KR102811123B1

KR102811123B1 - 디스플레이 장치 및 지문 인식 방법

Info

Publication number: KR102811123B1
Application number: KR1020180164680A
Authority: KR
Inventors: 오승석; 김홍철; 이영준; 이성엽
Original assignee: 엘지디스플레이 주식회사
Priority date: 2018-12-19
Filing date: 2018-12-19
Publication date: 2025-05-21
Anticipated expiration: 2038-12-19
Also published as: KR20200076035A

Abstract

본 발명은 지문 인식 디스플레이 장치 및 지문 인식 방법에 관한 것이다. 본 발명의 실시예에 의하면, 발광 다이오드의 광원을 이용하여 지문을 인식할 수 있는 지문 인식 디스플레이 장치 및 지문 인식 방법을 제공할 수 있다. 또한, 본 발명의 실시예에 의하면, 발광 다이오드의 광원을 지문 인식에 효과적인 패턴으로 발생시킴으로써, 지문 인식율을 개선하고 제조 비용을 절감할 수 있는 지문 인식 디스플레이 장치 및 지문 인식 방법을 제공할 수 있다.

Description

디스플레이 장치 및 지문 인식 방법{DISPLAY DEVICE AND METHOD FOR SCANNING FINGERPRINT}

본 발명은 디스플레이 장치 및 지문 인식 방법에 관한 것이다.

멀티미디어의 발달과 함께 평판 디스플레이 장치의 중요성이 증대되고 있다. 이에 부응하여 액정 디스플레이(LCD), 플라즈마 디스플레이(PDP), 유기 발광 디스플레이(OLED) 등의 평판 디스플레이 장치가 상용화되고 있다. 이러한, 평판 디스플레이 장치 중에서 액정 디스플레이 장치는 화질이 우수하고 경량, 박형, 저소비 전력의 장점으로 인해 이동형 평판 디스플레이 장치로 많이 사용되고 있으며, 특히 노트북이나 컴퓨터 모니터, 텔레비젼 등에 다양하게 적용되고 있다.

이러한 액정 디스플레이 장치에 터치 패널을 적층하여, 손이나 스타일러스 펜(stylus pen) 등이 접촉되는 터치 지점에 저항이나 정전 용량과 같은 전기적인 특성이 변하는 경우에, 터치 지점을 감지하여 터치 지점에 대응되는 정보를 출력하거나 연산을 수행하는 터치 디스플레이 장치가 널리 사용되고 있다. 이러한 터치 디스플레이 장치는 사용자 인터페이스(User Interface)의 하나로써, 그 응용 범위가 소형 휴대용 단말기, 사무용 기기, 모바일 기기 등으로 확대되고 있다.

그러나, 이러한 터치 디스플레이 장치에 별도의 터치 패널을 적층하는 경우, 디스플레이 장치의 두께가 두꺼워져서 이를 얇게 제작하는데 한계가 있고, 적층된 터치 패널을 통과하면서 빛의 투과 효율이 감소하며, 생산비가 증가하는 단점이 있다. 이와 같은 문제점을 해결하기 위해서, 최근에는 터치 디스플레이 장치의 픽셀 영역에 터치 센서가 내장되는 AIT(Advanced In-cell Touch) 타입의 디스플레이 장치가 제안되기도 하였다.

또한, 사용자의 지문을 인식할 수 있는 지문 센서를 디스플레이 패널에 일체형으로 내장하는 지문 인식 디스플레이 장치의 사용이 증대되고 있는 추세이다. 일반적으로 지문 인식 디스플레이 장치는 도 1에 도시된 바와 같이, 지문 인식 영역의 하부에 광원을 별도로 구비하고, 광원에서 조사된 빛을 통해 사용자의 지문에서 반사되는 빛을 인식하는 지문 센서를 활용하게 된다. 이 때, 광원에서 조사된 빛은 패널 또는 커버 글래스 등의 레이어에서 반사가 일어나기도 하고, 지문의 융선(Ridge)에서 반사된 빛인지 아니면 골(Valley)에서 반사되었는지에 따라 지문 센서에서 감지되는 신호가 가변되기도 한다.

또한, 디스플레이 패널에 내장된 지문 센서와 표면 유리에 접촉된 사용자의 손가락 사이에 존재하는 간극의 차이로 인해 지문 센서에서 센싱되는 빛은 번짐(blurring) 현상이 발생하게 되어, 지문 인식이 제대로 되지 않는 경우가 빈번하게 발생한다. 이를 도 2에 도시하였다. 이러한 번짐 현상은 균일 광원을 사용하는 경우에, 특히 빈번하게 발생한다.

이를 해결하기 위해서, 디스플레이 패널 내부에 여러 가지 구조의 핀 홀을 형성하거나 빛을 손가락 표면에 조사하기 위한 마스크를 추가하는 등의 구조적인 변경을 시도하기도 하였다. 그러나, 유기 발광 디스플레이와 같이 픽셀이 밀집되어 있는 구조에서는 별도의 광원이나 핀 홀 등의 구조물을 형성하기가 쉽지 않고, 광원과 지문 사이의 초점 거리를 제대로 유지하기 어려운 문제점이 있다.

본 발명의 실시예의 목적은 발광 다이오드의 광원을 이용하여 지문을 인식할 수 있는 디스플레이 장치 및 지문 인식 방법을 제공하는데 있다.

본 발명의 실시예의 다른 목적은 발광 다이오드의 광원을 지문 인식에 효과적인 패턴으로 발생시킴으로써, 지문 인식율을 개선하고 제조 비용을 절감할 수 있는 디스플레이 장치 및 지문 인식 방법을 제공하는데 있다.

일측면에서, 본 발명의 실시예에 따른 디스플레이 장치는 터치 패널, 및 다수의 서브픽셀이 배열된 디스플레이 패널과, 서브픽셀과 중첩되지 않도록 배열되는 다수의 광 센서와, 디스플레이 패널을 제어하는 타이밍 컨트롤러를 포함하되, 타이밍 컨트롤러는 터치 패널상에 미리 정해진 크기 이상의 제 1 영역에 해당하는 터치 신호가 센싱되는 경우, 제 1 영역에 해당하는 다수의 서브픽셀들 중 적어도 일부의 서브픽셀들의 발광 소자가 점등되는 지문 센싱 패턴광을 표시할 수 있다.

광 센서는 서브픽셀 사이의 동일 평면에 배치될 수 있다.

광 센서는 서브픽셀 사이의 하부 영역에서, 서브픽셀과 중첩되지 않도록 배치될 수 있다.

광 센서는 제 1 노드에 캐소드 전극이 연결되고, 게이트 라인에 애노드 전극이 연결되는 포토 다이오드와, 게이트 단자가 제 1 노드에 접속되고, 제 1 데이터 라인 및 제 2 데이터 라인 사이에 배치되는 센싱 트랜지스터와, 게이트 라인과 제 1 노드 사이에 배치되는 센싱 커패시터를 포함할 수 있다.

지문 센싱 패턴광은 발광 위치, 방향 또는 주기 중 적어도 하나를 달리함으로써, 직교하는 관계를 가질 수 있다.

지문 센싱 패턴광은 점등되는 색상을 달리함으로써 패턴을 형성할 수 있다.

