KR20220031402A - 전자 장치 - Google Patents
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Abstract
발광체를 포함하는 표시 패널, 그리고 상기 표시 패널과 적층되어 있고 상기 표시 패널에서 방출된 광이 인식 타겟에 의해 반사된 광을 검출하는 생체 인식 센서를 포함하고, 상기 생체 인식 센서는 실리콘 기판, 그리고 상기 실리콘 기판 위에 위치하고 파장 선택성을 가진 광전변환층을 포함하는 광전변환소자를 포함하는 전자 장치에 관한 것이다.
Description
전자 장치에 관한 것이다.
근래 금융, 헬스 케어, 모바일 등을 중심으로 인간의 특정 생체 정보나 행동 특징 정보를 자동화된 장치로 추출하여 본인을 인증하는 생체 인식 기술을 구현한 전자 장치에 대한 요구가 증대하고 있다.
일 구현예는 얇은 두께로 효과적인 생체 인식 기능을 수행할 수 있는 전자 장치를 제공한다.
일 구현예에 따르면, 발광체를 포함하는 표시 패널, 그리고 상기 표시 패널과 적층되어 있고 상기 표시 패널에서 방출된 광이 인식 타겟에 의해 반사된 광을 검출하는 생체 인식 센서를 포함하고, 상기 생체 인식 센서는 실리콘 기판, 그리고 상기 실리콘 기판 위에 위치하고 파장 선택성을 가진 광전변환층을 포함하는 광전변환소자를 포함하는 전자 장치를 제공한다.
상기 생체 인식 센서는 CMOS 센서일 수 있다.
상기 광전변환층은 가시광선 파장 스펙트럼 또는 적외선 파장 스펙트럼 중 어느 하나를 선택적으로 흡수할 수 있다.
상기 표시 패널은 가시광선 파장 스펙트럼의 광을 방출할 수 있고, 상기 광전변환층은 가시광선 파장 스펙트럼 중 적어도 일부 파장 스펙트럼의 광을 흡수하고 적외선 파장 스펙트럼의 광을 흡수하지 않을 수 있다.
상기 광전변환층은 약 400nm 내지 700nm의 전체 파장 스펙트럼의 광을 흡수하고 약 800nm 내지 20㎛의 전체 파장 스펙트럼의 광을 흡수하지 않을 수 있다.
상기 광전변환층은 청색 파장 스펙트럼, 녹색 파장 스펙트럼 및 적색 파장 스펙트럼에서 선택된 어느 하나의 파장 스펙트럼의 광을 선택적으로 흡수할 수 있다.
상기 전자 장치는 적외선 파장 스펙트럼의 광을 방출하는 적외선 광원을 더 포함할 수 있고, 상기 광전변환층은 적외선 파장 스펙트럼 중 적어도 일부의 광을 흡수할 수 있다.
상기 광전변환소자는 서로 마주하는 제1 전극과 제2 전극을 더 포함할 수 있고, 상기 제1 전극과 상기 제2 전극 중 적어도 하나는 투광 전극일 수 있다.
상기 생체 인식 센서는 적외선 차단 필터를 포함하지 않을 수 있다.
상기 생체 인식 센서는 색 필터를 포함하지 않을 수 있다.
상기 표시 패널은 상기 발광체를 포함하고 색을 표시하는 표시 영역, 그리고 상기 표시 영역을 제외한 비표시 영역을 포함할 수 있고, 상기 생체 인식 센서는 상기 비표시 영역에 중첩하게 배치되어 있을 수 있다.
상기 표시 영역은 청색을 표시하는 복수의 제1 서브화소, 녹색을 표시하는 복수의 제2 서브화소 및 적색을 표시하는 복수의 제3 서브화소를 포함하는 서브화소 어레이를 포함할 수 있고, 상기 생체 인식 센서는 상기 제1 서브화소, 상기 제2 서브화소 및 상기 제3 서브화소에서 선택된 적어도 둘 사이에 위치할 수 있다.
상기 발광체는 유기 발광체, 양자점, 페로브스카이트 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다.
상기 생체 인식 센서의 두께는 약 0.5mm 이하일 수 있다.
다른 구현예에 따르면, CMOS 구동을 위한 실리콘 기판 위에 위치하고 제1 전극, 가시광선 파장 스펙트럼의 광을 흡수하고 적외선 파장 스펙트럼의 광을 흡수하지 않는 광전변환층 및 제2 전극을 포함하는 복수의 광전변환소자가 배열되어 있는 생체 인식 센서, 그리고 박막 트랜지스터 기판 위에 위치하고 제3 전극, 발광체를 포함하는 발광층 및 제4 전극을 포함하는 복수의 발광 소자가 배열되어 있는 표시 패널을 포함하는 전자 장치를 제공한다.
상기 생체 인식 센서는 상기 표시 패널에서 방출된 광을 광원으로 하여 인식 타겟에 의해 반사된 광을 검출할 수 있다.
상기 표시 패널은 상기 생체 인식 센서보다 상기 인식 타겟에 더 가깝게 위치할 수 있다.
상기 전자 장치는 배터리를 더 포함할 수 있고, 상기 생체 인식 센서는 상기 표시 패널과 상기 배터리 사이에 위치할 수 있다.
상기 발광체는 유기 발광체, 양자점, 페로브스카이트 또는 이들의 조합에서 선택될 수 있다.
상기 광전변환소자는 상기 복수의 발광 소자들 사이의 영역과 중첩하게 위치할 수 있다.
얇은 두께로 효과적인 생체 인식 기능을 수행할 수 있다.
도 1은 일 구현예에 따른 전자 장치의 일 예를 도시한 개략도이고,
도 2는 도 1의 전자 장치의 일 예를 도시한 단면도이고,
도 3은 도 1 및 2의 전자 장치에서 표시 패널의 일 예를 보여주는 평면도이고,
도 4는 도 1 및 2의 전자 장치의 일 예를 보여주는 단면도이고,
도 5는 도 4의 전자 장치에서 광전변환소자의 일 예를 보여주는 단면도이고,
도 6은 도 4의 전자 장치에서 광전변환소자의 다른 예를 보여주는 단면도이고,
도 7은 도 1 및 2의 전자 장치의 다른 예를 보여주는 단면도이고,
도 8은 도 7의 전자 장치에서 광전변환소자의 일 예를 보여주는 단면도이고,
도 9는 도 7의 전자 장치에서 광전변환소자의 다른 예를 보여주는 단면도이고,
도 10은 일 구현예에 따른 전자 장치의 다른 예를 도시한 개략도이고,
도 11은 실시예 1과 참고예 1에 따른 센서의 효율을 보여주는 그래프이고,
도 12는 센서의 두께에 따른 광학 크로스토크를 보여주는 그래프이다.
도 2는 도 1의 전자 장치의 일 예를 도시한 단면도이고,
도 3은 도 1 및 2의 전자 장치에서 표시 패널의 일 예를 보여주는 평면도이고,
도 4는 도 1 및 2의 전자 장치의 일 예를 보여주는 단면도이고,
도 5는 도 4의 전자 장치에서 광전변환소자의 일 예를 보여주는 단면도이고,
도 6은 도 4의 전자 장치에서 광전변환소자의 다른 예를 보여주는 단면도이고,
도 7은 도 1 및 2의 전자 장치의 다른 예를 보여주는 단면도이고,
도 8은 도 7의 전자 장치에서 광전변환소자의 일 예를 보여주는 단면도이고,
도 9는 도 7의 전자 장치에서 광전변환소자의 다른 예를 보여주는 단면도이고,
도 10은 일 구현예에 따른 전자 장치의 다른 예를 도시한 개략도이고,
도 11은 실시예 1과 참고예 1에 따른 센서의 효율을 보여주는 그래프이고,
도 12는 센서의 두께에 따른 광학 크로스토크를 보여주는 그래프이다.
이하, 구현예에 대하여 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 실제 적용되는 구조는 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 구현예에 한정되지 않는다.
도면에서 여러 층 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 나타내었다. 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "위에" 있다고 할 때, 이는 다른 부분 "바로 위에" 있는 경우뿐만 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다. 반대로 어떤 부분이 다른 부분 "바로 위에" 있다고 할 때에는 중간에 다른 부분이 없는 것을 뜻한다.
도면에서 본 구현예를 명확하게 설명하기 위하여 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성 요소에 대해서는 동일한 도면 부호를 사용하였다.
이하에서 ‘하부’ 및 ‘상부’ 용어는 설명의 편의를 위한 것일 뿐 위치 관계를 한정하는 것은 아니다.
이하 일 구현예에 따른 전자 장치를 설명한다.
일 구현예에 따른 전자 장치는 표시 기능과 생체 인식 기능이 필요한 전자 장치이면 특별히 제한되지 않으며, 예컨대 스마트폰, 모바일 폰, 테블릿 PC, 랩탑 PC, 데스크탑 PC, 전자 책, 네비게이션 장치, TV, PDA(personal digital assistant), PMP(portable multimedia player), EDA(enterprise digital assistant), 웨어러블 컴퓨터, 사물 인터넷 장치(IoT), 만물 인터넷 장치(IoE), 드론(drone), 디지털 카메라, 도어락, 금고, 현금자동입출금기(ATM), 보안 장치, 의료 장치 또는 자동차 전장부품일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
일 구현예에 따른 전자 장치에 대하여 도면을 참고하여 설명한다.
도 1은 일 구현예에 따른 전자 장치의 일 예를 도시한 개략도이고, 도 2는 도 1의 전자 장치의 일 예를 도시한 단면도이고, 도 3은 도 1 및 2의 전자 장치에서 표시 패널의 일 예를 보여주는 평면도이고, 도 4는 도 1 및 2의 전자 장치의 일 예를 보여주는 단면도이고, 도 5는 도 4의 전자 장치에서 광전변환소자의 일 예를 보여주는 단면도이다.
도 1 및 2를 참고하면, 일 구현예에 따른 전자 장치(1000)는 화상을 표시하는 표시 패널(100), 표시 패널(100) 중 적어도 일부에 중첩하게 배치되어 있는 생체 인식 센서(200), 그리고 선택적으로 배터리(300)를 포함한다.
