KR102556023B1 - 감광성 박막 소자 및 이를 포함하는 생체 정보 감지 장치 - Google Patents

감광성 박막 소자 및 이를 포함하는 생체 정보 감지 장치 Download PDF

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KR102556023B1
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Abstract

감광성 박막 소자 및 이를 포함하는 생체 정보 감지 장치가 제공된다. 상기 감광성 박막 소자는 투명한 절연성 기판, 상기 기판 상의 제1 전극, 상기 기판 상에서 상기 제1 전극의 둘레를 둘러싸는 순환형(circular)의 반도체층, 상기 기판 상에서 상기 반도체층의 둘레를 둘러싸는 순환형의 제2 전극, 상기 반도체층, 및 상기 제1 및 제2 전극들 상에 배치되고, 상기 제1 전극을 노출하는 제1 개구부를 갖는 층간절연층, 및 상기 반도체층의 상부 표면을 덮도록 상기 층간절연층 상에 배치되는 상면 광차단부, 및 상기 상면 광차단부로부터 상기 제1 개구부를 따라 상기 제1 전극에 연결되는 콘택부를 갖는 도전층을 포함한다.

Description

감광성 박막 소자 및 이를 포함하는 생체 정보 감지 장치{Photosensitive thin film device and apparatus for sensing biometric information including the same}
본 발명은 감광성 박막 소자 및 이를 포함하는 장치에 관한 것으로서, 더욱 구체적으로는 생체 정보 감지 장치에 관한 것이다.
인체 정보를 측정 또는 감지하는 기술들이 요구되고 있다. 예를 들면, 새로운 인증 수단으로서 지문이나 홍채뿐만 아니라 정맥 패턴이 이용되고 있다. 또한, 스마트폰이나 웨어러블 기기와 같은 휴대기기의 성능이 향상되면, 사용자의 건강 관리를 위해 심박수, 산소 포화도 및 심전도와 같은 신체 정보를 측정 및 감지하는 기능이 휴대용 기기에 탑재되고 있다.
이러한 생체 정보를 측정하기 위해서는 신체에 광을 조사하기 위한 발광 장치와 신체로부터 반사되거나 투과된 광을 수집하기 위한 수광 장치가 필요하다. 수광 장치가 신체를 투과한 광을 수집하는 경우, 신체의 일부가 발광 장치와 수광 장치 사이에 위치해야 하기 때문에, 생체 정보 감지 장치의 크기가 커지게 된다. 수광 장치가 신체로부터 반사된 광을 수집하는 경우에는 발광 장치로부터 직접 수광 장치로 조사되는 광에 의한 노이즈 등으로 인하여 정확한 생체 정보의 감지가 어렵다.
본 발명의 실시예들은 가볍고 얇으면서도 생체 정보를 정확히 감지할 수 있는 생체 정보 감지 장치, 및 이러한 생체 정보 감지 장치에 적합한 감광성 박막 소자를 제공한다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 본 발명의 기재로부터 당해 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 일 측면에 따른 감광성 박막 소자는 투명한 절연성 기판, 상기 기판 상의 제1 전극, 상기 기판 상에서 상기 제1 전극의 둘레를 둘러싸는 반도체층, 상기 기판 상에서 상기 반도체층의 둘레를 둘러싸는 제2 전극, 상기 반도체층 및 상기 제1 및 제2 전극들 상에 배치되고, 상기 제1 전극을 노출하는 제1 개구부를 갖는 층간절연층, 및 상기 반도체층의 상부 표면을 덮도록 상기 층간절연층 상에 배치되는 상면 광차단부, 및 상기 상면 광차단부로부터 상기 제1 개구부를 따라 상기 제1 전극에 연결되는 콘택부를 포함하는 도전층을 포함한다.
상기 반도체층은 내부 에지 및 외부 에지를 가지는 링(ring) 타입의 평면 형상을 가질 수 있다. 상기 제1 전극은 상기 내부 에지의 안쪽에 배치되고 상기 내부 에지를 덮을 수 있다. 상기 제2 전극은 상기 외부 에지를 덮을 수 있다.
상기 반도체층은 원형 내부 에지 및 원형 외부 에지를 가지는 원형 링 타입의 평면 형상을 가질 수 있다.
상기 반도체층은 상기 기판 상의 제1 반도체층, 및 상기 제1 반도체층과 상기 제1 및 제2 전극들 사이에 배치되고 고농도의 불순물을 포함하는 제2 반도체층을 포함할 수 있다.
상기 층간절연층은 상기 제2 전극으로부터 이격하여 상기 제2 전극의 둘레의 일부를 둘러싸도록 위치하는 제2 개구부를 가질 수 있다. 상기 도전층은 상기 상면 광차단부로부터 상기 제2 개구부를 따라 연장되어 상기 반도체층의 측면의 일부를 측방향으로 덮는 측면 광차단부를 더 포함할 수 있다.
상기 감광성 박막 소자는 상기 기판 상에서 상기 제2 전극으로부터 상기 측면 광차단부의 사이를 통과하여 측방향으로 연장되고 상기 층간절연층에 의해 상기 측면 차단부와 절연되는 연결 배선을 더 포함할 수 있다.
상기 도전층의 상기 상면 및 측면 광차단부들은 상기 도전층의 상부로부터 상기 기판의 방향으로 조사되는 광이 상기 반도체층에 도달하는 것을 차단할 수 있다.
상기 기판의 하부로부터 상기 반도체층에 조사되는 광의 양이 커질수록, 상기 제1 및 제2 전극들 사이에 상기 반도체층을 통과하여 흐르는 전류의 크기가 커질 수 있다.
본 발명의 일 측면에 따른 생체 정보 감지 장치는 투명하고 절연성을 갖는 기판, 상기 기판 상에 행렬로 배열되고 각각 감광성 박막 소자를 포함하는 복수의 단위 화소들을 포함하는 광 센서 어레이, 및 상기 광 센서 어레이 상에서 광을 방출하는 발광부를 포함한다. 상기 감광성 박막 소자는 상기 기판 상에서 내부 에지와 외부 에지를 갖는 링(ring) 타입의 제1 반도체 패턴, 상기 기판 상에서 상기 내부 에지의 안쪽에 배치되어 상기 제1 반도체 패턴에 연결되는 제1 전극, 상기 외부 에지를 따라 상기 제1 반도체 패턴의 둘레를 둘러싸는 제2 전극, 상기 제1 반도체 패턴 및 상기 제1 및 제2 전극들 상에 배치되고, 상기 제1 전극을 노출하는 제1 개구부를 갖는 층간절연층, 및 상기 제1 반도체 패턴의 상부 표면을 덮도록 상기 층간절연층 상에 배치되는 상면 광차단부, 및 상기 상면 광차단부로부터 상기 제1 개구부를 따라 상기 제1 전극에 연결되는 콘택부를 포함하는 광차단 전극을 포함한다.
상기 발광부는 제1 색상의 가시광을 방출하는 제1 발광 소자, 제2 색상의 가시광을 방출하는 제2 발광 소자, 및 근적외선광을 방출하는 제3 발광 소자 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
상기 단위 화소들 각각은 박막 트랜지스터를 포함할 수 있다. 상기 박막 트랜지스터는 상기 기판 상에, 제1 및 제2 불순물 영역과 상기 제1 및 제2 불순물 영역 사이의 채널 영역을 갖는 제2 반도체 패턴, 상기 채널 영역과 적어도 일부가 중첩하도록 상기 기판과 상기 제2 반도체 패턴 사이에 배치되는 제1 게이트 전극, 상기 제1 불순물 영역에 연결되는 제3 전극, 및 상기 제2 불순물 영역과 상기 감광성 박막 소자의 상기 제2 전극에 연결되는 제4 전극을 포함할 수 있다.
상기 박막 트랜지스터는 상기 층간 절연층을 관통하는 콘택 플러그를 통해 상기 제1 게이트 전극에 연결되고 상기 채널 영역과 적어도 일부가 중첩하도록 상기 층간 절연층 상에 배치되는 제2 게이트 전극을 더 포함할 수 있다.
상기 광 센서 어레이는 상기 단위 화소들 중 동일한 행에 위치하는 단위 화소들의 상기 박막 트랜지스터들의 상기 제1 게이트 전극들을 서로 전기적으로 연결하는 게이트 라인들, 상기 단위 화소들 중 동일한 열에 위치하는 단위 화소들의 상기 박막 트랜지스터들의 제3 전극들을 서로 전기적으로 연결하는 출력 라인들, 및 상기 단위 화소들의 상기 감광성 박막 소자들의 상기 광차단 전극들을 서로 전기적으로 연결하는 바이어스 라인을 더 포함할 수 있다.
상기 생체 정보 감지 장치는 상기 바이어스 라인에 바이어스 전압을 인가하는 전원부, 및 상기 게이트 라인들을 순차적으로 구동하고 상기 출력 라인들을 통해 상기 단위 화소들로부터 출력되는 감지 신호를 수신하고 상기 감지 신호를 기초로 영상 데이터를 생성하는 이미지 센서 제어부를 더 포함할 수 있다.
상기 발광부는 적색 가시광을 방출하는 복수의 제1 발광 소자들, 녹색 가시광을 방출하는 복수의 제2 발광 소자들, 및 근적외선광을 방출하는 복수의 제3 발광 소자들을 포함할 수 있다.
상기 생체 정보 감지 장치는 동작 모드에 따라 상기 제1 발광 소자들, 상기 제2 발광 소자들, 및 상기 제3 발광 소자들 중 적어도 하나를 발광시키고, 상기 이미지 센서 제어부로부터 영상 데이터를 수신하고, 상기 동작 모드에 따라 상기 영상 데이터를 분석하는 제어부를 더 포함할 수 있다.
상기 제어부는 정맥 패턴 감지 모드에서 상기 제3 발광 소자들을 발광시키고, 맥파 감지 모드 또는 심박수 측정 모드에서 상기 제2 발광 소자를 발광시키고, 산소 포화도 측정 모드에서 상기 제1 발광 소자들과 상기 제3 발광 소자들을 교대로 발광시킬 수 있다.
상기 생체 정보 감지 장치는 무선 통신 기능을 갖는 휴대용 단말기일 수 있다.
상기 제어부는 상기 정맥 패턴 감지 모드에서 상기 영상 데이터를 분석하여 취득한 사용자의 정맥 패턴과 미리 저장된 정맥 패턴을 비교하여 상기 사용자를 인증할 수 있다.
상기 생체 정보 감지 장치는 상기 기판 아래에 배치되는 투명 전극, 및 상기 휴대용 단말기에 연결되고, 상기 사용자의 양쪽 귀에 각각 접촉하는 제1 및 제2 심전도 감지 전극들을 갖는 이어폰을 더 포함할 수 있다. 상기 제어부는 상기 제1 및 제2 심전도 감지 전극들 및 상기 투명 전극을 이용하여 상기 사용자의 심전도를 측정할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 생체 정보 감지 장치는 얇으면서도 대면적으로 제조될 수 있을 뿐만 아니라, 생체 정보를 정확하게 감지할 수 있다. 감광성 박막 소자 상에 발광 장치가 적층되더라도, 발광 장치로부터 직접 조사되는 광을 차단하면서 신체로부터 반사된 광에 반응하므로, 노이즈가 감소될 수 있다.
도 1 및 도 2a는 본 발명의 일 실시예에 따른 감광성 박막 소자의 단면도 및 평면도를 도시한다.
도 2b 내지 도 2d는 본 발명의 다른 실시예에 따른 감광성 박막 소자의 평면도들을 도시한다.
도 3 및 도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 감광성 박막 소자의 단면도 및 평면도를 도시한다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 생체 정보 감지 장치의 개략적인 단면도를 도시한다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 광 센서 어레이를 포함하는 이미지 센서의 개략적인 블록도를 도시한다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 광 센서 어레이 내의 예시적인 단위 화소의 회로도를 도시한다.
도 8 및 도 9a-9e은 본 발명의 일 실시예에 따른 단위 화소의 단면도 및 평면도를 도시한다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 생체 정보 감지 장치의 발광부의 예시적인 평면도를 도시한다.
도 11은 도 5에 도시되는 생체 정보 감지 장치를 이용하여 생체 정보를 감지하는 구성을 예시적으로 도시한다.
도 12는 도 5에 도시되는 생체 정보 감지 장치를 포함하는 장치를 도시한다.
도 13은 도 5에 도시되는 생체 정보 감지 장치를 포함하는 장치의 다른 사용 예를 도시한다.
도 14는 도 13의 생체 정보 감지 장치의 개략적인 블록도이다.
도 15는 도 5에 도시되는 생체 정보 감지 장치를 포함하는 장치를 도시한다.
본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 본 발명의 효과 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 다양한 형태로 구현될 수 있다.
이하의 실시예에서, 제1, 제2 등의 용어는 한정적인 의미가 아니라 하나의 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하는 목적으로 사용되었다.
이하의 실시예에서, 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
이하의 실시예에서, 포함하다 또는 가지다 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 또는 구성요소가 존재함을 의미하는 것이고, 하나 이상의 다른 특징들 또는 구성요소가 부가될 가능성을 미리 배제하는 것은 아니다.
이하의 실시예에서, 막, 영역, 구성 요소 등의 부분이 다른 부분 위에 또는 상에 있다고 할 때, 다른 부분의 바로 위에 있는 경우뿐만 아니라, 그 중간에 다른 막, 영역, 구성 요소 등이 개재되어 있는 경우도 포함한다.