지문 센싱 패턴광은 가로 방향 줄무늬 또는 세로 방향 줄무늬의 조합을 가질 수 있다.

지문 센싱 패턴광은 가로 또는 세로 라인별로 점등되는 서브픽셀의 패턴이 상이한 형태로 이루어질 수 있다.

제 1 영역은 지문이 형성된 손가락의 표면적 중 일정 부분 이상을 포함하는 크기를 가질 수 있다.

지문 센싱 패턴광은 디스플레이 패널의 일부 영역 또는 전체 영역에 표시될 수 있다.

광 센서는 지문 센싱 패턴광이 손가락의 융선 및 골에서 반사되어 돌아오는 반사광에서, 주파수별로 포함된 신호를 추출하여 센싱 신호를 생성할 수 있다.

타이밍 컨트롤러는 광 센서로부터 전달된 센싱 신호를 이용하여 지문을 인식할 수 있다.

본 발명의 지문 인식 방법은 터치 패널, 및 다수의 서브픽셀이 배열된 디스플레이 패널과, 서브픽셀과 중첩되지 않도록 배열되는 다수의 광 센서와, 디스플레이 패널을 제어하는 타이밍 컨트롤러를 포함하는 지문 인식 디스플레이 장치에서 지문을 인식하는 방법에 있어서, 디스플레이 패널의 터치를 감지하는 단계와, 터치 패널상에 미리 정해진 크기 이상의 제 1 영역에 해당하는 터치 신호가 센싱되는 경우에, 제 1 영역에 해당하는 다수의 서브픽셀들 중 적어도 일부의 서브픽셀들의 발광 소자가 점등되는 지문 센싱 패턴광을 표시하는 단계와, 광 센서에서 반사광을 감지하는 단계와, 광 센서에서 상기 반사광을 센싱 신호로 변환하는 단계와, 센싱 신호를 이용해서 지문을 인식하는 단계를 포함할 수 있다.

이상에서 설명한 바와 같은 본 발명의 실시예에 의하면, 발광 다이오드의 광원을 이용하여 지문을 인식할 수 있는 디스플레이 장치 및 지문 인식 방법을 제공할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에 의하면, 발광 다이오드의 광원을 지문 인식에 효과적인 패턴으로 발생시킴으로써, 지문 인식율을 개선하고 제조 비용을 절감할 수 있는 디스플레이 장치 및 지문 인식 방법을 제공할 수 있다.

도 1은 종래의 지문 인식 디스플레이 장치의 단면 구조를 나타낸 도면이다.
도 2는 종래의 지문 인식 디스플레이 장치에서 번짐(blurring) 현상이 발생하는 경우의 예시도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 디스플레이 장치의 블록도를 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 디스플레이 장치의 디스플레이 패널을 나타낸 도면이다.
도 5a 및 도 5b는 본 발명의 실시예에 따른 디스플레이 장치에서, 서브픽셀(SP)과 광 센서(PS)의 배치에 따른 디스플레이 패널의 단면도를 나타낸 도면이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 디스플레이 장치에서, 광 센서(PS)를 박막 트랜지스터(TFT)로 이루어진 센서 픽셀로 구성하는 경우의 회로도 예시를 나타낸 도면이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 디스플레이 장치에서, 서브픽셀(SP)이 지문 센싱 패턴광을 발광하는 경우의 예시를 나타낸 도면이다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 지문 인식 방법을 나타내는 흐름도이다.
도 9 내지 도 13은 본 발명의 지문 인식 방법을 통해 나타나는 신호 형태를 예시로 나타낸 도면이다.
도 14는 본 발명의 지문 인식 방법을 통해, 지문 인식이 이루어지는 과정의 신호 변환을 예시로 나타낸 도면이다.
도 15는 본 발명의 실시예에 따른 디스플레이 장치에서, 지문 인식을 위해 디스플레이 패널에서 발광되는 지문 센싱 패턴광의 형태를 예시로 나타낸 도면이다.

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.

또한, 본 발명의 실시예들을 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 포함할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예들에서의 구성 요소들을 해석함에 있어서, 별도의 명시적 기재가 없더라도 오차 범위를 포함하는 것으로 해석되어야 할 것이다.

또한, 본 발명의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제 1, 제 2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질, 차례, 순서 또는 개수 등이 한정되지 않는다. 어떤 구성 요소가 다른 구성 요소에 "연결", "결합" 또는 "접속"된다고 기재된 경우, 그 구성 요소는 그 다른 구성 요소에 직접적으로 연결되거나 또는 접속될 수 있지만, 각 구성 요소 사이에 다른 구성 요소가 "개재"되거나, 각 구성 요소가 다른 구성 요소를 통해 "연결", "결합" 또는 "접속"될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 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.

또한, 본 발명의 실시예들에서의 구성 요소들은 이들 용어에 의해 제한되지 않는다. 이들 용어들은 단지 하나의 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위하여 사용하는 것일 뿐이다. 따라서, 이하에서 언급되는 제1 구성 요소는 본 발명의 기술적 사상 내에서 제2 구성 요소일 수도 있다.

또한, 본 발명의 실시예들에서의 특징들(구성들)이 부분적으로 또는 전체적으로 서로 결합 또는 조합 또는 분리 가능하고, 기술적으로 다양한 연동 및 구동이 가능하며, 각 실시예는 서로에 대하여 독립적으로 실시 가능할 수도 있고 연관 관계로 함께 실시 가능할 수도 있다.

이하에서는, 본 발명의 실시예들을 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 지문 인식 디스플레이 장치의 블록도를 나타낸 도면이다.

도 3을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 지문 인식 디스플레이 장치는 디스플레이 패널(DP), 게이트 구동 회로(110), 데이터 구동 회로(120), 터치 스크린 구동 회로(130), 타이밍 컨트롤러(T-CON, 140), 및 마이크로 컨트롤 유닛(MCU, 150)을 포함할 수 있다.

디스플레이 패널(DP)은 게이트 라인(GL)을 통해 게이트 구동 회로(110)에서 전달되는 스캔 신호(SCAN)와 데이터 라인(DL)을 통해 데이터 구동 회로(120)에서 전달되는 데이터 신호(Vdata)를 기반으로 영상을 표시한다. 디스플레이 패널(DP)은 두 장의 기판 사이에 형성된 액정층을 포함하며, TN(Twisted Nematic) 모드, VA(Vertical Alignment) 모드, IPS(In Plane Switching) 모드, FFS(Fringe Field Switching) 모드 등 공지된 어떠한 모드로도 동작될 수 있을 것이다.

디스플레이 패널(DP)을 구성하는 다수의 서브픽셀(SP)은 다수의 데이터 라인(DL)과 다수의 게이트 라인(GL)에 의해 정의될 수 있다. 하나의 서브픽셀(SP)은 하나의 데이터 라인(DL)과 하나의 게이트 라인(GL)이 교차하는 영역에 형성된 박막 트랜지스터(Thin Film Transistor, TFT), 데이터 전압(Vdata)을 충전하는 유기 발광 다이오드(OLED)와 같은 화소 전극, 유기 발광 다이오드(OLED)에 전기적으로 연결되어 전압을 유지시키기 위한 스토리지 커패시터(Storage Capacitor, Cst) 등을 포함한다.

