KR20090026576A - 표시 장치 및 그 제조 방법 - Google Patents

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이성준
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Abstract

본 발명은 터치 패널 내장형 표시 장치 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
본 발명의 표시 장치는 서로 대면하도록 배치된 하부 기판 및 상부 기판과, 하부 기판 또는 상부 기판상에 형성된 도전성 스페이서와, 하부 기판과 상부 기판 사이에 배치된 셀갭 스페이서와, 셀갭 스페이서 주변에 적어도 하나 이상 배치되는 보조 셀갭 스페이서를 포함한다.
본 발명에 의하면, 도전성 스페이서에 근접하게 셀갭 스페이서를 배치하거나, 셀갭 스페이서 주변에 보조 셀갭 스페이서를 배치함으로써 셀갭 스페이서에 집중되는 압축력을 분산시킬 수 있어 기계적 신뢰성을 향상시킬 수 있다. 또한, 셀갭 스페이서를 복수의 단위 픽셀당 하나씩 배치하고, 그 주변에 복수의 보조 셀갭 스페이서를 배치함으로써 터치 감도를 향상시킬 수 있고, 셀갭 스페이서에 집중되는 압축력을 분산시킬 수 있어 기계적 신뢰성을 향상시킬 수 있다.
터치 패널, 내장형, 셀갭 스페이서, 보조 셀갭 스페이서, 압축력, 분산

Description

표시 장치 및 그 제조 방법{Display and method of manufacturing the same}
본 발명은 표시 장치에 관한 것으로, 특히 터치 패널이 내장된 표시 장의 터치 감도 및 기계적 신뢰성을 향상시킬 수 있는 표시 장치 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
터치 패널은 키보드를 사용하지 않고 표시 장치에 의해 화면에 나타난 문자나 특정 위치에 사람의 손 또는 물체를 접촉시켜 그 위치를 파악하여 특정 처리를 할 수 있는 장치이다. 종래의 터치 패널은 표시 장치와 별도로 제작되어 표시 장치와 합착되기 때문에 표시 장치의 두께를 증가시키게 된다. 따라서, 두께를 증가시키지 않기 위해 표시 장치 제조시 터치 패널 기능을 내장하는 터치 패널 내장형 표시 장치가 제시되었다.
터치 패널 내장형 표시 장치는 박막 트랜지스터 및 화소 전극 등이 형성되는 하부 기판에 도전성 패드가 형성되고, 컬러 필터 및 공통 전극 등이 형성되는 상부 기판에 도전성 스페이서가 형성되어 도전성 스페이서와 도전성 패드가 가압에 의해 접촉함으로써 저항값이 변화되는 것을 검출하여 접촉 위치를 파악하게 된다. 예를들면, 터치 패널 내장형 표시 장치는 도전성 스페이서가 단위 픽셀당 하나씩 배치되고, 하부 기판과 상부 기판의 갭을 유지하기 위한 셀갭 스페이서가 도전성 스페이서 사이에 배치된다. 단위 픽셀은 적색 서브 픽셀, 녹색 서브 픽셀 및 청색 서브 픽셀로 구성된다. 터치 패널 내장형 표시 장치는 셀갭 스페이서의 분포 밀도를 낮추거나 상부 기판의 두께를 줄임으로써 터치 감도를 극대화시킬 수 있다. 셀갭 스페이서의 분포 밀도를 낮추면 터치시 셀갭 스페이서의 압축 변형을 증대시킬 수 있고, 상부 기판의 두께를 줄이면 터치 압력이 국부적으로 미칠 수 있기 때문에 터치 감도를 극대화시킬 수 있다.
