KR102400440B1 - 포토 센서를 갖는 어레이 기판 및 이를 이용한 표시 장치 - Google Patents

포토 센서를 갖는 어레이 기판 및 이를 이용한 표시 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 고해상도 이미지 센서를 내장하여 지문 인식을 구현할 수 있도록 한 포토 센서를 갖는 어레이 기판 및 이를 이용한 표시 장치에 관한 것에 관한 것으로, 본 발명에 따른 표시 장치의 어레이 기판은 제 1 내지 제 3 컬러 화소, 및 센서 화소로 이루어진 단위 화소, 제 1 컬러 화소 및 센서 화소에 접속된 제 1 데이터 라인, 제 2 컬러 화소에 접속된 제 2 데이터 라인, 제 3 컬러 화소에 접속된 제 3 데이터 라인, 및 센서 화소에 접속되고, 제 1 내지 제 3 데이터 라인과 동일층에 위치하는 리드이웃 라인을 포함하며, 제 1 데이터 라인은 제 1 컬러 화소에 데이터 신호를 공급하는 기간을 포함하는 표시 기간과, 센서 화소에 구동 전압을 공급하는 센싱 기간으로 시분할 구동되고, 복수의 제 1 내지 제 3 컬러 화소 및 센서 화소로 이루어진 복수의 화소열에서, 인접한 화소열들 사이마다, 제 1 내지 제 3 데이터 라인과 리드아웃 라인을 포함하는 복수의 신호 라인 중 2개씩의 신호 라인이 배치될 수 있다.

Description

포토 센서를 갖는 어레이 기판 및 이를 이용한 표시 장치{ARRAY SUBSTRATE HAVING PHOTO SENSOR AND DISPLAY DEVICE USING THE SAME}
본 발명은 고해상도 이미지 센서를 내장하여 지문 인식을 구현할 수 있도록 한 포토 센서를 갖는 어레이 기판 및 이를 이용한 표시 장치에 관한 것이다.
최근의 표시 장치는 영상을 표시하는 기능 외에, 다양한 기능이 추가되고 있는데, 그 일환으로서 지문 인식 기능을 구현할 수 있는 표시 장치에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다.
일반적으로 지문 인식 기능을 갖는 표시 장치는 광학 센싱 방식 또는 정전 용량 방식으로 지문을 인식한다. 예를 들어, 광학 센싱 방식으로 지문을 인식하는 액정 표시 장치는 지문 센서로서 포토 센서가 구비되며, 상기 포토 센서는 백라이트 유닛으로부터 출사되어 손가락에 의해 반사된 광을 센싱하여 지문을 인식한다. 이와 관련하여, 출원인은 대한민국 공개특허 제10-2007-0029853호(이하, 선행 문헌) 등에서 광을 센싱하는 센서 화소가 내장된 기판을 제공하여, 표시 기능과 이미지 입력 기능을 모두 구현할 수 있는 기술을 고안한 바 있다.
도 1은 상기 선행 문헌을 통해 알려진 포토 센서가 내장된 기판의 개략적인 평면도이다.
도 1을 참조하면, 상기 기판 상에는 다수의 게이트 라인(GL)과, 상기 다수의 게이트 라인(GL)과 교차하는 데이터 라인(DL)이 배치된다. 그리고 게이트 라인(GL) 및 데이터 라인(DL)의 교차부에는 화소 영역이 정의되며, 화소 영역에는 표시하는 컬러에 따라 적색 화소(R), 녹색 화소(G), 및 청색 화소(B)가 배치되고, 적색 화소(R), 녹색 화소(G), 및 청색 화소(B) 각각의 일측에는 센서 화소(10)가 배치된다. 상기 포토 센서(10)는 센서 구동 라인(DRL), 바이어스 라인(BL), 및 리드 아웃 라인(RL)에 접속된다.
그러나, 도 1에 도시된 바와 같이, 단위 화소 각각이 3개의 센서 화소(10)를 구비하면, 센서 화소(10)에 접속된 센서 구동 라인(DRL), 바이어스 라인(BL), 및 리드 아웃 라인(RL)들의 수가 증가하여 개구율이 감소된다. 따라서, 상기 선행 문헌에 개시된 기판은 고해상도 모델에는 적용이 어렵다. 이에 따라, 도 1에 도시된 바와 같은 포토 센서(10)들은 구현 가능한 최대 해상도가 100 PPI(pixels per inch) 수준이어서, 지문 인식을 위한 해상도 조건(300 PPI 이상)을 만족하기 어려운 실정이다.
또한, 도 1에 도시된 바와 같이, 단위 화소 각각이 3개의 센서 화소(10)를 갖는 구조를 적용하여 고해상도 모델을 구현할 지라도, 센서 화소(10) 각각이 갖는 면적이 너무 작아져서 지문 또는 이미지를 정확히 센싱할 수 없다. 이는, 각 센서 화소(10)에 구성되어 센싱된 데이터 값을 일시적으로 저장하는 센싱 커패시터의 면적이 너무 작아져서 센싱 커패시터가 제 기능을 못하기 때문이다.
한편, 전술한 문제점 때문에 도 2에 도시된 바와 같이, 지문 인식 소자(20)를 외장형으로 마련하여, 표시 장치의 비표시 영역에 실장하는 방법이 사용되고 있다. 그러나, 상기 방법은 고비용이 들고, 최근의 표시 장치는 비표시 영역의 면적을 줄이는 추세에 있으므로, 외장형 지문 인식 소자를 배치할 공간적 제약이 커지는 단점이 있다.
