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KR20230060775A - 표시장치와 이를 포함한 모바일 단말기 - Google Patents

표시장치와 이를 포함한 모바일 단말기 Download PDF

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KR20230060775A
KR20230060775A KR1020210145329A KR20210145329A KR20230060775A KR 20230060775 A KR20230060775 A KR 20230060775A KR 1020210145329 A KR1020210145329 A KR 1020210145329A KR 20210145329 A KR20210145329 A KR 20210145329A KR 20230060775 A KR20230060775 A KR 20230060775A
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KR
South Korea
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display panel
light
pixel area
disposed
infrared light
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
KR1020210145329A
Other languages
English (en)
Inventor
김태훈
서보건
이근식
김규진
정보윤
Original Assignee
엘지디스플레이 주식회사
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
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Priority to KR1020210145329A priority Critical patent/KR20230060775A/ko
Priority to US17/883,229 priority patent/US20230137445A1/en
Priority to DE102022121285.8A priority patent/DE102022121285A1/de
Priority to CN202211077330.1A priority patent/CN116056496A/zh
Publication of KR20230060775A publication Critical patent/KR20230060775A/ko
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Abstract

본 발명은 표시장치와 이를 포함한 모바일 단말기에 관한 것으로, 제1 픽셀 영역과, 하나 이상의 투광부를 포함한 제2 픽셀 영역에 입력 영상이 재현되는 표시패널; 상기 표시패널의 전면에 배치된 커버 글래스; 상기 제2 픽셀 영역과 대향하도록 상기 표시패널의 배면 아래에 배치된 광원; 및 상기 제2 픽셀 영역의 투광부와 대향하는 위치에서 커버 글래스와 상기 표시패널 중 적어도 하나에 배치되어 상기 광원으로부터의 적외선 광을 복수의 도트 빔들로 분리하는 회절 광학 소자를 포함한다.

Description

표시장치와 이를 포함한 모바일 단말기{DISPLAY DEVICE AND MOBILE TERMINAL INCLUDING THE SAME}
본 발명은 표시패널 아래에 광학 장치가 배치된 표시장치와 이를 포함한 모바일 단말기에 관한 것이다.
전계 발광 표시장치는 발광층의 재료에 따라 무기 발광 표시장치와 유기 발광 표시장치로 대별된다. 액티브 매트릭스 타입(active matrix type)의 유기 발광 표시장치는 스스로 발광하는 유기 발광 다이오드(Organic Light Emitting Diode: 이하, "OLED"라 함)를 포함하며, 응답속도가 빠르고 발광효율, 휘도 및 시야각이 큰 장점이 있다. 유기 발광 표시장치는 OLED(Organic Light Emitting Diode, OLED"라 함)가 픽셀들 각각에 형성된다. 유기 발광 표시장치는 응답속도가 빠르고 발광효율, 휘도, 시야각 등이 우수할 뿐 아니라, 블랙 계조를 완전한 블랙으로 표현할 수 있기 때문에 명암비(contrast ratio)와 색재현율이 우수하다.
최근, 모바일 단말기에 다양한 광학 장치가 추가되고 있다. 광학 장치들은 멀티 미디어 기능을 지원하거나 생체 인식을 수행하는데 필요한 센서나 조명 장치를 포함할 수 있다. 광학 장치는 광학 모듈로 구현되어 모바일 단말기의 표시패널 아래에 조립될 수 있다. 모바일 단말기의 화면을 확대하기 위하여, 광학 모듈의 발광면과 수광면이 표시패널의 화면 상단에 오목한 형태로 디자인된 노치(notch) 영역에 또는 화면 내의 펀치홀(punch hole) 내에 배치될 수 있다. 그러나 이러한 노치 영역이나 펀치홀에 의해 화면 디자인에 제한이 많고, 두꺼운 광학 모듈에 의해 모바일 단말기의 두께가 커진다.
본 발명은 전술한 필요성 및/또는 문제점을 해결하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은 화면 디자인의 자유도를 높이고 광학 모듈을 슬림(slim)화할 수 있는 표시장치와 이를 포함한 모바일 단말기를 제공한다.
본 발명의 과제는 이상에서 언급한 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 표시장치는 제1 픽셀 영역과, 하나 이상의 투광부를 포함한 제2 픽셀 영역에 입력 영상이 재현되는 표시패널; 상기 표시패널의 전면에 배치된 커버 글래스; 상기 제2 픽셀 영역과 대향하도록 상기 표시패널의 배면 아래에 배치된 광원; 및 상기 제2 픽셀 영역의 투광부와 대향하는 위치에서 커버 글래스와 상기 표시패널 중 적어도 하나에 배치되어 상기 광원으로부터의 적외선 광을 복수의 도트 빔들로 분리한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 모바일 단말기는 제1 픽셀 영역과, 하나 이상의 투광부를 포함한 제2 픽셀 영역에 입력 영상이 재현되는 표시패널; 상기 표시패널의 픽셀들에 입력 영상의 픽셀 데이터를 기입하는 표시패널 구동부; 상기 표시패널의 전면에 배치된 커버 글래스; 상기 제2 픽셀 영역과 대향하도록 상기 표시패널의 배면 아래에 배치된 광원; 상기 제2 픽셀 영역의 투광부와 대향하는 위치에서 커버 글래스와 상기 표시패널 중 적어도 하나에 배치되어 상기 광원으로부터의 적외선 광을 복수의 도트 빔들로 분리하는 회절 광학 소자; 상기 표시패널의 배면 아래에 배치되어 상기 표시패널을 통과하여 입사된 상기 적외선 광을 전기적인 신호로 변환하여 안면 패턴 데이터를 출력하는 적외선 카메라; 및 상기 표시패널 구동부에 상기 입력 영상의 픽셀 데이터를 전송하고, 상기 적외선 카메라로부터 수신된 안면 패턴 데이터에 대하여 사용자 인증을 처리하는 호스트 시스템을 포함한다.
본 발명은 영상이 표시되는 화면 아래에 광학 모듈이 배치되기 때문에 풀 스크린 디스플레이(Full-screen display)의 화면을 구현할 수 있다.
본 발명은 적외선 광을 안면 인식에 이용되는 복수의 도트 빔들로 분리하는 회절 광학 소자를 표시패널에 내장하거나 커버 글래스에 형성함으로써 광학 모듈의 크기를 줄여 모바일 단말기를 슬림화하고 모바일 단말기의 디자인 자유도를 향상시킬 수 있다.
본 발명은 픽셀 영역의 투광부 내에 회절 광학 소자가 내장되거나 픽셀 영역을 덮는 커버 글래스에 회절 광학 소자가 배치되어 회절 광학 소자를 통과한 도트 빔들이 표시패널의 회로층과 회로 배선으로 인하여 손실되는 문제 없이 안면 인식을 위한 적외선 광 투과율을 향상시킬 수 있다.
본 발명은 픽셀들로 입사되는 광을 회절 광학 소자 쪽으로 집광 및 시준함으로써 픽셀 회로와 회로 배선으로 인한 적외선 광의 손실을 최소화할 수 있으므로 안면 인식에 이용되는 적외선 광의 효율을 개선할 수 있다.
본 발명의 효과들은 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 청구범위의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 표시패널을 개략적으로 보여주는 단면도이다.
도 2는 표시패널의 제2 픽셀 영역과 중첩되는 광학 장치를 보여 주는 도면이다.
도 3은 제2 픽셀 영역과 노치 영역에 배치된 광학 장치들의 일 예를 보여 주는 도면이다.
도 4는 제1 픽셀 영역의 픽셀 배치를 보여 주는 도면이다.
도 5는 제2 픽셀 영역의 픽셀 배치를 보여 주는 도면이다.
도 6 내지 도 8은 본 발명의 표시장치에 적용 가능한 다양한 픽셀 회로들을 보여 주는 회로도들이다.
도 9는 도 8에 도시된 픽셀 회로의 구동 방법을 보여 주는 파형도이다.
도 10은 본 발명의 실시예에 따른 표시장치를 보여 주는 블록도이다.
도 11은 본 발명의 실시예에 따른 표시장치가 모바일 기기에 적용된 예를 보여 주는 도면이다.
도 12는 본 발명의 제1 실시예에 따른 표시장치를 보여 주는 단면도이다.
도 13은 본 발명의 제2 실시예에 따른 표시장치를 보여 주는 단면도이다.
도 14a는 모바일 단말기의 커버 글래스에 복수의 회절 광학 소자들이 분산 배치된 예를 보여 주는 평면도이다.
도 14b는 도 14a에서 선 “A-A'”을 따라 절취한 단면도이다.
도 15a는 모바일 단말기의 커버 글래스에 넓은 회절 광학 소자가이 배치된 예를 보여 주는 평면도이다.
도 15b는 도 15a에서 선 “B-B'”을 따라 절취한 단면도이다.
도 16은 본 발명의 제3 실시예에 따른 표시장치를 보여 주는 단면도이다.
도 17은 본 발명의 제4 실시예에 따른 표시장치를 보여 주는 단면도이다.
도 18은 본 발명의 제5 실시예에 따른 표시장치를 보여 주는 단면도이다.
도 19a 및 도 19b는 도 13에 도시된 시준 렌즈를 자세히 보여 주는 도면들이다.
도 20은 표시패널에 렌즈가 배치된 예를 보여 주는 단면도이다.
도 21은 본 발명의 제6 실시예에 따른 표시장치를 보여 주는 단면도이다.
도 22는 본 발명의 제7 실시예에 따른 표시장치를 보여 주는 단면도이다.
도 23은 본 발명의 제8 실시예에 따른 표시장치를 보여 주는 단면도이다.
도 24는 본 발명의 제9 실시예에 따른 표시장치를 보여 주는 단면도이다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.
본 발명의 실시예를 설명하기 위한 도면에 개시된 형상, 크기, 비율, 각도, 개수 등은 예시적인 것이므로 본 발명이 도시된 사항에 한정되는 것은 아니다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명은 생략한다.
본 명세서 상에서 언급된 '포함한다', '갖는다', '이루어진다' 등이 사용되는 경우 ' ~ 만'이 사용되지 않는 이상 다른 부분이 추가될 수 있다. 구성 요소를 단수로 표현한 경우에 특별히 명시적인 기재 사항이 없는 한 복수를 포함하는 경우를 포함한다.
구성 요소를 해석함에 있어서, 별도의 명시적 기재가 없더라도 오차 범위를 포함하는 것으로 해석한다.
위치 관계에 대한 설명일 경우, 예를 들어, ' ~ 상에', ' ~ 상부에', ' ~ 하부에', ' ~ 옆에' 등으로 두 부분의 위치 관계가 설명되는 경우, '바로' 또는 '직접'이 사용되지 않는 이상 두 부분 사이에 하나 이상의 다른 부분이 위치할 수도 있다.
