KR20210083900A - 터치 디스플레이 장치 - Google Patents

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KR20210083900A
KR20210083900A KR1020190176660A KR20190176660A KR20210083900A KR 20210083900 A KR20210083900 A KR 20210083900A KR 1020190176660 A KR1020190176660 A KR 1020190176660A KR 20190176660 A KR20190176660 A KR 20190176660A KR 20210083900 A KR20210083900 A KR 20210083900A
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원상혁
김민주
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엘지디스플레이 주식회사
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Abstract

본 발명은 비표시 영역을 줄일 수 있는 터치 디스플레이 장치에 관한 것으로, 본 발명에 따른 터치 디스플레이 장치는 기판을 관통하며 발광 소자들에 의해 둘러싸이도록 배치되는 기판홀과, 발광 소자들을 봉지하는 봉지 유닛 상에 배치되는 터치 전극들을 구비하며, 안테나 패턴이 기판홀과 터치 전극들 사이에 배치되므로, 베젤 영역을 최소화할 수 있다.

Description

터치 디스플레이 장치{TOUCH DISPLAY DEVICE}
본 발명은 터치 디스플레이 장치에 관한 것으로, 특히 비표시 영역을 줄일 수 있는 터치 디스플레이 장치에 관한 것이다.
터치 센서는 표시장치 등의 화면에 나타난 지시 내용을 사람의 손 또는 물체로 선택하여 사용자의 명령을 입력할 수 있도록 한 입력장치이다. 즉, 터치 센서는 사람의 손 또는 물체에 직접 접촉된 접촉위치를 전기적 신호로 변환하며, 접촉위치에서 선택된 지시 내용이 입력신호로 받아들여진다. 이와 같은 터치 센서는 키보드 및 마우스와 같이 표시장치에 연결되어 동작하는 별도의 입력장치를 대체할 수 있기 때문에 그 이용범위가 점차 확장되고 있는 추세이다.
최근에는 터치 센서를 이루는 터치 전극이 발광 소자 또는 액정 소자 등을 포함하는 표시 패널 상에 배치되는 터치 디스플레이 장치에 대한 연구 및 개발이 활발히 이루어지고 있다. 이러한 터치 디스플레이 장치를 휴대폰이나 네비게이션 등의 단말기 등에 적용하는 경우, 근거리 및/또는 원거리 무선 통신을 위해 안테나를 구비해야 한다.
그러나, 안테나는 터치 디스플레이 장치의 비표시 영역에 배치되므로, 비표시 영역인 베젤 영역이 증가되는 문제점이 있다.
본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명은 비표시 영역을 줄일 수 있는 터치 디스플레이 장치를 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 터치 디스플레이 장치는 기판을 관통하며 발광 소자들에 의해 둘러싸이도록 배치되는 기판홀과, 발광 소자들을 봉지하는 봉지 유닛 상에 배치되는 터치 전극들을 구비하며, 안테나 패턴이 기판홀과 터치 전극들 사이에 배치되므로, 베젤 영역을 최소화할 수 있다.
본 발명에서는 기판홀 및 안테나 패턴이 터치 전극에 의해 둘러싸이도록 액티브 영역 내에 배치됨으로써 베젤 영역의 증가를 방지할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 안테나 패턴은 마스크 공정 추가없이 터치 전극들과 함께 형성되므로 공정 및 비용을 절감할 수 있다.
뿐만 아니라, 본 발명에 따른 터치 디스플레이 장치는 액티브 영역 내에 배치되는 안테나 패턴을 구비함으로써 별도의 안테나 필름이 불필요하므로 비용을 절감할 수 있으며 안테나 필름에 의해 투과율이 감소되는 것을 방지할 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 터치 디스플레이 장치를 나타내는 사시도이다.
도 2는 도 1에 도시된 터치 디스플레이 장치를 나타내는 평면도이다.
도 3은 도 1에서 선"Ⅰ-Ⅰ'"를 따라 절취한 터치 디스플레이 장치를 나타내는 단면도이다.
도 4는 도 2에 도시된 라우팅 라인 및 안테나 라인과 접속되는 터치 구동 회로 및 무선 통신부를 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 도 4에 도시된 기판홀 내에 인입되는 카메라모듈을 나타내는 단면도이다.
도 6은 도 4에 도시된 기판홀 및 그 주변을 상세히 나타내는 평면도이다.
도 7은 도 6에서 선"Ⅱ-Ⅱ'"를 따라 절취한 터치 디스플레이 장치를 나타내는 단면도이다.
도 8은 도 6에서 선"Ⅲ-Ⅲ'"를 따라 절취한 터치 디스플레이 장치를 나타내는 단면도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 실시 예를 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 터치 디스플레이 장치를 나타내는 사시도이며, 도 2는 본 발명에 따른 터치 디스플레이 장치를 나타내는 평면도이다.
도 1 및 도 2에 도시된 본 발명에 따른 터치 디스플레이 장치는 기판(111) 상에 매트릭스 형태로 배열된 다수의 서브 화소들(SP)과, 다수의 서브 화소들(SP) 상에 배치된 봉지 유닛(140)와, 봉지 유닛(140) 상에 배치된 상호 정전 용량(Cm)과, 기판홀(200)을 둘러싸는 안테나 패턴(230)을 구비한다.
이 터치 디스플레이 장치는 디스플레이 기간 동안 발광 소자(120)를 포함하는 다수의 서브 화소들(SP)을 통해 영상을 표시한다. 그리고, 터치 디스플레이 장치는 터치 기간 동안 사용자의 터치에 의한 상호 정전 용량(mutual capacitance)(Cm; 터치 센서)의 변화량 감지하여 터치 유무 및 터치 위치를 센싱한다.
이러한 터치 디스플레이 장치의 액티브 영역에 배치되는 각 서브 화소(SP)들은 화소 구동 회로와, 화소 구동 회로와 접속되는 발광 소자(120)를 구비한다.
