KR20190000553A - 터치 스크린 일체형 표시장치 - Google Patents

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Abstract

본 출원은 봉지층의 비유전율을 감소시켜 터치 감도를 증가시킨 터치 스크린 일체형 표시장치에 관한 거이다. 본 출원에 따른 터치 스크린 일체형 표시장치는 하부기판 상에 배치된 발광 소자층, 발광 소자층 상에 배치된 봉지층, 및 봉지층 상에 배치된 터치 전극을 구비한다. 본 출원의 봉지층은 발광 소자층 상에 배치된 제 1 탄성층, 제 1 탄성층 상에 배치된 저유전층, 및 저유전층 상에 배치된 제 2 탄성층을 포함한다. 본 출원의 저유전층의 비유전율은 2.5 이상 2.8 이하이다.

Description

터치 스크린 일체형 표시장치{DISPLAY DEVICE WITH INTEGRATED TOUCH SCREEN}
본 출원은 터치 스크린 일체형 표시장치에 관한 것이다.
정보화 사회가 발전함에 따라 화상을 표시하기 위한 표시장치에 대한 요구가 다양한 형태로 증가하고 있다. 표시장치 중 전계 발광 표시장치는 두 개의 전극 사이에 발광 소자층이 형성된 구조로 이루어져, 두 개의 전극 사이의 전계에 의해 발광 소자층이 발광함으로써 화상을 표시하는 장치이다.
전계 발광 표시장치 중 사용자의 터치를 인식할 수 있는 터치 스크린 패널을 포함하는 터치 스크린 일체형 표시장치가 있다. 터치 스크린 일체형 표시장치는 손가락이나 펜을 이용하여 직접 정보를 입력할 수 있어, 네비게이션(navigation), 휴대용 단말기 및 가전 제품 등에 널리 적용된다.
터치 스크린 일체형 표시장치는 하부기판 상에 배치된 발광 소자층, 발광 소자층 상에 배치된 봉지층, 및 봉지층 상에 배치된 터치 전극을 구비한다. 기존의 봉지층은 비유전율이 3.4 이상 3.6 이하이다.
봉지층의 비유전율은 발광 소자층과 터치 전극 사이에 형성되는 커패시터와 비례하며, 터치 전극의 터치 감도는 커패시터의 제곱에 반비례한다. 기존의 봉지층은 비유전율이 커, 터치 감도를 감소시키는 문제가 있다.
본 출원은 봉지층의 비유전율을 감소시켜 터치 감도를 증가시킨 터치 스크린 일체형 표시장치를 제공하고자 한다.
본 출원의 일 예에 따른 터치 스크린 일체형 표시장치는 하부기판 상에 배치된 발광 소자층, 발광 소자층 상에 배치된 봉지층, 및 봉지층 상에 배치된 터치 전극을 구비한다. 본 출원의 봉지층은 발광 소자층 상에 배치된 제 1 탄성층, 제 1 탄성층 상에 배치된 저유전층, 및 저유전층 상에 배치된 제 2 탄성층을 포함한다. 본 출원의 저유전층의 비유전율은 2.5 이상 2.8 이하이다.
본 출원에 따른 터치 스크린 일체형 표시장치는 봉지층의 비유전율을 감소시켜 터치 감도를 증가시킬 수 있다.
도 1은 본 출원에 따른 터치 스크린 일체형 표시장치의 개념적 블록도이다.
도 2는 본 출원의 일 예에 따른 화소의 내부 회로도이다.
도 3은 본 출원의 일 예에 따른 터치 스크린 일체형 표시장치의 단면도이다.
도 4는 본 출원의 일 예에 따른 봉지층의 단면도이다.
도 5는 본 출원의 일 예에 따른 저유전층의 구조이다.
도 6은 본 출원의 저유전층의 구조에 따른 비유전율을 나타낸 그래프이다.
도 7은 본 출원의 저유전층을 이루는 물질들의 상대 밀도 및 비유전율을 나타낸 그래프이다.
본 출원의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 일 예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 출원은 이하에서 개시되는 일 예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 출원의 일 예들은 본 출원의 개시가 완전하도록 하며, 본 출원이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 출원은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.
본 출원의 일 예를 설명하기 위한 도면에 개시된 형상, 크기, 비율, 각도, 개수 등은 예시적인 것이므로 본 출원이 도시된 사항에 한정되는 것은 아니다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다. 또한, 본 출원을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 출원의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명은 생략한다.
본 명세서에서 언급된 '포함한다', '갖는다', '이루어진다' 등이 사용되는 경우, '~만'이 사용되지 않는 이상 다른 부분이 추가될 수 있다. 구성 요소를 단수로 표현한 경우에 특별히 명시적인 기재 사항이 없는 한 복수를 포함하는 경우를 포함한다.
구성 요소를 해석함에 있어서, 별도의 명시적 기재가 없더라도 오차 범위를 포함하는 것으로 해석한다.
위치 관계에 대한 설명일 경우, 예를 들어, '~상에', '~상부에', '~하부에', '~옆에' 등으로 두 부분의 위치 관계가 설명되는 경우, '바로' 또는 '직접'이 사용되지 않는 이상 두 부분 사이에 하나 이상의 다른 부분이 위치할 수도 있다.
시간 관계에 대한 설명일 경우, 예를 들어, '~후에', '~에 이어서', '~다음에', '~전에' 등으로 시간적 선후 관계가 설명되는 경우, '바로' 또는 '직접'이 사용되지 않는 이상 연속적이지 않은 경우도 포함할 수 있다.
제1, 제2 등이 다양한 구성요소들을 서술하기 위해서 사용되나, 이들 구성요소들은 이들 용어에 의해 제한되지 않는다. 이들 용어들은 단지 하나의 구성요소를 다른 구성요소와 구별하기 위하여 사용하는 것이다. 따라서, 이하에서 언급되는 제1 구성요소는 본 출원의 기술적 사상 내에서 제2 구성요소일 수도 있다.
