KR101303881B1 - 터치 스크린, 그 제조 방법 및 이를 구비하는 표시 장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 터치 스크린, 그 제조 방법 및 이를 구비하는 표시 장치에 관한 것으로, 표시 장치의 화상 표시부 상부의 외곽에 주파수 발생부 및 주파수 수신부를 부착하여 터치 스크린을 구현하고, 주파수 전파 매질로 표시 장치의 기판, 즉 화상 표시부의 상면을 이용하도록 함으로써 별도의 기판상에 터치 스크린을 제조하고 터치 스크린이 제조된 기판을 표시 장치의 화상 표시부에 부착하지 않아도 되기 때문에 종래에 비해 화질의 열화를 방지할 수 있을 뿐만 아니라 두께 또는 크기가 증가되지 않는다.
주파수 검지, 터치 스크린, 부착, 주파수 발생부, 주파수 수신부
Description
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 표시 장치의 화상 표시부와 그 외곽에 부착된 터치 스크린의 평면도.
도 2(a) 내지 도 2(c)는 본 발명의 일 실시 예에 따른 터치 스크린의 제조 방법을 설명하기 위한 단면도.
도 3(a) 내지 도 3(c)는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 터치 스크린의 제조 방법을 설명하기 위한 단면도.
도 4(a) 및 도 4(b)는 본 발명의 일 실시 예에 따른 터치 스크린이 연성 기판상에 제조되고 커팅되는 것을 설명하기 위한 개략도.
도 5(a) 내지 도 5(d)는 본 발명의 일 실시 예에 따른 터치 스크린이 표시 장치의 화상 표시부에 부착되는 방법을 설명하기 위한 도면.
도 6(a) 및 도 6(b)는 본 발명의 일 실시 예에 따른 터치 스크린을 액정 표시 장치에 부착한 경우 편광판의 형성 방법을 설명하기 위한 액정 표시 장치의 단면도.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
10 : 화상 표시부 20 : 제 1 전극
30 : 압전층 40 : 제 2 전극
100 및 300 : 주파수 발생부
200 및 400 : 주파수 수신부
본 발명은 터치 스크린에 관한 것으로, 특히 표시 장치의 특성을 열화시키지 않고 크기 또는 두께를 증가시키지 않아 대형 표시 장치 및 모바일 표시 장치등에 적용할 수 있는 터치 스크린, 그 제조 방법 및 이를 구비한 표시 장치에 관한 것이다.
액정 표시 장치(Liquid Crystal Display; LCD) 및 플라즈마 표시 패널(Plasma Display Panel; PDP)등 표시 장치에 사용자의 요구에 따라 사용되고 있는 터치 스크린(touch Screen)은 표시 장치의 화상 표시부 전면에 부착하여 사용하는 것이 가장 일반적이다. 즉, LCD, PDP, 발광 다이오드(Light Emitting Diode; LED), 음극선관(Cathode Ray Tube; CRT) 등 표시 장치의 화상 표시부 상부 전면에 터치 스크린을 부착하여 터치 스크린이 보조 기능으로 사용되고 있다.
터치 스크린은 표시 장치에 대하여 추가 기능으로 사용되고 있지만, 표시 장치의 고유 특성을 저하시키는 단점이 있다. 그 이유는 터치 스크린을 형성하기 위해서는 표시 장치의 화상 표시부와 동일한 크기의 기판이 화상 표시부의 상부에 설치되어야 하기 때문이다. 이로 인해 전체 표시 장치의 두께가 증가될 수 밖에 없다. 또한, 터치 스크린이 화상 표시부의 상부 전면에 형성되기 때문에 터치 스크린 자체의 광 투과도, 뉴턴 링(Newton Ring)등의 변형에 의한 광 열화 특성을 나타내게 되고, 이로 인해 표시 장치의 광 특성 열화를 피할 수 없게 된다. 이는 터치 스크린이 그 방식에 따라 터치 스크린을 구현하기 위한 여러 층(Layer)을 구비하고 있기 때문이다. 예를들면, 저항 콘택(Contact) 방식의 터치 스크린은 상판 및 하판에 각각 ITO등 도전층, 그 내부에 일정 공간(space)을 유지하는 스페이서, 그리고 공간 내부에 존재하는 에어(Air)층 등을 구비하는 구조로 이루어져 있다. 또한, 정전 캐패시티브(Capacitive) 방식의 터치 스크린은 터치 스크린 전면에 걸쳐 일정한 정전 포텐셜(Potential)을 유지하기 위한 절연층(Sb2O5) 및 도전층(Ag 계열), 그리고 LCD 패널 자체에서 발생되는 정전기를 차폐하기 위한 별도의 ITO막 등이 표시 장치의 액티브 영역 전면에 걸쳐 형성되어 있다. 이러한 터치 스크린의 구조 때문에 전술한 바와 같이 표시 장치의 특성 열화를 피할 수 없는 것이다.
또한, 현재 주로 적용되고 있는 터치 스크린은 주로 터치 스크린 전용 기판 상부에 각각의 용도에 맞는 재료를 가진 다수의 층으로 이루어져 있기 때문에 대형화에 한계가 있었다. 즉, 터치 스크린을 대형화하기 위하여 화상 표시부의 크기와 동일한 크기의 터치 스크린을 장착하여야 하기 때문에 표시 장치가 대형화됨에 따라 터치 스크린도 역시 대형화되어야 한다. 이러한 대형화 한계 때문에 현재까지의 터치 스크린은 최대 모니터급까지만 주로 사용되고 있으며, 대형 TV등에서는 범용화가 상대적으로 낮을 수 밖에 없었다.
