KR20220161770A - 센서 내장형 표시 패널 및 전자 장치 - Google Patents

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KR20220161770A
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light emitting
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박경배
윤성영
허철준
김형주
방비비
최태진
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Abstract

일 실시예에 따른 센서 내장형 표시 패널은, 기판, 기판 위에 위치하고 발광층을 포함하는 발광 소자, 그리고 기판 위에 위치하고 기판의 면방향을 따라 발광층과 나란히 배치되어 있는 흡광층을 포함하는 광전 소자를 포함하고, 발광 소자와 광전 소자는, 발광층과 흡광층 상부에 위치한 제1 공통 보조층, 그리고 발광층과 흡광층 하부에 위치한 제2 공통 보조층을 포함하고, 광전 소자는 적색 파장 스펙트럼, 녹색 파장 스펙트럼, 및 청색 파장 스펙트럼 중 어느 하나에 대응하는 두께를 갖는 보조층을 더 포함한다.

Description

센서 내장형 표시 패널 및 전자 장치{SENSOR EMBEDDED DISPLAY PANEL AND ELECTRONIC DEVICE}
센서 내장형 표시 패널 및 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 표시 장치에 대한 요구가 증대하고 있다.
이에 따라 표시 장치에서 가장 넓은 면적을 차지하는 표시 패널에 생체 인식 가능한 센서를 통합하여 일체화하는 기술에 대한 연구 및 개발이 진행되고 있다. 표시 패널에 통합된 생체 인식 가능한 센서는, 터치 입력, 지문 입력, 이미지 등을 획득할 수 있다.
이러한 센서는 표시 패널의 하부에 배치되거나 별도의 모듈로 제작되어 표시 패널의 외부에 탑재될 수 있다. 그러나 센서가 표시 패널의 하부에 배치되는 경우 표시 패널, 다양한 필름 및/또는 부품 등을 통과하여 객체를 인식하여야 하므로 성능이 저하될 수 있고, 센서가 별도의 모듈로 제작되어 탑재되는 경우 디자인 및 사용성 측면에서 한계가 있다.
실시예들은 표시 패널과 일체화되어 성능을 개선할 수 있는 센서를 포함한 센서 내장형 표시 패널을 제공한다.
실시예들은 제조가 용이한 센서를 포함한 센서 내장형 표시 패널을 제공한다.
일 실시예에 따른 센서 내장형 표시 패널은, 기판, 기판 위에 위치하고 발광층을 포함하는 발광 소자, 그리고 기판 위에 위치하고 기판의 면방향을 따라 발광층과 나란히 배치되어 있는 흡광층을 포함하는 광전 소자를 포함하고, 발광 소자와 광전 소자는, 발광층과 흡광층 상부에 위치한 제1 공통 보조층, 그리고 발광층과 흡광층 하부에 위치한 제2 공통 보조층을 포함하고, 광전 소자는 적색 파장 스펙트럼, 녹색 파장 스펙트럼, 및 청색 파장 스펙트럼 중 어느 하나에 대응하는 두께를 갖는 보조층을 더 포함한다.
흡광층은 적색 파장 스펙트럼, 녹색 파장 스펙트럼, 및 청색 파장 스펙트럼의 조합의 광을 흡수할 수 있다.
보조층은 제1 공통 보조층과 흡광층 사이에 위치할 수 있다.
보조층은 제2 공통 보조층과 흡광층 사이에 위치할 수 있다.
광전 소자는 적색 파장 스펙트럼의 광을 전기적 신호로 변환하는 제1 센서 픽셀, 녹색 파장 스펙트럼의 광을 전기적 신호로 변환하는 제2 센서 픽셀, 및 청색 파장 스펙트럼의 광을 전기적 신호로 변환하는 제3 센서 픽셀을 포함할 수 있다.
제1 센서 픽셀, 제2 센서 픽셀, 및 제3 센서 픽셀의 보조층 각각의 두께는 서로 상이할 수 있다.
광전 소자는 보조층에 대응하는 파장 스펙트럼의 광을 투과하는 컬러필터를 더 포함할 수 있다.
발광 소자와 광전 소자는 각각 발광 소자와 광전 소자에 공통 전압을 인가하는 공통 전극 및 공통 전극과 마주하고 있는 화소 전극을 더 포함하고, 제1 공통 보조층은 공통 전극 아래에 위치하고, 제2 공통 보조층은 화소 전극 상에 위치할 수 있다.
센서 내장형 표시 패널은, 이미지를 표시하는 표시 영역과 표시 영역을 제외한 비표시 영역을 포함하고, 흡광 센서는 비표시 영역에 위치할 수 있다.
적색을 표시하고 제1 발광 소자를 포함하는 복수의 제1 서브 픽셀, 녹색을 표시하고 제2 발광 소자를 포함하는 복수의 제2 서브 픽셀, 그리고 청색을 표시하고 제3 발광 소자를 포함하는 복수의 제3 서브 픽셀을 더 포함하고, 복수의 제1 서브 픽셀, 복수의 제2 서브 픽셀, 및 복수의 제3 서브 픽셀은 표시 영역에 위치할 수 있다.
광전 소자는 제1 서브 픽셀, 제2 서브 픽셀 및 제3 서브 픽셀에서 선택된 적어도 둘 사이에 위치할 수 있다.
적외선 파장 스펙트럼의 광을 방출하는 제4 발광 소자를 포함하는 복수의 제4 서브 픽셀을 더 포함하고, 광전 소자는 적외선 파장 스펙트럼의 광을 더 흡수할 수 있다.
흡광층은 유기 물질을 포함할 수 있다.
발광층은 유기 발광체, 양자점, 페로브스카이트 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다.
일 실시예에 따른 이미지 센서는, 기판, 그리고 기판 위에 위치하고 적색 파장 스펙트럼, 녹색 파장 스펙트럼, 및 청색 파장 스펙트럼의 조합의 광을 흡수하는 흡광층을 포함하는 광전 소자를 포함하고, 광전 소자는, 흡광층 상부에 위치한 제1 공통 보조층, 흡광층 하부에 위치한 제2 공통 보조층, 그리고 적색 파장 스펙트럼, 녹색 파장 스펙트럼, 및 청색 파장 스펙트럼 중 어느 하나에 대응하는 두께를 갖는 보조층을 포함한다.
보조층은 제1 공통 보조층과 흡광층 사이에 위치할 수 있다.
보조층은 제2 공통 보조층과 흡광층 사이에 위치할 수 있다.
광전 소자는 적색 파장 스펙트럼의 광을 전기적 신호로 변환하는 제1 센서 픽셀, 녹색 파장 스펙트럼의 광을 전기적 신호로 변환하는 제2 센서 픽셀, 및 청색 파장 스펙트럼의 광을 전기적 신호로 변환하는 제3 센서 픽셀을 포함하고, 제1 센서 픽셀, 제2 센서 픽셀, 및 제3 센서 픽셀의 보조층 각각의 두께는 서로 상이한, 이미지 센서.
광전 소자는 보조층에 대응하는 파장 스펙트럼의 광을 투과하는 컬러필터를 더 포함할 수 있다.
일 실시예에 따른 표시 장치는 상기의 센서 내장형 표시 패널을 포함한다.
실시예들에 따르면, 표시 패널과 일체화되어 디자인 및 사용성을 개선하면서도 고성능인 센서를 제공할 수 있다는 장점이 있다.
실시예들에 따르면, 박형의 표시 장치를 제공할 수 있다는 장점이 있다.
도 1은 일 구현예에 따른 센서 내장형 표시 패널의 평면도이다.
도 2는 일 구현예에 따른 센서 내장형 표시 패널의 일 예를 나타낸 단면도이다.
도 3은 일 구현예에 따른 센서 내장형 표시 패널의 다른 예를 나타낸 단면도이다.
도 4는 다른 구현예에 따른 센서 내장형 표시 패널의 평면도이다.
도 5는 다른 구현예에 따른 센서 내장형 표시 패널의 일 예를 나타낸 단면도이다.
도 6은 도 5의 이미지 센서의 파장에 따른 흡광율을 보여주는 그래프이다.
도 7은 다른 구현예에 따른 센서 내장형 표시 패널의 다른 예를 나타낸 단면도이다.
도 8은 도 7의 이미지 센서의 파장에 따른 흡광율을 보여주는 그래프이다.
도 9는 일 예에 따른 전자 장치로서 스마트 폰의 일 예를 도시한 개략도이다.
도 10은 일 구현예에 따른 전자 장치의 구성도의 일 예를 도시한 개략도이다.
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.
또한, 도면에서 나타난 각 구성의 크기 및 두께는 설명의 편의를 위해 임의로 나타내었으므로, 본 발명이 반드시 도시된 바에 한정되지 않는다. 도면에서 여러 층 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 나타내었다. 그리고 도면에서, 설명의 편의를 위해, 일부 층 및 영역의 두께를 과장되게 나타내었다.
또한, 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함" 한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
또한, 명세서 전체에서, "평면상"이라 할 때, 이는 대상 부분을 위에서 보았을 때를 의미하며, "단면상"이라 할 때, 이는 대상 부분을 수직으로 자른 단면을 옆에서 보았을 때를 의미한다.
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.
이하에서 별도의 정의가 없는 한, '치환된'이란, 화합물 중의 수소 원자가 할로겐, 히드록시기, 니트로기, 시아노기, 아미노기, 아지도기, 아미디노기, 히드라지노기, 히드라조노기, 카르보닐기, 카르바밀기, 티올기, 에스테르기, 카르복실기나 그의 염, 술폰산기나 그의 염, 인산이나 그의 염, C1 내지 C30 알킬기, C2 내지 C30 알케닐기, C2 내지 C30 알키닐기, C6 내지 C30 아릴기, C7 내지 C30 아릴알킬기, C1 내지 C30 알콕시기, C1 내지 C20 헤테로알킬기, C3 내지 C20 헤테로고리기, C3 내지 C20 헤테로아릴알킬기, C3 내지 C30 사이클로알킬기, C3 내지 C15 사이클로알케닐기, C6 내지 C15 사이클로알키닐기, C3 내지 C30 헤테로사이클로알킬기 및 이들의 조합에서 선택된 치환기로 치환된 것을 의미한다.
또한, 이하에서 별도의 정의가 없는 한, '헤테로'란, N, O, S, Se, Te, Si 및 P에서 선택된 헤테로 원자를 1 내지 4개 함유한 것을 의미한다.
이하에서, 별도의 정의가 없는 한, 에너지 준위(energy level)는 최고점유분자궤도(highest occupied molecular orbital, HOMO) 에너지 준위 또는 최저비점유분자궤도(lowest unoccupied molecular orbital, LUMO) 에너지 준위이다.
