KR20210069778A - 광 센서 및 광 센서를 포함하는 표시 장치 - Google Patents

광 센서 및 광 센서를 포함하는 표시 장치 Download PDF

Info

Publication number
KR20210069778A
KR20210069778A KR1020190159180A KR20190159180A KR20210069778A KR 20210069778 A KR20210069778 A KR 20210069778A KR 1020190159180 A KR1020190159180 A KR 1020190159180A KR 20190159180 A KR20190159180 A KR 20190159180A KR 20210069778 A KR20210069778 A KR 20210069778A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
layer
electrode
disposed
insulating layer
optical sensor
Prior art date
Application number
KR1020190159180A
Other languages
English (en)
Inventor
이기준
손정하
김태성
임재익
조현민
Original Assignee
삼성디스플레이 주식회사
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 삼성디스플레이 주식회사 filed Critical 삼성디스플레이 주식회사
Priority to KR1020190159180A priority Critical patent/KR20210069778A/ko
Priority to US16/991,853 priority patent/US11894470B2/en
Priority to CN202010999367.4A priority patent/CN112909030A/zh
Publication of KR20210069778A publication Critical patent/KR20210069778A/ko
Priority to US18/503,148 priority patent/US20240072182A1/en

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/02—Details
    • H01L31/0216—Coatings
    • H01L31/02161—Coatings for devices characterised by at least one potential jump barrier or surface barrier
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
    • H01L27/144—Devices controlled by radiation
    • H01L27/146—Imager structures
    • H01L27/14601—Structural or functional details thereof
    • H01L27/1462—Coatings
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F3/00—Input arrangements for transferring data to be processed into a form capable of being handled by the computer; Output arrangements for transferring data from processing unit to output unit, e.g. interface arrangements
    • G06F3/01—Input arrangements or combined input and output arrangements for interaction between user and computer
    • G06F3/03—Arrangements for converting the position or the displacement of a member into a coded form
    • G06F3/041—Digitisers, e.g. for touch screens or touch pads, characterised by the transducing means
    • G06F3/042—Digitisers, e.g. for touch screens or touch pads, characterised by the transducing means by opto-electronic means
    • G06K9/00006—
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06V—IMAGE OR VIDEO RECOGNITION OR UNDERSTANDING
    • G06V40/00—Recognition of biometric, human-related or animal-related patterns in image or video data
    • G06V40/10—Human or animal bodies, e.g. vehicle occupants or pedestrians; Body parts, e.g. hands
    • G06V40/12—Fingerprints or palmprints
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06V—IMAGE OR VIDEO RECOGNITION OR UNDERSTANDING
    • G06V40/00—Recognition of biometric, human-related or animal-related patterns in image or video data
    • G06V40/10—Human or animal bodies, e.g. vehicle occupants or pedestrians; Body parts, e.g. hands
    • G06V40/12—Fingerprints or palmprints
    • G06V40/13—Sensors therefor
    • G06V40/1318—Sensors therefor using electro-optical elements or layers, e.g. electroluminescent sensing
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
    • H01L27/144—Devices controlled by radiation
    • H01L27/1443—Devices controlled by radiation with at least one potential jump or surface barrier
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
    • H01L27/144—Devices controlled by radiation
    • H01L27/146—Imager structures
    • H01L27/14601—Structural or functional details thereof
    • H01L27/14603—Special geometry or disposition of pixel-elements, address-lines or gate-electrodes
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
    • H01L27/144—Devices controlled by radiation
    • H01L27/146—Imager structures
    • H01L27/14601—Structural or functional details thereof
    • H01L27/1463—Pixel isolation structures
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
    • H01L27/144—Devices controlled by radiation
    • H01L27/146—Imager structures
    • H01L27/14643—Photodiode arrays; MOS imagers
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
    • H01L27/144—Devices controlled by radiation
    • H01L27/146—Imager structures
    • H01L27/14678—Contact-type imagers
    • H01L27/323—
    • H01L27/3244—
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/08—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof in which radiation controls flow of current through the device, e.g. photoresistors
    • H01L31/10—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof in which radiation controls flow of current through the device, e.g. photoresistors characterised by potential barriers, e.g. phototransistors
    • H01L31/101—Devices sensitive to infrared, visible or ultraviolet radiation
    • H01L31/102—Devices sensitive to infrared, visible or ultraviolet radiation characterised by only one potential barrier
    • H01L31/105—Devices sensitive to infrared, visible or ultraviolet radiation characterised by only one potential barrier the potential barrier being of the PIN type
    • H01L51/52—
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10K—ORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
    • H10K50/00—Organic light-emitting devices
    • H10K50/80—Constructional details
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10K—ORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
    • H10K59/00—Integrated devices, or assemblies of multiple devices, comprising at least one organic light-emitting element covered by group H10K50/00
    • H10K59/10—OLED displays
    • H10K59/12—Active-matrix OLED [AMOLED] displays
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10K—ORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
    • H10K59/00—Integrated devices, or assemblies of multiple devices, comprising at least one organic light-emitting element covered by group H10K50/00
    • H10K59/40—OLEDs integrated with touch screens
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10K—ORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
    • H10K59/00—Integrated devices, or assemblies of multiple devices, comprising at least one organic light-emitting element covered by group H10K50/00
    • H10K59/60—OLEDs integrated with inorganic light-sensitive elements, e.g. with inorganic solar cells or inorganic photodiodes
    • H10K59/65—OLEDs integrated with inorganic image sensors
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
    • H01L27/144—Devices controlled by radiation
    • H01L27/146—Imager structures
    • H01L27/14601—Structural or functional details thereof
    • H01L27/14609—Pixel-elements with integrated switching, control, storage or amplification elements
    • H01L27/14612—Pixel-elements with integrated switching, control, storage or amplification elements involving a transistor
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
    • H01L27/144—Devices controlled by radiation
    • H01L27/146—Imager structures
    • H01L27/14601—Structural or functional details thereof
    • H01L27/1462—Coatings
    • H01L27/14623—Optical shielding
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
    • H01L27/144—Devices controlled by radiation
    • H01L27/146—Imager structures
    • H01L27/14601—Structural or functional details thereof
    • H01L27/14625—Optical elements or arrangements associated with the device

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Theoretical Computer Science (AREA)
  • Human Computer Interaction (AREA)
  • Multimedia (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Solid State Image Pick-Up Elements (AREA)
  • Image Input (AREA)

Abstract

광 센서가 제공된다. 광 센서는 기판, 상기 기판 상에 배치된 광전 소자로서, 제1 전극, 상기 제1 전극 상에 배치된 중간층, 및 상기 중간층 상에 배치된 제2 전극을 포함하는 광전 소자, 상기 제2 전극 상에 배치된 배리어층, 상기 광전 소자와 상기 배리어층을 커버하는 절연층, 및 상기 절연층 상에 배치되고, 상기 제2 전극과 전기적으로 연결된 바이어스 전극을 포함하되, 상기 배리어층은 상기 제1 전극과 비접촉한다.

