KR20100009213A - 전기영동 표시장치와 그 어레이 기판 - Google Patents

Abstract

본 발명은 전기영동 표시장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 전기영동 표시장치와 그 어레이 기판에서 터치 센서 인 셀을 구현하는 것에 관한 것이다.

특히, 본 발명에 따른 전기영동 표시장치는 제 1 기판과; 상기 제 1 기판의 하부 전면에 구성된 공통 전극과; 상기 제 1 기판과 대향 합착된 제 2 기판과; 상기 제 2 기판 상의 스위칭 영역에 대응된 제 1 게이트 전극, 게이트 절연막, 제 1 반도체층, 제 1 소스 전극 및 제 1 드레인 전극을 포함하는 스위칭 트랜지스터와, 상기 스위칭 영역과 이격된 센서 영역에 대응되고, 그 중앙부가 양측으로 분리되어 라이트 홀이 구비된 제 2 게이트 전극과, 게이트 절연막, 제 2 반도체층, 제 2 소스 전극 및 제 2 드레인 전극을 포함하는 광센서 트랜지스터와; 상기 스위칭 트랜지스터와 광센서 트랜지스터를 덮으며, 상기 제 1 드레인 전극을 노출하는 드레인 콘택홀과, 상기 제 2 게이트 전극을 노출하는 게이트 콘택홀을 포함하는 보호막과; 상기 드레인 콘택홀과 게이트 콘택홀을 포함하는 보호막 상에 상기 제 1 드레인 전극과 연결 구성된 화소 전극과, 상기 제 2 게이트 전극과 연결 구성된 게이트 보조전극과; 상기 제 1 및 제 2 기판 사이에 개재된 잉크층을 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

전기영동 표시장치와 그 어레이 기판{Electro-Phoresis Display Device and the Array Substrate}

본 발명은 전기영동 표시장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 전기영동 표시장치와 그 어레이 기판에서 터치 센서 인 셀을 구현하는 것에 관한 것이다.

일반적으로, 표시장치는 액정 표시장치, 플라즈마 표시장치 및 유기전계 표시장치가 주류를 이루어 왔다. 그러나, 최근 급속도로 다양화되는 소비자의 욕구를 충족시키기 위해 다양한 형태의 표시장치를 선보고 있는 상황이다.

특히, 정보 이용 환경의 고도화 및 휴대화에 힘입어 경량, 박형, 고효율 및 천연색의 동영상을 구현하는 데 박차를 가하고 있다. 이러한 일환으로 종이와 기존 표시장치의 장점 만을 취합한 전기영동 표시장치에 대한 연구가 활발히 진행되고 있는 상황이다.

전기영동 표시장치는 우수한 대조비와 시인성, 빠른 응답 속도, 천연색의 표시, 저가 및 휴대의 용이성으로 종이 질감을 가진 차세대의 표시장치로 각광받고 있다.

또한, 전기영동 표시장치는 액정표시장치와 달이 편광판, 백라이트 유닛, 액정층 등을 필요로 하지 않으므로 제조 단가를 줄일 수 있다는 장점이 있다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 종래에 따른 전기영동 표시장치에 대해 설명하도록 한다.

도 1은 전기영동 표시장치의 구동 원리를 설명하기 위한 도면이다.

도시한 바와 같이, 종래의 전기영동 표시장치(50)는 제 1 및 제 2 기판(5, 10)과, 상기 제 1 및 제 2 기판(5, 10) 사이에 개재된 잉크층(15)을 포함한다. 상기 잉크층(15)은 축중합 반응을 통해 하전된 다수의 블랙 안료(82)와 화이트 안료(84)가 채워진 다수의 캡슐(80)을 포함한다.

한편, 상기 제 2 기판(10)에는 다수의 스위칭 트랜지스터(미도시)에 연결된 다수의 화소 전극(70)이 화소 영역(미도시) 별로 패턴된다. 즉, 상기 다수의 화소 전극(70)은 선택적으로 (+) 극성 또는 (-) 극성을 각각 인가받는다. 이때, 상기 블랙 안료(82)와 화이트 안료(84)를 포함한 캡슐(80)의 크기가 일정하지 않을 경우, 선택적으로 일정 크기의 캡슐(80) 만을 선별하여 사용할 수 있다.

전술한 잉크층(15)에 (+) 극성 또는 (-) 극성을 띄는 전압을 인가하게 되면, 캡슐(80) 내부의 하전된 블랙 안료 및 화이트 안료(82, 84)는 반대 극성 쪽으로 끌려가게 된다. 즉, 상기 블랙 안료(82)가 상측으로 이동하면 블랙을 표시하게 되고, 상기 화이트 안료(84)가 상측으로 이동하게 되면 화이트를 표시하게 되는 원리를 이용한 것이다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 종래에 따른 전기영동 표시장치에 대해 보다 상세히 설명하도록 한다.

도 2는 종래에 따른 전기영동 표시장치를 개략적으로 나타낸 단면도로, 도 1과 동일한 명칭에 대해서는 동일한 도면 번호를 사용하도록 한다.

도시한 바와 같이, 종래에 따른 전기영동 표시장치(50)는 대향 합착된 제 1 및 제 2 기판(5, 10)과, 상기 제 1 및 제 2 기판(5, 10) 사이에 개재된 잉크층(15)을 포함한다. 상기 잉크층(15)은 마주보는 면에 대응하여 투명한 물질로 이루어진 제 1 및 제 2 플라스틱 시트(75, 76)와, 상기 제 1 및 제 2 플라스틱 시트(75, 76) 사이에 축중합 반응을 통해 하전된 다수의 블랙 안료(82)와 화이트 안료(84)가 채워진 다수의 캡슐(80)을 포함한다. 일반적으로, 상기 블랙 안료(82)는 (+) 극성, 화이트 안료(84)는 (-) 극성으로 각각 하전된다.

상기 제 1 기판(5)은 투명한 플라스틱 재질이나 유리가 이용되고, 상기 제 2 기판(10)은 불투명한 스테인리스(stainless) 재질이 주로 이용되며, 필요에 따라서는 투명한 플라스틱 재질이나 투명한 유리 재질이 이용될 수 있다.

