KR102531305B1 - 초음파 센서 및 디스플레이 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 실시예들은, 초음파 센서와, 디스플레이 장치에 관한 것으로서, 초음파 센서의 박막 트랜지스터 어레이의 픽셀에서, 픽셀 전극과 박막 트랜지스터 간의 전기적인 연결을 위해 배치되고 내측에 압전 물질이 배치되는 컨택홀을 복수 개 형성함으로써, 압전 물질의 진동에 의해 발생되는 초음파의 세기와 반사되는 초음파의 센싱 감도를 향상시킬 수 있도록 한다. 또한, 복수의 컨택홀의 크기를 이종으로 구성함으로써, 고주파와 저주파의 초음파가 발생될 수 있도록 하여 고해상도가 요구되는 센싱(예, 지문 센싱)과 공기층을 통과하여 수행되는 센싱(예, 제스처 센싱)을 모두 수행할 수 있도록 한다.

Description

초음파 센서 및 디스플레이 장치{ULTRASONIC SENSOR AND DISPLAY DEVICE}
본 발명의 실시예들은, 초음파 센서와 디스플레이 장치에 관한 것이다.
정보화 사회가 발전함에 따라 화상을 표시하는 디스플레이 장치에 대한 요구가 증가하고 있으며, 액정 디스플레이 장치, 유기발광 디스플레이 장치 등과 같은 다양한 유형의 디스플레이 장치가 활용되고 있다.
이러한 디스플레이 장치는, 사용자에게 보다 다양한 기능을 제공하기 위하여, 디스플레이 패널에 대한 사용자의 터치를 인식하거나, 디스플레이 패널에 접촉되거나 근접한 생체 정보(예, 지문) 또는 제스처 등을 인식하고 인식된 정보를 기반으로 입력 처리를 수행하는 기능을 제공하고 있다.
이러한 생체 정보 등의 인식을 위해, 일 예로, 광 센서 등을 이용할 수 있으나, 디스플레이 패널의 베젤 영역에 광 센서가 배치될 경우 액티브 영역이 좁아지는 문제점이 존재한다. 또한, 액티브 영역 내에 광 센서를 배치할 경우, 디스플레이 구동에 영향을 주거나 센싱의 정확도가 낮아질 수 있는 문제점이 존재한다.
따라서, 디스플레이 패널의 액티브 영역의 감소를 방지하면서 디스플레이 패널에 대한 생체 정보 센싱의 정확도를 향상시킬 수 있는 방안이 요구된다.
본 발명의 실시예들의 목적은, 디스플레이 패널의 액티브 영역에서 디스플레이 패널에 접촉된 생체 정보를 인식할 수 있도록 하는 초음파 센서, 디스플레이 패널 및 장치를 제공하는 데 있다.
본 발명의 실시예들의 목적은, 초음파 센서에 배치된 픽셀에서 발생되는 초음파의 세기를 증가시키고, 해당 픽셀의 센싱 감도를 향상시킬 수 있는 초음파 센서를 제공하는 데 있다.
본 발명의 실시예들의 목적은, 디스플레이 패널에 접촉되는 생체 정보와 디스플레이 패널과 근접한 위치에서 수행되는 제스처를 모두 인식할 수 있는 초음파 센서, 디스플레이 패널 및 장치를 제공하는 데 있다.
일 측면에서, 본 발명의 실시예들은, 다수의 픽셀이 배치된 기판과, 기판 상에 배치되고 다수의 픽셀 각각에 배치된 복수의 박막 트랜지스터와, 박막 트랜지스터 상에 배치되고 복수의 컨택홀을 포함하는 평탄화층과, 평탄화층 상에 배치되고 다수의 픽셀 각각에 배치된 픽셀 전극과, 픽셀 전극 상에 배치된 압전 물질과, 압전 물질 상에 배치된 공통 전극을 포함하는 초음파 센서를 제공한다.
이러한 초음파 센서에서, 픽셀 전극은, 복수의 박막 트랜지스터 중 제1 박막 트랜지스터의 소스 전극 또는 드레인 전극과 평탄화층에 포함된 복수의 컨택홀 중 적어도 둘 이상의 컨택홀을 통해 전기적으로 연결될 수 있다.
또한, 픽셀 전극은, 복수의 박막 트랜지스터 중 제1 박막 트랜지스터 이외의 제2 박막 트랜지스터의 게이트 전극과 평탄화층의 하부에 배치된 절연층에 포함된 컨택홀을 통해 전기적으로 연결될 수 있다.
다른 측면에서, 본 발명의 실시예들은, 다수의 스캔 라인, 다수의 센싱 라인 및 다수의 픽셀이 배치된 박막 트랜지스터 어레이와, 박막 트랜지스터 어레이 상에 배치된 압전 물질과, 압전 물질 상에 배치된 공통 전극을 포함하고, 다수의 픽셀 각각은, 픽셀 전극과, 픽셀 전극으로 전압의 인가를 제어하는 제1 트랜지스터와, 픽셀 전극의 전압 레벨에 의해 제어되는 제2 트랜지스터와, 제2 트랜지스터와 센싱 라인 사이에 연결된 제3 트랜지스터를 포함하는 초음파 센서를 제공한다.
이러한 초음파 센서에서, 픽셀 전극은, 복수의 제1 컨택홀을 통해 제1 트랜지스터의 소스 전극 또는 드레인 전극과 전기적으로 연결되고 적어도 하나의 제2 컨택홀을 통해 제2 트랜지스터의 게이트 전극과 전기적으로 연결된 초음파 센서를 제공한다.
다른 측면에서, 본 발명의 실시예들은, 디스플레이 패널과, 디스플레이 패널의 적어도 일면에 전술한 초음파 센서가 배치된 디스플레이 장치를 제공한다.
본 발명의 실시예들에 의하면, 초음파 센서의 픽셀에서 픽셀 전극과 박막 트랜지스터를 연결하는 컨택홀을 복수 개 배치함으로써, 해당 픽셀에서 발생되는 초음파의 세기와 해당 픽셀의 센싱 감도를 향상시킬 수 있도록 한다.
또한, 박막 트랜지스터 어레이 상에 배치되는 압전 물질을 픽셀 또는 픽셀 전극과 대응되도록 패터닝하여 배치함으로써, 인접한 픽셀 간의 신호 간섭을 저감시켜 센싱 감도를 더욱 향상시킬 수 있도록 한다.
또한, 픽셀에 배치된 복수의 컨택홀의 직경을 이종으로 구성함으로써, 고해상도의 센싱이 요구되는 주파수 대역과 공기를 통해 송신될 수 있는 주파수 대역을 포함하는 주파수 대역의 초음파를 발생시켜, 초음파 센서 또는 디스플레이 패널에 접촉되는 생체 정보 및 근접한 위치에서 수행되는 제스처를 모두 인식할 수 있도록 한다.
도 1은 본 발명의 실시예들에 따른 디스플레이 장치에 초음파 센서가 배치된 구조의 예시를 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시예들에 따른 초음파 센서에서 압전 물질이 배치된 구조의 예시를 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시예들에 따른 초음파 센서의 픽셀 어레이의 회로 구조와 구동 방식의 예시를 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시예들에 따른 초음파 센서의 박막 트랜지스터 어레이의 평면 구조의 예시를 나타낸 도면이다.
