KR20110042498A - 이미지 센서, 이의 제조 방법, 이를 포함하는 컬러필터기판 및 컬러필터기판을 포함하는 표시장치 - Google Patents
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Abstract
이미지 센서는 기판상에 순차적으로 적층된 제1 전극층, 제1 흡수층, 차단층, 제2 흡수층, 제2 전극층, 제3 흡수층 및 제3 전극층을 포함한다. 제1 흡수층은 제1 전압을 인가받고, 제1 나노 파티클을 포함하여 제1 컬러광을 센싱한다. 제2 흡수층은 제2 전압을 인가받고, 제1 나노 파티클과 다른 크기의 제2 나노 파티클을 포함하여 제2 컬러광을 센싱한다. 제3 흡수층은 제2 전압을 인가받고, 제1 및 제2 나노 파티클들과 다른 크기의 제3 나노 파티클을 포함하여 제3 컬러광을 센싱한다. 차단층은 제1 흡수층 및 제2 흡수층 사이에 형성되어 제1 및 제2 흡수층들간의 전하이동을 차단한다. 이미지 센서를 포함하는 표시장치의 제조 비용 및 소비 전력이 감소될 수 있다.
이미지 센서, 터치패널, 나노 파티클
Description
본 발명은 이미지 센서, 이의 제조 방법, 이를 포함하는 컬러필터기판 및 컬러필터기판을 포함하는 표시장치에 관한 것이다. 보다 상세하게는 제조 비용 및 소비 전력을 줄일 수 있는 이미지 센서, 이의 제조 방법, 이를 포함하는 컬러필터기판 및 컬러필터기판을 포함하는 표시장치에 관한 것이다.
일반적으로 액정 표시장치는 두께가 얇고 무게가 가벼우며 전력소모가 낮은 장점이 있어, 모니터, 노트북, 휴대폰 등에 주로 사용된다. 이러한 액정 표시장치는 액정의 광투과율을 이용하여 영상을 표시하는 액정 표시패널 및 상기 액정 표시패널의 하부에 배치되어 상기 액정 표시패널로 광을 제공하는 백라이트 유닛을 포함한다.
상기 액정 표시패널은 신호선, 박막 트랜지스터 및 화소전극을 갖는 어레이 기판, 상기 어레이 기판과 대향하며 공통전극을 갖는 대향기판, 및 상기 어레이 기 판과 상기 대향기판 사이에 개재된 액정층을 포함한다.
한편, 상기 액정 표시패널은 외부의 터치를 통해 위치 데이터를 인가받을 수 있는 터치패널 기능을 가질 수 있다. 즉, 전자펜이나 사람의 손을 상기 액정 표시패널의 화면에 터치함으로써, 위치 데이터 신호를 메인 시스템의 중앙처리장치에 인가할 수 있다.
상기 액정 표시패널은 상기 터치패널 기능을 수행하기 위해 적외선 방식이 사용될 수 있다. 상기 적외선 방식은 상기 터치용 표시패널 상에 바둑판 모양의 적외선이 흐를 수 있도록 적외선 발생 장치와, 상기 적외선 발생 장치로부터 발생된 적외선을 인식하여 감지하는 감지장치로 구성된다. 이러한 적외선을 이용한 상기 액정 표시패널의 특정 부위에 손가락이나 여타의 물체가 접촉하면, 그 부위에 흐르는 적외선이 차단되고 감지장치가 인지하여 접촉된 부위의 위치정보를 알아낸다.
그러나, 이러한 터치 패널의 사용자는 터치 위치의 정확도를 높이기 위해 다수의 적외선 발생 장치를 필요로 하고, 다수의 감지장치를 필요로 하여 소비전력이 증가하고 제조비용이 높아지는 문제점이 있었다.
이에 본 발명의 기술적 과제는 이러한 점에서 착안된 것으로, 본 발명의 목적은 제조 비용 및 소비 전력을 줄이기 위한 이미지 센서를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 상기 이미지 센서의 제조방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 상기 이미지 센서를 포함하는 컬러필터기판을 제 공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 상기 컬러필터기판을 포함하는 표시장치를 제공하는 것이다.
상기한 본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 일실시예에 따른 이미지 센서는, 제1 전극층, 제2 전극층, 제3 전극층, 제1 흡수층, 제2 흡수층, 제3 흡수층 및 차단층을 포함한다. 상기 제1 전극층은 기판 상에 형성되어 제1 전압을 인가받는다. 상기 제2 전극층은 상기 제1 전압과 다른 제2 전압을 인가받는다. 상기 제3 전극층은 상기 제2 전압을 인가받는다. 상기 제1 흡수층은 상기 제1 전극층과 중첩되어 상기 제1 전압을 인가받고, 제1 나노 파티클을 포함하여 제1 컬러광을 센싱한다. 상기 제2 흡수층은 상기 제2 전극층과 중첩되어 상기 제2 전압을 인가받고, 상기 제1 나노 파티클과 다른 크기의 제2 나노 파티클을 포함하여 제2 컬러광을 센싱한다. 상기 제3 흡수층은 상기 제3 전극층과 중첩되어 상기 제2 전압을 인가받고, 상기 제1 및 제2 나노 파티클들과 다른 크기의 제3 나노 파티클을 포함하여 제3 컬러광을 센싱한다. 상기 차단층은 상기 제1 흡수층 및 상기 제2 흡수층 사이에 형성되어 상기 제1 및 제2 흡수층들간의 전하이동을 차단한다.
본 발명의 실시예에서, 상기 제1 컬러광은 제1 파장을 갖고, 상기 제2 컬러광은 상기 제1 파장보다 큰 제2 파장을 가지며, 상기 제3 컬러광은 상기 제2 파장보다 큰 제3 파장을 가질 수 있다.
본 발명의 실시예에서, 상기 제1 흡수층의 밴드 갭, 상기 제2 흡수층의 밴드 갭 및 상기 제3 흡수층의 밴드 갭은 순차적으로 작아질 수 있다.
본 발명의 실시예에서, 상기 제1 나노 파티클, 상기 제2 나노 파티클 및 상기 제3 나노 파티클의 크기는 순차적으로 커질 수 있다.
본 발명의 실시예에서, 상기 차단층은 상기 제1 흡수층, 상기 제2 흡수층 및 상기 제3 흡수층들의 밴드갭들 보다 클 수 있다.
본 발명의 실시예에서, 상기 제1, 제2 및 제3 흡수층들 각각은 질화규소를 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에서, 상기 제1, 제2 및 제3 나노 파티클들 각각은 실리콘 입자들일 수 있다.
상기한 본 발명의 다른 목적을 달성하기 위하여, 일실시예에 따른 이미지 센서의 제조방법에 따르면, 기판 상에 제1 전극층이 형성된다. 이어서, 상기 제1 전극층 상에 제1 나노 파티클을 포함하여 제1 컬러광을 센싱하는 제1 흡수층이 형성된다. 이어서, 상기 제1 흡수층 상에 제2 전극층이 형성된다. 이어서, 상기 제1 흡수층 상에 전하이동을 차단하는 차단층이 형성된다. 이어서, 상기 차단층 상에 상기 제1 나노 파티클과 다른 크기의 제2 나노 파티클을 포함하고 제2 컬러광을 센싱하는 제2 흡수층이 형성된다. 이어서, 상기 제2 흡수층 상에 제2 전극층이 형성된다. 이어서, 상기 제2 전극층 상에 상기 제1 및 제2 나노 파티클들과 다른 크기의 제3 나노 파티클을 포함하고, 제3 컬러광을 센싱하는 제3 흡수층이 형성된다. 이어서, 상기 제3 흡수층 상에 제3 전극층을 형성된다.
본 발명의 실시예에서, 상기 제1 나노 파티클, 상기 제2 나노 파티클 및 상 기 제3 나노 파티클의 크기는 순차적으로 커질 수 있다.
본 발명의 실시예에서, 상기 제1, 제2 및 제3 흡수층들 각각은 질화규소를 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에서, 상기 제1, 제2 및 제3 나노 파티클들 각각은 실리콘 입자들일 수 있다.
