KR101794656B1 - 센서 어레이 기판, 이를 포함하는 표시장치 및 이의 제조 방법 - Google Patents

센서 어레이 기판, 이를 포함하는 표시장치 및 이의 제조 방법 Download PDF

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KR101794656B1
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Abstract

센서 어레이 기판, 이를 포함하는 표시장치 및 이의 제조 방법이 제공된다. 본 발명의 일 실시예에 따른 센서 어레이 기판은, 기판과, 상기 기판 상의 게이트 배선 및 데이터 배선이 교차하여 정의되는 복수의 화소 영역 및 상기 복수의 화소 영역 상에 형성되는 복수의 제1 센서부 및 복수의 제2 센서부를 포함하고, 상기 복수의 제1 센서부는 적외선 파장대의 빛을 감지하고, 상기 복수의 제2 센서부는 가시광선 파장대의 빛을 감지하고, 상기 데이터 배선 방향으로 인접하여 배치된 2개의 제1 센서부는 제1 유닛을 이루고, 상기 데이터 배선 방향으로 인접하여 배치된 2개의 제2 센서부는 제2 유닛을 이루고, 상기 제1 유닛과 상기 제2 유닛이 상기 데이터 배선 방향 및 게이트 배선 방향으로 교대로 배치된다.

Description

센서 어레이 기판, 이를 포함하는 표시장치 및 이의 제조 방법{Sensor array substrate, display device comprising the same and method of manufacturing the same}
본 발명은 센서 어레이 기판, 이를 포함하는 표시장치 및 이의 제조 방법에 관한 것이다.
센서 어레이 기판을 포함하는 표시장치는 손가락이나 펜 등으로 터치하여 데이터를 입력할 수 있다.
센서 어레이 기판을 포함하는 표시장치는 그 동작 원리에 따라 저항막 방식, 정전 용량 결합 방식, 및 광센서 방식 등등이 있다.
먼저, 저항막 방식은 일정량 이상의 압력을 가하여 전극 간에 발생하는 접촉에 의해 구동하는 방식이고, 정전 용량 방식은 손가락을 접촉함으로써 발생하는 정전 용량의 변화를 이용하여 구동하는 방식이며, 광센서 방식은 반사된 빛을 감지하는 광센서를 통해 신호를 발생시켜 터치된 위치 정보를 얻는 방식이다.
본 발명은 센서 어레이 기판을 포함하는 표시장치의 주사 방식에 있어서, 하나의 센서 어레이 기판으로 순차 주사(Progressive Scan) 및 비월 주사(Interaced Scan) 방식 양자 모두에 사용될 수 있는 기술을 제공하기 위한 것이다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 센서의 배열 방식에 따라 순차 주사 및 비월 주사 방식에 모두 적용이 가능한 센서 어레이 기판을 제공하는 것이다.
본 발명이 해결하고자 하는 다른 과제는, 센서의 배열 방식에 따라 순차 주사 및 비월 주사 방식에 모두 적용이 가능한 표시장치를 제공하는 것이다.
본 발명이 해결하고자 하는 또 다른 과제는, 센서의 배열 방식에 따라 순차 주사 및 비월 주사 방식에 모두 적용이 가능한 센서 어레이 기판의 제조 방법을 제공하는 것이다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제들은 이상에서 언급한 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 해결하고자 하는 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 센서 어레이 기판은, 기판과, 상기 기판 상의 게이트 배선 및 데이터 배선이 교차하여 정의되는 복수의 화소 영역 및 상기 복수의 화소 영역 상에 형성되는 복수의 제1 센서부 및 복수의 제2 센서부를 포함하고, 상기 복수의 제1 센서부는 적외선 파장대의 빛을 감지하고, 상기 복수의 제2 센서부는 가시광선 파장대의 빛을 감지하고, 상기 데이터 배선 방향으로 인접하여 배치된 2개의 제1 센서부는 제1 유닛을 이루고, 상기 데이터 배선 방향으로 인접하여 배치된 2개의 제2 센서부는 제2 유닛을 이루고, 상기 제1 유닛과 상기 제2 유닛이 상기 데이터 배선 방향 및 게이트 배선 방향으로 교대로 배치된다.
상기 해결하고자 하는 다른 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 표시장치는, 기판과, 상기 기판 상의 게이트 배선과 데이터 배선이 교차하여 정의되는 복수의 화소 영역과, 상기 복수의 화소 영역에 형성되고, 적외선 파장대의 빛을 감지하는 제1 센서부와, 상기 제1 센서부와 다른 상기 복수의 화소 영역에 형성되고, 가시광선 파장대의 빛을 감지하는 제2 센서부를 포함하는 센서 어레이 기판과, 상기 센서 어레이 기판과 대향하고 화소 전극을 포함하는 표시 기판 및 상기 센서 어레이 기판과 상기 표시 기판 사이에 개재되는 액정층을 포함하되, 상기 데이터 배선 방향으로 인접하여 배치된 2개의 제1 센서부는 제1 유닛을 이루고, 상기 데이터 배선 방향으로 인접하여 배치된 2개의 제2 센서부는 제2 유닛을 이루고, 상기 제1 유닛과 상기 제2 유닛이 상기 데이터 배선 방향 및 게이트 배선 방향으로 교대로 배치된다.
상기 해결하고자 하는 또 다른 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 센서 어레이 기판의 제조 방법은, 기판 상에 게이트 배선과 데이터 배선을 교차시켜 복수의 화소 영역을 정의하는 단계와, 상기 복수의 화소 영역 상에 제1 센서부 및 제2 센서부를 형성하는 단계를 포함하되, 상기 제1 센서부는 적외선 파장대의 빛을 감지하고, 상기 제2 센서부는 가시광선 파장대의 빛을 감지하고, 상기 데이터 배선 방향으로 인접하여 배치된 2개의 제1 센서부는 제1 유닛을 이루고, 상기 데이터 배선 방향으로 인접하여 배치된 2개의 제2 센서부는 제2 유닛을 이루고, 상기 제1 유닛과 상기 제2 유닛이 상기 데이터 배선 방향 및 게이트 배선 방향으로 교대로 배치된다.
기타 실시예들의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 센서 어레이 기판의 단면도이다.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 제1 및 제2 센서부의 배치를 나타낸 도면이다.
도 3은 도 2의 배치를 간략하게 도시한 도면이다.
도 4 및 도 5는 도 2의 배치된 제1 및 제2 센서부가 각각 다른 주사 방식에 의해 구동되는 원리를 도시한 도면이다.
도 6은 본 발명의 제1 실시예에 따른 표시장치의 단면도이다.
도 7은 본 발명의 제1 실시예에 따른 센서 어레이 기판의 제조 방법의 순서도를 나타낸 것이다.
도 8 내지 도 14는 본 발명의 제1 실시예에 따른 센서 어레이 기판의 제조 방법의 공정 단계별 단면도를 나타낸 것이다.
도 15는 본 발명의 제2 실시예에 따른 센서 어레이 기판의 단면도이다.
도 16은 본 발명의 제2 실시예에 따른 표시장치의 단면도이다.
도 17은 본 발명의 제2 실시예에 따른 센서 어레이 기판의 제조 방법의 순서도를 나타낸 것이다.
도 18은 본 발명의 제2 실시예에 따른 센서 어레이 기판의 제조 방법의 공정 단계를 설명하기 위한 단면도이다.
도 19는 본 발명의 제3 실시예에 따른 센서 어레이 기판의 단면도이다.
도 20은 본 발명의 제3 실시예에 따른 표시장치의 단면도이다.
도 21은 본 발명의 제3 실시예에 따른 센서 어레이 기판의 제조 방법의 순서도를 나타낸 것이다.
