KR20080058960A - 액정표시장치 및 제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 포토센서를 내장한 액정표시장치를 제안함과 아울러 서로 다른 액정표시장치 간의 센서전압의 편차를 줄일 수 있는 액정표시장치 및 그 제조방법에 관한 것이다.
본 발명에 따른 액정표시장치는 비표시영역에 위치하여 외부광을 센싱하는 포토센싱소자가 형성된 박막 트랜지스터 어레이 기판과; 액정을 사이에 두고 상기 박막 트랜지스터 어레이 기판과 합착됨과 아울러 상기 포토센싱소자와 대응되는 영역에 제1 투명금속패턴이 형성된 컬러필터 어레이 기판을 구비하고, 상기 박막 트랜지스터 어레이 기판은, 상기 포토센싱소자 위에 위치하며 상기 제1 투명금속패턴과 상기 액정을 사이에 두고 위치하는 제2 투명금속패턴을 포함한다.

Description

액정표시장치 및 제조방법{Liquid Crystal Display Device And Method For fabricating Thereof}
도 1은 종래의 액정표시장치의 구동장치를 나타내는 도면.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 의한 액정표시장치를 나타내는 도면.
도 3은 도 2에서의 A 영역을 구체적으로 나타내는 평면도.
도 4는 도 3의 Ⅰ-Ⅰ'선을 절취하여 도시한 단면도.
도 5는 도 2의 B 영역을 구체적으로 나타내는 평면도.
도 6은 도 5의 Ⅱ-Ⅱ'선을 절취하여 도시한 단면도.
도 7은 6의 포토센싱소자의 센서원리를 설명하기 위한 회로도.
도 8은 다수의 박막 트랜지스터 어레이들이 형성된 모기판을 나타내는 평면도.
도 9는 본 발명의 제2 실시예에 의한 액정표시장치를 나타내는 도면.
도 10은 도 9의 Ⅲ-Ⅲ'선을 절취하여 도시한 단면도.
도 11은 본 발명의 제2 실시예에 따른 액정표시장치의 제조공정을 단계적으로 나타내는 순서도.
< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >
52,152 : 액정표시패널 102 : 게이트 라인
104 : 데이터 라인 172 : 데이터 구동부
182 : 게이트 구동부 174 : 데이터 집적회로
184 : 게이트 집적회로 176 : 데이터 TCP
186 : 게이트 TCP 177 : 포토센싱소자
170 : 박막 트랜지스터 어레이 기판
180 : 컬러필터 어레이 기판 181 : 소스 라인
183 : 드레인 라인 110a : 제1 소스 전극
112a : 제1 드레인 전극 110b : 제2 소스 전극
112b : 제2 드레인 전극 148a : 제1 반도체 패턴
148b : 제2 반도체 패턴 106a, 106b : 박막 트랜지스터
175 : 액정 120 : 스토리지 캐패시터
134 : 블랙 매트릭스 136 : 컬러필터
138 : 공통전극 118 : 화소전극
144 : 게이트 절연막 150 : 보호막
265 : 실런트 263 : 제2 투명금속패턴
139 : 제1 투명금속패턴 261 : 오버코트층
본 발명은 액정표시장치에 관한 것으로 특히, 포토센싱소자를 내장한 액정표시장치에 관한 것이다.
액정표시장치는 비디오신호에 따라 액정셀들의 광투과율을 조절하여 화상을 표시하게 된다. 이러한 액정표시장치는 셀마다 스위칭소자가 형성된 액티브 매트릭스(Active Matrix) 타입으로 구현되어 컴퓨터용 모니터, 사무기기, 셀룰라폰 등의 표시장치에 적용되고 있다. 액티브 매트릭스 타입의 액정표시장치에 사용되는 스위칭소자로는 주로 박막트랜지스터(Thin Film Transistor; 이하 "TFT"라 함)가 이용되고 있다.
도 1은 종래의 액정표시장치의 구동장치를 개략적으로 나타낸 것이다.
도 1을 참조하면, 종래의 액정표시장치의 구동장치는 m×n 개의 액정셀들(Clc)이 매트릭스 타입으로 배열되고 m 개의 데이터라인들(D1 내지 Dm)과 n 개의 게이트라인들(G1 내지 Gn)이 교차되며 그 교차부에 TFT가 형성된 액정표시패널(152)과, 액정표시패널(152)의 데이터라인들(D1 내지 Dm)에 데이터신호를 공급하기 위한 데이터 드라이버(64)와, 게이트라인들(G1 내지 Gn)에 스캔신호를 공급하기 위한 게이트 드라이버(66)와, 데이터 드라이버(64)에 감마전압을 공급하기 위한 감마전압 공급부(68)와, 시스템(70)으로부터 공급되는 동기신호를 이용하여 데이터 드라이버(64)와 게이트 드라이버(66)를 제어하기 위한 타이밍 콘트롤러(60)와, 전원 공급부(62)로부터 공급되는 전압을 이용하여 액정표시패널(52)에 공급되는 전압 들을 발생하기 위한 직류/직류 변환부(이하 "DC/DC 변환부"라 함)(74)와, 백라이트(78)를 구동하기 위한 인버터(76)를 구비한다.
시스템(70)은 수직/수평 동기신호(Vsync, Hsync), 클럭신호(DCLK), 데이터 인에이블 신호(DE) 및 데이터(R,G,B)를 타이밍 콘트롤러(60)로 공급한다.
