KR20110014478A - 가시광 차단 부재, 가시광 차단 부재를 포함하는 적외선 센서 및 적외선 센서를 포함하는 액정 표시 장치 - Google Patents
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Abstract
가시광 차단 부재, 가시광 차단 부재를 포함하는 적외선 센서 및 적외선 센서를 포함하는 액정 표시 장치에서, 가시광 차단 부재는 비정질 게르마늄 또는 비정질 게르마늄의 화합물을 포함하는 구조물이며 가시광 영역대의 파장에서는 상대적으로 낮은 투과율을 갖고 적외선 영역대의 파장에서는 상대적으로 높은 투과율을 갖는다. 따라서 가시광 차단 부재를 적외선 센서에 적용하여 적외선에 대한 감응도를 높일 수 있다.
액정 표시 장치, 적외선, 가시광, 투과도
Description
본 발명은 가시광 차단 부재, 가시광 차단 부재를 포함하는 적외선 센서 및 적외선 센서를 포함하는 액정 표시 장치에 관한 것이다. 구체적으로 본 발명은 가시광을 차단할 수 있는 새로운 물질을 포함하는 가시광 차단 부재와 이를 이용해 제조된 적외선 센서 및 액정 표시 장치에 관한 것이다.
현재 다양한 종류의 평판 표시 장치(Flat Panel Display)가 개발되어 사용되고 있다. 그 중에서도 액정 표시 장치(Liquid Crystal Display device)는 가장 다양한 용도로 널리 사용되고 있다.
근래에 터치 센싱 기능이나 이미지 센싱 기능을 추가로 갖는 액정 표시 장치가 활발히 연구되고 있다. 그러나 종래의 액정 표시 장치에서는 주로 물리적인 변화를 통해 터치 센싱이나 이미지 센싱 기능을 구현하여 높은 신뢰성을 얻을 수 없는 문제점이 있었다. 특히 가시광과 적외선을 동시에 사용하여 센싱 기능을 수행하 는 경우 가시광에 의해서 적외선 센싱 기능이 저하되는 문제점이 있었다.
이상, '배경 기술'에서 설명된 사항들은 본 발명의 배경에 대한 이해를 돕기 위한 것으로 이 부분에서 설명된 기술이 반드시 종래 기술인 것은 아니며 본 발명의 보호범위에 속하는 기술과 같이 종래에 알려지지 않은 기술일 수 있다.
본 발명의 일 실시예들은 가시광을 효과적으로 차단할 수 있는 가시광 차단 부재를 제공한다.
본 발명의 다른 실시예들은 상기 가시광 차단 부재를 포함하는 적외선 센서를 제공한다.
본 발명의 또 다른 실시예들은 상기 적외선 센서를 포함하는 액정 표시 장치를 제공한다.
본 발명의 일 실시예들에 따른 가시광 차단 부재는 비정질 게르마늄 또는 비정질 게르마늄의 화합물을 포함하는 구조물이며 가시광 영역대의 파장에서는 상대적으로 낮은 투과율을 갖고 적외선 영역대의 파장에서는 상대적으로 높은 투과율을 갖는다.
상기 구조물의 두께는 500Å 내지 4000Å일 수 있다. 상기 구조물은 비정질 게르마늄 박막 및 비정질 실리콘 게르마늄 박막 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 상기 구조물은 적어도 하나의 비정질 실리콘 박막을 더 포함할 수 있다.
상기 구조물은 적어도 하나의 마이크로 크리스탈린 실리콘 박막을 더 포함할 수 있다. 상기 구조물은 상기 가시광 영역 및 상기 적외선 영역에서의 투과율을 낮추는 보조 박막을 더 포함할 수 있다.
상기 보조 박막은 금속 또는 금속 산화물을 포함할 수 있다. 상기 보조 박막은 실리콘 산화물 또는 실리콘 질화물을 포함할 수 있다. 상기 비정질 실리콘 게르마늄 박막은 약 30중량% 내지 약 70중량%의 게르마늄을 포함할 수 있다. 상기 구조물은 상기 비정질 게르마늄 박막 및 상기 비정질 실리콘 게르마늄 박막을 포함하는 이중 박막 구조일 수 있다.
본 발명의 다른 실시예들에 따른 적외선 센서는 비정질 게르마늄 또는 비정질 게르마늄의 화합물을 포함하는 구조물이며 가시광 영역대의 파장에서는 상대적으로 낮은 투과율을 갖고 적외선 영역대의 파장에서는 상대적으로 높은 투과율을 갖는 가시광 차단 부재, 가시광 차단 부재의 아래에 위치하는 절연막, 절연막 아래에 가시광 차단 부재와 중첩되게 위치하는 활성층, 활성층 아래에 위치하는 저항성 접촉층, 저항성 접촉층 아래에 위치하는 소스 전극, 저항성 접촉층 아래에 상기 소스 전극과 떨어져 위치하는 드레인 전극, 활성층, 소스 전극 및 드레인 전극 아래에 위치하는 게이트 절연막, 및 게이트 절연막 아래에 활성층과 중첩되게 위치하는 게이트 전극을 포함한다.