실시예 설명에서, 제1, 제2 등이 다양한 구성 요소들을 서술하기 위해서 사용되지만, 이들 구성 요소들은 이들 용어에 의해 제한되지 않는다. 이들 용어들은 단지 하나의 구성 요소를 다른 구성요소와 구별하기 위하여 사용하는 것이다. 따라서, 이하에서 언급되는 제1 구성 요소는 본 발명의 기술적 사상 내에서 제2 구성요소일 수도 있다.
명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.
여러 실시예들의 특징들이 부분적으로 또는 전체적으로 서로 결합 또는 조합 가능하며, 기술적으로 다양한 연동 및 구동이 가능하며, 각 실시예들이 서로에 대하여 독립적으로 실시 가능할 수도 있고 연관 관계로 함께 실시 가능할 수도 있다.
여러 실시예들의 특징들이 부분적으로 또는 전체적으로 서로 결합 또는 조합 가능하며, 기술적으로 다양한 연동 및 구동이 가능하며, 각 실시예들이 서로에 대하여 독립적으로 실시 가능할 수도 있고 연관 관계로 함께 실시 가능할 수도 있다.
본 발명의 표시패널 상에 형성되는 픽셀 회로와 게이트 구동부는 복수의 트랜지스터들을 포함할 수 있다. 트랜지스터들은 산화물 반도체를 포함한 Oxide TFT(Thin Film Transistor), 저온 폴리 실리콘(Low Temperature Poly Silicon, LTPS)을 포함한 LTPS TFT 등으로 구현될 수 있다. 트랜지스터들 각각은 p 채널 TFT 또는 n 채널 TFT로 구현될 수 있다.
트랜지스터는 게이트(gate), 소스(source) 및 드레인(drain)을 포함한 3 전극 소자이다. 소스는 캐리어(carrier)를 트랜지스터에 공급하는 전극이다. 트랜지스터 내에서 캐리어는 소스로부터 흐르기 시작한다. 드레인은 트랜지스터에서 캐리어가 외부로 나가는 전극이다. 트랜지스터에서 캐리어의 흐름은 소스로부터 드레인으로 흐른다. n 채널 트랜지스터의 경우, 캐리어가 전자(electron)이기 때문에 소스로부터 드레인으로 전자가 흐를 수 있도록 소스 전압이 드레인 전압보다 낮은 전압을 가진다. n 채널 트랜지스터에서 전류의 방향은 드레인으로부터 소스 쪽으로 흐른다. p 채널 트랜지스터(PMOS)의 경우, 캐리어가 정공(hole)이기 때문에 소스로부터 드레인으로 정공이 흐를 수 있도록 소스 전압이 드레인 전압보다 높다. p 채널 트랜지스터에서 정공이 소스로부터 드레인 쪽으로 흐르기 때문에 전류가 소스로부터 드레인 쪽으로 흐른다. 트랜지스터의 소스와 드레인은 고정된 것이 아니라는 것에 주의하여야 한다. 예컨대, 소스와 드레인은 인가 전압에 따라 변경될 수 있다. 따라서, 트랜지스터의 소스와 드레인으로 인하여 발명이 제한되지 않는다. 이하의 설명에서 트랜지스터의 소스와 드레인을 제1 및 제2 전극으로 칭하기로 한다.
게이트 신호는 게이트 온 전압(Gate On Voltage)과 게이트 오프 전압(Gate Off Voltage) 사이에서 스윙(swing)한다. 게이트 온 전압은 트랜지스터의 문턱 전압 보다 높은 전압으로 설정되며, 게이트 오프 전압은 트랜지스터의 문턱 전압 보다 낮은 전압으로 설정된다. 트랜지스터는 게이트 온 전압에 응답하여 턴-온(turn-on)되는 반면, 게이트 오프 전압에 응답하여 턴-오프(turn-off)된다. n 채널 트랜지스터의 경우에, 게이트 온 전압은 게이트 하이 전압(Gate High Voltage, VGH/VEH)이고, 게이트 오프 전압은 게이트 로우 전압(Gate Low Voltage, VGL/VEL)일 수 있다. p 채널 트랜지스터의 경우에, 게이트 온 전압은 게이트 로우 전압(VGL/VEL)이고, 게이트 오프 전압은 게이트 하이 전압(VGH/VEL)일 수 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 다양한 실시예들을 상세히 설명한다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 표시패널(100)은 입력 영상을 재현하는 화면을 포함한다.
표시패널(100)의 화면은 제1 픽셀 영역(DA)과 제2 픽셀 영역(CA)을 포함할 수 있다. 제1 픽셀 영역(DA)은 복수의 픽셀들이 배치되어 입력 영상이 재현되는 표시영역이다. 제1 픽셀 영역(DA)은 제2 픽셀 영역(DA)에 비하여 더 크고 대부분의 영상이 표시되는 화면의 메인 표시 영역이다. 제2 픽셀 영역(CA)은 복수의 픽셀들이 배치되어 입력 영상이 재현되는 표시영역이다. 제2 픽셀 영역(CA)의 PPI(Pixels Per Inch) 또는 해상도는 제1 픽셀 영역(DA)에 비하여 동일하거나 낮다. 이하에서 제2 픽셀 영역(CA)의 PPI는 제1 픽셀 영역(DA)에 비하여 낮은 실시예로 설명된다.
제2 픽셀 영역(CA)은 빛을 차단하는 매질이 없는 복수의 투광부들을 포함할 수 있다. 투광부는 서브 픽셀들 사이에 배치될 수 있다. 빛이 거의 손실 없이 투광부를 통과할 수 있다. 제2 픽셀 영역(CA)의 PPI 또는 해상도가 제1 픽셀 영역(DA)의 그 것 보다 작은 경우, 제2 픽셀 영역(CA) 내에 배치된 투광부가 커질 수 있다.
제1 픽셀 영역(DA)과 제2 픽셀 영역(CA)이 입력 영상의 픽셀 데이터가 기입되는 픽셀들을 포함한다. 따라서, 입력 영상은 제1 픽셀 영역(DA)과 제2 픽셀 영역(CA)에 표시될 수 있다.
제1 픽셀 영역(DA)과 제2 픽셀 영역(CA)의 픽셀들 각각은 영상의 컬러 구현을 위하여 컬러가 다른 서브 픽셀들을 포함한다. 서브 픽셀들은 적색(Red), 녹색(Green), 및 청색(Blue) 서브 픽셀들을 포함한다. 픽셀들(P) 각각은 백색(White) 서브 픽셀을 더 포함할 수 있다. 서브 픽셀들 각각은 발광 소자를 구동하는 픽셀 회로를 포함할 수 있다.
제2 픽셀 영역(CA)의 PPI 또는 해상도가 제1 픽셀 영역(DA)에 비하여 낮은 경우, 제2 픽셀 영역(CA)에서 픽셀들의 휘도와 색좌표를 보상하기 위한 화질 보상 알고리즘이 적용될 수 있다.
표시패널(100)의 배면 아래에 배치되어 제2 픽셀 영역(CA)과 중첩되는 하나 이상의 광학 장치들이 배치될 수 있다. 광학 장치(200)는 이미지 센서(또는 카메라), 근접 센서, 백색광 조명 소자, 안면 인식을 위한 광학 소자 등을 포함할 수 있다.
안면 인식을 위한 광학 소자는 표시패널(10)의 제2 픽셀 영역(CA)의 아래에 적외선 광원, 적외선 카메라, 적외선 조명 소자 등을 포함할 수 있다. 도 2에서 도면 부호 “201”은 적외선 광원이고, “202”는 적외선 카메라이다. 도 2에서 제2 픽셀 영역(CA)의 아래에 배치되는 광학 장치가 적외선 광원(201)과 적외선 촬성 장치(202)로 예시되었으나, 이에 한정되지 않는다. 예를 들어, 도 3의 예와 같이, 제2 픽셀 영역(CA) 아래에 적외선 광원(201)만 배치되거나 이미지 센서, 근접 센서, 백색광 조명 소자, 적외선 조명 소자 등이 더 배치될 수 있다.
적외선 광원(201)은 수직 공동 표면 방출 레이저(vertical-cavity surface-emitting laser, VCSEL), 이 레이저로부터 방출된 광을 확장(Expanding)하고 시준(Collimating)하기 위한 렌즈와 광 가이드(Light Guide)를 포함할 수 있다.
표시패널(100)의 전면에 투명한 커버 글래스(Cover Glass)(20)가 접착될 수 있다. 표시패널(100)의 제2 픽셀 영역(CA)이나 커버 글래스(20)는 적외선 광원(201)과 대향하는 위치에 배치된 회절 광학 소자(203)를 포함한다. 회절 광학 소자(203)는 DOE(Diffractive Optical Element)와 HOE(Hologram Optical Element) 중 하나 이상을 포함할 수 있다.
도 2 및 도 3의 예에서 회절 광학 소자는 제2 픽셀 영역(CA)에 배치되고, 적외선 광원은 회절 광학 소자(203)와 대향하도록 표시패널(100)의 배면 아래에 배치된다. 도 3에서, 모바일 단말기의 노치 영역(NA)에 조도 센서(Ambient Light Sensor)(204), 근접 센서(Proximity Sensor)(205), 투광 조명 소자(Flood illuminator)(206), 적외선 카메라(202), 전면 카메라(207)가 배치되고, 제2 픽셀 영역(CA)에 회절 광학 소자(203)와 적외선 광원(201)이 배치되어 있다. 노치 영역(NA)은 화면의 상단에서 픽셀들이 없는 비표시 영역이다.
적외선 조명 소자는 적외선(IR) 플래쉬(flash)를 발생하는 투광 조명 소자(Flood illuminator)를 이용하여 어두운 환경에서도 안면 인식을 가능하게 할 수 있다. 회절 광학 소자는 적외선 광원(201)으로부터의 적외선 광을 회절 패턴 또는 홀로그램 패턴을 통해 회절시켜 수백 내지 수천 개의 도트 빔(dot beam)으로 분리한다. 적외선 카메라(202)는 사람의 얼굴에 맺힌 적외선 파장의 도트 빔들을 촬영한다. 적외선 카메라(202)는 표시패널(100)을 통과한 적외선 파장의 빛을 전기적인 신호로 변환하고 디지털 데이터로 변환하여 안면 패턴 데이터를 발생할 수 있다. 따라서, 회절 광학 소자로부터 분리된 도트 빔들이 사용자의 안면에 조사되고, 안면으로부터 반사된 적외선 도트 빔들이 적외선 카메라(202)에 수광되면 호스트 시스템의 생체 인증 모듈에서 사용자 인증이 처리된다.