상기한 본 발명의 또 다른 목적을 달성하기 위하여, 실시예들에 따른 컬러필터기판은 이미지 센서 및 컬러필터패턴을 포함한다. 상기 이미지 센서는 기판상에 형성되고, 제1 컬러광, 제2 컬러광 및 제3 컬러광을 센싱한다. 상기 컬러필터패턴은 복수의 컬러 필터들을 포함하고, 상기 이미지 센서가 형성된 기판 상에 형성된다. 상기 이미지 센서는 제1 전극층, 제2 전극층, 제3 전극층, 제1 흡수층, 제2 흡수층, 제3 흡수층 및 차단층을 포함한다. 상기 제1 전극층은 상기 기판 상에 형성되어 제1 전압을 인가받는다. 상기 제2 전극층은 상기 제1 전압과 다른 제2 전압을 인가받는다. 상기 제3 전극층은 상기 제2 전압을 인가받는다. 상기 제1 흡수층은 상기 제1 전극층과 중첩되어 상기 제1 전압을 인가받고, 제1 나노 파티클을 포함하여 상기 제1 컬러광을 센싱한다. 상기 제2 흡수층은 상기 제2 전극층과 중첩되어 상기 제2 전압을 인가받고, 상기 제1 나노 파티클과 다른 크기의 제2 나노 파티클을 포함하여 상기 제2 컬러광을 센싱한다. 상기 제3 흡수층은 상기 제3 전극층과 중첩되어 상기 제2 전압을 인가받고, 상기 제1 및 제2 나노 파티클들과 다른 크기의 제3 나노 파티클을 포함하여 상기 제3 컬러광을 센싱한다. 상기 차단층은 상기 제1 흡수층 및 상기 제2 흡수층 사이에 형성되어 상기 제1 및 제2 흡수층들간의 전 하이동을 차단한다.
본 발명의 실시예에서, 제1 전압라인, 제2 전압라인, 제1 센싱 게이트 라인, 제2 센싱 게이트 라인, 제1 스위칭 소자, 제2 스위칭 소자 및 제3 스위칭 소자를 더 포함할 수 있다. 상기 제1 전압라인은 제1 방향으로 형성되어 상기 제1 전압을 인가한다. 상기 제2 전압 라인은 상기 제1 전압라인과 인접하게 형성되어 상기 제2 전압을 인가한다. 상기 제1 센싱 게이트 라인은 상기 제1 방향과 수직인 제2 방향으로 형성되어 제1 센싱 게이트 신호를 인가한다. 상기 제2 센싱 게이트 라인은 상기 제1 센싱 게이트 라인과 인접하게 형성되어 제2 센싱 게이트 신호를 인가한다. 상기 제1 스위칭 소자는 상기 제1 전압라인, 상기 제1 센싱 게이트 라인 및 상기 제1 전극층과 전기적으로 연결된다. 제2 스위칭 소자는 상기 제2 전압라인, 상기 제1 센싱 게이트 라인 및 상기 제2 전극층과 전기적으로 연결된다. 상기 제3 스위칭 소자는 상기 제2 전압라인, 상기 제2 센싱 게이트 라인 및상기 제3 전극층과 전기적으로 연결된다.
본 발명의 실시예에서, 상기 제1 내지 제3 전극층들 각각과 상기 제1 내지 제3 스위칭 소자들들 각각을 연결하는 투명전극을 더 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에서, 제1 커패시터, 제2 커패시터 및 제3 커패시터를 더 포함할 수 있다. 상기 제1 커패시터는 상기 제1 센싱 게이트 라인 및 상기 제1 스위칭 소자 사이에 형성되어 상기 제1 컬러광에 기초하여 제1 전하를 충전할 수 있다. 상기 제2 커패시터는 상기 제1 센싱 게이트 라인 및 상기 제2 스위칭 소자 사이에 형성되어 상기 제2 컬러광에 기초하여 제2 전하를 충전할 수 있다. 상기 제3 커패시터는 상기 제2 센싱 게이트 라인 및 상기 제3 스위칭 소자 사이에 형성되어 상기 제3 컬러광 기초하여 제3 전하를 충전할 수 있다.
본 발명의 실시예에서, 상기 제1 전극층 및 제2 전극층들은 투명 전극이고, 상기 제3 전극층은 불투명 전극일 수 있다.
본 발명의 실시예에서, 상기 센서를 덮도록 형성되는 차광패턴을 더 포함할 수 있다.
상기한 본 발명의 또 다른 목적을 달성하기 위하여, 실시예들에 따른 표시장치는 어레이기판, 컬러필터기판 및 액정층을 포함한다. 상기 어레이기판은 서로 교차하는 게이트 라인 및 데이터 라인과 전기적으로 연결된 화소 전극을 포함한다. 상기 컬러필터기판은 기판상에 형성되고 제1 컬러광, 제2 컬러광 및 제3 컬러광을 센싱하는 이미지 센서와, 복수의 컬러 필터들을 포함하고 상기 이미지 센서가 형성된 기판 상에 형성되는 컬러필터패턴을 포함한다. 상기 액정층은 상기 어레이기판 및 상기 컬러필터기판 사이에 개재된다. 상기 이미지 센서는 제1 전극층, 제2 전극층, 제3 전극층, 제1 흡수층, 제2 흡수층, 제3 흡수층 및 차단층을 포함한다. 상기 제1 전극층은 상기 기판 상에 형성되어 제1 전압을 인가받는다. 상기 제2 전극층은 상기 제1 전압과 다른 제2 전압을 인가받는다. 상기 제3 전극층은 상기 제2 전압을 인가받는다. 상기 제1 흡수층은 상기 제1 전극층과 중첩되어 상기 제1 전압을 인가받고, 제1 나노 파티클을 포함하여 상기 제1 컬러광을 센싱한다. 상기 제2 흡수층은 상기 제2 전극층과 중첩되어 상기 제2 전압을 인가받고, 상기 제1 나노 파티클과 다른 크기의 제2 나노 파티클을 포함하여 상기 제2 컬러광을 센싱한다. 상기 제 3 흡수층은 상기 제3 전극층과 중첩되어 상기 제2 전압을 인가받고, 상기 제1 및 제2 나노 파티클들과 다른 크기의 제3 나노 파티클을 포함하여 상기 제3 컬러광을 센싱한다. 상기 차단층은 상기 제1 흡수층 및 상기 제2 흡수층 사이에 형성되어 상기 제1 및 제2 흡수층들간의 전하이동을 차단한다.
본 발명의 실시예에서, 복수의 데이터 라인들은 상기 제1 전압라인 및 상기 제2 전압라인과 중첩하고, 상기 제2 센싱 게이트 라인은 상기 게이트 라인과 중첩할 수 있다.
이러한 이미지 센서, 이의 제조 방법, 이를 포함하는 컬러필터기판 및 컬러필터기판을 포함하는 표시장치에 의하면, 증가된 양자 효율을 갖는 이미지 센서를 포함하는 표시 패널은 백라이트 유닛에서 발생하는 광을 이용하여 모드에 따라 이미지를 스캔하거나 터치 위치를 센싱할 수 있으므로, 다수의 적외선 발생 장치를 필요로 하지 않아 소비전력이 감소하고 제조비용이 감소된다.
이하, 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 보다 상세하게 설명하기로 한다. 본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다. 첨부된 도면에 있어서, 구조물들의 치수는 본 발명의 명확성을 위하여 실제보다 확대하여 도시한 것이다. 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다. 또한, 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 위에 있다고 할 경우, 이는 다른 부분 바로 위에 있는 경우뿐만 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다. 반대로 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 아래에 있다고 할 경우, 이는 다른 부분 바로 아래에 있는 경우뿐만 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 이미지 센서의 단면도이다.
상기 이미지 센서(S)는 순차적으로 형성된 제1 전극(E1), 제1 흡수층(AL1), 차단층(BL), 제2 흡수층(AL2), 제2 전극(E2), 제3 흡수층(AL3) 및 제3 전극(E3)을 포함한다.
상기 제1 흡수층(AL1), 상기 제2 흡수층(AL2) 및 상기 제3 흡수층(AL3)은 제1 컬러광, 제2 컬러광 및 제3 컬러광을 센싱한다.
상기 제1 흡수층(AL1), 상기 제2 흡수층(AL2) 및 상기 제3 흡수층(AL3) 각각은 서로 다른 크기의 제1 나노 파티클, 제2 나노 파티클 및 제3 나노 파티클을 포함한다. 상기 제1 흡수층(AL1), 상기 제2 흡수층(AL2) 및 상기 제3 흡수층(AL3)은 상기 제1 나노 파티클, 상기 제2 나노 파티클 및 상기 제3 나노 파티클에 의해 서로 다른 밴드 갭을 가질 수 있고, 각 파장에 따른 광 흡수 효과와 양자효율을 최적화시킬 수 있다. 여기서, 상기 제1 흡수층(AL1), 상기 제2 흡수층(AL2) 및 상기 제3 흡수층(AL3)의 밴드 갭들은 순차적으로 작아지고, 상기 제1 파티클, 상기 제2 파티클 및 상기 제3 나노 파티클들의 크기는 순차적으로 증가한다.