Description

광 센서 및 광 센서를 포함하는 표시 장치{Optical sensor and display device including the optical sensor}
본 발명은 광 센서 및 광 센서를 포함하는 표시 장치에 관한 것이다.
최근 스마트 폰이나 태블릿 PC 등과 같은 표시 장치가 다방면으로 활용되면서, 사용자의 지문 등을 이용한 생체 정보 인증 방식이 폭 넓게 이용되고 있다. 지문 센싱 기능을 제공하기 위하여, 지문 센서가 표시 장치에 내장되거나 부착되는 형태로 제공될 수 있다.
지문 센서 일체형 표시 장치는 광 감지 방식의 센서로 구성될 수 있다. 광 감지 방식의 지문 센서 일체형 표시 장치는 화소 내에 마련되는 발광 소자를 광원으로 사용하며, 광 센서 어레이를 구비할 수 있다. 광 센서 어레이는 예를 들어 CMOS 이미지 센서(CMOS Image Sensor; CIS)로 구현될 수 있다.
CMOS 이미지 센서는 수직 구조의 P-Intrinsic-N(PIN) 다이오드를 포함할 수 있다. PIN 다이오드에서 출력되는 소량의 센싱 전류를 잡음없이 외부로 정확히 전달하기 위해서는, 누설 전류(Leakage Current)를 최소화할 수 있는 구조 및 제조 방법이 요구된다.
본 발명은 누설 전류를 최소화하거나 방지할 수 있는 광 센서 및 표시 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 과제들은 이상에서 언급한 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 과제를 해결하기 위한 일 실시예에 따른 광 센서는 기판, 상기 기판 상에 배치된 광전 소자로서, 제1 전극, 상기 제1 전극 상에 배치된 중간층, 및 상기 중간층 상에 배치된 제2 전극을 포함하는 광전 소자, 상기 제2 전극 상에 배치된 배리어층, 상기 광전 소자와 상기 배리어층을 커버하는 절연층, 및 상기 절연층 상에 배치되고, 상기 제2 전극과 전기적으로 연결된 바이어스 전극을 포함하되, 상기 배리어층은 상기 제1 전극과 비접촉한다.
상기 바이어스 전극은 상기 절연층과 상기 배리어층을 관통하는 컨택홀을 통해 상기 제2 전극과 연결될 수 있다.
상기 배리어층의 측면은 상기 광전 소자의 측면과 정렬될 수 있다.
상기 제2 전극의 측면은 상기 배리어층에 의해 커버될 수 있다.
상기 배리어층은 무기막으로 이루어질 수 있다.
상기 절연층은 상기 중간층과 접하되, 상기 제2 전극과는 비접촉할 수 있다.
상기 절연층의 두께는 상기 배리어층의 두께보다 클 수 있다.
상기 과제를 해결하기 위한 다른 실시예에 따른 광 센서는 기판, 상기 기판 상에 배치된 광전 소자로서, 제1 전극, 상기 제1 전극 상에 배치된 중간층, 및 상기 중간층 상에 배치된 제2 전극을 포함하는 광전 소자, 상기 광전 소자 상에 배치되는 절연층, 상기 절연층 상에 배치되고, 상기 제2 전극과 전기적으로 연결된 바이어스 전극, 및 상기 절연층의 측면을 커버하는 도전 패턴을 포함하되, 상기 절연층의 측면은 광전 소자의 측면을 커버한다.
상기 절연층의 측면은 상기 광전 소자의 측면을 커버할 수 있다.
상기 바이어스 전극은 상기 절연층을 관통하는 컨택홀을 통해 상기 제2 전극과 직접 접할 수 있다.
상기 도전 패턴은 투명 금속 산화물로 이루어질 수 있다.
상기 투명 금속 산화물은 ITO, IZO, 및 ZnO 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
상기 중간층은, 상기 제1 전극 상에 배치된 N형 반도체층, 상기 N형 반도체층 상에 배치된 I형 반도체층, 및 상기 I형 반도체층 상에 배치된 P형 반도체층을 포함할 수 있다.
상기 기판과 상기 광전 소자 사이에 배치된 회로 소자층을 더 포함하고, 상기 회로 소자층은, 채널 영역, 상기 채널 영역의 일측에 배치된 소스 영역, 및 상기 채널 영역의 타측에 배치된 드레인 영역을 포함하는 액티브 패턴, 상기 액티브 패턴을 커버하는 게이트 절연층, 상기 게이트 절연층 상에 상기 채널 영역과 중첩되도록 배치된 게이트 전극, 상기 게이트 전극을 커버하는 층간 절연층, 상기 층간 절연층 상에 배치되고, 상기 소스 영역과 연결된 소스 전극 및 상기 드레인 영역에 연결된 드레인 전극, 및 상기 소스 전극 및 상기 드레인 전극을 커버하는 보호층을 포함할 수 있다.
상기 도전 패턴, 상기 바이어스 전극, 및 상기 절연층을 직접 커버하는 평탄화층을 더 포함할 수 있다.
상기 과제를 해결하기 위한 일 실시예에 따른 표시 장치는 복수의 화소를 포함하는 표시 패널, 및 상기 표시 패널의 일면에 배치되고 복수의 센서 화소를 포함하는 광 센서를 포함하되, 상기 센서 화소는 기판, 상기 기판 상에 배치된 광전 소자로서, 제1 전극, 상기 제1 전극 상에 배치된 중간층, 및 상기 중간층 상에 배치된 제2 전극을 포함하는 광전 소자, 상기 제2 전극 상에 배치된 배리어층, 상기 광전 소자와 상기 배리어층을 커버하는 절연층, 및 상기 절연층 상에 배치되고, 상기 제2 전극과 전기적으로 연결된 바이어스 전극을 포함하되, 상기 배리어층은 상기 제1 전극과 비접촉하고, 상기 절연층은 상기 제2 전극과 비접촉할 수 있다.
상기 표시 패널은 표시 기판 및 상기 표시 기판 상에 배치된 개구 어레이층을 포함하고, 상기 개구 어레이층은 차광층, 및 상기 차광층을 관통하는 개구부를 포함할 수 있다.
상기 개구 어레이층은, 상기 표시 기판 상에 배치된 제1 개구 어레이층, 및 상기 제1 개구 어레이층 상에 배치된 제2 개구 어레이층을 포함하고, 상기 제1 개구 어레이층은 제1 차광층, 및 상기 제1 차광층을 관통하는 제1 개구부를 포함하고, 상기 제2 개구 어레이층은 제2 차광층, 및 상기 제2 차광층을 관통하는 제2 개구부를 포함하고, 상기 제1 개구부는 상기 제2 개구부와 중첩할 수 있다.
상기 표시 패널과 상기 광 센서 사이에 배치된 콜리메이터를 더 포함하되, 상기 콜리메이터는 차광부 및 차광부를 관통하는 투광부를 포함할 수 있다.
상기 차광부와 상기 투광부는 유기 물질로 이루어질 수 있다.
기타 실시예의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.
실시예들에 따른 광 센서 및 표시 장치에 의하면, 광전 소자 상에 배리어층을 배치함으로써 광전 소자의 측면에서 누설 전류가 발생하는 것을 최소화하거나 방지할 수 있다.
따라서, 센싱 전류에 작용하는 노이즈를 감소시키고, 결과적으로 지문 센싱의 정확도를 향상시킬 수 있다.
실시예들에 따른 효과는 이상에서 예시된 내용에 의해 제한되지 않으며, 더욱 다양한 효과들이 본 명세서 내에 포함되어 있다.
도 1은 일 실시예에 따른 표시 장치를 개략적으로 나타낸 평면도이다.
도 2는 일 실시예에 따른 표시 장치의 단면도이다.
도 3은 일 실시예에 따른 광 센서와 지문 검출부의 구성을 나타낸 평면도이다.
도 4는 도 3의 센서 화소의 단면도이다.
도 5는 광 센서의 구동 전압에 따른 누설 전류를 나타낸 그래프이다.
도 6은 PIN 다이오드 측면의 이중 테이퍼를 설명하기 위한 예시 도면이다.
도 7은 다른 실시예에 따른 센서 화소의 단면도이다.
도 8은 또 다른 실시예에 따른 표시 장치의 단면도이다.
도 9 내지 도 12은 일 실시예에 따른 광 센서의 제조 방법의 공정 단계별 단면도들이다.
도 13 내지 도 17은 다른 실시예에 따른 광 센서의 제조 방법의 공정 단계별 단면도들이다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.
소자(elements) 또는 층이 다른 소자 또는 층의 "상(on)"으로 지칭되는 것은 다른 소자 바로 위에 또는 중간에 다른 층 또는 다른 소자를 개재한 경우를 모두 포함한다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다. 실시예들을 설명하기 위한 도면에 개시된 형상, 크기, 비율, 각도, 개수 등은 예시적인 것이므로 본 발명이 도시된 사항에 한정되는 것은 아니다.
비록 제1, 제2 등이 다양한 구성요소들을 서술하기 위해서 사용되나, 이들 구성요소들은 이들 용어에 의해 제한되지 않음은 물론이다. 이들 용어들은 단지 하나의 구성요소를 다른 구성요소와 구별하기 위하여 사용하는 것이다. 따라서, 이하에서 언급되는 제1 구성요소는 본 발명의 기술적 사상 내에서 제2 구성요소일 수도 있음은 물론이다.
본 발명의 여러 실시예들의 각각 특징들이 부분적으로 또는 전체적으로 서로 결합 또는 조합 가능하고, 기술적으로 다양한 연동 및 구동이 가능하며, 각 실시예들이 서로에 대하여 독립적으로 실시 가능할 수도 있고 연관 관계로 함께 실시할 수도 있다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 구체적인 실시예들에 대해 설명한다.
도 1은 일 실시예에 따른 표시 장치를 개략적으로 나타낸 평면도이다.
본 명세서에서, "상부", "탑", "상면", "상면"은 표시 장치(10)를 기준으로 상부 방향, 즉 Z축 방향을 가리키고, "하부", "바텀", "하면", "하면"은 표시 장치(10)를 기준으로 하부 방향, 즉 Z축 방향의 반대 방향을 가리킨다. 또한, "좌", "우", "상", "하"는 표시 장치(10)를 평면에서 바라보았을 때의 방향을 가리킨다. 예를 들어, "좌"는 X축 방향의 반대 방향, "우"는 X축 방향, "상"은 Y축 방향, "하"는 Y축 방향의 반대 방향을 가리킨다.
도 1을 참조하면, 표시 장치(10)는 다양한 형상으로 제공될 수 있다. 예를 들어, 표시 장치(10)는 서로 평행한 두 쌍의 변들을 가지는 직사각형의 판상으로 제공될 수 있다. 표시 장치(10)는 영상 표시 방향으로 임의의 시각 정보, 예를 들어, 텍스트, 비디오, 사진, 2차원 또는 3차원 영상 등을 표시할 수 있다.
표시 장치(10)는 전체 또는 적어도 일부가 가요성(flexibility)을 가질 수 있다. 예를 들어, 표시 장치(10)는 전체 영역에서 가요성을 가질 수 있으며, 또는 가요성이 요구되는 영역에서 부분적으로 가요성을 가질 수 있다.
표시 장치(10)는 표시 패널(110)과 표시 패널(110)을 구동하기 위한 구동 회로(200)를 포함한다. 설명의 편의를 위해 도 1에서는 표시 패널과 구동 회로를 분리하여 도시하였으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다. 즉, 구동 회로의 전부 또는 일부는 표시 패널(110) 상에 일체로 구현될 수 있다.
표시 패널(110)은 표시 영역(AA) 및 비표시 영역(NA)을 포함한다.
표시 영역(AA)은 화상을 표시하는 영역으로서, 복수의 표시 화소(PXL)를 포함할 수 있다. 또한, 표시 영역(AA)은 외부 환경을 검출하기 위한 검출 부재로 사용될 수 있다. 예를 들어, 표시 영역(AA)은 사용자의 지문 인식을 위한 지문 인식 영역에 해당할 수 있다. 따라서, 표시 영역(AA)은 복수의 표시 화소(PXL) 및 복수의 센서 화소(SPXL)를 포함할 수 있다.
센서 화소(SPXL)들은 광을 감지하기 위한 센서로 구성될 수 있다. 예를 들어, 센서 화소(SPXL)들은 표시 장치(10)에 마련되는 광원으로부터 출사된 광이 사용자 손가락에 반사될 때, 반사광을 감지하여 대응하는 전기적 신호(예를 들어, 전압 신호)를 출력할 수 있다. 전기적 신호는 후술할 구동 회로(200)로 전달되어 지문 감지를 위해 이용될 수 있다. 이하에서는, 센서 화소(SPXL)들이 지문 감지 용도로 사용되는 것을 예로 들어 본 발명을 설명하나, 센서 화소(SPXL)들은 터치 센서나 스캐너 등과 같이 다양한 기능을 수행하기 위한 용도로 사용될 수 있다.
센서 화소(SPXL)들은 표시 화소(PXL)들과 중첩되거나, 표시 화소(PXL)들의 주변에 배치될 수 있다. 예를 들어, 센서 화소(SPXL)들 중 일부 또는 전부는 표시 화소(PXL)들과 중첩되거나, 표시 화소(PXL)들 사이에 배치될 수 있다. 센서 화소(SPXL)들이 표시 화소(PXL)들에 인접하게 배치되거나 중첩될 때, 센서 화소(SPXL)들은 표시 화소(PXL)에 구비되는 발광 소자를 광원으로 사용할 수 있다. 이 경우, 센서 화소(SPXL)들은 표시 화소(PXL)들에 마련되는 발광 소자들과 함께 광 감지 방식의 지문 센서를 구성할 수 있다. 이와 같이, 별도의 외부 광원 없이 표시 화소(PXL)들을 광원으로 이용하여 지문 센서 내장형 표시 장치를 구성할 경우, 광 감지 방식의 지문 센서 및 이를 구비한 표시 장치의 모듈 두께가 감소되고, 제조 비용이 절감될 수 있다.
비표시 영역(NA)은 표시 패널(110)에서 표시 영역(AA)을 제외한 나머지 영역으로 정의될 수 있다. 예를 들어, 비표시 영역(NA)은 스캔 라인들에 스캔 신호들을 인가하기 위한 스캔 구동부, 데이터 라인들과 표시 구동부를 연결하는 팬 아웃 라인들, 및 회로 보드와 접속되는 패드들을 포함할 수 있다. 비표시 영역(NA)은 불투명하게 형성될 수 있다. 비표시 영역(NA)은 사용자에게 보여줄 수 있는 패턴이 형성된 데코층으로 형성될 수 있다.
구동 회로(200)는 표시 패널(110)을 구동시킬 수 있다. 예를 들어, 구동 회로(200)는 표시 패널(110)로 영상 데이터에 대응하는 데이터 신호를 출력하거나, 센서 화소(SPXL)를 위한 구동 신호를 출력하고 센서 화소(SPXL)들로부터 수신되는 전기적 신호들(예를 들어, 센싱 신호)을 수신할 수 있다. 구동 회로(200)는 전기적 신호들을 이용하여 사용자의 지문 형태를 검출할 수 있다.
구동 회로(200)는 패널 구동부(210) 및 지문 검출부(220)를 포함할 수 있다. 설명의 편의를 위해, 도 1에서는 패널 구동부(210)와 지문 검출부(220)를 분리하여 도시하였으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 지문 검출부(220)의 적어도 일부는 패널 구동부(210)와 함께 집적되거나, 패널 구동부(210)와 연동하여 동작할 수 있다.
패널 구동부(210)는 표시 영역(AA)의 표시 화소(PXL)들을 순차적으로 주시하면서 표시 화소(PXL)들로 영상 데이터에 대응하는 데이터 신호를 공급할 수 있다. 이에 따라, 표시 패널(110)은 영상 데이터에 대응하는 영상을 표시할 수 있다.
패널 구동부(210)는 표시 화소(PXL)들로 지문 센싱을 위한 구동 신호를 공급할 수 있다. 이러한 구동 신호는 표시 화소(PXL)들이 발광하여 센서 화소(SPXL)들을 위한 광원으로서 동작하도록 하기 위해 제공될 수 있다. 지문 센싱을 위한 구동 신호는, 표시 패널(110) 내의 특정 영역에 마련되는 표시 화소(PXL)들, 예를 들어, 센싱 영역(SA)에 마련되는 표시 화소(PXL)들로 제공될 수 있다. 다양한 실시예에서, 지문 센싱을 위한 구동 신호는 지문 검출부(220)에 의하여 제공될 수 있다.
지문 검출부(220)는 센서 화소(SPXL)들을 구동하기 위한 구동 신호(예를 들어, 구동 전압)를 센서 화소(SPXL)들로 전달하고, 센서 화소(SPXL)들로부터 수신되는 전기적 신호들에 기초하여 사용자 지문을 검출할 수 있다.
도 2는 일 실시예에 따른 표시 장치의 단면도이다.
도 2를 참조하면, 표시 장치(10)는 표시 패널(110) 및 표시 패널(110)의 일면 상에 배치된 광 센서(PSL)를 포함할 수 있다.
표시 패널(110)은 발광 소자(light emitting element)를 포함하는 발광 표시 패널일 수 있다. 예를 들어, 표시 패널(110)은 유기 발광층을 포함하는 유기 발광 다이오드(organic light emitting diode)를 이용하는 유기 발광 표시 패널, 및 초소형 발광 다이오드(micro LED)를 이용하는 초소형 발광 다이오드 표시 패널, 양자점 발광층을 포함하는 양자점 발광 소자(Quantum dot Light Emitting Diode)를 이용하는 양자점 발광 표시 패널, 또는 무기 반도체를 포함하는 무기 발광 소자를 이용하는 무기 발광 표시 패널일 수 있다. 이하에서는, 표시 패널(110)이 유기 발광 표시 패널인 것을 중심으로 설명한다.
표시 패널(110)은 표시 기판(SUB1), 회로 소자층(BP), 발광 소자층(LDL), 보호층(PTL1), 점착층(ADL1), 및 커버 윈도우(WIN)를 포함할 수 있다.
표시 기판(SUB1)은 휘거나 접힘이 가능하도록 가요성을 갖는 재료로 이루어질 수 있다. 예를 들어, 상기 가요성을 갖는 재료로는 폴리스티렌(polystyrene), 폴리비닐알코올(polyvinyl alcohol), 폴리메틸메타크릴레이트(Polymethyl methacrylate), 폴리에테르술폰(polyethersulfone), 폴리아크릴레이트(polyacrylate), 폴리에테르이미드(polyetherimide), 폴리에틸렌 나프탈레이트(polyethylene naphthalate), 폴리에틸렌 테레프탈레이트(polyethylene terephthalate), 폴리페닐렌 설파이드(polyphenylene sulfide), 폴리아릴레이트(polyarylate), 폴리이미드(polyimide), 폴리카보네이트(polycarbonate), 트리아세테이트 셀룰로오스(triacetate cellulose), 및 셀룰로오스아세테이트 프로피오네이트(cellulose acetate propionate) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 다만, 표시 기판(SUB1)을 구성하는 재료는 다양하게 변화될 수 있으며, 섬유 강화 플라스틱(FRP, Fiber glass Reinforced Plastic) 등으로도 이루어질 수 있다.
회로 소자층(BP)은 표시 기판(SUB1) 상에 배치될 수 있다. 회로 소자층(BP)은 표시 화소(PXL)들의 화소 회로를 구성하는 복수의 회로 소자들과, 표시 화소(PXL)들을 구동하기 위한 각종 전원 및 신호를 공급하기 위한 배선들을 포함할 수 있다. 이 경우, 회로 소자층(BP)은 적어도 하나의 트랜지스터 및 커패시터 등과 같은 각종 회로 소자들과, 이에 연결되는 배선들을 구성하기 위한 복수의 도전층을 포함할 수 있다. 또한, 회로 소자층(BP)은 복수의 도전층 사이에 배치되는 절연층을 포함할 수 있다. 또한, 회로 소자층(BP)은 표시 기판(SUB1)의 비표시 영역(NA)에 배치되어 표시 화소(PXL)들에 연결된 배선들에 대응하는 전원 및 신호를 공급하는 배선부를 포함할 수 있다.
회로 소자층(BP)은 개구 어레이층(LTHL)을 포함할 수 있다. 개구 어레이층(LTHL)은 광 센서(PSL)로 입사하는 광의 경로를 제어하는(예를 들어, 소정 각도 범위로 반사광의 관측 시야를 제한하는) 광 제어층으로서 기능할 수 있다.
개구 어레이층(LTHL) 제1 개구 어레이층(LTHL1) 및 제2 개구 어레이층(LTHL2)을 포함할 수 있다.
제1 개구 어레이층(LTHL1)은 표시 기판(SUB1) 상에 배치될 수 있다. 제2 개구 어레이층(LTHL2)은 제1 개구 어레이층(LTHL1) 상에 배치될 수 있다.
제1 개구 어레이층(LTHL1)은 제1 차광층(BHL1) 및 제1 차광층(BHL1)을 관통하는 제1 개구부(LTH1)를 포함할 수 있다. 제2 개구 어레이층(LTHL2)은 제2 차광층(BHL2) 및 제2 차광층(BHL2)을 관통하는 제2 개구부(LTH2)를 포함할 수 있다. 제1 개구부(LTH1)는 제2 개구부(LTH2)와 제3 방향(Z축 방향)으로 중첩할 수 있다. 제1 개구부(LTH1)와 제2 개구부(LTH2)는 서로 동일하거나 상이한 직경을 가질 수 있다.
한편, 도 2에서는 개구 어레이층(LTHL)이 제1 개구 어레이층(LTHL1)과 제2 개구 어레이층(LTHL2)이 적층된 구조로 구현되는 경우를 예시하였으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다. 즉, 개구 어레이층(LTHL)은 단일의 개구 어레이층으로 구현될 수 있으며, 3 층 이상의 다층 구조로 이루어질 수 있다.
발광 소자층(LDL)은 회로 소자층(BPL) 상에 배치될 수 있다. 발광 소자층(LDL)은 화소 전극, 발광층, 및 공통 전극을 포함하는 발광 소자(LD)들을 포함할 수 있다. 발광 소자(LD)는 회로 소자층(BPL)의 회로 소자와 전기적으로 연결될 수 있다.
보호층(PTL1)은 발광 소자층(LDL) 상에 배치될 수 있다. 보호층(PTL1)은 발광 소자층(LDL)에 산소 또는 수분이 침투되는 것을 방지하는 역할을 할 수 있다. 이를 위해, 보호층(PTL1)은 적어도 하나의 무기막을 포함할 수 있다. 무기막은 실리콘 나이트라이드층, 실리콘 옥시 나이트라이드층, 실리콘 옥사이드층, 티타늄옥사이드층, 또는 알루미늄옥사이드층일 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.
또한, 보호층(PTL1)은 먼지와 같은 이물질로부터 발광 소자층(EML)을 보호하는 역할을 할 수 있다. 이를 위해, 보호층(PTL1)은 적어도 하나의 유기막을 포함할 수 있다. 유기막은 아크릴 수지(acryl resin), 에폭시 수지(epoxy resin), 페놀 수지(phenolic resin), 폴리아미드 수지(polyamide resin), 또는 폴리이미드 수지(polyimide resin)일 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.