화소 구동 회로는 도 2에 도시된 바와 같이 스위칭 트랜지터(T1), 구동 트랜지스터(T2) 및 스토리지 커패시터(Cst)를 구비한다. 한편, 본 발명에서는 화소 구동 회로가 2개의 트랜지스터(T)와 1개의 커패시터(C)를 구비하는 구조를 예로 들어 설명하였지만, 이를 한정하는 것은 아니다. 즉, 3개 이상의 트랜지스터(T)와 1개 이상의 커패시터(C)를 구비하는 3T1C구조 또는 3T2C구조의 화소 구동 회로를 이용할 수도 있다.
스위칭 트랜지스터(T1)는 스캔 라인(SL)에 스캔 펄스가 공급되면 턴-온되어 데이터 라인(DL)에 공급된 데이터 신호를 스토리지 캐패시터(Cst) 및 구동 트랜지스터(T2)의 게이트 전극으로 공급한다.
구동 트랜지스터(T2)는 그 구동 트랜지스터(T2)의 게이트 전극에 공급되는 데이터 신호에 응답하여 고전압(VDD) 공급 라인으로부터 발광 소자(120)로 공급되는 전류를 제어함으로써 발광 소자(120)의 발광량을 조절하게 된다. 그리고, 스위칭 트랜지스터(T1)가 턴-오프되더라도 스토리지 캐패시터(Cst)에 충전된 전압에 의해 구동 트랜지스터(T2)는 다음 프레임의 데이터 신호가 공급될 때까지 일정한 전류를 공급하여 발광 소자(120)가 발광을 유지하게 한다.
이를 위해, 구동 트랜지스터(T2)는 도 3에 도시된 바와 같이 액티브 버퍼층(112) 상에 배치되는 액티브층(134)과, 게이트 절연막(102)을 사이에 두고 액티브층(134)과 중첩되는 게이트 전극(132)과, 층간 절연막(114) 상에 형성되어 액티브층(134)과 접촉하는 소스 및 드레인 전극(136,138)을 구비한다.
액티브층(134)은 비정질 반도체 물질, 다결정 반도체 물질 및 산화물 반도체 물질 중 적어도 어느 하나로 형성된다. 이 액티브층(134)은 채널 영역, 소스 영역 및 드레인 영역를 구비한다. 채널 영역은 게이트 절연막(102)을 사이에 두고 게이트 전극(132)과 중첩되어 소스 및 드레인 전극(136,138) 사이의 채널영역을 형성한다. 소스 영역은 층간 절연막(114)을 관통하는 소스 컨택홀을 통해 소스 전극(136)과 전기적으로 접속된다. 드레인 영역은 층간 절연막(114)을 관통하는 드레인 컨택홀을 통해 드레인 전극(138)과 전기적으로 접속된다. 여기서, 층간 절연막(114)은 도 3에 도시된 바와 같이 단층 구조로 이루어지거나, 도 7에 도시된 바와 같이 다층 구조로 이루어진다. 도 7에 도시된 층간 절연막(114)은 제1 내지 제3 층간 절연막(114a,114b,114c)을 구비하는 구조를 예로 들어 설명하였지만 이를 한정하는 것은 아니다.
이러한 액티브층(134)과 기판(111) 사이에는 멀티 버퍼층(104)과, 액티브 버퍼층(112)을 구비한다. 멀티 버퍼층(104)은 기판(111)에 침투한 수분 및/또는 산소가 확산되는 것을 지연시킨다. 이 멀티 버퍼층(104)은 기판(111) 전체에 형성될 수 있으며, 본격적인 표시패널의 제조 공정 전에, 다양한 공정이 보다 수월하게 진행될 수 있도록 해주면서, 박막 형성을 보다 안정적으로 구현할 수 있는 환경을 제공할 수 있다. 액티브 버퍼층(112)은 액티브층(134)을 보호하며, 기판(111)으로부터 유입되는 다양한 종류의 결함을 차단하는 기능을 수행한다. 이러한 멀티 버퍼층(104), 액티브 버퍼층(112) 및 기판(111) 중 적어도 어느 하나는 다층 구조로 이루어진다.
이 때, 액티브 버퍼층(112)과 접촉하는 멀티 버퍼층(104)의 최상층은 멀티 버퍼층(104)의 나머지 층들, 액티브 버퍼층(112) 및 게이트 절연막(102)과 식각 특성이 다른 재질로 형성된다. 액티브 버퍼층(112)과 접촉하는 멀티 버퍼층(104)의 최상층은 SiNx 및 SiOx 중 어느 하나로 형성되고, 멀티 버퍼층(104)의 나머지 층들, 액티브 버퍼층(112) 및 게이트 절연막(102)은 SiNx 및 SiOx 중 나머지 하나로 형성된다. 예를 들어, 액티브 버퍼층(112)과 접촉하는 멀티 버퍼층(104)의 최상층은 SiNx로 형성되고, 멀티 버퍼층(104)의 나머지 층들, 액티브 버퍼층(112) 및 게이트 절연막(102)은 SiOx로 형성된다.
게이트 전극(132)은 몰리브덴(Mo), 알루미늄(Al), 크롬(Cr), 금(Au), 티타늄(Ti), 니켈(Ni), 네오디뮴(Nd) 및 구리(Cu) 중 어느 하나 또는 이들의 합금으로 이루어진 단일층 또는 다중층일 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.
이 게이트 전극(132)은 게이트 절연막(102)을 사이에 두고 액티브층(134)의 채널 영역과 중첩된다. 이 때, 게이트 절연막(102)은 도 3에 도시된 바와 같이 게이트 전극(132)과 동일 선폭으로 형성되어 액티브층(134)의 측면을 노출시키도록 형성되거나, 게이트 전극(132)보다 넓은 선폭으로 형성되어 액티브층(134)의 측면을 덮도록 형성된다.