도 5는 도 4에 도시된 A-A' 부분의 단면 구조의 예시를 나타낸 도면이다.
도 6은 본 발명의 실시예들에 따른 초음파 센서의 박막 트랜지스터 어레이의 평면 구조의 다른 예시를 나타낸 도면이다.
도 7은 도 6에 도시된 B-B' 부분의 단면 구조의 예시를 나타낸 도면이다.
도 8은 본 발명의 실시예들에 따른 초음파 센서의 박막 트랜지스터 어레이의 평면 구조의 또 다른 예시를 나타낸 도면이다.
도 9는 도 8에 도시된 C-C' 부분의 단면 구조의 예시를 나타낸 도면이다.
도 10은 본 발명의 실시예들에 따른 초음파 센서의 박막 트랜지스터 어레이의 평면 구조의 또 다른 예시를 나타낸 도면이다.
도 11은 도 10에 도시된 D-D' 부분과 E-E' 부분의 단면 구조의 예시를 나타낸 도면이다.
도 12는 본 발명의 실시예들에 따른 초음파 센서가 배치된 디스플레이 장치가 초음파 센서를 이용하여 수행하는 센싱의 예시를 나타낸 도면이다.
이하, 본 발명의 일부 실시예들을 예시적인 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가질 수 있다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략할 수 있다.
또한, 본 발명의 구성요소를 설명하는 데 있어서, 제1, 제2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성요소를 다른 구성요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성요소의 본질, 차례, 순서 또는 개수 등이 한정되지 않는다. 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결", "결합" 또는 "접속"된다고 기재된 경우, 그 구성요소는 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되거나 또는 접속될 수 있지만, 각 구성요소 사이에 다른 구성요소가 "개재"되거나, 각 구성요소가 다른 구성요소를 통해 "연결", "결합" 또는 "접속"될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.
도 1은 본 발명의 실시예들에 따른 디스플레이 장치에 초음파 센서(200)가 배치된 구조의 예시를 나타낸 도면이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예들에 따른 디스플레이 장치는, 다수의 게이트 라인, 다수의 데이터 라인 및 다수의 서브픽셀이 배치된 디스플레이 패널(110)과, 디스플레이 패널(110)에 배치된 신호 라인이나 전압 라인을 구동하기 위한 각종 구동 회로를 포함할 수 있다.
이러한 디스플레이 장치의 적어도 일면에는, 디스플레이 패널(110)에 접촉되거나 근접한 생체 정보(예, 지문) 또는 제스처 등을 센싱하기 위한 초음파 센서(200) 또는 초음파 센싱 장치가 배치될 수 있다.
일 예로, 디스플레이 패널(110)에서 영상이 표시되는 면의 반대편에 초음파 센서(200)가 배치될 수 있다. 그리고, 디스플레이 패널(110)에서 영상이 표시되는 면 상에 커버 글래스(120)가 배치될 수 있다.
이러한 초음파 센서(200)는, 접착부(300)를 통해 디스플레이 패널(110)과 합착될 수 있으며, 접착부(300)는 일 예로 레진으로 구성될 수 있다.
그리고, 초음파 센서(200)는, 초음파를 발생시키고 디스플레이 패널(110) 상에 배치된 커버 글래스(120)에 접촉된 지문에 반사되는 초음파를 센싱하여 커버 글래스(120)에 접촉된 지문을 인식할 수 있다.
구체적으로, 초음파 센서(200)에서 발생된 초음파가 지문의 골(Valley) 부분에 도달하면, 사람의 피부와 커버 글래스(120) 사이에 존재하는 공기에 닿게 된다. 여기서, 커버 글래스(120)와 공기의 음향 임피던스 값의 차이로 인해 공기에 닿은 대부분의 초음파가 반사되게 된다.
그리고, 초음파 센서(200)에서 발생된 초음파가 지문의 마루(Ridge) 부분에 도달하면, 커버 글래스(120)에 접촉된 사람의 피부에 닿게 된다. 여기서, 초음파의 일부가 반사될 수 있으나, 대부분의 초음파는 피부 안에 전달되어 피부 안쪽에서 반사되게 된다.
따라서, 지문의 골 부분과 마루 부분에 도달하여 반사되는 초음파의 세기와 시기 등에 기초하여 지문의 골 부분과 마루 부분을 구분하고 지문을 센싱할 수 있다.
이와 같이, 초음파 센서(200)는, 피부의 안쪽까지 센싱하는 방식이므로, 피부 표면의 오염이나 상태에 민감하지 않으며 보안이 우수한 이점을 제공한다. 또한, 디스플레이 패널(110)에서 영상이 표시되는 영역을 감소시키지 않으면서 디스플레이 장치가 지문을 센싱할 수 있도록 한다.
이러한 초음파 센서(200)는, 초음파 발생을 위한 물질과, 초음파 발생 및 센싱을 위한 여러 회로 소자를 포함할 수 있다.
일 예로, 초음파 센서(200)는, 기판(210)과, 기판(210)에 배치된 박막 트랜지스터 어레이(220), 제1 패드부(231), 제2 패드부(232)를 포함할 수 있다. 그리고, 박막 트랜지스터 어레이(220)는 각각의 픽셀에 배치된 픽셀 전극(PE)을 포함할 수 있으며, 박막 트랜지스터 어레이(220)에 압전 물질(240)과 공통 전극(COM)이 순차적으로 배치될 수 있다.
공통 전극(COM)은, 접착층(250)을 통해 반사층(260)과 접착될 수 있으며, 반사층(260)에 커버층(270)이 배치될 수 있다.
박막 트랜지스터 어레이(220)와 공통 전극(COM) 등으로 신호, 전압 등을 공급하는 컨트롤러(400)는, 연성 인쇄 회로(290)와 본딩부(280)를 통해 기판(210)에 배치된 제2 패드부(232)와 전기적으로 연결될 수 있다.
박막 트랜지스터 어레이(220)에는, 초음파를 발생시키는 구동과 지문에 반사되는 초음파의 센싱을 위한 트랜지스터와, 픽셀 전극(PE) 등이 배치될 수 있다.
박막 트랜지스터 어레이(220)에 배치된 픽셀 전극(PE)과 공통 전극(COM)은 캐패시터(C)를 형성할 수 있다.
그리고, 박막 트랜지스터 어레이(220)에 배치된 픽셀 전극(PE)과 공통 전극(COM)에 인가되는 전압에 의해 압전 물질(240)을 진동시켜 초음파를 발생시킬 수 있다.
이러한 픽셀 전극(PE)을 포함하는 박막 트랜지스터 어레이(220)와, 압전 물질(240) 및 공통 전극(COM)은 회로적으로 픽셀 어레이로 볼 수도 있다.
공통 전극(COM)은, 일 예로, 은 잉크를 코팅하는 방식을 통해 배치될 수 있으며, 경우에 따라, 압전 물질(240) 전체를 덮는 형태로 배치되거나, 일정한 패턴으로 배치될 수도 있다.
