KR20140008440A - 가요성 터치 스크린 디스플레이 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 일반적으로 가요성 조합 장치를 제조하기 위하여 가요성 터치 스크린 부품을, 예를 들어, 저항형 터치 스크린 기술을 이용하여 가요성 디스플레이와 통합하는 것에 관한 것이다. 터치 민감형 능동 매트릭스 디스플레이 장치가 제공되며, 상기 장치는 제1 가요성 기판상에 제조되고 시청면을 갖는 디스플레이; 및 상기 디스플레이 아래에서 제2 가요성 기판상에 제조된 터치 민감형 센서를 포함하며, 상기 터치 센서는 상기 디스플레이의 상기 시청면을 터치함으로써 동작되며, 결합된 상기 디스플레이 및 상기 민감형 센서는 가요성이다.

Description

가요성 터치 스크린 디스플레이{FLEXIBLE TOUCH SCREEN DISPLAY}
본 발명은 일반적으로 가요성 조합 장치를 제조하기 위하여 가요성 터치 스크린 부품을, 예를 들어, 저항형 터치 스크린 기술을 이용하여 가요성 디스플레이와 통합하는 것에 관한 것이다.
터치 패드 또는 터치 스크린용으로 센서를 제공하는 종래 기술이 공지되어 있다. 이러한 공지 기술은 용량형 기술, 표면탄성파 기술, 양자 터널링 조성물(Quantum Tunnelling Composite, QTC) 재료와 같은 감압(pressure sensitive) 기술 및 저항형 기술을 포함한다. 본 출원인은 전술한 가요성 디스플레이 제조 기술들을 보유하고 있다(예를 들어, 본 명세서에서 참조로서 편입되는 WO 2004/070466, WO 2006/059162, WO 2006/056808, WO 2006/061658 참조). 본 명세서에서, 본 출원인은 새로운 가요성 저항형 터치 스크린 디스플레이 구조를 형성하도록 저항형 터치 스크린 부품을 디스플레이 매체 및 가요성 기판을 포함하는 백플레인과 통합하는 데에 관심이 있다.
US 2004/121599에서 가져온 도 1은 공지된 저항형 터치 스크린 디스플레이(10)를 도시한다. 이것은 기판(12), 제1 도전층(14), 커버 시트(16), 제2 도전층(18) 및 뒷받침 표면(15)을 갖는다. 커버 시트는 스페이서 도트(50)를 구비하여, 손가락(13)이 터치 스크린을 누를 때 저항형 연결이 제1 및 제2 도전층 사이에 형성되도록 한다. 이 터치 스크린은 OLED(Organic Light Emitting Diode, 유기 발광 다이오드) 가요성 평판 디스플레이 패널과 같은 디스플레이 위에 제공된다.
이러한 구성에 있어서의 중대한 문제점은 디스플레이 매체 위로 터치 스크린 부품을 배치함으로써 야기되는 선명도에서의 감소이다 - 디스플레이는 터치 스크린 부품을 통해서만 시청되며, 따라서, 디스플레이의 광학적 선명도를 감소시킨다.
WO 2005/010735호는 디스플레이 모듈이 휴대 전자 장치 하우징의 표면상에 제공되고 접근이 터치 패드가 배치된 디스플레이의 배면에 제공되는 이 문제에 대한 한가지 해결책을 설명한다. 이 디스플레이는 사용자의 손가락과 기판 사이의 커플링 용량을 검출하기 위하여 디스플레이의 뒷쪽에 노출되는 가요성 도전 포일(conducting foil) 기판 상에 제조된다. 그러나, 이 배치는 디스플레이가 터치 스크린 부품이 장착되는 디스플레이의 뒷쪽에 대한 접근이 제공되도록 장착되어야만 하는 중대한 문제점이 있다.
다수의 문헌은 터치 민감형 디스플레이를 제공하도록 LCD 스크린이 기판 아래에 놓이는 터치 민감형 장치 종류를 설명한다. 예를 들어, US 5,623,280, US 2001/0022632, US 5,907,375 및 WO 2005/078566이 참조된다(이들도 유기 발광 다이오드 디스플레이를 언급한다). 그러나, 이 문헌들에서 디스플레이는 일반적인 의미에서 가요성이 아니다; 단지 전반적인 터치 센서 기능성에 필요한 약간의 변형을 허용할 정도로 충분히 얇다는 것이다. 다른 기초 재료는 US 2003/0026971 및 WO 2004/066136에서 찾아볼 수 있다.
일반적으로, 단단한 기판은 터치 스크린의 적절한 동작을 위해 필수적인 것으로 생각되어 왔지만, 진정한 가요성 조합 장치에 대한 필요가 있다. 종래에는 이러한 장치가 실현된 어떠한 설명도 존재하지 않았다. 그러나, 본 발명은 진정하게 전체가 구부러질 수 있는 조합된 디스플레이 장치 및 터치 센서의 제조 기술을 안출하였다.
따라서, 본 발명에 따르면, 터치 민감형 능동 매트릭스 디스플레이 장치가 제공되며, 상기 장치는 제1 가요성 기판상에 제조되고 시청면을 갖는 디스플레이; 및 상기 디스플레이 아래에서 제2 가요성 기판상에 제조된 터치 민감형 센서를 포함하며, 상기 터치 센서는 상기 디스플레이의 상기 시청면을 터치함으로써 동작되며, 결합된 상기 디스플레이 및 상기 민감형 센서는 가요성이다.