"제1 수평 축 방향", "제2 수평 축 방향" 및 "수직 축 방향"은 서로 간의 관계가 수직으로 이루어진 기하학적인 관계만으로 해석되어서는 아니 되며, 본 출원의 구성이 기능적으로 작용할 수 있는 범위 내에서보다 넓은 방향성을 가지는 것을 의미할 수 있다.
"적어도 하나"의 용어는 하나 이상의 관련 항목으로부터 제시 가능한 모든 조합을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 예를 들어, "제 1 항목, 제 2 항목 및 제 3 항목 중에서 적어도 하나"의 의미는 제 1 항목, 제 2 항목 또는 제 3 항목 각각 뿐만 아니라 제 1 항목, 제 2 항목 및 제 3 항목 중에서 2개 이상으로부터 제시될 수 있는 모든 항목의 조합을 의미할 수 있다.
본 출원의 여러 예들의 각각 특징들이 부분적으로 또는 전체적으로 서로 결합 또는 조합 가능하고, 기술적으로 다양한 연동 및 구동이 가능하며, 각 예들이 서로에 대하여 독립적으로 실시 가능할 수도 있고 연관 관계로 함께 실시할 수도 있다.
이하에서는 본 출원에 따른 터치 스크린 일체형 표시장치의 바람직한 예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 1은 본 출원에 따른 터치 스크린 일체형 표시장치의 개념적 블록도이다. 도 2는 본 출원의 일 예에 따른 화소(P)의 내부 회로도이다.
도 1 내지 도 2를 참조하면, 본 출원에 따른 유기발광 표시장치는 표시패널(10), 게이트 구동부(20), 데이터 구동부(30), 및 타이밍 컨트롤러(Timing Controller, T-CON)(40)를 포함한다.
표시패널(10)은 표시영역과 표시영역의 주변에 마련된 비표시영역을 포함한다. 표시영역은 화소(P)들이 마련되어 화상을 표시하는 영역이다. 비표시영역은 표시패널(10)의 테두리를 형성하고 표시영역을 외부의 충격으로부터 보호하는 영역이다. 표시패널(10)에는 게이트 라인들(GL1~GLp, p는 2 이상의 양의 정수), 데이터 라인들(DL1~DLq, q는 2 이상의 양의 정수) 및 센싱 라인들(SL1~SLq)이 마련된다. 데이터 라인들(DL1~DLq) 및 센싱 라인들(SL1~SLq)은 게이트 라인들(GL1~GLp)과 교차할 수 있다. 데이터 라인들(DL1~DLq)과 센싱 라인들(SL1~SLq)은 서로 평행할 수 있다. 표시패널(10)은 화소(P)들이 마련되는 하부기판과 외부의 이물질로부터 화소(P)들을 보호하기 위한 봉지(Encapsulation) 기능을 수행하는 상부기판을 포함할 수 있다.
화소(P)들 각각은 게이트 라인들(GL1~GLp) 중 어느 하나, 데이터 라인들(DL1~DLq) 중 어느 하나 및 센싱 라인들(SE1~SEm) 중 어느 하나에 접속될 수 있다. 화소(P)들 각각은 도 2와 같이 유기발광다이오드(organic light emitting diode, OLED)와 유기발광다이오드(OLED)에 전류를 공급하는 화소 구동부(PD)를 포함할 수 있다. 도 2에서는 설명의 편의를 위해 제j(j는 1≤≤j≤≤q을 만족하는 양의 정수) 데이터 라인(DLj), 제j 센싱 라인(SLj), 제k(k는 1≤≤k≤≤p을 만족하는 양의 정수) 스캔 라인(Sk), 및 제k 센싱 신호 라인(SSk)에 접속된 화소(P)만을 도시하였다.
도 2를 참조하면, 화소(P)는 유기발광다이오드(OLED)와, 유기발광다이오드(OLED)와 제j 센싱라인(SLj)으로 전류를 공급하는 화소 구동부(PD)를 포함한다.
유기발광다이오드(OLED)는 구동 트랜지스터(DT)를 통해 공급되는 전류에 따라 발광한다. 유기발광다이오드(OLED)의 애노드 전극은 구동 트랜지스터(DT)의 소스 전극에 접속되고, 캐소드 전극은 고전위전압보다 낮은 저전위전압이 공급되는 저전위전압라인(ELVSSL)에 접속될 수 있다.
유기발광다이오드(OLED)는 애노드 전극(anode electrode), 정공 수송층(hole transporting layer), 유기발광 소자층(organic light emitting layer), 전자 수송층(electron transporting layer), 및 캐소드 전극(cathode electrode)을 포함할 수 있다. 유기발광다이오드(OLED)는 애노드전극과 캐소드전극에 전압이 인가되면 정공과 전자가 각각 정공 수송층과 전자 수송층을 통해 유기발광 소자층으로 이동되며, 유기발광 소자층에서 정공과 전자가 서로 결합하여 발광하게 된다.
화소 구동부(PD)는 구동 트랜지스터(Driving Transistor)(DT), 스캔 라인(Sk)의 스캔 신호에 의해 제어되는 제1 트랜지스터(ST1), 센싱 신호 라인(SSk)의 센싱 신호에 의해 제어되는 제2 트랜지스터(ST2) 및 커패시터(capacitor)(C)를 포함할 수 있다. 화소 구동부(PD)는 표시 모드에서 화소(P)에 접속된 스캔 라인(Sk)으로부터 스캔 신호가 공급될 때 화소(P)에 접속된 데이터 라인(DLj)의 데이터 전압(VDATA)을 공급받고, 데이터 전압(VDATA)에 따른 구동 트랜지스터(DT)의 전류를 유기발광다이오드(OLED)에 공급한다. 화소 구동부(PD)는 센싱 모드에서 화소(P)에 접속된 스캔 라인(Sk)으로부터 스캔 신호가 공급될 때 화소(P)에 접속된 데이터 라인(DLj)의 센싱 전압을 공급받고, 구동 트랜지스터(DT)의 전류를 화소(P)에 접속된 센싱 라인(SLj)으로 흘린다.