점착층(ADL1)은 보호층(PTL1) 상에 배치될 수 있다. 점착층(ADL1)은 보호층(PTL1)과 커버 윈도우(WIN) 사이에 배치되어 보호층(PTL1)과 커버 윈도우(WIN)를 결합하는 역할을 할 수 있다. 점착층(ADL1)은 OCA(optical clear adhesive)와 같은 투명 접착제를 포함할 수 있다.
커버 윈도우(WIN)는 표시 장치(10)의 모듈 최상단에 배치되는 보호 부재로서, 전체 또는 일부가 휘거나 접힘이 가능하도록 가요성을 갖는 재료로 이루어질 수 있다. 예를 들어, 커버 윈도우(WIN)는 플라스틱 필름 및 플라스틱 기판으로부터 선택된 다층 구조를 가질 수 있다. 이러한 다층 구조는 연속 공정 또는 접착층을 이용한 접착 공정을 통해 형성될 수 있다. 커버 윈도우(WIN)에 적용 가능한 플라스틱의 예로는 폴리이미드(polyimide), 폴리아크릴레이트(polyacrylate), 폴리메틸메타아크릴레이트(polymethylmethacrylate, PMMA), 폴리카보네이트(polycarbonate, PC), 폴리에틸렌나프탈레이트(polyethylenenaphthalate, PEN), 폴리염화비닐리덴(polyvinylidene chloride), 폴리불화비닐리덴(polyvinylidene difluoride, PVDF), 폴리스티렌(polystyrene), 에틸렌-비닐알코올 공중합체(ethylene vinylalcohol copolymer), 폴리에테르술폰(polyethersulphone, PES), 폴리에테르 이미드(polyetherimide, PEI), 폴리페닐렌 설파이드(polyphenylene sulfide, PPS), 폴리아릴레이트(polyallylate), 트리아세틸 셀룰로오스(tri-acetyl cellulose, TAC), 또는 셀룰로오스 아세테이트 프로피오네이트(cellulose acetate propionate, CAP) 등을 들 수 있으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.
도면으로 도시하지 않았지만, 표시 장치(10)는 편광판 및/또는 센싱층을 더 포함할 수도 있다. 이 경우, 편광판 및/또는 센싱층은 보호층(PTL1)과 커버 윈도우(WIN)의 사이에 배치될 수 있다.
광 센서(PSL)는 표시 패널(110)의 일면 상에 배치될 수 있다. 예를 들어, 표시 패널(110)의 표시면과 대향하는 배면 상에 배치될 수 있다. 즉, 광 센서(PSL)는 표시 기판(SUB1)의 하면에 배치될 수 있으나, 반드시 이에 제한되는 것은 아니다. 광 센서(PSL)와 표시 기판(SUB1) 사이에는 점착층 및/또는 보호층이 더 배치될 수 있다. 광 센서(PSL)는 상기 점착층에 의해 표시 기판(SUB1)에 부착될 수 있다. 상기 점착층은 OCA와 같은 투명 접착제를 포함하거나, 감압 접착제(PSA: Pressure Sensitive Adhesive)를 포함할 수 있다.
광 센서(PSL)는 소정의 해상도 및/또는 간격으로 분산된 복수의 센서 화소(SPXL)들을 포함할 수 있다.
센서 화소(SPXL)들은, 센서 화소(SPXL)들이 출력하는 전기적 신호들로부터 식별 가능할 정도의 지문 이미지가 생성될 수 있도록, 적절한 개수, 크기 및 배열을 가질 수 있다. 센서 화소(SPXL)들 사이의 간격은, 센싱 대상물(예를 들어, 사용자 손가락의 지문 등)로부터 반사되는 반사광이 이웃한 적어도 두 개의 센서 화소(SPXL)들에 입사될 수 있도록 조밀하게 설정될 수 있다.
센서 화소(SPXL)들은 외부 광을 감지하여 대응하는 전기적 신호, 예를 들어 전압 신호를 출력할 수 있다. 각각의 센서 화소(SPXL)들로 수신되는 반사광들은 사용자의 손가락에 형성되는 지문의 골(valley)에 의한 것인지 아니면 융선(ridge)에 의한 것인지 여부에 따라 상이한 광 특성(일 예로, 주파수, 파장, 크기 등)을 가질 수 있다. 따라서, 센서 화소(SPXL)들 각각은 반사광의 광 특성에 대응하여 상이한 전기적 특성을 갖는 전압 신호를 출력할 수 있다. 센서 화소(SPXL)들에 의해 출력된 전압 신호는 지문 검출부(220)에 의해 이미지 데이터로 변환되어 사용자의 지문 식별을 위해 사용될 수 있다.
한편, 표시 장치(10)가 표시 화소(PXL)들의 발광 소자(LD)들을 지문 센서의 광원으로도 활용하는 것을 중심으로 설명하였지만, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 표시 장치는 지문 감지를 위한 별도의 광원을 포함할 수도 있다.
도 3은 일 실시예에 따른 광 센서와 지문 검출부의 구성을 나타낸 평면도이다.
도 3을 참조하면, 광 센서(PSL)는 센서 화소(SPXL)들의 어레이를 포함할 수 있다. 예를 들어, 센서 화소(SPXL)들은 2차원 어레이로 배열될 수 있으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다. 각각의 센서 화소(SPXL)는 입사되는 광을, 그 광량에 따라 전하로 광전 변환하는 광전 소자를 포함할 수 있다. 광전 소자에 대한 상세한 설명은 도 4를 참조하여 후술하기로 한다.
지문 검출부(220)는 수평 구동부(221), 수직 구동부(222) 및 제어부(223)를 포함할 수 있다.
수평 구동부(221)는 구동선들(H1 내지 Hn)을 통해 센서 화소(SPXL)들에 연결될 수 있다. 수평 구동부(221)는 시프트 레지스터나 어드레스 디코더 등으로 구성될 수 있다. 수평 구동부(221)는 센서 화소(SPXL)들 중 선택된 센서 화소(SPXL)들을 구동하기 위하여 구동 신호를 인가할 수 있다. 예를 들어, 수평 구동부(221)는 센서 화소행 단위로 구동 신호를 인가할 수 있다.
수평 구동부(221)에 의해 선택되고 구동된 센서 화소(SPXL)들은 센서 화소(SPXL)들에 마련되는 광전 소자를 이용하여 광을 감지하고, 감지된 광에 대응하는 전기적 신호, 예를 들어 전압 신호를 출력한다. 이렇게 출력되는 전기적 신호는 예를 들어 아날로그 신호일 수 있다.
수직 구동부(222)는 신호선들(V1 내지 Vm)을 통해 센서 화소(SPXL)들에 연결될 수 있다. 수직 구동부(222)는 센서 화소(SPXL)들로부터 출력되는 신호에 대한 처리를 수행할 수 있다.
수직 구동부(222)는 예를 들어 수신되는 전기적 신호로부터 노이즈를 제거하기 위한 CDS(Correlated Double Sampling) 처리를 수행할 수 있다. 또한, 수직 구동부(222)는 센서 화소(SPXL)들로부터 수신되는 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환할 수 있다. 상기 아날로그-디지털 변환 장치는 센서 화소(SPXL)의 열마다 각각 마련되어, 센서 화소열로부터 수신되는 아날로그 신호들을 병렬적으로 처리할 수 있다.
수직 구동부(222)는 시프트 레지스터나 어드레스 디코더 등에 의해 더 구성될 수 있다. 수직 구동부(222)는 예를 들어, 센서 화소(SPXL)의 열에 대응하는 처리 회로, 예를 들어 아날로그-디지털 변환 장치를 순서대로 선택할 수 있다. 수직 구동부(222)에 의해 선택된 처리 회로로부터 처리된 전기적 신호, 예를 들어 디지털 신호가 출력될 수 있다.
제어부(223)는, 각종의 타이밍 신호를 생성하는 타이밍 제너레이터 등에 의하고 구성되고, 해당 타이밍 제너레이터에 의해 생성된 타이밍 신호들에 기초하여 수평 구동부(221) 및 수직 구동부(222)를 제어할 수 있다.
제어부(223)는 수직 구동부(222)로부터 수신되는 전기적 신호, 예를 들어 전기적 신호로부터 이미지 데이터를 생성하고, 생성된 이미지 데이터의 처리를 수행할 수 있다. 또한, 제어부(223)는 처리된 이미지 데이터로부터 지문을 검출하거나, 검출된 지문을 인증 및/또는 외부로 전송할 수 있다. 다만, 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 이미지 데이터의 생성 및 지문 검출은 제어부(223)에 의해 수행되지 않고, 외부의 호스트 프로세서 등에 의해 수행될 수 있다. 이 경우, 제어부(223)는 수직 구동부(222)로부터 수신되는 전기적 신호, 예를 들어 디지털 신호를 외부의 호스트 프로세서로 직접 전달하거나, 패널 구동부(210) 등을 경유하여 전달할 수 있다.
도 4는 도 3의 센서 화소의 단면도이다.
도 4를 참조하면, 센서 화소(SPXL)는 기판(711), 버퍼층(712), 회로 소자층(BPL), 광전 소자층(PDL), 및 평탄화층(780)을 포함할 수 있다.
기판(711)은 광 센서(PSL)의 베이스 기재로서, 유리 또는 강화 유리를 포함한 경성 기판(rigid substrate), 또는 플라스틱 재질의 가요성 기판(flexible substrate)일 수 있다. 다만, 기판(711)의 재질이 이에 한정되지는 않으며, 기판(711)은 다양한 물질로 구성될 수 있다.
기판(711) 상에는 버퍼층(712)이 배치될 수 있다. 버퍼층(712)은 실리콘 산화막(SiOx) 또는 실리콘 질화막(SiNx)의 단일층 또는 다중층으로 구성될 수 있다.
버퍼층(712) 상에는 회로 소자층(BPL)이 배치될 수 있다. 회로 소자층(BPL)은 광전 소자용 트랜지스터(TR) 및 복수의 절연층을 포함할 수 있다.
트랜지스터(TR)는 액티브 패턴(721), 게이트 전극(723), 소스 전극(725a), 및 드레인 전극(725b)을 포함할 수 있다. 예를 들어, 트랜지스터(TR)는 IGZO(indium gallium zinc oxide)계 물질로 이루어진 산화물 박막 트랜지스터(Oxide TFT), LTPS(Low Temperature Polycrystalline Silicon), 비정질 실리콘 박막 트랜지스터(a-Si TFT) 중 하나일 수 있다.
액티브 패턴(721)은 버퍼층(712) 상에 배치될 수 있다. 액티브 패턴(721)은 전자가 이동하는 채널 영역(721a), 채널 영역(721a)의 일측에 배치된 소스 영역(721b), 및 채널 영역(721a)의 타측에 배치된 드레인 영역(721c)을 포함할 수 있다.
액티브 패턴(721) 상에는 게이트 절연층(722)이 배치될 수 있다. 게이트 절연층(722)은 액티브 패턴(721)과 후술되는 게이트 전극(723)을 절연시킬 수 있다. 게이트 절연층(722)은 한 층 이상의 무기막 및/또는 유기막을 포함할 수 있다. 게이트 절연층(722)은 실리콘 산화막(SiOx) 또는 실리콘 질화막(SiNx)의 단일층 또는 다중층으로 이루어질 수 있다. 다만, 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 게이트 절연층(722)은 SiOx, SiNx, SiON, SiOF, AlOx 등의 무기 절연물질 또는 유기 절연물질을 포함할 수도 있다.