바람직하게는 가요성 저항형 센서를 포함하는 터치 민감형 센서는 시청면의 반대에 있는 디스플레이의 일측에 있는 가요성 기판의 뒤쪽에 장착된다. 그러나, 압력에 민감하지 않도록 고안된 용량형 또는 유도형 센서와 같은 다른 터치 스크린 기술이 이용될 수 있다.
본 발명의 실시예에서, 터치 스크린 부품이 장치 구조의 아래에 배치되기 때문에, 디스플레이의 광학적 선명도의 악화가 실질적으로 없다. 더하여, 사용자는 상부, 즉 시청하는 쪽으로부터 가요성 저항형 터치 스크린 디스플레이를 동작할 수 있으며, 이에 따라, 디스플레이의 후면이 터치 패드로서 이용된 것보다 장치를 더 쉽게 이용할 수 있게 하며 장치의 더 넓은 애플리케이션 범위를 가능하게 한다.
실시예들에서, 터치 민감형 센서 및 디스플레이 모두는 층을 이룬 구조를 가지며 가요성 기판을 공유한다. 따라서, 센서는 디스플레이의 가요성 기판 백플레인상에 제조될 수 있거나, 일반적으로 박막 트랜지스터의 어레이를 포함하는 디스플레이 백플레인이 센서의 가요성 기판상에 제조될 수 있거나, 또는 디스플레이를 위한 가요성 기판 백플레인이 센서의 도전층상에 제조될 수 있다. 후자의 경우, 도체층은 가요성 기판의 역할을 하며, 디스플레이 백플레인에 대한 물리적인 지지를 제공한다.
일반적으로, 저항형 터치 스크린 구조체는, 예를 들어 접착 매트릭스 내의 비드로 이루어진 스페이서 도트, 인쇄 또는 포토리소그라피에 의해 형성된 도트 또는 US 2004/212599에 설명된 라인을 따라 센서의 가요성 층의 일부로서 통합적으로 형성된 압축성의 스페이서 도트인 스페이서 배치에 의해 분리된 제1 및 제2 도전층을 갖는다. 그러나, 센서가 디스플레이의 뒤쪽에 있기 때문에 센서의 도전층 중 하나 또는 둘이 광학적으로 투명할 필요가 없으며, 실시예들에서 실질적으로 불투명한 도체가 이용된다.
전술한 바와 같이, 일반적으로 디스플레이는 트랜지스터의 어레이를 포함하는 백플레인을 구비하며, 바람직한 실시예에서, 구조는 백플레인이 장치의 중립축 또는 표면(평면) 상에(내에 또는 실질적으로 인접하여) 배치된다 - 즉, 장치의 중립축은 박막 트랜지스터(thin film transistor, TFT)의 어레이를 포함하는 층에 인접하게 또는 그 내에 있다. 이것은 터치 민감형 디스플레이 장치를 이용하는 동안 트랜지스터상에 기계적 긴장을 감소시킨다. 이 대신에, 터치 센서는 중립축 또는 표면상에(내에 또는 실질적으로 인접하여) 있을 수 있다.
일부 바람직한 실시예에서, 디스플레이 장치는, 터치 스크린 부품에서 불투명 도체 재료를 사용하는 것을 용이하게 하기 때문에, 예를 들어, 전자 종이와 같은 전기영동 디스플레이 매체인 반사성 디스플레이 매체를 포함하는 임의의 평판 디스플레이 매체를 포함한다. 그러나, 다른 실시예에서, 예를 들어 OLED 디스플레이 매체인 발광형 디스플레이 매체가 이용될 수 있으며, 또는 이 대신에, 액정 매체와 같은 투과형 디스플레이 매체가 이용될 수 있다.
전술한 바와 같이, 바람직하게는 터치 민감형 센서는 기계적 압력에 응답하여 서로 전기적으로 연결되는 제1 및 제 도전층을 포함하는 기계 센서, 넓은 용어로는 저항형 터치 스크린 센서를 포함한다. 일부 바람직한 실시예에서, 디스플레이는 가요성 기판상으로의 용액 증착에 적합한 다층 전자 구조를 포함한다. 일반적으로, 디스플레이는 행과 열 전극에 의해 어드레싱되는 화소의 이차원 어레이를 포함한다. 터치 센서의 2개의 저항형 도전층은 각각 2개의 대향하는 에지의 길이부분을 지나가는 전기적인 연결이 제공될 수 있으며, 2개의 상이한 도전층에 대한 에지쌍은 서로에 대하여 직각이다. 이러한 방법에서, 각 에지로 흐르는 전류의 상대적 크기는 일반적인 방법으로 2개의 층 사이의 접촉의 X 및 Y 좌표를 결정하는데 사용될 수 있다. 예를 들어, 종래의 4, 5, 8 또는 9선(wire) 기술이 이용될 수 있다.
다른 양태에서, 본 발명은 터치 민감형 능동 매트릭스 디스플레이 장치를 제공하며, 상기 장치는 가요성 기판상에 제조되고 시청면을 갖는 디스플레이; 및 상기 디스플레이 아래에서 있는 터치 민감형 센서를 포함하며, 상기 터치 센서는 상기 디스플레이의 상기 시청면을 터치함으로써 동작되며, 상기 능동형 매트릭스 디스플레이는 용액 증착에 적합한 다층 전자 구조를 포함한다.