디스플레이 패널(DP)의 상부 기판에는 블랙 매트릭스, 컬러 필터 등이 형성되며, 디스플레이 패널(DP)의 하부 기판에는 박막 트랜지스터, 서브픽셀(SP) 및 공통 전극 등이 형성될 수 있다. 디스플레이 패널(DP)은 COT(Color filter On TFT) 구조로 구현될 수 있으며, 이 경우, 블랙 매트릭스와 컬러 필터는 디스플레이 패널(DP)의 하부 기판에 형성될 수 있다.

공통 전압이 공급되는 공통 전극은 디스플레이 패널(DP)의 상부 기판이나 하부 기판에 형성될 수 있다. 디스플레이 패널(DP)의 상부 기판과 하부 기판에는 각각 편광판이 부착되고 액정과 접하는 내면에 액정의 경사(Tilt) 각도를 설정하기 위한 배향막이 형성된다.

디스플레이 패널(DP)의 상부 기판과 하부 기판 사이에는 액정셀의 셀갭(Cell gap)을 유지하기 위한 컬럼 스페이서가 형성된다. 디스플레이 패널(DP)의 하부 편광판의 배면 아래에는 백라이트(back light) 유닛이 배치된다. 백라이트 유닛은 에지형(edge type) 또는 직하형(direct type) 등으로 구현되어 디스플레이 패널(DP)을 발광한다.

이 때, 터치 패널은 디스플레이 패널(DP)의 픽셀 어레이 구역에 인셀 셀프 터치(in-cell self touch) 방식으로 내장되도록 구현될 수 있다. 인셀 셀프 터치 방식의 터치 패널은 디스플레이 패널(DP)의 내부에 형성된 전극 등에 의해 블록(또는 포인트) 형태로 구성된 전극을 터치 센서로 이용한다.

타이밍 컨트롤러(140)는 게이트 구동 회로(110)와 데이터 구동 회로(120)를 제어한다. 타이밍 컨트롤러(140는 호스트 시스템(화면에 도시하지 않음)으로부터 수직 동기 신호(Vsync), 수평 동기 신호(Hsync), 데이터 인에이블 신호(Data Enable, DE), 메인 클럭(MCLK) 등의 타이밍 신호와 영상 데이터(Vdata)를 공급받는다.

타이밍 컨트롤러(140)는 게이트 스타트 펄스(Gate Start Pulse, GSP), 게이트 쉬프트 클럭(Gate Shift Clock) 및 게이트 출력 인에이블 신호(Gate Output Enable, GOE) 등의 스캔 타이밍 제어 신호를 기반으로 게이트 구동 회로(110)를 제어한다. 또한, 타이밍 컨트롤러(140)는 소스 샘플링 클럭(Source Sampling Clock, SSC), 극성 제어 신호(Polarity, POL), 및 소스 출력 인에이블 신호(Source Output Enable, SOE) 등의 데이터 타이밍 제어 신호를 기반으로 데이터 구동 회로(120)를 제어한다.

게이트 구동 회로(110)는 다수의 게이트 라인(GL)을 통해 스캔 신호(SCAN)를 디스플레이 패널(DP)에 순차적으로 공급함으로써, 다수의 게이트 라인(GL)을 순차적으로 구동한다. 여기서, 게이트 구동 회로(110)는 스캔 구동 회로 또는 게이트 구동 집적 회로(GDIC: Gate Driver IC)라고도 한다.

게이트 구동 회로(110)는 타이밍 컨트롤러(140)의 제어에 따라, 온(On) 전압 또는 오프(Off) 전압의 스캔 신호(SCAN)를 다수의 게이트 라인(GL)으로 순차적으로 공급한다. 이를 위해, 게이트 구동 회로(110)는 시프트 레지스터(Shift Register), 또는 레벨 시프터(Level Shifter) 등을 포함할 수 있다.

게이트 구동 회로(110)는 디스플레이 패널(DP)의 일 측(예: 좌측 또는 우측)에만 위치할 수도 있고, 경우에 따라서는, 구동 방식, 설계 방식 등에 따라 디스플레이 패널(DP)의 양측(예: 좌측과 우측)에 모두 위치할 수도 있다.

데이터 구동 회로(120)는 타이밍 컨트롤러(140)로부터 영상 데이터(Vdata)를 입력 받아 다수의 데이터 라인(DL)으로 이를 공급함으로써, 다수의 데이터 라인(DL)을 구동한다. 여기서, 데이터 구동 회로(120)는 소스 구동 회로 또는 소스 구동 집적 회로(SDIC: Source Driver IC)라고도 한다.

데이터 구동 회로(120)는 게이트 구동 회로(110)에 의해 특정 게이트 라인(GL)이 열리면, 타이밍 컨트롤러(140)로부터 수신한 영상 데이터(Vdata)를 아날로그 형태의 영상 데이터 전압으로 변환하여 다수의 데이터 라인(DL)으로 공급한다.

데이터 구동 회로(120)는 디스플레이 패널(DP)의 일측(예: 상측 또는 하측)에만 위치할 수도 있고, 구동 방식, 설계 방식 등에 따라 디스플레이 패널(DP)의 양측(예: 상측과 하측)에 모두 위치할 수도 있다.

데이터 구동 회로(120)는 시프트 레지스터(Shift Register), 래치 회로(Latch Circuit), 디지털 아날로그 컨버터(DAC: Digital to Analog Converter), 출력 버퍼(Output Buffer) 등을 포함할 수 있다. 여기서 디지털 아날로그 컨버터(DAC)는 타이밍 컨트롤러(140)에서 수신된 영상 데이터(Vdata)를 데이터 라인(DL)으로 공급하기 위한 아날로그 형태의 영상 데이터 전압으로 변환하기 위한 구성이다.

터치 스크린 구동 회로(130)는 디스플레이 패널(DP)에서 터치의 유무 및 터치가 이루어진 위치를 센싱한다. 터치 스크린 구동 회로(130)에는 터치 센서를 구동하기 위한 구동 전압을 생성하는 구동 회로와 터치 센서를 센싱하고 터치의 유무 및 좌표 정보 등을 검출하기 위한 데이터를 생성하는 센싱 회로가 포함된다. 터치 스크린 구동 회로(130)의 구동 회로와 센싱 회로는 하나의 집적 회로(IC) 형태로 형성되거나 기능별로 구분되어 분리될 수 있다.

터치 스크린 구동 회로(130)는 디스플레이 패널(DP)과 접속되는 외부 기판 상에 형성될 수 있다. 터치 스크린 구동 회로(130)는 다수의 센싱 라인(SL)을 통해 디스플레이 패널(DP)에 연결된다. 터치 스크린 구동 회로(130)는 디스플레이 패널(DP)에 형성된 터치 센서들 사이의 정전 용량의 편차를 기반으로 터치의 유무 및 위치를 센싱할 수 있다. 즉, 사용자의 손가락이 접촉된 위치와 비접촉된 위치 사이에 정전 용량의 편차가 발생하는데, 터치 스크린 구동회로(130)는 이러한 정전 용량의 편차를 감지하는 방식으로 터치의 유무 및 위치를 센싱한다. 터치 스크린 구동 회로(130)는 터치의 유무 및 위치에 대한 터치 센싱 신호를 생성하고 이를 마이크로 컨트롤 유닛(150)으로 전달한다.