도 22는 본 발명의 제3 실시예에 따른 센서 어레이 기판의 제조 방법의 공정 단계를 설명하기 위한 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. 도면에서 층 및 영역들의 크기 및 상대적인 크기는 설명의 명료성을 위해 과장된 것일 수 있다.
소자(elements) 또는 층이 다른 소자 또는 층의 "위(on)" 또는 "상(on)"으로 지칭되는 것은 다른 소자 또는 층의 바로 위뿐만 아니라 중간에 다른 층 또는 다른 소자를 개재한 경우를 모두 포함한다. 반면, 소자가 "직접 위(directly on)" 또는 "바로 위"로 지칭되는 것은 중간에 다른 소자 또는 층을 개재하지 않은 것을 나타낸다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다. "및/또는"은 언급된 아이템들의 각각 및 하나 이상의 모든 조합을 포함한다.
공간적으로 상대적인 용어인 "아래(below)", "아래(beneath)", "하부(lower)", "위(above)", "상부(upper)" 등은 도면에 도시되어 있는 바와 같이 하나의 소자 또는 구성 요소들과 다른 소자 또는 구성 요소들과의 상관관계를 용이하게 기술하기 위해 사용될 수 있다. 공간적으로 상대적인 용어는 도면에 도시되어 있는 방향에 더하여 사용시 또는 동작 시 소자의 서로 다른 방향을 포함하는 용어로 이해되어야 한다.
본 명세서에서 기술하는 실시예들은 본 발명의 이상적인 개략도인 평면도 및 단면도를 참고하여 설명될 것이다. 따라서, 제조 기술 및/또는 허용 오차 등에 의해 예시도의 형태가 변형될 수 있다. 따라서, 본 발명의 실시예들은 도시된 특정 형태로 제한되는 것이 아니라 제조 공정에 따라 생성되는 형태의 변화도 포함하는 것이다. 따라서, 도면에서 예시된 영역들은 개략적인 속성을 가지며, 도면에서 예시된 영역들의 모양은 소자의 영역의 특정 형태를 예시하기 위한 것이고, 발명의 범주를 제한하기 위한 것은 아니다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 실시예들에 의한 센서 어레이 기판, 이를 포함하는 표시장치 및 이의 제조 방법을 설명한다.
먼저, 도1 내지 도 14를 참조하여, 본 발명의 제1 실시예에 따른 센서 어레이 기판, 이를 포함하는 표시장치 및 이의 제조 방법을 설명한다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 센서 어레이 기판의 단면도이고, 도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 제1 및 제2 센서부의 배치를 나타낸 도면이고, 도 3은 도 2의 배치를 간략하게 도시한 도면이고, 도 4 및 도 5는 도 2의 배치된 제1 및 제2 센서부가 각각 다른 주사 방식에 의해 구동되는 원리를 도시한 도면이고, 도 6은 본 발명의 제1 실시예에 따른 표시장치의 단면도이고, 도 7은 본 발명의 제1 실시예에 따른 센서 어레이 기판의 제조 방법의 순서도를 나타낸 것이고, 도 8 내지 도 14는 제1 실시예에 따른 센서 어레이 기판의 제조 방법의 공정 단계별 단면도를 나타낸 것이다.
도 1을 참조하면, 제1 실시예에 따른 센서 어레이 기판은 기판(10)상에 형성된 제1 및 제2 센서부(S_1, S_2)와 제1 및 제2 박막 트랜지스터(TFT_1, TFT_2) 등 다양한 소자들을 포함한다.
기판(10)은 소다석회유리(soda lime glass) 또는 보로 실리케이트 유리 등의 유리 또는 플라스틱 등으로 이루어질 수 있다.
제1 센서부(S_1)가 형성된 기판(10) 상에는 차광 패턴(16)이 형성되어 있다. 차광 패턴(16)은 제1 센서부(S_1)의 센서 반도체층(44)에 가시광 파장대의 빛이 입사되는 것을 방지하고, 적외선 파장대의 빛은 투과시킨다.
한편, 제1 센서부(S_1)의 제1 센서 반도체층(44)이 주로 적외선 파장대의 빛을 감지하는 것으로 가정하면, 제1 센서 반도체층(44)은 밴드갭(Band gap)이 작은 물질로 형성될 수 있다. 이때, 가시광 파장대의 빛이 제1 센서 반도체층(44)에 입사되면, 제1 센서 반도체층(44)은 가시광 파장대의 빛을 감지하여 신호를 발생시킬 수 있다. 이에 따라, 제1 센서부(S_1)의 오작동이 유발될 수 있다. 따라서, 가시광 파장대의 빛에 의한 제1 센서부(S_1)의 오작동을 방지하기 위하여, 차광 패턴(16)이 필요하다.
한편, 차광 패턴(16)에 가시광 파장대의 빛이 입사되는 경우, 차광 패턴(16)은 광기전력 효과에 의해 신호가 발생될 수 있다. 이에 의해, 가시광 파장대의 빛이 제1 센서 반도체층(44)에 입사되는 것을 차단할 수 있다. 이러한 차광 패턴(16)은 비정질 실리콘(a-Si) 또는 비정질 실리콘 게르마늄(a-SiGe)을 포함할 수 있고, 제1 센서 반도체층(44)에 비해 상대적으로 밴드갭(Band gap)이 높은 물질로 형성될 수 있다. 차광 패턴(16)은 섬 형상으로 형성될 수 있고, 제1 센서 반도체층(44)에 가시광 파장대의 빛이 입사되지 않도록, 제1 센서 반도체층(44)과 중첩되도록 위치한다. 또한, 제1 센서 반도체층(44)의 경계가 차광 패턴(16)의 경계 내에 위치할 수 있다.
기판(10) 상에는 게이트 신호를 전달하는 게이트 배선(22)이 형성되어 있다. 게이트 배선(22)은 제1 방향, 예를 들어 가로 방향으로 뻗어 있는 게이트선(미도시)과, 게이트선으로부터 돌출되어 돌기 형태로 형성된 박막 트랜지스터(TFT_1, TFT_2)의 게이트 전극(22)을 포함한다.
그리고 기판(10) 상에는 차광 패턴(16)과 전기적으로 연결된 그라운드 배선(23)이 형성되어 있다. 그라운드 배선(23)은 가시광을 흡수한 차광 패턴(16)에서 발생된 전압을 그라운드로 배출하는 기능을 한다. 이에 의해, 차광 패턴(16)이 제1 센서부(S_1)의 게이트 전극으로 기능할 수 있는 것을 방지할 수 있다. 즉, 차광 패턴(16)이 가시광을 흡수하는 경우, 광기전력 효과에 의해 차광 패턴(16)에서 전압이 발생될 수 있어, 제1 센서부(S_1)에서 게이트 전극으로 작동할 가능성이 있고, 제1 센서부(S_1)의 오작동을 유발할 가능성이 있다. 따라서, 그라운드 배선(23)을 형성함으로써, 차광 패턴(16)에 의한 제1 센서부(S_1)의 오작동을 방지할 수 있다. 그라운드 배선(23)은 게이트선과 실질적으로 평행하게 제1 방향, 예를 들어 기판(10)의 가로방향으로 연장되도록 형성될 수 있다.
