(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】2021005362
(43)【公開日】20210114
(54)【発明の名称】超音波感知装置とそれを含む表示装置
(51)【国際特許分類】
   G06F 3/043 20060101AFI20201211BHJP
   G06F 3/041 20060101ALI20201211BHJP
   G06F 3/0354 20130101ALI20201211BHJP
   G09F 9/30 20060101ALI20201211BHJP
   G09F 9/00 20060101ALI20201211BHJP
   G02F 1/1333 20060101ALI20201211BHJP
【FI】
   !G06F3/043
   !G06F3/041 412
   !G06F3/0354 452
   !G06F3/041 510
   !G09F9/30 336
   !G09F9/30 348A
   !G09F9/30 349Z
   !G09F9/30 365
   !G09F9/00 366G
   !G02F1/1333
【審査請求】未請求
【請求項の数】32
【出願形態】OL
【全頁数】34
(21)【出願番号】2020043526
(22)【出願日】20200312
(31)【優先権主張番号】10-2019-0075410
(32)【優先日】20190625
(33)【優先権主張国】KR
(71)【出願人】
【識別番号】512187343
【氏名又は名称】三星ディスプレイ株式會社
【氏名又は名称原語表記】Samsung Display Co.,Ltd.
【住所又は居所】大韓民国京畿道龍仁市器興区三星路1
(74)【代理人】
【識別番号】110000051
【氏名又は名称】特許業務法人共生国際特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】金 根 佑
【住所又は居所】大韓民国 京畿道 城南市 盆唐区 薮内路 206 #304−402
(72)【発明者】
【氏名】金 ドゥ ナ
【住所又は居所】大韓民国 忠清南道 天安市 西北区 ヌルプルン1−ギル 29 #306−804
(72)【発明者】
【氏名】辛 知 映
【住所又は居所】大韓民国 京畿道 水原市 霊通区 グワンギョジュンアン路 145 #A−729
(72)【発明者】
【氏名】李 鎔 守
【住所又は居所】大韓民国 ソウル特別市 瑞草区 シンバンポ路 15−ギル 4 #102−403
(72)【発明者】
【氏名】朱 在 煥
【住所又は居所】大韓民国 京畿道 華城市 ドンタンスンファン大路 21−ギル 54 #1326−1002
(72)【発明者】
【氏名】崔 起 錫
【住所又は居所】大韓民国 ソウル特別市 冠岳区 ナムブスンファン路 256−ギル 52 ルーム403
【テーマコード(参考)】
2H189
5B087
5C094
5G435
【Fターム(参考)】
2H189AA16
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2H189LA10
2H189LA26
2H189LA32
5B087AA06
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5B087CC47
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5C094HA10
5G435AA00
5G435BB05
5G435HH16
5G435HH18
5G435LL07
(57)【要約】
【課題】超音波感知装置及びそれを含む表示装置を提供する。
【解決手段】本発明の超音波感知装置は、駆動電極と感知電極との間に配置され、超音波に応じて電気信号を生成する感知層と、選択ラインに連結された第1ゲート電極と感知電極に連結された第2ゲート電極とを含む第1トランジスタと、を備える。
【選択図】図2
【特許請求の範囲】
【請求項1】
駆動電極と感知電極との間に配置され、超音波に応じて電気信号を生成する感知層と、
選択ラインに連結された第1ゲート電極と前記感知電極に連結された第2ゲート電極とを含む第1トランジスタと、を備えることを特徴とする超音波感知装置。
【請求項2】
前記第1トランジスタは、前記第1ゲート電極下に配置されて前記第2ゲート電極上に配置されたアクティブ層を更に含むことを特徴とする請求項1に記載の超音波感知装置。
【請求項3】
前記第1トランジスタは、感知ラインに連結された第1電極と第1駆動電圧が印加される第1駆動電圧ラインに連結された第2電極とを更に含むことを特徴とする請求項2に記載の超音波感知装置。
【請求項4】
前記第1トランジスタの第2ゲート電極に連結された第1キャパシタ電極と第2駆動電圧が印加される第2キャパシタ電極とを含むキャパシタを更に備えることを特徴とする請求項2に記載の超音波感知装置。
【請求項5】
前記第1トランジスタの第2ゲート電極及び前記第1キャパシタ電極は、同じ層に配置され、
前記第2キャパシタ電極は、第1キャパシタ電極下に配置されることを特徴とする請求項4に記載の超音波感知装置。
【請求項6】
初期化ラインに連結された第1ゲート電極、制御電圧ラインに連結された第2ゲート電極及び第1電極、並びに前記感知電極に連結された第2電極を含む第2トランジスタを更に備えることを特徴とする請求項4に記載の超音波感知装置。
【請求項7】
前記駆動電極、前記感知電極、及び前記感知層は、前記第1トランジスタ及び前記第2トランジスタ上に配置されることを特徴とする請求項6に記載の超音波感知装置。
【請求項8】
第1期間の間、前記第2トランジスタがターンオンされて前記第1トランジスタの第2ゲート電極及び前記感知電極の電圧が初期化されることを特徴とする請求項6に記載の超音波感知装置。
【請求項9】
第1期間の間、前記選択ラインにゲートオフ電圧の選択信号が印加され、前記初期化ラインにゲートオン電圧の初期化信号が印加され、前記制御電圧ラインに前記ゲートオフ電圧の制御電圧が印加されることを特徴とする請求項8に記載の超音波感知装置。
【請求項10】
前記第1期間の後の第2期間の間、前記感知層の圧電効果によって生成された前記感知電極の感知電圧が前記第1トランジスタの第2ゲート電極に印加されることを特徴とする請求項8に記載の超音波感知装置。
【請求項11】
前記第2期間の間、前記選択ラインにゲートオフ電圧の選択信号が印加され、前記初期化ラインに前記ゲートオフ電圧の初期化信号が印加され、前記制御電圧ラインにゲートオン電圧と前記ゲートオフ電圧との間のバイアス電圧の制御電圧が印加されることを特徴とする請求項10に記載の超音波感知装置。
【請求項12】
前記第2期間の後の第3期間の間、前記第1トランジスタがターンオンされ、前記第1トランジスタの第2ゲート電極に印加された感知電圧に応じて前記第1トランジスタのチャネルに流れる駆動電流が変わることを特徴とする請求項10に記載の超音波感知装置。
【請求項13】
前記第3期間の間、前記選択ラインにゲートオン電圧の選択信号が印加され、前記初期化ラインにゲートオフ電圧の初期化信号が印加され、前記制御電圧ラインに前記ゲートオフ電圧の制御電圧が印加されることを特徴とする請求項12に記載の超音波感知装置。
【請求項14】
前記第1トランジスタの第2ゲート電極に印加される感知電圧が大きいほど前記第1トランジスタのしきい電圧は低くなることを特徴とする請求項1に記載の超音波感知装置。
【請求項15】
前記第1トランジスタの第1ゲート電極にゲートオン電圧の選択信号が印加される場合、前記第1トランジスタの第2ゲート電極に印加される感知電圧が大きいほど前記駆動電流は減少することを特徴とする請求項12に記載の超音波感知装置。
【請求項16】
前記第2キャパシタ電極上に配置された第1絶縁膜を更に備え、
前記第1トランジスタの第2ゲート電極、前記第2トランジスタの第2ゲート電極、及び前記第1キャパシタ電極は、前記第1絶縁膜上に配置されることを特徴とする請求項6に記載の超音波感知装置。
【請求項17】
前記第1トランジスタの第2ゲート電極、前記第2トランジスタの第2ゲート電極、及び前記第1キャパシタ電極上に配置された第2絶縁膜を更に備え、
前記第1トランジスタのアクティブ層及び前記第2トランジスタのアクティブ層は、前記第2絶縁膜上に配置されることを特徴とする請求項16に記載の超音波感知装置。
【請求項18】
前記第1トランジスタのアクティブ層及び前記第2トランジスタのアクティブ層上に配置された第3絶縁膜を更に備え、
前記第1トランジスタの第1ゲート電極及び前記第2トランジスタの第1ゲート電極は、前記第3絶縁膜上に配置されることを特徴とする請求項17に記載の超音波感知装置。
【請求項19】
前記第1トランジスタの第1ゲート電極及び前記第2トランジスタの第1ゲート電極上に配置された第4絶縁膜を更に備え、
前記第1トランジスタの第1電極及び第2電極並びに前記第2トランジスタの第1電極及び第2電極は、前記第4絶縁膜上に配置されることを特徴とする請求項18に記載の超音波感知装置。
【請求項20】
前記第1トランジスタの第1電極及び第2電極は、前記第4絶縁膜を貫く第1コンタクトホール及び第2コンタクトホールを介してそれぞれ前記第1トランジスタのアクティブ層に接続されることを特徴とする請求項19に記載の超音波感知装置。
【請求項21】
前記第2トランジスタの第1電極及び第2電極は、前記第4絶縁膜を貫く第3コンタクトホール及び第4コンタクトホールを介してそれぞれ前記第2トランジスタのアクティブ層に接続されることを特徴とする請求項19に記載の超音波感知装置。
【請求項22】
前記第2トランジスタの第1電極は、前記第2絶縁膜及び前記第4絶縁膜を貫く第5コンタクトホールを介して前記第2トランジスタの第2ゲート電極に接続されることを特徴とする請求項19に記載の超音波感知装置。
【請求項23】
前記第1トランジスタの第1電極及び第2電極並びに前記第2トランジスタの第1電極及び第2電極上に配置された第5絶縁膜を更に備え、
前記感知電極は、前記第5絶縁膜上に配置されることを特徴とする請求項19に記載の超音波感知装置。
【請求項24】
前記感知電極は、前記第2絶縁膜、前記第4絶縁膜、及び前記第5絶縁膜を貫く第6コンタクトホールを介して前記第1トランジスタの第2ゲート電極に接続されることを特徴とする請求項23に記載の超音波感知装置。
【請求項25】
前記感知層は、前記感知電極上に配置され、
前記駆動電極は、前記感知層上に配置されることを特徴とする請求項23に記載の超音波感知装置。
【請求項26】
前記感知層は、圧電効果を有する圧電物質を含むことを特徴とする請求項1に記載の超音波感知装置。
【請求項27】
駆動電極と感知電極との間に配置され、超音波に応じて電気信号を生成する感知層と、
初期化ラインに連結された第1ゲート電極、制御電圧ラインに連結された第2ゲート電極及び第1電極、並びに前記感知電極に連結された第2電極を含む第2トランジスタと、を備えることを特徴とする超音波感知装置。
【請求項28】
前記感知層は、圧電効果を有する圧電物質を含むことを特徴とする請求項27に記載の超音波感知装置。
【請求項29】
選択ラインに連結された第1ゲート電極、前記感知電極に連結された第2ゲート電極、感知ラインに連結された第1電極、及び第1駆動電圧が印加される第1駆動電圧ラインに連結された第2電極を含む第1トランジスタを更に備えることを特徴とする請求項27に記載の超音波感知装置。
【請求項30】
前記感知電極に連結された第1キャパシタ電極と第2駆動電圧が印加される第2駆動電圧ラインに連結された第2キャパシタ電極とを含むキャパシタを更に備えることを特徴とする請求項27に記載の超音波感知装置。
【請求項31】
基板の一面上に配置され、画素を用いて画像を表示する画素アレイ層を含む表示パネルと、
前記基板の一面の反対面である他面上に配置され、超音波を発散する超音波発散装置と前記表示パネル上に配置された物体によって反射された超音波を感知する超音波感知装置とを含む超音波センサと、を備え、
前記超音波感知装置は、
駆動電極と感知電極との間に配置され、超音波に応じて電気信号を生成する感知層と、