도면에서는 설명의 편의를 위하여 구성 요소들이 그 크기가 과장 또는 축소될 수 있다. 예컨대, 도면에서 나타난 각 구성의 크기 및 두께는 설명의 편의를 위해 임의로 나타내었으므로, 본 발명이 반드시 도시된 바에 한정되지 않는다.
어떤 실시예가 달리 구현 가능한 경우에 특정한 공정 순서는 설명되는 순서와 다르게 수행될 수도 있다. 예를 들어, 연속하여 설명되는 두 공정이 실질적으로 동시에 수행될 수도 있고, 설명되는 순서와 반대의 순서로 진행될 수 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 상세히 설명하기로 하며, 도면을 참조하여 설명할 때 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 도면부호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
도 1 및 도 2a는 본 발명의 일 실시예에 따른 감광성 박막 소자의 단면도 및 평면도를 도시한다. 도 1은 도 2a의 절취선(I-I)를 따라 절취한 단면을 도시한다.
도 1 및 도 2a를 참조하면, 감광성 박막 소자(100)는 기판(110), 반도체층(120), 제1 전극(131), 제2 전극(132), 층간 절연층(140), 및 도전층(150)을 포함한다. 기판(110)은 투명하고 절연성 물질을 포함한다. 제1 전극(131)은 기판(110) 상에 배치되고, 반도체층(120)은 제1 전극(131)의 둘레를 둘러싼다. 제2 전극(132)은 반도체층(120)의 둘레를 둘러싼다. 층간 절연층(140)은 반도체층(120) 및 제1 및 제2 전극들(131, 132) 상에 배치되고, 제1 전극(131)을 노출하는 제1 개구부(140op1)를 갖는다. 도전층(150)은 반도체층(120)의 상부 표면을 덮도록 층간 절연층(140) 상에 배치되는 상면 광차단부(151), 및 상면 광차단부(151)로부터 제1 개구부(140op1)를 따라 제1 전극(131)에 연결되는 콘택부(152)를 포함한다.
용이한 이해를 위하여, 도 2a는 최상층에 위치하는 도전층(150)만을 도시하지 않고, 그 아래에 위치하는 반도체층(120), 및 제1 및 제2 전극(131, 132)의 평면 형상을 함께 도시한다.
기판(110)은 유리 또는 플라스틱 등의 다양한 투명하고 절연 특성을 갖는 물질로 구성되는 베이스 기판을 포함할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 기판(110)은 플렉서블 소재의 베이스 기판을 포함할 수 있다. 여기서, 플렉서블 소재의 베이스 기판이란 잘 휘어지고 구부러지며 접거나 말 수 있는 기판을 지칭한다. 플렉서블 소재의 베이스 기판은 초박형 유리 또는 플라스틱으로 이루어질 수 있다. 예를 들어, 베이스 기판은 폴리이미드(PI. polyimide), 폴리에틸렌 테레프탈레이드(PET, polyethyeleneterepthalate), 폴리에틸렌 나프탈레이트(PEN, polyethyelenen napthalate), 폴리카보네이트(PC, polycarbonate), 폴리아크릴레이트(PAR, polyacrylate), 폴리에테르 이미드(PEI, polyetherimide), 폴리에테르술폰(PES, polyethersulphone), 폴리페닐렌 설파이드(polyphenylene sulfide: PPS), 폴리아릴레이트(polyallylate), 셀룰로오스 트리 아세테이트(TAC), 셀룰로오스 아세테이트 프로피오네이트(cellulose acetate propionate: CAP), 폴리디메틸실록산(PDMS, polydimethylsiloxane), 헥사메틸디실록산(HMDSO, hexamethyldisiloxane)을 포함하는 그룹에서 선택되는 적어도 하나의 플라스택 물질을 포함할 수 있으나, 본 발명은 이에 한정되지 않는다.
기판(110)은 베이스 기판 상에 불순 원소의 침투를 방지하고 베이스 기판의 표면을 평탄화하는 역할을 하는 버퍼막(미 도시)을 더 포함할 수 있다. 또한, 기판(110)은 베이스 기판과 버퍼막 사이에 배리어층(미 도시)이 개재될 수 있다. 베이스 기판 상에 절연성 물질로 이루어지는 버퍼막 및/또는 배리어층이 배치되는 경우, 베이스 기판은 도전성을 갖는 금속 또는 금속 산화물로 이루어질 수도 있다. 이 경우에도, 버퍼막 및/또는 배리어층이 절연성을 가지므로, 기판(110)은 상부에 형성되는 소자들과 절연된다.
기판(110) 상에는 감광성 박막 소자(100) 및/또는 박막 트랜지스터가 형성될 수 있으며, 감광성 박막 소자(100)와 박막 트랜지스터로 구성되는 단위 화소들이 행렬로 배열될 수 있다.
반도체층(120)은 기판(110) 상에 배치되며, 링 타입의 평면 형상을 가질 수 있다. 반도체층(120)은 가시광 및/또는 적외선에 민감한 반도체 물질을 포함하며, 예를 들면, 비정질 실리콘(a-Si) 또는 비정질 실리콘 게르마늄(a-SiGe)을 포함할 수 있다. 다른 실시예에 따르면, 반도체층(120)은 게르마늄(Ge), 인듐 인(InP), 카드뮴 텔루라이드(CdTe), 또는 갈륨 비소(GaAs)를 포함할 수 있다. 또 다른 실시예에 따르면, 반도체층(120)은 유기 반도체 물질 또는 산화물 반도체 물질을 포함할 수 있다.
반도체층(120)은 도 2a에 도시된 바와 같이 원형 내부 에지와 원형 외부 에지를 가지는 원형 링(ring) 타입의 평면 형상을 가질 수 있다. 그러나, 반도체층(120)의 내부 에지와 외부 에지는 원형으로 한정되지 않으며, 다각형, 타원형 등과 같은 다양한 평면 형상을 가질 수 있다. 예컨대, 반도체층(120)은 직사각형(rectangle) 링 타입의 평면 형상을 가질 수도 있다. 이에 대해서는 도 2b 내지 도 2d를 참조로 아래에서 더욱 자세히 설명한다.
한편, 반도체층(120)은 직선 부분과 곡선 부분을 포함하는 형상의 링 타입의 평면 형상을 가질 수 있다. 예컨대, 반도체층(120)의 적어도 하나의 일부분은 호(arc)와 같은 형상을 갖고, 적어도 하나의 다른 부분은 직선 형상을 가질 수 있다. 예컨대, 반도체층(120)의 평면을 바라볼 때, 좌측과 우측은 반호(half arc) 형상을 가지고, 상측과 하측은 좌측과 우측의 반호들을 서로 연결하는 직선 형상을 가질 수 있다.
제1 전극(131)은 기판(110) 상에 반도체층(120)의 내부 에지 안쪽에 배치된다. 그에 따라, 반도체층(120)은 제1 전극(131)의 둘레를 둘러싸며, 제1 전극(131)은 반도체층(120)에 전기적으로 연결된다. 제1 전극(131)은 도 1에 도시된 바와 같이 반도체층(120)의 내부 에지를 덮도록 반도체층(120) 상에 배치될 수 있다. 제1 전극(131)은 반도체층(120)의 내부 에지와 직접 접촉할 수 있다. 그러나, 본 발명은 이에 한정되지 않으며, 제1 전극(131)은 반도체층(120)의 아래에 배치되고, 제1 전극(131)의 일부가 반도체층(120)에 의해 덮여, 반도체층(120)의 내부 에지는 제1 전극(131) 상에 위치할 수도 있다. 제1 전극(131)은 도 2a에 도시된 바와 같이 반도체층(120)의 내부 에지의 형상에 대응하여 원형의 평면 형상을 가질 수 있다.
제2 전극(132)은 기판(110) 상에 반도체층(120)의 둘레를 둘러싸도록 배치되어 반도체층(120)에 전기적으로 연결된다. 재2 전극(132)은 도 1에 도시된 바와 같이 반도체층(120)의 외부 에지를 덮도록 반도체층(120) 상에 배치될 수 있다. 제2 전극(132)은 반도체층(120)의 외부 에지와 직접 접촉할 수 있다. 그러나, 본 발명은 이에 한정되지 않으며, 제2 전극(132)은 반도체층(120)의 아래에 배치되고, 제2 전극(132)의 일부는 반도체층(120)에 의해 덮여, 반도체층(120)의 외부 에지는 제2 전극(132) 상에 위치할 수도 있다. 제2 전극(132)은 도 2a에 도시된 바와 같이 반도체층(120)의 외부 에지의 형상에 대응하여 링 타입의 평면 형상을 가질 수 있다. 예를 들면, 제2 전극(132)은 원형 링 타입의 평면 형상 또는 사각형 링 타입의 평면 형상을 가질 수 있다. 제2 전극(132)은 기판(110) 상의 다른 소자, 예컨대, 박막 트랜지스터와 연결되기 위해 기판(110) 상에서 선형으로 연장될 수 있다. 제2 전극(132)의 선형으로 연장된 부분은 연결 전극 또는 연결 배선으로 지칭될 수도 있다.
제1 및 제2 전극(131, 132)은 전극층(130)의 일부분들일 수 있다. 전극층(130)은 예컨대, 몰리브덴(Mo), 알루미늄(Al), 구리(Cu) 및/또는 티타늄(Ti) 등을 포함하는 도전성 물질로 이루어진 단일막 또는 다중막일 수 있다.
반도체층(120)에 광이 조사되면, 반도체층(120) 내의 전자는 밸런스 밴드(valence band)에서 컨덕션 밴드(conduction band)로 여기 된다. 그에 따라, 반도체층(120)은 도전성을 갖게 되며, 제1 전극(131)과 제2 전극(132)은 서로 전기적으로 연결되게 된다. 반도체층(120)에 조사되는 광의 양에 따라 반도체층(120)의 저항, 및 제1 전극(131)과 제2 전극(132) 사이에 흐르는 전류가 달라질 수 있다.
반도체층(120)은 도 1에 도시된 바와 같이 기판(110) 상에 배치되고 저농도 도핑된(lightly doped) 불순물을 포함하는 제1 반도체층(121), 및 제1 반도체층(121)과 제1 및 제2 전극(131, 132) 사이에 직접 개재되고 고농도 도핑된(heavily doped) 불순물을 포함하는 제2 반도체층(122)을 포함할 수 있다. 제2 반도체층(122)은 도전성을 가지며, 제1 반도체층(121) 내에 채널 영역을 한정할 수 있다. 그러나, 본 발명은 이에 한정되지 않고, 반도체층(120)은 반도체 물질로 이루어진 단일층으로 이루어지고, 고농도 도핑된 불순물을 포함하는 제1 및 제2 불순물 영역과 제1 및 제2 불순물 영역 사이에 저농도 도핑된 불순물을 포함하는 채널 영역을 포함할 수 있다.
층간 절연층(140)은 반도체층(120) 및 전극층(130) 상에 배치되고, 제1 전극(131)의 상부 표면을 노출하는 제1 개구부(140op1)를 갖는다. 층간 절연층(140)은 절연성을 갖는 유기 물질로 이루어진 단일막 또는 다중막일 수 있다. 다른 예에 따르면, 층간 절연층(140)은 무기 물질로 구성된 단일막 또는 다중막일 수 있으며, 예를 들면, 실리콘산화물(SiO2), 실리콘질화물(SiNx), 실리콘산질화물(SiON), 알루미늄산화물(Al2O3), 티타늄산화물(TiO2), 탄탈산화물(Ta2O5), 하프늄산화물(HfO2), 및/또는 아연산화물(ZrO2) 등을 포함할 수 있다. 또 다른 예에 따르면, 층간 절연층(140)은 무기 절연막과 유기 절연막을 포함하는 다중막일 수 있다.
도전층(150)은 층간 절연층(140) 상의 상면 광차단부(151)와 제1 개구부(140op1)에 매립된 부분인 콘택부(152)를 포함한다. 상면 광차단부(151)는 반도체층(120)의 상부 표면을 덮도록 층간 절연층(140) 상에 배치된다. 상면 광차단부(151)는 반도체층(120)의 상부 표면을 완전히 덮을 수 있도록 평면 상에서 볼 때 반도체층(120)의 외부 에지보다 바깥으로 연장될 수 있다. 상면 광차단부(151)는 평면 상에서 볼 때 제2 전극(132)의 둘레보다도 바깥으로 연장될 수 있다. 상면 광차단부(151)는 도 2a에 도시된 바와 같이 반도체층(120)의 외부 에지의 형상에 대응하여 원형 평면 형상을 가질 수 있다. 그러나, 상면 광차단부(151)의 평면 형상은 원형으로 한정되지 않으며, 상면 광차단부(151)는 다각형 또는 타원형과 같은 평면 형상을 가질 수도 있다.
콘택부(152)는 상면 광차단부(151)로부터 제1 개구부(140op1)를 따라 제1 전극(131)에 연결된다. 콘택부(152)는 제1 전극(131)과 상면 광차단부(151)를 서로 전기적으로 연결한다.
도전층(150)은 광이 투과하지 않는 도전성 물질로 이루어질 수 있다. 예컨대, 도전층(150)은 몰리브덴(Mo), 알루미늄(Al), 구리(Cu) 및/또는 티타늄(Ti) 등을 포함하는 도전성 물질로 이루어진 단일막 또는 다중막일 수 있다.