마이크로 컨트롤 유닛(150)은 터치 스크린 구동 회로(130)를 제어한다. 마이크로 컨트롤 유닛(150)은 타이밍 컨트롤러(140)로부터 컨트롤 동기 신호(Csync)를 공급받아 이를 기반으로 터치 스크린 구동 회로(130)를 제어하는 터치 동기 신호(Tsync)를 생성할 수 있다. 마이크로 컨트롤 유닛(150)은 터치 스크린 구동 회로(130)와의 사이에 정의된 인터페이스(IF)를 기반으로 터치 센싱 신호 등을 주고 받는다.

여기에서, 마이크로 컨트롤 유닛(150)은 터치 스크린 구동 회로(130)와 함께 하나의 집적 회로(IC) 형태로 이루어진 터치 제어 회로로 형성될 수도 있고, 타이밍 컨트롤러(140)와 함께 하나의 집적 회로(IC) 형태로 이루어진 제어 회로로 형성될 수도 있을 것이다.

한편, 터치 센서 디스플레이 장치는 메모리(MEM)를 더 포함할 수 있다. 메모리(MEM)는 타이밍 컨트롤러(140)에서 출력되는 영상 데이터(Vdata)를 임시로 저장하고, 지정된 타이밍에 영상 데이터(Vdata)를 데이터 구동 회로(120)로 출력할 수 있다. 메모리(MEM)는 데이터 구동 회로(120)의 내부 또는 외부에 배치될 수 있으며, 데이터 구동 회로(120)의 외부에 배치되는 경우에는 타이밍 컨트롤러(140)와 데이터 구동 회로(120)의 사이에 배치될 수 있다. 또한 메모리(MEM)는 외부에서 수신된 영상 데이터(Vdata)를 저장하고, 저장된 영상 데이터(Vdata)를 타이밍 컨트롤러(140)로 공급하는 버퍼 메모리를 더 포함할 수 있다.

그 밖에, 터치 센서 디스플레이 장치는 외부의 다른 전자 장치 또는 전자 부품과의 신호 입출력, 또는 통신을 위한 인터페이스를 포함할 수 있다. 인터페이스는 예를 들어, LVDS (Low-Voltage Differential Signaling) 인터페이스, MIPI (Mobile Industry Processor Interface), 시리얼 인터페이스 중 하나 이상을 포함할 수 있다.

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 지문 인식 디스플레이 장치의 디스플레이 패널을 나타낸 도면이다.

도 4를 참조하면, 본 발명의 지문 인식 디스플레이 장치는 디스플레이 패널(DP) 내부에 발광 소자가 내장된 형태의 모든 디스플레이 장치에 해당할 수 있다. 즉, 디스플레이 패널 내부에 내장된 발광 소자를 이용하여 지문 인식을 위한 지문 센싱 패턴광을 생성함으로써, 이를 이용해서 사용자의 지문 인식을 가능하도록 한다. 따라서, 다수의 서브픽셀(SP)이 횡렬로 배치되어 디스플레이 패널(DP)을 발광하는 구조에는 본 발명이 적용될 수 있을 것이다.

예를 들어, 유기 발광 다이오드(OLED)를 발광 소자로 사용하는 유기 발광 디스플레이 장치의 경우에는, 디스플레이 패널(DP)을 구성하는 다수의 서브픽셀(SP)이 다수의 데이터 라인과 다수의 게이트 라인에 의해 정의될 수 있으며, 하나의 서브픽셀(SP)은 하나의 데이터 라인과 하나의 게이트 라인이 교차하는 영역에 형성된 박막 트랜지스터(TFT)와 데이터 전압을 충전하는 유기 발광 다이오드(OLED)와 같은 발광 소자, 및 유기 발광 다이오드(OLED)에 전기적으로 연결되어 전압을 유지시키기 위한 스토리지 커패시터(Cst) 등을 포함할 수 있을 것이다.

따라서, 본 발명의 지문 인식 디스플레이 장치는 액정 디스플레이(Liquid Crystal Display, LCD), 전계 방출 표시 소자(Field Emission Display: FED), 플라즈마 디스플레이 패널(Plasma Display Panel, PDP), 유기발광 다이오드 디스플레이 장치, 전기 영동 표시 소자(Electrophoresis, EPD) 등의 평판 디스플레이 장치를 기반으로 구현될 수 있다. 이하에서는, 평판 디스플레이 장치의 일예로서 유기 발광 디스플레이 장치를 중심으로 설명하지만, 본 발명의 디스플레이 장치는 이에 한정되지 않는다는 것에 주의하여야 할 것이다.

따라서, 본 발명의 지문 인식 디스플레이 장치에서 디스플레이 패널(DP)은 발광 소자를 포함하는 다수의 서브픽셀(SP)과 발광 소자에서 발광된 빛을 감지하는 다수의 광 센서(Photo Sensor, PS)로 이루어질 수 있다. 이 때, 광 센서(PS)는 서브픽셀(SP)에서 조사된 빛이 사용자의 지문에서 반사되어 돌아오는 반사광을 인식하는 픽셀에 해당하므로, 센서 픽셀로 지칭할 수도 있을 것이다.

도 5a 및 도 5b는 본 발명의 실시예에 따른 지문 인식 디스플레이 장치에서, 서브픽셀(SP)과 광 센서(PS)의 배치에 따른 디스플레이 패널의 단면도를 나타낸 도면이다.

도 5a 및 도 5b를 참조하면, 본 발명의 지문 인식 디스플레이 장치는 광 센서(PS)가 사용자의 지문에서 반사된 반사광을 감지하여야 하므로, 광 센서(PS)는 빛이 투과될 수 있는 광 투과 영역에 형성되어야 한다. 따라서, 사용자의 지문에서 반사된 반사광이 입사될 수 있는 영역 내에서 광 센서(PS)는 다양한 구조로 배치할 수 있을 것이다.

도 5a의 경우에는 발광 소자를 포함하는 서브픽셀(SP) 사이의 동일 평면에 광 센서(PS)가 배치되는 경우를 도시하였고, 도 5b는 서브픽셀(SP) 사이의 하부 영역에 광 센서(P)가 배치되는 경우를 도시하였다. 다만, 도 5b와 같이 광 센서(PS)가 서브픽셀(SP)의 하부 영역에 배치되는 경우에는, 서브픽셀(SP)이 배치되는 개구율(Aperture Ratio)을 높일 수 있지만, 사용자의 지문에서 반사된 반사광이 입사되는 입사각을 고려하여 서브픽셀(SP)들 사이의 거리가 확보될 필요가 있을 것이다.

한편, 디스플레이 패널(DP)은 지문 인식이 가능한 해상도로 이루어질 필요가 있는데, 예를 들어 300 DPI(dots per inch) 또는 500 DPI 이상의 해상도를 가지는 것이 바람직하다.

