KR20110044670A - 터치 센서 인셀 타입 유기전계 발광소자 - Google Patents

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KR20110044670A
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Abstract

본 발명은, 표시영역에 다수의 화소영역이 정의되며, 서로 교차하는 게이트 및 데이터 배선과, 전원배선과, 상기 게이트 및 데이터 배선과 연결된 스위칭 박막트랜지스터와, 상기 스위칭 박막트랜지스터와 연결된 구동 박막트랜지스터와 유기전계 발광 다이오드를 포함하는 제 1 기판과 이와 이격하여 마주하는 투명한 제 2 기판을 포함하는 터치 센서 인셀 타입 유기전계 발광소자에 있어서, 상기 각 화소영역 내에 상기 구동 박막트랜지스터의 드레인 전극과 접촉하며 형성된 제 1 전극과; 상기 각 화소영역을 둘러싸며 상기 제 1 전극의 테두리를 덮으며 형성된 버퍼패턴과; 상기 각 화소영역에 상기 제 1 전극 위로 형성된 유기 발광층과; 상기 유기 발광층 위로 상기 표시영역 전면에 형성된 제 2 전극과; 상기 제 2 기판의 내측면의 표시영역 이격하며 동일한 면적을 가지며 형성된 다수의 제 3 전극을 포함하며, 상기 제 2 전극과 상기 제 3 전극은 터치센서를 이루는 것이 특징인 터치 센서 인셀 타입 유기전계 발광소자를 제공한다.
유기전계발광소자, 터치센서, 단순화, 경량화, 박형화

Description

터치 센서 인셀 타입 유기전계 발광소자{Touch sensor in-cell type organic electroluminescent device and methode of fabricating the same}
본 발명은 유기전계 발광소자(Organic Electroluminescent Device)에 관한 것이며, 특히 인셀 타입으로 터치 센서(touch sensor)가 내장된 유기전계 발광 소자 및 이의 제조방법에 관한 것이다.
평판 디스플레이(FPD ; Flat Panel Display)중 하나인 유기전계 발광소자는 높은 휘도와 낮은 동작 전압 특성을 갖는다. 또한 스스로 빛을 내는 자체발광형이기 때문에 명암대비(contrast ratio)가 크고, 초박형 디스플레이의 구현이 가능하며, 응답시간이 수 마이크로초(㎲) 정도로 동화상 구현이 쉽고, 시야각의 제한이 없으며 저온에서도 안정적이고, 직류의 5V 내지 15V의 낮은 전압으로 구동하므로 구동회로의 제작 및 설계가 용이하다.
이러한 특성을 갖는 유기전계 발광소자는 크게 패시브 매트릭스 타입과 액티브 매트릭스 타입으로 나뉘어지는데, 패시브 매트릭스 방식에서는 주사선(scan line)과 신호선(signal line)이 교차하면서 매트릭스 형태로 소자를 구성하므로, 각각의 픽셀을 구동하기 위하여 주사선을 시간에 따라 순차적으로 구동하므로, 요구되는 평균 휘도를 나타내기 위해서는 평균 휘도에 라인수를 곱한 것 만큼의 순간 휘도를 내야만 한다.
그러나, 액티브 매트릭스 방식에서는, 화소(pixel)를 온(on)/오프(off)하는 스위칭 소자인 박막트랜지스터가 화소(pixel)별로 위치하고, 이 박막트랜지스터와 연결된 제 1 전극은 화소 단위로 온(on)/오프(off)되고, 상기 제 1 전극과 대향하는 제 2 전극은 전면에 형성되어 공통전극이 된다.
그리고, 상기 액티브 매트릭스 방식에서는 픽셀에 인가된 전압이 스토리지 커패시터(CST ; storage capacitor)에 충전되어 있어, 그 다음 프레임(frame) 신호가 인가될 때까지 전원을 인가해 주도록 함으로써, 주사선 수에 관계없이 한 화면동안 계속해서 구동한다. 따라서, 낮은 전류를 인가하더라도 동일한 휘도를 나타내므로 저소비전력, 고정세, 대형화가 가능한 장점을 가지므로 최근에는 액티브 매트릭스 타입의 유기전계 발광소자가 주로 이용되고 있다.
이하, 이러한 액티브 매트릭스형 유기전계 발광소자의 기본적인 구조 및 동작특성에 대해서 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 1은 일반적인 액티브 매트릭스형 유기전계 발광소자의 한 화소에 대한 회로도이다.
도시한 바와 같이 액티브 매트릭스형 유기전계발광 소자의 하나의 화소는 스 위칭(switching) 박막트랜지스터(STr)와 구동(driving) 박막트랜지스터(DTr), 스토리지 캐패시터(StgC), 그리고 유기전계발광 다이오드(E)로 이루어진다.
즉, 제 1 방향으로 게이트 배선(GL)이 형성되어 있고, 이 제 1 방향과 교차되는 제 2 방향으로 형성되어 화소영역(P)을 정의하며 데이터 배선(DL)이 형성되어 있으며, 상기 데이터 배선(DL)과 이격하며 전원전압을 인가하기 위한 전원배선(PL)이 형성되어 있다.
또한, 상기 데이터 배선(DL)과 게이트 배선(GL)이 교차하는 부분에는 스위칭 박막트랜지스터(STr)가 형성되어 있으며, 상기 스위칭 박막트랜지스터(STr)와 전기적으로 연결된 구동 박막트랜지스터(DTr)가 형성되어 있다.
