WO2023090757A1 - 표시 장치 - Google Patents

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WO2023090757A1
WO2023090757A1 PCT/KR2022/017621 KR2022017621W WO2023090757A1 WO 2023090757 A1 WO2023090757 A1 WO 2023090757A1 KR 2022017621 W KR2022017621 W KR 2022017621W WO 2023090757 A1 WO2023090757 A1 WO 2023090757A1
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period
voltage
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이현대
김일남
문승현
양동욱
조강빈
차고은
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삼성디스플레이 주식회사
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    • G09G2340/0435—Change or adaptation of the frame rate of the video stream
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    • G09G2360/00—Aspects of the architecture of display systems
    • G09G2360/14—Detecting light within display terminals, e.g. using a single or a plurality of photosensors

Definitions

  • the present invention relates to a display device.
  • the display device may be a flat panel display device such as a liquid crystal display device, a field emission display device, an organic light emitting display device, and the like.
  • a method of utilizing a fingerprint which is one of biometric information, has been proposed in a display device to provide a function of protecting personal information or unlocking a display screen, and a demand for a display device having a fingerprint recognition function is increasing.
  • research and development on technologies for integrating sensors for touch recognition or fingerprint recognition in a display device are being conducted.
  • An object to be solved by the present invention is to improve fingerprint recognition of a display device having an optical sensor performing a fingerprint sensing function.
  • a display device for solving the above problems includes scan lines, sensing lines, pixels electrically connected to the scan lines, and electrically connected to the scan lines and the sensing lines, respectively.
  • a display panel including optical sensors that are configured to be controlled, a scan driver outputting scan signals to the scan lines according to a scan control signal, a timing controller outputting the scan control signal to the scan driver, and the optical sensor from the sensing lines.
  • the timing controller controls a frame frequency of the scan control signal to a first frame frequency in a first mode in which the display panel displays an image
  • the timing controller A frame frequency of the scan control signal is controlled to a second frame frequency in a second mode in which the fingerprint is sensed by the optical sensor.
  • the first frame frequency may be greater than the second frame frequency.
  • the scan lines include a first scan line providing an n (n is a positive integer) th scan signal to the pixel and the light sensor, and a second scan line providing an n+1 th scan signal to the pixel.
  • a first horizontal period between the n-th scan signal and the n+1-th scan signal is a second horizontal period between the n-th scan signal and the n+1-th scan signal in the second mode. period may be shorter than
  • the second mode may include a reset period in which an optical sensor is reset by a reset signal, a light exposure period in which external light is exposed to the optical sensor, and a fingerprint reading period in which a fingerprint is read by the read-out circuit.
  • the display device controls the frame frequency of the scan control signal to be the first frame frequency in the reset period and the light exposure period, and controls the frame frequency of the scan control signal to be the second frame frequency in the fingerprint reading period.
  • the display device may further include a reset driver configured to output the reset signal for turning on a reset transistor of the optical sensor when a user's touch for fingerprint detection is detected.
  • a reset driver configured to output the reset signal for turning on a reset transistor of the optical sensor when a user's touch for fingerprint detection is detected.
  • the lead-out circuit outputs a first switch signal and a second switch signal, and the first switch signal, one scan signal among the scan signals, and the second switch signal are sequentially turned on to turn on the first switch signal.
  • a noise voltage may be stored according to a signal, and a detection signal voltage may be stored according to the second switch signal.
  • Driving frequencies of the first switch signal and the second switch signal of the read-out circuit may be the same as the driving frequency of the scan signal in the second mode.
  • the display device further includes a processor receiving fingerprint detection data from the read-out circuit, and when the user's touch is not sensed, the processor applies a first mode control signal according to the first frame frequency, and the user's touch When is detected, a second mode control signal according to the second frame frequency may be applied.
  • the first mode control signal includes a first vertical sync signal and a first horizontal sync signal according to the first frame frequency
  • the second mode control signal includes a second vertical sync signal and a first horizontal sync signal according to the second frame frequency. 2 horizontal synchronization signals may be included.
  • the timing control unit further includes a timing modulator receiving control signals according to the first frame frequency from a processor, and when a user's touch is detected, the timing modulator converts the control signals into control signals according to the second frame frequency.
  • the timing controller further includes a frame memory for receiving and storing an image signal according to the first frame frequency from the processor, the frame memory providing the image signal to the timing modulator, and the timing modulator for the user's When a touch is detected, the image signal may be modulated into an image signal according to the second frame frequency.
  • a display device for solving the above problems is a display panel including a pixel and an optical sensor, first scan lines providing a first scan signal to the pixel and the optical sensor, and a second scan signal to the pixel.
  • second scan lines providing signals, a scan driver configured to output first scan signals to the first scan lines and output second scan signals to the second scan lines, and a timing controller configured to control the scan driver; and a lead-out circuit receiving a light detection signal from the light sensor through a sensing line, wherein a pulse interval between the first scan signal and the second scan signal in a first mode in which a display panel displays an image is A pulse interval between the first scan signal and the second scan signal has a horizontal period of 1 and in the second mode of detecting a fingerprint by the optical sensor has a second horizontal period.
  • the first horizontal period may be shorter than the second horizontal period.
  • the display panel may be controlled with a first frame frequency in the first mode, and the display panel may be controlled with a second frame frequency in the second mode.
  • the optical sensor includes a photoelectric conversion element including an anode electrode and a cathode electrode connected to a voltage line, a first sensing transistor including a gate electrode connected to the anode electrode of the photoelectric conversion element, and a reset voltage line and a reset voltage line according to a reset signal.
  • a reset transistor connecting the anode electrode of the photoelectric conversion element and a second sensing transistor connecting the first sensing transistor and the sensing line according to the first scan signal.
  • the lead-out circuit may include an amplification unit connected to the sensing line and including a first operational amplifier, a first sampling capacitor storing a noise voltage according to a first switch signal, and a second sampling capacitor storing a sensing signal voltage according to a second switch signal. 2 It may include a sample/hold unit including a sampling capacitor and an AD converter that converts the measured sensing signal voltage into digital data.
  • the first switch signal, the first scan signal, and the second switch signal may be sequentially turned on.
  • the display device outputs a sensing signal voltage through the sensing line in proportion to the amount of light sensed by the optical sensor when the second sensing transistor is turned on according to the first scan signal, and the second sensing transistor is turned on according to the second switch signal.
  • a sensing signal voltage may be stored in the second sampling capacitor.
  • a pulse interval between adjacent first switch signals and a pulse interval between adjacent second switch signals may each have the second horizontal period.
  • fingerprint recognition of the device may be improved by changing a driving frequency during a read-out period of a detection signal of an optical sensor.
  • FIG. 1 is a plan view illustrating a display device according to an exemplary embodiment.
  • FIG. 2 is a block diagram illustrating a display device according to an exemplary embodiment.
  • FIG. 3 is a timing diagram illustrating a driving period of a display device according to an exemplary embodiment.
  • FIG. 4 is a flowchart illustrating a method of driving a display panel according to an exemplary embodiment.
  • FIG. 5 is a circuit diagram showing a pixel and an optical sensor in detail according to an exemplary embodiment.
  • FIG. 6 is a timing diagram for explaining the operation of the pixel shown in FIG. 5 according to the first mode.
  • FIG. 7 is a waveform diagram showing in detail scan signals of a pixel of FIG. 5 , a scan signal of an optical sensor, and a reset signal according to a first mode and a second mode.
  • FIG. 8 is a flowchart illustrating a process of driving a pixel of a display panel and an optical sensor when there is a user's touch according to an exemplary embodiment.
  • FIG. 9 is a circuit diagram showing an optical sensor and a lead-out circuit in detail.
  • FIG. 10 is a waveform diagram illustrating signals and a scan signal of the read-out circuit of FIG. 9 according to a fingerprint reading period.
  • FIG. 11 is a waveform diagram of a pixel and an optical sensor showing another example of the second mode.
  • FIG. 12 is a block diagram illustrating a display device according to another exemplary embodiment.
  • FIG. 13 is a block diagram of a timing controller shown in FIG. 12 .
  • FIG. 14 is a timing diagram illustrating a driving period of the display device according to FIG. 12 .
  • FIG. 1 is a plan view illustrating a display device according to an exemplary embodiment.
  • the first direction X is a direction parallel to one side of the display device 1 when viewed on a plane, and may be, for example, a horizontal direction of the display device 1 .
  • the second direction Y is a direction parallel to one side of the display device 1 and the other side contacting the other side when viewed from a plane, and may be a vertical direction of the display device 1 .
  • one side of the first direction (X) refers to a right direction on a plan view
  • the other side of the first direction (X) refers to a left direction on a plan view
  • one side of the second direction (Y) refers to a plan view.
  • the upper direction and the other side of the second direction (Y) refer to the lower direction on a single-sided view, respectively.
  • the third direction Z may be a thickness direction of the display device 1 .
  • the directions mentioned in the embodiments mean relative directions, and the embodiments are not limited to the directions mentioned.
  • the display device 1 may include various electronic devices providing a display screen.
  • Examples of the display device 1 include, but are not limited to, a mobile phone, a smart phone, a tablet personal computer (PC), a mobile communication terminal, an electronic notebook, an electronic book, a personal digital assistant (PDA). Digital Assistant), PMP (portable multimedia player), navigation, UMPC (Ultra Mobile PC), television, game console, wrist watch type electronic device, head mounted display, personal computer monitor, notebook computer, automobile instrument panel, digital camera, camcorder, External billboards, electric signboards, various medical devices, various inspection devices, various home appliances including display areas such as refrigerators and washing machines, and Internet of Things devices may be included.
  • a representative example of the display device 1 described below may include, but is not limited to, a smart phone, a tablet PC, or a laptop computer.
  • the display device 1 includes a display panel 10 having an active area AAR and a non-active area NAR.
  • the active area AAR includes a display area DA on which a screen is displayed.
  • the active area AAR may completely overlap the display area DA.
  • a plurality of pixels PX displaying an image may be disposed in the display area DA.
  • Each pixel PX may include a light emitting element ('EL' in FIG. 5 ).
  • the active area AAR further includes a fingerprint sensing area FSA.
  • the fingerprint sensing area FSA is an area that responds to light and is configured to sense the amount or wavelength of incident light.
  • the fingerprint sensing area FSA may overlap the display area.
  • the fingerprint sensing area FSA is illustrated as being disposed in the lower central area of the active area AAR, but is not limited thereto.
  • the fingerprint sensing area FSA may be defined as exactly the same area as the display area on a plan view.
  • the fingerprint sensing area FSA may be disposed only in a limited area required for fingerprint recognition. In this case, the fingerprint sensing area FSA overlaps a part of the display area, but may not overlap another part of the display area.
  • a plurality of optical sensors PS that respond to light may be disposed in the fingerprint sensing area FSA.
  • Each optical sensor PS may include a photoelectric conversion element (“PD” in FIG. 5 ) that detects incident light and converts it into an electrical signal.
  • PD photoelectric conversion element
  • the non-active area NAR is disposed around the active area AAR.
  • the non-active area NAR may be a bezel area.
  • the non-active area NAR may surround all sides (four sides in the drawing) of the active area AAR, but is not limited thereto.
  • Signal wires or driving circuits for applying signals to the active area AAR may be disposed in the non-active area NAR.
  • signal lines or driving circuits for applying signals to the fingerprint sensing area FSA and fingerprint sensing lines for transmitting electrical signals from the fingerprint sensing area FSA may be disposed in the non-active area NAR.
  • the non-active area NAR may not include the display area.
  • the non-active area NAR may not include the fingerprint sensing area FSA.
  • the non-active area NAR may include a part of the fingerprint sensing area FSA.
  • the non-active area NAR may be the same area as the non-display area where the screen is not displayed.
  • FIG. 2 is a block diagram illustrating a display device according to an exemplary embodiment.
  • 3 is a timing diagram illustrating a driving period of a display device according to an exemplary embodiment.
  • the display device 1 includes a processor 100 , a display driving circuit 200 , and a read-out circuit 300 .
  • the processor 100 supplies the video signal RGB supplied from the outside and a plurality of control signals to the timing controller 210 .
  • the processor 100 may further include a graphics processing unit (hereinafter referred to as a GPU) that provides graphics for the image signal RGB provided from the outside.
  • the image signal RGB is an image source for which graphic processing has been completed in the GPU, and may be provided to the timing controller 210 .
  • the image signal RGB may have a frequency of about 120 Hz, for example. As another example, the image signal RGB may have a frequency of approximately 30 Hz.
  • the plurality of control signals include a first mode control signal MO1 and a second mode control signal MO2, a clock signal, an enable signal, and the like.
  • the first mode control signal MO1 may include a first vertical synchronization signal Vsync1 and a first horizontal synchronization signal Hsync1
  • the second mode control signal MO2 may include a second vertical synchronization signal Vsync2 and A second horizontal synchronization signal Hsync2 may be included.
  • vertical synchronization signals define respective frame periods.
  • the vertical sync signal Vsync includes a high period and a low period for each period, and the period of the vertical sync signal Vsync corresponds to the frame frequency of each period.
  • the first vertical synchronization signal Vsync1 defines a plurality of first frame periods FOM1 having a first frame frequency
  • the second vertical synchronization signal Vsync2 defines a plurality of first frame periods having a second frame frequency.
  • Two frame periods (FOM2) may be defined.
  • the first frame frequency may be greater than the second frame frequency.
  • the first frame frequency may be approximately 120 Hz and the second frame frequency may be approximately 30 Hz.
  • the period of the first vertical synchronization signal Vsync1 may be shorter than the period of the second vertical synchronization signal Vsync2.
  • the period of the first vertical synchronization signal Vsync1 may be approximately 8.3 ms
  • the period of the second vertical synchronization signal Vsync2 may be approximately 33.2 ms.
  • Each of the horizontal synchronization signals defines horizontal periods within one frame period.
  • the horizontal sync signal Hsync includes a high period and a low period for each period, and the period of the horizontal sync signal Hsync corresponds to each of the horizontal periods.
  • the first horizontal sync signal Hsync1 may define first horizontal periods 1H
  • the second horizontal sync signal Hsync2 may define the second horizontal period 4H.
  • the period of the first horizontal synchronization signal Hsync1 may be shorter than that of the second horizontal synchronization signal Hsync2.
  • the period of the first horizontal synchronization signal Hsync1 may be approximately 3.2 ⁇ s
  • the period of the second horizontal synchronization signal Hsync2 may be approximately 12.8 ⁇ s.
  • the processor 100 provides the first mode control signal MO1 to the timing controller 210 to display an image on the display panel 10 .
  • the processor 100 provides the second mode control signal MO2 to the timing controller 210 when it is determined that there is a touch for sensing the user's fingerprint.
  • the timing controller 210 drives the pixel PX and the light sensor PS of the display panel 10 by lowering the driving frequency according to the second mode control signal MO2 .
  • the display driving circuit 200 may generate signals and voltages for driving the pixels PX and light sensors PS of the display panel 10 .
  • the display driving circuit 200 may be formed of an integrated circuit (IC) and attached on a circuit board in a COF (chip on film) method, but is not limited thereto, and is not limited thereto, and is not limited to, a COG (chip on glass) method, a COP It may be attached on the non-active area NAR of the display panel 10 by a chip on plastic method or an ultrasonic bonding method.
  • the display driving circuit 200 includes a data driver 220 that drives the pixels PX of the display panel 10 , a scan driver 230 that drives the pixels PX and the optical sensor PS, and a data driver 220 . and a timing controller 210 that controls driving timing of the scan driver 230 .
  • a power supply 240 , a light emitting driver 250 , and a reset driver 260 may be further included.
  • the timing controller 210 receives the image signal RGB, the first mode control signal MO1 , and the second mode control signal MO2 supplied from the outside of the display device 1 .
  • the timing controller 210 may output the image data DATA and the data control signal DCS to the data driver 220 .
  • the timing control unit 210 includes a scan control signal (SCS) for controlling the operation timing of the scan driver 230, an emission control signal (ECS) for controlling the operation timing of the light emission driver 250, and a reset driver ( A reset control signal RCS for controlling the operation timing of 260) may be generated.
  • SCS scan control signal
  • ECS emission control signal
  • RCS reset control signal
  • the timing controller 210 generates a scan control signal (SCS), an emission control signal (ECS), and a reset control signal (RCS), and transmits the scan control signal (SCS) through a scan control line to a scan driver ( 230), the emission control signal ECS may be output to the emission driver 250 through an emission control line, and the reset control signal RCS may be output to the reset driver 260 through a reset control line.
  • SCS scan control signal
  • ECS emission control signal
  • RCS reset control signal
  • the timing controller 210 drives the pixel PX and the light sensor PS of the display panel 10 at the first frame frequency.
  • the timing controller 210 drives the pixels PX and the light sensor PS of the display panel 10 at a second frame frequency lower than the first frame frequency.
  • the timing controller 210 outputs a scan control signal (SCS), a data control signal (DCS), an emission control signal (ECS), and a reset control signal (RCS) according to the first frame frequency.
  • the timing controller 210 outputs a scan control signal (SCS), a data control signal (DCS), an emission control signal (ECS), and a reset control signal (RCS) according to the second frame frequency.
  • the data driver 220 may convert the image data DATA into analog data voltages and output the converted analog data voltages to the data lines DL.
  • the data driver 220 may convert the image data DATA into an analog data voltage based on the first mode control signal MO1 and the second mode control signal MO2.
  • the scan driver 230 may respectively generate scan signals according to the scan control signal SCS and sequentially output the scan signals to the scan lines SL1 to SLn.
  • the scan driver 230 receives the scan control signal SCS according to the first frame frequency and outputs the scan signal according to the first frame frequency.
  • the scan driver 230 receives the scan control signal SCS according to the second frame frequency FOM2 and outputs a scan signal according to the second frame frequency.
  • the power supply 240 may generate a first driving voltage and supply it to the driving voltage line VL, and generate a second driving voltage and supply it to the driving voltage line VL.
  • the driving voltage line VL may include a first driving voltage line and a second driving voltage line.
  • the first driving voltage may be a high potential voltage for driving the light emitting element and the photoelectric conversion element
  • the second driving voltage may be a low potential voltage for driving the light emitting element and the photoelectric conversion element. That is, the first driving voltage may have a higher potential than the second driving voltage.
  • the light emitting driver 250 may generate light emitting signals according to the light emitting control signal ECS and sequentially output the light emitting signals to the light emitting lines EML. For example, the light emitting driver 250 receives the light emitting control signal ECS according to the first frame frequency and outputs the light emitting signal according to the first frame frequency. The light emitting driver 250 receives the light emitting control signal ECS according to the second frame frequency and outputs the light emitting signal according to the second frame frequency. Meanwhile, the light emitting driver 250 is illustrated as existing separately from the scan driver 230, but is not limited thereto and may be a concept included in the scan driver 230.
  • the reset driver 260 may generate reset signals according to the reset control signal RCS and sequentially output the reset signals to the reset lines RSTL. For example, the reset driver 260 receives the reset control signal RCS according to the first frame frequency and outputs the reset signal according to the first frame frequency. The reset driver 260 receives the reset control signal RCS according to the second frame frequency and outputs the reset signal according to the second frame frequency.
  • the lead-out circuit 300 is connected to each optical sensor PS through a fingerprint sensing line FRL, and receives a current flowing through each optical sensor PS to detect a user's fingerprint input.
  • the lead-out circuit 300 may be formed of an integrated circuit (IC) and attached on a display circuit board in a COF (chip on film) method, but is not limited thereto, and is not limited thereto, a COG (chip on glass) method, It may be attached on the non-active area NAR of the display panel 10 by a chip on plastic (COP) method or an ultrasonic bonding method.
  • COF chip on film
  • COG chip on glass
  • the lead-out circuit 300 generates fingerprint sensing data according to the magnitude of the current detected by each light sensor PS and transmits the generated fingerprint sensing data to the processor 100, and the processor 100 analyzes the fingerprint sensing data to obtain a preset fingerprint. Through comparison with the fingerprint, it is possible to determine whether the fingerprint matches the user's fingerprint.
  • the set functions may be performed.
  • the set functions may include various functions such as locking the screen of the display device and/or unlocking an application or approving a purchase.
  • the display panel 10 includes a plurality of pixels PX, a plurality of optical sensors PS, and a plurality of scan lines SL1 to SLn connected to the plurality of pixels PX and the plurality of optical sensors PS. ), a plurality of data lines DL and a plurality of emission lines EML connected to a plurality of pixels PX, and a plurality of fingerprint sensing lines FRL connected to a plurality of optical sensors PS. and a plurality of reset lines RSTL.
  • the plurality of pixels PX may include a light emitting element and a plurality of transistors controlling the amount of light emitted by the light emitting element.
  • Each of the plurality of pixels PX is connected to at least one of the scan lines SL1 to SLn, one of the data lines DL, at least one of the emission lines EML, and the driving voltage line VL. can be connected.
  • the plurality of optical sensors PS may include a photoelectric conversion element and a plurality of transistors that control the amount of light received by the photoelectric conversion element.
  • Each of the plurality of optical sensors PS is connected to one of the scan lines SL1 to SLn, one of the reset lines RSTL, one of the fingerprint detection lines FRL, and a driving voltage line VL. can be connected.
  • the plurality of scan lines SL1 to SLn may connect the scan driver 230 and the plurality of pixels PX and the plurality of light sensors PS, respectively.
  • the plurality of scan lines SL1 to SLn may provide scan signals output from the scan driver 230 to each of the plurality of pixels PX and each of the plurality of optical sensors PS.
  • the plurality of data lines DL may connect the data driver 220 and each of the plurality of pixels PX.
  • the plurality of data lines DL may provide image data output from the data driver 220 to each of the plurality of pixels PX.
  • the plurality of light emitting lines EML may connect the light emitting driver 250 and each of the plurality of pixels PX.
  • the plurality of light emitting lines EML may provide light emitting signals output from the light emitting driver 250 to each of the plurality of pixels PX.
  • the plurality of reset lines RSTL may connect the reset driver 260 and each of the plurality of light sensors PS.
  • the plurality of reset lines RSTL may provide the reset signal output from the reset driver 260 to each of the plurality of light sensors PS.
  • the plurality of fingerprint sensing lines FRL may connect each of the plurality of optical sensors PS and the read-out circuit 300 .
  • the plurality of fingerprint sensing lines FRL may provide the photocurrent output from each of the plurality of optical sensors PS to the read-out circuit 300 . Accordingly, the read-out circuit 300 may detect the user's fingerprint.
  • the plurality of driving voltage lines VL may connect the power supply 240 to each of the plurality of pixels PX and the plurality of optical sensors PS.
  • the plurality of driving voltage lines VL may provide the first driving voltage or the second driving voltage from the power supply 240 to the plurality of pixels PX and light sensor PS.
  • FIG. 4 is a flowchart illustrating a method of driving a display panel according to an exemplary embodiment. Operations of the timing controller 210, the scan driver 230, and the data driver 220 of the display panel 10 according to the first mode and the second mode will be described with reference to FIG. 4 and FIG. 2 .
  • the processor 100 provides the timing controller 210 with a first mode control signal MO1 when the user's touch is not detected, and provides a second mode control signal MO2 when the user's touch is detected.
  • the timing controller 210 receives the scan control signal SCS and the data control signal DCS according to the first frame frequency. It can be output (S121).
  • the scan driver 230 receiving the scan control signal SCS according to the first frame frequency may output a scan signal according to the first frame frequency (S131).
  • the data driver 220 receiving the data control signal DCS according to the first frame frequency may output image data according to the first frame frequency (S141).
  • the light emission control signal ECS and the reset control signal RCS may be applied to the light driving unit 250 and the reset driving unit 260 according to the first frame frequency.
  • the timing controller 210 may control the pixels PX and the light sensor PS of the display panel 10 according to the first mode.
  • the plurality of pixels PX of the display panel 10 may display an image according to a first frame frequency.
  • the display panel 10 cannot receive valid fingerprint sensing data.
  • the read-out circuit 300 does not recognize signals generated by the plurality of light sensors PS as fingerprint sensing data in the first mode.