실시예에서, 다층 전자 구조는 디스플레이의 능동 매트릭스 백플레인을 포함한다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 가요성 터치 민감형 장치는 유기 전계 효과 트랜지스터(FET)의 능동 매트릭스를 포함한다. 유기 FET는 복합 폴리머 또는 작은 복합 분자의 능동 반도체층을 포함한다. 바람직하게는, 유기 FET는 PMMA(polymethyl methancrylate) 또는 폴리스틸렌(polystyrene, PS)과 같은 그러나 이에 한정되지 않는 용액 처리된 폴리머 유전체 또는 파릴렌과 같은 그러나 이에 한정되지 않는 화학 기상 증착에 의해 증착된 유기 게이트 유전체 중 하나의 형태로 된 유기 게이트 유전체를 포함한다. 바람직하게는, 유기 게이트 유전체층의 두께는 200nm 내지 1㎛의 범위 내에서 선택된다. 유전체층이 200nm보다 더 얇으면 더 낮은 장치 수율이 관찰되며, 장치는 터치 센서를 동작할 때 능동 매트릭스상에 작용하는 기계적 압력에 의해 발생하는 기계적 손상 및 단락을 받기 쉽다. 유전체가 1㎛보다 더 두꺼우면, 게이트 커패시턴스가 너무 낮아 디스플레이 동작에 필요한 필수적인 온-오프 전류비를 달성하기 어렵다. 유기 전계 효과 트랜지스터, 특히 복합 폴리머 반도체 및 유기 게이트 유전체를 포함하는 유기 FET는 우수한 기계적 특성을 가지며, 따라서, 실시예에서는 가요성 터치 민감형 능동 매트릭스 디스플레이 장치가 동작하는 동안 반복적으로 구부려질 때 중대하게 열화하지 않는다. 또한, 실시예들에서, 유기 FET는 터치 스크린을 조작하기 위하여 스타일러스(stylus) 또는 다른 날카롭고 뾰족한 물체로 기계적 압력이 인가될 때 성능에서의 열화를 나타내지 않는다. 대조적으로, 종래의 비결정 또는 다결정 FET와 같은 많은 무기 FET는 가요성 터치 민감형 능동 매트릭스 디스플레이의 동작 및 구부림 동안 기계적 스트레스가 층들에 인가될 때 기계적 손상과 마이크로 크랙의 형성이 발생하기 쉽다. 대조적으로, 논의된 가요성 터치 민감형 능동 매트릭스 디스플레이 장치의 실시예는 5cm 이하의 곡률반지름으로 반복적으로 구부러질 수 있다.
터치 민감형 능동 매트릭스 디스플레이의 원하는 가요성을 달성하기 위하여 터치 센서용으로 그리고 능동 매트릭스 디스플레이용으로 사용된 임의의 기판의 두께는 바람직하게는 10㎛ 내지 250㎛의 범위, 더욱 바람직하게는 20㎛ 내지 200㎛의 범위에 있다. 기판 중 어느 하나라도 두께가 이 범위보다 더 두꺼우면, 장치의 가요성이 악화된다. 시청면과 터치 센서의 하부 기판 사이의 기판 중 어느 것이라도 250㎛보다 더 두꺼우면, 디스플레이의 시청면으로부터 그 아래에 장착된 터치 센서로 기계적 압력을 전달하는데 더 높은 기계적 힘이 필요하기 때문에, 터치 스크린의 해상도가 열화된다. 터치 센서의 하부 기판의 두께는 터치 스크린의 동작에 중대한 영향을 미치지 않으면서도 원칙적으로 장치의 다른 기판의 어느 것보다도 더 두꺼울 수 있다. 그러나, 터치 센서의 하부 기판의 두께는 장치의 전체적인 구부림 정도에 대한 필요 조건에 의해 한정될 수 있다.
바람직하게는, FET의 능동 매트릭스 어레이가 장치의 중립축 근처에 위치되며, 이를 획득하기 위하여, 하부 기판의 두께는 장치의 다른 기판보다도 상당히 더 커야만 한다. d1을 디스플레이 매체/능동 매트릭스 및 장치의 시청면 사이의 가요성 기판의 두께라 하고, d2를 능동 매트릭스가 상부에 형성된 가요성 기판의 두께라 하고, d3과 d4를 각각 터치 센서의 상부 및 하부 가요성 기판의 두께라 한다. 본 발명의 일 실시예에서, 능동 매트릭스의 기판과 터치 센서의 상부 가요성 기판은 감압 접착제로 서로 접착된다. 능동 매트릭스의 다양한 능동층, 디스플레이 매체 및 터치 센서의 두께는 기판의 어느 것과 비교하여도 더 작고, 그리고 일부 실시예에서
Figure pat00001
이라고 가정한다.
이 대신에, 장치의 중립축은 터치 센서 소자의 평면 내에 있도록 선택될 수 있다. 저항형 터치 센서의 경우에는, 구부림이 2개의 감지 전극이 기계적 입력 없이 접촉하게 할 수 있기 때문에 구부림으로 인한 큰 스트레스는 터치 센서로부터의 오류가 있는 신호를 야기할 수 있다. 이것은 터치 센서 소자를 중립축에 배치함으로써 감소될 수 있다. 따라서, 소정의 다른 실시예에서,
Figure pat00002
이다.
다른 양태에서, 본 발명은 터치 민감형 디스플레이 장치를 제공하며, 상기 장치는 가요성 기판상에 제조되고 시청면을 갖는 디스플레이; 및 상기 디스플레이 아래에서 있는 터치 민감형 센서를 포함하며, 상기 터치 센서는 상기 디스플레이의 상기 시청면을 터치함으로써 동작되고, 상기 터치 민감형 센서는 화소형이다.