소스 및 드레인 전극(136,138)은 몰리브덴(Mo), 알루미늄(Al), 크롬(Cr), 금(Au), 티타늄(Ti), 니켈(Ni), 네오디뮴(Nd) 및 구리(Cu) 중 어느 하나 또는 이들의 합금으로 이루어진 단일층 또는 다중층일 수 있으나, 이에 한정되지 않는다. 이러한 소스 전극(136)은 게이트 절연막(102) 및 층간 절연막(114)을 관통하거나 층간 절연막(114)만을 관통하는 소스 컨택홀을 통해 노출된 액티브층(134)의 소스 영역과 접속된다. 드레인 전극(138)은 소스 전극(136)과 마주하며, 게이트 절연막(102) 및 층간 절연막(114)을 관통하거나 층간 절연막(114)만을 관통하는 드레인 컨택홀을 통해 액티브층(134)의 드레인 영역과 접속된다.
발광 소자(120)는 애노드 전극(122)과, 애노드 전극(122) 상에 형성되는 적어도 하나의 발광 스택(124)과, 발광 스택(124) 위에 형성된 캐소드 전극(126)을 구비한다.
애노드 전극(122)은 구동 트랜지스터(T2) 상에 배치되는 평탄화층(118)을 관통하는 컨택홀을 통해 노출된 구동 트랜지스터(T2)의 드레인 전극(138)과 전기적으로 접속된다. 각 서브 화소의 애노드 전극(122)은 뱅크(128)에 의해 노출되도록 형성된다. 이러한 뱅크(128)는 인접한 서브 화소 간 광 간섭을 방지하도록 불투명 재질(예를 들어, 블랙)로 형성될 수도 있다. 이 경우, 뱅크(128)는 칼라 안료, 유기 블랙 및 카본 중 적어도 어느 하나로 이루어진 차광재질을 포함한다.
적어도 하나의 발광 스택(124)은 뱅크(128)에 의해 마련된 발광 영역의 애노드 전극(122) 상에 형성된다. 적어도 하나의 발광 스택(124)은 애노드 전극(122) 상에 정공 관련층, 유기 발광층, 전자 관련층 순으로 또는 역순으로 적층되어 형성된다. 이외에도 발광 스택(124)은 전하 생성층을 사이에 두고 대향하는 제1 및 제2 발광 스택들을 구비할 수도 있다. 이 경우, 제1 및 제2 발광 스택 중 어느 하나의 유기 발광층은 청색광을 생성하고, 제1 및 제2 발광 스택 중 나머지 하나의 유기 발광층은 노란색-녹색광을 생성함으로써 제1 및 제2 발광 스택을 통해 백색광이 생성된다. 이 발광스택(124)에서 생성된 백색광은 발광 스택(124) 상부 또는 하부에 위치하는 컬러 필터에 입사되므로 컬러 영상을 구현할 수 있다. 이외에도 별도의 컬러 필터 없이 각 발광 스택(124)에서 각 서브 화소에 해당하는 컬러광을 생성하여 컬러 영상을 구현할 수도 있다. 즉, 적색(R) 서브 화소의 발광 스택(124)은 적색광을, 녹색(G) 서브 화소의 발광 스택(124)은 녹색광을, 청색(B) 서브 화소의 발광 스택(124)은 청색광을 생성할 수도 있다.
캐소드 전극(126)은 발광 스택(124)을 사이에 두고 애노드 전극(122)과 대향하도록 형성되며 저전압(VSS) 공급 라인과 접속된다.
봉지 유닛(140)은 외부의 수분이나 산소에 취약한 발광 소자(120)로 외부의 수분이나 산소가 침투되는 것을 차단한다.
이를 위해, 봉지 유닛(140)은 적어도 1층의 무기 봉지층(142,146)과, 적어도 1층의 유기 봉지층(144)을 구비한다. 본 발명에서는 제1 무기 봉지층(142), 유기 봉지층(144) 및 제2 무기 봉지층(146)이 순차적으로 적층된 봉지 유닛(140)의 구조를 예로 들어 설명하기로 한다.
제1 무기 봉지층(142)은 캐소드 전극(126)이 형성된 기판(111) 상에 형성된다. 제2 무기 봉지층(146)은 유기 봉지층(144)이 형성된 기판(111) 상에 형성되며, 제1 무기 봉지층(142)과 함께 유기 봉지층(144)의 상부면, 하부면 및 측면을 둘러싸도록 형성된다.
이 제1 및 제2 무기 봉지층(142,146)은 외부의 수분이나 산소가 발광 스택(124)으로 침투하는 것을 최소화하거나 차단한다. 제1 및 제2 무기 봉지층(142,146)은 질화실리콘(SiNx), 산화 실리콘(SiOx), 산화질화실리콘(SiON) 또는 산화 알루미늄(Al2O3)과 같은 저온 증착이 가능한 무기 절연 재질로 형성된다. 이에 따라, 제1 및 제2 무기 봉지층(142,146)은 저온 분위기에서 증착되므로, 제1 및 제2 무기 봉지층(142,146)의 증착 공정시 고온 분위기에 취약한 발광 스택(124)이 손상되는 것을 방지할 수 있다.
유기 봉지층(144)은 유기 발광 표시 장치의 휘어짐에 따른 각 층들 간의 응력을 완화시키는 완충역할을 하며, 평탄화 성능을 강화한다. 이 유기 봉지층(144)은 제1 무기 봉지층(142)이 형성된 기판(111) 상에 PCL, 아크릴 수지, 에폭시 수지, 폴리이미드, 폴리에틸렌 또는 실리콘옥시카본(SiOC)과 같은 비감광성 유기 절연 재질 또는 포토아크릴과 같은 감광성 유기 절연 재질로 형성된다. 이러한 유기 봉지층(144)은 비액티브 영역(NA)을 제외한 액티브 영역(AA)에 배치된다. 이 때, 적어도 하나의 외부댐(106)은 유기 봉지층(144)이 비액티브 영역(NA)으로 확산되는 것을 차단하도록 기판(111) 또는 층간 절연막(114) 상에 배치된다.