그리고, 모바일 제품은 패널 자체의 저두께 박형화, 그리고 광특성 열화를 가능한 한 줄이는 것임을 고려할 때, 특성 관련 문제점은 전술한 바와 같다. 특히 터치 스크린을 구현할 때 별도의 터치 스크린 전용 기판이나 필름을 화상 표시부에 추가하여야 한다는 것은 모바일 표시 제품의 슬림(Slim)화 차원에서 볼 때 치명적인 단점임에 틀림없다.
한편, 모바일 또는 중대형 거치형 표시 장치의 최종 제품 트렌드(Trend)가 모바일화, 고 정세화, 다 기능화되면서 현재까지의 각각의 기능을 통합하는 형태로 현재 및 향후 표시 장치의 부품 또는 특성 개발이 진행되고 있다. 따라서, 터치 스크린이 경쟁력을 갖기 위해서는 터치 스크린에 적용되는 각종 부품들을 가능하면 표시 장치를 바탕으로 집적화하여 다기능을 가질 수 있도록 해야 하며, 이때 집적화되면서 각종 표시 장치의 특성 열화를 가능한 한 피해야 하는 것이 향후 터치 스크린의 주 개발 방향이 될 것이다.
이렇게 현재 적용되고 있는 모든 터치 스크린은 그 구조가 터치 스크린 패널을 바탕으로 하고 있기 때문에 터치 스크린을 패널 형태가 아닌 부분 영역을 가지는 부품 형태로 제작하지 않으면 근본적인 해결책이 될 수 없다.
본 발명의 목적은 표시 장치의 특성을 열화시키지 않고 터치 스크린 기능을 수행할 수 있는 터치 스크린, 그 제조 방법 및 이를 구비한 표시 장치를 제공하는데 있다.
본 발명의 다른 목적은 크기, 두께등을 증가시키지 않아 대형 표시 장치 또는 모바일 표시 장치에 적용할 수 있는 터치 스크린, 그 제조 방법 및 이를 구비한 표시 장치를 제공하는데 있다.
본 발명의 또다른 목적은 다수의 구조물로 형성된 주파수 발생부 및 주파수 수신부를 별도의 기판 상에 형성하고 이를 커팅한 후 표시 장치의 화상 표시부 상부에 부착하는 터치 스크린, 그 제조 방법 및 이를 이용한 표시 장치를 제공하는데 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 터치 스크린은 소정 주파수의 신호를 발생시키기 위한 주파수 발생부; 상기 소정 주파수의 신호를 수신하기 위한 주파수 수신부를 포함하며, 상기 주파수 발생부 및 주파수 수신부는 표시 장치의 화상 표시부 상면의 소정 영역에 서로 대향되게 부착된다.
상기 주파수 발생부는 제 1 전극; 상기 제 1 전극 상부에 형성된 압전층; 및 상기 압전층 상부에 형성된 제 2 전극을 포함한다.
상기 주파수 발생부는 압전층; 상기 압전층 상부에 소정 간격 이격되어 형성 된 제 1 전극 및 제 2 전극을 포함한다.
전체 구조 상부에 형성된 보호층을 더 포함한다.
상기 주파수 수신부는 상기 주파수 발생부와 동일 구조로 형성된다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 터치 스크린의 제조 방법은 기판 상부에 제 1 전극, 압전층 및 제 2 전극을 포함하는 전극 구조를 소정 간격 이격되도록 복수 형성하는 단계; 상기 전극 구조를 소정 간격으로 커팅하는 단계; 및 상기 커팅된 전극 구조를 표시 장치의 화상 표시부 상면의 소정 영역에 서로 대향되게 부착하여 주파수 발생부 및 주파수 수신부로 기능하도록 하는 단계를 포함한다.
상기 전극 구조의 형성 방법은, 상기 기판 상부에 제 1 금속층을 이용하여 상기 제 1 전극을 형성하는 단계; 상기 제 1 전극 상부에 압전층을 형성하는 단계; 및 상기 압전층 상부에 제 2 금속층을 이용하여 상기 제 2 전극을 형성하는 단계를 포함한다.
상기 기판은 연성 기판 또는 경성 기판을 포함한다.
상기 제 1 금속층 및 제 2 금속층은 저저항 금속 물질을 이용하며, 상기 저저항 금속 물질은 Al, Cu, Ag, Au, ITO, IZO 등을 포함한다.
상기 제 1 전극은 상기 제 1 금속층을 스퍼터링 방법으로 형성한 후 UV 레이저를 조사하여 사각 형태 또는 쉐브런(Chevron) 형태로 패터닝하여 형성하고, 상기 제 2 전극은 상기 제 2 금속층을 스퍼터링 방법으로 형성한 후 UV 레이저를 조사하여 사각 형태 또는 쉐브런(Chevron) 형태로 패터닝하여 형성한다.
상기 압전층은 세라믹 계열의 고융점 물질인 AlN, ZnO, LiNbO3 등을 이용하여 형성한다.