  • signals generated by the plurality of optical sensors PS in the first mode may be noise signals that are not stored in the memory of the read-out circuit 300 .
  • the timing controller 210 When the first mode control signal MO1 is not input to the timing controller 210 and the second mode control signal MO2 is input (S110: NO), the timing controller 210 performs scan control according to the second frame frequency.
  • the signal SCS and the data control signal DCS may be output (S122).
  • the scan driver 230 receiving the scan control signal SCS according to the second frame frequency may output a scan signal according to the second frame frequency (S132).
  • the data driver 220 receiving the data control signal DCS according to the second frame frequency may output image data according to the second frame frequency (S142).
  • the light emission control signal and the reset control signal may also be similarly applied to the light emission driver and the reset driver according to the second frame frequency.
  • the timing controller 210 may control the pixels PX and the light sensor PS of the display panel 10 according to the second mode.
  • the plurality of optical sensors PS of the display panel 10 may display images according to the second frame frequency and receive valid fingerprint sensing data. This is because the driving frequency of the display panel 10 is lowered during the fingerprint reading period ('ROP' in FIG. 7 ) during which the fingerprint sensing signal is read out according to the second mode control signal MO2 .
  • the read-out circuit 300 may recognize fingerprint sensing signals generated from the plurality of optical sensors PS as valid fingerprint sensing data.
  • fingerprint detection signals generated by the plurality of optical sensors PS in the second mode may be fingerprint detection signals stored in a memory of the read-out circuit 300 .
  • the processor 100 changes the first mode control signal MO1 into a second mode control signal MO2 and provides it.
  • the fingerprint reading period ROP of the optical sensor PS may be extended.
  • the amplifier ('310' in FIG. 9) of the read-out circuit 300 accumulates the detection signal voltage (hereinafter referred to as "Vsignal") Since the detection period becomes longer, the detection signal voltage Vsignal may increase. A detailed description of this will be described later with reference to FIG. 9 .
  • FIG. 5 is a circuit diagram showing a pixel and an optical sensor in detail according to an exemplary embodiment.
  • Each of the pixels PX is connected to a scan start line GIL, a scan control line GCL, a first scan write line GWL1 , a second scan write line GWL2 , an emission line EML, and a data line DL. can be connected. Also, each of the pixels PX has a first driving voltage line VDDL to which a first driving voltage is applied, a second driving voltage line VSSL to which a second driving voltage is applied, and a first initialization voltage Vint1 to which it is applied. The first initialization voltage line and the second initialization voltage line to which the second initialization voltage Vint2 is applied may be connected.
  • Each of the optical sensors PS may be connected to a first scan write line GWL1 , a reset line RSTL, and a fingerprint sensing line FRL.
  • each of the optical sensors PS includes a second driving voltage line VSSL to which a second driving voltage is applied, a reset voltage line to which a reset voltage Vrst is applied, and a second initialization to which a second initialization voltage Vint2 is applied. It can be connected to a voltage line.
  • Each pixel PX may include a plurality of transistors, a light emitting element EL, and at least one capacitor Cst.
  • the plurality of transistors may include first to seventh transistors T1 , T2 , T3 , T4 , T5 , T6 , and T7 .
  • the first transistor T1 is a driving transistor
  • the second to seventh transistors T7 may be transistors serving as switch elements that are turned on or turned off according to scan signals applied to respective gate electrodes. .
  • the first transistor T1 may include a gate electrode, a first electrode, and a second electrode.
  • the first transistor T1 may control the source-drain current Isd (hereinafter referred to as “driving current Isd”) according to the data voltage applied to the gate electrode.
  • driving current Isd the source-drain current Isd
  • the drive current Isd flowing through the channel of the first transistor T1 is the difference between the absolute value of the voltage between the source electrode and the gate electrode of the first transistor T1 and the threshold voltage (Vth). proportional to the square
  • Equation 1 k' is a proportionality factor determined by the structure and physical characteristics of the first transistor T1
  • Vsg is the voltage between the source and gate of the first transistor T1
  • Vth is the voltage of the first transistor T1. means threshold voltage.
  • the gate electrode of the first transistor T1 is electrically connected to the first electrode of the third transistor T3 and one electrode of the capacitor Cst, and the first electrode is electrically connected to the second electrode of the second transistor T2. It is electrically connected to the second electrode of the fifth transistor T5, and the second electrode can be electrically connected to the second electrode of the third transistor T3 and the first electrode of the sixth transistor T6.
  • the light emitting element EL emits light according to the driving current Isd.
  • the amount of light emitted from the light emitting element EL may be proportional to the driving current Isd.
  • the light emitting element EL may be an organic light emitting diode including an anode electrode, a cathode electrode, and an organic light emitting layer disposed between the anode electrode and the cathode electrode.
  • the light emitting element EL may be a diode with an inorganic light emitting layer including an anode electrode, a cathode electrode, and an inorganic light emitting layer disposed between the anode electrode and the cathode electrode, or a quantum dot light emitting layer including a quantum dot light emitting layer disposed between the anode electrode and the cathode electrode. It may be an element EL.
  • the light emitting element EL may be a micro light emitting diode.
  • the anode electrode of the light emitting element EL may be connected to the second electrode of the sixth transistor T6 and the second electrode of the seventh transistor T7, and the cathode electrode may be connected to the second driving voltage line VSSL. .
  • the second transistor T2 is turned on by the scan signal of the first scan write line GWL1 to connect the first electrode of the first transistor T1 to the data line DL.
  • the gate electrode of the second transistor T2 is electrically connected to the first scan write line GWL1, the first electrode is connected to the data line DL, and the second electrode is connected to the first scan write line GWL1. It can be electrically connected to the electrodes.
  • the third transistor T3 is turned on by the scan signal of the scan control line GCL to connect the gate electrode and the second electrode of the first transistor T1. That is, when the third transistor T3 is turned on, since the gate electrode and the second electrode of the first transistor T1 are connected, the first transistor T1 can be driven as a diode.
  • the gate electrode of the third transistor T3 is electrically connected to the scan control line GCL, the first electrode is electrically connected to the second electrode of the first transistor T1, and the second electrode is electrically connected to the first electrode. It may be connected to the gate electrode of the transistor T1.
  • the fourth transistor T4 is turned on by the scan signal of the scan initiation line GIL to connect the gate electrode of the first transistor T1 to the second initialization voltage line.
  • the gate electrode of the first transistor T1 may be discharged with the second initialization voltage Vint2 of the second initialization voltage line.
  • the gate electrode of the fourth transistor T4 is electrically connected to the scan start line GIL, the first electrode is electrically connected to the second initialization voltage line, and the second electrode is electrically connected to the first transistor T1. It can be connected to the gate electrode.
  • the fifth transistor T5 is turned on by the emission signal of the emission line EML to connect the first electrode of the first transistor T1 to the first driving voltage line VDDL.
  • the gate electrode of the fifth transistor T5 is electrically connected to the emission line EML, the first electrode is electrically connected to the first driving voltage line VDDL, and the second electrode is electrically connected to the first driving voltage line VDDL. It can be electrically connected to the first electrode.
  • the sixth transistor T6 is turned on by the light emitting signal of the light emitting line EML to connect the second electrode of the first transistor T1 and the anode electrode of the light emitting element EL.
  • the gate electrode of the sixth transistor T6 is electrically connected to the light emitting line EML, the first electrode is electrically connected to the second electrode of the first transistor T1, and the second electrode is connected to the light emitting element EL. It can be electrically connected to the anode electrode of
  • the driving current Isd may be supplied to the light emitting element EL.
  • the seventh transistor T7 is turned on by the scan signal of the second scan write line GWL2 to connect the first initialization voltage line and the anode electrode of the light emitting element EL.
  • the anode electrode of the light emitting element EL may be discharged at the first initialization voltage Vint1.
  • the gate electrode of the seventh transistor T7 is electrically connected to the second scan write line GWL2, the first electrode is electrically connected to the first initialization voltage line, and the second electrode is an anode of the light emitting element EL. It can be electrically connected to the electrodes.
  • the capacitor Cst may be formed between the gate electrode of the first transistor T1 and the first driving voltage line VDDL.
  • One electrode of the capacitor Cst may be electrically connected to the gate electrode of the first transistor T1 and the other electrode may be electrically connected to the first driving voltage line VDDL. Accordingly, the capacitor Cst may maintain a potential difference between the gate electrode of the first transistor T1 and the first driving voltage line VDDL.
  • Each light sensor PS may include a plurality of sensing transistors and a photoelectric conversion device PD.
  • the plurality of sensing transistors may include first to third sensing transistors LT1 , LT2 , and LT3 .
  • Each of the optical sensors PS is photoelectrically converted between the first node N1 and the second driving voltage line VSSL between the first sensing transistor LT1, the third sensing transistor LT3, and the photoelectric conversion element PD.
  • a second node N2 between the devices PD may be included.
  • the first sensing transistor LT1 is a driving transistor
  • the second and third sensing transistors LT2 and LT3 serve as switch elements that are turned on or turned off according to a reset signal and a scan signal applied to respective gate electrodes. It may be transistors that do.
  • voltage wiring for driving the light emitting devices EL in driving the photoelectric conversion devices PD. or signal wiring can be shared. That is, it is possible to secure the resolution of the display panel 10 and minimize the bezel area by minimizing the additional arrangement of voltage wires or signal wires for driving the plurality of photoelectric conversion elements (PD) on the display panel 10 .
  • the signal wire electrically connected to the gate electrode of the second transistor T2 of the pixel PX is the same as the signal wire electrically connected to the gate electrode of the second sensing transistor LT2 of the light sensor PS.
  • the gate electrode of the second transistor T2 and the gate electrode of the second sensing transistor LT2 may be electrically connected to the first scan write line GWL1.
  • the second driving voltage line VSSL may be a common voltage line connected to the cathode electrode of the light emitting element EL and the cathode electrode of the photoelectric conversion element PD.
  • the second initialization voltage line for applying the second initialization voltage Vint2 is the second electrode of the first sensing transistor LT1 and the second electrode of the fourth transistor T4 of the light sensor PS. It may be a common voltage wiring that is electrically connected to.
  • Each of the photoelectric conversion elements PD may be a light receiving diode including an anode electrode, a cathode electrode, and a photoelectric conversion layer disposed between the anode electrode and the cathode electrode.
  • Each of the photoelectric conversion elements PD may convert light incident from the outside into an electrical signal.
  • the photoelectric conversion device PD may be a light receiving diode or a phototransistor formed of a pn type or pin type inorganic material. Alternatively, it may be an organic light-receiving diode including an electron donor material generating donor ions and an electron accepting material generating acceptor ions.
  • An anode electrode of the photoelectric conversion element PD may be electrically connected to the first node N1, and a cathode electrode may be electrically connected to the second node N2.
  • the photoelectric conversion device PD When the photoelectric conversion device PD is exposed to external light, photocharges may be generated, and the generated photocharges may be accumulated in an anode electrode of the photoelectric conversion device PD. In this case, the voltage of the first node N1 electrically connected to the anode electrode may increase.
  • the photoelectric conversion element PD and the fingerprint sensing line FRL are connected according to the turn-on of the first and second sensing transistors LT1 and LT2, the charge is proportional to the voltage of the accumulated first node N1 As a result, current may flow through the fingerprint sensing line FRL.
  • the first sensing transistor LT1 is turned on by the voltage of the first node N1 applied to its gate electrode, and may connect the second initialization voltage line to the second electrode of the second sensing transistor LT2. In this case, the second electrode of the second sensing transistor LT2 may be discharged to the second initialization voltage Vint2.
  • the gate electrode of the first sensing transistor LT1 is electrically connected to the first node N1, the first electrode is electrically connected to the second initialization voltage line, and the second electrode is electrically connected to the second sensing transistor LT2. It can be electrically connected to the first electrode.
  • the first sensing transistor LT1 may be a source follower amplifier that generates a source-drain current in proportion to the charge amount of the first node N1 input to the gate electrode. Meanwhile, the first electrode of the first sensing transistor LT1 may be connected to the first driving voltage line VDDL or the first initialization voltage line.
  • the second sensing transistor LT2 is turned on by the scan signal of the first scan write line GWL1 to connect the second electrode of the first sensing transistor LT1 to the fingerprint sensing line FRL.
  • the fingerprint detection line FRL may transmit a fingerprint detection signal to a lead-out circuit ('300' in FIG. 2 ).
  • the gate electrode of the second sensing transistor LT2 is electrically connected to the first scan write line GWL1, the first electrode is electrically connected to the second electrode of the first sensing transistor LT1, and the second electrode is It may be electrically connected to the fingerprint sensing line FRL.
  • the third sensing transistor LT3 is turned on by the reset signal of the reset line RSTL to reset the first node N1 to the reset voltage Vrst.
  • the gate electrode of the third sensing transistor LT3 is electrically connected to the reset line RSTL, the first electrode is electrically connected to the reset voltage line, and the second electrode is electrically connected to the first node N1.
  • the third sensing transistor LT3 may be turned on by the scan signal.
  • the second The electrode may be a drain electrode.
  • the first electrode of each of the first to seventh transistors T1, T2, T3, T4, T5, T6, and T7 and the first to third sensing transistors LT1, LT2, and LT3 is a drain electrode.
  • the second electrode may be a source electrode.
  • Active layers of the first to seventh transistors T1 , T2 , T3 , T4 , T5 , T6 , and T7 and the first to third sensing transistors LT1 , LT2 , and LT3 include polysilicon, amorphous It may be formed of any one of silicon (amorphous silicon) and oxide semiconductor.
  • the first and second transistors T1 and T2, the fifth to seventh transistors T5, T6 and T7, and the first and second sensing transistors LT1 and LT2 may be P-type transistors.
  • active layers of the first and second transistors T1 and T2, the fifth to seventh transistors T5, T6 and T7, and the first and second sensing transistors LT1 and LT2 are formed of polysilicon. It can be.
  • each of the third transistor T3 , the fourth transistor T4 , and the third sensing transistor LT3 may be an N-type transistor forming an active layer of an oxide semiconductor.
  • each of the first to seventh transistors T1, T2, T3, T4, T5, T6, and T7 and the first to third sensing transistors LT1, LT2, and LT3 It may be a P-type transistor.
  • the first to third sensing transistors LT1 , LT2 , and LT3 may be formed as P-type transistors. In this case, the timing charts of FIGS. 6 and 7 should be modified to fit the characteristics of each transistor.
  • FIG. 6 is a timing diagram for explaining the operation of the pixel shown in FIG. 5 according to the first mode.
  • the light emitting signal EM is a signal applied to the light emitting line EML and is used to control turn-on and turn-off of the fifth and sixth transistors T5 and T6. It's a signal.
  • the scan start signal GI is a signal applied to the scan start line GIL and is a signal for controlling turn-on and turn-off of the fourth transistor T4.
  • the scan control signal GC is a signal applied to the scan control line GCL and is a signal for controlling turn-on and turn-off of the third transistor T3.
  • the first scan write signal GW1 is a signal applied to the first scan write line GWL1 and is a signal for controlling turn-on and turn-off of the second transistor T2 and the second sensing transistor LT2. .
  • the second scan write signal GW2 is a signal applied to the second scan write line GWL2 and is a signal for controlling turn-on and turn-off of the seventh transistor T7.
  • the light emitting signal EM, the scan start signal GI, the scan control signal GC, the first scan write signal GW1, and the second scan write signal GW2 may have signals that are repeated every frame period. there is.
  • one frame period may correspond to the first frame period FOM1 having the first frame frequency.
  • one frame period may correspond to a second frame period ('FOM2' in FIG. 3 ) having a second frame frequency.
  • the first frame period FOM1 is a first period t1 in which the voltage of the gate electrode of the first transistor T1 is initialized to the second initialization voltage Vint2 according to the operation of the pixel PX, and the first transistor ( In a second period t2 in which the data voltage is supplied to the first electrode of the first transistor T1) and the threshold voltage of the first transistor T1 is sampled, the data voltage is supplied to the first electrode of the first transistor T1.
  • the third period t3 for sampling the threshold voltage of the transistor T1, the fourth period t4 for initializing the voltage of the anode electrode of the light emitting element EL to the first initialization voltage Vint1, and the light emitting element ( EL) may be divided into a fifth period t5 in which light is emitted.
  • the scan initiation signal GI may have a gate-on voltage Von during the first period t1 and a gate-off voltage Voff during the remaining periods.
  • the scan control signal GC may have a gate-on voltage Von during the second period t2 and a gate-off voltage Voff during the remaining period.
  • the first scan write signal GW1 may have a gate-on voltage Von during the third period t3 and a gate-off voltage Voff during the remaining periods.
  • the second scan write signal GW2 may have a gate-on voltage Von during the fourth period t4 and a gate-off voltage Voff during the remaining periods.
  • the emission signal EM may have a gate-on voltage Von during the fifth period t5 and a gate-off voltage Voff during the remaining periods.
  • the gate-on voltage Von of the scan initiation signal GI and the scan control signal GC may be a gate high voltage, and the gate-off voltage Voff may be a gate low voltage.
  • the gate-on voltage Von of the first and second scan write signals GW1 and GW2 and the emission signal EM may be a gate low voltage, and the gate-off voltage Voff may be a gate high voltage.
  • the scan start signal GI having the gate-on voltage Von is supplied to the scan start line GIL.
  • the fourth transistor T4 is turned on by the scan start signal GI.
  • the gate electrode of the first transistor T1 is initialized to the second initialization voltage Vint2 of the second initialization voltage line.
  • the scan control signal GC having the gate-on voltage Von is supplied to the scan control line GCL for the second period t2.
  • the third transistor T3 electrically connected to the scan control line GCL is turned on so that the gate electrode and the second electrode of the first transistor T1 are electrically connected, and the first transistor T1 is driven by a diode.
  • the first scan write signal GW1 having the gate-on voltage Von is supplied to the first scan write line GWL1.
  • the second transistor T2 electrically connected to the first scan write line GWL1 is turned on, and the data voltage (hereinafter referred to as “Vdata”) is applied to the first electrode of the first transistor T1. ) is supplied.
  • Vdata the data voltage
  • the voltage between the gate electrode and the first electrode of the first transistor T1 is the difference voltage (Vdata-
  • the driving current Isd of the first transistor T1 is in a range where the voltage Vsd between the source electrode and the drain electrode of the first transistor T1 is greater than 0V. , may be proportional to the voltage Vsd between the source and drain electrodes of the first transistor T1. Also, the threshold voltage Vth of the first transistor T1 may be less than 0V.
  • the second scan write signal GW2 having the gate-on voltage Von is supplied to the second scan write line GWL2. Because of this.
  • the seventh transistor T7 electrically connected to the second scan write line GWL2 is turned on. Accordingly, the anode electrode of the light emitting element EL is initialized to the first initialization voltage Vint1 of the first initialization voltage line.
  • the emission signal EM having the gate-on voltage Von is supplied to the emission line EML during the fifth period t5.
  • each of the fifth transistor T5 and the sixth transistor T6 is turned on by the emission signal EM.
  • the first electrode of the first transistor T1 is electrically connected to the first driving voltage line VDDL
  • the sixth transistor T6 is turned on, the first electrode of the first transistor T1 is electrically connected to the first driving voltage line VDDL.
  • the second electrode of one transistor T1 is electrically connected to the anode electrode of the light emitting element EL.
  • the driving current Isd flowing according to the voltage of the gate electrode of the first transistor T1 may be supplied to the light emitting element EL.
  • the driving current Isd may be defined as in Equation 2.
  • Equation 2 k′ is a proportional coefficient determined by the structure and physical characteristics of the first transistor T1
  • Vth is the threshold voltage of the first transistor T1
  • ELVDD is the first driving voltage line ELVDDL.
  • 1 drive voltage (ELVDD) indicates the data voltage.
  • the gate voltage of the first transistor T1 is "Vdata-
  • the driving current Isd does not depend on the threshold voltage Vth of the first transistor T1. That is, the threshold voltage Vth of the first transistor T1, which is the driving transistor, is compensated, and the light emitting element EL is driven according to the magnitude of the driving current Isd controlled by the first driving voltage ELVDD and the data voltage. can be luminescent.
  • FIG. 7 is a waveform diagram showing in detail scan signals of a pixel of FIG. 5 , a scan signal of an optical sensor, and a reset signal according to a first mode and a second mode. 7 illustrates a plurality of first frame periods FOM1 and one second frame period FOM2.
  • the first scan write signal GW1 is a signal applied to the first scan write line GWL1 as described above, and the second transistor T2 and the second sensing transistor LT2 are turned on and off. is a signal to control
  • the reset signal RST of the light sensor PS is a signal applied to the reset line RSTL and is a signal for controlling turn-on and turn-off of the third sensing transistor LT3.
  • the reset signal RST may be a separate signal different from the scan signals.
  • the reset timing and number of resets of the optical sensor PS may be independently adjusted by separating the reset signal RST of the optical sensor PS from the scan signals of the pixel PX rather than sharing the same.
  • the reset signal RST is output when a user's touch occurs, so that the light sensor PS may enter the reset period RSP.
  • One frame period of the optical sensor PS is a reset period RSP in which the anode electrode of the photoelectric conversion element PD is reset to the reset voltage Vrst, the photoelectric conversion element PD is exposed to external light, and the intensity of the external light Photocharges are generated according to the photoelectric conversion element PD, and thus the light exposure period EP during which the voltage of the anode electrode of the photoelectric conversion element PD and the voltage of the first node N1 increases, and the second sensing transistor LT2 turns on - It can be divided into a fingerprint reading period (ROP) in which a fingerprint is read according to the magnitude of the current flowing in the fingerprint sensing line (FRL) after being turned on.
  • ROP fingerprint reading period
  • the reset signal RST may have a gate-on voltage Von during the reset period RSP and a gate-off voltage Voff during the remaining periods.
  • the gate-on voltage Von of the reset signal RST may be a gate high voltage
  • the gate-off voltage Voff may be a gate low voltage.
  • a reset period may start.
  • the reset signal RST having the gate-on voltage Von is supplied to the reset line RSTL.
  • the third sensing transistor LT3 is turned on, and the first node N1 and the anode electrode of the photoelectric conversion element PD are reset to the reset voltage Vrst.
  • the photoelectric conversion element PD is reverse biased. keep the state
  • the voltage level of the first node N1 may be about -6.5V
  • the voltage level of the second node N2 may be about -2.5V.
  • the photoelectric conversion element PD may be exposed to external light emitted from the light emitting element EL.
  • the photoelectric conversion device PD When a user's touch occurs, the photoelectric conversion device PD generates photocharges corresponding to light reflected by ridges or valleys between ridges of the fingerprint and is proportional to the amount of photocharges generated.
  • a reverse current may be generated. That is, a current flowing from the second node N2 to the first node N1 may occur. Accordingly, the voltage of the first node N1 may increase.
  • the first scan write signal GW1 having the gate-on voltage Von is supplied to the first scan write line GWL1 during the fingerprint reading period ROP.
  • the second sensing transistor LT2 is turned on, and a fingerprint sensing signal corresponding to the current flowing through the first sensing transistor LT1 may be output to the fingerprint sensing line FRL.
  • the current flowing through the first sensing transistor LT1 is a source-drain current generated in proportion to the charge amount of the first node N1 input to the gate electrode of the first sensing transistor LT1. Accordingly, the ridge or valley of the fingerprint may be determined and the fingerprint may be sensed by sensing a voltage change of the first node N1.
  • a process of detecting the sensing signal voltage Vsignal by the read-out circuit 300 electrically connected to the fingerprint sensing line FRL during the fingerprint reading period ROP will be described with reference to FIGS. 9 and 10 .
  • one frame period of the light sensor PS may be different from one frame period of the pixel PX.
  • the light exposure period EP of one frame period of the optical sensor PS may correspond to a period during which 12 first frame periods FOM1 proceed.
  • the pixels PX and the light sensor PS of the display panel 10 may be driven at a first frame frequency according to a first mode.
  • the display panel 10 receives the first frame frequency during a period corresponding to the set reset period (RSP) and light exposure period (EP), and the fingerprint reading period ( ROP) may be provided with the second frame frequency in synchronization with the starting point.