이 때, 상기 제 1 기판(5)의 투명기판(1) 하부 전면에는 인듐-틴-옥사이드(ITO)와 인듐-징크-옥사이드(IZO)를 포함하는 투명한 도전성 물질 그룹 중 선택된 하나로 공통 전극(90)이 구성된다.

한편, 상기 제 2 기판(10)의 불투명 기판(2) 상에는 매트릭스 형태로 수직 교차하여 화소 영역(P)을 정의하는 게이트 배선(미도시)과 데이터 배선(미도시)이 구성되고, 상기 게이트 배선과 데이터 배선의 교차지점에는 화소 영역(P)별로 스위 칭 트랜지스터(Ts)가 구성된다.

상기 스위칭 트랜지스터(Ts)는 게이트 배선에서 연장된 게이트 전극(25)과, 상기 게이트 전극(25)을 덮는 게이트 절연막(45)과, 상기 게이트 전극(25)과 중첩된 아일랜드 형태의 반도체층(42)과, 상기 반도체층(42)과 접촉하고 데이터 배선에서 연장된 소스 전극(32)과, 상기 소스 전극(32)과 이격된 드레인 전극(34)을 포함한다.

상기 반도체층(42)은 순수 비정질 실리콘(a-Si:H)으로 이루어진 액티브층(40)과, 불순물을 포함하는 비정질 실리콘(n+ a-Si:H)으로 이루어진 오믹 콘택층(41)을 포함한다

상기 스위칭 트랜지스터(Ts)의 상부에는 드레인 전극(34)을 노출하는 드레인 콘택홀(DCH)을 포함하는 보호막(55)이 구성된다. 상기 보호막(55)은 벤조싸이클로부텐과 포토 아크릴을 포함하는 유기절연물질 그룹 중 선택된 하나로 구성된다.

상기 보호막(55) 상에는 드레인 콘택홀(DCH)을 통해 드레인 전극(34)과 연결된 화소 전극(70)이 화소 영역(P)에 대응하여 구성된다. 상기 화소 전극(70)은 인듐-틴-옥사이드(ITO)와 인듐-징크-옥사이드(IZO)를 포함하는 투명한 도전성 물질 그룹 중 선택된 하나로 구성된다.

전술한 구성을 갖는 전기영동 표시장치(50)는 자연광이나 실내광을 포함하는 외부광을 광원으로 이용하고, 스위칭 트랜지스터(Ts)에 의해 (+) 극성 또는 (-) 극성을 선택적으로 인가받는 화소 전극(70)이 캡슐(80) 내부에 채워진 다수의 블랙 안료(82)와 화이트 안료(84)의 위치 변화를 유도하여 영상을 구현하게 된다.

이 때, 상기 제 2 기판(10)이 불투명한 SUS 재질이 아닌 투명한 유리 재질로 이루어질 경우에는 제 1 기판(5)의 상측과 제 2 기판(10)의 하측으로 각각 영상을 구현할 수 있게 된다.

최근에는 전술한 전기영동 표시장치에 포토 방식의 터치 센서 인 셀(touch sensor in cell)을 구현하려는 시도가 활발히 연구 중에 있으나, 전술한 구조에서는 포토 방식의 터치 센서 인 셀을 구현하는 데 어려움이 따르고 있다.

도 3은 포토 방식의 터치 센서 인 셀을 구현하는 방법을 설명하기 위한 도면으로, 도 2와 연계하여 보다 상세히 설명하도록 한다.

도 2와 도 3에 도시한 바와 같이, 전기영동 표시장치(50)에 포토 방식의 터치 센서 인 셀을 구현하기 위해 광센서 트랜지스터(Tp)를 설계하게 되고, 터치부(T1)와 비터치부(T2) 간의 명암비의 차이를 인식하여 터치부(T1)에 해당하는 정보를 출력하게 된다.

이러한 터치부(T1)에 손가락이나 터치펜과 같은 물체(22)로 전기영동 표시장치(50)와 이격된 상부로부터 광센서 트랜지스터(Tp)로 입사되는 외부광(EL)을 차단하게 되면, 이러한 터치부(T1)로 입사되는 광량의 감소분을 광센서 트랜지스터(Tp)와 연결된 광검출 트랜지스터(미도시) 및 광검출 감지배선(미도시)으로 탐지하여 해당 위치의 정보를 출력하는 원리를 이용한 것이다.

그러나, 종래의 전기영동 표시장치(50)에서는 잉크층(15) 자체의 투과율이 나빠 외부로부터의 입사광(EL)이 제 2 기판(10)의 광센서 트랜지스터(Tp)로 입사되지 못하고 잉크층(15)에 의해 반사, 흡수 및 산란되어 버리기 때문에, 제 2 기 판(10)에 위치하는 광센서 트랜지스터(Tp)에까지 도달하는 광량이 미미한 관계로, 터치부(T1)와 비터치부(T2) 간의 명암비를 인식하는 것이 불가능한 상황이다.

이에 대한 대안으로, 관측 방향을 바꾸어 제 2 기판(10) 방향에서 영상을 구현한다고 하더라도 광검출 트랜지스터(Tp)의 게이트 전극(미도시)이 외부광(EL)을 차단하게 되는 문제로 터치 센서 인 셀을 구현하는 데 어려움이 따르고 있다.

본 발명은 전술한 문제를 해결하기 위해 안출된 것으로, 포토 방식의 터치 센서 인 셀의 구현이 가능한 전기영동 표시장치와 그 어레이 기판을 제공하는 것을 목적으로 한다.

전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 전기영동 표시장치는 제 1 기판과; 상기 제 1 기판의 하부 전면에 구성된 공통 전극과; 상기 제 1 기판과 대향 합착된 제 2 기판과; 상기 제 2 기판 상의 스위칭 영역에 대응된 제 1 게이트 전극, 게이트 절연막, 제 1 반도체층, 제 1 소스 전극 및 제 1 드레인 전극을 포함하는 스위칭 트랜지스터와, 상기 스위칭 영역과 이격된 센서 영역에 대응되고, 그 중앙부가 개구된 라이트 홀이 구비된 제 2 게이트 전극과, 게이트 절연막, 제 2 반도체층, 제 2 소스 전극 및 제 2 드레인 전극을 포함하는 광센서 트랜지스터와; 상기 스위칭 트랜지스터와 광센서 트랜지스터를 덮으며, 상기 제 1 드레인 전극을 노출하는 드레인 콘택홀과, 상기 제 2 게이트 전극을 노출하는 게이트 콘택홀을 포함하는 보호막과; 상기 드레인 콘택홀과 게이트 콘택홀을 포함하는 보호막 상에 상기 제 1 드레인 전극과 연결 구성된 화소 전극과, 상기 제 2 게이트 전극과 연결 구성된 게이트 보조전극과; 상기 제 1 및 제 2 기판 사이에 개재된 잉크층을 포함하는 것을 특징으로 한다.