도 6은 본 발명의 실시예에 따른 지문 인식 디스플레이 장치에서, 광 센서(PS)를 박막 트랜지스터(TFT)로 이루어진 센서 픽셀로 구성하는 경우의 회로도 예시를 나타낸 도면이다.

도 6을 참조하면, 센서 픽셀을 구성하는 본 발명의 광 센서(PS)는 센싱 트랜지스터(SENT), 센싱 커패시터(Cs), 및 포토 다이오드(PD)를 포함하되, 인접한 제 1 데이터 라인(DL1)과 제 2 데이터 라인(DL2) 사이, 그리고 인접한 제 2 게이트 라인(GL2)과 제 3 게이트 라인(GL3) 사이에 배치될 수 있다.

센싱 트랜지스터(SENT)는 게이트 단자가 포토 다이오드(PD)의 캐소드 전극, 즉 제 1 노드(N1)에 접속되고, 제 1 데이터 라인(DL1) 및 제 2 데이터 라인(DL2) 사이에 배치된다. 센싱 트랜지스터(SENT)는 제 1 노드(N1)의 전압에 따라, 제 1 및 데이터 라인(DL1)과 제 2 데이터 라인(DL2)을 서로 연결한다. 이러한 센싱 트랜지스터(SENT)는 사용자의 지문을 인식하는 경우에, 제 2 데이터 라인(DL2)에 접속된 리드 아웃(Read Out) 노드(N2)의 전압은 소스 팔로우 형태로 제 1 노드(N1)에 충전된 전압을 따르게 될 것이다.

한편, 센싱 트랜지스터(SENT)의 문턱 전압은 서브픽셀(SP)에 구비된 스위칭 트랜지스터의 문턱 전압보다 크게 설정될 수 있다. 이는, 디스플레이 모드에서 센싱 트랜지스터(SENT)가 턴-온되어 제 1 데이터 라인(DL1) 및 제 2 데이터 라인(DL2)을 서로 연결하는 경우를 방지하기 위함이다.

센싱 커패시터(Cs)는 제 1 게이트 라인(GL1)과 상기 제 1 노드(N1) 사이에 배치되어, 정전 용량을 형성한다. 이러한, 센싱 커패시터(Cs)는 사용자의 지문을 인식하는 경우에, 제 1 게이트 라인(GL1)으로부터 제공된 제 1 스캔 신호에 따라 제 1 노드(N1)에 충전된 전압을 상승시키게 된다.

포토 다이오드(PD)는 제 2 게이트 라인(GL2)에 애노드 전극이 연결되고, 제 1 노드(N1)에 캐소드 전극이 연결된다. 이러한, 포토 다이오드(PD)는 사용자의 지문을 통해 반사된 반사광을 역방향의 광전류로 변환하여 제 1 노드(N1)에 공급할 수 있다. 이 때, 포토 다이오드(PD)에서 발생되는 센싱 신호는 빛이 반사된 영역이 지문의 융선(Ridge)인지 또는 골(Valley)인지에 따라 가변될 수 있다.

한편, 제 2 데이터 라인(DL2)의 끝단에는 지문 인식 과정에서 프리 차징 신호(PRE)를 제 2 데이터 라인(DL2)에 공급하는 스위칭 트랜지스터(SWT)가 구비될 수 있다. 스위칭 트랜지스터(SWT)는 센싱 모드 신호(SS)에 의해 프리 차징 신호(PRE)를 제 2 데이터 라인(DL2)에 공급하게 된다. 프리 차징 신호(PRE)는 지문 인식 과정에서 제 2 데이터 라인(DL2)에 접속된 광 센서(PS)의 리드 아웃 노드(N2)들을 순차적으로 프리 차징하는 역할을 한다. 또한, 프리 차징 신호(PRE)는 광 센서(PS)의 리드 아웃 노드(N2)의 전압을 초기화시키는 역할을 할 수도 있다.

본 발명의 디스플레이 장치는 서브픽셀(SP)을 구성하는 발광 소자를 광원으로 사용하되, 지문 인식을 위한 특정 코드 형태의 지문 센싱 패턴광을 발광함으로써, 광 센서(PS)에서 사용자의 지문을 인식할 수 있도록 한다. 이를 위해서, 지문 인식 구간에서 디스플레이 패널을 통해 발광되는 빛이 특정한 패턴을 가지도록 하는 것이 바람직하다. 여기에서 지문 센싱 패턴광이라 함은 디스플레이 패널이 균일한 패턴으로 발광하는 것이 아니라, 지문 인식을 위하여 일정한 형태를 가지는 패턴으로 발광하는 경우를 의미한다.

이 때, 디스플레이 패널에 대한 터치 입력은 스타일러스 펜과 같은 전자 장치일 수도 있고, 사용자의 손가락과 같은 신체 일부일 수도 있다. 스타일러스 펜과 같은 전자 장치는 터치 입력이 이루어지는 영역이 매우 좁은 면적에 해당하므로, 이러한 터치 입력에 대해서는 지문 인식을 위한 지문 센싱 패턴광을 발생시킬 필요가 없을 것이다.

그리고, 사용자의 손가락에 의한 터치 입력의 경우에는 디스플레이 패널 상부의 특정 위치 또는 특정 아이콘을 터치하기 위한 경우와 지문을 인식하기 위한 경우로 구분할 수 있다. 또한, 특정 위치나 특정 아이콘을 터치하는 경우와 비교해서 지문을 인식하기 위한 경우는 상대적으로 터치되는 면적이 넓게 형성되며, 특히 사용자의 지문이 형성된 손가락의 표면적 중 상당 부분을 포함하는 면적 이상의 영역에 터치가 동시에 발생하는 경우로 볼 수 있을 것이다.

따라서, 디스플레이 패널에서 미리 정해진 크기 이상의 영역에 터치 신호가 센싱되는 경우에 지문 인식을 위한 지문 센싱 패턴광을 발생시키는 것이 바람직할 것이다. 이 때, 지문 센싱 패턴광이 디스플레이 패널의 전체 영역에서 발생될 수도 있지만, 효율적인 지문 인식을 위해서 터치 신호가 센싱되는 영역 전체 또는 터치 신호가 센싱되는 영역의 일부와 그 밖의 영역 중 일부 영역을 포함할 수도 있을 것이다.

도 7은 본 발명의 실시예에 따른 지문 인식 디스플레이 장치에서, 서브픽셀(SP)을 통해 발광되는 지문 센싱 패턴광의 예시를 나타낸 도면이다.

도 7을 참조하면, 본 발명의 지문 인식 디스플레이 장치는 사용자의 지문을 인식하는 과정에서, 디스플레이 패널(DP) 내부의 서브픽셀(SP)이 특정한 패턴을 가지도록 발광시킬 수 있다. 이러한 지문 센싱 패턴광은 타이밍 컨트롤러(Timing Controller)와 같이, 게이트 구동 회로 및 데이터 구동 회로를 제어하는 제어 회로에 의해 제어될 수 있을 것이다.

이 때, 반사광을 인식하는 광 센서(PS)는 서브픽셀(SP) 사이의 동일 평면에 배치되거나, 서브픽셀(SP) 사이의 하부 영역에 배치될 수 있을 것이다.

