KR20190028245A - 광학 이미지 센서 일체형 표시장치 - Google Patents

광학 이미지 센서 일체형 표시장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 부피가 큰 광학기구 등의 복잡한 구조 없이 객체의 이미지를 정확하게 센싱할 수 있는 표시장치를 제공하기 위한 것으로, 데이터를 표시하는 표시패널; 상기 표시패널의 제 1 면에 배치되는 커버 윈도우; 상기 커버 윈도우에 광을 조사하는 광원; 및 상기 표시패널의 제 1 면과 반대쪽 제 2 면에 배치되고, 상기 광원으로부터 조사되어 상기 커버 윈도우 표면으로부터 반사된 광을 받는 수광소자를 포함하며, 상기 표시패널은, 상기 광원과 상기 수광소자 사이에 배치되고, 상기 광원에서 출사되고 상기 커버 윈도우에서 반사된 광을 통과시켜 상기 수광소자로 유도하는 핀홀을 구비하는 차광층을 포함한다.

Description

광학 이미지 센서 일체형 표시장치{Optical Image Sensor Integrated type Display Device}
본 발명은 표시장치에 관한 것으로, 특히 객체(object)의 이미지를 센싱할 수 있는 광학 이미지 센서 일체형 표시장치에 관한 것이다.
정보통신 기술의 발달에 따라 노트북 컴퓨터, 태블릿 피시(Tablet PC), 스마트폰(Smart Phone), 개인 휴대용 정보 단말기(PeREonal Digital Assistant), 현금 자동 입출금기(Automated Teller Machine), 검색 안내 시스템 등과 같은 다양한 용도의 정보통신 기반 시스템(Information and Communication Based System)이 개발되어 왔다. 이들 시스템에는 통상적으로 개인 사생활과 관련된 개인정보는 물론 영업정보나 영업기밀 등과 같이 비밀을 요하는 많은 데이터가 저장되어 있기 때문에, 이들 데이터를 보호하기 위해서는 보안을 강화해야 할 필요성이 있다.
이를 위해 사용자의 생체 정보를 인식할 수 있는 이미지 센서를 이용하여, 보안성을 강화하는 방법이 제안된 바 있다. 예를 들어, 사용자의 손가락의 지문을 이용하여 시스템의 등록이나 인증을 수행함으로써 보안성을 강화할 수 있는 이미지 센서가 알려져 있다. 이러한 이미지 센서의 일종으로 광학식 지문 센서(Optical Fingerprint Sensor)가 널리 알려져 있다.
광학식 지문 센서(Optical Fingerprint Sensor)는 LED(Light Emitting Diode) 등의 광원을 이용하여 빛을 조사하고, 지문의 융선(ridge)에 의해 반사된 빛을 CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor) 이미지 센서를 통해 감지하는 원리를 이용한 것이다. 광학식 지문 센서는 LED를 이용해서 스캔을 해야 하기 때문에 스캔을 위한 부가 장비가 필요하다. 이러한 부가장비는 광학식 지문센서의 크기를 증가시키므로 표시 장치와 결합하는 등 다양한 응용에는 한계가 있다.
종래의 광학식 지문센서로는 2006년 7월 26일자로 등록된 "지문인식 센서를 구비한 영상 표시장치"란 명칭의 대한민국 등록특허 제10-0608171호와, 2016년 4월 21일자로 공개된 "지문 인식 소자를 포함한 표시장치"란 명칭의 대한민국 공개 특허공보 제10-2016-0043216호가 알려져 있다.
상기 대한민국 공개 특허공보에 기재된 표시장치는, 표시장치의 표시 영역을 터치 영역 및 지문 인식 영역으로 동시에 사용할 수 있도록 구성하고 있다는 점에서 편리하다. 그러나, 이 표시장치의 광학식 지문센서는 화면 밖의 베젤(bezel) 영역에 배치되므로 필연적으로 베젤 영역이 증가하고, 지문 센서를 배치하기 위해 표시패널의 전체 두께가 두껍게 변경되어야 하는 문제점이 있었다.
본 발명의 목적은 부피가 큰 광학기구 등의 복잡한 구조 없이 미세한 생체정보를 갖는 객체(object)를 정확하게 인식할 수 있는 광학 이미지 센서 일체형 표시장치를 제공하기 위한 것이다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따르는 광학 이미지 센서 일체형 표시장치는 데이터를 표시하는 표시패널; 상기 표시패널의 제 1 면에 배치되는 커버 윈도우; 상기 커버 윈도우에 광을 조사하는 광원; 및 상기 표시패널의 제 1 면과 반대쪽 제 2 면에 배치되고, 상기 광원으로부터 조사되어 상기 커버 윈도우 표면으로부터 반사된 광을 받는 수광소자를 포함하며, 상기 표시패널은, 상기 광원과 상기 수광소자 사이에 배치되고, 상기 광원에서 출사되고 상기 커버 윈도우에서 반사된 광을 통과시켜 상기 수광소자로 유도하는 핀홀을 구비하는 차광층을 포함한다.
상기 구성에서, 상기 핀홀과 상기 수광소자 사이는 광 투과영역으로 형성된다.
또한, 상기 광원은 상기 표시패널 내의 상기 차광층과 상기 제 1 면 사이에 배치되고, 스스로 빛을 발하는 자기 발광형일 수 있다.
이와 달리, 상기 광원은 상기 표시패널의 일측면에서 상기 표시패널의 제 1 면과 대향하는 상기 커버 윈도우의 면에 배치되어, 상기 커버 윈도우 내로 적외선 광을 출사하는 것일 수 있다.
또한, 상기 표시패널은, 기판 상에 배치되는 박막 트랜지스터; 상기 박막 트랜지스터를 커버하며, 상기 박막 트랜지스터의 소스전극과 드레인 전극을 각각 노출시키는 제 1 콘택홀 및 제 2 콘택홀을 갖는 평탄화층; 상기 소스전극과 상기 드레인 전극을 커버하며, 상기 드레인 전극을 노출시키는 제 3 콘택홀을 갖는 오버코트층; 상기 오버코트층 상에 배치되며, 상기 제 3 콘택홀을 통해 노출되는 상기 드레인 전극에 접속되는 애노드 전극; 상기 애노드 전극의 일부를 노출시키는 개구부와, 상기 오버코트층의 일부 영역을 노출시키는 상기 핀홀을 갖는 상기 차광층; 상기 개구부를 통해 노출된 애노드 전극 상에 배치되는 발광스택; 상기 발광스택을 커버하도록 상기 뱅크층 상에 배치되는 캐소드 전극; 및 상기 캐소드 전극을 커버하도록 배치되는 인캡슐레이션층을 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 구성에서 차광층은 카본이나 흑색안료가 첨가된 수지로 이루어질 수 있다.
또한, 상기 표시패널은, 기판 상에 배치되는 박막 트랜지스터; 상기 박막 트랜지스터를 커버하며, 상기 박막 트랜지스터의 소스전극과 드레인 전극을 각각 노출시키는 제 1 콘택홀 및 제 2 콘택홀을 갖는 평탄화층; 상기 소스전극과 상기 드레인 전극을 커버하며, 상기 드레인 전극을 노출시키는 제 3 콘택홀을 갖는 오버코트층; 상기 오버코트층 상에 배치되며, 상기 제 3 콘택홀과 중첩되는 위치에서 상기 드레인 전극을 노출시키는 드레인 콘택홀과, 상기 오버코트층의 일부를 노출시키는 상기 핀홀을 갖는 상기 차광층; 상기 차광층 상에 배치되며, 상기 제 3 콘택홀 및 상기 드레인 콘택홀과 중첩되는 위치에서 상기 드레인 전극을 노출시키는 제 4 콘택홀을 갖는 보호층; 상기 보호층 상에 배치되어 상기 제 3 콘택홀, 상기 드레인 콘택홀 및 상기 제 4 콘택홀을 통해 노출된 드레인 전극에 접속되는 애노드 전극; 상기 보호층 상에 배치되어 상기 애노드 전극의 일부를 노출시키는 개구부를 갖는 뱅크층; 상기 개구부를 통해 노출된 애노드 전극 상에 배치되는 발광스택; 상기 발광스택을 커버하도록 상기 뱅크층 상에 배치되는 캐소드 전극; 및 상기 캐소드 전극을 커버하도록 배치되는 인캡슐레이션층을 더 포함할 수 있다.
또한, 차광층의 드레인 콘택홀의 직경은 상기 제 3 콘택홀의 직경보다 크며, 상기 보호층은 상기 애노드 전극과 상기 차광층을 절연시킬 수 있다.
상기 구성에서 차광층은 크롬(Cr)이나 크롬 산화물(CeOx)을 포함하는 광 차단물질 또는 카본이나 흑색안료가 첨가된 수지로 이루어질 수 있다.
또한, 상기 차광층은 상기 게이트 전극, 상기 소스전극, 상기 드레인 전극과 중첩되는 위치에서 개구부를 가질 수 있다.