감광성 박막 소자(100)의 상부 광차단부(151)는 상부로부터 반도체층(120)의 상부 표면으로 조사되는 광을 차단할 수 있다. 따라서, 기판(110)의 하부로부터 조사되는 광은 반도체층(120)에 도달할 수 있으며, 감광성 박막 소자(100)는 하부로부터 조사되는 광의 양에 따라 전기적 특성이 달라진다. 예를 들면, 제2 전극(142)에 바이어스 전압이 인가되는 경우, 제2 전극(142)으로부터 제1 전극(141)으로 흐르는 전류의 크기는 기판(110)의 하부로부터 반도체층(120)을 향하여 조사되는 광의 양에 비례할 수 있다.
기판(110)의 상부로부터 조사되는 광 중 일부는 반도체층(110)에 도달할 수도 있다. 기판(110)의 상부로부터 조사되어 반도체층(110)에 도달하는 광은 감광성 박막 소자(100)의 노이즈에 해당할 수 있다. 그러나, 본 발명에 따르면, 기판(110)의 상부로부터 조사되는 광의 대부분은 차단되므로, 감광성 박막 소자(100)로부터 출력되는 전류에 포함된 노이즈 성분이 감소될 수 있다. 기판(110)의 하부로부터 조사되는 광은 기판(110)의 아래에 위치한 발광 소자로부터 조사되는 광일 수도 있지만, 기판(110)의 상부에 위치한 발광 소자로부터 방출되는 광이 기판(110)의 아래에 위치한 물체에 의해 반사되는 광일 수도 있다.
도 2b 내지 도 2d는 본 발명의 다른 실시예에 따른 감광성 박막 소자의 투시 평면도를 도시한다.
도 2b를 참조하면, 감광성 박막 소자(100a)는 반도체층(120a), 전극층(130a), 및 도전층(150a)을 포함한다. 반도체층(120a), 전극층(130a), 및 도전층(150a)은 평면 형상을 제외하고는 도 2a에 도시된 반도체층(120), 전극층(130), 및 도전층(150)과 각각 대응한다. 아래에서는 차이점을 중심으로 설명한다.
반도체층(120a)은 도 2b에 도시된 바와 같이 사각형 내부 에지와 사각형 외부 에지를 가지는 사각형 링(ring) 타입의 평면 형상을 가질 수 있다. 예를 들면, 반도체층(120a)의 내부 에지와 외부 에지는 정사각형, 직사각형, 또는 임의의 사각형과 같은 다양한 평면 형상을 가질 수 있다.
전극층(130a)은 제1 전극(131a)과 제2 전극(132a)을 포함한다. 제1 전극(131a)은 반도체층(120a)의 사각형 내부 에지 안쪽에 배치된다. 반도체층(120a)은 제1 전극(131a)의 둘레를 둘러싸며, 제1 전극(131a)은 반도체층(120a)에 전기적으로 연결된다. 제1 전극(131a)은 도 2b에 도시된 바와 같이 반도체층(120a)의 사각형 내부 에지의 형상에 대응하여 사각형의 평면 형상을 가질 수 있다.
제2 전극(132a)은 반도체층(120a)의 둘레를 둘러싸도록 배치되어 반도체층(120a)에 전기적으로 연결된다. 제2 전극(132a)은 도 2b에 도시된 바와 같이 반도체층(120a)의 사각형 외부 에지의 형상에 대응하여 사각형 링 타입의 평면 형상을 가질 수 있다.
도전층(150a)은 층간 절연층(140) 상의 상면 광차단부(151a)와 제1 개구부(140op1)에 매립된 부분인 콘택부(152a)를 포함한다. 상면 광차단부(151a)는 반도체층(120a)의 상부 표면을 덮도록 층간 절연층(140) 상에 배치된다. 상면 광차단부(151a)는 반도체층(120a)의 상부 표면을 완전히 덮을 수 있도록 평면 상에서 볼 때 반도체층(120a)의 사각형 외부 에지보다 바깥으로 연장될 수 있다. 상면 광차단부(151a)는 평면 상에서 볼 때 제2 전극(132a)의 둘레보다 바깥으로 연장될 수 있다. 상면 광차단부(151a)는 도 2b에 도시된 바와 같이 반도체층(120a)의 사각형 외부 에지의 형상에 대응하여 사각형 평면 형상을 가질 수 있다. 그러나, 상면 광차단부(151a)의 평면 형상은 사각형으로 한정되지 않으며, 사각형 외의 다른 다각형, 타원형, 원형과 같이 반도체층(120a)의 평면 형상에 대응하지 않을 수도 있다.
도 2c를 참조하면, 감광성 박막 소자(100b)는 반도체층(120b), 전극층(130b), 및 도전층(150b)을 포함한다. 반도체층(120b), 전극층(130b), 및 도전층(150b)은 평면 형상을 제외하고는 도 2a에 도시된 반도체층(120), 전극층(130), 및 도전층(150)과 각각 대응한다. 아래에서는 차이점을 중심으로 설명한다.
반도체층(120b)은 도 2c에 도시된 바와 같이 육각형 내부 에지와 육각형 외부 에지를 가지는 육각형 링(ring) 타입의 평면 형상을 가질 수 있다. 예를 들면, 반도체층(120b)의 내부 에지와 외부 에지는 정육각형, 또는 임의의 육각형과 같은 다양한 평면 형상을 가질 수 있다.
전극층(130b)은 제1 전극(131b)과 제2 전극(132b)을 포함한다. 제1 전극(131b)은 반도체층(120b)의 육각형 내부 에지 안쪽에 배치된다. 제1 전극(131b)은 도 2c에 도시된 바와 같이 반도체층(120b)의 육각형 내부 에지의 형상에 대응하여 육각형의 평면 형상을 가질 수 있다. 제2 전극(132b)은 반도체층(120b)의 둘레를 둘러싸도록 배치되어 반도체층(120b)에 전기적으로 연결된다. 제2 전극(132b)은 도 2c에 도시된 바와 같이 반도체층(120b)의 육각형 외부 에지의 형상에 대응하여 육각형 링 타입의 평면 형상을 가질 수 있다.
도전층(150b)은 층간 절연층(140) 상의 상면 광차단부(151b)와 제1 개구부(140op1)에 매립된 부분인 콘택부(152b)를 포함한다. 상면 광차단부(151b)는 반도체층(120b)의 상부 표면을 덮도록 층간 절연층(140) 상에 배치된다. 상면 광차단부(151b)는 도 2c에 도시된 바와 같이 반도체층(120b)의 육각형 외부 에지의 형상에 대응하여 육각형 평면 형상을 가질 수 있다. 그러나, 상면 광차단부(151a)의 평면 형상은 육각형으로 한정되지 않으며, 육각형 외의 다른 다각형, 타원형, 원형과 같이 반도체층(120b)의 평면 형상에 대응하지 않을 수도 있다.
도 2d를 참조하면, 감광성 박막 소자(100c)는 반도체층(120c), 전극층(130c), 및 도전층(150c)을 포함한다. 반도체층(120c), 전극층(130c), 및 도전층(150c)은 평면 형상을 제외하고는 도 2a에 도시된 반도체층(120), 전극층(130), 및 도전층(150)과 각각 대응한다. 아래에서는 차이점을 중심으로 설명한다.
반도체층(120c)은 도 2d에 도시된 바와 같이 팔각형 내부 에지와 팔각형 외부 에지를 가지는 팔각형 링(ring) 타입의 평면 형상을 가질 수 있다. 예를 들면, 반도체층(120c)의 내부 에지와 외부 에지는 정팔각형, 또는 임의의 팔각형과 같은 다양한 평면 형상을 가질 수 있다.
전극층(130c)은 제1 전극(131c)과 제2 전극(132c)을 포함한다. 제1 전극(131c)은 반도체층(120c)의 팔각형 내부 에지 안쪽에 배치되어, 도 2d에 도시된 바와 같이 팔각형의 평면 형상을 가질 수 있다. 제2 전극(132c)은 도 2d에 도시된 바와 같이 반도체층(120c)의 팔각형 외부 에지의 형상에 대응하여 팔각형 링 타입의 평면 형상을 가질 수 있다.
도전층(150c)은 층간 절연층(140) 상의 상면 광차단부(151c)와 제1 개구부(140op1)에 매립된 부분인 콘택부(152c)를 포함한다. 상면 광차단부(151c)는 도 2d에 도시된 바와 같이 반도체층(120c)의 팔각형 외부 에지의 형상에 대응하여 팔각형 평면 형상을 가질 수 있다. 그러나, 상면 광차단부(151a)의 평면 형상은 팔각형으로 한정되지 않으며, 팔각형 외의 다른 다각형, 타원형, 원형과 같이 반도체층(120c)의 평면 형상에 대응하지 않을 수도 있다.
도 3 및 도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 감광성 박막 소자의 단면도 및 평면도를 도시한다. 도 3은 도 4의 절취선(III-III)를 따라 절취한 단면을 도시한다.
도 3 및 도 4를 참조하면, 감광성 박막 소자(100a)는 측면 광차단부(153) 및 연결 배선(133)을 더 포함한다는 점을 제외하고는 도 1 및 도 2a에 도시된 감광성 박막 소자(100)와 실질적으로 동일하다. 반복되는 구성요소들에 대해서는 설명하지 않는다.
전극층(130)은 기판(110) 상에서 제2 전극(132)으로부터 측방향으로 연장되는 연결 배선(133)을 더 포함할 수 있다. 연결 배선(133)은 제2 전극(132)과 일체로 형성될 수 있다. 연결 배선(133)은 감광성 박막 소자(100a)의 제2 전극(132)을 기판(110) 상의 다른 구성요소, 예컨대, 박막 트랜지스터에 연결하기 위해 제공된다.
층간절연층(140)은 제2 전극(132)으로부터 측방향으로 이격하여 제2 전극(132)의 둘레의 일부를 둘러싸도록 위치하는 제2 개구부(140op2)를 갖는다. 제2 개구부(140op2)는 도 4에 도시된 바와 같이 호(arc)와 같은 평면 형상을 가질 수 있다. 제2 전극(132)의 둘레 중 제2 개구부(140op2)에 의해 둘러싸이지 않은 부분은 연결 배선(133)이 접속되는 부분이다. 제2 개구부(140op2)가 제2 전극(132)의 둘레를 완전히 둘러쌀 경우, 제2 전극(132)과 동일층에 형성되는 연결 배선(133)은 제2 개구부(140op2)에 의해 노출되며, 측면 광차단부(153)와 전기적으로 연결되게 된다. 따라서, 제2 개구부(140op2)는 연결 배선(133)을 노출하지 않는 범위 내에서 제2 전극(132)의 둘레를 최대한 많이 둘러쌀 수 있다.
도전층(150)은 제2 개구부(140op2)를 매립하는 부분인 측면 광차단부(153)를 포함할 수 있다. 측면 광차단부(153)는 상면 광차단부(151)로부터 제2 개구부(140op2)를 따라 연장된다. 그에 따라 측면 광차단부(153)는 반도체층(120)의 측면의 일부를 측방향으로 덮도록 배치된다. 측면 광차단부(153)는 측방향으로 진행하는 광이나 상부로부터 사선 방향으로 진행하는 광이 반도체층(120)에 도달하는 것을 방지할 수 있다. 따라서, 상면 광차단부(151) 및 측면 광차단부(153)은 기판(110)의 상부로부터 조사되는 광의 대부분을 차단할 수 있다.
연결 배선(133)은 도 4에 도시된 바와 같이 호와 같은 평면 형상을 갖는 측면 광차단부(153)의 평면 상에서 뚫린 부분을 통해 제2 전극(132)으로부터 측방향으로 연장되며, 층간절연층에 의해 측면 차단부(153)와 전기적으로 절연될 수 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 생체 정보 감지 장치의 개략적인 단면도를 도시한다.
도 5를 참조하면, 생체 정보 감지 장치(200)는 센싱부(210) 및 광원부(230)를 포함한다. 센싱부(210)는 투명하고 절연성을 갖는 제1 기판(211), 및 제1 기판(211) 상의 광 센서 어레이(212)를 포함한다. 광원부(230)는 광 센서 어레이(212) 상에 배치되고 투명하고 절연성을 갖는 제2 기판(231), 및 제2 기판(231) 상에서 광을 방출하는 발광부(232)를 포함한다.
제1 기판(211)과 제2 기판(231)은 유리 또는 플라스틱 등의 다양한 투명하고 절연 특성을 갖는 물질로 이루어질 수 있다. 일 실시예에 따르면, 제1 기판(211)과 제2 기판(231)은 잘 휘어지고 구부러지며 접거나 말 수 있는 플렉서블 소재의 기판을 포함할 수 있으며, 초박형 유리 또는 플라스틱으로 이루어질 수 있다. 예를 들면, 제1 기판(211)과 제2 기판(231)은 폴리이미드(PI. polyimide), 폴리에틸렌 테레프탈레이드(PET, polyethyeleneterepthalate), 폴리에틸렌 나프탈레이트(PEN, polyethyelenen napthalate), 폴리카보네이트(PC, polycarbonate), 폴리아크릴레이트(PAR, polyacrylate), 폴리에테르 이미드(PEI, polyetherimide), 폴리에테르술폰(PES, polyethersulphone), 폴리페닐렌 설파이드(polyphenylene sulfide: PPS), 폴리아릴레이트(polyallylate), 셀룰로오스 트리 아세테이트(TAC), 셀룰로오스 아세테이트 프로피오네이트(cellulose acetate propionate: CAP), 폴리디메틸실록산(PDMS, polydimethylsiloxane), 헥사메틸디실록산(HMDSO, hexamethyldisiloxane)을 포함하는 그룹에서 선택되는 적어도 하나의 플라스택 물질을 포함할 수 있으나, 본 발명은 이에 한정되지 않는다.
따라서, 생체 정보 감지 장치(200)는 휘어지거나 구부러질 수 있다.
제1 기판(211)의 상면에는 광 센서 어레이(212)가 배치된다. 생체 정보 감지 장치(200)가 생체 정보를 감지할 신체 대상은 제1 기판(211)의 하면에 인접하게 배치된다. 예컨대, 신체 대상은 제1 기판(211)의 하면에 접촉할 수 있다. 광원부(230)로부터 방출된 광은 제1 기판(211)을 향하여 조사되고 제1 기판(211)의 하면에 위치하는 신체 대상으로부터 반사되어 센싱부(210)의 광 센서 어레이(212)에 의해 감지될 수 있다. 이때, 광원부(230)로부터 제1 기판(211)을 향하여 조사된 광은 센싱부(210)를 통과하게 되는데, 이때 센싱부(210)가 광원부(230)에 의해 직접 조사된 광을 제외하고 신체 대상으로부터 반사된 광을 최대한 많이 감지하는 것이 필요하다.
광 센서 어레이(212)는 제1 기판(211) 상에 행렬로 배열되는 복수의 단위 화소들을 포함하며, 각각의 단위 화소들은 감광성 박막 소자를 포함한다. 감광성 박막 소자는 제1 기판(211) 상에서 내부 에지와 외부 에지를 갖는 링(ring) 타입의 제1 반도체 패턴, 제1 기판(211) 상에서 상기 내부 에지의 안쪽에 배치되어 상기 제1 반도체 패턴에 연결되는 제1 전극, 상기 외부 에지를 따라 상기 제1 반도체 패턴의 둘레를 둘러싸는 제2 전극, 상기 제1 반도체 패턴 및 상기 제1 및 제2 전극들 상에 배치되고, 상기 제1 전극을 노출하는 제1 개구부를 갖는 층간절연층, 및 상면 광차단부와 콘택부를 포함하는 광차단 전극을 포함한다. 상기 상면 광차단부는 상기 제1 반도체 패턴의 상부 표면을 덮도록 상기 층간절연층 상에 배치되어 상기 발광부로부터 조사되는 광이 상기 제1 반도체 패턴에 도달하는 것을 차단한다. 상기 콘택부는 상기 상면 광차단부로부터 상기 제1 개구부를 따라 상기 제1 전극에 연결된다. 상기 감광성 박막 소자는 도 1 내지 도 4를 참조로 위에서 설명된 감광성 박막 소자일 수 있다. 광 센서 어레이(211)에 대해서는 도 6 내지 도 9a-9e를 참조로 아래에서 더욱 자세히 설명된다.
발광부(232)는 제2 기판(231) 상에 배치되며, 광을 방출한다. 발광부(232)는 제1 기판(211)에 조사되는 광을 방출하는 발광 소자를 포함할 수 있다. 발광부(232)는 복수의 발광 소자들을 포함할 수 있으며, 발광 소자들은 제2 기판(231) 상에 배열될 수 있다. 발광 소자부(232)는 서로 다른 종류의 광을 방출하는 복수의 발광 소자들을 포함할 수도 있다. 예컨대, 발광부(232)는 제1 색상의 가시광을 방출하는 제1 발광 소자, 제2 색상의 가시광을 방출하는 제2 발광 소자, 및 적외선광을 방출하는 제3 발광 소자 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 예컨대, 제1 색상은 녹색이고, 제2 색상은 적색일 수 있다. 그러나, 이는 예시적이며, 발광부(232)는 한 종류의 발광 소자들을 포함할 수도 있으며, 녹색과 적색의 가시광 및 적외선광 외에 다른 색상의 광 또는 다른 파장 대역의 광을 방출할 수도 있다.
일 예에 따르면, 발광부(232)는 발광 다이오드(LED), 유기 발광 다이오드(OLED), 또는 전계 발광 소자(electroluminescence device)를 포함할 수 있다. 이러한 발광 소자들은 제2 기판(231) 상에 균일하게 행렬로 배열될 수 있다. 다른 예에 따르면, 발광 소자들은 제2 기판(231)의 테두리 부분에 일정한 간격으로 형성될 수도 있다. 이때, 제2 기판(231)은 발광부(232)의 발광 소자들로부터 방출된 광이 제1 기판(211)을 향하여 방출되도록 하는 도광판으로 기능할 수 있다. 예컨대, 발광부(232)는 백라이트 유닛일 수 있다.
센싱부(210)와 광원부(230) 사이에 접착층(220)이 배치될 수 있다. 접착층(220)은 광원부(230)로부터 방출된 광이 센싱부(210)를 조명할 수 있도록 투명할 수 있다. 접착층(220)은 센싱부(210) 상에 광원부(230)를 접착시킬 수 있다.
광원부(230) 상에 보호막(250)이 배치될 수 있다. 보호막(250)은 하부의 센싱부(210) 및 광원부(230)를 보호하기 위한 것으로서, 유리, 플라스틱, 금속 등의 재료로 형성될 수 있다. 보호막(250)은 광원부(230)에서 보호막(250)으로 향하여 방출된 광이 반대로 제1 기판(211)을 향하도록 광 반사 특성을 갖는 반사층을 포함할 수 있다. 예를 들면, 보호막(250)은 은(Ag), 마그네슘(Mg), 알루미늄(Al), 백금(Pt), 납(Pd), 금(Au), 니켈(Ni), 니오브(Nd), 이리듐(Ir), 크롬(Cr) 등의 금속 반사층을 포함할 수 있다.
보호막(250)은 광원부(230) 상에 접착층(240)에 의해 접착될 수 있다. 접착층(240)은 절연 특성을 가질 수 있다. 보호막(250)이 광 반사 특성을 갖는 경우, 접착층(240)은 투명할 수 있다. 접착층(240)이 광 반사 특성을 가질 수도 있다. 생체 정보 감지 장치(200)의 종류에 따라, 보호막(250)은 생략될 수 있다. 또한, 광원부(230)의 종류에 따라 보호막(250)은 접착층(240) 없이 광원부(230) 상에 바로 형성될 수도 있다.
생체 정보 감지 장치(200)는 예컨대 도 5에 도시된 구조 중에서 광 센서 어레이(212) 및 발광부(232)를 포함하는 모든 종류의 장치일 수 있다. 생체 정보 감지 장치(200)는 생체 정보를 감지하기 위한 독립된 장치일 수 있다. 이때, 생체 정보 감지 장치(200)는 플랙서블 특성을 가질 수 있다. 예컨대, 생체 정보 감지 장치(200)는 사람의 신체, 예컨대, 손목에 감길 수 있으며, 손목으로부터 맥파, 심박수, 및/또는 산소포화도와 같은 생체 정보를 감지할 수 있다.
생체 정보 감지 장치(200)는 생체 정보를 감지하는 기능을 갖는 스마트폰이나 노트북과 같은 휴대용 단말기에 설치되는 일부 부품일 수도 있다. 생체 정보를 감지하기 위한 생체 정보 감지 장치(200)는 휴대용 단말기, 예컨대, 스마트폰의 후면에 배치될 수 있다. 이때 사용자는 스마트폰을 손으로 잡을 때, 손바닥은 스마트폰의 후면에 설치된 생체 정보 감지 장치(200)의 제1 기판(211)의 후면에 접촉하게 되며, 생체 정보 감지 장치(200)는 사용자의 손바닥으로부터 정맥 패턴과 같은 생체 정보를 감지할 수 있다. 스마트폰의 제어부는 감지된 생체 정보를 사용자 인증에 이용할 수 있다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 광 센서 어레이(310)를 포함하는 이미지 센서(300)의 개략적인 블록도를 도시한다.
도 6을 참조하면, 이미지 센서(300)는 광 센서 어레이(310), 컬럼 선택 회로(320), 로우 스캐닝 회로(330), 타이밍 컨트롤러(340) 및 전원부(350)를 포함한다. 광 센서 어레이(310)는 도 5의 광 센서 어레이(212)에 대응한다. 컬럼 선택 회로(320)와 로우 스캐닝 회로(330)는 도 5의 광 센서 어레이(212) 내에 배치될 수 있으며, 타이밍 컨트롤러(340) 및 전원부(350)는 도 5의 스택 구조물의 외부에 배치될 수 있다. 그러나, 본 발명은 이에 한정되지 않으며, 컬럼 선택 회로(320)와 로우 스캐닝 회로(330)도 도 5에 도시된 스택 구조물의 외부에 배치될 수 있다. 컬럼 선택 회로(320), 로우 스캐닝 회로(330), 및 타이밍 컨트롤러(340)는 이미지 센서 제어부로 통칭될 수 있다.
광 센서 어레이(310)는 행렬로 배열되는 복수의 단위 화소들(PX)을 포함할 수 있다. 광 센서 어레이(310)는 단위 화소들(PX) 중 동일한 행에 위치하는 단위 화소들(PX)에 연결되는 게이트 라인들(GL), 단위 화소들(PX) 중 동일한 열에 위치하는 단위 화소들(PX)에 연결되는 출력 라인들(OL), 및 단위 화소들(PX)에 연결되는 바이어스 라인(BL)을 포함할 수 있다. 도 6에 도시된 바와 같이, 게이트 라인들(GL)은 행 방향으로 연장되고, 출력 라인들(OL)은 열 방향으로 연장될 수 있다. 바이어스 라인(BL)은 도 6에 도시된 바와 같이 행 방향으로 연장될 수도 있지만, 이는 예시적이며, 출력 라인들(OL)과 동일하게 열 방향으로 연장될 수도 있다. 본 명세서에서 행 방향은 가로 방향을 의미하고 열 방향은 세로 방향을 의미하지만, 본 발명은 이에 한정되지 않는다.
단위 화소(PX)는 단위 화소(PX)에 입사되는 광에 비례하는 크기를 갖는 신호를 출력 라인(OL)에 출력한다. 단위 화소(PX)로부터 출력 라인(OL)에 출력되는 신호는 단위 화소(PX)에 따라 전류 신호 또는 전압 신호일 수도 있다. 또한, 단위 화소(PX)는 감광성 박막 소자(100, 100a) 및 박막 트랜지스터(도 7의 TFT)를 포함할 수 있다. 박막 트랜지스터(TFT)의 개수는 단위 화소(PX)의 화소 회로에 따라 달라질 수 있다. 일 예에 따른 단위 화소(PX)에 대하여 도 7 내지 도 9a-9e를 참조로 아래에서 더욱 자세히 설명된다.
타이밍 컨트롤 회로(340)는 컬럼 선택 회로(320), 및 로우 스캐닝 회로(330)를 제어하며, 이들의 동작에 요구되는 클럭 신호 (Clock signal), 타이밍 컨트롤 신호(Timing control signal) 등과 같은 제어 신호들(Control signals)을 공급할 수 있다. 타이밍 컨트롤 회로(340)는 로직 제어 회로(Logic control circuit), 위상 고정 루프(Phase Lock Loop; PLL) 회로, 타이밍 컨트롤 회로(Timing control circuit), 및 통신 인터페이스 회로 (Communication interface circuit) 등을 포함할 수 있다.
로우 스캐닝 회로(330)는 타이밍 컨트롤 회로(340)로부터 제어 신호들을 수신하여 광 센서 어레이(310)의 로우 어드레스와 로우 주사를 제어할 수 있다. 로우 스캐닝 회로(330)는 게이트 라인들(GL) 중에서 해당 게이트 라인(GL)을 선택하기 위해 해당 게이트 라인(GL)을 선택하기 위한 신호를 광 센서 어레이(310)로 출력할 수 있다. 로우 스캐닝 회로(330)는 게이트 라인들(GL)을 순차적으로 구동할 수 있다. 로우 스캐닝 회로(330)는 광 센서 어레이(310) 내의 게이트 라인들(GL)을 선택하는 로우 디코더와, 선택된 게이트 라인들(GL)을 활성화시키는 신호를 공급하는 로우 드라이버 등을 포함할 수 있다.
컬럼 선택 회로(320)는 타이밍 컨트롤 회로(340)로부터 제어 신호들을 수신하여, 광 센서 어레이(310) 내에 활성화된 게이트 라인(GL)에 연결된 단위 화소들(PX)로부터 출력 라인들(OL)을 통해 출력되는 감지 신호를 수신하고, 이를 디지털 신호로 변환하여 타이밍 컨트롤러(340)로 출력할 수 있다. 컬럼 선택 회로(320)는 출력 라인들(OL)을 통해 수신되는 감지 신호를 디지털 신호로 변환하기 위해 아날로그-디지털 변환기(ADC)를 포함할 수 있다. 또한, 컬러 선택 회로(320)는 아날로그-디지털 변환기(ADC)들을 선택하기 위한 컬럼 디코더, 및 아날로그-디지털 변환기(ADC)로부터 출력되는 디지털 신호를 수평 전송선으로 전달하기 위한 컬럼 드라이버를 포함할 수 있다.