게이트 배선(22) 및 그라운드 배선(23)은 알루미늄(Al)과 알루미늄 합금 등 알루미늄 계열의 금속, 은(Ag)과 은 합금 등 은 계열의 금속, 구리(Cu)와 구리 합금 등 구리 계열의 금속, 몰리브덴(Mo)과 몰리브덴 합금 등 몰리브덴 계열의 금속, 크롬(Cr), 티타늄(Ti), 탄탈륨(Ta) 등으로 이루어질 수 있다. 또한, 게이트 배선(22), 그라운드 배선(23)은 물리적 성질이 다른 두 개의 도전막(미도시)을 포함하는 다중막 구조를 가질 수 있다. 이 중 한 도전막은 게이트 배선(22) 및 그라운드 배선(23)의 신호 지연이나 전압 강하를 줄일 수 있도록 낮은 비저항(resistivity)의 금속, 예를 들면 알루미늄 계열 금속, 은 계열 금속, 구리 계열 금속 등으로 이루어진다. 이와는 달리, 다른 도전막은 다른 물질, 특히 산화 아연(ZnO), ITO(indium tin oxide) 및 IZO(indium zinc oxide)와의 접촉 특성이 우수한 물질, 이를테면 몰리브덴 계열 금속, 크롬, 티타늄, 탄탈륨 등으로 이루어진다. 이러한 조합의 좋은 예로는 크롬 하부막과 알루미늄 상부막 및 알루미늄 하부막과 몰리브덴 상부막을 들 수 있다. 다만, 본 발명은 이에 한정되지 않으며, 게이트 배선(22), 그라운드 배선(23)은 다양한 여러 가지 금속과 도전체로 만들어질 수 있다.
기판(10), 차광 패턴(16), 게이트 배선(22) 및 그라운드 배선(23) 상에는 예를 들어 산화 규소(SiOx) 또는 질화 규소(SiNx) 등으로 이루어진 게이트 절연막(30)이 형성되어 있다.
게이트 절연막(10) 상에는 게이트 배선(22)과 중첩되도록 수소화 비정질 실리콘(hydrogenated amorphous silicon) 또는 다결정 실리콘 등의 반도체로 이루어진 반도체층(42)이 섬 모양으로 형성되어 있다.
반도체층(42) 상에는 실리사이드(silicide) 또는 n형 불순물이 고농도로 도핑된 n+ 수소화 비정질 실리콘 등의 물질로 이루어진 오믹 콘택층(51, 52)이 형성되어 있다.
한편, 게이트 절연막(30) 상에는 광을 감지하기 위해 센서부(S_1, S_2)에 포함된 제1 및 제2 센서 반도체층(44, 46)이 형성되어 있다.
제1 및 제2 센서 반도체층(44, 46)은 비정질 실리콘(a-Si), 비정질 실리콘 게르마늄(a-SiGe) 또는 미세결정 실리콘(mc-Si)을 포함하는 단일막 혹은 다중막 구조일 수 있다.
구체적으로, 제1 센서부(S_1)가 적외선 파장대의 빛을 감지할 경우, 제1 센서 반도체층(44)은 비정질 실리콘 게르마늄(a-SiGe) 또는 미세결정 실리콘(mc-Si)을 포함할 수 있다. 제2 센서부(S_2)가 가시광 파장대의 빛을 감지할 경우에는 제2 센서 반도체층(46)은 비정질 실리콘(a-Si) 또는 비정질 실리콘 게르마늄(a-SiGe)을 포함할 수 있다. 이때, 제1 센서 반도체층(44)의 밴드갭(Band gap)은 제2 센서 반도체층(46)의 밴드갭보다 더 작을 수 있다. 이에 의해, 제1 센서 반도체층(44)은 적외선 파장대의 빛을 감지하여 신호를 발생시키고, 제2 센서 반도체층(46)은 가시광선 파장대의 빛을 감지하여 신호를 발생시킨다. 제1 센서부(S_1)와 제2 센서부(S_1)가 배열되는 기판(10) 상에서 특정한 패턴을 형성하도록 배치하여 종래의 순차 주사(Progressive Scan) 방식으로만 작동가능한 패턴을 개량하여, 하나의 센서 어레이 기판으로 순차 주사 및 비월 주사(Interaced Scan) 방식이 모두 적용될 수 있도록 할 수 있는데, 이에 대해서는 상세하게 후술한다.
제1 및 제2 센서 반도체층(44, 46) 상에는 실리사이드(silicide) 또는 n형 불순물이 고농도로 도핑된 n+ 수소화 비정질 실리콘 등의 물질로 이루어진 오믹 콘택층 패턴(51, 52)이 형성되어 있다.
오믹 컨택층 패턴(51, 52) 상에는 데이터 배선(61, 62, 63)이 형성되어 있다. 데이터 배선(61, 62, 63)은 제2 방향, 예를 들어 세로 방향으로 형성되어 게이트선과 교차하여 화소를 정의하는 데이터선(미도시)과, 데이터선으로부터 분지되어 반도체층(42)의 상부까지 연장되어 있는 소스 전극(61)과, 소스 전극(61)과 분리되어 있으며 게이트 전극(22) 또는 반도체층(42)의 채널부를 중심으로 소스 전극(61)과 대향하도록 반도체층(42) 상부에 형성되어 있는 드레인 전극(62)과, 드레인 전극(62)으로부터 연장되어 센서 소스 전극(64)과 연결되는 드레인 전극 확장부(63)를 포함한다.
이러한 데이터 배선(61, 62, 63)은 도 1에 도시한 바와 같이 오믹 컨택층 패턴(51, 52)과 직접 접촉하여 오믹 컨택(Ohmic contact)을 형성할 수 있다. 오믹 컨택층 패턴(51, 52)이 오믹 컨택의 역할을 수행하므로 데이터 배선(61, 62, 63)은 저저항 물질로 이루어진 단일층일 수 있다. 예를 들어 데이터 배선(61, 62, 63)은 Cu, Al, Ti 또는 Ag로 이루어질 수 있다.
다만, 오믹 컨택 특성을 향상시키기 위해 데이터 배선(61, 62, 63)은 Ni, Co, Ti, Ag, Cu, Mo, Al, Be, Nb, Au, Fe, Se, 또는 Ta 등으로 이루어진 단일막 또는 다중막 구조를 가질 수 있다. 다중막 구조의 예로는 Ta/Al, Ta/Al, Ni/Al, Co/Al, Mo(Mo 합금)/Cu, Mo(Mo 합금)/Cu, Ti(Ti 합금)/Cu, TiN(TiN 합금)/Cu, Ta(Ta 합금)/Cu, TiOx/Cu, Al/Nd, Mo/Nb 등과 같은 이중막 또는 Ti/Al/Ti, Ta/Al/Ta, Ti/Al/TiN, Ta/Al/TaN, Ni/Al/Ni, Co/Al/Co 등과 같은 삼중막을 들 수 있다.
또한, 게이트 절연막(30) 상에는 데이터 배선(61, 62, 63)과 나란하게 센싱 배선(64, 65)이 형성되어 있다. 센싱 배선(64, 65)은 데이터선과 나란히게 연장된 센싱 라인(미도시)과 드레인 전극 확장부(63)를 통해 드레인 전극(62)과 연결되고, 제1 및 제2 센서 반도체층(44, 46) 상부에 연장되어 형성되어 있는 센서 소스 전극(64)과, 센싱 라인으로부터 분지되어 제1 및 제2 센서 반도체층(44, 46) 상부까지 연장되고, 센서 소스 전극(64)과 대향하는 센서 드레인 전극(65)를 포함한다.
이러한, 센싱 배선(64, 65)은 오믹 컨택층 패턴(51, 52)과 직접 접촉하여 오믹 컨택(Ohmic contact)을 형성할 수 있다. 센싱 배선(64, 65) 상술한 데이터 배선(61, 62, 63)과 동일한 구조의 동일한 물질로 형성될 수 있다. 따라서, 반복되는 설명은 생략하기로 한다.