또한, 상기 표시패널은, 기판 상에 배치되는 박막 트랜지스터; 상기 박막 트랜지스터를 커버하며, 상기 박막 트랜지스터의 소스전극과 드레인 전극을 각각 노출시키는 제 1 콘택홀 및 제 2 콘택홀을 갖는 평탄화층; 상기 소스전극과 상기 드레인 전극을 커버하며, 상기 드레인 전극을 노출시키는 제 3 콘택홀을 갖는 오버코트층; 상기 오버코트층 상에 배치되며, 상기 오버코트층의 일부를 노출시키는 상기 핀홀을 구비하고, 상기 제 3 콘택홀을 통해 노출된 상기 드레인 전극에 접속되는 상기 차광층; 상기 차광층 상에 배치되며, 상기 제 3 콘택홀과 중첩되는 위치에서 상기 차광층을 노출시키는 제 4 콘택홀을 갖는 보호층; 상기 보호층 상에 배치되어 상기 제 4 콘택홀을 통해 노출된 상기 차광층에 접속되는 애노드 전극; 상기 보호층 상에 배치되어 상기 애노드 전극의 일부를 노출시키는 개구부를 갖는 뱅크층; 상기 개구부를 통해 노출된 애노드 전극 상에 배치되는 발광스택; 상기 발광스택을 커버하도록 상기 뱅크층 상에 배치되는 캐소드 전극; 및 상기 캐소드 전극을 커버하도록 배치되는 인캡슐레이션층을 더 포함할 수 있다.
상기 구성에서 차광층은 크롬(Cr) 또는 크롬 산화물(CeOx)을 포함하는 광 차단물질로 이루어질 수 있다.
또한, 차광층은 1화소부에서 애노드 전극(AN)에 전기적으로 접속된 제 1 영역과, 제 1 영역으로부터 이격되어 애노드 전극(AN)과 전기적으로 절연된 제 2 영역을 포함하는 광학 이미지 센서 일체형 표시장치.
본 발명에 따르는 광학 이미지 센서 일체형 표시장치에 의하면, 표시패널 내부에 핀홀들을 갖는 차광층을 배치하고, 자발광 및/또는 외부 광원을 이용하여 미세한 생체정보를 갖는 객체의 이미지를 센싱할 수 있기 때문에 부피가 큰 광학기구 등의 복잡한 구조 없이 객체의 이미지를 정확하게 인식할 수 효과를 얻을 수 있다.
도 1은 본 발명의 제 1 실시예에 따르는 광학 이미지 센서 일체형 표시장치의 이미지 센싱원리를 개략적으로 도시한 단면도,
도 2는 본 발명의 제 2 실시예에 따르는 광학 이미지 센서 일체형 표시장치의 이미지 센싱원리를 개략적으로 도시한 단면도,
도 3은 본 발명의 제 1 및 제 2 실시예들에 따르는 광학 이미지 센서 일체형 표시장치의 발광 영역들과 핀홀 영역들을 개략적으로 도시한 평면도,
도 4는 도 3에 도시된 핀홀 영역들을 정의하는 차광층을 도시한 평면도,
도 5는 도 1 및 도 2에 도시된 표시패널의 1화소부의 일부 영역을 구체적으로 도시한 제 1 예의 단면도,
도 6은 도 1 및 도 2에 도시된 표시패널의 1화소부의 일부 영역을 구체적으로 도시한 제 2 예의 단면도,
도 7은 도 1 및 도 2에 도시된 표시패널의 1화소부의 일부 영역을 구체적으로 도시한 제 3 예의 단면도,
도 8은 도 1 및 도 2에 도시된 표시패널의 1화소부를 1화소부의 일부 영역을 구체적으로 도시한 제 4 예의 단면도.
이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예들에 대해 상세히 설명한다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조 번호들은 실질적으로 동일한 구성 요소들을 의미한다. 이하의 설명에서, 본 발명과 관련된 공지 기술 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우, 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 이하의 설명에서 사용되는 구성요소 명칭은 명세서 작성의 용이함을 고려하여 선택된 것일 수 있는 것으로서, 실제 제품의 부품 명칭과는 상이할 수 있다.
이하, 도 1을 참조하여, 본 발명의 제 1 실시예에 따르는 광학 이미지 센서 일체형 표시장치에 대해 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 제 1 실시예에 따르는 광학 이미지 센서 일체형 표시장치의 이미지 센싱원리를 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 제 1 실시예에 따르는 광학 이미지 센서 일체형 표시장치는 표시패널(DP), 표시패널(DP)의 표시면(즉, 데이터가 표시되는 면)측에 배치되어 접착층(AD)에 의해 표시패널(DP)에 부착되는 커버 윈도우(CW), 표시패널(DP)의 표시면 반대측 이면에 배치되는 수광소자(RE)를 포함한다.
표시패널(DP)은 문자, 도형, 정지화상, 동영상 등의 데이터를 표시하기 위한 표시소자들을 포함한다. 표시패널(DP)로는 플렉서블한 반투명 기판을 이용한 전계발광 표시장치의 표시패널이 이용될 수 있다. 표시패널(DP)의 표시소자는 표시패널(DP)의 컬러를 구현하기 위해 매트릭스 타입으로 배치되는 화소영역들에 각각 배치되는 복수의 발광부(LE)를 포함한다. 표시패널(DP)은 또한 복수의 발광부들(LE) 하측에 배치되어 광이 투과되는 복수의 핀홀들(PH)을 구비하는 차광층(LSL)을 포함한다.
복수의 발광부들(LE)로는 유기 전계발광 표시장치에 이용되는 유기 발광 다이오드(Organic Light Emitting Diode)가 바람직하나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 표시패널 내에서 스스로 빛을 낼 수 있는 자기 발광형 발광부라면 어느 것이라도 좋다.
차광층(LSL)은 표시패널(DP)의 표면 외부로부터의 광과 발광부들(LE)로부터 출사된 광이 표시패널(DP) 이면에 배치된 수광소자(RE)에 도달하는 것을 차단하는 광 차단층이이다. 차광층(LSL)은 복수의 발광부들(LE)이 배치된 영역을 피하여 배치되며, 서로 소정 거리 이격되어 있는 복수의 핀홀들(PH)을 포함한다. 복수의 핀홀들(PH)은 복수의 발광부들(LE)로부터 조사된 광이 커버 윈도우(CW)에 터치 또는 근접한 객체(F)에 의해 반사될 때 그 반사된 광을 투과시켜 수광소자(RE)에 도달하도록 하는 일종의 스루홀(through hole)이다. 차광층(LSL)은 표시패널 이면으로 광광을 차단시키는 물질이라면 어떠한 것이라도 이용될 수 있다. 차광층(LSL)에 대해서는 도 5 내지 도 8의 예에서 보다 구체적으로 설명하기로 한다.
커버 윈도우(CW)는 정보입력을 위해 객체(object)(F)가 접촉 또는 근접할 수 있도록 객체(F)와 가장 근접한 곳에 위치한 표시패널(DP) 상의 최상위에 존재하는 물체이다. 이하에서는 커버 윈도우(CW)의 표면에 접촉하는 객체(F)로서 지문정보를 갖는 손가락을 예로 들어 설명하지만, 객체가 이에 한정되는 것은 아니다. 객체(F)는 골(V)과 융선(R)이 포함된 요철을 가진 것이라면 어느 것이라도 가능하다. 예를 들어, 객체(F)는 요철(즉, 골과 융선)을 갖는 손가락의 지문 등 생체정보를 포함하는 인체의 일부분일 수 있다.
수광소자(RE)는 객체(F)에 의해 반사되어 차광층(LSL)의 핀홀들(PH)을 투과한 광을 센싱한 후 이미지 센싱 IC(도시생략)에 광학정보를 송신한다. 이미지 센싱 IC는 수광소자(RE)에 의해 수신된 광학 정보, 즉 손가락(F)의 융선(R)과 골(V)에 기초하여 수광소자(RE)로부터 흘러오는 광 전류의 크기를 이용하여 객체의 이미지를 재구성할 수 있다.
다음으로, 도 1을 참조하여 본 발명의 제 1 실시예에 따르는 광학 이미지 센서 일체형 표시장치를 이용하여 객체(F)의 이미지를 센싱하는 원리에 대해 설명하기로 한다. 설명의 이해를 돕기 위해 객체(F)는 손가락의 지문을 예로 들어 설명한다.
표시패널(DP)이 동작하여 발광부들(LE)이 광을 출사하고, 손가락이 표시패널(DP) 상부의 커버 윈도우(CW)에 접촉하면, 발광부(LE)로부터 출사된 광의 일부는 손가락의 융선(R)에 의해 반사된다. 손가락의 융선(R)과 골(V)은 완만한 곡선 형태로 이어지므로 융선(R)과 골(V) 사이에 위치에 따라 반사되는 광량에도 변화가 발생한다. 도 1의 실시예에서는 광의 출사방향과 반사방향이 하나의 라인으로 도시되어 있지만, 실질적으로 발광부(LE)로부터의 광은 커버 윈도우(CW) 표면의 다양한 지점을 지향하여 출사되며, 손가락의 융선(R)에 의해 반사된다.