이때, 상기 구동 박막트랜지스터(DTr)는 유기전계 발광 다이오드(E)와 전기적으로 연결되고 있다. 즉, 상기 유기전계 발광 다이오드(E)의 일측 단자인 제 1 전극은 상기 구동 박막트랜지스터(DTr)의 드레인 전극과 연결되고, 타측 단자인 제 2 전극은 전원배선(PL)과 연결되고 있다. 이때, 상기 전원배선(PL)은 전원전압을 상기 유기전계발광 다이오드(E)로 전달하게 된다. 또한, 상기 구동 박막트랜지스터(DTr)의 게이트 전극과 소스 전극 사이에는 스토리지 커패시터(StgC)가 형성되고 있다.
따라서, 상기 게이트 배선(GL)을 통해 신호가 인가되면 스위칭 박막트랜지스터(STr)가 온(on) 되고, 상기 데이터 배선(DL)의 신호가 구동 박막트랜지스터(DTr)의 게이트 전극에 전달되어 상기 구동 박막트랜지스터(DTr)가 온(on) 되므로 유기전계발광 다이오드(E)를 통해 빛이 출력된다. 이때, 상기 구동 박막트랜지스 터(DTr)가 온(on) 상태가 되면, 전원배선(PL)으로부터 유기전계 발광 다이오드(E)에 흐르는 전류의 레벨이 정해지며 이로 인해 상기 유기전계발광 다이오드(E)는 그레이 스케일(gray scale)을 구현할 수 있게 되며, 상기 스토리지 커패시터(StgC)는 스위칭 박막트랜지스터(STr)가 오프(off) 되었을 때, 상기 구동 박막트랜지스터(DTr)의 게이트 전압을 일정하게 유지시키는 역할을 함으로써 상기 스위칭 박막트랜지스터(STr)가 오프(off) 상태가 되더라도 다음 프레임(frame)까지 상기 유기전계발광 다이오드(E)에 흐르는 전류의 레벨을 일정하게 유지할 수 있게 된다.
도 2는 종래의 일반적인 유기전계 발광소자에 대한 개략적인 단면도이다.
도시한 바와 같이, 제 1, 2 기판(10, 70)이 서로 대향되게 배치되어 있고, 제 1, 2 기판(10, 70)의 가장자리부는 씰패턴(seal pattern)(80)에 의해 봉지되어 있으며, 제 1 기판(10)의 상부에는 각 화소영역(P)별로 구동 박막트랜지스터(DTr)가 형성되어 있고, 상기 각각의 구동 박막트랜지스터(DTr)와 연결되어 제 1 전극(47)이 형성되어 있고, 상기 제 1 전극(47) 상부에는 적(Red), 녹(Green), 청(Blue)색에 대응되는 발광물질을 포함하는 유기 발광층(55)이 형성되어 있고, 유기 발광층(55) 상부에는 전면에 제 2 전극(58)이 형성되어 있다. 이때, 상기 제 1, 2 전극(47, 58)은 상기 유기 발광층(55)에 전계를 인가해주는 역할을 한다.
그리고, 전술한 씰패턴(80)에 의해서 상기 제 1 기판(10) 상에 형성된 제 2 전극(47)과 제 2 기판(58)은 일정간격 이격하고 있다.
도 3은 종래의 일반적인 유기전계 발광소자의 구동 박막트랜지스터를 포함하는 하나의 화소영역에 대한 단면도이다.
도시한 바와 같이, 제 1 기판(10) 상에는 순수 폴리실리콘의 제 1 영역(13a)과 불순물이 도핑된 제 2 영역(13b)으로 구성된 반도체층(13), 게이트 절연막(16), 게이트 전극(20), 상기 제 2 영역(13b)을 각각 노출시키는 반도체층 콘택홀(25)을 갖는 층간절연막(23), 소스 및 드레인 전극(33, 36)이 순차적으로 적층 형성되어 구동 박막트랜지스터(DTr)를 구성하고 있으며, 상기 소스 및 드레인 전극(33, 36)은 각각 전원배선(미도시) 및 유기전계 발광 다이오드(E)와 연결되어 있다.
또한, 상기 유기전계 발광 다이오드(E)는 유기 발광층(55)이 개재된 상태로 서로 대향된 제 1 전극(47) 및 제 2 전극(58)으로 구성된다. 이때 상기 제 1 전극(47)은 각 화소영역(P)별로 구동 박막트랜지스터(DTr)의 일전극과 접촉하며 형성되고 있으며, 상기 제 2 전극(58)은 상기 유기 발광층(55) 위로 전면에 형성되고 있다.
또한, 전술한 구조를 갖는 제 1 기판(10)과 마주하며 인캡슐레이션을 위해 제 2 기판(70)이 구성되고 있다.
한편, 상기 제 1 전극(47)은 특히, 상기 구동 박막트랜지스터(DTr)가 p타입인 경우, 애노드 전극의 역할을 하도록 일함수 값이 높은 투명 도전성 물질인 인듐-틴-옥사이드(ITO) 또는 인듐-징크-옥사이드(IZO)로 이루어지고 있으며, 제 2 전극(58)은 캐소드 전극의 역할을 하도록 일함수 값이 낮은 금속물질 예를들면 알루미늄(Al)으로서 이루어지고 있다.
한편, 근래에 들어서는 개인 휴대가 가능한 휴대폰, PDA 또는 노트북 등에서 터치 센서가 내장된 제품이 출시되어 사용자의 많은 관심을 끌고 있으며, 유기전계 발광소자 또한 이러한 제품에 모두 표시장치로 이용되고 있으므로 이러한 추세에 발맞추어 터치 센서가 부착된 제품이 최근 출시되고 있다.