적어도 하나의 외부댐(106)은 도 1에 도시된 바와 같이 발광 소자(120)가 배치되는 액티브 영역(AA)을 완전히 둘러싸도록 형성되거나, 액티브 영역(AA)과 비액티브 영역(NA) 사이에만 형성될 수도 있다. 다수개의 패드(170,178,270)들이 기판(111)의 일측에 배치되는 경우, 외부댐(106)은 기판(111)의 일측에만 배치된다. 그리고, 다수개의 패드(170,178,270)들이 기판(111)의 양측에 배치되는 경우, 외부댐(106)은 기판(111)의 양측에 배치된다. 이 때, 외부댐(106)이 다수개 배치되는 경우, 외부댐(106)들은 소정 간격으로 이격되어 서로 나란하게 배치된다. 이러한 외부댐(106)에 의해, 비액티브 영역(NA)으로 유기 봉지층(144)이 확산되는 것을 방지할 수 있다.
이와 같은, 봉지 유닛(140)의 액티브 영역(AA)에는 터치 절연막(156)을 사이에 두고 터치 센싱 라인(154) 및 터치 구동 라인(152)이 교차되게 배치된다. 이 터치 센싱 라인(154)과 터치 구동 라인(152)의 교차부에는 상호 정전 용량(mutual capacitance; Cm)이 형성된다. 이에 따라, 상호 정전 용량(Cm)은 터치 구동 라인(152)에 공급되는 터치 구동 펄스에 의해 전하를 충전하고, 충전된 전하를 터치 센싱 라인(154)으로 방전함으로써 터치 센서의 역할을 하게 된다.
터치 구동 라인(152)은 다수의 제1 터치 전극들(152e)과, 다수의 제1 터치 전극들(152e) 사이를 전기적으로 연결하는 제1 터치 브릿지들(152b)을 구비한다.
다수의 제1 터치 전극들(152e)은 터치 절연막(156) 상에서 X 또는 Y 방향을 따라 일정한 간격으로 이격된다. 이러한 다수의 제1 터치 전극들(152e) 각각은 제1 터치 브릿지(152b)를 통해 인접한 제1 터치 전극(152e)과 전기적으로 연결된다.
제1 터치 브릿지(152b)는 터치 버퍼층(148) 상에 형성되며 터치 절연막(156)을 관통하는 터치 컨택홀(158)을 통해 제1 터치 전극(152e)과 전기적으로 접속된다. 이 제1 터치 브릿지(152b)는 뱅크(128)와 중첩되도록 배치되므로 제1 터치 브릿지(152b)에 의해 개구율이 손상되는 것을 방지할 수 있다.
터치 센싱 라인(154)은 다수의 제2 터치 전극들(154e)과, 다수의 제2 터치 전극들(154e) 사이를 전기적으로 연결하는 제2 터치 브릿지들(154b)을 구비한다.
다수의 제2 터치 전극들(154e)은 터치 절연막(156) 상에서 제2 방향인 Y 또는 X방향을 따라 일정한 간격으로 이격된다. 이러한 다수의 제2 터치 전극들(154e) 각각은 제2 터치 브릿지(154b)를 통해 인접한 제2 터치 전극(154e)과 전기적으로 연결된다.
제2 터치 브릿지(154b)는 제2 터치 전극(154e)과 동일 평면인 터치 절연막(156) 상에 배치되어 별도의 컨택홀 없이 제2 터치 전극(154e)과 전기적으로 접속된다. 이 제2 터치 브릿지(154b)는 제1 터치 브릿지(152b)와 마찬가지로 뱅크(128)와 중첩되도록 배치되므로 제2 터치 브릿지(154b)에 의해 개구율이 손상되는 것을 방지할 수 있다.
한편, 도 3에서는 제1 터치 브릿지(152b)가 터치 버퍼층(148) 상에서 터치 버퍼층(148)과 접촉하는 구조를 예로 들어 설명하였지만, 이외에도 제1 및 제2 터치 전극(152e,154e)과 제2 터치 브릿지(154b) 중 적어도 어느 하나가 터치 버퍼층(148) 상에서 터치 버퍼층(148)과 접촉하고, 제1 터치 브릿지(152b)는 터치 절연막(156) 상에 배치될 수도 있다.
또한, 도 2에서는 제1 터치 브릿지(152b), 제2 터치 브릿지(154b), 제1 터치 전극(152e) 및 제2 터치 전극(154e)이 플레이트 형상으로 형성되는 구조를 예로 들어 설명하였지만, 이외에도 제1 터치 브릿지(152b), 제2 터치 브릿지(154b), 제1 터치 전극(152e) 및 제2 터치 전극(154e) 중 적어도 어느 하나는 도 4에 도시된 바와 같이 메쉬 형태로 형성된다. 메쉬 형태의 터치 전극들(152e,154e)은 각 서브 화소에 배치되는 뱅크(128)와 중첩되며, 메쉬 형태의 터치 전극들(152e,154e) 사이의 개구 영역은 각 서브 화소(SP)의 발광 스택(124)과 중첩된다. 터치 전극들(152e,154e)은 ITO 또는 IZO와 같은 투명 도전막과, 그 투명 도전막의 상부 또는 하부에 메쉬 형태로 형성된 메쉬 금속막으로 이루어진다. 이외에도 터치 전극(152e,154e)은 투명 도전막없이 메쉬 금속막으로만 이루어질 수 있다. 여기서, 메쉬 금속막은 투명 도전막보다 전도성이 좋은 Ti, Al, Mo, MoTi, Cu, Ta 및 ITO 중 적어도 한 층의 도전층을 이용하여 메쉬 형태로 형성된다. 예를 들어, 메쉬 금속막은 Ti/Al/Ti, MoTi/Cu/MoTi 또는 Ti/Al/Mo와 같이 적층된 3층 구조로 형성된다. 이에 따라, 제1 및 제2 터치 전극(152e,154e) 자체의 저항과 커패시턴스가 감소되어 RC 시정수가 감소되어 터치 감도를 향상시킬 수 있다. 또한, 제1 및 제2 터치 전극(152e,154e) 각각의 메쉬 금속막의 선폭이 매우 얇아 메쉬 금속막으로 인해 개구율 및 투과율이 저하되는 것을 방지할 수 있다.