반도체층(42), 제1 및 제2 센서 반도체층(44, 46), 데이터 배선(61, 62, 63) 및 센싱 배선(64, 65) 상에는 보호막(70)이 형성되어 있다. 예를 들어, 보호막(70)은 질화실리콘 또는 산화실리콘 등으로 이루어진 무기 물질, 평탄화 특성이 우수하며 감광성(photosensitivity)을 가지는 유기 물질, 또는 플라즈마 화학기상증착(PECVD, Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition)으로 형성되는 a-Si:C:O, a-Si:O:F 등의 저유전율 절연 물질 등으로 형성될 수 있다. 또한, 보호막(70)은 유기막의 우수한 특성을 살리면서도 노출된 반도체층(42) 및 제1 및 제2 센서 반도체층(44, 46)을 보호하기 위하여 하부 무기막과 상부 유기막의 이중막 구조를 가질 수 있다.
보호막(70) 상에는 제1 및 제2 센서 반도체층(44, 46)과 중첩되도록, 센서 게이트 전극(84)이 형성되어 있다. 센서 게이트 전극(84)은 제1 및 제2 센서부(S_1, S_2)에 바이어스(bias) 전압을 제공한다. 또한, 센서 게이트 전극(84)은 백라이트 유닛(미도시)에서 출사되는 빛이 제1 및 제2 센서 반도체층(44, 46)에 입사되는 것을 방지한다. 이러한 센서 게이트 전극(84)은 상술한 게이트 배선(23)과 동일한 물질로 형성될 수 있다.
또한, 보호막(70) 상에는 제1 및 제2 차광막(82, 85)이 형성되어 있다. 여기서, 제1 차광막(82)은 제1 및 제2 박막 트랜지스터(TFT_1, TFT_2)의 반도체층(42)과 중첩되도록 위치한다. 제2 차광막(85)은 드레인 전극 확장부(63)와 중첩되도록 위치한다. 제1 및 제2 차광막(82, 85)에 의해, 백라이트 유닛에서 출사되는 빛이 반도체층(42)과 드레인 전극 확장부(63)로 입사되는 것이 방지된다. 이에 의해, 제1 및 제2 박막 트랜지스터(TFT_1, TFT_2)와 제1 및 제2 센서부(S_1, S_2)의 오작동이 방지될 수 있다. 이러한 제1 및 제2 차광막(82, 85)은 상술한 게이트 배선(23)과 동일한 물질로 형성될 수 있다.
또한, 보호막(70) 상에는 그라운드 연결 배선(86)이 형성되어 있다. 그라운드 연결 배선(86)은 게이트 절연막(30)과 보호막(70)에 형성된 비아홀을 통해 그라운드 배선(23)과 연결된다. 그라운드 연결 배선(86)은 차광 패턴(16)에 생성된 신호를 그라운드로 배출한다. 이러한 그라운드 연결 배선(86)은 상술한 게이트 배선(23)과 동일한 물질로 형성될 수 있다.
상술한 바와 같이, 제1 및 제2 박막 트랜지스터(TFT_1. TFT_2)는 기판(10)상에 순차로 형성된 게이트 전극(22), 게이트 절연층(30), 반도체층(42), 오믹 컨택층 패턴(51, 52), 소스전극, 드레인 전극(61, 62), 드레인 전극 확장부(63), 보호막(70)을 포함할 수 있다. 경우에 따라, 제1 및 제2 박막 트랜지스터(TFT_1. TFT_2)는 제1 및 제2 차광막(82, 85)를 더 포함할 수 있다.
한편, 제1 및 제2 센서부(S_1, S_2)는 기판(10) 상에 순차로 형성된 게이트 절연층(30), 제1 또는 제2 센서 반도체층(44, 46), 센서 소스 전극(64), 센서 드레인 전극(65), 보호막(70) 및 센서 게이트 전극(84)을 포함할 수 있다. 여기서, 제1 센서부(S_1)는 차광 패턴(16)과, 그라운드 배선(23) 및 그라운드 연결 배선(86)을 더 포함할 수 있다.
보호막(70), 센서 게이트 전극(84), 그라운드 연결 배선(86) 및 제1 및 제2 차광막(82, 85) 상에는 컬러 필터층(91, 92, 93)이 형성되어 있다. 컬러 필터층(91, 92, 93)은 각 서브 화소(미도시) 영역을 투과한 빛이 색을 나타내도록 할 수 있다. 즉, 센서 어레이 기판과 대향하고 화소 전극을 포함하는 표시 기판 상에 정의된 서브 화소 영역에서 투과되어 나오는 빛의 색을 결정한다. 여기서, 서브 화소 영역은 적색(G), 녹색(G), 청색(B) 중 어느 하나의 색을 구현할 수 있다.
한편, 3개의 서브 화소 영역은 하나의 단위 화소 영역을 이룬다. 즉, 단위 화소 영역은 컬리 필터층(91, 92, 93)이 형성된 영역으로 정의될 수 있다. 한편, 제1 박막 트랜지스터(TFT_1)와 제1 센서부(S_1)는 서로 전기적으로 연결되어, 단위 화소 영역 상에 형성되어 있다. 즉, 제1 박막 트랜지스터(TFT_1_와 제1 센서부(S_1)는 3개의 서브 화소 영역 상에 형성되어 있다. 여기서, 제1 박막 트랜지스터(TFT_1)와 제1 센서부(S_1)가 형성된 단위 화소 영역을 제1 화소 영역이라 한다. 한편, 제2 박막 트랜지스터(TFT_2)와 제2 센서부(S_2)는 서로 전기적으로 연결되어, 제1 화소 영역과 이웃하는 제2 단위 화소 영역 상에 형성되어 있다.
이하에서는 구체적으로 도 2 내지 도 5를 참조하여, 본 발명의 제1 실시예의 구체적인 제1 및 제2 센서부(S_1, S_2)의 배치 패턴에 대해 설명한다. 기판(10) 상에 형성되는 제1 및 제2 센서부(S_1, S_2)는 도 2에 도시된 바와 같이, 가로로 배치되는 게이트 배선 중 하나의 게이트 배선(22)을 따라 서로 다른 센서부가 1개씩 교대로 배열되며, 하나의 데이터 배선(61)을 따라 2개의 동일한 센서부를 반복단위로 하여 서로 다른 반복단위가 1개씩 교대로 배열된다. 즉, 기판(10)의 가로 방향으로 형성된 하나의 게이트 배선(22)을 따라서는 제1 센서부(S_1) 및 제2 센서부(S_2)가 반복하여 교차로 배열되며, 기판(10)의 세로 방향으로 형성된 하나의 데이터 배선(61)을 따라서는 2개의 제1 센서부(S_1)가 연속적으로 배열된 후, 2개의 제2 센서부(S_2)가 연속적으로 배열되는 패턴이 반복된다.
이와 같은 제1 센서부(S_1) 및 제2 센서부(S_2)의 패턴을 간략화하여 나타낸 도 3을 참조하면, 상기와 같은 제1 및 제2 센서부(S_1, S_2)의 패턴이 보다 명확해진다. 도 3의 가로축 방향은 게이트 배선(22)을 나타내며, 세로축 방향은 데이터 배선(61)을 나타낸다. 게이트 배선(22)과 데이터 배선(61)이 서로 교차하여 복수의 화소 영역을 정의한다. 복수의 화소 영역 상에 제1 및 제2 센서부(S_1, S_2)가 배치된다. 앞서 설명한 바와 같이, 가로 방향을 따라서는 제1 센서부(S_1)와 제2 센서부(S_2)가 1개씩 교차하여 배치되며, 세로 방향을 따라서는 제1 센서부(S_1)와 제2 센서부(S_2)가 각각 2개씩 교차하여 배치된다.
