KR101210474B1 - 정전기에 강한 센서어레이 - Google Patents

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허지호
김효준
홍봉엽
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Abstract

본 발명에 따른 정전기에 강한 센서어레이는 정전기 방지배선이 화소회로의 상부면을 덮어서 정전기를 차단하는 구조로 구성하여, 순간적으로 고전압의 정전기가 발생할 경우, 정전기 방지배선을 통해 유도된 정전기가 방전되므로, 하부의 화소회로는 정전기로부터 효과적으로 보호할 수 있다.

Description

정전기에 강한 센서어레이{INTENSIFIED SENSOR ARRAY FOR STATIC ELECTRICITY}
본 발명은 정전기에 강한 센서어레이에 관한 것으로, 보다 상세하게는 화소회로의 상부에 정전기 방지배선을 형성하여 화소 회로를 구성하는 트랜지스터나 신호배선들이 정전기로 인해 손상을 입거나 기능이 저하되는 것을 방지하는 정전기에 강한 센서어레이에 관한 것이다.
일반적으로 센서어레이, 특히 정전용량 지문센서 어레이의 경우, 지문이 화소전극(감지전극)위의 보호막에 닿으면 지문요철에 따라 정전용량의 차이가 발생하고, 그 차이를 화소회로에서 검출하여 지문을 인식한다.
지문센서 어레이는 손가락이 화소전극(감지전극)위의 보호막에 닿으면, 사람의 신체에 충전된 정전기가 화소전극(감지전극)으로 방전되고, 그 정전기로 인해 순간적으로 화소회로가 손상되거나 기능이 저하되는 문제가 발생할 수 있다.
이를 해결하기 위하여 종래에는 화소전극을 보호하기 위해 정전기 방지배선을 화소전극보다 높게 위치시키는 방법을 사용하였으나, 하부의 화소회로가 정전기로 인해 파괴되거나 트랜지스터의 동작특성이 저하되는 문제가 있었다.
종래의 센서어레이의 구조는 도 1, 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이 기판(110), 화소회로(120), 화소전극(감지전극)(130), 보호층(140)으로 이루어진다. 일반적으로 화소회로(120)는 트랜지스터로 구성이 되고 그 상단에는 화소전극(감지전극)(130)이 있어서, 신호(정전용량차이)를 화소회로(120)로 전달한다. 이와 같은 구조에서는 화소전극(130) 하부에 있는 신호 배선이나 화소회로(120)는 정전기 방지배선(150)으로부터 보호받는 효과가 적고, 정전기에 의해 손상될 확률이 높다.
또한, 종래의 센서어레이 구조에서는 정전기 방지를 위해 정전기 방지배선(150)을 높게 위치시켜야 하고, 이를 위해서 정전기 방지배선(150)은 화소전극(130)과는 높이가 다른 새로운 구조물로 형성 되어야 하므로 제작공정비용이 더 소모되는 단점이 있었다.
본 발명은 정전기 방지배선이 화소회로의 상부면을 덮어서 정전기를 막아주는 구조의 센서 어레이를 구성하여, 순간적으로 고전압의 정전기가 발생할 경우에 정전기 방지배선을 통해 유도된 정전기가 방전 되도록하여 하부의 화소회로와 신호배선들을 정전기로부터 효과적으로 보호하고자 한다.
본 발명의 일실시예에 따른 정전기에 강한 센서어레이는 기판; 상기 기판상에 적층되며 화소회로를 포함하는 절연층; 상기 화소회로에 접속되는 화소전극;을 포함하되, 상기 화소회로와 화소전극은 상호 오버랩되지 않도록 배치된다.
본 발명의 또 다른 일실시예에 따르면 상기 센서어레이는 상기 화소회로의 상부에 배치되어 정전기를 유도하여 방전하는 정전기 방지배선;을 더 포함할 수 있다.
본 발명의 또 다른 일실시예에 따르면 상기 화소전극은 상기 정전기 방지배선과 전기적으로 분리되도록 이격 배치될 수 있다.
본 발명의 또 다른 일실시예에 따르면 상기 화소전극은 상기 절연층의 상부 평면상에 배치될 수 있다.
본 발명의 또 다른 일실시예에 따르면 상기 화소전극은 상기 절연층에 매립구조로 배치될 수 있다.
본 발명의 또 다른 일실시예에 따르면 상기 화소전극은 상기 화소회로와 절연층 내에 동일 수평면 상에 배치될 수 있다.
본 발명의 또 다른 일실시예에 따르면 상기 화소회로는 박막트랜지스터로 이루어질 수 있다.