  • the set period may be approximately 100 ms and may correspond to approximately 12 first frame periods (FOM1), but is not limited thereto.
  • the pixels PX and the optical sensor PS of the display panel 10 may be driven at the second frame frequency.
  • FOM2 After one second frame period FOM2 progresses, the pixels PX and optical sensor PS of the display panel 10 end the second mode and may be driven again at the first frame frequency according to the first mode. .
  • the display panel 10 receives a vertical synchronization signal Vsync and a horizontal synchronization signal Hsync having a first frame frequency.
  • the pixels PX and the light sensor PS of the display panel 10 are repeatedly driven for the first frame period FOM1 according to the vertical synchronization signal Vsync and the horizontal synchronization signal Hsync having the first frame frequency.
  • one horizontal period corresponding to an interval between pulses of the first scan write signal GW1 and pulses of the second scan write signal GW2 of the pixel PX may have a first horizontal period 1H.
  • the display panel 10 may display an image at a first frame frequency. Since the reset signal RST is not output in the first mode, an accurate fingerprint detection signal may not be measured even if the first scan write signal GW1 is applied to the light sensor PS. For example, since the reset voltage is not applied to the first node N1, a reverse bias of the photoelectric conversion device PD may not be formed, and a photocurrent is formed even when the photoelectric conversion device PD is exposed to external light. It may not be. For another example, even when the reset signal RST is output, the read-out circuit ( '300' in FIG. 2 ) may not treat the signal generated in the first frame period FOM1 as valid fingerprint sensing data.
  • the display panel 10 receives a vertical synchronization signal Vsync and a horizontal synchronization signal Hsync having a second frame frequency.
  • the display panel 10 may be driven according to the vertical synchronization signal Vsync and the horizontal synchronization signal Hsync having the second frame frequency during the second frame period FOM2 . Accordingly, one horizontal period corresponding to an interval between pulses of the first scan write signal GW1 and pulses of the second scan write signal GW2 of the pixel PX may have a second horizontal period 4H.
  • the display panel 10 may display an image at a second frame frequency. Also, the display panel 10 may detect a fingerprint according to a user's touch. Since the first scan write signal GW1 applied to the optical sensor PS in the fingerprint reading period ROP has a second horizontal cycle 4H, the period for fingerprint reading can be extended. Accordingly, the read-out circuit 300 can output accurate fingerprint sensing data, which will be described in detail with reference to FIG. 9 .
  • FIG. 8 is a flowchart illustrating a process of driving a pixel of a display panel and an optical sensor when there is a user's touch according to an exemplary embodiment.
  • the display panel 10 outputs a scan signal (eg, GW1 or GW2) and image data at a first frame frequency according to a first mode (S210).
  • the processor 100 provides the first mode control signal MO1 according to the first frame frequency to the timing controller 210 of the display panel 10, and the timing controller 210 provides the scan control signal according to the first frame frequency.
  • SCS scan control signal
  • DCS data control signal
  • the scan driver 230 may output a plurality of scan signals having a first frame frequency
  • the data driver 220 may output image data.
  • a plurality of scan signals may be applied to the pixel PX and the light sensor PS through a plurality of scan lines SL1 to SLn, and image data may be applied to the pixel PX through a plurality of data lines DL. Yes (see Figure 2).
  • the display panel 10 When the user's touch for fingerprint detection is recognized (S220: YES), the display panel 10 may be driven according to the second mode (S231). When the driving according to the second mode ends, the display panel 10 may be driven again according to the first mode while maintaining the first frame frequency (S241).
  • the light sensor PS is reset. That is, during the reset period RSP, the reset driver 260 outputs the reset signal RST to the reset lines RSTL, and is applied to each of the plurality of optical sensors PS to reset the optical sensors PS. can Meanwhile, during the reset period RSP, scan signals and image data for displaying an image may be output at a first frame frequency. (S310 in FIG. 8)
  • the optical sensors PS detect light reflected from the user's fingerprint. That is, during the light exposure period EP, light reflected from the fingerprint is incident on the photoelectric conversion device PD, and photocharges and photocurrents may be generated in proportion to the amount of reflected light. Meanwhile, during the light exposure period EP, scan signals and image data for displaying an image may be output at a first frame frequency.
  • the first frame period FOM1 may be repeated one or more times during the light exposure period EP. (S320 in FIG. 8)
  • the read-out circuit 300 reads the sensing signal voltage Vsignal output from the fingerprint sensing line FRL. That is, the fingerprint reading period (ROP) proceeds.
  • the display panel 10 outputs a scan signal (eg, GW1 or GW2) and image data with a second frame frequency according to the second mode. Accordingly, during the fingerprint reading period ROP, the scan signal of the optical sensor PS may be output at the second frame frequency. (S330 in FIG. 8)
  • the processor 100 provides the first frame frequency during the reset period RSP and the light exposure period EP, and provides the second frame frequency during the fingerprint reading period ROP according to the set period.
  • the timing controller 210 provides a scan control signal SCS and a data control signal DCS according to the first frame frequency according to signals from the processor 100 during the reset period RSP and the light exposure period EP. do. Accordingly, the scan driver 230 may output scan signals at the first frame frequency, and the data driver 220 may output image data at the first frame frequency. Each of the pixels PX may display an image at a first frame frequency.
  • the timing controller 210 provides a scan control signal (SCS) and a data control signal (DCS) according to the second frame frequency.
  • the scan driver 230 may output scan signals at the second frame frequency
  • the data driver 220 may output image data at the second frame frequency.
  • Each of the pixels PX may display an image at the second frame frequency
  • each of the light sensors PS may detect light at the second frame frequency.
  • the display panel 10 may be driven by maintaining the first frame frequency according to the first mode (S232).
  • FIG. 9 is a circuit diagram showing an optical sensor and a lead-out circuit in detail.
  • 10 is a waveform diagram illustrating signals and a scan signal of the read-out circuit of FIG. 9 according to a fingerprint reading period.
  • the lead-out circuit 300 may be electrically connected to the optical sensor PS through the fingerprint sensing line FRL.
  • Reference numerals shown in the optical sensor PS are the same as those described in FIG. 5 and thus are omitted.
  • the lead-out circuit 300 includes an amplification unit 310 electrically connected to the fingerprint detection line FRL, a sample/hold circuit 320 for storing an output voltage of the amplification unit 310, and a voltage corresponding to the output voltage. It may include an AD converter (analog-digital converter) 330 that converts an analog signal into digital data.
  • AD converter analog-digital converter
  • the amplifier 310 may include a first operational amplifier OA1, a feedback capacitor Cfb, and a feedback reset switch SWRO.
  • the first operational amplifier OA1 may include a first input terminal (-), a second input terminal (+), and an output terminal (out).
  • the first input terminal (-) of the first operational amplifier OA1 is electrically connected to the fingerprint sensing line FRL, the second input terminal (+) is supplied with a predetermined initial voltage Vin, and the first operation amplifier OA1 is electrically connected to the fingerprint sensing line FRL.
  • An output terminal ot1 of the amplifier OA1 may be electrically connected to the sample/hold circuit 320 .
  • the output voltage Vout of the first operational amplifier OA1 may be stored in the capacitor of the sample/hold circuit 320 .
  • the gain of the first operational amplifier OA1 corresponds to the capacitance of the feedback capacitor Cfb.
  • the feedback capacitor Cfb may accumulate a voltage applied through the fingerprint sensing line FRL during one frame period.
  • the applied voltage may be a noise signal voltage or a detection signal voltage.
  • the feedback capacitor Cfb and the feedback reset switch SWRO may be electrically connected in parallel between the first input terminal (-) and the output terminal (out) of the first operational amplifier OA1.
  • the feedback reset switch SWRO serves to control the connection of both ends of the feedback capacitor Cfb. When the feedback reset switch SWRO is turned on and both ends of the feedback capacitor Cfb are electrically connected, the feedback capacitor Cfb can be reset.
  • the sample/hold circuit 320 may include a first sampling capacitor Csh1 , a second sampling capacitor Csh2 , a first switch SW1 , and a second switch SW2 .
  • the sample/hold circuit 320 samples the output voltage Vout of the first operational amplifier OA1 in the first sampling capacitor Csh1 and the second sampling capacitor Csh2 and stores the sampled output voltage ( holding) can.
  • the first sampling capacitor Csh1 may be electrically connected to the output terminal ot1 of the first operational amplifier OA1 through the first switch SW1.
  • a noise signal voltage hereinafter referred to as “Vnoise”
  • Vnoise noise signal voltage
  • the second sampling capacitor Csh2 may be electrically connected to the output terminal ot1 of the first operational amplifier OA1 through the second switch SW2.
  • the noise signal voltage Vnoise and the detection signal voltage Vsingal may be stored in the second sampling capacitor Csh2.
  • the AD converter 330 may differentially convert the voltages stored in the first sampling capacitor Csh1 and the second sampling capacitor Csh2 into digital data.
  • the AD converter 330 may differentiate the voltages stored in the first sampling capacitor Csh1 and the second sampling capacitor Csh2 to convert the sensing signal voltage Vsignal into fingerprint sensing data, which is digital data, and output the converted fingerprint sensing data.
  • 10 illustrates an operation process of a first scan write signal GW1 applied to an n-th (n is a positive integer) scan line and a lead-out circuit 300 electrically connected to an n-th fingerprint sensing line and an n+1-th scan
  • An operation process of the lead-out circuit 300 electrically connected to the second scan write signal GW2 applied to the line and the n+1 th fingerprint sensing line is shown.
  • the fingerprint reading period (ROP) includes a first reading period (st1) for resetting the feedback capacitor (Cfb), a second reading period (st2) for storing a voltage in the first sampling capacitor (Csh1), and a photocurrent generated according to light exposure. may be divided into a third read period (st3) for outputting to the read-out circuit 300, and a fourth read period (st4) for storing the sensed voltage according to the light current in the second sampling capacitor (Csh2).
  • the capacitor reset switch SWRO is turned on. Accordingly, both ends of the feedback capacitor Cfb are electrically connected to reset the feedback capacitor Cfb.
  • the output voltage Vout of the first operational amplifier OA1 may be substantially equal to the initial voltage Vin of the first input terminal (-).
  • the capacitor reset switch SWRO is turned off and the first switch SW1 is turned on. Accordingly, the output terminal ot1 of the first operational amplifier OA1 may be electrically connected to the first sampling capacitor Csh1. Since the second read period st2 is before the second transistor T2 is turned on, a valid signal is not output through the fingerprint sensing line FRL. Accordingly, the noise signal voltage Vnoise may be stored in the first sampling capacitor Csh1. That is, the “Vin+Vnoise” voltage may be stored in the first sampling capacitor Csh1.
  • the first scan write signal GW1 having the gate-on voltage Von is supplied to the first scan write line GWL1.
  • the second sensing transistor LT2 is turned on by the first scan write signal GW1. Due to this, the first sensing transistor LT1 is electrically connected to the fingerprint sensing line FRL, and the photocurrent proportional to the voltage charged in the first node N1 passes through the fingerprint sensing line FRL to the lead-out circuit. (300).
  • the photocurrent may be stored as the sensing signal voltage Vsignal at the output terminal ot1 of the first operational amplifier OA1.
  • the second switch SW2 is turned on. Accordingly, the output terminal ot1 of the first operational amplifier OA1 may be electrically connected to the second sampling capacitor Csh2.
  • the sensing signal voltage Vsignal may be stored in the second sampling capacitor Csh2. . That is, the voltage “Vin+Vnoise+Vsignal” may be stored in the second sampling capacitor Csh2.
  • the AD converter 330 differentiates the voltage stored in the first sampling capacitor Csh1 and the voltage stored in the second sampling capacitor Csh2 to convert the sensing signal voltage of “Vsignal” into fingerprint sensing data,
  • the fingerprint detection data may be provided to the processor ('100' in FIG. 2).
  • the driving frequency of the read-out circuit 300 should be the same as the driving frequency of the display panel 10 in order to accurately read the fingerprint sensing data.
  • the turn-on cycle of the feedback reset switch SWRO, the first switch SW1, and the second switch SW2 of the read-out circuit 300 and the second sensing transistor LT2 of the light sensor PS is performed sequentially as shown in FIG. 10, accurate fingerprint sensing data can be read.
  • the display device 1 may drive the pixels PX and the optical sensor PS of the display panel 10 by changing the driving frequency according to the fingerprint reading period ROP.
  • the fingerprint reading period since the driving frequency is changed from the first frame frequency to the second frame frequency, the driving frequency of the read-out circuit 300 and the display panel 10 may be the same, and accordingly, the fingerprint sensing data may be accurately displayed.
  • One horizontal period of the scan write signal GW for turning on the second sensing transistor LT2 of PS may also have a second horizontal period 4H.
  • the display device 1 since the display device 1 according to the present exemplary embodiment drives the display panel 10 at the second frame frequency during the fingerprint reading period ROP, the fingerprint reading period ROP can be extended. That is, in the fingerprint reading period (ROP), the turn-on period of the signals increases, but the pulse width does not increase.
  • the interval between adjacent pulses of the first switch SW1 increases, the interval between adjacent pulses of the second switch SW2 increases, and the adjacent first scan write signal GW1 and An interval between the second scan write signals GW2 may increase.
  • the distance between the adjacent pulses of the first switch SW1 and the scan write signals GW1 and GW2 increases, and between the pulses of the adjacent scan write signals GW1 and GW2 and the second switch SW2 increases. Intervals may increase.
  • the sensing signal voltage Vsignal stored in the second sampling capacitor Csh2 may increase according to the fourth read period st4, the signal to noise ratio measured in the read-out circuit 300 may increase.
  • FIG. 11 is a waveform diagram of a pixel and an optical sensor showing another example of the second mode.
  • the second frame frequency according to the second mode may be changed, and accordingly, one frame period and one horizontal period of the second frame period FOM2' may be changed.
  • the first frame frequency is approximately 120 Hz
  • the second frame frequency may be approximately 40 Hz.
  • the vertical synchronization signal Vsync may be changed from about 8.3 ms to about 24.9 ms.
  • the horizontal synchronization signal Hsync may be changed from about 3.2 ⁇ s to about 9.6 ⁇ s. That is, the second horizontal cycle (kH) may be variously changed according to the original specifications of the lead-out circuit 300 connected to the display panel 10 .
  • one horizontal period of switch signals of the read-out circuit 300 may be approximately 9.6 ⁇ s.
  • 1 horizontal period of the scan write signal GW output during the fingerprint reading period ROP is changed to the 2nd horizontal period kHz, it is substantially the same as 1 horizontal period of the switch signals of the read-out circuit 300, so it is effective. Fingerprint sensing data can be output.
  • the aforementioned frequency and horizontal period values are merely exemplary numbers for convenience of description. Therefore, it may be transformed into various values according to the specifications of the display device 1 .
  • FIGS. 12 to 14 a display device 1 according to another exemplary embodiment will be described with reference to FIGS. 12 to 14 .
  • FIG. 12 is a block diagram illustrating a display device according to another exemplary embodiment.
  • FIG. 13 is a block diagram of a timing controller shown in FIG. 12 .
  • 14 is a timing diagram illustrating a driving period of the display device according to FIG. 12 .
  • the timing controller 210 may further include a timing modulator 216 and a frame memory 217 .
  • the timing modulator 216 may directly modulate and output frame frequencies of the first mode and the second mode.
  • the frame memory 217 may store the image signal RGB provided at the first frame frequency as image data.
  • the timing modulator 216 may receive image data stored in the frame memory 217 and output modulated image data DATA_M according to the first frame period FOM1 or the second frame period FOM2 .
  • This is different from the previous embodiment in which the frame frequencies of the first mode and the second mode are changed by the first mode control signal MO1 and the second mode control signal MO2 of the processor 100 .
  • the timing modulator 216 and the frame memory 217 are omitted. It can be.
  • the processor 100 provides the image signal RGB and a plurality of control signals to the timing controller 210 .
  • the plurality of control signals may include an input vertical synchronization signal iVsync and an input horizontal synchronization signal iHsync.
  • the processor 100 provides an image signal RGB and an input vertical synchronization signal iVsync corresponding to a first frame frequency according to a first mode regardless of whether a user touches or not, and provides a first horizontal cycle of the first mode (
  • the input horizontal synchronization signal iHsync corresponding to H1) may be provided.
  • the first frame frequency may be approximately 120 Hz
  • the first horizontal period H1 may be approximately 3.2 ⁇ s, but is not limited thereto.
  • the timing controller 210 includes a timing modulator 216, a frame memory 217, a data timing controller 212, a scan timing controller 213, an emission timing controller 214, and A reset timing controller 215 may be included.
  • the timing modulator 216 receives the input vertical synchronization signal iVsync and the input horizontal synchronization signal iHsync supplied from the processor 100 .
  • the timing modulator 216 provides the first mode control signal MC1 before there is a touch for sensing the user's fingerprint, and provides the first mode control signal MC1 when there is a touch for sensing the user's fingerprint. It can be modulated with the second mode control signal MC2.
  • the first mode control signal MC1 and the second mode control signal MC2 are provided to the data timing controller 212, the scan timing controller 213, the emission timing controller 214, and the reset timing controller 215, respectively. can
  • the first mode control signal MC1 may include a first output vertical synchronization signal oVsync1 and a first output horizontal synchronization signal oHsync1
  • the second mode control signal MC2 may include a second output vertical synchronization signal ( oVsync2) and the second output horizontal synchronization signal oHsync2.
  • each output vertical synchronizing signal corresponds to the frame frequency of each period.
  • the first output vertical synchronization signal oVsync1 defines a plurality of first frame periods FOM1 having a first frame frequency
  • the second output vertical synchronization signal oVsync2 defines a plurality of first frame periods having a second frame frequency.
  • Second frame periods (FOM2) of may be defined.
  • the first frame frequency may be greater than the second frame frequency.
  • the first frame frequency may be approximately 120 Hz and the second frame frequency may be approximately 30 Hz. Not limited to this.
  • the cycle of the first output vertical synchronization signal oVsync1 may be shorter than the cycle of the second output vertical synchronization signal oVsync2.
  • the period of the first output vertical synchronization signal oVsync1 may be approximately 8.3 ms
  • the period of the second output vertical synchronization signal oVsync2 may be approximately 33.2 ms.
  • each output horizontal synchronizing signal corresponds to a horizontal period within one frame period.
  • the first output horizontal sync signal oHsync1 may define first horizontal periods 1H
  • the second output horizontal sync signal oHsync2 may define the second horizontal period 4H.
  • the period of the first output horizontal sync signal oHsync1 may be shorter than the period of the second output horizontal sync signal oHsync2.
  • the period of the first output horizontal synchronization signal oHsync1 may be approximately 3.2 ⁇ s
  • the period of the second output horizontal synchronization signal oHsync2 may be approximately 12.8 ⁇ s.
  • the timing modulator 216 may receive image data Idata from the frame memory 217 .
  • the image data Idata may be output at the first frame frequency regardless of whether the user touches or not.
  • the timing modulator 216 may modulate the image data Idata of the first frame frequency to the second frame frequency when there is a user's touch. That is, the timing modulating unit 216 may provide the modulated image data DATA_M to the data timing controlling unit 212 .
  • image data of the first frame frequency may be provided to the data timing controller 212 .
  • the frame memory 217 receives the image signal RGB supplied from the processor 100 .
  • the frame memory 217 may store the image signal RGB having the first frame frequency as image data Idata.
  • the frame memory 217 may store the image data Idata even when the driving frequency of the plurality of control signals of the timing controller 210 and the driving frequency of the image data Idata are different. Accordingly, the image data Idata stored in the frame memory 217 may be modulated into modulated image data DATA_M having the second frame frequency by the timing modulator 216 and output.
  • the timing modulator 216 may output the image data as it is without modulating it.
  • the video signal RGB provided from the processor 100 is driven at a high frequency (eg, approximately 120 Hz), whereas the timing controller 210 transmits a plurality of control signals at a low frequency (eg, approximately 30 Hz). Modified and provided. Accordingly, since the driving of the image signal RGB is faster than each of the plurality of control signals, the high-frequency image signal RGB may be extinguished.
  • the display device 1 includes the timing modulator 216 and the frame memory 217, so that the high-frequency video signal RGB may be stored in the frame memory 217 and then provided to the timing modulator 216. .
  • the timing modulator 216 may modulate the image data Idata according to the high-frequency driving in the first mode or the low-frequency driving in the second mode, so that each of the first output horizontal synchronization signal oHsync1 or the second output horizontal synchronization signal Image data DATA can be output according to (oHsync2).
  • the data timing controller 212, the scan timing controller 213, the emission timing controller 214, and the reset timing controller 215 are configured in plurality according to the first mode control signal MC1 and the second mode control signal MC2, respectively. of control signals can be output.
  • the data timing controller 212 may output the data control signal DCS and image data DATA according to the first mode control signal MC1 and the second mode control signal MC2 .
  • the image data DATA may be image data Idata having the same driving frequency as the first mode control signal MC1 or modulated image data DATA_M having the same driving frequency as the second mode control signal MC2. may be
  • the scan timing control unit 213 may output the scan control signal SCS according to the first mode control signal MC1 and the second mode control signal MC2.
  • the emission timing controller 214 may output the emission control signal ECS according to the first mode control signal MC1 and the second mode control signal MC2 .
  • the reset timing controller 215 may output the reset control signal RCS according to the first mode control signal MC1 and the second mode control signal MC2.
  • the processor 100 repeatedly drives the first frame period FOM1, and the input vertical synchronization signal iVsync of the first frame frequency and the input horizontal synchronization signal of the first horizontal period H1 ( iHsync) can be output.
  • the driving frequency of the processor 100 may be constant at the first frame frequency regardless of the user's touch.
  • the timing controller 210 repeatedly drives the first frame period FOM1 according to the first mode and drives one second frame period FOM2 according to the second mode.
  • first frame period FOM1 the first output vertical synchronization signal oVsync1 of the first frame frequency and the first output horizontal synchronization signal oHsync1 of the first horizontal period H1 may be output.
  • second frame period FOM2 the second output vertical synchronization signal oVsync2 of the second frame frequency and the second output horizontal synchronization signal oHsync2 of the second horizontal period 4H may be output.
  • One frame period of the optical sensor PS may be divided into a reset period RSP, a light exposure period EP, and a fingerprint reading period ROP. A description thereof is omitted as it is the same as that of FIG. 7 described above.
  • the starting point of the second frame period FOM2 may be the same as the starting point of the fingerprint reading period ROP.
  • the timing modulator 216 of the timing controller 210 outputs the first mode control signal MC1 before the fingerprint reading period ROP, and outputs the second mode control signal MC2 after the fingerprint reading period ROP. ) can be output. Accordingly, one horizontal period between the first scan write signal GW1 and the second scan write signal GW2 output before the fingerprint reading period ROP has a first horizontal period 1H, and the fingerprint reading period ( One horizontal period between the first scan write signal GW1 and the second scan write signal GW2 output to the ROP may have a second horizontal period 4H.
  • the timing modulator 216 of the timing controller 210 receives the input vertical sync signal iVsync and the input horizontal sync signal iHsync and provides the first mode control signal MC1.
  • the first mode control signal MC1 is modulated into a second mode control signal MC2 and provided.
  • the fingerprint reading period ROP of the optical sensor PS may be extended.
  • the fingerprint reading period (ROP) of the optical sensor (PS) is extended, since the amount of the fingerprint detection signal (Vsignal) that can be accumulated in the read-out circuit 300 may increase, accurate fingerprint detection data may be output. .

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Abstract

표시 장치가 제공된다. 표시 장치는 스캔 라인들, 감지 라인들, 상기 스캔 라인들에 각각 전기적으로 연결되는 화소들, 및 상기 스캔 라인들과 상기 감지 라인들에 각각 전기적으로 연결되는 광 센서들을 포함하는 표시 패널, 스캔 제어 신호에 따라 상기 스캔 라인들에 스캔 신호들을 출력하는 스캔 구동부, 상기 스캔 제어 신호를 상기 스캔 구동부로 출력하는 타이밍 제어부, 및 상기 감지 라인들로부터 상기 광 센서들의 광 감지 신호들을 수신하는 리드 아웃 회로를 구비하고, 상기 타이밍 제어부는 상기 표시 패널이 화상을 표시하는 제1 모드에서 상기 스캔 제어 신호의 프레임 주파수를 제1 프레임 주파수로 제어하고, 상기 타이밍 제어부는 상기 광 센서에 의해 지문을 감지하는 제2 모드에서 상기 스캔 제어 신호의 프레임 주파수를 제2 프레임 주파수로 제어한다.