타이밍 컨트롤러(340)는 컬럼 선택 회로(320)로부터 수신되는 디지털 신호, 및 선택된 게이트 라인들(GL)과 감지 신호가 수신된 출력 라인에 의해 결정되는 단위 픽셀(PX)의 어드레스를 기초로, 영상 데이터를 생성할 수 있다. 즉, 컬럼 선택 회로(320), 로우 스캐닝 회로(330), 및 타이밍 컨트롤러(340)를 포함하는 이미지 센서 제어부는 게이트 라인들(GL)을 순차적으로 구동하고 출력 라인들(OL)을 통해 단위 화소들(PX)로부터 출력되는 감지 신호를 수신하고 상기 감지 신호를 기초로 영상 데이터를 생성할 수 있다.
전원부(350)는 바이어스 라인(BL)에 바이어스 전압(Vb)을 제공한다. 바이어스 전압(Vb)은 단위 화소들(PX)을 구동하기 위해 단위 화소들(PX)에 인가된다. 단위 화소들(PX)은 주사된 광의 세기에 비례하는 크기를 갖는 전류 신호 또는 전압 신호를 해당 출력 라인(OL)에 출력할 수 있다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 광 센서 어레이(310) 내의 예시적인 단위 화소의 회로도를 도시한다.
도 7을 참조하면, 단위 화소(PX)는 감광성 박막 소자(PSD) 및 박막 트랜지스터(TFT)를 포함한다. 감광성 박막 소자(PSD)는 도 1 내지 도 4를 참조로 앞에서 설명된 감광성 박막 소자(100, 100a)에 대응한다.
감광성 박막 소자(PSD)의 제1 전극에는 바이어스 전압(Vb)이 인가된다. 감광성 박막 소자(PSD)의 제2 전극은 박막 트랜지스터(TFT)에 연결된다. 감광성 박막 소자(PSD)는 반도체층에 조사되는 광의 양에 따라 저항이 달라진다. 반도체층에 조사되는 광의 양이 많아지면, 감광성 박막 소자(PSD)의 반도체층에 캐리어가 증가하면서, 감광성 박막 소자(PSD)의 제1 전극과 제2 전극 사이의 저항은 낮아진다. 그 결과, 제1 전극과 제2 전극 사이에 흐르는 전류는 증가하게 된다.
박막 트랜지스터(TFT)의 제1 전극은 감광성 박막 소자(PSD)의 제2 전극에 연결된다. 박막 트랜지스터(TFT)의 제2 전극은 출력 라인(OL)에 연결된다. 박막 트랜지스터(TFT)의 게이트에는 게이트 라인(GL)이 연결되며, 게이트 라인(GL)을 통해 전달되는 게이트 신호에 응답하여 박막 트랜지스터(TFT)는 턴 온된다. 박막 트랜지스터(TFT)가 턴 온되면, 감광성 박막 소자(PSD)로부터 전달되는 전류는 턴 온된 박막 트랜지스터(TFT)를 통해 출력 라인(OL)으로 전달된다.
도 6에 도시된 컬럼 선택 회로(320)는 출력 라인(OL)으로부터 전달되는 전류를 감지하여, 감지된 전류의 크기를 디지털 신호로 변환하고, 디지털 신호를 타이밍 컨트롤러(340)에 제공할 수 있다. 타이밍 컨트롤러(340)는 단위 픽셀(PX)의 어드레스 및 디지털 신호를 기초로, 영상 데이터를 생성할 수 있다.
도 8 및 도 9a-9e은 본 발명의 일 실시예에 따른 단위 화소의 단면도 및 평면도를 도시한다. 도 8은 도 9e의 절취선(VIII-VIII)을 따라 절취한 단면을 도시한다. 도 9a는 단위 화소의 게이트 전극을 포함하는 제1 도전층의 평면도이다. 도 9b는 제1 도전층 상의 반도체층의 평면도이다. 도 9c는 반도체층 상의 제1 내지 제4 전극을 포함하는 제2 도전층이 평면도이다. 도 9d는 제2 도전층 상의 제3 도전층의 일부인 콘택부와 측면 광차단부의 평면도이다. 도 9e는 제2 도전층 상의 상면 광차단부를 포함하는 제3 도전층의 평면도이다.
도 5 내지 도 7과 함께 도 8 및 도 9a-9e를 참조하면, 단위 화소(400)는 기판(410) 상에 배치되는 감광성 박막 소자(PSD)와 박막 트랜지스터(TFT)를 포함한다. 본 예에 도시된 단위 화소(400)는 예시적이며, 둘 이상의 박막 트랜지스터(TFT)를 포함하는 다른 회로 구성을 가질 수 있다.
단위 화소(400)는 기판(410), 제1 게이트 전극(420)을 포함하는 제1 도전층, 제1 및 제2 반도체 패턴(441, 443)을 포함하는 반도체층(440), 제1 내지 제4 전극(451-454)을 포함하는 제2 도전층(450), 상면 광차단부(471), 콘택부(472), 측면 광차단부(473) 및 제2 게이트 전극(474)을 포함하는 제3 도전층(470)을 포함한다. 단위 화소(400)는 제1 게이트 전극(420)과 제2 반도체 패턴(443) 사이의 게이트 절연층(430), 및 반도체층(440)과 제2 도전층(450) 사이의 층간 절연층(460)을 더 포함한다. 단위 화소(400)에는 상부, 즉, 도 5의 발광부(232)로부터 광이 조사되며, 상기 광은 기판(410) 아래의 신체로부터 반사되어 제1 반도체 패턴(441)에 도달한다.
도 8 및 도 9a-9e에 도시되는 감광성 박막 소자(PSD)는 도 3 및 도 4에 도시되는 감광성 박막 소자(100a)와 동일한 구조를 갖는 것으로 도시되지만, 이는 예시적이며, 도 1 및 도 2a에 도시되는 감광성 박막 소자(100)로 대체될 수도 있다.
기판(410)은 유리 또는 플라스틱 등의 다양한 투명하고 절연 특성을 갖는 물질로 구성되는 베이스 기판을 포함할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 기판(410)은 잘 휘어지고 구부러지며 접거나 말 수 있는 플렉서블 소재의 베이스 기판을 포함할 수 있다. 예를 들면, 기판(410)은 초박형 유리 또는 플라스틱으로 이루어진 플렉서블 소재의 베이스 기판을 포함할 수 있다. 예를 들면, 기판(410)은 폴리이미드(PI. polyimide), 폴리에틸렌 테레프탈레이드(PET, polyethyeleneterepthalate), 폴리에틸렌 나프탈레이트(PEN, polyethyelenen napthalate), 폴리카보네이트(PC, polycarbonate), 폴리아크릴레이트(PAR, polyacrylate), 폴리에테르 이미드(PEI, polyetherimide), 폴리에테르술폰(PES, polyethersulphone), 폴리페닐렌 설파이드(polyphenylene sulfide: PPS), 폴리아릴레이트(polyallylate), 셀룰로오스 트리 아세테이트(TAC), 셀룰로오스 아세테이트 프로피오네이트(cellulose acetate propionate: CAP), 폴리디메틸실록산(PDMS, polydimethylsiloxane), 헥사메틸디실록산(HMDSO, hexamethyldisiloxane)을 포함하는 그룹에서 선택되는 적어도 하나의 플라스택 물질으로 이루어진 베이스 기판을 포함할 수 있으나, 본 발명은 이에 한정되지 않는다.
기판(410)은 베이스 기판 상에 불순 원소의 침투를 방지하고 베이스 기판의 표면을 평탄화하는 역할을 하는 버퍼막(미 도시)을 더 포함할 수 있다. 또한, 기판(110)은 베이스 기판과 버퍼막 사이에 배리어층(미 도시)이 개재될 수 있다. 베이스 기판 상에 절연성 물질로 이루어지는 버퍼막 및/또는 배리어층이 배치되는 경우, 베이스 기판은 도전성을 갖는 투명 금속 또는 금속 산화물로 이루어질 수도 있다.
기판(410) 상에는 감광성 박막 소자(PSD) 및 박막 트랜지스터(TFT)를 포함하는 단위 화소들(PX)이 행렬로 배열될 수 있다.
단위 화소(400)의 상부로부터 조사되는 광은 기판(410)의 하부면에 반사되어 제1 반도체 패턴(441)에 도달할 수 있다. 제1 반도체 패턴(441)에는 기판(410) 아래의 신체로부터 반사되는 광만 도달하는 것이 바람직하므로, 기판(410)의 하부면에서 반사되어 제1 반도체 패턴(441)에 입사되는 광과 기판(410)을 따라 측방향으로 진행하면서 제1 반도체 패턴(441)에 입사되는 광은 최소화되는 것이 바람직하다.
기판(410)의 하부면에서 반사되어 제1 반도체 패턴(441)에 입사되는 광과 기판(410)을 따라 측방향으로 진행하면서 제1 반도체 패턴(441)에 입사되는 광은 감광성 박막 소자(PSD)에서 감지하는 광의 50%정도일 수 있다. 이러한 광은 노이즈로 작용한다. 기판(410)은 이러한 노이즈를 최소화하기 위한 두께를 가질 수 있다. 예컨대, 기판(410)의 두께는 50㎛이하일 수 있다. 예컨대, 기판(410)의 두께는 25㎛이하일 수 있다. 실험에 의하면, 기판(410)의 두께가 50㎛일 때의 노이즈는 기판(410)의 두께가 500㎛일 때의 노이즈에 비해 약 40%정도 감소하였다. 기판(410)의 두께가 25㎛일 때의 노이즈는 기판(410)의 두께가 500㎛일 때의 노이즈에 비해 약 70%정도 감소하였다.
기판(410) 상에 박막 트랜지스터(TFT)의 제1 게이트 전극(420)을 포함하는 제1 도전층이 배치된다. 제1 도전층은 행 방향으로 연장되는 게이트 라인(GL)을 포함할 수 있다. 제1 게이트 전극(420)은 게이트 라인(GL)의 일부로서 게이트 라인(GL)과 함께 형성될 수 있다. 게이트 라인(GL)은 향 방향으로 연장되어 로우 스캐닝 회로(330)에 연결될 수 있다. 제1 도전층은 예컨대, 몰리브덴(Mo), 알루미늄(Al), 구리(Cu) 및/또는 티타늄(Ti) 등을 포함하는 도전성 물질로 이루어진 단일막 또는 다중막일 수 있다.
제1 도전층 상에 게이트 절연층(420)이 배치된다. 게이트 절연층(420)은 절연성을 갖는 무기 물질로 이루어진 단일막 또는 다중막일 수 있다. 예를 들면, 실리콘산화물(SiO2), 실리콘질화물(SiNx), 실리콘산질화물(SiON), 알루미늄산화물(Al2O3), 티타늄산화물(TiO2), 탄탈산화물(Ta2O5), 하프늄산화물(HfO2), 및/또는 아연산화물(ZrO2) 등을 포함할 수 있다. 다른 예에 따르면, 게이트 절연층(420)은 절연성을 갖는 유기 물질로 이루어진 단일막 또는 다중막일 수 있다. 또 다른 예에 따르면, 게이트 절연층(420)은 유기 절연 물질과 무기 절연 물질이 교번하는 다층 구조로 형성될 수도 있다.
게이트 절연층(420) 상에 감광성 박막 소자(PSD)의 감광층으로 기능하는 제1 반도체 패턴(441)과 박막 트랜지스터(TFT)의 활성층으로 기능하는 제2 반도체 패턴(443)을 포함하는 반도체층(440)이 배열된다.
제1 반도체 패턴(441)은 내부 에지와 외부 에지를 갖는 링 타입의 평면 형상을 가질 수 있다. 제1 반도체 패턴(441)은 도 9b에 도시된 바와 같이 원형 내부 에지와 원형 외부 에지를 가지는 원형 링(ring) 타입의 평면 형상을 가질 수 있다. 그러나, 제1 반도체 패턴(441)의 내부 에지와 외부 에지는 원형으로 한정되지 않으며, 다각형, 타원형 등과 같은 다양한 평면 형상을 가질 수 있다. 예컨대, 제1 반도체 패턴(441)은 직사각형(rectangle) 링 타입의 평면 형상을 가질 수도 있다.
제1 반도체 패턴(441)이 원형 링 타입의 평면 형상을 가지는 경우, 외부 에지의 반지름은 60 내지 120㎛일 수 있다. 더 구체적으로, 외부 에지의 반지름은 80 내지 100㎛일 수 있다. 제1 반도체 패턴(441)의 면적이 너무 넓을 경우, 발광부(232)으로부터 기판(410) 아래의 신체에 도달하는 광의 양이 감소하게 되며, 제1 반도체 패턴(441)의 면적이 너무 좁을 경우 발광부(232)으로부터 기판(410) 아래의 신체에 도달하는 광의 양은 증가하지만, 신체로부터 반사되어 제1 반도체 패턴(441)에 도달하는 광의 양이 감소하게 된다. 실험에 따르면, 외부 에지의 반지름이 80 내지 100㎛인 경우에, 감광성 박막 소자(PSD)에 의해 감지되는 광의 양이 최대였다. 이때, 단위 화소의 밀도는 100dpi였다.
제1 반도체 패턴(441)에 광이 조사되면, 제1 반도체 패턴(441) 내의 전자는 밸런스 밴드(valence band)에서 컨덕션 밴드(conduction band)로 여기 된다. 그에 따라, 제1 반도체 패턴(441)은 도전성을 갖게 되며, 제1 전극(451)과 제2 전극(452)은 서로 전기적으로 연결되게 된다. 제1 반도체 패턴(441)에 조사되는 광의 양에 따라 제1 반도체 패턴(441)의 저항이 달라지고, 그에 따라, 제1 전극(451)과 제2 전극(452) 사이에 흐르는 전류가 달라질 수 있다.
