KR102119773B1 - 표시장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 터치 스크린을 가지는 표시장치에 관한 것으로, 기판의 제1 면 위에 배치된 TFT; 상기 기판의 제2 면 상에 배치되어 상기 TFT와 중첩되는 광 쉴드 패턴; 상기 광 쉴드 패턴을 덮는 절연층; 및 상기 절연층 상에 형성된 터치 스크린의 배선들을 포함한다. 상기 터치 스크린의 배선들은 서로 직교되는 배선들을 포함한다.

Description

표시장치{Display Device}
본 발명은 터치 스크린을 가지는 표시장치에 관한 것이다.
유저 인터페이스(User Interface, UI)는 사람(사용자)과 각종 전기, 전자 기기 등의 통신을 가능하게 하여 사용자가 자신이 원하는 대로 기기를 쉽게 제어할 수 있게 한다. 유저 인터페이스의 대표적인 예로는 키패드, 키보드, 마우스, 온스크린 디스플레이(On Screen Display, OSD), 적외선 통신 혹은 고주파(RF) 통신 기능을 갖는 원격 제어기(Remote controller) 등이 있다. 유저 인터페이스 기술은 사용자 감성과 조작 편의성을 높이는 방향으로 발전을 거듭하고 있다. 유저 인터페이스는 터치 UI, 음성 인식 UI, 등으로 진화되고 있다. 최근에는 사용자의 제스쳐(gesture)를 센싱하는 제스쳐 UI도 가전 제품에 적용되고 있다.
터치 UI는 터치 스크린을 직접 접촉하거나 터치 스크린과 근접하는 높이로 접근하는 객체(object)를 센싱한다. 터치 UI는 저항막 방식이나 정전용량 방식의 터치 센서들을 포함한 터치 스크린을 이용하여 사용자나 객체의 터치 입력을 센싱한다.
터치 스크린은 정전식 감응(capacitive sensing) 기술로 구현될 수 있다. 정전식 감응 기술은 정전 용량 센서들을 이용한 정전 용량 커플링 효과로 전도성 물체의 터치 또는 근접에 의해 정전 용량 값의 변화를 감지한다.
유기발광 다이오드 표시장치(Organic Light Emitting Diode Display, OLED Display)는 백라이트 유닛이 필요없는 자발광소자이기 때문에 액정표시장치에 비하여 많은 장점이 있다. 유기발광 다이오드 표시장치의 픽셀들은 자발광 소자인 유기발광 다이오드(Organic Light Emitting Diode: 이하, "OLED"라 함)를 포함한다. OLED에는 도 1과 같이 애노드(Anode)와 캐소드(Cathode) 사이에 정공주입층(Hole Injection layer, HIL), 정공수송층(Hole transport layer, HTL), 발광층(Emission layer, EML), 전자수송층(Electron transport layer, ETL) 및 전자주입층(Electron Injection layer, EIL) 등의 유기 화합물층이 적층된다. 유기발광 표시장치는 형광 또는 인광 유기물 박막에 전류를 흐르게 하여 전자와 정공이 유기물층에서 결합할 때 발광하는 현상을 이용하여 입력 영상을 재현한다.
이러한 유기발광 다이오드 표시장치의 표시패널 상에 터치 스크린이 형성될 수 있다. 그런데, 표시패널에 터치 스크린을 형성하면, 표시패널의 박막 층수가 많아져 제조 공정 수가 많아진다. 이러한 문제는 다른 평판 표시장치에서도 제기되고 있다.
본 발명은 터치 스크린 구조를 단순화할 수 있는 표시장치를 제공한다.
본 발명의 표시장치는 기판의 제1 면 위에 배치된 TFT; 상기 기판의 제2 면 상에 배치되어 상기 TFT와 중첩되는 광 쉴드 패턴; 상기 광 쉴드 패턴을 덮는 절연층; 및 상기 절연층 상에 형성된 터치 스크린의 배선들을 포함한다. 상기 터치 스크린의 배선들은 서로 직교되는 배선들을 포함한다.