이하, 도 1을 참조하여 광의 진행방향에 대해 보다 구체적으로 설명하기로 한다. 도 1에 도시된 실시예에서, 커버 윈도우(CW)의 굴절률은 손가락(F)의 굴절률과 유사한 굴절률을 갖는다. 발광부(LE)로부터 출사된 광이 커버 윈도우(CW)의 상부 표면에서 전반사 조건을 충족시키면, 손가락의 융선(R)에 도달한 광은 대부분 흡수되고, 골(V)에 도달한 광은 대부분 전반사되어 커버 윈도우(CW)의 내부를 따라 계속 진행하게 된다. 그러나, 발광부(LE)로부터 출사된 광이 커버 윈도우(CW)에서 전반사 조건을 충족시키지 못하면, 손가락(F)의 융선(R)에 도달한 광은 대부분 굴절 반사되고, 골(V)에 도달한 광은 대부분 흡수된다. 따라서, 손가락의 융선(R)과 골(V)에 도달한 광 중 일부는 차광층(LSL)의 핀홀들(PH)을 통해 표시패널(DP) 외부로 출사되어 수광소자(RE)에 집광된다. 결국, 손가락(F)의 골(V)과 융선(R)에 의해 반사되어 수광소자(RE)에 집광되는 광량은 골(V)과 융선(R)의 위치에 따라 달라지게 된다. 따라서, 수광소자(RE)에는 상이한 광량에 따라 다른 값을 갖는 광 전류가 흐르게 되므로, 수광소자(RE)로부터 광학 정보를 수신한 이미지 센싱 IC(도시생략)는 수광소자(RE)로부터 흘러오는 광 전류의 크기에 기초하여 지문의 이미지를 재구성할 수 있게 된다.
본 발명의 제 1 실시예에 따르는 광학 이미지 센서 일체형 표시장치에 의하면, 표시패널(DP)의 내부에 핀홀들(PH)을 갖는 차광층(LSL)을 배치하여 광의 투과율을 극대화할 수 있으므로, 커버 윈도우(CW) 상의 객체(F)의 골(V)과 융선(R)에서 반사된 광이 골(V)과 융선(R) 사이의 위치에 따라 서로 다른 크기를 갖는 것을 이용하여 객체의 이미지를 선명하게 인식할 수 있는 효과를 얻을 수 있다.
다음으로, 도 2를 참조하여, 본 발명의 제 2 실시예에 따르는 광학 이미지 센서 일체형 표시장치에 대해 설명하기로 한다.
도 2는 본 발명의 제 2 실시예에 따르는 광학 이미지 센서 일체형 표시장치의 이미지 센싱원리를 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 제 2 실시예에 따르는 광학 이미지 센서 일체형 표시장치는 표시패널(DP), 표시패널(DP)의 표시면(즉, 데이터가 표시되는 면)측에 배치되어 접착층(AD)에 의해 표시패널(DP)에 부착되는 커버 윈도우(CW), 표시패널(DP)의 일측면에서 커버 윈도우(CW)의 하면에 배치되어 광을 출사하는 광원(LS), 표시패널(DP)의 표시면 반대측 이면에 배치되는 수광소자(RE)를 포함한다.
표시패널(DP)은 문자, 도형, 정지화상, 동영상 등의 데이터를 표시하기 위한 표시소자들을 포함한다. 표시패널(DP)로는 플렉서블한 반투명 기판을 이용한 전계발광 표시장치의 표시패널이 이용될 수 있다. 표시패널(DP)의 표시소자는 표시패널(DP)의 컬러를 구현하기 위해 매트릭스 타입으로 배치되는 화소영역들에 각각 배치되는 복수의 발광부(LE)를 포함한다. 표시패널(DP)은 또한 복수의 발광부들(LE) 하측에 배치되어 광이 투과되는 복수의 핀홀들(PH)을 구비하는 차광층(LSL)을 포함한다.
복수의 발광부들(LE)로는 유기 전계발광 표시장치에 이용되는 유기 발광 다이오드(Organic Light Emitting Diode)가 바람직하나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 표시패널 내에서 스스로 빛을 낼 수 있는 자기 발광형 발광부라면 어느 것이라도 좋다.
차광층(LSL)은 표시패널(DP)의 표면 외부로부터의 광과 발광부들(LE)로부터 출사된 광이 표시패널(DP) 이면에 배치된 수광소자(RE)에 도달하는 것을 차단하는 광 차단층이이다. 차광층(LSL)은 복수의 발광부들(LE)이 배치된 영역을 피하여 배치되며, 서로 소정 거리 이격되어 있는 복수의 핀홀들(PH)을 포함한다. 복수의 핀홀들(PH)은 복수의 발광부들(LE)로부터 조사된 광이 커버 윈도우(CW)에 터치 또는 근접한 객체(F)에 의해 반사될 때 그 반사된 광을 투과시켜 수광소자(RE)에 도달하도록 하는 일종의 스루홀(through hole)이다. 차광층(LSL)은 광을 차단시키는 물질이라면 어떠한 것이라도 이용될 수 있다. 차광층(LSL)에 대해서는 도 5 내지 도 8의 예에서 보다 구체적으로 설명하기로 한다.
커버 윈도우(CW)는 정보입력을 위해 객체(object)(F)가 접촉 또는 근접할 수 있도록 객체(F)와 가장 근접한 곳에 위치한 표시패널(DP) 상의 최상위에 존재하는 물체이다. 이하에서는 커버 윈도우(CW)의 표면에 접촉하는 객체로서 지문정보를 갖는 손가락을 예로 들어 설명하지만, 객체가 이에 한정되는 것은 아니다. 객체(F)는 골(V)과 융선(R)이 포함된 요철을 가진 것이라면 어느 것이라도 가능하다. 예를 들어, 객체(F)는 요철(즉, 골과 융선)을 갖는 손가락의 지문 등 생체정보를 포함하는 인체의 일부분일 수 있다.
광원(LS)은 표시패널(DP)의 측면에서 커버 윈도우(CW)의 이면에 배치되어 표시패널(DP)과 중첩되는 커버 윈도우(CW)의 내부를 향해 광을 조사한다. 광원(LS)으로서는 광원(LS)으로부터 출사된 광이 시인되지 않도록 눈에 보이지 않는 적외선(infrared rays) 광원을 이용하는 것이 바람직하다.
수광소자(RE)는 객체(F)에 의해 반사되어 차광층(LSL)의 핀홀들(PH)을 투과한 광을 센싱한 후 이미지 센싱 IC(도시생략)에 광학정보를 송신한다. 이미지 센싱 IC는 수광소자(RE)에 의해 수신된 광학 정보, 즉 손가락(F)의 융선(R)과 골(V)에 기초하여 수광소자(RE)로부터 흘러오는 광 전류의 크기를 이용하여 객체의 이미지를 재구성할 수 있다.
다음으로, 도 2를 참조하여 본 발명의 제 2 실시예에 따르는 광학 이미지 센서 일체형 표시장치를 이용하여 객체(F)의 이미지를 센싱하는 원리에 대해 설명하기로 한다. 설명의 이해를 돕기 위해 객체(F)는 손가락의 지문을 예로 들어 설명한다.
표시패널(DP)의 동작에 따라 발광부들(LE)의 광과 광원(LS)으로부터 적외선 광이 커버 윈도우(CW) 내로 입사하고, 손가락(F)이 표시패널(DP) 상부의 커버 윈도우(CW)에 접촉하면, 발광부(LE)로부터 출사된 광과 광원(LS)으로부터 출사된 광의 일부는 손가락의 융선(R)에 의해 반사된다. 손가락의 융선(R)과 골(V)은 완만한 곡선 형태로 이어지므로 융선(R)과 골(V) 사이에 위치에 따라 반사되는 광량에도 변화가 발생한다. 도 2의 실시예에서는 광원(LS)으로부터 광의 출사방향과 반사방향이 하나의 라인으로 도시되어 있지만, 실질적으로 광원(LS)으로부터 광뿐만 아니라 발광부(LE)로부터의 광 또한 커버 윈도우(CW) 표면의 다양한 지점을 지향하여 출사되며 손가락의 융선(R)에 의해 반사된다.
이하, 도 2를 참조하여 광의 진행방향에 대해 보다 구체적으로 설명하기로 한다. 도 2에 도시된 실시예에서, 커버 윈도우(CW)의 굴절률은 손가락(F)의 굴절률과 유사한 굴절률을 갖는다. 발광부(LE)로부터 출사된 광과 광원(LS)으로부터 출사된 광은 커버 윈도우(CW)의 상부 표면에서 전반사 조건을 충족시키면, 손가락의 융선(R)에 도달한 광은 대부분 흡수되고, 골(V)에 도달한 광은 대부분 전반사되어 커버 윈도우(CW)의 내부를 따라 계속 진행하게 된다. 그러나, 발광부(LE)와 광원(LS)으로부터 출사된 광이 커버 윈도우(CW)에서 전반사 조건을 충족시키지 못하면, 손가락(F)의 융선(R)에 도달한 광은 대부분 굴절 반사되고, 골(V)에 도달한 광은 대부분 흡수된다. 따라서, 손가락의 융선(R)과 골(V)에 도달한 광 중 일부는 차광층(LSL)의 핀홀들(PH)을 통해 표시패널(DP) 외부로 출사되어 수광소자(RE)에 집광된다. 결국, 손가락(F)의 골(V)과 융선(R)에 의해 반사되어 수광소자(RE)에 집광되는 광량은 골(V)과 융선(R)의 위치에 따라 달라지게 된다. 즉, 골(V)에 가까워 질수록 반사되는 광량은 적고, 융선(R)에 가까워 질수록 반사되는 광량은 많아진다. 따라서, 수광소자(RE)에는 골(V)과 융선(R) 사이의 위치에 따라 서로 다른 값을 갖는 광 전류가 흐르게 되므로, 수광소자(RE)로부터 광학 정보를 수신한 이미지 센싱 IC(도시생략)는 수광소자(RE)로부터 흘러오는 광 전류의 크기에 기초하여 지문의 이미지를 재구성할 수 있게 된다.