제2 반도체 패턴(443)은 제1 게이트 전극(420)과 적어도 일부가 중첩하도록 기판(410) 상에 배치된다. 제2 반도체 패턴(443)은 채널 영역을 갖는다. 채널 영역은 제1 게이트 전극(420)과 중첩한다.
반도체층(440)은 가시광 및/또는 적외선에 민감한 반도체 물질을 포함하며, 예를 들면, 비정질 실리콘(a-Si) 또는 비정질 실리콘 게르마늄(a-SiGe)을 포함할 수 있다. 다른 실시예에 따르면, 반도체층(440)은 게르마늄(Ge), 인듐 인(InP), 카드뮴 텔루라이드(CdTe), 또는 갈륨 비소(GaAs)를 포함할 수 있다. 또 다른 실시예에 따르면, 반도체층(440)은 유기 반도체 물질 또는 산화물 반도체 물질을 포함할 수 있다.
반도체층(440)은 고농도 도핑된(heavily doped) 불순물을 포함하여 도전성을 갖는 제1 도전성 반도체 패턴(442) 및 제2 도전성 반도체 패턴(444)을 더 포함할 수 있다. 제1 도전성 반도체 패턴(442)은 제1 반도체 패턴(441)과 제1 및 제2 전극(451, 452) 사이에 직접 개재되고, 제2 도전성 반도체 패턴(444)는 제2 반도체 패턴(443)과 제3 및 제4 전극(453, 454) 사이에 직접 개재되어, 제2 반도체 패턴(443) 사이의 채널 영역을 한정할 수 있다. 이때, 제2 도전성 반도체 패턴(444)은 채널 영역의 양쪽에 위치하는 제1 및 제2 불순물 영역을 포함할 수 있다. 이때, 반도체층(440)은 제1 및 제2 반도체 패턴(441, 443)으로 이루어진 제1 반도체층과 제1 및 제2 도전성 반도체 패턴(442, 444)으로 이루어진 제2 반도체층을 포함하는 다중막으로 이루어질 수 있다. 본 발명은 이에 한정되지 않고, 반도체층(440)은 반도체 물질로 이루어진 단일층으로 이루어지고, 고농도 도핑된 불순물을 포함하는 제1 및 제2 불순물 영역과 제1 및 제2 불순물 영역 사이에 저농도 도핑된 불순물을 포함하는 채널 영역을 포함할 수 있다.
제1 전극(451)은 기판(410) 상에서 제1 반도체 패턴(441)의 내부 에지의 안쪽에 배치되고, 제1 도전성 반도체 패턴(443)을 통해 제1 반도체 패턴(441)에 연결된다. 제1 반도체 패턴(441)은 제1 전극(451)의 둘레를 둘러싸며, 제1 전극(451)은 제1 도전성 반도체 패턴(443)을 통해 제1 반도체 패턴(441)에 전기적으로 연결된다. 제1 전극(451)은 도 8에 도시된 바와 같이 제1 반도체 패턴(441)의 내부 에지를 덮도록 제1 반도체 패턴(441)과 제1 도전성 반도체 패턴(443) 상에 배치될 수 있다. 그러나, 본 발명은 이에 한정되지 않으며, 제1 전극(451)은 제1 반도체 패턴(441)의 아래에 배치될 수 있다. 제1 전극(451)은 도 9c에 도시된 바와 같이 제1 반도체 패턴(441)의 내부 에지의 형상에 대응하여 원형의 평면 형상을 가질 수 있다.
제2 전극(452)은 기판(410) 상에서 제1 반도체 패턴(441)의 외부 에지를 따라 제1 반도체 패턴(441)의 둘레를 둘러싸며, 제1 도전성 반도체 패턴(443)을 통해 제1 반도체 패턴(441)에 전기적으로 연결된다. 제2 전극(452)은 도 8에 도시된 바와 같이 반도체층(120)의 외부 에지를 덮도록 제1 반도체 패턴(441)과 제1 도전성 반도체 패턴(443) 상에 배치될 수 있다. 그러나, 본 발명은 이에 한정되지 않으며, 제2 전극(452)은 제1 반도체 패턴(441)의 아래에 배치될 수 있다. 제2 전극(452)은 도 9c에 도시된 바와 같이 제1 반도체 패턴(441)의 외부 에지의 형상에 대응하여 링 타입의 평면 형상을 가질 수 있다.
제2 전극(452)은 박막 트랜지스터(TFT)의 제2 전극(454)와 연결되기 위해 기판(410) 상에서 선형으로 연장되는 부분을 가질 수 있다. 제2 전극(452)의 선형으로 연장되는 부분은 연결 전극 또는 연결 배선으로 지칭될 수도 있다.
제3 전극(453)은 박막 트랜지스터(TFT)의 제2 반도체 패턴(442)의 제1 불순물 영역, 즉, 제2 도전성 반도체 패턴(444)의 일측 영역을 출력 라인(OL)에 연결할 수 있다. 출력 라인(OL)은 도 9c에 도시된 바와 같이 열 방향으로 연장되며, 컬럼 선택 회로(320)에 연결될 수 있다.
제4 전극(454)은 박막 트랜지스터(TFT)의 제2 반도체 패턴(442)의 제2 불순물 영역, 즉, 제2 도전성 반도체 패턴(444)의 타측 영역을 감광성 박막 소자(PSD)의 제2 전극(452)에 연결할 수 있다.
제1 내지 제4 전극(451-454)은 제2 도전층(450)의 일부분들일 수 있다. 제2 도전층(450)은 전극층으로 지칭될 수 있다. 제2 도전층(450)은 예컨대, 몰리브덴(Mo), 알루미늄(Al), 구리(Cu) 및/또는 티타늄(Ti) 등을 포함하는 도전성 물질로 이루어진 단일막 또는 다중막일 수 있다.
층간 절연층(460)은 반도체층(440) 및 제2 전극층(450) 상에 배치되고, 제1 전극(131)의 상부 표면을 노출하는 제1 개구부(460op1)를 갖는다. 층간 절연층(460)은 도 8 및 도 9d에 도시된 바와 같이 제2 전극(452)의 둘레의 일부를 둘러싸도록 위치하는 제2 개구부(460op2)를 더 가질 수 있다. 도 9d에 도시된 측면 광차단부(473)은 제2 개구부(460op2)에 매립된 부분으로 정의되므로, 제2 개구부(460op2)는 도 9d의 측면 광차단부(473)와 실질적으로 동일한 형상을 갖는다. 제2 개구부(460op2)는 제2 전극(452)과 제4 전극(454)을 서로 연결하는 전극을 노출하지 않는다. 제2 개구부(460op2)은 제2 전극(452) 중에서 제4 전극(454)과 연결되기 위해 연장되는 선형 부분을 제외한 나머지 부분을 둘러싸도록 배치될 수 있다.
층간 절연층(460)은 도 9d의 게이트 연결부(475)로서 도시된 바와 같이 제1 게이트 전극(420)을 제3 도전층(470)의 일부인 제2 게이트 전극(474)와 연결하기 위한 개구부를 더 가질 수 있다.
층간 절연층(460)은 절연성을 갖는 유기 물질로 이루어진 단일막 또는 다중막일 수 있다. 다른 예에 따르면, 층간 절연층(460)은 무기 물질로 구성된 단일막 또는 다중막일 수 있으며, 예를 들면, 실리콘산화물(SiO2), 실리콘질화물(SiNx), 실리콘산질화물(SiON), 알루미늄산화물(Al2O3), 티타늄산화물(TiO2), 탄탈산화물(Ta2O5), 하프늄산화물(HfO2), 및/또는 아연산화물(ZrO2) 등을 포함할 수 있다. 또 다른 예에 따르면, 층간 절연층(460)은 무기 절연막과 유기 절연막을 포함하는 다중막일 수 있다.
제3 도전층(470)은 층간 절연층(460) 상에 배치되는 상면 광차단부(471)와 제2 게이트 전극(474), 및 제1 개구부(460op1)와 제2 개구부(460op2)에 각각 매립된 부분인 콘택부(472) 및 측면 광차단부(473)를 포함한다.
상면 광차단부(471)는 제1 반도체 패턴(441)의 상부 표면을 덮도록 층간 절연층(460) 상에 배치된다. 상면 광차단부(471)는 제1 반도체 패턴(441)의 상부 표면을 완전히 덮을 수 있도록 평면 상에서 볼 때 제1 반도체 패턴(441)의 외부 에지보다 바깥으로 연장될 수 있다. 상면 광차단부(471)는 평면 상에서 볼 때 제2 전극(452)의 둘레보다도 바깥으로 연장될 수 있다. 상면 광차단부(471)는 도 9e에 도시된 바와 같이 제1 반도체 패턴(441)의 외부 에지의 형상에 대응하여 원형 평면 형상을 가질 수 있다.
콘택부(472)는 상면 광차단부(471)로부터 제1 개구부(460op1)를 따라 제1 전극(451)에 연결된다. 콘택부(472)는 제1 전극(451)과 상면 광차단부(471)를 서로 전기적으로 연결한다.
측면 광차단부(473)은 제3 도전층(470)의 제2 개구부(460op2)에 매립된 부분이다. 측면 광차단부(473)는 상면 광차단부(471)로부터 제2 개구부(460op2)를 따라 연장된다. 측면 광차단부(473)는 제1 반도체 패턴(441)의 측면의 일부를 측방향으로 덮도록 배치된다. 측면 광차단부(473)는 측방향으로 진행하는 광이나 상부로부터 사선 방향으로 진행하는 광이 제1 반도체 패턴(441)에 도달하는 것을 방지할 수 있다
제2 게이트 전극(474)은 적어도 일부가 제2 반도체 패턴(442)의 채널 영역과 중첩하도록 층간 절연층(460) 상에 배치된다. 도 9e에 도시된 바와 같이, 제2 게이트 전극(474)은 층간 절연층(460)을 관통하는 게이트 연결부(475)를 통해 제1 게이트 전극(420)에 연결된다. 따라서, 제1 게이트 전극(420)에 인가되는 전압은 제2 게이트 전극(474)에도 인가되며, 제2 반도체 패턴(443)에 전기장을 인가한다. 제2 반도체 패턴(443)은 제1 반도체 패턴(441)과 동일한 물질로 형성되므로, 광에 의해 특성이 변할 수 있다. 제2 게이트 전극(474)은 상부로부터 조사되는 광이 제2 반도체 패턴(443)에 도달하는 것을 차단하며, 제1 게이트 전극(420)은 기판(410)의 하부로부터 반사되는 광이 제2 반도체 패턴(443)에 도달하는 것을 차단한다. 따라서, 박막 트랜지스터(TFT)의 제2 반도체 패턴(443)은 주변의 광 상태와 무관하게 일정한 특성을 가질 수 있다.
도 9e에 도시된 바와 같이, 상면 광차단부(471)는 열 방향으로 연장되는 바이어스 라인(BL)에 전기적으로 연결된다. 바이어스 라인(BL)은 제3 도전층(470)의 일부로서 상면 광차단부(471)과 일체로 형성될 수 있다. 바이어스 라인(BL)이 열 방향으로 연장되는 것으로 도시되어 있지만, 이는 예시적이며, 행 방향으로 연장되어 행 방향으로 배열되는 단위 화소들(PX)의 상면 광차단부들(471)에 전기적으로 연결될 수 있다. 바이어스 라인(BL)은 전원부(350)에 연결되어 바이어스 전압(Vb)이 인가될 수 있다. 바이어스 전압(Vb)은 상면 광차단부(471) 및 콘택부(472)를 통해 제1 전극(451)에 인가될 수 있다. 감광성 박막 소자(PSD)는 제1 반도체 패턴(441)에 조사되는 광의 양에 따라 제1 전극(451)과 제2 전극(452) 사이에 흐르는 전류의 크기를 박막 트랜지스터(TFT)로 출력하며, 박막 트랜지스터(TFT)는 게이트 전극(420)에 인가되는 게이트 신호에 응답하여 상기 전류를 출력 라인(OL)을 통해 출력한다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 생체 정보 감지 장치의 발광부의 예시적인 평면도를 도시한다.
도 10을 참조하면, 발광부(500)는 적색 가시광을 방출하는 복수의 제1 발광 소자들(501), 녹색 가시광을 방출하는 복수의 제2 발광 소자들(502), 및 근적외선광을 방출하는 복수의 제3 발광 소자들(503)을 포함할 수 있다. 발광부(500)는 도 5에 도시되는 발광부(232)에 대응할 수 있다.
제1 내지 제3 발광 소자들(501, 502, 503)은 각각 발광 다이오드(LED), 유기 발광 다이오드(OLED), 또는 전계 발광 소자(electroluminescence device)를 포함할 수 있다.
