KR20230085421A - 표시장치 - Google Patents

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KR20230085421A
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이근식
김태훈
진승태
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엘지디스플레이 주식회사
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Abstract

실시예는 복수 개의 픽셀을 포함하는 표시 패널; 광을 조사하는 복수 개의 발광소자를 포함하는 발광모듈; 및 반사광을 수신하는 수광모듈을 포함하고, 상기 복수 개의 발광소자는 상기 복수 개의 픽셀 사이에 분산 배치되는 표시장치를 개시한다.

Description

표시장치{DISPLAY DEVICE}
실시예는 표시 장치에 관한 것이다.
전계 발광 표시장치는 발광층의 재료에 따라 무기 발광 표시장치와 유기 발광 표시장치로 구별된다. 액티브 매트릭스 타입(active matrix type)의 유기 발광 표시장치는 스스로 발광하는 유기 발광 다이오드(Organic Light Emitting Diode: 이하, "OLED"라 함)를 포함하며, 응답속도가 빠르고 발광효율, 휘도 및 시야각이 큰 장점이 있다. 유기 발광 표시장치는 OLED(Organic Light Emitting Diode)가 픽셀들 각각에 형성된다. 유기 발광 표시장치는 응답속도가 빠르고 발광효율, 휘도, 시야각 등이 우수할 뿐 아니라, 블랙 계조를 완전한 블랙으로 표현할 수 있기 때문에 명암비(contrast ratio)와 색재현율이 우수하다.
모바일 단말기의 멀티 미디어 기능이 향상되고 있다. 예를 들어, 스마트 폰에 카메라가 기본으로 내장되고 있고 카메라의 해상도가 기존의 디지털 카메라 수준으로 높아지고 있는 추세에 있다. 그런데, 스마트 폰의 전방 카메라는 화면 디자인을 제한하여 화면 디자인을 어렵게 하고 있다. 카메라가 차지하는 공간을 줄이기 위하여 노치(notch) 또는 펀치홀(punch hole)을 포함한 화면 디자인이 스마트 폰에 채택된 바 있지만, 카메라로 인하여 화면 크기가 여전히 제한되어 풀 스크린 디스플레이(Full-screen display)를 구현하기 어렵다.
풀 스크린 디스플레이를 구현하기 위하여, 표시 패널의 화면 내에 저해상도 픽셀들이 배치된 촬상 영역을 마련하고, 표시 패널의 아래에 촬상 영역과 대향하는 위치에 카메라 및 각종 센서와 같은 전자부품을 배치하는 방안이 제안되고 있다.
실시예는 전자부품이 복수 개로 소형화되어 패널에 분산 배치된 표시장치를 제공한다.
본 발명의 과제는 이상에서 언급한 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 일 특징에 따른 표시장치는, 복수 개의 픽셀을 포함하는 표시 패널; 광을 조사하는 복수 개의 발광소자를 포함하는 발광모듈; 및 반사광을 수신하는 수광모듈을 포함하고, 상기 복수 개의 발광소자는 상기 복수 개의 픽셀 사이에 분산 배치된다.
상기 표시 패널의 상부에 배치되는 커버 글라스를 포함하고, 상기 커버 글라스는 상기 복수 개의 발광소자와 수직 방향으로 중첩되는 복수 개의 회절패턴을 포함할 수 있다.
상기 복수 개의 발광소자와 상기 복수 개의 회절패턴 사이에 배치되는 복수 개의 제1 렌즈를 포함할 수 있다.
상기 복수 개의 발광소자는 상기 표시 패널의 하부에 배치될 수 있다.
상기 복수 개의 발광소자는 수직 공동 표면 방출 레이저를 포함할 수 있다.
상기 복수 개의 픽셀이 배치되는 픽셀 영역은, 기판 상에 배치된 회로층; 상기 회로층 상에 배치되는 제1 전극층; 상기 제1 전극층 상에 배치되는 소자층; 및 상기 소자층 상에 배치되는 제2 전극층을 포함할 수 있다.
상기 복수 개의 발광소자는 상기 제2 전극층 상에 배치될 수 있다.
상기 복수 개의 발광소자는 상기 제1 전극층과 상기 제2 전극층 사이에 배치될 수 있다.
상기 표시 패널은, 복수 개의 제1 픽셀이 배치되는 제1 표시영역; 및 복수 개의 제2 픽셀이 배치되는 픽셀 영역 및 상기 복수 개의 제2 픽셀 사이에 배치되는 복수 개의 투광 영역을 포함하는 제2 표시영역을 포함하고, 상기 복수 개의 발광소자는 상기 제2 표시영역에 배치될 수 있다.
상기 복수 개의 발광소자에서 방출된 광은 상기 회절패턴을 통과하여 0차빔과 1차빔으로 분리되고, 상기 복수 개의 수광소자는 상기 1차 빔을 수신할 수 있다.
상기 0차빔과 상기 1차빔의 회절 비율은 1:2 내지 1:7일 수 있다.
본 발명의 다른 특징에 따른 표시장치는, 복수 개의 픽셀을 포함하는 표시 패널; 광을 조사하는 발광모듈; 및 반사광을 수신하는 복수 개의 수광소자를 포함하는 수광모듈을 포함하고, 상기 복수 개의 수광소자는 상기 복수 개의 픽셀 사이에 분산 배치될 수 있다.
상기 복수 개의 수광소자는 상기 표시 패널의 하부에 배치되고, 상기 표시 패널은 상기 복수 개의 수광소자와 중첩되는 영역에 투광 영역이 형성될 수 있다.
상기 표시 패널과 복수 개의 수광소자 사이에 배치되는 제2 렌즈를 포함할 수 있다.
상기 수광소자와 상기 제2 렌즈의 중심을 연결한 광축은 수직 방향으로 기준으로 기울어질 수 있다.
상기 수광소자와 상기 제2 렌즈의 중심을 연결한 광축은 상기 표시 패널의 중심을 향해 기울어질 수 있다.
상기 복수 개의 수광소자는 복수 개의 그룹으로 분할되고, 상기 복수 개의 그룹과 각각 독립적으로 연결되는 복수 개의 센싱 회로를 포함할 수 있다.
본 발명의 또 다른 특징에 따른 표시장치는, 복수 개의 픽셀을 포함하는 표시 패널; 광을 조사하는 복수 개의 발광소자를 포함하는 발광모듈; 및 반사광을 수신하는 복수 개의 수광소자를 포함하는 수광모듈을 포함하고, 상기 복수 개의 발광소자는 상기 복수 개의 픽셀 사이에 분산 배치되고, 상기 복수 개의 수광소자는 상기 복수 개의 픽셀 사이에 분산 배치될 수 있다.
상기 복수 개의 발광소자가 배치되는 층과 상기 복수 개의 수광소자가 배치되는 층은 상이할 수 있다.
실시예에 따르면, 전자부품이 복수 개로 소형화되어 패널에 분산 배치되므로 표시영역의 면적을 확장할 수 있는 장점이 있다.
본 발명의 효과들은 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 청구범위의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 표시장치의 개념도이다.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 표시 패널을 개략적으로 보여주는 단면도이다.
도 3은 종래 얼굴 이미지 검출 방법을 보여주는 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 얼굴 이미지 검출 방법을 보여주는 도면이다.
도 5a 내지 도 5c는 다양한 위치에 배치되는 제2 표시영역을 보여주는 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 제1 표시영역의 픽셀 배치를 보여주는 도면이다.
도 7은 제2 표시영역의 픽셀과 투광영역을 보여주는 도면이다.
도 8a 내지 도 8d는 복수 개의 발광소자가 배치되는 다양한 픽셀 구조를 보여주는 도면이다.
도 9는 복수 개의 발광소자에서 출사된 광이 회절 패턴에 의해 회절되는 상태를 보여주는 도면이다.
도 10은 발광소자의 단면도이다.
도 11은 복수 개의 발광소자가 표시 패널 내부에 배치된 구조를 보여주는 도면이다.
도 12는 복수 개의 발광소자의 상부에 렌즈가 배치된 구조를 보여주는 도면이다.
도 13은 렌즈가 발광소자의 상부에 배치된 구조를 보여주는 도면이다.
도 14는 본 발명의 제2 실시예에 따른 표시장치의 개념도이다.
도 15는 복수 개의 수광소자가 반사광을 수신하는 구조를 보여주는 도면이다.
도 16은 복수 개의 수광소자가 픽셀 사이에 배치된 상태를 보여주는 도면이다.
도 17a 내지 도 17d는 복수 개의 수광소자가 배치되는 다양한 픽셀 구조를 보여주는 도면이다.
도 18은 표시 패널의 하부에 수광모듈이 배치된 상태를 보여주는 도면이다.
도 19는 복수 개의 수광소자를 통해 얼굴 이미지를 획득하는 과정을 보여주는 도면이다.
도 20은 수광소자의 위치에 따라 광축이 기울어진 상태를 보여주는 도면이다.
도 21은 복수 개의 센싱 영역마다 센싱 회로가 분할된 상태를 보여주는 도면이다.
도 22a와 도 22b는 복수 개의 분할된 이미지를 합성하는 과정을 보여주는 도면이다.
도 23은 본 발명의 제3 실시예에 따른 표시장치의 개념도이다.
도 24는 도 23의 제1 변형예이다.
도 25는 도 23의 제2 변형예이다.
도 26은 복수 개의 수광소자가 패널에 배치된 구조를 보여주는 도면이다.
도 27은 복수 개의 발광소자가 패널에 배치된 구조를 보여주는 도면이다.
도 28은 본 발명의 실시예에 따른 표시 패널과 표시 패널 구동부를 보여주는 블록도이다.
도 29는 드라이브 IC 구성을 개략적으로 보여주는 블록도이다.
도 30은 본 발명의 일 실시예에 따른 표시 패널에서 픽셀 영역의 단면 구조를 상세히 보여주는 단면도이다.
도 31은 본 발명의 일 실시예에 따른 픽셀 영역 및 투광영역의 단면 구조이다.
도 32는 도 31의 제1 변형예이다.
도 33은 도 31의 제2 변형예이다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.
본 발명의 실시예를 설명하기 위한 도면에 개시된 형상, 크기, 비율, 각도, 개수 등은 예시적인 것이므로 본 발명이 도시된 사항에 한정되는 것은 아니다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명은 생략한다.
본 명세서 상에서 언급된 '포함한다', '갖는다', '이루어진다' 등이 사용되는 경우 ' ~ 만'이 사용되지 않는 이상 다른 부분이 추가될 수 있다. 구성 요소를 단수로 표현한 경우에 특별히 명시적인 기재 사항이 없는 한 복수를 포함하는 경우를 포함한다.
구성 요소를 해석함에 있어서, 별도의 명시적 기재가 없더라도 오차 범위를 포함하는 것으로 해석한다.
위치 관계에 대한 설명일 경우, 예를 들어, ' ~ 상에', ' ~ 상부에', ' ~ 하부에', ' ~ 옆에' 등으로 두 부분의 위치 관계가 설명되는 경우, '바로' 또는 ‘직접’이 사용되지 않는 이상 두 부분 사이에 하나 이상의 다른 부분이 위치할 수도 있다.