Description

표시 장치
본 발명은 표시 장치에 관한 것이다.
정보화 사회가 발전함에 따라 영상을 표시하기 위한 표시 장치에 대한 요구가 다양한 형태로 증가하고 있다. 예를 들어, 표시 장치는 스마트폰, 디지털 카메라, 노트북 컴퓨터, 네비게이션, 스마트 워치 및 스마트 텔레비전과 같이 다양한 전자기기에 적용되고 있다. 표시 장치는 액정 표시 장치(Liquid Crystal Display Device), 전계 방출 표시 장치(Field Emission Display Device), 유기 발광 표시 장치(Organic Light Emitting Display Device) 등과 같은 평판 표시 장치일 수 있다.
최근 표시 장치는 개인 정보 보호 또는 표시 화면의 잠금 해제 기능 등을 제공함에 있어 생체 정보 중 하나인 지문을 활용하는 방식이 제안되고 있으며, 지문 인식 기능을 갖는 표시 장치에 대한 요구가 증대되고 있다. 또한, 표시 장치에 터치 인식 또는 지문 인식을 위한 센서들을 일체화하는 기술에 관한 연구와 개발이 진행되고 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 지문 감지 기능을 수행하는 광 센서 갖는 표시 장치의 지문 인식도를 향상시키고자 하는 것이다.
본 발명의 과제들은 이상에서 언급한 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 과제를 해결하기 위한 일 실시예에 따른 표시 장치는 스캔 라인들, 감지 라인들, 상기 스캔 라인들에 각각 전기적으로 연결되는 화소들, 및 상기 스캔 라인들과 상기 감지 라인들에 각각 전기적으로 연결되는 광 센서들을 포함하는 표시 패널, 스캔 제어 신호에 따라 상기 스캔 라인들에 스캔 신호들을 출력하는 스캔 구동부, 상기 스캔 제어 신호를 상기 스캔 구동부로 출력하는 타이밍 제어부, 및 상기 감지 라인들로부터 상기 광 센서들의 광 감지 신호들을 수신하는 리드 아웃 회로를 구비하고, 상기 타이밍 제어부는 상기 표시 패널이 화상을 표시하는 제1 모드에서 상기 스캔 제어 신호의 프레임 주파수를 제1 프레임 주파수로 제어하고, 상기 타이밍 제어부는 상기 광 센서에 의해 지문을 감지하는 제2 모드에서 상기 스캔 제어 신호의 프레임 주파수를 제2 프레임 주파수로 제어한다.
상기 제1 프레임 주파수는 상기 제2 프레임 주파수보다 클 수 있다.
상기 스캔 라인들은, 상기 화소 및 상기 광 센서에 n(n은 양의 정수)번째 스캔 신호를 제공하는 제1 스캔 라인, 및 상기 화소에 n+1번째 스캔 신호를 제공하는 제2 스캔 라인을 포함하고, 상기 제1 모드에서 상기 n번째 스캔 신호와 상기 n+1번째 스캔 신호 사이의 제1 수평 주기는 상기 제2 모드에서 상기 n번째 스캔 신호와 상기 n+1번째 스캔 신호 사이의 제2 수평 주기보다 짧을 수 있다.
상기 제2 모드는 리셋 신호에 의해 광 센서가 리셋되는 리셋 기간 및 상기 광 센서에 외부 광이 노출되는 광 노출 기간, 및 상기 리드 아웃 회로에 의해 지문 판독이 이루어지는 지문 판독 기간을 포함할 수 있다.
표시 장치는 상기 리셋 기간 및 상기 광 노출 기간에서 상기 스캔 제어 신호의 프레임 주파수를 상기 제1 프레임 주파수로 제어하고, 상기 지문 판독 기간에서 상기 스캔 제어 신호의 프레임 주파수를 상기 제2 프레임 주파수로 제어할 수 있다.
표시 장치는 지문 감지를 위한 사용자의 터치가 감지된 경우 상기 광 센서의 리셋 트랜지스터를 턴-온시키는 상기 리셋 신호를 출력하는 리셋 구동부를 더 포함할 수 있다.
상기 리드 아웃 회로는 제1 스위치 신호 및 제2 스위치 신호를 출력하며, 상기 제1 스위치 신호, 상기 스캔 신호들 중 하나의 스캔 신호, 상기 제2 스위치 신호는 순차적으로 턴-온되어 상기 제1 스위치 신호에 따라 노이즈 전압을 저장하고, 상기 제2 스위치 신호에 따라 감지 신호 전압을 저장할 수 있다.
상기 리드 아웃 회로의 상기 제1 스위치 신호 및 상기 제2 스위치 신호의 구동 주파수는 상기 제2 모드에서 상기 스캔 신호의 구동 주파수와 동일할 수 있다.
표시 장치는 상기 리드 아웃 회로로부터 지문 감지 데이터를 제공받는 프로세서를 더 포함하고, 상기 프로세서는 사용자의 터치가 감지되지 않는 경우 상기 제1 프레임 주파수에 따른 제1 모드 제어 신호를 인가하고, 사용자의 터치가 감지되는 경우 상기 제2 프레임 주파수에 따른 제2 모드 제어 신호를 인가할 수 있다.
상기 제1 모드 제어 신호는 상기 제1 프레임 주파수에 따른 제1 수직 동기 신호 및 제1 수평 동기 신호를 포함하고, 상기 제2 모드 제어 신호는 상기 제2 프레임 주파수에 따른 제2 수직 동기 신호 및 제2 수평 동기 신호를 포함할 수 있다.
상기 타이밍 제어부는 프로세서로부터 상기 제1 프레임 주파수에 따른 제어 신호들을 인가받는 타이밍 변조부를 더 포함하고, 상기 타이밍 변조부는 사용자의 터치가 감지된 경우 상기 제어 신호들을 상기 제2 프레임 주파수에 따른 제어 신호로 변조할 수 있다.
상기 타이밍 제어부는 상기 프로세서로부터 상기 제1 프레임 주파수에 따른 영상 신호를 제공받아 저장하는 프레임 메모리를 더 포함하고, 상기 프레임 메모리는 상기 타이밍 변조부에 상기 영상 신호를 제공하며, 상기 타이밍 변조부는 사용자의 터치가 감지된 경우 상기 영상 신호를 상기 제2 프레임 주파수에 따른 영상 신호로 변조할 수 있다.
상기 과제를 해결하기 위한 다른 실시예에 따른 표시 장치는 화소와 광 센서를 포함하는 표시 패널, 상기 화소 및 상기 광 센서에 제1 스캔 신호를 제공하는 제1 스캔 라인들, 상기 화소에 제2 스캔 신호를 제공하는 제2 스캔 라인들, 상기 제1 스캔 라인들에 제1 스캔 신호를 출력하고, 상기 제2 스캔 라인들에 제2 스캔 신호를 출력하는 스캔 구동부, 스캔 구동부를 제어하는 타이밍 제어부, 및 상기 광 센서로부터 감지 라인을 통해 광 감지 신호를 수신하는 리드 아웃 회로를 포함하고, 표시 패널이 화상을 표시하는 제1 모드에서 상기 제1 스캔 신호와 상기 제2 스캔 신호 사이의 펄스 간격은 제1 수평 주기를 가지고, 상기 광 센서에 의해 지문을 감지하는 제2 모드에서 제1 스캔 신호와 상기 제2 스캔 신호 사이의 펄스 간격은 제2 수평 주기를 갖는다.
상기 제1 수평 주기는 상기 제2 수평 주기보다 짧을 수 있다.
표시 장치는 상기 제1 모드에서 상기 표시 패널이 제1 프레임 주파수로 제어되고, 상기 제2 모드에서 상기 표시 패널이 제2 프레임 주파수로 제어될 수 있다.
상기 광 센서는, 애노드 전극 및 전압 라인에 연결된 캐소드 전극을 포함하는 광전 변환 소자, 상기 광전 변환 소자의 상기 애노드 전극에 연결된 게이트 전극을 포함하는 제1 센싱 트랜지스터, 리셋 신호에 따라 리셋 전압 라인과 상기 광전 변환 소자의 상기 애노드 전극을 연결하는 리셋 트랜지스터, 상기 제1 스캔 신호에 따라 상기 제1 센싱 트랜지스터와 상기 감지 라인을 연결하는 제2 센싱 트랜지스터를 포함할 수 있다.
상기 리드 아웃 회로는, 상기 감지 라인에 연결되며 제1 연산 증폭기를 포함한 증폭부, 제1 스위치 신호에 따라 노이즈 전압을 저장하는 제1 샘플링 커패시터 및 제2 스위치 신호에 따라 감지 신호 전압을 저장하는 제2 샘플링 커패시터를 포함한 샘플/홀드부 및 측정된 감지 신호 전압을 디지털 데이터로 변환하는 AD 컨버터를 포함할 수 있다.
상기 제1 스위치 신호, 상기 제1 스캔 신호, 및 상기 제2 스위치 신호는 순차적으로 턴-온될 수 있다.
표시 장치는 상기 제1 스캔 신호에 따라 상기 제2 센싱 트랜지스터가 턴-온되어 상기 광 센서에서 감지되는 광량에 비례하여 상기 감지 라인을 통해 감지 신호 전압을 출력하고, 상기 제2 스위치 신호에 따라 상기 감지 신호 전압을 상기 제2 샘플링 커패시터에 저장할 수 있다.
이웃한 상기 제1 스위치 신호 사이의 펄스 간격 및 이웃한 상기 제2 스위치 신호 사이의 펄스 간격은 각각 상기 제2 수평 주기를 가질 수 있다.
실시예들에 따른 표시 장치에 의하면, 광 센서의 감지 신호를 판독(read-out)하는 기간의 구동 주파수를 변경하여 장치의 지문 인식도를 향상시킬 수 있다.
실시예들에 따른 효과는 이상에서 예시된 내용에 의해 제한되지 않으며, 더욱 다양한 효과들이 본 명세서 내에 포함되어 있다.
도 1은 일 실시예에 따른 표시 장치를 보여주는 평면도이다.
도 2는 일 실시예에 따른 표시 장치를 보여주는 블록도이다.
도 3은 일 실시예에 따른 표시 장치의 구동 기간을 나타내는 타이밍도이다.
도 4는 일 실시예에 따른 표시 패널의 구동 방법을 보여주는 흐름도이다.
도 5는 일 실시예에 따른 화소 및 광 센서를 상세히 보여주는 회로도이다.
도 6은 제1 모드에 따라 도 5에 도시된 화소의 동작을 설명하기 위한 타이밍도이다.
도 7은 제1 모드 및 제2 모드에 따른 도 5의 화소의 스캔 신호들, 광 센서의 스캔 신호 및 리셋 신호를 상세히 보여주는 파형도이다.
도 8은 일 실시예에 따라 사용자의 터치가 있을 경우 표시 패널의 화소와 광 센서가 구동하는 과정을 보여주는 흐름도이다.
도 9는 광 센서 및 리드 아웃 회로를 상세히 나타낸 회로도이다.
도 10은 지문 판독 기간에 따른 도 9의 리드 아웃 회로의 신호들 및 스캔 신호를 나타낸 파형도이다.
도 11은 제2 모드의 다른 예를 보여주는 화소와 광 센서의 파형도이다.
도 12은 또 다른 실시예에 따른 표시 장치를 보여주는 블록도이다.
도 13는 도 12에 도시된 타이밍 제어부의 블록도이다.
도 14는 도 12에 따른 표시 장치의 구동 기간을 나타내는 타이밍도이다.
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.
소자(elements) 또는 층이 다른 소자 또는 층의 "상(on)"으로 지칭되는 것은 다른 소자 바로 위에 또는 중간에 다른 층 또는 다른 소자를 개재한 경우를 모두 포함한다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다. 실시예들을 설명하기 위한 도면에 개시된 형상, 크기, 비율, 각도, 개수 등은 예시적인 것이므로 본 발명이 도시된 사항에 한정되지 않는다.
비록 제1, 제2 등이 다양한 구성요소들을 서술하기 위해서 사용되나, 이들 구성요소들은 이들 용어에 의해 제한되지 않음은 물론이다. 이들 용어들은 단지 하나의 구성요소를 다른 구성요소와 구별하기 위하여 사용하는 것이다. 따라서, 이하에서 언급되는 제1 구성요소는 본 발명의 기술적 사상 내에서 제2 구성요소일 수도 있음은 물론이다.
본 발명의 여러 실시예들의 각각 특징들이 부분적으로 또는 전체적으로 서로 결합 또는 조합 가능하고, 기술적으로 다양한 연동 및 구동이 가능하며, 각 실시예들이 서로에 대하여 독립적으로 실시 가능할 수도 있고 연관 관계로 함께 실시할 수도 있다.
도 1은 일 실시예에 따른 표시 장치를 보여주는 평면도이다.
도 1에는 제1 방향(X), 제2 방향(Y) 및 제3 방향(Z)이 표기되어 있다. 제1 방향(X)은 평면 상에서 바라볼 때 표시 장치(1)의 일 변과 나란한 방향으로, 예를 들어 표시 장치(1)의 가로 방향일 수 있다. 제2 방향(Y)은 평면 상에서 바라볼 때 표시 장치(1)의 일 변과 접하는 타 변과 나란한 방향으로, 표시 장치(1)의 세로 방향일 수 있다. 이하에서 설명의 편의를 위해 제1 방향(X)의 일측은 평면도상 우측 방향을, 제1 방향(X)의 타측은 평면도상 좌측 방향을 지칭하고, 제2 방향(Y)의 일측은 평면도상 상측 방향을, 제2 방향(Y)의 타측은 편면도상 하측 방향을 각각 지칭하는 것으로 한다. 제3 방향(Z)은 표시 장치(1)의 두께 방향일수 있다. 다만, 실시예에서 언급하는 방향은 상대적인 방향을 의미하는 것으로 이해되어야 하며, 실시예는 언급한 방향에 한정되지 않는다.
도 1을 참조하면, 표시 장치(1)는 표시 화면을 제공하는 다양한 전자장치가 그에 포함될 수 있다. 표시 장치(1)의 예는, 이에 제한되는 것은 아니지만, 모바일 폰(mobile phone), 스마트 폰(smart phone), 태블릿 PC(tablet personal computer), 이동 통신 단말기, 전자 수첩, 전자 책, PDA(Personal Digital Assistant), PMP(portable multimedia player), 네비게이션, UMPC(Ultra Mobile PC), 텔레비전, 게임기, 손목 시계형 전자 기기, 헤드 마운트 디스플레이, 퍼스널 컴퓨터의 모니터, 노트북 컴퓨터, 자동차 계기판, 디지털 카메라, 캠코더, 외부 광고판, 전광판, 각종 의료 장치, 각종 검사 장치, 냉장고나 세탁기 등과 같은 표시 영역을 포함하는 다양한 가전 제품, 사물 인터넷 장치 등을 포함할 수 있다. 후술하는 표시 장치(1)의 대표적인 예로 스마트 폰, 태블릿 PC나 노트북 등을 들 수 있지만 이에 제한되지 않는다.
표시 장치(1)는 활성 영역(AAR)과 비활성 영역(NAR)을 갖는 표시 패널(10)을 포함한다.
활성 영역(AAR)은 화면이 표시되는 표시 영역(DA)을 포함한다. 활성 영역(AAR)은 표시 영역(DA)과 완전히 중첩될 수 있다. 표시 영역(DA)에는 영상을 표시하는 복수의 화소(PX)가 배치될 수 있다. 각 화소(PX)는 발광 소자(도 5의 'EL')를 포함할 수 있다.
활성 영역(AAR)은 지문 감지 영역(FSA)을 더 포함한다. 지문 감지 영역(FSA)은 광에 반응하는 영역으로, 입사광의 광량이나 파장 등을 감지하도록 구성된 영역이다. 지문 감지 영역(FSA)은 표시 영역과 중첩할 수 있다. 도면에서는 지문 감지 영역(FSA)이 활성 영역(AAR)의 하측 중앙 영역에 배치된 것으로 예시하였으나, 이에 한정되지 않는다. 예를 들어, 지문 감지 영역(FSA)은 평면도 상 표시 영역과 완전히 동일한 영역으로 정의될 수도 있다. 다른 예를 들어, 지문 감지 영역(FSA)은 지문 인식을 위해 필요한 한정된 영역에만 배치될 수 있다. 이 경우, 지문 감지 영역(FSA)은 표시 영역의 일부와는 중첩하지만, 표시 영역의 다른 일부와는 비중첩할 수 있다.
지문 감지 영역(FSA)에는 광에 반응하는 복수의 광 센서(PS)들이 배치될 수 있다. 각 광 센서(PS)는 입사되는 광을 감지하여 이를 전기적인 신호로 변환하는 광전 변환 소자(도 5의 'PD')를 포함할 수 있다.
비활성 영역(NAR)은 활성 영역(AAR)의 주변에 배치된다. 비활성 영역(NAR)은 베젤 영역일 수 있다. 비활성 영역(NAR)은 활성 영역(AAR)의 모든 변(도면에서 4 변)을 둘러쌀 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.
비활성 영역(NAR)에는 활성 영역(AAR)에 신호를 인가하기 위한 신호 배선이나 구동 회로들이 배치될 수 있다. 또한, 비활성 영역(NAR)에는 지문 감지 영역(FSA)에 신호를 인가하기 위한 신호 배선이나 구동 회로 및 지문 감지 영역(FSA)으로부터 전달되는 전기적 신호를 전달하기 위한 지문 감지 배선들이 배치될 수 있다. 비활성 영역(NAR)은 표시 영역을 포함하지 않을 수 있다. 나아가, 비활성 영역(NAR)은 지문 감지 영역(FSA)을 포함하지 않을 수 있다. 다른 실시예에서, 비활성 영역(NAR)은 일부의 지문 감지 영역(FSA)을 포함할 수도 있다. 비활성 영역(NAR)은 화면이 표시되지 않는 비표시 영역과 완전히 동일한 영역이 될 수도 있다.
도 2는 일 실시예에 따른 표시 장치를 보여주는 블록도이다. 도 3은 일 실시예에 따른 표시 장치의 구동 기간을 나타내는 타이밍도이다.
본 실시예에 따른 표시 장치(1)는 프로세서(100), 표시 구동 회로(200), 및 리드 아웃 회로(300)를 포함한다.
프로세서(100)는 외부로부터 공급된 영상 신호(RGB) 및 복수의 제어 신호들을 타이밍 제어부(210)로 공급한다. 프로세서(100)는 외부로부터 제공된 영상 신호(RGB)에 대한 그래픽을 제공하는 그래픽 프로세싱 유닛(이하, GPU)를 더 포함할 수 있다. 영상 신호(RGB)는 GPU에서 그래픽 처리가 완료된 이미지 소스로서, 타이밍 제어부(210)에 제공될 수 있다. 영상 신호(RGB)는 예를 들어, 대략 120Hz의 주파수를 가질 수 있다. 또 다른 예를 들어, 영상 신호(RGB)는 대략 30Hz의 주파수를 가질 수 있다.
본 실시예에 따른 표시 장치(1)에서 복수의 제어 신호들은 제1 모드 제어 신호(MO1) 및 제2 모드 제어 신호(MO2), 클록 신호, 인에이블 신호 등을 포함한다. 제1 모드 제어 신호(MO1)는 제1 수직 동기 신호(Vsync1) 및 제1 수평 동기 신호(Hsync1)를 포함할 수 있고, 제2 모드 제어 신호(MO2)는 제2 수직 동기 신호(Vsync2) 및 제2 수평 동기 신호(Hsync2)를 포함할 수 있다.
도 2와 도 3을 참조하면, 각각의 수직 동기 신호(Vsync: Vsync1, Vsync2)는 각각의 프레임 기간들을 정의한다. 수직 동기 신호(Vsync)는 각 주기마다 하이 기간과 로우 기간을 포함하고, 수직 동기 신호(Vsync)의 주기는 각 기간의 프레임 주파수에 대응한다. 예를 들어, 제1 수직 동기 신호(Vsync1)는 제1 프레임 주파수를 갖는 복수의 제1 프레임 기간(FOM1)들을 정의하고, 제2 수직 동기 신호(Vsync2)는 제2 프레임 주파수를 갖는 복수의 제2 프레임 기간(FOM2)들을 정의할 수 있다. 본 명세서에서 제1 프레임 주파수는 제2 프레임 주파수보다 클 수 있다. 예를 들어, 제1 프레임 주파수는 대략 120Hz이고, 제2 프레임 주파수는 대략 30Hz일 수 있다. 이 경우, 제1 수직 동기 신호(Vsync1)의 주기는 제2 수직 동기 신호(Vsync2)의 주기보다 짧을 수 있다. 예를 들어, 제1 수직 동기 신호(Vsync1)의 주기는 대략 8.3ms이고, 제2 수직 동기 신호(Vsync2)의 주기는 대략 33.2ms일 수 있다.
각각의 수평 동기 신호(Hsync: Hsync1, Hsync2)는 하나의 프레임 기간 내의 수평 주기들을 정의한다. 수평 동기 신호(Hsync)는 각 주기마다 하이 기간과 로우 기간을 포함하고, 수평 동기 신호(Hsync)의 주기는 수평 주기들 각각에 대응한다. 예를 들어, 제1 수평 동기 신호(Hsync1)는 제1 수평 주기(1H)들을 정의하고, 제2 수평 동기 신호(Hsync2)는 제2 수평 주기(4H)를 정의할 수 있다. 제1 프레임 주파수가 제2 프레임 주파수보다 큰 경우, 제1 수평 동기 신호(Hsync1)의 주기는 제2 수평 동기 신호(Hsync2)의 주기보다 짧을 수 있다. 예를 들어, 제1 수평 동기 신호(Hsync1)의 주기는 대략 3.2μs이고, 제2 수평 동기 신호(Hsync2)의 주기는 대략 12.8μs일 수 있다.
다시 도 2를 참조하면, 프로세서(100)는 표시 패널(10)에 화상을 표시하기 위해 제1 모드 제어 신호(MO1)를 타이밍 제어부(210)에 제공한다. 프로세서(100)는 사용자의 지문 감지를 위한 터치가 존재한다고 판단하는 경우, 제2 모드 제어 신호(MO2)를 타이밍 제어부(210)에 제공한다. 타이밍 제어부(210)는 제2 모드 제어 신호(MO2)에 따라 구동 주파수를 낮춰서 표시 패널(10)의 화소(PX)와 광 센서(PS)를 구동한다.
표시 구동 회로(200)는 표시 패널(10)의 화소(PX)들 및 광 센서(PS)들을 구동하기 위한 신호들과 전압들을 생성할 수 있다. 표시 구동 회로(200)는 집적회로(integrated circuit, IC)로 형성되어 COF(chip on film) 방식으로 회로 보드 상에 부착될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니고, COG(chip on glass) 방식, COP(chip on plastic) 방식, 또는 초음파 접합 방식으로 표시 패널(10)의 비활성 영역(NAR) 상에 부착될 수도 있다.
표시 구동 회로(200)는 표시 패널(10)의 화소(PX)를 구동하는 데이터 구동부(220), 화소(PX) 및 광 센서(PS)를 구동하는 스캔 구동부(230), 데이터 구동부(220)와 스캔 구동부(230)의 구동 타이밍을 제어하는 타이밍 제어부(210)를 포함한다. 또한, 전원 공급부(240), 발광 구동부(250), 및 리셋 구동부(260)를 더 포함할 수 있다.