상기 압전층은 메탈 마스크를 이용한 증착에 의해 자동 패터닝되도록 하거나 사진 및 습식 식각 공정에 의해 패터닝한다.
상기 제 2 전극 상부에 보호층을 형성하는 단계를 더 포함한다.
상기 전극 구조의 형성 방법은 상기 기판 상부에 압전층을 형성하는 단계; 및 상기 압전층 상부에 금속층을 형성하되, 서로 소정 간격 이격되도록 형성하여 제 1 전극 및 제 2 전극을 형성하는 단계를 포함한다.
상기 커팅된 전극 구조는 상기 표시 장치의 화상 표시부 상면의 외곽 부위에 부착된다.
상기 제 1 및 제 2 전극 상부에 보호층을 형성하는 단계를 더 포함한다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 터치 스크린을 구비하는 표시 장치는 표시 장치의 화상 표시부 상면의 일 영역에 부착되어 소정 주파수의 신호를 발생시키기 위한 주파수 발생부, 상기 주파수 발생부와 서로 대향되게 상기 표시 장치의 화상 표시부 상면에 부착되어 소정 주파수의 신호를 수신하기 위한 주파수 수신부를 포함한다.
상기 표시 장치는 LCD, PDP, OLED를 포함한다.
상기 주파부 발생부 및 주파수 수신부는 상기 LCD의 박막 트랜지스터 기판 또는 컬러 필터 기판에 부착되고, 상기 PDP의 캐소드 전극용 기판 또는 애노드 전극용 기판에 부착되며, 상기 OLED의 구동 회로 제작용 기판 또는 이면 기판에 부착된다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예를 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 표시 장치의 화상 표시부 상부의 외곽 부위에 주파수 발생부 및 주파수 수신부가 부착된 주파수 검지형 터치 스크린의 평면도이다.
도 1을 참조하면, 표시 장치의 화상 표시부(10) 상부의 외곽 부위, 즉 표시 존(A)를 제외한 각종 전극이 형성되는 데드 존(dead zone)(B) 상부에 소정의 폭을 갖는 주파수 발생부(100 및 300) 및 주파수 수신부(200 및 400)가 각각 부착된다. 주파수 발생부(100 및 300) 및 주파수 수신부(200 및 400) 각각은 소정 폭을 갖는 제 1 금속층으로 형성된 1차 전극(20), 1차 전극(20) 상부에 형성된 압전층(30), 그리고 압전층(30) 상부에 제 2 금속층을 이용하여 형성된 2차 전극(40)이 적층되어 구성된다. 여기서, 1차 전극(20) 및 2차 전극(40)은 사각 형태 또는 쉐브런(chevron) 형태 등 각각 단락된 형태의 외형을 갖도록 형성된다. 본 실시 예에서는 1차 전극(20)은 사각 형태를 갖고, 2차 전극(40)은 쉐브런 형태로 형성되는 것으로 도시하였다.
상기 주파수 발생부(100 및 300)는 화상 표시부(10)의 좌측변 및 상부변에 각각 부착되며, 제 1 주파수의 신호를 발생시킨다. 제 1 주파수의 신호는 화상 표시부(10)의 표면을 따라 전파되는 표면 탄성파(surface acoustic wave)로서, 예를들어 약 4∼10㎒ 범위의 주파수를 갖는다. 주파수 발생부(100 및 300)는 제 1 전극(20) 및 제 2 전극(40)에 각각 전원이 인가되면, 압전층(20)이 전기적 신호를 기계적 신호(진동)로 변환하는 압전 효과에 의해 소정의 파장 및 진폭을 갖는 제 1 주파수의 신호를 발생시킨다. 또한, 주파수 발생부(100 및 300)에서 발생되는 제 1 주파수의 신호는 제 1 전극(20) 및 제 2 전극(40)의 형태, 선폭 및 이격 간격 등 다양한 요소에 의해 그 특성이 결정된다.
상기 주파수 수신부(200 및 400)는 화상 표시부(10)의 우측변 및 하부변에 각각 부착되며, 주파수 발생부(100 및 300)로부터 발생된 제 1 주파수의 신호를 수신한다. 주파수 수신부(200 및 400)는 제 1 주파수의 신호를 수신하게 되면 압전층(30)이 기계적 신호를 전기적 신호로 변환하는 압전 효과에 의해 제 1 주파수의 신호를 전기 신호로 변환하게 된다.
상기와 같이 구성된 주파수 검지 방식을 이용한 터치 스크린은 무선 터치 수단(미도시)을 이용하여 화상 표시부(10) 상의 임의의 지점을 비접촉 방식으로 터치하게 된다. 이를 위해 무선 터치 수단은 제 1 주파수의 신호와 다른 주파수를 갖는 제 2 주파수의 신호를 발생시킨다. 이때, 제 2 주파수는 제 1 주파수보다 낮은 주파수를 갖는 것이 바람직하다. 주파수 발생부(100 및 300)의 제 1 주파수의 신호가 주파수 수신부(200 및 400)로 전파되고 있는 상태에서 화상 표시부(10)의 임의의 지점에 무선 터치 수단에 의해 제 2 주파수의 신호가 조사되면, 제 1 주파수의 신 호와 제 2 주파수의 신호가 중첩되어 제 1 주파수의 신호는 주파수가 변이된다. 그 결과 주파수 수신부(200 및 400)에서는 제 1 주파수의 신호 이외에 제 2 주파수의 신호에 의해 변이된 주파수의 신호를 동시에 수신하게 된다. 이러한 주파수 수신부(200 및 400)에서 수신된 주파수가 변이된 신호의 주파수 변이를 제어 수단(미도시)이 측정하고, 그 수신 위치를 추적하여 화상 표시부(10) 상의 터치 지점을 감지하게 된다.
