KR20210001139A - 센서 패널과 이를 포함하는 표시장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 표시장치는 기판과 센서 및 격벽을 포함하는 센서 패널과; 센서 패널 상부의 표시패널과; 표시패널 상부의 커버 윈도우를 포함하며, 센서 패널의 센서는 센서 패널의 기판과 표시패널 사이에 위치한다.
이에 따라, 표시패널과 센서 사이의 거리를 줄여 초음파의 감쇠 및 굴절을 최소화할 수 있으며, 센서의 정확도를 향상시킬 수 있다.

Description

센서 패널과 이를 포함하는 표시장치{Sensor Panel And Display Device Including The Same}
본 발명은 표시장치에 관한 것으로, 특히, 보안성이 우수하고 인식률이 높은 센서 패널과 이를 포함하는 표시장치에 관한 것이다.
사회가 본격적인 정보화 시대로 접어듦에 따라, 대량의 정보를 처리 및 표시하는 디스플레이(display) 분야가 급속도로 발전해 왔고, 이에 부응하여 박형화, 경량화, 저소비전력화의 장점을 지닌 다양한 표시장치(display device)가 개발되어 널리 적용되고 있다.
이러한 표시장치는 스마트 폰(smartphone)이나 태블릿 PC와 같은 휴대용 전자 기기뿐만 아니라, 컴퓨터의 모니터, 또는 텔레비전 등의 전자 기기에 널리 적용되어, 다양한 형태의 정보를 다양한 방식으로 제공한다.
그런데, 전자 기기의 표시장치를 통해 제공되는 정보는 개인 사생활과 관련된 개인 정보나 영업 기밀 등의 영업 정보를 포함하므로, 보안을 강화해야 하는 필요성이 대두되었다.
보안을 위한 인증 방법으로 비밀 번호 인증이 널리 사용되어 왔으나. 비밀 번호는 유출이 용이하여 보안성이 낮기 때문에, 최근에는 본인 인증 및 편의성을 위한 생체 인식 기술이 대안으로 떠오르고 있다.
이러한 생체 인식 기술의 하나로 정전 용량 방식이나 광학 방식의 지문 센서가 제안되었다. 정전 용량 방식이나 광학 방식의 지문 센서는 사용자의 생체 정보인 지문에 의해 전자 기기의 사용을 허가하므로, 비밀 번호 인증에 비해 보안을 강화할 수 있다.
그러나, 정전 용량 방식이나 광학 방식의 지문 센서는, 이미지 저장 등을 통한 이차원 방식으로 지문을 인식하므로, 외부 환경 조건 등의 영향을 받기 쉬워 정확한 지문을 인식하기 어렵고, 낮은 해상도로 인해 위조가 용이하여 여전히 보안성이 낮은 문제가 있다.
본 발명은, 상기한 문제점을 해결하기 위하여 제시된 것으로, 보안성이 우수하고 인식률이 높은 센서 패널과 이를 포함하는 표시장치를 제공하고자 한다.
상기의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 센서 패널은 기판과; 상기 기판 상부에 위치하여 다수의 센서를 포함하는 센서부와; 인접한 센서 사이의 격벽을 포함하며, 상기 센서는 제1 센서 전극과 압전층 및 제2 센서 전극을 포함하고, 상기 격벽은 상기 압전층보다 낮은 유전율을 가진다.
상기 센서는 초음파를 발생하고 인식한다.
상기 격벽은 상기 압전층과 상기 제2 센서 전극 사이에 위치한다.
본 발명의 센서 패널은, 상기 제2 센서 전극 상부에 패시베이션층을 더 포함하고, 상기 패시베이션층은 상기 격벽보다 큰 모듈러스를 가진다.
상기 패시베이션층은 인접한 격벽 사이의 상기 제2 센서 전극 상부에 위치하며, 상기 패시베이션층의 상면은 상기 제2 센서 전극의 상면과 동일 높이에 위치한다.
본 발명의 센서 패널은, 상기 패시베이션층 상부에 접착층을 더 포함하고, 상기 접착층은 상기 패시베이션층 및 상기 제2 센서 전극과 접촉한다.
상기 패시베이션층은 인접한 격벽 사이의 상기 제2 센서 전극 상부 및 상기 격벽 상부의 상기 제2 센서 전극 상부에 위치하며, 상기 패시베이션층은 평탄한 상면을 가진다.
본 발명의 센서 패널은, 상기 제2 센서 전극 상부에 접착층을 더 포함하고, 상기 접착층은 상기 격벽보다 큰 모듈러스를 가진다.
상기 접착층은 인접한 격벽 사이의 상기 제2 센서 전극 상부 및 상기 격벽 상부의 상기 제2 센서 전극 상부에 위치하며, 상기 인접한 격벽 사이의 상기 접착층 두께가 상기 격벽 상부의 상기 접착층 두께보다 두껍다.
상기 격벽은 상기 인접한 센서 사이에 서로 평행하고 이격된 복수의 패턴을 포함한다.
상기 격벽은 0.5 ㎛ 내지 10 ㎛의 두께를 가진다.
상기 격벽은 폴리이미드(polyimide)계 화합물이나, 폴리디메틸실록산(polydimethylsiloxane)계 화합물, 폴리아크릴(poly acryl)계 고분자 또는 폴리우레탄(poly urethane)계 고분자로 이루어진다.
본 발명의 센서 패널은, 상기 기판과 상기 다수의 센서 사이에 다수의 박막트랜지스터를 더 포함하고, 상기 다수의 센서의 제1 센서 전극은 상기 다수의 박막트랜지스터와 각각 연결된다.
본 발명의 표시장치는, 기판과 다수의 센서 및 격벽을 포함하는 센서 패널과; 상기 센서 패널 상부의 표시패널을 포함하며, 상기 센서부는 상기 기판과 상기 표시패널 사이에 위치한다.
상기 표시패널은 절연 기판과, 상기 절연 기판 상부의 발광다이오드를 포함한다.
본 발명의 표시장치는 초음파 센서를 포함하는 센서 패널을 표시장치에 적용함으로써, 보안성이 우수하다.
이때, 초음파 센서가 표시패널에 인접하도록 센서 패널을 표시패널에 부착함으로써, 표시패널과 초음파 센서 사이의 거리를 줄여 초음파의 감쇠 및 굴절을 최소화할 수 있으며, 초음파 센서의 인식률을 높여 센싱 정확도를 향상시킬 수 있다.
또한, 인접한 초음파 센서 사이에 격벽을 구비하여, 센서 패널을 표시패널에 부착 시 초음파 센서의 전극과 압전 재료의 손상을 방지하고, 외부 압력에 의한 압전 재료의 변형을 최소화할 수 있다.
한편, 격벽은 원하지 않는 방향으로 진행하는 초음파를 차단하여, 초음파 진행 경로를 최적화하고 센싱 정확도를 더욱 높일 수 있다.
또한, 격벽은 압전층에 비해 낮은 유전율을 가지도록 하여 초음파 센서 이외의 영역에서 전기장을 차단함으로써, 원하지 않는 초음파가 발생하는 것을 방지할 수 있다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 표시장치를 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 표시패널의 개략적인 단면도이다.
도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 센서 패널의 개략적인 단면도이다.
도 4는 본 발명의 제1 실시예에 따른 표시장치를 이용한 정보 검출 과정을 설명하기 위한 개략적인 단면도이다.
도 5는 본 발명의 제1 실시예에 따른 센서 패널의 개략적인 평면도이다.
도 6은 본 발명의 제2 실시예에 따른 센서 패널의 개략적인 단면도이다.
도 7과 도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 센서 패널의 개략적인 평면도이다.
도 9와 도 10은 본 발명의 실시예에 따른 센서 패널을 포함하는 표시장치를 개략적으로 도시한 도면이다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 제1 실시예에 따른 표시장치에 대하여 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 표시장치를 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 1에 도시한 바와 같이, 본 발명의 제1 실시예에 따른 표시장치는 표시패널(100)과, 커버 윈도우(200), 센서 패널(300), 연성인쇄회로(flexible printed circuit: 410) 및 센서 구동부(420)를 포함한다. 도시하지 않았지만, 본 발명의 표시장치는 표시패널(100)을 구동하기 위한 구동부를 더 포함할 수 있다.