종래에는 이와 같은 제1 센서부(S_1)와 제2 센서부(S_2)를 가로축 방향과 세로축 방향으로 모두 1개씩 교차되도록 배치하는 패턴이 적용되었으나, 이와 같은 패턴은 순차 주사(Progressive Scan) 방식으로 복수의 센서부가 작동하는 경우에는 적용될 수 있으나, 비월 주사(Interaced Scan) 방식으로 복수의 센서부가 작동하는 경우에는 동일한 종류의 센서부(S_1 또는 S_2)가 단일한 데이터 배선을 따라 신호를 송출하기 때문에 정확한 위치 좌표를 얻기 어려운 문제점이 있다. 따라서, 이를 해결하기 위해 본 발명의 제1 실시예에 따른 센서 어레이 기판은 도 3에 도시된 바와 같은 패턴으로 제1 센서부(S_1)와 제2 센서부(S_2)가 배치된다.
이와 같은 복수의 센서부 배치로 인해서, 본 발명의 제1 실시예에 따른 센서 어레이 기판은 순차 주사 방식과 비월 주사 방식 모두에 적합하게 사용될 수 있는데, 이에 대해서는 도 4 및 도 5를 참조하여 설명한다.
구체적으로 도 4를 참조하면, 도 4는 본 발명의 제1 실시예에 따른 센서 어레이 기판이 순차 주사 방식에 사용되는 경우를 도시하고 있다. 본 발명의 제1 실시예에 따른 센서 어레이 기판은 2개의 게이트 배선이 동시에 구동되는 방식(hG2D)을 따른다. 즉, 도 4 상으로, 최상부 2개(1행과 2행)의 게이트 배선이 동시에 구동(P1)되며, 그 다음 2개(3행과 4행)의 게이트 배선이 구동(P2)되고, 나머지 2개(5행과 6행)의 게이트 배선이 구동(P3)되는 방식이다.
이때, 최상부 2개의 게이트 배선인 1행과 2행이 동시에 구동(P1)되는 경우를 살펴보면, 세로 방향으로 구비된 하나의 데이터 배선에 연결된 센서부가 서로 다른 종류(S_1, S_2)로 구성되어, 사용자가 상기 화소 영역을 터치했을 경우, 해당 센서부로부터 송출된 신호가 데이터 배선을 따라 이동한다. 이때, 하나의 데이터 배선에 연결된 2개의 센서부는 서로 상이하게 구성되기 때문에 상기 2개의 센서부에 송출된 신호가 동일한 데이터 배선으로 혼합되더라도 터치된 위치의 센서부에서 발생한 정확한 전압을 읽어낼 수 있으므로, 오차 없이 해당 좌표의 위치정보를 읽어낼 수 있다. 예를 들어, P1이 구동된 경우에 좌표(1, 1)에는 제1 센서부(S_1)가 형성되어 있고, 좌표(1, 1)과 동일한 데이터 배선으로 연결된 좌표(2, 1)에는 제2 센서부(S_2)가 형성되어 있다. 마찬가지로, 좌표(1, 2)에는 제2 센서부(S_2)가 형성되어 있고, 좌표(2, 2)에는 좌표(1, 2)와는 다른 제1 센서부(S_1)가 형성되어 있다. P1의 나머지 좌표에서도 동일한 데이터 배선으로 연결된 좌표에는 서로 다른 센서부(S_1, S_2)가 연결되어 있다. P1 이후, P2 및 P3가 순차적으로 구동되며, P2 및 P3에서도 하나의 데이터 배선에 연결된 센서부가 서로 다른 종류로 구성되어 센싱 전압의 오차 없이 해당 좌표의 위치정보를 정밀하게 읽어낼 수 있다.
다음으로 도 5를 참조하면, 도 5는 본 발명의 제1 실시예에 따른 센서 어레이 기판이 비월 주사 방식에 사용되는 경우를 도시하고 있다. 앞서 설명한 바와 같이, 본 발명의 제1 실시예에 따른 센서 어레이 기판은 2개의 게이트 배선이 동시에 구동되는 방식(hG2D)을 따른다. 다만, 비월 주사 방식은 순차 주사 방식과는 다르게 도 5에 도시된 배열을 기준으로 1행과 3행의 센서부가 동시에 구동(I1)되고, 2행과 4행의 센서부가 동시에 구동(I2)되며, 5행과 7행(미도시)의 센서부가 동시에 구동(I3)된다.
이때, 1행과 3항의 게이트 배선이 동시에 구동(I1)되는 경우를 살펴보면, 세로 방향으로 구비된 하나의 데이터 배선에 연결된 센서부가 서로 다른 종류로 구성되어, 사용자가 상기 화소 영역을 터치했을 경우, 해당 센서부로부터 송출된 신호가 데이터 배선을 따라 이동한다. 이때, 하나의 데이터 배선에 연결된 2개의 센서부는 서로 상이하게 구성되기 때문에 상기 2개의 센서부에 송출된 신호가 동일한 데이터 배선으로 혼합되더라도 각 터치된 위치의 정확한 전압을 읽어낼 수 있기 때문에, 오차 없이 해당 좌표의 위치정보를 읽어낼 수 있다. 예를 들어, I1이 구동된 경우에 좌표(1, 1)에는 제1 센서부(S_1)가 형성되어 있고, 좌표(1, 1)과 동일한 데이터 배선으로 연결된 좌표(3, 1)에는 제2 센서부(S_2)가 형성되어 있다. 마찬가지로, 좌표(1, 2)에는 제2 센서부(S_2)가 형성되어 있고, 좌표(3, 2)에는 좌표(1, 2)와는 다른 제1 센서부(S_1)가 형성되어 있다. I1의 나머지 좌표에서도 동일한 데이터 배선으로 연결된 화소 영역은 서로 다른 센서부(S_1, S_2)가 형성되어 있다. I1 이후, I2 및 I3가 순차적으로 구동되며, I2 및 I3 에서도 하나의 데이터 배선에 연결된 센서부가 서로 다른 종류로 구성되어 오차 없이 해당 좌표의 위치정보를 읽어낼 수 있다.
이와 같이, 도 2 내지 도 5에 도시된 바와 같이 본 발명의 제1 실시예에 따른 센서 어레이 기판의 센서부 배열 패턴은 순차 주사 방식과 비월 주사 방식 모두에 적합하게 사용될 수 있으며, 센싱 전압의 오차 없이 해당 좌표의 위치정보를 정밀하게 읽어낼 수 있다.
다시, 도 1을 참조하면, 컬러 필터층(91, 92, 93)이 표시 기판 상에 형성될 경우에는 센서 어레이 기판은 컬러 필터층(91, 92, 93)을 포함하지 않을 수 있다. 다만, 이 경우, 표시 기판 상에 형성된 컬러 필터층과 바로 대향하는 센서 어레이 기판 상의 영역이 단위 화소 영역이 될 수 있다.
컬러 필터층(91, 92, 93) 상에는 단차를 평탄화 하기 위한 오버코트층(100)이 형성되어 있다. 오버코트층(100)은 제1 및 제2 박막 트랜지스터와 제1 및 제2 센서부에 포함된 각종 배선과 공통전극(111) 간의 기생 캐패시턴스를 감소시키기 위하여 상대 유전상수가 3.0~3.5인 물질로 형성될 수 있다. 한편, 오버코트층(100)은 유기막 또는 무기막으로 형성될 수 있는데, 평탄화 특성의 관점에서 유기막으로 형성될 수 있다. 이때, 오버코트층(100)은 투명한 유기물질로 형성될 수 있다.
오버코트층(100) 상에는 공통전극(111)이 형성되어 있다. 공통전극(111)은 액정층에 공통전압을 인가한다. 이러한, 공통전극(111)은 투명 전도성 물질을 포함할 수 있는데, 예를 들어, ITO, IZO 또는 ZnO등을 포함할 수 있다.
공통전극(111) 상에는 차폐막(121)이 형성되어 있다. 이때, 차폐막(121)은 제1 및 제2 박막 트랜지스터(TFT_1, TFT_2)와 제1 및 제2 센서부(S_1, S_2)와 중첩되도록 형성될 수 있다. 또한, 차폐막(121)은 게이트 배선(22), 데이터 배선(61, 62, 63) 및 센싱 배선(64, 65)과 중첩되어 나란하게 형성될 수 있다.
