KR20230009649A - 플렉서블 센서 및 플렉서블 표시 장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명에 따른 플렉서블 센서는 기판 상에 n × m의 행렬(여기서, n 및 m은 2 이상의 자연수임)로 배열된 복수의 센싱 유닛들을 포함하고, 복수의 센싱 유닛들 각각은 제1 전극과 제2 전극 사이에 전기 활성 물질로 이루어진 유전층을 포함하는 커패시터이거나, 박막 트랜지스터 및 이를 덮는 전기 활성 물질로 이루어진 보호층을 포함한다. 본 발명에 따른 플렉서블 표시 장치에 있어서, 각각의 서브픽셀은 상기 플렉서블 표시 장치의 형상 변형을 감지하는 센싱 박막 트랜지스터 및 상기 센싱 박막 트랜지스터를 덮으며 전기 활성 물질로 이루어진 보호층을 포함하고, 상기 보호층은 상기 센싱 박막 트랜지스터의 소스 전극 및 드레인 전극 사이에서 상기 센싱 박막 트랜지스터의 반도체층에 접촉한다.
Description
본 발명은 플렉서블 센서 및 플렉서블 표시 장치에 대한 것이다. 구체적으로, 형상 변형을 감지할 수 있는 플렉서블 센서 및 플렉서블 표시 장치에 대한 것이다.
정보화 기술이 발달함에 따라 사용자와 정보간의 연결 매체인 표시 장치의 시장이 커지고 있다. 이에 따라, 유기 발광 표시 장치(Organic Light Emitting Display: OLED), 액정 표시 장치(Liquid Crystal Display: LCD) 및 플라즈마 표시 장치(Plasma Display Panel: PDP) 등과 같은 표시 장치의 사용이 증가하고 있다.
최근에는, 플렉서블(flexible) 표시 장치가 상용화되고 있다. 플렉서블 표시 장치는 다양한 디자인 구현이 가능하고 휴대성에 장점이 있다. 플렉서블 표시 장치는 벤더블(Bendable) 표시 장치, 폴더블(Folderable) 표시 장치, 롤러블(Rollable) 표시 장치, 스트레처블(stretchable) 표시 장치 등 다양한 형태로 구현될 수 있다.
더 나아가, 단순 휴대형에서 벗어나 사람의 몸에 착용하거나 부착하는 웨어러블 기기나 인체 내부에 삽입이 가능한 전자피부에 대한 관심이 증가하고 있다.
플렉서블 표시 장치는 기존의 표시 장치와 달리 유연하다는 특성이 있기 때문에, 기존에 사용되는 터치 방식 이외에 형상 변형을 이용한 입력 방식이 적용될 수 있다. 이를 위해 형상 변형을 감지하고 맵핑할 수 있는 플렉서블 표시 장치가 필요하다. 한편, 스트레처블 표시 장치의 경우, 표시 패널의 형상 변형 시에 픽셀들 또는 서브픽셀들 간의 거리가 변형되고, 이로 인해 영상이 왜곡된다. 이 경우, 영상의 왜곡을 보정해주기 위해 형상 변형을 감지하여 맵핑하는 것이 필요하다. 또한, 웨어러블 기기 및 전자 피부의 다양한 활용을 위해 이들에 적용하여 형상 변형을 감지할 수 있는 플렉서블 센서도 필요하다.
이에 본 발명의 발명자들은 형상 변형을 감지할 수 있는 플렉서블 센서 및 플렉서블 표시 장치를 발명하였다.
본 발명의 목적은 민감도가 향상된, 즉 고감도의 플렉서블 센서를 제공하는 것이다. 또한, 본 발명의 목적은 표시 패널의 형상 변형을 서브픽셀들 수준에서 세밀하게 감지할 수 있는 플렉서블 표시 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 목적들은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기의 설명에 의해서 이해될 수 있고, 본 발명의 실시예에 의해 보다 분명하게 이해될 것이다. 또한, 본 발명의 목적 및 장점들은 특허 청구 범위에 나타낸 수단 및 그 조합에 의해 실현될 수 있음을 쉽게 알 수 있을 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 플렉서블 센서는 기판 상에 n x m의 행렬(여기서, n 및 m은 2 이상의 자연수임)로 배열된 복수의 센싱 유닛들을 포함하고, 각각의 센싱 유닛은 제1 전극과 제2 전극 사이에 전기 활성 물질로 이루어진 유전층을 포함하는 커패시터이거나, 각각의 센싱 유닛은 박막 트랜지스터 및 이를 덮는 전기 활성 물질로 이루어진 보호층을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 플렉서블 표시 장치는 게이트 라인들과 데이터 라인들이 교차하는 영역들에 구비된 서브픽셀들을 갖는 표시 패널을 포함하고, 각각의 서브픽셀은 스위칭 박막 트랜지스터, 상기 스위칭 박막 트랜지스터에 인접하게 배치되며, 상기 표시 패널의 형상 변형을 감지하는 센싱 박막 트랜지스터, 상기 스위칭 박막 트랜지스터를 덮는 제1 보호층, 및 상기 센싱 박막 트랜지스터를 덮으며 상기 제1 보호층과 다른 물질로 형성된 제2 보호층을 포함한다. 여기서, 상기 제2 보호층은 전기 활성 물질을 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 플렉서블 표시 장치의 각각의 서브픽셀은 상기 플렉서블 표시 장치의 형상 변형을 감지하는 센싱 박막 트랜지스터 및 상기 센싱 박막 트랜지스터를 덮으며 전기 활성 물질로 이루어진 보호층을 포함하고, 상기 보호층은 상기 센싱 박막 트랜지스터의 소스 전극 및 드레인 전극 사이에서 상기 센싱 박막 트랜지스터의 반도체층에 접촉한다.
본 발명의 실시예에 따르면, 센싱 유닛을 하부 전극과 상부 전극 사이에 전기 활성 물질로 이루어진 유전층을 포함하는 커패시터로 구성하거나, 센싱 유닛을 박막 트랜지스터 및 이를 덮는 전기 활성 물질로 구성함으로써, 민감도가 향상된, 즉 고감도의 플렉서블 센서를 제공할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 서브픽셀들마다 센싱 박막 트랜지스터를 배치하고 이를 전기 활성 물질로 덮음으로써, 표시 패널의 형상 변형을 센싱 박막 트랜지스터들의 전류 변화로 변환하고 이에 의해 표시 패널의 형상 변형을 서브픽셀들 수준에서 세밀하게 감지할 수 있는 플렉서블 표시 장치를 제공할 수 있다.
상술한 효과와 더불어 본 발명의 구체적인 효과는 이하 발명을 실시하기 위한 구체적인 사항을 설명하면서 함께 기술한다.
도 1은 본 발명의 실시예들에 따른 플렉서블 센서의 평면도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 플렉서블 센서의 센싱 유닛의 개략적인 회로 구성도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 플렉서블 센서에 포함된 센싱 유닛의 단면도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 플렉서블 센서의 센싱 유닛의 개략적인 회로 구성도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 플렉서블 센서에 포함된 센싱 유닛의 단면도이다.
도 6은 도 5의 일부 영역을 확대하여 도시한 것이다.
도 7은 도 5에 도시된 센싱 유닛에 대한 TCAD 시뮬레이션 결과를 나타낸 것이다.
도 8은 플렉서블 표시 장치의 개략적인 블록도이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 플렉서블 표시 장치의 서브픽셀의 개략적인 회로 구성도이다.
도 10은 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 플렉서블 표시 장치의 서브픽셀의 개략적인 회로 구성도이다.
도 11은 플렉서블 표시 장치의 사용예를 나타낸 도면이다.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 플렉서블 표시 장치의 서브픽셀의 단면도이다.
도 13은 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 플렉서블 표시 장치의 서브픽셀의 단면도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 플렉서블 센서의 센싱 유닛의 개략적인 회로 구성도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 플렉서블 센서에 포함된 센싱 유닛의 단면도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 플렉서블 센서의 센싱 유닛의 개략적인 회로 구성도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 플렉서블 센서에 포함된 센싱 유닛의 단면도이다.
도 6은 도 5의 일부 영역을 확대하여 도시한 것이다.
도 7은 도 5에 도시된 센싱 유닛에 대한 TCAD 시뮬레이션 결과를 나타낸 것이다.
도 8은 플렉서블 표시 장치의 개략적인 블록도이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 플렉서블 표시 장치의 서브픽셀의 개략적인 회로 구성도이다.
도 10은 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 플렉서블 표시 장치의 서브픽셀의 개략적인 회로 구성도이다.
도 11은 플렉서블 표시 장치의 사용예를 나타낸 도면이다.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 플렉서블 표시 장치의 서브픽셀의 단면도이다.
도 13은 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 플렉서블 표시 장치의 서브픽셀의 단면도이다.
전술한 목적, 특징 및 장점은 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 후술되며, 이에 따라 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 것이다. 본 발명을 설명함에 있어서 본 발명과 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 상세한 설명을 생략한다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 도면에서 동일한 참조부호는 동일 또는 유사한 구성요소를 가리키는 것으로 사용된다.