상기 배선들의 교차 부분에서 분리된 배선들은 상기 절연층을 관통하는 콘택홀들을 통해 상기 광 쉴드 패턴에 접촉되어 서로 연결된다.
상기 TFT로 향하는 빛이 상기 광 쉴드 패턴에 의해 반사된다.
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본 발명은 광 쉴드 패턴과 브릿지 패턴을 일체화함으로써 터치 스크린의 구조를 단순화하고 터치 스크린의 제조 공정 수를 줄일 수 있다.
도 1은 OLED 구조와 그 발광 원리를 보여 주는 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 유기발광 다이오드 표시장치를 보여 주는 단면도이다.
도 3은 도 2에 도시된 터치 스크린의 일부를 보여 주는 평면도이다.
도 4는 도 3에서 A 부분을 확대하여 보여 주는 평면도이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 유기발광 다이오드 표시장치에서 픽셀의 일 예를 보여 주는 등가 회로도이다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예들을 상세히 설명한다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호들은 실질적으로 동일한 구성요소들을 의미한다. 이하의 설명에서, 본 발명과 관련된 공지 기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우, 그 상세한 설명을 생략한다.
본 발명의 표시장치는 액정표시장치(Liquid Crystal Display Device: LCD), 유기발광 다이오드 표시장치(OLED Display), 전기영동 표시장치(Electrophoretic Display Device: EPD) 등의 평판 표시장치로 구현될 수 있다. 이하의 실시예에서, 유기발광 다이오드 표시장치를 중심으로 설명되지만 이에 한정되지 않는다. 예컨대, 본 발명은 TFT(Thin Film Transistor)와 광 쉴드 패턴(Light shield pattern)을 가지는 어떠한 평판 표시장치에도 적용 가능하다.
도 2 내지 도 4를 참조하면, 본 발명의 유기 발광 다이오드 표시장치는 표시패널의 기판(SUBS) 상에 형성된 터치 스크린을 포함한다.
표시패널의 제1 면(또는 전면)에 픽셀 어레이와 컬러 필터(CF)가 형성된다. 픽셀 어레이는 상호 직교되는 데이터 라인들과 게이트 라인들, 및 매트릭스 형태로 배치된 픽셀들을 포함한다. 픽셀들 각각은 도 5와 같이 둘 이상의 TFT들과 하나 이상의 커패시터(Capacitor)를 포함할 수 있다. TFT들의 활성층(ACT)에 빛이 조사되면 광전류(Photo current)에 의해 그 TFT가 오동작할 수 있다. 이러한 TFT의 오동작을 방지하기 위하여, 본 발명의 유기 발광 다이오드 표시장치는 터치 스크린의 배선들을 연결하는 브릿지 패턴(Bridge pattern, LSBR)을 이용하여 투명 기판(SUBS)을 통해 TFT로 입사되는 빛을 차단한다.
1 픽셀은 컬러 구현을 위하여 적색 서브 픽셀, 녹색 서브 픽셀 및 청색 서브 픽셀을 포함하고 추가로 컬러 필터가 없는 백색 서브 픽셀을 더 포함할 수 있다. 적색 서브 픽셀은 적색 컬러 필터(CF)를 포함하고, 녹색 서브 픽셀은 녹색 컬러 필터(CF)를 포함한다. 그리고 청색 서브 픽셀은 청색 컬러 필터(CF)를 포함한다.
터치 스크린은 표시패널의 제2 면(또는 배면) 상에서 형성된 배선들을 포함한다. 배선들은 제1 배선 그룹과, 제1 배선 그룹과 교차하는 제2 배선 그룹을 포함한다. 제1 배선 그룹은 Tx 라인들(Tx1~Tx5)을 포함한다. 제2 배선 그룹은 Rx 라인들(Rx1~Rx6)을 포함한다. 배선들의 교차 부분에서 분리된 배선들은 절연층(PAS1)을 관통하는 콘택홀들(CH)을 통해 브릿지 패턴(LSBR)에 접촉되어 서로 연결된다.
