KR20210060734A - 광 센서 및 이를 포함하는 전자 장치 및 이의 제조 방법 - Google Patents

광 센서 및 이를 포함하는 전자 장치 및 이의 제조 방법 Download PDF

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KR20210060734A
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Abstract

광 센서는, 비정질 실리콘 및 상기 비정질 실리콘 내에 함침 된 게르마늄(Ge) 이온을 포함하는 감지층을 포함하는 센싱부, 및 상기 센싱부 상에 배치되고, 차광 패턴 및 상기 차광 패턴 사이에 배치된 복수의 투과 패턴들을 포함하는 광학 패턴부를 포함하고, 상기 감지층은, 상기 제2 감지 전극과 상기 감지층의 경계로부터 상기 제1 전극을 향하는 방향으로 순차적으로 배열된 제1 영역, 제2 영역, 및 제3 영역을 포함하고, 상기 비정질 실리콘 내의 상기 게르마늄(Ge) 이온의 농도는, 상기 제2 영역이 상기 제1 영역 및 상기 제3 영역에 비해 상대적으로 높다.

Description

광 센서 및 이를 포함하는 전자 장치 및 이의 제조 방법{ELECTRONIC APPARATUS INCLUDING THE OPTICAL SENSOR AND METHOD OF THE MANUFACTURING THE SAME}
본 발명은 지문 인식 기능 광 센서를 포함하는 전자 장치 및 이의 제조 방법에 관한 것이다.
전자 장치는 영상을 표시하여 사용자에게 정보를 제공하거나 사용자의 입력을 감지하는 등 사용자와 유기적으로 소통할 수 있는 다양한 기능을 제공한다. 최근의 전자 장치들은 사용자의 지문을 감지하기 위한 기능을 함께 포함하고 있다.
지문 인식 방식으로는 전극들 사이에 형성된 정전용량 변화를 감지하는 정전용량 방식, 광 센서를 이용하여 입사되는 광을 감지하는 광 방식, 압전체 등을 활용하여 진동을 감지하는 초음파 방식 등이 있다. 최근의 표시 장치들에 있어서, 지문 인식을 위한 감지 유닛은 표시 패널의 배면에 배치될 수 있다.
본 발명은 지문 인식 민감도가 향상된 광 센서를 포함하는 전자 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다
본 발명에 따른 광 센서는, 제1 감지 전극, 상기 제1 감지 전극과 이격된 제2 감지 전극, 상기 제1 감지 전극 및 상기 제2 감지 전극 사이에 배치되고 비정질 실리콘(amorphous silicon) 및 상기 비정질 실리콘 내에 함침 된 게르마늄(Ge, germanium) 이온을 포함하는 감지층을 포함하는 센싱부, 및 상기 센싱부 상에 배치되고, 차광 패턴 및 상기 차광 패턴 사이에 배치된 복수의 투과 패턴들을 포함하는 광학 패턴부를 포함하고, 상기 감지층은, 상기 제2 감지 전극과 상기 감지층의 경계로부터 상기 제1 전극을 향하는 방향으로 순차적으로 배열된 제1 영역, 제2 영역, 및 제3 영역을 포함하고, 상기 비정질 실리콘 내의 상기 게르마늄(Ge) 이온의 농도는, 상기 제2 영역이 상기 제1 영역 및 상기 제3 영역에 비해 상대적으로 높다.
상기 제1 영역에서부터 상기 제3 영역까지의 두께는, 10Å 이상 내지 9000Å 이하인 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 감지층은, 상기 제1 영역 내지 상기 제3 영역을 포함하는 함침 영역, 및 상기 함침 영역과 인접하고 상기 게르마늄(Ge) 이온이 함침되지 않은 비 함침 영역을 포함하고, 상기 함침 영역과 상기 비 함침 영역의 두께의 합은, 10000Å 이하인 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 제2 영역은, 상기 제1 영역 및 상기 제3 영역에 비해 상대적으로 낮은 밴드 갭(band-gap) 에너지를 갖는 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 제1 영역은, 상기 제2 영역 및 상기 제3 영역에 비해 상대적으로 단파장대의 광을 흡수하는 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 게르마늄(Ge) 이온의 농도는, 상기 제1 영역 내지 제3 영역 내에서 가우시안(Gaussian) 분포를 갖는 것을 특징으로 할 수 있다.
평면상에서 상기 투과 패턴들은 서로 교차 하는 방향을 따라 서로 이격되어 배열되고, 상기 차광 패턴에 의해 에워싸이는 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 제1 감지 전극 및 상기 제2 감지 전극은, 비정질 실리콘(amorphous silicon)을 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 전자 장치는, 액티브 영역 및 상기 액티브 영역과 인접한 주변 영역을 포함하는 표시 패널, 및 상기 표시 패널의 배면에 배치되고, 상기 액티브 영역과 중첩하는 광 센서를 포함하고, 상기 광 센서는, 제1 감지 전극, 상기 제1 감지 전극과 이격된 제2 감지 전극, 상기 제1 감지 전극 및 상기 제2 감지 전극 사이에 배치되고 비정질 실리콘(amorphous silicon) 및 상기 비정질 실리콘 내에 함침 된 게르마늄(Ge, germanium) 이온을 포함하는 감지층을 포함하고, 상기 비정질 실리콘 내의 상기 게르마늄(Ge) 이온의 농도는, 상기 제2 감지 전극에서 상기 제1 전극으로 가변 한다.
상기 감지층은, 상기 제2 감지 전극과 상기 감지층의 경계로부터 상기 제1 전극을 향하는 방향으로 순차적으로 배열된 제1 영역, 제2 영역, 및 제3 영역을 포함하고, 상기 비정질 실리콘 내의 상기 게르마늄(Ge) 이온의 농도는, 상기 제2 영역이 상기 제1 영역 및 상기 제3 영역에 비해 상대적으로 높다.
상기 제1 영역에서부터 상기 제3 영역까지의 두께는, 10Å 이상 내지 9000Å 이하인 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 감지층은, 상기 제1 영역 내지 상기 제3 영역을 포함하는 함침 영역, 및 상기 함침 영역과 인접하고 상기 게르마늄(Ge) 이온이 함침되지 않은 비 함침 영역을 포함하고, 상기 함침 영역과 상기 비 함침 영역의 두께의 합은, 10000Å 이하인 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 제2 영역은, 상기 제1 영역 및 상기 제3 영역에 비해 상대적으로 낮은 밴드 갭(band-gap) 에너지를 갖는 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 제1 영역은, 상기 제2 영역 및 상기 제3 영역에 비해 상대적으로 단파장대의 광을 흡수하는 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 제1 감지 전극 및 상기 제2 감지 전극은, 비정질 실리콘(amorphous silicon)을 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 광 센서는, 상기 제2 감지 전극 상에 배치되고, 차광 패턴 및 상기 차광 패턴 사이에 배치된 복수의 투과 패턴들을 포함하는 광학 패턴부를 더 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 전자 장치는, 상기 표시 패널 및 상기 광 센서 사이에 배치되고, 상기 광 센서가 수용되는 개구부가 정의된 하부 패널을 더 포함하고, 상기 하부 패널은, 쿠션층, 방열층, 및 차광층 중 어느 하나를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 전자 장치 제조 방법은, 작업 기판 상에 형성되고 비정질 실리콘(amorphous silicon)을 포함하는 제1 감지 전극, 및 제1 감지 전극 상에 형성되고 비정질 실리콘을 포함하는 초기 감지층을 제공하는 단계, 상기 초기 감지층 상에 비정질 실리콘을 포함하는 제2 감지 전극을 형성하는 단계, 및 이온주입법을 통해 상기 초기 감지층으로 게르마늄(Ge) 이온을 주입하여 감지층을 형상하는 단계를 포함하고, 상기 제2 감지 전극과 상기 감지층의 경계로부터 상기 제1 전극을 향하는 방향으로의 상기 게르마늄(Ge) 이온이 주입된 두께는, 10Å 이상 내지 9000Å 이하인 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 제2 감지 전극을 형성하는 단계는, 이온주입법을 통해 상기 초기 감지층의 상면에 인(P) 이온을 주입하여 상기 초기 감지층 내부에 제2 감지 전극이 형성되는 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 제2 감지 전극을 형성하는 단계는, 상기 초기 감지층의 상면에 인(P) 이온을 증착하여 상기 제2 감지 전극이 형성되는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명에 따르면, 감지층 내에 주입된 게르마늄 이온의 농도가 서로 다른 영역들을 포함함으로써 광 센싱 효율을 증대시킬 수 있다. 따라서, 신뢰성이 향상된 전자 장치를 제공할 수 있다.
