KR20100091852A - 광센서, 광센서를 포함하는 광센서 장치, 및 이를 포함하는디스플레이 장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 광센서, 광센서 장치 및 이를 포함하는 디스플레이 장치에 관한 것으로서, 기판; 상기 기판 상에 구비되며, 산화물을 포함하는 제1 수광층; 상기 제1 수광층에 접합되며, 유기물을 포함하는 제2 수광층; 및 상기 제1 수광층 및 제2 수광층에 각각 접속하는 제1 전극 및 제2 전극;을 포함하는 광센서, 이를 포함하는 광센서 장치 및 디스플레이 장치를 제공한다.
Description
본 발명은 광센서, 상기 광센서를 포함하는 광센서 장치, 및 이를 포함하는 디스플레이 장치에 관한 것이다.
광 신호를 전기 신호로 변환하는 광센서(photosensor)는, 최근 광 산업과 반도체 산업의 발전으로 인하여 매우 다양한 기능을 제공할 수 있도록 개발되고 있다. 특히, 표시부를 구비하는 휴대 전화, 디지털 카메라, PDA(personal digital assistants) 등과 같은 모바일 기기, 및 LCD(liquid crystal display)와 OLED(organic light emitting device)와 같은 화상 디스플레이 장치에 내장된 광센서는, 디스플레이 장치에 터치 패널 기능을 부가하는 유력한 수단으로 이용되고 있다.
이와 같은 디스플레이 장치에 내장된 광센서는, 외장형 터치 패널 방식에 비하여 디스플레이 장치의 두께 증가, 공정의 복잡화, 및 개구율의 감소 등과 같은 문제를 해결할 수는 있는 장점이 있다. 그러나, 내장형 광센서의 일반적 구조인, 비정질 실리콘(amorphous silicon) 또는 결정질 실리콘(crystalline silicon)에 기반한 P-I-N 접합형 다이오드의 경우, 선택 파장 대비 감도를 높일 수가 없고, 비정질 실리콘 또는 결정질 실리콘이 가진 고유 흡수 파장대 만을 이용하여야 하는 한계가 존재한다.
본 발명은 상기와 같은 문제점 및 그 밖의 문제점을 해결하기 위하여, 다양한 파장대의 광을 선택적으로 검출할 수 있고, 제조 공정을 단순화시킬 수 있는 광센서, 상기 광센서를 포함하는 광센서 장치, 및 이를 포함하는 디스플레이 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은 상기와 같은 과제를 해결하기 위하여, 기판; 상기 기판 상에 구비되며, 산화물을 포함하는 제1 수광층; 상기 제1 수광층에 접합되며, 유기물을 포함하는 제2 수광층; 및 상기 제1 수광층 및 제2 수광층에 각각 접속하는 제1 전극 및 제2 전극;을 포함하는 광센서를 제공한다.
본 발명의 다른 특징에 의하면, 상기 산화물은 갈륨(Ga), 인(In), 아연(Zn) 및 주석(Sn) 군에서 선택된 하나 이상의 원소, 및 산소(O)를 포함할 수 있다.
본 발명의 또 다른 특징에 의하면, 상기 유기물은 구리(Cu), 철(Fe), 니켈(Ni), 코발트(Co), 망간(Mn), 알루미늄(Al), 팔라듐(Pd), 주석(Sn), 인듐(In), 납(Pb), 티타늄(Ti), 루비듐(Rb), 바나듐(V), 갈륨(Ga), 테르븀(Tb), 세륨(Ce), 란탄(La) 및 아연(Zn)으로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상의 금속을 포함하는 프탈로시아닌(phthalocyanines) 화합물일 수 있다.
본 발명의 또 다른 특징에 의하면, 상기 유기물은 구리(Cu), 철(Fe), 니켈(Ni), 코발트(Co), 망간(Mn), 알루미늄(Al), 팔라듐(Pd), 주석(Sn), 인듐(In), 납(Pb), 티타늄(Ti), 루비듐(Rb), 바나듐(V), 갈륨(Ga), 테르븀(Tb), 세륨(Ce), 란탄(La) 및 아연(Zn)으로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상의 금속을 포함하는 프탈로시아닌(phthalocyanines) 화합물, 및 C60을 각각 포함하는 두 개의 층(bi-layer)으로 구성될 수 있다.
본 발명의 또 다른 특징에 의하면, 상기 유기물은 구리(Cu), 철(Fe), 니켈(Ni), 코발트(Co), 망간(Mn), 알루미늄(Al), 팔라듐(Pd), 주석(Sn), 인듐(In), 납(Pb), 티타늄(Ti), 루비듐(Rb), 바나듐(V), 갈륨(Ga), 테르븀(Tb), 세륨(Ce), 란탄(La) 및 아연(Zn)으로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상의 금속을 포함하는 프탈로시아닌(phthalocyanines) 화합물, 및 C60이 혼합된 혼합층(mixing layer)으로 구성될 수 있다.
본 발명의 또 다른 특징에 의하면, 상기 제1 수광층 및 제2 수광층은 상기 기판에 수직방향으로 적층될 수 있다.
본 발명의 또 다른 특징에 의하면, 상기 제2 수광층은 상기 제1 수광층 상부에 적층될 수 있다.
본 발명의 또 다른 특징에 의하면, 상기 제1 수광층은 상기 제2 수광층 상부에 적층될 수 있다.
본 발명의 또 다른 특징에 의하면, 상기 제1 전극 또는 제2 전극 중, 적어도 하나 이상의 전극은 투명 전극일 수 있다.
또한 본 발명은, 기판 상에 형성된 광센서와, 상기 광센서로부터 센서 신호를 처리하는 적어도 하나의 센서 신호 처리 TTF를 포함하는 광센서 장치에 있어서, 상기 광센서는, 기판 상에 구비되며 산화물을 포함하는 제1 수광층; 상기 제1 수광층에 접합되며 유기물을 포함하는 제2 수광층; 및 상기 제1 수광층 및 제2수광층에 각각 접속하는 제1 전극 및 제2 전극;을 포함하고, 상기 센서 신호 처리 TFT의 활성층은, 상기 광센서의 제1 수광층과 동일 산화물로 형성되는 것을 특징으로 하는 광센서 장치를 제공한다.
