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KR101009672B1 - 터치 패널 내장형 액정 표시 장치 - Google Patents

터치 패널 내장형 액정 표시 장치 Download PDF

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KR101009672B1
KR101009672B1 KR1020080090236A KR20080090236A KR101009672B1 KR 101009672 B1 KR101009672 B1 KR 101009672B1 KR 1020080090236 A KR1020080090236 A KR 1020080090236A KR 20080090236 A KR20080090236 A KR 20080090236A KR 101009672 B1 KR101009672 B1 KR 101009672B1
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liquid crystal
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electrodes
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박형석
이득수
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엘지디스플레이 주식회사
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Abstract

본 발명은 터치 패널을 액정 패널 내부에 포함하여 형성하여, 공정 수를 줄이고 조립의 용이를 꾀한 터치 패널 내장형 액정 표시 장치에 관한 것으로, 서로 대향된 제 1 기판 및 제 2 기판과, 상기 제 1 기판 상에 형성된 박막 트랜지스터 어레이와, 상기 제 2 기판 상에 형성된, 투명하며 서로 수직으로 교차하는 복수개의 X 전극 및 Y 전극과 상기 X 전극 및 Y 전극 사이에 제 1 투명 절연막을 포함하여 이루어지는 터치 감지부와, 상기 터치 감지부 상에 형성된 컬러 필터 어레이 및 상기 박막 트랜지스터 어레이와 컬러 필터 어레이 사이에 형성된 액정층을 포함하여 이루어짐을 특징으로 한다.
터치 패널, 정전용량 방식, 인셀(in-cell)

Description

터치 패널 내장형 액정 표시 장치 {Liquid Crystal Display Device Embedded Touch Panel Therein}
본 발명은 액정 표시 장치에 관한 것으로 특히, 터치 패널을 액정 패널 내부에 포함하여 형성하여, 공정 수를 줄이고 조립의 용이를 꾀한 터치 패널 내장형 액정 표시 장치에 관한 것이다.
최근, 본격적인 정보화 시대로 접어듦에 따라 전기적 정보신호를 시각적으로 표현하는 디스플레이(display)분야가 급속도로 발전해 왔고, 이에 부응하여 박형화, 경량화, 저소비전력화의 우수한 성능을 지닌 여러 가지 다양한 평판 표시장치(Flat Display Device)가 개발되어 기존의 브라운관(Cathode Ray Tube : CRT)을 빠르게 대체하고 있다.
이 같은 평판 표시장치의 구체적인 예로는 액정표시장치(Liquid Crystal Display device: LCD), 플라즈마표시장치(Plasma Display Panel device: PDP), 전계방출표시장치(Field Emission Display device: FED), 전기발광표시장치(Electro luminescence Display Device : ELD) 등을 들 수 있는데, 이들은 공통적으로 화상을 구현하는 평판 표시패널을 필수적인 구성요소로 하는 바, 평판 표시패널은 고유 의 발광 또는 편광물질층을 사이에 두고 한 쌍의 투명 절연기판을 대면 합착시킨 구성을 갖는다.
이중 액정 표시장치는 전계를 이용하여 액정의 광 투과율을 조절함으로써 화상을 표시하게 된다. 이를 위하여, 화상 표시장치는 액정셀을 가지는 표시패널과, 표시패널에 광을 조사하는 백 라이트 유닛 및 액정셀을 구동하기 위한 구동회로를 포함하여 구성된다.
표시패널은 복수의 게이트 라인과 복수의 데이터 라인이 교차하여 복수의 단위 화소영역이 정의 되도록 형성된다. 이때, 각 화소영역에는 서로 대향하는 박막 트랜지스터 어레이 기판과 컬러필터 어레이 기판과, 두 기판 사이에 일정한 셀갭 유지를 위해 위치하는 스페이서와, 그 셀갭에 채워진 액정을 구비한다.
박막 트랜지스터 어레이 기판은 게이트 라인들 및 데이터 라인들과, 그 게이트 라인들과 데이터 라인들의 교차부마다 스위치소자로 형성된 박막 트랜지스터와, 액정셀 단위로 형성되어 박막 트랜지스터에 접속된 화소 전극 등과, 그들 위에 도포된 배향막으로 구성된다. 게이트 라인들과 데이터 라인들은 각각의 패드부를 통해 구동회로들로부터 신호를 공급받는다.
박막 트랜지스터는 게이트 라인에 공급되는 스캔신호에 응답하여 데이터 라인에 공급되는 화소 전압신호를 화소 전극에 공급한다.
컬러필터 어레이 기판은 액정셀 단위로 형성된 컬러필터들과, 컬러필터들간의 구분 및 외부광 반사를 위한 블랙 매트릭스와, 액정셀들에 공통적으로 기준전압을 공급하는 공통 전극 등과, 그들 위에 도포되는 배향막으로 구성된다.
이렇게 별도로 제작된 박막 트랜지스터 기판과 컬러필터 어레이 기판을 정렬한 후 서로 대향 합착한 다음 액정을 주입하고 봉입함으로써 완성하게 된다.