도 4는 종래의 터치 센서가 부착된 유기전계 발광소자의 개략적인 단면도이다.
이러한 종래의 터치 센서를 구비한 유기전계 발광소자(2)는 스위칭 및 구동 박막트랜지스터(미도시, DTr)와 유기전계 발광 다이오드(E)가 형성된 제 1 기판(10)과 이와 마주하는 인캡슐레이션을 위한 제 2 기판(70)으로 구성된 제 1 패널(PA1)과, 상기 제 1 패널(PA1) 외측으로 제 1 점착층(72)을 개재하여 그 하부 및 상부에 각각 터치 제 1 전극(82)과 이격하는 다수의 바(bar) 형태를 갖는 터치 제 2 전극(86)이 구성된 제 3 기판(80)과 제 2 점착층(92)을 개재하여 상기 제 3 기판(80) 외측면에 형성된 보호시트(90)를 포함하여 구성된 제 2 패널(PA2)로 구성되고 있다.
따라서, 종래의 터치 센서가 구비된 유기전계 발광소자(2)는 상기 보호시트(90)를 배제하더라고 총 3개의 기판(10, 70, 90)으로 이루어지고 있음을 알 수 있다.
이때, 상기 유기전계 발광소자(2)에 이용되는 기판(10, 70, 90)은 주로 투명한 특성을 갖는 유리기판이 되고 있으며, 이러한 유리기판을 3장 이용하여 터치 센서(TS)를 구비한 유기전계 발광소자(2)를 구성하는 경우 그 두께가 매우 두꺼워지며, 그 무게가 상대적으로 많이 무거워지게 되므로 표시장치의 경량 박형의 추세에 역행을 하게되는 문제가 발생하고 있다.
또한, 터치 센서(TS) 형성을 위한 별도의 공정 진행을 실시해야 하므로 공정이 복잡해지는 문제가 발생하고 있다.
본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명은 기판 사용을 최소화함으로써 경량박형의 터치센서를 구비한 유기전계 발광소자를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
또한, 터치 센서 구현을 위한 구성소자를 최소화여 제조 공정을 단순화함으로써 제조 비용을 저감시키는 것을 또 다른 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 터치 센서 인셀 타입 유기전계 발광소자는, 표시영역에 다수의 화소영역이 정의되며, 서로 교차하는 게이트 및 데이터 배선과, 전원배선과, 상기 게이트 및 데이터 배선과 연결된 스위칭 박막트랜지스터와, 상기 스위칭 박막트랜지스터와 연결된 구동 박막트랜지스터와 유기전계 발광 다이오드를 포함하는 제 1 기판과 이와 이격하여 마주하는 투명한 제 2 기판을 포함하는 터치 센서 인셀 타입 유기전계 발광소자에 있어서, 상기 각 화소영역 내에 상기 구동 박막트랜지스터의 드레인 전극과 접촉하며 형성된 제 1 전극과; 상기 각 화소영역을 둘러싸며 상기 제 1 전극의 테두리를 덮으며 형성된 버퍼패턴과; 상기 각 화소영역에 상기 제 1 전극 위로 형성된 유기 발광층과; 상기 유기 발광층 위로 상기 표시영역 전면에 형성된 제 2 전극과; 상기 제 2 기판의 내측면의 표시영역 이격하며 동일한 면적을 가지며 형성된 다수의 제 3 전극을 포함하며, 상기 제 2 전극과 상기 제 3 전극은 터치센서를 이루는 것이 특징이다.
이때, 상기 제 1 기판과 제 2 기판 사이에는 무기절연물질 또는 유기절연물질로 이루어진 절연층이 형성되거나, 또는 상기 제 1 및 제 기판을 접착하기 위한 페이스 씰이 형성되거나, 또는 불활성 기체층이 형성되며, 상기 절연층, 페이스 씰 및 불활성 기체층은 상기 제 2 전극 및 제 3 전극과 더불어 터치센서를 이루는 제 1 커패시터를 구성하는 것이 특징이다.
또한, 상기 터치센서는 외부로부터 가해지는 압력에 의해 상기 제 1 및 제 2 기판의 이격간격 변화에 의한 상기 제 1 커패시터의 축전용량의 변화를 감지하도록 동작하는 것이 특징이며, 이 경우 상기 유기전계 발광소자는 상부 발광방식 또는 하부 발광방식으로 구동하는 것이 특징이다.
또한, 상기 유기전계 발광소자는 상부 발광방식으로 구동하며, 상기 터치센서는 상기 제 2 기판 표면에 대해 사용자의 손가락이 직접 접촉하는 경우 상기 사용자의 손가락, 상기 제 2 기판, 상기 제 3 전극을 구성요소라 하여 제 2 커패시터를 이루며, 이러한 제 2 커패시터의 형성 유무에 의한 커패시터 축전용량 변화를 감지하도록 동작하는 것이 특징이다.
또한, 상기 상부발광 방식으로 구동하는 경우, 상기 제 1 전극 하부에는 반사효율이 우수한 알루미늄(Al), 알루미늄 합금(AlNd), 은(Ag) 중 어느 하나로 이루 어진 반사판이 형성되며, 상기 제 1 전극은 애노드 전극을 역할을 할 수 있도록 일함수 값이 비교적 높은 투명 도전성 물질인 인듐-틴-옥사이드(ITO) 또는 인듐-징크-옥사이드(IZO)로 이루어지며, 상기 제 2 전극은 캐소드 전극을 역할을 할 수 있도록 일함수 값이 비교적 낮은 금속물질인 알루미늄(Al), 알루미늄 합금(AlNd), 은(Ag) 중 어느 하나로 이루어지며, 상기 제 3 전극은 투명 도전성 물질인 인듐-틴-옥사이드(ITO) 또는 인듐-징크-옥사이드(IZO)로 이루어진 것이 특징이다.