액정표시패널(52)은 데이터라인들(D1 내지 Dm) 및 게이트라인들(G1 내지 Gn)의 교차부에 매트릭스 형태로 배치되는 다수의 액정셀(Clc)을 구비한다. 액정셀(Clc)에 각각 형성된 TFT는 게이트라인(G)으로부터 공급되는 스캔신호에 응답하여 데이터라인들(D1 내지 Dm)로부터 공급되는 데이터신호를 액정셀(Clc)로 공급한다. 또한, 액정셀(Clc) 각각에는 스토리지 캐패시터(Cst)가 형성된다. 스토리지 캐패시터(Cst)는 액정셀(Clc)의 화소전극과 전단 게이트라인 사이에 형성되거나, 액정셀(Clc)의 화소전극과 공통전극라인 사이에 형성되어 액정셀(Clc)의 전압을 일정하게 유지시킨다.
감마전압 공급부(68)는 다수의 감마전압을 데이터 드라이버(64)로 공급한다.
데이터 드라이버(64)는 타이밍 콘트롤러(60)로부터의 제어신호(CS)에 응답하여 디지털 비디오 데이터(R,G,B)를 계조값에 대응하는 아날로그 감마전압(데이터신호)으로 변환하고, 이 아날로그 감마전압을 데이터라인들(D1 내지 Dm)에 공급한다.
게이트 드라이버(66)는 타이밍 콘트롤러(60)로부터의 제어신호(CS)에 응답하여 스캔펄스를 게이트라인들(G1 내지 Gn)에 순차적으로 공급하여 데이터신호가 공급되는 액정표시패널(52)의 수평라인을 선택한다.
타이밍 콘트롤러(60)는 시스템(70)으로부터 입력되는 수직/수평 동기신 호(Vsync, Hsync) 및 클럭신호(DCLK)를 이용하여 게이트 드라이버(66) 및 데이터 드라이버(64)를 제어하기 위한 제어신호(CS)를 생성한다. 여기서 게이트 드라이버(66)를 제어하기 위한 제어신호(CS)에는 게이트 스타트 펄스(Gate Start Pulse : GSP), 게이트 쉬프트 클럭(Gate Shift Clock : GSC), 게이트 출력 신호(Gate Output Enable : GOE)등이 포함된다. 그리고, 데이터 드라이버(64)를 제어하기 위한 제어신호(CS)에는 소스 스타트 펄스(Source Start Pulse : GSP), 소스 쉬프트 클럭(Source Shift Clock : SSC), 소스 출력 신호(Source Output Enable : SOC) 및 극성신호(Polarity : POL)등이 포함된다. 그리고 타이밍 콘트롤러(60)는 시스템(70)으로부터 공급되는 데이터(R,G,B)를 재정렬하여 데이터 드라이버(64)로 공급한다.
DC/DC 변환부(74)는 전원 공급부(62)로부터 입력되는 3.3V의 전압을 승압 또는 감압하여 액정표시패널(52)로 공급되는 전압을 발생한다. 이와 같은 DC/DC 변환부(72)는 감마 기준전압, 게이트 하이전압(VGH), 게이트 로우전압(VGL) 및 공통전압(Vcom)등을 생성한다.
인버터(76)는 전원공급부(62) 또는 시스템(70) 중 어느 하나에서 공급되는 구동전압(Vinv)을 이용하여 백라이트(78)를 구동시킨다. 백라이트(78)는 인버터(76)에 의해 제어되어 빛을 생성하여 액정표시패널(52)로 공급한다.
한편, 이러한 종래의 액정표시장치의 액정표시패널(52)에는 외부환경과 무관하게 항상 일정한 광이 백라이트(78)로부터 공급됨으로써 시인성 및 소전력이 저하되는 문제가 있다. 이러한 문제를 해결하고자 포토 다이오드(diode) 등의 포토 센 서를 이용하여 외부광을 감지하고 감지된 결과에 따라, 백라이트(18)의 밝기를 조절하는 기술이 제안되었다.
그러나, 포토 센서는 액정표시패널(52) 내부에 위치하는 것이 아니므로 실질적인 포토센싱에 신뢰성이 떨어지며 별도로 액정표시장치에 추가하는 경우에는 비용이 증가되는 문제가 발생된다.
따라서, 본 발명의 목적은 소비전력을 절감함과 아울러 제조비용을 절감할 수 있는 액정표시장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 서로 다른 액정표시장치 간의 센서전압의 편차를 줄일 수 있는 액정표시장치 및 그 제조방법을 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 액정표시장치는 비표시영역에 위치하여 외부광을 센싱하는 포토센싱소자가 형성된 박막 트랜지스터 어레이 기판과; 액정을 사이에 두고 상기 박막 트랜지스터 어레이 기판과 합착됨과 아울러 상기 포토센싱소자와 대응되는 영역에 제1 투명금속패턴이 형성된 컬러필터 어레이 기판을 구비하고, 상기 박막 트랜지스터 어레이 기판은, 상기 포토센싱소자 위에 위치하며 상기 제1 투명금속패턴과 상기 액정을 사이에 두고 위치하는 제2 투명금속패턴을 포함한다.
상기 제1 투명금속패턴 및 상기 제2 투명금속패턴은 수직전계를 형성하여 상기 액정을 투과하는 광의 투과율을 제어한다.
상기 제1 및 제2 투명금속패턴에는 직류 전압이 공급된다.
상기 박막 트랜지스터 어레이 기판은, 상기 포토센싱소자와 제2 투명금속패턴 사이에 위치하는 오버코트층을 더 포함한다.
상기 제1 투명금속패턴은 상기 컬러필터 어레이 기판의 표시영역에 형성된 공통전극에서 신장된다.
상기 컬러필터 어레이 기판은 표시영역에서 셀영역을 구획함과 아울러 상기 포토센싱소자의 채널과 비중첩되는 블랙 매트릭스와; 상기 블랙 매트릭스에 의해 구획된 셀영역에 형성되는 컬러필터와; 컬러필터 위에 형성된 공통전극을 구비한다.