통상의 지식을 가진 자는 전술한 양태 및 본 발명의 전술한 양태에 대한 실시예는 임의의 변경으로 조합될 수 있다는 것을 이해할 것이다.
또 다른 양태에서, 본 발명은 전술한 바와 같은 터치 민감형 디스플레이 장치의 이용을 제공하며, 그 이용은 디스플레이 장치상의 이미지 표시하는 것; 및 디스플레이의 시청면의 터치를 감지하고 터치 감지 신호를 제공하는 것을 포함한다.
따라서, 본 발명의 일 실시예는 가요성 백플레인과 접촉하는 가요성 디스플레이 매체를 포함하는 저항형 터치 스크린 구조를 위한 장치 구성을 제공한다. 백플레인은 트랜지스터의 능동 매트릭스 어레이를 포함하며 가요성 기판상에 형성된다. 가요성 디스플레이 매체는 유기 발광 다이오드 또는 액정 디스플레이 셀과 같은 디스플레이 능동층의 직접 증착을 통하거나, 반대편의 가요성 기판상에 전기영동, 일렉트로크로믹 또는 전자 종이 디스플레이 매체와 같은 그러나 이에 한정되지 않는 디스플레이 매체의 적층을 통해 가요성 백플레인과 접촉하게 된다. 가요성 백플레인 및 가요성 디스플레이 매체를 포함하는 디스플레이는 디스플레이 매체에 압력을 인가함으로써 상부로부터 동작가능한 저항형 터치 스크린 센서의 상부에 적층된다. 터치 스크린 센서를 가요성 디스플레이의 뒤쪽에 배치함으로써, 디스플레이의 광학 품질은 터치 스크린 센서의 금속 및 유전체층의 유한한 광학 흡수 및 반사에 의해 악화되지 않는다. 실시예에서, 어떠한 광학적 설계도 상보적이지 않으며, 또는 디스플레이에 터치스크린 기능을 통합하는데 디스플레이 또는 터치 스크린의 광학적 엔지니어링이 필요하지 않다.
실시예들은 저항형 터치 스크린 부품 내에 불투명 도체 재료를 포함시키는 것을 허용한다. 이러한 재료는 도전층의 ITO와 같은 종래의 투명 재료를 대체하는 금속박층일 수 있다. ITO 또는 다른 동등한 깨어지기 쉬운 재료의 사용은 이러한 재료들이 구부림에 따라 크랙이 발생하기 쉬운 가요성 디스플레이에 포함하기에는 바람직하지 않다. 종래의 터치 스크린 기술에서 ITO를 사용하는 주요 이점은 ITO가 매우 전도성이지만 매우 투명하고 이에 따라 사용자에 대하여 가장 높은 광학적 선명도를 보장하는 유용한 재료라는 사실이다. 투명 재료에 대한 필요성은 종래 기술에서 특히 중요한 것으로 설명된다. 그러나, ITO 코팅의 비용이 상당하며, 이것은 원재료 특히 인듐의 자연계에서의 희소성 때문에 장래에 상승할 것으로 예상된다. 본 발명의 실시예에서, 터치 스크린 기능을 실현하기 위한 투명 도체를 이용할 필요가 없으며, 도체 폴리머 또는 구리나 알루미늄과 같은 저가의 박막 진공 또는 용액 증착된 무기 금속과 같은 가요성 기판 집적을 위한 임의의 금속이 이용될 수 있다.
다른 실시예에서, 장치 구성의 전체 터치 스크린 구조의 두께는 상부 폴리머 필름에 대한 필요성을 제거함으로써 감소될 수 있다. 이 구성에서, 터치 스크린의 상부 도전층은 가요성 백플레인의 하부 기판상으로 직접 증착된다.
다른 실시예에서, 백플레인은 저항형 터치 스크린 부품의 상부 도체층상으로 직접 처리된다. 이 장치 디자인은 개별 기판이 백플레인용으로 이용될 필요성을 제거하며, 대신에 트랜지스터가 터치 스크린 부품의 상부 도전층상으로 제조된다.
본 발명의 이해를 돕기 위하여, 특정 실시예가 예로써 다음의 첨부된 도면을 참조하여 설명될 것이다:
도 1은 본 발명의 기술분야에서 공지된 터치 스크린 구조에 대한 구성을 도시한다;
도 2는 본 발명의 실시예에 따라 가요성 디스플레이의 아래에 터치 스크린 부품을 포함하는 저항형 터치 스크린 구조에 대한 장치 구성을 도시한다;
도 3은 저항형 터치 스크린 아래에 포함된 저항형 터치 스크린 부품에 대한 소자들을 도시한다;
도 4는 가요성 디스플레이 아래에 포함된 저항형 터치 스크린 부품에 대한 소자들을 도시하며, 본 발명에 따라 가요성 디스플레이의 기판의 뒷쪽으로 터치 스크린 센서의 상부 전극이 배치된다;
도 5는 가요성 디스플레이 아래에 포함된 저항형 터치 스크린 부품에 대한 소자들을 도시하며, 가요성 디스플레이의 백플레인은 터치 스크린 부품상으로 직접 처리된다;
도 6은 박막 트랜지스터 및 가요성 기판을 도시한다; 그리고 용액 증착에 적합한 능동 매트릭스 디스플레이 장치의 단면도 및 평면도이다.