타이밍 제어부(210)는 표시 장치(1)의 외부로부터 공급된 영상 신호(RGB), 제1 모드 제어 신호(MO1), 및 제2 모드 제어 신호(MO2)를 수신한다. 타이밍 제어부(210)는 영상 데이터(DATA)와 데이터 제어 신호(DCS)를 데이터 구동부(220)에 출력할 수 있다. 또한, 타이밍 제어부(210)는 스캔 구동부(230)의 동작 타이밍을 제어하기 위한 스캔 제어 신호(SCS), 발광 구동부(250)의 동작 타이밍을 제어하기 위한 발광 제어 신호(ECS), 및 리셋 구동부(260)의 동작 타이밍을 제어하기 위한 리셋 제어 신호(RCS)를 생성할 수 있다. 예를 들어, 타이밍 제어부(210)는 스캔 제어 신호(SCS), 발광 제어 신호(ECS), 및 리셋 제어 신호(RCS)를 생성하고, 스캔 제어 라인을 통해 스캔 제어 신호(SCS)를 스캔 구동부(230)로 출력하고, 발광 제어 라인을 통해 발광 제어 신호(ECS)를 발광 구동부(250)로 출력하고, 리셋 제어 라인을 통해 리셋 제어 신호(RCS)를 리셋 구동부(260)로 출력할 수 있다.
타이밍 제어부(210)는 제1 모드 제어 신호(MO1)를 인가받은 경우, 제1 프레임 주파수로 표시 패널(10)의 화소(PX)와 광 센서(PS)를 구동한다. 타이밍 제어부(210)는 제2 모드 제어 신호(MO2)를 인가받은 경우, 제1 프레임 주파수보다 낮은 제2 프레임 주파수로 표시 패널(10)의 화소(PX)와 광 센서(PS)를 구동한다. 예를 들어, 타이밍 제어부(210)는 제1 프레임 주파수에 따라 스캔 제어 신호(SCS), 데이터 제어 신호(DCS), 발광 제어 신호(ECS), 및 리셋 제어 신호(RCS)를 출력한다. 또한, 타이밍 제어부(210)는 제2 프레임 주파수에 따라 스캔 제어 신호(SCS), 데이터 제어 신호(DCS), 발광 제어 신호(ECS), 및 리셋 제어 신호(RCS)를 출력한다.
데이터 구동부(220)는 영상 데이터(DATA)를 아날로그 데이터 전압들로 변환하여 데이터 라인(DL)들에 출력할 수 있다. 데이터 구동부(220)는 제1 모드 제어 신호(MO1) 및 제2 모드 제어 신호(MO2)에 근거하여 영상 데이터(DATA)를 아날로그 데이터 전압으로 변환할 할 수 있다.
스캔 구동부(230)는 스캔 제어 신호(SCS)에 따라 스캔 신호들을 각각 생성하고, 스캔 신호들을 스캔 라인(SL1~SLn)들에 순차적으로 출력할 수 있다. 예를 들어, 스캔 구동부(230)는 제1 프레임 주파수에 따른 스캔 제어 신호(SCS)를 입력 받고, 제1 프레임 주파수에 따른 스캔 신호를 출력한다. 스캔 구동부(230)는 제2 프레임 주파수(FOM2)에 따른 스캔 제어 신호(SCS)를 입력 받고, 제2 프레임 주파수에 따른 스캔 신호를 출력한다.
전원 공급부(240)는 제1 구동 전압을 생성하여 구동 전압 라인(VL)에 공급하고, 제2 구동 전압을 생성하여 구동 전압 라인(VL)에 공급할 수 있다. 구동 전압 라인(VL)은 제1 구동 전압 라인과 제2 구동 전압 라인을 포함할 수 있다. 제1 구동 전압은 발광 소자 및 광전 변환 소자의 구동을 위한 고전위 전압일 수 있고, 제2 구동 전압은 발광 소자 및 광전 변환 소자의 구동을 위한 저전위 전압일 수 있다. 즉, 제1 구동 전압은 제2 구동 전압보다 높은 전위를 가질 수 있다.
발광 구동부(250)는 발광 제어 신호(ECS)에 따라 발광 신호들을 생성하고, 발광 신호들을 발광 라인(EML)들에 순차적으로 출력할 수 있다. 예를 들어, 발광 구동부(250)는 제1 프레임 주파수에 따른 발광 제어 신호(ECS)를 입력받고, 제1 프레임 주파수에 따른 발광 신호를 출력한다. 발광 구동부(250)는 제2 프레임 주파수에 따른 발광 제어 신호(ECS)를 입력 받고, 제2 프레임 주파수에 따른 발광 신호를 출력한다. 한편, 발광 구동부(250)는 스캔 구동부(230)와 별도로 존재하는 것으로 도시하였으나, 이에 한정되지 않고 스캔 구동부(230)에 포함된 개념일 수 있다.
리셋 구동부(260)는 리셋 제어 신호(RCS)에 따라 리셋 신호들을 생성하고, 리셋 신호들을 리셋 라인(RSTL)들에 순차적으로 출력할 수 있다. 예를 들어, 리셋 구동부(260)는 제1 프레임 주파수에 따른 리셋 제어 신호(RCS)를 입력받고, 제1 프레임 주파수에 따른 리셋 신호를 출력한다. 리셋 구동부(260)는 제2 프레임 주파수에 따른 리셋 제어 신호(RCS)를 입력 받고, 제2 프레임 주파수에 따른 리셋 신호를 출력한다.
리드 아웃 회로(300)는 지문 감지 라인(FRL)을 통해 각 광 센서(PS)와 연결되며, 각 광 센서(PS)에 흐르는 전류를 전달받아 사용자의 지문 입력을 감지할 수 있다. 리드 아웃 회로(300)는 집적회로(integrated circuit, IC)로 형성되어 COF(chip on film) 방식으로 표시 회로 보드 상에 부착될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니고, COG(chip on glass) 방식, COP(chip on plastic) 방식, 또는 초음파 접합 방식으로 표시 패널(10)의 비활성 영역(NAR) 상에 부착될 수도 있다.
리드 아웃 회로(300)는 각 광 센서(PS)에서 감지된 전류의 크기에 따라 지문 감지 데이터를 생성하여 프로세서(100)로 전송하고, 프로세서(100)는 지문 감지 데이터를 분석함으로써, 기 설정된 지문과 비교를 통해 사용자의 지문과 일치하는지 여부를 판단할 수 있다. 기 설정된 지문과 리드 아웃 회로(300)로부터 전송받은 지문 감지 데이터가 동일한 경우, 설정된 기능들을 수행할 수 있다. 설정된 기능들은 표시 장치의 화면 잠금 및/또는 어플리케이션의 잠금을 해제하거나, 구매를 승인하는 등 다양한 기능을 포함할 수 있다. 표시 패널(10)은 복수의 화소(PX)들, 복수의 광 센서(PS)들, 복수의 화소(PX)들과 복수의 광 센서(PS)들에 연결되는 복수의 스캔 라인(SL1~SLn)들, 복수의 화소(PX)들에 연결되는 복수의 데이터 라인(DL)들과 복수의 발광 라인(EML)들, 복수의 광 센서(PS)들에 연결되는 복수의 지문 감지 라인(FRL)들과 복수의 리셋 라인(RSTL)들을 더 포함한다.
복수의 화소(PX)들은 발광 소자와 발광 소자의 발광량을 제어하는 복수의 트랜지스터들을 포함할 수 있다. 복수의 화소(PX)들 각각은 스캔 라인(SL1~SLn)들 중 적어도 어느 하나, 데이터 라인(DL)들 중 어느 하나, 발광 라인(EML)들 중 적어도 하나, 및 구동 전압 라인(VL)에 접속될 수 있다.
복수의 광 센서(PS)들은 광전 변환 소자와 광전 변환 소자의 수광량을 제어하는 복수의 트랜지스터들을 포함할 수 있다. 복수의 광 센서(PS)들 각각은 스캔 라인(SL1~SLn)들 중 어느 하나, 리셋 라인(RSTL)들 중 어느 하나, 지문 감지 라인(FRL)들 중 어느 하나 및 구동 전압 라인(VL)에 접속될 수 있다.
복수의 스캔 라인(SL1~SLn)들은 스캔 구동부(230)와 복수의 화소(PX)들 및 복수의 광 센서(PS)들 각각을 연결할 수 있다. 복수의 스캔 라인(SL1~SLn)들은 스캔 구동부(230)로부터 출력된 스캔 신호들을 복수의 화소(PX)들 각각 및 복수의 광 센서(PS)들 각각에 제공할 수 있다.
복수의 데이터 라인(DL)들은 데이터 구동부(220)와 복수의 화소(PX)들 각각을 연결할 수 있다. 복수의 데이터 라인(DL)들은 데이터 구동부(220)로부터 출력된 영상 데이터를 복수의 화소(PX)들 각각에 제공할 수 있다.
복수의 발광 라인(EML)들은 발광 구동부(250)와 복수의 화소(PX)들 각각을 연결할 수 있다. 복수의 발광 라인(EML)들은 발광 구동부(250)로부터 출력된 발광 신호를 복수의 화소(PX)들 각각에 제공할 수 있다.
복수의 리셋 라인(RSTL)들은 리셋 구동부(260)와 복수의 광 센서(PS)들 각각을 연결할 수 있다. 복수의 리셋 라인(RSTL)들은 리셋 구동부(260)로부터 출력된 리셋 신호를 복수의 광 센서(PS)들 각각에 제공할 수 있다. 복수의 지문 감지 라인(FRL)들은 복수의 광 센서(PS)들 각각과 리드 아웃 회로(300)를 연결할 수 있다. 복수의 지문 감지 라인(FRL)들은 복수의 광 센서(PS)들 각각에서 출력된 광전류를 리드 아웃 회로(300)에 제공할 수 있다. 이에 따라, 리드 아웃 회로(300)는 사용자의 지문을 감지할 수 있다.
복수의 구동 전압 라인(VL)들은 전원 공급부(240)와 복수의 화소(PX)들 및 복수의 광 센서(PS)들 각각을 연결할 수 있다. 복수의 구동 전압 라인(VL)들은 전원 공급부(240)로부터 제1 구동 전압 또는 제2 구동 전압을 복수의 화소(PX) 및 광 센서(PS)에 제공할 수 있다.
도 4는 일 실시예에 따른 표시 패널의 구동 방법을 보여주는 흐름도이다. 도 4에 도 2를 결부하여 제1 모드와 제2 모드에 따른 표시 패널(10)의 타이밍 제어부(210), 스캔 구동부(230), 및 데이터 구동부(220)의 동작을 설명한다.
프로세서(100)는 타이밍 제어부(210)에 사용자의 터치가 감지되지 않는 경우 제1 모드 제어 신호(MO1)를 제공하고, 사용자의 터치가 감지된 경우 제2 모드 제어 신호(MO2)를 제공한다. 타이밍 제어부(210)에 제1 모드 제어 신호(MO1)가 입력되는 경우(S110: YES), 타이밍 제어부(210)는 제1 프레임 주파수에 따른 스캔 제어 신호(SCS), 데이터 제어 신호(DCS)를 출력(S121)할 수 있다. 제1 프레임 주파수에 따른 스캔 제어 신호(SCS)를 인가받은 스캔 구동부(230)는 제1 프레임 주파수에 따른 스캔 신호를 출력(S131)할 수 있다. 또한, 제1 프레임 주파수에 따른 데이터 제어 신호(DCS)를 인가받은 데이터 구동부(220)는 제1 프레임 주파수에 따른 영상 데이터를 출력(S141)할 수 있다. 한편, 발광 제어 신호(ECS)와 리셋 제어 신호(RCS) 상술한 바와 같이 제1 프레임 주파수에 따라 발광 구동부(250) 및 리셋 구동부(260)에 인가될 수 있다. 이에 따라, 타이밍 제어부(210)는 표시 패널(10)의 화소(PX)와 광 센서(PS)를 제1 모드에 따라 제어할 수 있다. 제1 모드에서 표시 패널(10)의 복수의 화소(PX)들은 제1 프레임 주파수에 따라 화상을 표시할 수 있다. 이에 비해, 제1 모드에서 표시 패널(10)은 유효한 지문 감지 데이터를 제공받을 수 없다. 리드 아웃 회로(300)는 제1 모드에서 복수의 광 센서(PS)에서 발생하는 신호들을 지문 감지 데이터로 인식하지 않는다. 예를 들어, 제1 모드에서 복수의 광 센서(PS)에 발생하는 신호들은 리드 아웃 회로(300)의 메모리에 저장되지 않는 노이즈 신호일 수 있다.
타이밍 제어부(210)에 제1 모드 제어 신호(MO1)가 입력되지 않고 제2 모드 제어 신호(MO2)가 입력되는 경우(S110: NO), 타이밍 제어부(210)는 제2 프레임 주파수에 따른 스캔 제어 신호(SCS), 데이터 제어 신호(DCS)를 출력(S122)할 수 있다. 제2 프레임 주파수에 따른 스캔 제어 신호(SCS)를 인가받은 스캔 구동부(230)는 제2 프레임 주파수에 따른 스캔 신호를 출력(S132)할 수 있다. 또한, 제2 프레임 주파수에 따른 데이터 제어 신호(DCS)를 인가받은 데이터 구동부(220)는 제2 프레임 주파수에 따른 영상 데이터를 출력(S142)할 수 있다. 한편, 발광 제어 신호와 리셋 제어 신호 또한 이와 유사하게 제2 프레임 주파수에 따라 발광 구동부 및 리셋 구동부에 인가될 수 있다. 이에 따라, 타이밍 제어부(210)는 표시 패널(10)의 화소(PX)와 광 센서(PS)를 제2 모드에 따라 제어할 수 있다. 제2 모드에서 표시 패널(10)의 복수의 광 센서(PS)들은 제2 프레임 주파수에 따라 화상을 표시할 수 있고, 유효한 지문 감지 데이터를 제공받을 수 있다. 이는 제2 모드 제어 신호(MO2)에 따라 지문 감지 신호를 판독(read-out)하는 지문 판독 기간(도 7의 'ROP')에 표시 패널(10)의 구동 주파수가 낮아지기 때문이다. 표시 패널(10)의 구동 주파수가 낮아진 경우, 리드 아웃 회로(300)는 복수의 광 센서(PS)에서 발생하는 지문 감지 신호들을 유효한 지문 감지 데이터로 인식할 수 있다. 예를 들어, 제2 모드에서 복수의 광 센서(PS)에 발생하는 지문 감지 신호들은 리드 아웃 회로(300)에 메모리에 저장되는 지문 감지 신호일 수 있다.
정리하면, 프로세서(100)는 사용자의 터치가 감지된 경우 제1 모드 제어 신호(MO1)를 제2 모드 제어 신호(MO2)로 변경하여 제공한다. 제2 모드 제어 신호(MO2)에 따라 구동 주파수가 낮아지는 경우 광 센서(PS)의 지문 판독 기간(ROP)이 연장될 수 있다. 광 센서(PS)의 지문 판독 기간(ROP)이 연장되는 경우 리드 아웃 회로(300)의 증폭부(도 9의 '310')가 감지 신호 전압(이하, "Vsignal"이라 표기함)을 축적할 수 있는 기간이 길어지므로 감지 신호 전압(Vsignal)이 증가할 수 있다. 이에 대한 자세한 설명은 도 9를 결부하여 후술한다.
도 5는 일 실시예에 따른 화소 및 광 센서를 상세히 보여주는 회로도이다.
화소(PX) 각각은 스캔 개시 라인(GIL), 스캔 제어 라인(GCL), 제1 스캔 기입 라인(GWL1), 제2 스캔 기입 라인(GWL2), 발광 라인(EML) 및 데이터 라인(DL)에 접속될 수 있다. 또한, 화소(PX) 각각은 제1 구동 전압이 인가되는 제1 구동 전압 라인(VDDL), 제2 구동 전압이 인가되는 제2 구동 전압 라인(VSSL), 제1 초기화 전압(Vint1)이 인가되는 제1 초기화 전압 라인, 제2 초기화 전압(Vint2)이 인가되는 제2 초기화 전압 라인에 접속될 수 있다.
광 센서(PS) 각각은 제1 스캔 기입 라인(GWL1), 리셋 라인(RSTL), 및 지문 감지 라인(FRL)에 접속될 수 있다. 또한, 광 센서(PS) 각각은 제2 구동 전압이 인가되는 제2 구동 전압 라인(VSSL), 리셋 전압(Vrst)이 인가되는 리셋 전압 라인, 제2 초기화 전압(Vint2)이 인가되는 제2 초기화 전압 라인에 접속될 수 있다.
화소(PX) 각각은 복수의 트랜지스터들, 발광 소자(EL) 및 적어도 하나 이상의 커패시터(Cst)를 포함할 수 있다. 복수의 트랜지스터들은 제1 내지 제7 트랜지스터(T1, T2, T3, T4, T5, T6, T7)를 포함할 수 있다. 중에서 제1 트랜지스터(T1)는 구동 트랜지스터이고, 제2 내지 제7 트랜지스터(T7)들은 각각의 게이트 전극에 인가되는 스캔 신호에 따라 턴-온 또는 턴-오프되는 스위치 소자 역할을 하는 트랜지스터들일 수 있다.
제1 트랜지스터(T1)는 게이트 전극, 제1 전극 및 제2 전극을 포함할 수 있다. 제1 트랜지스터(T1)는 게이트 전극에 인가되는 데이터 전압에 따라 소스-드레인간 전류(Isd, 이하 "구동 전류(Isd)"라 칭함)를 제어할 수 있다. 제1 트랜지스터(T1)의 채널을 통해 흐르는 구동 전류(Isd)는 수학식 1과 같이 제1 트랜지스터(T1)의 소스 전극과 게이트 전극 간의 전압과 문턱 전압(threshold voltage, Vth)의 절댓값의 차의 제곱에 비례한다.
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수학식 1에서, k'는 제1 트랜지스터(T1)의 구조와 물리적 특성에 의해 결정되는 비례 계수, Vsg는 제1 트랜지스터(T1)의 소스-게이트간 전압, Vth는 제1 트랜지스터(T1)의 문턱전압을 의미한다.
제1 트랜지스터(T1)의 게이트 전극은 제3 트랜지스터(T3)의 제1 전극과 커패시터(Cst)의 일 전극에 전기적으로 접속되고, 제1 전극은 제2 트랜지스터(T2)의 제2 전극과 제5 트랜지스터(T5)의 제2 전극에 전기적으로 접속되며, 제2 전극은 제3 트랜지스터(T3)의 제2 전극과 제6 트랜지스터(T6)의 제1 전극에 전기적으로 접속될 수 있다.
발광 소자(EL)는 구동 전류(Isd)에 따라 발광한다. 발광 소자(EL)의 발광량은 구동 전류(Isd)에 비례할 수 있다.
발광 소자(EL)는 애노드 전극, 캐소드 전극 및 애노드 전극과 캐소드 전극 사이에 배치된 유기 발광층을 포함하는 유기 발광 다이오드일 수 있다. 또는, 발광 소자(EL)는 애노드 전극, 캐소드 전극 및 애노드 전극과 캐소드 전극 사이에 배치된 무기 발광층을 포함하는 무기 발과 다이오드이거나, 애노드 전극과 캐소드 전극 사이에 배치된 양자점 발광층을 포함하는 양자점 발광 소자(EL) 일 수도 있다. 또한, 발광 소자(EL)는 마이크로 발광 다이오드 일 수도 있다.
발광 소자(EL)의 애노드 전극은 제6 트랜지스터(T6)의 제2 전극과 제7 트랜지스터(T7)의 제2 전극에 접속되며, 캐소드 전극은 제2 구동 전압 라인(VSSL)에 접속될 수 있다.
제2 트랜지스터(T2)는 제1 스캔 기입 라인(GWL1)의 스캔 신호에 의해 턴-온되어, 제1 트랜지스터(T1)의 제1 전극과 데이터 라인(DL)을 접속시킬 수 있다. 제2 트랜지스터(T2)의 게이트 전극은 제1 스캔 기입 라인(GWL1)에 전기적으로 접속되고, 제1 전극은 데이터 라인(DL)에 접속되며, 제2 전극은 제1 트랜지스터(T1)의 제1 전극에 전기적으로 접속될 수 있다.
제3 트랜지스터(T3)는 스캔 제어 라인(GCL)의 스캔 신호에 의해 턴-온되어 제1 트랜지스터(T1)의 게이트 전극과 제2 전극을 접속시킬 수 있다. 즉, 제3 트랜지스터(T3)가 턴-온되는 경우, 제1 트랜지스터(T1)의 게이트 전극과 제2 전극이 접속되므로, 제1 트랜지스터(T1)는 다이오드(diode)로 구동할 수 있다. 제3 트랜지스터(T3)의 게이트 전극은 스캔 제어 라인(GCL)에 전기적으로 접속되고, 제1 전극은 전기적으로 제1 트랜지스터(T1)의 제2 전극에 접속되며, 제2 전극은 전기적으로 제1 트랜지스터(T1)의 게이트 전극에 접속될 수 있다.
제4 트랜지스터(T4)는 스캔 개시 라인(GIL)의 스캔 신호에 의해 턴-온되어 제1 트랜지스터(T1)의 게이트 전극과 제2 초기화 전압 라인을 접속시킬 수 있다. 이 경우, 제1 트랜지스터(T1)의 게이트 전극은 제2 초기화 전압 라인의 제2 초기화 전압(Vint2)으로 방전될 수 있다. 제4 트랜지스터(T4)의 게이트 전극은 전기적으로 스캔 개시 라인(GIL)에 접속되고, 제1 전극은 전기적으로 제2 초기화 전압 라인에 접속되며, 제2 전극은 전기적으로 제1 트랜지스터(T1)의 게이트 전극에 접속될 수 있다.
제5 트랜지스터(T5)는 발광 라인(EML)의 발광 신호에 의해 턴-온되어 제1 트랜지스터(T1)의 제1 전극과 제1 구동 전압 라인(VDDL)을 접속시킬 수 있다. 제5 트랜지스터(T5)의 게이트 전극은 전기적으로 발광 라인(EML)에 접속되고, 제1 전극은 전기적으로 제1 구동 전압 라인(VDDL)에 접속되며, 제2 전극은 제1 트랜지스터(T1)의 제1 전극에 전기적으로 접속될 수 있다.
제6 트랜지스터(T6)는 발광 라인(EML)의 발광 신호에 의해 턴-온되어 제1 트랜지스터(T1)의 제2 전극과 발광 소자(EL)의 애노드 전극을 접속시킬 수 있다. 제6 트랜지스터(T6)의 게이트 전극은 전기적으로 발광 라인(EML)에 접속되고, 제1 전극은 제1 트랜지스터(T1)의 제2 전극에 전기적으로 접속되며, 제2 전극은 발광 소자(EL)의 애노드 전극에 전기적으로 접속될 수 있다.
제5 트랜지스터(T5)와 제6 트랜지스터(T6)가 모두 턴-온 되는 경우, 구동 전류(Isd)는 발광 소자(EL)에 공급될 수 있다.
제7 트랜지스터(T7)는 제2 스캔 기입 라인(GWL2)의 스캔 신호에 의해 턴-온되어 제1 초기화 전압 라인과 발광 소자(EL)의 애노드 전극을 접속시킬 수 있다. 이 경우, 발광 소자(EL)의 애노드 전극은 제1 초기화 전압(Vint1)으로 방전될 수 있다. 제7 트랜지스터(T7)의 게이트 전극은 제2 스캔 기입 라인(GWL2)에 전기적으로 접속되고, 제1 전극은 제1 초기화 전압 라인에 전기적으로 접속되며, 제2 전극은 발광 소자(EL)의 애노드 전극에 전기적으로 접속될 수 있다.
커패시터(Cst)는 제1 트랜지스터(T1)의 게이트 전극과 제1 구동 전압 라인(VDDL) 사이에 형성될 수 있다. 커패시터(Cst)의 일 전극은 제1 트랜지스터(T1)의 게이트 전극에 전기적으로 접속되고, 타 전극은 제1 구동 전압 라인(VDDL)에 전기적으로 접속될 수 있다. 이로 인해, 커패시터(Cst)는 제1 트랜지스터(T1)의 게이트 전극과 제1 구동 전압 라인(VDDL) 사이의 전위차를 유지할 수 있다.
광 센서(PS) 각각은 복수의 센싱 트랜지스터들 및 광전 변환 소자(PD)를 포함할 수 있다. 복수의 센싱 트랜지스터들은 제1 내지 제3 센싱 트랜지스터(LT1, LT2, LT3)을 포함할 수 있다. 광 센서(PS) 각각은 제1 센싱 트랜지스터(LT1), 제3 센싱 트랜지스터(LT3), 및 광전 변환 소자(PD) 사이의 제1 노드(N1) 및 제2 구동 전압 라인(VSSL)과 광전 변환 소자(PD) 사이의 제2 노드(N2)를 포함할 수 있다. 제1 센싱 트랜지스터(LT1)는 구동 트랜지스터이고, 제2 및 제3 센싱 트랜지스터(LT2, LT3)는 각각의 게이트 전극에 인가되는 리셋 신호와 스캔 신호에 따라 턴-온 또는 턴-오프되는 스위치 소자 역할을 하는 트랜지스터들일 수 있다.
복수의 발광 소자(EL)와 복수의 광전 변환 소자(PD)를 하나의 표시 패널(10)에 배치하는 경우, 광전 변환 소자(PD)를 구동함에 있어 발광 소자(EL)의 구동을 위한 전압 배선이나 신호 배선을 공용할 수 있다. 즉, 복수의 광전 변환 소자(PD)들의 구동을 위한 전압 배선들 또는 신호 배선들이 표시 패널(10)에 추가 배치되는 것을 최소화함으로써, 표시 패널(10)의 해상도를 확보하고, 베젤 영역을 최소화할 수 있다. 예를 들어, 화소(PX)의 제2 트랜지스터(T2)의 게이트 전극에 전기적으로 연결되는 신호 배선은 광 센서(PS)의 제2 센싱 트랜지스터(LT2)의 게이트 전극에 전기적으로 연결되는 신호 배선과 공용될 수 있다. 즉, 제2 트랜지스터(T2)의 게이트 전극과 제2 센싱 트랜지스터(LT2)의 게이트 전극은 제1 스캔 기입 라인(GWL1)에 전기적으로 접속될 수 있다. 다른 예를 들어, 제2 구동 전압 라인(VSSL)은 발광 소자(EL)의 캐소드 전극 및 광전 변환 소자(PD)의 캐소드 전극에 연결되는 공용 전압 배선일 수 있다. 또 다른 예를 들어, 제2 초기화 전압(Vint2)을 인가하는 제2 초기화 전압 라인은 광 센서(PS)의 제1 센싱 트랜지스터(LT1)의 제2 전극 및 제4 트랜지스터(T4)의 제2 전극에 전기적으로 연결되는 공용 전압 배선일 수 있다.
광전 변환 소자(PD)들 각각은 애노드 전극, 캐소드 전극, 및 애노드 전극과 캐소드 전극 사이에 배치된 광전 변환층을 포함하는 수광 다이오드일 수 있다. 광전 변환 소자(PD)들 각각은 외부에서 입사된 광을 전기적 신호로 전환할 수 있다. 광전 변환 소자(PD)는 pn 형 또는 pin 형의 무기 물질로 형성되는 수광 다이오드, 또는 포토 트랜지터일 수 있다. 또는, 도우너 이온(donor ion)을 생성하는 전자 공여 물질 및 액셉트 이온(acceptor ion)을 생성하는 전자 수용 물질을 포함하는 유기 수광 다이오드일 수도 있다.
광전 변환 소자(PD)의 애노드 전극은 제1 노드(N1)에 전기적으로 접속되고, 캐소드 전극은 제2 노드(N2)에 전기적으로 접속될 수 있다.
광전 변환 소자(PD)가 외부 광에 노출된 경우 광전하들을 생성할 수 있고, 생성된 광전하들은 광전 변환 소자(PD)의 애노드 전극에 축적될 수 있다. 이 경우, 애노드 전극과 전기적으로 연결된 제1 노드(N1)의 전압은 증가할 수 있다. 제1 및 제2 센싱 트랜지스터(LT1, LT2)의 턴-온에 따라 광전 변환 소자(PD)와 지문 감지 라인(FRL)이 접속되는 경우, 전하가 축적된 제1 노드(N1)의 전압에 비례하여 지문 감지 라인(FRL)에 전류가 흐를 수 있다.
제1 센싱 트랜지스터(LT1)는 게이트 전극에 인가되는 제1 노드(N1)의 전압에 의해 턴-온되어 제2 초기화 전압 라인과 제2 센싱 트랜지스터(LT2)의 제2 전극을 접속시킬 수 있다. 이 경우, 제2 센싱 트랜지스터(LT2)의 제2 전극은 제2 초기화 전압(Vint2)으로 방전될 수 있다. 제1 센싱 트랜지스터(LT1)의 게이트 전극은 제1 노드(N1)에 전기적으로 접속되고, 제1 전극은 제2 초기화 전압 라인에 전기적으로 접속되고, 제2 전극은 제2 센싱 트랜지스터(LT2)의 제1 전극에 전기적으로 접속될 수 있다. 제1 센싱 트랜지스터(LT1)는 게이트 전극으로 입력되는 제1 노드(N1)의 전하량에 비례하여 소스-드레인 전류를 발생시키는 소스 팔로워 증폭기(source follower amplifier)일 수 있다. 한편, 제1 센싱 트랜지스터(LT1)의 제1 전극은 제1 구동 전압 라인(VDDL) 또는 제1 초기화 전압 라인에 접속될 수도 있다.
제2 센싱 트랜지스터(LT2)는 제1 스캔 기입 라인(GWL1)의 스캔 신호에 의해 턴-온되어 제1 센싱 트랜지스터(LT1)의 제2 전극과 지문 감지 라인(FRL)을 접속시킬 수 있다. 지문 감지 라인(FRL)은 리드 아웃 회로(도 2의 '300')에 지문 감지 신호를 전달할 수 있다. 제2 센싱 트랜지스터(LT2)의 게이트 전극은 제1 스캔 기입 라인(GWL1)에 전기적으로 접속되고, 제1 전극은 제1 센싱 트랜지스터(LT1)의 제2 전극에 전기적으로 접속되고, 제2 전극은 지문 감지 라인(FRL)에 전기적으로 접속될 수 있다.
제3 센싱 트랜지스터(LT3)는 리셋 라인(RSTL)의 리셋 신호에 의해 턴-온되어 제1 노드(N1)를 리셋 전압(Vrst)으로 리셋할 수 있다. 제3 센싱 트랜지스터(LT3)의 게이트 전극은 리셋 라인(RSTL)에 전기적으로 접속되고, 제1 전극은 리셋 전압 라인에 전기적으로 접속되고, 제2 전극은 제1 노드(N1)에 전기적으로 접속될 수 있다. 리셋 라인(RSTL)의 리셋 신호를 출력하는 리셋 구동부가 생략되는 경우, 제3 센싱 트랜지스터(LT3)는 스캔 신호에 의해 턴-온될 수 있다.
제1 내지 제7 트랜지스터(T1, T2, T3, T4, T5, T6, T7), 및 제1 내지 제3 센싱 트랜지스터(LT1, LT2, LT3) 각각의 제1 전극이 소스 전극인 경우, 제2 전극은 드레인 전극일 수 있다. 또는 제1 내지 제7 트랜지스터(T1, T2, T3, T4, T5, T6, T7)들, 및 제1 내지 제3 센싱 트랜지스터(LT1, LT2, LT3)들 각각의 제1 전극이 드레인 전극인 경우, 제2 전극은 소스 전극일 수 있다.
제1 내지 제7 트랜지스터(T1, T2, T3, T4, T5, T6, T7), 및 제1 내지 제3 센싱 트랜지스터(LT1, LT2, LT3) 각각의 액티브층은 다결정 실리콘(Poly silicon), 비결정 실리콘(Amorphous silicon) 및 산화물 반도체 중 어느 하나로 형성될 수 있다.
예를 들어, 제1 및 제2 트랜지스터(T1, T2), 제5 내지 제7 트랜지스터(T5, T6, T7), 제1 및 제2 센싱 트랜지스터(LT1, LT2)는 P 타입 트랜지스터일 수 있다. 이 경우, 제1 및 제2 트랜지스터(T1, T2), 제5 내지 제7 트랜지스터(T5, T6, T7), 제1 및 제2 센싱 트랜지스터(LT1, LT2) 각각의 액티브층은 폴리 실리콘으로 형성될 수 있다. 또한, 제3 트랜지스터(T3), 제4 트랜지스터(T4), 및 제3 센싱 트랜지스터(LT3) 각각은 산화물 반도체의 액티브층을 형성하는 N 타입 트랜지스터일 수 있다.
다만, 실시예들이 이에 제한되는 것은 아니고, 제1 내지 제7 트랜지스터(T1, T2, T3, T4, T5, T6, T7), 및 제1 내지 제3 센싱 트랜지스터(LT1, LT2, LT3) 각각이 P 타입 트랜지스터일 수 있다. 다른 예로, 제1 내지 제3 센싱 트랜지스터(LT1, LT2, LT3)는 P 타입 트랜지스터로 형성될 수 있다. 이 경우, 각 트랜지스터의 특성에 맞도록 도 6 및 도 7의 타이밍도는 수정되어야 할 것이다.
도 6은 제1 모드에 따라 도 5에 도시된 화소의 동작을 설명하기 위한 타이밍도이다.
도 5 및 도 6을 참조하면, 발광 신호(EM)는 발광 라인(EML)에 인가되는 신호로 제5 트랜지스터(T5) 및 제6 트랜지스터(T6)의 턴-온과 턴-오프를 제어하기 위한 신호이다. 스캔 개시 신호(GI)는 스캔 개시 라인(GIL)에 인가되는 신호로 제4 트랜지스터(T4)의 턴-온과 턴-오프를 제어하기 위한 신호이다. 스캔 제어 신호(GC)는 스캔 제어 라인(GCL)에 인가되는 신호로 제3 트랜지스터(T3)의 턴-온과 턴-오프를 제어하기 위한 신호이다. 제1 스캔 기입 신호(GW1)는 제1 스캔 기입 라인(GWL1)에 인가되는 신호로 제2 트랜지스터(T2)와 제2 센싱 트랜지스터(LT2)의 턴-온과 턴-오프를 제어하기 위한 신호이다. 제2 스캔 기입 신호(GW2)는 제2 스캔 기입 라인(GWL2)에 인가되는 신호로 제7 트랜지스터(T7)의 턴-온과 턴-오프를 제어하기 위한 신호이다.
발광 신호(EM), 스캔 개시 신호(GI), 스캔 제어 신호(GC), 제1 스캔 기입 신호(GW1), 및 제2 스캔 기입 신호(GW2)는 1 프레임 기간을 주기로 반복된 신호를 가질 수 있다. 예를 들어, 표시 패널(10)이 제1 모드에 따라 구동되는 경우, 1 프레임 기간은 제1 프레임 주파수를 갖는 제1 프레임 기간(FOM1)에 대응될 수 있다. 다른 예를 들어, 표시 패널(10)이 제2 모드에 따라 구동되는 경우, 1 프레임 기간은 제2 프레임 주파수를 갖는 제2 프레임 기간(도 3의 'FOM2')에 대응될 수 있다.
제1 프레임 기간(FOM1)은 화소(PX)의 동작에 따라, 제1 트랜지스터(T1)의 게이트 전극의 전압을 제2 초기화 전압(Vint2)으로 초기화 하는 제1 기간(t1), 제1 트랜지스터(T1)의 제1 전극에 데이터 전압을 공급하고, 제1 트랜지스터(T1)의 문턱전압을 샘플링하는 제2 기간(t2), 제1 트랜지스터(T1)의 제1 전극에 데이터 전압을 공급하고, 제1 트랜지스터(T1)의 문턱전압을 샘플링하는 제3 기간(t3), 발광 소자(EL)의 애노드 전극의 전압을 제1 초기화 전압(Vint1)으로 초기화하는 제4 기간(t4), 및 발광 소자(EL)가 발광하는 제5 기간(t5)으로 구분될 수 있다.
스캔 개시 신호(GI)는 제1 기간(t1) 동안 게이트 온 전압(Von)을 가지고, 나머지 기간들 동안 게이트 오프 전압(Voff)을 가질 수 있다. 스캔 제어 신호(GC)는 제2 기간(t2) 동안 게이트 온 전압(Von)을 가지고, 나머지 기간 동안 게이트 오프 전압(Voff)을 가질 수 있다. 제1 스캔 기입 신호(GW1)는 제3 기간(t3) 동안 게이트 온 전압(Von)을 가지고, 나머지 기간들 동안 게이트 오프 전압(Voff)을 가질 수 있다. 제2 스캔 기입 신호(GW2)는 제4 기간(t4) 동안 게이트 온 전압(Von)을 가지고, 나머지 기간들 동안 게이트 오프 전압(Voff)을 가질 수 있다. 발광 신호(EM)는 제5 기간(t5) 동안 게이트 온 전압(Von)을 가지고, 나머지 기간들 동안 게이트 오프 전압(Voff)을 가질 수 있다.
스캔 개시 신호(GI), 스캔 제어 신호(GC)의 게이트 온 전압(Von)은 게이트 하이 전압이고, 게이트 오프 전압(Voff)은 게이트 로우 전압일 수 있다. 제1 및 제2 스캔 기입 신호(GW1, GW2), 발광 신호(EM)의 게이트 온 전압(Von)은 게이트 로우 전압이고, 게이트 오프 전압(Voff)은 게이트 하이 전압일 수 있다.
제1 기간(t1) 동안 스캔 개시 라인(GIL)에는 게이트 온 전압(Von)을 갖는 스캔 개시 신호(GI)가 공급된다. 제1 기간(t1) 동안 제4 트랜지스터(T4)는 스캔 개시 신호(GI)에 의해 턴-온된다. 제4 트랜지스터(T4)의 턴-온으로 인해, 제1 트랜지스터(T1)의 게이트 전극은 제2 초기화 전압 라인의 제2 초기화 전압(Vint2)으로 초기화된다.
그리고 나서, 제2 기간(t2) 동안 스캔 제어 라인(GCL)에는 게이트 온 전압(Von)을 갖는 스캔 제어 신호(GC)가 공급된다. 이로 인해, 스캔 제어 라인(GCL)과 전기적으로 접속된 제3 트랜지스터(T3)가 턴-온되어 제1 트랜지스터(T1)의 게이트 전극과 제2 전극이 전기적으로 접속되며, 제1 트랜지스터(T1)는 다이오드로 구동한다.
제3 기간(t3) 동안 제1 스캔 기입 라인(GWL1)에는 게이트 온 전압(Von)을 갖는 제1 스캔 기입 신호(GW1)가 공급된다. 이로 인해, 제1 스캔 기입 라인(GWL1)과 전기적으로 접속된 제2 트랜지스터(T2)가 턴-온되고, 제1 트랜지스터(T1)의 제1 전극에 데이터 전압(이하, "Vdata"로 표시함)이 공급된다. 이때, 제1 트랜지스터(T1)의 제1 전극과 게이트 전극 간의 전압(Vsg=Vdata-Vint2)이 문턱전압(Vth)의 절댓값보다 작기 때문에, 제1 트랜지스터(T1)의 게이트 전극과 소스 전극 간의 전압(Vsg)이 문턱전압(Vth)의 절댓값에 도달할 때까지 전류패스를 형성하게 된다. 이로 인해, 제1 트랜지스터(T1)의 게이트 전극과 제1 전극의 전압은 제2 기간(t3) 동안 데이터 전압과 제1 트랜지스터(T1)의 문턱전압의 절댓값의 차이 전압(Vdata-|Vth|)까지 상승한다. 이 경우, 커패시터(Cst)에는 "Vdata-|Vth|"가 저장될 수 있다.
제1 트랜지스터(T1)가 P 타입 트랜지스터로 형성되므로, 제1 트랜지스터(T1)의 구동 전류(Isd)는 제1 트랜지스터(T1)의 소스 전극과 드레인 전극 간의 전압(Vsd)이 0V보다 큰 구간에서, 제1 트랜지스터(T1)의 소스 전극과 드레인 전극 간의 전압(Vsd)에 비례할 수 있다. 또한, 제1 트랜지스터(T1)의 문턱전압(Vth)은 0V보다 작을 수 있다.
제4 기간(t4) 동안 제2 스캔 기입 라인(GWL2)에는 게이트 온 전압(Von)을 갖는 제2 스캔 기입 신호(GW2)가 공급된다. 이로 인해. 제2 스캔 기입 라인(GWL2)과 전기적으로 접속된 제7 트랜지스터(T7)가 턴-온된다. 이에 따라, 발광 소자(EL)의 애노드 전극은 제1 초기화 전압 라인의 제1 초기화 전압(Vint1)으로 초기화된다.
이 후, 제5 기간(t5) 동안 발광 라인(EML)에는 게이트 온 전압(Von)을 갖는 발광 신호(EM)가 공급된다. 제5 기간(t5) 동안 제5 트랜지스터(T5)와 제6 트랜지스터(T6) 각각은 발광 신호(EM)에 의해 턴-온된다. 제5 트랜지스터(T5)의 턴-온으로 인해 제1 트랜지스터(T1)의 제1 전극은 제1 구동 전압 라인(VDDL)에 전기적으로 접속되고, 제6 트랜지스터(T6)의 턴-온으로 인해 제1 트랜지스터(T1)의 제2 전극은 발광 소자(EL)의 애노드 전극에 전기적으로 접속된다.
제5 트랜지스터(T5) 및 제6 트랜지스터(T6)가 턴-온되는 경우, 제1 트랜지스터(T1)의 게이트 전극의 전압에 따라 흐르는 구동 전류(Isd)가 발광 소자(EL)에 공급될 수 있다. 구동 전류(Isd)는 수학식 2와 같이 정의될 수 있다.
Figure PCTKR2022017621-appb-img-000002
수학식 2에서, k'는 제1 트랜지스터(T1)의 구조와 물리적 특성에 의해 결정되는 비례 계수, Vth는 제1 트랜지스터(T1)의 문턱전압, ELVDD는 제1 구동 전압 라인(ELVDDL)의 제1 구동 전압(ELVDD), "Vdata"는 데이터 전압을 가리킨다. 제1 트랜지스터(T1)의 게이트 전압은 "Vdata-|Vth|"이고, 제1 전극의 전압은 "ELVDD"이다. 수학식 2를 정리하면, 수학식 3이 도출된다.
Figure PCTKR2022017621-appb-img-000003
결국, 수학식 3과 같이 구동 전류(Isd)는 제1 트랜지스터(T1)의 문턱전압(Vth)에 의존하지 않게 된다. 즉, 구동 트랜지스터인 제1 트랜지스터(T1)의 문턱전압(Vth)은 보상되고, 발광 소자(EL)는 제1 구동 전압(ELVDD)과 데이터 전압에 의해 조절되는 구동 전류(Isd)의 크기에 따라 발광 될 수 있다.
이하, 도 5 및 도 7을 참조하여, 광 센서(PS)를 제어하는 리셋 신호(RST)와 제1 스캔 기입 신호(GW1)의 동작을 설명한다.
도 7은 제1 모드 및 제2 모드에 따른 도 5의 화소의 스캔 신호들, 광 센서의 스캔 신호 및 리셋 신호를 상세히 보여주는 파형도이다. 도 7에는 복수의 제1 프레임 기간(FOM1)들과 하나의 제2 프레임 기간(FOM2)이 도시되어 있다.
먼저, 제1 스캔 기입 신호(GW1)는 상술한 바와 같이 제1 스캔 기입 라인(GWL1)에 인가되는 신호로 제2 트랜지스터(T2)와 제2 센싱 트랜지스터(LT2)의 턴-온과 턴-오프를 제어하기 위한 신호이다. 광 센서(PS)의 리셋 신호(RST)는 리셋 라인(RSTL)에 인가되는 신호로 제3 센싱 트랜지스터(LT3)의 턴-온과 턴-오프를 제어하기 위한 신호이다. 리셋 신호(RST)는 스캔 신호들과 다른 별도의 신호일 수 있다. 다시 말해, 광 센서(PS)의 리셋 신호(RST)를 화소(PX)의 스캔 신호들과 공용하지 않고 분리하여 광 센서(PS)의 리셋 타이밍 및 리셋 횟수를 독립적으로 조절할 수 있다. 예를 들어, 리셋 신호(RST)는 사용자의 터치가 발생하는 경우에 출력되어 광 센서(PS)는 리셋 기간(RSP)에 진입할 수 있다.
광 센서(PS)의 1 프레임 기간은 광전 변환 소자(PD)의 애노드 전극을 리셋 전압(Vrst)으로 리셋하는 리셋 기간(RSP), 광전 변환 소자(PD)가 외부 광에 노출되고, 외부 광의 세기에 따라 광전하들이 생성되며, 이에 따라 광전 변환 소자(PD)의 애노드 전극의 전압 및 제1 노드(N1)의 전압이 상승하는 광 노출 기간(EP), 및 제2 센싱 트랜지스터(LT2)가 턴-온되어 지문 감지 라인(FRL)에 흐르는 전류의 크기에 따라 지문을 판독하는 지문 판독 기간(ROP)으로 구분될 수 있다.
리셋 신호(RST)는 리셋 기간(RSP) 동안 게이트 온 전압(Von)을 가지고, 나머지 기간들 동안 게이트 오프 전압(Voff)을 가질 수 있다. 리셋 신호(RST)의 게이트 온 전압(Von)은 게이트 하이 전압이고, 게이트 오프 전압(Voff)은 게이트 로우 전압일 수 있다.
프로세서(100)의 요청에 따라 사용자의 터치가 발생하는 경우, 리셋 기간(RSP)이 시작될 수 있다. 리셋 기간(RSP) 동안 리셋 라인(RSTL)에는 게이트 온 전압(Von)을 갖는 리셋 신호(RST)가 공급된다. 이로 인해, 제3 센싱 트랜지스터(LT3)가 턴-온되고, 제1 노드(N1)와 광전 변환 소자(PD)의 애노드 전극은 리셋 전압(Vrst)으로 리셋된다. 한편, 광전 변환 소자(PD)의 캐소드 전극과 제2 노드(N2)은 리셋 전압(Vrst)보다 높은 전압에 해당하는 제2 구동 전압이 인가되므로 광전 변환 소자(PD)는 역바이어스(reverse bias) 상태를 유지한다. 예를 들어, 제1 노드(N1)의 전압 크기는 약 -6.5V일 수 있고, 제2 노드(N2)의 전압 크기는 약 -2.5V일 수 있다.
이후, 광 노출 기간(EP) 동안 광전 변환 소자(PD)는 발광 소자(EL)에서 발광하는 외부 광에 노출될 수 있다. 사용자의 터치가 발생하는 경우, 광전 변환 소자(PD)는 지문의 융선(ridge) 또는 융선 사이의 골(valley)에 의해 반사된 빛에 대응하는 광전하들을 생성하고, 생성된 광전하의 양에 비례하여 역방향(reverse) 전류가 생성될 수 있다. 즉, 제2 노드(N2)로부터 제1 노드(N1)로 흐르는 전류가 발생할 수 있다. 이에 따라, 제1 노드(N1)의 전압이 증가할 수 있다. 제1 노드(N1)의 전압은 제1 센싱 트랜지스터(LT1)의 제1 전극과 게이트 전극 간의 전압(Vsg=Vint2-Vg)이 문턱 전압(Vth)의 절댓값에 도달할 때까지 증가할 수 있다. 제1 노드(N1)가 제1 센싱 트랜지스터(LT1)의 문턱 전압(Vth)에 도달하는 경우 제1 센싱 트랜지스터(LT1)가 턴-온될 수 있다. 제1 노드(N1)에 충전된 전하량이 클수록 지문 감지 신호가 증가하기 때문에, 광 노출 기간(EP)은 충분히 길게 설정할 수 있다.