본 발명의 또 다른 일실시예에 따르면 상기 박막트랜지스터의 활성층은 비정질실리콘, 다결정실리콘, 산화물반도체 중 어느 하나로 이루어질 수 있다.
본 발명의 또 다른 일실시예에 따르면 상기 정전기 방지배선은 상기 절연층의 상부 평면상에 배치될 수 있다.
본 발명의 또 다른 일실시예에 따르면 상기 정전기 방지배선은 상기 화소회로와 오버랩되어 대응되는 위치에 배치될 수 있다.
본 발명의 또 다른 일실시예에 따르면 상기 정전기 방지배선의 전위는 일정하게 고정될 수 있다.
본 발명의 또 다른 일실시예에 따르면 상기 정전기 방지배선은 어레이로 구성되는 화소전극의 측면을 일정 간격을 두고 둘러싸는 형태의 격자로 형성될 수 있다.
상기 정전기 방지배선은 금속, 금속산화물 또는 전도성유기물 중 어느 하나로 이루어질 수 있다.
본 발명의 또 다른 일실시예에 따르면 상기 센서어레이는 상기 정전기 방지 배선의 상부에 적층되는 보호층을 더 포함하여 구성될 수 있다.
본 발명의 또 다른 일실시예에 따르면 상기 정전기 방지배선은 상기 보호층의 높이 이하로 형성될 수 있다.
본 발명의 또 다른 일실시예에 따르면 상기 보호층은 상기 정전기 방지배선이 노출되도록 패터닝 될 수 있다.
본 발명의 또 다른 일실시예에 따르면 상기 기판은 절연기판 또는 금속기판에 절연막을 코팅한 기판일 수 있다.
본 발명의 또 다른 일실시예에 따르면 상기 보호층은 0.2 ㎛ 내지 10 ㎛ 범위의 두께로 구성될 수 있다.
본 발명에 따르면 화소전극이 화소회로나 신호배선을 덮지 않게 배치하고, 정전기 방지배선이 화소회로와 신호배선의 상부면을 덮어서 정전기를 막아주는 구조의 정전기에 강한 센서 어레이를 구성하여, 순간적으로 고전압의 정전기가 발생할 경우, 정전기 방지배선을 통해 유도된 정전기가 방전되므로, 하부의 화소회로는 정전기로부터 효과적으로 보호할 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면 높이가 상이하게 정전기 방지배선을 형성할 필요가 없고 박막트랜지스터 기판상에 추가적인 구조물없이 이미 사용된 금속층을 이용하여 정전기 방지배선을 형성할 수 있으므로 제작 공정단가를 줄일 수 있다.
도 1, 도 2 및 도 3은 종래 기술에 따른 센서어레이를 도시한 도면이다.
도 4, 도 5, 및 도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 정전기에 강한 센서어레이의 단면도이다.
도 7 및 도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 정전기에 강한 센서어레이의 평면도이다.
이하에서, 본 발명에 따른 실시예들을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 그러나, 본 발명이 실시예들에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 각 도면에 제시된 동일한 참조 부호는 동일한 부재를 나타낸다.
도 4, 도 5, 및 도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 정전기에 강한 센서어레이의 단면도로서, 도 4는 정전기 방지배선이 화소 전극과 동일한 평면에 위치하도록 구성된 정전기에 강한 센서어레이를 도시한 도면이다.
본 발명은 기판과 상기 기판상에 적층되며 화소회로를 포함하는 절연층, 그리고 상기 화소회로에 접속되는 화소전극을 포함하되, 상기 화소회로와 화소전극은 상호 오버랩되지 않도록 배치되고 정전기 방지배선이 화소회로와 신호배선을 오버랩하여, 정전기에 강한 성능을 구비하도록 하는 센서어레이를 제공하는 것을 요지로 한다.