본 발명은 전술한 문제점을 해결하고자 안출된 것으로, 고해상도 이미지 센서를 내장하여 지문 인식을 구현할 수 있도록 한 포토 센서를 갖는 어레이 기판 및 이를 이용한 표시 장치를 제공하는 것을 기술적 과제로 한다.
위에서 언급된 본 발명의 기술적 과제 외에도, 본 발명의 다른 특징 및 이점들이 이하에서 기술되거나, 그러한 기술 및 설명으로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
전술한 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따른 표시 장치의 어레이 기판은 쿼드 타입으로 배치된 제 1 내지 제 3 컬러 화소, 및 센서 화소로 이루어진 단위 화소, 제 1 컬러 화소 및 센서 화소에 접속된 제 1 데이터 라인, 제 2 컬러 화소에 접속된 제 2 데이터 라인, 제 3 컬러 화소에 접속된 제 3 데이터 라인, 및 센서 화소에 접속되고 제 1 내지 제 3 데이터 라인과 동일층에 위치하는 리드아웃 라인을 포함하고, 제 1 데이터 라인은 제 1 컬러 화소에 데이터 신호를 공급하는 기간을 포함하는 표시 기간과, 센서 화소에 구동 전압을 공급하는 센싱 기간으로 시분할 구동되고, 복수의 제 1 내지 제 3 컬러 화소 및 센서 화소로 이루어진 복수의 화소열에서, 인접한 화소열들 사이마다, 제 1 내지 제 3 데이터 라인과 리드아웃 라인을 포함하는 복수의 신호 라인 중 2개씩의 신호 라인이 배치될 수 있다.
또한, 전술한 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따른 표시 장치의 어레이 기판은 제 1 내지 제 3 컬러 화소, 및 상기 제 1 내지 제 3 컬러 화소의 일측에 배치된 센서 화소로 이루어진 단위 화소, 상기 제 1 컬러 화소에 접속된 제 1 데이터 라인, 상기 제 2 컬러 화소 및 상기 센서 화소에 접속된 제 2 데이터 라인, 상기 제 3 컬러 화소에 접속된 제 3 데이터 라인, 및 상기 센서 화소에 접속된 리드 아웃 라인을 포함하고, 상기 제 2 데이터 라인은 상기 센서 화소와 중첩되지 않도록 일측으로 연장되어 상기 센서 화소를 우회하고, 상기 리드 아웃 라인은 상기 센서 화소와 중첩되지 않도록 타측으로 연장되어 상기 센서 화소를 우회할 수 있다.
상기 과제의 해결 수단에 의하면, 본 발명은 다음과 같은 효과가 있다.
본 발명은 센서 화소의 면적을 넓힐 수 있어 고해상도 모델에 적합하고, 지문 인식을 위한 해상도 조건(300 PPI 이상)을 만족할 수 있다. 즉, 본 발명은 센서 화소의 설계시, 센서 화소에 구성된 센싱 커패시터가 충분한 면적을 확보할 수 있다. 이는, 고해상도 모델 적용시에도 센싱 커패시터가 충분한 정전 용량을 확보하여 센싱된 광전류를 정확히 저장할 수 있음을 의미하며, 센서 화소를 지문 인식을 위한 해상도 조건(300 PPI 이상)으로 설계할 수 있음을 의미한다.
또한, 본 발명은 종래 기술의 센서 구동 라인을 삭제하고, 단위 화소당 1개의 센서 화소를 구비함으로써 리드 아웃 라인의 개수를 줄여, 개구율이 향상될 수 있다.
위에서 언급된 본 발명의 효과 외에도, 본 발명의 다른 특징 및 이점들이 이하에서 기술되거나, 그러한 기술 및 설명으로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 상기 선행 문헌을 통해 알려진 포토 센서가 내장된 기판의 개략적인 평면도이다.
도 2는 외장형 지문 인식 소자를 구비한 표시 장치를 개략적으로 나타낸 사시도이다.
도 3a 및 도 3b는 본 발명의 실시 예에 따른 기판을 갖는 표시 장치의 개략적인 단면도이다.
도 4는 본 발명의 제 1 실시 예에 따른 표시 장치용 기판의 개략적인 평면도이다.
도 5는 도 4에 도시된 하나의 단위 화소를 도시한 회로도이다.
도 6은 도 4에 도시된 A-A' 선에 따른 기판의 단면도이다.
도 7은 본 발명의 제 2 실시 예에 따른 표시 장치용 기판의 개략적인 평면도이다.
도 8은 도 7에 도시된 하나의 단위 화소를 도시한 회로도이다.
도 9는 비교 예에 따른 기판의 개략적인 평면도이다.
본 명세서에서 서술되는 용어의 의미는 다음과 같이 이해되어야 할 것이다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 정의하지 않는 한 복수의 표현을 포함하는 것으로 이해되어야 하고, "제 1", "제 2" 등의 용어는 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하기 위한 것으로, 이들 용어들에 의해 권리범위가 한정되어서는 아니 된다. "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 하나 또는 그 이상의 다른 특징이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다. "적어도 하나"의 용어는 하나 이상의 관련 항목으로부터 제시 가능한 모든 조합을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 예를 들어, "제 1 항목, 제 2 항목 및 제 3 항목 중에서 적어도 하나"의 의미는 제 1 항목, 제 2 항목 또는 제 3 항목 각각 뿐만 아니라 제 1 항목, 제 2 항목 및 제 3 항목 중에서 2개 이상으로부터 제시될 수 있는 모든 항목의 조합을 의미한다. "상에"라는 용어는 어떤 구성이 다른 구성의 바로 상면에 형성되는 경우 뿐만 아니라 이들 구성들 사이에 제 3의 구성이 개재되는 경우까지 포함하는 것을 의미한다.
이하에서는 본 발명에 따른 포토 센서를 갖는 어레이 기판 및 이를 이용한 표시 장치의 바람직한 예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 3a 및 도 3b는 본 발명의 실시 예에 따른 기판을 갖는 표시 장치의 개략적인 단면도이다.
도 3a를 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 표시 장치는 액정 표시 장치일 수 있다. 이러한 본 발명의 액정 표시 장치는 상부 기판(130) 및 하부 기판(120)이 서로 합착된 액정 패널(110)과, 액정 패널(110)에 중첩되도록 배치된 백라이트 유닛(140)을 포함하여 구성된다.
상기 상부 기판(130)은 컬러 필터 어레이를 구비한다. 그리고 상기 하부 기판(120)은 박막 트랜지스터 어레이를 구비한다. 특히, 본 발명의 액정 표시 장치는 상기 하부 기판(120) 내에 센서 화소(100)가 구비되며, 상기 센서 화소(100)는 백라이트 유닛(140)으로부터 출사되어 손가락에 의해 반사된 광을 센싱하여 지문을 인식한다.
도 3b를 참조하면, 본 발명의 다른 실시 예에 따른 표시 장치는 유기 발광 다이오드 표시 장치일 수 있다. 이러한 본 발명의 유기 발광 다이오드 표시 장치는 적색 화소(R), 녹색 화소(G), 및 청색 화소(B)가 구비된 기판(150)과, 상기 기판(150)을 덮는 봉지 기판(160)을 포함하여 구성된다.
특히, 본 발명의 유기 발광 다이오드 표시 장치는 상기 기판(150) 내에 센서 화소(100)가 구비되며, 상기 센서 화소(100)는 적색 화소(R), 녹색 화소(G), 및 청색 화소(B)로부터 출사되어 손가락에 의해 반사된 광을 센싱하여 지문을 인식하다.
이와 같이, 본 발명의 표시 장치는 액정 표시 장치 또는 유기 발광 다이오드 표시 장치일 수 있다. 다만, 이하에서는 설명의 편의를 위해 액정 표시 장치를 중심으로 설명한다. 그러나, 본 발명의 특징은 액정 표시 장치에 국한되지 않는다는 것에 주의하여야 한다.
도 4는 본 발명의 제 1 실시 예에 따른 표시 장치용 기판의 개략적인 평면도이다. 도 5는 도 4에 도시된 하나의 단위 화소를 도시한 회로도이다.
도 4를 참조하면, 본 발명의 제 1 실시 예에 따른 표시 장치용 기판은 다수의 게이트 라인(GL), 다수의 데이터 라인(DL), 다수의 리드 아웃 라인(RL), 및 다수의 바이어스 라인(BL)을 구비한다. 여기서, 상기 게이트 라인(GL), 및 상기 바이어스 라인(BL)은 제 1 방향으로 배열되고, 상기 데이터 라인(DL) 및 상기 리드 아웃 라인(RL)은 상기 제 1 방향에 교차되는 제 2 방향으로 배열된다.
본 발명의 기판은 상기 제 1 방향으로 배열된 라인들과 상기 제 2 방향으로 배열된 라인들이 서로 교차함으로써 다수의 화소 영역을 정의한다. 상기 다수의 화소 영역 각각에는 영상을 표시하는 화소나, 지문 또는 이미지를 센싱하기 위한 센서 화소(100)가 배치된다.
상기 다수의 화소 영역 각각에 형성되는 화소들은 제 1 내지 제 3 컬러 화소(R, G, B), 및 센서 화소(100)로 구분된다. 여기서, 상기 제 1 컬러 화소(R)는 적색 화소이고, 상기 제 2 컬러 화소(G)는 녹색 화소이고, 상기 제 3 컬러 화소(B)는 청색 화소일 수 있다.
상기 제 1 내지 제 3 컬러 화소(R, G, B) 및 상기 센서 화소(100)는 단위 화소(UP)를 구성한다. 즉, 본 발명의 기판에 형성된 단위 화소(UP) 각각은 상기 제 1 내지 제 3 컬러 화소(R, G, B) 및 상기 센서 화소(100)를 포함하여 구성된다.
도 4 및 도 5를 참조하면, 상기 단위 화소(UP) 내에서 상기 제 1 컬러 화소(R)는 제 1 행 및 제 1 열에 배치되고, 상기 제 2 컬러 화소(G)는 상기 제 1 행 및 제 2 열에 배치되고, 상기 제 3 컬러 화소(B)는 제 2 행 및 상기 제 2 열에 배치되고, 상기 센서 화소(100)는 상기 제 2 행 및 상기 제 1 열에 배치된다.
상기 데이터 라인(DL)은 제 1 내지 제 3 데이터 라인(DL1~DL3)으로 구분된다. 구체적으로, 상기 제 1 컬러 화소(R) 및 상기 센서 화소(100)에는 제 1 데이터 라인(DL1)이 접속된다. 상기 제 2 컬러 화소(G)에는 제 2 데이터 라인(DL2)이 접속된다. 상기 제 3 컬러 화소(B)에는 제 3 데이터 라인(DL3)이 접속된다. 그리고 상기 제 1 내지 제 3 데이터 라인(DL1~DL3)에 나란한 리드 아웃 라인(RL)은 상기 센서 화소(100)에 접속된다.
한편, 상기 게이트 라인(GL)은 상기 제 1 내지 제 3 데이터 라인(DL1~DL3) 및 상기 리드 아웃 라인(RL)과 교차되도록 배치되어, 제 1 내지 제 3 컬러 화소(R, G, B), 및 센서 화소(100)에 공통으로 접속된다. 그리고 상기 게이트 라인(GL)에 나란한 상기 바이어스 라인(BL)은 상기 센서 화소(100)에 접속된다.
