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KR102269919B1 - 터치 센서를 포함하는 표시 장치 - Google Patents

터치 센서를 포함하는 표시 장치 Download PDF

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KR102269919B1
KR102269919B1 KR1020140179320A KR20140179320A KR102269919B1 KR 102269919 B1 KR102269919 B1 KR 102269919B1 KR 1020140179320 A KR1020140179320 A KR 1020140179320A KR 20140179320 A KR20140179320 A KR 20140179320A KR 102269919 B1 KR102269919 B1 KR 102269919B1
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touch
electrode
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touch electrode
mesh pattern
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김병선
김양완
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삼성디스플레이 주식회사
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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 표시 장치는 기판 및 상기 기판 위에 위치하는 터치 전극층을 포함하고, 상기 터치 전극층은 메시 패턴으로 형성된 복수의 터치 전극을 포함한다. 상기 터치 전극의 중심부의 메시 패턴의 밀도와 상기 터치 전극의 외곽부의 메시 패턴의 밀도가 서로 다르다.

Description

터치 센서를 포함하는 표시 장치{DISPLAY DEVICE COMPRISING TOUCH SENSOR}
본 발명은 터치 센서를 포함하는 표시 장치에 관한 것이다.
유기 발광 표시 장치(organic light emitting diode display, OLED), 액정 표시 장치(liquid crystal display, LCD), 전기영동 표시 장치(electrophoretic display, EPD) 등의 평판 표시 장치(flat panel display, FPD)는 전기장 생성 전극과 전기 광학 활성층(electro-optical active layer)이 형성되어 있는 표시 패널(display panel)을 포함한다. 전기 광학 활성층으로서, 유기 발광 표시 장치는 유기 발광층을 포함하고, 액정 표시 장치는 액정층을 포함하고, 전기 영동 표시 장치는 전하를 띤 입자를 포함한다. 전기장 생성 전극은 박막 트랜지스터 등의 스위칭 소자에 연결되어 데이터 신호를 인가받을 수 있고, 전기 광학 활성층은 이러한 데이터 신호를 광학 신호로 변환함으로써 영상을 표시한다.
이러한 표시 장치는 표시 패널에 의한 영상을 표시하는 기능 이외에 사용자와의 상호 작용이 가능한 터치 감지 기능을 포함할 수 있다. 터치 감지 기능은 사용자가 화면 위에 손가락이나 터치 펜(touch pen) 등을 터치하면 표시 장치가 화면에 가한 압력, 전하, 빛 등의 변화를 감지함으로써 물체가 화면에 터치되었는지 여부 및 그 터치 위치 등의 터치 정보를 알아내는 것이다. 표시 장치는 이러한 터치 정보에 기초하여 영상 신호를 입력받을 수 있다.
터치 감지 기능은 터치 전극을 포함하는 정전 용량 방식의 터치 센서에 의해 구현될 수 있다. 정전 용량 방식의 터치 센서에서 터치 전극은 축전기를 형성하고, 터치 시 발생하는 축전기의 정전 용량(capacitance)의 변화를 감지한다. 터치 정보는 이러한 정정 용량의 변화에 기초하여 생성될 수 있다. 하지만 터치 전극과 표시 패널의 전극 간에 발생하는 기생 정전 용량으로 센서의 감도가 저하될 수 있다. 이러한 기생 정전 용량은 터치 전극과 표시 패널 내의 전극 간의 거리가 가까울수록 더욱 문제된다.
본 발명의 목적은 기생 정전 용량을 줄여서 신호 감도 성능이 우수한 터치 센서를 포함하는 표시 장치를 제공하는 것이다.
이러한 과제를 해결하기 위하여 본 발명의 일 실시예에 따른 표시 장치는 기판 및 상기 기판 위에 위치하는 터치 전극층을 포함하고, 상기 터치 전극층은 메시 패턴으로 형성된 복수의 터치 전극을 포함한다. 상기 터치 전극의 중심부의 메시 패턴의 밀도와 상기 터치 전극의 외곽부의 메시 패턴의 밀도가 서로 다르다.
상기 터치 전극은 외곽부의 메시 패턴의 밀도가 중심부의 메시 패턴의 밀도보다 높을 수 있다.
상기 터치 전극은 외곽부에서 중심부로 갈수록 메시 패턴의 밀도가 단계적으로 감소할 수 있다.
상기 메시 패턴은 금속 물질로 형성되어 있을 수 있다.
상기 터치 전극층은 복수의 제1 터치 전극을 포함하는 제1 전극층, 복수의 제2 터치 전극을 포함하는 제2 전극층, 그리고 상기 제1 전극층과 제2 전극층 사이에 절연층을 포함할 수 있다.
상기 제1 터치 전극과 상기 제2 터치 전극 중 하나는 감지 입력 전극이고 다른 하나는 감지 출력 전극일 수 있다.
상기 복수의 제1 터치 전극은 제1 방향으로 제1 연결부에 의해 연결되어 있고, 상기 복수의 제2 터치 전극은 제2 방향으로 제2 연결부에 의해 연결되어 있으며, 상기 복수의 제1 터치 전극과 상기 복수의 제2 터치 전극은 평면상 중첩하지 않을 수 있다.
상기 제1 방향은 열 방향이고, 상기 제1 방향으로 연결되어 있는 제1 전극은 전극열을 이루고, 상기 제2 방향은 상기 제1 방향과 실질적으로 수직인 행 방향이고, 상기 제2 방향으로 연결되어 있는 제2 전극은 전극행을 이루며, 상기 전극열마다 그리고 전극행마다 터치 신호선이 연결되어 있을 수 있다.
상기 터치 신호선은 상기 제1 터치 전극층 및 상기 제2 터치 전극층에 형성되어 있고, 상기 제1 터치 전극층의 터치 신호선과 상기 제2 터치 전극층에 있는 터치 신호선이 상기 절연층에 형성된 접촉 구멍을 통해 연결되어 있을 수 있다.