실시예 설명에서, 제1, 제2 등이 다양한 구성 요소들을 서술하기 위해서 사용되지만, 이들 구성 요소들은 이들 용어에 의해 제한되지 않는다. 이들 용어들은 단지 하나의 구성 요소를 다른 구성요소와 구별하기 위하여 사용하는 것이다. 따라서, 이하에서 언급되는 제1 구성 요소는 본 발명의 기술적 사상 내에서 제2 구성요소일 수도 있다.
명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.
여러 실시예들의 특징들이 부분적으로 또는 전체적으로 서로 결합 또는 조합 가능하며, 기술적으로 다양한 연동 및 구동이 가능하며, 각 실시예들이 서로에 대하여 독립적으로 실시 가능할 수도 있고 연관 관계로 함께 실시 가능할 수도 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 다양한 실시예들을 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 표시장치의 개념도이다. 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 표시 패널을 개략적으로 보여주는 단면도이다. 도 3은 종래 얼굴 이미지 검출 방법을 보여주는 도면이다. 도 4는 실시예에 따른 얼굴 이미지 검출 방법을 보여주는 도면이다.
도 1을 참조하면, 표시장치는 표시 패널(100) 및 케이스를 포함하고, 표시 패널(100)의 전면이 표시영역으로 구성될 수 있다. 따라서, 풀 스크린 디스플레이(Full-screen display)가 가능해질 수 있다.
표시영역은 제1 표시영역(DA)과 제2 표시영역(CA)을 포함할 수 있다. 제1 표시영역(DA)은 센서가 배치되지 않은 영역이고 제2 표시영역(CA)은 복수 개의 센서(40, 50, 60, 70)가 배치된 영역으로 구분될 수 있다.
제1 표시영역(DA)과 제2 표시영역(CA)은 모두 영상을 출력하며 해상도가 동일할 수 있다. 그러나 반드시 이에 한정하는 것은 아니고 제2 표시영역(CA)에 배치된 복수 개의 제2 픽셀의 해상도는 제1 표시영역(DA)에 배치된 복수 개의 제1 픽셀의 해상도(또는 밀도)보다 낮을 수도 있다. 제2 표시영역(CA)에 배치된 복수 개의 제2 픽셀의 해상도(또는 밀도)가 낮아지는 만큼 제2 표시영역(CA)에 배치된 센서에 상대적으로 많은 광량이 주입될 수 있다.
제2 표시영역(CA)은 복수 개의 센서(40, 50, 60, 70)와 중첩되는 영역이므로 영상의 대부분을 출력하는 제1 표시영역(DA)보다 면적이 작을 수 있다. 제2 표시영역(CA)은 표시장치의 상단에 배치된 것으로 도시되었으나 반드시 이에 한정하지 않는다. 제2 표시영역(CA)의 위치 및 면적은 다양하게 변형될 수 있다.
복수 개의 센서(40, 50, 60, 70)는 이미지 센서, 근접 센서, 조도 센서, 제스처 센서, 모션 센서, 지문 인식 센서 및 생체 센서 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 예시적으로 제1 센서는 조도 센서일 수 있고 제2 센서는 이미지 또는 동영상을 촬영하는 이미지 센서일 수 있으나 반드시 이에 한정하지 않는다.
제2 표시영역(CA)은 복수 개의 센서(40, 50, 70)가 배치되는 제1 분할영역(CA1) 및 발광모듈(60)이 배치되는 제2 분할영역(CA2)을 포함할 수 있다. 발광모듈(60)은 제2 분할영역(CA2)에 분산 배치되는 복수 개의 발광소자(61)를 포함할 수 있다. 복수 개의 발광소자(61)는 적외선 광을 방출하는 레이저 발광소자일 수 있으나 반드시 이에 한정하지 않는다.
제1 분할영역(CA1)과 제2 분할영역(CA2)은 해상도가 동일할 수 있으나 반드시 이에 한정하지 않는다. 예시적으로 제1 분할영역(CA1)의 해상도는 제2 분할영역(CA2)보다 작을 수 있다. 제1 분할영역(CA1)은 카메라가 배치되므로 광 투과율을 높이기 위해 픽셀의 개수가 적어진 반면 제2 분할영역(CA2)은 복수 개의 발광소자(61)가 작게 제작되어 픽셀들 사이에 분산 배치되므로 제1 표시영역과 동일한 픽셀수를 가질 수도 있다.
도 2를 참조하면, 제1 표시영역(DA)과 제2 표시영역(CA)은 픽셀 데이터가 기입되는 픽셀들이 배치된 픽셀 어레이를 포함할 수 있다. 전술한 바와 같이 제2 표시영역(CA)의 단위 면적당 픽셀 수(Pixels Per Inch: 이하, "PPI"라 함)는 제1 표시영역(DA)과 동일할 수도 있으나 광 투과율을 확보하기 위하여 제1 표시영역(DA) 보다 낮을 수도 있다.
제1 표시영역(DA)의 픽셀 어레이는 PPI가 높은 복수의 픽셀 그룹들이 배치된 픽셀 영역을 포함할 수 있다. 제2 표시영역(CA)의 픽셀 어레이는 투광영역(TA)에 의해 이격되어 상대적으로 PPI가 낮은 복수의 픽셀 그룹들이 배치된 픽셀 영역을 포함할 수 있다. 제2 표시영역(CA)에서 외부 광은 광 투과율이 높은 투광영역(TA)을 통해 표시 패널(100)을 투과하여 표시 패널(100) 아래의 센서에 수광될 수 있다. 또한, 복수 개의 발광소자(61)에서 조사된 광은 투광영역(TA)을 통해 외부로 출사될 수도 있다
제1 표시영역(DA)과 제2 표시영역(CA)의 픽셀들 각각은 영상의 컬러 구현을 위하여 컬러가 다른 서브 픽셀들을 포함할 수 있다. 서브 픽셀들은 적색, 녹색 및 청색 서브 픽셀을 포함할 수 있다. 도시하지 않았으나 픽셀 그룹은 백색 서브 픽셀을 더 포함할 수 있다. 서브 픽셀들 각각은 픽셀 회로부와, OLED를 포함할 수 있다.
표시 패널(100)은 기판(10) 상에 배치된 회로층(12)과, 회로층(12) 상에 배치된 소자층(14)을 포함할 수 있다. 소자층(14) 상에는 편광판(18)이 배치되고, 편광판(18) 위에 커버 글라스(20)가 배치될 수 있다.
회로층(12)은 데이터 라인들, 게이트 라인들, 전원 라인들 등의 배선들에 연결된 픽셀 회로, 게이트 라인들에 연결된 게이트 구동부 등을 포함할 수 있다.
회로층(12)은 TFT(Thin Film Transistor)로 구현된 트랜지스터와 커패시터 등의 회로 소자를 포함할 수 있다. 회로층(12)의 배선과 회로 소자들은 복수의 절연층들과, 절연층을 사이에 두고 분리된 둘 이상의 금속층, 그리고 반도체 물질을 포함하는 액티브층으로 구현될 수 있다.
소자층(14)은 픽셀 회로에 의해 구동되는 OLED를 포함할 수 있다. OLED는 애노드와 캐소드 사이에 형성된 유기 화합물층을 포함할 수 있다.
유기 화합물층은 정공주입층(Hole Injection layer, HIL), 정공수송층(Hole transport layer, HTL), 발광층(Emission layer, EML), 전자수송층(Electron transport layer, ETL) 및 전자주입층(Electron Injection layer, EIL)을 포함할 수 있으나 이에 한정되지 않는다.
OLED의 애노드와 캐소드에 전압이 인가되면 정공수송층(HTL)을 통과한 정공과 전자수송층(ETL)을 통과한 전자가 발광층(EML)으로 이동되어 여기자를 형성하여 발광층(EML)에서 가시광이 방출될 수 있다.
소자층(14)은 적색, 녹색 및 청색의 파장을 선택적으로 투과시키는 픽셀들 상에 배치되고, 컬러 필터 어레이를 더 포함할 수 있다.
소자층(14)은 보호막에 의해 덮일 수 있고, 보호막은 봉지층(encapsulation layer)에 의해 덮일 수 있다. 보호층과 봉지층은 유기막과 무기막이 교대로 적층된 구조일 수 있다. 무기막은 수분이나 산소의 침투를 차단할 수 있다. 유기막은 무기막의 표면을 평탄화할 수 있다. 유기막과 무기막이 여러 겹으로 적층되면, 단일 층에 비해 수분이나 산소의 이동 경로가 길어져 소자층(14)에 영향을 주는 수분/산소의 침투가 효과적으로 차단될 수 있다.
소자층(14) 상에는 편광판(18)이 배치될 수 있다. 편광판(18)은 표시장치의 야외 시인성을 개선할 수 있다. 편광판(18)은 표시 패널(100)의 표면으로부터 반사되는 광을 줄이고, 회로층(12)의 금속으로부터 반사되는 광을 차단하여 픽셀들의 밝기를 향상시킬 수 있다. 편광판(18)은 선편광판과 위상지연필름이 접합된 편광판 또는 원편광판으로 구현될 수 있다.
제2 표시영역(CA)은 표시 패널(100)의 화면 아래에는 복수 개의 센서가 배치될 수 있다.
적외선 센서는 표시 패널(100)의 전면에 적외선 광을 조사하는 발광모듈(60)과 반사광을 수신하는 수광모듈(70)을 포함할 수 있다. 발광모듈(60)은 복수 개의 발광소자(61)를 포함할 수 있다. 복수 개의 발광소자(61)는 각각 적외선 광을 방출하는 레이저 발광소자일 수 있다. 이를 이용하여 사용자의 얼굴을 검출할 수 있다.
도 3을 참조하면, 종래 얼굴 이미지 검출 방법은 적외선 프로젝터(6)의 발광 어레이(6a)에서 복수 개의 적외선 광이 조사되고, 사용자(OBJ1)의 얼굴에 반사된 광을 적외선 카메라(7)의 수광 어레이(7b)가 수신하여 3차원 특징맵을 생성할 수 있다. 이러한 과정을 통해 사용자의 얼굴을 인식할 수 있다. 그러나, 이러한 구조는 적외선 광을 조사하는 적외선 프로젝터(6)와 적외선 카메라(7)가 배치되는 별도의 공간이 필요한 문제가 있으며 적외선 프로젝터(6)와 적외선 카메라(7)가 차지하는 면적만큼 표시영역이 작아지는 문제가 있다.
도 4를 참조하면, 실시예에 따른 발광모듈(60)은 복수 개의 발광소자(61)가 픽셀들(R, G, B) 사이에 분산 배치되므로 별도의 공간을 차지하지 않을 수 있다. 즉, 픽셀의 개수 및/또는 크기를 적절히 조절하고 픽셀들 사이에 복수 개의 발광소자(61)를 각각 배치할 수 있다.
복수 개의 발광소자(61)에서 조사된 적외선 광은 사용자의 얼굴에 반사되고 수광모듈(70)의 수광 어레이(71)는 반사광을 수신하여 3차원 특징맵을 생성할 수 있다.
도 5a 내지 도 5c는 다양한 위치에 배치되는 제2 표시영역을 보여주는 도면이다.