前記感知層下に配置されて前記感知電極の感知電圧が第1ゲート電極に印加される第1トランジスタと、
前記第1トランジスタの前記第1ゲート電極に連結された第1キャパシタ電極と、
前記第1キャパシタ電極下に配置された第2キャパシタ電極と、を含むことを特徴とする表示装置。
【請求項32】
前記超音波感知装置は、前記感知層下に配置されて前記第1トランジスタの第1ゲート電極及び前記感知電極の電圧を初期化する第2トランジスタを更に含むことを特徴とする請求項31に記載の表示装置。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、超音波感知装置とそれを含む表示装置に関する。
【背景技術】
【0002】
情報化社会が発展するにつれて映像を表示するための表示装置に対する要求が多様な形態で増加している。例えば、表示装置は、スマートフォン、デジタルカメラ、ノートブックコンピュータ、ナビゲーション、及びスマートテレビのように多様な電子機器に適用されている。
【0003】
表示装置が多様な電子機器に適用されるに伴い、多様な機能を有する表示装置が求められている。例えば、スマートフォンの場合、超音波を感知するための超音波感知装置を含み、超音波感知装置を近接センサ又は指紋認識センサとして活用している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【特許文献1】韓国公開特許第10−2013−0037072号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
本発明は、上記従来技術に鑑みてなされたものであって、本発明の目的は、面積を減少させた画素センサを有する超音波感知装置とそれを含む表示装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0006】
上記目的を達成するためになされた本発明の一態様による超音波感知装置は、駆動電極と感知電極との間に配置され、超音波に応じて電気信号を生成する感知層と、選択ラインに連結された第1ゲート電極と前記感知電極に連結された第2ゲート電極とを含む第1トランジスタと、を備える。
【0007】
前記第1トランジスタは、前記第1ゲート電極下に配置されて前記第2ゲート電極上に配置されたアクティブ層を更に含み得る。
前記第1トランジスタは、感知ラインに連結された第1電極と第1駆動電圧が印加される第1駆動電圧ラインに連結された第2電極とを更に含み得る。
前記超音波感知装置は、前記第1トランジスタの第2ゲート電極に連結された第1キャパシタ電極と第2駆動電圧が印加される第2キャパシタ電極とを含むキャパシタを更に備え得る。
前記第1トランジスタの第2ゲート電極及び前記第1キャパシタ電極は、同じ層に配置され、前記第2キャパシタ電極は、第1キャパシタ電極下に配置され得る。
前記超音波感知装置は、初期化ラインに連結された第1ゲート電極、制御電圧ラインに連結された第2ゲート電極及び第1電極、並びに前記感知電極に連結された第2電極を含む第2トランジスタを更に備え得る。
前記駆動電極、前記感知電極、及び前記圧電層は、前記第1トランジスタ及び前記第2トランジスタ上に配置され得る。
前記超音波感知装置は、第1期間の間、前記第2トランジスタがターンオンされて前記第1トランジスタの第2ゲート電極及び前記感知電極の電圧が初期化され得る。
前記超音波感知装置は、第1期間の間、前記選択ラインにゲートオフ電圧の選択信号が印加され、前記初期化ラインにゲートオン電圧の初期化信号が印加され、前記制御電圧ラインに前記ゲートオフ電圧の制御電圧が印加され得る。
前記超音波感知装置は、前記第1期間の後の第2期間の間、前記圧電層の圧電効果によって生成された前記感知電極の感知電圧が前記第1トランジスタの第2ゲート電極に印加され得る。
前記超音波感知装置は、前記第2期間の間、前記選択ラインにゲートオフ電圧の選択信号が印加され、前記初期化ラインに前記ゲートオフ電圧の初期化信号が印加され、前記制御電圧ラインにゲートオン電圧と前記ゲートオフ電圧との間のバイアス電圧の制御電圧が印加され得る。
前記超音波感知装置は、前記第2期間の後の第3期間の間、前記第1トランジスタがターンオンされ、前記第1トランジスタの第2ゲート電極に印加された感知電圧に応じて前記第1トランジスタのチャネルに流れる駆動電流が変わり得る。
前記超音波感知装置は、前記第3期間の間、前記選択ラインにゲートオン電圧の選択信号が印加され、前記初期化ラインにゲートオフ電圧の初期化信号が印加され、前記制御電圧ラインに前記ゲートオフ電圧の制御電圧が印加され得る。
前記超音波感知装置は、前記第1トランジスタの第2ゲート電極に印加される感知電圧が大きいほど前記第1トランジスタのしきい電圧は低くなり得る。
前記超音波感知装置は、前記第1トランジスタの第1ゲート電極にゲートオン電圧の選択信号が印加される場合、前記第1トランジスタの第2ゲート電極に印加される感知電圧が大きいほど前記駆動電流は減少し得る。
前記超音波感知装置は、前記第2キャパシタ電極上に配置された第1絶縁膜を更に備え、前記第1トランジスタの第2ゲート電極、前記第2トランジスタの第2ゲート電極、及び前記第1キャパシタ電極は、前記第1絶縁膜上に配置され得る。
前記超音波感知装置は、前記第1トランジスタの第2ゲート電極、前記第2トランジスタの第2ゲート電極、及び前記第1キャパシタ電極上に配置された第2絶縁膜を更に備え、前記第1トランジスタのアクティブ層及び前記第2トランジスタのアクティブ層は、前記第2絶縁膜上に配置され得る。
前記超音波感知装置は、前記第1トランジスタのアクティブ層及び前記第2トランジスタのアクティブ層上に配置された第3絶縁膜を更に備え、前記第1トランジスタの第1ゲート電極及び前記第2トランジスタの第1ゲート電極は、前記第3絶縁膜上に配置され得る。
前記超音波感知装置は、前記第1トランジスタの第1ゲート電極及び前記第2トランジスタの第1ゲート電極上に配置された第4絶縁膜を更に備え、前記第1トランジスタの第1電極及び第2電極並びに前記第2トランジスタの第1電極及び第2電極は、前記第4絶縁膜上に配置され得る。
前記第1トランジスタの第1電極及び第2電極は、前記第4絶縁膜を貫く第1コンタクトホール及び第2コンタクトホールを介してそれぞれ前記第1トランジスタのアクティブ層に接続され得る。
前記第2トランジスタの第1電極及び第2電極は、前記第4絶縁膜を貫く第3コンタクトホール及び第4コンタクトホールを介してそれぞれ前記第2トランジスタのアクティブ層に接続され得る。
前記第2トランジスタの第1電極は、前記第2絶縁膜及び前記第4絶縁膜を貫く第5コンタクトホールを介して前記第2トランジスタの第2ゲート電極に接続され得る。
前記第1トランジスタの第1電極及び第2電極並びに前記第2トランジスタの第1電極及び第2電極上に配置された第5絶縁膜を更に備え、前記感知電極は、前記第5絶縁膜上に配置され得る。
前記感知電極は、前記第2絶縁膜、前記第4絶縁膜、及び前記第5絶縁膜を貫く第6コンタクトホールを介して前記第1トランジスタの第2ゲート電極に接続され得る。
前記感知層は、前記感知電極上に配置され、前記駆動電極は、前記感知層上に配置され得る。
【0008】
上記目的を達成するためになされた本発明の他の態様による超音波感知装置は、駆動電極と感知電極との間に配置され、超音波に応じて電気信号を生成する感知層と、初期化ラインに連結された第1ゲート電極、制御電圧ラインに連結された第2ゲート電極及び第1電極、並びに前記感知電極に連結された第2電極を含む第2トランジスタと、を備える。
【0009】
前記超音波感知装置は、選択ラインに連結された第1ゲート電極、前記感知電極に連結された第2ゲート電極、感知ラインに連結された第1電極、及び第1駆動電圧が印加される第1駆動電圧ラインに連結された第2電極を含む第1トランジスタを更に備え得る。
前記超音波感知装置は、前記感知電極に連結された第1キャパシタ電極と第2駆動電圧が印加される第2駆動電圧ラインに連結された第2キャパシタ電極とを含むキャパシタを更に備え得る。
【0010】
上記目的を達成するためになされた本発明の一態様による表示装置は、基板の一面上に配置され、画素を用いて画像を表示する画素アレイ層を含む表示パネルと、前記基板の一面の反対面である他面上に配置され、超音波を発散する超音波発散装置と前記表示パネル上に配置された物体によって反射された超音波を感知する超音波感知装置とを含む超音波センサと、を備え、前記超音波感知装置は、駆動電極と感知電極との間に配置され、超音波に応じて電気信号を生成する感知層と、前記感知層下に配置されて前記感知電極の感知電圧が第1ゲート電極に印加される第1トランジスタと、前記第1トランジスタの前記第1ゲート電極に連結された第1キャパシタ電極と、前記第1キャパシタ電極下に配置された第2キャパシタ電極と、を含む。
【0011】
前記超音波感知装置は、前記感知層下に配置されて前記第1トランジスタの第1ゲート電極及び前記感知電極の電圧を初期化する第2トランジスタを更に含み得る。
【発明の効果】
【0012】
本発明によれば、超音波感知装置における、画素センサの第1トランジスタは、選択ラインに連結された第1ゲート電極及び感知電極に連結された第2ゲート電極を含み、選択信号及び感知電極の電圧によって制御される。即ち、第1トランジスタは、選択信号によって制御されるトランジスタと感知電極の電圧によって制御されるトランジスタとを併合したトランジスタである。従って、画素センサが第1トランジスタとして一つのトランジスタを含むことによって、二つのトランジスタを含む場合に比べて、画素センサの面積を減らすことができる。
また、画素センサの第2トランジスタは、初期化ラインに連結された第1ゲート電極と制御電圧ラインに連結された第2ゲート電極及び第1電極とを含むため、トランジスタとダイオードとを併合したトランジスタである。従って、画素センサが第2トランジスタとしてトランジスタとダイオードとが併合された一つのトランジスタを含むことによって、トランジスタ及びダイオードの2個の構成を含む場合に比べて、画素センサの面積を減らすことができる。
また、第1トランジスタの第2ゲート電極とキャパシタの第1キャパシタ電極とは、同じ層で直接接触して連結され、第1キャパシタ電極は、第2キャパシタ電極に厚さ方向である第3方向で重なる。従って、第1トランジスタ及びキャパシタが形成される面積が最小化されるため、画素センサの面積を減らすことができる。
また、表示パネルの下面上に配置された第1超音波センサ及び第2超音波センサを指紋認識センサ及び近接センサとして活用することができる。これにより、表示パネルの前面に配置された指紋認識センサ及び近接センサを露出する穴を省略することができるため、表示装置のベゼルを最小化することができ、表示装置が表示する領域を広げることができる。
【図面の簡単な説明】
【0013】
【図1】一実施形態による表示装置を示す斜視図である。
【図2】一実施形態による表示装置を示す分解斜視図である。
【図3】図2のカバーウインドウに結合された表示パネルの一例を示す底面図である。
【図4】図2の表示パネルの表示領域の一例を示す断面図である。
【図5】一実施形態による第1超音波センサの超音波感知方法を示す一例示図である。
【図6】図5の第1超音波センサを詳細に示す断面図である。
【図7】超音波感知装置を概略的に示すブロック図である。
【図8】図7の超音波感知装置の画素センサの一例を示す回路図である。
【図9】図8の画素センサに印加される信号を示す波形図である。
【図10】第1期間の間の画素センサを示す回路図である。
【図11】第2期間の間の画素センサを示す回路図である。
【図12】第3期間の間の画素センサを示す回路図である。
【図13】第4期間の間の画素センサを示す回路図である。
【図14】図7の第1トランジスタの一例を示す例示図である。
【図15】第2ゲート電極の電圧による第1トランジスタのチャネルのしきい電圧を示すグラフである。
【図16】第2ゲート電極の電圧の変化に対する第1ゲート電極の電圧による第1トランジスタのチャネルの駆動電流を示すグラフである。
【図17】図8の超音波感知装置の画素センサの一例を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【0014】