상기 구조물은 비정질 게르마늄 박막 및 비정질 실리콘 게르마늄 박막 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 상기 비정질 실리콘 게르마늄 박막은 30중량% 내지 70중량%의 게르마늄을 포함할 수 있다. 상기 구조물은 비정질 게르마늄 박막 및 비정 질 실리콘 게르마늄 박막을 포함하는 이중 박막 구조일 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시예들에 따른 액정 표시 장치는 화소 트랜지스터를 포함하는 하부 표시판, 상기 하부 표시판 위에 위치하는 액정층, 및 상기 액정층 위에 위치하는 색필터, 상기 색필터 위에 위치하는 적어도 하나의 적외선 센서를 갖는 상부 표시판을 포함하고, 상기 적외선 센서는 비정질 게르마늄 또는 비정질 게르마늄의 화합물을 포함하는 구조물이며 가시광 영역대의 파장에서는 상대적으로 낮은 투과율을 갖고 적외선 영역대의 파장에서는 상대적으로 높은 투과율을 갖는 가시광 차단 부재를 포함한다.
상기 상부 표시판은 상기 색필터 위에 위치하는 적어도 하나의 가시광 센서를 더 포함할 수 있다. 상기 적외선 센서는, 상기 가시광 차단 부재, 상기 가시광 차단 부재 아래에 위치하는 절연층, 상기 절연층 아래에 상기 가시광 차단 부재와 중첩되게 위치하는 활성층, 상기 활성층 아래에 위치하는 저항성 접촉층, 상기 저항성 접촉층 아래에 위치하는 소스 전극, 상기 저항성 접촉층 아래에 상기 소스 전극과 떨어져 위치하는 드레인 전극, 상기 활성층, 상기 소스 전극 및 상기 드레인 전극 아래에 위치하는 게이트 절연막, 및 상기 게이트 절연막 아래에 상기 활성층과 중첩되게 위치하는 게이트 전극을 포함할 수 있다.
상기 구조물은 비정질 게르마늄 박막 및 비정질 실리콘 게르마늄 박막 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 상기 비정질 실리콘 게르마늄 박막은 30중량% 내지 70중량%의 게르마늄을 포함할 수 있다. 상기 구조물은 비정질 게르마늄 박막 및 비정질 실리콘 게르마늄 박막을 포함하는 이중 박막 구조일 수 있다.
본 발명의 실시예들에 따르면, 적외선을 감지하는 적외선 센서에는 외부로부터 제공되는 가시광을 차단할 수 있는 가시광 차단 부재가 형성된다. 이러한 가시광 차단 부재는 가시광 영역에서는 낮은 투과율을 갖고 적외선 영역에서는 높은 투과율을 갖는 물질로 구성되기 때문에 신호와 잡음의 크기비(SNR, Signal to Noise Ratio)를 향상시키며 감도를 적외선 영역에 최적화시킬 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 가시광 차단 부재는 약 200도 이상의 고온에서도 견딜 수 있다. 따라서, 상기 가시광 차단 부재를 형성한 이후에 실시되는 화학 기상 증착 공정에서도 손상되지 않을 수 있어, 공정의 수율을 향상시킬 수 있다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 실시예들을 설명한다. 여기서 i) 첨부된 도면들에 도시된 형상, 크기, 비율, 각도, 개수, 동작 등은 개략적인 것으로 다소 변경될 수 있다. ii) 도면은 관찰자의 시선으로 도시되기 때문에 도면을 설명하는 방향이나 위치는 관찰자의 위치에 따라 다양하게 변경될 수 있다. iii) 도면 번호가 다르더라도 동일한 부분에 대해서는 동일한 도면 부호가 사용될 수 있다. iv) '포함한다', '갖는다', '이루어진다' 등이 사용되는 경우 '~만'이 사용되지 않는 이상 다른 부분이 추가될 수 있다. v) 단수로 설명되는 경우 다수로도 해석될 수 있다. vi) 수치, 형상, 크기의 비교, 위치 관계 등이 '약', '실질적' 등으로 설명되지 않아도 통상의 오차 범위가 포함되도록 해석된다. vii) '~후', '~전', '이어서', '그리고', '여기서', '후속하여' 등의 용어가 사용되더라도 시간적 위치를 한정하는 의미로 사용되지는 않는다. viii) '제1', '제2' 등의 용어는 단순히 구분의 편의를 위해 선택적, 교환적 또는 반복적으로 사용되며 한정적 의미로 해석되지 않는다. ix) '~위에', '~위쪽에', '~아래에', '~아래쪽에', '~옆에', '~측부에' 등으로 두 부분의 위치 관계가 설명되는 경우 '바로'가 사용되지 않는 이상 두 부분 사이에 하나 이상의 다른 부분이 개재될 수도 있다. x) 부분들이 '~또는' 으로 연결되는 경우 부분들 단독뿐만 아니라 조합도 포함되게 해석되나 '~또는 ~중 하나'로 연결되는 경우 부분들 단독으로만 해석된다.
가시광 차단 부재
가시광 차단 부재는 파장이 약 300nm 내지 약 800nm인 가시광은 차단하고 파장이 약 800nm 내지 약 1100nm의 적외선 영역은 투과시키는 선택적 투과막이다.
본 발명의 실시예에 따른 가시광 차단 부재는 가시광대 영역은 차단하고 적외선 영역은 투과시키는 비정질 게르마늄(a-Ge) 또는 비정질 게르마늄의 화합물을 포함할 수 있다. 예를 들어, 비정질 게르마늄의 화합물은 비정질 실리콘 게르마늄(a-SiGe)일 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다.