따라서, 상기 제1 흡수층(AL1), 상기 제2 흡수층(AL2) 및 상기 제3 흡수층(AL3) 각각은 상기 제1 컬러광, 상기 제2 컬러광 및 상기 제3 컬러광을 흡수할 수 있고, 또한, 흡수된 광을 전자로 변환할 수 있다.
결과적으로, 상기 이미지에 대응하는 상기 제1 컬러광, 상기 제2 컬러광 및 상기 제3 컬러광의 양에 따라 상기 제1 흡수층(AL1), 상기 제2 흡수층(AL2) 및 상기 제3 흡수층(AL3)에서 발생하는 전자들의 양이 결정되므로, 상기 이미지 센서(S)는 이미지를 스캔할 수 있다.
상기 제1 전극(E1)은 제1 전압을 인가받고, 상기 제2 전극(E2)는 제2 전압을 인가받으며, 상기 제3 전극(E3)은 제3 전압을 인가받는다. 또한, 상기 차단층(BL) 은 밴드 갭이 상기 제1 흡수층(AL1), 상기 제2 흡수층(AL2) 및 상기 제3 흡수층(AL3)의 밴드 갭들 보다 큰 산화물 반도체로 이루어져 상기 제1 흡수층(AL1) 및 상기 제2 흡수층(AL2) 사이에 형성된다.
따라서, 상기 제1 전극(E1), 상기 제1 흡수층(AL1), 상기 차단층(BL) 및 상기 제2 전극(E2)이 상기 제1 포토 다이오드 및 상기 제2 포토 다이오드를 이룰 수 있고, 상기 제2 전극(E2), 상기 제3 흡수층(AL3) 및 상기 제3 전극(E3)은 상기 제3 포토 다이오드를 이룰 수 있다.
도 2는 도 1의 제1 흡수층, 제2 흡수층 및 제3 흡수층의 빛흡수량과 파수와의 관계를 설명하기 위한 그래프이다.
여기서, X축은 라만 시프트(Raman shift) 측정 값으로 파수[cm-1]를 나타내고, Y축은 상기 제1 나노 파티클, 상기 제2 나노 파티클 및 상기 제3 나노 파티클에 의한 빛흡수량을 나타낸다.
다음의 표 1은 도 1의 제1 흡수층, 제2 흡수층 및 제3 흡수층의 빛흡수량과 파수와의 관계를 설명하기 위한 표이다.
도 1, 도 2 및 표 1을 참조하면, 상기 제1 흡수층(AL1), 상기 제2 흡수층(AL2) 및 상기 제3 흡수층(AL3)은 화학 기상 증착(Chemical Vapor Deposition, CVD) 방법을 이용하여 형성할 수 있다. 여기서, 상기 제1 흡수층(AL1), 상기 제2 흡수층(AL2) 및 상기 제3 흡수층(AL3)은 질화규소(SiNx) 및 실리콘(Si) 입자를 포함할 수 있다.
기판에 질화규소(SiNx)가 증착될 때, 증착 조건에 따라 상기 질화규소(SiNx)에 실리콘(Si)의 결정이 포함될 수 있다. 이때, 실리콘 입자는 nm 단위의 지름을 가지므로 나노 파티클이 될 수 있다.
표 1을 다시 참조하면, 상기 질화규소(SiNx)가 증착될 때, 상기 실리콘(Si) 입자가 포함될 수 있는 경우는 조건 A, 조건 D, 조건 G, 조건 H 및 조건 I에 해당한다.
상기 제1 흡수층(AL1), 상기 제2 흡수층(AL2) 및 상기 제3 흡수층(AL3)이 상기 제1 나노 파티클, 상기 제2 나노 파티클 및 상기 제3 나노 파티클을 포함할 수 있는 조건은 증착 파워가 약 300W 이하이고, 증착압력은 약 1500mT 이하이며, 실란의 농도는 약 45sccm 내지 약 105sccm인 것을 알 수 있다.
도 2를 다시 참조하면, 파수가 약 525cm-1일 때, 즉, 상기 제3 컬러광의 빛 흡수량이 최대인 것을 알 수 있다. 또한, 파수가 약 500cm-1일 때, 즉, 상기 제1 컬러광의 빛 흡수량이 최대인 것을 알 수 있다. 또한, 파수가 약 450cm-1일 때, 즉, 상기 제2 컬러광의 빛 흡수량이 최대인 것을 알 수 있다.
여기서, 상기 제3 컬러광의 빛 흡수량을 1로 나타내면, 상기 제1 컬러광의 빛 흡수량은 약 0.7이고, 상기 제2 컬러광의 빛 흡수량은 약 0.3이 될 수 있다.
도 2와 같은 결과는 표 1으로부터 도출된 것이다.
구체적으로, 조건 A 및 조건 I의 증착 조건으로 상기 질화규소(SiNx) 및 상기 실리콘(Si)을 증착했을 때 상기 제2 컬러광의 빛 흡수량이 최대로 도출되었고, 이때의 상기 제2 나노 파티클의 지름은 약 20nm인 것으로 측정되었다.
조건 G 및 조건 H의 증착조건으로 상기 질화규소(SiNx) 및 상기 실리콘(Si)을 증착했을 때 상기 제1 컬러광의 빛 흡수량이 최대로 도출되었고, 이때의 상기 제1 나노 파티클의 지름은 약 10nm 이하인 것으로 측정되었다.
예를 들어, 조건 G에서 상기 제1 흡수층(AL1)을 형성할 때의 실란(SiH4)의 농도는 약 100 sccm으로 상기 제2 흡수층(AL2)을 형성할 때의 실란(SiH4)의 농도인 약 50 sccm 보다 크고, 상기 제3 흡수층(AL3)을 형성할 때의 실란(SiH4)의 농도인 약 50 sccm 보다 크다.
또한, 조건 H에서 상기 제1 흡수층(AL1)을 형성할 때의 헬륨(He)의 농도는 약 500 sccm으로 상기 제2 흡수층(AL2)을 형성할 때의 헬륨(He)의 농도인 약 90 sccm 보다 작고, 상기 제3 흡수층(AL3)을 형성할 때의 헬륨(He)의 농도인 약 90 sccm 보다 작다.
조건 D의 증착조건으로 상기 질화규소(SiNx) 및 상기 실리콘(Si)을 증착했을 때 상기 제3 컬러광의 빛 흡수량이 최대로 도출되었고, 이때의 상기 제3 나노 파티클의 지름은 약 50nm 이상인 것으로 측정되었다.
예를 들어, 조건 D에서 상기 제3 흡수층(AL3)을 형성할 때의 증착압력은 약1000 mT로 상기 제1 흡수층(AL1)을 형성할 때의 증착압력인 약 1500 mT보다 작고, 상기 제2 흡수층(AL2)을 형성할 때의 증착압력인 약 1500 mT보다 작다.
따라서, 조건 A, 조건 D, 조건 G, 조건 H 및 조건 I에 따라 상기 기판 상에 상기 제1 흡수층(AL1), 상기 제2 흡수층(AL2) 및 상기 제3 흡수층(AL3)의 형성 공정을 수행할 수 있다.
도 3a 내지 도 3g는 도 1에 도시된 이미지 센서의 제조 방법을 설명하기 위한 공정도들이다.
도 1 및 도 3a를 참조하면, 기판(1) 상에 상기 제1 전극(E1)이 형성된다. 여기서, 상기 제1 전극(E1)은 투명 전극일 수 있다. 상기 제1 전극(E1)을 형성하는 물질의 예로서는, 인듐 틴 옥사이드(Indium tin oxide, ITO), 인듐 징크 옥사이드(Indium zinc oxide) 등을 들 수 있다.
도 1, 표 1 및 도 3b를 참조하면, 상기 제1 전극(E1)이 형성된 상기 기판(1) 상에 상기 제1 흡수층(AL1)이 상기 화학 기상 증착(CVD) 방법으로 형성된다. 여기서, 표 1의 조건 G 및 조건 H의 증착조건으로 상기 제1 흡수층(AL1)이 증착될 수 있다.