本発明の利点及び特徴、並びにこれらを達成する方法は、図面と共に詳細に後述する実施形態を参照すると明確になる。しかし、本発明は、以下で開示する実施形態に限定されるものではなく、それぞれ異なる多様な形態で実現されるものであり、本実施形態は、単に本発明の開示を完全にし、本発明が属する技術分野における通常の知識を有する者に発明の範疇を完全に知らせるために提供するものである。
【0015】
素子(elements)又は層が他の素子又は層の「上(on)」にあると称する場合、他の素子の真上に又は中間に他の層又は他の素子を介在する場合を全て含む。明細書全体に亘って同一参照符号は同一構成要素を称する。実施形態を説明するための図面に開示した形状、大きさ、比率、角度、個数などは例示的なものであるため本発明は図示する内容に限定されるものではない。
【0016】
第1、第2などが多様な構成要素を説明するために使われるが、これらの構成要素はこれらの用語によって制限されないことは勿論である。これらの用語は単に一つの構成要素を他の構成要素と区別するために使う。従って、以下で言及する第1構成要素は本発明の技術的思想内で第2構成要素であり得ることは勿論である。
【0017】
本発明の様々な実施形態のそれぞれの特徴は部分的に又は全体的に互いに結合又は組み合わせることができ、技術的に多様な連動及び駆動が可能であり、各実施形態が互いに対して独立して実施することも可能であり、関連して共に実施することもできる。
【0018】
以下、本発明を実施するための形態の具定例を、図面を参照しながら詳細に説明する。
【0019】
図1は、一実施形態による表示装置を示す斜視図であり、図2は、一実施形態による表示装置の分解斜視図である。
【0020】
図1及び図2を参照すると、本実施形態による表示装置10は、カバーウインドウ100、表示パネル300、表示回路ボード310、表示駆動回路320、フレキシブルフィルム390、第1超音波センサ510、第2超音波センサ520、ブラケット(bracket)600、メイン回路ボード700、及び下部カバー900を含む。
【0021】
本明細書において、「上部」は、表示パネル300を基準にカバーウインドウ100が配置される方向、即ちZ軸方向を指し、「下部」は、表示パネル300を基準にブラケット600が配置される方向、即ちZ軸方向の逆方向を指す。また、「左」、「右」、「上」、「下」は表示パネル300を平面から見たときの方向を指す。例えば、「左」はX軸方向の逆方向、「右」はX軸方向、「上」はZ軸方向、「下」はZ軸方向の逆方向を指す。
【0022】
表示装置10は、動画像や静止画像を表示する装置であり、モバイルフォン(mobile phone)、スマートフォン(smart phone)、タブレットPC(tablet personal computer)、スマートウォッチ(smart watch)、ウォッチフォン(watch phone)、移動通信端末機、電子手帳、電子本、PMP(portable multimedia player)、ナビゲーション、UMPC(Ultra Mobile PC)などのような携帯用電子機器だけでなく、テレビ、ノートブック、モニター、広告板、モノのインターネット(internet of things:IOT)などの多様な製品の表示画面として使われる。
【0023】
表示装置10は、平面上、長方形形状からなる。例えば、表示装置10は図1及び図2のように第1方向(X軸方向)の短辺と第2方向(Y軸方向)の長辺とを有する長方形の平面形態を有する。第1方向(X軸方向)の短辺と第2方向(Y軸方向)の長辺とが接するコーナー(corner)は所定の曲率を有するように丸く形成されるか又は直角に形成される。表示装置10の平面形態は、長方形に限定されず、他の多角形、円形、又は楕円形で形成され得る。
【0024】
表示装置10は、平坦に形成された第1領域DR1と第1領域DR1の左右側から延びた第2領域DR2とを含む。第2領域DR2は、平坦に形成されるか又は曲面に形成される。第2領域DR2が平坦に形成される場合、第1領域DR1と第2領域DR2とがなす角度は鈍角である。第2領域DR2が曲面で形成される場合、一定の曲率を有するか又は変化する曲率を有する。
【0025】
図1では、第2領域DR2が第1領域DR1の左右側のそれぞれから延びた場合を例示したが、これに限定されない。即ち、第2領域DR2は第1領域DR1の左右側のうちのいずれか一側にのみ延び得る。或いは、第2領域DR2は第1領域DR1の左右側だけでなく、上下側のうちの少なくともいずれか一つからも延び得る。以下では、第2領域DR2が表示装置10の左右側の縁に配置された場合を中心に説明する。
【0026】
カバーウインドウ100は、表示パネル300の上面をカバーするように表示パネル300の上部に配置される。これにより、カバーウインドウ100は表示パネル300の上面を保護する機能をする。
【0027】
カバーウインドウ100は、第1領域DR1及び第2領域DR2に配置される。カバーウインドウ100は表示パネル300に対応する透過部DA100と表示パネル300以外の領域に対応する遮光部NDA100を含む。透過部DA100は、第1領域DR1及び第2領域DR2に配置される。遮光部NDA100は不透明に形成される。或いは、遮光部NDA100は画像を表示しない場合にユーザに表示するパターンが形成された装飾層で形成され得る。
【0028】
表示パネル300は、カバーウインドウ100の下部に配置される。表示パネル300はカバーウインドウ100の透過部DA100に重なるように配置される。表示パネル300は第1領域DR1及び第2領域DR2に配置される。これにより、表示パネル300が表示する映像はカバーウインドウ100を介して第1領域DR1だけでなく第2領域DR2からも見える。即ち、表示パネル300が表示する映像はカバーウインドウ100を介して表示装置10の上面及び左右側縁から見える。
【0029】
表示パネル300は、発光素子(light emitting element)を含む発光表示パネルである。例えば、表示パネル300は、有機発光層を含む有機発光ダイオード(organic light emitting diode)を利用する有機発光表示パネル、超小型発光ダイオード(micro LED)を利用する超小型発光ダイオード表示パネル、量子ドット発光層を含む量子ドット発光素子(Quantum dot Light Emitting Diode)を利用する量子ドット発光表示パネル、又は無機半導体を含む無機発光素子を利用する無機発光表示パネルである。以下では、表示パネル300が有機発光表示パネルである場合を中心に説明する。
【0030】
表示パネル300の一側には表示回路ボード310及び表示駆動回路320が付着される。表示回路ボード310の一端は異方性導電フィルムを用いて表示パネル300の一側に設けられたパッド上に付着される。表示回路ボード310は、曲げられるフレキシブルプリント回路ボード(flexible printed circuit board)、硬くて曲がらないリジッドプリント回路ボード(rigid printed circuit board)、又はリジッドプリント回路ボード及びフレキシブルプリント回路ボードの両方を含む複合プリント回路ボードである。
【0031】
表示駆動回路320は、表示回路ボード310を介して制御信号及び電源電圧の印加を受け、表示パネル300を駆動するための信号及び電圧を生成して出力する。表示駆動回路320は、集積回路で形成されて表示パネル300上にCOG(chip on glass)方式、COP(chip on plastic)方式、又は超音波方式で付着されるが、これに限定されない。例えば、表示駆動回路320は表示回路ボード310上に付着される。
【0032】
表示回路ボード310上にはタッチ駆動回路330が配置される。タッチ駆動回路330は集積回路で形成されて表示回路ボード310の上面に付着される。タッチ駆動回路330は表示回路ボード310を介して表示パネル300のタッチセンサ層のタッチ電極に電気的に連結される。タッチ駆動回路330は、タッチ電極のうちの駆動電極にタッチ駆動信号を印加し、タッチ電極のうちの感知電極を介して駆動電極と感知電極との間の静電容量のチャージ変化量を感知することによって、ユーザのタッチ座標を含むタッチデータを出力する。また、表示回路ボード310上には表示駆動回路320を駆動する表示駆動電圧を供給するための電源供給部が更に配置される。
【0033】
フレキシブルフィルム390の一側は、異方性導電フィルム(anisotropic conductive film)を用いて表示パネル300の下側で表示パネル300の上面上に付着される。フレキシブルフィルム390の他側は、異方性導電フィルムを用いて表示回路ボード310の上側で表示回路ボード310の上面上に付着される。フレキシブルフィルム390は、曲げられるフレキシブルフィルム(flexible film)である。
【0034】
一方、フレキシブルフィルム390は省略することができ、表示回路ボード310が表示パネル300の一側に直接付着され得る。この場合、表示パネル300の一側は表示パネル300の下面に曲がって配置される。
【0035】
第1超音波センサ510及び第2超音波センサ520は、表示パネル300の下面に配置される。第1超音波センサ510及び第2超音波センサ520のそれぞれは、感圧粘着剤のような接着部材を介して表示パネル300の下面に付着される。
【0036】
或いは、第1超音波センサ510及び第2超音波センサ520は表示パネル300と一体に形成される。例えば、第1超音波センサ510及び第2超音波センサ520上に、図4に示す表示パネル300の基板SUB1を省略してバッファ膜302が配置される。
【0037】
或いは、第1超音波センサ510の一部及び第2超音波センサ520の一部は表示パネル300と一体に形成される。例えば、図5に示す第1超音波センサ510の超音波感知装置1520及び第2超音波センサ510の超音波感知装置は表示パネル300と一体に形成され、第1超音波センサ510の超音波発散装置1510及び第2超音波センサ520の超音波発散装置は感圧粘着剤のような接着部材を介して表示パネル300の下面に付着される。第1超音波センサ510の超音波感知装置1520及び第2超音波センサ520の超音波感知装置は、図4に示す表示パネル300の基板SUB1とバッファ膜302との間に配置され得る。第1超音波センサ510の超音波発散装置1510及び第2超音波センサ520の超音波発散装置は、表示パネル300の基板SUB1の下面上に配置され得る。
【0038】
第1超音波センサ510は表示パネル300の下側に隣接するように配置され、第2超音波センサ520は表示パネル300の上側に隣接するように配置される。第1超音波センサ510の位置及び第2超音波センサ520の位置は図2に示す場合に限定されない。第1超音波センサ510及び第2超音波センサ520のそれぞれは、表示パネル300の下面に曲がって配置された表示回路ボード310、ケーブル314、ブラケット600の第1カメラ穴CMH1及びバッテリ穴BHに重ならない他の領域に配置され得る。或いは、第1超音波センサ510及び第2超音波センサ520のいずれか一つは省略することができ、他の一つが表示パネル300の下面の全面に配置され得る。
【0039】
第1超音波センサ510は、ユーザの指紋を認識するための超音波指紋認識センサである。第2超音波センサ520は、ユーザ又は物体が近接するように位置したかを判断するための超音波近接センサである。しかし、第1超音波センサ510及び第2超音波センサ520は、超音波指紋認識センサ及び超音波近接センサに限定されず、超音波を発散し、ユーザ又は物体によって反射された超音波を感知する他の機能をするセンサとしての役割をすることができる。
【0040】
表示パネル300の下部にはブラケット600が配置される。ブラケット600は、プラスチック、金属、又はプラスチック及び金属の両方を含む。ブラケット600には、カメラ装置720が挿入される第1カメラ穴CMH1、バッテリが配置されるバッテリ穴BH、及び表示回路ボード310に連結されるケーブル314が通過するケーブル穴CAHが形成される。
【0041】