이상의 요지를 도시된 도면을 통해 설명하면, 도 4에 도시된 바와 같이 본 발명의 일실시예에 따른 정전기에 강한 센서어레이는 기판(210), 화소회로(220), 화소전극(230), 보호층(240), 정전기 방지 배선(250) 및 절연층(260)을 포함하여 구성된다. 특히, 이 경우 상기 화소회로와 화소전극은 상호 오버랩(overlap)되지 않도록 배치되는 것이 바람직하며, 정전기 방지 배선은 화소회로와 오버랩 (overlap)되도록 배치되는 것이 바람직하다. 본 발명에서 오버랩이란 수직방향에서 바라보는 경우 평면상의 배치가 상호 겹치지 않는 배치 구조를 포괄하는 것으로 정의한다. 즉 도 4의 배치와 같이 화소회로(220)과 화소전극(230)은 수직방향으로 상호 겹치는 부분이 없도록 배치되어 있는바, 오버랩되지 않는 구도를 구비하는 것이다. 물론, 본 발명의 바람직한 실시예에서 오버랩의 정의는 상호 겹쳐지는 배치구도를 정의하는 것이나, 각 구성의 평면 배치가 측면이나 말단면에서 전면적으로 상호 오버랩되지 않고 일부만 오버랩되는 구조도 본 발명의 요지에 포함되는 오버랩되지 않는다는 정의에 포함되는 것으로 정의한다.
본 발명에 따른, 상기 기판(210) 상에는 화소회로(220)가 형성되고, 화소회로(220)의 상부에는 절연층(260)을 형성하며, 그 상부에는 정전기 방지배선(250)을 형성하는 구조로 배치될 수 있다. 물론, 본 배치구도는 하나의 실시예이며 화소회로와 화소전극이 오버랩되지 않는 배치구조와 정전기 방지 배선은 화소회로와 오버랩 (overlap)되도록 배치되는 구조를 갖는 다양한 변형실시예는 본 발명의 요지에 포함되는 것은 자명하다 할 것이다.
이와 같은 기판(210)은 절연기판이나 금속기판에 절연막을 코팅하여 구성되며, 기판(210) 상에는 박막트랜지스터로 이루어진 화소회로(220)가 형성된다. 이때, 박막트랜지스터의 활성층은 비정질실리콘, 다결정실리콘, 또는 산화물 반도체로 이루어질 수 있다.
상기 화소전극(230)은 화소회로(220)에 접속되어 있으며, 또한 화소전극(230)은 어레이 구조로서 기판(210) 상에 형성된다.
상기 정전기 방지배선(250)은 상기 화소전극(230)으로부터 전기적으로 분리되어 있다. 이와 같이 정전기 방지배선(250)이 화소전극(230)과 전기적으로 분리됨으로 인하여, 발생하는 정전기가 정전기 방지배선(250)으로 유도되고 화소전극(230)은 정전기로부터 보호받을 수 있다.
즉, 도 4에 도시된 실시예에 따르면 상기 화소전극(230)은 화소회로(220)와 신호배선(270, 280)을 덮지 않는 위치상에 배치되며, 정전기 방지배선(250)은 절연층(260)을 사이에 두고, 화소회로(220)의 상부 평면을 덮는 구조로 배치될 수 있다. 따라서, 정전기는 정전기 방지배선(250)으로 유도되므로 화소회로(220)와 신호배선(270, 280)은 정전기로부터 보호받을 수 있게 된다.
보다 상세하게 설명하면, 사용자로부터 터치가 실행되면 그로 인해 발생하는 정전기가 정전기 배선(250)으로 유도되고 상기 정전기 방지배선(250)의 하부에 위치하는 화소회로(220)는 상기 정전기 배선(250)으로 정전기가 유도됨에 따라 상기 발생된 정전기로부터 영향을 받지 않도록 기능하게 되는 것이다.
이와 같은 정전기 방지배선(250)과 화소전극(230)은 동일한 평면 내에 위치하도록 형성될 수 있다. 아울러, 이와 같은 정전기 방지배선(250)은 금속, 금속산화물 또는 전도성유기물로 구성될 수 있다.
한편, 보호층(240)은 정전기 방지배선(250)과 화소전극(230)의 상부에 형성되어 정전기 방지배선(250)과 화소전극(230)을 보호하도록 구성된다. 이 경우, 상기 보호층은 0.2 마이크로미터에서 10 마이크로미터 사이의 두께를 가지는 유기막 혹은 무기막으로 구성할 수 있다. 보호층의 두께가 0.2 마이크로미터 이하일 경우에는 정전기 방지 효과가 떨어지며, 10 마이크로미터 이상일 경우에는 정전기 방지 효과는 커지나 화소전극 (감지전극)과 지문의 거리가 멀어지고 기생용량이 증가하여 센싱 감도가 떨어지는 문제가 발생할 수 있으므로, 보호층은 두가지 조건을 만족하는 적정 두께인 0.2 마이크로미터에서 10 마이크로미터 사이의 두께로 구성하는 것이 바람직할 것이다.
이하에서는 도 4에서 설명한 본 발명에 따른 센서어레이의 다른 실시예를 도시한 것이다.