구동 트랜지스터(DT)는 고전위전압라인(ELVDDL)과 유기발광다이오드(OLED) 사이에 마련된다. 구동 트랜지스터(DT)는 게이트 전극과 소스 전극의 전압 차에 따라 고전위전압라인(ELVDDL)으로부터 유기발광다이오드(OLED)로 흐르는 전류를 조정한다. 구동 트랜지스터(DT)의 게이트 전극은 제1 트랜지스터(ST1)의 제1 전극에 접속되고, 소스 전극은 유기발광다이오드(OLED)의 애노드 전극에 접속되며, 드레인 전극은 고전위전압이 공급되는 고전위전압라인(ELVDDL)에 접속될 수 있다.
제1 트랜지스터(ST1)는 제k 스캔 라인(Sk)의 제k 스캔 신호에 의해 턴-온되어 제j 데이터 라인(DLj)의 전압을 구동 트랜지스터(DT)의 게이트 전극에 공급한다. 제1 트랜지스터(T1)의 게이트 전극은 제k 스캔 라인(Sk)에 접속되고, 제1 전극은 구동 트랜지스터(DT)의 게이트 전극에 접속되며, 제2 전극은 제j 데이터 라인(DLj)에 접속될 수 있다. 제1 트랜지스터(ST1)는 스캔 트랜지스터로 통칭될 수 있다.
제2 트랜지스터(ST2)는 제k 센싱 신호 라인(SSk)의 제k 센싱 신호에 의해 턴-온되어 제j 센싱 라인(SLj)을 구동 트랜지스터(DT)의 소스 전극에 접속시킨다. 제2 트랜지스터(ST2)의 게이트 전극은 제k 센싱 신호 라인(SSk)에 접속되고, 제1 전극은 제j 센싱 라인(SLj)에 접속되며, 제2 전극은 구동 트랜지스터(DT)의 소스 전극에 접속될 수 있다. 제2 트랜지스터(ST2)는 센싱 트랜지스터로 통칭될 수 있다.
커패시터(C)는 구동 트랜지스터(DT)의 게이트 전극과 소스 전극 사이에 마련된다. 커패시터(C)는 구동 트랜지스터(DT)의 게이트 전압과 소스 전압 간의 차전압을 저장한다.
도 2에서는 구동 트랜지스터(DT)와 제1 및 제2 트랜지스터들(ST1, ST2)이 N 타입 MOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)으로 형성된 것을 중심으로 설명하였으나, 이에 한정되지 않는 것에 주의하여야 한다. 구동 트랜지스터(DT)와 제1 및 제2 트랜지스터들(ST1, ST2)은 P 타입 MOSFET으로 형성될 수도 있다. 또한, 제1 전극은 소스 전극일 수 있고 제2 전극은 드레인 전극일 수 있으나, 이에 한정되지 않는 것에 주의하여야 한다. 즉, 제1 전극은 드레인 전극일 수 있고 제2 전극은 소스 전극일 수 있다.
표시 모드에서, 제k 스캔 라인(Sk)에 스캔 신호가 공급될 때 제j 데이터 라인(DLj)의 데이터 전압(VDATA)이 구동 트랜지스터(DT)의 게이트 전극에 공급되고, 제k 센싱 신호 라인(SSk)에 센싱 신호가 공급될 때 제j 센싱라인(SEj)의 초기화 전압이 구동 트랜지스터(DT)의 소스 전극에 공급된다. 이로 인해, 표시 모드에서 구동 트랜지스터(DT)의 게이트 전극의 전압과 소스 전극의 전압 간의 전압 차에 따라 흐르는 구동 트랜지스터(DT)의 전류가 유기발광다이오드(OLED)에 공급되며, 유기발광다이오드(OLED)는 구동 트랜지스터(DT)의 전류에 따라 발광한다. 이때, 데이터 전압(VDATA)은 구동 트랜지스터(DT)의 문턱 전압과 전자 이동도를 보상한 전압이므로, 구동 트랜지스터(DT)의 전류는 구동 트랜지스터(DT)의 문턱 전압과 전자 이동도에 의존하지 않는다.
센싱 모드에서, 제k 스캔 라인(Sk)에 스캔 신호가 공급될 때 제j 데이터 라인의 센싱 전압이 구동 트랜지스터(DT)의 게이트 전극에 공급되고, 제k 센싱 신호 라인(SSk)에 센싱 신호가 공급될 때 제j 센싱 라인(SLj)의 초기화 전압이 구동 트랜지스터(DT)의 소스 전극에 공급된다. 또한, 제k 센싱 신호 라인(SSk)에 센싱 신호가 공급될 때 제2 트랜지스터(ST2)가 턴-온되어 구동 트랜지스터(DT)의 게이트 전극의 전압과 소스 전극의 전압 간의 전압 차에 따라 흐르는 구동 트랜지스터(DT)의 전류가 제j 센싱 라인(SLj)으로 흐르도록 한다.
게이트 구동부(120)는 타이밍 컨트롤러(40)로부터 게이트 구동부 제어 신호(GCS)를 공급받고, 게이트 구동부 제어 신호(GCS)에 따라 게이트 신호들을 생성하여 게이트 라인들(GL1~GLp)에 공급한다.
데이터 구동부(30)는 타이밍 컨트롤러(40)로부터 데이터 구동부 제어 신호(DCS)를 공급받고, 데이터 구동부 제어 신호(DCS)에 따라 데이터전압들을 생성하여 데이터 라인들(DL1~DLq)에 공급한다. 또한, 데이터 구동부(30)는 화소(P)들 각각의 전압 및 전류 특성을 센싱하여 센싱 데이터(SEN)를 생성하여 타이밍 컨트롤러(40)로 공급한다.