상기 포토센싱소자는 하나의 게이트 전극 및 반도체 패턴을 공유하는 박막 트랜지스터들이 병렬로 연결된 구조를 갖는다.
상기 포토센싱소자는 하부 기판 상에 형성된 게이트 전극; 상기 게이트 전극을 덮도록 형성된 게이트 절연막과; 상기 게이트 절연막을 사이에 두고 상기 게이트 전극과 중첩되는 반도체 패턴과; 상기 반도체 패턴 상에서 서로 마주보는 소스전극들 및 드레인 전극들과; 상기 소스전극들이 공통으로 접속되는 소스라인과; 상기 드레인 전극들이 공통으로 접속되는 드레인 라인을 구비한다.
상기 소스전극들 및 드레인 전극들은 서로 엇갈리게 위치한다.
본 발명에 따른 액정표시장치의 제조방법은 제1 모기판 상에 포토센싱소자를 가지는 박막 트랜지스터 어레이 기판들을 형성하는 단계와; 제2 모기판 상에 상기 포토센싱소자와 대응될 영역에 위치할 제1 투명금속패턴을 가지는 컬러필터 어레이 기판들을 형성하는 단계와; 상기 제1 및 제2 모기판을 합착하는 단계와; 스크라이빙 공정에 의해 다수의 액정표시패널들을 형성하는 단계를 포함하고, 상기 제1 모기판 상에 박막 트랜지스터 어레이 기판들을 형성하는 단계는, 상기 포토센싱소자 위에 오버코트층을 형성하는 단계와; 상기 오보코트층 위에 상기 포토센싱소자와 중첩되는 제2 투명금속패턴을 형성하는 단계를 포함한다.
상기 다수의 액정표시패널들 각각에 포함된 포토센싱소자들에 동일한 크기의 광을 조사하여 상기 포토센싱소자들 각각에서 발생되는 광전류들 간의 편차 발생 여부를 판단하는 단계와; 상기 광전류들 간의 편차가 발생되는 경우, 상기 액정표시패널 내의 상기 제1 투명금속패턴 및 제2 투명금속패턴 사이의 광투과율을 조절하여 상기 광전류들 간의 편차를 보정하는 단계를 포함한다.
상기 광전류들 간의 편차를 보정하는 단계는, 상기 제1 투명금속패턴 및 상기 제2 투명금속패턴 사이에 수직전계를 조절하여 상기 액정을 투과하는 광의 투과율을 제어하는 단계와; 상기 광 투과율의 제어됨에 따라 상기 각각의 포토센싱소자에 조사되는 광량이 서로 달라지는 단계를 포함한다.
상기 광전류들 간의 편차를 보정하여 동일 환경에서 서로 다른 액정표시패널에 위치하는 포토센싱소자들에 의해 센싱되는 센싱신호들은 서로 동일한다.
상기 목적 외에 본 발명의 다른 목적 및 특징들은 첨부도면을 참조한 실시예에 대한 설명을 통하여 명백하게 드러나게 될 것이다.
이하 도 2 내지 도 11을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하기로 한다.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 의한 액정표시장치를 개략적으로 나타내는 평면도이다.
도 3은 도 2의 A 영역을 구체적으로 나타내는 평면이고, 도 4는 도 3의 Ⅰ-Ⅰ'선을 절취하여 도시한 단면도이고, 도 5는 도 2의 B 영역을 구체적으로 나타내는 평면도이고, 도 6은 도 5의 Ⅱ-Ⅱ'선을 절취하여 도시한 단면도이다.
도 2에 도시된 액정표시장치는 포토센싱소자(177)가 액정표시패널(152)의 박막 트랜지스터 어레이 기판(170)에 형성된다. 이에 따라 종래 대비 외부에서 장착되는 별도의 포토 다이오드(diode) 등의 센서소자가 필요 없게 됨으로서 비용이 절감되고 액정표시패널(152) 내에 직접 형성됨으로써 센서의 신뢰성 또한 향상된다.
이하, 도 2 내지 도 6를 참조하여 본 발명에 따른 구성 및 작용 효과를 상세히 설명한다.
먼저, 도 2를 참조하면, 액정표시장치는 박막 트랜지스터 어레이가 형성된 박막 트랜지스터 어레이 기판(170) 및 컬러필터 어레이가 형성된 컬러 필터 기판(180)이 합착된 액정표시패널(152)과, 액정표시패널(152)에 데이터 신호를 공급하기 위한 데이터 구동부(172)와, 액정표시패널(152)에 게이트 신호를 공급하기 위한 게이트 구동부(182)를 구비한다.
여기서, 게이트 구동부(182) 및 데이터 구동부(172)는 다수개의 집적회로(IC:Integrated Circuit)들에 집적화된다. 즉, 게이트 구동부(182)는 게이트 집 적회로(174)들 각각이 게이트 TCP(Tape Carrier Package)(186) 상에 실장되어 TAB(Tape Automated Bonding) 방식으로 액정표시패널(152)에 접속되거나 COG(Chip On Glass) 방식으로 액정패널 상에 실장된다. 데이터 구동부(172) 또한 데이터 집적회로(174)들 각각이 TCP(Tape Carrier Package)(176) 상에 실장되어 TAB(Tape Automated Bonding) 방식으로 액정표시패널(152)에 접속되거나 COG(Chip On Glass) 방식으로 액정표시패널(152) 상에 실장된다.
여기서 TCP(176,186)를 통해 TAB 방식으로 액정표시패널(152)에 접속되는 집적회로(174,184)들은 TCP(176,186)에 접속되어진 PCB(Printed Circuit Board)(미도시)에 실장되어진 신호라인들을 통해 외부로부터 입력되는 제어신호들 및 직류전압들을 공급받음과 아울러 상호 접속된다.