이하에서 구성요소의 "상부 (또는 하부)" 또는 구성요소의 "상 (또는 하)"에 임의의 구성이 배치된다는 것은, 임의의 구성이 상기 구성요소의 상면 (또는 하면)에 접하여 배치되는 것뿐만 아니라, 상기 구성요소와 상기 구성요소 상에 (또는 하에) 배치된 임의의 구성 사이에 다른 구성이 개재될 수 있음을 의미할 수 있다.
또한, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결", "결합" 또는 "접속"된다고 기재된 경우, 상기 구성요소들은 서로 직접적으로 연결되거나 또는 접속될 수 있지만, 각 구성요소 사이에 다른 구성요소가 "개재"되거나, 각 구성요소가 다른 구성요소를 통해 "연결", "결합" 또는 "접속"될 수도 있는 것으로 이해되어야 할 것이다.
이하에서는, 본 발명의 몇몇 실시예에 따른 플렉서블 표시 장치를 설명하도록 한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 플렉서블 센서의 평면도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 플렉서블 센서(10)는 기판 상에 n × m의 행렬(여기서, n 및 m은 2 이상의 자연수임)로 배열된 복수의 센싱 유닛들(SU)을 포함할 수 있다. 각각의 센싱 유닛(SU)은 제1 전극과 제2 전극 사이에 전기 활성 물질(electroactive material, EAM)로 이루어진 유전층을 포함하는 커패시터일 수 있다. 또는, 각각의 센싱 유닛(SU)은 박막 트랜지스터 및 이를 덮는 전기 활성 물질로 이루어진 보호층을 포함할 수 있다. 플렉서블 센서(10)는 복수의 센싱 유닛들(SU)에 연결된 신호 배선들(미도시)을 포함할 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 플렉서블 센서의 센싱 유닛의 개략적인 회로 구성도이다.
도 2를 참조하면, 센싱 유닛(SU)은 커패시터이고, 하나의 전극, 예를 들어 하부 전극은 제1 신호배선(RL)에 연결되고, 다른 전극, 예를 들어, 상부 전극은 제2 신호배선(CL)에 연결될 수 있다. 센싱 유닛(SU)에 가해진 물리적 변형, 예를 들어 수직 방향으로 압축 또는 인장 변형 또는 수평 방향으로 압축 또는 인장 변형에 따라 센싱 유닛(SU)의 정전용량이 달라질 수 있다. 따라서, 센싱 유닛(SU)의 정전용량의 변화를 감지함으로써, 센싱 유닛(SU)에 가해진 물리적 변형을 감지할 수 있다. 이에 대해서는 도 3을 참조하여 보다 구체적으로 후술한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 플렉서블 센서에 포함된 센싱 유닛의 단면도이다.
도 3을 참조하면, 센싱 유닛(SU)은 제1 기판(11) 상에 형성된 하부 전극(13), 하부 전극(13) 상에 배치된 상부 전극(17), 및 하부 전극(13)과 상부 전극(17) 사이에 배치된 유전층(15)을 포함하는 커패시터일 수 있다. 플렉서블 센서는 유전층(15) 및 상부 전극(17)을 덮는 제2 기판(19)를 더 포함할 수 있다. 제2 기판(19)는 보호 필름일 수 있다.
제1 기판(11) 및 제2 기판(19)은 예를 들어, 폴리이미드(polyimide), 폴리에테르술폰(polyethersulfone), 폴리에테르이미드(polyetherimide, PEI) 또는 폴리에틸렌 테레프탈레이드(polyethyeleneterepthalate, PET)와 같은 플라스틱 또는 얇은 유리(glass)로 이루어질 수 있다.
하부 전극(13) 및 상부 전극(17)은 전도성 물질로 이루어질 수 있다. 하부 전극(13) 및 상부 전극(17)은 예를 들어, 전도성 고분자를 포함할 수 있다.
유전층(15)는 전기 활성 물질(electroactive material, EAM)을 포함할 수 있다. 여기서, 전기 활성 물질은 이온성 전기 활성 고분자(ionic EAP) 또는 전자성 전기 활성 고분자(electronic EAP)를 포함할 수 있다. 이온성 전기 활성 고분자는 전도성 고분자(conducting polymers), 이온성 고분자-금속 복합재(ionic polymer-metal composites, IPMC), 이온성 고분자겔(ionic polymer gels) 등을 포함할 수 있다. 전자성 전기 활성 고분자는 액정 탄성체(liquid crystal elastomers), 유전 탄성체(dielectric elastomers), 강유전성 고분자(ferroelectric polymers) 등을 포함할 수 있다. 상기 전자성 전기 활성 고분자는 예를 들어, PVDF, P(VDF-TrFE), P(VDF-TrFE-CFE), P(VDF-TrFE-CTFE)를 포함하는 PVDF계 고분자, 또는 BaTiO3를 포함하는 압전 세라믹스와 상기 PVDF계 고분자의 복합재를 포함할 수 있다.
예를 들어, 유전층(15)이 전자성 전기 활성 고분자로 이루어진 경우, 플렉서블 센서(10)에 물리적 변형 또는 형상 변형이 일어나게 되면, 이러한 변형이 일어난 플렉서블 센서(10)의 일부 영역(변형 영역) 내에 배치된 센싱 유닛(SU)의 유전층(15)의 두께 변화와 더불어, 분극(polarization)이 회전할 수 있다. 유전층(15)의 분극(polarization)의 방향은 인가된 변형량(또는 응력)에 따라 달라질 수 있다. 유전층(15)의 분극(polarization)의 회전은 유전층(15)의 유전율에 영향을 미치게 되어 센싱 유닛(SU)의 정전용량의 변화량이 증가될 수 있다.
예를 들어, 유전층(15)이 이온성 전기 활성 고분자로 이루어진 경우, 플렉서블 센서(10)에 물리적 변형 또는 형상 변형이 일어나게 되면, 이러한 변형이 일어난 플렉서블 센서(10)의 일부 영역(변형 영역) 내에 배치된 센싱 유닛(SU)들의 유전층(15)의 두께 변화와 더불어, 이온 밀도의 변화가 일어날 수 있다. 유전층(15)의 이온 밀도의 변화는 인가된 변형량(또는 응력)에 따라 달라질 수 있다. 유전층(15)의 분극(polarization)의 회전은 유전층(15)의 유전율에 영향을 미치게 되어 센싱 유닛(SU)의 정전용량의 변화량이 증가될 수 있다.
따라서, 센싱 유닛(SU)의 유전층(15)을 전기 활성 물질로 구성함으로써, 물리적 변형 또는 형상 변형에 대한 플렉서블 센서(10)의 민감도가 증가될 수 있다. 플렉서블 센서(10)가 웨어러블(wearable) 기기에 적용된 경우, 이러한 물리적 변형 또는 형상 변형을 감지하고 맵핑할 수 있으므로 모션 센서로서 활용될 수 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 플렉서블 센서의 센싱 유닛의 개략적인 회로 구성도이다.
도 4를 참조하면, 센싱 유닛(SU')은 박막 트랜지스터(TR, 도 5)를 포함하고, 게이트 라인(GL)을 통해 공급된 스캔신호(센싱 제어 신호) 및 데이터 라인(DL)을 통해 공급되는 데이터 신호에 응답하여 센싱 라인(SL)으로 센싱 전류를 공급하도록 온(ON)/오프(OFF)된다. 센싱 유닛(SU')에 가해진 물리적 변형, 예를 들어 수직 방향으로 압축 또는 인장 변형 또는 수평 방향으로 압축 또는 인장 변형에 따라 박막 트랜지스터(TR)의 문턱 전압이 달라지게 되고, 이로 인해 센싱 유닛(SU')에 가해진 물리적 변형에 따라 박막 트랜지스터(TR)의 센싱 전류가 달라질 수 있다. 따라서, 박막 트랜지스터(TR)의 센싱 전류의 변화를 감지함으로써, 센싱 유닛(SU')에 가해진 물리적 변형을 감지할 수 있다. 이에 대해서는 도 5를 참조하여 보다 구체적으로 후술한다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 플렉서블 센서에 포함된 센싱 유닛의 단면도이다.
도 5를 참조하면, 센싱 유닛(SU')은 기판(21) 상에 형성된 바텀 게이트형(bottom gate type) 박막 트랜지스터(TR) 및 이를 덮는 보호층(28)을 포함한다.
기판(21) 예를 들어, 폴리이미드(polyimide), 폴리에테르술폰(polyethersulfone), 폴리에테르이미드(polyetherimide, PEI) 또는 폴리에틸렌 테레프탈레이드(polyethyeleneterepthalate, PET) 등과 같은 고분자 물질 또는 얇은 유리(glass)로 이루어질 수 있다.