Tx 라인들(Tx1~Tx5) 및 Rx 라인들(Rx1~Rx6)은 같은 투명 전극 물질 예를 들어, ITO(Indium Tin Oxide)로 형성될 수 있다. Tx 라인들(Tx1~Tx5) 및 Rx 라인들(Rx1~Rx6)이 동일 평면 상에 형성되는 경우에 그 교차부에서 Tx 라인들(Tx1~Tx5) 또는 Rx 라인들(Rx1~Rx6)이 분리되고, 분리된 라인들은 절연층(PAS1)을 관통하는 브릿지 패턴(LSBR)을 통해 연결된다.
Tx 라인들(Tx1~Tx5) 및 Rx 라인들(Rx1~Rx6)의 교차부마다 정전 용량(Capacitance)을 가지는 터치 센서들(Cts)이 형성된다. 도시하지 않은 터치 센싱 회로는 Tx 라인들(Tx1~Tx5)에 구동 신호를 인가하고 그 구동 신호에 동기하여 Rx 라인들(Rx1~Rx5)을 통해 수신된 터치 센서들(Cts)의 전하 변화량을 분석하여 터치 입력 유무와 터치 입력 위치를 추정한다. 터치 센싱 회로는 Rx 라인들(Rx1~Rx5)을 통해 수신된 전하를 적분기에 누적하여 터치 전후의 전하 변화량을 검출하고 그 전하 변화량을 디지털 값으로 변환하여 터치 로 데이터(Touch raw data)를 발생한다. 그리고 터치 센싱 회로는 터치 로 데이터를 소정의 문턱값과 비교하여 문턱값 보다 큰 터치 로 데이터를 터치 입력 위치의 데이터로 판단하여 그 터치 입력 위치의 좌표를 계산한다.
표시패널의 단면 구조와 그 제조 공정 순서를 상세히 설명하면, 먼저 투명 기판(SUBS)의 배면 상에 브릿지 패턴(LSBR)을 형성한다. 브릿지 패턴(LSBR)은 Tx 라인들(Tx1~Tx5) 및 Rx 라인들(Rx1~Rx6)의 교차부에서 분리된 라인들을 연결하고, 광 쉴드 패턴(Light shield pattern)와 일체화되어 기판(SUBS)을 통해 TFT들의 활성층(ACT)에 빛이 조사하는 것을 차단한다. 이 브릿지 패턴(LSBR)은 TFT와 중첩되어 투명 기판(SUBS)을 통해 TFT의 활성층(ACT)으로 전파되는 빛을 반사한다. 이를 위하여, 브릿지 패턴(LSB)은 저항이 낮고 투과율이 낮은 금속으로 형성된다.
이어서, 절연층(PAS1)이 브릿지 패턴(LSBR)을 덮도록 투명 기판(SUBS)의 배면 상에 형성된다. 절연층(PAS1)은 Tx 라인들(Tx1~Tx5)과 Rx 라인들(Rx1~Rx6)을 절연한다. 절연층(PAS1)에는 분리된 라인들 일부를 노출하는 콘택홀들(CH)이 형성된다. Tx 라인들(Tx1~Tx5)과 Rx 라인들(Rx1~Rx6)의 교차부에서 도 2 내지 도 4와 같이 Rx 라인들(Rx1~Rx6)이 분리되면, 콘택홀들(CH)은 절연층(PAS1)을 관통하여 분리된 Rx 라인들(Rx1~Rx6)을 노출한다. Tx 라인들(Tx1~Tx5)과 Rx 라인들(Rx1~Rx6)의 교차부에서 Tx 라인들(Tx1~Tx5)이 분리될 수도 있다. 이 경우, 콘택홀들(CH)은 절연층(PAS1)을 관통하여 분리된 Tx 라인들(Tx1~Tx5)을 노출한다.
이어서, Tx 라인들(Tx1~Tx5)과 Rx 라인들(Rx1~Rx6)이 절연층(PAS1) 상에 형성된다. Tx 라인들(Tx1~Tx5)과 Rx 라인들(Rx1~Rx6)은 ITO로 형성될 수 있다.