ブラケット600の下部にはメイン回路ボード700及びバッテリ790が配置される。メイン回路ボード700は、プリント回路基板(printed circuit board)又はフレキシブルプリント回路基板である。
【0042】
メイン回路ボード700は、メインプロセッサ710、カメラ装置720、及びメインコネクタ730を含む。カメラ装置720は、メイン回路ボード700の上面及び下面の両方に配置され、メインプロセッサ710はメイン回路ボード700の上面に配置され、メインコネクタ730はメイン回路ボード700の下面に配置される。
【0043】
メインプロセッサ710は、表示装置10の全ての機能を制御する。例えば、メインプロセッサ710は表示パネル300が映像を表示するように表示回路ボード310を介してデジタルビデオデータを表示駆動回路320に出力する。また、メインプロセッサ710は、タッチ駆動回路330からタッチデータの入力を受けてユーザのタッチ座標を判断した後、ユーザのタッチ座標に表示されたアイコンが指示するアプリケーションを実行する。
【0044】
カメラ装置720は、カメラモードでイメージセンサによって得られる静止画像又は動画像などの画像フレームを処理してメインプロセッサ710に出力する。
【0045】
メインコネクタ730にはブラケット600のケーブル穴CAHを通過したケーブル314が連結される。これにより、メイン回路ボード700は表示回路ボード310に電気的に連結される。
【0046】
バッテリ790は、第3方向(Z軸方向)でメイン回路ボード700に重ならないように配置される。バッテリ790はブラケット600のバッテリ穴BHに重なる。
【0047】
その他、メイン回路ボード700には、移動通信網上で基地局、外部の端末、サーバーのうちの少なくとも一つと無線信号を送受信する移動通信モジュールが更に取り付けられる。無線信号は、音声信号、画像通話信号、又は文字/マルチメディアメッセージの送受信による多様な形態のデータを含む。
【0048】
下部カバー900は、メイン回路ボード700及びバッテリ790の下部に配置される。下部カバー900は、ブラケット600に締結されて固定される。下部カバー900は表示装置10の下面の外観を形成する。下部カバー900は、プラスチック、金属、又はプラスチック及び金属の両方を含む。
【0049】
下部カバー900にはカメラ装置720の下面が露出する第2カメラ穴CMH2が形成される。カメラ装置720の位置及びカメラ装置720に対応する第1及び第2カメラ穴(CMH1、CMH2)の位置は図2に示す実施形態に限定されない。
【0050】
図1及び図2に示す実施形態によると、表示パネル300の下面上に配置された第1超音波センサ510及び第2超音波センサ520を指紋認識センサ及び近接センサとして活用することができる。これにより、表示パネル300の前面に配置された指紋認識センサ及び近接センサを露出する穴を省略することができるため、表示装置10のベゼルを最小化して表示装置10が表示する領域を広げることができる。
【0051】
図3は、図2のカバーウインドウに結合された表示パネルの一例を示す底面図である。
【0052】
図3を参照すると、表示パネル300の下部にはパネル下部部材400が配置される。パネル下部部材400は接着部材を介して表示パネル300の下面に付着される。接着部材は感圧粘着剤(pressure sensitive adhesive:PSA)であり得る。
【0053】
パネル下部部材400は、外部から入射する光を吸収するための光吸収部材、外部からの衝撃を吸収するための緩衝部材、及び表示パネル300の熱を効率的に放出するための放熱部材のうちの少なくとも一つを含む。
【0054】
光吸収部材は表示パネル300の下部に配置される。光吸収部材は光の透過を阻止して光吸収部材の下部に配置された構成、例えば表示回路ボード310、第1超音波センサ510、第2超音波センサ520などが表示パネル300の上部で視認されることを防止する。光吸収部材はブラック顔料や染料などのような光吸収物質を含む。
【0055】
緩衝部材は光吸収部材の下部に配置される。緩衝部材は外部衝撃を吸収して表示パネル300が破損することを防止する。緩衝部材は単一層又は複数層からなる。例えば、緩衝部材は、ポリウレタン(polyurethane)、ポリカーボネート(polycarbonate)、ポリプロピレン(polypropylene)、ポリエチレン(polyethylene)などのような高分子樹脂で形成されるか、或いはゴム、ウレタン系物質、又はアクリル系物質を発泡成形したスポンジなどの弾性を有する物質を含んでなる。緩衝部材はクッション層である。
【0056】
放熱部材は緩衝部材の下部に配置される。放熱部材はグラファイトや炭素ナノチューブなどを含む第1放熱層と、電磁波を遮蔽して熱伝導性に優れた銅、ニッケル、フェライト、銀のような金属箔膜で形成された第2放熱層とを含む。
【0057】
一方、パネル下部部材400は省略することができ、この場合、パネル下部部材400の下面上に配置される構成、例えば表示回路ボード310はパネル下部部材400の下面の代わりに表示パネル300の下面上に配置される。
【0058】
表示パネル300の一側に付着されたフレキシブルフィルム390は、図3のように曲がってパネル下部部材400の下部に配置される。従って、フレキシブルフィルム390の一側に付着される表示回路ボード310はパネル下部部材400の下部に配置される。表示回路ボード310はパネル下部部材400の下部でスクリュ(screw)のような固定部材によってパネル下部部材400の下面に固定又は接着される。
【0059】
表示回路ボード310は、第1回路ボード311及び第2回路ボード312を含む。第1回路ボード311及び第2回路ボード312のそれぞれはリジッドプリント回路ボード又はフレキシブルプリント回路ボードである。第1回路ボード311及び第2回路ボードのうちのいずれか一つがリジッドプリント回路ボードであり、残りの一つがフレキシブルプリント回路ボードである場合、表示回路ボード310は複合プリント回路ボードである。
【0060】
図3では、第2回路ボード312が第1回路ボード311の一側で第2方向(Y軸方向)に延びた場合を例示した。第2回路ボード312の第1方向(X軸方向)の幅は第1回路ボード311の第1方向(X軸方向)の幅よりも小さい。
【0061】
第2回路ボード312の一面上にはタッチ駆動回路330及び第2コネクタ315が配置され、他面上には第1コネクタ313が配置される。第1コネクタ313はケーブル314の一端に設けられた第1連結端子に連結される挿入部を含む。第2コネクタ315は第1フレキシブル回路基板560の一端に設けられた連結端子に連結される挿入部を含む。
【0062】
ケーブル314の一端に設けられた第1連結端子は第1コネクタ313の挿入部に挿入される。ケーブル314の他端に設けられた第2連結端子は図2及び図3のようにブラケット600を貫くケーブル穴CAHを介してメイン回路ボード700の下部に曲がってメインコネクタ730の挿入部に挿入される。
【0063】
第1超音波センサ510は、パネル下部部材400を貫いて表示パネル300を露出する第1ホールH1に配置される。第1超音波センサ510は感圧粘着剤のような接着部材を用いて表示パネル300の下面に付着される。
【0064】
第2超音波センサ520は、パネル下部部材400を貫いて表示パネル300を露出する第2ホールH2に配置される。第2超音波センサ520は感圧粘着剤のような接着部材を用いて表示パネル300の下面に付着される。
【0065】
第1フレキシブル回路基板560の一端に設けられた連結端子は第2コネクタ315の挿入部に挿入される。第1フレキシブル回路基板560の他端は第1超音波センサ510に連結される。例えば、第1フレキシブル回路基板560の他端は異方性導電フィルム(anisotropic conductive film)を用いて第1超音波センサ510の下面に配置されたパッドに付着される。
【0066】
表示回路ボード310と第2超音波センサ520とを電気的に連結する第2フレキシブル回路基板を更に設けることができる。第2フレキシブル回路基板の一端に設けられた連結端子は、表示回路ボード310のコネクタの挿入部に挿入され、他端は異方性導電フィルムを用いて第2超音波センサ520の下面に配置されたパッドに付着される。
【0067】
ブラケット600は、バッテリ穴BH、ケーブル穴CAH、及び第1カメラ穴CMH1を含む。バッテリ穴BHは、バッテリを収納するための穴であるため、バッテリ790は図2のように第3方向(Z軸方向)でバッテリ穴BHに重なる。バッテリ穴BHの大きさはバッテリ790の大きさよりも大きい。ブラケット600の第1カメラ穴CMH1は、メイン回路ボード700のカメラ装置720を収納するための穴であるため、カメラ装置720は第3方向(Z軸方向)で第1カメラ穴CMH1に重なる。
【0068】
図3に示す実施形態によると、第1超音波センサ510及び第2超音波センサ520は、表示パネル300の下面上に配置され、第1フレキシブル回路基板560及び第2フレキシブル回路基板を介して表示回路ボード310に電気的に連結される。メイン回路ボード700と表示回路ボード310とはケーブル314を介して電気的に連結される。従って、第1超音波センサ510及び第2超音波センサ520はメイン回路ボード700に電気的に連結される。
【0069】
図4は、図2の表示パネルの表示領域の一例を示す断面図である。
【0070】
図4を参照すると、表示パネル300は基板SUB1及び画素アレイ層PALを含む。画素アレイ層PALは、図4のようにバッファ膜302、薄膜トランジスタ層303、発光素子層304、及び薄膜封止層305を含む。
【0071】
基板SUB1は、プラスチック(plastic)又はガラス(glass)からなる。基板SUB1上にはバッファ膜302が形成される。バッファ膜302は透湿に脆弱な基板SUB1を介して浸透する水分から薄膜トランジスタ335及び発光素子を保護するために基板SUB1上に形成される。バッファ膜302は交互に積層された複数の無機膜からなる。例えば、バッファ膜302は、シリコン酸化膜(SiOx)、シリコン窒化膜(SiNx)、SiONのうちの一つ以上の無機膜が交互に積層された多重膜で形成される。バッファ膜は省略することができる。
【0072】
バッファ膜302上には薄膜トランジスタ層303が形成される。薄膜トランジスタ層303は、薄膜トランジスタ335、ゲート絶縁膜336、層間絶縁膜337、保護膜338、及び平坦化膜339を含む。
【0073】
薄膜トランジスタ335のそれぞれは、アクティブ層331、ゲート電極332、ソース電極333、及びドレイン電極334を含む。図6では薄膜トランジスタ335が、ゲート電極332がアクティブ層331の上部に位置する上部ゲート(トップゲート、top gate)方式で形成されたことを例示したが、これに限定されないことに注意しなければならない。即ち、薄膜トランジスタ335は、ゲート電極332がアクティブ層331の下部に位置する下部ゲート(ボトムゲート、bottom gate)方式、又はゲート電極332がアクティブ層331の上部及び下部の両方に位置するダブルゲート(double gate)方式で形成され得る。
【0074】
バッファ膜302上にはアクティブ層331が形成される。アクティブ層331はシリコン系半導体物質又は酸化物系半導体物質で形成される。バッファ膜302とアクティブ層331との間にはアクティブ層331に入射する外部光を遮断するための遮光層が形成される。
【0075】
アクティブ層331上にはゲート絶縁膜336が形成される。ゲート絶縁膜316は、無機膜、例えばシリコン酸化膜(SiOx)、シリコン窒化膜(SiNx)、又はこれらの多重膜で形成される。
【0076】
ゲート絶縁膜316上にはゲート電極332及びゲートラインが形成される。ゲート電極332及びゲートラインは、モリブデン(Mo)、アルミニウム(Al)、クロム(Cr)、金(Au)、チタニウム(Ti)、ニッケル(Ni)、ネオジム(Nd)、及び銅(Cu)のうちのいずれか一つ又はこれらの合金からなる単一層又は多重層で形成される。
【0077】