도 5a 내지 도 5c를 참조하면, 복수 개의 발광소자(61)의 위치는 픽셀들 사이의 다양한 위치에 배치될 수 있다. 복수 개의 발광소자(61)는 연성회로기판(62)을 통해 전원을 공급받을 수 있다. 연성회로기판(62)의 면적은 복수 개의 발광소자(61)의 이격 위치 및 개수에 따라 다양하게 변형될 수 있다.
예시적으로 도 5a와 같이 복수 개의 발광소자(61)는 표시영역의 상단에 배치될 수 있다. 또는 도 5b와 같이 복수 개의 발광소자(61)는 표시영역의 중앙 영역에 배치될 수도 있고, 도 5c와 같이 각각의 발광소자(61)가 이격되어 제2 분할영역(CA2)이 복수 개로 이격 배치될 수도 있다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 제1 표시영역의 픽셀 배치를 보여주는 도면이다. 도 7은 제2 표시영역의 픽셀과 투광영역을 보여주는 도면이다.
도 6을 참조하면, 제1 표시영역(DA)은 매트릭스 형태로 배열된 복수 개의 제1 픽셀 그룹(PG1)을 포함할 수 있다. 복수 개의 제1 픽셀 그룹(PG1)은 서브 픽셀 렌더링 알고리즘을 이용하여 두 개의 서브 픽셀이 하나의 픽셀을 구성할 수 있다. 예를 들어, 제1 단위 픽셀(PIX1)은 R 및 G1 서브 픽셀(SP1, SP2)로 구성되고, 제2 단위 픽셀(PIX2)은 B 및 G2 서브 픽셀(SP3, SP4)로 구성될 수 있다. 각각의 단위 픽셀들(PIX1, PIX2)에서 부족한 컬러 표현은 이웃한 픽셀들 간에 해당 컬러 데이터들의 평균값으로 보상될 수 있다. 그러나 반드시 이에 한정하는 것은 아니고 복수 개의 제1 픽셀 그룹(PG1)은 RGB 서브 픽셀을 포함하는 리얼 타입 픽셀일 수도 있다.
도 7을 참조하면, 제2 표시영역(CA)은 복수 개의 제2 픽셀 그룹(PG2)과 복수 개의 투광영역(TA)을 포함할 수 있다. 복수 개의 투광영역(TA)은 복수 개의 제2 픽셀 그룹(PG2) 사이에 배치될 수 있다. 구체적으로, 투광영역(TA)은 제1 방향 및 제2 방향으로 각각 제2 픽셀 그룹(PG2)과 교번하여 배치될 수 있다. 복수 개의 발광소자(61) 또는 각종 센서는 투광영역(TA)의 하부에 배치될 수 있다. 이 경우 투광영역(TA)의 면적이 증가하는 만큼 제2 표시영역(CA)의 해상도는 제1 표시영역(DA)의 해상도보다 작아질 수 있다.
그러나 복수 개의 발광소자(61)는 반드시 투광영역(TA)에 배치되는 것은 아니고 일부 픽셀이 제거된 영역에 적절히 배치될 수도 있다.
투광영역(TA)은 최소한의 광 손실로 빛이 입사될 수 있도록 금속 없이 광 투과율이 높은 투명한 매질들을 포함할 수 있다. 투광영역(TA)은 금속 배선이나 픽셀들을 포함하지 않고 투명한 절연 재료들로 이루어질 수 있다. 제2 표시영역(CA)의 광 투과율은 투광영역(TA)이 클수록 높아질 수 있다.
복수 개의 제2 픽셀 그룹(PG2)은 하나 또는 두 개의 픽셀을 포함할 수 있다. 예를 들어, 제2 픽셀 그룹(PG2)의 제1 단위 픽셀(PIX1)은 R 및 G1 서브 픽셀들(SP1, SP2)로 구성되고, 제2 단위 픽셀(PIX2)은 B 및 G2 서브 픽셀들(SP3, SP4)로 구성될 수 있다. 제2 픽셀 그룹(PG2)의 픽셀 형상 및 배치는 제1 픽셀 그룹(PG1)과 동일할 수도 있으나 상이할 수도 있다.
투광영역(TA)의 형상은 사각형으로 예시되었으나 이에 한정되지 않는다. 예를 들어, 투광영역(TA)은 원형, 타원형, 다각형 등 다양한 형태로 설계될 수 있다.
투광영역(TA)에서 금속 전극 물질은 모두 제거될 수 있다. 따라서, 픽셀의 배선들은 투광영역(TA)의 외측에 배치될 수 있다. 따라서, 투광영역(TA)을 통해 광은 유효하게 입사될 수 있다. 그러나 반드시 이에 한정하는 것은 아니고 투광영역(TA)내의 일부 영역에는 금속 전극 물질이 존재할 수도 있다.
도 8a 내지 도 8d는 복수 개의 발광소자가 배치되는 다양한 픽셀 구조를 보여주는 도면이다.
도 8a를 참조하면, 제2 표시영역(CA)은 픽셀의 PPI는 그대로 유지하고 서브픽셀의 크기를 줄여 복수 개의 발광소자(61)가 배치되는 공간을 확보할 수도 있다. 복수 개의 서브픽셀의 크기를 전체적으로 줄여 픽셀 라인과 픽셀 라인 사이에 이격 공간(S1)을 형성하고, 이격 공간(S1)에 복수 개의 발광소자(61)를 배치할 수 있다.
도 8b를 참조하면, 녹색 서브픽셀(G)의 크기만을 상대적으로 줄여 이격 공간(S1)을 형성하고, 이격 공간에 복수 개의 발광소자(61)를 배치할 수도 있다.
도 8c를 참조하면, 청색 서브픽셀(B)의 크기를 상대적으로 줄여 이격 공간(S1)을 형성하고 복수 개의 발광소자(61)를 배치할 수도 있다.
또한, 도 8d과 같이 서브픽셀들 사이에 이격 공간(S1)을 형성하여 복수 개의 발광소자(61)를 배치할 수도 있다. 이러한 구성에 의하면 픽셀의 해상도는 그대로 유지하면서 복수 개의 발광소자(61)를 분산시킬 수 있는 장점이 있다. 이때, 줄어든 서브픽셀은 휘도를 보상하기 위해 데이터 전압을 높여 출력할 수 있다.
도 9는 복수 개의 발광소자에서 출사된 광이 회절 패턴에 의해 회절되는 상태를 보여주는 도면이다. 도 10은 발광소자의 단면도이다.
도 9를 참조하면, 복수 개의 발광소자(61)는 표시 패널(100)의 하부에 배치될 수 있다. 복수 개의 발광소자(61)는 복수 개의 픽셀과 수직 방향으로 중첩되지 않도록 배치될 수 있다. 복수 개의 발광소자(61)가 픽셀 사이에 배치된다는 의미는 동일평면 상에서 픽셀 사이에 배치되는 것뿐만 아니라 복수 개의 발광소자(61)가 수직 방향으로 픽셀과 중첩되지 않는 구조인 것을 포함할 수 있다.
커버 글라스(20)에는 복수 개의 발광소자(61)와 중첩되는 영역에 복수 개의 회절패턴(21)이 형성될 수 있다. 회절패턴은 커버 글라스를 패터닝하여 형성할 수 있으나 반드시 이에 한정하는 것은 아니고 다양한 패턴 형성 방법이 제한 없이 선택될 수 있다. 예시적으로 회전 패턴이 형성된 필름을 부착할 수도 있다.
복수 개의 발광소자(61)에서 출사된 광은 회절패턴(21)에 기록되어 있는 패턴 정보에 의해 도트 이미지(1차빔)가 형성되고 회절 되지 않은 성분(0차빔)은 그대로 출사될 수 있다.
실시예에 따르면, 복수 개의 발광소자(61)가 서로 이격되어 광을 출력하므로 발광소자(61)의 개수 및 출력을 조절하면 출사된 0차빔(L1)을 조명용 광원(Flood illuminator)으로 사용할 수 있다.
복수 개의 발광소자(61)는 콜리메이션(Collimation) 및 코히어런트(Coherence) 정도에 따라 회절 효율이 결정되는데, 회절 효율을 조절함으로써 1차빔(L2)의 비율을 조절할 수 있다. 회절 효율은 콜리메이터 렌즈 등을 이용하여 조절할 수 있다. 또한, 1차빔(L2)의 비율을 높이기 위해 발광소자의 개수를 늘릴 수 있다.
얼굴 인식의 신뢰성을 보장하기 위해 회절효율은 1차빔(L2)이 0차빔(L1)보다 크도록 설정하는 것이 바람직하다. 또한, 1차빔(L2)을 이용하여 안정적으로 3차원 특징맵을 생성하면서도 0차빔(L1)을 조명용 광원으로도 사용하기 위해 0차빔(L1)과 1차빔(L2)의 비율(0차빔: 1차빔)은 1:2 내지 1:7로 조절될 수 있다.
0차빔(L1)과 1차빔(L2)의 비율이 1:2 보다 작은 경우(예:1:1.5)에는 1차빔이 상대적으로 부족해져 안정적으로 3차원 특징맵을 형성하기 어려울 수 있다. 또한, 0차빔(L1)과 1차빔(L2)의 비율이 1:7 보다 큰 경우(예:1:8)에는 0차빔의 광량이 상대적으로 작아져 조명용 광원의 기능을 수행하기 어려울 수 있다.
도 10을 참조하면, 복수 개의 발광소자(61)는 소형 제작된 수직 공동 표면 방출 레이저(Vertical Cavity Surface Emitting Laser; VCSEL)일 수 있다. 각각의 발광소자(61)는 픽셀들 사이에 분산될 수 있을 정도의 크기로 소형화될 수 있다.
수직 공동 표면 방출 레이저는 좁은 스펙트럼의 단일 종모드(single longitudinal mode) 발진이 가능하고, 빔의 방사각이 작아 결합 효율(coupling efficiency)이 높은 장점이 있다.
각각의 발광소자(61)는 지지기판(611), 지지기판(611) 상에 배치되는 제1 반사층(612a), 제1 반사층(612a) 상에 배치된 레이저 캐비티(612b), 레이저 캐비티(612b) 상에 배치되는 제2 반사층(612c), 제2 반사층(612c) 상에 배치되는 제1 패드(614) 및 제2 패드(613)를 포함할 수 있다.
지지기판(611)은 반절연성 또는 전도성 기판일 수 있다. 예시적으로 기판은 도핑 농도가 높은 GaAs 기판으로서, 도펀트가 도핑될 수 있다. 필요에 따라 기판 상에 AlGaAs 또는 GaAs 박막과 같은 버퍼층이 더 배치될 수 있으나 반드시 이에 한정하지 않는다.
제1 반사층(612a)은 n형의 초격자(superlattice) 구조의 분산형 브래그 반사기(Distributed Bragg Reflector: DBR)를 포함할 수 있다. 제1 반사층(612a)은 MOCVD, MBE 등의 기법에 의해 기판 상에 에피택셜 증착될 수 있다.
제1 반사층(612a)은 한 쌍의 반사층이 교대로 적층될 수 있다. 제1 서브 반사층과 제2 서브 반사층은 모두 AlGaAs일 수 있으나 제1 서브 반사층의 알루미늄 조성이 더 높을 수 있다.
