KR20210014249A - 표시 장치 - Google Patents

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KR20210014249A
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이종현
류지훈
김일남
백종인
성은진
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삼성디스플레이 주식회사
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Abstract

표시 장치가 제공된다. 표시 장치는 베이스 기판과, 상기 베이스 기판 상에 배치된 박막 트랜지스터층과, 상기 박막 트랜지스터 상에 배치되고 발광 소자를 포함하는 발광 소자층을 포함하는 표시 패널, 상기 표시 패널 상에 위치하되 상기 발광 소자층 상에 위치하는 커버 윈도우 및 상기 표시 패널의 하측에 배치된 지문 인식 센서층을 포함하고, 상기 베이스 기판은, 제1 베이스와 상기 제1 베이스 상에 배치된 제2 베이스 및 상기 제1 베이스와 상기 제2 베이스 사이에 배치된 차광층을 포함하며, 상기 차광층은 상기 커버 윈도우에 접촉된 손가락에 반사된 광이 통과하는 홀들을 포함한다.

Description

표시 장치{DISPLAY DEVICE}
본 발명은 표시 장치에 관한 것이다.
표시 장치는 멀티미디어의 발달과 함께 그 중요성이 증대되고 있다. 이에 부응하여 액정 표시 장치(Liquid Crystal Display, LCD), 유기 발광 표시 장치(Organic Light Emitting Display, OLED) 등과 같은 여러 종류의 표시 장치가 사용되고 있다.
한편, 표시 장치 중 유기 발광 표시 장치는 전자와 정공의 재결합에 의해 빛을 발생하는 유기 발광 소자(Organic Light Emitting Diode: OLED)를 이용하여 영상을 표시한다. 이러한 유기 발광 표시 장치는 빠른 응답속도를 가지면서, 휘도 및 시야각이 크고 동시에 낮은 소비 전력으로 구동되는 장점이 있다.
최근에는 휴대용 정보통신기기에서 가장 넓은 면적을 차지하는 디스플레이 패널에 지문 인식을 위한 센서를 통합하여 일체화하는 기술에 관해서도 연구와 개발이 진행되고 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 별도의 외부 광원 없이 지문 인식 센서를 구현할 수 있는 표시 장치를 제공하고자 하는 것이다. 나아가, 지문 인식 특성을 향상시킨 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 표시장치는, 베이스 기판과, 상기 베이스 기판 상에 배치된 박막 트랜지스터층과, 상기 박막 트랜지스터 상에 배치되고 발광 소자를 포함하는 발광 소자층을 포함하는 표시 패널; 상기 표시 패널 상에 위치하되 상기 발광 소자층 상에 위치하는 커버 윈도우; 및 상기 표시 패널의 하측에 배치된 지문 인식 센서층; 을 포함하고, 상기 베이스 기판은, 제1 베이스와 상기 제1 베이스 상에 배치된 제2 베이스 및 상기 제1 베이스와 상기 제2 베이스 사이에 배치된 차광층을 포함하고, 상기 차광층은 상기 커버 윈도우에 접촉된 손가락에 반사된 광이 통과하는 홀들을 포함한다.
상기 홀들의 피치는, 상기 홀들 중 어느 하나의 홀의 중심점으로부터 상기 지문 인식 센서층의 상면까지의 거리로 정의되는 홀 센서 이격거리의 1.3배 내지 1.5배일 수 있다.
상기 홀들은 제1 홀과 제2 홀을 포함하고, 상기 지문 인식 센서층은, 상기 반사된 광이 스캐닝한 지문 패턴을 상기 제1 홀을 통하여 상기 지문 인식 센서층에 전달하는 영역인 제1 수광 영역과, 상기 반사된 광이 스캐닝한 지문 패턴을 상기 제2 홀을 통하여 상기 지문 인식 센서층에 전달하는 영역인 제2 수광 영역을 포함하고, 상기 제1 수광 영역과 상기 제2 수광 영역이 비중첩되도록 구성될 수 있다.
상기 제1 수광 영역과 상기 제2 수광 영역은 맞닿도록 구성될 수 있다.
상기 제1 수광 영역은 제1 이미지 수집 영역을 포함하고, 상기 제2 수광 영역은 제2 이미지 수집 영역을 포함하되, 상기 제1 이미지 수집 영역과 상기 제2 이미지 수집 영역이 이격되도록 구성될 수 있다.
상기 제1 홀과, 상기 제1 이미지 수집 영역과, 상기 제1 수광 영역은 두께 방향으로 중첩되도록 구성될 수 있다.
상기 제2 홀과, 상기 제2 이미지 수집 영역과, 상기 제2 수광 영역은 두께 방향으로 중첩되도록 구성될 수 있다.
상기 홀들 각각의 지름은 3um 내지 20um일 수 있다.
상기 반사된 광이 상기 홀들로 입사되는 각도는 -33° 이상 33° 이하일 수 있다.
상기 홀들의 피치는, 상기 홀들 중 어느 하나의 홀의 중심점으로부터 상기 지문 인식 센서층의 상면까지의 거리로 정의되는 홀 센서 이격거리의 0.5배 내지 1.2배일 수 있다.
상기 홀들은 제1 홀과 제2 홀을 포함하고, 상기 지문 인식 센서층은, 상기 반사된 광이 스캐닝한 지문 패턴을 상기 제1 홀을 통하여 상기 지문 인식 센서층에 전달하는 영역인 제1 수광 영역과, 상기 반사된 광이 스캐닝한 지문 패턴을 상기 제2 홀을 통하여 상기 지문 인식 센서층에 전달하는 영역인 제2 수광 영역을 포함하고, 상기 제1 수광 영역과 상기 제2 수광 영역이 중첩되도록 구성될 수 있다.
상기 제1 수광 영역은 제1 이미지 수집 영역을 포함하고, 상기 제2 수광 영역은 제2 이미지 수집 영역을 포함하되, 상기 제1 이미지 수집 영역과 상기 제2 이미지 수집 영역이 이격되도록 구성될 수 있다.
상기 제1 홀과, 상기 제1 이미지 수집 영역과, 상기 제1 수광 영역은 두께 방향으로 중첩되도록 구성될 수 있다.
상기 제2 홀과, 상기 제2 이미지 수집 영역과, 상기 제2 수광 영역은 두께 방향으로 중첩되도록 구성될 수 있다.
상기 제1 이미지 수집 영역과 상기 제2 수광 영역이 비중첩되도록 구성될 수 있다.
상기 제2 이미지 수집 영역과 상기 제1 수광 영역이 비중첩되도록 구성될 수 있다.
상기 차광층은 제1 영역과 제2 영역을 포함하고, 상기 제1 영역에 위치하는 홀들의 피치는 상기 홀 센서 이격거리의 1.3배이며, 상기 제2 영역에 위치하는 홀들의 피치는 상기 홀 센서 이격거리의 0.5배 내지 1.2배일 수 있다.
상기 제1 영역 및 상기 제2 영역 각각에 위치하는 상기 홀들은 제1 홀과 제2 홀을 포함하고, 상기 제1 영역 및 상기 제2 영역 각각은, 상기 반사된 광이 스캐닝한 지문 패턴을 상기 제1 홀을 통하여 상기 지문 인식 센서층에 전달하는 영역인 제1 수광 영역과, 상기 반사된 광이 스캐닝한 지문 패턴을 상기 제2 홀을 통하여 상기 지문 인식 센서층에 전달하는 영역인 제2 수광 영역을 포함하고, 상기 제1 영역에 포함된 상기 제1 수광 영역과 상기 제2 수광 영역이 비중첩되도록 구성되되, 상기 제2 영역에 포함된 상기 제1 수광 영역과 상기 제2 수광 영역이 중첩되도록 구성될 수 있다.
상기 제1 영역 및 상기 제2 영역에 각각 포함된 상기 제1 수광 영역은 제1 이미지 수집 영역을 각각 포함하고, 상기 제1 영역 및 상기 제2 영역 각각에 포함된 상기 제2 수광 영역은 제2 이미지 수집 영역을 각각 포함하되, 상기 제1 이미지 수집 영역과 상기 제2 이미지 수집 영역이 각각 이격되도록 구성될 수 있다.
상기 제1 영역과 상기 제2 영역에 위치하는 상기 홀들 각각의 지름은 3um 내지 20um일 수 있다.
상기 표시 장치는, 상기 표시 패널과 상기 지문 인식 센서층 사이에 위치하는 결합층을 더 포함하고, 상기 지문 인식 센서층은 상기 결합층을 매개로 상기 표시 패널에 결합될 수 있다.
상기 표시 장치는, 상기 표시 패널과 상기 결합층 사이, 또는 상기 지문 인식 센서층과 상기 결합층 사이에 위치하는 적외선 차단 필터층을 더 포함할 수 있다.
상기 표시 장치는, 상기 표시 패널과 상기 지문 인식 센서층 사이에 위치하는 보호부재; 상기 표시 패널과 상기 보호부재 사이에 위치하는 제1결합층; 및 상기 지문 인식 센서층과 상기 보호부재 사이에 위치하는 제2결합층; 을 더 포함하고, 상기 보호부재는 상기 제1결합층을 매개로 상기 표시 패널에 결합되고, 상기 지문 인식 센서층은 상기 제2결합층을 매개로 상기 보호부재에 결합될 수 있다.
상기 표시 장치는, 상기 표시 패널과 상기 제1결합층 사이 또는 상기 지문 인식 센서층과 상기 제2결합층 사이에 위치하는 적외선 차단 필터층을 더 포함할 수 있다.
기타 실시예의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.
일 실시예에 따른 표시 장치는 표시 패널에서 출력되는 광을 이용하여 지문을 인식함으로써 별도의 광원 없이도 지문을 인식할 수 있게 된다.
또한, 기판 내에 배치된 차광층에 홀을 형성하여 광의 통로를 형성하고, 홀의 피치를 조절함으로써 지문 인식 특성을 향상시킬 수 있게 된다.
실시예들에 따른 효과는 이상에서 예시된 내용에 의해 제한되지 않으며, 더욱 다양한 효과들이 본 명세서 내에 포함되어 있다.
도 1 및 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 표시 장치를 개략적으로 나타낸 평면도이다.
도 3은 일 실시예에 따른 표시 장치를 개략적으로 나타낸 단면도이다.
도 4는 일 실시예에 따른 반사광의 진행 방향을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 5는 일 실시예의 차광층의 일부를 나타낸 평면도이다.
도 6은 다른 실시예의 차광층의 일부를 나타낸 평면도이다.
도 7은 일 실시예의 홀, 이미지 수집 영역 및 수광 영역을 나타낸 평면도이다.
도 8은 일 실시예의 지문 인식 센서층을 개략적으로 나타낸 평면도이다.
도 9는 일 실시예의 지문 인식 센서의 등가회로도이다.
도 10은 일 실시예의 따른 표시장치의 블록도이다.
도 11은 도 2의 I-I'를 따라 자른 단면도이다.
도 12는 일 실시예에 따른 지문 인식 모습을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 13은 다른 실시예의 차광층의 일부를 나타낸 평면도이다.
도 14는 다른 실시예에 따른 반사광의 진행 방향을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 15는 다른 실시예의 홀, 이미지 수집 영역 및 수광 영역을 나타낸 평면도이다.
도 16은 다른 실시예의 차광층의 일부를 나타낸 평면도이다.
도 17은 다른 실시예의 홀, 이미지 수집 영역 및 수광 영역을 나타낸 평면도이다.
도 18, 도 19, 도 20, 도 21, 도 22 및 도 23은 각각 도 3에 도시된 표시장치의 변형예를 도시한 단면도이다.
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 한정되는 것은 아니다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 구체적인 실시예들에 대해 설명한다.
도 1 및 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 표시 장치를 개략적으로 나타낸 평면도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 표시 장치(10)는 표시 영역(DA) 및 비표시 영역(NDA)으로 구분될 수 있다.