여기서, 표시패널(100)은 다수의 화소를 포함하며, 다수의 화소를 선택적으로 구동함으로써 영상을 표시한다. 이러한 표시패널(100)은 전계발광 표시패널일 수 있으며, 이러한 표시패널(100)의 구조에 대해 추후 상세히 설명한다.
표시패널(100)의 상면, 즉, 영상이 출력되는 제1 면에는 커버 윈도우(200)가 위치한다. 커버 윈도우(200)는 표시패널(100)을 외부 충격으로부터 보호하며, 접착층(도시하지 않음)을 통해 표시패널(100)에 부착될 수 있다.
이러한 커버 윈도우(500)는 투명한 재질로 이루어진다. 일례로, 커버 윈도우(500)는 유리나 플라스틱으로 이루어질 수 있으며, 이에 제한되지 않는다.
표시패널(100)의 하면, 즉, 제1 면 반대쪽의 제2 면에는 센서 패널(300)이 위치한다. 센서 패널(300)은 표시패널(100)보다 작은 면적을 가지고 표시패널(100)의 하면 일측에 부착될 수 있으며, 이에 제한되지 않는다.
도시하지 않았지만, 센서 패널(300)은 다수의 센서를 포함하며, 각 센서는 전압을 인가 받아 초음파를 생성하거나, 반사 및/또는 회절된 초음파를 센싱하여 전압 변화, 즉, 커패시턴스(capacitance) 변화를 발생시키는 초음파 센서(ultrasonic sensor)이다. 이러한 초음파 센서를 포함하는 센서 패널(300)의 구조에 대해 추후 상세히 설명한다.
센서 패널(300)은 연성인쇄회로(410)를 통해 센서 구동부(420)에 연결된다. 센서 구동부(420)는 집적회로(integrated circuit: IC)로 구성될 수 있으며, 센서 패널(300)의 각 센서에 전압을 공급하거나 각 센서로부터 생성된 전압 변화를 수신하여 원하는 정보를 검출할 수 있다.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 표시패널의 개략적인 단면도이다. 앞서 언급한 바와 같이, 본 발명의 제1 실시예에 따른 표시장치의 표시패널(100)은 전계발광 표시패널일 수 있다. 이러한 표시패널(100)은 다수의 화소를 포함하고, 각 화소는 적, 녹, 청색 부화소를 포함한다. 각 부화소는 실질적으로 동일한 구조를 가지며, 도 2는 각 부화소에 대응하는 하나의 부화소 영역을 도시한다.
도 2에 도시한 바와 같이, 절연 기판(110) 상에 패터닝된 반도체층(122)이 형성된다. 절연 기판(110)은 유리기판이나 플라스틱기판일 수 있다. 일례로, 플라스틱 기판으로 폴리이미드가 사용될 수 있으며, 이에 제한되지 않는다.
반도체층(122)은 다결정 실리콘으로 이루어질 수 있으며, 이 경우 반도체층(122)의 양 가장자리에는 불순물이 도핑되어 있을 수 있다. 이와 달리, 반도체층(122)은 산화물 반도체로 이루어질 수도 있다.
한편, 절연 기판(110)과 반도체층(122) 사이에는 버퍼층(도시하지 않음)이 더 형성될 수도 있다. 버퍼층은 산화실리콘(SiO2)이나 질화 실리콘(SiNx)과 같은 무기절연물질로 형성될 수 있으며, 단일층 또는 다중층으로 이루어질 수 있다.
반도체층(122) 상부에는 절연물질로 이루어진 게이트 절연막(130)이 실질적으로 절연 기판(110) 전면에 형성된다. 게이트 절연막(130)은 산화 실리콘(SiO2)이나 질화 실리콘(SiNx)과 같은 무기절연물질로 형성될 수 있다.
게이트 절연막(130) 상부에는 금속과 같은 도전성 물질로 이루어진 게이트 전극(132)이 반도체층(122)의 중앙에 대응하여 형성된다. 또한, 게이트 절연막(130) 상부에는 게이트 배선(도시하지 않음)과 제1 커패시터 전극(도시하지 않음)이 형성될 수 있다. 게이트 배선은 제1 방향을 따라 연장되고, 제1 커패시터 전극은 게이트 전극(132)에 연결된다.
일례로, 게이트 전극(132)과 게이트 배선 및 제1 커패시터 전극은 알루미늄(aluminum)이나 몰리브덴(molybdenum), 티타늄(Titanium), 니켈(nickel), 크롬(chromium), 구리(copper) 또는 이들의 합금으로 이루어진 단일층 또는 다중층 구조를 가질 수 있으며, 이에 제한되지 않는다.
한편, 본 발명의 제1 실시예에서는 게이트 절연막(130)이 절연 기판(110) 전면에 형성되어 있으나, 게이트 절연막(130)은 게이트 전극(132)과 동일한 모양으로 패턴될 수도 있다.
게이트 전극(132) 상부에는 절연물질로 이루어진 층간 절연막(140)이 실질적으로 절연 기판(110) 전면에 형성된다. 층간 절연막(140)은 산화 실리콘(SiO2)이나 질화 실리콘(SiNx)과 같은 무기절연물질로 형성되거나, 포토 아크릴(photo acryl)이나 벤조사이클로부텐(benzocyclobutene)과 같은 유기절연물질로 형성될 수 있다.
층간 절연막(140)은 반도체층(122)의 양측 상면을 노출하는 제1 및 제2 컨택홀(140a, 140b)을 가진다. 제1 및 제2 컨택홀(140a, 140b)은 게이트 전극(132)의 양측에 게이트 전극(132)과 이격되어 위치한다. 여기서, 제1 및 제2 컨택홀(140a, 140b)은 게이트 절연막(130) 내에도 형성된다. 이와 달리, 게이트 절연막(130)이 게이트 전극(132)과 동일한 모양으로 패턴될 경우, 제1 및 제2 컨택홀(140a, 140b)은 층간 절연막(140) 내에만 형성된다.
층간 절연막(140) 상부에는 금속과 같은 도전성 물질로 소스 및 드레인 전극(142, 144)이 형성된다. 또한, 층간 절연막(140) 상부에는 제2 방향을 따라 연장되는 데이터 배선(도시하지 않음)과 전원 배선(도시하지 않음) 및 제2 커패시터 전극(도시하지 않음)이 형성될 수 있다.
일례로, 소스 및 드레인 전극(142, 144)과 데이터 배선, 전원 배선 및 제2 커패시터 전극은 알루미늄(aluminum)이나 몰리브덴(molybdenum), 티타늄(Titanium), 니켈(nickel), 크롬(chromium), 구리(copper) 또는 이들의 합금으로 이루어진 단일층 또는 다중층 구조를 가질 수 있으며, 이에 제한되지 않는다.
소스 및 드레인 전극(142, 144)은 게이트 전극(132)을 중심으로 이격되어 위치하며, 각각 제1 및 제2 컨택홀(140a, 140b)을 통해 반도체층(122)의 양측과 접촉한다. 도시하지 않았지만, 데이터 배선은 제2 방향을 따라 연장되고 게이트 배선과 교차하여 각 부화소 영역을 정의하며, 고전위 전압을 공급하는 전원 배선은 데이터 배선과 이격되어 위치한다. 제2 커패시터 전극은 드레인 전극(144)과 연결되고, 제1 커패시터 전극과 중첩하여 둘 사이의 층간 절연막(140)을 유전체로 스토리지 커패시터를 이룬다. 이와 달리, 제1 커패시터 전극이 드레인 전극(144)과 연결되고, 제2 커패시터 전극이 게이트 전극(132)과 연결될 수도 있다.