레이저 캐비티(612b)는 하나 이상의 우물층과 장벽층을 포함할 수 있다. 우물층은 GaAs, AlGaAs, AlGaAsSb, InAlGaAs, AlInGaP, GaAsP 또는 InGaAsP 중 어느 하나가 선택될 수 있고, 장벽층은 AlGaAs, InAlGaAs, InAlGaAsP, AlGaAsSb, GaAsP, GaInP, AlInGaP, 또는 InGaAsP 중 어느 하나가 선택될 수 있다.
레이저 캐비티(612b)는 충분한 광학적 이득을 갖도록 설계될 수 있다. 예시적으로 실시 예에 따른 레이저 캐비티는 적외선 파장대의 광을 방출하기 위해 적정한 두께 및 조성비를 가지는 우물층을 중심에 가질 수 있다. 그러나, 우물층이 출력하는 레이저의 파장대는 특별히 한정하지 않는다.
산화층(618)은 레이저 캐비티 상에 배치될 수 있다. 산화층(618)은 알루미늄을 함유하는 반도체 화합물, 예를 들면, AlAs, AlGaAs, InAlGaAs 등을 포함할 수 있다. 실시 예에 따른 산화층은 중앙에 산화되지 않은 개구부(618a)를 포함할 수 있다.
산화층(618)은 저항이 상대적으로 높은 반면 굴절율은 상대적으로 낮을 수 있다. 따라서, 전류는 개구부(618a)로 주입될 수 있으므로 레이저 광을 소자의 중앙으로 모을 수 있다.
제2 반사층(612c)은 산화층의 상부에 배치될 수 있다. 상부 반사층은 복수 개의 제3 서브 반사층과 제4 서브 반사층을 포함할 수 있다.
제3 서브 반사층은 AlGaAs의 조성을 가질 수 있고, 제4 서브 반사층은 GaAs 조성을 가질 수 있다. 제1 반사층의 반사율은 제2 반사층의 반사율보다 낮을 수 있다. 따라서, 레이저 캐비티(612b)에서 생성된 광은 산화층(618)의 개구부(618a)를 통과하여 지지기판(611)을 통해 출사될 수 있다.
제1 패드(614)와 제2 패드(613)는 제2 반사층(612c) 상에 배치될 수 있다. 제1 패드(614)는 에피 구조물(612)에 형성된 관통홀로 연장된 전극(615)을 통해 제1 반사층(612a)과 전기적으로 연결될 수 있다. 즉, 수직 공동 표면 방출 레이저는 플립칩 타입일 수 있다. 그러나, 반드시 이에 한정하는 것은 아니고 수평형 또는 수직형과 같은 다양한 타입의 전극 배치를 가질 수도 있다. 또한 수직 공동 표면 방출 레이저 를 작게 제작하기 위해 레이저 구조는 다양하게 변형될 수 있다.
도 11은 복수 개의 발광소자가 표시 패널 내부에 배치된 구조를 보여주는 도면이다. 도 12는 복수 개의 발광소자의 상부에 렌즈가 배치된 구조를 보여주는 도면이다. 도 13은 렌즈가 발광소자의 상부에 배치된 구조를 보여주는 도면이다.
도 11을 참조하면, 복수 개의 픽셀이 배치된 소자층(14)은 애노드 전극(AND)과 캐소드 전극(CAT) 사이에 배치되는 반면, 복수 개의 발광소자(61)는 캐소드 전극(CAT)의 상부에 배치되어 패드전극(611)과 연결될 수 있다. 또한, 복수 개의 발광소자(61)는 관통전극(612)을 통해 애노드 전극(AND)과 전기적으로 연결될 수 있다. 도시되지는 않았으나 관통전극(612)은 캐소드 전극(CAT)과는 절연될 수 있다. 이러한 구조는 발광소자(61)가 플립칩인 경우 적용될 수 있다. 만약 발광소자(61)가 수직형 구조인 경우에는 애노드 전극(AND)과 캐소드 전극(CAT) 사이에 배치될 수 있다.
복수 개의 발광소자(61)를 통해 출사된 광은 터치 패널(TOE)과 편광판(POL)을 통과하여 커버 글라스(20)의 회절패턴(21)에 의해 0차빔과 1차빔으로 분리될 수 있다.
이러한 구성에 의하면 별도의 연성회로기판을 생략할 수 있고 표시 패널(100) 형성시 발광모듈(60)을 함께 제작할 수 있는 장점이 있다. 도시되지는 않았으나 복수 개의 발광소자(61)에 전원을 공급하는 배선이 추가적으로 형성될 수 있다.
도 12를 참조하면, 회절패턴(21)과 발광소자(61) 사이에는 제1 렌즈(61a)가 배치될 수 있다. 제1 렌즈(61a)는 발광소자(61)에서 출사되는 광을 평행광으로 변환하는 콜리메이터 렌즈일 수 있으나 반드시 이에 한정하는 것은 아니고 원하는 광 제어를 위해 필요한 렌즈가 적용될 수도 있다. 앞서 설명한 바와 같이 제1 렌즈(61a)가 회절 패턴과 발광소자(61) 사이에 배치됨으로써 0차빔과 1차빔의 회절 효율을 조절할 수 있다.
실시예에 따르면 복수 개의 제1 렌즈(61a)는 소자층(14)에 배치될 수 있으나 반드시 이에 한정하는 것은 아니고 회절 패턴과 발광소자(61) 사이의 층이면 제한 없이 형성될 수 있다. 제1 렌즈(61a)는 레진을 도포하여 소자층(14) 내에 형성할 수 있다.
도 13을 참조하면 제1 렌즈(61a)는 발광소자(61) 상에 직접 형성될 수도 있다. 이러한 구성에 의하면 발광소자(61)에서 출사된 광이 제1 렌즈(61a)에 직접 입사되어 광 결합 효율이 증가할 수 있다.
제1 렌즈(61a)는 발광소자(61)의 상면에만 형성될 수 있으나 반드시 이에 한정하는 것은 아니고 발광소자(61)의 측면까지 형성되어 발광소자(61)를 보호할 수도 있다.
제1 렌즈(61a)는 발광소자(61) 상에 미리 형성된 후 표시 패널(100)이 배치될 수 있으나 반드시 이에 한정하지 않는다. 예시적으로 발광소자(61)를 캐소드 전극(CAT) 상에 배치한 후 레진을 도포하여 제1 렌즈(61a)를 형성할 수도 있다. 이 경우 레진의 일부가 발광소자(61)와 캐소드 전극(CAT) 사이에 충전되어 발광소자(61)를 고정하는 역할도 수행할 수 있다.
도 14는 본 발명의 제2 실시예에 따른 표시장치의 개념도이다. 도 15는 복수 개의 수광소자가 반사광을 수신하는 구조를 보여주는 도면이다.
도 14 및 도 15를 참조하면, 표시장치는 복수 개의 픽셀을 포함하는 표시 패널(100) 및 수광모듈(70)을 포함하고, 수광모듈(70)은 복수 개의 픽셀 사이에 분산 배치되는 복수 개의 수광소자(71)를 포함할 수 있다.
복수 개의 수광소자(71)는 표시영역의 전체에 걸쳐 분산될 수 있다. 각각의 수광소자(71)는 이미지 센서의 단위 픽셀과 대응되는 구성일 수 있다. 예시적으로 1개의 수광소자는 1개의 단위 픽셀과 대응되는 구성일 수도 있고, 복수 개의 단위 픽셀과 대응되는 구성일 수도 있다. 따라서, 각각의 수광소자(71)는 해당 영역의 이미지를 촬영하는 촬상 유닛의 역할을 수행할 수 있다. 그러나 반드시 이에 한정하지 않는 것은 아니고 복수 개의 수광소자(71)는 표시영역의 중심 영역에만 배치될 수도 있고, 상단 일부에만 배치될 수도 있다.
수광모듈(70)을 제외한 복수 개의 센서(40, 50, 60)들은 제2 표시영역(CA)에 배치될 수 있다. 제2 표시영역(CA)은 복수 개의 센서(40, 50, 60)가 배치된 영역이고 제1 표시영역(DA)은 제2 표시영역(CA)을 제외한 나머지 영역 또는 복수 개의 수광소자(71)가 배치된 영역일 수 있다. 제1 표시영역(DA)과 제2 표시영역(CA)은 모두 영상을 출력하며 해상도가 동일할 수 있으나 반드시 이에 한정되는 것은 아니고 제2 표시영역(CA)의 해상도가 더 낮을 수도 있다.
복수 개의 센서(40, 50, 60)는 이미지 센서, 근접 센서, 조도 센서, 제스처 센서, 모션 센서, 지문 인식 센서 및 생체 센서 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 예시적으로 제1 센서는 적외선 센서일 수 있고 제2 센서는 이미지 또는 동영상을 촬영하는 이미지 센서일 수 있으나 반드시 이에 한정하지 않는다.
실시예에 따른 수광모듈(70)은 복수 개의 수광소자(71)가 픽셀들 사이에 분산 배치되므로 수광모듈이 수납되는 별도의 독립된 공간을 생략할 수 있다. 실시예에 따르면, 수광모듈(70)을 복수 개의 수광소자(71)로 분리하여 패널에 분산 배치하므로 표시영역을 확장할 수 있는 장점이 있다. 발광모듈(60)에서 출사된 광은 사용자(OBJ1)에 반사되고, 패널에 분산된 복수 개의 수광소자(71)는 반사광을 수신할 수 있다.
도 16은 복수 개의 수광소자가 픽셀 사이에 배치된 상태를 보여주는 도면이다.
도 16을 참조하면, 제1 표시영역(DA)은 복수 개의 제2 픽셀 그룹(PG2)과 복수 개의 투광영역(TA)을 포함할 수 있다. 복수 개의 투광영역(TA)은 복수 개의 제2 픽셀 그룹(PG2) 사이에 배치될 수 있다. 구체적으로, 투광영역(TA)은 제1 방향 및 제2 방향으로 각각 제2 픽셀 그룹(PG2)과 교번하여 배치될 수 있다. 복수 개의 수광소자(71)는 투광영역(TA)에 배치될 수 있다. 이 경우 투광영역(TA)의 면적이 증가하는 만큼 제1 표시영역(DA)의 해상도는 낮아질 수 있다.
투광영역(TA)은 최소한의 광 손실로 빛이 입사될 수 있도록 금속 없이 광 투과율이 높은 투명한 매질들을 포함할 수 있다. 투광영역(TA)은 금속 배선이나 픽셀들을 포함하지 않고 투명한 절연 재료들로 이루어질 수 있다.
도 17a 내지 도 17d는 복수 개의 수광소자가 배치되는 다양한 픽셀 구조를 보여주는 도면이다.
도 17a를 참조하면, 픽셀의 PPI는 그대로 유지하고 픽셀의 크기를 줄여 복수 개의 수광소자(71)가 배치되는 공간을 확보할 수도 있다. 복수 개의 픽셀의 크기를 전체적으로 줄여 픽셀 라인과 픽셀 라인 사이에 이격 공간(S2)을 형성하고, 이격 공간(S2)에 복수 개의 수광소자(71)를 배치할 수 있다.