ゲート電極332及びゲートライン上には層間絶縁膜337が形成される。層間絶縁膜337は、無機膜、例えばシリコン酸化膜(SiOx)、シリコン窒化膜(SiNx)、又はこれらの多重膜で形成される。
【0078】
層間絶縁膜337上には、ソース電極333、ドレイン電極334、及びデータラインが形成される。ソース電極333及びドレイン電極334のそれぞれはゲート絶縁膜336及び層間絶縁膜337を貫くコンタクトホールを介してアクティブ層331に接続される。ソース電極333、ドレイン電極334、及びデータラインは、モリブデン(Mo)、アルミニウム(Al)、クロム(Cr)、金(Au)、チタニウム(Ti)、ニッケル(Ni)、ネオジム(Nd)、及び銅(Cu)のうちのいずれか一つ又はこれらの合金からなる単一層又は多重層で形成される。
【0079】
ソース電極333、ドレイン電極334、及びデータライン上には薄膜トランジスタ335を絶縁するための保護膜338が形成される。保護膜338は、無機膜、例えばシリコン酸化膜(SiOx)、シリコン窒化膜(SiNx)、又はこれらの多重膜で形成される。
【0080】
保護膜338上には薄膜トランジスタ335による段差を平坦にするための平坦化膜339が形成される。平坦化膜339は、アクリル樹脂(acryl resin)、エポキシ樹脂(epoxy resin)、フェノール樹脂(phenolic resin)、ポリアミド樹脂(polyamide resin)、ポリイミド樹脂(polyimide resin)などの有機膜で形成され得る。
【0081】
薄膜トランジスタ層303上には発光素子層304が形成される。発光素子層304は発光素子及び画素定義膜344を含む。
【0082】
発光素子及び画素定義膜344は平坦化膜339上に形成される。発光素子は、アノード電極341、発光層342、及びカソード電極343を含む有機発光素子(organic light emitting device)である場合を例示した。
【0083】
アノード電極341は、平坦化膜339上に形成される。アノード電極341は、保護膜338及び平坦化膜339を貫くコンタクトホールを介して薄膜トランジスタ335のソース電極333に接続される。
【0084】
画素定義膜344は、画素PXを画するために平坦化膜339上でアノード電極341の縁を覆うように形成される。即ち、画素定義膜344は画素PXを定義する画素定義膜としての役割をする。画素PXのそれぞれは、アノード電極341、発光層342、及びカソード電極343が順次積層されてアノード電極341からの正孔とカソード電極343からの電子とが発光層342で互いに結合されて発光する領域を示す。
【0085】
アノード電極341及び画素定義膜344上には発光層342が形成される。発光層342は有機発光層である。発光層342は、赤(red)光、緑(green)光、及び青(blue)光のうちの一つを発光する。或いは、発光層342は白光を発光する白発光層であり、この場合、赤発光層、緑発光層、及び青発光層が積層された形態を有し、画素PXに共通して形成される共通層である。この場合、表示パネル300は、赤、緑、及び青を表示するための別途のカラーフィルタ(color filter)を更に含む。
【0086】
発光層342は、正孔輸送層(hole transporting layer)、発光層(light emitting layer)、及び電子輸送層(electron transporting layer)を含む。また、発光層342は2スタック(stack)以上のタンデム構造で形成され得る。この場合、スタックの間には電荷生成層が形成される。
【0087】
カソード電極343は発光層342上に形成される。カソード電極343は発光層342を覆うように形成される。カソード電極343は画素PXに共通して形成される共通層である。
【0088】
発光素子層304が上部方向に発光する上部発光(top emission)方式で形成されることを中心に説明したが、これに限定されない。発光素子層304は下部方向に発光する下部発光方式で形成され得る。発光素子層304が上部発光方式で形成される場合、アノード電極341は、アルミニウムとチタニウムとの積層構造(Ti/Al/Ti)、アルミニウムとITOとの積層構造(ITO/Al/ITO)、APC合金、及びAPC合金とITOとの積層構造(ITO/APC/ITO)のような反射率が高い金属物質で形成される。APC合金は、銀(Ag)、パラジウム(Pd)、及び銅(Cu)の合金である。また、カソード電極343は、光を透過させるITO、IZOのような透明な金属物質(TCO:Transparent Conductive Material)、或いはマグネシウム(Mg)、銀(Ag)、又はマグネシウム(Mg)及び銀(Ag)の合金のような半透過金属物質(Semi−transmissive Conductive Material)で形成される。カソード電極343が半透過金属物質で形成される場合、マイクロキャビティ(micro cavity)により出光効率が高くなる。
【0089】
発光素子層304上には薄膜封止層305が形成される。薄膜封止層305は発光層342及びカソード電極343に酸素又は水分が浸透することを防止する役割をする。このために、薄膜封止層305は少なくとも一つの無機膜を含む。無機膜は、シリコン窒化物、アルミニウム窒化物、ジルコニウム窒化物、チタニウム窒化物、ハフニウム窒化物、タンタル窒化物、シリコン酸化物、アルミニウム酸化物、又はチタニウム酸化物で形成され得る。また、薄膜封止層305は少なくとも一つの有機膜を更に含み得る。有機膜はパーティクル(particles)が薄膜封止層305を突き抜けて発光層342及びカソード電極343に投入されることを防止するために十分な厚さで形成される。有機膜は、エポキシ、アクリレート、又はウレタンアクリレートのうちのいずれか一つを含む。
【0090】
薄膜封止層305上にはタッチセンサ層が形成される。タッチセンサ層が薄膜封止層305のすぐ上に形成される場合、別途のタッチパネルが薄膜封止層305上に付着する場合よりも表示装置10の厚さを減らすことができる長所がある。タッチセンサ層は静電容量方式でユーザのタッチを感知するためのタッチ電極と、パッドとタッチ電極とを連結するタッチラインとを含む。例えば、タッチセンサ層は自己静電容量(self−capacitance)方式又は相互静電容量(mutual capacitance)方式でユーザのタッチを感知することができる。
【0091】
図5は、一実施形態による第1超音波センサの超音波感知方法を示す一例示図である。
【0092】
図5を参照すると、第1超音波センサ510は表示パネル300の一面上に配置される。第1超音波センサ510は感圧粘着剤のような接着部材を用いて表示パネル300の一面上に付着される。
【0093】
第1超音波センサ510は、超音波発散装置1510、超音波感知装置1520、及びスペーサ1530を含む。
【0094】
超音波感知装置1520は、表示パネル300の一面上に配置され、超音波発散装置1510は超音波感知装置1520の一面上に配置される。表示パネル300の一面は指紋認識のためにユーザの指Fが配置される表示パネル300の他面の反対面である。超音波感知装置1520の一面は表示パネル300に対向する超音波感知装置1520の他面の反対面である。
【0095】
スペーサ1530は、超音波発散装置1510と超音波感知装置1520との間に配置される。スペーサ1530はガラスで形成され得る。
【0096】
超音波発散装置1510は、超音波感知装置1520の下に配置される。超音波発散装置1510は感知層を含み、感知層はPVDF(Poly Vinylidene Fluoride)又はPZT(Plumbum Zirconate Titanate(チタン酸ジルコン酸鉛))のような圧電層であり得る。超音波発散装置1510は、圧電層の駆動電極に駆動電圧を印加する場合、逆圧電効果によって圧電層を振動することによって超音波USを出力する。例えば、超音波発散装置1510は人が認知しにくい20kHz以上の超音波を出力する。
【0097】
超音波発散装置1510は、表示パネル300方向に超音波USを出力する。超音波発散装置1510は超音波感知装置1520に対向する一面に超音波USを出力する。超音波発散装置1510の一面の反対面である他面に出力される超音波USは物体によって反射してノイズとして入力される。従って、超音波発散装置1510の他面に出力される超音波USを最小化するために、超音波発散装置1510の他面上には超音波遮蔽フィルムが配置される。
【0098】
超音波感知装置1520は、超音波発散装置1510から出力された超音波USのうちの指Fで反射された超音波USにより感知電圧を出力する。超音波感知装置1520は感知層を含み、感知層は、PVDF(Poly Vinylidene Fluoride)又はPZT(Plumbum Zirconate Titanate(チタン酸ジルコン酸鉛))のような圧電層である。超音波感知装置1520は、圧電層の駆動電極に駆動電圧を印加する場合、超音波USによる圧電層の圧電効果によって感知電極に電圧を発生する。超音波感知装置1520は感知電極の電圧に応じて感知電圧を出力する。
【0099】
超音波感知装置1520は感知電圧を指紋認識部に出力する。指Fの指紋の山で反射された超音波USと指紋の谷で反射された超音波USとの間には時間の差が存在し、指紋認識部は時間の差を反映する感知電圧を用いて指紋パターンを生成する。指紋認識部は生成された指紋パターンが予め保存された指紋パターンに一致するか否かを判断する。
【0100】
図6は、図2の第1超音波センサを示す断面図である。
【0101】
図6を参照すると、超音波発散装置1510は、第1駆動電極1511、第2駆動電極1512、及び第1圧電層1513を含む。第1圧電層1513は第1感知層ともいう。
【0102】
第1駆動電極1511は第1圧電層1513の一面上に配置され、第2駆動電極1512は第1圧電層1513の一面の反対面である他面上に配置される。第1圧電層1513の他面は超音波感知装置1520に対向する面である。第1駆動電極1511は第1圧電層1513の一面の全面上に配置され、第2駆動電極1512は第1圧電層1513の他面の全面上に配置される。第1圧電層1513は第1駆動電極1511と第2駆動電極1512との間に配置される。
【0103】
第1駆動電極1511及び第2駆動電極1512のそれぞれは、不透明な金属物質又は透明な導電酸化物(transparent conductive oxide)で形成される。第1圧電層1513は、PVDF(Poly Vinylidene Fluoride)又はPZT(Plumbum Zirconate Titanate(チタン酸ジルコン酸鉛))で形成され得る。第1駆動電極1511及び第2駆動電極1512に交流電圧が印加されると、第1圧電層1513は振動によって人が認知しにくい20kHz以上の超音波を出力する。
【0104】
超音波感知装置1520は、画素センサPSを含む画素センサアレイ1521、感知駆動電極1522、感知電極1523、第2圧電層1524、及び保護層1525を含む。第2圧電層1524は第2感知層ともいう。
【0105】
画素センサPSは、スペーサ1530上に配置され、画素センサPS上には感知電極1523が配置される。画素センサPSは感知電極1523に一対一で連結される。画素センサPSのそれぞれは、感知電極1523の電圧に応じて感知ラインに感知電圧を出力する。指紋認識部は感知ラインの感知電圧を分析して指紋パターンを生成する。指紋認識部は生成された指紋パターンが予め保存された指紋パターンと一致するか否かを判断する。
【0106】
感知電極1523上には第2圧電層1524が配置され、第2圧電層1524上には感知駆動電極1522が配置される。第2圧電層1524は感知駆動電極1522と感知電極1523との間に配置される。感知駆動電極1522は第2圧電層1524の一面の全面上に配置される。超音波感知装置1520は感知駆動電極1522に駆動電圧を印加すると、超音波発散装置1510から発散された超音波のうちの指Fで反射された超音波が第2圧電層1524に入射して、第2圧電層1524の圧電効果によって感知電極に電圧が発生する。
