KR102160738B1 - 거리 감지용 센서 장치 및 디스플레이 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 거리 감지용 조사광을 발산할 수 있는 발광부; 상기 조사광에 의해 대상물로부터 반사된 반사광을 수광할 수 있는 수광부; 및 상기 발광부의 발광 경로에 설치되고, 상기 조사광 또는 상기 대상물로부터 산사된 간섭광이 디스플레이어의 트랜지스터 부분과 간섭되지 않도록 비간섭 대역대 파장만 통과시키는 제 1 밴드 패스 필터;를 포함하는, 거리 감지용 센서 장치 및 디스플레이 장치를 제공할 수 있다.

Description

거리 감지용 센서 장치 및 디스플레이 장치{Distance detecting sensor apparatus and Display apparatus}
본 발명은 거리 감지용 센서 장치 및 디스플레이 장치에 관한 것으로서, 더 상세하게는 디스플레이어와의 간섭을 줄일 수 있는 거리 감지용 센서 장치 및 디스플레이 장치에 관한 것이다.
스마트폰이나 스마트패드와 같은 스마트 장치에서 얼굴이나 손이나 머리카락 등 이격된 대상물의 거리를 측정하기 위해 디스플레이어 하방에 다양한 거리 감지용 센서 장치들이 설치될 수 있다.
도 1은 이러한 디스플레이어(3)의 하방에 설치된 기존의 거리 감지용 센서 장치를 나타내는 단면도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 기존의 거리 감지용 센서 장치는, LCD나 OLED와 같은 디스플레이어(3)의 하방에 설치되는 것으로서, 거리 감지용 조사광(L1)을 발산할 수 있는 발광부(1)와, 상기 조사광(L1)에 의해 대상물(M)로부터 반사된 반사광(L2)을 수광할 수 있는 수광부(2) 및 상기 조사광(L1)과 상기 반사광(L2)의 세기 차이나 시간 차이나, TOF(time of flight) 등을 이용하여 상기 대상물(M)과의 거리를 측정하는 거리 측정부(4)를 포함할 수 있다.
예컨대, 상기 대상물(M)이 평면, 얼굴 등과 같이 단순한 형태를 갖는 경우의 대상물(M)의 거리 측정은 상기 조사광(L1)이 일정한 세기의 빛을 방사할 때, 상기 반사광(L2)량은 상기 대상물(M)과 발광부(1)와의 거리의 함수이며, 일반적으로 대상물(M)과 발광부(1)과의 거리가 짧을수록 반사광(L2)는 강한 특성을 보이며, 이로부터 대상물(M)의 거리를 추정할 수 있다. 이보다 복잡한 형태를 갖는 대상물(M)의 거리 측정은 발광부(1)을 특정 시간에 조사하고 대상물에서 반사되는 반사광(L1)의 시간에 따른 변화를 측정하여 발광부(1)과 대상물(M), 수광부(3)사이의 거리를 측정하는 ToF(Time of flight) 방법 등이 있다.
여기서 상기 발광부(1)는 예컨대, 850 나노미터 또는 940 나노미터의 상기 조사광(L1)을 발생시키는 LED 등이 적용될 수 있고, 상기 수광부(2)는 상기 대상물(M)로부터 반사된 반사광(L2)를 수광할 수 있는 포토다이오드 등이 적용될 수 있다.
여기서, 일반적으로 TFT thin silicon film 등이 적용된 상기 디스플레이어(3)는, 활성층(A)을 구동시키는 적어도 하나의 소스(S)(source), 드레인(D)(drain) 및 게이트(G)(gate)를 포함하는 트랜지스터(T) 부분을 포함할 수 있다.
그러나, 이러한 상기 LED로부터 발생된 상기 조사광(L1) 또는 상기 대상물(M)로부터 반사된 간섭광(L3)은 상기 활성층(A)을 활성화시키는 상기 게이트(G) 및 활성층(A)에 흡수되어 광전효과, 즉 포토 컨덕티브 이펙트(photo conductive effect) 현상에 의해 상기 활성층(A)을 간헐적으로 여기시키고 상기 디스플레이어(3)의 온(On) 또는 오프(Off) 상태에서 상기 조사광(L1)의 온(On) 또는 오프(off)에 따라 화면이 깜박거리는 플릭커(flicker) 현상이 발생되는 문제점이 있었다.
따라서 기존의 거리 감지용 센서는 LCD나 OLED가 완전히 꺼진 상태에서 동작하거나, 거리 감지용 센서가 부착된 부분에 LCD나 OLED와 겹치지 않는 테두리 부분(베젤, bezel)에 설치되었다. 그러므로, 이러한 불필요한 베젤 영역으로 인하여 공간 활용도가 떨어지는 등의 문제점이 있었다.
또한, 기존 거리 감지용 센서의 다른 하나인 거리 이미지 센서는 하나의 상기 발광부(1)와 다수의 픽셀을 갖는 상기 수광부(2), 거리측정부(4)로 구성되며, LCD나 OLED의 하부에 설치될 경우에도 플리커(flicker)를 발생시키므로 이러한 문제점들을 여전히 해소할 수 없었다.
본 발명은 베젤 영역이 불필요하여 공간활용도가 높고, 화면의 하부에 설치되더라도 화면의 플랙커 현상을 방지할 수 있는 거리 감지용 센서 장치 및 디스플레이 장치를 제공하고자 한다. 그러나, 이러한 과제는 예시적인 것으로, 이에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 사상에 따른 거리 감지용 센서 장치는, 거리 감지용 조사광을 발산할 수 있는 발광부; 상기 조사광에 의해 대상물로부터 반사된 반사광을 수광할 수 있는 수광부; 및 상기 발광부의 발광 경로에 설치되고, 상기 조사광 또는 상기 대상물로부터 반사된 간섭광이 디스플레이어의 트랜지스터 부분과 간섭되지 않도록 비간섭 대역대 파장만 통과시키는 제 1 밴드 패스 필터;를 포함할 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 상기 비간섭 대역대 파장은, 1.2 마이크로미터 내지 1.55 마이크로미터일 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 상기 제 1 밴드 패스 필터는, 적어도 실리콘(silicon) 필터, 밴드 패스 필터 온 글라스(Band pass filter On Glass), 실리콘 온 글라스(Silicon On Glass) 및 이들의 조합들 중 어느 하나 이상을 선택하여 이루어질 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 거리 감지용 센서 장치는, 상기 수광부의 수광 경로에 설치되고, 상기 비간섭 대역대 파장만 수광할 수 있도록 상기 비간섭 대역대 파장만 통과시키는 제 2 밴드 패스 필터;를 더 포함할 수 있다.
한편, 상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 사상에 따른 디스플레이 장치는, 적어도 하나의 트랜지스터 부분이 형성된 디스플레이어; 및 상기 디스플레이어의 하방에 설치되는 거리 감지용 센서 장치;를 포함하고, 상기 거리 감지용 센서는, 거리 감지용 조사광을 발산할 수 있는 발광부; 상기 조사광에 의해 대상물로부터 반사된 반사광을 수광할 수 있는 수광부; 상기 조사광과 상기 반사광의 세기 비 또는 상기 조사광과 상기 반사광의 TOF(time of flight)를 이용하여 상기 대상물과의 거리를 측정하는 거리 측정부; 및 상기 발광부의 발광 경로에 설치되고, 상기 조사광 또는 상기 대상물로부터 반사된 간섭광이 상기 디스플레이어의 상기 트랜지스터 부분과 간섭되지 않도록 비간섭 대역대 파장만 통과시키는 제 1 밴드 패스 필터;를 포함할 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 상기 디스플레이어는, LCD 디스플레이어 또는 OLED 디스플레이어이고, 상기 트랜지스터는, 상기 디스플레이어의 활성층(Active)을 구동시키는 적어도 하나의 소스(source), 드레인(drain) 및 게이트(gate)를 포함할 수 있다.
상기한 바와 같이 이루어진 본 발명의 일 실시예에 따르면, 제 1 밴드 패스 필터 또는 제 2 밴드 패스 필터를 이용하여 플릭커 현상 등 간섭광에 의한 디스플레이어의 오동작을 방지할 수 있는 거리 감지용 센서 장치 및 디스플레이 장치를 구현할 수 있다. 물론 이러한 효과에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.
도 1은 기존의 거리 감지용 센서 장치를 나타내는 단면도이다.
도 2는 본 발명의 일부 실시예들에 따른 거리 감지용 센서 장치 및 디스플레이 장치를 나타내는 단면도이다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명하면 다음과 같다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있는 것으로, 이하의 실시예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 또한 설명의 편의를 위하여 도면에서는 구성 요소들이 그 크기가 과장 또는 축소될 수 있다.
도 2는 본 발명의 일부 실시예들에 따른 거리 감지용 센서 장치(100) 및 디스플레이 장치(1000)를 나타내는 단면도이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일부 실시예들에 따른 거리 감지용 센서 장치(100)는, 크게 발광부(10)와, 수광부(20)와, 제 1 밴드 패스 필터(F1) 및 제 2 밴드 패스 필터(F2)를 포함할 수 있다.