또한, 상기 제 2 전극의 상부에는 투명 도전성 물질로 이루어진 투명 도전성 물질층이 형성된 것이 특징이다.
또한, 상기 유기 발광층은 적, 녹, 청색 유기 발광물질로 이루어지며 각 화소영역에는 순차적으로 적, 녹 및 청색 유기 발광층이 형성되어 적, 녹 및 청색을 각각 발광하는 것이 특징이다.
또한, 상기 제 1 전극과 상기 유기 발광층 사이에는 정공주입층(hole injection layer)과 정공수송층(hole transporting layer)이 형성되며, 상기 유기 발광층과 상기 제 2 전극 사이에는 전자수송층(electron transporting layer)과 전자주입층(electron injection layer)이 형성된 것이 특징이다.
본 발명에 따른 터치 센서 인셀 타입 유기전계 발광소자는 유기전계 발광 다이오드가 형성된 제 1 기판과 인캡슐레이션을 위한 제 2 기판 사이에 터치를 감지할 수 있는 된 제 구비함으로써 종래의 3개의 기판을 이용하는 것 대비 1개의 기판 사용을 줄임으로써 경략박형을 구현하는 효과가 있다.
또한, 유기전계 발광 다이오드의 제 2 전극을 터치 센서의 터치 제 1 전극으로 이용함으로써 터치 센서 구현을 위한 구성요소를 최소하여 공정 단순화를 이루며 나아가 제조 비용을 저감 시키는 효과가 있다.
이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 터치 센서 인셀 타입 유기전계 발광소자의 단면도이다. 이때, 설명의 편의를 위해 스위칭 박막트랜지스터가 형성될 영역을 스위칭 영역, 구동 박막트랜지스터가 형성될 영역을 구동 영역이라 정의한다.
도시한 바와 같이, 본 발명에 따른 터치 센서 인셀 타입 유기전계 발광소자(101)는 구동 및 스위칭 박막트랜지스터(DTr, 미도시)와 유기전계 발광 다이오드(E) 및 터치 센서를 이루는 구성요소 중 일부가 형성된 제 1 기판(110)과, 상기 터치 센서를 이루는 구성요소 중 또 다른 일부 구성요소가 형성된 인캡슐레이션을 위한 제 2 기판(170)으로 구성되고 있다.
우선, 제 1 기판(110)의 구성에 대해 설명한다.
상기 제 1 기판(110) 상의 각 화소영역(P)에는 순수 폴리실리콘으로 이루어지며 그 중앙부는 채널을 이루는 제 1 영역(113a) 그리고 상기 제 1 영역(113a) 양측면으로 고농도의 불순물이 도핑된 제 2 영역(113b)으로 구성된 반도체층(113)이 형성되어 있다. 이때, 도면에 나타내지 않았지만, 상기 반도체층(113)과 상기 제 1 기판(110) 사이에는 전면에 무기절연물질 예를들면 산화실리콘(SiO2) 또는 질화실리콘(SiNx)으로 이루어진 버퍼층(미도시)이 더욱 형성될 수도 있다. 상기 버퍼층(미도시)은 상기 반도체층(113)의 결정화 시 유리재질인 상기 제 1 기판(110) 내부로부터 나오는 알카리 이온의 방출에 의한 상기 반도체층(113)의 특성 저하를 방지하기 위함이다.
또한, 상기 반도체층(113)을 덮으며 전면에 게이트 절연막(116)이 형성되어 있으며, 상기 게이트 절연막(116) 위로는 상기 반도체층(113)의 제 1 영역(113a)에 대응하여 게이트 전극(120)이 형성되어 있다. 또한, 상기 게이트 절연막(116) 위로는 스위칭 박막트랜지스터(미도시)를 이룰 게이트 전극(미도시)과 연결되며 일방향으로 연장하며 게이트 배선(미도시)이 형성되어 있다.
또한, 상기 게이트 전극(120)과 게이트 배선(미도시) 위로 전면에 층간절연막(123)이 형성되어 있다. 이때, 상기 층간절연막(123)과 그 하부의 게이트 절연막(116)은 상기 제 1 영역(113a) 양측면에 위치한 상기 제 2 영역(113b) 각각을 노출시키는 반도체층 콘택홀(125)이 형성되어 있다.
다음, 상기 반도체층 콘택홀(125)을 포함하는 층간절연막(123) 상부에는 상기 게이트 배선(미도시)과 교차하여 화소영역(P)을 정의하는 데이터 배선(미도시)과, 이와 이격하여 전원배선(미도시)이 형성되고 있다. 또한, 상기 층간절연막(123) 위로 각 구동영역(DA) 및 스위칭 영역(미도시)에는 서로 이격하며 상기 반도체층 콘택홀(125)을 통해 노출된 제 2 영역(113b)과 각각 접촉하며 소스 및 드레 인 전극(133, 136)이 형성되어 있다. 이때, 상기 소스 및 드레인 전극(133, 136)과, 이들 전극(133, 136)과 접촉하는 제 2 영역(113b)을 포함하는 반도체층(113)과, 상기 반도체층(113) 상부에 형성된 게이트 절연막(116) 및 게이트 전극(120)은 각각 구동 박막트랜지스터(DTr) 및 스위칭 박막트랜지스터(미도시)를 이룬다. 이때, 상기 스위칭 박막트랜지스터(미도시)는 상기 구동 박막트랜지스터(DTr)와 게이트 배선(미도시) 및 데이터 배선(미도시)과 전기적으로 연결되며 형성되어 있다. 한편, 상기 데이터 배선(미도시)은 상기 스위칭 박막트랜지스터(미도시)의 소스 전극(미도시)과 연결되고 있다.