이와 같이, 형성된 액정 표시 장치에, 최근 사람의 손이나 별도의 입력 수단을 통해 터치 부위를 인식하고 이에 대응하여 별도의 정보를 전달할 수 있는 터치 패널을 부가하는 요구가 늘고 있다. 현재 이러한 터치 패널은 액정 표시 장치의 외부 표면에 부착하는 형태로 적용되고 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 종래의 터치 패널 부착형 액정 표시 장치를 설명하면 다음과 같다.
도 1은 일반적인 터치 패널 부착형 액정 표시 장치를 나타낸 개략도이다.
도 1과 같이, 일반적인 터치 패널 부착형 액정 표시 장치는 서로 대향된 제 1, 제 2 기판(1, 2)과, 그 사이에 충진된 액정층(3)과, 상기 제 1 기판(1)과 제 2 기판(2)의 배면 각각에 부착된 제 1, 제 2 편광판(4a, 4b)을 포함하여 이루어진 액정 패널(10)과, 상기 액정 패널(10) 상에 놓여지며, 그 내부에 정전 용량 (capacitive) 방식으로 구동되는 터치 패널(20)과, 상기 터치 패널 (20)의 상부를 보호하는 커버 글래스(30)를 포함하여 이루어진다.
여기서, 상기 액정 패널(10)의 제 1 기판(1) 상에는, 서로 교차하여 화소 영역을 정의하는 게이트 라인(Gate) 및 데이터 라인(Data)과, 상기 게이트 라인과 데이터 라인의 교차부에 형성되는 박막 트랜지스터(TFT)와, 상기 화소 영역에는 화소 전극(미도시)이 형성되는 박막 트랜지스터 어레이가 형성된다.
또한, 상기 제 2 기판(2) 상에는, 블랙 매트릭스층, 컬러 필터층 및 공통 전극(미도시, Vcom(인가전압))이 형성된다.
여기서, 상기 터치 패널(20)은 그 방식에 따라 내부 구조를 달리하는데, 그 한 예로, 터치 지점에서의 정전 용량 변화로 터치를 감지하는 방식을 정전 용량 방식이라 하며, 이러한 방식의 구조는 서로 교차하는 제 1, 제 2 전극이 형성되고, 이들 전극 사이에 형성된 캐패시턴스 값에 의해 센싱이 이루어진다.
또한, 상기 터치 패널(20)을 보호하기 위해, 상기 터치 패널 상부에 커버 글래스(30)가 더 형성된다.
상술한 종래의 터치 패널 부착형 액정 표시 장치는, 터치 패널(20)이 액정 패널(10)의 외장 형태로 형성되기 때문에, 상기 터치 패널(20)과 상기 액정 패널(10) 사이에 점착층이 요구된다. 이 경우, 액정 패널(10)과 별도로 터치 패널(20)의 형성 공정이 요구되고, 또한, 상기 터치 패널(20)과 액정 패널(10)의 부착 공정이 요구된다.
상기와 같은 종래의 터치 패널 부착형 액정 표시 장치는 다음과 같은 문제점이 있다.
터치 패널이 액정 패널의 외장 형태로 형성되기 때문에, 상기 터치 패널과 상기 액정 패널 사이에 점착층이 요구된다. 이 경우, 별도의 부착 공정이 요구되며, 또한, 터치 패널과 액정 패널이 오정렬된 경우, 부착된 이후 다시 분리가 어렵고, 분리된다 하더라도 터치 패널의 훼손이 발생할 수 있다.
또한, 상기 터치 패널과 액정 패널 사이의 점착층의 부착 공정 등으로 공정 수가 늘어나 공정 시간 및 공정 비용의 증가가 우려된다.
또한, 터치 패널이 액정 패널에 부착되는 만큼, 이러한 구조의 액정 표시 장치는, 적어도 터치 패널, 액정 패널과 이를 감싸는 모듈 및 커버 글래스의 두께를 합한 것이 전체 액정 표시 장치의 두께가 되어, 일반적으로 터치 패널 액정 표시 장치가 휴대폰과 함께 소형 모델에 이용된다고 할 때, 그 두께에 어플리케이션 이용에 부담으로 작용된다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로 터치 패널을 액정 패널 내부에 포함하여 형성하여, 공정 수를 줄이고 조립의 용이를 꾀한 터치 패널 내장형 액정 표시 장치를 제공하는 데, 그 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 터치 패널 내장형 액정 표시 장치는, 서로 대향된 제 1 기판 및 제 2 기판과, 상기 제 1 기판 상에 형성된 박막 트랜지스터 어레이와, 상기 제 2 기판 상에 형성된, 투명하며 서로 수직으로 교차하는 복수개의 X 전극 및 Y 전극과 상기 X 전극 및 Y 전극 사이에 제 1 투명 절연막을 포함하여 이루어지는 터치 감지부와, 상기 터치 감지부 상에 형성된 컬러 필터 어레이 및 상기 박막 트랜지스터 어레이와 컬러 필터 어레이 사이에 형성된 액정층을 포함하여 이루어짐에 그 특징이 있다.
상기 X 전극은 X축 방향으로 긴 막대 형상의 전극으로 형성되며, 상기 Y 전극은 상기 X 전극과 교차하며, Y 축 방향으로 긴 막대 형상으로 형성된 전극이다.
여기서, 상기 X 전극과 Y 전극 중 적어도 어느 하나는 그 교차부에서, 교차부가 아닌 영역에서 갖는 폭보다 작은 폭으로 형성되는 것이, 상기 X 전극과 Y 전극 사이의 부하를 줄여, 상기 X 전극과 Y 전극 사이에 정전 용량을 감지함에 유리하다.
