KR20230144158A - 표시 장치 - Google Patents

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KR20230144158A
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김현식
안태경
이대영
조상환
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Abstract

일 실시예에 따른 표시 장치는 발광 소자, 광감지 소자 및 더미 소자를 포함하는 표시층 및 상기 표시층의 하측에 배치되고, 상기 발광 소자와 연결된 화소 구동부 및 상기 광감지 소자와 연결된 센서 구동부를 포함하는 회로층을 포함하고, 상기 발광 소자 및 상기 더미 소자는 상기 화소 구동부와 중첩하고, 상기 광감지 소자는 상기 센서 구동부와 중첩한다.

Description

표시 장치 {DISPLAY DEVICE}
본 발명은 표시 장치에 관한 발명이다. 보다 상세하게는, 생체 정보 인식이 가능한 표시 장치에 관한 것이다.
표시 장치는 영상을 표시하여 사용자에게 정보를 제공하거나 사용자의 입력을 감지하는 등 사용자와 유기적으로 소통할 수 있는 다양한 기능을 제공한다. 최근의 표시 장치들은 사용자의 생체 정보를 감지하기 위한 기능을 함께 포함하고 있다.
생체 정보 인식 방식으로는 전극들 사이에 형성된 정전용량 변화를 감지하는 정전용량 방식, 광 센서를 이용하여 입사되는 광을 감지하는 광 방식, 압전체 등을 활용하여 진동을 감지하는 초음파 방식 등이 있다.
본 발명의 일 실시예는 생체 정보 인식을 위한 센서를 구비한 표시 패널을 포함하는 표시 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 일 실시예는 표시 패널에 생체 정보 감지 센서를 포함하는 표시 장치에 있어서, 센서 구동 회로의 개수를 줄여서 화소 구동 회로의 배치 공간을 확보하고 표시 패널의 해상도를 증가시키는 것을 목적으로 한다.
일 실시예에 따른 표시 장치는 발광 소자, 광감지 소자 및 더미 소자를 포함하는 표시층 및 상기 표시층의 하측에 배치되고, 상기 발광 소자와 연결된 화소 구동부 및 상기 광감지 소자와 연결된 센서 구동부를 포함하는 회로층을 포함하고, 상기 발광 소자 및 상기 더미 소자는 상기 화소 구동부와 중첩하고, 상기 광감지 소자는 상기 센서 구동부와 중첩한다.
상기 발광 소자는 서로 마주하는 제1 전극과 제2 전극, 및 상기 제1 전극과 상기 제2 전극 사이에 배치되고, 적색광, 청색광 또는 녹색광을 방출하는 발광층을 포함할 수 있다.
상기 광감지 소자는 서로 마주하는 제1 전극과 제2 전극, 및 상기 제1 전극과 상기 제2 전극 사이에 배치되고, 입사된 광을 전기적 신호로 변환하는 광전 변환층을 포함할 수 있다.
상기 더미 소자는 상기 광전 변환층과 동일층 상에 배치되고, 플로팅될 수 있다.
상기 화소 구동부는 상기 발광 소자를 구동하는 화소 구동 회로를 포함하고, 상기 센서 구동부는 상기 광감지 소자를 구동하는 센서 구동 회로를 포함할 수 있다.
상기 발광 소자 및 상기 광감지 소자 또는 더미 소자를 포함하는 단위 화소가 각각 배치되는 복수의 단위 화소 영역들이 정의되고, 상기 복수의 단위 화소 영역들 중 서로 인접한 두 개의 단위 화소 영역들 중 어느 하나에는 상기 광감지 소자가 배치되고, 다른 하나에는 상기 더미 소자가 배치될 수 있다.
하나의 상기 단위 화소 영역 내 각각 배치되는 상기 광감지 소자의 개수와 상기 더미 소자의 개수는 동일할 수 있다.
상기 복수의 단위 화소 영역들 중 인접한 2n개의 단위 화소 영역들에 배치되는 상기 센서 구동부의 개수는 n개이고, 상기 n은 자연수일 수 있다.
상기 n개의 센서 구동부는 대응하는 n개의 상기 광감지 소자와 각각 전기적으로 연결될 수 있다.
상기 센서 구동부는 평면상에서 상기 인접한 두 개의 단위 화소 영역들의 사이에 배치될 수 있다.
일 실시예에 따른 표시 장치는 발광 소자 및 광감지 소자를 포함하는 표시층 및 상기 표시층의 하측에 배치되고, 상기 발광 소자와 연결된 화소 구동부 및 상기 광감지 소자와 연결된 센서 구동부를 포함하는 회로층을 포함하고, 하나의 상기 센서 구동부는 복수 개의 상기 광감지 소자와 전기적으로 연결될 수 있다.
x(1이상의 자연수)개의 상기 발광 소자 및 y(1이상의 자연수)개의 상기 광감지 소자를 포함하는 단위 화소가 각각 배치되는 복수의 단위 화소 영역들이 정의되고, 상기 광감지 소자는 제1 광감지 소자 및 제2 광감지 소자를 포함하고, 상기 제1 광감지 소자는 상기 복수의 단위 화소 영역들 중 인접하는 두 개의 단위 화소 영역들 중 어느 하나에 배치되고, 상기 제2 광감지 소자는 다른 하나에 배치될 수 있다.
상기 제1 광감지 소자 및 상기 제2 광감지 소자는 동일한 하나의 상기 센서 구동부와 전기적으로 연결될 수 있다.
상기 표시층은 상기 제1 광감지 소자와 상기 제2 광감지 소자를 전기적으로 연결하는 연결부 더 포함하고, 상기 연결부는 상기 하나의 센서 구동부와 전기적으로 연결될 수 있다.
상기 단위 화소 영역들 중 인접한 두 개의 단위 화소 영역들에는 2x개의 화소 구동부 및 y개의 센서 구동부가 배치될 수 있다.
상기 센서 구동부는 평면상에서 상기 인접한 두 개의 단위 화소 영역들에 모두 중첩되도록 배치될 수 있다.
상기 발광 소자는 상기 화소 구동부와 일대일로 연결될 수 있다.
상기 센서 구동부는 인접한 상기 두 개의 단위 화소 영역들에 각각 배치된 두 개의 화소 구동부들의 사이에 배치될 수 있다.
상기 광감지 소자는 서로 마주하는 제1 전극과 제2 전극, 및 상기 제1 전극과 상기 제2 전극 사이에 배치되고, 입사된 광을 전기적 신호로 변환하는 광전 변환층을 포함할 수 있다.
상기 발광 소자는 서로 마주하는 제1 전극과 제2 전극, 및 상기 제1 전극과 상기 제2 전극 사이에 배치되고, 적색광, 청색광 또는 녹색광을 방출하는 발광층을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예는 표시 패널에 화소와 함께 생체 정보 감지 센서를 포함하는 표시 장치에서, 센서 구동 회로가 차지하는 공간을 줄이고 화소 구동 회로가 차지하는 공간을 확보하여 표시 패널의 해상도를 증가시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 표시 장치의 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 표시 장치의 단면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 표시 장치의 블럭도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예를 보여주는 표시 장치의 단면도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 회로층의 평면도이다.
도 6a 및 도 6b는 본 발명의 일 실시예에 따른 표시 장치의 평면도들이다.
도 7은 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 표시 장치의 평면도이다.
도 8a 및 도 8b는 본 발명의 일 실시예에 따른 표시 장치의 평면도들이다.
도 9는 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 표시 장치의 단면도이다.
도 10은 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 화소 구동 회로 및 센서 구동 회로를 나타낸 회로도이다.
도 11은 도10에 도시된 센서 구동 회로의 동작을 설명하기 위한 파형도이다.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 표시 패널의 화소를 나타낸 단면도이다.
도 13은 본 발명의 다른 일 실시예를 보여주는 표시 장치의 단면도이다.
본 명세서에서, 어떤 구성요소(또는 영역, 층, 부분 등)가 다른 구성요소 “상에 있다”, “연결된다”, 또는 “결합된다”고 언급되는 경우에 그것은 다른 구성요소 상에 직접 배치/연결/결합될 수 있거나 또는 그들 사이에 제3의 구성요소가 배치될 수도 있다는 것을 의미한다.
동일한 도면부호는 동일한 구성요소를 지칭한다. 또한, 도면들에 있어서, 구성요소들의 두께, 비율, 및 치수는 기술적 내용의 효과적인 설명을 위해 과장된 것이다. “및/또는”은 연관된 구성요소들이 정의할 수 있는 하나 이상의 조합을 모두 포함한다.
제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
또한, “아래에”, “하측에”, “위에”, “상측에” 등의 용어는 도면에 도시된 구성요소들의 연관관계를 설명하기 위해 사용된다. 상기 용어들은 상대적인 개념으로, 도면에 표시된 방향을 기준으로 설명된다.
"포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 본 명세서에서 사용된 모든 용어 (기술 용어 및 과학 용어 포함)는 본 발명이 속하는 기술 분야의 당업자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 갖는다. 또한, 일반적으로 사용되는 사전에서 정의된 용어와 같은 용어는 관련 기술의 맥락에서 갖는 의미와 일치하는 의미를 갖는 것으로 해석되어야 하고, 여기서 명시적으로 정의되지 않는 한 너무 이상적이거나 지나치게 형식적인 의미로 해석되어서는 안된다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 설명한다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 표시 장치의 사시도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 표시 장치의 단면도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 표시 장치(DD)는 제1 방향(DR1)에 평행한 장변들을 갖고, 제1 방향(DR1)과 교차하는 제2 방향(DR2)에 평행한 단변들을 갖는 직사각형 형상을 가질 수 있다. 그러나, 이에 한정되지 않고, 표시 장치(DD)는 원형 및 다각형 등 다양한 형상들을 가질 수 있다.
표시 장치(DD)는 전기적 신호에 따라 활성화되는 장치일 수 있다. 표시 장치(DD)는 다양한 실시예들을 포함할 수 있다. 예를 들어, 표시 장치(DD)는 스마트 워치, 태블릿, 노트북, 컴퓨터, 스마트 텔레비전 등의 전자 장치에 적용될 수 있다.
이하, 제1 방향(DR1) 및 제2 방향(DR2)에 의해 정의된 평면과 실질적으로 수직한 법선 방향은 제3 방향(DR3)으로 정의된다. 본 명세서에서 "평면상에서 봤을 때"의 의미는 제3 방향(DR3)에서 바라본 상태를 의미할 수 있다.
표시 장치(DD)의 상면은 표시면(IS)으로 정의될 수 있으며, 제1 방향(DR1) 및 제2 방향(DR2)에 의해 정의된 평면을 가질 수 있다. 표시 장치(DD)에서 생성된 영상들(IM)은 표시면(IS)을 통해 사용자에게 제공될 수 있다.
표시면(IS)은 투과 영역(TA) 및 베젤 영역(BZA)으로 구분될 수 있다. 투과 영역(TA)은 영상들(IM)이 표시되는 영역일 수 있다. 사용자는 투과 영역(TA)을 통해 영상들(IM)을 시인한다. 본 실시예에서, 투과 영역(TA)은 꼭지점들이 둥근 사각 형상으로 도시되었다. 다만, 이는 예시적으로 도시한 것이고, 투과 영역(TA)은 다양한 형상을 가질 수 있으며, 어느 하나의 실시예로 한정되지 않는다.
베젤 영역(BZA)은 투과 영역(TA)에 인접한다. 베젤 영역(BZA)은 소정의 컬러를 가질 수 있다. 베젤 영역(BZA)은 투과 영역(TA)을 에워쌀 수 있다. 이에 따라, 투과 영역(TA)의 형상은 실질적으로 베젤 영역(BA)에 의해 정의될 수 있다. 다만, 이는 예시적으로 도시한 것이고, 베젤 영역(BZA)은 투과 영역(TA)의 일 측에만 인접하여 배치될 수도 있고, 생략될 수도 있다.
표시 장치(DD)는 외부에서 인가되는 외부 입력을 감지할 수 있다. 외부 입력은 표시 장치(DD)의 외부에서 제공되는 다양한 형태의 입력들을 포함할 수 있다. 예를 들어, 외부 입력은 사용자의 손(US_F) 등 신체의 일부에 의한 접촉은 물론 표시 장치(DD)와 근접하거나, 소정의 거리로 인접하여 인가되는 외부 입력(예를 들어, 호버링)을 포함할 수 있다. 또한, 외부 입력은 힘, 압력, 온도, 광 등 다양한 형태를 가질 수 있다.
표시 장치(DD)는 외부에서 인가되는 사용자의 생체 정보를 감지할 수 있다. 표시 장치(DD)의 표시면(IS)에는 사용자의 생체 정보를 감지할 수 있는 생체 정보 감지 영역이 제공될 수 있다. 생체 정보 감지 영역은 투과 영역(TA)의 전체 영역에 제공되거나, 투과 영역(TA)의 일부 영역에 제공될 수 있다. 도 1에서는 투과 영역(TA)의 전체가 생체 정보 감지 영역으로 활용되는 것을 도시하였으나, 본 발명은 이에 한정되지 않으며, 생체 정보 감지 영역이 투과 영역(TA)의 일부분에 제공될 수도 있다.
표시 장치(DD)는 윈도우(WM), 표시 모듈(DM) 및 하우징(EDC)을 포함할 수 있다. 본 실시예에서, 윈도우(WM)와 하우징(EDC)은 결합되어 표시 장치(DD)의 외관을 구성한다.
윈도우(WM)의 전면은 표시 장치(DD)의 표시면(IS)을 정의한다. 윈도우(WM)는 광학적으로 투명한 절연 물질을 포함할 수 있다. 예를 들어, 윈도우(WM)는 유리 또는 플라스틱을 포함할 수 있다. 윈도우(WM)는 다층구조 또는 단층구조를 가질 수 있다. 예를 들어, 윈도우(WM)는 접착제로 결합된 복수 개의 플라스틱 필름을 포함하거나, 접착제로 결합된 유리 기판과 플라스틱 필름을 포함할 수 있다.
표시 모듈(DM)은 표시 패널(DP) 및 입력 감지층(ISL)을 포함할 수 있다. 표시 패널(DP)은 전기적 신호에 따라 영상을 표시하고, 입력 감지층(ISL)은 외부에서 인가되는 외부 입력을 감지할 수 있다. 외부 입력은 외부에서 인가되는 입력은 다양한 형태로 제공될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 표시 패널(DP)은 발광형 표시패널일 수 있고, 특별히 제한되지 않는다. 예컨대, 표시 패널(DP)은 유기발광 표시패널, 무기발광 표시패널 또는 퀀텀닷 발광 표시패널일 수 있다. 유기발광 표시 패널의 발광층은 유기발광물질을 포함할 수 있고, 무기발광 표시 패널의 발광층은 무기발광물질을 포함할 수 있다. 퀀텀닷 발광 표시 패널의 발광층은 퀀텀닷 및 퀀텀로드 등을 포함할 수 있다. 이하, 표시 패널(DP)은 유기발광 표시 패널로 설명된다.