본 발명의 또 다른 특징에 의하면, 상기 광센서의 제1 수광층 및 센서 신호 처리 TFT의 활성층은 갈륨(Ga), 인(In), 아연(Zn) 및 주석(Sn) 군에서 선택된 하나 이상의 원소, 및 산소(O)를 포함할 수 있다.
본 발명의 또 다른 특징에 의하면, 상기 광센서의 제2 수광층을 형성하는 유기물은, 구리(Cu), 철(Fe), 니켈(Ni), 코발트(Co), 망간(Mn), 알루미늄(Al), 팔라듐(Pd), 주석(Sn), 인듐(In), 납(Pb), 티타늄(Ti), 루비듐(Rb), 바나듐(V), 갈륨(Ga), 테르븀(Tb), 세륨(Ce), 란탄(La) 및 아연(Zn)으로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상의 금속을 포함하는 프탈로시아닌(phthalocyanines) 화합물일 수 있다.
본 발명의 또 다른 특징에 의하면, 상기 광센서의 제2 수광층을 형성하는 유기물은, 구리(Cu), 철(Fe), 니켈(Ni), 코발트(Co), 망간(Mn), 알루미늄(Al), 팔라듐(Pd), 주석(Sn), 인듐(In), 납(Pb), 티타늄(Ti), 루비듐(Rb), 바나듐(V), 갈륨(Ga), 테르븀(Tb), 세륨(Ce), 란탄(La) 및 아연(Zn)으로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상의 금속을 포함하는 프탈로시아닌(phthalocyanines) 화합물, 및 C60을 각각 포함하는 두 개의 층(bi-layer)으로 구성될 수 있다.
본 발명의 또 다른 특징에 의하면, 상기 광센서의 제2 수광층을 형성하는 유 기물은, 구리(Cu), 철(Fe), 니켈(Ni), 코발트(Co), 망간(Mn), 알루미늄(Al), 팔라듐(Pd), 주석(Sn), 인듐(In), 납(Pb), 티타늄(Ti), 루비듐(Rb), 바나듐(V), 갈륨(Ga), 테르븀(Tb), 세륨(Ce), 란탄(La) 및 아연(Zn)으로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상의 금속을 포함하는 프탈로시아닌(phthalocyanines) 화합물, 및 C60이 혼합된 혼합층(mixing layer)으로 구성될 수 있다.
본 발명의 또 다른 특징에 의하면, 상기 센서 신호 처리 TFT는, 기판 상에 게이트 전극, 게이트 절연막, 활성층, 소스 및 드레인 전극의 순으로 적층되고, 상기 광 센서는 상기 기판 상에 제1 전극, 제1 수광층, 제2 수광층 및 제2 전극의 순으로 적층되며, 상기 제1 전극은 상기 게이트 전극과 동시에 동일 물질로 형성되고, 상기 제1 수광층은 상기 활성층과 동시에 형성되며, 상기 제2 전극은 상기 소스 및 드레인 전극과 동시에 동일 물질로 형성될 수 있다.
본 발명의 또 다른 특징에 의하면, 상기 센서 신호 처리 TFT는, 기판 상에 게이트 전극, 게이트 절연막, 활성층, 소스 및 드레인 전극의 순으로 적층되고, 상기 광센서는 상기 기판 상에 제1 전극, 제2 수광층, 제1 수광층 및 제2 전극의 순으로 적층되며, 상기 제1 전극은 상기 게이트 전극과 동시에 동일 물질로 형성되고, 상기 제2 수광층은 상기 활성층과 동시에 형성되며, 상기 제2 전극은 상기 소스 및 드레인 전극과 동시에 동일 물질로 형성될 수 있다.
본 발명의 또 다른 특징에 의하면, 상기 센서 신호 처리 TFT는, 기판 상에 소스 및 드레인 전극, 활성층, 게이트 절연막, 및 게이트 전극의 순으로 적층되고, 상기 광센서는 기판 상에 제1 전극, 제1 수광층, 제2 수광층 및 제2 전극의 순으로 적층되며, 상기 제1 전극은 상기 소스 및 드레인 전극과 동시에 동일 물질로 형성되고, 상기 제1 수광층은 상기 활성층과 동시에 형성되며, 상기 제2 전극은 상기 게이트 전극과 동시에 동일 물질로 형성될 수 있다.
본 발명의 또 다른 특징에 의하면, 상기 센서 신호 처리 TFT는, 기판 상에 소스 및 드레인 전극, 활성층, 게이트 절연막, 및 게이트 전극의 순으로 적층되고, 상기 광센서는 기판 상에 제1 전극, 제2 수광층, 제1 수광층 및 제2 전극의 순으로 적층되며, 상기 제1 전극은 상기 소스 및 드레인 전극과 동시에 동일 물질로 형성되고, 상기 제2 수광층은 상기 활성층과 동시에 형성되며, 상기 제2 전극은 상기 게이트 전극과 동시에 동일 물질로 형성될 수 있다.
또한, 본 발명은 광 신호를 감지하고 처리하는 센서부; 및 상기 센서부의 신호 처리에 따라 화상 구현에 영향을 받는 화소부;를 구비한 디스플레이 장치에 있어서, 상기 센서부는, 기판 상에 구비되며 산화물을 포함하는 제1 수광층, 상기 제1 수광층에 접합되며 유기물을 포함하는 제2 수광층, 및 상기 제1 수광층 및 제2수광층에 각각 접속하는 제1 전극 및 제2 전극을 포함하는 광센서; 상기 광센서로부터 센서 신호를 처리하며, 상기 광센서의 제1 수광층과 동일 물질로 형성된 활성층을 구비한 센서 신호 처리 TFT; 상기 센서 신호 처리에 따라 화소를 구동하며, 상기 광센서의 제1 수광층과 동일 물질로 형성된 활성층을 구비한 화소부 TFT; 및 상기 화소부 TFT에 전기적으로 접속하며, 화상을 구현하는 복수 개의 화소부;를 포함하는 디스플레이 장치를 제공한다.