이러한 터치 전극(152e,154e)이 배치되는 액티브 영역(AA)의 적어도 일측에는 비액티브 영역(NA)이 배치된다.
비액티브 영역(NA)에는 표시 패드(178), 터치 패드(170) 및 안테나 패드(270)가 배치된다.
표시 패드(178)는 데이터 라인(DL), 스캔 라인(SL), 저전압(VSS) 공급 라인 및 고전압(VDD) 공급 라인 중 적어도 어느 하나와 접속된다. 터치 패드(170)는 라우팅 라인(160)과 접속되며, 안테나 패드(270)는 안테나 라인(210)과 접속된다. 라우팅 라인(160)은 터치 전극들(152e,154e) 각각으로부터 연장되어 봉지 유닛(140) 및 터치 버퍼막(148) 중 적어도 어느 하나의 측면을 따라 형성된다. 이 때, 라우팅 라인(160)은 적어도 하나의 외부댐(106)을 가로지르도록 배치된다. 라우팅 라인(160)는 터치 전극(152e,154e)과 동일 재질로 터치 절연막(156) 상에 형성된다. 안테나 라인(210)은 외부댐(106) 내측 또는 외측에서 라우팅 라인(160)과 나란하게 배치된다. 이 안테나 라인(210)은 기판(111) 상에 배치되는 안테나 패드(270)와 접속되기 위해서 적어도 하나의 외부댐(106)을 가로지르도록 배치된다. 이에 따라, 안테나 라인(210)은 라우팅 라인(160)과 마찬가지로 외부댐(106)과 인접한 봉지 유닛(140) 및 터치 버퍼막(148) 중 적어도 어느 하나의 측면을 따라 형성된다.
표시 패드(178), 터치 패드(170) 및 안테나 패드(270)는 기판(111)의 일측 및 타측 영역 중 적어도 어느 한 영역에 배치되는 비액티브 영역(NA)에 배치되거나, 표시 패드(178), 터치 패드(170) 및 안테나 패드(270) 중 어느 하나가 서로 다른 비액티브 영역(NA)에 배치될 수 있다. 한편, 표시 패드(178), 터치 패드(170) 및 안테나 패드(270)는 도 2의 구조에 한정되지 않고, 표시 장치의 설계사항에 따라 다양하게 변경 가능하다.
표시 패드(178), 터치 패드(170) 및 안테나 패드(270)는 발광 소자(120) 하부에 배치되는 절연막 상에 배치된다. 예를 들어, 터치 패드(170)는 표시 패드(178) 및 안테나 패드(270)와 함께 층간 절연막(114) 상에 배치된다. 이 표시 패드(178), 터치 패드(170) 및 안테나 패드(270)는 액티브 영역(AA)에 배치되는 터치 보호막(도시하지 않음)에 의해 노출되도록 형성된다. 터치 보호막은 터치 전극(152e,154e) 및 브릿지(152b,154b)를 포함하는 터치 센서를 덮도록 형성되어 터치 센서가 외부의 수분 또는 충격 등에 의해 손상되는 것을 방지한다. 이 터치 보호막은 SiNx 또는 SiOx와 같은 무기 절연 재질 또는 유기 절연 재질로 형성된다.
터치 보호막에 의해 노출된 터치 패드(170)는 도 4에 도시된 바와 같이 터치 구동 회로(180)와 접속되며, 표시 패드(178)는 스캔 구동부 및 데이터 구동부 중 적어도 어느 하나의 구동부(도시하지 않음)와 접속되며, 안테나 패드(270)는 안테나 패턴(230)으로부터 수신된 무선 신호를 처리하는 무선통신부(220)와 접속된다. 예를 들어, 무선 통신부(220)는 무선 주파수 집적 회로(Radio Frequency Integrated Circuit; RFIC)로 이루어진다.
표시 패드(178) 및 안테나 패드(270)는 터치 패드(170)와 동일 적층 구조로 형성될 수 있다. 예를 들어, 터치 패드(170)는 전기적으로 접속되는 제1 및 제2 패드 전극(172,174)으로 이루어진다.
제1 패드 전극(172)은 소스 및 드레인 전극(136,138)과 동일 재질로, 소스 및 드레인 전극(136,138)과 동일 평면 상에 배치될 수도 있다. 제2 패드 전극(174)은 라우팅 라인(160)과 동일 재질로, 터치 절연막(156) 상에 배치된다. 이외에도 제2 패드 전극(174)은 터치 전극(152e,154e) 또는 브릿지(152b,154b)과 동일 재질로 동일 평면 상에 배치될 수도 있다.
이 제2 패드 전극(174)은 터치 절연막(156) 및 터치 버퍼막(148)을 관통하는 패드 컨택홀(176)을 통해 노출된 제1 패드 전극(162)과 접속된다. 패드 컨택홀(176)은 터치 컨택홀(158)과 함께 형성된다. 즉, 패드 컨택홀(176) 및 터치 컨택홀(158)은 동일 마스크 공정으로 동시에 형성된다.
이러한 터치 패드(170)를 구비하는 디스플레이 장치는 카메라, 스피커, 플래시 라이트 광원 또는 지문 센서와 같은 생체 인식 센서 등을 구비하는 전자 부품이 배치될 수 있도록 기판(111)을 관통하는 기판홀(200)을 구비한다. 본 발명에서는 도 5에 도시된 바와 같이 기판홀(200) 내로 카메라 모듈(190)이 인입되는 구조를 예로 들어 설명하기로 한다.