본 발명의 표시장치는 제2 픽셀 영역(CA)과 중첩되도록 표시패널(100)의 배면 아래 광학 장치들(200)이 배치되기 때문에 광학 장치들(200)로 인하여 화면의 표시 영역이 제한을 받지 않는다. 따라서, 본 발명의 표시장치는 화면의 표시 영역을 확대하여 풀 스크린 디스플레이(Full-screen display)의 화면을 구현할 수 있고 화면 디자인의 자유도를 높일 수 있다.
표시패널(100)은 X 축 방향의 폭, Y축 방향의 길이, 그리고 Z축 방향의 두께를 갖는다. 표시패널(100)은 기판 상에 배치된 회로층(12)과, 회로층(12) 상에 배치된 발광 소자층(14)을 포함할 수 있다. 발광 소자층(14) 상에 편광판(18)이 배치되고, 편광판(18) 위에 커버 글래스(20)가 배치될 수 있다.
회로층(12)은 데이터 라인들, 데이터 라인들과 교차되는 게이트 라인들, 전원 라인들 등의 배선들에 연결된 픽셀 회로, 게이트 라인들에 연결된 게이트 구동부 등을 포함할 수 있다. 회로층(12)은 TFT(Thin Film Transistor)로 구현된 트랜지스터들과, 커패시터 등의 회로 소자를 포함할 수 있다. 회로층(12)의 배선과 회로 소자들은 복수의 절연층들과, 절연층을 사이에 두고 분리된 둘 이상의 금속층, 그리고 반도체 물질을 포함한 액티브층으로 구현될 수 있다.
발광 소자층(14)은 픽셀 회로에 의해 구동되는 발광 소자를 포함할 수 있다. 발광 소자는 OLED로 구현될 수 있다. OLED는 애노드와 캐소드 사이에 형성된 유기 화합물층을 포함한다. 유기 화합물층은 정공주입층(Hole Injection layer, HIL), 정공수송층(Hole transport layer, HTL), 발광층(Emission layer, EML), 전자수송층(Electron transport layer, ETL) 및 전자주입층(Electron Injection layer, EIL)을 포함할 수 있으나 이에 한정되지 않는다. OLED의 애노드 전극과 캐소드 전극에 전압이 인가되면 정공수송층(HTL)을 통과한 정공과 전자수송층(ETL)을 통과한 전자가 발광층(EML)으로 이동되어 여기자를 형성하여 발광층(EML)에서 가시광이 방출된다. 발광 소자층(14)은 적색, 녹색 및 청색의 파장을 선택적으로 투과시키는 픽셀들 상에 배치되고, 컬러 필터 어레이를 더 포함할 수 있다.
발광 소자층(14)은 보호층에 의해 덮일 수 있고, 보호층은 봉지층(encapsulation layer)에 의해 덮일 수 있다. 보호층과 봉지층은 유기막과 무기막이 교대로 적층된 멀티 절연막 구조일 수도 있다. 무기막은 수분이나 산소의 침투를 차단한다. 유기막은 무기막의 표면을 평탄화한다. 유기막과 무기막이 여러 층들로 적층되면, 단일 층에 비해 수분이나 산소의 이동 경로가 길어져 발광 소자층(14)에 영향을 주는 수분/산소의 침투가 효과적으로 차단될 수 있다.
봉지층 상에 도면에서 생략된 터치 센서층이 형성되고 그 위에 편광판(18)이나 컬러필터층이 배치될 수 있다. 터치 센서층은 터치 입력 전후에 용량(capacitance)의 변화를 바탕으로 터치 입력을 센싱하는 정전 용량 방식의 터치 센서들을 포함할 수 있다. 터치 센서층은 터치 센서들의 용량을 형성하는 금속 배선 패턴들과 절연막들을 포함할 수 있다. 절연막들은 금속 배선 패턴들에서 교차되는 부분을 절연하고 터치 센서층의 표면을 평탄화할 수 있다. 편광판(18)은 터치 센서층과 회로층의 금속에 의해 반사된 외부 광의 편광을 변환하여 시인성과 명암비를 향상시킬 수 있다. 편광판(18)은 선편광판과 위상지연필름이 접합된 편광판 또는 원편광판으로 구현될 수 있다. 편광판(18) 상에 커버 글래스(20)가 접착될 수 있다. 컬러 필터층은 적색, 녹색, 및 청색 컬러 필터를 포함할 수 있다. 컬러 필터층은 블랙 매트릭스 패턴을 더 포함할 수 있다. 컬러 필터층은 회로층과 터치 센서층으로부터 반사된 빛의 파장 일부를 흡수하여 편광판(18)의 역할을 대신하고 픽셀 어레이에서 재현되는 영상의 색순도를 높일 수 있다. 이 경우, 편광판(18)은 필요 없다.
도 4는 제1 픽셀 영역(DA)의 픽셀 배치의 일 예를 보여 주는 도면이다. 도 5는 제2 픽셀 영역(CA)의 픽셀들과 투광부의 일 예를 보여 주는 도면이다. 도 4 및 도 5에서 픽셀들에 연결된 배선은 생략되어 있다.
도 4을 참조하면, 제1 픽셀 영역(DA)은 고 PPI로 배열된 픽셀들을 포함한다. 픽셀들 각각은 삼원색의 R, G 및 B 서브 픽셀이 하나의 픽셀로 구성된 리얼 타입 픽셀로 구현될 수 있다. 픽셀들 각각은 도면에서 생략된 W 서브 픽셀을 더 포함할 수 있다.
픽셀들 각각은 서브 픽셀 렌더링 알고리즘을 이용하여 두 개의 서브 픽셀이 하나의 픽셀로 구성될 수 있다. 예를 들어, 제1 픽셀은 R 및 제1 G 서브 픽셀로 구성되고, 제2 픽셀은 B 및 제2 G 서브 픽셀로 구성될 수 있다. 제1 및 제2 픽셀들 각각에서 부족한 컬러 표현은 이웃한 픽셀들 간에 해당 컬러 데이터들의 평균값으로 보상될 수 있다.
서브 픽셀들은 컬러별로 발광 소자의 발광 효율이 다를 수 있다. 이를 고려하여, 서브 픽셀들의 크기가 컬러별로 달라질 있다. 예를 들어, R, G, 및 B 서브 픽셀들 중에서 B 서브 픽셀이 가장 크고, G 서브 픽셀이 가장 작을 수 있다.
도 5를 참조하면, 제2 픽셀 영역(CA)은 소정 거리만큼 이격된 픽셀 그룹과, 이웃한 픽셀 그룹들(PG) 사이에 배치된 투광부들(AG)을 포함한다. 픽셀 그룹은 도 5에서 점선으로 표시된 영역에 배치된 서브 픽셀들을 포함한다.
투광부들(AG)을 통해 외부 광이 광학 장치의 렌즈로 수광된다. 투광부들(AG)은 최소한의 광손실로 빛이 입사될 수 있도록 금속 없이 투과율이 높은 투명한 매질들을 포함할 수 있다. 다시 말하여, 투광부들(AG)은 금속 배선이나 픽셀들을 포함하지 않고 투명한 절연 재료들로 이루어질 수 있다. 투광부들(AG)로 인하여 제2 픽셀 영역(CA)의 PPI가 제1 픽셀 영역(DA) 보다 낮아지게 된다.
제2 픽셀 영역(CA)에서 픽셀 그룹은 하나 또는 두 개의 픽셀이 포함될 수 있다. 픽셀 그룹의 픽셀들 각각은 두 개 내지 네 개의 서브 픽셀들을 포함할 수 있다. 예를 들어, 픽셀 그룹 내의 1 픽셀은 R, G 및 B 서브 픽셀을 포함하거나 두 개의 서브 픽셀들을 포함하고, W 서브픽셀을 더 포함할 수 있다. 도 5의 예에서, 제1 픽셀은 R 및 G 서브 픽셀로 구성되고, 제2 픽셀은 B 및 G 서브 픽셀로 구성된 예이나 이에 한정되지 않는다.
투광부들(AG)의 형상은 도 5에서 원형으로 예시되었으나, 이에 한정되지 않는다. 예를 들어, 투광부들(AG)은 원형, 타원형, 다각형 등 다양한 형태로 설계될 수 있다.
표시패널의 제조 공정에서 초래되는 공정 편차와 소자 특성 편차로 인하여 픽셀들 간에 구동 소자의 전기특성에서 차이가 있을 수 있고 이러한 차이는 픽셀들의 구동 시간이 경과됨에 따라 더 커질 수 있다. 픽셀들 간에 구동 소자의 전기적 특성 편차를 보상하기 위해, 유기 발광 표시장치에 내부 보상 기술 또는 외부 보상 기술이 적용될 수 있다.
내부 보상 기술은 픽셀 회로 각각에 구현된 내부 보상 회로를 이용하여 서브 픽셀별로 구동 소자의 문턱 전압을 센싱하여 그 문턱 전압 만큼 구동 소자의 게이트-소스간 전압(Vgs)을 보상한다. 외부 보상 기술은 외부 보상 회로를 이용하여 구동 소자들의 전기적 특성에 따라 변하는 구동 소자의 전류 또는 전압을 실시간 센싱한다. 외부 보상 기술은 픽셀 별로 센싱된 구동 소자의 전기적 특성 편차(또는 변화) 만큼 입력 영상의 픽셀 데이터(디지털 데이터)를 변조함으로써 픽셀들 각각에서 구동 소자의 전기적 특성 편차(또는 변화)를 실시간 보상한다.
도 6 내지 도 8은 본 발명의 픽셀 회로에 적용 가능한 다양한 픽셀 회로를 보여 주는 회로도들이다.
도 6를 참조하면, 픽셀 회로는 발광 소자(EL), 발광 소자(EL)에 전류를 공급하는 구동 소자(DT), 스캔 펄스(SCAN)에 응답하여 데이터 라인(DL)을 제2 노드(n2)에 연결하는 스위치 소자(M01), 및 제2 노드(n2)와 제3 노드(n3) 사이에 연결된 커패시터(Cst)를 포함한다. 구동 소자(DT)와 스위치 소자(M01)는 n 채널 트랜지스터들로 구현될 수 있다.
구동 소자(DT)는 제2 노드(n2)에 연결된 게이트 전극, 제1 노드(n1)에 연결된 제1 전극, 및 제3 노드(n3)에 연결된 제2 전극을 포함한다. 픽셀 구동 전압(ELVDD)이 인가되는 VDD 라인(PL)은 제1 노드(n1)에 연결된다. 발광 소자(EL)는 제3 노드(n3)에 연결된 애노드 전극과, 저전위 전원 전압(ELVSS)이 인가되는 VSS 라인에 연결된 캐소드 전극을 포함한다.
구동 소자(DT)는 게이트-소스간 전압(Vgs)에 따라 발광 소자(EL)에 전류를 공급하여 발광 소자(EL)를 구동한다. 발광 소자(EL)는 애노드 전극과 캐소드 전극 사이의 순방향 전압이 문턱 전압 이상일 때 턴-온되어 발광한다. 커패시터(Cst)는 구동 소자(DT)의 게이트 전극과 소스 전극 사이에 연결되어 구동 소자(DT)의 게이트-소스간 전압(Vgs)을 유지한다.
