KR101679977B1 - 자기 정전용량식 터치 센서 일체형 표시장치와 그 제조방법 - Google Patents

자기 정전용량식 터치 센서 일체형 표시장치와 그 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 유기발광 표시장치를 대상으로 한 자기 정전용량식 터치 센서 일체형 표시장치에 관한 것으로, 이 자기 정전용량식 터치 센서 일체형 표시장치는 기판 상에 위치하는 박막 트랜지스터와, 제1 절연막을 사이에 두고 상기 박막 트랜지스터 상에 위치하는 라우팅 배선과, 상기 라우팅 배선 상에 위치하며 적어도 하나 이상의 뱅크 홀을 갖는 뱅크 패턴과, 상기 뱅크 패턴 상에 위치하는 격벽과, 상기 격벽을 통해 소정 단위로 패터닝되어 전기적으로 서로 분리된 다수의 터치 전극이 되며, 상기 뱅크 홀을 통해 상기 라우팅 배선에 연결되는 캐소드전극을 포함한다.

Description

자기 정전용량식 터치 센서 일체형 표시장치와 그 제조방법{SELF-CAPACITIVE TOUCH SENSOR INTEGRATED TYPE DISPLAY DEVICE AND MANUFACTURING METHOD OF THE SAME}
본 발명은 터치 센서 일체형 표시장치에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 자기 정전용량식 터치 센서 일체형 표시장치와 그 제조방법에 관한 것이다.
최근, 키보드, 마우스, 트랙볼, 조이스틱, 디지타이저(digitizer) 등의 다양한 입력장치(Input Device)들이 사용자와 가전기기 또는 각종 정보통신기기 사이의 인터페이스를 구성하기 위해 사용되고 있다. 이러한 입력장치는 사용법을 익혀야 하고 공간을 차지하는 등의 불편을 야기하여 사용자 불만의 한 요인이 되었다. 따라서, 편리하면서도 간단하고 오작동을 감소시킬 수 있는 입력장치에 대한 요구가 날로 증가되고 있다. 이와 같은 요구에 따라 사용자가 가전기기 또는 각종 정보통신기기의 표시장치를 보면서 손이나 펜 등으로 화면을 직접 터치하거나 근접시켜 정보를 입력하는 터치 센서(touch sensor)가 제안되었다.
터치센서는 간단하고, 오작동이 적으며, 별도의 입력기기를 사용하지 않고도 입력이 가능할 뿐 아니라 사용자가 화면에 표시되는 내용을 통해 신속하고 용이하게 조작할 수 있다는 편리성 때문에 다양한 표시장치에 적용되고 있다.
터치센서는 구조에 따라서, 상판 부착형(add-on type)과 상판 일체형(on-cell type)으로 나눌 수 있다. 상판 부착형은 표시장치와 터치 센서가 형성된 터치 패널을 개별적으로 제조한 후에, 표시장치의 상판에 터치 패널을 부착하는 방식이다. 상판 일체형은 표시장치의 상부 유리 기판 표면에 터치센서를 직접 형성하는 방식이다.
상판 부착형은 표시장치 위에 완성된 터치 패널이 올라가 장착되는 구조로 두께가 두껍고, 표시장치의 밝기가 어두워져 시인성이 저하되는 문제가 있다.
한편, 상판 일체형의 경우, 표시장치의 상면에 별도의 터치센서가 형성된 구조로 상판 부착형 보다 두께를 줄일 수 있지만, 여전히 터치센서를 구성하는 구동전극층과 센싱전극층 및 이들을 절연시키기 위한 절연막 때문에 전체 두께가 증가하고 공정수가 증가하여 제조가격이 증가하는 문제점이 있었다.
내장형 터치센서는 내구성과 박형화가 가능하다는 점에서 상판 부착형 터치센서와 상판 일체형 터치 센서의 단점을 해결할 수 있기 때문에 관심이 집중되고 있다. 내장형 터치센서는 상호 정전용량 방식 터치센서와 자기 정전용량 방식 터치센서가 알려져 있다.
상호 정전용량 방식 터치센서는 터치 패널의 터치전극 형성영역에 X축 전극라인들(예를 들면, 구동 전극라인들)과 Y축 전극라인들(예를 들면, 센싱 전극라인들)을 서로 교차시켜 매트릭스를 형성하고, X축 전극라인들에 구동펄스를 인가한 다음, Y축 전극라인들을 통해 X축 전극라인들과 Y축 전극라인들의 교차점으로 정의되는 센싱 노드들에 나타나는 전압의 변화를 감지하여 터치 여부를 판단하는 방식이다.
자기 정전용량 방식 터치센서는 터치 패널에 터치 전극들과 라우팅 배선들을 형성하고, 터치 전극들 각각을 한 방향을 따라 형성된 라우팅 배선들에 1:1로 연결한 것으로, 상호 정전용량 방식에 비해 박형화에 더 유리하다. 자기 용량 센서는 터치 전극들 각각에 형성된 정전 용량을 포함한다. 구동 신호가 라우팅 배선을 통해 터치 전극에 인가되면 전하가 터치 센서에 축적되는 데, 이때 손가락이나 전도성 물체가 터치 전극에 접촉되면 자기 용량 센서의 커패시턴스 값이 변하므로, 손가락이 터치된 센서와 그렇지 않은 센서 간에 커패시턴스(Capaciance) 값이 달라지는 것을 통해 터치 여부를 판단할 수 있다.
자기 정전용량식 터치 센서 일체형 표시장치는 이론상 다양한 종류의 평판 표시장치에 응용될 수 있으나, 실제로 액정표시장치를 제외한 다른 표시장치에 응용된 예는 드물다. 최근, 유기발광 표시장치는 응답속도, 발광효율, 휘도 및 시야각 등이 우수하여 액정표시장치를 대체하고 있는데, 아직까지는 기술적인 미흡으로 인해 유기발광 표시장치를 자기 정전용량식 터치 센서 일체형 표시장치에 이용하지는 못하고 있다.
따라서 본 발명의 목적은 유기발광 표시장치를 대상으로 한 자기 정전용량식 터치 센서 일체형 표시장치와 그 제조방법을 제공하는 데 있다.