본 발명의 또 다른 특징에 의하면, 상기 화소부는 제1 전극과 제2 전극 사이 에 적어도 유기 발광층을 구비한 유기 발광 소자일 수 있다.
본 발명에 따른 광센서는 사용자가 원하는 다양한 대역의 파장 대역을 이용한 광 검출을 할 수 있다.
본 발명에 따른 광센서 장치는 다양한 대역의 파장을 검출할 수 있고, 제조 공정을 단순화시키며 이로 인한 제조 원가를 절감할 수 있다.
본 발명에 따른 디스플레이 장치는 다양한 대역의 파장을 검출할 수 있는 광센서를 이용한 터치 패널 기능을 제공할 수 있으며, 디스플레이 장치의 제조 공정을 단순화시키며 이로 인한 제조 원가를 절감할 수 있다.
이하, 첨부된 도면들에 도시된 본 발명에 관한 실시예들을 참조하여 본 발명을 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 광센서의 개략적인 모습을 도시한 단면도이다.
상기 도면을 참조하면, 본 발명에 따른 광센서(10A)는 기판(1) 상에 제1 전극(11), 제1 수광층(13), 제2 수광층(15), 및 제2 전극(17)이 순차로 적층되어 있다.
기판(1)은 SiO2를 주성분으로 하는 투명한 유리 재질의 절연 기판, 플라스틱 기판, 석영 기판 등도 사용될 수 있다. 한편, 상기 도면에는 도시되지 않았지만, 기판(1)의 상면에는 기판(1)의 평활성과 불순 원소의 침투를 차단하기 위하여 SiO2 및/또는 SiNx 형성된 버퍼층(미도시)을 형성할 수 있다.
기판(1) 상에는 도전성 물질로 형성된 제1 전극(11)이 형성된다. 제1 전극(11)이 본 실시예와 같은 PN 접합(junction) 광 다이오드의 N 타입 산화물인 제1 수광층(13)에 접속되는 경우에는 음극으로 작용할 수 있다. 이때, 제1 전극으로는 일함수가 낮은 Ag, Mg, Al, Pt, Pd, Au, Ni, Nd, Ir, Cr, Li, 및 Ca 에서 선택된 하나 이상의 물질로 형성될 수 있다. 한편, 상기 제1 전극(11)의 성분 또는 두께를 변화하여 투명 전극으로 형성할 수도 있다.
제1 전극(11) 상에는 산화물을 포함하는 제1 수광층(13)이 형성된다. 상기 제1 수광층(13)은 갈륨(Ga), 인(In), 아연(Zn) 및 주석(Sn) 군에서 선택된 하나 이상의 원소, 및 산소(O)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 제1 수광층(13)은 ZnO, ZnGaO, ZnInO, GaInO, GaSnO, ZnSnO, InSnO, 또는 ZnGaInO 등의 물질을 포함할 수 있다. 상기 제1 수광층(13)은 본 실시예와 같은 PN 접합 광 다이오드의 N 타입으로 기능 한다.
제1 수광층(13) 상에는 유기물을 포함하는 제2 수광층(15)이 형성된다. 제2 수광층(15)은 구리(Cu), 철(Fe), 니켈(Ni), 코발트(Co), 망간(Mn), 알루미늄(Al), 팔라듐(Pd), 주석(Sn), 인듐(In), 납(Pb), 티타늄(Ti), 루비듐(Rb), 바나듐(V), 갈륨(Ga), 테르븀(Tb), 세륨(Ce), 란탄(La) 및 아연(Zn)으로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상의 금속을 포함하는 프탈로시아닌(phthalocyanines) 화합물로 구성된다. 이러한 제2 수광층(15)은 본 실시예와 같은 PN 졍선(junction) 광 다이오드의 P 타 입으로 기능 한다.
한편, 상기 제2 수광층(15)을 형성하는 유기물은, 구리(Cu), 철(Fe), 니켈(Ni), 코발트(Co), 망간(Mn), 알루미늄(Al), 팔라듐(Pd), 주석(Sn), 인듐(In), 납(Pb), 티타늄(Ti), 루비듐(Rb), 바나듐(V), 갈륨(Ga), 테르븀(Tb), 세륨(Ce), 란탄(La) 및 아연(Zn)으로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상의 금속을 포함하는 프탈로시아닌(phthalocyanines) 화합물, 및 C60을 각각 포함하는 두 개의 층(bi-layer)으로 구성되거나, 상기 프탈로시아닌 화합물 및 C60이 혼합된 하나의 혼합층(mixing layer)로 구성될 수도 있다. 이와 같은 혼합층(mixing layer)은 bulk-hetero PN-junction으로 전자-홀 쌍 분리를 용이한 것으로, 소자 구현 시 전극/P-type(유기물)/PN-mixing(유기물 혼합층)/N-type(산화물)/전극으로 구성되며, 전극/P-type(유기물)/N-type(산화물)/전극보다 센싱 특성이 더 우수하다.
제2 수광층(15) 상에는 도전성 물질로 형성된 제2 전극(17)이 형성된다. 제2 전극(17)은, 본 실시예와 같은 PN 접합 광 다이오드의 P 타입 유기물인 제2 수광층(17)에 접속되는 경우에는 양극으로 작용할 수 있다. 이때, 제2 전극(17)으로는 일함수가 높은 ITO, IZO, ZnO, 및 In2O3 에서 선택된 하나 이상의 물질로 형성될 수 있으며, 투명 전극으로 형성될 수 있다.
이상과 같이, N 타입의 산화물과 P 타입의 유기물에 각각 접속된 제1 및 제2 전극(11, 17)으로 구성된 본 실시예와 같은 PN 접합 광 다이오드는, 프탈로시아닌 화합물에 포함되는 금속 성분의 선택을 제어함에 따라, 광센서의 광 검출 대역을 결정할 수 있다. 예를 들어, 구리(Cu)를 포함하는 프탈로시아닌 화합물의 경우, 대 략 600 ~ 800 nm 대역의 가시 광선 파장 흡수하고, 주석(Sn)를 포함하는 프탈로시아닌 화합물의 경우, 대략 800 ~ 1000 nm 대역의 근 적외선 파장을 흡수한다. 따라서, 상기의 프탈로시아닌 화합물에 포함되는 금속의 선택을 제어함에 따라, 사용자가 원하는 대역의 파장을 검출할 수 있는 광센서를 구현할 수 있다.