구체적으로, 비정질 실리콘(a-Si)은 약 840nm 적외선 영역에서 약 90% 정도의 높은 투과도를 나타내며 약 640nm의 가시광 영역에서 약 45% 투과도를 나타내는 두 개의 투과도 피크(peak)를 갖는다. 이러한 비정질 실리콘(a-Si)을 비정질 게르마늄(a-Ge)과 함께 가시광 차단 부재에 포함함으로써, 목적하는 적외선 투과대 영역을 조절할 수 있다. 여기서, 비정질 실리콘(a-Si)을 비정질 게르마늄(a-Ge)과 함께 포함함으로써 적외선 투과대 영역을 조절한다는 의미는, 실리콘과 게르마늄을 적절한 양으로 조합하여 비정질 실리콘 게르마늄(a-SiGe)으로 한다는 것 및 비정질 실리콘(a-Si) 박막과 비정질 게르마늄(a-Ge) 박막을 적층한다는 것을 모두 포함한다.
본 발명의 실시예들에 따르면, 가시광 차단 부재는 비정질 게르마늄(a-Ge) 박막 및 비정질 실리콘 게르마늄(a-SiGe) 박막 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 상술한 바와 같이 비정질 게르마늄(a-Ge)은 가시광 영역에서의 투과율은 낮고 적외선 영역에서의 투과율은 높기 때문에 가시광 차단 부재에 포함된다.
본 발명의 다른 실시예들에 따르면, 가시광 차단 부재는 비정질 게르마늄(a-Ge) 박막 및 비정질 실리콘 게르마늄(a-SiGe) 박막 중 하나 이상을 포함하고, 적어도 하나의 비정질 실리콘(a-Si) 박막을 더 포함할 수 있다. 비정질 실리콘(a-Si) 박막은 상술한 바와 같이 두 개의 투과도 피크(peak)를 갖기 때문에 가시광 차단 부재가 비정질 실리콘 박막(a-Si)을 더 포함하는 경우 적외선 투과대 영역을 더욱 용이하게 조절할 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 가시광 차단 부재는 적어도 하나의 마이크로 크리스탈린 실리콘(mc-Si) 박막을 더 포함할 수 있다. 마이크로 크리스탈린 실리콘(mc-Si) 박막도 비정질 실리콘(a-Si)과 유사하게 가시광 차단 부재에 포함시 최적의 적외선 투과대 영역을 용이하게 조절할 수 있다는 이점이 있다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 가시광 차단 부재에는 가시광 영역에서의 투과도를 전체적으로 낮추는 보조 박막이 포함될 수 있다. 이 경우 가시광 영역 뿐만 아니라 적외선 영역의 투과도도 다소 낮아지나 가시광 영역에서의 투과도를 대략 30%이하까지 낮추어 적외선 영역의 감광도(photo-sensitivity)를 증가시킬 수 있다.
보조 박막으로 사용될 수 있는 물질의 일 예로 금속을 들 수 있다. 상기 금속은 몰리브덴(Mo), 알루미늄(Al), 티타늄(Ti), 구리(Cu), 크롬(Cr)을 들 수 있다. 이들은 단독 또는 혼합으로 사용될 수 있다.
다른 예로, 금속 산화물을 들 수 있다. 금속 산화물은 몰리브덴 산화물(MoOx), 알루미늄 산화물(AlOx), 티타늄 산화물(TiOx), 구리 산화물(CuOx), 크롬 산화물(CrOx)일 수 있다. 이들은 단독 또는 혼합으로 사용될 수 있다.
또 다른 예로, 실리콘 산화물(SiOx) 또는 실리콘 질화물(SiNx)을 들 수 있다. 이들은 단독 또는 혼합으로 사용될 수 있다.
가시광 차단 부재의 두께에 따라서도 광의 투과도가 결정될 수 있다. 가시광 차단 부재의 두께가 약 500Å 이하인 경우 전체적인 투과율이 높아지기에 가시광 영역에서도 투과율이 높아지는 문제가 있다. 반면에 가시광 차단 부재의 두께가 약 4000Å 이상인 경우 전체적인 투과율이 낮아져 적외선 영역에서도 투과율이 낮아지는 문제점이 있다. 따라서 가시광 차단 부재의 두께는 약 500Å 내지 약 4000Å일 수 있다.
가시광 차단 부재의 투과율 관련 실험
1000Å의 두께이고 비정질 실리콘 게르마늄 단일막인 제1 가시광 차단 부 재(I), 1000Å의 두께이고 비정질 게르마늄 단일막인 제2 가시광 차단 부재(II), 2000Å의 두께이고 비정질 게르마늄 단일막인 제3 가시광 차단 부재(III), 2000Å 두께이고 비정질 실리콘 단일막인 제4 가시광 차단 부재(IV), 1㎛의 두께이고 흑색 안료를 포함하는 유기 물질(BM, black matrix) 단일막인 제5 가시광 차단 부재(V), 2㎛의 두께이고 흑색 안료를 포함하는 유기 물질 단일막인 제6 가시광 차단 부재(VI), 1000Å의 두께인 비정질 게르마늄 박막 및 2000Å의 두께이고 비정질 실리콘 게르마늄 박막을 포함하는 제7 가시광 차단 부재(VII), 2000Å 두께인 비정질 게르마늄 박막 및 2000Å 두께이고 비정질 실리콘 게르마늄 박막을 포함하는 제8 가시광 차단 부재(VIII), 1000Å 두께인 비정질 게르마늄 박막 및 1000Å 두께이고 비정질 실리콘 게르마늄 박막을 포함하는 제9 가시광 차단 부재(IX)을 준비하였다.