터치 패널 내장형 표시 장치는 기계적 신뢰성을 측정하기 위해 슬라이딩 테스트(sliding test)를 실시하게 된다. 슬라이딩 테스트는 직경 1㎜의 팁(tip)을 250gf의 압력으로 터치 패널 내장형 표시 장치를 압축하면서 일정한 방향으로 10만번 이상 왕복하여 실시한다. 슬라이딩 테스트는 팁이 수직으로 압축하면서 수평으로 이동하기 때문에 셀갭 스페이서는 수직과 수평에 대한 가압력을 동시에 받게 된다. 이때, 상부 기판이 두꺼우면 팁의 가압력은 기판에 대한 수직 압축력이 되며, 팁의 수평 이동에 의해 셀갭 스페이서에 인가되는 수평 압축력은 낮게 된다. 그러나, 상부 기판이 얇으면 수직 압축력에 의해 기판이 변형된 상태에서 수평 압축력이 작용하기 때문에 기판과 셀갭 스페이서 및 하부 구조물이 마찰하게 된다. 특히 셀갭 스페이서가 얇고 낮은 밀도로 형성될 경우 슬라이딩 팁에 의한 손상은 클 수 밖에 없으며, 이로 인해 셀갭을 유지하지 못하게 된다. 따라서, 종래의 터치 패널 내장형 액정 표시 장치는 액정 얼룩이 발생될 뿐만 아니라 센서 동작 불량이 발생하게 된다.
본 발명은 터치 감도를 향상시키면서 기계적 신뢰성을 향상시킬 수 있는 터치 패널 내장형 표시 장치 및 그 제조 방법을 제공한다.
본 발명은 셀갭 스페이서의 분포 밀도를 조절하여 터치 감도를 향상시키고, 셀갭 스페이서와 인접하게 서브 셀갭 스페이서를 형성하여 기계적 신뢰성을 향상시킬 수 있는 터치 패널 내장형 표시 장치 및 그 제조 방법을 제공한다.
본 발명의 일 양태에 따른 표시 장치는 서로 대면하도록 배치된 하부 기판 및 상부 기판; 상기 하부 기판 또는 상부 기판상에 형성된 도전성 스페이서; 상기 하부 기판과 상부 기판 사이에 배치된 셀갭 스페이서; 및 상기 셀갭 스페이서 주변에 적어도 하나 이상 배치되는 보조 셀갭 스페이서를 포함한다.
상기 셀갭 스페이서는 상기 상부 기판의 일 컬러 필터와 상기 하부 기판의 박막 트랜지스터 사이에 형성된다.
상기 보조 셀갭 스페이서는 상기 셀갭 스페이서보다 그 단면적이 크고, 짧은 길이로 형성된다.
상기 도전성 스페이서와 이격된 기판의 거리는 상기 보조 셀갭 스페이서와 상기 이격된 기판의 거리보다 길거나 같다.
상기 보조 셀갭 스페이서는 상기 상부 기판의 블랙 매트릭스와 상기 하부 기 판 사이에 형성된다.
상기 도전성 스페이서는 상기 보조 셀갭 스페이서보다 그 단면적이 크고, 짧은 길이로 형성된다.
상기 도전성 스페이서는 상기 상부 기판의 블랙 매트릭스와 상기 하부 기판 사이에 상기 보조 셀갭 스페이서와 이격되어 형성된다.
상기 셀갭 스페이서는 상기 도전성 스페이서보다 그 단면적이 작고, 길게 형성된다.
본 발명의 다른 양태에 따른 표시 장치는 서로 대면하도록 배치된 하부 기판 및 상부 기판; 상기 상부 기판 또는 하부 기판 상에 형성된 도전성 스페이서; 상기 하부 기판과 상부 기판 사이에 배치된 셀갭 스페이서; 상기 셀갭 스페이서 주변에 적어도 하나 이상 배치된 보조 셀갭 스페이서; 상기 도전성 스페이서에 대응하는 도전성 패드; 상기 도전성 패드에 연결되고, 일 방향으로 형성된 제 1 센싱 배선; 및 상기 도전성 패드에 연결되고, 상기 제 1 센싱 배선과 교차되는 방향으로 형성된 제 2 센싱 배선을 포함한다.
상기 셀갭 스페이서는 상기 상부 기판의 일 컬러 필터와 상기 하부 기판의 박막 트랜지스터 사이에 형성된다.
상기 보조 셀갭 스페이서는 상기 셀갭 스페이서보다 그 단면적이 크고, 짧은 길이로 형성된다.
상기 도전성 스페이서와 이격된 기판의 거리는 상기 보조 셀갭 스페이서와 상기 이격된 기판의 거리보다 길거나 같다.
상기 보조 셀갭 스페이서는 상기 상부 기판의 블랙 매트릭스와 상기 하부 기판 사이에 형성된다.