바텀 게이트형(bottom gate type) 박막 트랜지스터(TR)는 게이트 전극(23), 게이트 절연막(22), 반도체층(23), 소스 전극(24) 및 드레인 전극(26)을 포함한다. 게이트 전극(23)은 게이트 라인(미도시)에 접속되며, 제1 기판(21) 상에 배치된다. 게이트 라인(미도시)과 게이트 전극(23) 상에, 예를 들어 산화실리콘(SiOx), 산질화실리콘(SiOxNy) 또는 질화실리콘(SiNx)와 같은 무기 절연물질로 이루어지는 게이트 절연막(22)이 배치된다. 게이트 절연막(22) 상에는 비정질 실리콘, 다결정 실리콘 또는 산화물 반도체와 같은 반도체 물질로 이루어진 반도체층(24)이 배치된다. 반도체층(24) 상에는 서로 이격되어 반도체층(24)의 채널부를 노출시키는 소스 전극(25)과 드레인 전극(26)이 배치되어 있다. 예를 들어, 소스 전극(25)은 반도체층(24)의 일 영역 상에 위치하며 데이터 라인에 접속되며, 드레인 전극(26)은 반도체층(24)의 타 영역 상에 소스 전극(25)과 이격되어 위치하여 센싱 라인에 접속된다.
보호층(28)은 전기 활성 물질(electroactive material, EAM)을 포함할 수 있다. 여기서, 전기 활성 물질은 이온성 전기 활성 고분자(ionic EAP) 또는 전자성 전기 활성 고분자(electronic EAP)를 포함할 수 있다. 이온성 전기 활성 고분자는 전도성 고분자(conducting polymers), 이온성 고분자-금속 복합재(ionic polymer-metal composites, IPMC), 이온성 고분자겔(ionic polymer gels) 등을 포함할 수 있다. 전자성 전기 활성 고분자는 액정 탄성체(liquid crystal elastomers), 유전 탄성체(dielectric elastomers), 강유전성 고분자(ferroelectric polymers) 등을 포함할 수 있다. 상기 전자성 전기 활성 고분자는 예를 들어, PVDF, P(VDF-TrFE), P(VDF-TrFE-CFE), P(VDF-TrFE-CTFE)를 포함하는 PVDF계 고분자, 또는 BaTiO3를 포함하는 압전 세라믹스와 상기 PVDF계 고분자의 복합재를 포함할 수 있다.
전기 활성 물질로 이루어진 보호층(28)은 바텀 게이트형 박막 트랜지스터 구조를 가지는 박막 트랜지스터(TR)의 반도체층(24)의 채널부와 접하도록 배치된다.
예를 들어, 보호층(28)이 전자성 전기 활성 고분자로 이루어진 경우, 플렉서블 센서(10)에 물리적 변형 또는 형상 변형이 일어나게 되면, 이러한 변형이 일어난 플렉서블 센서(10)의 일부 영역(변형 영역) 내에 배치된 센싱 유닛(SU')들의 보호층(28)의 분극(polarization)이 회전할 수 있다. 보호층(28)의 분극(polarization)의 방향은 인가된 변형량(또는 응력)에 따라 달라질 수 있다. 보호층(28)의 분극(polarization)의 회전은 반도체층(24)의 채널부 내의 전하 캐리어 밀도에 영향을 미치게 되어 박막 트랜지스터(TR)의 문턱 전압 및 전류 특성이 변화될 수 있다.
예를 들어, 보호층(28)이 이온성 전기 활성 고분자로 이루어진 경우, 플렉서블 센서(10)에 물리적 변형 또는 형상 변형이 일어나게 되면, 이러한 변형이 일어난 플렉서블 센서(10)의 일부 영역(변형 영역) 내에 배치된 센싱 유닛(SU')들의 보호층(28)의 이온 밀도의 변화가 일어날 수 있다. 보호층(28)의 이온 밀도의 변화는 인가된 변형량(또는 응력)에 따라 달라질 수 있다. 보호층(28)의 이온 밀도의 변화는 반도체층(24)의 채널부 내의 전하 캐리어 밀도에 영향을 미치게 되어 박막 트랜지스터(TR)의 문턱 전압 및 전류 특성이 변화될 수 있다.
플렉서블 센서(10)의 물리적 변형에 따라 분극의 회전 또는 이온 밀도의 변화를 충분히 유발하기 위해, 보호층(28)은 수십 um 이상의 충분한 두께로 형성될 수 있다.
따라서, 센싱 유닛(SU')을 박막 트랜지스터 및 이를 덮는 전기 활성 물질로 구성함으로써, 물리적 변형 또는 형상 변형에 대한 플렉서블 센서(10)의 민감도가 증가될 수 있다. 플렉서블 센서(10)가 웨어러블(wearable) 기기에 적용된 경우, 이러한 물리적 변형 또는 형상 변형을 감지하고 맵핑할 수 있으므로 모션 센서로서 활용될 수 있다.
도 6은 도 5의 일부 영역을 확대하여 도시한 것이다. 도 7은 도 5에 도시된 센싱 유닛에 대한 TCAD 시뮬레이션 결과를 나타낸 것이다.
도 6의 (a) 및 (b)를 참조하면, 전기 활성 고분자로 이루어진 보호층(28)의 분극의 방향에 따라 반도체층(24)에 전자 밀도 또는 정공 밀도가 증가하게 된다. 이에 따라, 도 7에서 확인할 수 있는 바와 같이, 보호층(28)의 분극 방향에 따라 박막 트랜지스터의 문턱 전압이 변화한다.
도 8은 플렉서블 표시 장치의 개략적인 블록도이다.
도 8에 도시된 바와 같이, 플렉서블 표시 장치는 영상 처리부(51), 타이밍 제어부(52), 데이터 구동부(53), 스캔 구동부(54) 및 표시 패널(55) 등을 포함한다.
영상 처리부(51)는 외부로부터 공급된 데이터 신호(DATA)와 더불어 데이터 인에이블 신호(DE) 등을 출력한다. 영상 처리부(51)는 데이터 인에이블 신호(DE) 외에도 수직 동기신호, 수평 동기신호 및 클럭신호 중 하나 이상을 출력할 수 있으나 이 신호들은 설명의 편의상 생략 도시한다.
타이밍 제어부(52)는 영상 처리부(51)로부터 데이터 인에이블 신호(DE) 또는 수직 동기신호, 수평 동기신호 및 클럭신호 등을 포함하는 구동신호와 더불어 데이터 신호(DATA)를 공급받는다. 타이밍 제어부(12)는 구동신호에 기초하여 스캔 구동부(54)의 동작 타이밍을 제어하기 위한 게이트 타이밍 제어신호(GDC)와 데이터 구동부(53)의 동작 타이밍을 제어하기 위한 데이터 타이밍 제어신호(DDC)를 출력한다.
데이터 구동부(53)는 타이밍 제어부(52)로부터 공급된 데이터 타이밍 제어신호(DDC)에 응답하여 타이밍 제어부(52)로부터 공급되는 데이터 신호(DATA)를 샘플링하고 래치하여 감마 기준전압으로 변환하여 출력한다. 데이터 구동부(53)는 데이터 라인들(DL1 ~ DLn)을 통해 데이터 신호(DATA)를 출력한다. 데이터 구동부(53)는 IC(Integrated Circuit) 형태로 형성될 수 있다.
스캔 구동부(54)는 타이밍 제어부(12)로부터 공급된 게이트 타이밍 제어신호(GDC)에 응답하여 스캔 신호를 출력한다. 스캔 구동부(54)는 게이트 라인들(GL1 ~ GLm)을 통해 스캔 신호를 출력한다. 스캔 구동부(54)는 IC(Integrated Circuit) 형태로 형성되거나 표시 패널(55)에 게이트인패널(Gate In Panel) 방식으로 형성될 수 있다.
표시 패널(55)은 데이터 구동부(53) 및 스캔 구동부(54)로부터 공급된 데이터 신호(DATA) 및 스캔 신호에 대응하여 영상을 표시한다. 표시 패널(55)은 영상을 표시할 수 있도록 동작하는 서브픽셀들(SPX)을 포함한다. 서브픽셀들(SPX)은 적색 서브픽셀, 녹색 서브픽셀 및 청색 서브픽셀을 포함하거나 백색 서브픽셀, 적색 서브픽셀, 녹색 서브픽셀 및 청색 서브픽셀을 포함한다. 서브픽셀들(SPX)은 발광 특성에 따라 서로 다른 발광 면적을 가질 수 있다. 복수의 서브픽셀들(SPX)은 하나의 픽셀을 구성할 수 있다. 예를 들어, 3개의 서로 다른 색상들(적색, 녹색, 청색)의 서브픽셀들(SPX)은 하나의 픽셀을 구성하거나 4개의 서로 다른 색상들(백색, 적색, 녹색, 청색)의 서브픽셀들(SPX)은 하나의 픽셀을 구성할 수 있다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 플렉서블 표시 장치의 서브픽셀의 개략적인 회로 구성도이다. 도 9는 액정 표시 패널을 포함하는 플렉서블 표시 장치의 서브픽셀의 개략적인 회로 구성도이다.
도 9에 도시된 바와 같이, 하나의 서브픽셀에는 스위칭 박막 트랜지스터(T_SW), 센싱 박막 트랜지스터(T_SN), 커패시터(C_ST) 및 액정 셀(C_CL)이 포함될 수 있다.