타이밍 컨트롤러(40)는 외부로부터 화상의 표시 타이밍을 제어하는 타이밍 신호(TS)와 화상을 구현하기 위한 색상 별 정보를 포함하고 있는 디지털 비디오 데이터(DATA)를 공급받는다. 타이밍 컨트롤러(40)의 입력단에는 타이밍 신호(TS)와 디지털 비디오 데이터(DATA)가 설정된 프로토콜에 의해 입력된다. 또한, 타이밍 컨트롤러(40)는 데이터 구동부(30)로부터 화소(P)들 각각의 전압 및 전류 특성에 따른 센싱 데이터(SEN)를 공급받는다.
타이밍 신호(TS)는 수직 동기 신호(Vertical sync signal, Vsync), 수평 동기 신호(Horizontal sync signal, Hsync), 데이터 인에이블 신호(Data Enable signal, DE), 및 도트 클럭(Dot clock, DCLK)을 포함한다. 타이밍 컨트롤러(40)는 센싱 데이터(SEN)에 기초하여 디지털 비디오 데이터(DATA)를 보상한다.
타이밍 컨트롤러(40)는 게이트 구동부(20), 데이터 구동부(30), 스캔 구동부 및 센싱 구동부의 동작 타이밍을 제어하기 위한 구동부 제어 신호들을 생성한다. 구동부 제어 신호들은 게이트 구동부(20)의 동작 타이밍을 제어하기 위한 게이트 구동부 제어 신호(GCS), 데이터 구동부(30)의 동작 타이밍을 제어하기 위한 데이터 구동부 제어 신호(DCS), 스캔 구동부의 동작 타이밍을 제어하기 위한 스캔 구동부 제어 신호 및 센싱 구동부의 동작 타이밍을 제어하기 위한 센싱 구동부 제어 신호를 포함한다.
타이밍 컨트롤러(40)는 모드 신호에 따라 표시 모드와 센싱 모드 중 어느 하나의 모드로 데이터 구동부(30), 스캔 구동부 및 센싱 구동부를 동작시킨다. 표시 모드는 표시패널(10)의 화소(P)들이 화상을 표시하는 모드이고, 센싱 모드는 표시패널(10)의 화소(P)들 각각의 구동 트랜지스터(DT)의 전류를 센싱하는 모드이다. 표시 모드와 센싱 모드 각각에서 화소(P)들 각각에 공급되는 스캔 신호의 파형과 센싱 신호의 파형이 변경되는 경우, 표시 모드와 센싱 모드 각각에서 데이터 구동부 제어 신호(DCS), 스캔 구동부 제어 신호 및 센싱 구동부 제어 신호 역시 변경될 수 있다. 따라서, 타이밍 컨트롤러(40)는 표시 모드와 센싱 모드 중 어느 모드인지에 따라 해당하는 모드에 대응하여 데이터 구동부 제어 신호(DCS), 스캔 구동부 제어 신호 및 센싱 구동부 제어 신호를 생성한다.
타이밍 컨트롤러(40)는 게이트 구동부 제어 신호(GCS)를 게이트 구동부(20)로 출력한다. 타이밍 컨트롤러(40)는 보상 디지털 비디오 데이터와 데이터 구동부 제어 신호(DCS)를 데이터 구동부(30)로 출력한다. 타이밍 컨트롤러(40)는 스캔 구동부 제어 신호를 스캔 구동부로 출력한다. 타이밍 컨트롤러(40)는 센싱 구동부 제어 신호를 센싱 구동부로 출력한다.
또한, 타이밍 컨트롤러(40)는 데이터 구동부(30), 스캔 구동부 및 센싱 구동부를 표시 모드와 센싱 모드 중에 어느 모드로 구동할지에 따라 해당 모드를 구동하기 위한 모드 신호를 생성한다. 타이밍 컨트롤러(40)는 모드 신호에 따라 표시 모드와 센싱 모드 중 어느 하나의 모드로 데이터 구동부(30), 스캔 구동부 및 센싱 구동부를 동작시킨다.
도 3은 본 출원의 일 예에 따른 터치 스크린 일체형 표시장치의 단면도이다. 본 출원의 일 예에 따른 터치 스크린 일체형 표시장치는 하부 기판(100), 중앙 기판(200), 및 터치 스크린(300)을 포함한다.
하부 기판(100)은 터치 스크린 일체형 표시장치의 후면을 지지한다. 하부 기판(100) 상에는 화소를 이루는 박막 트랜지스터(Thin Film Transistor, TFT)가 형성된다.
폴리이미드층(110)은 하부 기판(100)의 최하단에 배치된다. 폴리이미드층(110)은 가요성을 갖고 있다. 폴리이미드층(110)은 하부 기판(100)의 후면에서 발생하는 충격을 흡수한다.
데이터 라인(120)은 폴리이미드층(110)의 상부에 배치된다. 데이터 라인은 각각의 화소열마다 배치된다. 데이터 라인(120)은 데이터 전압을 각각의 화소들에 전달한다.
애노드 전극(130)은 데이터 라인의 상부에 배치된다. 애노드 전극(130)은 각각의 화소를 단위로 하여 배치된다. 다른 화소에 배치된 애노드 전극(130)은 서로 연결되지 않는다. 애노드 전극(130)은 데이터 라인(120)으로부터 데이터 전압을 공급받는다.
평탄화층(140)은 폴리이미드층(110)의 상부에 배치된다. 평탄화층(140)은 데이터 라인(120)이 배치되지 않은 곳에 배치된다. 평탄화층(140)은 데이터 라인(120)보다 높게 형성된다. 평탄화층(140)의 상부는 평탄하며, 평탄화층(140)의 상부 일부에는 애노드 전극(130)이 마련된다. 평탄화층(140)의 상부에서 애노드 전극(130)은 인접한 애노드 전극(130)과 연결되지 않고 절단된 상태로 형성된다.