도 2를 참조하면, 표시 패널(DP)은 베이스층(BL), 회로층(DP_CL), 표시층(DP_ED), 및 봉지층(TFE)을 포함한다. 본 발명에 따른 표시 패널(DP)은 플렉서블(flexible) 표시 패널일 수 있다. 그러나, 본 발명은 이에 한정되지 않는다. 예를 들어, 표시 패널(DP)은 폴딩축을 기준으로 폴딩되는 폴더블(foldable) 표시 패널 또는 리지드(rigid) 표시 패널일 수 있다.
베이스층(BL)은 합성수지층을 포함할 수 있다. 합성수지층은 폴리이미드계 수지층일 수 있고, 그 재료는 특별히 제한되지 않는다. 그밖에 베이스층(BL)은 유리 기판, 금속 기판, 또는 유/무기 복합재료 기판 등을 포함할 수 있다.
회로층(DP_CL)은 베이스층(BL) 상에 배치된다. 회로층(DP_CL)은 적어도 하나의 절연층과 회로 소자를 포함한다. 이하, 회로층(DP_CL)에 포함된 절연층은 중간 절연층으로 지칭된다. 중간 절연층은 적어도 하나의 중간 무기막과 적어도 하나의 중간 유기막을 포함한다. 회로 소자는 영상을 표시하기 위한 복수개의 화소들 각각에 포함된 화소 구동 회로 및 외부 정보를 인식하기 위한 복수개의 센서들 각각에 포함된 센서 구동 회로 등을 포함할 수 있다. 외부 정보는 생체 정보일 수 있다. 본 발명의 일 예로, 센서는 지문 인식 센서, 근접 센서, 홍채 인식 센서 등일 수 있다. 또한, 센서는 광학 방식으로 생체 정보를 인식하는 광학식 센서일 수 있다. 회로층(DP_CL)은 화소 구동 회로를 포함하는 화소 구동부 및 센서 구동 회로를 포함하는 센서 구동부 및 이에 연결된 신호 라인들을 더 포함할 수 있다.
표시층(DP_ED)은 화소들 각각에 포함된 발광 소자 및 센서들 각각에 포함된 광감지 소자를 포함할 수 있다. 본 발명의 일 예로, 광감지 소자는 포토 다이오드일 수 있다. 광학식 지문 센서는 사용자의 지문에 의해 반사된 광을 감지할 수 있다. 표시층(DP_ED) 및 회로층(DP_CL)과 관련된 자세한 설명은 후술한다.
봉지층(TFE)은 표시층(DP_ED)을 밀봉한다. 봉지층(TFE)은 적어도 하나의 유기막 및 적어도 하나의 무기막을 포함할 수 있다. 무기막은 무기 물질을 포함하고, 수분/산소로부터 표시층(DP_ED)을 보호할 수 있다. 무기막은 실리콘 나이트라이드층, 실리콘 옥시 나이트라이드층, 실리콘 옥사이드층, 티타늄옥사이드층, 또는 알루미늄옥사이드층 등을 포함할 수 있으나, 이에 특별히 제한되지 않는다. 유기층은 유기 물질을 포함하고, 먼지 입자와 같은 이물질로부터 표시층(DP_ED)을 보호할 수 있다.
표시 패널(DP) 상에 입력 감지층(ISL)이 형성될 수 있다. 입력 감지층(ISL)은 봉지층(TFE) 상에 직접 배치될 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, 입력 감지층(ISL)은 연속 공정에 의해 표시 패널(DP) 상에 형성될 수 있다. 즉, 입력 감지층(ISL)이 표시 패널(DP) 상에 직접 배치되는 경우, 접착필름이 입력 감지층(ISL)과 봉지층(TFE) 사이에 배치되지 않는다. 그러나, 대안적으로 입력 감지층(ISL)과 표시 패널(DP) 사이에 내부 접착필름이 배치될 수 있다. 이 경우, 입력 감지층(ISL)은 표시 패널(DP)과 연속 공정에 의해 제조되지 않으며, 표시 패널(DP)과 별도의 공정을 통해 제조된 후, 내부 접착필름에 의해 표시 패널(DP)의 상면에 고정될 수 있다.
입력 감지층(ISL)은 외부의 입력(예를 들어, 사용자의 터치)을 감지하여 소정의 입력 신호로 변경하고, 입력 신호를 표시 패널(DP)에 제공할 수 있다. 입력 감지층(ISL)은 외부의 입력을 감지하기 위한 복수 개의 감지 전극들을 포함할 수 있다. 감지 전극들은 정전 용량 방식으로 외부의 입력을 감지할 수 있다. 표시 패널(DP)은 입력 감지층(ISL)으로부터 입력 신호를 제공받고, 입력 신호에 대응하는 영상을 생성할 수 있다.
표시 모듈(DM)은 컬러 필터층(CFL)을 더 포함할 수 있다. 본 발명의 일 예로, 컬러 필터층(CFL)은 입력 감지층(ISL) 상에 배치될 수 있다. 그러나, 본 발명은 이에 한정되지 않는다. 컬러 필터층(CFL)은 표시 패널(DP)과 입력 감지층(ISL) 사이에 배치될 수도 있다. 컬러 필터층(CFL)은 복수의 컬러필터 및 블랙 매트릭스를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 표시 장치(DD)는 접착층(AL)을 더 포함할 수 있다. 윈도우(WM)는 접착층(AL)에 의해 입력 감지층(ISL)에 부착될 수 있다. 접착층(AL)은 광학 투명 접착제(Optical Clear Adhesive), 광학 투명 접착 수지(Optically Clear Adhesive Resin) 또는 감압 접착제(PSA, Pressure Sensitive Adhesive)을 포함할 수 있다.
하우징(EDC)은 윈도우(WM)와 결합된다. 하우징(EDC)은 윈도우(WM)와 결합되어 소정의 내부 공간을 제공한다. 표시 모듈(DM)은 내부 공간에 수용될 수 있다. 하우징(EDC)은 상대적으로 높은 강성을 가진 물질을 포함할 수 있다. 예를 들어, 하우징(EDC)은 유리, 플라스틱, 또는 금속을 포함하거나, 이들의 조합으로 구성된 복수 개의 프레임 및/또는 플레이트를 포함할 수 있다. 하우징(EDC)은 내부 공간에 수용된 표시 장치(DD)의 구성들을 외부 충격으로부터 안정적으로 보호할 수 있다. 도시되지 않았으나, 표시 모듈(DM)과 하우징(EDC) 사이에는 표시 장치(DD)의 전반적인 동작에 필요한 전원을 공급하는 배터리 모듈 등이 배치될 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 표시 장치의 블록도이다.
도 3을 참조하면, 표시 장치(DD)는 표시 패널(DP), 패널 드라이버, 및 구동 컨트롤러(100)를 포함한다. 본 발명의 일 예로, 패널 드라이버는 데이터 드라이버(200), 스캔 드라이버(300), 발광 드라이버(350), 전압 발생기(400) 및 리드아웃회로 (500)를 포함한다.
구동 컨트롤러(100)는 영상 신호(RGB) 및 제어 신호(CTRL)를 수신한다. 구동 컨트롤러(100)는 데이터 드라이버(200)와의 인터페이스 사양에 맞도록 영상 신호(RGB)의 데이터 포맷을 변환한 영상 데이터 신호(DATA)를 생성한다. 구동 컨트롤러(100)는 제1 제어 신호(SCS), 제2 제어 신호(ECS), 제3 제어 신호(DCS) 및 제4 제어 신호(RCS)를 출력한다.
데이터 드라이버(200)는 구동 컨트롤러(100)로부터 제3 제어 신호(DCS) 및 영상 데이터 신호(DATA)를 수신한다. 데이터 드라이버(200)는 영상 데이터 신호(DATA)를 데이터 신호들로 변환하고, 데이터 신호들을 후술하는 복수 개의 데이터 라인들(DL1-DLm)에 출력한다. 데이터 신호들은 영상 데이터 신호(DATA)의 계조 값에 대응하는 아날로그 전압들이다.
스캔 드라이버(300)는 구동 컨트롤러(100)로부터 제1 제어 신호(SCS)를 수신한다. 스캔 드라이버(300)는 제1 제어 신호(SCS)에 응답해서 스캔 라인들로 스캔 신호들을 출력할 수 있다.
전압 발생기(400)는 표시 패널(DP)의 동작에 필요한 전압들을 발생한다. 이 실시예에서, 전압 발생기(400)는 제1 구동 전압(ELVDD), 제2 구동 전압(ELVSS), 제1 초기화 전압(VINT1), 제2 초기화 전압(VINT2), 리셋 전압(VRST)을 발생한다.
표시 패널(DP)은 투과 영역(TA)(도 1에 도시됨)에 대응하는 표시 영역(DA) 및 베젤 영역(BZA)(도 1에 도시됨)에 대응하는 비표시 영역(NDA)을 포함할 수 있다.
표시 패널(DP)은 표시 영역(DA)에 배치되는 복수의 화소들(PX) 및 표시 영역(DA)에 배치되는 복수의 센서들(FX)을 포함할 수 있다. 본 발명의 일 예로, 복수의 센서들(FX) 각각은 서로 인접하는 두 개의 화소(PX) 사이에 배치될 수 있다. 복수의 화소들(PX) 및 복수의 센서들(FX)은 제1 및 제2 방향(DR1, DR2) 상에서 교번적으로 배치될 수 있다.
표시 패널(DP)은 초기화 스캔 라인들(SIL1~SILn), 보상 스캔 라인들(SCL1~SCLn), 기입 스캔 라인들(SWL1~SWLn+1), 발광 제어 라인들(EML1~EMLn), 데이터 라인들(DL1~DLm) 및 리드아웃라인들(RL1~RLm)을 더 포함한다. 초기화 스캔 라인들(SIL1~SILn), 보상 스캔 라인들(SCL1~SCLn), 기입 스캔 라인들(SWL1~SWLn+1) 및 발광 제어 라인들(EML1~EMLn)은 제2 방향(DR2)으로 연장된다. 초기화 스캔 라인들(SIL1~SILn), 보상 스캔 라인들(SCL1~SCLn), 기입 스캔 라인들(SWL1~SWLn+1) 및 발광 제어 라인들(EML1~EMLn)은 제1 방향(DR1)으로 서로 이격되어 배열된다. 데이터 라인들(DL1~DLm) 및 리드아웃라인들(RL1~RLm)은 제1 방향(DR1)로 연장되며, 제2 방향(DR2)으로 서로 이격되어 배열된다.
복수의 화소들(PX)은 초기화 스캔 라인들(SIL1~SILn), 보상 스캔 라인들(SCL1~SCLn), 기입 스캔 라인들(SWL1~SWLn+1), 발광 제어 라인들(EML1~EMLn), 그리고 데이터 라인들(DL1~DLm)에 각각 전기적으로 연결된다. 복수의 화소들(PX) 각각은 4개의 스캔 라인들에 전기적으로 연결될 수 있다. 예를 들어, 도 3에 도시된 바와 같이, 첫 번째 행의 화소들(PX)은 제1 초기화 스캔 라인(SIL1), 제1 보상 스캔 라인(SCL1), 제1 및 제2 기입 스캔 라인(SWL1, SWL2)에 연결될 수 있다. 또한, 두 번째 행의 화소들(PX)은 제2 초기화 스캔 라인(SIL2), 제2 보상 스캔 라인(SCL2), 제2 및 제3 기입 스캔 라인(SWL2, SWL3)에 연결될 수 있다.
복수의 센서들(FX)은 초기화 스캔 라인들(SIL1~SILn), 보상 스캔 라인들(SCL1~SCLn) 및 리드아웃라인들(RL1~RLm)에 각각 전기적으로 연결된다. 복수의 센서들(FX) 각각은 2개의 스캔 라인들에 전기적으로 연결될 수 있다. 예를 들어, 도 3에 도시된 바와 같이, 첫 번째 행의 센서들(FX)은 제1 초기화 스캔 라인(SIL1) 및 제1 보상 스캔 라인(SCL1)에 연결될 수 있다. 또한, 두 번째 행의 센서들(FX)은 제2 초기화 스캔 라인(SIL2) 및 제2 보상 스캔 라인(SCL2)에 연결될 수 있다.
스캔 드라이버(300)는 표시 패널(DP)의 비표시 영역(NDA)에 배치될 수 있다. 스캔 드라이버(300)는 구동 컨트롤러(100)로부터 제1 제어 신호(SCS)를 수신한다. 제1 제어 신호(SCS)는 시작 신호 및 복수의 클럭 신호를 포함할 수 있다. 스캔 드라이버(300)는 제1 제어 신호(SCS)에 응답해서 초기화 스캔 라인들(SIL1~SILn)로 초기화 스캔 신호들을 출력하고, 보상 스캔 라인들(SCL1~SCLn)로 보상 스캔 신호들을 출력하며, 기입 스캔 라인들(SWL1~SWLn+1)로 기입 스캔 신호들을 출력할 수 있다.
발광 드라이버(350)는 표시 패널(DP)의 비표시 영역(NDA)에 배치될 수 있다. 발광 드라이버(350)는 구동 컨트롤러(100)로부터 제2 제어 신호(ECS)를 수신한다. 발광 드라이버(350)는 제2 제어 신호(ECS)에 응답해서 발광 제어 라인들(EML1~EMLn)로 발광 제어 신호들을 출력할 수 있다. 대안적으로, 스캔 드라이버(300)가 발광 제어 라인들(EML1~EMLn)에 연결될 수 있다. 이 경우, 스캔 드라이버(300)는 발광 제어 라인들(EML1~EMLn)로 발광 제어 신호들을 출력할 수 있다.
리드아웃회로(500)는 구동 컨트롤러(100)로부터 제4 제어 신호(RCS)를 수신한다. 리드아웃회로(500)는 제4 제어 신호(RCS)에 응답해서, 리드아웃라인들(RL1~RLm)로부터 감지 신호들을 수신할 수 있다. 리드아웃회로(500)는 리드아웃라인들(RL1~RLm)로부터 수신된 감지 신호들을 가공하고, 가공된 감지 신호들(S_FS)을 구동 컨트롤러(100)로 제공할 수 있다. 구동 컨트롤러(100)는 감지 신호들(S_FS)에 근거하여 생체 정보를 인식할 수 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시예를 보여주는 표시 장치의 단면도이다. 도 4는 사용자의 손(US_F)을 통해 입력되는 생체 정보 중 하나인 지문(FGP)을 인식하는 상태를 도시한다.
도 4에서, 일 실시예에 따른 표시 장치(DD)에서 표시층(DP_ED)에 포함된 녹색 발광 소자(ED_G)에 방출된 광(OT-L)은 외부 물체(예를 들어, 본 실시예에서 지문(FGP)에서 반사되어 반사광(IP-L)으로 표시층(DP_ED)에 포함된 광감지 소자(OPD)로 입사될 수 있다. 광감지 소자(OPD)로 입사되는 반사광(IP-L)은 가시광 영역의 광일 수 있다. 광감지 소자(OPD)는 입사된 광을 수광하고 이를 전기적 신호로 변환하여 외부 입력을 인지하여 표시 장치(DD)의 구동 상태를 변화시킬 수 있다. 도 4에서 도 2와 중복되는 설명은 생략한다.