반사층(260)은, 일 예로, 구리로 구성될 수 있으며, 지문에서 반사되어 돌아오는 초음파를 박막 트랜지스터 어레이(220)로 반사시켜주는 기능을 할 수 있다.
커버층(270)은, 일 예로, 폴리이미드로 구성될 수 있으며, 초음파 센서(200)의 픽셀 어레이와 반사층(260) 등을 캡핑하는 기능을 할 수 있다.
픽셀 어레이를 구동하기 위한 신호와 전압은, 컨트롤러(400)로부터 공급되나, 경우에 따라 고전압이 요구되지 않는 신호 등은 디스플레이 패널(110)의 구동을 위해 배치된 구동 회로로부터 공급될 수도 있다.
도 2는 본 발명의 실시예들에 따른 초음파 센서(200)에서, 압전 물질(240)이 배치된 구조의 예시를 나타낸 도면이다.
도 2를 참조하면, 초음파 센서(200)의 기판 상에 박막 트랜지스터 어레이(220), 압전 물질(240) 및 공통 전극(COM)이 순차적으로 배치될 수 있다. 그리고, 박막 트랜지스터 어레이(220)는, 초음파 발생과 센싱을 위한 픽셀 전극(PE)이 배치될 수 있다.
이러한 픽셀 전극(PE)은, 박막 트랜지스터 어레이(220)에 배치된 다수의 픽셀 각각과 대응되도록 배치될 수 있다.
즉, 픽셀 전극(PE)은, 픽셀마다 분리되어 배치되어, 초음파 발생을 위해 인가되는 제1 구동 전압(DV1)이 픽셀마다 공급되도록 하며, 반사되는 초음파에 의한 전압 변동이 픽셀마다 발생할 수 있도록 한다.
여기서, 박막 트랜지스터 어레이(220) 상에 배치되는 압전 물질(240)은, 픽셀과 대응되도록 분리되어 배치되거나, 또는 픽셀에 배치된 픽셀 전극(PE)과 대응되도록 분리되어 배치될 수 있다. 일 예로, 압전 물질(240)은 다수 개로 분리되어 배치되고, 분리된 각각의 압전 물질(240)이 각각의 픽셀에 배치된 픽셀 전극(PE)을 감싸는 구조로 배치될 수 있다.
그리고, 압전 물질(240) 상에 배치되는 공통 전극(COM)은, 압전 물질(240)의 상면과, 분리되어 배치된 압전 물질(240) 사이에 배치될 수 있다. 즉, 도 2에 도시된 예시와 같이, 공통 전극(COM)이 압전 물질(240)을 감싸는 구조로 배치될 수 있다.
박막 트랜지스터 어레이(220) 상에 배치된 압전 물질(240)이, 픽셀 또는 픽셀 전극(PE)마다 분리되어 배치됨에 따라, 압전 물질(240)이 픽셀 단위로 진동하게 되므로, 초음파 발생과 센싱시 인접한 픽셀 간의 신호 간섭이 발생하는 것을 방지할 수 있다.
또한, 공통 전극(COM)이 분리되어 배치된 압전 물질(240)의 측면을 감싸며 배치되므로, 압전 물질(240)의 외면에 전극이 접촉되지 않은 부분이 없도록 함으로써, 초음파 발생의 효율을 저하시키지 않으면서 인접한 픽셀에서 송신 또는 수신되는 초음파 간의 간섭을 방지할 수 있도록 한다.
도 3은 본 발명의 실시예들에 따른 초음파 센서(200)의 픽셀 어레이의 회로 구조와 구동 방식의 예시를 나타낸 도면이다.
도 3을 참조하면, 초음파 센서(200)의 픽셀 어레이에는, 다수의 스캔 라인(SCL)과 다수의 센싱 라인(SSL)이 배치될 수 있다. 스캔 라인(SCL)과 센싱 라인(SSL)은 서로 교차하며 배치될 수 있으며, 스캔 라인(SCL)과 센싱 라인(SSL)의 교차에 의해 정의되는 영역에 다수의 픽셀이 배치될 수 있다.
또한, 픽셀의 초음파 발생 및 센싱을 위한 구동 전압(DV), 센싱 전압(SV) 등을 공급하는 전압 라인이 배치될 수 있다.
그리고, 초음파 센서(200)는, 픽셀 어레이에 배치된 다수의 스캔 라인을 구동하는 회로와, 다수의 센싱 라인을 통해 센싱 신호를 검출하는 회로 등을 포함할 수 있다.
각각의 픽셀에는, 초음파 발생 및 센싱을 위한 여러 회로 소자가 배치될 수 있다.
일 예로, 각각의 픽셀에는, 스캔 라인(SCL)에 인가되는 스캔 신호(SCO)에 의해 제어되는 제1 트랜지스터(T1)와 제3 트랜지스터(T3), 제1 노드(N1)의 전압에 의해 제어되는 제2 트랜지스터(T2)와, 하나의 캐패시터(C)가 배치될 수 있다.
여기서, 제1 트랜지스터(T1), 제2 트랜지스터(T2) 및 제3 트랜지스터(T3)가 모두 N 타입인 경우를 예시로 나타내고 있으나, 경우에 따라 모두 P 타입으로 구현될 수도 있다. 또는, 제1 트랜지스터(T1)와 제3 트랜지스터(T3)만 동일한 타입으로 구현되고, 제2 트랜지스터(T2)는 다른 타입으로 구현될 수도 있다.
제1 트랜지스터(T1)는, 스캔 라인(SCL)에 인가되는 스캔 신호(SCO)에 의해 제어되며, 제1 구동 전압 라인(DVL1)과 제1 노드(N1) 사이에 전기적으로 연결될 수 있다.
여기서, 제1 구동 전압 라인(DVL1)은, 초음파 발생을 위한 제1 구동 전압(DV1)을 픽셀로 공급할 수 있다. 이러한 제1 구동 전압(DV1)은, 높은 전압 레벨을 갖는 펄스 형태의 교류 전압일 수 있으며, 일 예로, +100V에서 -100V로 스윙하는 교류 전압일 수 있다.
제3 트랜지스터(T3)는, 스캔 라인(SCL)에 인가되는 스캔 신호(SCO)에 의해 제어되며, 센싱 라인(SSL)과 제2 트랜지스터(T2) 사이에 전기적으로 연결될 수 있다.
여기서, 인접한 픽셀에 배치된 제1 트랜지스터(T1)와 제3 트랜지스터(T3)는 동일한 스캔 라인(SCL)에 의해 구동될 수 있다.
즉, 도 3에 도시된 예시와 같이, A열에 배치된 제1 트랜지스터(T1)와 B열에 배치된 제3 트랜지스터(T3)가 동일한 제n 스캔 라인(SCL(n))에 연결되어 제n 스캔 라인(SCL(n))으로 인가되는 제n 스캔 신호(SCO(n))에 의해 동시에 구동될 수 있다.
제2 트랜지스터(T2)는, 제1 노드(N1)의 전압 레벨에 따라 제어되며, 센싱 전압 라인(SVL)과 제3 트랜지스터(T3) 사이에 전기적으로 연결될 수 있다.
그리고, 센싱 전압 라인(SVL)으로 인가되는 센싱 전압(SV)은 정전압일 수 있다.
