KR20080058862A - 터치 스크린 표시 장치 - Google Patents

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KR20080058862A
KR20080058862A KR1020060133035A KR20060133035A KR20080058862A KR 20080058862 A KR20080058862 A KR 20080058862A KR 1020060133035 A KR1020060133035 A KR 1020060133035A KR 20060133035 A KR20060133035 A KR 20060133035A KR 20080058862 A KR20080058862 A KR 20080058862A
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common electrode
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박형준
김범준
김혁진
김경욱
서동욱
김성만
문연규
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삼성전자주식회사
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    • G06F2203/04103—Manufacturing, i.e. details related to manufacturing processes specially suited for touch sensitive devices

Abstract

경박단소하고 제조 공정이 간단한 터치 스크린 표시 장치가 제공된다. 터치 스크린 표시 장치는, 제1 절연 기판과, 제1 절연 기판 상에 형성된 센서 패드와, 제1 절연 기판과 대향하는 제2 절연 기판과, 제2 절연 기판 상에 센서 패드와 대응하는 위치에 센서 패드와 이격되어 배치되고, 단차가 형성된 센서 스페이서와, 센서 스페이서 상에 형성된 공통 전극과, 제1 및 제2 절연 기판 사이에 개재되어 셀갭을 유지하는 지지 스페이서를 포함한다.
Figure P1020060133035
터치 스크린 표시 장치, 센서 스페이서, 지지 스페이서

Description

터치 스크린 표시 장치{Touch screen display apparatus}
도 1a는 본 발명의 제1 실시예에 따른 터치 스크린 표시 장치의 하부 표시판의 배치도이다.
도 1b는 도 1a의 하부 표시판을 Ⅰb-Ⅰb'선을 따라 절개한 단면도이다.
도 1c는 도 1a의 하부 표시판을 Ⅰc-Ⅰc'선 및 Ⅰc'-Ⅰc"선을 따라 절개한 단면도이다.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 터치 스크린 표시 장치용 상부 표시판의 배치도이다.
도 3a는 도 1a의 하부 표시판과 도 2의 상부 표시판을 포함하는 터치 스크린 표시 장치의 배치도이다.
도 3b는 도 3a의 터치 스크린 표시 장치를 Ⅲb-Ⅲb'선을 따라 절개한 단면도이다.
도 4a 내지 도 4e는 본 발명의 제1 실시예에 따른 터치 스크린 표시 장치의 상부 표시판의 제조 과정을 순차적으로 나타낸 공정 단면도들이다.
도 5는 본 발명의 제2 실시예에 따른 터치 스크린 표시 장치의 단면도이다.
도 6a 내지 도 6d는 본 발명의 제2 실시예에 따른 터치 스크린 표시 장치의 상부 표시판의 제조 과정을 순차적으로 나타낸 공정 단면도들이다.
도 7은 본 발명의 제3 실시예에 따른 터치 스크린 표시 장치의 단면도이다.
도 8a 내지 도 8d는 본 발명의 제3 실시예에 따른 터치 스크린 표시 장치의 상부 표시판의 제조 과정을 순차적으로 나타낸 공정 단면도들이다.
(도면의 주요부분에 대한 부호의 설명)
10: 절연 기판 22: 게이트선
24: 게이트선 끝단 26: 게이트 전극
28: 제1 센서 전극선 29: 제1 센서 전극
30: 게이트 절연막 40: 반도체층
55, 56: 저항성 접촉층 61: 제2 센서 전극선
62: 데이터선 63: 제2 센서 전극
65: 소스 전극 66: 드레인 전극
67: 드레인 전극 확장부 68: 데이터선 끝단
70: 보호막 72, 73, 74, 76, 78: 콘택홀
82: 화소 전극 84: 제1 센서 패드
85: 제2 센서 패드 86: 게이트선 패드
88: 데이터선 패드 100: 하부 표시판
110: 절연 기판 120, 122: 블랙 매트릭스
130: 색필터 140: 센서 스페이서
145: 지지 스페이서 151: 공통 전극용 도전막
150, 152: 공통 전극 200: 상부 표시판
300: 액정층
본 발명은 표시 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 터치 스크린 표시 장치에 관한 것이다.
터치 스크린 표시 장치란 키보드와 마우스를 대체하는 최첨단 입력 장치로써 터치 스크린을 액정 패널 상에 장착한 후 액정 패널 상에 직접 손으로 터치하여 원하는 작업을 수행하므로 GUI(Graphic User Interface) 환경(윈도우 운영체제)하에서 직관적인 업무 수행이 가능한 이상적인 장치로써, 컴퓨터 기반 훈련 및 시뮬레이션 응용 분야, 사무 자동화 응용 분야, 교육 응용 분야 및 게임 응용 분야 등에서 널리 사용될 수 있다.
이와 같은 터치 스크린은 영상 정보를 디스플레이하는 액정 패널, 액정 패널에 부착되는 터치 패널(touch panel), 콘트롤러, 디바이스 구동부 및 응용 소프트 웨어(application software) 등을 기본 구성으로 하고 있다.
여기서 액정 패널은 공통 전극을 포함하는 상부 표시판, 박막 트랜지스터 어레이를 포함하는 하부 표시판 및 두 표시판 사이에 개재된 액정층으로 이루어진다. 이와 같이 액정 패널은 전극에 전압을 인가하여 액정층의 액정 분자들을 재배열시켜 투과되는 빛의 양을 조절함으로써 소정의 영상을 디스플레이할 수 있도록 구성된 장치이다. 액정 패널은 비발광소자이기 때문에 하부 표시판의 후면에는 빛을 공 급하기 위한 백라이트 유닛이 위치한다. 백라이트 유닛에서 조사된 빛은 액정의 배열상태에 따라 투과량이 조정된다.