예를 들어, 스위칭 박막 트랜지스터(T_SW)의 게이트 전극은 제1 게이트 라인(GL1)에 접속되고, 소스 전극은 데이터 라인(DL1)에 접속되고, 드레인 전극은 액정 셀(C_LC)의 애노드 전극에 접속될 수 있다. 액정 셀(C_LC)의 캐소드 전극은 공통 전원 라인(VSSL)에 접속될 수 있다. 커패시터(C_ST)의 일 전극은 액정 셀(C_LC)의 애노드 전극에 접속되고 커패시터(C_ST)의 타 전극은 공통 전원 라인(VSSL)에 각각 접속될 수 있다. 예를 들어, 센싱 박막 트랜지스터(T_SN)의 게이트 전극은 제2 게이트 라인(GL2)에 접속되고, 소스 전극은 데이터 라인(DL1)에 접속되고, 드레인 전극은 센싱 라인(SL)에 접속된다.
스위칭 박막 트랜지스터(T_SW)는 제1 게이트 라인(GL1)을 통해 공급된 스캔신호에 응답하여 데이터 라인(DL1)을 통해 공급되는 데이터 신호가 액정 셀(C_LC)에 데이터 전압으로 저장되도록 온(ON)/오프(OFF)된다. 액정 셀(C_LC)의 액정 분자들은 데이터 전압에 따라 회전하게 된다. 센싱 박막 트랜지스터(T_SN)는 제2 게이트 라인(GL1)을 통해 공급된 스캔신호(센싱 제어 신호) 및 데이터 라인(DL1)을 통해 공급되는 데이터 신호에 응답하여 센싱 라인(SL)으로 센싱 전류를 공급하도록 온(ON)/오프(OFF)된다. 서브픽셀에 가해진 물리적 변형 또는 응력에 따라 센싱 박막 트랜지스터(T_SN)의 문턱 전압이 달라지게 되고, 이로 인해 서브픽셀에 가해진 물리적 변형 또는 응력에 따라 센싱 박막 트랜지스터(T_SN)의 센싱 전류가 달라질 수 있다. 따라서, 센싱 박막 트랜지스터(T_SN)의 센싱 전류의 변화를 감지함으로써, 서브픽셀에 가해진 물리적 변형 또는 응력을 감지할 수 있다. 이에 대해서는 도 10을 참조하여 후술한다.
도 10은 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 플렉서블 표시 장치의 서브픽셀의 개략적인 회로 구성도이다. 도 10은 유기 발광 표시 패널을 포함하는 플렉서블 표시 장치의 서브픽셀의 개략적인 회로 구성도이다.
도 10에 도시된 바와 같이, 하나의 서브픽셀에는 스위칭 박막 트랜지스터(T_SW), 구동 박막 트랜지스터(T_DR), 센싱 박막 트랜지스터(T_SN), 커패시터(C_ST) 및 유기 발광 다이오드(OLED)가 포함될 수 있다.
예를 들어, 스위칭 박막 트랜지스터(T_SW)의 게이트 전극은 제1 게이트 라인(GL1)에 접속되고, 소스 전극은 데이터 라인(DL1)에 접속되고, 드레인 전극은 구동 박막 트랜지스터(T_DR)의 게이트 전극에 접속될 수 있다. 예를 들어, 구동 박막 트랜지스터(T_DR)의 게이트 전극은 스위칭 박막 트랜지스터(T_SW)의 드레인 전극에 접속되고, 소스 전극은 전원 라인(VDDL)에 접속되고, 드레인 전극은 유기 발광 다이오드(OLED)의 애노드 전극에 접속될 수 있다. 유기 발광 다이오드(OLED)의 캐소드 전극은 공통 전원 라인(VSSL)에 접속될 수 있다. 커패시터(C_ST)의 전극들은 구동 박막 트랜지스터(T_DR)의 게이트 전극 및 소스 전극에 접속될 수 있다. 예를 들어, 센싱 박막 트랜지스터(T_SN)의 게이트 전극은 제2 게이트 라인(GL2)에 접속되고, 소스 전극은 데이터 라인(DL1)에 접속되고, 드레인 전극은 센싱 라인(SL)에 접속될 수 있다.
스위칭 박막 트랜지스터(T_SW)는 제1 게이트 라인(GL1)을 통해 공급된 스캔신호에 응답하여 데이터 라인(DL1)을 통해 공급되는 데이터 신호가 커패시터(C_st)에 데이터 전압으로 저장되도록 온(ON)/오프(OFF)된다. 구동 박막 트랜지스터(T_DR)는 커패시터(C_ST)에 저장된 데이터 전압에 따라 전원 라인(VDDL)과 공통 전원 라인(VSSL) 사이에 구동 전류가 흐르도록 동작한다. 유기 발광 다이오드(OLED)는 구동 박막 트랜지스터(T_DR)에 의해 형성된 구동 전류에 따라 빛을 발광한다. 센싱 박막 트랜지스터(T_SN)는 제2 게이트 라인(GL1)을 통해 공급된 스캔신호(센싱 제어 신호) 및 데이터 라인(DL1)을 통해 공급되는 데이터 신호에 응답하여 센싱 라인(SL)으로 센싱 전류를 공급하도록 온(ON)/오프(OFF)된다. 서브픽셀에 가해진 물리적 변형 또는 응력에 따라 센싱 박막 트랜지스터(T_SN)의 문턱 전압이 달라지게 되고, 이로 인해 서브픽셀에 가해진 물리적 변형 또는 응력에 따라 센싱 박막 트랜지스터(T_SN)의 센싱 전류가 달라질 수 있다. 따라서, 센싱 박막 트랜지스터(T_SN)의 센싱 전류의 변화를 감지함으로써, 서브픽셀에 가해진 물리적 변형 또는 응력을 감지할 수 있다. 이에 대해서는 도 13을 참조하여 후술한다.
도 11은 플렉서블 표시 장치의 사용예들을 나타낸 도면이다.
도 11을 참조하면, 표시 패널(55)은 영상이 표시되는 표시 영역(AA)을 포함한다. 표시 영역(AA)은 표시 패널(55)의 어느 일면에 정의될 수 있고, 양면 모두에 정의될 수 있다. 또한, 필요에 따라, 어느 특정 영역에 국한되어 정의될 수도 있다.
표시 패널(55)은 소정의 연성이 부여되어, 감거나(rolling, 또는 winding), 펴는(unrolling, 또는 unwinding) 동작이 용이하게 반복적으로 수행될 수 있다(도 11의 (a) 참조). 표시 패널(55)은 필요에 따라 다양한 방향으로 감길 수 있다. 예를 들어, 표시 패널(55)은 수평으로, 수직 방향으로, 또는 사선 방향으로 감길 수 있다. 표시 패널(55)은, 표시 패널(55)의 전면(前面) 방향 또는 배면(背面) 방향으로 감길 수 있다.
표시 패널(55)은 소정의 연성이 부여되어, 접거나(bending, 또는 folding) 펴는(unbending, 또는 unfolding) 동작이 반복적으로 수행될 수 있다(도 11의 (b), (c) 참조). 예를 들어, 표시 패널(55)은 수평으로, 수직 방향으로, 또는 사선 방향으로 접힐 수 있다. 표시 패널(55)은, 표시 패널(15)의 전면(前面) 방향 또는 배면(背面) 방향으로 접힐 수 있다.
도시되지 않았지만, 표시 패널(55)은 소정의 연성이 부여되어, 늘이고(stretching) 원상 복귀시키는 동작이 반복적으로 수행될 수 있다.
표시 패널(55)의 형상 변형은 사용자에 의해 직접적으로 제공되는 물리적인 외력에 의한 것일 수 있다. 이와 달리, 표시 패널(55)의 형상 변형은 구동 장치 및 구동 회로 등에 의해 제어된 것일 수 있다.
본 발명의 실시예들에 따른 플렉서블 표시 장치의 경우, 표시 패널(55)의 각각의 서브픽셀(SPX)마다 구비된 센싱 박막 트랜지스터(T_SN)를 이용하여 표시 패널(55)의 형상 변형을 감지하고 2차원적으로 맵핑할 수 있다.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 플렉서블 표시 장치의 서브픽셀의 단면도이다. 도 12는 액정 표시 패널을 포함하는 플렉서블 표시 장치의 서브픽셀(SPX)의 단면도이다.
도 12를 참조하면, 플렉서블 표시 장치를 구성하는 액정 표시 패널(100)은 제1 및 제2 기판(101, 190) 사이에 개재된 액정 셀(150)을 포함한다. 제1 기판(101) 및 제2 기판(190)은 예를 들어, 폴리이미드(polyimide), 폴리에테르술폰(polyethersulfone), 폴리에테르이미드(polyetherimide, PEI) 또는 폴리에틸렌테레프탈레이드(polyethyeleneterepthalate, PET) 등과 같은 고분자 물질 또는 얇은 유리(glass)로 이루어질 수 있다.
제1 기판(101)의 상부에 제1 방향으로 복수의 게이트 라이들(미도시)이 배치되어 있으며, 이러한 복수의 게이트 라인들과 교차하여 복수의 서브픽셀(SPX) 영역들을 정의하기 위해 제2 방향으로 다수의 데이터 라인들(미도시)이 배치되어 있다.