상기 목적달성을 위한 자기 정전용량식 터치 센서 일체형 표시장치는 기판 상에 위치하는 박막 트랜지스터와, 제1 절연막을 사이에 두고 상기 박막 트랜지스터 상에 위치하는 라우팅 배선과, 상기 라우팅 배선 상에 위치하며 적어도 하나 이상의 뱅크 홀을 갖는 뱅크 패턴과, 상기 뱅크 패턴 상에 위치하는 격벽과, 상기 격벽을 통해 소정 단위로 패터닝되어 전기적으로 서로 분리된 다수의 터치 전극이 되며, 상기 뱅크 홀을 통해 상기 라우팅 배선에 연결되는 캐소드전극을 포함한다.
상기 목적달성을 위한 자기 정전용량식 터치 센서 일체형 표시장치의 제조방법은 기판 상에 박막 트랜지스터를 형성하는 단계와, 상기 박막 트랜지스터 상에 제1 절연막과 라우팅 배선을 순차적으로 형성하는 단계와, 상기 라우팅 배선 상에 적어도 하나 이상의 뱅크 홀을 갖는 뱅크 패턴을 형성하는 단계와, 상기 뱅크 패턴 상에 격벽을 형성하는 단계와, 상기 격벽 상에 캐소드전극을 도포하고, 상기 격벽을 통해 상기 캐소드전극을 소정 단위로 패터닝하여 전기적으로 서로 분리된 다수의 터치 전극을 형성하여, 상기 터치 전극을 상기 뱅크 홀을 통해 상기 라우팅 배선에 연결시키는 단계를 포함한다.
본 발명에 따르는 자기 정전용량식 터치 센서 일체형 표시장치는 유기발광 표시장치을 대상으로 함으로써, 응답속도, 발광효율, 휘도 및 시야각 등이 우수한 패널 특성을 장점으로 활용할 수 있다.
본 발명에 따르는 자기 정전용량식 터치 센서 일체형 표시장치는 박형화에 유리하고 공정수 절감을 통해 제조 비용을 줄일 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따르는 터치센서 일체형 표시장치의 터치 전극과 그에 연결되는 라우팅 배선들의 구성을 개략적으로 도시한 평면도,
도 2는 유기발광 표시장치의 일 공통전극을 패터닝하여 터치 전극으로 활용한 구성을 개략적으로 도시한 평면도.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따르는 터치센서 일체형 표시장치를 도시한 단면도.
도 4a 내지 도 4i는 도 3의 터치센서 일체형 표시장치를 제조하는 방법을 순차적으로 보여주는 단면도들.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따르는 터치센서 일체형 표시장치를 도시한 단면도.
도 6a 내지 도 6i는 도 5의 터치센서 일체형 표시장치를 제조하는 방법을 순차적으로 보여주는 단면도들.
이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명의 자기 정전용량식 터치 센서 일체형 표시장치(이하, "터치 센서 일체형 표시장치"라 함)의 바람직한 실시예에 대하여 상세히 설명하기로 한다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 나타낸다.
우선, 도 1 및 도 2를 참조하여 본 발명의 실시예에 따르는 터치센서 일체형 표시장치에 대해 설명하기로 한다. 도 1은 본 발명의 실시예에 따르는 터치센서 일체형 표시장치의 터치 전극과 그에 연결되는 라우팅 배선들의 구성을 개략적으로 도시한 평면도이고, 도 2는 유기발광 표시장치의 일 공통전극을 패터닝하여 터치 전극으로 활용한 구성을 개략적으로 도시한 평면도이다.
도 1을 참조하면, 터치센서 일체형 표시장치는 다수의 터치 전극들(Tx11~Tx54)이 배치된 액티브 영역(AA), 액티브 영역(TA) 외측에 배치되며 디스플레이 구동&터치 센싱 IC(15)가 구비된 베젤 영역(BA)을 포함할 수 있다. 도 1의 실시예에서는 터치 전극이 5행 4열로 배치된 경우를 예로 들고 있으나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며 단지 설명을 위한 하나의 예에 지나지 않는다는 점을 이해하여야 한다.
자기 정전용량식 터치 전극(Tx11~Tx14, Tx21~Tx24, Tx31~Tx34, Tx41~Tx44, Tx51~T54)은 액티브 영역(AA) 내에서 서로 교차하는 제1 방향(x) 및 제2 방향(y)으로 분할되어 있다. 터치 전극(Tx11~Tx14, Tx21~Tx24, Tx31~Tx34, Tx41~Tx44, Tx51~T54)에는 라우팅 배선들(TW11~TW14, TW21~TW24, TW31~TW34, TW41~TW44, TW51~TW54)이 연결된다. 라우팅 배선들(TW11~TW14, TW21~TW24, TW31~TW34, TW41~TW44, TW51~TW54)은 액티브 영역(AA)으로부터 제2 방향(y)을 따라 베젤영역(BA)으로 연장 배열되어 디스플레이 구동&터치 센싱 IC(15)에 연결된다.
이를 보다 구체적으로 설명하면, 제1 행 제1 열의 터치 전극(Tx11)에는 제1-1 라우팅 배선(TW11)이 연결되고, 제1-1 라우팅 배선(TW11)은 제2 방향(y)을 따라 액티브 영역(AA)으로부터 베젤영역(BA)으로 연장되어 디스플레이 구동&터치 센싱 IC(15)에 연결된다. 제2 행 제1 열의 터치 전극(Tx21)에는 제2-1 라우팅 배선(TW21)이 연결되고, 제2-1 라우팅 배선(TW21)은 제1-1 라우팅 배선(TW11)과 나란하게 액티브 영역(AA)으로부터 베젤영역(BA)으로 연장되어 디스플레이 구동&터치 센싱 IC(15)에 연결된다. 제3 행 제1 열의 터치 전극(Tx31)에는 제3-1 라우팅 배선(TW31)이 연결되고, 제3-1 라우팅 배선(TW31)은 제2-1 라우팅 배선(TW21)과 나란하게 액티브 영역(AA)으로부터 베젤영역(BA)으로 연장되어 디스플레이 구동&터치 센싱 IC(15)에 연결된다. 제4 행 제1 열의 터치 전극(Tx41)에는 제4-1 라우팅 배선(TW41)이 연결되고, 제4-1 라우팅 배선(TW41)은 제3-1 라우팅 배선(TW31)과 나란하게 액티브 영역(AA)으로부터 베젤영역(BA)으로 연장되어 디스플레이 구동&터치 센싱 IC(15)에 연결된다. 제5 행 제1 열의 터치 전극(Tx51)에는 제5-1 라우팅 배선(TW51)이 연결되고, 제5-1 라우팅 배선(TW51)은 제4-1 라우팅 배선(TW41)과 나란하게 액티브 영역(AA)으로부터 베젤영역(BA)으로 연장되어 디스플레이 구동&터치 센싱 IC(15)에 연결된다.
