KR20230143228A - 표시 장치 - Google Patents

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KR20230143228A
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light emitting
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substrate
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송보광
김기범
배광수
이대영
최민오
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삼성디스플레이 주식회사
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Abstract

표시 장치가 제공된다. 표시 장치는 기판, 상기 기판 상에 배치되며, 광을 발광하는 제1 발광부 및 제2 발광부, 상기 기판 상에 배치되며, 입사되는 광을 감지하는 광 감지부, 상기 제1 발광부, 상기 제2 발광부, 및 상기 광 감지부 상에 배치되며, 제1 투과홀을 갖는 제1 차광층, 및 상기 제1 차광층 상에 배치되며, 제2 투과홀을 갖는 제2 차광층을 포함하고, 상기 제1 투과홀, 상기 제2 투과홀, 및 상기 제1 발광부는 상기 기판의 두께 방향으로 중첩한다.

Description

표시 장치 {DISPLAY DEVICE}
본 발명은 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 개인 정보(privacy information)가 저장되어 있으므로, 휴대용 전자 장치의 개인 정보를 보호하기 위해 사용자의 생체 정보인 지문을 인증하는 지문 인증이 사용되고 있다.
예를 들어, 표시 장치는 광학 방식, 초음파 방식, 정전 용량 방식 등을 이용하여 사용자의 지문을 인증할 수 있다. 광학 방식은 사용자의 지문에서 반사된 광을 감지함으로써 사용자의 지문을 인증할 수 있다. 표시 장치는 광학 방식으로 사용자의 지문을 인증하기 위해, 화상을 표시하기 위한 화소들과 광을 감지하는 광 센서들을 포함하는 표시 패널을 구비할 수 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 광 센서에 노이즈 광으로 작용하는 광을 차단함으로써 지문 이미지를 식별할 수 있는 표시 장치를 제공하고자 하는 것이다. 또한, 광 센서를 포함하면서 사용자 외에 제3 자가 표시 장치를 시인하지 못하도록 측면 시인성이 감소된 영상을 표시할 수 있는 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 따른 표시 장치는 기판, 상기 기판 상에 배치되며, 광을 발광하는 제1 발광부 및 제2 발광부, 상기 기판 상에 배치되며, 입사되는 광을 감지하는 광 감지부, 상기 제1 발광부, 상기 제2 발광부, 및 상기 광 감지부 상에 배치되며, 제1 투과홀을 갖는 제1 차광층, 및 상기 제1 차광층 상에 배치되며, 제2 투과홀을 갖는 제2 차광층을 포함하고, 상기 제1 투과홀, 상기 제2 투과홀, 및 상기 제1 발광부는 상기 기판의 두께 방향으로 중첩한다.
상기 제2 발광부와 상기 제2 차광층 사이의 최소 거리는 상기 제1 발광부와 상기 제2 차광층 사이의 최소 거리보다 길 수 있다.
상기 제1 투과홀의 면적은 상기 제2 투과홀의 면적과 동일할 수 있다.
상기 제1 투과홀을 구획하는 상기 제1 차광층 및 상기 제2 투과홀을 구획하는 제2 차광층은 상기 제1 발광부를 둘러쌀 수 있다.
상기 제1 차광층은 상기 광 감지부와 상기 기판의 두께 방향으로 중첩하는 제1 광 제어홀을 포함하고, 상기 제2 차광층은 상기 광 감지부와 상기 기판의 두께 방향으로 중첩하는 제2 광 제어홀을 포함할 수 있다.
상기 제1 광 제어홀의 일 방향의 폭은 상기 제2 광 제어홀의 상기 일 방향의 폭보다 클 수 있다.
상기 제2 차광층의 일부는 상기 광 감지부와 상기 기판의 두께 방향으로 중첩할 수 있다.
상기 제1 차광층은 상기 광 감지부와 상기 기판의 두께 방향으로 비중첩할 수 있다.
상기 제1 광 제어홀의 면적은 상기 광 감지부의 면적보다 클 수 있다.
상기 기판 상에 배치되며, 상기 광 감지부를 구획하는 화소 정의막을 더 포함하고, 상기 제1 차광층의 일부는 상기 화소 정의막과 상기 기판의 두께 방향으로 중첩할 수 있다.
상기 제1 광 제어홀의 면적은 상기 광 감지부의 면적과 동일할 수 있다.
상기 제1 광 제어홀, 상기 제2 광 제어홀, 및 상기 광 감지부는 상기 기판의 두께 방향으로 중첩할 수 있다.
상기 제1 광 제어홀의 일 방향의 폭은 상기 제2 광 제어홀의 상기 일 방향의 폭과 동일할 수 있다.
상기 제1 차광층의 일부 및 상기 제2 차광층의 일부는 상기 광 감지부와 상기 기판의 두께 방향으로 중첩할 수 있다.
상기 기판은 상기 제2 발광부 및 상기 광 감지부가 배치되는 제1 영역, 및 상기 제1 발광부가 배치되는 제2 영역을 포함하고, 상기 제1 영역과 상기 제2 영역은 서로 이격될 수 있다.
상기 다른 과제를 해결하기 위한 일 실시예에 따른 표시 장치는 기판, 상기 기판 상에 배치되며, 광을 발광하는 제1 발광부, 상기 기판 상에 배치되며, 입사되는 광을 감지하는 광 감지부, 상기 제1 발광부, 및 상기 광 감지부를 구획하는 화소 정의막, 상기 제1 발광부, 상기 광 감지부, 및 상기 화소 정의막 상에 배치되는 제1 차광층, 및 상기 제1 차광층 상에 배치되는 제2 차광층을 포함하고, 상기 제2 차광층의 일부는 상기 광 감지부들과 상기 기판의 두께 방향으로 중첩한다.
상기 제1 차광층과 상기 제2 차광층 사이에 배치되는 투명 유기막, 및 상기 제2 차광층 상에 배치되는 컬러 필터를 더 포함할 수 있다.
상기 제1 발광부를 구획하는 상기 화소 정의막의 단부는 상기 제1 차광층의 단부, 및 상기 제2 차광층의 단부와 상기 기판의 두께 방향으로 중첩할 수 있다.
상기 제2 차광층은 상기 제1 발광부와 상기 기판의 두께 방향으로 중첩하는 투과홀을 포함하고, 상기 제2 차광층은 상기 제1 발광부와 상기 기판의 두께 방향으로 비중첩할 수 있다.
상기 제1 차광층은 제1 광 제어홀을 포함하고, 상기 제2 차광층은 제2 광 제어홀을 포함하며, 상기 제1 광 제어홀의 일 방향의 폭은 상기 제2 광 제어홀의 상기 일 방향의 폭과 상이할 수 있다.
실시예들에 따른 표시 장치에 의하면, 광 센서에 노이즈 광으로 작용하는 광을 차단함으로써 보다 선명한 지문 이미지를 확보할 수 있다. 또한, 사용자의 필요에 따라 측면 시인성이 감소된 영상을 표시할 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 평면도이다.
도 2는 일 실시예에 따른 표시 장치의 블록도이다.
도 3은 일 실시예에 따라 노멀 모드 및 프라이빗 모드가 동작되는 흐름도이다.
도 4는 일 실시예에 따른 표시 장치의 지문 감지를 보여주는 예시 도면이다.
도 5는 일 실시예에 따른 화소 및 광 센서를 보여주는 회로도이다.
도 6은 일 실시예에 따른 표시 패널의 화소 및 광 센서의 평면 배치도이다.
도 7은 일 실시예에 따른 도 6 및 제1 차광층의 평면 배치도이다.
도 8은 다른 실시예에 따른 도 6 및 제1 차광층의 평면 배치도이다.
도 9는 일 실시예에 따른 도 6 및 제2 차광층의 평면 배치도이다.
도 10 및 도 11은 노멀 모드 또는 프라이빗 모드에 따른 화소 및 광 센서의 평면도이다.
도 12는 노멀 모드 또는 프라이빗 모드에 따른 시야각과 영상 밝기의 관계를 보여주는 그래프이다.
도 13은 도 7 및 도 9에 따라 I-I' 및 II-II'를 절단한 단면도이다.
도 14는 도 13에 광의 입사 방향을 나타내는 단면도이다.
도 15는 도 8 및 도 9에 따라 I-I' 및 II-II'를 절단한 단면도이다.
도 16은 도 15에 광의 입사 방향을 나타내는 단면도이다.
도 17은 다른 실시예에 따른 표시 장치를 보여주는 평면도이다.
도 18은 다른 실시예에 따른 표시 장치의 화소, 광 센서, 및 제2 차광층의 평면 배치도이다.
도 19는 도 18의 III-III' 및 IV-IV'를 절단한 단면도의 일 예이다.
도 20은 도 18의 III-III' 및 IV-IV'를 절단한 단면도의 다른 예이다.
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 한정되지 않는다.
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 평면도이다.
도 1에는 제1 방향(X), 제2 방향(Y) 및 제3 방향(Z)이 표기되어 있다. 제1 방향(X)은 평면 상에서 바라볼 때 표시 장치(1)의 일 변과 나란한 방향으로, 예를 들어 표시 장치(1)의 가로 방향일 수 있다. 제2 방향(Y)은 평면 상에서 바라볼 때 표시 장치(1)의 일 변과 접하는 타 변과 나란한 방향으로, 표시 장치(1)의 세로 방향일 수 있다. 이하에서 설명의 편의를 위해 제1 방향(X)의 일측은 평면도상 우측 방향을, 제1 방향(X)의 타측은 평면도상 좌측 방향을 지칭하고, 제2 방향(Y)의 일측은 평면도상 상측 방향을, 제2 방향(Y)의 타측은 편면도상 하측 방향을 각각 지칭하는 것으로 한다. 제3 방향(Z)은 표시 장치(1)의 두께 방향일수 있다. 다만, 실시예에서 언급하는 방향은 상대적인 방향을 의미하는 것으로 이해되어야 하며, 실시예는 언급한 방향에 한정되지 않는다.
다른 정의가 없는 한, 본 명세서에서 제3 방향(Z)을 기준으로 표현된 “상부”, “상면” 은 표시 패널(10)을 기준으로 표시면 측을 의미하고, “하부”, “하면”, “배면” 은 표시 패널(10)을 기준으로 표시면의 반대측을 의미하는 것으로 한다.
도 1을 참조하면, 표시 장치(1)는 표시 화면을 제공하는 다양한 전자장치가 그에 포함될 수 있다. 표시 장치(1)의 예는, 이에 제한되는 것은 아니지만, 모바일 폰(mobile phone), 스마트 폰(smart phone), 태블릿 PC(tablet personal computer), 이동 통신 단말기, 전자 수첩, 전자 책, PDA(Personal Digital Assistant), PMP(portable multimedia player), 네비게이션, UMPC(Ultra Mobile PC), 텔레비전, 게임기, 손목 시계형 전자 기기, 헤드 마운트 디스플레이, 퍼스널 컴퓨터의 모니터, 노트북 컴퓨터, 자동차 계기판, 디지털 카메라, 캠코더, 외부 광고판, 전광판, 각종 의료 장치, 각종 검사 장치, 냉장고나 세탁기 등과 같은 표시 영역을 포함하는 다양한 가전 제품, 사물 인터넷 장치 등을 포함할 수 있다. 후술하는 표시 장치(1)의 대표적인 예로 스마트 폰, 태블릿 PC나 노트북 등을 들 수 있지만 이에 제한되지 않는다.