제1 내지 제3 발광 소자들(501, 502, 503) 각각은 열 방향으로 배열된 복수의 발광 소자들을 포함할 수 있다. 예컨대, 도 10에서 가장 왼쪽에 위치하는 제1 발광 소자는 동일하게 제어되는 적색 발광 소자들을 포함할 수 있다. 적색 발광 소자들은 열 방향을 따라 일렬로 배열되고, 제1 라인과 제2 라인 사이에 공통으로 연결될 수 있다. 제어부는 제1 라인의 전압을 제어함으로써 적색 발광 소자들의 발광을 제어할 수 있다. 이와 동일한 방식으로 제2 발광 소자(502)는 동일하게 제어되고 열 방향을 따라 일렬로 배열되는 녹색 발광 소자들을 포함하고, 제3 발광 소자(503)은 동일하게 제어되고 열 방향을 따라 일렬로 배열되는 적외선 발광 소자들을 포함할 수 있다.
도 10에 도시된 바와 같이, 제1 발광 소자들(501), 제2 발광 소자들(502), 및 제3 발광 소자들(503)이 행 방향으로 나열되는 것으로 도시되지만, 이는 예시적이다. 적색 발광 소자들, 녹색 발광 소자들 및 적외선 발광 소자들이 행렬로 배열될 수 있다.
발광부(500)는 예시적으로 적색 가시광을 방출하는 복수의 제1 발광 소자들(501), 녹색 가시광을 방출하는 복수의 제2 발광 소자들(502), 및 근적외선광을 방출하는 복수의 제3 발광 소자들(503)을 포함하는 것으로 도시되지만, 응용 제품에 따라 발광부(500)는 적색 가시광을 방출하는 복수의 제1 발광 소자들(501)만을 포함하거나, 녹색 가시광을 방출하는 복수의 제2 발광 소자들(502)만을 포함하거나, 및 근적외선광을 방출하는 복수의 제3 발광 소자들(503)만을 포함할 수도 있다. 또한, 발광부(500)는 청색 가시광을 방출하는 발광 소자들을 더 포함할 수도 있다. 또한, 발광부(500)는 제1 내지 제3 발광 소자들(501, 502, 503) 중 2종류의 발광 소자들만을 포함할 수도 있다.
도 11은 도 5에 도시되는 생체 정보 감지 장치를 이용하여 생체 정보를 감지하는 구성을 예시적으로 도시한다.
도 11을 참조하면, 생체 정보 감지 장치(200)는 센싱부(210), 광원부(230) 및 보호막(250)을 포함한단. 센싱부(210)는 제1 기판(211)과 광 센서 어레이(212)를 포함한다. 광원부(230)는 적색 가시광을 방출하는 복수의 제1 발광 소자들(R), 녹색 가시광을 방출하는 복수의 제2 발광 소자들(G), 및 근적외선광을 방출하는 복수의 제3 발광 소자들(IR)을 포함한다. 보호막(250)은 외부로부터 광원부(230) 및 센싱부(210)를 보호한다. 보호막(250)은 광원부(230)로부터 방출되는 광이 센싱부(210)로 향하도록 광을 반사하는 물질로 형성될 수 있다.
생체 정보를 감지하기 위한 신체의 일부(예컨대, 손)는 제1 기판(211) 상에 위치할 수 있다. 광원부(230)로부터 방출되는 광은 센싱부(210)를 통과하여 손에 조사된다. 광은 손 내부의 정맥, 혈관 등으로부터 반사되며, 센싱부(210)는 반사된 광을 감지한다.
생체 정보 감지 장치(200)는 사람의 손에 존재하는 정맥을 감지할 수 있다. 정맥은 개인마다 상이하게 배열된다. 따라서, 정맥이 배열되는 패턴은 정맥 패턴으로 지칭될 수 있으며, 이러한 정맥 패턴을 통해 사람을 식별하는 것이 가능하다. 정맥 패턴은 지문이나 홍체 등에 이어 새로운 인증 수단으로 주목 받고 있다. 이러한 정맥 패턴은 개인 고유의 신체 정보로서 도난의 위험이 없을 뿐만 아니라, 지문과 같이 흔적을 남기지 않는다. 사람의 성장에 따라 정맥의 굵기나 크기는 달라질 수 있지만, 패턴은 변하지 않는다.
동맥에는 산소를 포함하는 산화 헤모글로빈이 흐르지만, 정맥에는 산소가 감소된 환원 헤모글로빈이 흐른다. 환원 헤모글로빈은 대략 760nm의 파장을 갖는 광, 즉, 근적외선광을 흡수한다. 따라서, 광원부(230)의 제3 발광 소자들(IR)만을 발광한 상태에서, 센싱부(210)에서 감지할 경우, 정맥이 존재하는 위치에서는 다른 위치에 비해 적은 양의 근적외선광을 감지하게 된다. 이러한 특성을 이용하여 생체 정보 감지 장치(200)는 사용자의 정맥 패턴을 감지할 수 있다.
생체 정보 감지 장치(200)는 맥파 및 심박수를 감지할 수 있다. 동맥은 심장의 박동에 따라 굵기 및 혈류량이 달라진다. 좌심실의 수축이 시작하기 직전에 동맥의 굵기는 가장 좁으며, 좌심실의 수축이 최대가 될 때 동맥의 굵기가 가장 굵어진다. 혈액은 녹색광을 흡수한다. 따라서, 녹색광을 이용하여 맥파를 감지할 수 있다. 광원부(230)의 제2 발광 소자들(G)만을 발광한 상태에서, 센싱부(210)에서 감지할 경우, 혈류량에 따라 수신되는 녹색광의 양이 달라진다. 이러한 특성을 이용하여 생체 정보 감지 장치(200)는 혈류량을 감지할 수 있다. 시간에 따라 변하는 혈류량은 맥파에 해당한다. 이러한 맥파를 분석하면, 심박수를 감지할 수 있다. 심박수는 60을 맥파의 주기(초)로 나눈 값에 해당할 수 있다. 맥파의 주기는 혈류량이 가장 많아지는 시점, 즉, 좌심실의 수축이 최대가 되는 시점의 주기를 통해 감지할 수 있다. 혈류량이 가장 많아질 때, 녹색광은 혈액에 의해 최대로 흡수될 것이므로, 센싱부(210)는 가장 적은 양의 녹색광을 감지할 수 있다.
생체 정보 감지 장치(200)는 산소 포화도를 감지할 수 있다. 산소 포화도는 적혈구 내의 헤모글로빈 중에서 산소와 결합하고 있는 헤모글로빈의 비율을 나타낸다. 산소를 결합하고 있는 산화 헤모글로빈과 산소를 방출한 환원 헤모글로빈은 서로 광 흡수 스펙트럼이 상이하다. 적외선광(예컨대, 900nm의 파장을 갖는 광)은 산화 헤모글로빈과 환원 헤모글로빈의 비율과 상관 없이 일정하게 흡수된다. 그러나, 환원 헤모글로빈의 비율이 높을수록 적색광(예컨대, 665nm의 파장을 갖는 광)의 흡수율이 증가한다. 따라서, 광원부(230)의 제3 발광 소자들(IR)만을 발광한 상태에서 센싱부(210)에서 감지한 결과를 광원부(230)의 제1 발광 소자들(R)만을 발광한 상태에서 센싱부(210)에서 감지한 결과와 비교함으로써, 생체 정보 감지 장치(200)는 산소 포화도를 감지할 수 있다.
이와 같이, 생체 정보 감지 장치(200)는 예컨대 3가지의 동작 모드를 가질 수 있다. 제1 동작 모드는 정맥 패턴 감지 모드로서, 제3 발광 소자들(IR)만을 발광한 상태에서 센싱부(210)가 감지한 결과가 이용될 수 있다. 제2 동작 모드는 맥파 및 심박수 측정 모드로서, 제2 발광 소자들(G)만을 발광한 상태에서 센싱부(210)가 감지한 결과가 이용될 수 있다. 제3 동작 모드는 산소 포화도 측정 모드로서, 제1 발광 소자들(R)과 제3 발광 소자들(IR)을 교대로 발광한 상태에서 센싱부(210)가 감지한 결과가 이용될 수 있다.
도 12는 도 5에 도시되는 생체 정보 감지 장치를 포함하는 장치를 도시한다.
도 12를 참조하면, 장치(1000)는 생체 정보 감지 장치(1010) 및 이를 제어하는 제어부(1020)를 포함할 수 있다. 생체 정보 감지 장치(1010)는 도 2a에 도시된 생체 정보 감지 장치(200)에 대응할 수 있다. 제어부(1020)는 마이크로컨트롤러일 수 있다. 제어부(1020)는 도 6의 타이밍 컨트롤러(340)를 포함하거나, 도 6의 타이밍 컨트롤러(340)를 제어할 수 있다. 제어부(1020)는 도 6의 타이밍 컨트롤러(340)로부터 영상 데이터를 수신하여, 이를 분석하여 동작 모드에 따른 결과를 출력할 수 있다.
제어부(1020)는 도 5의 발광부(232) 또는 도 10의 발광부(500)를 제어할 수 있다. 제어부(1020)는 동작 모드에 따라 발광부(232)의 일부 발광 소자들만을 선택적으로 발광시킬 수 있다.
제어부(1020)는 생체 정보 감지 장치(1010)의 동작 모드를 결정할 수 있다. 제어부(1020)는 동작 모드에 따라 발광부(500)의 일부 발광 소자들을 발광시킬 수 있다. 예컨대, 정맥 패턴 감지 모드의 경우, 제어부(1020)는 제3 발광 소자들(503)만을 발광시킬 수 있다. 예컨대, 맥파 및 심박수 측정 모드의 경우, 제어부(1020)는 제2 발광 소자들(502)만을 발광시킬 수 있다. 예컨대, 산소 포화도 측정 모드의 경우, 제어부(1020)는 제1 발광 소자들(501)과 제3 발광 소자들(503)을 교대로 발광시킬 수 있다.
제어부(1020)는 동작 모드에 따라 발광부(500)의 일부 발광 소자들을 발광시킨 상태에서 광 센서 어레이(212)로부터 취득되는 영상 데이터를 타이밍 컨트롤러(340)로부터 수신하고, 수신된 영상 데이터를 분석하여 각 동작 모드에 대응하는 결과를 출력할 수 있다.
장치(1000)는 무선 통신 기능을 갖는 휴대용 단말기일 수 있다. 제어부(1020)는 무선 통신 기능을 가질 수 있다. 이때, 장치(1000)의 전면에는 표시 장치가 배치되므로, 생체 정보 감지 장치(1010)는 장치(1000)의 후면에 배치될 수 있다. 사용자는 휴대용 단말기(1000)를 잡을 경우, 생체 정보 감지 장치(1010)는 사용자의 손바닥과 접촉하게 된다. 제어부(1020)는 생체 정보 감지 장치(1010)를 이용하여 사용자의 손바닥에 위치하는 정맥 패턴을 감지할 수 있다. 제어부(1020)에는 인증된 사용자의 정맥 패턴이 미리 저장되어 있을 수 있으며, 제어부(1020)는 생체 정보 감지 장치(1010)를 이용하여 취득된 사용자의 정맥 패턴을 미리 저장된 정맥 패턴과 비교하여, 휴대용 단말기(1000)를 잡은 사용자가 인증된 사용자인지를 검사할 수 있다.
제어부(1020)는 복수의 동작 모드를 순차적으로 동작시킬 수 있다. 맥파 및 심박수 측정 모드로 동작하면서, 사용자의 맥파와 심박수를 측정할 수 있다. 산소 포화도 측정 모드로 동작하면서, 사용자의 산소 포화도를 측정할 수 있다. 또한, 정맥 패턴 감지 모드로 동작하면서, 사용자의 정맥 패턴을 감지할 수 있다. 사용자의 맥파와 심박수, 또는 산소 포화도는 개인정보에 해당하므로, 그 결과가 외부에 공개되지 않아야 한다. 제어부(1020)는 감지된 정맥 패턴을 기초로 측정된 맥파와 심박수 또는 산소 포화도가 어떤 사용자의 신체 정보인지를 구분하여 저장할 수 있다. 제어부(1020)는 이후 정맥 패턴 감지 모드로 동작하여 사용자의 정맥 패턴을 감지하고, 감지된 정맥 패턴과 일치하는 사용자에게만 저장된 자신의 신체 정보를 제공할 수 있다.
도 13은 도 5에 도시되는 생체 정보 감지 장치를 포함하는 장치의 다른 사용 예를 도시한다.
도 13을 참조하면, 장치(1100)는 생체 정보 감지 장치(1110) 및 이를 제어하는 제어부(1120)를 포함할 수 있다. 생체 정보 감지 장치(1110) 및 이를 제어하는 제어부(1120)는 도 12를 참조로 앞에서 설명된 생체 정보 감지 장치(1010) 및 이를 제어하는 제어부(1020)에 대응하며, 이들에 대해서는 중복되는 부분은 반복되는 설명을 생략하고 차이점을 중심으로 설명한다. 생체 정보 감지 장치(1110)에 대해서는 도 14를 참조로 아래에서 더욱 자세히 설명한다.
장치(1100)에는 이어폰(1130)이 연결될 수 있다. 이어폰(1130)의 양쪽 스피커 부분에는 각각 전극(1140)이 배치될 수 있다. 이어폰(1130)의 스피커 부분이 사용자의 귀에 삽입되면, 전극(1140)은 사용자의 귀와 직접 접촉하도록 배치된다. 제어부(1120)은 이어폰(1130)에 위치한 한 쌍의 전극(1140)을 이용하여 사용자의 심전도를 측정할 수 있다.
도 14는 도 13의 생체 정보 감지 장치의 개략적인 블록도이다.