도 17b를 참조하면, 녹색 서브픽셀(G)의 크기만을 상대적으로 줄여 이격 공간(S2)을 형성하고, 이격 공간(S2)에 복수 개의 수광소자(71)를 배치할 수도 있다.
도 17c를 참조하면, 청색 서브픽셀(B)의 크기를 상대적으로 줄여 이격 공간(S2)을 형성하여 복수 개의 수광소자(71)를 배치할 수도 있다.
또한, 도 17d과 같이 픽셀들 사이에 이격공간(S2)을 형성하여 복수 개의 수광소자(71)를 배치할 수도 있다. 이러한 구성에 의하면 픽셀의 해상도는 그대로 유지하면서 복수 개의 수광소자(71)를 분산시킬 수 있는 장점이 있다. 이때, 줄어든 픽셀은 휘도를 보상하기 위해 데이터 전압을 높여 출력할 수 있다.
도 18은 표시 패널의 하부에 수광모듈이 배치된 상태를 보여주는 도면이다. 도 19는 복수 개의 수광소자를 통해 얼굴 이미지를 획득하는 과정을 보여주는 도면이다.
도 18을 참조하면, 수광모듈(70)은 표시패널의 하부에 배치되고 표시 패널(100)에 형성된 투광영역(TA)을 통해 입사되는 광 데이터를 수신할 수 있다. 수광모듈(70)과 표시 패널(100)의 사이에는 제2 렌즈(72a)가 배치되어 입사되는 광의 경로를 제어할 수 있다. 복수 개의 수광소자(71)는 회로기판(73) 상에 배치될 수 있으며, 제2 렌즈(72a)는 렌즈 기판(72) 상에 형성될 수 있다. 제2 렌즈(72a)와 렌즈 기판(72)은 일체로 형성될 수 있으나 반드시 이에 한정되는 것은 아니고 제2 렌즈(72a)를 별도로 제작한 후 렌즈 기판(72)에 부착할 수도 있다.
표시 패널(100)에는 광이 수광소자(71)에 입사되도록 개구 영역(H1)이 형성될 수 있다. 개구 영역(H1)은 복수 개의 픽셀 사이에 형성된 핀홀일 수도 있고 전술한 투광 영역일 수도 있다.
도 19를 참조하면, 복수 개의 수광소자(71)는 해당 위치에서 할당된 영역의 이미지를 획득할 수 있다. 표시장치의 호스트 시스템은 복수 개의 수광소자(71)에서 획득한 이미지를 합성하여 3차원 특징맵을 생성할 수 있다.
도 20은 수광소자의 위치에 따라 광축이 기울어진 상태를 보여주는 도면이다.
도 20을 참조하면, 복수 개의 수광소자(71)는 위치에 따라 초점이 조절될 수 있다. 기존 이미지 센서의 픽셀들을 분리하여 배치하게 되면 기존보다 넓은 영역의 이미지를 획득하게 되므로 각 위치마다 고유의 초점각도를 조절할 필요가 있다.
실시예에서는 수광소자(71)의 제2 렌즈(72a)를 시프트하는 방법을 통해 사용자의 얼굴 방향에 맞게 촬영 각도를 조절할 수 있다. 예시적으로 패널의 중심을 기준으로 좌측에 배치된 복수 개의 수광소자(71)는 광축(OA1)이 중앙(C1)을 향하도록 제2 렌즈(72a)를 수광소자(71)에 비해 오른쪽으로 시프트시켜 배치할 수 있다.
또한, 우측에 배치된 복수 개의 수광소자(71)는 광축(OA2)이 중앙(C1)을 향하도록 제2 렌즈(72a)를 수광소자(71)에 비해 왼쪽으로 시프트시켜 배치할 수 있다.
도시되지는 않았지만 표시 패널(100)의 하단에 배치된 수광소자(71)와 상단에 배치된 수광소자(71)는 각각 제2 렌즈(72a)를 시프트시켜 광축이 패널의 중앙을 향하도록 초점을 조절할 수 있다.
도 21은 복수 개의 센싱 영역마다 센싱 회로가 분할된 상태를 보여주는 도면이다. 도 22a와 도 22b는 복수 개의 분할된 이미지를 합성하는 과정을 보여주는 도면이다.
도 21을 참조하면, 수광모듈(70)은 복수 개의 센싱 영역(SA1, SA2, SA3, SA4)을 포함할 수 있고, 각각의 센싱 영역(SA1, SA2, SA3, SA4)에 배치된 복수 개의 수광소자(71)는 각각 센싱 회로(74)에 연결될 수 있다. 센싱 회로(74)는 연산 증폭기(75) 및 아날로그-디지털 변환기(76) 등 신호 수신에 필요한 다양한 회로소자들을 포함할 수 있다.
복수 개의 수광소자(71)가 분산 배치되어 이미지를 획득하는 경우, 복수 개의 수광소자(71)의 거리에 따라 신호 지연 및 노이즈 편차가 발생할 수 있다.
따라서, 실시예에 따르면 복수 개의 센싱 영역(SA1, SA2, SA3, SA4)으로 분할되고 각 센싱 영역(SA1, SA2, SA3, SA4)에는 각각 센싱 회로(74)가 배치되어 신호를 병렬적으로 수신하므로 신호 지연 및 노이즈 발생을 최소화할 수 있다. 복수 개의 센싱 회로(74)를 통해 전송된 신호는 이미지 합성부(77)로 전송되어 합성 이미지를 생성할 수 있다.
도 22a를 참조하면, 복수 개의 수광소자(71)가 분산 배치되어 복수 개의 이미지를 획득하는 경우 각각의 수광소자(71)의 화각이 중첩되므로 획득하는 이미지(IM1, IM2, IM3, IM4, IM5, IM6)에 중첩 부분이 발생할 수 있다. 따라서, 도 22b와 같이 이미지가 중첩되는 영역을 알고리즘을 통해 추출하고 중첩 부분을 제거하여 합성된 영상 이미지를 생성할 수 있다. 중첩된 영역을 추출하는 방법은 특별히 한정하지 않으며 다양한 영상 처리 기법이 제한 없이 이용될 수 있다.
또 다른 실시예로는 최초 사용자의 얼굴 영상 획득시 중첩 부분을 제거하지 않고 기준 이미지를 설정한 경우 중첩된 이미지 자체를 기준 이미지와 비교하여 사용자 일치 여부를 판단할 수도 있다. 즉, 사용자 동일 여부를 확인하기 위한 최초로 획득한 기준 이미지가 도 22a와 같이 중첩된 영역을 갖는 이미지로 설정된 경우 사용자 확인을 위해 검출한 이미지 역시 중첩 부분을 제거하지 않고도 기준 이미지와 비교할 수 있다. 이 경우 중첩 여부를 계산하는 연산 처리를 생략할 수 있으므로 처리 속도가 향상될 수 있다.
도 23은 본 발명의 제3 실시예에 따른 표시장치의 개념도이다. 도 24는 도 23의 제1 변형예이다. 도 25는 도 23의 제2 변형예이다.
도 23을 참조하면, 표시 패널(100)의 표시영역에는 발광모듈(60)의 복수 개의 발광소자(61)와 수광모듈(70)의 복수 개의 수광소자(71)가 픽셀들 사이에 분산 배치될 수 있다.
복수 개의 발광소자(61)와 수광소자(71)가 픽셀들 사이에 분산 배치되므로 풀 스크린 디스플레이(Full-screen display)가 가능하며, 발광모듈(60)과 수광모듈(70)이 배치되는 별도의 공간을 줄여 표시영역을 넓힐 수 있는 장점이 있다.
실시예에 따르면, 표시 패널(100)의 일부 영역(R1)에는 복수 개의 발광소자(61)가 배치되고, 표시 패널(100)의 나머지 영역(R2)에는 복수 개의 수광소자(71)가 배치될 수 있다. 이러한 구조에 의하면 복수 개의 수광소자(71)가 발광 영역을 둘러싸는 형태를 가질 수 있다. 그러나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니고 복수 개의 발광소자(61)와 복수 개의 수광소자(71)의 배치는 다양하게 변형될 수 있다.
도 24를 참조하면, 표시 패널(100)은 복수 개의 발광소자(61)가 배치되는 발광 영역(TXA1) 및 복수 개의 수광소자(71)가 배치되는 수광 영역(RXA1)을 포함할 수 있다.
발광 영역(TXA1)은 복수 개의 픽셀 및 복수 개의 발광소자(61)를 포함할 수 있다. 복수 개의 발광소자(61)는 복수 개의 픽셀들 사이에 배치될 수 있다. 복수 개의 픽셀들은 기존의 PPI를 그대로 유지한 상태에서 픽셀의 사이에 발광소자(61)가 배치될 수 있다. 또는 일부 픽셀이 생략되어 투광 영역을 마련하고 복수 개의 발광소자(61)가 투광 영역에 배치될 수도 있다. 발광소자(61)가 배치되는 구성은 전술한 구성이 모두 적용될 수 있다.
수광 영역(RXA1)은 복수 개의 픽셀 및 복수 개의 수광소자(71)를 포함할 수 있다. 복수 개의 수광소자(71)는 복수 개의 픽셀들 사이에 배치될 수 있다. 복수 개의 픽셀들은 기존의 PPI를 그대로 유지한 상태에서 픽셀의 사이에 수광소자(71)가 배치될 수 있다. 또는 일부 픽셀이 생략되어 투광 영역을 마련하고, 복수 개의 수광소자(71)가 투광 영역에 배치될 수도 있다.
도 25를 참조하면, 복수 개의 발광소자(61)와 수광소자(71)는 교대로 픽셀들 사이에 배치될 수도 있다. 이러한 구성에 의하면 복수 개의 발광소자에서 방출되는 광이 표시장치의 전면에서 출사될 수 있으며, 수광소자가 수신할 수 있는 면적이 증가할 수 있다. 복수 개의 발광소자(61)와 수광소자(71)는 교대로 픽셀들 사이에 배치되는 구성은 반드시 이에 한정되지 않으며 다양하게 변형될 수 있다.
도 26은 복수 개의 수광소자가 패널에 배치된 구조를 보여주는 도면이다. 도 27은 복수 개의 발광소자가 패널에 배치된 구조를 보여주는 도면이다.
도 26을 참조하면, 복수 개의 발광소자(61)는 표시 패널(100)의 하부에 배치될 수 있다. 복수 개의 발광소자(61)는 복수 개의 픽셀과 수직 방향으로 중첩되지 않도록 배치될 수 있다. 커버 글라스(20)에는 복수 개의 발광소자(61)와 중첩되는 영역에 회절패턴(21)이 형성될 수 있다.
복수 개의 발광소자(61)에서 출사된 광이 회절패턴(21)에 기록되어 있는 패턴 정보에 의해 도트 이미지(1차빔)가 형성되고 회절 되지 않은 성분(0차빔)은 그대로 출사될 수 있다.
실시예에 따르면, 복수 개의 발광소자(61)가 서로 이격되어 광을 출력하므로 발광소자(61)의 개수 및 출력을 조절하면 출사된 0차빔을 조명용 광원(Flood illuminator)으로 사용할 수 있다.
복수 개의 수광소자(71)는 픽셀들 사이에 배치될 수 있다. 따라서, 복수 개의 발광소자(61)가 배치되는 층과 복수 개의 수광소자(71)가 배치되는 층은 상이할 수 있다. 이러한 구성에 의하면 복수 개의 발광소자(61)의 위치가 복수 개의 수광소자(71)보다 낮은 위치에 배치될 수 있다. 복수 개의 발광소자(61)는 별도의 회로기판을 통해 연결함으로써 배선 구조가 복잡해지는 것을 방지할 수 있다.
그러나, 반드시 이에 한정하는 것은 아니고 복수 개의 수광소자(71) 역시 표시 패널(100)의 하부에 배치될 수도 있다. 이때, 복수 개의 발광소자(61)를 전기적으로 연결하는 제1 회로기판과 복수 개의 수광소자(71)를 전기적으로 연결하는 제2 회로기판이 배치될 수 있다. 또는 하나의 회로기판에 복수 개의 발광소자(61)와 복수 개의 수광소자(71)가 같이 배치될 수도 있다.
도 27을 참조하면, 복수 개의 픽셀은 회로부의 애노드 전극(AND)과 캐소드 전극(CAT) 사이에 배치되는 반면, 복수 개의 발광소자(61)는 캐소드 전극(CAT)의 상부에 배치되고 관통전극(612)을 통해 애노드 전극(AND)과 전기적으로 연결될 수 있다. 따라서, 복수 개의 발광소자(61)의 위치는 복수 개의 수광소자(71)보다 높게 배치될 수 있다. 이러한 구조는 발광소자가 플립칩 구조인 경우 적용될 수 있다.
복수 개의 발광소자(61)를 통해 출사된 광은 터치 패널(TOE)과 편광판(POL)을 통과하여 커버 글라스(20)의 회절패턴(21)에 의해 0차빔과 1차빔으로 분리될 수 있다.
회절패턴(21)과 발광소자(61) 사이에는 제1 렌즈(미도시)가 배치될 수 있다. 제1 렌즈는 발광소자(61)에서 출사되는 광을 집광하거나 평행광으로 변환할 수 있다. 또한, 수광소자(71)의 상부에는 제2 렌즈 또는 핀홀(pin hole)이 배치될 수 있다.
도 28은 본 발명의 실시예에 따른 표시 패널과 표시 패널 구동부를 보여주는 블록도이다. 도 29는 드라이브 IC 구성을 개략적으로 보여주는 블록도이다.
도 28 및 도 29를 참조하면, 표시장치는 화면 상에 픽셀 어레이가 배치된 표시 패널(100)과, 표시 패널 구동부 등을 포함할 수 있다.
표시 패널(100)의 픽셀 어레이는 데이터 라인들(DL), 데이터 라인들(DL)과 교차되는 게이트 라인들(GL), 및 데이터 라인들(DL)과 게이트 라인들(GL)에 의해 정의된 매트릭스 형태로 배열된 픽셀들(P)을 포함할 수 있다.
표시 패널(100)에서 입력 영상이 재현되는 화면은 제1 표시영역(DA) 및 제2 표시영역(CA)을 포함할 수 있다. 제2 표시영역(CA)은 전술한 바와 같이 복수 개의 센서가 배치된 영역일 수 있다. 또한, 센서의 종류에 따라 제1 표시영역(DA) 또는 제2 표시영역(CA)에 복수 개의 발광소자(61) 또는 수광소자(71)가 배치될 수 있다.
제1 표시영역(DA)과 제2 표시영역(CA) 각각의 서브 픽셀들은 픽셀 회로를 포함할 수 있다. 픽셀 회로는 발광소자(OLED)에 전류를 공급하는 구동 소자, 구동 소자의 문턱 전압을 샘플링하고 픽셀 회로의 전류 패스(current path)를 스위칭하는 복수의 스위치 소자, 구동 소자의 게이트 전압을 유지하는 커패시터 등을 포함할 수 있다. 픽셀 회로는 발광소자의 아래에 배치될 수 있다.
제2 표시영역(CA)은 픽셀 그룹들 사이에 배치된 투광영역(TA)과, 제2 표시영역(CA) 아래에 배치된 복수 개의 센서를 포함할 수 있다. 카메라 모듈(400)은 촬상 모드에서 제2 표시영역(CA)을 통해 입사되는 빛을 이미지 센서를 이용하여 광전변환하고, 이미지 센서로부터 출력된 이미지의 픽셀 데이터를 디지털 데이터로 변환하여 촬상된 이미지 데이터를 출력할 수 있다.
표시 패널 구동부는 입력 영상의 픽셀 데이터를 픽셀들(P)에 기입할 수 있다. 픽셀들(P)은 다수의 서브 픽셀들을 포함한 픽셀 그룹으로 해석될 수 있다.
표시 패널 구동부는 픽셀 데이터의 데이터 전압을 데이터 라인들(DL)에 공급하는 데이터 구동부(306)와, 게이트 펄스를 게이트 라인들(GL)에 순차적으로 공급하는 게이트 구동부(120)를 포함할 수 있다. 데이터 구동부(306)는 드라이브 IC(300)에 집적될 수 있다. 표시 패널 구동부는 도면에서 생략된 터치센서 구동부를 더 포함할 수 있다.
드라이브 IC(300)는 표시 패널(100) 상에 접착될 수 있다. 드라이브 IC(300)는 호스트 시스템(200)으로부터 입력 영상의 픽셀 데이터와 타이밍 신호를 입력 받아 픽셀들에 픽셀 데이터의 데이터 전압을 공급하고, 데이터 구동부(306)와 게이트 구동부(120)를 동기시킨다.
드라이브 IC(300)는 데이터 출력 채널들을 통해 데이터 라인들(DL)에 연결되어 데이터 라인들(DL)에 픽셀 데이터의 데이터 전압을 공급할 수 있다. 드라이브 IC(300)는 게이트 타이밍 신호 출력 채널들을 통해 게이트 구동부(120)를 제어하기 위한 게이트 타이밍 신호를 출력할 수 있다.
타이밍 콘트롤러(303)로부터 발생된 게이트 타이밍 신호는 스타트 펄스(Gate start pulse, VST), 시프트 클럭(Gate shift clock, CLK) 등을 포함할 수 있다. 스타트 펄스(VST)와 시프트 클럭(CLK)은 게이트 온 전압(VGL)과 게이트 오프 전압(VGH) 사이에서 스윙(swing)할 수 있다.
레벨 시프터(307)로부터 출력된 게이트 타이밍 신호(VST, CLK)는 게이트 구동부(120)에 인가되어 게이트 구동부(120)의 시프트 동작을 제어할 수 있다.
게이트 구동부(120)는 픽셀 어레이와 함께 표시 패널(100)의 회로층에 형성되는 시프트 레지스터(shift register)를 포함할 수 있다. 게이트 구동부(120)의 시프트 레지스터는 타이밍 콘트롤러의 제어 하에 게이트 신호를 게이트 라인들(GL)에 순차적으로 공급할 수 있다. 게이트 신호는 스캔 펄스와, 발광 신호의 EM 펄스를 포함할 수 있다.
시프트 레지스터는 스캔 펄스를 출력하는 스캔 구동부와, EM 펄스를 출력하는 EM 구동부를 포함할 수 있다. 도 29에서 GVST와 GCLK은 스캔 구동부에 입력되는 게이트 타이밍 신호이다. EVST와 ECLK은 EM 구동부에 입력되는 게이트 타이밍 신호이다.
드라이브 IC(300)는 호스트 시스템(200), 제1 메모리(301), 및 표시 패널(100)에 연결될 수 있다. 드라이브 IC(300)는 데이터 수신 및 연산부(308), 타이밍 콘트롤러(303), 데이터 구동부(306), 감마 보상전압 발생부(305), 전원부(304), 제2 메모리(302) 등을 포함할 수 있다.
데이터 수신 및 연산부(308)는 호스트 시스템(200)으로부터 디지털 신호로 입력된 픽셀 데이터를 수신하는 수신부와, 수신부를 통해 입력된 픽셀 데이터를 처리하여 화질을 향상시키는 데이터 연산부를 포함할 수 있다.
데이터 연산부는 압축된 픽셀 데이터를 디코딩(Decoding)하여 복원하는 데이터 복원부와, 미리 설정된 광학 보상값을 픽셀 데이터에 더하는 광학 보상부 등을 포함할 수 있다. 광학 보상값은 제조 공정에서 촬영된 카메라 영상을 바탕으로 측정된 화면의 휘도를 바탕으로 픽셀 데이터 각각의 휘도를 보정하기 위한 값으로 설정될 수 있다.
타이밍 콘트롤러(303)는 호스트 시스템(200)으로부터 수신되는 입력 영상의 픽셀 데이터를 데이터 구동부(306)에 제공할 수 있다. 타이밍 콘트롤러(303)는 게이트 구동부(120)를 제어하기 위한 게이트 타이밍 신호와, 데이터 구동부(306)를 제어하기 위한 소스 타이밍 신호를 발생하여 게이트 구동부(120)와 데이터 구동부(306)의 동작 타이밍을 제어할 수 있다.
데이터 구동부(306)는 디지털-아날로그 변환기(Digital to Analog converter, DAC)를 통해 타이밍 콘트롤러(303)로부터 수신된 픽셀 데이터를 포함한 디지털 데이터를 감마 보상전압으로 변환하여 데이터 전압을 출력할 수 있다. 데이터 구동부(306)로부터 출력된 데이터 전압은 드라이브 IC(300)의 데이터 채널에 연결된 출력 버퍼를 통해 픽셀 어레이의 데이터 라인들(DL)에 공급될 수 있다.
감마 보상전압 발생부(305)는 전원부(304)로부터의 감마 기준 전압을 분압 회로를 통해 분압하여 계조별 감마 보상전압을 발생할 수 있다. 감마 보상전압은 픽셀 데이터의 계조별로 전압이 설정된 아날로그 전압이다. 감마 보상전압 발생부(305)로부터 출력된 감마 보상전압은 데이터 구동부(306)에 제공될 수 있다.
전원부(304)는 직류-직류 변환기(DC-DC Converter)를 이용하여 표시 패널(100)의 픽셀 어레이, 게이트 구동부(120), 및 드라이브 IC(300)의 구동에 필요한 전원을 발생할 수 있다. 직류-직류 변환기는 차지 펌프(Charge pump), 레귤레이터(Regulator), 벅 변환기(Buck Converter), 부스트 변환기(Boost Converter) 등을 포함할 수 있다.
전원부(304)는 호스트 시스템(200)으로부터의 직류 입력 전압을 조정하여 감마 기준 전압, 게이트 온 전압(VGL). 게이트 오프 전압(VGH), 픽셀 구동전압(VDD), 저전위 전원 전압(VSS), 초기화 전압(Vini) 등의 직류 전원을 발생할 수 있다.
감마 기준 전압은 감마 보상전압 발생부(305)에 공급될 수 있다. 게이트 온 전압(VGL)과 게이트 오프 전압(VGH)은 레벨 시프터(307)와 게이트 구동부(120)에 공급될 수 있다. 픽셀 구동전압(VDD), 저전위 전원 전압(VSS), 초기화 전압(Vini) 등의 픽셀 전원은 픽셀들(P)에 공통으로 공급될 수 있다.