표시 장치(1)는 활성 영역(AAR)과 비활성 영역(NAR)을 갖는 표시 패널(10)을 포함한다. 활성 영역(AAR)은 화면이 표시되는 표시 영역을 포함한다. 활성 영역(AAR)은 표시 영역과 완전히 중첩될 수 있다. 표시 영역에는 영상을 표시하는 복수의 화소(PX)가 배치될 수 있다. 각 화소(PX)는 발광 소자(도 5의 'EL')를 포함할 수 있다.
활성 영역(AAR)은 광 감지 영역을 더 포함한다. 광 감지 영역은 광에 반응하는 영역으로, 입사광의 광량이나 파장 등을 감지하도록 구성된 영역이다. 광 감지 영역은 표시 영역과 중첩할 수 있다. 광 감지 영역은 평면도 상 표시 영역과 완전히 동일한 영역으로 정의될 수도 있다. 이 경우, 표시 장치(1)는 표시 영역의 전면이 지문 감지를 위한 영역일 수 있다. 다른 예를 들어, 광 감지 영역은 지문 인식을 위해 필요한 한정된 영역에만 배치될 수 있다. 이 경우, 광 감지 영역은 표시 영역의 일부와는 중첩하지만, 표시 영역의 다른 일부와는 비중첩할 수 있다.
활성 영역(AAR)의 광 감지 영역은 광에 반응하는 복수의 광 센서(PS)들을 더 포함한다. 각 광 센서(PS)는 입사되는 광을 감지하여 이를 전기적인 신호로 변환하는 광전 변환 소자(도 5의 'PD')를 포함할 수 있다.
비활성 영역(NAR)은 활성 영역(AAR)의 주변에 배치된다. 비활성 영역(NAR)은 베젤 영역일 수 있다. 비활성 영역(NAR)은 활성 영역(AAR)의 모든 변(도면에서 4 변)을 둘러쌀 수 있으나, 이에 제한되지 않는다. 비활성 영역(NAR)에는 표시 패널(10)에 신호들과 전압들을 전달하는 신호 배선들이 배치될 수 있다.
도 2는 일 실시예에 따른 표시 장치의 블록도이다.
도 2를 참조하면, 본 실시예에 따른 표시 장치(1)는 프로세서(50), 표시 구동 회로(20), 및 리드 아웃 회로(40)를 포함한다.
프로세서(50)는 외부로부터 공급된 영상 신호 및 복수의 제어 신호들을 타이밍 제어부(21)로 공급한다. 영상 신호는 그래픽 처리가 완료된 이미지 소스로서, 타이밍 제어부(21)에 제공될 수 있다. 복수의 제어 신호들은 수직 동기 신호, 수평 동기 신호, 클록 신호, 및 인에이블 신호 등을 포함한다. 또한, 복수의 제어 신호들은 프라이빗 모드(private mode)와 노멀 모드(normal mode)를 제어하는 모드 제어 신호(MO)를 포함한다.
표시 구동 회로(20)는 표시 패널(10)의 화소(PX)들 및 광 센서(PS)들을 구동하기 위한 신호들과 전압들을 생성할 수 있다. 표시 구동 회로(20)는 집적회로(integrated circuit, IC)로 형성되어 COF(chip on film) 방식으로 회로 보드 상에 부착될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
표시 구동 회로(20)는 표시 패널(10)의 화소(PX)를 구동하는 데이터 구동부(22), 화소(PX) 및 광 센서(PS)를 구동하는 스캔 구동부(23), 데이터 구동부(22)와 스캔 구동부(23)의 구동 타이밍을 제어하는 타이밍 제어부(21), 및 전원 공급부(24)를 포함한다.
타이밍 제어부(21)는 프로세서(50)로부터 공급된 영상 신호 및 복수의 제어 신호들을 수신한다. 타이밍 제어부(21)는 영상 데이터(DATA)와 데이터 제어 신호(DCS)를 데이터 구동부(22)에 출력할 수 있다. 또한, 타이밍 제어부(21)는 스캔 구동부(23)의 동작 타이밍을 제어하기 위한 스캔 제어 신호(SCS)를 생성할 수 있다. 예를 들어, 타이밍 제어부(21)는 스캔 제어 신호(SCS)를 생성하고, 스캔 제어 라인을 통해 스캔 제어 신호(SCS)를 스캔 구동부(23)로 출력할 수 있다.
데이터 구동부(22)는 영상 데이터(DATA)를 아날로그 데이터 전압들로 변환하여 데이터 라인(DL)들에 출력할 수 있다. 스캔 구동부(23)는 스캔 제어 신호(SCS)에 따라 스캔 신호들을 각각 생성하고, 스캔 신호들을 스캔 라인(SL1~SLn)들에 순차적으로 출력할 수 있다.
전원 공급부(24)는 제1 전원 전압(도 5의 'ELVDD')을 생성하여 전원 전압 라인(VL)에 공급하고, 제2 전원 전압(도 5의 'ELVSS')을 생성하여 전원 전압 라인(VL)에 공급할 수 있다. 전원 전압 라인(VL)은 제1 전원 전압 라인과 제2 전원 전압 라인을 포함할 수 있다. 제1 전원 전압(ELVDD)은 발광 소자 및 광전 변환 소자의 구동을 위한 고전위 전압일 수 있고, 제2 전원 전압(ELVSS)은 발광 소자 및 광전 변환 소자의 구동을 위한 저전위 전압일 수 있다.
표시 패널(10)의 활성 영역(AAR)에 배치된 복수의 광 센서(PS)는 리드 아웃 회로(40)에 연결된다. 리드 아웃 회로(40)는 리드 아웃 라인(ROL)을 통해 각 광 센서(PS)와 연결되며, 각 광 센서(PS)에 흐르는 전류를 전달받아 사용자의 지문 입력을 감지할 수 있다.
리드 아웃 회로(40)는 각 광 센서(PS)에서 감지된 전류의 크기에 따라 지문 감지 데이터를 생성하여 프로세서(50)로 전송하고, 프로세서(50)는 지문 감지 데이터를 분석함으로써, 기 설정된 지문과 비교를 통해 사용자의 지문과 일치하는지 여부를 판단할 수 있다.
복수의 화소(PX)들 각각은 스캔 라인(SL1~SLn)들 중 적어도 어느 하나, 데이터 라인(DL)들 중 어느 하나, 및 전원 전압 라인(VL)에 접속될 수 있다. 복수의 광 센서(PS)들 각각은 스캔 라인(SL1~SLn)들 중 어느 하나, 리드 아웃 라인(ROL)들 중 어느 하나 및 전원 전압 라인(VL)에 접속될 수 있다.
이하 도 2에 도 3을 결부하여, 모드 제어 신호(MO)에 따라 노멀 모드 및 프라이빗 모드가 동작되는 과정을 설명한다.
도 3은 일 실시예에 따라 노멀 모드 및 프라이빗 모드가 동작되는 흐름도이다.
본 실시예에서, 프로세서(50)는 모드 제어 신호(MO)를 타이밍 제어부(21)로 공급한다. 모드 제어 신호(MO)는 표시 장치(1)의 프라이빗 모드(private mode)와 노멀 모드(normal mode)를 제어하는 신호로서, 타이밍 제어부(21)에 제공될 수 있다. 타이밍 제어부(21)는 프로세서(50)로부터 공급된 모드 제어 신호(MO)를 입력(S100)받는다.
예를 들어, 모드 제어 신호(MO)에 따라 노멀 모드가 진행(S100: normal mode)되는 경우, 타이밍 제어부(21)는 모드 제어 신호(MO)에 따라 스캔 제어 신호(SCS) 및 데이터 제어 신호(DCS)를 각각 스캔 구동부(23) 및 데이터 구동부(22)에 출력(S220)할 수 있다. 스캔 구동부(23) 및 데이터 구동부(22)는 각각 스캔 신호 및 데이터 전압을 생성하고, 스캔 라인(SL1~SLn)들 및 데이터 라인(DL)들에 순차적으로 출력(S320)할 수 있다. 이에 따라, 스캔 라인(SL1~SLn)들 및 데이터 라인(DL)들에 연결된 복수의 화소(PX)들은 영상을 표시(S420)할 수 있다. 복수의 화소(PX)들은 프라이빗 화소로 정의되는 제1 화소(도 6의 'PX1')와 노멀 화소로 정의되는 제2 화소(도 6의 'PX2')를 포함한다.
한편, 모드 제어 신호(MO)에 따라 프라이빗 모드가 진행(S100: private mode)되는 경우, 타이밍 제어부(21)는 제1 화소(PX1)의 영상을 표시하기 위해, 모드 제어 신호(MO)에 따라 스캔 제어 신호(SCS) 및 데이터 제어 신호(DCS)를 각각 스캔 구동부(23) 및 데이터 구동부(22)에 출력(S210)할 수 있다. 스캔 구동부(23) 및 데이터 구동부(22)는 제1 화소(PX1)에 연결된 스캔 라인(SL1~SLn)들 및 데이터 라인(DL)들에만 스캔 신호 및 데이터 전압을 출력(S310)할 수 있다. 즉, 프라이빗 모드에서, 노멀 화소로 정의된 제2 화소(PX2)는 영상을 표시하지 않고, 프라이빗 화소로 정의된 제1 화소(PX1)는 영상을 표시(S410)할 수 있다.
표시 장치(1)는 필요에 따라 프라이빗 모드와 노멀 모드를 제어함으로써, 제1 화소(PX1)와 제2 화소(PX2)에 의한 영상 표시를 제어할 수 있다. 노멀 모드에서 일반적인 시야각을 갖는 영상이 표시되며, 프라이빗 모드에서 시야각이 제한된 영상이 표시될 수 있다. 이에 따라, 표시 장치(1)의 정면에서 이를 사용하는 사용자 외에 표시 장치(1)의 측면에서 표시 장치(1)를 바라보는 제3 자가 표시 장치(1)를 식별하지 못하게 할 수 있다.
도 4는 일 실시예에 따른 표시 장치의 지문 감지를 보여주는 예시 도면이다.
도 4를 참조하면, 표시 장치(1)는 표시 패널(10) 상에 배치되는 제1 차광층(BM1), 제2 차광층(BM2), 및 윈도우(WDL)를 더 포함할 수 있다. 표시 패널(10)은 기판(SUB), 기판(SUB) 상에 배치되며, 화소(PX)들과 광 센서(PS)들을 포함하는 표시층(DPL), 및 표시층(DPL) 상에 배치되는 봉지층(TFEL)을 포함할 수 있다. 한편, 표시층(DPL)은 도 13의 박막 트랜지스터층(TFTL) 및 광전 소자층(PEL)을 포함한다.
표시 장치(1)의 윈도우(WDL)의 상면에 사용자의 손가락이 접촉되는 경우, 표시 패널(10)의 화소(PX)들에서 출력된 광은 사용자의 지문(F)의 융선(RID)과 융선(RID) 사이의 골(VAL)들에서 반사될 수 있다. 이 경우, 지문(F)의 융선(RID) 부분은 윈도우(WDL)의 상면에 접촉하는 반면, 지문(F)의 골(VAL) 부분은 윈도우(WDL)에 접촉되지 않는다. 즉, 골(VAL) 부분에서 윈도우(WDL)의 상면은 공기(air)와 접촉된다.
지문(F)이 윈도우(WDL)의 상면에 접촉되는 경우, 화소(PX)의 발광부에서 출력된 광은 지문(F)의 융선(RID)과 골(VAL)에서 반사될 수 있다. 이때, 지문(F)이 가지는 굴절률과 공기(air)의 굴절률은 상이하므로, 지문(F)의 융선(RID)에서 반사되는 광량과 골(VAL)에서 반사되는 광량은 상이할 수 있다. 이에 따라, 반사되는 광, 즉, 광 센서(PS)에 입사되는 광이 갖는 광량의 차이에 기초하여 지문(F)의 융선(RID) 부분 및 골(VAL) 부분이 도출될 수 있다. 광 센서(PS)는 상기 광량의 차이에 따라 전기적 신호(즉, 광전류)를 출력하므로, 손가락의 지문(F) 패턴을 식별할 수 있다.