도 2(a) 내지 도 2(c)는 본 발명의 일 실시 예에 따른 터치 스크린의 제조 방법을 설명하기 위해 순서적으로 도시한 소자의 단면도로서, 터치 스크린의 주파수 발생부 및 주파수 수신부의 제조 방법의 일 실시 예를 설명하기 위한 것이다.
도 2(a)를 참조하면, 기판(500) 상부에 제 1 금속층(510)을 이용하여 1차 전극을 형성한다. 여기서, 기판(500)은 연성(Flexible) 기판 또는 유리 기판 등의 경성(rigid) 기판(500)을 이용하며, 제 1 금속층(510)은 Al, Cu, Ag, Au, ITO, IZO 등의 저저항 금속 물질을 이용한다. 이러한 저저항 제 1 금속층(510)으로 형성된 1차 전극은 일정 간격의 폭, 예컨데 10㎛의 폭으로 설계되는데, 그 형태는 일반 사각형 또는 설계 요청에 따라 쉐브런(Chevron) 등 각각 단락된 형태로 형성할 수 있다. 이러한 1차 전극의 형태는 사용하려는 주파수가 단일 주파수 또는 복수의 주파수인지에 따라 달라진다. 즉, 단일 주파수를 사용하기 위해서는 어떠한 형태의 전극 구조도 전체 전계를 인가하는 전극층과 연결되어 있는 구조를 사용하면 되고, 일정 간격의 픽셀(Pixel)별로 각각 다른 복수의 주파수 영역을 사용하기 위해서는 사용하려는 단위별로 각각 분리되는 전극 구조를 사용하면 된다.
1차 전극을 형성하기 위해서는 Al, Cu, Ag, Au, ITO, IZO등의 제 1 금속층(510)을 스퍼터링(Sputtering) 방법으로 형성하는 것을 기본으로 한다. 1차 전극은 수백 ㎛ 이상으로 크기 때문에 스퍼터링 방법으로 증착할 경우 금속 마스크를 적용하여 증착과 동시에 패터닝하는 방법을 이용할 수 있다. 또한, 제 1 금속층(510)을 스퍼터링 방법으로 증착한 후 사진 및 식각(습식 또는 건식 식각) 공정으로 패터닝할 수도 있다. 또 다른 방법으로 스퍼터링에 의해 제 1 금속층(510)을 형성한 후 UV 계열 단파장 및 고에너지 레이저(Laser)를 이용하여 직접적으로 제 1 금속층(510)을 패터닝하는 방법도 있고, 또 스크린 프린팅(Screen Printing)에 의하여 형성하는 방법도 있다.
전술한 바와 같이 본 발명의 핵심이 작은 영역의 기판 상부에 주파수 검지용 터치 스크린을 형성하는 것이기 때문에 상기 방법 중 가장 정밀하고 효과적인 방법은 UV 레이저를 이용한 직접 패터닝 방법이라 할 수 있다. 이는 제 1 전극의 선폭이 표시 장치의 최소 1 픽셀 이상이기 때문에 선폭 자체가 수십∼수백㎛이고, 이는 레이저에 의한 직접 식각이 가능한 선폭이기 때문이다. 또한, 제 1 금속층(510)은 녹는점(Melting Point)이 비교적 낮은 저저항의 금속 물질이기 때문에 UV 레이저의 순간적인 고열을 이용하여 효과적이고 간단하게 패터닝할 수 있다. 이와 같은 방법은 이미 저항 접촉식 터치 스크린 패널에서 연성 필름(Flexible Film) 상의 ITO 패턴을 UV 레이저로 패터닝하는 방식과 맥락을 같이 한다.
도 2(b)를 참조하면, 제 1 금속층(510)으로 형성된 1차 전극 상부에 일정 파장 및 진폭을 갖는 주파수를 발생하기 위해 AlN, ZnO, LiNbO3 등의 압전층(Piezo Electric Layer)(520)을 형성한다. 압전층(520)은 세라믹(Ceramic) 계열의 고융점 물질로서, 1차 전극 상부에 선택적으로 형성된다.
압전층(520)의 형성 및 패터닝 방법은 전술한 1차 전극의 형성 및 패터닝 방법과 거의 동일한 방법을 적용할 수 있다. 그러나, 압전층(520)의 고유 특성을 고려하여 RF 스퍼터링 방식으로 제작할 때 일정 크기의 패턴이 형성된 메탈 마스크를 이용하여 형성하거나 사진 및 습식 식각 방법으로 패터닝하는 것이 효과적이다. UV 레이저에 의한 직접 가열 방식의 경우는 전술한 바와 같이 압전층(520) 자체가 고융점 물질이기 때문에 공정 시간(Tact Time)이 길어지거나 하부 기판에 데미지(Damage)를 줄 가능성이 있다.