이하에서, 별도의 정의가 없는 한, 일 함수(workfunction) 또는 에너지 준위는 진공 레벨(vacuum level)로부터의 절대값으로 표시된다. 또한 일 함수 또는 에너지 준위가 깊다, 높다 또는 크다는 것은 진공 레벨을 '0eV'로 하여 절대값이 큰 것을 의미하고 일 함수 또는 에너지 준위가 얕다, 낮다 또는 작다는 것은 진공 레벨을 '0eV'로 하여 절대값이 작은 것을 의미한다. 또한 일 함수 및/또는 에너지 준위의 차이는 절대값의 큰 값에서 절대값의 작은 값을 뺀 값일 수 있다.
이하에서 별도의 정의가 없는 한, HOMO 에너지 준위는 AC-2 (Hitachi) 또는 AC-3 (Riken Keiki Co., LTD.)를 사용하여 박막에 UV 광을 조사하여 에너지에 따라 방출되는 광전자량으로 평가할 수 있다.
이하에서 별도의 정의가 없는 한, LUMO 에너지 준위는 UV-Vis spectrometer (Shimadzu Corporation)를 사용하여 에너지 밴드갭을 얻은 후, 상기 에너지 밴드갭과 이미 측정된 HOMO 에너지 준위로부터 LUMO 에너지 준위를 계산하여 얻을 수 있다.
이하 일 구현예에 따른 센서 내장형 표시 패널(sensor embedded display panel)을 설명한다.
일 구현예에 따른 센서 내장형 표시 패널은 표시 기능과 이미지 획득 기능(예컨대 생체 인식 기능)을 수행할 수 있는 표시 패널일 수 있으며 표시 패널 내에 이미지 획득 기능(예컨대 생체 인식 기능)을 수행하는 센서가 내장된 인셀(in-cell) 타입의 표시 패널일 수 있다.
도 1은 일 구현예에 따른 센서 내장형 표시 패널의 일 예를 보여주는 평면도이고, 도 2는 일 구현예에 따른 센서 내장형 표시 패널의 일 예를 보여주는 단면도이다.
도 1 및 도 2를 참고하면, 일 구현예에 따른 센서 내장형 표시 패널(1000)은 서로 상이한 색을 표시하는 복수의 서브 픽셀(PX)을 포함한다. 복수의 서브 픽셀(PX)은 적어도 삼원색(primary color)을 표시할 수 있으며, 예컨대 적색, 녹색, 및 청색 중에서 선택된 서로 상이한 제1 색, 제2 색 및 제3 색을 표시하는 제1 서브 픽셀(PX1), 제2 서브 픽셀(PX2), 및 제3 서브 픽셀(PX3)을 포함한다. 예컨대 제1 색, 제2 색, 및 제3 색은 각각 적색, 녹색, 및 청색일 수 있고, 제1 서브 픽셀(PX1)은 적색(R)을 표시하는 적색 서브 픽셀일 수 있고 제2 서브 픽셀(PX2)은 녹색(G)을 표시하는 녹색 서브 픽셀일 수 있고 제3 서브 픽셀(PX3)은 청색(B)을 표시하는 청색 서브 픽셀일 수 있다. 그러나 이에 한정되지 않고 백색 서브 픽셀과 같은 보조 서브 픽셀(도시하지 않음)을 더 포함할 수 있다.
복수의 서브 픽셀(PX)은 하나의 단위 화소(UP)를 구성하여 행 및/또는 열을 따라 반복적으로 배열될 수 있다. 도 1에서는 단위 화소(UP)에 하나의 제1 서브 픽셀(PX1), 두 개의 제2 서브 픽셀(PX2), 및 하나의 제3 서브 픽셀(PX3)로 이루어진 구조를 예시적으로 도시하였으나, 이에 한정되지 않고 적어도 하나의 제1 서브 픽셀(PX1), 적어도 하나의 제2 서브 픽셀(PX2), 및 적어도 하나의 제3 서브 픽셀(PX3)을 포함할 수 있다. 도면에서는 일례로서 열방향으로 제1 서브 픽셀(PX1)과 제3 서브 픽셀(PX3)이 교대로 배치되는 제1열과 열방향으로 제2 서브 픽셀(PX2)이 배치되는 제2열이 행방향으로 교대로 배치되는 형태의 서브 픽셀(PX)의 배열을 도시하였으나, 이에 한정되지 않고 서브 픽셀(PX)의 배열은 다양할 수 있다. 복수의 서브 픽셀(PX)이 차지하고 복수의 서브 픽셀(PX)에 의해 색을 표시하는 영역은 화상을 표시하는 표시 영역(display area)(DA)일 수 있다.
제1 서브 픽셀(PX1), 제2 서브 픽셀(PX2), 및 제3 서브 픽셀(PX3)은 각각 발광 소자(light emitting element)를 포함할 수 있다. 일례로, 제1 서브 픽셀(PX1)은 제1 색의 파장 스펙트럼의 광을 방출할 수 있는 제1 발광 소자(210)를 포함할 수 있고 제2 서브 픽셀(PX2)은 제2 색의 파장 스펙트럼의 광을 방출할 수 있는 제2 발광 소자(220)를 포함할 수 있고 제3 서브 픽셀(PX3)은 제3 색의 파장 스펙트럼의 광을 방출할 수 있는 제3 발광 소자(230)를 포함할 수 있다. 그러나 이에 한정되지 않고 제1 서브 픽셀(PX1), 제2 서브 픽셀(PX2), 및 제3 서브 픽셀(PX3) 중 적어도 하나는 제1 색, 제2 색 및 제3 색의 조합, 즉 백색 파장 스펙트럼의 광을 방출하는 발광 소자를 포함하고 색 필터(color filter)(도시하지 않음)를 통하여 제1 색, 제2 색, 또는 제3 색을 표시할 수도 있다.
추가적으로, 센서 내장형 표시 패널(1000)은 적외선 파장 스펙트럼의 광을 방출하는 제4 발광 소자(미도시)를 포함할 수 있다. 예컨대 제4 발광 소자는 단위 픽셀(UP) 중 어느 하나의 서브 픽셀에 포함될 수도 있고 비표시 영역(NDA)에 위치할 수도 있다. 제4 서브 픽셀은 제1 서브 픽셀(PX1), 제2 서브 픽셀(PX2), 및 제3 서브 픽셀(PX3)과 함께 하나의 단위 화소(UP)를 형성할 수 있고 단위 화소(UP)는 행 및/또는 열을 따라 반복적으로 배열될 수 있다.
일 구현예에 따른 센서 내장형 표시 패널(1000)은 이미지 센서를 갖는다. 이미지 센서는 복수의 센서 픽셀(SPX)을 포함한다. 복수의 센서 픽셀(SPX)은 비표시 영역(non-display area)(NDA)에 배치되어 있을 수 있다. 비표시 영역(NDA)은 표시 영역(DA) 이외의 영역으로, 제1 서브 픽셀(PX1), 제2 서브 픽셀(PX2), 제3 서브 픽셀(PX3), 보조 서브 픽셀과 같은 발광 소자가 배치되지 않은 영역일 수 있다. 센서 픽셀(SPX)은 제1 서브 픽셀(PX1), 제2 서브 픽셀(PX2), 및 제3 서브 픽셀(PX3)에서 선택된 적어도 둘 사이에 배치될 수 있다.
센서 픽셀(SPX)은 광전 소자(photoelectric element)(300)를 포함할 수 있다. 광전 소자(300)는 표시 영역(DA)에 배치된 제1, 제2, 및 제3 발광 소자(210, 220, 230)와 나란하게 배치되어 있을 수 있다.
이미지 센서는 광학 타입의 센서(예컨대 생체 인식 센서)일 수 있다. 예컨대 이미지 센서는 지문 센서, 조도 센서, 홍채 센서, 거리 센서, 혈관 분포 센서, 및/또는 심박 센서일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
예를 들어, 광전 소자(300)는 표시 영역(DA)에 배치된 제1, 제2, 및 제3 발광 소자(210, 220, 230) 중 적어도 하나로부터 방출된 광이 생체, 도구 또는 사물과 같은 인식 타겟(recognition target)(40)에 의해 반사된 광을 흡수하여 전기적 신호로 변환할 수 있다. 여기서 생체는 손가락, 지문, 손바닥, 홍채, 얼굴 및/또는 손목 등일 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
광전 소자(300)는 기판(110) 위에서 제1, 제2, 및 제3 발광 소자(210, 220, 230)와 동일 평면 상에 배치될 수 있으며, 표시 패널(1000) 내에 내장되어 있을 수 있다.
상기에서 센서 픽셀(SPX)이 비표시 영역(NDA) 영역에 위치하는 것으로 설명하였으나, 센서 픽셀(SPX)은 표시 영역(DA) 중 서브 픽셀들(PX1, PX2, PX3)이 위치한 영역 중 적어도 하나에 위치할 수도 있다. 예를 들어, 하나의 제1 서브 픽셀(PX1), 하나의 제2 서브 픽셀(PX2), 하나의 제3 서브 픽셀(PX3), 및 하나의 센서 픽셀(SPX)이 하나의 단위 화소(UP)를 이룰 수 있다.
도 2를 참고하면, 센서 내장형 표시 패널(1000)은 기판(110), 기판(110) 위에 형성되어 있는 박막 트랜지스터(120), 박막 트랜지스터(120) 위에 형성되어 있는 절연층(140), 절연층(140) 위에 형성되어 있는 화소 정의층(150), 화소 정의층(150)에 의해 구획된 공간에 위치하는 제1, 제2, 또는 제3 발광 소자(210, 220, 230)와 광전 소자(300)를 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.
복수의 박막 트랜지스터(120)는 기판(110) 위에 형성되어 있다. 박막 트랜지스터(120)는 각 서브 픽셀(PX)마다 적어도 하나 포함되어 있을 수 있다. 예컨대 각 서브 픽셀(PX)은 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.
절연층(140)은 기판(110)과 박막 트랜지스터(120)를 덮고 있을 수 있으며 기판(110)의 전면에 위치할 수 있다. 절연층(140)은 평탄화막 또는 패시베이션 막일 수 있으며, 유기 절연물질, 무기 절연물질, 유무기 절연물질, 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다. 절연층(140)은 제1, 제2, 및 제3 발광 소자(210, 220, 230)와 박막 트랜지스터(120)를 연결하기 위한 복수의 접촉 구멍(141)과 광전 소자(300)와 박막 트랜지스터(120)를 전기적으로 연결하기 위한 복수의 접촉 구멍(142)을 가질 수 있다.
화소 정의층(pixel definition layer)(150) 또한 기판(110)의 전면에 형성되어 있을 수 있으며, 인접한 서브 픽셀(PX) 사이에 위치하여 각 서브 픽셀(PX)을 구획할 수 있다. 화소 정의층(150)은 각 서브 픽셀(PX)에 위치한 복수의 개구부(151)를 가질 수 있으며, 각 개구부(151)에는 제1, 제2, 및 제3 발광 소자(210, 220, 230)와 광전 소자(300) 중 어느 하나가 위치할 수 있다.
제1, 제2, 및 제3 발광 소자(210, 220, 230)는 기판(110)(또는 박막 트랜지스터 기판) 위에 형성되어 있으며, 기판(110)의 면방향(예컨대 xy방향)을 따라 반복적으로 배열되어 있다. 전술한 바와 같이 제1, 제2, 및 제3 발광 소자(210, 220, 230)는 각각 제1 서브 픽셀(PX1), 제2 서브 픽셀(PX2), 및 제3 서브 픽셀(PX3)에 포함될 수 있으며, 제1, 제2, 및 제3 발광 소자(210, 220, 230)는 별개의 박막 트랜지스터(120)에 전기적으로 접속되어 독립적으로 구동될 수 있다.
제1, 제2, 및 제3 발광 소자(210, 220, 230)는 각각 독립적으로 적색 파장 스펙트럼, 녹색 파장 스펙트럼, 청색 파장 스펙트럼 및 이들의 조합에서 선택된 하나의 광을 방출할 수 있다. 일례로, 제1 발광 소자(210)는 적색 파장 스펙트럼의 광을 방출할 수 있고 제2 발광 소자(220)는 녹색 파장 스펙트럼의 광을 방출할 수 있고 제3 발광 소자(230)는 청색 파장 스펙트럼의 광을 방출할 수 있다. 여기서 적색 파장 스펙트럼, 녹색 파장 스펙트럼, 및 청색 파장 스펙트럼은 각각 약 600nm 이상 750nm 미만, 약 500nm 내지 600nm 및 약 400nm 이상 500nm 미만에 최대 발광 파장(λmax)을 가질 수 있다.
제1, 제2, 및 제3 발광 소자(210, 220, 230)는 발광 다이오드(light emitting diode)일 수 있으며, 일례로 유기 물질을 포함하는 유기 발광 다이오드일 수 있다.
광전 소자(300)는 기판(110)(또는 박막 트랜지스터 기판) 위에 형성되어 있으며, 기판(110)의 면방향(예컨대 xy방향)을 따라 랜덤하게 또는 규칙적으로 배열될 수 있다. 전술한 바와 같이 광전 소자(300)를 포함하는 센서 픽셀(SPX)은 비표시 영역(NDA)에 위치할 수 있다.
광전 소자(300)는 별개의 박막 트랜지스터(120)에 접속되어 독립적으로 구동될 수 있다. 광전 소자(300)는 제1, 제2, 및 제3 발광 소자(210, 220, 230) 중 적어도 하나에서 방출된 광과 동일한 파장 스펙트럼의 광을 흡수하여 전기적 신호로 변환할 수 있으며, 예컨대 적색 파장 스펙트럼, 녹색 파장 스펙트럼, 청색 파장 스펙트럼 및 이들의 조합의 광을 흡수하여 전기적 신호로 변환할 수 있다. 광전 소자(300)는 예컨대 광전 다이오드(photoelectric diode)일 수 있으며, 예컨대 유기 물질을 포함하는 유기 광전 다이오드(organic photoelectric diode)일 수 있다.
일례로, 센서 픽셀(SPX)은 녹색 파장 스펙트럼의 광을 흡수하여 전기적 신호로 변환하는 광전 소자(300)를 가질 수 있고, 제2 발광 소자(220)를 포함하는 제2 서브 픽셀(PX2)에 인접하게 위치할 수 있다.
각 제1, 제2, 및 제3 발광 소자(210, 220, 230)와 광전 소자(300)는 화소 전극(211, 221, 231, 310), 화소 전극(211, 221, 231, 310)과 마주하고 있으며 공통 전압이 인가되는 공통 전극(320), 화소 전극(211, 221, 231, 310)과 공통 전극(320) 사이에 위치하는 발광층(212, 222, 232) 또는 흡광층(330), 제1 공통 보조층(340), 및 제2 공통 보조층(350)을 포함한다.
제1, 제2, 및 제3 발광 소자(210, 220, 230)와 광전 소자(300)는 기판(110)의 면방향(예컨대 xy방향)을 따라 나란히 배치되어 있으며, 전면에 형성된 공통 전극(320), 제1 공통 보조층(340) 및 제2 공통 보조층(350)을 공유할 수 있다.
공통 전극(320)은 발광층(212, 222, 232)과 흡광층(330)의 상부에 연속적으로 형성되어 있으며, 실질적으로 기판(110) 전면에 형성되어 있다. 공통 전극(320)은 제1, 제2, 및 제3 발광 소자(210, 220, 230)와 광전 소자(300)에 공통 전압을 인가할 수 있다.
제1 공통 보조층(340)은 발광층(212, 222, 232) 및 흡광층(330)과 공통 전극(320) 사이에 위치하며 발광층(212, 222, 232)과 흡광층(330)의 상부 및 공통 전극(320)의 하부에서 연속적으로 위치할 수 있다.
제1 공통 보조층(340)은 공통 전극(320)으로부터 발광층(212, 222, 232)으로 전하(예컨대 전자)의 주입 및/또는 이동을 용이하게 하는 전하 보조층(예컨대 전자 보조층)일 수 있다. 예컨대 제1 공통 보조층(340)의 LUMO 에너지 준위는 발광층(212, 222, 232)의 LUMO 에너지 준위와 공통 전극(320)의 일 함수 사이에 위치할 수 있으며, 공통 전극(320)의 일 함수, 제1 공통 보조층(340)의 LUMO 에너지 준위 및 발광층(212, 222, 232)의 LUMO 에너지 준위는 차례로 얕아질 수 있다. 반면, 제1 공통 보조층(340)의 LUMO 에너지 준위는 흡광층(330)의 LUMO 에너지 준위와 공통 전극(320)의 일 함수보다 각각 얕을 수 있다.
제1 공통 보조층(340)은 상기 LUMO 에너지 준위를 만족하는 유기물, 무기물, 유무기물 또는 이들의 조합을 포함할 수 있으며, 예컨대 LiF, NaCl, CsF, RbCl 및 RbI와 같은 할로겐화 금속, Yb와 같은 란탄족 금속, Li2O, BaO 와 같은 금속 산화물, Liq(Lithium quinolate), Alq3(Tris(8-hydroxyquinolinato)aluminum), 1,3,5-tri[(3-pyridyl)-phen-3-yl]benzene, 2,4,6-tris(3'-(pyridin-3-yl)biphenyl-3-yl)-1,3,5-triazine, 2-(4-(N-phenylbenzoimidazolyl-1-ylphenyl)-9,10-dinaphthylanthracene, TPBi(1,3,5-Tri(1-phenyl-1H-benzo[d]imidazol-2-yl)phenyl), BCP(2,9-Dimethyl-4,7-diphenyl-1,10-phenanthroline), Bphen(4,7-Diphenyl-1,10-phenanthroline), TAZ(3-(4-Biphenylyl)-4-phenyl-5-tertbutylphenyl-1,2,4-triazole), NTAZ(4-(Naphthalen-1-yl)-3,5-diphenyl-4H-1,2,4-triazole), tBu-PBD(2-(4-Biphenylyl)-5-(4-tert-butylphenyl)-1,3,4-oxadiazole), BAlq(Bis(2-methyl-8-quinolinolato-N1,O8)-(1,1'-Biphenyl-4-olato)aluminum), Bebq2(berylliumbis(benzoquinolin-10-olate), ADN(9,10-di(naphthalene-2-yl)anthracene), BmPyPhB(1,3-Bis[3,5-di(pyridin-3-yl)phenyl]benzene) 또는 이들의 조합일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 제1 공통 보조층(340)은 1층 또는 2층 이상일 수 있다.
제2 공통 보조층(350)은 발광층(212, 222, 232) 및 흡광층(330)과 기판(110) 사이에 위치하며, 그 중에서도 발광층(212, 222, 232) 및 흡광층(330)과 화소 전극(211, 221, 231, 310) 사이에 위치할 수 있다. 제2 공통 보조층(350)은 발광층(212, 222, 232)과 흡광층(330)의 하부 및 화소 전극(211, 221, 231, 310)의 상부에서 연속적으로 위치할 수 있다.
제2 공통 보조층(350)은 화소 전극(211, 221, 231)으로부터 발광층(212, 222, 232)으로의 전하(예컨대 정공)의 주입 및/또는 이동을 용이하게 하는 전하 보조층(예컨대 정공 보조층)일 수 있다. 예컨대 제2 공통 보조층(350)의 HOMO 에너지 준위는 발광층(212, 222, 232)의 HOMO 에너지 준위와 화소 전극(211, 221, 231)의 일 함수 사이에 위치할 수 있으며, 화소 전극(211, 221, 231)의 일 함수, 제2 공통 보조층(350)의 HOMO 에너지 준위 및 발광층(212, 222, 232)의 HOMO 에너지 준위는 차례로 깊어질 수 있다.
제2 공통 보조층(350)은 상기 HOMO 에너지 준위를 만족하는 유기물, 무기물, 유무기물 또는 이들의 조합을 포함할 수 있으며, 예컨대 구리프탈로시아닌(copper phthalocyanine) 등의 프탈로시아닌(phthalocyanine) 화합물, DNTPD(N,N'-diphenyl-N,N'-bis-[4-(phenyl-m-tolyl-amino)-phenyl]-biphenyl-4,4'-diamine), m-MTDATA(4,4',4"-[tris(3-methylphenyl)phenylamino] triphenylamine), TDATA(4,4'4"-Tris(N,Ndiphenylamino)triphenylamine), 2-TNATA(4,4',4"-tris{N,-(2-naphthyl)-N-phenylamino}-triphenylamine), PEDOT/PSS(Poly(3,4-ethylenedioxythiophene)/Poly(4-styrenesulfonate)), PANI/DBSA(Polyaniline/Dodecylbenzenesulfonic acid), PANI/CSA(Polyaniline/Camphor sulfonicacid), PANI/PSS(Polyaniline/Poly(4-styrenesulfonate)), NPB(N,N'-di(naphthalene-l-yl)-N,N'-diphenylbenzidine), 트리페닐아민을 포함하는 폴리에테르케톤(TPAPEK), 4-Isopropyl-4'-methyldiphenyliodonium[Tetrakis(pentafluorophenyl)borate], HAT-CN(dipyrazino[2,3-f: 2',3'-h] quinoxaline-2,3,6,7,10,11-hexacarbonitrile), N-페닐카바졸, 폴리비닐카바졸 등의 카바졸계 유도체, 플루오렌(fluorine)계 유도체, TPD(N,N'-bis(3-methylphenyl)-N,N'-diphenyl-[1,1-biphenyl]-4,4'-diamine), TCTA(4,4',4"-tris(N-carbazolyl)triphenylamine) 등과 같은 트리페닐아민계 유도체, NPB(N,N'-di(naphthalene-l-yl)-N,N'-diphenyl-benzidine), TAPC(4,4′-Cyclohexylidene bis[N,N-bis(4-methylphenyl)benzenamine]), HMTPD(4,4'-Bis[N,N'-(3-tolyl)amino]-3,3'-dimethylbiphenyl), mCP(1,3-Bis(N-carbazolyl)benzene) 또는 이들의 조합일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 제2 공통 보조층(350)은 1층 또는 2층 이상일 수 있다.
보조층(360)은 흡광층(330)과 제2 공통 보조층(350) 사이 및/또는 제1 공통 보조층(340)과 흡광층(330) 사이에 위치할 수 있다.
보조층(360)은 흡광층(330)과 제2 공통 보조층(350) 사이에 위치하는 경우, 보조층(360)은 화소 전극(310)으로부터 흡광층(330)으로의 전하(예컨대 정공)의 주입 및/또는 이동을 용이하게 하는 전하 보조층(예컨대 정공 보조층)일 수 있다. 일례로, 보조층(360)은 제2 공통 보조층(350)과 동일한 물질을 포함할 수 있다. 또한, 보조층(360)은 제2 공통 보조층(350)의 일부로서 동일한 제조 공정에서 형성될 수 있다.
또한, 보조층(360)은 제1 공통 보조층(340)과 흡광층(330) 사이에 위치하는 경우, 보조층(360)은 공통 전극(320)으로부터 흡광층(330)으로 전하(예컨대 전자)의 주입 및/또는 이동을 용이하게 하는 전하 보조층(예컨대 전자 보조층)일 수 있다. 일례로, 보조층(360)은 제1 공통 보조층(340)과 동일한 물질을 포함할 수 있다. 또한, 보조층(360)은 제1 공통 보조층(340)의 일부로서 동일한 제조 공정에서 형성될 수 있다.
보조층(360)은 광전 소자(300)가 전기적 신호로 변환하려는 광의 파장 스펙트럼에 대응하는 두께를 가질 수 있으며, 이에 대해서는 후술한다.
각 제1, 제2, 및 제3 발광 소자(210, 220, 230)와 광전 소자(300)는 공통 전극(320)과 마주하는 화소 전극(211, 221, 231, 310)을 포함한다. 화소 전극(211, 221, 231, 310)과 공통 전극(320) 중 어느 하나는 애노드(anode)이고 다른 하나는 캐소드(cathode)다. 예컨대 화소 전극(211, 221, 231, 310)은 애노드일 수 있고 공통 전극(320)은 캐소드일 수 있다. 화소 전극(211, 221, 231, 310)은 각 서브 픽셀(PX)마다 각각 분리되어 있으며 각각 별개의 박막 트랜지스터(120)에 전기적으로 접속되어 독립적으로 구동될 수 있다.
화소 전극(211, 221, 231, 310)과 공통 전극(320)은 각각 투광 전극 또는 반사 전극일 수 있고, 예컨대 화소 전극(211, 221, 231, 310)과 공통 전극(320) 중 적어도 하나는 투광 전극일 수 있다.
투광 전극은 투명 전극 또는 반투과 전극일 수 있으며, 투명 전극은 약 85% 이상, 약 90% 이상 또는 약 95% 이상의 투광율을 가질 수 있으며 반투과 전극은 약 30% 이상 약 85% 미만, 약 40% 내지 약 80% 또는 약 40% 내지 75%의 투광율을 가질 수 있다. 투명 전극과 반투과 전극은 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), 마그네슘-은(Mg-Ag), 마그네슘-알루미늄(Mg-Al), 이들의 합금 또는 이들의 조합을 포함한 매우 얇은 박막일 수 있다.
반사 전극은 약 5% 이하의 투광율 및/또는 약 80% 이상의 반사율을 가진 반사층을 포함할 수 있으며, 반사층은 광학적으로 불투명한 물질을 포함할 수 있다. 광학적으로 불투명한 물질은 금속, 금속질화물 또는 이들의 조합을 포함할 수 있고, 예컨대 은(Ag), 구리(Cu), 알루미늄(Al), 금(Au), 티타늄(Ti), 크롬(Cr), 니켈(Ni), 이들의 합금, 이들의 질화물(예컨대 TiN) 또는 이들의 조합을 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 반사 전극은 반사층으로 이루어지거나 반사층/투광층 또는 투광층/반사층/투광층의 적층 구조일 수 있고, 반사층은 1층 또는 2층 이상일 수 있다.
예컨대 화소 전극(211, 221, 231, 310)이 투광 전극이고 공통 전극(320)이 반사 전극일 때, 센서 내장형 표시 패널(1000)은 기판(110) 측으로 빛을 방출하는 하부 발광형 표시 패널(bottom emission type display panel)일 수 있다. 예컨대 화소 전극(211, 221, 231, 310)이 반사 전극이고 공통 전극(320)이 투광 전극일 때, 센서 내장형 표시 패널(1000)은 기판(110)의 반대 측으로 빛을 방출하는 상부 발광형 표시 패널(top emission type display panel)일 수 있다. 예컨대 화소 전극(211, 221, 231, 310)과 공통 전극(320)이 각각 투광 전극일 때, 센서 내장형 표시 패널(1000)은 양면 발광형 표시 패널(both side emission type display panel)일 수 있다.
일례로, 화소 전극(211, 221, 231, 310)은 반사 전극일 수 있고 공통 전극(320)은 반투과 전극일 수 있고, 이 경우 센서 내장형 표시 패널(1000)은 미세 공진 구조(microcavity structure)를 형성할 수 있다. 미세 공진 구조는 소정의 광로 길이(optical length)(예컨대 반투과 전극과 반사 전극 사이의 거리)만큼 떨어져 있는 반사 전극과 반투과 전극 사이에서 반복적으로 반사되어 소정 파장 스펙트럼의 광을 강화시켜 광학적 특성을 개선할 수 있다.
일례로, 제1, 제2, 및 제3 발광 소자(210, 220, 230)의 발광층(212, 222, 232)에서 방출된 광 중 소정 파장 스펙트럼의 광은 반투과 전극과 반사 전극 사이를 반복적으로 반사되어 개질될 수 있고 개질된 광 중 미세 공진의 공명 파장(resonance wavelength)에 해당하는 파장 스펙트럼의 광은 강화되어 좁은 파장 영역에서 증폭된 발광 특성을 나타낼 수 있다. 이에 따라 센서 내장형 표시 패널(1000)은 높은 색 순도의 색을 표현할 수 있다.
광전 소자(300)에 입사된 광 중 소정 파장 스펙트럼의 광은 반투과 전극과 반사 전극 사이를 반복적으로 반사되어 개질될 수 있고 개질된 광 중 미세 공진의 공명 파장에 해당하는 파장 스펙트럼의 광은 강화되어 좁은 파장 영역에서 증폭된 광전변환 특성을 나타낼 수 있다. 이에 따라 광전 소자(300)는 좁은 파장 영역에서 높은 광전변환 특성을 나타낼 수 있다. 일례로, 광전 소자(300)의 흡광층(330)이 약 500nm 내지 600nm에 최대흡수파장을 가진 녹색 파장 스펙트럼의 광을 선택적으로 흡수하는 경우, 녹색 파장 스펙트럼의 광이 강화되는 반투과 전극과 반사 전극 사이의 광로 길이가 보조층(360)의 두께로써 결정될 수 있다.
각 제1, 제2, 및 제3 발광 소자(210, 220, 230)는 화소 전극(211, 221, 231)과 공통 전극(320) 사이에 위치하는 발광층(212, 222, 232)을 포함한다. 제1 발광 소자(210)에 포함된 발광층(212), 제2 발광 소자(220)에 포함된 발광층(222) 및 제3 발광 소자(230)에 포함된 발광층(232)은 서로 같거나 다른 파장 스펙트럼의 광을 방출할 수 있으며, 예컨대 적색 파장 스펙트럼, 녹색 파장 스펙트럼, 청색 파장 스펙트럼 또는 이들의 조합의 광을 방출할 수 있다.
예컨대 제1 발광 소자(210), 제2 발광 소자(220), 및 제3 발광 소자(230)가 각각 적색 발광 소자, 녹색 발광 소자, 및 청색 발광 소자일 때, 제1 발광 소자(210)에 포함된 발광층(212)은 적색 파장 스펙트럼의 광을 방출하는 적색 발광층일 수 있고 제2 발광 소자(220)에 포함된 발광층(222)은 녹색 파장 스펙트럼의 광을 방출하는 녹색 발광층일 수 있고 제3 발광 소자(230)에 포함된 발광층(232)은 청색 파장 스펙트럼의 광을 방출하는 청색 발광층일 수 있다. 여기서 적색 파장 스펙트럼, 녹색 파장 스펙트럼 및 청색 파장 스펙트럼은 각각 약 600nm 이상 750nm 미만, 약 500nm 내지 600nm 및 약 400nm 이상 500nm 미만에 최대 발광 파장을 가질 수 있다.
예컨대 제1 발광 소자(210), 제2 발광 소자(220), 및 제3 발광 소자(230) 중 적어도 하나가 백색 발광 소자일 때, 백색 발광 소자의 발광층은 가시광선 전파장 스펙트럼의 광을 방출할 수 있고, 예컨대 약 380nm 이상 750nm 미만, 약 400nm 내지 700nm 또는 약 420nm 내지 700nm 파장 스펙트럼의 광을 방출할 수 있다.
발광층(212, 222, 232)은 적어도 하나의 호스트 물질과 형광 또는 인광 도펀트를 포함할 수 있으며, 적어도 하나의 호스트 물질과 형광 또는 인광 도펀트 중 적어도 하나는 유기 물질일 수 있다. 유기 물질은 예컨대 저분자 유기 물질을 포함할 수 있으며, 예컨대 증착성 유기 물질을 포함할 수 있다.
추가적으로, 제4 발광 소자는 기판(110) 위에 배치되어 있으며, 제1, 제2, 제3 발광 소자(210, 220, 230) 및 광전 소자(300)와 동일 평면 상에 배치될 수 있다. 제4 발광 소자의 적층 구조는 제1 내지 제3 발광 소자(210, 220, 230)와 동일하다. 제4 발광 소자의 발광층은 적외선 파장 스펙트럼의 광을 방출할 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㎛에 최대 발광 파장을 가질 수 있다.
광전 소자(300)는 화소 전극(310)과 공통 전극(320) 사이에 위치하는 흡광층(330)을 포함한다. 흡광층(330)은 기판(110)의 면방향(예컨대 xy방향)을 따라 제1, 제2, 및 제3 발광 소자(210, 220, 230)의 발광층(212, 222, 232)과 나란히 배치되어 있을 수 있으며, 흡광층(330)과 발광층(212, 222, 232)은 동일 평면에 위치할 수 있다.
흡광층(330)은 소정 파장 스펙트럼의 광을 흡수하여 전기적 신호로 변환하는 광전변환층일 수 있으며, 전술한 제1, 제2, 및 제3 발광 소자(210, 220, 230) 중 적어도 하나로부터 방출된 광이 인식 타겟(40)에 의해 반사된 광을 흡수하여 전기적 신호로 변환할 수 있다. 흡광층(330)은 예컨대 적색 파장 스펙트럼, 녹색 파장 스펙트럼, 청색 파장 스펙트럼, 또는 적외선 파장 스펙트럼 이들의 조합의 광을 흡수할 수 있다.
일례로, 흡광층(330)은 적색 파장 스펙트럼, 녹색 파장 스펙트럼 및 청색 파장 스펙트럼의 광, 즉 약 380nm 이상 750nm 미만의 가시광선 전파장 스펙트럼의 광을 흡수할 수 있으며, 제1, 제2, 및 제3 발광 소자(210, 220, 230)에서 방출된 광의 조합이 인식 타겟(40)에 의해 반사된 광을 흡수할 수 있다.
일례로, 흡광층(330)은 약 600nm 초과 750nm 미만에 최대흡수파장을 가진 적색 파장 스펙트럼의 광을 선택적으로 흡수할 수 있으며, 제1, 제2, 및 제3 발광 소자(210, 220, 230) 중 적색 발광 소자에서 방출된 광이 인식 타겟(40)에 의해 반사된 광을 흡수할 수 있다.
일례로, 흡광층(330)은 약 500nm 내지 600nm에 최대흡수파장을 가진 녹색 파장 스펙트럼의 광을 선택적으로 흡수할 수 있으며, 제1, 제2, 및 제3 발광 소자(210, 220, 230) 중 녹색 발광 소자에서 방출된 광이 인식 타겟(40)에 의해 반사된 광을 흡수할 수 있다.
일례로, 흡광층(330)은 약 380nm 이상 500nm 미만에 최대흡수파장을 가진 청색 파장 스펙트럼의 광을 선택적으로 흡수할 수 있으며, 제1, 제2, 및 제3 발광 소자(210, 220, 230) 중 청색 발광 소자에서 방출된 광이 인식 타겟(40)에 의해 반사된 광을 흡수할 수 있다.
흡광층(330)은 흡수된 광을 광전변환하기 위한 p형 반도체 및/또는 n형 반도체를 포함할 수 있다. p형 반도체와 n형 반도체는 pn 접합(pn junction)을 형성할 수 있으며, 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, p형 반도체와 n형 반도체 중 적어도 하나는 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 적색 파장 스펙트럼, 녹색 파장 스펙트럼 및 청색 파장 스펙트럼 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 및/또는 n형 반도체는 유기 흡광 물질일 수 있다.
일 예로, 흡광층(330)은 녹색 파장 스펙트럼의 광을 선택적으로 흡수하는 유기 흡광 물질을 포함할 수 있고, 예컨대 녹색 파장 스펙트럼의 광을 선택적으로 흡수하는 p형 반도체를 포함할 수 있다.
p형 반도체는 소정의 HOMO 에너지 준위를 만족하는 유기물, 무기물 또는 유무기물일 수 있으며, 예컨대 약 5.0 내지 6.0eV, 약 5.1 내지 5.9eV, 약 5.2 내지 5.8eV 또는 약 5.3 내지 5.8eV의 HOMO 에너지 준위를 가질 수 있다.
p형 반도체는 증착 가능한 저분자 유기 화합물일 수 있으며, 예컨대 전자 공여 모이어티(electron donating moiety)와 전자 수용 모이어티(electron accepting moiety)를 포함하는 유기 화합물일 수 있고, 예컨대 하기 화학식 A로 표현될 수 있다.
[화학식 A]
EDM - LM - EAM
화학식 A에서,
EDM는 전자 공여 모이어티(electron donating moiety)일 수 있고,
EAM는 전자 수용 모이어티(electron accepting moiety)일 수 있고,
LM는 전자 공여 모이어티와 전자 수용 모이어티를 연결하는 파이 공액 연결 모이어티일 수 있다.
예컨대, 녹색 파장 스펙트럼의 광을 선택적으로 흡수하는 p형 반도체(이하 ‘녹색 p형 반도체’라 한다)는 예컨대 하기 화학식 A-1로 표현되는 유기 화합물일 수 있다.
[화학식 A-1]
Figure pat00001
상기 화학식 A-1에서,
X는 O, S, Se, Te, SO, SO2, CRbRc 또는 SiRdRe일 수 있고,
Ar은 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30 아릴렌기, 치환 또는 비치환된 C3 내지 C30 헤테로고리기 또는 이들 중에서 선택된 둘 이상의 융합 고리일 수 있고,
Ar1a 및 Ar2a는 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30 아릴(렌)기 또는 치환 또는 비치환된 C3 내지 C30 헤테로아릴(렌)기일 수 있고,
R1a 내지 R3a 및 Rb 내지 Re는 각각 독립적으로 수소, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C30 알킬기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C30 알콕시기, 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30 아릴기, 치환 또는 비치환된 C3 내지 C30 헤테로아릴기, 할로겐, 시아노기 또는 이들의 조합일 수 있고,
Ar1a, Ar2a, R1a 및 R2a는 각각 독립적으로 존재하거나 인접한 둘이 서로 결합하여 고리를 형성할 수 있다.
예컨대, Ar1a 및 Ar2a는 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 페닐기, 치환 또는 비치환된 나프틸기, 치환 또는 비치환된 안트라세닐기, 치환 또는 비치환된 페난트레닐기, 치환 또는 비치환된 피리디닐(pyridinyl)기, 치환 또는 비치환된 피리다지닐(pyridazinyl)기, 치환 또는 비치환된 피리미디닐(pyrimidinyl)기, 치환 또는 비치환된 피라지닐(pyrazinyl)기, 치환 또는 비치환된 퀴놀리닐(quinolinyl)기, 치환 또는 비치환된 이소퀴놀리닐(isoquinolinyl)기, 치환 또는 비치환된 나프티리디닐(naphthyridinyl)기, 치환 또는 비치환된 시놀리닐(cinnolinyl)기, 치환 또는 비치환된 퀴나졸리닐(quinazolinyl)기, 치환 또는 비치환된 프탈라지닐(phthalazinyl)기, 치환 또는 비치환된 벤조트리아지닐(benzotriazinyl)기, 치환 또는 비치환된 피리도피라지닐(pyridopyrazinyl)기, 치환 또는 비치환된 피리도피리미디닐(pyridopyrimidinyl)기, 또는 치환 또는 비치환된 피리도피리다지닐(pyridopyridazinyl)기일 수 있다.
예컨대, Ar1a 및 Ar2a는 서로 융합되어 고리를 형성할 수 있다.
예컨대, Ar2a 및 R1a는 서로 융합되어 고리를 형성할 수 있다.
구체적으로, 녹색 p형 반도체는 하기 화학식 A-1-1 또는 A-1-2로 표현될 수 있다.
[화학식 A-1-1] [화학식 A-1-2]
Figure pat00002
Figure pat00003
상기 화학식 A-1-1 및 A-1-2에서,
X는 O, S, Se, Te, SO, SO2, CRbRc 또는 SiRdRe일 수 있고,
Ar은 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30 아릴렌기, 치환 또는 비치환된 C3 내지 C30 헤테로고리기 또는 이들 중에서 선택된 둘 이상의 융합 고리일 수 있고,
Ar1a 및 Ar2a는 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30 아릴렌기 또는 치환 또는 비치환된 C3 내지 C30 헤테로아릴렌기일 수 있고,
L 및 Z는 각각 독립적으로 단일 결합, O, S, Se, Te, SO, SO2, CRfRg, SiRhRi, GeRjRk, NRl, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C30 알킬렌기, 치환 또는 비치환된 C3 내지 C30 사이클로알킬렌기, 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30 아릴렌기 또는 이들의 조합일 수 있고,
R1a, R2a, R3a 및 Rb 내지 Rl는 각각 독립적으로 수소, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C30 알킬기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C30 알콕시기, 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30 아릴기, 치환 또는 비치환된 C3 내지 C30 헤테로아릴기, 할로겐, 시아노기 또는 이들의 조합일 수 있다.
n형 반도체는 소정의 LUMO 에너지 준위를 만족하는 유기물, 무기물 또는 유무기물일 수 있으며, 예컨대 3.3eV 이상, 3.4eV 이상, 3.5eV 이상, 5.5eV 이하, 5.3eV 이하, 또는 5.0eV 이하의 LUMO 에너지 준위를 가질 수 있다. n형 반도체는 예컨대 C60, C70, C78, C80과 같은 플러렌 또는 플러렌 유도체; 티오펜 또는 티오펜 유도체; 퍼릴렌 디이미드(perylene diimide) 또는 그 유도체; 나프탈렌 디이미드 또는 그 유도체; tris(8-hydroxyquinolinato)aluminum(Alq3), Subphthalocyanine (SubPc), 또는 Phthalocyanine (Pc)과 같은 금속 유기 착체 또는 그 유도체; 또는 이들의 조합을 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
흡광층(330)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.
흡광층(330)은 진성층(I층) 대신 p층 및/또는 n층을 포함하거나 진성층(I층)의 상부 및/또는 하부에 위치하는 p층 및/또는 n층을 더 포함할 수 있다. p층은 예컨대 전술한 제3 유기 물질을 포함할 수 있고 n층은 예컨대 전술한 제2 유기 물질을 포함할 수 있다. 흡광층(330)은 예컨대 I층, p층/n층, p층/I층, I층/n층 또는 p층/I층/n층 일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
발광층(212, 222, 232)과 흡광층(330)의 두께는 각각 독립적으로 약 5nm 내지 300nm 일 수 있으며, 상기 범위 내에서 약 10nm 내지 250nm, 약 20nm 내지 200nm 또는 약 30nm 내지 180nm일 수 있다. 발광층(212, 222, 232)과 흡광층(330)의 두께의 차이는 약 20nm 이하일 수 있으며, 상기 범위 내에서 약 15nm 이하, 약 10nm 이하 또는 약 5nm 이하일 수 있으며, 발광층(212, 222, 232)과 흡광층(330)의 두께는 실질적으로 같을 수 있다.
제1, 제2, 및 제3 발광 소자(210, 220, 230)와 광전 소자(300) 위에는 봉지층(50)이 형성되어 있다. 봉지층(50)은 예컨대 유리판, 금속 박막, 유기막, 무기막, 유무기막 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다. 유기막은 예컨대 아크릴 수지, (메타)아크릴 수지, 폴리이소프렌, 비닐 수지, 에폭시 수지, 우레탄 수지, 셀룰로오스 수지, 페릴렌 수지 또는 이들의 조합을 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 무기막은 예컨대 산화물, 질화물 및/또는 산질화물을 포함할 수 있으며 예컨대 실리콘 산화물, 실리콘 질화물, 실리콘 산질화물, 알루미늄 산화물, 알루미늄 질화물, 알루미늄 산질화물, 지르코늄 산화물, 지르코늄 질화물, 지르코늄 산질화물, 티타늄 산화물, 티타늄 질화물, 티타늄 산질화물, 하프늄 산화물, 하프늄 질화물, 하프늄 산질화물, 탄탈륨 산화물, 탄탈륨 질화물, 탄탈륨 산질화물, 리튬 플루오라이드 또는 이들의 조합일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 유무기막은 예컨대 폴리오가노실록산을 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 봉지층(50)은 1층 또는 2층 이상일 수 있다.
이와 같이 본 구현예에 따른 센서 내장형 표시 패널(1000)은 소정 파장 스펙트럼의 광을 방출하여 색을 표시하는 제1, 제2, 및 제3 발광 소자(210, 220, 230)와 상기 광이 인식 타겟(40)에 의해 반사된 광을 흡수하여 전기적 신호로 변환하는 광전 소자(300)를 기판(110) 위의 동일 평면 내에 포함함으로써 표시 기능과 이미지 획득 기능(예컨대 생체 인식 기능)을 함께 수행할 수 있다. 이에 따라 센서를 별도의 모듈로 제작하여 표시 패널의 외부에 부착하거나 표시 패널의 하부에 형성하는 기존의 표시 패널과 달리 두께를 늘리지 않고 개선된 성능을 가질 수 있어서 슬림형 고성능 센서 내장형 표시 패널(1000)을 구현할 수 있다.
또한, 광전 소자(300)는 보조층(360)에 의한 미세 공진 구조의 공명 파장에 해당하는 파장 스펙트럼의 광은 강화되어 좁은 파장 영역에서 증폭된 광전변환 특성을 나타낼 수 있다. 이에 따라 광전 소자(300)는 좁은 파장 영역에서 높은 광전변환 특성을 나타낼 수 있다.
또한 광전 소자(300)는 제1, 제2, 및 제3 발광 소자(210, 220, 230)에서 방출된 광을 사용하므로 별도의 광원 없이 이미지 획득 기능(예컨대 생체 인식 기능)을 수행할 수 있다. 따라서 표시 패널의 외부에 별도의 광원을 구비할 필요가 없어서 광원이 차지하는 면적으로 인한 표시 패널의 개구율 저하를 방지할 수 있는 동시에 별도의 광원에서 소비하는 전력을 절약함으로써 센서 내장형 표시 패널(1000)의 소비 전력을 개선할 수 있다.
또한 전술한 바와 같이 제1, 제2, 및 제3 발광 소자(210, 220, 230)와 광전 소자(300)는 공통 전극(320), 제1 공통 보조층(340), 및 제2 공통 보조층(350)을 공유함으로써 제1, 제2, 및 제3 발광 소자(210, 220, 230)와 광전 소자(300)를 별개의 공정으로 형성하는 경우와 비교하여 구조 및 공정을 단순화할 수 있다.
또한 전술한 바와 같이 광전 소자(300)는 유기 흡광층을 포함하는 유기 광전 다이오드일 수 있으며 이에 따라 실리콘 포토다이오드와 같은 무기 다이오드와 비교하여 2배 이상 높은 광 흡수도를 가질 수 있으므로 더욱 얇은 두께로 고감도 센싱 기능을 가질 수 있다.
또한 전술한 바와 같이 광전 소자(300)는 비표시 영역(NDA)의 어디든지 배치될 수 있으므로 센서 내장형 표시 패널(1000)의 원하는 위치에 원하는 개수만큼 배치할 수 있다. 따라서 예컨대 센서 내장형 표시 패널(1000)의 전체에 랜덤하게 또는 규칙적으로 광전 소자(300)를 배치함으로써 모바일과 같은 전자 장치의 스크린의 어느 부분에서도 생체 인식 기능을 수행할 수도 있고 사용자의 선택에 따라 생체 인식 기능이 필요한 특정 위치에서만 생체 인식 기능을 선택적으로 수행할 수도 있다.
추가적으로, 광전 소자(300)는 적외선 파장 스펙트럼의 광을 방출하는 제4 발광 소자로부터 방출된 광이 인식 타겟(40)에 의해 반사된 광을 흡수하여 전기적 신호로 변환할 수 있다. 이 경우 광전 소자(300)의 흡광층(330)은 적외선 파장 스펙트럼의 광을 선택적으로 흡수하는 유기물, 무기물, 유무기물 또는 이들의 조합을 포함할 수 있고, 예컨대 퀀텀닷, 퀴노이드 금속 착화합물, 폴리메틴 화합물, 시아닌 화합물, 프탈로시아닌 화합물, 메로시아닌 화합물, 나프탈로시아닌 화합물, 임모늄 화합물, 디임모늄 화합물, 트리아릴메탄 화합물, 디피로메텐 화합물, 안트라퀴논 화합물, 나프토퀴논, 디퀴논 화합물, 나프토퀴논 화합물, 안트라퀴논 화합물, 스쿠아릴륨 화합물, 릴렌 화합물, 퍼릴렌 화합물, 스쿠아레인 화합물, 피릴륨 화합물, 스쿠아레인 화합물, 티오피릴륨 화합물, 디케토피롤로피롤 화합물, 보론 디피로메텐 화합물, 니켈-디티올 착화합물, 크로코늄 화합물, 이들의 유도체 또는 이들의 조합을 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 예컨대 상기 적외선 파장 스펙트럼의 광을 선택적으로 흡수하는 물질은 p형 반도체로 포함될 있고 전술한 제2 유기 물질이 n형 반도체로 포함될 수 있다.
본 예에 따른 센서 내장형 표시 패널(1000)은 적외선 파장 스펙트럼의 광을 방출하는 제4 발광 소자와 적외선 파장 스펙트럼의 광을 흡수하는 광전 소자(300)를 포함함으로써 전술한 구현예에 따른 인식 기능 (생체 인식 기능) 외에 저조도 환경에서도 광전 소자(300)의 감도를 개선할 수 있고 흑백 명암의 상세 구분을 하는 동적 범위(dynamic range)를 넓힘으로써 3차원 이미지의 감지 능력을 더욱 높일 수 있다. 따라서 센서 내장형 표시 패널(1000)의 센싱 능력을 더욱 개선할 수 있다. 특히, 적외선 파장 스펙트럼의 광은 장파장 특성으로 인해 생체의 침투 깊이가 더 깊을 수 있고 서로 상이한 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.
이하, 일 구현예에 따른 센서 내장형 표시 패널(1000)의 다른 예를 설명한다.
도 3은 일 구현예에 따른 센서 내장형 표시 패널의 다른 예를 보여주는 단면도이다.
도 3을 참고하면, 일 구현예에 따른 센서 내장형 표시 패널(1000)은 전술한 구현예와 마찬가지로 서로 상이한 색을 표시하는 복수의 서브 픽셀(PX), 즉 적색, 녹색 및 청색 중에서 선택된 서로 상이한 제1 색, 제2 색 및 제3 색을 표시하는 제1 서브 픽셀(PX1), 제2 서브 픽셀(PX2), 및 제3 서브 픽셀(PX3)을 포함하고, 제1 서브 픽셀(PX1), 제2 서브 픽셀(PX2), 및 제3 서브 픽셀(PX3)은 각각 제1 발광 소자(210), 제2 발광 소자(220), 및 제3 발광 소자(230)를 포함한다.
그러나 본 구현예에 따른 센서 내장형 표시 패널(1000)은 전술한 구현예와 달리, 특정 파장 스펙트럼의 광을 투과하는 컬러필터(370)를 더 포함할 수 있다. 예를 들어, 광전 소자(300)는 컬러필터(370)를 더 포함한다. 컬러필터(370)는 흡광층(330) 상에 위치한다. 구체적으로, 컬러필터(370)는 공통 전극(420)과 보호층(50) 사이에 위치할 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.
흡광층(330)이 흡수하는 광의 파장 스펙트럼과 흡광층(330) 상에 위치하는 컬러필터(370)가 투과하는 광의 파장 스펙트럼은 동일하다. 예를 들어, 흡광층(330)이 약 500nm 내지 600nm에 최대흡수파장을 가진 녹색 파장 스펙트럼의 광을 선택적으로 흡수하는 경우, 컬러필터(370)는 약 500nm 내지 600nm에서 최대 투과율을 가질 수 있다.
이하, 다른 구현예에 따른 센서 내장형 표시 패널(1000)의 다른 예를 설명한다.
도 4는 다른 구현예에 따른 센서 내장형 표시 패널의 평면도이고, 도 5는 다른 구현예에 따른 센서 내장형 표시 패널의 일 예를 나타낸 단면도이다.
도 4 및 도 5를 참고하면, 다른 구현예에 따른 센서 내장형 표시 패널(1000)은 전술한 구현예와 마찬가지로 서로 상이한 색을 표시하는 복수의 서브 픽셀(PX), 즉 적색, 녹색 및 청색 중에서 선택된 서로 상이한 제1 색, 제2 색, 및 제3 색을 표시하는 제1 서브 픽셀(PX1), 제2 서브 픽셀(PX2), 및 제3 서브 픽셀(PX3)을 포함한다. 그리고 제1 서브 픽셀(PX1), 제2 서브 픽셀(PX2), 및 제3 서브 픽셀(PX3)은 각각 제1 발광 소자(210), 제2 발광 소자(220), 및 제3 발광 소자(230)를 포함한다.
그러나 본 구현예에 따른 센서 내장형 표시 패널(1000)은 전술한 구현예와 달리, 센서 픽셀(SPX)이 서로 상이한 제1 색, 제2 색, 및 제3 색의 광을 전기적 신호로 변환하는 제1 센서 픽셀(SPX1), 제2 센서 픽셀(SPX2), 및 제3 센서 픽셀(SPX3)을 포함한다.
제1 색의 파장 스펙트럼의 광을 전기적 신호로 변환하는 제1 센서 픽셀(SPX1)은 제1 색의 파장 스펙트럼의 광을 방출할 수 있는 제1 서브 픽셀(PX1)에 인접하여 위치할 수 있다. 마찬가지로, 제2 색의 파장 스펙트럼의 광을 전기적 신호로 변환하는 제2 센서 픽셀(SPX2)은 제2 색의 파장 스펙트럼의 광을 방출할 수 있는 제2 서브 픽셀(PX2)에 인접하여 위치하고, 제3 색의 파장 스펙트럼의 광을 전기적 신호로 변환하는 제3 센서 픽셀(SPX3)은 제3 색의 파장 스펙트럼의 광을 방출할 수 있는 제3 서브 픽셀(PX3)에 인접하여 위치할 수 있다. 여기서 인접하여 위치한다는 것은, 제1 서브 픽셀(PX1)과 제1 센서 픽셀(SPX1) 사이의 거리가 제2 서브 픽셀(PX2)과 제1 센서 픽셀(SPX1) 사이의 거리 또는 제3 서브 픽셀(PX3)과 제1 센서 픽셀(SPX1) 사이의 거리 이하인 것을 의미한다.
도 5를 참고하면, 일 구현예에 따른 센서 내장형 표시 패널(1000)은 전술한 도 1의 구현예와 마찬가지로 기판(110), 기판(110) 위에 형성되어 있는 박막 트랜지스터(120), 박막 트랜지스터(120) 위에 형성되어 있는 절연층(140), 절연층(140) 위에 형성되어 있는 화소 정의층(150), 화소 정의층(150)에 의해 구획된 공간에 위치하는 제1, 제2, 및 제3 발광 소자(210, 220, 230)를 포함한다.
그러나 본 구현예에 따른 센서 내장형 표시 패널(1000)은 전술한 구현예에 추가적으로 화소 정의층(150)에 의해 구획된 공간에 위치하는 제1, 제2, 및 제3 광전 소자(300, 301, 302)를 포함한다.
제1 센서 픽셀(SPX1)은 제2 광전 소자(301)를 포함하고, 제2 센서 픽셀(SPX2)은 제1 광전 소자(300)를 포함하고, 제3 센서 픽셀(SPX3)은 제3 광전 소자(302)를 포함한다.
앞서 설명한 바와 같이, 제1 센서 픽셀(SPX1)은 약 600nm 초과 750nm 미만에서 최대흡수파장을 가진 적색 파장 스펙트럼의 광을 전기적 신호로 변환할 수 있고, 제2 센서 픽셀(SPX2)은 약 500nm 내지 600nm에 최대흡수파장을 가진 녹색 파장 스펙트럼의 광을 전기적 신호로 변환할 수 있으며, 제3 센서 픽셀(SPX3)은 약 380nm 이상 500nm 미만에서 최대흡수파장을 가진 청색 파장 스펙트럼의 광을 전기적 신호로 변환할 수 있다.
제1, 제2, 및 제3 광전 소자(300, 301, 302) 각각은 도 2에서 설명한 광전 소자(300)와 마찬가지로, 화소 전극(310, 311, 312)과 공통 전극(320) 사이에 위치하는 흡광층(330, 331, 332)을 포함한다.
흡광층(330, 331, 332)은 적색 파장 스펙트럼, 녹색 파장 스펙트럼, 및 청색 파장 스펙트럼의 조합의 광을 흡수할 수 있다. 흡광층(330, 331, 332)은 동일한 물질을 포함하는 공통의 층일 수 있다. 흡광층(330, 331, 332) 각각의 두께는 서로 실질적으로 동일할 수 있다.
한편, 센서 픽셀(SPX)은 서로 상이한 두 가지 색의 광을 전기적 신호로 변환하는 두 종류의 센서 픽셀만을 포함할 수도 있다. 이 경우 흡광층(330)은 두 가지 색(예컨대 적색, 녹색, 및 청색 중 두 개의 색)의 파장 스펙트럼의 조합의 광을 흡수할 수 있다.
또한, 센서 픽셀(SPX)은 서로 상이한 네 가지 파장의 광을 전기적 신호로 변환하는 네 종류의 센서 픽셀만을 포함할 수도 있다. 이 경우 흡광층(330)은 적색 파장 스펙트럼, 녹색 파장 스펙트럼, 청색 파장 스펙트럼, 및 적외선 파장 스펙트럼의 조합의 광을 흡수할 수 있다.
제1, 제2, 및 제3 광전 소자(300, 301, 302) 각각은 도 2에서 설명한 광전 소자(300)와 마찬가지로, 흡광층(330, 331, 332)과 제2 공통 보조층(350) 사이에 위치하는 제1, 제2, 및 제3 보조층(360, 361, 362)을 포함한다. 제1, 제2, 및 제3 보조층(360, 361, 362)은 제1, 제2, 및 제3 광전 소자(300, 301, 302) 각각이 전기적 신호로 변환하려는 광의 파장 스펙트럼에 대응하는 두께를 가질 수 있다.
예를 들어, 보조층들(360, 361, 362) 각각의 두께에 따라 공통 전극과 화소 전극 사이의 광로 길이가 상이하고, 녹색, 적색, 청색, 또는 적외선 파장 스펙트럼의 광이 공진될 수 있다. 그러면, 광전 소자(300, 301, 302)는 대응하는 보조층의 두께에 따른 색 스펙트럼의 광을 전기적 신호로 변환할 수 있다.
제1, 제2, 및 제3 보조층(360, 361, 362) 각각의 두께는 서로 상이할 수 있다. 예를 들어, 제1, 제2, 및 제3 광전 소자(300, 301, 302)가 각각 녹색, 적색, 청색 파장 스펙트럼의 광을 전기적 신호로 변환하는 경우, 보조층(360)의 두께는 제2 보조층(361)의 두께 미만이다. 제3 보조층(362)의 두께는 보조층(360)의 두께 미만이다.
한편, 제1, 제2, 및 제3 광전 소자(300, 301, 302) 중 적어도 하나는 대응하는 보조층을 갖지 않을 수도 있다. 예를 들어, 제3 광전 소자(302)의 경우, 청색 광 스펙트럼에 대응하는 광로 길이(예컨대 제3 광전 소자(302)의 상하부에 위치한 반투과 전극과 반사 전극 사이의 거리)가 제1 및 제2 광전 소자(300, 301)에 비해 짧게 형성되어야 하므로, 대응하는 제3 보조층을 갖지 않을 수 있다. 즉, 제3 보조층(362)의 두께가 0일 수 있다.
흡광층(330, 331, 332)을 이루는 물질 및/또는 흡광층(330, 331, 332)의 두께에 따라, 제1, 제2, 및 제3 보조층(360, 361, 362) 그 두께가 상이할 수 있다. 예를 들어, 흡광층(330, 331, 332)의 p형 반도체를 이루는 물질이 상이한 두 가지 경우, 제1 보조층(360)의 두께는 두 가지 경우 각각 상이할 수 있다.
제1, 제2, 및 제3 보조층(360, 361, 362)의 두께가 상이한 두 가지 경우의 흡광율에 대해 도 6을 참조하여 설명한다.
도 6은 도 5의 이미지 센서의 파장에 따른 흡광율을 보여주는 그래프이다.
도 6의 (a)와 (b)에 도시된 바와 같이, 제1 광전 소자(300)는 녹색 파장 스펙트럼에서 최대 흡수율(601, 611)을 나타내고, 제2 광전 소자(301)는 적색 파장 스펙트럼에서 최대 흡수율(600, 610)을 나타내고, 제3 광전 소자(302)는 청색 파장 스펙트럼에서 최대 흡수율(602, 612)을 나타낸다.
도 6의 (a)의 흡광층(330, 331, 332)을 이루는 물질과 도 6의 (b)의 흡광층(330, 331, 332)을 이루는 물질은 서로 상이하다. 따라서, 도 6의 (a)와 (b)에서 각 파장별 최대 흡수율이 상이하다.
이하, 다른 구현예에 따른 센서 내장형 표시 패널(1000)의 다른 예를 설명한다.
도 7은 다른 구현예에 따른 센서 내장형 표시 패널의 다른 예를 보여주는 단면도이다.
도 7을 참고하면, 다른 구현예에 따른 센서 내장형 표시 패널(1000)은 전술한 도 5의 구현예와 마찬가지로 서로 상이한 색을 표시하는 복수의 서브 픽셀(PX), 즉 적색, 녹색 및 청색 중에서 선택된 서로 상이한 제1 색, 제2 색 및 제3 색을 표시하는 제1 서브 픽셀(PX1), 제2 서브 픽셀(PX2), 및 제3 서브 픽셀(PX3)과 복수의 센서 픽셀(SPX), 즉 적색, 녹색 및 청색 중에서 선택된 서로 상이한 제1 색, 제2 색, 및 제3 색의 광을 흡수하여 전기적 신호로 변환하는 제1 센서 픽셀(SPX1), 제2 센서 픽셀(SPX2), 및 제3 센서 픽셀(SPX3)을 포함하고, 제1 서브 픽셀(PX1), 제2 서브 픽셀(PX2), 및 제3 서브 픽셀(PX3)은 각각 제1 발광 소자(210), 제2 발광 소자(220), 및 제3 발광 소자(230)를 포함하고, 변환하는 제1 센서 픽셀(SPX1), 제2 센서 픽셀(SPX2), 및 제3 센서 픽셀(SPX3)은 각각 제2 광전 소자(301), 제1 광전 소자(300), 및 제3 광전 소자(302)를 포함한다.
그러나 본 구현예에 따른 센서 내장형 표시 패널(1000)은 전술한 구현예와 달리, 특정 파장 스펙트럼의 광을 투과하는 컬러필터(370)를 더 포함할 수 있다. 예를 들어, 광전 소자(300)는 제1, 제2, 및 제3 컬러필터(370, 371, 372)를 더 포함한다. 제1, 제2, 및 제3 컬러필터(370, 371, 372)는 흡광층(330) 상에 위치한다. 구체적으로, 제1, 제2, 및 제3 컬러필터(370, 371, 372)는 공통 전극(420)과 보호층(50) 사이에 위치할 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.
흡광층(330, 331, 332)이 흡수하는 광의 파장 스펙트럼과 흡광층(330, 331, 332) 상에 위치하는 컬러필터(370, 371, 372)가 투과하는 광의 파장 스펙트럼은 동일하다. 예를 들어, 흡광층(330)이 약 500nm 내지 600nm에 최대흡수파장을 가진 녹색 파장 스펙트럼의 광을 선택적으로 흡수하는 경우, 컬러필터(370)는 약 500nm 내지 600nm에서 최대 투과율을 가질 수 있다. 흡광층(331)이 약 600nm 초과 750nm 미만에서 최대흡수파장을 가진 적색 파장 스펙트럼의 광을 선택적으로 흡수하는 경우, 컬러필터(371)는 약 600nm 초과 750nm 미만에서 최대 투과율을 가질 수 있다. 흡광층(332)이 약 380nm 이상 500nm 미만에서 최대흡수파장을 가진 청색 파장 스펙트럼의 광을 선택적으로 흡수하는 경우, 컬러필터(372)는 약 380nm 이상 500nm 미만에서 최대 투과율을 가질 수 있다.
도 8은 도 7의 이미지 센서의 파장에 따른 흡광율을 보여주는 그래프이다.
도 8의 (a)와 (b)에 도시된 바와 같이, 컬러필터(370, 371, 372)에 의해, 제1 광전 소자(300)는 녹색 파장 스펙트럼에서 최대 흡수율(801, 811)을 나타내고, 제2 광전 소자(301)는 적색 파장 스펙트럼에서 최대 흡수율(800, 810)을 나타내고, 제3 광전 소자(302)는 청색 파장 스펙트럼에서 최대 흡수율(802, 812)을 나타낸다.
도 8의 (a)의 흡광층(330, 331, 332)을 이루는 물질과 도 8의 (b)의 흡광층(330, 331, 332)을 이루는 물질은 서로 상이하다. 따라서, 도 8의 (a)와 (b)에서 각 파장별 최대 흡수율이 상이하다.
상술한 센서 내장형 표시 패널(1000)은 다양한 표시 장치와 같은 전자 장치에 적용될 수 있다. 표시 장치와 같은 전자 장치는 예컨대 휴대폰, 비디오폰, 스마트 폰(smart phone), 모바일 폰, 스마트 패드, 스마트 워치, 디지털 카메라, 태블릿 PC, 랩탑 PC, 노트북, 컴퓨터 모니터, 웨어러블 컴퓨터, 텔레비전, 디지털방송용 단말기, 전자 책, PDA(Personal Digital Assistants), PMP(Portable Multimedia Player), EDA(enterprise digital assistant), 헤드 마운트 디스플레이 장치(head mounted display, HMD), 차량용 네비게이션, 사물 인터넷 장치(IoT), 만물 인터넷 장치(IoE), 드론(drone), 도어락, 금고, 현금자동입출금기(ATM), 보안 장치, 의료 장치 또는 자동차 전장부품 등에 적용될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
도 9는 일 예에 따른 전자 장치로서 스마트 폰의 일 예를 도시한 개략도이다.
도 9를 참고하면, 전자 장치(2000)는 전술한 센서 내장형 표시 패널(1000)을 포함하며, 센서 내장형 표시 패널(1000)의 전면 또는 일부에 광전 소자(300)가 배치됨으로써 스크린의 어느 부분에서도 생체 인식 기능을 수행할 수도 있고 사용자의 선택에 따라 생체 인식 기능이 필요한 특정 위치에서만 생체 인식 기능을 선택적으로 수행할 수도 있다.
표시 장치와 같은 전자 장치(2000)에서 인식 타겟(40)을 인식하는 방법의 일 예는 예컨대 센서 내장형 표시 패널(1000)의 제1, 제2, 및 제3 발광 소자(210, 220, 230)(또는 제1, 제2, 제3 및 제4 발광 소자) 및 광전 소자(300, 301, 302)를 구동하여 제1, 제2, 및 제3 발광 소자(210, 220, 230)(또는 제1, 제2, 제3 및 제4 발광 소자)에서 방출된 광 중 인식 타겟(40)에서 반사된 광을 광전 소자(300, 301, 302)에서 검출하는 단계, 미리 저장된 인식 타겟(40)의 이미지와 광전 소자(300, 301, 302)에서 검출된 인식 타겟(40)의 이미지를 비교하는 단계, 그리고 비교된 이미지의 일치성을 판단하고 일치할 경우 인식 타겟(40)의 인식이 완료되었다는 판단에 따라 광전 소자(300, 301, 302)를 끄고 표시 장치에 대한 사용자 액세스를 허가하고 화상을 표시하도록 센서 내장형 표시 패널(1000)을 구동하는 단계를 포함할 수 있다.
도 10은 일 구현예에 따른 전자 장치의 구성도의 일 예를 도시한 개략도이다.
도 10을 참고하면, 전자 장치(2000)는 전술한 구성 요소 이외에 버스(1310), 프로세서(1320), 메모리(1330) 및 적어도 하나의 부가 장치(1340)를 더 포함할 수 있다. 전술한 센서 내장형 표시 패널(1000), 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. 일례로서, 처리 회로는 비일시적 컴퓨터 해독 저장 장치(non-transitory computer readable storage device)를 포함할 수 있다. 프로세서(1320)는 예컨대 센서 내장형 표시 패널(1000)의 디스플레이 동작을 제어하거나 광전 소자(300)의 센서 동작을 제어할 수 있다.
메모리(1330)는 지시 프로그램을 저장할 수 있고 프로세서(1320)는 저장된 지시 프로그램을 수행하여 센서 내장형 표시 패널(1000)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.
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 50: 봉지층
110: 기판 120: 박막 트랜지스터
140: 절연층 141, 142: 접촉 구멍
150: 화소 정의층
210, 220, 230: 발광 소자
300, 301, 302: 광전 소자
211, 221, 231, 310, 311, 312: 화소 전극
212, 222, 232: 발광층 320: 공통 전극
330: 흡광층 340: 제1 공통 보조층
350: 제2 공통 보조층
360, 361, 362: 보조층
1000: 센서 내장형 표시 패널
2000: 전자 장치

Claims (20)

  1. 기판,
    상기 기판 위에 위치하고 발광층을 포함하는 발광 소자, 그리고
    상기 기판 위에 위치하고 상기 기판의 면방향을 따라 상기 발광층과 나란히 배치되어 있는 흡광층을 포함하는 광전 소자
    를 포함하고,
    상기 발광 소자와 상기 광전 소자는,
    상기 발광층과 상기 흡광층 상부에 위치한 제1 공통 보조층, 그리고
    상기 발광층과 상기 흡광층 하부에 위치한 제2 공통 보조층을 포함하고,
    상기 광전 소자는 적색 파장 스펙트럼, 녹색 파장 스펙트럼, 및 청색 파장 스펙트럼 중 어느 하나에 대응하는 두께를 갖는 보조층을 더 포함하는,
    센서 내장형 표시 패널.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 흡광층은 상기 적색 파장 스펙트럼, 상기 녹색 파장 스펙트럼, 및 상기 청색 파장 스펙트럼의 조합의 광을 흡수하는,
    센서 내장형 표시 패널.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 보조층은 상기 제1 공통 보조층과 상기 흡광층 사이에 위치하는,
    센서 내장형 표시 패널.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 보조층은 상기 제2 공통 보조층과 상기 흡광층 사이에 위치하는,
    센서 내장형 표시 패널.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 광전 소자는 상기 적색 파장 스펙트럼의 광을 전기적 신호로 변환하는 제1 센서 픽셀, 상기 녹색 파장 스펙트럼의 광을 전기적 신호로 변환하는 제2 센서 픽셀, 및 상기 청색 파장 스펙트럼의 광을 전기적 신호로 변환하는 제3 센서 픽셀을 포함하는,
    센서 내장형 표시 패널.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 제1 센서 픽셀, 상기 제2 센서 픽셀, 및 상기 제3 센서 픽셀의 보조층 각각의 두께는 서로 상이한,
    센서 내장형 표시 패널.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 광전 소자는 상기 보조층에 대응하는 파장 스펙트럼의 광을 투과하는 컬러필터를 더 포함하는,
    센서 내장형 표시 패널.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 발광 소자와 상기 광전 소자는 각각 상기 발광 소자와 상기 광전 소자에 공통 전압을 인가하는 공통 전극 및 상기 공통 전극과 마주하고 있는 화소 전극을 더 포함하고,
    상기 제1 공통 보조층은 상기 공통 전극 아래에 위치하고, 상기 제2 공통 보조층은 상기 화소 전극 상에 위치하는,
    센서 내장형 표시 패널.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 센서 내장형 표시 패널은, 이미지를 표시하는 표시 영역과 상기 표시 영역을 제외한 비표시 영역을 포함하고,
    상기 흡광 센서는 상기 비표시 영역에 위치하는,
    센서 내장형 표시 패널.
  10. 제9항에 있어서,
    적색을 표시하고 제1 발광 소자를 포함하는 복수의 제1 서브 픽셀,
    녹색을 표시하고 제2 발광 소자를 포함하는 복수의 제2 서브 픽셀, 그리고
    청색을 표시하고 제3 발광 소자를 포함하는 복수의 제3 서브 픽셀을 더 포함하고,
    상기 복수의 제1 서브 픽셀, 상기 복수의 제2 서브 픽셀, 및 상기 복수의 제3 서브 픽셀은 상기 표시 영역에 위치하는,
    센서 내장형 표시 패널.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 광전 소자는 상기 제1 서브 픽셀, 상기 제2 서브 픽셀 및 상기 제3 서브 픽셀에서 선택된 적어도 둘 사이에 위치하는,
    센서 내장형 표시 패널.
  12. 제10항에 있어서,
    적외선 파장 스펙트럼의 광을 방출하는 제4 발광 소자를 포함하는 복수의 제4 서브 픽셀을 더 포함하고,
    상기 광전 소자는 적외선 파장 스펙트럼의 광을 더 흡수하는,
    센서 내장형 표시 패널.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 흡광층은 유기 물질을 포함하는 센서 내장형 표시 패널.
  14. 제1항에 있어서,
    상기 발광층은 유기 발광체, 양자점, 페로브스카이트 또는 이들의 조합을 포함하는 센서 내장형 표시 패널.
  15. 기판, 그리고
    상기 기판 위에 위치하고 적색 파장 스펙트럼, 녹색 파장 스펙트럼, 및 청색 파장 스펙트럼의 조합의 광을 흡수하는 흡광층을 포함하는 광전 소자
    를 포함하고,
    상기 광전 소자는,
    상기 흡광층 상부에 위치한 제1 공통 보조층,
    상기 흡광층 하부에 위치한 제2 공통 보조층, 그리고
    상기 적색 파장 스펙트럼, 상기 녹색 파장 스펙트럼, 및 상기 청색 파장 스펙트럼 중 어느 하나에 대응하는 두께를 갖는 보조층을 포함하는,
    이미지 센서.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 보조층은 상기 제1 공통 보조층과 상기 흡광층 사이에 위치하는,
    이미지 센서.
  17. 제15항에 있어서,
    상기 보조층은 상기 제2 공통 보조층과 상기 흡광층 사이에 위치하는,
    이미지 센서.
  18. 제15항에 있어서,
    상기 광전 소자는 적색 파장 스펙트럼의 광을 전기적 신호로 변환하는 제1 센서 픽셀, 녹색 파장 스펙트럼의 광을 전기적 신호로 변환하는 제2 센서 픽셀, 및 청색 파장 스펙트럼의 광을 전기적 신호로 변환하는 제3 센서 픽셀을 포함하고,
    상기 제1 센서 픽셀, 상기 제2 센서 픽셀, 및 상기 제3 센서 픽셀의 보조층 각각의 두께는 서로 상이한,
    이미지 센서.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 광전 소자는 상기 보조층에 대응하는 파장 스펙트럼의 광을 투과하는 컬러필터를 더 포함하는,
    이미지 센서.
  20. 제1항 내지 제14항 중 어느 한 항에 따른 센서 내장형 표시 패널을 포함하는 표시 장치.
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