도 1a는 본 발명의 일 실시예에 따른 전자 장치의 결합 사시도이다.
도 1b는 도 1a에 도시된 전자 장치의 분해 사시도이다.
도 2는 도 1a에 도시된 전자 장치의 전자 장치의 블록도이다.
도 3a는 도 2a에 도시된 구성들 중 일부 구성을 도시한 분해 사시도이다.
도 3b는 도 3a에 도시된 구성들 중 일부 구성의 결합 사시도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 표시 유닛의 일부를 도시한 배면도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 광 센서의 단면도이다.
도 6a는 본 발명의 일 실시예에 따른 센싱부의 단면도이다.
도 6b는 본 발명의 일 실시예에 따른 감지층의 영역에 따른 게르마늄(Ge) 이온의 농도를 그래프로 도시한 도면이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 광학 패턴부의 평면도이다.
도 8a 내지 도 8c는 본 발명의 일 실시예에 따른 전자 장치 제조 방법을 도시한 단면도들이다.
도 9a 내지 도 9c는 본 발명의 일 실시예에 따른 전자 장치 제조 방법을 도시한 단면도들이다.
본 명세서에서, 어떤 구성요소(또는 영역, 층, 부분 등)가 다른 구성요소 "상에 있다", "연결 된다", 또는 "결합 된다"고 언급되는 경우에 그것은 다른 구성요소 상에 직접 배치/연결/결합될 수 있거나 또는 그들 사이에 제3의 구성요소가 배치될 수도 있다는 것을 의미한다.
동일한 도면부호는 동일한 구성요소를 지칭한다. 또한, 도면들에 있어서, 구성요소들의 두께, 비율, 및 치수는 기술적 내용의 효과적인 설명을 위해 과장된 것이다.
"및/또는"은 연관된 구성들이 정의할 수 있는 하나 이상의 조합을 모두 포함한다.
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.
또한, "아래에", "하측에", "위에", "상측에" 등의 용어는 도면에 도시된 구성들의 연관관계를 설명하기 위해 사용된다. 상기 용어들은 상대적인 개념으로, 도면에 표시된 방향을 기준으로 설명된다.
다르게 정의되지 않는 한, 본 명세서에서 사용된 모든 용어 (기술 용어 및 과학 용어 포함)는 본 발명이 속하는 기술 분야의 당업자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 갖는다. 또한, 일반적으로 사용되는 사전에서 정의된 용어와 같은 용어는 관련 기술의 맥락에서 의미와 일치하는 의미를 갖는 것으로 해석되어야 하고, 이상적인 또는 지나치게 형식적인 의미로 해석되지 않는 한, 명시적으로 여기에서 정의된다.
"포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 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. 이하, 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 설명한다.
도 1a는 본 발명의 일 실시예에 따른 전자 장치의 결합 사시도이다. 도 1b는 도 1a에 도시된 전자 장치의 분해 사시도이다. 도 2는 도 1a에 도시된 전자 장치의 전자 장치의 블록도이다.
전자 장치(ED)는 전기적 신호에 따라 활성화되는 장치일 수 있다. 전자 장치(ED)는 다양한 실시예들을 포함할 수 있다. 예를 들어, 전자 장치(ED)는 태블릿, 노트북, 컴퓨터, 스마트 텔레비전 등을 포함할 수 있다. 본 실시예에서, 전자 장치(ED)는 스마트 폰으로 예시적으로 도시되었다.
전자 장치(ED)는 제1 방향(D1) 및 제2 방향(D2) 각각에 평행한 표시면(IS)에 제3 방향(D3)을 향해 영상(IM)을 표시할 수 있다. 영상(IM)이 표시되는 표시면(IS)은 전자 장치(ED)의 전면(front surface)과 대응될 수 있다. 영상(IM)은 동적인 영상은 물론 정지 영상을 포함할 수 있다. 도 1a에서 영상(IM)의 일 예로 인터넷 검색창이 도시되었다.
본 실시예에서는 영상(IM)이 표시되는 방향을 기준으로 각 부재들의 전면(또는 상면)과 배면(또는 하면)이 정의된다. 전면과 배면은 제3 방향(D3)에서 서로 대향(opposing)되고, 전면과 배면 각각의 법선 방향은 제3 방향(D3)과 평행할 수 있다.
전면과 배면 사이의 제3 방향(D3)에서의 이격 거리는 전자 장치(ED)의 제3 방향(D3)에서의 두께/높이와 대응될 수 있다. 한편, 제1 내지 제3 방향들(D1, D2, D3)이 지시하는 방향은 상대적인 개념으로서 다른 방향으로 변환될 수 있다. 이하, 제1 내지 제3 방향들은 제1 내지 제3 방향들(D1, D2, D3)이 각각 지시하는 방향으로 동일한 도면 부호를 참조한다.
전자 장치(ED)의 전면(IS)은 투과 영역(TA) 및 베젤 영역(BZA)으로 구분될 수 있다. 투과 영역(TA)은 영상(IM)이 표시되는 영역일 수 있다. 사용자는 투과 영역(TA)을 통해 영상(IM)을 시인한다. 본 실시예에서, 투과 영역(TA)은 꼭지점들이 둥근 사각 형상으로 도시되었다. 다만, 이는 예시적으로 도시한 것이고, 투과 영역(TA)은 다양한 형상을 가질 수 있으며, 어느 하나의 실시예로 한정되지 않는다.
베젤 영역(BZA)은 투과 영역(TA)에 인접한다. 베젤 영역(BZA)은 소정의 컬러를 가질 수 있다. 베젤 영역(BZA)은 투과 영역(TA)을 에워쌀 수 있다. 이에 따라, 투과 영역(TA)의 형상은 실질적으로 베젤 영역(BZA)에 의해 정의될 수 있다. 다만, 이는 예시적으로 도시한 것이고, 베젤 영역(BZA)은 투과 영역(TA)의 일 측에만 인접하여 배치될 수도 있고, 생략될 수도 있다. 본 발명의 일 실시예에 따른 전자 장치는 다양한 실시예들을 포함할 수 있으며, 어느 하나의 실시예로 한정되지 않는다.
전자 장치(ED)는 외부에서 인가되는 사용자의 지문(FNG)을 감지할 수 있다. 이에 따라, 전자 장치(ED)는 표시면(IS)에 지문 감지 영역(FRA)을 제공할 수 있다. 본 실시예에서, 지문 감지 영역(FRA)은 영상(IM)이 표시되는 투과 영역(TA) 내에 구비된 것으로 도시되었다. 다만, 이는 예시적으로 도시한 것이고, 지문 감지 영역(FRA)은 베젤 영역(BZA)에 제공되거나, 투과 영역(TA)의 모든 영역에 제공되거나, 표시면(IS)의 모든 영역에 제공될 수도 있다. 전자 장치(ED)는 지문 감지 영역(FRA)에 제공되는 사용자의 지문(FNG)을 감지할 수 있다.
사용자의 지문(FNG)은 사용자의 손의 표면 상태, 예를 들어 표면 균일도나 표면 굴곡 형상 등을 포함할 수 있다. 다만, 이는 예시적으로 도시한 것이고, 무체물의 입력이 전자 장치(ED)에 제공되는 경우, 전자 장치(ED)는 무체물의 표면 정보를 감지할 수도 있다.
도 1b 및 도 2를 참조하면, 전자 장치(ED)는 표시 모듈(DD), 전자 모듈(EM), 전원공급 모듈(PM), 브라켓(BRK), 및 외부 케이스(EDC)를 포함할 수 있다. 도 1b에는 상기 전자 장치(ED)의 구성들을 단순하게 도시하였다.
표시 모듈(DD)은 윈도우(WM) 및 표시 유닛(DU)을 포함한다. 도 1a에 도시된 것과 같이, 결합된 상태에서 윈도우(WM)는 전자 장치(ED)의 외관을 구성한다. 윈도우(WM)는 외부 충격으로부터 전자 장치(ED) 내부 구성들을 보호하며, 실질적으로 전자 장치(ED)의 표시면(IS)을 제공하는 구성일 수 있다.
