KR101663034B1 - 접촉 감지 기능이 있는 전기 영동 표시 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 접촉 감지 기능을 포함하는 전기 영동 표시 장치에 대한 것으로 감지층 및 이에 연결되어 있는 두 개의 배선을 통하여 접촉 여부를 감지한다. 감지층은 열 또는 적외선을 감지하여 자체 저항값을 변경하고, 색필터, 박막 트랜지스터 및 감지층은 동일한 기판에 형성되도록 하여 표시 품질의 저하없이 접촉 감지 기능을 가지며, 표시 장치를 휘더라도 표시 품질 및 접촉 감지의 성능이 저하되지 않도록 한다.
센서, 전기 영동 표시 장치, 터치 감지, 보로미터

Description

접촉 감지 기능이 있는 전기 영동 표시 장치{TOUCH SENSIBLE ELECTROPHORETIC DISPLAY DEVICE}
본 발명은 접촉 감지 기능이 있는 전기 영동 표시 장치에 관한 것이다.
최근들어 평판 표시 장치에 터치 센서를 내장한 제품이 개발되어 왔다. 이들 센서는 사용자의 손 또는 터치 펜(touch pen, stylus) 등의 접촉으로 인하여 생긴 압력 또는 빛의 세기 변화를 감지하고 이에 따른 전기 신호를 표시 장치에 제공한다. 표시 장치는 이 전기 신호에 기초하여 접촉 여부 및 접촉 위치를 알아내고, 이러한 접촉에 대한 정보를 외부 장치로 전송하며, 외부 장치는 접촉 정보에 기초한 영상 신호를 표시 장치에 전송한다.
전기 영동 표시 장치의 경우 반사된 빛을 이용하여 화상을 표시하므로 터치 패널을 추가로 형성하는 경우 반사된 빛을 가려 표시 품질이 저하되는 단점이 있다. 또한, 전기 영동 표시 장치는 플렉서블한 기판 위에 형성되는 경우가 많은데, 기판이 휘는 경우에는 터치 인식의 정확성이 떨어지는 문제가 있다. 또한, 기판이 휘는 경우 인접한 화소간의 색 분리가 정확하지 않아 표시 품질이 저하되는 단점이 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 전기 영동 표시 장치에서 표시 품질의 저하없이 접촉 감지가 가능하도록 하며, 표시 장치가 휘더라도 정확한 접촉 감지가 가능하고 화상을 정확하게 표시하도록 하는 것이다.
본 발명의 한 실시예에 따른 전기 영동 표시 장치는 제1 기판, 상기 제1 기판 아래에 형성되어 있는 감지층, 상기 감지층과 전기적으로 연결되어 있는 감지선, 제2 기판, 상기 제1 기판 및 상기 제2 기판의 사이에 형성되어 있는 전기 영동층을 포함한다.
상기 감지층은 적외선 또는 열을 감지하는 경우 감지층의 저항값이 변하는 물질로 형성되어 있을 수 있다.
상기 감지층은 산화 바나듐(vanadium oxide), 티타늄(titanium), 백금(platinum), 실리콘 게르마늄(SiGe), 비정질 실리콘(amorphous silicon)등을 포함할 수 있다.
상기 감지층은 티타늄 및 산화 티타늄의 이중층으로 형성되어 있을 수 있다.
상기 감지층이 형성된 위치에 대응하며, 상기 감지층의 아래에 형성되어 있는 박막 트랜지스터를 더 포함할 수 있다.
상기 박막 트랜지스터와 연결되어 있으며, 상기 감지층의 아래에 형성되어 있는 게이트선 및 데이터선을 더 포함할 수 있다.
상기 감지선은 상기 게이트선에 평행하는 제1 감지선 및 상기 데이터선에 평행하는 제2 감지선을 포함할 수 있다.
상기 박막 트랜지스터의 아래를 덮는 보호층 및 상기 보호층의 아래에 형성되어 있는 화소 전극을 더 포함하며, 상기 보호층은 상기 화소 전극과 상기 박막 트랜지스터의 출력 단자가 전기적으로 연결되도록 접촉 구멍이 형성되어 있을 수 있다.
상기 감지층을 덮으며, 상기 감지층의 아래에 형성되어 있는 색필터를 더 포함할 수 있다.
상기 색필터는 상기 감지층을 노출시키는 접촉 구멍을 가질 수 있다.
상기 감지선은 상기 색필터의 상기 접촉 구멍을 통하여 상기 감지층과 전기적으로 연결되어 있을 수 있다.
상기 감지선은 제1 감지선 및 제2 감지선을 포함하며, 상기 색필터의 접촉 구멍도 각각 제1 접촉 구멍 및 제2 접촉 구멍을 포함하며, 상기 제1 감지선은 상기 제1 접촉 구멍을 통하여 상기 감지층과 전기적으로 연결되어 있으며, 상기 제2 감지선은 상기 제2 접촉 구멍을 통하여 상기 상지층과 전기적으로 연결되어 있을 수 있다.