도 2(c)를 참조하면, 압전층(520) 상부에 제 2 금속층(530)을 이용하여 2차 전극을 형성한다. 제 2 금속층(530)은 제 1 금속층(510)과 마찬가지로 Al, Cu, Ag, Au, ITO, IZO등의 저저항 금속층을 이용하며, 스퍼터링 방법으로 형성하는 것을 기본으로 한다. 2차 전극의 형성 방법은 1차 전극의 형성 방법과 동일하다. 이후, 보호층(540)을 선택적으로 형성하는데, 보호층(540)은 압전 특성을 열화시키지 않는 고압전율 재료인 SiO2등의 재료를 이용하여 형성한다. 이에 의해 주파수 발생부 및 주파수 수신부로 이용되는 전극 구조가 제작된다. 그런데, 경우에 따라서는 보호 층(540)을 형성하지 않아도 된다. 그 이유는 최종적으로 이러한 주파수 발생부 및 주파수 수신부를 표시 장치의 화상 표시부의 외곽 데드 존(Dead Zone) 부위에 형성하고 보호막(540)은 스크래치 발생 방지 등의 기능을 수행하여 실질적으로 보호막 이외의 기능이 없기 때문이다.
도 3(a) 내지 도 3(c)는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 터치 스크린의 제조 방법을 설명하기 위해 순서적으로 도시한 소자의 단면도로서, 주파수 발생부 및 주파수 수신부 제조 방법의 다른 실시 예를 설명하기 위한 것이다. 본 실시 예는 공정 단순화를 위해 랠리 주파수 도파 특성을 이용한 주파수 발생부 및 주파수 수신부의 제조 방법을 설명하기 위한 것으로, 기판 상부에 압전층을 형성한 후 전극을 상호 대칭적으로 동일 평면상에 형성한다. 이러한 구조는 압전층에서 발생되는 검지용 주파수가 두께 방향으로의 주파수 전파를 최소화하여 평면상으로 주파수 전파가 주로 일어나게 함으로써 기판 두께가 상대적으로 얇아도 되는 장점이 있는 구조이다.
도 3(a)를 참조하면, 연성 기판 또는 경성 기판 등의 기판(600) 상부의 소정 영역에 AlN, ZnO, LiNbO3 등의 압전층(610)을 스퍼터링 방법으로 형성한다. 이러한 압전층(610)은 증착시 메탈 마스크를 사용하여 증착과 동시에 패터닝하여 형성하는 방법과 스퍼터링 후 사진 및 식각(습식 또는 건식 식각) 공정으로 패터닝하는 방법이 있으며, 이와는 별도로 UV 레이저를 이용하여 패터닝하는 방법도 있다.
도 3(b)를 참조하면, 압전층(610) 상부에 서로 소정 간격 이격되도록 금속층(620)을 형성하여 1차 전극 및 2차 전극을 형성한다. 금속층(620)은 Al, Cu, Ag, Au, ITO, IZO등의 저저항 금속층을 스퍼터링 방법으로 증착하여 형성한다. 전극의 형성 방법으로는 전술한 바와 같이 스퍼터링 공정중 메탈 마스크를 적용하여 추가 식각 공정 없이 전극을 형성하는 방법이 있다. 또한, 박막 증착 후 UV 레이저 등을 이용하여 직접 식각하는 방법도 가능하며, 사진 및 식각(습식 또는 건식 식각) 공정으로 패터닝하는 방법도 가능하다. 이를 통해 압전층(610)의 소정 영역을 노출시키고, 서로 소정 간격 이격된 1차 전극 및 2차 전극이 형성된다.
도 3(c)를 참조하면, SiO2등의 재료를 이용하여 보호층(630)을 선택적으로 형성할 수도 있다. 이에 따라 주파수 발생부 및 주파수 수신부로 이용되는 전극 구조가 제조된다.
도 2(a) 내지 도 2(c) 및 도 3(a) 내지 도 3(c)의 단면도를 이용하여 터치 스크린, 특히 주파수 발생부 및 주파수 수신부의 제조 방법을 설명하였으며, 이들은 평면 구조로 볼 때 동일 평면 상에 라인 형태로 제조되는데, 이에 대해 도 4(a) 및 도 4(b)를 이용하여 설명하면 다음과 같다.
도 4(a)는 주파수 발생부 및 주파수 수신부(710)가 연성 기판(700) 상부에 형성된 평면 상태를 나타내고 있다. 연성 기판(700) 상부에 1차 전극, 압전층 및 2차 전극이 적층된 주파수 발생부 및 주파수 수신부를 표시 장치의 화상 표시부의 데드 존(Dead Zone) 면적을 고려하여 라인 형태로 제조한다. 그리고, 도 4(b)에 도시된 바와 같이 일정 간격으로 커팅(Cutting)한 후 표시 장치의 화상 표시부의 데드 존 상부에 부착하여 주파수 검지 방식의 터치 스크린을 제조한다.
상기와 같은 연성 기판 상부에 구현되는 주파수 검지 방식 터치 스크린, 특히 주파수 발생부 및 주파수 수신부를 제조하기 위해서는 저저항 금속층을 스퍼터링에 의해 형성한 후 UV 레이저를 이용하여 패터닝하여 1차 전극 및 2차 전극을 형성하고, 세라믹 재료를 이용한 압전층은 메탈 마스크를 이용한 증착에 의해 자동 패터닝되도록 하거나 사진 및 습식 식각 공정에 의해 패터닝하는 것이 가장 바람직하다.
