KR20210138184A - 지문 센서, 및 그를 포함한 표시 장치 - Google Patents

지문 센서, 및 그를 포함한 표시 장치 Download PDF

Info

Publication number
KR20210138184A
KR20210138184A KR1020200055686A KR20200055686A KR20210138184A KR 20210138184 A KR20210138184 A KR 20210138184A KR 1020200055686 A KR1020200055686 A KR 1020200055686A KR 20200055686 A KR20200055686 A KR 20200055686A KR 20210138184 A KR20210138184 A KR 20210138184A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
light
layer
light guide
light blocking
sensing
Prior art date
Application number
KR1020200055686A
Other languages
English (en)
Inventor
박영옥
유준우
김병훈
박준형
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 KR1020200055686A priority Critical patent/KR20210138184A/ko
Priority to US17/152,979 priority patent/US11887402B2/en
Priority to CN202110499020.8A priority patent/CN113642377A/zh
Publication of KR20210138184A publication Critical patent/KR20210138184A/ko

Links

Images

Classifications

    • G06K9/0004—
    • 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
    • G06V40/1306—Sensors therefor non-optical, e.g. ultrasonic or capacitive sensing
    • 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
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B5/00—Optical elements other than lenses
    • G02B5/20—Filters
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/0001—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings specially adapted for lighting devices or systems
    • G02B6/0011—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings specially adapted for lighting devices or systems the light guides being planar or of plate-like form
    • G02B6/0013—Means for improving the coupling-in of light from the light source into the light guide
    • 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

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Human Computer Interaction (AREA)
  • Multimedia (AREA)
  • Theoretical Computer Science (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Image Input (AREA)
  • Devices For Indicating Variable Information By Combining Individual Elements (AREA)

Abstract

본 발명은 박형의 지문 센서와 그를 포함한 표시 장치에 관한 것이다. 일 실시예에 지문 센서는 입사되는 광에 따라 감지 전류가 흐르는 광 감지 소자를 포함하는 광 감지층, 및 상기 광 감지층 상에 배치되며, 상기 광 감지 소자로 광을 가이드하는 광 가이드부를 포함하는 콜리메이터층을 구비한다. 상기 광 가이드부는 상기 광 감지 소자로 광을 제공하는 광 투과부, 및 상기 광 투과부의 내측면을 둘러싸는 제1 차광부를 포함한다.