뱅크(150)는 애노드 전극(130)의 상부 및 평탄화층(140)의 상부에 배치된다. 뱅크(150)는 각각의 화소들을 구획한다. 뱅크(150)는 절연성이 우수한 물질로 형성된다. 이에 따라, 뱅크(150)는 인접하게 배치된 애노드 전극(130) 간의 단락을 방지할 수 있다.
댐(160)은 폴리이미드층(110)의 상부에 배치된다. 댐(160)은 하부 기판(100)의 가장자리 영역에 배치된다. 댐(160)은 화소들을 형성하는 물질들 중 유동성 있는 물질이 하부 기판(100)의 가장자리를 넘어가는 것을 방지한다. 또한 댐(160)은 화소 외부의 구성 요소들을 제조하기 위하여 사용하는 물질들이 화소 영역 내로 침투하는 것을 방지한다.
패드부(170)는 폴리이미드층(110)의 상부에 배치된다. 패드부(170)는 하부 기판(100)의 가장자리 영역 중 댐(160)의 바깥쪽에 배치된다. 패드부(170)는 하부 기판(100) 상에 형성된 TFT 또는 집적 회로(Integrated Circuit, IC) 칩에 신호를 입력하는 수단이다. 일 예로, 패드부(170)는 외부로부터 공급되는 게이트 신호와 데이터 전압을 하부 기판(100)으로 공급할 수 있다.
중앙 기판(200)은 하부 기판(100)의 상부에 배치된다. 중앙 기판(200)은 터치 스크린 일체형 표시장치의 색상을 구현하고, 하부 기판(100)의 전면을 보호한다.
발광 소자층(210)은 애노드 전극(130)의 상부에 배치된다. 발광 소자층(210)은 각각의 화소마다 배치된다. 발광 소자층(210)은 내부의 재료 또는 상부에 배치된 컬러 필터와 같은 수단으로 미리 설정된 색상의 빛을 방출한다. 발광 소자층(210)은 외부의 신호 또는 전압의 크기에 대응하여 소정의 빛을 방출한다. 이에 따라, 애노드 전극(130)의 전압에 따라 발광 소자층(210)의 구동을 제어할 수 있다. 특히, 본 출원에 따른 터치 스크린 일체형 표시장치가 유기발광 표시장치와 같은 자발광 표시장치인 경우, 각각의 발광 소자층(210)을 데이터 라인(120)에서 애노드 전극(130)을 경유하여 전달되는 데이터 전압에 따라 원하는 밝기로 발광하도록 제어할 수 있다.
캐소드 전극(220)은 뱅크(150)의 상부와 발광 소자층(210)의 상부에 배치된다. 캐소드 전극(220)은 복수의 화소에 걸쳐서 단일한 전극으로 형성된다. 캐소드 전극(220)은 기준 전압 또는 공통 전압을 화소들에 공급한다.
제 1 패시베이션층(230)은 화소들이 마련된 영역에서는 캐소드 전극(230)의 상부에 배치된다. 또한, 제 1 패시베이션층(230)은 패드부(170)가 배치된 영역 안쪽의 폴리이미드층(110)의 상부와 댐(160)의 상부에 배치된다. 제 1 패시베이션층(230)은 하부 기판(100) 상의 화소들에 마련된 박막 트랜지스터를 보호한다. 또한, 제 1 패시베이션층(230)은 패드부(170)가 배치된 영역 안쪽의 폴리이미드층(110)의 상부와 댐(160)의 상부가 외부에 노출되지 않도록 하여, 폴리이미드층(110)과 댐(160)을 보호한다.
봉지층(240)은 제 1 패시베이션층(230)의 상부에 배치된다. 봉지층(240)은 화소 영역 상에 형성된다. 봉지층(240)은 화소들에 마련된 박막 트랜지스터를 산소, 수분 등 외부의 이물질로부터 보호한다.
제 2 패시베이션층(250)은 봉지층(240)의 상부에 배치된다. 제 2 패시베이션층(250)은 봉지층(240)을 외부의 충격으로부터 보호한다.
터치 스크린(300)은 중앙 기판(200)의 상부에 배치된다. 터치 스크린(300)은 사용자의 손가락 또는 터치 펜 등을 이용한 외부의 터치 정보를 감지한다. 터치 스크린(300)의 상부를 터치하는 경우, 터치 스크린(300)과 하부 기판(100) 사이에 배치된 봉지층(240)에서 형성되는 커패시터가 변화하여 터치 정보를 감지한다. 또한, 터치 스크린(300)은 외부의 터치 정보를 화소 영역 상에 디스플레이 할 수 있다.
제 1 절연층(310)은 화소 영역 상에서 제 2 패시베이션층(250)의 상부에 배치된다. 또한, 제 1 절연층(310)은 패드부(170)가 배치된 영역 안쪽의 제 1 패시베이션층(230)의 상부에 배치된다. 제 1 절연층(310)은 터치 스크린(300) 하부에 마련된 배선들 사이의 단락을 방지한다.
터치 라인(320)은 제 1 절연층(310)의 상부에 배치된다. 터치 라인(320)은 데이터 라인과 평행한 방향으로 배치된다. 터치 라인(320)은 터치 스크린(300)을 구동하기 위한 터치 구동 신호를 공급한다. 또한, 터치 라인(320)은 터치 스크린(300)에서 감지한 터치 정보를 터치 IC 칩으로 전달한다. 터치 라인(320)은 전기 전도성이 우수한 재료로 형성된다.
제 2 절연층(330)은 제 1 절연층(310) 및 터치 라인(320)의 상부에 배치된다. 제 2 절연층(330)은 인접한 터치 라인(320) 사이의 단락을 방지한다.
