KR102617926B1 - 초음파 센서 및 디스플레이 장치 - Google Patents

초음파 센서 및 디스플레이 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명의 실시예들은, 초음파 센서 및 디스플레이 장치에 관한 것으로서, 초음파 센서에서 센싱이 이루어지는 영역의 반대편에 액상 물질을 포함하는 제1 반사층과 액상 물질을 밀봉하며 반사 기능을 제공하는 제2 반사층을 배치함으로써, 대면적 또는 곡률화 구조에서 초음파 누설을 저감시킬 수 있는 초음파 센서를 제공한다. 또한, 제1 반사층과 접촉된 압전 소자의 표면에 요철 패턴을 형성하여, 압전 소자와 제2 반사층이 접촉되는 경우에도 초음파 누설을 최소화하며 초음파 센서의 센싱 성능을 높여줄 수 있다.

Description

초음파 센서 및 디스플레이 장치{ULTRASONIC SENSOR AND DISPLAY DEVICE}
본 발명의 실시예들은, 초음파 센서 및 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 접촉된 생체 정보(예: 지문) 또는 디스플레이 패널에 근접한 위치에서 수행되는 제스처 등을 인식하고, 인식된 정보를 기반으로 입력 처리를 수행하는 기능을 제공하고 있다.
이러한 생체 정보의 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 실시예들은, 디스플레이 패널의 액티브 영역에서 발생되는 초음파를 이용하여 디스플레이 패널의 액티브 영역에 접촉된 생체 정보를 센싱할 수 있는 초음파 센서와 디스플레이 장치를 제공할 수 있다.
본 발명의 실시예들은, 디스플레이 패널에 배치된 초음파 센서에서 발생된 초음파가 누설되는 것을 방지하여 센싱 성능이 개선된 초음파 센서를 제공할 수 있다.
일 측면에서, 본 발명의 실시예들은, 기판과 기판 상에 배치된 다수의 박막 트랜지스터를 포함하는 박막 트랜지스터 어레이와, 박막 트랜지스터 어레이 상에 배치된 제1 전극층과, 제1 전극층 상에 배치된 압전 물질과, 압전 물질 상에 배치된 제2 전극층과, 제2 전극층 상에 배치되고 제2 전극층의 외곽을 따라 배치된 실런트와 실런트의 내측에 배치된 액상 물질을 포함하는 제1 반사층과, 제1 반사층 상에 배치되고 액상 물질을 밀봉하는 제2 반사층을 포함하는 초음파 센서를 제공한다.
이러한 초음파 센서는, 제2 전극층과 제1 반사층 사이에 배치되고 제2 전극층과 액상 물질을 분리시키는 하부 절연막을 더 포함할 수 있다.
또한, 초음파 센서에 포함된 제2 전극층의 상면은 돌출부 및 오목부 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
여기서, 제1 반사층과 제2 반사층은, 경우에 따라, 박막 트랜지스터 어레이의 하부 및 제2 전극층의 상부 중 적어도 하나에 배치될 수도 있다.
다른 측면에서, 본 발명의 실시예들은, 기판과 기판 상에 배치된 다수의 박막 트랜지스터를 포함하는 박막 트랜지스터 어레이와, 박막 트랜지스터 어레이 상에 배치된 제1 전극층과, 제1 전극층 상에 배치된 압전 물질과, 압전 물질 상에 배치된 제2 전극층과, 제2 전극층 상에 배치되고 제2 전극층의 외곽을 따라 배치된 실런트와 실런트의 내측에 배치된 기상 물질을 포함하는 제1 반사층과, 제1 반사층 상에 배치되고 기상 물질을 밀봉하는 제2 반사층을 포함하고, 제2 전극층의 상면은 제1 반사층에 포함된 기상 물질을 향해 돌출된 적어도 하나의 돌출부를 포함하고 돌출부의 높이는 제1 반사층의 두께보다 작은 초음파 센서를 제공한다.
다른 측면에서, 본 발명의 실시예들은, 디스플레이 패널과, 디스플레이 패널에 내장되거나 디스플레이 패널의 적어도 일면에 배치된 전술한 초음파 센서를 포함하는 디스플레이 장치를 제공한다.
본 발명의 실시예들에 의하면, 초음파 센서의 센싱 방향과 반대편에 액상 물질을 이용한 반사층을 배치함으로써, 초음파 센서의 크기가 커지거나 구부러진 형태를 가질 경우에도 초음파 누설 경로가 발생하는 것을 방지할 수 있다.
본 발명의 실시예들에 의하면, 액상 물질을 이용한 반사층과 접촉되는 전극층의 표면에 요철 패턴을 배치함으로써, 초음파 누설 경로가 발생하는 경우에도 초음파 누설을 최소화시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예들에 따른 초음파 센서가 디스플레이 장치에 배치된 구조의 예시를 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시예들에 따른 초음파 센서의 픽셀 어레이의 회로 구조와 구동 방식의 예시를 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시예들에 따른 초음파 센서에 포함된 반사층의 예시를 나타낸 도면이다.
도 4 내지 도 6은 도 3에 도시된 반사층을 포함하는 초음파 센서에서 전극층의 표면에 패턴이 형성된 구조의 예시들을 나타낸 도면이다.
도 7은 본 발명의 실시예들에 따른 초음파 센서에 포함된 반사층의 다른 예시를 나타낸 도면이다.
도 8은 본 발명의 실시예들에 따른 초음파 센서에 포함된 반사층의 또 다른 예시를 나타낸 도면이다.
도 9와 도 10은 도 8에 도시된 반사층을 포함하는 초음파 센서에서 전극층의 표면에 패턴이 형성된 구조의 예시들을 나타낸 도면이다.
이하, 본 발명의 일부 실시예들을 예시적인 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 각 도면의 구성 요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 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. 본 명세서 상에서 언급된 "포함한다", "갖는다", "이루어진다" 등이 사용되는 경우 "~만"이 사용되지 않는 이상 다른 부분이 추가될 수 있다. 구성 요소를 단수로 표현한 경우에 특별한 명시적인 기재 사항이 없는 한 복수를 포함하는 경우를 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제1, 제2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질, 차례, 순서 또는 개수 등이 한정되지 않는다.
구성 요소들의 위치 관계에 대한 설명에 있어서, 둘 이상의 구성 요소가 "연결", "결합" 또는 "접속" 등이 된다고 기재된 경우, 둘 이상의 구성 요소가 직접적으로 "연결", "결합" 또는 "접속" 될 수 있지만, 둘 이상의 구성 요소와 다른 구성 요소가 더 "개재"되어 "연결", "결합" 또는 "접속"될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 여기서, 다른 구성 요소는 서로 "연결", "결합" 또는 "접속" 되는 둘 이상의 구성 요소 중 하나 이상에 포함될 수도 있다.