한편, 화소(PX)로부터 방출된 광은 제1 차광층(BM1) 및 제2 차광층(BM2)에 의해 시야각이 조절될 수 있다. 광 센서(PS)에 입사되는 광의 영역(LR)은 제1 차광층(BM1) 및 제2 차광층(BM2)에 의해 정해질 수 있다. 광 센서(PS)에 입사되는 광의 영역(LR)이 감소할수록, 광 센서(PS)에 정면으로 입사하는 정면광의 양이 증가할 수 있다. 또한, 광 센서(PS)의 측면으로 입사하는 측면광의 양이 감소할 수 있다. 광 센서(PS)에 정면으로 입사하는 정면광의 양이 증가하고, 측면으로 입사하는 측면광의 양이 감소수록 광 센서(PS)의 노이즈 광(noise light)의 광량이 감소할 수 있다. 노이즈 광량이 감소하는 경우, 광 센서(PS)는 높은 해상도를 갖는 지문(F) 패턴을 식별할 수 있다. 다시 말해, 광 센서(PS)에 입사되는 광의 영역(LR)이 감소할수록 높은 해상도를 갖는 지문(F) 패턴을 식별할 수 있다. 제1 차광층(BM1) 및 제2 차광층(BM2)에 의해 정해지는 광의 영역(LR)을 제어하는 표시 장치(1)의 구조에 대해서는 도 13 내지 도 16에서 상세히 설명하기로 한다.
한편, 본 명세서에서 정면광은 90°의 각도를 가지고 광 센서(PS)에 입사하는 광뿐만 아니라, 정해진 광의 영역(LR) 내에서 광 센서(PS)로 입사할 수 있는 각도를 가진 광을 의미한다. 따라서, 광의 영역(LR)이, 예를 들어, 광 센서(PS)에 수직한 법선으로부터 측면 방향으로 30° 기울어진 경우, 정면광은 30° 기울어진 각도를 가진 채 광 센서(PS)로 입사하는 광을 포함할 수 있다.
또한, 측면광은 정면광 대비 광 센서(PS)에 수직한 법선으로부터 높은 각도로 기울어져 광 센서(PS)로 입사하는 광을 의미한다. 따라서, 측면광은 정해진 광의 영역(LR)으로 입사되지 않고, 그보다 더 측면에서 광 센서(PS)로 입사할 수 있다. 광 센서(PS)는 측면광을 노이즈 광으로 인식한다. 광 센서(PS)에 노이즈 광으로 작용하는 측면광은 제1 차광층(BM1)의 하면에서 반사되어 광 센서(PS)로 입사되는 제1 측면광(도 14의 'Ls1'), 및 윈도우(WDL)의 상면에서 반사되었으나 광의 영역(LR) 이외의 영역에서 투과되어 광 센서(PS)로 입사되는 제2 측면광(도 14의 'Ls2')을 포함할 수 있다.
도 5는 일 실시예에 따른 화소 및 광 센서를 보여주는 회로도이다.
도 5를 참조하면, 화소(PX)는 발광 소자(Light Emitting Element, EL) 및 발광 소자(EL)의 발광량을 제어하는 화소 구동부(PDU)를 포함할 수 있다. 화소 구동부(PDU)는 커패시터(Cst), 제1 트랜지스터(ST1), 및 제2 트랜지스터(ST2)를 포함할 수 있다. 화소 구동부(PDU)는 데이터 라인(DL)에 연결된 데이터 신호, 스캔 라인(SL)에 연결된 스캔 신호, 제1 전원 전압(ELVDD), 및 제2 전원 전압(ELVSS)을 인가받을 수 있다.
발광 소자(EL)는 애노드 전극과 캐소드 전극 사이에 배치된 유기 발광층을 포함하는 유기 발광 다이오드일 수 있다. 또는, 발광 소자(EL)는 애노드 전극과 캐소드 전극 사이에 배치된 양자점 발광층을 포함하는 양자점 발광 소자일 수 있다. 또는, 발광 소자(EL)는 애노드 전극과 캐소드 전극 사이에 배치된 무기 반도체를 포함하는 무기 발광 소자일 수 있다. 발광 소자(EL)가 무기 발광 소자인 경우, 마이크로 발광 다이오드(micro light emitting diode) 또는 나노 발광 다이오드(nano light emitting diode)를 포함할 수 있다.
발광 소자(EL)는 애노드 전압과 캐소드 전압에 따라 소정의 휘도로 발광할 수 있다. 발광 소자(EL)의 애노드 전극은 제1 트랜지스터(ST1)에 연결되고, 캐소드 전극은 제2 전원 전압(ELVSS) 단자에 연결된다. 도 13에서 발광 소자(EL)의 애노드 전극은 화소 전극(170)에 대응되며, 캐소드 전극은 공통 전극(190)에 대응된다.
커패시터(Cst)는 제1 트랜지스터(ST1)의 게이트 전극과 제1 전원 전압(ELVDD) 단자 사이에 연결된다. 커패시터(Cst)는 제1 트랜지스터(ST1)의 게이트 전극에 연결된 제1 커패시터 전극 및 제1 전원 전압(ELVDD) 단자에 연결된 제2 커패시터 전극을 포함한다. 커패시터(Cst)는 제2 트랜지스터(ST2)로부터 수신한 데이터 신호에 대응하는 전압을 충전할 수 있다.
제1 트랜지스터(ST1)는 구동 트랜지스터이고, 제2 트랜지스터(ST2)는 스위칭 트랜지스터일 수 있다. 각 트랜지스터는 게이트 전극, 소스 전극 및 드레인 전극을 포함할 수 있다. 소스 전극과 드레인 전극 중 어느 하나는 일 전극이고, 다른 하나는 타 전극일 수 있다. 이하에서는 설명의 편의상 드레인 전극이 일 전극이고 소스 전극이 타 전극인 경우를 예시한다.
제1 트랜지스터(ST1)는 구동 트랜지스터로서, 구동 전류를 생성할 수 있다. 제1 트랜지스터(ST1)의 게이트 전극은 제1 커패시터 전극에 연결되고, 일 전극은 제1 전원 전압(ELVDD) 단자 및 제2 커패시터 전극에 연결되고, 타 전극은 발광 소자(EL)의 애노드 전극에 연결된다. 제1 트랜지스터(ST1)는 커패시터(Cst)에 저장된 전하량에 대응하여 발광 소자(EL)에 흐르는 구동 전류를 제어할 수 있다.
제2 트랜지스터(ST2)는 스위칭 트랜지스터로서, 게이트 전극은 스캔 라인(SL)에 연결되고, 일 전극은 데이터 라인(DL)에 연결되며, 타 전극은 제1 트랜지스터(ST1)의 일 전극에 연결된다. 제2 트랜지스터(ST2)는 스캔 라인(SL)의 스캔 신호에 따라 턴-온되어 데이터 신호를 제1 트랜지스터(ST1)의 일 전극으로 전달하는 스위칭 동작을 수행할 수 있다.
다만, 이는 단지 예시일 뿐이며, 화소 구동부(PDU)는 제1 트랜지스터(ST1)의 임계전압편차(ΔVth)를 보상하는 보상회로 등을 더 포함하는 3T1C, 또는 7T1C 구조로 이루어질 수도 있다.
복수의 광 센서(PS) 각각은 광전 변환 소자(PD)와 광전 변환 소자(PD)의 광전류에 따라 감지 전류를 제어하는 감지 구동부(SDU)를 포함할 수 있다. 감지 구동부(SDU)는 광전 변환 소자(PD)로부터 생성된 감지 전류를 제어하기 위한 감지 트랜지스터(LT1), 및 리셋 트랜지스터(LT2)를 포함할 수 있다. 감지 구동부(SDU)는 리셋 신호 라인(RST)에 연결된 리셋 신호, 지문 스캔 라인(LD)에 연결된 지문 스캔 신호, 리셋 전압(Vrst), 및 제2 전원 전압(ELVSS)을 인가받을 수 있다. 또한, 감지 구동부(SDU)는 리드 아웃 라인(ROL)에 연결된다. 한편, 지문 스캔 라인(LD)은 화소 구동부(PDU)에 연결된 스캔 라인(SL)과 공용될 수 있다.
광전 변환 소자(PD)들 각각은 감지 애노드 전극, 감지 캐소드 전극, 및 감지 애노드 전극과 감지 캐소드 전극 사이에 배치된 광전 변환층을 포함하는 포토 다이오드일 수 있다. 광전 변환 소자(PD)들 각각은 외부에서 입사된 광을 전기적 신호로 전환할 수 있다. 광전 변환 소자(PD)는 pn 형 또는 pin 형의 무기 물질로 형성되는 무기 포토 다이오드, 또는 포토 트랜지스터일 수 있다. 또는, 도우너 이온(donor ion)을 생성하는 전자 공여 물질 및 액셉트 이온(acceptor ion)을 생성하는 전자 수용 물질을 포함하는 유기 포토 다이오드일 수도 있다.
광전 변환 소자(PD)의 애노드 전극은 감지 노드(LN)에 연결되고, 광전 변환 소자(PD)의 캐소드 전극은 제2 전원 전압(ELVSS) 단자에 연결되어 제2 전원 전압(ELVSS)을 제공받을 수 있다. 광전 변환 소자(PD)의 애노드 전극은 도 13의 제1 전극(180)에 대응되고, 캐소드 전극은 공통 전극(190)에 대응된다.
광전 변환 소자(PD)가 외부 광에 노출된 경우 광전하들을 생성할 수 있고, 생성된 광전하들은 광전 변환 소자(PD)의 감지 애노드 전극에 축적될 수 있다. 이 경우, 감지 애노드 전극과 전기적으로 연결된 감지 노드(LN)의 전압은 증가할 수 있다. 광전 변환 소자(PD)가 리드 아웃 라인(ROL)에 연결되는 경우, 감지 노드(LN)의 축적된 전압에 비례하여 리드 아웃 라인(ROL)에 감지 전압이 축접될 수 있다.
감지 트랜지스터(LT1)는 게이트 전극이 지문 스캔 라인(LD)에 연결되고, 일 전극이 감지 노드(LN)에 연결되고, 타 전극이 리드 아웃 라인(ROL)에 연결될 수 있다. 감지 트랜지스터(LT1)는 지문 스캔 라인(LD)의 지문 스캔 신호에 따라 턴온되어 광전 변환 소자(PD)에 흐르는 전류를 리드 아웃 라인(ROL)에 전달한다.
리셋 트랜지스터(LT2)는 게이트 전극이 리셋 신호 라인(RST)에 연결되고, 일 전극이 리셋 전압(Vrst) 단자에 연결되고, 타 전극이 감지 노드(LN)에 연결될 수 있다. 이 경우, 감지 노드(LN)와 광전 변환 소자(PD)의 애노드 전극은 리셋 전압(Vrst)으로 리셋될 수 있다.
도면에서는 각 트랜지스터가 NMOS 또는 PMOS 트랜지스터인 경우를 예시하였지만, 이에 한정되지 않는다.
도 6은 일 실시예에 따른 표시 패널의 화소 및 광 센서의 평면 배치도이다.
도 6을 참조하면, 표시 패널(10)에 포함되는 복수의 화소(PX: PX1, PX2)들은 제1 화소(PX1) 및 제2 화소(PX2)를 포함할 수 있다. 제1 화소(PX1)는 프라이빗 모드에 대응하여 스캔 신호 및 데이터 신호를 인가받을 수 있다. 이에 따라, 제1 화소(PX1)는 프라이빗 모드에 대응하여 제한된 시야각을 가지고 영상을 표시할 수 있다. 제2 화소(PX2)는 노멀 모드에 대응하여 스캔 신호 및 데이터 신호를 인가받을 수 있다. 이에 따라, 제2 화소(PX2)는 노멀 모드에 대응하여 일반적인 시야각을 가지고 영상을 표시할 수 있다. 이에 따라, 표시 패널(10)에 포함되는 광 센서(PS)들은 프라이빗 모드에 따라 제1 화소(PX1)로부터 방출된 광을 광원으로 활용하거나, 노멀 모드에 따라 제1 화소(PX1) 및 제2 화소(PX2)로부터 방출된 광을 광원으로 활용할 수 있다.
표시 패널(10)에 포함되는 복수의 화소(PX1, PX2)들은 활성 영역(AAR)(또는 표시 영역) 내에서 광을 발광하는 복수의 발광부(EA1, EA2)들을 포함할 수 있다. 제1 화소(PX1)는 제1 발광부(EA1)들을 포함하고, 제2 화소(PX2)는 제2 발광부(EA2)들을 포함한다. 복수의 발광부(EA1, EA2)들은 단면도 상 화소 전극(170)이 화소 정의막(160)의 개구에 의해 노출되는 영역이자, 노출된 화소 전극(170)과 발광층(175)이 중첩하는 영역으로 정의될 수 있다.
복수의 발광부(EA1, EA2)들은 각각 제1 서브 발광부, 제2 서브 발광부, 제3 서브 발광부, 및 제4 서브 발광부를 포함할 수 있다. 예컨대, 제1 발광부(EA1)는 적색 광을 방출하는 제1 서브 발광부(EA1a), 녹색 광을 방출하는 제2 서브 발광부(EA1b), 청색 광을 방출하는 제3 서브 발광부(EA1c), 녹색 광을 방출하는 제4 서브 발광부(EA1d)를 포함할 수 있다. 이와 마찬가지로, 제2 발광부(EA2)는 제1 서브 발광부(EA2a), 제2 서브 발광부(EA2b), 제3 서브 발광부(EA2c), 및 제4 서브 발광부(EA2d)를 포함할 수 있다.
표시 패널(10)에 포함되는 복수의 광 센서(PS)들은 활성 영역(AAR)(또는 광 감지 영역) 내에서 입사되는 광을 감지하는 복수의 광 감지부(RA)들을 포함할 수 있다. 광 감지부(RA)는 단면도 상 제1 전극(180)이 화소 정의막(160)의 개구에 의해 노출되는 영역이자, 노출된 제1 전극(180)과 광전 변환층(185)이 중첩되는 영역으로 정의될 수 있다.
각 화소(PX1, PX2)의 발광부(EA1, EA2) 사이에는 비발광 영역이 배치된다. 또한, 각 광 센서(PS)의 광 감지부(RA) 사이에는 비감지 영역이 배치된다. 본 실시예에서, 비발광 영역과 비감지 영역이 중첩하는 영역을 주변부(NEA)로 지칭하기로 한다.
복수의 서브 발광부(EA1a, EA1b, EA1c, EA1d, EA2a, EA2b, EA2c, EA2d)들은 제1 방향(X) 및 제2 방향(Y)으로 서로 이격되어 배치될 수 있다. 예를 들어, 제1 서브 발광부(EA1a, EA2a)와 제3 서브 발광부(EA1c, EA2c)는 제1 방향(X)과 제2 방향(Y)에서 교대로 배열될 수 있다. 제2 서브 발광부(EA1b, EA2b)와 제4 서브 발광부(EA1d, EA2d)는 제1 방향(X)과 제2 방향(Y)에서 교대로 배열될 수 있다.
광 감지부(RA)는 제1 발광부(EA1)의 서브 발광부(EA1a, EA1b, EA1c, EA1d)들과 이웃할 수 있다. 예를 들어, 광 감지부(RA)는 제1 방향(X)에서 이웃하는 제2 서브 발광부(EA1b)와 제4 서브 발광부(EA1d) 사이에 배치되고, 제2 방향(Y)에서 이웃하는 제1 서브 발광부(EA1a)와 제3 서브 발광부(EA1c) 사이에 배치될 수 있다.
복수의 서브 발광부(EA1a, EA1b, EA1c, EA1d, EA2a, EA2b, EA2c, EA2d)들 각각의 크기는 상이할 수 있다. 제1 서브 발광부(EA1a, EA2a)의 크기는 제2 서브 발광부(EA1b, EA2b) 및 제4 서브 발광부(EA1d, EA2d)의 크기보다 크고, 제3 서브 발광부(EA1c, EA2c)의 크기보다 작을 수 있다. 제2 서브 발광부(EA1b, EA2b)의 크기는 제4 서브 발광부(EA1d, EA2d)의 크기와 실질적으로 동일할 수 있다.
제1 서브 발광부(EA1a, EA2a), 제2 서브 발광부(EA1b, EA2b), 제3 서브 발광부(EA1c, EA2c), 제4 서브 발광부(EA1d, EA2d), 및 광 감지부(RA)는 마름모와 같은 사각형의 평면 형태를 가질 수 있으나, 이에 한정되지 않고, 팔각형 또는 다른 다각형의 평면 형태를 가질 수 있다.
도 7은 일 실시예에 따른 도 6 및 제1 차광층의 평면 배치도이다.
도 7을 참조하면, 표시 장치(1_1)는 발광부(EA1, EA2)들 및 광 감지부(RA)들을 포함한 표시 패널(10) 상에 배치되는 제1 차광층(BM1)을 더 포함할 수 있다.
제1 차광층(BM1)은 제1 화소(PX1)의 제1 발광부(EA1) 및 광 감지부(RA)에 인접한 주변부(NEA)와 제3 방향(Z)으로 중첩하도록 배치될 수 있다. 제1 차광층(BM1)은 제2 화소(PX2)의 제2 발광부(EA2)들에 인접한 주변부(NEA)와 제3 방향(Z)으로 비중첩할 수 있다. 제1 차광층(BM1)은 제1 발광부(EA1)의 주변에 배치되어 제1 발광부(EA1)로부터 방출된 광의 시야각을 제한하고, 광 감지부(RA)의 주변에 배치되어 광 감지부(RA)에 입사되는 광의 영역을 제한할 수 있다.
제1 차광층(BM1)은 제1 화소(PX1)의 제1 발광부(EA1)들과 중첩하는 제1 투과홀(TH1)들, 및 광 감지부(RA)들과 중첩하는 제1 광 제어홀(CH1_1)들을 포함할 수 있다.
제1 투과홀(TH1)들 각각은 제1 발광부(EA1)의 제1 내지 제4 서브 발광부(EA1a, EA1b, EA1c, EA1d)들에 제3 방향(Z)으로 중첩할 수 있다. 제1 투과홀(TH1)들은 제1 내지 제4 서브 발광부(EA1a, EA1b, EA1c, EA1d)들로부터 방출되는 광을 윈도우(도 13의 'WDL')의 상면으로 투과시킬 수 있다.
제1 투과홀(TH1)의 단부는 제1 발광부(EA1)의 단부와 실질적으로 일치할 수 있다. 또한, 제1 투과홀(TH1)을 구획하는 제1 차광층(BM1)의 단부는 제1 발광부(EA1)의 단부와 실질적으로 일치할 수 있다. 즉, 제1 차광층(BM1)의 단부는 제1 발광부(EA1)의 내측 또는 외측에 배치되지 않을 수 있다. 제1 차광층(BM1)은 제1 발광부(EA1)와 제3 방향(Z)으로 비중첩하며, 제1 발광부(EA1)를 둘러싸도록 배치될 수 있다.
제1 투과홀(TH1)들에 의해 노출된 제1 발광부(EA1)들의 상면 일부에는 제1 차광층(BM1)이 배치될 수 있다. 도면에서 제1 차광층(BM1)이 제1 발광부(EA1)들에 십자 형태로 배치된 것을 예시하였으나, 이에 한정되지 않는다. 이에 따라, 하나의 제1 발광부(EA1)의 면적은 이에 중첩하는 제1 투과홀(TH1)들의 면적의 합보다 작을 수 있다.
제1 광 제어홀(CH1_1)들 각각은 광 감지부(RA)들에 제3 방향(Z)으로 중첩할 수 있다. 제1 광 제어홀(CH1_1)들은 윈도우(WDL)에서 반사된 광을 광 감지부(RA)의 방향으로 투과시킬 수 있다.
제1 광 제어홀(CH1_1)의 면적은 광 감지부(RA)의 면적보다 클 수 있다. 광 감지부(RA)는 제1 광 제어홀(CH1_1)과 완전히 중첩할 수 있다. 반면, 제1 광 제어홀(CH1_1)의 일부는 광 감지부(RA)와 중첩하고, 나머지 일부는 주변부(NEA)와 중첩할 수 있다. 제1 광 제어홀(CH1_1)을 구획하는 제1 차광층(BM1)의 단부는 광 감지부(RA)의 외측에 배치될 수 있다. 제1 차광층(BM1)은 광 감지부(RA)와 제3 방향(Z)으로 비중첩할 수 있다.
제1 차광층(BM1)은 제1 화소(PX1)의 제1 발광부(EA1)들, 및 광 감지부(RA)들이 배치되는 영역에 대응되어 섬형 패턴을 가진 채 배치될 수 있다. 예를 들어, 제1 차광층(BM1)은 마름모 형태로 배치될 수 있으나 이에 제한되지 않는다.
제1 차광층(BM1)은 제2 화소(PX2)의 제2 발광부(EA2)들 및 그에 인접한 주변부(NEA)와 제3 방향(Z)으로 비중첩할 수 있다. 따라서, 제2 발광부(EA2) 및 그에 인접한 주변부(NEA)가 배치되는 영역은 제2 발광부(EA2)로부터 방출된 광이 투과되는 투과 영역일 수 있다. 제2 발광부(EA2)의 제1 내지 제4 서브 발광부(EA2a, EA2b, EA2c, EA2d)는 제1 차광층(BM1)과 평면상 서로 이격될 수 있다.
제2 발광부(EA2)와 제1 차광층(BM1) 사이의 최소 거리(L1)는 제1 발광부(EA1)와 제1 차광층(BM1) 사이의 최소 거리보다 길 수 있다. 제1 발광부(EA1)와 제1 차광층(BM1) 사이의 거리는 실질적으로 0에 가까울 수 있다.
본 실시예에 따른 표시 장치(1_1)는 제1 차광층(BM1)의 단부가 광 감지부(RA)의 외측에 배치됨으로써, 광 감지부(RA)로 입사하는 제1 측면광(Ls1), 즉 노이즈 광을 감소시킬 수 있다. 이에 제한되는 것은 아니지만, 제1 차광층(BM1)의 단부가 광 감지부(RA)의 외측에 배치되는 경우 프라이빗 모드에 따라 제1 화소(PX1)의 제1 발광부(EA1)로부터 방출된 광이 광 감지부(RA)의 광원으로 기능할 수 있다. 노멀 모드에 따라 제2 화소(PX2)의 제2 발광부(EA2)로부터 방출된 광은 광 감지부(RA)의 제2 측면광(Ls2)인 노이즈 광으로 기능할 수 있다. 이에 관해서 도 13 및 도 14의 단면도를 통해 상세히 설명한다.
도 8은 다른 실시예에 따른 도 6 및 제1 차광층의 평면 배치도이다.
도 8을 참조하면, 표시 장치(1_2)의 제1 차광층(BM1)은 광 감지부(RA)와 제3 방향(Z)으로 완전히 중첩하는 제1 광 제어홀(CH1_2)을 포함한다는 점에서, 제1 광 제어홀(CH1_1)을 포함한 이전 실시예의 표시 장치(1_1)와 상이하다.
제1 광 제어홀(CH1_2)은 광 감지부(RA)와 제3 방향(Z)으로 완전히 중첩할 수 있다. 제1 광 제어홀(CH1_2)의 면적은 광 감지부(RA)의 면적과 실질적으로 동일할 수 있다. 이에 따라, 제1 광 제어홀(CH1_2)의 단부는 광 감지부(RA)의 단부와 일치할 수 있다. 제1 광 제어홀(CH1_2)을 구획하는 제1 차광층(BM1)의 단부는 광 감지부(RA)의 단부와 일치할 수 있다. 즉, 제1 차광층(BM1)의 단부는 광 감지부(RA)의 내측 또는 외측에 배치되지 않을 수 있다. 제1 차광층(BM1)은 광 감지부(RA)와 제3 방향(Z)으로 비중첩하며, 광 감지부(RA)를 둘러싸도록 배치될 수 있다.
본 실시예에 따른 표시 장치(1_2)는 광 감지부(RA)의 단부와 일치하는 제1 차광층(BM1)을 포함함으로써 광 감지부(RA)로 입사하는 제2 측면광(Ls2), 즉 노이즈 광을 감소시킬 수 있다. 이에 따라, 프라이빗 모드 또는 노멀 모드에 따라 제1 화소(PX1)의 제1 발광부(EA1) 및 제2 화소(PX2)의 제2 발광부(EA2)로부터 방출된 광은 광 감지부(RA)의 광원으로 기능할 수 있다. 이에 관해서 도 15 및 도 16의 단면도를 통해 상세히 설명한다.
도 9는 일 실시예에 따른 도 6 및 제2 차광층의 평면 배치도이다.
도 9를 참조하면, 표시 장치(1)는 제1 차광층(BM1) 상에 배치되는 제2 차광층(BM2)을 더 포함할 수 있다.
제2 차광층(BM2)은 제1 화소(PX1)의 제1 발광부(EA1) 및 광 감지부(RA)에 인접한 주변부(NEA)와 제3 방향(Z)으로 중첩하도록 배치될 수 있다. 제2 차광층(BM2)은 제2 화소(PX2)의 제2 발광부(EA2)들에 인접한 주변부(NEA)와 제3 방향(Z)으로 비중첩할 수 있다. 제2 차광층(BM2)은 제1 발광부(EA1)의 주변에 배치되어 제1 발광부(EA1)로부터 방출된 광의 시야각을 제한하고, 광 감지부(RA)의 주변에 배치되어 광 감지부(RA)에 입사되는 광의 영역을 제한할 수 있다.
제2 차광층(BM2)은 제1 화소(PX1)의 제1 발광부(EA1)들과 중첩하는 제2 투과홀(TH2)들, 및 광 감지부(RA)들과 중첩하는 제2 광 제어홀(CH2)들을 포함할 수 있다.
제2 투과홀(TH2)들 각각은 제1 발광부(EA1)의 제1 내지 제4 서브 발광부(EA1a, EA1b, EA1c, EA1d)들에 제3 방향(Z)으로 중첩할 수 있다. 제2 투과홀(TH2)들은 제1 내지 제4 서브 발광부(EA1a, EA1b, EA1c, EA1d)들로부터 방출되는 광을 윈도우(도 13의 'WDL')의 상면으로 투과시킬 수 있다.
제2 투과홀(TH2)들 각각은 제1 투과홀(TH1)들 각각과 제3 방향(Z)으로 완전히 중첩할 수 있다. 즉, 제2 투과홀(TH2)의 단부, 및 제1 투과홀(TH1)의 단부는 제1 발광부(EA1)의 단부와 실질적으로 일치할 수 있다.
제2 투과홀(TH2)들에 의해 노출된 제1 발광부(EA1)들의 상면 일부에는 제2 차광층(BM2)이 배치될 수 있다. 도면에서 제2 차광층(BM2)이 제1 발광부(EA1)들에 십자 형태로 배치된 것을 예시하였으나, 이에 한정되지 않는다. 이에 따라, 하나의 제1 발광부(EA1)의 면적은 이에 중첩하는 제2 투과홀(TH2)들의 면적의 합보다 작을 수 있다.
제2 광 제어홀(CH2)들 각각은 광 감지부(RA)들에 제3 방향(Z)으로 중첩할 수 있다. 제2 광 제어홀(CH2)들은 윈도우(WDL)에서 반사된 광을 광 감지부(RA)의 방향으로 투과시킬 수 있다.
제2 광 제어홀(CH2)의 면적은 광 감지부(RA)의 면적보다 작을 수 있다. 제2 광 제어홀(CH2)은 광 감지부(RA)와 완전히 중첩할 수 있다. 반면, 광 감지부(RA)의 일부는 제2 광 제어홀(CH2)과 중첩하고, 나머지 일부는 제2 차광층(BM2)과 중첩할 수 있다. 제2 광 제어홀(CH2)을 구획하는 제2 차광층(BM2)의 단부는 광 감지부(RA)의 내측에 배치될 수 있다. 즉, 제2 차광층(BM2)은 광 감지부(RA)와 제3 방향(Z)으로 중첩할 수 있다.
제2 차광층(BM2)은 제1 차광층(BM1)과 마찬가지로, 제1 화소(PX1)의 제1 발광부(EA1)들, 및 광 감지부(RA)들이 배치되는 영역에 대응되어 섬형 패턴을 가진 채 배치될 수 있다. 예를 들어, 제1 차광층(BM1)은 마름모 형태로 배치될 수 있으나 이에 제한되지 않는다.
제2 차광층(BM2)은 제2 화소(PX2)의 제2 발광부(EA2)들 및 그에 인접한 주변부(NEA)와 제3 방향(Z)으로 비중첩할 수 있다. 따라서, 제2 발광부(EA2) 및 그에 인접한 주변부(NEA)가 배치되는 영역은 제2 발광부(EA2)로부터 방출된 광이 투과되는 투과 영역일 수 있다. 제2 발광부(EA2)의 제1 내지 제4 서브 발광부(EA2a, EA2b, EA2c, EA2d)는 제2 차광층(BM2)과 평면상 서로 이격될 수 있다. 제2 차광층(BM2)의 단부는 제1 내지 제4 서브 발광부(EA2a, EA2b, EA2c, EA2d)의 외측에 배치될 수 있다.
제2 발광부(EA2)와 제2 차광층(BM2) 사이의 최소 거리(L2)는 제1 발광부(EA1)와 제2 차광층(BM2) 사이의 최소 거리보다 길 수 있다. 제1 발광부(EA1)와 제2 차광층(BM2) 사이의 거리는 실질적으로 0일 수 있다.
본 실시예에 따른 표시 장치(1)는 광 감지부(RA)와 일부 중첩하는 제2 차광층(BM2)을 포함함으로써 광 감지부(RA)에 입사되는 광의 영역의 면적을 제어할 수 있다. 이에 따라, 광 센서(PS)는 높은 해상도를 갖는 지문(F) 패턴을 식별할 수 있다.
도 10 및 도 11은 노멀 모드 또는 프라이빗 모드에 따른 화소 및 광 센서의 평면도이다. 도 12는 노멀 모드 또는 프라이빗 모드에 따른 시야각과 영상 밝기의 관계를 보여주는 그래프이다.
도 10을 참조하면, 노멀 모드에 따라 표시 장치(1)의 제1 화소(PX1)의 제1 발광부(EA1) 및 제2 화소(PX2)의 제2 발광부(EA2)는 소정의 광을 방출할 수 있다. 이에 따라, 제1 화소(PX1) 및 제2 화소(PX2)는 일반적인 시야각을 갖는 영상을 표시할 수 있다.
도 11을 참조하면, 프라이빗 모드에 따라 표시 장치(1)의 제1 화소(PX1)의 제1 발광부(EA1)는 소정의 광을 방출할 수 있다. 한편, 제2 화소(PX2)의 제2 발광부(EA2)는 소정의 광을 방출하지 않을 수 있다. 이에 따라, 제1 화소(PX1)의 시야각을 갖는 영상이 표시될 수 있다.
도 12를 참조하면, X축은 시야각(Viewing Angle)을 의미하고, Y축은 영상 밝기(Brightness)를 의미한다. 노멀 모드 및 프라이빗 모드에서 시야각이 0°인 경우 영상 밝기는 최대값을 가지고, 시야각이 90°인 경우 영상 밝기는 최소값을 가진다. 한편, 도 11에 따라 노멀 모드로 동작하는 경우, 표시 장치(1)의 광이 갖는 시야각이 증가할수록 영상 밝기는 선형 기울기를 가지며 감소할 수 있다.
반면, 도 12에 따라 프라이빗 모드로 동작하는 경우, 표시 장치(1)의 광이 갖는 시야각이 증가할수록 영상 밝기는 지수 함수적으로 감소할 수 있다. 예를 들어, 시야각이 40° 이상인 광은 노멀 모드에서 영상을 표시하기 위한 광원으로 기능할 수 있으나, 프라이빗 모드에서는 영상을 표시하기 위한 광원으로 기능할 수 없다. 따라서, 프라이빗 모드에서는 약 0°~40°의 시야각을 갖는 광을 영상 표시를 위한 광원으로 활용할 수 있으므로 측면 시인성(lateral visibility)이 저하된 영상이 표시될 수 있다.
도 13은 도 6 및 도 8에 따라 I-I' 및 II-II'를 절단한 단면도이다. 도 14는 도 13에 광의 입사 방향을 나타내는 단면도이다.
표시 장치(1_1)는 기판(SUB), 기판(SUB) 상에는 박막 트랜지스터층(TFTL), 광전 소자층(PEL), 봉지층(TFEL), 광 투과층(LTL), 및 윈도우(WDL)가 순차적으로 형성될 수 있다.
기판(SUB)은 리지드(rigid) 기판이거나 벤딩(bending), 폴딩(folding), 롤링(rolling) 등이 가능한 플렉시블(flexible) 기판일 수 있다. 기판(SUB)은 유리, 석영, 고분자 수지 등의 절연 물질로 이루어질 수 있다.
기판(SUB)의 일면 상에는 버퍼막(110)이 배치될 수 있다. 버퍼막(110)은 실리콘 질화물, 실리콘 산화물, 또는 실리콘 산질화물 등을 포함할 수 있다.
버퍼막(110) 상에 배치되는 박막 트랜지스터층(TFTL)은 제1 박막 트랜지스터(TFT1) 및 제2 박막 트랜지스터(TFT2)를 포함할 수 있다. 제1 박막 트랜지스터(TFT1)는 도 5의 구동 트랜지스터(DT) 또는 제1 내지 제6 트랜지스터(T1~T6) 중 하나일 수 있다. 제2 박막 트랜지스터(TFT2)는 도 5의 제1 내지 제3 감지 트랜지스터(LT1~LT3) 중 하나일 수 있다.
복수의 박막 트랜지스터들(TFT1, TFT2)은 각각 반도체층들(A1, A2), 반도체층들(A1, A2)의 일부 상에 배치되는 게이트 절연층(121), 게이트 절연층(121) 상의 게이트 전극들(G1, G2), 반도체층들(A1, A2) 각각과 게이트 전극들(G1, G2) 각각을 덮는 층간 절연막(122), 층간 절연막(122) 상의 소스 전극들(S1, S2)과 드레인 전극들(D1, D2)을 포함할 수 있다.
반도체층들(A1, A2)은 각각 제1 박막 트랜지스터(TFT1), 및 제2 박막 트랜지스터(TFT2)의 채널을 이룰 수 있다. 반도체층들(A1, A2)은 다결정 실리콘을 포함할 수 있다. 다른 실시예에서, 반도체층들(A1, A2)은 단결정 실리콘, 저온 다결정 실리콘, 비정질 실리콘이나, 산화물 반도체를 포함할 수 있다. 상기 산화물 반도체는 예를 들어, 인듐, 아연, 갈륨, 주석, 티타늄, 알루미늄, 하프늄(Hf), 지르코늄(Zr), 마그네슘(Mg) 등을 함유하는 이성분계 화합물(ABx), 삼성분계 화합물(ABxCy), 사성분계 화합물(ABxCyDz)을 포함할 수 있다. 반도체층들(A1, A2)은 각각 채널 영역과 불순물이 도핑된 소스 영역 및 드레인 영역을 포함할 수 있다.
반도체층들(A1, A2) 상에는 게이트 절연층(121)이 배치된다. 게이트 절연층(121)은 제1 게이트 전극(G1)과 제1 반도체층(A1)을 전기적으로 절연하고, 제2 게이트 전극(G2)과 제2 반도체층(A2)을 전기적으로 절연한다. 게이트 절연층(121)은 절연 물질, 예를 들어 실리콘 산화물(SiOx), 실리콘 질화물(SiNx), 또는 금속 산화물 등으로 이루어질 수 있다.
게이트 절연층(121) 상에는 제1 박막 트랜지스터(TFT1)의 제1 게이트 전극(G1), 및 제2 박막 트랜지스터(TFT2)의 제2 게이트 전극(G2)이 배치된다. 게이트 전극들(G1, G2)은 각각 반도체층들(A1, A2)의 채널 영역의 상부, 즉 게이트 절연층(121) 상에서 채널 영역과 중첩하는 위치에 형성될 수 있다.
게이트 전극들(G1, G2) 상에는 층간 절연막(122)이 배치될 수 있다. 층간 절연막(122)은 실리콘 산화물(SiOx), 실리콘 질화물(SiNx), 실리콘 산질화물, 하프늄 산화물, 알루미늄 산화물 등의 무기 절연 물질을 포함할 수 있다. 또한 도시하지는 않았지만, 층간 절연막(122)은 복수의 절연막으로 이루어질 수 있고, 절연막 사이에는 제2 커패시터 전극을 형성하는 도전층을 더 포함할 수 있다.
층간 절연막(122) 상에는 소스 전극들(S1, S2)과 드레인 전극들(D1, D2)이 배치된다. 제1 박막 트랜지스터(TFT1)의 제1 소스 전극(S1)은 층간 절연막(122)과 게이트 절연층(121)을 관통하는 컨택홀을 통해 제1 반도체층(A1)의 드레인 영역과 전기적으로 연결될 수 있다. 제2 박막 트랜지스터(TFT2)의 제2 소스 전극(S2)은 층간 절연막(122)과 게이트 절연층(121)을 관통하는 컨택홀을 통해 제2 반도체층(A2)의 드레인 영역과 전기적으로 연결될 수 있다. 각각의 소스 전극들(S1, S2)과 드레인 전극들(D1, D2)은 알루미늄(Al), 몰리브덴(Mo), 백금(Pt), 팔라듐(Pd), 은(Ag), 마그네슘 (Mg), 금(Au), 니켈(Ni), 네오디뮴(Nd), 이리듐(Ir), 크롬(Cr), 칼슘(Ca), 티타늄(Ti), 탄탈륨(Ta), 텅스텐(W), 구리(Cu) 가운데 선택된 하나 이상의 금속을 포함할 수 있다.
평탄화층(130)은 각각의 소스 전극들(S1, S2)과 드레인 전극들(D1, D2)을 덮도록 층간 절연막(122) 상에 형성될 수 있다. 평탄화층(130)은 유기 절연 물질 등으로 형성될 수 있다. 평탄화층(130)은 평평한 표면을 가질 수 있으며, 소스 전극들(S1, S2)과 드레인 전극들(D1, D2) 각각 중 어느 하나를 노출시키는 컨택홀을 포함할 수 있다.
평탄화층(130) 상에는 광전 소자층(PEL)이 배치될 수 있다. 광전 소자층(PEL)은 발광 소자(EL), 광전 변환 소자(PD), 및 화소 정의막(160)을 포함할 수 있다. 발광 소자(EL)는 화소 전극(170), 발광층(175), 및 공통 전극(190)을 포함하고, 광전 변환 소자(PD)는 제1 전극(180), 광전 변환층(185), 및 공통 전극(190)을 포함할 수 있다. 발광 소자(EL)들과 광전 변환 소자(PD)들은 공통 전극(190)을 공유할 수 있다.
평탄화층(130) 상에는 발광 소자(EL)의 화소 전극(170)이 배치될 수 있다. 화소 전극(170)은 각 화소(PX)마다 마련될 수 있다. 화소 전극(170)은 평탄화층(130)을 관통하는 컨택홀을 통해 제1 박막 트랜지스터(TFT1)의 제1 소스 전극(S1) 또는 제1 드레인 전극(D1)과 연결될 수 있다.
발광 소자(EL)의 화소 전극(170)은 이에 제한되는 것은 아니지만 몰리브덴(Mo), 티타늄(Ti), 구리(Cu), 알루미늄(Al)의 단일층 구조를 가지거나, 적층막 구조, 예를 들어 인듐-주석-산화물(Indi㎛-Tin-Oxide: ITO), 인듐-아연-산화물(Indi㎛-Zinc-Oxide: IZO), 산화아연(Zinc Oxide: ZnO), 산화인듐(Induim Oxide: In2O3) 및 은(Ag), 마그네슘(Mg), 알루미늄(Al), 백금(Pt), 납(Pb), 금(Au), 니켈(Ni)을 포함하는 ITO/Mg, ITO/MgF, ITO/Ag, ITO/Ag/ITO의 복수층 구조를 가질 수 있다.
또한, 평탄화층(130) 상에는 광전 변환 소자(PD)의 제1 전극(180)이 배치될 수 있다. 제1 전극(180)은 각 광 센서(PS)마다 마련될 수 있다. 제1 전극(180)은 평탄화층(130)을 관통하는 컨택홀을 통해 제2 박막 트랜지스터(TFT2)의 제2 소스 전극(S2) 또는 제2 드레인 전극(D2)과 연결될 수 있다.
광전 변환 소자(PD)의 제1 전극(180)은 이에 제한되는 것은 아니지만 몰리브덴(Mo), 티타늄(Ti), 구리(Cu), 알루미늄(Al)의 단일층 구조를 가지거나, ITO/Mg, ITO/MgF, ITO/Ag, ITO/Ag/ITO의 복수층 구조를 가질 수 있다.
화소 전극(170) 및 제1 전극(180) 상에는 화소 정의막(160)이 배치될 수 있다. 화소 정의막(160)은 화소 전극(170)과 중첩하는 영역에 형성되어 화소 전극(170)을 노출시키는 개구를 형성할 수 있다. 상기 노출된 화소 전극(170)과 발광층(175)이 중첩하는 영역은 각 화소(PX)의 제1 발광부(EA1) 및 제2 발광부(EA2)로 정의될 수 있다.
또한, 화소 정의막(160)은 제1 전극(180)과 중첩하는 영역에 형성되어 제1 전극(180)을 노출시키는 개구를 형성할 수 있다. 상기 제1 전극(180)을 노출시키는 개구는 각 광 센서(PS)의 광전 변환층(185)이 형성되는 공간을 제공하며, 노출된 제1 전극(180)과 광전 변환층(185)이 중첩하는 영역은 광 감지부(RA)로 정의될 수 있다.
화소 정의막(160)은 아크릴계 수지(polyacrylates resin), 에폭시 수지(epoxy resin), 페놀 수지(phenolic resin), 폴리아미드계 수지(polyamides resin), 폴리이미드계 수지(polyimides rein), 불포화 폴리에스테르계 수지(unsaturated polyesters resin), 폴리페닐렌계 수지(poly phenylenethers resin), 폴리페닐렌설파이드계 수지(polyphenylenesulfides resin) 또는 벤조사이클로부텐(benzocyclobutene, BCB) 등의 유기 절연 물질을 포함할 수 있다. 다른 예로, 화소 정의막(160)은 실리콘 질화물 등과 같은 무기 물질을 포함할 수도 있다.
화소 정의막(160)의 개구가 노출하는 발광 소자(EL)의 화소 전극(170) 상에는 발광층(175)이 배치될 수 있다. 발광층(175)은 고분자 물질 또는 저분자 물질을 포함할 수 있으며, 각 화소(PX) 별로 적색, 녹색, 또는 청색의 빛을 방출할 수 있다. 발광층(175)에서 방출한 빛은 영상 표시에 기여하거나, 또는 광 센서(PS)에 입사되는 광원으로서 기능할 수 있다.
발광층(175)이 유기물로 형성되는 경우, 각 발광층(175)을 중심으로 하부에는 정공 주입층(Hole Injecting Layer: HIL) 및 정공 수송층(Hole Transporting Layer: HTL)이 배치될 수 있고, 상부에는 전자 주입층(Electron Injecting Layer: EIL) 및 전자 수송층(Electron Transporting Layer: ETL)이 적층될 수 있다. 이들은 유기물로 구비된 단층 또는 다층일 수 있다.
화소 정의막(160)의 개구가 노출하는 광전 변환 소자(PD)의 제1 전극(180) 상에는 광전 변환층(185)이 배치될 수 있다. 광전 변환층(185)은 입사된 광에 비례하여 광 전하를 생성할 수 있다. 입사광은 발광층(175)에서 출사되었다가 반사되어 진입한 광일 수도 있고, 발광층(175)과 무관하게 외부에서 제공되는 광일 수도 있다. 광전 변환층(185)에서 생성되어 축적된 전하는 센싱에 필요한 전기적 신호로 변환될 수 있다.
광전 변환층(185)은 전자 공여 물질 및 전자 수용 물질을 포함할 수 있다. 전자 공여 물질은 광에 응답하여 도우너 이온(donor ion)을 생성하고, 전자 수용 물질은 광에 응답하여 액셉트 이온(acceptor ion)을 생성할 수 있다. 광전 변환층(185)이 유기물로 형성되는 경우, 전자 공여 물질은 서브프탈로사이아닌(Subphthalocyanine, SubPc), 디부틸포스페이트(Dibutylphosphate, DBP)와 같은 화합물을 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 전자 수용 물질은 플러렌, 플러렌 유도체, 페릴렌 디이미드(perylene diimide)와 같은 화합물을 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
광전 변환층(185)이 유기물로 형성되는 경우, 각 광전 변환층(185)을 중심으로 하부에는 정공 주입층(Hole Injecting Layer: HIL) 및 정공 수송층(Hole Transporting Layer: HTL)이 배치될 수 있고, 상부에는 전자 주입층(Electron Injecting Layer: EIL) 및 전자 수송층(Electron Transporting Layer: ETL)이 적층될 수 있다. 이들은 유기물로 구비된 단층 또는 다층일 수 있다.
발광층(175), 광전 변환층(185), 및 화소 정의막(160) 상에는 공통 전극(190)이 배치될 수 있다. 공통 전극(190)은 발광층(175), 광전 변환층(185), 및 화소 정의막(160)을 덮는 형태로 복수의 화소(PX) 및 복수의 광 센서(PS) 전체에 걸쳐 배치될 수 있다. 공통 전극(190)은 일함수가 낮은 도전성 물질, 예를 들어, Li, Ca, LiF/Ca, LiF/Al, Al, Mg, Ag, Pt, Pd, Ni, Au Nd, Ir, Cr, BaF, Ba 또는 이들의 화합물이나 혼합물(예를 들어, Ag와 Mg의 혼합물 등)을 포함할 수 있다. 또는 투명 금속 산화물, 예를 들어, 인듐-주석-산화물(ITO), 인듐-아연-산화물(IZO), 산화아연(ZnO) 등을 포함할 수 있다.
광전 소자층(PEL) 상부에는 봉지층(TFEL)이 배치될 수 있다. 봉지층(TFEL)은 발광층(175) 및 광전 변환층(185) 각각에 산소 또는 수분이 침투되거나 먼지와 같은 이물질로부터 보호하기 위해 적어도 하나의 무기막과 하나의 유기막을 포함할 수 있다. 예를 들어, 봉지층(TFEL)은 제1 무기막, 유기막, 제2 무기막이 순차 적층된 구조로 형성될 수 있다. 제1 무기막 및 제2 무기막은 실리콘 나이트라이드층, 실리콘 옥시 나이트라이드층, 실리콘 옥사이드층, 티타늄 옥사이드층, 및 알루미늄 옥사이드층 중 하나 이상의 무기막이 교번하여 적층된 다중막으로 형성될 수 있다. 유기막은 아크릴 수지(acryl resin), 에폭시 수지(epoxy resin), 페놀 수지(phenolic resin), 폴리아미드 수지(polyamide resin), 폴리이미드 수지(polyimide resin) 등의 유기막일 수 있다.
봉지층(TFEL) 상부에는 광 투과층(LTL)의 제1 투명 무기층(210), 제1 차광층(BM1), 투명 유기층(220), 제2 투명 무기층(230), 제2 차광층(BM2), 및 컬러 필터(CF)가 순차 배치될 수 있다.
제1 투명 무기층(210)은 광을 투과하는 무기 절연 물질을 포함할 수 있다. 제1 투명 무기층(210)은 실리콘 나이트라이드층, 실리콘 옥시 나이트라이드층, 실리콘 옥사이드층, 티타늄 옥사이드층, 또는 알루미늄 옥사이드층 등을 포함할 수 있다.
제1 투명 무기층(210) 상에 배치되는 제1 차광층(BM1)은 발광 소자(EL)로부터의 발광 또는 광전 변환 소자(PD)로의 수광을 차단하는 재료를 사용할 수 있다. 제1 차광층(BM1)은 안료(카본 블랙 등) 또는 염료를 포함하는 수지 재료 등을 사용한 유기 차광 물질을 포함할 수 있다. 이에 따라 제1 차광층(BM1)은 인접한 제1 발광부(EA1)들 간에 광이 침범하여 혼색이 발생하는 것을 방지할 수 있다.
제1 차광층(BM1)은 제1 발광부(EA1)들과 중첩하는 제1 투과홀(TH1)들을 포함할 수 있다. 제1 투과홀(TH1)은 제1 발광부(EA1)와 제3 방향(Z)으로 완전히 중첩할 수 있다. 제1 투과홀(TH1)은 화소 정의막(160)과 제3 방향(Z)으로 비중첩할 수 있다. 제1 차광층(BM1)의 단부는 화소 정의막(160)의 단부와 제3 방향(Z)으로 중첩할 수 있다.
제1 차광층(BM1)은 광 감지부(RA)들과 중첩하는 제1 광 제어홀(CH1_1)들을 포함할 수 있다. 제1 광 제어홀(CH1_1)의 일부는 화소 정의막(160)과 제3 방향(Z)으로 중첩할 수 있다. 제1 차광층(BM1)은 광 감지부(RA)와 제3 방향(Z)으로 비중첩할 수 있다.
제1 차광층(BM1) 상에 배치되는 투명 유기층(220)은 광을 투과하는 유기 물질을 포함할 수 있다. 투명 유기층(220)은 아크릴 수지(acryl resin), 에폭시 수지(epoxy resin), 페놀 수지(phenolic resin), 폴리아미드 수지(polyamide resin), 폴리이미드 수지(polyimide resin) 등의 유기막일 수 있다.
투명 유기층(220) 상에 배치되는 제2 투명 무기층(230)은 광을 투과하는 무기 절연 물질을 포함할 수 있다. 제2 투명 무기층(230)은 하부의 투명 유기층(220)을 보호할 수 있다. 제1 투명 무기층(210)은 실리콘 나이트라이드층, 실리콘 옥시 나이트라이드층, 실리콘 옥사이드층, 티타늄 옥사이드층, 또는 알루미늄 옥사이드층 등을 포함할 수 있다.
제2 투명 무기층(230) 상에 배치되는 제2 차광층(BM2)은 발광 소자(EL)로부터의 발광 또는 광전 변환 소자(PD)로의 수광을 차단하는 재료를 사용할 수 있다. 제2 차광층(BM2)은 안료(카본 블랙 등) 또는 염료를 포함하는 수지 재료 등을 사용한 유기 차광 물질을 포함할 수 있다. 이에 따라 제2 차광층(BM2)은 인접한 제1 발광부(EA1)들 간에 광이 침범하여 혼색이 발생하는 것을 방지할 수 있다. 제2 차광층(BM2)은 컬러 필터(CF)에 의해 덮일 수 있다.
제2 차광층(BM2)은 제1 발광부(EA1)들과 중첩하는 제2 투과홀(TH2)들을 포함할 수 있다. 제2 투과홀(TH2)은 제1 발광부(EA1)와 제3 방향(Z)으로 완전히 중첩할 수 있다. 제2 투과홀(TH2)은 화소 정의막(160)과 제3 방향(Z)으로 비중첩할 수 있다. 제2 차광층(BM2)의 단부는 화소 정의막(160)의 단부와 제3 방향(Z)으로 중첩할 수 있다.
제2 차광층(BM2)은 광 감지부(RA)들과 중첩하는 제2 광 제어홀(CH2)들을 포함할 수 있다. 제2 광 제어홀(CH2)은 화소 정의막(160)과 제3 방향(Z)으로 비중첩할 수 있다. 제2 차광층(BM2)은 광 감지부(RA)와 제3 방향(Z)으로 중첩할 수 있다.
제2 차광층(BM2) 상에는 컬러 필터(CF)가 배치된다. 컬러 필터(CF)는 광을 선택적으로 투과시키거나, 흡수 또는 차단할 수 있다. 컬러 필터(CF)는 염료 또는 안료 등을 포함하는 수지 재료일 수 있다.
일 실시예에서, 제1 투과홀(TH1)의 일 방향의 폭은 제2 투과홀(TH2)의 일 방향의 폭과 동일할 수 있다. 제1 투과홀(TH1), 제2 투과홀(TH2), 및 제1 발광부(EA1)는 제3 방향(Z)으로 중첩할 수 있다.
제1 광 제어홀(CH1_1)의 일 방향의 폭은 제2 광 제어홀(CH2)의 일 방향의 폭보다 클 수 있다. 제1 광 제어홀(CH1_1), 제2 광 제어홀(CH2), 및 광 감지부(RA)는 제3 방향(Z)으로 중첩할 수 있다.
제1 투과홀(TH1)을 구획하는 제1 차광층(BM1) 및 제2 투과홀(TH2)을 구획하는 제2 차광층(BM2)은 제1 발광부(EA1)를 둘러싸도록 배치될 수 있다. 이에 따라, 제1 발광부(EA1)를 구획하는 화소 정의막(160)의 단부는 제1 차광층(BM1)의 단부, 및 제2 차광층(BM2)의 단부와 제3 방향(Z)으로 중첩할 수 있다.
한편, 제1 차광층(BM1) 및 제2 차광층(BM2)은 제2 발광부(EA2)와 제3 방향(Z)으로 비중첩할 수 있다. 또한, 제1 차광층(BM1) 및 제2 차광층(BM2)은 제2 발광부(EA2)들 사이에 배치되는 화소 정의막(160)과 제3 방향(Z)으로 비중첩할 수 있다.
컬러 필터(CF) 상부에는 윈도우(WDL)가 배치될 수 있다. 윈도우(WDL)는 표시 패널(10)의 상면을 보호하는 보호부재일 수 있다. 윈도우(WDL)는 유리, 또는 석영 등의 리지드 물질을 포함할 수 있다. 윈도우(WDL)는 광학 투명 접착제 등에 의해 표시 패널(10)과 접착될 수 있다.
도 14를 참조하면, 표시 장치(1_1)는 복수의 투과홀(TH1, TH2)들을 포함하는 차광층(BM1, BM2)을 포함함으로써 원하는 모드에 따라 시야각이 상이한 영상을 표시할 수 있다. 예를 들어, 제1 발광부(EA1)로부터 방출된 광 중 시야각이 작은 광(Lp1)은 차광층(BM1, BM2)에 의해 차단되지 않고, 윈도우(WDL) 상면에 도달할 수 있다. 반면, 제1 발광부(EA1)로부터 방출된 광 중 시야각이 큰 광(Lp2)은 제1 차광층(BM1) 또는 제2 차광층(BM2)에 의해 차단될 수 있다.
이에 따라, 프라이빗 모드에 따라 제1 발광부(EA1)는 측면 시인성이 감소된 영상을 표시할 수 있다.
또한, 복수의 광 제어홀(CH1_1, CH2)들을 포함하는 차광층(BM1, BM2)을 포함함으로써 광 감지부(RA)에 입사하는 광의 영역(LR)을 제한할 수 있고, 노이즈 광(Ls1, Ls2)을 최소화할 수 있다. 예를 들어, 제1 차광층(BM1)의 제1 광 제어홀(CH1_1)이 화소 정의막(160)과 중첩함으로써 제1 발광부(EA1)로부터 방출된 광 중 제1 차광층(BM1)의 하면에서 반사되는 제1 측면광(Ls1)이 최소화될 수 있다. 이에 제한되는 것은 아니지만, 제1 차광층(BM1)은 화소 정의막(160)의 중심과 비중첩할 정도로 제거되는 것이 바람직하다.
또한, 노멀 모드가 아닌 프라이빗 모드에서 제2 발광부(EA2)는 발광하지 않을 수 있다. 이에 따라, 제2 발광부(EA2)로부터 방출되어 윈도우(WDL)의 상면에서 반사되었으나 광의 영역(LR) 이외의 영역에서 투과되어 광 감지부(RA)로 입사되는 제2 측면광(Ls2)이 최소화될 수 있다.
따라서, 본 실시예에 따르면 광 센서(PS)의 노이즈 광량이 감소할 수 있고, 광 센서(PS)는 높은 해상도를 갖는 지문(F) 패턴을 식별할 수 있다.
도 15는 도 7 및 도 8에 따라 I-I' 및 II-II'를 절단한 단면도이다. 도 16은 도 15에 광의 입사 방향을 나타내는 단면도이다.
본 실시예에 따른 표시 장치(1_2)의 제1 차광층(BM1)은 광 감지부(RA)와 제3 방향(Z)으로 완전히 중첩하는 제1 광 제어홀(CH1_2)을 포함한다.
제1 차광층(BM1)은 광 감지부(RA)들과 완전히 중첩하는 제1 광 제어홀(CH1_2)들을 포함할 수 있다. 제1 차광층(BM1)의 단부는 광 감지부(RA)를 구획하는 화소 정의막(160)의 단부와 제3 방향(Z)으로 중첩할 수 있다.