표시 유닛(DU)은 윈도우(WM)의 배면 상에 배치된다. 표시 유닛(DU)은 표시 패널(DP) 및 광 센서(FSU, 도 3a 참조)를 포함할 수 있다. 표시 패널(DP)은 실질적으로 영상(IM)을 생성하는 구성일 수 있다. 표시 패널(DP)이 생성하는 영상(IM)은 투과 영역(TA)을 통해 표시면(IS)에 표시되어 외부에서 사용자에게 시인된다.
광 센서(FSU)는 외부에서 인가되는 사용자의 지문(FNG)을 감지한다. 상술한 바와 같이, 광 센서(FSU)는 지문 감지 영역(FRA)에 제공되는 사용자의 지문(FNG, 이하, 무체물의 표면 정보 포함)을 감지할 수 있다.
표시 유닛(DU)은 메인 회로 기판(FPC, 도 3a 참조)을 통해 전자 모듈(EM)과 전기적으로 연결될 수 있다. 표시 유닛(DU)은 전자 모듈(EM)을 통해 표시할 영상(IM)에 대한 정보를 수신하거나, 감지된 사용자의 지문(FNG) 정보를 전자 모듈(EM)에 제공하여 이를 기초로 처리된 정보를 사용자에게 제공할 수 있다.
전원공급 모듈(PM)은 전자 장치(ED)의 전반적인 동작에 필요한 전원을 공급한다. 전원공급 모듈(PM)은 통상적인 배터리 모듈을 포함할 수 있다
브라켓(BRK)은 표시 모듈(DD) 및/또는 외부 케이스(EDC)와 결합되어 전자 장치(ED)의 내부 공간을 분할한다. 브라켓(BRK)은 다른 구성부품들이 배치될 수 있는 공간을 제공한다. 또한, 브라켓(BRK)은 표시 모듈(DD)이 흔들림 없이 고정되도록 표시 모듈(DD)를 지지할 수 있다. 브라켓(BRK)에는 전자 모듈(EM)이 고정되도록 전자 모듈(EM)의 형상에 대응하는 결합홈이 정의될 수 있다. 브라켓(BRK)은 금속 또는 플라스틱 부재를 포함한다. 하나의 브라켓(BRK)을 예시적으로 도시하였으나, 전자 장치(ED)는 복수 개의 브라켓(BRK)을 포함할 수 있다.
외부 케이스(EDC)는 브라켓(BRK) 및/또는 표시 모듈(DD)에 결합될 수 있다. 본 실시예에서, 외부 케이스(EDC)는 윈도우(WM)와 함께 전자 장치(ED)의 외관을 구성한다. 본 실시예에서, 하나의 바디로 이루어진 외부 케이스(EDC)를 예시적으로 도시하였으나, 외부 케이스(EDC)는 서로 조립되는 복수 개의 바디를 포함할 수 있다. 외부 케이스(EDC)는 글라스, 플라스틱, 메탈로 구성된 복수 개의 프레임 및/또는 플레이트를 포함할 수 있다.
전자 모듈(EM)은 마더보드에 실장되며 전자 장치(ED)를 동작시키기 위한 다양한 기능성 모듈을 포함한다. 마더 보드는 커넥터(미 도시)를 통해 표시 유닛(DU)의 메인 회로 기판(FPC, 도 3a 참조)과 전기적으로 연결될 수 있다. 여기서 마더 보드는 리지드 타입의 인쇄회로기판을 포함할 수 있다.
도 2를 참조하면, 전자 모듈(EM)은 제어 모듈(10), 무선통신 모듈(20), 영상입력 모듈(30), 음향입력 모듈(40), 음향출력 모듈(50), 메모리(60), 외부 인터페이스(70), 발광 모듈(80), 수광 모듈(90), 및 카메라 모듈(100) 등을 포함할 수 있다. 상기 모듈들 중 일부는 마더보드에 실장되지 않고, 연성회로기판을 통해 마더보드에 전기적으로 연결될 수 있다.
제어 모듈(10)은 전자 장치(ED)의 전반적인 동작을 제어한다. 제어 모듈(10)은 마이크로프로세서일 수 있다. 예를 들어 제어 모듈(10)은 표시 모듈(DD)를 활성화 시키거나, 비활성화 시킨다. 제어 모듈(10)은 표시 모듈(DD)로부터 수신된 터치 신호에 근거하여 영상입력 모듈(30), 음향입력 모듈(40), 음향출력 모듈(50) 등을 제어할 수 있다.
무선통신 모듈(20)은 블루투스 또는 와이파이 회선을 이용하여 다른 단말기와 무선 신호를 송/수신할 수 있다. 무선통신 모듈(20)은 일반 통신회선을 이용하여 음성신호를 송/수신할 수 있다. 무선통신 모듈(20)은 송신할 신호를 변조하여 송신하는 송신부(22)와, 수신되는 신호를 복조하는 수신부(24)를 포함한다.
영상입력 모듈(30)은 영상 신호를 처리하여 표시 모듈(DD)에 표시 가능한 영상 데이터로 변환한다. 음향입력 모듈(40)은 녹음 모드, 음성인식 모드 등에서 마이크로폰(Microphone)에 의해 외부의 음향 신호를 입력받아 전기적인 음성 데이터로 변환한다. 음향출력 모듈(50)은 무선통신 모듈(20)로부터 수신된 음향 데이터 또는 메모리(60)에 저장된 음향 데이터를 변환하여 외부로 출력한다.
외부 인터페이스(70)는 외부 충전기, 유/무선 데이터 포트, 카드 소켓(예를 들어, 메모리 카드(Memory card), SIM/UIM card) 등에 연결되는 인터페이스 역할을 한다.
발광 모듈(80)은 광을 생성하여 출력한다. 발광 모듈(80)은 적외선을 출력할 수 있다. 발광 모듈(80)은 LED 소자를 포함할 수 있다. 수광 모듈(90)은 적외선을 감지할 수 있다. 수광 모듈(90)은 소정 레벨 이상의 적외선이 감지된 때 활성화될 수 있다. 수광 모듈(90)은 CMOS 센서를 포함할 수 있다. 발광 모듈(80)에서 생성된 적외광이 출력된 후, 외부 물체(예컨대 사용자 손가락 또는 얼굴)에 의해 반사되고, 반사된 적외광이 수광 모듈(90)에 입사될 수 있다. 카메라 모듈(100)은 외부의 이미지를 촬영한다.
도 3a는 도 2a에 도시된 구성들 중 일부 구성을 도시한 분해 사시도이다. 도 3b는 도 3a에 도시된 구성들 중 일부 구성의 결합 사시도이다. 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 표시 유닛의 일부를 도시한 배면도이다.
상술한 바와 같이, 윈도우(WM)는 광학적으로 투명한 투과 영역(TA) 및 투과 영역(TA)에 인접한 베젤 영역(BZA)을 포함하는 표시면(IS)을 포함한다. 도 3a에 도시된 윈도우(WM)는 도 2a에 도시된 윈도우(WM)와 대응되므로, 이하 중복된 설명은 생략하기로 한다.
표시 유닛(DU)은 윈도우(WM)의 배면에 배치된다. 표시 유닛(DU)은, 표시 패널(DP), 메인 회로 기판(MPC), 하부 패널(CVP), 광 센서(FSU)를 포함한다.
표시 패널(DP)은 전면(DP-U) 및 전면(DP-U)과 대향하는 배면(DP-B)을 포함한다. 전면(DP-U)은 윈도우(WM)과 마주하는 면일 수 있다. 전면(DP-U)은 액티브 영역(AA) 및 주변 영역(NAA)으로 구분될 수 있다. 본 발명에 따른 표시 패널(DP)의 배면(DP-B)은 제3 방향(D3)을 따라 적층된 표시 패널(DP)의 구성 중, 하부 패널(CVP)와 가장 인접한 층으로 정의될 수 있다.
표시 패널(DP)은 전기적 신호에 따라 액티브 영역(AA)을 활성화시킨다. 표시 패널(DP)은 활성화된 액티브 영역(AA)에 영상(IM)을 표시한다. 투과 영역(TA)은 적어도 액티브 영역(AA)의 전체와 중첩할 수 있다.
주변 영역(NAA)은 액티브 영역(AA)에 인접한다. 주변 영역(NAA)은 액티브 영역(AA)의 가장 자리를 에워쌀 수 있다. 다만, 이는 예시적으로 도시한 것이고, 주변 영역(NAA)은 액티브 영역(AA)의 가장 자리 중 일부에만 인접할 수도 있으며, 어느 하나의 실시예로 한정되지 않는다.