구성 요소들의 시간 관계 또는 흐름 관계에 대한 설명에 있어서, 예를 들어, "~후에", "~에 이어서", "~다음에", "~전에" 등으로 시간적 선후 관계 또는 흐름적 선후 관계가 설명되는 경우, "바로" 또는 "직접"이 사용되지 않는 이상 연속적이지 않은 경우도 포함할 수 있다.
한편, 구성 요소에 대한 수치 또는 그 대응 정보(예: 레벨 등)가 언급된 경우, 별도의 명시적 기재가 없더라도, 수치 또는 그 대응 정보는 각종 요인(예: 공정상의 요인, 내부 또는 외부 충격, 노이즈 등)에 의해 발생할 수 있는 오차 범위를 포함하는 것으로 해석될 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예들에 따른 초음파 센서(200)가 디스플레이 장치에 배치된 구조의 예시를 나타낸 도면이다.
도 1을 참조하면, 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.
또는, 경우에 따라, 이러한 초음파 센서(200)는, 디스플레이 장치의 내부에 내장된 형태로 배치될 수도 있다.
초음파 센서(200)가 디스플레이 장치의 일면에 배치되는 경우, 일 예로, 디스플레이 패널(110)에서 영상이 표시되는 면에 커버 글래스(120)가 배치될 수 있다. 그리고, 디스플레이 패널(110)에서 영상이 표시되는 면의 반대편에 초음파 센서(200)가 배치될 수 있다. 즉, 초음파 센서(200)는, 디스플레이 패널(110)에서 커버 글래스(120)가 배치된 면의 반대 면에 배치될 수 있다.
이러한 초음파 센서(200)는, 접착부(300)를 통해 디스플레이 패널(110)과 합착될 수 있다. 그리고, 접착부(300)는, 일 예로, 레진으로 구성될 수 있다.
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. 초음파 센서(200)가 디스플레이 패널(110)에서 영상이 표시되는 면의 반대 면에 배치되어 센싱을 수행함으로써, 영상이 표시되는 영역을 감소시키지 않으면서 지문 인식이 가능하도록 할 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 지문을 센싱할 수 있도록 하여, 디스플레이 장치가 센싱된 지문을 이용한 입력 처리를 수행할 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, 기판과 기판에 배치된 다수의 박막 트랜지스터를 포함하는 박막 트랜지스터 어레이(210), 박막 트랜지스터 어레이(210) 상에 배치된 제1 전극층(220), 제1 패드부(231) 및 제2 패드부(232)를 포함할 수 있다.
박막 트랜지스터 어레이(210) 상에 배치된 제1 전극층(220)은 다수의 픽셀 각각에 분리되어 배치되어 픽셀 전극(PXL)을 구성할 수 있다.
그리고, 제1 전극층(220) 상에 압전 물질(240)과 제2 전극층(250) 등이 순차적으로 배치될 수 있다.
압전 물질(240)은, 일 예로, PZT, ZnO, 페로브스카이트 등의 물질일 수 있으나, 이에 한정되지 아니한다.
제2 전극층(250)은, 압전 물질(240) 상에 일체로 배치될 수도 있고, 패터닝되어 배치될 수도 있다. 이러한 제2 전극층(250)은, 공통 전극(COM)을 구성할 수 있다.
제2 전극층(250)은, 접착층(260)을 통해 반사층(400)과 접착될 수 있다.
박막 트랜지스터 어레이(210)와 제2 전극층(250) 등으로 신호, 전압 등을 공급하는 컨트롤러(500)는, 연성 인쇄 회로(280)와 본딩부(270)를 통해 박막 트랜지스터 어레이(210)에 배치된 제2 패드부(232)와 전기적으로 연결될 수 있다.
박막 트랜지스터 어레이(210)에, 초음파를 발생시키는 구동과 지문에 반사되는 초음파의 센싱을 위한 트랜지스터 등이 배치될 수 있다.
또한, 박막 트랜지스터 어레이(210)에 배치된 제1 전극층(220)은 제2 전극층(250)과 캐패시터(C)를 형성할 수 있다.
그리고, 박막 트랜지스터 어레이(210)에 배치된 제1 전극층(220)과 제2 전극층(250)에 인가되는 전압에 의해 압전 물질(240)을 진동시켜 초음파를 발생시킬 수 있다.
즉, 제1 전극층(220)이 픽셀 전극(PXL)을 구성하고, 제2 전극층(250)이 공통 전극(COM)을 구성하며, 제1 전극층(220)과 제2 전극층(250) 사이에 압전 물질(240)이 배치되며 압전 소자(220/240/250)를 구성할 수 있다. 이러한 픽셀 전극(PXL)이 배치된 박막 트랜지스터 어레이(210)와, 압전 물질(240) 및 공통 전극(COM)은 회로적으로 픽셀 어레이로 볼 수도 있다.
제2 전극층(250)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(400)은, 일 예로, 구리와 폴리이미드로 구성될 수 있으며, 지문에서 반사되어 돌아오는 초음파를 박막 트랜지스터 어레이(210)로 반사시켜주는 기능을 할 수 있다.
경우에 따라, 반사층(400)은, 하나의 필름 형태로 배치될 수도 있으며, 유기물이나 유전체 등이 제2 전극층(250) 상에 코팅된 형태로 구현될 수도 있다.
픽셀 어레이를 구동하기 위한 신호와 전압은, 컨트롤러(500)로부터 공급될 수 있다. 또는, 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)의 픽셀 어레이의 회로 구조와 구동 방식의 예시를 나타낸 도면이다.
도 2를 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, 픽셀 어레이에는, 픽셀의 초음파 발생 및 센싱을 위한 구동 전압(DV), 센싱 전압(SV) 등을 공급하기 위한 전압 라인이 배치될 수 있다.
그리고, 초음파 센서(200)는, 픽셀 어레이에 배치된 다수의 스캔 라인(SCL)을 구동하는 회로와, 다수의 센싱 라인(SSL)을 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 제2 트랜지스터(T2), 센싱 노드(Ns)의 전압에 의해 제어되는 제3 트랜지스터(T3)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 제2 트랜지스터(T2)만 동일한 타입으로 구현되고, 제3 트랜지스터(T3)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 센싱 노드(Ns) 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. 또는, 경우에 따라, 제1 구동 전압 라인(DVL1)으로 인가되는 제1 구동 전압(DV1)은 정전압일 수도 있다.
제2 트랜지스터(T2)는, 스캔 라인(SCL)에 인가되는 스캔 신호(SCO)에 의해 제어되며, 센싱 라인(SSL)과 제3 트랜지스터(T3) 사이에 전기적으로 연결될 수 있다.
이때, 제2 트랜지스터(T2)는, 인접한 픽셀에 배치된 제1 트랜지스터(T1)를 구동하는 스캔 라인(SCL)과 동일한 스캔 라인(SCL)에 의해 구동될 수 있다.
즉, 도 2에 도시된 예시와 같이, A열의 픽셀에 배치된 제1 트랜지스터(T1)와 B열의 픽셀에 배치된 제2 트랜지스터(T2)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.
제3 트랜지스터(T3)는, 센싱 노드(Ns)의 전압 레벨에 따라 제어되며, 센싱 전압 라인(SVL)과 제2 트랜지스터(T2) 사이에 전기적으로 연결될 수 있다.
그리고, 센싱 전압 라인(SVL)으로 인가되는 센싱 전압(SV)은 정전압일 수 있다.
캐패시터(C)는, 센싱 노드(Ns)와 제2 구동 전압 라인(DVL2) 사이에 전기적으로 연결될 수 있다.
즉, 센싱 노드(Ns)에 연결되는 캐패시터(C)의 전극은, 전술한 박막 트랜지스터 어레이(210)에 배치되고 캐패시턴스를 형성하기 위한 픽셀 전극(PXL)일 수 있다. 그리고, 제2 구동 전압 라인(DVL2)에 연결되는 캐패시터(C)의 전극은, 공통 전극(COM)일 수 있다.
이러한 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 있다.
그리고, 제2 구동 전압(DV2)은 제1 구동 전압(DV1)의 최대 전압보다 낮은 정전압일 수 있다. 또는, 경우에 따라, 제1 구동 전압(DV1)이 정전압인 경우, 제2 구동 전압(DV2)은 펄스 형태의 교류 전압일 수도 있다.
이러한 픽셀 어레이에 배치된 스캔 라인(SCL)으로 스캔 신호(SCO)가 순차적으로 인가되며 초음파 발생과 센싱이 이루어질 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, A열의 픽셀에 배치된 제1 트랜지스터(T1)가 턴-온 되게 된다.
A열의 픽셀에 배치된 제1 트랜지스터(T1)가 턴-온 되므로, 제1 구동 전압(DV1)이 A열의 픽셀의 센싱 노드(Ns)에 인가되게 된다.
캐패시터(C)의 양 전극에 펄스 형태의 고전압과 낮은 정전압이 인가되므로, 캐패시터(C)의 양 전극 사이에 배치된 압전 물질(240)이 진동하여 초음파가 발생될 수 있다.
즉, 제1 트랜지스터(T1)가 턴-온 되는 A열에 배치된 픽셀에서 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, B열의 픽셀에 배치된 제2 트랜지스터(T2)도 턴-온 되게 된다.
그리고, B열의 픽셀에 배치된 제1 트랜지스터(T1)는 턴-오프 된 상태에서, 지문에 반사되는 초음파가 B열에 도달하면 B열에 배치된 픽셀의 센싱 노드(Ns)의 전압 레벨이 변동될 수 있다.
반사되는 초음파에 의해 B열의 픽셀에 배치된 픽셀 전극(PXL)과 공통 전극(COM) 사이에 배치된 압전 물질(240)의 분극 상태가 변경되고, 이로 인해, 픽셀 전극(PXL), 즉, 센싱 노드(Ns)의 전압 레벨이 변동될 수 있다.
B열에 배치된 픽셀의 센싱 노드(Ns)의 전압 레벨이 변동됨에 따라, 제3 트랜지스터(T3)가 턴-온, 턴-오프 될 수 있으며, 제2 트랜지스터(T2)가 턴-온 된 상태이므로 센싱 전압(SV)이 센싱 라인(SSL)을 통해 검출될 수 있다.
즉, 제2 트랜지스터(T2)가 턴-온 되는 B열의 픽셀에서 지문에 반사되어 돌아오는 초음파를 센싱할 수 있게 된다. 따라서, 인접한 픽셀 열에 배치된 제1 트랜지스터(T1)와 제2 트랜지스터(T2)를 동일한 스캔 라인(SCL)에 의해 구동함으로써, 인접한 픽셀 열에서 초음파 발생과 센싱이 이루어질 수 있다.
이와 같이, 초음파 센서(200)는, 압전 소자(220/240/250)를 구동하여 초음파를 발생시키고 반사되는 초음파를 센싱함으로써, 디스플레이 패널(110)에 접촉된 생체 정보를 인식할 수 있다.
이때, 초음파 센서(200)에서 발생된 초음파가 센싱 방향과 반대쪽으로 누설될 수 있으며, 이러한 경우 센싱 성능이 저하될 수 있다.
본 발명의 실시예들은, 초음파 센서(200)의 초음파 누설 방지 성능을 향상시킨 반사층(400)이 배치된 구조를 통해, 초음파 센서(200)의 센싱 성능을 개선할 수 있는 방안을 제공한다.
도 3은 본 발명의 실시예들에 따른 초음파 센서(200)에 포함된 반사층(400)의 예시를 나타낸 도면이다.
도 3을 참조하면, 초음파 센서(200)는, 일 예로, 디스플레이 패널(110)에서 영상이 표시되는 면의 반대 면에 접착부(300)에 의해 부착될 수 있다. 그리고, 초음파 센서(200)는, 박막 트랜지스터 어레이(210), 제1 전극층(220), 압전 물질(240) 및 제2 전극층(250)을 포함할 수 있다.
여기서, 초음파 센서(200)에 의한 센싱이 이루어지는 방향의 반대편에는 반사층(400)이 배치될 수 있다. 도 3에 도시된 예시와 같이, 디스플레이 패널(110)의 배면에 초음파 센서(200)가 배치된 경우, 초음파 센서(200)의 제2 전극층(250) 상에 반사층(400)이 배치될 수 있다. 또한, 센싱이 이루어지는 방향이 반대일 경우, 반사층(400)은, 박막 트랜지스터 어레이(210)의 아래에 위치할 수도 있다.
즉, 초음파 센서(200)에 의한 센싱이 수행되는 영역에 따라, 반사층(400)은, 박막 트랜지스터 어레이(210)와 인접한 외면이나 압전 소자(220/240/250)와 인접한 외면에 배치될 수 있다. 그리고, 이러한 반사층(400)은, 복수의 반사층(400)을 포함할 수 있다.