도시된 도 5를 참조하면, 도 5는 정전기 방지배선이 화소전극보다 상부의 평면에 위치하도록 구성된 정전기에 강한 센서어레이를 도시한 도면이다.
도 5에 도시된 바와 같이 도 4의 실시예와 동일하게 기판(210), 화소회로(220), 화소전극(230), 보호층(240), 정전기 방지 배선(250) 및 절연층(260)을 포함하여 구성한다. 이 경우 특히, 화소전극(230)과 화소회로(220)는 상호 오버랩되지 않는 배치구조를 갖도록 절연층에 매립구조로 배치함이 더욱 바람직하다.
즉, 기판(210) 상에는 박막트랜지스터로 이루어진 화소회로(220)가 형성되고, 화소전극(230)은 화소회로(220)에 접속되어 있으며, 정전기 방지배선(250) 화소전극(230)으로부터 전기적으로 분리되어 있다.
또한, 정전기 방지배선(250)은 절연층(260)을 사이에 두고, 화소회로(220)의 상부 평면을 덮도록 배치되어 정전기가 정전기 방지배선(250)으로 유도되고 화소전극(230)은 정전기로부터 보호받도록 할 수 있다.
또한, 도 5에 도시된 실시예에서는, 화소전극(230)이 화소회로(220)와 동일한 평면상에 존재하도록 구성할 수 있다.
즉, 정전기 방지배선(250)이 화소회로(220)와 신호배선의 상부를 덮는 구조로 구성하되, 화소전극(230)이 정전기 방지배선(250)과 동일한 평면이 아닌 상기 화소회로(220)가 위치하는 동일한 평면 상에 위치하도록 구성한다. 따라서, 정전기 방지배선(250)은 화소전극(230) 보다 상부의 평면에 위치하도록 구성한다.
따라서, 도 5에 도시된 실시예에 따르면 정전기 방지배선(250)이 화소회로(220) 및 화소전극(230) 보다 상대적으로 높은 상부에 위치하므로 정전기가 정전기 방지배선(250)으로 더욱 효과적으로 유도되어 화소회로(220) 및 화소전극(230)으로 전달되지 않는다.
도 6은 본 발명에 따른 다른 실시예의 구성을 도시한 것이다.
본 실시예에서는 보호층을 절연층 상에 형성함에 있어서, 보호층을 패터닝한 구조로 구현하는 것을 특징으로 한다.
즉, 상기 정전기 방지배선(250)이 화소 전극(230)보다 상부의 평면에 위치하도록 구성하고, 상기 정전기 방지배선의 상부의 보호층(240)을 선택적으로 식각하여 구성한 정전기에 강한 센서어레이를 도시한 도면이다.
즉, 도 6의 실시예에서는 정전기 방지배선(250)의 상부에 보호층(240)을 형성하되, 상기 보호층(240)에서 정전기 방지배선(250)에 대응되는 보호층(240)의 상부를 식각하여 정전기 방지배선(250)이 노출되도록 패터닝할 수 있다. 이하에서는 이러한 보호층의 패턴을 '노출패턴'이라 정의한다.
이와 같은 노출패턴의 구성은, 상기 보호층(240)의 식각 시에는 정전기 방지배선(250)으로 정전기가 보다 용이하게 유도되도록 하기 위하여 그러므로, 사용자로부터의 터치에 의해 발생하는 정전기가 정전기 방지배선(250)으로 보다 용이하게 유도된다.
이와 같이, 정전기 방지배선(250)이 상기 식각된 부분을 통하여 상부에 노출되어, 사람의 손가락 접촉에 의해 발생하는 정전기가 정전기 방지배선(250) 측으로 보다 효과적으로 유도된다.
상술한 본 발명에 따른 상기 보호층은 0.2 ㎛ 내지 10 ㎛ 범위의 두께로 형성됨이 바람직하다.
도 7 및 도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 정전기에 강한 센서어레이의 평면도이다.
도 7에 도시된 바와 같이 상기 정전기 방지배선(250)은 어레이 전면에 걸쳐 격자의 형태로 구성되도록 할 수있다. 이와 같이 격자의 형태로 구성된 정전기 방지배선(250)은 신호 배선들(260, 270)과 트랜지스터들로 구성된 화소회로(220)의 상부를 덮는 구조로 구성된다.
이와 같이, 정전기 방지배선(250)이 신호 배선들(260, 270)과 화소회로(220)의 상부를 덮도록 배치되므로 정전기로부터 신호 배선들(260, 270) 또는 화소회로(220)로 효과적으로 보호할 수 있다.