상기와 같이 기판 상부에 라인 형태로 제조되고 일정한 간격으로 커팅된 주파수 발생부 및 주파수 수신부를 표시 장치의 화상 표시부의 외곽 데드 존(Dead Zone) 부위에 순서대로 부착하는 방법의 일 예를 도 5(a) 내지 도 5(d)에 도시하였다. 즉, 도 5(a) 내지 도 5(d)에 차례로 도시된 바와 같이 표시 장치의 화상 표시부의 좌측 데드 존에 Y 방향의 주파수 발생부(100)를 부착한 후 하측 데드 존에 X 방향의 주파수 수신부(200)를 부착하고, 상측 데드 존에 X 방향의 주파수 발생부(300)를 부착한 후 우측 데드 존에 Y 방향의 주파수 수신부(400)를 부착하여 주파수 검지 방식의 터치 스크린을 제작한다.
또한, 상기의 주파수 발생부 및 주파수 수신부를 표시 장치의 화상 표시부에 부착할 때 기판으로 사용된 연성 기판 또는 경성 기판까지 부착할 수도 있고, 또는 이를 전사하여 기판에서 주파수 발생부 및 주파수 수신부만을 분리하여 데드 존 부위에 부착할 수도 있다. 이러한 주파수 발생부 및 주파수 수신부가 부착된 화상 표시부의 부위는 최종적으로 표시 장치를 조립할 때 외부 베즐(Bezel)에 의하여 패키지되기 때문에 외부에 노출되지 않는 구조를 갖는다. 따라서, 외형적으로는 큰 변화가 없다.
한편, 2차 전극을 형성한 후 최종적으로 SiO2와 같은 주파수 전달 가능한 보호층을 형성해도 되지만, 전술한 바와 같이 보호층을 형성하지 않고 부착해도 큰 문제는 없다. 그 이유는 보호층은 주파수를 발생시키고 수신하는 주요 특성을 좌우하는 것이 아니고 단지 부착 강도 및 부착 시 스크래치(Scratch) 방지만을 목적으로 하기 때문이다.
도 6(a) 및 도 6(b)는 본 발명의 일 실시 예에 따른 터치 스크린을 구비하는 액정 표시 장치의 편광판 형성의 다양한 변형 예를 설명하기 위한 부분 단면도로서, 컬러 필터 기판 상부의 외곽에 주파수 발생부 및 주파수 수신부를 부착한 상태를 도시한 것이다. 여기서, 주파수 발생부 및 주파수 수신부는 압전층을 먼저 형성한 후 하나의 금속층을 서로 이격되도록 형성하여 1차 전극 및 2차 전극을 형성한 것을 예로 들었다. 한편, 터치 스크린은 컬러 필터 기판에 부착되는 것에 한정되는 것이 아니고 박막 트랜지스터 기판에도 부착될 수 있다.
도 6(a)를 참조하면, 매트릭스 형태로 박막 트랜지스터 및 화소 전극이 형성 된 박막 트랜지스터 기판(1000)과 광이 통과하면서 소정의 색이 발현되는 컬러 필터인 RGB 컬러 필터가 박막 공정에 의해 형성된 컬러 필터 기판(1100) 사이에 액정층(1200) 및 두 기판을 합착하기 위한 실란트(1300)이 형성된다. 여기서, 컬러 필터 기판(1100)의 컬러 필터가 형성된 면에 편광판(1400)이 형성되는데, 편광판(1400)은 메탈 와이어 그리드 편광판(Metal Wire Grid Polarizer)이나 리오트로픽(lyotropic) 액정상의 폴리머형 내부 편광판을 이용한다. 또한, 도시되지 않았지만 박막 트랜지스터 기판(1000) 하부의 백라이트 유닛과 박막 트랜지스터 기판(1000) 사이에 편광판이 형성된다. 그리고, 컬러 필터 기판(1100) 상부의 외곽에 주파수 발생부(100) 및 주파수 수신부(200)가 부착된다. 주파수 발생부(100) 및 주파수 수신부(200) 각각은 도 3(a) 내지 도 3(c)에 설명된 바와 같은 공정에 의해 압전층(1600)이 형성되고, 그 상부에 하나의 금속층이 서로 이격되도록 형성된 1차 전극(1610) 및 2차 전극(1620), 그리고 그 상부에 형성된 보호층(1630)으로 구성되며, 도 4(a)에서 설명된 바와 같이 기판(700) 상에 라인 형태로 제조되고, 도 4(b)에서 설명된 바와 같이 커팅된 후 접착 부재 등을 이용하여 부착된다.
도 6(b)를 참조하면, 박막 트랜지스터 기판(1000)의 소정의 구조물이 형성된 면에 제 1 편광판(1400)이 형성되고, 컬러 필터 기판(1100)의 컬러 필터가 형성된 면에 제 2 편광판(1410)이 형성되는데, 이들 제 1 및 제 2 편광판(1400 및 1410) 각각은 메탈 와이어 그리드 편광판(Metal Wire Grid Polarizer)이나 리오트로픽(lyotropic) 액정상의 폴리머형 내부 편광판을 이용한다. 그리고, 컬러 필터 기판(1100) 상부의 외곽에 주파수 발생부(100) 및 주파수 수신부(200)가 상기와 같 은 방법으로 부착된다.