표시 영역(DA)은 화상을 표시하는 영역으로 정의되며, 복수의 서브 화소(SP)들이 배치된다. 또한, 표시 영역(DA)은 외부 환경을 검출하기 위한 검출 부재로 사용될 수 있다. 일 실시예로, 표시 영역(DA) 중 적어도 일부 영역은 사용자의 지문 인식을 위한 지문 인식 영역(FPA)일 수 있다. 즉, 지문 인식 영역(FPA)은 복수의 서브 화소(SP)들과 복수의 지문 인식 센서(FPS)들을 포함할 수 있다. 즉, 지문 인식 영역(FPA)은 화상을 표시할 수도 있으며, 사용자의 지문 인식이 필요한 경우에는 사용자의 지문을 인식하는 영역으로 사용될 수 있다. 몇몇 실시예에서 서브 화소(SP)와 지문 인식 센서(FPS)는 제3 방향(Z축 방향)으로 중첩할 수 있다. 다만, 이에 한정되는 것은 아니고, 몇몇 실시예에서 서브 화소(SP)와 지문 인식 센서(FPS)는 제3 방향(Z축 방향)으로 비중첩할 수도 있고, 복수의 서브 화소(SP)들 중 일부만 지문 인식 센서(FPS)와 제3 방향(Z축 방향)으로 중첩할 수도 있다.
비표시 영역(NDA)은 표시 영역(DA)의 외측에 배치되되, 화상이 표시되지 않는 영역으로 정의된다. 비표시 영역(DA)에는 스피커 모듈(14), 카메라 모듈(15) 및 센서 모듈(16)이 배치될 수 있다. 센서 모듈(16)은 일 실시예로, 조도 센서, 근접 센서, 적외선 센서, 초음파 센서 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 일 실시예로, 센서 모듈(16)은 사용자의 홍채를 인식하는 기능을 수행할 수도 있다. 다만, 스피커 모듈(14), 카메라 모듈(15) 및 센서 모듈(16)의 배치 형태는 도 1에 도시한 것으로 제한되지는 않는다. 몇몇 실시예에서, 스피커 모듈(14), 카메라 모듈(15) 및 센서 모듈(16) 중 적어도 하나는 표시 영역(DA)에 배치될 수도 있으며, 이 경우, 표시 영역(DA)이 확장되어 사용자에게 화상의 몰입감을 제공할 수 있다.
표시 영역(DA)은 일 실시예로 평평한 형상을 가질 수 있다. 다만, 이에 제한되는 것은 아니며, 표시 영역(DA)의 적어도 일부 영역이 구부러질 수도 있다. 또한, 표시 영역(DA)은 표시 장치(10)의 에지(edge) 영역에 배치될 수도 있다.
도 2를 참조하면, 지문 인식 영역(FPA)은 표시 영역(DA)과 실질적으로 동일한 영역에 구성될 수도 있다. 예를 들어, 표시 영역(DA)과 지문 인식 영역(FPA)이 일치할 수도 있다. 이 경우, 표시 영역(DA)의 전체에서 지문 인식 기능을 제공할 수 있다.
지문 인식 센서(FPS)들 각각은 주변에 배치된 적어도 하나의 서브 화소(SP)에 구비된 발광 소자를 지문 인식을 위한 광원으로 이용할 수 있다. 이를 위해, 지문 인식 센서(FPS)는 적어도 하나의 서브 화소(SP)와 인접하게 배치될 수 있다. 다만, 이에 한정되는 것은 아니며, 지문 인식 센서(FPS)는 적어도 일 영역이 하나의 화소(PXL)와 중첩되도록 배치될 수도 있다.
이와 같은 본 발명의 실시예에 의한 표시 장치(10)에 의하면, 표시 영역(DA) 내에 복수의 지문 인식 센서(FPS)들을 구비한 지문 센서 영역(FPA)을 구성함으로써, 표시 영역(DA)에서 지문 인식 기능을 제공할 수 있다. 또한, 본 발명의 실시예에 의한 표시 장치(10)에 의하면, 서브 화소(SP)들로부터 방출되는 광을 이용하여 사용자의 지문을 인식함으로써, 별도의 외부 광원 없이 지문 인식 기능을 구현할 수 있다. 이에 따라, 지문 인식 기능을 가지는 표시 장치(10)의 두께를 감소시킴과 아울러, 제조 비용을 절감할 수 있다.
이하, 표시 영역(DA)의 전면에 지문 인식 영역(FPA)이 배치된 경우를 일례로 설명하나, 이에 제한되는 것은 아니다.
도 3은 일 실시예에 따른 표시 장치를 개략적으로 나타낸 단면도이다.
도 3을 참조하면, 표시 장치(10)는 표시 패널(100), 커버 윈도우(CW) 및 지문 인식 센서층(FPSL)을 포함할 수 있다.
표시 패널(100)은 베이스 기판(SUB), 베이스 기판(SUB) 상에 배치된 박막 트랜지스터층(TFTL), 박막 트랜지스터층(TFTL) 상에 배치된 발광 소자층(EML) 및 박막 봉지층(TFEL) 포함할 수 있다.
베이스 기판(SUB)은 제1 베이스(B1)와, 제1 베이스(B1) 상에 배치된 제2 베이스(B2) 및 제1 베이스(B1)와 제2 베이스(B2) 사이에 배치된 차광층(SLL)을 포함할 수 있다.
제1 베이스(B1)와 제2 베이스(B2) 각각은, 고분자 수지 등의 절연 물질로 이루어질 수 있다. 고분자 물질의 예로는 폴리에테르술폰(polyethersulphone: PES), 폴리아크릴레이트(polyacrylate: PA), 폴리아릴레이트(polyarylate: PAR), 폴리에테르이미드(polyetherimide: PEI), 폴리에틸렌 나프탈레이트(polyethylene napthalate: PEN), 폴리에틸렌 테레프탈레이드(polyethylene terepthalate: PET), 폴리페닐렌 설파이드(polyphenylene sulfide: PPS), 폴리알릴레이트(polyallylate), 폴리이미드(polyimide: PI), 폴리카보네이트(polycarbonate: PC), 셀룰로오스 트리 아세테이트(cellulose triacetate: CAT), 셀룰로오스 아세테이트 프로피오네이트(cellulose acetate propionate: CAP) 또는 이들의 조합을 들 수 있다.
제1 베이스(B1)와 제2 베이스(B2) 각각은 리지드(rigid) 기판이거나 벤딩(bending), 폴딩(folding), 롤링(rolling) 등이 가능한 플렉서블(flexible) 기판일 수 있다. 기판(SUB)이 플렉서블 기판인 경우, 폴리이미드(PI)로 형성될 수 있지만, 이에 한정되는 것은 아니다.
차광층(SLL)은 몰리브덴(Mo), 알루미늄(Al), 크롬(Cr), 금(Au), 티타늄(Ti), 니켈(Ni), 네오디뮴(Nd) 및 구리(Cu) 중 어느 하나 또는 이들의 합금으로 이루어진 단일층 또는 다중층으로 형성될 수 있다. 다만, 이에 한정되는 것은 아니며, 몇몇 실시예에서 차광층(SLL)은 블랙 매트릭스로 이루어질 수도 있고, 차광성을 보유한 다양한 물질 또는 광을 흡수하는 흡광 물질로 이루어질 수도 있다.
차광층(SLL)은 홀(H)을 포함할 수 있다. 홀(H)은 물리적 홀 또는 차광층(SLL)의 양면을 관통하는 관통홀일 수 있다. 홀(H)은 발광 소자층(EML)에서 출력된 광(L1)이 사용자의 지문에 반사되어 지문 인식 센서(FPS)로 진행하는 광(L2)의 광학적 통로일 수 있다. 몇몇 실시예에서 홀(H) 내에는 제1 베이스(B1)를 형성하는 물질 또는 제2 베이스(B2)를 형성하는 물질이 채워지지 않을 수 있다. 즉, 홀(H)의 내부는 빈 공간일 수 있다. 또는 몇몇 실시예에서 홀(H)은 광학적으로 투명한 물질로 채워질 수도 잇다. 예를 들어, 차광층(SLL) 상에 제2 베이스(B2)를 형성되는 과정에서 제2 베이스(B2)를 구성하는 물질 일부가 홀(H)을 채울 수 있다. 이 경우에도, 제2 베이스(B2)를 구성하는 물질이 광학적으로 투명한 물질이라면 홀(H)은 발광 소자층(EML)에서 출력된 광(L1)이 사용자의 지문에 반사되어 지문 인식 센서(FPS)로 진행하는 광(L2)의 광학적 통로로 역할을 수행할 수 있다.
홀(H)은 차광층(SLL)에 복수개 배치될 수 있다. 예를 들어, 제1 방향(X축 방향) 및 제2 방향(Y축 방향)으로 이격되어 배치될 수 있다. 홀(H)의 크기 및 배치에 대해서는 차후 좀 더 자세히 살펴본다.
박막 트랜지스터층(TFTL)은 제2 베이스(B2) 상에 배치될 수 있다. 박막 트랜지스터층(TFTL)에는 서브 화소(SP)들 각각의 박막 트랜지스터들이 배치될 수 있다. 박막 트랜지스터들 각각은 게이트 전극, 반도체층, 소스 전극, 및 드레인 전극을 포함할 수 있다.
발광 소자층(EML)은 박막 트랜지스터층(TFTL) 상에 배치될 수 있다. 발광 소자층(EML)은 제1 전극, 발광층, 및 제2 전극을 포함하는 발광 소자들을 포함할 수 있다. 또한, 서브 화소들을 정의하는 화소 정의막을 포함할 수 있다. 발광층은 유기 물질을 포함하는 유기 발광층일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 발광층이 유기 발광층인 경우를 일 예시로 설명하면, 박막 트랜지스터층(TFTL)의 박막 트랜지스터를 통해 제1 전극에 소정의 전압이 인가되고, 제2 전극에 캐소드 전압이 인가되면 정공과 전자가 각각 정공 수송층과 전자 수송층을 통해 유기 발광층으로 이동되며, 유기 발광층에서 서로 결합하여 발광하게 된다.
박막 봉지층(TFEL)은 발광 소자층(EML) 상에 배치될 수 있다. 박막 봉지층(TFEL)은 발광 소자층(EML)에 산소 또는 수분이 침투되는 것을 방지하는 역할을 한다.
커버 윈도우(CW)는 표시 패널(100) 상에 배치될 수 있다. 구체적으로, 커버 윈도우(CW)는 표시 패널(100)의 박막 봉지층(TFEL) 상에 배치될 수 있으며, 이 경우, 커버 윈도우는 OCA(optically clear adhesive) 필름과 같은 투명 접착 부재에 의해 부착될 수 있다. 커버 윈도우(CW)에는 사용자의 손가락(F)이 직접 접촉될 수 있다.
도시되지는 않았지만, 박막 봉지층(TFEL)과 커버 윈도우(CW) 사이에는 터치 센서가 배치될 수도 있다. 몇몇 실시예에서 상기 터치 센서는 터치 전극 및 상기 터치 전극과 연결된 터치 배선을 포함할 수 있다.
지문 인식 센서층(FPSL)은 표시 패널(100) 하부에 배치될 수 있다. 구체적으로, 표시 패널(100)의 제1 베이스(B1)의 하부에 배치될 수 있다. 제1 베이스(B1)의 하부는 차광층(SLL)이 배치된 제1 베이스(B1)의 상부의 반대측을 의미한다.