주변 영역(NAA)에는 액티브 영역(AA)에 전기적 신호를 제공하는 각종 신호 라인들이나 전자 소자 등이 배치될 수 있다. 주변 영역(NAA)은 베젤 영역(BZA)에 의해 커버되어 외부에서 시인되지 않을 수 있다.
표시 패널(DP)은 복수의 신호 라인들(GL, DL, PL), 화소(PX), 및 복수의 표시 패드들(PDD)을 포함할 수 있다. 신호 라인들(GL, DL, PL)은 게이트 라인(GL), 데이터 라인(DL), 및 전원 라인(PL)을 포함할 수 있다. 게이트 라인(GL), 데이터 라인(DL), 및 전원 라인(PL)은 각각 서로 상이한 전기적 신호를 전달할 수 있다.
게이트 라인(GL)은 제2 방향(D2)을 따라 연장된다. 게이트 라인(GL)은 복수로 제공되어 제1 방향(D1)을 따라 서로 이격되어 배열될 수 있다. 도 3a에는 용이한 설명을 위해 단일의 게이트 라인(GL)을 예시적으로 도시하였다.
도시되지 않았으나, 표시 유닛(DU)은 표시 패널(DP)에 실장되어 게이트 라인(GL)에 전기적 신호를 제공하는 게이트 구동 회로를 더 포함할 수 있다. 이때, 게이트 구동 회로에 전기적 신호를 제공하는 게이트 구동 회로 패드는 표시 패드들(PDD) 중 어느 하나를 구성할 수 있다. 또는, 표시 패널(DP)은 외부에 제공되는 게이트 구동 회로와 전기적으로 연결되기 위한 게이트 패드들을 더 포함할 수 있다. 게이트 패드들은 표시 패드들(PDD) 중 어느 하나를 구성할 수 있다.
데이터 라인(DL)은 제1 방향(D1)을 따라 연장된다. 데이터 라인(DL)은 게이트 라인(GL)과 전기적으로 절연될 수 있다. 데이터 라인(DL)은 복수로 제공되어 제2 방향(D2)을 따라 서로 이격되어 배열될 수 있다. 도 3a에는 용이한 설명을 위해 단일의 데이터 라인(DL)을 예시적으로 도시하였다. 데이터 라인(DL)은 패드들(PDD) 중 어느 하나를 구성하는 데이터 패드에 연결된다. 데이터 라인(DL)은 데이터 패드를 통해 수신된 데이터 신호를 화소(PX)에 제공한다.
전원 라인(PL)은 제2 방향(D2)을 따라 연장된다. 전원 라인(PL)은 게이트 라인(GL) 및 데이터 라인(DL)과 전기적으로 절연될 수 있다. 전원 라인(PL)은 복수로 제공되어 제1 방향(D1)을 따라 서로 이격되어 배열될 수 있다. 도 3a에는 용이한 설명을 위해 단일의 전원 라인(PL)을 예시적으로 도시하였다. 전원 라인(PL)은 화소(PX)에 전원 신호를 제공할 수 있다.
화소(PX)에 포함된 구성들 중 일부는 액티브 영역(AA)과 중첩하여 배치될 수 있다. 화소(PX)는 복수로 제공되어 대응되는 신호 배선들에 각각 연결될 수 있다. 화소(PX)는 전기적 신호에 따라 광을 표시하여 영상(IM)을 구현한다. 도 3a에는 용이한 설명을 위해 단일의 화소(PX)를 예시적으로 도시하였다.
화소(PX)는 제1 박막 트랜지스터(TR1), 제2 박막 트랜지스터(TR2), 커패시터(CP), 및 발광 소자(EMD)를 포함할 수 있다. 제1 박막 트랜지스터(TR1), 제2 박막 트랜지스터(TR2), 커패시터(CP), 발광 소자(EMD)는 전기적으로 연결된다.
제1 박막 트랜지스터(TR1)는 화소(PX)의 턴-온 및 턴-오프를 제어하는 스위칭 소자일 수 있다. 제1 박막 트랜지스터(TR1)는 게이트 라인(GL) 및 데이터 라인(DL)에 연결된다. 제1 박막 트랜지스터(TR1)는 게이트 라인(GL)을 통해 제공되는 게이트 신호에 의해 턴-온 되어 데이터 라인(DL)을 통해 제공되는 데이터 신호를 커패시터(CP)에 제공한다.
커패시터(CP)는 전원 라인(PL)으로부터 제공되는 제1 전원 신호와 박막 트랜지스터(TR1)로부터 제공되는 신호 사이의 전위차에 대응되는 전압을 충전한다. 제2 박막 트랜지스터(TR2)는 커패시터(CP)에 충전된 전압에 대응하여 전원 라인(PL)으로부터 제공되는 제1 전원 신호를 발광 소자(EMD)에 제공한다.
발광 소자(EMD)는 액티브 영역(AA)에 배치된다. 발광 소자(EMD)는 전기적 신호에 따라 광을 발생시키거나 광량을 제어할 수 있다. 예를 들어, 발광 소자(EMD)는 유기발광소자, 양자점 발광소자, 전기 영동 소자, 또는 전기 습윤 소자를 포함할 수 있다.
발광 소자(EMD)는 전원 전압과 연결되어 전원 라인(PL)이 제공하는 전원 신호보다 낮은 레벨을 갖는 제2 전원 신호를 제공받는다. 발광 소자(EMD)에는 제2 박막 트랜지스터(TR2)로부터 제공되는 전기적 신호와 제2 전원 신호 사이의 차이에 대응하는 구동 전류가 흐르게 되고, 발광 소자(EMD)는 구동 전류에 대응하는 광을 생성할 수 있다.
한편, 이는 예시적으로 도시한 것이고, 화소(PX)는 다양한 구성과 배열을 가진 전자 소자들을 포함할 수 있으며, 어느 하나의 실시예로 한정되지 않는다.
패드들(PDD)은 주변 영역(NAA)에 배치된다. 패드들(PDD)은 신호 배선들과 각각 연결될 수 있다. 화소들(PX)은 패드들(PDD)을 통해 표시 패널(DP) 외부에 배치된 구성들과 전기적으로 접속될 수 있다. 예를 들어, 패드들(PDD)에는 메인 회로 기판(MPC)에 포함된 패드들(미도시)과 연결될 수 있다.
메인 회로 기판(MPC)은 메인 연성 필름(CB-M) 및 메인 구동 소자(IC-M)를 포함할 수 있다. 메인 회로 기판(MPC)은 패드들(PDD)에 접속된다. 메인 회로 기판(MPC)은 패드들(PDD)을 통해 표시 패널(DP)에 전기적 신호를 제공한다. 메인 회로 기판(MPC)은 영상(IM)을 제어하는 신호나 전원 신호를 생성하여 표시 패널(DP)에 제공할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 메인 회로 기판(MPC)은 표시 패널(DP)의 전면(DP-U)에 연결되어 표시 패널(DP)의 배면(DP-B)을 향하도록 벤딩될 수 있다. 메인 회로 기판(MPC)은 메인 연성 필름(CB-M) 및 메인 구동 소자(IC-M)를 포함할 수 있다.
메인 연성 필름(CB-M)은 메인 커넥터(CB-MC), 미 도시된 패드들, 및 신호 라인들을 포함할 수 있다. 메인 연성 필름(CB-M)은 패드들 통해 패드들(PDD)과 연결되어 표시 패널(DP)에 전기적으로 접속될 수 있다. 메인 연성 필름(CB-M)은 미 도시된 점착 부재(예를 들어, 이방 도전성 필름)를 통해 표시 패널(DP)에 전기적 및 물리적으로 결합될 수 있다. 메인 커넥터(CB-MC)는 표시 패널(DP)을 향하도록 벤딩되어 전자 모듈(EM)에 전기적으로 접속될 수 있다.
메인 구동 소자(IC-M)는 메인 연성 필름(CB-M)에 실장될 수 있다. 메인 구동 소자(IC-M)는 메인 연성 필름(CB-M)의 신호 라인들(미도시)에 접속되어 표시 패널(DP)과 전기적으로 연결될 수 있다. 메인 구동 소자(IC-M)는 각종 전기적 신호를 생성하거나 처리한다.