도 2는 본 발명의 제1 실시예의 변형예에 따른 광센서의 개략적인 모습을 도시한 단면도이다.
상기 변형예에 따른 광 센서(10B)는, 기판(1) 상에 제1 전극(11), 제2 수광층(15), 제1 수광층(13), 및 제2 전극(17)이 순차로 적층되어 있다.
전술한 실시예와 비교할 때, 본 변형예에 따른 광센서(10B)는, 제1 수광층(13)과 제2 수광층(15)의 순서가 바뀌어 배치되었기 때문에, 제1 전극(11)은 P 타입 유기물을 포함하는 제2 수광층(15)에 접속되고, 제2 전극(17)은 N 타입 산화물을 포함하는 제1 수광층(13)에 접속된다. 따라서, 제1 전극(11)은 일함수가 높은 도전성 물질로서 양극으로 구성되고, 제2 전극(17)은 일함수가 낮은 물질로서 음극으로 구성됨이 바람직하다.
한편, 상기 도면들에는 제1 수광층(13) 및 제2 수광층(15)이 기판(1) 상에 수직으로 배열된 PN 접합 다이오드 타입의 광센서가 도시되어 있으나, 본 발명은 이에 한정되지 않는다. 즉, 필요에 따라 상기 제1 수광층(13) 및 제2 수광층(15)은 기판(1) 상에 수평으로 배열될 수 있는 등 다양한 변형이 가능하다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 제1 실시예에 따른 광센서들(10A, 10B)은 유기물 및 무기물로 이루어진 PN 접합 광 다이오드를 구성하는 유기물에 포함되는 금속 성분의 선택을 제어함으로써, 사용자가 원하는 다양한 대역의 파장 대역을 이용한 광 검출을 할 수 있다.
이하, 도 3을 참조하여 본 발명의 제2 실시예에 따른 광센서를 포함하는 광센서 장치에 대하여 상세히 설명한다.
도 3은 본 발명의 제2 실시예에 따른 광센서 장치의 개략적인 모습을 도시한 단면도이다.
상기 도면을 참조하면, 본 발명에 따른 광센서 장치(110)는 기판(1) 상에 형성된 적어도 하나 이상의 광센서(10A)와, 상기 광센서(10A)로부터의 신호를 처리하는 적어도 하나 이상의 센서 신호 처리 TFT(thin film transistor)(20A)를 포함한다.
본 실시예에 따른 광센서 장치(110)는 전술한 제1 실시예에 따른 광센서(10A)를 포함한다. 즉, 기판(1) 상에 광 센서(10A)의 제1 전극(11), 제1 수광층(13), 제2 수광층(15), 및 제2 전극(17)이 순차로 적층된다.
센서 신호 처리 TFT(20A)는 기판(1) 상에 게이트 전극(21), 게이트 절연막(22), 활성층(23), 소스 및 드레인 전극(24)의 순으로 적층된다.
상기와 같은 광센서 장치(110)의 제조 과정을 간략히 설명하면 다음과 같다.
먼저, SiO2를 주성분으로 하는 투명한 유리 재질, 플라스틱 재질, 또는 석영 등을 포함하는 기판(1)을 준비한다. 한편, 상기 도면에는 도시되지 않았지만, 기판(1)의 상면에는 기판(1)의 평활성과 불순 원소의 침투를 차단하기 위하여 SiO2 및/또는 SiNx 형성된 버퍼층(미도시)을 형성할 수 있다.
기판(1) 상에 도전성 재료(미도시)를 증착한다. 이때, 광센서(10A)의 제1 전극(11)이 본 실시예와 같은 PN 접합 광 다이오드의 N 타입 산화물인 제1 수광층(13)에 접속되는 경우에는, 상기 도전성 재료로는 일함수가 낮은 Ag, Mg, Al, Pt, Pd, Au, Ni, Nd, Ir, Cr, Li, 및 Ca 에서 선택된 하나 이상의 물질로 증착할 수 있다. 증착된 도전성 재료를 각각 광센서(10A)의 제1 전극(11) 및 센서 신호 처리 TFT(20A)의 게이트 전극(21)으로 각각 동시에 패터닝한다.
다음으로, 게이트 절연막(22)을 증착한다. 본 실시예와 같은 역 스태거형(inverse staggered type)의 바텀 게이트(bottom gate) TFT의 경우, 게이트 전극(21)과 후술할 센서 신호 처리 TFT(20A)의 활성층(23) 사이에 절연층을 증착하되, 광센서(10A) 영역의 절연막은 제거한다.
다음으로, 갈륨(Ga), 인(In), 아연(Zn) 및 주석(Sn) 군에서 선택된 하나 이상의 원소, 및 산소(O)를 포함하는 산화물을 증착하고, 광센서(10A)의 제1 수광층(13) 및 센서 신호 처리 TFT(20A)의 활성층(23)으로 각각 동시에 패터닝한다.
TFT는 광센서 장치를 비롯한 다양한 장치에 있어서 신호 처리 소자로서 널리 사용되고 있다. 이러한 TFT의 활성층으로 비정질 실리콘(amorphous sillicon)과 결정형 실리콘(crystalline sillicon) 등이 현재 가장 많이 사용되고 있으나, 소자 형성시 고온 프로세서가 요구되는 문제가 있다. 그러나, 본 실시예와 같이 산화물 박막을 채널층으로 이용한 TFT의 경우에는 고온 프로세서를 통하지 않더라도 상온에서 바로 스퍼터로 박막을 증착할 수 있어서 제조 공정을 단순화시킬 수 있으며, TFT 소자에 필요한 전압 균일도 및 전자 이동도 등의 특성도 양호하게 도출된다.
또한, 상기 산화물은 광센서(10A)의 제1 수광층(13)으로 패터닝 되어 PN 접합 광 다이오드의 N 타입으로 기능 한다.