넓게 말해서, 본 출원인은 통합된 터치 센서를 갖는 가요성 디스플레이 장치를 설명할 것이며, 저항형 터치 스크린 부품은 디스플레이의 광학적 선명도를 악화시키지 않으면서 가요성 디스플레이 아래에 배치되며, 이에 따라 100%의 광학 선명도를 제공한다. 가요성 디스플레이는 디스플레이 매체에 압력을 인가함으로써 장치가 상부로부터 조작가능하도록 허용하는 가요성 기판상의 가요성 백플레인과 접촉하는 가요성 디스플레이 매체를 포함한다. 가요성 디스플레이 매체와 디스플레이 백플레인은 저항형 터치 스크린 부품 위로 적층된다.
도면을 참조하면, 도 2는 가요성 백플레인(102) 위로 적층된 디스플레이 매체(101)를 포함하는 저항형 터치 스크린 구조에 대한 장치 구성을 도시한다. 디스플레이 매체는 바람직하게는 후술되는 바와 같이 초박형 크기를 갖는다. 바람직하게는 전기영동 디스플레이 매체가 장치 구조 내에 포함되고 백플레인 위에 배치된다. 백플레인은 도 2에 도시된 바와 같이 가요성 기판(102b)을 포함한다. 가요성 기판(102b)은 유리, 폴리이미드(polyimide, PI)의 박층 또는 가요성 금속 포일 중 하나일 수 있으나, 바람직하게는 가요성 기판은 폴리에틸렌테레프탈레이트(polyethyleneterephtalate, PET) 또는 폴리에틸렌나프탈렌(polyethylenenaphtalene, PEN)과 같은 폴리머 필름으로 이루어진다. 디스플레이 매체(101)와 디스플레이 백플레인(102)는 감압 접착제(pressure sensitive adhesive, PSA)를 이용하여 저항형 터치 스크린(103) 위로 적층된다.
광학적 선명도는 터치 스크린 부품을 가요성 디스플레이의 뒤쪽으로 포함시켜 획득된다. 도 3은 장치의 하부측에 배치된 저항형 터치 스크린 부품(103)의 소자들을 도시한다. 도전층(107)은 하부 기판(108) 위로 배치된다. 또한 하부 기판(108)은 바람직하게는 폴리에틸렌테레프탈레이트(polyethyleneterephtalate, PET) 또는 폴리에틸렌나프탈렌(polyethylenenaphtalene, PEN)과 같은 가요성 기판이다. 일반적으로, 하부 기판(108)의 선택은 아래의 다른 기판의 선택보다 터치 스크린의 동작에 대하여 덜 중요하다(아래의 설명 참조).
절연성 스페이서 도트(106)가 하부 도체층 위에 위치하고 도체 재료의 하부층과 동일한 물질일 수 있는 도전 재료의 상부층(105)이 이어진다. 상기 하부 및 상부 도전층(105, 107)이 분리되도록 스페이서 도트는 도전층들 사이에 배치된다. PET 또는 PEN과 같은 플라스틱 기판, 철과 같은 얇은 금속 포일 기판, 또는 얇은 유리 기판에 한정되지 않는 상부 가요성 기판 필름(104)은 저항형 터치 스크린 부품의 상부 기판을 형성함으로써 저항형 터치 스크린 부품을 완성한다. 상부 기판 재료의 바람직한 두께는 상부로부터 인가된 지역적인 압력에 대한 터치 스크린의 최적 감도를 획득하도록 25㎛ 내지 50㎛ 사이이다.
본 발명의 실시예에서, 터치 스크린의 도전층(105, 107)은 ITO와 같은 투명 도체 또는 금속박층과 같은 불투명 도체 재료로부터 제조된다. 저항형 터치 스크린이 디스플레이의 상부에, 즉, 사용자와 디스플레이 매체 사이에 배치되는 장치 구조와 비교하여, 터치 스크린이 디스플레이 뒷쪽에서 사용자로부터 숨겨진 여기서 설명된 구조는 터치 스크린이 투명일 필요가 없다. 따라서, 구리나 알루미늄과 같은 저가의 불투명 금속이 터치 스크린의 전극으로 이용될 수 있다. 이러한 새로운 장치 구성 내에서, 연성 금속으로 이루어진 박막이 가끔 ITO와 같은 약한 세라믹을 이용하는 것보다 더 가요성이기 때문에, 불투명 도전 재료를 이용할 수 있는 능력은 저항형 터치 스크린 장치의 가요성을 증가시킨다. 또한, 금속 재료로 이루어진 박막이 일반적으로 ITO보다 더 싼 재료이기 때문에 도전층용으로 금속 재료를 이용하는 것은 비용을 절감하는 효과를 갖는다. 또한, ITO보다 금속 재료에서 더 높은 전도도 레벨이 획득될 있다는 사실 때문에 금속층 사용의 효과가 터치 스크린 부품 내의 일반적인 성능 개선에서 나타날 수 있다.
상부로부터 가해진 압력에 대하여 터치 스크린의 양호한 감도를 획득하기 위하여, 터치 스크린(104)의 상부 기판과 가요성 백플레인의 기판(102b)은 디스플레이 매체(101)와 더불어 가능한 한 얇아야만 하고, 제조하는 동안뿐만 아니라 조작하는 동안 충분한 기계적 완전성과 내구성을 유지하여야 한다. 바람직하게는 이 기판들의 두께는 대략 10 내지 250㎛이며, 더욱 바람직하게는 대략 20 내지 200㎛이다. 특별히 선호되는 두께는 대략 175㎛이다.