기판홀(200)은 액티브 영역(AA) 내에 배치되므로, 도 6에 도시된 바와 같이 다수의 터치 전극들(152e,154e)에 의해 둘러싸일 수 있다. 이 기판홀(200)은 원형 형상을 가지는 것으로 예시되어 있으나, 다각형 또는 타원형태로 형성될 수도 있다.
이러한 기판홀(200) 내에 인입되는 카메라 모듈(190)은 카메라 렌즈(194)와 카메라 구동부(192)를 구비한다.
카메라 구동부(192)는 기판(111)의 배면에 배치되어 카메라 렌즈(194)와 연결된다.
카메라 렌즈(194)는 액티브 영역(AA)의 최하부에 배치되는 하부 박막층(예를 들어, 기판(111) 또는 백플레이트)에서부터 액티브 영역(AA)의 최상부에 배치되는 상부 박막층(예를 들어, 편광판(196))까지 관통하는 기판홀(200) 내에 배치된다. 이에 따라, 카메라 렌즈(194)는 커버 기판(198)와 마주보도록 배치된다. 이러한 카메라 모듈(190)이 액티브 영역(AA) 내에 배치됨으로써 표시 장치의 비표시 영역인 베젤 영역을 최소화할 수 있다.
이와 같은 카메라 모듈(190)이 인입되는 기판홀(200)이 배치되는 홀 영역(HA)을 둘러싸도록 배리어 영역(BA)이 배치된다. 즉, 배리어 영역(BA)은 다수의 발광 소자(120)가 배치되는 발광 영역(EA)과, 기판홀(200)이 배치되는 홀 영역(HA) 사이에 배치된다.
이 배리어 영역(BA)에는 도 6 내지 도 8에 도시된 바와 같이 적어도 하나의 내부댐(206), 내부 차단 패턴(208), 외부 차단 패턴(218) 및 안테나 패턴(230)이 배치된다.
적어도 하나의 내부댐(206)은 적어도 하나의 외부 차단 패턴(218)을 완전히 둘러싸도록 배치된다. 이러한 내부댐(206)에 의해, 수분 침투 경로로 이용될 수 있는 유기 봉지층(144)이 외부 차단 패턴(218) 및 기판홀(200)로 확산되는 것을 방지할 수 있다.
적어도 하나의 내부댐(206)은 외부댐(106)과 마찬가지로, 단층 또는 다층 구조(206a,206)로 형성된다. 내부댐(206) 및 외부댐(106) 각각은 평탄화층(104), 뱅크(128) 및 스페이서(도시하지 않음) 중 적어도 어느 하나와 동일 재질로 동시에 형성되므로, 마스크 추가 공정 및 비용 상승을 방지할 수 있다. 예를 들어, 내부댐(206)의 하부댐(206a)은 층간 절연막(114) 상에 평탄화층(118)과 동일 재질로 형성되며, 내부댐(206)의 상부댐(206b)은 하부댐(206a) 상에 뱅크(128)와 동일 재질로 형성된다.
한편, 내부댐(206) 및 기판 홀(200) 주변에 배치되는 스캔 라인(SL), 데이터 라인(DL) 등을 포함하는 신호 라인들은 기판홀(200)의 외곽을 따라 우회하도록 배치된다.
내부 차단 패턴(208)은 발광 영역(EA)과 내부댐(206) 사이에 배치되며, 외부 차단 패턴(218)은 내부댐(206)과 기판홀(200) 사이에 배치된다.
내부 차단 패턴(208) 및 외부 차단 패턴(218) 각각은 최하부폭보다 최상부폭 또는 중앙부 폭이 넓은 구조로 형성된다. 예를 들어, 내부 차단 패턴(208) 및 외부 차단 패턴(218) 각각은 폭이 다른 제1 및 제2 차단 패턴(208a,218a)을 구비한다.
제1 차단 패턴(208a,218a)은 제1 및 제2 층간 절연막(114a,114b)보다 두께가 두꺼운 제3 층간 절연막(114c)과 함께 형성되므로 제3 층간 절연막(114c)과 동일 재질로 이루어진다.
제2 차단 패턴(208b,218b)은 제1 차단 패턴(208a,218a) 상에 평탄화층(118)과 함께 형성되므로, 평탄화층(118)과 동일 재질로 이루어진다. 이 제2 차단 패턴(208b,218b)의 하부폭은 제1 차단 패턴(208a,218a)의 상부폭보다 넓게 형성된다.
이러한 내부 차단 패턴(208) 및 외부 차단 패턴(218)에 의해, 발광 스택(124) 및 캐소드 전극(126) 형성시, 발광 스택(124) 및 캐소드 전극(126)은 연속성을 가지지 않고 단선(disconnection)된다. 이에 따라, 외부로부터의 수분이 홀 영역(HA) 부근에 배치되는 발광 스택(124)을 따라 침투하더라도 내부 차단 패턴(208) 및 외부 차단 패턴(218)에 의해 발광 영역(EA)으로 유입되는 것을 차단 또는 지연시킬 수 있다. 또한, 홀 영역(HA) 부근에 배치되는 캐소드 전극(126)을 따라 정전기가 유입되더라도 내부 차단 패턴(208) 및 외부 차단 패턴(218)에 의해 발광 영역(EA)으로 정전기가 확산되는 것을 차단할 수 있다.
안테나 패턴(230)은 터치 전극(152e,154e) 및 제1 터치 브릿지(152b) 중 어느 하나와 동일 재질로 동일층 상에 배치된다. 예를 들어, 안테나 패턴(230)은 터치 센서의 최상부에 배치되는 터치 전극(152e,154e)과 동일 재질로 터치 절연막(156) 상에 배치된다. 이에 따라, 최상부에 배치되는 도전층과 함께 형성되는 안테나 패턴(230)은 최상부에 배치되므로, 무선신호를 송수신하는 안테나 성능을 최대화할 수 있다. 또한, 안테나 패턴(230)은 액티브 영역(AA)의 배리어 영역(BA) 내에 배치된다. 즉, 안테나 패턴(230)은 배리어 영역(BA) 내에 배치되는 내부 차단 패턴(208), 외부 차단 패턴(218) 및 내부댐(206) 중 적어도 어느 하나와 중첩되게 배치된다. 이에 따라, 안테나 패턴(230)은 액티브 영역(AA) 내에 배치됨으로써 비표시 영역(NA)인 베젤 영역을 최소화할 수 있다.