특히, 본 발명은 제 1 내지 제 3 컬러 화소(R, G, B), 및 센서 화소(100)가 선택적으로 배치된 화소 열들 사이에 상기 화소 열과 나란한 라인을 2개씩 배치한다. 이러한 본 발명은 화소 열들 사이에 라인이 2개씩 배치됨으로써 개구율 편차를 줄일 수 있어 화질이 향상된다. 여기서, 상기 화소 열과 나란한 라인은 상기 데이터 라인(DL) 또는 상기 리드 아웃 라인(RL)이다. 즉, 본 발명은 상기 화소 열들 사이에 각각에 상기 제 1 내지 제 3 데이터 라인(DL1~DL3), 상기 리드 아웃 라인(RL) 중 선택된 2개를 배치한다.
또한, 본 발명은 제 1 내지 제 3 컬러 화소(R, G, B), 및 센서 화소(100)가 선택적으로 배치된 화소 행들 사이에 상기 화소 행과 나란한 라인을 1개씩 배치한다. 이러한 본 발명은 화소 행들 사이에 라인이 1개씩 배치됨으로써 개구율 편차를 줄일 수 있어 화질이 향상된다. 여기서, 상기 화소 행과 나란한 라인은 상기 게이트 라인(GL) 또는 상기 바이어스 라인(BL)이다. 즉, 본 발명은 상기 화소 행들 사이에 상기 게이트 라인(GL) 또는 상기 바이어스 라인(BL) 중 선택된 1개를 배치한다.
상기 각 단위 화소(UP)에 접속된 라인들의 구조를 보다 구체적으로 설명하면 다음과 같다.
상기 리드 아웃 라인(RL)은 상기 제 1 컬러 화소(R) 및 상기 센서 화소(100)의 일측에 배치된다. 상기 제 1 데이터 라인(DL1)은 상기 제 1 컬러 화소(R) 및 상기 센서 화소(100)의 타측에 배치된다. 상기 제 2 데이터 라인(DL2)은 상기 제 1 데이터 라인(DL1)과 인접한 상기 제 2 및 제 3 컬러 화소(B)의 일측에 배치된다. 상기 제 3 데이터 라인(DL3)은 상기 제 2 및 제 3 컬러 화소(B)의 타측에 배치된다.
상기 게이트 라인(GL)은 상기 제 1 및 제 2 컬러 화소(G)에 인접한 상기 제 3 컬러 화소(B) 및 상기 센서 화소(100)의 일측에 배치된다. 상기 바이어스 라인(BL)은 상기 제 3 컬러 화소(B) 및 상기 센서 화소(100)의 타측에 배치된다.
한편, 도 5에 도시된 바와 같이, 상기 제 1 내지 제 3 컬러 화소(R, G, B) 각각은 구동 TFT(DT)와, 액정 커패시터(Clc), 및 스토리지 커패시터(Cst)를 구비한다. 상기 구동 TFT(DT)는 게이트 라인(GL)에 접속된 게이트 전극(G), 제 1 내지 제 3 데이터 라인(DL1~DL3) 중 선택된 어느 하나에 접속된 제 1 전극(S), 화소 전극(PE)에 접속된 제 2 전극(D)을 포함하여 구성된다. 상기 액정 커패시터(Clc) 및 상기 스토리지 커패시터(Cst) 각각은 상기 화소 전극(PE) 및 공통 전극(CE)에 접속된다.
또한, 상기 센서 화소(100)는 제 1 및 제 2 TFT(T1, T2), 및 센싱 커패시터(SC)를 포함한다.
상기 제 1 TFT(T1)는 상기 바이어스 라인(BL)에 접속된 게이트 전극(G), 상기 제 1 데이터 라인(DL1)에 접속된 제 1 전극(S), 및 센싱 노드(SN)에 접속된 제 2 전극(D)을 포함한다. 이러한 제 1 TFT(T1)는 수신된 광량에 따른 광전류를 상기 센싱 노드(SN)에 공급한다. 본 발명은 도 1에 도시된 종래 기술과는 달리 센서 구동 라인이 삭제된다. 대신, 본 발명은 데이터 라인(DL)을 센싱 기간과 표시 기간으로 시분할 구동하며, 상기 센싱 기간에 센서 화소(100)는 상기 데이터 라인(DL)을 통해 구동 전압을 공급받는다.
상기 센싱 커패시터(SC)는 상기 센싱 노드(SN)와 상기 바이어스 라인(BL)에 각각 접속된다. 이러한 센싱 커패시터(SC)는 상기 제 1 TFT(T1)로부터 제공된 광전류를 저장한다.
상기 제 2 TFT(T2)는 상기 게이트 라인(GL)에 접속된 게이트 전극(G), 상기 센싱 노드(SN)에 접속된 제 1 전극(S), 및 상기 리드 아웃 라인(RL)에 접속된 제 2 전극(D)을 포함한다. 이러한 제 2 TFT(T2)는 상기 센싱 노드(SN)의 전압을 리드 아웃 라인(RL)에 공급한다.