이 때, 상기 화소 전극과 게이트 보조전극은 동일층에서 인듐-틴-옥사이드와 인듐-징크-옥사이드를 포함하는 투명한 도전성 물질 그룹 중 선택된 하나로 구성된다. 상기 보호막은 벤조싸이클로부텐과 포토 아크릴을 포함하는 유기절연물질 그룹 중 선택된 하나로 구성된 것을 특징으로 한다.

전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 변형예에 따른 전기영동 표시장치는 제 1 기판과; 상기 제 1 기판의 하부 전면에 구성된 공통 전극과; 상기 제 1 기판과 대향 합착된 제 2 기판과; 상기 제 2 기판 상의 스위칭 영역에 대응된 제 1 게이트 전극, 게이트 절연막, 제 1 반도체층, 제 1 소스 전극 및 제 1 드레인 전극을 포함하는 스위칭 트랜지스터와, 상기 스위칭 영역과 이격된 센서 영역에 대응되고, 그 중앙부가 개구된 라이트 홀이 구비된 제 2 게이트 전극과, 게이트 절연막, 제 2 반도체층, 제 2 소스 전극 및 제 2 드레인 전극을 포함하는 광센서 트랜지스터와; 상기 스위칭 트랜지스터와 광센서 트랜지스터를 덮으며, 상기 제 2 게이트 전극을 노출하는 게이트 콘택홀을 포함하는 층간 보호막과; 상기 층간 보호막 상에 상기 게이트 콘택홀을 통해 제 2 게이트 전극에 연결 구성된 게이트 보조전극과; 상기 층간 보호막 상의 상기 제 1 드레인 전극을 노출하는 드레인 콘택홀을 포함하는 보호막과; 상기 보호막 상에 상기 제 1 드레인 전극과 연결 구성된 화소 전극과; 상기 제 1 및 제 2 기판 사이에 개재된 잉크층을 포함하는 것을 특징으로 한다.

이 때, 상기 층간 보호막은 산화 실리콘과 질화 실리콘을 포함하는 무기절연물질 그룹 중 선택된 하나로 구성된 것을 특징으로 한다.

전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 전기영동 표시장치용 어레이 기판은 기판과; 상기 기판 상의 일 방향으로 평행하게 이격 구성된 제 n 게이트 배선 및 제 n-1 게이트 배선과; 상기 제 n 및 제 n-1 게이트 배선과 수직 교차하여 화소 영역을 정의하며, 평행하게 이격 구성된 제 n 데이터 배선, 광전류 감지배선 및 제 n+1 데이터 배선과; 상기 제 n 및 제 n-1 게이트 배선의 이격된 사이로 나란하게 배치된 센서 신호배선 및 스토리지 배선과; 상기 제 n 게이트 배선과 제 n 데이터 배선의 교차지점에 대응된 스위칭 트랜지스터와, 상기 센서 신호배선 및 스토리지 배선의 사이 구간에 대응된 광센서 트랜지스터와, 상기 제 n-1 게이트 배선과 광검출 신호배선의 교차지점에 대응된 광검출 트랜지스터와; 상기 스위칭 트랜지스터와 연결된 화소 전극과, 상기 광센서 트랜지스터와 연결된 게이트 보조전극을 포함하는 것을 특징으로 한다.

이 때, 상기 스토리지 배선은 상기 제 n 및 제 n-1 게이트 배선과 평행하게 이격된 수평부와, 상기 수평부에서 센서 구동배선을 향하도록 수직 분기된 돌출부를 포함하고, 상기 센서 신호배선과 스토리지 배선은 제 n 및 제 n-1 게이트 배선과 동일층 동일 물질로 구성된다.

상기 광센서 트랜지스터는 스토리지 배선의 돌출부에 대응된 게이트 전극과, 상기 게이트 전극과 중첩된 반도체층과, 상기 반도체층 상의 상기 센서 신호배선에서 돌출된 소스 전극과, 상기 소스 전극과 이격된 드레인 전극을 포함하고, 상기 광센서 트랜지스터의 드레인 전극은 상기 광검출 트랜지스터의 드레인 전극과 일체로 이루어진 광검출 연결배선을 통해 서로 연결된 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 광센서 트랜지스터의 게이트 전극은 외부광이 입사되는 라이트 홀이 구비되고, 상기 스토리지 배선 돌출부의 일측을 노출하는 게이트 콘택홀을 통해 상기 화소 전극과 동일층 또는 서로 다른층에 구성된 게이트 보조전극과 연결된 것을 특징으로 한다.

상기 광센서 트랜지스터의 소스 전극은 제 n 및 제 n+1 데이터 배선과 동일층 동일 물질로 구성되며, 상기 제 2 소스 전극을 노출하는 제 1 콘택홀과 센서 신호배선을 노출하는 제 2 콘택홀을 통해 상기 게이트 보조전극과 동일층 동일 물질로 이루어진 투명 연결패턴에 의해 센서 신호배선과 연결된다.

본 발명에 따른 전기영동 표시장치는 광센서 트랜지스터의 게이트 전극에 입사되는 광량이 증가될 수 있도록 라이트 홀을 구성하고, 게이트 전극의 전압 불안정을 보완할 수 있도록 화소 전극과 동일 물질로 게이트 보조전극을 구성하는 것을 통해 포토 방식의 터치 센서 인 셀을 구현할 수 있는 효과가 있다.

--- 실시예 ---

본 발명은 광센서 트랜지스터의 게이트 전극에 입사되는 광량이 증가될 수 있도록 라이트 홀을 구성하고, 게이트 전극의 전압 불안정을 보완할 수 있도록 화소 전극과 동일 물질로 게이트 보조전극을 구성하는 것을 통해 포토 방식의 터치 센서 인 셀을 구현할 수 있는 전기영동 표시장치를 제공하는 것을 특징으로 한다.