또한, 도 8에 도시된 바와 같이 화소전극(230)의 주변으로 일정 간격(235)을 두고 둘러싸는 격자의 형태로 정전기 방지배선(250)을 배치도록 구성된다.
이와 같이 정전기 방지배선(250)은 화소전극(230)과 전기적으로 분리되도록 구성될 수 있다.
그러므로, 상기 정전기 방지배선(250)이 화소회로의 상부면을 덮어서 정전기를 막아주는 구조의 정전기에 강한 센서 어레이를 구성하여, 순간적으로 고전압의 정전기가 발생할 경우에도 정전기 방지배선(250)을 통해 유도된 정전기가 방전되므로 하부의 화소회로(220)가 정전기로부터 효과적으로 보호할 수 있게 된다.
이상과 같이 본 발명에서는 구체적인 구성 요소 등과 같은 특정 사항들과 한정된 실시예 및 도면에 의해 설명되었으나 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상적인 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 따라서, 본 발명의 사상은 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등하거나 등가적 변형이 있는 모든 것들은 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.
210: 기판
220: 화소회로
230: 화소전극
240: 보호층
250: 정전기 방지 배선
260: 절연층
270, 280: 신호배선

Claims (18)

  1. 기판;
    상기 기판상에 적층되며 화소회로를 포함하는 절연층;
    상기 화소회로에 접속되는 화소전극;을 포함하되,
    상기 화소회로와 화소전극은 상호 오버랩되지 않도록 배치되는 정전기에 강한 센서어레이.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 센서어레이는,
    상기 화소회로의 상부에 배치되어 정전기를 유도하여 방전하는 정전기 방지배선;을 더 포함하는 정전기에 강한 센서어레이.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 화소전극은,
    상기 정전기 방지배선과 전기적으로 분리되도록 이격 배치되는 정전기에 강한 센서어레이.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 화소전극은,
    상기 절연층의 상부 평면상에 배치되는 정전기에 강한 센서어레이.
  5. 청구항 3에 있어서,
    상기 화소전극은,
    상기 절연층에 매립구조로 배치되는 정전기에 강한 센서어레이.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 화소전극은,
    상기 화소회로와 절연층 내에 동일 수평면 상에 배치되는 정전기에 강한 센서어레이.
  7. 청구항 3에 있어서,
    상기 화소회로는,
    박막트랜지스터로 이루어지는 정전기에 강한 센서어레이.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 박막트랜지스터의 활성층은 비정질실리콘, 다결정실리콘, 산화물반도체 중 어느 하나로 이루어지는 정전기에 강한 센서어레이.
  9. 청구항 2에 있어서,
    상기 정전기 방지배선은,
    상기 절연층의 상부 평면상에 배치되는 정전기에 강한 센서어레이.
  10. 청구항 9에 있어서,
    상기 정전기 방지배선은,
    상기 화소회로와 오버랩되어 대응되는 위치에 배치되는 정전기에 강한 센서어레이.
  11. 청구항 9에 있어서,
    상기 정전기 방지배선의 전위는 일정하게 고정되는 정전기에 강한 센서어레이.
  12. 청구항 9에 있어서,
    상기 정전기 방지배선은,
    어레이로 구성되는 화소전극의 측면을 일정 간격을 두고 둘러싸는 형태의 격자로 형성되는 정전기에 강한 센서어레이.
  13. 청구항 9에 있어서,
    상기 정전기 방지배선은,
    금속, 금속산화물 또는 전도성유기물 중 어느 하나로 이루어지는 정전기에 강한 센서어레이.
  14. 청구항 2 내지 13 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 센서어레이는,
    상기 정전기 방지 배선의 상부에 적층되는 보호층을 더 포함하여 구성되는 정전기에 강한 센서어레이.
  15. 청구항 14에 있어서,
    상기 정전기 방지배선은,
    상기 보호층의 높이 이하로 형성되는 것을 특징으로 하는 정전기에 강한 센서어레이.
  16. 청구항 14에 있어서,
    상기 보호층은,
    상기 정전기 방지배선이 노출되도록 패터닝 되는 것을 특징으로 하는 정전기에 강한 센서어레이.
  17. 청구항 14에 있어서,
    상기 기판은,
    절연기판 또는 금속기판에 절연막을 코팅한 기판인 정전기에 강한 센서어레이.
  18. 청구항 15에 있어서,
    상기 보호층은 0.2 ㎛ 내지 10 ㎛ 범위의 두께로 구성되는 정전기에 강한 센서어레이.
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