이상에서 설명한 본 발명의 제 1 실시 예에 따른 기판은 도 1에 도시된 종래 기술에 비해 센서 화소(100)의 면적을 넓힐 수 있어 고해상도 모델에 적합하고, 지문 인식을 위한 해상도 조건(300 PPI 이상)을 만족할 수 있다. 구체적으로, 본 발명은 각 단위 화소(UP)당 1 개의 센서 화소(100)를 구비하는 반면, 도 1에 도시된 종래 기술은 각 단위 화소(UP)당 3개의 센서 화소(100)를 구비하는 바, 센서 화소(100)의 면적이 넓어진다. 따라서, 본 발명은 센서 화소(100)의 설계시, 센서 화소(100)에 구성된 센싱 커패시터(SC)가 충분한 면적을 확보할 수 있다. 이는, 고해상도 모델 적용시에도 센싱 커패시터(SC)가 충분한 정전 용량을 확보하여 제 1 TFT(T1)로부터 센싱된 광전류를 저장할 수 있음을 의미하며, 센서 화소(100)를 지문 인식을 위한 해상도 조건(300 PPI 이상)으로 설계할 수 있음을 의미한다.
또한, 본 발명의 제 1 실시 예는 종래 기술의 센서 구동 라인을 삭제하고, 단위 화소(UP)당 1개의 센서 화소(100)를 구비함으로써 리드 아웃 라인(RL)의 개수를 줄여, 개구율이 향상될 수 있다.
이하, 제 1 실시 예에 따른 표시 장치용 기판의 단면 구조를 설명한다.
도 6은 도 4에 도시된 A-A' 선에 따른 기판의 단면도이다. 구체적으로, 도 6은 도 4에 도시된 제 3 컬러 화소(B) 및 센서 화소(100)를 절단한 단면도이다.
먼저, 기판(200) 상에 게이트 라인(GL)이 형성된다. 상기 게이트 라인(GL)과 동일층에는 제 1 내지 제 3 컬러 화소(R, G, B) 각각에 구비된 구동 TFT(DT)의 게이트 전극(G), 센서 화소(100)에 구비된 센싱 커패시터(SC)를 구성하는 스토리지 전극(SE), 및 센서 화소(100)에 구비된 제 1 및 제 2 TFT(T1, T2) 각각의 게이트 전극(G)이 형성된다.
이어서, 상기 게이트 라인(GL) 및 상기 게이트 라인(GL)과 동일층에 형성된 게이트 전극(G)들 상에는 게이트 절연층(210)이 형성되고, 상기 게이트 절연층(210) 상에는 제 1 내지 제 3 컬러 화소(R, G, B) 각각에 구비된 구동 TFT(DT)의 반도체층(ACT)과, 센서 화소(100)에 구비된 제 1 및 제 2 TFT(T1, T2) 각각의 반도체층(ACT)이 형성된다.
상기 반도체층(ACT)들을 포함한 기판 상에는 데이터 라인(DL)들이 형성된다. 상기 데이터 라인(DL)들과 동일층에는 제 1 내지 제 3 컬러 화소(R, G, B) 각각에 구비된 구동 TFT(DT)의 제 1 및 제 2 전극(S, D)(소스 및 드레인), 센서 화소(100)에 구비된 제 1 및 제 2 TFT(T1, T2) 각각의 제 1 및 제 2 전극(S, D), 센서 화소(100)에 구비된 제 1 및 제 2 TFT(T1, T2)를 서로 연결함과 동시에 센서 화소(100)에 구비된 상기 스토리지 전극(SE)과 중첩되는 연결 라인(LL)이 형성된다. 상기 반도체층(ACT)들과 상기 TFT들 각각의 제 1 및 제 2 전극(S, D) 사이에는 오믹 접촉층(OC)이 형성될 수 있다.
상기 데이터 라인(DL) 및 상기 데이터 라인(DL)과 동일층에 형성된 전극 및 라인들 상에는 제 1 보호층(220)이 형성되고, 상기 제 1 보호층(220) 상에는 제 1 내지 제 3 컬러 화소(R, G, B) 각각에 구비된 구동 TFT(DT)의 제 2 전극(D)에 접속된 화소 전극(PE)이 형성된다.
상기 화소 전극(PE)을 포함한 기판(200) 상에는 제 2 보호층(230)이 형성되고, 상기 제 2 보호층(230)을 포함한 기판(200) 상에는 상기 화소 전극(PE)과 중첩되는 공통 전극(CE)이 형성된다.
도 7은 본 발명의 제 2 실시 예에 따른 표시 장치용 기판의 개략적인 평면도이다. 도 8은 도 7에 도시된 하나의 단위 화소(UP)를 도시한 회로도이다.
도 7을 참조하면, 제 2 실시 예에 따른 표시 장치용 기판은 다수의 게이트 라인(GL), 다수의 데이터 라인(DL), 다수의 리드 아웃 라인(RL), 및 다수의 바이어스 라인(BL)을 구비한다. 여기서, 상기 게이트 라인(GL), 및 상기 바이어스 라인(BL)은 제 1 방향으로 배열되고, 상기 데이터 라인(DL) 및 상기 리드 아웃 라인(RL)은 상기 게이트 라인(GL)과 교차되도록 배열된다.
단, 제 2 실시 예는 제 1 및 제 3 데이터 라인(DL3)은 서로 동일한 형태를 갖고, 제 2 데이터 라인(DL2)과 리드 아웃 라인(RL)은 센서 화소(100)와 인접한 영역에서 제 1 데이터 라인(DL1)과 다른 형태를 갖는다. 이는, 제 2 데이터 라인(DL2)과 리드 아웃 라인(RL)이 센서 화소(100)가 형성된 영역을 우회하기 위함이며, 그 이유는 도 6 및 도 9를 참조하여 구체적으로 후술된다.
이러한 제 2 실시 예에 따른 기판은 전술한 제 1 실시예와 마찬가지로 단위 화소(UP)가 제 1 내지 제 3 컬러 화소(R, G, B) 및 상기 센서 화소(100)로 구성된다. 단, 제 2 실시 예에 따른 기판은 제 1 실시 예와 달리 제 1 내지 제 3 컬러 화소(R, G, B)가 스트라이프 형태로 배치되고, 제 1 내지 제 3 컬러 화소(R, G, B)의 일측에 단 하나의 센서 화소(100)가 배치된다.