터치 전극(340)은 터치 라인(320) 및 제 2 절연층(330) 상에 마련된다. 데이터 라인과 평행한 방향으로 배치된 터치 전극(340)은 터치 라인(320)의 상부에 배치된다. 또한, 게이트 라인과 평행한 방향으로 배치된 터치 전극(340)은 제 2 절연층(330)의 상부에 배치된다. 데이터 라인과 평행한 방향으로 배치된 터치 전극(340)과 게이트 라인과 평행한 방향으로 배치된 터치 전극(340)은 브릿지 전극을 통해 서로 연결되어, 그물형 구조인 메쉬(mesh) 구조를 갖는다.
화소 영역의 가장자리 부분에 배치된 터치 전극(340)은 패드부(170)의 상부까지 연장되어, 패드부(170)와 전기적으로 연결된다. 메쉬(mesh) 구조로 배치된 터치 전극(340)은 화소 영역 상의 터치 위치를 감지한다. 터치 전극(340)은 터치 위치를 포함한 터치 정보를 패드부(170)로 전송한다.
상부 필름(350)은 제 2 절연층(330) 및 터치 전극(340)의 상부에 배치된다. 상부 필름(350)은 제 2 절연층(330) 및 터치 전극(340)이 외부로 노출되지 않도록 덮는다. 상부 필름(350)은 제 2 절연층(330) 및 터치 전극(340)을 수분, 산소 등 외부의 이물질로부터 보호한다.
도 4는 본 출원의 일 예에 따른 봉지층(240)의 단면도이다. 봉지층(240)은 발광 소자층(210) 상에 배치된 제 1 탄성층(241), 제 1 탄성층 상(241)에 배치된 저유전층(242), 및 저유전층(242) 상에 배치된 제 2 탄성층(243)을 포함한다.
특히, 본 출원의 저유전층(242)의 비유전율은 2.5 이상 2.8 이하이다. 비유전율은 대상 물질의 유전율과 진공에서의 유전율의 비율이며, 대상 물질의 커패시턴스와 비례한다. 본 출원의 저유전층(242)은 기존의 봉지 기능을 수행하는 물질들 대비 비유전율이 낮은 물질을 사용한다. 본 출원의 저유전층(242)에 관한 보다 구체적인 기술적 특징들은 도 5 및 도 7을 결부하여 상세히 설명하기로 한다.
기존의 봉지 기능을 수행하는 물질들의 비유전율은 통상적으로 3.4 이상 3.6 이하이다. 터치 스크린(300)의 터치 감도는 터치 스크린(300)과 하부 기판(100) 사이에 배치된 봉지층(240)의 초기의 용량(Initial Cap)의 제곱에 반비례한다. 봉지층(240)의 두께가 증가하고, 봉지층(240)의 비유전율이 감소할수록 터치 감도가 향상된다. 현재 봉지층(240)을 양산할 때 사용하는 재료는 알칼리 용해성(alkali soluble)을 갖는 아크릴 공중합체(Acryl copolymer)이다. 아크릴 공중합체의 비유전율은 3.4 이상 3.6 이하이다. 아크릴 공중합체로 형성된 봉지층(240)의 터치감도는 신호와 노이즈 간 비율인 SNR(Signal-Noise Ratio) 기준으로 약 36.0 dB이다.
이와 비교하여, 본 출원의 저유전층(242)과 같이 비유전율이 2.5 이상 2.8 이하인 경우, 터치감도가 개선된다. 실험 결과, 본 출원의 저유전층(242)을 적용시키는 경우, 봉지층(240)을 제외한 다른 구성 요소들이 기존과 동일한 경우에 SNR이 40.0 dB로, 기존 재료 대비 터치감도를 약 10% 향상시켰다. 따라서, 본 출원의 일 예는 사용자의 터치를 용이하게 인식할 수 있는 터치 스크린 일체형 표시장치를 제공할 수 있다.
본 출원에 따른 봉지층(240)의 두께는 4㎛ 이상 4.5㎛ 이하이다. 기존의 경우에는 봉지층(240)의 두께가 8㎛ 이상 10㎛ 이하인 것과 대비하여 두께를 약 50% 저감하였다. 상술한 실험 결과는 봉지층(240)의 두께가 4㎛ 이상 4.5㎛ 이하인 경우에서의 결과이다.
기존의 경우에는 비유전율이 높은 물질을 사용하였기 때문에, 봉지층(240)이 일정 두께 이상으로 형성되어야 하였다. 이에 따라, 본 출원의 일 예는 기존보다 봉지층(240)의 두께를 얇게 형성할 수 있다. 따라서, 본 출원에 따른 터치 스크린 일체형 표시장치는 슬림한 디자인을 용이하게 형성할 수 있다. 또한, 본 출원의 일 예에 따른 터치 스크린 일체형 표시장치는, 특히 대형의 화면을 갖는 제품에 적용하는 경우 봉지층(240)의 무게를 감소시켜, 제품의 전체 무게를 감소시킬 수 있다.
이 때, 봉지층(240)이 저유전층(242)의 단일한 층으로 형성되는 경우, 터치감도는 개선되지만 가요성이 없어, 터치 스크린 일체형 표시장치가 외부의 충격에 약해지고, 화소 영역에 전달된 충격을 완화시키기 위한 벤딩(bending)이 용이하지 않은 문제가 발생한다. 이를 개선하기 위해, 본 출원에 따른 봉지층(240)은 저유전층(242)의 상부 및 하부에 제 1 탄성층(241) 및 제 2 탄성층(243)을 부가한다.
제 1 탄성층(241) 및 제 2 탄성층(243)은 저유전층(242)에 가해지는 외부의 힘(stress)을 완화시킨다. 제 1 탄성층(241) 및 제 2 탄성층(243)은 탄성력이 우수한 수지(resin)를 재료로 하여 형성된다. 일 예로, 제 1 탄성층(241) 및 제 2 탄성층(243)은 우레탄 아크릴레이트(Urethane acrylate) 또는 우레탄 메타크릴레이트(Urethane methacrylate)로 이루어질 수 있다. 우레탄 아크릴레이트(Urethane acrylate) 또는 우레탄 메타크릴레이트(Urethane methacrylate)는 탄성력이 우수하며, 저유전층(242)과 인접하도록 얇은 두께로 형성하는 것이 용이하다.