도 1 및 도 3c를 참조하면, 상기 제1 흡수층(AL1)이 형성된 상기 기판(1) 상에 상기 차단층(BL)이 형성된다. 여기서, 상기 차단층(BL)은 밴드 갭이 상기 제1 흡수층(AL1), 상기 제2 흡수층(AL2) 및 상기 제3 흡수층(AL3)의 밴드 갭들 보다 큰 산화물 반도체로 이루어진다. 따라서, 상기 차단층(BL)은 상기 제1 흡수층(AL1) 및 상기 제2 흡수층(AL2) 각각의 전하들을 차단하고, 터널링 장벽의 기능을 할 수 있다.
도 1, 표 1 및 도 3d를 참조하면, 상기 차단층(BL)이 형성된 상기 기판(1) 상에 상기 제2 흡수층(AL2)이 상기 화학 기상 증착(CVD) 방법으로 형성된다. 여기서, 표 1의 조건 A 및 조건 I의 증착조건으로 상기 제2 흡수층(AL2)이 증착될 수 있다.
도 1 및 도 3e를 참조하면, 상기 제2 흡수층(AL2)이 형성된 상기 기판(1) 상에 상기 제2 전극(E2)이 형성된다. 여기서, 상기 제2 전극(E2)을 형성하는 물질의 예로서는, 인듐 틴 옥사이드(Indium tin oxide, ITO), 인듐 징크 옥사이드(Indium zinc oxide) 등을 들 수 있다.
도 1, 표 1 및 도 3f를 참조하면, 상기 제2 전극(E2)이 형성된 상기 기판(1) 상에 상기 제3 흡수층(AL3)이 상기 화학 기상 증착(CVD) 방법으로 형성된다. 여기서, 표 1의 조건 D의 증착조건으로 상기 제3 흡수층(AL3)이 증착될 수 있다.
도 1 및 도 3g를 참조하면, 상기 제3 흡수층(AL3)이 형성된 상기 기판(1) 상에 상기 제3 전극(E3)이 형성된다. 여기서, 상기 제3 전극(E3)은 불투명 금속층을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 제3 전극(E3)은 구리(Cu), 알루미늄(Al), 몰리브덴(Mo)을 포함할 수 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 표시장치를 도시한 평면도이다. 도 5는 도 4의 I-I 라인을 따라 절단한 단면도이다. 도 6은 도 4에 도시된 컬러필터기판을 도시한 평면도이다.
도 1 및 도 4 내지 도 6을 참조하면, 상기 표시장치(1000)은 표시패널(1010) 및 백라이트 유닛(1020)을 포함한다.
상기 표시패널(1010)은 어레이기판(100), 컬러필터 기판(200) 및 액정층(300)을 포함한다.
상기 표시패널(1010)은 이미지 센싱 및 터치패널 기능을 가질 수 있다.
예를 들어, 상기 표시장치(1000)가 표시 모드일 경우, 상기 표시패널(1010)은 영상을 표시하고, 상기 표시장치(1000)가 스캔 모드일 경우 상기 표시패널(1010) 상에 위치한 이미지를 스캔하며, 상기 표시장치(1000)가 터치 모드일 경우, 상기 표시패널(1010)은 터치 위치를 센싱한다.
상기 어레이기판(100)은 화소 영역(P)이 정의된 제1 베이스 기판(101)을 포함한다. 상기 제1 베이스 기판(101) 위에는 게이트 라인(GL), 제1 데이터 라인(DL1), 제2 데이터 라인(DL2), 제1 스위칭 소자(TR1), 화소 전극(190)이 형성된다.
상기 게이트 라인(GL)은 제1 방향으로 연장되고, 상기 제1 및 제2 데이터 라인(DL1, DL2)은 상기 제1 방향과 교차하는 제2 방향으로 연장되고, 서로 인접하게 형성된다.
상기 제1 스위칭 소자(TR1)는 상기 게이트 라인(GL)과 상기 제1 데이터 라인(DL1)이 교차하는 영역에 인접하게 형성된다. 상기 제1 스위칭 소자(TR1)는 상기 게이트 라인(GL)과 연결된 제1 게이트 전극(GE1), 상기 제1 데이터 라인(DL1)과 연결된 제1 소스 전극(SE1) 및 상기 화소 전극(190)과 콘택부(CNT)를 통해 전기적으로 연결되어 상기 제1 소스 전극(SE1)과 이격된 제1 드레인 전극(DE1)을 포함한다.
상기 어레이기판(100)은 하부 게이트 절연층(120), 하부 무기 절연층(150) 및 하부 유기 절연층(160)을 더 포함한다.
상기 컬러필터 기판(200)은 제2 베이스 기판(201)을 포함한다. 상기 제2 베이스 기판(201) 위에는 상기 이미지 센서(S), 제1 센서 게이트 라인(SGL1), 제2 센서 게이트 라인(SGL2), 제1 전압라인(VL1), 제2 전압라인(VL2), 제2 스위칭 소자(TR2), 제3 스위칭 소자(TR3), 제4 스위칭 소자(TR4), 차광패턴(240), 컬러필터패턴(250), 오버코팅층(270) 및 공통전극(290)이 형성된다. 여기서, 상기 컬러필터패턴(250)은 복수의 컬러 필터들을 포함한다. 예를 들어, 상기 컬러 필터들은 블루, 그린 및 레드를 포함할 수 있다.
상기 이미지 센서(S)는 도 1에 도시된 이미지 센서가 사용될 수 있다.
상기 표시장치(1000)가 상기 스캔 모드일 경우, 상기 백라이트 유닛(1020)에서 발생된 광이 외부의 물체(2)에 의해 반사되면, 상기 이미지 센서(S)는 상기 물체(2)의 이미지를 스캔한다. 이때, 상기 이미지 센서(S)는 상기 이미지에 반사되는 광이 포함하는 제1 컬러광, 제2 컬러광 및 제3 컬러광을 센싱하므로써, 상기 물체(2)의 이미지를 스캔할 수 있다. 여기서, 상기 제1 컬러광은 청색광이고, 상기 제2 컬러광은 녹색광이며, 상기 제3 컬러광은 적색광일 수 있다.
또한, 상기 표시장치(1000)가 상기 터치 모드일 경우, 상기 백라이트 유닛(1020)에서 발생된 광이 역시 외부의 물체(2)에 의해 반사되면, 상기 이미지 센서(S)는 사용자가 터치한 부분의 블랙 영상을 검출하여 터치 위치를 판별한다.
상기 이미지 센서(S) 상에 센서 보호막(210)이 형성된다.
상기 센서 보호막(210) 상에 상기 제1 센서 게이트 라인(SGL1) 및 상기 제2 센서 게이트 라인(SGL2)이 상기 제1 방향으로 연장되고, 상기 제1 전압라인(VL1) 및 상기 제2 전압라인(VL2)이 상기 제2 방향으로 연장되어 서로 인접하게 형성된다.
상기 제2 스위칭 소자(TR2)는 상기 제1 센싱 게이트 라인(SGL1)과 상기 제1 전압라인(VL1)이 교차하는 영역에 인접하게 형성된다. 상기 제2 스위칭 소자(TR2)는 상기 제1 센싱 게이트 라인(SGL1)과 연결된 제2 게이트 전극(GE2), 상기 제1 전압라인(VL1)과 연결된 제2 소스 전극(SE2) 및 상기 이미지 센서(S)의 상기 제1 전극(E1)과 연결된 제2 드레인 전극(DE2)을 포함한다.
상기 제1 전극(E1)은 상기 제2 베이스 기판(201) 상에 형성되어 상기 제2 스위칭 소자(TR2)의 상기 제2 드레인 전극(DE2)과 전기적으로 연결된다. 구체적으로, 상기 제2 드레인 전극(DE2) 상부에 형성된 제1 콘택홀(CH11) 및 상기 제1 전극(E1) 상부에 형성된 제2 콘택홀(CH12)은 제1 투명전극(TE1)을 통해 전기적으로 연결될 수 있다.
상기 제3 스위칭 소자(TR3)는 상기 제1 센싱 게이트 라인(SGL1)과 상기 제2 전압라인(VL2)이 교차하는 영역에 인접하게 형성된다. 상기 제3 스위칭 소자(TR3)는 상기 제1 센싱 게이트 라인(SGL1)과 연결된 제3 게이트 전극(GE3), 상기 제2 전압라인(VL2)과 연결된 제3 소스 전극(SE3) 및 상기 이미지 센서(S)의 상기 제2 전극(E2)과 연결된 제3 드레인 전극(DE3)을 포함한다.