저항형 터치 스크린 장치의 본 구성은 장치의 박막 트랜지스터 어레이를 포함하는 디스플레이의 백플레인이 장치의 중립축에 배치되는 것을 보장하기 위하여, 특히 기판(108, 104, 102b) 및 디스플레이 매체와 그 지지부의 두께인 전체 장치 적층의 다양한 층들의 두께에 대한 변경을 허용한다. 이 중립축 내에 트랜지스터를 배치함으로써, 이것은 저항형 터치 스크린 장치를 구부림에 따라 최소의 스트레스가 백플레인에 인가되도록 보장한다. 이 대신에, 장치의 중립축은 구부리는 동안 기계적 손상, 파손 또는 엽렬(delamination)되기 가장 쉬운 구조의 다른 층 내에 놓이도록 설계될 수 있다.
본 발명의 실시예에서, 새로운 장치 구성의 전체 터치 스크린 구조의 두께는 터치 스크린의 상부 기판(104)에 대한 필요성을 제거함으로써 감소될 수 있다. 이 구성에서, 저항형 터치 스크린의 상부 도전층(105)은 가요성 백플레인(102)의 하부 표면상으로 증착된다(도 4 참조). 이것은 가요성 백플레인을 위한 제조 단계의 일부로서 도전성 전극 및 상호연결부 세트를 기판(102b)의 하부상으로 패터닝하고 이어서 종래의 터치 스크린의 상부 및 하부 기판(108, 104)과 접촉을 제공하기 위하여 종래에 이용된 유사한 적층 공정들을 이용하여 터치 스크린의 하부 기판(108)으로 가요성 백플레인을 적층한다. 이 대신에, 능동 매트릭스 트랜지스터 어레이의 제조 공정에서 기판으로 완성된 터치 스크린 적층을 이용함으로써 터치 스크린의 상부 기판(104)의 상부에 직접 가요성 백플레인을 제조하는 것이 가능하다.
장치의 전체 두께를 더 감소시키기 위하여, 장치의 트랜지스터를 포함하는 가요성 백플레인(102)이 도 5에 도시된 바와 같이 저항형 터치 스크린 부품의 상부 도전층 위로 직접 가공 처리될 수 있다. 전기적 절연을 제공하기 위하여, 얇은 유전체 절연층(109)이 터치 스크린의 상부 도전층(105)과 가요성 백플레인의 전기능동층 사이에 배치된다. 이러한 절연층은 바람직하게는 대략 1 내지 20㎛의 두께를 갖는다. 또한, 이것은 터치 스크린의 표면의 평탄화(planarization)를 제공하는데 이용될 수 있다. 이러한 방법으로, 백플레인을 지지하기 위한 개별 기판의 필요성이 제거되고, 디스플레이 소자를 통해 인가된 압력에 대한 터치 스크린의 감도의 추가 개선을 제공한다.
본 발명의 바람직한 실시예에서, 저항형 터치 스크린 디스플레이 장치의 백플레인(102)은 저항형 터치 스크린 부품(103)의 상부측에 형성된다. 완전한 디스플레이는 능동 매트릭스 구동 배치를 이용하여 제조된다.
상기 백플레인은 트랜지스터 어레이를 포함한다. 예시적인 트랜지스터가 도 6에 도시된다. 본 발명의 일부 바람직한 실시예에서, 백플레인으로 포함되는 트랜지스터 어레이를 형성하는 각 트랜지스터는 다음의 방법으로 제조될 수 있다: 도체 재료는 소스 및 드레인 전극(111, 112)을 형성하도록 기판(110)상에 증착되고 패터닝된다. 바람직하게는 유리 또는 폴리머 필름으로 이루어진 가요성 기판이 이용될 수 있지만, 바람직하게는 폴리에틸렌테레프탈레이트(polyethyleneterephtalate, PET) 또는 폴리에틸렌나프탈렌(polyethylenenaphtalene, PEN)과 같은 열가소성 기판이 이용된다. 패터닝된 도전층(111, 112)은 PEDOT와 같은 도전성 폴리머나 금이나 은과 같은 금속 재료를 포함한다. 이것은 스핀(spin), 딥(dip), 블레이드(blade), 바(bar), 슬롯-다이(slot-die)와 같은 그러나 이에 한정되지 않는 용액 처리 기술이나 또는 스프레이 코팅, 잉크젯, 그라비어(gravure), 오프셋 또는 스크린 인쇄를 통해 증착되고 패터닝된다. 이 대신에, 기상 증착, 스퍼터링 및 포토그라피 기술과 같은 진공 증착 기술이 사용될 수 있다.