각각의 서브픽셀(SPX)은 제1 기판(101) 상에 배치된 스위칭 박막 트랜지스터(T_SW), 센싱 박막 트랜지스터(T_SN) 및 액정셀(150)을 포함한다. 각각의 서브픽셀(SPX)은 센싱 박막 트랜지스터(T_SN)를 포함하는 센싱부 및 스위칭 박막 트랜지스터(T_SW) 및 액정셀(150)을 포함하는 픽셀부로 이루어질 수 있다.
각각의 서브픽셀(SPX)의 픽셀부에 배치된 스위칭 박막 트랜지스터(T_SW)는 바텀 게이트형(bottom gate type) 박막 트랜지스터 구조를 가지며, 게이트 전극(121), 게이트 절연막(105), 반도체층(122), 소스 전극(124) 및 드레인 전극(126)을 포함한다. 게이트 전극(121)은 게이트 라인(미도시)에 접속되며, 제1 기판(101) 상에 배치된다. 게이트 라인(미도시)과 게이트 전극(121) 상에, 예를 들어 산화실리콘(SiOx), 산질화실리콘(SiOxNy) 또는 질화실리콘(SiNx)와 같은 무기 절연물질로 이루어지는 게이트 절연막(105)이 배치된다. 게이트 절연막(105) 상에는 비정질 실리콘, 다결정 실리콘 또는 산화물 반도체와 같은 반도체 물질로 이루어진 반도체층(122)이 형성된다. 반도체층(122) 상에는 서로 이격되어 반도체층(174)의 채널부를 노출시키는 소스 전극(124)과 드레인 전극(126)이 배치되어 있다. 소스 전극(124)은 반도체층(122)의 일 영역 상에 위치하며 데이터 라인에 접속되며, 드레인 전극(126)은 반도체층(122)의 타 영역 상에 소스 전극(124)과 이격되어 위치한다. 스위칭 박막 트랜지스터(T_SW)은 도시된 바에 한정되지 않으며, 탑 게이트형(top gate type) 박막 트랜지스터 구조를 가질 수 있다.
한편, 스위칭 박막 트랜지스터(T_SW) 상에는 스위칭 박막 트랜지스터(T_SW)를 덮는 제1 보호층(131)이 각각의 서브픽셀(SPX)의 픽셀부에 배치된다. 제1 보호층(131)은 산화실리콘 또는 질화실리콘과 같은 무기물 또는 포토아크릴과 같은 유기물로 이루어질 수 있다.
또한, 각각의 서브픽셀(SPX)의 픽셀부에는 제1 보호층(131)을 덮는 평탄화층(140)이 배치될 수 있다. 평탄화층(140)은 포토아크릴과 같은 유기물로 이루어질 수 있다. 스위칭 박막 트랜지스터(T_SW)의 드레인 전극(126)에 통해 접촉하여 전기적으로 연결되는 제1 전극으로서의 화소 전극(151)이 평탄화층(140) 상에 배치될 수 있다. 화소 전극(151)은 투명 도전성 물질로 이루어지며, 각각의 서브픽셀(SPX) 내에서 판 형상을 가질 수 있다. 예를 들어, 상기 투명 도전성 물질은 인듐-틴-옥사이드(indium-tin-oxide; ITO) 또는 인듐-징크-옥사이드(indium-zinc-oxide;IZO) 등일 수 있다. 평탄화층(140) 및 화소 전극(151) 상에는 액정층(155)이 배치된 수 있다. 액정층(155) 상에는 적어도 부분적으로 화소 전극(151)과 중첩하는 공통 전극(159)이 배치된다. 화소 전극(151)과 마찬가지로 제2 전극으로서의 공통 전극(159)은 인듐-틴-옥사이드(ITO) 또는 인듐-징크-옥사이드(IZO) 등과 같은 투명 도전성 물질로 이루어질 수 있다. 도시되지 않았으나, 액정층(155)의 상부 및 하부에는 배향막들이 더 배치될 수 있다. 평탄화층(140) 및 화소 전극(151)을 덮는 하부 배향막 및 공통 전극(159)을 덮는 상부 배향막이 배치될 수 있다.
각각의 서브픽셀(SPX)의 픽셀부에 배치된 제2 기판(190)의 하면의 일부에는 각각의 서브픽셀(SPX)에 대응되는 개구부를 갖는 차광부재인 블랙매트릭스(172)가 배치되고, 블랙매트릭스의 개구부를 통하여 노출된 제2 기판(124)의 하면에는 컬러필터(174)가 배치된다. 컬러필터(174)는 서브픽셀(SPX)에 대응되는 적색, 녹색, 청색 컬러필터를 포함할 수 있다.
각각의 서브픽셀(SPX)의 센싱부에 배치된 센싱 박막 트랜지스터(T_SN)는 바텀 게이트형(bottom gate type) 박막 트랜지스터 구조를 가지며, 게이트 전극(111), 게이트 절연막(105), 반도체층(112), 소스 전극(114) 및 드레인 전극(116)을 포함한다. 게이트 전극(111)은 게이트 라인(미도시)에 접속되며, 제1 기판(101) 상에 배치된다. 게이트 라인(미도시)과 게이트 전극(111) 상에, 예를 들어 산화실리콘(SiOx), 산질화실리콘(SiOxNy) 또는 질화실리콘(SiNx)와 같은 무기 절연물질로 이루어지는 게이트 절연막(105)이 배치된다. 게이트 절연막(105) 상에는 비정질 실리콘, 다결정 실리콘 또는 산화물 반도체와 같은 반도체 물질로 이루어진 반도체층(112)이 배치된다. 반도체층(112) 상에는 서로 이격되어 반도체층(112)의 채널부를 노출시키는 소스 전극(114)과 드레인 전극(116)이 배치되어 있다. 예를 들어, 소스 전극(114)은 반도체층(112)의 일 영역 상에 위치하며 데이터 라인에 접속되며, 드레인 전극(116)은 반도체층(112)의 타 영역 상에 소스 전극(114)과 이격되어 위치하여 센싱 라인에 접속된다.
한편, 센싱 박막 트랜지스터(T_SN) 상에는 센싱 박막 트랜지스터(T_SN)를 덮는 제2 보호층(133)이 각각의 서브픽셀(SPX)의 센싱부에 배치된다. 제2 보호층(133)은 제1 보호층(131)과 다른 물질로 이루어진다. 제2 보호층(133)은 전기 활성 물질(electroactive material)을 포함할 수 있다. 여기서, 전기 활성 물질은 이온성 전기 활성 고분자(ionic EAP) 또는 전자성 전기 활성 고분자(electronic EAP)를 포함할 수 있다. 이온성 전기 활성 고분자는 전도성 고분자(conducting polymers), 이온성 고분자-금속 복합재(ionic polymer-metal composites, IPMC), 이온성 고분자겔(ionic polymer gels) 등을 포함할 수 있다. 전자성 전기 활성 고분자는 액정 탄성체(liquid crystal elastomers), 유전 탄성체(dielectric elastomers), 강유전성 고분자(ferroelectric polymers) 등을 포함할 수 있다. 상기 전자성 전기 활성 고분자는 예를 들어, PVDF, P(VDF-TrFE), P(VDF-TrFE-CFE), P(VDF-TrFE-CTFE)를 포함하는 PVDF계 고분자, 또는 BaTiO3를 포함하는 압전 세라믹스와 상기 PVDF계 고분자의 복합재를 포함할 수 있다.
전기 활성 물질로 이루어진 제2 보호층(133)은 바텀 게이트형 박막 트랜지스터 구조를 가지는 센싱 박막 트랜지스터(T_SN)의 반도체층(112)의 채널부와 접하도록 배치된다.
예를 들어, 제2 보호층(133)이 전자성 전기 활성 고분자로 이루어진 경우, 표시 패널의 물리적 변형 또는 형상 변형이 일어나게 되면, 이러한 변형이 일어난 표시 패널의 일부 영역(변형 영역) 내에 배치된 서브픽셀(SPX)들의 제2 보호층(133)의 분극(polarization)이 회전할 수 있다. 제2 보호층(133)의 분극(polarization)의 방향은 인가된 변형량(또는 응력)에 따라 달라질 수 있다. 제2 보호층(133)의 분극(polarization)의 회전은 센싱 박막 트랜지스터(T_SN)의 반도체층(112)의 채널부 내의 전하 캐리어 밀도에 영향을 미치게 되어 센싱 박막 트랜지스터(T_SN)의 문턱 전압 및 전류 특성이 변화될 수 있다.
예를 들어, 제2 보호층(133)이 이온성 전기 활성 고분자로 이루어진 경우, 표시 패널의 물리적 변형 또는 형상 변형이 일어나게 되면, 이러한 변형이 일어난 표시 패널의 일부 영역(변형 영역) 내에 배치된 서브픽셀(SPX)들의 제2 보호층(133)의 이온 밀도의 변화가 일어날 수 있다. 제2 보호층(133)의 이온 밀도의 변화는 인가된 변형량(또는 응력)에 따라 달라질 수 있다. 제2 보호층(133)의 이온 밀도의 변화는 센싱 박막 트랜지스터(T_SN)의 반도체층(112)의 채널부 내의 전하 캐리어 밀도에 영향을 미치게 되어 센싱 박막 트랜지스터(T_SN)의 문턱 전압 및 전류 특성이 변화될 수 있다.