하부 표시판은 다수 개의 게이트선, 데이터선, 화소 전극을 포함한다. 게이트선은 행 방향으로 뻗어 있어 게이트 신호를 전달하고, 데이터선은 열 방향으로 뻗어 있고 데이터 신호를 전달한다. 화소는 게이트선과 데이터선에 연결되며, 스위칭 소자와 스토리지 커패시터를 포함한다.
여기서 스위칭 소자는 게이트선과 데이터선의 교차점에 형성되며, 스위칭 소자는 게이트선에 연결된 제어 단자, 데이터선에 연결된 입력 단자, 그리고 화소 전극에 연결된 출력 단자를 가지는 삼단 소자이다. 스위칭 소자의 출력 단자에는 유지 커패시터 및 액정 커패시터가 연결된다.
그리고 터치 패널은 대향하는 두 기판과, 두 기판 상에 각각 형성된 상부 및 하부 도전막과, 두 도전막 사이에 개재된 다수의 지지 스페이서로 구성된다. 여기에 사용자가 손가락이나 펜으로 특정 지점을 누르면 상기 지점에서 상부 도전막과 하부 도전막이 접촉하면서 통전되어 위치 정보를 인식하게 된다.
이와 같은 터치 스크린 표시 장치는 특히 PDA(Personal Digital Assistant)에서는 기본적인 구성요소로써 사용되고 있으며, 최근에는 휴대용 통신 장치(mobile phone)에서도 장착하여 사용하고 있다.
이와 같이 위치 정보를 파악하기 위하여 액정 패널 상에 별도의 터치 패널을 부착하는 종래의 터치 스크린 표시 장치의 경우, 표시 장치 전체의 부피가 커서 사용자가 이동하면서 사용하기에 어려운 문제가 있다. 따라서 경박단소하고 제조 공 정이 간단한 터치 스크린 표시 장치에 개발이 요구되고 있다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 경박단소하고 제조 공정이 간단한 터치 스크린 표시 장치를 제공하고자 하는 것이다.
본 발명의 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 터치 스크린 표시 장치는, 제1 절연 기판과, 상기 제1 절연 기판 상에 형성된 센서 패드와, 상기 제1 절연 기판과 대향하는 제2 절연 기판과, 상기 제2 절연 기판 상에 상기 센서 패드와 대응하는 위치에 상기 센서 패드와 이격되어 배치되고, 단차가 형성된 센서 스페이서와, 상기 센서 스페이서 상에 형성된 공통 전극과, 상기 제1 및 제2 절연 기판 사이에 개재되어 셀갭을 유지하는 지지 스페이서를 포함한다.
또한 상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 다른 실시예에 따른 터치 스크린 표시 장치는, 제1 절연 기판과, 상기 제1 절연 기판 상에 형성된 센서 패드와, 상기 제1 절연 기판과 대향하는 제2 절연 기판과, 상기 제2 절연 기판 상에 형성된 블랙 매트릭스와, 상기 블랙 매트릭스 상에 상기 센서 패드와 대응하는 위치에 상기 센서 패드와 이격되어 배치된 센서 스페이서와, 상기 센서 스페이서 및 상기 블랙 매트릭스 상에 형성되고, 소정의 개구부를 구비하는 공통 전극과, 상기 제 1 및 제2 절연 기판 사이에 개재되어 셀갭을 유지하고 상기 개구부 내에 배치된 지지 스페이서를 포함한다.
기타 실시예들의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.
이하, 도 1a 내지 도 3b를 참조하여 본 발명의 제1 실시예에 따른 터치 스크린 표시 장치에 대하여 설명한다. 본 발명의 제1 실시예에 따른 터치 스크린 표시 장치는 게이트선과 데이터선에 의해 정의되는 박막 트랜지스터를 구비하는 하부 표시판과, 하부 표시판과 대향하며 공통 전극을 구비하는 상부 표시판과, 하부 표시판과 상부 표시판 사이에 개재된 액정층을 포함한다.
먼저 도 1a 내지 도 1c를 참조하여 하부 표시판에 대하여 상세히 설명한다. 도 1a는 본 발명의 제1 실시예에 따른 터치 스크린 표시 장치의 하부 표시판의 배치도이고, 도 1b는 도 1a의 하부 표시판을 Ⅰb-Ⅰb'선을 따라 절개한 단면도이고, 도 1c는 도 1a의 하부 표시판을 Ⅰc-Ⅰc'선 및 Ⅰc'-Ⅰc"선을 따라 절개한 단면도 이다.
절연 기판(10) 위에 가로 방향으로 배치된 게이트선(22)과, 게이트선(22)에 돌기의 형태로 이루어진 게이트 전극(26)을 형성한다. 그리고 게이트선(22)의 끝에는 다른 층 또는 외부로부터 게이트 신호를 인가받아 게이트선(22)에 전달하는 게이트선 끝단(24)이 형성되어 있고, 게이트선 끝단(24)은 외부 회로와의 연결을 위하여 폭이 확장되어 있다. 이러한 게이트선(22), 게이트 전극(26) 및 게이트선 끝단(24)을 게이트 배선이라고 한다.
또한 절연 기판(10) 위에는 게이트선(22)과 분리되어 가로 방향으로 배치된 제1 센서 전극선(28)과, 제1 센서 전극선(28)으로부터 돌기의 형태로 이루어져 폭이 확장된 제1 센서 전극(29)이 형성되어 있다. 제1 센서 전극(29)은 터치 스크린 센서의 일 단자로서 제1 센서 패드(84)와 콘택홀(72)을 통하여 연결되고, 외부 압력이 인가되는 경우 후술할 센서 스페이서(도 2의 도면 부호 140 참조) 상의 공통 전극과 통전되어 외부 압력이 인가된 위치 정보를 제공한다. 이러한 제1 센서 전극(29) 및 제1 센서 전극선(28)을 제1 센서 배선이라 한다.