도 4를 참조하면, 표시층(DP_ED)은 회로층(DP_CL) 상에 배치될 수 있다. 표시층(DP_ED)은 발광 소자(ED_R, ED_G, ED_B, 도 6a 참조) 및 광감지 소자(OPD)를 포함할 수 있다. 도 4에서는 녹색 발광 소자(ED_G)만을 대표적으로 도시하였다. 적색 발광 소자(ED_R) 및 청색 발광 소자(ED_B)에 대하여 녹색 발광 소자(ED_G)와 공통된 설명은 녹색 발광 소자(ED_G)의 설명으로 대체한다. 이하, 발광 소자(ED_G)는 녹색 발광 소자(ED_G), 적색 발광 소자(ED_R), 청색 발광 소자(ED_B)를 포함한다. 표시층(DP_ED)에 포함된 발광 소자(ED_R, ED_G, ED_B)는 유기 발광 소자, 퀀텀닷 발광 소자, 마이크로 엘이디(micro LED) 발광 소자, 또는 나노 엘이디(nano LED) 발광 소자를 포함하는 것일 수 있다. 하지만, 실시예가 이에 한정되는 것은 아니며, 발광 소자(ED_R, ED_G, ED_B)는 전기적 신호에 따라 광이 발생되거나 광량이 제어될 수 있다면 다양한 실시예들을 포함할 수 있다.
광감지 소자(OPD)는 외부 물체에 의해 반사된 광을 수광하여 인식하는 광 센서일 수 있다. 예를 들어, 광감지 소자(OPD)는 외부 물체에 의해 반사된 가시광선 영역의 광을 인식하는 광 센서일 수 있다. 일 실시예에서, 광감지 소자(OPD)는 지문뿐만 아니라 정맥 등의 사용자의 신체 부위에서 반사된 광을 인식하여 광 신호를 전기적 신호로 변환하는 생체 인식 센서일 수 있다.
표시층(DP_ED)은 화소 정의막(PDL)을 포함하며, 화소 정의막(PDL)을 기준으로 발광 소자(ED_R, ED_G, ED_B) 및 광감지 소자(OPD)가 분리되어 구분될 수 있다.
화소 정의막(PDL)은 베이스층(BS) 상에 배치되는 것일 수 있다. 화소 정의막(PDL)은 회로층(DP_CL) 상에 배치되며, 개구부에서 제1 전극(AE-G)의 상부면 일부를 노출시킬 수 있다.
일 실시예에서 화소 정의막(PDL)은 고분자 수지로 형성될 수 있다. 예를 들어, 화소 정의막(PDL)은 폴리아크릴레이트(Polyacrylate)계 수지 또는 폴리이미드(Polyimide)계 수지를 포함하여 형성될 수 있다. 또한, 화소 정의막(PDL)은 고분자 수지 이외에 무기물을 더 포함하여 형성될 수 있다. 한편, 화소 정의막(PDL)은 광흡수 물질을 포함하여 형성되거나, 흑색 안료 또는 흑색 염료를 포함하여 형성될 수 있다. 흑색 안료 또는 흑색 염료를 포함하여 형성된 화소 정의막(PDL)은 블랙화소정의막을 구현할 수 있다. 화소 정의막(PDL) 형성 시 흑색 안료 또는 흑색 염료로는 카본 블랙 등이 사용될 수 있으나 실시예가 이에 한정되는 것은 아니다.
또한, 화소 정의막(PDL)은 무기물로 형성될 수 있다. 예를 들어, 화소 정의막(PDL)은 질화규소(SiNx), 산화규소(SiOx), 질산화규소(SiOxNy) 등을 포함하여 형성되는 것일 수 있다.
발광 소자(ED_G)는 각각 제1 전극(AE-G), 제2 전극(CE), 및 발광층(EML-G)을 포함하는 것일 수 있다. 본 명세서에서 발광 소자(ED_G)를 구성하는 제1 전극(AE-G)은 발광전극으로 명칭될 수 있다. 일 실시예에서 표시층(DP_ED)은 적색 발광 영역에 대응하여 배치되고 적색광을 방출하는 적색 발광 소자(ED_R, 도 6a 참조), 녹색 발광 영역(PXA-G)에 대응하여 배치되고 녹색광을 방출하는 녹색 발광 소자(ED_G), 및 청색 발광 영역에 대응하여 배치되고 청색광을 방출하는 청색 발광 소자(ED_B, 도 6a 참조)를 포함할 수 있다.
광감지 소자(OPD)는 제1 전극(AE), 제2 전극(CE), 및 광전 변환층(OPL)을 포함하는 것일 수 있다. 제1 전극(AE)은 개구부에서 노출될 수 있다. 표시층(DP_ED)에서 제1 전극(AE-G, AE)은 금속재료, 금속합금 또는 도전성 화합물로 형성될 수 있다. 제1 전극(AE-G, AE)은 애노드(anode) 또는 캐소드(cathode)일 수 있다. 하지만 실시예가 이에 한정되지 않는다. 또한, 제1 전극(AE-G, AE)은 화소 전극 또는 감지 전극일 수 있다. 제1 전극(AE-G, AE)은 투과형 전극, 반투과형 전극 또는 반사형 전극일 수 있다. 제1 전극(AE-G, AE)이 투과형 전극인 경우, 제1 전극(AE-G, AE)은 투명 금속 산화물, 예를 들어, ITO(indium tin oxide), IZO(indium zinc oxide), ZnO(zinc oxide), ITZO(indium tin zinc oxide) 등을 포함할 수 있다. 제1 전극(AE-G, AE)이 반투과형 전극 또는 반사형 전극인 경우, 제1 전극(AE-G, AE)은 Ag, Mg, Cu, Al, Pt, Pd, Au, Ni, Nd, Ir, Cr, Li, Ca, LiF/Ca, LiF/Al, Mo, Ti, W 또는 이들의 화합물이나 혼합물(예를 들어, Ag와 Mg의 혼합물)을 포함할 수 있다.
제2 전극(CE)은 공통 전극일 수 있다. 제2 전극(CE)은 캐소드(cathode) 또는 애노드(anode)일 수 있으나 실시예가 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 제1 전극(AE-G, AE)이 애노드인 경우 제2 전극(CE)은 캐소드일 수 있고, 제1 전극(AE-G, AE)이 캐소드인 경우 제2 전극(CE)은 애노드일 수 있다.
제2 전극(CE)은 투과형 전극, 반투과형 전극 또는 반사형 전극일 수 있다. 제2 전극(CE)이 투과형 전극인 경우, 제2 전극(CE)은 투명 금속 산화물, 예를 들어, ITO(indium tin oxide), IZO(indium zinc oxide), ZnO(zinc oxide), ITZO(indium tin zinc oxide) 등으로 이루어질 수 있다. 제2 전극(CE)이 반투과형 전극 또는 반사형 전극인 경우, 제2 전극(CE)은 Ag, Mg, Cu, Al, Pt, Pd, Au, Ni, Nd, Ir, Cr, Li, Ca, LiF/Ca, LiF/Al, Mo, Ti, Yb, W 또는 이들을 포함하는 화합물이나 혼합물(예를 들어, AgMg, AgYb, 또는 MgAg)을 포함할 수 있다.
한편, 일 실시예의 표시층(DP_ED)에 포함된 제1 전극(AE-G, AE)은 반투과형 전극 또는 반사형 전극이고, 제2 전극(CE)은 투과형 전극, 반투과형 전극일 수 있다. 즉, 일 실시예에서 투과형 또는 반투과형의 제2 전극(CE)을 포함하여, 외부 물체로부터 반사된 광이 광감지 소자(OPD)로 용이하게 전달될 수 있다.
발광 소자(ED_G)의 발광층(EML-G)은 제1 전극(AE-G)와 제2 전극(CE)의 사이에 배치될 수 있다. 발광층(EML-G)은 유기 발광 재료를 포함하는 것이거나, 또는 퀀텀닷 재료를 포함하는 것일 수 있다.
또한, 발광 소자(ED_G)는 각각은 정공 수송 영역(HTR) 및 전자 수송 영역(ETR)을 포함하는 것일 수 있다. 정공 수송 영역(HTR)은 제1 전극(AE-G)과 발광층(EML-G) 사이에 배치되고, 전자 수송 영역(ETR)은 발광층(EML-G)과 제2 전극(CE) 사이에 배치되는 것일 수 있다.
한편, 광감지 소자(OPD)는 제1 전극(AE)과 제2 전극(CE) 사이에 배치되고, 광전 변환층(OPL)을 포함하는 것일 수 있다. 광전 변환층(OPL)은 광을 수신하여 전기적 신호로 변환하는 수광 물질을 포함하는 것일 수 있다. 예를 들어, 일 실시예에서 광전 변환층(OPL)은 유기 수광 물질을 포함하는 것일 수 있다. 일 실시예에서, 광전 변환층(OPL)은 유기 고분자 물질 등을 수광 물질로 포함할 수 있으며, 예를 들어, 광전 변환층(OPL)은 공액 고분자(conjugated polymer)를 포함할 수 있다. 광전 변환층(OPL)은 티오펜계 공액 고분자, 벤조디티오펜계 공액 고분자, 티에노[3,4-c]피롤-4,6-디온(TPD)계 공액 고분자, 디케토-피롤-피롤(DPP)계 공액 고분자, 벤조티아디아졸(BT)계 공액 고분자 등을 포함할 수 있다. 하지만 실시예가 이에 한정되는 것은 아니다.
광감지 소자(OPD)는 정공 수송 영역(HTR) 및 전자 수송 영역(ETR)을 포함하는 것일 수 있다. 정공 수송 영역(HTR)은 제1 전극(AE)과 광전 변환층(OPL) 사이에 배치되고, 전자 수송 영역(ETR)은 광전 변환층(OPL) 과 제2 전극(CE) 사이에 배치되는 것일 수 있다.
일 실시예에서, 발광 소자(ED_G) 및 광감지 소자(OPD)를 구성하는 정공 수송 영역(HTR)은 단일 물질로 이루어진 단일층, 복수의 서로 다른 물질로 이루어진 단일층, 또는 복수의 서로 다른 물질로 이루어진 복수의 층을 갖는 다층 구조를 가질 수 있다. 예를 들어, 정공 수송 영역(HTR)은 정공 주입층 또는 정공 수송층의 단일층의 구조를 가질 수도 있고, 정공 주입 물질 및 정공 수송 물질로 이루어진 단일층 구조를 가질 수도 있다. 일 실시예에서, 발광 소자(ED_G) 및 광감지 소자(OPD)에 포함된 정공 수송 영역(HTR)은 정공 수송층을 포함하고, 정공 주입층을 더 포함할 수 있다.
또한, 일 실시예에서 발광 소자(ED_G) 및 광감지 소자(OPD)를 구성하는 전자 수송 영역(ETR)은 단일 물질로 이루어진 단일층, 복수의 서로 다른 물질로 이루어진 단일층, 또는 복수의 서로 다른 물질로 이루어진 복수의 층을 갖는 다층 구조를 가질 수 있다.
예를 들어, 전자 수송 영역(ETR)은 전자 주입층 또는 전자 수송층의 단일층의 구조를 가질 수도 있고, 전자 주입 물질과 전자 수송 물질로 이루어진 단일층 구조를 가질 수도 있다. 또한, 전자 수송 영역(ETR)은, 복수의 서로 다른 물질로 이루어진 단일층의 구조를 갖거나, 발광층(EML-G)으로부터 차례로 적층된 복수의 층들을 더 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 발광 소자(ED_G) 및 광감지 소자(OPD)에 포함된 전자 수송 영역(ETR)은 전자 수송층을 포함하고, 전자 주입층을 더 포함할 수 있다.
도 4를 참조하면, 일 실시예에서 정공 수송 영역(HTR)은 각 발광 소자(ED_G)의 발광층(EML-G), 또는 광감지 소자(OPD)의 광전 변환층(OPL) 상에 배치되며, 화소 정의막(PDL)으로 구분되어 제공되는 것일 수 있다. 또한, 일 실시예에서 전자 수송 영역(ETR)은 하나의 공통층으로 제공되는 것일 수 있다. 전자 수송 영역(ETR)은 발광 소자(ED_G) 및 광감지 소자(OPD) 전체에 공통층으로 제공될 수 있다. 전자 수송 영역(ETR)은 화소 정의막(PDL), 발광층(EML-G), 및 광전 변환층(OPL) 전체와 중첩하는 것일 수 있다.
컬러 필터층(CFL)은 필터부들(CF) 및 차광부(BM)를 포함할 수 있다. 도시되지 않았으나, 필터부들(CF)은 적색 필터부, 녹색 필터부 및 청색 필터부를 포함하는 것일 수 있다. 적색 필터부, 녹색 필터부, 및 청색 필터부는 각각 적색 발광 영역, 녹색 발광 영역, 및 청색 발광 영역에 대응하여 위치하는 부분일 수 있다. 녹색 필터부는 녹색 발광 소자(ED_G) 및 광감지 소자(OPD)와 중첩하는 것일 수 있다.
필터부들(CF)은 적색광, 녹색광을 및 청색광을 투과시키는 것일 수 있다. 필터부들(CF)은 고분자 감광수지와 안료 또는 염료를 포함하는 것일 수 있다.
차광부(BM)는 입력 감지층(ISL) 상에 배치되고 이웃하는 필터부들(CF)의 경계에 중첩하는 것일 수 있다. 차광부(BM)는 빛샘 현상을 방지하고, 인접하는 필터부들(CF) 사이의 경계를 구분하는 것일 수 있다.
차광부(BM)는 블랙 매트릭스일 수 있다. 차광부(BM)는 유기 안료 또는 염료를 포함하는 것일 수 있다. 차광부(BM)는 흑색 안료 또는 흑색 염료를 포함하는 유기 차광 물질 또는 무기 차광 물질을 포함하여 형성될 수 있다. 차광부(BM)는 프로필렌글리콜모노메틸에테르아세테이트(propylene glycol monomethyl ether acetate), 3-메톡시부틸아세테이트(3-methoxybutyl acetate) 및 유기 흑색 안료를 포함한 차광 조성물로부터 형성된 것일 수 있다.
또한, 차광부(BM)는 화소 정의막(PDL)과 중첩하는 것일 수 있다.
컬러 필터층(CFL)은 오버 코팅층(OCL)을 더 포함할 수 있다. 오버 코팅층(OCL)은 유기 절연 물질을 포함할 수 있다. 오버 코팅층(OCL)은 필터부들(CF) 사이의 단차를 제거할 수 있을 정도의 두께로 제공될 수 있다. 오버 코팅층(OCL)은 소정의 두께를 가지고 컬러 필터층(CFL)의 상부면을 평탄화시킬 수 있는 물질이라면 특별히 제한되지 않고 포함할 수 있으며, 예를 들어, 아크릴레이트 계열의 유기물을 포함할 수 있다.
회로층(DP_CL)은 표시층(DP_ED)과 연결되어 표시층(DP_ED)의 발광 소자(ED_G) 및 광감지 소자(OPD)를 구동할 수 있다. 도 4를 참조하면, 회로층(DP_CL)은 화소 구동부(PDC) 및 센서 구동부(SDC)를 포함할 수 있다. 발광 소자(ED_G) 및 화소 구동부(PDC)는 화소(PXG)를 구성하고, 광감지 소자(OPD) 및 센서 구동부(SDC)는 센서(FX)를 구성할 수 있다.