이와 같은 방식으로 제2 열에 배치된 제1-2 내지 제5-2 터치 전극들(Tx12~Tx52)은 제1-2 내지 제5-2 라우팅 배선(TW12~TW52)에 각각 연결되고, 제1-2 내지 제5-2 라우팅 배선들(TW12~TW52)은 액티브 영역(AA)으로부터 베젤영역(BA)으로 나란하게 연장되어 디스플레이 구동&터치 센싱 IC(15)에 연결된다.
또한, 제3 열에 배치된 제1-3 내지 제5-3 터치 전극들(Tx13~Tx53) 또한 제1-3 내지 제5-3 라우팅 배선(TW13~TW53)에 각각 연결되고, 제1-3 내지 제5-3 라우팅 배선들(TW13~TW53)은 액티브 영역(AA)으로부터 베젤영역(BA)으로 나란하게 연장되어 디스플레이 구동&터치 센싱 IC(15)에 연결된다.
또한, 제4 열에 배치된 제1-4 내지 제5-4 터치 전극들(Tx14~Tx54) 또한 제1-4 내지 제5-4 라우팅 배선(TW14~TW54)에 각각 연결되고, 제1-4 내지 제5-4 라우팅 배선들(TW14~TW54)은 액티브 영역(AA)으로부터 베젤영역(BA)으로 나란하게 연장되어 디스플레이 구동&터치 센싱 IC(15)에 연결된다.
베젤영역(BA)에 배치된 각종 배선들은 상기 제1-1 내지 제5-4 라우팅 배선들(TW11~TW51, TW12~TW52, TW13~TW53, TW14~TW54) 이외에, 디스플레이 구동&터치 센싱 IC(15)에 접속되는 게이트 배선들(도시생략), 및 데이터 배선들(도시생략)을 더 포함한다.
이러한 본 발명의 터치센서 일체형 표시장치는 유기발광 표시장치로 구현된다. 유기발광 표시장치는 게이트 배선들과 데이터 배선들에 의해 정의되는 다수의 화소들을 포함한다. 화소들 각각은 자발광 소자인 유기발광다이오드(Organic Light EmitPing Diode: 이하, "OLED"라 함)를 포함한다. OLED는 애노드전극 및 캐소드전극과, 이들 사이에 형성된 유기 화합물층을 포함한다. 유기 화합물층은 발광층(Emission layer, EML)과 함께 정공 관련층과 전자 관련층을 포함한다. 정공 관련층은 정공주입층(Hole InjecPion layer, HIL)과 정공수송층(Hole transport layer, HTL)을 포함하며, 전자 관련층은 전자수송층(Electron transport layer, ETL)을 포함할 수 있고, 전자주입층(Electron InjecPion layer, EIL)을 더 포함할 수도 있다. 유기발광 표시장치는 OLED를 각각 포함한 화소들을 매트릭스 형태로 배열하고 비디오 데이터의 계조에 따라 화소들의 휘도를 조절한다. 화소들 각각은 게이트-소스 간 전압에 따라 OLED에 흐르는 구동전류를 제어하는 구동 박막 트랜지스터(Thin Film Transistor, 이하 TFT라 함), 구동 TFT의 게이트-소스 간 전압을 한 프레임 동안 일정하게 유지시키는 커패시터, 및 게이트신호에 응답하여 구동 TFT의 게이트-소스 간 전압을 프로그래밍하는 적어도 하나 이상의 스위치 TFT를 포함할 수 있다. 구동전류는 데이터전압에 따른 구동 TFT의 게이트-소스 간 전압과, 구동 TFT의 문턱전압에 의해 결정되며, 화소의 휘도는 OLED에 흐르는 구동전류의 크기에 비례한다.
통상 터치 해상도는 디스플레이 해상도보다 낮을 수 있다. 따라서, 하나의 터치 전극(Tx)이 형성된 영역 내에는 다수의 화소들이 포함될 수 있다. 예를 들어 제1 행 제1 열의 제1-1 터치전극(Tx11)은 m*n(m,n은 2이상의 자연수)개의 화소에 대응하는 크기로 형성될 수 있다.
본 발명은 도 2와 같이 유기발광 표시장치의 일 공통전극, 즉 캐소드전극을 패터닝하여 전기적으로 서로 분리된 다수의 터치 전극(Tx)들을 만든다. 특히, 본 발명은 메쉬(mesh) 형태로 형성된 격벽(SPT)을 통해 캐소드전극을 패터닝함으로써 공정을 간소화함과 아울러 공정의 신뢰성을 높인다. 터치 전극(Tx)은 뱅크 홀과 제1 콘택홀(CH)을 통해 라우팅 배선(TW)에 연결될 수 있다. 본 발명은 공정의 신뢰성을 높이기 위해 보조 전극을 더 포함할 수 있으며, 보조 전극을 매개로 한 콘택홀 공정을 통해 라우팅 배선(TW)과 터치 전극(Tx)에 서로 연결할 수 있다.
본 발명은 격벽(SPT)의 단면을 역 테이퍼(reverse tapered) 형태로 형성하여 캐소드전극을 효과적으로 패터닝한다. 아울러, 본 발명은 역 테이퍼 형태를 갖는 격벽(SPT)의 일측 또는 양측 변을 뱅크 홀 내에 위치시켜 언더 컷(Undercut) 구조를 형성함으로써, 뱅크 홀 영역 내에서 터치 전극(Tx)에 연결될 보조 전극의 노출 영역을 확장하여 연결의 신뢰성을 높인다.