여기서, 상기 제 1 투명 절연막은 0.1~5㎛의 두께로 형성한다.
그리고, 상기 X 전극 및 Y 전극은 ITO(Indium Tin Oxide), IZO(Indium zinc Oxide), ITZO(Indium Tin Zinc Oxide) 중 어느 하나로 이루어진다.
상기 터치 감지부와 상기 컬러 필터 어레이 사이에 제 2 투명 절연막이 더 포함될 수 있다.
상기 제 1 기판과 제 2 기판은 각각 그 일측에 서로 오버랩되지 않은 제 1 영역 및 제 2 영역을 포함한다. 그리고, 상기 제 1 영역은 상기 박막 트랜지스터 어레이에 신호를 인가하는 영상 신호 인가부와 연결되고, 상기 제 2 영역은 상기 터치 패널의 X 전극 및 Y 전극들에 전압 인가 및 신호 검출을 수행하는 터치 패널 신호 제어부와 연결된다.
상기 영상 신호 인가부 및 상기 터치 패널 신호 제어부는 각각 FPC(Flexible Printed Cable)이며, 상기 제 1 기판의 하측으로 접힌다. 그리고, 상기 제 2 영역에 상기 터치 감지부의 X 전극 및 Y 전극과 연결 배선을 통해 연결되는, 상기 X 전극에 전압 신호를 인가하는 전압 인가 패드와, 상기 Y 전극에서 출력되는 신호를 검출하는 전압 검출 패드를 포함하며, 상기 전압 인가 패드 및 상기 전압 검출 패드는 상기 터치 패널 신호 제어부와 연결된다.
상기와 같은 본 발명의 터치 패널 내장형 액정 표시 장치는 다음과 같은 효과가 있다.
액정 패널이 이용되는 휴대폰, PMP 등 모바일 기기의 경우, 사용 환경의 특성상 슬림화가 요구된다. 정전 용량 방식으로 터치 패널을 구현할 경우, 전체 모듈의 두께는 적어도, 커버 글래스, 액정 모듈, 터치부 및 편광판을 합한 두께의 값으로 결정된다. 그러나, 본 발명의 터치 패널 내장형 액정 표시 장치는 컬러 필터 어레이가 형성되는 기판측에 X 전극, Y 전극과 그 사이에 절연막을 구성한 것으로, 컬러 필터 어레이 기판 측에 X 전극과 Y 전극을 위한 추가적인 2회의 마스크 공정에 의해 터치 감지부를 액정 패널에 일체화하여 형성할 수 있다.
따라서, 터치 패널을 그 내부에 구비하여 액정 패널을 형성하며, 터치 패널 부착형에 비해 얇게 제작 가능하기 때문에, 액정 표시 장치의 두께를 슬림화할 수 있다. 이러한 인셀(in-cell) 구조를 이용할 경우, 멀티 터치가 가능한 터치 패널의 장점은 살리면서 물리적인 두께 측면에서 유리할 수 있게 된다.
또한, 터치 패널과의 액정 패널을 부착하는 공정에서 요구되는 접착층을 생략하고, 또한, 그 오정렬시 터치 패널 등의 훼손을 방지하여 불량율을 낮추어 터치 패널 일체형의 액정 패널의 형성이 가능하다. 결과적으로 부착 공정의 생략으로 인해 공정 비용 및 공정 시간을 줄일 수 있어 수율 향상을 기대할 수 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 터치 패널 내장형 액정 표시 장치 및 이의 제조 방법을 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 2는 본 발명의 터치 패널 내장형 액정 표시 장치를 나타낸 단면도이다.
도 2와 같이, 본 발명의 터치 패널 내장형 액정 표시 장치(100)는, 크게, 서로 대향된 박막 트랜지스터 어레이 기판(1100)과, 컬러 필터 어레이 기판(1200)과, 상기 박막 트랜지스터 어레이 기판(1100)과 컬러 필터 어레이 기판(1200) 사이에 충진된 액정층(130) 및 상기 박막 트랜지스터 어레이 기판(1100)과 컬러 필터 어레이 기판(1200)의 배면에 각각 형성된 제 1 편광판(150a)과 제 2 편광판(150b)을 포함하여 이루어진다.
상기 박막 트랜지스터 어레이 기판(1100)은 제 1 기판(110)과, 상기 제 1 기판(110) 상에, 서로 교차하여 화소 영역을 정의하는 복수개의 게이트 라인(미도시), 데이터 라인(미도시), 상기 화소영역들에 형성된 화소 전극(미도시) 및 상기 게이트 라인과 데이터 라인의 교차부에 형성된 박막 트랜지스터(미도시)를 포함하는 박막 트랜지스터 어레이(115)로 이루어진다.
상기 컬러 필터 어레이 기판(1200)은 제 2 기판(120)과, 상기 제 2 기판(120) 상에 형성된, 터치 감지부(140) 및 블랙 매트릭스층(1251), 컬러 필터층(1252: 1252a, 1252b, 1252c), 오버코트층(1253) 및 상기 오버코트층(1253) 전면에 형성된 공통 전극(1254)으로 이루어진 컬러 필터 어레이(125)(도 3f 참조)로 이루어진다.