상기 게이트 라인(GL)은 상기 제 1 내지 제 3 데이터 라인(DL1~DL3) 및 상기 리드 아웃 라인(RL)과 교차되도록 센서 화소(100)의 일측에 배치된다. 여기서, 상기 센서 화소(100)의 일측은 상기 제 1 내지 제 3 컬러 화소(R, G, B)와 인접한 부분이다.
상기 바이어스 라인(BL)은 상기 센서 화소(100)의 타측에 배치되어, 상기 센서 화소(100)에 접속된다.
상기 데이터 라인(DL)은 상기 게이트 라인(GL)과 교차되며, 제 1 내지 제 3 데이터 라인(DL1~DL3)으로 구분된다. 구체적으로, 제 1 데이터 라인(DL1)은 상기 제 1 컬러 화소(R)에 접속된다. 상기 제 2 데이터 라인(DL2)은 제 2 컬러 화소(G) 및 상기 센서 화소(100)에 접속된다. 상기 제 3 데이터 라인(DL3)은 상기 제 3 컬러 화소(B)에 접속된다. 상기 리드 아웃 라인(RL)은 상기 센서 화소(100)에 접속된다. 여기서, 상기 제 1 내지 제 3 데이터 라인(DL1~DL3) 및 상기 리드 아웃 라인(RL)은 제 1 데이터 라인(DL1), 제 2 데이터 라인(DL2), 리드 아웃 라인(RL), 제 3 데이터 라인(DL3) 순서로 배치된다.
도 8을 참조하면, 상기 제 1 내지 제 3 컬러 화소(R, G, B) 각각은 구동 TFT(DT)와, 액정 커패시터(Clc), 및 스토리지 커패시터(Cst)를 구비한다. 상기 구동 TFT(DT)는 게이트 라인(GL)에 접속된 게이트 전극(G), 제 1 내지 제 3 데이터 라인(DL1~DL3) 중 선택된 어느 하나에 접속된 제 1 전극(S), 화소 전극(PE)에 접속된 제 2 전극(D)을 포함하여 구성된다. 상기 액정 커패시터(Clc) 및 상기 스토리지 커패시터(Cst) 각각은 상기 화소 전극(PE) 및 공통 전극(CE)에 접속된다.
또한, 상기 센서 화소(100)는 제 1 및 제 2 TFT(T1, T2), 및 센싱 커패시터(SC)를 포함한다.
상기 제 1 TFT(T1)는 상기 바이어스 라인(BL)에 접속된 게이트 전극(G), 상기 제 2 데이터 라인(DL2)에 접속된 제 1 전극(S), 및 센싱 노드(SN)에 접속된 제 2 전극(D)을 포함한다. 이러한 제 1 TFT(T1)는 수신된 광량에 따른 광전류를 상기 센싱 노드(SN)에 공급한다. 즉, 제 2 실시 예에 따른 센서 화소(100)는 제 1 실시 예와 달리 제 1 TFT(T1)가 제 2 데이터 라인(DL2)에 접속된다.
상기 센싱 커패시터(SC)는 상기 센싱 노드(SN)와 상기 바이어스 라인(BL)에 각각 접속된다. 이러한 센싱 커패시터(SC)는 상기 제 1 TFT(T1)로부터 제공된 광전류를 저장한다.
상기 제 1 TFT(T2)는 상기 게이트 라인(GL)에 접속된 게이트 전극(G), 상기 센싱 노드(SN)에 접속된 제 1 전극(S), 및 상기 리드 아웃 라인(RL)에 접속된 제 2 전극(D)을 포함한다. 이러한 제 1 TFT(T2)는 상기 센싱 노드(SN)의 전압을 리드 아웃 라인(RL)에 공급한다.
이상에서 설명한 본 발명의 제 2 실시 예에 따른 기판은 제 1 실시 예와 마찬가지로 센서 화소(100)의 면적을 넓힐 수 있어 고해상도 모델에 적합하고, 지문 인식을 위한 해상도 조건(300 PPI 이상)을 만족할 수 있다. 그리고 종래 기술의 센서 구동 라인을 삭제하고, 단위 화소(UP)당 1개의 센서 화소(100)를 구비함으로써 리드 아웃 라인(RL)의 개수를 줄여, 개구율이 향상될 수 있다.
한편, 본 발명의 제 2 실시 예에 따른 기판은 제 1 및 제 3 데이터 라인(DL3)이 서로 동일한 형태를 갖고, 제 2 데이터 라인(DL2)과 리드 아웃 라인(RL)은 센서 화소(100)와 인접한 영역에서 제 1 데이터 라인(DL1)과 다른 형태를 갖는다. 구체적으로, 상기 제 2 데이터 라인(DL2)은 상기 센서 화소(100)와 인접한 영역에서 상기 제 1 데이터 라인(DL1)과 인접한 방향으로 절곡되어 상기 센서 화소(100)를 우회하고, 상기 리드 아웃 라인(RL)은 상기 센서 화소(100)와 인접한 영역에서 상기 제 3 데이터 라인(DL3)과 인접한 방향으로 절곡되어 상기 센서 화소(100)를 우회한다.
상기에서, 제 2 데이터 라인(DL2)과 리드 아웃 라인(RL)이 센서 화소(100)를 우회하는 이유는 다음과 같다.