Tx 라인들(Tx1~Tx5)과 Rx 라인들(Rx1~Rx6)의 교차부에서 도 2 내지 도 4와 같이 Rx 라인들(Rx1~Rx6)이 분리되면, 분리된 Rx 라인들(Rx1~Rx6)은 콘택홀들(CH)과 브릿지 패턴(LSBR)을 통해 연결된다. Tx 라인들(Tx1~Tx5)과 Rx 라인들(Rx1~Rx6)의 교차부에서 Tx 라인들(Tx1~Tx5)이 분리되는 경우, 분리된 Tx 라인들(Tx1~Tx5)은 콘택홀들(CH)과 브릿지 패턴(LSBR)을 통해 연결된다.
투명 기판(SUBS)의 전면에는 픽셀 어레이와 컬러 필터(CF)가 형성된다.
먼저, 투명 기판(SUBS2)의 전면에 버퍼층(BF)이 형성고, 그 위에 TFT들의 활성층(ACT)이 형성된다. 버퍼층(BF)은 SiO2, SiNx 등의 절연 물질로 형성될 수 있다. 활성층(ACT)은 산화물 반도체 예를 들어, ZnO, a-IGZO (비정질 InGaZnO4) 등으로 형성될 있다. 산화물 반도체는 가시광선이 통과하여 픽셀의 개구율을 높일 수 있으며, 저온 공정으로 필름 위에 형성될 수 있고 가볍고 유연하여 플렉시블 디스플레이(flexible display)나 대형 디스플레이에 적용되는 TFT의 활성층에 적용되기에 적합하다.
이어서, 활성층(ACT) 위에는 게이트 절연막 패턴(GI)과 게이트 금속 패턴이 순차적으로 형성된다. 게이트 금속 패턴은 TFT의 게이트(G), 게이트 라인 등을 포함한다. 절연막 패턴(GI)은 SiO2, SiNx 등의 절연 물질로 활성층(ACT)과 TFT의 게이트(G) 사이에 형성될 수 있다.
이어서, 층간 절연막(ILD)이 게이트 금속 패턴들(G)과 활성층(ACT)을 덮는다. 층간 절연막(ILD)은 SiO2, SiNx 등의 절연 물질로 형성될 수 있다. 층간 절연막(ILD)에는 활성층(ACT)의 일부를 노출하는 콘택홀들이 형성될 수 있다.
이어서, 소스-드레인 금속 패턴들이 층간 절연막(ILD) 상에 형성된다. 소스 드-드레인 금속 패턴들은 TFT의 소스(S) 및 드레인(D), 데이터 라인 등을 포함한다. TFT의 소스(S) 및 드레인(D)은 층간 절연막(ILD)을 관통하는 콘택홀들을 통해 활성층(ACT)에 연결된다. 이어서, 절연층(PAS2)이 소스-드레인 금속 패턴들을 덮는다. 절연층(PAS2)은 SiO2, SiNx 등의 절연 물질로 형성될 수 있다.
컬러 필터(CF)는 절연층(PAS2) 상에 형성된다. 컬러 필터(CF)는 적색 포토레지스트(Photo-resist, PR), 녹색 포토 레지스터, 청색 포토레지스트로 형성될 수 있다. 백색 서브 픽셀에는 컬러 필터(CF)가 형성되지 않는다.
이어서, 오버 코트층(Over-coat layer, OC)이 컬러 필터(CF)를 덮도록 절연층(PAS2) 상에 형성된다. 오버 코트층(OC)은 포토 아크릴(Photo-acryl)과 같은 유기 보호막으로 형성될 수 있다. 오버 코트층(OC)은 OLED가 형성되는 면을 평탄하게 한다. 오버 코트층(OC)에는 TFT의 소스(S) 또는 드레인(D)을 노출하는 콘택홀들이 형성된다.