상기 도전성 스페이서는 상기 보조 셀갭 스페이서보다 그 단면적이 크고, 짧은 길이로 형성된다.
상기 도전성 스페이서는 상기 상부 기판의 블랙 매트릭스와 상기 하부 기판 사이에 상기 보조 셀갭 스페이서와 이격되어 형성된다.
상기 셀갭 스페이서는 상기 도전성 스페이서보다 그 단면적이 작고, 길게 형성된다.
본 발명의 또다른 양태에 따른 표시 장치의 제조 방법은 게이트 라인, 데이터 라인, 화소 전극, 박막 트랜지스터 및 도전성 패드를 포함하는 하부 기판을 형성하는 단계; 블랙 매트릭스, 컬러 필터, 도전성 스페이서, 공통 전극, 셀갭 스페이서 및 보조 셀갭 스페이서를 포함하는 상부 기판을 형성하는 단계; 및 상기 하부 기판상에 액정을 적하한 후 상기 제 1 및 제 2 절연 기판을 합착하는 단계를 포함한다.
상기 하부 기판을 형성하는 단계는, 기판 상에 일 방향으로 연장되는 복수의 게이트 라인 및 이와 이격된 제 1 센싱 라인을 형성하는 단계; 상기 게이트 라인과 교차되는 방향으로 연장되는 복수의 데이터 라인 및 일 데이터 라인과 이격되는 제 2 센싱 라인을 형성하는 단계; 상기 기판 상에 보호막을 형성한 후 소정 영역을 식 각하여 복수의 콘택홀을 형성하는 단계; 및 상기 보호막 상부의 상기 게이트 라인 및 상기 데이터 라인이 교차되는 영역에 화소 전극을 형성하고, 상기 복수의 콘택홀을 통해 상기 제 1 및 제 2 센싱 라인과 연결되는 도전성 패드를 형성하는 단계를 포함한다.
상기 상부 기판을 형성하는 단계는, 기판 상부에 선택적으로 블랙 매트릭스를 형성하는 단계; 상기 기판 상에 절연층을 형성한 후 패터닝하여 상기 블랙 매트릭스 상부에 돌출부를 형성하는 단계; 상기 블랙 매트릭스 이외의 상기 기판 상부에 컬러 필터를 형성하는 단계; 상기 기판 상에 도전층을 형성한 후 패터닝하여 공통 전극을 형성하고, 상기 돌출부 상부에 도전층이 형성되어 도전성 스페이서가 형성되는 단계; 및 상기 기판 상에 단위 픽셀당 하나의 셀갭 스페이서와 적어도 하나 이상의 보조 셀갭 스페이서를 형성하는 단계를 포함한다.
상기 셀갭 스페이서는 상기 컬러 필터 상에 형성되고, 상기 보조 셀갭 스페이서는 상기 블랙 매트릭스 상에 형성된다.
본 발명에 의하면, 도전성 스페이서에 근접하게 셀갭 스페이서를 배치하거나, 셀갭 스페이서 주변에 보조 셀갭 스페이서를 배치함으로써 셀갭 스페이서에 집중되는 압축력을 분산시킬 수 있어 기계적 신뢰성을 향상시킬 수 있다.
또한, 셀갭 스페이서를 복수의 단위 픽셀당 하나씩 배치하고, 그 주변에 복수의 보조 셀갭 스페이서를 배치함으로써 셀갭 스페이서의 분포 밀도가 종래보다 낮아져 터치 감도를 향상시킬 수 있고, 셀갭 스페이서에 집중되는 압축력을 분산시킬 수 있어 기계적 신뢰성을 향상시킬 수 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예를 상세히 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시 예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시 예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 터치 패널 내장형 표시 장치의 개략 평면도이고, 도 2는 도 1의 A 부분의 확대 단면도이다. 또한, 도 3은 도 2의 Ⅰ-Ⅰ' 라인을 따라 절취한 상태의 단면도이고, 도 4는 도 2의 Ⅱ-Ⅱ' 라인을 따라 절취한 상태의 단면도이다.