전술한 바와 같이, 본 발명의 제 2 실시 예에 따른 기판은 제 1 내지 제 3 컬러 화소(R, G, B)가 스트라이프 형태로 배치되고, 제 1 내지 제 3 컬러 화소(R, G, B)의 일측에 단 하나의 센서 화소(100)가 배치된다. 이때, 도 9에 도시된 비교 예에서와 같이, 제 1 내지 제 3 컬러 화소(R, G, B) 각각의 일측에 게이트 라인(GL)과 수직된 방향으로 데이터 라인(DL)을 일직선으로 배치할 경우, 일부 데이터 라인(DL)들은 센서 화소(100)가 배치된 영역을 지나가게 된다. 즉, 도 9에 도시된 바와 같이, 제 1 및 제 2 컬러 화소(G) 사이에 배치된 제 2 데이터 라인(DL2)과, 제 2 및 제 3 컬러 화소(B) 사이에 배치된 제 3 데이터 라인(DL3)은 센서 화소(100)가 배치되는 영역을 지나가게 된다.
그런데, 센서 화소(100)에는 센서 커패시터가 구비되며, 센서 커패시터는 도 6에 도시된 바와 같이, 게이트 라인(GL)과 동일층에 형성된 스토리지 전극(SE)과, 상기 데이터 라인(DL)과 동일층에 형성된 연결 라인(LL)을 포함하여 구성된다. 따라서, 상기 제 2 및 제 3 데이터 라인(DL2, DL3)이 센서 화소(100)를 일직선으로 가로지르는 것은 불가능하다. 따라서, 도 9의 'K' 부분처럼 제 2 및 제 3 데이터 라인(DL2, DL3)이 센서 화소(100)를 일직선으로 가로지르게 하려면, 센서 화소(100)가 배치된 영역에서 상기 연결 전극과 다른층에 구비된 별도의 라인을 마련하고, 데이터 라인(DL)들이 상기 별도의 라인과 접속되도록 해야 한다. 하지만, 상기 방법은 기판의 구조가 복잡하여 제조 비용이 증가하고, 데이터 라인(DL)의 로드가 증가하여 데이터 드라이버의 소비 전력이 증가하고, 데이터 라인(DL)에 인가되는 데이터 전압이 센서 화소(100)의 간섭을 받아 왜곡될 수 있다.
한편, 본 발명은 도 8에 도시된 것과 달리 제 2 및 제 3 컬러 화소(G, B) 사이에 리드 아웃 라인(RL) 대신 제 3 데이터 라인(DL3)을 배치하여, 제 3 데이터 라인(DL3)이 도 8의 리드 아웃 라인(RL)과 동일한 형태를 갖도록 할 수 있다. 하지만, 바람직하게는 도 8에 도시된 것과 같이, 제 2 및 제 3 컬러 화소(G, B) 사이에 리드 아웃 라인(RL)이 배치된다. 그 이유는 리드 아웃 라인(RL)과 데이터 라인(DL) 간의 거리를 이격시켜, 데이터 라인(DL)의 간섭으로 인해 리드 아웃 라인(RL)의 신호가 왜곡되는 것을 방지하기 위함이다. 즉, 제 2 및 제 3 컬러 화소(G, B) 사이에 리드 아웃 라인(RL) 대신 제 3 데이터 라인(DL3)을 배치될 경우, 리드 아웃 라인(RL)은 이웃한 단위 화소(UP)에 접속된 제 1 데이터 라인(DL1)과 나란하게 배치되며, 상기 제 1 데이터 라인(DL1)의 간섭을 받을 수 있다. 따라서, 도 8에 도시된 구조가 보다 바람직하다.
이상에서 상술한 바와 같이, 본 발명은 센서 화소(100)의 면적을 넓힐 수 있어 고해상도 모델에 적합하고, 지문 인식을 위한 해상도 조건(300 PPI 이상)을 만족할 수 있다. 즉, 본 발명은 센서 화소(100)의 설계시, 센서 화소(100)에 구성된 센싱 커패시터(SC)가 충분한 면적을 확보할 수 있다. 이는, 고해상도 모델 적용시에도 센싱 커패시터(SC)가 충분한 정전 용량을 확보하여 센싱된 광전류를 정확히 저장할 수 있음을 의미하며, 센서 화소(100)를 지문 인식을 위한 해상도 조건(300 PPI 이상)으로 설계할 수 있음을 의미한다.
또한, 본 발명은 종래 기술의 센서 구동 라인을 삭제하고, 단위 화소(UP)당 1개의 센서 화소(100)를 구비함으로써 리드 아웃 라인(RL)의 개수를 줄여, 개구율이 향상될 수 있다.