그리고 각각의 가시광 차단 부재에 대해 투과도를 측정하여 도 1에 도시하였다. 도 1을 참조하면, 제4 가시광 차단 부재(IV)은 두 개의 피크를 보이는데 약 840nm의 적외선 근처에서 약 90% 정도의 높은 투과도 피크와 약 640nm의 가시광 영역에서 약 45% 투과도 피크를 갖는다.
제2 및 3 가시광 차단 부재(II, III)은 단일 피크를 가지며 가시광에서 낮은 투과도를 갖고 적외선 영역에서는 상대적으로 높은 투과도를 갖는다. 제1 가시광 차단 부재(I)도 단일 피크를 갖되 피크가 최대가 되는 파장이 약 920nm로서 제2 및 3 가시광 차단 부재(II, III)에 비해 왼쪽으로 이동됨을 알 수 있다.
제6 가시광 차단 부재(VI)은 가시광을 차단하면서 적외선 영역에서 약 5 내지 약 10% 투과하고 있다. 제5 가시광 차단 부재(V)은 적외선 파장대의 투과도가 약 20 내지 약 30%로 제6 가시광 차단 부재(VI)에 비해 상대적으로 높으나 가시광 영역에서도 수%의 투과도를 보여주고 있다. 그에 비해 제3 가시광 차단 부재(III)은 가시광을 잘 차단하면서 가시광을 제6 가시광 차단 부재(VI) 보다 잘 투과시킨다.
제7, 8 및 9 가시광 차단 부재(VII, VIII, IX)은 제2 및 3 가시광 차단 부재(II, III)에 비하여 약 700nm 내지 약 800nm의 가시광을 보다 잘 차단하는 효과를 볼 수 있다.
도 1에서 도시된 바와 같이, 비정질 게르마늄 또는 비정질 실리콘 게르마늄을 포함하는 제1, 2, 3, 7, 8 및 9 가시광 차단 부재(I, II, III, VII, VIII, IX)은 가시광 투과율이 낮은 반면 적외선 투과율은 높음을 알 수 있다. 또한, 비정질 게르마늄에 비정질 실리콘을 포함시킨 제1 가시광 차단 부재(I) 투과율 곡선에서 알 수 있듯이, 비정질 실리콘을 포함시킴으로써 투과율이 최대가 되는 영역을 용이하게 변경시킬 수 있음을 알 수 있다.
적외선 센서 구조물
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 적외선 센서 구조물을 설명하기 위한 단면도이다. 도 2를 참조하면, 상부 기판(210)의 아래에 적외선 센서(TRi)가 위치하고 적외선 센서(TRi)와 동일층에 적외선 센서(TRi)와 전기적으로 연결된 리드아웃 트랜지스터(TRreadout)가 위치한다.
적외선 센서(TRi)는 활성층(154b), 저항성 접촉층(164b), 소스 전극(173b), 드레인 전극(175b), 게이트 절연막(140b), 및 게이트 전극(124b)과 활성층(154b)의 위쪽에 활성층(154b)과 중첩되게 위치하는 가시광 차단 부재(111)를 포함할 수 있다.
활성층(154b)은 상부 기판(210) 아래에 위치하고 비정질 실리콘게르마늄을 포함할 수 있다. 저항성 접촉층(164b)은 활성층(154b)의 아래에 위치할 수 있다. 소스 전극(173b)은 저항성 접촉층(164b) 아래에 위치할 수 있다. 드레인 전극(175b)은 저항성 접촉층(164b) 아래에 소스 전극(173b)과 떨어져 위치할 수 있다. 게이트 절연막(140b)은 활성층(154b), 소스 전극(173b) 및 드레인 전극(175b) 아래에 위치할 수 있다. 게이트 전극(124b)은 게이트 절연막(140b) 아래에 활성층(154b)과 중첩되게 위치할 수 있다.
가시광 차단 부재(111)는 상부 기판(210)과 활성층(154b) 사이에 위치할 수 있다. 가시광 차단 부재(111)과 활성층(154b) 사이에는 실리콘 질화물과 같은 절연 물질을 포함하는 절연막(194)이 위치할 수 있다.
가시광 차단 부재(111)은 파장이 약 300nm 내지 약 800nm인 가시광은 차단하고 파장이 약 800nm 내지 약 1100nm의 적외선 영역은 투과시키는 선택적 투과막이다. 도 2에 도시된 가시광 차단 부재에 대해서는 이미 설명하였는바 구체적인 설명은 생략한다.
본 실시예에서는 가시광 차단 부재(111)이 약 1000Å 두께인 비정질 게르마 늄 박막(111a) 및 약 2000Å 두께인 비정질 실리콘 게르마늄 박막(111b)을 포함하는 것을 예로 들어서 설명한다.