차폐막(121)은 제1 및 제2 박막 트랜지스터(TFT_1, TFT_2) 또는 제1 및 제2 센서부(S_1, S_2)에 신호 잡음이 인가되는 것을 다음과 같이 방지한다.
표시 기판 상에 형성되고 각 화소 전극과 연결된 스위칭 소자(미도시)를 구동시키기 위해, 상기 스위칭 소자에 신호가 인가된다, 이 경우, 전자파가 발생될 수 있어, 발생된 전자파가 공통전극의 공통전압을 왜곡시킬 수 있다. 이러한 왜곡 현상에 의해, 제1 및 제2 센서부(S_1, S_2)등에 신호 잡음이 인가될 수 있다. 이에 의해, 제1 및 제2 센서부(S_1, S_2)의 오동작 등을 유발할 수 있다. 또한, 표시 장치의 표시 품질이 저하될 수 있고, 제1 및 제2 센서부(S_1, S_2)등의 장기 신뢰성에 악영향을 미칠 수 있다.
한편, 발생된 전자파를 외부로 배출해내는 전기적인 경로가 필요한 대, 차폐막(121)은 이러한 전기적인 경로를 제공한다. 즉, 차폐막(121)은 도전성 물질로 형성될 수 있는데, 이때 차페막은(121) 전기적으로 플로팅(floating)되어 있지 않고, 외부의 그라운드(ground) 전극과 연결될 수 있다. 이에 의해, 차폐막(121)은 발생된 전자파를 외부의 그라운드(ground) 전극으로 보낼 수 있고, 발생된 전자파는 제거될 수 있다. 이에 따라, 차폐막(121)은 제1 및 제2 박막 트랜지스터(TFT_1, TFT_2) 또는 제1 및 제2 센서부(S_1, S_2)에 신호 잡음이 인가되는 것을 방지할 수 있다.
또한, 차폐막(121)은 공통전극(111)보다 낮은 저항을 갖는 물질로 형성될 수 있고. 공통전극(111)과 전기적으로 접촉되도록 형성된다. 이에 의해, 공통전극(111)의 자체 저항에 따른 전압강하 현상을 방지할 수 있다.
또한, 차폐막(121)은 백라이트 유닛에서 출사되는 빛이 제1 및 제2 센서부(S_1, S_2)에 입사되는 것을 방지할 수 있다. 이를 위해, 차폐막(121)은 광학 밀도(optical density)가 4이상이 되도록 형성될 수 있다. 4이상의 광학 밀도를 확보하기 위하여, 차폐막(121)은 500Å 이상의 두께로 형성될 수 있다.
이러한 차폐막(121)은 도전성 금속 물질로 형성될 수 있는데, 예를 들어, 차폐막(121)은 Al, Cr, Mo, Cu, Ni, W, Ta 및 Ti로 이루어진 그룹에서 선택된 적어도 어느 하나 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다.
도 6을 참조하여 본 발명의 제1 실시예에 따른 표시장치를 설명한다.
도 6을 참조하면, 본 발명의 제1 실시예에 따른 표시장치는 센서 어레이 기판, 표시 기판, 액정층을 포함할 수 있다. 설명의 편의상, 상기 제1 실시예에 따른 센서 어레이 기판을 도시한 도면에 도시된 각 부재와 동일 기능을 갖는 부재는 동일 부호로 나타내고, 따라서 그 설명은 생략한다.
센서 어레이 기판은 기판(10)과, 기판(10) 상에 정의된 복수의 단위 화소 영역 중 어느 하나의 화소 영역에 형성되고 광을 감지하는 센서부(S_1, S_2)와, 센서부(S_1, S_2) 상에 형성된 오버코트층(100)과, 오버코트층(100) 상에 형성된 차폐막(121)을 포함할 수 있다. 또한, 센서 어레이 기판은 오버코트층(100) 상에 형성된 공통전극(111)을 포함하는데, 차폐막(121)은 공통전극(111) 상에 형성되어 있다.
표시 기판은 센서 어레이 기판과 대향하며, 화소 전극(미도시)을 포함한다. 화소 전극에는 스위칭 소자가 연결되어 있다. 스위칭 소자는 화소 전극에 인가되는 전압을 조절한다. 화소 전극에 인가된 전압과 공통전극(111)에 인가된 전압에 의해 액정층(300)의 액정을 구동시켜 투과되는 빛의 양을 조절한다.
액정층은 센서 어레이 기판과 표시 기판 사이에 개재된다. 화소 전극과 공통전극(111)의 전압차에 의해 빛의 투과율이 조절된다.
도 7 내지 도 14를 참조하여, 제1 실시예에 따른 센서 어레이 기판의 제조 방법을 설명한다.
먼저, 도 7 및 도 8을 참조하면, 기판(10) 상에 차광 패턴(16)을 형성하기 위해 예를 들어, 비정질 실리콘(a-Si) 등을 플라즈마 강화 화학 기상 증착법(Plasma Enhanced CVD, PECVD)을 통해 기판(10)상의 전면에 증착하여 비정질 실리콘(a-Si) 막을 형성한다. 이후, 이를 패터닝하여 차광 패턴(16)을 형성한다. 이때, 차광 패턴(16)은 제1 센서부(S_1)가 형성될 영역 상에 형성될 수 있다.
이어서, 게이트 배선 및 그라운드 배선용 도전막을 적층한 후, 이를 패터닝하여 게이트선(미도시), 게이트 전극(22)과 그라운드 배선(23)을 형성한다. 이때, 게이트 전극(22)은 제1 및 제2 박막 트랜지스터(TFT_1, TFT_2)가 형성될 영역에 형성된다. 그라운드 배선(23)은 차광 패턴(16)과 접촉하도록 형성된다.
이어서, 기판(10) 및 게이트 배선(22), 그라운드 배선(23) 상에 게이트 절연막(30)을 예를 들어, 플라즈마 강화 화학 기상 증착법(Plasma Enhanced CVD, PECVD) 또는 리액티브 스퍼터링(reactive sputtering)을 이용하여 증착한다. 이를 통해, 질화 규소(SiNx), 산화 규소(SiOx), 산질화규소(SiON), 및 SiOC 등으로 이루어진 게이트 절연막(30)이 형성될 수 있다.
이어서, 도 9를 참조하면, 게이트 절연막(30) 상에 게이트 전극(22)과 중첩 되도록 반도체층(42)을 형성한다. 또한, 차광 패턴(16) 상에 차광 패턴(16)과 중첩되도록 예를 들어, 비정질 실리콘 게르마늄(a-SiGe) 등으로 제1 센서 반도체층(44)을 형성한다. 또한, 예를 들어, 비정질 실리콘(a-Si) 등으로, 제2 센서 반도체층(46)을 형성한다.
이어서, 반도체층(42), 제1 및 제2 센서 반도체층(44, 46) 상에 오믹 컨택층 패턴(51, 52)을 형성한다.
이어서, 오믹 컨택층 패턴(51, 52) 상에 데이터 배선 및 센싱 배선용 도전막을 층착한 후, 이를 패터닝한다. 이에 의해, 데이터선(미도시)과, 소스 전극(61)과, 드레인 전극(62)과, 드레인 전극(62)으로부터 연장되어 센서 소스 전극(64)과 연결되는 드레인 전극 확장부(63)를 포함하는 데이터 배선(61, 62, 63)을 형성한다. 또한, 센서 소스 전극(64)과 센서 드레인 전극(65)을 포함하는 센싱 배선(64, 65)를 형성한다.