반도체층(122)과, 게이트 전극(132), 그리고 소스 및 드레인 전극(142, 144)은 박막트랜지스터(T)를 이룬다. 여기서, 박막트랜지스터(T)는 반도체층(122)의 일측, 즉, 반도체층(122)의 상부에 게이트 전극(132)과 소스 및 드레인 전극(142, 144)이 위치하는 코플라나(coplanar) 구조를 가질 수 있으며, 이에 제한되지 않는다.
이러한 박막트랜지스터(T)는 구동 박막트랜지스터에 해당하며, 구동 박막트랜지스터와 동일한 구조의 스위칭 박막트랜지스터(도시하지 않음)가 각 부화소 영역의 절연 기판(110) 상에 더 형성될 수 있다. 이때, 구동 박막트랜지스터(T)의 게이트 전극(132)은 스위칭 박막트랜지스터의 드레인 전극(도시하지 않음)에 연결되고 구동 박막트랜지스터(T)의 소스 전극(142)은 전원 배선(도시하지 않음)에 연결될 수 있다. 또한, 스위칭 박막트랜지스터의 게이트 전극(도시하지 않음)과 소스 전극(도시하지 않음)은 게이트 배선 및 데이터 배선과 각각 연결될 수 있다.
한편, 구동 박막트랜지스터(T)와 동일한 구조를 가지는 하나 이상의 센싱 박막트랜지스터가 각 부화소 영역의 절연 기판(110) 상에 더 형성될 수 있으며, 이에 제한되지 않는다.
소스 및 드레인 전극(142, 144) 상부에는 절연물질로 오버코트층(150)이 실질적으로 절연 기판(110) 전면에 형성된다. 오버코트층(150)은 포토 아크릴이나 벤조사이클로부텐과 같은 유기절연물질로 형성될 수 있다. 이러한 오버코트층(150)의 상면은 평탄할 수 있다.
또한, 도시하지 않았지만, 오버코트층(150) 하부, 즉, 오버코트층(150)과 박막트랜지스터(T) 사이에는 산화 실리콘(SiO2)이나 질화 실리콘(SiNx)으로 이루어진 무기 절연막이 더 형성될 수 있다.
오버코트층(150)은 드레인 전극(144)을 노출하는 드레인 컨택홀(150a)을 가진다. 여기서, 드레인 컨택홀(150a)은 제2 컨택홀(140b)과 이격되어 형성될 수 있다. 이와 달리, 드레인 컨택홀(150a)은 제2 컨택홀(140b) 바로 위에 형성될 수도 있다.
오버코트층(150) 상부에는 비교적 일함수가 높은 도전성 물질로 제1 전극(160)이 형성된다. 제1 전극(160)은 각 부화소 영역마다 형성되고, 드레인 컨택홀(150a)을 통해 드레인 전극(144)과 접촉한다. 일례로, 제1 전극(160)은 인듐-틴-옥사이드(indium tin oxide: ITO)나 인듐-징크-옥사이드(indium zinc oxide: IZO)와 같은 투명 도전성 물질로 형성될 수 있으며, 이에 제한되지 않는다.
한편, 본 발명의 제1 실시예에 따른 표시장치의 표시패널(100)은 발광다이오드의 빛이 절연 기판(110)과 반대 방향으로 출력되는 상부 발광 방식(top emission type)일 수 있으며, 이에 따라, 제1 전극(160)은 투명 도전성 물질 하부에 반사율이 높은 금속 물질로 형성되는 반사전극 또는 반사층을 더 포함할 수 있다. 예를 들어, 반사전극 또는 반사층은 알루미늄-팔라듐-구리(aluminum-paladium-copper: APC) 합금이나 은(Ag)으로 이루어질 수 있다. 이때, 제1 전극(160)은 ITO/APC/ITO나 ITO/Ag/ITO의 3중층 구조를 가질 수 있으며, 이에 제한되지 않는다.
제1 전극(160) 상부에는 절연물질로 뱅크(162)가 형성된다. 뱅크(162)는 제1 전극(160)의 가장자리와 중첩하고, 제1 전극(160)의 가장자리를 덮으며, 제1 전극(160)의 중앙부를 노출한다. 이러한 뱅크(162)는 소수성 특성을 갖는 유기절연물질로 형성될 수 있다. 이와 달리, 뱅크(162)는 친수성 특성을 갖는 유기절연물질로 형성되고 소수성 처리될 수도 있으며, 이에 제한되지 않는다. 한편, 뱅크(162) 하부에는 친수성 특성을 갖는 무기 뱅크가 더 형성될 수도 있다.
다음, 뱅크(162)를 통해 노출된 제1 전극(160) 상부에는 발광층(170)이 형성된다.
도시하지 않았지만, 발광층(170)은 제1 전극(160) 상부로부터 순차적으로 위치하는 제1 전하보조층과, 발광물질층(light-emitting material layer), 그리고 제2 전하보조층을 포함할 수 있다. 발광물질층은 적, 녹, 청색 발광물질 중 어느 하나로 이루어질 수 있으며, 이에 제한되지 않는다. 이러한 발광물질은 인광화합물 또는 형광화합물과 같은 유기발광물질이거나 양자 점(quantum dot)과 같은 무기발광물질일 수 있다.
제1 전하보조층은 정공보조층(hole auxiliary layer)일 수 있으며, 정공보조층은 정공주입층(hole injecting layer: HIL)과 정공수송층(hole transporting layer: HTL) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 또한, 제2 전하보조층은 전자보조층(electron auxiliary layer)일 수 있으며, 전자보조층은 전자주입층(electron injecting layer: EIL)과 전자수송층(electron transporting layer: ETL) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 그러나, 본 발명은 이에 제한되지 않는다.
여기서, 발광층(170)은 용액 공정을 통해 형성될 수 있다. 이에 따라, 공정을 단순화하고 대면적 및 고해상도의 표시장치를 제공할 수 있다. 용액 공정으로는 스핀 코팅법이나 잉크젯 프린팅법 또는 스크린 프린팅법이 사용될 수 있으며, 이에 제한되지 않는다. 이때, 용액이 건조될 때, 뱅크(162)와 인접한 부분에서 용매의 건조 속도는 다른 부분과 다르므로, 뱅크(162)와 인접한 부분에서 발광층(170)은 뱅크(162)에 가까워질수록 그 높이가 높아질 수 있다.
이와 달리, 발광층(170)은 진공 열 증착(vacuum thermal evaporation) 공정을 통해 형성될 수도 있으며, 용액 공정과 진공 열 증착 공정을 혼합하여 형성될 수도 있다.
발광층(170) 상부에는 비교적 일함수가 낮은 도전성 물질로 이루어진 제2 전극(180)이 실질적으로 절연 기판(110) 전면에는 형성된다. 여기서, 제2 전극(180)은 알루미늄(aluminum)이나 마그네슘(magnesium), 은(silver) 또는 이들의 합금으로 형성될 수 있다. 이때, 제2 전극(180)은 발광층(170)으로부터의 빛이 투과될 수 있도록 상대적으로 얇은 두께를 가질 수 있다. 이와 달리, 제2 전극(180)은 인듐-갈륨-옥사이드(indium-gallium-oxide: IGO)와 같은 투명 도전성 물질로 형성될 수 있으며, 이에 제한되지 않는다.
제1 전극(160)과 발광층(170) 및 제2 전극(180)은 발광다이오드(De)를 이룬다. 여기서, 제1 전극(160)은 애노드(anode)의 역할을 하고, 제2 전극(180)은 캐소드(cathode)의 역할을 할 수 있으며, 이에 제한되지 않는다.
앞서 언급한 바와 같이, 본 발명의 제1 실시예에 따른 표시패널(100)은 발광다이오드(De)의 발광층(170)으로부터의 빛이 절연 기판(110)과 반대 방향, 즉, 제2 전극(180)을 통해 외부로 출력되는 상부 발광 방식일 수 있으며, 이러한 상부 발광 방식은 동일 면적의 하부 발광 방식 대비 보다 넓은 발광영역을 가질 수 있으므로, 휘도를 향상시키고 소비 전력을 낮출 수 있다.