예컨대, 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 발광부(10)는, 거리 감지용 조사광(L1)을 발산할 수 있는 장치로서, 일반적인 광을 발생시킬 수 있는 LED가 적용될 수 있다. 그러나, 상기 발광부(10)는 이에 반드시 국한되지 않고, 다양한 파장 대역의 광을 발생시키는 다양한 형태의 발광 소자들이 모두 적용될 수 있다.
또한, 예컨대, 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 수광부(20)는, 상기 조사광(L1)에 의해 대상물(M)로부터 반사된 반사광(L2)을 수광할 수 있는 장치로서, 다양한 형태의 포토 다이오드, 써모파일, Pyroelectric 소자, photoductor 등이 적용될 수 있다.
또한, 예컨대, 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 제 1 밴드 패스 필터는, 상기 발광부(10)의 발광 경로에 설치되고, 상기 조사광(L1) 또는 상기 대상물(M)로부터 반사된 간섭광(L3)이 디스플레이어(30)의 트랜지스터(T) 부분과 간섭되지 않도록 비간섭 대역대 파장만 통과시키는 필터일 수 있다.
예를 들면, 상기 제 1 밴드 패스 필터(F1)의 비간섭 대역대 파장은, 근적외선 대역 파장으로서, 후술될 디스플레이어(30)의 활성층(A)을 활성화시키는 게이트(G) 및 활성층(A)와 간섭될 수 있는 단파장 대역대의 파장을 배제한 비간섭 대역대의 파장일 수 있다.
더욱 구체적으로 예를 들면, 상기 비간섭 대역대 파장은, 1.1 마이크로미터 내지 1.55 마이크로미터일 수 있다. LCD나 OLED에서 화소의 발광을 조절하기 위하여 사용되는 TFT는 Poly-silicon을 사용하여 Active area(A)가 형성된다. 또한 poly-silicon은 1.1 마이크로 미터 이하의 파장을 갖는 빛에 반응하며, 1.1 마이크로 미터 이상의 빛에서는 반응하지 않는다.
따라서, 이러한 근적외선에서 비간섭 대역(1.2um ~ 1.55um)대 파장은, 상기 디스플레이어(30)의 상기 트랜지터(T) 부분의 상기 게이트(G) 및 활성층(A)에 흡수되지 않고 그대로 통과하기 때문에 상기 게이트(G)에 의해 활성화되는 상기 활성층(Active area, A)에 영향을 주지 않아서 화면 온/오프 등 모든 경우에도 센서의 동작 중 화면이 깜박거리는 플랙커 현상 등의 오동작을 사전에 방지할 수 있다.
이러한, 상기 제 1 밴드 패스 필터(F1)는, 실리콘(silicon) 필터 또는 밴드 패스 필터 온 글라스(Band pass filter On Glass), 실리콘 온 글라스(silicon on glass) 필터일 수 있다.
이러한 상기 제 1 밴드 패스 필터(F1)는 재질의 특성이나 적층 특성이나 제조 방법 등에 따라서 통과시킬 수 있는 파장의 대역대를 조정할 수 있는 것으로서, 이러한 필터 제조 방법은 이미 공지되어 널리 사용되고 있다. 따라서, 상세한 설명은 생략하기로 한다.
또한, 예컨대, 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 제 2 밴드 패스 필터(F2)는, 상기 수광부(20)의 수광 경로에 설치되고, 상기 비간섭 대역대 파장만 수광할 수 있도록 상기 비간섭 대역대 파장만 통과시키는 필터일 수 있다.
여기서, 상기 제 2 밴드 패스 필터(F2)는, 상기 대상물(M)로부터 반사된 반사광(L2) 중에서 상기 비간섭 대역대 파장만 수광할 수 있도록 상기 비간섭 대역대 파장만 통과시키는 필터일 수 있다.
예를 들면, 상기 제 2 밴드 패스 필터(F2)의 비간섭 대역대 파장은, 비간섭 대역대 파장으로서, 상기 제 1 밴드 패스 필터(F1)를 통과한 상기 조사광(L1) 또는 상기 대상물(M)로부터 반사된 상기 반사광(L2)들 중 후술될 디스플레이어(30)의 활성층(A)을 활성화시키는 단파장 대역대의 파장을 배제한 비간섭 대역대의 파장일 수 있다.
또한, 센서의 피사체가 피부나 머리카락등 과 같은 물체일 경우 표면 반사율이 높을 것을 요구되어 지는데, 피부 반사율은 1.5 마이크로미터 이상에서는 급격히 감소하므로 이 이하의 파장대의 빛이 근접센서의 용도로 선택하는 것이 바람직하다.