이때, 상기 구동 및 스위칭 박막트랜지스터(DTr, 미도시)는 상기 제 2 영역(113b)에 도핑되는 불순물에 따라 p타입 또는 n타입 박막트랜지스터를 이루게 된다. p타입 박막트랜지스터의 경우는 제 2 영역(113b)에 3족의 원소 예를들면 붕소(B)를 도핑함으로써 이루어지게 되며, 캐리어로서 정공이 이용된다.
따라서, 상기 구동 박막트랜지스터(DTr)의 드레인 전극(136)과 연결되는 제 1 전극(147)은 상기 구동 박막트랜지스터(DTr)의 타입에 따라 애노드 또는 캐소드 전극의 역할을 하게 되는 것이다. 본 발명의 실시예에 있어서는 상기 구동 박막트랜지스터(DTr)와 연결된 제 1 전극(147)은 애노드 전극의 역할을 하게 되는 것이 특징이다.
한편, 상기 구동 및 스위칭 박막트랜지스터(DTr, 미도시) 위로는 전면에 제 1 보호층(140)이 형성되어 있다. 또한, 상기 제 1 보호층(140)에는 상기 구동 박막트랜지스터(DTr)의 드레인 전극(136)을 노출시키는 드레인 콘택홀(143)이 형성되어 있다.
한편, 도면에는 나타나지 않았지만, 상기 스위칭 박막트랜지스터(미도시)의 게이트 전극(미도시)은 상기 게이트 배선(미도시)과 연결되며, 상기 스위칭 박막트랜지스터(미도시)의 소스 전극(미도시)은 상기 데이터 배선(미도시)과 연결되고 있다.
또한, 상기 드레인 콘택홀(143)을 구비한 상기 제 1 보호층(140) 위로는 상기 구동 박막트랜지스터(DTr)의 드레인 전극(136)과 상기 드레인 콘택홀(143)을 통해 접촉되며, 각 화소영역(P) 별로 제 1 전극(147)이 형성되어 있다. 이때, 상기 제 1 전극은 유기전계 발광소자가 상부 발광 방식이냐 아니면 하부 발광 방식이냐에 따라 그 구성이 달라질 수 있다.
도면에 나타나지 않았지만, 상부 발광 방식인 경우, 발광 효율 향상을 위해 상기 제 1 전극(147)은 이중층 구조를 이루거나 또는 상기 제 1 전극(147) 하부에 반사판(미도시)이 구비될 수 있다. 이때, 상기 제 1 전극(147)이 이중층 구조를 이루는 경우, 상부층(미도시)은 애노드 전극의 역할을 하도록, 하부층(미도시)은 반사판의 역할을 하는 도전성 물질로 이루어지는 것이 특징이다.
즉, 상기 제 1 전극(147)의 상부층(미도시)은 애노드 전극의 역할을 하도록 일함수 값이 비교적 큰 투명 도전성 물질 예를들면 인듐-틴-옥사이드(ITO) 또는 인듐-징크-옥사이드(IZO)로 이루어지며, 상기 제 1 전극(147)의 하부층(미도시)은 반사효율이 우수한 금속물질 예를들면 알루미늄(Al) 또는 은(Ag)으로 이루어지도록 함으로써 상기 제 1 전극(147) 상부에 형성되는 유기 발광층(155)으로부터 발광된 빛을 상부로 반사시켜 발광 효율을 향상시킬 수 있다.
상기 제 1 전극(147)을 도시한 바와 같이 단일층 구조를 이루도록 하는 경우는 상기 제 1 전극(147) 하부에는 전술한 반사효율이 우수한 금속물질로서 반사판(미도시)이 더욱 형성될 수도 있다.
한편, 유기전계 발광소자가 하부발광 방식인 경우, 상기 제 1 전극은 투명 도전성 물질로서 단일층 구조로 형성되며, 이 경우 반사판도 형성되지 않는다.
다음, 상기 제 1 전극(147) 위로 각 화소영역(P)의 경계에는 각 화소영역(P)을 둘러싸는 형태로 상기 제 1 전극(147)의 테두리와 중첩하도록 버퍼패턴(150)이 형성되어 있다.
또한, 상기 버퍼패턴(150)으로 둘러싸인 각 화소영역(P)에 있어 상기 제 1 전극(147) 위로는 유기 발광층(155)이 형성되고 있으며, 상기 유기 발광층(155) 위로는 표시영역 전면에 캐소드 전극의 역할을 하도록 일함수 값이 비교적 낮은 금속물질로서 이루어진 제 2 전극(158)이 형성됨으로써 제 1 기판이 완성되고 있다. 이때, 상기 제 1, 2 전극(147, 158)과 그 사이에 형성된 상기 유기 발광층(155)은 유기전계 발광 다이오드(E)를 이루게 된다.