상기 제1 터치 전극과 상기 제2 터치 전극은 평면상 이격되어 있을 수 있다.
상기 터치 전극층은 상기 제1 터치 전극과 상기 제2 터치 전극의 평면상 이격된 영역에 매시 패턴으로 형성되어 있는 더미 전극을 포함할 수 있다.
상기 더미 패턴은 상기 제1 터치 전극층 또는 상기 제2 터치 전극층에 형성되어 있고, 상기 제1 터치 전극 및 상기 제2 터치 전극과 연결되어 있지 않을 수 있다.
상기 표시 장치는 상기 기판 위에 위치하는 표시 활성층 및 상기 표시 활성층 위에 위치하는 봉지층을 더 포함할 수 있고, 상기 터치 전극층은 상기 봉지층 위에 위치할 수 있다.
상기 표시 활성층은 화소 영역과 비화소 영역을 포함하고, 상기 메시 패턴은 상기 화소 영역과 평면상 중첩하지 않게 위치할 수 있다.
상기 표시 활성층은 제1 전극, 제2 전극 및 상기 제1 및 제2 전극 사이에 위치하는 발광 소자를 포함할 수 있다.
상기 기판은 플렉서블 기판일 수 있고, 상기 봉지층은 박막 봉지층일 수 있다.
상기 표시 장치는 상기 기판에 대향하는 대향 기판 및 상기 기판과 상기 대향 기판 사이에 위치하는 액정층을 더 포함할 수 있고, 상기 터치 전극층은 상기 대향 기판 위에 위치할 수 있다.
본 발명에 따라서, 터치 전극 간의 상호 정전 용량에 거의 영향을 주지 않으면서 기생 정전 용량을 줄일 수 있으므로, 터치 센서의 감도 성능을 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 터치 센서를 포함하는 표시 장치를 개략적으로 나타낸 배치도이다.
도 2는 도 1에 도시된 표시 장치의 구조를 개략적으로 나타낸 단면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 유기 발광 표시 장치의 한 화소에 대한 등가 회로도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 유기 발광 표시 장치의 한 화소의 배치도이다.
도 5은 도 4의 화소를 A-A 선을 따라 잘라 도시한 단면도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 터치 센서층의 층 구조를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 7은 도 6의 터치 전극층의 평면도이다.
도 8은 도 7에서 A 영역의 일 예를 나타내는 확대도이다.
도 9는 도 7에서 A 영역의 다른 일 예를 나타내는 확대도이다.
도 10는 도 7에서 B 영역의 단면도이다.
첨부한 도면을 참고로 하여, 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.
도면에서 여러 층 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 나타내었다. 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 동일한 도면 부호를 붙였다. 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "위에" 있다고 할 때, 이는 다른 부분 "바로 위에" 있는 경우뿐만 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다. 반대로 어떤 부분이 다른 부분 "바로 위에" 있다고 할 때에는 중간에 다른 부분이 없는 것을 뜻한다. 명세서에서 특별한 언급이 없으면, "중첩"은 평면도에서 볼 때 중첩을 의미한다.
본 발명의 실시예에 따른 표시 장치에 대하여 도면을 참고로 하여 상세하게 설명한다. 이하에서는 주로 유기 발광 표시 장치와 관련하여 설명할지라도, 본 발명은 액정 표시 장치, 전기영동 표시 장치, 플라즈마 표시 장치 같은 다른 표시 장치에도 적용될 수 있다.
먼저, 도 1 및 도 2를 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 표시 장치에 대하여 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 터치 센서를 포함하는 표시 장치를 개략적으로 나타낸 배치도이고, 도 2는 도 1에 도시된 표시 장치의 구조를 개략적으로 나타낸 단면도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 표시 장치는 표시 패널(display panel)(10), 표시 패널(10) 연결된 표시 제어부(display controller)(20) 및 터치 제어부(touch controller)(30)를 포함한다.
표시 패널(10)은 손이나 펜 같은 외부 물체의 접촉을 포함하는 터치 센서를 포함한다. 터치 센서는 표시 패널의 외면(outer surface)에 형성될 수 있고 (on-cell type), 표시 패널 내부에 형성될 수도 있다 (in-cell type). 또한, 터치 센서는 별도의 패널에 형성되어 유기 발광 표시 장치, 액정 표시 장치 등의 표시 패널 위에 부착되어 있을 수 있다 (add-on type). 이하, 주로 유기 발광 표시 장치의 표시 패널의 상면에 터치 센서가 형성되어 있는 on-cell type의 터치 센서를 예로 들어 본 발명의 실시예에 따른 표시 장치를 상세하게 설명하기로 한다. 하지만, 터치 센서의 유형이나, 표시 장치의 종류가 이에 제한되는 것은 아니다.
표시 패널(10)은 영상을 표시하고 터치를 감지한다. 표시 패널(10)은 평면 구조로 볼 때 실제 영상이 표시되는 표시 영역(display area, DA), 터치를 감지할 수 있는 터치 영역(touch area, TA) 및 표시 영역(DA) 주변의 주변 영역(peripheral area, PA)을 포함한다.
터치 영역(TA)은 물체가 표시 패널(10)에 직접 접촉(contact)하는 경우(접촉 터치)뿐만 아니라, 근접하거나 접근한 상태에서 움직이는(hovering) 경우(비접촉 터치), 이러한 접촉이나 움직임을 터치로서 감지할 수 있는 영역이다. 터치 영역(TA)은 표시 영역(DA)과 중첩할 수 있고, 대략 일치할 수도 있다.
도 2를 참조하면, 표시 패널(10)은 기판(100), 기판(100) 위에 형성된 표시 활성층((display active layer)(200), 표시 활성층(200) 위에 형성된 봉지층(encapsulation layer)(300), 그리고 봉지층(300) 위에 형성되는 터치 전극층(touch active layer)(400)을 포함한다. 터치 전극층(400) 위에는 외부광의 반사를 줄일 수 있는 반사 방지층(500)이 위치할 수 있다. 반사 방지층(500)은 선편광판, 위상차판 등을 포함하는 편광층일 수 있다. 반사 방지층(610) 위에는 표시 패널을 보호하기 위해, 예컨대 유리로 이루어진 윈도우(도시되지 않음)가 위치할 수 있다. 한편, 표시 패널이 액정 표시 패널은 하부 기판, 하부 기판에 대향하는 상부 기판 및 그 사이에 위치하는 액정층을 포함하고, 상부 기판 위에 터치 전극층을 포함할 수 있다. 어떤 액정 표시 패널은 상부 기판이 없을 수 있고, 미세 공간 내에 액정이 주입되어 있을 수 있다. 이 경우, 터치 전극층은 미세 공간 위에 존재하는 봉지층 같은 층 위에 위치할 수 있다.
도 3, 도 4 및 도 5를 참조하여 유기 발광 표시 장치의 화소 및 그 구조에 대해서 더욱 상게하게 설명한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 유기 발광 표시 장치의 한 화소에 대한 등가 회로도이고, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 유기 발광 표시 장치의 한 화소의 배치도이고, 도 5은 도 4의 화소를 A-A 선을 따라 잘라 도시한 단면도이다.
도 3를 참조하면, 유기 발광 표시 장치는 복수의 표시 신호선(121, 171, 172)과 이들에 연결되어 있으며 대략 행렬(matrix)의 형태로 배열된 복수의 화소를 포함한다.
표시 신호선은 게이트 신호를 전달하는 복수의 게이트선(121), 데이터 신호를 전달하는 복수의 데이터선(171) 및 구동 전압(VDD)을 전달하는 복수의 구동 전압선(172)을 포함한다. 게이트선(121)은 대략 행 방향으로 뻗어 있으며 서로가 거의 평행하고, 데이터선(171) 및 구동 전압선(172)은 대략 열 방향으로 뻗어 있으며 서로가 거의 평행하다. 게이트 신호 및 데이터 신호는 표시 제어부(도 1 참조)를 통하여 인가받을 수 있다.
각 화소는 스위칭 박막 트랜지스터(Qs), 구동 박막 트랜지스터(Qd), 유지 축전기(Cst) 및 발광 소자(LD)를 포함한다.
스위칭 박막 트랜지스터(Qs)는 제어 단자, 입력 단자 및 출력 단자를 가진다. 제어 단자는 게이트선(121)에 연결되어 있고, 입력 단자는 데이터선(171)에 연결되어 있으며, 출력 단자는 구동 박막 트랜지스터(Qd)에 연결되어 있다. 스위칭 박막 트랜지스터(Qs)는 게이트선(121)에 인가되는 게이트 신호에 응답하여 데이터선(171)에 인가되는 데이터 신호를 구동 박막 트랜지스터(Qd)에 전달한다.
구동 박막 트랜지스터(Qd) 또한 제어 단자, 입력 단자 및 출력 단자를 가진다. 제어 단자는 스위칭 박막 트랜지스터(Qs)에 연결되어 있고, 입력 단자는 구동 전압선(172)에 연결되어 있으며, 출력 단자는 발광 소자(LD)에 연결되어 있다. 구동 박막 트랜지스터(Qd)는 제어 단자와 출력 단자 사이에 걸리는 전압에 따라 그 크기가 달라지는 출력 전류(Id)를 흘린다.
유지 축전기(Cst)는 구동 박막 트랜지스터(Qd)의 제어 단자와 입력 단자 사이에 연결되어 있다. 유지 축전기(Cst)는 구동 박막 트랜지스터(Qd)의 제어 단자에 인가되는 데이터 신호를 충전하고 스위칭 박막 트랜지스터(Qs)가 턴오프된 뒤에도 이를 유지한다.
유기 발광 다이오드인 발광 소자(LD)는 구동 박막 트랜지스터(Qd)의 출력 단자에 연결되어 있는 애노드 전극, 공통 전압(VSS)에 연결되어 있는 캐소드 전극을 가진다. 발광 소자(LD)는 구동 박막 트랜지스터(Qd)의 출력 전류(Id)에 따라 세기를 달리하여 발광함으로써 영상을 표시한다. 발광 소자(LD)는 적색, 녹색, 청색의 삼원색 등 기본색 중 어느 하나 또는 하나 이상의 빛을 고유하게 내는 유기 물질을 포함하거나, 백색을 내는 유기 물질을 포함할 수 있으며, 유기 발광 표시 장치는 이들 색의 공간적인 합으로 원하는 영상을 표시할 수 있다.
스위칭 박막 트랜지스터(Qs) 및 구동 박막 트랜지스터(Qd)는 n-채널 전계 효과 트랜지스터(FET) 또는 p-채널 전계 효과 트랜지스터일 수 있다. 스위칭 및 구동 박막 트랜지스터(Qs, Qd), 유지 축전기(Cst) 및 발광 소자(LD)의 연결 관계는 바뀔 수 있다.
도 4 및 도 5을 참고하면, 본 실시예에 따른 유기 발광 표시 장치의 표시 패널은 기판(100), 기판(100) 위에 위치하는 표시 활성층(200), 표시 활성층(200) 위에 위치하는 봉지층(300)을 포함한다.
기판(100)은 투명한 플라스틱, 유리 등의 투명한 절연 기판일 수 있다. 플렉서블 표시 장치인 경우, 기판(100)은 투명한 고분자 필름으로 이루어진 플렉서블 기판일 수 있다. 예컨대, 기판(100)은 폴리에틸렌테레프탈레이드(polyethylene terephthalate, PET), 폴리에틸렌나프탈레이트(polyethylene naphthalate, PEN), 폴리에틸렌에테르케톤(polyethylene ether ketone, PEEK) 등의 열가소성 세미 결정성 플라스틱(thermoplastic semicrystalline polymer), 폴리카보네이트(polycarbonate, PC), 폴리에틸렌설포네이트(polyethylene sulfonate, PES) 등의 열가소성 무정정형 플라스틱(thermoplastic amorphous polymer), 상대적으로 높은 내열성을 가진 폴리이미드(polyimide, PI), 폴리아릴레이트(polyarylate, PAR) 등의 플라스틱으로 이루어질 수 있다.
표시 활성층(200)은 버퍼층(110), 스위칭 및 구동 반도체층(154a, 154b), 게이트 절연층(140), 게이트선(121), 제1 축전판(128), 층간 절연층(160), 데이터선(171), 구동 전압선(172), 스위칭 드레인 전극(175a), 구동 드레인 전극(175b) 및 보호막(180)을 포함한다. 표시 활성층(200)은 발광 소자(LD) 및 화소 정의막(250)을 또한 포함한다.
버퍼층(110)은 기판(100) 위에 형성될 수 있고, 질화규소(SiNx), 산화규소(SiOx), 산질화규소(SiOxNy) 등을 포함할 수 있고, 단층 또는 다층으로 형성될 수 있다. 버퍼층(110)은 반도체의 특성을 열화시키는 불순물 또는 수분이나 외기의 침투를 방지하는 역할을 하고, 표면을 평탄화시킬 수 있다. 실시예에 따라서, 버퍼층(110)은 기판(100) 내에 위치할 수 있다. 예컨대, 기판(100)은 고분자 필름(플라스틱층)과 버퍼층이 교대로 다층으로 적층되어 있는 구조를 가질 수 있다.
버퍼층(110) 위에는 스위칭 반도체층(154a) 및 구동 반도체층(154b)이 서로 이격되어 배치되어 있다. 스위칭 반도체층(154a) 및 구동 반도체층(154b)은 다결정 실리콘으로 이루어질 수 있으며, 채널 영역(1545a, 1545b), 소스 영역(1546a, 1546b) 및 드레인 영역(1547a, 1547b)을 포함한다. 소스 영역(1546a, 1546b) 및 드레인 영역(1547a, 1547b)은 각각 채널 영역(1545a, 1545b)의 양 옆에 배치되어 있다.
채널 영역(1545a, 1545b)은 불순물이 도핑되지 않은 진성 반도체(intrinsic semiconductor)이고, 소스 영역(1546a, 1546b) 및 드레인 영역(1547a, 1547b)은 도전성 불순물이 도핑되어 있는 불순물 반도체(impurity semiconductor)이다.
스위칭 반도체층(154a) 및 구동 반도체층(154b)의 채널 영역(1545a, 1545b) 위에는 게이트 절연층(140)이 배치되어 있다. 게이트 절연층(140)은 질화규소 및 산화규소 중 적어도 하나를 포함한 단층 또는 다층일 수 있다.
게이트 절연층(140) 위에는 게이트선(121)이 배치되어 있고 제1 축전판(128)이 배치되어 있다.
게이트선(121)은 가로 방향으로 길게 뻗어 게이트 신호를 전달하며, 게이트선(121)으로부터 스위칭 반도체층(154a)으로 돌출한 스위칭 게이트 전극(124a)을 포함한다. 제1 축전판(128)은 제1 축전판(128)으로부터 구동 반도체층(154b)으로 돌출되어 있는 구동 게이트 전극(124b)을 포함한다. 스위칭 게이트 전극(124a) 및 구동 게이트 전극(124b)은 각각 채널 영역(1545a, 1545b)과 중첩한다.
게이트선(121), 제1 축전판(128) 및 버퍼층(110) 위에는 층간 절연층(160)이 배치되어 있다. 층간 절연층(160)에는 스위칭 반도체층(154a)의 소스 영역(1546a)과 드레인 영역(1547a)을 각각 노출하는 스위칭 소스 접촉 구멍(61a)와 스위칭 드레인 접촉 구멍(62a)이 형성되어 있다. 또한, 층간 절연층(160)에는 구동 반도체층(154b) 소스 영역(1546b)과 드레인 영역(1547b)을 각각 노출하는 구동 소스 접촉 구멍(61b)와 구동 드레인 접촉 구멍(62b)이 형성되어 있다.
층간 절연층(160) 위에는 데이터선(171), 구동 전압선(172), 스위칭 드레인 전극(175a) 및 구동 드레인 전극(175b)이 배치되어 있다.
데이터선(171)은 데이터 신호를 전달하며 게이트선(121)과 교차하는 방향으로 뻗어 있고, 데이터선(171)으로부터 스위칭 반도체층(154a)을 향해서 돌출되어 있는 스위칭 소스 전극(173a)을 포함한다.
구동 전압선(172)은 구동 전압을 전달하며 데이터선(171)과 분리되어 있으며, 데이터선(171)과 동일한 방향으로 뻗어 있다. 구동 전압선(172)은 구동 전압선(172)으로부터 구동 반도체층(154b)을 향해서 돌출되어 있는 구동 소스 전극(173b) 및 구동 전압선(172)에서 돌출하여 제1 축전판(128)과 중첩하고 있는 제2 축전판(178)을 포함한다. 제1 축전판(128)과 제2 축전판(178)은 층간 절연층(160)을 유전체로 하여 유지 축전기(Cst)를 이룬다.
스위칭 드레인 전극(175a)은 스위칭 소스 전극(173a)과 마주하고 구동 드레인 전극(175b)은 구동 소스 전극(173b)과 마주한다.
스위칭 소스 전극(173a)과 스위칭 드레인 전극(175a)은 각각 스위칭 소스 접촉 구멍(61a)와 스위칭 드레인 접촉 구멍(62a)을 통하여, 스위칭 반도체층(154a)의 소스 영역(1546a)과 드레인 영역(1547a)에 연결되어 있다. 또한, 스위칭 드레인 전극(175a)은 연장되어 층간 절연층(160)에 형성되어 있는 제1 접촉 구멍(63)을 통해서 제1 축전판(128) 및 구동 게이트 전극(124b)과 전기적으로 연결되어 있다.
구동 소스 전극(173b)과 구동 드레인 전극(175b)은 각각 구동 소스 접촉 구멍(61b)와 구동 드레인 접촉 구멍(62b)을 통하여, 구동 반도체층(154b)의 소스 영역(1546b)과 드레인 영역(1547b)에 연결되어 있다.
스위칭 반도체층(154a), 스위칭 게이트 전극(124a), 스위칭 소스 전극(173a) 및 스위칭 드레인 전극(175a)은 스위칭 박막 트랜지스터(Qs)를 이루고, 구동 반도체층(154b), 구동 게이트 전극(124b), 구동 소스 전극(173b) 및 구동 드레인 전극(175b)은 구동 박막 트랜지스터(Qd)를 이룬다.
데이터선(171), 구동 전압선(172), 스위칭 드레인 전극(175a) 및 구동 드레인 전극(175b) 위에는 보호막(180)이 위치한다. 보호막(180)에는 구동 드레인 전극(175b)를 노출하는 제2 접촉 구멍(185)이 형성되어 있다.
보호막(180) 위에는 발광 소자(LD) 및 화소 정의막(250)이 배치되어 있다.
발광 소자(LD)는 화소 전극(191), 유기 발광층(260) 및 공통 전극(270)을 포함한다.
화소 전극(191)은 보호막(180) 위에 배치되어 있고, 층간 절연층(160)에 형성된 제2 접촉 구멍(185)을 통해서 구동 박막 트랜지스터(Qd)의 구동 드레인 전극(175b)과 전기적으로 연결되어 있다. 이러한 화소 전극(191)은 발광 소자(LD)의 애노드가 된다. 화소 전극(191)은 리튬(Li), 칼슘(Ca), 플루오르화리튬/칼슘(LiF/Ca), 플루오르화리튬/알루미늄(LiF/Al), 알루미늄(Al), 은(Ag), 마그네슘(Mg), 또는 금(Au) 등의 반사성 금속을 포함할 수 있다.
화소 정의막(250)은 화소 전극(191)의 가장자리부 및 보호막(180) 위에 배치되어 있다. 화소 정의막(250)은 화소 전극(191)을 노출하는 개구부를 가진다. 평면에서 볼 때, 화소 정의막(250)이 형성되어 있는 영역은 비화소 영역에 해당하고, 화소 전극(191)이 노출되는 개구부는 화소 영역에 해당할 수 있다. 화소 정의막(250)은 폴리아크릴계(polyacrylates) 또는 폴리이미드계(polyimides) 등의 수지로 이루어질 수 있다.
화소 정의막(250)의 개구부 내의 화소 전극(191) 위에는 유기 발광층(260)이 배치되어 있다. 유기 발광층(260)은 발광층을 포함하고, 정공 주입층(HIL), 정공 수송층(HTL), 전자 수송층(ETL) 및 전자 주입층(EIL) 중 하나 이상을 포함하는 복수층으로 이루어져 있다. 유기 발광층(260)이 이들 모두를 포함할 경우 정공 주입층이 애노드 전극인 화소 전극(191) 위에 위치하고 그 위로 정공 수송층, 발광층, 전자 수송층, 전자 주입층이 차례로 적층될 수 있다.
유기 발광층(260)은 각각 적색 녹색 및 청색을 발광하는 적색 유기 발광층, 녹색 유기 발광층 및 청색 유기 발광층을 포함할 수 있으며, 이들은 각각 적색 화소, 녹색 화소 및 청색 화소에 형성되어 컬러 화상을 구현하게 된다. 유기 발광층(260)은 적색 유기 발광층, 녹색 유기 발광층 및 청색 유기 발광층을 적색 화소, 녹색 화소 및 청색 화소에 모두 함께 적층하고, 각 화소별로 적색 색필터, 녹색 색필터 및 청색 색필터를 형성하여 컬러 화상을 구현할 수도 있다.
공통 전극(270)은 화소 정의막(250) 및 유기 발광층(260) 위에 위치한다. 공통 전극(270)은 리튬, 칼슘, 플루오르화리튬/칼슘, 플루오르화리튬/알루미늄, 알루미늄, 은, 마그네슘, 또는 금 등의 금속을 광 투과성을 가지도록 얇게 적층하여 형성되거나, ITO, IZO, ZnO, In2O3 등의 투명한 도전 물질로 형성될 수도 있다. 이러한 공통 전극(270)은 발광 소자(LD)의 캐소드가 된다.
공통 전극(270) 위에는 봉지층(encapsulation layer)(300)이 위치한다. 봉지층(300)은 발광 소자(LD)를 봉지하여 외부로부터 수분 및/또는 산소가 침투하는 것을 방지할 수 있다. 봉지층(300)은 유리 기판일 수 있고, 복수의 봉지 박막(encapsulating thin film)을 포함하는 박막 봉지층(TFE)일 수 있다. 예컨대, 봉지층(300)은 적어도 하나의 무기막 및 적어도 하나의 유기막을 포함할 수 있고, 무기막과 유기막이 교대로 적층되어 있을 수 있다.
무기층은 금속 산화물 또는 금속 질화물을 포함하는 단층 또는 다층일 수 있다. 예컨대, 무기층은 질화규소(SiNx), 산화알루미늄(AlOx), 산화규소(SiOx), 산화티탄(TiOx) 중 어느 하나를 포함할 수 있다. 봉지층(300)에서 외부로 노출된 최상층은 발광 소자(LD)에 대한 투습을 방지하기 위하여 무기층으로 형성될 수 있다.
유기층은 고분자로 형성되며, 예컨대, 폴리에틸렌테레프탈레이트(polyethylene terephthalate, PET), 폴리이미드(polyimide, PI), 폴리카보네이트(polycarbonate, PC), 에폭시(epoxy), 폴리에틸렌(polyethylene, PE) 및 폴리아크릴레이트(polyacrylate, PA) 중 어느 하나로 형성되는 단층 또는 다층일 수 있다.
이제 도 6, 도 7, 도 8 및 도 9를 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 표시 장치의 터치 전극층에 대해 상세하게 설명한다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 터치 센서층의 층 구조를 개략적으로 나타낸 도면이고, 도 7은 도 6의 터치 전극층의 평면도이고, 도 8은 도 7에서 A 영역의 일 예를 나타내는 확대도이고, 도 9는 도 7에서 A 영역의 다른 일 예를 나타내는 확대도이고, 도 10는 도 7에서 B 영역의 단면도이다.
터치 센서는 전술한 표시 패널(10)의 봉지층(300) 위에 형성되어 있을 수 있는 터치 전극층(400)을 포함한다. 터치 전극층(400)은 제1 터치 전극층(410), 제2 터치 전극층(420)을 포함하고, 이들 사이에 절연층(430)이 형성되어 있다. 한편 도시되지 않았지만, 제1 터치 전극층(410)의 아래 및/또는 제2 터치 전극층(420)의 위에도 절연층이 형성되어 있을 수 있다. 절연층은 산화규소(SiOx), 질화규소(SiNx), 산질화규소(SiOxNy) 등으로 형성될 수 있다.
제1 터치 전극층(410)은 복수의 제1 터치 전극(411), 복수의 제1 연결부(412), 복수의 하부 제1 터치 신호선(415), 복수의 하부 제2 터치 신호선(416), 그리고 복수의 더미 패턴(419)를 포함한다. 이들 제1 터치 전극(411), 제1 연결부(412), 하부 제1 터치 신호선(415), 하부 제2 터치 신호선(416) 및 더미 패턴(419)은 하나의 전도성 물질층을 형성한 후 패터닝하여 동시에 형성될 수 있다.
제2 터치 전극층(420)은 복수의 제2 터치 전극(421), 복수의 제2 연결부(422), 복수의 상부 제1 터치 신호선(425), 그리고 복수의 상부 제2 터치 신호선(426)을 포함한다. 이들 제2 터치 전극(421), 제2 연결부(422), 상부 제1 터치 신호선(425) 및 상부 제2 터치 신호선(426)은 하나의 전도성 물질층을 형성한 후 패터닝하여 동시에 형성될 수 있다.
제1 터치 전극(411)은 열 방향 및 행 방향을 따라 각각 복수 개씩 배치되고, 제2 터치 전극(421)도 열 방향 및 행 방향을 따라 각각 복수 개씩 배치되어 있다. 이들 제1 터치 전극(411)과 제2 터치 전극(421)은 평면상 서로 중첩되지 않도록 교호적으로 분산되어 배치되어 있다.
제1 및 제2 터치 전극(411, 421)은 전체적으로 대략 사각형일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니고, 원형이나 타원형, 또는 육각형 등의 다각형일 수 있고, 감도 향상을 위해 돌출부를 가지는 등 다양한 형태를 가질 수 있다. 제1 및 제2 터치 전극(411, 421)이 전체적으로 대략 마름모형인 경우, 터치 영역(TA)의 모서리 쪽에 위치하는 제1 및 제2 터치 전극(411, 421)은 대략 삼각형일 수 있다.
열 방향으로 인접하는 제1 터치 전극(411)은 제1 터치 전극층(410)에 형성되어 있는 제1 연결부(412)에 의해 열 방향으로 연결되어 전극행을 형성한다. 행 방향으로 인접하는 제2 터치 전극(421)은 제2 터치 전극층(420)에 형성되어 있는 제2 연결부(422)에 의해 행 방향으로 연결되어 전극열을 형성한다. 전극행과 전극열은 제1 연결부(412) 및 제2 연결부(422)가 서로 교차하고 있을지라도 절연층(430)에 의해 물리적으로, 전기적으로 분리되어 있다. 실시예에 따라서 제1 터치 전극(411)이 행 방향으로 연결되어 있고, 제2 터치 전극(421)이 열 방향으로 연결되어 있을 수 있다.
각각의 전극행의 일단에는 하부 제1 터치 신호선(415)이 연결되어 있고, 각각의 전극열의 일단에는 상부 제2 터치 신호선(426)이 연결되어 있다. 하부 제1 터치 신호선(415)은 이와 중첩하게 형성되어 있는 상부 제1 터치 신호선(425)과 연결되어 제1 터치 신호선(45)을 형성할 수 있고, 상부 제2 터치 신호선(426)은 하부 제2 터치 신호선(416)과 연결되어 제2 터치 신호선(46)을 형성할 수 있다. 하부 터치 신호선(415, 416)에 상부 터치 신호선(425, 426)의 연결은 예컨대 도 10에 도시된 바와 같이, 절연층(430)에 접촉 구멍(435)을 통해 상부 터치 신호선(425, 526)이 하부 터치 신호선(415, 416)에 접촉함으로써 수행될 수 있다. 실시예에 따라서, 전극열 및/또는 전극행의 양단에 터치 신호선이 연결되어 있을 수 있다.
서로 이웃하는 제1 터치 전극(411)과 제2 터치 전극(421)은 터치 센서로서 기능하는 상호 감지 축전기(mutual sensing capacitor)를 형성한다. 상호 감지 축전기는 제1 터치 전극(411)과 제2 터치 전극(421) 중 하나를 통해 감지 입력 신호를 입력 받고 외부 물체의 접촉에 의한 전하량 변화를 감지 출력 신호로서 나머지 터치 전극을 통해 출력할 수 있다. 제1 및 제2 터치 신호선(45, 46) 중 하나는 감지 입력 신호를 터치 제어부(30)로부터 제1 터치 전극(411) 또는 제2 터치 전극(421)으로 전송하고, 다른 하나는 감지 출력 신호를 제2 터치 전극(421) 또는 제1 터치 전극(411)으로부터 터치 제어부(30)로 전송한다.
도시된 것과 달리, 복수의 제1 터치 전극(411)이 서로 분리되고 복수의 제2 터치 전극(421)도 서로 분리되어 독립적인 터치 전극을 형성하고 각자의 터치 신호선(도시되지 않음)을 통해 터치 제어부(30)와 연결될 수도 있다. 이 경우 각 터치 전극은 터치 센서로서 자기 감지 축전기(self-sensing capacitor)를 형성할 수 있다. 자기 감지 축전기는 감지 입력 신호를 입력받아 소정 전하량으로 충전될 수 있고, 손가락 등의 외부 물체의 접촉이 있으면 충전 전하량에 변화가 생겨 입력된 감지 입력 신호와 다른 감지 출력 신호를 출력할 수 있다.
제1 터치 전극(411)과 제2 터치 전극(421)은 금속 선들이 교차하여 이루어진 이루어진 메시 패턴(mesh pattern)으로 형성되어 있다. 메시 패턴은 몰리브덴(Mo), 은(Ag), 티타늄(Ti), 구리(Cu), 알루미늄(Ti), 티타늄/알루미늄/티타늄(Ti/Al/Ti), 몰리브덴/알루미늄/몰리브덴(Mo/Al/Mo) 등의 금속으로 형성될 수 있다.
인듐 주석 산화물(ITO), 인듐 아연 산화물(IZ0) 같은 투명 전극은 플렉서블 표시 장치의 구현 시 크랙이 발생할 수 있다. 금속 메시의 경우 투명 전극에 비해 연성이 크기 때문에 플렉서블 표시 장치에 유리하다. 또한, 메시 패턴의 전극은 같은 크기의 투명 전극보다 전극(금속 선)이 차지하는 면적이 작기 때문에, 터치 전극과 표시 패널의 캐소드 같은 전극 간에 발생하는 기생 정전 용량이 줄어들 수 있다.
금속은 불투명하므로 표시 패널에서 나오는 광이 메시 패턴에 의해 차단되거나 굴절될 수 있다. 따라서 메시 패턴은 표시 패널에 의해 표시되는 영상의 화질이나 휘도가 저하되지 않도록 화소 영역과 중첩하지 않고, 비화소 영역과 중첩하도록 형성되어 있다. 메시 패턴은 금속 선의 폭이 비화소 영역의 폭 이하가 되도록 형성될 수 있다. 메시 패턴 내의 개구부(금속 선이 형성되지 않은 영역)는 하나 이상의 화소와 중첩할 수 있다.
전술한 바와 같이, 서로 이웃하는 제1 터치 전극(411)과 제2 터치 전극(421)은 터치 센서로서 기능하는 상호 감지 축전기를 형성한다. 한편, 제1 터치 전극(411) 및 제2 터치 전극(421) 각각은 표시 패널(10)에 있는 전기장 생성 전극 예컨대, 캐소드인 공통 전극(270)과도 기생 축전기를 형성한다. 정전 용량은 거리에 반비례하므로, 기생 축전기에 의한 정전 용량은 터치 전극과 캐소드 간의 거리가 가까울수록 커지게 된다. 이러한 기생 정전 용량이 커질수록 터치 센서의 기본 정전 용량(base capacitance)이 증가하므로 터치 센서의 감도가 감소한다. 표시 패널(10)의 봉지층(300)이 박막 봉지층인 경우, 제1 및 제2 터치 전극(411, 421)과 공통 전극(270) 간의 거리가 가까우므로 기생 정전 용량에 의한 감도 저하가 더욱 문제될 수 있다.
정전 용량은 전극의 면적에 비례하므로, 제1 및 제2 터치 전극(411, 421)의 크기는 유지하면서도 금속 선이 차지하는 면적(즉, 메시 패턴의 밀도)을 줄이면 기생 정전 용량을 줄일 수 있다. 반면, 제1 및 제2 터치 전극(411, 421)의 면적을 줄이면, 제1 및 제2 터치 전극(411, 421) 간의 상호 정전 용량도 줄어들 수 있다. 그런데, 제1 터치 전극(411)과 제2 터치 전극(421) 간의 상호 정전 용량은 경계 부근에서 대부분 발생한다. 따라서 각 터치 전극의 서로 인접하는 영역(즉, 터치 전극의 가장자리)의 면적을 증가시키거나 유지하면 각 터치 전극의 다른 영역의 면적을 감소더라도 상호 정전 용량을 유지할 수 있다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상호 정전 용량은 유지하면서도 기생 정전 용량을 줄이기 위해, 제1 및 제2 터치 전극(411, 421)은 영역에 따라 메시 패턴의 밀도가 다르게 형성되어 있다. 즉, 제1 및 제2 터치 전극(411, 421)은 메시 패턴이므로, 도 8에 도시된 바와 같이, 메시 패턴의 외곽부의 밀도를 상대적으로 높게 하여 제1 및 제2 터치 전극(411, 421)의 외곽부의 면적을 상대적으로 증가시킬 수 있다. 또한, 메시 패턴의 중심부의 밀도를 감소시켜 제1 및 제2 터치 전극(411, 421)의 중심부의 면적을 감소시킬 수 있다. 이에 의해, 제1 및 제2 터치 전극(411, 421) 간의 상호 정전 용량에 대한 영향을 최소화할 수 있고, 제1 및 제2 터치 전극(411, 421)의 면적이 줄어들므로 기생 정전 용량을 감소시킬 수 있다. 한편, 도시되지 않았지만, 제1 및 제2 터치 전극(411, 421)은 외곽부에서 중심부로 갈수록 메시 패턴의 밀도가 단계적으로 감소하게 형성될 수도 있다.
한편, 터치 전극이 터치 센서로서 자기 감지 축전기를 형성하는 경우, 터치 전극이 중심부의 밀도가 상대적으로 높고 외곽부로 갈수록 밀도가 감소하도록 형성될 수 있다. 이에 의해, 터치 전극의 자기 정전 용량의 저하를 최소화하면서도 기생 정전 용량을 감소시킬 수 있고, 결과적으로 터치 센서의 감도를 증가시킬 수 있다.
한편, 제1 터치 전극(411)과 제2 터치 전극(421) 사이에는 간격이 존재하고, 그 간격에 더미 패턴(419)이 형성되어 있다. 더미 패턴(419)은 제1 및 제2 터치 전극(411, 421)이 형성되어 있는 영역과 그 사이의 간격이 다르게 시인되는 것을 막기 위해 형성될 수 있다. 더미 패턴(419)는 제1 터치 전극(411)과 제2 터치 전극(421) 어디에도 연결되어 있지 않은 플로팅 상태이다. 더미 패턴(419)은 제1 및 제2 터치 전극(411, 421)과 마찬가지로 메시 패턴이고, 표시 패턴에서 나오는 광을 방해하지 않도록 화소 영역과 중첩하지 않게 형성되어 있다. 실시예에 따라, 더미 패턴(419)은 형성되어 있지 않을 수도 있고, 제2 터치 전극층(420)에 형성되어 있을 수도 있다.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고, 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 통상의 기술자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것으로 이해되어야 한다.
10: 표시 패널 100: 기판
191: 화소 전극 20: 표시 제어부
200: 표시 활성층 250: 화소 정의막
260: 유기 발광층 270: 공통 전극
30: 터치 제어부 300: 봉지층
400: 터치 전극층 410: 제1 터치 전극층
411: 제1 터치 전극 412: 제1 연결부
415: 하부 제1 터치 신호선 416: 하부 제2 터치 신호선
419: 더미 패턴 420: 제2 터치 전극층
421: 제2 터치 전극 422: 제2 연결부
425: 상부 제1 터치 신호선 426: 상부 제2 터치 신호선
430: 절연층 435: 접촉 구멍
45: 제1 터치 신호선 46: 제2 터치 신호선
500: 반사 방지층 DA: 표시 영역
TA; 터치 영역

Claims (17)

  1. 기판; 및
    상기 기판 위에 위치하는 터치 전극층;
    을 포함하며,
    상기 터치 전극층은 메시 패턴으로 형성된 복수의 터치 전극을 포함하고,
    상기 터치 전극의 중심부의 메시 패턴의 밀도가 상기 터치 전극의 외곽부의 메시 패턴의 밀도보다 낮고,
    상기 터치 전극층은 상기 메시 패턴과 중첩하지 않는 더미 메시 패턴으로 형성된 더미 전극을 포함하고, 상기 더미 메시 패턴은 상기 터치 전극의 복수의 영역에 대응하는 길이에 걸쳐 있는 표시 장치.
  2. 삭제
  3. 제1항에서,
    상기 터치 전극은 외곽부에서 중심부로 갈수록 메시 패턴의 밀도가 단계적으로 감소하는 표시 장치.
  4. 제1항에서,
    상기 메시 패턴은 금속 물질로 형성되어 있는 표시 장치.
  5. 제1항에서,
    상기 터치 전극층은 복수의 제1 터치 전극을 포함하는 제1 전극층, 복수의 제2 터치 전극을 포함하는 제2 전극층, 그리고 상기 제1 전극층과 제2 전극층 사이에 절연층을 포함하는 표시 장치.
  6. 제5항에서,
    상기 제1 터치 전극과 상기 제2 터치 전극 중 하나는 감지 입력 전극이고 다른 하나는 감지 출력 전극인 표시 장치.
  7. 제5항에서,
    상기 복수의 제1 터치 전극은 제1 방향으로 제1 연결부에 의해 연결되어 있고, 상기 복수의 제2 터치 전극은 제2 방향으로 제2 연결부에 의해 연결되어 있으며, 상기 복수의 제1 터치 전극과 상기 복수의 제2 터치 전극은 평면상 중첩하지 않는 표시 장치.
  8. 제7항에서,
    상기 제1 방향은 열 방향이고, 상기 제1 방향으로 연결되어 있는 제1 전극은 전극열을 이루고,
    상기 제2 방향은 상기 제1 방향과 실질적으로 수직인 행 방향이고, 상기 제2 방향으로 연결되어 있는 제2 전극은 전극행을 이루며,
    상기 전극열마다 그리고 전극행마다 터치 신호선이 연결되어 있는 표시 장치.
  9. 제8항에서,
    상기 터치 신호선은 상기 제1 터치 전극층 및 상기 제2 터치 전극층에 형성되어 있고,
    상기 제1 터치 전극층의 터치 신호선과 상기 제2 터치 전극층에 있는 터치 신호선이 상기 절연층에 형성된 접촉 구멍을 통해 연결되어 있는 표시 장치.
  10. 제5항에서,
    상기 제1 터치 전극과 상기 제2 터치 전극은 평면상 이격되어 있는 표시 장치.
  11. 제10항에서,
    상기 더미 전극은 상기 제1 터치 전극과 상기 제2 터치 전극의 평면상 이격된 영역에 위치하는 표시 장치.
  12. 제11항에서,
    상기 더미 메시 패턴은 상기 제1 터치 전극층 또는 상기 제2 터치 전극층에 형성되어 있고 상기 메시 패턴과 연결되어 있지 않은 표시 장치.
  13. 제1항에서,
    상기 기판 위에 위치하는 표시 활성층; 및
    상기 표시 활성층 위에 위치하는 봉지층;
    을 더 포함하며,
    상기 터치 전극층은 상기 봉지층 위에 위치하는 표시 장치.
  14. 제13항에서,
    상기 표시 활성층은 화소 영역과 비화소 영역을 포함하고,
    상기 메시 패턴은 상기 화소 영역과 평면상 중첩하지 않게 위치하는 표시 장치.
  15. 제13항에서,
    상기 표시 활성층은 제1 전극, 제2 전극 및 상기 제1 및 제2 전극 사이에 위치하는 발광 소자를 포함하는 표시 장치.
  16. 제13항에서,
    상기 기판은 플렉서블 기판이고, 상기 봉지층은 박막 봉지층인 표시 장치.
  17. 제1항에서,
    상기 기판에 대향하는 대향 기판; 및
    상기 기판과 상기 대향 기판 사이에 위치하는 액정층;
    을 더 포함하며,
    상기 터치 전극층은 상기 대향 기판 위에 위치하는 표시 장치.
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