본 발명의 제 2 실시예에 따르는 광학 이미지 센서 일체형 표시장치에 의하면, 표시패널(DP)의 내부에 핀홀들(PH)을 갖는 차광층(LSL)을 배치하여 광의 투과율을 극대화할 수 있으므로, 커버 윈도우(CW) 상의 객체(F)의 골(V)과 융선(R)에서 반사된 광이 골(V)과 융선(R) 사이의 위치에 따라 서로 다른 크기를 갖는 것을 이용하여 객체의 이미지를 선명하게 인식할 수 있는 효과를 얻을 수 있다.
또한, 본 발명의 제 2 실시예에 따르는 광학 이미지 센서 일체형 표시장치는 내부 발광부뿐 아니라 외부 광원을 이용하여 객체로부터 반사된 더 많은 광을 집광할 수 있으므로 제 1 실시예에 비하여 더욱 선명한 객체의 이미지를 구현할 수 있는 효과를 얻을 수 있다.
본 발명의 제 1 및 제 2 실시예에 따르는 광학 이미지 센서 일체형 표시장치에서 차광층은 표시패널의 소자와는 관계없이 독립적인 소자로서 이용될 수도 있고, 전계발광 표시장치의 뱅크층으로 구현될 수도 있다. 도 5의 예는 전계발광 표시장치의 뱅크층이 차광층으로 이용된 경우의 예이고, 도 6 내지 도 8의 예는 독립적인 차광층이 이용된 경우의 예이다. 이하의 설명에서 차광층은 독립적인 차광층은 물론 필요에 따라 뱅크층을 포함하는 의미로 이용될 수 있다.
다음으로 도 3 및 도 4를 참고하여 본 발명의 제 1 및 제 2 실시예들에 따르는 광학 이미지 센서 일체형 표시장치의 발광 영역들과 핀홀 영역들의 상관 관계에 대해 설명하기로 한다.
도 3은 본 발명의 제 1 및 제 2 실시예들에 따르는 광학 이미지 센서 일체형 표시장치의 발광 영역들과 핀홀 영역들을 개략적으로 도시한 평면도이고, 도 4는 도 3에 도시된 핀홀 영역들을 정의하는 차광층을 개략적으로 도시한 평면도이다.
도 3 및 도 4를 참조하면, 발광 영역(LA)은 표시장치의 화소영역마다 할당되며, 표시패널(DP) 내에서 매트릭스 형태로 배열되는 화소 어레이를 구성한다. 핀홀 영역(PA)은 발광 영역(LA) 사이에서 발광 영역(LA)과 중첩되지 않도록 배치된다. 핀홀 영역(PA)은 도 4에 도시된 바와 같이 차광층(LSL)에 형성되는 핀홀(PH)에 의해 정의된다. 핀홀(PH)은 발광 영역(LA)보다 작게 형성되며, 발광 영역(LA) 수개 또는 수십개당 하나의 비율로 배치된다. 핀홀 영역(PA)과 중첩되는 하부는 광을 투과하여야 하므로, 표시소자의 금속배선이나, 박막 트랜지스터의 금속전극, 스토리지 캐패시터의 금속전극 등 어느 것도 존재해서는 안된다. 즉, 핀홀 영역(PA)과 수광소자(RE) 사이에는 광의 진행이 방해 받지 않도록 투과영역이어야 한다.
도 3 및 도 4에서 차광층은 핀홀(PH)만을 구비하는 것으로 도시 및 설명되어 있으나, 필요에 따라 다른 개구부를 구비할 수 있다. 이러한 예에 대해서는 도 5 내지 도 8에 상세히 설명된다.
이하, 본 발명의 제 1 및 제 2 실시예들에 따르는 광학 이미지 센서 일체형 표시장치가 유기 전계발광 표시장치에 적용되는 예에 대해 도 5 내지 도 8을 참조하여 설명하기로 한다.
도 5는 도 1 및 도 2에 도시된 표시패널의 1화소부의 일부 영역을 구체적으로 도시한 제 1 예의 단면도이다. 도 6은 도 1 및 도 2에 도시된 표시패널의 1화소부의 일부 영역을 구체적으로 도시한 제 2 예의 단면도이다. 도 7은 도 1 및 도 2에 도시된 표시패널의 1화소부의 일부 영역을 구체적으로 도시한 제 3 예의 단면도이다. 도 8은 도 1 및 도 2에 도시된 표시패널의 1화소부를 1화소부의 일부 영역을 구체적으로 도시한 제 4 예의 단면도 이다.
도 5를 참조하면, 본 발명의 제 1 및 제 2 실시예에 따르는 광학 이미지 센서 일체형 표시장치의 표시패널에 있어서, 기판(SUB) 상에는 단층 또는 다층구조의 버퍼층(BUF)이 배치될 수 있다. 기판(SUB)은 플렉서블한 반투명 물질로 형성될 수 있다. 버퍼층(BUF)은 기판(SUB)이 폴리이미드와 같은 물질로 형성될 경우, 후속 공정에서 손상되는 것을 방지하기 위해 무기물질 및 유기물질 중의 어느 하나로 형성될 수 있다. 무기물질은 실리콘 질화물 및 실리콘 산화물 중의 어느 하나를 포함하고, 유기물질은 포토 아크릴을 포함할 수 있다. 버퍼층(BUF)은 생략될 수도 있다.
버퍼층(BUF) 상에는 반도체층(A)이 배치된다. 반도체층(A)은 비정질 실리콘을 이용하거나, 비정질 실리콘을 결정화한 다결정 실리콘을 이용하여 형성될 수도 있다. 이와 달리, 반도체층(A)은 아연 산화물(ZnO), 인듐 아연 산화물(InZnO), 인듐 갈륨 아연 산화물(InGaZnO) 또는 아연 주석 산화물(ZnSnO) 중 어느 하나로 이루어질 수 있다. 또한, 반도체층(A)은 멜로시아닌, 프탈로시아닌, 펜타센, 티오펜폴리머 등의 저분자계 또는 고분자계 유기물로 이루어질 수도 있다.
반도체층(A)이 배치된 버퍼층(BUF) 상에는 반도체층(A)을 커버하도록 게이트 절연막(GI)이 배치된다. 게이트 절연막(GI)은 실리콘 산화막(SiOx), 실리콘 질화막(SiNx) 또는 이들의 이중층으로 이루어질 수 있다.
게이트 절연막(GI)상에는 반도체층(A)과 적어도 일부 영역이 중첩되도록 박막 트랜지스터의 게이트 전극(G)과, 게이트 전극(GE)에 연결되는 게이트 라인(도시 생략)이 배치된다. 게이트 전극(G) 및 게이트 라인은 몰리브덴(Mo), 알루미늄(Al), 크롬(Cr), 금(Au), 티타늄(Ti), 니켈(Ni) 및 구리(Cu)로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나, 또는 이들의 합금일 수 있으며, 단일층 또는 다중층으로 이루어질 수 있다.
게이트 전극(G) 및 게이트 라인이 배치된 게이트 절연막(GI) 상에는 게이트 전극(G) 및 게이트 라인을 커버하도록 층간 절연막(INT) 및 평탄화층(PL)이 순차적으로 배치된다. 평탄화층(PL)은 하부 구조의 단차를 완화시키면서 하부 구조를 보호하기 위한 것이다. 층간 절연막(INT) 및 평탄화층(PL) 중 어느 하나는 생략될 수도 있다.
평탄화층(PL) 상에는 박막 트랜지스터의 소스전극(S) 및 드레인 전극(DE)과 소스전극(S)에 연결되는 데이터 라인(도시 생략) 등이 배치된다. 소스전극(S)은 층간 절연막(INT)과 평탄화층(PL)을 관통하는 제 1 콘택홀(CH1)을 통해 노출되는 반도체층(A)의 제 1 영역(A1)에 접속되고, 드레인 전극(DE)은 층간 절연막(INT)과 평탄화층(PL)을 관통하는 제 2 콘택홀(CH2)을 통해 노출되는 반도체층(A)의 제 2 영역(A2)에 접속된다. 층간 절연막(INT) 및 평탄화층(PL)은 실리콘 산화막(SiOx) 또는 실리콘 질화막(SiNx)으로 형성될 수 있다.