표시 패널의 물리적 변형에 따라 분극의 회전 또는 이온 밀도의 변화를 충분히 유발하기 위해, 제2 보호층(133)은 제1 보호층(131)보다 더 두껍게 형성될 수 있다. 제2 보호층(133)의 상면은 예를 들어, 제2 기판(190)의 상면과 동일한 높이를 가질 수 있다. 제2 보호층(133)은 수십 um 이상의 충분한 두께로 형성될 수 있다.
도 13은 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 플렉서블 표시 장치의 서브픽셀의 단면도이다. 도 13은 유기 발광 표시 패널을 포함하는 플렉서블 표시 장치의 서브픽셀의 단면도이다.
도 13을 참조하면, 플렉서블 표시 장치를 구성하는 표시 패널(200)은 제1 및 제2 기판(201, 290) 사이에 개재된 유기 발광 다이오드(250)를 포함한다. 제1 기판(201) 및 제2 기판(290)은 유리 또는 플렉서블(flexible) 고분자 물질로 이루어질 수 있다. 예를 들어, 제1 기판(201) 및 제2 기판(290)은 폴리이미드(polyimide), 폴리에테르술폰(polyethersulfone), 폴리에테르이미드(polyetherimide, PEI) 및/또는 폴리에틸렌 테레프탈레이드(polyethyeleneterepthalate, PET) 등과 같은 고분자 물질로 이루어질 수 있다.
제1 기판(101)의 상부에 제1 방향으로 복수의 게이트 라이들(미도시)이 배치되어 있으며, 이러한 복수의 게이트 라인들과 교차하여 복수의 서브픽셀(SPX) 영역들을 정의하기 위해 제2 방향으로 다수의 데이터 라인들(미도시)이 배치되어 있다.
각각의 서브픽셀(SPX)은 제1 기판(201) 상에 배치된 스위칭 박막 트랜지스터(미도시), 구동 박막 트랜지스터(T_DR), 센싱 박막 트랜지스터(T_SN) 및 유기 발광 다이오드(250)를 포함한다. 각각의 서브픽셀(SPX)은 센싱 박막 트랜지스터(T_SN)를 포함하는 센싱부 및 스위칭 박막 트랜지스터, 구동 박막 트랜지스터(T_DR) 및 유기 발광 다이오드(250)을 포함하는 픽셀부로 이루어질 수 있다.
각각의 서브픽셀(SPX)의 픽셀부에 배치된 구동 박막 트랜지스터(T_DR)는 바텀 게이트형(bottom gate type) 박막 트랜지스터 구조를 가지며, 게이트 전극(221), 게이트 절연막(205), 반도체층(222), 소스 전극(224) 및 드레인 전극(226)을 포함한다. 게이트 전극(221)은 게이트 라인(미도시)에 접속되며, 제1 기판(201) 상에 배치된다. 게이트 라인(미도시)과 게이트 전극(221) 상에, 예를 들어 산화실리콘(SiOx), 산질화실리콘(SiOxNy) 또는 질화실리콘(SiNx)와 같은 무기 절연물질로 이루어지는 게이트 절연막(205)이 배치된다. 게이트 절연막(205) 상에는 비정질 실리콘, 다결정 실리콘 또는 산화물 반도체와 같은 반도체 물질로 이루어진 반도체층(222)이 배치된다. 반도체층(222) 상에는 서로 이격되어 반도체층(274)의 채널부를 노출시키는 소스 전극(224)과 드레인 전극(226)이 배치되어 있다. 소스 전극(224)은 반도체층(222)의 일 영역 상에 위치하며 데이터 라인에 접속되며, 드레인 전극(226)은 반도체층(222)의 타 영역 상에 소스 전극(224)과 이격되어 위치한다. 스위칭 박막 트랜지스터(미도시)는 구동 박막 트랜지스터(T_DR)에 인접하게 배치되고, 스위칭 박막 트랜지스터(미도시)는 구동 박막 트랜지스터(T_DR)과 유사한 구조를 가질 수 있다. 스위칭 박막 트랜지스터(미도시) 및 구동 박막 트랜지스터(T_DR)은 도시된 바에 한정되지 않으며, 탑 게이트형(top gate type) 박막 트랜지스터 구조를 가질 수 있다.
한편, 구동 박막 트랜지스터(T_DR) 상에는 구동 박막 트랜지스터(T_DR)를 덮는 제1 보호층(231)이 각각의 서브픽셀(SPX)의 픽셀부에 배치된다. 제1 보호층(231)은 산화실리콘 또는 질화실리콘과 같은 무기물 또는 포토아크릴과 같은 유기물로 이루어질 수 있다.
한, 각각의 서브픽셀(SPX)의 픽셀부에는 제1 보호층(231)을 덮는 평탄화층(240)이 배치될 수 있다. 평탄화층(240)은 포토아크릴과 같은 유기물로 이루어질 수 있다. 평탄화층(240) 상에는 유기 발광 다이오드(250)이 배치될 수 있다. 유기 발광 다이오드(250)는 화소 전극(251), 유기 발광층(255) 및 공통 전극(259)를 포함한다. 구체적으로, 평탄화층(240) 및 제1 보호층(231)을 관통하여 구동 박막 트랜지스터(T_DR)의 드레인 전극(226)에 접촉하고 전기적으로 연결되는 제1 전극으로서의 화소 전극(251)이 평탄화층(240) 상에 배치될 수 있다. 평탄화층(140) 상에는 각각의 서브픽셀(SPX)의 개구부를 정의하는 뱅크(260)가 배치될 수 있다. 뱅크(260)은 센싱 박막 트랜지스터(T_SN) 및 구동 박막 트랜지스터(T_DR)을 덮으며, 화소 전극(251)의 테두리와 중첩되도록 배치될 수 있다. 뱅크(260)의 개구부 내에 유기 발광층(255)이 배치될 수 있다. 유기 발광층(250)은 발광 물질로 이루어진 단일층으로 구성될 수 있다. 대안적으로, 유기 발광층(250)은 정공주입층(hole injection layer, HIL), 정공수송층(hole transporting layer, HTL), 발광층(emitting material layer, EML), 전자수송층(electron transporting layer, ETL) 및 전자주입층(electron injection layer, EIL)의 다중층으로 구성될 수 있다.
각각의 서브픽셀(SPX)의 픽셀부에는 유기 발광 다이오드(250)을 덮는 봉지층(270)이 배치될 수 있다. 봉지층(270)을 형성함으로써 유기 발광 다이오드(250), 특히 유기 발광층(255)으로의 수분 침투를 억제할 수 있다. 봉지층(270)은 산화실리콘이나 질화실리콘과 같은 무기 절연 소재로 구성되는 단층 구조일 수 있다. 대안적으로, 패시베이션층(270)은 산화실리콘이나 질화실리콘과 같은 무기 절연 소재로 이루어진 제1 무기층과, 아크릴 수지, 에폭시 수지, 폴리이미드, 폴리에틸렌 또는 실리콘옥시카본(SiOC)과 같은 유기 절연 소재로 이루어진 유기층과, 산화실리콘이나 질화실리콘과 같은 무기 절연 소재로 이루어진 제2 무기층이 순서대로 적층된 다층 구조를 가질 수 있다.
각각의 서브픽셀(SPX)의 센싱부에 배치된 센싱 박막 트랜지스터(T_SN)는 바텀 게이트형(bottom gate type) 박막 트랜지스터 구조를 가지며, 게이트 전극(211), 게이트 절연막(205), 반도체층(212), 소스 전극(214) 및 드레인 전극(216)을 포함한다. 게이트 전극(211)은 게이트 라인(미도시)에 접속되며, 제1 기판(201) 상에 배치된다. 게이트 라인(미도시)과 게이트 전극(211) 상에, 예를 들어 산화실리콘(SiOx), 산질화실리콘(SiOxNy) 또는 질화실리콘(SiNx)와 같은 무기 절연물질로 이루어지는 게이트 절연막(205)이 배치된다. 게이트 절연막(205) 상에는 비정질 실리콘, 다결정 실리콘 또는 산화물 반도체와 같은 반도체 물질로 이루어진 반도체층(212)이 배치된다. 반도체층(212) 상에는 서로 이격되어 반도체층(212)의 채널부를 노출시키는 소스 전극(214)과 드레인 전극(216)이 배치되어 있다. 예를 들어, 소스 전극(214)은 반도체층(212)의 일 영역 상에 위치하며 데이터 라인에 접속되며, 드레인 전극(216)은 반도체층(212)의 타 영역 상에 소스 전극(214)과 이격되어 위치하여 센싱 라인에 접속된다.