게이트 배선(22, 24, 26) 및 제1 센서 배선(28, 29)은 알루미늄(Al)과 알루미늄 합금 등 알루미늄 계열의 금속, 은(Ag)과 은 합금 등 은 계열의 금속, 구리(Cu)와 구리 합금 등 구리 계열의 금속, 몰리브덴(Mo)과 몰리브덴 합금 등 몰리브덴 계열의 금속, 크롬(Cr), 티타늄(Ti), 탄탈륨(Ta) 따위로 이루어질 수 있다. 또한 게이트 배선(22, 24, 26) 및 제1 센서 배선(28, 29)은 물리적 성질이 다른 두 개의 도전막(미도시)을 포함하는 다중막 구조를 가질 수 있다. 이 중 한 도전막은 게이트 배선(22, 24, 26) 및 제1 센서 배선(28, 29)의 신호 지연이나 전압 강하를 줄일 수 있도록 낮은 비저항(resistivity)의 금속, 예를 들면 알루미늄 계열 금속, 은 계열 금속, 구리 계열 금속 등으로 이루어진다. 이와는 달리, 다른 도전막은 다른 물질, 특히 ITO(indium tin oxide) 및 IZO(indium zinc oxide)와의 접촉 특성이 우수한 물질, 이를테면 몰리브덴 계열 금속, 크롬, 티타늄, 탄탈륨 등으로 이루어진다. 이러한 조합의 좋은 예로는 크롬 하부막과 알루미늄 상부막 및 알루미늄 하부막과 몰리브덴 상부막을 들 수 있다. 다만, 본 발명은 이에 한정되지 않으며, 게이트 배선(22, 24, 26) 및 제1 센서 배선(28, 29)은 다양한 여러 가지 금속과 도전체로 만들어질 수 있다.
게이트 배선(22, 24, 26) 및 제1 센서 배선(28, 29) 위에 질화 규소(SiNx) 따위로 이루어진 게이트 절연막(30)을 형성한다.
게이트 절연막(30) 위에는 수소화 비정질 규소(hydrogenated amorphous silicon) 또는 다결정 규소 등으로 이루어진 반도체층(40)을 형성한다. 이러한 반도체층(40)은 섬형, 선형 등과 같이 다양한 형상을 가질 수 있으며, 예를 들어 본 실시예에서와 같이 게이트 전극(26) 상에 섬형으로 형성될 수 있다. 또한 데이터선(62) 아래에 위치하여 게이트 전극(26) 상부까지 연장된 형상을 가지는 선형으로 형성할 수 있다. 선형 반도체층(40)을 형성하는 경우, 데이터선(62)과 동일하게 패터닝하여 형성할 수 있다.
반도체층(40)의 위에는 실리사이드(silicide) 또는 n형 불순물이 고농도로 도핑되어 있는 n+ 수소화 비정질 규소 따위의 물질로 만들어진 저항성 접촉층(55, 56)을 형성한다. 이러한 저항성 접촉층(55, 56)은 섬형, 선형 등과 같이 다양한 형상을 가질 수 있으며, 예를 들어 본 실시예에서와 같이 섬형 저항성 접촉층(55, 56)의 경우 드레인 전극(66) 및 소스 전극(65) 아래에 위치하고, 선형의 저항성 접촉층의 경우 데이터선(62)의 아래까지 연장되어 형성될 수 있다.
저항성 접촉층(55, 56) 및 게이트 절연막(30) 위에는 데이터선(62) 및 드레인 전극(66)을 형성한다. 데이터선(62)은 세로 방향으로 길게 뻗어 있으며 게이트선(22)과 교차한다. 데이터선(62)으로부터 가지 형태로 반도체층(40)의 상부까지 연장되어 있는 소스 전극(65)이 형성되어 있다. 그리고 데이터선(62)의 끝에는 다른 층 또는 외부로부터 데이터 신호를 인가받아 데이터선(62)에 전달하는 데이터선 끝단(68)이 형성되어 있고, 데이터선 끝단(68)은 외부 회로와의 연결을 위하여 폭이 확장되어 있다. 드레인 전극(66)은 소스 전극(65)과 분리되어 있으며 게이트 전극(26)을 중심으로 소스 전극(65)과 대향하도록 반도체층(40) 상부에 위치한다. 박막 트랜지스터는 게이트 전극(26), 소스 전극(65) 및 드레인 전극(66)의 삼단 소자로서, 게이트 전극(26)에 전압이 인가될 때 소스 전극(65)과 드레인 전극(66) 사이에 전류를 흐르게 하는 스위칭 소자이다.
드레인 전극(66)은 반도체층(40) 상부의 막대형 패턴과, 막대형 패턴으로부터 연장되어 넓은 면적을 가지며 콘택홀(76)이 위치하는 드레인 전극 확장부(67)를 포함한다.
이러한 데이터선(62), 소스 전극(65), 드레인 전극(66), 드레인 전극 확장부(67) 및 데이터선 끝단(68)을 데이터 배선이라고 한다.
그리고 게이트 절연막(30) 위에는 데이터선(62)과 분리되어 세로 방향으로 연장된 제2 센서 전극선(61)과, 제2 센서 전극선(61)으로부터 돌기의 형태로 이루어져 폭이 확장된 제2 센서 전극(63)이 형성되어 있다. 제2 센서 전극(63)은 터치 스크린 센서의 일 단자로서 제2 센서 패드(85)와 콘택홀(73)을 통하여 연결되고, 외부 압력이 인가되는 경우 후술한 센서 스페이서(도 2의 도면 부호 140 참조) 상의 공통 전극과 통전되어 외부 압력이 인가되는 위치 정보를 제공한다. 이러한 제2 센서 전극(63) 및 제2 센서 전극선(61)을 제2 센서 배선이라 한다. 외부 압력이 인가되는 위치에 대하여 제1 센서 배선(28, 29)은 가로 방향 좌표를, 제2 센서 배선(61, 63)은 세로 방향 좌표를 제공한다.