이때, 상기 제 2 전극 또한 유기전계 발광소자(101)가 상부발광 방식이냐 아니면 하부발광 방식이냐에 따라 그 구조가 달라질 수 있다.
상부 발광 방식인 경우, 유기 발광층(155)으로부터 나온 빛이 투과되어야 하므로 상기 제 2 전극(158)은 일함수 값이 비교적 낮은 금속물질 예를들면 알루미늄(Al), 알루미늄 합금(AlNd), 은(Ag) 중 어느 하나로 빛의 투과가 가능하도록 10 Å 내지 50Å정도의 두께를 갖도록 하부층(미도시)을 형성하고, 그 상부에 투명 도전성 물질로 500Å 내지 2000Å정도의 두께를 갖는 상부층(미도시)을 갖도록 이중층 구조로 형성된다.
하부 발광방식인 경우, 상기 제 2 전극(158)은 반사판의 역할을 할 수 있도록 일함수 값이 비교적 낮은 금속물질인 알루미늄(Al), 알루미늄 합금(AlNd), 은(Ag) 중 어느 하나로 1000Å 내지 2000Å 정도의 두께를 갖도록 단일층으로 구성되는 것이 특징이다.
한편, 도면에 나타나지 않았지만, 상기 제 1 전극(147)과 유기 발광층(155) 사이 및 상기 유기 발광층(155)과 제 2 전극(158) 사이에는 각각 상기 유기 발광층(155)의 발광 효율 향상을 위해 다층 구조의 제 1 발광보상층(미도시)과 제 2 발광보상층(미도시)이 더욱 형성될 수도 있다. 이때, 다층의 상기 제 1 발광보상층(미도시)은 상기 제 1 전극(147)으로부터 순차 적층되며 정공주입층(hole injection layer)과 정공수송층(hole transporting layer)으로 이루어지며, 또한, 상기 제 2 발광보상층(미도시)은 상기 유기 발광층(155)으로부터 전자수송층(electron transporting layer)과 전자주입층(electron injection layer)으로 이루어진다. 상기 다층 구조의 제 1 발광보상층(미도시)과 상기 제 2 발광보상층(미도시)은 상기 표시영역 전면에 판형태로 형성될 수도 있고, 또는 각 화소영역(P)별로 분리 형성될 수도 있다.
한편, 본 발명에 있어 가장 특징적인 것으로서 전술한 구성을 갖는 제 1 기판(110)을 인캡슐레이션 하는 제 2 기판(170)에는 상기 제 1 기판(110)의 표시영역 에 대응하여 동일한 면적과 크기를 가지며 매트릭스 형태로 일정간격 이격하며 다수의 제 3 전극(173)이 형성되어 있다. 이때, 상기 제 3 전극(173)은 상부 발광 방식으로 구동되는 경우 투명 도전성 물질로 이루어지고 있으며, 하부 발광 방식으로 구동되는 경우 투명 도전성 물질 또는 금속물질로 이루어지는 것이 특징이다.
이때, 상기 제 1 기판(110)에 구성된 상기 유기전계 발광 다이오드(E)의 제 2 전극(158)과 상기 인캡슐레이션을 위한 제 2 기판(170)에 구비된 제 3 전극(173)은 센싱소자(TS)를 이루는 것이 특징이다.
이때, 도면에 나타내지 않았지만, 제 1 기판(110)과 제 2 기판(170) 사이에 더욱 정확히는 상기 제 2 전극(158)과 제 3 전극(173) 사이에는 무기절연물질 또는 유기절연물질로서 절연층(미도시)이 더욱 구비되거나, 또는 상기 제 1 기판(110)과 제 2 기판(170)을 합착시키기 위한 페이스 씰(미도시)이 구비될 수도 있으며, 나아가 불활성 기체층(미도시)을 이룰 수도 있다. 이 경우 상기 절연층(미도시), 패이스 씰(미도시), 불활성 기체층(미도시)은 유전체층(177)으로 이용되며 상기 제 2 전극(158) 및 제 3 전극(173)과 더불어 커패시터(C1)를 이룬다. 이때 상기 제 2 및 제 3 전극(158, 173)과 유전체층(177)으로 구성된 상기 커패시터는 센싱소자(TS)로서 동작하게 된다.
도 6a와 도 6b는 본 발명에 실시예에 따른 터치 센서 인셀 타입 유기전계 발광소자에 있어 터치 센서의 센싱 동작을 나타낸 도면으로써 도 6a는 센싱이 이루어지기 전의 동작상태를 나타내며, 도 6b는 센싱이 이루어지는 동작상태를 나타내고 있다.
도시한 바와 같이, 유기전계 발광소자(101)의 표시영역에 터치가 발생하지 않는 경우는 상기 전면에 형성된 제 2 전극(158)과 패턴된 상태로 형성된 제 3 전극(173)과 유전체층(177)로 구성되는 센싱소자(TS)는 모두 동일한 조건 즉, 패턴된 상기 각 제 3 전극(173)의 면적이 같고, 상기 제 1 기판(110) 및 제 2 기판(170) 사이의 이격간격이 동일하므로 다수의 센싱소자(TS)는 모두 동일한 축전용량을 갖는 상태가 됨을 알 수 있다. 이때 상기 센싱소자(TS)의 축전용량(C1)은 크게 상기 센싱소자(TS)를 이루는 구성요소 중 상기 제 3 전극(173)의 면적에 기인한 용량(이하 면적 용량(Cp)이라 칭함)과, 유전체층(177)의 두께에 기인한 용량(이하 갭 용량(Cg)이라 칭함)으로 이루어지게 된다. 따라서, 상기 유기전계 발광소자(101)에 터치가 발생하지 않았을 경우는 상기 제 3 전극(173)의 면적은 모두 동일하며 제 1 및 제 2 기판(110, 170)간의 이격간격도 일정하므로 상기 센싱소자(TS)는 모두 동일한 크기의 축전용량을 갖고 있는 상태가 됨을 알 수 있다.