그리고 나서, 지문 판독 기간(ROP) 동안 제1 스캔 기입 라인(GWL1)에는 게이트 온 전압(Von)을 갖는 제1 스캔 기입 신호(GW1)가 공급된다. 이로 인해, 제2 센싱 트랜지스터(LT2)가 턴-온되고, 제1 센싱 트랜지스터(LT1)를 통해 흐르는 전류에 대응하는 지문 감지 신호가 지문 감지 라인(FRL)으로 출력될 수 있다. 제1 센싱 트랜지스터(LT1)를 통해 흐르는 전류는 제1 센싱 트랜지스터(LT1)의 게이트 전극으로 입력되는 제1 노드(N1)의 전하량에 비례하여 발생된 소스-드레인 전류이다. 따라서, 제1 노드(N1)의 전압 변화를 감지함으로써 지문의 융선 또는 골을 판단하고 지문을 감지할 수 있다. 지문 판독 기간(ROP) 동안 지문 감지 라인(FRL)에 전기적으로 연결된 리드 아웃 회로(300)가 감지 신호 전압(Vsignal)을 검출하는 과정은 도 9 및 도 10에서 설명하기로 한다.
한편, 광 센서(PS)의 1 프레임 기간은 화소(PX)의 1 프레임 기간과 상이할 수 있다. 일 예로, 광 센서(PS)의 1 프레임 기간 중 광 노출 기간(EP)은 12번의 제1 프레임 기간(FOM1)이 진행되는 기간에 대응될 수 있다.
이하, 제1 모드 및 제2 모드에 따른 화소(PX) 및 광 센서(PS)의 타이밍도를 설명한다. 도면에서는 화소(PX)의 스캔 기입 신호(GW1, GW2)들을 도시하고 나머지 신호를 생략하였다.
먼저, 표시 패널(10)의 화소(PX) 및 광 센서(PS)는 제1 모드에 따라 제1 프레임 주파수로 구동될 수 있다. 사용자의 터치 감지에 따라 제2 모드가 시작되는 경우, 표시 패널(10)은 설정된 리셋 기간(RSP), 광 노출 기간(EP)에 대응하는 기간동안 제1 프레임 주파수를 제공받으며, 지문 판독 기간(ROP)이 시작되는 지점에 동기하여 제2 프레임 주파수를 제공받을 수 있다. 예를 들어, 설정된 기간은 대략 100ms일 수 있고, 약 12개의 제1 프레임 기간(FOM1)에 대응될 수 있으나 이에 제한되지 않는다. 이에 따라, 지문 판독 기간(ROP)에서 표시 패널(10)의 화소(PX) 및 광 센서(PS)는 제2 프레임 주파수로 구동될 수 있다. 하나의 제2 프레임 기간(FOM2)이 진행된 후 표시 패널(10)의 화소(PX) 및 광 센서(PS)는 제2 모드를 종료하고 다시 제1 모드에 따라 제1 프레임 주파수로 구동될 수 있다.
제1 모드에서, 표시 패널(10)은 제1 프레임 주파수를 갖는 수직 동기 신호(Vsync)와 수평 동기 신호(Hsync)를 제공받는다. 표시 패널(10)의 화소(PX) 및 광 센서(PS)는 제1 프레임 주파수를 갖는 수직 동기 신호(Vsync)와 수평 동기 신호(Hsync)에 따라 제1 프레임 기간(FOM1)을 반복하여 구동될 수 있다. 이에 따라, 화소(PX)의 제1 스캔 기입 신호(GW1)의 펄스와 제2 스캔 기입 신호(GW2)의 펄스 사이 간격에 대응하는 1 수평 주기는 제1 수평 주기(1H)를 가질 수 있다.
제1 모드에 따라, 표시 패널(10)은 제1 프레임 주파수로 영상을 표시할 수 있다. 제1 모드에서 리셋 신호(RST)는 출력되지 않기 때문에, 제1 스캔 기입 신호(GW1)가 광 센서(PS)에 인가되더라도 정확한 지문 감지 신호가 측정되지 않을 수 있다. 예를 들어, 제1 노드(N1)에 리셋 전압이 인가되지 않기 때문에 광전 변환 소자(PD)의 역바이어스가 형성되지 않을 수 있고, 광전 변환 소자(PD)가 외부 광에 노출되더라도 광 전류가 형성되지 않을 수 있다. 다른 예를 들어, 리셋 신호(RST)가 출력되는 경우에도, 리드 아웃 회로(도 2의 '300')는 제1 프레임 기간(FOM1)에서 발생한 신호를 유효한 지문 감지 데이터로 취급하지 않을 수 있다.
지문을 감지하는 제2 모드에서, 표시 패널(10)은 제2 프레임 주파수를 갖는 수직 동기 신호(Vsync)와 수평 동기 신호(Hsync)를 제공받는다. 표시 패널(10)은 제2 프레임 기간(FOM2) 동안 제2 프레임 주파수를 갖는 수직 동기 신호(Vsync)와 수평 동기 신호(Hsync)에 따라 구동될 수 있다. 이에 따라, 화소(PX)의 제1 스캔 기입 신호(GW1)의 펄스와 제2 스캔 기입 신호(GW2)의 펄스 사이 간격에 대응하는 1 수평 주기는 제2 수평 주기(4H)를 가질 수 있다.
제2 모드에 따라, 표시 패널(10)은 제2 프레임 주파수로 영상을 표시할 수 있다. 또한, 표시 패널(10)은 사용자의 터치에 따른 지문을 감지할 수 있다. 지문 판독 기간(ROP)에서 광 센서(PS)에 인가되는 제1 스캔 기입 신호(GW1)는 제2 수평 주기(4H)를 가지기 때문에, 지문 판독을 위한 기간이 연장될 수 있다. 이에 따라, 리드 아웃 회로(300)는 정확한 지문 감지 데이터를 출력할 수 있으며, 이에 대한 설명은 도 9를 결부하여 상세히 설명한다.
도 8은 일 실시예에 따라 사용자의 터치가 있을 경우 표시 패널의 화소와 광 센서가 구동하는 과정을 보여주는 흐름도이다.
도 7 및 도 8을 참조하면, 표시 패널(10)은 제1 모드에 따라 제1 프레임 주파수로 스캔 신호(예를 들어, GW1 또는 GW2) 및 영상 데이터를 출력(S210)한다. 프로세서(100)는 표시 패널(10)의 타이밍 제어부(210)에 제1 프레임 주파수에 따른 제1 모드 제어 신호(MO1)를 제공하고, 타이밍 제어부(210)는 제1 프레임 주파수에 따른 스캔 제어 신호(SCS) 및 데이터 제어 신호(DCS)를 제공한다. 이에 따라, 스캔 구동부(230)는 제1 프레임 주파수를 갖는 복수의 스캔 신호들을 출력하고, 데이터 구동부(220)는 영상 데이터를 출력할 수 있다. 복수의 스캔 신호들은 복수의 스캔 라인(SL1~SLn)들을 통해 화소(PX) 및 광 센서(PS)에 인가되며, 영상 데이터는 복수의 데이터 라인(DL)들을 통해 화소(PX)에 인가될 수 있다(도 2 참조).
사용자의 지문 감지를 위한 터치가 인식되는 경우(S220: YES), 표시 패널(10)은 제2 모드에 따라 구동될 수 있다(S231). 제2 모드에 따른 구동이 종료되는 경우, 표시 패널(10)은 다시 제1 모드에 따라 제1 프레임 주파수를 유지하여 구동될 수 있다(S241).
사용자의 터치에 따라 제2 모드가 진행(S231)되는 경우, 광 센서(PS)가 리셋된다. 즉, 리셋 기간(RSP)동안 리셋 구동부(260)는 리셋 라인(RSTL)들에 리셋 신호(RST)를 출력하며, 복수의 광 센서(PS)들 각각에 인가되어 광 센서(PS)를 리셋 시킬 수 있다. 한편, 리셋 기간(RSP)동안 영상을 표시하기 위한 스캔 신호들과 영상 데이터는 제1 프레임 주파수로 출력될 수 있다. (도 8의 S310)
그리고 나서, 광 센서(PS)들이 사용자의 지문으로부터 반사된 광을 감지한다. 즉, 광 노출 기간(EP)동안 지문으로부터 반사된 광이 광전 변환 소자(PD)에 입사되어 반사된 광량에 비례하여 광 전하 및 광 전류를 생성할 수 있다. 한편, 광 노출 기간(EP)동안 영상을 표시하기 위한 스캔 신호들과 영상 데이터는 제1 프레임 주파수로 출력될 수 있다. 제1 프레임 기간(FOM1)은 광 노출 기간(EP)동안 적어도 하나 이상 반복될 수 있다. (도 8의 S320)
그리고 나서, 리드 아웃 회로(300)는 지문 감지 라인(FRL)으로부터 출력된 감지 신호 전압(Vsignal)을 판독한다. 즉, 지문 판독 기간(ROP)이 진행된다. 이와 동시에, 표시 패널(10)은 제2 모드에 따라 제2 프레임 주파수로 스캔 신호(예를 들어, GW1 또는 GW2) 및 영상 데이터를 출력한다. 이에 따라, 지문 판독 기간(ROP)동안 광 센서(PS)의 스캔 신호는 제2 프레임 주파수로 출력될 수 있다. (도 8의 S330)
정리하면, 프로세서(100)는 설정된 기간에 맞춰 리셋 기간(RSP)과 광 노출 기간(EP) 동안 제1 프레임 주파수를 제공하고, 지문 판독 기간(ROP) 동안 제2 프레임 주파수를 제공한다.
먼저, 리셋 기간(RSP)과 광 노출 기간(EP) 동안 프로세서(100)의 신호에 따라 타이밍 제어부(210)는 제1 프레임 주파수에 따른 스캔 제어 신호(SCS) 및 데이터 제어 신호(DCS)를 제공한다. 이에 따라, 스캔 구동부(230)가 제1 프레임 주파수로 스캔 신호들을 출력하고, 데이터 구동부(220)가 제1 프레임 주파수로 영상 데이터를 출력할 수 있다. 화소(PX)들 각각은 제1 프레임 주파수로 영상을 표시할 수 있다.
그리고 나서, 지문 판독 기간(ROP) 동안 프로세서(100)의 신호에 따라 타이밍 제어부(210)는 제2 프레임 주파수에 따른 스캔 제어 신호(SCS) 및 데이터 제어 신호(DCS)를 제공한다. 이에 따라, 스캔 구동부(230)가 제2 프레임 주파수로 스캔 신호들을 출력하고, 데이터 구동부(220)가 제2 프레임 주파수로 영상 데이터를 출력할 수 있다. 화소(PX)들 각각은 제2 프레임 주파수로 영상을 표시하며, 광 센서(PS)들 각각은 제2 프레임 주파수로 광을 감지할 수 있다.
한편, 사용자의 터치가 인식되지 않는 경우(S220: NO), 표시 패널(10)은 제1 모드에 따라 제1 프레임 주파수를 유지하여 구동될 수 있다(S232).
이하, 도 9 및 도 10을 참조하여 지문 판독 기간(ROP)에서 광 센서(PS) 및 이에 연결된 리드 아웃 회로(300)의 동작 과정을 설명한다.
도 9는 광 센서 및 리드 아웃 회로를 상세히 나타낸 회로도이다. 도 10은 지문 판독 기간에 따른 도 9의 리드 아웃 회로의 신호들 및 스캔 신호를 나타낸 파형도이다.
도 9를 참조하면, 리드 아웃 회로(300)는 지문 감지 라인(FRL)을 통해 광 센서(PS)에 전기적으로 연결될 수 있다. 광 센서(PS)에 도시된 도면 부호는 도 5에서 설명한 바와 동일하므로 생략한다.
리드 아웃 회로(300)는 지문 감지 라인(FRL)에 전기적으로 연결되는 증폭부(310), 증폭부(310)의 출력 전압을 저장하는 샘플/홀드 회로(320), 및 상기 출력 전압에 해당하는 아날로그 신호를 디지털 데이터로 변환하는 AD 컨버터(analog-digital converter)(330)를 포함할 수 있다.
증폭부(310)는 제1 연산 증폭기(OA1), 피드백 커패시터(Cfb), 및 피드백 리셋 스위치(SWRO)를 포함할 수 있다. 제1 연산 증폭기(OA1)는 제1 입력 단자(-), 제2 입력 단자(+), 및 출력 단자(out)를 포함할 수 있다. 제1 연산 증폭기(OA1)의 제1 입력 단자(-)는 지문 감지 라인(FRL)에 전기적으로 접속되고, 제2 입력 단자(+)는 소정의 초기 전압(Vin)이 공급되며, 제1 연산 증폭기(OA1)의 출력 단자(ot1)는 샘플/홀드 회로(320)에 전기적으로 연결될 수 있다. 제1 연산 증폭기(OA1)의 출력 전압(Vout)은 샘플/홀드 회로(320)의 커패시터에 저장될 수 있다. 제1 연산 증폭기(OA1)의 게인(gain)은 피드백 커패시터(Cfb)의 커패시턴스에 대응한다. 피드백 커패시터(Cfb)는 1 프레임 기간동안 지문 감지 라인(FRL)을 통해 인가되는 전압을 축적할 수 있다. 상기 인가되는 전압은 노이즈 신호 전압 또는 감지 신호 전압일 수 있다.
피드백 커패시터(Cfb)와 피드백 리셋 스위치(SWRO)는 제1 연산 증폭기(OA1)의 제1 입력 단자(-)와 출력 단자(out) 사이에 병렬로 전기적으로 접속될 수 있다. 피드백 리셋 스위치(SWRO)는 피드백 커패시터(Cfb)의 양단의 접속을 제어하는 역할을 한다. 피드백 리셋 스위치(SWRO)가 턴-온되어 피드백 커패시터(Cfb)의 양단이 전기적으로 접속되는 경우, 피드백 커패시터(Cfb)는 리셋될 수 있다.
샘플/홀드 회로(320)는 제1 샘플링 커패시터(Csh1), 제2 샘플링 커패시터(Csh2), 제1 스위치(SW1), 및 제2 스위치(SW2)를 포함할 수 있다. 샘플/홀드 회로(320)는 제1 샘플링 커패시터(Csh1)와 제2 샘플링 커패시터(Csh2)에 제1 연산 증폭기(OA1)의 출력 전압(Vout)을 샘플링(sampling)하고 샘플링된 출력 전압을 저장(holding)할 수 있다.
제1 샘플링 커패시터(Csh1)는 제1 스위치(SW1)를 통해 제1 연산 증폭기(OA1)의 출력 단자(ot1)에 전기적으로 연결될 수 있다. 제1 스위치(SW1)가 턴-온되는 경우 제1 샘플링 커패시터(Csh1)에는 노이즈 신호 전압(이하, "Vnoise"로 표기함)가 저장될 수 있다. 제2 샘플링 커패시터(Csh2)는 제2 스위치(SW2)를 통해 제1 연산 증폭기(OA1)의 출력 단자(ot1)에 전기적으로 연결될 수 있다. 제2 스위치(SW2)가 턴-온되는 경우 제2 샘플링 커패시터(Csh2)에는 노이즈 신호 전압(Vnoise)와 감지 신호 전압(Vsingal)이 저장될 수 있다.
AD 컨버터(330)는 제1 샘플링 커패시터(Csh1), 제2 샘플링 커패시터(Csh2)에 저장된 전압을 차등하여 디지털 데이터로 변환할 수 있다. AD 컨버터(330)는 제1 샘플링 커패시터(Csh1)와 제2 샘플링 커패시터(Csh2)에 저장된 전압을 차등하여 감지 신호 전압(Vsignal)을 디지털 데이터인 지문 감지 데이터로 변환하여 출력할 수 있다.
도 10을 참조하면, 지문 판독 기간(ROP)에 따른 리드 아웃 회로(300)의 커패시터 리셋 스위치(SWRO), 제1 스위치(SW1), 및 제2 스위치(SW2)의 동작 과정과 광 센서(PS)의 스캔 기입 신호(GW)의 동작 과정을 도시하였다. 도 10은 제n(n은 양의 정수) 스캔 라인에 인가되는 제1 스캔 기입 신호(GW1)와 제n 지문 감지 라인에 전기적으로 연결된 리드 아웃 회로(300)의 동작 과정 및 제n+1 스캔 라인에 인가되는 제2 스캔 기입 신호(GW2)와 제n+1 지문 감지 라인에 전기적으로 연결된 리드 아웃 회로(300)의 동작 과정을 도시하였다.
지문 판독 기간(ROP)은 피드백 커패시터(Cfb)를 리셋시키는 제1 판독 기간(st1), 제1 샘플링 커패시터(Csh1)에 전압을 저장하는 제2 판독 기간(st2), 광 노출에 따라 생성된 광전류를 리드 아웃 회로(300)로 출력하는 제3 판독 기간(st3), 및 제2 샘플링 커패시터(Csh2)에 광 전류에 따른 감지 전압을 저장하는 제4 판독 기간(st4)으로 구분될 수 있다.
제1 판독 기간(st1) 동안 커패시터 리셋 스위치(SWRO)가 턴-온된다. 이에 따라, 피드백 커패시터(Cfb)의 양단이 전기적으로 접속되어 피드백 커패시터(Cfb)는 리셋될 수 있다. 제1 판독 기간(st1)에서 제1 연산 증폭기(OA1)의 출력 전압(Vout)은 제1 입력 단자(-)의 초기 전압(Vin)과 실질적으로 동일할 수 있다.
제2 판독 기간(st2) 동안 커패시터 리셋 스위치(SWRO)가 턴-오프되고, 제1 스위치(SW1)가 턴-온된다. 이에 따라, 제1 연산 증폭기(OA1)의 출력 단자(ot1)는 제1 샘플링 커패시터(Csh1)에 전기적으로 접속될 수 있다. 제2 판독 기간(st2)은 제2 트랜지스터(T2)가 턴-온되기 이전이므로, 지문 감지 라인(FRL)을 통해 유효한 신호가 출력되지 않는다. 이에 따라, 제1 샘플링 커패시터(Csh1)에는 노이즈 신호 전압(Vnoise)이 저장될 수 있다. 즉, 제1 샘플링 커패시터(Csh1)에는 "Vin+Vnoise" 전압이 저장될 수 있다.
제3 판독 기간(st3) 동안 제1 스캔 기입 라인(GWL1)에는 게이트 온 전압(Von)을 갖는 제1 스캔 기입 신호(GW1)가 공급된다. 제3 판독 기간(st3)동안 제2 센싱 트랜지스터(LT2)는 제1 스캔 기입 신호(GW1)에 의해 턴-온된다. 이로 인해, 제1 센싱 트랜지스터(LT1)는 지문 감지 라인(FRL)에 전기적으로 접속되고, 제1 노드(N1)에 충전된 전압에 비례하는 광 전류가 지문 감지 라인(FRL)을 통해 리드 아웃 회로(300)에 출력될 수 있다. 광 전류는 제1 연산 증폭기(OA1)의 출력 단자(ot1)에서 감지 신호 전압(Vsignal)으로 저장될 수 있다.
제4 판독 기간(st4) 동안 제2 스위치(SW2)가 턴-온된다. 이에 따라, 제1 연산 증폭기(OA1)의 출력 단자(ot1)는 제2 샘플링 커패시터(Csh2)에 전기적으로 접속될 수 있다. 제4 판독 기간(st4)에서 제1 연산 증폭기(OA1)의 출력 전압(Vout)은 감지 신호 전압(Vsignal)에 대응되므로 제2 샘플링 커패시터(Csh2)에는 감지 신호 전압(Vsignal)이 저장될 수 있다. 즉, 제2 샘플링 커패시터(Csh2)에는 "Vin+Vnoise+Vsignal" 전압이 저장될 수 있다.
그리고 나서, AD 컨버터(330)는 제1 샘플링 커패시터(Csh1)에 저장된 전압과 제2 샘플링 커패시터(Csh2)에 저장된 전압을 차등하여 "Vsignal"의 감지 신호 전압을 지문 감지 데이터로 변환할 수 있고, 상기 지문 감지 데이터를 프로세서(도 2의 '100')에 제공할 수 있다.
한편, 광 센서(PS)에 전기적으로 접속되는 스캔 라인이 화소(PX)에 전기적으로 접속되는 스캔 라인과 동일한 경우, 광 센서(PS)의 광 감지를 위한 동작은 화소(PX)의 화상 표시를 위한 동작과 독립적으로 구동될 수 없다. 이 경우, 지문 감지 데이터의 정확한 판독을 위해서 리드 아웃 회로(300)의 구동 주파수가 표시 패널(10)의 구동 주파수와 동일해야 한다. 예를 들어, 리드 아웃 회로(300)의 피드백 리셋 스위치(SWRO), 제1 스위치(SW1), 및 제2 스위치(SW2)의 턴-온 주기와 광 센서(PS)의 제2 센싱 트랜지스터(LT2)의 턴-온 주기가 도 10과 같이 순차적으로 진행되는 경우에만 정확한 지문 감지 데이터를 판독할 수 있다. 본 실시예에 따르면, 표시 장치(1)는 지문 판독 기간(ROP)에 맞춰 구동 주파수를 변경해 표시 패널(10)의 화소(PX)와 광 센서(PS)를 구동할 수 있다. 지문 판독 기간(ROP)에 구동 주파수는 제1 프레임 주파수에서 제2 프레임 주파수로 변경되므로 리드 아웃 회로(300)와 표시 패널(10)의 구동 주파수가 동일해질 수 있고, 이에 따라 지문 감지 데이터를 정확하게 판독할 수 있다.
예를 들어, 리드 아웃 회로(300)의 피드백 리셋 스위치(SWRO), 제1 스위치(SW1), 및 제2 스위치(SW2)의 1 수평 주기가 제2 수평 주기(4H)를 갖는 경우, 광 센서(PS)의 제2 센싱 트랜지스터(LT2)를 턴-온시키는 스캔 기입 신호(GW)의 1 수평 주기도 제2 수평 주기(4H)를 가질 수 있다.
또한, 본 실시예에 따른 표시 장치(1)는 지문 판독 기간(ROP)에서 표시 패널(10)을 제2 프레임 주파수로 구동하기 때문에, 지문 판독 기간(ROP)이 연장될 수 있다. 즉, 지문 판독 기간(ROP)에서 신호들의 턴-온 주기가 증가하고, 펄스 폭은 증가하지 않는다.
제1 스위치(SW1)의 서로 이웃하는 펄스들 사이의 간격은 증가하고, 제2 스위치(SW2)의 서로 이웃하는 펄스들 사이의 간격이 증가하고, 서로 이웃한 제1 스캔 기입 신호(GW1)와 제2 스캔 기입 신호(GW2) 사이의 간격이 증가할 수 있다.
그러므로, 서로 이웃하는 제1 스위치(SW1)와 스캔 기입 신호(GW1, GW2)의 펄스 사이의 간격이 증가하고, 서로 이웃하는 스캔 기입 신호(GW1, GW2)와 제2 스위치(SW2)의 펄스 사이 간격이 증가할 수 있다.
서로 이웃하는 제1 스위치(SW1)와 스캔 기입 신호(GW1, GW2)의 펄스 사이의 간격 및 서로 이웃하는 스캔 기입 신호(GW1, GW2)와 제2 스위치(SW2)의 펄스 사이 간격이 증가하는 경우, 스캔 기입 신호(GW)의 펄스에 의해 제2 센싱 트랜지스터(LT2)가 턴-온되어 지문 감지 라인(FRL)에 인가된 광 전류가 피드백 커패시터(Cfb)에 충전되는 기간이 길어질 수 있다. 그러므로, 피드백 커패시터(Cfb)의 용량이 증가하여 지문 감지 라인(FRL)에 인가된 광 전류가 피드백 커패시터(Cfb)에 축적되는 양이 늘어날 수 있다.
이상에서 살펴본 바와 같이, 지문 판독 기간(ROP)에서 수평 주기를 늘림으로써, 서로 이웃하는 스캔 기입 신호(GW)의 펄스와 제1 스위치(SW1)의 펄스 사이의 간격을 늘릴 수 있다. 이로 인해, 광 전류가 피드백 커패시터(Cfb)에 충전되는 기간을 늘릴 수 있으므로, 피드백 커패시터(Cfb)의 용량이 증가할 수 있고, 상기 광 전류가 피드백 커패시터(Cfb)에 축적되는 양이 늘어날 수 있다. 따라서, 제4 판독 기간(st4)에 따라 제2 샘플링 커패시터(Csh2)에 저장되는 감지 신호 전압(Vsignal)이 증가할 수 있으므로 리드 아웃 회로(300)에 측정되는 신호대잡음비(signal to noise ratio)가 증가할 수 있다.