여기서, 상기 터치 감지부(140)(도 3f 참조)는, 상기 제 2 기판(120) 상에 X 방향으로 일정 간격 이격되어 형성된 복수개의 X 전극(141), 상기 X 전극(141)들을 포함한 제 2 기판(120) 전면에 형성된 제 1 절연막(142)과, 상기 제 1 절연막(142) 상에 상기 X 전극(141)과 교차하는 방향으로 일정 간격 이격하여 형성된 Y 전극(143) 및 상기 Y 전극(143) 전면에 형성된 제 2 절연막(144)을 포함하여 이루어진다.
이러한 상기 터치 감지부의 각 X 전극(141), Y 전극(143)은 투명 전극으로 이루어지며, 상기 제 1 절연막(142)은 상기 X 전극(141) 상부의 평탄화를 위해 투명 유기 절연막으로 이루어진다.
그리고, 상기 제 1 절연막(142)은 그 두께를 0.1~5㎛ 로 하여 포토 아크릴(photo-acryl)과 같이 투명하며, 유전율이 낮은 유기 절연막으로 형성하며, 상기 X 전극(141)의 형성 후 평탄화를 꾀하고, 비터치시 상기 X 전극(141)과 Y 전극(143)의 교차부에서 부하가 커지는 것을 방지한다.
상기 X 전극(141)은 X축 방향으로 긴 막대 형상의 전극으로 형성되며, 상기 Y 전극(143)은 상기 X 전극(141)과 교차하며, Y 축 방향으로 긴 막대 형상으로 형성된 전극이다. 경우에 따라, 상기 X 전극(141)과 Y 전극(143)은 막대 형상이 아니며, 그 교차부를 제외한 영역에서 규칙적인 형상을 갖고 형성될 수 있다.
여기서, 상기 X 전극(141)과 Y 전극(143) 중 적어도 어느 하나는 그 교차부에서, 교차부가 아닌 영역에서 갖는 폭보다 작은 폭으로 형성되는 것이, 상기 X 전극(141)과 Y 전극(143) 사이의 부하를 줄여, 상기 X 전극(141)과 Y 전극(143) 사이에 정전 용량을 민감하게 감지함에 유리하다.
그리고, 상기 X 전극(141) 및 Y 전극(143)은 ITO(Indium Tin Oxide), IZO(Indium zinc Oxide), ITZO(Indium Tin Zinc Oxide) 중 어느 하나로 이루어진다.
한편, 도시된 상기 터치 감지부(140)와 상기 컬러 필터 어레이(125) 사이에 제 2 절연막(144)은 경우에 따라 생략될 수 있다. 그러나, 구비시 상기 Y 전극(143) 상부의 평탄화를 꾀할 수 있으며, 상기 터치 감지부(140)와 상기 컬러 필터 어레이(125) 상측에 형성되는 공통 전극(1254)과의 절연을 꾀하여, 상기 X 전극(141)과 Y 전극(143)의 터치 감지 동작이, 상기 박막 트랜지스터 어레이(115)와 상기 공통 전극(1254) 사이에 형성되는 수직 전계에 영향을 주는 것을 피할 수 있다.
상기 제 1 기판(110)과 제 2 기판(120)은 각각 그 일측에 서로 오버랩되지 않은 제 1 영역 및 제 2 영역을 포함한다. 그리고, 상기 제 1 영역은 상기 박막 트랜지스터 어레이에 신호를 인가하는 영상 신호 인가부(도 7의 310 참조)와 연결되고, 상기 제 2 영역은 상기 터치 패널의 X 전극(141) 및 Y 전극(143)들에 전압 인가 및 신호 검출을 수행하는 터치 패널 신호 제어부(도 7의 320 참조)와 연결된다.
그리고, 상기 X 전극(141) 및 Y 전극(143)은 그 중 하나가 전압이 인가되는 드라이빙(driving) 전극, 나머지 하나가 전압 신호를 검출하는 센싱(sensing) 전극으로 기능하며, 각각 일측에 형성되는 패드(도 5의 '180' 참조)와 연결된다.
여기서, 터치 감지부(140)는 상기 복수개의 드라이빙 전극으로 차례로 전압 신호를 인가하며, 상기 센싱 전극측에서 전압 값을 검출하여, 터치시 X 전극(141)과 Y 전극(143) 사이에서 형성되는 정전용량이 변화하는 정도를 측정하여, 터치여부와, 터치 위치를 검출한다.
한편, 상기 제 2 기판(120) 상의 제 2 편광판(150b) 상에는 커버 글래스(도 3f의 300 참조)가 더 형성될 수 있는데, 경우에 따라 상기 제 2 기판(120)이 압력에 대한 내구성을 가질 경우 생략할 수도 있다.
이러한 방식의 본 발명의 터치 패널 내장형 액정 표시 장치에 있어서, 터치 감지 동작은 다음과 같이 이루어진다.
상기 X 전극들(141)에 순차적으로 전압을 인가하면 터치 여부에 따라 상기 X 전극(141)과 Y 전극(143) 사이에 발생하는 정전용량(capacitance) 변화가 발생하고, 이 변화를 상기 Y 전극(143)에서 출력되는 전류 변화를 감지하여 읽어들여 터치 부위를 감지하도록 한다.