일 예로, 반사층(400)은, 제2 전극층(250) 상에 배치된 제1 반사층(410)과, 제1 반사층(410) 상에 배치된 제2 반사층(420)을 포함할 수 있다.
제1 반사층(410)은, 제2 전극층(250) 상에 배치된 기상 물질(411a)과, 제2 전극층(250)의 상면의 외곽을 따라 배치되며 기상 물질(411a)을 밀봉하기 위한 실런트(412)를 포함할 수 있다.
제1 반사층(410)에 포함된 기상 물질(411a)은, 일 예로, 공기, 질소 등과 같은 기체 상태의 물질일 수 있으며, 경우에 따라, 기상 물질(411a)이 배치되지 않은 진공 상태일 수도 있다.
기상 물질(411a)은, 박막 트랜지스터 어레이(210)에서 센싱이 이루어지는 픽셀이 배치된 액티브 영역과 대응되도록 배치될 수 있다. 일 예로, 기상 물질(411a)은, 액티브 영역과 중첩되는 영역을 포함하는 영역에 배치될 수 있다.
따라서, 기상 물질(411a)의 외곽을 따라 배치되는 실런트(412)는 박막 트랜지스터 어레이(210)에서 액티브 영역의 외측에 위치하는 논-액티브 영역과 대응되도록 배치될 수 있다.
제2 반사층(420)은, 제1 반사층(410) 상에 배치되고, 접착층(260)에 의해 제1 반사층(410)과 접착될 수 있다. 또한, 제2 반사층(420)은, 제1 반사층(410)에 포함된 기상 물질(411a)을 접착층(260)과 함께 밀봉하는 기능을 제공할 수 있다.
제2 반사층(420)은, 구리, 폴리이미드가 적층된 필름 형태의 구조일 수도 있고, 경우에 따라, 유기물이나 유전체 등이 코팅된 구조일 수도 있다.
이러한 제1 반사층(410)과 제2 반사층(420)은, 제1 전극층(220)과 제2 전극층(250) 사이에 배치된 압전 물질(240)의 진동에 의해 발생되는 초음파가 ①과 같이 제1 반사층(410)에 도달하거나, ②와 같이 제2 반사층(420)에 도달하면 디스플레이 패널(110)로 반사시켜줄 수 있다. 따라서, 압전 소자(220/240/250)에서 발생된 초음파가 누설되는 것을 방지할 수 있다.
또한, 디스플레이 패널(110)에 접촉된 물체(예: 손가락)에 반사된 초음파가 제1 반사층(410)이나 제2 반사층(420)에 도달할 경우, 제1 반사층(410) 등에 의해 압전 소자(220/240/250)로 반사될 수 있다. 따라서, 초음파 센서(200)의 센싱 성능을 높여줄 수 있다.
이와 같이, 기상 물질(411a)을 포함하는 제1 반사층(410)과, 필름 형태로 배치되거나 코팅 형태로 구현된 제2 반사층(420)에 의해 초음파 누설을 방지하고 초음파 센서의 성능을 높여줄 수 있으나, 초음파 센서(200)가 구부러지는 구조일 경우 반사층(400)에 초음파 누설 경로가 형성될 수 있다.
일 예로, 초음파 센서(200)가 대면적의 디스플레이 패널(110)에 전체적으로 부착된 경우, 초음파 센서(200)의 일부분이 쳐지는 현상이 발생할 수 있다. 또는, 초음파 센서(200)가 부착된 디스플레이 패널(110)이 곡률화 구조의 장치일 경우, 초음파 센서(200)도 구부러지는 형태를 가질 수 있다.
이러한 경우, 제1 반사층(410)의 기상 물질(411a)이 배치된 영역에서 압전 소자(220/240/250)와 제2 반사층(420) 또는 접착부(260)가 닿는 부분이 존재할 수 있다. 그리고, 압전 소자(220/240/250)와 제2 반사층(420) 등이 닿는 부분이 초음파 누설 경로를 형성하여 반사층(400)의 기능이 저하될 수 있다.
본 발명의 실시예들은, 대면적 또는 곡률화 구조의 디스플레이 패널(110)에 적용된 초음파 센서(200)에서 반사층(400)의 기능이 저하되는 것을 방지할 수 있는 방안을 제공한다.
일 예로, 제1 반사층(410)과 접촉되는 제2 전극층(250)의 표면에 요철 패턴을 형성하여, 대면적 또는 곡률화 구조의 디스플레이 패널(110)에 적용되는 초음파 센서(200)에서 초음파 누설 경로를 감소시킬 수 있다.
도 4 내지 도 6은 도 3에 도시된 반사층(400)을 포함하는 초음파 센서(200)에서 전극층의 표면에 패턴이 형성된 구조의 예시들을 나타낸 도면이다.
도 4를 참조하면, 초음파 센서(200)가 디스플레이 패널(110)의 배면에 접착부(300)에 의해 부착될 수 있다.
그리고, 초음파 센서(200)는, 순차적으로 적층된 박막 트랜지스터 어레이(210), 제1 전극층(220), 압전 물질(240) 및 제2 전극층(250)을 포함할 수 있다.
또한, 초음파 센서(200)는, 제2 전극층(250) 상에 배치된 제1 반사층(410)과 제2 반사층(420)을 포함할 수 있다. 그리고, 제1 반사층(410)은, 기상 물질(411a)과 실런트(412)를 포함할 수 있다.
여기서, 제1 반사층(410)의 기상 물질(411a)과 접촉되는 제2 반사층(250)의 상면은 적어도 하나의 돌출부(251)를 포함할 수 있다.
이러한 돌출부(251)는, 제2 전극층(250)의 상면에서 기상 물질(411a)을 향해 돌출된 구조일 수 있다. 그리고, 돌출부(251)의 높이 h는 제1 반사층(410)의 두께 t보다 작을 수 있다.
제2 전극층(250)의 상면에 돌출부(251)가 배치됨에 따라, 초음파 센서(200)의 일부분이 쳐진 상태가 되더라도 제2 전극층(250)의 돌출부(251)가 먼저 제2 반사층(420)과 접촉되게 된다. 따라서, 제2 전극층(250)과 제2 반사층(420)의 접촉에 의해 형성되는 초음파 누설 경로가 감소될 수 있다.
또한, 초음파 센서(200)가 구부러진 구조일 경우, A와 같이, 제2 전극층(250)의 돌출부(251)가 제2 반사층(420)과 접촉됨으로써, 제2 전극층(250)과 제2 반사층(420)의 접촉 면적을 감소시켜줄 수 있다.