특히, 본 발명은 캐소드전극의 스텝 커버리지(Step Coverage) 특성을 높이기 위해 캐소드전극의 형성 방법을 유기화합물층의 그것과 다르게 할 수 있다. 본 발명은 유기화합물층을 열 증착(thermal evaporation) 공정으로 형성하는 데 반해, 캐소드전극을 스텝 커버리지(Step Coverage) 특성이 양호한 스퍼터링(Sputtering) 공정으로 형성한다.
한편, 본 발명은 대면적 표시패널에서 공정 신뢰성을 제고하기 위해 전자 수송층을 제외한 유기화합물층을 형성하는 방법으로서 메탈 마스크를 이용한 열 증착 공정 대신에 용액(Soluble) 공정을 선택할 수 있다. 이 경우, 전자 수송층을 제외한 유기화합물층은 뱅크 홀 영역 내에 존재하지 않게 된다. 따라서, 터치 전극(Tx)은 스퍼터링 공정을 통해 뱅크 홀 영역 내로 침투되기가 보다 용이해지며, 전자 수송층과 보조 전극을 거쳐 라우팅 배선(TW)에 전기적으로 연결된다.
디스플레이 구동&터치 구동 IC(15)는 디스플레이 구동시에, 표시패널의 게이트 라인들과 데이터라인들을 구동시키고, 라우팅 배선(TW)을 통해 터치 전극(Tx)에 공통전압(이하, 저전위 전원전압,EVSS)을 공급한다. 반면, 터치 구동시, 디스플레이 구동&터치 센싱 IC(15)는 라우팅 배선(TW)을 통해 터치 전극(Tx)에 터치 구동신호(TDS)를 공급하고, 터치 전후의 터치전극의 정전용량의 변화를 스캐닝하여 터치가 수행된 터치 전극(Tx)의 위치를 결정한다.
디스플레이 구동&터치 구동 IC(15)는 디스플레이 구동을 위해 연속된 화상 프레임들에서 액티브 구간들을 할당한다. 이때, 디스플레이 구동&터치 구동 IC(15)는 상기 액티브 구간들 사이에 위치하는 수직 블랭크 구간들에서 터치 구동을 수행한다. 수직 블랭크 구간들에서는 화상이 표시되지 않으며, 이때 디스플레이 구동&터치 구동 IC(15)는 데이터라인들과 게이트라인들, 구동전원 공급라인들에 터치 구동신호(TDS)와 동일한 위상의 로드 프리(Load Free) 신호를 공급하여, 터치 전극(Tx)에 가해지는 기생용량의 영향을 최소화한다.
<제1 실시예>
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따라 유기발광 표시장치를 대상으로 한 자기 정전용량식 터치센서 일체형 표시장치를 보여주는 단면도이다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 터치센서 일체형 표시장치는 TFT, 라우팅 배선(TW), 제1 및 제2 절연막(INS1,INS2), 제2 절연막(INS2)을 관통하여 라우팅 배선(TW)에 연결되는 보조 전극(AET), 뱅크 홀(BH)을 포함하여 보조 전극(AET)의 일부를 노출하는 뱅크 패턴(BANK), 뱅크 패턴(BANK) 상에 위치하는 격벽(SPT), 격벽을 통해 소정 단위로 패터닝되어 터치 전극(Tx)이 되며, 뱅크 홀(BH) 내에서 노출된 보조 전극(AET)의 일부에 연결되는 캐소드전극(CAT)을 포함한다.
본 발명은 반사전극(RFL)이 일체화된 애노드전극(ANO)을 더 포함한다. 본 발명은 반사전극 일체화형 애노드전극(ANO)과 캐소드전극(CAT) 사이에 위치하는 유기화합물층(EL)을 더 포함한다.
TFT는 게이트라인과 함께 게이트 금속층으로 형성되는 게이트 전극, 데이터라인과 함께 데이터 금속층으로 형성되는 소스전극 및 드레인전극을 포함한다. 게이트 금속층과 데이터 금속층은 알루미늄(Al), 구리(Cu), 몰리브덴(Mo), 크롬(Cr), 티타늄(Ti), 금(Au), 은(Ag), 텅스텐(W) 또는 이들의 합금으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나로 이루어진 단일층 또는 이들의 다중층일 수 있다. 게이트 금속층과 데이터 금속층 사이에는 게이트 절연막이 개재된다.
TFT는 제1 절연막(INS1)으로 커버된다. 제1 절연막(INS1)은 실리콘 질화물(SiNx)이나 실리콘 산화물(SiOx)과 같은 무기절연막 또는 이들의 다중층으로 이루어질 수 있다.
제1 절연막(INS1) 상에는 라우팅 배선(TW)이 데이터 라인과 나란하게 배열된다. 특히, 라우팅 배선(TW)은 데이터 라인(또는 게이트 라인)과 중첩되도록 배열될 수 있다. 따라서, 액티브 영역에 라우팅 배선들이 배치되더라도 라우팅 배선이 데이터 라인(또는 게이트 라인)과 중첩되기 때문에 개구율을 저하시키지 않은 효과를 얻을 수 있다. 라우팅 배선(TW)은 데이터 라인(또는 게이트 라인)과 마찬가지로 알루미늄(Al), 구리(Cu), 몰리브덴(Mo), 크롬(Cr), 티타늄(Ti), 금(Au), 은(Ag), 텅스텐(W) 또는 이들의 합금으로 이루어진 군에서 선택될 수 있다.
라우팅 배선(TW)이 형성된 제1 절연막(INS1) 상에는 라우팅 배선(TW)을 커버하도록 제2 절연막(INS2)이 위치된다. 제2 절연막(INS2)은 평탄화 기능을 수행하는 것으로 폴리아크릴, 폴리이미드와 같은 유기 절연물질로 이루어질 수 있다.
제2 절연막(INS2)은 라우팅 배선(TW)을 노출하는 제1 콘택홀(CH)과 제2 콘택홀(CHa)을 포함한다. 제1 및 제2 절연막은(INS1,INS2)은 TFT의 드레인전극(또는 소스전극)을 노출하는 드레인홀(DH)을 포함한다.