한편, 상기 광센서(10A)의 제1 수광층(13)과 센서 신호 처리 TFT(20A)의 활성층(23)은 동시에 동일 물질로 형성되기 때문에 제조 공정을 단순화시킬 수 있다.
다음으로, 소정 금속을 포함하는 프탈로시아닌(phthalocyanines) 화합물로 구성된 유기물층을 형성한다. 한편, 상기 프탈로시아닌 화합물과 함께 C60을 별도로 층으로 증착하거나, 이들을 혼합한 하나의 유기물층을 형성할 수도 있다. 이때, 상기 금속은 구리(Cu), 철(Fe), 니켈(Ni), 코발트(Co), 망간(Mn), 알루미늄(Al), 팔라듐(Pd), 주석(Sn), 인듐(In), 납(Pb), 티타늄(Ti), 루비듐(Rb), 바나듐(V), 갈륨(Ga), 테르븀(Tb), 세륨(Ce), 란탄(La) 및 아연(Zn)으로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상의 금속일 수 있다. 이러한 유기물층은, 진공 증착, 스핀 코팅법, 잉크 젯트법, 스크린 프린팅 등 다양한 방법을 사용할 수 있으며, 형성된 유기물층은 광센서(10A)의 제2 수광층(15) 부분을 제외하고 제거된다.
다음으로, 도전성 재료(미도시)를 증착한다. 이때, 광센서(10A)의 제2 전극(17)이 본 실시예와 같은 PN 접합 광 다이오드의 P 타입 유기물인 제2 수광층(15)에 접속되는 경우에는, 상기 도전성 재료로는 일함수가 높은 ITO, IZO, ZnO, 및 In2O3 에서 선택된 하나 이상의 물질로 증착할 수 있다. 증착된 도전성 재료를 각각 광센서(10A)의 제2 전극(17) 및 센서 신호 처리 TFT(20A)의 소스 및 드레인 전극(24)으로 각각 동시에 패터닝한다.
다음으로, 상기 광센서(10A) 및 센서 신호 처리 TFT(20A)를 충분히 덮도록 절연 보호막(2)을 형성한다.
상술한 광센서 장치에 의하면, 프탈로시아닌 화합물에 포함되는 금속 성분의 선택을 제어함에 따라 광센서의 광 검출 대역을 결정할 수 있을 뿐만 아니라, 광 센서의 신호를 처리하는 TFT 및 광센서를 제조하는 공정의 상당 부분에서, 동일 물질을 사용하고 동시에 패터닝하기 때문에 제조 공정을 단순화시키고 이로 인한 원가 절감을 할 수 있다.
도 4는 본 발명의 제2 실시예의 제1 변형예에 따른 광센서 장치의 개략적인 모습을 도시한 단면도이다.
상기 제1 변형예에 따른 광센서 장치(120)는, 기판(1) 상에 형성된 적어도 하나 이상의 광센서(10B)와, 상기 광센서(10B)로부터의 신호를 처리하는 적어도 하나 이상의 센서 신호 처리 TFT(20A)를 포함한다.
전술한 제2 실시예의 광센서 장치(110)와 비교할 때, 본 변형예에 따른 광센서(10B)는, 제1 수광층(13)과 제2 수광층(15)의 순서가 바뀌어 배치되었기 때문에, 광 센서(10B)의 제1 전극(11)은 P 타입 유기물을 포함하는 제2 수광층(15)에 접속되고, 제2 전극(17)은 N 타입 산화물을 포함하는 제1 수광층(13)에 접속된다. 따라서, 제1 전극(11)은 일함수가 높은 도전성 물질로서 양극으로 구성되고, 제2 전극(17)은 일함수가 낮은 물질로서 음극으로 구성된다.
한편, 그 제조 과정의 차이를 보면, 먼저 광센서(10B)의 제1전극(11)은 센서 신호 처리 TFT(20A)의 게이트 전극(21)과 동일 물질로 동시에 패터닝된다. 그 위에 절연층이 증착되어 게이트 절연막(22)으로 패터닝되고, 광센서(10B) 영역의 절연층은 제거된다. 다음으로, 유기물층이 형성된 다음, 광센서(10B)의 제1 수광층(15)으로 패터닝된다. 다음으로 산화물이 증착된 다음 광센서(10B)의 제2 수광층(13) 및 센서 신호 처리 TFT(20A)의 활성층(23)으로 동시에 패터닝된다. 다음으로, 센서 신호 처리 TFT(20A)의 소스 및 드레인 전극(24)과 광센서(10B)의 제2 전극(17)이 동시에 패터닝된 다음, 그 위로 절연보호막이 형성된다.
도 5는 본 발명의 제2 실시예의 제2 변형예에 따른 광센서 장치의 개략적인 모습을 도시한 단면도이다.
상기 제2 변형예에 따른 광센서 장치(130)는, 기판(1) 상에 형성된 적어도 하나 이상의 광센서(10A)와, 상기 광센서(10A)로부터의 신호를 처리하는 적어도 하나 이상의 센서 신호 처리 TFT(20B)를 포함한다.
전술한 제2 실시예와 비교할 때, 본 변형예에 따른 센서 신호 처리 TFT(20B)는 스태거형(staggered type)의 탑 게이트(top gate) TFT로 구성된다. 따라서, 센서 신호 처리 TFT(20B)의 소스 및 드레인 전극(24)은 광센서(10A)의 제1 전극(11)과 동일 물질로 동시에 패터닝된다. 다음으로 센서 신호 처리 TFT(20B)의 활성층(23)과, 광센서(10A)의 제1 수광층(13)이 동시에 패터닝된다. 게이트 절연막(22)은 광센서(10A) 영역을 제외하고 증착된다. 다음으로 센서 신호 처리 TFT(20B)의 게이트 전극(21)과 광센서(10A)의 제2 전극(17)이 동일 물질로 동시에 패터닝되고, 그 위로 절연보호막(2)이 형성된다.
도 6은 본 발명의 제2 실시예의 제3 변형예에 따른 광센서 장치의 개략적인 모습을 도시한 단면도이다.
상기 제3 변형예에 따른 광센서 장치(140)는, 기판(1) 상에 형성된 적어도 하나 이상의 광센서(10B)와, 상기 광센서(10B)로부터의 신호를 처리하는 적어도 하나 이상의 센서 신호 처리 TFT(20B)를 포함한다.