여기서 비정질 실리콘 게르마늄 박막(111b)에 포함된 게르마늄의 중량%가 약 30중량% 미만인 경우 가시광 영역에서의 투과도가 증가하는 문제점이 있으며 약 70%를 초과하는 경우 적외선 영역에서 투과도가 높은 영역의 파장이 약 1100nm를 초과할 수 있다는 문제점이 있다. 따라서 비정질 실리콘 게르마늄 박막(111b)에 포함된 게르마늄의 중량%는 약 30중량% 내지 약 70중량%인 것이 바람직하다.
리드아웃 트랜지스터(TRreadout)는 반도체층(154r), 저항성 접촉층(164r), 소스 전극(173r), 드레인 전극(175r), 게이트 절연막(140r), 및 게이트 전극(124r)을 포함할 수 있다.
반도체층(154r)은 상부 기판(210) 아래에 위치할 수 있다. 저항성 접촉층(164r)은 반도체층(154r)의 아래에 위치할 수 있다. 소스 전극(173r)은 저항성 접촉층(164r) 아래에 위치할 수 있다. 드레인 전극(175r)은 저항성 접촉층(164r) 아래에 소스 전극(173r)과 떨어져 위치할 수 있다. 게이트 절연막(140r)은 반도체층(154r), 소스 전극(173r) 및 드레인 전극(175r) 아래에 위치할 수 있다. 게이트 전극(124r)은 게이트 절연막(140r) 아래에 반도체층(154r)과 중첩되게 위치할 수 있다.
광전류 관련 실험
도 2에서 도시된 바와 같은 적외선 센서를 제조하되 적외선 센서에 포함된 가시광 차단 부재를 약 1000Å 두께인 비정질 게르마늄 박막 및 약 2000Å 두께인 비정질 실리콘 게르마늄 박막을 포함하는 제1 가시광 차단 부재(I), 약 1㎛의 두께인 BM막인 제2 가시광 차단 부재(II), 약 2㎛의 두께인 BM막인 제3 가시광 차단 부재(III)으로 구분하여 제조하였다. 그리고 가시광이 없는 암흑(dark) 상태(IV)와 적외선 센서에서 가시광 차단 부재를 형성하지 않은 경우(V)도 구분하였다.
그리고 가시광 및 적외선을 제공하였을 경우 다섯 가지 경우에 대해서 적외선 센서에 포함된 게이트 전극과 소스 전극 사이의 전압(Vgs)에 대한 드레인 전극과 소스 전극 간의 전류(Ids)를 각각 측정하여 그 결과를 도 3 및 4에 도시하였다. 구체적으로 도 3은 가시광을 광원으로 하는 경우이고, 도 4는 적외선을 광원으로 하는 경우이다.
도 3을 참조하면, 제2 가시광 차단 부재(II)은 가시광 광 전류가 높은 편이고, 제1 가시광 차단 부재(I) 및 제3 가시광 차단 부재(III)은 암흑(IV) 상태와 겹칠 정도로 가시광 차단 효과가 우수하였다.
도 4를 참조하면, 제2 가시광 차단 부재(II), 제1 가시광 차단 부재(I) 및 제3 가시광 차단 부재(III) 순으로 적외선 광 전류가 높다. 그러나 제2 가시광 차단 부재(II)의 경우는 가시광 광 전류 대비 적외선 광 전류가 높지 않다.
도 5는 Vgs가 약 -7V일 때, 가시광 광 전류 대비 적외선 광 전류를 막대로 나타낸 그래프이다.
도 5를 참조하면, 제1 가시광 차단 부재(I)이 제2 가시광 차단 부재(II) 및 제3 가시광 차단 부재(III)에 비해 더 우수한 적외선 밴드 필터의 특성을 보임을 알 수 있다. 즉, 약 1000Å 두께인 비정질 게르마늄 박막 및 약 2000Å 두께인 비정질 실리콘 게르마늄 박막을 적층하여 가시광 차단 부재를 형성하는 경우, 상대적으로 적은 두께로도 BM 대비 우수한 가시광 차단 및 적외선 투과 특성을 얻을 수 있다.
또한, 비정질 게르마늄 박막 및 비정질 실리콘 게르마늄 박막은 BM보다 상대적으로 고온에서 화학적 기상 증착이 가능하기 때문에 BM에서 불가하였던 약 200도 이상의 후속 고온 공정도 용이하게 실시할 수 있다.
액정 표시 장치
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 액정 표시 장치를 설명하기 위한 사시도이다. 도 7는 도 6의 “A” 부분의 확대도이다. 도 8은 도 6의 “B” 부분의 확대도이다. 도 9는 도 6의 “C” 부분의 확대도이다.
도 6을 참조하면, 액정 표시 장치는 하부 표시판(100), 하부 표시판(100)의 위에 위치하는 액정층(3) 및 액정층(3) 위에 위치하는 상부 표시판(200)을 포함할 수 있다.
