KR20240018230A - 광 센서, 센서 내장형 표시 패널 및 전자 장치 - Google Patents

광 센서, 센서 내장형 표시 패널 및 전자 장치 Download PDF

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KR20240018230A
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김형주
허철준
박경배
방비비
서휘정
히로마사 시부야
윤성영
최태진
홍혜림
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Abstract

기판 위에 위치하고 발광층을 포함하는 발광 소자, 그리고 상기 기판 위에 위치하고 상기 기판의 면방향을 따라 상기 발광층과 나란히 배치된 감광층을 포함하는 광 센서를 포함하고, 상기 발광 소자와 상기 광 센서는 상기 발광층과 상기 감광층의 각 하부에 위치하고 서로 연결되어 연속적으로 형성되어 있는 제1 공통 보조층, 그리고 상기 발광층과 상기 감광층의 각 상부에 위치하고 서로 연결되어 연속적으로 형성되어 있는 제2 공통 보조층을 포함하며, 상기 감광층은 상기 제1 공통 보조층의 HOMO 에너지 준위와의 차이가 1.0eV 미만인 HOMO 에너지 준위와 상기 제2 공통 보조층의 LUMO 에너지 준위와의 차이가 1.0eV 미만인 LUMO 에너지 준위를 가진 흡광 반도체로 이루어진 센서 내장형 표시 패널 및 이를 포함하는 전자 장치에 관한 것이다.

Description

광 센서, 센서 내장형 표시 패널 및 전자 장치{PHOTOSENSOR AND SENSOR EMBEDDED DISPLAY PANEL AND ELECTRONIC DEVICE}
광 센서, 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 장치는 생체 인식을 위한 센서를 구비할 수 있다.
한편, 이러한 생체 인식을 위한 센서는 정전식, 초음파식 또는 광학식으로 나눌 수 있다. 그 중 광학식 센서는 빛을 흡수하여 전기적 신호로 변환하는 센서이며, 유기 물질은 흡광 계수가 클 뿐만 아니라 분자 구조에 따라 특정 파장 영역의 빛을 선택적으로 흡수할 수 있어서 광학식 센서에 유용하게 적용될 수 있다.
표시 장치에 구비된 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. 이에 따라 센서가 표시 패널에 내장된 형태의 내장형 센서가 제안될 수 있으나, 표시 패널과 센서는 각각에서 요구되는 성능 및 물성이 상이하므로 일체화된 형태로 구현하는데 어려움이 있다.
일 구현예는 양호한 광학적 전기적 성능을 가지는 광 센서를 제공한다.
일 구현예는 상기 광 센서를 포함하고 표시 패널과 일체화되어 성능을 개선할 수 있는 센서 내장형 표시 패널을 제공한다.
다른 구현예는 상기 광 센서 또는 상기 센서 내장형 표시 패널을 포함한 전자 장치를 제공한다.
일 구현예에 따르면, 기판 위에 위치하고 발광층을 포함하는 발광 소자, 그리고 상기 기판 위에 위치하고 상기 기판의 면방향을 따라 상기 발광층과 나란히 배치된 감광층을 포함하는 광 센서를 포함하고, 상기 발광 소자와 상기 광 센서는 상기 발광층과 상기 감광층의 각 하부에 위치하고 서로 연결되어 연속적으로 형성되어 있는 제1 공통 보조층, 그리고 상기 발광층과 상기 감광층의 각 상부에 위치하고 서로 연결되어 연속적으로 형성되어 있는 제2 공통 보조층을 포함하며, 상기 감광층은 상기 제1 공통 보조층의 HOMO 에너지 준위와의 차이가 1.0eV 미만인 HOMO 에너지 준위와 상기 제2 공통 보조층의 LUMO 에너지 준위와의 차이가 1.0eV 미만인 LUMO 에너지 준위를 가진 흡광 반도체로 이루어진 센서 내장형 표시 패널을 제공한다.
상기 감광층은 상기 흡광 반도체의 단일 연속상으로 이루어진 단일 층일 수 있다.
상기 감광층은 상기 흡광 반도체와의 pn 접합을 위한 카운터파트 반도체를 포함하지 않을 수 있다.
상기 감광층의 에너지 밴드갭은 상기 제1 공통 보조층 및 상기 제2 공통 보조층의 에너지 밴드갭보다 각각 좁을 수 있다.
상기 흡광 반도체는 적색 파장 스펙트럼, 녹색 파장 스펙트럼, 청색 파장 스펙트럼, 적외선 파장 스펙트럼 또는 이들의 조합의 광을 선택적으로 흡수할 수 있다.
상기 감광층과 상기 제2 공통 보조층은 서로 맞닿아 있을 수 있다.
상기 감광층과 상기 제1 공통 보조층은 서로 맞닿아 있을 수 있다.
상기 흡광 반도체는 전자 공여 모이어티와 전자 수용 모이어티를 포함하는 유기 흡광 물질일 수 있다.
상기 발광층은 유기 발광 물질을 포함할 수 있고, 상기 유기 흡광 물질과 상기 유기 발광 물질의 승화 온도의 차이는 0 이상 약 100℃ 미만일 수 있다.
상기 센서 내장형 표시 패널은 상기 발광 소자에 포함되고 상기 제1 공통 보조층의 하부에 위치하는 제1 화소 전극, 상기 광 센서에 포함되고 상기 제1 공통 보조층의 하부에 위치하는 제2 화소 전극, 그리고 상기 제1 화소 전극 및 상기 제2 화소 전극에 각각 마주하고 있으며 상기 발광 소자와 상기 광 센서에 공통 전압을 인가하는 공통 전극을 더 포함할 수 있고, 상기 공통 전극은 상기 제1 및 제2 화소 전극과 각각 미세 공진을 형성하는 반투과층을 포함할 수 있다.
상기 센서 내장형 표시 패널은 상기 감광층과 상기 제1 공통 보조층 사이에 위치하는 광학 보조층을 더 포함할 수 있다.
상기 광학 보조층은 상기 감광층보다 두꺼울 수 있다.
상기 감광층은 적색 파장 스펙트럼, 녹색 파장 스펙트럼, 청색 파장 스펙트럼, 적외선 파장 스펙트럼 또는 이들의 조합 중 하나인 제1 파장 스펙트럼의 광을 선택적으로 흡수할 수 있고, 상기 광학 보조층은 상기 광 센서가 상기 제1 파장 스펙트럼에 속한 공명 파장을 나타내는 두께를 가질 수 있다.
상기 발광 소자는 서로 다른 파장 스펙트럼의 광을 방출하는 제1, 제2 및 제3 발광 소자를 포함할 수 있고, 상기 광 센서는 상기 제1, 제2 및 제3 발광 소자 중 적어도 하나로부터 방출된 광이 인식 타겟에 의해 반사된 광을 흡수하여 전기적 신호로 변환할 수 있다.
상기 센서 내장형 표시 패널은 색을 표시하는 표시 영역, 그리고 상기 표시 영역을 제외한 비표시 영역을 포함할 수 있고, 상기 발광 소자는 상기 표시 영역에 위치하고 상기 광 센서는 상기 비표시 영역에 위치할 수 있다.
상기 발광 소자는 적색 파장 스펙트럼의 광을 방출하는 제1 발광 소자, 녹색 파장 스펙트럼의 광을 방출하는 제2 발광 소자 및 청색 발광 스펙트럼의 광을 방출하는 제3 발광 소자를 포함할 수 있고, 상기 표시 영역은 적색을 표시하고 상기 제1 발광 소자를 포함하는 복수의 제1 서브화소, 녹색을 표시하고 상기 제2 발광 소자를 포함하는 복수의 제2 서브화소, 그리고 청색을 표시하고 상기 제3 발광 소자를 포함하는 복수의 제3 서브화소를 포함할 수 있으며, 상기 광 센서는 상기 제1 서브화소, 상기 제2 서브화소 및 상기 제3 서브화소에서 선택된 적어도 둘 사이에 위치할 수 있다.
다른 구현예에 따르면, 애노드, 상기 애노드 위에 위치하는 정공 보조층, 상기 정공 보조층 위에 위치하는 단일 감광층, 상기 단일 감광층 위에서 상기 단일 감광층과 맞닿아 있는 전자 보조층, 그리고 상기 전자 보조층 위에 위치하는 캐소드를 포함하고, 상기 단일 감광층은 상기 정공 보조층의 HOMO 에너지 준위와의 차이가 약 1.0eV 미만인 HOMO 에너지 준위와 상기 전자 보조층의 LUMO 에너지 준위와의 차이가 약 1.0eV 미만인 LUMO 에너지 준위를 가진 단일 흡광 반도체로 이루어진 광 센서를 제공한다.
상기 감광층은 상기 흡광 반도체와의 pn 접합을 위한 카운터파트 반도체를 포함하지 않을 수 있고, 상기 감광층과 상기 제2 공통 보조층은 서로 맞닿아 있을 수 있다.
또 다른 구현예에 따르면, 상기 센서 내장형 표시 패널 또는 상기 광 센서를 포함하는 전자 장치를 제공한다.
광학적 전기적 성능 및 공정 안정성이 개선된 센서가 표시 패널에 일체화될 수 있어 디자인 및 사용성을 개선하면서도 고성능 센서를 구현할 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 단면도이고,
도 3은 일 구현예에 따른 센서 내장형 표시 패널의 다른 예를 보여주는 단면도이고,
도 4는 일 구현예에 따른 센서 내장형 표시 패널의 또 다른 예를 보여주는 단면도이고,
도 5는 일 예에 따른 전자 장치로서 스마트 폰의 일 예를 도시한 개략도이고,
도 6은 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.
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 인식 기능(예컨대 생체 인식 기능)을 수행할 수 있는 표시 패널일 수 있으며 표시 패널 내에 인식 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 2를 참고하면, 일 구현예에 따른 센서 내장형 표시 패널(1000)은 서로 다른 색을 표시하는 복수의 서브화소(PX)를 포함한다. 복수의 서브화소(PX)는 적어도 삼원색(primary color)을 표시할 수 있으며, 예컨대 적색, 녹색 및 청색 중에서 선택된 서로 다른 제1 색, 제2 색 및 제3 색을 표시하는 제1 서브화소(PX1), 제2 서브화소(PX2) 및 제3 서브화소(PX3)를 포함한다. 예컨대 제1 색, 제2 색 및 제3 색은 각각 적색, 녹색 및 청색일 수 있고, 제1 서브화소(PX1)는 적색을 표시하는 적색 서브화소일 수 있고 제2 서브화소(PX2)는 녹색을 표시하는 녹색 서브화소일 수 있고 제3 서브화소(PX3)는 청색을 표시하는 청색 서브화소일 수 있다. 그러나 이에 한정되지 않고 백색 서브화소와 같은 보조 서브화소(도시하지 않음)를 더 포함할 수 있다.
제1 서브화소(PX1), 제2 서브화소(PX2) 및 제3 서브화소(PX3)를 포함한 복수의 서브화소(PX)는 하나의 단위 화소(UP)를 구성하여 행 및/또는 열을 따라 반복적으로 배열될 수 있다. 도 1에서는 단위 화소(UP)에 하나의 제1 서브화소(PX1), 둘의 제2 서브화소(PX2) 및 하나의 제3 서브화소(PX3)로 이루어진 구조를 예시적으로 도시하였으나, 이에 한정되지 않고 적어도 하나의 제1 서브화소(PX1), 적어도 하나의 제2 서브화소(PX2) 및 적어도 하나의 제3 서브화소(PX3)를 포함할 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)(DA)일 수 있다.
제1 서브화소(PX1), 제2 서브화소(PX2) 및 제3 서브화소(PX3)는 각각 발광 소자(light emitting element)를 포함할 수 있다. 일 예로, 제1 서브화소(PX1)는 제1 색의 파장 스펙트럼의 광을 방출할 수 있는 제1 발광 소자(210)를 포함할 수 있고 제2 서브화소(PX2)는 제2 색의 파장 스펙트럼의 광을 방출할 수 있는 제2 발광 소자(220)를 포함할 수 있고 제3 서브화소(PX3)는 제3 색의 파장 스펙트럼의 광을 방출할 수 있는 제3 발광 소자(230)를 포함할 수 있다. 그러나 이에 한정되지 않고 제1 서브화소(PX1), 제2 서브화소(PX2) 및 제3 서브화소(PX3) 중 적어도 하나 또는 제1 서브화소(PX1), 제2 서브화소(PX2) 및 제3 서브화소(PX3) 이외의 보조 서브화소(도시하지 않음)는 제1 색, 제2 색 및 제3 색의 조합, 즉 백색 파장 스펙트럼의 광을 방출하는 발광 소자를 포함할 수 있고 색 필터(color filter)(도시하지 않음)를 통하여 제1 색, 제2 색 또는 제3 색을 표시하거나 색을 표시하지 않을 수도 있다.
일 구현예에 따른 센서 내장형 표시 패널(1000)은 광 센서(300)를 포함한다. 광 센서(300)는 비표시 영역(non-display area)(NDA)에 배치되어 있을 수 있다. 비표시 영역(NDA)은 표시 영역(DA) 이외의 영역으로, 제1 서브화소(PX1), 제2 서브화소(PX2), 제3 서브화소(PX3) 및 보조 서브화소가 배치되지 않은 영역일 수 있다. 광 센서(300)는 제1 서브화소(PX1), 제2 서브화소(PX2) 및 제3 서브화소(PX3)에서 선택된 적어도 둘 사이에 배치될 수 있으며, 표시 영역(DA)에 배치된 제1, 제2 및 제3 발광 소자(210, 220, 230)와 나란하게 배치되어 있을 수 있다.
광 센서(300)는 광학 타입의 인식 센서(예컨대 생체 인식 센서)일 수 있으며, 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. 광 센서(300)는 예컨대 지문 센서, 조도 센서, 홍채 센서, 거리 센서, 혈관 분포 센서 및/또는 심박 센서일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
광 센서(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.
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 정의 층(150); 화소 정의 층(150)에 의해 구획된 공간에 위치하는 제1, 제2 또는 제3 발광 소자(210, 220, 230)와 광 센서(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 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.
절연층(140)은 기판(110)과 박막 트랜지스터(120)를 덮고 있을 수 있으며 기판(110)의 전면에 형성되어 있을 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 광 센서(300)와 박막 트랜지스터(120)를 전기적으로 연결하기 위한 복수의 접촉 구멍(142)을 가질 수 있다.
화소 정의 층(pixel definition layer)(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, 각 개구부(151)에는 제1, 제2 및 제3 발광 소자(210, 220, 230)와 광 센서(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 서브화소(PX1), 제2 서브화소(PX2) 및 제3 서브화소(PX3)에 포함되거나 제1 서브화소(PX1), 제2 서브화소(PX2) 및 제3 서브화소(PX3)를 정의할 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. 일 예로, 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 초과 750nm 미만, 약 500nm 내지 600nm 및 약 400nm 이상 500nm 미만의 파장 영역에 피크 발광 파장(λpeak,L)을 가질 수 있다.
제1, 제2 및 제3 발광 소자(210, 220, 230)는 예컨대 발광 다이오드(light emitting diode)일 수 있으며, 예컨대 유기 발광 물질을 포함하는 유기 발광 다이오드일 수 있다.
광 센서(300)는 기판(110)(또는 박막 트랜지스터 기판) 위에 형성되어 있으며, 기판(110)의 면 방향(예컨대 xy방향)을 따라 랜덤하게 또는 규칙적으로 배열될 수 있다. 전술한 바와 같이 광 센서(300)는 비표시 영역(NDA)에 위치될 수 있으며, 별개의 박막 트랜지스터(120)에 접속되어 독립적으로 구동될 수 있다. 광 센서(300)는 제1, 제2 및 제3 발광 소자(210, 220, 230) 중 적어도 하나에서 방출된 광의 파장 스펙트럼에 속한 광을 흡수하여 전기적 신호로 변환할 수 있으며, 예컨대 적색 파장 스펙트럼, 녹색 파장 스펙트럼, 청색 파장 스펙트럼 또는 이들의 조합의 광을 흡수하여 전기적 신호로 변환할 수 있으며, 예컨대 녹색 파장 스펙트럼의 광을 흡수하여 전기적 신호로 변환할 수 있다. 광 센서(300)는 예컨대 광전변환 다이오드(photoelectric conversion diode)일 수 있으며, 예컨대 유기 흡광 물질을 포함하는 유기 광전변환 다이오드(organic photoelectric conversion diode)일 수 있다.
각 제1, 제2 및 제3 발광 소자(210, 220, 230)와 광 센서(300)는 제1 화소 전극(211, 221, 231) 또는 제2 화소 전극(310); 제1 및 제2 화소 전극(211, 221, 231, 310)과 각각 마주하고 있으며 공통 전압이 인가되는 공통 전극(320); 제1 및 제2 화소 전극(211, 221, 231, 310)과 공통 전극(320) 사이에 위치하는 발광층(212, 222, 232) 또는 감광층(330); 제1 공통 보조층(350); 및 제2 공통 보조층(340)을 포함한다.
제1, 제2 및 제3 발광 소자(210, 220, 230)와 광 센서(300)는 기판(110)의 면방향(예컨대 xy방향)을 따라 나란히 배치되어 있으며, 기판(110)의 전면(whole surface)에 형성된 공통 전극(320), 제1 공통 보조층(350) 및 제2 공통 보조층(340)을 공유할 수 있다.
공통 전극(320)은 발광층(212, 222, 232)과 감광층(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 광 센서(300)에 공통 전압(common voltage)을 인가할 수 있다.
공통 전극(320)은 빛을 투과시킬 수 있는 투광 전극일 수 있다. 투광 전극은 투명 전극 또는 반투과 전극일 수 있으며, 투명 전극은 약 85% 내지 100%, 약 90% 내지 100% 또는 약 95% 내지 100%의 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.
제1 공통 보조층(350)은 기판(110) 위에서 발광층(212, 222, 232) 및 감광층(330)의 하부에 위치하고 그 중에서도 발광층(212, 222, 232) 및 감광층(330)과 제1 및 제2 화소 전극(211, 221, 231, 310) 사이에 위치할 수 있다. 제1 공통 보조층(350)은 발광층(212, 222, 232)과 감광층(330)의 하부 및 제1 및 제2 화소 전극(211, 221, 231, 310)의 상부에서 연속적으로 형성되어 있을 수 있다.
제1 공통 보조층(350)은 제1 및 제2 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 제1 공통 보조층(350)의 HOMO 에너지 준위는 발광층(212, 222, 232)의 HOMO 에너지 준위와 제1 화소 전극(211, 221, 231)의 일 함수 사이에 위치할 수 있으며, 제1 화소 전극(211, 221, 231)의 일 함수, 제1 공통 보조층(350)의 HOMO 에너지 준위 및 발광층(212, 222, 232)의 HOMO 에너지 준위는 차례로 깊어질 수 있다. 예컨대 제1 공통 보조층(350)의 HOMO 에너지 준위는 약 5.0 내지 6.3eV일 수 있고 제1 공통 보조층(350)의 에너지 밴드갭은 약 2.8eV 내지 6.0eV일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
제1 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. 제1 공통 보조층(350)은 1층 또는 2층 이상일 수 있다.
제2 공통 보조층(340)은 기판(110) 위에서 발광층(212, 222, 232) 및 감광층(330)의 상부에 위치하며, 그 중에서도 발광층(212, 222, 232)과 감광층(330)의 상부 및 공통 전극(320)의 하부에서 연속적으로 형성되어 있을 수 있다.
제2 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 제2 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, 제2 공통 보조층(340)의 LUMO 에너지 준위 및 발광층(212, 222, 232)의 LUMO 에너지 준위는 차례로 얕아질 수 있다. 예컨대 제2 공통 보조층(340)의 LUMO 에너지 준위는 약 2.5 내지 4.3eV 일 수 있고 제2 공통 보조층(340)의 에너지 밴드갭은 약 2.8eV 내지 6.0eV일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
제2 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. 제2 공통 보조층(340)은 1층 또는 2층 이상일 수 있다.
제1, 제2 및 제3 발광 소자(210, 220, 230)와 광 센서(300)는 공통 전극(320)과 마주하는 제1 또는 제2 화소 전극(211, 221, 231, 310)을 포함한다. 제1 및 제2 화소 전극(211, 221, 231, 310)과 공통 전극(320) 중 어느 하나는 애노드(anode)이고 다른 하나는 캐소드(cathode)이다. 예컨대 제1 및 제2 화소 전극(211, 221, 231, 310)은 애노드일 수 있고 공통 전극(320)은 캐소드일 수 있다. 제1 및 제2 화소 전극(211, 221, 231, 310)은 각 서브화소(PX)마다 각각 분리되어 있으며 각각 별개의 박막 트랜지스터(120)에 전기적으로 접속되어 독립적으로 구동될 수 있다.
제1 및 제2 화소 전극(211, 221, 231, 310)은 투광 전극(투명 전극 또는 반투과 전극) 또는 반사 전극일 수 있다. 투광 전극은 전술한 바와 같다. 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 제1 및 제2 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.
일 예로, 제1 및 제2 화소 전극(211, 221, 231, 310)은 반사 전극일 수 있고 공통 전극(320)은 반투과 전극일 수 있고, 이 경우 발광 소자(210, 220, 230)와 광 센서(300)는 각각 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.
일 예로, 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.
일 예로, 광 센서(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 광 센서(300)는 좁은 파장 영역에서 높은 광전변환 특성을 나타낼 수 있다.
각 제1, 제2 및 제3 발광 소자(210, 220, 230)는 제1 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 초과 750nm 미만, 약 500nm 내지 600nm 및 약 380nm 이상 500nm 미만에 피크발광파장을 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 발광 물질일 수 있다. 유기 발광 물질은 예컨대 저분자 유기 발광 물질을 포함할 수 있으며, 예컨대 증착성 유기 발광 물질을 포함할 수 있다.
발광층(212, 222, 232)에 포함된 유기 발광 물질은 소정 파장 스펙트럼의 광을 방출할 수 있는 전계 발광 물질이면 특별히 한정되지 않으며, 예컨대 퍼릴렌; 루브렌; 4-(dicyanomethylene)-2-methyl-6-[p-(dimethylamino)styryl]-4H-pyran; 쿠마린 또는 그 유도체; 카바졸 또는 그 유도체; TPBi(2,2',2"-(1,3,5-benzinetriyl)-tris(1-phenyl-1-H-benzimidazole); TBADN(2-t-butyl-9,10-di(naphth-2-yl)anthracene); AND(9,10-di(naphthalene-2-yl)anthracene); CBP(4,4'-bis(N-carbazolyl)-1,1'-biphenyl); TCTA(4,4',4"-tris(carbazol-9-yl)-triphenylamine); TPBi(1,3,5-tris(N-phenylbenzimidazole-2-yl)benzene); TBADN(3-tert-butyl-9,10-di(naphth-2-yl)anthracene); DSA(distyrylarylene); CDBP(4,4'-bis(9-carbazolyl)-2,2'-dimethyl-biphenyl); MADN(2-Methyl-9,10-bis(naphthalen-2-yl)anthracene); TCP(1,3,5-Tris(carbazol-9-yl)benzene); Alq3(tris(8-hydroxyquinolino)lithium); Pt, Os, Ti, Zr, Hf, Eu, Tb, Tm, Rh, Ru, Re, Be, Mg, Al, Ca, Mn, Co, Cu, Zn, Ga, Ge, Pd, Ag 및/또는 Au 를 포함하는 유기금속 화합물, 이들의 유도체 또는 이들의 조합일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
이러한 발광층(212, 222, 232)에 포함될 수 있는 유기 발광 물질은 소정 온도에서 기화(승화)되어 증착될 수 있는 증착성 유기 발광 물질일 수 있으며, 소정의 승화 온도(Ts)를 가질 수 있다. 여기서 승화 온도는 약 10Pa 이하의 낮은 압력에서 열중량분석(thermogravimetric analysis, TGA)시 초기 중량 대비 10%의 중량 감소가 일어나는 온도일 수 있으며, 공정시 증착 온도 또는 공정에서 사용하는 증착 챔버(deposition chamber)의 설정 온도일 수 있다.
발광층(212, 222, 232)에 포함될 수 있는 유기 발광 물질의 승화 온도(Ts)는 약 350℃ 이하일 수 있으며, 상기 범위 내에서 약 340℃ 이하, 약 330℃ 이하, 약 320℃ 이하, 약 310℃ 이하, 약 300℃ 이하, 약 290℃ 이하, 약 280℃ 이하, 약 270℃ 이하 또는 약 250℃ 이하일 수 있고, 약 100℃ 내지 350℃, 약 100℃ 내지 340℃, 약 100℃ 내지 330℃, 약 100℃ 내지 320℃, 약 100℃ 내지 310℃, 약 100℃ 내지 300℃, 약 100℃ 내지 290℃, 약 100℃ 내지 280℃, 약 100℃ 내지 270℃, 약 100℃ 내지 260℃, 약 100℃ 내지 250℃, 약 150℃ 내지 350℃, 약 150℃ 내지 340℃, 약 150℃ 내지 330℃, 약 150℃ 내지 320℃, 약 150℃ 내지 310℃, 약 150℃ 내지 300℃, 약 150℃ 내지 290℃, 약 150℃ 내지 280℃, 약 150℃ 내지 270℃, 약 150℃ 내지 260℃ 또는 약 150℃ 내지 250℃일 수 있다. 유기 발광 물질이 상기 범위의 승화 온도를 가짐으로써 유기 발광 물질의 실질적인 분해 및/또는 열화 없이 효과적으로 증착될 수 있다.
광 센서(300)는 제2 화소 전극(310)과 공통 전극(320) 사이에 위치하는 감광층(330)을 포함한다. 감광층(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, 감광층(330)과 발광층(212, 222, 232)은 동일 평면에 위치될 수 있다.
감광층(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. 감광층(330)은 예컨대 적색 파장 스펙트럼, 녹색 파장 스펙트럼, 청색 파장 스펙트럼 또는 이들의 조합의 광을 흡수할 수 있다.
일 예로, 감광층(330)은 약 500nm 내지 600nm 파장 영역에 피크흡수파장(λpeak,A)을 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. 감광층(130)의 피크흡수파장(λpeak,A)은 상기 범위 내에서 약 510nm 내지 580nm, 약 520nm 내지 570nm, 약 520nm 내지 560nm 또는 약 520nm 내지 550nm에 속할 수 있다.
감광층(330)은 상기 파장 스펙트럼의 광을 흡수하고 흡수된 광을 광전변환할 수 있는 흡광 반도체로 이루어진 단일 층일 수 있으며, 흡광 반도체의 단일 연속상으로 이루어질 수 있다. 이에 따라 감광층(330)의 일면은 제1 공통 보조층(350)과 맞닿아 있을 수 있고 감광층(330)의 다른 일면은 제2 공통 보조층(340)과 맞닿아 있을 수 있다. 흡광 반도체는 감광층(330)에 단독으로 포함되어 단독으로 전술한 광전 변환 특성을 나타낼 수 있다.
감광층(330)은 1종의 흡광 반도체로 이루어진 단일 층이므로, 일반적으로 pn 접합을 형성하기 위하여 요구되는 카운터파트 반도체(counterpart semiconductor)를 포함하지 않는다. 즉 예컨대 흡광 반도체가 p형 반도체일 때, 감광층(330)은 흡광 반도체와 pn 접합을 형성하기 위한 별도의 n형 반도체를 포함하지 않으며, 예컨대 흡광 반도체가 n형 반도체일 때, 감광층(330)은 흡광 반도체와 pn 접합을 형성하기 위한 별도의 p형 반도체를 포함하지 않는다.
따라서 p형 반도체와 n형 반도체를 함께 포함하는 일반적인 광전변환층과 달리, 흡광 반도체는 빛을 흡수하여 생성된 정공과 전자를 단독으로 제2 화소 전극(310)과 공통 전극(320)까지 각각 안정적으로 전달할 수 있는 전기적 특성이 요구될 수 있으며, 이에 따라 인접하게 위치하는 제1 공통 보조층(350) 및 제2 공통 보조층(340)과 각각 효과적으로 전기적 매칭이 이루어져야 한다.
일 예로, 제2 화소 전극(310)이 애노드이고 공통 전극(320)이 캐소드일 때, 흡광 반도체는 제1 공통 보조층(350)의 HOMO 에너지 준위와 효과적인 전기적 매칭을 이루는 HOMO 에너지 준위를 가지는 동시에 제2 공통 보조층(340)의 LUMO 에너지 준위와 효과적인 전기적 매칭을 이루는 LUMO 에너지 준위를 가질 수 있다.
예컨대, 흡광 반도체의 HOMO 에너지 준위와 제1 공통 보조층(350)(제1 공통 보조층을 이루는 물질)의 HOMO 에너지 준위의 차이는 약 1.0eV 미만일 수 있고 흡광 반도체의 LUMO 에너지 준위와 제2 공통 보조층(340)(제2 공통 보조층을 이루는 물질)의 LUMO 에너지 준위의 차이는 약 1.0eV 미만일 수 있다.
예컨대, 흡광 반도체의 HOMO 에너지 준위와 제1 공통 보조층(350)의 HOMO 에너지 준위의 차이는 0 내지 약 0.8eV일 수 있고 흡광 반도체의 LUMO 에너지 준위와 제2 공통 보조층(340)의 LUMO 에너지 준위의 차이는 0 내지 약 0.8eV일 수 있다.
예컨대, 흡광 반도체의 HOMO 에너지 준위와 제1 공통 보조층(350)의 HOMO 에너지 준위의 차이는 0 내지 약 0.6eV일 수 있고 흡광 반도체의 LUMO 에너지 준위와 제2 공통 보조층(340)의 LUMO 에너지 준위의 차이는 0 내지 약 0.6eV일 수 있다.
예컨대, 흡광 반도체의 HOMO 에너지 준위와 제1 공통 보조층(350)의 HOMO 에너지 준위의 차이는 0 내지 약 0.5eV일 수 있고 흡광 반도체의 LUMO 에너지 준위와 제2 공통 보조층(340)의 LUMO 에너지 준위의 차이는 0 내지 약 0.5eV일 수 있다.
예컨대 흡광 반도체의 HOMO 에너지 준위와 LUMO 에너지 준위는 전술한 범위를 만족하면서 제1 공통 보조층(350)과 제2 공통 보조층(340)의 각 에너지 밴드갭보다 좁을 수 있다. 예컨대 흡광 반도체의 에너지 밴드갭은 약 3.0eV 미만일 수 있고, 상기 범위 내에서 약 1.0eV 내지 2.8eV 또는 약 1.2eV 내지 2.7eV일 수 있다.
한편, 흡광 반도체는 전술한 바와 같이 단독으로 효과적인 광전변환 특성을 나타내면서도 소정 온도에서 기화(승화)되어 증착될 수 있는 증착성 유기 흡광 물질일 수 있다.
유기 흡광 물질은 소정의 승화 온도(Ts)를 가질 수 있으며, 유기 흡광 물질의 승화 온도(Ts)는 약 300℃ 이하일 수 있으며, 상기 범위 내에서 약 290℃ 이하, 약 280℃ 이하, 약 270℃ 이하, 약 260℃ 이하 또는 약 250℃ 이하일 수 있고, 약 100℃ 내지 300℃, 약 100℃ 내지 290℃, 약 100℃ 내지 280℃, 약 100℃ 내지 270℃, 약 100℃ 내지 260℃, 약 100℃ 내지 250℃, 약 150℃ 내지 300℃, 약 150℃ 내지 290℃, 약 150℃ 내지 280℃, 약 150℃ 내지 270℃, 약 150℃ 내지 260℃, 약 150℃ 내지 250℃, 약 200℃ 내지 300℃, 약 200℃ 내지 290℃, 약 200℃ 내지 280℃, 약 200℃ 내지 270℃, 약 200℃ 내지 260℃, 약 200℃ 내지 250℃일 수 있다.
유기 흡광 물질은 상기와 같이 소정의 승화 온도(Ts)를 가짐으로써 전술한 발광층(212, 222, 232)의 유기 발광 물질과 동일 챔버에서 진공 증착될 수 있다. 예컨대, 발광층(212, 222, 232)의 유기 발광 물질과 감광층(330)의 유기 흡광 물질의 승화 온도의 차이는 약 150℃ 미만일 수 있고, 상기 범위 내에서 예컨대 약 140℃ 이하, 약 130℃ 이하, 약 120℃ 이하, 약 110℃ 이하, 약 100℃ 이하, 약 90℃ 이하, 약 80℃ 이하, 약 70℃ 이하, 약 60℃ 이하, 약 50℃ 이하, 약 40℃ 이하, 약 30℃ 이하, 약 20℃ 이하, 약 15℃ 이하 또는 약 10℃ 이하일 수 있으며, 상기 범위 내에서 0℃ 이상 약 150℃ 미만, 0℃ 내지 약 140℃, 0℃ 내지 약 130℃, 0℃ 내지 약 120℃, 0℃ 내지 약 110℃, 0℃ 내지 약 100℃, 0℃ 내지 약 90℃, 0℃ 내지 약 80℃, 0℃ 내지 약 70℃, 0℃ 내지 약 60℃, 0℃ 내지 약 50℃, 0℃ 내지 약 40℃, 0℃ 내지 약 30℃, 0℃ 내지 약 20℃, 0℃ 내지 약 15℃, 0℃ 내지 약 10℃, 약 2℃ 이상 약 150℃ 미만, 약 2℃ 내지 약 140℃, 약 2℃ 내지 약 130℃, 약 2℃ 내지 약 120℃, 약 2℃ 내지 약 110℃, 약 2℃ 내지 약 100℃, 약 2℃ 내지 약 90℃, 약 2℃ 내지 약 80℃, 2℃ 내지 약 70℃, 약 2℃ 내지 약 60℃, 약 2℃ 내지 약 50℃, 약 2℃ 내지 약 40℃, 약 2℃ 내지 약 30℃, 약 2℃ 내지 약 20℃, 약 2℃ 내지 약 15℃ 또는 약 2℃ 내지 10℃일 수 있다.
유기 흡광 물질은 전술한 광전변환 특성 및 열 특성을 가지면서도 비교적 높은 온도에서 비교적 높은 증착 속도로 안정적으로 증착될 수 있는 공정 안정성을 가질 수 있고, 추가적으로 센서 내장형 표시 패널(1000)의 장시간의 고온 후속 공정에서도 분해 및/또는 열화되지 않는 높은 내열성을 가질 수 있다. 예컨대 증착 반도체는 약 320℃ 이상의 비교적 높은 공정 온도(증착 온도)에서 약 2Å/s 이상의 비교적 높은 증착 속도로 안정적으로 증착될 수 있으며, 예컨대 약 320 내지 380℃의 공정 온도(증착 온도)에서 약 2 내지 7Å/s의 증착 속도로 안정적으로 증착될 수 있다.
이와 같이 감광층(330)은 전술한 광전변환 특성 및 열 특성을 동시에 만족하는 흡광 반도체(유기 흡광 물질)를 단독으로 포함함으로써 p형 반도체와 n형 반도체를 함께 포함하는 일반적인 광전변환층과 달리 p형 반도체와 n형 반도체의 서로 다른 공정성으로 인하여 감광층(330)의 성능이 저하되는 것을 방지할 수 있다.
일 예로, pn접합을 위한 p형 반도체와 n형 반도체는 전기적 매칭이 양호한 물질에서 선택되는 반면 p형 반도체와 n형 반도체 사이의 증착 온도(승화 온도)의 차이, p형 반도체와 n형 반도체의 상이한 최적의 증착 속도 및 p형 반도체와 n형 반도체의 비율 변화에 따른 불안정성으로 인하여 p형 반도체와 n형 반도체를 동시에 또는 순차적으로 형성하는 경우 감광층(330)의 성능이 저하될 수 있다. 이에 따라 본 구현예에서는 이러한 복수의 물질 사이의 공정성의 미스 매칭을 방지하기 위하여 전술한 광전변환 특성 및 열 특성을 가진 1종의 흡광 반도체를 단독으로 포함함으로써 광 센서(300)의 성능 저하를 방지하는 동시에 발광 소자(210, 220, 230)와 공유하는 제1 및 제2 공통 보조층(350, 340)과의 효과적인 전기적 매칭을 형성하여 센서 내장형 표시 패널(1000)의 성능을 개선할 수 있다.
일 예로, 흡광 반도체는 전자 공여 모이어티(electron donating moiety)와 전자 수용 모이어티(electron accepting moiety)를 포함하는 유기 흡광 물질일 수 있고, 선택적으로 전자 공여 모이어티와 전자 수용 모이어티 사이에 파이 공역 연결 모이어티(π-conjugated linking moiety)를 더 포함할 수 있다.
유기 흡광 물질은 예컨대 하기 화학식 1로 표현될 수 있다.
[화학식 1]
EDM - LM - EAM
화학식 1에서,
EDM은 전자 공여 모이어티일 수 있고,
EAM는 전자 수용 모이어티일 수 있고,
LM는 전자 공여 모이어티와 전자 수용 모이어티를 연결하는 파이 공액 연결 모이어티일 수 있다.
유기 흡광 물질은 예컨대 하기 화학식 2로 표현될 수 있다.
[화학식 2]
상기 화학식 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 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, 유기 흡광 물질은 하기 화학식 2A 또는 2B로 표현될 수 있다.
[화학식 2A] [화학식 2B]
상기 화학식 2A 및 2B에서,
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.
전술한 바와 같이, 감광층(330)의 흡광 반도체는 단독으로 제1 및 제2 공통 보조층(350, 340)과 각각 효과적인 전기적 매칭을 형성할 수 있고 발광층(212, 222, 232)의 유기 발광 물질과 감광층(330)의 흡광 반도체가 유사한 범위의 열 특성을 가짐으로써 전기적 특성의 열화 및 공정의 복잡함 없이 표시 패널 내에 센서를 효과적으로 형성할 수 있다.
발광층(212, 222, 232)과 감광층(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 감광층(330)의 두께의 차이는 약 30nm 이하일 수 있으며, 상기 범위 내에서 약 25nm 이하, 약 20nm 이하, 약 15nm 이하, 약 10nm 이하 또는 약 5nm 이하일 수 있으며, 발광층(212, 222, 232)과 감광층(330)의 두께는 실질적으로 같을 수 있다.
제1, 제2 및 제3 발광 소자(210, 220, 230)와 광 센서(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 광 센서(300)를 기판(110) 위의 동일 평면 내에 포함함으로써 표시 기능과 인식 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 광 센서(300)는 제1, 제2 및 제3 발광 소자(210, 220, 230)에서 방출된 광을 사용하므로 별도의 광원 없이 인식 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 광 센서(300)는 비표시영역(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 광 센서(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.
또한 전술한 바와 같이 제1, 제2 및 제3 발광 소자(210, 220, 230)와 광 센서(300)는 공통 전극(320), 제1 공통 보조층(350) 및 제2 공통 보조층(340)을 공유함으로써 제1, 제2 및 제3 발광 소자(210, 220, 230)와 광 센서(300)를 별개의 공정으로 형성하는 경우와 비교하여 구조 및 공정을 단순화할 수 있다.
또한 전술한 바와 같이 제1, 제2 및 제3 발광 소자(210, 220, 230)의 발광층(212, 222, 232)에 포함된 유기 발광 물질과 광 센서(300)의 감광층(330)에 포함된 흡광 반도체(유기 흡광 물질)는 소정 범위 이내의 승화 온도를 가짐으로써 동일한 챔버에서 연속 공정으로 증착될 수 있다. 이에 따라 제1, 제2 및 제3 발광 소자(210, 220, 230)와 광 센서(300)를 하나의 공정 내에서 제조할 수 있어서 실질적인 추가 공정 없이 표시 기능과 인식 기능(예컨대 생체 인식 기능)을 함께 수행하는 표시 패널을 구현할 수 있다.
또한 광 센서(300)는 유기 감광층을 포함하는 유기 센서일 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 광 센서(300)의 감광층(330)에 전술한 흡광 반도체를 단독으로 포함함으로써 최적의 공정 조건에서 안정적으로 형성될 수 있어서 복수의 물질(예컨대 p형 반도체와 n형 반도체)의 공정성 차이로 인한 성능 저하 없이 안정적인 광 센서(300)를 구현할 수 있다. 따라서 광 센서(300)는 양호한 흡광 특성 및 그에 따른 높은 광전변환 특성을 가질 수 있고, 이에 따라 대면적의 센서 내장형 표시 패널(1000)에 효과적으로 적용될 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 색을 표시하는 표시 영역(DA)과 표시 영역을 제외한 비표시영역(NDA)을 포함하고 표시 영역(DA)은 서로 다른 색을 표시하는 복수의 서브화소(PX), 즉 적색, 녹색 및 청색 중에서 선택된 서로 다른 제1 색, 제2 색 및 제3 색을 표시하는 제1 서브화소(PX1), 제2 서브화소(PX2) 및 제3 서브화소(PX3)를 포함하고, 제1 서브화소(PX1), 제2 서브화소(PX2) 및 제3 서브화소(PX3)는 각각 제1 발광 소자(210), 제2 발광 소자(220) 및 제3 발광 소자(230)를 포함하고 비표시영역(NDA)에는 광 센서(300)가 배치되어 있다.
그러나 본 구현예에 따른 센서 내장형 표시 패널(1000)의 광 센서(300)는 전술한 구현예와 달리 광학 보조층(550)을 더 포함한다. 광학 보조층(550)은 감광층(330)과 제1 공통 보조층(350) 사이에 위치할 수 있으며, 예컨대 광학 보조층(550)의 일면은 감광층(330)에 맞닿아 있고 광학 보조층(550)의 다른 일면은 제1 공통 보조층(350)에 맞닿아 있을 수 있다.
전술한 바와 같이, 제2 화소 전극(310)은 반사 전극일 수 있고 공통 전극(320)은 반투과 전극일 수 있고, 이 경우 광 센서(300)는 미세 공진 구조(microcavity structure)를 형성할 수 있다. 즉 발광 소자(210, 220, 230) 중 하나에서 방출된 광이 인식 타겟(40)에 의해 반사되어 광 센서(300)에 입사할 때, 광 센서(300)에 입사된 광 중 소정 파장 스펙트럼의 광은 반사 전극과 반투과 전극 사이를 반복적으로 반사되어 개질될 수 있고 개질된 광 중 미세 공진의 공명 파장(resonance wavelength)에 해당하는 파장의 광은 강화되어 좁은 파장 영역에서 높은 광전변환 특성을 나타낼 수 있다. 이 때 미세 공진의 공명 파장은 광 센서(300)의 전기적 특성을 나타내는 파장(예컨대 감지 파장)에 대응할 수 있으며, 이러한 공명 파장을 결정하는 주요 요인 중 하나는 반투과 전극과 반사 전극 사이의 거리인 미세 공진의 광로 길이(optical length)일 수 있다.
광학 보조층(550)은 감광층(330)과 제1 공통 보조층(350) 사이에 위치하여 제2 화소 전극(310)과 공통 전극(320) 사이의 거리(광로 길이)를 조절할 수 있으며, 예컨대 광학 보조층(550)의 두께가 두꺼울 경우 광로 길이는 상대적으로 길어지고 광학 보조층(550)의 두께가 얇을 경우 광로 길이는 상대적으로 짧아질 수 있다. 즉, 감광층(330)은 광 센서(300)에 입사된 광 중 적색 파장 스펙트럼, 녹색 파장 스펙트럼, 청색 파장 스펙트럼, 적외선 파장 스펙트럼 또는 이들의 조합 중 하나인 제1 파장 스펙트럼의 광을 선택적으로 흡수할 수 있고 광학 보조층(550)은 광 센서(300)가 제1 파장 스펙트럼에 속한 공명을 나타내는 두께를 가질 수 있다.
광학 보조층(550)의 두께는 광 센서(300)의 전기적 특성을 나타내는 파장(예컨대 감지 파장)에 따라 결정될 수 있으며, 예컨대 약 5nm 내지 200nm 일 수 있으며 상기 범위 내에서 약 10nm 내지 150nm 또는 약 20nm 내지 100nm일 수 있다. 예컨대 광학 보조층(550)의 두께는 감광층(330)보다 두꺼울 수 있으며, 광학 보조층(550)의 두께는 감광층(330)의 두께보다 약 2배 내지 20배, 약 3배 내지 15배 또는 약 5배 내지 10배일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
본 구현예에 따른 센서 내장형 표시 패널(1000)의 광 센서(300)는 광학 보조층(550)을 더 포함함으로써 단일 감광층(330)을 사용할 때 제2 화소 전극(310)과 공통 전극(320) 사이의 거리(광로 길이)를 보완하여 공명 파장이 변형되는 것을 방지하고 광 센서(300)의 광학적 특성의 저하를 방지할 수 있다.
이하, 일 구현예에 따른 센서 내장형 표시 패널(1000)의 또 다른 예를 설명한다.
도 4는 일 구현예에 따른 센서 내장형 표시 패널의 또 다른 예를 보여주는 단면도이다.
도 4를 참고하면, 일 구현예에 따른 센서 내장형 표시 패널(1000)은 전술한 구현예와 마찬가지로 색을 표시하는 표시 영역(DA)과 표시 영역을 제외한 비표시영역(NDA)을 포함하고 표시 영역(DA)은 서로 다른 색을 표시하는 복수의 서브화소(PX), 즉 적색, 녹색 및 청색 중에서 선택된 서로 다른 제1 색, 제2 색 및 제3 색을 표시하는 제1 서브화소(PX1), 제2 서브화소(PX2) 및 제3 서브화소(PX3)를 포함하고, 제1 서브화소(PX1), 제2 서브화소(PX2) 및 제3 서브화소(PX3)는 각각 제1 발광 소자(210), 제2 발광 소자(220) 및 제3 발광 소자(230)를 포함하고 비표시영역(NDA)에는 광 센서(300)가 배치되어 있다.
그러나 본 구현예에 따른 센서 내장형 표시 패널(1000)은 전술한 구현예와 달리, 적외선 파장 스펙트럼의 광을 방출하는 제4 발광 소자(240)를 더 포함할 수 있다. 예컨대 제4 발광 소자(240)는 제1 서브화소(PX1), 제2 서브화소(PX2) 및/또는 제3 서브화소(PX3)에 인접한 제4 서브화소(PX4)에 포함될 수도 있고 비표시영역(NDA)에 포함될 수도 있다. 제4 서브화소(PX4)는 제1 서브화소(PX1), 제2 서브화소(PX2) 및 제3 서브화소(PX3)와 함께 하나의 단위 화소(UP)를 형성할 수 있고 단위 화소(UP)는 행 및/또는 열을 따라 반복적으로 배열될 수 있다.
제1 서브화소(PX1), 제2 서브화소(PX2), 제3 서브화소(PX3), 제1 발광 소자(210), 제2 발광 소자(220), 제3 발광 소자(230) 및 광 센서(300)에 대한 설명은 전술한 바와 같다.
제4 발광 소자(240)는 기판(110) 위에 배치되어 있으며, 제1, 제2, 제3 발광 소자(210, 220, 230) 및 광 센서(300)와 동일 평면 상에 배치될 수 있다. 제4 발광 소자(240)는 별개의 박막 트랜지스터(120)에 전기적으로 접속되어 독립적으로 구동될 수 있다. 제4 발광 소자(240)는 제3 화소 전극(241), 제1 공통 보조층(350), 발광층(242), 제2 공통 보조층(340) 및 공통 전극(320)이 차례로 적층된 구조를 가질 수 있으며, 이 중 공통 전극(320), 제1 공통 보조층(350) 및 제2 공통 보조층(340)은 제1, 제2, 제3 발광 소자(210, 220, 230) 및 광 센서(300)와 공유될 수 있다. 발광층(242)은 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.
광 센서(300)는 제1, 제2, 제3 및 제4 발광 소자(210, 220, 230, 240) 중 적어도 하나로부터 방출된 광이 생체 또는 도구와 같은 인식 타겟(40)에 의해 반사된 광을 흡수하여 전기적 신호로 변환할 수 있다. 예컨대 광 센서(300)는 적외선 파장 스펙트럼의 광을 방출하는 제4 발광 소자(240)로부터 방출된 광이 인식 타겟(40)에 의해 반사된 광을 흡수하여 전기적 신호로 변환할 수 있다. 이 경우 광 센서(300)의 감광층(330)은 적외선 파장 스펙트럼의 광을 선택적으로 흡수하여 광전변환하는 흡광 반도체를 포함할 수 있으며, 전술한 바와 같이 흡광 반도체는 감광층(330)에 단독으로 포함될 수 있으며 예컨대 적외선 파장 스펙트럼의 광을 선택적으로 흡수하는 광학적 특성을 가지면서 전술한 전기적 열적 특성을 가진 흡광 반도체에서 선택될 수 있다.
본 예에 따른 센서 내장형 표시 패널(1000)은 적외선 파장 스펙트럼의 광을 방출하는 제4 발광 소자(240)와 적외선 파장 스펙트럼의 광을 흡수하는 광 센서(300)를 포함함으로써 전술한 구현예에 따른 인식 기능 (생체 인식 기능) 외에 저조도 환경에서도 광 센서(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 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.
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 5는 일 예에 따른 전자 장치로서 스마트 폰의 일 예를 도시한 개략도이다.
도 5를 참고하면, 일 구현예에 따른 전자 장치(2000)는 전술한 센서 내장형 표시 패널(1000)을 포함하며, 센서 내장형 표시 패널(1000)의 전면 또는 일부에 광 센서(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(210, 220, 230, 240)) 및 광 센서(300)를 구동하여 제1, 제2 및 제3 발광 소자(210, 220, 230)(또는 제1, 제2, 제3 및 제4 발광 소자(210, 220, 230, 240))에서 방출된 광 중 인식 타겟(40)에서 반사된 광을 광 센서(300)에서 검출하는 단계, 미리 저장된 인식 타겟(40)의 이미지와 광 센서(300)에서 검출된 인식 타겟(40)의 이미지를 비교하는 단계, 그리고 비교된 이미지의 일치성을 판단하고 일치할 경우 인식 타겟(40)의 인식이 완료되었다는 판단에 따라 광 센서(300)를 끄고 표시 장치에 대한 사용자 액세스를 허가하고 화상을 표시하도록 센서 내장형 표시 패널(1000)을 구동하는 단계를 포함할 수 있다.
도 6은 일 구현예에 따른 전자 장치의 구성도의 일 예를 도시한 개략도이다.
도 6을 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. 일 예로서, 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 광 센서(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.
이하 실시예를 통하여 상술한 구현예를 보다 상세하게 설명한다. 　다만 하기의 실시예는 단지 설명의 목적을 위한 것이며 권리범위를 제한하는 것은 아니다.
합성예
합성예 1
[화합물 A]
[반응식 A]
(i) 화합물 a-1의 합성
2-요오도셀레노펜(2-Iodoselenophene) 9.4 g（36.5 mmol）및 1-브로모-9H-카바졸(1-Bromo-9H-carbazole) 7.5g (30.5 mmol)을 디옥산(dioxane) 30ml에 용해한다. 이어서 여기에 요오드화 구리(copper(I) iodide) 0.29 g（1.52 mmol）, 트랜스-1,2-시클로헥산디아민(trans-1,2-Cyclohexanediamine) 0.70 g（6.09 mmol）및 트리포타슘 포스페이트(Tripotassium Phosphate) 12.9ｇ（61.0 mmol）를 더하여 30시간 동안 가열환류한다. 여기서 얻은 생성물을 실리카 겔 칼럼 크로마토그래피를 통해 분리정제(hexane：ethyl acetate＝5：1의 부피비)하여 화합물 a-1 8.18g (수율: 72%)를 얻는다.
(ii) 화합물 a-2의 합성
화합물 a-1 12.0 g (32.0 mmol)을 탈수 디에틸이써(dehydrated diethyl ether) 300ml에 용해한다. 이어서 -50℃에서 상기 용액에 2.76 M n-BuLi 헥산(hexnae) 용액 12ml (32.0 mmol) 적하하여 실온에서 1시간 교반한다. 이어서 -50℃에서 상기 용액에 탈수 아세톤(dehydrated acetone, (디메틸케톤) (CH3COCH3)) 2.0 g (35.2 mmol)을 더하여 실온에서 2시간 동안 교반한다. 디에틸 이써에서 추출한 유기층을 염화 나트륨 수용액으로 씻어낸 다음, 무수황산 마그네슘을 넣어서 건조한다. 여기서 얻은 생성물을 실리카 겔 칼럼 크로마토그래피를 통해 분리정제 (hexane：dichloromethane＝100:0 내지 50:50의 부피비로 변화시키면서 실시함)하여 화합물 a-2 6.3 g (수율: 56%)을 얻는다.
(iii) 화합물 a-3의 합성
화합물 a-2 6.23 g (17.6 mmol)을 디클로로메탄(dichloromethane) 180 ml에 용해시켰다. 이어서 0℃에서 상기 용액에 보론 트리플루오라이드-에틸이써 착체(Boron Trifluoride-Ethyl Ether Complex) 4.98 g (35.5 mmol) 적하하여 2시간 교반한다. 이어서 디클로로메탄에서 추출한 유기층을 염화나트륨 수용액으로 씻어낸 다음, 무수황산 마그네슘을 넣어서 건조시킨다. 여기서 얻은 생성물을 실리카 겔 칼럼 크로마토 그래피를 통해 분리정제 (hexane：dichloromethane＝50：50의 부피비)하여 화합물 a-3 5.12 g (수율: 87%)를 얻는다.
(iv) 화합물 a-4의 합성
N,N-디메틸포름아미드(N,N-Dimethylformamide) 6.0 ml (77.5 mmol)에 포스포릴 클로라이드(Phosphoryl Chloride) 1.9 ml (20.2 mmol)을 -15℃ 상태에서 적하한 뒤, 실온에서 2시간 동안 교반한다. 이 용액을 화합물 a-3 5.23 g (15.5 mmol)의 디클로로메탄 150 ml 용액에 -15℃ 상태에서 서서히 떨어뜨린 다음, 실온에서 30시간 교반하며 저압 농축한다. 여기에 물을 더해, pH 값이 14가 될 때까지 수산화나트륨 수용액을 더한 뒤, 실온에서 2시간 동안 교반한다. 디클로로메탄으로 추출한 유기층을 염화나트륨 수용액으로 씻어낸 뒤, 무수 황산 마그네슘을 넣어 건조시킨다. 이를 통해 얻은 생성물을 실리카 겔 칼럼 크로마토 그래피를 통해 분리정제 (hexane：dichloromethane＝50：50의 부피비)하여 화합물 a-4 3.34 g (수율: 65%)를 얻는다.
(v) 화합물 A의 합성
화합물 a-4 2.00 g (5.55 mmol)를 에탄올에 현탁시키고, 1-메틸-2-씨옥소다이히드로피리미딘,4,5(1H,5H)-다이온(1-methyl-2-thioxodihydropyrimidine-4,6(1H,5H)-dione) 1.05 g (6.66 mmol)을 첨가하여, 50℃에서 24시간 반응시켜 화합물 A 2.4 g (수율 86％)을 얻는다. 얻어진 화합물을 승화 정제하여 순도 99.9％까지 정제한다.
1H-NMR (500 MHz, DMSO-d6): δ 11.4 (s, 1H), 8.78 (s, 1H) 8.63 (s, 1H), 8.28 (d, 1H), 8.04 (d, 1H), 7.85 (d, 1H), 7.75 (m, 1H), 7.64 (d, 1H), 7.76(dd, 2H), 3.21 (s, 3H), 1.71 (s, 6H).
합성예 2
[화합물 B]
[반응식 B]
(i) 화합물 b-1의 합성
2-아이오도셀레노펜 7.01ｇ(27.3 mmol) 및 다이페닐아민 5.59ｇ(24.8 mmol)을 무수 톨루엔 150 ml 중에서 5 mol%의 Pd(dba)2, 5 mol%의 P(t-Bu)3 및 7.15ｇ(74.4 mmol)의 NaOtBu 존재 하에서, 2시간 가열 환류한다. 얻어진 생성물을 실리카겔 칼럼 크로마토그래피에 의해 분리 정제(톨루엔:헥산=1:4 부피비)하여 화합물 b-1 (10,10-dimethyl-5-(selenophen-2-yl)-5,10-dihydrodibenzo[b,e][1,4]azasiline) 8.0 g (수율 80％)을 얻는다.
(ii) 화합물 b-2의 합성
3.19 ml의 N,N-다이메틸포름아마이드(N,N-dimethylformamide)에 1.11 ml의 염화포스포릴(phosphoryl chloride)를 -15℃에서 적하한 후 상온(24℃)에서 2시간 동안 교반한다. 이를 200ml의 디클로로메탄(dichloromethane)과 3.19 g의 화합물 b-1를 섞은 것에 -15℃에서 천천히 적하한 후 상온(24℃)에서 30분간 교반하고 감압 농축한다. 여기에 100ml의 물을 추가하고 pH 값이 14가 될 때까지 수산화나트륨 수용액(aqueous sodium hydroxide solution)를 추가한 후 상온(24℃)에서 2시간 교반한다. 디클로로메탄(dichloromethane)으로 추출한 유기층을 염화나트륨 수용액(aqueous sodium chloride solution)으로 세정(wash)한 후 무수 황산마그네슘(magnesium sulfate anhydrous)를 넣어 건조시킨다. 얻어진 생성물을 실리카겔 칼럼 크로마토그래피에 의해 분리정제 (헥산: 에틸아세테이트=4:1의 부피비)하여 화합물 b-2 (5-(10,10-dimethyldibenzo[b,e][1,4]azasilin-5(10H)-yl)selenoophene-2-carbaldehyde) 2.20g (수율 73%)을 얻는다.
(iii) 화합물 B의 합성
얻어진 화합물 b-2 1.77 g (4.64 mmol)를 에탄올에 현탁시키고, 0.89 g 1-methyl-2-thioxodihydropyrimidine-4,6(1H,5H)-dione (5.57 mmol)을 첨가하여, 50℃에서 2시간 반응시켜 화합물 B 2.0 g (수율 83％)을 얻는다. 얻어진 화합물을 승화 정제하여 순도 99.9％까지 정제한다.
1H-NMR (500 MHz, DMSO-d6): δ12.1 (d, 1H), 8.29 (d, 1H), 8.22 (dd,1H), 7.89 (dd, 2H) 7.76 (d, 2H), 7.61 (q, 2H), 7.48 (q, 2H), 6.59 (t, 1H), 3.48 (d, 3H), 0.41 (s, 6H).
합성예 3
[화합물 C]
2-아이오도셀레노펜 대신 1-아이오드-3-메톡시벤젠(1-iodo-3-methoxybenzene)을 사용하고 1-methyl-2-thioxodihydropyrimidine-4,6(1H,5H)-dione 대신 1H-cyclopenta[b]naphthalene-1,3(2H)-dione을 사용한 것을 제외하고 합성예 2와 동일한 방법으로 합성하여 화합물 C를 얻는다.
1H NMR (500 MHz, methylene chloride-d2) δ 9.36 (d, 1H), 8.48 (s, 1H), 8.42 (s, 2H), 8.13 (m, 2H), 7.71 (m, 4H), 7.47 (t, 2H), 7.42 (d, 2H), 7.32 (t, 2H), 6.76 (dd, 1H). 6.56 (d, 1H), 3.81 (s, 3H), 0.44 (s, 6H)
합성예 4
[화합물 D]
2-요오도셀레노펜(2-Iodoselenophene) 대신 2-요오도사이오펜(2-Iodothiophene)을 사용한 것을 제외하고 합성예 1과 동일한 방법으로 합성하여 화합물 D를 얻는다.
1H-NMR (500 MHz, DMSO-d6): δ 11.1 (s, 1H), 8.55 (d, 1H) 8.09 (d, 1H), 8.01 (s, 1H), 7.94 (d, 1H), 7.52 (s, 1H), 7.45 (d, 1H), 7.35 (t, 1H), 7.11(m, 2H), 3.61 (s, 3H), 1.69 (s, 6H).
합성예 5
[화합물 E]
2-요오도셀레노펜(2-Iodoselenophene) 대신 2-요오도텔루로펜(2-Iodotellurophene)을 사용한 것을 제외하고 합성예 1과 동일한 방법으로 화합물 E를 얻는다.
1H-NMR (500 MHz, DMSO-d6): δ 11.1 (s, 1H), 8.55 (d, 1H) 8.19 (d, 1H), 8.11 (d, 1H), 7.87 (s, 1H), 7.71 (d, 1H), 7.36 (t, 1H), 7.12(m, 2H), 6.70 (s, 1H), 3.62 (s, 3H), 1.46 (s, 6H).
참조합성예 1
[화합물 X]
1,4,5,8-naphthalenetetracarboxylic dianhydride (1eq.)과 4-chloroaniline (2.2eq.) 혼합물을 디메틸포름아미드(DMF) 용매에 녹여 two-necked, round-bottomed flask에 넣고 180℃에서 24시간 동안 교반한다. 이어서 온도를 상온으로 내린 후 여기에 메탄올을 첨가하여 생성물을 석출시키고 여과하여 분말 형태의 물질을 얻는다. 이어서 상기 물질을 메탄올로 여러 번 세정하고 에틸 아세테이트와 디메틸설폭사이드(DMSO)를 사용하여 재결정 과정으로 정제한다. 이어서 얻은 생성물을 오븐에 넣고 진공에서 80℃의 온도로 24시간 동안 건조하여 화합물 X를 얻는다. 수율은 50% 이상이다.
1H NMR (300 MHz, CDCl3 with Hexafluoroisopropanol): δ = 8.85 (s, 4H), 7.63 (s, 4H), 7.60 (s, 4H).
참조합성예 2
[화합물 Y]
화합물 Y(Tokyo Chemical Industry 제조)를 승화 정제하여 준비한다.
평가 I
유리 기판 위에 합성예에서 얻은 화합물을 증착하고 증착된 박막의 에너지 준위를 평가한다.
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. LUMO 에너지 준위는 UV-Vis spectrometer (Shimadzu Corporation)를 사용하여 밴드갭 에너지를 얻은 후, 밴드갭 에너지와 이미 측정된 HOMO 에너지 준위로부터 LUMO 에너지 준위를 계산하여 얻을 수 있다.
그 결과는 표 1과 같다.
합성예 No. HOMO (eV) LUMO (eV) 에너지밴드갭(eV)
1 5.60 3.52 2.08
2 5.48 3.35 2.13
3 5.76 3.56 2.20
4 5.65 3.49 2.16
평가 II
합성예에서 얻은 화합물의 승화온도를 평가한다.
승화온도는 열중량분석(TGA)으로 평가하며, 고진공(약 10 Pa 이하) 하에서 온도를 상승시켜 시료의 중량이 초기 중량 대비 10% 감소한 시점의 온도로부터 평가한다.
그 결과는 표 2와 같다.
합성예 No. Ts(10)(℃)
1 253
2 241
3 241
4 259
* Ts(10)(℃): 시료의 중량이 초기 중량 대비 10% 감소한 시점의 온도(승화 온도)
실시예: 광 센서의 제조
실시예 1
유리 기판 위에 Al(10nm), ITO(100nm) 및 Al(8nm)을 차례로 증착하여 Al/ITO/Al 구조의 하부 전극(일함수: 4.9eV)을 형성한다. 이어서 하부 전극 위에 N,N'-bis(3-methylphenyl)-N,N'-diphenyl-[1,1-biphenyl]-4,4'-diamine을 형성하여 정공 보조층(HOMO: 5.30~5.70 eV, LUMO: 2.00~2.30eV)을 형성한다. 이어서 정공 보조층 위에 75nm 두께의 광학 보조층을 형성하고 그 위에 합성예 1에서 얻은 화합물 A를 3Å/s의 속도로 단독 증착하여 10nm 두께의 단일 감광층을 형성한다. 이어서 단일 감광층 위에 4,7-diphenyl-1,10-phenanthroline을 증착하여 전자 보조층(HOMO: 6.10~6.40eV, LUMO: 2.90~3.20 eV)을 형성한다. 이어서 전자 보조층 위에 마그네슘과 은을 증착하여 Mg:Ag 상부 전극을 형성하여 광 센서를 제조한다.
참고예 1-1
75nm 두께의 광학 보조층 대신 60nm 두께의 광학 보조층을 형성하고 단일 감광층 대신 합성예 1에서 얻은 화합물 A를 3Å/s의 속도로 증착하여 10nm 두께의 p형 감광층을 형성하고 그 위에 참조합성예 1에서 얻은 화합물 X를 10Å/s의 속도로 증착하여 40nm 두께의 n형 감광층을 형성한 것을 제외하고 실시예 1과 동일한 방법으로 광 센서를 제조한다.
참고예 1-2
75nm 두께의 광학 보조층 대신 60nm 두께의 광학 보조층을 형성하고 단일 감광층 대신 합성예 1에서 얻은 화합물 A를 3Å/s의 속도로 증착하여 10nm 두께의 p형 감광층을 형성하고 그 위에 참조합성예 2에서 얻은 화합물 Y를 10Å/s의 속도로 증착하여 20nm 두께의 n형 감광층을 형성한 것을 제외하고 실시예 1과 동일한 방법으로 광 센서를 제조한다.
실시예 2
합성예 1에서 얻은 화합물 A를 3Å/s의 속도로 단독 증착하여 10nm 두께의 단일 감광층을 형성한 것 대신 합성예 2에서 얻은 화합물 B를 3Å/s의 속도로 단독 증착하여 8nm 두께의 단일 감광층을 형성한 것을 제외하고 실시예 1과 동일한 방법으로 광 센서를 제조한다.
실시예 3
합성예 1에서 얻은 화합물 A를 3Å/s의 속도로 단독 증착하여 10nm 두께의 단일 감광층을 형성한 것 대신 합성예 4에서 얻은 화합물 D를 3Å/s의 속도로 단독 증착하여 10nm 두께의 단일 감광층을 형성한 것을 제외하고 실시예 1과 동일한 방법으로 광 센서를 제조한다.
평가 IV
실시예에 따른 광 센서의 흡광 특성 및 전기적 특성을 평가한다.
흡광 특성은 흡수 스펙트럼의 피크흡수파장(λpeak) 및 반치폭(FWHM)으로부터 평가한다.
전기적 특성은 외부양자효율(EQE) 및 역바이어스 전압 하에서의 암전류(dark current)로부터 평가한다. 외부양자효율(EQE)은 85℃에서 1시간 방치 후 피크 흡수 파장(λpeak)에서의 외부양자효율(EQE)로부터 평가할 수 있으며, 3V에서 청색(450nm, B), 녹색(λpeak, G) 및 630nm(적색, R) 파장에서의 입사 광자의 전류 전환 효율 장비(Incident Photon to Current Efficiency, IPCE)로 평가한다. 암전류는 85℃에서 1시간 방치 후 전류-전압 평가 장비(Keithley K4200 parameter analyzer)를 사용하여 암전류를 측정한 후 단위 화소 면적(0.04㎠)으로 나눈 암전류 밀도부터 평가하며, 암전류 밀도는 -3V 역바이어스 인가시 흐르는 전류로부터 평가한다.
그 결과는 표 3 및 4와 같다.
λpeak (nm) FWHM (nm)
실시예 1 535 99
참고예 1-1 528 110
참고예 1-2 530 115
실시예 2 521 90
실시예 3 530 89
EQEmax
(@-3V, %)		 EQEmax
(@-3V, 85℃ 1h, %)		 EQE
(@-3V, 85℃ 1h, %)		 D.C
(mA/㎠)
실시예 1 11.0 16.1 15.5 5.0x10-6
참고예 1-1 3.2 3.1 2.9 -
참고예 1-2 3.6 3.3 3.0 -
실시예 2 6.1 6.8 5.7 4.3x10-6
실시예 3 18.1 24.8 23.4 2.7x10-5
표 3 및 4를 참고하면, 실시예에 따른 광 센서는 양호한 광학적 전기적 특성을 나타내는 것을 확인할 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.
110: 기판
210, 220, 230: 발광 소자
211, 221, 231, 310: 화소 전극
300: 광 센서
320: 공통 전극
330: 감광층
340, 350: 제1, 제2 공통 보조층
1000: 센서 내장형 표시 패널
2000: 전자 장치

Claims (20)

  1. 기판 위에 위치하고 발광층을 포함하는 발광 소자, 그리고
    상기 기판 위에 위치하고 상기 기판의 면방향을 따라 상기 발광층과 나란히 배치된 감광층을 포함하는 광 센서
    를 포함하고,
    상기 발광 소자와 상기 광 센서는
    상기 발광층과 상기 감광층의 각 하부에 위치하고 서로 연결되어 연속적으로 형성되어 있는 제1 공통 보조층, 그리고
    상기 발광층과 상기 감광층의 각 상부에 위치하고 서로 연결되어 연속적으로 형성되어 있는 제2 공통 보조층
    을 포함하며,
    상기 감광층은 상기 제1 공통 보조층의 HOMO 에너지 준위와의 차이가 1.0eV 미만인 HOMO 에너지 준위와 상기 제2 공통 보조층의 LUMO 에너지 준위와의 차이가 1.0eV 미만인 LUMO 에너지 준위를 가진 흡광 반도체로 이루어진 센서 내장형 표시 패널.
  2. 제1항에서,
    상기 감광층은 상기 흡광 반도체의 단일 연속상으로 이루어진 단일 층인 센서 내장형 표시 패널.
  3. 제1항에서,
    상기 감광층은 상기 흡광 반도체와의 pn 접합을 위한 카운터파트 반도체를 포함하지 않는 센서 내장형 표시 패널.
  4. 제1항에서,
    상기 감광층의 에너지 밴드갭은 상기 제1 공통 보조층 및 상기 제2 공통 보조층의 에너지 밴드갭보다 각각 좁은 센서 내장형 표시 패널.
  5. 제1항에서,
    상기 흡광 반도체는 적색 파장 스펙트럼, 녹색 파장 스펙트럼, 청색 파장 스펙트럼, 적외선 파장 스펙트럼 또는 이들의 조합의 광을 선택적으로 흡수하는 센서 내장형 표시 패널.
  6. 제1항에서,
    상기 감광층과 상기 제2 공통 보조층은 서로 맞닿아 있는 센서 내장형 표시 패널.
  7. 제1항에서,
    상기 감광층과 상기 제1 공통 보조층은 서로 맞닿아 있는 센서 내장형 표시 패널.
  8. 제1항에서,
    상기 흡광 반도체는 전자 공여 모이어티와 전자 수용 모이어티를 포함하는 유기 흡광 물질인 센서 내장형 표시 패널.
  9. 제8항에서,
    상기 발광층은 유기 발광 물질을 포함하고,
    상기 유기 흡광 물질과 상기 유기 발광 물질의 승화 온도의 차이는 0 이상 100℃ 미만인 센서 내장형 표시 패널.
  10. 제1항에서,
    상기 발광 소자에 포함되고 상기 제1 공통 보조층의 하부에 위치하는 제1 화소 전극,
    상기 광 센서에 포함되고 상기 제1 공통 보조층의 하부에 위치하는 제2 화소 전극, 그리고
    상기 제1 화소 전극 및 상기 제2 화소 전극에 각각 마주하고 있으며 상기 발광 소자와 상기 광 센서에 공통 전압을 인가하는 공통 전극
    을 더 포함하고,
    상기 공통 전극은 상기 제1 및 제2 화소 전극과 각각 미세 공진을 형성하는 반투과층을 포함하는 센서 내장형 표시 패널.
  11. 제10항에서,
    상기 감광층과 상기 제1 공통 보조층 사이에 위치하는 광학 보조층을 더 포함하는 센서 내장형 표시 패널.
  12. 제11항에서,
    상기 광학 보조층은 상기 감광층보다 두꺼운 센서 내장형 표시 패널.
  13. 제11항에서,
    상기 감광층은 적색 파장 스펙트럼, 녹색 파장 스펙트럼, 청색 파장 스펙트럼, 적외선 파장 스펙트럼 또는 이들의 조합 중 하나인 제1 파장 스펙트럼의 광을 선택적으로 흡수하고,
    상기 광학 보조층은 상기 광 센서가 상기 제1 파장 스펙트럼에 속한 공명 파장을 나타내는 두께를 가지는 센서 내장형 표시 패널.
  14. 제1항에서,
    상기 발광 소자는 서로 다른 파장 스펙트럼의 광을 방출하는 제1, 제2 및 제3 발광 소자를 포함하고,
    상기 광 센서는 상기 제1, 제2 및 제3 발광 소자 중 적어도 하나로부터 방출된 광이 인식 타겟에 의해 반사된 광을 흡수하여 전기적 신호로 변환하는 센서 내장형 표시 패널.
  15. 제1항에서,
    상기 센서 내장형 표시 패널은
    색을 표시하는 표시 영역, 그리고
    상기 표시 영역을 제외한 비표시 영역
    을 포함하고,
    상기 발광 소자는 상기 표시 영역에 위치하고 상기 광 센서는 상기 비표시 영역에 위치하는 센서 내장형 표시 패널.
  16. 제15항에서,
    상기 발광 소자는 적색 파장 스펙트럼의 광을 방출하는 제1 발광 소자, 녹색 파장 스펙트럼의 광을 방출하는 제2 발광 소자 및 청색 발광 스펙트럼의 광을 방출하는 제3 발광 소자를 포함하고,
    상기 표시 영역은
    적색을 표시하고 상기 제1 발광 소자를 포함하는 복수의 제1 서브화소,
    녹색을 표시하고 상기 제2 발광 소자를 포함하는 복수의 제2 서브화소, 그리고
    청색을 표시하고 상기 제3 발광 소자를 포함하는 복수의 제3 서브화소
    를 포함하며,
    상기 광 센서는 상기 제1 서브화소, 상기 제2 서브화소 및 상기 제3 서브화소에서 선택된 적어도 둘 사이에 위치하는 센서 내장형 표시 패널.
  17. 제1항 내지 제16항 중 어느 한 항에 따른 센서 내장형 표시 패널을 포함하는 전자 장치.
  18. 애노드,
    상기 애노드 위에 위치하는 정공 보조층,
    상기 정공 보조층 위에 위치하는 단일 감광층,
    상기 단일 감광층 위에서 상기 단일 감광층과 맞닿아 있는 전자 보조층, 그리고
    상기 전자 보조층 위에 위치하는 캐소드
    를 포함하고,
    상기 단일 감광층은 상기 정공 보조층의 HOMO 에너지 준위와의 차이가 1.0eV 미만인 HOMO 에너지 준위와 상기 전자 보조층의 LUMO 에너지 준위와의 차이가 1.0eV 미만인 LUMO 에너지 준위를 가진 단일 흡광 반도체로 이루어진 광 센서.
  19. 제15항에서,
    상기 감광층은 상기 흡광 반도체와의 pn 접합을 위한 카운터파트 반도체를 포함하지 않고,
    상기 감광층과 상기 제2 공통 보조층은 서로 맞닿아 있는 광 센서.
  20. 제18항 또는 제19항에 따른 광 센서를 포함하는 전자 장치.
KR1020220096225A 2022-08-02 2022-08-02 광 센서, 센서 내장형 표시 패널 및 전자 장치 KR20240018230A (ko)

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