도 7은 픽셀 회로의 다른 예이다.
도 7을 참조하면, 픽셀 회로는 기준 전압 라인(REFL)과 구동 소자(DT)의 제2 전극 사이에 연결된 제2 스위치 소자(M02)를 더 포함한다. 이 픽셀 회로에서 구동 소자(DT)와 스위치 소자들(M01, MO2)은 n 채널 트랜지스터들로 구현될 수 있다.
제2 스위치 소자(M02)는 스캔 펄스(SCAN) 또는 별도의 센싱 펄스(SENSE)에 응답하여 기준 전압(Vref)을 제3 노드(n3)에 인가한다. 기준 전압(VREF)은 REF 라인(REFL)을 통해 픽셀 회로에 인가된다.
센싱 모드에서 구동 소자(DT)의 채널을 통해 흐르는 전류 또는 구동 소자(DT)와 발광 소자(EL) 사이의 전압이 기준 라인(REFL)을 통해 센싱될 수 있다. 기준 라인(REFL)을 통해 흐르는 전류는 적분기를 통해 전압으로 변환되고 아날로그-디지털 변환기(Analog-to-digital converter, 이하 “ADC”라 함)를 통해 디지털 데이터로 변환된다. 이 디지털 데이터는 구동 소자(DT)의 문턱 전압 또는 이동도 정보를 포함한 센싱 데이터이다. 센싱 데이터는 데이터 연산부로 전송된다. 데이터 연산부는 ADC로부터의 센싱 데이터를 입력 받아 센싱 데이터를 바탕으로 선택된 보상값을 픽셀 데이터에 더하거나 곱하여 픽셀들의 구동 편차와 열화를 보상할 수 있다.
도 8은 픽셀 회로의 또 다른 예를 보여 주는 회로도들이다. 도 9은 도 8에 도시된 픽셀 회로의 구동 방법을 보여 주는 파형도이다.
도 8 및 도 9을 참조하면, 픽셀 회로는 발광 소자(EL), 발광 소자(EL)에 전류를 공급하는 구동 소자(DT), 및 발광 소자(EL)와 구동 소자(DT)에 인가되는 전압을 스위칭하는 스위치 회로를 포함한다.
스위치 회로는 픽셀 구동 전압(ELVDD), 저전위 전원 전압(ELVSS), 초기화 전압(Vini)이 인가되는 전원 라인들(PL1, PL2, PL3), 데이터 라인(DL), 및 게이트 라인들(GL1, GL2, GL3)에 연결되어 게이트 신호에 응답하여 발광 소자(EL)와 구동 소자(DT)에 인가되는 전압을 스위칭한다. 게이트 신호는 스캔 펄스[SCAN(N-1), SCAN(N)]와 발광 제어 펄스(이하, “EM 펄스”라 함)[EM(N)]를 포함할 수 있다.
스위치 회로는 복수의 스위치 소자들(M1~M6)을 이용하여 구동 소자(DT)의 문턱 전압(Vth)을 샘플링하여 커패시터(Cst1)에 저장하고, 구동 소자(DT)의 문턱 전압(Vth)만큼 구동 소자(DT)의 게이트 전압을 보상하는 내부 보상 회로를 포함한다. 구동 소자(DT)와 스위치 소자들(M1~M6) 각각은 p 채널 TFT로 구현될 수 있다.
픽셀 회로의 구동 기간은 도 9에 도시된 바와 같이 초기화 기간(Tini), 샘플링 기간(Tsam), 및 발광 기간(Tem)으로 나뉘어질 수 있다.
제N 스캔 펄스[SCAN(N)]는 샘플링 기간(Tsam)에 게이트 온 전압(VGL)으로 발생되어 제1 게이트 라인(GL1)에 인가된다. 제N-1 스캔 펄스[SCAN(N-1)]는 샘플링 기간에 앞선 초기화 기간(Tini)에 게이트 온 전압(VGL)으로 발생되어 제2 게이트 라인(GL2)에 인가된다. EM 펄스[EM(N)]는 초기화 기간(Tin) 및 샘플링 기간(Tsam)에 게이트 오프 전압(VGH)으로 발생되어 제3 게이트 라인(GL3)에 인가된다.
초기화 기간(Tini) 동안, 제N-1 스캔 펄스[SCAN(N-1)]가 게이트 온 전압(VGL)으로 발생되고, 제N 스캔 펄스[SCAN(N)]와 EM 펄스[EM(N)] 각각의 전압이 게이트 오프 전압(VGH)이다. 샘플링 기간 동안(Tsam), 제N 스캔 펄스[SCAN(N)]가 게이트 온 전압(VGL)의 펄스로 발생되고, 제N-1 스캔 펄스[SCAN(N-1)]와 EM 펄스[EM(N)] 각각의 전압이 게이트 오프 전압(VGH)이다. 발광 기간(Tem)의 적어도 일부 기간 동안 EM 펄스[EM(N)]가 게이트 온 전압(VGL)으로 발생되고, 제N-1 스캔 펄스[SCAN(N-1)]와 제N 스캔 펄스[SCAN(N)] 각각의 전압이 게이트 오프 전압(VGH)으로 발생된다.
초기화 기간(Tin) 동안, 제N-1 스캔 펄스[SCAN(N-1)]의 게이트 온 전압(VGL)에 따라 제5 스위치 소자(M5)가 턴-온되어 픽셀 회로를 초기화한다. 샘플링 기간(Tsam) 동안, 제N 스캔 펄스[SCAN(N)]의 게이트 온 전압(VGL)에 따라 제1 및 제2 스위치 소자들(M1, M2)이 턴-온되어 구동 소자(DT)의 문턱 전압만큼 보상된 데이터 전압(Vdata)이 커패시터(Cst1)에 저장된다. 이와 동시에, 제6 스위치 소자(M6)가 샘플링 기간(Tsam) 동안 턴-온되어 제4 노드(n4)의 전압을 기준 전압(Vref)으로 낮추어 발광 소자(EL)의 발광을 억제한다.
발광 기간(Tem) 동안, 제3 및 제4 스위치 소자들(M1, M2)이 턴-온되어 발광 소자(EL)가 발광된다. 발광 기간(Tem) 동안, 저 계조의 휘도를 정밀하게 표현하기 위하여, EM 펄스[EM(N)]가 게이트 온 전압(VGL)과 게이트 오프 전압(VGH) 사이에서 소정의 듀티비로 그 전압 레벨이 반전될 수 잇다. 이 경우, 제3 및 제4 스위치 소자들(M1, M2)이 발광 기간(Tem) 동안 EM 펄스[EM(N)]의 듀티비에 따라 온/오프를 반복할 수 있다.
발광 소자(EL)의 애노드 전극은 제4 및 제6 스위치 소자들(M4, M6) 사이의 제4 노드(n4)에 연결된다. 제4 노드(n4)는 발광 소자(EL)의 애노드 전극, 제4 스위치 소자(M4)의 제2 전극, 및 제6 스위치 소자(M6)의 제2 전극에 연결된다. 발광 소자(EL)의 캐소드 전극은 저전위 전원 전압(ELVSS)이 인가되는 VSS 라인(PL3)에 연결된다. 발광 소자(EL)는 구동 소자(DT)의 게이트-소스간 전압(Vgs)에 따라 흐르는 전류(Ids)로 발광된다. 발광 소자(EL)의 전류 패스는 제3 및 제4 스위치 소자(M3, M4)에 의해 스위칭된다.
커패시터(Cst1)는 VDD 라인(PL1)과 제1 노드(n1) 사이에 연결된다. 구동 소자(DT)의 문턱 전압(Vth)만큼 보상된 데이터 전압(Vdata)이 커패시터(Cst1)에 충전된다. 서브 픽셀들 각각에서 데이터 전압(Vdata)이 구동 소자(DT)의 문턱 전압(Vth) 만큼 보상되기 때문에 서브 픽셀들에서 구동 소자(DT)의 특성 편차가 보상된다.
제1 스위치 소자(M1)는 제N 스캔 펄스[SCAN(N)]의 게이트 온 전압(VGL)에 응답하여 턴-온되어 제2 노드(n2)와 제3 노드(n3)를 연결한다. 제2 노드(n2)는 구동 소자(DT)의 게이트 전극, 커패시터(Cst1)의 제1 전극, 및 제1 스위치 소자(M1)의 제1 전극에 연결된다. 제3 노드(n3)는 구동 소자(DT)의 제2 전극, 제1 스위치 소자(M1)의 제2 전극, 및 제4 스위치 소자(M4)의 제1 전극에 연결된다. 제1 스위치 소자(M1)의 게이트 전극은 제1 게이트 라인(GL1)에 연결되어 제N 스캔 펄스[SCAN(N)]를 공급 받는다. 제1 스위치 소자(M1)의 제1 전극은 제2 노드(n2)에 연결되고, 제1 스위치 소자(M1)의 제2 전극은 제3 노드(n3)에 연결된다.
제1 스위치 소자(M1)는 1 프레임 기간에서 제N 스캔 펄스[SCAN(N)]가 게이트 온 전압(VGL)으로 발생되는 아주 짧은 1 수평 기간(1H) 동안 턴-온되기 때문에 오프 상태에서 누설 전류가 발생될 수 있다. 제1 스위치 소자(M1)의 누설 전류를 억제하기 위하여, 제1 스위치 소자(M1)는 두 개의 트랜지스터들이 직렬로 연결된 듀얼 게이트(dual gate) 구조의 트랜지스터로 구현될 수 있다.
제2 스위치 소자(M2)는 제N 스캔 펄스[SCAN(N)]의 게이트 온 전압(VGL)에 응답하여 턴-온되어 데이터 전압(Vdata)을 제1 노드(n1)에 공급한다. 제2 스위치 소자(M2)의 게이트 전극은 제1 게이트 라인(GL1)에 연결되어 제N 스캔 펄스[SCAN(N)]를 공급 받는다. 제2 스위치 소자(M2)의 제1 전극은 제1 노드(n1)에 연결된다. 제2 스위치 소자(M2)의 제2 전극은 데이터 전압(Vdata)이 인가되는 데이터 라인(DL)에 연결된다. 제1 노드(n1)는 제2 스위치 소자(M2)의 제1 전극, 제3 스위치 소자(M2)의 제2 전극, 및 구동 소자(DT)의 제1 전극에 연결된다.
제3 스위치 소자(M3)는 EM 펄스[EM(N)]의 게이트 온 전압(VGL)에 응답하여 턴-온되어 VDD 라인(PL1)을 제1 노드(n1)에 연결한다. 제3 스위치 소자(M3)의 게이트 전극은 제3 게이트 라인(GL3)에 연결되어 EM 펄스[EM(N)]를 공급 받는다. 제3 스위치 소자(M3)의 제1 전극은 VDD 라인(PL1)에 연결된다. 제3 스위치 소자(M3)의 제2 전극은 제1 노드(n1)에 연결된다.