한편, 센싱 박막 트랜지스터(T_SN) 상에는 센싱 박막 트랜지스터(T_SN)를 덮는 제2 보호층(233)이 각각의 서브픽셀(SPX)의 센싱부에 배치된다. 제2 보호층(233)은 제1 보호층(231)과 다른 물질로 이루어진다. 제2 보호층(233)은 전기 활성 물질을 포함할 수 있다. 여기서, 전기 활성 물질은 이온성 전기 활성 고분자(ionic EAP) 또는 전자성 전기 활성 고분자(electronic EAP)를 포함할 수 있다. 이온성 전기 활성 고분자는 전도성 고분자(conducting polymers), 이온성 고분자-금속 복합재(ionic polymer-metal composites, IPMC), 이온성 고분자겔(ionic polymer gels) 등을 포함할 수 있다. 전자성 전기 활성 고분자는 액정 탄성체(liquid crystal elastomers), 유전 탄성체(dielectric elastomers), 강유전성 고분자(ferroelectric polymers) 등을 포함할 수 있다. 상기 전자성 전기 활성 고분자는 예를 들어, PVDF, P(VDF-TrFE), P(VDF-TrFE-CFE), P(VDF-TrFE-CTFE)를 포함하는 PVDF계 고분자, 또는 BaTiO3를 포함하는 압전 세라믹스와 상기 PVDF계 고분자의 복합재를 포함할 수 있다.
전기 활성 물질로 이루어진 제2 보호층(233)은 바텀 게이트형 박막 트랜지스터 구조를 가지는 센싱 박막 트랜지스터(T_SN)의 반도체층(212)의 채널부와 접하도록 배치된다. 예를 들어, 제2 보호층(233)이 전자성 전기 활성 고분자로 이루어진 경우, 표시 패널의 물리적 변형 또는 형상 변형이 일어나게 되면, 이러한 변형이 일어난 표시 패널의 일부 영역(변형 영역) 내에 배치된 서브픽셀(SPX)들의 제2 보호층(233)의 분극(polarization)이 회전할 수 있다. 제2 보호층(233)의 분극(polarization)의 방향은 인가된 변형(또는 응력)에 따라 달라질 수 있다. 제2 보호층(233)의 분극(polarization)의 회전은 센싱 박막 트랜지스터(T_SN)의 반도체층(212)의 채널부 내의 전하 캐리어 밀도에 영향을 미치게 되어 센싱 박막 트랜지스터(T_SN)의 문턱 전압 및 전류 특성이 변화될 수 있다.
예를 들어, 제2 보호층(233)이 이온성 전기 활성 고분자로 이루어진 경우, 표시 패널의 물리적 변형 또는 형상 변형이 일어나게 되면, 이러한 변형이 일어난 표시 패널의 일부 영역(변형 영역) 내에 배치된 서브픽셀(SPX)들의 제2 보호층(233)의 이온 밀도의 변화가 일어날 수 있다. 제2 보호층(233)의 이온 밀도의 변화는 인가된 변형(또는 응력)에 따라 달라질 수 있다. 제2 보호층(233)의 이온 밀도의 변화는 센싱 박막 트랜지스터(T_SN)의 반도체층(212)의 채널부 내의 전하 캐리어 밀도에 영향을 미치게 되어 센싱 박막 트랜지스터(T_SN)의 문턱 전압 및 전류 특성이 변화될 수 있다.
표시 패널의 물리적 변형에 따라 분극의 회전 또는 이온의 이동을 충분히 유발하기 위해, 제2 보호층(233)은 제1 보호층(231)보다 더 두껍게 형성될 수 있다. 제2 보호층(133)의 상면은 예를 들어, 제2 기판(290)의 상면과 동일한 높이를 가질 수 있다. 제2 보호층(233)은 수십 um 이상의 충분한 두께로 형성될 수 있다.
본 발명의 실시예들에 플렉서블 표시 장치에 의하면, 서브픽셀(SPX)들마다 배치된 센싱 박막 트랜지스터(T_SN)들의 전류 변화를 감지함으로써, 표시 패널의 물리적 변형 또는 형상 변형에 의한 이를 2차원적으로 맵핑할 수 있다.
이러한 물리적 변형 또는 형상 변형에 대한 감지 및 맵핑은 기존의 터치 방식 이외에 새로운 입력 방식인 OUI(organic UI)의 자료로서 이용될 수 있다. 한편, 스트레처블 표시 장치의 경우, 형상 변형 시에 픽셀들 또는 서브픽셀들 간의 거리가 변형됨으로 인해 발생한 영상의 왜곡을 보정하기 위한 기초 자료로서 이용될 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 플렉서블 표시 장치가 웨어러블 기기에 적용된 경우, 이러한 물리적 변형 또는 형상 변형에 대한 감지 및 맵핑 기능으로 인해 모션 센서로서 활용될 수 있다.
본 발명의 실시예들에 따른 플렉서블 센서 및 플렉서블 표시 장치는 다음과 같이 설명될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 플렉서블 센서는 기판 상에 n × m의 행렬(여기서, n 및 m은 2 이상의 자연수임)로 배열된 복수의 센싱 유닛들을 포함하고, 복수의 센싱 유닛들 각각은 제1 전극과 제2 전극 사이에 전기 활성 물질로 이루어진 유전층을 포함하는 커패시터이거나, 박막 트랜지스터 및 이를 덮는 전기 활성 물질로 이루어진 보호층을 포함할 수 있다.
일 예로, 상기 박막 트랜지스터는 바텀 게이트형 박막 트랜지스터이고, 상기 전기 활성 물질은 소스 전극 및 드레인 전극 사이에서 반도체층에 접촉할 수 있다.
일 예로, 상기 전기 활성 물질은 이온성 전기 활성 고분자(ionic EAP) 또는 전자성 전기 활성 고분자(electronic EAP)를 포함할 수 있다. 상기 전자성 전기 활성 고분자는 PVDF, P(VDF-TrFE), P(VDF-TrFE-CFE), P(VDF-TrFE-CTFE)를 포함하는 PVDF계 고분자, 또는 BaTiO3를 포함하는 압전 세라믹스와 PVDF계 고분자의 복합재를 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 플렉서블 표시 장치는 일 방향으로 연장되는 복수의 게이트 라인들, 상기 게이트 라인들과 교차하는 방향으로 연장되는 복수의 데이터 라인들, 및 상기 게이트 라인들과 상기 데이터 라인들이 교차하는 영역들에 구비된 복수의 서브픽셀들을 갖는 표시 패널을 포함한다. 복수의 서브픽셀들 각각은 스위칭 박막 트랜지스터, 상기 스위칭 박막 트랜지스터에 인접하게 배치되며 상기 표시 패널의 형상 변형을 감지하는 센싱 박막 트랜지스터, 상기 스위칭 박막 트랜지스터를 덮는 제1 보호층, 및 상기 센싱 박막 트랜지스터를 덮으며 상기 제1 보호층과 다른 물질로 형성된 제2 보호층을 포함한다. 상기 제2 보호층은 전기 활성 물질을 포함한다.
일 예로, 상기 센싱 박막 트랜지스터는 바텀 게이트형 박막 트랜지스터 구조를 가지고, 상기 제2 보호층은 상기 센싱 박막 트랜지스터의 소스 전극 및 드레인 전극 사이에서 상기 센싱 박막 트랜지스터의 반도체층에 접촉할 수 있다.
일 예로, 상기 전기 활성 물질은 이온성 전기 활성 고분자(ionic EAP) 또는 전자성 전기 활성 고분자(electronic EAP)를 포함할 수 있다.
일 예로, 상기 전자성 전기 활성 고분자는 PVDF, P(VDF-TrFE), P(VDF-TrFE-CFE), P(VDF-TrFE-CTFE)를 포함하는 PVDF계 고분자, 또는 BaTiO3를 포함하는 압전 세라믹스와 PVDF계 고분자의 복합재를 포함한다.
일 예로, 상기 제2 보호층은 상기 제1 보호층보다 두꺼울 수 있다.
일 예로, 상기 복수의 데이터 라인들과 동일한 방향으로 연장되는 복수의 센싱 라인들을 더 포함하고, 상기 센싱 박막 트랜지스터의 게이트 전극은 게이트 라인에 연결되고, 상기 센싱 박막 트랜지스터의 소스 전극은 데이터 라인에 연결되고, 상기 센싱 박막 트랜지스터의 드레인 전극은 센싱 라인에 연결될 수 있다.
일 예로, 복수의 서브픽셀들 각각은 상기 스위칭 박막 트랜지스터에 연결된 액정 셀을 더 포함할 수 있다.
일 예로, 복수의 서브픽셀들 각각은 상기 스위칭 박막 트랜지스터에 인접하게 배치된 구동 박막 트랜지스터를 통해 상기 스위칭 박막 트랜지스터에 연결된 유기 발광 다이오드를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 플렉서블 표시 장치는 복수의 서브픽셀들을 갖는 플렉서블 표시 장치로서, 복수의 서브픽셀들 각각은 상기 플렉서블 표시 장치의 형상 변형을 감지하는 센싱 박막 트랜지스터, 및 상기 센싱 박막 트랜지스터를 덮으며 전기 활성 물질로 이루어진 보호층을 포함한다. 상기 보호층은 상기 센싱 박막 트랜지스터의 소스 전극 및 드레인 전극 사이에서 상기 센싱 박막 트랜지스터의 반도체층에 접촉할 수 있다.
일 예로, 상기 전기 활성 물질은 이온성 전기 활성 고분자(ionic EAP), 또는 전자성 전기 활성 고분자(electronic EAP)를 포함할 수 있다.