도 1, 도 2, 도 3 및 도 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 터치 패널 내장형 표시 장치는 서로 대면하도록 배치된 하부 기판(100) 및 상부 기판(200), 하부 기판(100)과 상부 기판(200) 사이에 형성된 액정층(300)을 포함한다. 또한, 단위 픽셀(10)마다 배치되어 하부 기판(100)과 상부 기판(200)의 간격을 유지하는 셀갭 스페이서(20), 상부 기판(200) 상에 형성된 도전성 스페이서(40) 및 하부 기판(100)상에 형성된 도전성 패드(41)를 더 포함한다.
본 실시 예에서, 단위 픽셀(10)은 예를들어 3개의 서브 픽셀로 구성되는데, 바람직하게는 적색 서브 픽셀(11), 녹색 서브 픽셀(12) 및 청색 서브 픽셀(13)으로 구성된다. 적색 서브 픽셀(11), 녹색 서브 픽셀(12) 및 청색 서브 픽셀(13)은 예를들어 가로 방향으로 순서적으로 교차 배열되고, 세로 방향으로 동일 서브 픽셀이 배열된다. 그러나, 세로 방향으로도 서브 픽셀들이 순서적으로 교차 배열될 수 있다.
하부 기판(100)은 제 1 절연 기판(110) 상부에 일 방향으로 연장되는 복수의 게이트 라인(121)과, 게이트 라인(121)과 교차되어 연장된 복수의 데이터 라인(160)과, 게이트 라인(121)과 데이터 라인(160)에 의해 정의된 서브 픽셀 영역에 형성된 화소 전극(180)과, 게이트 라인(121), 데이터 라인(160) 및 화소 전극(180)에 접속되며, 활성층(141) 및 오믹 콘택층(151)을 구비하는 박막 트랜지스터(T)를 포함한다. 또한, 게이트 라인(121)과 이격되어 일 방향으로 연장된 제 1 센싱 라인(410)과, 데이터 라인(160)과 이격되어 타 방향으로 연장된 제 2 센싱 라인(420)과, 제 1 센싱 라인(410)과 제 2 센싱 라인(420)의 교차 지점에 형성된 도전성 패드(41)를 더 포함한다.
한편, 상부 기판(200)은 제 2 절연 기판(210) 상의 서브 픽셀 사이에 형성된 블랙 매트릭스(220)와, 블랙 매트릭스(220)가 형성되지 않은 나머지 제 2 절연 기판(210) 상에 형성된 컬러 필터(230)와, 블랙 매트릭스(220) 및 컬러 필터(230)를 포함한 전체 상부에 형성된 공통 전극(240)을 포함한다. 또한, 셀갭 스페이서(20) 및 도전성 스페이서(40)는 상부 기판(200)상에 형성될 수 있다.
셀갭 스페이서(20)는 단위 픽셀(10)마다 배치되는데, 예를들어 청색 서브 픽 셀(13)의 컬러 필터(230)상에 형성될 수 있으며, 컬러 필터(230)와 박막 트랜지스터(T) 사이에 형성될 수 있다. 또한, 도전성 스페이서(40)는 셀갭 스페이서(20)와 인접하게 배치되는데, 인접한 단위 픽셀(10)의 청색 서브 픽셀(13) 사이의 블랙 매트릭스(220)상에 형성될 수 있다. 그러나, 셀갭 스페이서(20) 및 도전성 스페이서(40)의 배치는 다양하게 변경될 수 있다. 여기서, 셀갭 스페이서(20)는 도전성 스페이서(40)보다 길게 형성되어 하부 기판(100)과 상부 기판(200)이 접하도록 형성되고, 도전성 스페이서(40)는 도전성 패드(41)와 소정 간격 이격되도록 형성된다. 또한, 도전성 스페이서(40)는 셀갭 스페이서(20)보다 단면적이 크게 형성된다.
상기한 바와 같이 단위 픽셀(10)마다 셀갭 스페이서(20)와 도전성 스페이서(40)가 인접하도록 배치함으로써 셀갭 스페이서(20)에만 가해지던 압축력을 셀갭 스페이서(20)와 도전성 스페이서(40)로 분산시킬 수 있어 셀갭 스페이서(20)의 파괴를 방지할 수 있다.