제4 스위치 소자(M4)는 EM 펄스[EM(N)]의 게이트 온 전압(VGL)에 응답하여 턴-온되어 제3 노드(n3)를 발광 소자(EL)의 애노드 전극에 연결한다. 제4 스위치 소자(M4)의 게이트 전극은 제3 게이트 라인(GL3)에 연결되어 EM 펄스[EM(N)]를 공급 받는다. 제4 스위치 소자(M4)의 제1 전극은 제3 노드(n3)에 연결되고, 제2 전극은 제4 노드(n4)에 연결된다.
제5 스위치 소자(M5)는 제N-1 스캔 펄스[SCAN(N-1)]의 게이트 온 전압(VGL)에 응답하여 턴-온되어 제2 노드(n2)를 Vini 라인(PL2)에 연결한다. 제5 스위치 소자(M5)의 게이트 전극은 제2 게이트 라인(GL2)에 연결되어 제N-1 스캔 펄스[SCAN(N-1)]를 공급 받는다. 제5 스위치 소자(M5)의 제1 전극은 제2 노드(n2)에 연결되고, 제2 전극은 Vini 라인(PL2)에 연결된다. 제5 스위치 소자(M5)의 누설 전류를 억제하기 위하여, 제5 스위치 소자(M5)는 두 개의 트랜지스터들이 직렬로 연결된 듀얼 게이트 구조의 트랜지스터로 구현될 수 있다.
제6 스위치 소자(M6)는 제N 스캔 펄스[SCAN(N)]의 게이트 온 전압(VGL)에 응답하여 턴-온되어 Vini 라인(PL2)을 제4 노드(n4)에 연결한다. 제6 스위치 소자(M6)의 게이트 전극은 제1 게이트 라인(GL1)에 연결되어 제N 스캔 펄스[SCAN(N)]를 공급 받는다. 제6 스위치 소자(M6)의 제1 전극은 Vini 라인(PL2)에 연결되고, 제2 전극은 제4 노드(n4)에 연결된다.
다른 실시예에서, 제5 및 제6 스위치 소자(M5, M6)의 게이트 전극은 제N-1 스캔 펄스[SCAN(N-1)]이 인가되는 제2 게이트 라인(GL2)에 공통으로 연결될 수 있다. 이 경우, 제5 및 제6 스위치 소자(M5, M6)는 제N-1 스캔 펄스[SCAN(N-1)]에 응답하여 동시에 턴-온될 수 있다.
구동 소자(DT)는 게이트-소스간 전압(Vgs)에 따라 발광 소자(EL)에 흐르는 전류를 조절하여 발광 소자(EL)를 구동한다. 구동 소자(DT)는 제2 노드(n2)에 연결된 게이트, 제1 노드(n1)에 연결된 제1 전극, 및 제3 노드(n3)에 연결된 제2 전극을 포함한다. 도 9에서 “DTG”는 구동 소자(DT)의 게이트 전압 즉, 제2 노드(n2)의 전압이다.
픽셀 회로는 도 6 내지 도 8에 한정되지 않는다는 것에 주의하여야 한다. 예를 들어, 데이터 전압(Vdata)은 구동 소자(DT)의 게이트 전극에 인가되거나 구동 소자(DT)의 제1 전극 또는 제2 전극에 인가될 수 있다. 구동 소자(DT)의 채널 특성이나 데이터 전압(Vdata)이 인가되는 전극에 따라 데이터 전압(Vdata)의 감마 특성 커브가 정감마 커브 또는 역감마 커브로 설정될 수 있다. n 채널 구동 소자(DT)의 제1 전극 또는 제2 전극에 데이터 전압(Vdata)이 인가되거나 p 채널 구동 소자(DT)의 게이트 전극에 데이터 전압(Vdata)이 인가될 수 있다. n 채널 구동 소자(DT)의 게이트 전극에 인가되는 데이터 전압(Vdata)은 정감마 커브에 의해 결정된 전압이다. n 채널 구동 소자(DT)의 제1 전극 또는 제2 전극에 인가되는 데이터 전압(Vdata)은 역감마 커브에 의해 결정된 전압이다. p 채널 구동 소자(DT)의 게이트 전극에 인가되는 데이터 전압(Vdata)은 역감마 커브에 의해 결정된 전압이다. p 채널 구동 소자(DT)의 제1 전극 또는 제2 전극에 인가되는 데이터 전압(Vdata)은 정감마 커브에 의해 결정된 전압이다.
도 10은 본 발명의 실시예에 따른 표시장치를 보여 주는 블록도이다.
도 10을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 표시장치는 표시패널(100), 표시패널(100)의 픽셀들(P)에 입력 영상의 픽셀 데이터를 기입하기 위한 표시패널 구동부(110, 120), 표시패널 구동부를 제어하기 위한 타이밍 콘트롤러(130), 및 표시패널(100)의 구동에 필요한 전원을 발생하는 전원부(150)를 포함한다.
표시패널(100)은 화면 상에서 입력 영상을 표시하는 픽셀 어레이를 포함한다. 픽셀 어레이는 전술한 바와 같이 제1 픽셀 영역(DA)과, 제2 픽셀 영역(CA)으로 나뉘어질 수 있다. 픽셀 어레이의 서브 픽셀들 각각은 도 6 내지 도 8과 같은 픽셀 회로를 이용하여 발광 소자(EL)를 구동할 수 있다.
표시패널(100)의 화면 상에 터치 센서들이 배치될 수 있다. 터치 센서들은 온-셀(On-cell type) 또는 애드 온 타입(Add on type)으로 표시패널의 화면 상에 배치되거나 픽셀 어레이에 내장되는 인-셀(In-cell type) 터치 센서들로 구현될 수 있다.
표시패널(100)은 플라스틱 기판, 금속 기판 등의 유연한 기판 상에 픽셀들(P)이 배치된 플렉시블 표시패널로 구현될 수 있다. 플렉시블 디스플레이는 플렉시블 표시패널을 감거나 접고 구부리는 방법으로 화면의 크기와 형태가 가변될 수 있다. 플렉시블 디스플레이는 슬라이더블 디스플레이(slidable display), 롤러블 디스플레이(rollable display), 벤더블(bendable) 디스플레이, 폴더블 디스플레이(foldable display) 등을 포함할 수 있다.
표시패널 구동부는 입력 영상의 픽셀 데이터를 서브 픽셀들에 기입하여 표시패널(100)의 화면 상에 입력 영상을 재현한다. 표시패널 구동부는 데이터 구동부(110)와, 게이트 구동부(120)를 포함한다. 표시패널 구동부는 데이터 구동부(110)와 데이터 라인들(DL) 사이에 배치된 디멀티플렉서(Demultiplexer, 112)를 더 포함할 수 있다.
표시패널 구동부는 타이밍 콘트롤러(130)의 제어 하에 저속 구동 모드로 동작할 수 있다. 저속 구동 모드는 입력 영상을 분석하여 입력 영상이 미리 설정된 시간 만큼 변화가 없을 때 표시장치의 소비 전력을 줄일 수 있다. 저속 구동 모드는 정지 영상이 일정 시간 이상 입력될 때 픽셀들(P)의 리프레쉬 레이트(Refresh rate)를 낮춤으로써 픽셀들(P)의 데이터 기입 주기를 길게 제어하여 소비 전력을 줄일 수 있다. 저속 구동 모드는 정지 영상이 입력될 때에 한정되지 않는다. 예컨대, 표시장치가 대기 모드로 동작하거나 사용자 명령이나 입력 영상이 소정 시간 이상 표시패널 구동 회로에 입력되지 않을 때 표시패널 구동 회로는 저속 구동 모드로 동작할 수 있다.
데이터 구동부(110)는 디지털 데이터인 입력 영상의 픽셀 데이터를 디지털-아날로그 변환기(Digital to Analog Converter, 이하 “DAC”라 함)를 이용하여 데이터 전압(Vdata)을 발생한다. DAC는 디지털 데이터인 픽셀 데이터를 입력 받고, 전원부(150)의 감마 전압 발생회로부터로부터 감마 전압을 입력 받는다. DAC는 데이터 구동부(110)의 채널들 각각에 배치된다. DAC는 픽셀 데이터의 비트에 응답하여 전압을 선택하는 스위치 소자 어레이를 이용하여 픽셀 데이터를 데이터 전압(Vdata)으로 변환한다. 데이터 구동부(110)의 채널들 각각으로부터 출력된 데이터 전압은 디멀티플렉서(112)를 통해 표시패널(100)의 데이터 라인들(DL)에 공급될 수 있다.
디멀티플렉서(112)는 데이터 구동부(110)의 채널들을 통해 출력되는 데이터 전압(Vdata)을 복수의 데이터 라인들(DL)에 시분할하여 분배한다. 디멀티플렉서(112)로 인하여 데이터 구동부(110)의 채널수가 감소될 수 있다. 디멀티플렉서(112)는 생략될 수 있다. 이 경우, 데이터 구동부(110)의 채널들은 데이터 라인들(DL)에 직접 연결된다.
게이트 구동부(120)는 픽셀 어레이의 TFT 어레이와 함께 표시패널(100) 상의 베젤 영역(Bezel, BZ) 상에 직접 형성되는 GIP(Gate in panel) 회로로 구현될 수 있다. 게이트 구동부(120)는 타이밍 콘트롤러(130)의 제어 하에 게이트 신호를 게이트 라인들(GL)로 출력한다. 게이트 구동부(120)는 시프트 레지스터(Shift register)를 이용하여 게이트 신호를 시프트시킴으로써 그 신호들을 게이트 라인들(GL)에 순차적으로 공급할 수 있다. 게이트 신호의 전압은 게이트 오프 전압(VGH)과 게이트 온 전압(VGL) 사이에서 스윙(swing)한다. 게이트 신호는 도 6 내지 도 8에 도시된 스캔 펄스, EM 펄스, 센싱 펄스 등을 포함할 수 있다.
게이트 구동부(120)는 표시패널(100)의 좌우측 베젤들 각각에 배치되어 게이트 라인들(GL)에 더블 피딩(double feeding) 방식으로 게이트 신호를 공급할 수 있다. 더블 피딩 방식은 양측의 게이트 구동부(120)가 동기되어 하나의 게이트 라인의 양측 끝단에서 게이트 신호가 동시에 인가될 수 있다. 다른 실시예에서, 게이트 구동부(120)는 표시패널(100)의 좌우측 베젤들 중 어느 일측에 배치되어 게이트 라인들(GL)에 싱글 피딩(single feeding) 방식으로 게이트 신호를 공급할 수 있다.
게이트 구동부(120)는 제1 게이트 구동부(121)와 제2 게이트 구동부(122)를 포함할 수 있다. 제1 게이트 구동부(121)는 스캔 펄스와 센싱 펄스를 출력하고, 시프트 클럭에 따라 스캔 펄스와 센싱 펄스를 시프트한다. 제2 게이트 구동부(122)는 EM 신호의 펄스를 출력하고, 시프트 클럭에 따라 EM 펄스를 시프트한다. 베젤(bezel)이 없는 모델의 경우에, 제1 및 제2 게이트 구동부들(121, 122)을 구성하는 스위치 소자들 중 적어도 일부가 픽셀 어레이 내에 분산 배치될 수 있다.
타이밍 콘트롤러(130)는 호스트 시스템으로부터 입력 영상의 픽셀 데이터와, 픽셀 데이터와 동기되는 타이밍 신호를 수신한다. 타이밍 신호는 수직 동기신호(Vsync), 수평 동기신호(Hsync), 클럭(CLK) 및 데이터 인에이블신호(DE) 등을 포함한다. 수직 동기신호(Vsync)의 1 주기는 1 프레임 기간이다. 수평 동기 신호(Hsync)와 데이터 인에이블 신호(DE)의 1 주기는 1 수평 기간(1H)이다. 데이터 인에이블 신호(DE)의 펄스는 1 픽셀 라인의 픽셀들(P)에 기입될 1 라인 데이터와 동기된다. 데이터 인에이블 신호(DE)를 카운트하는 방법으로 프레임 기간과 수평 기간을 알 수 있으므로, 수직 동기 신호(Vsync)와 수평 동기 신호(Hsync)는 생략될 수 있다.
타이밍 콘트롤러(130)는 입력 영상의 픽셀 데이터를 데이터 구동부(110)로 전송하고, 데이터 구동부(110), 디멀티플렉서(112), 및 게이트 구동부(120)를 동기시킨다. 타이밍 콘트롤러(130)는 외부 보상 기술이 적용된 표시패널 구동부에서 픽셀들(P)로부터 얻어진 센싱 데이터를 수신하여 픽셀 데이터를 변조하는 데이터 연산부를 포함할 수 있다. 이 경우, 타이밍 콘트롤러(130)는 데이터 연산부에 의해 변조된 픽셀 데이터를 데이터 구동부(110)로 전송할 수 있다.
타이밍 콘트롤러(130)는 입력 프레임 주파수를 i 배 체배하여 입력 프레임 주파수×i(i는 0 보다 큰 양의 정수) Hz의 프레임 주파수로 표시패널 구동부(110, 112, 120)의 동작 타이밍을 제어할 수 있다. 입력 프레임 주파수는 NTSC(National Television Standards Committee) 방식에서 60Hz이며, PAL(Phase-Alternating Line) 방식에서 50Hz이다. 타이밍 콘트롤러(130)는 저속 구동 모드에서 픽셀들(P)의 리프레쉬 레이트를 낮추기 위하여 프레임 주파수를 1Hz ~ 30Hz 사이의 주파수로 낮출 수 있다.
타이밍 콘트롤러(130)는 호스트 시스템으로부터 수신된 타이밍 신호(Vsync, Hsync, DE)를 바탕으로 데이터 구동부(110)의 동작 타이밍을 제어하기 위한 데이터 타이밍 제어 신호, 디멀티플렉서(112)의 동작 타이밍을 제어하기 위한 스위치 제어 신호, 게이트 구동부(120)의 동작 타이밍을 제어하기 위한 게이트 타이밍 제어 신호를 발생한다.
게이트 타이밍 신호는 스타트 펄스, 시프트 클럭 등을 포함할 수 있다. 타이밍 콘트롤러(130)로부터 출력된 게이트 타이밍 제어 신호의 전압 레벨은 도면에서 생략된 레벨 시프터(level shifter)를 통해 게이트 하이 전압(VGH/VEH)과 게이트 로우 전압(VGL/VEL)으로 변환되어 게이트 구동부(120)에 공급될 수 있다. 레벨 시프터는 게이트 타이밍 제어 신호의 로우 레벨 전압(low level voltage)을 게이트 로우 전압(VGL)으로 변환하고, 게이트 타이밍 제어 신호의 하이 레벨 전압(high level voltage)을 게이트 하이 전압(VGH/VEH)으로 변환할 수 있다.
전원부(150)는 차지 펌프(Charge pump), 레귤레이터(Regulator), 벅 변환기(Buck Converter), 부스트 변환기(Boost Converter), 감마 전압 발생회로 등을 포함할 수 있다. 전원부(150)는 호스트 시스템으로부터의 직류 입력 전압을 조정하여 표시패널 구동부와 표시패널(100)의 구동에 필요한 전원을 발생한다. 전원부(150)는 감마 기준 전압, 게이트 오프 전압(VGH/VEH). 게이트 온 전압(VGL/VEL), 픽셀 구동 전압(ELVDD), 저전위 전원 전압(ELVSS), 초기화 전압(Vini), 기준 전압(VREF) 등의 직류 전압을 출력할 수 있다.
감마 전압 발생회로는 프로그래머블 감마 IC(Programmable gamma IC, P-GMA IC)로 구현될 수 있다. 프로그래머블 감마 IC는 레지스터 설정값(register setting)에 따라 감마 전압을 가변할 수 있다. 감마 전압은 데이터 구동부(110)에 공급된다. 게이트 오프 전압(VGH/VEH)과 게이트 온 전압(VGL/VEL)은 레벨 시프터와 게이트 구동부(120)에 공급된다. 픽셀 구동 전압(ELVDD), 저전위 전원 전압(ELVSS), 초기화 전압(Vini), 및 기준 전압(VREF)은 전원 라인들을 통해 픽셀 회로들에 공통으로 공급된다. 픽셀 구동 전압(ELVDD)은 저전위 전원 전압(ELVSS), 초기화 전압(Vini), 및 기준 전압(VREF) 보다 높은 전압으로 설정된다.
호스트 시스템은 TV(Television) 시스템, 셋톱박스, 네비게이션 시스템, 개인용 컴퓨터(PC), 차량 시스템, 홈 시어터 시스템, 모바일 기기, 웨어러블 기기의 메인 회로 보드일 수 있다. 모바일 기기나 웨어러블 기기에서 타이밍 콘트롤러(130), 데이터 구동부(110), 및 전원부(150)는 도 11에 도시된 바와 같이 하나의 드라이브 집적 회로(Drive IC, D-IC)에 집적될 수 있다. 도 11에서 도면 부호 “200”은 호스트 시스템을 나타낸다. 호스트 시스템(200)은 인증 모듈을 포함한다. 인증 모듈은 적외선 카메라(202)로부터 수신된 안면 패턴 데이터를 미리 설정된 사용자의 안면 패턴의 특징점들과 비교하여 사용자 인증을 처리하는 안면 인식 알고리즘을 실행할 수 있다.
도 12는 본 발명의 제1 실시예에 따른 표시장치(100)를 보여 주는 단면도이다. 도 13은 본 발명의 제2 실시예에 따른 표시장치(100)를 보여 주는 단면도이다.
도 12 및 도 13을 참조하면, 커버 글래스(20)는 제2 픽셀 영역(CA)의 투광부(AG)에 대향하는 위치에 배치되는 하나 이상의 회절 패턴(DOE)을 포함할 수 있다. 회절 패턴(DOE)은 적외선 광(IR)을 복수의 도트 빔으로 분리하는 회절 광학 소자다.
적외선 광원(201)의 에미터(emitter)(201a)는 제2 픽셀 영역(CA)의 투광부(AG) 아래에 배치되어 적외선 광(IR)을 제2 픽셀 영역(CA)에 조사할 수 있다. 적외선 광원(201)은 광 가이드와 렌즈가 없는 광학 모듈로 구현될 수 있으나, 이에 한정되지 않는다. 적외선 광원(201)으로부터 발산되는 적외선 광(IR)은 회절 패턴(DOE)의 회절 효율을 높이기 위하여 표시패널(100)과 커버 글래스(20)의 XY 평면에 대하여 수직인 각도로 입사될 수 있다. 이를 위하여, 도 13에 도시된 바와 같이 에미터(201a)의 출광면에 시준 렌즈(201b)가 배치될 수 있다.
회절 패턴(DOE)은 제2 픽셀 영역(CA)의 투광부(AG)를 통해 입사되는 적외선 광(IR)을 복수의 도트 빔들로 분리한다.
회절 광학 소자(203)가 표시패널(100)의 아래에서 픽셀들과 중첩되면 회절 광학 소자(203)를 통과하는 도트 빔들이 픽셀 회로와 금속 배선들에 의해 마스킹(masking)되어 안면 인식률이 저하될 수 있다. 본 발명의 회절 광학 소자(203)는 금속층과 반도체층이 없는 투광부(AG)에 배치되어 회절 광학 소자(203)를 통과한 도트 빔들이 간섭이나 마스킹 없이 표시패널(100)의 전방으로 투사되어 안면 인식을 위한 적외선 광(IR)의 투과율이 향상될 수 있다.
적외선 광원(201)의 에미터(201a)와 회절 패턴(DOE)은 제2 픽셀 영역(CA)에서 하나의 투광부(AG)에 배치될 수 있다.
도 14a 내지 도 15b에 도시된 바와 같이, 회절 광학 소자(203)의 회절 효율을 높이고 더 넓게 도트 빔들이 투사될 수 있도록 복수의 적외선 광원들(201) 과 복수의 회절 패턴들(DOE)이 제2 픽셀 영역(CA)에 배치될 수 있다. 광학 모듈은 어레이 형태로 배치된 복수의 에미터(201a)를 포함할 수 있다. 에미터들(201a) 각각은 적외선 광원(201)으로 구동될 수 있다. 이 경우, 복수의 회절 패턴들(DOE)이 커버 글래스(20)에 소정 간격을 두고 이격되어 투광부들(AG) 각각에 대향되고, 광학 모듈의 에미터들(201a) 각각이 투광부들(AG)에 각각 대향되도록 표시패널(100)의 배면 아래에 배치될 수 있다.
도 14a 및 도 14b를 참조하면, 회절 패턴들(DOE)이 제2 픽셀 영역(CA)의 투광부들(AG)에 하나씩 배치될 수 있다. 적외선 광원(201)의 에미터들(201a)은 회절 광학 소자(203)와 1:1로 매칭되어 제2 픽셀 영역(CA)의 투광부들(AG)과 대향하도록 표시패널(100)의 배면 아래에 배치될 수 있다.
회절 패턴들(DOE)은 도 15a 및 도 15b에 도시된 바와 같이 제2 픽셀 영역(CA)에 넓게 형성되어 제2 픽셀 영역(CA)의 픽셀 및 투광부(AG)와 중첩될 수 있다. 따라서, 회절 패턴(DOE)은 적외선 광원(201)의 에미터(201a) 크기에 맞게 커버 글래스(20)에 패터닝되거나 소정 간격으로 이격된 두 개 이상의 에미터들(201a)과 대향하는 넓은 크기로 커버 글래스(20)에 패터닝될 수 있다. 도 14a 내지 도 15b에서 적외선 광원(201)의 에미터들(201a) 각각에는 시준 렌즈가 배치될 수 있다.
도 16은 본 발명의 제3 실시예에 따른 표시장치(100)를 보여 주는 단면도이다. 도 17은 본 발명의 제4 실시예에 따른 표시장치(100)를 보여 주는 단면도이다. 도 18은 본 발명의 제5 실시예에 따른 표시장치(100)를 보여 주는 단면도이다.
도 16 내지 도 18을 참조하면, 커버 글래스(20)의 전면 또는 배면에 홀로그램 필름(21)이 접착될 수 있다. 홀로그램 필름(210)은 제2 픽셀 영역(CA)의 투광부(AG)에 대향하는 위치에 기록된 하나 이상의 홀로그램 회절 패턴(HOE)을 포함할 수 있다. 홀로그램 회절 패턴(HOE)은 투과형 기록 방법으로 홀로그램 필름(210)에 형성되어 투광부(AG)를 통해 입사된 적외선 광(IR)을 복수의 도트 빔으로 분리한다. 적외선 광원(201)의 에미터(201a)는 투광부(AG)에 대향하도록 표시패널(100)의 배면 아래에 배치된다. 적외선 광(IR)은 표시패널(100)과 커버 글래스(20)의 평면에 대하여 수직인 각도로 홀로그램 회절 패턴의 기록면에 입사되는 것이 바람직하다.
홀로그램 회절 패턴(HOE)은 도 18에 도시된 바와 같이 하나 이상의 픽셀과 하나 이상의 투광부(AG)를 덮을 수 있다. 적외선 광원(201)의 에미터들(201a) 각각은 투광부들(AG)에 각각 대향하도록 표시패널(100)의 배면 아래에 배치된다. 도 16 내지 도 18에서, 적외선 광원(201)의 에미터들(201a) 각각에는 시준 렌즈(102b)가 배치될 수 있다.
도 13에 도시된 시준 렌즈(201b)는 도 19a와 같은 프레넬 렌즈(Fresnel lens) 또는 도 19b와 같은 GRIN(Gradient Index) 렌즈로 구현될 수 있다. GRIN 렌즈에서 굴절율이 점진적으로 변한다.
한편, 회절 패턴(DOE, HOE)의 회절 효율을 높이기 위하여, 도 20에 도시된 바와 같이 표시패널(100)에 렌즈층(17)이 배치될 수 있다. 렌즈층(17)은 제2 픽셀 영역(CA)의 투광부(AG)와 대향하는 위치에 형성된 시준 렌즈(17a)를 포함할 수 있다. 렌즈층(17)은 편광판(18)과 터치 센서층(16) 사이에 형성될 수 있다. 도 20에서, 회절 패턴(DOE) 대신에 홀로그램 회절 패턴(HOE)이 커버 글래스(20)에 접착될 수 있다.
도 21은 본 발명의 제6 실시예에 따른 표시장치를 보여 주는 단면도이다.
도 21을 참조하면, 표시패널(100)에서 제2 픽셀 영역(CA)의 투광부들(AG) 중 적어도 하나에 회절 패턴(DOE)이 형성될 수 있다.
회절 패턴(DOE)은 표시패널(100)의 회로층(12)이나 발광 소자층(14)에 형성된 박막층을 패터닝(Patterning)하는 방법으로 표시패널(100)의 투광부(AG)에 내장될 수 있다. 예를 들어, 발광 소자의 캐소드 전극과 애노드 전극 중 어느 하나를 패터닝하거나, 또는 반도체층이나 절연층과 같이 굴절률이 서로 다른 층들 사이의 계면을 패터닝하는 방법을 이용하여 표시패널(100)의 제조 공정 추가 없이 회절 패턴(DOE)이 투광부(AG)에 내장될 수 있다. 다른 실시예로, 표시패널(100)의 제조 공정에서 회절 패턴(DOE)이 형성된 별도의 회절 광학 소자(203)가 투광부(AG)에 삽입되는 방법으로 회절 패턴(DOE)이 투광부(AG)에 내장될 수 있다.
적외선 광원(201)의 에미터들(201a)은 제2 픽셀 영역(CA)의 투광부(AG)아래에 배치되어 적외선 광(IR)을 제2 픽셀 영역(CA)에 조사할 수 있다. 적외선 광원(201)은 광 가이드와 렌즈가 없는 광학 모듈로 구현될 수 있으나, 이에 한정되지 않는다. 적외선 광원(201)으로부터 발산되는 적외선 광(IR)은 회절 패턴(DOE)의 회절 효율을 높이기 위하여 표시패널(100)의 XY 평면에 대하여 수직인 각도로 입사되는 것이 바람직하다.
회절 패턴(DOE)은 제2 픽셀 영역(CA)의 투광부(AG)를 통해 입사되는 적외선 광(IR)을 복수의 도트 빔들로 분리한다. 도 21에서, 회절 패턴(DOE)을 통과한 적외선 광(IR)이 편광판(18)을 통해 외부로 전파되지만 이에 한정되지 않는다. 예를 들어, 편광판(18) 대신 컬러 필터가 위치될 수 있고, 투광부(AG)에만 편광판(18)이 제거되도록 편광판(18)이 삭제될 수 있다.
다른 실시예로, 회절 패턴(DOE) 대신에 홀로그램 회절 패턴(HOE)이 투광부(AG)에 내장될 수 있다.
회절 광학 소자(203)가 표시패널(100)의 아래에서 픽셀들과 중첩되면 회절 광학 소자(203)를 통과하는 도트 빔들이 픽셀 회로와 금속 배선들에 의해 마스킹(masking)되어 안면 인식률이 저하될 수 있다. 본 발명의 회절 광학 소자(203)는 금속층과 반도체층이 없는 투광부(AG)에 배치되어 회절 광학 소자(203)를 통과하는 도트 빔들이 간섭이나 마스킹 없이 표시패널(100)의 전방으로 투사되어 안면 인식을 위한 적외선 광(IR)의 투과율이 향상될 수 있다.
도 22는 본 발명의 제7 실시예에 따른 표시장치를 보여 주는 단면도이다.
도 22를 참조하면, 표시패널(100)은 적외선 광원(201)으로부터의 적외선 광(IR)을 반사시키는 제1 반사체(32)를 더 포함한다. 적외선 광원(201)은 제1 반사체(32)로부터의 적외선 광(IR)을 투광부(AG)로 반사시키는 제2 반사체(31)를 더 포함한다. 제1 및 제2 반사체들(31, 32)은 표시패널(100)의 픽셀 회로와 회로 배선들에 의해 차단되는 적외선 광(IR)을 제2 픽셀 영역(CA)의 투광부(AG) 쪽으로 반사시킨다. 제1 및 제2 반사체들(31, 32)에 의해 반사되는 적외선 광(IR)과 에미터들(201a)로부터 방출된 적외선 광(IR)은 투광부(AG)로 집광된다. 따라서, 제1 및 제2 반사체들(31, 32)에 의해 안면 인식에 이용되는 적외선 광의 효율이 향상될 수 있다.
제1 반사체(32)는 표시패널(100)의 기판(10) 상에 형성될 수 있다. 제1 반사체(32)는 적외선 광원(201)으로부터 입사되는 적외선 광(IR)을 제2 반사체(31) 쪽으로 반사시킨다. 제1 반사체(32)는 제2 픽셀 영역(CA)의 픽셀 그룹 아래에서 기판(10) 상에 형성될 수 있다. 제1 반사체(31)는 투광부(AG)와 가까울수록 두께가 낮은 형상 예를 들어, 웨지(wedge) 또는 테이퍼(taper) 형상으로 패터닝될 수 있다.
제2 반사체(31)는 투광부(AG)의 아래에서 제1 반사체(32)와 대향하도록 적외선 광원(201) 상에 배치된다. 제1 반사체(31)로부터 반사된 적외선 광(IR)은 제2 반사체(31)에서 반사되어 투광부(AR) 쪽으로 진행한다. 제2 반사체(31)에 의해 반사된 적외선 광(IR)은 표시패널(100)의 XY 평면에 대하여 수직인 각도로 투광부(AR) 내의 회절 패턴(DOE)에 입사된다. 제2 반사체(31)는 제1 반사체(32)와 가까운 쪽에서 두께가 얇은 웨지 또는 테이퍼 형상으로 패터닝될 수 있다. 제1 및 제2 반사체(31, 32)의 반사면에서 적어도 일부가 오목하게 패터닝될 수 있다.
도 23은 본 발명의 제8 실시예에 따른 표시장치를 보여 주는 단면도이다.
도 23을 참조하면, 표시패널(100)은 집광부(10a, 10b)와, 시준부(40a, 40b)를 더 포함한다. 집광부(10a, 10b)와 시준부(40a, 40b) 각각은 서로 접합된 저굴절 매질과 고굴절 매질을 포함하고, 렌즈면을 포함한다.
집광부(10a, 10b)는 표시패널(100)의 기판에 형성될 수 있다. 집광부(10a, 10b)는 오목 렌즈를 포함한 저굴절 기판(10a)과, 오목 렌즈에 충진되어 기판 표면을 평탄하게 하는 고굴절층(10b)을 포함한다. 집광부(10a, 10b)의 중심은 투광부(AG)와 시준부(40a, 40b)의 중심과 일치될 수 있다. 집광부(10a, 10b)의 크기는 투광부(AG) 보다 크게 설정된다. 집광부(10a, 10b)는 매질들 간의 굴절률 차이와 렌즈 형상에 의해 적외선 광원(201)으로부터의 적외선 광(IR)과, 투광부(AG)의 주변 픽셀 그룹 쪽으로 진행하는 적외선 광(IR)을 투광부(AG) 쪽으로 집광한다. 집광부(10a, 10b)를 통과한 적외선 광(IP)은 투광부(AG)에 내장된 시준부(40a, 40b)에 집광된다.
시준부(40a, 40b)는 회절 패턴(DOE)과 집광부(10a, 10b) 사이에서 투광부(AG)에 내장된다. 시준부(40a, 40b)는 회로층(12)과 발광 소자층(14)을 구성하는 유/무기 박막층들 중에서 굴절률 차이가 있는 박막들을 패터닝하는 방법으로 형성될 수 있다. 시준부(40a, 40b)는 볼록한 고굴절층(40b)과, 고굴절층(40b)의 볼록한 면을 덮어 표면을 덮는 저굴절층(40a)을 포함한다. 시준부(40a, 40b)의 크기는 투광부(AG)의 크기와 실질적으로 동일할 수 있다. 시준부(40a, 40b)는 매질들 간의 굴절률 차이와 렌즈 형상에 의해 집광부(10a, 10b)를 통과한 적외선 광(IR)을 회절 패턴(DOE)의 평면에 대하여 수직인 각도로 시준한다. 따라서, 적외선 광원(201)으로부터 방출되는 적외선 광(IR)은 손실 없이 투광부(AR) 내의 회절 패턴(DOE)에 수직으로 입사되어 안면 인식에 이용되는 적외선 광(IR)의 효율이 향상될 수 있다.