이 경우, 상기 X 전극들(141)에 순차적인 전압 인가와 Y 전극들(143)에서의 전류 검출은 1프레임 내에 이루어지게 되므로, 동시에 여러 곳에서 터치가 발생했을 때, 이들 복수개의 터치 감지가 가능하게 된다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 터치 패널 내장형 액정 표시 장치의 제조방법에 대하여 살펴본다.
도 3a 내지 도 3f는 본 발명의 터치 패널 내장형 액정 표시 장치의 제조 방법을 나타낸 공정 단면도이며, 도 4a 및 4b는 도 3c 및 이후 과정에서, 90도 회전한 방향에서의 공정 단면도이다.
도 3a와 같이, 먼저 상기 제 2 기판(120) 상에, 제 1 투명 전극층(141a)을 전면 증착한다.
이어, 상기 투명 전극층(141a) 상에 제 1 감광막(160)을 도포한 후, 상기 제 1 감광막(160) 상부에 형성하고자 하는 X 전극(141)에 대응된 부위에 차광부(210)가 정의된 제 1 마스크(200)를 준비하여 정렬시킨 후, 상기 제 1 마스크(200)를 이용하여 상기 제 1 감광막(160)을 노광한다. 노광 후에는 상기 제 1 감광막(160)이 변성하여 광이 조사된 부분은 변성하여 변성부(160a)가 되고, 상기 변성부(160a)는 현상 공정에서 제거된다. 이 경우, 상기 제 1 마스크(200)는 예를 들어, 석영과 같은 투명한 기판(205) 상에 상기 차광부(210)에 해당하는 패턴이 형성되어 있다.
여기서, 상기 제 1 감광막(160)은 파지티브 타입인 것으로, 노광 및 현상 공정에서 광을 받는 부분이 제거되며, 상기 제 1 마스크(200)는 이에 대응된 것이다. 제 1 감광막(160)은 경우에 따라 네거티브 타입으로 변경될 수도 있고, 이 경우의 제 1 마스크(200)는 상술한 도시된 제 1 마스크(200)의 차광부(210) 및 개구부가 반전된 역상의 타입을 이용한다.
노광 공정이 완료된 후, 상기 제 1 마스크(200)를 상기 제 2 기판(120)으로부터 제거한다.
이어, 상기 현상 공정 후 남아있는 제 1 감광막(160)을 이용하여 하부의 제 1 투명 전극층(141a)을 선택적으로 제거하여 X 전극(141)을 형성한다.
이어, 남아있는 상기 제 1 감광막(160)을 스트립하여 제거한다.
도 3b와 같이, 상기 X 전극(141)을 포함한 제 2 기판(120) 상에 전면 제 1 절연막(142)을 형성한다.
도 3c 및 도 4a와 같이, 상기 제 1 절연막(142) 상에 차례로 전면 제 2 투명 전극층(143a)을 형성한다. 이어, 상기 제 2 투명 전극층(143a) 상부에 전면 제 2 감광막(170)을 형성한다. 상기 제 2 감광막(170) 상에 Y전극이 형성될 부분에 차광부(252)가 정의된 제 2 마스크(250)을 대응시켜 정렬시킨다. 이 경우, 상기 제 2 마스크(250)는 예를 들어, 석영과 같은 투명한 기판(251) 상에 상기 차광부(252)에 해당하는 패턴이 형성되어 있다.
상기 도 3c는 상기 X전극(141)을 가로지르는 방향(Y축)으로 자른 단면이며, 도 4a는 그와 교차하게 상기 X 전극(141)의 방향(X축)으로 자른 단면이다.
앞서 설명한 바와 같이, 상기 제 2 감광막(170)은 파지티브 타입인 것으로, 노광 및 현상 공정에서 광을 받는 부분이 제거되며, 상기 제 2 마스크(250)는 이에 대응된 것이다. 상기 제 2 마스크(250)의 차광부는 상기 제 1 마스크(200)와 교차 하는 방향으로 정의되며, 따라서, 도 4a와 같이, X축에서 관찰시 노광 및 현상 부위가 관찰된다.
여기도 마찬가지로, 상기 제 2 감광막(170)은 경우에 따라 네거티브 타입으로 변경될 수도 있고, 이 경우의 제 2 마스크(250)는 상술한 도시된 제 2 마스크(250)의 차광부 및 개구부가 반전된 역상의 타입을 이용한다.
노광 공정이 완료된 후, 상기 제 2 마스크(250)를 상기 제 2 기판(120)으로부터 제거한다.
이어, 상기 현상 공정 후 남아있는 제 2 감광막(170)을 이용하여 하부의 제 2 투명 전극층(143a)을 선택적으로 제거하여 Y 전극(143)을 형성한다.
이어, 남아있는 상기 제 2 감광막(170)을 스트립하여 제거한다.
이어, 도 4b와 같이, 상기 Y 전극(143)을 포함한 상기 제 1 절연막(142) 전면에 표면이 평탄화된 제 2 절연막(144)을 형성한다. 이러한 제 2 절연막(144)은 상대적으로 상기 Y 전극(143)이 얇은 두께로 형성되어 그 상부에 형성되는 상기 제 2 절연막(144)의 평탄화가 용이하므로 상기 제 1 절연막(142)에 비해 상대적으로 얇게 형성하거나 생략할 수 있다. 여기서, 상기 제 2 절연막(144)을 생략할 경우는 상기 Y 전극(143)이 형성된 제 1 절연막(142) 상에, 이어 설명할 컬러 필터 어레이(125)가 바로 형성된다.