더욱 구체적으로 예를 들면, 상기 비간섭 대역대 파장은, 1.2 마이크로미터 내지 1.55 마이크로미터일 수 있다.
따라서, 상기 수광부(20)는 이러한 특정 대역대 파장만 수광할 수 있기 때문에 다른 파장 대역의 광들을 제외하여 보다 정확한 거리 측정이 가능하다.
이러한, 상기 제 2 밴드 패스 필터(F2)는, 실리콘(silicon) 필터 또는 밴드 패스 필터 온 글라스(Band pass filter On Glass), 실리콘 온 글라스(silicon on glass) 필터일 수 있다.
이러한 상기 제 2 밴드 패스 필터(F2)는 재질의 특성이나 적층 특성이나 제조 방법 등에 따라서 통과시킬 수 있는 파장의 대역대를 조정할 수 있는 것으로서, 이러한 필터 제조 방법은 이미 공지되어 널리 사용되고 있다. 따라서, 상세한 설명은 생략하기로 한다.
또한, 이러한 상기 제 2 밴드 패스 필터(F2)는 상기 제 1 밴드 패스 필터(F1)와 실질적으로 동일할 수 있다. 그러나, 이에 반드시 국한되지 않고, 예컨대, 플릭커 현상을 줄일 수 있도록 상기 제 1 밴드 패스 필터(F1)의 파장 대역은 상대적으로 좁게 형성하고, 대신 상기 제 2 밴드 패스 필터(F2)의 파장 대역은 상대적으로 넓게 형성하여 센싱 영역을 넓히거나, 상기 제 2 밴드 패스 필터(F2)를 생략하는 것도 가능하다.
그러므로, 이러한 상기 제 1 밴드 패스 필터(F1) 또는 상기 제 2 밴드 패스 필터(F2)를 이용하여 플릭커 현상 등 간섭광에 의한 상기 디스플레이어(30)의 오동작을 방지할 수 있고, 상기 제 2 밴드 패스 필터(F2)를 이용하여 간섭광이 배제된 반사광을 이용하여 보다 정밀한 거리 측정이 가능하다.
한편, 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일부 실시예들에 따른 디스플레이 장치(1000)는, 적어도 하나의 트랜지스터(T) 부분이 형성된 디스플레이어(30) 및 상기 디스플레이어(30)의 하방에 설치되는 거리 감지용 센서 장치(100)를 포함할 수 있다.
여기서, 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 디스플레이어(30)는, 상기 디스플레이어(30)는, LCD 디스플레이어 또는 OLED 디스플레이어이고, 상기 트랜지스터(T)는, 상기 디스플레이어(30)의 활성층(A)을 구동시키는 적어도 하나의 소스(S)(source), 드레인(D)(drain) 및 게이트(G)(gate)를 포함할 수 있다.
또한, 상기 거리 감지용 센서(100)는, 거리 감지용 조사광(L1)을 발산할 수 있는 발광부(10)와, 상기 조사광(L1)에 의해 대상물(M)로부터 반사된 반사광(L2)을 수광할 수 있는 수광부(20)와, 상기 조사광(L1)과 상기 반사광(L2)의 세기 비(세기 변화) 또는 상기 조사광(L1)과 상기 반사광(L2)의 TOF(time of flight)를 이용하여 상기 대상물(M)과의 거리를 측정하는 거리 측정부(40)와, 상기 발광부(10)의 발광 경로에 설치되고, 상기 조사광(L1) 또는 상기 대상물(M)로부터 반사된 간섭광(L3)이 상기 디스플레이어(30)의 상기 트랜지스터(T) 부분과 간섭되지 않도록 비간섭 대역대 파장만 통과시키는 제 1 밴드 패스 필터(F1) 및 상기 수광부(20)의 수광 경로에 설치되고, 상기 비간섭 대역대 파장만 수광할 수 있도록 상기 비간섭 대역대 파장만 통과시키는 제 2 밴드 패스 필터(F2)를 포함할 수 있다.
여기서, 상기 거리 감지용 센서 장치(100)는, 상술된 본 발명의 일부 실시예들에 따른 상기 거리 감지용 센서 장치와 그 구성과 역할을 동일할 수 있다. 따라서, 상세한 설명은 생략한다.