한편, 사용자에 의해 유기전계 발광소자(101)의 표시영역에 터치가 이루어져 부분적으로 일정한 압력이 가해지게 되면, 압력이 가해지는 부분에 대해서는 상기 제 1 기판(110)과 제 2 기판(170) 사이의 이격간격이 변하게 된다. 이 경우 상기 압력이 가해진 부분의 센싱소자(TS)는 유전체층(177)의 두께 변화로 인해 갭 용량(Cg)이 변하게 되므로 최종적으로 센싱소자(TS)의 축전용량(C1)이 변하며 타영역에 구비된 센싱소자(TS)의 축전용량과 차이를 갖게된다.
따라서, 축전용량의 변화가 발생된 부분을 감지하는 이러한 센싱동작에 의해 별도의 터치패널 없이도 터치를 감지하여 반응하는 유기전계 발광소자(101)를 이룰 수 있다.
전술한 구성 및 동작을 하는 본 발명의 실시예에 따른 유기전계 발광소자는 터치 시 가해지는 압력에 의해 반응하여 동작하는 센싱소자(TS)를 구비함으로서 표시영역 터치 시 상기 제 1 및 제 2 기판(110, 170) 간의 두께 변화를 일으킬 정도의 압력이 가해진다는 조건만 만족한다면 상부 발광 방식과 하부 발광 방식에 관계없이 터치에 의해 조작이 가능한 유기전계 발광소자(101)를 이루는 것이 특징이다.
한편, 변형예로서 전술한 구성을 갖는 유기전게 발광소자는 도 7(본 발명의 실시예의 변형예에 따른 터치센서 인셀 타입 유기전계 발광소자의 터치센서의 센싱동작을 나타낸 도면)에 도시한 바와같이, 특히 상부 발광 방식으로 구동하는 경우, 상기 센싱소자(TS)는 제 1 및 제 2 기판(110, 170)의 이격간격 변화에 기인한 센싱방식 이외에 터치 시 발생하는 또 다른 축전용량 변화를 감지하여 동작할 수도 있다.
즉, 사용자가 사용자의 손가락을 이용하여 표시영역을 터치하는 경우, 사람의 몸에는 매우 미세한 전류가 흐르므로 이를 제 4 전극(195)으로 이용하고, 상기 제 2 기판(170)을 제 2 유전체층, 상기 제 3 전극이 또 다른 축전용량(이하 핑거 축전용량(Cf)이라 칭함)을 이루게 된다.
따라서, 상부 발광 방식으로 구동 시 손가락을 사용하여 상기 제 2 기판(170)의 표시영역을 터치하는 경우 힘을 가하여 압력이 발생하지 않더라도 자연적으로 핑거 축전용량(Cf)이 발생하게 되며, 이는 터치가 발생한 부분에서 전체적인 축전용량(C1 + Cf)의 크기 변화를 일으키게 되므로 터치 여부를 알 수 있으며, 터치 시의 동작을 실시하게 된다. 터치가 발생하지 않았을 경우 표시영역 전체에 구성된 터치센서(TS)는 모두 동일한 크기의 축전용량(C1)을 가지며, 터치가 발생하게 되면 터치가 발생한 부분에서 핑거 축전용량(Cf)이 더해지게 됨으로써 터치가 발생한 부분에서 총 축전용량(C1 + Cf)의 크기 변화가 발생되며, 이로 인해 터치 여부를 감지하게 되는 것이다.
전술한 구성을 갖는 본 발명의 실시예에 따른 유기전계 발광소자는 애드 온(add-on) 방식으로 별도의 터치센서를 구비한 종래의 유기전계 발광소자 대비 보호시트와 하나의 기판과, 터치 제 1 전극 및 유전체층을 생략할 수 있다. 따라서, 본 발명에 따른 유기전계 발광소자는 보호시트와 하나의 기판 및 2개의 물질층이 생략됨으로써 박형화 및 경량화를 이루게 되며, 2개의 물질층 생략에 의해 공정 단순화를 실현할 수 있는 것이 특징이다.
도 1은 일반적인 액티브 매트릭스형 유기전계 발광소자의 한 화소에 대한 회로도.
도 2는 종래의 일반적인 유기전계 발광소자에 대한 개략적인 단면도.
도 3은 종래의 상부발광 방식 유기전계 발광소자의 구동 박막트랜지스터를 포함하는 하나의 화소영역에 대한 단면도.
도 4는 종래의 터치 센서가 부착된 유기전계 발광소자의 개략적인 단면도.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 터치 센서 인셀 타입 유기전계 발광소자의 단면도.
도 6a 내지 6b는 본 발명에 따른 터치센서 인셀 타입 유기전계 발광소자에 있어 터치 센서의 동작을 나타낸 도면.