게이트 절연층(722) 상에는 게이트 전극(723)이 배치된다. 게이트 전극(723)은 액티브 패턴(721)의 채널 영역(721a)과 중첩하도록 배치될 수 있다. 게이트 전극(723)은 도전성 물질로 구성된 단일층 또는 다중층일 수 있다. 게이트 전극(723)은 예를 들어 Ti, Cu, Mo, Al, Au, Cr, TiN, Ag, Pt, Pd, Ni, Sn, Co, Rh, Ir, Fe, Ru, Os, Mn, W, Nb, Ta, Bi, Sb, Pb 등으로 구성될 수 있다. 게이트 전극(723)은 예를 들어 MoTi, AlNiLa의 합금으로 구성될 수 있다. 게이트 전극(723)은 예를 들어 Ti/Cu, Ti/Au, Mo/Al/Mo, ITO/Ag/ITO, TiN/Ti/Al/Ti, TiN/Ti/Cu/Ti 등으로 구성된 다중층일 수 있다.
게이트 전극(723) 상에는 층간 절연층(724)이 배치될 수 있다. 층간 절연층(724)은 한 층 이상의 무기막 및/또는 유기막을 포함할 수 있다. 일 예로, 층간 절연층(724)은 실리콘 산화막(SiOx) 또는 실리콘 질화막(SiNx)의 단일층 또는 다중층으로 이루어질 수 있다.
층간 절연층(724) 상에는 소스 전극(725a)과 드레인 전극(725b)이 배치될 수 있다. 소스 전극(725a)은 층간 절연층(724)을 관통하는 컨택홀을 통해 소스 영역(721b)과 전기적으로 연결될 수 있다. 드레인 전극(725b)은 층간 절연층(724)을 관통하는 컨택홀을 통해 드레인 영역(721c)과 전기적으로 연결될 수 있다.
소스 전극(725a)과 드레인 전극(725b) 상에는 비아층(730)이 배치된다. 비아층(730)은 실리콘 산화막(SiOx) 또는 실리콘 질화막(SiNx)의 단일층 또는 다중층으로 이루어질 수 있다.
회로 소자층(BPL) 상에는 광전 소자층(PDL)이 배치될 수 있다. 광전 소자층(PDL)은 광전 소자(PD), 배리어층(750), 절연층(760), 및 바이어스 전극(770)을 포함할 수 있다.
광전 소자(PD)는 비아층(730) 상에 배치될 수 있다. 광전 소자(PD)는 제1 전극(741), 중간층(PIN), 및 제2 전극(745)을 포함할 수 있다.
제1 전극(741)은 비아층(730) 상에 직접 배치될 수 있다. 본 발명에서, "직접 배치된다"는 것은 별도의 접착층을 이용하여 부착하는 것을 제외하며, 연속 공정에 의해 형성되는 것을 의미한다.
제1 전극(741)은 비아층(730)을 관통하는 컨택홀을 통해 트랜지스터(TR)의 소스 전극(725a)과 연결될 수 있다. 다른 실시예에서, 제1 전극(741)은 드레인 전극(725b)과 연결될 수도 있다.
제1 전극(741)은 광전 소자(PD)의 특성에 따라 몰리브덴(Mo)과 같은 불투명한 금속이나 ITO(Indium Tin Oxide), IZO(Indium Zinc Oxide), ZnO(Zinc Oxide)와 같은 투명한 산화물로 이루어질 수 있다.
제1 전극(741) 상에는 중간층(PIN)이 배치될 수 있다.
중간층(PIN)은 외부로부터 입사되는 광을 전기적인 신호로 변환할 수 있는 물질을 포함하도록 이루어지며, 예를 들어 a-Se, HgI2, CdTe, PbO, PbI2, BiI3, GaAs, Ge와 같은 물질들을 포함할 수 있다.
광전 소자(PD)가 PIN 다이오드로 구성되는 경우, 중간층(PIN)은 N형의 불순물이 포함된 N(Negative)형 반도체층(742), 불순물이 포함되지 않은 I(Intrinsic)형 반도체층(743), 및 P형의 불순물이 포함된 P(Positive)형 반도체층(744)이 순차적으로 적층된 구조로 이루어질 수 있다. N형 반도체층(742), I형 반도체층(743), 및 P형 반도체층(744)의 측면은 정렬될 수 있다. I형 반도체층(743)은 N형 반도체층(742) 및 P형 반도체층(744)보다 상대적으로 두껍게 형성될 수 있다.
PIN 다이오드로 구성되는 광전 소자(PD)는 외부 광을 감지하여 전기적 신호로 변환 및 출력할 수 있다. 구체적으로, 중간층(PIN)에 특정 영역(예를 들어, 가시광 영역)의 광이 조사되면, I형 반도체층(743)이 P형 반도체층(744)과 N형 반도체층(742)에 의해 공핍(Depletion) 되어 내부에 전기장이 발생하게 된다. 광에 의해 생성되는 정공과 전자는 전기장에 의해 드리프트(Drift)되어, P형 반도체층(744)과 N형 반도체층(742)에서 수집된다.
중간층(PIN) 상에는 제2 전극(745)이 배치될 수 있다. 제2 전극(745)은 광전 소자(PD)의 특성에 따라 ITO(Indium Tin Oxide), IZO(Indium Zinc Oxide), ZnO(Zinc Oxide)와 같은 투명의 도전성 물질로 구성될 수 있다.
제2 전극(745)의 면적은 중간층(PIN)의 면적보다 작을 수 있다. 제2 전극(745)의 측면은 중간층(PIN)의 측면보다 내측에 배치될 수 있다. 즉, 제2 전극(745)은 중간층(PIN)의 가장자리가 노출되는 인셋(Inset) 구조를 갖도록 배치될 수 있다. 중간층(PIN) 상부의 제2 전극(745)을 인셋 구조로 배치함으로써 광전 소자(PD)의 누설 전류(Leakage Current)를 감소시킬 수 있다.
광전 소자(PD) 상에는 배리어층(750)이 배치될 수 있다. 배리어층(750)은 중간층(PIN)의 측면 손상을 방지하여 광전 소자(PD)의 누설 전류를 최소화할 수 있다.
배리어층(750)은 광전 소자(PD)의 제2 전극(745) 상에 직접 배치될 수 있다. 배리어층(750)은 제2 전극(745) 및 중간층(PIN)과 접하되, 제1 전극(741)과 비접촉할 수 있다.
배리어층(750)은 제2 전극(745)의 상면과 측면, 및 제2 전극(745)에 의해 노출된 P형 반도체층(744)의 상면을 직접 커버할 수 있다. 즉, 배리어층(750)은 제2 전극(745)의 상면과 측면, 및 제2 전극(745)에 의해 노출된 P형 반도체층(744)의 상면과 직접 접할 수 있다. 배리어층(750)의 측면은 중간층(PIN)의 측면과 정렬될 수 있다.
배리어층(750)은 무기막으로 이루어질 수 있다. 상기 무기막은 SiNx, SiOx 및 SiON 중 적어도 하나를 포함할 수 있으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.
배리어층(750) 상에는 절연층(760)이 배치될 수 있다. 절연층(760)은 기판(711)의 전면 상에 배치될 수 있다.
절연층(760)은 광전 소자(PD)와 배리어층(750) 상에 직접 배치될 수 있다. 절연층(760)은 광전 소자(PD)의 측면 및 배리어층(750)의 상면 및 측면을 직접 커버할 수 있다. 절연층(760)은 제1 전극(741) 및 중간층(PIN)과 접하되, 제2 전극(745)과 비접촉할 수 있다.
절연층(760)의 두께는 배리어층(750)의 두께보다 클 수 있다. 절연층(760)은 무기막으로 이루어질 수 있다. 상기 무기막은 SiNx, SiOx 및 SiON 중 적어도 하나를 포함할 수 있으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.
절연층(760) 상에는 바이어스 전극(770)이 배치될 수 있다. 바이어스 전극(770)은 절연층(760) 및 배리어층(750)을 관통하는 컨택홀을 통해 광전 소자(PD)의 제2 전극(745)과 전기적으로 연결될 수 있다.
바이어스 전극(770) 상에는 평탄화층(780)이 배치될 수 있다. 평탄화층(780)은 실질적으로 평탄한 상면을 가질 수 있으며, 광 센서(PSL)의 표면 평탄도를 향상시키는 역할을 할 수 있다.
평탄화층(780)은 유기 물질 또는 무기 물질 등을 포함할 수 있다. 예를 들어, 평탄화층(780)은 유기 물질로써, 평탄화층(780)은 포토레지스트, 폴리아크릴계 수지, 폴리이미드계 수지, 폴리아미드계 수지, 실롯산계 수지, 아크릴계 수지, 에폭시계 수지 등으로 구성될 수 있다.
도 5는 광 센서의 구동 전압에 따른 누설 전류를 나타낸 그래프이다. 도 6은 PIN 다이오드 측면의 이중 테이퍼를 설명하기 위한 예시 도면이다.
구체적으로, 도 5는 배리어층을 구비하지 않는 광 센서와, 상술한 실시예와 같이 광전 소자(PD) 상에 배리어층(750)을 배치한 광 센서에 대해 광전 소자(PD)로서 PIN 다이오드의 구동 전압(V_Diode) 별 누설 전류(I_leakage)를 비교하여 나타내었다.
PIN 다이오드는 일반적으로 -7 내지 -3V로 구동될 수 있다. PIN 다이오드 상에 별도의 배리어층이 배치되지 않는 경우, PIN 다이오드의 중간층 형성시 중간층의 측면에 이중 테이퍼가 형성될 수 있다. 구체적으로, 도 6을 참조하면, 별도의 배리어층이 배치되지 않는 경우, PIN 다이오드 식각 과정에서 A 영역과 같이 이중 테이퍼가 형성될 수 있다. 이 경우, PIN 다이오드의 이중 테이퍼로 인해, 상부에 배치되는 절연층(760)에 크랙 등이 발생할 수 있으며, PIN 다이오드의 구동 시에 노출된 영역으로 전류가 누설될 수 있다. 즉, 제1 그래프(1)와 같이 상당량의 누설 전류(I_leakage)가 발생할 수 있다. 누설 전류(I_leakage)는 PIN 다이오드의 센싱 전류에 대하여 노이즈로 작용하여 결과적으로 센싱 정확도가 감소될 수 있다.
반면, 상술한 실시예와 같이 광전 소자(PD) 상에 배리어층(750)을 형성하는 경우, 중간층(PIN)의 측면 손상을 효과적으로 방지할 수 있다. 이에 따라, 제2 그래프(2)와 같이 PIN 다이오드의 구동 시에 누설 전류(I_leakage)가 최소화될 수 있으며, 결과적으로 센싱 정확도가 향상될 수 있다.
이하, 다른 실시예에 대해 설명한다. 이하의 실시예에서 이미 설명한 구성과 동일한 구성에 대해서는 동일한 참조 번호로서 지칭하며, 중복 설명은 생략하거나 간략화하기로 한다.
도 7은 다른 실시예에 따른 센서 화소의 단면도이다.
도 7을 참조하면, 본 실시예에 따른 센서 화소(SPXL_1)는 배리어층(750_1)이 절연층(760) 상에 배치된다는 점에서 도 1 내지 도 4의 센서 화소(SPXL)와 상이하다.
절연층(760)은 광전 소자(PD)를 직접 커버할 수 있다. 절연층(760)은 광전 소자(PD)의 상면을 커버하는 제1 면, 회로 소자층(BPL)과 접하는 제2 면, 제1 면과 제2 면 사이에서 광전 소자(PD)의 측면을 커버하는 측면(760S)을 포함할 수 있다. 절연층(760)의 측면(760S)은 광전 소자(PD)의 측면을 직접 커버할 수 있다.
배리어층(750_1)은 절연층(760)의 측면(760S) 상에 직접 배치될 수 있다. 배리어층(750_1)은 절연층(760)의 측면(760S)을 직접 커버할 수 있다. 이 경우, 광전 소자(PD)의 측면에 이중 테이퍼가 형성되더라도, 배리어층(750_1)이 누설 전류의 방전 경로를 제공할 수 있다. 따라서, 센싱 전류에 작용하는 노이즈를 감소시키고, 결과적으로 지문 센싱의 정확도를 향상시킬 수 있음은 앞서 설명한 바와 같다.