광센서 트랜지스터로 입사되는 광량을 증대시킬 수 있도록 광센서 트랜지스터의 게이트 전극을 패턴하여 양측으로 분리하여 라이트 홀을 구비하고, 상기 광센서 트랜지스터의 게이트 전극과 중첩된 상부로 화소 전극과 동일층 동일 물질로 게이트 보조전극을 구성하는 것을 통해 터치 센서 인 셀을 구현할 수 있는 것을 특징으로 한다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명에 따른 전기영동 표시장치에 대해 설명하도록 한다.

도 4는 본 발명에 따른 전기영동 표시장치를 개략적으로 나타낸 단면도이다.

도시한 바와 같이, 본 발명에 따른 전기영동 표시장치(150)는 대향 합착된 제 1 및 제 2 기판(105, 110)과, 상기 제 1 및 제 2 기판(105, 110) 사이에 개재된 잉크층(115)을 포함한다. 상기 잉크층(115)은 서로 대향하는 면에 투명한 물질로 구성된 제 1 및 제 2 플라스틱 시트(175, 176)와, 상기 제 1 및 제 2 플라스틱 시트(175, 176) 사이에 축중합 반응을 통해 하전된 다수의 블랙 안료(182)와 화이트 안료(184)가 채워진 다수의 캡슐(180)을 포함한다.

이 때, 상기 제 1 및 제 2 기판(105, 110)은 플렉시블한 플라스틱이나 투명한 유리 중 선택된 어느 하나가 이용될 수 있다.

상기 제 1 기판(105)의 투명 기판(101) 하부 전면에는 인듐-틴-옥사이드(ITO)와 인듐-징크-옥사이드(IZO)를 포함하는 투명한 도전성 물질 그룹이나 알루미늄이나 알루미늄 합금과 같이 반사율이 우수한 금속 물질 그룹 중 선택된 하나로 공통 전극(190)을 구성한다.

한편, 상기 제 2 기판(110)의 투명 기판(102) 상부에는 다수의 게이트 배선과 데이터 배선이 수직 교차되어 정의되는 화소 영역(P)과, 스위칭 트랜지스터(Ts)가 형성되는 스위칭 영역(S1)과, 광센서 트랜지스터(Tp)가 형성되는 센서 영역(S2)으로 구분된다.

상기 스위칭 트랜지스터(Ts)는 제 1 게이트 전극(125a), 게이트 절연막(145), 제 1 반도체층(142a), 제 1 소스 전극(132a) 및 제 1 드레인 전극(134a)을 포함한다. 상기 광센서 트랜지스터(Tp)는 제 2 게이트 전극(125b), 게이트 절연막(145), 제 2 반도체층(142b), 제 2 소스 전극(132b) 및 제 2 드레인 전극(134b)을 포함한다.

상기 제 2 게이트 전극(125b)은 그 중앙부가 양측으로 분리 구성되고, 분리된 사이 공간으로 제 2 기판(110)과 이격된 하부로부터의 외부광(EL)이 입사될 수 있는 라이트 홀(LH)을 가지는 것을 특징으로 한다.

상기 제 1 및 제 2 반도체층(142a, 142b)은 순수 비정질 실리콘(a-Si:H)으로 이루어진 제 1 및 제 2 액티브층(140a, 140b)과, 불순물을 포함하는 비정질 실리 콘(n+ a-Si:H)으로 이루어진 제 1 및 제 2 오믹 콘택층(141a, 141b)을 각각 포함한다.

도면으로 상세히 제시하지는 않았지만, 상기 스위칭 트랜지스터(Ts)와 광센서 트랜지스터(Tp)의 상부에는 제 1 드레인 전극(134a)을 노출하는 드레인 콘택홀(DCH)과, 상기 제 2 게이트 전극(125b)을 노출을 하는 게이트 콘택홀(미도시)을 포함하는 보호막(155)을 구성한다. 상기 보호막(155)은 벤조싸이클로부텐과 포토 아크릴을 포함하는 유기절연물질 그룹 중 어느 하나가 선택된다.

상기 보호막(155) 상에는 드레인 콘택홀(DCH)을 통해 제 1 드레인 전극(134a)에 연결된 화소 전극(170)과, 게이트 콘택홀을 통해 제 2 게이트 전극(125b)에 연결된 게이트 보조전극(172)을 각각 구성한다. 상기 화소 전극(170)과 게이트 보조전극(172)은 동일층에서 인듐-틴-옥사이드(ITO)와 인듐-징크-옥사이드(IZO)를 포함하는 투명한 도전성 물질 그룹 중 선택된 하나로 구성된다.

종합해보면, 상기 광센서 트랜지스터(Tp)에 있어서 양측으로 분리 구성되고 라이트 홀(LH)을 구비하는 제 2 게이트 전극(125b)은 게이트 콘택홀을 통해 게이트 보조전극(172)과 연결되는 바, 게이트 보조전극(172)이 광센서 트랜지스터(Tp)의 실질적인 게이트로 활용된다.

따라서, 상기 스위칭 트랜지스터(Ts)의 채널(ch1)과 달리 광센서 트랜지스터(Tp)의 턴온시, 전자의 이동 통로인 채널(ch2)은 게이트 절연막(145)과 접촉하는 제 2 반도체층(142b)의 계면이 아니라, 보호막(155)과 접촉하는 제 2 반도체층(142b)의 계면에서 이루어지게 된다.

도면으로 제시하지는 않았지만, 상기 화소 전극(170)과 게이트 보조전극(172)의 상부에는 화소 영역(P)별로 적, 녹, 청 서브 컬러필터(미도시)를 순차적으로 패턴하여 풀 컬러를 구현할 수도 있다.

상기 적, 녹, 청 서브 컬러필터의 상부, 또는 적, 녹, 청 서브 컬러필터가 구성되는 않는 경우에는 화소 전극(170)과 게이트 보조전극(172)의 상부 전면으로 산화 실리콘(SiO₂)과 질화 실리콘(SiNx)을 포함하는 무기절연물질이나 벤조싸이클로부텐이나 포토 아크릴을 포함하는 유기절연물질 그룹 중 선택된 하나로 층간 절연막(165)을 형성한다. 이때, 상기 층간 절연막(165)은 필요에 따라 생략하는 것이 가능하다.