도 7 본 발명의 실시예의 변형예에 따른 터치 인셀 타입 유기전계 발광소자의 터치 센서의 센싱 동작을 나타낸 도면.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명〉
101 : 터치 센서 인셀 타입 유기전계 발광소자
110 : 제 1 기판 113 : 반도체층
113a : 제 1 영역 113b : 제 2 영역
116 : 게이트 절연막 120 : (구동 박막트랜지스터의)게이트 전극
123 : 층간절연막 125 : 반도체층 콘택홀
133 : (구동 박막트랜지스터의)소스 전극
136 : (구동 박막트랜지스터의)드레인 전극
140 : 제 1 보호층 143 : 드레인 콘택홀
147 : 제 1 전극 150 : 버퍼패턴
155 : 유기 발광층 158 : 제 2 전극
170 : 제 2 기판 173 : 제 3 전극
177 : 이격영역
DA : 구동영역 E : 유기전계발광 다이오드
P : 화소영역 TS : 터치 센서

Claims (9)

  1. 표시영역에 다수의 화소영역이 정의되며, 서로 교차하는 게이트 및 데이터 배선과, 전원배선과, 상기 게이트 및 데이터 배선과 연결된 스위칭 박막트랜지스터와, 상기 스위칭 박막트랜지스터와 연결된 구동 박막트랜지스터와 유기전계 발광 다이오드를 포함하는 제 1 기판과 이와 이격하여 마주하는 투명한 제 2 기판을 포함하는 터치 센서 인셀 타입 유기전계 발광소자에 있어서,
    상기 각 화소영역 내에 상기 구동 박막트랜지스터의 드레인 전극과 접촉하며 형성된 제 1 전극과;
    상기 각 화소영역을 둘러싸며 상기 제 1 전극의 테두리를 덮으며 형성된 버퍼패턴과;
    상기 각 화소영역에 상기 제 1 전극 위로 형성된 유기 발광층과;
    상기 유기 발광층 위로 상기 표시영역 전면에 형성된 제 2 전극과;
    상기 제 2 기판의 내측면의 표시영역 이격하며 동일한 면적을 가지며 형성된 다수의 제 3 전극
    을 포함하며, 상기 제 2 전극과 상기 제 3 전극은 터치센서를 이루는 것이 특징인 터치 센서 인셀 타입 유기전계 발광소자.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 기판과 제 2 기판 사이에는 무기절연물질 또는 유기절연물질로 이루어진 절연층이 형성되거나, 또는 상기 제 1 및 제 기판을 접착하기 위한 페이스 씰이 형성되거나, 또는 불활성 기체층이 형성되며, 상기 절연층, 페이스 씰 및 불활성 기체층은 상기 제 2 전극 및 제 3 전극과 더불어 터치센서를 이루는 제 1 커패시터를 구성하는 것이 특징인 터치 센서 인셀 타입 유기전계 발광소자.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 터치센서는 외부로부터 가해지는 압력에 의해 상기 제 1 및 제 2 기판의 이격간격 변화에 의한 상기 제 1 커패시터의 축전용량의 변화를 감지하도록 동작하는 것이 특징인 터치 센서 인셀 타입 유기전계 발광소자.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 유기전계 발광소자는 상부 발광방식 또는 하부 발광방식으로 구동하는 것이 특징인 터치 센서 인셀 타입 유기전계 발광소자.
  5. 제 2 항에 있어서,
    상기 유기전계 발광소자는 상부 발광방식으로 구동하며, 상기 터치센서는 상 기 제 2 기판 표면에 대해 사용자의 손가락이 직접 접촉하는 경우 사용자의 손가락, 상기 제 2 기판, 상기 제 3 전극을 구성요소로 하여 제 2 커패시터를 이루며, 이러한 제 2 커패시터의 발생 유무에 의한 커패시터 축전용량 변화를 감지하도록 동작하는 것이 특징인 터치 센서 인셀 타입 유기전계 발광소자.
  6. 제 3 항 또는 제 5 항에 있어서,
    상기 상부발광 방식으로 구동하는 경우,
    상기 제 1 전극 하부에는 반사효율이 우수한 알루미늄(Al), 알루미늄 합금(AlNd), 은(Ag) 중 어느 하나로 이루어진 반사판이 형성되며,
    상기 제 1 전극은 애노드 전극을 역할을 할 수 있도록 일함수 값이 비교적 높은 투명 도전성 물질인 인듐-틴-옥사이드(ITO) 또는 인듐-징크-옥사이드(IZO)로 이루어지며,
    상기 제 2 전극은 캐소드 전극을 역할을 할 수 있도록 일함수 값이 비교적 낮은 금속물질인 알루미늄(Al), 알루미늄 합금(AlNd), 은(Ag) 중 어느 하나로 이루어지며,
    상기 제 3 전극은 투명 도전성 물질인 인듐-틴-옥사이드(ITO) 또는 인듐-징크-옥사이드(IZO)로 이루어진 것이 특징인 터치 센서 인셀 타입 유기전계 발광소자.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 제 2 전극의 상부에는 투명 도전성 물질로 이루어진 투명 도전성 물질층이 형성된 것이 특징인 터치 센서 인셀 타입 유기전계 발광소자.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 유기 발광층은 적, 녹, 청색 유기 발광물질로 이루어지며 각 화소영역에는 순차적으로 적, 녹 및 청색 유기 발광층이 형성되어 적, 녹 및 청색을 각각 발광하는 것이 특징인 터치 센서 인셀 타입 유기전계 발광소자.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 전극과 상기 유기 발광층 사이에는 정공주입층(hole injection layer)과 정공수송층(hole transporting layer)이 형성되며,
    상기 유기 발광층과 상기 제 2 전극 사이에는 전자수송층(electron transporting layer)과 전자주입층(electron injection layer)이 형성된 것이 특징인 유기전계 발광소자.
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