초기화 전압(Vini)은 픽셀 구동전압(VDD)보다 낮고 발광소자(OLED)의 문턱 전압 보다 낮은 직류 전압으로 설정되어 픽셀 회로들의 주요 노드들을 초기화하고, 발광소자(OLED)의 발광을 억제할 수 있다.
제2 메모리(302)는 드라이브 IC(300)에 전원이 입력될 때 제1 메모리(301)로부터 수신된 보상값, 레지스터 설정 데이터 등을 저장할 수 있다.
보상값은 화질 향상을 한 다양한 알고리즘에 적용될 수 있다. 보상값은 광학 보상값을 포함할 수 있다. 레지스터 설정 데이터는 데이터 구동부(306), 타이밍 콘트롤러(303), 감마 보상전압 발생부(305) 등의 동작을 정의할 수 있다. 제1 메모리(301)는 플래시 메모리(Flash memory)를 포함할 수 있다. 제2 메모리(302)는 SRAM(Static RAM)을 포함할 수 있다.
호스트 시스템(200)은 AP(Application Processor)로 구현될 수 있다. 호스트 시스템(200)은 MIPI(Mobile Industry Processor Interface)를 통해 드라이브 IC(300)에 입력 영상의 픽셀 데이터를 전송할 수 있다. 호스트 시스템(200)은 가요성 인쇄 회로 예를 들면, FPC(Flexible Printed Circuit)를 통해 드라이브 IC(300)에 연결될 수 있다.
한편, 표시 패널은 플렉시블 디스플레이에 적용 가능한 플렉시블 패널로 구현될 수 있다. 플렉시블 디스플레이는 플렉시블 패널을 감거나 접고 구부리는 방법으로 화면의 크기가 가변될 수 있고 다양한 디자인으로 쉽게 제작될 수 있다.
플렉시블 디스플레이는 롤러블 디스플레이(rollable display), 폴더블 디스플레이(foldable display), 벤더블(bendable) 디스플레이, 슬라이더블 디스플레이(slidable display) 등으로 구현될 수 있다.
플렉시블 패널은 소위 “플라스틱 OLED 패널”로 제작될 수 있다. 플라스틱 OLED 패널은 백 플레이트(Back plate)와, 그 백 플레이트 상에 접착된 유기 박막 필름 상에 픽셀 어레이를 포함할 수 있다. 픽셀 어레이 위에 터치 센서 어레이가 형성될 수 있다.
백 플레이트는 PET(Polyethylene terephthalate) 기판일 수 있다. 유기 박막 필름 상에 픽셀 어레이와 터치 센서 어레이가 형성될 수 있다. 백 플레이트는 픽셀 어레이가 습도에 노출되지 않도록 유기 박막 필름을 향하는 투습을 차단할 수 있다.
유기 박막 필름은 PI(Polyimide) 기판일 수 있다. 유기 박막 필름 상에 도시하지 않은 절연 물질로 다층의 버퍼막이 형성될 수 있다. 유기 박막 필름 상에 회로층(12)과 소자층(14)이 적층될 수 있다.
본 발명의 표시장치에서 회로층(12)에 배치된 픽셀 회로와 게이트 구동부 등은 복수의 트랜지스터들을 포함할 수 있다. 트랜지스터들은 산화물 반도체를 포함한 Oxide TFT(Thin Film Transistor), 저온 폴리 실리콘(Low Temperature Poly Silicon, LTPS)을 포함한 LTPS TFT 등으로 구현될 수 있다. 트랜지스터들 각각은 p 채널 TFT 또는 n 채널 TFT로 구현될 수 있다. 실시예에서 픽셀 회로의 트랜지스터들이 p 채널 TFT로 구현된 예를 중심으로 설명되지만 본 발명은 이에 한정되지 않는다.
트랜지스터는 게이트(gate), 소스(source) 및 드레인(drain)을 포함한 3 전극 소자이다. 소스는 캐리어(carrier)를 트랜지스터에 공급하는 전극이다. 트랜지스터 내에서 캐리어는 소스로부터 흐르기 시작할 수 있다. 드레인은 트랜지스터에서 캐리어가 외부로 나가는 전극이다.
트랜지스터에서 캐리어의 흐름은 소스로부터 드레인으로 흐른다. n 채널 트랜지스터의 경우, 캐리어가 전자(electron)이기 때문에 소스로부터 드레인으로 전자가 흐를 수 있도록 소스 전압이 드레인 전압보다 낮은 전압을 가진다. n 채널 트랜지스터에서 전류의 방향은 드레인으로부터 소스 쪽으로 흐른다.
p 채널 트랜지스터(PMOS)의 경우, 캐리어가 정공(hole)이기 때문에 소스로부터 드레인으로 정공이 흐를 수 있도록 소스 전압이 드레인 전압보다 높다. p 채널 트랜지스터에서 정공이 소스로부터 드레인 쪽으로 흐르기 때문에 전류가 소스로부터 드레인 쪽으로 흐른다. 트랜지스터의 소스와 드레인은 고정된 것이 아니라는 것에 주의하여야 한다. 예컨대, 소스와 드레인은 인가 전압에 따라 변경될 수 있다. 따라서, 트랜지스터의 소스와 드레인으로 인하여 발명이 제한되지 않는다. 이하의 설명에서 트랜지스터의 소스와 드레인을 제1 및 제2 전극으로 칭하기로 한다.
게이트 펄스는 게이트 온 전압(Gate On Voltage)과 게이트 오프 전압(Gate Off Voltage) 사이에서 스윙(swing)할 수 있다. 게이트 온 전압은 트랜지스터의 문턱 전압 보다 높은 전압으로 설정되며, 게이트 오프 전압은 트랜지스터의 문턱 전압 보다 낮은 전압으로 설정될 수 있다.
트랜지스터는 게이트 온 전압에 응답하여 턴온(turn-on)되는 반면, 게이트 오프 전압에 응답하여 턴오프(turn-off)될 수 있다. n 채널 트랜지스터의 경우에, 게이트 온 전압은 게이트 하이 전압(Gate High Voltage, VGH)이고, 게이트 오프 전압은 게이트 로우 전압(Gate Low Voltage, VGL)일 수 있다. p 채널 트랜지스터의 경우에, 게이트 온 전압은 게이트 로우 전압(VGL)이고, 게이트 오프 전압은 게이트 하이 전압(VGH)일 수 있다.
픽셀 회로의 구동 소자는 트랜지스터로 구현될 수 있다. 구동 소자는 모든 픽셀들 간에 그 전기적 특성이 균일하여야 하지만 공정 편차와 소자 특성 편차로 인하여 픽셀들 간에 차이가 있을 수 있고 디스플레이 구동 시간의 경과에 따라 변할 수 있다.
이러한 구동 소자의 전기적 특성 편차를 보상하기 위해, 표시장치는 내부 보상 회로와 외부 보상 회로를 포함할 수 있다. 내부 보상 회로는 서브 픽셀들 각각에서 픽셀 회로에 추가되어 구동 소자의 전기적 특성에 따라 변하는 구동 소자의 문턱 전압(Vth) 및/또는 이동도(μ)를 샘플링하고 그 변화를 실시간 보상할 수 있다.
외부 보상 회로는 서브 픽셀들 각각에 연결된 센싱 라인을 통해 센싱된 구동 소자의 문턱 전압 및/또는 이동도를 외부의 보상부로 전송할 수 있다. 외부 보상 회로의 보상부는 센싱 결과를 반영하여 입력 영상의 픽셀 데이터를 변조함으로써 구동 소자의 전기적 특성 변화를 보상할 수 있다.
외부 보상 구동 소자의 전기적 특성에 따라 변하는 픽셀의 전압을 센싱하고, 센싱된 전압을 바탕으로 외부 회로에서 입력 영상의 데이터를 변조함으로써 픽셀들 간 구동 소자의 전기적 특성 편차를 보상할 수 있다.
도 30은 본 발명의 일 실시예에 따른 표시 패널에서 픽셀 영역의 단면 구조를 상세히 보여주는 단면도이다. 도 31은 본 발명의 일 실시예에 따른 픽셀 영역 및 투광영역의 단면 구조이다. 도 32는 도 31의 제1 변형예이다. 도 33은도 31의 제2 변형예이다.
도 30에서 TFT는 픽셀 회로의 구동 소자(DT)를 나타낸다.
도 30을 참조하면, 픽셀 영역(PIX)에서 회로층, 소자층 등이 기판(PI1, PI2) 상에 적층될 수 있다. 기판(PI1, PI2)은 제1 PI 기판(PI1) 및 제2 PI 기판(PI2)을 포함할 수 있다. 제1 PI 기판(PI1)과 제2 PI 기판(PI2) 사이에 무기막(IPD)이 형성될 수 있다. 무기막(IPD)은 수분 침투를 차단할 수 있다.
제1 버퍼층(BUF1)은 제2 PI 기판(PI2) 상에 형성될 수 있다. 제1 버퍼층(BUF1) 상에 제1 금속층이 형성될 수 있고, 제1 금속층 상에 제2 버퍼층(BUF2)이 형성될 수 있다.
제1 금속층은 포토리소그래피(Photolithography) 공정에서 패터닝될 수 있다. 제1 금속층은 광쉴드 패턴(light shield pattern, BSM)을 포함할 수 있다. 광쉴드 패턴(BSM)은 TFT의 액티브층에 빛이 조사되지 않도록 외부 광을 차단하여 픽셀 영역에 형성된 TFT의 광전류(photo current)를 방지할 수 있다.
광쉴드 패턴(BSM)은 제2 표시영역(CA)에서 제거되어야 할 금속층(예: 캐소드 전극)에 비하여 레이저 어블레이션 공정에서 이용되는 레이저 파장의 흡수 계수가 낮은 금속으로 형성되면, 광쉴드 패턴(BSM)은 레이저 어블레이션 공정에서 레이저 빔(LB)을 차단하는 광쉴드 층(LS)의 역할을 겸할 수 있다.
제1 및 제2 버퍼층(BUF1, BUF2) 각각은 무기 절연재료로 형성되고, 하나 이상의 절연층으로 이루어질 수 있다.
액티브층(ACT)은 제2 버퍼층(BUF2) 상에 증착되는 반도체 물질로 형성되고 포토-리소그래피 공정에 의해 패터닝될 수 있다. 액티브층(ACT)은 픽셀 회로의 TFT들과 게이트 구동부의 TFT 각각의 액티브 패턴을 포함할 수 있다. 액티브층(ACT)은 이온 도핑에 의해 일 부분이 금속화될 수 있다. 금속화된 부분은 픽셀 회로의 일부 노드에서 금속층들을 연결하는 점퍼 패턴(jumper pattern)으로 이용되어 픽셀 회로의 구성 요소들을 연결할 수 있다.
게이트 절연층(GI)은 액티브층(ACT)을 덮도록 제2 버퍼층(BUF2) 상에 형성될 수 있다. 게이트 절연층(GI)은 무기 절연재료로 이루어질 수 있다.