캐패시터(C)는, 제1 노드(N1)와 제2 구동 전압 라인(DVL2) 사이에 전기적으로 연결될 수 있다.
즉, 제1 노드(N1)에 연결되는 캐패시터(C)의 전극은, 전술한 박막 트랜지스터 어레이(220)에 배치된 캐패시턴스를 형성하기 위한 픽셀 전극(PE)을 의미할 수 있으며, 제2 구동 전압 라인(DVL2)에 연결되는 캐패시터(C)의 전극은, 공통 전극(COM)을 의미할 수 있다.
그리고, 공통 전극(COM)은, 적어도 둘 이상의 픽셀에 공통적으로 연결되는 전극일 수 있다.
제2 구동 전압 라인(DVL2)은, 초음파 발생을 위한 제2 구동 전압(DV2)을 픽셀로 공급할 수 있으며, 제2 구동 전압(DV2)은 제1 구동 전압(DV1)의 최대 전압보다 낮은 정전압일 수 있다.
이러한 픽셀 어레이에 배치된 스캔 라인(SCL)으로 스캔 신호(SCO)가 순차적으로 인가되며 초음파 발생과 센싱이 수행될 수 있다.
일 예로, 제n 스캔 라인(SCL(n))으로 제1 트랜지스터(T1)를 턴-온 시키는 레벨의 제n 스캔 신호(SCO(n))가 인가되면, A열에 배치된 제1 트랜지스터(T1)가 턴-온 되게 된다.
제1 트랜지스터(T1)가 턴-온 되므로, 제1 구동 전압(DV1)이 제1 노드(N1)에 인가되게 된다.
캐패시터(C)의 양 전극에 펄스 형태의 고전압과 낮은 정전압이 인가되므로, 캐패시터(C)의 전극 사이에 배치된 압전 물질(240)이 진동하여 초음파가 발생될 수 있다.
즉, 제1 트랜지스터(T1)가 턴-온 되는 A열에서 초음파가 발생되게 된다.
이때, 제n 스캔 라인(SCL(n))으로 제1 트랜지스터(T1)를 턴-온 시키는 레벨의 제n 스캔 신호(SCO(n))가 인가되므로, B열에 배치된 제3 트랜지스터(T3)도 턴-온 되게 된다.
B열에 배치된 제1 트랜지스터(T1)는 턴-오프 된 상태에서, 지문에 반사되는 초음파가 B열에 도달하면 B열에 배치된 픽셀의 제1 노드(N1)의 전압 레벨이 변동될 수 있다.
즉, 반사되는 초음파에 의해 B열에 배치된 픽셀 전극(PE)과 제2 전극(COM) 사이에 배치된 압전 물질(240)의 분극 상태가 변경되고, 이로 인해 픽셀 전극(PE), 즉, 제1 노드(N1)의 전압 레벨이 변동될 수 있다.
그리고, B열의 제1 노드(N1)의 전압 레벨이 변동됨에 따라 제2 트랜지스터(T2)가 온, 오프 되며, 제3 트랜지스터(T3)가 턴-온 된 상태이므로 센싱 전압(SV)이 센싱 라인(SSL)을 통해 검출될 수 있다.
즉, 제3 트랜지스터(T3)가 턴-온 되는 B열에서 지문에 반사되어 돌아오는 초음파를 센싱할 수 있게 된다.
이와 같이, 인접한 픽셀 열에 배치된 제1 트랜지스터(T1)와 제3 트랜지스터(T3)를 동일한 스캔 라인(SCL)에 의해 구동함으로써, 인접한 픽셀 열에서 초음파 발생과 센싱이 이루어지도록 할 수 있다.
도 4는 본 발명의 실시예들에 따른 초음파 센서(200)의 박막 트랜지스터 어레이(220)의 평면 구조의 예시를 나타낸 도면이다.
도 4를 참조하면, 초음파 센서(200)의 박막 트랜지스터 어레이(220)에는, 다수의 스캔 라인(SCL)이 일 방향으로 배치되고, 스캔 라인(SCL)과 교차하는 방향으로 제1 구동 전압 라인(DVL1), 센싱 라인(SSL) 및 센싱 전압 라인(SVL) 등이 배치될 수 있다.
그리고, 각각의 픽셀에는, 스캔 라인(SCL)에 인가되는 신호에 의해 제어되는 제1 트랜지스터(T1) 및 제3 트랜지스터(T3)와, 픽셀 전극(PE)의 전압 레벨에 의해 제어되는 제2 트랜지스터(T2)가 배치될 수 있다.
여기서, 픽셀 전극(PE)은, 제1 트랜지스터(T1)의 제1 소스 전극(S1) 또는 제1 드레인 전극(D1)과 전기적으로 연결될 수 있다. 또한, 픽셀 전극(PE)은, 제2 트랜지스터(T2)의 제2 게이트 전극(G2)과 전기적으로 연결될 수 있다.
즉, 픽셀 전극(PE)은, 제1 트랜지스터(T1)의 제1 소스 전극(S1) 또는 제1 드레인 전극(D1)과 전기적으로 연결되어, 제1 트랜지스터(T1)를 통해 제1 구동 전압(DV1)을 인가받고 초음파가 발생되도록 할 수 있다.
그리고, 픽셀 전극(PE)은, 제2 트랜지스터(T2)의 제2 게이트 전극(G2)과 전기적으로 연결되어, 반사되는 초음파에 의해 픽셀 전극(PE)의 전압 레벨이 변동되면 제2 트랜지스터(T2)가 온, 오프 되며 센싱이 이루어지도록 할 수 있다.
도 5는 도 4에 도시된 A-A' 부분의 단면 구조의 예시를 나타낸 도면이다.
도 5를 참조하면, 기판(210) 상에 버퍼층(221)이 배치되고, 버퍼층(221) 상에, 박막 트랜지스터가 배치될 수 있다.
제1 트랜지스터(T1)는, 제1 게이트 전극(G1), 제1 액티브층(ACT1), 제1 소스 전극(S1) 및 제1 드레인 전극(D1)을 포함할 수 있다.
그리고, 제2 트랜지스터(T2)와 제3 트랜지스터(T3)는, 제2 게이트 전극(G2), 제3 게이트 전극(G3), 제2 액티브층(ACT2), 제2 드레인 전극(D2) 및 제2 소스 전극(S2)으로 구성될 수 있다.
즉, 제2 트랜지스터(T2)와 제3 트랜지스터(T3)는, 제2 액티브층(ACT2)을 공유하는 구조일 수 있다.
박막 트랜지스터를 구성하는 액티브층과 게이트 전극 사이에 게이트 절연층(222)이 배치될 수 있다. 그리고, 게이트 전극과 소스/드레인 전극 사이에는 적어도 하나의 절연층, 일 예로, 제1 절연층(223)과 제2 절연층(224)이 배치될 수 있다.
소스/드레인 전극 상에 제1 보호층(225)과 평탄화층(226)이 배치되고, 평탄화층(226) 상에 픽셀 전극(PE)이 배치될 수 있다. 그리고, 픽셀 전극(PE) 상의 일부 영역에 센싱 보조 전극(SE)이 배치되고, 픽셀 전극(PE)과 센싱 보조 전극(SE) 상에 제2 보호층(227)이 배치될 수 있다.