도 14를 참조하면, 생체 정보 감지 장치(1110)는 보호막(1111), 광원부(1112), 광 센서 어레이(1113), 기판(1114) 및 투명 전극(1115)을 포함한다. 보호막(1111), 발광부(1112), 광 센서 어레이(1113), 및 기판(1114)은 각각 도 11에 도시되는 보호막(250), 광원부(230), 광 센서 어레이(212), 및 기판(211)에 대응한다. 이들에 대해서는 반복하여 설명하지 않는다. 투명 전극(1115)은 기판(1114) 상에 배치되며, 신체는 투명 전극(1115)에 접촉한다. 투명 전극(1115)은 광원부(1112)로부터 방출되는 광이 통과할 수 있으며, 신체로부터 반사된 광이 통과하여 광 센서 어레이(1113)에 도달할 수 있게 한다. 투명 전극(1115)은 도 13의 제어부(1020)에 연결될 수 있다.
다시 도 13을 참조하면, 제어부(1120)는 생체 정보 감지 장치(1110)의 투명 전극(1115), 및 이어폰(1130)의 한 쌍의 전극(1140)을 이용하여 장치(1100)를 손으로 잡고 있는 사용자의 심전도를 측정할 수 있다.
사용자는 양쪽 귀, 및 손바닥이 전극들(1140) 및 투명 전극(1115)에 접촉하고 있으므로, 제어부(1120)는 전극들(1140) 및 투명 전극(1115)을 이용하여 사용자의 심전도를 측정할 수 있다. 심전도는 심장의 전기적 활동을 의미한다.
사용자는 장치(1100)를 잡을 경우, 사용자의 손바닥은 생체 정보 감지 장치(1110)에 접촉하게 된다.
제어부(1120)는 생체 정보 감지 장치(1110)를 이용하여 정맥 패턴 감지 모드로 동작하여 사용자의 정맥 패턴을 감지할 수 있다. 또한, 제어부(1120)는 전극들(1140) 및 투명 전극(1115)을 이용하여 사용자의 심전도를 측정할 수 있다. 심전도 정보는 사용자의 개인 신체 정보로서, 보안이 필요한 정보에 해당한다. 제어부(1120)는 심전도를 측정할 때, 생체 정보 감지 장치(1110)를 이용하여 사용자의 정맥 패턴을 감지하고, 심전도 결과와 함께 사용자 정맥 패턴을 저장할 수 있다. 이후, 제어부(1120)는 정맥 패턴 감지 모드로 동작하여 사용자의 정맥 패턴을 감지하고, 감지된 정맥 패턴과 일치하는 사용자에게만 저장된 자신의 심전도 정보를 제공할 수 있다.
도 15는 도 5에 도시되는 생체 정보 감지 장치를 포함하는 장치를 도시한다.
도 15를 참조하면, 장치(1200)는 생체 정보 감지 장치(1210) 및 이를 제어하는 제어부(1220)를 포함할 수 있다. 생체 정보 감지 장치(1210)는 도 2a에 도시된 생체 정보 감지 장치(200)에 대응할 수 있다. 제어부(1220)는 마이크로컨트롤러일 수 있다. 제어부(1220)는 도 6의 타이밍 컨트롤러(340)를 포함하거나, 도 6의 타이밍 컨트롤러(340)를 제어할 수 있다. 제어부(1220)는 도 6의 타이밍 컨트롤러(340)로부터 영상 데이터를 수신하여, 이를 분석하여 동작 모드에 따른 결과를 출력할 수 있다. 생체 정보 감지 장치(1210) 및 제어부(1220)는 각각 도 12의 생체 정보 감지 장치(1010) 및 제어부(1020)에 대응할 수 있다.
생체 정보 감지 장치(1210)의 기판(211, 231)은 플렉서블 소재로 이루어질 수 있다. 따라서, 장치(1200)도 역시 휘어지거나 구부러지거나 접히거나 말릴 수 있다. 예컨대 장치(1200)는 사용자의 손목에 감길 수 있다. 장치(1200)는 사용자의 손목에 감겨서, 손목의 정맥 패턴을 정밀하게 감지하거나, 손목에 흐르는 동맥으로부터 맥파 및 심박수를 측정하고, 산소 포화도를 측정할 수도 있다.
장치(1200)는 손목에 감긴 상태로 고정될 수 있도록, 벨크로와 같은 고정 부재를 더 포함할 수 있다. 장치(1200)는 예컨대 일반적인 손목 시계의 뒷면에 부착될 수도 있다.
본 발명은 도면에 도시된 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.
100, 100a: 감광성 박막 소자
120: 반도체층
130: 전극층
131: 제1 전극
132: 제2 전극
150: 도전층
151: 상면 광차단층
152: 콘택부
153: 측면 광차단층

Claims (20)

  1. 투명한 절연성 기판;
    상기 기판 상의 제1 전극;
    상기 기판 상에서 상기 제1 전극의 둘레를 둘러싸는 반도체층;
    상기 기판 상에서 상기 반도체층의 둘레를 둘러싸는 제2 전극;
    상기 반도체층 및 상기 제1 및 제2 전극들 상에 배치되고, 상기 제1 전극을 노출하는 제1 개구부를 갖는 층간절연층; 및
    상기 반도체층의 상부 표면을 덮도록 상기 층간절연층 상에 배치되는 상면 광차단부, 및 상기 상면 광차단부로부터 상기 제1 개구부를 따라 상기 제1 전극에 연결되는 콘택부를 갖는 도전층을 포함하는 감광성 박막 소자.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 반도체층은 내부 에지 및 외부 에지를 가지는 링(ring) 타입의 평면 형상을 가지며,
    상기 제1 전극은 상기 내부 에지의 안쪽에 배치되고 상기 내부 에지를 덮으며,
    상기 제2 전극은 상기 외부 에지를 덮는 감광성 박막 소자.
  3. 제1 항에 있어서,
    상기 반도체층은 원형 내부 에지 및 원형 외부 에지를 가지는 원형 링 타입의 평면 형상을 갖는 감광성 박막 소자.
  4. 제1 항에 있어서,
    상기 반도체층은 상기 기판 상의 제1 반도체층, 및 상기 제1 반도체층과 상기 제1 및 제2 전극들 사이에 배치되고 고농도의 불순물을 포함하는 제2 반도체층을 포함하는 감광성 박막 소자.
  5. 제1 항에 있어서,
    상기 층간절연층은 상기 제2 전극으로부터 이격하여 상기 제2 전극의 둘레의 일부를 둘러싸도록 위치하는 제2 개구부를 가지며,
    상기 도전층은 상기 상면 광차단부로부터 상기 제2 개구부를 따라 연장되어 상기 반도체층의 측면의 일부를 측방향으로 덮는 측면 광차단부를 더 포함하는 감광성 박막 소자.
  6. 제5 항에 있어서,
    상기 기판 상에서 상기 제2 전극으로부터 상기 측면 광차단부의 사이를 통과하여 측방향으로 연장되고 상기 층간절연층에 의해 상기 측면 광차단부와 절연되는 연결 배선을 더 포함하는 감광성 박막 소자.
  7. 제6 항에 있어서,
    상기 도전층의 상기 상면 및 측면 광차단부들은 상기 도전층의 상부로부터 상기 기판의 방향으로 조사되는 광이 상기 반도체층에 도달하는 것을 차단하는 감광성 박막 소자.
  8. 제1 항에 있어서,
    상기 기판의 하부로부터 상기 반도체층에 조사되는 광의 양이 커질수록, 상기 제1 및 제2 전극들 사이에 상기 반도체층을 통과하여 흐르는 전류의 크기가 커지는 감광성 박막 소자.
  9. 투명하고 절연성을 갖는 기판;
    상기 기판 상에 행렬로 배열되고 각각 감광성 박막 소자를 포함하는 복수의 단위 화소들을 포함하는 광 센서 어레이; 및
    상기 광 센서 어레이 상에서 광을 방출하는 발광부를 포함하며,
    상기 감광성 박막 소자는,
    상기 기판 상에서 내부 에지와 외부 에지를 갖는 링(ring) 타입의 제1 반도체 패턴;
    상기 기판 상에서 상기 내부 에지의 안쪽에 배치되어 상기 제1 반도체 패턴에 연결되는 제1 전극;
    상기 외부 에지를 따라 상기 제1 반도체 패턴의 둘레를 둘러싸는 제2 전극;
    상기 제1 반도체 패턴 및 상기 제1 및 제2 전극들 상에 배치되고, 상기 제1 전극을 노출하는 제1 개구부를 갖는 층간절연층; 및
    상기 제1 반도체 패턴의 상부 표면을 덮도록 상기 층간절연층 상에 배치되는 상면 광차단부, 및 상기 상면 광차단부로부터 상기 제1 개구부를 따라 상기 제1 전극에 연결되는 콘택부를 포함하는 광차단 전극을 포함하는 생체 정보 감지 장치.
  10. 제9 항에 있어서,
    상기 발광부는 제1 색상의 가시광을 방출하는 제1 발광 소자, 제2 색상의 가시광을 방출하는 제2 발광 소자, 및 근적외선광을 방출하는 제3 발광 소자 중 적어도 하나를 포함하는 생체 정보 감지 장치.
  11. 제9 항에 있어서,
    상기 단위 화소들 각각은 박막 트랜지스터를 포함하고,
    상기 박막 트랜지스터는,
    상기 기판 상에, 제1 및 제2 불순물 영역과 상기 제1 및 제2 불순물 영역 사이의 채널 영역을 갖는 제2 반도체 패턴;
    상기 채널 영역과 적어도 일부가 중첩하도록 상기 기판과 상기 제2 반도체 패턴 사이에 배치되는 제1 게이트 전극;
    상기 제1 불순물 영역에 연결되는 제3 전극; 및
    상기 제2 불순물 영역과 상기 감광성 박막 소자의 상기 제2 전극에 연결되는 제4 전극을 포함하는 생체 정보 감지 장치.
  12. 제11 항에 있어서,
    상기 박막 트랜지스터는 상기 층간 절연층을 관통하는 콘택 플러그를 통해 상기 제1 게이트 전극에 연결되고 상기 채널 영역과 적어도 일부가 중첩하도록 상기 층간 절연층 상에 배치되는 제2 게이트 전극을 더 포함하는 생체 정보 감지 장치.
  13. 제11 항에 있어서,
    상기 광 센서 어레이는,
    상기 단위 화소들 중 동일한 행에 위치하는 단위 화소들의 상기 박막 트랜지스터들의 상기 제1 게이트 전극들을 서로 전기적으로 연결하는 게이트 라인들;
    상기 단위 화소들 중 동일한 열에 위치하는 단위 화소들의 상기 박막 트랜지스터들의 제3 전극들을 서로 전기적으로 연결하는 출력 라인들; 및
    상기 단위 화소들의 상기 감광성 박막 소자들의 상기 광차단 전극들을 서로 전기적으로 연결하는 바이어스 라인을 더 포함하는 생체 정보 감지 장치.
  14. 제13 항에 있어서,
    상기 바이어스 라인에 바이어스 전압을 인가하는 전원부; 및
    상기 게이트 라인들을 순차적으로 구동하고 상기 출력 라인들을 통해 상기 단위 화소들로부터 출력되는 감지 신호를 수신하고 상기 감지 신호를 기초로 영상 데이터를 생성하는 이미지 센서 제어부를 더 포함하는 생체 정보 감지 장치.
  15. 제14 항에 있어서,
    상기 발광부는 적색 가시광을 방출하는 복수의 제1 발광 소자들, 녹색 가시광을 방출하는 복수의 제2 발광 소자들, 및 근적외선광을 방출하는 복수의 제3 발광 소자들을 포함하는 생체 정보 감지 장치.
  16. 제15 항에 있어서,
    동작 모드에 따라 상기 제1 발광 소자들, 상기 제2 발광 소자들, 및 상기 제3 발광 소자들 중 적어도 하나를 발광시키고, 상기 이미지 센서 제어부로부터 영상 데이터를 수신하고, 상기 동작 모드에 따라 상기 영상 데이터를 분석하는 제어부를 더 포함하는 생체 정보 감지 장치.
  17. 제16 항에 있어서,
    상기 제어부는 정맥 패턴 감지 모드에서 상기 제3 발광 소자들을 발광시키고, 맥파 감지 모드 또는 심박수 측정 모드에서 상기 제2 발광 소자를 발광시키고, 산소 포화도 측정 모드에서 상기 제1 발광 소자들과 상기 제3 발광 소자들을 교대로 발광시키는 생체 정보 감지 장치.
  18. 제17 항에 있어서,
    상기 생체 정보 감지 장치는 무선 통신 기능을 갖는 휴대용 단말기인 생체 정보 감지 장치.
  19. 제18 항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 정맥 패턴 감지 모드에서 상기 영상 데이터를 분석하여 취득한 사용자의 정맥 패턴과 미리 저장된 정맥 패턴을 비교하여 상기 사용자를 인증하는 생체 정보 감지 장치.
  20. 제19 항에 있어서,
    상기 기판 아래에 배치되는 투명 전극; 및
    상기 휴대용 단말기에 연결되고, 상기 사용자의 양쪽 귀에 각각 접촉하는 제1 및 제2 심전도 감지 전극들을 갖는 이어폰을 더 포함하고,
    상기 제어부는 상기 제1 및 제2 심전도 감지 전극들 및 상기 투명 전극을 이용하여 상기 사용자의 심전도를 측정하는 생체 정보 감지 장치.
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