여기서, 상기 X 전극(141), Y 전극 (143) 및 그 사이에 제 1 절연막(142)을 터치 감지부(140)로 정의한다.
도 3d와 같이, 상기 제 2 절연막(144) 상에, 각 화소 영역을 구분하는 경계 부에 대응하여 블랙 매트릭스층(1251)을 형성한다.
이어, 상기 각 화소 영역에 대응하여 상기 블랙 매트릭스층(1251)과 부분적으로 오버랩하도록 R, G, B 컬러 필터층(1252: 1252a, 1252b, 1252c)을 형성한다.
이어, 상기 블랙 매트릭스층(1251), R, G, B 컬러 필터층(1252)을 포함한 전면에 표면을 평탄하게 하는 오버코트층(1253)을 형성한다.
이어, 상기 오버코트층 상에 공통 전극(1254)를 형성한다.
또한, 상기 블랙 매트릭스층(1251), 컬러 필터층(1252), 오버코트층(1253) 및 공통 전극(1254)을 포함하여 컬러 필터 어레이(125)로 정의한다.
상술한 바와 같이, 상기 제 2 기판(120) 상에 차례로, 터치 감지부(140)와 컬러 필터 어레이(125)를 형성하여, 컬러 필터 어레이 기판(1200)을 준비한다.
그리고, 상기 컬러 필터 어레이 기판(1200)에 대응되도록 박막 트랜지스터 어레이 기판(1100)을 준비하여 둔다.
여기서, 상기 박막 트랜지스터 어레이 기판(1100)은, 상기 제 1 기판(110)과, 상기 제 1 기판(110) 상에 형성된 박막 트랜지스터 어레이(115)를 포함하여 이루어진다.
여기서, 상기 박막 트랜지스터 어레이(115)를 구체적으로 도시하지 않았지만, 상기 블랙 매트릭스층(1251)에 대응되어 서로 교차하여 화소 영역을 정의하는 게이트 라인(미도시)과, 데이터 라인(미도시)을 형성하고, 상기 게이트 라인과 데이터 라인의 교차부에 박막 트랜지스터를 형성하고, 상기 화소 영역에 대응하여 화소 전극을 형성한다.
이어, 상기 박막 트랜지스터 어레이 기판(1100) 또는 컬러 필터 어레이 기판(1200) 상에 액정을 적하한다.
도 3e와 같이, 액정이 적하되지 않은 기판(1100 또는 1200)을 반전시킨 후, 상기 박막 트랜지스터 어레이 기판(1100)과 컬러 필터 어레이 기판(1200)을 대향시킨다.
상기 박막 트랜지스터 어레이 기판(110)과 컬러 필터 어레이 기판(1200) 사이의 공간에, 충진된 액정이 퍼지도록 하여 액정층(130)을 형성한다.
이어, 도 3f와 같이, 상기 제 1 기판(110) 및 제 2 기판(120)의 각각의 배면에 제 1, 제 2 편광판(150a, 150b)을 형성한다.
이어, 상기 제 2 편광판(150b) 상부에 대응하여 커버 글래스(300)을 부착한다. 이 경우, 상기 커버 글래스(300)는 액정 패널 및 터치 패널에 압력이 가해졌을 때, 깨지거나 또 다른 파손이 되는 것을 방지하기 위한 것으로, 경우에 따라, 상기 제 2 기판(120)이 충분히 압력에 대해 내성을 갖는 경우 생략될 수 있다.
도 5는 본 발명의 터치 패널 내장형 액정 표시 장치에 있어서, 상부 기판측의 평면도이다.
도 5와 같이, 본 발명의 터치 패널 내장형 액정 표시 장치를 평면적으로 살펴보면, 서로 교차하며 복수개의 X 전극(141)과 Y 전극(143)이 배치되어 형성됨을 알 수 있으며, 규칙적 배치에 의한 센싱으로 각각 X 전극들(141)과, Y 전극들(143)은 서로 동일 간격 이격하여 형성된다.
그리고, 각각의 X 전극들(141)에 대응되어 패드(180)와, Y 전극들(143)에 대응되어 패드(180)가 상기 제 2 기판(120)에 형성되며, 상기 X 전극들과 Y 전극들은 연결 배선(185)에 의해 각각의 패드(180)에 서로 연결된다. 각 패드(180)들은 전압 인가와 전압 검출 기능을 수행한다.
여기서, 상기 연결 배선(185) 및 각각의 패드(180)는, 상기 X 전극(141) 및 Y 전극(143)과 함께, 상기 제 2 기판(120)의 내측면에 형성되는 것으로, 도 3f를 참고하여 고려하면, 제 1 기판(110)의 대향면에 형성되고, 이들 패드(180)는 시스템의 제어부와 연결되어 전기적 신호를 인가하는 FPC(도 7의 320) 참조)와 연결된다.
도 6a 및 도 6b는 X 전극 및 Y 전극의 다른 변형 예를 나타낸 평면도이다.
도 6a는 상술한 도 5의 X 전극(141)과 Y 전극(143)간의 교차부를 확대하여 나타낸 것으로, X 전극(141)과 Y 전극(143)과의 교차부에서 작은 면적을 갖도록 X 전극(141)의 폭을, Y 전극(143)과 오버랩되는 부위에서 줄여 형성한 것을 나타내고 있다.