화소 구동부(PDC)는 발광 소자(ED_G)와 전기적으로 연결되어 발광 소자(ED_G)를 구동시키기 위한 화소 구동 회로를 포함할 수 있다. 화소 구동부(PDC)는 발광 소자(ED_G)와 일대일로 연결될 수 있다. 즉, 화소 구동부(PDC) 하나와 발광 소자(ED_G) 하나가 연결된다. 발광 소자(ED_G)는 유기발광 다이오드일 수 있다. 화소 구동 회로는 도 10을 참고하여 자세히 설명한다.
센서 구동부(SDC)는 광감지 소자(OPD)와 전기적으로 연결되어 광감지 소자(OPD)를 구동시키기 위한 센서 구동 회로를 포함할 수 있다. 센서 구동부(SDC)는 광감지 소자(OPD)와 일대일 또는 일대이로 연결될 수 있다. 즉, 센서 구동부(SDC) 하나는 광감지 소자(OPD) 하나 또는 두개와 연결될 수 있다. 이와 관련하여, 도 5 내지 도 9에서 자세히 설명한다. 여기에서, 광감지 소자(OPD)는 유기 포토 다이오드를 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 광감지 소자(OPD) 두개 이상(n개)은 하나의 센서 구동부(SDC)에 연결될 수도 있다. 센서 구동 회로는 도 10을 참고하여 자세히 설명한다.
화소 구동부(PDC)는 발광 소자(ED_G)의 개수에 대응하여 복수 개로 제공될 수 있다. 센서 구동부(SDC)는 광감지 소자(OPD)의 개수에 대응하여 복수 개로 제공될 수 있다. 회로층(DP_CL)은 복수 개의 화소 구동부들(PDC) 및 복수 개의 센서 구동부들(SDC)이 배치되는 제한된 공간을 제공할 수 있다. 도 5를 참조하여 자세히 설명한다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 회로층의 평면도이다.
도 5를 참조하면, 회로층(DP_CL)에는 복수 개의 단위 화소 영역들(UPX)이 정의되고, 단위 화소 영역(UPX) 내에는 화소 구동부(PDC) 및 센서 구동부(SDC)가 각각 배치될 수 있다.
일 실시예에서, 평면상에서 회로층(DP_CL)에는 화소 구동부(PDC) 및 센서 구동부(SDC)가 배치될 수 있는 공간이 제한적으로 제공될 수 있다. 제한된 회로층(DP_CL)의 공간에서 화소 구동부(PDC)는 화소(PX, 도 2 참조)의 개수와 비례하게 배치될 수 있다. 센서 구동부(SDC)는 센서(FX, 도 2 참조)의 개수가 커질수록 더 많이 배치될 수 있다.
본 실시예에서, 회로층(DP_CL)에서 화소 구동부(PDC)가 차지하는의 면적은 센서 구동부(SDC)가 차지하는 면적보다 클 수 있다. 즉, 광감지 소자(OPD)의 개수가 커지면 센서 구동부(SDC)가 차지하는 면적이 커질 수 있다. 예를 들어, 단위 화소 영역(UPX) 내에서 단위 화소는 화소(PX)와 센서(FX)를 포함하고 화소(PX)는 복수 개의 발광 소자(ED)를, 센서(FX)는 복수 개의 광감지 소자(OPD)를 포함할 수 있다. 통상 단위 화소 영역(UPX) 내에 광감지 소자(OPD)의 개수가 2개인 경우 센서 구동부(SDC)가 2개 필요하기 때문에 센서 구동부(SDC)가 차지하는 면적은 커질 수 있다. 다만, 도 5 내지 도 9의 본 발명의 일 실시예의 경우 인접한 두 개의 광감지 소자(OPD)는 하나의 센서 구동부(SDC)를 공유하기 때문에 회로층(DP_CL)에서 센서 구동부(SDC)가 차지하는 면적이 커지지 않는다.
일 실시예에서, 하나의 단위 화소 영역(UPX)에는 두 개의 화소 구동부들(PDC)이 배치될 수 있다. 화소 구동부들(PDC) 각각은 복수의 화소들(PXR, PXG, PXB) 중 대응하는 화소와 각각 연결될 수 있다.
두 개의 단위 화소 영역(UPX)에는 하나의 센서 구동부(SDC)가 배치될 수 있다. 즉, 후술될 도 8a 내지 도 9의 경우, 서로 다른 단위 화소 영역(UPX)에 하나씩 각각 배치되는 두 개의 광감지 소자(OPD)는 하나의 센서 구동부(SDC)를 공유할 수 있다. 또는, 이어서 설명될 도 6a 내지 도 7의 경우, 인접한 두 개의 단위 화소 영역(UPX)에 배치되는 하나의 광감지 소자(OPD) 및 하나의 센서 구동부(SDC)는 일대일로 연결될 수 있다.
일 실시예에서, 센서 구동부(SDC)는 평면상에서 인접한 두 개의 단위 화소 영역들(UPX)의 사이에 배치될 수 있다. 센서 구동부(SDC)는 인접한 두 개의 단위 화소 영역들(UPX)에 모두 중첩할 수 있다. 예를 들어, 센서 구동부(SDC)는 제2 방향(DR2)에서 인접한 두 개의 단위 화소 영역들(UPX)에 각각 배치되는 두 개의 화소 구동부들(PDC)의 사이에 배치될 수 있다.
도 6a 및 도 6b는 본 발명의 일 실시예에 따른 표시 장치의 평면도이다. 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 표시 장치의 단면도이다. 도 6a는 일 실시예에 따른 표시층(DP_ED)을 보여준다. 도 6b는 표시층(DP_ED) 및 회로층(DP_CL)을 보여준다.
도 6a에서, 표시층(DP_ED)의 하나의 단위 화소 영역(UPX) 내에는 적어도 하나의 발광 소자(ED_R, ED_G, ED_B)가 배치될 수 있다. 표시층(DP_ED)의 하나의 단위 화소 영역(UPX) 내에는 하나의 광감지 소자(OPD) 또는 더미 소자(OPD_DM)가 선택적으로 배치될 수 있다.
일 실시예에서, 복수의 단위 화소 영역들(UPX) 중에서 서로 인접한 두 개의 단위 화소 영역들(UPX) 중 어느 하나에는 광감지 소자(OPD)가 배치되고 다른 하나에는 더미 소자(OPD_DM)가 배치될 수 있다.
도 6b 및 도 7을 참조할 때, 표시층(DP_ED)에서 서로 인접한 두 개의 단위 화소 영역들(UPX) 중 어느 하나에 배치된 광감지 소자(OPD)는 회로층(DP_CL)에서 서로 인접한 두 개의 단위 화소 영역들(UPX)에 걸쳐서 배치된 하나의 센서 구동부(SDC)와 전기적으로 연결될 수 있다.
도 6a 및 도 6b를 참조하면, 표시 패널(DP)은 화소들(PXR, PXG, PXB) 및 센서들(FX)을 포함한다. 화소들(PXR, PXG, PXB) 각각은 발광 소자(ED_R, ED_G, ED_B) 및 화소 구동부(PDC)를 포함한다. 센서들(FX) 각각은 광감지 소자(OPD), 더미 소자(OPD_DM) 및 센서 구동부(SDC)를 포함한다. 여기에서, 더미 소자(OPD_DM)는 화소들(PXR, PXG, PXB) 사이에 광감지 소자(OPD)와 대응되도록 배치되는 플로팅 소자에 해당할 수 있다.
더미 소자(OPD_DM)는 플로팅되고, 어떠한 기능을 하지 않는 소자에 해당할 수 있다. 일 실시예에서, 더미 소자(OPD_DM)는 광감지 소자(OPD)가 배치되는 영역에 광감지 소자(OPD)를 대신하여 배치될 수 있다. 더미 소자(OPD_DM)는 광감지 소자(OPD)의 크기와 동일한 크기를 가지고, 광감지 소자(OPD)와 같이 패터닝되며 광감지 소자(OPD)의 개수와 동일한 개수를 가질 수 있다. 예를 들어, 하나의 단위 화소 영역(UPX)에는 적어도 하나의 광감지 소자(OPD) 또는 더미 소자(OPD_DM)가 배치될 수 있다. 즉, 하나의 단위 화소 영역(UPX) 내에 각각 배치되는 광감지 소자(OPD)와 더미 소자(OPD_DM)의 개수는 각각 한 개로 동일할 수 있다.
도 6b에서, 표시층(DP_ED)에서 화소들(PXR, PXG, PXB)은 단위 화소 영역(UPX) 내에 각각 배치될 수 있다. 화소들(PXR, PXG, PXB)은 회로층(DP_CL)의 화소 구동부(PDC)와 인접하게 배치될 수 있다. 화소들(PXR, PXG, PXB)은 화소 구동부(PDC)와 전기적으로 연결된다. 그러나, 화소들(PXR, PXG, PXB)은 화소 구동부(PDC)와 반드시 인접하게 배치되어야 하는 것은 아니고, 떨어져서 배치될 수도 있다.
표시층(DP_ED)의 광감지 소자(OPD)는 회로층(DP_CL)의 센서 구동부(SDC)와 전기적으로 연결될 수 있다. 광감지 소자(OPD)는 센서 구동부(SDC)와 인접하게 배치될 수 있으나, 이에 반드시 제한되지 않고 광감지 소자(OPD)는 센서 구동부(SDC)와 비인접하게 배치될 수 있다. 오히려, 광감지 소자(OPD)는 화소 구동부(PDC)와 인접하게 배치될 수 있다.
더미 소자(OPD_DM)는 센서 구동부(SDC) 또는 화소 구동부(PDC)와 인접할 수 있다.
표시 패널(DP)의 두께 방향에서, 화소들(PXR, PXG, PXB)은 화소 구동부(PDC)와 중첩할 수 있다. 광감지 소자(OPD) 및 더미 소자(OPD_DM)도 화소 구동부(PDC)와 중첩할 수 있다. 즉, 센서 구동부(SDC)의 개수가 줄어들어 화소 구동부(PDC)가 차지하는 면적이 늘어날 수 있다. 회로층(DP_CL)에서 화소 구동부(PDC)가 차지하는 면적이 커질수록 표시 패널(DP, 도 2 참조)의 해상도는 향상될 수 있다.
화소들(PXR, PXG, PXB) 및 센서들(FX)은 제1 방향(DR1)으로 번갈아 배치되고, 제2 방향(DR2)으로 번갈아 배치된다. 화소들(PXR, PXG, PXB)은 제1 컬러(예를 들면, 레드(R))의 광을 출력하는 발광 소자(이하, 제1 발광 소자(ED_R)라 함)를 포함하는 제1 화소들(PXR), 제2 컬러(예를 들면, 그린(G))의 광을 출력하는 발광 소자(이하, 제2 발광 소자(ED_G)라 함)를 포함하는 제2 화소들(PXG) 및 제3 컬러(예를 들면, 블루(B))의 광을 출력하는 발광 소자(이하, 제3 발광 소자(ED_B)라 함)를 포함하는 제3 화소들(PXB)을 포함한다.
도 6a 및 도 6b에서, 제1 및 제2 방향(DR1, DR2) 상에서, 제1 화소들(PXR) 및 제3 화소들(PXB)은 서로 교대로 반복되어 배치될 수 있다. 제2 화소들(PXG)은 제1 및 제2 방향(DR1, DR2)을 따라 배열될 수 있다.
제1 및 제2 방향(DR1, DR2) 상에서, 센서 (FX)는 인접하는 제1 화소(PXR) 및 제2 화소(PXG) 사이에 배치될 수 있다. 또한, 제1 및 제2 방향(DR1, DR2) 상에서, 센서 (FX)는 두 개의 제2 화소들(PXG) 사이에 배치될 수 있다.
도 6a 및 도 6b에서는 단위 화소 영역(UPX) 당 화소들(PX) 및 센서들(FX)의 배열 구조 및 각각의 개수를 도시하였다. 도 6에서, 하나의 단위 화소 영역(UPX) 내에는 2개의 발광 소자(ED_R, ED_G) 및 1개의 광감지 소자(OPD) 또는 1개의 더미 소자(OPD_DM)가 배치되고, 2개의 화소 구동부들(PDC) 및 1개 또는 1개 이하의 센서 구동부(SDC)가 배치될 수 있다. 도 6a 및 도 6b는 예시적인 구조에 불과하고 화소들(PX) 및 센서들(FX)의 배열 구조는 이에 한정되지 않는다.
단위 영역(UPX) 내에서 화소들(PX)의 개수 및 센서들(FX)의 개수도 제한되지 않는다. 예를 들어, 단위 화소 영역(UPX) 각각에는 하나의 센서(FX)가 포함될 수도 있다. 이 경우, 서로 인접하는 단위 화소 영역(UPX)의 센서들(FX) 중 어느 하나는 광감지 소자(OPD)를 포함하고 다른 하나는 더미 소자(OPD_DM)를 포함할 수 있다.
화소들(PX) 및 센서들(FX)의 배열 구조는 다양하게 변형될 수 있다.예를 들어, 제1 화소들(PXR)과 제3 화소들(PXB)은 서로 다른 열 또는 서로 다른 행에 배치될 수 있다. 제1 화소들(PXR)은 홀수번째 열에 배치되면, 제3 화소들(PXB)은 짝수번째 열에 배치될 수 있다. 제1 화소들(PXR)은 홀수번째 행에 배치되면, 제3 화소들(PXB)은 짝수번째 행에 배치될 수 있다. 이 경우, 제1 및 제2 방향(DR1, DR2) 상에서 서로 인접한 두 개의 제1 화소들(PXR) 사이에는 적어도 하나의 제2 화소(PXG) 및 적어도 하나의 센서(FX)가 배치될 수 있다. 또한, 제1 및 제2 방향(DR1, DR2) 상에서 서로 인접한 두 개의 제3 화소들(PXB) 사이에는 적어도 하나의 제2 화소(PXG) 및 적어도 하나의 센서(FX)가 배치될 수 있다.
본 발명의 일 예로, 제1 발광 소자(ED_R)는 제2 발광 소자(ED_G)보다 큰 사이즈를 가질 수 있다. 또한, 제3 발광 소자(ED_B)는 제1 발광 소자(ED_R)보다 크거나 동일한 사이즈를 가질 수 있다. 제1 내지 제3 발광 소자들(ED_R, ED_G, ED_B) 각각의 사이즈는 이에 한정되지 않으며, 다양하게 변형하여 적용될 수 있다. 예컨대, 본 발명의 다른 실시예에서 제1 내지 제3 발광 소자들(ED_R, ED_G, ED_B)은 서로 동일한 사이즈를 가질 수도 있다.
또한, 제1 내지 제3 발광 소자들(ED_R, ED_G, ED_B) 각각이 사각 형상을 갖는 것을 예시적으로 도시하였으나, 이에 제한되는 것은 아니고, 제1 내지 제3 발광 소자들(ED_R, ED_G, ED_B) 각각의 형상은 다각형, 원형, 타원형 등으로 다양하게 변형될 수 있다. 다른 일 예로, 제1 내지 제3 발광 소자들(ED_R, ED_G, ED_B)의 형상은 서로 상이할 수 있다. 즉, 제2 발광 소자(ED_G)는 원 형상을 갖고, 제1 및 제3 발광 소자들(ED_R, ED_B)는 사각 형상을 가질 수도 있다.