상기 제2 전극(E2)은 상기 제2 흡수층(AL2) 상에 형성되어 상기 제3 스위칭 소자(TR3)의 상기 제3 드레인 전극(DE3)과 전기적으로 연결된다. 구체적으로, 상기 제3 드레인 전극(DE3) 상부에 형성된 제3 콘택홀(CH13) 및 상기 제2 전극(E2) 상부에 형성된 제4 콘택홀(CH14)은 제2 투명전극(TE2)을 통해 전기적으로 연결될 수 있다.
상기 제4 스위칭 소자(TR4)는 상기 제2 센싱 게이트 라인(SGL2)과 상기 제2 전압라인(VL2)이 교차하는 영역에 인접하게 형성된다. 상기 제4 스위칭 소자(TR4)는 상기 제2 센싱 게이트 라인(SGL2)과 연결된 제4 게이트 전극(GE4), 상기 제2 전압라인(VL2)과 연결된 제4 소스 전극(SE4) 및 상기 이미지 센서(S)의 상기 제3 전극(E3)과 연결된 제4 드레인 전극(DE4)을 포함한다.
상기 제3 전극(E3)은 상기 제3 흡수층(AL3) 상에 형성되어 상기 제4 스위칭 소자(TR4)의 상기 제4 드레인 전극(DE4)과 전기적으로 연결된다. 구체적으로, 상기 제4 드레인 전극(DE4) 상부에 형성된 제5 콘택홀(CH15) 및 상기 제3 전극(E3) 상부에 형성된 제6 콘택홀(CH16)은 제3 투명전극(TE3)을 통해 전기적으로 연결될 수 있다.
상기 컬러필터 기판(200)은 상부 게이트 절연층(220) 및 상부 무기 절연층(230)을 더 포함한다.
도 4 및 도 5를 다시 참조하면, 상기 어레이기판(100)의 상기 게이트 라인(GL)은 상기 컬러필터 기판(200)의 상기 제2 센싱 게이트 라인(SGL2)와 중첩된다. 또한, 상기 어레이기판(100)의 상기 제1 및 제2 데이터 라인들(DL1, DL2)은 상기 컬러필터 기판(200)의 상기 제1 및 제2 전압라인들(VL1, VL2)과 중첩된다. 또한, 상기 제1 스위칭 소자(TR1)과 근접하게 상기 제2 내지 제4 스위칭 소자들(TR2, TR3, TR4)이 형성된다. 이처럼, 상기 어레이기판(100)이 포함하는 신호선들 및 스위칭 소자들을 상기 컬러필터 기판(200)이 포함하는 신호선들 및 스위칭 소자들과 중첩되게 형성함으로써 개구율을 향상시킬 수 있다.
도 7는 도 6에 도시된 컬러필터기판의 등가 회로도이다.
도 5, 도 6 및 도 7를 참조하면, 상기 컬러필터기판(200)에는 상기 제1 전압라인(VL1), 상기 제2 전압라인(VL2) 및 상기 제1 센싱 게이트 라인(SGL1)에 의해 상기 화소 영역(P)이 정의된다. 또한, 상기 컬러필터 기판(200)에는 상기 제1 전압라인(VL1), 상기 제2 전압라인(VL2), 상기 제1 센싱 게이트 라인(SGL1) 및 상기 제2 센싱 게이트 라인(SGL2)에 의해 센싱 영역(SA)이 정의된다.
상기 센싱 영역(SA)에는 상기 제2 스위칭 소자(TR2), 상기 제3 스위칭 소자(TR3), 상기 제4 스위칭 소자(TR4) 및 상기 이미지 센서(S)가 형성된다.
상기 제2 드레인 전극(DE2) 및 상기 제1 센싱 게이트 라인(SGL1)가 중첩되어 형성된 제1 커패시터(C1)에는, 애노드가 상기 제2 드레인 전극(DE2)에 연결되는 제1 포토 다이오드(D1)에 흐르는 전류의 양에 따라 전하가 충전된다.
예를 들어, 상기 제1 센싱 게이트 신호가 활성화 되어 상기 제2 스위칭 소자(TR2)가 턴온되면, 상기 제1 전압에 기초하여 상기 제1 포토 다이오드(D1)에서 전류가 흐르고, 상기 전류의 양에 따라 상기 제1 커패시터(C1)는 충전될 수 있다. 여기서, 상기 제1 포토 다이오드(D1)에 흐르는 전류는 상기 이미지 센서(S)에 입광되는 상기 제1 컬러광의 양에 따라 결정된다.
상기 제3 드레인 전극(DE3) 및 상기 제1 센싱 게이트 라인(SGL1)가 중첩되어 형성된 제2 커패시터(C2)에는, 애노드가 상기 제3 드레인 전극(DE3)에 연결되는 제2 포토 다이오드(D2)에 흐르는 전류의 양에 따라 전하가 충전된다.
예를 들어, 상기 제1 센싱 게이트 신호가 활성화 되어 상기 제3 스위칭 소자(TR3)가 턴온되면, 상기 제2 전압에 기초하여 상기 제2 포토 다이오드(D2)에서 전류가 흐르고, 상기 전류의 양에 따라 상기 제2 커패시터(C2)는 충전될 수 있다. 여기서, 상기 제2 포토 다이오드(D2)에 흐르는 전류는 상기 이미지 센서(S)에 입광되는 상기 제2 컬러광의 양에 따라 결정된다.
구체적으로, 상기 제1 흡수층(AL1) 및 상기 제2 흡수층(AL2) 사이에는 상기 차단층(BL)이 형성되어 있고, 또한, 상기 제1 전극(E1) 및 상기 제2 전극(E2)은 서로 다른 상기 제1 전압 및 상기 제2 전압을 각각 인가받으므로, 상기 제1 전극(E1), 상기 제1 흡수층(AL1), 상기 차단층(BL), 상기 제2 흡수층(AL2) 및 상기 제2 전극(E2)이 상기 제1 포토 다이오드(D1) 및 상기 제2 포토 다이오드(D2)를 이룰 수 있다.
상기 제1 컬러광은 상기 제1 흡수층(AL1)에서만 흡수되므로, 상기 제1 흡수층(AL1)에서 흡수되는 상기 제1 컬러광의 양만큼 전류가 생성되고, 상기 생성된 전류의 양이 많을수록 상기 제1 커패시터(C1)에 저장되는 전하의 양이 많아질 수 있다. 마찬가지로, 상기 제2 컬러광은 상기 제2 흡수층(AL2)에서만 흡수되므로, 상기 제2 흡수층(AL2)에서 흡수되는 상기 제2 컬러광의 양만큼 전류가 생성되고, 상기 생성된 전류의 양이 많을수록 상기 제2 커패시터(C2)에 저장되는 전하의 양이 많아질 수 있다.
상기 제4 드레인 전극(DE4) 및 상기 제2 센싱 게이트 라인(SGL2)가 중첩되어 형성된 제3 커패시터(C3)에는, 애노드가 상기 제4 드레인 전극(DE4)에 연결되는 제3 포토 다이오드(D3)에 흐르는 전류의 양에 따라 전하가 충전된다.
예를 들어, 상기 제2 센싱 게이트 신호가 활성화 되어 상기 제4 스위칭 소자(TR4)가 턴온되면, 상기 제2 전압에 기초하여 상기 제3 포토 다이오드(D3)에서 전류가 흐르고, 상기 전류의 양에 따라 상기 제3 커패시터(C3)는 충전될 수 있다.
여기서, 상기 제3 포토 다이오드(D3)에서 전류는 상기 이미지 센서(S)에 입광되는 상기 제3 컬러광의 양에 따라 결정된다.
구체적으로, 상기 제2 전극(E2) 및 상기 제3 전극(E3) 사이에는 상기 제3 흡수층(AL3)이 형성되어 있다. 또한, 상기 제3 전극(E3)에 상기 제2 전압이 인가되므로, 상기 제2 전극(E2), 상기 제3 흡수층(AL3) 및 상기 제3 전극(E3)은 상기 제3 포토 다이오드(D3)를 이룰 수 있다. 따라서, 상기 제3 컬러광은 상기 제3 흡수층(AL3)에서만 흡수되므로, 상기 제3 흡수층(AL3)에서 흡수되는 상기 제3 컬러광의 양만큼 전류가 생성되고, 상기 생성된 전류의 양이 많을수록 상기 제3 커패시터(C3)에 저장되는 전하의 양이 많아질 수 있다.