본 발명의 터치 패널 내장형 액정 표시 장치의 경우, 정전용량 방식으로 터치 지점에서 X 전극(141)과 Y 전극(143) 사이의 정전용량 변화를 검출하여, 터치 위치를 파악하고 있다. 이 경우, X 전극(141)과 Y 전극(143) 사이의 교차부의 면적이 클 경우, 이 부위에서 부하가 커져 정전용량 변화 검출이 어려울 수 있다. 이를 방지하기 위해 상대적으로 X 전극(141)과 Y 전극(143)의 교차부에서 선택적으로 X 전극(141)의 폭을 줄여 형성한 것이다. 도시된 예는 상기 X 전극(141)의 폭이 준 예를 나타내지만, 경우에 따라 Y 전극(143)의 폭을 줄여 형성할 수도 있다.
도 6b는, 변형예로, X 전극(241)과 Y 전극(243)이 갖는 면적을 균일하게 하고, X 전극(241)과 Y 전극(243)의 교차부에서 각각 X 전극(241)과 Y 전극(243)의 폭을 줄여 교차부에서 면적을 줄여 정전용량 검출시 발생할 수 있는 부하를 최소한 방지한 구조이다. 도시된 구조에서는 각각의 X 전극(241)과 Y 전극(243)이 마름모꼴로 나타내었지만, 그 밖에도 X 전극과 Y 전극이 제 2 기판(120) 상에서 차지하는 면적을 균일하게 나타낼 수 있다면, 그 외의 형태로도 변형 가능하다.
도 7은 본 발명의 터치 패널 내장형 액정 표시 장치에 있어서, 상하판 합착 후 신호 인가부와의 연결 관계를 나타낸 평면도이다.
도 7과 같이, 본 발명의 터치 패널 내장형 액정 표시 장치는, 제 1 기판(110)과 제 2 기판(120)이 서로 완전히 동일하게 오버랩하지는 않고, 각각 양측으로 일부 돌출되도록 하여 합착한다. 여기서, 상기 제 1 기판(110)측으로부터 돌출된 영역이 제 1 영역, 상기 제 2 기판(120)으로부터 돌출된 영역을 제 2 영역이라고 정의한다.
이 경우, 상기 제 1 기판(110)으로부터 돌출된 제 1 영역은 상기 박막 트랜지스터 어레이의 신호를 인가하는 영상 신호 인가부(310)가 그 에지에 연결되며, 상기 제 2 기판(120)으로부터 돌출된 제 2 영역은 상기 터치 패널의 신호를 인가하는 터치 패널 신호 제어부(320)가 그 에지에 연결된다. 이 경우, 상기 터치 패널 신호 제어부(320)는 앞서 설명한 전압 인가 패드 및 전압 검출을 위한 패드(180)와 연결된다. 그리고, 상기 영상 신호 인가부(310)는 각각 제 1 기판(110)에 형성되는 게이트 라인 패드부 및 데이터 라인 패드부와 연결된다.
도 7을 참조하면, 상기 영상 신호 인가부(310) 및 상기 터치 패널 신호 제어부(320)는 각각 FPC(Flexible Printed Cable)이며, 상기 제 1 기판(110)의 하측으로 접힌다. 그리고, 상기 제 2 영역에 상기 터치 감지부의 X 전극(141) 및 Y 전극(143)과 연결 배선을 통해 연결되는, 상기 X 전극에 전압 신호를 인가하는 전압 인가 패드(180)와, 상기 Y 전극에서 출력되는 신호를 검출하는 전압 검출 패드(180)를 포함하며, 상기 전압 인가 패드 및 상기 전압 검출 패드(180)는 상기 터치 패널 신호 제어부(320)와 연결된다.
이들 영상 신호 인가부(310) 및 패널 신호 제어부(320)는 연성의 FPC으로 이루어져, 하측으로 접혀져 액정 모듈 내에 장착된다.
도 8은 두 전극 사이의 절연막 두께에 따른 X 전극-Y 전극간 정전용량 변화를 나타낸 그래프이다.
도 8은 상기 X 전극과 Y 전극 사이의 제 1 절연막 두께에 대해 변화하는 정전 용량 캐패시턴스 값을 나타낸 것으로, 제 1 절연막 두께가 두꺼워질수록 터치 없을 때와 터치가 있을 경우 별 차이가 없는 것으로 관측되며, 제 1 절연막 두께가 너무 두꺼워질 경우에는 터치가 있을 경우보다 없을 경우 그 터치가 있는 경우 정전용량이 커지는 역전현상이 일어나기 전의 범위에서 상기 제 1 절연막의 두께가 정해진다.
도 8의 그래프 상에서는 두 전극 간의 절연막 두께가 300㎛을 넘는 경우는 역전 현상이 발생하고 있는 것으로 이 부분은 유효하지 않으며, 따라서 100㎛ 이하의 영역에서 선택하는데, 제품에 적용시 슬림화를 고려해야 하고, 터치시 전후의 정전용량 변화가 일정 값 이상(실험상 터치시와 미터치시의 정전용량 차이가 30 femto F 이상이여야 검지 가능)이여야 터치 여부가 식별이 가능하므로, 본 발명의 터치 패널 내장형 액정 표시 장치에 있어서, X 전극과 Y 전극 사이의 제 1 절연막의 두께는, 0.1~5㎛의 범위로 정한다.