데이터 배선(62, 65, 66, 67, 68) 및 제2 센서 배선(61, 63)은 알루미늄, 크롬, 몰리브덴, 탄탈륨 및 티타늄으로 이루어진 그룹에서 선택된 하나 이상의 물질로 구성된 단일막 또는 다층막으로 이루어질 수 있다. 예를 들어, 데이터 배선(62, 65, 66, 67, 68) 및 제2 센서 배선(61, 63)은 크롬, 몰리브덴 계열의 금속, 탄탈륨 및 티타늄 등 내화성 금속으로 이루어지는 것이 바람직하며, 내화성 금속 따위의 하부막(미도시)과 그 위에 위치한 저저항 물질 상부막(미도시)으로 이루어진 다층막 구조를 가질 수 있다. 다층막 구조의 예로는 앞서 설명한 크롬 하부막과 알루미늄 상부막 또는 알루미늄 하부막과 몰리브덴 상부막의 이중막 외에도 몰리브덴막-알루미늄막-몰리브덴막의 삼중막을 들 수 있다.
소스 전극(65)은 반도체층(40)과 적어도 일부분이 중첩되고, 드레인 전극(66)은 게이트 전극(26)을 중심으로 소스 전극(65)과 대향하며 반도체층(40)과 적어도 일부분이 중첩된다. 여기서, 저항성 접촉층(55, 56)은 반도체층(40)과 소스 전극(65) 및 반도체층(40)과 드레인 전극(66) 사이에 개재되어 이들 사이에 접촉 저항을 낮추어 주는 역할을 한다.
데이터 배선(62, 65, 66, 67, 68), 제2 센서 배선(61, 63) 및 노출된 반도체층(40) 위에는 절연막으로 이루어진 보호막(70)이 형성되어 있다. 여기서 보호막(70)은 질화규소 또는 산화규소로 이루어진 무기물, 평탄화 특성이 우수하며 감광성(photosensitivity)을 가지는 유기물 또는 플라스마 화학 기상 증착(plasma enhanced chemical vapor deposition, PECVD)으로 형성되는 a-Si:C:O, a-Si:O:F 등의 저유전율 절연 물질 등으로 이루어진다. 또한, 보호막(70)을 유기 물질로 형성하는 경우에는 소스 전극(65)과 드레인 전극(66) 사이의 반도체층(40)이 드러난 부분에 보호막(70)의 유기 물질이 접촉하는 것을 방지하기 위하여, 질화 규소(SiNx) 또는 산화 규소(SiO2)로 이루어진 하부 무기막과 상부 유기막의 이중막 구조를 가질 수 있다. 센서 스페이서(도 2의 도면 부호 140 참조)가 제1 센서 전극(29) 상의 제1 센서 패드(84) 및 제2 센서 전극(63) 상의 제2 센서 패드(85)와의 접촉 신뢰성(contact reliability)를 높이기 위해서는 상대적으로 두께가 얇은 무기물로 보호막(70)을 형성하는 것이 바람직하다.
보호막(70)에는 제2 센서 전극(63), 드레인 전극(66) 및 데이터선 끝단(68)을 각각 드러내는 콘택홀(contact hole)(73, 76, 78)이 형성되어 있으며, 보호막(70)과 게이트 절연막(30)에는 제1 센서 전극(29) 및 게이트선 끝단(24)을 드러 내는 콘택홀(72, 74)이 형성되어 있다.
보호막(70) 위에는 콘택홀(76)을 통하여 드레인 전극(66)과 전기적으로 연결되며 화소의 모양을 따라 화소 전극(82)이 형성되어 있다. 데이터 전압이 인가된 화소 전극(82)은 상부 표시판의 공통 전극과 함께 전기장을 생성함으로써 화소 전극(82)과 공통 전극 사이의 액정층의 액정 분자들의 배열을 결정한다.
또한, 보호막(70) 위에는 콘택홀(74, 78)을 통하여 각각 게이트선 끝단(24)과 데이터선 끝단(68)과 연결되어 있는 게이트선 패드(86) 및 데이터선 패드(88)가 형성되어 있다. 그리고 보호막(70) 위에는 콘택홀(72, 73)을 통하여 각각 제1 센서 전극(29)과 제2 센서 전극(63)과 연결되어 있는 제1 센서 패드(84) 및 제2 센서 패드(85)가 형성되어 있다. 여기서 화소 전극(82), 제1 센서 패드(84), 제2 센서 패드(85), 게이트선 패드(86) 및 데이터선 패드(88)는 ITO 또는 IZO 따위의 투명 도전체 또는 알루미늄 따위의 반사성 도전체로 이루어진다. 보조 게이트선 및 데이터선 끝단(86, 88)은 게이트선 끝단(24) 및 데이터선 끝단(68)과 외부 장치를 접합하는 역할을 한다.
화소 전극(82), 제1 센서 패드(84), 제2 센서 패드(85), 게이트선 패드(86), 데이터선 패드(88) 및 보호막(70) 위에는 액정층을 배향할 수 있는 배향막(미도시)이 도포될 수 있다.
이하, 도 2 내지 도 3b를 참조하여 본 발명의 제1 실시예에 따른 터치 스크린 표시 장치용 상부 표시판 및 이를 포함하는 터치 스크린 표시 장치에 대하여 설명한다. 도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 터치 스크린 표시 장치용 상부 표시 판의 배치도이다. 도 3a는 도 1a의 하부 표시판과 도 2의 상부 표시판을 포함하는 터치 스크린 표시 장치의 배치도이다. 도 3b는 도 3a의 터치 스크린 표시 장치를 Ⅲb-Ⅲb'선을 따라 절개한 단면도이다.