【0107】
図6では、第2圧電層1524が画素センサPS上に一体に形成された場合を例示したが、これに限定されない。第2圧電層1524は画素センサPSに一対一で対応するように分割され得る。
【0108】
保護層1525は、第2圧電層1524及び感知駆動電極1522を保護するために感知駆動電極1522上に配置される。保護層1525は絶縁物質を含む。保護層1525は緩衝効果のために弾性を有する物質を含む。
【0109】
スペーサ1530は超音波発散装置1510の第2駆動電極1512と超音波感知装置1520の画素センサアレイ1521との間に配置される。
【0110】
図6に示す実施形態によると、第1超音波センサ510は超音波発散装置1510を介して超音波を発散し、超音波感知装置1520を介して指で反射された超音波により感知電圧を出力する。これにより、指紋認識部は感知ラインの感知電圧を分析して指紋パターンを生成し、生成された指紋パターンが予め保存された指紋パターンに一致するか否かを判断する。指紋認識部は指紋パターンが一致することによって指紋信号を生成してメインプロセッサ710に出力する。
【0111】
一方、第2超音波センサ520は図5及び図6に示す第1超音波センサ510と実質的に同様に実現することができる。但し、第2超音波センサ520は近接センサで実現されるため、指紋認識部の代わりに感知ラインの感知電圧を分析してユーザ又は物体が近接したか否かを判断する近接認識部を含む。近接認識部はユーザ又は物体が近接することによって近接信号を生成してメインプロセッサ710に出力する。
【0112】
図7は、超音波感知装置を概略的に示すブロック図である。
【0113】
図7を参照すると、超音波感知装置1520は、画素センサPS、信号出力部1540、感知部1550、及び感知制御部1560を含む。
【0114】
画素センサPSは、第1方向(横方向)及び第1方向に交差する第2方向(縦方向)に配列される。画素センサPSは2次元で配列される。
【0115】
選択信号ライン(S1〜Sn)、初期化信号ライン(I1〜In)、及び制御電圧ライン(C1〜Cn)は第1方向に延び、感知ライン(R1〜Rm)は第2方向に延びる。画素センサPSは、2次元で配列されるため、2次元座標によって、選択信号ライン(S1〜Sn、nは2以上の整数)のうちのいずれか一つ、初期化信号ライン(I1〜In)のうちのいずれか一つ、及び制御電圧ライン(C1〜Cn)のうちのいずれか一つ、及び感知ライン(R1〜Rm)のうちのいずれか一つに接続される。例えば、画素センサPSが第2行及び第3列に配置される場合、第2選択信号ラインS2、第2初期化ラインI2、第2制御電圧ラインC2、及び第3感知ラインR3に接続される。
【0116】
信号出力部1540は、選択信号ライン(S1〜Sn)、初期化信号ライン(I1〜In)、及び制御電圧ライン(C1〜Cn)に接続される。信号出力部1540は、感知制御部1560から入力される第1制御信号CS1により選択信号ライン(S1〜Sn)に出力される選択信号を生成し、初期化信号ライン(I1〜In)に出力される初期化信号を生成し、制御ライン(C1〜Cn)に出力される制御信号を生成する。
【0117】
感知部1550は、感知ライン(R1〜Rm)に接続される。感知部1550は、感知ライン(R1〜Rm)の感知電圧を感知する電圧感知部1551と電圧感知部1551により感知された感知電圧をデジタルデータである感知データRDATAに変換するアナログデジタル変換部1552とを含む。感知部1550は、感知データRDATAを指紋認識部に出力する。指紋認識部は、感知データRDATAに応じて指紋パターンを生成し、生成された指紋パターンが予め保存された指紋パターンに一致するか否かを判断する。指紋認識部は、指紋パターンが一致することによって指紋信号を生成してメインプロセッサ710に出力する。
【0118】
感知制御部1560は、信号出力部1540に第1制御信号CS1を出力し、感知駆動電極1522に感知駆動電圧RVDDを出力する。感知制御部1560は、感知部1550を制御するための第2制御信号CS2を感知部1550に出力する。感知部1550は第2制御信号CS2により選択信号によって選ばれる画素センサPSの感知電圧と判断する。
【0119】
図8は、図7の超音波感知装置の画素センサの一例を示す回路図であり、図14は、図7の第1トランジスタの一例を示す例示図である。
【0120】
図8では、第k(kは1≦k≦nを満足する整数)選択ラインSk、第k初期化ラインIk、第k制御電圧ラインCk、及び第j(jは1≦r≦mを満足する整数)感知ラインRjに接続された画素センサPSを例示した。
【0121】
図8を参照すると、画素センサPSは、第1トランジスタT1、第2トランジスタT2、及びキャパシタCpを含む。
【0122】
第1トランジスタT1は、第k選択ラインSkの第k選択信号によってターンオンされ、感知電極1523の電圧に応じて感知電圧を第j感知ラインRjに出力する。第1トランジスタT1は、第k選択ラインに接続される第1ゲート電極、感知電極1523に接続される第2ゲート電極、第j感知ラインRjに接続される第1電極、及び第1駆動電圧ラインVDDLに接続される第2電極を含む。第1トランジスタT1の第1ゲート電極は、第1トランジスタT1の第1アクティブ層の上部に配置される上部ゲート電極であり、第2ゲート電極は第1トランジスタT1の第1アクティブ層の下部に配置される下部ゲート電極である。
【0123】
一方、第1トランジスタT1は、図14のように第1ゲート電極G11に隣接する上部チャネルのみが活性化され、第2ゲート電極G12に隣接する下部チャネルは活性化されない。例えば、第1トランジスタT1の第2ゲート電極G12の電圧と第1電極S1の電圧との間の電圧差がしきい電圧Vthよりも低い場合、第1トランジスタT1の第2ゲート電極G12に隣接する下部チャネルは活性化されない。第1ゲート電極G11と第1アクティブ層ACT1との間の距離は第2ゲート電極G12と第1アクティブ層ACT1との間の距離よりも近い。第1トランジスタT1の動作に対する詳しい説明は図9を参照して後述する。
【0124】
第2トランジスタT2は、第k初期化ラインIkの第k初期化信号によってターンオンされ、感知電極1523を第k制御電圧ラインCkに接続する。また、第2トランジスタT2は、第1電圧の第k制御電圧ラインCkによりターンオンされ、感知電極1523を第k制御電圧ラインCkに接続する。第2トランジスタT2は、第k初期化ラインIkに接続される第1ゲート電極、第k制御電圧ラインCkに接続される第2ゲート電極及び第1電極、並びに感知電極1523に接続される第2電極を含む。第2トランジスタT2の第1ゲート電極は、第2トランジスタT2の第2アクティブ層の上部に配置される上部ゲート電極であり、第2ゲート電極は第2トランジスタT2の第2アクティブ層の下部に配置される下部ゲート電極である。第2トランジスタT2は、図8のように一つのトランジスタT2Tと一つのダイオードT2Dで表される。
【0125】
第2トランジスタT2は、第1ゲート電極に隣接する上部チャネル及び第2ゲート電極に隣接する下部チャネルの両方が活性化される。第2トランジスタT2の上部チャネルは第1ゲート電極に印加される電圧によって活性化又は非活性化され、下部チャネルは第2ゲート電極に印加される電圧によって活性化又は非活性化される。第2トランジスタT2の動作に対する詳しい説明は図9を参照して後述する。
【0126】
キャパシタCpは、第1トランジスタT1の第2ゲート電極と第2駆動電圧が印加される第2駆動電圧源又は第2駆動電圧ラインとに接続される。キャパシタCpの第1電極は、第1トランジスタT1の第2ゲート電極に接続され、第2電極には第2駆動電圧が印加される。
【0127】
第1トランジスタT1及び第2トランジスタT2のそれぞれの第1電極がソース電極である場合、第2電極はドレイン電極である。或いは、第1トランジスタT1及び第2トランジスタT2のそれぞれの第1電極がドレイン電極である場合、第2電極はソース電極である。
【0128】
第1トランジスタT1及び第2トランジスタT2のそれぞれは電界効果トランジスタ(field effect transistor)である。図8では、第1トランジスタT1及び第2トランジスタT2のそれぞれがNタイプMOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)で形成された場合を例示したが、これに限定されない。即ち、第1トランジスタT1及び第2トランジスタT2のそれぞれはPタイプMOSFETで形成され得る。第1トランジスタT1及び第2トランジスタT2のそれぞれがPタイプMOSFETで形成される場合、図9のタイミングはPタイプMOSFETの特性に合わせて修正しなければならない。
【0129】
第1トランジスタT1及び第2トランジスタT2のそれぞれは薄膜トランジスタ(thin film transistor)で形成される。この場合、第1トランジスタT1の第1アクティブ層及び第2トランジスタT2の第2アクティブ層のそれぞれは多結晶シリコン(Poly Silicon)、非晶質シリコン(Amorphous silicon)、及び酸化物(oxide)のうちのいずれか一つで形成される。第1トランジスタT1の第1アクティブ層及び第2トランジスタT2の第2アクティブ層のそれぞれがポリシリコンで形成される場合、それを形成するための工程は低温ポリシリコン(Low Temperature Poly Silicon:LTPS)工程である。
【0130】
図9は、図8の画素センサに印加される信号を示す波形図である。
【0131】
図9を参照すると、第k初期化ラインIkに印加される第k初期化信号(ISk)は、第2トランジスタT2の第1ゲート電極に印加される信号であり、第2トランジスタT2の上部チャネルを活性化するための信号である。第k選択ラインSkに印加される第k選択信号(SSk)は、第1トランジスタT1の第1ゲート電極に印加される信号であり、第1トランジスタT1の上部チャネルを活性化するための信号である。第k制御電圧ラインCkに印加される第k制御電圧(CVk)は、第2トランジスタT2の第1ゲート電極に印加される電圧であり、第2トランジスタT2の下部チャネルを活性化するための電圧である。
【0132】
第k初期化信号(ISk)、第k選択信号(SSk)、及び第k制御電圧(CVk)は所定の期間(CT)の周期で繰り返される。1周期期間CTは第1〜第4期間(t1〜t4)を含む。第1期間t1は感知電極1523のリセット期間であり、第2期間t2は指で反射された超音波USによって感知電極1523の電圧がキャパシタCpに保存される期間であり、第3期間t3はキャパシタCpに保存された第1トランジスタT1の第2ゲート電極の電圧に応じて感知ラインRjに感知電圧を出力する期間であり、第4期間t4は休止期間である。
【0133】
第k初期化信号(ISk)は、第1期間t1の間、ゲートオン電圧(Von)として出力され、第2〜第4期間(t2,t3,t4)の間ゲートオフ電圧(Voff)として出力される。第k選択信号(SSk)は、第3期間(t2)の間、ゲートオン電圧(Von)として出力され、第1、第2及び第4期間(t1,t2,t4)の間、ゲートオフ電圧(Voff)として出力される。第k制御電圧(CVk)は、第2期間t2の間、バイアス電圧(BV)として出力され、第1、第3及び第4期間(t1,t3,t4)の間、ゲートオフ電圧(Voff)として出力される。ゲートオン電圧(Von)は第1トランジスタT1の上部チャネルと第2トランジスタT2の上部チャネル及び下部チャネルとが安定して活性化される電圧を指す。ゲートオフ電圧(Voff)は第1トランジスタT1の第1アクティブ層の上部チャネルと第2トランジスタT2の上部チャネル及び下部チャネルとが安定して非活性化される電圧を指す。バイアス電圧(BV)は、感知電極1523の電圧に応じて第2トランジスタT2の下部チャネルを活性化するための電圧であり、ゲートオン電圧(Von)とゲートオフ電圧(Voff)との間の電圧に設定される。
【0134】