제1 광 제어홀(CH1_2)의 일 방향의 폭은 제2 광 제어홀(CH2)의 일 방향의 폭보다 클 수 있다. 제1 광 제어홀(CH1_1), 제2 광 제어홀(CH2), 및 광 감지부(RA)는 제3 방향(Z)으로 중첩할 수 있다.
도 16을 참조하면, 표시 장치(1_2)는 복수의 투과홀(TH1, TH2)들을 포함하는 차광층(BM1, BM2)을 포함함으로써 프라이빗 모드에 따라 측면 시인성이 감소된 영상을 표시할 수 있다.
또한, 복수의 광 제어홀(CH1_2, CH2)들을 포함하는 차광층(BM1, BM2)을 포함함으로써 광 감지부(RA)에 입사하는 광의 영역(LR)을 제한할 수 있고, 노이즈 광(Ls1, Ls2)을 최소화할 수 있다. 따라서, 광 센서(PS)는 높은 해상도를 가지고 지문(F) 패턴을 식별할 수 있다.
이하, 다른 실시예에 따른 표시 장치(1')를 설명한다.
도 17은 다른 실시예에 따른 표시 장치를 보여주는 평면도이다.
도 17을 참조하면, 활성 영역(AAR)은 제1 영역(AA1)과 제2 영역(AA2)을 포함한다. 제1 영역(AA1)은 노멀 화소로 정의된 제2 화소(PX2)와 광 센서(PS)를 포함한다. 제2 영역(AA2)은 프라이빗 화소로 정의된 제1 화소(PX1)를 포함한다. 제1 영역(AA1)은 활성 영역(AAR)의 대부분을 차지할 수 있고, 제2 영역(AA2)은 제1 영역(AA1)에 인접한 활성 영역(AAR)의 외곽에 배치될 수 있으나, 이에 제한되지 않는다. 제1 영역(AA1)과 제2 영역(AA2)은 서로 이격될 수 있으며, 제1 화소(PX1)와 광 센서(PS)는 서로 이격될 수 있다.
도 18은 다른 실시예에 따른 표시 장치의 화소, 광 센서, 및 제2 차광층의 평면 배치도이다.
일 실시예에 따라 제1 영역(AA1)의 제2 발광부(EA2)와 광 감지부(RA)는 제1 방향(X) 및 제2 방향(Y)을 따라 다양하게 배치될 수 있다. 제2 영역(AA2)의 제1 발광부(EA1)는 제1 방향(X) 및 제2 방향(Y)을 따라 다양하게 배치될 수 있다. 제2 발광부(EA2)와 광 감지부(RA) 사이의 최소 거리가 제1 발광부(EA1)와 광 감지부(RA) 사이의 최소 거리보다 짧다는 점에서 이전 실시예와 상이하다.
제2 차광층(BM2)은 제1 발광부(EA1)를 둘러싸고, 광 감지부(RA)의 일부와 중첩한다는 점은 이전 실시예와 동일하다. 제1 발광부(EA1)는 제2 차광층(BM2)의 제2 투과홀(TH2)에 중첩할 수 있다. 광 감지부(RA)는 제2 차광층(BM2)의 제2 광 제어홀(CH2)과 중첩할 수 있다. 광 감지부(RA)의 면적은 제2 광 제어홀(CH2)의 면적보다 크다. 광 감지부(RA)의 일 방향의 폭은 제2 광 제어홀(CH2)의 일 방향의 폭보다 크다.
도 19는 도 18의 III-III' 및 IV-IV'를 절단한 단면도의 일 예이다.
본 실시예에서 제1 차광층(BM1)은 제1 광 제어홀(CH1_3)을 포함한다. 제1 광 제어홀(CH1_3)은 광 감지부(RA), 및 제2 광 제어홀(CH2)과 제3 방향(Z)으로 중첩한다. 제1 광 제어홀(CH1_3)은 제2 광 제어홀(CH2)과 완전히 중첩한다. 제1 광 제어홀(CH1_3)의 일 방향의 폭은 제2 광 제어홀(CH2)의 일 방향의 폭과 동일하다. 제1 차광층(BM1)의 일부 및 제2 차광층(BM2)의 일부는 광 감지부(RA)와 제3 방향(Z)으로 중첩한다.
본 실시예에 따르면, 광 감지부(RA)(또는 광 센서(PS))를 제1 발광부(EA1)(또는 제1 화소(PX))와 이격 배치할 수 있다. 이에 따라, 노멀 모드 또는 프라이빗 모드에 따라 제1 발광부(EA1) 및 제2 발광부(EA2) 모두 광 센서(PS)의 광원으로 기능할 수 있다. 또한, 광 감지부(RA)와 중첩하는 제1 차광층(BM1)에 의해 제2 발광부(EA2)로부터 발광되는 제2 측면광(Ls2)을 차단할 수 있다.
도 20은 도 18의 III-III' 및 IV-IV'를 절단한 단면도의 다른 예이다.
본 실시예에서 제1 차광층(BM1)은 제1 광 제어홀(CH1_4)을 포함한다. 제1 광 제어홀(CH1_4)은 광 감지부(RA), 및 제2 광 제어홀(CH2)과 제3 방향(Z)으로 중첩한다. 제1 광 제어홀(CH1_4)의 일 방향의 폭은 제2 광 제어홀(CH2)의 일 방향의 폭보다 클 수 있다. 제1 차광층(BM1)은 광 감지부(RA)와 제3 방향(Z)으로 비중첩한다.
본 실시예에 따르면, 광 감지부(RA)(또는 광 센서(PS))를 제1 발광부(EA1)(또는 제1 화소(PX))와 이격 배치할 수 있다. 또한, 제1 차광층(BM1)은 제1 광 제어홀(CH1_4)을 포함함으로써 프라이빗 모드에 따라 제1 발광부(EA1)가 광 센서(PS)의 광원으로 기능할 수 있다. 프라이빗 모드에 의하면 제2 발광부(EA2)는 광원으로 기능할 수 없으므로 제1 측면광(Ls1)을 차단할 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.
1: 표시 장치 10: 표시 패널
EA1: 제1 발광부 EA2: 제2 발광부
RA: 광 감지부 BM1: 제1 차광층
BM2: 제2 차광층 TH: 투과홀
CH: 광 제어홀 WDL: 윈도우

Claims (20)

  1. 기판;
    상기 기판 상에 배치되며, 광을 발광하는 제1 발광부 및 제2 발광부;
    상기 기판 상에 배치되며, 입사되는 광을 감지하는 광 감지부;
    상기 제1 발광부, 상기 제2 발광부, 및 상기 광 감지부 상에 배치되며, 제1 투과홀을 갖는 제1 차광층; 및
    상기 제1 차광층 상에 배치되며, 제2 투과홀을 갖는 제2 차광층을 포함하고,
    상기 제1 투과홀, 상기 제2 투과홀, 및 상기 제1 발광부는 상기 기판의 두께 방향으로 중첩하는 표시 장치.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 제2 발광부와 상기 제2 차광층 사이의 최소 거리는 상기 제1 발광부와 상기 제2 차광층 사이의 최소 거리보다 긴 표시 장치.
  3. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 투과홀의 면적은 상기 제2 투과홀의 면적과 동일한 표시 장치.
  4. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 투과홀을 구획하는 상기 제1 차광층 및 상기 제2 투과홀을 구획하는 제2 차광층은 상기 제1 발광부를 둘러싸는 표시 장치.
  5. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 차광층은 상기 광 감지부와 상기 기판의 두께 방향으로 중첩하는 제1 광 제어홀을 포함하고,
    상기 제2 차광층은 상기 광 감지부와 상기 기판의 두께 방향으로 중첩하는 제2 광 제어홀을 포함하는 표시 장치.
  6. 제6 항에 있어서,
    상기 제1 광 제어홀의 일 방향의 폭은 상기 제2 광 제어홀의 상기 일 방향의 폭보다 큰 표시 장치.
  7. 제6 항에 있어서,
    상기 제2 차광층의 일부는 상기 광 감지부와 상기 기판의 두께 방향으로 중첩하는 표시 장치.
  8. 제6 항에 있어서,
    상기 제1 차광층은 상기 광 감지부와 상기 기판의 두께 방향으로 비중첩하는 표시 장치.
  9. 제6 항에 있어서,
    상기 제1 광 제어홀의 면적은 상기 광 감지부의 면적보다 큰 표시 장치.
  10. 제6 항에 있어서,
    상기 기판 상에 배치되며, 상기 광 감지부를 구획하는 화소 정의막을 더 포함하고,
    상기 제1 차광층의 일부는 상기 화소 정의막과 상기 기판의 두께 방향으로 중첩하는 표시 장치.
  11. 제6 항에 있어서,
    상기 제1 광 제어홀의 면적은 상기 광 감지부의 면적과 동일한 표시 장치.
  12. 제6 항에 있어서,
    상기 제1 광 제어홀, 상기 제2 광 제어홀, 및 상기 광 감지부는 상기 기판의 두께 방향으로 중첩하는 표시 장치.
  13. 제6 항에 있어서,
    상기 제1 광 제어홀의 일 방향의 폭은 상기 제2 광 제어홀의 상기 일 방향의 폭과 동일한 표시 장치.
  14. 제6 항에 있어서,
    상기 제1 차광층의 일부 및 상기 제2 차광층의 일부는 상기 광 감지부와 상기 기판의 두께 방향으로 중첩하는 표시 장치.
  15. 제1 항에 있어서,
    상기 기판은 상기 제2 발광부 및 상기 광 감지부가 배치되는 제1 영역, 및 상기 제1 발광부가 배치되는 제2 영역을 포함하고,
    상기 제1 영역과 상기 제2 영역은 서로 이격된 표시 장치.
  16. 기판;
    상기 기판 상에 배치되며, 광을 발광하는 제1 발광부;
    상기 기판 상에 배치되며, 입사되는 광을 감지하는 광 감지부;
    상기 제1 발광부, 및 상기 광 감지부를 구획하는 화소 정의막;
    상기 제1 발광부, 상기 광 감지부, 및 상기 화소 정의막 상에 배치되는 제1 차광층; 및
    상기 제1 차광층 상에 배치되는 제2 차광층을 포함하고,
    상기 제2 차광층의 일부는 상기 광 감지부들과 상기 기판의 두께 방향으로 중첩하는 표시 장치.
  17. 제16 항에 있어서,
    상기 제1 차광층과 상기 제2 차광층 사이에 배치되는 투명 유기막; 및
    상기 제2 차광층 상에 배치되는 컬러 필터를 더 포함하는 표시 장치.
  18. 제16 항에 있어서,
    상기 제1 발광부를 구획하는 상기 화소 정의막의 단부는 상기 제1 차광층의 단부, 및 상기 제2 차광층의 단부와 상기 기판의 두께 방향으로 중첩하는 표시 장치.
  19. 제16 항에 있어서,
    상기 제2 차광층은 상기 제1 발광부와 상기 기판의 두께 방향으로 중첩하는 투과홀을 포함하고, 상기 제2 차광층은 상기 제1 발광부와 상기 기판의 두께 방향으로 비중첩하는 표시 장치.
  20. 제16 항에 있어서,
    상기 제1 차광층은 제1 광 제어홀을 포함하고, 상기 제2 차광층은 제2 광 제어홀을 포함하며, 상기 제1 광 제어홀의 일 방향의 폭은 상기 제2 광 제어홀의 상기 일 방향의 폭과 상이한 표시 장치.
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