여기에서는 8 X 8 서브픽셀(SP) 구조에서 제 1 게이트 라인(GL)의 서브픽셀(SP) 중 제 1 서브픽셀과 제 8 서브픽셀이 턴-온되고, 나머지 제 2 서브픽셀 내지 제 7 서브픽셀이 턴-오프된 경우를 나타내고 있다. 이와 같이, 각 게이트 라인(GL)에 따라 발광되는 서브픽셀(SP)의 위치를 제어함으로써, 패턴광을 표시할 수 있다. 이러한 패턴광은 복수의 주파수 성분으로 이루어지는 것이 바람직한데, 이를 위해서는 지문 센싱 패턴광의 발광 주기를 조절하거나, 점등되는 서브픽셀(SP)의 위치를 조절함으로써, 지문 센싱 패턴광이 여러 가지의 주파수 성분을 가지도록 제어할 수도 있다.

이러한 지문 센싱 패턴광의 발광에 의해 지문 인식이 이루어지는 과정을 살펴보기로 한다.

도 8은 본 발명의 실시예에 지문 인식 방법을 나타내는 흐름도이다. 또한, 도 9 내지 도 13은 본 발명의 지문 인식 방법을 통해 나타나는 신호 형태를 예시로 나타낸 도면이다.

도 8 내지 도 13을 참조하여, 지문 인식 디스플레이 장치에서 지문 인식이 이루어지는 과정을 살펴보기로 한다.

먼저, 도 8을 참조하면, 본 발명의 지문 인식 디스플레이 장치는 터치를 감지하는 단계(S10), 디스플레이 패널에서 지문 센싱 패턴광을 발광하는 단계(S20), 광 센서(PS)에서 반사광을 감지하는 단계(S30), 상기 반사광을 센싱 신호로 변환하는 단계(S40), 및 상기 센싱 신호를 이용하여 지문을 인식하는 단계(S50)를 포함할 수 있다.

터치를 감지하는 단계(S10)는 디스플레이 패널(DP)의 내부에 내장된 터치 센서를 통해 전달되는 터치 센싱 신호를 이용해서, 터치의 존재 여부를 감지하는 단계이다. 참고로, 다수의 터치 센서로 구성되는 터치 패널은 지문 인식 디스플레이 장치의 디스플레이 패널(DP)에 인-셀(in-cell) 방식으로 내장되도록 구현될 수 있다. 이 때, 인-셀 방식의 터치 패널은 디스플레이 패널(DP)의 내부에 블록 또는 포인트 형태로 구성된 공통 전극을 터치 센서로 이용할 수 있다. 이 때, 인-셀 방식의 터치 패널은 디스플레이 패널(DP)의 내부에 형성된 다수의 서브픽셀(SP)에 포함된 공통 전극이 하나의 터치 센서를 이루게 된다. 다수의 터치 센서는 디스플레이 패널(DP)의 디스플레이 구역에 횡렬로 배치될 수 있으며, 각 터치 센서에는 터치 센싱 신호를 수신하기 위한 센싱 라인이 연결될 수 있다. 터치 센서로부터 터치 센싱 신호가 수신되는 경우에 터치가 존재하는 것으로 판단할 수 있다.

위에서 설명한 바와 같이, 스타일러스 펜과 같은 전자 장치에 의한 터치 입력이 이루어질 수도 있고, 손가락에 의한 위치나 특정 아이콘의 선택 입력이 이루어질 수도 있으므로, 사용자의 지문을 커버할 수 있는 일정한 크기 이상의 영역에 대해 터치 신호가 감지되는 경우에 대해서 지문 인식을 위한 터치 입력으로 판단할 수 있을 것이다.

사용자의 손가락이 디스플레이 패널에 접촉되는 경우에 터치 센서를 통해 감지되는 지문 신호(시료)는 도 9(a)과 같이 나타낼 수 있다. 즉, 사용자의 손가락 지문을 구성하는 융선과 골의 위치, 폭, 및 깊이에 따라, 공간에서 사용자마다 각기 다른 신호로 나타낼 수 있다. 사용자의 손가락 지문에 관한 공간 신호를 푸리에 변환(Fourier Transform)을 통해 주파수 신호로 표현하면 도 9(b)와 같이 될 수 있다. 손가락 지문의 융선과 골에 대한 공간 신호의 강도 차이는 대부분 크지 않기 때문에, 주파수 신호로 변환하면 손가락 지문에 대한 신호는 저주파 영역에 집중되어 있을 것이다.

디스플레이 패널에서 지문 센싱 패턴광을 발광하는 단계(S20)는 터치 패널상에 미리 정해진 크기 이상의 제 1 영역에 해당하는 터치 신호가 센싱되는 경우에, 디스플레이 패널에 접촉된 사용자의 지문을 인식하기 위해서 제 1 영역에 해당하는 다수의 서브픽셀들 중 적어도 일부의 서브픽셀들의 발광 소자가 점등되도록 지문 센싱 패턴광을 표시하는 단계이다. 서브픽셀(SP)에서 발광하는 지문 센싱 패턴광은 가로 또는 세로 방향으로 일정한 간격 또는 가변적인 간격으로 점등과 소등을 반복하는 형태로 구성될 수 있다.

도 10에 도시된 바와 같이, 패턴을 가지는 빛을 주파수 영역에서 표시하면, 지문 센싱 패턴광이 가지는 주파수에 의해, 특정 주파수(-f, +f 등)에서의 임펄스 형태로 표현할 수 있을 것이다. 주파수 영역에서 임펄스가 나타나는 주파수(-f, +f 등)는 점등되는 서브픽셀(SP) 사이의 간격을 T라고 할 때, 2π/T와 같은 형태로 나타날 수 있을 것이다.

반면, 패턴을 가지지 않는 빛은 주파수 영역에서 0 주파수에서의 임펄스 형태로 나타나기 때문에, 주파수(특히, 저주파 영역)에 따른 신호 특성을 반영할 수 없게 된다. 따라서, 지문 인식을 위하여 서브픽셀(SP)에서 발광되는 빛은 가변되거나 일정한 패턴 형태를 가지는 것이 바람직하다.

광 센서(PS)에서 반사광을 감지하는 단계(S30)는 서브픽셀(SP)을 통해 발광되는 지문 센싱 패턴광이 손가락의 지문에 반사되어 돌아오는 반사광을 광 센서(PS)에서 감지하는 단계이다. 서브픽셀(SP)에서 발광된 지문 센싱 패턴광은 일정한 간격 또는 가변적인 간격을 가지는 신호로 이루어져 있으므로, 손가락의 융선과 골에 해당하는 위치와 중복되는 형태로 광 센서(PS)에서 반사광을 감지하게 될 것이다. 즉, 서브픽셀(SP)에서 발광되는 지문 센싱 패턴광에 따라 특정 주파수(예를 들어, -f, +f)의 사이 범위에서 해당하는 반사광이 소멸하지 않고, 모두 나타나게 되는 것이다.

도 11에서는 서브픽셀(SP)의 발광 소자를 통해 발광된 지문 센싱 패턴광의 주파수에 대응해서 특정 주파수 이내에 해당하는 손가락 지문의 반사광이 중첩적으로 유지되는 경우를 예시로 나타내고 있다. 따라서, 지문 센싱 패턴광이 복수의 저주파로 구성된 경우에는 저주파 영역에서 지문 센싱 패턴광의 주파수 별로 복수의 지문 신호(시료)가 중첩해서 나타나게 될 것이다.

한편, 지문에서 반사된 반사광에 대한 번짐 현상(Blurring)은 지문 인식 디스플레이 장치의 점 확산 함수(Point-Spread Function; PSF)와 반사광의 컨벌루션(Convolution)으로 나타낼 수 있다. 점 확산 함수(PSF)는 광 센서(PS)와 디스플레이 패널(DP)에 접촉되는 지문 사이의 거리에 따른 신호의 분포를 나타내는 함수로서, 공간 영역에서 점 확산 함수(PSF)와 반사광의 컨벌루션을 구하는 대신에, 반사광과 점 확산 함수(PSF)를 주파수 영역으로 변환해서 이들의 곱을 통해 번짐 현상에 의한 신호를 구할 수 있을 것이다. 푸리에 변환을 통해 점 확산 함수(PSF)를 주파수 영역으로 변환하면, 광학 전달 함수(Optical Transfer Function; OTF)로 나타낼 수 있다.

도 12에서는 반사광과 점 확산 함수(PSF)를 주파수 영역으로 변환해서 번짐 현상에 따른 측정 이미지를 계산하는 과정을 나타낸 도면이다.

앞에서 설명한 바와 같이, 서브픽셀(SP)을 통해 일정한 간격 또는 가변되는 간격의 지문 센싱 패턴광을 발광함으로써, 지문에서 반사되는 반사광은 주파수 영역에서 복수의 저주파 성분으로 나타나게 된다. 따라서, 복수의 저주파 성분으로 이루어지는 반사광을 주파수 영역에서의 광학 전달 함수(OTF)와 곱하면 특정 주파수(-f, +f) 사이의 영역에 있는 복수의 반사광 신호가 그대로 유지될 수 있다. 따라서, 특정 주파수(-f, +f) 사이의 영역에 있는 복수의 반사광 신호를 모두 추출하고 이를 공간 영역으로 역변환함으로써, 선명한 지문 이미지를 얻을 수 있을 것이다.

상기 반사광을 센싱 신호로 변환하는 단계(S40)는 특정 주파수(-f, +f) 사이의 영역에 있는 복수의 반사광 신호를 모두 추출하고, 이를 공간 영역으로 역변환함으로써, 센싱 신호로 변환하는 단계이다. 센싱 신호는 위에서 설명한 바와 같이, 디스플레이 패널(DP)에서 발광되는 지문 센싱 패턴광에 의해 광 센서(PS)에서 감지되는 반사광에 복수의 주파수 성분이 포함되어 있으므로, 이러한 반사광에서 주파수 별로 신호를 분리해 내고, 분리된 신호를 모두 푸리에 역변환을 통해 공간 영역으로 이동한 다음 최종적인 센싱 신호를 얻는 과정이다.

도 13에 도시된 바와 같이, 주파수 영역에서 나타나는 반사광은 복수의 주파수 성분으로 이루어져 있으므로 이들을 모두 공간 영역에서 합성함으로써, 사용자의 지문에 대해서 번짐 현상이 감소된 센싱 신호를 얻을 수 있다. 즉, 디스플레이 패널(DP)의 서브픽셀(SP)에서 발광되는 지문 센싱 패턴광의 위치와 발광 주기를 타이밍 컨트롤러에서 알고 있기 때문에, 이를 이용하여 주파수별로 센싱 신호를 추출해서 복원하는 것이 가능하다.

도 14는 본 발명의 지문 인식 방법을 통해, 지문 인식이 이루어지는 과정의 신호 변환을 예시로 나타낸 도면이다.

도 14를 참조하면, 사용자의 지문을 구성하는 융선과 골은 사용자마다 각기 다른 형태로 이루어질 것이다. 이러한 지문(시료)의 형태를 대상으로 일정한 간격 또는 가변적인 간격을 가지는 지문 센싱 패턴광을 발광함으로써, 다양한 미세 패턴을 가지는 반사광을 얻을 수 있다. 여기에서는 세로 방향으로 줄무늬 패턴을 이용하는 경우를 나타내고 있다. 균일 광원을 사용하는 도 2와 비교할 때, 이러한 반사광은 주파수 영역에서 복수의 주파수 성분을 가지기 때문에, 복수의 주파수 성분별로 반사광을 추출함으로써 번짐 현상이 감소된 선명한 센싱 신호를 얻을 수 있다.

반면에, 서브픽셀(SP)에서 패턴을 가지지 않는 신호를 발광하는 경우에는 주파수 성분이 존재하지 않기 때문에, 지문에서 반사된 반사광은 다른 주파수 성분이 소실된 단일 신호로 표시되며, 그로 인해 역변환 과정에서 번짐 현상이 나타나게 된다.

상기 센싱 신호를 이용하여 지문을 인식하는 단계(S50)는 위의 과정으로 얻어진 센싱 신호를 이용해서 사용자의 지문과 매칭되는지를 판단하는 단계이다. 따라서, 본 발명의 지문 인식 디스플레이 장치는 터치 센서를 통해 최초로 지문을 인식하는 과정에서도 선명한 패턴을 얻을 수 있고, 저장된 지문 신호와 비교할 때도 선명한 패턴의 지문 신호를 이용할 수 있으므로, 지문 인식에 대한 정확도를 높일 수 있게 된다.

도 15는 본 발명의 실시예에 따른 지문 인식 디스플레이 장치에서, 지문 인식을 위해 디스플레이 패널에서 발광되는 지문 센싱 패턴광의 형태를 예시로 나타낸 도면이다.

도 15를 참조하면, 본 발명의 지문 인식 디스플레이 장치에서 사용되는 지문 센싱 패턴광은 위치나 방향, 주기를 달리함으로써 복수의 주파수 성분을 가질 수 있는 형태로 이루어 질 수 있다. 즉, 하나의 지문 센싱 패턴광을 위치나 방향, 또는 주기를 달리하여 자기 상관관계(Auto Correlation)를 구했을 때, 델타 함수(delta function)가 되는 패턴으로 이루어질 수 있다. 다시 말해서, 위치나 방향, 또는 주기를 달리함으로써, 하나의 패턴이 직교(Orthogonal)하는 관계에 있으면 지문 인식을 위한 지문 센싱 패턴광으로 사용할 수 있을 것이다.

예를 들어, 도 15(a)와 도 15(b)는 각각 세로 방향 및 가로 방향으로 점등 또는 소등되는 패턴으로 이루어지는데, 이러한 지문 센싱 패턴광은 위치나 방향을 달리함으로써 직교하는 관계에 있을 수 있다.

도 15(c)는 특정 서브픽셀(SP)을 점등하거나 소등하는 형태가 아니라, 발광하는 색상(레드, 그린, 블루 등)을 달리 배열함으로써 일정한 패턴을 형성하는 경우를 나타내고 있다. 이와 같이, 색상을 달리 배열하는 경우에도 각 색상에 대해서 서로 다른 패턴으로 인식할 수 있기 때문에, 색상을 이용해서 패턴을 구성할 수 있을 것이다.

도 15(d)는 가로 또는 세로 라인별로 점등 또는 소등되는 서브픽셀(SP)의 패턴이 상이하기 때문에, 위치나 방향을 달리하지 않더라도 가로 또는 세로 라인별로 서로 다른 주파수 성분을 가질 수 있다. 즉, 디스플레이 패널(DP)에서 발광되는 지문 센싱 패턴광은 라인에 따라 서로 다른 주파수 성분을 가지므로, 라인에 따라 발광 패턴이 직교하는 관계로 이루어질 수 있을 것이다.

한편, 본 발명의 지문 인식 디스플레이 장치는 지문 인식을 위해서 지문 센싱 패턴광을 발광하는 영역을 디스플레이 패널(DP) 전체 영역을 설정할 수도 있지만, 발광 면적이 커질 수록 서브픽셀(SP)의 밝기가 달라지기 때문에, 광 센서(PS)를 통해 센싱되는 반사광 및 센싱 신호의 신호대 잡음비(Signal to Noise Ration; SNR)가 나빠질 수 있다. 따라서, 사용자가 지문 인식을 위해서 주로 터치하는 영역을 고려하여, 서브픽셀(SP)을 발광하는 영역을 선정할 수도 있을 것이다.

이상에서의 설명 및 첨부된 도면은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 나타낸 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 구성의 결합, 분리, 치환 및 변경 등의 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 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. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

110: 게이트 구동 회로 120: 데이터 구동 회로
130: 터치 스크린 구동 회로 140: 타이밍 컨트롤러
150: 마이크로 컨트롤 유닛
SP: 서브픽셀 DP: 디스플레이 패널
PS: 광 센서 GL: 게이트 라인
DL: 데이터 라인 PD: 포토 다이오드

Claims

터치 패널, 및 다수의 서브픽셀이 배열된 디스플레이 패널;
상기 서브픽셀과 중첩되지 않도록 배열되는 다수의 광 센서; 및
상기 디스플레이 패널을 제어하는 타이밍 컨트롤러를 포함하되,
상기 타이밍 컨트롤러는
상기 터치 패널 상에 미리 정해진 크기 이상의 제 1 영역에 해당하는 터치 신호가 센싱되는 경우, 상기 제 1 영역에 해당하는 서브픽셀들이 점등 및 소등되는 발광 위치와 발광 주기를 제어함으로써 가로 라인 또는 세로 라인별로 직교 관계에 있는 복수의 주파수 성분을 가지는 지문 센싱 패턴광을 표시하고, 상기 서브픽셀들이 점등 및 소등되는 발광 위치와 발광 주기를 이용하여, 상기 다수의 광 센서에서 검출된 반사광을 주파수 영역에서의 광학 전달 함수와 곱해서 특정 주파수 사이의 영역에 있는 복수의 반사광 신호를 모두 추출하고 이를 공간 영역으로 변환한 센싱 신호로부터 지문을 인식하는 디스플레이 장치.
제1항에 있어서,
상기 광 센서는
상기 서브픽셀 사이의 동일 평면에 배치되는 디스플레이 장치.
제1항에 있어서,
상기 광 센서는
상기 서브픽셀 사이의 하부 영역에서, 상기 서브픽셀과 중첩되지 않도록 배치되는 디스플레이 장치.
제1항에 있어서,
상기 광 센서는
제 1 노드에 캐소드 전극이 연결되고, 게이트 라인에 애노드 전극이 연결되는 포토 다이오드(PD);
게이트 단자가 상기 제 1 노드에 접속되고, 제 1 데이터 라인 및 제 2 데이터 라인 사이에 배치되는 센싱 트랜지스터; 및
상기 게이트 라인과 상기 제 1 노드 사이에 배치되는 센싱 커패시터를 포함하는 디스플레이 장치.
삭제
제1항에 있어서,
상기 지문 센싱 패턴광은
점등되는 색상을 달리함으로써 패턴을 형성하는 디스플레이 장치.
삭제
삭제
제1항에 있어서,
상기 제 1 영역은
지문이 형성된 손가락의 표면적 중 일정 부분 이상을 포함하는 크기를 가지는 디스플레이 장치.
제1항에 있어서,
상기 지문 센싱 패턴광은
상기 디스플레이 패널의 일부 영역 또는 전체 영역에 표시되는 디스플레이 장치.
삭제
삭제
터치 패널, 및 다수의 서브픽셀이 배열된 디스플레이 패널과, 상기 서브픽셀과 중첩되지 않도록 배열되는 다수의 광 센서와, 상기 디스플레이 패널을 제어하는 타이밍 컨트롤러를 포함하는 지문 인식 디스플레이 장치에서 지문을 인식하는 방법에 있어서,
상기 디스플레이 패널의 터치를 감지하는 단계;
상기 터치 패널 상에 미리 정해진 크기 이상의 제 1 영역에 해당하는 터치 신호가 센싱되는 경우에, 상기 제 1 영역에 해당하는 서브픽셀들이 점등 및 소등되는 발광 위치와 발광 주기를 제어함으로써 가로 라인 또는 세로 라인별로 직교 관계에 있는 복수의 주파수 성분을 가지는 지문 센싱 패턴광을 표시하는 단계;
상기 광 센서에서 반사광을 감지하는 단계;
상기 광 센서에서 상기 반사광을 주파수 영역에서의 광학 전달 함수와 곱해서 특정 주파수 사이의 영역에 있는 복수의 반사광 신호를 모두 추출하는 단계;
상기 광 센서에서 상기 서브픽셀들이 점등 및 소등되는 발광 위치와 발광 주기를 이용하여, 상기 복수의 반사광 신호를 공간 영역으로 변환하여 센싱 신호로 변환하는 단계; 및
상기 센싱 신호로부터 지문을 인식하는 단계를 포함하는 지문 인식 방법.
제13항에 있어서,
상기 광 센서는
상기 서브픽셀 사이의 동일 평면에 배치되는 지문 인식 방법.
제13항에 있어서,
상기 광 센서는
상기 서브픽셀 사이의 하부 영역에서, 상기 서브픽셀과 중첩되지 않도록 배치되는 지문 인식 방법.
제13항에 있어서,
상기 광 센서는
제 1 노드에 캐소드 전극이 연결되고, 게이트 라인에 애노드 전극이 연결되는 포토 다이오드(PD);
게이트 단자가 상기 제 1 노드에 접속되고, 제 1 데이터 라인 및 제 2 데이터 라인 사이에 배치되는 센싱 트랜지스터; 및
상기 게이트 라인과 상기 제 1 노드 사이에 배치되는 센싱 커패시터를 포함하는 지문 인식 방법.
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제13항에 있어서,
상기 지문 센싱 패턴광은
점등되는 색상을 달리함으로써 패턴을 형성하는 지문 인식 방법.
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제13항에 있어서,
상기 제 1 영역은
지문이 형성된 손가락의 표면적 중 일정 부분 이상을 포함하는 크기를 가지는 지문 인식 방법.
제13항에 있어서,
상기 지문 센싱 패턴광은
상기 디스플레이 패널의 일부 영역 또는 전체 영역에 표시되는 지문 인식 방법.