図10〜図13は、第1〜第4期間の間の画素センサを示す回路図である。以下では、図9〜図13を参照して1周期期間CTの第1〜第4期間(t1〜t4)の間の画素センサPSの動作を詳細に説明する。
【0135】
第一に、図10のように、第1期間t1の間、ゲートオン電圧(Von)の第k初期化信号(ISk)が第k初期化ラインIkに印加され、ゲートオフ電圧(Voff)の第k選択信号(SSk)が第k選択ラインSkに印加され、ゲートオフ電圧(Voff)の第k制御電圧(CVk)が第k制御電圧ラインCkに印加される。また、感知制御部1560は、第1〜第4期間(t1〜t4)の間、感知駆動電極1522に感知駆動電圧RVDDを印加する。
【0136】
第2トランジスタT2の第1ゲート電極にゲートオン電圧(Von)の第k初期化信号(ISk)が印加されるため、第2トランジスタT2の上部チャネルは活性化される。これにより、感知電極1524は第k制御電圧ラインCkに接続され、感知電極1524は第k制御電圧ラインCkのゲートオフ電圧(Voff)に初期化される。
【0137】
第二に、図11のように、第2期間t2の間、バイアス電圧(BV)の第k制御電圧(CVk)が第k制御電圧ラインCkに印加され、ゲートオフ電圧(Voff)の第k初期化信号(ISk)が第k初期化ラインIkに印加され、ゲートオフ電圧(Voff)の第k選択信号(SSk)が第k選択ラインSkに印加される。また、第2期間t2の間、超音波発散装置1510から超音波USが発散されるため、指によって反射された超音波USにより第2圧電層1524の逆圧電効果によって感知電極1523に電圧が生成される。或いは、超音波USが指によって反射されない場合、感知電極1523には電圧が生成されないため、感知電極1523は第1期間t1の間充電されたゲートオフ電圧(Voff)を有する。
【0138】
第k制御電圧(CVk)のバイアス電圧(BV)と感知電極1523の電圧との間の差が第2トランジスタT2の下部チャネルのしきい電圧よりも大きい場合、第2トランジスタT2の下部チャネルは活性化される。第k制御電圧(CVk)のバイアス電圧(BV)と感知電極1523の電圧との間の差が第2トランジスタT2の下部チャネルのしきい電圧以下である場合、第2トランジスタT2の下部チャネルは非活性化される。
【0139】
指によって反射された超音波USにより第2圧電層1524の逆圧電効果によって感知電極1523に電圧が生成される場合、第k制御電圧(CVk)のバイアス電圧(BV)と感知電極1523の電圧との間の差は第2トランジスタT2の下部チャネルのしきい電圧以下である。従って、第2トランジスタT2の下部チャネルは非活性化される。
【0140】
超音波USが指によって反射されずに感知電極1523が第1期間t1のゲートオフ電圧(Voff)を有する場合、第k制御電圧(CVk)のバイアス電圧(BV)と感知電極1523の電圧との間の差は第2トランジスタT2の下部チャネルのしきい電圧よりも大きい。従って、第2トランジスタT2の下部チャネルは活性化される。第2トランジスタT2の下部チャネルが活性化する場合、感知電極1523はバイアス電圧(BV)と第2トランジスタT2の下部チャネルのしきい電圧との間の差電圧で充電される。また、第1トランジスタT1の第2ゲート電極は感知電極1523に連結されるため、バイアス電圧(BV)と第2トランジスタT2の下部チャネルのしきい電圧との間の差電圧で充電される。
【0141】
第三に、図12のように、第3期間t3の間、ゲートオン電圧(Von)の第k選択信号(SSk)が第k選択ラインSkに印加され、ゲートオフ電圧(Voff)の第k初期化信号(ISk)が第k初期化ラインIkに印加され、ゲートオフ電圧(Voff)の第k制御電圧(CVk)が第k制御電圧ラインCkに印加される。
【0142】
第1トランジスタT1の第1ゲート電極にゲートオン電圧(Von)の第k選択信号(SSk)が印加されるため、第1トランジスタT1の上部チャネルは活性化される。第1トランジスタT1の上部チャネルのしきい電圧は第1トランジスタT1の第2ゲート電極G12の電圧に応じて変更される。
【0143】
図15は、第2ゲート電極の電圧による第1トランジスタのチャネルのしきい電圧を示すグラフであり、図15には、第1トランジスタT1の第1ゲート電極G11にゲートオン電圧が印加されて第1トランジスタT1の上部チャネルが活性化された場合の、第1トランジスタT1の第2ゲート電極G12の電圧V12による第1トランジスタT1の第1アクティブ層ACT1の上部チャネルのしきい電圧Vthを示す。図15において、X軸は第1トランジスタT1の第2ゲート電極G12の電圧を示し、Y軸は第1トランジスタT1の第1アクティブ層ACT1の上部チャネルのしきい電圧Vthを示す。
【0144】
図15のように、第1トランジスタT1の第2ゲート電極G12の電圧が第1電圧V1よりも低い場合、第1トランジスタT1の第1アクティブ層ACT1の上部チャネルのしきい電圧Vthは第3電圧V3を有する。第1トランジスタT1の第2ゲート電極G2の電圧が第2電圧V2よりも高い場合、第1トランジスタT1の第1アクティブ層ACT1の上部チャネルのしきい電圧Vthは第4電圧V4を有する。第1電圧V1は0Vよりも低い電圧であり、第2電圧V2は0Vよりも高い電圧である。第1トランジスタT1の第2ゲート電極G2の電圧が第1電圧V1と第2電圧V2との間である場合、第1トランジスタT1の第1アクティブ層ACT1の上部チャネルのしきい電圧Vthは、第1トランジスタT1の第2ゲート電極G12の電圧に反比例する。即ち、第1トランジスタT1の第2ゲート電極G12の電圧が第1電圧V1と第2電圧V2との間である場合、第1トランジスタT1の第2ゲート電極G12の電圧が大きくなるほど第1トランジスタT1の第1アクティブ層ACT1の上部チャネルのしきい電圧Vthは低くなる。
【0145】
第1トランジスタT1の第2ゲート電極G12の電圧が大きくなるほど第1トランジスタT1の上部チャネルのしきい電圧が低くなるため、第1トランジスタT1の上部チャネルに流れる駆動電流Ids(以下)「第1トランジスタT1の駆動電流Ids」と称する)は、第1トランジスタT1の第2ゲート電極G12の電圧に応じて変更される。
【0146】
図16は、第2ゲート電極の電圧の変化に対する第1ゲート電極の電圧による第1トランジスタのチャネルの駆動電流を示すグラフであり、図16には、第1トランジスタT1の第1ゲート電極G11にゲートオン電圧が印加されて第1トランジスタT1の上部チャネルが活性化された場合の、第1トランジスタT1の第1ゲート電極G11の電圧V11による第1トランジスタT1の駆動電流Idsを示す。図16において、X軸は第1トランジスタT1の第1ゲート電極G11の電圧V11を示し、Y軸は第1トランジスタT1のアクティブ層ACTの上部チャネルの駆動電流Idsを示す。
【0147】
第1ゲート電極G11の電圧V11が駆動電圧範囲DRにある場合、図15における第1トランジスタT1の第2ゲート電極G12の電圧が第1電圧V1に近づくほど、第1トランジスタT1の駆動電流Idsの曲線(C)は図16のようにポジティブシフトされる。曲線(C)がポジティブシフトされる場合、第1トランジスタT1の駆動電流Idsは小さくなる。図15における第1トランジスタT1の第2ゲート電極G12の電圧が第2電圧V2に近づくほど、第2ゲート電極G12の電圧による第1トランジスタT1の駆動電流Idsの曲線(C)は図16のようにネガティブシフトされる。曲線(C)がネガティブシフトされる場合、第1トランジスタT1の駆動電流Idsは大きくなる。即ち、第1トランジスタT1の駆動電流Idsは第2ゲート電極G12の電圧に応じて変更される。
【0148】
指によって反射された超音波USにより、第2圧電層1524の逆圧電効果によって感知電極1523に電圧が生成された場合、第1トランジスタT1の第2ゲート電極G12の電圧は感知電極1523に生成された電圧と実質的に同様である。これに比べて、超音波USが指によって反射されない場合、第1トランジスタT1の第2ゲート電極G12の電圧はバイアス電圧(BV)と第2トランジスタT2の下部チャネルのしきい電圧との間の差電圧である。即ち、指によって反射された超音波USが第2圧電層1524に入力されるか否かによって第1トランジスタT1の第2ゲート電極G12の電圧は異なり、そのため、第1トランジスタT1の駆動電流Idsは異なる。従って、指によって反射された超音波USが第2圧電層1524に入力されるか否かによって第3期間t3の間第1トランジスタT1の駆動電流Idsにより第j感知ラインRjに充電される電圧は異なる。
【0149】
第四に、図13のように第4期間t4の間ゲートオフ電圧(Voff)の第k初期化信号(ISk)が第k初期化ラインIkに印加され、ゲートオフ電圧(Voff)の第k選択信号(SSk)が第k選択ラインSkに印加され、ゲートオフ電圧(Voff)の第k制御電圧(CVk)が第k制御電圧ラインCkに印加される。従って、第4期間t4の間には画素センサPSの第1トランジスタT1及び第2トランジスタT2はターンオンされない。
【0150】
図9に示す実施形態によると、画素センサPSの第1トランジスタT1の第2ゲート電極が感知電極1523に直接連結される。従って、指によって反射された超音波USが第2圧電層1524に入力されるか否かによって第1トランジスタT1の駆動電流Idsにより第j感知ラインRjに充電される電圧は異なる。従って、第j感知ラインRjの感知電圧を用いてユーザの指紋パターンを認識するか、或いはユーザ又は物体の近接有無を判断することができる。
【0151】
図9に示す実施形態によると、画素センサPSの第1トランジスタT1は選択ラインSkに連結される第1ゲート電極と感知電極1523に連結される第2ゲート電極とを含み、選択信号及び感知電極1523の電圧によって制御される。即ち、第1トランジスタT1は選択信号によって制御されるトランジスタと感知電極1523の電圧によって制御されるトランジスタとを併合したトランジスタである。従って、画素センサPSが第1トランジスタT1として一つのトランジスタを含むことによって、二つのトランジスタを含む場合に比べて、画素センサPSの面積を減らすことができる。
【0152】
図9に示す実施形態によると、画素センサPSの第2トランジスタT2は、初期化ラインIkに連結された第1ゲート電極と制御電圧ラインCkに連結された第2ゲート電極及び第1電極とを含むため、図8のようにトランジスタT2TとダイオードD1とを併合したトランジスタである。従って、画素センサPSが第2トランジスタT2としてトランジスタT2TとダイオードD1とが併合された一つのトランジスタを含むことによって、トランジスタT2T及びダイオードD1の2個の構成を含む場合に比べて、画素センサPSの面積を減らすことができる。
【0153】
図17は、図8の超音波感知装置の画素センサの一例を示す断面図である。
【0154】
図17を参照すると、超音波感知装置1520は、第2基板SUB2、第2基板SUB2上に配置された第1〜第4金属層(ML1〜ML4)、アクティブ層(ACT1、ACT2)、及び第1〜第7絶縁膜(INS1〜INS7)を含む。
【0155】
第2基板SUB2はプラスチック(plastic)又はガラス(glass)からなる。第2基板SUB2の下にはスペーサ1530が配置され、スペーサ1530の下には超音波発散装置1510が配置される。
【0156】
第2基板SUB2上には第1絶縁膜INS1が形成される。第1絶縁膜INS1は透湿に脆弱な基板SUB1を介して浸透する水分からトランジスタ(T1、T2)及びキャパシタCpを保護するために第2基板SUB2上に形成される。第1絶縁膜INS1は、シリコン酸化膜(SiOx)、シリコン窒化膜(SiNx)、SiONのうちの一つ以上の無機膜が交互に積層された多重膜で形成され得る。
【0157】
第1絶縁膜INS1上にはキャパシタCpの第2キャパシタ電極CE2を含む第1金属層ML1が形成される。第1金属層ML1は、モリブデン(Mo)、アルミニウム(Al)、クロム(Cr)、金(Au)、チタニウム(Ti)、ニッケル(Ni)、ネオジム(Nd)、及び銅(Cu)のうちのいずれか一つ又はこれらの合金からなる単一層又は多重層で形成される。
【0158】