Description

지문 센서, 및 그를 포함한 표시 장치{FINGERPRINT SENSOR AND DISPLAY DEVICE INCLUDING THE SAME}
본 발명은 지문 센서, 및 그를 포함한 표시 장치에 관한 것이다.
표시 장치는 스마트폰(smart phone), 태블릿(tablet), 노트북 컴퓨터(notebook computer), 모니터(monitor), TV 등 다양한 전자 장치에 적용되고 있다. 최근에는 이동통신 기술의 발달로 인해 스마트폰, 태블릿, 노트북 컴퓨터과 같은 휴대용 전자 장치의 사용이 크게 늘어났다. 휴대용 전자 장치에는 연락처, 통화 내역, 메시지, 사진, 메모, 사용자의 웹 서핑 정보, 위치 정보, 금융 정보와 같은 개인 정보(privacy information)가 저장되어 있다. 그러므로, 휴대용 전자 장치의 개인 정보를 보호하기 위해 사용자의 생체 정보인 지문을 인증하는 지문 인증이 사용되고 있다. 이 경우, 표시 장치는 지문 인증을 위한 지문 센서를 포함할 수 있다.
지문 센서는 광학 방식, 초음파 방식, 정전 용량 방식 등으로 구현될 수 있다. 광학 방식의 지문 센서는 광을 감지하는 광 감지부와 광 감지부에 광을 제공하는 개구부와 광을 차광하는 차광부를 갖는 콜리메이터(collimator)를 포함할 수 있다. 이 경우, 콜리메이터의 높이로 인해 지문 센서의 두께가 두꺼울 수 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 박형의 지문 센서와 그를 포함한 표시 장치를 제공하고자 하는 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 지문 센서는 입사되는 광에 따라 감지 전류가 흐르는 광 감지 소자를 포함하는 광 감지층, 및 상기 광 감지층 상에 배치되며, 상기 광 감지 소자로 광을 가이드하는 광 가이드부를 포함하는 콜리메이터층을 구비한다. 상기 광 가이드부는 상기 광 감지 소자로 광을 제공하는 광 투과부, 및 상기 광 투과부의 내측면을 둘러싸는 제1 차광부를 포함한다.
상기 과제를 해결하기 위한 일 실시예에 따른 표시 장치는 화상을 표시하는 표시 패널, 및 상기 표시 패널의 일면 상에 배치되며, 상기 표시 패널을 통과한 광을 감지하는 지문 센서를 구비한다. 상기 지문 센서는 광에 따라 감지 전류가 흐르는 광 감지 소자를 포함하는 광 감지층, 및 상기 광 감지층 상에 배치되며, 상기 광 감지 소자로 광을 가이드하는 광 가이드부를 포함하는 콜리메이터층을 구비한다. 상기 광 가이드부는 상기 광 감지 소자로 광을 제공하는 광 투과부, 및 상기 광 투과부의 내측면을 둘러싸는 제1 차광부를 포함한다.
기타 실시예의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.
실시예들에 따른 지문 센서, 그의 제조 방법, 및 그를 포함한 표시 장치에 의하면, 광 투과부에 입사되는 광이 프라운호퍼 회절(Fraunhofer diffraction)에 의해 센서 화소에 입사되도록 설계하는 경우, 광 가이드부의 높이를 100㎛ 이하로 설계할 수 있으므로, 박형의 콜리메이터층을 형성할 수 있다. 따라서, 박형의 지문 센서를 제공할 수 있다.
또한, 실시예들에 따른 지문 센서, 그의 제조 방법, 및 그를 포함한 표시 장치에 의하면, 노이즈 광은 광 투과부에 입사되는 광의 입사 각도가 클수록 제2 차광부에 입사되는 광의 입사 각도가 커지므로, 광 투과부의 외측면에서 전반사되지 않고, 제1 차광부 또는 제2 차광부에 의해 흡수될 수 있다. 그러므로, 광 투과부를 통해 광 감지 소자에 입사되는 노이즈 광을 최소화할 수 있다.
또한, 실시예들에 따른 지문 센서, 그의 제조 방법, 및 그를 포함한 표시 장치에 의하면, 콜리메이터층의 광 투과부, 제1 차광부, 및 제2 차광부는 전반사를 이용하므로, 별도의 금속 물질을 포함하는 금속층이 존재하지 않는다. 그러므로, 금속층의 광 반사에 의해 발생되는 노이즈 광을 줄일 수 있다.
또한, 실시예들에 따른 지문 센서, 그의 제조 방법, 및 그를 포함한 표시 장치에 의하면, 광 투과부의 상면의 폭이 넓어지는 경우, 광 투과부에 입사되는 광량은 증가할 수 있다. 그러므로, 콜리메이터층의 차광부의 면적을 줄이지 않고, 지문 인식 정확도가 낮아지는 것을 최소화하면서 광 감지 소자에 입사되는 광량을 높일 수 있다.
나아가, 실시예들에 따른 지문 센서, 그의 제조 방법, 및 그를 포함한 표시 장치에 의하면, 광 가이드부가 하면을 포함하는 경우, 센서 화소에 접하는 광 가이드부의 면적이 넓어지므로, 센서 화소에 입사되는 광량이 증가할 수 있다. 그러므로, 콜리메이터층의 차광부의 면적을 줄이지 않고, 지문 인식 정확도가 낮아지는 것을 최소화하면서 광 감지 소자에 입사되는 광량을 높일 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 보여주는 사시도이다.
도 2는 도 1의 지문 센서를 보여주는 사시도이다.
도 3은 도 2의 광 감지층의 센서 화소들과 콜리메이터층의 광 가이드부들을 보여주는 일 예시 도면이다.
도 4는 도 3의 센서 화소와 광 가이드부의 일 예를 상세히 보여주는 확대도이다.
도 5는 도 1의 Ⅰ-Ⅰ’를 따라 절단한 표시 패널과 지문 센서의 일 예를 보여주는 단면도이다.
도 6은 도 4의 A 영역의 표시 패널의 일 예를 상세히 보여주는 확대 단면도이다.
도 7은 도 4의 A 영역의 지문 센서의 일 예를 상세히 보여주는 확대 단면도이다.
도 8은 도 3의 센서 화소와 광 가이드부의 또 다른 예를 상세히 보여주는 확대도이다.
도 9는 도 4의 A 영역의 지문 센서의 또 다른 예를 상세히 보여주는 확대 단면도이다.
도 10은 도 3의 센서 화소와 광 가이드부의 또 다른 예를 상세히 보여주는 확대도이다.
도 11은 도 3의 센서 화소와 광 가이드부의 또 다른 예를 상세히 보여주는 확대도이다.
도 12는 도 3의 센서 화소와 광 가이드부의 또 다른 예를 상세히 보여주는 확대도이다.
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 보여주는 사시도이다.
도 1을 참조하면, 표시 장치(10)는 동영상이나 정지영상을 표시하는 장치로서, 모바일 폰(mobile phone), 스마트 폰(smart phone), 태블릿 PC(tablet personal computer), 및 스마트 워치(smart watch), 워치 폰(watch phone), 이동 통신 단말기, 전자 수첩, 전자 책, PMP(portable multimedia player), 네비게이션, UMPC(Ultra Mobile PC) 등과 같은 휴대용 전자 기기뿐만 아니라, 텔레비전, 노트북, 모니터, 광고판, 사물 인터넷(internet of things, IOT) 등의 다양한 제품의 표시 화면으로 사용될 수 있다.
표시 장치(10)는 유기 발광 다이오드를 이용하는 유기 발광 표시 장치, 양자점 발광층을 포함하는 양자점 발광 표시 장치, 무기 반도체를 포함하는 무기 발광 표시 장치, 및 초소형 발광 다이오드(micro light emitting diode(LED))를 이용하는 초소형 발광 표시 장치와 같은 발광 표시 장치일 수 있다. 이하에서는, 표시 장치(10)가 유기 발광 표시 장치인 것을 중심으로 설명하였으나, 본 발명은 이에 제한되지 않는다.
표시 장치(10)는 표시 패널(100), 표시 구동 회로(200), 회로 보드(300), 및 지문 센서(400)를 포함한다.
표시 패널(100)은 제1 방향(X축 방향)의 단변과 제1 방향(X축 방향)과 교차하는 제2 방향(Y축 방향)의 장변을 갖는 직사각형 형태의 평면으로 형성될 수 있다. 제1 방향(X축 방향)의 단변과 제2 방향(Y축 방향)의 장변이 만나는 코너(corner)는 소정의 곡률을 갖도록 둥글게 형성되거나 직각으로 형성될 수 있다. 표시 패널(100)의 평면 형태는 사각형에 한정되지 않고, 다른 다각형, 원형 또는 타원형으로 형성될 수 있다. 표시 패널(100)은 평탄하게 형성될 수 있으나, 이에 한정되지 않는다. 예를 들어, 표시 패널(100)은 좌우측 끝단에 형성되며, 일정한 곡률을 갖거나 변화하는 곡률을 갖는 곡면부를 포함할 수 있다. 이외에, 표시 패널(100)은 구부러지거나, 휘어지거나, 벤딩되거나, 접히거나, 말릴 수 있도록 유연하게 형성될 수 있다.
표시 패널(100)은 메인 영역(MA)과 서브 영역(SBA)을 포함할 수 있다.
메인 영역(MA)은 영상을 표시하는 표시 영역(DA)과 표시 영역(DA)의 주변 영역인 비표시 영역(NDA)을 포함할 수 있다. 표시 영역(DA)은 화상을 표시하는 표시 화소들을 포함할 수 있다. 비표시 영역(NDA)은 표시 영역(DA)의 바깥쪽에서부터 표시 패널(100)의 가장자리까지의 영역으로 정의될 수 있다.
표시 영역(DA)은 지문 감지 영역(FSA)을 포함할 수 있다. 지문 감지 영역(FSA)은 지문 센서(400)가 배치되는 영역을 가리킨다. 지문 감지 영역(FSA)은 도 1과 같이 표시 영역(DA)의 일부 영역일 수 있으나, 이에 한정되지 않는다. 지문 감지 영역(FSA)은 표시 영역(DA)의 전체 영역으로, 표시 영역(DA)과 실질적으로 동일할 수 있다.
서브 영역(SBA)은 메인 영역(MA)의 일 측으로부터 제2 방향(Y축 방향)으로 돌출될 수 있다. 서브 영역(SBA)의 제1 방향(X축 방향)의 길이는 메인 영역(MA)의 제1 방향(X축 방향)의 길이보다 작으며, 서브 영역(SBA)의 제2 방향(Y축 방향)의 길이는 메인 영역(MA)의 제2 방향(Y축 방향)의 길이보다 작을 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.
도 1에서는 서브 영역(SBA)이 펼쳐진 것을 예시하였으나, 서브 영역(SBA)은 구부러질 수 있으며, 이 경우 표시 패널(100)의 하면 상에 배치될 수 있다. 서브 영역(SBA)이 구부러지는 경우, 기판(SUB)의 두께 방향(Z축 방향)에서 메인 영역(MA)과 중첩할 수 있다. 서브 영역(SBA)에는 표시 구동 회로(200)가 배치될 수 있다.
표시 구동 회로(200)는 표시 패널(100)을 구동하기 위한 신호들과 전압들을 생성할 수 있다. 표시 구동 회로(200)는 집적회로(integrated circuit, IC)로 형성되어 COG(chip on glass) 방식, COP(chip on plastic) 방식, 또는 초음파 접합 방식으로 표시 패널(100) 상에 부착될 수 있으나, 이에 한정되지 않는다. 예를 들어, 표시 구동 회로(200)는 COF(chip on film) 방식으로 회로 보드(300) 상에 부착될 수 있다.
회로 보드(300)는 이방성 도전 필름(anisotropic conductive film)을 이용하여 표시 패널(100)의 서브 영역(SBA)의 일 단에 부착될 수 있다. 이로 인해, 회로 보드(300)는 표시 패널(100) 및 표시 구동 회로(200)와 전기적으로 연결될 수 있다. 표시 패널(100)과 표시 구동 회로(200)는 회로 보드(300)를 통해 디지털 비디오 데이터와, 타이밍 신호들, 및 구동 전압들을 입력 받을 수 있다. 회로 보드(300)는 연성 인쇄 회로 보드(flexible printed circuit board), 인쇄 회로 보드(printed circuit board) 또는 칩온 필름(chip on film)과 같은 연성 필름(flexible film)일 수 있다.
지문 센서(400)는 표시 패널(100)의 하면 상에 배치될 수 있다. 지문 센서(400)는 투명 접착 부재를 이용하여 표시 패널(100)의 하면에 부착될 수 있다. 예를 들어, 투명 접착 부재는 OCA(optically clear adhesive) 필름과 같은 투명 접착 필름 또는 OCR(optically clear resin)과 같은 투명 접착 레진일 수 있다.
도 2는 도 1의 지문 센서를 보여주는 사시도이다.
도 2를 참조하면, 지문 센서(400)는 지문 감지층(410)과 콜리메이터층(420)을 포함할 수 있다.
지문 감지층(410)은 제1 방향(X축 방향)과 제2 방향(Y축 방향)으로 배열되는 센서 화소들을 포함할 수 있다. 센서 화소들 각각은 입사되는 광에 따라 감지 전류가 흐르는 광 감지 소자, 광 감지 소자에 연결되는 적어도 하나의 트랜지스터, 및 광 감지 소자 또는 트랜지스터에 연결되는 적어도 하나의 커패시터를 포함할 수 있다. 광 감지 소자는 포토 다이오드(photo diode) 또는 포토 트랜지스터(photo transistor)일 수 있다.
콜리메이터층(420)은 지문 감지층(410) 상에 배치된다. 콜리메이터층(420)은 제1 방향 (X축 방향)과 제2 방향(Y축 방향)으로 배열되는 광 가이드부(LG)들과 광 가이드부(LG)들 사이에 배치되는 제2 차광부(LS2)를 포함한다. 광 가이드부(LG)들 각각은 광 투과부(LT)와 제1 차광부(LS1)를 포함한다. 광 투과부(LT)는 광을 투과시키는 영역이고, 제1 차광부(LS1)와 제2 차광부(LS2)는 광을 차단하는 영역일 수 있다. 광 투과부(LT)는 도 2와 같이 환형의 평면 형태를 가지며, 제1 차광부(LS1)는 원형의 평면 형태를 가질 수 있으나, 이에 한정되지 않는다. 예를 들어, 제1 차광부(LS1)는 타원형 또는 다각형의 평면 형태를 가질 수 있다.
콜리메이터층(420)에 의해 덮이지 않는 지문 감지층(410) 상에는 지문 회로 보드(500)가 배치될 수 있다. 지문 회로 보드(500)는 이방성 도전 필름을 이용하여 콜리메이터층(420)에 의해 덮이지 않는 지문 감지층(410)의 상면 상에 부착될 수 있다. 이로 인해, 지문 회로 보드(500)는 지문 감지층(410)의 센서 화소들에 전기적으로 연결될 수 있다. 그러므로, 지문 감지층(410)의 센서 화소들 각각은 지문 회로 보드(500)를 통해 광 감지 소자의 감지 전류에 따른 감지 전압을 출력할 수 있다. 지문 회로 보드(500)에 전기적으로 연결되는 지문 구동 회로(510)는 센서 화소들의 감지 전압들에 따라 손가락의 지문 패턴을 인식할 수 있다.
지문 구동 회로(510)는 도 2와 같이 지문 회로 보드(500) 상에 배치될 수 있으나, 이에 한정되지 않는다. 지문 구동 회로(510)는 지문 회로 보드(500)와 전기적으로 연결되는 별도의 회로 보드 상에 배치될 수 있다. 지문 회로 보드(500)는 연성 인쇄 회로 보드, 인쇄 회로 보드 또는 칩온 필름과 같은 연성 필름일 수 있다.
도 3은 도 2의 광 감지층의 센서 화소들과 콜리메이터층의 광 가이드부들을 보여주는 일 예시 도면이다. 도 4는 도 3의 센서 화소와 광 가이드부의 일 예를 상세히 보여주는 확대도이다.
도 3 및 도 4를 참조하면, 센서 화소(SP)들은 광 가이드부(LG)들에 일대일로 대응될 수 있다. 센서 화소(SP)들은 제3 방향(Z축 방향)에서 광 가이드부(LG)들과 각각 중첩할 수 있다. 센서 화소(SP) 상에는 광 가이드부(LG)가 배치될 수 있다.
광 가이드부(LG)들 각각은 원뿔 형태를 가질 수 있다. 광 가이드부(LG)의 상면(LGU)은 원뿔의 밑면에 해당하고, 광 가이드부(LG)의 하부의 꼭짓점(LGV)은 원뿔의 꼭짓점에 해당할 수 있다. 광 가이드부(LG)의 상면(LGU)은 광 투과부(LT)의 상면과 제1 차광부(LS1)의 상면을 포함할 수 있다. 광 가이드부(LG)의 상면(LGU)은 원형의 평면 형태를 가질 수 있으나, 이에 한정되지 않는다. 예를 들어, 광 가이드부(LG)가 타원뿔 형태를 갖는 경우, 광 가이드부(LG)의 상면(LGU)은 타원형의 평면 형태를 가질 수 있다. 또는, 광 가이드부(LG)가 다각뿔 형태를 갖는 경우, 광 가이드부(LG)의 상면(LGU)은 다각형의 평면 형태를 가질 수 있다.
광 가이드부(LG)들 각각은 광 투과부(LT)와 제1 차광부(LS1)를 포함할 수 있다. 광 투과부(LT)는 광을 투과시킬 수 있는 물질로 이루어지고, 제1 차광부(LS1)는 광을 차단할 수 있는 물질로 이루어질 수 있다. 광 투과부(LT)는 광을 투과시킬 수 있는 투명한 유기막 또는 무기막으로 이루어질 수 있다. 제1 차광부(LS1)는 광을 차단할 수 있는 유기막으로 이루어질 수 있다.
제1 차광부(LS1)는 또 다른 원뿔 형태를 가질 수 있다. 제1 차광부(LS1)의 상면(LSU1)은 또 다른 원뿔의 밑면에 해당하고, 제1 차광부(LS1)의 하부의 꼭짓점(LSV1)은 또 다른 원뿔의 꼭짓점에 해당할 수 있다. 제1 차광부(LS1)의 상면(LSU1)은 원형의 평면 형태를 가질 수 있으나, 이에 한정되지 않는다. 예를 들어, 제1 차광부(LS1)가 타원뿔 형태를 갖는 경우, 제1 차광부(LS1)의 상면(LSU1)은 타원형의 평면 형태를 가질 수 있다. 또는, 제1 차광부(LS1)가 다각뿔 형태를 갖는 경우, 제1 차광부(LS1)의 상면(LSU1)은 타원형의 다각뿔 형태를 가질 수 있다.
제1 차광부(LS1)의 상면(LSU1)의 면적이 광 가이드부(LG)의 상면(LGU)의 면적보다 작을 수 있다. 제1 차광부(LS1)의 상면(LSU1)의 지름은 광 가이드부(LG)의 상면(LGU)의 지름보다 작을 수 있다. 제1 차광부(LS1)의 높이(LSH1)는 광 가이드부(LG)의 높이(LGH)보다 작을 수 있다. 그러므로, 제1 차광부(LS1)의 크기(예를 들어, 겉넓이 또는 부피)는 광 가이드부(LG)의 크기보다 작을 수 있다.
제1 차광부(LS1)는 제1 방향(X축 방향) 또는 제2 방향(Y축 방향)으로 절단하였을 때 원형의 단면 형태를 가질 수 있다. 제1 차광부(LS1)가 원뿔 형태를 가지므로, 제3 방향(Z축 방향)에서 제1 차광부(LS1)의 단면적은 상이할 수 있다. 예를 들어, 제1 차광부(LS1)의 단면적은 센서 화소(SP)에 가까워질수록 작아질 수 있다.
광 투과부(LT)는 광 가이드부(LG)에서 제1 차광부(LS1)를 제외한 나머지 영역일 수 있다. 광 투과부(LT)의 상면(LTU)은 환형의 평면 형태를 가질 수 있다. 광 투과부(LT)는 제1 방향(X축 방향) 또는 제2 방향(Y축 방향)으로 절단하였을 때 환형의 단면 형태를 가질 수 있다.
광 투과부(LT)의 내측면(LTI)은 제1 차광부(LS1)에 접하고, 외측면(LTO)은 제2 차광부(LS2)에 접할 수 있다. 광 투과부(LT)의 내측면(LTI)은 제1 차광부(LS1)에 의해 둘러싸일 수 있다. 광 투과부(LT)의 외측면(LTO)은 제2 차광부(LS2)에 의해 둘러싸일 수 있다. 광 투과부(LT)의 내측면(LTI)은 광 투과부(LT)와 제1 차광부(LS1)의 경계면이고, 광 투과부(LT)의 외측면(LTO)은 제2 차광부(LS2)의 경계면일 수 있다.
광 투과부(LT)의 굴절률은 제1 차광부(LS1)의 굴절률보다 클 수 있다. 광 투과부(LT)의 굴절률은 제2 차광부(LS2)의 굴절률보다 클 수 있다. 이 경우, 광 투과부(LT)의 광이 제1 차광부(LS1)에 입사될 때 입사각이 임계각보다 큰 경우, 제1 차광부(LS1)에 입사하지 못하고 광 투과부(LT)의 내측면(LTI)에서 전반사될 수 있다. 또한, 광 투과부(LT)의 광이 제2 차광부(LS2)에 입사될 때 입사각이 임계각보다 큰 경우, 제2 차광부(LS2)에 입사하지 못하고 광 투과부(LT)의 외측면(LTO)에서 전반사될 수 있다. 이로 인해, 광 투과부(LT)에 입사한 광 중에서 일부는 광 투과부(LT)의 외측면(LTO)과 내측면(LTI)에서 전반사를 반복할 수 있으며, 이로 인해 센서 화소(SP)에 도달할 수 있다.
광 투과부(LT)에 입사되는 광의 입사 각도는 광 투과부(LT)에 입사되는 광이 광 투과부(LT)의 상면에서 수직하게 그은 법선으로부터 기울어진 각도를 가리킨다. 광 투과부(LT)의 외측면(LTO)은 센서 화소(SP)의 상면으로부터 제1 각도(θ1)로 기울어지고, 광 투과부(LT)의 내측면(LTI)은 센서 화소(SP)로부터 제2 각도(θ2)로 기울어질 수 있다. 센서 화소(SP)의 상면은 도 7과 같이 광 감지층(410)의 평탄화막(PLA)의 상면일 수 있다. 제1 각도(θ1)와 제2 각도(θ2)는 실질적으로 동일할 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.
한편, 노이즈 광은 이웃하는 센서 화소(SP)에 입사되지 못한 주변 광이며, 광 투과부(LT)에 입사되는 광의 입사 각도가 소정의 각도 이상인 광으로 정의될 수 있다. 광 투과부(LT)에 입사되는 광의 입사 각도가 클수록 제1 차광부(LS1) 또는 제2 차광부(LS2)에 입사되는 광의 입사 각도가 커질 수 있다. 이로 인해, 광 투과부(LT)의 외측면(LTO)에서 전반사되지 않고, 제1 차광부(LS1) 또는 제2 차광부(LS2)에 흡수될 수 있다. 즉, 노이즈 광은 제2 차광부(LS2)에 의해 흡수되므로, 광 투과부(LT)를 통해 광 감지 소자(PD)에 입사되는 노이즈 광을 최소화할 수 있다.
한편, 광 투과부(LT)의 상면(LTU)의 폭(b)은 표시 패널(100)에서 출력되는 적색 광, 녹색 광, 및 청색 광을 통과시킬 수 있도록 0.8㎛ 이상이고, 2.0㎛ 이하일 수 있다. 바람직하게는, 광 투과부(LT)의 상면(LTU)의 폭(b)은 0.8㎛ 이상이고, 1.0㎛ 이하일 수 있다.
광 투과부(LT)에 입사되는 광은 수학식 1을 만족하는 경우, 프라운호퍼 회절(Fraunhofer diffraction)에 의해 센서 화소(SP)에 입사될 수 있다. 수학식 1에서, a는 광 가이드부(LG)의 지름으로서 광이 확산되는 최댓값, z는 광 가이드부(LG)의 높이(LGH), λ는 광 투과부(LT)에 입사되는 광의 파장을 가리킨다.
Figure pat00001
수학식 1에 따르면, 광 가이드부(LG)의 높이(LGH)에 따라 광 가이드부(LG)의 지름(a)이 정해질 수 있다. 광 가이드부(LG)의 높이(LGH)가 100㎛ 이하인 경우, 광 가이드부(LG)의 지름(a)은 대략 9㎛ 이하일 수 있으므로, 콜리메이터층(420)을 매우 얇게 형성할 수 있다.
도 3 및 도 4와 같이, 광 투과부(LT)에 입사되는 광이 프라운호퍼 회절(Fraunhofer diffraction)에 의해 센서 화소(SP)에 입사되도록 설계하는 경우, 광 가이드부(LG)의 높이를 100㎛ 이하로 설계할 수 있으므로, 박형의 콜리메이터층(420)을 형성할 수 있다.
또한, 노이즈 광은 광 투과부(LT)에 입사되는 광의 입사 각도가 클수록 제2 차광부(LS2)에 입사되는 광의 입사 각도가 커지므로, 광 투과부(LT)의 외측면에서 전반사되지 않고, 제1 차광부(LS1) 또는 제2 차광부(LS2)에 의해 흡수될 수 있다. 그러므로, 광 투과부(LT)를 통해 광 감지 소자(PD)에 입사되는 노이즈 광을 최소화할 수 있다.
나아가, 콜리메이터층(420)의 광 투과부(LT), 제1 차광부(LS1), 및 제2 차광부(LS2)는 전반사를 이용하므로, 별도의 금속 물질을 포함하는 금속층이 존재하지 않는다. 그러므로, 금속층의 광 반사에 의해 발생되는 노이즈 광을 줄일 수 있다.
도 5는 도 1의 Ⅰ-Ⅰ’를 따라 절단한 표시 패널과 지문 센서의 일 예를 보여주는 단면도이다. 도 5에는 사용자가 지문 인식을 위해 표시 장치(10) 상에 손가락(F)을 접촉한 것을 예시하였다.
도 5를 참조하면, 표시 장치(10)는 표시 패널(100)의 상면 상에 배치되는 커버 윈도우(CW)를 더 포함한다. 커버 윈도우(CW)는 표시 패널(100)의 상면을 커버하도록 표시 패널(100)의 상부에 배치될 수 있다. 커버 윈도우(CW)는 표시 패널(100)의 상면을 보호하는 역할을 할 수 있다. 커버 윈도우(CW)는 투명 접착 부재를 이용하여 표시 패널(100)의 상면에 부착될 수 있다.
커버 윈도우(CW)는 투명한 물질로 이루어지며, 유리나 플라스틱일 수 있다. 예를 들어, 커버 윈도우(CW)가 유리인 경우, 두께가 0.1㎜ 이하의 초박막 유리(Ultra Thin Glass; UTG)일 수 있다. 커버 윈도우(CW)가 플라스틱인 경우, 투명한 폴리이미드(polyimide) 필름을 포함할 수 있다.
표시 패널(100)의 하면 상에는 지문 센서(400)가 배치될 수 있다. 지문 센서(400)는 투명 접착 부재를 이용하여 표시 패널(100)의 하면에 부착될 수 있다.
지문 센서(400)는 센서 화소(SP)들을 포함하는 지문 감지층(410)과 광 가이드부(LG)들과 제2 차광부(LS2)를 포함하는 콜리메이터층(420)을 포함할 수 있다. 센서 화소(SP)들은 광 가이드부(LG)들에 일대일로 대응될 수 있다. 센서 화소(SP)들은 제3 방향(Z축 방향)에서 광 가이드부(LG)들과 각각 중첩할 수 있다. 센서 화소(SP) 상에는 광 가이드부(LG)가 배치될 수 있다.
광 가이드부(LG)의 광 투과부(LT)는 손가락(F)의 지문의 마루(ridge, RID)와 골(valley, VAL)에서 반사된 광이 입사되는 통로일 수 있다. 구체적으로, 사용자의 손가락(F)이 커버 윈도우(CW) 상에 접촉되는 경우, 표시 패널(100)에서 출력된 광은 손가락(F)의 지문의 마루와 골에서 반사될 수 있다. 손가락(F)에서 반사된 광은 표시 패널(100) 광 가이드부(LG)의 광 투과부(LT)를 통해 지문 감지층(410)의 센서 화소(SP)에 입사될 수 있다.
콜리메이터층(420)의 개구부(OA)들을 통해 센서 화소(SP)에 입사되는 광의 범위(LR)는 손가락(F)의 지문의 마루(RID)와 골(VAL) 사이의 거리(FP)보다 짧을 수 있다. 손가락(F)의 지문의 마루(RID)와 골(VAL) 사이의 거리(FP)는 대략 500㎛일 수 있다. 이로 인해, 손가락(F)의 지문의 마루에서 반사된 광인지 또는 손가락(F)의 지문의 골에서 반사된 광에 따라 센서 화소(SP)들 각각의 광 감지 소자에 흐르는 감지 전류는 상이할 수 있다. 그러므로, 손가락(F)의 지문의 마루에서 반사된 광인지 또는 손가락(F)의 지문의 골에서 반사된 광에 따라 센서 화소(SP)들로부터 출력되는 감지 전압들은 상이할 수 있다. 따라서, 지문 구동 회로(510)는 센서 화소(SP)들의 감지 전압들에 따라 손가락(F)의 지문 패턴을 인식할 수 있다.
도 6은 도 5의 A 영역의 표시 패널의 일 예를 상세히 보여주는 확대 단면도이다.
도 6을 참조하면, 표시 패널(100)은 화상을 표시하는 표시 화소(DP)들을 포함할 수 있다. 표시 화소(DP)들 각각은 제1 박막 트랜지스터(ST1)와 발광 소자(170)를 포함할 수 있다.
제1 기판(SUB1) 상에는 제1 버퍼막(BF1)이 배치되고, 제1 버퍼막(BF1) 상에는 제2 기판(SUB2)이 배치되며, 제2 기판(SUB2) 상에는 제2 버퍼막(BF2)이 배치될 수 있다.
제1 기판(SUB1)과 제2 기판(SUB2) 각각은 고분자 수지 등의 절연 물질로 이루어질 수 있다. 예를 들어, 제1 기판(SUB1)과 제2 기판(SUB2)은 폴리이미드(polyimide)를 포함할 수 있다. 제1 기판(SUB1)과 제2 기판(SUB2) 각각은 벤딩(bending), 폴딩(folding), 롤링(rolling) 등이 가능한 플렉서블(flexible) 기판일 수 있다.
제1 버퍼막(BF1)과 제2 버퍼막(BF2) 각각은 투습에 취약한 제1 기판(SUB1)과 제2 기판(SUB2)을 통해 침투하는 수분으로부터 박막 트랜지스터층(TFTL)의 박막 트랜지스터와 발광 소자층(EML)의 발광층(172)을 보호하기 위한 막이다. 제1 버퍼막(BF1)과 제2 버퍼막(BF2) 각각은 교번하여 적층된 복수의 무기막들로 이루어질 수 있다. 예를 들어, 제1 버퍼막(BF1)과 제2 버퍼막(BF2) 각각은 실리콘 나이트라이드층, 실리콘 옥시 나이트라이드층, 실리콘 옥사이드층, 티타늄옥사이드층, 및 알루미늄옥사이드층 중 하나 이상의 무기막이 교번하여 적층된 다중막으로 형성될 수 있다.
제2 기판(SUB2) 상에는 차광층(BML)이 배치될 수 있다. 차광층(BML)은 제1 박막 트랜지스터(ST1)의 제1 액티브층(ACT1)에 광이 입사되는 경우 누설 전류가 발생하는 것을 방지하기 위해 제3 방향(Z축 방향)에서 제1 박막 트랜지스터(ST1)의 제1 액티브층(ACT1)과 중첩하여 배치될 수 있다. 차광층(BML)은 몰리브덴(Mo), 알루미늄(Al), 크롬(Cr), 금(Au), 티타늄(Ti), 니켈(Ni), 네오디뮴(Nd) 및 구리(Cu) 중 어느 하나 또는 이들의 합금으로 이루어진 단일층 또는 다중층으로 형성될 수 있다. 차광층(BML)은 생략될 수 있다.
제2 버퍼막(BF2) 상에는 제1 박막 트랜지스터(ST1)의 제1 액티브층(ACT1)이 배치될 수 있다. 제1 박막 트랜지스터(ST1)의 제1 액티브층(ACT1)은 다결정 실리콘, 단결정 실리콘, 저온 다결정 실리콘, 비정질 실리콘, 또는 산화물 반도체를 포함한다. 제1 게이트 절연막(GI1)에 의해 덮이지 않고 노출된 제1 박막 트랜지스터(ST1)의 제1 액티브층(ACT1)은 불순물 또는 이온이 도핑되므로, 도전성을 가질 수 있다. 그러므로, 제1 박막 트랜지스터(ST1)의 제1 액티브층(ACT1)의 제1 소스 전극(S1)과 제1 드레인 전극(D1)이 형성될 수 있다.
제1 박막 트랜지스터(ST1)의 제1 액티브층(ACT1) 상에는 제1 게이트 절연막(GI1)이 배치될 수 있다. 도 4에서는 제1 게이트 절연막(GI1)이 제1 박막 트랜지스터(ST1)의 제1 게이트 전극(G1)과 제1 액티브층(ACT1) 사이에 배치된 것을 예시하였으나, 이에 한정되지 않는다. 제1 게이트 절연막(GI1)은 제1 층간 절연막(141)과 제1 액티브층(ACT1) 사이와 제1 층간 절연막(141)과 제2 버퍼막(BF2) 사이에도 배치될 수 있다. 제1 게이트 절연막(GI1)은 무기막, 예를 들어 실리콘 나이트라이드층, 실리콘 옥시 나이트라이드층, 실리콘 옥사이드층, 티타늄옥사이드층, 또는 알루미늄옥사이드층으로 형성될 수 있다.
제1 게이트 절연막(GI1) 상에는 제1 박막 트랜지스터(ST1)의 제1 게이트 전극(G1)이 배치될 수 있다. 제1 박막 트랜지스터(ST1)의 제1 게이트 전극(G1)은 제3 방향(Z축 방향)에서 제1 액티브층(ACT1)과 중첩할 수 있다. 제1 박막 트랜지스터(ST1)의 제1 게이트 전극(G1)은 몰리브덴(Mo), 알루미늄(Al), 크롬(Cr), 금(Au), 티타늄(Ti), 니켈(Ni), 네오디뮴(Nd) 및 구리(Cu) 중 어느 하나 또는 이들의 합금으로 이루어진 단일층 또는 다중층으로 형성될 수 있다.
제1 박막 트랜지스터(ST1) 제1 게이트 전극(G1) 상에는 제1 층간 절연막(141)이 배치될 수 있다. 제1 층간 절연막(141)은 무기막, 예를 들어 실리콘 나이트라이드층, 실리콘 옥시 나이트라이드층, 실리콘 옥사이드층, 티타늄옥사이드층, 또는 알루미늄옥사이드층으로 형성될 수 있다. 제1 층간 절연막(141)은 복수의 무기막을 포함할 수 있다.
제1 층간 절연막(141) 상에는 제1 커패시터 전극(CAE1)이 배치될 수 있다. 제1 커패시터 전극(CAE1)은 제3 방향(Z축 방향)에서 제1 박막 트랜지스터(ST1)의 제1 게이트 전극(G1)과 중첩할 수 있다. 제1 층간 절연막(141)이 소정의 유전율을 가지므로, 제1 커패시터 전극(CAE1), 제1 게이트 전극(G1), 및 그들 사이에 배치된 제1 층간 절연막(141)에 의해 커패시터가 형성될 수 있다. 제1 커패시터 전극(CAE1)은 몰리브덴(Mo), 알루미늄(Al), 크롬(Cr), 금(Au), 티타늄(Ti), 니켈(Ni), 네오디뮴(Nd) 및 구리(Cu) 중 어느 하나 또는 이들의 합금으로 이루어진 단일층 또는 다중층으로 형성될 수 있다.
제1 커패시터 전극(CAE1) 상에는 제2 층간 절연막(142)이 배치될 수 있다. 제2 층간 절연막(142)은 무기막, 예를 들어 실리콘 나이트라이드층, 실리콘 옥시 나이트라이드층, 실리콘 옥사이드층, 티타늄옥사이드층, 또는 알루미늄옥사이드층으로 형성될 수 있다. 제2 층간 절연막(142)은 복수의 무기막을 포함할 수 있다.
제2 층간 절연막(142) 상에는 제1 애노드 연결 전극(ANDE1)이 배치될 수 있다. 제1 애노드 연결 전극(ANDE1)은 제1 층간 절연막(141), 및 제2 층간 절연막(142)을 관통하여 제1 박막 트랜지스터(ST1)의 제1 드레인 전극(D1)을 노출하는 제1 애노드 콘택홀(ANCT1)을 통해 제1 박막 트랜지스터(ST1)의 제1 드레인 전극(D)에 연결될 수 있다. 제1 애노드 연결 전극(ANDE1)은 몰리브덴(Mo), 알루미늄(Al), 크롬(Cr), 금(Au), 티타늄(Ti), 니켈(Ni), 네오디뮴(Nd) 및 구리(Cu) 중 어느 하나 또는 이들의 합금으로 이루어진 단일층 또는 다중층으로 형성될 수 있다.
제1 애노드 연결 전극(ANDE1) 상에는 평탄화를 위한 제1 유기막(160)이 배치될 수 있다. 제1 유기막(160)은 아크릴 수지(acryl resin), 에폭시 수지(epoxy resin), 페놀 수지(phenolic resin), 폴리아미드 수지(polyamide resin), 폴리이미드 수지(polyimide resin) 등의 유기막으로 형성될 수 있다.
제1 유기막(160) 상에는 제2 애노드 연결 전극(ANDE2)이 배치될 수 있다. 제2 애노드 연결 전극(ANDE2)은 제1 유기막(160)을 관통하여 제1 애노드 연결 전극(ANDE1)을 노출하는 제2 애노드 콘택홀(ANCT2)을 통해 제2 애노드 연결 전극(ANDE2)에 연결될 수 있다. 제2 애노드 연결 전극(ANDE2)은 몰리브덴(Mo), 알루미늄(Al), 크롬(Cr), 금(Au), 티타늄(Ti), 니켈(Ni), 네오디뮴(Nd) 및 구리(Cu) 중 어느 하나 또는 이들의 합금으로 이루어진 단일층 또는 다중층으로 형성될 수 있다.
제2 애노드 연결 전극(ANDE2) 상에는 제2 유기막(180)이 배치될 수 있다. 제2 유기막(180)은 아크릴 수지(acryl resin), 에폭시 수지(epoxy resin), 페놀 수지(phenolic resin), 폴리아미드 수지(polyamide resin), 폴리이미드 수지(polyimide resin) 등의 유기막으로 형성될 수 있다.
도 4에서는 제1 박막 트랜지스터(ST1)가 제1 게이트 전극(G1)이 제1 액티브층(ACT1)의 상부에 위치하는 상부 게이트(탑 게이트, top gate) 방식으로 형성된 것을 예시하였으나, 이에 한정되지 않음에 주의하여야 한다. 제1 박막 트랜지스터(ST1)는 제1 게이트 전극(G1)이 제1 액티브층(ACT1)의 하부에 위치하는 하부 게이트(보텀 게이트, bottom gate) 방식 또는 제1 게이트 전극(G1)이 제1 액티브층(ACT1)의 상부와 하부에 모두 위치하는 더블 게이트(double gate) 방식으로 형성될 수 있다.
제2 유기막(180) 상에는 발광 소자(170)들과 뱅크(190)가 배치될 수 있다. 발광 소자(170)들 각각은 제1 발광 전극(171), 발광층(172), 및 제2 발광 전극(173)을 포함한다.
제1 발광 전극(171)은 제2 유기막(180) 상에 형성될 수 있다. 제1 발광 전극(171)은 제2 유기막(180)을 관통하여 제2 애노드 연결 전극(ANDE2)을 노출하는 제3 애노드 콘택홀(ANCT3)을 통해 제2 애노드 연결 전극(ANDE2)에 연결될 수 있다.
발광층(172)을 기준으로 제2 발광 전극(173) 방향으로 발광하는 상부 발광(top emission) 구조에서 제1 발광 전극(171)은 알루미늄과 티타늄의 적층 구조(Ti/Al/Ti), 알루미늄과 ITO의 적층 구조(ITO/Al/ITO), APC 합금, 및 APC 합금과 ITO의 적층 구조(ITO/APC/ITO)와 같은 반사율이 높은 금속물질로 형성될 수 있다. APC 합금은 은(Ag), 팔라듐(Pd), 및 구리(Cu)의 합금이다.
뱅크(190)는 발광 영역(EA)을 정의하는 역할을 하기 위해 제2 유기막(180) 상에서 제1 발광 전극(171)을 구획하도록 형성될 수 있다. 뱅크(190)는 제1 발광 전극(171)의 가장자리를 덮도록 형성될 수 있다. 뱅크(190)는 아크릴 수지(acryl resin), 에폭시 수지(epoxy resin), 페놀 수지(phenolic resin), 폴리아미드 수지(polyamide resin), 폴리이미드 수지(polyimide resin) 등의 유기막으로 형성될 수 있다.
발광 영역(EA)은 제1 발광 전극(171), 발광층(172), 및 제2 발광 전극(173)이 순차적으로 적층되어 제1 발광 전극(171)으로부터의 정공과 제2 발광 전극(173)으로부터의 전자가 발광층(172)에서 서로 결합되어 발광하는 영역을 나타낸다.
제1 발광 전극(171)과 뱅크(190) 상에는 발광층(172)이 형성된다. 발광층(172)은 유기 물질을 포함하여 소정의 색을 발광할 수 있다. 예를 들어, 발광층(172)은 정공 수송층(hole transporting layer), 유기 물질층, 및 전자 수송층(electron transporting layer)을 포함한다.
제2 발광 전극(173)은 발광층(172) 상에 형성된다. 제2 발광 전극(173)은 발광층(172)을 덮도록 형성될 수 있다. 제2 발광 전극(173)은 모든 발광 영역(EA)에 공통적으로 형성되는 공통층일 수 있다. 제2 발광 전극(173) 상에는 캡핑층(capping layer)이 형성될 수 있다.
상부 발광 구조에서 제2 발광 전극(173)은 광을 투과시킬 수 있는 ITO(Induim Tin Oxide) 및 IZO(Induim Zinc Oxide)와 같은 투명한 도전성 산화물(TCO, Transparent Conductive Oxide), 또는 마그네슘(Mg), 은(Ag), 또는 마그네슘(Mg)과 은(Ag)의 합금과 같은 반투과 금속물질(Semi-transmissive Conductive Material)로 형성될 수 있다. 제2 발광 전극(173)이 반투과 금속물질로 형성되는 경우, 마이크로 캐비티(micro cavity)에 의해 출광 효율이 높아질 수 있다.
제2 발광 전극(173) 상에는 봉지층(TFE)이 배치될 수 있다. 봉지층(TFE)은 발광 소자층(EML)에 산소 또는 수분이 침투되는 것을 방지하기 위해 적어도 하나의 무기막을 포함한다. 또한, 봉지층(TFE)은 먼지와 같은 이물질로부터 발광 소자층(EML)을 보호하기 위해 적어도 하나의 유기막을 포함한다. 예를 들어, 봉지층(TFE)은 제1 무기막(TFE1), 유기막(TFE2), 및 제2 무기막(TFE3)을 포함한다.
제1 무기막(TFE1)은 제2 발광 전극(173) 상에 배치되고, 유기막(TFE2)은 제1 무기막(TFE1) 상에 배치되며, 제2 무기막(TFE3)은 유기막(TFE2) 상에 배치될 수 있다. 제1 무기막(TFE1)과 제2 무기막(TFE3)은 실리콘 나이트라이드층, 실리콘 옥시 나이트라이드층, 실리콘 옥사이드층, 티타늄옥사이드층, 및 알루미늄옥사이드층 중 하나 이상의 무기막이 교번하여 적층된 다중막으로 형성될 수 있다. 유기막(TFE2)은 모노머(monomer, 단량체)일 수 있다.
도 5는 도 3의 A 영역의 지문 센서의 일 예를 상세히 보여주는 확대 단면도이다.
도 5를 참조하면, 지문 센서(400)는 지문 감지층(410)과 지문 감지층(410) 상에 배치되는 콜리메이터층(420)을 포함할 수 있다.
지문 감지층(410)은 광을 감지하는 센서 화소(SP)들을 포함할 수 있다. 센서 화소(SP)들 각각은 제2 박막 트랜지스터(ST2)와 광 감지 소자(PD)를 포함할 수 있다.
지문 센서 기판(FSUB) 상에는 버퍼막(BF)이 배치될 수 있다. 지문 센서 기판(FSUB)은 고분자 수지 등의 절연 물질로 이루어질 수 있다. 예를 들어, 지문 센서 기판(FSUB)은 폴리이미드(polyimide)를 포함할 수 있다. 지문 센서 기판(FSUB) 각각은 벤딩(bending), 폴딩(folding), 롤링(rolling) 등이 가능한 플렉서블(flexible) 기판일 수 있다.
버퍼막(BF)은 투습에 취약한 지문 센서 기판(FSUB)을 통해 침투하는 수분으로부터 지문 감지층(410)의 박막 트랜지스터와 광 감지 소자(PD)를 보호하기 위한 막이다. 버퍼막(BF)은 교번하여 적층된 복수의 무기막들로 이루어질 수 있다. 예를 들어, 버퍼막(BF)은 실리콘 나이트라이드층, 실리콘 옥시 나이트라이드층, 실리콘 옥사이드층, 티타늄옥사이드층, 및 알루미늄옥사이드층 중 하나 이상의 무기막이 교번하여 적층된 다중막으로 형성될 수 있다.
버퍼막(BF) 상에는 제2 박막 트랜지스터(ST2)의 제2 액티브층(ACT2)이 배치될 수 있다. 제2 박막 트랜지스터(ST2)의 제2 액티브층(ACT2)은 다결정 실리콘, 단결정 실리콘, 저온 다결정 실리콘, 비정질 실리콘, 또는 산화물 반도체를 포함한다. 제2 게이트 절연막(GI2)에 의해 덮이지 않고 노출된 제2 박막 트랜지스터(ST2)의 제2 액티브층(ACT2)은 불순물 또는 이온이 도핑되므로, 도전성을 가질 수 있다. 그러므로, 제2 박막 트랜지스터(ST2)의 제2 액티브층(ACT2)의 제2 소스 전극(S2)과 제2 드레인 전극(D2)이 형성될 수 있다.
제2 박막 트랜지스터(ST2)의 제2 액티브층(ACT2) 상에는 제2 게이트 절연막(GI2)이 배치될 수 있다. 도 5에서는 제2 게이트 절연막(GI2)이 제2 박막 트랜지스터(ST2)의 제2 게이트 전극(G2)과 제2 액티브층(ACT2) 사이, 및 제1 지문 커패시터 전극(FCE1)과 버퍼막(BF) 사이에 배치된 것을 예시하였으나, 이에 한정되지 않는다. 제2 게이트 절연막(GI2)은 제1 절연막(INS1)과 제2 액티브층(ACT2) 사이와 제1 절연막(INS1)과 버퍼막(BF) 사이에도 배치될 수 있다. 제2 게이트 절연막(GI2)은 무기막, 예를 들어 실리콘 나이트라이드층, 실리콘 옥시 나이트라이드층, 실리콘 옥사이드층, 티타늄옥사이드층, 또는 알루미늄옥사이드층으로 형성될 수 있다.
제2 게이트 절연막(GI2) 상에는 제2 박막 트랜지스터(ST2)의 제2 게이트 전극(G2)과 제1 지문 커패시터 전극(FCE1)이 배치될 수 있다. 제2 박막 트랜지스터(ST2)의 제2 게이트 전극(G2)은 제3 방향(Z축 방향)에서 제2 액티브층(ACT2)과 중첩할 수 있다. 제2 박막 트랜지스터(ST2)의 제2 게이트 전극(G2)과 제1 지문 커패시터 전극(FCE1)은 몰리브덴(Mo), 알루미늄(Al), 크롬(Cr), 금(Au), 티타늄(Ti), 니켈(Ni), 네오디뮴(Nd) 및 구리(Cu) 중 어느 하나 또는 이들의 합금으로 이루어진 단일층 또는 다중층으로 형성될 수 있다.
제2 박막 트랜지스터(ST2)의 제2 게이트 전극(G2)과 제1 지문 커패시터 전극(FCE1) 상에는 제1 절연막(INS1)이 배치될 수 있다. 제1 절연막(INS1)은 무기막, 예를 들어 실리콘 나이트라이드층, 실리콘 옥시 나이트라이드층, 실리콘 옥사이드층, 티타늄옥사이드층, 또는 알루미늄옥사이드층으로 형성될 수 있다. 제1 절연막(INS1)은 복수의 무기막을 포함할 수 있다.
제1 절연막(INS1) 상에는 광 감지 소자(PD)와 제2 지문 커패시터 전극(FCE2)이 배치될 수 있다. 제2 지문 커패시터 전극(PCE2)은 제3 방향(Z축 방향)에서 제1 지문 커패시터 전극(PCE1)과 중첩할 수 있다. 제1 절연막(INS1)이 소정의 유전율을 가지므로, 제1 지문 커패시터 전극(FCE1), 제2 지문 커패시터 전극(PCE2), 및 그들 사이에 배치된 제1 절연막(INS1)에 의해 커패시터가 형성될 수 있다.
광 감지 소자(PD)는 도 5와 같이 포토 다이오드로 형성될 수 있으나, 이에 한정되지 않는다. 광 감지 소자(PD)는 포토 트랜지스터로 형성될 수 있다. 광 감지 소자(PD)는 제1 감지 전극(PCE), 감지 반도체층(PSEM), 및 제2 감지 전극(PAE)을 포함할 수 있다. 제1 감지 전극(PCE)은 캐소드 전극이고, 제2 감지 전극(PAE)은 애노드 전극일 수 있다.
제1 감지 전극(PCE)은 제1 절연막(INS1) 상에 배치될 수 있다. 제1 감지 전극(PCE)은 제2 지문 커패시터 전극(PCE2)과 동일한 물질로 형성될 수 있다. 제1 감지 전극(PCE)과 제2 지문 커패시터 전극(PCE2)은 몰리브덴(Mo), 티타늄(Ti), 구리(Cu), 알루미늄(Al)의 단일층으로 형성되거나, 알루미늄과 티타늄의 적층 구조(Ti/Al/Ti), 알루미늄과 ITO의 적층 구조(ITO/Al/ITO), APC 합금, 및 APC 합금과 ITO의 적층 구조(ITO/APC/ITO)로 형성될 수 있다.
제1 감지 전극(PCE) 상에는 수광 반도체층(PSEM)이 배치될 수 있다. 수광 반도체층(PSEM)은 P형 반도체층(PL), I형 반도체층(IL), 및 N형 반도체층(NL)이 순서대로 적층된 PIN 구조로 형성될 수 있다. 수광 반도체층(PSEM)이 PIN 구조로 형성되는 경우, I형 반도체층(IL)이 P형 반도체층(PL)과 N형 반도체층(NL)에 의해 공핍(depletion)이 되어 내부에 전기장이 발생하게 되고, 태양광에 의해 생성되는 정공 및 전자가 전기장에 의해 드리프트(drift)된다. 이로 인해, 정공은 P형 반도체층(PL)을 통해 제2 감지 전극(PAE)으로 수집되고 전자는 N형 반도체층(NL)을 통해 제1 감지 전극(PCE)으로 수집될 수 있다.
P형 반도체층(PL)은 외부 광이 입사하는 면에서 가깝게 배치되고, N형 반도체층(NL)은 외부 광이 입사하는 면에서 멀리 떨어져 배치될 수 있다. 정공의 드리프트 이동도(drift mobility)가 전자의 드리프트 이동도에 의해 낮기 때문에, 입사 광에 의한 수집 효율을 극대화하기 위해서 P형 반도체층(PL)을 외부 광의 입사면에 가깝게 형성하는 것이 바람직하다.
N형 반도체층(NL)은 제1 감지 전극(PCE) 상에 배치되고, I형 반도체층(IL)은 N형 반도체층(NL) 상에 배치되며, P형 반도체층(PL)은 I형 반도체층(IL) 상에 배치될 수 있다. 이 경우, P형 반도체층(PL)은 비정질 실리콘(a-Si:H)에 P형 도펀트가 도핑되어 이루어질 수 있다. I형 반도체층(IL)은 비정질 실리콘 게르마늄(a-SiGe:H) 또는 비정질 실리콘 카바이드(a-SiC:H)으로 이루어질 수 있다. N형 반도체층(NL)은 비정질 실리콘 게르마늄(a-SiGe:H) 또는 비정질 실리콘 카바이드(a-SiC:H)에 N형 도펀트가 도핑되어 이루어질 수 있다. P형 반도체층(PL)과 N형 반도체층(NL)은 대략 500Å의 두께로 형성되고, I형 반도체층(IL)은 5,000Å 내지 10,000Å의 두께로 형성될 수 있다.
또는, N형 반도체층(NL)은 제1 감지 전극(PCE) 상에 배치되고, I형 반도체층(IL)은 생략되며, P형 반도체층(PL)은 N형 반도체층(NL) 상에 배치될 수 있다. 이 경우, P형 반도체층(PL)은 비정질 실리콘(a-Si:H)에 P형 도펀트가 도핑되어 이루어질 수 있다. N형 반도체층(NL)은 비정질 실리콘 게르마늄(a-SiGe:H) 또는 비정질 실리콘 카바이드(a-SiC:H)에 N형 도펀트가 도핑되어 이루어질 수 있다. P형 반도체층(PL)과 N형 반도체층(NL)은 500Å의 두께로 형성될 수 있다.
또한, 제1 감지 전극(PCE), P형 반도체층(PL), I형 반도체층(IL), N형 반도체층(NL), 및 제2 감지 전극(PAE) 중 적어도 어느 하나의 상면 또는 하면은 외부 광의 흡수율을 높이기 위해 텍스처(texturing) 가공 공정을 통해 요철구조로 형성할 수 있다. 텍스처 가공공정은 물질 표면을 울퉁불퉁한 요철구조로 형성하는 것으로, 직물의 표면과 같은 형상으로 가공하는 공정이다. 텍스처 가공공정은 포토리소그라피법(photolithography)을 이용한 식각공정, 화학용액을 이용한 이방성 식각공정(anisotropic etching), 또는 기계적 스크라이빙(mechanical scribing)을 이용한 홈 형성 공정 등을 통해 수행할 수 있다.
제2 감지 전극(PAE)은 P형 반도체층(PL) 상에 배치될 수 있다. 제2 감지 전극(PAE)은 광을 투과시킬 수 있는 ITO(Induim Tin Oxide) 및 IZO(Induim Zinc Oxide)와 같은 투명한 도전 물질(TCO)로 형성될 수 있다.
광 감지 소자(PD)와 제2 지문 커패시터 전극(FCE2) 상에는 제2 절연막(INS2)이 배치될 수 있다. 제2 절연막(INS2)은 무기막, 예를 들어 실리콘 나이트라이드층, 실리콘 옥시 나이트라이드층, 실리콘 옥사이드층, 티타늄옥사이드층, 또는 알루미늄옥사이드층으로 형성될 수 있다. 제2 절연막(INS2)은 복수의 무기막을 포함할 수 있다.
제2 절연막(INS2) 상에는 제1 연결 전극(CE1), 제2 연결 전극(CE2), 및 제3 연결 전극(CE3)이 배치될 수 있다.
제1 연결 전극(CE1)은 제1 절연막(INS1)과 제2 절연막(INS2)을 관통하여 제2 박막 트랜지스터(ST2)의 제2 소스 전극(S2)을 노출하는 소스 콘택홀(SCT)을 통해 제2 박막 트랜지스터(ST2)의 제2 소스 전극(S2)에 연결될 수 있다.
제2 연결 전극(CE2)은 제1 절연막(INS1)과 제2 절연막(INS2)을 관통하여 제2 박막 트랜지스터(ST2)의 제2 드레인 전극(D2)을 노출하는 드레인 콘택홀(DCT)을 통해 제2 박막 트랜지스터(ST2)의 제2 드레인 전극(D2)에 연결될 수 있다. 제2 연결 전극(CE2)은 제2 절연막(INS2)을 관통하여 제1 감지 전극(PCE)을 노출하는 제1 감지 콘택홀(RCT1)을 통해 제1 감지 전극(PCE)에 연결될 수 있다. 이로 인해, 제2 박막 트랜지스터(ST2)의 드레인 전극(D2)과 광 감지 소자(PD)의 제1 감지 전극(PCE)은 제2 연결 전극(CE2)에 의해 연결될 수 있다.
제3 연결 전극(CE3)은 제2 절연막(INS2)을 관통하여 제2 감지 전극(PAE)을 노출하는 제2 감지 콘택홀(RCT2)을 통해 제2 감지 전극(PAE)에 연결될 수 있다.
제1 연결 전극(CE1), 제2 연결 전극(CE2), 및 제3 연결 전극(CE3)은 몰리브덴(Mo), 알루미늄(Al), 크롬(Cr), 금(Au), 티타늄(Ti), 니켈(Ni), 네오디뮴(Nd) 및 구리(Cu) 중 어느 하나 또는 이들의 합금으로 이루어진 단일층 또는 다중층으로 형성될 수 있다.
제1 연결 전극(CE1), 제2 연결 전극(CE2), 및 제3 연결 전극(CE3) 상에는 제3 절연막(INS3)이 배치될 수 있다. 제3 절연막(INS3)은 무기막, 예를 들어 실리콘 나이트라이드층, 실리콘 옥시 나이트라이드층, 실리콘 옥사이드층, 티타늄옥사이드층, 또는 알루미늄옥사이드층으로 형성될 수 있다. 제3 절연막(INS3)은 복수의 무기막을 포함할 수 있다. 제3 절연막(INS3)은 생략될 수 있다.
제3 절연막(INS3) 상에는 평탄화막(PLA)이 배치될 수 있다. 평탄화막(PLA)은 아크릴 수지(acryl resin), 에폭시 수지(epoxy resin), 페놀 수지(phenolic resin), 폴리아미드 수지(polyamide resin), 폴리이미드 수지(polyimide resin) 등의 유기막으로 형성될 수 있다.
콜리메이터층(420)은 광 가이드부(LG)들과 제2 차광부(LS2)를 포함할 수 있다. 광 가이드부(LG)들과 제2 차광부(LS2)는 광 감지층(410)의 평탄화막(PLA) 상에 배치될 수 있다.
광 가이드부(LG)들은 서로 이격되어 배치될 수 있다. 광 가이드부(LG)들은 제1 간격으로 제1 방향(X축 방향)으로 배치되고, 제2 간격으로 제2 방향(Y축 방향)으로 배치될 수 있다. 제1 간격과 제2 간격은 실질적으로 동일할 수 있으나, 이에 한정되지 않는다. 일 예로, 광 가이드부(LG)들은 제1 방향(X축 방향)과 제2 방향(Y축 방향)으로 대략 4㎛마다 배치될 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.
광 투과부(LT)은 제2 차광부(LS2)의 측면들 상에 배치될 수 있다. 광 투과부(LT)의 외측면(LTO)은 광 감지층(410)의 평탄화막(PLA)의 상면에 비해 제1 각도(θ1)로 기울어질 수 있다. 광 투과부(LT)의 내측면(LTI)은 광 감지층(410)의 평탄화막(PLA)의 상면과 나란한 가상의 면(VS) 대비 제2 각도(θ2)로 기울어질 수 있다. 제1 각도(θ1)와 제2 각도(θ2)는 실질적으로 동일할 수 있다.
광 투과부(LT)은 실리콘 나이트라이드층, 실리콘 옥시 나이트라이드층, 실리콘 옥사이드층, 티타늄옥사이드층, 및 알루미늄옥사이드층과 같은 무기막으로 형성될 수 있다. 또는, 광 투과부(LT)은 아크릴 수지(acryl resin), 에폭시 수지(epoxy resin), 페놀 수지(phenolic resin), 폴리아미드 수지(polyamide resin), 폴리이미드 수지(polyimide resin) 등의 유기막으로 형성될 수 있다.
제1 차광막(LS1)은 광 투과부(LT) 상에 배치될 수 있다. 제1 차광막(LS1)은 광을 차단할 수 있는 감광성 수지로 이루어질 수 있다. 예를 들어, 제1 차광부(LS1)는 카본 블랙 등의 무기 흑색 안료나 유기 흑색 안료(organic black pigment)를 포함할 수 있다. 제1 차광막(LS1)의 굴절률은 광 투과부(LT)의 굴절률보다 낮을 수 있다. 이로 인해, 광 투과부(LT)의 광이 제1 차광부(LS1)에 입사될 때 입사각이 임계각보다 큰 경우, 제1 차광부(LS1)에 입사하지 못하고 광 투과부(LT)의 내측면(LTI)에서 전반사될 수 있다.
제2 차광막(LT2)은 광 감지층(410)의 평탄화막(PLA) 상에 배치될 수 있다. 제2 차광막(LT2)은 제1 방향(X축 방향)에서 광 가이드부(LG)들 사이에 배치될 수 있다. 또한, 제2 차광막(LT2)은 제2 방향(Y축 방향)에서 광 가이드부(LG)들 사이에 배치될 수 있다.
제2 차광막(LT2)은 광을 차단할 수 있는 감광성 수지로 이루어질 수 있다. 예를 들어, 제2 차광부(LS2)는 카본 블랙 등의 무기 흑색 안료나 유기 흑색 안료(organic black pigment)를 포함할 수 있다. 제2 차광막(LT2)의 굴절률은 광 투과부(LT)의 굴절률보다 낮을 수 있다. 이로 인해, 광 투과부(LT)의 광이 제2 차광부(LS2)에 입사될 때 입사각이 임계각보다 큰 경우, 제2 차광부(LS2)에 입사하지 못하고 광 투과부(LT)의 외측면(LTO)에서 전반사될 수 있다.
콜리메이터층(420)상에는 투명 접착 부재(430)가 배치될 수 있다. 투명 접착 부재(430)는 콜리메이터층(420)의 상면과 표시 패널(100)의 하면에 부착될 수 있다.
도 8은 도 3의 센서 화소와 광 가이드부의 또 다른 예를 상세히 보여주는 확대도이다. 도 9는 도 4의 A 영역의 지문 센서의 또 다른 예를 상세히 보여주는 확대 단면도이다.
도 8 및 도 9의 실시예는 제1 각도(θ1)가 제2 각도(θ2)에 비해 작은 것에서 도 4 및 도 7의 실시예와 차이가 있다. 도 8 및 도 9의 실시예는 도 4 및 도 7의 실시예와 차이점 위주로 설명한다.
도 8 및 도 9를 참조하면, 광 투과부(LT)는 제1 방향(X축 방향) 또는 제2 방향(Y축 방향)으로 절단하였을 때 환형의 단면 형태를 가질 수 있다. 광 투과부(LT)의 단면적은 제3 방향(Z축 방향)에서 상이할 수 있다. 광 투과부(LT)의 단면적은 센서 화소(SP)에 가까워질수록 작아질 수 있다.
광 투과부(LT)의 내측면(LTI)과 외측면(LTO) 사이의 제1 방향(X축 방향)의 길이는 제3 방향(Z축 방향)에서 상이할 수 있다. 광 투과부(LT)의 내측면(LTI)과 외측면(LTO) 사이의 제1 방향(X축 방향)의 길이는 센서 화소(SP)에 가까워질수록 작아질 수 있다.
지문 센서(400)가 표시 패널(100)의 하부에 배치되는 경우, 손가락(F)에서 반사된 광은 표시 패널(100)을 통과하여야 하므로, 지문 센서(400)의 광 감지층(410)에 입사되는 광량은 작을 수 있다. 이로 인해, 지문 센서(400)의 광 감지층(410)에 입사되는 광량을 늘리기 위해 콜리메이터층(420)의 차광부(LS1, LS2)의 면적을 줄이는 경우, 광 감지층(410)에 입사되는 노이즈 광이 증가할 수 있다. 이 경우, 지문 인식 정확도가 낮아질 수 있다.
도 8 및 도 9와 같이, 광 투과부(LT)의 상면(LTU)의 폭이 넓어지는 경우, 광 투과부(LT)에 입사되는 광량은 증가할 수 있다. 그러므로, 콜리메이터층(420)의 차광부(LS1, LS2)의 면적을 줄이지 않고, 지문 인식 정확도가 낮아지는 것을 최소화하면서 광 감지층(410)에 입사되는 광량을 높일 수 있다.
도 10은 도 3의 센서 화소와 광 가이드부의 또 다른 예를 상세히 보여주는 확대도이다.
도 10의 실시예는 광 가이드부(LG)가 원뿔 형태가 아닌 사각뿔 형태로 형성된 것에서 도 4의 실시예와 차이가 있다. 도 10에서는 도 4의 실시예와 차이점 위주로 설명한다.
도 10을 참조하면, 광 가이드부(LG)의 상면(LGU)은 사각뿔의 밑면에 해당하고, 광 가이드부(LG)의 하부의 꼭짓점(LGV)은 사각뿔의 꼭짓점에 해당할 수 있다. 광 가이드부(LG)의 상면(LGU)은 사각형의 평면 형태를 가질 수 있다. 예를 들어, 광 가이드부(LG)의 상면(LGU)은 제1 방향(X축 방향)으로 나란한 두 개의 변들과 제2 방향(Y축 방향)으로 나란한 두 개의 변들을 갖는 직사각형 또는 정사각형의 평면 형태를 가질 수 있다. 또는, 광 가이드부(LG)가 사각뿔 이외의 다각뿔로 형성되는 경우, 광 가이드부(LG)의 상면(LGU)은 사각형 이외의 다각형의 평면 형태를 가질 수 있다.
제1 차광부(LS1)는 또 다른 사각뿔 형태를 가질 수 있다. 제1 차광부(LS1)의 상면(LSU1)은 또 다른 사각뿔의 밑면에 해당하고, 제1 차광부(LS1)의 하부의 꼭짓점(LSV1)은 또 다른 사각뿔의 꼭짓점에 해당할 수 있다. 제1 차광부(LS1)의 상면(LSU1)은 사각형의 평면 형태를 가질 수 있다. 예를 들어, 제1 차광부(LS1)의 상면(LSU1)은 제1 방향(X축 방향)으로 나란한 두 개의 변들과 제2 방향(Y축 방향)으로 나란한 두 개의 변들을 갖는 직사각형 또는 정사각형의 평면 형태를 가질 수 있다. 또는, 제1 차광부(LS1)가 사각뿔 이외의 다각뿔로 형성되는 경우, 제1 차광부(LS1)의 상면(LSU1)은 사각형 이외의 다각형의 평면 형태를 가질 수 있다.
제1 차광부(LS1)의 상면(LSU1)의 면적이 광 가이드부(LG)의 상면(LGU)의 면적보다 작을 수 있다. 제1 차광부(LS1)의 상면(LSU1)의 제1 방향(X축 방향)의 길이는 광 가이드부(LG)의 상면(LGU)의 제1 방향(X축 방향)의 길이보다 작을 수 있다. 제1 차광부(LS1)의 상면(LSU1)의 제2 방향(Y축 방향)의 길이는 광 가이드부(LG)의 상면(LGU)의 제2 방향(Y축 방향)의 길이보다 작을 수 있다. 제1 차광부(LS1)의 높이(LSH1)는 광 가이드부(LG)의 높이(LGH)보다 작을 수 있다. 그러므로, 제1 차광부(LS1)의 크기(예를 들어, 겉넓이 또는 부피)는 광 가이드부(LG)의 크기보다 작을 수 있다.
제1 차광부(LS1)는 제1 방향(X축 방향) 또는 제2 방향(Y축 방향)으로 절단하였을 때 사각형의 단면 형태를 가질 수 있다. 제1 차광부(LS1)가 사각뿔 형태를 가지므로, 제3 방향(Z축 방향)에서 제1 차광부(LS1)의 단면적은 상이할 수 있다. 예를 들어, 제1 차광부(LS1)의 단면적은 센서 화소(SP)에 가까워질수록 작아질 수 있다.
광 투과부(LT)의 상면(LTU)은 환형의 평면 형태를 가질 수 있다. 광 투과부(LT)는 제1 방향(X축 방향) 또는 제2 방향(Y축 방향)으로 절단하였을 때 사각 프레임 또는 사각 창틀의 단면 형태를 가질 수 있다.
도 11은 도 3의 센서 화소와 광 가이드부의 또 다른 예를 상세히 보여주는 확대도이다.
도 11의 실시예는 광 가이드부(LG)가 원뿔 형태가 아닌 원뿔대 형태로 형성된 것에서 도 4의 실시예와 차이가 있다. 도 11에서는 도 4의 실시예와 차이점 위주로 설명한다.
도 11을 참조하면, 광 가이드부(LG)의 상면(LGU)은 원뿔대의 제1 밑면에 해당하고, 광 가이드부(LG)의 하면(LGB)은 원뿔대의 제2 밑면에 해당할 수 있다. 광 가이드부(LG)의 상면(LGU)과 하면(LGB)은 나란할 수 있다. 광 가이드부(LG)의 상면(LGU)과 하면(LGB) 각각은 원형의 평면 형태를 가질 수 있으나, 이에 한정되지 않는다. 예를 들어, 광 가이드부(LG)가 타원뿔대 형태를 갖는 경우, 광 가이드부(LG)의 상면(LGU)과 하면(LGB) 각각은 타원형의 평면 형태를 가질 수 있다. 또는, 광 가이드부(LG)가 다각뿔대 형태를 갖는 경우, 광 가이드부(LG)의 상면(LGU)과 하면(LGB) 각각은 다각형의 평면 형태를 가질 수 있다. 광 가이드부(LG)의 상면(LGU)의 면적은 하면(LGB)의 면적보다 클 수 있다. 광 가이드부(LG)의 상면(LGU)의 지름은 하면(LGB)의 지름보다 클 수 있다.
제1 차광부(LS1)는 원뿔 형태를 가질 수 있다. 제1 차광부(LS1)의 상면(LSU1)은 원뿔의 밑면에 해당하고, 제1 차광부(LS1)의 하부의 꼭짓점(LSV1)은 원뿔의 꼭짓점에 해당할 수 있다. 제1 차광부(LS1)의 상면(LSU1)은 원형의 평면 형태를 가질 수 있으나, 이에 한정되지 않는다. 예를 들어, 제1 차광부(LS1)가 타원뿔 형태를 갖는 경우, 제1 차광부(LS1)의 상면(LSU1)은 타원형의 평면 형태를 가질 수 있다. 또는, 제1 차광부(LS1)가 다각뿔 형태를 갖는 경우, 제1 차광부(LS1)의 상면(LSU1)은 타원형의 다각뿔 형태를 가질 수 있다.
제1 차광부(LS1)의 상면(LSU1)의 면적이 광 가이드부(LG)의 상면(LGU)의 면적보다 작을 수 있다. 제1 차광부(LS1)의 상면(LSU1)의 지름은 광 가이드부(LG)의 상면(LGU)의 지름보다 작을 수 있다.
제1 차광부(LS1)의 높이(LSH1)는 광 가이드부(LG)의 높이(LGH)보다 작을 수 있으나, 이에 한정되지 않는다. 제1 차광부(LS1)의 높이(LSH1)는 광 가이드부(LG)의 높이(LGH)와 실질적으로 동일할 수 있다. 이 경우, 제1 차광부(LS1)의 꼭짓점(LSV1)은 광 가이드부(LG)의 하면(LGB)과 접할 수 있다.
도 11과 같이, 광 가이드부(LG)가 하면(LGB)을 포함하는 경우, 센서 화소(SP)에 접하는 광 가이드부(LG)의 면적이 넓어지므로, 센서 화소(SP)에 입사되는 광량이 증가할 수 있다. 그러므로, 콜리메이터층(420)의 차광부(LS1, LS2)의 면적을 줄이지 않고, 지문 인식 정확도가 낮아지는 것을 최소화하면서 광 감지층(410)에 입사되는 광량을 높일 수 있다.
도 12는 도 3의 센서 화소와 광 가이드부의 또 다른 예를 상세히 보여주는 확대도이다. (사각뿔대)
도 12의 실시예는 광 가이드부(LG)가 원뿔이 아닌 사각뿔대 형태로 형성된 것에서 도 4의 실시예와 차이가 있다. 도 12에서는 도 4의 실시예와 차이점 위주로 설명한다.
도 12를 참조하면, 광 가이드부(LG)의 상면(LGU)은 사각뿔대의 제1 밑면에 해당하고, 광 가이드부(LG)의 하면(LGB)은 사각뿔대의 제2 밑면에 해당할 수 있다. 광 가이드부(LG)의 상면(LGU)과 하면(LGB)은 나란할 수 있다. 광 가이드부(LG)의 상면(LGU)과 하면(LGB) 각각은 사각형의 평면 형태를 가질 수 있다. 예를 들어, 광 가이드부(LG)의 상면(LGU)과 하면(LGB) 각각은 제1 방향(X축 방향)으로 나란한 두 개의 변들과 제2 방향(Y축 방향)으로 나란한 두 개의 변들을 갖는 직사각형 또는 정사각형의 평면 형태를 가질 수 있다. 또는, 광 가이드부(LG)가 사각뿔대 이외의 다각뿔대 형태를 갖는 경우, 광 가이드부(LG)의 상면(LGU)과 하면(LGB) 각각은 다각형의 평면 형태를 가질 수 있다.
광 가이드부(LG)의 상면(LGU)의 면적은 하면(LGB)의 면적보다 클 수 있다. 광 가이드부(LG)의 상면(LGU)의 제1 방향(X축 방향)의 길이는 하면(LGB)의 제1 방향(X축 방향)의 길이보다 작을 수 있다. 광 가이드부(LG)의 상면(LGU)의 제2 방향(Y축 방향)의 길이는 하면(LGB)의 제2 방향(Y축 방향)의 길이보다 작을 수 있다.
제1 차광부(LS1)는 사각뿔 형태를 가질 수 있다. 제1 차광부(LS1)의 상면(LSU1)은 사각뿔의 밑면에 해당하고, 제1 차광부(LS1)의 하부의 꼭짓점(LSV1)은 사각뿔의 꼭짓점에 해당할 수 있다. 제1 차광부(LS1)의 상면(LSU1)은 사각형의 평면 형태를 가질 수 있다. 예를 들어, 제1 차광부(LS1)의 상면(LSU1)은 제1 방향(X축 방향)으로 나란한 두 개의 변들과 제2 방향(Y축 방향)으로 나란한 두 개의 변들을 갖는 직사각형 또는 정사각형의 평면 형태를 가질 수 있다. 또는, 제1 차광부(LS1)가 사각뿔 이외의 다각뿔 형태를 갖는 경우, 제1 차광부(LS1)의 상면(LSU1)은 사각형 이외의 다각형의 평면 형태를 가질 수 있다.
제1 차광부(LS1)의 상면(LSU1)의 면적이 광 가이드부(LG)의 상면(LGU)의 면적보다 작을 수 있다. 제1 차광부(LS1)의 상면(LSU1)의 제1 방향(X축 방향)의 길이는 광 가이드부(LG)의 상면(LGU)의 제1 방향(X축 방향)의 길이보다 작을 수 있다. 제1 차광부(LS1)의 상면(LSU1)의 제2 방향(Y축 방향)의 길이는 광 가이드부(LG)의 상면(LGU)의 제2 방향(Y축 방향)의 길이보다 작을 수 있다.
제1 차광부(LS1)의 높이(LSH1)는 광 가이드부(LG)의 높이(LGH)보다 작을 수 있으나, 이에 한정되지 않는다. 제1 차광부(LS1)의 높이(LSH1)는 광 가이드부(LG)의 높이(LGH)와 실질적으로 동일할 수 있다. 이 경우, 제1 차광부(LS1)의 꼭짓점(LSV1)은 광 가이드부(LG)의 하면(LGB)과 접할 수 있다.
도 12와 같이, 광 가이드부(LG)가 하면(LGB)을 포함하는 경우, 센서 화소(SP)에 접하는 광 가이드부(LG)의 면적이 넓어지므로, 센서 화소(SP)에 입사되는 광량이 증가할 수 있다. 그러므로, 콜리메이터층(420)의 차광부(LS1, LS2)의 면적을 줄이지 않고, 지문 인식 정확도가 낮아지는 것을 최소화하면서 광 감지층(410)에 입사되는 광량을 높일 수 있다.
이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.
10: 표시 장치 100: 표시 패널
200: 표시 구동부 300: 표시 회로 보드
400: 지문 센서 410: 광 감지층
420: 콜리메이터층 LG: 광 가이드부
LT: 광 투과부 LS1: 제1 차광부
LS2: 제2 차광부 LTI: 광 투과부의 내측면
LTO: 광 투과부의 외측면

Claims (20)

  1. 입사되는 광에 따라 감지 전류가 흐르는 광 감지 소자를 포함하는 광 감지층; 및
    상기 광 감지층 상에 배치되며, 상기 광 감지 소자로 광을 가이드하는 광 가이드부를 포함하는 콜리메이터층을 구비하고,
    상기 광 가이드부는,
    상기 광 감지 소자로 광을 제공하는 광 투과부; 및
    상기 광 투과부의 내측면을 둘러싸는 제1 차광부를 포함하는 지문 센서.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 콜리메이터층은 상기 광 투과부의 외측면을 둘러싸는 제2 차광부를 더 포함하는 지문 센서.
  3. 제2 항에 있어서,
    상기 제1 차광부의 굴절률은 상기 광 투과부의 굴절률보다 작으며, 상기 제2 차광부의 굴절률은 상기 광 투과부의 굴절률보다 작은 지문 센서.
  4. 제2 항에 있어서,
    상기 광 감지층의 상면에 비해 상기 투과부의 내측면의 기울어진 각도는 상기 광 감지층의 상면에 비해 상기 투과부의 외측면의 기울어진 각도와 실질적으로 동일한 지문 센서.
  5. 제2 항에 있어서,
    상기 광 감지층의 상면에 비해 상기 투과부의 내측면의 기울어진 각도는 상기 광 감지층의 상면에 비해 상기 투과부의 외측면의 기울어진 각도와 상이한 지문 센서.
  6. 제1 항에 있어서,
    상기 광 가이드부와 상기 제1 차광부는 각각 원뿔 형태를 갖는 지문 센서.
  7. 제6 항에 있어서,
    상기 광 투과부의 상면은 환형의 평면 형태를 가지며, 상기 제1 차광부의 상면은 원형의 평면 형태를 갖는 지문 센서.
  8. 제6 항에 있어서,
    상기 광 가이드부의 상면의 지름을 a라 정의하고, 상기 광 가이드부의 높이를 z라 정의하며, 상기 광 투과부에 입사되는 광의 파장을 λ로 정의하는 경우,
    Figure pat00002

    을 만족하는 지문 센서.
  9. 제6 항에 있어서,
    상기 광 투과부의 폭은 0.8㎛ 내지 2㎛인 지문 센서.
  10. 제1 항에 있어서,
    상기 광 가이드부의 상면의 면적은 상기 제1 차광부의 상면의 면적보다 큰 지문 센서.
  11. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 차광부의 단면적은 상기 광 감지층에 가까워질수록 작아지는 지문 센서.
  12. 제1 항에 있어서,
    상기 광 가이드부는 원뿔대 형태 또는 다각뿔대 형태를 갖는 지문 센서.
  13. 제12 항에 있어서,
    상기 광 가이드부의 상면의 면적은 상기 광 가이드부의 하면의 면적보다 큰 지문 센서.
  14. 제1 항에 있어서,
    상기 광 가이드부와 상기 제1 차광부는 각각 다각뿔 형태를 갖는 지문 센서.
  15. 제14 항에 있어서,
    상기 광 투과부는 다각 프레임의 평면 형태를 가지며, 상기 제1 차광부는 다각형의 평면 형태를 갖는 지문 센서.
  16. 화상을 표시하는 표시 패널; 및
    상기 표시 패널의 일면 상에 배치되며, 상기 표시 패널을 통과한 광을 감지하는 지문 센서를 구비하고,
    상기 지문 센서는,
    광에 따라 감지 전류가 흐르는 광 감지 소자를 포함하는 광 감지층; 및
    상기 광 감지층 상에 배치되며, 상기 광 감지 소자로 광을 가이드하는 광 가이드부를 포함하는 콜리메이터층을 구비하고,
    상기 광 가이드부는,
    상기 광 감지 소자로 광을 제공하는 광 투과부; 및
    상기 광 투과부의 내측면을 둘러싸는 제1 차광부를 포함하는 표시 장치.
  17. 제16 항에 있어서,
    상기 콜리메이터층은 상기 광 투과부의 외측면을 둘러싸는 제2 차광부를 더 포함하는 지문 센서.
  18. 제17 항에 있어서,
    상기 제1 차광부의 굴절률은 상기 광 투과부의 굴절률보다 작으며, 상기 제2 차광부의 굴절률은 상기 광 투과부의 굴절률보다 작은 지문 센서.
  19. 제16 항에 있어서,
    상기 광 가이드부의 상면의 면적은 상기 제1 차광부의 상면의 면적보다 큰 지문 센서.
  20. 제16 항에 있어서,
    상기 제1 차광부의 단면적은 상기 광 감지층에 가까워질수록 작아지는 지문 센서.
KR1020200055686A 2020-05-11 2020-05-11 지문 센서, 및 그를 포함한 표시 장치 KR20210138184A (ko)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020200055686A KR20210138184A (ko) 2020-05-11 2020-05-11 지문 센서, 및 그를 포함한 표시 장치
US17/152,979 US11887402B2 (en) 2020-05-11 2021-01-20 Fingerprint sensor and display device including the same
CN202110499020.8A CN113642377A (zh) 2020-05-11 2021-05-08 指纹传感器及包括该指纹传感器的显示装置

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020200055686A KR20210138184A (ko) 2020-05-11 2020-05-11 지문 센서, 및 그를 포함한 표시 장치

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20210138184A true KR20210138184A (ko) 2021-11-19

Family

ID=78412740

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020200055686A KR20210138184A (ko) 2020-05-11 2020-05-11 지문 센서, 및 그를 포함한 표시 장치

Country Status (3)

Country Link
US (1) US11887402B2 (ko)
KR (1) KR20210138184A (ko)
CN (1) CN113642377A (ko)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2023068567A1 (ko) 2021-10-18 2023-04-27 주식회사 엘지에너지솔루션 전극, 전극조립체 및 이를 포함하는 이차전지

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20210060734A (ko) * 2019-11-18 2021-05-27 삼성디스플레이 주식회사 광 센서 및 이를 포함하는 전자 장치 및 이의 제조 방법
CN114730503A (zh) * 2020-09-30 2022-07-08 京东方科技集团股份有限公司 屏下指纹识别模组、显示组件及显示装置
CN114581964A (zh) * 2022-02-22 2022-06-03 业泓科技(成都)有限公司 荧幕下指纹辨识电路及其层叠结构、显示面板与指纹撷取方法

Family Cites Families (18)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5726443A (en) * 1996-01-18 1998-03-10 Chapman Glenn H Vision system and proximity detector
US6340248B1 (en) 2000-03-15 2002-01-22 Lasercomm Inc. High precision optical collimator for optical waveguide
DE102004003013B3 (de) * 2004-01-20 2005-06-02 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Bilderfassungssystem und dessen Verwendung
US10229316B2 (en) * 2016-01-29 2019-03-12 Synaptics Incorporated Compound collimating system using apertures and collimators
US10108841B2 (en) * 2016-03-31 2018-10-23 Synaptics Incorporated Biometric sensor with diverging optical element
CN109154869B (zh) 2016-06-07 2021-02-05 深圳市汇顶科技股份有限公司 用于屏上指纹感应的屏下光学传感器模块的光学准直器
KR102693504B1 (ko) * 2016-09-26 2024-08-12 삼성디스플레이 주식회사 표시장치 및 그의 구동방법
CN107045628B (zh) * 2017-04-17 2019-06-04 京东方科技集团股份有限公司 一种触控面板、显示面板、显示装置及指纹识别方法
US10768751B2 (en) * 2017-06-13 2020-09-08 Apple Inc. Electronic device including optical image sensor having metallization layers and related methods
US10680121B2 (en) * 2017-06-15 2020-06-09 Egis Technology Inc. Optical fingerprint sensor and manufacturing method of sensing module thereof
US10515253B2 (en) * 2017-12-27 2019-12-24 Visera Technologies Company Limited Optical fingerprint sensor
US20200359915A1 (en) * 2018-01-15 2020-11-19 Sony Corporation Biological information obtaining device, biological information obtaining method, and wearable device
FR3084207B1 (fr) * 2018-07-19 2021-02-19 Isorg Systeme optique et son procede de fabrication
CN110427854A (zh) * 2018-09-28 2019-11-08 神盾股份有限公司 感测模组及其设计方法
CN109863506B (zh) * 2019-01-22 2022-03-29 深圳市汇顶科技股份有限公司 指纹识别装置和电子设备
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
CN111261649B (zh) * 2020-01-21 2024-04-02 上海奕瑞光电子科技股份有限公司 一种图像探测器
US12089474B2 (en) * 2020-04-27 2024-09-10 Boe Technology Group Co., Ltd. Texture recognition apparatus and opposite substrate

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2023068567A1 (ko) 2021-10-18 2023-04-27 주식회사 엘지에너지솔루션 전극, 전극조립체 및 이를 포함하는 이차전지

Also Published As

Publication number Publication date
US11887402B2 (en) 2024-01-30
CN113642377A (zh) 2021-11-12
US20210350100A1 (en) 2021-11-11

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN110061038B (zh) 一种显示面板及显示装置
CN107230434B (zh) 显示装置
KR20210138184A (ko) 지문 센서, 및 그를 포함한 표시 장치
US11508178B2 (en) Fingerprint sensor and display device including the same
KR20210142789A (ko) 지문 센서, 그의 제조 방법, 및 그를 포함한 표시 장치
US11815754B2 (en) Display device and method of driving the same
US20220165780A1 (en) Fingerprint Identification Substrate and Manufacturing Method Therefor, Identification Method and Display Apparatus
US11963426B2 (en) Display device including fingerprint recognition function
US20220131018A1 (en) Fingerprint sensor and display device including the same
CN113777819B (zh) 显示面板和显示装置
KR20220053075A (ko) 지문 센서, 지문 센서의 제조 방법, 및 지문 센서를 포함한 표시 장치
US11783618B2 (en) Fingerprint sensor, method for manufacturing fingerprint sensor, and display device including fingerprint sensor
CN114092980A (zh) 指纹传感器和包括该指纹传感器的显示装置
KR20210142799A (ko) 지문 센서, 그의 제조 방법, 및 그를 포함한 표시 장치
US20230413639A1 (en) Display apparatus
US12087788B2 (en) Fingerprint sensor, method for manufacturing the same, and display device including the same
KR20240049763A (ko) 표시 장치, 표시 장치의 제조 방법 및 지문 센서
US20240122029A1 (en) Display device, method for manufacturing display device, and fingerprint sensor
CN117858535A (zh) 显示装置、用于制造显示装置的方法和指纹传感器
KR20230144679A (ko) 표시 장치
CN114551540A (zh) Oled显示面板及其制作方法、oled显示模组

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination