KR102509439B1 - 지문 센서 패키지 및 이를 포함하는 표시 장치 - Google Patents

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Abstract

지문 센서 패키지 및 이를 포함하는 표시 장치가 제공된다. 상기 표시 장치는 베이스, 상기 베이스의 일면 상에 배치된 포토 센서, 상기 포토 센서 상에 배치되고, 하부 전극, 상부 전극 및 그 사이에 개재된 발광층을 포함하는 발광 소자, 및 상기 발광 소자 상에 배치된 집광체를 포함하되, 평면 시점에서, 상기 집광체는 상기 하부 전극과 중첩하지 않는다.

Description

지문 센서 패키지 및 이를 포함하는 표시 장치{FINGERPRINT SENSOR PACKAGE AND DISPLAY DEVICE INCLUDING THE SAME}
본 발명은 지문 센서 패키지 및 이를 포함하는 표시 장치에 관한 것이다.
표시 장치는 멀티미디어의 발달과 함께 그 중요성이 점차 커지고 있다. 이에 부응하여 액정 표시 장치, 유기 발광 표시 장치 등과 같은 다양한 표시 장치가 개발되고 있다.
최근 표시 장치의 적용예들이 다양화됨에 따라 표시 장치는 영상 표시 기능 외에도 다양한 센싱 기능을 수행할 것이 요구된다. 예를 들어, 표시 장치는 사용자의 터치 정보들을 센싱할 수 있는 하나 이상의 터치 센서를 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 터치 센서는 터치 위치에 대한 정보를 센싱하는 터치 위치 센서, 터치 동작에 압력이 수반되었는지 여부에 대한 정보를 센싱하는 터치 압력 센서, 및/또는 터치 동작을 수행하는 사용자의 지문에 관한 정보를 센싱하는 터치 지문 센서 등을 포함할 수 있다.
이러한 터치 센서를 포함하는 표시 장치는 스마트폰, 스마트워치, 태블릿 PC, 노트북 등의 포터블 전자 기기, 또는 텔레비전, 모니터, 디지털 정보 디스플레이(digital information display) 등의 대형 전자 기기에 적용될 수 있다.
한편, 표시 장치의 박형화와 경량화, 내구성 개선 및 제조 비용의 절감 측면에서 터치 센서가 내재화된 표시 패널을 포함하는 표시 장치에 대한 개발이 요구된다. 예를 들어, 표시 패널에 포토 센서를 포함하는 지문 센서 패키지를 내재화하는 방안이 고려될 수 있다. 그러나 포토 센서가 획득하는 지문 정보의 콘트라스트 개선에 한계가 있는 실정이다.
이에 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 콘트라스트가 향상되어 선명한 지문 정보를 획득할 수 있는 표시 장치를 제공하는 것이다.
본 발명이 해결하고자 하는 다른 과제는 콘트라스트가 향상되어 선명한 지문 정보를 획득할 수 있는 지문 센서 패키지를 제공하는 것이다.
본 발명의 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 표시 장치는 베이스, 상기 베이스의 일면 상에 배치된 포토 센서, 상기 포토 센서 상에 배치되고, 하부 전극, 상부 전극 및 그 사이에 개재된 발광층을 포함하는 발광 소자, 및 상기 발광 소자 상에 배치된 집광체를 포함하되, 평면 시점에서, 상기 집광체는 상기 하부 전극과 중첩하지 않는다.
상기 표시 장치는 상기 포토 센서 상에 배치되고, 상기 하부 전극을 부분적으로 노출하는 개구를 갖는 화소 정의막을 더 포함하되, 상기 집광체는 상기 화소 정의막 상에 중첩 배치될 수 있다.
상기 집광체는 상기 상부 전극과 중첩하고, 상기 집광체는 상기 표시 장치의 발광 영역 내에 위치하지 않을 수 있다.
또, 상기 포토 센서는 상기 하부 전극 및 상기 발광층과 중첩할 수 있다.
상기 포토 센서는 상기 집광체에 의해 집광된 광을 수광하도록 구성될 수 있다.
또, 상기 집광체의 상측에서 입사된 광에 대한 상기 집광체의 초점은, 상기 베이스의 상기 일면보다 하측에 위치할 수 있다.
또한, 상기 포토 센서는, 상기 발광층으로부터 방출되어 사용자의 지문에 의해 반사된 광의 적어도 일부를 수광하도록 구성될 수 있다.
상기 표시 장치는 상기 집광체 상에 배치되고, 사용자의 지문이 맞닿는 커버 글라스를 더 포함하되, 상기 포토 센서는, 상기 사용자의 지문에 의해 반사된 광 중에서 상기 커버 글라스 표면의 법선에 대해 41.0도 이상 48.0도 이하의 각도로 진행하는 광을 선택적으로 수광하도록 구성될 수 있다.
상기 표시 장치는 상기 베이스와 상기 발광 소자 사이에 배치되고, 적어도 부분적으로 상기 집광체와 중첩하는 반사층을 더 포함할 수 있다.
또, 상기 표시 장치는 상기 베이스의 상기 일면 상에 배치되고, 상기 발광 소자와 전기적으로 연결된 박막 트랜지스터, 상기 박막 트랜지스터와 상기 발광 소자 사이에 배치되고, 제1 컨택홀을 갖는 제1 단차 보상층, 및 상기 제1 단차 보상층과 상기 발광 소자 사이에 배치되고, 상기 제1 컨택홀과 연결된 제2 컨택홀을 가지며, 상기 하부 전극과 맞닿는 제2 단차 보상층을 더 포함할 수 있다.
또, 상기 반사층은 상기 제1 단차 보상층과 상기 제2 단차 보상층 사이에 배치될 수 있다.
또한, 상기 반사층은 적어도 부분적으로 상기 하부 전극 및 상기 발광층과 중첩할 수 있다.
상기 표시 장치는 상기 베이스의 상기 일면 상에 배치되고, 상기 발광 소자와 전기적으로 연결된 박막 트랜지스터를 더 포함하되, 상기 반사층은 상기 박막 트랜지스터와 중첩하고, 상기 반사층은 상기 포토 센서와 중첩하지 않을 수 있다.
상기 포토 센서는 상기 집광체에 의해 집광된 광을 수광하도록 구성되고, 상기 집광체에 의해 집광된 광은, 상기 반사층 측으로 진행하여 상기 반사층에 의해 반사되며, 상기 반사층에 의해 반사된 광은, 상기 하부 전극 측으로 진행하여 상기 하부 전극에 의해 반사되고, 상기 하부 전극에 의해 반사된 광은 상기 포토 센서 측으로 진행할 수 있다.
상기 표시 장치는 상기 베이스와 상기 반사층 사이에 배치되고, 핀홀을 갖는 차광 패턴층을 더 포함하되, 상기 핀홀은 상기 반사층과 중첩하지 않고, 상기 핀홀은 상기 발광 소자와 중첩할 수 있다.
상기 표시 장치는 상기 베이스의 상기 일면 상에 배치되고, 제1 게이트 전극, 제1 액티브층, 제1 드레인 전극 및 제1 소스 전극을 포함하는 탑 게이트 방식의 제1 박막 트랜지스터를 더 포함하되, 상기 포토 센서는 제2 게이트 전극, 제2 액티브층, 제2 드레인 전극 및 제2 소스 전극을 포함하는 바텀 게이트 방식의 제2 박막 트랜지스터를 포함하고, 상기 반사층은 상기 제1 박막 트랜지스터 및 상기 제2 박막 트랜지스터와 절연될 수 있다.
또, 상기 제1 박막 트랜지스터와 상기 제2 박막 트랜지스터는 서로 절연되고, 상기 제1 게이트 전극 및 상기 제2 게이트 전극은 서로 다른 층에 위치하며, 상기 제1 드레인 전극, 상기 제1 소스 전극, 상기 제2 드레인 전극 및 상기 제2 소스 전극은 서로 동일 층에 위치할 수 있다.
상기 제1 게이트 전극과 상기 제2 게이트 전극은 전기적으로 연결될 수 있다.
상기 포토 센서, 상기 발광층 및 상기 집광체는 각각 제1 방향 및 상기 제1 방향과 교차하는 제2 방향으로 이격되어 복수개이고, 상기 집광체는 상기 제1 방향으로 진행하는 광을 집광하도록 구성될 수 있다.
또, 상기 표시 장치는 상기 복수의 포토 센서, 상기 복수의 발광층 및 상기 복수의 집광체와 중첩하도록 배치되고, 상기 포토 센서를 사이에 두고 상기 발광 소자와 이격 배치된 압력 센서를 더 포함할 수 있다.
상기 다른 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 지문 센서 패키지는 제1 방향 및 상기 제1 방향과 교차하는 제2 방향으로 이격 배치되고, 적어도 전면을 향해 광을 방출하는 복수의 광원, 상기 광원의 상기 전면 측에 배치되고, 상기 제1 방향으로 진행하는 광을 집광하도록 구성되며, 상기 제1 방향으로 이격 배치된 복수의 집광체, 및 상기 광원의 배면 측에 배치되고, 상기 집광체에 의해 집광된 광을 수광하도록 구성되며, 상기 제1 방향으로 이격 배치된 복수의 포토 센서를 포함한다.
기타 실시예의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.
본 발명의 실시예들의 지문 센서 패키지 및 표시 장치에 따르면 이들이 획득하는 사용자의 지문 정보의 콘트라스트가 개선될 수 있고, 지문 센싱 기능의 감도를 향상시킬 수 있다.
본 발명의 실시예들에 따른 효과는 이상에서 예시된 내용에 의해 제한되지 않으며, 더욱 다양한 효과들이 본 명세서 내에 포함되어 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 표시 장치의 분해사시도이다.
도 2는 도 1의 표시 장치의 표시 패널의 평면도이다.
도 3은 도 2의 표시 패널을 Ⅲ-Ⅲ' 선을 따라 절개한 단면도이다.
도 4는 도 3의 표시 패널의 지문 센서 패키지의 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 5 및 도 6은 도 1의 압력 센서의 동작을 설명하기 위한 도면들이다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 표시 장치의 단면도이다.
도 8 내지 도 15는 본 발명의 또 다른 실시예들에 따른 표시 장치의 도면들이다.
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 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 '위(on)'로 지칭되는 것은 다른 소자 바로 위에 또는 중간에 다른 층 또는 다른 소자를 개재한 경우를 모두 포함한다. 반면, 소자가 '직접 위(directly on)'로 지칭되는 것은 중간에 다른 소자 또는 층을 개재하지 않은 것을 나타낸다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다. '및/또는'는 언급된 아이템들의 각각 및 하나 이상의 모든 조합을 포함한다.
공간적으로 상대적인 용어인 '아래(below)', '아래(beneath)', '하부(lower)', '위(above)', '상부(upper)'등은 도면에 도시되어 있는 바와 같이 하나의 소자 또는 구성 요소들과 다른 소자 또는 구성 요소들과의 상관관계를 용이하게 기술하기 위해 사용될 수 있다. 공간적으로 상대적인 용어는 도면에 도시되어 있는 방향에 더하여 사용시 소자의 서로 다른 방향을 포함하는 용어로 이해되어야 한다. 예를 들면, 도면에 도시되어 있는 소자를 뒤집을 경우, 다른 소자의 '아래(below 또는 beneath)'로 기술된 소자는 다른 소자의 '위(above)'에 놓여질 수 있다. 따라서, 예시적인 용어인 '아래'는 아래와 위의 방향을 모두 포함할 수 있다.
본 명세서에서, 제1 방향(X)은 평면 내 임의의 방향을 의미하고, 제2 방향(Y)은 상기 평면 내에서 제1 방향(X)과 교차하는 다른 방향을 의미한다. 또, 제3 방향(Z)은 상기 평면과 수직한 방향을 의미한다.
다르게 정의되지 않는 한, '평면'은 제1 방향(X)과 제2 방향(Y)이 속하는 평면을 의미한다. 또, 다르게 정의되지 않는 한 '중첩'은 상기 평면 시점에서 제3 방향(Z)으로 중첩하는 것을 의미한다.
이하, 첨부된 도면을 참고로 하여 본 발명에 대하여 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 표시 장치(1)의 분해사시도이다.
도 1을 참조하면, 본 실시예에 따른 표시 장치(1)는 표시 패널(11)을 포함하고, 표시 패널(11)의 하측에 배치된 압력 센서(20)를 더 포함할 수 있다.
예시적인 실시예에서, 표시 패널(11)은 제1 방향(X) 및 제2 방향(Y)으로 이격 배치된 복수의 발광 영역(EA)들을 포함하는 유기 발광 표시 패널일 수 있다. 발광 영역(EA)은 실질적으로 영상 표시에 기여하는 광이 방출되는 영역을 의미하고, 비발광 영역(NEA)은 발광 영역(EA)이 아닌 영역을 의미한다. 각 발광 영역(EA)은 하나의 화소를 정의할 수 있다. 본 명세서에서, '화소'는 색 표시를 위해 평면 시점에서 표시 장치 또는 표시 영역이 구획되어 시청자에게 인식되는 단일 영역을 의미하며, 하나의 화소는 미리 정해진 하나의 기본색을 표현할 수 있다. 상기 기본색의 예로는 적색, 녹색 및 청색을 들 수 있으나 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니다.
발광 영역(EA)은 평면상 대략 규칙적으로 배열될 수 있다. 예를 들어, 발광 영역(EA)은 평면상 대략 다이아몬드 형상(또는 사각형 형상)이고, 상기 다이아몬드 형상의 변을 마주하는 방향(예컨대, 제1 방향(X) 및 제2 방향(Y)과 교차하는 대각선 방향)을 따라 규칙적으로 반복 배열될 수 있다.
이하, 도 2 및 도 3을 더 참조하여 표시 패널(11)에 대해 보다 상세하게 설명한다.
도 2는 도 1의 표시 장치(1)의 표시 패널(11)의 평면도로서, 발광층(650), 애노드 전극(610), 포토 센서(301), 반사층(831) 및 집광체(810)의 평면상 배열을 나타낸 도면이다. 도 3은 도 2의 표시 패널(11)을 Ⅲ-Ⅲ' 선을 따라 절개한 단면도이다.
도 2 및 도 3을 더 참조하면, 본 실시예에 따른 표시 장치(1)의 표시 패널(11)은 베이스(110), 포토 센서(301), 발광 소자(600) 및 집광체(810)를 포함하고, 반사층(831)을 더 포함할 수 있다.
베이스(110)는 포토 센서(301), 발광 소자(600) 등이 안정적으로 배치되기 위한 공간을 제공할 수 있다. 베이스(110)의 상면은 제1 방향(X) 및 제2 방향(Y)이 속하는 평면 내에 놓일 수 있다. 베이스(110)는 투명하거나 불투명한 절연 플레이트 또는 절연 필름일 수 있다. 예를 들어, 베이스(110)는 글라스 재료, 석영 재료 등을 포함하거나, 또는 이미드계 수지, 카보네이트계 수지, 아크릴계 수지 등의 고분자 재료를 포함할 수 있다. 베이스(110)는 가요성을 가질 수도 있다.
베이스(110) 상에는 박막 트랜지스터(200)(예컨대, 제1 박막 트랜지스터)가 배치될 수 있다. 도 3 등은 설명의 편의를 위하여 박막 트랜지스터(200) 및 포토 센서(301)(예컨대, 제2 박막 트랜지스터) 만을 도시하였으나, 몇몇 실시예에서, 베이스(110)와 발광 소자(600) 사이에는 복수의 박막 트랜지스터들(미도시), 신호를 전달하는 배선들(미도시), 커패시터를 형성하거나 브릿지를 형성하는 보조 전극들(미도시)이 더 배치될 수 있다.
박막 트랜지스터(200)는 발광 소자(600)와 전기적으로 연결될 수 있다. 박막 트랜지스터(200)는 채널을 형성하는 제1 액티브층(210), 제어 단자인 제1 게이트 전극(230), 입력 단자인 제1 드레인 전극(250) 및 출력 단자인 제1 소스 전극(270)을 포함할 수 있다. 박막 트랜지스터(200)는 제1 게이트 전극(230)이 제1 액티브층(210) 보다 상측에 위치하는 탑 게이트 방식의 박막 트랜지스터일 수 있다.
예를 들어, 박막 트랜지스터(200)는 특정 화소 내의 발광 소자(600)에 제공되는 전류의 양을 제어하도록 구성된 구동 트랜지스터일 수 있다. 다만, 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니며, 박막 트랜지스터(200)는 특정 화소의 온/오프를 제어하도록 구성된 스위칭 트랜지스터, 구동 신호를 보상하는 보상 트랜지스터, 게이트 전극에 초기화 신호가 인가되는 초기화 트랜지스터, 또는 게이트 전극에 발광 제어 신호가 인가되는 발광 제어 트랜지스터 등일 수도 있다.
제1 액티브층(210)은 베이스(110) 상에 배치될 수 있다. 도 3 등은 제1 액티브층(210)이 베이스(110) 상에 직접 배치된 경우를 예시하고 있으나, 다른 실시예에서 베이스(110)와 제1 액티브층(210) 사이에는 하나 이상의 무기층 등이 더 개재될 수도 있다. 제1 액티브층(210)은 반도체성 재료를 포함할 수 있다. 예를 들어, 제1 액티브층(210)은 다결정 실리콘을 포함할 수 있다. 다른 실시예에서, 제1 액티브층(210)은 단결정 실리콘, 비정질 실리콘을 포함하거나, 또는 실리콘 계열 이외의 산화물 반도체 등을 포함할 수도 있다.
제1 액티브층(210)은 제어 단자인 제1 게이트 전극(230)에 인가되는 전압에 따라 전자 또는 정공이 이동할 수 있는 채널이 형성되는 채널 영역을 가질 수 있다. 몇몇 실시예에서, 제1 액티브층(210)은 부분적으로 도체화된 상태일 수 있다. 예를 들어, 제1 액티브층(210)은 채널 영역을 사이에 두고 이격된 드레인 영역과 소스 영역을 더 포함하고, 드레인 영역 및 소스 영역은 각각 상기 채널 영역에 비해 전기 전도도가 클 수 있다. 즉, 드레인 영역을 통해 제공된 전자 또는 정공은 채널 영역을 통해 소스 영역 측으로 이동하거나, 또는 소스 영역을 통해 제공된 전자 또는 정공은 채널 영역을 통해 드레인 영역 측으로 이동할 수 있다.
제1 액티브층(210) 상에는 제1 게이트 전극(230)이 배치될 수 있다. 제1 게이트 전극(230)은 적어도 부분적으로 제1 액티브층(210)의 채널 영역과 제3 방향(Z)으로 중첩 배치될 수 있다. 제1 게이트 전극(230)은 알루미늄, 몰리브덴, 구리, 티타늄 또는 이들의 합금을 포함할 수 있다. 제1 게이트 전극(230)은 단일층으로 이루어지거나, 또는 복수의 층을 포함하는 적층 구조를 가질 수 있다.
제1 게이트 전극(230)은 박막 트랜지스터(200)의 제어 신호가 인가되는 제어 단자를 구성할 수 있다. 박막 트랜지스터(200)가 구동 트랜지스터인 예시적인 실시예에서, 제1 게이트 전극(230)은 특정 화소의 온/오프를 제어하는 스위칭 트랜지스터(미도시)의 출력 단자와 전기적으로 연결될 수 있다. 도면으로 표현하지 않았으나, 스위칭 트랜지스터의 제어 단자와 입력 단자는 각각 스캔 배선(미도시) 및 데이터 배선(미도시)과 전기적으로 연결될 수 있다.
제1 게이트 전극(230) 상에는 제1 드레인 전극(250) 및 제1 소스 전극(270)이 배치될 수 있다. 제1 드레인 전극(250) 및 제1 소스 전극(270)은 각각 층간 절연층(401)에 형성된 관통홀을 통해 제1 액티브층(210)과 전기적으로 연결될 수 있다. 제1 드레인 전극(250) 및 제1 소스 전극(270)은 각각 알루미늄, 몰리브덴, 구리, 티타늄 또는 이들의 합금을 포함할 수 있다. 제1 드레인 전극(250) 및 제1 소스 전극(270)은 각각 단일층으로 이루어지거나, 또는 복수의 층을 포함하는 적층 구조를 가질 수 있다.
제1 드레인 전극(250)은 박막 트랜지스터(200)의 입력 신호가 인가되는 입력 단자를 구성하고, 제1 소스 전극(270)은 박막 트랜지스터(200)의 출력 단자를 구성하여 발광 소자(600)의 애노드 전극(610)과 전기적으로 연결될 수 있다. 박막 트랜지스터(200)가 구동 트랜지스터인 예시적인 실시예에서, 제1 드레인 전극(250)은 구동 전압이 인가되는 구동 전압 배선(미도시)과 전기적으로 연결될 수 있다.
또, 베이스(110) 상에는 포토 센서(301)가 배치될 수 있다. 포토 센서(301)는 포토 센서(301) 측으로 입사된 광을 수광하여, 광량에 대한 정보를 획득하거나, 또는 특정 물체의 형상, 위치, 움직임 등에 대한 정보를 획득할 수 있다. 예를 들어, 포토 센서(301)는 수광된 광량에 따른 전기적 신호를 검출하여 사용자의 지문 형상, 즉 지문 패턴의 이미지 정보를 획득할 수 있다. 더 상세한 예를 들어, 포토 센서(301)는 수광된 광량에 따른 전기적 신호를 검출하여, 사용자의 지문의 융선(ridge) 또는 골(valley)의 명도 정보 및/또는 명암 정보를 바탕으로 지문 패턴의 이미지 정보를 획득할 수 있다. 몇몇 실시예에서, 포토 센서(301)는 발광 소자(600)와 제3 방향(Z)으로 중첩하도록 배치될 수 있다. 예를 들어, 포토 센서(301)는 제1 방향(X) 및 제2 방향(Y)으로 이격되어 복수개이고, 포토 센서(301)는 발광층(650)들이 정의하는 각 발광 영역(EA)들 내에 위치할 수 있다.
예시적인 실시예에서, 포토 센서(301)는 포토 트랜지스터(예컨대, 제2 박막 트랜지스터)를 포함할 수 있다. 다만 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니며, 다른 실시예에서 포토 센서(301)는 포토 다이오드, 포토 레지스터 등을 포함할 수도 있다.
포토 센서(301)는 제2 게이트 전극(331), 제2 액티브층(311), 제2 드레인 전극(351) 및 제2 소스 전극(371)을 포함할 수 있다. 포토 센서(301)가 포토 트랜지스터인 예시적인 실시예에서, 포토 센서(301)는 제2 게이트 전극(331)이 제2 액티브층(311) 보다 하측에 위치하는 바텀 게이트 방식의 박막 트랜지스터일 수 있다. 포토 센서(301)와 박막 트랜지스터(200)는 서로 절연될 수 있다.
제2 게이트 전극(331)은 포토 센서(301)의 제어 신호가 인가되는 제어 단자를 구성할 수 있다. 제2 게이트 전극(331)은 제1 게이트 전극(230) 상에 배치될 수 있다. 예를 들어, 제2 게이트 전극(331)과 제1 게이트 전극(230)은 서로 중첩하지 않도록 배치되고, 제2 게이트 전극(331)과 제1 게이트 전극(230) 사이에는 제2 절연층(431)이 개재될 수 있다. 제2 게이트 전극(331)과 제1 게이트 전극(230)은 서로 상이한 층에 위치하며, 서로 절연되어 서로 상이한 신호가 인가될 수 있다. 제2 게이트 전극(331)은 제1 게이트 전극(230)과 동일하거나 상이한 재료를 포함할 수 있다.
제2 게이트 전극(331) 상에는 제2 액티브층(311)이 배치될 수 있다. 제2 액티브층(311)은 발광 소자(600)의 애노드 전극(610), 발광층(650) 및 캐소드 전극(630)과 제3 방향(Z)으로 중첩하도록 배치될 수 있다. 제2 액티브층(311)은 반도체성 재료를 포함할 수 있다. 예를 들어, 제2 액티브층(311)은 비정질 실리콘을 포함할 수 있다. 다른 실시예에서, 제2 액티브층(311)은 다결정 실리콘, 단결정 실리콘을 포함하거나, 또는 실리콘 계열 이외의 산화물 반도체 등을 포함할 수도 있다. 제2 액티브층(311)에 가시광선 파장 대역의 광이 입사되면 제2 액티브층(311)은 적어도 부분적으로 활성화되어 전도체 특성을 가질 수 있다. 예를 들어, 제2 액티브층(311)에 광이 입사되면 제2 드레인 전극(351) 및 제2 소스 전극(371)에서 제공된 전자 및/또는 정공이 이동할 수 있는 채널이 형성되고, 전자와 정공이 재결합되어 여기자를 생성할 수 있다. 제2 액티브층(311)의 상기 채널 및 여기자는 수광량에 따라 서로 다른 누설 전류를 발생시킬 수 있다.
제2 액티브층(311) 상에는 제2 드레인 전극(351) 및 제2 소스 전극(371)이 배치될 수 있다. 제2 드레인 전극(351) 및 제2 소스 전극(371)은 각각 제4 절연층(471)에 형성된 관통홀을 통해 제2 액티브층(311)과 전기적으로 연결될 수 있다. 제2 드레인 전극(351), 제2 소스 전극(371), 제1 드레인 전극(250) 및 제1 소스 전극(270)은 서로 동일한 층에 위치할 수 있다. 예를 들어, 제2 드레인 전극(351), 제2 소스 전극(371), 제1 드레인 전극(250) 및 제1 소스 전극(270)은 동일한 재료를 포함하며, 한 번의 공정을 통해 동시에 형성될 수 있다. 제2 드레인 전극(351), 제2 소스 전극(371), 제1 드레인 전극(250) 및 제1 소스 전극(270)은 서로 절연될 수 있다.
한편, 베이스(110) 상에는 층간 절연층(401)이 배치되어 각 층들을 서로 절연시킬 수 있다. 예를 들어, 제1 절연층(411)은 제1 액티브층(210)과 제1 게이트 전극(230) 사이에 배치되어 이들을 서로 절연시킬 수 있다. 즉, 제1 절연층(411)은 박막 트랜지스터(200)의 게이트 절연층일 수 있다. 또, 제3 절연층(451)은 제2 게이트 전극(331)과 제2 액티브층(311) 사이에 개재될 수 있다. 즉, 제3 절연층(451)은 포토 센서(301)의 게이트 절연층일 수 있다.
또한, 제1 게이트 전극(230)과 제2 게이트 전극(331) 사이에는 제2 절연층(431)이 개재될 수 있다. 즉, 제1 게이트 전극(230)과 제2 게이트 전극(331)은 서로 다른 층에 위치할 수 있다. 제4 절연층(471)은 제2 액티브층(311)과 제2 드레인 전극(351) 사이 및 제2 액티브층(311)과 제2 소스 전극(371) 사이에 배치되어 이들을 서로 절연시킬 수 있다. 또, 제2 절연층(431), 제3 절연층(451) 및 제4 절연층(471)은 제1 게이트 전극(230)과 제1 드레인 전극(250) 및 제1 게이트 전극(230)과 제1 소스 전극(270)을 서로 절연시킬 수 있다.
제1 절연층(411), 제2 절연층(431), 제3 절연층(451) 및 제4 절연층(471)은 각각 무기 절연 재료를 포함할 수 있다. 상기 무기 절연 재료의 예로는 질화규소, 산화규소, 질화산화규소 및 산화질화규소 등을 들 수 있다.
층간 절연층(401) 상에는 단차 보상층(500)이 배치될 수 있다. 단차 보상층(500)은 박막 트랜지스터(200) 및 포토 센서(301) 등이 형성하는 단차를 적어도 부분적으로 보상하는 단차 보상 기능을 가지고 발광 소자(600) 등이 안정적으로 배치되는 공간을 제공할 수 있다. 예시적인 실시예에서, 단차 보상층(500)은 상호 적층된 제1 단차 보상층(510) 및 제2 단차 보상층(530)을 포함할 수 있다. 광 투과율이 높고 단차 보상 특성 및 절연 특성을 가질 수 있으면, 단차 보상층(500)의 재료는 특별히 제한되지 않으나, 예를 들어 아크릴계 수지, 에폭시계 수지, 이미드계 수지, 카도계 수지, 에스테르계 수지 등의 유기 재료를 포함할 수 있다. 제1 단차 보상층(510)과 제2 단차 보상층(530)의 재료는 동일하거나 상이할 수 있다. 제1 단차 보상층(510)이 1차적으로 베이스(110) 상에 배치된 구성요소들의 단차를 보상하고, 제2 단차 보상층(530)이 2차적으로 단차를 보상함으로써 제2 단차 보상층(530)의 상면은 우수한 평탄화도를 가질 수 있다. 이를 통해 발광 소자(600)가 안정적으로 배치되는 공간을 제공할 수 있고, 발광층(650)은 균일한 두께를 가질 수 있다.
또, 제1 단차 보상층(510)은 제1 컨택홀을 가지고, 제2 단차 보상층(530)은 제1 컨택홀과 연결된 제2 컨택홀을 가질 수 있다. 제1 컨택홀 및 제2 컨택홀은 박막 트랜지스터(200)의 제1 소스 전극(270)을 부분적으로 노출할 수 있다. 제1 컨택홀 및 제2 컨택홀을 통해 박막 트랜지스터(200)와 발광 소자(600)가 서로 전기적으로 연결될 수 있다.
몇몇 실시예에서, 제1 단차 보상층(510)과 제2 단차 보상층(530) 사이에는 반사층(831)이 배치될 수 있다. 반사층(831)은 소정의 면적을 가지고 후술할 집광체(810)에 의해 집광된 광의 적어도 일부를 반사할 수 있다. 도 2 등은 반사층(831)이 평면상 대략 사각형이고, 제1 방향(X) 및 제2 방향(Y)으로 이격되어 복수개인 경우를 예시하고 있으나 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니다.
반사층(831)은 적어도 부분적으로 발광 영역(EA) 내에 위치할 수 있다. 예를 들어, 반사층(831)은 적어도 부분적으로 발광 소자(600)의 애노드 전극(610), 발광층(650) 및 캐소드 전극(630)과 제3 방향(Z)으로 중첩할 수 있다. 또, 반사층(831)은 적어도 부분적으로 후술할 집광체(810)와 제3 방향(Z)으로 중첩할 수 있다. 반면, 반사층(831)은 포토 센서(301) 및 박막 트랜지스터(200)와 제3 방향(Z)으로 중첩하지 않도록 배치될 수 있다. 반사층(831)은 가시광선 파장 대역의 광에 대한 반사율이 우수하면 특별히 제한되지 않으나, 예를 들어 리튬(Li), 알루미늄(Al), 마그네슘(Mg), 은(Ag), 니켈(Ni), 크롬(Cr), 몰리브덴, 구리, 티타늄 또는 이들의 합금 등의 불투광성 금속 재료를 포함할 수 있다. 금속 재료를 포함하는 반사층(831)은 박막 트랜지스터(200) 및 포토 센서(301)와 전기적으로 절연될 수 있다. 본 실시예에 따른 지문 센서 패키지의 반사층(831)의 기능에 대해서는 후술한다.
단차 보상층(500) 상에는 발광 소자(600)가 배치될 수 있다. 발광 소자(600)는 애노드 전극(610)(예컨대, 하부 전극), 애노드 전극(610)과 이격된 캐소드 전극(630)(예컨대, 상부 전극) 및 애노드 전극(610)과 캐소드 전극(630) 사이에 개재된 발광층(650)을 포함할 수 있다. 예를 들어, 발광층(650)은 유기 발광 재료를 포함하는 유기 발광층이고, 발광 소자(600)는 유기 발광 소자일 수 있다. 발광 소자(600)는 발광층(650)의 재료, 또는 적층 구조에 따라 청색 광만을 방출하거나, 녹색 광만을 방출하거나, 적색 광만을 방출하거나, 또는 이들이 혼합된 백색 광을 방출할 수 있다.
애노드 전극(610)은 각 화소마다 배치되어 서로 독립적인 구동 신호가 인가되는 화소 전극일 수 있다. 애노드 전극(610)은 부분적으로 제1 단차 보상층(510) 및 제2 단차 보상층(530)의 제1 컨택홀 및 제2 컨택홀에 삽입되어 박막 트랜지스터(200)의 제1 소스 전극(270)과 전기적으로 연결될 수 있다.
애노드 전극(610)은 평면상 대략 다이아몬드 형상일 수 있다. 예시적인 실시예에서, 애노드 전극(610)은 제2 단차 보상층(530) 상에 직접 배치될 수 있다. 애노드 전극(610)은 투명 전극이거나, 불투명 전극이거나, 또는 투명 전극과 불투명 전극의 적층 구조일 수 있다. 예를 들어, 애노드 전극(610)은 하측에 위치하는 불투명 전극과 상측에 위치하는 투명 전극의 적층 구조일 수 있다. 이 경우 상기 불투명 전극은 제2 단차 보상층(530)과 맞닿을 수 있다. 상기 투명 전극을 형성하는 재료의 예로는 인듐주석산화물(indium tin oxide, ITO), 인듐아연산화물(indiumzinc oxide, IZO), 산화아연(zinc oxide), 산화인듐(indium oxide) 등을 들 수 있고, 상기 불투명 전극을 형성하는 재료의 예로는 리튬(Li), 알루미늄(Al), 마그네슘(Mg), 은(Ag), 니켈(Ni), 크롬(Cr) 등을 들 수 있다.
캐소드 전극(630)은 적어도 부분적으로 애노드 전극(610)과 제3 방향(Z)으로 중첩하도록 배치되며, 화소의 구분 없이 복수의 화소들에 걸쳐 배치되는 공통 전극일 수 있다. 즉, 서로 다른 화소에 배치된 복수의 발광 소자(600)들은 캐소드 전극(630)을 서로 공유할 수 있다. 캐소드 전극(630)은 애노드 전극(610)과 마찬가지로 투명 전극이거나, 불투명 전극이거나, 또는 투명 전극과 불투명 전극의 적층 구조일 수 있다.
발광층(650)은 애노드 전극(610)과 캐소드 전극(630) 사이에 개재될 수 있다. 발광층(650)은 애노드 전극(610)과 캐소드 전극(630)으로부터 전달되는 정공과 전자를 재결합시켜 광을 생성할 수 있다. 예를 들어, 상기 정공과 전자는 발광층(650)에서 재결합되어 여기자를 생성하고, 상기 여기자가 여기 상태로부터 기저 상태로 변화하며 광을 방출할 수 있다. 즉, 발광층(650)은 직접적으로 광을 방출하는 광원일 수 있다. 발광층(650)이 방출하는 광은 영상 표시에 기여하거나, 또는 지문 센서 패키지의 광원으로서 기능할 수 있다. 다른 실시예에서, 발광층(650)이 방출하는 광은 영상 표시에 기여하지 않고, 오로지 지문 센서 패키지의 광원으로서 기능할 수도 있다.
발광층(650)은 청색 광을 인광 또는 형광 발광하는 재료를 포함하거나, 녹색 광을 인광 또는 형광 발광하는 재료를 포함하거나, 및/또는 청색 광을 인광 또는 형광 발광하는 재료를 포함할 수 있다. 발광층(650)은 후술할 개구를 갖는 화소 정의막(550) 상에 배치되며, 화소 정의막(550)의 개구 내에 배치된 발광층(650)은 평면상 발광 영역(EA)을 정의할 수 있다. 예를 들어, 발광층(650)은 평면상 대략 다이아몬드 형상이고, 제1 방향(X) 및 제2 방향(Y)으로 이격 배치되어 복수개일 수 있다.
도면으로 표현하지 않았으나, 발광층(650)과 애노드 전극(610) 사이 및/또는 발광층(650)과 캐소드 전극(630) 사이에는 정공 주입층, 정공 수송층, 정공 저지층 등의 정공 제어 보조층(미도시), 전자 주입층, 전자 수송층, 전자 저지층 등의 전자 제어 보조층(미도시) 또는 전하 생성 보조층(미도시) 등이 더 개재되어 발광 소자(600)의 발광 효율을 개선할 수도 있다.
몇몇 실시예에서, 애노드 전극(610) 상에는 화소 정의막(550)이 더 배치될 수 있다. 앞서 설명한 발광층(650) 및 캐소드 전극(630)은 화소 정의막(550) 상에 배치될 수 있다. 화소 정의막(550)은 애노드 전극(610)과 캐소드 전극(630) 사이에 개재되어 이들을 서로 절연시키고, 복수의 발광 영역(EA)들을 서로 구분할 수 있다. 평면 시점에서, 화소 정의막(550)은 애노드 전극(610)의 적어도 일부를 노출하는 개구를 갖는 형상이고, 발광층(650)은 상기 개구 내에 배치될 수 있다. 즉, 발광층(650)은 화소 정의막(550)의 개구의 내측벽에 의해 둘러싸일 수 있다. 상기 개구는 평면상 대략 다이아몬드 형상이고, 제1 방향(X) 및 제2 방향(Y)으로 이격 배치되어 복수개일 수 있다. 화소 정의막(550)은 아크릴계 수지, 에폭시계 수지, 이미드계 수지 또는 에스테르계 수지 등의 유기 재료를 포함할 수 있다.
발광 소자(600) 상에는 봉지 부재(700)가 배치될 수 있다. 봉지 부재(700)는 발광 소자(600)를 완전히 봉지하도록 구성되어, 표시 장치(1)의 외부로부터 수분 또는 공기 등의 불순물이 침투하여 발광 소자(600)를 손상 또는 변성시키는 것을 방지할 수 있다. 예시적인 실시예에서, 봉지 부재(700)는 하나 이상의 무기 봉지층(710, 750) 및 하나 이상의 유기 봉지층(730)을 포함하는 박막 봉지층일 수 있다. 무기 봉지층(710, 750)과 유기 봉지층(730)은 서로 교번적으로 배치될 수 있다. 예를 들어, 봉지 부재(700)는 캐소드 전극(630) 상에 배치된 제1 무기 봉지층(710), 제1 무기 봉지층(710) 상에 배치된 유기 봉지층(730) 및 유기 봉지층(730) 상에 배치된 제2 무기 봉지층(750)을 포함할 수 있다. 도 3 등은 봉지 부재(700)가 세 개의 층으로 이루어진 경우를 예시하고 있으나, 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니다. 몇몇 실시예에서, 봉지 부재(700)는 헥사메틸디실록산 등의 실록산계 봉지층을 더 포함할 수도 있다. 다른 실시예에서, 봉지 부재(700)는 글라스 재료를 포함하는 봉지 기판(미도시) 등을 포함할 수도 있다.
봉지 부재(700) 상에는 집광체(810)가 배치될 수 있다. 집광체(810)는 제1 방향(X)으로 진행하는 광선 다발의 진행 경로를 부분적으로 변조하여 광을 포커싱 또는 콘덴싱할 수 있다. 예를 들어, 집광체(810)는 입사 평행 광선 다발을 부분적으로 굴절시켜 광을 한 곳(예컨대, 초점)에 모이도록 유도할 수 있다. 도 2 등은 집광체(810)의 예로서 평면상 대략 원 형상의 마이크로 렌즈를 예시하고 있으나, 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니다. 다른 실시예에서 집광체(810)는 제1 방향(X)으로 진행하는 광의 집광을 유도하는 광학 계면을 가지고, 대략 제2 방향(Y)으로 연장된 형상의 렌티큘러 렌즈 또는 프리즘 렌즈 등의 렌즈 구조체 또는 제1 방향(X)으로 진행하는 광의 집광을 유도하는 복굴절성 구조체 등을 포함할 수도 있다.
집광체(810)는 제1 방향(X) 및 제2 방향(Y)으로 이격되어 복수개일 수 있다. 또, 평면 시점에서, 집광체(810)는 발광 영역(EA) 내에 위치하지 않고, 비발광 영역(NEA) 내에 위치할 수 있다. 집광체(810)는 발광 소자(600)의 발광층(650) 및 애노드 전극(610)과 제3 방향(Z)으로 중첩하지 않도록 배치될 수 있다. 예를 들어, 집광체(810)는 제1 방향(X)으로 진행하는 광의 집광을 유도하고, 집광체(810)는 발광층(650) 및 애노드 전극(610)과 제1 방향(X)으로 이격되어 위치할 수 있다. 또, 집광체(810)는 적어도 부분적으로 캐소드 전극(630), 화소 정의막(550) 및 반사층(831)과 제3 방향(Z)으로 중첩하도록 배치될 수 있다.
발광 소자(600)의 발광층(650)(즉, 광원)이 적어도 표시 패널(11)의 전면(front surface)을 향하여 광을 방출하는 예시적인 실시예에서, 집광체(810)는 발광층(650)의 상기 전면 측에 배치될 수 있다. 도 3 등은 봉지 부재(700) 상에 집광체(810)가 배치된 경우를 예시하고 있으나, 다른 실시예에서 집광체(810) 상에 봉지 부재(700)가 배치될 수도 있다. 본 실시예에 따른 지문 센서 패키지의 집광체(810)의 기능에 대해서는 후술한다.
집광체(810) 상에는 커버 글라스(910)가 배치될 수 있다. 커버 글라스(910)는 표시 패널(11) 및 표시 장치(1)의 상면을 커버하여 표시 장치(1)의 전면 외관을 이루는 윈도우 글라스일 수 있다. 또, 커버 글라스(910)는 표시 장치(1)에서 영상이 표시되는 표시면을 형성함과 동시에 사용자의 터치 동작, 즉 사용자와 표시 장치(1) 간의 접촉이 이루어지는 터치면을 형성할 수 있다. 예를 들어, 사용자의 터치 동작이 사용자의 손가락에 의해 수행되는 경우, 커버 글라스(910)의 전면에는 사용자의 지문 패턴이 맞닿을 수 있다. 커버 글라스(910)는 광 투과율이 높고 강도가 우수한 재료이면 특별히 제한되지 않으나, 예를 들어 글라스 재료, 사파이어 재료 또는 고분자 플레이트 등을 포함할 수 있다.
몇몇 실시예에서, 커버 글라스(910)와 집광체(810) 사이에는 접합층(930)이 개재될 수 있다. 접합층(930)은 봉지 부재(700) 및 집광체(810)와 맞닿으며, 이들을 커버 글라스(910)와 결합시킬 수 있다. 볼록한 상면을 갖는 마이크로 렌즈 형상의 집광체(810)는 적어도 부분적으로 접합층(930) 내에 침투하여 결합될 수 있다. 접합층(930)은 광학 투명 접착제, 광학 투명 수지 또는 감압 접착제를 포함할 수 있다. 도면으로 표현하지 않았으나, 접합층(930)과 커버 글라스(910) 사이에는 편광 부재(미도시) 등이 더 배치될 수도 있다.
앞서 설명한 포토 센서(301), 반사층(831), 발광 소자(600) 및 집광체(810)는 함께 지문 센서 패키지를 형성할 수 있다. 예를 들어, 발광 소자(600)의 발광층(650)(즉, 광원)이 적어도 표시 패널(11)의 전면(단면도 기준 상면)을 향하여 광을 방출하는 예시적인 실시예에서, 집광체(810)는 발광층(650)의 상기 전면 측에 배치되고, 반사층(831) 및 포토 센서(301)는 발광층(650)의 배면(단면도 기준 하면) 측에 배치되어 지문 센서 패키지를 형성할 수 있다. 이하, 도 4를 더 참조하여 본 실시예에 따른 표시 패널(11)의 지문 센서 패키지의 동작에 대해 보다 상세하게 설명한다.
도 4는 도 3의 표시 패널(11)의 지문 센서 패키지의 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 4를 더 참조하면, 앞서 설명한 것과 같이 커버 글라스(910)의 전면은 터치 동작을 수행하는 물체, 예컨대 사용자의 손가락(FG)과 접촉할 수 있다. 구체적으로, 손가락(FG)의 지문 패턴 중에서 융선(R)은 커버 글라스(910)와 밀착되고, 융선(R) 사이의 골(V)과 커버 글라스(910) 사이에는 에어갭(AR)이 개재될 수 있다. 본 실시예에 따른 포토 센서(301)는 사용자의 지문 패턴, 예를 들어 융선(R)의 이미지 정보를 선택적으로 획득하도록 구성될 수 있다.
발광 소자(600)의 발광층(650)으로부터 방출된 광은 대략 표시 패널(11)의 전면 측으로 진행할 수 있다. 표시 패널(11)의 전면 측으로 진행한 광은 커버 글라스(910)를 투과하여 사용자의 손가락(FG)에 의해 산란 반사되거나, 또는 정반사될 수 있다. 즉, 발광 소자(600)의 발광층(650)은 영상 표시에 기여하는 광을 방출하는 광원일 뿐만 아니라, 지문 센서 패키지의 광원으로 기능할 수 있다.
본 실시예에 따른 포토 센서(301) 및 포토 센서(301)를 포함하는 지문 센서 패키지는 소정의 입사각(θ)으로 진행하는 반사광만을 선택적으로 검출하여 보다 선명한 지문 정보, 구체적으로 융선(R)의 이미지 정보를 획득할 수 있다. 포토 센서(301)가 수광하는 반사광의 입사각(θ)의 범위는 집광체(810)의 초점 거리, 터치면(예컨대, 커버 글라스(910)의 상면)과 집광체(810) 간의 수직 거리, 집광체(810)와 반사층(831) 간의 수직 거리, 반사층(831)과 애노드 전극(610) 간의 수직 거리, 애노드 전극(610)과 포토 센서(301) 간의 수직 거리, 반사층(831)의 제1 방향(X)으로의 길이, 반사층(831)과 포토 센서(301)의 제1 방향(X)으로의 이격 거리 및 이들 간의 배치 관계 중 하나 이상을 통해 튜닝될 수 있다.
예시적인 실시예에서, 포토 센서(301)가 수광하는 반사광의 입사각(θ)의 하한은 약 41.0도일 수 있다. 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니나, 커버 글라스(910)와 밀착되는 손가락(FG)의 융선(R)에 의해 반사된 광의 반사 각도(예컨대, 산란 반사 각도) 분포와 커버 글라스(910)와의 사이에 에어갭(AR)이 개재되는 골(V)에 의해 반사된 광의 반사 각도의 분포는 상이할 수 있다. 예를 들어, 골(V)에 의해 반사된 광은 커버 글라스(910)의 표면의 법선(n)을 기준으로 ±41.0도 미만의 각도로 진행하고, 융선(R)에 의해 반사된 광은 법선(n)을 기준으로 ±60.0도 이하의 각도로 진행할 수 있다. 즉, +41.0도 내지 +60.0도 및 -41.0도 내지 -60.0도의 각도로 반사된 반사광은 실질적으로 융선(R)에 의해 반사된 광만을 포함할 수 있다. 따라서 포토 센서(301)가 41.0도 이상의 입사각(θ)으로 진행하는 반사광을 선택적으로 검출하도록 구성함으로써 포토 센서(301) 및 지문 센서 패키지가 골(V)이 아닌 융선(R) 만의 선명한 이미지 정보를 획득할 수 있고, 이를 통해 지문 센서 패키지의 센싱 감도를 개선할 수 있다.
또, 포토 센서(301)가 수광하는 반사광의 입사각(θ)의 상한은 약 48.0도일 수 있다. 앞서 설명한 것과 같이, 사용자의 손가락(FG)의 융선(R)에 의해 반사된 광은 법선(n)을 기준으로 ±60.0도 이하의 각도로 진행할 수 있으며, 포토 센서(301)는 41.0도 이상의 각도로 진행하는 광을 수광하도록 구성될 수 있다. 이 경우, 융선(R)에 의해 반사된 광 중에서 48.0도를 초과하는 각도로 진행하는 반사광은, 융선(R)에 의해 반사된 광 중에서 41.0도의 각도로 진행하는 반사광과 간섭을 일으킬 수 있다. 즉, 융선(R)에 의해 반사되어 포토 센서(301)가 수광하는 광 중에 41.0도 이상 48.0도 이하의 각도로 진행하는 반사광과 48.0도 초과 60.0도 이하의 각도로 진행하는 반사광이 혼재할 경우 포토 센서(301)를 포함하는 지문 센서 패키지가 획득하는 이미지 정보의 블러(blur)가 커질 수 있다. 따라서 포토 센서(301)가 48.0도 이하의 입사각(θ)으로 진행하는 반사광을 선택적으로 검출하도록 구성함으로써 포토 센서(301) 및 지문 센서 패키지가 보다 선명한 이미지 정보를 획득할 수 있고, 이를 통해 지문 센서 패키지의 센싱 감도를 개선할 수 있다.
또, 사용자의 손가락(FG)에 의해 반사된 광은 집광체(810) 측으로 진행할 수 있다. 앞서 설명한 것과 같이, 집광체(810)는 입사 평행 광선 다발(즉, 41.0도 이상 48.0도 이하의 입사각으로 반사된 광)을 부분적으로 굴절시켜 집광을 야기할 수 있다. 즉, 포토 센서(301)가 평행 광선 다발이 아닌, 집광체(810)에 의해 집광된 광을 수광하도록 구성함으로써 포토 센서(301) 및 지문 센서 패키지가 획득하는 이미지 정보의 콘트라스트를 향상시킬 수 있다.
몇몇 실시예에서, 집광체(810)에 의해 집광된 광은 반사층(831) 측으로 진행하고, 반사층(831)은 집광된 광을 반사할 수 있다. 또, 반사층(831)에 의해 반사된 광은 발광 소자(600)의 애노드 전극(610) 측으로 진행하고, 애노드 전극(610)은 집광된 광을 다시 반사할 수 있다. 반사층(831) 및 애노드 전극(610)에 의한 반사는 각각 한 번 이상 수행될 수 있으며, 애노드 전극(610)에 의해 반사된 광은 포토 센서(301) 측, 상세하게는 포토 센서(301)의 제2 액티브층(311) 측으로 진행할 수 있다.
앞서 설명한 것과 같이 집광체(810)는 광을 한 곳(예컨대, 초점)에 모이도록 유도할 수 있다. 그러나 집광체(810)의 초점 거리를 감소시키는 것은 한계가 있으며, 집광체(810)와 포토 센서(301) 간의 이격 거리의 증가를 야기할 수 있다. 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니나, 집광체(810)의 상측에서 입사된 광에 대한 집광체(810)의 원 초점(F)은 베이스(110)의 상면 보다 하측에 위치할 수 있다. 본 실시예에 따른 지문 센서 패키지 및 표시 패널(11)은 반사층(831) 및 애노드 전극(610)을 이용하여 집광된 광의 적어도 일부를 반사하고, 포토 센서(301)가 반사층(831) 및 애노드 전극(610)에 의해 반사된 광을 수광하도록 구성함으로써, 포토 센서(301)가 획득하는 이미지 정보의 콘트라스트를 향상시킴과 동시에 집광체(810)와 포토 센서(301) 간의 수직 거리를 감소시킬 수 있고 표시 패널(11)을 박형화할 수 있다.
본 실시예에 따른 표시 패널(11)의 지문 센서 패키지의 집광체(810), 반사층(831) 및 포토 센서(301)는 각 화소마다 배치될 수 있다. 따라서 지문 센서 패키지는 표시 패널(11)의 해상도에 상응하는 수준의 해상도를 갖는 이미지 정보를 획득할 수 있고, 이를 통해 지문 센서 패키지의 센싱 감도를 개선할 수 있다. 다만 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니며, 지문 센서 패키지의 집광체(810), 반사층(831) 및 포토 센서(301)는 일부 화소에만 배치될 수도 있다.
또한 본 실시예에 따른 지문 센서 패키지의 집광체(810)와 포토 센서(301)는 광원, 즉 발광 소자(600)의 발광층(650)을 사이에 두고 이격 배치되며, 포토 센서(301)는 발광층(650)과 중첩하여 그 하부에 배치될 수 있다. 즉, 포토 센서(301)를 발광 영역(EA) 내에 배치할 수 있어 표시 패널(11)의 발광 영역(EA)의 면적 감소를 최소화할 수 있는 효과가 있다.
이하, 도 5 및 도 6을 더 참조하여 압력 센서(20)에 대해 보다 상세하게 설명한다. 도 5 및 도 6은 도 1의 압력 센서(20)의 동작을 설명하기 위한 도면들로서, 도 5는 압력이 가해지지 않은 초기 상태의 압력 센서(20)를 나타낸 단면도이고, 도 6은 압력이 가해진 가압 상태의 압력 센서(20)를 나타낸 단면도이다.
도 5 및 도 6을 더 참조하면, 본 실시예에 따른 압력 센서(20)는 표시 패널(11)과 제3 방향(Z)으로 중첩하도록 배치될 수 있다. 예를 들어, 압력 센서(20)는 표시 패널(11)의 복수의 발광 영역(EA)들과 중첩하도록 배치될 수 있다. 더 상세한 예를 들어, 압력 센서(20)는 복수의 포토 센서(301)들, 복수의 발광층(650)들, 및 복수의 집광체(810)들과 중첩하도록 배치될 수 있다. 몇몇 실시예에서, 압력 센서(20)와 발광 소자(600) 사이에는 포토 센서(301)가 위치할 수 있다.
압력 센서(20)는 사용자의 터치 동작에 의한 터치 압력 정보를 획득할 수 있다. 예를 들어, 압력 센서(20)는 사용자의 터치 동작에 압력이 수반되었는지 여부에 대한 정보, 및/또는 터치 동작에 수반된 압력의 크기에 대한 정보 등을 획득할 수 있다.
예시적인 실시예에서, 압력 센서(20)는 도전성을 갖는 제1 전극(21), 제1 전극(21)과 이격되고 도전성을 갖는 제2 전극(22) 및 그 사이에 개재된 유전층(23)을 포함할 수 있다. 제1 전극(21)과 제2 전극(22) 중 어느 하나에는 그라운드 신호가 인가되고, 다른 하나에는 구동 신호가 인가될 수 있다. 유전층(23)은 소정의 유전율을 가지고, 탄성을 갖는 재료를 포함할 수 있다. 예를 들어, 유전층(23)은 압력이 가해질 경우 부분적으로 압축되고, 압력이 제거될 경우 다시 원래의 형상으로 되돌아가는 탄성층일 수 있다. 즉, 압력 센서(20)는 압력의 존부, 압력이 가해지는 위치 및/또는 압력의 세기에 따라 제1 전극(21)과 제2 전극(22) 간의 이격 거리가 부분적으로 변화하도록 구성될 수 있다.
제1 전극(21), 제2 전극(22) 및 그 사이에 개재된 유전층(23)은 함께 커패시터를 형성할 수 있다. 제1 전극(21)과 제2 전극(22) 사이에 형성되는 커패시턴스의 크기는 제1 전극(21)과 제2 전극(22) 간의 이격 거리 및 그 사이에 개재된 유전층(23)의 유전율에 따라 결정될 수 있다. 예를 들어, 압력 센서(20)에 압력이 가해지지 않은 초기 상태에서 제1 전극(21)과 제2 전극(22) 사이에는 초기 커패시턴스(C0)가 형성될 수 있다. 반면, 압력 센서(20)에 압력이 가해진 가압 상태에서 제1 전극(21)과 제2 전극(22) 사이에는 가압 커패시턴스(C1)가 형성될 수 있다. 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니나, 가압 상태에서 압력 센서(20)는 가압 커패시턴스(C1)와 초기 커패시턴스(C0)의 차이(C1-C0)를 검출하고, 이를 기초로 하여 사용자의 터치 동작에 압력이 수반되었는지에 대한 정보를 획득할 수 있다. 예를 들어, 사용자의 터치 동작에 의해 발생한 가압 커패시턴스(C1)와 초기 커패시턴스(C0)의 차이(C1-C0)가 미리 정해진 기준 값(예컨대, 문턱 값) 이상인 경우, 즉 유효 압력이 가해진 경우 압력 센서(20)는 압력이 수반된 터치 동작인 것으로 판단할 수 있다.
몇몇 실시예에서, 압력 센서(20)는 제1 전극(21), 유전층(23) 및 제2 전극(22)을 사이에 두고 이격 배치되는 제1 지지층(24) 및 제2 지지층(25)을 더 포함할 수 있다.
앞서 설명한 것과 같이, 본 실시예에 따른 표시 장치(1)의 압력 센서(20)는 표시 패널(11)의 복수의 발광 영역(EA)들 및 지문 센서 패키지와 제3 방향(Z)으로 중첩하도록 배치될 수 있다. 즉, 사용자의 터치 압력 정보를 획득하는 압력 센서(20)를 복수의 발광 영역들(즉, 화소들)을 포함하는 표시 영역 내에 배치함으로써, 영상 표시를 수행하는 영역, 터치 지문 정보를 획득하는 영역, 및 터치 압력 정보를 획득하는 영역을 일원화할 수 있고, 사용자와 표시 장치(1) 간의 상호 작용을 개선하여 보다 직관적인 조작을 기대할 수 있다. 뿐만 아니라, 표시 장치(1)의 터치면(즉, 커버 글라스(910)의 상면)에 대해 사용자의 1회 접근만으로 지문 정보의 획득과 압력 정보의 획득을 동시에 수행할 수 있다. 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니나, 예를 들어 표시 장치(1)는 압력 센서(20)에 유효 압력이 가해질 경우 소정의 시간 동안 지문 센서 패키지가 활성화되도록 구성될 수 있다. 다른 실시예에서, 압력 센서(20)에 유효 압력이 가해지는 동안에만 지문 센서 패키지가 활성화되도록 구성되거나, 또는 압력 센서(20)가 지문 센서 패키지를 활성화시키는 것 외의 다른 동작을 수행하도록 구성될 수도 있음은 물론이다.
이하, 본 발명의 다른 실시예들에 대하여 설명한다. 다만, 앞서 설명한 도 1 등의 실시예에 따른 표시 장치(1)와 동일한 구성에 대한 설명은 생략하며, 이는 첨부된 도면으로부터 통상의 기술자에게 명확히 이해될 수 있을 것이다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 표시 장치(2)의 단면도이다.
도 7을 참조하면, 본 실시예에 따른 표시 장치(2)의 표시 패널(12)의 반사층(832)은 적어도 부분적으로 박막 트랜지스터(200)와 제3 방향(Z)으로 중첩하는 점이 도 1 등의 실시예에 따른 표시 장치(1)와 상이한 점이다.
예시적인 실시예에서, 반사층(832)은 평면상 대략 사각형이 아니라, 실질적으로 표시 패널(12) 전면에 걸쳐 배치되고, 포토 센서(301)를 노출하는 개구를 가질 수 있다. 즉, 반사층(832)은 적어도 부분적으로 발광 소자(600)의 애노드 전극(610), 발광층(650) 및 캐소드 전극(630), 집광체(810) 및 박막 트랜지스터(200)와 제3 방향(Z)으로 중첩하도록 배치될 수 있다. 반면, 반사층(832)은 포토 센서(301)의 제2 액티브층(311)과 제3 방향(Z)으로 중첩하지 않도록 배치될 수 있다. 이를 통해 반사층(832) 및 애노드 전극(610)에 의해 반사된 광이 포토 센서(301) 측으로 진행하도록 할 수 있다.
앞서 설명한 것과 같이, 포토 센서(301), 반사층(832), 발광 소자(600) 및 집광체(810)는 함께 지문 센서 패키지를 형성할 수 있다. 본 실시예에 따른 표시 패널(12) 및 지문 센서 패키지의 반사층(832)은 충분한 면적을 갖도록 배치되어 박막 트랜지스터(200)를 커버하도록 배치될 수 있다. 이를 통해 반사광, 예컨대 사용자의 지문 패턴에 의해 반사된 광이 의도치 않게 박막 트랜지스터(200) 측으로 진행하여 박막 트랜지스터(200)의 수명을 저하시키는 것을 방지할 수 있다.
지문 센서 패키지의 동작 및 그 외 구성요소에 대한 설명은 도 1 등의 실시예와 함께 설명한 바 있으므로 중복되는 설명은 생략한다.
도 8은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 표시 장치(3)의 단면도이다.
도 8을 참조하면, 본 실시예에 따른 표시 장치(3)의 표시 패널(13)의 박막 트랜지스터(200)의 제1 게이트 전극(230)과 포토 센서(303)의 제2 게이트 전극(333)이 동일 층에 위치하는 점이 도 1 등의 실시예에 따른 표시 장치(1)와 상이한 점이다.
예시적인 실시예에서, 포토 센서(303)와 박막 트랜지스터(200)는 서로 전기적으로 연결될 수 있다. 박막 트랜지스터(200)의 제1 게이트 전극(230)과 포토 센서(303)의 제2 게이트 전극(333)은 서로 동일한 층에 위치할 수 있다. 예를 들어, 제1 게이트 전극(230) 및 제2 게이트 전극(333)은 동일한 재료를 포함하며, 한 번의 공정을 통해 동시에 형성될 수 있다. 또, 제1 게이트 전극(230)과 제2 게이트 전극(333)은 서로 전기적으로 연결되며, 제1 게이트 전극(230)과 제2 게이트 전극(333)에는 동일한 순간에 동일한 신호가 인가될 수 있다.
또, 베이스(110) 상에는 층간 절연층(403)이 배치되어 각 층들을 서로 절연시킬 수 있다. 예를 들어, 제1 절연층(413)은 제1 액티브층(210)과 제1 게이트 전극(230) 사이에 배치되어 이들을 서로 절연시킬 수 있다. 또, 제2 절연층(433)은 제2 게이트 전극(333)과 제2 액티브층(313) 사이에 배치되어 이들을 서로 절연시킬 수 있다.
또한, 제3 절연층(453)은 제2 액티브층(313)과 제2 드레인 전극(353) 사이 및 제2 액티브층(313)과 제2 소스 전극(373) 사이에 배치되어 이들을 서로 절연시킬 수 있다. 제2 절연층(433) 및 제3 절연층(453)은 제1 게이트 전극(230)과 제1 드레인 전극(250) 및 제1 게이트 전극(230)과 제1 소스 전극(270)을 서로 절연시킬 수 있다.
앞서 설명한 것과 같이, 포토 센서(303), 반사층(831), 발광 소자(600) 및 집광체(810)는 함께 지문 센서 패키지를 형성할 수 있다. 본 실시예에 따른 제1 게이트 전극(230) 및 제2 게이트 전극(333)은 전기적으로 연결되고 동일한 신호가 인가될 수 있다. 이를 통해 포토 센서(303)에 신호를 전달하는 별도의 스캔 배선(미도시) 없이도 포토 센서(303)의 제어 신호를 인가할 수 있다. 또, 앞서 설명한 것과 같이 포토 센서(303)는 인접한 발광 영역의 발광 소자(600)의 발광층(650)을 그 광원으로 이용하여 지문 센서 패키지를 형성할 수 있다. 즉, 포토 센서(303)의 제어를 위한 별도의 신호 인가 없이도, 박막 트랜지스터(200)의 제1 게이트 전극(230)에 신호가 인가되는 순간에만 포토 센서(303)가 활성화되도록 구성할 수 있다.
지문 센서 패키지의 동작 및 그 외 구성요소에 대한 설명은 도 1 등의 실시예와 함께 설명한 바 있으므로 중복되는 설명은 생략한다.
도 9는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 표시 장치(4)의 단면도이다.
도 9를 참조하면, 본 실시예에 따른 표시 장치(4)의 표시 패널(14)의 반사층(834)은 층간 절연층(401)과 단차 보상층(500) 사이에 배치된 점이 도 1 등의 실시예에 따른 표시 장치(1)와 상이한 점이다.
예시적인 실시예에서, 반사층(834)은 층간 절연층(401) 상에 직접 배치될 수 있다. 예를 들어, 반사층(834)은 층간 절연층(401)의 제4 절연층(471) 및 제1 단차 보상층(510)과 맞닿을 수 있다. 반사층(834)을 단차 보상층(500) 보다 하측에 배치함으로써 집광체(810)와 반사층(834) 간의 수직 거리를 증가시킬 수 있다.
앞서 설명한 것과 같이, 포토 센서(301), 반사층(834), 발광 소자(600) 및 집광체(810)는 함께 지문 센서 패키지를 형성할 수 있다. 본 실시예에 따른 반사층(834)은 집광체(810)와 충분한 이격 거리를 확보하여 포토 센서(301)가 수광하는 반사광의 입사각 범위의 튜닝을 용이하게 할 수 있다. 예를 들어, 포토 센서(301)는 커버 글라스(910) 표면의 법선에 대해 41.0도 이상 48.0도 이하의 각도로 진행하는 광을 선택적으로 수광하도록 구성될 수 있다.
또, 집광체(810)에 의해 집광된 광이 반사층(834)과 발광 소자(600)의 애노드 전극(610)에 의해 반사되는 횟수를 상대적으로 감소시킬 수 있고, 반사되는 과정에서 손실되는 광량을 최소화할 수 있어 포토 센서(301)가 콘트라스트가 향상되고 보다 선명한 지문 이미지 정보를 획득하도록 할 수 있다. 뿐만 아니라, 집광체(810)에 의해 집광된 광이 반사층(834)과 발광 소자(600)의 애노드 전극에 의해 반사되며 진행하는 광 경로 길이를 감소시킬 수 있고, 제1 단차 보상층(510) 및 제2 단차 보상층(530)에 의해 흡수되는 광량을 최소화할 수 있다.
지문 센서 패키지의 동작 및 그 외 구성요소에 대한 설명은 도 1 등의 실시예와 함께 설명한 바 있으므로 중복되는 설명은 생략한다.
도 10은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 표시 장치(5)의 단면도이다.
도 10을 참조하면, 본 실시예에 따른 표시 장치(5)의 표시 패널(15) 및 지문 센서 패키지는 핀홀(855h)을 갖는 차광 패턴층(855)을 더 포함하는 점이 도 1 등의 실시예에 따른 표시 장치(1)와 상이한 점이다.
예시적인 실시예에서, 차광 패턴층(855)은 베이스(110)와 반사층(831) 사이에 배치될 수 있다. 예를 들어, 차광 패턴층(855)은 제1 단차 보상층(510)과 제2 단차 보상층(530) 사이에 배치될 수 있다. 차광 패턴층(855)은 광의 투과를 차단할 수 있는 재료를 포함할 수 있다. 예를 들어, 차광 패턴층(855)은 블랙 안료 또는 블랙 염료 등의 차광성 색제를 포함하는 유기 재료를 포함하거나, 또는 차광성 금속 재료를 포함할 수 있다.
차광 패턴층(855)은 실질적으로 표시 패널(15) 전면에 걸쳐 배치될 수 있다. 또, 차광 패턴층(855)은 핀홀(855h)을 가질 수 있다. 핀홀(855h)의 형상은 평면상 대략 원 형상 또는 사각형 등의 다각형일 수 있다. 핀홀(855h)은 애노드 전극(610)에 의해 반사된 광이 포토 센서(301) 측으로 진행하는 경로 내에 위치할 수 있다. 예를 들어, 핀홀(855h)은 반사층(831)과 제3 방향(Z)으로 중첩하지 않고, 발광 소자(600)의 애노드 전극(610)과 제3 방향(Z)으로 중첩할 수 있다. 몇몇 실시예에서, 반사층(831)과 베이스(110) 사이에는 복수의 차광 패턴층(855)이 배치될 수도 있다.
본 실시예에 따른 포토 센서(301), 반사층(831), 발광 소자(600), 집광체(810) 및 차광 패턴층(855)은 함께 지문 센서 패키지를 형성할 수 있다. 핀홀(855h)을 갖는 차광 패턴층(855)은 포토 센서(301)가 수광하는 반사광의 입사각 범위의 튜닝을 용이하게 할 수 있다. 예를 들어, 포토 센서(301)는 커버 글라스(910) 표면의 법선에 대해 41.0도 이상 48.0도 이하의 각도로 진행하는 광을 선택적으로 수광하도록 구성될 수 있다. 차광 패턴층(855)은 상기 범위를 벗어나는 각도로 진행하는 광이 포토 센서(301) 측으로 진행하는 것을 차광할 수 있다. 뿐만 아니라, 집광체(810)에 의해 집광된 광이 차광 패턴층(855)의 핀홀(855h)을 투과하도록 구성함으로써 포토 센서(301) 및 지문 센서 패키지가 획득하는 이미지 정보의 콘트라스트를 보다 향상시킬 수 있다.
지문 센서 패키지의 동작 및 그 외 구성요소에 대한 설명은 도 1 등의 실시예와 함께 설명한 바 있으므로 중복되는 설명은 생략한다.
도 11은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 표시 장치(6)의 평면도로서, 발광층(650), 애노드 전극(610), 포토 센서(301), 반사층(836) 및 집광체(810)의 평면상 배열을 나타낸 도면이다. 도 12는 도 11의 표시 장치(6)를 ⅩⅡ-ⅩⅡ' 선을 따라 절개한 단면도이다.
도 11 및 도 12를 참조하면, 본 실시예에 따른 표시 장치(6)의 표시 패널(16)의 반사층(836)은 서로 이격된 복수의 서브 반사층들을 포함하는 점이 도 1 등의 실시예에 따른 표시 장치(1)와 상이한 점이다.
예시적인 실시예에서, 반사층(836)은 집광체(810)의 집광 방향으로 이격된 복수의 반사층들을 포함할 수 있다. 예를 들어, 반사층(836)은 제1 방향(X)으로 이격된 제1 서브 반사층(836a), 제2 서브 반사층(836b) 및 제3 서브 반사층(836c)을 포함할 수 있다.
제1 서브 반사층(836a)은 비발광 영역(NEA) 내에 위치할 수 있다. 예를 들어, 제1 서브 반사층(836a)은 적어도 부분적으로 집광체(810) 및 애노드 전극(610)과 제3 방향(Z)으로 중첩할 수 있다. 반면, 제1 서브 반사층(836a)은 발광층(650)과 제3 방향(Z)으로 중첩하지 않도록 배치될 수 있다. 몇몇 실시예에서, 제1 서브 반사층(836a)은 화소 정의막(550)과 제3 방향(Z)으로 완전히 중첩할 수 있다.
또, 제2 서브 반사층(836b)은 적어도 부분적으로 발광 영역(EA) 내에 위치하고, 부분적으로 비발광 영역(NEA) 내에 위치할 수 있다. 예를 들어, 제2 서브 반사층(836b)은 적어도 부분적으로 발광층(650) 및 화소 정의막(550)과 제3 방향(Z)으로 중첩할 수 있다. 반면, 제2 서브 반사층(836b)은 집광체(810)와 제3 방향(Z)으로 중첩하지 않도록 배치될 수 있다.
제3 서브 반사층(836c)은 적어도 부분적으로 발광 영역(EA) 내에 위치할 수 있다. 예를 들어, 제3 서브 반사층(836c)은 적어도 부분적으로 발광층(650)과 제3 방향(Z)으로 중첩하되, 포토 센서(301)와 제3 방향(Z)으로 중첩하지 않도록 배치될 수 있다. 몇몇 실시예에서, 제3 서브 반사층(836c)이 발광층(650)과 중첩하는 평면상 면적은, 제2 서브 반사층(836b)이 발광층(650)과 중첩하는 평면상 면적 보다 클 수 있으나 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니다.
도면으로 표현하지 않았으나, 다른 실시예에서 제1 서브 반사층(836a), 제2 서브 반사층(836b) 및/또는 제3 서브 반사층(836c)의 높이는 서로 상이할 수도 있다.
본 실시예에 따른 표시 장치(6)는 서로 독립적으로 제어되는 하나의 화소, 즉 하나의 발광 영역(EA)에 복수개의 서브 반사층들(836a, 836b, 836c)을 배치할 수 있다. 더 구체적으로, 하나의 포토 센서(301)는 복수의 서브 반사층들(836a, 836b, 836c)에 의해 반사된 광을 수광하도록 구성될 수 있다.
앞서 설명한 것과 같이 반사층(836)은 집광체(810)에 의해 집광된 광을 반사하여 포토 센서(301) 측으로 유도할 수 있다. 이 경우, 미리 튜닝된 위치, 즉 집광된 광의 반사 위치에만 제1 서브 반사층(836a), 제2 서브 반사층(836b) 및 제3 서브 반사층(836c)을 배치하고, 그 외 영역에 반사층을 배치하지 않음으로써 포토 센서(301)가 수광하는 반사광의 입사각 범위의 튜닝을 용이하게 할 수 있다. 예를 들어, 포토 센서(301)는 커버 글라스(910) 표면의 법선에 대해 41.0도 이상 48.0도 이하의 각도로 진행하는 광을 선택적으로 수광하도록 구성될 수 있으며, 의도하지 않은 각도의 광의 반사를 방지함으로써 포토 센서(301)가 획득하는 이미지 정보의 노이즈를 최소화할 수 있다.
지문 센서 패키지의 동작 및 그 외 구성요소에 대한 설명은 도 1 등의 실시예와 함께 설명한 바 있으므로 중복되는 설명은 생략한다.
도 13은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 표시 장치(7)의 평면도로서, 발광층(650), 애노드 전극(610), 포토 센서(307), 반사층(837) 및 집광체(817)의 평면상 배열을 나타낸 도면이다.
도 13을 참조하면, 본 실시예에 따른 표시 장치(7)의 표시 패널의 집광체(817)는 적어도 제1 경사 방향(OD1)으로 진행하는 광의 집광을 유도하는 광학 계면을 갖는 점이 도 1 등의 실시예에 따른 표시 장치(1)와 상이한 점이다. 제1 경사 방향(OD1)은 평면 내에서 제1 방향(X) 및 제2 방향(Y)과 교차하는 다른 방향을 의미할 수 있다.
예시적인 실시예에서, 표시 장치(7)의 표시 패널은 제1 방향(X) 및 제2 방향(Y)으로 이격 배치된 복수의 발광 영역(EA)들을 포함하고, 집광체(817)는 제1 경사 방향(OD1)으로 진행하는 광의 집광을 유도할 수 있다. 발광 영역(EA)이 평면상 대략 다이아몬드 형상을 갖는 예시적인 실시예에서, 집광체(817)는 상기 다이아몬드 형상의 변에 인접하여 위치할 수 있다.
집광체(817)는 적어도 부분적으로 반사층(837)과 중첩하도록 배치될 수 있다. 또, 집광체(817)는 발광 소자의 발광층(650) 및 애노드 전극(610)과 중첩하지 않도록 배치될 수 있다. 예를 들어, 집광체(817)는 발광층(650) 및 애노드 전극(610)과 제1 경사 방향(OD1)으로 이격되어 위치할 수 있다.
몇몇 실시예에서, 집광체(817)는 제2 경사 방향(OD2)으로 반복 배열되어 복수개일 수 있다. 제2 경사 방향(OD2)은 평면 내에서 제1 방향(X), 제2 방향(Y) 및 제1 경사 방향(OD1)과 교차하는 다른 방향을 의미할 수 있다. 발광 영역(EA)이 평면상 대략 다이아몬드 형상을 갖는 예시적인 실시예에서, 복수의 집광체(817)들은 상기 다이아몬드 형상의 변에 대략 평행한 방향으로 인접(proximate) 배열될 수 있다. 비제한적인 일례로서, 표시 장치(7)의 표시 패널의 집광체(817)의 개수는 반사층(837)의 개수보다 클 수 있다.
또, 포토 센서(307)는 제2 경사 방향(OD2)으로 대략 연장된 형상을 가질 수 있다. 포토 센서(307)는 적어도 부분적으로 비발광 영역(NEA) 내에 위치할 수 있다. 도면으로 표현하지 않았으나, 포토 센서(307)가 포토 트랜지스터인 예시적인 실시예에서, 포토 센서(307)의 제2 액티브층은 제2 경사 방향(OD2)으로 충분한 면적을 갖도록 구성될 수 있다.
본 실시예에 따른 표시 장치(7)는 서로 독립적으로 제어되는 하나의 화소, 즉 하나의 발광 영역(EA)에 복수개의 집광체(817)를 배치할 수 있다. 더 구체적으로, 하나의 포토 센서(307)는 복수의 집광체(817)에 의해 집광된 광을 수광하도록 구성될 수 있다. 복수개의 집광체(817)는 특정 방향(즉, 제1 경사 방향(OD1))으로 진행하는 광의 집광량을 증가시킬 수 있고, 포토 센서(307)가 수광하는 광의 양을 증가시킴으로써 지문 센서 패키지의 센싱 감도를 향상시킬 수 있다.
지문 센서 패키지의 동작 및 그 외 구성요소에 대한 설명은 도 1 등의 실시예와 함께 설명한 바 있으므로 중복되는 설명은 생략한다.
도 14는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 표시 장치(8)의 평면도로서, 발광층(650), 애노드 전극(610), 포토 센서(307), 반사층(837) 및 집광체(818)의 평면상 배열을 나타낸 도면이다. 도 15는 도 14의 표시 장치(8)의 집광체(818)를 나타낸 사시도이다.
도 14 및 도 15를 참조하면, 본 실시예에 따른 표시 장치(8)의 표시 패널의 집광체(818)는 제1 경사 방향(OD1)으로 진행하는 광의 집광을 유도하는 광학 계면을 가지고, 제2 경사 방향(OD2)으로 연장된 형상인 점이 도 13 등의 실시예에 따른 표시 장치(7)와 상이한 점이다.
예시적인 실시예에서, 집광체(818)는 제1 경사 방향(OD1)으로 진행하는 광의 집광을 유도하는 광학 계면을 가지고, 제2 경사 방향(OD2)으로 연장된 형상의 렌티큘러 렌즈일 수 있다. 발광 영역(EA)이 평면상 대략 다이아몬드 형상을 갖는 예시적인 실시예에서, 집광체(818)는 상기 다이아몬드 형상의 변에 인접하여 위치할 수 있다.
지문 센서 패키지의 동작 및 그 외 구성요소에 대한 설명은 도 13 등의 실시예와 함께 설명한 바 있으므로 중복되는 설명은 생략한다.
이하, 제조예 및 비교예를 더 참조하여 본 발명에 대해 보다 상세하게 설명한다.
<제조예 1>
앞서 설명한 도 3의 구조를 갖는 지문 센서 패키지 및 이를 포함하는 표시 패널을 제조하였다. 지문 센서 패키지의 마이크로 렌즈, 반사층, 발광 소자의 애노드 전극, 포토 트랜지스터 간의 거리, 배치 관계를 튜닝하여 포토 트랜지스터가 41.0도 내지 48.0도 범위의 입사광을 집중적으로 수광하도록 구성하였다. 제조예 1에서 마이크로 렌즈로부터 반사층까지의 수직 거리와 반사층으로부터 포토 트랜지스터까지의 수직 거리는 약 1:1이 되도록 구성하였다. 그리고 제조예 1에 따른 지문 센서 패키지가 획득하는 지문 이미지의 콘트라스트를 측정하고 그 결과를 표 1에 나타내었다.
<제조예 2>
앞서 설명한 도 9의 구조를 갖는 지문 센서 패키지 및 이를 포함하는 표시 패널을 제조하였다. 제조예 2에서 마이크로 렌즈로부터 반사층까지의 수직 거리와 마이크로 렌즈로부터 포토 트랜지스터까지의 수직 거리는 약 1:1이 되도록 구성하였다. 즉, 반사층과 포토 트랜지스터를 대략 동일한 레벨에 배치하였다. 그리고 제조예 2에 따른 지문 센서 패키지가 획득하는 지문 이미지의 콘트라스트를 측정하고 그 결과를 표 1에 나타내었다.
<제조예 3>
앞서 설명한 도 10의 구조를 갖는 지문 센서 패키지 및 이를 포함하는 표시 패널을 제조하였다. 즉, 애노드 전극으로부터 포토 트랜지스터에 이르는 광 경로 상에 핀홀을 갖는 차광 패턴층을 형성한 것을 제외하고는 제조예 1과 동일한 방법으로 지문 센서 패키지 및 표시 패널을 제조하였다. 그리고 제조예 3에 따른 지문 센서 패키지가 획득하는 지문 이미지의 콘트라스트를 측정하고 그 결과를 표 1에 나타내었다.
<비교예 1>
마이크로 렌즈 및 반사층을 형성하지 않은 것을 제외하고는 제조예 1과 동일한 구조의 지문 센서 패키지 및 이를 포함하는 표시 패널을 제조하였다. 그리고 비교예 1에 따른 지문 센서 패키지가 획득하는 지문 이미지의 콘트라스트를 측정하고 그 결과를 표 1에 나타내었다.
<비교예 2>
마이크로 렌즈 및 반사층을 형성하지 않은 것을 제외하고는 제조예 3과 동일한 구조의 지문 센서 패키지 및 이를 포함하는 표시 패널을 제조하였다. 그리고 비교예 2에 따른 지문 센서 패키지가 획득하는 지문 이미지의 콘트라스트를 측정하고 그 결과를 표 1에 나타내었다.
비교예 1 비교예 2 제조예 1 제조예 2 제조예 3
콘트라스트 0.13 0.14 0.53 0.61 0.67
상기 표 1을 참조하면, 마이크로 렌즈 및 반사층을 형성하지 않은 비교예 1 및 비교예 2의 콘트라스트는 매우 낮은 것을 확인할 수 있다. 반면, 마이크로 렌즈를 이용하여 평행 광선을 집광하고, 상기 집광된 광을 반사층과 애노드 전극을 이용하여 포토 트랜지스터 측으로 유도한 제조예 1 내지 제조예 3은 현저하게 향상된 콘트라스트를 가짐을 확인할 수 있다.
이상에서 본 발명의 실시예를 중심으로 설명하였으나 이는 단지 예시일 뿐 본 발명을 한정하는 것이 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 실시예의 본질적인 특성을 벗어나지 않는 범위에서 이상에 예시되지 않은 여러 가지의 변형과 응용이 가능함을 알 수 있을 것이다. 예를 들어, 본 발명의 실시예에 구체적으로 나타난 각 구성 요소는 변형하여 실시할 수 있다. 그리고 이러한 변형과 응용에 관계된 차이점들은 첨부된 청구 범위에서 규정하는 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
1: 표시 장치
11: 표시 패널
20: 압력 센서
200: 박막 트랜지스터
301: 포토 센서
401: 층간 절연층
500: 단차 보상층
600: 발광 소자
700: 봉지 부재
810: 집광체
831: 반사층
910: 커버 글라스

Claims (20)

  1. 베이스;
    상기 베이스의 일면 상에 배치된 포토 센서;
    상기 포토 센서 상에 배치되고, 하부 전극, 상부 전극 및 그 사이에 개재된 발광층을 포함하는 발광 소자; 및
    상기 발광 소자 상에 배치된 집광체를 포함하되,
    평면 시점에서, 상기 집광체는 상기 하부 전극과 중첩하지 않으며,
    상기 포토 센서는 상기 하부 전극 및 상기 발광층과 중첩하는 표시 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 포토 센서 상에 배치되고, 상기 하부 전극을 부분적으로 노출하는 개구를 갖는 화소 정의막을 더 포함하되,
    상기 집광체는 상기 화소 정의막 상에 중첩 배치되는 표시 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 집광체는 상기 상부 전극과 중첩하고,
    상기 집광체는 상기 표시 장치의 발광 영역 내에 위치하지 않는 표시 장치.
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서,
    상기 포토 센서는 상기 집광체에 의해 집광된 광을 수광하도록 구성된 표시 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 집광체의 상측에서 입사된 광에 대한 상기 집광체의 초점은, 상기 베이스의 상기 일면보다 하측에 위치하는 표시 장치.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 포토 센서는, 상기 발광층으로부터 방출되어 사용자의 지문에 의해 반사된 광의 적어도 일부를 수광하도록 구성된 표시 장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 집광체 상에 배치되고, 사용자의 지문이 맞닿는 커버 글라스를 더 포함하되,
    상기 포토 센서는,
    상기 사용자의 지문에 의해 반사된 광 중에서 상기 커버 글라스 표면의 법선에 대해 41.0도 이상 48.0도 이하의 각도로 진행하는 광을 선택적으로 수광하도록 구성된 표시 장치.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 베이스와 상기 발광 소자 사이에 배치되고, 적어도 부분적으로 상기 집광체와 중첩하는 반사층을 더 포함하는 표시 장치.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 베이스의 상기 일면 상에 배치되고, 상기 발광 소자와 전기적으로 연결된 박막 트랜지스터;
    상기 박막 트랜지스터와 상기 발광 소자 사이에 배치되고, 제1 컨택홀을 갖는 제1 단차 보상층; 및
    상기 제1 단차 보상층과 상기 발광 소자 사이에 배치되고, 상기 제1 컨택홀과 연결된 제2 컨택홀을 가지며, 상기 하부 전극과 맞닿는 제2 단차 보상층을 더 포함하되,
    상기 반사층은 상기 제1 단차 보상층과 상기 제2 단차 보상층 사이에 배치되는 표시 장치.
  11. 제9항에 있어서,
    상기 반사층은 적어도 부분적으로 상기 하부 전극 및 상기 발광층과 중첩하는 표시 장치.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 베이스의 상기 일면 상에 배치되고, 상기 발광 소자와 전기적으로 연결된 박막 트랜지스터를 더 포함하되,
    상기 반사층은 상기 박막 트랜지스터와 중첩하고,
    상기 반사층은 상기 포토 센서와 중첩하지 않는 표시 장치.
  13. 제9항에 있어서,
    상기 포토 센서는 상기 집광체에 의해 집광된 광을 수광하도록 구성되고,
    상기 집광체에 의해 집광된 광은, 상기 반사층 측으로 진행하여 상기 반사층에 의해 반사되며,
    상기 반사층에 의해 반사된 광은, 상기 하부 전극 측으로 진행하여 상기 하부 전극에 의해 반사되고,
    상기 하부 전극에 의해 반사된 광은 상기 포토 센서 측으로 진행하는 표시 장치.
  14. 제9항에 있어서,
    상기 베이스와 상기 반사층 사이에 배치되고, 핀홀을 갖는 차광 패턴층을 더 포함하되,
    상기 핀홀은 상기 반사층과 중첩하지 않고,
    상기 핀홀은 상기 발광 소자와 중첩하는 표시 장치.
  15. 제9항에 있어서,
    상기 베이스의 상기 일면 상에 배치되고, 제1 게이트 전극, 제1 액티브층, 제1 드레인 전극 및 제1 소스 전극을 포함하는 탑 게이트 방식의 제1 박막 트랜지스터를 더 포함하되,
    상기 포토 센서는 제2 게이트 전극, 제2 액티브층, 제2 드레인 전극 및 제2 소스 전극을 포함하는 바텀 게이트 방식의 제2 박막 트랜지스터를 포함하고,
    상기 반사층은 상기 제1 박막 트랜지스터 및 상기 제2 박막 트랜지스터와 절연된 표시 장치.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 제1 박막 트랜지스터와 상기 제2 박막 트랜지스터는 서로 절연되고,
    상기 제1 게이트 전극 및 상기 제2 게이트 전극은 서로 다른 층에 위치하며,
    상기 제1 드레인 전극, 상기 제1 소스 전극, 상기 제2 드레인 전극 및 상기 제2 소스 전극은 서로 동일 층에 위치하는 표시 장치.
  17. 제15항에 있어서,
    상기 제1 게이트 전극과 상기 제2 게이트 전극은 전기적으로 연결된 표시 장치.
  18. 제1항에 있어서,
    상기 포토 센서, 상기 발광층 및 상기 집광체는 각각 제1 방향 및 상기 제1 방향과 교차하는 제2 방향으로 이격되어 복수개이고,
    상기 집광체는 상기 제1 방향으로 진행하는 광을 집광하도록 구성된 표시 장치.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 복수의 포토 센서, 상기 복수의 발광층 및 상기 복수의 집광체와 중첩하도록 배치되고, 상기 포토 센서를 사이에 두고 상기 발광 소자와 이격 배치된 압력 센서를 더 포함하는 표시 장치.
  20. 제1 방향 및 상기 제1 방향과 교차하는 제2 방향으로 이격 배치되고, 적어도 전면(front surface)을 향해 광을 방출하는 복수의 광원;
    상기 광원의 상기 전면 측에 배치되고, 상기 제1 방향으로 진행하는 광을 집광하도록 구성되며, 상기 제1 방향으로 이격 배치된 복수의 집광체;
    상기 광원의 배면 측에 배치되고, 상기 집광체에 의해 집광된 광을 수광하도록 구성되며, 상기 제1 방향으로 이격 배치된 복수의 포토 센서; 및
    상기 포토 센서와 상기 광원 사이에 배치되고, 적어도 부분적으로 상기 집광체와 중첩하는 복수의 반사층을 포함하는 지문 센서 패키지.
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