상기 터치 스크린을 구비한 액정 표시 장치는 컬러 필터 기판 상부에 주파수 발생부 및 주파수 수신부가 부착되어 있어 컬러 필터 기판을 주파수 전달 매질로 사용하는데, 이 경우에는 편광판을 기판 표면이나 액정 표시 패널 내에 내장해야 한다. 이때, 편광판으로는 메탈 와이어 그리드 편광판이나 리오트로픽(lyotropic) 액정상의 폴리머형 내부 편광판이 적당하다.
본 실시 예에서는 평판 표시 장치중 액정 표시 장치를 위주로 설명하였으나, 본 발명에 따른 주파수 검지형 터치 스크린은 액정 표시 장치에 적용되는 것으로 한정되는 것은 아니며, 이 이외에도, 반도체 성질을 갖는 유기물 또는 공액 고분자를 발광 소자로 하여, 이를 두 전극 사이에 끼워 놓고 전압을 가하면 전류가 발광 소자 내로 흐르면서 유기물 또는 고분자로부터 빛이 발생되는 원리를 이용하는 유기발광다이오드(Organic Light Emitting Diode; OLED) 또는 두장의 기판 사이에 작은 셀을 다수 배치하고 그 상하에 장착된 전극 사이에 가스(아르곤과 네온) 방전을 일으켜 거기서 발생하는 자외선에 의해 자기 발광시켜 컬러 화상을 재현하는 PDP 등의 평판 표시 장치에도 적용될 수 있다. 예컨데, PDP의 경우 캐소드 전극용 기판 또는 애노드 전극용 기판 상부의 외곽에 주파수 발생부 및 주파수 수신부를 부착하여 터치 스크린을 구현할 수 있으며, OLED의 경우 구동 회로 제작용 기판 또는 이면 기판의 외곽에 주파수 발생부 및 주파수 수신부를 부착하여 터치 스크린을 구현 할 수 있다.
상술한 바와 같이 본 발명에 의하면 표시 장치의 화상 표시부 상부의 외곽에 주파수 발생부 및 주파수 수신부를 부착하여 터치 스크린을 구현하고, 주파수 전파 매질로 표시 장치의 기판, 즉 화상 표시부의 상면을 이용하도록 한다. 이에 따라 별도의 기판상에 터치 스크린을 제조하고 터치 스크린이 제조된 기판을 표시 장치의 화상 표시부에 부착하지 않아도 되기 때문에 종래에 비해 화질의 열화를 방지할 수 있을 뿐만 아니라 두께 또는 크기가 증가되지 않는다. 따라서, 대형 표시 장치 및 모바일 표시 장치등에 터치 스크린을 적용하더라도 표시 장치의 두께 또는 크기를 증가시키지 않는다.
또한, 40 인치 또는 50 인치 등 대형 표시 장치에 적용할 경우 주파수 발생부 및 주파수 수신부를 일정 간격씩 커팅하여 부착할 수 있어 대형 TV, 대형 전광판에 주파수 검지 방식 터치 스크린을 적용할 수 있어 대형 패널에의 확장성이 용이하다.
그리고, 종래의 저항 접촉식 또는 정전 캐패시티브(Capacitive) 검지 방식의 터치 스크린을 대형 표시 장치에 이용하기 위해서는 표시 장치와 동일한 크기의 기판을 가진 터치 스크린용 기판 공정 라인이 필요했지만, 본 발명에서는 이러한 공정 라인이 필요없기 때문에 생산 비용등을 줄일 수 있다.
Claims (23)
- 제1주파수의 신호를 발생시키기 위한 주파수 발생부;비접촉 방식의 조작을 기초로 상기 제1주파수의 신호와 다른 제2주파수의 신호를 발생시키는 무선 터치 수단;소정 주파수의 신호를 수신하기 위한 주파수 수신부; 를 포함하며,상기 주파수 발생부 및 주파수 수신부는 표시 장치의 화상 표시부 상면의 소정 영역에 서로 대향되게 부착되고,상기 비접촉 방식의 조작이 이루어진 경우, 상기 주파수 발생부가 발생하는 제1주파수의 신호는, 상기 무선 터치 수단이 발생하는 상기 제2주파수의 신호와 중첩되어 주파수가 변이되고,상기 주파수 수신부는,상기 주파수 발생부가 발생하는 제1주파수의 신호 및 상기 제2주파수의 신호에 의해 상기 제1주파수의 신호로부터 변이된 주파수의 신호를 수신하는 터치 스크린.
- 제 1 항에 있어서, 상기 주파수 발생부는제 1 전극;상기 제 1 전극 상부에 형성된 압전층; 및상기 압전층 상부에 형성된 제 2 전극을 포함하는 터치 스크린.
- 제 1 항에 있어서, 상기 주파수 발생부는압전층; 및상기 압전층 상부에 소정 간격 이격되어 형성된 제 1 전극 및 제 2 전극을 포함하는 터치 스크린.
- 제 2 항 또는 제 3 항에 있어서, 전체 구조 상부에 형성된 보호층을 더 포함하는 터치 스크린.