광감지 소자(OPD)는 제1 및 제3 발광 소자(ED_R, ED_B)보다 작은 사이즈를 가질 수 있다. 본 발명의 일 예로, 광감지 소자(OPD)는 제2 발광 소자(ED_G)보다 작거나 동일한 사이즈를 가질 수 있다. 그러나, 광감지 소자(OPD)의 사이즈는 이에 한정되지 않으며, 다양하게 변형하여 적용될 수 있다.
예를 들어, 단위 화소 내에서 광감지 소자(OPD) 및 제1 내지 제3 발광 소자들(ED_R, ED_G, ED_B)의 사이즈 비율은, ED_R : ED_G : ED_B : OPD = 14 : 12 : 20 : 9 와 같을 수 있다.
광감지 소자(OPD)는 사각 형상을 갖는 것을 예시적으로 도시하였으나, 이에 제한되는 것은 아니고, 광감지 소자(OPD)의 형상은 다각형, 원형, 타원형 등으로 다양하게 변형될 수 있다.
제1 내지 제3 발광 소자들(ED_R, ED_G, ED_B) 각각은 대응하는 화소 구동부(PDC)와 전기적으로 연결된다. 화소 구동부(PDC)는 복수의 트랜지스터들 및 커패시터를 포함할 수 있다. 제1 내지 제3 발광 소자들(ED_R, ED_G, ED_B) 각각에 연결된 화소 구동부들(PDC)은 동일한 회로 구성을 가질 수 있다.
광감지 소자(OPD)는 대응하는 센서 구동부(SDC)와 전기적으로 연결된다. 센서 구동부(SDC)는 복수의 트랜지스터들을 포함할 수 있다. 본 발명의 일 예로, 센서 구동부(SDC)와 화소 구동부(PDC)는 동일한 공정을 통해 동시에 형성될 수 있다. 또한, 스캔 드라이버(300)는 화소 구동부(PDC) 및 센서 구동부(SDC)와 동일한 공정을 통해 형성된 트랜지스터들을 포함할 수 있다.
도 7은 도 6a 및 도 6b의 일 실시예에 따른 표시 장치의 단면도를 보여준다. 도 7에서, 정공 수송 영역(HTR, 도 4 참조) 및 전자 수송 영역(ETR, 도 4 참조)은 생략한다.
도 7에서, 더미 소자(OPD_DM)는 플로팅되어 제1 전극(AE) 및 제2 전극(CE)과 전기적으로 연결되지 않는다. 더미 소자(OPD_DM)는 광전 변환층(OPL)과 동일층 상에 배치될 수 있다. 더미 소자(OPD_DM)는 플로팅되어 센서 구동부(SDC) 및/또는 화소 구동부(PDC)와 연결되지 않는다. 더미 소자(OPD_DM)의 하부의 회로층(DP_CL)에는 화소 구동부(PDC)가 배치될 수 있다.
광감지 소자(OPD)는 회로층(DP_CL)을 관통하는 컨택홀(CNT)을 통해 센서 구동부(SDC)와 전기적으로 연결될 수 있다. 센서 구동부(SDC)는 광감지 소자(OPD)의 하측에 배치될 수 있다. 그러나 이에 반드시 제한되지 않고, 센서 구동부(SDC)는 광감지 소자(OPD)와 중첩되지 않도록 배치될 수도 있다.
센서 구동부(SDC)는 센서 구동 회로를 포함하고 화소 구동부(PDC)는 화소 구동 회로를 포함한다. 센서 구동 회로의 면적은 화소 구동 회로의 면적보다 작을 수 있다. 따라서, 센서 구동부(SDC)의 면적은 화소 구동부(PDC)의 면적보다 작을 수 있다.
도 3을 참조할 때, 화소 구동부(PDC)는 전압 발생기(400)로부터 제1 구동 전압(ELVDD), 제2 구동 전압(ELVSS), 제1 및 제2 초기화 전압(VINT1, VINT2)을 수신한다. 센서 구동부(SDC)는 전압 발생기(400)로부터 제1 구동 전압(ELVDD), 제2 구동 전압(ELVSS), 및 리셋 전압(VRST)을 수신한다.
후에 도 10에서 화소 구동부(PDC) 및 센서 구동부(SDC)의 회로도를 도시한다.
도 8a 및 도 8b는 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 표시 장치의 평면도이다. 도 9는 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 표시 장치의 단면도이다.
도 8a 및 도 8b는 도 6a 및 도 6b와 다른 일 실시예에 따른 표시 장치의 평면도를 도시한다. 도 8a 및 도 8b에서 도 6a 및 도 6b와 중복되는 설명은 생략한다. 이하, 도 6a 및 도 6b의 실시예와 차이점을 중심으로 설명한다.
도 8a는 표시층(DP_ED)의 평면도를 도시하고, 도 8b는 일 실시예에 따른 표시 패널(DP-1)의 평면도를 도시한다. 도 8a 및 도 8b를 참조하면, 표시 패널(DP-1)의 단위 화소 영역(UPX)에는 적어도 하나의 광감지 소자(OPD1, OPD2)가 배치될 수 있다. 예를 들어, 인접한 두 개의 단위 화소 영역들(UPX) 각각에 제1 및 제2 광감지 소자들(OPD1, OPD2)이 각각 배치될 수 있다. 제1 및 제2 광감지 소자들(OPD1, OPD2)은 서로 동일한 사이즈를 가질 수 있다.
도 8a에서, 인접한 어느 하나의 단위 화소 영역(UPX)에는 2개의 발광 소자들(ED_G, ED_B) 및 1개의 제1 광감지 소자(OPD1)가 배치되고, 다른 하나의 단위 화소 영역(UPX)에는 2 개의 발광 소자들(ED_G, ED_R) 및 1개의 제2 광감지 소자(OPD2)가 배치될 수 있다.일 실시예에서, 제1 및 제2 광감지 소자들(OPD1, OPD2)은 하나의 센서 구동부(PDC)에 전기적으로 연결될 수 있다. 즉, 하나의 센서 구동부(SDC)는 복수의 광감지 소자들(OPD1, OPD2)을 구동할 수 있다. 서로 동일한 센서 구동부(SDC)에 연결된 제1 및 제2 광감지 소자들(OPD1, OPD2)은 제2 방향(DR2)에서 서로 인접한 단위 화소 영역(UPX) 내에 각각 배치될 수 있다.
제1 및 제2 광감지 소자들(OPD1, OPD2)이 연결된 하나의 센서 구동부(SDC)는 인접한 두 개의 단위 화소 영역들(UPX) 중 어느 하나의 단위 화소 영역(UPX) 내에 배치되거나, 또는 인접한 두 개의 단위 화소 영역들(UPX)의 사이에 배치될 수 있다. 도 8b에서는 인접한 두 개의 단위 화소 영역들(UPX)의 사이에 배치된 것으로 도시되었다. 센서 구동부(SDC)는 평면상에서 제1 광감지 소자(OPD1)및 제2 광감지 소자(OPD2) 중 어느 하나에 더 인접하게 배치되거나, 그 사이에 배치될 수 있다.
도 9는 도 8a 및 도 8b의 일 실시예에 따른 표시 장치의 단면도를 보여준다.
도 9에서, 제1 광감지 소자(OPD1)는 센서 구동부(SDC)와 표시 패널(DP-1)의 두께 방향에서 중첩하게 배치될 수 있다. 제2 광감지 소자(OPD2)는 화소 구동부(PDC)와 중첩하게 배치될 수 있다. 제1 및 제2 광감지 소자들(OPD1, OPD2) 중 어느 하나는 센서 구동부(SDC)와 중첩하고, 다른 하나는 화소 구동부(PDC)와 중첩할 수 있다. 예를 들어, 제1 광감지 소자(OPD1)는 센서 구동부(SDC) 상에 배치되고, 제2 광감지 소자(OPD2)는 화소 구동부(DDC) 상에 배치될 수 있다. 제2 광감지 소자(OPD2)는 제1 광감지 소자(OPD1)의 하측에 배치된 센서 구동부(SDC)에 제1 광감지 소자(OPD1)와 함께 연결될 수 있다. 즉, 제1 광감지 소자(OPD1) 및 제2 광감지 소자(OPD2)는 동일한 센서 구동부(SDC)와 연결되어, 센서 구동부(SDC)에 의해 구동될 수 있다.
일 실시예에서, 제1 광감지 소자(OPD1)와 제2 광감지 소자(OPD2)는 회로층(DP_CL)을 지나는 연결부(CTP)를 통해서 전기적으로 연결되어 하나의 센서 구동부(SDC)에 연결될 수 잇다. 도 9의 연결부(CTP)는 예시에 불과하고, 제1 광감지 소자(OPD1)와 제2 광감지 소자(OPD2)는 서로 분리되어 하나의 센서 구동부(SDC)에 연결될 수도 있다. 제1 광감지 소자(OPD1), 제2 광감지 소자(OPD2) 및 센서 구동부(SDC)는 전기적으로 연결되어 같이 구동될 뿐, 연결 방식은 특별히 제한되지 않는다.
본 실시예에서, 표시 패널(DP-1)은 제2 광감지 소자(OPD2) 또는 제1 광감지 소자(OPD1)를 위한 추가 센서 구동부가 필요 없기 때문에 회로층(DP_CL) 내에 화소 구동부(PDC)가 차지할 수 있는 공간이 증가한다. 따라서, 화소 구동부(PDC)가 커지게 되고 표시 패널(DP-1)의 해상도가 증가할 수 있다.
도 10은 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 화소 구동 회로 및 센서 구동 회로를 나타낸 회로도이다. 도 11은 도10에 도시된 센서 구동 회로의 동작을 설명하기 위한 파형도이다. 화소 구동 회로는 화소 구동부(PDC)에 포함되고, 센서 구동 회로는 센서 구동부(SDC)에 포함된다.
도 10에는 도 3에 도시된 복수의 화소들(PX) 중 하나의 화소(PXij)의 등가 회로도가 예시적으로 도시된다. 복수의 화소들(PX) 각각은 동일한 회로 구조를 가지므로, 상기 화소(PXij)에 대한 회로 구조의 설명으로 나머지 화소들에 대한 구체적인 설명은 생략한다. 또한, 도 5에는 도 3에 도시된 복수의 센서들(FX) 중 하나의 센서(FXij)의 등가 회로도가 예시적으로 도시된다. 복수의 센서들(FX) 각각은 동일한 회로 구조를 가지므로, 상기 센서(FXij)에 대한 회로 구조의 설명으로 나머지 화소들에 대한 구체적인 설명은 생략한다.
도 10를 참조하면, 상기 화소(PXij)는 데이터 라인들(DL1~DLm) 중 i번째 데이터 라인(DLi)(이하, 데이터 라인이라 함), 초기화 스캔 라인들(SIL1~SILn) 중 j번째 초기화 스캔 라인(SILj)(이하, 초기화 스캔 라인이라 함), 보상 스캔 라인들(SCL1~SCLn) 중 j번째 보상 스캔 라인(SCLj)(이하, 보상 스캔 라인이라 함), 기입 스캔 라인들(SWL1~SWLn) 중 j번째 및 j+1번째 스캔 라인(SWLj, SWLj+1)(이하, 제1 및 제2 기입 스캔 라인이라 함), 발광 제어 라인들(EML1~EMLn) 중 j번째 발광 제어 라인(EMLj)(이하, 발광 제어 라인이라 함)에 접속된다.
화소(PXij)는 발광 소자(ED) 및 화소 구동부(PDC)를 포함한다. 발광 소자(ED)는 발광 다이오드일 수 있다. 본 발명의 일 예로, 발광 소자(ED)는 유기 발광층을 포함하는 유기발광 다이오드일 수 있다.
화소 구동부(PDC)는 제1 내지 제7 트랜지스터들(T1, T2, T3, T4, T5, T6, T7) 및 하나의 커패시터(Cst)를 포함한다. 제1 내지 제7 트랜지스터들(T1~T7)은 모두 P-타입 트랜지스터일 수 있다. 또는, 제1 내지 제7 트랜지스터들(T1~T7)은 모두 N-타입 트랜지스터일 수 있다.
일 실시예에서, 제1 내지 제7 트랜지스터들(T1~T7) 각각은 저온 폴리 실리콘(low-temperature polycrystalline silicon, LTPS) 반도체층을 갖는 트랜지스터일 수 있다. 제1 내지 제7 트랜지스터들(T1~T7) 중 일부는 P-타입 트랜지스터일 수 있고, 나머지 일부는 N-타입 트랜지스터일 수 있다. 예를 들어, 제1 내지 제7 트랜지스터들(T1~T7) 중 제1, 제2, 제5 내지 제7 트랜지스터(T1, T2, T5~T7)는 PMOS 트랜지스터이고, 제3 및 제4 트랜지스터(T3, T4)는 산화물 반도체를 반도체층으로 하는 NMOS 트랜지스터일 수 있다. 일 실시예에서, 제1 내지 제7 트랜지스터들(T1~T7) 중 적어도 하나가 N-타입 트랜지스터이고, 나머지는 P-타입 트랜지스터일 수 있다. 본 발명에 따른 화소 구동부(PDC)의 구성은 도 10에 도시된 실시예에 제한되지 않는다. 도 10에 도시된 화소 구동부(PDC)는 하나의 예시에 불과하고 화소 구동부(PDC)의 구성은 변형되어 실시될 수 있다.
초기화 스캔 라인(SILj), 보상 스캔 라인(SCLj), 제1 및 제2 기입 스캔 라인(SWLj, SWLj+1) 및 발광 제어 라인(EMLj)은 각각 j번째 초기화 스캔 신호(SIj, 이하, 초기화 스캔 신호라 함), j번째 보상 스캔 신호(SCj, 이하, 보상 스캔 신호라 함), j번째 및 j+1번째 기입 스캔 신호(SWj, SWj+1)(이하, 제1 및 제2 기입 스캔 신호라 함), 그리고 j번째 발광 제어 신호(EMj, 이하, 발광 제어 신호라 함)를 화소(PXij)로 전달할 수 있다. 데이터 라인(DLi)은 데이터 신호(Di)를 화소(PXij)로 전달한다. 데이터 신호(Di)는 표시 장치(DD, 도 3 참조)에 입력되는 영상 신호(RGB)에 대응하는 전압 레벨을 가질 수 있다.
제1 및 제2 구동 전압 라인들(VL1, VL2) 각각은 제1 구동 전압(ELVDD) 및 제2 구동 전압(ELVSS)을 화소(PXij)로 전달할 수 있다. 또한, 제1 및 제2 초기화 전압 라인들(VL3, VL4)은 각각 제1 초기화 전압(VINT1) 및 제2 초기화 전압(VINT2)을 화소(PXij)로 전달할 수 있다.
제1 트랜지스터(T1)는 제1 구동 전압(ELVDD)을 수신하는 제1 구동 전압 라인(VL1)과 발광 소자(ED) 사이에 접속된다. 제1 트랜지스터(T1)는 제5 트랜지스터(T5)를 경유하여 제1 구동 전압 라인(VL1)과 연결된 제1 전극, 제6 트랜지스터(T6)를 경유하여 발광 소자(ED)의 애노드(anode)와 전기적으로 연결된 제2 전극, 커패시터(Cst)의 일단과 연결된 제3 전극을 포함한다. 제1 트랜지스터(T1)는 제2 트랜지스터(T2)의 스위칭 동작에 따라 데이터 라인(DLi)이 전달하는 데이터 신호(Di)를 전달받아 발광 소자(ED)에 구동 전류(Id)를 공급할 수 있다.
제2 트랜지스터(T2)는 데이터 라인(DLi)과 제1 트랜지스터(T1)의 제1 전극 사이에 접속된다. 제2 트랜지스터(T2)는 데이터 라인(DLi)과 연결된 제1 전극, 제1 트랜지스터(T1)의 제1 전극과 연결된 제2 전극 및 제1 기입 스캔 라인(SWLj)과 연결된 제3 전극을 포함한다. 제2 트랜지스터(T2)는 제1 기입 스캔 라인(SWLj)을 통해 전달받은 제1 기입 스캔 신호(SWj)에 따라 턴 온되어 데이터 라인(DLi)으로부터 전달된 데이터 신호(Di)를 제1 트랜지스터(T1)의 제1 전극으로 전달할 수 있다.
제3 트랜지스터(T3)는 상기 제1 트랜지스터(T1)의 제2 전극과 제1 노드(N1) 사이에 접속된다. 제3 트랜지스터(T3)는 제1 트랜지스터(T1)의 제3 전극과 연결된 제1 전극, 제1 트랜지스터(T1)의 제2 전극과 연결된 제2 전극, 보상 스캔 라인(SCLj)과 연결된 제3 전극을 포함한다. 제3 트랜지스터(T3)는 보상 스캔 라인(SCLj)을 통해 전달받은 보상 스캔 신호(SCj)에 따라 턴 온되어 제1 트랜지스터(T1)의 제3 전극과 제2 전극을 서로 연결하여 제1 트랜지스터(T1)를 다이오드 연결시킬 수 있다.
제4 트랜지스터(T4)는 제2 초기화 전압(VINT2)이 인가되는 제2 초기화 라인(VL4)과 제1 노드(N1) 사이에 접속된다. 제4 트랜지스터(T4)는 제1 트랜지스터(T1)의 제3 전극과 연결된 제1 전극, 제2 초기화 전압(VINT2)이 전달되는 제2 초기화 전압 라인(VL4)과 연결된 제2 전극 및 초기화 스캔 라인(SILj)과 연결된 제3 전극을 포함한다. 제4 트랜지스터(T4)는 초기화 스캔 라인(SILj)을 통해 전달받은 초기화 스캔 신호(SIj)에 따라 턴 온된다. 턴 온된 제4 트랜지스터(T4)는 제2 초기화 전압(VINT2)을 제1 트랜지스터(T1)의 제3 전극에 전달하여 제1 트랜지스터(T1)의 제3 전극의 전위(즉, 제1 노드(N1)의 전위)를 초기화시킨다.
제5 트랜지스터(T5)는 제1 구동 전압 라인(VL1)과 연결된 제1 전극, 제1 트랜지스터(T1)의 제1 전극과 연결된 제2 전극 및 발광 제어 라인(EMLj)에 연결된 제3 전극을 포함한다. 제5 트랜지스터(T5)는 제1 발광 제어 트랜지스터로 지칭될 수 있다.
제6 트랜지스터(T6)는 제1 트랜지스터(T1)의 제2 전극과 연결된 제1 전극, 발광 소자(ED)의 애노드에 연결된 제2 전극 및 발광 제어 라인(EMLj)에 연결된 제3 전극을 포함한다. 제6 트랜지스터(T6)는 제2 발광 제어 트랜지스터로 지칭될 수 있다.
제5 트랜지스터(T5) 및 제6 트랜지스터(T6)는 발광 제어 라인(EMLj)을 통해 전달받은 발광 제어 신호(EMj)에 따라 동시에 턴 온된다. 턴-온된 제5 트랜지스터(T5)를 통해 인가된 제1 구동 전압(ELVDD)은 다이오드 연결된 제1 트랜지스터(T1)를 통해 보상된 후 발광 소자(ED)에 전달될 수 있다.
제7 트랜지스터(T7)는 제1 초기화 전압(VINT1)이 전달되는 제1 초기화 전압 라인(VL3)에 연결된 제1 전극, 제6 트랜지스터(T6)의 제2 전극과 연결된 제2 전극 및 제2 기입 스캔 라인(SWLj+1)과 연결된 제3 전극을 포함한다. 제1 초기화 전압(VINT1)은 제2 초기화 전압(VINT2)보다 낮거나 같은 전압 레벨을 가질 수 있다. 본 발명의 일 예로, 제1 및 제2 초기화 전압(VINT1, VINT2) 각각은 -3.5V의 전압을 가질 수 있다.
커패시터(Cst)의 일단은 앞에서 설명한 바와 같이 제1 트랜지스터(T1)의 제3 전극과 연결되어 있고, 타단은 제1 구동 전압 라인(VL1)과 연결되어 있다. 발광 소자(ED)의 캐소드(cathode)는 제2 구동 전압(ELVSS)을 전달하는 제2 구동 전압 라인(VL2)과 연결될 수 있다. 제2 구동 전압(ELVSS)은 제1 구동 전압(ELVDD)보다 낮은 전압 레벨을 가질 수 있다. 본 발명의 일 예로, 제2 구동 전압(ELVSS)은 제1 및 제2 초기화 전압(VINT1, VINT2)보다 낮은 전압 레벨을 가질 수 있다.
초기화 스캔 라인(SILj)을 통해 하이 레벨의 초기화 스캔 신호(SIj)가 제공되면, 하이 레벨의 초기화 스캔 신호(SIj)에 응답해서 제4 트랜지스터(T4)가 턴-온된다. 제2 초기화 전압(VINT2)은 턴-온된 제4 트랜지스터(T4)를 통해 제1 트랜지스터(T1)의 제3 전극에 전달되고, 제2 초기화 전압(VINT2)에 의해 제1 노드(N1)가 초기화된다. 따라서, 초기화 스캔 신호(SIj)의 하이 레벨 구간은 화소(PXij)의 초기화 구간일 수 있다.
다음, 보상 스캔 라인(SCLj)을 통해 하이 레벨의 보상 스캔 신호(SCj)가 공급되면 제3 트랜지스터(T3)가 턴-온된다. 제1 트랜지스터(T1)는 턴-온된 제3 트랜지스터(T3)에 의해 다이오드 연결되고, 순방향으로 바이어스된다. 또한, 로우 레벨의 제1 기입 스캔 신호(SWj)에 의해 제2 트랜지스터(T2)가 턴-온된다. 그러면, 데이터 라인(DLi)으로부터 공급된 데이터 신호(Di)에서 제1 트랜지스터(T1)의 문턱 전압(Vth)만큼 감소한 보상 전압("Di-Vth")이 제1 트랜지스터(T1)의 제3 전극에 인가된다. 즉, 제1 트랜지스터(T1)의 제3 전극의 전위는 보상 전압("Di-Vth")이 될 수 있다.
커패시터(Cst)의 양단에는 제1 구동 전압(ELVDD)과 보상 전압("Di-Vth")이 인가되고, 커패시터(Cst)에는 양단 전압 차에 대응하는 전하가 저장될 수 있다. 여기서, 보상 스캔 신호(SCj)의 하이 레벨 구간은 화소(PXij)의 보상 구간으로 지칭될 수 있다.
한편, 제7 트랜지스터(T7)는 제2 기입 스캔 라인(SWLj+1)을 통해 로우 레벨의 제2 기입 스캔 신호(SWj+1)를 공급받아 턴-온된다. 제7 트랜지스터(T7)에 의해 구동 전류(Id)의 일부는 바이패스 전류(Ibp)로서 제7 트랜지스터(T7)를 통해 빠져나갈 수 있다.
블랙 영상을 표시하는 제1 트랜지스터(T1)의 최소 전류가 구동 전류로 흐를 경우에도 발광 소자(ED)가 발광하게 된다면 제대로 블랙 영상이 표시되지 않는다. 따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 화소(PXij) 내 제7 트랜지스터(T7)는 제1 트랜지스터(T1)의 최소 전류의 일부를 바이패스 전류(Ibp)로서 발광 소자(ED) 쪽의 전류 경로 외의 다른 전류 경로로 분산시킬 수 있다. 여기서 제1 트랜지스터(T1)의 최소 전류란 제1 트랜지스터(T1)의 게이트-소스 전압(Vgs)이 문턱 전압(Vth)보다 작아서 제1 트랜지스터(T1)가 오프되는 조건에서의 전류를 의미한다. 이렇게 제1 트랜지스터(T1)를 오프시키는 조건에서의 최소 구동 전류(예를 들어 10pA 이하의 전류)가 발광 소자(ED)에 전달되어 블랙 휘도의 영상으로 표현된다. 블랙 영상을 표시하는 최소 구동 전류가 흐르는 경우 바이패스 전류(Ibp)의 우회 전달의 영향이 큰 반면, 일반 영상 또는 화이트 영상과 같은 영상을 표시하는 큰 구동 전류가 흐를 경우에는 바이패스 전류(Ibp)의 영향이 거의 없다고 할 수 있다. 따라서, 블랙 영상을 표시하는 구동 전류가 흐를 경우에 구동 전류(Id)로부터 제7 트랜지스터(T7)를 통해 빠져나온 바이패스 전류(Ibp)의 전류량만큼 감소된 발광 소자(ED)의 발광 전류(Ied)는 블랙 영상을 확실하게 표현할 수 있는 수준으로 최소의 전류량을 가지게 된다. 따라서, 제7 트랜지스터(T7)를 이용하여 정확한 블랙 휘도 영상을 구현하여 콘트라스트비를 향상시킬 수 있다.
다음, 발광 제어 라인(EMLj)으로부터 공급되는 발광 제어 신호(EMj)가 하이 레벨에서 로우 레벨로 변경된다. 로우 레벨의 발광 제어 신호(EMj)에 의해 제5 트랜지스터(T5) 및 제6 트랜지스터(T6)가 턴 온 된다. 그러면, 제1 트랜지스터(T1)의 제3 전극의 전압과 제1 구동 전압(ELVDD) 간의 전압 차에 따르는 구동 전류(Id)가 발생하고, 제6 트랜지스터(T6)를 통해 구동 전류(Id)가 발광 소자(ED)에 공급되어 발광 소자(ED)에 전류(Ied)가 흐른다.
도 10을 참조하면, 상기 센서(FXij)는 리드아웃라인들(RL1~RLm) 중 i번째 리드아웃라인(RLi)(이하, 리드아웃라인이라 함), 초기화 스캔 라인(SILj), 보상 스캔 라인(SCLj)에 접속된다. 상기 센서(FXij)는 제1 및 제2 구동 전압 라인(VL1, VL2), 리셋 전압 라인(VL5)에 더 접속될 수 있다.
센서(FXij)는 광감지 소자(OPD) 및 센서 구동부(SDC)를 포함한다. 일 실시예에서, 센서(FXij)는 복수의 광감지 소자들(n_OPD) 및 하나의 센서 구동부(SDC)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 하나의 센서 구동부(SDC)에는 n개의 광감지 소자들(n_OPD)이 연결될 수 있다. 광감지 소자(OPD)는 포토 다이오드일 수 있다. 본 발명의 일 예로, 광감지 소자(OPD)는 광전 변환층으로 유기 물질을 포함하는 유기 포토 다이오드일 수 있다. 광감지 소자(OPD)의 애노드는 제1 센싱 노드(SN1)에 연결되고, 캐소드는 제2 구동 전압(ELVSS)을 전달하는 제2 구동 전압 라인(VL2)과 연결될 수 있다.
센서 구동부(SDC)는 3개의 트랜지스터들(ST1~ST3)을 포함한다. 3개의 트랜지스터들(ST1~ST3)은 각각 리셋 트랜지스터(ST1), 증폭 트랜지스터(ST2) 및 출력 트랜지스터(ST3)일 수 있다. 리셋 트랜지스터(ST1), 증폭 트랜지스터(ST2) 및 출력 트랜지스터(ST3) 중 일부는 P-타입 트랜지스터일 수 있고, 일부는 N-타입 트랜지스터일 수 있다. 본 발명의 일 예로, 증폭 트랜지스터(ST2)는 PMOS 트랜지스터일 수 있고, 리셋 트랜지스터(ST1) 및 출력 트랜지스터(ST3)는 NMOS 트랜지스터일 수 있다. 그러나, 이에 한정되는 것은 아니고, 리셋 트랜지스터(ST1), 증폭 트랜지스터(ST2) 및 출력 트랜지스터(ST3)가 모두 N-타입 트랜지스터이거나, 모두 P-타입 트랜지스터일 수도 있다.
리셋 트랜지스터(ST1), 증폭 트랜지스터(ST2) 및 출력 트랜지스터(ST3) 중 일부(예를 들어, 리셋 트랜지스터(ST1) 및 출력 트랜지스터(ST3))는 화소(PXij)의 제3 및 제4 트랜지스터(T3, T4)와 동일한 타입의 트랜지스터일 수 있다. 리셋 트랜지스터(ST1), 증폭 트랜지스터(ST2) 및 출력 트랜지스터(ST3) 중 일부(예를 들어, 증폭 트랜지스터(ST2))는 화소(PXij)의 제1 및 제2 트랜지스터(T1, T2)와 동일한 타입의 트랜지스터일 수 있다.
본 발명에 따른 센서 구동부(SDC)의 회로 구성은 도 10에 제한되지 않는다. 도 10에 도시된 센서 구동부(SDC)는 하나의 예시에 불과하고 센서 구동부(SDC)의 구성은 변형되어 실시될 수 있다.
리셋 트랜지스터(ST1)는 리셋 전압(VRST)을 수신하는 리셋 전압 라인(VL5)에 연결된 제1 전극, 제1 센싱 노드(SN1)와 연결된 제2 전극 및 보상 스캔 신호(SCj)를 수신하는 보상 스캔 라인(SCLj)에 연결된 제3 전극을 포함한다. 리셋 트랜지스터(ST1)는 보상 스캔 신호(SCj)에 응답해서 제1 센싱 노드(SN1)의 전위를 리셋 전압(VRST)으로 리셋시킬 수 있다. 본 발명의 일 예로, 리셋 전압(VRST)은 제1 및 제2 기입 스캔 신호(SWj, SWj+1)의 활성화 구간(즉, 로우 레벨 구간)에 대응하는 전압 레벨을 가질 수 있다. 리셋 전압(VRST)은 제2 구동 전압(ELVSS)보다 낮은 전압 레벨을 가질 수 있다.
리셋 트랜지스터(ST1)는 리셋 전압 라인(VL5)과 제1 센싱 노드(SN1) 사이에서 직렬 연결된 복수의 서브 리셋 트랜지스터를 포함할 수 있다. 본 발명의 일 예로, 리셋 트랜지스터(ST1)는 제1 서브 리셋 트랜지스터(ST1_1) 및 제2 서브 리셋 트랜지스터(ST1_2)를 포함한다. 제1 서브 리셋 트랜지스터(ST1_1)의 제3 전극 및 제2 서브 리셋 트랜지스터(ST1_2)의 제3 전극은 보상 스캔 라인(SCLj)에 연결된다. 또한, 제1 서브 리셋 트랜지스터(ST1_1)의 제2 전극과 제2 서브 리셋 트랜지스터(ST1_2)의 제1 전극은 서로 전기적으로 연결될 수 있다. 또한 제1 서브 리셋 트랜지스터(ST1_1)의 제1 전극은 리셋 전압 라인(VL5)과 연결되며, 제2 서브 리셋 트랜지스터(ST1_2)의 제2 전극은 제1 센싱 노드(SN1)와 전기적으로 연결될 수 있다. 그러나, 서브 리셋 트랜지스터의 개수는 이에 한정되지 않고, 다양하게 변형될 수 있다.