반사전극(RFL) 일체화된 애노드전극(ANO)은 제2 절연막(INS2) 상에 위치하며, 제1 절연막(INS1)과 제2 절연막(INS2)을 관통하는 드레인 홀(DH)을 통해 박막 트랜지스터(TFT)에 연결된다. 반사전극(RFL)은 반사율이 높은 금속 물질을 포함할 수 있고, 애노드전극(ANO)은 인듐-주석 산화물(Indium-Tin Oxide; ITO) 혹은 인듐-아연 산화물(Indium-Zinc Oxide; IZO)와 같은 투명 도전 물질을 포함할 수 있다.
보조 전극(AET)은 제2 절연막(INS2) 상에 위치하며, 제1 콘택홀(CH)을 통해 제2 절연막(INS2)을 관통하여 라우팅 배선(TW)에 연결된다. 액티브 영역의 말단부에 위치하는 보조 전극(AET)은 외부로 노출되며, 이 노출된 보조 전극(AET)에는 FOG(Film On Glass)등의 매개체를 통해 디스플레이 구동&터치 센싱 IC(15)가 연결된다. 상기 말단부에 위치하는 보조 전극(AET)은 제2 콘택홀(CHa)을 통해 제2 절연막(INS2)을 관통하여 라우팅 배선(TW)에 연결된다.
보조 전극(AET)은 반사전극 일체화형 애노드전극(ANO)과 동일층 상에 동일 재질로 이루어지고, 반사전극 일체화형 애노드전극(ANO)과 동시에 패터닝되기 때문에 공정 수순이 간소해진다. 라우팅 배선(TW)과 터치 전극(Tx)을 서로 연결하는 보조 전극(AET)은 생략될 수 있다. 이 경우, 라우팅 배선(TW)과 터치 전극(Tx)은 직접 연결되게 된다.
뱅크 패턴(BANK)은 반사전극(RFL) 일체형 애노드전극(ANO) 상에 위치하여 화소의 발광 영역을 정의한다. 특히, 뱅크 패턴(BANK)들 중에서 보조 전극(AET) 상에 위치하는 뱅크 패턴(BANK)은 뱅크 홀(BH)을 포함하여 보조 전극(AET)의 일부를 노출한다. 뱅크 패턴(BANK)은 격벽(SPT)과의 계면 특성을 고려하여 유기 절연물질 또는 무기 절연물질을 포함할 수 있다.
격벽(SPT)은 뱅크 패턴(BANK) 상에 위치하며, 보조 전극(AET)과의 계면 특성보다 뱅크 패턴(BANK)과의 계면 특성이 더 좋은 물질로 선택되며, 일 예로 감광성 유기 절연물질을 포함할 수 있다. 격벽(SPT)은 그 단면이 역 테이퍼(reverse tapered) 형태를 가지며, 역 테이퍼 형태를 갖는 격벽(SPT)의 일측 또는 양측 변은 뱅크 홀(BH) 내에 위치함으로써 언더 컷(Under cut) 구조를 용이하게 구현할 수 있다. 뱅크 홀(BH) 내에서 격벽(SPT)과 보조 전극(AET) 사이에는 언더 컷 구조에 의해 이격 공간이 마련된다.
캐소드전극(CAT)은 역 테이퍼 형태의 격벽(SPT)에 의해 소정 단위로 패터닝되어 터치 전극(Tx)이 된다. 터치 전극(Tx) 은 뱅크 홀(BH) 내에서 노출된 보조 전극(AET)의 일부에 연결된다. 터치 전극(Tx) 보조 전극(AET)과 라우팅 배선(TW)을 통해 디스플레이 구동&터치 센싱 IC(15)에 전기적으로 연결된다.
유기화합물층(EL)은 반사전극 일체화형 애노드전극(ANO)과 캐소드전극(CAT) 사이에 위치하며 뱅크 홀(BH)까지 연장된다. 유기화합물층(EL)은 캐소드전극(CAT)으로부터 전자를 수송하는 전자 관련층(ETL)과, 발광에 관여하는 발광층(EML)과, 애노드전극(ANO) 으로부터 정공을 주입받고 수송하는 정공 관련층(HIL,HTL)을 포함한다.
이러한 터치센서 일체형 표시장치는 캐소드전극(CAT)을 덮는 페이스 실(Face Seal, FSL)과, 페이스 실(FSL)에 합착되는 편광필름(POL)과, 편광필름(POL) 상에 합착되는 커버 윈도우(CWIN)를 더 포함한다.
페이스 실(FSL)은 OLED 소자를 인캡슐레이션(Encapsulation)하는 것으로, 수분이나 외분 환경으로부터 OLED 소자를 보호한다. 편광필름(POL)은 접착제(OCA)를 통해 페이스 실(FSL) 상에 합착되어 외부 광을 반사 시킴으로서 시인성을 높인다. 커버 윈도우(CWIN)는 접착제(OCA)를 통해 편광필름(POL) 상에 합착되어 터치센서 일체형 표시장치를 보호하는 역할을 한다. 터치 구동 신호(TSD)가 라우팅 배선과 보조 전극을 통해 터치 전극(Tx)에 인가되면 전하가 터치 센서에 축적되는데, 이때 커버 윈도우(CWIN)의 표면에 손가락이나 전도성 물체가 접촉되면, 그 커패시턴스(Cf)로 인해 자기 용량 센서의 커패시턴스 값이 변한다. 따라서, 손가락이 터치된 센서와 그렇지 않은 센서 간에 커패시턴스(Capaciance) 값이 달라지는 것을 통해 터치 여부를 판단할 수 있다.
이하, 도 4a 내지 도 4i를 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 자기 정전용량식 터치센서 일체형 표시장치의 제조방법을 순차적으로 설명한다.
편의상 TFT를 형성하는 방법은 종래의 공개된 일반적인 방법을 사용할 수 있으므로, TFT 제조 공정에 대한 설명은 생략한다. 도 4a를 참조하면, 본 발명은 기판(SUB) 상에 TFT들 및 각종 배선들을 형성한다. 배선들에는 게이트 라인, 데이터 라인, 고전위 전원 배선, 저전위 전원 배선 등을 포함할 수 있다.