도 24는 본 발명의 제9 실시예에 따른 표시장치를 보여 주는 단면도이다.
도 24를 참조하면, 표시패널(100)은 적외선 광원(201)과 대향하는 제1 렌즈(51)와, 투광부(AG)에 내장된 제2 렌즈(52)를 포함한다.
제1 렌즈(51)는 공기층(54)의 굴절률 보다 높은 굴절률을 가지며, 적외선 광원(201) 쪽으로 볼록한 렌즈면을 포함한다. 제1 렌즈(51)는 표시패널(100)의 기판 배면을 볼록 렌즈 형태로 패터닝하는 방법으로 형성될 수 있다. 제1 렌즈(51)의 중심은 투광부(AG)에 내장된 제2 렌즈(52)와 회절 패턴(DOE)의 중심과 일치될 수 있다. 제1 렌즈(51)의 크기는 투광부(AG) 보다 크게 설정된다. 제1 렌즈(51)는 공기와의 굴절률 차이와 렌즈 형상에 의해 적외선 광원(201)으로부터의 적외선 광(IR)과, 투광부(AG)의 주변 픽셀 그룹 쪽으로 진행하는 적외선 광(IR)을 투광부(AG) 쪽으로 집광한다. 제1 렌즈(51)를 통과한 적외선 광(IP)은 투광부(AG)에 내장된 제2 렌즈(52)에 집광된다.
제2 렌즈(52)는 회절 패턴(DOE)과 제1 렌즈(51) 사이에서 투광부(AG)에 내장된다. 제2 렌즈(52)는 투광부(AG)에 내장된 저굴절층(53) 보다 높은 굴절률을 가지며, 회절 패턴(DOE) 쪽으로 볼록한 렌즈면을 포함한다. 제2 렌즈(52)와 저굴절층(53)은 회로층(12)과 발광 소자층(14)을 구성하는 유/무기 박막층들 중에서 굴절률 차이가 있는 박막들을 패터닝하는 방법으로 형성될 수 있다. 제2 렌즈(52)의 크기는 투광부(AG)의 크기와 실질적으로 동일할 수 있다. 제2 렌즈(52)는 매질들 간의 굴절률 차이와 렌즈 형상에 의해 제1 렌즈(51)를 통과한 적외선 광(IR)을 회절 패턴(DOE)의 평면에 대하여 수직인 각도로 시준한다. 따라서, 적외선 광원(201)으로부터 방출되는 적외선 광(IR)은 손실 없이 투광부(AR) 내의 회절 패턴(DOE)에 수직으로 입사되어 안면 인식에 이용되는 적외선 광(IR)의 효율이 향상될 수 있다.
도 21 내지 도 22에서, 회절 패턴(DOE)는 홀로그램 회절 패턴(HOE)으로 대체될 수 있다.
이상에서 해결하고자 하는 과제, 과제 해결 수단, 효과에 기재한 명세서의 내용이 청구항의 필수적인 특징을 특정하는 것은 아니므로, 청구항의 권리범위는 명세서의 내용에 기재된 사항에 의하여 제한되지 않는다.
이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 더욱 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 반드시 이러한 실시예로 국한되는 것은 아니고, 본 발명의 기술사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양하게 변형 실시될 수 있다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 그러므로, 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 본 발명의 보호 범위는 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
10: 기판 10a, 10b: 집광부
12: 회로층 14: 발광 소자층
16: 터치 센서층 17: 렌즈층
18: 편광판 20: 커버 글래스
21: 홀로그램 필름 40a, 40b: 시준부
51: 제1 렌즈 52: 제2 렌즈
100: 표시패널 200: 광학 장치
201: 적외선 광원 202: 적외선 카메라
203: 회절 광학 소자 201: 적외선 광원
202: 적외선 카메라 203: 회절 광학 소자
DA: 제1 픽셀 영역 CA: 제2 픽셀 영역
DOE: 회절 패턴 HOE: 홀로그램 회절 패턴

Claims (18)

  1. 제1 픽셀 영역과, 하나 이상의 투광부를 포함한 제2 픽셀 영역에 입력 영상이 재현되는 표시패널;
    상기 표시패널의 전면에 배치된 커버 글래스;
    상기 제2 픽셀 영역과 대향하도록 상기 표시패널의 배면 아래에 배치된 광원; 및
    상기 제2 픽셀 영역의 투광부와 대향하는 위치에서 커버 글래스와 상기 표시패널 중 적어도 하나에 배치되어 상기 광원으로부터의 적외선 광을 복수의 도트 빔들로 분리하는 회절 광학 소자를 포함하는 표시장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제2 픽셀 영역의 PPI(Pixels Per Inch)가 상기 제1 픽셀 영역 보다 낮은 표시장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 회절 광학 소자는,
    상기 커버 글래스에 배치되거나 상기 투광부에 내장되는 DOE(Diffractive Optical Element)와 HOE(Hologram Optical Element) 중 하나 이상을 포함하는 표시장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 광원은,
    상기 광원의 에미터에 배치된 시준 렌즈를 포함하는 포함하는 표시장치.
  5. 제 3 항 또는 제4 항에 있어서,
    상기 적외선 광은 상기 표시패널과 상기 커버 글래스의 평면에 대하여 수직인 각도로 상기 회절 광학 소자에 입사되는 표시장치.
  6. 제 3 항에 있어서,
    복수의 회절 광학 소자들이 소정 간격을 두고 이격되어 상기 투광부들 각각에 대향되고,
    상기 광원은,
    상기 적외선 광을 각각 발생하는 복수의 에미터들을 포함하고,
    상기 에미터들 각각은 상기 투광부들에 각각 대향하도록 상기 표시패널의 배면 아래에 배치되는 표시장치.
  7. 제 3 항에 있어서,
    상기 회절 광학 소자는 상기 제2 픽셀 영역에서 하나 이상의 픽셀과 상기 하나 이상의 투광부를 덮으며,
    상기 광원은,
    상기 적외선 광을 각각 발생하는 복수의 에미터들을 포함하고,
    상기 에미터들 각각은 상기 투광부들에 각각 대향하도록 상기 표시패널의 배면 아래에 배치되는 표시장치.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 회절 광학 소자는,
    상기 커버 글래스의 전면 또는 배면에 접착된 홀로그램 필름에 기록된 하나 이상의 홀로그램 회절 패턴을 포함하는 표시장치.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 적외선 광은 상기 표시패널과 상기 커버 글래스의 평면에 대하여 수직인 각도로 상기 홀로그램 회절 패턴에 입사되는 표시장치.
  10. 제 8 항에 있어서,
    복수의 홀로그램 회절 패턴들이 소정 간격을 두고 이격되어 상기 투광부들 각각에 대향되고,
    상기 광원은,
    상기 적외선 광을 각각 발생하는 복수의 에미터들을 포함하고,
    상기 에미터들 각각은 상기 투광부들에 각각 대향하도록 상기 표시패널의 배면 아래에 배치되는 표시장치.
  11. 제 8 항에 있어서,
    상기 홀로그램 회절 패턴은 상기 제2 픽셀 영역에서 하나 이상의 픽셀과 상기 이상의 투광부를 덮으며,
    상기 광원은,
    상기 적외선 광을 각각 발생하는 복수의 에미터들을 포함하고,
    상기 에미터들 각각은 상기 투광부들에 각각 대향하도록 상기 표시패널의 배면 아래에 배치되는 표시장치.
  12. 제 1 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 표시패널은,
    터치 센서층;
    편광판; 및
    상기 터치 센서층과 상기 편광판 사이에 배치된 렌즈층을 포함하고,
    상기 렌즈층은,
    상기 투광층과 대향하는 시준 렌즈를 포함하는 표시장치.
  13. 제 3 항에 있어서,
    상기 표시패널은,
    상기 제2 픽셀 영역의 픽셀들 아래에서 표시패널의 기판 상에 형성되는 제1 반사체를 더 포함하고,
    상기 적외선 광원은,
    상기 투광부 아래에 배치되어 상기 제2 반사체와 대향하는 제2 반사체를 더 포함하는 표시장치.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 제1 반사체에 의해 반사된 적외선 광이 상기 제2 반사체에 의해 상기 투광부 쪽으로 반사되는 표시장치.
  15. 제 3 항에 있어서,
    상기 표시패널은,
    상기 광원으로부터의 적외선 광을 집광하는 집광부; 및
    상기 회절 광학 소자와 상기 집광부 사이에서 상기 투광부에 내장되어 상기 집광부를 통과한 적외선 광을 상기 회절 광학 소자로 시준하는 시준부를 더 포함하는 표시장치.
  16. 제1 픽셀 영역과, 하나 이상의 투광부를 포함한 제2 픽셀 영역에 입력 영상이 재현되는 표시패널;
    상기 표시패널의 픽셀들에 입력 영상의 픽셀 데이터를 기입하는 표시패널 구동부;
    상기 표시패널의 전면에 배치된 커버 글래스;
    상기 제2 픽셀 영역과 대향하도록 상기 표시패널의 배면 아래에 배치된 광원;
    상기 제2 픽셀 영역의 투광부와 대향하는 위치에서 커버 글래스와 상기 표시패널 중 적어도 하나에 배치되어 상기 광원으로부터의 적외선 광을 복수의 도트 빔들로 분리하는 회절 광학 소자;
    상기 표시패널의 배면 아래에 배치되어 상기 표시패널을 통과하여 입사된 상기 적외선 광을 전기적인 신호로 변환하여 안면 패턴 데이터를 출력하는 적외선 카메라; 및
    상기 표시패널 구동부에 상기 입력 영상의 픽셀 데이터를 전송하고, 상기 적외선 카메라로부터 수신된 안면 패턴 데이터에 대하여 사용자 인증을 처리하는 호스트 시스템을 포함하는 모바일 단말기.
  17. 제 16 항에 있어서,
    상기 제2 픽셀 영역의 PPI(Pixels Per Inch)가 상기 제1 픽셀 영역 보다 낮은 모바일 단말기.
  18. 제 16 항에 있어서,
    상기 회절 광학 소자는,
    상기 커버 글래스에 배치되거나 상기 투광부에 내장되는 DOE(Diffractive Optical Element)와 HOE(Hologram Optical Element) 중 하나 이상을 포함하는 모바일 단말기.
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