지문 인식 센서층(FPSL)은 도 2에 도시된 지문 감지 센서(FPS)들을 포함할 수 있다. 또한, 지문 인식 센서층(FPSL)은 지문 감지 센서(FPS)들을 포함하는 어레이 형태일 수도 있다. 지문 인식 센서층(FPSL)에 포함된 지문 감지 센서(FPS)들은 광 센서일 수 있다. 예를 들어, 포토 다이오드, CMOS 이미지 센서, CCD 이미지 센서 등으로 이루어질 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
지문 인식 센서층(FPSL)은 사용자의 손가락(F)이 커버 윈도우(CW) 상에 접촉되었을 때, 발광 소자층(EML)에서 출력된 광(L1)이 사용자의 손가락(F)의 융선(FR) 또는 골(FV)에 의하여 반사되고, 반사된 광(L2) 중 홀(H)을 통과한 성분이 기판(SUB) 하부에 배치된 지문 인식 센서(FPS)로 제공된다. 광 센서로 이루어진 지문 인식 센서(FPS)는 반사된 광(L2)을 입력받아 전기적 신호로 변환할 수 있으며, 이로부터 사용자 지문의 패턴을 인식할 수 있다. 반사광(L2) 중 홀(H)을 통과하지 않은 성분은 차광층(SLL)에 의해 광투과가 차단된다. 즉, 홀(H)은 반사광(L2) 중 지문 인식에 필요한 성분을 선택적으로 지문 인식 센서(FPS)에 제공할 수 있다. 도 3에서는 표시 패널(100)과 지문 인식 센서층(FPSL)을 별도의 구성으로 표시하였으나, 이는 일 예시이며, 지문 인식 센서층(FPSL)은 표시 패널(100)의 일 구성을 이루는 것일 수도 있다.
이와 같이 지문 인식 센서층(FPSL)을 표시 패널(100)의 하부에 배치하는 경우 공정을 간소화할 수 있으며, 지문 인식 센서(FPS)들과 지문 인식 영역(FPA)을 용이하게 정렬시킬 수 있다. 또한 광의 출력되는 경로 상부(발광 소자층(EML) 상부)에 지문 인식 센서(FPS)가 배치되지 않으므로 해상도의 저하를 방지할 수 있는 이점이 있다.
도 4는 일 실시예에 따른 반사광의 진행 방향을 개략적으로 도시한 도면이다. 설명의 편의를 위하여, 표시 패널(100)에서 차광층(SLL)만을 도시하였으며, 커버 윈도우(CW)에서 지문 인식 센서층(FPSL)으로 진행하는 광은 사용자의 손가락에 반사된 광을 의미한다.
도 4를 참조하면, 표시 패널(100)을 기준으로 표시 패널(100) 상부에 커버 윈도우(CW)가 배치되고, 표시 패널(100) 하부에 지문 인식 센서층(FPSL)이 배치된다. 지문 인식 센서층(FPSL)은 표시 패널(100)의 하면과 접촉할 수 있으며, 지문 인식 센서층(FPSL)과 표시 패널(100) 사이는 에어 갭(Air Gap) 없이 밀착될 수 있다. 지문 인식 센서층(FPSL)과 표시 패널(100) 사이에 별도의 에어 갭(Air Gap)을 형성하지 않으므로, 공정이 간소화되고 표시 장치(10)의 신뢰성을 향상시킴과 동시에 박형의 표시 장치(10)를 구현할 수 있다. 다만, 공정상 의도치 않게 발생되는 에어 갭을 배제하는 것은 아니다.
표시 패널(100)에는 차광층(SLL)이 배치되며, 차광층(SLL)은 제1 홀(H1) 및 제2 홀(H1)을 포함할 수 있다. 제1 홀(H1) 및 제2 홀(H2)은 서로 이격되어 배치되며, 사용자의 지문에 반사된 광은 제1 홀(H1) 및 제2 홀(H2)을 통하여 지문 인식 센서층(FPSL)에 도달할 수 있다. 설명의 편의를 위하여, 제1 홀(H1)을 통과하는 광을 제1 광이라 정의하고, 제2 홀(H2)을 통과하는 광을 제2 광으로 정의한다.
몇몇 실시예에서 커버 윈도우(CW)는 이미지 감지 영역(IPA)들을 포함할 수 있다. 예를 들어, 커버 윈도우(CW)는 제1 이미지 감지 영역(IPA1)과 제2 이미지 감지 영역(IPA2)을 포함할 수 있다. 제1 이미지 감지 영역(IPA1)은 제1 광이 지문 패턴을 인식하는 커버 윈도우(CW) 상에 영역일 수 있고, 제2 이미지 감지 영역(IPA2)은 제2 광이 지문 패턴을 인식하는 커버 윈도우(CW) 상에 영역일 수 있다. 또한, 몇몇 실시예에서, 제1 이미지 감지 영역(IPA1)과 제2 이미지 감지 영역(IPA2)이 중첩되는 중첩 영역(OA)이 형성될 수 있으며, 이 경우, 커버 윈도우(CW) 상에 손가락 지문 패턴을 빠짐없이 스캐닝(Scanning)할 수 있는 이점이 있다.
커버 윈도우(CW)에서 제1 이미지 감지 영역(IPA1)의 제1 방향(X축 방향)으로의 폭은 제1 광이 제1 홀(H1)로 입사되는 각도인 입사각(θ)에 의존할 수 있다. 이하에서 입사각(θ)은 제1 방향(X축 방향)과 수직인 제3 방향(Z축 방향)을 기준으로 정의될 수 있다. 보다 구체적으로 광이 제3 방향(Z축 방향)과 나란히 입사하는 경우, 입사각(θ)은 0°일 수 있다. 또한 도 4를 기준으로 광이 제3 방향(Z축 방향)과 시계 방향을 따라 예각을 이루며 입사하는 경우, 입사각(θ)은 양의 각도를 갖는 것으로 정의할 수 있다. 아울러 도 4를 기준으로 광이 제3 방향(Z축 방향)과 반시계 방향을 따라 예각을 이루며 입사하는 경우, 입사각(θ)은 음의 각도를 갖는 것으로 정의할 수 있다.
몇몇 실시예에서 제1 광의 입사각(θ)은 -33° 내지 33°일 수 있다. 다만, 이에 한정되는 것은 아니다. 또한, 커버 윈도우(CW)에서 제2 이미지 감지 영역(IPA2)의 제1 방향(X축 방향)으로의 폭은 제2 광이 제2 홀(H2)로 입사되는 각도인 입사각에 의존하며, 이는, 제1 광이 제1 홀(H1)로 입사되는 각도인 입사각(θ)과 동일할 수 있다.
몇몇 실시예에서 지문 인식 센서층(FPSL)은 수광 영역(LRA)들을 포함할 수 있다. 예를 들어, 지문 인식 센서층(FPSL)은 제1 수광 영역(LRA1)과 제2 수광 영역(LRA2)을 포함할 수 있다. 제1 수광 영역(LRA1)은 지문 패턴을 스캐닝한 제1 광이 지문 인식 센서층(FPSL)에 입력되는 영역일 수 있고, 제2 수광 영역(LRA2)은 지문 패턴을 스캐닝한 제2 광이 지문 인식 센서층(FPSL)에 입력되는 영역일 수 있다.
제1 수광 영역(LRA1)의 제1 방향(X축 방향)으로의 폭은 제1 이미지 감지 영역(IPA1)의 제1 방향(X축 방향)으로의 폭보다 짧을 수 있으며, 제2 수광 영역(LRA1)의 제1 방향(X축 방향)으로의 폭은 제2 이미지 감지 영역(IPA1)의 제1 방향(X축 방향)으로의 폭보다 짧을 수 있다. 이와 같은, 제1 수광 영역(LRA1) 및 제2 수광 영역(LRA2)과 제1 이미지 감지 영역(IPA1) 및 제2 이미지 감지 영역(IPA2)의 제1 방향(X축 방향)으로의 폭의 차이는 차광층(SLL)의 위치에 의존한다. 예를 들어, 차광층(SLL)이 커버 윈도우(CW)에 인접할 수록 제1 수광 영역(LRA1) 및 제2 수광 영역(LRA2)의 제1 방향(X축 방향)으로의 폭은 증가하되, 제1 이미지 감지 영역(IPA1) 및 제2 이미지 감지 영역(IPA2)의 제1 방향(X축 방향)으로의 폭은 감소된다. 반대로, 차광층(SLL)이 지문 인식 센서층(FPSL)에 인접할 수록 제1 수광 영역(LRA1) 및 제2 수광 영역(LRA2)의 제1 방향(X축 방향)으로의 폭은 감소하되, 제1 이미지 감지 영역(IPA1) 및 제2 이미지 감지 영역(IPA2)의 제1 방향(X축 방향)으로의 폭은 증가된다.
본 실시예에서 차광층(SLL)은 커버 윈도우(CW)보다 지문 인식 센서층(FPSL)에 인접하여 배치된다. 다만, 이에 한정되는 것은 아니며, 차광층(SLL)의 위치는 다양하게 변형될 수 있다.
몇몇 실시예에서 제1 수광 영역(LRA1)과 제2 수광 영역(LRA2)은 맞닿을 수 있다. 예를 들어, 제1 수광 영역(LRA1)의 일측과 제2 수광 영역(LRA2)의 타측은 서로 맞닿을 수 있다. 다만, 공정상 의도치 않게 발생되는 제1 수광 영역(LRA1)의 일측과 제2 수광 영역(LRA2)의 타측의 미세한 이격 또는 미세한 중첩을 배제하는 것은 아니다.
몇몇 실시예에서 제1 수광 영역(LRA1)과 제2 수광 영역(LRA2) 각각은 이미지 수집 영역(IAA)을 포함할 수 있다. 예를 들어, 제1 수광 영역(LRA1)은 제1 이미지 수집 영역(IAA1)을 포함하고, 제2 수광 영역(LRA2)은 제2 이미지 수집 영역(IAA2)을 포함할 수 있다.
제1 이미지 수집 영역(IAA1)은 제1 수광 영역(LRA1)에 입력된 지문 패턴 중 유효한 지문 패턴 정보가 입력되는 영역일 수 있으며, 제2 이미지 수집 영역(IAA1)은 제2 수광 영역(LRA2)에 입력된 지문 패턴 중 유효한 지문 패턴 정보가 입력되는 영역일 수 있다. 제1 수광 영역(LRA1) 및 제2 수광 영역(LRA2)에 입력된 지문 패턴 중 제1 이미지 수집 영역(IAA1) 및 제2 이미지 수집 영역(IAA1) 각각에 입력된 지문 패턴만이 지문 이미지를 형성하는데 사용될 수 있다.
제1 이미지 수집 영역(IAA1)은 제1 수광 영역(LRA1)에서 외측 테두리가 제거되고 남은 코어 영역일 수 있고, 제2 이미지 수집 영역(IAA2)은 제2 수광 영역(LRA2)에서 외측 테두리를 제거되고 남은 코어 영역일 수 있다.
지문 인식 센서층(FPSL)은 제1 이미지 수집 영역(IAA1) 및 제2 이미지 수집 영역(IAA1)에 입력된 지문 패턴들을 스티치(stitched)하고, 추가의 이미지 보강 처리하여 최종 지문 이미지를 획득하고 이를 인식하게 된다.
제1 이미지 수집 영역(IAA1) 및 제2 이미지 수집 영역(IAA1)은 제1 방향으로 서로 이격될 수 있다. 즉, 제1 이미지 수집 영역(IAA1) 및 제2 이미지 수집 영역(IAA1)은 서로 비중첩할 수 있다. 이에 따라, 제1 이미지 수집 영역(IAA1) 및 제2 이미지 수집 영역(IAA1) 각각에 입력된 유효한 지문 패턴이 서로 겹쳐 지문 인식의 오류가 발생되는 것을 방지할 수 있는 이점이 있다.
이와 같이, 제1 수광 영역(LRA1)과 제2 수광 영역(LRA2)이 맞닿아 배치되되, 제1 이미지 수집 영역(IAA1) 및 제2 이미지 수집 영역(IAA1)이 이격되어 배치됨으로써, 보다 정확한 지문 인식이 가능해질 수 있다.