도 4b를 참조하면, 본 발명은 TFT들 및 배선들이 형성된 기판(SUB) 상에 제1 절연막(INS1)을 도포한다.
도 4c를 참조하면, 본 발명은 제1 절연막(INS1)이 형성된 기판(SUB) 상에 금속층을 도포하고 패터닝하여 라우팅 배선(TW)을 형성한다. 그리고, 본 발명은 라우팅 배선(TW)을 덮도록 제2 절연막(INS2)을 도포한다. 본 발명은 제1 및 제2 절연막(INS1,INS2)을 패터닝하여, TFT의 드레인전극의 일부를 노출하는 드레인 홀(DH)을 형성하고, 제2 절연막(INS2)을 패터닝하여 라우팅 배선(Tw)의 일부를 노출하는 제1 콘택홀(CH)과 제2 콘택홀(CHa)을 형성한다.
도 4d를 참조하면, 본 발명은 드레인 홀(DH), 제1 콘택홀(CH), 및 제2 콘택홀(CHa)이 형성된 기판(SUB) 상에 반사율이 높은 금속 물질과 투명 도전 물질을 스퍼터링 방법으로 순차적으로 도포한 후 패터닝하여, 드레인 홀(DH)을 통해 TFT에 연결되는 반사전극(RFL) 일체형 애노드전극(ANO)과, 제1 및 제2 콘택홀(CH,CHa)을 통해 라우팅 배선(Tw)에 연결되는 보조 전극(AET)를 형성한다. 여기서, 이후 공정에서 터치 전극(Tx)이 라우팅 배선(Tw)에 직접 연결되도록 이들을 매개하는 보조 전극(AET)은 제거될 수 있다. 다만, 이 보조 전극(AET) 제거 공정에서 그 하부의 라우팅 배선(Tw)이 데미지를 입을 수 있으므로 상기 보조 전극(AET)은 남는 것이 보다 바람직하다.
도 4e를 참조하면, 본 발명은 반사전극(RFL) 일체형 애노드전극(ANO)과 보조 전극(AET)이 형성된 기판(SUB) 상에 무기물질 또는 유기물질을 도포하고 패터닝하여 뱅크 패턴(BANK)을 형성한다. 뱅크 패턴(BANK)은 화소의 발광 영역을 정의하는 것으로, 특히 뱅크 패턴(BANK)들 중에서 보조 전극(AET) 상에 위치하는 뱅크 패턴(BANK)은 뱅크 홀(BH)을 포함하여 보조 전극(AET)의 일부를 노출한다. 도 4f를 참조하면, 본 발명은 뱅크 패턴(BANK)이 형성된 기판(SUB) 상에 감광성 물질을 도포하고 패터닝하여 격벽(SPT)을 형성한다. 감광성 물질로는 포토 레지스트(Photo Resist)가 이용될 수 있다. 포토 레지스트는 사진식각(Photoetching)에 사용되는 감광성 고분자를 일컫는 것으로서, 빛에너지에 의해 분해 또는 가교 등이 일어나 그 용해 특성이 변화하는 물질이다. 포토 레지스트 위에 빛을 선택적으로 투과시킬 수 있는 마스크(Mask)를 놓고 노광(Exposure)하면 빛을 받은 특정 부위만 화학적으로 변화하게 된다. 다시 이를 현상 처리하면 노광된 부분 또는 노광되지 않은 부분만 녹아 결국 마스크의 패턴이 포토 레지스트로 구현된다. 본 발명은 뱅크 패턴(BANK)의 단면이 역 테이퍼(reverse tapered) 형태를 가지도록 하기 위해, 빛을 받은 부분만 남고 빛을 받지 않은 부분은 제거되는 네거티브 타입의 포토 레지스트(Negative Photo Resist)를 감광성 물질로 이용한다.
여기서, 뱅크 홀(BH) 내에서 언더 컷 구조가 형성되도록 하기 위해, 격벽(SPT)은 보조 전극(AET)과의 계면 특성보다 뱅크 패턴(BANK)과의 계면 특성이 더 좋은 물질로 선택됨이 중요하다. 계면 특성이 좋은 뱅크 패턴(BANK)과 접하는 부분에서는 현상 공정에서 격벽(SPT)에 언터 컷이 발생되지 않는다. 반면, 계면 특성이 나쁜 보조 전극(AET)과 접하는 부분에서는 현상 공정에서 격벽(SPT)에 언터 컷이 쉽게 발생되고, 그에 따라 뱅크 홀(BH) 내에서 보조 전극(AET)이 용이하게 노출되게 된다. 한편, 본 발명에서 뱅크 홀(BH)은 역 테이퍼 형태를 갖는 격벽(SPT)의 일측 변에 대응하여 1개 형성된 것이 예시되어 있다. 하지만, 본 발명은 이에 한정되지 않고 역 테이퍼 형태를 갖는 격벽(SPT)의 양측 변에 대응하여 2개 형성될 수도 있다.도 4g를 참조하면, 본 발명은 격벽(SPT)이 형성된 기판(SUB) 상에 열 증착 방법으로 유기화합물층(EL)을 형성한다. 정공 관련층과 전자 관련층은 기판 전체면에 공통으로 형성되고, 발광층은 메탈 마스크를 이용하여 컬러 단위로 패터닝된다. 이러한 유기화합물층(EL)은 언더 컷에 의해 노출된 뱅크 홀(BH)의 일부까지 연장되어 형성된다.
도 4h를 참조하면, 본 발명은 유기화합물층(EL)이 형성된 기판(SUB) 상에 스퍼터링 공정으로 캐소드전극(CAT)을 도포한다. 스퍼터링 공정은 열 증착 공정에 비해 스텝 커버리지(Step Coverage) 특성이 양호하기 때문에, 뱅크 홀(BH) 내로 캐소드전극(CAT)의 침투 특성이 좋아지며, 그에 따라 캐소드전극(CAT)과 보조 전극(AET) 간의 연결 특성이 좋아진다. 캐소드전극(CAT)은 언더 컷 구조를 갖는 역 테이퍼 형태의 격벽(SPT)에 의해 소정 단위로 패터닝되어 전기적으로 서로 분리된 다수의 터치 전극(Tx)들이 된다.
도 4i를 참조하면, 본 발명은 터치 전극(Tx) 이 형성된 기판(SUB) 상에 페이스 실(FSL)을 도포하고, 패터닝하여 액티브 영역의 말단부에 위치하는 보조 전극(AET)을 외부로 노출한다.
본 발명은 접착 공정을 통해 편광 필름(POL)과 커버 윈도우(CWIN)을 페이스 실(FSL) 상에 순차적으로 합착하고, 페이스 실(FSL)에 의해 노출된 보조 전극(AET)에는 FOG(Film On Glass)등의 매개체를 통해 디스플레이 구동&터치 센싱 IC(15)를 합착한다.
<제2 실시예>
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따라 유기발광 표시장치를 대상으로 한 자기 정전용량식 터치센서 일체형 표시장치를 보여주는 단면도이다. 그리고, 도 6a 내지 도 6i는 본 발명의 다른 실시예에 따른 자기 정전용량식 터치센서 일체형 표시장치의 제조방법을 순차적으로 보여주는 단면도들이다.
도 5에 도시된 터치센서 일체형 표시장치는 도 3과 비교하여 유기화합물층(EL)의 단면 구조가 다르고, 그 외의 구성 요소는 도 3과 실질적으로 동일하다. 그리고, 도 6a 내지 도 6i에 도시된 터치센서 일체형 표시장치의 제조방법 중에서 도 6g에 도시된 유기화합물층(EL)의 형성 공정만이 도 4a 내지 도 4i를 통해 설명한 것과 다르고, 나머지 공정수순은 도 4a 내지 도 4i를 통해 설명한 것과 실질적으로 동일하다. 따라서, 이하에서는 차이 나는 것만 설명하고 실질적으로 동일한 부분에 대해서는 생략한다.
도 5의 유기화합물층(EL)은 도 3과 마찬가지로 반사전극 일체화형 애노드전극(ANO)과 캐소드전극(CAT) 사이에 위치하며, 캐소드전극(CAT) 으로부터 전자를 수송하는 전자 관련층(ETL)과, 발광에 관여하는 발광층(EML)과, 애노드전극(ANO) 으로부터 정공을 주입받고 수송하는 정공 관련층(HIL,HTL)을 포함한다. 다만, 도 5의 유기화합물층(EL) 중에서 전자 관련층(ETL)만이 뱅크 홀(BH)까지 연장되고, 나머지 발광층(EML)과 정공 관련층(HIL,HTL)은 뱅크 홀(BH)까지 연장되지 않고 화소의 발광 영역 내에만 형성된다는 점에서 도 3과 다르다.
이러한 유기화합물층(EL)의 형성 구조는 도 6g에서와 같이 열 증착 방법으로 전자 관련층(ETL)을 형성하고, 용액 도포법으로 발광층(EML)과 정공 관련층(HIL,HTL)을 형성하는 공정 특성에서 기인된다. 용액 도포법은 스핀 코팅, 딥코팅, 잉크젯 프린팅 등을 포함한다. 전자 관련층(ETL)은 재료 특성상 용액 도포법으로 형성하기 부적합하다. 열 증착 방법으로 형성되는 전자 관련층(ETL)은 전도성 물질로 이루어지며 매우 얇다. 그리고, 용액 도포법으로 형성되는 발광층(EML)과 정공 관련층(HIL,HTL)은 뱅크 홀(BH)까지 연장되지 않고 화소의 발광 영역 내에만 형성되기 때문에, 뱅크 홀(BH)내에서 보조 전극(AET)의 노출 면적이 상대적으로 도 3에 비해 넓어진다. 따라서, 이후 터치 전극(Tx) 형성 공정에서 뱅크 홀(BH) 내로 터치 전극(Tx)의 침투 특성이 보다 좋아지며, 그에 따라 터치 전극(Tx)과 보조 전극(AET) 간의 접촉 특성이 향상될 수 있다. 도 5에서도 캐소드전극(CAT)은 언더 컷 구조를 갖는 역 테이퍼 형태의 격벽(SPT)에 의해 소정 단위로 패터닝되어 용이하게 터치 전극(Tx)들이 된다.
이상 설명한 내용을 통해 당업자라면 본 발명의 기술사상을 일탈하지 아니하는 범위에서 다양한 변경 및 수정이 가능함을 알 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 기술적 범위는 발명의 상세한 설명에 기재된 내용으로 한정되는 것이 아니라 특허 청구의 범위에 의해 정하여져야만 할 것이다.
15: 디스플레이 구동&터치 센싱 IC
SUB: 기판 INS1,INS2: 절연막
TW: 라우팅 배선 Tx: 터치 전극
RFL: 반사전극 ANO: 애노드 전극
DH: 드레인 홀 CH,CHa: 콘택홀
AET: 보조전극 BANK: 뱅크 패턴
EL: 유기화합물층 ETL: 전자 관련층
SPT: 격벽 CAT: 캐소드전극
FSL: 페이스 실 OCA: 접착제
POL: 편광 필름 CWIN: 커버 윈도우

Claims (18)

  1. 기판 상에 위치하는 박막 트랜지스터;
    제1 절연막을 사이에 두고 상기 박막 트랜지스터 상에 위치하는 라우팅 배선;
    상기 라우팅 배선 상에 위치하며 적어도 하나 이상의 뱅크 홀을 갖는 뱅크 패턴;
    상기 뱅크 패턴 상에 위치하는 격벽;
    상기 격벽을 통해 소정 단위로 패터닝되어 전기적으로 서로 분리된 다수의 터치 전극이 되며, 상기 뱅크 홀을 통해 상기 라우팅 배선에 연결되는 캐소드전극; 및
    제2 절연막을 사이에 두고 상기 라우팅 배선 상에 위치하며, 상기 제2 절연막을 관통하는 콘택홀을 통해 상기 라우팅 배선에 연결됨과 아울러, 상기 뱅크 홀 내에 노출된 상기 캐소드전극에 연결되는 보조 전극을 포함하고,
    디스플레이 구동시 상기 터치 전극에는 상기 라우팅 배선과 상기 보조 전극을 통해 저전위 전원전압이 공급되고, 터치 구동시 상기 터치 전극에는 상기 라우팅 배선과 상기 보조 전극을 통해 터치 구동신호가 공급되는 자기 정전용량식 터치 센서 일체형 표시장치.