전술한 구성을 갖는 전기영동 표시장치(150)는 자연광이나 실내광을 포함하는 외부광(EL)을 광원으로 이용하고, 스위칭 트랜지스터(Ts)에 의해 (+) 극성 또는 (-) 극성을 선택적으로 인가받는 화소 전극(170)과 공통 전극(190) 간의 전압차에 따라 캡슐(180) 내부에 채워진 다수의 블랙 안료(182)와 화이트 안료(184)의 위치 변화를 유도하여 원하는 영상을 구현할 수 있게 된다.

이 때, 본 발명에서는 종래의 관측 방향과 반대방향인 제 2 기판(110)으로 입사되는 외부광(EL)을 이용하여 화상을 구현하는 것을 특징으로 하는 바, 제 1 기판(105)의 공통 전극(190)은 반사율이 뛰어난 알루미늄으로 구성하거나, 또는 전술한 투명한 도전성 물질 그룹 중 선택된 하나로 구성하는 것도 무방하다.

따라서, 상기 라이트 홀(LH)로 투과되는 광량을 선택적으로 인식할 수 있는 광센서 트랜지스터(Tp)의 설계로, 라이트 홀(LH)을 통해 광센서 트랜지스터(Tp)의 제 2 반도체층(142b)으로 외부광(EL)이 원활히 입사되는 바, 투과율 향상을 통해 터치 센서 인 셀(touch sensor in cell)의 전기영동 표시장치(150)를 구현할 수 있게 된다.

전술한 구성에서 게이트 보조전극(172)과 제 2 소스 및 드레인 전극(132b, 134b)의 사이로 저유전율의 유기물질로 이루어진 보호막(155)을 형성하고 있는 데, 유기물질을 보호막(155)으로 사용하게 되면 광센서 트랜지스터(Tp)의 게이트 전압이 불안정해지는 문제를 유발할 수 있는 바, 이러한 문제를 원천적으로 해결할 수 있는 방법에 대해서는 변형예를 참조하여 설명하도록 한다.

도 5는 본 발명의 변형예에 따른 전기영동 표시장치를 개략적으로 나타낸 단면도로, 도 4와 중복된 설명은 생략하도록 한다.

도시한 바와 같이, 제 2 기판(110)의 투명 기판(102) 상에 광센서 트랜지스터(Tp)와 스위칭 트랜지스터(Ts)를 구성하고, 상기 광센서 트랜지스터(Tp)와 스위칭 트랜지스터(Ts)의 상부로 제 2 게이트 전극(125b)을 노출하는 게이트 콘택홀(미도시)을 포함하는 층간 보호막(158)을 구성한다. 특히, 상기 층간 보호막(158)은 산화 실리콘(SiO₂)과 질화 실리콘(SiNx)을 포함하는 무기절연물질 그룹 중 선택된 하나로 구성한 것을 특징으로 한다.

상기 게이트 콘택홀을 포함하는 층간 보호막(158) 상에는 제 2 게이트 전극(125b)과 연결된 게이트 보조전극(172)을 구성한다. 상기 게이트 보조전극(172) 상에는 제 1 드레인 전극(134a)을 노출하는 드레인 콘택홀(DCH)을 포함하는 보호막(155)을 구성하는 바, 상기 보호막(155)은 벤조싸이클로부텐과 포토 아크릴을 포함하는 유기절연물질 그룹 중 선택된 하나로 구성한다.

상기 드레인 콘택홀(DCH)을 포함하는 보호막(155) 상에는 드레인 콘택홀(DCH)을 통해 제 1 드레인 전극(134a)과 연결된 화소 전극(170)을 구성한다. 즉, 상기 게이트 보조전극(172)과 화소 전극(170)을 서로 다른 층에 구성한 것을 특징으로 한다.

전술한 구성은 게이트 보조전극(172)과 제 2 소스 및 드레인 전극(132b, 134b)의 사이 공간에 유기절연물질에 비해 유전율이 큰 무기절연물질로 층간 보호막(158)을 구성하는 것을 통해 게이트 보조전극(172)으로 게이트 전압을 안정적으로 인가할 수 있게 되는 바, 광센서 트랜지스터(Tp)의 신뢰성을 확보할 수 있는 장점이 있다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명에 따른 전기영동 표시장치에 대해 보다 상세히 설명하도록 한다.

도 6은 본 발명에 따른 전기영동 표시장치용 어레이 기판의 센서 화소를 나타낸 평면도이고, 도 7은 도 6의 A 부분을 나타낸 확대 평면도이고, 도 8은 도 7의 Ⅷ-Ⅷ'선을 따라 절단하여 나타낸 단면도이다.

도 6, 도 7, 도 8에 도시한 바와 같이, 기판(110) 상의 일 방향으로 제 n, 제 n-1 게이트 배선(120a, 120b)을 평행하게 이격 구성하고, 상기 제 n, 제 n-1 게이트 배선(120a, 120b)과 수직 교차하여 화소 영역(P)을 정의하는 제 n 데이터 배 선(130a), 광전류 감지배선(160) 및 제 n+1 데이터 배선(130b)을 구성한다.

또한, 상기 제 n 및 제 n-1 게이트 배선(120a, 120b)과 평행하게 이격된 사이 공간으로 서로 나란하게 센서 구동배선(128)과 스토리지 배선(152)을 구성한다. 상기 스토리지 배선(152)은 제 n 및 제 n-1 게이트 배선(120a, 120b)과 평행하게 이격된 수평부(152a)와, 상기 수평부(152a)에서 센서 구동배선(128)을 향하도록 수직 분기된 돌출부(152b)를 포함한다. 상기 센서 구동배선(128)과 스토리지 배선(152)은 제 n 및 제 n-1 게이트 배선(120a, 120b)과 동일층 동일 물질을 이용하고, 서로 쇼트가 발생되지 않는 범위에서 이격 구성하는 것이 바람직하다.