도 2 내지 도 3b를 참조하면, 유리 등의 투명한 절연 물질로 이루어진 절연 기판(110) 위에 빛샘을 방지하기 위한 블랙 매트릭스(120)가 형성되어 있다. 블랙 매트릭스(120)는 게이트선(22)과 데이터선(62)에 대응하는 부분과 박막 트랜지스터에 대응하는 부분에 중첩되도록 형성될 수 있다. 블랙 매트릭스(120)는 크롬, 크롬 산화물 등의 금속(금속 산화물), 또는 유기 블랙 레지스트 등으로 이루어질 수 있다.
그리고 블랙 매트릭스(120) 사이의 화소 영역에는 적색, 녹색, 청색의 색필터(130)가 순차적으로 배열될 수 있다. 이러한 색필터(130) 위에는 이들의 단차를 평탄화하기 위한 오버코트층(overcoat layer)(미도시)이 형성될 수 있다.
색필터(130) 위에는 센서 스페이서(140)가 형성되어 있다. 여기서 센서 스페이서(140)는 예를 들어 감광성 수지로 형성될 수 있다. 제1 센서 패드(84) 및 제2 센서 패드(85)와의 유효 접촉 면적을 넓히기 위하여, 센서 스페이서(140)는 제1 센서 패드(84)가 형성된 콘택홀(72) 및 제2 센서 패드(85)가 형성된 콘택홀(73)과 적어도 일부가 중첩될 수 있도록 넓은 면적으로 형성될 수 있다. 바람직하게는 센서 스페이서(140)는 콘택홀(72) 및 콘택홀(73)에 완전히 중첩되도록 형성될 수 있다.
나아가 센서 스페이서(140) 중 제1 센서 패드(84)에 대응하는 제1 부분은 제2 센서 패드(85)에 대응하는 제2 부분보다 소정의 두께 차이(T)만큼 두껍게 형성될 수 있다. 콘택홀(72)에 의해 오픈된 제1 센서 전극(29)이 콘택홀(73)에 의해 오픈된 제2 센서 전극(63)보다 상대적으로 낮은 위치에 있으므로, 센서 스페이서(140)의 제1 부분을 제2 부분보다 두껍게 형성함으로써 유효 접촉 면적을 넓힐 수 있다. 이와 같이 유효 접촉 면적이 넓은 경우 전기적 특성이 향상될 뿐만 아니라, 지지 스페이서(145)의 크기를 증가시키지 않더라도 외부에서 인가되는 압력이 제거된 후에도 복원력이 강화되어 액정 패널의 셀갭(cell gap)을 일정하게 유지시킬 수 있다. 예를 들어, 센서 스페이서(140)의 제1 부분과 제2 부분의 두께 차이(T)는 약 200 내지 1,000nm, 바람직하게는 300 내지 500nm일 수 있다.
블랙 매트릭스(120), 색필터(130) 및 센서 스페이서(140) 위에는 ITO(indium tin oxide) 또는 IZO(indium zinc oxide) 등의 투명한 도전 물질로 이루어진 공통 전극(150)이 형성되어 있다.
그리고 공통 전극(150) 위에는 지지 스페이서(145)가 형성된다. 여기서 지지 스페이서(145)는 하부 표시판(100)과 상부 표시판(200) 사이를 지지하며 일정한 셀갭(cell gap)을 형성한다. 지지 스페이서(145)는 예를 들어 감광성 수지로 형성될 수 있다. 지지 스페이서(145)와 센서 스페이서(140)는 모두 블랙 매트릭스(120)와 중첩하도록 배치되는 것이 바람직하다.
공통 전극(150) 위에는 액정 분자들을 배향하는 배항막(미도시)이 도포될 수 있다.
외부 압력이 인가되지 않는 초기 상태에서 센서 스페이서(140)는 하부 표시판(100)과 분리되어 있고, 외부 압력이 인가되는 경우 센서 스페이서(140) 상의 공 통 전극(150)이 제1 센서 패드(84) 및 제2 센서 패드(85)와 접촉하여 통전된다.
도 3b에 도시된 바와 같이, 이와 같은 구조의 하부 표시판(100)과 상부 표시판(200)을 정렬하여 결합하고 그 사이에 액정층(300)을 형성하면 본 발명의 제1 실시예에 따른 터치 스크린 표시 장치의 기본 구조가 이루어진다. 하부 표시판(100)과 상부 표시판(200)은 화소 전극(82)이 색필터(130)와 대응하여 정확하게 중첩되도록 정렬된다.
터치 스크린 표시 장치는 이러한 기본 구조에 편광판, 백라이트 등의 요소들을 배치하여 이루어진다. 이때 편광판(미도시)은 기본 구조 양측에 각각 하나씩 배치되며 그 투과축은 게이트선(22)에 대하여 나란하고 나머지 하나는 이에 수직을 이루도록 배치될 수 있다.
이하 도 4a 내지 도 4e를 참조하여 본 발명의 제1 실시예에 따른 터치 스크린 표시 장치의 상부 표시판의 제조 과정에 대하여 설명한다. 도 4a 내지 도 4e는 본 발명의 제1 실시예에 따른 터치 스크린 표시 장치의 상부 표시판의 제조 과정을 순차적으로 나타낸 공정 단면도들이다.
도 4a를 참조하면, 절연 기판(110) 상에 블랙 매트릭스(120)를 형성한다.
이어서 도 4b를 참조하면 블랙 매트릭스(120)와 일부 중첩하도록 화소 내에 색필터(130)를 형성한다.
그리고 도 4c를 참조하면 블랙 매트릭스(120) 위에 슬릿 마스크(slit mask) 또는 하프톤 마스크(half-tone mask)를 이용하여 감광성 수지 등을 패터닝하여 소정의 두께 차이(T)만큼 단차가 형성된 센서 스페이서(140)를 형성한다.