배리어층(750_1)은 투명 도전 패턴일 수 있다. 상기 투명 도전 패턴은 투명 금속 산화물로서, ITO, IZO, 및 ZnO 중 적어도 하나를 포함할 수 있으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다. 배리어층(750_1)은 플로팅 상태(floating state)의 전극일 수 있다. 즉, 배리어층(750_1)은 외부로부터 전압 등 전기 신호가 별도로 인가되지 않고, 아일랜드 형태로 형성된 전극일 수 있다.
바이어스 전극(770)은 절연층(760) 상에 배치될 수 있다. 바이어스 전극(770)은 배리어층(750_1)에 의해 커버되지 않는 절연층(760)의 상면에 배치될 수 있다. 바이어스 전극(770)은 절연층(760)을 관통하는 컨택홀을 통해 광전 소자(PD)의 제2 전극(745)과 접할 수 있다.
평탄화층(780)은 절연층(760) 상에 배치될 수 있다. 평탄화층(780)은 절연층(760), 배리어층(750_1), 및 바이어스 전극(770)을 직접 커버할 수 있다.
도 8은 또 다른 실시예에 따른 표시 장치의 단면도이다.
도 8을 참조하면, 본 실시예에 따른 표시 장치(10_1)는 개구 어레이층이 생략되고 콜리메이터(CML)를 포함한다는 점에서 도 1 내지 도 4의 표시 장치(10)와 상이하다.
구체적으로, 콜리메이터(CML)는 표시 패널(110)과 광 센서(PSL) 사이에 배치될 수 있다.
콜리메이터(CML)는 사용자의 손가락의 융선에서 반사된 광과 골에서 반사된 광을 구분하여 별개의 센서 화소(SPXL)에 제공하는 역할을 할 수 있다. 이를 위해, 콜리메이터(CML)는 차광 패턴(BA)과 차광 패턴(BA)을 관통하는 복수의 투광 패턴(TA)을 포함할 수 있다.
차광 패턴(BA)은 유기 차광 재료 및 금속 차광 재료 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 유기 차광 재료는 카본 블랙(carbon black; CB) 및 티탄 블랙(titan black; TiBK) 중 적어도 하나를 포함할 수 있으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다. 또한, 상기 금속 차광 재료는 크롬, 크롬 산화물 및 크롬 질화물 중 적어도 하나를 포함할 수 있으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.
복수의 투광 패턴(TA)은 발광 소자(LD)에서 방출된 광이 사용자의 손가락에 반사되어, 광 센서(PSL)로 진행하는 광의 광학적 통로일 수 있다.
복수의 투광 패턴(TA)은 아크릴계 수지(polyacrylates resin), 에폭시 수지(epoxy resin), 페놀 수지(phenolic resin), 폴리아미드계 수지(polyamides resin), 폴리이미드계 수지(polyimides rein), 불포화 폴리에스테르계 수지(unsaturated polyesters resin), 폴리페닐렌계 수지(poly phenylenethers resin), 폴리페닐렌설파이드계 수지(polyphenylenesulfides resin) 또는 벤조사이클로부텐(benzocyclobutene, BCB)로 이루어질 수 있으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.
본 실시예에 따른 표시 장치(10_1)에 의하면, 표시 패널(110)과 광 센서(PSL) 사이에 콜리메이터(CML)를 배치함으로써 사용자의 손가락의 융선에서 반사된 광과 골에서 반사된 광을 구분하여 별개의 센서 화소(SPXL)에 제공할 수 있다. 따라서, 광 센서(PSL)의 신호 대 잡음비(SNR)를 개선할 수 있다.
계속해서, 상술한 실시예들에 따른 광 센서의 제조 방법에 대해 설명한다.
도 9 내지 도 12는 일 실시예에 따른 광 센서의 제조 방법의 공정 단계별 단면도들이다. 특히, 도 9 내지 도 12는 도 4의 센서 화소(SPXL)를 제조하는 공정 단계를 도시하였다.
먼저, 도 9를 참조하면, 기판(711) 상에 버퍼층(712), 회로 소자층(BPL), 제1 전극(741), 중간막(PIN'), 및 제2 전극(745)을 형성한다.
버퍼층(712) 상에는 액티브 패턴(721), 게이트 절연층(722), 게이트 전극(723), 층간 절연층(724), 소스 전극(725a), 드레인 전극(725b), 및 비아층(730)을 순차적으로 형성하여 회로 소자층(BPL)이 제공될 수 있다.
상술한 각 층에 대한 형성 방법은 일반적으로 알려진 증착(Deposition), 포토레지스트 도포(PR Coating), 노광(Exposure), 현상(Develop), 식각(Etch), 및/또는 포토레지스트 박리(PR Strip)를 포함하는 포토리소그래피(Photolithography) 공정들이 이용될 수 있다. 이러한 공정들에 대한 상세한 설명은 생략한다. 예를 들어 증착의 경우 금속 재료일 경우에는 스퍼터링(Sputtering), 반도체나 절연막인 경우에는 플라즈마 화학증착(Plasma Enhanced Vapor Deposition; PECVD)과 같은 방법이 각각 적용될 수 있다. 또한, 식각의 경우 재료에 따라 건식 식각 및 습식 식각이 선택적으로 사용될 수 있다.
비아층(730) 상에는 비아층(730)을 관통하는 컨택홀을 통해 소스 전극(725a)과 연결되는 광전 소자(PD)의 제1 전극(741)이 제공된다.
이어서 제1 전극(741) 상에 N형 반도체막(742'), I형 반도체막(743') 및 P형 반도체막(744')을 포함하는 중간막(PIN')을 형성한다. N형 반도체막(742'), I형 반도체막(743') 및 P형 반도체막(744')은 기판(711)의 전면 상에 형성된다.
이어서 P형 반도체막(744') 상에 제2 전극막을 증착 및 패터닝하여 제2 전극(745)을 형성한다.
다음으로, 도 10을 참조하면, 제2 전극(745) 상에 배리어층(750)을 형성한다. 배리어층(750)은 제2 전극(745)을 커버하도록 제2 전극(745)보다 넓은 면적으로 형성될 수 있다. 배리어층(750)을 형성하는 단계는 예를 들어, 플라즈마 화학 기상 증착(PECVD)에 의해 수행될 수 있다.
배리어층(750)은 중간막(PIN')과의 선택비를 조절할 수 있는 무기막으로 형성할 수 있다. 예를 들어, 배리어층(750)은 실리콘 나이트라이드층, 실리콘 옥시 나이트라이드층, 실리콘 옥사이드층, 티타늄옥사이드층, 또는 알루미늄옥사이드층으로 형성할 수 있으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.
다음으로, 도 11을 참조하면, 배리어층(750) 상에 포토 레지스트 패턴(PR)을 형성하고, 중간막(PIN')을 패터닝하여 중간층(PIN)을 형성한다. 중간막(PIN') 식각은 산소 플라즈마 공정 등의 건식 식각으로 수행될 수 있다.
중간막(PIN') 식각 과정에서 제2 전극(745)은 배리어층(750)에 의해 커버되므로, 제2 전극(745)에 의해 중간층(PIN) 측면에 이중 테이퍼 즉, 측면 손상을 방지할 수 있다. 따라서, 광전 소자의 측면에서 발생하는 누설 전류를 최소화하여 센싱 전류에 작용하는 노이즈를 감소시키고, 결과적으로 지문 센싱의 정확도를 향상시킬 수 있음은 앞서 설명한 바와 같다.
다음으로, 도 12를 참조하면, 배리어층(750) 상에 절연층(760), 바이어스 전극(770), 및 평탄화층(780)을 형성하여 도 4의 센서 화소(SPXL)를 완성한다.
도 13 내지 도 17은 다른 실시예에 따른 광 센서의 제조 방법의 공정 단계별 단면도들이다. 특히, 도 13 내지 도 17은 도 7의 센서 화소(SPXL_1)를 제조하는 공정 단계를 도시하였다.
먼저, 도 13을 참조하면, 기판(711) 상에 버퍼층(712), 회로 소자층(BPL), 제1 전극(741), 중간막(PIN'), 및 제2 전극(745)을 형성한다. 버퍼층(712), 회로 소자층(BPL), 제1 전극(741), 중간막(PIN'), 및 제2 전극(745)을 형성하는 단계는 도 9를 참조하여 설명한 제조 단계와 실질적으로 동일하거나 유사할 수 있으므로, 중복되는 내용은 생략한다.
다음으로, 도 14를 참조하면, 제2 전극(745) 상에 포토 레지스트 패턴(PR)을 형성하고, 중간막(PIN')을 패터닝하여 중간층(PIN)을 형성한다. 중간막(PIN') 식각 과정에서 제2 전극(745)이 외부로 노출될 수 있으며, 이 경우, 중간막(PIN')의 마스킹 층이 포토 레지스트 패턴(PR)에서 제2 전극(745)으로 달라질 수 있다. 이에 따라, 중간층(PIN)의 측면에 이중 테이퍼가 형성될 수 있다.
다음으로, 도 15를 참조하면, 광전 소자(PD) 상에 절연층(760)을 형성한다. 절연층(760)은 실리콘 나이트라이드층, 실리콘 옥시 나이트라이드층, 실리콘 옥사이드층, 티타늄옥사이드층, 또는 알루미늄옥사이드층으로 형성할 수 있으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.
다음으로, 도 16을 참조하면, 광전 소자(PD)의 측면을 커버하는 절연층(760)의 측면(760S) 상에 배리어층(750_1)을 형성한다. 배리어층(750_1)은 투명 도전 패턴으로서 투명 도전 물질층을 형성한 후 패터닝하여 형성할 수 있다. 상기 투명 도전 물질층은 투명 금속 산화물로서, ITO, IZO, 및 ZnO 중 적어도 하나를 포함할 수 있으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.
절연층(760)의 측면(760S)이 배리어층(750_1)에 의해 커버되는 경우, 중간막(PIN') 식각 과정에서 광전 소자(PD)의 측면에 이중 테이퍼가 형성되더라도, 배리어층(750_1)에 의해 누설 전류의 방전 경로가 제공될 수 있다. 따라서, 센싱 전류에 작용하는 노이즈를 감소시키고, 결과적으로 지문 센싱의 정확도를 향상시킬 수 있음은 앞서 설명한 바와 같다.다음으로, 도 17을 참조하면, 배리어층(750_1) 및 절연층(760) 상에 바이어스 전극(770) 및 평탄화층(780)을 형성하여 도 7의 센서 화소(SPXL_1)를 완성한다.
본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시 예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구의 범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구의 범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
10: 표시 장치
110: 표시 패널
PXL: 표시 화소
SPXL: 센서 화소
PSL: 광 센서
741: 제1 전극
PD: 광전 소자
745: 제2 전극
750: 배리어층