하부 표시판(100)은 하부 기판(110)과 하부 기판(110) 위에 위치하는 화소 트랜지스터(TRp)를 포함한다. 화소 트랜지스터(TRp)가 위치하는 도 6의 “A” 부분을 확대한 도 7을 참조하면, 화소 트랜지스터(TRp)는 게이트 전극(124a), 게이트 전극(124a) 위에 위치하는 게이트 절연막(140a), 게이트 절연막(140a) 위에 게이트 전극(124a)과 중첩되게 위치하는 반도체층(154a), 반도체층(154a) 위에 위치하는 저항성 접촉층(164a), 저항성 접촉층(164a) 위에 위치하는 소스 전극(173a), 저항성 접촉층(164a) 위에 소스 전극(173a)과 떨어져 위치하는 드레인 전극(175a)을 포함할 수 있다.
하부 표시판(100)은 하부 기판(110) 위에 위치하는 게이트선과 상기 게이트선과 교차하는 데이터선을 더 포함할 수 있다. 여기서 상기 게이트선은 화소 트랜지스터(TRp)의 게이트 전극(124a)와 연결될 수 있다. 그리고 상기 데이터선은 화소 트랜지스터(TRp)의 소스 전극(173a)과 연결될 수 있다.
하부 표시판(100)은 화소 트랜지스터(TRp)의 위에 위치하는 보호층(180p), 보호층(180p) 위에 위치하는 절연막(193p) 및 절연막(193p) 위에 위치하는 화소 전극(190)을 더 포함할 수 있다. 여기서, 화소 전극(190)은 절연막(193p) 및 보호층(180p)을 관통하여 화소 트랜지스터(TRp)의 드레인 전극(175a)과 연결될 수 있다.
상부 표시판(200)은 상부 기판(210), 상부 기판(210) 아래에 위치하는 감광 소자(TRi, TRv), 감광 소자(TRi, TRv) 아래에 위치하는 보호층(180q), 보호층(180q) 아래에 위치하는 색필터(230), 색필터(230) 아래에 위치하는 절연막(193q)을 포함한다.
감광 소자(TRi, TRv)는 하나 이상의 적외선 센서(TRi) 및 하나 이상의 가시광 센서(TRv)를 포함할 수 있다. 적외선 센서(TRi) 및 가시광 센서(TRv)는 상부 표시판(200)의 모든 부분에서 적외선과 가시광을 감지할 수 있도록 상부 표시 판(200)의 전체에 균일하게 분포할 수 있다. 일 예로, 적외선 센서(TRi) 및 가시광 센서(TRv)는 서로 교대로 배열될 수 있다. 다른 예로, 적외선 센서(TRi) 및 가시광 센서(TRv)는 무질서하게 배열될 수 있다. 또 다른 예로, 적외선 센서(TRi) 및 가시광 센서(TRv)는 소정의 비율로 배열될 수 있다.
그리고 상부 표시판(200)은 감광 소자(TRi, TRv)와 연결되어 감광 소자(TRi, TRv)로부터 검출 신호를 전달하기 위해 리드아웃선과 감광 소자(TRi, TRv) 사이에 위치하는 리드아웃 트랜지스터(TRreadout)를 더 포함할 수 있다. 여기서 리드아웃 트랜지스터(TRreadout)는 감광 소자(TRi, TRv)와 동일층에 인접하여 위치할 수 있다.
적외선 센서(TRi) 및 가시광 센서(TRv)는 상부 기판(210)의 아래에 위치할 수 있다. 도 6의 “B”부분에 위치한 적외선 센서(TRi)와 리드아웃 트랜지스터(TRreadout)를 확대한 도 8을 참조하면, 상부 기판(210)의 아래에 적외선 센서(TRi)가 위치하고 적외선 센서(TRi)와 동일층에 적외선 센서(TRi)와 전기적으로 연결된 리드아웃 트랜지스터(TRreadout)가 위치한다. 여기서 적외선 센서(TRi) 및 이에 연결되는 리드아웃 트랜지스터(TRreadout)는 도 2를 참조하여 설명하였는바 이에 대한 반복되는 설명은 생략한다.
도 6의 “C”부분에 위치한 가시광 센서(TRv)와 리드아웃 트랜지스터(TRreadout)를 확대한 도 9를 참조하면, 상부 기판(210)의 아래에 가시광 센서(TRv)가 위치하고 가시광 센서(TRv)와 동일층에 가시광 센서(TRv)와 전기적으로 연결된 리드아웃 트랜지스터(TRreadout)가 위치한다.
보다 구체적으로 가시광 센서(TRv)는 활성층(154c), 저항성 접촉층(164c), 소스 전극(173c), 드레인 전극(175c), 게이트 절연막(140c), 및 게이트 전극(124c)을 포함할 수 있다.
활성층(154c)은 상부 기판(210) 아래에 위치하고 비정질 실리콘을 포함할 수 있다. 저항성 접촉층(164c)은 활성층(154c)의 아래에 위치할 수 있다. 소스 전극(173c)은 저항성 접촉층(164c)아래에 위치할 수 있다. 드레인 전극(175c) 저항성 접촉층(164c) 아래에 소스 전극(173c)과 떨어져 위치할 수 있다. 게이트 절연막(140c)은 활성층(154c), 소스 전극(173c) 및 드레인 전극(175c) 아래에 위치할 수 있다. 게이트 전극(124c)은 게이트 절연막(140c) 아래에 활성층(154c)과 중첩되게 위치할 수 있다. 그리고 리드아웃 트랜지스터(TRreadout)는 도 8에 설명된 것과 실질적으로 동일한 바 이에 대한 더 이상의 설명은 생략한다.