이어서, 예를 들어, 플라즈마 강화 화학 기상 증착법(Plasma Enhanced CVD, PECVD)을 이용하여 질화 규소(SiNx) 또는 산화 규소(SiOx)를 증착하여 보호막(70)을 형성한다.
이어서, 게이트 절연막(30)과 보호막(70)을 패터닝하여 비아홀을 형성하여 그라운드 배선(23)의 상면을 일부 노출시킨다.
이어서, 도 10을 참조하면, 센서 게이트 전극과, 제1 및 제2 차광막과, 그라운드 연결 배선용 도전막을 예를 들어 스퍼터링을 이용하여 증착하고 패터닝하여 센서 게이트 전극(84)과, 제1 및 제2 차광막(82, 85)과, 그라운드 연결 배선(86)을 형성한다.
상술한 단계 등을 통해, 제1 및 제2 박막 트랜지스터(TFT_1, TFT_2)와 제1 및 제2 센서부(S_1, S_2)가 형성된다(S1010).
이어서, 도 11을 참조하면, 컬러 필터층 형성용 물질과 잉크젯 프린트 장치를 이용한 인쇄법, 그라비아(gravure) 인쇄법, 스크린 인쇄법, 사진 식각(photolithography) 방식 중 어느 하나의 방법을 이용하여, 보호막(70), 센서 게이트 전극(84), 그라운드 연결 배선(86) 및 제1 및 제2 차광막(82, 85) 상에 컬러 필터층(91, 92, 93)을 형성한다.
이어서, 도 12를 참조하면, 컬러 필터층(91, 92, 93) 상에, 예를 들어, 플라즈마 강화 화학 기상 증착법(Plasma Enhanced CVD, PECVD)을 이용하여 유기막을 적층하여 오버코트층(100)을 형성한다(S1020).
이어서, 도 13을 참조하면, 예를 들어 스퍼터링을 이용하여 오버코트층(100) 상에 ITO 또는 IZO 등을 증착하여 공통전극(111)을 형성한다(S1030_1).
이어서, 도 14를 참조하면, 공통전극(111) 상에, 예를 들어, 스퍼터링을 이용하여 금속 물질로 차폐막(121)을 형성한다(1040_1)
이상의 단계를 통해, 본 발명의 제1 실시예에 따른 센서 어레이 기판이 형성된다.
다음으로, 도 15 내지 19를 참조하여, 본 발명의 제2 실시예에 따른 센서 어레이 기판, 이를 포함하는 표시장치 및 이의 제조 방법을 설명한다.
도 15는 본 발명의 제2 실시예에 따른 센서 어레이 기판의 단면도이고, 도 16은 본 발명의 제2 실시예에 따른 표시장치의 단면도이고, 도 17은 본 발명의 제2 실시예에 따른 센서 어레이 기판의 제조 방법의 순서도를 나타낸 것이고, 도 18은 본 발명의 제2 실시예에 따른 센서 어레이 기판의 제조 방법의 공정 단계를 설명하기 위한 단면도이다. 설명의 편의상, 상기 본 발명의 제1 실시예의 도면에 나타낸 각 부재와 동일 기능을 갖는 부재는 동일 부호로 나타내고, 따라서 그 설명은 생략한다.
본 발명의 제2 실시예의 센서 어레이 기판, 이를 포함하는 표시장치 및 이의 제조 방법은 다음을 제외하고는 본 발명의 제1 실시예의 센서 어레이 기판, 이를 포함하는 표시장치 및 이의 제조 방법과 기본적으로 동일한 구조를 갖는다.
즉, 도 15에 도시된 바와 같이, 차폐막(122)이 오버코트층(100)과 공통전극(112) 사이에 개재된다.
또한, 도 16을 참조하면, 본 발명의 제2 실시예의 표시장치에 포함된 센서 어레이 기판은 차폐막(122)이 오버코트층(100)과 공통전극(112) 사이에 개재된 것을 개시한다.
또한, 도 17 및 18을 참조하면, 오버코트층(100) 상에 예를 들어, 스퍼터링을 이용하여 금속 물질로 차폐막(122)을 형성한다(1030_2). 이어서, 예를 들어 스퍼터링을 이용하여 차폐막(122) 상에 ITO 또는 IZO 등을 증착하여 공통전극(112)을 형성한다(S1040_2). 이에 의해 본 발명의 제2 실시예에 의한 센서 어레이 기판이 완성된다.
다음으로, 도 19 내지 22를 참조하여, 본 발명의 제3 실시예에 따른 센서 어레이 기판, 이를 포함하는 표시장치 및 이의 제조 방법을 설명한다.
도 19는 본 발명의 제3 실시예에 따른 센서 어레이 기판의 단면도이고, 도 20은 본 발명의 제3 실시예에 따른 표시장치의 단면도이고, 도 21은 본 발명의 제3 실시예에 따른 센서 어레이 기판의 제조 방법의 순서도를 나타낸 것이고, 도 22는 본 발명의 제3 실시예에 따른 센서 어레이 기판의 제조 방법의 공정 단계를 설명하기 위한 단면도이다. 설명의 편의상, 상기 본 발명의 제1 실시예의 도면에 나타낸 각 부재와 동일 기능을 갖는 부재는 동일 부호로 나타내고, 따라서 그 설명은 생략한다.
본 발명의 제3 실시예의 센서 어레이 기판, 이를 포함하는 표시장치 및 이의 제조 방법은 다음을 제외하고는 본 발명의 제2 실시예의 센서 어레이 기판, 이를 포함하는 표시장치 및 이의 제조 방법과 기본적으로 동일한 구조를 갖는다.
즉, 도 19 및 20에 도시된 바와 같이, 오버코트층(100) 상에 차폐막(123)이 형성되고, 차폐막(123) 상에 절연층(130)이 형성되며, 절연층(130) 상에 공통전극(113)이 형성된다. 즉, 차폐막(123)과 공통전극(113) 사이에 절연층(130)이 개재된다. 한편, 도시되지는 않았지만, 차폐막(123)과 공통전극(113)이 전기적으로 연결될 수 있도록, 절연층(130)에는 비아홀이 형성될 수 있다.
한편, 도 21 및 22를 참조하면, 오버코트층(100) 상에 예를 들어, 스퍼터링을 이용하여 금속 물질로 차폐막(123)을 형성한다(1030_3).
이어서, 차폐막(123) 상에 예를 들어, 플라즈마 강화 화학 기상 증착법(Plasma Enhanced CVD, PECVD)을 이용하여 유기막 또는 무기막을 적층하여 절연층(130)을 형성한다(S1040_3).
이어서, 이후에 형성될 공통전극(113)과 차폐막(123)이 전기적으로 연결될 수 있도록, 절연층(130)에 차폐막(123)을 노츨시키는 비아홀(미도시)을 형성할 수 있다.
이어서, 예를 들어 스퍼터링을 이용하여 절연막(130) 및 노출된 차폐막(123) 상에 ITO 또는 IZO 등을 증착하여 공통전극(113)을 형성한다(S1050_3). 이에 의해 본 발명의 제3 실시예에 의한 센서 어레이 기판이 완성된다.
이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 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.