광 센서(FSU)는 생체정보 감지부(FS) 및 메인 회로 기판(FPC)을 포함한다. 생체정보 감지부(FS)는 사용자의 지문(FNG)을 감지하며, 감지된 신호를 메인 회로 기판(FPC)으로 전달할 수 있다. 생체정보 감지부(FS)는 메인 회로 기판(FPC)을 통해 전자 모듈(EM)과 전기적으로 연결될 수 있다.
하부 패널(CVP)은 표시 패널(DP)의 배면(DP-B) 상에 배치된다. 하부 패널(CVP)은 복수의 시트들(ST1, ST2, ST3)을 포함한다. 하부 패널(CVP)은 생체정보 감지부(FS)가 실장되는 개구부(OP)를 포함한다. 시트들(ST1, ST2, ST3)은 제3 방향(D3)을 따라 순차적으로 적층될 수 있다.
시트들(ST1, ST2, ST3) 각각은 개구부들(OP1, OP2, OP3)를 포함하고 하부 패널(CVP)의 개구부(OP)는 시트들(ST1, ST2, ST3) 각각에 포함된 개구부들(OP1, OP2, OP3)이 중첩되어 정의될 수 있다.
제1 시트(ST1)는 표시 패널(DP)의 배면(DP-B)과 가장 인접하게 배치될 수 있다. 제1 시트(ST1)는 쿠션층일 수 있다.
제1 시트(ST1)는 제1 시트(ST1)의 일부가 제3 방향(D3)을 따라 관통된 제1 개구부(OP1)를 포함할 수 있다. 제1 개구부(OP1)는 생체정보 감지부(FS)와 중첩한다.
제1 시트(ST1)는 매트릭스 부재 및 복수의 공극들을 포함하는 합성수지 발포 폼(form)일 수 있다. 매트릭스 부재는 유연한 물질을 포함할 수 있다. 예를 들어, 매트릭스 부재는 합성 수지를 포함할 수 있다. 공극들은 표시 패널(DP)에 인가되는 충격을 용이하게 흡수할 수 있다. 공극들은 제1 시트(ST1)가 다공성 구조를 가짐에 따라 정의될 수 있다. 따라서, 공극들은 매트릭스 부재에 분산될 수 있다. 공극들은 제1 시트(ST1)의 형태 변형이 용이하게 이루어지도록 할 수 있다. 이에 따라, 제1 시트(ST1)의 탄성을 향상시켜 하부 패널(CVP)의 내 충격성을 향상시킨다.
제2 시트(ST2)는 제1 시트(ST1) 및 제3 시트(ST3) 사이에 배치된다. 제2 시트(ST2)는 방열 기능을 가진 방열층일 수 있다.
제2 시트(ST2)는 제2 시트(ST2)의 일부가 제3 방향(D3)을 따라 관통된 제2 개구부(OP2)를 포함할 수 있다. 제2 개구부(OP2)는 생체정보 감지부(FS)와 중첩한다.
제2 시트(ST2)는 구리나 알루미늄과 같이 열 전도성이 높은 금속 물질을 포함하는 시트일 수 있다.
제3 시트(ST3)는 제2 시트(ST2) 상에 배치된다. 제2 시트(ST2)는 차광 기능을 차광층일 수 있다.
제3 시트(ST3)는 제3 시트(ST3)의 일부가 제3 방향(D3)을 따라 관통된 제3 개구부(OP3)를 포함할 수 있다. 제3 개구부(OP3)는 생체정보 감지부(FS)와 중첩한다.
제3 시트(ST3)은 표시 패널(DP)의 배면(DP-B) 비침을 차단하여 표시 패널(DP) 배면에 배치되는 구성들이 시인되는 것을 방지할 수 있다. 다만, 이는 예시적으로 도시한 것이고, 제3 시트(ST3)는 표시 패널(DP)의 배면(DP-B)에 직접 형성된 차광 층일 수 있다. 이때, 제3 시트(ST3)는 표시 패널(DP)의 배면(DP-B)에 탄소나 크롬 등의 물질을 코팅하여 형성될 수 있으며, 별도의 접착층는 생략될 수도 있다.
복수의 시트들(ST1, ST2, ST3) 사이에는 접착층들(미도시)이 배치될 수 있다. 접착층들은 광학 투명 레진(Optical clear resin, OCR), 광학 투명 점착제(Optical clear adhesive, OCA), 및 감압 점착제(Pressure sensitive adhesive, PSA) 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다. 또한, 접착층들은 양면 테이프로 제공될 수 있으며, 어느 실시예로 한정되지 않는다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 광 센서의 단면도이다. 도 6a는 본 발명의 일 실시예에 따른 센싱부의 단면도이다. 도 6b는 본 발명의 일 실시예에 따른 감지층의 영역에 따른 게르마늄(Ge) 이온의 농도를 그래프로 표시한 도면이다. 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 광학 패턴부의 평면도이다.
도 5를 참조하면, 광 센서(FSU)의 생체정보 감지부(FS)는 센싱부(LS) 및 광학 패턴부(LP)를 포함한다. 광학 패턴부(LP)는 센싱부(LS) 상에 배치된다.
센싱부(LS)는 베이스층(BS), 트랜지스터(TR), 센싱 소자(PS), 및 복수의 절연층들(BA, BF, L1, L2, L3, EL)을 포함할 수 있다. 또한, 센싱부(LS)는 배선 전극(CL), 및 연결 전극(BL)을 포함할 수 있다.
베이스층(BS)은 합성수지 필름을 포함할 수 있다. 합성수지층은 열 경화성 수지를 포함할 수 있다. 특히, 합성수지층은 폴리이미드계 수지층일 수 있고, 그 재료는 특별히 제한되지 않는다. 합성수지층은 아크릴계 수지, 메타크릴계 수지, 폴리이소프렌, 비닐계 수지, 에폭시계 수지, 우레탄계 수지, 셀룰로오스계 수지, 실록산계 수지, 폴리아미드계 수지 및 페릴렌계 수지 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다. 그 밖에 베이스층(BS)은 유리 기판, 금속 기판, 또는 유/무기 복합재료 기판 등을 포함할 수 있다.
배리어층(BA)은 베이스층(BS) 상에 배치될 수 있다. 배리어층(BA)은 외부로부터 이물질이 유입되는 것을 방지한다. 배리어층(BA)은 실리콘옥사이드층 및 실리콘나이트라이드층 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다. 이들 각각은 복수 개 제공될 수 있고, 실리콘옥사이드층들과 실리콘나이트라이드층들은 교번하게 적층될 수 있다.
버퍼층(BF)은 배리어층(BA) 상에 배치될 수 있다. 버퍼층(BF)은 베이스층(BS)과 반도체 패턴 및/또는 도전패턴 사이의 결합력을 향상시킨다. 버퍼층(BF)은 실리콘옥사이드층 및 실리콘나이트라이드층 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다. 실리콘옥사이드층과 실리콘나이트라이드층은 교번하게 적층될 수 있다.
트랜지스터(TR)는 버퍼층(BF) 상에 배치될 수 있다. 트랜지스터(TR)는 반도체 패턴(SM), 입력 전극(IE), 출력 전극(OE), 및 제어 전극(CE)를 포함할 수 있다. 반도체 패턴(SM), 입력 전극(IE), 및 출력 전극(OE)은 버퍼층(BF) 상에 배치될 수 있다.
제1 절연층(L1)은 버퍼층(BF) 상에 배치되고, 반도체 패턴(SM), 입력 전극(IE), 및 출력 전극(OE)을 커버한다. 제1 절연층(L1)은 무기층 및/또는 유기층일 수 있으며, 단층 또는 다층 구조를 가질 수 있다. 본 실시예에서 제1 절연층(L1)은 단층의 실리콘옥사이드층일 수 있다.
제어 전극(CE) 및 배선 전극(CL)은 제1 절연층(L1) 상에 배치될 수 있다. 배선 전극(CL)에는 소정의 전압, 예를 들어, 바이어스 전압이 제공될 수 있다. 배선 전극(CL)은 후술될 센싱 소자(PS)와 전기적으로 연결될 수 있다.
제2 절연층(L2)은 제1 절연층(L1) 상에 배치되며 제어 전극(CE) 및 배선 전극(CL)을 커버할 수 있다. 제2 절연층(L2)은 무기층일 수 있으며, 단층 또는 다층 구조를 가질 수 있다. 본 실시예에서 제2 절연층(L2)은 단층의 실리콘옥사이드층일 수 있다.