상기 제 n 게이트 배선(120a)과 제 n 데이터 배선(130a)의 교차지점에는 스위칭 트랜지스터(Ts)를 구성하고, 상기 센서 구동배선(128)과 스토리지 배선(152)의 사이 구간에 광센서 트랜지스터(Tp)를 구성하며, 상기 제 n-1 게이트 배선(120b)과 광전류 감지배선(160)의 교차지점에는 광검출 트랜지스터(Td)를 구성한다.

상기 스위칭 트랜지스터(Ts), 광센서 트랜지스터(Tp) 및 광검출 트랜지스터(Td)는 3단자 소자로 구성되는 바, 상기 스위칭 트랜지스터(Ts)는 제 n 게이트 배선(120a)에서 분기된 제 1 게이트 전극(125a)과, 상기 제 1 게이트 전극(125a)과 중첩된 제 1 반도체층(미도시)과, 상기 제 1 반도체층 상의 제 n 데이터 배선(130a)에서 연장된 제 1 소스 전극(132a)과, 상기 제 1 소스 전극(132a)과 이격된 제 1 드레인 전극(134a)을 포함한다.

상기 광센서 트랜지스터(Tp)는 스토리지 배선(152)의 돌출부(152b)의 일부분 에 해당하는 제 2 게이트 전극(125b)과, 상기 제 2 게이트 전극(125b)과 중첩된 제 2 반도체층(142b)과, 상기 제 2 반도체층(142b) 상의 센서 신호배선(128)에서 돌출된 제 2 소스 전극(132b)과, 상기 제 2 소스 전극(132b)과 이격된 제 2 드레인 전극(134b)을 포함한다.

이 때, 상기 제 2 게이트 전극(125b)은 스토리지 배선(152)의 돌출부(152b)의 일측을 노출하는 게이트 콘택홀(GCH)을 통해 게이트 보조전극(172)과 연결된다.따라서, 양측으로 분리 구성되고 라이트 홀(LH)을 구비하는 제 2 게이트 전극(125b)에 연결된 게이트 보조전극(172)이 광센서 트랜지스터(Tp)의 실질적인 게이트로 활용된다.

또한, 상기 제 2 소스 전극(132b)은 제 n 및 제 n+1 데이터 배선(130a, 130b)과 동일층 동일 물질로 구성되며, 제 2 소스 전극(132b)을 노출하는 제 1 콘택홀(CH1)과 센서 신호배선(128)을 노출하는 제 2 콘택홀(GCH)을 통해 게이트 보조전극(172)과 동일층 동일 물질로 이루어진 투명 연결패턴(174)에 의해 센서 신호배선(128)과 연결된다.

상기 광검출 트랜지스터(Td)는 제 n-1 게이트 배선(120b)에서 분기된 제 3 게이트 전극(125c)과, 상기 제 3 게이트 전극(125c)과 중첩된 제 3 반도체층(미도시)과, 상기 광전류 감지배선(160)에서 분기된 제 3 소스 전극(132c)과, 상기 제 3 소스 전극(132c)과 이격된 제 3 드레인 전극(134c)을 포함한다.

이 때, 상기 광검출 트랜지스터(Td)의 제 3 소스 전극(134c)은 이와 일체로 이루어진 광검출 연결배선(156)을 통해 광센서 트랜지스터(Tp)의 제 2 드레인 전 극(134b)과 연결된다.

도면으로 상세히 제시하지는 않았지만, 상기 제 1, 제 2, 제 3 반도체층(미도시, 142b, 미도시)은 순수 비정질 실리콘(a-Si:H)으로 이루어진 제 1, 제 2, 제 3 액티브층(140a, 140b, 140c)과, 불순물을 포함하는 비정질 실리콘(n+ a-Si:H)으로 이루어진 제 1, 제 2, 제 3 오믹 콘택층(미도시, 141b, 미도시)을 각각 포함한다.

상기 화소 영역(P)에 대응하여 화소 전극(170)을 구성하는 바, 상기 화소 전극(170)은 드레인 콘택홀(DCH)을 통해 스위칭 트랜지스터(Ts)의 제 1 드레인 전극(134a)과 연결된다. 이 때, 상기 화소 전극(170), 게이트 보조 전극(172)과 투명 연결패턴(174)은 동일층에서 인듐-틴-옥사이드(ITO)와 인듐-징크-옥사이드(IZO)를 포함하는 투명한 도전성 물질 그룹 중 선택된 하나로 구성된다.

이 때, 상기 화소 전극(170)을 스토리지 배선(152)과 중첩된 상부로 연장 구성하여, 상기 화소 전극(170)을 제 1 전극으로 하고, 상기 제 1 전극과 중첩된 스토리지 배선(152)을 제 2 전극으로 하며, 상기 제 1 및 제 2 전극의 중첩된 사이 공간에 개재된 게이트 절연막(145)과 보호막(155)를 유전체층으로 하는 제 1 스토리지 커패시터(Cst1)를 구성한다.

또한, 상기 광검출 연결배선(156)을 제 1 전극으로 하고, 상기 제 1 전극과 중첩된 스토리지 배선(152)을 제 2 전극으로 하며, 상기 제 1 및 제 2 전극의 중첩된 사이 공간에 개재된 게이트 절연막(145)과 보호막(155)을 유전체층으로 하는 제 2 스토리지 커패시터(Cst2)를 구성한다.

도 9는 본 발명에 따른 포토 방식의 터치 센서 인 셀을 구현하는 방법을 설명하기 위한 도면으로, 도 4와 연계하여 본 발명에 따른 전기영동 표시장치의 감지 화소의 구동 방법에 대해 설명하도록 한다.

도 4와 도 9에 도시한 바와 같이, 본 발명에 따른 전기영동 표시장치(150)는 제 2 기판(110) 상에 광센서 트랜지스터(Tp)와 스위칭 트랜지스터(Ts)가 구성되고, 터치부(T1)와 비터치부(T2) 간의 명암비의 차이를 인식하여 터치부(T1)에 해당하는 정보를 출력하게 된다.

특히, 본 발명에 따른 전기영동 표시장치(150)에서는 종래의 관측 방향과 반대인 제 2 기판(110)의 하부로부터 입사되는 외부광(EL)을 이용한 것을 특징으로 한다.