본 출원의 일 예는 저유전층(242)의 상부 및 하부에 탄성력이 우수한 제 1 탄성층(241) 및 제 2 탄성층(243)을 배치하였다. 특히, 우레탄 아크릴레이트 또는 우레탄 메타크릴레이트로 이루어진 탄성 수지(resin)를 도입하여 벤딩 시 저유전층(242) 상부 및 하부에 가해지는 힘을 완화시켜, 박막 트랜지스터에 크랙 등 파손이 발생하는 문제와 박막층이 분리되는 들뜸 현상이 발생하는 문제가 해결되어서 제품 수율을 향상시킬 수 있다.
도 5는 본 출원의 일 예에 따른 저유전층(242)의 구조이다. 도 6은 본 출원의 저유전층(242)의 구조에 따른 비유전율을 나타낸 그래프이다. 도 7은 본 출원의 저유전층(242)을 이루는 물질들의 상대 밀도 및 비유전율을 나타낸 그래프이다.
본 출원에 따른 저유전층(242)은 실록산 공중합체(Siloxane copolymer)를 포함하고, 저유전층(242)을 이루는 재료인 조성물에는 Si-O 결합을 가지는 실록산 고분자 결합제를 사용한다.
아크릴계 고분자의 C-C 결합에 비해 실록산 고분자의 Si-O 결합은 높은 결합에너지를 가진다. 또한 아크릴계 고분자의 C-C 결합에 비해 실록산 고분자의 Si-O 결합은 결합길이가 길다. 이에 따라, 실록산 고분자를 결합제로 활용하는 경우 부피가 큰(Bulky)한 특성을 갖는다. 결과적으로, 실록산 고분자를 결합제로 이용하는 경우, 부피 밀도(Packing density)가 낮아진다. 어떤 물질의 부피 밀도가 낮은 경우 진공 상태에 가까워지는 것과 같은 효과를 갖게 된다. 즉, 물질 속에 전하를 충전시키고 있는 능력이 감소시키는 효과가 있게 된다. 이에 따라, 부피 밀도가 감소하는 경우 비유전율이 감소하게 된다.
본 출원에 따른 저유전층(242)은 실록산 공중합체(Siloxane copolymer)를 포함시켜 기존의 재료 대비 부피 밀도를 감소시켜 비유전율을 감소시키고, 비유전율이 낮은 층을 구현할 수 있다.
또한, 본 출원의 저유전층(242)은 기존의 봉지층(240) 재료로 사용하던 아크릴 계열 고분자(Acryl base polymer) 물질보다 내열성이 높은 실리콘 고분자(Silicone polymer)를 결합제(Binder)로 사용한다.
본 출원에서는 실리콘 고분자 중에서도 100℃ 미만의 저온 공정이 필요한 TFT에도 PCL 재료의 물성변화 없이 적용할 수 있는 재료를 개발하여 저유전층(242)에 적용하였다. 박막 트랜지스터 및 유기 발광 소자 상부 위에 형성되는 저유전층(242)의 재료는 기본적으로 봉지층 상에 터치 스크린이 형성된 패널인 ToE(Touch on Encap) 패널에 사용하기 원활한 기능을 유지하여야 한다.
이를 위해서는 저유전층(242)은 저유전율을 가질 뿐만 아니라, 본래 봉지층으로서의 역할을 수행하기 위하여 두께 안정성, 인접한 층과의 접착력, 벤딩 특성 및 광 투과율을 유지하고 있어야 한다. 본 출원의 일 예에 따른 저유전층(242)을 구성하는 실록산 공중합체, 실록산 고분자 결합제, 실리콘 고분자 결합제는 모두 이러한 특성을 만족한다.
한편, 부피 밀도는 부피가 있는 입체 공간을 채울 때 개개의 입자 사이에 존재하는 공간을 포함한 밀도이기 때문에, 같은 물질을 사용하더라도 채우는 방법 또는 결합 방법에 의해 부피 밀도의 값이 달라진다.
저유전층(242)은 고리형(Cyclic) 결합 구조를 갖는다. 도 6과 같이, 고리형 결합 구조는 선형(Linear) 결합 구조 및 사다리형(Ladder) 결합 구조 대비 비유전율이 낮다. 이러한 이유는 고리형 결합 구조의 경우 선형 결합 구조 또는 사다리형 결합 구조 대비 개개의 입자 사이의 공간이 많기 때문이다.
도 6은 실록산 고분자를 이용한 저유전층(242)을 이용하여 비유전율을 측정한 실험 결과를 나타낸 그래프이다. 실험 결과, 선형의 분자 결합 구조를 갖는 경우에는 비유전율이 3.5였고, 사다리형의 분자 결합 구조를 갖는 경우에는 비유전율이 3.3이었고, 고리형의 분자 결합 구조를 갖는 경우에는 비유전율이 3.1이었다.
본 출원의 일 예에 따른 저유전층(242)은 고리형의 분자 결합 구조를 가져, 동일한 재료를 사용하더라도 분자 사이의 공간을 넓게 형성하여 부피 밀도를 감소시킨다. 이에 따라, 본 출원의 일 예에 따른 저유전층(242)은 보다 효율적으로 저유전 상태를 구현할 수 있다.
본 출원에 따른 저유전층(242)은 분자체 구조(Molecular sieve, MCM)를 갖는다. 분자체 구조는 도 5와 같이 기공이 형성되어 있는 육각형 형태의 구조이다. 분자체 구조의 기공 내부에는 1 ㎚ 이상 10 ㎚ 이하의 공간이 형성되어 있다. 즉, 분자체 구조를 갖는 경우 공극율(Porosity)을 최대화할 수 있다. 이에 따라, 분자체 구조를 이루는 경우 부피 밀도를 더욱 감소시킬 수 있다.