액정표시패널(152)은 박막 트랜지스터 어레이 기판(170)은 서로 교차되게 형성되는 게이트 라인(102) 및 데이터 라인(104)과, 게이트 라인(102) 및 데이터 라인(104)에 의해 정의되는 화소셀을 포함한다. 화소셀의 구체적인 구성에 대하여는 추후에 설명하도록 한다.
여기서, 게이트 라인(102)은 게이트 라인(102)들을 구동시키기 위한 게이트 집적회로(184)와 전기적으로 연결된다. 그리고 데이터 라인(104)은 데이터 라인(104)들을 구동시키기 위한 데이터 드라이브 IC(174)와 전기적으로 연결된다.
이러한 액정표시패널(152)은 화상이 구현되는 표시영역(P1)과 표시영역(P1)을 제외하는 비표시영역(P2)으로 구분된다. 표시영역(P1)에는 앞에서 언급하였던 게이트 라인(102) 및 데이터 라인(104)에 의해 정의되는 화소셀(또는 "액정셀" 이 라 한다)들이 매트릭스 형태로 되고, 비표시영역(P2)에는 게이트 라인(102) 및 데이터 라인(104)과 비중첩되는 영역에 포토센싱소자(177)가 위치한다.
도 3은 박막 트랜지스터 어레이 기판 상에서의 하나의 화소셀을 나타내는 평면도이고, 도 4는 도 3에서의 Ⅰ-Ⅰ'선을 절취하여 도시한 단면도이다. 설명의 편의상 도 3은 박막 트랜지스터 어레이 기판만을 나타내었고, 도 4는 컬러필터 어레이 기판까지 모두 나타내었다.
도 3 및 도 4를 참조하면, 표시영역(P1) 내에 매트릭스 형태로 배열된 각각의 화소셀들은 컬러필터 어레이 기판(180)과, 액정(175)을 사이에 두고 컬러필터 어레이 기판(180)과 합착된 박막 트랜지스터 어레이 기판(170)을 구비한다.
박막 트랜지스터 어레이 기판(170)은 하부기판(142) 위에 게이트 절연막(144)을 사이에 두고 교차하게 형성된 게이트 라인(102) 및 데이터 라인(104)과, 그 교차부마다 형성된 박막 트랜지스터(106a)와, 그 교차구조로 마련된 화소영역에 형성된 화소 전극(118), 화소전극(118)과 전단 게이트 라인(102)의 중첩부에 형성된 스토리지 캐패시터(120)를 포함한다.
박막 트랜지스터(106a)는 게이트 라인(102)에 접속된 제1 게이트 전극(108a)과, 데이터 라인(104)에 접속된 제1 소스 전극(110a)과, 화소 전극(118)에 접속된 제1 드레인 전극(112a)과, 제1 게이트 전극(108a)과 중첩되고 제1 소스 전극(110a)과 제1 드레인 전극(112a) 사이에 채널을 형성하는 활성층(114a)을 구비한다. 활성층(114a)은 제 소스 전극(110a) 및 제1 드레인 전극(112a)과 부분적으로 중첩되게 형성되고 제1 소스 전극(110a)과 제2 드레인 전극(112a) 사이의 채널부를 더 포 함한다. 제1 활성층(114a) 위에는 제1 소스 전극(110a) 및 제2 드레인 전극(112a)과 오믹접촉을 위한 제1 오믹접촉층(147a)이 더 형성된다. 여기서, 제1 활성층(114a) 및 제1 오믹접촉층(147a)을 제1 반도체 패턴(148a)이라 한다.
이러한 박막 트랜지스터(106a)는 게이트 라인(102)에 공급되는 게이트 신호에 응답하여 데이터 라인(104)에 공급되는 화소전압 신호가 화소 전극(118)에 충전되어 유지되게 한다.
화소 전극(118)은 보호막(150)을 관통하는 컨택홀(117)을 통해 박막 트랜지스터(106a)의 제1 드레인 전극(112a)과 접속된다. 화소 전극(118)은 충전된 화소전압에 의해 공통 전극(138)과 전위차를 발생시키게 된다. 이 전위차에 의해 박막 트랜지스터 어레이 기판(170)과 상부기판(132) 사이에 위치하는 액정(175)이 유전 이방성에 의해 회전하게 되며 광원으로부터 화소 전극(118)을 경유하여 입사되는 광을 상부 기판 쪽으로 투과시키게 된다.
스토리지 캐패시터(120)는 전단 게이트라인(102)과, 그 게이트라인(102)과 게이트 절연막(144), 보호막(150)을 사이에 두고 중첩되는 화소전극(118)으로 구성된다. 이러한 스토리지 캐패시터(120)는 화소 전극(118)에 충전된 화소전압이 다음 화소전압이 충전될 때까지 안정적으로 유지되게 한다.
컬러필터 어레이 기판(180)은 상부기판(132) 상에 화소셀 영역을 구획하기 위한 블랙 매트릭스(134), 블랙 매트릭스(134)에 의해 구획되며 박막 트랜지스터 어레이 기판(170)의 화소전극(118)과 마주보는 컬러필터(136), 컬러필터(136) 및 블랙 매트릭스(134) 전면에 공통전극(138)이 구비한다.
블랙 매트릭스(134)는 게이트 라인(102)들 및 데이터 라인(104)들 영역에 대응되어 상부기판(132) 상에 형성되며, 컬러필터(136)가 형성될 화소셀 영역을 마련한다. 이러한, 블랙 매트릭스(134)는 빛샘을 방지함과 아울러 외부광을 흡수하여 콘트라스트비를 높이는 역할을 한다. 컬러필터(136)는 블랙 매트릭스(134)에 의해 구획되는 영역에 형성되며 박막 트랜지스터 어레이 기판(170)의 화소전극(118)과 대응되는 영역에 형성된다. 이 컬러필터(136)는 R,G,B 별로 형성되어 R, G, B 색상을 구현한다. 공통전극(138)의 컬러필터(136) 등이 형성된 상부기판(132) 전면에 형성되어 화소전극(118)과 수직전계를 이룬다.
이러한, 박막 트랜지스터 어레이 기판(170) 및 컬러필터 어레이 기판(180)에는 배향막(미도시)이 더 형성되고 스페이서(미도시) 등에 의해 셀 갭을 유지된다.
도 5는 액정표시패널(152)의 비표시영역(P2)에 위치하는 포토센싱소자(177)를 나타내는 평면도이고, 도 6은 도 5의 Ⅱ-Ⅱ'선을 절취하여 도시한 단면도이다. 설명의 편의상 도 5는 박막 트랜지스터 어레이 기판만을 나타내었고, 도 6은 컬러필터 어레이 기판까지 모두 나타내었다.
포토센싱소자(177)는 TCP(176,186)의 제1 더미 출력패드(187b)와 접속되는 제2 게이트 전극(108b), 제2 게이트 전극(108b)을 덮도록 형성되는 게이트 절연막(144), 게이트 절연막(144)을 사이에 두고 제2 게이트 전극(108b)과 중첩되는 제2 반도체 패턴(148b)(제2 활성층(114b) 및 제2 오믹접촉층(147b)을 포함), 제2 반도체 패턴(148b)의 채널을 사이에 두고 마주보는 제2 소스전극(110b)들 및 제2 드레인 전극(112b)들, 제2 소스전극(110b)들이 공통으로 접촉되며 TCP(176,186)의 제 2 더미 출력패드(187a)와 접속된 소스라인(181), 제2 드레인 전극(112b)들이 공통으로 접속되며 TCP(176,186)의 제3 더미 출력패드(187c)와 접속된 드레인 라인(183)을 구비한다.
제2 게이트 전극(108b)에는 별도의 전압원에서 TCP(176,186)의 제1 더미 출력패드(187b)를 경유하여 포토센싱소자(177)의 구동을 위한 제1 구동전압이 공급된다. 소스 라인(181) 또한 별도의 전압원에서 TCP의 제2 더미 출력 패드(187a)를 경유하여 포토센싱소자(177)의 구동을 위한 제2 구동전압이 공급된다. 드레인 라인(183)은 포토센싱에 의해 센싱된 전압을 TCP(176,186)의 더미 출력패드(187c)로 공급한다. 제2 소스전극(110b)들은 드레인 라인(183)과 마주보도록 소스라인(181)에서 신장되게 형성되고 제2 드레인 전극(112b)들은 소스라인(181)과 마주보도록 드레인 라인(183)에서 신장된 형태를 갖는다. 여기서 제2 소스전극(110b)들 및 제2 드레인 전극(112b)들은 서로 엇갈린 형태로 마주보도록 형성된다.
즉, 본 발명에서의 포토센싱소자(177)는 하나의 제2 게이트 전극(108b) 및 제2 반도체 패턴(148b)을 공유하는 다수의 박막 트랜지스터(106b)가 병렬로 연결된 구조를 가지게 됨으로써 전체 포토센싱소자(177)로 내에서는 채널(151)은 박막 트랜지스터의 수만큼 형성되게 된다. 이러한, 포토센싱소자(177)의 채널(151)은 광을 수광하는 수광부로서의 역할을 하게 된다.
포토센싱소자(177)와 마주보는 컬러필터 어레이 기판(180)에는 포토센싱소자(177)의 채널(151) 영역 즉, 수광부를 노출시키는 블랙 매트릭스(134)가 형성된다. 블랙 매트릭스(134)는 포토센싱소자(177)의 수광부와 대응되는 수광영역(P3)을 제외한 영역에 형성된다. 이에 따라, 외부광이 컬러필터 어레이 기판(180)의 수광영역(P3)을 경유하여 포토센싱소자(177)에 조사될 수 있게 됨으로서 포토센싱소자(177)는 외부광의 광량을 센싱할 수 있게 된다.
이하,도 7을 참조하여 포토센싱소자(177)가 외부광을 센싱하는 과정을 구체적으로 설명하면 다음과 같다.
포토센싱소자(177)의 소스라인(181)을 경유하여 소스전극(110b)에 제2 구동전압(Vd)이 인가됨과 아울러 포토센싱소자(177)의 제2 게이트 전극(108b)으로 제1 구동전압(Vg)이 인가되고 포토센싱소자(177)의 채널(151) 영역에 소정의 광이 조사되면 조사된 광량에 따라 포토센싱소자(177)의 제2 소스전극(110b)들에서 채널을 경유하여 제2 드레인 전극(112b)들로 흐르는 광전류(Photo Current)(Id) 패스가 형성된다. 광전류(Id)는 포토센싱소자(177)의 제2 드레인전극(112b) 및 제3 더미 출력패드(187c)를 경유하여 오피 엠프(OP-amp)의 음극성(-) 단자와 연결되는 제1 노드(N1)에 공급된다. 여기서, 오피 엠프(OP-amp)의 정극성(+) 단자에는 기준전압(Vcc)이 공급된다. 이에 따라, 광전류(Id)는 오피 엠프(OP-amp)의 출력단자와 제1 노드(N1) 사이의 저항(R)에 의해 아래 수학식 1과 같은 출력 전압(Vout)을 형성시킨다.
Vout = Vcc - Id×R
이와 같은 포토센싱소자(177)에 의해 센싱된 광전류를 이용하여 형성된 출력 전압(Vout)을 이용하여 외부 환경에 따라 백라이트의 광량을 제어하게 된다. 예를 들어, 일반적인 투과형 액정표시장치를 외부광이 많은 밝은 환경에서 구동시키는 경우, 포토센싱소자(177)는 상대적으로 많은 양의 광전류(Id)를 생성하고 이 광전류(Id)에 따라 상대적으로 많은 양의 백라이트 광이 액정표시패널에 공급되게 한다. 이와 반대로, 어두운 환경에서는 상대적으로 적은 양의 백라이트 광이 액정표시패널에 공급되도록 백라이트 광을 제어한다. 그 결과, 소비전력을 절감할 수 있게 되고 시인성 또한 향상시킬 수 있게 된다. 뿐만 아니라, 포토센싱소자(177)가 액정표시패널(152) 내에 형성될 수 있게 되어 별도의 포토센싱소자(177)를 외부에 추가할 필요가 없게 됨으로써 제조비용이 절감된다.
한편, 위의 제1 실시예에 따른 액정표시장치의 포토센싱소자(177)는 수율을 향상시키기 위해 도 8에 도시된 모기판(mother glass)(201) 상에 다수의 박막 트랜지스터 어레이(170a)들이 형성됨과 동시에 형성된다. 즉, 박막 트랜지스터 어레이(170a)의 박막 트랜지스터, 신호라인 등을 형성하는 공정과 동시에 포토센싱소자(177)가 형성된다.
그러나, 위와 같이 하나의 모기 판에 다수의 포토센싱소자(177) 등을 형성함에 따라 포토센싱소자(177)에 의해 형성되는 광전류(Id)들 간에 편차가 발생된다.
즉, 포토센싱소자(177)를 형성하는 증착 공정에서의 반도체층의 두께 불균일 등 여러 원인에 의한 공정 편차가 나타날 수 있게 된다. 그 결과, 동일 공정에서 형성된 각각의 포토센싱소자(177)에서의 광전류(Id)들 간에 편차가 발생된다. 이에 따라, 결국 각각의 액정표시장치 간에 센싱전압의 편차가 발생된다.
이하, 본 발명의 제2 실시예에 따른 액정표시장치는 포토센싱소자(177)들 간 의 편차에도 불구하고 각각의 액정표시장치들 간에 센서 편차가 발생하지 않을 수 있는 구조를 제안한다.
도 9는 본 발명의 제2 실시예에 따른 액정표시장치의 포토센싱소자(177) 주변을 나타내는 평면도이고, 도 10은 도 9에서의 Ⅲ-Ⅲ'선을 절취하여 도시한 단면도이다. 편의상 도 9의 평면도에서는 박막 트랜지스터 어레이 기판(170) 만을 도시하였고, 도 10은 박막 트랜지스터 어레이 기판(170)을 포함하는 액정표시패널을 나타내었다.
본 발명의 제2 실시예에서의 액정표시장치는 도 9 및 도 10에서 추가될 사항을 제외하고는 도 2 내지 도 6에 도시된 액정표시장치와 동일한 구성요소들을 가지게 되므로 도 2 내지 도 6과 동일한 구성요소들에 대해서는 동일번호를 부여하고 상세한 설명은 생략하기로 한다.
도 9 및 도 10에 도시된 액정표시패널은 컬러필터 어레이 기판(180) 상에 형성되며 포토센싱소자(177)와 대응되는 영역에 위치하는 제1 투명금속패턴(139)와, 박막 트랜지스터 어레이 기판(170)의 포토센싱소자(177) 위에는 오버코트층(261)이 형성되고 오버코트층(261) 위에는 포토센싱소자(177)와 중첩되는 제2 투명금속패턴(263)이 형성된다. 오버코트층(261)은 포토센싱소자(177) 주변을 평탄화시키고 제2 투명금속패턴(263)이 포토센싱소자(177)에 가해질 염려가 있는 노이즈 영향을 줄일 수 있다.
컬러필터 어레이 기판(180) 상에 형성된 제1 투명금속패턴(139)은 표시영역(P1)의 공통전극(138)에서 신장 될 수도 있다. 제2 투명금속패턴(263)과 제1 투 명금속패턴(139) 사이에는 액정(175)이 충진되어있다. 컬리필터 어레이 기판(180) 및 박막 트랜지스터 어레이 기판(170)은 실런트(265)에 의해 합착 된다.
이와 같은 구조를 가지는 액정표시장치는 제1 투명금속패턴(139)과 제2 투명금속패턴(263) 사이의 수직전계에 의해 액정(175)의 투과율을 조절할 수 있게 된다. 그 결과, 제2 실시예에서의 포토센싱소자(177)에서의 광전류의 크기는 외부광의 세기뿐만 아니라 제1 투명금속패턴(139)와 제2 투명금속패턴(263) 사이의 위치하는 액정(175)의 투과율에 의해 달라질 수 있게 된다.
따라서, 서로 다른 포토센싱소자들에 의해 형성되는 광전류들 간의 편차를 제1 투명금속패턴(139)과 제2 투명금속패턴(263) 사이의 액정(175) 투과율에 의해 보정할 수 있게 된다.
이를 좀더 상세히 설명하면 다음과 같다.
먼저, 도 8에 도시된 모기판(201) 상의 다수 형성된 포토센싱소자(177)들에 동일한 크기의 광을 조사하고 각각의 포토센싱소자(177)에 의해 센싱에 의한 광전류(Id)의 크기를 측정한다. 이에 따라, 각각의 포토센싱소자(177)에 의한 광전류(Id)의 편차를 파악한다. 광전류(Id)의 측정장치는 공지의 어떠한 전류 측정장치로도 측정할 수 있다.
다음으로, 제1 및 제2 투명금속패턴(139,263) 사이에 동일한 크기의 전압에 의한 수직전계를 가한 상태에서 포토센싱소자(177)에 의한 광전류(Id)를 측정한다. 여기서, 제1 및 제2 투명금속패턴(139,263)에는 직류(DC) 전압이 공급된다.
이때, 포토센싱소자(177)들에 의한 광전류(Id)들이 모두 동일한 값을 가질 수 있도록 각 액정표시장치에서의 제1 및 제2 투명금속패턴(139,263) 사이의 수직전계의 크기를 조절한다. 즉, 제1 및 제2 투명금속패턴(139,263) 사이의 전위차를 조절한다.
이에 따라, 각각의 액정표시장치마다 동일한 외부광에 의해 동일한 광전류(Id) 크기를 발생시킬 수 있도록 하는 제1 및 제2 투명금속패턴(139,263) 사이의 전위차를 판단한다. 위의 과정에 의해 판단된 각각의 전위차에 의한 수직 전계는 포토센싱소자(177)가 구동하여 광을 센싱하는 경우 제1 및 제2 투명금속전극패턴(139,263) 사이에 공급된다. 이에 따라, 동일한 외부광에 의해 센싱되는 광전류들의 크기는 동일해질 수 있게 된다. 그 결과, 서로 다른 액정표시장치들 간에 센서 편차를 줄일 수 있게 됨으로써 포토센싱소자를 내장한 액정표시장치의 신뢰성이 더욱 향상될 수 있게 된다.
이와 같은 본 발명의 2 실시예에 따른 액정표시장치의 제조방법을 도 11에 도시된 순서도를 참조하여 설명한다.
먼저, 제1 모기판(mother glass) 상에 다수의 박막 트랜지스터 어레이들을 형성한다.(S2)
각각의 박막 트랜지스터 어레이에의 표시영역(P1)에는 서로 교차되게 형성된 게이트 라인(102) 및 데이터 라인(104), 게이트 라인(102) 및 데이터 라인(104)의 교차영역에 형성된 박막 트랜지스터(106), 박막 트랜지스터(106)와 접촉된 화소전극(118)이 형성된다. 각각의 박막 트랜지스터 어레이에의 비표시영역(P2)에는 박막 트랜지스터(106)와 동시에 형성되는 포토센싱소자(177)가 형성된다. 그리고, 포토 센싱소자(177) 위에는 오버코트층(261)이 형성되고 오버코트층(261) 위에는 제2 투명금속패턴(263)이 형성된다.
이와는 별도의 공정에 의해 제2 모기판(mother glass) 상에 다수의 컬러필터 어레이들이 형성된다.(S4)
각각의 컬러필터 어레이에의 표시영역(P1)에는 블랙 매트릭스(134), 블랙 매트릭스(134)에 의해 구획되는 영역에 형성되는 컬러필터(136), 컬러필터(136) 위에 형성되어 화소전극(118)과 수직전계를 형성하는 공통전극(138) 등이 형성된다. 컬러필터 어레이의 비표시영역(P2)에는 포토센싱소자(177)의 채널과 비중첩되는 영역에 위치하는 블랙 매트릭스(134), 블랙 매트릭스(134) 위에 형성되는 제1 투명금속패턴(139)이 형성된다.
이후, 제1 및 제2 모기판을 실런트를 이용하여 합착시킨다.(S6)
이어서, 스크라이빙 공정이 실시됨에 따라 다수의 액정표시패널들이 형성된다.(S8)
이후, 액정표시패널에 구동부 등을 연결시킨 후 다수의 액정표시패널들의 포토센싱소자(177)들 각각에 동일한 크기의 광을 조사한다. 그리고, 각각의 포토센싱소자에서 발생되는 광전류(Id)를 측정하고 광전류(Id)들간의 편차를 판단한다.(S10)
각각의 액정표시패널에서의 광전류(Id)들 간의 편차가 발생되는 경우, 각각의 액정표시패널의 제1 투명금속패턴(139) 및 제2 투명금속패턴(263) 사이에 수직전계를 형성시킨다. 이 수직전계를 조절하여 제1 투명금속패턴(139) 및 제2 투명금 속패턴(263) 사이에 위치하는 액정(175)을 투과하는 광량이 제어될 수 있게 된다. 그 결과, 액정(175)을 투과하여 각 포토센싱소자(177)에 전달되는 광량은 각 액정표시패널마다 서로 달라지게 되지만 각 포토센싱소자(177)에서 발생되는 광전류(Id)들 간의 편차를 보정할 수 있게 된다.(S12)
예를 들어, 사용자는 각 액정표시패널마다 제1 투명금속패턴(139) 및 제2 투명금속패턴(263) 사이에 수직전계의 크기를 조절함으로써 각각의 액정표시패널에 포함되는 포토센싱소자(177)에서의 광전류(Id)의 크기들이 동일하게 되는 수직전계들을 판단한다. 이와 같이 판단된 수직전계들의 값들은 영구히 각각의 액정표시패널에 적용되게 된다. 그 결과, 각각의 액정표시패널들이 센서 모드에서 구동하는 경우 각 제1 및 제2 투명금속패턴(139,263)에는 미리 설정된 수직전계가 형성하게 된다. 이 상태에서 서로 다른 액정표시패널에 포함되는 포토센싱소자(177)들이 외부광을 센싱하게 되면 포토센싱소자(177) 자체의 공정편차가 수직전계에 의한 광투과율에 의해 보정되게 된다. 이에 따라, 서로 다른 액정표시패널들은 동일 환경에서 동일하게 형성된 크기의 센싱전압을 출력할 수 있게 된다.
한편, 상술한 바와 같이 외부광을 센싱하여 백라이트를 제어할 수도 있고, 백라이트에서 반사되는 빛을 센싱하여 터치 센서용으로 사용될 수도 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 액정표시장치는 액정표시패널 내부에 포토센싱소자를 형성하고 포토센싱소자에 의해 센싱된 신호를 이용하여 백라이트의 밝기를 조절한다. 이에 따라, 액정표시패널이 밝은 곳에 위치하는 경우 백라이트 광을 밝게하여 시인성을 향상시킬 수 있게 되고 주변 밝기가 어두워지면 백라이트 광을 어둡게 하여 소비전력을 절감할 수 있게 된다. 또한, 본 발명에서의 포토센싱소자는 액정표시패널의 내부에서 박막 트랜지스터 등의 박막 패턴들과 동시에 형성될 수 있게 됨으로서 종래 대비 별도의 포토센서를 외부에 추가할 필요가 없게 됨으로서 제조비용이 절감된다.
더 나아가서, 본원발명에서의 액정표시장치 및 그 제조방법은 포토센싱소자에 조사되는 광량을 제어하여 서로 다른 액정표시패널에 속하는 포토센싱소자들이 동일환경에서 동일한 광전류 패스를 형성할 수 있도록 한다. 그 결과, 서로 다른 액정표시장치들에서 센싱된 전압들 간의 편차를 줄일 수 있게 됨으로써 포토센싱소자를 내장한 액정표시장치들의 신뢰성을 더욱 높일 수 있게 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 명세서의 상세한 설명에 기재된 내용으로 한정되는 것이 아니라 특허 청구의 범위에 의해 정하여져야만 할 것이다.

Claims (13)

  1. 비표시영역에 위치하여 외부광을 센싱하는 포토센싱소자가 형성된 박막 트랜지스터 어레이 기판과;
    액정을 사이에 두고 상기 박막 트랜지스터 어레이 기판과 합착됨과 아울러 상기 포토센싱소자와 대응되는 영역에 제1 투명금속패턴이 형성된 컬러필터 어레이 기판을 구비하고,
    상기 박막 트랜지스터 어레이 기판은,
    상기 포토센싱소자 위에 위치하며 상기 제1 투명금속패턴과 상기 액정을 사이에 두고 위치하는 제2 투명금속패턴을 포함하는 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1 투명금속패턴 및 상기 제2 투명금속패턴은 수직전계를 형성하여 상기 액정을 투과하는 광의 투과율을 제어하는 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 투명금속패턴에는 직류 전압이 공급되는 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 박막 트랜지스터 어레이 기판은,
    상기 포토센싱소자와 제2 투명금속패턴 사이에 위치하는 오버코트층을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1 투명금속패턴은 상기 컬러필터 어레이 기판의 표시영역에 형성된 공통전극에서 신장된 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 컬러필터 어레이 기판은
    표시영역에서 셀영역을 구획함과 아울러 상기 포토센싱소자의 채널과 비중첩되는 블랙 매트릭스와;
    상기 블랙 매트릭스에 의해 구획된 셀영역에 형성되는 컬러필터와;
    상기 컬러필터 위에 형성된 공통전극을 포함하는 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 포토센싱소자는
    하나의 게이트 전극 및 반도체 패턴을 공유하는 박막 트랜지스터들이 병렬로 연결된 구조인 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 포토센싱소자는
    하부 기판 상에 형성된 게이트 전극;
    상기 게이트 전극을 덮도록 형성된 게이트 절연막과;
    상기 게이트 절연막을 사이에 두고 상기 게이트 전극과 중첩되는 반도체 패턴과;
    상기 반도체 패턴 상에서 서로 마주보는 소스전극들 및 드레인 전극들과;
    상기 소스전극들이 공통으로 접속되는 소스라인과;
    상기 드레인 전극들이 공통으로 접속되는 드레인 라인을 구비하는 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 소스전극들 및 드레인 전극들은 서로 엇갈리게 위치하는 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
  10. 제1 모기판 상에 포토센싱소자를 가지는 박막 트랜지스터 어레이 기판들을 형성하는 단계와;
    제2 모기판 상에 상기 포토센싱소자와 대응될 영역에 위치할 제1 투명금속패 턴을 가지는 컬러필터 어레이 기판들을 형성하는 단계와;
    상기 제1 및 제2 모기판을 합착하는 단계와;
    스크라이빙 공정에 의해 다수의 액정표시패널들을 형성하는 단계를 포함하고,
    상기 제1 모기판 상에 박막 트랜지스터 어레이 기판들을 형성하는 단계는,
    상기 포토센싱소자 위에 오버코트층을 형성하는 단계와;
    상기 오보코트층 위에 상기 포토센싱소자와 중첩되는 제2 투명금속패턴을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 액정표시장치의 제조방법.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 다수의 액정표시패널들 각각에 포함된 포토센싱소자들에 동일한 크기의 광을 조사하여 상기 포토센싱소자들 각각에서 발생되는 광전류들 간의 편차 발생 여부를 판단하는 단계와;
    상기 광전류들 간의 편차가 발생되는 경우, 상기 액정표시패널 내의 상기 제1 투명금속패턴 및 제2 투명금속패턴 사이의 광투과율을 조절하여 상기 광전류들 간의 편차를 보정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 액정표시장치의 제조방법.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 광전류들 간의 편차를 보정하는 단계는,
    상기 제1 투명금속패턴 및 상기 제2 투명금속패턴 사이에 수직전계를 조절하여 액정을 투과하는 광의 투과율을 제어하는 단계와;
    상기 광 투과율의 제어됨에 따라 상기 포토센싱소자 각각에 조사되는 광량이 서로 달라지는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 액정표시장치의 제조방법.
  13. 제 11 항에 있어서,
    상기 광전류들 간의 편차를 보정하여 동일 환경에서 서로 다른 액정표시패널에 위치하는 포토센싱소자들에 의해 센싱되는 센싱신호들은 서로 동일한 것을 특징으로 하는 액정표시장치의 제조방법.
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