  2. 삭제
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1 절연막과 상기 제2 절연막을 관통하는 드레인 홀을 통해 상기 박막 트랜지스터에 연결되는 반사전극 일체화형 애노드전극을 더 포함하고;
    상기 보조 전극은 상기 반사전극 일체화형 애노드전극과 동일층 상에 동일 재질로 이루어진 자기 정전용량식 터치 센서 일체형 표시장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 반사전극 일체화형 애노드전극과 상기 캐소드전극 사이에 위치하며 상기 뱅크 홀까지 연장된 유기화합물층을 더 포함하고;
    상기 유기화합물층은 전자 관련층, 발광층, 및 정공 관련층을 포함하는 자기 정전용량식 터치 센서 일체형 표시장치.
  5. 제 3 항에 있어서,
    상기 반사전극 일체화형 애노드전극과 상기 캐소드전극 사이에 위치하는 유기화합물층을 더 포함하고;
    상기 유기화합물층은 전자 관련층, 발광층, 및 정공 관련층을 포함하고, 상기 전자 관련층만이 상기 뱅크 홀까지 연장된 자기 정전용량식 터치 센서 일체형 표시장치.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 격벽은 그 단면이 역 테이퍼(reverse tapered) 형태를 가지며;
    상기 역 테이퍼 형태를 갖는 상기 격벽의 일측 또는 양측 변은 상기 뱅크 홀 내에 위치하여 언더 컷(Under cut) 구조를 이루는 자기 정전용량식 터치 센서 일체형 표시장치.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 격벽은 상기 보조 전극과의 계면 특성보다 상기 뱅크 패턴과의 계면 특성이 더 좋은 물질로 선택되는 자기 정전용량식 터치 센서 일체형 표시장치.
  8. 삭제
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 디스플레이 구동을 위해 액티브 구간들이 할당될 때,
    상기 터치 구동은 상기 액티브 구간들 사이에 위치하는 수직 블랭크 구간들에서 이루어지는 자기 정전용량식 터치 센서 일체형 표시장치.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 캐소드전극을 덮는 페이스 실(Face Seal);
    상기 페이스 실에 합착되는 편광필름; 및
    상기 편광필름 상에 합착되는 커버 윈도우를 더 포함하는 자기 정전용량식 터치 센서 일체형 표시장치.
  11. 기판 상에 박막 트랜지스터를 형성하는 단계;
    상기 박막 트랜지스터 상에 제1 절연막과 라우팅 배선을 순차적으로 형성하는 단계;
    상기 라우팅 배선 상에 제2 절연막 및 상기 제2 절연막을 관통하는 콘택홀을 형성한 후 상기 콘택홀을 통해 상기 라우팅 배선에 연결되도록 보조 전극을 형성하는 단계;
    상기 보조 전극 상에 적어도 하나 이상의 뱅크 홀을 갖는 뱅크 패턴을 형성하는 단계;
    상기 뱅크 패턴 상에 격벽을 형성하는 단계; 및
    상기 격벽 상에 캐소드전극을 도포하고, 상기 격벽을 통해 상기 캐소드전극을 소정 단위로 패터닝하여 전기적으로 서로 분리된 다수의 터치 전극을 형성하여, 상기 터치 전극을 상기 뱅크 홀을 통해 상기 라우팅 배선에 연결시키는 단계를 포함하고,
    상기 보조 전극은 상기 뱅크 홀 내에 노출된 상기 캐소드전극에 연결되고,
    상기 격벽을 형성하는 단계는 상기 격벽의 단면이 역 테이퍼(reverse tapered) 형태를 가지도록 네거티브 타입의 포토 레지스트(Negative Photo Resist)를 이용한 포토 공정을 포함하고,
    상기 격벽은 상기 보조 전극과의 계면 특성보다 상기 뱅크 패턴과의 계면 특성이 더 좋은 물질로 선택되는 자기 정전용량식 터치 센서 일체형 표시장치의 제조방법.
  12. 삭제
  13. 제 11 항에 있어서,
    상기 제1 절연막과 상기 제2 절연막을 관통하는 드레인 홀을 통해 상기 박막 트랜지스터에 연결되는 반사전극 일체화형 애노드전극을 형성하는 단계를 더 포함하고;
    상기 보조 전극은 상기 반사전극 일체화형 애노드전극과 동일층 상에 동일 재질로 이루어진 자기 정전용량식 터치 센서 일체형 표시장치의 제조방법.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 반사전극 일체화형 애노드전극과 상기 캐소드전극 사이에 위치하며 상기 뱅크 홀까지 연장된 유기화합물층을 형성하는 단계를 더 포함하고;
    상기 유기화합물층은 열증착 공정으로 형성되는 전자 관련층, 발광층, 및 정공 관련층을 포함하고;
    상기 캐소드전극은 스퍼터링 공정으로 형성되는 자기 정전용량식 터치 센서 일체형 표시장치의 제조방법.
  15. 제 13 항에 있어서,
    상기 반사전극 일체화형 애노드전극과 상기 캐소드전극 사이에 위치하는 유기화합물층을 형성하는 단계를 더 포함하고;
    상기 유기화합물층은 열증착 공정으로 형성되는 전자 관련층과, 용액 공정으로 형성되는 발광층과 정공 관련층을 포함하고, 상기 전자 관련층만이 상기 뱅크 홀까지 연장되고;
    상기 캐소드전극은 스퍼터링 공정으로 형성되는 자기 정전용량식 터치 센서 일체형 표시장치의 제조방법.
  16. 삭제
  17. 삭제
  18. 제 11 항에 있어서,
    상기 캐소드전극을 덮도록 페이스 실(Face Seal)을 형성하는 단계;
    상기 페이스 실 상에 편광필름을 합착하는 단계; 및
    상기 편광필름 상에 커버 윈도우를 합착하는 단계를 더 포함하는 자기 정전용량식 터치 센서 일체형 표시장치의 제조방법.
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