그 후 도 4d를 참조하면 블랙 매트릭스(120), 색필터(130) 및 센서 스페이서(140) 위에 ITO 또는 IZO 등의 투명한 도전 물질로 이루어진 공통 전극(150)을 형성한다.
이어서 도 4e를 참조하면 감광성 수지를 이용하여 공통 전극(150) 위에 지지 스페이서(145)를 형성한다. 지지 스페이서(145)와 센서 스페이서(140)는 모두 블랙 매트릭스(120)와 중첩되도록 배치되는 것이 바람직하다.
이하 도 5를 참조하여 본 발명의 제2 실시예에 따른 터치 스크린 표시 장치에 대하여 설명한다. 여기서 도 5는 본 발명의 제2 실시예에 따른 터치 스크린 표시 장치의 단면도이다. 설명의 편의상, 상기 제1 실시예의 도면(도 1a 내지 도 4e)에 나타낸 각 부재와 동일 기능을 갖는 부재는 동일 부호로 나타내고 따라서 그 설명은 생략하며, 이하 차이점을 위주로 설명한다.
도 5에 도시된 바와 같이, 공통 전극(152)에 지지 스페이서(145)를 노출시키는 개구부가 형성되어 있다. 따라서 지지 스페이서(145)는 블랙 매트릭스(120) 위에 형성되고 공통 전극(152)의 개구부를 통하여 돌출되어 있다.
예를 들어 액정 패널에 과도한 외부 압력이 인가되는 경우 지지 스페이서(145)가 소성 변형되어 지지 스페이서(145) 자체가 파괴되는 경우, 액정 패널의 셀갭이 낮아져 얼룩무늬가 시인될 수 있다. 만약 지지 스페이서(145)가 공통 전극(152) 위에 형성되어 있고 이러한 지지 스페이서(145)의 파괴를 막고자 지지 스페이서(145)의 경도를 높일 경우, 지지 스페이서(145) 아래의 공통 전극(152)이 깨지거나 함몰되는 문제가 발생된다. 이와 같이 높은 경도의 지지 스페이서(145)에 의하여 공통 전극(152)이 훼손되는 경우에도 액정 패널의 셀갭이 낮아져 얼룩무늬가 시인될 수 있다.
따라서 본 실시예에서와 같이 지지 스페이서(145)의 경도를 높이면서 지지 스페이서(145)를 블랙 매트릭스(120) 상에 형성하는 경우, 공통 전극(152)이 훼손될 우려를 방지할 수 있다.
이하 도 6a 내지 도 6d를 참조하여 본 발명의 제2 실시예에 따른 터치 스크린 표시 장치의 상부 표시판의 제조 과정에 대하여 설명한다. 도 6a 내지 도 6d는 본 발명의 제2 실시예에 따른 터치 스크린 표시 장치의 상부 표시판의 제조 과정을 순차적으로 나타낸 공정 단면도들이다.
도 6a를 참조하면, 절연 기판(110) 상에 블랙 매트릭스(120)를 형성한다. 블랙 매트릭스(120)는 크롬, 크롬 산화물 등의 금속(금속 산화물), 또는 유기 블랙 레지스트 등으로 이루어질 수 있다. 바람직하게는 지지 스페이서(도 5의 도면 부호 145 참조)에 의한 훼손을 방지하기 위하여 금속(금속 산화물)로 블랙 매트릭스(120)를 형성할 수 있다.
이어서 블랙 매트릭스(120)와 일부 중첩하도록 화소 내에 색필터(130)를 형성한다.
그리고 도 6b를 참조하면 블랙 매트릭스(120) 위에 슬릿 마스크(slit mask) 또는 하프톤 마스크(half-tone mask)를 이용하여 감광성 수지 등을 패터닝하여, 지지 스페이서(145) 및 소정의 두께 차이(T)만큼 단차가 형성된 센서 스페이서(140)를 동시에 형성한다. 지지 스페이서(145)와 센서 스페이서(140)는 모두 블랙 매트 릭스(120)와 중첩되도록 배치되는 것이 바람직하다. 지지 스페이서(145)와 센서 스페이서(140)를 동일한 공정에서 형성함으로써 공정 효율을 높일 수 있다.
그 후 도 6c를 참조하면 블랙 매트릭스(120), 색필터(130), 센서 스페이서(140) 및 지지 스페이서(145) 위에 ITO 또는 IZO 등의 투명한 도전 물질로 이루어진 공통 전극용 도전막(151)을 형성한다.
이어서 도 6d를 참조하면 지지 스페이서(145) 상부의 공통 전극용 도전막(151)을 패터닝하여 지지 스페이서(145)를 노출시키는 공통 전극(152)를 형성한다.
이하 도 7을 참조하여 본 발명의 제3 실시예에 따른 터치 스크린 표시 장치에 대하여 설명한다. 여기서 도 7은 본 발명의 제3 실시예에 따른 터치 스크린 표시 장치의 단면도이다. 설명의 편의상, 상기 제2 실시예의 도면(도 5)에 나타낸 각 부재와 동일 기능을 갖는 부재는 동일 부호로 나타내고 따라서 그 설명은 생략하며, 이하 차이점을 위주로 설명한다.
도 7에 도시된 바와 같이, 공통 전극(152) 및 블랙 매트릭스(122)에 지지 스페이서(145)를 노출시키는 개구부가 형성되어 있다. 따라서 지지 스페이서(145)는 절연 기판(110) 위에 형성되고 공통 전극(152) 및 블랙 매트릭스(122)의 개구부를 통하여 돌출되어 있다.
예를 들어 액정 패널에 과도한 외부 압력이 인가되는 경우 지지 스페이서(145)가 소성 변형되어 지지 스페이서(145) 자체가 파괴되는 경우, 액정 패널의 셀갭이 낮아져 얼룩무늬가 시인될 수 있다. 만약 지지 스페이서(145)가 유기 블랙 레지스트 등과 같이 부드러운 물질로 이루어진 블랙 매트릭스(122) 위에 형성되어 있고 이러한 지지 스페이서(145)의 파괴를 막고자 지지 스페이서(145)의 경도를 높일 경우, 지지 스페이서(145) 아래의 블랙 매트릭스(122)가 깨지거나 함몰되는 문제가 발생된다. 이와 같이 높은 경도의 지지 스페이서(145)에 의하여 블랙 매트릭스(122)가 훼손되는 경우에도 액정 패널의 셀갭이 낮아져 얼룩무늬가 시인될 수 있다.
따라서 본 실시예에서와 같이 지지 스페이서(145)의 경도를 높이면서 지지 스페이서(145)를 절연 기판(110) 상에 형성하는 경우, 블랙 매트릭스(122)가 훼손될 우려를 방지할 수 있다.
이하 도 8a 내지 도 8d를 참조하여 본 발명의 제3 실시예에 따른 터치 스크린 표시 장치의 상부 표시판의 제조 과정에 대하여 설명한다. 도 8a 내지 도 8d는 본 발명의 제3 실시예에 따른 터치 스크린 표시 장치의 상부 표시판의 제조 과정을 순차적으로 나타낸 공정 단면도들이다.
도 8a를 참조하면, 절연 기판(110) 상에 개구부를 구비하는 블랙 매트릭스(122)를 형성한다. 블랙 매트릭스(122)의 개구부는 지지 스페이서(도 4의 도면 부호 145 참조)의 위치와 대응하도록 형성된다. 블랙 매트릭스(122)는 크롬, 크롬 산화물 등의 금속(금속 산화물), 또는 유기 블랙 레지스트 등으로 이루어질 수 있다.
이어서 블랙 매트릭스(122)와 일부 중첩하도록 화소 내에 색필터(130)를 형성한다.
그리고 도 8b를 참조하면 블랙 매트릭스(122) 위에 슬릿 마스크(slit mask) 또는 하프톤 마스크(half-tone mask)를 이용하여 감광성 수지 등을 패터닝하여, 지지 스페이서(145) 및 소정의 두께 차이(T)만큼 단차가 형성된 센서 스페이서(140)를 동시에 형성한다. 센서 스페이서(140)는 모두 블랙 매트릭스(122)와 중첩되도록 배치되고, 지지 스페이서(145)는 블랙 매트릭스(122)의 개구부 내에 배치되는 것이 바람직하다. 지지 스페이서(145)와 센서 스페이서(140)를 동일한 공정에서 형성함으로써 공정 효율을 높일 수 있다.
그 후 도 8c를 참조하면 블랙 매트릭스(122), 색필터(130), 센서 스페이서(140) 및 지지 스페이서(145) 위에 ITO 또는 IZO 등의 투명한 도전 물질로 이루어진 공통 전극용 도전막(151)을 형성한다.
이어서 도 8d를 참조하면 지지 스페이서(145) 상부의 공통 전극용 도전막(151)을 패터닝하여 지지 스페이서(145)를 노출시키는 공통 전극(152)을 형성한다.
이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.
상술한 바와 같이 본 발명에 따른 터치 스크린 표시 장치에 의하면, 액정 패 널 내에 터치 스크린 센서를 내장함으로써 경박 단소한 표시 장치를 구현할 수 있다. 또한 단차가 있는 센서 스페이서를 적용함으로써 센서 패드와의 유효 접촉 면적을 높여서 전기적 특성을 향상시킬 수 있고, 외부 압력이 제거된 후에도 복원력이 강화되어 액정 패널의 셀갭을 일정하게 유지시킬 수 있다. 또한 지지 스페이서 하부의 공통 전극 또는 블랙 매트릭스에 개구부를 형성함으로써 과도한 외부 압력이 작용하더라도 액정 패널의 셀갭을 일정하게 유지시킬 수 있다.

Claims (21)

  1. 제1 절연 기판;
    상기 제1 절연 기판 상에 형성된 센서 패드;
    상기 제1 절연 기판과 대향하는 제2 절연 기판;
    상기 제2 절연 기판 상에 상기 센서 패드와 대응하는 위치에 상기 센서 패드와 이격되어 배치되고, 단차가 형성된 센서 스페이서;
    상기 센서 스페이서 상에 형성된 공통 전극; 및
    상기 제1 및 제2 절연 기판 사이에 개재되어 셀갭을 유지하는 지지 스페이서를 포함하는 터치 스크린 표시 장치.
  2. 제1 항에 있어서,
    외부 압력이 인가되는 경우, 상기 센서 스페이서 상의 상기 공통 전극이 상기 센스 패드와 통전하여 상기 외부 압력에 대한 위치 정보 신호가 인식되는 터치 스크린 표시 장치.
  3. 제1 항에 있어서,
    상기 터치 스크린 표시 장치는 상기 제1 절연 기판 상에 서로 절연되어 교차하는 게이트선 및 데이터선; 상기 게이트선 및 상기 데이터선에 연결된 박막 트랜지스터; 및 상기 박막 트랜지스터와 연결된 화소 전극; 상기 제1 절연 기판 상에 상기 게이트선과 나란히 배치된 제1 센서 전극선; 및 상기 데이터선과 나란히 배치된 제2 센서 전극선을 더 포함하고,
    상기 센서 패드는 상기 제1 센서 전극선과 접속된 제1 센서 패드 및 상기 제2 센서 전극선과 접속된 제2 센서 패드를 포함하는 터치 스크린 표시 장치.
  4. 제3 항에 있어서,
    상기 센서 스페이서는 상기 제1 센서 패드에 대응하는 제1 부분과, 상기 제2 센서 패드에 대응하며 상기 제1 부분보다 소정의 두께 차이만큼 얇게 형성된 제2 부분으로 이루어진 터치 스크린 표시 장치.
  5. 제4 항에 있어서,
    상기 두께 차이는 200 내지 1,000nm인 터치 스크린 표시 장치.
  6. 제3 항에 있어서,
    외부 압력이 인가되는 경우, 상기 센서 스페이서 상의 상기 공통 전극이 상기 제1 및 제2 센스 패드와 통전하여 상기 외부 압력에 대한 위치 정보 신호가 인식되는 터치 스크린 표시 장치.
  7. 제1 항에 있어서,
    상기 터치 스크린 표시 장치는 상기 제2 절연 기판 상에 형성된 블랙 매트릭 스를 더 포함하고,
    상기 센서 스페이서 및 상기 지지 스페이서는 상기 블랙 매트릭스와 중첩하도록 배치된 터치 스크린 표시 장치.
  8. 제7 항에 있어서,
    상기 센서 스페이서는 상기 블랙 매트릭스와 상기 공통 전극 사이에 배치되고, 상기 지지 스페이서는 상기 공통 전극 상에 형성된 터치 스크린 표시 장치.
  9. 제7 항에 있어서,
    상기 센서 스페이서는 상기 블랙 매트릭스와 상기 공통 전극 사이에 배치되고,
    상기 공통 전극은 상기 지지 스페이서를 노출시키는 개구부를 구비하고,
    상기 지지 스페이서는 상기 블랙 매트릭스 상에 형성되며 상기 공통 전극의 상기 개구부를 통하여 돌출된 터치 스크린 표시 장치.
  10. 제9 항에 있어서,
    상기 블랙 매트릭스는 금속, 금속 산화물 또는 이들의 조합으로 이루어진 터치 스크린 표시 장치.
  11. 제7 항에 있어서,
    상기 센서 스페이서는 상기 블랙 매트릭스와 상기 공통 전극 사이에 배치되고,
    상기 공통 전극 및 상기 블랙 매트릭스는 상기 지지 스페이서를 노출시키는 개구부를 구비하고,
    상기 지지 스페이서는 상기 절연 기판 상에 형성되며 상기 공통 전극 및 상기 블랙 매트릭스의 상기 개구부를 통하여 돌출된 터치 스크린 표시 장치.
  12. 제11 항에 있어서,
    상기 블랙 매트릭스는 유기 블랙 레지스트로 이루어진 터치 스크린 표시 장치.
  13. 제1 절연 기판;
    상기 제1 절연 기판 상에 형성된 센서 패드;
    상기 제1 절연 기판과 대향하는 제2 절연 기판;
    상기 제2 절연 기판 상에 형성된 블랙 매트릭스;
    상기 블랙 매트릭스 상에 상기 센서 패드와 대응하는 위치에 상기 센서 패드와 이격되어 배치된 센서 스페이서;
    상기 센서 스페이서 및 상기 블랙 매트릭스 상에 형성되고, 소정의 개구부를 구비하는 공통 전극; 및
    상기 제1 및 제2 절연 기판 사이에 개재되어 셀갭을 유지하고 상기 개구부 내에 배치된 지지 스페이서를 포함하는 터치 스크린 표시 장치.
  14. 제13 항에 있어서,
    상기 센서 스페이서 및 상기 지지 스페이서는 상기 블랙 매트릭스와 중첩하도록 배치된 터치 스크린 표시 장치.
  15. 제14 항에 있어서,
    상기 지지 스페이서는 상기 블랙 매트릭스 상에 형성되며 상기 공통 전극의 상기 개구부를 통하여 돌출된 터치 스크린 표시 장치.
  16. 제15 항에 있어서,
    상기 블랙 매트릭스는 금속, 금속 산화물 또는 이들의 조합으로 이루어진 터치 스크린 표시 장치.
  17. 제14 항에 있어서,
    상기 블랙 매트릭스는 상기 지지 스페이서를 노출시키는 개구부를 구비하고,
    상기 지지 스페이서는 상기 절연 기판 상에 형성되며 상기 공통 전극 및 상기 블랙 매트릭스의 상기 개구부를 통하여 돌출된 터치 스크린 표시 장치.
  18. 제17 항에 있어서,
    상기 블랙 매트릭스는 유기 블랙 레지스트로 이루어진 터치 스크린 표시 장치.
  19. 제13 항에 있어서,
    상기 터치 스크린 표시 장치는 상기 제1 절연 기판 상에 서로 절연되어 교차하는 게이트선 및 데이터선; 상기 게이트선 및 상기 데이터선에 연결된 박막 트랜지스터; 및 상기 박막 트랜지스터와 연결된 화소 전극; 상기 제1 절연 기판 상에 상기 게이트선과 나란히 배치된 제1 센서 전극선; 및 상기 데이터선과 나란히 배치된 제2 센서 전극선을 더 포함하고,
    상기 센서 패드는 상기 제1 센서 전극선과 접속된 제1 센서 패드 및 상기 제2 센서 전극선과 접속된 제2 센서 패드를 포함하는 터치 스크린 표시 장치.
  20. 제19 항에 있어서,
    상기 센서 스페이서는 상기 제1 센서 패드에 대응하는 제1 부분과, 상기 제2 센서 패드에 대응하며 상기 제1 부분보다 소정의 두께 차이만큼 얇게 형성된 제2 부분으로 이루어진 터치 스크린 표시 장치.
  21. 제19 항에 있어서,
    외부 압력이 인가되는 경우, 상기 센서 스페이서 상의 상기 공통 전극이 상기 제1 및 제2 센스 패드와 통전하여 상기 외부 압력에 대한 위치 정보 신호가 인 식되는 터치 스크린 표시 장치.
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