도전층이 패터닝되어 소스 및 드레인 전극을 형성하게 되면, 반도체 재료층(113)이 기판 및 패터닝된 전극 위에 증착될 수 있다. 반도체층은 폴리아릴라민(polyarylamine), 폴리플루오렌(polyfluorene) 또는 폴리티오펜(polythiophene) 유도체와 같은 반도체 폴리머들과 같은 그러나 이에 한정되지 않는 진공 또는 용액 처리가능한 유기 또는 무기 반도체 재료, 펜타센(pentacene)과 같은 소분자 유기 반도체, 또는 CdSe, ZnO 또는 실리콘 계열의 나노와이어와 같은 용액 처리가능한 무기 재료를 포함한다. 잉크젯 인쇄, 소프트 리소그라피 인쇄(J.A. Rogers 등, Appl. Phys. Lett. 75, 1010(1999); S Brittain 등, Physics World May 1998, p.31), 스크린 인쇄(Z. Bao 등, Chem. Mat. 9, 12999(1997)), 오프셋 인쇄, 블레이드 코팅 또는 딥 코팅, 커튼 코팅, 매니스커스 코팅, 스프레이 코팅, 또는 사출성형 코팅을 포함하나 이에 한정되지 않는 넓은 범위의 인쇄 기술이 반도체 재료를 증착하는데 이용될 수 있다. 이 대신에, 반도체층은 얇은 연속적인 막으로 증착되고 포토리소그라피(WO 99/10939의 예 참조) 또는 레이저 어블레이션과 같은 기술에 의해 제거식으로 패터닝될 수 있다.
그 다음, 게이트 유전체 재료층(114)이 층을 이루는 기판 상에 증착된다. 폴리이소부틸렌(polyisobutylene) 또는 폴리비닐페놀(polyvinylphenol)과 같은 재료가 유전체 재료로 사용될 수 있지만, 바람직하게는 폴리메틸메타크릴레이드(polymethylmethacrylate, PMMA) 및 폴리스틸렌(polystyrene)이 사용된다. 유전체 재료는 스프레이 또는 블레이드 코팅과 같은, 그러나 이에 한정되지 않는 기술에 의해 연속층의 형태로 증착될 수 있다. 그러나, 바람직하게는, 스프레이 코팅 기술이 사용된다.
그 다음, 유전체층의 증착 다음에 게이트 전극(115)과 상호 연결 라인의 증착이 이어진다. 게이트 전극의 재료는 금 또는 구리나 알루미늄과 같은 저가의 금속과 같은 무기 금속으로 이루어진 박막일 수 있다. 게이트 전극은 스퍼터링 또는 기상 증착 기술이나 스핀, 딥, 블레이드, 바, 슬롯-다이, 그라비어, 오프셋 또는 스크린 인쇄와 같은 용액 처리 기술을 이용하여 증착될 수 있다. 이 대신에, 무전해 증착 기술 또는 레이저 어블레이션이 이용될 수 있다.
트랜지스터는 공통 전극뿐만 아니라 데이터, 게이트 어드레싱을 갖는 능동 매트릭스 어레이 형태로 제조된다. 어레이의 각 화소는 하나 이상의 트랜지스터를 수용한다. 트랜지스터의 적어도 하나의 전극은 전기영동, 일렉트로크로믹(electrochromic), 또는 전자 종이 디스플레이 화소, 액정 디스플레이 화소, 또는 유기발광 다이오드와 같은 그러나 이에 한정되지 않는 전기능동 디스플레이 소자에 연결되어, 디스플레이 소자에 전압 또는 전류를 인가함으로써 디스플레이 소자의 상태를 제어한다. 디스플레이 매체는 터치 스크린 부품을 위한 불투명 금속의 사용을 용이하게 하기 위하여, 바람직하게는 반사성 디스플레이 매체이다. 그러나, 디스플레이 매체는 터치 스크린이 ITO와 같은 투명 도체로부터 제조되는 경우에 투과형 매체일 수도 있다.
마지막으로, 디스플레이 매체 부품(1)이 완성된 백플레인 부품과 아래에 놓인 저항형 터치 스크린 구조에 부착된다. 디스플레이 매체는 가요성 백플레인 기판상으로 직접 증착된다. 예를 들어, 상부로 방출하는 폴리머 발광 디스플레이 매체의 경우에, 광학적으로 능동적인 폴리머는 능동 매트릭스의 화소 위치로 잉크젯 인쇄되고, 그 다음 투명 상부 캐소드 및 투명 캡슐화층의 증착이 이어진다. 전기영동 디스플레이 매체의 경우에, 상부 기판상으로 투명 도체 전극으로 증착된 전기영동 잉크 필름은 가요성 백플레인으로 적층된다.
본 출원인의 WO 2004/070466호로부터 가져온 도 7a 및 7b는 액정 또는 전자 종이와 같은 디스플레이 매체가 전압제어되는 능동 화소의 단면도와 상면도를 도시한다. 도 7a는 화소 커패시터를 포함하는 트랜지스터 제어되는 디스플레이 장치의 측면도를 도시한다. 이것은 기판(701), 연속층이거나 패터닝될 수 있는 반도체(702)(도면에서는 반도체는 트랜지스터 채널을 덮도록 패터닝된다), 데이터 라인(703), 화소 전극(704), 트랜지스터 유전체(705), 게이트 전극/게이트 상호 연결부(706), 디스플레이 매체(707)(예를 들어, 액정 또는 전자 종이) 및 디스플레이 매체의 카운터 전극(708)을 갖는다. 이 예시에서, 디스플레이 매체의 상태는 매체에 걸린 전기장에 의해 결정되고, 장치의 스위칭가능한 영역(709)은 화소(704) 및 상부 전극(708) 사이의 전압차에 의해 스위칭될 수 있다.