제1 수광 영역(LRA1)과 제2 수광 영역(LRA2)의 위치 및 제1 이미지 수집 영역(IAA1)과 제2 이미지 수집 영역(IAA1)의 위치는 제1 홀(H1)과 제2 홀(H1) 사이의 피치(P)에 의존한다. 제1 홀(H1)과 제2 홀(H1) 사이의 피치(P)는 제1 방향(X축 방향)으로 제1 홀(H1)의 중심점(CP)에서 제2 홀(H2)의 중심점(CP) 사이의 거리로 정의된다. 몇몇 실시예에서, 제1 홀(H1)과 제2 홀(H1) 사이의 피치(P)는 지문 인식 센서층(FPSL)과 차광층(SLL)의 거리에 비례할 수 있다. 보다 구체적으로 제1 홀(H1)과 제2 홀(H1) 사이의 피치(P)는 홀의 중심점, 예시적으로 제1 홀(H)의 중심점(CP)과 지문 인식 센서층(FPSL)의 상면까지의 거리 또는 최단간격으로 정의될 수 있다. 몇몇 실시예에서 상술한 지문 인식 센서층(FPSL)의 상면이란, 지문 인식 센서층(FPSL)의 수광영역의 상면 또는 지문 인식 센서(FPS)의 상면 또는 지문 인식 센서(FPS)의 수광영역의 상면을 의미할 수 있다. 이하, 설명의 편의를 위하여 지문 인식 홀의 중심점(CP)과 지문 인식 센서층(FPSL)의 상면 간의 거리를 홀 센서 이격거리(ID)로 지칭한다.
몇몇 실시예에서 제1 홀(H1)과 제2 홀(H1) 사이의 피치(P)는 홀 센서 이격거리(ID)의 1.3배 내지 1.5배 일 수 있으며, 예시적으로 홀 센서 이격거리(ID)의 1.3배 일 수 있다. 즉, 각 제1 홀(H1) 및 제2 홀(H2)에 입사되는 반사광의 입사각(θ)이 -33° 내지 33°인 경우, 제1 홀(H1)과 제2 홀(H1) 사이의 피치(P)를 홀 센서 이격거리(ID)의 1.3배로 설정하여, 제1 수광 영역(LRA1)과 제2 수광 영역(LRA2)이 맞닿아 배치되되, 제1 이미지 수집 영역(IAA1) 및 제2 이미지 수집 영역(IAA1)이 이격되어 배치되도록 구성할 수 있다. 이에 따라, 표시 장치의 지문 인식 특성을 효과적으로 향상시킬 수 있게 된다.
도 5는 일 실시예의 차광층의 일부를 나타낸 평면도이고, 도 6은 다른 실시예의 차광층의 일부를 나타낸 평면도이며, 도 7은 일 실시예의 홀, 이미지 수집 영역 및 수광 영역을 나타낸 평면도이다.
도 5를 참조하면, 몇몇 실시예에서 차광층(SLL)은 복수의 홀(H)들을 포함할 수 있으며, 복수의 홀(H)들의 평면적 형상은 원 형상일 수 있다.
복수의 홀(H)들 각각의 지름은 3um 내지 20um일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 몇몇 실시예에서 복수의 홀(H)들은 제1 방향(X축 방향)으로 제1 피치(P1)를 가지며 배치될 수 있다. 예를 들어, 제1 피치(P1)는 홀 센서 이격거리(ID)의 1.3배 내지 1.5배 일 수 있으며, 예시적으로 홀 센서 이격거리(ID)의 1,3배 일 수 있다. 몇몇 실시예에서 복수의 홀(H)들은 제2 방향(Y축 방향)으로 제2 피치(P2)를 가지며 배치될 수 있다. 제2 피치(P2)는 제1 피치(P1)와 동일할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니며, 몇몇 실시예에서 제1 피치(P1)와 제2 피치(P2)는 서로 다르게 이루어질 수도 있다. 또한, 도 5에서는 복수의 홀(H)들이 제1 방향(X축 방향) 및 제2 방향(Y축 방향)으로 나란하게 정렬된 것으로 도시하였으나, 이는 일 예시이며, 이에 한정되는 것은 아니다. 복수의 홀(H)들은 제1 피치(P1) 및 제2 피치(P2)로 배치되되, 제1 방향(X축 방향) 및 제2 방향(Y축 방향) 각각으로 정렬되지 않을 수도 있다.
도 6을 참조하면, 몇몇 실시예에서 차광층(SLL_1)은 사각 형상의 복수의 홀(H)들을 포함할 수 있다. 복수의 홀(H)들 각각은 제1 방향(X축 방향)에서 제1 길이(d1)를 가질 수 있고, 제2 방향(Y축 방향)에서 제2 길이(d2)를 가질 수 있다. 제1 길이(d1)는 3um 내지 20um일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 또한. 복수의 홀(H)들 각각의 제2 길이(d2)는 제1 길이(d1)와 동일할 수 있다. 다만, 이에 한정되는 것은 아니며, 제1 길이(d1)와 제2 길이(d2)는 다르게 이루어질 수도 있다. 도 6에 도시된 차광층(SLL_1)에 배치된 복수의 홀(H)들의 제1 피치(P1) 및 제2 피치(P2)에 대한 설명은 도 5에 설명된 내용과 동일하므로 중복 설명은 생략한다. 복수의 홀(H)들의 형상은 도 5 및 도 6에 도시된 원 형상 및 사각 형상에 제한되지 않는다. 예를 들어, 복수의 홀(H)들은 타원 형상, 다각 형상 등 다양한 형상으로 이루어질 수 있다. 또한 몇몇 실시예에서 차광층(SLL1, SLL_1)에 배치된 복수의 홀(H)들은 서로 다른 형상을 갖는 홀(H)로 이루어질 수도 있다.
도 7을 참조하면, 몇몇 실시예에서 복수의 홀(H)들과, 복수의 이미지 수집 영역(IAA)들 및 복수의 수광 영역(LRA)들 각각은 두께 방향으로 중첩할 수 있다. 예를 들어, 평면상 수광 영역(LRA) 내에 이미지 수집 영역(IAA)이 위치하고, 이미지 수집 영역(IAA) 내에 홀(H)이 위치할 수 있으며, 1개의 홀(H)과 1 개의 이미지 수집 영역(IAA) 및 1 개의 수광 영역(LRA)이 하나의 단위를 이룰 수 있다.
복수의 수광 영역(LRA)들은 이웃하는 수광 영역(LRA)과 맞닿을 수 있다. 예를 들어, 제1 방향(X축 방향) 및 제2 방향(Y축 방향) 각각으로 맞닿으며 위치할 수 있다. 몇몇 실시예에서 1개의 수광 영역(LRA)은 이웃하는 4개의 수광 영역(LRA)들과 맞닿을 수 있으나, 중첩되지는 않는다. 다만, 공정상 의도치 않게 발생되는 미세한 이격 또는 미세한 중첩을 배제하는 것은 아니다.
몇몇 실시예에서 복수의 이미지 수집 영역(IAA)들은 서로 이격될 수 있다. 또한, 복수의 홀(H)들은 서로 이격될 수 있다. 복수의 이미지 수집 영역(IAA)들의 이격거리보다 복수의 홀(H)들의 이격거리가 더 클 수 있다.
도 8은 일 실시예의 지문 인식 센서층을 개략적으로 나타낸 평면도이고, 도 9는 일 실시예의 지문 인식 센서의 등가회로도이며, 도 10은 일 실시예의 따른 표시장치의 블록도이다.
도 8을 참조하면, 지문 인식 센서층(FPSL)은 복수의 스캔 라인(SCL)들, 복수의 리드아웃 라인(RCL)들, 및 복수의 지문 인식 센서(FPS)들을 포함할 수 있다. 복수의 지문 인식 센서(FPS)들이 배치된 영역이 지문 인식 영역(FPA)으로 정의될 수 있다. 몇몇 실시예에서 지문 인식 센서(FPS)들의 이격 거리는 5um 내지 50um일 수 있고, 하나의 이미지 수집 영역(도 7의 'IAA')에는 20개 내지 30 개의 지문 인식 센서(FPS)들이 위치할 수 있다. 다만, 이에 한정되는 것은 아니다.
스캔 라인(SCL)들은 복수의 지문 인식 센서(FPS)들 중 대응하는 지문 인식 센서(FPS)에 각각 연결되고, 리드아웃 라인(RCL)들은 복수의 지문 인식 센서(FPS)들 중 대응하는 지문 인식 센서(FPS)에 각각 연결될 수 있다.
지문 인식 영역(FPA)의 외측에는 비지문 인식 영역(NFPA)이 위치할 수 있다. 비지문 인식 영역(NFPA)의 일측에는 스캔 라인(SCL)들이 연결된 스캔 구동회로(SCV)가 배치될 수 있다.
비지문 인식 영역(NFPA)의 일측에는 리드아웃 라인(RCL)들이 연결된 리드아웃 회로(RCV)가 배치될 수 있다. 다만, 이에 한정되는 것은 아니고, 리드아웃 회로(RCV) 없이 외부의 집적회로로부터 인가되는 신호가 리드아웃 라인(RCL)들에 인가될 수 있다.
스캔 라인(SCL)들 및 리드아웃 라인(RCL)들 각각은 말단에 연결된 지문 인식 센서 패드들(PD-FPS)을 포함할 수 있다.
지문 인식 센서 패드들(PD-FPS)은 지문 인식 센서(FPS)들을 구동하기 위한 트랜지스터들과 같은 공정에서 형성될 수 있다.
스캔 라인(SCL)들에는 순차적으로 스캔 신호가 공급되며, 리드아웃 라인(RCL)들은 지문 인식 센서(FPS)들로부터 출력되는 신호들을 수신하여 이를 리드아웃 회로(RCV)로 전달할 수 있다. 다만, 이에 한정되는 것은 아니고, 지문 인식 센서(FPS)들로부터 출력되는 신호들은 이를 처리하는 다른 회로(미도시)로 전달될 수 있다.
도 9에는 어느 하나의 스캔 라인(SCL)과 어느 하나의 리드아웃 라인(RCL)에 연결된 지문 인식 센서(FPS)를 예시적으로 도시하였으며, 지문 인식 센서(FPS)의 구성은 이에 제한되지 않고 변형될 수 있다.
지문 인식 센서(FPS)는 제1 트랜지스터(TFT1), 제2 트랜지스터(TFT2), 센싱 커패시터(CP-FPS)를 포함할 수 있다.
제1 트랜지스터(TFT1)는 스위칭 소자로써, 제1 트랜지스터(TFT1)의 제어 전극은 스캔 라인(SCL)과 연결되고, 출력 전극은 리드아웃 라인(RCL)과 연결되며, 입력 전극은 센싱 커패시터(CP-FPS)와 연결된다. 한편, 제2 트랜지스터(TFT2)의 입력 전극은 입력 전압 라인(VDD)에 연결되고, 출력 전극은 센싱 커패시터(CP-FPS)와 연결되며, 제어전극은 공통 전압 라인(VSS)에 연결된다.
제2 트랜지스터(TFT2)에 외부 물체로부터 반사된 광이 공급되면, 비정질 실리콘 또는 다결정 실리콘으로 이루어진 채널부의 반도체가 전류를 형성하게 되는데, 이러한 전류는 입력 전압 라인(VDD)에 입력되는 입력 전압에 의해 센싱 커패시터(CP-FPS)와 제1 트랜지스터(TFT1) 방향으로 흐른다. 즉, 제2 트랜지스터(TFT2)는 포토 트랜지스터이다. 포토 트랜지스터는 광 에너지를 전기 에너지로 변환하는 광센서의 일종으로, 광의 세기에 따라 흐르는 전류가 변화하는 광기전력 효과를 이용한다. 이 때의 광전류를 트랜지스터를 이용하여 증폭시킨 것이 포토 트랜지스터이며, 스캔 라인(SCL)에 선택신호가 입력되면, 전류가 리드아웃 라인(RCL)을 통해 흐르게 된다.
도 10을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 의한 표시 장치(10)는 센서 제어부(SC) 및 표시 구동부(PC)를 더 포함할 수 있다.
센서 제어부(SC)는 지문 인식 센서층(FPSL)의 동작을 제어할 수 있으며 지문 인식 센서층(FPSL)에서의 광 변화량 등을 감지함으로써 사용자의 지문을 인식할 수 있다.
표시 구동부(PC)는 표시 패널(100)로 영상 구동 신호를 공급함으로써, 표시 패널(100)의 영상 표시 동작을 제어할 수 있다. 표시 구동부(PC)는 외부로부터 공급되는 영상 데이터와 제어 신호를 이용하여, 영상 구동 신호를 생성할 수 있다. 예를 들어, 표시 구동부(PC)는 영상 데이터와 제어 신호를 호스트(미도시)로부터 공급받을 수 있고, 제어 신호는 수직 동기 신호(Vertical Synchronization Signal), 수평 동기 신호(Horizontal Synchronization Signal), 메인 클럭 신호(Main Clock Signal) 등을 포함할 수 있다. 또한, 영상 구동 신호는 주사 신호, 및 영상 데이터를 이용하여 생성된 데이터 신호 등을 포함할 수 있다.
센서 제어부(SC)와 표시 구동부(PC)는 하나의 구성으로 통합될 수 있다. 예를 들어, 센서 제어부(SC)와 표시 구동부(PC)는 하나의 IC(integrated circuit)로 구현될 수 있다.
이와 같은 구조는 지문을 인식하는 지문 인식 센서(FPS)의 구동을 설명하기 일 예시이며, 전술한 구조에 제한되는 것은 아니며, 본 발명의 지문 인식 센서(FPS)는 광을 인식할 수 있는 다양한 센서가 적용될 수 있다.
도 11은 도 2의 I-I'를 따라 자른 단면도이고, 도 12는 일 실시예에 따른 지문 인식 모습을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 11을 참조하면, 몇몇 실시예에서 표시 장치(도 2의 '10')는 지문 인식 센서층(FPSL), 베이스 기판(SUB), 박막 트랜지스터층(TFTL), 발광 소자층(EML), 박막 봉지층(TFEL) 및 커버 윈도우(CW)를 포함할 수 있다. 지문 인식 센서층(FPSL), 베이스 기판(SUB)의 구성에 대해서는 도 3 및 도 8 내지 도 10에서 상세히 설명하였는 바, 중복 설명은 생략한다.
베이스 기판(SUB) 상에는 박막 트랜지스터층(TFTL)이 배치될 수 있다. 박막 트랜지스터층(TFTL)은 박막 트랜지스터(120)들, 게이트 절연막(130), 층간 절연막(140), 보호막(150), 및 평탄화막(160)을 포함할 수 있다.
기판(SUB)의 일면 상에는 버퍼막(BF)이 배치될 수 있다. 버퍼막(BF)은 투습에 취약한 기판(SUB)을 통해 침투하는 수분으로부터 박막 트랜지스터(120)들과 발광 소자층(EML)의 유기 발광층(172)을 보호하기 위해 기판(SUB)의 일면 상에 배치될 수 있다. 버퍼막(BF)은 교번하여 적층된 복수의 무기막들로 이루어질 수 있다. 예를 들어, 버퍼막(BF)은 실리콘 나이트라이드층, 실리콘 옥시 나이트라이드층, 실리콘 옥사이드층, 티타늄옥사이드층, 및 알루미늄옥사이드층 중 하나 이상의 무기막이 교번하여 적층된 다중막으로 이루어질 수 있다. 버퍼막(BF)은 생략될 수 있다.
버퍼막(BF) 상에는 박막 트랜지스터(120)들이 배치될 수 있다. 박막 트랜지스터(120)들은 액티브층(121), 게이트 전극(122), 소스 전극(124) 및 드레인 전극(123)을 포함할 수 있다. 도 11에서는 박막 트랜지스터(120)가 게이트 전극(122)이 액티브층(121)의 상부에 위치하는 상부 게이트(탑 게이트, top gate) 방식으로 형성된 것을 예시하였으나, 이에 한정되지 않는다. 예를 들어, 박막 트랜지스터(120)들은 게이트 전극(122)이 액티브층(121)의 하부에 위치하는 하부 게이트(보텀 게이트, bottom gate) 방식 또는 게이트 전극(122)이 액티브층(121)의 상부와 하부에 모두 위치하는 더블 게이트(double gate) 방식으로 형성될 수 있다.
몇몇 실시예에서 박막 트랜지스터(120)들은 차광층(SLL)에 배치된 홀(H)과 제3 방향(Z축 방향)으로 비중첩할 수 있다. 이에 따라, 사용자의 손가락에 반사되어 홀로 진행하는 광이 박막 트랜지스터(120)들에 의하여 반사되는 것을 방지할 수 있다. 또한, 사용자의 손가락에 반사되어 홀(H)로 진행하는 광의 입사각을 고려하여 박막 트랜지스터(120)들은 차광층(SLL)에 배치된 홀(H)과 제1 방향(X축 방향)으로 일정거리 이격되어 위치할 수도 있다.
버퍼막(BF) 상에는 액티브층(121)이 배치될 수 있다. 액티브층(121)은 다결정 실리콘, 단결정 실리콘, 저온 다결정 실리콘, 비정질 실리콘, 또는 산화물 반도체를 포함할 수 있다. 예를 들어, 산화물 반도체는 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. 예를 들어, 액티브층(121)은 ITZO(인듐, 주석, 티타늄을 포함하는 산화물)나 IGZO(인듐, 갈륨, 주석을 포함하는 산화물)를 포함할 수 있다. 버퍼막(BF)과 액티브층(121) 사이에는 액티브층(121)으로 입사되는 외부광을 차단하기 위한 차광층이 배치될 수도 있다.
액티브층(121) 상에는 게이트 절연막(130)이 배치될 수 있다. 게이트 절연막(130)은 무기막, 예를 들어 실리콘 나이트라이드층, 실리콘 옥시 나이트라이드층, 실리콘 옥사이드층, 티타늄옥사이드층, 또는 알루미늄옥사이드층으로 이루어질 수 있다.
게이트 절연막(130) 상에는 게이트 전극(122)과 게이트 라인이 배치될 수 있다. 게이트 전극(122)과 게이트 라인은 몰리브덴(Mo), 알루미늄(Al), 크롬(Cr), 금(Au), 티타늄(Ti), 니켈(Ni), 네오디뮴(Nd) 및 구리(Cu) 중 어느 하나 또는 이들의 합금으로 이루어진 단일층 또는 다중층으로 이루어질 수 있다.
게이트 전극(122)과 게이트 라인 상에는 층간 절연막(140)이 배치될 수 있다. 층간 절연막(140)은 무기막, 예를 들어 실리콘 나이트라이드층, 실리콘 옥시 나이트라이드층, 실리콘 옥사이드층, 티타늄옥사이드층, 또는 알루미늄옥사이드층을 포함할 수 있다.
층간 절연막(140) 상에는 소스 전극(124)과 드레인 전극(123)이 배치될 수 있다. 소스 전극(124)과 드레인 전극(123) 각각은 게이트 절연막(130)과 층간 절연막(140)을 관통하는 콘택홀을 통해 액티브층(121)에 접속될 수 있다. 소스 전극(124)과 드레인 전극(123)은 몰리브덴(Mo), 알루미늄(Al), 크롬(Cr), 금(Au), 티타늄(Ti), 니켈(Ni), 네오디뮴(Nd) 및 구리(Cu) 중 어느 하나 또는 이들의 합금으로 이루어진 단일층 또는 다중층으로 이루어질 수 있다.
소스 전극(124)과 드레인 전극(123) 상에는 박막 트랜지스터(120)를 절연하기 위한 보호막(150)이 배치될 수 있다. 보호막(150)은 무기막, 예를 들어 실리콘 나이트라이드층, 실리콘 옥시 나이트라이드층, 실리콘 옥사이드층, 티타늄옥사이드층, 또는 알루미늄옥사이드층으로 이루어질 수 있다.
보호막(150) 상에는 박막 트랜지스터(120)로 인한 단차를 평탄하게 하기 위한 평탄화막(160)이 배치될 수 있다. 평탄화막(160)은 아크릴 수지(acryl resin), 에폭시 수지(epoxy resin), 페놀 수지(phenolic resin), 폴리아미드 수지(polyamide resin), 폴리이미드 수지(polyimide resin) 등의 유기막으로 이루어질 수 있다.
박막 트랜지스터층(TFTL) 상에는 발광 소자층(EML)이 배치된다. 발광 소자층(EML)은 발광 소자(170)들과 화소 정의막(180)을 포함한다.
발광 소자(170)들과 화소 정의막(180)은 평탄화막(160) 상에 배치된다. 발광 소자(170)들 각각은 제1 전극(171), 유기 발광층(172), 및 제2 전극(173)을 포함할 수 있다.
제1 전극(171)은 평탄화막(160) 상에 배치될 수 있다. 제1 전극(171)은 보호막(150)과 평탄화막(160)을 관통하는 콘택홀을 통해 박막 트랜지스터(120)의 소스 전극(124)에 접속된다. 다만, 이에 한정되는 것은 아니며, 제1 전극(171)은 보호막(150)과 평탄화막(160)을 관통하는 콘택홀을 통해 박막 트랜지스터(120)의 드레인 전극(123)에 접속될 수도 있다.
유기 발광층(172)을 기준으로 제2 전극(173) 방향으로 발광하는 상부 발광(top emission) 구조에서 제1 전극(171)은 알루미늄과 티타늄의 적층 구조(Ti/Al/Ti), 알루미늄과 ITO의 적층 구조(ITO/Al/ITO), APC 합금, 및 APC 합금과 ITO의 적층 구조(ITO/APC/ITO)와 같은 반사율이 높은 금속물질로 형성될 수 있다. APC 합금은 은(Ag), 팔라듐(Pd), 및 구리(Cu)의 합금이다. 다만, 이에 한정되는 것은 아니고, 유기 발광층(172)을 기준으로 제1 전극(171) 방향으로 발광하는 하부 발광(bottom) 구조의 경우, 제1 전극(171)은 광을 투과시킬 수 있는 ITO, IZO와 같은 투명한 도전물질(TCO, Transparent Conductive Material), 또는 마그네슘(Mg), 은(Ag), 또는 마그네슘(Mg)과 은(Ag)의 합금과 같은 반투과 도전물질(Semi-transmissive Conductive Material)로 이루어질 수 있으며, 이 경우, 제1 전극(171)이 반투과 금속물질로 이루어지는 경우, 마이크로 캐비티(micro cavity)에 의해 출광 효율이 높아질 수 있다. 이하, 유기 발광층(172)을 기준으로 제2 전극(173) 방향으로 발광하는 상부 발광(top emission) 구조를 일 예시로 설명한다.
화소 정의막(180)은 서브 화소(SP)들을 정의하는 화소 정의막으로 역할을 하기 위해 평탄화막(160) 상에서 제1 전극(171)을 구획하도록 배치될 수 있다. 화소 정의막(180)은 제1 전극(171)의 가장자리를 덮도록 배치될 수 있다. 화소 정의막(180)은 아크릴 수지(acryl resin), 에폭시 수지(epoxy resin), 페놀 수지(phenolic resin), 폴리아미드 수지(polyamide resin), 폴리이미드 수지(polyimide resin) 등의 유기막으로 이루어질 수 있다.
서브 화소(SP)들 각각은 제1 전극(171), 유기 발광층(172), 및 제2 전극(173)이 순차적으로 적층되어 제1 전극(171)으로부터의 정공과 제2 전극(173)으로부터의 전자가 유기 발광층(172)에서 서로 결합되어 발광하는 영역을 나타낸다.
제1 전극(171)과 화소 정의막(180) 상에는 유기 발광층(172)이 배치된다. 유기 발광층(172)은 유기 물질을 포함하여 소정의 색을 발광할 수 있다. 예를 들어, 유기 발광층(172)은 정공 수송층(hole transporting layer), 유기 물질층, 및 전자 수송층(electron transporting layer)을 포함할 수 있다. 이 경우, 적색 서브 화소(R)의 유기 발광층(172)은 적색 광을 발광하고, 녹색 서브 화소(G)의 유기 발광층(172)은 녹색 광을 발광하며, 청색 서브 화소(B)의 유기 발광층(172)은 청색 광을 발광할 수 있다. 또는, 서브 화소들(SP1, SP2, SP3)의 유기 발광층(172)들은 백색 광을 발광할 수 있으며, 이 경우 적색 서브 화소(R)는 적색 컬러필터층을 더 포함하고, 녹색 서브 화소(G)는 녹색 컬러필터층을 더 포함하며, 청색 서브 화소(B)는 청색 컬러필터층을 더 포함할 수 있다.
제2 전극(173)은 유기 발광층(172) 상에 배치된다. 제2 전극(173)은 유기 발광층(172)을 덮도록 배치될 수 있다. 제2 전극(173)은 서브 화소(SP)들에 공통적으로 형성되는 공통층일 수 있으며, 제2 전극(173) 상에는 캡핑층(capping layer)이 배치될 수 있다.
상부 발광 구조에서 제2 전극(173)은 광을 투과시킬 수 있는 ITO, IZO와 같은 투명한 금속물질(TCO, Transparent Conductive Material), 또는 마그네슘(Mg), 은(Ag), 또는 마그네슘(Mg)과 은(Ag)의 합금과 같은 반투과 금속물질(Semi-transmissive Conductive Material)로 이루어질 수 있다. 제2 전극(173)이 반투과 금속물질로 형성되는 경우, 마이크로 캐비티(micro cavity)에 의해 출광 효율이 높아질 수 있다.
발광 소자층(EML) 상에는 박막 봉지층(TFEL)이 배치된다. 박막 봉지층(TFEL)은 유기 발광층(172)과 제2 전극(173)에 산소 또는 수분이 침투되는 것을 방지하기 위해 적어도 하나의 무기막을 포함할 수 있다. 또한, 박막 봉지층(TFEL)은 먼지와 같은 이물질로부터 발광 소자층(EML)을 보호하기 위해 적어도 하나의 유기막을 포함할 수 있다. 예를 들어, 박막 봉지층(TFEL)은 제2 전극(173) 상에 배치된 제1 무기막, 제1 무기막 상에 배치된 유기막, 유기막 상에 배치된 제2 무기막을 포함할 수 있다. 제1 무기막과 제2 무기막은 실리콘 나이트라이드층, 실리콘 옥시 나이트라이드층, 실리콘 옥사이드층, 티타늄옥사이드층, 또는 알루미늄옥사이드층으로 이루어질 수 있으나, 이에 한정되지 않는다. 유기막은 아크릴 수지(acryl resin), 에폭시 수지(epoxy resin), 페놀 수지(phenolic resin), 폴리아미드 수지(polyamide resin), 폴리이미드 수지(polyimide resin) 등으로 이루어질 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.
박막 봉지층(TFEL) 상부에는 커버 윈도우(CW)가 배치될 수 있다. 커버 윈도우(CW)는 박막 봉지층(TFEL)의 상부에 배치되어 표시 장치(10)의 구성을 보호하는 한편, 발광 소자층(EML)에서 출력되는 광을 투과시킬 수 있다.
커버 윈도우(CW)는 투명 유리, 또는 폴리에틸렌 테레프탈레이트, 폴리비닐 수지, 폴리에스테르 등의 투명한 물질을 포함할 수 있다. 다만, 이에 제한되는 것은 아니며, 발광 소자층(EML)에서 출력되는 광을 투과시키기에 충분한 투과율을 가진다면 커버 윈도우(CW)의 종류에는 제한이 없다. 도시되지는 않았지만, 커버 윈도우(CW)와 박막 봉지층(TFEL) 사이에는 편광판이 배치될 수 있다.
도 12를 참조하면, 사용자의 손가락(F)이 커버 윈도우(CW) 상에 접촉되었을 때, 유기 발광층(172)에서 출력된 광(L1)이 사용자의 손가락(F)의 융선(FR) 또는 골(FV)에 의하여 반사되고, 반사된 광(L2)이 지문 인식 센서층(FPSL)에 수신되어, 사용자 지문의 패턴이 전달될 수 있게 된다.
도 13은 다른 실시예의 차광층의 일부를 나타낸 평면도이고, 도 14는 다른 실시예에 따른 반사광의 진행 방향을 개략적으로 도시한 도면이다. 도 15는 다른 실시예의 홀, 이미지 수집 영역 및 수광 영역을 나타낸 평면도이다. 도 13 내지 도 15의 실시예는 차광층(SLL_2)에 포함된 홀(H)들의 피치가 변화된 점에서 도 4, 도 5 및 도 7의 실시예와 차이점이 있다. 도 4, 도 5 및 도 7의 실시예와 중복되는 설명은 생략하고, 차이점 위주로 설명한다.
도 13을 참조하면, 몇몇 실시예에서 차광층(SLL_2)은 복수의 홀(H)들을 포함할 수 있다. 복수의 홀(H)들 각각의 지름은 3um 내지 20um일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
몇몇 실시예에서 복수의 홀(H)들은 제1 방향(X축 방향)으로 제1 피치(P1_1)를 가지며 배치될 수 있다. 예를 들어, 제1 피치(P1_1)는 홀 센서 이격 거리(ID)의 0.5배 내지 1.2배 일 수 있다. 몇몇 실시예에서 복수의 홀(H)들은 제2 방향(Y축 방향)으로 제2 피치(P2_1)를 가지며 배치될 수 있다. 제2 피치(P2_1)는 제1 피치(P1_1)와 동일할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니며, 몇몇 실시예에서 제1 피치(P1_1)와 제2 피치(P2_1)는 서로 다르게 이루어질 수도 있다. 또한, 도 13에서는 복수의 홀(H)들이 제1 방향(X축 방향) 및 제2 방향(Y축 방향)으로 나란하게 정렬된 것으로 도시하였으나, 이는 일 예시이며, 이에 한정되는 것은 아니다. 복수의 홀(H)들은 제1 피치(P1_1) 및 제2 피치(P2_1)로 배치되되, 제1 방향(X축 방향) 및 제2 방향(Y축 방향) 각각으로 정렬되지 않을 수도 있다.
도 14를 참조하면, 표시 패널(100_1)을 기준으로 표시 패널(100_1) 상부에 커버 윈도우(CW)가 배치되고, 표시 패널(100_1) 하부에 지문 인식 센서층(FPSL)이 배치된다.
몇몇 실시예에서 표시 패널(100_1)에는 차광층(SLL_2)이 배치되며, 차광층(SLL_2)은 제1 홀(H1) 및 제2 홀(H1)을 포함할 수 있다. 제1 홀(H1) 및 제2 홀(H2)은 서로 이격되어 배치될 수 있다. 전술한 바와 같이 제1 홀(H1)의 중심점(CP)에서 제2 홀(H2)의 중심점(CP) 사이의 거리로 정의되는 제1 피치(P1_1)는 홀 센서 이격거리(ID)의 0.5배 내지 1.2배 일 수 있다. 도 4, 도 5 및 도 7의 실시예와 비교할 때 제1 피치(P1_1)의 폭이 감소되므로 지문 인식 센서층(FPSL)로 입력되는 광량이 증가하는 이점이 있다. 이에 따라, 지문 인식 특성을 향상시킬 수 있는 이점이 있다.
몇몇 실시예에서 커버 윈도우(CW)는 제1 이미지 감지 영역(IPA1)과 제2 이미지 감지 영역(IPA2)을 포함할 수 있으며, 제1 이미지 감지 영역(IPA1)과 제2 이미지 감지 영역(IPA2)이 중첩되는 제1 중첩 영역(OA1)이 형성될 수 있다.
몇몇 실시예에서 지문 인식 센서층(FPSL)은 수광 영역(LRA)들을 포함할 수 있다. 예를 들어, 지문 인식 센서층(FPSL)은 제1 수광 영역(LRA1)과 제2 수광 영역(LRA2)을 포함할 수 있다. 제1 수광 영역(LRA1)과 제2 수광 영역(LRA2)은 중첩할 수 있다. 예를 들어, 제1 수광 영역(LRA1)의 일측과 제2 수광 영역(LRA2)의 타측이 서로 중첩하여, 제2 중첩 영역(OA2)을 형성할 수 있다. 제2 중첩 영역(OA2)의 제1 방향(X축 방향)으로의 폭은 제1 중첩 영역(OA1)의 제1 방향(X축 방향)으로의 폭보다 넓을 수 있다.
몇몇 실시예에서 제1 수광 영역(LRA1)과 제2 수광 영역(LRA2) 각각은 이미지 수집 영역(IAA)을 포함할 수 있다. 예를 들어, 제1 수광 영역(LRA1)은 제1 이미지 수집 영역(IAA1)을 포함하고, 제2 수광 영역(LRA2)은 제2 이미지 수집 영역(IAA2)을 포함할 수 있다.
제1 이미지 수집 영역(IAA1) 및 제2 이미지 수집 영역(IAA1)은 제1 방향으로 서로 이격될 수 있다. 즉, 제1 수광 영역(LRA1)과 제2 수광 영역(LRA2)은 중첩하되, 제1 이미지 수집 영역(IAA1) 및 제2 이미지 수집 영역(IAA1)은 서로 비중첩할 수 있다. 이와 같이, 제1 이미지 수집 영역(IAA1) 및 제2 이미지 수집 영역(IAA1)의 중첩으로 광량이 증가하여 보다 정밀한 지문 인식이 가능해진다. 또한, 제1 이미지 수집 영역(IAA1) 및 제2 이미지 수집 영역(IAA1)의 비중첩으로 유효한 지문 패턴이 서로 겹쳐 지문 인식의 오류가 발생되는 것을 방지할 수 있다.
몇몇 실시예에서 제1 이미지 수집 영역(IAA1) 및 제2 이미지 수집 영역(IAA1)은 제2 중첩 영역(OA2)과 비중첩할 수 있다. 예를 들어, 제1 이미지 수집 영역(IAA1)은 제2 수광 영역(LRA2)과 비중첩하고, 제2 이미지 수집 영역(IAA2)은 제1 수광 영역(LRA1)과 비중첩할 수 있다. 다만, 이에 한정되는 것은 아니고, 몇몇 실시예에서 제1 이미지 수집 영역(IAA1) 및 제2 이미지 수집 영역(IAA1)은 제2 중첩 영역(OA2)과 일부 중첩할 수도 있다. 다만, 이 경우에도 제1 이미지 수집 영역(IAA1)과 제2 이미지 수집 영역(IAA1)은 중첩되지 않을 것이다.
도 15을 참조하면, 몇몇 실시예에서 복수의 홀(H)들과, 복수의 이미지 수집 영역(IAA)들 및 복수의 수광 영역(LRA)들 각각은 두께 방향으로 중첩할 수 있다. 예를 들어, 평면상 수광 영역(LRA) 내에 이미지 수집 영역(IAA)이 위치하고, 이미지 수집 영역(IAA) 내에 홀(H)이 위치할 수 있으며, 1개의 홀(H)과 1 개의 이미지 수집 영역(IAA) 및 1 개의 수광 영역(LRA)이 하나의 단위를 이룰 수 있다.
복수의 수광 영역(LRA)들은 이웃하는 수광 영역(LRA)과 중첩할 수 있다. 예를 들어, 제1 방향(X축 방향) 및 제2 방향(Y축 방향) 각각으로 중첩하며 위치할 수 있다. 몇몇 실시예에서 1개의 수광 영역(LRA)은 이웃하는 4개의 수광 영역(LRA)들과 중첩하며 4 개의 제2 중첩 영역(OA2)이 형성될 수 있다. 이에 따라, 하나의 이미지 수집 영역(IAA)은 4 개의 제2 중첩 영역(OA2)에 둘러 쌓일 수 있다.
몇몇 실시예에서 복수의 이미지 수집 영역(IAA)들은 제2 중첩 영역(OA)을 사이에 두고 서로 이격될 수 있다.
도 16은 다른 실시예의 차광층의 일부를 나타낸 평면도이고, 도 17은 다른 실시예의 홀, 이미지 수집 영역 및 수광 영역을 나타낸 평면도이다. 도 16 및 도 17의 실시예는 차광층(SLL_2)의 제1 영역(A1)에 배치된 홀(H)들과 제2 영역(A2)에 배치된 홀(H)들의 피치가 다른 점에서 도 4, 도 5 및 도 7의 실시예와 차이점이 있다. 도 4, 도 5 및 도 7의 실시예와 중복되는 설명은 생략하고, 차이점 위주로 설명한다.
도 16 및 도 17을 참조하면, 차광층(SLL_3)은 제1 영역(A1)과 제2 영역(A2)을 포함할 수 있다. 제1 영역(A1)과 제2 영역(A2) 각각에는 홀(H)들을 포함할 수 있다. 제1 영역(A1)과 제2 영역(A2) 각각의 홀(H)들의 지름(r)은 3um 내지 20um일 수 있다. 도 16 및 도 17에는 제1 영역(A1)과 제2 영역(A2) 각각에 배치된 홀(H)들의 면적이 동일한 것으로 도시하였으나, 이에 한정되는 것은 아니고, 제1 영역(A1)과 제2 영역(A2) 각각에 배치된 홀(H)들의 면적은 3um 내지 20um 내에서 서로 다를 수도 있다.
몇몇 실시예에서 제1 영역(A1)에 위치한 홀(H)들은 제1 방향(X축 방향)으로 제1 피치(P1)를 가지며 배치될 수 있다. 예를 들어, 제1 피치(P1)는 홀 센서 이격거리(ID)의 1.3배 일 수 있다. 또한, 제1 영역(A1)에 위치한 홀(H)들은 제2 방향(Y축 방향)으로 제2 피치(P2)를 가지며 배치될 수 있으며, 제2 피치(P2_1)는 제1 피치(P1)와 동일할 수 있다.
몇몇 실시예에서 제2 영역(A2)에 위치한 홀(H)들은 제1 방향(X축 방향)으로 제1 피치(P1_1)를 가지며 배치될 수 있다. 예를 들어, 제1 피치(P1_1)는 홀 센서 이격거리(ID)의 0.5배 내지 1.2배 일 수 있다. 또한, 제2 영역(A2)에 위치한 홀(H)들은 제2 방향(Y축 방향)으로 제2 피치(P2_1)를 가지며 배치될 수 있다. 제2 피치(P2_1)는 제1 피치(P1_1)와 동일할 수 있다.
제1 영역(A1)에 위치한 복수의 홀(H)들과, 복수의 이미지 수집 영역(IAA)들 및 복수의 수광 영역(LRA)들 각각은 두께 방향으로 중첩할 수 있다. 예를 들어, 평면상 수광 영역(LRA) 내에 이미지 수집 영역(IAA)이 위치하고, 이미지 수집 영역(IAA) 내에 홀(H)이 위치할 수 있으며, 1개의 홀(H)과 1 개의 이미지 수집 영역(IAA) 및 1 개의 수광 영역(LRA)이 하나의 단위를 이룰 수 있다.
제1 영역(A1)에 위치한 복수의 수광 영역(LRA)들은 이웃하는 수광 영역(LRA)과 맞닿을 수 있다. 예를 들어, 제1 방향(X축 방향) 및 제2 방향(Y축 방향) 각각으로 맞닿으며 위치할 수 있다. 몇몇 실시예에서 제1 영역(A1)에 위치한 1개의 수광 영역(LRA)은 이웃하는 4개의 수광 영역(LRA)들과 맞닿을 수 있으나, 중첩되지는 않는다. 다만, 공정상 의도치 않게 발생되는 미세한 이격 또는 미세한 중첩을 배제하는 것은 아니다.
몇몇 실시예에서 제1 영역(A1)에 위치한 복수의 이미지 수집 영역(IAA)들은 서로 이격될 수 있다. 또한, 제1 영역(A1)에 위치한 복수의 홀(H)들은 서로 이격될 수 있다. 복수의 이미지 수집 영역(IAA)들의 이격거리보다 복수의 홀(H)들의 이격거리가 더 클 수 있다.
몇몇 실시예에서 제2 영역(A2)에 위치한 복수의 수광 영역(LRA)들은 이웃하는 수광 영역(LRA)과 중첩할 수 있다. 예를 들어, 제1 방향(X축 방향) 및 제2 방향(Y축 방향) 각각으로 중첩하며 위치할 수 있다. 몇몇 실시예에서 제2 영역(A2)에 위치한 1개의 수광 영역(LRA)은 이웃하는 4개의 수광 영역(LRA)들과 중첩하며 4 개의 제2 중첩 영역(OA2)이 형성될 수 있다. 이에 따라, 하나의 이미지 수집 영역(IAA)은 4 개의 제2 중첩 영역(OA2)에 둘러 쌓일 수 있다.
몇몇 실시예에서 제2 영역(A2)에 위치한 복수의 이미지 수집 영역(IAA)들은 제2 중첩 영역(OA)을 사이에 두고 서로 이격될 수 있다.
몇몇 실시예에서 제1 영역(A1)과 제2 영역(A2)이 접하는 영역에서는 제1 영역(A1)의 수광 영역(LRA)과 제2 영역(A2)의 수광 영역(LRA)이 일부 중첩될 수 있다. 다만, 이에 한정되는 것은 아니며, 제1 영역(A1)과 제2 영역(A2)이 접하는 영역에서 제1 영역(A1)의 수광 영역(LRA)과 제2 영역(A2)의 수광 영역(LRA)은 비중첩할 수도 있다. 이와 같이, 차광층(SLL_3)을 제1 영역(A1)과 제2 영역(A2)으로 구분하고, 제1 영역(A1)에 배치된 홀(H)들의 피치(P1, P2)와 제2 영역(A2)에 배치될 홀(H)들의 피치(P1_1, P2_1)를 달리 설정하여 원하는 영역의 지문 인식 특성을 조절할 수 있다.
도 18, 도 19, 도 20, 도 21, 도 22 및 도 23은 각각 도 3에 도시된 표시장치의 변형예를 도시한 단면도이다.
도 18을 참조하면, 본 실시예에 따른 표시 장치(10a)는, 지문 인식 센서층(FPSL)과 표시 패널(100) 사이에 결합층(AD)이 더 위치하는 점, 결합층(AD)을 매개로 지문 인식 센서층(FPSL)과 표시 패널(100)이 서로 결합된 점에서 도 3에 도시된 실시예와 차이점이 있으며, 이외 구성은 실질적으로 동일하다. 따라서 중복되는 내용은 생략한다.
결합층(AD)은 표시 패널(100)의 하면 및 지문 인식 센서층(FPSL)의 상면과 직접 접촉할 수 있다. 몇몇 실시예에서 결합층(AD)은 광학적으로 투명한 접착물질을 포함할 수 있다. 예시적으로 결합층(AD)은 감압 접착제(pressure sensitive adhesive) 등으로 이루어질 수 있으며, 광학적으로 투명할 수 있다.
지문 인식 센서층(FPSL)과 표시 패널(100)은 결합층(AD)을 매개로 상호 결합될 수 있으며, 몇몇 실시예에서 지문 인식 센서층(FPSL)과 표시 패널(100) 사이에는 에어 갭(Air Gap)이 없을 수 있다.
도 19를 참조하면, 본 실시예에 따른 표시 장치(10b)는, 결합층(AD)과 지문 인식 센서층(FPSL) 사이에 적외선 차단 필터층(IRC)이 더 위치하는 점에서 도 18의 실시예와 차이점이 있으며, 이외 구성은 실질적으로 동일할 수 있다.
적외선 차단 필터층(IRC)은 지문 인식 센서층(FPSL)으로 입사하는 광 중 지정된 파장 대역 미만의 광을 통과시킬 수 있다. 예를 들어 적외선 차단 필터층(IRC)은 적외선 파장대역의 광을 차단하고 가시광선 파장대역의 광 및 자외선 파장대역의 광은 투과시킬 수 있다. 몇몇 실시예에서 적외선 차단 필터층(IRC)은 적색 파장대역의 광 및 근적외선 파장대역의 광을 더 차단할 수도 있다. 예를 들어 적외선 차단 필터층(IRC)은 600나노미터 이상의 파장을 갖는 광을 차단할 수 있다. 적외선 차단 필터층(IRC)을 투과한 광은 지문 인식 센서층(FPSL)으로 전달되므로, 지문 인식 센서층(FPSL)은 적외선 파장대역의 광, 또는 적색 및 근적외선 파장대역의 광을 수광하지 않을 수 있다.
몇몇 실시예에서 적외선 차단 필터층(IRC)은 지문 인식 센서층(FPSL) 상에 별도의 결합부재를 매개로 부착될 수 있다. 또는 적외선 차단 필터층(IRC)은 지문 인식 센서층(FPSL) 상에 직접 적외선 차단물질을 코팅하여 형성될 수도 있다.
본 실시예에 따르면, 적외선 차단 필터층(IRC)을 이용하여 적외선 파장대역의 광을 차단할 수 있는 바, 태양광 등의 외광 중 적외선 파장대역의 광으로 인해 지문 인식 센서층(FPSL)에 인식 오류가 발생하는 것을 방지할 수 있다.
또한 지문 인식 센서층(FPSL)이 포함하는 지문 인식 센서(FPS)에 적외선 파장대역의 광으로 인해 누설전류가 발생하는 것을 방지할 수 있다.
결합층(AD)은 표시 패널(100)의 하면 및 적외선 차단 필터층(IRC)의 상면과 직접 접촉할 수 있다
몇몇 실시예에서 지문 인식 센서층(FPSL)과 표시 패널(100) 사이에는 결합층(AD) 및 적외선 차단 필터층(IRC)이 위치하되, 에어 갭(Air Gap)은 없을 수 있다.
도 20을 참조하면, 본 실시예에 따른 표시 장치(10c)는, 적외선 차단 필터층(IRC)이 결합층(AD)과 표시 패널(1000 사이에 위치하는 점에서 도 19의 실시예와 차이점이 있으며, 이외 구성은 실질적으로 동일할 수 있다.
본 실시예에서 적외선 차단 필터층(IRC)은 별도의 결합부재를 매개로 표시 패널(100)의 하면에 부착될 수 있다. 또는 적외선 차단 필터층(IRC)은 표시 패널(100)의 하면에 직접 적외선 차단물질을 코팅하여 형성될 수도 있다.
결합층(AD)은 적외선 차단 필터층(IRC)의 하면 및 지문 인식 센서층(FPSL)의 상면과 직접 접촉할 수 있다.
몇몇 실시예에서 지문 인식 센서층(FPSL)과 표시 패널(100) 사이에는 결합층(AD) 및 적외선 차단 필터층(IRC)이 위치하되, 에어 갭(Air Gap)은 없을 수 있다.
도 21을 참조하면, 본 실시예에 따른 표시 장치(10d)는, 표시 패널(100)과 지문 인식 센서층(FPSL) 사이에 보호부재(PF)가 더 위치하는 점, 보호부재(PF)와 표시 패널(100) 사이에 제1결합층(AD1)이 더 위치하는 점, 지문 인식 센서층(FPSL)과 보호부재(PF) 사이에 제2결합층(AD2)이 더 위치하는 점에서 도 3의 실시예와 차이점이 있으며, 이외 구성은 실질적으로 동일하다.
보호부재(PF)는 표시 패널(100)을 보호할 수 있다. 보호부재(PF)는 제1결합층(AD1)을 매개로 표시 패널(100)의 하면에 결합될 수 있다.
몇몇 실시예에서 표시 패널(100)이 가요성을 갖는 경우, 또는 베이스 기판(SUB)이 가요성을 갖는 경우, 보호부재(PF)는 표시 패널(100)의 처짐 또는 베이스 기판(SUB)의 처짐을 억제할 수 있다.
몇몇 실시예에서 보호부재(PF)는 표시 패널(100)을 지지하기 위한 소정의 강성(rigid)이 있으면서, 표시 패널(100)의 폴딩 또는 벤딩을 위한 가요성도 가질 수 있다. 보호부재(PF)는 소정의 가요성을 갖고 광투과성을 갖는 플라스틱 재질로 이루어질 수 있다. 예시적으로 보호부재(PF)는 폴리우레탄(Polurethene, PU), 폴리 이미드(Polyimide, PI) 또는 PET(Polyethylene terephthalate) 등으로 이루어질 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
지문 인식 센서층(FPSL)은 제2결합층(AD2)을 매개로 보호부재(PF)에 결합될 수 있다.
제1결합층(AD1) 및 제2결합층(AD2)은 광학적으로 투명한 접착물질을 포함할 수 있다. 예시적으로 제1결합층(AD1) 및 제2결합층(AD2)은 감압 접착제(pressure sensitive adhesive) 등으로 이루어질 수 있으며, 광학적으로 투명할 수 있다.
제1결합층(AD1)은 표시 패널(100)의 하면 및 보호부재(PF)의 상면과 직접 접촉할 수 있으며, 제2결합층(AD2)은 보호부재(PF)의 하면 및 지문 인식 센서층(FPSL)의 상면과 직접 접촉할 수 있다.
몇몇 실시예에서 지문 인식 센서층(FPSL)과 표시 패널(100) 사이에는 제1결합층(AD1), 보호부재(PF) 및 제2결합층(AD2)이 위치하되, 에어 갭(Air Gap)은 없을 수 있다.
도 22를 참조하면, 본 실시예에 따른 표시 장치(10e)는, 제2결합층(AD2)과 지문 인식 센서층(FPSL) 사이에 적외선 차단 필터층(IRC)이 더 위치하는 점에서 도 21의 실시예와 차이점이 있으며, 이외 구성은 실질적으로 동일하다. 이외 적외선 차단 필터층(IRC)에 대한 설명은 도 19의 실시예에서 상술한 바와 실질적으로 동일하거나 유사한 바, 구체적 설명을 생략한다.
제1결합층(AD1)은 표시 패널(100)의 하면 및 보호부재(PF)의 상면과 직접 접촉할 수 있으며, 제2결합층(AD2)은 보호부재(PF)의 하면 및 적외선 차단 필터층(IRC)의 상면과 직접 접촉할 수 있다.
몇몇 실시예에서 지문 인식 센서층(FPSL)과 표시 패널(100) 사이에는 제1결합층(AD1), 보호부재(PF), 제2결합층(AD2) 및 적외선 차단 필터층(IRC)이 위치하되, 에어 갭(Air Gap)은 없을 수 있다.
도 23을 참조하면, 본 실시예에 따른 표시 장치(10f)는, 제1결합층(AD1)과 표시 패널(100) 사이에 적외선 차단 필터층(IRC)이 더 위치하는 점에서 도 21의 실시예와 차이점이 있으며, 이외 구성은 실질적으로 동일하다. 이외 적외선 차단 필터층(IRC)에 대한 설명은 도 20의 실시예에서 상술한 바와 실질적으로 동일하거나 유사한 바, 구체적 설명을 생략한다.
제1결합층(AD1)은 적외선 차단 필터층(IRC)의 하면 및 보호부재(PF)의 상면과 직접 접촉할 수 있으며, 제2결합층(AD2)은 보호부재(PF)의 하면 및 지문 인식 센서층(FPSL)의 상면과 직접 접촉할 수 있다.
몇몇 실시예에서 지문 인식 센서층(FPSL)과 표시 패널(100) 사이에는 적외선 차단 필터층(IRC), 제1결합층(AD1), 보호부재(PF) 및 제2결합층(AD2)이 위치하되, 에어 갭(Air Gap)은 없을 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.
SUB: 베이스 기판
BF: 버퍼막
TFTL: 박막 트랜지스터층
EML: 발광 소자층
TFEL: 박막 봉지층
FPSL: 지문 인식 센서층
CW: 커버 윈도우
FPS: 지문 인식 센서
SP: 서브 화소
F: 손가락
FR: 융선
FV: 골
IPA: 이미지 감지 영역
LRA: 수광 영역
IAA: 이미지 수집 영역
SLL: 차광층
H: 홀
ID: 홀 센서 이격거리

Claims (24)

  1. 베이스 기판과, 상기 베이스 기판 상에 배치된 박막 트랜지스터층과, 상기 박막 트랜지스터 상에 배치되고 발광 소자를 포함하는 발광 소자층을 포함하는 표시 패널;
    상기 표시 패널 상에 위치하되 상기 발광 소자층 상에 위치하는 커버 윈도우; 및
    상기 표시 패널의 하측에 배치된 지문 인식 센서층; 을 포함하고,
    상기 베이스 기판은, 제1 베이스와 상기 제1 베이스 상에 배치된 제2 베이스 및 상기 제1 베이스와 상기 제2 베이스 사이에 배치된 차광층을 포함하며,
    상기 차광층은 상기 커버 윈도우에 접촉된 손가락에 반사된 광이 통과하는 홀들을 포함하는 표시 장치.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 홀들의 피치는, 상기 홀들 중 어느 하나의 홀의 중심점으로부터 상기 지문 인식 센서층의 상면까지의 거리로 정의되는 홀 센서 이격거리의 1.3배 내지 1.5배인 표시 장치.
  3. 제2 항에 있어서,
    상기 홀들은 제1 홀과 제2 홀을 포함하고,
    상기 지문 인식 센서층은, 상기 반사된 광이 스캐닝한 지문 패턴을 상기 제1 홀을 통하여 상기 지문 인식 센서층에 전달하는 영역인 제1 수광 영역과, 상기 반사된 광이 스캐닝한 지문 패턴을 상기 제2 홀을 통하여 상기 지문 인식 센서층에 전달하는 영역인 제2 수광 영역을 포함하고, 상기 제1 수광 영역과 상기 제2 수광 영역이 비중첩되도록 구성된 표시 장치.
  4. 제3 항에 있어서,
    상기 제1 수광 영역과 상기 제2 수광 영역은 맞닿도록 구성된 표시 장치.
  5. 제4 항에 있어서,
    상기 제1 수광 영역은 제1 이미지 수집 영역을 포함하고, 상기 제2 수광 영역은 제2 이미지 수집 영역을 포함하되, 상기 제1 이미지 수집 영역과 상기 제2 이미지 수집 영역이 이격되도록 구성된 표시 장치.
  6. 제5 항에 있어서,
    상기 제1 홀과, 상기 제1 이미지 수집 영역과, 상기 제1 수광 영역은 두께 방향으로 중첩되도록 구성된 표시 장치.
  7. 제6 항에 있어서,
    상기 제2 홀과, 상기 제2 이미지 수집 영역과, 상기 제2 수광 영역은 두께 방향으로 중첩되도록 구성된 표시 장치.
  8. 제2 항에 있어서,
    상기 홀들 각각의 지름은 3um 내지 20um인 표시 장치.
  9. 제2 항에 있어서,
    상기 반사된 광이 상기 홀들로 입사되는 각도는 -33° 내지 33°인 표시 장치.
  10. 제1 항에 있어서,
    상기 홀들의 피치는, 상기 홀들 중 어느 하나의 홀의 중심점으로부터 상기 지문 인식 센서층의 상면까지의 거리로 정의되는 홀 센서 이격거리의 0.5배 내지 1.2배인 표시 장치.
  11. 제10 항에 있어서,
    상기 홀들은 제1 홀과 제2 홀을 포함하고,
    상기 지문 인식 센서층은, 상기 반사된 광이 스캐닝한 지문 패턴을 상기 제1 홀을 통하여 상기 지문 인식 센서층에 전달하는 영역인 제1 수광 영역과, 상기 반사된 광이 스캐닝한 지문 패턴을 상기 제2 홀을 통하여 상기 지문 인식 센서층에 전달하는 영역인 제2 수광 영역을 포함하고, 상기 제1 수광 영역과 상기 제2 수광 영역이 중첩되도록 구성된 표시 장치.
  12. 제11 항에 있어서,
    상기 제1 수광 영역은 제1 이미지 수집 영역을 포함하고, 상기 제2 수광 영역은 제2 이미지 수집 영역을 포함하되, 상기 제1 이미지 수집 영역과 상기 제2 이미지 수집 영역이 이격되도록 구성된 표시 장치.
  13. 제12 항에 있어서,
    상기 제1 홀과, 상기 제1 이미지 수집 영역과, 상기 제1 수광 영역은 두께 방향으로 중첩되도록 구성된 표시 장치.
  14. 제13 항에 있어서,
    상기 제2 홀과, 상기 제2 이미지 수집 영역과, 상기 제2 수광 영역은 두께 방향으로 중첩되도록 구성된 표시 장치.
  15. 제14 항에 있어서,
    상기 제1 이미지 수집 영역과 상기 제2 수광 영역이 비중첩되도록 구성된 표시 장치.
  16. 제15 항에 있어서,
    상기 제2 이미지 수집 영역과 상기 제1 수광 영역이 비중첩되도록 구성된 표시 장치.
  17. 제2 항에 있어서,
    상기 차광층은 제1 영역과 제2 영역을 포함하고, 상기 제1 영역에 위치하는 홀들의 피치는 상기 홀 센서 이격거리의 1.3배이며, 상기 제2 영역에 위치하는 홀들의 피치는 상기 홀 센서 이격거리의 0.5배 내지 1.2배인 표시 장치.
  18. 제17 항에 있어서,
    상기 제1 영역 및 상기 제2 영역 각각에 위치하는 상기 홀들은 제1 홀과 제2 홀을 포함하고,
    상기 제1 영역 및 상기 제2 영역 각각은, 상기 반사된 광이 스캐닝한 지문 패턴을 상기 제1 홀을 통하여 상기 지문 인식 센서층에 전달하는 영역인 제1 수광 영역과, 상기 반사된 광이 스캐닝한 지문 패턴을 상기 제2 홀을 통하여 상기 지문 인식 센서층에 전달하는 영역인 제2 수광 영역을 포함하고,
    상기 제1 영역에 포함된 상기 제1 수광 영역과 상기 제2 수광 영역이 비중첩되도록 구성되되, 상기 제2 영역에 포함된 상기 제1 수광 영역과 상기 제2 수광 영역이 중첩되도록 구성된 표시 장치.
  19. 제18 항에 있어서,
    상기 제1 영역 및 상기 제2 영역에 각각 포함된 상기 제1 수광 영역은 제1 이미지 수집 영역을 각각 포함하고, 상기 제1 영역 및 상기 제2 영역 각각에 포함된 상기 제2 수광 영역은 제2 이미지 수집 영역을 각각 포함하되, 상기 제1 이미지 수집 영역과 상기 제2 이미지 수집 영역이 각각 이격되도록 구성된 표시 장치.
  20. 제17 항에 있어서,
    상기 제1 영역과 상기 제2 영역에 위치하는 상기 홀들 각각의 지름은 3um 내지 20um인 표시 장치.
  21. 제1 항에 있어서,
    상기 표시 패널과 상기 지문 인식 센서층 사이에 위치하는 결합층; 을 더 포함하고,
    상기 지문 인식 센서층은 상기 결합층을 매개로 상기 표시 패널에 결합된 표시 장치.
  22. 제21 항에 있어서,
    상기 표시 패널과 상기 결합층 사이, 또는 상기 지문 인식 센서층과 상기 결합층 사이에 위치하는 적외선 차단 필터층을 더 포함하는 표시 장치.
  23. 제1 항에 있어서,
    상기 표시 패널과 상기 지문 인식 센서층 사이에 위치하는 보호부재;
    상기 표시 패널과 상기 보호부재 사이에 위치하는 제1결합층; 및
    상기 지문 인식 센서층과 상기 보호부재 사이에 위치하는 제2결합층; 을 더 포함하고,
    상기 보호부재는 상기 제1결합층을 매개로 상기 표시 패널에 결합되고,
    상기 지문 인식 센서층은 상기 제2결합층을 매개로 상기 보호부재에 결합된 표시 장치.
  24. 제23 항에 있어서,
    상기 표시 패널과 상기 제1결합층 사이 또는 상기 지문 인식 센서층과 상기 제2결합층 사이에 위치하는 적외선 차단 필터층을 더 포함하는 표시 장치.
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