Claims (20)

  1. 기판;
    상기 기판 상에 배치된 광전 소자로서, 제1 전극, 상기 제1 전극 상에 배치된 중간층, 및 상기 중간층 상에 배치된 제2 전극을 포함하는 광전 소자;
    상기 제2 전극 상에 배치된 배리어층;
    상기 광전 소자와 상기 배리어층을 커버하는 절연층; 및
    상기 절연층 상에 배치되고, 상기 제2 전극과 전기적으로 연결된 바이어스 전극을 포함하되,
    상기 배리어층은 상기 제1 전극과 비접촉하는 광 센서.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 바이어스 전극은 상기 절연층과 상기 배리어층을 관통하는 컨택홀을 통해 상기 제2 전극과 연결되는 광 센서.
  3. 제1 항에 있어서,
    상기 배리어층의 측면은 상기 광전 소자의 측면과 정렬되는 광 센서.
  4. 제1 항에 있어서,
    상기 제2 전극의 측면은 상기 배리어층에 의해 커버되는 광 센서.
  5. 제1 항에 있어서,
    상기 배리어층은 무기막으로 이루어진 광 센서.
  6. 제1 항에 있어서,
    상기 절연층은 상기 중간층과 접하되, 상기 제2 전극과는 비접촉하는 광 센서.
  7. 제1 항에 있어서,
    상기 절연층의 두께는 상기 배리어층의 두께보다 큰 광 센서.
  8. 기판;
    상기 기판 상에 배치된 광전 소자로서, 제1 전극, 상기 제1 전극 상에 배치된 중간층, 및 상기 중간층 상에 배치된 제2 전극을 포함하는 광전 소자;
    상기 광전 소자 상에 배치된 절연층;
    상기 절연층 상에 배치되고, 상기 제2 전극과 전기적으로 연결된 바이어스 전극; 및
    상기 절연층의 측면을 커버하는 도전 패턴을 포함하되,
    상기 절연층의 측면은 상기 광전 소자의 측면을 커버하는 광 센서.
  9. 제8 항에 있어서,
    상기 도전 패턴은 플로팅 상태인 광 센서.
  10. 제8 항에 있어서,
    상기 바이어스 전극은 상기 절연층을 관통하는 컨택홀을 통해 상기 제2 전극과 직접 접하는 광 센서.
  11. 제8 항에 있어서,
    상기 도전 패턴은 투명 금속 산화물로 이루어진 광 센서.
  12. 제11 항에 있어서,
    상기 투명 금속 산화물은 ITO, IZO, 및 ZnO 중 적어도 하나를 포함하는 광 센서.
  13. 제8 항에 있어서,
    상기 중간층은,
    상기 제1 전극 상에 배치된 N형 반도체층;
    상기 N형 반도체층 상에 배치된 I형 반도체층; 및
    상기 I형 반도체층 상에 배치된 P형 반도체층을 포함하는 광 센서.
  14. 제8 항에 있어서,
    상기 기판과 상기 광전 소자 사이에 배치된 회로 소자층을 더 포함하고,
    상기 회로 소자층은,
    채널 영역, 상기 채널 영역의 일측에 배치된 소스 영역, 및 상기 채널 영역의 타측에 배치된 드레인 영역을 포함하는 액티브 패턴;
    상기 액티브 패턴을 커버하는 게이트 절연층;
    상기 게이트 절연층 상에 상기 채널 영역과 중첩되도록 배치된 게이트 전극;
    상기 게이트 전극을 커버하는 층간 절연층;
    상기 층간 절연층 상에 배치되고, 상기 소스 영역과 연결된 소스 전극 및 상기 드레인 영역에 연결된 드레인 전극; 및
    상기 소스 전극 및 상기 드레인 전극을 커버하는 보호층을 포함하는 광 센서.
  15. 제8 항에 있어서,
    상기 도전 패턴, 상기 바이어스 전극, 및 상기 절연층을 직접 커버하는 평탄화층을 더 포함하는 광 센서.
  16. 복수의 화소를 포함하는 표시 패널; 및
    상기 표시 패널의 일면에 배치되고 복수의 센서 화소를 포함하는 광 센서를 포함하되,
    상기 센서 화소는 기판;
    상기 기판 상에 배치된 광전 소자로서, 제1 전극, 상기 제1 전극 상에 배치된 중간층, 및 상기 중간층 상에 배치된 제2 전극을 포함하는 광전 소자;
    상기 제2 전극 상에 배치된 배리어층;
    상기 광전 소자와 상기 배리어층을 커버하는 절연층; 및
    상기 절연층 상에 배치되고, 상기 제2 전극과 전기적으로 연결된 바이어스 전극을 포함하되,
    상기 배리어층은 상기 제1 전극과 비접촉하고, 상기 절연층은 상기 제2 전극과 비접촉하는 표시 장치.
  17. 제16 항에 있어서,
    상기 표시 패널은 표시 기판 및 상기 표시 기판 상에 배치된 개구 어레이층을 포함하고,
    상기 개구 어레이층은 차광층, 및 상기 차광층을 관통하는 개구부를 포함하는 표시 장치.
  18. 제17 항에 있어서,
    상기 개구 어레이층은,
    상기 표시 기판 상에 배치된 제1 개구 어레이층; 및
    상기 제1 개구 어레이층 상에 배치된 제2 개구 어레이층을 포함하고,
    상기 제1 개구 어레이층은 제1 차광층, 및 상기 제1 차광층을 관통하는 제1 개구부를 포함하고,
    상기 제2 개구 어레이층은 제2 차광층, 및 상기 제2 차광층을 관통하는 제2 개구부를 포함하고,
    상기 제1 개구부는 상기 제2 개구부와 중첩하는 표시 장치.
  19. 제16 항에 있어서,
    상기 표시 패널과 상기 광 센서 사이에 배치된 콜리메이터를 더 포함하되,
    상기 콜리메이터는 차광부 및 차광부를 관통하는 투광부를 포함하는 표시 장치.
  20. 제19 항에 있어서,
    상기 차광부와 상기 투광부는 유기 물질로 이루어진 표시 장치.
KR1020190159180A 2019-12-03 2019-12-03 광 센서 및 광 센서를 포함하는 표시 장치 KR20210069778A (ko)