센싱 소자(PS)는 제2 절연층(L2) 상에 배치될 수 있다. 센싱 소자(PS)는 트랜지스터(TR) 및 배선 전극(CL)에 전기적으로 연결될 수 있다. 예를 들어, 센싱 소자(PS)는 트랜지스터(TR)로부터 제공되는 신호에 의해 동작이 제어되고, 배선 전극(CL)으로부터 소정의 전압을 제공받을 수 있다.
센싱 소자(PS, pin-diode)는 제1 감지 전극(E1, N형 반도체층), 감지층(PSL, 진성반도체층), 및 제2 감지 전극(E2, P형 반도체층)을 포함할 수 있다.
제1 감지 전극(E1)은 제1 및 제2 절연층들(L1, L2)을 관통하여, 트랜지스터(TR)와 전기적으로 연결될 수 있다. 제1 감지 전극(E1)은 인(P) 이온이 함유된 비정질 실리콘(amorphous silicon) 또는 몰리브덴(Mo) 중 어느 하나를 포함할 수 있다.
감지층(PSL)은 제1 감지 전극(E1) 상에 배치될 수 있다. 본 발명에 따른 감지층(PSL)은 게르마늄(Ge) 이온이 함침된 비정질 실리콘(amorphous silicon)을 포함할 수 있다.
제2 감지 전극(E2)은 감지층(PSL) 상에 배치될 수 있다. 제2 감지 전극(E2)은 질소(N) 이온을 포함하는 비정질 실리콘(amorphous silicon) 또는 인듐주석 산화물(ITO)을 포함할 수 있다.
제3 절연층(L3)은 제2 감지 전극(E2) 상에 배치될 수 있다. 제3 절연층(L3)은 무기층일 수 있으며, 단층 또는 다층 구조를 가질 수 있다. 예를 들어, 제3 절연층(L3)은 실리콘 옥사이드층 및 실리콘 나이트라이드층을 포함할 수 있다.
연결 전극(BL)은 제3 절연층(L3) 상에 배치될 수 있다. 연결 전극(BL)은 제3 절연층(L3)을 관통하여 제2 감지 전극(E2)에 전기적으로 연결될 수 있다. 또한, 연결 전극(BL)은 제2 및 제3 절연층들(L2, L3)을 관통하여 배선 전극(CL)과 전기적으로 연결될 수 있다.
제4 절연층(EL)은 제3 절연층(L3) 상에 배치되며 연결 전극(BL)을 커버할 수 있다. 제4 절연층(EL)은 유기층일 수 있으며, 단층 또는 다층 구조를 가질 수 있다. 예를 들어, 제4 절연층(EL)은 단층의 폴리이미드계 수지층일 수 있다.
광학 패턴부(LP)는 센싱부(LS) 상에 직접 배치될 수 있다. 예를 들어, 광학 패턴부(LP)는 제4 절연층(EL) 상에 직접 배치될 수 있다. 즉, 광학 패턴부(LP)와 센싱부(LS)은 연속된 공정을 통해 형성될 수 있다. 다만 이에 한정되는 것은 아니며, 광학 패턴부(LP)는 별도의 접착층을 통해 센서부(LS)와 결합될 수 있으며, 어느 하나의 실시예로 한정되지 않는다.
광학 패턴부(LP)는 복수의 투과 패턴들(TP, 이하 투과 패턴들) 및 차광 패턴(BP)를 포함할 수 있다. 투과 패턴들(TP)은 광학적 투명성을 가질 수 있고, 차광 패턴(BP)는 광을 흡수하는 성질을 가질 수 있다. 사용자의 지문(FNG)으로부터 반사된 광은 투과 패턴들(TP)을 통과하여 센싱 소자(PS)로 입사될 수 있다.
도 6a 및 도 6b를 참조하면, 본 발명에 따른 센싱 소자(PS)는 복수의 영역들(GL1, GL2)을 포함하는 감지층(PSL)을 포함할 수 있다. 본 발명에 따른 감지층(PSL)은 게르마늄(Ge) 이온이 함침된 비정질 실리콘(amorphous silicon)을 포함할 수 있다. 게르마늄(Ge) 이온은 이온주입법(ion implantation)을 통해 감지층(PSL) 내로 주입될 수 있다. 따라서, 감지층(PSL) 내에서 게르마늄(Ge) 이온의 농도는 가변될 수 있다.
감지층(PSL)의 영역들(GL1, GL2)은 게르마늄(Ge) 이온이 함침된 함침 영역(GL1) 및 게르마늄(Ge) 이온이 함침되지 않은 비함침 영역(GL2)을 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 함침 영역(GL1)은 순차적으로 배열된 제1 영역(B1), 제2 영역(B2), 및 제3 영역(B3)을 포함할 수 있다. 제1 영역(B1)은 제2 감지 전극(E2)과 가장 인접할 수 있다. 제3 영역(B3)은 비함침 영역(GL2)과 가장 인접할 수 있으며, 제2 영역(B2)은 제1 영역(B1) 및 제3 영역(B3) 사이에 배치될 수 있다.
본 발명에 따른 감지층(PSL)을 구성하는 비정질 실리콘 내의 게르마늄(Ge) 이온의 농도는 제2 영역(B2)이 제1 영역(B1) 및 제3 영역(B3)에 비해 상대적으로 높을 수 있다.
감지층(PSL)에 포함된 게르마늄(Ge) 이온은 이온주입법에 의해 비정질 실리콘 내로 주입되게 된다. 이때, 게르마늄(Ge) 이온의 이온 빔으로 주입되는 속도 차이로 인해 감지층(PSL)의 영역별로 게르마늄(Ge) 이온의 농도가 가변될 수 있다.
예를 들어, 제1 영역(B1)에는 게르마늄(Ge) 이온의 이온 빔이 주입되는 초기 속도로 인해 제2 영역(B2)에 비해 상대적으로 낮은 농도의 게르마늄(Ge) 이온을 포함할 수 있다. 또한, 제2 영역(B2)을 지나친 게르마늄(Ge) 이온의 이온 빔은 제3 영역(B3)에서 주입 속도의 감소로 인해 정지되는 영역일 수 있다.
본 실시예에 따르면, 제1 영역(B1)은 제2 영역(B2) 및 제3 영역(B3)에 비해 상대적으로 낮은 밴드 갭(band-gap) 에너지를 가질 수 있다. 비정질 실리콘의 밴드 갭(band-gap) 에너지는 1.7eV를 가지며, 게르마늄(Ge) 이온의 밴드 갭(band-gap) 에너지는 0.67eV를 갖는다. 따라서, 감지층(PSL)을 구성하는 비정질 실리콘 내의 게르마늄(Ge) 이온 농도가 높은 영역일수록 밴드 갭(band-gap) 에너지는 감소하게 된다.
따라서, 밴드 갭(band-gap) 에너지가 높은 제1 영역(B1)은 제2 영역(B2) 및 제3 영역(B3)에 비해 상대적으로 단파장대의 광을 흡수할 수 있다. 제1 영역(B1)을 투과한 광은 장파장대로 가면서 감소되는 광자 에너지(photon energy)가 제2 영역(B2)을 통과하게 된다. 이때, 게르마늄(Ge) 이온의 농도가 최대인 제2 영역(B2)은 낮은 밴드 갭(band-gap) 에너지를 가지고 있는 바, 장파장대의 광도 효율적으로 전자 정공 쌍(EHP, Electron-Hole Pair)을 생성할 수 있다.
본 발명에 따르면, 감지층(PSL) 내에 주입된 게르마늄(Ge) 이온의 농도가 서로 다른 영역들을 포함함으로써 광 센싱 효율을 증대시킬 수 있다. 따라서, 신뢰성이 향상된 전자 장치(EA, 도 1a 참조)를 제공할 수 있다.