액정 표시 장치는 하부 표시판(100) 아래에 위치하는 하부 편광판(12) 및 상부 표시판(200) 위에 위치하는 상부 편광판(22)을 더 포함할 수 있다. 하부 편광판(12) 및 상부 표시판(200)의 편광 성질을 이용하여 하부 표시판(100) 및 상부 표시판(200)에 제공되는 광의 세기를 조절할 수 있다.
액정 표시 장치는 하부 표시판(100)의 아래쪽에 위치하는 백라이트 유닛(910)을 더 포함할 수 있다. 그리고 백라이트 유닛(910)은 적어도 하나의 적외선 발광체와 적어도 하나의 백색광 발광체를 포함할 수 있다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 액정 표시 장치를 사용한 감광 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 10을 참조하면, 백라이트 유닛(910)에서 적외선 및 백색광을 발생시킨다. 적외선은 하부 편광판(12), 하부 표시판(100), 액정층(3), 상부 표시판(200) 및 상부 편광판(22)을 순차적으로 통과한다. 백색광은 하부 편광판(12), 하부 표시판(100), 액정층(3), 상부 표시판(200) 및 상부 편광판(22)을 순차적으로 통과한다.
액정 표시 장치의 위에 위치된 제1 물체(T1)의 터치 센싱을 위해서는 백라이트 유닛(910)으로부터 제공되는 적외선이 사용될 수 있다. 제1 물체(T1)가 액정 표시 장치에 인접하는 경우 액정 표시 장치로부터 출사된 적외선은 제1 물체(T1)에서 반사된다. 그리고 반사된 적외선은 상부 표시판(200)에 위치하는 적외선 센서(TRi)에 입사되어 감지된다. 따라서 제1 물체(T1)에 대한 터치 센싱이 이루어져 제1 물체(T1)의 접촉 유무, 접촉 위치, 형상 및 크기에 대한 접촉 정보가 수득될 수 있다. 이 때, 적외선 센서(TRi)에 입사되는 가시광은 가시광 차단 부재(111)에 의해서 차단되기 때문에 적외선 센서(TRi)의 감광도가 증가된다.
액정 표시 장치로부터 출사되는 가시광의 계조가 외부로부터 액정 표시 장치에 입사되는 가시광의 계조 보다 밝은 경우, 액정 표시 장치에 인접하는 제2 물체(T2)에 대한 이미지 센싱시 액정 표시 장치로부터 출사되는 가시광이 사용될 수 있다. 구체적으로, 액정 표시 장치로부터 출사되는 가시광은 제2 물체(T2)에서 반사된다. 반사된 가시광은 상부 표시판(200)에 위치하는 가시광 센서(TRv)에 입사되어 감지된다. 따라서 제2 물체(T2)에 대해 이미지 센싱이 이루어져 제2 물체(T2)의 형상, 크기, 색체 등에 대한 이미지 정보가 수득될 수 있다.
터치 센싱을 통해 제2 물체(T2)의 접촉 부분을 확인 한 후, 접촉 부분을 향해 액정 표시 장치로부터 출사되는 가시광의 계조를 선택적으로 변경하여 제2 물체(T2)에 대한 이미지 센싱을 보다 효과적으로 할 수 있다. 예를 들어, 액정 표시 장치로부터 출사되는 가시광의 계조가 외부로부터 액정 표시 장치에 입사되는 가시광의 계조 보다 어두운 경우, 적외선을 이용한 터치 센싱을 우선 수행한다. 터치 센싱으로 파악된 제2 물체(T2)의 접촉 부분을 향해 액정 표시 장치로부터 출사되는 가시광의 계조를 선택적으로 밝게 하여 제2 물체(T2)에 대한 효과적인 이미지 센싱이 가능하다.
이상, 본 발명의 실시예들을 설명하였지만 실시예들은 단지 하기의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 보호범위를 설명하기 위한 '예'들이며 본 발명의 보호범위를 한정하지 않는다. 또한, 본 발명의 보호범위는 특허청구범위와 기술적으로 균등한 범위까지 확대될 수 있다.
도 1은 본 발명의 가시광 차단 부재의 투과율 관련 실험에서의 투과율 결과를 나타내는 그래프이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 적외선 센서 구조물을 설명하기 위한 단면도이다.
도 3 및 4는 본 발명의 광전류 관련 실험에 따라 측정된 광전류를 나타내는 그래프이다.
도 5는 광전류 관련 실험에서 가시광 광 전류 대비 적외선 광 전류를 막대로 나타낸 그래프이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 액정 표시 장치를 설명하기 위한 사시도이다.
도 7는 도 6의 “A” 부분의 확대도이다.
도 8은 도 6의 “B” 부분의 확대도이다.
도 9는 도 6의 “C” 부분의 확대도이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 액정 표시 장치를 사용한 감광 방법을 설명하기 위한 도면이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
3: 액정층 100: 하부 표시판
110: 하부 기판 111: 가시광 차단 부재
111a: 비정질 게르마늄 박막 111b: 실리콘 게르마늄 박막
12: 하부 편광판 124a: 게이트 전극
140a: 게이트 절연막 154a: 반도체층
154b: 활성층 154c: 활성층
154r: 반도체층 173a: 소스 전극
175a: 드레인 전극 190: 화소 전극
200: 상부 표시판 210: 상부 기판
230: 색필터
Claims (20)
- 비정질 게르마늄 또는 상기 비정질 게르마늄의 화합물을 포함하는 구조물이며, 가시광 영역대의 파장에 대한 투과율에 비하여 적외선 영역대의 파장에 대한 투과율이 더 높은 가시광 차단 부재.