10: 기판 22: 게이트 전극
30: 게이트 절연막 42: 반도체층
44: 제1 센서 반도체층 46: 제2 센서 반도체층
51, 52: 오믹 콘택층 패턴 61, 62, 63: 데이터 배선
64, 65: 센싱 배선 70: 보호막
82, 84: 제1, 제2 차광막 84: 센서 게이트 전극
91, 92, 93: 컬러 필터층 100: 오버코트층
111, 112, 113: 공통전극 121, 122, 123: 차폐막

Claims (27)

  1. 기판;
    상기 기판 상의 게이트 배선 및 데이터 배선이 교차하여 정의되는 복수의 화소 영역; 및
    상기 복수의 화소 영역 상에 형성되는 복수의 제1 센서부 및 복수의 제2 센서부를 포함하고,
    상기 복수의 제1 센서부는 적외선 파장대의 빛을 감지하고, 상기 복수의 제2 센서부는 가시광선 파장대의 빛을 감지하고,
    상기 데이터 배선의 연장 방향으로 인접하여 배치된 2개의 제1 센서부는 제1 유닛을 이루고, 상기 데이터 배선의 연장 방향으로 인접하여 배치된 2개의 제2 센서부는 제2 유닛을 이루고,
    상기 제1 유닛과 상기 제2 유닛은, 상기 데이터 배선의 연장 방향을 따라 교대로 배치되고 상기 게이트 배선의 연장 방향을 따라 교대로 배치되는 센서 어레이 기판.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 센서부 상에 형성된 오버코트층을 더 포함하는 센서 어레이 기판.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 센서부와 상기 오버코트층 사이에 개재된 컬러필터층을 더 포함하는 센서 어레이 기판.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 센서부와 각각 오버랩 되도록 상기 오버코트층 상에 형성된 차폐막을 더 포함하는 센서 어레이 기판.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 오버코트층 상에 형성된 공통전극을 더 포함하되, 상기 차폐막은 상기 공통전극 상에 위치하는 센서 어레이 기판.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 오버코트층 상에 형성된 공통전극을 더 포함하되, 상기 차폐막은 상기 공통전극과 상기 오버코트층 사이에 형성되는 센서 어레이 기판.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 제1 센서부는 상기 기판 상에 순차로 형성된 차광 패턴, 게이트 절연막 및 센서 반도체층을 포함하되, 상기 차광 패턴과 상기 센서 반도체층은 서로 오버랩되는 센서 어레이 기판.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 제1 및 제2 센서부는, 상기 게이트 배선 중 동시에 2개의 게이트 배선씩 순차적으로 구동되어 작동하는 센서 어레이 기판.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 동시에 구동되는 2개의 게이트 배선은 서로 인접한 게이트 배선인 센서 어레이 기판.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 동시에 구동되는 2개의 게이트 배선은 그 사이에 구동되지 않는 다른 1개의 게이트 배선에 의해 서로 이격되어 있는 센서 어레이 기판.
  11. 기판 상에 게이트 배선과 데이터 배선을 교차시켜 복수의 화소 영역을 정의하는 단계;
    상기 복수의 화소 영역 상에 제1 센서부 및 제2 센서부를 형성하는 단계를 포함하되,
    상기 제1 센서부는 적외선 파장대의 빛을 감지하고, 상기 제2 센서부는 가시광선 파장대의 빛을 감지하고,
    상기 데이터 배선의 연장 방향으로 인접하여 배치된 2개의 제1 센서부는 제1 유닛을 이루고, 상기 데이터 배선의 연장 방향으로 인접하여 배치된 2개의 제2 센서부는 제2 유닛을 이루고,
    상기 제1 유닛과 상기 제2 유닛은, 상기 데이터 배선의 연장 방향을 따라 교대로 배치되고 상기 게이트 배선의 연장 방향을 따라 교대로 배치되는 센서 어레이 기판의 제조 방법.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 센서부 상에 오버코트층을 형성하는 단계를 더 포함하는 센서 어레이 기판의 제조 방법.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 오버코트층을 형성하는 단계 전에,
    상기 제1 및 제2 센서부와 상기 오버코트층 사이에 컬러필터층을 형성하는 단계를 더 포함하는 센서 어레이 기판의 제조 방법.
  14. 제12항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 센서부와 각각 오버랩 되도록 상기 오버코트층 상에 차폐막을 형성하는 단계를 더 포함하는 센서 어레이 기판의 제조 방법.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 차폐막을 형성하는 단계 전에,
    상기 오버코트층 상에 공통전극을 형성하는 단계를 더 포함하되, 상기 차폐막은 상기 공통전극 상에 형성되는 센서 어레이 기판의 제조 방법.
  16. 제14항에 있어서,
    상기 오버코트층 상에 형성된 공통전극을 더 포함하되, 상기 차폐막은 상기 공통전극과 상기 오버코트층 사이에 형성되는 센서 어레이 기판의 제조 방법.
  17. 제11항에 있어서,
    상기 제1 센서부를 형성하는 단계는,
    상기 기판 상에 순차로 차광 패턴을 형성하는 단계와, 게이트 절연막을 형성하는 단계와, 센서 반도체층을 형성하는 단계를 포함하되, 상기 센서 반도체층을 상기 차광 패턴과 오버랩되도록 형성하는 센서 어레이 기판의 제조 방법.
  18. 기판과, 상기 기판 상의 게이트 배선과 데이터 배선이 교차하여 정의되는 복수의 화소 영역과, 상기 복수의 화소 영역에 형성되고, 적외선 파장대의 빛을 감지하는 제1 센서부와, 상기 제1 센서부와 다른 상기 복수의 화소 영역에 형성되고, 가시광선 파장대의 빛을 감지하는 제2 센서부를 포함하는 센서 어레이 기판;
    상기 센서 어레이 기판과 대향하고 화소 전극을 포함하는 표시 기판; 및
    상기 센서 어레이 기판과 상기 표시 기판 사이에 개재되는 액정층을 포함하되,
    상기 데이터 배선의 연장 방향으로 인접하여 배치된 2개의 제1 센서부는 제1 유닛을 이루고, 상기 데이터 배선의 연장 방향으로 인접하여 배치된 2개의 제2 센서부는 제2 유닛을 이루고,
    상기 제1 유닛과 상기 제2 유닛은, 상기 데이터 배선의 연장 방향을 따라 교대로 배치되고 상기 게이트 배선의 연장 방향을 따라 교대로 배치되는 표시장치.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 센서 어레이 기판은 상기 제1 및 제2 센서부 상에 형성된 오버코트층을 더 포함하는 표시장치.
  20. 제19항에 있어서,
    상기 센서 어레이 기판은 상기 제1 및 제2 센서부와 상기 오버코트층 사이에 개재된 컬러필터층을 더 포함하는 표시장치.
  21. 제19항에 있어서,
    상기 센서 어레이 기판은 상기 제1 및 제2 센서부와 각각 오버랩 되도록 상기 오버코트층 상에 형성된 차폐막을 더 포함하는 표시장치.
  22. 제21항에 있어서,
    상기 센서 어레이 기판은 상기 오버코트층 상에 형성된 공통전극을 더 포함하되, 상기 차폐막은 상기 공통전극 상에 위치하는 표시장치.
  23. 제21항에 있어서,
    상기 센서 어레이 기판은 상기 오버코트층 상에 형성된 공통전극을 더 포함하되, 상기 차폐막은 상기 공통전극과 상기 오버코트층 사이에 형성되는 표시장치.
  24. 제18항에 있어서,
    상기 센서 어레이 기판의 상기 제1 센서부는 상기 기판 상에 순차로 형성된 차광 패턴, 게이트 절연막 및 센서 반도체층을 포함하되, 상기 차광 패턴과 상기 센서 반도체층은 서로 오버랩되는 표시장치.
  25. 제18항에 있어서,
    상기 센서 어레이 기판의 상기 복수의 제1 및 제2 센서부는 상기 게이트 배선 중 동시에 2개의 게이트 배선씩 순차적으로 구동되어 작동하는 표시장치.
  26. 제25항에 있어서,
    상기 센서 어레이 기판의 상기 동시에 구동되는 2개의 게이트 배선은 서로 인접한 게이트 배선인 표시장치.
  27. 제25항에 있어서,
    상기 센서 어레이 기판의 상기 동시에 구동되는 2개의 게이트 배선은 그 사이에 구동되지 않는 다른 1개의 게이트 배선에 의해 서로 이격되어 있는 표시장치.
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