픽셀 전극(PE)은, 제1 보호층(225)과 평탄화층(226)에 형성된 제1 컨택홀(CH1)을 통해 제1 트랜지스터(T1)의 제1 소스 전극(S1) 또는 제1 드레인 전극(D1)과 전기적으로 연결될 수 있으며, 도 5는 픽셀 전극(PE)이 제1 트랜지스터(T1)의 제1 소스 전극(S1)과 연결된 경우를 나타낸다.
이때, 픽셀 전극(PE)은, 제1 컨택홀(CH1)의 하부에 배치되는 제1 컨택 패턴(CP1)을 통해 제1 트랜지스터(T1)의 제1 소스 전극(S1)과 전기적으로 연결될 수 있다.
그리고, 픽셀 전극(PE)은, 제1 컨택 패턴(CP1)을 통해 제2 트랜지스터(T2)의 제2 게이트 전극(G2)과 전기적으로 연결될 수 있다.
일 예로, 제1 컨택 패턴(CP1)이 제1 절연층(223) 및 제2 절연층(224)에 형성된 제2 컨택홀(CH2)을 통해 제2 게이트 전극(G2)과 연결됨으로써, 픽셀 전극(PE)과 제2 트랜지스터(T2)의 제2 게이트 전극(G2)이 전기적으로 연결될 수 있다.
따라서, 픽셀 전극(PE)은, 제1 트랜지스터(T1)를 통해 제1 구동 전압(DV1)을 인가받고, 픽셀 전극(PE)의 전압 변동에 따라 제2 트랜지스터(T2)가 온, 오프 되도록 할 수 있다.
센싱 보조 전극(SE)은, 픽셀 전극(PE) 상의 일부 영역에 배치되고, 적어도 일부분이 제1 컨택홀(CH1)의 내측에 배치될 수 있다.
이러한 센싱 보조 전극(SE)은, 소스/드레인 전극과 동일한 물질(예, Mo/Al)로 배치될 수 있으며, 픽셀 전극(PE)보다 전파를 흡수하는 능력이 우수하여 센싱 감도를 높여줄 수 있다.
픽셀 전극(PE)과 센싱 보조 전극(SE) 상에 배치되는 제2 보호층(227) 상에는, 압전 물질(240)과 공통 전극(COM)이 순차적으로 배치될 수 있다.
여기서, 제2 보호층(227) 상에 배치되는 압전 물질(240)은, 일부가 제1 컨택홀(CH1)의 내측에 배치될 수 있다.
그리고, 이러한 제1 컨택홀(CH1)이 압전 물질(240)의 진동시 울림판의 역할을 할 수 있다. 즉, 제1 컨택홀(CH1)에 의해 압전 물질(240)이 진동하는 주파수와 세기 등이 결정될 수 있다.
본 발명의 실시예들은, 내측에 압전 물질(240)이 배치되는 제1 컨택홀(CH1)을 픽셀 내에 복수 개 배치함으로써, 발생되는 초음파의 세기와 센싱 감도를 향상시킬 수 있도록 한다.
도 6은 본 발명의 실시예들에 따른 초음파 센서(200)의 박막 트랜지스터 어레이(220)의 평면 구조의 다른 예시를 나타낸 도면이다.
도 6을 참조하면, 초음파 센서(200)의 박막 트랜지스터 어레이(220)에는, 픽셀의 구동을 위한 신호, 전압이 인가되는 스캔 라인(SCL), 제1 구동 전압 라인(DVL1) 및 센싱 전압 라인(SVL)과, 센싱을 위한 센싱 라인(SSL)이 배치될 수 있다.
그리고, 각각의 픽셀에는, 초음파 발생과 센싱을 제어하는 제1 트랜지스터(T1), 제2 트랜지스터(T2) 및 제3 트랜지스터(T3)가 배치될 수 있다.
여기서, 각각의 픽셀에는, 픽셀 전극(PE)과 제1 트랜지스터(T1)의 제1 소스 전극(S1)의 전기적인 연결을 위한 복수의 제1 컨택홀(CH1a, CH1b)을 포함할 수 있다.
즉, 각각의 픽셀에 배치된 픽셀 전극(PE)은, 복수의 제1 컨택홀(CH1a, CH1b)을 통해 제1 트랜지스터(T1)의 제1 소스 전극(S1)과 전기적으로 연결될 수 있으며, 복수의 제1 컨택홀(CH1a, CH1b)의 내측에 압전 물질(240)이 배치될 수 있다.
그리고, 픽셀 전극(PE)과 제2 트랜지스터(T2)의 제2 게이트 전극(G2) 간의 전기적인 연결을 위한 제2 컨택홀(CH2)은, 각각의 픽셀에 적어도 하나 이상 배치될 수 있다.
즉, 도 6에 도시된 예시와 같이, 하나의 제2 컨택홀(CH2)을 통해 픽셀 전극(PE)과 제2 트랜지스터(T2)의 제2 게이트 전극(G2)이 전기적으로 연결될 수도 있고, 경우에 따라, 복수의 제2 컨택홀(CH2)을 통해 픽셀 전극(PE)과 제2 트랜지스터(T2)의 제2 게이트 전극(G2)이 전기적으로 연결될 수도 있다.
도 7은 도 6에 도시된 B-B' 부분의 단면 구조의 예시를 나타낸 도면이다.
도 7을 참조하면, 기판(210) 상에 버퍼층(221)이 배치되고, 버퍼층(221) 상에 제1 트랜지스터(T1), 제2 트랜지스터(T2) 및 제3 트랜지스터(T3)가 배치될 수 있다.
이러한 박막 트랜지스터 상에 배치되는 평탄화층(226)은, 복수의 제1 컨택홀(CH1a, CH1b)을 포함할 수 있다.
여기서, 복수의 제1 컨택홀(CH1a, CH1b)의 직경 R1, R2는 서로 동일할 수 있다.
그리고, 평탄화층(226) 상에 픽셀 전극(PE)이 배치되고, 픽셀 전극(PE) 상에 센싱 보조 전극(SE) 등이 배치될 수 있다.
따라서, 픽셀 전극(PE)은, 복수의 제1 컨택홀(CH1a, CH1b)을 통해 제1 트랜지스터(T1)의 제1 소스 전극(S1)과 전기적으로 연결될 수 있으며, 일 예로, 제1 컨택홀(CH1a, CH1b)의 하부에 배치된 제1 컨택 패턴(CP1)을 통해 제1 트랜지스터(T1)의 제1 소스 전극(S1)과 전기적으로 연결될 수 있다.
그리고, 제1 컨택 패턴(CP1)이 제1 절연층(223) 및 제2 절연층(224)에 형성된 제2 컨택홀(CH2)을 통해 제2 트랜지스터(T2)의 제2 게이트 전극(G2)과 연결됨으로써, 픽셀 전극(PE)이 제2 트랜지스터(T2)의 제2 게이트 전극(G2)과 전기적으로 연결될 수 있다.
따라서, 평탄화층(226)에 복수의 제1 컨택홀(CH1a, CH1b)을 포함하며, 픽셀 전극(PE)이 제1 트랜지스터(T1)의 제1 소스 전극(S1) 및 제2 트랜지스터(T2)의 제2 게이트 전극(G2)과 전기적으로 연결되도록 할 수 있다.