즉, 상기 제1 포토 다이오드(D1)에 흐르는 전류의 양 및 상기 제1 커패시터(C1)에 충전되는 전하의 양은 상기 제1 컬러광의 양에 비례하고, 상기 제2 포토 다이오드(D2)에 흐르는 전류의 양 및 상기 제2 커패시터(C2)에 충전되는 전하의 양은 상기 제2 컬러광의 양에 비례하며, 제3 포토 다이오드(D3)에 흐르는 전류의 양 및 상기 제3 커패시터(C3)에 충전되는 전하의 양은 상기 제3 컬러광의 양에 비례한다.
상기 제1 커패서티(C1), 상기 제2 커패시터(C2) 및 상기 제3 커패시터(C3)에 충전된 전하량을 판별함으로써 상기 액정표시장치(1000)는 상기 이미지를 센싱할 수 있다.
도 8a 내지 도 8d는 도 5에 도시된 컬러필터기판의 제조 방법을 설명하기 위한 단면도들이다.
도 3a 내지 도 3g, 도 5, 도 6, 및 도 8a를 참조하면, 상기 제2 베이스 기판(201) 상에 형성된 상기 이미지 센서(S)가 도 3a 내지 도 3g의 제조 공정을 통해 생성되면, 상기 제3 흡수층(AL3)이 형성된 상기 제2 베이스 기판(201) 상에 상기 센서 보호막(210)이 형성된다.
도 5, 도 6, 및 도 8b를 참조하면, 상기 센서 보호막(210)이 형성된 상기 제2 베이스 기판(201) 상에 상기 제2 스위칭 소자(TR2), 상기 제3 스위칭 소자(TR3) 및 상기 제4 스위칭 소자(TR4)가 형성된다.
구체적으로, 상기 센서 보호막(210)이 형성된 상기 제2 베이스 기판(201) 상에 상기 제1 센싱 게이트 라인(SGL1), 상기 제2 센싱 게이트 라인(SGL2), 상기 제2 게이트 전극(GE2), 상기 제3 게이트 전극(GE3) 및 상기 제4 게이트 전극(GE4)이 형성된다. 이어서, 상기 상부 게이트 절연층(220)이 형성된다. 이어서, 상기 제1 전압라인(VL1), 상기 제2 전압라인(VL2), 상기 제2 소스전극(SE2), 상기 제2 드레인전극(DE2), 상기 제3 소스전극(SE3), 상기 제3 드레인전극(DE3), 상기 제4 소스전극(SE4) 및 상기 제4 드레인전극(DE4)이 형성된다. 이어서, 상기 상부 무기 절연층(230)이 형성된다.
도 5, 도 6, 및 도 8c를 참조하면, 상기 제2 드레인 전극(DE2) 상의 상기 상부 무기 절연층(230)을 패터닝하여 상기 제1 콘택홀(CH11)을 형성하고, 상기 이미지 센서(S) 상에 형성된 상기 센서 보호막(210), 상기 상부 게이트 절연층(220) 및 상기 상부 무기 절연층(230)을 패터닝하여 상기 제2 콘택홀(CH12)을 형성하며, 상기 제1 전극(E1)과 상기 제2 드레인 전극(DE2)을 전기적으로 연결시키는 상기 제1 투명전극(TE1)을 형성한다.
상기 제3 드레인 전극(DE3) 상의 상기 상부 무기 절연층(230)을 패터닝하여 상기 제3 콘택홀(CH13)을 형성하고, 상기 이미지 센서(S) 상에 형성된 상기 센서 보호막(210), 상기 상부 게이트 절연층(220) 및 상기 상부 무기 절연층(230)을 패터닝하여 상기 제4 콘택홀(CH14)을 형성하며 상기 제2 전극(E2)과 상기 제3 드레인 전극(DE3)을 전기적으로 연결시키는 상기 제2 투명전극(TE2)을 형성한다.
상기 제4 드레인 전극(DE4) 상의 상기 상부 무기 절연층(230)을 패터닝하여 상기 제5 콘택홀(CH15)을 형성하고, 상기 이미지 센서(S) 상에 형성된 상기 센서 보호막(210), 상기 상부 게이트 절연층(220) 및 상기 상부 무기 절연층(230)을 패터닝하여 상기 제6 콘택홀(CH16)을 형성하며, 상기 제3 전극(E3)과 상기 제4 드레인 전극(DE4)을 전기적으로 연결시키는 상기 제3 투명전극(TE3)을 형성한다.
도 5, 도 6, 및 도 8d를 참조하면, 상기 제1 투명전극(TE1), 상기 제2 투명전극(TE2) 및 상기 제3 투명전극(TE3)이 형성된 상기 제2 베이스 기판(201) 상에 상기 차광패턴(240), 상기 컬러필터패턴(250), 상기 오버코팅층(270) 및 상기 공통전극(290)이 형성된다.
본 실시예에서는, 상기 차광패턴(240)이 상기 이미지 센서(S) 상에 형성되는 것을 도시하였으나, 상기 이미지 센서(S) 상에 상기 컬러필터패턴(250)이 바로 형성될 수도 있다.
상기 이미지 센서(S) 상에 상기 차광패턴(240)이 형성되는 경우, 상기 제3 전극(E3)은 투명 전극인 인듐 틴 옥사이드(Indium tin oxide, ITO) 또는 인듐 징크 옥사이드(Indium zinc oxide)로 이루어질 수도 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 서로 다른 크기의 상기 제1 나노 파티클, 상기 제2 나노 파티클 및 상기 제3 나노 파티클을 포함하는 상기 제1 흡수층(AL1), 상기 제2 흡수층(AL2) 및 상기 제3 흡수층(AL3) 각각에 전압을 인가하고, 또한, 상기 제1 흡수층(AL1) 및 상기 제2 흡수층(AL2) 사이에 터널링 장벽 기능을 하는 상기 차단층(BL)을 형성하므로써 증가된 양자 효율을 갖는 이미지 센서가 상기 표시장치(1000)에 사용될 수 있다. 또한, 상기 백라이트 유닛(1020)에서 발생하는 광을 이용하여 모드에 따라 이미지를 스캔하거나 터치 위치를 센싱할 수 있으므로, 다수의 적외선 발생 장치를 및 다수의 감지장치를 필요로 하지 않아 소비전력이 감소하고 제조비용이 감소된다.
도 9은 본 발명의 다른 실시예에 따른 표시장치의 단면도이다.
도 10a 내지 도 10j는 도 9에 도시된 컬러필터기판의 제조 방법을 설명하기 위한 단면도들이다.
본 발명의 실시예에 따른 표시장치(2000)의 평면도 및 컬러필터기판(500)의 평면도는 도 4 및 도 6과 실질적으로 동일하므로 생략한다.
본 발명의 실시예에 따른 표시패널(2010)은 상기 이미지 센서(S)가 제2 스위칭 소자(TR2), 제3 스위칭 소자(TR3) 및 제4 스위칭 소자(TR4)가 형성된 후에 형성된다는 것을 제외하면, 이전 실시예에 따른 표시장치와 실질적으로 동일하므로 대응하는 요소에 대해서는 대응하는 참조번호를 사용하고, 중복된 설명은 생략한다.
도 6, 도 9 및 도 10a를 참조하면, 상기 제2 베이스 기판(201) 상에 상기 제2 스위칭 소자(TR2), 상기 제3 스위칭 소자(TR3) 및 상기 제4 스위칭 소자(TR4)가 형성된다.
구체적으로, 상기 제2 베이스 기판(201) 상에 상기 제1 센싱 게이트 라인(SGL1), 상기 제2 센싱 게이트 라인(SGL2), 상기 제2 게이트 전극(GE2), 상기 제3 게이트 전극(GE3) 및 상기 제4 게이트 전극(GE4)이 형성된다. 이어서, 상부 게이트 절연층(510)이 형성된다. 이어서, 상기 제1 전압라인(VL1), 상기 제2 전압라인(VL2), 상기 제2 소스전극(SE2), 상기 제2 드레인전극(DE2), 상기 제3 소스전극(SE3), 상기 제3 드레인전극(DE3), 상기 제4 소스전극(SE4) 및 상기 제4 드레인전극(DE4)이 형성된다. 이어서, 상부 무기 절연층(520)이 형성된다.
도 6, 도 9 및 도 10b를 참조하면, 상기 상부 무기 절연층(520)이 형성된 상기 제2 베이스 기판(201) 상에 상기 제1 전극(E1)이 형성된다. 여기서, 상기 제1 전극(E1)을 형성하는 물질의 예로서는, 인듐 틴 옥사이드(Indium tin oxide, ITO), 인듐 징크 옥사이드(Indium zinc oxide) 등을 들 수 있다.