WO 2004/070466이 용액 증착 기술(잉크젯 인쇄, 스크린 인쇄 및 오프셋 인쇄와 같은)을 이용한 단단한 기판상의 디스플레이 제조를 설명하지만, 전술한 바와 같이 유사한 디스플레이가 역시 용액 증착 기술을 이용하여 플라스틱 기판과 같은 가요성 기판상에 제조될 수 있다. 가요성 기판상으로의 증착을 위한 용액 증착 기술의 일부 더 바람직한 양태는 다른 것들 중에서도 본 출원인의 출원계속 중인 UK 특허출원 제0570173.8호, 제0506613.9호 및 제0511117.4호에 설명되며, 본 명세서에 그 내용이 참조로서 편입된다.
가요성 디스플레이가 터치 스크린과 접촉하게 될 때, 디스플레이 장치의 정의된 영역에 인가되는 압력이 터치 스크린의 정확한 영역을 활성화하는 것을 보장하도록 2개의 부품이 서로에 대하여 등록되어야만 한다. 이것은 2개의 부품의 적층 전에 광학적 정렬에 의해 달성될 수 있다. 제조 공정의 경우에, 가요성 백플레인의 적어도 하나의 층과 터치 스크린의 적어도 한 층이 동일한 기판상으로 증착되는 경우에, 터치 스크린의 층들 및 가요성 백플레인의 층들은 이 층들을 패터닝하는 동안 서로에 대하여 정렬될 수 있다.
본 발명은 전술한 예에 한정되지 않는다. 예를 들어, 저항형 터치 센서의 사용이 설명되었지만, 전술한 다른 터치 민감형 기술이 이용될 수 있다.
본 발명의 양태는 본 명세서에서 설명된 개념의 모든 신규한 그리고/또는 진보적인 양태와 본 명세서에서 설명된 특징의 모든 신규한 그리고/또는 진보적인 조합을 포함한다. 이에 따라, 본 출원인은 본 명세서에서 설명된 각 개별 특징을 분리하여 개시하고, 그리고 이러한 특징의 둘 이상에 대한 임의의 조합을 개시하였으며, 특히, 이러한 특징이나 조합이 본 명세서에서 개시된 임의의 문제점들을 해결하는지 여부에 관계없이, 본 발명의 범위를 제한하지 않으면서 이러한 특징들이나 조합이 본 명세서를 전체로 하여 이를 바탕으로 당업자의 통상의 지식에 비추어 실시될 수 있을 정도로 개시하였다. 본 발명의 양태는 이러한 임의의 개별 특징들 및 그 특징들의 조합을 포함할 수 있다. 전술한 설명을 고려할 때, 본 발명의 범위 내에서 다양한 수정이 이루어질 수 있다는 것은 당업자에게 자명하다.

Claims (9)

  1. 시청면을 갖는 디스플레이; 및
    상기 디스플레이 아래에서 상기 디스플레이와 통합되고, 가요성 기판 및 상기 가요성 기판 상의 적어도 하나의 도전층을 갖는 터치 민감형 센서;
    를 포함하며,
    상기 터치 민감형 센서는 상기 디스플레이의 상기 시청면을 터치함으로써 동작가능하고,
    상기 디스플레이는 전자 종이 디스플레이 매체와, 능동 매트릭스를 갖는 백플레인을 포함하고, 상기 능동 매트릭스는 유기 반도체를 포함하는 전계 효과 트랜지스터의 어레이를 포함하며, 상기 트랜지스터는 상기 디스플레이를 제어하도록 구성되고,
    상기 백플레인은 상기 적어도 하나의 도전층 상에 직접 배치되고, 상기 적어도 하나의 도전층 및 상기 백플레인의 전기능동층 사이에 유전체 절연층이 배치되며, 상기 유전체 절연층은 상기 적어도 하나의 도전층 및 상기 백플레인의 상기 전기능동층 사이에 전기적 절연을 제공하며,
    상기 디스플레이 및 터치 민감형 센서가 조합하여 전체로서 구부러질 수 있도록 상기 디스플레이 및 터치 민감형 센서는 조합하여 상기 터치 민감형 센서의 동작의 기능성에 필요한 이상의 가요성을 갖는,
    터치 민감형 능동 매트릭스 디스플레이 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 디스플레이는 박막 트랜지스터 어레이를 포함하는 백플레인을 구비하며, 상기 백플레인은 상기 장치의 중립 표면상에 위치하는,
    터치 민감형 능동 매트릭스 디스플레이 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 장치의 중립 표면은 상기 터치 민감형 센서의 평면 상에 위치하는,
    터치 민감형 능동 매트릭스 디스플레이 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 전계 효과 트랜지스터는 용액 처리 기술을 이용하여 형성되며 200nm 내지 1㎛사이의 두께를 갖는 폴리머 유기 게이트 유전체를 포함하는,
    터치 민감형 능동 매트릭스 디스플레이 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 터치 민감형 센서는 용량형 터치 민감형 센서인,
    터치 민감형 능동 매트릭스 디스플레이 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 가요성 기판은 20㎛ 내지 200㎛ 범위의 두께를 갖는,
    터치 민감형 능동 매트릭스 디스플레이 장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 유전체 절연층은 1 내지 20㎛의 두께를 갖는,
    터치 민감형 능동 매트릭스 디스플레이 장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 유전체 절연층은 상기 터치 스크린의 표면의 평탄화를 제공하도록 배치되는,
    터치 민감형 능동 매트릭스 디스플레이 장치.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 백플레인은 상기 터치 민감형 센서 상에 적층되고 상기 유전체 절연층은 상기 터치 민감형 센서와 상기 백플레인의 전기능동층 사이에만 배치되는,
    터치 민감형 능동 매트릭스 디스플레이 장치.
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