Priority Applications (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020190159180A KR20210069778A (ko) 2019-12-03 2019-12-03 광 센서 및 광 센서를 포함하는 표시 장치
US16/991,853 US11894470B2 (en) 2019-12-03 2020-08-12 Optical sensor and display device including the optical sensor
CN202010999367.4A CN112909030A (zh) 2019-12-03 2020-09-22 光学传感器和包括光学传感器的显示设备
US18/503,148 US20240072182A1 (en) 2019-12-03 2023-11-06 Optical sensor and display device including the optical sensor

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020190159180A KR20210069778A (ko) 2019-12-03 2019-12-03 광 센서 및 광 센서를 포함하는 표시 장치

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20210069778A true KR20210069778A (ko) 2021-06-14

Family

ID=76091209

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020190159180A KR20210069778A (ko) 2019-12-03 2019-12-03 광 센서 및 광 센서를 포함하는 표시 장치

Country Status (3)

Country Link
US (2) US11894470B2 (ko)
KR (1) KR20210069778A (ko)
CN (1) CN112909030A (ko)

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP7292095B2 (ja) * 2019-05-08 2023-06-16 株式会社ジャパンディスプレイ 検出装置及び検出装置の製造方法
US20240185631A1 (en) * 2021-06-22 2024-06-06 Beijing Boe Sensor Technology Co., Ltd. Texture recognition device and display apparatus
US20240185792A1 (en) * 2021-09-29 2024-06-06 Boe Technology Group Co., Ltd. Display panel, display device, and method for manufacturing display panel

Family Cites Families (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5330779B2 (ja) * 2008-09-10 2013-10-30 三菱電機株式会社 光電変換装置、及びその製造方法
JP5293197B2 (ja) * 2009-01-07 2013-09-18 セイコーエプソン株式会社 光電変換装置、電気光学装置、電子機器
KR101769587B1 (ko) 2011-12-08 2017-08-21 삼성디스플레이 주식회사 엑스레이 검출기 및 엑스레이 검출기 구동 방법
CN106951817A (zh) 2016-01-07 2017-07-14 上海箩箕技术有限公司 光学指纹传感器模组
CN109716526A (zh) * 2016-09-21 2019-05-03 夏普株式会社 摄像面板及其制造方法
CN107330426B (zh) 2017-08-28 2024-03-29 京东方科技集团股份有限公司 一种指纹识别装置、显示面板、指纹识别方法
KR102413058B1 (ko) 2017-10-16 2022-06-27 삼성디스플레이 주식회사 표시 장치
KR102520982B1 (ko) 2017-12-18 2023-04-11 엘지디스플레이 주식회사 디지털 엑스레이 검출기용 어레이 기판과 이를 포함하는 디지털 엑스레이 검출기 및 그 제조 방법
KR20200022077A (ko) * 2018-08-22 2020-03-03 (주)포인트엔지니어링 생체인식센서 및 이를 구비한 디스플레이 장치
CN110911428A (zh) * 2018-09-14 2020-03-24 夏普株式会社 有源矩阵基板、以及具备该有源矩阵基板的拍摄面板
KR20200043792A (ko) * 2018-10-18 2020-04-28 엘지디스플레이 주식회사 고해상도 디지털 엑스레이 검출기용 박막 트랜지스터 어레이 기판 및 이를 포함하는 고해상도 디지털 엑스레이 검출기
US11538840B2 (en) * 2019-08-15 2022-12-27 Vanguard International Semiconductor Corporation Color filters disposed in holes of a light collimator, manufacturing method of the same and biometric identification apparatus using the same
KR20210071569A (ko) * 2019-12-06 2021-06-16 엘지디스플레이 주식회사 디지털 엑스레이 검출기용 박막 트랜지스터 어레이 기판 및 이를 포함하는 디지털 엑스레이 검출기

Also Published As

Publication number Publication date
US20210167229A1 (en) 2021-06-03
CN112909030A (zh) 2021-06-04
US11894470B2 (en) 2024-02-06
US20240072182A1 (en) 2024-02-29

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US10990789B2 (en) Display apparatus including light-receiving pixel area
US20240072182A1 (en) Optical sensor and display device including the optical sensor
US11744135B2 (en) Display device including an optical pattern layer
US20230047362A1 (en) Flexible display device
US10490593B2 (en) Active matrix image sensing device
US11770636B2 (en) Optical sensor, method of manufacturing the same, and display device including the same
US11600096B2 (en) Fingerprint sensor and display device including the same
CN113097251A (zh) 显示装置
EP3885800B1 (en) Display device
KR20200036684A (ko) 수광화소영역을 포함하는 표시장치
CN113711362B (zh) 包括薄膜晶体管和有机光电二极管的图像传感器阵列器件
KR20230048177A (ko) 표시 장치
US11726622B2 (en) Display device for detecting incident light
US20230109356A1 (en) Display device and method of manufacturing the same
US20230083612A1 (en) Display device
US20230079920A1 (en) Collimator, manufacturing method thereof, and display device including collimator
US20240138229A1 (en) Display device
KR20230146150A (ko) 표시 장치
KR20230143228A (ko) 표시 장치
KR20240055919A (ko) 표시 장치
KR20230142061A (ko) 표시 장치
KR20230151587A (ko) 표시 장치

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal