KR102003844B1 - 횡전계형 액정표시장치 및 이의 제조방법 - Google Patents

횡전계형 액정표시장치 및 이의 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은, 제 1 기판과 이와 마주하는 제 2 기판과, 상기 제 1, 2 기판 사이에 액정층이 구비되며, 공통전극과 화소전극이 모두 상기 제 1 기판의 내측면에 구비되며, 상기 제 2 기판의 내측면에 컬러필터층이 구비된 액정패널과; 상기 제 2 기판의 외측면에 무기 전도성 물질인 인듐-틴-옥사이드(ITO), CNT(carbon nanotube), 징크-옥사이드(ZnO) 중 어느 하나 또는 둘 이상의 물질이 고경도 특성을 갖는 바인더와 솔벤트 및 순수(Deionize water)가 적정 함량비를 가지며 섞인 용액에 분산된 것을 특징으로 하는 고경도 용액형 잉크를 코팅하여 형성된 것이 특징인 투명한 정전기 방지층을 포함하는 횡전계형 액정표시장치 및 이의 제조 방법을 제공한다.

Description

횡전계형 액정표시장치 및 이의 제조방법{In-plain switching mode liquid crystal display device and method of fabricating the same}
본 발명은 액정표시장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 정전기를 효과적으로 억제하면서 제조 비용을 절감할 수 있는 횡전계형 액정표시장치 및 이의 제조방법에 관한 것이다.
최근 정보화 사회로 시대가 급발전함에 따라 박형화, 경량화, 저 소비전력화 등의 우수한 특성을 가지는 평판표시장치(flat panel display)의 필요성이 대두되었는데, 이 중 액정표시장치(liquid crystal display)가 해상도, 컬러표시, 화질 등에서 우수하여 노트북이나 데스크탑 모니터에 활발하게 적용되고 있다.
일반적으로 액정표시장치는 일면에 전극이 각각 형성되어 있는 두 기판을 상기 전극이 형성되어 있는 면이 마주 대하도록 배치하고, 두 기판 사이에 액정 물질을 개재한 후, 각 기판에 형성된 전극에 전압을 인가하여 생성되는 전기장에 의해 액정 분자를 움직이게 함으로써 이에 따라 달라지는 빛의 투과율에 의해 화상을 표현하는 장치이다.
도 1은 일반적인 액정표시장치를 개략적으로 도시한 도면이다.
도시한 바와 같이, 일반적인 액정표시장치(1)는 투명한 절연 기판(22) 내측면에 적, 녹, 청색 컬러필터 패턴(26a, 26b, 26c)을 포함하는 컬러필터층(26)과, 상기 각 컬러필터패턴(26a, 26b, 26c) 사이에 구성된 블랙매트릭스(25)와, 상기 컬러필터층(26)과 블랙매트릭스(25)를 덮으며 증착된 공통전극(28)이 구비된 상부기판(10)과, 투명한 절연기판(12) 상의 서로 교차하여 화소영역(P)을 정의하며 형성된 게이트 및 데이터 배선(14, 16)과, 상기 각 화소영역(P) 상에 형성된 화소전극(18)과 스위칭 소자(Tr)를 포함하는 하부기판(10)으로 구성되며, 상기 상부기판(20)과 하부기판(10) 사이에는 액정(30)이 충진되어 있다.
상기 하부기판(10)은 어레이 기판(array substrate)이라고도 하며, 다수의 게이트 배선(14)이 등간격을 가지며 일방향으로 연장 형성되어 있으며, 상기 게이트 배선(14)과 교차하며 등간격을 갖는 다수의 데이터 배선(16)이 형성되어 있으며, 상기 두 배선(14, 16)의 교차지점에는 스위칭 소자인 박막 트랜지스터(Tr)가 형성되어 있다. 이때, 상기 게이트 배선(14)과 데이터 배선(16)이 교차하여 다수의 화소영역(P)을 정의하고 있으며, 상기 화소영역(P)상에는 투명한 화소전극(18)이 형성되어 있다.
한편, 컬러필터 기판인 상부기판(20)에는 전술한 하부기판(10)의 각 배선(14, 16)에 대응하여 매트릭스 형태로 빛샘을 차단하는 역할을 하는 블랙매트릭스(25)가 형성되어 있으며, 상기 블랙매트릭스(25)로 둘러싸인 개구부에는 순차 반복하는 적, 녹, 청색 컬러필터 패턴(26a, 26b, 26c)을 포함하는 컬러필터층(26)이 형성되어 있으며, 상기 컬러필터층(26) 하부로 전면에 투명 도전성 물질로서 공통전극(28)이 형성되어 있다.
전술한 바와 같은 구조를 갖는 액정표시장치(1)는 공통전극(28)이 형성된 컬러필터 기판(20)과 화소전극(18)이 형성된 어레이 기판(10)과, 상기 두 기판(20, 10) 사이에 개재된 액정(30)으로 이루어지는데, 이러한 액정표시장치(1)에서는 공통전극(28)과 화소전극(18) 사이의 상하로 걸리는 전기장에 의해 액정을 구동하는 방식으로 투과율과 개구율 등의 특성이 우수하다.
그러나, 상하로 걸리는 전기장에 의한 액정구동은 시야각 특성이 우수하지 못한 단점을 가지고 있다.
따라서, 상기의 단점을 극복하기 위해 시야각 특성이 우수한 횡전계형 액정표시장치가 제안되었다.
도 2는 일반적인 횡전계형 액정표시장치의 단면을 간략히 도시한 도면이다.
도시한 바와 같이, 횡전계형 액정표시장치(40)는 컬러필터 기판인 상부기판(60)과 어레이 기판인 하부기판(50)이 서로 이격되어 대향하고 있으며, 이 상부 및 하부기판(60, 50)사이에는 액정층(70)이 개재되어 있다. 상기 하부기판(50)상에는 공통전극(55)과 화소전극(58)이 동일 평면상에 형성되어 있으며, 이때, 상기 액정층(70)은 상기 공통전극(55)과 화소전극(58)에 의한 수평전계(L)에 의해 작동된다.
전술한 구성을 갖는 횡전계형 액정표시장치(40)는, 전압이 인가되면 상기 공통전극(55) 및 화소전극(58)과 대응하는 위치의 액정의 상변이는 없지만 공통전극(55)과 화소전극(58)사이 구간에 위치한 액정은 이 공통전극(55)과 화소전극(58)사이에 전압이 인가됨으로써 형성되는 수평전계(L)에 의하여, 상기 수평전계(L)와 같은 방향으로 배열하게 된다. 즉, 상기 횡전계형 액정표시장치(40)는 액정이 수평전계(L)에 의해 이동하므로, 시야각이 넓어지는 특성을 띠게 된다. 그러므로, 상기 횡전계형 액정표시장치(40)를 정면에서 보았을 때, 상/하/좌/우방향으로 약 80∼89도 방향에서도 반전현상 없이 가시 할 수 있다.
한편, 전술한 구성을 갖는 횡전계형 액정표시장치(40)는 어레이 기판(50)과 컬러필터 기판(60)을 각각 제조한 후, 이들 두 기판(50, 60)에 대해 그 테두리를 따라 씰패턴(미도시)을 형성하고, 액정을 주입한 후, 합착함으로써 완성할 수 있다.
이때, 각 기판(50, 60)의 제조 시 각 단계에서의 공정 진행을 위해 단위 공정 장비의 스테이지(미도시)에 안착되어 단위 공정을 진행하는 과정에서 많은 정전기가 발생하고 있다.
어레이 기판(50)에는 금속재질로 이루어진 배선 및 전극(55, 58)이 형성되고 있으므로 이를 통해 정전기를 효과적으로 제거할 수 있지만, 공통전극(55)이 상기 어레이 기판(50)에 형성되는 횡전계형 액정표시장치용 컬러필터 기판(60)의 경우, 도전성 물질로 이루어진 구성요소가 없으므로 단위공정 진행 시 또는 이동시 발생하는 정전기에 매우 취약한 실정이다.
또한 이렇게 제조된 컬러필터 기판(60)을 장착하여 완전한 제품을 이루었다 하더라도 상기 컬러필터 기판(60)에는 도전성 물질로 이루어진 구성요소가 없으므로 제조 공정 진행시 발생된 정전기에 의해 충진된 전하를 제거할 수 있는 수단이 없다.
따라서, 이러한 단위 공정 진행시 발생하는 정전기를 방전시키고, 완성된 제품 형성 시에 충친된 전하를 효과적으로 방출시키고자 컬러필터 기판(60)의 외측면에 투명 도전성 물질인 인듐-틴-옥사이드(ITO) 또는 인듐-징크-옥사이드(IZO)를 진공챔버를 포함하는 스퍼터 장비를 이용하여 상기 진공챔버 내에서 스퍼터링을 통해 증착하여 배면전극(68)을 형성 한 후, 상기 컬러필터 기판(60)의 내측면에 컬러필터층(미도시) 형성을 위한 단위 공정을 진행하고 있다.
하지만, 횡전계형 액정표시장치용 컬러필터 기판(60)의 상기 배면전극(68) 형성 시 사용되는 투명 도전성 물질인 인듐-틴-옥사이드(ITO) 또는 인듐-징크-옥사이드(IZO)는 매우 값비싼 투명 도전성 금속물질이므로 제조 비용을 향상시키는 요인이 되고 있다.
특히, 상기 인듐-틴-옥사이드(ITO) 또는 인듐-징크-옥사이드(IZO)의 주원료인 인듐(indium)은 희소금속으로 근래들어 그 가격이 급상승하고 있으며, 자원 보유국의 수출억제 정책 등으로 현재 그 수급이 어려워지고 있는 실정이다.
한편, 최근에 들어서는 개인 휴대가 가능한 휴대폰, PDA 또는 노트북 등에서 터치 센서가 내장되어 화면을 터치하여 동작할 수 있는 기능을 갖는 제품이 출시되어 사용자의 많은 관심을 끌고 있다.
이러한 추세에 편승하여 다양한 응용제품에 표시소자로서 이용되고 있는 횡전계형 액정표시장치에 있어서도 터치 기능을 갖도록 하기 위해 최근 다양한 시도가 진행되고 있다.
그 중 한 가지 예로서 액정표시장치 내부에 인셀 타입으로 터치센서를 구비하고 있다.
하지만, 전술한 바와 같이 컬러필터 기판(60)의 외측면에 인듐-틴-옥사이드(ITO) 또는 인듐-징크-옥사이드(IZO) 재질로 이루어진 배면전극(68)이 형성된 횡전계형 액정표시장치(40)는 그 내부에 인셀 형식으로 정전용량 변화 인식 방식의 터치센서가 구비된다 하더라도 상기 배면전극(68)에 의해 방전됨으로써 손가락 등의 터치에 의해 발생하는 정전용량 변화를 감지할 수 없게 되어 터치 센서가 작동하지 않는 문제가 발생하고 있다.
이는 손가락 터치에 의해 발생되는 정전용량의 크기에 비해 상기 배면전극(68)이 상대적으로 전도 능력이 우수하여 도체로서 작용하여 이를 통해 방전되므로 실질적으로 상기 컬러필터 기판(60)과 어레이 기판(50) 사이에 구현된 인셀 타입 터치센서(미도시)가 작업자의 손가락 등의 터치를 인식하지 못하게 되는 것이다.
따라서, 이러한 문제를 해결하기 위해 상기 컬러필터 기판(60)에 구비되는 인듐-틴-옥사이드(ITO) 또는 인듐-징크-옥사이드(IZO) 재질로 이루어진 상기 배면전극(68)을 삭제하게 되면 제조 공정 중 정전기 발생으로 인해 불량률이 상승하며 이로 인해 실패비용 증가로 인해 또 다시 제조 비용이 상승하고 있으며, 표시품질이 저하되고 있는 실정이다.
본 발명은 종래의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 제조 공정 시 발생되는 정전기를 외부로 용이하게 방전시켜 정전기에 의한 불량을 억제하며, 수급이 자유롭고 저렴한 제조 비용으로 제조할 수 있는 횡전계형 액정표시장치 및 이의 제조 방법을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
나아가 정전기를 효과적으로 외부로 방출하면서도 터치센서를 그 내부에 구비하더라도 터치 시 상기 터치센서가 잘 동작할 수 있는 횡전계형 액정표시장치 및 이의 제조 방법을 제공하는 것을 또 다른 목적으로 한다.
전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 횡전계형 액정표시장치는, 제 1 기판과 이와 마주하는 제 2 기판과, 상기 제 1, 2 기판 사이에 액정층이 구비되며, 공통전극과 화소전극이 모두 상기 제 1 기판의 내측면에 구비되며, 상기 제 2 기판의 내측면에 컬러필터층이 구비된 액정패널과; 상기 제 2 기판의 외측면에 무기 전도성 물질인 인듐-틴-옥사이드(ITO), CNT(carbon nanotube), 징크-옥사이드(ZnO) 중 어느 하나 또는 둘 이상의 물질이 고경도 특성을 갖는 바인더와 솔벤트 및 순수(Deionize water)가 적정 함량비를 가지며 섞인 용액에 분산된 것을 특징으로 하는 고경도 용액형 잉크를 코팅하여 형성된 것이 특징인 투명한 정전기 방지층을 포함한다.
이때, 상기 투명한 정전기 방지층은 140℃ 이하에서 건조 및 경화되며, 제 1 두께를 가지며, 면저항이 0.1 내지 100 MΩ/□인 것이 특징이며, 상기 제 1 두께는 1000Å 내지 2000Å이며, 8H 내지 9H의 경도를 갖는 것이 특징이다.
또한, 상기 바인더는 TEOS(Tetraethoxysilane) 또는 TMOS(Tetramethoxysilane)이며, 상기 솔벤트는 에탄올(ethanol) 또는 이소부틸알코올(isobutylalcohol)인 것이 특징이다.
또한, 상기 고경도 용액형 잉크는, 상기 무기 전도성 물질은 0.1 내지 0.5wt%, 상기 바인더는 0.1 내지 0.5wt%, 상기 솔벤트는 5 내지 7wt% 와 나머지의 wt% 는 상기 순수가 되는 것이 특징이며, 나아가 상기 고경도 용액형 잉크는 분산 첨가제인 SDS(Sodium Dodecyl Sulfate)를 더 포함하며, 상기 분산 첨가제는 0.01 내지 0.3wt% 인 것이 특징이다.
또한, 상기 제 1 기판에는 서로 교차하여 화소영역을 정의하며 형성된 게이트 배선 및 데이터 배선과; 상기 게이트 배선과 나란하게 이격하여 형성된 공통배선과; 상기 화소영역 내에 상기 게이트 및 데이터 배선과 연결되며 형성된 박막트랜지스터와; 상기 박막트랜지스터 위로 전면에 형성된 제 1 보호층과; 상기 제 1 보호층 위로 상기 박막트랜지스터의 드레인 전극과 접촉하며 상기 화소영역 내에 바(bar) 형태를 가지며 다수 형성된 상기 화소전극과; 상기 제 1 보호층 위로 상기 공통배선과 접촉하며 상기 화소영역 내에 바(bar) 형태를 가지며 상기 다수의 화소전극과 교대하며 형성된 다수의 공통전극과; 상기 제 2 기판의 내측면에 각 화소영역 경계에 형성된 블랙매트릭스와; 상기 블랙매트릭스와 중첩되며 상기 각 화소영역에 대응하여 적, 녹, 청색 컬러필터 패턴이 순차 대응되도록 배치된 상기 컬러필터층을 포함한다.
또한, 상기 제 1 기판에는 서로 교차하여 화소영역을 정의하며 형성된 게이트 배선 및 데이터 배선과; 상기 화소영역 내에 상기 게이트 및 데이터 배선과 연결되며 형성된 박막트랜지스터와; 상기 박막트랜지스터 위로 전면에 형성된 제 1 보호층과; 상기 제 1 보호층 위로 상기 박막트랜지스터의 드레인 전극과 접촉하며 상기 화소영역 내에 판 형태를 가지며 형성된 상기 화소전극과; 상기 화소전극 위로 형성된 제 2 보호층과; 상기 제 2 보호층 위로 상기 각 화소영역에 대응하여 바(bar) 형태의 다수의 개구를 가지며 형성된 판 형태의 공통전극과; 상기 제 2 기판의 내측면에 각 화소영역 경계에 형성된 블랙매트릭스와; 상기 블랙매트릭스와 중첩되며 상기 각 화소영역에 대응하여 적, 녹, 청색 컬러필터 패턴이 순차 대응되도록 배치된 상기 컬러필터층을 포함한다.
이때, 상기 제 1 기판 상에는 터치센서가 더 구비될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 횡전계형 액정표시장치의 제조 방법은, 제 1 기판의 내측면 상부에 서로 교차하여 화소영역을 정의하는 게이트 배선 및 데이터 배선과, 박막트랜지스터와, 상기 박막트랜지스터와 연결된 화소전극과, 공통전극을 형성하는 단계와; 제 2 기판의 외측면 전면에 무기 전도성 물질인 인듐-틴-옥사이드(ITO), CNT(carbon nanotube), 징크-옥사이드(ZnO) 중 어느 하나 또는 둘 이상의 물질이 고경도 특성을 갖는 바인더와 솔벤트 및 순수(Deionize water)가 적정 함량비를 가지며 섞인 용액에 분산된 것을 특징으로 하는 고경도 용액형 잉크를 코팅하여 고경도 도전성 잉크층을 형성하는 단계와; 히팅 장치를 이용하여 상기 고경도 도전성 잉크층이 형성된 상기 제 2 기판을 140℃ 이하의 온도 분위기에 수분 내지 수 십분 노출시킴으로써 상기 고경도 도전성 잉크층을 경화시켜 제 1 두께를 가지며 면저항이 0.1 Ω/□내지 100 MΩ/□이며 8H 내지 9H의 경도를 갖는 정전기 방지층을 형성하는 단계와; 상기 정전기 방지층이 형성된 상기 제 2 기판의 내측면에 블랙매트릭스와 컬러필터층을 형성하는 단계와; 상기 화소전극과 상기 컬러필터층이 마주하도록 상기 제 1 및 제 2 기판을 위치시키고 액정층을 개재하여 합착하는 단계를 포함한다. 하는 횡전계형 액정표시장치의 제조 방법.
이때, 상기 제 1 두께는 1000Å 내지 2000Å이며, 상기 고경도 용액형 잉크의 코팅은 상온의 분위기에서 스핀코팅 장치 또는 슬릿코팅 장치 중 어느 하나를 통해 진행되는 것이 특징이다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따른 횡전계형 액정표시장치의 제조 방법은, 제 1 기판의 내측면 상부에 서로 교차하여 화소영역을 정의하는 게이트 배선 및 데이터 배선과, 박막트랜지스터와, 상기 박막트랜지스터와 연결된 화소전극 및 공통전극을 형성하는 단계와; 제 2 기판의 내측면에 블랙매트릭스와 컬러필터층을 형성하는 단계와; 상기 화소전극과 상기 컬러필터층이 마주하도록 상기 제 1 및 제 2 기판을 위치시키고 액정층을 개재하여 합착하여 제 1 두께를 갖는 액정패널을 형성하는 단계와; 상기 액정패널을 화학약액에 노출시켜 상기 제 1 및 제 2 기판의 외측면을 식각하여 상기 제 1 두께보다 얇은 제 2 두께를 갖도록 하는 단계와; 상기 제 2 두께를 갖는 상기 액정패널의 상기 제 2 기판의 외측면 전면에 무기 전도성 물질인 인듐-틴-옥사이드(ITO), CNT(carbon nanotube), 징크-옥사이드(ZnO) 중 어느 하나 또는 둘 이상의 물질이 고경도 특성을 갖는 바인더와 솔벤트 및 순수(Deionize water)가 적정 함량비를 가지며 섞인 용액에 분산된 것을 특징으로 하는 고경도 용액형 잉크를 코팅하여 고경도 도전성 잉크층을 형성하는 단계와; 히팅 장치를 이용하여 상기 고경도 도전성 잉크층이 형성된 상기 제 2 기판을 140℃ 이하의 온도 분위기에 수분 내지 수 십분 노출시킴으로써 상기 고경도 도전성 잉크층을 건조 및 경화시켜 제 3 두께를 가지며 면저항이 0.1 내지 100 MΩ/□이며, 8H 내지 9H의 경도를 갖는 정전기 방지층을 형성하는 단계를 포함한다.
이때, 상기 제 3 두께는 1000Å 내지 2000Å이며, 상기 코팅은 상온의 분위기에서 스핀코팅장치 또는 슬릿코팅장치 중 어느 하나를 통해 진행되는 것이 특징이다.
그리고, 상기 바인더는 TEOS(Tetraethoxysilane) 또는 TMOS(Tetramethoxysilane)이며, 상기 솔벤트는 에탄올(ethanol) 또는 이소부틸알코올(isobutylalcohol)인 것이 특징이다.
또한, 상기 고경도 용액형 잉크는, 상기 무기 전도성 물질은 0.1 내지 0.5wt%, 상기 바인더는 0.1 내지 0.5wt%, 상기 솔벤트는 5 내지 7wt% 와 나머지의 wt% 는 상기 순수가 되는 것이 특징이며, 이때, 상기 고경도 용액형 잉크는 분산 첨가제인 SDS(Sodium Dodecyl Sulfate)를 더 포함할 수 있으며, 상기 분산 첨가제는 0.01 내지 0.3wt% 인 것이 특징이다.
또한, 제 1 기판의 내측면 상부에 서로 교차하여 화소영역을 정의하는 게이트 배선 및 데이터 배선과, 박막트랜지스터와, 상기 박막트랜지스터와 연결된 화소전극 및 공통전극을 형성하는 단계는, 상기 게이트 배선과 나란하게 이격하는 공통배선을 형성하는 단계와; 상기 박막트랜지스터 상부로 보호층을 형성하는 단계와; 상기 보호층 위로 상기 화소영역 내에 상기 박막트랜지스터와 연결되며 바(bar) 형태를 갖는 다수의 상기 화소전극을 형성하고, 동시에 상기 보호층 위로 상기 화소영역 내에 상기 공통배선과 연결되며 바(bar) 형태를 갖는 다수의 상기 공통전극을 상기 화소전극과 교대하도록 형성하는 단계를 포함한다.
또한, 제 1 기판의 내측면 상부에 서로 교차하여 화소영역을 정의하는 게이트 배선 및 데이터 배선과, 박막트랜지스터와, 상기 박막트랜지스터와 연결된 화소전극 및 공통전극을 형성하는 단계는, 상기 박막트랜지스터 상부로 제 1 보호층을 형성하는 단계와; 상기 제 1 보호층 위로 상기 화소영역 내에 상기 박막트랜지스터와 연결되며 판 형태를 갖는 상기 화소전극을 형성하는 단계와; 상기 화소전극 위로 제 2 보호층을 형성하는 단계와; 상기 제 2 보호층 위로 상기 화소영역에 대응하여 바(bar) 형태를 갖는 다수 개구를 포함하는 판 형태의 상기 공통전극을 형성하는 단계를 포함한다.
그리고, 상기 제 1 기판 상에 터치센서를 형성하는 단계를 포함한다.
본 발명은, 값비싼 인듐을 포함하는 인듐-틴-옥사이드(ITO) 또는 인듐-징크-옥사이드 대비 그 단가가 1/20 내지 1/2 정도가 되며, 면저항이 0.1 내지 100MΩ/□의 값을 갖는 용액형의 투명 고경도 잉크를 이용하여 코팅에 의해 컬러필터 기판의 정전기 방지층을 형성함으로써 재료비를 절감하여 최종적으로 제조 비용을 저감시키는 효과가 있으며, 제조 공정 중 발생되는 정전기에 대해서는 외부로 방전시켜 정전기에 의한 불량을 억제하는 효과가 있다.
그리고, 터치센서를 그 내부에 구비하더라도 터치 기능을 저해하지 않아 우수한 터치 기능을 갖도록 하는 효과가 있다.
또한, 배면전극을 진공챔버를 포함하는 값 비싼 스퍼터 장비 대신 상온 상압의 일반 대기 분위기에서 진행되는 코팅 장치를 이용하여 형성함으로서 초기 장비 투자 비용을 저감시키는 효과가 있다.
도 1은 일반적인 액정표시장치를 개략적으로 도시한 도면.
도 2는 일반적인 횡전계형 액정표시장치의 단면을 간략히 도시한 도면.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 횡전계형 액정표시장치의 표시영역 내의 하나의 화소영역에 대한 단면도.
도 4는 본 발명의 실시예의 변형예에 따른 횡전계형 액정표시장치의 표시영역 내의 하나의 화소영역에 대한 단면도.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 정전기 방지층의 표면을 확대한 사진.
도 6a 내지 6f는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 횡전계형 액정표시장치의 제조 단계별 공정 단면도.
도 7a 내지 7g는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 횡전계형 액정표시장치의 제조 단계별 공정 단면도.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 횡전계형 액정표시장치 및 이의 제조 방법에 대해 설명한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 횡전계형 액정표시장치의 화상을 표시하는 표시영역 내의 하나의 화소영역에 대한 단면도이다. 설명의 편의를 위해 각 화소영역(P) 내에 스위칭 소자인 박막트랜지스터(Tr)가 형성되는 영역을 스위칭 영역(TrA)이라 정의한다.
도시한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 횡전계형 액정표시장치(101)는 하부에는 어레이 기판(111)이, 이의 상부에는 컬러필터 기판(171)이 서로 대향하며 위치하고 있으며, 상기 어레이 기판(111) 및 컬러필터 기판(171) 사이에 액정층(190)이 개재되고 있다.
우선, 상기 어레이 기판(111)의 구성을 살펴보면, 각 화소영역(P) 내의 스위칭 소자가 형성되는 각 스위칭 영역(TrA)에는 게이트 전극(114)이 형성되어 있다. 이때, 도면에는 나타나지 않았지만, 상기 게이트 전극(114)이 형성된 동일한 층에 상기 게이트 전극을 이루는 동일한 물질로서 상기 게이트 전극(114)과 연결되며 게이트 배선(미도시)이 형성되어 있으며, 상기 게이트 배선(미도시)과 이격하며 나란하게 공통배선(미도시)이 형성되어 있다.
다음, 상기 게이트 전극(114)과 게이트 배선(미도시) 및 공통배선(미도시) 위로 전면에 무기 또는 유기 절연물질로 이루어진 게이트 절연막(117)이 형성되어 있다.
또한, 상기 게이트 절연막(117) 위로 상기 스위칭 영역(TrA)에 있어서는 순수 비정질 실리콘의 액티브층(120a)과 불순물 비정질 실리콘으로 이루어지며 상기 액티브층 상부에서 서로 이격하는 형태의 오믹콘택층(120b)을 포함하는 반도체층(120)이 형성되어 있으며, 상기 반도체층(120) 더욱 정확히는 서로 이격하는 상기 오믹콘택층 상에 각각 서로 이격하며 소스 전극(125)과 드레인 전극(127)이 형성되어 있다. 이때, 상기 스위칭 영역(TrA)에 순차 적층된 상기 게이트 전극(114)과 게이트 절연막(117)과 반도체층(120)과 서로 이격한 소스 및 드레인 전극(125, 127)은 스위칭 소자인 박막트랜지스터(Tr)를 이룬다.
그리고, 상기 게이트 절연막(117) 위로 상기 게이트 배선(미도시)과 교차하여 상기 화소영역(P)을 정의하는 데이터 배선(123)이 상기 소스 전극(125)과 연결되며 형성되어 있다.
다음, 상기 박막트랜지스터(Tr) 및 데이터 배선(123) 위로 상기 박막트랜지스터(Tr)의 드레인 전극(127)과, 상기 공통배선(미도시)에 대응하여 각각 이들을 노출시키는 드레인 콘택홀(133) 및 공통배선 콘택홀(미도시)을 갖는 제 1 보호층(130)과 제 2 보호층(131)이 형성되어 있다. 이때, 상기 제 1 보호층(130)은 무기절연물질 예를들면 산화실리콘(SiO2) 또는 질화실리콘(SiNx)으로 이루어지고 있으며, 상기 제 2 보호층(131)은 유기절연물질 예를들면 벤조사이클로부텐(BCB) 또는 포토아크릴(photo acryl)로 이루어짐으로써 평탄한 표면을 이루는 것이 특징이다.
이렇게 보호층(130, 131)을 이중층 구조를 이루도록 한 것은, 박막트랜지스터(Tr)에 있어서 소스 전극(125) 및 드레인 전극(127) 사이로 노출되는 채널이 형성되는 액티브층(120a)과 유기절연물질로 이루어진 제 2 보호층(131)이 직접 접촉함으로써 발생될 수 있는 상기 액티브층(120a) 오염에 의한 박막트랜지스터(Tr)의 특성 저하를 억제하기 위함이며, 나아가 평탄한 표면을 갖는 상기 제 2 보호층(131) 형성에 의해 이의 상부에 구비되는 바(bar) 형태의 화소전극(140)과 공통전극(142) 간에 발현되는 횡전계의 세기를 극대화하기 위함이다.
하지만, 상기 보호층(130, 131)은 반드시 이중층 구조를 갖도록 형성할 필요는 없으며, 상기 제 1 또는 제 2 보호층(130, 131) 중 어느 한 층을 생략하여 단일층 구조의 보호층(미도시)을 이루도록 할 수도 있다.
한편, 상기 제 2 보호층(131) 위로 투명 도전성 물질 예를들면 인듐-틴-옥사이드(ITO) 또는 인듐-징크-옥사이드(IZO)로서 이루어지거나, 또는 불투명 금속물질 예를들면 몰리브덴(Mo) 또는 몰리티타늄(MoTi)으로서 이루어지며 상기 공통배선 콘택홀(미도시)을 통해 상기 공통배선(미도시)과 연결되는 다수의 바(bar) 형태의 공통전극(142)과 상기 드레인 콘택홀(133)을 통해 상기 드레인 전극(127)과 접촉하며 상기 다수의 각 공통전극(142)과 교대하며 다수의 바(bar) 형태의 화소전극(140)이 형성되어 있다.
한편, 전술한 구성을 갖는 본 발명의 실시예에 따른 횡전계형 액정표시장치용 어레이 기판(111)에 있어 상기 박막트랜지스터(Tr)는 비정질 실리콘의 반도체층(120)을 구비하여 보텀 게이트 타입으로 이루어진 것을 일례로 나타내었지만 그 변형예로서 도 4를 참조하면, 상기 박막트랜지스터(Tr)는 폴리실리콘의 반도체층(213)을 구비하여 탑 게이트 타입을 이룰 수도 있다. 즉, 어레이 기판(211)에 순수 폴리실리콘으로 이루어지며 그 중앙부는 채널을 이루는 제 1 반도체 영역(213a) 그리고 상기 제 1 반도체 영역(213a) 양측면으로 고농도의 불순물이 도핑된 제 2 반도체 영역(213b)으로 구성된 반도체층(213)과 게이트 절연막(216)과 게이트 전극(220)과 상기 반도체층(213)의 제 2 반도체 영역(213b)을 각각 노출시키는 반도체층 콘택홀(225)을 갖는 층간절연막(223)과 상기 반도체층 콘택홀(225)을 통해 상기 폴리실리콘의 반도체층(213)의 제 2 반도체 영역(213b)과 각각 접촉하며 서로 이격하는 소스 전극(233) 및 드레인 전극(236)의 적층 형태를 갖는 박막트랜지스터(Tr)가 구비될 수도 있다.
그리고, 또 다른 변형예에 따른 어레이 기판의 경우, 상기 제 2 보호층 상부에 바(bar) 형태를 가지며 서로 교대하며 형성된 공통전극(도 3의 140) 및 화소전극(도 3의 142)을 대신하여, 상기 제 2 보호층(도 3의 131) 상부에는 각 화소영역(P) 내에 투명 도전성 물질로서 판 형태의 화소전극(미도시)이 상기 드레인 콘택홀(도 3의 133)을 통해 상기 드레인 전극(도 3의 127)과 접촉하며 형성되고, 상기 화소전극(미도시)을 덮으며 제 3 보호층(미도시)이 형성되고, 상기 제 3 보호층(미도시) 위로 표시영역 전면에 판 형태를 가지며 상기 각 화소영역(P) 대응하여 바(bar) 형태의 개구(미도시)가 다수 구비된 공통전극(미도시)이 형성될 수도 있다.
한편, 도면에 나타내지 않았지만, 이러한 구성을 갖는 본 발명의 실시예 및 변형예에 따른 어레이 기판(도 3의 111, 도 4의 211)에 있어서 인셀 타입으로 터치센서(미도시)가 더욱 구비될 수 있다.
한편, 전술한 구성을 갖는 상기 어레이 기판(도 3의 111, 도 4의 211)에 대응하여 위치하는 컬러필터 기판(171)의 구성을 도 3을 참조하여 살펴보면, 상기 컬러필터 기판(171)의 내측면에는 각 화소영역(P)의 경계 및 상기 박막트랜지스터(Tr)에 대응하여 블랙매트릭스(173)가 구비되고 있으며, 상기 블랙매트릭스(173)와 중첩하며 상기 블랙매트릭스(173)에 의해 포획된 영역에는 각 화소영역(P)에 순차 대응하는 형태로 적, 녹, 청색 컬러필터 패턴(R, G, B)을 포함하는 컬러필터층(175)이 형성되어 있다.
그리고, 상기 컬러필터층(175)의 보호를 위해 상기 컬러필터층(175)을 덮으며 오버코트층(미도시)이 형성되고 있다.
또한, 본 발명에 있어서 가장 특징적인 것으로 상기 컬러필터 기판(171)의 외측면에는 무기 전도성 물질인 인듐-틴-옥사이드(ITO), CNT(carbon nanotube), 징크-옥사이드(ZnO) 중 어느 하나 또는 둘 이상의 물질이 고경도 특성을 갖는 바인더와 솔벤트 및 순수(Deionize water)가 적정 함량비를 가지며 섞인 용액에 분산된 것을 특징으로 하는 고경도 용액형 잉크로 이루어진 정전기 방지층(183)이 형성되고 있는 것이 특징이다.
이때, 상기 고경도 특성을 갖는 바인더는 예를들면 TEOS(Tetraethoxysilane) 또는 TMOS(Tetramethoxysilane)가 되며, 상기 솔벤트는 에탄올(ethanol) 또는 이소부틸알코올(isobutylalcohol)이 될 수 있으며, 상기 고경도 용액형 잉크는 전술한 성분 이외에 상기 무기 전도성 물질의 분산성을 향상시키기 분산 첨가제 예를들면 SDS(Sodium Dodecyl Sulfate)가 소량 더 첨가될 수 있다.
전술한 함량을 갖는 고경도 용액형 잉크는 상기 무기 전도성 물질의 함량비는 0.1 내지 0.5wt%가 되며, 상기 바인더는 0.1 내지 0.5wt%가 되며, 상기 솔벤트는 5 내지 7wt%가 되며, 그 나머지는 상기 순수가 되고 있다.
이때, 상기 고경도 용액형 잉크에 분산 첨가제가 더욱 함유되는 경우 상기 분산 첨가제는 0.05 내지 0.3wt% 정도가 되는 것이 바람직하다. 이러한 성분과 함량비로 이루어진 고경도 용액형 잉크는 140℃ 이하의 저온에서 건조 및 경화되는 특성을 갖는 것이 특징이다.
한편, 상기 고경도 용액형 잉크를 이루는 성분 중 상기 무기 전도성 물질은 원 기둥 형태의 입자로 이루어지며, 직경은 1.6 내지 1.8nm, 길이는 2 내지 10㎛ 정도가 되는 것이 특징이다.
이러한 성분 및 함량비를 갖는 상기 고경도 용액형 잉크가 코팅되어 이루어진 상기 정전기 방지층(183)은 건조된 후에는 분산첨가제가 함유되는 경우 분산 첨가제를 포함하여 상기 솔벤트와 순수는 제거되며 최종적으로 상기 무기 전도성 물질과 바인더의 성분만으로 이루어지는 것이 특징이다.
이때, 상기 정전기 방지층(183)은 도 5(정전기 방지층의 표면을 확대한 사진)에 도시한 바와같이, 상기 원 기둥 형태의 무기 전도성 물질의 입자는 바인더에 의해 고정되며 입자간 중첩 접촉에 의해 결합된 구조를 이룸으로써 전체적으로 도전 특성을 갖게 된다.
한편, 상기 정전기 방지층(183)은 상기 솔벤트와 순수가 제거된 상태의 두께가 1000Å 내지 2000Å 정도가 되는 경우, 면 저항은 0.1 내지 100M Ω/□ 가 되며, 투과율은 98% 이상이 되며, 그 경도는 8 내지 9H 정도가 되는 것이 특징이다.
이때, 상기 정전기 방지층(183)의 면 저항은 상기 무기 도전성 물질과 바인더의 함량비를 적절히 조절함으로써 전술한 0.1 내지 100M Ω/□ 범위 내에서 결정할 수 있다.
한편, 상기 컬러필터 기판(171)의 외측면에 정전기 방지층(183)이 형성되지 않는 경우, 제조 공정 중 특히 모듈 공정 진행 시 정전기기 발생하면 상기 컬러필터층(175)이 구비된 컬러필터 기판(171)의 경우 실질적으로 도전층 또는 금속배선 등이 형성되지 않으므로 상기 정전기를 외부로 배출시키기 위한 구성요소가 없게 되므로 이로 인해 구성 요소의 파괴에 의한 불량 및 화질저하가 발생된다.
따라서 이러한 정전기에 기인한 불량 발생을 억제하기 위해서는 상기 컬러필터 기판(171)의 외측면에 정전기 방지층(183)의 형성은 필수 불가결한 것이다.
이때, 이러한 정전기 방지층(183)은 그 자체의 도전성이 크게 되면 정전기 발생 시 이에 따른 문제 해결에는 유리하지만, 정전용량 변화를 감지하는 방식으로 터치 구동이 실시되는 구성을 갖는 횡전계형 액정표시장치의 경우 사용자의 손가락에 의해 터치 발생 시 상기 정전기 방지층(183)으로 터치에 의해 발생된 전류가 모두 빠져나가게 되므로 어레이 기판(111) 내에 구비된 공통전극(150)과 상기 손가락 사이에 커패시터가 구성되지 않는다.
따라서, 본 발명의 실시예에 따른 횡전계형 액정표시장치(199)는 상기 어레이 기판 내에 터치센서(미도시)가 구비되지 않는 횡전계형 액정표시장치(도 3의 101)의 경우는 상기 정전기 방지층(183)은 그 면저항이 0.1 내지 100M Ω/□ 의 범위가 되도록 형성해도 무방하지만, 상기 어레이 기판(111) 상에 터치센서(미도시)가 구비되는 횡전계형 액정표시장치(미도시)의 경우는 상기 정전기 방지층(183)의 면저항은 10M Ω/□ 내지 100M Ω/□ 정도 범위가 되도록 형성되는 것이 특징이다.
상기 정전기 방지층(183)의 면저항이 10M Ω/□보다 작은 값을 갖는 경우, 사용자가 손가락을 터치 시 정전용량의 외부로 방출시키는 작용에 의해 터치센서(미도시)의 터치 감지력을 저감시키게 되므로 이를 방지하기 위함이다.
상기 정전기 방지층(183)은 상기 바인더의 작용에 의해 경화되어 고정됨으로서 그 내부 결합력이 치밀하게 결합된 구조를 이루게 된다. 따라서 그 경도가 8H 내지 9H 정도가 되며, 이러한 고경도 특성에 의해 상기 컬러필터 기판(171)의 제조 시 또는 어레이 기판(111)과의 합착 후 브러쉬 또는 블레이드를 이용한 세정공정을 포함하여 편광판 부착 및 구동회로기판을 실장하는 모듈 공정 진행 시 제조 장비와의 마찰에 의한 스크래치 및 벗겨짐 등의 발생을 억제할 수 있는 것이 특징이다.
한편, 전술한 구성을 갖는 어레이 기판(101)과 컬러필터 기판(171) 사이에는 액정층(170)이 개재되고, 표시영역 외측의 비표시영역에 상기 표시영역을 테두리하는 형태로 씰패턴(미도시)이 형성되며, 외부구동회로기판(미도시)이 실장됨으로써 본 발명의 실시예에 따른 횡전계형 액정표시장치(101)가 완성되고 있다.
이후에는 전술한 구성을 갖는 본 발명에 따른 횡전계형 액정표시장치의 제조 방법에 대해 간단히 설명한다.
도 6a 내지 6g는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 횡전계형 액정표시장치의 제조 단계별 공정 단면도이다.
우선, 도 6a에 도시한 바와 같이, 투명한 제 1 절연기판(101) 상에 저저항 특성을 갖는 금속물질 예를들면 알루미늄(Al), 알루미늄 합금(AlNd), 몰리브덴(Mo), 구리(Cu), 구리합금 중 선택된 하나 또는 둘 이상의 물질을 전면에 증착하여 단일층 또는 다중층 구조의 제 1 금속층(미도시)을 형성하고, 이를 포토레지스트의 도포, 포토 마스크를 이용한 노광, 노광된 포토레지스트의 현상, 상기 제 1 금속층(미도시)의 식각 및 포토레지스트의 스트립(strip) 등의 일련의 단위 공정을 포함하는 마스크 공정을 진행하여 상기 제 1 금속층(미도시)을 패터닝함으로써 일방향으로 연장하는 다수의 게이트 배선(미도시)과 각 화소영역(P) 내의 스위칭 영역(TrA)에 상기 게이트 배선(미도시)과 연결된 게이트 전극(114)을 형성한다. 동시에 상기 게이트 배선(미도시)과 이격하여 나란하게 연장하는 공통배선(미도시)을 형성한다.
이때, 도면에 있어서는 상기 게이트 배선(미도시)과 게이트 전극(114)과 공통배선(미도시)은 단일층으로 구성된 것을 보이고 있으나, 다중층 구조를 이룰 수도 있다.
다음, 상기 게이트 배선(미도시) 및 게이트 전극(114) 위로 절연물질 예를들면 산화실리콘(SiO2) 또는 질화실리콘(SiNx)을 증착하여 전면에 게이트 절연막(117)을 형성한다.
이후, 상기 게이트 절연막(117) 상부로 순수 비정질 실리콘과 불순물 비정질 실리콘을 순차적으로 증착함으로써 순수 비정질 실리콘 물질층(미도시)과 불순물 비정질 실리콘 물질층(미도시)을 형성한다. 이후, 상기 불순물 비정질 실리콘 물질층(미도시) 위로 저저항 특성을 금속물질 예를들면 알루미늄(Al), 알루미늄 합금(AlNd), 몰리브덴(Mo), 구리(Cu), 구리합금 중 하나 또는 둘 이상의 물질를 증착함으로써 단일층 또는 다중층 구조의 제 2 금속층(미도시)을 형성한다.
다음, 상기 제 2 금속층(미도시)과 상기 불순물 및 순수 비정질 실리콘 물질층(미도시)을 마스크 공정을 통해 패터닝함으로써 상기 게이트 절연막(117) 위로 상기 게이트 배선(미도시)과 교차하여 상기 화소영역(P)을 정의하는 데이터 배선(123)을 형성하고, 동시에 상기 스위칭 영역(TrA)에는 상기 게이트 절연막(117) 위로 순차 적층된 형태의 비정질 실리콘의 액티브층(120a)과 불순물 비정질 실리콘의 오믹콘택층(120b)과, 서로 이격하는 소스 전극(125) 및 드레인 전극(127)을 형성한다. 이때, 상기 소스 전극(125)과 데이터 배선(123)은 서로 연결되도록 하며, 상기 스위칭 영역(TrA)에 순차 적층된 상기 게이트 전극(114)과 게이트 절연막(117)과 반도체층(120)과 서로 이격하는 소스 및 드레인 전극(125, 127)은 스위칭 소자인 박막트랜지스터(Tr)를 이룬다.
다음, 상기 박막트랜지스터(Tr)와 데이터 배선(123) 위로 무기절연물질 예를들면 산화실리콘(SiO2) 또는 질화실리콘(SiNx)을 증착하여 제 1 보호층(130)을 형성하고, 연속하여 상기 제 1 보호층(130) 위로 유기절연물질 예를들면 벤조사이클로부텐 또는 포토아크릴을 도포하여 제 2 보호층(131)을 형성한다.
이후, 마스크 공정을 진행하여 상기 제 2 및 제 2 보호층(131, 130)을 패터닝함으로써 상기 드레인 전극(127)을 노출시키는 드레인 콘택홀(133)과 상기 공통배선(미도시)을 노출시키는 공통 콘택홀(미도시)을 각 화소영역(P) 내에 형성한다.
이때, 상기 제 1 및 제 2 보호층(130, 131) 중 어느 하나는 생략할 수 있다.
다음, 상기 제 2 보호층(131) 위로 투명 도전성 물질 예를들면 인듐-틴-옥사이드(ITO) 또는 인듐-징크-옥사이드(IZO)를 증착하여 투명 도전성 물질층(미도시)을 형성하거나 또는 불투명 금속물질 예를들면 몰리브덴(Mo) 또는 몰리티타늄(MoTi)를 증착하여 제 3 금속층(미도시)을 형성하고, 이를 패터닝함으로서 상기 드레인 콘택홀(133)을 통해 상기 드레인 전극(127)과 접촉하며 서로 이격하는 바(bar) 형태의 다수의 화소전극(140)을 형성하고, 동시에 상기 공통 콘택홀(미도시)을 통해 상기 공통배선(미도시)과 접촉하며 상기 다수의 각 화소전극(140)과 교대하는 바(bar) 형태의 다수의 공통전극(142)을 형성함으로써 본 발명의 제 1 실시예에 따른 어레이 기판(111)을 완성한다.
한편 변형예의 경우, 상기 비정질 실리콘의 반도체층(120)을 포함하는 박막트랜지스터(Tr)를 대신하여 도 4에 도시한 바와같은 폴리실리콘의 반도체층(213)을 갖는 박막트랜지스터(Tr)를 형성할 수도 있다.
또한, 또 다른 변형예로서 서로 교대하며 상기 바(bar) 형태를 갖는 공통전극(142) 및 화소전극(140)을 대신하여 상기 제 2 보호층(131) 상에 각 화소영역(P) 내에 판 형태의 화소전극(미도시)을 형성하고, 이의 상부로 절연물질로 이루어진 제 3 보호층(미도시)을 형성한 후, 상기 제 3 보호층(미도시) 위로 각 화소영역(P)에 대응하여 바(bar) 형태의 다수의 개구(미도시)를 가지며 표시영역 전면에 판 형태를 갖는 공통전극(미도시)을 형성할 수도 있다. 이 경우, 상기 판 형태를 갖는 각 화소전극(미도시)과 공통전극(미도시)은 투명 도전성 물질로 이루어지는 것이 특징이다.
한편, 또 다른 변형예로서 전술한 구조를 갖는 어레이 기판(도 6a의 111, 도 4의 211)에 터치센서(미도시)가 더욱 구비될 수 있다. 이러한 터치센서(미도시)는 필름타입으로 부착될 수도 있으며, 또는 상기 어레이 기판(도 6a의 111, 도 4의 211)에 터치센서(미도시)에 구비되는 화소전극과 공통전극을 형성하는 단계에서 이들 전극 중 하나 또는 두 전극 모두를 이용하여 형성될 수도 있다.
다음, 도 6b에 도시한 바와 같이, 투명한 제 2 절연기판(171)의 외측면에 무기 전도성 물질인 인듐-틴-옥사이드(ITO), CNT(carbon nanotube), 징크-옥사이드(ZnO) 중 어느 하나 또는 둘 이상의 물질이 고경도 특성을 갖는 바인더와 솔벤트 및 순수(Deionize water)가 적정 함량비를 가지며 섞인 용액에 분산된 것을 특징으로 하는 고경도 용액형 잉크를 스핀 코팅장치(미도시) 또는 슬릿 코팅장치(195)를 통해 상온에서 코팅함으로써 고경도 용액형 잉크층(182)을 형성 한다.
여기서 간단히 고경도 용액형 잉크를 제조하는 방법에 대해 설명한다.
우선, 상기 무기 전도성 물질인 인듐-틴-옥사이드(ITO), CNT(carbon nanotube), 징크-옥사이드(ZnO) 중 어느 하나 또는 둘 이상의 물질과 상기 바인더가 녹아 잘 분산(分散)될 수 있으며, 140℃ 이하의 저온에서도 건조 및 소성 가능한 비점이 낮은 솔벤트 예를 들면 에탄올(Ethanol) 또는 이소부틸알코올(Isobutyl Alcohol)과 순수가 섞인 용매에 전술한 무기 전도성 물질과 바인더 예를들면 TEOS 또는 TMOS를 적정 함량비 즉, 상기 무기 전도성 물질의 함량비는 0.1 내지 0.5wt%가 되며, 상기 바인더는 0.1 내지 0.5wt%가 되며, 상기 솔벤트는 5 내지 7wt%가 되며, 그 나머지는 상기 순수가 되도록, 또는 분산 첨가제가 더욱 함유되는 경우 상기 분산 첨가제는 0.05 내지 0.3wt% 정도가 되도록 투입한다.
한편, 전술한 바와 같은 함량비를 갖는 무기 도전성 물질과 바인더와 솔벤트 및 순수(선택적으로 분산 첨가제가 더욱 포함될 수 있음)가 혼합된 용제를 교반기에 넣고 수분 내지 수 시간 교반시킴으로써 상기 용제 내에 섞인 상기 무기 전도성 물질과 바인더가 상기 용제 내에 녹아 잘 분산되도록 함으로써 최종적으로 무기 전도성 물질과 바인더와 솔벤트 및 순수로 이루어진 고경도 용액형 잉크를 완성할 수 있다.
한편, 전술한 바와 같이 제조된 고경도 용액형 잉크를 상기 제 2 절연기판(171)의 외측면에 스핀 코팅장치 또는 슬릿 코팅장치(195)를 통해 전면에 코팅하여 고경도 용액형 잉크층(182)을 형성한 후, 도 6c에 도시한 바와 같이, 상기 고경도 용액형 잉크층(도 6b의 182)이 형성된 상기 제 2 절연기판(171)을 퍼나스(furnace) 또는 오븐(oven) 등의 히팅 장치(197)를 이용하여 140℃ 이하의 분위기에서 수 분 내지 수 십분 간 노출되도록 함으로써 솔벤트 및 순수(선택적으로 분산 첨가제)를 휘발시키는 동시에 상기 바인더가 그 내부적으로 크로스 링킹(cross linking)이 발생되도록 한 상태에서 경화시킴으로서 그 면저항이 0.1MΩ/□내지 100 MΩ/□이 되며, 98% 이상의 투과도를 가지며, 8H 내지 9H 정도의 경도를 갖는 정전기 방지층(183)을 형성 한다. 이때, 이러한 특성을 갖는 정전기 방지층(183)은 경화된 후 최종적으로 1000Å 내지 2000Å 정도의 두께를 갖는 것이 특징이다.
다음, 도 6d에 도시한 바와 같이, 외측면에 면저항이 0.1MΩ/□내지 100 MΩ/□ 정도가 되는 1000Å 내지 2000Å정도의 두께를 갖는 정전기 방지층(183)이 형성된 제 2 절연기판(171)의 내측면에 대해 빛의 투과를 차단하는 물질 예를 들면 블랙레진을 도포하고 이를 마스크 공정을 진행하여 패터닝함으로써 각 화소영역(P)의 경계에 대응하여 블랙매트릭스(173)를 형성 한다.
다음, 상기 블랙매트릭스(173) 위로 적색 레지스트를 도포하고 이를 패터닝함으로서 각 화소영역(P)에 대응하여 적색 컬러필터 패턴(R)을 형성하고, 이후 상기 적색 컬러필터 패턴(R)을 형성한 동일한 방법으로 녹색 및 청색 컬러필터 패턴(G, B)을 형성함으로써 적, 녹, 청색 컬러필터 패턴(R, G, B)을 구비한 컬러필터층(175)을 형성함으로서 컬러필터 기판(171)을 완성한다.
이때, 다음, 상기 컬러필터층(175) 위로 선택적으로 평탄한 표면을 갖는 오버코트층(미도시)을 더욱 형성할 수도 있다.
다음, 도 6e에 도시한 바와 같이, 상기 화소전극(160)과 컬러필터층(175)이 서로 마주하도록 상기 어레이 기판(101)과 상기 컬러필터 기판(171)을 위치시킨 후, 상기 어레이 기판(101) 또는 컬러필터 기판(171) 중 어느 하나의 기판에 대해 표시영역을 테두리하는 형태로 씰패턴(미도시)을 형성 한다.
이후, 상기 씰패턴(미도시) 내측에 대해 액정층(190)을 개재한 상태에서 상기 어레이 기판(101)과 컬러필터 기판(171)을 합착함으로써 액정패널(100)을 완성한다.
다음, 도 6f에 도시한 바와 같이, 전술한 바와 같이 완성된 액정패널(100)에 대해 상기 액정패널(100) 표면에 부착된 이물 등을 제거하기 위한 브러쉬(199) 또는 블레이드(미도시) 세정 단계를 포함하는 세정 공정과, 상기 액정패널(100)에 대해 상기 어레이 기판(101)의 외측면과 상기 정전기 방지층(183)의 외측면에 대해 편광판(미도시)을 부착하는 편광판(미도시) 부착 공정을 진행한 후, 상기 편광판(미도시)이 부착된 상태의 액정패널(100)에 대해 모듈 공정을 진행함으로써 상기 게이트 및 데이터 배선(미도시, 123)과 연결되는 구동회로기판(미도시)을 실장함으로써 본 발명의 제 1 실시예에의 제조 방법에 따른 횡전계형 액정표시장치(도 3의 101)를 완성한다.
한편, 본 발명의 제 1 실시예에 따른 제조 방법 특징 상, 8H 내지 9H 정도의 경도를 갖는 상기 정전기 방지층(183)이 구비됨으로써 제고 공정 중 발생되는 정전기를 효과적으로 외부로 방출할 수 있으므로 정전기에 의한 불량을 억제할 수 있으며, 나아가 상기 브러쉬(199) 또는 블레이드(미도시) 세정 단계를 진행하는 과정에서 상기 정전기 방지층(183)과 상기 브러쉬(199) 또는 블레이드(미도시)와의 접촉이 발생한다 하더라도 상기 정전기 방지층(183)에는 스크래치 등의 발생되는 것을 억제할 수 있는 것이 특징이다.
도 7a 내지 도 7g는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 횡전계형 액정표시장치의 제조 단계별 공정 단면도이다. 이러한 제 2 실시예에 따른 횡전계형 액정표시장치의 제조 방법은 컬러필터 기판(171)의 외측면에 정전기 방지층(183)을 형성하는 단계와 상기 컬러필터 기판(171) 및 어레이 기판(111)의 외측면에 대해 식각을 진행하여 그 두께를 얇게 하는 단계만이 차이가 있으며 그 외의 구성요소의 형성은 전술한 제 1 실시예에 따른 제조 방법과 동일하므로 차이가 있는 부분을 위주로 설명한다.
우선, 도 7a에 도시한 바와 같이, 투명한 제 1 절연기판(111)에 대해 제 1 실시예에 언급된 바와 같이 동일하게 진행하여 박막트랜지스터(Tr)와, 서로 교차하는 게이트 및 데이터 배선(미도시, 123)과, 공통배선(미도시)과 공통전극(142) 및 화소전극(140)을 형성함으로서 어레이 기판(111)을 완성한다.
다음, 도 7b에 도시한 바와 같이, 투명한 제 2 절연기판(171) 상에 정전기 방지층 형성없이 빛의 투과를 차단하는 물질 예를 들면 블랙레진을 도포하고 이를 마스크 공정을 진행하여 패터닝함으로써 각 화소영역의 경계에 대응하여 블랙매트릭스(173)를 형성 한다.
이후, 상기 블랙매트릭스(173) 위로 적색 레지스트를 도포하고 이를 패터닝함으로서 각 화소영역에 대응하여 적색 컬러필터 패턴(R)을 형성하고, 이후 상기 적색 컬러필터 패턴(R)을 형성한 동일한 방법으로 녹색 및 청색 컬러필터 패턴(G, B)을 형성함으로써 적, 녹, 청색 컬러필터 패턴(R, G, B)을 구비한 컬러필터층(175)을 형성함으로서 컬러필터 기판(171) 완성한다.
이때, 다음, 상기 컬러필터층(175) 위로 선택적으로 평탄한 표면을 갖는 오버코트층(미도시)을 더욱 형성할 수도 있다.
다음, 도 7c에 도시한 바와 같이, 상기 화소전극(140)과 컬러필터층(175)이 서로 마주하도록 상기 어레이 기판(111)과 상기 컬러필터 기판(171)을 위치시킨 후, 상기 어레이 기판(111) 또는 컬러필터 기판(171) 중 어느 하나의 기판에 대해 표시영역을 테두리하는 형태로 씰패턴(미도시)을 형성 한다.
이후 상기 씰패턴(미도시) 내측에 대해 액정층(190)을 개재한 상태에서 상기 어레이 기판(111)과 컬러필터 기판(171)을 합착함으로써 액정패널(100)을 완성한다.
다음, 도 7d에 도시한 바와 같이, 상기 어레이 기판(111) 및 컬러필터 기판(171)의 외측면을 녹일 수 있는 화학약액 일례로 상기 어레이 기판(111) 및 컬러필터 기판(171)의 베이스가 되는 제 1 및 제 2 절연기판(111, 171)이 유리재질로 이루어지는 경우 예를 들면 불산(HF)용액에 상기 액정패널(100)을 노출시킴으로써 상기 제 1 및 제 2 절연기판(111, 171)의 외측면과 상기 화학약액과 반응하도록 함으로써 유리재질로 이루어진 상기 제 1 및 제 2 절연기판(111, 171)의 두께를 점진적으로 얇게 한다.
이러한 기판의 식각공정은 상기 화학약액이 담긴 수조에 상기 액정패널(100)을 담구는 디핑(dipping)법을 통해 이루어지거나, 또는 상기 액정패널(100)의 상부 및 하부에서 노즐 등을 통해 상기 화학약액을 분무하는 스프레이(spray)법을 통해 이루어딜 수 있다.
이렇게 액정패널(100)을 화학약액에 노출시켜 그 두께를 얇게하는 것은 경량박형의 횡전계형 액정표시장치를 형성하기 위함이다.
상기 박막트랜지스터(Tr)를 형성하거나 또는 컬러필터층(175)을 형성하기 위한 제조 공정 진행 시 상기 제 1 및 제 2 절연기판(111, 171) 자체를 얇은 두께의 유리기판을 이용할 경우 제조 공정 중 크렉(crack) 또는 깨짐 발생이 빈번하여 불량률이 높아진다.
따라서 제조 공정 중 깨짐 발생이 거의 발생하지 않을 정도의 충분한 두께(통상적으로 0.5mm 내지 0.7mm정도의 두께)를 갖는 유리재질의 기판을 이용하여 액정패널(100)을 완성한 후, 전술한 바와 같은 기판 식각공정을 진행함으로써 상기 제 1 및 제 2 절연기판(111, 171) 자체의 두께를 0.2mm 내지 0.3mm 정도가 되도록 얇게하는 것이다.
다음, 도 7e에 도시한 바와 같이, 상기 기판 식각공정을 진행하여 그 두께를 얇게 한 액정패널(100)의 상기 컬러필터 기판(177)의 외측면에 대해 전술한 성분 및 함량비를 갖는 고경도 전도성 잉크를 상온의 분위기에서 스핀코팅 장치(미도시) 또는 슬릿코팅 장치(195) 중 어느 하나의 장치를 이용하여 코팅하여 고경도 전도성 잉크층(182)을 형성 한다.
이후, 도 7f에 도시한 바와 같이, 상기 고경도 전도성 잉크층(도 7e의 182)이 형성된 액정패널(100)에 대해 이에 대해 퍼니스(furnace) 또는 오븐 등의 히팅 장치(197)를 통해 140℃ 이하의 온도 분위기에서 가열하는 건조 및 소성공정을 진행하여 솔벤트 및 순수(선택적으로 분산 첨가제)를 휘발시키는 동시에 상기 바인더가 그 내부적으로 크로스 링킹(cross linking)이 발생되도록 한 상태에서 경화시킴으로서 그 면저항이 0.1MΩ/□내지 100 MΩ/□이 되며, 98% 이상의 투과도를 가지며, 8H 내지 9H 정도의 경도를 갖는 정전기 방지층(183)을 형성 한다. 이때, 이러한 특성을 갖는 정전기 방지층(183)은 경화된 후 최종적으로 1000Å 내지 2000Å 정도의 두께를 갖는 것이 특징이다.
이때, 상기 소성공정은 140℃ 이하에서 수 분 내지 수 십분간 진행하는 것이 특징이다. 상기 소성공정을 140℃ 이하의 온도 범위에서 진행하는 것은 액정층(190)의 부피 팽창에 의한 액정패널(100)의 씰터짐을 방지하고, 상기 액정층(190)이 140℃ 이상의 고온의 분위기에 노출됨으로써 액정 상이 변경되는 표시품질이 저하되는 것을 방지하기 위함이다.
다음, 도 7g에 도시한 바와 같이, 그 경도가 8H 내지 9H 정도가 되는 상기 정전기 방지층(183)이 형성된 액정패널(100)에 대해 상기 액정패널(100) 표면에 부착된 이물 등을 제거하기 위한 브러쉬(199) 또는 블레이드 세정단계를 포함하는 세정 공정과, 상기 액정패널에 대해 상기 어레이 기판(111)의 외측면과 상기 정전기 방지층(183)의 외측면에 대해 편광판(미도시)을 부착하는 편광판(미도시) 부착 공정을 진행한다.
이때, 본 발명의 제 2 실시예에 따른 제조 방법 특징 상, 8H 내지 9H 정도의 경도를 갖는 정전기 방지층(183)이 구비됨으로써 상기 브러쉬(199) 또는 블레이드(미도시) 세정 단계를 진행하는 과정에서 상기 브러쉬(199) 또는 블레이드(미도시)와의 접촉이 발생하더라도 상기 정전기 방지층(183)에는 스크래치 등의 발생이 억제될 수 있다.
이후, 상기 편광판(미도시)이 부착된 상태의 액정패널(100)에 대해 모듈공정을 진행함으로써 모듈공정을 진행하여 상기 게이트 및 데이터 배선(미도시, 123)과 연결되는 외부구동회로기판(미도시)을 실장함으로써 경량박형의 특성을 갖는 본 발명의 제 2 실시예의 제조 방법 따른 횡전계형 액정표시장치(도 3의 101)를 완성한다.
이와 같이 제조 되는 본 발명의 실시예에 따른 횡전계형 액정표시장치(도 3의 101)는 정전기 방지를 위한 정전기 방지층(183)을 진공 챔버를 포함하는 상대적으로 고가인 스퍼터 장치를 통한 증착에 의해 형성하지 않고 상온에서 상대적으로 저가인 스핀 코팅장치 또는 슬릿 코팅장치를 통해 형성함으로서 초기 설비 투자비용을 저감시키는 효과가 있다.
또한, 비록 인듐이 함유되는 인듐-틴-옥사이드(ITO)를 포함하는 무기 전도성 물질도 이용하지만 인듐을 포함하지 않는 무기 전도성 물질을 이용하여 정전기 방지층(183)을 형성할 수도 있으며, 상기 정전기 방지층(183)이 인듐-틴-옥사이드(ITO)를 포함하는 경우도, 스퍼터 장치를 이용하여 인듐-틴-옥사이드(ITO), 인듐-징크-옥사이드(IZO) 전면 증착하여 배면전극을 형성하는 것 대비, 인듐-틴-옥사이드(ITO) 이외에 바인더를 포함하여 구성됨으로써 인듐의 사용량을 상대적으로 저감시킬 수 있으며, 나아가 무기 도전성 물질로 CNT나 또는 ZnO를 사용하는 경우, 값 비싼 인듐을 사용하지 않게 됨으로써 최종적으로 제조 비용을 저감시키는 효과가 있다.
171 : 제 2 절연기판(컬러필터 기판)
182 : 고경도 도전성 잉크층
195 : 슬릿 코팅장치

Claims (21)

  1. 제 1 기판과 이와 마주하는 제 2 기판과, 상기 제 1, 2 기판 사이에 액정층이 구비되며, 공통전극과 화소전극이 모두 상기 제 1 기판의 내측면에 구비되며, 상기 제 2 기판의 내측면에 컬러필터층이 구비된 액정패널과;
    상기 제 2 기판의 외측면에, 무기 전도성 물질인 원 기둥 형태의 CNT(carbon nanotube)를 포함하는 고경도 특성을 갖는 바인더와, 에탄올(Ethanol)로 이루어지는 솔벤트 그리고 순수(Deionize water)가 섞인 용액에 분산된 것을 특징으로 하는 고경도 용액형 잉크를 코팅하여 형성된 것이 특징인 투명한 정전기 방지층
    을 포함하며,
    상기 고경도 용액형 잉크는, 상기 무기 전도성 물질은 0.1 내지 0.5wt%, 상기 바인더는 0.1 내지 0.5wt%, 상기 솔벤트는 5 내지 7wt% 와 0.01 내지 0.3wt%의 분산 첨가제인 SDS(Sodium Dodecyl Sulfate)를 더 포함하며, 나머지의 wt% 는 상기 순수로 이루어지며,
    상기 투명한 정전기 방지층은 면저항이 0.1 내지 100 MΩ/□이며, 98%의 투과율을 가지며,
    상기 제 1 기판 상에는 터치센서가 더 구비된 횡전계형 액정표시장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 투명한 정전기 방지층은 140℃ 이하에서 건조 및 경화되며, 제 1 두께를 갖는 것이 특징인 횡전계형 액정표시장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 제 1 두께는 1000Å 내지 2000Å인 것이 특징인 횡전계형 액정표시장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 투명한 정전기 방지층은 8H 내지 9H의 경도를 갖는 것이 특징인 횡전계형 액정표시장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 바인더는 TEOS(Tetraethoxysilane) 또는 TMOS(Tetramethoxysilane)인 것이 특징인 횡전계형 액정표시장치.
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 삭제
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 기판에는 서로 교차하여 화소영역을 정의하며 형성된 게이트 배선 및 데이터 배선과;
    상기 게이트 배선과 나란하게 이격하여 형성된 공통배선과;
    상기 화소영역 내에 상기 게이트 및 데이터 배선과 연결되며 형성된 박막트랜지스터와;
    상기 박막트랜지스터 위로 전면에 형성된 제 1 보호층과;
    상기 제 1 보호층 위로 상기 박막트랜지스터의 드레인 전극과 접촉하며 상기 화소영역 내에 바(bar) 형태를 가지며 다수 형성된 상기 화소전극과;
    상기 제 1 보호층 위로 상기 공통배선과 접촉하며 상기 화소영역 내에 바(bar) 형태를 가지며 상기 다수의 화소전극과 교대하며 형성된 다수의 공통전극과;
    상기 제 2 기판의 내측면에 각 화소영역 경계에 형성된 블랙매트릭스와;
    상기 블랙매트릭스와 중첩되며 상기 각 화소영역에 대응하여 적, 녹, 청색 컬러필터 패턴이 순차 대응되도록 배치된 상기 컬러필터층
    을 포함하는 횡전계형 액정표시장치.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 기판에는 서로 교차하여 화소영역을 정의하며 형성된 게이트 배선 및 데이터 배선과;
    상기 화소영역 내에 상기 게이트 및 데이터 배선과 연결되며 형성된 박막트랜지스터와;
    상기 박막트랜지스터 위로 전면에 형성된 제 1 보호층과;
    상기 제 1 보호층 위로 상기 박막트랜지스터의 드레인 전극과 접촉하며 상기 화소영역 내에 판 형태를 가지며 형성된 상기 화소전극과;
    상기 화소전극 위로 형성된 제 2 보호층과;
    상기 제 2 보호층 위로 상기 각 화소영역에 대응하여 바(bar) 형태의 다수의 개구를 가지며 형성된 판 형태의 공통전극과;
    상기 제 2 기판의 내측면에 각 화소영역 경계에 형성된 블랙매트릭스와;
    상기 블랙매트릭스와 중첩되며 상기 각 화소영역에 대응하여 적, 녹, 청색 컬러필터 패턴이 순차 대응되도록 배치된 상기 컬러필터층
    을 포함하는 횡전계형 액정표시장치.
  11. 삭제
  12. 삭제
  13. 삭제
  14. 제 1 기판의 내측면 상부에 서로 교차하여 화소영역을 정의하는 게이트 배선 및 데이터 배선과, 박막트랜지스터와, 상기 박막트랜지스터와 연결된 화소전극 및 공통전극을 형성하는 단계와;
    제 2 기판의 내측면에 블랙매트릭스와 컬러필터층을 형성하는 단계와;
    상기 화소전극과 상기 컬러필터층이 마주하도록 상기 제 1 및 제 2 기판을 위치시키고 액정층을 개재하여 합착하여 제 1 두께를 갖는 액정패널을 형성하는 단계와;
    상기 액정패널을 화학약액에 노출시켜 상기 제 1 및 제 2 기판의 외측면을 식각하여 상기 제 1 두께보다 얇은 제 2 두께를 갖도록 하는 단계와;
    상기 제 2 두께를 갖는 상기 액정패널의 상기 제 2 기판의 외측면 전면에, 무기 전도성 물질인 원 기둥 형상의 CNT(carbon nanotube)가 고경도 특성을 갖는 바인더와, 에탄올로 이루어지는 솔벤트 그리고 순수(Deionize water)가 섞인 용액에 분산된 고경도 용액형 잉크를 코팅하여 고경도 도전성 잉크층을 형성하는 단계와;
    히팅 장치를 이용하여 상기 고경도 도전성 잉크층이 형성된 상기 제 2 기판을 140℃ 이하의 온도 분위기에 수분 내지 수 십분 노출시킴으로써, 상기 솔벤트 및 순수를 휘발시키는 동시에, 상기 고경도 도전성 잉크층을 건조 및 경화시켜 제 3 두께를 가지며 면저항이 0.1 내지 100 MΩ/□이며, 98%의 투과율을 가지며, 8H 내지 9H의 경도를 갖는 정전기 방지층을 형성하는 단계
    를 포함하며,
    상기 고경도 용액형 잉크는, 상기 무기 전도성 물질은 0.1 내지 0.5wt%, 상기 바인더는 0.1 내지 0.5wt%, 상기 솔벤트는 5 내지 7wt% 와 0.01 내지 0.3wt%의 분산 첨가제인 SDS(Sodium Dodecyl Sulfate)를 더 포함하며, 나머지의 wt% 는 상기 순수로 이루어지며,
    상기 제 1 기판 상에는 터치센서가 더 구비된 횡전계형 액정표시장치의 제조 방법.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 제 3 두께는 1000Å 내지 2000Å이며, 상기 코팅은 상온의 분위기에서 스핀코팅장치 또는 슬릿코팅장치 중 어느 하나를 통해 진행되는 것이 특징인 횡전계형 액정표시장치의 제조 방법.
  16. 제 14 항에 있어서,
    상기 바인더는 TEOS(Tetraethoxysilane) 또는 TMOS(Tetramethoxysilane) 인 것이 특징인 횡전계형 액정표시장치의 제조 방법.
  17. 삭제
  18. 삭제
  19. 제 14 항에 있어서,
    제 1 기판의 내측면 상부에 서로 교차하여 화소영역을 정의하는 게이트 배선 및 데이터 배선과, 박막트랜지스터와, 상기 박막트랜지스터와 연결된 화소전극 및 공통전극을 형성하는 단계는,
    상기 게이트 배선과 나란하게 이격하는 공통배선을 형성하는 단계와;
    상기 박막트랜지스터 상부로 보호층을 형성하는 단계와;
    상기 보호층 위로 상기 화소영역 내에 상기 박막트랜지스터와 연결되며 바(bar) 형태를 갖는 다수의 상기 화소전극을 형성하고, 동시에 상기 보호층 위로 상기 화소영역 내에 상기 공통배선과 연결되며 바(bar) 형태를 갖는 다수의 상기 공통전극을 상기 화소전극과 교대하도록 형성하는 단계
    를 포함하는 것이 특징인 횡전계형 액정표시장치의 제조 방법.
  20. 제 14 항에 있어서,
    제 1 기판의 내측면 상부에 서로 교차하여 화소영역을 정의하는 게이트 배선 및 데이터 배선과, 박막트랜지스터와, 상기 박막트랜지스터와 연결된 화소전극 및 공통전극을 형성하는 단계는,
    상기 박막트랜지스터 상부로 제 1 보호층을 형성하는 단계와;
    상기 제 1 보호층 위로 상기 화소영역 내에 상기 박막트랜지스터와 연결되며 판 형태를 갖는 상기 화소전극을 형성하는 단계와;
    상기 화소전극 위로 제 2 보호층을 형성하는 단계와;
    상기 제 2 보호층 위로 상기 화소영역에 대응하여 바(bar) 형태를 갖는 다수 개구를 포함하는 판 형태의 상기 공통전극을 형성하는 단계
    를 포함하는 횡전계형 액정표시장치의 제조 방법.
  21. 삭제
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