증폭 트랜지스터(ST2)는 제1 구동 전압(ELVDD)을 수신하는 제1 구동 전압 라인(VL1)에 연결된 제1 전극, 제2 센싱 노드(SN2)와 연결된 제2 전극 및 제1 센싱 노드(SN1)와 연결된 제3 전극을 포함한다. 증폭 트랜지스터(ST2)는 제1 센싱 노드(SN1)의 전위에 따라 턴 온되어 제2 센싱 노드(SN2)로 제1 구동 전압(ELVDD)을 인가할 수 있다.
출력 트랜지스터(ST3)는 제2 센싱 노드(SN2)와 연결된 제1 전극, 리드아웃라인(RLi)과 연결된 제2 전극 및 초기화 스캔 신호(SIj)를 수신하는 초기화 스캔 라인(SILj)에 연결된 제3 전극을 포함한다. 출력 트랜지스터(ST3)는 초기화 스캔 신호(SIj)에 응답해서 감지 신호(FSi)를 리드아웃라인(RLi)으로 전달할 수 있다.
도 11을 참조하면, 한 프레임(FR)은 화소(PXij)의 동작에 따라 발광 구간(EP) 및 비발광 구간(NEP)을 포함할 수 있다. 발광 구간(EP)은 발광 제어 신호(EMj)의 로우 레벨 구간(즉, 활성화 구간)에 대응하고, 비발광 구간(NEP)은 발광 제어 신호(EMj)의 하이 레벨 구간(즉, 비활성화 구간)에 대응한다. 본 발명의 일 예로, 표시 패널(DP, 도 3에 도시됨)이 60Hz로 동작하는 경우, 한 프레임(FR)은 16.7ms에 대응하는 지속 시간을 가질 수 있다. 한 프레임(FR)의 지속 시간은 표시 패널(DP)의 구동 주파수에 따라 가변될 수 있다.
한 프레임(FR)은 센서(FXij)의 동작에 따라 구분되는 감지 구간(AP1), 리셋 구간(AP2) 및 광 노출 구간을 포함할 수 있다. 감지 구간(AP1) 및 리셋 구간(AP2)은 비발광 구간(NEP)과 중첩할 수 있다. 센서(FXij)의 광 노출 구간은 화소(PXij)의 발광 구간(EP)에 대응할 수 있다. 광감지 소자(OPD)는 발광 구간(EP)동안 광에 노출된다. 상기 광은 화소(PXij)의 발광 소자(ED)로부터 출력된 광일 수 있다.
만일 사용자의 손(US_F, 도 1 참조)이 표시면을 터치하면, 광감지 소자(OPD)는 지문의 융선(ridge) 또는 융선 사이의 골(valley)에 의해 반사된 광에 대응하는 광전하들을 생성하고, 생성된 광전하들은 제1 센싱 노드(SN1)에 축적될 수 있다.
증폭 트랜지스터(ST2)는 제3 전극으로 입력되는 제1 센싱 노드(SN1)의 전하량에 비례하여 소오스-드레인 전류를 발생시키는 소오스 팔로워 증폭기(source follower amplifier)일 수 있다.
감지 구간(AP1) 동안 출력 트랜지스터(ST3)에는 초기화 스캔 라인(SILj)을 통해 하이 레벨의 초기화 스캔 신호(SIj)가 공급된다. 감지 구간(AP1)은 초기화 스캔 신호(SIj)의 활성화 구간(즉, 하이 레벨 구간)으로 정의될 수 있다. 초기화 스캔 신호(SIj) 및 보상 스캔 신호(SCj)의 활성화 구간의 지속 시간은 대응하는 클럭 신호의 하이 구간의 지속 시간에 의해 결정된다. 예를 들어, 초기화 스캔 신호(SIj)는 대응하는 제1 클럭 신호(CK1)의 하이 구간에 대응하는 활성화 구간을 갖고, 보상 스캔 신호(SCj)는 대응하는 제2 클럭 신호(CK2)의 하이 구간에 대응하는 활성화 구간을 갖는다. 제1 및 제2 클럭 신호들(CK1, CK2)은 서로 반전된 위상을 가질 수 있다. 따라서, 초기화 스캔 신호(SIj)의 활성화 구간과 보상 스캔 신호(SCj)의 활성화 구간은 서로 중첩하지 않을 수 있다.
하이 레벨의 초기화 스캔 신호(SIj)에 대응하여 출력 트랜지스터(ST3)가 턴 온 되면, 증폭 트랜지스터(ST2)를 통해 흐르는 전류에 대응하는 감지 신호(FSi)가 리드아웃라인(RLi)으로 출력될 수 있다. 센서(FXij)의 감지 구간(AP1)은 화소(PXij)의 초기화 구간에 대응할 수 있다.
다음, 리셋 구간(AP2) 동안 보상 스캔 라인(SCLj)을 통해 하이 레벨의 보상 스캔 신호(SCj)가 공급되면 리셋 트랜지스터(ST1)가 턴 온 된다. 리셋 구간(AP2)은 보상 스캔 신호(SCj)의 활성화 구간(즉, 하이 레벨 구간)으로 정의될 수 있다. 이때, 리셋 트랜지스터(ST1)의 제1 전극에는 리셋 전압(VRST)이 제공되므로, 제1 센싱 노드(SN1)는 리셋 전압(VRST)으로 리셋될 수 있다. 센서(FXij)의 리셋 구간(AP2)은 화소(PXij)의 보상 구간에 대응할 수 있다.
다음, 발광 구간(EP) 동안 광감지 소자(OPD)는 수신된 광에 대응하는 광전하들을 생성하고, 생성된 광전하들은 제1 센싱 노드(SN1)에 축적될 수 있다.
이와 같이 표시 패널(DP)에는 화소(PXij) 및 센서(FXij)가 구비되고, 화소(PXij)를 구동하기 위한 초기화 스캔 신호(SIj) 및 보상 스캔 신호(SCj)를 이용하여 센서(FXij)가 구동될 수 있다. 특히, 화소(PXij)의 제3 및 제4 트랜지스터(T3, T4)로 공급되는 초기화 스캔 신호(SIj) 및 보상 스캔 신호(SCj)가 센서(FXij)의 리셋 트랜지스터(ST1) 및 출력 트랜지스터(ST3)로 공급될 수 있다. 따라서, 센서(FXij)를 구동하는데 필요한 별도의 신호 배선 또는 회로가 불필요하므로, 센서(FXij)를 표시 패널(DP)에 배치하더라도, 개구율 감소를 최소화 또는 방지할 수 있다.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 표시 패널의 화소를 나타낸 단면도이다.
도 12를 참조하면, 표시 패널(DP)은 베이스층(BL), 베이스층(BL) 상에 배치된 회로층(DP_CL), 표시층(DP_ED) 및 봉지층(TFE)을 포함할 수 있다.
베이스층(BL)은 합성수지층을 포함할 수 있다. 합성수지층은 열 경화성 수지를 포함할 수 있다. 특히, 합성수지층은 폴리이미드계 수지층일 수 있고, 그 재료는 특별히 제한되지 않는다. 합성수지층은 아크릴계 수지, 메타크릴계 수지, 폴리이소프렌, 비닐계 수지, 에폭시계 수지, 우레탄계 수지, 셀룰로오스계 수지, 실록산계 수지, 폴리아미드계 수지 및 페릴렌계 수지 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다. 그밖에 베이스층은 유리 기판, 금속 기판, 또는 유/무기 복합재료 기판 등을 포함할 수 있다.
베이스층(BL)의 상면에 적어도 하나의 무기층을 형성한다. 무기층은 알루미늄 옥사이드, 티타늄 옥사이드, 실리콘 옥사이드 실리콘옥시나이트라이드, 지르코늄옥사이드, 및 하프늄 옥사이드 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 무기층은 다층으로 형성될 수 있다. 다층의 무기층들은 후술하는 배리어층(BRL) 및/또는 버퍼층(BFL)을 구성할 수 있다. 배리어층(BRL)과 버퍼층(BFL)은 선택적으로 배치될 수 있다.
배리어층(BRL)은 외부로부터 이물질이 유입되는 것을 방지한다. 배리어층(BRL)은 실리콘옥사이드층 및 실리콘나이트라이드층을 포함할 수 있다. 이들 각각은 복수 개 제공될 수 있고, 실리콘옥사이드층들과 실리콘나이트라이드층들은 교번하게 적층될 수 있다.
버퍼층(BFL)은 배리어층(BRL) 상에 배치될 수 있다. 버퍼층(BFL)은 베이스층(BL)과 반도체 패턴 및/또는 도전패턴 사이의 결합력을 향상시킨다. 버퍼층(BFL)은 실리콘옥사이드층 및 실리콘나이트라이드층을 포함할 수 있다. 실리콘옥사이드층과 실리콘나이트라이드층은 교번하게 적층될 수 있다.
버퍼층(BFL) 상에 반도체 패턴이 배치된다. 이하, 버퍼층(BFL) 상에 직접 배치된 반도체 패턴은 제1 반도체 패턴으로 정의된다. 제1 반도체 패턴은 실리콘 반도체를 포함할 수 있다. 제1 반도체 패턴은 폴리실리콘을 포함할 수 있다. 그러나 이에 제한되지 않고, 제1 반도체 패턴은 비정질실리콘을 포함할 수도 있다.
도 12에서 제1 반도체 패턴의 일부분을 도시한 것일 뿐 화소(PXij, 도 10 참조)의 다른 영역에 제1 반도체 패턴이 더 배치될 수 있다. 제1 반도체 패턴은 도핑 여부에 따라 전기적 성질이 다르다. 제1 반도체 패턴은 도핑영역과 비-도핑영역을 포함할 수 있다. 도핑영역은 N형 도판트 또는 P형 도판트로 도핑될 수 있다. P-타입의 트랜지스터는 P형 도판트로 도핑된 도핑영역을 포함하고, N-타입의 트랜지스터는 N형 도판트로 도핑된 도핑영역을 포함한다.
도핑영역은 전도성이 비-도핑영역보다 크고, 실질적으로 전극 또는 신호 라인의 역할을 갖는다. 비-도핑영역이 실질적으로 트랜지스터의 액티브(또는 채널)에 해당한다. 다시 말해, 제1 반도체 패턴의 일부분은 트랜지스터의 액티브일수 있고, 다른 일부분은 트랜지스터의 소스 또는 드레인일 수 있고, 또 다른 일부분은 연결 신호 라인(또는 연결 전극)일 수 있다.
도 12에 도시된 것과 같이, 제1 트랜지스터(T1)의 제1 전극(S1), 채널부(A1), 제2 전극(D1)이 제1 반도체 패턴으로부터 형성된다. 제1 트랜지스터(T1)의 제1 전극(S1) 및 제2 전극(D1)은 채널부(A1)로부터 서로 반대 방향으로 연장된다.
도 12에는 반도체 패턴으로부터 형성된 연결 신호 라인(CSL)의 일부분을 도시하였다. 별도로 도시하지 않았으나, 연결 신호 라인(CSL)은 평면 상에서 제6 트랜지스터(T6, 도 10 참조)의 제2 전극에 연결될 수 있다.
버퍼층(BFL) 상에 제1 절연층(10)이 배치된다. 제1 절연층(10)은 복수 개의 화소들(PX, 도 3 참조)에 공통으로 중첩하며, 제1 반도체 패턴을 커버한다. 제1 절연층(10)은 무기층 및/또는 유기층일 수 있으며, 단층 또는 다층 구조를 가질 수 있다. 제1 절연층(10)은 알루미늄 옥사이드, 티타늄 옥사이드, 실리콘 옥사이드, 실리콘옥시나이트라이드, 지르코늄옥사이드, 및 하프늄 옥사이드 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 본 실시예에서 제1 절연층(10)은 단층의 실리콘옥사이드층일수 있다. 제1 절연층(10)뿐만 아니라 후술하는 회로층(DP_CL)의 절연층은 무기층 및/또는 유기층일 있으며, 단층 또는 다층 구조를 가질 수 있다. 무기층은 상술한 물질 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
제1 절연층(10) 상에 제1 트랜지스터(T1)의 제3 전극(G1)이 배치된다. 제3 전극(G1)은 금속패턴의 일부일 수 있다. 제1 트랜지스터(T1)의 제3 전극(G1)은 제1 트랜지스터(T1)의 채널부(A1)와 중첩한다. 제1 반도체 패턴을 도핑하는 공정에서 제1 트랜지스터(T1)의 제3 전극(G1)는 마스크 역할을 할 수 있다.
제1 절연층(10) 상에 제3 전극(G1)을 커버하는 제2 절연층(20)이 배치된다. 제2 절연층(20)은 복수 개의 화소들(PX)에 공통으로 중첩한다. 제2 절연층(20)은 무기층 및/또는 유기층일 수 있으며, 단층 또는 다층 구조를 가질 수 있다. 본 실시예에서 제2 절연층(20)은 단층의 실리콘옥사이드층일 수 있다.
제2 절연층(20) 상에 상부전극(UE)이 배치될 수 있다. 상부전극(UE)은 제3 전극(G1)과 중첩할 수 있다. 상부전극(UE)은 금속 패턴의 일부분이거나 도핑된 반도체 패턴의 일부분일 수 있다. 제3 전극(G1)의 일부분과 그에 중첩하는 상부전극(UE)은 커패시터(Cst, 도 10 참조)를 정의할 수 있다. 본 발명의 일 실시예에서 상부전극(UE)은 생략될 수도 있다.
본 발명의 일 실시예에서 제2 절연층(20)은 절연패턴으로 대체될 수 있다. 절연패턴 상에 상부전극(UE)이 배치된다. 상부전극(UE)은 제2 절연층(20)으로부터 절연패턴을 형성하는 마스크 역할을 할 수 있다.
제2 절연층(20) 상에 상부전극(UE)을 커버하는 제3 절연층(30)이 배치된다. 본 실시예에서 제3 절연층(30)은 단층의 실리콘옥사이드층일 수 있다. 제3 절연층(30) 상에 반도체 패턴이 배치된다. 이하, 제3 절연층(30) 상에 직접 배치된 반도체 패턴은 제2 반도체 패턴으로 정의된다. 제2 반도체 패턴은 금속 산화물을 포함할 수 있다. 산화물 반도체는 결정질 또는 비정질 산화물 반도체를 포함할 수 있다. 예를 들어, 산화물 반도체는 아연(Zn), 인듐(In), 갈륨(Ga), 주석(Sn), 티타늄(Ti) 등의 금속 산화물 또는 아연(Zn), 인듐(In), 갈륨(Ga), 주석(Sn), 티타늄(Ti) 등의 금속과 이들의 산화물의 혼합물을 포함할 수 있다. 산화물 반도체는 인듐-주석 산화물(ITO), 인듐-갈륨-아연 산화물(IGZO), 아연 산화물(ZnO), 인듐-아연 산화물(IZO), 아연-인듐 산화물(ZIO), 인듐 산화물(InO), 티타늄 산화물(TiO), 인듐-아연-주석 산화물(IZTO), 아연-주석 산화물(ZTO) 등을 포함할 수 있다.