평탄화층(PL) 상에는 소스전극(S), 드레인 전극(DE) 및 데이터 라인을 커버하도록 오버코트층(OC)이 배치된다. 오버코트층(OC)은 평탄화층(PL) 상의 소스전극(S) 및 드레인 전극(DE)과 데이터 라인으로 인한 하부 구조의 단차를 더욱 완화시키면서 하부 구조를 추가적으로 보호하는 평탄화층일 수 있다. 오버코트층(OC)은 실록산계 유기물로 이루어질 수 있다. 오버코트층(OC)은 드레인 전극을 노출시키는 제 3 콘택홀(CH3)을 포함한다.
오버코트층(OC) 상에는 드레인 전극(DE)에 접속되도록 애노드 전극(AN)이 배치된다.
오버코트층(OC) 상에는 애노드 전극(AN)을 노출시키는 개구부(OP)와 오버코트층(OC)을 노출시키는 핀홀(PH)을 구비하는 뱅크층(BL)이 배치된다. 뱅크층(BL)의 개구부(OP)는 발광영역(LA)을 정의하는 영역으로 핀홀(PH)보다 수배 또는 수십배의 크기로 형성될 수 있다. 뱅크층(BL)은 광을 투과하지 않으면서 반사가 적은 물질을 이용하여 형성되는 것이 바람직하다. 예를 들어, 뱅크층(BL)을 구성하는 재료로는 카본이나 흑색안료가 첨가된 수지를 이용하여 형성할 수 있다.
뱅크층(BL)의 발광영역을 통해 노출된 애노드 전극(AN) 상에는 발광스택(LES)과 캐소드 전극(CA)이 순차적으로 배치된다. 발광 스택(LES)은 애노드 전극(AN) 상에 정공 관련층, 유기발광층, 전자 관련층의 순으로 또는 역순으로 적층되어 형성될 수 있다.
보호층(PAS) 상에는 캐소드 전극(CA)과 뱅크층(BL)을 커버하도록 봉지층(ENC)이 배치될 수 있다. 봉지층(ENC)은 외부로부터의 수분이나 산소가 봉지층(ENC) 내부에 위치한 발광 스택(LES)으로 침투되는 것을 최소화하기 위한 것으로 무기물층과 유기물층이 번갈아 배치되는 다층 구조로 형성될 수 있다.
도 5의 실시예에 도시된 바와 같이, 핀홀(PH)이 형성된 핀홀 영역의 하부구조는 빛의 투과할 수 있는 투과영역(TA)으로 되기 때문에, 객체(F)에 의해 반사된 광이 표시패널(DP) 하부에 배치된 수광소자(RE)에 용이하게 집광될 수 있게 된다. 따라서, 표시패널(DP)의 내부에 핀홀들(PH)을 갖는 뱅크층(BL)에 의해 광의 투과율을 극대화할 수 있으므로, 커버 윈도우(CW) 상의 객체(F)의 이미지를 선명하게 인식할 수 있는 효과를 얻을 수 있다.
또한, 기존의 뱅크층에 핀홀을 형성하고, 뱅크층을 카본이나 흑색안료가 첨가된 수지를 이용하여 형성함으로써 추가적인 층을 형성할 필요가 없으므로, 공정수를 증가시킬 필요가 없고 층수의 증가에 따른 개구율 저하와 부하의 증가와 같은 부작용을 방지할 수 있다.
도 6을 참조하면, 본 발명의 제 1 및 제 2 실시예에 따르는 광학 이미지 센서 일체형 표시장치의 표시패널에 있어서, 기판(SUB) 상에는 단층 또는 다층구조의 버퍼층(BUF)이 배치될 수 있다. 기판(SUB)은 플렉서블한 반투명 물질로 형성될 수 있다. 버퍼층(BUF)은 기판(SUB)이 폴리이미드(PI)와 같은 플렉서블한 연성물질로 형성될 경우, 후속 공정에서 손상되는 것을 방지하기 위해 무기물질 및 유기물질 중의 어느 하나로 형성될 수 있다. 무기물질은 실리콘 질화물 및 실리콘 산화물 중의 어느 하나를 포함하고, 유기물질은 포토 아크릴을 포함할 수 있다. 버퍼층(BUF)은 생략될 수도 있다.
버퍼층(BUF) 상에는 반도체층(A)이 배치된다. 반도체층(A)은 비정질 실리콘을 이용하거나, 비정질 실리콘을 결정화한 다결정 실리콘을 이용하여 형성될 수도 있다. 이와 달리, 반도체층(A)은 아연 산화물(ZnO), 인듐 아연 산화물(InZnO), 인듐 갈륨 아연 산화물(InGaZnO) 또는 아연 주석 산화물(ZnSnO) 중 어느 하나로 이루어질 수 있다. 또한, 반도체층(A)은 멜로시아닌, 프탈로시아닌, 펜타센, 티오펜폴리머 등의 저분자계 또는 고분자계 유기물로 이루어질 수도 있다.
반도체층(A)이 배치된 버퍼층(BUF) 상에는 반도체층(A)을 커버하도록 게이트 절연막(GI)이 배치된다. 게이트 절연막(GI)은 실리콘 산화막(SiOx), 실리콘 질화막(SiNx) 또는 이들의 이중층으로 이루어질 수 있다.
게이트 절연막(GI)상에는 반도체층(A)과 적어도 일부 영역이 중첩되도록 박막 트랜지스터의 게이트 전극(G)과, 게이트 전극(GE)에 연결되는 게이트 라인(도시 생략)이 배치된다. 게이트 전극(G) 및 게이트 라인은 몰리브덴(Mo), 알루미늄(Al), 크롬(Cr), 금(Au), 티타늄(Ti), 니켈(Ni) 및 구리(Cu)로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나, 또는 이들의 합금일 수 있으며, 단일층 또는 다중층으로 이루어질 수 있다.
게이트 전극(G) 및 게이트 라인이 배치된 게이트 절연막(GI) 상에는 게이트 전극(G) 및 게이트 라인을 커버하도록 층간 절연막(INT) 및 평탄화층(PL)이 순차적으로 배치된다. 평탄화층(PL)은 하부 구조의 단차를 완화시키면서 하부 구조를 보호하기 위한 것이다. 층간 절연막(INT) 및 평탄화층(PL) 중 어느 하나는 생략될 수도 있다.
평탄화층(PL) 상에는 박막 트랜지스터의 소스전극(S) 및 드레인 전극(DE)과 소스전극(S)에 연결되는 데이터 라인(도시 생략)이 배치된다. 소스전극(S)은 층간 절연막(INT)과 평탄화층(PL)을 관통하는 제 1 콘택홀(CH1)을 통해 노출되는 반도체층(A)의 제 1 영역(A1)에 접속되고, 드레인 전극(DE)은 층간 절연막(INT)과 평탄화층(PL)을 관통하는 제 2 콘택홀(CH2)을 통해 노출되는 반도체층(A)의 제 2 영역(A2)에 접속된다. 층간 절연막(INT) 및 평탄화층(PL)은 실리콘 산화막(SiOx) 또는 실리콘 질화막(SiNx)으로 형성될 수 있다.
평탄화층(PL) 상에는 소스전극(S), 드레인 전극(DE) 및 데이터 라인을 커버하도록 오버코트층(OC)이 배치된다. 오버코트층(OC)은 평탄화층(PL) 상의 소스전극(S) 및 드레인 전극(DE)과 데이터 라인으로 인한 하부 구조의 단차를 더욱 완화시키면서 하부 구조를 추가적으로 보호하는 평탄화층일 수 있다. 오버코트층(OC)은 실록산계 유기물로 이루어질 수 있다.
오버코트층(OC) 상에는 차광층(LSL)이 배치된다. 차광층(LSL)은 오버코트층(OC)을 노출시키는 핀홀(PH)과, 드레인 전극(DE)을 노출시키도록 오버코트층(OC)의 제 3 콘택홀(CH3)과 중첩되는 드레인 콘택홀(DH)을 포함한다. 차광층(LSL)의 드레인 콘택홀(DH)은 제 3 콘택홀(CH3)보다 크게 형성된다. 차광층(LSL)은 광을 투과하지 않으면서 반사가 적은 물질을 이용하여 형성될 수 있다. 차광층(LSL)은 광, 특히 적외선 광을 투과하지 않으면서 반사가 적은 물질을 이용하여 형성되는 것이 바람직하다. 예를 들어, 차광층(LSL)을 구성하는 재료로는 크롬(Cr), 크롬 산화물(CeOx)과 같은 금속층, 또는 카본이나 흑색안료가 첨가된 수지를 이용하여 형성할 수 있다.
차광층(LSL) 상에는 보호층(PAS)이 배치된다. 보호층(PAS)은 드레인 전극(DE)을 노출시키는 제 3 콘택홀(CH3) 및 드레인 콘택홀(DH)과 중첩되는 제 4 콘택홀(CH4)을 포함한다. 드레인 콘택홀(DH)의 직경은 제 3 콘택홀(CH3)의 직경보다 크게 형성되고, 제 4 콘택홀(CH4)의 직경은 드레인 콘택홀(DH)의 직경 보다 작게 형성된다.