도 11은 제2 모드의 다른 예를 보여주는 화소와 광 센서의 파형도이다.
도 11을 참조하면, 제2 모드에 따른 제2 프레임 주파수가 변경될 수 있고, 이에 따라 제2 프레임 기간(FOM2')의 1 프레임 주기와 1 수평 주기가 변경될 수 있다. 예를 들어, 제1 프레임 주파수가 대략 120Hz인 경우, 제2 프레임 주파수는 대략 40Hz일 수 있다. 수직 동기 신호(Vsync)는 대략 8.3ms에서 대략 24.9ms으로 변경될 수 있다. 수평 동기 신호(Hsync)는 대략 3.2μs에서 대략 9.6μs으로 변경될 수 있다. 즉, 제2 수평 주기(kH)는 표시 패널(10)에 연결되는 리드 아웃 회로(300)의 본래 스펙에 맞춰 다양하게 변경될 수 있다. 리드 아웃 회로(300)의 구동 주파수가 대략 40Hz으로 구동되는 경우, 리드 아웃 회로(300)의 스위치 신호들의 1 수평 주기는 대략 9.6μs일 수 있다. 지문 판독 기간(ROP)에 출력되는 스캔 기입 신호(GW)의 1 수평 주기를 제2 수평 주기(kH)로 변경하는 경우 리드 아웃 회로(300)의 스위치 신호들의 1 수평 주기와 실질적으로 동일하므로 유효한 지문 감지 데이터를 출력할 수 있다.
상술한 주파수와 수평 주기 값은 설명의 편의를 위한 예시적인 숫자에 불과하다. 따라서, 표시 장치(1)의 스펙에 따라 다양한 값으로 변형될 수 있다.
이하, 도 12 내지 도 14를 참조하여 또 다른 실시예에 따른 표시 장치(1)에 대해 설명한다.
도 12은 또 다른 실시예에 따른 표시 장치를 보여주는 블록도이다. 도 13는 도 12에 도시된 타이밍 제어부의 블록도이다. 도 14는 도 12에 따른 표시 장치의 구동 기간을 나타내는 타이밍도이다.
타이밍 제어부(210)는 타이밍 변조부(216) 및 프레임 메모리(217)를 더 포함할 수 있다. 타이밍 변조부(216)는 제1 모드와 제2 모드의 프레임 주파수를 직접 변조하여 출력할 수 있다. 프레임 메모리(217)는 제1 프레임 주파수로 제공된 영상 신호(RGB)를 이미지 데이터로 저장할 수 있다. 타이밍 변조부(216)는 프레임 메모리(217)에 저장된 이미지 데이터를 제공받아 제1 프레임 기간(FOM1) 또는 제2 프레임 기간(FOM2)에 맞춰 변조 이미지 데이터(DATA_M)를 출력할 수 있다. 이는 프로세서(100)의 제1 모드 제어 신호(MO1)와 제2 모드 제어 신호(MO2)에 의해 제1 모드와 제2 모드의 프레임 주파수가 변경된 이전 실시예와 차이가 있다. 이전 실시예들에서 프로세서(100)가 제1 모드와 제2 모드에 따라 변조된 주파수를 갖는 영상 신호(RGB) 및 제어 신호를 제공하는 경우 타이밍 변조부(216)와 프레임 메모리(217)가 생략될 수 있다.
프로세서(100)는 영상 신호(RGB) 및 복수의 제어 신호들을 타이밍 제어부(210)로 제공한다. 복수의 제어 신호들은 입력 수직 동기 신호(iVsync)와 입력 수평 동기 신호(iHsync)를 포함할 수 있다. 프로세서(100)는 사용자의 터치 유무와 무관하게 제1 모드에 따른 제1 프레임 주파수에 대응되는 영상 신호(RGB)와 입력 수직 동기 신호(iVsync)를 제공하고, 제1 모드의 제1 수평 주기(H1)에 대응되는 입력 수평 동기 신호(iHsync)를 제공할 수 있다. 예를 들어, 제1 프레임 주파수는 대략 120Hz일 수 있고, 제1 수평 주기(H1)는 대략 3.2μs일 수 있으나 이에 한정되지 않는다.
도 12에 도 13을 결부하면, 타이밍 제어부(210)는 타이밍 변조부(216), 프레임 메모리(217), 데이터 타이밍 제어부(212), 스캔 타이밍 제어부(213), 발광 타이밍 제어부(214), 및 리셋 타이밍 제어부(215)를 포함할 수 있다.
타이밍 변조부(216)는 프로세서(100)로부터 공급된 입력 수직 동기 신호(iVsync), 및 입력 수평 동기 신호(iHsync)를 수신한다. 타이밍 변조부(216)는 사용자의 지문 감지를 위한 터치가 있기 이전에는 제1 모드 제어 신호(MC1)를 제공하고, 사용자의 지문 감지를 위한 터치가 존재하는 경우 제1 모드 제어 신호(MC1)를 제2 모드 제어 신호(MC2)로 변조할 수 있다. 제1 모드 제어 신호(MC1)와 제2 모드 제어 신호(MC2)는 각각 데이터 타이밍 제어부(212), 스캔 타이밍 제어부(213), 발광 타이밍 제어부(214), 및 리셋 타이밍 제어부(215)에 제공될 수 있다.
제1 모드 제어 신호(MC1)는 제1 출력 수직 동기 신호(oVsync1) 및 제1 출력 수평 동기 신호(oHsync1)를 포함할 수 있고, 제2 모드 제어 신호(MC2)는 제2 출력 수직 동기 신호(oVsync2) 및 제2 출력 수평 동기 신호(oHsync2)를 포함할 수 있다.
각각의 출력 수직 동기 신호(oVsync: oVsync1, oVsync2)의 주기는 각 기간의 프레임 주파수에 대응한다. 예를 들어, 제1 출력 수직 동기 신호(oVsync1)는 제1 프레임 주파수를 갖는 복수의 제1 프레임 기간(FOM1)들을 정의하고, 제2 출력 수직 동기 신호(oVsync2)는 제2 프레임 주파수를 갖는 복수의 제2 프레임 기간(FOM2)들을 정의할 수 있다. 본 명세서에서 제1 프레임 주파수는 제2 프레임 주파수보다 클 수 있다. 예를 들어, 제1 프레임 주파수는 대략 120Hz이고, 제2 프레임 주파수는 대략 30Hz일 수 있으나. 이에 한정되지 않는다. 이 경우, 제1 출력 수직 동기 신호(oVsync1)의 주기는 제2 출력 수직 동기 신호(oVsync2)의 주기보다 짧을 수 있다. 예를 들어, 제1 출력 수직 동기 신호(oVsync1)의 주기는 대략 8.3ms이고, 제2 출력 수직 동기 신호(oVsync2)의 주기는 대략 33.2ms일 수 있다.
각각의 출력 수평 동기 신호(oHsync: oHsync1, oHsync2)의 주기는 하나의 프레임 기간 내의 수평 주기에 대응한다. 예를 들어, 제1 출력 수평 동기 신호(oHsync1)는 제1 수평 주기(1H)들을 정의하고, 제2 출력 수평 동기 신호(oHsync2)는 제2 수평 주기(4H)를 정의할 수 있다. 제1 프레임 주파수가 제2 프레임 주파수보다 큰 경우, 제1 출력 수평 동기 신호(oHsync1)의 주기는 제2 출력 수평 동기 신호(oHsync2)의 주기보다 짧을 수 있다. 예를 들어, 제1 출력 수평 동기 신호(oHsync1)의 주기는 대략 3.2μs이고, 제2 출력 수평 동기 신호(oHsync2)의 주기는 대략 12.8μs일 수 있다.
또한, 타이밍 변조부(216)은 프레임 메모리(217)로부터 이미지 데이터(Idata)를 공급받을 수 있다. 이미지 데이터(Idata)는 사용자의 터치 여부와 무관하게 제1 프레임 주파수로 출력될 수 있다. 타이밍 변조부(216)는 사용자의 터치가 존재하는 경우 제1 프레임 주파수의 이미지 데이터(Idata)를 제2 프레임 주파수로 변조할 수 있다. 즉, 타이밍 변조부(216)는 변조 이미지 데이터(DATA_M)를 데이터 타이밍 제어부(212)에 제공할 수 있다. 사용자의 터치가 존재하지 않는 경우에는 제1 프레임 주파수의 이미지 데이터를 데이터 타이밍 제어부(212)에 제공할 수 있다.
프레임 메모리(217)는 프로세서(100)로부터 공급된 영상 신호(RGB)를 수신한다. 프레임 메모리(217)는 제1 프레임 주파수를 갖는 영상 신호(RGB)를 이미지 데이터(Idata)로 저장할 수 있다. 프레임 메모리(217)는 타이밍 제어부(210)의 복수의 제어 신호들의 구동 주파수와 이미지 데이터(Idata)의 구동 주파수가 상이한 경우에도 이미지 데이터(Idata)를 저장할 수 있다. 이에 따라, 프레임 메모리(217)에 저장된 이미지 데이터(Idata)는 타이밍 변조부(216)에 의해 제2 프레임 주파수를 갖는 변조 이미지 데이터(DATA_M)로 변조하여 출력될 수 있다. 타이밍 변조부(216)는 이미지 데이터(Idata)의 구동 주파수와 복수의 제어 신호들의 구동 주파수가 동일한 경우에는 이미지 데이터를 변조하지 않고 그대로 출력할 수 있다.
제2 모드에서 프로세서(100)에서 제공된 영상 신호(RGB)는 고주파(예를 들어, 대략 120Hz)로 구동되는데 반해, 타이밍 제어부(210)는 복수의 제어 신호들을 저주파(예를 들어, 대략 30Hz)로 변조하여 제공한다. 이에 따라 영상 신호(RGB)의 구동이 복수의 제어 신호들 각각보다 빠르게 구동되기 때문에, 고주파의 영상 신호(RGB)가 소멸될 수 있다. 표시 장치(1)는 타이밍 변조부(216)와 프레임 메모리(217)를 포함함으로써, 고주파의 영상 신호(RGB)를 프레임 메모리(217)에 저장한 뒤 타이밍 변조부(216)에 제공할 수 있다. 타이밍 변조부(216)는 제1 모드의 고주파 구동 또는 제2 모드의 저주파 구동에 따라 이미지 데이터(Idata)를 변조할 수 있으므로 각각의 제1 출력 수평 동기 신호(oHsync1) 또는 제2 출력 수평 동기 신호(oHsync2)에 맞춰서 영상 데이터(DATA)를 출력할 수 있다.
데이터 타이밍 제어부(212), 스캔 타이밍 제어부(213), 발광 타이밍 제어부(214), 및 리셋 타이밍 제어부(215)는 각각 제1 모드 제어 신호(MC1)와 제2 모드 제어 신호(MC2)에 따라 복수의 제어 신호들을 출력할 수 있다. 예를 들어, 데이터 타이밍 제어부(212)는 제1 모드 제어 신호(MC1)와 제2 모드 제어 신호(MC2)에 따라 데이터 제어 신호(DCS)와 영상 데이터(DATA)를 출력할 수 있다. 영상 데이터(DATA)는 제1 모드 제어 신호(MC1)와 동일한 구동 주파수를 갖는 이미지 데이터(Idata)일 수 있고, 제2 모드 제어 신호(MC2)와 동일한 구동 주파수를 갖는 변조 이미지 데이터(DATA_M)일 수도 있다.
또한, 스캔 타이밍 제어부(213)는 제1 모드 제어 신호(MC1)와 제2 모드 제어 신호(MC2)에 따라 스캔 제어 신호(SCS)를 출력할 수 있다. 발광 타이밍 제어부(214)는 제1 모드 제어 신호(MC1)와 제2 모드 제어 신호(MC2)에 따라 발광 제어 신호(ECS)를 출력할 수 있다. 리셋 타이밍 제어부(215)는 제1 모드 제어 신호(MC1)와 제2 모드 제어 신호(MC2)에 따라 리셋 제어 신호(RCS)를 출력할 수 있다.
도 14를 참조하면, 프로세서(100)는 제1 프레임 기간(FOM1)을 반복하여 구동하며, 제1 프레임 주파수의 입력 수직 동기 신호(iVsync)와 제1 수평 주기(H1)의 입력 수평 동기 신호(iHsync)를 출력할 수 있다. 프로세서(100)의 구동 주파수는 사용자의 터치와 무관하게 제1 프레임 주파수로 일정할 수 있다.
타이밍 제어부(210)는 제1 모드에 따라 제1 프레임 기간(FOM1)을 반복 구동하며, 제2 모드에 따라 하나의 제2 프레임 기간(FOM2)을 구동한다. 제1 프레임 기간(FOM1) 동안 제1 프레임 주파수의 제1 출력 수직 동기 신호(oVsync1) 및 제1 수평 주기(H1)의 제1 출력 수평 동기 신호(oHsync1)를 출력할 수 있다. 제2 프레임 기간(FOM2) 동안 제2 프레임 주파수의 제2 출력 수직 동기 신호(oVsync2) 및 제2 수평 주기(4H)의 제2 출력 수평 동기 신호(oHsync2)를 출력할 수 있다.
광 센서(PS)의 1 프레임 기간은 리셋 기간(RSP), 광 노출 기간(EP), 및 지문 판독 기간(ROP)으로 구분될 수 있다. 이에 대한 설명은 상술한 도 7과 동일한 바 생략한다.
제2 프레임 기간(FOM2)이 시작되는 지점은 지문 판독 기간(ROP)이 시작되는 지점과 동일할 수 있다. 타이밍 제어부(210)의 타이밍 변조부(216)는 지문 판독 기간(ROP)의 이전에 제1 모드 제어 신호(MC1)를 출력하고, 지문 판독 기간(ROP)의 이후에 제2 모드 제어 신호(MC2)를 출력할 수 있다. 이에 따라 지문 판독 기간(ROP)의 이전에 출력된 제1 스캔 기입 신호(GW1)와 제2 스캔 기입 신호(GW2) 사이의 1 수평 주기는 제1 수평 주기(1H)를 가지며, 지문 판독 기간(ROP)에 출력되는 제1 스캔 기입 신호(GW1)와 제2 스캔 기입 신호(GW2) 사이의 1 수평 주기는 제2 수평 주기(4H)를 가질 수 있다.
정리하면, 타이밍 제어부(210)의 타이밍 변조부(216)는 일반적으로 입력 수직 동기 신호(iVsync)와 입력 수평 동기 신호(iHsync)를 인가받고 제1 모드 제어 신호(MC1)를 제공한다. 사용자의 터치가 감지된 경우 제1 모드 제어 신호(MC1)를 제2 모드 제어 신호(MC2)로 변조하여 제공한다. 제2 모드 제어 신호(MC2)에 따라 구동 주파수가 낮아지는 경우 광 센서(PS)의 지문 판독 기간(ROP)이 연장될 수 있다. 광 센서(PS)의 지문 판독 기간(ROP)이 연장되는 경우 리드 아웃 회로(300)에서 축적할 수 있는 지문 감지 신호(Vsignal)의 양이 증가할 수 있으므로, 정확한 지문 감지 데이터가 출력될 수 있다.
이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.

Claims (20)

  1. 스캔 라인들, 감지 라인들, 상기 스캔 라인들에 각각 전기적으로 연결되는 화소들, 및 상기 스캔 라인들과 상기 감지 라인들에 각각 전기적으로 연결되는 광 센서들을 포함하는 표시 패널;
    스캔 제어 신호에 따라 상기 스캔 라인들에 스캔 신호들을 출력하는 스캔 구동부;
    상기 스캔 제어 신호를 상기 스캔 구동부로 출력하는 타이밍 제어부; 및
    상기 감지 라인들로부터 상기 광 센서들의 광 감지 신호들을 수신하는 리드 아웃 회로를 구비하고,
    상기 타이밍 제어부는 상기 표시 패널이 화상을 표시하는 제1 모드에서 상기 스캔 제어 신호의 프레임 주파수를 제1 프레임 주파수로 제어하고,
    상기 타이밍 제어부는 상기 광 센서에 의해 지문을 감지하는 제2 모드에서 상기 스캔 제어 신호의 프레임 주파수를 제2 프레임 주파수로 제어하는 표시 장치.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 프레임 주파수는 상기 제2 프레임 주파수보다 큰 표시 장치.
  3. 제1 항에 있어서,
    상기 스캔 라인들은,
    상기 화소 및 상기 광 센서에 n(n은 양의 정수)번째 스캔 신호를 제공하는 제1 스캔 라인; 및
    상기 화소에 n+1번째 스캔 신호를 제공하는 제2 스캔 라인을 포함하고,
    상기 제1 모드에서 상기 n번째 스캔 신호와 상기 n+1번째 스캔 신호 사이의 제1 수평 주기는 상기 제2 모드에서 상기 n번째 스캔 신호와 상기 n+1번째 스캔 신호 사이의 제2 수평 주기보다 짧은 표시 장치.
  4. 제1 항에 있어서,
    상기 제2 모드는 리셋 신호에 의해 광 센서가 리셋되는 리셋 기간 및 상기 광 센서에 외부 광이 노출되는 광 노출 기간, 및 상기 리드 아웃 회로에 의해 지문 판독이 이루어지는 지문 판독 기간을 포함하는 표시 장치.
  5. 제4 항에 있어서,
    상기 리셋 기간 및 상기 광 노출 기간에서 상기 스캔 제어 신호의 프레임 주파수가 상기 제1 프레임 주파수로 설정되고,
    상기 지문 판독 기간에서 상기 스캔 제어 신호의 프레임 주파수가 상기 제2 프레임 주파수로 설정되는 표시 장치.
  6. 제4 항에 있어서,
    지문 감지를 위한 사용자의 터치가 감지된 경우 상기 광 센서의 리셋 트랜지스터를 턴-온시키는 상기 리셋 신호를 출력하는 리셋 구동부를 더 포함하는 표시 장치.
  7. 제1 항에 있어서,
    상기 리드 아웃 회로는 제1 스위치 신호 및 제2 스위치 신호를 출력하며,
    상기 제1 스위치 신호, 상기 스캔 신호들 중 하나의 스캔 신호, 상기 제2 스위치 신호는 순차적으로 턴-온되어 상기 제1 스위치 신호에 따라 노이즈 전압을 저장하고, 상기 제2 스위치 신호에 따라 감지 신호 전압을 저장하는 표시 장치.
  8. 제7 항에 있어서,
    상기 리드 아웃 회로의 상기 제1 스위치 신호 및 상기 제2 스위치 신호의 구동 주파수는 상기 제2 모드에서 상기 스캔 신호의 구동 주파수와 동일한 표시 장치.
  9. 제1 항에 있어서,
    상기 리드 아웃 회로로부터 지문 감지 데이터를 제공받는 프로세서를 더 포함하고,
    상기 프로세서는 사용자의 터치가 감지되지 않는 경우 상기 제1 프레임 주파수에 따른 제1 모드 제어 신호를 인가하고, 사용자의 터치가 감지되는 경우 상기 제2 프레임 주파수에 따른 제2 모드 제어 신호를 인가하는 표시 장치.
  10. 제9 항에 있어서,
    상기 제1 모드 제어 신호는 상기 제1 프레임 주파수에 따른 제1 수직 동기 신호 및 제1 수평 동기 신호를 포함하고,
    상기 제2 모드 제어 신호는 상기 제2 프레임 주파수에 따른 제2 수직 동기 신호 및 제2 수평 동기 신호를 포함하는 표시 장치.
  11. 제1 항에 있어서,
    상기 타이밍 제어부는 프로세서로부터 상기 제1 프레임 주파수에 따른 제어 신호들을 인가받는 타이밍 변조부를 더 포함하고,
    상기 타이밍 변조부는 사용자의 터치가 감지된 경우 상기 제어 신호들을 상기 제2 프레임 주파수에 따른 제어 신호로 변조하는 표시 장치.
  12. 제11 항에 있어서,
    상기 타이밍 제어부는 상기 프로세서로부터 상기 제1 프레임 주파수에 따른 영상 신호를 제공받아 저장하는 프레임 메모리를 더 포함하고,
    상기 프레임 메모리는 상기 타이밍 변조부에 상기 영상 신호를 제공하며,
    상기 타이밍 변조부는 사용자의 터치가 감지된 경우 상기 영상 신호를 상기 제2 프레임 주파수에 따른 영상 신호로 변조하는 표시 장치.
  13. 화소와 광 센서를 포함하는 표시 패널;
    상기 화소 및 상기 광 센서에 제1 스캔 신호를 제공하는 제1 스캔 라인들;
    상기 화소에 제2 스캔 신호를 제공하는 제2 스캔 라인들;
    상기 제1 스캔 라인들에 제1 스캔 신호를 출력하고, 상기 제2 스캔 라인들에 제2 스캔 신호를 출력하는 스캔 구동부;
    스캔 구동부를 제어하는 타이밍 제어부; 및
    상기 광 센서로부터 감지 라인을 통해 광 감지 신호를 수신하는 리드 아웃 회로를 포함하고,
    표시 패널이 화상을 표시하는 제1 모드에서 상기 제1 스캔 신호와 상기 제2 스캔 신호 사이의 펄스 간격은 제1 수평 주기를 가지고, 상기 광 센서에 의해 지문을 감지하는 제2 모드에서 제1 스캔 신호와 상기 제2 스캔 신호 사이의 펄스 간격은 제2 수평 주기를 갖는 표시 장치.
  14. 제13 항에 있어서,
    상기 제1 수평 주기는 상기 제2 수평 주기보다 짧은 표시 장치.
  15. 제13 항에 있어서,
    상기 제1 모드에서 상기 표시 패널이 제1 프레임 주파수로 제어되고, 상기 제2 모드에서 상기 표시 패널이 제2 프레임 주파수로 제어되는 표시 장치.
  16. 제13 항에 있어서,
    상기 광 센서는,
    애노드 전극 및 전압 라인에 전기적으로 연결된 캐소드 전극을 포함하는 광전 변환 소자;
    상기 광전 변환 소자의 상기 애노드 전극에 전기적으로 연결된 게이트 전극을 포함하는 제1 센싱 트랜지스터;
    리셋 신호에 따라 리셋 전압 라인과 상기 광전 변환 소자의 상기 애노드 전극을 전기적으로 연결하는 리셋 트랜지스터; 및
    상기 제1 스캔 신호에 따라 상기 제1 센싱 트랜지스터와 상기 감지 라인을 전기적으로 연결하는 제2 센싱 트랜지스터를 포함하는 표시 장치.
  17. 제16 항에 있어서,
    상기 리드 아웃 회로는,
    상기 감지 라인에 전기적으로 연결되며 제1 연산 증폭기를 포함한 증폭부;
    제1 스위치 신호에 따라 노이즈 전압을 저장하는 제1 샘플링 커패시터 및 제2 스위치 신호에 따라 감지 신호 전압을 저장하는 제2 샘플링 커패시터를 포함한 샘플/홀드부; 및
    측정된 감지 신호 전압을 디지털 데이터로 변환하는 AD 컨버터를 포함하는 표시 장치.
  18. 제17 항에 있어서,
    상기 제1 스위치 신호, 상기 제1 스캔 신호, 및 상기 제2 스위치 신호는 순차적으로 턴-온되는 표시 장치.
  19. 제18 항에 있어서,
    상기 제1 스캔 신호에 따라 상기 제2 센싱 트랜지스터가 턴-온되어 상기 광 센서에서 감지되는 광량에 비례하여 상기 감지 라인을 통해 감지 신호 전압을 출력하고,
    상기 제2 스위치 신호에 따라 상기 감지 신호 전압을 상기 제2 샘플링 커패시터에 저장하는 표시 장치.
  20. 제17 항에 있어서,
    이웃한 상기 제1 스위치 신호 사이의 펄스 간격 및 이웃한 상기 제2 스위치 신호 사이의 펄스 간격은 각각 상기 제2 수평 주기를 가지는 표시 장치.
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