픽셀 전극(PE) 상에는 압전 물질(240)이 배치될 수 있으며, 압전 물질(240)의 일부는 평탄화층(226)에 형성된 복수의 제1 컨택홀(CH1a, CH1b)의 내측에 배치될 수 있다.
이와 같이, 압전 물질(240)의 진동시 울림판의 기능을 하는 제1 컨택홀(CH1a, CH1b)을 복수 개 배치함으로써, 압전 물질(240)의 진동에 의해 발생하는 초음파의 세기를 증가시켜줄 수 있다.
또한, 평탄화층(226)에 복수의 제1 컨택홀(CH1a, CH1b)을 배치하여, 제1 컨택 패턴(CP1), 픽셀 전극(PE) 및 센싱 보조 전극(SE)이 적층된 영역을 넓혀줌으로써, 반사되는 초음파를 센싱하는 감도를 향상시켜줄 수 있다.
이때, 도 7에 도시된 예시와 같이, 복수의 제1 컨택홀(CH1a, CH1b)의 직경 R1, R2를 일정하게 하여 일정한 주파수 대역에서 초음파의 세기를 증가시켜줄 수도 있으나, 복수의 제1 컨택홀(CH1a, CH1b)의 직경 R1, R2를 다르게 구성함으로써 압전 물질(240)의 진동에 의해 발생하는 초음파의 주파수 대역을 조절해줄 수도 있다.
도 8은 본 발명의 실시예들에 따른 초음파 센서(200)의 박막 트랜지스터 어레이(220)의 평면 구조의 또 다른 예시를 나타낸 도면이다.
도 8을 참조하면, 초음파 센서(200)의 박막 트랜지스터 어레이(220)에는, 스캔 라인(SCL), 제1 구동 전압 라인(DVL1), 센싱 라인(SSL) 및 센싱 전압 라인(SVL) 등이 배치될 수 있다.
그리고, 각각의 픽셀에는, 제1 트랜지스터(T1), 제2 트랜지스터(T2) 및 제3 트랜지스터(T3)가 배치될 수 있다.
여기서, 각각의 픽셀에는, 픽셀 전극(PE)과 박막 트랜지스터 간의 전기적인 연결을 위한 복수의 제1 컨택홀(CH1a, CH1b)이 배치될 수 있으며, 픽셀 전극(PE)은 복수의 제1 컨택홀(CH1a, CH1b)을 통해 제1 트랜지스터(T1)의 제1 소스 전극(S1)과 전기적으로 연결될 수 있다.
그리고, 픽셀 전극(PE)은, 적어도 하나의 제2 컨택홀(CH2)을 통해 제2 트랜지스터(T2)의 제2 게이트 전극(G2)과 전기적으로 연결될 수 있다.
이때, 복수의 제1 컨택홀(CH1a, CH1b)은 서로 상이한 직경을 가질 수 있다.
즉, 각각의 픽셀에는, 픽셀 전극(PE)과 박막 트랜지스터 간의 전기적인 연결을 위한 제1 컨택홀(CH1a, CH1b)이 다수 개 배치되고, 다수의 제1 컨택홀(CH1a, CH1b) 중 적어도 하나는 다른 직경을 가질 수 있다.
도 9는 도 8에 도시된 C-C' 부분의 단면 구조의 예시를 나타낸 도면이다.
도 9를 참조하면, 기판(210) 상에 버퍼층(221)이 배치되고, 버퍼층(221) 상에 제1 트랜지스터(T1), 제2 트랜지스터(T2) 및 제3 트랜지스터(T3)가 배치될 수 있다.
이러한 박막 트랜지스터 상에 배치되는 평탄화층(226)에는, 복수의 제1 컨택홀(CH1a, CH1b)이 배치될 수 있으며, 평탄화층(226) 상에 픽셀 전극(PE), 센싱 보조 전극(SE) 등이 배치될 수 있다.
여기서, 평탄화층(226)에 배치된 복수의 제1 컨택홀(CH1a, CH1b)의 직경 R1, R2는 상이할 수 있으며, 일 예로, R2가 R1보다 클 수 있다.
그리고, 제2 보호층(227) 상에 배치되는 압전 물질(240)은, 일부가 제1 컨택홀(CH1a, CH1b)의 내측에 배치되고, 제1 컨택홀(CH1a, CH1b)의 직경이 상이하므로 압전 물질(240)의 진동에 의해 발생하는 초음파의 주파수가 상이해질 수 있다.
일 예로, 상대적으로 작은 직경 R1을 갖는 제1 컨택홀(CH1a)에 배치된 압전 물질(240)은, 제1 컨택홀(CH1a)의 직경 R1이 작으므로 상대적으로 높은 주파수의 초음파(예, 1MHz~50MHz)를 발생시킬 수 있다.
그리고, 상대적으로 큰 직경 R2를 갖는 제1 컨택홀(CH1b)에 배치된 압전 물질(240)은, 제1 컨택홀(CH1b)의 직경 R2가 크므로 상대적으로 낮은 주파수의 초음파(예, 50kHz~400kHz)를 발생시킬 수 있다.
즉, 압전 물질(240)의 진동시 울림판의 역할을 하는 제1 컨택홀(CH1a, CH1b)의 직경이 작으면 발생되는 초음파의 파장이 짧아지므로 고주파의 초음파가 발생될 수 있다. 그리고, 제1 컨택홀(CH1a, CH1b)의 직경이 크면 발생되는 초음파의 파장이 길어지므로 저주파의 초음파가 발생될 수 있다.
따라서, 서로 다른 직경 R1, R2를 갖는 복수의 제1 컨택홀(CH1a, CH1b)에 의해 각각의 제1 컨택홀(CH1a, CH1b)에서 고주파의 초음파와 저주파의 초음파가 발생될 수 있다.
또는, 하나의 픽셀에서 고주파의 대역과 저주파의 대역을 모두 포함하는 대역의 초음파가 발생될 수도 있으며, 고주파와 저주파의 중간 대역의 초음파가 발생될 수도 있다.
압전 물질(240)의 진동에 의해 발생되는 고주파의 초음파는 높은 해상도로 센싱이 이루어지도록 할 수 있으므로, 높은 해상도가 요구되는 지문 센싱 등에 이용될 수 있다.
그리고, 압전 물질(240)의 진동에 의해 발생되는 저주파의 초음파는 고주파의 초음파에 비해 공기를 통과하는 성질이 높으므로, 초음파 센서(200) 또는 초음파 센서(200)가 배치된 디스플레이 장치에 접촉되지 않고 근접한 위치에서 수행되는 제스처 센싱 등에 이용될 수 있다.
즉, 복수의 제1 컨택홀(CH1a, CH1b)의 직경 R1, R2를 다르게 구성함으로써, 높은 해상도가 요구되는 지문 센싱과, 초음파 센서(200)에 근접한 위치에서 수행되는 제스처 센싱을 모두 수행하도록 할 수 있다.
이러한 픽셀에 배치되는 제1 컨택홀(CH1a, CH1b)은 각각의 픽셀에 두 개 이상 배치될 수도 있으며, 픽셀의 배치 구조에 따라 다양한 구조로 배치될 수 있다.