표 1, 도 6, 도 9 및 도 10b를 참조하면, 상기 제1 전극(E1)이 형성된 상기 제2 베이스 기판(201) 상에 상기 제1 흡수층(AL1)이 상기 화학 기상 증착(CVD) 방법으로 형성된다. 여기서, 표 1의 조건 G 및 조건 H의 증착조건으로 상기 제1 흡수층(AL1)이 증착될 수 있다.
도 6, 도 9 및 도 10c를 참조하면, 상기 제1 흡수층(AL1)이 형성된 상기 제2 베이스 기판(201) 상에 상기 차단층(BL)이 형성된다. 여기서, 상기 차단층(BL)은 밴드 갭이 상기 제1 흡수층(AL1), 상기 제2 흡수층(AL2) 및 상기 제3 흡수층(AL3)의 밴드 갭들 보다 큰 산화물 반도체로 이루어진다. 따라서, 상기 차단층(BL)은 터널링 장벽의 기능을 할 수 있다.
표 1, 도 6, 도 9 및 도 10d를 참조하면, 상기 차단층(BL)이 형성된 상기 제2 베이스 기판(201) 상에 상기 제2 흡수층(AL2)이 상기 화학 기상 증착(CVD) 방법으로 형성된다. 여기서, 표 1의 조건 A 및 조건 I의 증착조건으로 상기 제2 흡수층(AL2)이 증착될 수 있다.
도 6, 도 9 및 도 10e를 참조하면, 상기 제2 흡수층(AL2)이 형성된 상기 제2 베이스 기판(201) 상에 상기 제2 전극(E2)이 형성된다. 여기서, 상기 제2 전극(E2)을 형성하는 물질의 예로서는, 인듐 틴 옥사이드(Indium tin oxide, ITO), 인듐 징크 옥사이드(Indium zinc oxide) 등을 들 수 있다.
표 1, 도 6, 도 9 및 도 10f를 참조하면, 상기 차단층(BL)이 형성된 상기 제2 베이스 기판(201) 상에 상기 제3 흡수층(AL3)이 상기 화학 기상 증착(CVD) 방법으로 형성된다. 여기서, 표 1의 조건 D의 증착조건으로 상기 제3 흡수층(AL3)이 증착될 수 있다.
도 6, 도 9 및 도 10g를 참조하면, 상기 제3 흡수층(AL3)이 형성된 상기 제2 베이스 기판(201) 상에 상기 제3 전극(E3)이 형성된다. 여기서, 상기 제3 전극(E3)은 게이트 금속층을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 제3 전극(E3)은 구리(Cu), 알루미늄(Al), 몰리브덴(Mo)을 포함할 수 있다.
도 6, 도 9 및 도 10h를 참조하면, 상기 제3 흡수층(AL3)이 형성된 상기 제2 베이스 기판(201) 상에 상기 센서 보호막(530)이 형성된다.
도 6, 도 9 및 도 10i를 참조하면, 상기 제2 드레인 전극(DE2) 상의 상기 상부 무기 절연층(520) 및 상기 센서 보호막(530)을 패터닝하여 제1 콘택홀(미도시)을 형성하고, 상기 이미지 센서(S) 상에 형성된 상기 센서 보호막(530)을 패터닝하여 제2 콘택홀(미도시)을 형성하며, 상기 제1 전극(E1)과 상기 제2 드레인 전극(DE2)을 전기적으로 연결시키는 상기 제1 투명전극(TE1)을 형성한다.
상기 제3 드레인 전극(DE3) 상의 상기 상부 무기 절연층(520) 및 상기 센서 보호막(530)을 패터닝하여 제3 콘택홀(미도시)을 형성하고, 상기 이미지 센서(S) 상에 형성된 상기 센서 보호막(530)을 패터닝하여 제4 콘택홀(미도시)을 형성하며 상기 제2 전극(E2)과 상기 제3 드레인 전극(DE3)을 전기적으로 연결시키는 상기 제2 투명전극(TE2)을 형성한다.
상기 제4 드레인 전극(DE4) 상의 상기 상부 무기 절연층(520) 및 상기 센서보호막(530)을 패터닝하여 제5 콘택홀(CH25)을 형성하고, 상기 이미지 센서(S) 상에 형성된 상기 센서 보호막(530) 패터닝하여 제6 콘택홀(CH26)을 형성하며, 상기 제3 전극(E3)과 상기 제4 드레인 전극(DE4)을 전기적으로 연결시키는 상기 제3 투명전극(TE3)을 형성한다.
도 6, 도 9 및 도 10j를 참조하면, 상기 제1 투명전극(TE1), 상기 제2 투명전극(TE2) 및 상기 제3 투명전극(TE3)이 형성된 상기 제2 베이스 기판(201) 상에 상기 차광패턴(240), 상기 컬러필터패턴(250), 상기 오버코팅층(270) 및 상기 공통전극(290)이 형성된다.
본 발명의 실시예에 따르면, 상기 제2 스위칭 소자(TR2), 상기 제3 스위칭 소자(TR3) 및 상기 제4 스위칭 소자(TR4)가 상기 제2 베이스 기판(201) 상에 먼저 형성되고, 상기 이미지 센서(S)가 형성되므로 상기 이미지 센서(S)에 형성되는 상기 제2 콘택홀(미도시), 상기 제4 콘택홀(미도시) 및 상기 제6 콘택홀(CH26)은 상기 센서 보호막(530)만을 패터닝하여 형성될 수 있으므로, 이전 실시예에 비해 제조 공정이 단순해 질 수 있다.
본 발명의 실시예들에 따르면, 서로 다른 크기의 나노 파티클들을 포함하는 흡수층들 각각에 전압을 인가하고, 또한, 상기 흡수층들 사이에 터널링 장벽 기능을 하는 차단층을 형성하므로써 증가된 양자 효율을 갖는 이미지 센서가 상기 표시장치에 사용될 수 있다. 또한, 상기 백라이트 유닛에서 발생하는 광을 이용하여 모드에 따라 이미지를 스캔하거나 터치 위치를 센싱할 수 있으므로, 다수의 적외선 발생 장치를 필요로 하지 않아 소비전력이 감소하고 제조비용이 감소된다.
이상에서는 실시예들을 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 이미지 센서의 단면도이다.
도 2는 도 1의 제1 흡수층, 제2 흡수층 및 제3 흡수층의 빛흡수량과 파수와의 관계를 설명하기 위한 그래프이다.
도 3a 내지 도 3g는 도 1에 도시된 이미지 센서의 제조 방법을 설명하기 위한 공정도들이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 표시장치를 도시한 평면도이다.
도 5는 도 4의 I-I 라인을 따라 절단한 단면도이다.
도 6은 도 4에 도시된 컬러필터기판을 도시한 평면도이다.
도 7는 도 6에 도시된 컬러필터기판의 등가 회로도이다.
도 8a 내지 도 8d는 도 5에 도시된 컬러필터기판의 제조 방법을 설명하기 위한 단면도들이다.
도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 표시장치의 단면도이다.
도 10a 내지 도 10j는 도 9에 도시된 컬러필터기판의 제조 방법을 설명하기 위한 단면도들이다.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
E1 : 제1 전극 AL1 : 제1 흡수층
BL : 차단층 AL2 : 제2 흡수층
E2 : 제2 전극 AL3 : 제3 흡수층
E3 : 제3 전극
Claims (19)
- 기판 상에 형성되어 제1 전압을 인가받는 제1 전극층;상기 제1 전압과 다른 제2 전압을 인가받는 제2 전극층;상기 제2 전압을 인가받는 제3 전극층;상기 제1 전극층과 중첩되어 상기 제1 전압을 인가받고, 제1 나노 파티클을 포함하여 제1 컬러광을 센싱하는 제1 흡수층;상기 제2 전극층과 중첩되어 상기 제2 전압을 인가받고, 상기 제1 나노 파티클과 다른 크기의 제2 나노 파티클을 포함하여 제2 컬러광을 센싱하는 제2 흡수층;상기 제3 전극층과 중첩되어 상기 제2 전압을 인가받고, 상기 제1 및 제2 나노 파티클들과 다른 크기의 제3 나노 파티클을 포함하여 제3 컬러광을 센싱하는 제3 흡수층; 및상기 제1 흡수층 및 상기 제2 흡수층 사이에 형성되어 상기 제1 및 제2 흡수층들간의 전하이동을 차단하는 차단층을 포함하는 이미지 센서.