일 예로, 상기 전자성 전기 활성 고분자는 PVDF, P(VDF-TrFE), P(VDF-TrFE-CFE), P(VDF-TrFE-CTFE)를 포함하는 PVDF계 고분자, 또는 BaTiO3를 포함하는 압전 세라믹스와 PVDF계 고분자의 복합재를 포함할 수 있다.
일 예로, 일 방향으로 연장되는 게이트 라인, 상기 게이트 라인과 교차하는 방향으로 연장되는 데이터 라인, 및 상기 데이터 라인과 동일한 방향으로 연장되는 센싱 라인을 더 포함하고, 상기 센싱 박막 트랜지스터의 게이트 전극은 게이트 라인에 연결되고, 상기 센싱 박막 트랜지스터의 소스 전극은 데이터 라인에 연결되고, 상기 센싱 박막 트랜지스터의 드레인 전극은 센싱 라인에 연결될 수 있다.
일 예로, 복수의 서브픽셀들 각각은 액정 셀 또는 유기 발광 다이오드를 더 포함할 수 있다.
이상과 같이 본 발명에 대해서 예시한 도면을 참조로 하여 설명하였으나, 본 명세서에 개시된 실시 예와 도면에 의해 본 발명이 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술사상의 범위 내에서 통상의 기술자에 의해 다양한 변형이 이루어질 수 있음은 자명하다. 아울러 앞서 본 발명의 실시 예를 설명하면서 본 발명의 구성에 따른 작용 효과를 명시적으로 기재하여 설명하지 않았을 지라도, 해당 구성에 의해 예측 가능한 효과 또한 인정되어야 함은 당연하다.
10: 플렉서블 센서 SU: 센싱 유닛
100, 200: 플렉서블 표시 장치 SPX: 서브픽셀
T_SW: 스위칭 박막 트랜지스터 T_DR: 구동 박막 트랜지스터
T_SN: 센싱 박막 트랜지스터 131, 231: 제1 보호층
133, 233: 제2 보호층 150: 액정 셀
250: 유기 발광 다이오드
100, 200: 플렉서블 표시 장치 SPX: 서브픽셀
T_SW: 스위칭 박막 트랜지스터 T_DR: 구동 박막 트랜지스터
T_SN: 센싱 박막 트랜지스터 131, 231: 제1 보호층
133, 233: 제2 보호층 150: 액정 셀
250: 유기 발광 다이오드
Claims (17)
- 기판 상에 n × m의 행렬(여기서, n 및 m은 2 이상의 자연수임)로 배열된 복수의 센싱 유닛들을 포함하고,
상기 복수의 센싱 유닛 각각은 제1 전극과 제2 전극 사이에 전기 활성 물질로 이루어진 유전층을 포함하는 커패시터이거나, 박막 트랜지스터와 상기 박막 트랜지스터를 덮는 전기 활성 물질로 이루어진 보호층을 포함하는, 플렉서블 센서. - 제1항에 있어서,
상기 박막 트랜지스터는 바텀 게이트형 박막 트랜지스터이고, 상기 전기 활성 물질은 소스 전극 및 드레인 전극 사이에서 반도체층에 접촉하는, 플렉서블 센서. - 제1항에 있어서,
상기 전기 활성 물질은 이온성 전기 활성 고분자(ionic EAP) 또는 전자성 전기 활성 고분자(electronic EAP)를 포함하는, 플렉서블 센서. - 제3항에 있어서,
상기 전자성 전기 활성 고분자는 PVDF, P(VDF-TrFE), P(VDF-TrFE-CFE), P(VDF-TrFE-CTFE)를 포함하는 PVDF계 고분자, 또는 BaTiO3를 포함하는 압전 세라믹스와 상기 PVDF계 고분자의 복합재를 포함하는, 플렉서블 센서. - 일 방향으로 연장되는 복수의 게이트 라인들;
상기 게이트 라인들과 교차하는 방향으로 연장되는 복수의 데이터 라인들; 및
상기 게이트 라인들과 상기 데이터 라인들이 교차하는 영역들에 구비된 복수의 서브픽셀들을 갖는 표시 패널을 포함하고,
상기 복수의 서브픽셀들 각각은,
스위칭 박막 트랜지스터;
상기 스위칭 박막 트랜지스터에 인접하게 배치되며, 상기 표시 패널의 형상 변형을 감지하는 센싱 박막 트랜지스터;
상기 스위칭 박막 트랜지스터를 덮는 제1 보호층; 및
상기 센싱 박막 트랜지스터를 덮으며 상기 제1 보호층과 다른 물질로 형성된 제2 보호층;을 포함하고,
상기 제2 보호층은 전기 활성 물질을 포함하는, 플렉서블 표시 장치. - 제5항에 있어서,
상기 센싱 박막 트랜지스터는 바텀 게이트형 박막 트랜지스터 구조를 가지고,
상기 제2 보호층은 상기 센싱 박막 트랜지스터의 소스 전극 및 드레인 전극 사이에서 상기 센싱 박막 트랜지스터의 반도체층에 접촉하는, 플렉서블 표시 장치. - 제5항에 있어서,
상기 전기 활성 물질은 이온성 전기 활성 고분자(ionic EAP) 또는 전자성 전기 활성 고분자(electronic EAP)를 포함하는, 플렉서블 표시 장치. - 제7항에 있어서,
상기 전자성 전기 활성 고분자는 PVDF, P(VDF-TrFE), P(VDF-TrFE-CFE), P(VDF-TrFE-CTFE)를 포함하는 PVDF계 고분자, 또는 BaTiO3를 포함하는 압전 세라믹스와 상기 PVDF계 고분자의 복합재를 포함하는, 플렉서블 표시 장치. - 제5항에 있어서,
상기 제2 보호층은 상기 제1 보호층보다 두꺼운, 플렉서블 표시 장치. - 제5항에 있어서,
상기 복수의 데이터 라인들과 동일한 방향으로 연장되는 복수의 센싱 라인들을 더 포함하고,
상기 센싱 박막 트랜지스터의 게이트 전극은 게이트 라인에 연결되고,
상기 센싱 박막 트랜지스터의 소스 전극은 데이터 라인에 연결되고,
상기 센싱 박막 트랜지스터의 드레인 전극은 센싱 라인에 연결되는, 플렉서블 표시 장치. - 제5항에 있어서,
각각의 서브픽셀은 상기 스위칭 박막 트랜지스터에 연결된 액정 셀을 더 포함하는, 플렉서블 표시 장치. - 제5항에 있어서,
상기 복수의 서브픽셀들 각각은, 상기 스위칭 박막 트랜지스터에 인접하게 배치된 구동 박막 트랜지스터를 통해 상기 스위칭 박막 트랜지스터에 연결된 유기 발광 다이오드를 더 포함하는, 플렉서블 표시 장치. - 복수의 서브픽셀들을 갖는 플렉서블 표시 장치에 있어서,
상기 복수의 서브픽셀들 각각은,
상기 플렉서블 표시 장치의 형상 변형을 감지하는 센싱 박막 트랜지스터; 및
상기 센싱 박막 트랜지스터를 덮으며 전기 활성 물질로 이루어진 보호층;을 포함하고,
상기 보호층은 상기 센싱 박막 트랜지스터의 소스 전극 및 드레인 전극 사이에서 상기 센싱 박막 트랜지스터의 반도체층에 접촉하는, 플렉서블 표시 장치. - 제13항에 있어서,
상기 전기 활성 물질은 이온성 전기 활성 고분자(ionic EAP), 또는 전자성 전기 활성 고분자(electronic EAP)를 포함하는, 플렉서블 표시 장치. - 제14항에 있어서,
상기 전자성 전기 활성 고분자는 PVDF, P(VDF-TrFE), P(VDF-TrFE-CFE), P(VDF-TrFE-CTFE)를 포함하는 PVDF계 고분자, 또는 BaTiO3를 포함하는 압전 세라믹스와 상기 PVDF계 고분자의 복합재를 포함하는, 플렉서블 표시 장치. - 제13항에 있어서,
일 방향으로 연장되는 게이트 라인;
상기 게이트 라인과 교차하는 방향으로 연장되는 데이터 라인; 및
상기 데이터 라인과 동일한 방향으로 연장되는 센싱 라인을 더 포함하고,
상기 센싱 박막 트랜지스터의 게이트 전극은 게이트 라인에 연결되고,
상기 센싱 박막 트랜지스터의 소스 전극은 데이터 라인에 연결되고,
상기 센싱 박막 트랜지스터의 드레인 전극은 센싱 라인에 연결되는, 플렉서블 표시 장치. - 제13항에 있어서,
상기 복수의 서브픽셀들 각각은 액정 셀 또는 유기 발광 다이오드를 더 포함하는, 플렉서블 표시 장치.
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| KR1020210090326A KR20230009649A (ko) | 2021-07-09 | 2021-07-09 | 플렉서블 센서 및 플렉서블 표시 장치 |
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| KR1020210090326A KR20230009649A (ko) | 2021-07-09 | 2021-07-09 | 플렉서블 센서 및 플렉서블 표시 장치 |
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