도 10은 본 발명의 실시예들에 따른 초음파 센서(200)의 박막 트랜지스터 어레이(220)의 평면 구조의 또 다른 예시를 나타낸 도면이다.
도 10을 참조하면, 초음파 센서(200)의 박막 트랜지스터 어레이(220)에 각종 신호 배선, 전압 라인이 배치되고, 초음파 발생과 센싱을 위한 박막 트랜지스터들이 배치될 수 있다.
그리고, 각각의 픽셀에는, 픽셀 전극(PE)과 박막 트랜지스터 간의 전기적인 연결을 위한 복수의 제1 컨택홀(CH1a, CH1b)이 배치될 수 있다.
픽셀 전극(PE)은, 복수의 제1 컨택홀(CH1a, CH1b)을 통해 제1 트랜지스터(T1)의 제1 소스 전극(S1)과 전기적으로 연결될 수 있다.
여기서, 복수의 제1 컨택홀(CH1a, CH1b)은 픽셀 내에서 다양한 위치에 배치될 수 있으며, 도 10에 도시된 예시는, 큰 직경을 갖는 제1 컨택홀(CH1b)이 작은 직경을 갖는 제1 컨택홀(CH1a)과 떨어져 배치된 경우를 나타낸다.
즉, 픽셀 내에 둘 이상의 제1 컨택홀(CH1a, CH1b)이 배치됨에 따라, 제1 컨택홀(CH1a, CH1b)이 배치되는 위치는 다양할 수 있다.
그리고, 도 10에 도시된 예시와 같이, 큰 직경을 갖는 제1 컨택홀(CH1b)이 배치되는 경우, 제1 컨택홀(CH1b)과 제1 트랜지스터(T1) 사이에 신호 배선이나 전압 라인, 일 예로, 센싱 라인(SSL)이 배치될 수 있다.
이러한 경우, 픽셀 전극(PE)과 제1 트랜지스터(T1)의 제1 소스 전극(S1) 간의 전기적인 연결을 위한 추가적인 패턴이 배치될 필요가 있다.
도 11은 도 10에 도시된 D-D' 부분과 E-E' 부분의 단면 구조의 예시를 나타낸 도면이다.
도 11을 참조하면, D-D' 부분은 직경이 작은 제1 컨택홀(CH1a)이 배치된 부분의 단면 구조를 나타낸 것으로서, 픽셀 전극(PE)은 제1 컨택홀(CH1a)의 하부에 배치된 제1 컨택 패턴(CP1)을 통해 제1 트랜지스터(T1)의 제1 소스 전극(S1) 및 제2 트랜지스터(T2)의 제2 게이트 전극(G2)과 전기적으로 연결될 수 있다.
그리고, E-E' 부분은 직경이 큰 제1 컨택홀(CH1b)이 배치된 부분의 단면 구조를 나타낸다.
제1 컨택홀(CH1b)과 제1 트랜지스터(T1) 사이에 센싱 라인(SSL)이 배치되므로, 제1 컨택홀(CH1b)과 제1 트랜지스터(T1)의 제1 소스 전극(S1) 간의 연결을 위한 별도의 패턴이 필요할 수 있으며, 일 예로, 게이트 전극이 배치되는 층에 제2 컨택 패턴(CP2)이 배치될 수 있다.
그리고, 이러한 제2 컨택 패턴(CP2)은, 센싱 라인(SSL)의 하부에 위치할 수 있다.
즉, 제1 트랜지스터(T1)의 제1 소스 전극(S1)이 제1 절연층(223) 및 제2 절연층(224)에 형성된 제4 컨택홀(CH4)을 통해 제2 컨택 패턴(CP2)과 연결된다. 그리고, 제1 컨택홀(CH1b)의 하부에 배치된 제3 컨택 패턴(CP3)이 제4 컨택홀(CH4)을 통해 제2 컨택 패턴(CP2)과 연결될 수 있다.
따라서, 제1 컨택홀(CH1b)에 배치되는 픽셀 전극(PE)은, 제2 컨택 패턴(CP2)과, 제3 컨택 패턴(CP3)을 통해 제1 트랜지스터(T1)의 제1 소스 전극(S1)과 전기적으로 연결될 수 있다.
또한, 픽셀 전극(PE)은, 제3 컨택 패턴(CP3)을 통해 제2 트랜지스터(T2)의 제2 게이트 전극(G2)과 전기적으로 연결될 수 있다.
여기서, 제2 컨택 패턴(CP2)과 제3 컨택 패턴(CP3)은 하나의 예시이며, 픽셀 구조에 따라 다양한 위치에 추가적인 컨택 패턴이 배치될 수도 있다.
이와 같이, 박막 트랜지스터 어레이(220)에 추가적으로 배치되는 컨택 패턴을 통해, 직경이 큰 제1 컨택홀(CH1b) 상에 배치된 픽셀 전극(PE)이 제1 트랜지스터(T1)의 제1 소스 전극(S1) 및 제2 트랜지스터(T2)의 제2 게이트 전극(G2)과 전기적인 연결을 이룰 수 있도록 한다.
따라서, 픽셀 내에서 동일한 직경을 갖는 다수의 제1 컨택홀(CH1a, CH1b) 또는 상이한 직경을 갖는 다수의 제1 컨택홀(CH1a, CH1b)을 다양하게 배치할 수 있으며, 이러한 제1 컨택홀(CH1a, CH1b)을 통해 초음파 센싱의 성능 및 범위를 개선할 수 있다.
도 12는 본 발명의 실시예들에 따른 초음파 센서(200)가 배치된 디스플레이 장치가 초음파 센서(200)를 이용하여 수행하는 센싱의 예시를 나타낸 도면이다.
도 12를 참조하면, 본 발명의 실시예들에 따른 초음파 센서(200)는, 픽셀에 직경이 상이한 복수의 제1 컨택홀(CH1a, CH1b)이 배치되므로, 고주파의 초음파와 저주파의 초음파를 동시에 발생시킬 수 있다. 또는, 고주파 대역과 저주파 대역을 포함하는 대역의 주파수를 발생시키는 것으로 볼 수도 있다.
초음파 센서(200)가 고주파의 초음파를 발생시킴으로써, 높은 해상도가 요구되는 지문 센싱을 용이하게 수행할 수 있도록 한다.
또한, 초음파 센서(200)가 저주파의 초음파를 발생시킴으로써, 커버 글래스(120)와 접촉되지 않은 상태에서 커버 글래스(120)와 근접한 위치에서 수행되는 제스처를 센싱할 수 있도록 한다.
전술한 본 발명의 실시예들에 의하면, 박막 트랜지스터 어레이(220)에 배치되는 압전 물질(240)이 픽셀 또는 픽셀 전극(PE)과 대응되도록 분리된 구조로 배치됨으로써, 인접한 픽셀 간의 신호 간섭을 방지하고 초음파 센싱의 성능을 개선할 수 있다.
또한, 초음파 센서(200)의 박막 트랜지스터 어레이(220)의 픽셀에 압전 물질(240)의 진동시 울림판의 기능을 하는 제1 컨택홀(CH1)이 다수 개 배치됨으로써, 발생되는 초음파의 세기와 반사되는 초음파의 센싱 감도를 향상시켜줄 수 있다.