그리고, 돌출부(251)가 배치되지 않은 영역에서는 제1 반사층(410)의 기상 물질(411a)과 제2 반사층(420)이 반사 기능을 제공하여, 초음파가 누설되는 것을 방지할 수 있다.
따라서, 제2 전극층(250)의 상면에 형성된 돌출부(251)에 의해 대면적 또는 곡률화 구조의 초음파 센서(200)에서 초음파 누설 경로를 감소시키며, 제1 반사층(410)과 제2 반사층(420)에 의한 반사 기능이 저하되는 것을 방지할 수 있다.
제2 전극층(250)의 상면에 형성되는 돌출부(251)는, 다양한 형태를 가질 수 있으며, 다른 예로, 돌출부(251)의 상부로 갈수록 폭 또는 면적이 좁아지는 형태일 수 있다.
도 5를 참조하면, 초음파 센서(200)는, 박막 트랜지스터 어레이(210)와 압전 소자(220/240/250)를 포함할 수 있다. 그리고, 압전 소자(220/240/250) 상에 제1 반사층(410)과 제2 반사층(420)이 배치될 수 있다.
제1 반사층(410)은, 기상 물질(411a)과 실런트(412)를 포함할 수 있다.
여기서, 압전 소자(220/240/250)의 제2 전극층(250)의 상면에는 제1 반사층(410)의 기상 물질(411a)을 향해 돌출된 적어도 하나의 돌출부(251)를 포함할 수 있다.
이러한 돌출부(251)는, 하부에서 상부로 갈수록 폭 또는 면적이 좁아지는 형태일 수 있다. 일 예로, 돌출부(251)의 상단부의 폭 W1는 하단부의 폭 W2보다 작을 수 있다.
돌출부(251)의 상단부가 좁은 폭 또는 면적을 갖도록 함으로써, 돌출부(251)와 제2 반사층(420)의 접촉에 의해 형성되는 초음파 누설 경로의 면적이 감소될 수 있다.
또한, 돌출부(251)의 하단부는 상대적으로 넓은 폭 또는 면적을 갖도록 함으로써, 돌출부(251)의 강성을 일정 수준으로 유지할 수 있다.
전술한 예시 외에도, 돌출부(251)는, 제2 반사층(420)과의 접촉면을 감소시키면서 돌출부(251)의 강성을 향상시킬 수 있는 다양한 형태로 배치될 수 있다.
또한, 경우에 따라, 제2 전극층(250)의 상면은, 제2 전극층(250)과 제1 반사층(410)의 접촉면을 기준으로 움푹 패인 부분을 포함할 수도 있다.
도 6을 참조하면, 초음파 센서(200)의 제2 전극층(250) 상에 제1 반사층(410)과 제2 반사층(420)이 배치될 수 있다.
제1 반사층(410)은, 제2 전극층(250)의 상면의 외곽을 따라 배치된 실런트(412)와 실런트(412)의 내측에 배치된 기상 물질(411a)을 포함할 수 있다.
여기서, 제2 전극층(250)의 상면은 제1 반사층(410)의 기상 물질(411a)이 배치된 영역과 대응되는 부분에 적어도 하나의 오목부(252)를 포함할 수 있다.
즉, 제2 전극층(250)의 상면 중 실런트(412)가 배치되는 부분을 제외한 부분에 적어도 하나의 오목부(252)가 배치될 수 있다.
그리고, 제2 전극층(250)의 상면에 형성된 오목부(252)에 의해 제2 전극층(250)의 상면에서 제1 반사층(410)의 기상 물질(411a)이 배치된 영역과 대응되는 부분에 돌출된 구조가 배치될 수 있다.
제2 전극층(250)의 상면에 오목부(252)를 배치함에 따라, 제2 전극층(250)의 상면과 제2 반사층(420) 사이의 평균적인 거리는 증가할 수 있다. 따라서, 초음파 센서(200)의 일부분이 쳐지거나 구부러진 형태인 경우에도, 제2 전극층(250)의 상면과 제2 반사층(420)이 닿은 가능성은 낮아질 수 있다.
또한, 제2 전극층(250)의 상면과 제2 반사층(420)의 닿는 부분이 발생하더라도, 제2 전극층(250)의 상면에 형성된 돌출된 구조에 의해 제2 전극층(250)과 제2 반사층(420)의 닿는 면적은 감소시켜줄 수 있다.
이와 같이, 기상 물질(411a)을 포함하는 제1 반사층(410)을 배치하고, 제1 반사층(410)의 하부에 배치된 제2 전극층(250)의 상면에 다양한 방식으로 요철 패턴을 배치함으로써, 초음파 센서(200)의 대면적 또는 곡률화 구조에서 초음파 누설을 감소시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예들은, 제1 반사층(410)을 구성하는 물질을 다르게 하여 제1 반사층(410)의 성능을 더욱 개선할 수도 있다.
도 7은 본 발명의 실시예들에 따른 초음파 센서(200)에 포함된 반사층(400)의 다른 예시를 나타낸 도면이다.
도 7을 참조하면, 디스플레이 패널(110)의 배면에 배치된 초음파 센서(200)는, 박막 트랜지스터 어레이(210)와 압전 소자(220/240/250)를 포함할 수 있다. 그리고, 제2 전극층(250) 상에 제1 반사층(410)과 제2 반사층(420)이 배치될 수 있다.
제1 반사층(410)은, 제2 전극층(250) 상에 배치된 액상 물질(411b)과, 제2 전극층(250)의 외곽을 따라 배치되고 액상 물질(411b)을 밀봉하기 위한 실런트(412)가 배치될 수 있다.
여기서, 액상 물질(411b)은, 일 예로, 오일, 물, 알코올류 등일 수 있으나, 이에 한정되지는 아니한다. 그리고, 실런트(412)는, 에폭시 아크릴레이트, UV 에폭시, 우레탄 아크릴레이트, PSA, Glass Frit 등과 같은 밀봉을 위해 이용되는 다양한 재료가 이용될 수 있다.
액상 물질(411b)은, 박막 트랜지스터 어레이(210)에서 픽셀이 배치된 액티브 영역과 대응되는 영역에 배치될 수 있다. 일 예로, 액상 물질(411b)은, 액티브 영역과 중첩되는 영역을 포함하는 영역에 배치될 수 있다. 따라서, 실런트(412)는, 박막 트랜지스터 어레이(210)의 논-액티브 영역과 대응되도록 배치될 수 있다.
제1 반사층(410)에 포함된 액상 물질(411b)은, 높은 초음파 반사 성능을 제공할 수 있다.
따라서, ①과 같이, 제1 반사층(410)에 도달한 초음파를 압전 소자(220/240/250)를 향해 반사시켜, 초음파 누설을 방지하고 센싱 성능을 높여줄 수 있다.