이어서, OLED의 애노드(ANO)가 오버 코트층(OC) 상에 형성되고, 그 위에 뱅크 패턴(BANK)이 형성된다. 애노드(ANO)는 ITO로 형성될 수 있다. 뱅크 패턴(BANK)은 폴리 이미드(Polyimide, PI)와 같은 유기 절연물질로 형성되어 픽셀의 발광영역을 정의한다. 픽셀의 발광영역은 뱅크 패턴(BANK)이 없는 부분이다. 이어서, OLED의 유기 화합물층들(HIL, HTL, EML, ETL, EIL)이 애노드(ANO)와 뱅크 패턴(BANK) 상에 순차적으로 증착되고, 그 위에 OLED의 캐소드(CAT)가 형성된다. 캐소드(CAT)는 반사율이 높은 금속으로 형성될 수 있다.
본 발명의 유기발광 다이오드 표시장치는 배면발광 (Bottom Emission) 구조로 발광한다. 즉, 뱅크 패턴들(BANK)에 의해 정의된 발광 영역에서 OLED로부터 방사된 빛은 컬러 필터(CF), 투명 기판(SUBS) 및 터치 센서들을 통과하여 시청자 쪽으로 전파된다.
본 발명은 광 쉴드 패턴과 브릿지 패턴(LSB)을 일체화하여 표시패널의 박막층을 줄인다. 만약, 광 쉴드 패턴과 브릿지 패턴이 기판(SUBS)의 배면에서 서로 다른 층들로 분리되면, 광 쉴드 패턴을 형성하는 공정, 광 쉴드 패턴을 덮는 제1 절연층을 형성하는 공정, 제1 절연층 상에 브릿지 패턴을 형성하는 공정, 브릿지 패턴을 덮는 제2 절연층을 형성하는 공정, 및 제2 절연층에 콘택홀을 형성하고 그 위에 터치 스크린의 배선들을 형성하는 공정 등의 순서로 터치 스크린이 제조된다. 이에 비하여, 본 발명은 전술한 바와 같이, 광 쉴드 패턴과 브릿지 패턴을 일체화함으로써 광 쉴드 패턴(LSBR)을 형성하는 공정, 광 쉴드 패턴을 덮는 절연층(PAS1)을 형성하는 공정, 절연층(PAS1)에 콘택홀을 형성하고 그 위에 터치 스크린의 배선들(Tx1~Tx5, Rx1~Rx6)을 형성하는 공정 등의 순서로 터치 스크린을 제조할 수 있으므로 터치 스크린의 구조를 단순화하고 제조 공정 수를 줄일 수 있다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 유기발광 다이오드 표시장치에서 픽셀의 일 예를 보여 주는 등가 회로도이다.
도 5를 참조하면, 픽셀은 구동 TFT(T1), 스위치 TFT(T2), 스토리지 커패시터(Storage Capacitor, C1) 등을 포함한다. 구동 TFT(1)는 게이트 전압에 따라 OLED에 흐르는 전류를 조절한다. 도 2에 도시된 TFT는 구동 TFT(T1)를 예시한 것이다. 구동 TFT(T1)의 드레인에는 고전위 픽셀 전원 전압(VDD)이 공급된다. 구동 TFT(T1)의 소스는 OLED의 애노드에 연결되고, 그 게이트는 스위치 TFT(T2)의 소스에 연결된다. 스위치 TFT(T2)는 게이트 라인의 게이트 전압에 응답하여 턴-온(turn-on)되어 데이터 전압을 구동 TFT(T1)의 게이트에 인가한다. 스위치 TFT(T2)의 드레인은 데이터 라인에 연결되고 그 소스는 구동 TFT(T1)의 게이트와 스토리지 커패시터(C1)에 연결된다. 스위치 TFT(T2)의 게이트는 게이트 라인에 연결된다. 스토리지 커패시터(C1)는 구동 TFT(T1)의 게이트와 소스 양단에 연결되어 구동 TFT(T1)의 게이트-소스 간 전압을 유지시킨다.
픽셀은 구동 TFT(T1)의 문턱 전압과 이동도를 센싱(sensing)하기 위한 센싱 TFT(T3)를 더 포함할 수 있다. 센싱 TFT(T3)는 센싱 펄스(SS)에 응답하여 센싱 라인으로부터의 기준전압(Vref)을 구동 TFT(S1)의 소스에 인가한다. 구동 TFT(T1)의 문턱 전압과 이동도는 구동 TFT(T1)의 소스 전압 변화를 바탕으로 측정될 수 있다.