전술한 제2 실시예와 비교할 때, 본 변형예에 따른 광센서(10B)는, 제1 수광층(13)과 제2 수광층(15)의 순서가 바뀌어 배치되었고, 센서 신호 처리 TFT(20B)는 스태거형(staggered type)의 탑 게이트(top gate) TFT로 구성된다. 따라서, 광 센서(10B)의 제1 전극(11)은 P 타입 유기물을 포함하는 제2 수광층(15)에 접속되고, 제2 전극(17)은 N 타입 산화물을 포함하는 제1 수광층(13)에 접속된다. 따라서, 제1 전극(11)은 일함수가 높은 도전성 물질로서 양극으로 구성되고, 제2 전극(17)은 일함수가 낮은 물질로서 음극으로 구성된다.
한편, 그 제조 과정의 차이를 보면, 먼저 광센서(10B)의 제1 전극(11)은 센서 신호 처리 TFT(20B)의 소스 및 드레인 전극(24)과 동일 물질로 동시에 패터닝된다. 그 위에 유기물층이 형성된 다음, 광센서(10B)의 제1 수광층(15)으로 패터닝된다. 다음으로 산화물이 증착되어 광센서(10B)의 제2 수광층(13) 및 센서 신호 처리 TFT(20B)의 활성층(23)으로 동시에 패터닝된다. 다음으로 절연층이 증착되어 게이트 절연막(22)으로 패터닝되고, 광센서(10B) 영역의 절연층은 제거된다. 그 위에, 센서 신호 처리 TFT(20A)의 소스 및 드레인 전극(24)과 광센서(10B)의 제2 전극(17)이 동시에 패터닝된 다음, 절연보호막(2)이 형성된다.
상술한 본 실시예에 따른 광센서 장치들(110, 120, 130, 140)은, PN 접합 광 다이오드를 구성하는 프탈로시아닌 화합물에 포함되는 금속 성분의 선택을 제어함으로써 사용자가 원하는 다양한 대역의 파장 대역을 이용한 광 검출을 할 수 있다. 그리고, TFT의 채널층을 산화물로 구성함으로써 저온 공정을 적용할 수 있으며 소자 특성을 향상시킬 수 있다. 또한, TFT의 채널층과 광센서의 수광층을 동일 산화물로 형성함으로써 제조 공정을 단순화시키고 이로 인한 제조 원가를 절감할 수 있다.
이하, 도 7을 참조하여 본 발명의 제3 실시예에 따른 디스플레이 장치에 대하여 상세히 설명한다.
도 7은 본 발명의 제3 실시예에 따른 디스플레이 장치의 개략적인 모습을 도시한 단면도이다.
상기 도면을 참조하면, 본 발명에 따른 디스플레이 장치(210)는 광 신호를 감지하고 처리하는 센서부(S)와, 상기 센서부(S)의 신호 처리에 따라 화상 구현에 영향을 받는 화소부(P)를 포함한다.
센서부(S)는 전술한 제2 실시예에 따른 광센서 장치(110)에 포함된 광센서(10A) 및 센서 신호 처리 TFT(20A)와 동일한 구성을 갖는다.
화소부(P)는 적어도 하나의 화소부 TFT(30A)를 포함한다. 상기 도면에서는 편의상 화소 전극(36)에 직접 연결되는 하나의 화소 TFT(30A)를 도시하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니며, 이외에도 스위칭 소자, 커패시터 등 필요에 따라 다양한 소자들이 더 구비될 수 있다.
본 실시예에 따른 디스플레이 장치(210)는, 광센서(10A)의 제1 수광층(13), 신호 처리 TFT(20A)의 활성층(23) 및 화소부 TFT(30A)의 활성층(33)은 모두 동일 산화물로 형성된다. 이러한 산화물로 ZnO, ZnGaO, ZnInO, GaInO, GaSnO, ZnSnO, InSnO, 또는 ZnGaInO을 들 수 있다.
상기 산화물은 광센서(10A)의 수광층으로서, PN 접합 광 다이오드의 N 타입으로 기능 한다. 또한, 상기 산화물로 형성된 센서부(S) 및 화소부(P)의 TFT(20A, 30A)는 소자 제작시 저온공정이 가능하고, 양호한 특성의 소자를 제공한다. 특히, 산화물로 형성된 TFT는, 플라스틱 기판이나 플라스틱 필름 상에, 상온에서 바로 스퍼터로 박막을 증착할 수 있기 때문에, 최근 증가하는 유연하며 가벼운 디스플레이 장치에 대한 요구에 부응할 수 있다.
한편, 소정의 선택된 금속을 포함하는 프탈로시아닌 화합물로 구성된 유기물층으로 광센서(10A)의 제2 수광층(15)을 형성함으로써 원하는 검출 대역을 선택할 수 있으며, 센서부(S) 및 화소부(P)의 TFT들(20A, 30A)과 광센서(10A)의 제조 공정의 상당 부분에서 동일 재료를 사용하여 동시에 패터닝하기 때문에, 제조 공정을 단순화시키고 이로 인한 원가 절감을 할 수 있다.
한편, 상기 도면에는 화소 전극(36) 상부에 어떠한 표시 소자가 배치되는지 도시되어 있지 않지만, 상기 화소부(P)에는 다양한 표시 소자가 배치될 수 있다. 예를 들어, 상기 화소 전극(36)을 제1 전극으로 하고, 그 대향면에 제2 전극(미도시)을 구비하며, 상기 제1 전극과 제2 전극 사이에 유기 발광층(미도시)이 포함된 유기 발광 소자가 구비될 수 있다.
이러한 유기 발광 소자는 최근 요구되는 투명하고 유연한 디스플레이 장치를 구현하는 데 적합하며, 능동 구동형 유기 발광 소자의 경우, 전술한 산화물 TFT로 회로를 구성함으로써 저온 공정에서 플라스틱 기판 등에 소자를 형성할 수 있다.