제2 반사층(420)은, 제1 반사층(410) 상에 배치되고, 접착층(260)에 의해 제1 반사층(410)과 접착될 수 있다.
이러한 제2 반사층(420)은, ②와 같이, 제2 반사층(420)에 도달한 초음파를 압전 소자(220/240/250)를 향해 반사시킬 수 있다. 또한, 제2 반사층(420)은, 제1 반사층(410)에 포함된 액상 물질(411b)을 밀봉하는 기능을 제공할 수 있다.
이와 같이, 초음파 반사 성능이 우수한 액상 물질(411b)을 포함하는 제1 반사층(410)과, 제1 반사층(410) 상에 배치된 제2 반사층(420)을 배치함으로써, 누설되는 초음파를 감소시키며 초음파 센서(200)의 센싱 성능을 향상시킬 수 있다.
또한, 액상 물질(411b)을 포함하는 제1 반사층(410)은, 초음파 센서(200)가 대면적 또는 곡률화 구조의 디스플레이 패널(110)에 적용된 경우, 초음파 센서(200)의 쳐짐이나 구부러짐에 의해 제2 전극층(250)과 제2 반사층(420)이 닿는 것을 방지해줄 수 있다.
일 예로, 도 7에 도시된 바와 같이, 초음파 센서(200)가 구부러진 형태일 경우, 구부러짐에 따라 압전 소자(220/240/250)와 제2 반사층(420) 사이의 거리가 가까워질 수 있다.
이때, 압전 소자(220/240/250)와 제2 반사층(420) 사이에 액상 물질(411b)이 배치되어 있으므로, 제2 전극층(250)과 제2 반사층(420)이 직접 닿지 않을 수 있다.
즉, 초음파 센서(200)의 구부러진 형태에 따라, 압전 소자(220/240/250)와 제2 반사층(420) 사이의 거리는 d1, d2(예: d2>d1)로 상이할 수는 있으나, 액상 물질(411b)이 존재함에 따라 제2 전극층(250)과 제2 반사층(420)이 닿는 것을 방지할 수 있다.
이와 같이, 초음파 센서(200)의 제1 반사층(410)의 실런트(412)의 내측에 액상 물질(411b)을 배치함으로써, 높은 초음파 반사 성능을 제공하면서 초음파 누설 경로가 형성되는 것을 방지할 수 있다.
따라서, 초음파 센서(200)가 대면적 또는 곡률화 구조의 디스플레이 패널(110)에 적용된 경우에도, 초음파 누설을 방지하며 초음파 센서(200)의 센싱 성능을 높여줄 수 있다.
그리고, 본 발명의 실시예들에 따른 초음파 센서(200)에서, 제1 반사층(410)의 액상 물질(411b)의 상부나 하부에 얇은 절연막이 추가로 배치될 수도 있다.
도 8은 본 발명의 실시예들에 따른 초음파 센서(200)에 포함된 반사층(400)의 또 다른 예시를 나타낸 도면이다.
도 8을 참조하면, 초음파 센서(200)는, 박막 트랜지스터 어레이(210)와, 박막 트랜지스터 어레이(210) 상에 배치된 압전 소자(220/240/250)를 포함한다.
그리고, 압전 소자(220/240/250) 상에 액상 물질(411b)을 포함하는 제1 반사층(410)과, 제1 반사층(410)과 접착부(260)에 의해 접착되는 제2 반사층(420)이 배치될 수 있다.
여기서, 제2 전극층(250)과 제1 반사층(410) 사이에 하부 절연막(430)이 배치될 수 있다.
하부 절연막(430)은, 일 예로, 무기 절연막(예: SiO, Al2O3, SiNx 등)일 수 있다. 또는, 하부 절연막(430)은, 유기 절연막(예: 폴리스티렌, PE, PES 등)일 수도 있다.
하부 절연막(430)은, 제2 전극층(250)과 제1 반사층(410)에 포함된 액상 물질(411b)을 분리시키는 구조로 배치될 수 있다.
그리고, 하부 절연막(430)은, 제2 전극층(250) 상에 배치되며, 액상 물질(411b)과 실런트(412)의 아래에 배치될 수 있다. 또는, 경우에 따라, 하부 절연막(430)은, 실런트(412)의 내측에 배치되며 액상 물질(411b)의 아래에만 배치될 수도 있다.
즉, 하부 절연막(430)은, 제2 전극층(250)과 제1 반사층(410) 사이에 배치되며, 제2 전극층(250)과 제1 반사층(410)의 액상 물질(411b)을 분리시킬 수 있는 다양한 구조로 배치될 수 있다.
이와 같이, 제2 전극층(250)과 액상 물질(411b) 사이에 하부 절연막(430)을 배치하여 액상 물질(411b)이 제2 전극층(250)과 접촉되지 않도록 함으로써, 액상 물질(411b)을 포함하는 제1 반사층(410)에 의해 우수한 반사 성능을 제공하며 제2 전극층(250)의 부식을 방지할 수 있다.
또한, 제1 반사층(410)과 제2 반사층(420) 사이에 상부 절연막(440)이 배치될 수 있다.
상부 절연막(440)은, 하부 절연막(430)과 유사한 물질로 이루어질 수 있다.
그리고, 상부 절연막(440)은, 제1 반사층(410)과 접착층(260) 사이에 배치될 수도 있고, 접착층(260)과 제2 반사층(420) 사이에 배치될 수도 있다.
따라서, 상부 절연막(440) 및 접착층(260) 중 적어도 하나에 의해 제1 반사층(410)의 액상 물질(411b)과 제2 반사층(420)이 분리될 수 있다. 그리고, 제2 반사층(420)이 제1 반사층(410)의 액상 물질(411b)과 직접 접촉하지 않으므로, 금속 물질로 제2 반사층(420)이 이루어진 경우 제2 반사층(420)이 부식되는 것을 방지할 수 있다.
경우에 따라, 접착층(260)이 상부 절연막(440)의 기능을 제공할 수 있으며, 이러한 경우, 초음파 센서(200)는, 제2 전극층(250)과 제1 반사층(410) 사이에 배치되는 하부 절연막(430)만 포함할 수도 있다.
이와 같이, 본 발명의 실시예들은, 액상 물질(411b)을 포함하는 제1 반사층(410)에 의해 초음파 센서(200)의 초음파 누설을 방지하며, 액상 물질(411b)로 인해 초음파 센서(200)에 포함된 전극 등이 부식되는 것을 방지할 수 있다.
한편, 초음파 센서(200)에 포함된 제2 전극층(250)은, 제1 반사층(410)이 액상 물질(411b)을 포함하는 구조인 경우에도, 제2 전극층(250)의 상면에 형성된 요철 패턴을 포함할 수도 있다.
도 9와 도 10은 도 8에 도시된 반사층(400)을 포함하는 초음파 센서(200)에서 전극층의 표면에 패턴이 형성된 구조의 예시들을 나타낸 도면이다. 또한, 도 9와 도 10은 제1 반사층(410)과 인접한 영역에 하부 절연막(430)과 상부 절연막(440)이 배치된 구조를 예시로 나타낸다.
도 9와 도 10을 참조하면, 초음파 센서(200)는, 박막 트랜지스터 어레이(210), 제1 전극층(220), 압전 물질(240) 및 제2 전극층(250)을 포함한다.
그리고, 제2 전극층(250) 상에 액상 물질(411b)과 실런트(412)를 포함하는 제1 반사층(410)과, 접착층(260)에 의해 제1 반사층(410)과 접착된 제2 반사층(420)이 배치될 수 있다.
여기서, 제2 전극층(250)의 상면, 즉, 제1 반사층(410)의 액상 물질(411b)과 인접한 면은 요철 패턴을 포함할 수 있다. 이러한 요철 패턴은, 적어도 하나의 돌출부(251)나 적어도 하나의 오목부(252)를 포함할 수 있다. 일 예로, 제2 전극층(250)은, 실런트(412)와 접촉되는 면의 아래쪽으로 오목한 부분을 포함할 수 있고, 오목한 부분에 의해 돌출된 구조가 형성될 수 있다.
제1 반사층(410)이 액상 물질(411b)을 포함하더라도, 초음파 센서(200)의 면적이나 구부러지는 정도에 따라 제2 전극층(250)과 제2 반사층(420)이 닿는 부분이 발생할 수 있다. 이러한 경우, 제2 전극층(250)의 상면에 형성된 요철 패턴에 의해 제2 전극층(250)과 제2 반사층(420)의 접촉 면적을 최소화할 수 있다.
제2 전극층(250)과 제1 반사층(410) 사이에 하부 절연막(430)이 배치될 수 있다. 또한, 제1 반사층(410)과 제2 반사층(420) 사이에 상부 절연막(440)이 배치될 수 있다.
상부 절연막(440)은, 접착층(260)과 제2 반사층(420) 사이에 배치될 수도 있으며, 경우에 따라, 접착층(260)이 상부 절연막(420)의 기능을 제공할 수도 있다.
하부 절연막(430)과 상부 절연막(440)은, 경우에 따라, 무기 절연막일 수도 있고, 유기 절연막일 수도 있다.
일 예로, 하부 절연막(430)이 무기 절연막인 경우, 도 9에 도시된 예시와 같이, 하부 절연막(430)은, 제2 전극층(250)의 상면에 형성된 요철 패턴의 형태를 따라 배치될 수 있다.
하부 절연막(430)이 제2 전극층(250)의 요철 패턴의 형태를 따라 배치되며, 제2 전극층(250)과 제1 반사층(410)의 액상 물질(411b)이 접촉되는 것을 방지할 수 있다.
따라서, 하부 절연막(430)은, 제2 전극층(250)의 부식을 방지하며, 제2 전극층(250)이 제2 반사층(420)과 접촉되는 것을 액상 물질(411b)과 함께 방지해줄 수 있다.
또는, 하부 절연막(430)이 유기 절연막인 경우, 도 10에 도시된 예시와 같이, 하부 절연막(430)은, 하부 절연막(430)의 상면이 평평한 형태로 배치될 수 있다.
즉, 하부 절연막(430)이 제2 전극층(250)의 상면에 형성된 요철 패턴의 오목부(252)에 채워지는 형태로 배치될 수 있다.
따라서, 하부 절연막(430)은, 제2 전극층(250)과 액상 물질(411b)이 접촉되는 것을 방지한다. 또한, 하부 절연막(430)이 제2 전극층(250)의 요철 패턴 사이를 채워주는 구조에 의해 초음파 센서(200)가 구부러지는 형태인 경우 제2 전극층(250)이 손상되는 것을 방지해줄 수도 있다.
또한, 도 9와 도 10에 도시된 예시에서, 하부 절연막(430)은, 경우에 따라, 실런트(412)의 내측에만 배치되며 제2 전극층(250)과 액상 물질(411b)이 접촉되는 것을 방지해주는 구조로 배치될 수도 있다.
전술한 본 발명의 실시예들에 의하면, 초음파 센서(200)에서 센싱이 이루어지는 영역의 반대편에 초음파 반사 성능이 우수한 기상 물질(411a)이나 액상 물질(411b)을 포함하는 제1 반사층(410)을 배치한다. 그리고, 기상 물질(411a)이나 액상 물질(411b)을 밀봉하며 반사 기능을 갖는 제2 반사층(420)을 제1 반사층(410) 상에 배치함으로써, 초음파 센서(200)의 외부로 누설되는 초음파를 저감시키며 초음파 센서(200)의 센싱 성능을 향상시킬 수 있다.
또한, 액상 물질(411b)을 포함하는 제1 반사층(410)에 의해 대면적 또는 곡률화 구조를 갖는 초음파 센서(200)에 초음파 누설 경로가 형성되는 것을 방지하거나, 제1 반사층(410) 아래에 배치된 전극의 표면에 요철 패턴을 배치하여 초음파 누설 경로를 최소화할 수 있다.
따라서, 누설되는 초음파를 감소시키고 초음파를 이용한 센싱 성능을 향상시키며, 대면적 또는 곡률화 구조에 적용 가능한 초음파 센서(200)를 제공할 수 있다.
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: 박막 트랜지스터 어레이
220: 제1 전극층 231, 232: 패드부
240: 압전 물질 250: 제2 전극층
251: 돌출부 252: 오목부
260: 접착층 270: 본딩부
280: 연성 인쇄 회로 300: 접착부
400: 반사층 410: 제1 반사층
411a: 기상 물질 411b: 액상 물질
412: 실런트 420: 제2 반사층
430: 하부 절연막 440: 상부 절연막
500: 컨트롤러

Claims (21)

  1. 기판과 상기 기판 상에 배치된 다수의 박막 트랜지스터를 포함하는 박막 트랜지스터 어레이;
    상기 박막 트랜지스터 어레이 상에 배치된 제1 전극층;
    상기 제1 전극층 상에 배치된 압전 물질;
    상기 압전 물질 상에 배치된 제2 전극층;
    상기 제2 전극층 상에 배치되고, 상기 제2 전극층의 외곽을 따라 배치된 실런트와 상기 실런트의 내측에 배치된 액상 물질을 포함하는 제1 반사층; 및
    상기 제1 반사층 상에 배치되고, 상기 액상 물질을 밀봉하는 제2 반사층
    을 포함하는 초음파 센서.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제2 전극층과 상기 제1 반사층 사이에 배치되고, 상기 제2 전극층과 상기 액상 물질을 분리시키는 하부 절연막을 더 포함하는 초음파 센서.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제2 전극층의 상면은 돌출부 및 오목부 중 적어도 하나를 포함하는 초음파 센서.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 제2 전극층의 상면은 상기 액상 물질을 향해 돌출된 적어도 하나의 돌출부를 포함하고, 상기 돌출부의 높이는 상기 제1 반사층의 두께보다 작은 초음파 센서.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 돌출부의 상면의 면적은 상기 돌출부의 하면의 면적보다 작은 초음파 센서.
  6. 제3항에 있어서,
    상기 제2 전극층의 상면은 상기 액상 물질이 배치된 영역과 대응되는 영역에 위치하는 적어도 하나의 오목부를 포함하는 초음파 센서.
  7. 제3항에 있어서,
    상기 제2 전극층과 상기 제1 반사층 사이에 배치되고, 상기 제2 전극층과 상기 액상 물질을 분리시키며, 상기 제2 전극층의 상면의 형태를 따라 배치된 하부 절연막을 더 포함하는 초음파 센서.
  8. 제3항에 있어서,
    상기 제2 전극층과 상기 제1 반사층 사이에 배치되고, 상기 제2 전극층과 상기 액상 물질을 분리시키며, 상기 액상 물질과의 접촉면이 평평한 하부 절연막을 더 포함하는 초음파 센서.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 제1 반사층과 상기 제2 반사층 사이에 배치되고, 상기 제2 반사층과 상기 액상 물질을 분리시키는 상부 절연막을 더 포함하는 초음파 센서.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 박막 트랜지스터 어레이는 다수의 픽셀이 배치된 액티브 영역과 상기 액티브 영역의 외측에 위치하는 논-액티브 영역을 포함하고,
    상기 제1 반사층에 포함된 상기 액상 물질은 상기 액티브 영역과 중첩되는 영역을 포함하는 영역에 배치된 초음파 센서.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 제2 전극층, 상기 제1 반사층 및 상기 제2 반사층 중 적어도 하나는 구부러진 부분을 포함하는 초음파 센서.
  12. 기판과 상기 기판 상에 배치된 다수의 박막 트랜지스터를 포함하는 박막 트랜지스터 어레이;
    상기 박막 트랜지스터 어레이 상에 배치된 제1 전극층;
    상기 제1 전극층 상에 배치된 압전 물질;
    상기 압전 물질 상에 배치된 제2 전극층;
    상기 박막 트랜지스터 어레이의 하부 및 상기 제2 전극층의 상부 중 적어도 하나에 배치되고, 외곽을 따라 배치된 실런트와 상기 실런트의 내측에 배치된 액상 물질을 포함하는 제1 반사층; 및
    상기 제1 반사층과 접촉되고, 상기 액상 물질을 밀봉하는 제2 반사층
    을 포함하는 초음파 센서.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 박막 트랜지스터 어레이에 포함된 상기 기판과 상기 제1 반사층 사이 및 상기 제2 전극층과 상기 제1 반사층 사이 중 적어도 하나에 배치된 절연막을 더 포함하는 초음파 센서.
  14. 제12항에 있어서,
    상기 박막 트랜지스터 어레이에 포함된 상기 기판의 하면 및 상기 제2 전극층의 상면 중 적어도 하나는 요철 패턴을 포함하는 초음파 센서.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 요철 패턴은 상기 제1 반사층에 포함된 상기 액상 물질이 배치된 영역과 대응되는 영역에 위치하는 초음파 센서.
  16. 기판과 상기 기판 상에 배치된 다수의 박막 트랜지스터를 포함하는 박막 트랜지스터 어레이;
    상기 박막 트랜지스터 어레이 상에 배치된 제1 전극층;
    상기 제1 전극층 상에 배치된 압전 물질;
    상기 압전 물질 상에 배치된 제2 전극층;
    상기 제2 전극층 상에 배치되고, 상기 제2 전극층의 외곽을 따라 배치된 실런트와 상기 실런트의 내측에 배치된 기상 물질을 포함하는 제1 반사층; 및
    상기 제1 반사층 상에 배치되고, 상기 기상 물질을 밀봉하는 제2 반사층을 포함하고,
    상기 제2 전극층의 상면은 상기 제1 반사층에 포함된 상기 기상 물질을 향해 돌출된 적어도 하나의 돌출부를 포함하고, 상기 돌출부의 높이는 상기 제1 반사층의 두께보다 작은 초음파 센서.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 돌출부의 상면의 면적은 상기 돌출부의 하면의 면적보다 작은 초음파 센서.
  18. 제16항에 있어서,
    상기 박막 트랜지스터 어레이는 다수의 픽셀이 배치된 액티브 영역과 상기 액티브 영역의 외측에 위치하는 논-액티브 영역을 포함하고,
    상기 제1 반사층에 포함된 상기 기상 물질은 상기 액티브 영역과 중첩되는 영역을 포함하는 영역에 배치된 초음파 센서.
  19. 디스플레이 패널; 및
    상기 디스플레이 패널에 내장되거나, 상기 디스플레이 패널의 적어도 일면에 배치된 초음파 센서를 포함하고,
    상기 초음파 센서는,
    기판과 상기 기판 상에 배치된 다수의 박막 트랜지스터를 포함하는 박막 트랜지스터 어레이;
    상기 박막 트랜지스터 어레이 상에 배치된 제1 전극층;
    상기 제1 전극층 상에 배치된 압전 물질;
    상기 압전 물질 상에 배치된 제2 전극층;
    상기 제2 전극층 상에 배치되고, 상기 제2 전극층의 외곽을 따라 배치된 실런트와 상기 실런트의 내측에 배치된 액상 물질을 포함하는 제1 반사층; 및
    상기 제1 반사층 상에 배치되고, 상기 액상 물질을 밀봉하는 제2 반사층을 포함하는 디스플레이 장치.
  20. 제19항에 있어서,
    상기 제2 전극층의 상면은 적어도 하나의 요철 패턴을 포함하는 디스플레이 장치.
  21. 제19항에 있어서,
    상기 디스플레이 패널 및 상기 초음파 센서는 구부러진 부분을 포함하는 디스플레이 장치.
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