이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시 예 및 첨부된 도면에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사항을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것이 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다. 그러므로, 본 발명의 범위는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
UP: 단위 화소 BL: 바이어스 라인
R: 제 1 컬러 화소 G: 제 2 컬러 화소
B: 제 3 컬러 화소 100: 센서 화소

Claims (12)

  1. 쿼드 타입으로 배치된 제 1 내지 제 3 컬러 화소, 및 센서 화소로 이루어진 단위 화소;
    상기 제 1 컬러 화소 및 상기 센서 화소에 접속된 제 1 데이터 라인;
    상기 제 2 컬러 화소에 접속된 제 2 데이터 라인;
    상기 제 3 컬러 화소에 접속된 제 3 데이터 라인; 상기 센서 화소에 접속되고, 상기 제 1 내지 제 3 데이터 라인과 동일층에 위치하는 리드아웃 라인을 포함하며,
    상기 제 1 데이터 라인은 상기 제 1 컬러 화소에 데이터 신호를 공급하는 기간을 포함하는 표시 기간과, 상기 센서 화소에 구동 전압을 공급하는 센싱 기간으로 시분할 구동되고,
    복수의 상기 제 1 내지 제 3 컬러 화소 및 상기 센서 화소로 이루어진 복수의 화소열에서, 인접한 화소열들 사이마다, 상기 제 1 내지 제 3 데이터 라인과 상기 리드아웃 라인을 포함하는 복수의 신호 라인 중 2개씩의 신호 라인이 배치되는 것을 특징으로 하는 표시 장치의 어레이 기판.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 단위 화소에 내에서,
    상기 제 1 컬러 화소는 제 1 화소행 및 제 1 화소열에 배치되고,
    상기 제 2 컬러 화소는 상기 제 1 화소행 및 제 2 화소열에 배치되고,
    상기 제 3 컬러 화소는 제 2 화소행 및 상기 제 2 화소열에 배치되고,
    상기 센서 화소는 상기 제 2 화소행 및 상기 제 1 화소열에 배치되는 표시 장치의 어레이 기판.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 제 1 내지 제 3 데이터 라인 및 상기 리드아웃 라인과 교차되도록 배치되어, 제 1 내지 제 3 컬러 화소, 및 센서 화소에 공통으로 접속된 게이트 라인; 및
    상기 게이트 라인과 평행하게 배치되어, 상기 센서 화소에 접속된 바이어스 라인을 더 포함하는 표시 장치의 어레이 기판.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 제 1 및 제 2 화소열 사이에 상기 제 1 및 제 2 데이터 라인이 나란하게 배치되고,
    상기 제 2 화소열과, 다음 단위 화소의 제 1 컬러 화소 및 센서 화소를 포함하는 제 3 화소열 사이에, 상기 제 3 데이터 라인과, 상기 다음 단위 화소의 센서 화소와 접속된 리드아웃 라인이 나란하게 배치되는 표시 장치의 어레이 기판.
  5. 제 3 항에 있어서,
    상기 게이트 라인은 상기 제 1 화소행 및 상기 제 2 화소행 사이에 배치되고, 상기 바이어스 라인은 상기 제 2 화소행과 제 3 화소행 사이에 배치되는 표시 장치의 어레이 기판.
  6. 제 3 항에 있어서,
    상기 센서 화소는
    상기 바이어스 라인에 접속된 게이트 전극, 상기 제 1 데이터 라인에 접속된 제 1 전극, 및 센싱 노드에 접속된 제 2 전극을 포함하여, 수신된 광량에 따른 광전류를 상기 센싱 노드에 공급하는 제 1 스위칭 소자;
    상기 센싱 노드와 상기 바이어스 라인에 각각 접속된 센싱 커패시터; 및
    상기 게이트 라인에 접속된 게이트 전극, 상기 센싱 노드에 접속된 제 1 전극, 및 상기 리드아웃 라인에 접속된 제 2 전극을 포함하는 제 2 스위칭 소자를 포함하는 표시 장치의 어레이 기판.
  7. 제 1 내지 제 3 컬러 화소, 및 상기 제 1 내지 제 3 컬러 화소의 일측에 배치된 센서 화소로 이루어진 단위 화소;
    상기 제 1 컬러 화소에 접속된 제 1 데이터 라인;
    상기 제 2 컬러 화소 및 상기 센서 화소에 접속된 제 2 데이터 라인;
    상기 제 3 컬러 화소에 접속된 제 3 데이터 라인; 및
    상기 센서 화소에 접속된 리드아웃 라인을 포함하고;
    상기 제 2 데이터 라인은 상기 센서 화소와 중첩되지 않도록 일측으로 연장되어 상기 센서 화소를 우회하고;
    상기 리드아웃 라인은 상기 센서 화소와 중첩되지 않도록 타측으로 연장되어 상기 센서 화소를 우회하는 것을 특징으로 하는 표시 장치의 어레이 기판.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 제 1 내지 제 3 데이터 라인 및 상기 리드아웃 라인은
    상기 제 1 데이터 라인, 상기 제 2 데이터 라인, 상기 리드아웃 라인, 상기 제 3 데이터 라인 순서로 배치되는 표시 장치의 어레이 기판.
  9. 제 7 항에 있어서,
    상기 제 1 내지 제 3 데이터 라인 및 상기 리드아웃 라인과 교차되고, 상기 제 1 내지 제 3 컬러 화소와 인접하도록 상기 센서 화소의 일측에 배치되는 게이트 라인; 및
    상기 센서 화소의 타측에 배치되는 바이어스 라인을 더 포함하는 표시 장치의 어레이 기판.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 센서 화소는
    상기 바이어스 라인에 접속된 게이트 전극, 상기 제 2 데이터 라인에 접속된 제 1 전극, 및 센싱 노드에 접속된 제 2 전극을 포함하여, 센싱된 광량에 따른 광전류를 상기 센싱 노드에 공급하는 제 1 스위칭 소자;
    상기 센싱 노드와 상기 바이어스 라인에 각각 접속된 센싱 커패시터; 및
    상기 게이트 라인에 접속된 게이트 전극, 상기 센싱 노드에 접속된 제 1 전극, 및 상기 리드아웃 라인에 접속된 제 2 전극을 포함하는 제 2 스위칭 소자를 포함하는 표시 장치의 어레이 기판.
  11. 상기 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 기재된 상기 표시 장치의 어레이 기판을 포함하고 상기 제 1 내지 제 3 컬러 화소 각각은 유기 발광층을 포함하는 유기 발광 다이오드 표시 장치.
  12. 상기 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 기재된 상기 표시 장치의 어레이 기판; 및 백라이트 유닛을 포함하는 액정 표시 장치.
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