- 제1항에서,상기 구조물의 두께는 500Å 내지 4000Å인 가시광 차단 부재.
- 제1항에서,상기 구조물은 비정질 게르마늄 박막 및 비정질 실리콘 게르마늄 박막 중 하나 이상을 포함하는 가시광 차단 부재.
- 제2항에서,상기 구조물은 적어도 하나의 비정질 실리콘 박막을 더 포함하는 가시광 차단 부재.
- 제2항에서,상기 구조물은 적어도 하나의 마이크로 크리스탈린 실리콘 박막을 더 포함하는 가시광 차단 부재.
- 제2항에서,상기 구조물은 상기 가시광 영역에서의 투과율을 추가로 낮추는 보조 박막을 더 포함하는 가시광 차단 부재.
- 제6항에서,상기 보조 박막은 금속 또는 금속 산화물을 포함하는 가시광 차단 부재.
- 제6항에서,상기 보조 박막은 실리콘 산화물 또는 실리콘 질화물을 포함하는 가시광 차단 부재.
- 제3항에서,상기 비정질 실리콘 게르마늄 박막은 30중량% 내지 70중량%의 게르마늄을 포함하는 가시광 차단 부재.
- 제3항에서,상기 구조물은 상기 비정질 게르마늄 박막, 및상기 비정질 실리콘 게르마늄 박막을 포함하는 이중 박막 구조인 가시광 차단 부재.
- 비정질 게르마늄 또는 상기 비정질 게르마늄의 화합물을 포함하는 구조물이며 가시광 영역대의 파장에 대한 투과율에 비하여 적외선 영역대의 파장에 대한 투과율이 더 높은 가시광 차단 부재,상기 가시광 차단 부재의 아래에 위치하는 절연막,상기 절연막 아래에 가시광 차단 부재와 중첩되게 위치하는 활성층,상기 활성층 아래에 위치하는 저항성 접촉층,상기 저항성 접촉층 아래에 위치하는 소스 전극,상기 저항성 접촉층 아래에 상기 소스 전극과 떨어져 위치하는 드레인 전극,상기 활성층, 상기 소스 전극 및 상기 드레인 전극 아래에 위치하는 게이트 절연막, 그리고상기 게이트 절연막 아래에 상기 활성층과 중첩되게 위치하는 게이트 전극을 포함하는 적외선 센서.
- 제11항에서,상기 구조물은 비정질 게르마늄 박막 및 비정질 실리콘 게르마늄 박막 중 하나 이상을 포함하는 적외선 센서.
- 제12항에서,상기 비정질 실리콘 게르마늄 박막은 30중량% 내지 70중량%의 게르마늄을 포 함하는 적외선 센서.
- 제12항에서,상기 구조물은 상기 비정질 게르마늄 박막 및 상기 비정질 실리콘 게르마늄 박막을 포함하는 이중 박막 구조인 적외선 센서.
- 화소 트랜지스터를 포함하는 하부 표시판,상기 하부 표시판 위에 위치하는 액정층, 및상기 액정층 위에 위치하는 적어도 하나의 적외선 센서를 갖는 상부 표시판을 포함하고,상기 적외선 센서는 비정질 게르마늄 또는 비정질 게르마늄의 화합물을 포함하는 구조물이며 가시광 영역대의 파장에서는 상대적으로 낮은 투과율을 갖고 적외선 영역대의 파장에서는 상대적으로 높은 투과율을 갖는 가시광 차단 부재를 포함하는 액정 표시 장치.
- 제15항에서,상기 상부 표시판은 적어도 하나의 가시광 센서를 더 포함하는 액정 표시 장치.
- 제15항에서,상기 적외선 센서는,상기 가시광 차단 부재,상기 가시광 차단 부재 아래에 위치하는 절연층,상기 절연층 아래에 상기 가시광 차단 부재와 중첩되게 위치하는 활성층,상기 활성층 아래에 위치하는 저항성 접촉층,상기 저항성 접촉층 아래에 위치하는 소스 전극,상기 저항성 접촉층 아래에 상기 소스 전극과 떨어져 위치하는 드레인 전극,상기 활성층, 상기 소스 전극 및 상기 드레인 전극 아래에 위치하는 게이트 절연막, 그리고상기 게이트 절연막 아래에 상기 활성층과 중첩되게 위치하는 게이트 전극을 포함하는 액정 표시 장치.
- 제15항에서,상기 구조물은 비정질 게르마늄 박막 및 비정질 실리콘 게르마늄 박막 중 하나 이상을 포함하는 액정 표시 장치.
- 제18항에서,상기 비정질 실리콘 게르마늄 박막은 30중량% 내지 70중량%의 게르마늄을 포함하는 액정 표시 장치.
- 제18항에서,상기 구조물은 상기 비정질 게르마늄 박막 및 상기 비정질 실리콘 게르마늄 박막을 포함하는 이중 박막 구조인 액정 표시 장치.
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