한편, 상술한 설명에 있어서는, 상기 X 전극과 Y 전극 사이의 절연막을 유기 절연막을 기준으로 설명하였지만, 상기 X 전극과 Y 전극 사이에 터치시와 미터치시에 일정 수준(30femto F) 이상의 정전용량의 차를 나타낼 수 있다면, 질화막이나 산화막과 같은 무기 절연막의 사용도 가능하다 할 것이다.
한편, 이상에서 설명한 본 발명은 상술한 실시예 및 첨부된 도면에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것이 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.
도 1은 일반적인 터치 패널 부착형 액정 표시 장치를 나타낸 개략도
도 2는 본 발명의 터치 패널 내장형 액정 표시 장치를 나타낸 단면도
도 3a 내지 도 3f는 본 발명의 터치 패널 내장형 액정 표시 장치의 제조 방법을 나타낸 공정 단면도
도 4a 및 4b는 도 3c 및 이후 과정에서, 90도 회전한 방향에서의 공정 단면도
도 5는 본 발명의 터치 패널 내장형 액정 표시 장치에 있어서, 상부 기판측의 평면도
도 6a 및 도 6b는 X 전극 및 Y 전극의 다른 변형 예를 나타낸 평면도
도 7은 본 발명의 터치 패널 내장형 액정 표시 장치에 있어서, 상하판 합착 후 신호 인가부와의 연결 관계를 나타낸 평면도
도 8은 두 전극 사이의 절연막 두께에 따른 X 전극-Y 전극간 정전용량 변화를 나타낸 그래프
*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*
100 : 액정 표시 장치 110 : 제 1 기판
115 : 박막 트랜지스터 어레이 120 : 제 2 기판
125 : 컬러 필터 어레이 130 : 액정층
140 : 터치 감지부 141 : X 전극
142 : 제 1 투명 유기 절연막 143 : Y 전극
144 : 제 2 투명 유기 절연막 150, 150a, 150b: 편광판
160 : 제 1 감광막 170 : 제 2 감광막
200 : 제 1 마스크 205 : 투명 기판
210 : 차광부 250 : 제 2 마스크
251 : 투명 기판 252 : 차광부
1251 : 블랙 매트릭스층 1252 : 컬러 필터층
1253 : 오버코트층 1254 : 공통 전극
1100 : 박막 트랜지스터 어레이 기판 1200 : 컬러 필터 어레이기판

Claims (10)

  1. 서로 대향된 제 1 기판 및 제 2 기판;
    상기 제 1 기판 상에 형성된 박막 트랜지스터 어레이;
    상기 제 2 기판 상에 형성된, 투명하며 서로 수직으로 교차하는 복수개의 X 전극 및 Y 전극과 상기 X 전극 및 Y 전극 사이에 제 1 투명 절연막을 포함하여 이루어지는 터치 감지부;
    상기 터치 감지부 상에 형성된 컬러 필터 어레이; 및
    상기 박막 트랜지스터 어레이와 컬러 필터 어레이 사이에 형성된 액정층을 포함하여 이루어진 액정 표시 장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 X 전극은 X축 방향으로 긴 막대 형상의 전극으로 형성되며, 상기 Y 전극은 상기 X 전극과 교차하며, Y 축 방향으로 긴 막대 형상으로 형성된 전극인 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 X 전극과 Y 전극 중 적어도 어느 하나는 그 교차부에서, 교차부가 아닌 영역에서 갖는 폭보다 작은 폭으로 형성하는 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 제 1 투명 절연막은 0.1~5㎛의 두께로 형성하는 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 X 전극 및 Y 전극은 ITO(Indium Tin Oxide), IZO(Indium zinc Oxide), ITZO(Indium Tin Zinc Oxide) 중 어느 하나로 이루어진 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 터치 감지부와 상기 컬러 필터 어레이 사이에 제 2 투명 절연막이 더 포함된 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 제 1 기판과 제 2 기판은 각각 그 일측에 서로 오버랩되지 않은 제 1 영역 및 제 2 영역을 포함한 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
  8. 제 7항에 있어서,
    상기 제 1 영역은 상기 박막 트랜지스터 어레이에 신호를 인가하는 영상 신호 인가부와 연결되고, 상기 제 2 영역은 상기 X 전극 및 Y 전극에 전압 인가 및 신호 검출을 수행하는 터치 패널 신호 제어부와 연결된 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
  9. 제 8항에 있어서,
    상기 영상 신호 인가부 및 상기 터치 패널 신호 제어부는 각각 FPC(Flexible Printed Cable)이며, 상기 제 1 기판의 하측으로 접히는 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
  10. 제 9항에 있어서,
    상기 제 2 영역에, 상기 터치 감지부의 X 전극 및 Y 전극과 연결 배선을 통해 연결되는, 상기 X 전극에 전압 신호를 인가하는 전압 인가 패드와, 상기 Y 전극에서 출력되는 신호를 검출하는 전압 검출 패드를 포함하며,
    상기 전압 인가 패드 및 상기 전압 검출 패드는 상기 터치 패널 신호 제어부와 연결된 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
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