이때, 각 부화소 영역의 발광다이오드(De)는 방출하는 빛의 파장에 따라 마이크로 캐비티 효과에 해당하는 소자 두께를 가질 수 있으며, 이에 따라, 광 효율을 높일 수 있다.
다음, 제2 전극(180) 상부의 실질적으로 절연 기판(110) 전면에는 인캡슐레이션층(encapsulation layer: 190)이 형성되어, 외부에서 유입되는 수분이나 산소를 차단함으로써 발광다이오드(De)를 보호한다. 인캡슐레이션층(190)은 자외선 경화 실런트(UV sealant)나 프릿 실런트(frit sealant)로 이루어질 수 있다. 이와 달리, 인캡슐레이션층(190)은 무기막과 유기막이 번갈아 적층된 구조를 가질 수도 있다.
한편, 본 발명의 제1 실시예에 따른 표시패널(100)은 인캡슐레이션층(190) 상부에 편광판(192)을 더 포함할 수 있다. 이때, 편광판(192)은 선편광자와 사분파장판으로 구성되어 선편광을 원편광으로 바꾸고 원편광을 선편광으로 바꾸는 원편광판일 수 있다. 이러한 편광판(192)은 외부 광이 표시패널(100)에서 반사되어 출력되는 것을 차단함으로써 콘트라스트비(contrast ratio)를 향상시킬 수 있다.
도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 센서 패널의 개략적인 단면도이다. 앞서 언급한 바와 같이, 센서 패널(300)은 기판(310) 상에 다수의 센서(SE)를 포함하며, 각 센서(SE)는 제1 센서 전극(360)과 압전층(370) 및 제2 센서 전극(380)을 포함하는 초음파 센서이다.
보다 상세하게, 도 3에 도시한 바와 같이, 기판(310) 상에 차단층(312)이 형성된다. 차단층(312)은 실질적으로 기판(310) 전면에 위치하며, 차단층(312)은 센서(SE)에서 발생한 초음파가 기판(310)쪽으로 진행 후 반사되어 센서(SE)로 되돌아가는 것을 방지한다. 이러한 차단층(312)은 센서(SE)에서 발생하여 기판(310)쪽으로 진행하는 초음파를 흡수할 수 있다. 일례로, 차단층(312)은 구리(copper)로 이루어질 수 있으며, 이에 제한되지 않는다.
한편, 기판(310)은 절연물질로 이루어지며, 일례로, 기판(310)은 유리기판이나 플라스틱기판일 수 있다. 그러나, 본 발명은 이에 제한되지 않는다.
차단층(312) 상부에는 절연층(314)이 실질적으로 기판(310) 전면에 형성된다. 절연층(314)은 산화실리콘(SiO2)이나 질화 실리콘(SiNx)과 같은 무기절연물질로 형성될 수 있으며, 이에 제한되지 않는다.
절연층(314) 상부에는 각 센서(SE)에 대응하여 패터닝된 반도체층(322)이 형성된다. 반도체층(322)은 다결정 실리콘으로 이루어질 수 있으며, 이 경우 반도체층(322)의 양 가장자리에는 불순물이 도핑되어 있을 수 있다. 이와 달리, 반도체층(322)은 산화물 반도체로 이루어질 수도 있다.
반도체층(322) 상부에는 절연물질로 이루어진 게이트 절연막(330)이 실질적으로 기판(310) 전면에 형성된다. 게이트 절연막(330)은 산화 실리콘(SiO2)이나 질화 실리콘(SiNx)과 같은 무기절연물질로 형성될 수 있다.
게이트 절연막(330) 상부에는 금속과 같은 도전성 물질로 이루어진 게이트 전극(332)이 각 반도체층(322)의 중앙에 대응하여 형성된다. 또한, 게이트 절연막(330) 상부에는 게이트 배선(도시하지 않음)이 형성될 수 있다. 게이트 배선은 일 방향을 따라 연장되고, 게이트 전극(332)은 게이트 배선에 연결된다.
일례로, 게이트 전극(332)과 게이트 배선은 알루미늄(aluminum)이나 몰리브덴(molybdenum), 티타늄(Titanium), 니켈(nickel), 크롬(chromium), 구리(copper) 또는 이들의 합금으로 이루어진 단일층 또는 다중층 구조를 가질 수 있으며, 이에 제한되지 않는다.
한편, 본 발명의 제1 실시예에서는 게이트 절연막(330)이 기판(310) 전면에 형성되어 있으나, 게이트 절연막(330)은 게이트 전극(332)과 동일한 모양으로 패턴될 수도 있다.
게이트 전극(332) 상부에는 절연물질로 이루어진 층간 절연막(340)이 실질적으로 기판(310) 전면에 형성된다. 층간 절연막(340)은 산화 실리콘(SiO2)이나 질화 실리콘(SiNx)과 같은 무기절연물질로 형성되거나, 포토 아크릴(photo acryl)이나 벤조사이클로부텐(benzocyclobutene)과 같은 유기절연물질로 형성될 수 있다.
층간 절연막(340)은 각 반도체층(322)의 양측 상면을 노출하는 제1 및 제2 컨택홀(340a, 340b)을 가진다. 제1 및 제2 컨택홀(340a, 340b)은 게이트 전극(332)의 양측에 게이트 전극(332)과 이격되어 위치한다. 여기서, 제1 및 제2 컨택홀(340a, 340b)은 게이트 절연막(330) 내에도 형성된다. 이와 달리, 게이트 절연막(330)이 게이트 전극(332)과 동일한 모양으로 패턴될 경우, 제1 및 제2 컨택홀(340a, 340b)은 층간 절연막(340) 내에만 형성된다.
층간 절연막(340) 상부에는 금속과 같은 도전성 물질로 각 게이트 전극(332)에 대응하여 소스 및 드레인 전극(342, 344)이 형성된다. 또한, 층간 절연막(340) 상부에는 일 방향을 따라 연장되는 데이터 배선(도시하지 않음)이 더 형성될 수 있다.
일례로, 소스 및 드레인 전극(342, 344)과 데이터 배선은 알루미늄(aluminum)이나 몰리브덴(molybdenum), 티타늄(Titanium), 니켈(nickel), 크롬(chromium), 구리(copper) 또는 이들의 합금으로 이루어진 단일층 또는 다중층 구조를 가질 수 있으며, 이에 제한되지 않는다.
소스 및 드레인 전극(342, 344)은 게이트 전극(332)을 중심으로 이격되어 위치하며, 각각 제1 및 제2 컨택홀(340a, 340b)을 통해 반도체층(322)의 양측과 접촉한다. 도시하지 않았지만, 데이터 배선은 일 방향을 따라 연장되어 게이트 배선과 교차한다.
반도체층(322)과, 게이트 전극(332), 그리고 소스 및 드레인 전극(342, 344)은 스위칭 소자인 박막트랜지스터(SW)를 이룬다. 여기서, 박막트랜지스터(SW)는 반도체층(322)의 일측, 즉, 반도체층(322)의 상부에 게이트 전극(332)과 소스 및 드레인 전극(342, 344)이 위치하는 코플라나(coplanar) 구조를 가질 수 있으며, 이에 제한되지 않는다.
한편, 박막트랜지스터(SW)와 동일한 구조를 가지는 하나 이상의 박막트랜지스터가 각 센서(SE)에 대응하여 더 형성될 수 있다. 또한, 박막트랜지스터(SW)와 동일 또는 유사한 구조를 포함하는 CMOS(complementary metal oxide semiconductor) 소자가 기판(310) 상에 더 형성될 수도 있다.
소스 및 드레인 전극(342, 344) 상부에는 절연물질로 오버코트층(350)이 실질적으로 기판(310) 전면에 형성된다. 오버코트층(350)은 포토 아크릴이나 벤조사이클로부텐과 같은 유기절연물질로 형성될 수 있다. 이러한 오버코트층(350)의 상면은 평탄할 수 있다.
또한, 도시하지 않았지만, 오버코트층(350) 하부, 즉, 오버코트층(350)과 박막트랜지스터(SW) 사이에는 산화 실리콘(SiO2)이나 질화 실리콘(SiNx)으로 이루어진 무기 절연막이 더 형성될 수 있다.
오버코트층(350)은 드레인 전극(344)을 노출하는 드레인 컨택홀(350a)을 가진다. 여기서, 드레인 컨택홀(350a)은 제2 컨택홀(340b)과 이격되어 형성될 수 있다. 이와 달리, 드레인 컨택홀(350a)은 제2 컨택홀(340b) 바로 위에 형성될 수도 있다.
오버코트층(350) 상부에는 각 센서(SE)에 대응하여 도전성 물질로 패터닝된 제1 센서 전극(360)이 형성된다. 제1 센서 전극(360)은 드레인 컨택홀(350a)을 통해 드레인 전극(344)과 접촉한다. 일례로, 제1 센서 전극(360)은 인듐-틴-옥사이드(indium tin oxide: ITO)나 구리(copper) 또는 몰리브덴-티타늄(molybdenum-titanium) 합금으로 형성될 수 있으며, 이에 제한되지 않는다.
제1 센서 전극(360) 상부에는 압전층(370)이 실질적으로 기판(310) 전면에 형성된다.
압전층(370)은 외부의 기계적 에너지에 의해서 재료의 변형이 발생하면 전기를 생성하고, 전기적 신호에 의해서 변형이 발생하는 압전 재료(piezoelectric material)로 이루어지며, 압전 재료를 포함하는 잉크를 코팅하거나 프린팅함으로써 형성할 수 있다. 이러한 압전 재료는 압전 폴리머나 압전 세라믹 또는 유무기 복합체일 수 있다.
일례로, 압전 폴리머는 PVDF(polyvinylidene fluoride)나, P(VDF-TrFE) (polyvinylidene fluoride-co-trifluoroethylene), P(VDF-TrFE-CFE) (poly(vinylidene fluoride-co-triluoroethylene-chlorofluoroethylene), P(VDF-TrFE-CTFE)(poly(vinylidene fluoride-co-triluoroethylene-chlorotrifluoroethylene), 탄소나노튜브(carbon nanotube: CNT)가 도핑된 PVDF, 또는 phosphazene계 고분자일 수 있으며, 이에 제한되지 않는다. 여기서, phosphazene계 고분자로는 Poly bis(trifluoroethoxy) phosphazene이 사용될 수 있다.
또한, 압전 세라믹은 PbZrTiO3 (PZT, Lead Zirconium Titanate)나, Pb(MgNb)-PbZrTiO3, PNN-PT (Pb(NiNb)-PbTiO3), 또는 PLZT (PbLaZrTiO3)일 수 있다. 이와 달리, 압전 세라믹은 BaTiO3 (BTO, barium Titanate)나 KNaNbO3 (KNN, kalium natrium niobate)의 비납계 무연 압전 소재일 수 있다.
한편, 유무기 복합체는 앞서 언급한 압전 세라믹과 고분자를 포함한다. 여기서, 고분자는 앞서 언급한 압전 폴리머 중 하나일 수 있으며, 에폭시나, 폴리이미드 또는 폴리우레탄과 같은 비압전 고분자일 수도 있다.
압전층(370)은 0.5 ㎛ 내지 80 ㎛의 두께를 가지는 가질 수 있으며, 바람직하게는, 1 ㎛ 내지 50 ㎛, 더욱 바람직하게는, 5 ㎛ 내지 10 ㎛의 두께를 가질 수 있다. 압전층(370)의 두께가 0.5 ㎛보다 작을 경우, 초음파를 발생시키기 어렵다. 또한, 압전층(370)의 두께가 80 ㎛보다 클 경우, 초음파를 발생시키기 위해 높은 전압이 필요하며, 수신 감도가 저하된다.
압전층(370) 상부에는 절연물질로 격벽(372)이 형성된다. 격벽(372)은 인접한 센서(SE) 사이, 즉, 인접한 제1 센서 전극(360) 사이에 형성된다.
격벽(372)은 압전층(370)보다 낮은 유전율을 가져 센서(SE) 사이의 전기장을 차단한다. 일례로, 격벽(372)의 유전율은 1.0보다 크고 2.0보다 작을 수 있으며, 바람직하게는, 1.0보다 크고 1.5보다 작을 수 있다.
여기서, 격벽(372)은 제1 센서 전극(360)과 이격되어 위치한다. 또한, 격벽(372)은 인접한 박막트랜지스터(SW) 사이에 박막트랜지스터(SW)와 이격되어 위치할 수 있다. 이와 달리, 격벽(372)은 박막트랜지스터(SW)와 부분적으로 중첩할 수도 있다.
이러한 격벽(372)은 고분자 물질을 코팅 후 패터닝하거나 프린팅하여 형성될 수 있다. 일례로, 격벽(372)은 폴리이미드(polyimide)계 화합물이나, 폴리디메틸실록산(polydimethylsiloxane)계 화합물, 폴리아크릴(poly acryl)계 고분자 또는 폴리우레탄(poly urethane)계 고분자로 이루어질 수 있으며, 이에 제한되지 않는다.
격벽(372) 상부에는 제2 센서 전극(380)이 실질적으로 기판(310) 전면에 형성된다. 제2 센서 전극(380)은 격벽(372)을 덮으며, 제2 센서 전극(380)은 격벽(372)의 상면 및 측면과 접촉한다. 또한, 제2 센서 전극(380)은 격벽(372) 사이의 압전층(370)과도 접촉한다.
여기서, 중첩하는 제1 센서 전극(360) 및 제2 센서 전극(380)과 이들 사이의 압전층(370)은 각 센서(SE)를 이루며, 앞서 언급한 바와 같이, 각 센서(SE)는 초음파 센서이다.
제2 센서 전극(380)은 인듐-틴-옥사이드(indium tin oxide: ITO) 또는 몰리브덴-티타늄(molybdenum-titanium) 합금을 스퍼터링 방법을 통해 형성하거나 은(silver) 잉크를 사용하여 코팅 방법을 통해 형성될 수 있으며, 이에 제한되지 않는다. 여기서, 스퍼터링 방법을 통해 형성된 제2 센서 전극(380)의 두께가 코팅 방법을 통해 형성된 제2 센서 전극(380)의 두께보다 작을 수 있으며, 제2 센서 전극(380)의 두께가 작은 것이 센서(SE)와 표시패널(도 1의 100) 사이의 거리를 줄여 센서(SE)의 수신 감도에 유리하다.
제2 센서 전극(380) 상부에는 패시베이션층(passivation layer: 382)이 형성된다. 제2 센서 전극(380)은 격벽(372)보다 얇은 두께를 가지므로, 제2 센서 전극(380)의 상면은 격벽(372)에 의해 단차를 가지며, 패시베이션층(382)은 이러한 단차를 커버한다.
여기서, 패시베이션층(382)은 인접한 격벽(372) 사이의 제2 센서 전극(380) 상부에만 형성될 수 있다. 이때, 패시베이션층(382)의 상면은 제2 센서 전극(380)의 상면과 동일 높이에 위치한다.
이와 달리, 패시베이션층(382)은 격벽(372) 사이뿐만 아니라 격벽(372) 상부의 제2 센서 전극(380) 상부에도 형성될 수 있다. 이 경우, 패시베이션층(382)은 평탄한 상면을 가지며, 센서(SE) 상부의 패시베이션층(382) 두께가 격벽(372) 상부의 패시베이션층(382) 두께보다 두껍다.
이러한 패시베이션층(382)은 유기절연물질로 형성될 수 있다. 일례로, 패시베이션층(382)은 폴리이미드계 화합물이나 아크릴계 화합물 등으로 형성될 수 있으며, 이에 제한되지 않는다.
패시베이션층(382) 상부에는 접착층(390)이 실질적으로 기판(310) 전면에 형성된다. 패시베이션층(382)이 격벽(372) 사이의 제2 센서 전극(380) 상부에만 형성될 경우, 접착층(390)은 패시베이션층(382) 및 제2 센서 전극(380)과 접촉한다.
이와 달리, 패시베이션층(382)이 격벽(372) 사이뿐만 아니라 격벽(372) 상부의 제2 센서 전극(380) 상부에도 형성될 경우, 접착층(390)은 패시베이션층(382)과만 접촉한다.
접착층(390)은 유기물이나 무기물 또는 유기물과 무기물의 혼합으로 이루어질 수 있다. 일례로, 에폭시(epoxy)나 OCA(optically clear adhesive)가 사용될 수 있으며, 이에 제한되지 않는다.
이러한 센서 패널(300)은 접착층(390)을 통해 표시패널(도 1의 100)에 부착된다. 여기서, 접착층(390)이 센서 패널(300)에 형성되어 있으나, 접착층(390)은 표시패널(도 1의 100)에 형성될 수도 있다.
이러한 센서 패널(300)을 포함하는 표시장치를 이용한 정보 검출 과정에 대해 도면을 참조하여 설명한다.
도 4는 본 발명의 제1 실시예에 따른 표시장치를 이용한 정보 검출 과정을 설명하기 위한 개략적인 단면도로, 도 3의 센서 패널을 함께 참조한다.
도 3과 도 4에 도시한 바와 같이, 본 발명의 제1 실시예에 따른 표시장치는 표시패널(100) 상부에 커버 윈도우(200)가 부착되고, 표시패널(100) 하부에 센서 패널(300)이 부착된다. 이때, 센서 패널(300)의 센서(SE)는 표시패널(100)과 센서 패널(300)의 기판(310) 사이에 위치하며, 센서(SE)와 기판(310) 사이에는 박막트랜지스터(SW)가 위치한다.
한편, 커버 윈도우(200) 상부에는 검출하고자 하는 대상 물체(500)가 위치한다. 일례로, 대상 물체(500)는 산과 골을 가지는 손가락의 지문일 수 있으며, 이에 제한되지 않는다. 여기서, 대상 물체(500)의 산은 표시장치의 커버 윈도우(200)와 접촉하며, 골은 커버 윈도우(200)와 이격되어 골과 커버 윈도우(200) 사이에는 공기층이나 수분층 등의 다른 물질층이 위치하는데, 본 발명에서는 공기층이 위치하는 경우를 일례로 설명한다.
센서 구동부(도 1의 420)로부터 센서 패널(300)의 센서(SE)에 전압이 인가되고, 센서패널(300)의 센서(SE)는 초음파(U11, U21)를 발생시킨다. 이때, 센서(SE)에 인가되는 전압은 교류 전압이며, 인가되는 교류 전압에 의해 센서(SE)의 압전층(370)이 진동하게 되고, 이에 따라 초음파(U11, U21)가 발생한다.
발생된 초음파(U11, U21)는 표시패널(100)과 커버 윈도우(200)를 통과하여 대상 물체(500)에 전달된다. 이어, 대상 물체(500)에 전달된 초음파(U11, U21)는 대상 물체(500)에 의해 반사되고, 반사된 초음파(U12, U22)는 커버 윈도우(200)와 표시패널(100)을 통과하여 센서 패널(300)로 전달된다. 센서 패널(300)의 센서(SE)는 반사된 초음파(U12, U22)를 수신하여 전압을 발생시키고, 센서 구동부(도 1의 420)는 센서(SE)로부터 발생된 전압을 수신하여 대상 물체(500)와 센서(SE) 사이의 거리를 산출함으로써 대상 물체(500)에 대한 정보를 검출한다.
이때, 대상 물체(500)의 산에서 반사된 초음파(U12)와 골에서 반사된 초음파(U22)는 그 세기가 다르다. 즉, 초음파(U11, U12, U21, U22)는 매개체를 거치면서 반사, 흡수 또는 굴절되어 그 세기가 감소하는데, 대상 물체(500)의 골에 대응하는 초음파(U21, U22)는 산에 대응하는 초음파(U11, U12)에 비해 공기층을 더 통과하게 되므로, 대상 물체(500)의 산에서 반사된 초음파(U12)의 세기는 골에서 반사된 초음파(U22)의 세기보다 크다.
따라서, 센서 패널(300)의 센서(SE)는 다른 세기를 가지는 반사된 초음파(U12, U22)에 대응하여 서로 다른 전압을 발생시키고, 센서 구동부(도 1의 420)는 이러한 전압으로부터 대상 물체(500)의 형상 등의 정보를 검출한다.
이와 같이, 본 발명의 제1 실시예에 따른 표시장치에서는, 센서 패널(300)의 센서(SE)가 초음파를 이용하여 삼차원 방식으로 대상 물체(500)를 인식함으로써, 이차원 방식으로 대상 물체를 인식하는 정전 용량 방식이나 광학 방식의 센서에 비해 보안성이 우수하다.
이러한 본 발명의 제1 실시예에 따른 표시장치에서는 센서(SE)가 표시패널(도 1의 100)과 기판(310) 사이에 위치하게 됨으로써, 표시패널(도 1의 100)과 센서(SE) 사이의 거리를 줄여 초음파의 감쇠 및 굴절을 최소화할 수 있으며, 이에 따라, 센서(SE)의 수신 감도를 높여 인식률을 높임으로써, 센싱 정확도를 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 제1 실시예에 따른 표시장치에서는, 인접한 센서(SE) 사이의 격벽(372)이 센서 패널(300)을 지지함으로써, 센서 패널(300)을 표시패널(도 1의 100)에 부착 시 센서(SE)의 전극과 압전 재료의 손상을 방지하고, 터치 등의 외부 압력에 의한 압전 재료의 변형을 최소화할 수 있다.
이때, 격벽(372)의 두께가 두꺼워질수록 센서(SE)와 표시패널(도 1의 100) 사이의 거리가 멀어져 센서(SE)의 수신 감도가 저하되므로, 격벽(372)은 0.5 ㎛ 내지 10 ㎛의 두께를 가지는 것이 바람직하다.
한편, 격벽(372)은 특정 센서(SE)에서 발생 및 수신되는 초음파가 반사 및 굴절을 통해 인접한 센서(SE)로 진행하는 것을 차단하여, 초음파 진행 경로를 최적화하고 센싱 정확도를 더욱 높일 수 있다.
이때, 모듈러스(modulus)가 클수록 초음파가 잘 진행하므로, 초음파를 보다 효과적으로 차단하기 위해, 격벽(372)은 상대적으로 낮은 모듈러스를 가지는 것이 바람직하다. 반면, 센서(SE) 상부에 위치하는 패시베이션층(382)은 초음파가 잘 진행되도록 상대적으로 높은 모듈러스를 가지는 것이 바람직하다. 이에 따라, 격벽(372)의 모듈러스는 패시베이션층(382)의 모듈러스보다 작다. 일례로, 격벽(372)의 모듈러스는 105~106 Pa이고, 패시베이션층(382)의 모듈러스는 107~109 Pa일 수 있으며, 이에 제한되지 않는다.
또한, 앞서 언급한 바와 같이, 격벽(372)은 압전층(370)에 비해 낮은 유전율을 가져, 격벽(372)은 제1 센서 전극(360)과 제2 센서 전극(380) 사이의 전기장을 차단한다. 이에 따라, 격벽(372)은 센서(SE) 이외의 영역에서 원하지 않는 초음파가 발생하는 것을 방지할 수 있다.
이러한 본 발명의 제1 실시예에서 격벽의 평면 배치 구조에 대해 도 5를 참조하여 설명한다.
도 5는 본 발명의 제1 실시예에 따른 센서 패널의 개략적인 평면도로, 박막트랜지스터와 센서 및 격벽을 도시한다.
도 5에 도시한 바와 같이, 다수의 박막트랜지스터(SW)가 제1 방향과 이에 수직한 제2 방향을 따라 매트릭스 형태로 배열되고, 다수의 박막트랜지스터(SW)에 각각 연결되는 다수의 센서(SE)가 제1 방향과 제2 방향을 따라 매트릭스 형태로 배열되며, 인접한 센서(SE) 사이에는 격벽(372)이 위치한다. 여기서, 제1 방향은 수직 방향에 대응하고, 제2 방향은 수평 방향에 대응할 수 있다.
보다 상세하게, 격벽(372)은 제1 패턴(372a)과 제2 패턴(372b)을 포함하며, 제1 방향을 따라 인접한 센서(SE) 사이에는 격벽(372)의 제1 패턴(372a)이 위치하고, 제2 방향을 따라 인접한 센서(SE) 사이에는 격벽(372)의 제2 패턴(372b)이 위치한다. 제1 패턴(372a)은 제2 방향을 따라 연장되고, 제2 패턴(372b)은 제1 방향을 따라 연장되어 서로 교차한다. 따라서, 격벽(372)은 메쉬(mesh) 구조를 가질 수 있으며, 각 센서(SE)는 격벽(372)에 의해 둘러싸일 수 있다.
이와 달리, 센서(SE) 사이가 상대적으로 먼 부분에는 격벽을 형성하지 않음으로써, 격벽은 라인(line) 형태로 형성될 수도 있다.
여기서, 격벽(372)은 센서(SE) 및 박막트랜지스터(SW)와 이격되어 위치한다. 이와 달리, 격벽(372)은 센서(SE)와 이격되고 박막트랜지스터(SW)와 중첩되어 위치할 수도 있다.
도 6은 본 발명의 제2 실시예에 따른 센서 패널의 개략적인 단면도로, 도 6의 센서 패널은 센서(SE) 상부의 구성을 제외하면 앞선 제1 실시예와 동일한 구조를 가지며, 동일 구성에 대해 동일 부호를 부여하고 이에 대한 설명은 생략하거나 간략히 한다.
도 6에 도시한 바와 같이, 기판(310) 상에 차단층(312)과 절연층(314)이 순차적으로 형성되고, 절연층(314) 상부에 스위칭 소자인 박막트랜지스터(SW)가 형성되며, 박막트랜지스터(SW) 상부에 오버코트층(350)이 형성된다.
오버코트층(350) 상부에는 각 센서(SE)에 대응하여 도전성 물질로 패터닝된 제1 센서 전극(360)이 형성되며, 제1 센서 전극(360)은 박막트랜지스터(SW)의 드레인 전극(344)과 연결된다.
제1 센서 전극(360) 상부에는 압전 재료로 이루어진 압전층(370)이 실질적으로 기판(310) 전면에 형성된다. 여기서, 압전층(370)은 0.5 ㎛ 내지 80 ㎛의 두께를 가지는 가질 수 있으며, 바람직하게는, 1 ㎛ 내지 50 ㎛, 더욱 바람직하게는, 5 ㎛ 내지 10 ㎛의 두께를 가질 수 있다.
압전층(370) 상부에는 절연물질로 격벽(372)이 형성된다. 격벽(372)은 인접한 센서(SE) 사이, 즉, 인접한 제1 센서 전극(360) 사이에 형성된다.
격벽(372)은 압전층(370)보다 낮은 유전율을 가져 센서(SE) 사이의 전기장을 차단한다. 일례로, 격벽(372)의 유전율은 1.0보다 크고 2.0보다 작을 수 있으며, 바람직하게는, 1.0보다 크고 1.5보다 작을 수 있다. 또한, 센서(SE)의 수신 감도가 저하되는 것을 방지하기 위해, 격벽(372)은 0.5 ㎛ 내지 10 ㎛의 두께를 가지는 것이 바람직하다.
격벽(372) 상부에는 제2 센서 전극(380)이 실질적으로 기판(310) 전면에 형성된다. 제2 센서 전극(380)은 격벽(372)을 덮으며, 제2 센서 전극(380)은 격벽(372)의 상면 및 측면과 접촉한다. 또한, 제2 센서 전극(380)은 격벽(372) 사이의 압전층(370)과도 접촉한다.
여기서, 중첩하는 제1 센서 전극(360) 및 제2 센서 전극(380)과 이들 사이의 압전층(370)은 각 센서(SE)를 이루며, 앞서 언급한 바와 같이, 각 센서(SE)는 초음파 센서이다.
제2 센서 전극(380) 상부에는 접착층(392)이 실질적으로 기판(310) 전면에 형성된다. 제2 센서 전극(380)은 격벽(372)보다 얇은 두께를 가지므로, 제2 센서 전극(380)의 상면은 격벽(372)에 의해 단차를 가지며, 접착층(392)은 이러한 단차를 커버한다.
이때, 접착층(392)은 격벽(372) 상부에도 형성되어 평탄한 상면을 가지며, 인접한 격벽(372) 사이, 즉, 센서(SE) 상부의 접착층(392) 두께가 격벽(372) 상부의 접착층(392) 두께보다 두껍다.
이러한 접착층(392)은 유기물이나 무기물 또는 유기물과 무기물의 혼합으로 이루어질 수 있다. 일례로, 에폭시(epoxy)나 OCA(optically clear adhesive)가 사용될 수 있으며, 이에 제한되지 않는다.
한편, 접착층(392)은 센서(SE) 상부에 비교적 두껍게 형성되므로, 초음파가 잘 진행되도록 상대적으로 큰 모듈러스를 가질 수 있다. 이때, 접착층(392)의 모듈러스는 격벽(372)의 모듈러스보다 큰 것이 바람직하다.
이러한 센서 패널(300)은 접착층(392)을 통해 표시패널(도 1의 100)에 부착된다.
이와 같이, 본 발명의 제2 실시예에서는, 격벽(372)에 의한 단차를 접착층(392)으로 커버함으로써, 패시베이션층을 생략하여 앞선 제1 실시예에 비해 제조 공정 및 비용을 절감할 수 있다.
한편, 본 발명에서 격벽의 배치는 박막트랜지스터와 센서의 배치에 따라 달라질 수 있으며, 이러한 본 발명의 다른 실시예에 따른 격벽의 평면 배치 구조에 대해 도 7과 도 8을 참조하여 설명한다.
도 7과 도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 센서 패널의 개략적인 평면도로, 박막트랜지스터와 센서 및 격벽을 도시한다.
도 7과 도 8에 도시한 바와 같이, 다수의 제1 및 제2 박막트랜지스터(SW1, SW2)가 제1 방향과 이에 수직한 제2 방향을 따라 매트릭스 형태로 배열된다. 이때, 하나의 제1 박막트랜지스터(SW1)와 하나의 제2 박막트랜지스터(SW1)는 제1 방향을 따라 서로 연결된다. 여기서, 제1 방향은 수직 방향에 대응하고, 제2 방향은 수평 방향에 대응할 수 있다.
이어, 다수의 제1 및 제2 센서(SE1, SE2)가 제1 방향과 제2 방향을 따라 매트릭스 형태로 배열된다. 여기서, 제1 센서(SE1)는 제1 박막트랜지스터(SW1)에 연결되고, 제2 센서(SE2)는 제2 박막트랜지스터(SW2)에 연결되며, 제1 방향을 따라 연결된 제1 및 제2 박막트랜지스터(SW1, SW2)에 각각 연결되는 제1 및 제2 센서(SE1, SE2)는 제1 방향을 따라 서로 이격되어 위치한다.
한편, 인접한 센서(SE1, SE2) 사이에는 격벽(372)이 위치한다.
보다 상세하게, 도 7을 참조하면, 격벽(372)은 제1 패턴(372c)과 제2 패턴(372d) 및 제3 패턴(372e)을 포함하며, 제1 방향을 따라 인접한 제1 센서(SE1)와 제2 센서(SE2) 사이에는 제1 패턴(372c)과 제2 패턴(372d)이 위치하고, 제2 방향을 따라 인접한 제1 센서(SE1) 사이와 제2 센서(SE2) 사이에는 제3 패턴(372e)이 위치한다. 제1 패턴(372c)과 제2 패턴(372d)은 제2 방향을 따라 연장되어 서로 평행하고, 제3 패턴(372e)은 제1 방향을 따라 연장되어 제1 및 제2 패턴(372c, 372d)과 교차한다.
이때, 제1 패턴(372c)은 제1 방향을 따라 연결된 제1 및 제2 박막트랜지스터(SW1, SW2) 사이에 위치하여 제1 및 제2 박막트랜지스터(SW1, SW2)와 중첩하고, 제2 패턴(372d)은 제1 방향을 따라 이격된 제1 및 제2 박막트랜지스터(SW1, SW2) 사이에 위치하여 제1 및 제2 박막트랜지스터(SW1, SW2)와 이격된다. 따라서, 격벽(372)은 메쉬(mesh) 구조를 가질 수 있으며, 각 센서(SE1, SE2)는 격벽(372)에 의해 둘러싸일 수 있다.
한편, 도 8을 참조하면, 격벽(372)은 제1 패턴(372c)과 제2 패턴(372d), 제3 패턴(372f) 및 제4 패턴(372g)을 포함하며, 제1 방향을 따라 인접한 제1 센서(SE1)와 제2 센서(SE2) 사이에는 제1 패턴(372c)과 제2 패턴(372d)이 위치하고, 제2 방향을 따라 인접한 제1 센서(SE1) 사이와 제2 센서(SE2) 사이에는 제3 패턴(372f)과 제4 패턴(372g)이 위치한다. 제1 패턴(372c)과 제2 패턴(372d)은 제2 방향을 따라 연장되어 서로 평행하고, 제3 패턴(372f)과 제4 패턴(372g)은 제1 방향을 따라 연장되어 서로 평행하며, 제3 패턴(372f)과 제4 패턴(372g)은 제1 및 제2 패턴(372c, 372d)과 교차한다.
이때, 제1 패턴(372c)은 제1 방향을 따라 연결된 제1 및 제2 박막트랜지스터(SW1, SW2) 사이에 위치하여 제1 및 제2 박막트랜지스터(SW1, SW2)와 중첩하고, 제2 패턴(372d)은 제1 방향을 따라 이격된 제1 및 제2 박막트랜지스터(SW1, SW2) 사이에 위치하여 제1 및 제2 박막트랜지스터(SW1, SW2)와 이격된다. 또한, 제3 패턴(372f)은 제2 방향을 따라 인접한 제1 센서(SE1) 사이와 제2 센서(SE2) 사이에서 제1 및 제2 박막트랜지스터(SW1, SW2)와 이격되어 위치하고, 제4 패턴(372g)은 제2 방향을 따라 인접한 제1 센서(SE1) 사이와 제2 센서(SE2) 사이에서 제1 및 제2 박막트랜지스터(SW1, SW2)와 중첩한다. 여기서, 제4 패턴(372g)은 제3 패턴(372f)과 제1 및 제2 센서(SE1, SE2) 사이에 위치한다. 따라서, 격벽(372)은 메쉬(mesh) 구조를 가질 수 있으며, 각 센서(SE1, SE2)는 격벽(372)에 의해 둘러싸일 수 있다.
이와 같이, 인접한 센서(SE1, SE2) 사이가 멀 경우, 인접한 센서(SE1, SE2) 사이에 배치되는 격벽(372)의 개수를 증가시킬 수 있으며, 격벽(372)의 배치는 도시된 구성에 제한되지 않는다.
이러한 본 발명의 센서 패널은 다양한 크기로 표시장치에 적용될 수 있으며, 도 9와 도 10을 참조하여 이를 설명한다.
도 9와 도 10은 본 발명의 실시예에 따른 센서 패널을 포함하는 표시장치를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 9와 도 10에 도시한 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 표시장치는 표시영역(DA)과 비표시영역(NDA)을 가지는 표시패널(도 1의 100)과 센싱 영역(SA)을 가지는 센서 패널(도 1의 300)을 포함한다. 표시패널(도 1의 100)은 표시영역(DA)을 통해 영상을 표시하며, 비표시영역(NDA)은 표시영역(DA)을 둘러싼다.
여기서, 센싱 영역(SA)은 표시영역(DA) 상에 위치하며, 도 9에서와 같이, 가로 방향 및 세로 방향의 길이가 표시영역(DA)보다 작거나, 도 10에서와 같이, 가로 방향의 길이는 표시영역(DA)과 실질적으로 동일하고 세로 방향의 길이는 표시영역(DA)보다 작게 구성될 수 있다. 그러나, 센싱 영역(SA)의 길이는 이에 제한되지 않으며, 필요에 따라 다양하게 구성될 수 있다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술분야의 통상의 기술자는 하기의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
100: 표시패널 200: 커버 윈도우
300: 센서 패널 410: 연성인쇄회로
420: 센서 구동부 360: 제1 센서 전극
370: 압전층 380: 제2 센서 전극
SW: 박막트랜지스터 SE: 센서
372: 격벽

Claims (15)

  1. 기판과;
    상기 기판 상부에 위치하여 다수의 센서를 포함하는 센서부와;
    인접한 센서 사이의 격벽
    을 포함하며,
    상기 센서는 제1 센서 전극과 압전층 및 제2 센서 전극을 포함하고,
    상기 격벽은 상기 압전층보다 낮은 유전율을 가지는 센서 패널.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 센서는 초음파를 발생하고 인식하는 센서 패널.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 격벽은 상기 압전층과 상기 제2 센서 전극 사이에 위치하는 센서 패널.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 제2 센서 전극 상부에 패시베이션층을 더 포함하고, 상기 패시베이션층은 상기 격벽보다 큰 모듈러스를 가지는 센서 패널.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 패시베이션층은 인접한 격벽 사이의 상기 제2 센서 전극 상부에 위치하며, 상기 패시베이션층의 상면은 상기 제2 센서 전극의 상면과 동일 높이에 위치하는 센서 패널.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 패시베이션층 상부에 접착층을 더 포함하고, 상기 접착층은 상기 패시베이션층 및 상기 제2 센서 전극과 접촉하는 센서 패널.
  7. 제4항에 있어서,
    상기 패시베이션층은 인접한 격벽 사이의 상기 제2 센서 전극 상부 및 상기 격벽 상부의 상기 제2 센서 전극 상부에 위치하며, 상기 패시베이션층은 평탄한 상면을 가지는 센서 패널.
  8. 제3항에 있어서,
    상기 제2 센서 전극 상부에 접착층을 더 포함하고, 상기 접착층은 상기 격벽보다 큰 모듈러스를 가지는 센서 패널.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 접착층은 인접한 격벽 사이의 상기 제2 센서 전극 상부 및 상기 격벽 상부의 상기 제2 센서 전극 상부에 위치하며, 상기 인접한 격벽 사이의 상기 접착층 두께가 상기 격벽 상부의 상기 접착층 두께보다 두꺼운 센서 패널.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 격벽은 상기 인접한 센서 사이에 서로 평행하고 이격된 복수의 패턴을 포함하는 센서 패널.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 격벽은 0.5 ㎛ 내지 10 ㎛의 두께를 가지는 센서 패널.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 격벽은 폴리이미드(polyimide)계 화합물이나, 폴리디메틸실록산(polydimethylsiloxane)계 화합물, 폴리아크릴(poly acryl)계 고분자 또는 폴리우레탄(poly urethane)계 고분자로 이루어지는 센서 패널.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 기판과 상기 다수의 센서 사이에 다수의 박막트랜지스터를 더 포함하고, 상기 다수의 센서의 제1 센서 전극은 상기 다수의 박막트랜지스터와 각각 연결되는 센서 패널.
  14. 제1항 내지 제13항 중 어느 한 항 따른 센서 패널과;
    상기 센서 패널 상부의 표시패널
    을 포함하며,
    상기 센서부는 상기 기판과 상기 표시패널 사이에 위치하는 표시장치.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 표시패널은 절연 기판과, 상기 절연 기판 상부의 발광다이오드를 포함하는 전계발광 표시패널인 표시장치.
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