그리고, 박막 트랜지스터 어레이(220)의 픽셀에 배치되는 제1 컨택홀(CH1)의 직경을 이종으로 구성함으로써, 고주파와 저주파의 초음파를 발생시켜 지문 센싱과 제스처 센싱을 모두 수행할 수 있는 초음파 센서(200)와 이를 포함하는 디스플레이 장치를 제공할 수 있다.
또한, 이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 또한, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이므로 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 권리 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
110: 디스플레이 패널 120: 커버 글래스
200: 초음파 센서 210: 기판
220: 박막 트랜지스터 어레이 221: 버퍼층
222: 게이트 절연층 223: 제1 절연층
224: 제2 절연층 225: 제1 보호층
226: 평탄화층 227: 제2 보호층
231: 제1 패드부 232: 제2 패드부
240: 압전 물질 250: 접착층
260: 반사층 270: 커버층
280: 본딩부 290: 연성 인쇄 회로
300: 접착부 400: 컨트롤러

Claims (21)

  1. 다수의 픽셀이 배치된 기판;
    상기 기판 상에 배치되고, 상기 다수의 픽셀 각각에 배치된 복수의 박막 트랜지스터;
    상기 박막 트랜지스터 상에 배치되고, 복수의 컨택홀을 포함하는 평탄화층;
    상기 평탄화층 상에 배치되고, 상기 다수의 픽셀 각각에 배치된 픽셀 전극;
    상기 픽셀 전극 상에 배치된 압전 물질; 및
    상기 압전 물질 상에 배치된 공통 전극을 포함하고,
    상기 복수의 박막 트랜지스터 중 제1 박막 트랜지스터의 소스 전극 또는 드레인 전극은 상기 복수의 컨택홀 중 적어도 둘 이상의 컨택홀을 통해 상기 픽셀 전극에 전기적으로 연결되며,
    상기 압전 물질의 일부는 상기 복수의 컨택홀의 내부에 배치되는 초음파 센서.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 픽셀 전극은,
    상기 복수의 박막 트랜지스터 중 상기 제1 박막 트랜지스터 이외의 제2 박막 트랜지스터의 게이트 전극과 상기 평탄화층의 하부에 배치된 절연층에 포함된 컨택홀을 통해 전기적으로 연결된 초음파 센서.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 평탄화층에 포함된 상기 복수의 컨택홀의 직경은 모두 동일한 초음파 센서.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 평탄화층에 포함된 상기 복수의 컨택홀은 적어도 하나의 제1 직경의 컨택홀과 적어도 하나의 제2 직경의 컨택홀을 포함하고, 상기 제1 직경과 상기 제2 직경은 상이한 초음파 센서.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 픽셀 전극과 상기 압전 물질 사이에 배치되고, 상기 픽셀 전극 상의 일부 영역에 배치되며, 적어도 일부분이 상기 평탄화층에 포함된 상기 복수의 컨택홀의 내측에 배치된 센싱 보조 전극을 더 포함하는 초음파 센서.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 압전 물질은,
    상기 픽셀과 대응되는 영역마다 분리되어 배치되거나, 상기 픽셀 전극과 대응되도록 분리되어 배치된 초음파 센서.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 공통 전극은,
    상기 압전 물질의 상면과, 분리되어 배치된 상기 압전 물질의 사이에 배치된 초음파 센서.
  9. 제3항에 있어서,
    상기 제2 박막 트랜지스터와 센싱 라인 사이에 연결된 제3 박막 트랜지스터를 더 포함하는 초음파 센서.
  10. 삭제
  11. 삭제
  12. 삭제
  13. 삭제
  14. 삭제
  15. 삭제
  16. 디스플레이 패널; 및
    상기 디스플레이 패널의 적어도 일면에 배치된 초음파 센서를 포함하고,
    상기 초음파 센서는,
    다수의 픽셀이 배치된 기판;
    상기 기판 상에 배치되고, 상기 다수의 픽셀 각각에 배치된 복수의 박막 트랜지스터;
    상기 박막 트랜지스터 상에 배치되고, 복수의 컨택홀을 포함하는 평탄화층;
    상기 평탄화층 상에 배치되고, 상기 다수의 픽셀 각각에 배치된 픽셀 전극;
    상기 픽셀 전극 상에 배치된 압전 물질; 및
    상기 압전 물질 상에 배치된 공통 전극을 포함하고,
    상기 복수의 박막 트랜지스터 중 제1 박막 트랜지스터의 소스 전극 또는 드레인 전극은 상기 복수의 컨택홀 중 적어도 둘 이상의 컨택홀을 통해 상기 픽셀 전극에 전기적으로 연결되며,
    상기 압전 물질의 일부는 상기 복수의 컨택홀의 내부에 배치되는 디스플레이 장치.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 픽셀 전극은,
    상기 복수의 박막 트랜지스터 중 상기 제1 박막 트랜지스터 이외의 제2 박막 트랜지스터의 게이트 전극과 상기 평탄화층의 하부에 배치된 절연층에 포함된 컨택홀을 통해 전기적으로 연결된 디스플레이 장치.
  18. 제16항에 있어서,
    상기 평탄화층에 포함된 상기 복수의 컨택홀의 직경은 모두 동일한 디스플레이 장치.
  19. 제16항에 있어서,
    상기 평탄화층에 포함된 상기 복수의 컨택홀은 적어도 하나의 제1 직경의 컨택홀과 적어도 하나의 제2 직경의 컨택홀을 포함하고, 상기 제1 직경과 상기 제2 직경은 상이한 디스플레이 장치.
  20. 제16항에 있어서,
    상기 초음파 센서는,
    상기 픽셀 전극과 상기 압전 물질 사이에 배치되고, 상기 픽셀 전극 상의 일부 영역에 배치되며, 적어도 일부분이 상기 평탄화층에 포함된 상기 복수의 컨택홀의 내측에 배치된 센싱 보조 전극을 더 포함하는 디스플레이 장치.
  21. 제16항에 있어서,
    상기 디스플레이 패널에서 영상이 표시되는 면에 배치된 커버 글래스를 더 포함하고,
    상기 초음파 센서는,
    상기 디스플레이 패널에서 상기 커버 글래스가 배치된 면의 반대면에 배치된 디스플레이 장치.
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Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20180046836A1 (en) * 2016-08-11 2018-02-15 Qualcomm Incorporated Single transducer fingerprint system
US20180287046A1 (en) * 2017-03-29 2018-10-04 Seiko Epson Corporation Piezoelectric device, liquid ejecting head, and liquid ejecting apparatus

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102263876B1 (ko) * 2015-05-29 2021-06-14 엘지디스플레이 주식회사 인셀 터치 액정 디스플레이 장치와 그 제조방법

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20180046836A1 (en) * 2016-08-11 2018-02-15 Qualcomm Incorporated Single transducer fingerprint system
US20180287046A1 (en) * 2017-03-29 2018-10-04 Seiko Epson Corporation Piezoelectric device, liquid ejecting head, and liquid ejecting apparatus

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