그리고, 본 실시예와 같이 디스플레이 장치에 내장된 광센서는 터치 패널 기능을 제공할 수 있으며, 외장형에 비하여 디스플레이 장치의 두께 증가, 공정의 복잡화, 및 개구율의 감소 등과 같은 문제를 줄일 수 있다. 또한, 내장형 광센서의 일반적 구조인, 실리콘 기반한 P-I-N 접합형 다이오드에 비하여, PN 접합 다이오드를 구성하는 유기물에 포함된 금속 성분의 선택을 제어함으로써, 다양한 파장 대의 광을 유기물이 포함하는 성분에 따라 다양한 대역의 파장을 검출할 수 있다.
한편, 본 발명은 상기 도면에 도시된 광센서와 TFT를 구비한 디스플레이 장치에만 한정되는 것은 아니다. 즉, 본 발명의 디스플레이 장치에는 전술한 모든 타입의 광센서들 및 ,모든 타입의 TFT의 구조들을 조합하여 배치할 수 있음은 물론이다.
그리고, 상기 도면들에 도시된 구성요소들은 설명의 편의상 확대 또는 축소되어 표시될 수 있으므로, 도면에 도시된 구성요소들의 크기나 형상에 본 발명이 구속되는 것은 아니며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 광센서의 개략적인 모습을 도시한 단면도이다.
도 2는 본 발명의 제1 실시예의 변형예에 따른 광센서의 개략적인 모습을 도시한 단면도이다.
도 3은 본 발명의 제2 실시예에 따른 광센서 장치의 개략적인 모습을 도시한 단면도이다.
도 4는 본 발명의 제2 실시예의 제1 변형예에 따른 광센서 장치의 개략적인 모습을 도시한 단면도이다.
도 5는 본 발명의 제2 실시예의 제2 변형예에 따른 광센서 장치의 개략적인 모습을 도시한 단면도이다.
도 6은 본 발명의 제2 실시예의 제3 변형예에 따른 광센서 장치의 개략적인 모습을 도시한 단면도이다.
도 7은 본 발명의 제3 실시예에 따른 디스플레이 장치의 개략적인 모습을 도시한 단면도이다.
< 도면의 주요 부호에 대한 간략한 설명 >
1: 기판 2: 절연 보호막
10A, 10B: 광센서 11: 제1전극
13: 제1 수광층 15: 제2 수광층
17: 제2 전극 20A, 20B: 센서 신호 처리 TFT
21: 게이트 전극 22: 게이트 절연막
23: 활성층 24: 소스 및 드레인 전극
30A: 화소부 TFT
Claims (20)
- 기판;상기 기판 상에 구비되며, 산화물을 포함하는 제1 수광층;상기 제1 수광층에 접합되며, 유기물을 포함하는 제2 수광층; 및상기 제1 수광층 및 제2 수광층에 각각 접속하는 제1 전극 및 제2 전극;을 포함하는 광센서.
- 제1항에 있어서,상기 산화물은 갈륨(Ga), 인(In), 아연(Zn) 및 주석(Sn) 군에서 선택된 하나 이상의 원소, 및 산소(O)를 포함하는 것을 특징으로 하는 광센서.
- 제1항에 있어서,상기 유기물은 구리(Cu), 철(Fe), 니켈(Ni), 코발트(Co), 망간(Mn), 알루미늄(Al), 팔라듐(Pd), 주석(Sn), 인듐(In), 납(Pb), 티타늄(Ti), 루비듐(Rb), 바나듐(V), 갈륨(Ga), 테르븀(Tb), 세륨(Ce), 란탄(La) 및 아연(Zn)으로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상의 금속을 포함하는 프탈로시아닌(phthalocyanines) 화합물인 것을 특징으로 하는 광센서.
- 제1항에 있어서,상기 유기물은 구리(Cu), 철(Fe), 니켈(Ni), 코발트(Co), 망간(Mn), 알루미늄(Al), 팔라듐(Pd), 주석(Sn), 인듐(In), 납(Pb), 티타늄(Ti), 루비듐(Rb), 바나듐(V), 갈륨(Ga), 테르븀(Tb), 세륨(Ce), 란탄(La) 및 아연(Zn)으로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상의 금속을 포함하는 프탈로시아닌(phthalocyanines) 화합물, 및 C60을 각각 포함하는 두 개의 층(bi-layer)으로 구성되는 것을 특징으로 하는 광센서.
- 제1항에 있어서,상기 유기물은 구리(Cu), 철(Fe), 니켈(Ni), 코발트(Co), 망간(Mn), 알루미늄(Al), 팔라듐(Pd), 주석(Sn), 인듐(In), 납(Pb), 티타늄(Ti), 루비듐(Rb), 바나듐(V), 갈륨(Ga), 테르븀(Tb), 세륨(Ce), 란탄(La) 및 아연(Zn)으로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상의 금속을 포함하는 프탈로시아닌(phthalocyanines) 화합물, 및 C60이 혼합된 혼합층(mixing layer)으로 구성되는 것을 특징으로 하는 광센서.
- 제1항에 있어서,상기 제1 수광층 및 제2 수광층은 상기 기판에 수직방향으로 적층된 광센서.
- 제6항에 있어서,상기 제2 수광층은 상기 제1 수광층 상부에 적층된 광센서.
- 제6항에 있어서,상기 제1 수광층은 상기 제2 수광층 상부에 적층된 광센서.
- 제1항에 있어서,상기 제1 전극 또는 제2 전극 중, 적어도 하나 이상의 전극은 투명 전극인 광센서.
- 기판 상에 형성된 광센서와, 상기 광센서로부터 센서 신호를 처리하는 적어도 하나의 센서 신호 처리 TTF를 포함하는 광센서 장치에 있어서,상기 광센서는, 기판 상에 구비되며 산화물을 포함하는 제1 수광층; 상기 제1 수광층에 접합되며 유기물을 포함하는 제2 수광층; 및 상기 제1 수광층 및 제2수광층에 각각 접속하는 제1 전극 및 제2 전극;을 포함하고,상기 센서 신호 처리 TFT의 활성층은, 상기 광센서의 제1 수광층과 동일 산화물로 형성되는 것을 특징으로 하는 광센서 장치.