- 제1항에 있어서, 상기 제1 컬러광은 제1 파장을 갖고, 상기 제2 컬러광은 상기 제1 파장보다 큰 제2 파장을 가지며, 상기 제3 컬러광은 상기 제2 파장보다 큰 제3 파장을 갖는 것을 특징으로 하는 이미지 센서.
- 제1항에 있어서, 상기 제1 흡수층의 밴드 갭, 상기 제2 흡수층의 밴드 갭 및 상기 제3 흡수층의 밴드 갭은 순차적으로 작아지는 것을 특징으로 하는 이미지 센서.
- 제1항에 있어서, 상기 제1 나노 파티클, 상기 제2 나노 파티클 및 상기 제3 나노 파티클의 크기는 순차적으로 커지는 것을 특징으로 하는 이미지 센서.
- 제1항에 있어서, 상기 차단층은 상기 제1 흡수층, 상기 제2 흡수층 및 상기 제3 흡수층들의 밴드갭들 보다 큰 것을 특징으로 하는 이미지 센서.
- 제1항에 있어서, 상기 제1, 제2 및 제3 흡수층들 각각은 질화규소를 포함하는 것을 특징으로 하는 이미지 센서.
- 제6항에 있어서, 상기 제1, 제2 및 제3 나노 파티클들 각각은 실리콘 입자들인 것을 특징으로 하는 이미지 센서.
- 기판 상에 제1 전극층을 형성하는 단계;상기 제1 전극층 상에 제1 나노 파티클을 포함하여 제1 컬러광을 센싱하는 제1 흡수층을 형성하는 단계;상기 제1 흡수층 상에 제2 전극층을 형성하는 단계;상기 제1 흡수층 상에 전하이동을 차단하는 차단층을 형성하는 단계;상기 차단층 상에 상기 제1 나노 파티클과 다른 크기의 제2 나노 파티클을 포함하고 제2 컬러광을 센싱하는 제2 흡수층을 형성하는 단계;상기 제2 흡수층 상에 제2 전극층을 형성하는 단계;상기 제2 전극층 상에 상기 제1 및 제2 나노 파티클들과 다른 크기의 제3 나노 파티클을 포함하고, 제3 컬러광을 센싱하는 제3 흡수층을 형성하는 단계; 및상기 제3 흡수층 상에 제3 전극층을 형성하는 단계를 포함하는 이미지 센서의 제조 방법.
- 제8항에 있어서, 상기 제1 나노 파티클, 상기 제2 나노 파티클 및 상기 제3 나노 파티클의 크기는 순차적으로 커지는 것을 특징으로 하는 이미지 센서의 제조 방법.
- 제8항에 있어서, 상기 제1, 제2 및 제3 흡수층들 각각은 질화규소를 포함하는 것을 특징으로 하는 이미지 센서의 제조 방법.
- 제9항에 있어서, 상기 제1, 제2 및 제3 나노 파티클들 각각은 실리콘 입자들인 것을 특징으로 하는 이미지 센서의 제조 방법.
- 기판상에 형성되고, 제1 컬러광, 제2 컬러광 및 제3 컬러광을 센싱하는 이미지 센서; 및복수의 컬러 필터들을 포함하고, 상기 이미지 센서가 형성된 기판 상에 형성되는 컬러필터패턴을 포함하고,상기 이미지 센서는,상기 기판상에 형성되어 제1 전압을 인가받는 제1 전극층;상기 제1 전압과 다른 제2 전압을 인가받는 제2 전극층;상기 제2 전압을 인가받는 제3 전극층;상기 제1 전극층과 중첩되어 상기 제1 전압을 인가받고, 제1 나노 파티클을 포함하여, 상기 제1 컬러광을 센싱하는 제1 흡수층;상기 제2 전극층과 중첩되어 상기 제2 전압을 인가받고, 상기 제1 나노 파티클과 다른 크기의 제2 나노 파티클을 포함하여, 상기 제2 컬러광을 센싱하는 제2 흡수층;상기 제3 전극층과 중첩되어 상기 제2 전압을 인가받고, 상기 제1 및 제2 나노 파티클들과 다른 크기의 제3 나노 파티클을 포함하여, 상기 제3 컬러광을 센싱하는 제3 흡수층; 및상기 제1 흡수층 및 상기 제2 흡수층 사이에 형성되어 상기 제1 및 제2 흡수층들간의 전하이동을 차단하는 차단층을 포함하는 컬러필터기판.
- 제12항에 있어서,제1 방향으로 형성되어 상기 제1 전압을 인가하는 제1 전압라인;상기 제1 전압라인과 인접하게 형성되어 상기 제2 전압을 인가하는 제2 전압 라인;상기 제1 방향과 수직인 제2 방향으로 형성되어 제1 센싱 게이트 신호를 인가하는 제1 센싱 게이트 라인;상기 제1 센싱 게이트 라인과 인접하게 형성되어 제2 센싱 게이트 신호를 인가하는 제2 센싱 게이트 라인;상기 제1 전압라인, 상기 제1 센싱 게이트 라인 및 상기 제1 전극층과 전기적으로 연결된 제1 스위칭 소자;상기 제2 전압라인, 상기 제1 센싱 게이트 라인 및상기 제2 전극층과 전기적으로 연결된 제2 스위칭 소자; 및상기 제2 전압라인, 상기 제2 센싱 게이트 라인 및상기 제3 전극층과 전기적으로 연결된 제3 스위칭 소자를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 컬러필터기판.
- 제13항에 있어서, 상기 제1 내지 제3 전극층들 각각과 상기 제1 내지 제3 스위칭 소자들들 각각을 연결하는 투명전극을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 컬러필터기판.
- 제13항에 있어서, 상기 제1 센싱 게이트 라인 및 상기 제1 스위칭 소자 사이에 형성되어 상기 제1 컬러광에 기초하여 제1 전하를 충전하는 제1 커패시터;상기 제1 센싱 게이트 라인 및 상기 제2 스위칭 소자 사이에 형성되어 상기 제2 컬러광에 기초하여 제2 전하를 충전하는 제2 커패시터; 및상기 제2 센싱 게이트 라인 및 상기 제3 스위칭 소자 사이에 형성되어 상기 제3 컬러광에 기초하여 제3 전하를 충전하는 제3 커패시터를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 컬러필터기판.
- 제12항에 있어서,상기 제1 전극층 및 제2 전극층들은 투명 전극이고, 상기 제3 전극층은 불투명 전극인 것을 특징으로 하는 컬러필터기판.
- 제16항에 있어서, 상기 이미지 센서를 덮도록 형성되는 차광패턴을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 컬러필터기판.
- 서로 교차하는 게이트 라인 및 데이터 라인과 전기적으로 연결된 화소 전극을 포함하는 어레이기판; 및기판상에 형성되고 제1 컬러광, 제2 컬러광 및 제3 컬러광을 센싱하는 이미지 센서와, 복수의 컬러 필터들을 포함하고 상기 이미지 센서가 형성된 기판 상에 형성되는 컬러필터패턴을 포함하는 컬러필터기판;상기 어레이기판 및 상기 컬러필터기판 사이에 개재된 액정층을 포함하고,상기 이미지 센서는,상기 기판 상에 제1 전압을 인가받는 제1 전극층;상기 제1 전압과 다른 제2 전압을 인가받는 제2 전극층;상기 제2 전압을 인가받는 제3 전극층;상기 제1 전극층과 중첩되어 상기 제1 전압을 인가받고, 제1 나노 파티클을 포함하여, 상기 제1 컬러광을 센싱하는 제1 흡수층;상기 제2 전극층과 중첩되어 상기 제2 전압을 인가받고, 상기 제1 나노 파티클과 다른 크기의 제2 나노 파티클을 포함하여, 상기 제2 컬러광을 센싱하는 제2 흡수층;상기 제3 전극층과 중첩되어 상기 제2 전압을 인가받고, 상기 제1 및 제2 나노 파티클들과 다른 크기의 제3 나노 파티클을 포함하여, 상기 제3 컬러광을 센싱하는 제3 흡수층; 및상기 제1 흡수층 및 상기 제2 흡수층 사이에 형성되어 상기 제1 및 제2 흡수층들간의 전하이동을 차단하는 차단층을 포함하는 표시장치.
- 제18항에 있어서, 복수의 데이터 라인들은 상기 제1 전압라인 및 상기 제2 전압라인과 중첩하고, 상기 제2 센싱 게이트 라인은 상기 게이트 라인과 중첩하는 것을 특징으로 하는 표시장치.
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