第1金属層ML1上には第2絶縁膜INS2が形成される。第2絶縁膜INS2は、シリコン酸化膜(SiOx)、シリコン窒化膜(SiNx)、SiONのうちの一つ以上の無機膜が交互に積層された多重膜で形成され得る。
【0159】
第2絶縁膜INS2上には、第1トランジスタT1の第2ゲート電極G12、第2トランジスタT2の第2ゲート電極G22、及びキャパシタCpの第1キャパシタ電極CE1を含む第2金属層ML2が形成される。第1トランジスタT1の第2ゲート電極G12と第1キャパシタ電極CE1とは同じ層に形成される。第1トランジスタT1の第2ゲート電極G12と第1キャパシタ電極CE1とは直接接触する。第1キャパシタ電極CE1は第2キャパシタ電極CE2に厚さ方向である第3方向(Z軸方向)で重なる。第2金属層ML2は、モリブデン(Mo)、アルミニウム(Al)、クロム(Cr)、金(Au)、チタニウム(Ti)、ニッケル(Ni)、ネオジム(Nd)、及び銅(Cu)のうちのいずれか一つ又はこれらの合金からなる単一層又は多重層で形成される。
【0160】
第2金属層ML2上には第3絶縁膜INS3が形成される。第3絶縁膜INS3は、シリコン酸化膜(SiOx)、シリコン窒化膜(SiNx)、SiONのうちの一つ以上の無機膜が交互に積層された多重膜で形成され得る。
【0161】
第3絶縁膜INS3上には第1トランジスタT1の第1アクティブ層ACT1と第2トランジスタT2の第2アクティブ層ACT2とを含むアクティブ層ACTが形成される。第1アクティブ層ACT1は第1トランジスタT1の第2ゲート電極G12に厚さ方向である第3方向(Z軸方向)で重なる。第2アクティブ層ACT2は第2トランジスタT2の第2ゲート電極G22に厚さ方向である第3方向(Z軸方向)で重なる。アクティブ層ACTはシリコン系半導体物質又は酸化物系半導体物質で形成され得る。例えば、アクティブ層ACTは、多結晶シリコン(Poly Silicon)、非晶質シリコン(Amorphous silicon)、及び酸化物(oxide)のうちのいずれか一つで形成される。
【0162】
アクティブ層ACT上には第4絶縁膜INS4が形成される。第4絶縁膜INS4は、シリコン酸化膜(SiOx)、シリコン窒化膜(SiNx)、SiONのうちの一つ以上の無機膜が交互に積層された多重膜で形成され得る。
【0163】
第4絶縁膜INS4上には第1トランジスタT1の第1ゲート電極G11と第2トランジスタT2の第1ゲート電極G21とを含む第3金属層ML3が形成される。第1トランジスタT1の第1ゲート電極G11は第1アクティブ層ACT1に厚さ方向である第3方向(Z軸方向)で重なる。第1トランジスタT1の第2ゲート電極G21は第2アクティブ層ACT2に厚さ方向である第3方向(Z軸方向)で重なる。第3金属層ML3は、モリブデン(Mo)、アルミニウム(Al)、クロム(Cr)、金(Au)、チタニウム(Ti)、ニッケル(Ni)、ネオジム(Nd)、及び銅(Cu)のうちのいずれか一つ又はこれらの合金からなる単一層又は多重層で形成される。
【0164】
第3金属層ML3上には第5絶縁膜INS5が形成される。第5絶縁膜INS5は、シリコン酸化膜(SiOx)、シリコン窒化膜(SiNx)、SiONのうちの一つ以上の無機膜が交互に積層された多重膜で形成され得る。
【0165】
第5絶縁膜INS5上には第1トランジスタT1の第1電極S1及び第2電極D1と第2トランジスタT2の第1電極S2及び第2電極DE2とを含む第4金属層ML4が形成される。第4金属層ML4は、モリブデン(Mo)、アルミニウム(Al)、クロム(Cr)、金(Au)、チタニウム(Ti)、ニッケル(Ni)、ネオジム(Nd)、及び銅(Cu)のうちのいずれか一つ又はこれらの合金からなる単一層又は多重層で形成される。
【0166】
第1コンタクトホールCNT1は、第4絶縁膜INS4及び第5絶縁膜INS5を貫いて第1アクティブ層ACT1の一部を露出する穴である。第1トランジスタT1の第1電極S1は第1コンタクトホールCNT1を介して第1トランジスタT1の第1アクティブ層ACT1に連結される。
【0167】
第2コンタクトホールCNT2は、第4絶縁膜INS4及び第5絶縁膜INS5を貫いて第1アクティブ層ACT1の他の一部を露出する穴である。第1トランジスタT1の第2電極D1は第2コンタクトホールCNT2を介して第1トランジスタT1の第1アクティブ層ACT1に連結される。
【0168】
第3コンタクトホールCNT3は、第4絶縁膜INS4及び第5絶縁膜INS5を貫いて第2アクティブ層ACT2の一部を露出する穴である。第2トランジスタT2の第1電極S2は第3コンタクトホールCNT3を介して第2トランジスタT2の第2アクティブ層ACT2に連結される。
【0169】
第4コンタクトホールCNT4は、第4絶縁膜INS4及び第5絶縁膜INS5を貫いて第2アクティブ層ACT2の他の一部を露出する穴である。第2トランジスタT2の第2電極D2は第4コンタクトホールCNT4を介して第2トランジスタT2の第2アクティブ層ACT2に連結される。
【0170】
第5コンタクトホールCNT5は、第3絶縁膜INS3、第4絶縁膜INS4、及び第5絶縁膜INS5を貫いて第2トランジスタT2の第2ゲート電極G22を露出する穴である。第2トランジスタT2の第1電極S2は第5コンタクトホールCNT5を介して第2トランジスタT2の第2ゲート電極G22に連結される。
【0171】
第4金属層ML4上には第6絶縁膜INS6が形成される。第6絶縁膜INS6は、シリコン酸化膜(SiOx)、シリコン窒化膜(SiNx)、SiONのうちの一つ以上の無機膜が交互に積層された多重膜で形成され得る。
【0172】
第6絶縁膜INS6上には感知電極1523を含む第5金属層ML5が形成される。第5金属層ML5は、モリブデン(Mo)、アルミニウム(Al)、クロム(Cr)、金(Au)、チタニウム(Ti)、ニッケル(Ni)、ネオジム(Nd)、及び銅(Cu)のうちのいずれか一つ又はこれらの合金からなる単一層又は多重層で形成される。
【0173】
第6コンタクトホールCNT6は、第3絶縁膜INS3、第4絶縁膜INS4、及び第5絶縁膜INS5を貫いて第1トランジスタT1の第2ゲート電極G12を露出する穴である。感知電極1523は第6コンタクトホールCNT6を介して第1トランジスタT1の第2ゲート電極G12に連結される。
【0174】
第5金属層ML5上には第7絶縁膜INS7が形成される。第7絶縁膜INS7は、シリコン酸化膜(SiOx)、シリコン窒化膜(SiNx)、SiONのうちの一つ以上の無機膜が交互に積層された多重膜で形成され得る。
【0175】
第7絶縁膜INS7上には第2圧電層1524が配置され、第2圧電層1524上には感知駆動電極1522が配置される。第2感知駆動電極1522上には保護層1525が配置される。保護層1525は感圧粘着剤のような接着部材を用いて表示パネル300の基板(図4のSUB1)に付着される。
【0176】
一方、第1超音波センサ510及び第2超音波センサ520が表示パネル300と一体に形成される場合、表示パネル300の基板(図4のSUB1)は省略することができる。この場合、保護層1525上に表示パネル300のバッファ膜(図4の302)が配置される。
【0177】
図17に示す実施形態によると、画素センサPSの第1トランジスタT1は、選択ラインSkに連結される第1ゲート電極と感知電極1523に連結される第2ゲート電極とを含み、選択信号及び感知電極1523の電圧によって制御される。即ち、第1トランジスタT1は選択信号によって制御されるトランジスタと感知電極1523の電圧によって制御されるトランジスタとを併合したトランジスタである。従って、画素センサPSが第1トランジスタT1として一つのトランジスタを含むことによって、二つのトランジスタを含む場合に比べて、画素センサPSの面積を減らすことができる。
【0178】
図17に示す実施形態によると、画素センサPSの第2トランジスタT2は、初期化ラインIkに連結された第1ゲート電極と制御電圧ラインCkに連結された第2ゲート電極及び第1電極とを含むため、図8のように、トランジスタT2TとダイオードD1とを併合したトランジスタである。従って、画素センサPSが第2トランジスタT2としてトランジスタT2TとダイオードD1とが併合された一つのトランジスタを含むことによって、トランジスタT2T及びダイオードD1の2個の構成を含む場合に比べて、画素センサPSの面積を減らすことができる。
【0179】
図17に示す実施形態によると、第1トランジスタT1の第2ゲート電極G12とキャパシタCpの第1キャパシタ電極CE1とは同じ層で直接接触して連結され、第1キャパシタ電極CE1は第2キャパシタ電極CE2に厚さ方向である第3方向(Z軸方向)で重なる。従って、第1トランジスタT1及びキャパシタCpが形成される面積を最小化することができ、画素センサPSの面積を減らすことができる。
【0180】
以上、図面を参照しながら本発明の実施形態を詳細に説明したが、本発明は、上述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想から逸脱しない範囲内で多様に変更実施することが可能である。
【符号の説明】
【0181】
10 表示装置
100 カバーウインドウ
300 表示パネル
302 バッファ膜
303 薄膜トランジスタ層
304 発光素子層
305 薄膜封止層
310 表示回路ボード
311 第1回路ボード
312 第2回路ボード
313 第1コネクタ
314 ケーブル
315 第2コネクタ
320 表示駆動回路
330 タッチ駆動回路
331 アクティブ層
332 ゲート電極
333 ソース電極
334 ドレイン電極
335 薄膜トランジスタ
336 ゲート絶縁膜
337 層間絶縁膜
338 保護膜
339 平坦化膜
341 アノード電極
342 発光層
343 カソード電極
344 画素定義膜
390 フレキシブルフィルム
400 パネル下部部材
510 第1超音波センサ
520 第2超音波センサ
560 第1フレキシブル回路基板
600 ブラケット
700 メイン回路ボード
710 メインプロセッサ
720 カメラ装置
730 メインコネクタ
790 バッテリ
900 下部カバー
1510 超音波発散装置
1511 第1駆動電極
1512 第2駆動電極
1513 第1圧電層(第1感知層)
1520 超音波感知装置
1521 画素センサアレイ
1522 感知駆動電極
1523 感知電極
1524 第2圧電層(第2感知層)
1525 保護層
1530 スペーサ
1540 信号出力部
1550 感知部
1551 電圧感知部
1552 アナログデジタル変換部
1560 感知制御部
ACT1、ACT2 第1、第2アクティブ層
BH バッテリ穴
C1〜Cn (第1〜第n)制御電圧ライン
CAH ケーブル穴
CE1、CE2 第1、第2キャパシタ電極
Ck 第k制御電圧ライン
CMH1、CMH2 第1、第2カメラ穴
CNT1〜CNT6
Cp キャパシタ
CS1、CS2 第1、第2制御信号
CVk 第k制御電圧
D1 ダイオード
D1、D2 第1、第2トランジスタの第2電極
DA 透過部
DR1、DR2 第1、第2領域
F 指
G11、G12 第1、第2ゲート電極
G11 第1トランジスタの第1ゲート電極
G21 第2トランジスタの第1ゲート電極
H1、H2 第1、第2ホール
I1〜In (第1〜第n)初期化信号ライン
Ik 第k初期化ライン
INS1〜INS7 第1〜第7絶縁膜
ISk 第k初期化信号
ML1〜ML5 第1〜第5金属層
NDA 遮光部
PAL 画素アレイ層
PS 画素センサ
PSA 感圧粘着剤
PX 画素
R1〜Rm (第1〜第m)感知ライン
RDATA 感知データ
Rj 第j感知ライン
RVDD 感知駆動電圧
S1、S2 第1、第2トランジスタの第1電極
S1〜Sn (第1〜第n)選択信号ライン
Sk 第k選択ライン
SSk 第k選択信号
SUB1 基板
SUB2 第2基板
T1、T2 第1、第2トランジスタ
T2D ダイオード
T2T トランジスタ
US 超音波
SUB1 基板
SUB2 第2基板

【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】
【図15】
【図16】
【図17】