- 제10항에 있어서,상기 광센서의 제1 수광층 및 센서 신호 처리 TFT의 활성층은 갈륨(Ga), 인(In), 아연(Zn) 및 주석(Sn) 군에서 선택된 하나 이상의 원소, 및 산소(O)를 포함하는 것을 특징으로 하는 광센서 장치.
- 제10항에 있어서,상기 광센서의 제2 수광층을 형성하는 유기물은, 구리(Cu), 철(Fe), 니켈(Ni), 코발트(Co), 망간(Mn), 알루미늄(Al), 팔라듐(Pd), 주석(Sn), 인듐(In), 납(Pb), 티타늄(Ti), 루비듐(Rb), 바나듐(V), 갈륨(Ga), 테르븀(Tb), 세륨(Ce), 란탄(La) 및 아연(Zn)으로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상의 금속을 포함하는 프탈로시아닌(phthalocyanines) 화합물인 것을 특징으로 하는 광센서 장치.
- 제10항에 있어서,상기 광센서의 제2 수광층을 형성하는 유기물은, 구리(Cu), 철(Fe), 니켈(Ni), 코발트(Co), 망간(Mn), 알루미늄(Al), 팔라듐(Pd), 주석(Sn), 인듐(In), 납(Pb), 티타늄(Ti), 루비듐(Rb), 바나듐(V), 갈륨(Ga), 테르븀(Tb), 세륨(Ce), 란탄(La) 및 아연(Zn)으로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상의 금속을 포함하는 프탈로시아닌(phthalocyanines) 화합물, 및 C60을 각각 포함하는 두 개의 층(bi-layer)으로 구성되는 것을 특징으로 하는 광센서 장치.
- 제10항에 있어서,상기 광센서의 제2 수광층을 형성하는 유기물은, 구리(Cu), 철(Fe), 니켈(Ni), 코발트(Co), 망간(Mn), 알루미늄(Al), 팔라듐(Pd), 주석(Sn), 인듐(In), 납(Pb), 티타늄(Ti), 루비듐(Rb), 바나듐(V), 갈륨(Ga), 테르븀(Tb), 세륨(Ce), 란탄(La) 및 아연(Zn)으로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상의 금속을 포함하는 프 탈로시아닌(phthalocyanines) 화합물, 및 C60이 혼합된 혼합층(mixing layer)으로 구성되는 것을 특징으로 하는 광센서 장치.
- 제10항에 있어서,상기 센서 신호 처리 TFT는, 기판 상에 게이트 전극, 게이트 절연막, 활성층, 소스 및 드레인 전극의 순으로 적층되고, 상기 광 센서는 상기 기판 상에 제1 전극, 제1 수광층, 제2 수광층 및 제2 전극의 순으로 적층되며,상기 제1 전극은 상기 게이트 전극과 동시에 동일 물질로 형성되고, 상기 제1 수광층은 상기 활성층과 동시에 형성되며, 상기 제2 전극은 상기 소스 및 드레인 전극과 동시에 동일 물질로 형성되는 것을 특징으로 하는 광센서 장치.
- 제10항에 있어서,상기 센서 신호 처리 TFT는, 기판 상에 게이트 전극, 게이트 절연막, 활성층, 소스 및 드레인 전극의 순으로 적층되고, 상기 광센서는 상기 기판 상에 제1 전극, 제2 수광층, 제1 수광층 및 제2 전극의 순으로 적층되며,상기 제1 전극은 상기 게이트 전극과 동시에 동일 물질로 형성되고, 상기 제2 수광층은 상기 활성층과 동시에 형성되며, 상기 제2 전극은 상기 소스 및 드레인 전극과 동시에 동일 물질로 형성되는 것을 특징으로 하는 광센서 장치.
- 제10항에 있어서,상기 센서 신호 처리 TFT는, 기판 상에 소스 및 드레인 전극, 활성층, 게이트 절연막, 및 게이트 전극의 순으로 적층되고, 상기 광센서는 기판 상에 제1 전극, 제1 수광층, 제2 수광층 및 제2 전극의 순으로 적층되며,상기 제1 전극은 상기 소스 및 드레인 전극과 동시에 동일 물질로 형성되고, 상기 제1 수광층은 상기 활성층과 동시에 형성되며, 상기 제2 전극은 상기 게이트 전극과 동시에 동일 물질로 형성되는 것을 특징으로 하는 광센서 장치.
- 제10항에 있어서,상기 센서 신호 처리 TFT는, 기판 상에 소스 및 드레인 전극, 활성층, 게이트 절연막, 및 게이트 전극의 순으로 적층되고, 상기 광센서는 기판 상에 제1 전극, 제2 수광층, 제1 수광층 및 제2 전극의 순으로 적층되며,상기 제1 전극은 상기 소스 및 드레인 전극과 동시에 동일 물질로 형성되고, 상기 제2 수광층은 상기 활성층과 동시에 형성되며, 상기 제2 전극은 상기 게이트 전극과 동시에 동일 물질로 형성되는 것을 특징으로 하는 광센서 장치.
- 광 신호를 감지하고 처리하는 센서부; 및 상기 센서부의 신호 처리에 따라 화상 구현에 영향을 받는 화소부;를 구비한 디스플레이 장치에 있어서,상기 센서부는, 기판 상에 구비되며 산화물을 포함하는 제1 수광층, 상기 제1 수광층에 접합되며 유기물을 포함하는 제2 수광층, 및 상기 제1 수광층 및 제2수광층에 각각 접속하는 제1 전극 및 제2 전극을 포함하는 광센서;상기 광센서로부터 센서 신호를 처리하며, 상기 광센서의 제1 수광층과 동일 물질로 형성된 활성층을 구비한 센서 신호 처리 TFT;상기 센서 신호 처리에 따라 화소를 구동하며, 상기 광센서의 제1 수광층과 동일 물질로 형성된 활성층을 구비한 화소부 TFT; 및상기 화소부 TFT에 전기적으로 접속하며, 화상을 구현하는 복수 개의 화소부;를 포함하는 디스플레이 장치.
- 제19항에 있어서,상기 화소부는 제1 전극과 제2 전극 사이에 적어도 유기 발광층을 구비한 유기 발광 소자인 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치.
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