제2 금속층은 제2 게이트 절연층(GI) 상에 형성될 수 있다. 제2 금속층은 포토-리소그래피 공정에 의해 패터닝될 수 있다. 제2 금속층은 게이트 라인 및 게이트 전극 패턴(GATE), 스토리지 커패시터(Cst1)의 하부 전극, 제1 금속층과 제3 금속층의 패턴을 연결하는 점퍼 패턴 등을 포함할 수 있다.
제1 층간 절연층(ILD1)은 제2 금속층을 덮도록 게이트 절연층(GI) 상에 형성될 수 있다. 제1 층간 절연층(ILD2) 상에 제3 금속층이 형성되고, 제2 층간 절연층(ILD2)이 제3 금속층을 덮을 수 있다. 제3 금속층은 포토-리소그래피 공정에 의해 패터닝될 수 있다. 제3 금속층은 스토리지 커패시터(Cst1)의 상부 전극과 같은 금속 패턴들(TM)을 포함할 수 있다. 제1 및 제2 층간 절연층들(ILD1, ILD2)은 무기 절연재료를 포함할 수 있다.
제2 층간 절연층(ILD2) 상에 제4 금속층이 형성되고, 그 위에 무기 절연층(PAS1)과 제1 평탄화층(PLN1)이 적층될 수 있다. 제5 금속층이 제1 평탄화층(PLN1) 상에 형성될 수 있다.
제4 금속층의 일부 패턴은 제1 평탄화층(PLN1)과 무기 절연층(PAS1)을 관통하는 콘택홀(Contact hole)을 통해 제3 금속층에 연결될 수 있다. 제1 및 제2 평탄화층(PLN1, PLN2)은 표면을 평탄하게 하는 유기 절연재료로 이루어질 수 있다.
제4 금속층은 제2 층간 절연층(ILD2)을 관통하는 콘택홀을 통해 TFT의 액티브 패턴에 연결되는 TFT의 제1 및 제2 전극을 포함할 수 있다. 데이터 라인(DL)과, 전원 배선들은 제4 금속층의 패턴(SD1) 또는 제5 금속층의 패턴(SD2)으로 구현될 수 있다.
발광소자(OLED)의 제1 전극층인 애노드 전극(AND)은 제2 평탄화층(PLN2) 상에 형성될 수 있다. 애노드 전극(AND)은 제2 평탄화층(PLN2)을 관통하는 콘택홀을 통해 스위치 소자 또는 구동 소자로 이용되는 TFT의 전극에 연결될 수 있다. 애노드 전극(AND)은 투명 또는 반투명 전극 물질로 이루어질 수 있다.
픽셀 정의막(BNK)은 발광소자(OLED)의 애노드 전극(AND)을 덮을 수 있다. 픽셀 정의막(BNK)은 픽셀들 각각에서 외부로 빛이 통과되는 발광 영역(또는 개구 영역)을 정의하는 패턴으로 형성될 수 있다. 픽셀 정의막(BNK) 상에 스페이서(SPC)가 형성될 수 있다. 픽셀 정의막(BNK)과 스페이서(SPC)는 동일한 유기 절연 재료로 일체화될 수 있다. 스페이서(SPC)는 유기 화합물(EL)의 증착 공정에서 FMM(Fine Metal Mask)이 애노드 전극(AND)과 접촉되지 않도록 FMM과 애노드 전극(AND) 사이의 갭(gap)을 확보할 수 있다.
픽셀 정의막(BNK)에 의해 정의된 픽셀들 각각의 발광 영역에 유기 화합물(EL)이 형성될 수 있다. 발광소자(OLED)의 제2 전극층인 캐소드 전극(CAT)은 픽셀 정의막(BNK), 스페이서(SPC), 및 유기 화합물(EL)을 덮도록 표시 패널(100)의 전면에 형성될 수 있다. 캐소드 전극(CAT)은 그 하부의 금속층들 중 어느 하나로 형성된 VSS 라인(PL3)에 연결될 수 있다. 캡핑층(CPL)은 캐소드 전극(CAT)을 덮을 수 있다. 캡핑층(CPL)은 무기 절연재료로 형성되어 공기(air)와 캡핑층(CPL) 상에 도포되는 유기 절연재료의 아웃 개싱(out gassing)의 침투를 차단하여 캐소드 전극(CAT)을 보호할 수 있다. 무기 절연층(PAS2)이 캡핑층(CPL)을 덮고, 무기 절연층(PAS2) 상에 평탄화층(PCL)이 형성될 수 있다. 평탄화층(PCL)은 유기 절연 재료를 포함할 수 있다. 봉지층의 무기 절연층(PAS3)이 평탄화층(PCL) 상에 형성될 수 있다.
편광판(18)은 무기 절연층(PAS3) 상에 배치되어 표시장치의 야외 시인성을 개선할 수 있다. 편광판(18)은 표시 패널(100)의 표면으로부터 반사되는 빛을 줄이고, 회로층(12)의 금속으로부터 반사되는 빛을 차단하여 픽셀들의 밝기를 향상시킬 수 있다.
도 31을 참조하면, 투광영역(TA)에서 편광판(18)은 제1 투광 패턴(18d)이 형성될 수 있다. 제1 투광 패턴(18d)은 레이저에 의해 편광자(18b)가 변색되어 형성될 수도 있고, 편광자(18b)가 일부 제거되어 형성될 수도 있다.
투광영역(TA)에서 캐소드 전극(CAT)은 개구부(H1)가 형성될 수 있다. 이러한 개구부(H1)는 픽셀 정의막(BNK) 상에 캐소드 전극(CAT)을 형성한 후 캐소드 전극(CAT)과 픽셀 정의막(BNK)을 한번에 식각하여 형성할 수 있다. 따라서, 픽셀 정의막(BNK)은 제1 홈(RC1)이 형성되고 제1 홈(RC1) 상에는 캐소드 전극(CAT)의 개구부(H1)가 형성될 수 있다. 그러나 반드시 이에 한정되는 것은 아니고 투광영역(TA)에는 픽셀 정의막이 형성되지 않고 캐소드 전극(CAT)은 제2 평탄화층(PLN2) 상에 배치될 수도 있다.
투광영역(TA)에서 편광판(18)은 제1 투광 패턴(18d)이 형성되고 캐소드 전극은 개구부(H1)가 형성되므로 광 투과율이 향상될 수 있다. 따라서, 복수 개의 발광소자(61)에서 출사된 광은 외부로 유효하게 출사되어 도트 이미지를 구현할 수 있다. 또한, 도 32와 같이 투광영역(TA) 상에 복수 개의 수광소자(71)가 배치된 경우 복수 개의 수광소자(71)에 반사광이 충분히 유입되어 3차원 특징맵을 생성하기 충분한 광 데이터를 획득할 수 있다. 도 33을 참조하면, 투광영역(TA) 상에 복수 개의 발광소자(61)와 복수 개의 수광소자(71)가 배치된 경우 발광소자(61)에서 출사된 광은 외부로 유효하게 출사되어 도트 이미지를 구현할 수 있으며, 복수 개의 수광소자(71)에 반사광이 충분히 유입되어 3차원 특징맵을 생성하기 충분한 광 데이터를 획득할 수 있다.

Claims (19)

  1. 복수 개의 픽셀을 포함하는 표시 패널;
    광을 조사하는 복수 개의 발광소자를 포함하는 발광모듈; 및
    반사광을 수신하는 수광모듈을 포함하고,
    상기 복수 개의 발광소자는 상기 복수 개의 픽셀 사이에 분산 배치되는 표시 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 표시 패널의 상부에 배치되는 커버 글라스를 포함하고,
    상기 커버 글라스는 상기 복수 개의 발광소자와 수직 방향으로 중첩되는 복수 개의 회절패턴을 포함하는 표시 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 복수 개의 발광소자와 상기 복수 개의 회절패턴 사이에 배치되는 복수 개의 제1 렌즈를 포함하는 표시 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 복수 개의 발광소자는 상기 표시 패널의 하부에 배치되는 표시 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 복수 개의 발광소자는 수직 공동 표면 방출 레이저를 포함하는 표시 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 복수 개의 픽셀이 배치되는 픽셀 영역은,
    기판 상에 배치된 회로층;
    상기 회로층 상에 배치되는 제1 전극층;
    상기 제1 전극층 상에 배치되는 소자층; 및
    상기 소자층 상에 배치되는 제2 전극층을 포함하는 표시 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 복수 개의 발광소자는 상기 제2 전극층 상에 배치되는 표시 장치.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 복수 개의 발광소자는 상기 제1 전극층과 상기 제2 전극층 사이에 배치되는 표시 장치.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 표시 패널은,
    복수 개의 제1 픽셀이 배치되는 제1 표시영역; 및
    복수 개의 제2 픽셀이 배치되는 픽셀 영역 및 상기 복수 개의 제2 픽셀 사이에 배치되는 복수 개의 투광 영역을 포함하는 제2 표시영역을 포함하고,
    상기 복수 개의 발광소자는 상기 제2 표시영역에 배치되는 표시 장치.
  10. 제2항에 있어서,
    상기 복수 개의 발광소자에서 방출된 광은 상기 회절패턴을 통과하여 0차빔과 1차빔으로 분리되고,
    상기 복수 개의 수광소자는 상기 1차빔을 수신하는 표시 장치.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 0차빔과 상기 1차빔의 회절 비율은 1:2 내지 1:7인 표시 장치.
  12. 복수 개의 픽셀을 포함하는 표시 패널;
    광을 조사하는 발광모듈; 및
    반사광을 수신하는 복수 개의 수광소자를 포함하는 수광모듈을 포함하고,
    상기 복수 개의 수광소자는 상기 복수 개의 픽셀 사이에 분산 배치되는 표시 장치.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 복수 개의 수광소자는 상기 표시 패널의 하부에 배치되고,
    상기 표시 패널은 상기 복수 개의 수광소자와 배치되는 영역에 투광 영역이 형성되는 표시 장치.
  14. 제12항에 있어서,
    상기 표시 패널과 복수 개의 수광소자 사이에 배치되는 제2 렌즈를 포함하는 표시 장치.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 수광소자와 상기 제2 렌즈의 중심을 연결한 광축은 수직 방향으로 기준으로 기울어진 표시 장치.
  16. 제14항에 있어서,
    상기 수광소자와 상기 제2 렌즈의 중심을 연결한 광축은 상기 표시 패널의 중심을 향해 기울어진 표시 장치.
  17. 제12항에 있어서,
    상기 복수 개의 수광소자는 복수 개의 센싱그룹으로 분할되고,
    상기 복수 개의 센싱그룹과 각각 연결되는 복수 개의 센싱 회로를 포함하는 표시 장치.
  18. 복수 개의 픽셀을 포함하는 표시 패널;
    광을 조사하는 복수 개의 발광소자를 포함하는 발광모듈; 및
    반사광을 수신하는 복수 개의 수광소자를 포함하는 수광모듈을 포함하고,
    상기 복수 개의 발광소자는 상기 복수 개의 픽셀 사이에 분산 배치되고,
    상기 복수 개의 수광소자는 상기 복수 개의 픽셀 사이에 분산 배치되는 표시 장치.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 복수 개의 발광소자가 배치되는 층과 상기 복수 개의 수광소자가 배치되는 층은 상이한 표시 장치.
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