보호층(PAS) 상에는 제 3 콘택홀(CH3), 드레인 콘택홀(DH) 및 제 4 콘택홀(CH4)을 통해 노출되는 드레인 전극(DE)에 접속되도록 애노드 전극(AN)이 배치된다. 보호층(PAS)의 제 4 콘택홀(CH4)의 직경은 차광층(LSL)의 드레인 콘택홀(DH)의 직경보다 작게 형성되므로, 애노드 전극(AN)은 차광층(LSL)과는 접촉하지 않고 박막 트랜지스터의 드레인 전극(DE)과만 접촉한다.
보호층(PAS) 상에는 애노드 전극(AN)을 노출시키는 개구부(OP)를 갖는 뱅크층(BL)이 형성된다. 뱅크층(BN)의 개구부(OP)는 발광영역(LA)을 정의하는 영역이다. 뱅크층(BL)의 발광영역을 통해 노출된 애노드 전극(AN) 상에는 발광스택(LES)과 캐소드 전극(CA)이 순차적으로 배치된다. 발광 스택(LES)은 애노드 전극(AN) 상에 정공 관련층, 유기발광층, 전자 관련층 순으로 또는 역순으로 적층되어 형성될 수 있다.
보호층(PAS) 상에는 캐소드 전극(CA)과 뱅크층(BL)을 커버하도록 봉지층(ENC)이 배치될 수 있다. 봉지층(ENC)은 외부로부터의 수분이나 산소가 봉지층(ENC) 내부에 위치한 발광 스택(LES)으로 침투되는 것을 최소화하기 위한 것으로 무기물층과 유기물층이 번갈아 배치되는 다층 구조로 형성될 수 있다.
도 6의 실시예에 도시된 바와 같이, 핀홀(PH)이 형성된 핀홀 영역의 하부구조는 빛의 투과영역(TA)으로 되기 때문에, 객체(F)에 의해 반사된 광이 표시패널(DP) 하부에 배치된 수광소자(RE)에 용이하게 집광될 수 있게 된다. 따라서, 표시패널(DP)의 내부에 핀홀들(PH)을 갖는 차광층(LSL)을 배치하여 광의 투과율을 극대화할 수 있으므로, 커버 윈도우(CW) 상의 객체(F)의 이미지를 선명하게 인식할 수 있는 효과를 얻을 수 있다.
또한, 차광층(LSL)을 구성하는 재료로 크롬(Cr), 크롬 산화물(CeOx)과 같은 금속층을 이용함으로써 적외선 광을 효과적으로 차단할 수 있을 뿐 아니라 태양 광과 같은 외부 광 차단도 효율적으로 차단할 수 있으므로 핀홀 효과를 극대화시켜 객체의 이미지 센싱 해상도를 높일 수 있는 효과를 얻을 수 있다.
도 7을 참조하면, 본 발명의 제 1 및 제 2 실시예에 따르는 광학 이미지 센서 일체형 표시장치의 표시패널에 있어서, 기판(SUB) 상에는 단층 또는 다층구조의 버퍼층(BUF)이 배치될 수 있다. 기판(SUB)은 플렉서블한 반투명 물질로 형성될 수 있다. 버퍼층(BUF)은 기판(SUB)이 폴리이미드와 같은 물질로 형성될 경우, 후속 공정에서 손상되는 것을 방지하기 위해 무기물질 및 유기물질 중의 어느 하나로 형성될 수 있다. 무기물질은 실리콘 질화물 및 실리콘 산화물 중의 어느 하나를 포함하고, 유기물질은 포토 아크릴을 포함할 수 있다. 버퍼층(BUF)은 생략될 수도 있다.
버퍼층(BUF) 상에는 반도체층(A)이 배치된다. 반도체층(A)은 비정질 실리콘을 이용하거나, 비정질 실리콘을 결정화한 다결정 실리콘을 이용하여 형성될 수도 있다. 이와 달리, 반도체층(A)은 아연 산화물(ZnO), 인듐 아연 산화물(InZnO), 인듐 갈륨 아연 산화물(InGaZnO) 또는 아연 주석 산화물(ZnSnO) 중 어느 하나로 이루어질 수 있다. 또한, 반도체층(A)은 멜로시아닌, 프탈로시아닌, 펜타센, 티오펜폴리머 등의 저분자계 또는 고분자계 유기물로 이루어질 수도 있다.
반도체층(A)이 배치된 버퍼층(BUF) 상에는 반도체층(A)을 커버하도록 게이트 절연막(GI)이 배치된다. 게이트 절연막(GI)은 실리콘 산화막(SiOx), 실리콘 질화막(SiNx) 또는 이들의 이중층으로 이루어질 수 있다.
게이트 절연막(GI)상에는 반도체층(A)과 적어도 일부 영역이 중첩되도록 박막 트랜지스터의 게이트 전극(G)과, 게이트 전극과 연결되는 게이트 라인(도시 생략)이 배치된다. 게이트 전극(G) 및 게이트 라인은 몰리브덴(Mo), 알루미늄(Al), 크롬(Cr), 금(Au), 티타늄(Ti), 니켈(Ni) 및 구리(Cu)로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나, 또는 이들의 합금일 수 있으며, 단일층 또는 다중층으로 이루어질 수 있다.
게이트 전극(G) 및 게이트 라인이 배치된 게이트 절연막(GI) 상에는 게이트 전극(G) 및 게이트 라인을 커버하도록 층간 절연막(INT) 및 평탄화층(PL)이 순차적으로 배치된다. 평탄화층(PL)은 하부 구조의 단차를 완화시키면서 하부 구조를 보호하기 위한 것이다. 층간 절연막(INT) 및 평탄화층(PL) 중 어느 하나는 생략될 수도 있다.
평탄화층(PL) 상에는 박막 트랜지스터의 소스전극(S) 및 드레인 전극(DE)과 소스전극(S)에 연결되는 데이터 라인(도시 생략)이 배치된다. 소스전극(S)은 층간 절연막(INT)과 평탄화층(PL)을 관통하는 제 1 콘택홀(CH1)을 통해 노출되는 반도체층(A)의 제 1 영역(A1)에 접속되고, 드레인 전극(DE)은 층간 절연막(INT)과 평탄화층(PL)을 관통하는 제 2 콘택홀(CH2)을 통해 노출되는 반도체층(A)의 제 2 영역(A2)에 접속된다. 층간 절연막(INT) 및 평탄화층(PL)은 실리콘 산화막(SiOx) 또는 실리콘 질화막(SiNx)으로 형성될 수 있다.
평탄화층(PL) 상에는 소스전극(S), 드레인 전극(DE) 및 데이터 라인을 커버하도록 오버코트층(OC)이 배치된다. 오버코트층(OC)은 평탄화층(PL) 상의 소스전극(S) 및 드레인 전극(DE)과 데이터 라인으로 인한 하부 구조의 단차를 더욱 완화시키면서 하부 구조를 추가적으로 보호하는 평탄화층일 수 있다. 오버코트층(OC)은 실록산계 유기물로 이루어질 수 있다.
오버코트층(OC) 상에는 차광층(LSL)이 배치된다. 차광층(LSL)은 오버코트층(OC)을 노출시키는 핀홀(PH)을 포함한다. 차광층(LSL)은 오버코트층(OC)의 제 3 콘택홀(CH3) 내에서 드레인 전극(DE)과 접촉하도록 배치된다. 차광층(LSL)은 광, 특히 적외선 광을 투과하지 않으면서 반사가 적은 물질을 이용하여 형성되는 것이 바람직하다. 예를 들어, 차광층(LSL)을 구성하는 재료로는 크롬(Cr), 크롬 산화물(CeOx)과 같은 금속이 이용될 수 있다.
차광층(LSL) 상에는 보호층(PAS)이 배치된다. 보호층(PAS)은 드레인 전극(DE)을 노출시키는 제 3 콘택홀(CH3), 및 제 3 콘택홀(CH3)과 중첩되어 차광층(LSL)을 노출시키는 제 4 콘택홀(CH4)을 포함한다.
보호층(PAS) 상에는 제 4 콘택홀(CH4)을 통해 노출되는 차광층(LSL)에 접속되도록 애노드 전극(AN)이 배치된다. 애노드 전극(AN)은 제 3 콘택홀(CH3) 내에서 차광층(LSL)을 통해 드레인 전극(DE)에 접속된다.
보호층(PAS) 상에는 애노드 전극(AN)을 노출시키는 개구부(OL)를 갖는 뱅크층(BL)이 형성된다. 뱅크층(BN)의 개구부는 발광영역(LA)을 정의하는 영역이다. 뱅크층(BL)의 발광영역을 통해 노출된 애노드 전극(AN) 상에는 발광스택(LES)과 캐소드 전극(CA)이 순차적으로 배치된다. 발광 스택(LES)은 애노드 전극(AN) 상에 정공 관련층, 유기발광층, 전자 관련층 순으로 또는 역순으로 적층되어 형성될 수 있다.
보호층(PAS) 상에는 캐소드 전극(CA)과 뱅크층(BL)을 커버하도록 봉지층(ENC)이 배치될 수 있다. 봉지층(ENC)은 외부로부터의 수분이나 산소가 봉지층(ENC) 내부에 위치한 발광 스택(LES)으로 침투되는 것을 최소화하기 위한 것으로 무기물층과 유기물층이 번갈아 배치되는 다층 구조로 형성될 수 있다.
도 7의 실시예에 도시된 바와 같이, 핀홀(PH)이 형성된 핀홀 영역의 하부구조는 빛의 투과영역(TA)으로 되기 때문에, 객체(F)에 의해 반사된 광이 표시패널(DP) 하부에 배치된 수광소자(RE)에 용이하게 집광될 수 있게 된다. 따라서, 표시패널(DP)의 내부에 핀홀들(PH)을 갖는 차광층(LSL)을 배치하여 광의 투과율을 극대화할 수 있으므로, 커버 윈도우(CW) 상의 객체(F)의 이미지를 선명하게 인식할 수 있는 효과를 얻을 수 있다.
또한, 차광층(LSL)이 제 3 콘택홀(CH3) 내에서 박막 트랜지스터의 드레인 전극(DE) 상에 배치되므로, 후속 에칭 공정에서 소스 전극(SE) 및 드레인 전극(DE)의 손상을 방지할 수 있는 효과를 얻을 수 있다.
도 8을 참조하면, 본 발명의 제 1 및 제 2 실시예에 따르는 광학 이미지 센서 일체형 표시장치의 표시패널에 있어서, 기판(SUB) 상에는 단층 또는 다층구조의 버퍼층(BUF)이 배치될 수 있다. 기판(SUB)은 플렉서블한 반투명 물질로 형성될 수 있다. 버퍼층(BUF)은 기판(SUB)이 폴리이미드와 같은 물질로 형성될 경우, 후속 공정에서 손상되는 것을 방지하기 위해 무기물질 및 유기물질 중의 어느 하나로 형성될 수 있다. 무기물질은 실리콘 질화물 및 실리콘 산화물 중의 어느 하나를 포함하고, 유기물질은 포토 아크릴을 포함할 수 있다. 버퍼층(BUF)은 생략될 수도 있다.
버퍼층(BUF) 상에는 반도체층(A)이 배치된다. 반도체층(A)은 비정질 실리콘을 이용하거나, 비정질 실리콘을 결정화한 다결정 실리콘을 이용하여 형성될 수도 있다. 이와 달리, 반도체층(A)은 아연 산화물(ZnO), 인듐 아연 산화물(InZnO), 인듐 갈륨 아연 산화물(InGaZnO) 또는 아연 주석 산화물(ZnSnO) 중 어느 하나로 이루어질 수 있다. 또한, 반도체층(A)은 멜로시아닌, 프탈로시아닌, 펜타센, 티오펜폴리머 등의 저분자계 또는 고분자계 유기물로 이루어질 수도 있다.
반도체층(A)이 배치된 버퍼층(BUF) 상에는 반도체층(A)을 커버하도록 게이트 절연막(GI)이 배치된다. 게이트 절연막(GI)은 실리콘 산화막(SiOx), 실리콘 질화막(SiNx) 또는 이들의 이중층으로 이루어질 수 있다.
게이트 절연막(GI)상에는 반도체층(A)과 적어도 일부 영역이 중첩되도록 박막 트랜지스터의 게이트 전극(G)과, 게이트 전극과 연결되는 게이트 라인(도시 생략)이 배치된다. 게이트 전극(G) 및 게이트 라인은 몰리브덴(Mo), 알루미늄(Al), 크롬(Cr), 금(Au), 티타늄(Ti), 니켈(Ni) 및 구리(Cu)로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나, 또는 이들의 합금일 수 있으며, 단일층 또는 다중층으로 이루어질 수 있다.
게이트 전극(G) 및 게이트 라인이 배치된 게이트 절연막(GI) 상에는 게이트 전극(G) 및 게이트 라인을 커버하도록 층간 절연막(INT) 및 평탄화층(PL)이 순차적으로 배치된다. 평탄화층(PL)은 하부 구조의 단차를 완화시키면서 하부 구조를 보호하기 위한 것이다. 층간 절연막(INT) 및 평탄화층(PL) 중 어느 하나는 생략될 수도 있다.
평탄화층(PL) 상에는 박막 트랜지스터의 소스전극(S) 및 드레인 전극(DE)과 소스전극(S)에 연결되는 데이터 라인(도시 생략)이 배치된다. 소스전극(S)은 층간 절연막(INT)과 평탄화층(PL)을 관통하는 제 1 콘택홀(CH1)을 통해 노출되는 반도체층(A)의 제 1 영역(A1)에 접속되고, 드레인 전극(DE)은 층간 절연막(INT)과 평탄화층(PL)을 관통하는 제 2 콘택홀(CH2)을 통해 노출되는 반도체층(A)의 제 2 영역(A2)에 접속된다. 층간 절연막(INT) 및 평탄화층(PL)은 실리콘 산화막(SiOx) 또는 실리콘 질화막(SiNx)으로 형성될 수 있다.
평탄화층(PL) 상에는 소스전극(S), 드레인 전극(DE) 및 데이터 라인을 커버하도록 오버코트층(OC)이 배치된다. 오버코트층(OC)은 평탄화층(PL) 상의 소스전극(S) 및 드레인 전극(DE)과 데이터 라인으로 인한 하부 구조의 단차를 더욱 완화시키면서 하부 구조를 추가적으로 보호하는 평탄화층일 수 있다. 오버코트층(OC)은 실록산계 유기물로 이루어질 수 있다.
오버코트층(OC) 상에는 차광층(LSL)이 배치된다. 차광층(LSL)은 오버코트층(OC)을 노출시키는 복수의 제 1 개구부들(OP1)과 핀홀들(PH)을 포함한다. 차광층(LSL)은 광을 투과하지 않으면서 반사가 적은 물질을 이용하여 형성될 수 있다. 차광층(LSL)은 광, 특히 적외선 광을 투과하지 않으면서 반사가 적은 물질을 이용하여 형성되는 것이 바람직하다. 예를 들어, 차광층(LSL)을 구성하는 재료로는 크롬(Cr), 크롬 산화물(CeOx)과 같은 금속이 이용될 수 있다.
차광층(LSL) 상에는 보호층(PAS)이 배치된다. 보호층(PAS)은 드레인 전극(DE)을 노출시키는 제 3 콘택홀(CH3) 및 개구부(OP)와 중첩되는 제 4 콘택홀(CH4)을 포함한다. 드레인 전극(DE)을 노출시키는 개구부(OP)의 직경은 제 3 콘택홀(CH3)의 직경보다 크게 형성되고, 제 4 콘택홀(CH4)의 직경은 드레인 전극(DE)을 노출시키는 개구부(OP)의 직경보다 작게 형성된다.
보호층(PAS) 상에는 제 3 콘택홀(CH3), 드레인 전극(DE)을 노출시키는 개구부(OP) 및 제 4 콘택홀(CH4)을 통해 노출되는 드레인 전극(DE)에 접속되도록 애노드 전극(AN)이 배치된다. 보호층(PAS)의 제 4 콘택홀(CH4)의 직경은 차광층(LSL)의 드레인 전극(DE)을 노출시키는 개구부(OP)의 직경보다 작게 형성되므로, 애노드 전극(AN)은 차광층(LSL)과는 접촉하지 않고 박막 트랜지스터의 드레인 전극(DE)과만 접촉한다.
보호층(PAS) 상에는 애노드 전극(AN)을 노출시키는 제 2 개구부(OP2)를 갖는 뱅크층(BL)이 형성된다. 뱅크층(BN)의 제 2 개구부(OP2)는 발광영역(LA)을 정의하는 영역이다. 뱅크층(BL)의 발광영역을 통해 노출된 애노드 전극(AN) 상에는 발광스택(LES)과 캐소드 전극(CA)이 순차적으로 배치된다. 발광 스택(LES)은 애노드 전극(AN) 상에 정공 관련층, 유기발광층, 전자 관련층 순으로 또는 역순으로 적층되어 형성될 수 있다.
보호층(PAS) 상에는 캐소드 전극(CA)과 뱅크층(BL)을 커버하도록 봉지층(ENC)이 배치될 수 있다. 봉지층(ENC)은 외부로부터의 수분이나 산소가 봉지층(ENC) 내부에 위치한 발광 스택(LES)으로 침투되는 것을 최소화하기 위한 것으로 무기물층과 유기물층이 번갈아 배치되는 다층 구조로 형성될 수 있다.
도 8의 실시예에 도시된 바와 같이, 핀홀(PH)이 형성된 핀홀 영역의 하부구조는 빛의 투과영역(TA)으로 되기 때문에, 객체(F)에 의해 반사된 광이 표시패널(DP) 하부에 배치된 수광소자(RE)에 용이하게 집광될 수 있게 된다. 따라서, 표시패널(DP)의 내부에 핀홀들(PH)을 갖는 차광층(LSL)을 배치하여 광의 투과율을 극대화할 수 있으므로, 커버 윈도우(CW) 상의 객체(F)의 이미지를 선명하게 인식할 수 있는 효과를 얻을 수 있다.
또한, 차광층(LSL)이 데이터 라인, 게이트 라인, 소스전극, 드레인 전극 등과 같은 금속층과 중첩되는 영역에 제 1 개구부들(OP1)을 구비하기 때문에 금속 물질로 형성되는 차광층(LSL)으로 인한 기생 정전용량을 최소화할 수 있는 효과를 얻을 수 있다.
이상 설명한 내용을 통해 당업자라면 본 발명의 기술 사상을 일탈하지 아니하는 범위에서 다양하게 변경 및 수정할 수 있을 것이다.
예를 들어, 본 발명의 도 5 내지 도 8의 예에서 박막 트랜지스터는 게이트 전극이 반도체층보다 상측에 배치되는 게이트 탑(gate top) 방식인 박막 트랜지스터를 예로 들고 있으나, 게이트 전극이 반도체층보다 하측에 배치되는 게이트 버텀(gate bottom) 방식의 박막 트랜지스터를 이용할 수도 있다.
또한, 도 7의 실시예에서 차광층(LSL)은 1화소부에 대응하는 영역에서 오버코트층(OC)에 배치되어 애노드 전극(AN)에 연결되는 예를 보여주고 있으나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 차광층(LSL)은 1화소부에서 애노드 전극(AN)에 전기적으로 접속된 제 1 영역과, 제 1 영역으로부터 이격되어 애노드 전극(AN)과 전기적으로 절연된 제 2 영역을 포함하도록 구성될 수도 있다. 차광층(LSL)을 이와 같이 구성하면, 제 2 영역이 전기적으로 절연된 플로팅 상태로 되므로 1화소부에서 전체 차광층이 애노드 전극에 연결되는 경우보다 기생 정전용량을 줄일 수 있는 효과를 얻을 수 있다.
따라서, 본 발명의 기술적 범위는 명세서의 상세한 설명에 기재된 내용으로 한정되는 것이 아니라 특허 청구의 범위에 의해 정해져야만 할 것이다.
LSL: 차광층 CW: 커버 윈도우
DP: 표시패널 ENC: 봉지층
GI: 게이트 절연막 INT: 층간 절연막
LA: 발광 영역 LE: 발광부
LES: 발광스택 LH: 발광홀
OC: 오버코트층 PA: 핀홀 영역
PAS: 보호막 PH: 핀홀
PL: 평탄화층 LS: 광원
RE: 수광소자 SUB: 기판

Claims (13)

  1. 데이터를 표시하는 표시패널;
    상기 표시패널의 제 1 면에 배치되는 커버 윈도우;
    상기 커버 윈도우에 광을 조사하는 광원; 및
    상기 표시패널의 제 1 면과 반대쪽 제 2 면에 배치되고, 상기 광원으로부터 조사되어 상기 커버 윈도우 표면으로부터 반사된 광을 받는 수광소자를 포함하며,
    상기 표시패널은,
    상기 광원과 상기 수광소자 사이에 배치되고, 상기 광원에서 출사되고 상기 커버 윈도우에서 반사된 광을 통과시켜 상기 수광소자로 유도하는 핀홀을 구비하는 차광층을 포함하는 광학 이미지 센서 일체형 표시장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 핀홀과 상기 수광소자 사이는 광 투과영역으로 형성되는 광학 이미지 센서 일체형 표시장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 광원은 상기 표시패널 내의 상기 차광층과 상기 제 1 면 사이에 배치되고, 스스로 빛을 발하는 자기 발광형인 광학 이미지 센서 일체형 표시장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 광원은 상기 표시패널의 일측면에서 상기 표시패널의 제 1 면과 대향하는 상기 커버 윈도우의 면에 배치되어, 상기 커버 윈도우 내로 적외선 광을 출사하는 광학 이미지 센서 일체형 표시장치.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 표시패널은,
    기판 상에 배치되는 박막 트랜지스터;
    상기 박막 트랜지스터를 커버하며, 상기 박막 트랜지스터의 소스전극과 드레인 전극을 각각 노출시키는 제 1 콘택홀 및 제 2 콘택홀을 갖는 평탄화층;
    상기 소스전극과 상기 드레인 전극을 커버하며, 상기 드레인 전극을 노출시키는 제 3 콘택홀을 갖는 오버코트층;
    상기 오버코트층 상에 배치되며, 상기 제 3 콘택홀을 통해 노출되는 상기 드레인 전극에 접속되는 애노드 전극;
    상기 애노드 전극의 일부를 노출시키는 개구부와, 상기 오버코트층의 일부 영역을 노출시키는 상기 핀홀을 갖는 상기 차광층;
    상기 개구부를 통해 노출된 애노드 전극 상에 배치되는 발광스택;
    상기 발광스택을 커버하도록 상기 뱅크층 상에 배치되는 캐소드 전극; 및
    상기 캐소드 전극을 커버하도록 배치되는 인캡슐레이션층을 더 포함하는 광학 이미지 센서 일체형 표시장치.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 차광층은 카본이나 흑색안료가 첨가된 수지로 이루어지는 광학 이미지 센서 일체형 표시장치.
  7. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 표시패널은,
    기판 상에 배치되는 박막 트랜지스터;
    상기 박막 트랜지스터를 커버하며, 상기 박막 트랜지스터의 소스전극과 드레인 전극을 각각 노출시키는 제 1 콘택홀 및 제 2 콘택홀을 갖는 평탄화층;
    상기 소스전극과 상기 드레인 전극을 커버하며, 상기 드레인 전극을 노출시키는 제 3 콘택홀을 갖는 오버코트층;
    상기 오버코트층 상에 배치되며, 상기 제 3 콘택홀과 중첩되는 위치에서 상기 드레인 전극을 노출시키는 드레인 콘택홀과, 상기 오버코트층의 일부를 노출시키는 상기 핀홀을 갖는 상기 차광층;
    상기 차광층 상에 배치되며, 상기 제 3 콘택홀 및 상기 드레인 콘택홀과 중첩되는 위치에서 상기 드레인 전극을 노출시키는 제 4 콘택홀을 갖는 보호층;
    상기 보호층 상에 배치되어 상기 제 3 콘택홀, 상기 드레인 콘택홀 및 상기 제 4 콘택홀을 통해 노출된 드레인 전극에 접속되는 애노드 전극;
    상기 보호층 상에 배치되어 상기 애노드 전극의 일부를 노출시키는 개구부를 갖는 뱅크층;
    상기 개구부를 통해 노출된 애노드 전극 상에 배치되는 발광스택;
    상기 발광스택을 커버하도록 상기 뱅크층 상에 배치되는 캐소드 전극; 및
    상기 캐소드 전극을 커버하도록 배치되는 인캡슐레이션층을 더 포함하는 광학 이미지 센서 일체형 표시장치.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 차광층의 드레인 콘택홀의 직경은 상기 제 3 콘택홀의 직경보다 크며, 상기 보호층은 상기 애노드 전극과 상기 차광층을 절연시키는 광학 이미지 센서 일체형 표시장치.
  9. 제 7 항에 있어서,
    상기 차광층은 크롬(Cr)이나 크롬 산화물(CeOx)을 포함하는 광 차단물질 또는 카본이나 흑색안료가 첨가된 수지로 이루어지는 광학 이미지 센서 일체형 표시장치.
  10. 제 7 항에 있어서,
    상기 차광층은 상기 게이트 전극, 상기 소스전극, 상기 드레인 전극과 중첩되는 위치에서 개구부를 갖는 광학 이미지 센서 일체형 표시장치.
  11. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 표시패널은,
    기판 상에 배치되는 박막 트랜지스터;
    상기 박막 트랜지스터를 커버하며, 상기 박막 트랜지스터의 소스전극과 드레인 전극을 각각 노출시키는 제 1 콘택홀 및 제 2 콘택홀을 갖는 평탄화층;
    상기 소스전극과 상기 드레인 전극을 커버하며, 상기 드레인 전극을 노출시키는 제 3 콘택홀을 갖는 오버코트층;
    상기 오버코트층 상에 배치되며, 상기 오버코트층의 일부를 노출시키는 상기 핀홀을 구비하고, 상기 제 3 콘택홀을 통해 노출된 상기 드레인 전극에 접속되는 상기 차광층;
    상기 차광층 상에 배치되며, 상기 제 3 콘택홀과 중첩되는 위치에서 상기 차광층을 노출시키는 제 4 콘택홀을 갖는 보호층;
    상기 보호층 상에 배치되어 상기 제 4 콘택홀을 통해 노출된 상기 차광층에 접속되는 애노드 전극;
    상기 보호층 상에 배치되어 상기 애노드 전극의 일부를 노출시키는 개구부를 갖는 뱅크층;
    상기 개구부를 통해 노출된 애노드 전극 상에 배치되는 발광스택;
    상기 발광스택을 커버하도록 상기 뱅크층 상에 배치되는 캐소드 전극; 및
    상기 캐소드 전극을 커버하도록 배치되는 인캡슐레이션층을 더 포함하는 광학 이미지 센서 일체형 표시장치.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 차광층은 크롬(Cr) 또는 크롬 산화물(CeOx)을 포함하는 광 차단물질로 이루어지는 광학 이미지 센서 일체형 표시장치.
  13. 제 11 항에 있어서,
    상기 차광층은 1화소부에서 애노드 전극(AN)에 전기적으로 접속된 제 1 영역과, 제 1 영역으로부터 이격되어 애노드 전극(AN)과 전기적으로 절연된 제 2 영역을 포함하는 광학 이미지 센서 일체형 표시장치.

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