안테나 패턴(230)은 LTE-A(Long Term Evolution-Advanced), 5세대 통신(5G)과 같은 통신방식으로 송수신되는 무선 신호의 주파수 대역에 따라 다수개로 구성될 수 있다. 다수개의 안테나 패턴(230)은 무선 신호의 주파수 대역에 따라 길이 또는 면적이 서로 다르게 형성될 수 있다.
안테나 패턴(230)은 슬롯 안테나, 루프 안테나, 모노폴 안테나, 다이폴 안테나, 야기-우다 안테나 중 어느 하나의 구조로 형성된다.
이러한 안테나 패턴(230)은 도 6 및 도 8에 도시된 바와 같이 제1 내지 제3 안테나 브릿지(232,234,236)를 통해 안테나 라인(210)과 전기적으로 접속된다.
제1 안테나 브릿지(232)는 안테나 패턴(230)으로부터 신장되어 기판홀(200)의 외곽을 따라 우회하도록 배치된다. 이 제1 안테나 브릿지(232)는 안테나 패턴(230)과 함께 형성되므로, 터치 절연막(156) 상에 안테나 패턴(230)과 동일 재질로 이루어진다.
제2 안테나 브릿지(234)는 기판홀(200) 주변에 배치되는 제2 터치 브릿지(154b)를 가로지르도록 배치된다. 이에 따라, 제2 안테나 브릿지(234)는 제2 터치 브릿지(154b)와 전기적으로 단락되는 것을 방지하도록 제2 터치 브릿지(154b)와 다른 층인 터치 버퍼막(148) 상에 배치된다. 즉, 제2 안테나 브릿지(234)는 터치 절연막(156)을 사이에 두고 제2 터치 브릿지(154b), 제1 및 제2 터치 전극(152e,154e) 중 적어도 어느 하나와 중첩된다. 이러한 제2 안테나 브릿지(234)는 제1 터치 브릿지(152b)와 함께 형성되므로, 터치 버퍼막(148) 상에 제1 터치 브릿지(152b)와 동일 재질로 이루어진다.
제2 안테나 브릿지(234)는 터치 절연막(156)을 관통하는 제1 안테나 컨택홀(238a)을 통해 노출되어 제1 안테나 브릿지(232)와 접속되며, 터치 절연막(156)을 관통하는 제2 안테나 컨택홀(238b)을 통해 노출되어 제3 안테나 브릿지(236)와 접속된다.
제3 안테나 브릿지(236)는 터치 전극(152e,154e)의 일부를 제거하는 개구부(250)에 의해 노출된 터치 절연막(156) 상에 배치된다. 이러한 제3 안테나 브릿지(234)는 터치 전극(152e,154e)과 함께 형성되므로, 터치 절연막(156) 상에 터치 전극(152e,154e)과 동일 재질로 이루어진다.
제3 안테나 브릿지(236)는 터치 절연막(156)을 관통하는 제3 안테나 컨택홀(248)을 통해 노출된 안테나 라인(210)과 전기적으로 접속된다. 안테나 라인(210)은 터치 버퍼막(148) 상에 제2 안테나 브릿지(234)와 동일 재질로 제2 안테나 브릿지(234)와 함께 형성된다.
한편, 액티브 영역(AA) 내에 배치된 안테나 패턴(230) 및 기판홀(200)을 사이에 두고 X방향으로 이격된 제2 터치 전극들(154e)은 도 6에 도시된 바와 같이 제2 터치 브릿지(154b)를 통해 전기적으로 연결된다. 이 때, 안테나 패턴(230) 및 기판홀(200) 주변에 배치되는 제2 터치 브릿지(154b)는 다른 영역에 배치되는 제2 터치 브릿지(154b)와 다른 형상으로 형성된다. 예를 들어, 안테나 패턴(230) 및 기판홀(200) 주변에 배치되는 제2 터치 브릿지(154b)는 기판홀(200) 및 안테나 패턴(230)을 주변을 따라 라운드 형상으로 형성된다. 반면에, 안테나 패턴(230) 및 기판홀(200)을 제외한 다른 영역에 배치되는 제2 터치 브릿지(154b)는 직선 형태 또는 "V"자 형태로 형성된다.
또한, 액티브 영역(AA) 내에 배치된 안테나 패턴(230) 및 기판홀(200)을 사이에 두고 Y방향으로 이격된 제1 터치 전극들(152e)은 도 6 및 도 7에 도시된 바와 같이 제1 및 제2 보조 브릿지(272,274)를 통해 전기적으로 연결된다.
제1 보조 브릿지(272)는 배리어 영역(BA)에서 안테나 패턴(230)과 제1 터치 전극(152e) 사이에 배치된다. 제1 보조 브릿지(272)는 안테나 패턴(230)의 외측을 따라 우회하도록 배치된다. 이러한 제1 보조 브릿지(272)는 안테나 패턴(230)과 함께 형성되므로 터치 절연막(156) 상에서 안테나 패턴(230)과 동일 재질로 이루어진다.
제2 보조 브릿지(274)는 제1 보조 브릿지(272)의 양측에 위치한다. 제2 보조 브릿지는 제2 안테나 브릿지(234)와 함께 형성되므로 터치 버퍼막(148) 상에서 제2 안테나 브릿지(234)와 동일 재질로 이루어진다. 이러한 제2 보조 브릿지(274)는 터치 절연막(156)을 관통하는 보조 컨택홀(276)을 통해 노출되어 제1 보조 브릿지(272)와 연결된다. 또한, 제2 보조 브릿지(274)는 터치 절연막(156)을 관통하는 터치 컨택홀(158)을 통해 노출되어 제1 터치 전극들(152e)과 전기적으로 연결된다.