도 6b에는 감지층(PSL)의 영역에 따른 게르마늄(Ge) 이온의 농도를 그래프(GP)로 도시하였다. 제1 영역(B1)에서 제2 영역(B2)으로 갈수록 감지층(PSL)에 주입된 게르마늄(Ge) 이온의 농도는 점차 증가하며 제2 영역(B2)에서 최대 농도를 가질 수 있다. 제2 영역(B2)에서 제3 영역(B3)으로 갈수록 감지층(PSL)에 주입된 게르마늄(Ge) 이온의 농도는 점차 감소할 수 있다. 따라서, 제1 영역(B1) 내지 제3 영역(B3) 내에서 게르마늄(Ge) 이온의 농도는 가우시안(Gaussian) 분포를 가질 수 있다. 본 발명에서 가우시안(Gaussian) 분포는 제2 영역(B2)의 최대 지점을 기준으로 제1 영역(B1)과 제3 영역(B3)의 게르마늄(Ge) 이온의 농도가 완전한 대칭을 이루는 것은 아니며, 제1 영역(B1)과 제3 영역(B3)의 게르마늄(Ge) 이온의 농도는 제2 영역(B2)의 최대 지점을 기준으로 서로 상이한 분포를 가질 수 있다.
상술한 바와 같이, 제1 영역(B1)에서 제2 영역(B2) 중 게르마늄(Ge) 이온의 농도가 최대인 지점으로 갈 때까지 감지층(PSL) 내의 밴드 갭(band-gap) 에너지는 점차 감소할 수 있다.
본 실시예에서 제1 영역(B1) 내지 제3 영역(B3)의 제3 방향(D3)에서의 두께의 합 즉, 함침 영역(GL1)의 두께는 10Å 이상 내지 9000Å 이하일 수 있다.
감지층(PSL)의 두께(TH)가 10Å 미만인 경우, 감지층(PSL) 중 제1 영역(B1)가 차지하는 영역의 두께가 감소하게 됨으로 단파장대의 광을 흡수하지 못하는 광 손실 문제가 발생할 수 있다. 감지층(PSL)의 두께(TH)가 9000Å 초과인 경우 감지층(PSL) 내의 밴드 갭(band-gap) 에너지가 낮은 영역의 두께가 과도하게 증가하게 됨으로써 광 센싱 효율이 감소할 수 있다.
본 실시예에서 감지층(PSL)의 제3 방향(D3)에서의 두께 즉, 함침 영역(GL1)과 비함침 영역(GL2) 각각의 두의 합은 10000Å 이하일 수 있다.
도 7을 참조하면, 본 실시예에서 광학 패턴부(LP)는 복수의 투과 패턴들(TP) 및 투과 패턴들(TP)을 에워싸는 차광 패턴(BP)을 포함할 수 있다.
평면상에서 투과 패턴들(TP)은 제1 방향(D1) 및 제2 방향(D2)을 따라 서로 이격되어 배열되고, 차광 패턴(BP)에 의해 에워싸일 수 있다. 예를 들어, 투과 패턴들(TP)은 매트릭스 형태로 배열될 수 있다.
투과 패턴들(TP) 각각은 원형 형상을 가질 수 있다. 투과 패턴들(TP)의 형상은 이에 제한되는 것은 아니며, 투과 패턴들(TP) 각각은 타원형, 다각형 등 다양한 형상으로 변형될 수 있다.
도 8a 내지 도 8c는 본 발명의 일 실시예에 따른 전자 장치 제조 방법을 도시한 단면도들이다. 도 9a 내지 도 9c는 본 발명의 일 실시예에 따른 전자 장치 제조 방법을 도시한 단면도들이다. 도 1a 내지 도 7과 동일/유사한 구성에 대해 동일/유사한 참조 부호를 사용하며, 중복된 설명은 생략한다. 이하, 도 8a 내지 도 8c 및 도 9a 내지 도 9c를 참조하여 서로 다른 실시예에 전자 장치 제조 방법을 설명한다.
도 8a를 참조하면, 초기 감지층(PSL-A)을 제공하는 단계를 포함한다. 본 실시예에서 초기 감지층(PSL-A)은 도 6a의 감지층(PSL) 중 게르마늄(Ge) 이온을 주입하기 이전의 상태로 정의될 수 있다.
초기 감지층(PSL-A)은 제1 감지 전극(E1) 상에 형성될 수 있다. 제1 감지 전극(E1)은 작업 기판(SUB) 상에 형성되고, 질소(N) 이온을 포함하는 비정질 실리콘(amorphous silicon)을 증착 공정을 통해 형성할 수 있다.
초기 감지층(PSL-A) 중 제1 감지 전극(E1)과 접촉하는 면과 대향하는 면은 상면(P-U)으로 정의될 수 있다.
이후, 도 8b를 참조하면, 제2 감지 전극을 형성하는 단계를 포함한다.
본 실시예에서 제2 감지 전극(E2)은 초기 감지층(PSL-A)의 내부에 형성될 수 있다. 즉, 제2 감지 전극(E2)은 초기 감지층(PSL-A)의 상면(P-U) 상에 이온주입법(IJP)을 통해 인(P) 이온을 포함하는 비정질 실리콘(amorphous silicon)을 주입함으로써 형성될 수 있다.
따라서, 본 실시예에 따른 제2 감지 전극(E2)은 초기 감지층(PSL-A)의 내부에 형성될 수 있다.
이후, 도 8c를 참조하면, 감지층을 형성하는 단계를 포함한다.
감지층(PSL)은 제2 감지 전극(E2)의 상면 상에 이온주입법(IJG)을 통해 게르마늄(Ge) 이온을 주입함으로써 형성될 수 있다. 이때, 이온 빔은 제2 감지 전극(E2)을 투과하여 초기 감지층(PSL-A)에 주입되며, 초기 감지층(PSL-A)에 주입된 게르마늄(Ge) 이온의 농도는 제2 감지 전극(E2)에서 제1 감지 전극(E1)을 향하는 방향으로 가변할 수 있다.
감지층(PSL) 중 게르마늄(Ge) 이온이 주입된 두께(TH)는 10Å 이상 내지 9000Å 이하일 수 있다. 본 실시예의 센싱 소자(PS-A)에 포함된 제2 감지 전극(E2)은 이온주입법(IJP)을 통해 초기 감지층(PSL-A)의 내부에 형성됨에 따라, 게르마늄(Ge) 이온이 주입된 두께(TH)의 기산점(TS-A)은 감지층(PSL)의 내부에서 정의될 수 있다.
도 9a를 참조하면, 초기 감지층(PSL-B)을 제공하는 단계를 포함한다. 본 실시예에서 초기 감지층(PSL-B)은 도 6a의 감지층(PSL) 중 게르마늄(Ge) 이온을 주입하기 이전의 상태로 정의될 수 있다.
초기 감지층(PSL-B)은 제1 감지 전극(E1) 상에 형성될 수 있다. 제1 감지 전극(E1)은 작업 기판(SUB) 상에 형성되고, 질소(N) 이온을 포함하는 비정질 실리콘(amorphous silicon)을 증착 공정을 통해 형성할 수 있다.
초기 감지층(PSL-B) 중 제1 감지 전극(E1)과 접촉하는 면과 대향하는 면은 상면(P-U)으로 정의될 수 있다.
이후, 도 9b를 참조하면, 제2 감지 전극을 형성하는 단계를 포함한다.
본 실시예에서 제2 감지 전극(E2)은 초기 감지층(PSL-B)의 상면(P-U) 상에 형성될 수 있다. 즉, 제2 감지 전극(E2)은 초기 감지층(PSL-B)의 상면(P-U) 상에 증착 공정(DG)을 통해 인(P) 이온을 포함하는 비정질 실리콘(amorphous silicon)을 도포함으로써 형성될 수 있다.
따라서, 본 실시예에 따른 제2 감지 전극(E2)은 초기 감지층(PSL-A)의 상면(P-U) 상에 형성될 수 있다.
이후, 도 9c를 참조하면, 감지층을 형성하는 단계를 포함한다.
감지층(PSL)은 제2 감지 전극(E2)의 상면 상에 이온주입법(IJG)을 통해 게르마늄(Ge) 이온을 주입함으로써 형성될 수 있다. 이때, 이온 빔은 제2 감지 전극(E2)을 투과하여 초기 감지층(PSL-B)에 주입되며, 초기 감지층(PSL-B)에 주입된 게르마늄(Ge) 이온의 농도는 제2 감지 전극(E2)에서 제1 감지 전극(E1)을 향하는 방향으로 가변할 수 있다.
감지층(PSL) 중 게르마늄(Ge) 이온이 주입된 두께(TH)는 10Å 이상 내지 9000Å 이하일 수 있다. 본 실시예의 센싱 소자(PS-B)에 포함된 제2 감지 전극(E2)은 증착 공정(DG)을 통해 초기 감지층(PSL-B)의 상면(P-U) 상에 형성됨에 따라, 게르마늄(Ge) 이온이 주입된 두께(TH)의 기산점(TS-B)은 감지층(PSL)의 상면(P-U) 상에서 정의될 수 있다.