또한, 상기 거리 측정부(40)는, 조사광(L1)과 반사광(L2)의 세기 비율이 대상물(M)과의 거리의 함수로 나타나는 특성을 이용하여 거리를 측정하는 방식이거나, 빛의 속도를 고려하여 상기 조사광(L1)의 출광 시점과 상기 반사광(L2)의 수광 시점 간의 시간 차이를 측정하여 TOF를 산출하고, 상기 TOF를 거리로 환산하여 상기 대상물(M)과의 거리를 산출할 수 있다. 이러한 거리 측정 방식은 이미 공지되어 널리 사용되고 있다. 따라서, 상세한 설명은 생략한다.
따라서, 이러한 근적외선 장파장 비간섭 대역대 파장을 이용하여, 상기 간섭광(L3)이 상기 디스플레이어(30)의 상기 트랜지터(T) 부분의 상기 활성층(A)에 흡수되지 않고 그대로 통과하기 때문에 상기 게이트(G)에 의해 활성화되는 상기 활성층(A)에 영향을 주지 않아서 화면 온오프시 센서 동작에 의하여 화면이 깜박거리는 플랙커 현상 등의 오동작을 사전에 방지할 수 있다.
아울러, 상기 제 2 밴드 패스 필터(F2)를 이용하여 간섭광이 배제된 반사광을 이용하여 보다 정밀한 거리 측정이 가능하다.
한편, 본 발명의 거리 측정용 센서(100)는 도면에 반드시 국한되지 않고, 거리 이미지 센서 등 다양한 센서가 모두 적용될 수 있다.
본 발명은 도면에 도시된 일 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.
M: 대상물
1, 10: 발광부
2, 20: 수광부
3, 30: 디스플레이어
4, 40: 거리 측정부
L1: 조사광
L2: 반사광
L3: 간섭광
T: 트랜지스터
S: 소스
D: 드레인
G: 게이트
A: 활성층
F1: 제 1 밴드 패스 필터
F2: 제 2 밴드 패스 필터
100: 거리 감지용 센서 장치
1000: 디스플레이 장치

Claims (6)

  1. 거리 감지용 조사광을 발산할 수 있는 발광부;
    상기 조사광에 의해 대상물로부터 반사된 반사광을 수광할 수 있는 수광부;
    상기 조사광과 상기 반사광의 세기 비 또는 상기 조사광과 상기 반사광의 TOF(time of flight)를 이용하여 상기 대상물과의 거리를 측정하는 거리 측정부; 및
    상기 발광부의 발광 경로에 설치되고, 상기 조사광 또는 상기 대상물로부터 반사된 간섭광이 디스플레이어의 트랜지스터 부분과 간섭되지 않도록 비간섭 대역대 파장만 통과시키는 제 1 밴드 패스 필터;
    를 포함하는, 거리 감지용 센서 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 비간섭 대역대 파장은, 1.2 마이크로미터 내지 1.55 마이크로미터인, 거리 감지용 센서 장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 밴드 패스 필터는, 적어도 실리콘(silicon) 필터, 밴드 패스 필터 온 글라스(Band pass filter On Glass), 실리콘 온 글라스(Silicon On Glass) 및 이들의 조합들 중 어느 하나 이상을 선택하여 이루어지는, 거리 감지용 센서 장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 수광부의 수광 경로에 설치되고, 상기 비간섭 대역대 파장만 수광할 수 있도록 상기 비간섭 대역대 파장만 통과시키는 제 2 밴드 패스 필터;
    를 더 포함하는, 거리 감지용 센서 장치.
  5. 적어도 하나의 트랜지스터 부분이 형성된 디스플레이어; 및
    상기 디스플레이어의 하방에 설치되는 거리 감지용 센서 장치;를 포함하고,
    상기 거리 감지용 센서는,
    거리 감지용 조사광을 발산할 수 있는 발광부;
    상기 조사광에 의해 대상물로부터 반사된 반사광을 수광할 수 있는 수광부;
    상기 조사광과 상기 반사광의 세기 비 또는 상기 조사광과 상기 반사광의 TOF(time of flight)를 이용하여 상기 대상물과의 거리를 측정하는 거리 측정부; 및
    상기 발광부의 발광 경로에 설치되고, 상기 조사광 또는 상기 대상물로부터 반사된 간섭광이 상기 디스플레이어의 상기 트랜지스터 부분과 간섭되지 않도록 비간섭 대역대 파장만 통과시키는 제 1 밴드 패스 필터;
    를 포함하는, 디스플레이 장치.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 디스플레이어는, LCD 디스플레이어 또는 OLED 디스플레이어이고,
    상기 트랜지스터는, 상기 디스플레이어의 활성층(Active)을 구동시키는 적어도 하나의 소스(source), 드레인(drain) 및 게이트(gate)를 포함하는, 디스플레이 장치.
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