또한, 분자체 구조는 정육각형 형태의 구조가 반복된 구조이므로, 정육각형의 중앙을 대칭점으로 정의하거나, 정육각형의 중앙을 지나는 직선을 대칭선으로 정의하는 경우, 점대칭 또는 선대칭 구조를 이루게 된다. 극성(Polarity)을 최소화할 수 있다. 극성이 작은 경우 분자 간의 결합력이 약하고 결합 길이도 극성이 큰 경우에 비하여 증가하게 된다. 이에 따라, 본 출원에 따른 저유전층(242)은 부피 밀도가 더욱 감소하게 된다.
이러한 점들에서 본 출원에 따른 저유전층(242)은 부피 밀도가 감소하여 비유전율을 효율적으로 감소시킬 수 있다.
도 7에서는 비유전율과 함께 부피 밀도를 기준 물질 대비 상대적인 값으로 정의한 상대밀도를 나타내었다. 폴리이미드의 경우 상대밀도가 8 이상 10 이하이다. 실록산의 경우 상대밀도가 7 이상 8 이하이다. 이러한 물질들은 원래 비유전율이 3.0 이상 3.5 이하이다.
또한 도 7에서 PBO는 본 출원의 예에 따른 실록산 공중합체를 적용한 1차 목표 재료는 분자체 구조를 적용하지 않은 재료로, 고분자 바인더 목표(Polymer Binder Objective, PBO) 재료로도 정의할 수 있다. PBO 재료의 비유전율은 2.5 이상 2.8 이하이다. 여기에서 상대밀도는 7.5 이상 9 이하이다.
여기에서, 본 출원의 일 예에 따른 저유전층(242)이 분자체 구조를 갖는 경우, 비유전율은 2.5 이상 2.8 이하이면서 상대밀도를 6 이상 7.5 이하의 수준으로 감소시킬 수 있다.
상술한 바와 같이 분자체 구조를 갖는 MCM 물질은 실리콘 산화물(Silica, SiO2)이 될 수 있다. 본 출원에서는 나트륨 규산염(Sodium silicate, Na2SiO3)을 실리콘 산화물(Silica, SiO2)의 도입 물질로서 사용하였다. 또한 본 출원에서는 세틸트리메틸안모늄프로미드(cetyltrimethylammonium bromide, CTAB)를 계면 활성제(surfactant)로 사용하여 수열 조건 하에서 Si-MCM-41을 합성하였다. 기공의 크기는 합성된 Si-MCM-41를 테트라-에틸-에스테르-오르토규산(Tetraethylorthosilicate, Si(O-CH2CH3)4)로 처리하여 조절하였다. 공극성 물질은 유기 발광 소자의 제조 공정 과정에서 주입 및 발생하는 가스를 적게 배출하기 위한 측면에서 매연(Fume) 양이 적고 내열성이 우수한 재료를 사용하였다. 이에 따라, 가스 배출을 최소화하고 비유전율을 감소시키기 위한 방법으로 실록산 결합제에 MCM 공극성 물질을 포함시켰다. 이에 따라, 분자 내 부피를 최대화하고 부피 밀도를 최소화하여, 비유전율이 감소하도록 재료 설계를 하였다.
아울러 본 출원은, 공정 특성을 개선하고, 봉지층(240)을 이루는 층들의 두께 안정성을 위해서 실리콘(Si)계 계면 활성제를 사용하였고, 접착력을 개선하기 위해서 실란 커플링제(Silane couple agent)를 도입하여 상부 층과 하부 층 사이의 접착력이 우수하도록 하였다.
본 출원에 따른 터치 스크린 일체형 표시장치는 봉지층의 비유전율을 감소시켜 터치 감도를 증가시킬 수 있다.
이상 설명한 내용을 통해 이 분야의 통상의 기술자는 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 특허청구범위에 의해 정하여져야만 할 것이다.
10: 표시패널 20: 게이트 구동부
30: 데이터 구동부 40: 타이밍 컨트롤러
100: 하부 기판 110: 폴리이미드층
120: 데이터 라인 130: 애노드 전극
140: 평탄화층 150: 뱅크
160: 댐 170: 패드부
200: 중앙 기판 210: 발광 소자층
220: 캐소드 전극 230: 제 1 패시베이션층
240: 봉지층 241: 제 1 탄성층
242: 저유전층 243: 제 2 탄성층
250: 제 2 패시베이션층 300: 터치 스크린
310: 제 1 절연층 320: 터치 라인
330: 제 2 절연층 340: 터치 전극
350: 상부 필름

Claims (6)

  1. 기판 상에 배치된 발광 소자층;
    상기 발광 소자층 상에 배치된 봉지층; 및
    상기 봉지층 상에 배치된 터치 전극을 구비하며,
    상기 봉지층은,
    상기 발광 소자층 상에 배치된 제 1 탄성층;
    상기 제 1 탄성층 상에 배치된 저유전층; 및
    상기 저유전층 상에 배치된 제 2 탄성층을 포함하며,
    상기 저유전층의 비유전율은 2.5 이상 2.8 이하인 터치 스크린 일체형 표시장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 봉지층의 두께는 4㎛ 이상 4.5㎛ 이하인 것을 특징으로 하는 터치 스크린 일체형 표시장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 탄성층 및 상기 제 2 탄성층은 우레탄 아크릴레이트 또는 우레탄 메타크릴레이트로 이루어진 것을 특징으로 하는 터치 스크린 일체형 표시장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 저유전층은 실록산 공중합체로 이루어지며, Si-O 결합을 가지는 실록산 고분자 결합제를 사용하는 것을 특징으로 하는 터치 스크린 일체형 표시장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 저유전층은 고리형 결합 구조를 갖는 것을 특징으로 하는 터치 스크린 일체형 표시장치.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 저유전층은 분자체 구조를 갖는 것을 특징으로 하는 터치 스크린 일체형 표시장치.
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