이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자 또는 해당 기술 분야에 통상의 지식을 갖는 자라면, 후술될 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 기술 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
따라서, 본 발명의 기술적 범위는 명세서의 상세한 설명에 기재된 내용으로 한정되는 것이 아니라 특허청구범위에 의해 정하여져야만 할 것이다.
ED: 전자 장치
FNG: 사용자의 지문
FRA: 지문 감지 영역
DD: 표시 모듈
WM: 윈도우
DU: 표시 유닛
FSU: 광 센서
FS: 생체정보 감지부
FPC: 메인 회로 기판
LP: 광학 패턴부
LS: 센싱부
TP: 투과 패턴들
BP: 차광 패턴
PSL: 감지층
PS: 센싱 소자
GL1: 함침 영역
GL2: 비함침 영역

Claims (20)

  1. 제1 감지 전극, 상기 제1 감지 전극과 이격된 제2 감지 전극, 상기 제1 감지 전극 및 상기 제2 감지 전극 사이에 배치되고 비정질 실리콘(amorphous silicon) 및 상기 비정질 실리콘 내에 함침 된 게르마늄(Ge, germanium) 이온을 포함하는 감지층을 포함하는 센싱부; 및
    상기 센싱부 상에 배치되고, 차광 패턴 및 상기 차광 패턴 사이에 배치된 복수의 투과 패턴들을 포함하는 광학 패턴부를 포함하고,
    상기 감지층은,
    상기 제2 감지 전극과 상기 감지층의 경계로부터 상기 제1 전극을 향하는 방향으로 순차적으로 배열된 제1 영역, 제2 영역, 및 제3 영역을 포함하고,
    상기 비정질 실리콘 내의 상기 게르마늄(Ge) 이온의 농도는,
    상기 제2 영역이 상기 제1 영역 및 상기 제3 영역에 비해 상대적으로 높은 광 센서.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 영역에서부터 상기 제3 영역까지의 두께는,
    10Å 이상 내지 9000Å 이하인 것을 특징으로 하는 광 센서.
  3. 제2 항에 있어서,
    상기 감지층은,
    상기 제1 영역 내지 상기 제3 영역을 포함하는 함침 영역, 및 상기 함침 영역과 인접하고 상기 게르마늄(Ge) 이온이 함침되지 않은 비 함침 영역을 포함하고,
    상기 함침 영역과 상기 비 함침 영역의 두께의 합은,
    10000Å 이하인 것을 특징으로 하는 광 센서.
  4. 제1 항에 있어서,
    상기 제2 영역은,
    상기 제1 영역 및 상기 제3 영역에 비해 상대적으로 낮은 밴드 갭(band-gap) 에너지를 갖는 것을 특징으로 하는 광 센서.
  5. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 영역은,
    상기 제2 영역 및 상기 제3 영역에 비해 상대적으로 단파장대의 광을 흡수하는 것을 특징으로 하는 광 센서.
  6. 제1 항에 있어서,
    상기 게르마늄(Ge) 이온의 농도는,
    상기 제1 영역 내지 제3 영역 내에서 가우시안(Gaussian) 분포를 갖는 것을 특징으로 하는 광 센서.
  7. 제1 항에 있어서,
    평면상에서 상기 투과 패턴들은 서로 교차 하는 방향을 따라 서로 이격되어 배열되고, 상기 차광 패턴에 의해 에워싸이는 것을 특징으로 하는 광 센서.
  8. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 감지 전극 및 상기 제2 감지 전극은,
    비정질 실리콘(amorphous silicon)을 포함하는 것을 특징으로 하는 광 센서.
  9. 액티브 영역 및 상기 액티브 영역과 인접한 주변 영역을 포함하는 표시 패널; 및
    상기 표시 패널의 배면에 배치되고, 상기 액티브 영역과 중첩하는 광 센서를 포함하고,
    상기 광 센서는,
    제1 감지 전극, 상기 제1 감지 전극과 이격된 제2 감지 전극, 상기 제1 감지 전극 및 상기 제2 감지 전극 사이에 배치되고 비정질 실리콘(amorphous silicon) 및 상기 비정질 실리콘 내에 함침 된 게르마늄(Ge, germanium) 이온을 포함하는 감지층을 포함하고,
    상기 비정질 실리콘 내의 상기 게르마늄(Ge) 이온의 농도는,
    상기 제2 감지 전극에서 상기 제1 전극으로 가변하는 전자 장치.
  10. 제9 항에 있어서,
    상기 감지층은,
    상기 제2 감지 전극과 상기 감지층의 경계로부터 상기 제1 전극을 향하는 방향으로 순차적으로 배열된 제1 영역, 제2 영역, 및 제3 영역을 포함하고,
    상기 비정질 실리콘 내의 상기 게르마늄(Ge) 이온의 농도는,
    상기 제2 영역이 상기 제1 영역 및 상기 제3 영역에 비해 상대적으로 높은 전자 장치.
  11. 제10 항에 있어서,
    상기 제1 영역에서부터 상기 제3 영역까지의 두께는,
    10Å 이상 내지 9000Å 이하인 것을 특징으로 하는 전자 장치.
  12. 제11 항에 있어서,
    상기 감지층은,
    상기 제1 영역 내지 상기 제3 영역을 포함하는 함침 영역, 및 상기 함침 영역과 인접하고 상기 게르마늄(Ge) 이온이 함침되지 않은 비 함침 영역을 포함하고,
    상기 함침 영역과 상기 비 함침 영역의 두께의 합은,
    10000Å 이하인 것을 특징으로 하는 전자 장치.
  13. 제10 항에 있어서,
    상기 제2 영역은,
    상기 제1 영역 및 상기 제3 영역에 비해 상대적으로 낮은 밴드 갭(band-gap) 에너지를 갖는 것을 특징으로 하는 전자 장치.
  14. 제10 항에 있어서,
    상기 제1 영역은,
    상기 제2 영역 및 상기 제3 영역에 비해 상대적으로 단파장대의 광을 흡수하는 것을 특징으로 하는 전자 장치.
  15. 제9 항에 있어서,
    상기 제1 감지 전극 및 상기 제2 감지 전극은,
    비정질 실리콘(amorphous silicon)을 포함하는 것을 특징으로 하는 전자 장치.
  16. 제9 항에 있어서,
    상기 광 센서는,
    상기 제2 감지 전극 상에 배치되고, 차광 패턴 및 상기 차광 패턴 사이에 배치된 복수의 투과 패턴들을 포함하는 광학 패턴부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전자 장치.
  17. 제9 항에 있어서,
    상기 전자 장치는,
    상기 표시 패널 및 상기 광 센서 사이에 배치되고, 상기 광 센서가 수용되는 개구부가 정의된 하부 패널을 더 포함하고,
    상기 하부 패널은,
    쿠션층, 방열층, 및 차광층 중 어느 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 전자 장치.
  18. 작업 기판 상에 형성되고 비정질 실리콘(amorphous silicon)을 포함하는 제1 감지 전극, 및 제1 감지 전극 상에 형성되고 비정질 실리콘을 포함하는 초기 감지층을 제공하는 단계;
    상기 초기 감지층 상에 비정질 실리콘을 포함하는 제2 감지 전극을 형성하는 단계; 및
    이온주입법을 통해 상기 초기 감지층으로 게르마늄(Ge) 이온을 주입하여 감지층을 형상하는 단계를 포함하고,
    상기 제2 감지 전극과 상기 감지층의 경계로부터 상기 제1 전극을 향하는 방향으로의 상기 게르마늄(Ge) 이온이 주입된 두께는,
    10Å 이상 내지 9000Å 이하인 전자 장치 제조 방법.
  19. 제18 항에 있어서,
    상기 제2 감지 전극을 형성하는 단계는,
    이온주입법을 통해 상기 초기 감지층의 상면에 인(P) 이온을 주입하여 상기 초기 감지층 내부에 제2 감지 전극이 형성되는 것을 특징으로 하는 전자 장치 제조 방법.
  20. 제18 항에 있어서,
    상기 제2 감지 전극을 형성하는 단계는,
    상기 초기 감지층의 상면에 인(P) 이온을 증착하여 상기 제2 감지 전극이 형성되는 것을 특징으로 하는 전자 장치 제조 방법.

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