이 때, 상기 터치부(T1)를 손가락이나 터치펜과 같은 물체(122)로 차단하지 않은 경우를 설명하면 다음과 같다. 상기 제 2 기판(110)과 이격된 하부로부터 광센서 트랜지스터(Tp)의 라이트 홀(LH)을 통해 비정질 실리콘(a-Si:H)으로 이루어진 제 2 반도체층(142b)에 외부광(EL)이 조사되면, 제 2 반도체층(142b)이 광전류를 생성하게 되고 이러한 광전류에 의해 센서 신호배선(128)으로부터의 신호 전압을 광센서 트랜지스터(Tp), 광검출 트랜지스터(Td) 및 광전류 감지배선(160)을 통해 각각의 해당 센서 화소의 광량을 검출하게 된다.

이와 달리, 상기 전기영동 표시장치(150)의 터치부(T1)에 손가락이나 터치펜과 같은 물체(122)가 놓이게 되면 해당 위치에 대응된 광센서 트랜지스터(Tp)로 입사되는 외부광(EL)이 상기 물체(122)에 의해 차단되고, 해당 위치에 배치된 광검출 트랜지스터(Td)가 오프됨으로써 제 2 스토리지 커패시터(Cst2)의 신호 전압이 저장되지 않게 된다. 이에 반해, 터치부(T1)에 위치하는 광검출 트랜지스터(Tp)를 제외한 부분에 배치되는 광검출 트랜지스터(Tp)는 계속적으로 온 상태를 유지하게 되므로 제 2 스토리지 커패시터(Cst2)의 신호 전압이 안정적으로 저장된다.

이 상태에서 광검출 트랜지스터(Tp)의 제 2 스토리지 커패시터(Cst2)에 저장된 신호를 광검출 트랜지스터(Td) 및 광전류 감지배선(260)으로 출력하게 되는 바, 만약 신호가 출력되지 않는 위치가 있다면 그 부분이 터치가 가해진 부분이라는 것을 판단할 수 있게 되므로, 이를 통해 포토 방식의 터치 센서 인 셀을 구현하는 것이 가능해진다.

이 때, 상기 센서 화소의 형성 밀도는 설계에 따라 다양하게 조정될 수 있는 바, 일 예로 12개의 화소당 하나씩 구성하는 방법으로 설계될 수 있다.

표 1은 본 발명에 따른 전기영동 표시장치의 실험 데이터로, 이를 참조하여 설명하도록 한다.

<표 1>

	W/L	Cst2	Vsto	V2000lx	Vdark
i	12/5	0.131pF	0V	1.01	0.27
ii	12/5	0.131pF	-5V	0.55	0.26
iii	12/5	0.256pF	0V	1.68	0.53
iv	12/5	0.256pF	-5V	0.87	0.52
v	36/5	0.131pF	0V	1.27	0.27
vi	36/5	0.131pF	-5V	0.81	0.26
vii	36/5	0.256pF	0V	2.23	0.53
viii	36/5	0.256pF	-5V	1.26	0.53

도시한 바와 같이, 본 발명에 따른 전기영동 표시장치의 구동 특성을 나타낸 것으로, W/L은 센서 트랜지스터의 드레인 전극의 폭과 길이, Cst2는 제 2 스토리지 커패시터의 용량, Vsto는 스토리지 배선에 인가되는 전압, V2000lx는 2000lx의 조도로 조사했을 때의 각각의 광전류, Vdark는 해당 광센서 트랜지스터의 터치시 광전류 감지배선으로 인가되는 전압을 나타낸 것이다.

전술한 실험 데이터를 바탕으로, 전기영동 표시장치에서 포토 방식의 터치 센서 인 셀을 구현하는 데 있어서, 상기 W/L 및 Vsto의 값은 큰 영향을 미치지 않았고, Cst2의 값이 0.256pF일 때, 그리고 V2000lx - Vdark의 값의 편차가 클수록, 즉 i, ii, v, vi의 조건에서 포토 방식의 터치 센서 인 셀을 구현하는 데 유리하다는 결론을 얻었다.

그러나, 본 발명은 상기 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 정신 및 사상을 벗어나지 않는 한도 내에서 다양하게 변형 및 변경할 수 있다는 것은 자명한 사실일 것이다.

도 1은 전기영동 표시장치의 구동 원리를 설명하기 위한 도면.

도 2는 종래에 따른 전기영동 표시장치를 개략적으로 나타낸 단면도.

도 3은 포토 방식의 터치 센서 인 셀을 구현하는 방법 설명하기 위한 도면.

도 4는 본 발명에 따른 전기영동 표시장치를 개략적으로 나타낸 단면도.

도 5는 본 발명의 변형예에 따른 전기영동 표시장치를 개략적으로 나타낸 단면도.

도 6은 본 발명에 따른 전기영동 표시장치용 어레이 기판의 센서 화소를 나타낸 평면도.

도 7은 도 6의 A 부분을 나타낸 확대 평면도.

도 8은 도 7의 Ⅷ-Ⅷ'선을 따라 절단하여 나타낸 단면도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*

105 : 제 1 기판 110 : 제 2 기판

115 : 잉크층 125a, 125b : 제 1 및 제 2 게이트 전극

132a, 132b : 제 1 및 제 2 소스 전극

134a, 134b : 제 1 및 제 2 드레인 전극

142a, 142b : 제 1 및 제 2 반도체층

145 : 게이트 절연막 155 : 보호막

165 : 층간 절연막 170 : 화소 전극

172 : 게이트 보조전극 175, 176 : 제 1 및 제 2 플라스틱 시트

180 : 캡슐 182 : 블랙 안료

184 : 화이트 안료 190 : 공통 전극

Ts : 스위칭 트랜지스터 Tp : 광센서 트랜지스터

LH : 라이트 홀

Claims (10)

1. 제 1 기판과;

   상기 제 1 기판의 하부 전면에 구성된 공통 전극과;

   상기 제 1 기판과 대향 합착된 제 2 기판과;

   상기 제 2 기판 상의 스위칭 영역에 대응된 제 1 게이트 전극, 게이트 절연막, 제 1 반도체층, 제 1 소스 전극 및 제 1 드레인 전극을 포함하는 스위칭 트랜지스터와, 상기 스위칭 영역과 이격된 센서 영역에 대응되고, 그 중앙부가 개구된 라이트 홀이 구비된 제 2 게이트 전극과, 게이트 절연막, 제 2 반도체층, 제 2 소스 전극 및 제 2 드레인 전극을 포함하는 광센서 트랜지스터와;