- 제 1 항에 있어서, 상기 주파수 수신부는 상기 주파수 발생부와 동일 구조로 형성되는 터치 스크린.
- 기판 상부에 제 1 전극, 압전층 및 제 2 전극을 포함하는 전극 구조를 소정 간격 이격되도록 복수 형성하는 단계;상기 전극 구조를 소정 간격으로 커팅하는 단계; 및상기 커팅된 전극 구조를 표시 장치의 화상 표시부 상면의 소정 영역에 서로 대향되게 부착하여 제1주파수의 신호를 발생시키는 주파수 발생부 및 상기 제1주파수의 신호 및 상기 제1주파수 신호로부터 변이된 주파수 신호를 수신하는 주파수 수신부로 기능하도록 하는 단계를 포함하는 터치 스크린 제조 방법.
- 제 6 항에 있어서, 상기 전극 구조의 형성 방법은상기 기판 상부에 제 1 금속층을 이용하여 상기 제 1 전극을 형성하는 단계;상기 제 1 전극 상부에 압전층을 형성하는 단계; 및상기 압전층 상부에 제 2 금속층을 이용하여 상기 제 2 전극을 형성하는 단 계를 포함하는 터치 스크린 제조 방법.
- 제 7 항에 있어서, 상기 기판은 연성 기판 또는 경성 기판을 포함하는 터치 스크린 제조 방법.
- 제 7 항에 있어서, 상기 제 1 금속층 및 제 2 금속층은 저저항 금속 물질을 이용하는 터치 스크린 제조 방법.
- 제 7 항에 있어서, 상기 제 1 금속층 및 제 2 금속층은 Al, Cu, Ag, Au, ITO, IZO 등을 포함하는 터치 스크린 제조 방법.
- 제 7 항에 있어서, 상기 제 1 전극 또는 제 2 전극은 상기 제 1 금속층 또는 제 2 금속층을 스퍼터링 방법으로 형성한 후 UV 레이저를 조사하여 사각 형태 또는 쉐브런(Chevron) 형태로 패터닝하여 형성하는 터치 스크린 제조 방법.
- 제 7 항에 있어서, 상기 압전층은 세라믹 계열의 고융점 물질을 이용하여 형성하는 터치 스크린의 제조 방법.
- 제 7 항에 있어서, 상기 압전층은 AlN, ZnO, LiNbO3 등을 이용하여 형성하는 터치 스크린의 제조 방법.
- 제 7 항에 있어서, 상기 압전층은 메탈 마스크를 이용한 증착에 의해 자동 패터닝되도록 하거나 사진 및 습식 식각 공정에 의해 패터닝하는 터치 스크린의 제조 방법.
- 제 7 항에 있어서, 상기 제 2 전극 상부에 보호층을 형성하는 단계를 더 포함하는 터치 스크린의 제조 방법.
- 제 6 항에 있어서, 상기 전극 구조의 형성 방법은상기 기판 상부에 압전층을 형성하는 단계; 및상기 압전층 상부에 금속층을 형성하되, 서로 소정 간격 이격되도록 형성하여 제 1 전극 및 제 2 전극을 형성하는 단계를 포함하는 터치 스크린 제조 방법.
- 제 6 항에 있어서, 상기 커팅된 전극 구조는 상기 표시 장치의 화상 표시부 상면의 외곽 부위에 부착되는 터치 스크린 제조 방법.
- 제 16 항에 있어서, 상기 제 1 및 제 2 전극 상부에 보호층을 형성하는 단계를 더 포함하는 터치 스크린 제조 방법.
- 표시 장치의 화상 표시부 상면의 일 영역에 부착되고, 제1주파수의 신호를 발생시키기 위한 주파수 발생부, 비접촉 방식의 조작을 기초로 상기 제1주파수의 신호와 다른 제2주파수의 신호를 발생시키는 무선 터치 수단, 소정 주파수의 신호를 수신하기 위한 주파수 수신부를 포함하며, 상기 비접촉 방식의 조작이 이루어진 경우, 상기 주파수 발생부가 발생하는 제1주파수의 신호는, 상기 무선 터치 수단이 발생하는 상기 제2주파수의 신호와 중첩되어 주파수가 변이되고, 상기 주파수 수신부는, 상기 주파수 발생부가 발생하는 제1주파수의 신호 및 상기 제2주파수의 신호에 의해 상기 제1주파수의 신호로부터 변이된 주파수의 신호를 수신하는 터치 스크린을 구비하는 표시 장치.
- 제 19 항에 있어서, 상기 표시 장치는 LCD, PDP, OLED를 포함하는 터치 스크린을 구비하는 표시 장치.
- 제 20 항에 있어서, 상기 주파수 발생부 및 주파수 수신부는 상기 LCD의 박막 트랜지스터 기판 또는 컬러 필터 기판에 부착되는 터치 스크린을 구비하는 표시 장치.
- 제 20 항에 있어서, 상기 주파수 발생부 및 주파수 수신부는 상기 PDP의 캐소드 전극용 기판 또는 애노드 전극용 기판에 부착되는 터치 스크린을 구비하는 표시 장치.
- 제 20 항에 있어서, 상기 주파수 발생부 및 주파수 수신부는 상기 OLED의 구동 회로 제작용 기판 또는 이면 기판에 부착되는 터치 스크린을 구비하는 표시 장치.
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