픽셀에는 구동 TFT(T1)의 문턱 전압 변동을 보상하는 내부 보상회로가 더 추가될 수 있다. 픽셀 내의 모든 TFT가 브릿지 패턴(LSBR)과 중첩되거나, 픽셀 내의 TFT들 중에서 하나 이상의 TFT가 브릿지 패턴(LSBR)과 중첩될 수 있다.
이상 설명한 내용을 통해 당업자라면 본 발명의 기술사상을 일탈하지 아니하는 범위에서 다양한 변경 및 수정이 가능함을 알 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 기술적 범위는 명세서의 상세한 설명에 기재된 내용으로 한정되는 것이 아니라 특허 청구의 범위에 의해 정하여져야만 할 것이다.
LSBR : 브릿지 패턴
PAS1 : 절연층
Tx1~Tx5, Rx1~Rx6 : 터치 스크린의 배선들

Claims (5)

  1. 기판의 제1 면 위에 배치된 TFT;
    상기 기판의 제2 면 상에 배치되어 상기 TFT와 중첩되는 광 쉴드 패턴;
    상기 광 쉴드 패턴을 덮는 절연층; 및
    상기 절연층 상에 형성된 터치 스크린의 배선들을 포함하고,
    상기 터치 스크린의 배선들은 서로 직교되는 배선들을 포함하고,
    상기 배선들의 교차 부분에서 분리된 배선들은 상기 절연층을 관통하는 콘택홀들을 통해 상기 광 쉴드 패턴에 접촉되어 서로 연결되고,
    상기 TFT로 향하는 빛이 상기 광 쉴드 패턴에 의해 반사되는 것을 특징으로 하는 표시장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 기판의 제1 면 위에 배치된 컬러 필터; 및
    상기 기판의 제1 면 위에 배치되어 상기 TFT에 연결된 유기발광 다이오드를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 표시장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 유기발광 다이오드로부터 발생된 빛은 상기 기판을 통해 외부로 전파되는 것을 특징으로 하는 유기발광 표시장치.
  4. 산화물 반도체로 이루어지고 기판의 제1 면 위에 배치된 활성층;
    상기 기판의 제2 면 상에 배치되어 상기 활성층과 중첩되는 광 쉴드 패턴;
    상기 광 쉴드 패턴을 덮는 절연층; 및
    상기 절연층 상에 형성된 터치 스크린의 배선들을 포함하고,
    상기 터치 스크린의 배선들은 서로 직교되는 배선들을 포함하고,
    상기 배선들의 교차 부분에서 분리된 배선들은 상기 절연층을 관통하는 콘택홀들을 통해 상기 광 쉴드 패턴에 접촉되어 서로 연결되고,
    상기 활성층으로 향하는 빛이 상기 광 쉴드 패턴에 의해 반사되는 것을 특징으로 하는 표시장치.
  5. 유기발광 다이오드;
    산화물 반도체로 이루어진 액티브층을 포함하여 상기 유기발광 다이오드에 연결되도록 상기 유기발광 다이오드의 아래에 배치된 트랜지스터;
    상기 트랜지스터의 아래에 배치되어 상기 트랜지스터와 중첩되는 광 쉴드 패턴;
    상기 광 쉴드 패턴의 아래에서 상기 광 쉴드 패턴을 덮는 절연층; 및
    상기 절연층 상에 형성된 터치 스크린의 배선들을 포함하고,
    상기 터치 스크린의 배선들은 서로 직교되는 배선들을 포함하고,
    상기 배선들의 교차 부분에서 분리된 배선들은 상기 절연층을 관통하는 콘택홀들을 통해 상기 광 쉴드 패턴에 접촉되어 서로 연결되고,
    상기 트랜지스터로 향하는 빛이 상기 광 쉴드 패턴에 의해 반사되는 것을 특징으로 하는 표시장치.
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