   상기 스위칭 트랜지스터와 광센서 트랜지스터를 덮으며, 상기 제 1 드레인 전극을 노출하는 드레인 콘택홀과, 상기 제 2 게이트 전극을 노출하는 게이트 콘택홀을 포함하는 보호막과;

   상기 드레인 콘택홀과 게이트 콘택홀을 포함하는 보호막 상에 상기 제 1 드레인 전극과 연결 구성된 화소 전극과, 상기 제 2 게이트 전극과 연결 구성된 게이트 보조전극과;

   상기 제 1 및 제 2 기판 사이에 개재된 잉크층

   을 포함하는 전기영동 표시장치.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 화소 전극과 게이트 보조전극은 동일층에서 인듐-틴-옥사이드와 인듐-징크-옥사이드를 포함하는 투명한 도전성 물질 그룹 중 선택된 하나로 구성된 것을 특징으로 하는 전기영동 표시장치.
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 보호막은 벤조싸이클로부텐과 포토 아크릴을 포함하는 유기절연물질 그룹 중 선택된 하나로 구성된 것을 특징으로 하는 전기영동 표시장치.
4. 제 1 기판과;

   상기 제 1 기판의 하부 전면에 구성된 공통 전극과;

   상기 제 1 기판과 대향 합착된 제 2 기판과;

   상기 제 2 기판 상의 스위칭 영역에 대응된 제 1 게이트 전극, 게이트 절연막, 제 1 반도체층, 제 1 소스 전극 및 제 1 드레인 전극을 포함하는 스위칭 트랜지스터와, 상기 스위칭 영역과 이격된 센서 영역에 대응되고, 그 중앙부가 개구된 라이트 홀이 구비된 제 2 게이트 전극과, 게이트 절연막, 제 2 반도체층, 제 2 소스 전극 및 제 2 드레인 전극을 포함하는 광센서 트랜지스터와;

   상기 스위칭 트랜지스터와 광센서 트랜지스터를 덮으며, 상기 제 2 게이트 전극을 노출하는 게이트 콘택홀을 포함하는 층간 보호막과;

   상기 층간 보호막 상에 상기 게이트 콘택홀을 통해 제 2 게이트 전극에 연결 구성된 게이트 보조전극과;

   상기 층간 보호막 상의 상기 제 1 드레인 전극을 노출하는 드레인 콘택홀을 포함하는 보호막과;

   상기 보호막 상에 상기 제 1 드레인 전극과 연결 구성된 화소 전극과;

   상기 제 1 및 제 2 기판 사이에 개재된 잉크층

   을 포함하는 전기영동 표시장치.
5. 제 4 항에 있어서,

   상기 층간 보호막은 산화 실리콘과 질화 실리콘을 포함하는 무기절연물질 그룹 중 선택된 하나로 구성된 것을 특징으로 하는 전기영동 표시장치.
6. 기판과;

   상기 기판 상의 일 방향으로 평행하게 이격 구성된 제 n 게이트 배선 및 제 n-1 게이트 배선과;

   상기 제 n 및 제 n-1 게이트 배선과 수직 교차하여 화소 영역을 정의하며, 평행하게 이격 구성된 제 n 데이터 배선, 광전류 감지배선 및 제 n+1 데이터 배선 과;

   상기 제 n 및 제 n-1 게이트 배선의 이격된 사이로 나란하게 배치된 센서 신호배선 및 스토리지 배선과;

   상기 제 n 게이트 배선과 제 n 데이터 배선의 교차지점에 대응된 스위칭 트랜지스터와, 상기 센서 신호배선 및 스토리지 배선의 사이 구간에 대응된 광센서 트랜지스터와, 상기 제 n-1 게이트 배선과 광검출 신호배선의 교차지점에 대응된 광검출 트랜지스터와;

   상기 스위칭 트랜지스터와 연결된 화소 전극과, 상기 광센서 트랜지스터와 연결된 게이트 보조전극

   을 포함하는 전기영동 표시장치용 어레이 기판.
7. 제 6 항에 있어서,

   상기 스토리지 배선은 상기 제 n 및 제 n-1 게이트 배선과 평행하게 이격된 수평부와, 상기 수평부에서 센서 구동배선을 향하도록 수직 분기된 돌출부를 포함하고, 상기 센서 신호배선과 스토리지 배선은 제 n 및 제 n-1 게이트 배선과 동일층 동일 물질로 구성된 것을 특징으로 하는 전기영동 표시장치용 어레이 기판.
8. 제 6 항에 있어서,

   상기 광센서 트랜지스터는 스토리지 배선의 돌출부에 대응된 게이트 전극과, 상기 게이트 전극과 중첩된 반도체층과, 상기 반도체층 상의 상기 센서 신호배선에서 돌출된 소스 전극과, 상기 소스 전극과 이격된 드레인 전극을 포함하고, 상기 광센서 트랜지스터의 드레인 전극은 상기 광검출 트랜지스터의 드레인 전극과 일체로 이루어진 광검출 연결배선을 통해 서로 연결된 것을 특징으로 하는 전기영동 표시장치용 어레이 기판.
9. 제 6 항에 있어서,

   상기 광센서 트랜지스터의 게이트 전극은 외부광이 입사되는 라이트 홀이 구비되고, 상기 스토리지 배선 돌출부의 일측을 노출하는 게이트 콘택홀을 통해 상기 화소 전극과 동일층 또는 서로 다른층에 구성된 게이트 보조전극과 연결된 것을 특징으로 하는 전기영동 표시장치용 어레이 기판.
10. 제 6 항에 있어서,

    상기 광센서 트랜지스터의 소스 전극은 제 n 및 제 n+1 데이터 배선과 동일층 동일 물질로 구성되며, 상기 제 2 소스 전극을 노출하는 제 1 콘택홀과 센서 신호배선을 노출하는 제 2 콘택홀을 통해 상기 게이트 보조전극과 동일층 동일 물질로 이루어진 투명 연결패턴에 의해 센서 신호배선과 연결된 것을 특징으로 하는 전 기영동 표시장치용 어레이 기판.

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