표시 패널(100)과 생체 인식 센서(200)는 적층되어 있으며, 예컨대 표시 패널(100)은 생체 인식 센서(200)보다 생체 또는 도구와 같은 인식 타겟(recognition target)(40)에 더 가깝게 위치할 수 있다. 생체는 예컨대 손가락, 지문, 손바닥, 홍채, 얼굴 및/또는 손목 등일 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다. 즉, 전자 장치(1000)는 인식 타겟(40)을 기준으로, 인식 타겟(40)에 접촉할 수 있는 표시 패널(100)과 표시 패널(100)의 아래에 위치하는 생체 인식 센서(200) 및 선택적으로 배터리(300)를 포함할 수 있다. 생체 인식 센서(200)는 표시 패널(100)에서 방출된 광이 인식 타겟(40)에 의해 반사된 광을 검출할 수 있다.
도 3을 참고하면, 표시 패널(100)은 서로 다른 색을 표시하는 복수의 서브화소(PX)를 포함한다. 복수의 서브화소(PX)는 적어도 삼원색(primary color)을 표시할 수 있으며, 예컨대 청색을 표시하는 청색 서브화소(PX(B)), 녹색을 표시하는 녹색 서브화소(PX(G)) 및 적색을 표시하는 적색 서브화소(PX(R))를 포함한다. 그러나 이에 한정되지 않고 백색 서브화소와 같은 보조 서브화소(도시하지 않음)를 더 포함할 수 있다. 청색 서브화소(PX(B)), 녹색 서브화소(PX(G)) 및 적색 서브화소(PX(R))를 포함한 복수의 서브화소(PX)는 하나의 단위 화소를 구성하여 행 및/또는 열을 따라 반복적으로 배열될 수 있다. 도면에서는 일 예로서 펜타일(Pentile) 타입의 배열을 도시하였으나, 이에 한정되지 않고 서브화소(PX)의 배열은 다양할 수 있다. 복수의 서브화소(PX)가 차지하고 복수의 서브화소(PX)에 의해 색을 표시하는 영역은 화상을 표시하는 표시 영역(display area)일 수 있다.
일 예로, 청색 서브화소(PX(B)), 녹색 서브화소(PX(G)) 및 적색 서브화소(PX(R))는 각각 발광체를 포함할 수 있으며, 예컨대 청색 서브화소(PX(B))는 청색 파장 스펙트럼의 광(이하 ‘청색 광’이라 한다)을 방출할 수 있는 청색 발광체를 포함할 수 있고 녹색 서브화소(PX(G))는 녹색 파장 스펙트럼의 광(이하 ‘녹색 광’이라 한다)을 방출할 수 있는 녹색 발광체를 포함할 수 있고 적색 서브화소(PX(R))는 적색 파장 스펙트럼의 광(이하 ‘적색 광’이라 한다)을 방출할 수 있는 적색 발광체를 포함할 수 있다. 여기서 청색 파장 스펙트럼은 약 380nm 이상 500nm 미만일 수 있고 녹색 파장 스펙트럼은 약 500nm 내지 600nm 일 수 있고 적색 파장 스펙트럼은 약 600nm 초과 700nm 이하 일 수 있다. 청색 발광체의 발광 스펙트럼은 예컨대 약 380nm 이상 500nm 미만에서 최대 발광 파장(λmax,e)을 가질 수 있고 녹색 발광체의 발광 스펙트럼은 예컨대 약 500nm 내지 600nm에서 최대 발광 파장(λmax,e)을 가질 수 있고 적색 발광체의 발광 스펙트럼은 예컨대 약 600nm 초과 700nm 이하에서 최대 발광 파장(λmax,e)을 가질 수 있다.
따라서 청색 서브화소(PX(B))는 청색 발광체로부터 방출되는 광에 의해 청색을 표시할 수 있고 녹색 서브화소(PX(G))는 녹색 발광체로부터 방출되는 광에 의해 녹색을 표시할 수 있고 적색 서브화소(PX(R))는 적색 발광체로부터 방출되는 광에 의해 적색을 표시할 수 있다. 발광체는 후술하는 바와 같이 유기 발광체, 양자점, 페로브스카이트 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다.
표시 패널(100)은 복수의 서브화소(PX)가 차지하고 있는 영역, 즉 표시 영역 이외에 비표시 영역(800)을 더 포함한다. 비표시 영역(800)은 표시 영역을 제외한 영역으로, 예컨대 청색 서브화소(PX(B)), 녹색 서브화소(PX(G)) 및 적색 서브화소(PX(R))에서 선택된 적어도 둘 사이의 영역일 수 있다.
도 4를 참고하면, 표시 패널(100)은 기판(110), 기판(110) 위에 형성되어 있는 박막 트랜지스터(120), 발광 소자(130), 절연층(140) 및 화소 정의 층(150)을 포함한다.
기판(110)은 투광 기판일 수 있으며, 예컨대 유리 기판 또는 고분자 기판일 수 있다. 고분자 기판은 예컨대 폴리카보네이트, 폴리메틸메타크릴레이트, 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리에틸렌나프탈레이트, 폴리이미드, 폴리아미드, 폴리아미드이미드, 폴리에테르술폰, 폴리오가노실록산, 스티렌-에틸렌-부틸렌-스티렌, 폴리우레탄, 폴리아크릴, 폴리올레핀 또는 이들의 조합을 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
기판(110) 위에 복수의 박막 트랜지스터(120)가 형성되어 있다. 박막 트랜지스터(120)는 각 서브화소(PX)마다 하나 또는 둘 이상 포함되어 있을 수 있으며, 예컨대 적어도 하나의 스위칭 박막 트랜지스터 및/또는 적어도 하나의 구동 박막 트랜지스터를 포함할 수 있다. 박막 트랜지스터(120)가 형성된 기판(110)은 박막 트랜지스터 기판(TFT substrate) 또는 박막 트랜지스터 백플레인(TFT backplane)이라고 불릴 수 있다.
발광 소자(130)는 각 서브화소(PX)마다 배치되어 있을 수 있으며, 각 서브화소(PX)마다 독립적으로 구동될 수 있다. 발광 소자(130)는 예컨대 발광 다이오드일 수 있으며, 유기 발광체를 포함하는 유기 발광 다이오드, 무기 발광체를 포함하는 무기 발광 다이오드, 유무기 발광체를 포함하는 유무기 발광 다이오드 또는 마이크로단위의 발광체가 배열된 마이크로 발광 다이오드일 수 있다.
발광 소자(130)는 청색 서브화소(PX(B))에 위치하는 청색 발광 소자(130B), 녹색 서브화소(PX(G))에 위치하는 녹색 발광 소자(130G) 및 적색 서브화소(PX(R))에 위치하는 적색 발광 소자(130R)를 포함한다.
청색 발광 소자(130B)는 하부 전극(131B), 상부 전극(132B) 및 청색 발광층(133B)을 포함할 수 있고, 녹색 발광 소자(130G)는 하부 전극(131G), 상부 전극(132G) 및 녹색 발광층(133G)을 포함할 수 있고, 적색 발광 소자(130R)는 하부 전극(131R), 상부 전극(132R) 및 적색 발광층(133R)을 포함할 수 있다.
하부 전극(131B, 131G, 131R)과 상부 전극(132B, 132G, 132R) 중 어느 하나는 애노드이고 다른 하나는 캐소드일 수 있다. 하부 전극(131B, 131G, 131R)과 상부 전극(132B, 132G, 132R) 중 어느 하나는 화소 전극이고 다른 하나는 공통 전극일 수 있고, 예컨대 하부 전극(131B, 131G, 131R)은 화소 전극이고 상부 전극(132B, 132G, 132R)은 공통 전극일 수 있다. 하부 전극(131B, 131G, 131R)과 상부 전극(132B, 132G, 132R)은 각각 독립적으로 투광 전극 또는 반사 전극일 수 있고, 하부 전극(131B, 131G, 131R)과 상부 전극(132B, 132G, 132R) 중 적어도 하나는 투광 전극일 수 있고, 예컨대 상부 전극(132B, 132G, 132R)은 투광 전극일 수 있다. 투광 전극은 약 80% 이상, 약 85% 이상, 약 90% 이상 또는 약 95% 이상의 투광율을 가질 수 있으며, 예컨대 산화물 도전체, 탄소 도전체 및 금속 박막 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 산화물 도전체는 예컨대 인듐 주석 산화물(indium tin oxide, ITO), 인듐 아연 산화물(indium zinc oxide, IZO), 아연 주석 산화물(zinc tin oxide, ZTO), 알루미늄 주석 산화물(Aluminum tin oxide, ATO) 및 알루미늄 아연 산화물(Aluminum zinc oxide, AZO)에서 선택된 하나 이상일 수 있고, 탄소 도전체는 그래핀 및 탄소나노체에서 선택된 하나 이상일 수 있고, 금속 박막은 알루미늄(Al), 마그네슘(Mg), 은(Ag), 금(Au), 이들의 합금 또는 이들의 조합을 포함한 매우 얇은 박막일 수 있다. 반사 전극은 예컨대 알루미늄(Al), 은(Ag), 금(Au) 또는 이들의 합금과 같은 반사 도전체를 포함할 수 있다.
청색 발광층(133B)은 청색 광을 방출할 수 있고 녹색 발광층(133G)은 녹색 광을 방출할 수 있고 적색 발광층(133R)은 적색 광을 방출할 수 있다. 예컨대 청색 발광층(133B), 녹색 발광층(133G) 및 적색 발광층(133R)은 각각 청색 광, 녹색 광 및 적색 광을 방출하는 유기 발광 물질을 포함할 수 있으며, 예컨대 각각 적어도 하나의 호스트 물질과 형광 또는 인광 도펀트를 포함할 수 있다.
하부 전극(131B)과 청색 발광층(133B) 사이 및/또는 상부 전극(132B)과 청색 발광층(133B) 사이에는 적어도 하나의 전하 보조층(도시하지 않음)을 더 포함할 수 있다. 하부 전극(131G)과 녹색 발광층(133G) 사이 및/또는 상부 전극(132G)과 녹색 발광층(133G) 사이에는 적어도 하나의 전하 보조층(도시하지 않음)을 더 포함할 수 있다. 하부 전극(131R)과 적색 발광층(133R) 사이 및/또는 상부 전극(132R)과 적색 발광층(133R) 사이에는 적어도 하나의 전하 보조층(도시하지 않음)을 더 포함할 수 있다.
복수의 청색 발광 소자(130B), 복수의 녹색 발광 소자(130G) 및 복수의 적색 발광 소자(130R)는 기판(110)의 면 방향(예컨대 xy방향)을 따라 교대로 배열되어 있다.
절연층(140)은 기판(110)의 전면에 형성되어 있을 수 있으며, 기판(110)과 발광 소자(130) 사이에 위치할 수 있다. 절연층(140)은 발광 소자(130)의 하부 전극(131B, 131G, 131R)과 박막 트랜지스터(120)를 전기적으로 연결하기 위한 접촉구멍(141)을 가질 수 있다.
화소 정의 층(150) 또한 기판(110)의 전면에 형성되어 있을 수 있으며, 인접한 서브화소(PX) 사이에 위치하여 각 서브화소(PX)를 구획할 수 있다. 화소 정의 층(150)은 각 서브화소(PX)에 위치한 복수의 개구부(151)를 가질 수 있으며, 개구부(151)에는 발광 소자(130)가 위치되어 있다.
표시 패널(100)은 발광 소자(130)를 덮는 봉지층(encapsulation layer) 또는 봉지판(encapsulation plate)(도시하지 않음)을 더 포함할 수 있다. 봉지층 또는 봉지판은 유리 기판, 고분자 기판, 금속 박막 및/또는 절연 박막을 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 봉지층 또는 봉지판은 발광 소자(130) 위에 추가로 형성되거나 접착제(도시하지 않음)을 사용하여 부착될 수 있다. 봉지층 또는 봉지판은 발광 소자(130)를 보호하고 전자 장치(1000)의 표면을 형성할 수 있다.
표시 패널(100)은 터치 스크린 패널(touch screen panel, TSP, 도시하지 않음)을 더 포함할 수 있다. 터치 스크린 패널은 발광 소자(130)와 봉지층 또는 봉지판 사이에 위치하거나 봉지층 또는 봉지판 위에 위치할 수 있다. 터치 스크린 패널은 표시 패널(100)의 소정의 서브화소(PX)에 접촉하는 인식 타겟(40)에 기초하여 하나 이상의 신호를 발생할 수 있다. 따라서 인식 타겟(40)에 접촉하는 소정의 서브화소(PX)는 터치 스크린 패널에 의해 발생된 하나 이상의 신호 처리에 기초하여 판단될 수 있다.
표시 패널(100)은 예컨대 상부 전극(132B, 132G, 132R) 측으로 광이 방출되는 전면 발광(top emission) 타입일 수 있다.
생체 인식 센서(200)는 표시 패널(100)과 적층되어 있으며 예컨대 표시 패널(100)의 하부에 위치될 수 있다.
생체 인식 센서(200)는 예컨대 지문, 혈관 모양, 홍채 또는 얼굴과 같은 생체 이미지를 인식하는 센서이거나 혈관의 혈류 변화와 같은 생체 신호를 인식하는 센서일 수 있다. 생체 인식 센서(200)는 예컨대 광학 타입의 센서일 수 있다. 생체 인식 센서(200)는 예컨대 지문 인식 센서일 수 있고 예컨대 광학 타입의 지문 인식 센서일 수 있다.
생체 인식 센서(200)는 표시 패널(100)에서 방출된 광이 생체(예컨대 손가락) 또는 도구와 같은 인식 타겟(40)에 의해 반사된 광을 검출할 수 있고, 구체적으로 표시 패널(100)의 발광 소자(130)에서 방출된 광은 생체 또는 도구에서 반사되고 반사된 광은 생체 인식 센서(200)에서 검출될 수 있다.
생체 인식 센서(200)는 예컨대 CMOS(complementary metal oxide semiconductor) 센서일 수 있다.
생체 인식 센서(200)는 기판(210)과 광전변환영역(215)를 포함한다.
도 5를 참고하면, 기판(210)은 CMOS 구동을 위한 기판일 수 있으며, 예컨대 실리콘웨이퍼와 같은 실리콘 기판일 수 있다. 기판(210)은 후술하는 광전변환소자(220)에 전기적으로 연결되어 있는 전하 저장소(211), 광전변환소자(220)와 전하 저장소(211)를 연결하는 트렌치(212) 및 전송 트랜지스터와 같은 트랜지스터(도시하지 않음)를 포함한다. 여기서 기판(210) 내에 위치하는 트랜지스터는 전술한 표시 패널(100) 내의 박막 트랜지스터(TFT)와 다르며 박막 트랜지스터(TFT)를 제외할 수 있다.
기판(210)은 실리콘 포토다이오드(Si photodiode)와 같은 광 감지 소자를 포함하지 않을 수 있다. 이에 따라 기판(210) 내에 광 감지 소자를 형성하는 공정을 생략할 수 있어서 공정을 대폭 단순화할 수 있는 동시에 광 감지 소자를 형성하는 공정에 의해 발생할 수 있는 노이즈(noise)를 감소시켜 생체 인식 센서(200)의 성능을 개선시킬 수 있다. 또한 기판(210) 내에 광 감지 소자가 차지하는 두께 및 폭만큼 공간을 절약할 수 있어서 회로 설계의 공간을 충분히 확보할 수 있는 동시에 생체 인식 센서(200)의 두께를 대폭 줄일 수 있어서 슬림형 생체 인식 센서를 구현할 수 있다. 예컨대 일반적으로 실리콘 기판 내에 광 감지 소자를 형성하기 위해서는 적어도 약 3㎛ 두께를 확보해야 하는 반면, 광 감지 소자가 불필요한 기판(210)은 광 감지 소자의 두께만큼 기판 두께를 줄일 수 있다.
기판(210)의 하부 또는 상부에는 배선층(213)이 형성되어 있다. 도면에서는 배선층(213)이 기판(210)의 상부에 위치하는 FSI(front side illumination) 구조를 도시하였으나, 이에 한정되지 않고 배선층(213)이 기판(210)의 하부에 위치하는 BSI(back side illumication) 구조일 수도 있다. 배선층(213)은 하나 또는 둘 이상의 층간 절연층(213-1), 복수의 금속 배선(213-2) 및 복수의 콘택홀(213-3)을 포함한다. 금속 배선(213-2)은 예컨대 알루미늄(Al), 구리(Cu), 은(Ag) 및 이들의 합금과 같은 낮은 비저항을 가진 금속을 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 복수의 콘택홀(213-3)은 충전재로 채워져 있을 수 있다.
기판(210)은 하나 이상 포함할 수 있으며, 예컨대 복수의 실리콘 기판과 복수의 배선층이 적층되어 있는 적층형 CMOS 기판일 수도 있다.
기판(210) 위에는 광전변환영역(215)이 위치되어 있다. 광전변환영역(215)은 예컨대 기판(210)의 면 방향(예컨대 xy방향)을 따라 배열되어 있을 수 있으며, 예컨대 전술한 인접한 발광 소자(130) 사이의 영역과 중첩할 수 있고, 예컨대 전술한 발광 소자(130)와 일부 중첩하게 위치할 수도 있다. 각 광전변환영역(215)은 복수의 광전변환소자(220)를 포함할 수 있다. 복수의 광전변환소자(220)는 행 및/또는 열을 따라 배열되어 있을 수 있다.
일 예로, 광전변환영역(215)은 표시 패널(100)의 비표시 영역(800)과 적어도 일부 중첩하게 위치할 수 있으며 이에 따라 발광 소자(130)로부터 방출된 광이 인식 타겟(40)에서 반사되어 광전변환영역(215)으로 효과적으로 입사될 수 있다.
광전변환소자(220)는 소정 파장 스펙트럼의 광을 흡수하여 광전변환할 수 있으며 광전변환에 의해 생성된 전하(정공 및 전자)로부터 전기적 신호를 얻을 수 있다.
광전변환소자(220)는 서로 마주하는 하부 전극(221)과 상부 전극(222), 그리고 하부 전극(221)과 상부 전극(222) 사이에 위치하는 광전변환층(223)을 포함하고, 선택적으로 봉지층(230) 및 집광 렌즈(240)를 포함한다.
하부 전극(221)과 상부 전극(222) 중 어느 하나는 애노드이고 다른 하나는 캐소드일 수 있다. 하부 전극(221)과 상부 전극(222)는 각각 독립적으로 투광 전극 또는 반사 전극일 수 있고, 예컨대 하부 전극(221)과 상부 전극(222) 중 적어도 하나는 투광 전극일 수 있고, 예컨대 상부 전극(222)은 투광 전극일 수 있다. 투광 전극은 예컨대 산화물 도전체, 탄소 도전체 및 금속 박막 중 적어도 하나를 포함할 수 있으며, 산화물 도전체는 예컨대 ITO, IZO, ZTO, ATO 및 AZO에서 선택된 하나 이상일 수 있고, 탄소 도전체는 그래핀 및 탄소나노체에서 선택된 하나 이상일 수 있고, 금속 박막은 Al, Mg, Ag, Au, 이들의 합금 또는 이들의 조합을 포함한 매우 얇은 박막일 수 있다. 반사 전극은 예컨대 Al, Ag, Au 또는 이들의 합금과 같은 반사 도전체를 포함할 수 있다.
광전변환층(223)은 소정 파장 영역의 광을 선택적으로 흡수하는 파장 선택성을 가질 수 있으며, 예컨대 가시광선 파장 스펙트럼의 광을 선택적으로 흡수할 수 있다.
일 예로, 광전변환층(223)은 가시광선 파장 스펙트럼 중 적어도 일부 파장 스펙트럼의 광을 흡수하고 적외선 파장 스펙트럼의 광을 흡수하지 않을 수 있다. 여기서 가시광선 파장 스펙트럼은 예컨대 약 380nm 이상 750nm 미만, 약 400nm 내지 700nm 또는 약 420nm 내지 700nm일 수 있고, 적외선 파장 스펙트럼은 약 750nm 이상, 약 750nm 내지 20㎛, 약 780nm 내지 20㎛, 약 800nm 내지 20㎛, 약 750nm 내지 15㎛, 약 780nm 내지 15㎛, 약 800nm 내지 15㎛, 약 750nm 내지 10㎛, 약 780nm 내지 10㎛, 약 800nm 내지 10㎛, 약 750nm 내지 5㎛, 약 780nm 내지 5㎛, 약 800nm 내지 5㎛, 약 750nm 내지 3㎛, 약 780nm 내지 3㎛, 약 800nm 내지 3㎛, 약 750nm 내지 2㎛, 약 780nm 내지 2㎛, 약 800nm 내지 2㎛, 약 750nm 내지 1.5㎛, 약 780nm 내지 1.5㎛ 또는 약 800nm 내지 1.5㎛ 일 수 있다. 예컨대 광전변환층(223)은 약 380nm 이상 750nm 미만, 약 400nm 내지 700nm 또는 약 420nm 내지 700nm의 전체 파장 스펙트럼의 광을 흡수할 수 있으며, 예컨대 약 400nm 이상 500nm 미만, 약 500nm 내지 600nm 및 약 600nm 초과 700nm에서의 흡광도가 각각 약 0.1 이상, 약 0.2 이상, 약 0.3 이상, 약 0.4 이상 또는 약 0.5 이상을 만족할 수 있다. 예컨대 광전변환층(223)은 약 750nm 이상, 약 750nm 내지 20㎛, 약 780nm 내지 20㎛, 약 800nm 내지 20㎛, 약 750nm 내지 15㎛, 약 780nm 내지 15㎛, 약 800nm 내지 15㎛, 약 750nm 내지 10㎛, 약 780nm 내지 10㎛, 약 800nm 내지 10㎛, 약 750nm 내지 5㎛, 약 780nm 내지 5㎛, 약 800nm 내지 5㎛, 약 750nm 내지 3㎛, 약 780nm 내지 3㎛, 약 800nm 내지 3㎛, 약 750nm 내지 2㎛, 약 780nm 내지 2㎛, 약 800nm 내지 2㎛, 약 750nm 내지 1.5㎛, 약 780nm 내지 1.5㎛ 또는 약 800nm 내지 1.5㎛의 파장 스펙트럼의 광을 흡수하지 않을 수 있으며, 예컨대 약 750nm 이상, 약 750nm 내지 20㎛, 약 780nm 내지 20㎛, 약 800nm 내지 20㎛, 약 750nm 내지 15㎛, 약 780nm 내지 15㎛, 약 800nm 내지 15㎛, 약 750nm 내지 10㎛, 약 780nm 내지 10㎛, 약 800nm 내지 10㎛, 약 750nm 내지 5㎛, 약 780nm 내지 5㎛, 약 800nm 내지 5㎛, 약 750nm 내지 3㎛, 약 780nm 내지 3㎛, 약 800nm 내지 3㎛, 약 750nm 내지 2㎛, 약 780nm 내지 2㎛, 약 800nm 내지 2㎛, 약 750nm 내지 1.5㎛, 약 780nm 내지 1.5㎛ 또는 약 800nm 내지 1.5㎛에서의 광전변환층(223)의 흡광도는 약 0.1 미만, 약 0.05 미만, 약 0.03 미만, 약 0.02 미만, 약 0.01 미만 또는 0 일 수 있다.
일 예로, 전술한 표시 패널(100)은 청색 광, 녹색 광 및 적색 광을 포함한 가시광선 파장 스펙트럼의 광을 방출하고 광전변환층(223)은 표시 패널(100)에서 방출된 가시광선 파장 스펙트럼의 광이 인식 타겟(40)에서 반사된 광인 가시광선 파장 스펙트럼의 적어도 일부 파장 스펙트럼의 광을 흡수하여 광전변환할 수 있다.
일 예로, 광전변환층(223)은 pn 접합(pn junction)을 형성하는 p형 반도체와 n형 반도체를 포함할 수 있으며, p형 반도체와 n형 반도체는 외부에서 빛을 받아 엑시톤(exciton)을 생성한 후 생성된 엑시톤을 정공과 전자로 분리할 수 있다. p형 반도체와 n형 반도체는 각각 1종 또는 2종 이상일 수 있으며 각각 가시광선 파장 스펙트럼 중 적어도 일부 파장 스펙트럼의 광을 흡수하는 흡광 물질일 수 있다. 예컨대 p형 반도체 및/또는 n형 반도체는 가시광선 파장 스펙트럼의 전체의 광을 흡수하는 흡광 물질일 수 있다. 예컨대 p형 반도체 및/또는 n형 반도체는 청색 광, 녹색 광 및 적색 광 중 어느 하나 또는 둘을 선택적으로 흡수하는 흡광 물질일 수 있고 서로 다른 파장 스펙트럼의 광을 흡수하는 복수의 물질을 조합하여 가시광선 파장 스펙트럼의 전체의 광을 흡수할 수 있다. p형 반도체와 n형 반도체 중 적어도 하나는 유기 흡광 물질일 수 있다.
광전변환층(223)은 p형 반도체와 n형 반도체가 벌크 이종접합(bulk heterojunction) 형태로 혼합된 진성층(intrinsic layer, I층)일 수 있다. 이때 p형 반도체와 n형 반도체는 약 1:9 내지 9:1의 부피비(두께비)로 혼합될 수 있으며, 상기 범위 내에서 예컨대 약 2:8 내지 8:2의 부피비(두께비)로 혼합될 수 있으며, 상기 범위 내에서 예컨대 약 3:7 내지 7:3의 부피비(두께비)로 혼합될 수 있으며, 상기 범위 내에서 예컨대 약 4:6 내지 6:4의 부피비(두께비)로 혼합될 수 있으며, 상기 범위 내에서 예컨대 약 5:5의 부피비(두께비)로 혼합될 수 있다.
광전변환층(223)은 p형 반도체를 포함하는 p형 층과 n형 반도체를 포함하는 n형 층을 포함하는 이중 층을 포함할 수 있다. 이때 p형 층과 n형 층의 두께비는 약 1:9 내지 9:1일 수 있으며 상기 범위 내에서 예컨대 약 2:8 내지 8:2, 약 3:7 내지 7:3, 약 4:6 내지 6:4 또는 약 5:5일 수 있다.
광전변환층(223)은 진성층(I층) 외에 p형 층 및/또는 n형 층을 더 포함할 수 있다. p형 층은 p형 반도체를 포함할 수 있고, n형 층은 n형 반도체를 포함할 수 있다. 예컨대 p형 층/I층, I층/n형 층, p형 층/I층/n형 층 등 다양한 조합으로 포함될 수 있다.
일 예로, 상부 전극(222)을 통해 인식 타겟(40)에서 반사된 광이 입사되어 광전변환층(223)에서 가시광선 파장 스펙트럼의 광을 흡수하면 내부에서 엑시톤이 생성될 수 있고 엑시톤은 광전변환층(223) 내에서 정공과 전자로 분리되고 분리된 정공은 하부 전극(221)과 상부 전극(222) 중 어느 하나인 애노드 측으로 이동하고 분리된 전자는 하부 전극(221)과 상부 전극(222) 중 다른 하나인 캐소드 측으로 이동하여 전류가 흐를 수 있다. 분리된 전자 및/또는 정공은 전하 저장소(211)에 모아질 수 있다.
일 예로, 광전변환층(223)은 p형 반도체 또는 n형 반도체를 포함할 수 있으며, p형 반도체 또는 n형 반도체는 하부 전극(221) 또는 상부 전극(222)과 쇼트키 접합(schottky junction)을 형성할 수 있다. 쇼트키 접합은 광전변환층(223) 내에 형성된 전하 트랩 사이트(charge carrier trap sites)에 의해 형성될 수 있으며, 전하 트랩 사이트는 유기물의 정렬(arrangement), 배향(alignment) 및/또는 스태킹(stacking)과 같은 분자들 자체의 구조(conformation)에 의해 광전변환층(223) 내에 의도적으로 또는 비의도적으로 존재할 수 있다.
쇼트키 접합은 전극과 p형 반도체 또는 전극과 n형 반도체 사이에서 형성되므로, pn 접합과 달리 p형 반도체와 n형 반도체를 함께 포함하지 않을 수 있다. p형 반도체 또는 n형 반도체는 1종 또는 2종 이상 포함할 수 있다. 예컨대 p형 반도체 또는 n형 반도체는 가시광선 파장 스펙트럼의 전체의 광을 흡수하는 흡광 물질일 수 있다. 예컨대 p형 반도체 또는 n형 반도체는 청색 광, 녹색 광 및 적색 광 중 어느 하나 또는 둘을 선택적으로 흡수하는 흡광 물질일 수 있고 서로 다른 파장 스펙트럼의 광을 흡수하는 복수의 물질을 조합하여 가시광선 파장 스펙트럼의 전체의 광을 흡수할 수 있다. p형 반도체 또는 n형 반도체는 유기 흡광 물질일 수 있다.
예컨대 광전변환층(223)에 인식 타겟(40)에서 반사된 광이 입사될 때, p형 반도체 또는 n형 반도체의 광 흡수에 의해 광 생성 전하(photo-generated charges)가 생성될 수 있고 이러한 광 생성 전하는 광전변환층(223) 내의 전하 트랩 사이트에 포획되면서 하부 전극(221)과 광전변환층(223) 사이 또는 상부 전극(222)과 광전변환층(223) 사이에 쇼트키 접합의 계면 띠 굽힘(interfacial band bending)을 유도하여 하부 전극(221)과 광전변환층(223) 사이 또는 상부 전극(222)과 광전변환층(223) 사이의 에너지 장벽(energy barrier)을 낮추거나 제거할 수 있다. 이에 따라 역바이어스(reverse bias)와 같이 하부 전극(221) 또는 상부 전극(222) 사이에 인가된 외부 전압에 의해 하부 전극(221) 또는 상부 전극(222)으로부터 광전변환층(223)으로 전하가 효과적으로 주입될 수 있다. 즉 인식 타겟(40)에 의해 광전변환층(223)에 생성된 광 생성 전하들은 쇼트키 접합의 계면 띠 굽힘을 유도하는 스위칭(switching) 역할을 할 수 있고 외부 전압의 인가에 의해 하부 전극(221) 또는 상부 전극(222)으로부터 광전변환층(223)으로 전하가 효과적으로 주입되고 주입된 전하는 상부 전극(222) 또는 하부 전극(221)으로 전달되어 생체 인식 센서(200)의 전기적 신호로 읽을 수 있다. 이때 인가된 전압의 세기에 따라 전하의 양(전류 량)을 조절할 수 있고, 인가된 전압의 세기가 클수록 전류 량을 높일 수 있으므로 pn접합과 달리, 약한 반사 광도 외부 바이어스의 조절에 의해 충분한 전류 량을 얻을 수 있어서 생체 인식 센서(200)를 효과적으로 구현할 수 있다.
광전변환층(223)은 광전변환영역(215)의 전면(whole surface)에 형성될 수 있다. 이에 따라 가시광선 파장 스펙트럼의 광을 선택적으로 흡수하고 광 면적을 늘려 높은 흡광 효율을 가질 수 있다.
광전변환층(223)은 약 5nm 내지 1000nm의 두께를 가질 수 있고, 상기 범위 내에서 약 5nm 내지 800nm 또는 약 5nm 내지 500nm의 두께를 가질 수 있다. 상기 범위의 두께를 가짐으로써 빛을 효과적으로 흡수하고 정공과 전자를 효과적으로 분리 및 전달함으로써 광전 변환 효율을 효과적으로 개선할 수 있다.
광전변환소자(220)는 하부 전극(221)과 광전변환층(223) 사이 및/또는 상부 전극(222)과 광전변환층(223) 사이에 위치하는 버퍼층(도시하지 않음)을 더 포함할 수 있다. 버퍼층은 각각 독립적으로 정공 전달층, 정공 주입층, 정공 추출층, 전자 차단층, 전자 전달층, 전자 주입층, 전자 추출층, 정공 차단층, 광학 보조층 또는 이들의 조합일 수 있다. 버퍼층은 광전변환층(223)에서 분리된 전하(정공 및 전자)를 각각 하부 전극(221)과 상부 전극(222)으로 효과적으로 전달 또는 추출시키는 동시에 외부에서 전압 인가시 하부 전극(221)으로부터 광전변환층(223)으로 전하가 역으로 주입 또는 전달되거나 상부 전극(222)으로부터 광전변환층(223)으로 전하가 역으로 주입 또는 전달되는 것을 차단할 수 있다. 따라서 광전변환소자(220)의 광전 변환 효율을 높이는 동시에 암전류(dark current) 및 잔류 전자(remaining charge carriers)를 효과적으로 줄여 광전변환소자(220)의 효율 및 감도를 개선시킬 수 있다. 예컨대 버퍼층 중 적어도 하나는 유기 버퍼층일 수 있다. 예컨대 버퍼층 중 적어도 하나는 무기 버퍼층일 수 있고, 예컨대 이테르븀(Yb)과 같은 란탄족 원소, 칼슘(Ca), 칼륨(K), 알루미늄(Al) 또는 이들의 합금을 포함할 수 있다.
광전변환소자(220)는 상부 전극(222)의 상부에 위치하는 반사방지층(도시하지 않음)을 더 포함할 수 있다. 반사방지층은 광이 입사되는 측에 배치되어 입사 광의 반사도를 낮춤으로써 광 흡수도를 더욱 개선할 수 있다. 반사방지층은 예컨대 약 1.6 내지 2.5의 굴절률을 가지는 물질을 포함할 수 있으며, 예컨대 상기 범위의 굴절률을 가지는 금속 산화물, 금속 황화물 및 유기물 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 반사방지층은 예컨대 알루미늄 함유 산화물, 몰리브덴 함유 산화물, 텅스텐 함유 산화물, 바나듐 함유 산화물, 레늄 함유 산화물, 니오븀 함유 산화물, 탄탈륨 함유 산화물, 티타늄 함유 산화물, 니켈 함유 산화물, 구리 함유 산화물, 코발트 함유 산화물, 망간 함유 산화물, 크롬 함유 산화물, 텔러륨 함유 산화물 또는 이들의 조합과 같은 금속 산화물; 아연설파이드와 같은 금속 황화물; 또는 아민 유도체와 같은 유기물을 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
봉지층(230)은 광전변환소자(220) 상부에 위치하며 광전변환소자(220) 전면을 덮을 수 있다. 봉지층(230)은 유리 기판, 고분자 기판, 금속 박막 및/또는 절연 박막을 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
집광 렌즈(240)는 봉지층(230)의 상부에 위치할 수 있으며, 인식 타겟(40)에서 반사된 광의 방향을 제어하여 반사 광을 하나의 지점으로 모을 수 있다. 집광 렌즈(240)는 예컨대 실린더 모양 또는 반구 모양일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
표시 패널(100)의 하부면과 생체 인식 센서(200)의 상부면은 직접 맞닿아 있거나 예컨대 접착제 또는 고정 부재(230)에 의해 부착되어 있을 수 있다.
생체 인식 센서(200) 하부에는 배터리(300)가 위치되어 있다. 전술한 바와 같이 생체 인식 센서(200)는 기판(210) 내에 실리콘 포토다이오드와 같은 별도의 광 감지소자를 포함하지 않을 수 있고 그에 따라 생체 인식 센서(200)의 두께를 대폭 줄여 슬림형 생체 인식 센서를 구현할 수 있으므로 상대적으로 배터리(300)의 충분한 두께를 확보할 수 있어서 고용량 배터리를 채용할 수 있다.
본 구현예에 따른 전자 장치(1000)는 적층된 표시 패널(100)과 생체 인식 센서(200)를 포함하고 표시 패널(100)에서 방출된 광을 광원으로 사용함으로써 별도의 광원 없이 광학형 생체 인식 센서(200)를 구현할 수 있다. 따라서 전자 장치(1000)의 부피를 줄일 수 있고 별도의 광원이 차지하는 면적에 의한 표시 패널(100)의 개구율 저하를 방지할 수 있는 동시에, 별도의 광원에서 소비하는 전력을 절약함으로써 전자 장치(1000)의 소비 전력을 개선할 수 있다.
또한 본 구현예에 따른 전자 장치(1000)는 가시광선 파장 스펙트럼의 광을 방출하는 표시 패널(100)과 상기 가시광선 파장 스펙트럼의 광의 반사 광을 감지하는 생체 인식 센서(200)를 포함함으로써 생체 인식 센서(200)에 입사되는 광량을 효과적으로 높일 수 있어서 생체 인식 센서(200)의 감도를 개선할 수 있고 이에 따라 전자 장치(1000)는 개선된 생체 인식 정확도를 나타낼 수 있다.
또한 본 구현예에 따른 전자 장치(1000)는 표시 패널(100)과 생체 인식 센서(200)를 각각 제조한 후 결합 또는 부착하여 제조할 수 있으므로 제조 공정을 단순화할 수 있다.
또한 본 구현예에 따른 전자 장치(1000)에서, 생체 인식 센서(200)는 전술한 바와 같이 파장 선택성을 가진 광전변환소자(220)를 포함함으로써 적외선 파장 스펙트럼을 차단하기 위한 별도의 적외선 차단 필터(IR cut-filter)를 포함하지 않을 수 있다. 만일 생체 인식 센서(200)가 실리콘 포토다이오드와 같은 광 감지 소자를 포함하는 경우, 실리콘 포토다이오드의 광범위한 흡수 파장 스펙트럼(가시광 영역 내지 적외선 영역)으로 인해 적외선 차단 필터가 필수적으로 요구될 수 있으며 적외선 차단 필터 없이는 노이즈가 크게 증가하여 원하는 생체 인식 기능을 수행할 수 없다. 본 구현예에 따른 전자 장치(1000)는 생체 인식 센서(200)에서 가시광선 파장 스펙트럼의 광을 선택적으로 흡수함으로써 적외선 차단 필터 없이도 적외 광에 의한 노이즈 발생을 원천적으로 차단할 수 있고 이에 따라 비용 절감 및 박형 전자 장치를 구현할 수 있다.
또한 본 구현예에 따른 전자 장치(1000)에서, 생체 인식 센서(200)는 전술한 바와 같이 실리콘 포토다이오드와 같은 기판(210) 내의 광 감지 소자 대신 광전변환소자(220)를 포함함으로써 광 감지 소자를 형성하는 공정을 생략할 수 있어서 공정을 대폭 단순화할 수 있는 동시에 광 감지 소자를 형성하는 공정에 의해 발생할 수 있는 노이즈를 감소시켜 생체 인식 센서(200)의 성능을 개선시킬 수 있다. 또한 기판(210) 내에 광 감지 소자가 차지하는 두께 및 폭만큼 공간을 절약할 수 있어서 회로 설계의 공간을 확보할 수 있는 동시에 생체 인식 센서(200)의 두께를 대폭 줄일 수 있어서 슬림형 생체 인식 센서 및 박형 전자 장치를 구현할 수 있다. 예컨대 광전변환소자(220)의 두께는 약 1㎛ 이하, 약 0.8㎛ 이하, 약 0.7㎛ 이하, 약 0.5㎛ 이하, 약 0.4㎛ 이하, 약 50nm 내지 1㎛, 약 50nm 내지 약 0.8㎛, 약 50nm 내지 약 0.7㎛, 약 50nm 내지 약 0.5㎛ 또는 약 50nm 내지 약 0.4㎛일 수 있다. 이에 따라 생체 인식 센서(200)의 두께는 약 0.5mm 이하일 수 있고 상기 범위 내에서 약 0.4mm 이하, 약 0.3mm 이하 또는 약 0.2mm 이하일 수 있다.
또한 본 구현예에 따른 전자 장치(1000)에서, 광전변환층(223)을 포함하는 광전변환소자(220)는 실리콘 포토다이오드와 비교하여 2배 이상 높은 광 흡수도를 가지므로 더욱 얇은 두께로 동일한 효율의 생체 인식 센서(200)를 구현할 수 있다. 이에 따라 슬림형 고성능 생체 인식 센서(200)를 구현할 수 있다.
본 구현예에 따른 전자 장치(1000)에서 인식 타겟(40)을 인식하는 방법은 예컨대 표시 패널(100)의 발광 소자(130) 및 생체 인식 센서(200)를 구동하여 발광 소자(130)에서 방출된 광 중 인식 타겟(40)에서 반사된 광을 생체 인식 센서(200)에서 검출하는 단계, 미리 저장된 인식 타겟(40)의 이미지와 생체 인식 센서(200)에서 검출된 인식 타겟(40)의 이미지를 비교하는 단계, 그리고 비교된 이미지의 일치성을 판단하고 일치할 경우 인식 타겟(40)의 인식이 완료되었다는 판단에 따라 생체 인식 센서(200)를 끄고 전자 장치(1000)에 대한 사용자 액세스를 허가하고 화상을 표시하도록 표시 패널(100)을 구동하는 단계를 포함할 수 있다.
일 구현예에 따른 전자 장치의 다른 예에 대하여 도 6을 도 1 내지 4와 함께 참고하여 설명한다.
도 6은 도 4의 전자 장치에서 광전변환소자의 다른 예를 보여주는 단면도이다.
본 구현예에 따른 전자 장치(1000)는 전술한 구현예와 마찬가지로 적층되어 있는 표시 패널(100)과 생체 인식 센서(200)를 포함하고, 표시 패널(100)은 기판(110), 기판(110) 위에 형성되어 있는 박막 트랜지스터(120), 발광 소자(130), 절연층(140) 및 화소 정의 층(150)을 포함하고, 생체 인식 센서(200)는 기판(210)과 기판(210) 위에 위치하는 광전변환영역(215)을 포함한다.
그러나 도 6을 참고하면, 본 구현예에 따른 전자 장치(1000)는 전술한 구현예와 달리, 광전변환영역(215)이 가시광선 파장 스펙트럼 중 일부 파장 스펙트럼의 광을 선택적으로 흡수 및 감지하는 청색 광전변환소자(220B), 녹색 광전변환소자(220G) 및 적색 광전변환소자(220R)를 포함한다. 각 광전변환영역(215)은 청색 광전변환소자(220B), 녹색 광전변환소자(220G) 및 적색 광전변환소자(220R)를 복수 개 포함할 수 있다.
청색 광전변환소자(220B)는 청색 광을 선택적으로 흡수하고 감지할 수 있고 녹색 광전변환소자(220G)는 녹색 광을 선택적으로 흡수하고 감지할 수 있고 적색 광전변환소자(220R)는 적색 광을 선택적으로 흡수하고 감지할 수 있다. 여기서 청색 광, 녹색 광 또는 적색 광을 선택적으로 흡수한다는 것은 흡광 스펙트럼의 최대흡수파장(λmax,A)이 약 380nm 이상 500nm 미만, 약 500nm 내지 600nm 또는 약 600nm 초과 700nm 이하에 존재하고, 해당 파장 영역 내의 흡광 스펙트럼이 그 외 파장 영역의 흡광 스펙트럼보다 현저히 높은 것을 의미하고, 여기서 현저히 높다는 것은 흡광 스펙트럼의 총 면적에 대하여 예컨대 약 70% 내지 100%, 약 75% 내지 100%, 약 80% 내지 100%, 약 85% 내지 100%, 약 90% 내지 100% 또는 약 95% 내지 100%가 해당 파장 영역에 속한 것일 수 있다. 여기서 청색 광, 녹색 광 또는 적색 광을 선택적으로 감지한다는 것은 외부양자효율(EQE) 스펙트럼의 최대피크파장(λmax, EQE)이 약 380nm 이상 500nm 미만, 약 500nm 내지 600nm 또는 약 600nm 초과 700nm 이하에 존재하고, 해당 파장 영역 내의 EQE 스펙트럼이 그 외 파장 영역의 EQE 스펙트럼보다 현저히 높은 것을 의미하고, 여기서 현저히 높다는 것은 EQE 스펙트럼의 총 면적에 대하여 예컨대 약 70% 내지 100%, 약 75% 내지 100%, 약 80% 내지 100%, 약 85% 내지 100%, 약 90% 내지 100% 또는 약 95% 내지 100%가 해당 파장 영역에 속한 것일 수 있다.
청색 광전변환소자(220B)는 하부 전극(221), 상부 전극(222) 및 청색 광을 선택적으로 흡수하는 청색 광전변환층(223B)을 포함한다. 청색 광전변환층(223B)은 pn접합을 형성할 수 있는 p형 반도체와 n형 반도체를 포함하거나 하부 전극(221) 또는 상부 전극(222)과 쇼트키 접합을 형성할 수 있는 p형 반도체 또는 n형 반도체를 포함할 수 있다. p형 반도체 및/또는 n형 반도체 중 적어도 하나는 청색 광을 선택적으로 흡수할 수 있는 흡광 물질을 포함할 수 있다. 일 예로, 상부 전극(222)을 통해 인식 타겟(40)에서 반사된 광이 입사되어 청색 광전변환층(223B)에서 청색 광을 흡수하면 내부에서 엑시톤이 생성될 수 있고 엑시톤은 청색 광전변환층(223B) 내에서 정공과 전자로 분리되고 분리된 정공은 하부 전극(221)과 상부 전극(222) 중 어느 하나인 애노드 측으로 이동하고 분리된 전자는 하부 전극(221)과 상부 전극(222) 중 다른 하나인 캐소드 측으로 이동하여 전류가 흐를 수 있다. 분리된 전자 및/또는 정공은 전하 저장소(211B)에 모아질 수 있다.
녹색 광전변환소자(220G)는 하부 전극(221), 상부 전극(222) 및 녹색 광을 선택적으로 흡수하는 녹색 광전변환층(223G)을 포함한다. 녹색 광전변환층(223G)은 pn접합을 형성할 수 있는 p형 반도체와 n형 반도체를 포함하거나 하부 전극(221) 또는 상부 전극(222)과 쇼트키 접합을 형성할 수 있는 p형 반도체 또는 n형 반도체를 포함할 수 있다. p형 반도체 및/또는 n형 반도체 중 적어도 하나는 녹색 광을 선택적으로 흡수할 수 있는 흡광 물질을 포함할 수 있다. 일 예로, 상부 전극(222)을 통해 인식 타겟(40)에서 반사된 광이 입사되어 녹색 광전변환층(223G)에서 녹색 광을 흡수하면 내부에서 엑시톤이 생성될 수 있고 엑시톤은 녹색 광전변환층(223G) 내에서 정공과 전자로 분리되고 분리된 정공은 하부 전극(221)과 상부 전극(222) 중 어느 하나인 애노드 측으로 이동하고 분리된 전자는 하부 전극(221)과 상부 전극(222) 중 다른 하나인 캐소드 측으로 이동하여 전류가 흐를 수 있다. 분리된 전자 및/또는 정공은 전하 저장소(211G)에 모아질 수 있다.
적색 광전변환소자(220R)는 하부 전극(221), 상부 전극(222) 및 적색 광을 선택적으로 흡수하는 적색 광전변환층(223R)을 포함한다. 적색 광전변환층(223R)은 pn접합을 형성할 수 있는 p형 반도체와 n형 반도체를 포함하거나 하부 전극(221) 또는 상부 전극(222)과 쇼트키 접합을 형성할 수 있는 p형 반도체 또는 n형 반도체를 포함할 수 있다. p형 반도체 및/또는 n형 반도체 중 적어도 하나는 적색 광을 선택적으로 흡수할 수 있는 흡광 물질을 포함할 수 있다. 일 예로, 상부 전극(222)을 통해 인식 타겟(40)에서 반사된 광이 입사되어 적색 광전변환층(223R)에서 적색 광을 흡수하면 내부에서 엑시톤이 생성될 수 있고 엑시톤은 적색 광전변환층(223R) 내에서 정공과 전자로 분리되고 분리된 정공은 하부 전극(221)과 상부 전극(222) 중 어느 하나인 애노드 측으로 이동하고 분리된 전자는 하부 전극(221)과 상부 전극(222) 중 다른 하나인 캐소드 측으로 이동하여 전류가 흐를 수 있다. 분리된 전자 및/또는 정공은 전하 저장소(211R)에 모아질 수 있다.
청색 광전변환소자(220B), 녹색 광전변환소자(220G) 및 적색 광전변환소자(220R)는 광전변환영역(215) 내에서 기판(210)의 면방향(예컨대 xy방향)을 따라 교대로 배열되어 있을 수 있으며, 청색 광전변환소자(220B), 녹색 광전변환소자(220G) 및 적색 광전변환소자(220R)는 예컨대 행 및/또는 열을 따라 반복적으로 배열되어 있을 수 있다.
생체 인식 센서(200)는 가시광선 파장 영역 내에서 서로 다른 파장 선택성을 가진 복수의 광전변환소자(220B, 220G, 220R)를 포함함으로써 색 분리를 위한 별도의 색 필터(color filter)를 포함하지 않을 수 있다. 이에 따라 색 필터에 의해 발생할 수 있는 광 손실, 공정 증가 및 두께 증가를 방지할 수 있다.
본 구현예에 따른 전자 장치(1000)는 가시광선 파장 영역 내에서 파장 선택성을 가진 복수의 광전변환소자(220B, 220G, 220R)를 포함한 생체 인식 센서(200)를 포함함으로써 청색 광, 녹색 광 및 적색 광의 감도(sensitivity)를 높이고 파장 스펙트럼의 혼용 없이 색 분리 특성을 개선할 수 있다. 이에 따라 본 구현예에 따른 전자 장치(1000)는 전술한 효과 이외에 안티-스푸핑(anti-spoofing) 효과를 추가로 구현할 수 있다. 예컨대 본 구현예에 따른 전자 장치(1000)는 인식 타겟(40)에서 반사된 광의 색 분리 특성을 높여 인식 타겟(40)의 형상의 세밀성을 더욱 높일 수 있고 선택적으로 반사 광의 색(예컨대 피부색) 또한 인식할 수 있어서 인증의 정확성을 더욱 높일 수 있다.
일 구현예에 따른 전자 장치의 또 다른 예에 대하여 도 7을 도 1 내지 4와 함께 참고하여 설명한다.
도 7은 도 1 및 2의 전자 장치의 다른 예를 보여주는 단면도이고, 도 8은 도 7의 전자 장치에서 광전변환소자의 일 예를 보여주는 단면도이고, 도 9는 도 7의 전자 장치에서 광전변환소자의 다른 예를 보여주는 단면도이다.
도 7을 참고하면, 본 구현예에 따른 전자 장치(1000)는 전술한 구현예와 마찬가지로 적층되어 있는 표시 패널(100), 생체 인식 센서(200), 그리고 선택적으로 배터리(300)를 포함하고, 표시 패널(100)은 기판(110), 기판(110) 위에 형성되어 있는 박막 트랜지스터(120), 발광 소자(130), 절연층(140) 및 화소 정의 층(150)을 포함하고, 생체 인식 센서(200)는 기판(210)과 기판(210) 위에 위치하는 광전변환영역(215)을 포함한다.
그러나 본 구현예에 따른 전자 장치(1000)는 전술한 구현예와 달리, 발광 소자(130)에 청색 발광 소자(130B), 녹색 발광 소자(130G) 및 적색 발광 소자(130R) 이외에 적외선 파장 스펙트럼의 광(이하 ‘적외 광’이라 한다)을 방출하는 적외선 발광 소자(130IR)를 더 포함한다. 적외선 파장 스펙트럼은 전술한 가시광선 파장 스펙트럼보다 장파장 스펙트럼일 수 있으며, 예컨대 약 750nm 이상, 약 750nm 내지 20㎛, 약 780nm 내지 20㎛, 약 800nm 내지 20㎛, 약 750nm 내지 15㎛, 약 780nm 내지 15㎛, 약 800nm 내지 15㎛, 약 750nm 내지 10㎛, 약 780nm 내지 10㎛, 약 800nm 내지 10㎛, 약 750nm 내지 5㎛, 약 780nm 내지 5㎛, 약 800nm 내지 5㎛, 약 750nm 내지 3㎛, 약 780nm 내지 3㎛, 약 800nm 내지 3㎛, 약 750nm 내지 2㎛, 약 780nm 내지 2㎛, 약 800nm 내지 2㎛, 약 750nm 내지 1.5㎛, 약 780nm 내지 1.5㎛ 또는 약 800nm 내지 1.5㎛ 일 수 있다. 적외선 발광 소자(130IR)는 별도의 적외선 서브화소(도시하지 않음)에 위치할 수도 있고 청색 서브화소(PX(B)), 녹색 서브화소(PX(G) 및/또는 적색 서브화소(PX(R)) 내에 위치할 수도 있다.
적외선 발광 소자(130IR)는 하부 전극(131IR), 상부 전극(132IR) 및 적외선 발광층(133IR)을 포함할 수 있다. 하부 전극(131IR)과 상부 전극(132IR)은 전술한 하부 전극(131B, 131G, 131R)과 상부 전극(132B, 132G, 132R)과 같을 수 있다. 적외선 발광층(133IR)은 적외 광을 방출할 수 있고, 예컨대 적외 광을 방출하는 유기 발광 물질을 포함할 수 있으며, 예컨대 적어도 하나의 호스트 물질과 형광 또는 인광 도펀트를 포함할 수 있다.
또한, 도 8 또는 9를 도 7과 함께 참고하면, 본 구현예에 따른 전자 장치(1000)는 전술한 구현예와 달리, 생체 인식 센서(200)에 가시광선 파장 스펙트럼의 광을 흡수하여 감지하는 광전변환영역(215) 이외에 적외선 광을 선택적으로 흡수하여 감지하는 적외선 광전변환영역(215IR)을 더 포함한다.
적외선 광전변환영역(215IR)은 적외선 광전변환소자(220IR)를 포함하며, 적외선 광전변환소자(220IR)는 도 5 또는 도 6에 도시된 광전변환소자(220)에서 가시광선 파장 스펙트럼의 광을 흡수하는 광전변환층(223) 대신 적외선 파장 스펙트럼의 광을 선택적으로 흡수 및 감지하는 적외선 광전변환층(223IR)을 포함할 수 있다. 적외선 광전변환층(223IR)은 적외선 파장 스펙트럼 중 적어도 일부의 파장 스펙트럼의 광을 흡수할 수 있으며, 예컨대 유기 적외선 흡수 물질, 무기 적외선 흡수 물질 및/또는 유무기 적외선 흡수 물질을 포함할 수 있다. 구체적인 내용은 전술한 바와 같다.
도 7 및 도 8에서는 도 4 및 도 5에 도시된 전자 장치(1000)에 적외선 발광 소자(130IR)와 적외선 광전변환영역(215IR)을 추가로 포함하는 구성이 도시되어 있고, 도 7 및 도 9에서는 도 4 및 도 6에 도시된 전자 장치(1000)에 적외선 발광 소자(130IR)와 적외선 광전변환영역(215IR)을 추가로 포함하는 구성이 도시되어 있다.
본 구현예에 따른 전자 장치(1000)는 적외선 발광 소자(130IR)와 적외선 광전변환영역(215IR)을 추가로 포함함으로써 적외선 발광 소자(130IR)에서 방출된 적외 광이 인식 타겟(40)에서 반사된 광을 적외선 광전변환영역(215IR)에서 검출될 수 있다. 적외선 광전변환영역(215IR)에서 광전변환에 의해 생성된 전하는 전하 저장소에 모아져 이미지 프로세스를 거쳐서 인식 타겟(40)의 타겟 이미지를 획득하고 미리 저장된 인식 타겟(40)의 이미지와 비교하여 인증을 수행할 수 있다. 특히, 적외 광은 장파장 특성으로 인해 생체의 침투 깊이가 더 깊을 수 있고 서로 다른 거리에 위치하는 정보 또한 효과적으로 얻을 수 있으므로 지문 이외에 정맥과 같은 혈관의 이미지 또는 변화, 홍채 및/또는 안면 등을 효과적으로 감지할 수 있어서 활용 범위를 더욱 넓힐 수 있다.
도 10은 일 구현예에 따른 전자 장치(1000)의 다른 예를 도시한 개략도이다.
도 10을 참고하면, 전자 장치(1000)는 전술한 구성 요소 이외에 버스(1310), 프로세서(1320), 메모리(1330) 및 적어도 하나의 부가 장치(1340)를 더 포함할 수 있다. 전술한 표시 패널(100), 생체 인식 센서(200), 프로세서(1320), 메모리(1330) 및 적어도 하나의 부가 장치(1340)의 정보는 버스(1310)를 통해서 서로 전달될 수 있다.
프로세서(1320)는 논리 회로를 포함한 하드웨어; 프로세서 수행 소프트웨어와 같은 하드웨어/소프트웨어 조합; 또는 이들의 조합과 같은 하나 이상의 처리 회로(processing circuitry)를 포함할 수 있다. 예컨대, 처리 회로는 중앙 처리 회로(central processing unit, CPU), 산술논리연산장치(arithmetic logic unit, ALU), 디지털 신호 프로세서(digital signal processor), 마이크로컴퓨터, 필드 프로그램 가능 게이트 어레이(field programmable gate array, FPGA), 시스템-온-칩(System-on-Chip, SoC), 프로그램 가능한 논리 단위(programmable logic unit), 마이크로프로세서(microprocessor), 주문형 반도체(application-specific integrated circuit, ASIC) 등일 수 있다. 일 예로서, 처리 회로는 비일시적 컴퓨터 해독 저장 장치(non-transitory computer readable storage device)를 포함할 수 있다. 프로세서(1320)는 예컨대 표시 패널(100)의 디스플레이 동작을 제어하거나 생체 인식 센서(200)의 센서 동작을 제어할 수 있다.
메모리(1330)는 지시 프로그램을 저장할 수 있고 프로세서(1320)는 저장된 지시 프로그램을 수행하여 표시 패널(100) 및 생체 인식 센서(200)에 관련된 기능을 수행할 수 있다.
하나 이상의 부가 장치(1340)는 하나 이상의 통신 인터페이스(예컨대, 무선 통신 인터페이스, 유선 인터페이스), 사용자 인터페이스(예컨대, 키보드, 마우스, 버튼 등), 전원 공급 및/또는 전원 공급 인터페이스 또는 이들의 조합일 수 있다.
본 명세서에서 설명된 유닛 및/또는 모듈은 하드웨어 구성 요소 및 소프트웨어 구성 요소를 사용하여 구현될 수 있다. 예컨대, 하드웨어 구성요소는 마이크로폰, 증폭기, 대역 통과 필터, 오디오-디지털 변환기 및 처리 장치를 포함할 수 있다. 처리 장치는 산술, 논리 및 입출력 동작을 수행함으로써 프로그램 코드를 수행 및/또는 실행하도록 구성된 하나 이상의 하드웨어 장치를 사용하여 구현될 수 있다. 처리 장치는 프로세서, 제어기 및 산술 논리 유닛, 디지털 신호 프로세서, 마이크로 컴퓨터, 필드 프로그램 가능 어레이, 프로그램 가능 논리 유닛, 마이크로 프로세서 또는 명령에 응답하고 명령을 실해할 수 있는 임의의 다른 장치를 포함할 수 있다. 처리 장치는 운영체제(OS) 및 운영체제에서 실행되는 하나 이상의 소프트웨어의 실행에 응답하여 데이터를 액세스, 저장, 작동, 처리 및 생성할 수 있다.
소프트웨어는 컴퓨터 프로그램, 코드, 명령 또는 이들의 조합을 포함할 수 있고 처리 장치를 원하는 대로 동작하도록 독립적으로 또는 집합적으로 지시 및/또는 구성함으로써 처리 장치를 특수 목적으로 변환할 수 있다. 소프트웨어 및 데이터는 기계, 부품, 물리적 또는 가상적 장비, 컴퓨터 저장매체 또는 장치, 또는 처리 장치에 명령 또는 데이터를 제공하거나 해석할 수 있는 신호파로 영구적으로 또는 일시적으로 구현될 수 있다. 소프트웨어는 또한 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템을 통해 분산되어 소프트웨어가 분산 방식으로 저장되고 실행될 수 있다. 소프트웨어 및 데이터는 하나 이상의 비일시적 컴퓨터 해독 저장 장치에 의해 저장될 수 있다.
전술한 예시적인 구현예에 따른 방법은 전술한 예시적인 구현예의 다양한 동작을 구현하기 위한 프로그램 명령을 포함하는 비일시적 컴퓨터 해독 저장 장치에 기록될 수 있다. 저장 장치는 또한 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등과 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 상기 저장 장치에 기록되는 프로그램 명령은 본 구현예를 위하여 특별히 설계된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용할 수 있는 것일 수 있다. 비일시적 컴퓨터 해독 저장 장치의 예는 하드디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체; CD-ROM 디스크, DVD 및/또는 블루레이 디스크와 같은 광학 매체; 광 디스크와 같은 광 자기 매체; 및 ROM, RAM, 플래시 메모리와 같은 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 구성된 하드웨어 장치 등을 포함할 수 있다. 전술한 장치는 전술한 실시예의 동작을 수행하기 위하여 하나 이상의 소프트웨어 모듈로서 동작하도록 구성될 수 있다.
이하 실시예를 통하여 상술한 구현예를 보다 상세하게 설명한다. 다만 하기의 실시예는 단지 설명의 목적을 위한 것이며 권리범위를 제한하는 것은 아니다.
센서의 제작
실시예 1
ITO 전극(150nm)/유기 광전변환층(400nm)/ITO 전극(28nm) 구조의 광전변환소자를 형성하여 센서(1.8㎛ pixel pitch)를 제작한다. 유기 광전변환층은 약 400nm 내지 700nm 파장 영역의 광을 흡수하는 유기 흡광 물질을 포함한다.
참고예 1
실리콘 기판(실리콘웨이퍼)의 내부에 약 3㎛ 두께의 포토다이오드가 집적된 BSI 구조의 센서(pixel pitch: 1.8㎛)를 제작한다.
평가 I
실시예와 참고예에 따른 센서의 400nm 내지 1100nm 파장 영역에서의 효율을 평가한다.
도 11은 실시예 1과 참고예 1에 따른 센서의 효율을 보여주는 그래프이다.
도 11을 참고하면, 실시예 1에 따른 센서는 참고예 1에 따른 센서와 비교하여 약 400nm 내지 700nm의 가시광선 파장 영역에서 더 높은 효율을 보이는 반면 약 750nm 초과의 적외선 파장 영역에 더 낮은 효율을 보이는 것을 확인할 수 있다. 이로부터 실시예 1에 따른 센서는 참고예 1에 따른 센서와 비교하여 가시광선 파장 영역의 광에 대한 감도를 개선할 수 있고 적외선 파장 영역의 광에 의한 노이즈를 줄일 수 있음을 확인할 수 있다.
평가 II
실시예와 참고예에 따른 센서의 YSNR10을 평가한다.
센서의 YSNR10은 신호와 노이즈의 비율(signal/noise)이 10이 되는 최소광량(단위: lux)으로, 여기서 신호는 FDTD (finite difference time domain method) 방법으로 계산된 RGB 원신호(RGB raw signal)를 색 보정 매트릭스(color correction matrix, CCM)를 통한 색 보정 단계를 거쳐 얻은 신호의 감도이며, 노이즈는 센서에서 신호를 측정할 때 발생하는 노이즈이다. 색 보정 단계는 센서로부터 얻은 RGB 원신호를 이미지 프로세싱을 수행하여 실제 색과의 차이를 줄이는 과정이다. YSNR10 값이 작을수록 적은 광량에서 감도가 양호하다는 것을 의미할 수 있다.
그 결과는 표 1과 같다.
| YSNR10(lux) | |
| 실시예 1 | 47.2 |
| 참고예 1 | 75 |
표 1을 참고하면, 실시예에 따른 센서는 참고예에 따른 센서와 비교하여 YSNR10이 낮아지는 것을 확인할 수 있으며, 이로부터 센서의 감도가 개선될 수 있음을 확인할 수 있다.
광학 시뮬레이션 I
약 500nm 두께의 유기 광전변환층을 포함한 센서(실시예 2)와 약 3㎛ 두께의 실리콘 포토다이오드를 포함한 센서(참고예 2)를 설계하고, 실시예와 참고예에 따른 센서(pixel pitch: 3㎛)의 광의 입사 각도에 따른 출력 전압(output voltage)을 비교한다.
광의 입사 각도에 따른 출력 전압은 광원에서 조사된 광의 입사 각도에 따른 센서의 광전자 생성을 전압 신호로 읽는 방법으로 평가할 수 있다.
그 결과는 표 2와 같다.
| 입사 각도 | 출력 전압(%) | |
| 실시예 2 | 참고예 2 | |
| 0도(수직 입사) | 100 | 100 |
| ±30도 | 83 | 80 |
| ±35도 | 79 | 75 |
| ±40도 | 72 | 67 |
| ±45도 | 65 | 60 |
표 2를 참고하면, 실시예에 따른 센서는 참고예에 따른 센서와 비교하여 광의 입사 각도에 따라 출력 전압의 변화가 작은 것을 확인할 수 있다.
광학 시뮬레이션 II
센서의 두께에 따른 광학 크로스토크(optical crosstalk)를 비교한다.
광학 크로스토크는 finite difference time domain (FDTD) 방법으로 평가한다.
그 결과는 도 12와 같다.
도 12는 센서의 두께에 따른 광학 크로스토크를 보여주는 그래프이다.
도 12를 참고하면, 센서의 두께가 얇을수록 광학 크로스토크가 작은 것을 확인할 수 있다. 이로부터 약 1㎛ 이하의 얇은 광전변환소자를 포함한 센서가 약 3㎛ 이상의 두꺼운 실리콘 포토다이오드를 포함한 센서와 비교하여 광학 크로스토크가 개선될 수 있음을 예상할 수 있다.
이상에서 실시예들에 대하여 상세하게 설명하였지만 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구 범위에서 정의하고 있는 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 권리범위에 속하는 것이다.
40: 인식 타겟
100: 표시 패널
110, 210: 기판
120: 박막 트랜지스터
130: 발광 소자
131, 221: 하부 전극
132, 222: 상부 전극
133: 발광층
140: 절연층
200: 생체 인식 센서
215: 광전변환영역
220: 광전변환소자
223: 광전변환층
230: 봉지막
240: 집광렌즈
300: 배터리
800: 비표시 영역
1000: 표시 장치
100: 표시 패널
110, 210: 기판
120: 박막 트랜지스터
130: 발광 소자
131, 221: 하부 전극
132, 222: 상부 전극
133: 발광층
140: 절연층
200: 생체 인식 센서
215: 광전변환영역
220: 광전변환소자
223: 광전변환층
230: 봉지막
240: 집광렌즈
300: 배터리
800: 비표시 영역
1000: 표시 장치
Claims (20)
- 발광체를 포함하는 표시 패널, 그리고
상기 표시 패널과 적층되어 있고 상기 표시 패널에서 방출된 광이 인식 타겟에 의해 반사된 광을 검출하는 생체 인식 센서
를 포함하고,
상기 생체 인식 센서는
실리콘 기판, 그리고
상기 실리콘 기판 위에 위치하고 파장 선택성을 가진 광전변환층을 포함하는 광전변환소자
를 포함하는 전자 장치.
- 제1항에서,
상기 생체 인식 센서는 CMOS 센서인 전자 장치.
- 제1항에서,
상기 광전변환층은 가시광선 파장 스펙트럼 또는 적외선 파장 스펙트럼 중 어느 하나를 선택적으로 흡수하는 전자 장치.
- 제3항에서,
상기 표시 패널은 가시광선 파장 스펙트럼의 광을 방출하고,
상기 광전변환층은 가시광선 파장 스펙트럼 중 적어도 일부 파장 스펙트럼의 광을 흡수하고 적외선 파장 스펙트럼의 광을 흡수하지 않는 전자 장치.
- 제4항에서,
상기 광전변환층은 400nm 내지 700nm의 전체 파장 스펙트럼의 광을 흡수하고 800nm 내지 20㎛의 전체 파장 스펙트럼의 광을 흡수하지 않는 전자 장치.
- 제4항에서,
상기 광전변환층은 청색 파장 스펙트럼, 녹색 파장 스펙트럼 및 적색 파장 스펙트럼에서 선택된 어느 하나의 파장 스펙트럼의 광을 선택적으로 흡수하는 전자 장치.
- 제3항에서,
적외선 파장 스펙트럼의 광을 방출하는 적외선 광원을 더 포함하고,
상기 광전변환층은 적외선 파장 스펙트럼 중 적어도 일부의 광을 흡수하는 전자 장치.
- 제1항에서,
상기 광전변환소자는 서로 마주하는 제1 전극과 제2 전극을 더 포함하고,
상기 제1 전극과 상기 제2 전극 중 적어도 하나는 투광 전극인
전자 장치.
- 제1항에서,
상기 생체 인식 센서는 적외선 차단 필터를 포함하지 않는 전자 장치.
- 제1항에서,
상기 생체 인식 센서는 색 필터를 포함하지 않는 전자 장치.
- 제1항에서,
상기 표시 패널은
상기 발광체를 포함하고 색을 표시하는 표시 영역, 그리고
상기 표시 영역을 제외한 비표시 영역
을 포함하고,
상기 생체 인식 센서는 상기 비표시 영역에 중첩하게 배치되어 있는
전자 장치.
- 제11항에서,
상기 표시 영역은 청색을 표시하는 복수의 제1 서브화소, 녹색을 표시하는 복수의 제2 서브화소 및 적색을 표시하는 복수의 제3 서브화소를 포함하는 서브화소 어레이를 포함하고,
상기 생체 인식 센서는 상기 제1 서브화소, 상기 제2 서브화소 및 상기 제3 서브화소에서 선택된 적어도 둘 사이에 위치하는
전자 장치.
- 제1항에서,
상기 발광체는 유기 발광체, 양자점, 페로브스카이트 또는 이들의 조합을 포함하는 전자 장치.
- 제1항에서,
상기 생체 인식 센서의 두께는 0.5mm 이하인 전자 장치.
- CMOS 구동을 위한 실리콘 기판 위에 위치하고 제1 전극, 가시광선 파장 스펙트럼의 광을 흡수하고 적외선 파장 스펙트럼의 광을 흡수하지 않는 광전변환층 및 제2 전극을 포함하는 복수의 광전변환소자가 배열되어 있는 생체 인식 센서, 그리고
박막 트랜지스터 기판 위에 위치하고 제3 전극, 발광체를 포함하는 발광층 및 제4 전극을 포함하는 복수의 발광 소자가 배열되어 있는 표시 패널
을 포함하는 전자 장치.
- 제15항에서,
상기 생체 인식 센서는 상기 표시 패널에서 방출된 광을 광원으로 하여 인식 타겟에 의해 반사된 광을 검출하는 전자 장치.
- 제16항에서,
상기 표시 패널은 상기 생체 인식 센서보다 상기 인식 타겟에 더 가깝게 위치하는 전자 장치.
- 제15항에서,
배터리를 더 포함하고,
상기 생체 인식 센서는 상기 표시 패널과 상기 배터리 사이에 위치하는 전자 장치.
- 제15항에서,
상기 발광체는 유기 발광체, 양자점, 페로브스카이트 또는 이들의 조합에서 선택되는 전자 장치.
- 제15항에서,
상기 광전변환소자는 상기 복수의 발광 소자들 사이의 영역과 중첩하게 위치하는 전자 장치.
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