이와 같이, 본 발명에 따른 터치 디스플레이 장치는 기판홀(200) 및 안테나 패턴(230)이 터치 전극(152e,154e)에 의해 둘러싸이도록 액티브 영역(AA) 내에 배치됨으로써 베젤 영역을 최소화할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 안테나 패턴(230)은 마스크 공정 추가없이 터치 전극들(152e,154e)과 함께 형성되므로 공정 및 비용을 절감할 수 있다.
뿐만 아니라, 본 발명에 따른 터치 디스플레이 장치는 액티브 영역(AA) 내에 배치되는 안테나 패턴(230)을 구비함으로써 별도의 안테나 필름이 불필요하므로 비용을 절감할 수 있으며 안테나 필름에 의해 투과율이 감소되는 것을 방지할 수 있다.
한편, 본 발명에서는 상호 정전 용량(mutual capacitance)의 터치 센서 구조를 예로 들어 설명하였지만, 이를 한정하는 것은 아니며, 자가 정전 용량(Self capacitance)의 터치 센서 구조에도 적용 가능한다. 즉, 다수개의 터치 전극들 각각은 그 터치 전극들 자체에 형성된 정전 용량을 포함하므로, 사용자의 터치에 의한 정전 용량 변화를 감지하는 자기 용량(Self-Capacitance) 방식의 터치 센서로 이용된다. 다수의 터치 전극들 각각은 라우팅 라인들 각각과 일대일로 접속된다. 다수의 터치 전극들 각각은 다수개의 라우팅 라인들 중 어느 하나와 전기적으로 접속되며 나머지 라우팅 라인들과 비접속된다. 예를 들어, 제m(여기서, m은 자연수)번째 터치 전극은 제m 번째 라우팅 라인과 접속되며, 제m 번째 라우팅 라인을 제외한 나머지 라우팅 라인과 비접속된다. 제m+1 번째 터치 전극은 제m+1 번째 라우팅 라인과 전기적으로 접속되며 제 m+1 번째 라우팅 라인을 제외한 나머지 라우팅 라인과 비접속된다. 이 때, 라우팅 라인은 다수개의 터치 전극들을 가로지르도록 배치되거나, 터치 전극들 사이에 배치될 수도 있다. 라우팅 라인은 터치 절연막을 사이에 두고 터치 전극들과 다른 층 상에 배치되므로 터치 절연막을 관통하는 컨택홀을 통해 터치 전극들과 전기적으로 접속된다. 이외에도 라우팅 라인은 터치 전극과 동일층 상에 배치되어 별도의 컨택홀없이 터치 전극과 직접 접속될 수도 있다.
이상의 설명은 본 발명을 예시적으로 설명한 것에 불과하며, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술적 사상에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 변형이 가능할 것이다. 따라서 본 발명의 명세서에 개시된 실시 예들은 본 발명을 한정하는 것이 아니다. 본 발명의 범위는 아래의 특허청구범위에 의해 해석되어야 하며, 그와 균등한 범위 내에 있는 모든 기술도 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석해야 할 것이다.
111: 기판 120: 발광 소자
140: 봉지 유닛 160: 라우팅 라인
200: 기판홀 210: 안테나 라인
230: 안테나 패턴

Claims (9)

  1. 기판을 관통하는 기판홀과;
    상기 기판홀을 둘러싸도록 배치되는 다수의 발광 소자들과;
    상기 발광 소자들 상에 배치되는 봉지 유닛과;
    상기 봉지 유닛 상에 배치되는 터치 전극들과;
    상기 기판홀과 상기 터치 전극들 사이에 배치되는 적어도 하나의 안테나 패턴을 구비하는 터치 디스플레이 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 기판홀을 둘러싸도록 배치되며 상기 발광 소자의 발광 스택의 연속성을 차단하는 차단 패턴을 더 구비하며,
    상기 안테나 패턴은 상기 차단 패턴과 중첩되는 터치 디스플레이 장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 터치 전극들을 연결하는 터치 브릿지를 더 구비하며,
    상기 터치 전극은 상기 터치 브릿지보다 상부에 배치되는 터치 디스플레이 장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 안테나 패턴은 상기 터치 전극과 동일 재질로 상기 터치 전극과 동일 평면 상에 배치되는 터치 디스플레이 장치.
  5. 제 3 항에 있어서,
    상기 안테나 패턴과 전기적으로 연결되는 안테나 라인과;
    상기 안테나 라인과 나란하게 배치되며 상기 터치 전극과 접속되는 라우팅 라인을 더 구비하는 터치 디스플레이 장치.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 안테나 라인 및 상기 라우팅 라인은 상기 봉지 유닛의 측면을 따라 배치되는 터치 디스플레이 장치.
  7. 제 5 항에 있어서,
    상기 안테나 패턴과 상기 안테나 라인들 사이에서 이들을 연결하는 적어도 하나의 안테나 브릿지와;
    상기 터치 전극은 적어도 하나의 개구부를 더 구비하며,
    상기 안테나 브릿지는 상기 개구부에 의해 노출된 터치 절연막 상에 배치되는 터치 디스플레이 장치.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 안테나 패턴을 따라 형성되는 제1 보조 브릿지와;
    상기 제1 보조 브릿지와 전기적으로 연결되는 제2 보조 브릿지를 더 구비하며,
    상기 안테나 패턴에 의해 분리된 터치 전극들은 상기 제1 및 제2 보조 브릿지를 통해 전기적으로 연결되는 터치 디스플레이 장치.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 기판홀 내부에 배치되는 카메라 모듈을 더 구비하는 터치 디스플레이 장치.
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