상기 전기 영동층은 전기 영동 입자를 포함하는 마이크로 캡슐을 포함할 수 있다.
상기 전기 영동 입자는 서로 다른 극성을 띠는 두 개의 전기 영동 입자일 수 있다.
두 개의 전기 영동 입자 중 하나는 카본 블랙과 같은 검은색 물질을 포함하여 형성되며, 다른 하나는 산화 티타늄 또는 실리카와 같은 흰색 물질을 포함하여 형성될 수 있다.
상기 마이크로 캡슐은 상기 전기 영동 입자의 주변을 메우는 투명한 유전 유체를 더 포함할 수 있다.
상기 제2 기판의 위에는 공통 전극이 형성되어 있을 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 전기 영동 표시 장치는 기판, 상기 기판에 형성되어 있으며, 각각 박막 트랜지스터 및 전기 영동 입자를 포함하는 복수의 화소, 및 상기 기판에 형성되어 있는 복수의 감지부를 포함하며, 상기 감지부는 상기 박막 트랜지스터로 입사되는 빛을 차단하는 차단 부재의 역할도 수행한다.
상기 기판에는 색필터를 더 포함하며, 상기 색필터는 상기 감지부를 덮으며 형성되어 있을 수 있다.
상기 감지부는 상기 화소가 형성되어 있는 영역 내에 위치할 수 있다.
이와 같이, 전기 영동 표시 장치에서 표시 품질의 저하없이 접촉 감지가 가능하도록 하며, 표시 장치가 휘더라도 정확한 접촉 감지가 가능하고 화상도 정확하게 표시할 수 있다.
그러면 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 경우뿐 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.
이제 본 발명의 한 실시예에 따른 표시 장치에 대하여 도 1 내지 도 2를 참고하여 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 한 실시예에 따른 전기 영동 표시 장치의 블록도이고, 도 2는 본 발명의 한 실시예에 따른 전기 영동 표시 장치에서 화소 및 감지부의 등가 회로도이다.
도 1을 참고하면, 본 발명의 한 실시예에 따른 표시 장치는 표시판부(panel unit)(300), 영상 주사부(400), 영상 데이터 구동부(500), 감지 신호 처리부(700, 800) 및 신호 제어부(600)를 포함한다.
도 1 및 도 2를 참고하면, 표시판부(300)는 복수의 표시 신호선(display signal line)(G1-GN, D1-DM)과 이에 연결된 복수의 화소(pixel)(PX), 복수의 감지 신호선(sensing signal line)(S1-SN, P1-PM)과 이에 연결된 복수의 감지부(SC)를 포함 한다. 화소(PX)와 감지부(SC)는 대략 행렬의 형태로 배열되어 있으며, 감지부(SC)는 하나의 화소(PX)에 하나씩 형성될 수도 있고, 복수의 화소(PX)마다 하나씩 형성될 수도 있다.
표시 신호선은 영상 주사 신호를 전달하는 복수의 영상 주사선(G1-GN)과 영상 데이터 신호를 전달하는 영상 데이터선(D1-DM)을 포함한다.
제1 감지선(S1-SN) 및 제2 감지선(P1-PM)은 열 또는 적외선을 감지하는 보로미터(B)와 연결되어 보로미터(B)에서 감지된 신호를 감지 신호 처리부(700, 800)로 전달한다.
영상 주사선(G1-GNn) 및 제1 감지선(S1-SN)은 대략 행 방향으로 뻗어 있으며 서로가 거의 평행하고, 영상 데이터선(D1-DM) 및 제2 감지선(P1-PM)은 대략 열 방향으로 뻗어 있으며 서로가 거의 평행하다.
도 2를 참고하면, 각 화소(PX), 예를 들면 i번째 행(i=1, 2, …, N), j번째 열(j=1, 2, …, M)의 화소(PX)는 영상 주사선(Gi) 및 영상 데이터선(Dj)에 연결된 스위칭 소자(Qs1)와 이에 연결된 전기-광학 변환부(EOU)를 포함한다. 박막 트랜지스터 등 스위칭 소자(Qs1)는 삼단자 소자로서 그 제어 단자는 영상 주사선(Gi)에 연결되어 있고, 입력 단자는 영상 데이터선(Dj)에 연결되어 있으며, 출력 단자는 전기-광학 변환부(EOU)에 연결되어 있다.
전기-광학 변환부(EOU)는 스위칭 소자(Qs1)를 통과한 전기 신호를 광학 신호 로 바꾸어 주는 부분으로서, 표시 장치의 종류에 따라 달라질 수 있는데, 액정 표시 장치의 경우에는 액정 축전기를 나타내고, 유기 발광 표시 장치인 경우에는 유기 발광 다이오드를 나타낸다. 본 발명의 실시예와 같이 전기 영동 표시 장치의 경우에는 전기 영동 축전기를 나타낸다. 전기 영동 축전기는 마이크로 캡슐 형태의 축전기가 복수개 형성되어 있으며, 마이크로 캡슐에는 서로 다른 극성을 가지는 두 종류의 전기 영동 입자와 투명 유전 유체가 형성되어 있다. 유전 유체는 마이크로 캡슐에 인가되는 전압에 따라서 전기 영동 입자가 이동하는데 일정한 저항을 제공하며, 인가되는 전압이 사라져도 한번 이동한 전기 영동 입자는 다시 이동하지 못하도록 하는 역할을 수행한다. 두 개의 전기 영동 입자는 서로 다른 극성을 가질 뿐만 아니라 하나의 전기 영동 입자는 검은색을 가지며, 다른 하나의 전기 영동 입자는 흰색을 가진다. 검은색의 전기 영동 입자가 상부 기판측에 배열되면 블랙을 나타내며, 흰색의 전기 영동 입자가 상부 기판측에 배열되면 화이트를 나타낸다. 검은색 전기 영동 입자와 흰색 전기 영동 입자가 상부 기판측에 배열되는 수에 따라서 계조가 표시된다. 마이크로 캡슐의 구조에 대해서는 도 4에서 다시 살펴본다.
한편, 감지부(SC)는 열 또는 적외선을 감지하는 보로미터(B)를 포함한다. 보로미터(B)는 열 또는 적외선을 감지하면 저항값이 변하게 되며, 변한 저항값으로 인하여 제1 및 제2 감지선에 인가되는 전압 또는 전류값이 변하도록 하여 감지된 보로미터(B)인지 여부를 확인할 수 있다. 보로미터(B)는 간단한 구조로 접촉 감지가 가능하다는 장점이 있으며, 손가락으로 터치가 이루어지는 경우에는 손가락의 열이나 손가락에서 방출되는 적외선을 통하여 감지가 이루어지며, 터치펜 따위로 터치가 이루어지는 경우 적외선이 방출되는 터치펜을 사용하여 감지가 이루어진다. 또한, 보로미터(B)는 그 구조가 간단하여 하나의 화소(PX)마다 감지부(SC)를 형성하더라도 개구율의 감소가 적다는 장점이 있다.
본 실시예와 달리 박막 트랜지스터로 형성된 광 감지 소자나 압력 변화를 감지할 수 있는 소자를 이용하여 감지부(SC)를 형성할 수도 있다.
여기서 스위칭 소자(Qs1)는 비정질 규소(amorphous silicon) 또는 다결정 규소(poly crystalline silicon) 박막 트랜지스터로 이루어질 수 있다.
다시 도 1을 참고하면, 영상 주사부(400)는 표시판부(300)의 영상 주사선(G1-GN)에 연결되어 게이트 온 전압과 게이트 오프 전압의 조합으로 이루어진 영상 주사 신호를 영상 주사선(G1-GN)에 인가한다.
영상 데이터 구동부(500)는 표시판부(300)의 영상 데이터선(D1-DM)에 연결되어 계조 전압 생성부(550)로부터의 계조 전압을 선택하여 영상 데이터 신호로서 화소에 인가한다.
감지 신호 처리부(700, 800)는 제1 감지선(S1-SN)에 연결되어 제1 감지선으로부터의 감지 신호를 감지하는 제1 감지 신호 처리부(700)와 제2 감지선(P1-PM)에 연결되어 제2 감지선으로부터 감지 신호를 감지하는 제2 감지 신호 처리부(800)로 이루어진다. 감지 신호 처리부(700, 800)는 보로미터(B)가 접촉에 따라 변화된 저 항값으로 인하여 감지선에 인가된 전압값의 변화를 수신하여 증폭, 필터링 등의 신호 처리를 행한 후 아날로그-디지털 변환을 하여 디지털 감지 데이터 신호(DSN)를 생성하여 출력한다. 디지털 감지 데이터 신호(DSN)는 신호 제어부(600)로 입력되거나 표시 장치 외부로 인가될 수도 있다.
신호 제어부(600)는 영상 주사부(400), 영상 데이터 구동부(500) 및 감지 신호 처리부(700, 800)의 동작을 제어한다.
그러면 이러한 표시 장치의 동작에 대하여 상세하게 설명한다.
신호 제어부(600)는 외부의 그래픽 제어기(도시하지 않음)로부터 입력 영상 신호(R, G, B) 및 이의 표시를 제어하는 입력 제어 신호를 수신한다. 입력 영상 신호(R, G, B)는 각 화소(PX)의 휘도(luminance) 정보를 담고 있으며 휘도는 정해진 수효, 예를 들면 1024(=210), 256(=28) 또는 64(=26) 개의 계조(gray)를 가지고 있다. 입력 제어 신호의 예로는 수직 동기 신호(Vsync)와 수평 동기 신호(Hsync), 메인 클록 신호(MCLK), 데이터 인에이블 신호(DE) 등이 있다.
입력 영상 신호(R, G, B)와 입력 제어 신호에 기초하여 신호 제어부(600)는 영상 신호(R, G, B)를 표시판부(300)의 동작 조건에 맞게 적절히 처리하고 영상 주사 제어 신호(CONT1), 영상 데이터 제어 신호(CONT2), 감지 제어 신호(CONT3, CONT4) 등을 생성한다. 신호 제어부(600)는 영상 주사 제어 신호(CONT1)를 영상 주사부(400)로 내보내고 영상 데이터 제어 신호(CONT2)와 처리한 영상 신호(DAT)는 영상 데이터 구동부(500)로 내보낸다. 또한 신호 제어부(600)는 감지 제어 신 호(CONT3, CONT4)를 감지 신호 처리부(700, 800)에 각각 내보낸다.
영상 주사 제어 신호(CONT1)는 영상 주사 시작을 지시하는 영상 주사 시작 신호(STV)와 영상 주사 신호의 게이트 온 전압의 출력 시기를 제어하는 적어도 하나의 클록 신호 등을 포함한다. 영상 주사 제어 신호(CONT1)는 게이트 온 전압의 지속 시간을 정의하는 출력 인에이블 신호(OE)를 더 포함할 수 있다.
영상 데이터 제어 신호(CONT2)는 일군의 화소에 대한 데이터 전송을 알리는 수평 동기 시작 신호(STH)와 영상 데이터선(D1-DM)에 해당 데이터 전압을 인가하라는 로드 신호(LOAD) 및 데이터 클록 신호(HCLK)를 포함한다.
감지 제어 신호(CONT3, CONT4)는 감지 신호 처리부(700, 800)에서 각 감지부(SC)에서의 감지 결과를 수신하라는 수신 제어 신호 및 수신된 감지 신호를 처리 및 제어하는 신호 등을 포함한다.
표시 장치의 동작은 화소(PX)를 통하여 화면에 영상을 표시하는 동작과 감지부(SC)를 통하여 접촉 여부를 알아내는 동작으로 크게 나눌 수 있다. 이러한 두 가지 동작은 동시에 수행될 수도 있고 서로 배타적으로 수행될 수도 있다. 후자의 경우에 표시 장치는 예를 들어 표시 구간 동안에는 표시 동작만 수행하고, 감지 구간 동안에는 감지 동작만 수행한다. 본 발명의 실시예에서는 두 가지 동작이 동시에 수행될 수 있으나 실시예에 따라서는 별도로 진행될 수도 있다.
먼저 화소(PX)를 통하여 화면에 영상을 표시하는 표시 동작에 대하여 상세하게 설명한다.
신호 제어부(600)로부터의 영상 데이터 제어 신호(CONT2)에 따라, 영상 데이터 구동부(500)는 한 행의 화소(PX)에 대한 디지털 영상 신호(DAT)를 수신하고, 각 디지털 영상 신호(DAT)에 대응하는 계조 전압을 선택함으로써 디지털 영상 신호(DAT)를 아날로그 데이터 전압으로 변환한 다음, 이를 해당 데이터선(D1-Dm)에 인가한다.
영상 주사부(400)는 신호 제어부(600)로부터의 영상 주사 제어 신호(CONT1)에 따라 게이트 온 전압을 영상 주사선(G1-GN)에 인가하여 이 영상 주사선(G1-GN)에 연결된 스위칭 소자(Qs1)를 턴 온시킨다. 그러면 영상 데이터선(D1-DM)에 인가된 데이터 전압이 턴 온된 스위칭 소자(Qs1)를 통하여 전기-광학 변환부(EOU)내의 일측 전극에 인가된다.
전기-광학 변환부(EOU)는 데이터 전압을 광학 신호로 바꾸어 출력하며 이에 따라 원하는 영상이 표시된다. 즉, 전기 영동 표시 장치에서는 일측 전극에 인가된 전압으로 인하여 전기 영동 소자가 이동하게 되고, 이동된 전기 영동 소자가 상부로부터 입사된 빛을 반사시켜 화상을 표시하게 된다. 여기서, 데이터 전압의 크기, 극성 및 인가 시간 등에 따라 마이크로 캡슐(30) 내에서 전기 영동 입자(31, 33)의 위치가 다양하게 변화하여 계조를 표시한다.
1 수평 주기(또는 "1H")[수평 동기 신호(Hsync), 데이터 인에이블 신호(DE)의 한 주기]를 단위로 이러한 동작을 반복함으로써, 모든 영상 주사선(G1-Gn)에 대하여 차례로 게이트 온 전압을 인가하여 모든 화소에 데이터 전압을 인가함으로써 한 프레임의 영상을 표시한다.
다음으로 표시 장치의 감지 동작에 대하여 상세하게 설명한다.
감지 신호 처리부(700, 800)는 감지부(SC)에서 접촉이 일어났는지를 확인하기 위하여 일정한 레벨을 가지는 신호를 각각 제1 및 제2 감지선에 인가한다. 제1 감지선 및 제2 감지선에 인가되는 신호의 레벨은 서로 다를 수 있다. 감지부(SC)에서 접촉이 이루어지면, 감지부(SC)의 보로미터(B)는 터치에 따른 적외선 또는 열에 기초하여 저항값이 변하며, 그 결과 제1 및 제2 감지선으로부터 수신된 신호는 감지 신호 처리부(700, 800)에서 인가한 신호와 다른 레벨을 가진다. 이와 같이 레벨이 변한 신호를 통하여 접촉이 이루어진 감지부(SC)를 확인할 수 있다.
제1 및 제2 감지 신호 처리부(700, 800)는 아날로그 감지 데이터 신호를 증폭 및 필터링 등의 신호 처리를 한 후 디지털 감지 데이터 신호(DSN)로 변환하여 내보낸다.
신호 제어부(600) 또는 외부 장치는 디지털 감지 데이터 신호(DSN)를 이용하여 접촉 여부 및 접촉 위치를 파악한다.
이하에서는 도 3 및 도 4를 통하여 본 발명의 실시예에 따른 전기 영동 표시 장치의 화소(PX) 및 감지부(SC)의 구조에 대하여 구체적으로 살펴본다.
도 3은 본 발명의 한 실시예에 따른 전기 영동 표시 장치의 화소 배치도이고, 도 4는 도 3에서 IV-IV선에 따른 전기 영동 표시 장치의 단면도이다.
전기 영동 표시 장치는 상부 표시판, 하부 표시판 및 상부 표시판과 하부 표시판 사이에 주입된 전기 영동층을 포함한다.
먼저 하부 표시판에 대하여 살펴본다. 하부 표시판은 도 4에서 도시하고 있는 바와 같이 하부 기판(210) 및 그 위에 형성된 공통 전극(270)을 포함한다.
하부 기판(210)은 유리 또는 투명한 플라스틱으로 형성될 수 있다. 플라스틱은 플렉서블하므로 전기 영동 표시 장치를 휠 수 있도록 한다. 여기서 플라스틱으로는 폴리카본(polycarbon), 폴리 이미드(polyimide), 폴리이서설폰(PES), 폴리아릴레이트(PAR), 폴리에틸렌 나프탈레이트(PEN), 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET) 등이 사용될 수 있다. 하부 기판(210)을 유리로 형성하는 경우에는 약 500㎛ 정도의 두께를 가질 수 있으며, 플라스틱으로 형성하는 경우에는 약 30㎛ 정도의 두께를 가질 수 있다.
공통 전극(270)은 복수의 화소(PX) 및 복수의 감지부(SC)가 형성된 표시 영역 전체에 걸쳐 하나로 형성되어 있으며, 투명한 도전체인 ITO 또는 IZO 따위로 형성될 수 있다.
한편, 상부 표시판에 대하여 도 3 및 도 4를 통하여 살펴보면 아래와 같다.
상부 표시판의 최상층에는 상부 기판(110)이 형성되어 있다.
상부 기판(110)도 하부 기판(210)과 동일하게 유리 또는 투명한 플라스틱으로 형성할 수 있으며, 플라스틱의 경우에는 플렉서블한 특성을 가진다. 상부 기판(110)을 유리로 형성하는 경우에는 약 500㎛ 정도의 두께를 가질 수 있으며, 플라스틱으로 형성하는 경우에는 약 30㎛ 정도의 두께를 가질 수 있다.
상부 기판(110)의 아래에는 감지층(50)이 형성되어 있다. 감지층(50)은 화소(PX) 내에서 박막 트랜지스터가 형성될 위치의 상부에 형성하여 박막 트랜지스터 의 반도체층으로 빛이 입사되는 것을 막는 차광 부재의 역할을 수행한다. 뿐만 아니라 자외선 또는 열을 감지하여 감지층(50) 자체의 저항을 변화시켜 접촉 여부를 감지할 수 있도록 하는 역할도 수행한다. 감지층(50)은 산화 바나듐(vanadium oxide), 티타늄(titanium), 백금(platinum), 실리콘 게르마늄(SiGe), 비정질 실리콘(amorphous silicon)등으로 형성될 수 있다. 한편, 도 3 및 도 4의 실시예에서는 티타늄을 이용하여 감지층(50)을 형성하였는데, 티타늄이 금속이므로 빛을 반사시켜 표시 특성을 저하시키는 문제가 발생할 수 있다. 이에 이러한 문제를 제거하기 위하여 티타늄층(52)위에 산화 티타늄층(51)을 형성하여 반사율을 줄여 빛의 반사로 인한 표시 특성의 저하를 제거하였다.
감지층(50)의 아래에는 감지층(50)을 덮는 색필터(230)가 형성되어 있다. 색필터(230)는 적, 녹, 청 따위의 삼원색을 포함하여 표시되는 화상에 컬러 표현이 가능하도록 한다. 색필터(230)는 가로 방향으로 인접한 화소(PX)마다 서로 다른 색필터(230)가 형성될 수 있으며, 세로 방향으로 인접한 화소(PX)간에는 서로 동일한 색필터(230)를 가질 수 있다. 또한, 색필터(230)에는 감지층(50)을 노출시키는 두 개의 접촉 구멍(182-1, 182-2)이 형성되어 있다. 두 개의 접촉 구멍(182-1, 182-2)은 감지층(50)이 감지선 각각과 연결되도록 하는 역할을 수행한다.
색필터(230)가 화소(PX)와 동일한 표시판에 형성되어 있으므로 기판이 플렉서블하여 표시 장치를 휘더라도 색필터와 이에 대응하는 전기 영동층이 서로 오정렬을 일으킬 가능성이 적어 표시 장치를 휘더라도 표시 특성이 저하되지 않는다.
색필터(230) 위에는 게이트선(121)과 제1 접촉 구멍(182-1)을 통하여 감지 층(50)과 접촉하는 제1 감지선(122)이 형성되어 있다.
게이트선(121) 및 제1 감지선(122)은 가로 방향으로 뻗어 있으며, 서로 평행한다. 게이트선(121)은 하부로 돌출되어 있는 게이트 전극(124)을 포함하며, 제1 감지선(122)은 하부로 돌출되어 있는 돌출부(122-1)를 포함한다. 돌출부(122-1)는 제1 감지선(122)이 제1 접촉 구멍(182-1)을 통하여 감지층(50)과 전기적으로 접촉하도록 한다. 한편, 실시예에 따라서는 감지층(50)과 제1 감지선(122)이 접촉하도록 하기 위하여 별도의 배선을 형성할 수도 있다.
게이트선(121)과 제1 감지선(122)의 아래에는 이들을 덮는 게이트 절연막(140)이 형성되어 있다. 게이트 절연막(140)은 색필터(230)의 제2 접촉 구멍(182-2)의 하부에 이와 연결되는 접촉 구멍(182-2)을 가진다. 게이트 절연막(140) 및 색필터(230)의 제2 접촉 구멍(182-2)를 통하여 감지층(50)을 노출시키고, 또 다른 감지선과 접촉할 수 있도록 한다.
게이트 절연막(140)의 아래에는 반도체층(150)이 형성되어 있다. 반도체층(150)은 게이트 전극(124)이 형성된 위치의 아래에 형성되며, 게이트 전극(124)이 형성된 영역을 덮으면서 형성될 수 있다. 반도체층(150)은 실시예에 따라서 비정질 반도체 또는 다결정 반도체로 형성될 수 있는데, 본 실시예에서는 비정질 반도체를 이용하여 반도체층(150)을 형성하였다.
반도체층(150) 및 게이트 절연막(140)의 아래에는 데이터선(171), 드레인 전극(175) 및 제2 접촉 구멍(182-2)을 통하여 감지층(50)과 연결되는 제2 감지선(172)이 형성되어 있다. 데이터선(171) 및 제2 감지선(172)은 세로로 뻗어 있으 며, 서로 평행한다. 데이터선(171)은 반도체층(150)을 향하여 뻗어 있는 소스 전극(173)을 포함하며, 게이트 전극(124)을 기준으로 소스 전극(173)에 대응하는 위치에는 드레인 전극(175)이 형성되어 있다. 게이트 전극(124), 반도체층(150), 소스 전극(173) 및 드레인 전극(175)은 박막 트랜지스터(도 2의 스위칭 소자(Qs1)임)를 이룬다. 반도체층(150)과 소스 전극(173) 사이 및 반도체층(150)과 드레인 전극(175) 사이에는 각각 도핑된 반도체나 실리사이드 따위로 형성되는 저항성 접촉층이 더 형성될 수 있다. 한편, 제2 감지선(172)은 제2 접촉 구멍(182-2)을 향하여 돌출된 돌출부(172-1)를 포함하며, 돌출부(172-1)는 제2 접촉 구멍(182-2)을 통하여 감지층(50)과 전기적으로 연결시키는 역할을 수행한다. 실시예에 따라서는 별도의 배선을 형성하여 제2 감지선(172)과 감지층(50)이 연결되도록 할 수도 있다.
반도체층(150), 데이터선(171), 드레인 전극(175), 제2 감지선(172) 및 게이트 절연막(140)의 아래에는 보호층(180)이 형성되어 있다. 보호층(180)은 드레인 전극(175)의 일부를 노출시키는 제3 접촉 구멍(185)을 포함한다.
보호층(180)의 아래에는 화소 전극(190)이 형성되며, 화소 전극(190)은 제3 접촉 구멍(185)을 통하여 드레인 전극(175)과 전기적으로 연결되어 있다. 화소 전극(190)은 투명한 도전 물질인 ITO 또는 IZO로 형성될 수 있으며, 드레인 전극(175)을 통하여 데이터 전압을 인가 받아 전기 영동층에 전계를 가한다.
상부 표시판과 하부 표시판의 사이에는 전기 영동층이 형성되어 있으며, 전기 영동층은 서로 다른 전기를 띠는 전기 영동 입자(31, 33) 및 투명 유전 유 체(35)가 형성된 마이크로 캡슐(30)을 포함한다. 전기 영동 입자(31, 33)중 하나는 양 전하를 띠며, 다른 하나는 음전하를 띠고, 하나는 검은색을 가지며, 다른 하나는 흰색을 가진다. 검은색의 전기 영동 입자(33)는 카본 블랙(carbon black)과 같은 검은색 물질로 형성되며, 흰색의 전기 영동 입자(31)는 산화 티타늄(TiO2) 또는 실리카(SiO2) 등으로 형성될 수 있다. 한편, 전기 영동 입자(31, 33)는 코어와 이를 둘러싸는 착색층으로 형성될 수도 있다.
유전 유체(35)는 전기 영동 입자(31, 33)의 높은 이동도를 위하여 점도는 낮은 것이 좋고, 화학반응을 억제하기 위하여 유전상수도 낮은 것이 바람직하다. 유전 유체(35)는 반사 휘도 확보를 위하여 투명한 물질을 사용하는 것이 바람직하다. 유전 유체(35)의 예로는 데카하이드로 나프탈렌, 5-에틸리덴-2-노르보르덴, 지방유, 파라핀유 등의 하이드로 카본, 톨루엔, 크실렌, 페닐크실릴에탄, 도데실 벤젠 및 알킬나프탈렌 등의 방향족 하이드로 카본 및 퍼플루오르데칼린, 퍼플루오르톨루엔, 퍼플루오르크실렌, 디클로로벤조트리플루오라이드, 3,4,5-트리클로로벤조트리플루어라이드, 클로로펜타플루오르-벤젠, 디클로로노네인, 펜타클로로벤젠 등의 할로겐화 용매 등을 사용할 수 있다.
전기 영동 입자(31, 33)는 공통 전극(270)과 화소 전극(190)간의 전계에 따라서 서로 다른 방향으로 이동하게 되며, 흰색을 띠는 전기 영동 입자(31)가 화소 전극(190)측에 정렬되면 외부에서 입사된 빛이 전기 영동 입자(31)에 반사되어 외부에서는 화이트를 인식하게 된다. 실제로는 색필터(230)가 화소 전극(190)의 상부에 형성되어 있으므로 흰색의 전기 영동 입자(31)가 화소 전극(190)측에 정렬되 더라도 정확하게는 화이트를 표시하지는 않고, 색필터(230)의 색의 최대 휘도를 나타낸다. 색필터(230) 각각이 최대 휘도를 나타내면, 이를 합한 빛은 화이트를 표시한다.
한편, 검은색을 띠는 전기 영동 입자(33)가 화소 전극(190)측에 정렬되면 외부에서 입사된 빛이 전기 영동 입자(33)에 반사되어 외부에서는 블랙을 인식하게 된다. 또한, 화소 전극(190)측에 배열된 입자 중 흰색을 띠는 입자와 검은색을 띠는 입자의 수에 따라서 계조 표시가 가능하다.
데이터선(171)과 연결되어 있는 박막 트랜지스터를 통하여 화소 전극(190)에 인가된 데이터 전압은 공통 전극(270)과 전계를 형성하는데, 데이터 전압의 크기에 따라 형성되는 전계의 크기가 다르다. 전계의 크기에 따라서 전기 영동 입자(31, 33)의 이동 방향 및 이동 거리가 변하게 되어 서로 다른 계조의 화상을 표시할 수 있다.
이하에서는 도 5를 이용하여 본 발명의 감지부(SC)의 구조를 좀더 상세하게 살펴본다.
도 5는 본 발명의 한 실시예에 따른 감지부의 사시도이다.
도 5에서 도시된 감지부(SC)는 도 4에서 감지부(SC) 및 감지선(122, 172)만을 따로 도시한 구조이며, 기타 화소(PX)와 관련되는 구조는 생략되어 있다.
감지부(SC)는 보로미터(B)로 형성되며, 감지층(50) 및 이에 연결되는 두 개의 감지선(122, 172)로 이루어져 있다.
감지층(50)은 산화 바나듐(vanadium oxide), 티타늄(titanium), 백 금(platinum), 실리콘 게르마늄(SiGe), 비정질 실리콘(amorphous silicon)등으로 형성되며, 반사율이 높은 경우에는 도 4와 같이 상부에 산화막을 더 형성할 수도 있다.
감지층(50)은 터치를 위하여 손가락이 접근한 경우, 손가락에서 발생하는 열 또는 적외선을 감지하여 자체 저항값을 변화시킨다. 그 결과 두 개의 감지선(122, 172)에서 인가되는 전압의 레벨이 변하여 해당 감지층(50)이 터치가 이루어졌음을 확인할 수 있다.
도 5에서는 도 3 및 도 4의 실시예와 달리 감지층(50)과 감지선(122, 172) 사이에 별도의 연결선(51, 52)이 형성된 실시예를 도시하고 있다. 감지층(50) 및 각 감지선(122, 172)의 사이에는 색필터나 게이트 절연막 등의 절연막이 형성되어 있어 연결선(51, 52)을 통하여만 전기적으로 연결되어 있다.
한편, 감지층(50)의 아래에는 화소(PX)의 박막 트랜지스터가 형성되어 있어 감지층(50)은 차단 부재의 역할도 수행한다.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.
도 1은 본 발명의 한 실시예에 따른 전기 영동 표시 장치의 블록도이고,
도 2는 본 발명의 한 실시예에 따른 전기 영동 표시 장치에서 화소 및 감지부의 등가 회로도이며,
도 3은 본 발명의 한 실시예에 따른 전기 영동 표시 장치의 화소 배치도이고,
도 4는 도 3에서 IV-IV선에 따른 전기 영동 표시 장치의 단면도이고,
도 5는 본 발명의 한 실시예에 따른 감지부의 사시도이다.

Claims (20)

  1. 제1 기판,
    상기 제1 기판 아래에 형성되어 있는 감지층,
    상기 감지층의 아래에 형성되어 있는 박막 트랜지스터,
    상기 감지층과 전기적으로 연결되어 있는 감지선,
    제2 기판, 및
    상기 제1 기판 및 상기 제2 기판의 사이에 형성되어 있는 전기 영동층을 포함하고,
    상기 감지층은 상기 박막 트랜지스터와 중첩하고, 상기 감지층은 차광 물질을 포함하는 전기 영동 표시 장치.
  2. 제1항에서,
    상기 감지층은 적외선 또는 열을 감지하는 경우 감지층의 저항값이 변하는 물질로 형성되어 있는 전기 영동 표시 장치.
  3. 제2항에서,
    상기 감지층은 산화 바나듐(vanadium oxide), 티타늄(titanium), 백금(platinum), 실리콘 게르마늄(SiGe), 및 비정질 실리콘(amorphous silicon) 중 적어도 어느 하나를 포함하는 전기 영동 표시 장치.
  4. 제3항에서,
    상기 감지층은 티타늄 및 산화 티타늄의 이중층으로 형성되어 있는 전기 영 동 표시 장치.
  5. 삭제
  6. 제1항에서,
    상기 박막 트랜지스터와 연결되어 있으며, 상기 감지층의 아래에 형성되어 있는 게이트선 및 데이터선을 더 포함하는 전기 영동 표시 장치.
  7. 제6항에서,
    상기 감지선은 상기 게이트선에 평행하는 제1 감지선 및 상기 데이터선에 평행하는 제2 감지선을 포함하는 전기 영동 표시 장치.
  8. 제6항에서,
    상기 박막 트랜지스터의 아래를 덮는 보호층 및
    상기 보호층의 아래에 형성되어 있는 화소 전극을 더 포함하며,
    상기 보호층은 상기 화소 전극과 상기 박막 트랜지스터의 출력 단자가 전기적으로 연결되도록 접촉 구멍이 형성되어 있는 전기 영동 표시 장치.
  9. 제1항에서,
    상기 감지층을 덮으며, 상기 감지층의 아래에 형성되어 있는 색필터를 더 포함하는 전기 영동 표시 장치.
  10. 제9항에서,
    상기 색필터는 상기 감지층을 노출시키는 접촉 구멍을 가지는 전기 영동 표시 장치.
  11. 제10항에서,
    상기 감지선은 상기 색필터의 상기 접촉 구멍을 통하여 상기 감지층과 전기적으로 연결되어 있는 전기 영동 표시 장치.
  12. 제9항에서,
    상기 감지선은 제1 감지선 및 제2 감지선을 포함하며,
    상기 색필터의 접촉 구멍도 각각 제1 접촉 구멍 및 제2 접촉 구멍을 포함하며,
    상기 제1 감지선은 상기 제1 접촉 구멍을 통하여 상기 감지층과 전기적으로 연결되어 있으며,
    상기 제2 감지선은 상기 제2 접촉 구멍을 통하여 상기 감지층과 전기적으로 연결되어 있는 전기 영동 표시 장치.
  13. 제1항에서,
    상기 전기 영동층은 전기 영동 입자를 포함하는 마이크로 캡슐을 포함하는 전기 영동 표시 장치.
  14. 제13항에서,
    상기 전기 영동 입자는 서로 다른 극성을 띠는 두 개의 전기 영동 입자인 전기 영동 표시 장치.
  15. 제14항에서,
    두 개의 전기 영동 입자 중 하나는 카본 블랙과 같은 검은색 물질을 포함하여 형성되며,
    다른 하나는 산화 티타늄 또는 실리카와 같은 흰색 물질을 포함하여 형성되는 전기 영동 표시 장치.
  16. 제14항에서,
    상기 마이크로 캡슐은 상기 전기 영동 입자의 주변을 메우는 투명한 유전 유체를 더 포함하는 전기 영동 표시 장치.
  17. 제1항에서,
    상기 제2 기판의 위에는 공통 전극이 형성되어 있는 전기 영동 표시 장치.
  18. 삭제
  19. 삭제
  20. 삭제
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