도 12에서 제2 반도체 패턴의 일부분을 도시한 것일 뿐이고, 화소(PXij, 도 10 참조)의 다른 영역에 제2 반도체 패턴이 더 배치될 수 있다. 제2 반도체 패턴은 금속 산화물이 환원되었는지의 여부에 따라 구분되는 복수 개의 영역들을 포함할 수 있다. 금속 산화물이 환원된 영역(이하, 환원 영역)은 그렇지 않은 영역(이하, 비환원 영역) 대비 전도성이 크다. 환원 영역은 실질적으로 전극 또는 신호 라인의 역할을 갖는다. 비환원 영역이 실질적으로 트랜지스터의 채널부에 해당한다. 다시 말해, 제2 반도체 패턴의 일부분은 트랜지스터의 채널부일 수 있고, 다른 일부분은 트랜지스터의 제1 전극 또는 제2 전극일 수 있다.
도 12에 도시된 것과 같이, 제3 트랜지스터(T3)의 제1 전극(S3), 채널부(A3) 및 제2 전극(D3)이 제2 반도체 패턴으로부터 형성된다. 제1 전극(S3) 및 제2 전극(D3)은 금속 산화물 반도체로부터 환원된 금속을 포함한다. 제1 전극(S3) 및 제2 전극(D3)은 제2 반도체 패턴의 상면으로부터 소정의 두께를 갖고, 상기 환원된 금속을 포함하는 금속층을 포함할 수 있다.
제3 절연층(30) 상에 제2 반도체 패턴을 커버하는 제4 절연층(40)이 배치된다. 본 실시예에서 제4 절연층(40)은 단층의 실리콘옥사이드층일 수 있다. 제3 절연층(30) 상에 제3 트랜지스터(T3)의 제3 전극(G3)이 배치된다. 제3 전극(G3)은 금속패턴의 일부일 수 있다. 제3 트랜지스터(T3)의 제3 전극(G3)은 제3 트랜지스터(T3)의 채널부(A3)와 중첩한다.
본 발명의 일 실시예에서 제4 절연층(40)은 절연패턴으로 대체될 수 있다. 절연패턴 상에 제3 트랜지스터(T3)의 제3 전극(G3)이 배치된다. 본 실시예에서 제3 전극(G3)은 절연패턴과 평면상에서 동일한 형상을 가질 수 있다. 본 실시예에서 설명의 편의상 1개의 제3 전극(G3)을 도시하였으나, 제3 트랜지스터(T3)는 2개의 제3 전극을 포함할 수 있다.
제4 절연층(40) 상에 제3 전극(G3)을 커버하는 제5 절연층(50)이 배치된다. 본 실시예에서 제5 절연층(50)은 실리콘옥사이드층 및 실리콘나이트라이드층을 포함할 수 있다. 제5 절연층(50)은 교번하게 적층된 복수 개의 실리콘옥사이드층들과 실리콘나이트라이드층들을 포함할 수 있다.
별도로 도시하지 않았으나, 제4 트랜지스터(T4, 도 10 참조)의 제1 전극 및 제2 전극은 제3 트랜지스터(T3)의 제1 전극(S3) 및 제2 전극(D3)과 동일한 공정을 통해서 형성될 수 있다. 또한, 센서(FXij, 도 10 참조)의 리셋 트랜지스터(ST1, 도 10 참조)의 제1 및 제2 전극, 출력 트랜지스터(ST3, 도 10 참조)의 제1 및 제2 전극은 제3 트랜지스터(T3)의 제1 전극(S3) 및 제2 전극(D3)과 동일한 공정을 통해서 형성될 수 있다.
제5 절연층(50) 상에 적어도 하나의 절연층이 더 배치된다. 본 실시예와 같이 제6 절연층(60)과 제7 절연층(70)이 제5 절연층(50) 상에 배치될 수 있다. 제6 절연층(60) 및 제7 절연층(70)은 유기층일 수 있으며, 단층 또는 다층 구조를 가질 수 있다. 제6 절연층(60) 및 제7 절연층(70)은 단층의 폴리이미드계 수지층일 수 있다. 이에 제한되지 않고, 제6 절연층(60) 및 제7 절연층(70)은 아크릴계 수지, 메타크릴계 수지, 폴리이소프렌, 비닐계 수지, 에폭시계 수지, 우레탄계 수지, 셀룰로오스계 수지, 실록산계 수지, 폴리아미드계 수지 및 페릴렌계 수지 중 적어도 어느 하나를 포함할 수도 있다.
제5 절연층(50) 상에 제1 연결전극(CNE10)이 배치될 수 있다. 제1 연결전극(CNE10)은 제1 내지 제5 절연층(10 내지 50)을 관통하는 제1 컨택홀(CH1)을 통해 연결 신호 라인(CSL)에 연결되고, 제2 연결전극(CNE20)은 제6 절연층(60)을 관통하는 컨택홀(CH-60)을 통해 제1 연결전극(CNE10)에 연결될 수 있다. 본 발명의 일 실시예에서 제5 절연층(50) 및 제6 절연층(60) 중 적어도 어느 하나는 생략될 수도 있다.
표시층(DP_ED)은 발광 소자(ED) 및 화소 정의막(PDL)을 포함한다. 발광 소자(ED)의 애노드(AE)는 제7 절연층(70) 상에 배치된다. 발광 소자(ED)의 애노드(AE)는 제7 절연층(70)을 관통하는 컨택홀(CH-70)을 통해 제2 연결전극(CNE20)과 연결될 수 있다.
화소 정의막(PDL)의 개구부(OP)는 발광 소자(ED)의 애노드(AE)의 적어도 일부분을 노출시킨다. 화소 정의막(PDL)의 개구부(OP)는 발광 영역(PXA)을 정의할 수 있다. 예컨대, 복수 개의 화소들(PX, 도 3 참조)은 표시패널(DP, 도 3 참조)의 평면 상에서 일정한 규칙으로 배치될 수 있다. 복수 개의 화소들(PX)이 배치된 영역은 화소 영역으로 정의될 수 있고, 하나의 화소 영역은 발광 영역(PXA)과 발광 영역(PXA)에 인접한 비발광 영역(NPXA)을 포함할 수 있다. 비발광 영역(NPXA)은 발광 영역(PXA)을 에워쌀 수 있다.
정공 제어층(HCL)은 발광 영역(PXA)과 비발광 영역(NPXA)에 공통으로 배치될 수 있다. 정공 제어층(HCL)과 같은 공통층은 복수 개의 화소들(PX)에 공통으로 형성될 수 있다. 정공 제어층(HCL)은 정공 수송층 및 정공 주입층을 포함할 수 있다.
정공 제어층(HCL) 상에 발광층(EML)이 배치된다. 발광층(EML)은 개구부(OP)에 대응하는 영역에만 배치될 수 있다. 발광층(EML)은 복수 개의 화소들(PX) 각각에 분리되어 형성될 수 있다.
본 실시예에서 패터닝된 발광층(EML)을 예시적으로 도시하였으나, 발광층(EML)은 복수 개의 화소들(PX)에 공통적으로 배치될 수 있다. 이때, 발광층(EML)은 백색 광 또는 청색 광을 생성할 수 있다. 또한, 발광층(EML)은 다층구조를 가질 수 있다.
발광층(EML) 상에 전자 제어층(ECL)이 배치된다. 전자 제어층(ECL)은 전자 수송층 및 전자 주입층을 포함할 수 있다. 전자 제어층(ECL) 상에 발광 소자(ED)의 캐소드(CE)가 배치된다. 전자 제어층(ECL) 및 캐소드(CE)는 복수 개의 화소들(PX)에 공통적으로 배치된다.
캐소드(CE) 상에 봉지층(TFE)이 배치된다. 봉지층(TFE)은 복수 개의 화소들(PX)을 커버할 수 있다. 본 실시예에서 봉지층(TFE)은 캐소드(CE)를 직접 커버한다. 본 발명의 일 실시예에서, 표시 패널(DP)은 캐소드(CE)를 직접 커버하는 캡핑층이 더 포함할 수 있다. 본 발명의 일 실시예에서 발광 소자(ED)의 적층 구조는 도 12에 도시된 구조에서 상하 반전된 구조를 가질 수도 있다.
도 13은 본 발명의 다른 일 실시예를 보여주는 표시 장치의 단면도이다. 도 4와 중복된 설명은 생략한다.
도 13에서, 녹색 발광 소자(ED_G)에 방출된 광(OT-L)은 사용자의 손(US_F)에 있는 헤모글로빈(HM)에 일부 흡수 및 반사되어 반사광(IP-L)으로 표시층(DP_ED)에 포함된 광감지 소자(OPD)로 입사될 수 있다. 광감지 소자(OPD)로 입사된 반사광(IP-L)의 입사량 변화에 따라서 헤모글로빈(HM)에 흡수된 광량이 달라진다. 이에 따라서, 산소포화도를 알 수 있고, 사용자 생체 정보 중 심박도를 측정할 수 있다.
이상에서와 같이 도면과 명세서에서 실시 예가 개시되었다. 여기서 특정한 용어들이 사용되었으나, 이는 단지 본 발명을 설명하기 위한 목적에서 사용된 것이지 의미 한정이나 청구범위에 기재된 본 발명의 범위를 제한하기 위하여 사용된 것은 아니다. 그러므로 본 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시 예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.
DD: 표시 장치
ED_G, ED_R, ED_B: 발광 소자
OPD: 광감지 소자
OPD_DM: 더미 소자
DP_ED: 표시층
DP_CL: 회로층
PDC: 화소 구동부
SDC: 센서 구동부

Claims (20)

  1. 발광 소자, 광감지 소자 및 더미 소자를 포함하는 표시층; 및
    상기 표시층의 하측에 배치되고, 상기 발광 소자와 연결된 화소 구동부 및 상기 광감지 소자와 연결된 센서 구동부를 포함하는 회로층을 포함하고,
    상기 발광 소자 및 상기 더미 소자는 상기 화소 구동부와 중첩하고, 상기 광감지 소자는 상기 센서 구동부와 중첩하는 표시 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 발광 소자는 서로 마주하는 제1 전극과 제2 전극, 및
    상기 제1 전극과 상기 제2 전극 사이에 배치되고, 적색광, 청색광 또는 녹색광을 방출하는 발광층을 포함하는 표시 장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 광감지 소자는 서로 마주하는 제1 전극과 제2 전극, 및
    상기 제1 전극과 상기 제2 전극 사이에 배치되고, 입사된 광을 전기적 신호로 변환하는 광전 변환층을 포함하는 표시 장치.
  4. 제3항에 있어서, 상기 더미 소자는 상기 광전 변환층과 동일층 상에 배치되고, 플로팅된 표시 장치.
  5. 제1항에 있어서, 상기 화소 구동부는 상기 발광 소자를 구동하는 화소 구동 회로를 포함하고, 상기 센서 구동부는 상기 광감지 소자를 구동하는 센서 구동 회로를 포함하는 표시 장치.
  6. 제1항에 있어서, 상기 발광 소자 및 상기 광감지 소자 또는 더미 소자를 포함하는 단위 화소가 각각 배치되는 복수의 단위 화소 영역들이 정의되고,
    상기 복수의 단위 화소 영역들 중 서로 인접한 두 개의 단위 화소 영역들 중 어느 하나에는 상기 광감지 소자가 배치되고, 다른 하나에는 상기 더미 소자가 배치되는 표시 장치.
  7. 제6항에 있어서, 하나의 상기 단위 화소 영역 내 각각 배치되는 상기 광감지 소자의 개수와 상기 더미 소자의 개수는 동일한 표시 장치.
  8. 제6항에 있어서, 상기 복수의 단위 화소 영역들 중 인접한 2n개의 단위 화소 영역들에 배치되는 상기 센서 구동부의 개수는 n개이고, 상기 n은 자연수인 표시 장치.
  9. 제8항에 있어서, 상기 n개의 센서 구동부는 대응하는 n개의 상기 광감지 소자와 각각 전기적으로 연결된 표시 장치.
  10. 제6항에 있어서, 상기 센서 구동부는 평면상에서 상기 인접한 두 개의 단위 화소 영역들의 사이에 배치되는 표시 장치.
  11. 발광 소자 및 광감지 소자를 포함하는 표시층; 및
    상기 표시층의 하측에 배치되고, 상기 발광 소자와 연결된 화소 구동부 및 상기 광감지 소자와 연결된 센서 구동부를 포함하는 회로층을 포함하고,
    하나의 상기 센서 구동부는 복수 개의 상기 광감지 소자와 전기적으로 연결된 것을 특징으로 하는 표시 장치.
  12. 제11항에 있어서, x(1이상의 자연수)개의 상기 발광 소자 및 y(1이상의 자연수)개의 상기 광감지 소자를 포함하는 단위 화소가 각각 배치되는 복수의 단위 화소 영역들이 정의되고,
    상기 광감지 소자는 제1 광감지 소자 및 제2 광감지 소자를 포함하고,
    상기 제1 광감지 소자는 상기 복수의 단위 화소 영역들 중 인접하는 두 개의 단위 화소 영역들 중 어느 하나에 배치되고, 상기 제2 광감지 소자는 다른 하나에 배치되는 표시 장치.
  13. 제12항에 있어서, 상기 제1 광감지 소자 및 상기 제2 광감지 소자는 동일한 하나의 상기 센서 구동부와 전기적으로 연결된 표시 장치.
  14. 제13항에 있어서, 상기 표시층은 상기 제1 광감지 소자와 상기 제2 광감지 소자를 전기적으로 연결하는 연결부 더 포함하고, 상기 연결부는 상기 하나의 센서 구동부와 전기적으로 연결된 표시 장치.
  15. 제12항에 있어서, 상기 단위 화소 영역들 중 인접한 두 개의 단위 화소 영역들에는 2x개의 화소 구동부 및 y개의 센서 구동부가 배치된 표시 장치.
  16. 제15항에 있어서, 상기 센서 구동부는 평면상에서 상기 인접한 두 개의 단위 화소 영역들에 모두 중첩되도록 배치되는 표시 장치.
  17. 제11항에 있어서, 상기 발광 소자는 상기 화소 구동부와 일대일로 연결된 표시 장치.
  18. 제12항에 있어서, 상기 센서 구동부는 인접한 상기 두 개의 단위 화소 영역들에 각각 배치된 두 개의 화소 구동부들의 사이에 배치되는 표시 장치.
  19. 제11항에 있어서, 상기 광감지 소자는 서로 마주하는 제1 전극과 제2 전극, 및
    상기 제1 전극과 상기 제2 전극 사이에 배치되고, 입사된 광을 전기적 신호로 변환하는 광전 변환층을 포함하는 전자 장치.
  20. 제11항에 있어서, 상기 발광 소자는 서로 마주하는 제1 전극과 제2 전극, 및
    상기 제1 전극과 상기 제2 전극 사이에 배치되고, 적색광, 청색광 또는 녹색광을 방출하는 발광층을 포함하는 표시 장치.

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