그런데, 본 발명의 일 실시 예에 따라 단위 픽셀(10)마다 셀갭 스페이서(20)와 도전성 스페이서(40)가 인접하게 배치되어 압축력을 분산하더라도 압축력이 증가할 경우 셀갭 스페이서(20)와 도전성 스페이서(40)가 압축력을 모두 분산할 수 없을 수도 있다. 따라서, 압축력을 더욱 분산시키기 위한 본 발명의 다른 실시 예를 설명하면 다음과 같다.
도 5는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 터치 패널 내장형 표시 장치의 개략 평면도이고, 도 6은 5의 B 부분의 확대 평면도이다. 또한, 도 7은 도 6의 Ⅲ-Ⅲ' 라인을 따라 절취한 상태의 단면도이고, 도 8은 도 6의 Ⅳ-Ⅳ' 라인을 따라 절취한 상태의 단면도이다.
도 5, 도 6, 도 7 및 도 8을 참조하면, 본 발명의 다른 실시 예에 따른 터치 패널 내장형 표시 장치는 서로 대면하도록 배치된 하부 기판(100) 및 상부 기판(200), 하부 기판(100)과 상부 기판(200) 사이에 형성된 액정층(300)을 포함한다. 또한, 단위 픽셀(10)마다 배치되며 컬러 필터(220)상에 형성되는 셀갭 스페이서(20)와, 셀갭 스페이서(20) 주변에 적어도 하나 이상 배치된 보조 셀갭 스페이서(30) 및 단위 픽셀(10)마다 배치되는 도전성 스페이서(40)를 더 포함한다. 여기서, 단위 픽셀(10)은 바람직하게는 적색 서브 픽셀(11), 녹색 서브 픽셀(12) 및 청색 서브 픽셀(13)의 3개의 서브 픽셀로 구성된다.
하부 기판(100)은 제 1 절연 기판(110) 상부에 일 방향으로 연장되는 복수의 게이트 라인(121)과, 게이트 라인(121)과 교차되어 연장된 복수의 데이터 라인(160)과, 게이트 라인(121)과 데이터 라인(160)에 의해 정의된 서브 픽셀 영역에 형성된 화소 전극(180)과, 게이트 라인(121), 데이터 라인(160) 및 화소 전극(180)에 접속된 박막 트랜지스터(T)를 포함한다. 또한, 게이트 라인(121)과 이격되어 일 방향으로 연장된 제 1 센싱 라인(410)과, 데이터 라인(160)과 이격되어 타 방향으로 연장된 제 2 센싱 라인(420)과, 제 1 센싱 라인(410)과 제 2 센싱 라인(420)의 교차 지점에 형성된 도전성 패드(41)를 더 포함한다.
게이트 라인(121)은 예를들어 가로 방향으로 연장되어 형성되며, 게이트 라인(121)의 일부가 돌출되어 게이트 전극(122)이 형성된다. 게이트 라인(121)을 포 함한 전체 상부에 게이트 절연막(130)이 형성된다. 게이트 절연막(130)은 산화 실리콘(SiO2) 또는 질화 실리콘(SiNx) 등을 이용하여 단일층 또는 다층으로 형성될 수 있다. 한편, 게이트 전극(122) 상부의 게이트 절연막(130) 상부에는 비정질 실리콘 등의 반도체로 이루어진 활성층(141)이 각각 형성되며, 활성층(141)의 상부에는 실리사이드 또는 n형 불순물이 고농도로 도핑되어 있는 n+ 수소화 비정질 실리콘 등의 반도체로 이루어진 오믹 콘택층(151)이 형성된다. 오믹 콘택층(151)은 각각 소오스 전극(161)과 드레인 전극(162) 사이의 채널부에서는 제거될 수 있다.
게이트 절연막(130) 상부에는 데이터 라인(160)이 형성된다. 데이터 라인(160)은 게이트 라인(121)과 교차되는 방향, 즉 세로 방향으로 연장 형성되며, 데이터 라인(160)이 게이트 라인(121)과 교차되는 영역이 서브 픽셀 영역으로 정의된다. 데이터 라인(160)으로부터 오믹 콘택층(151) 상부까지 연장 돌출되어 소오스 전극(161)이 형성된다. 소오스 전극(161)과 이격되어 오믹 콘택층(151) 상부에 드레인 전극(162)이 형성된다.
게이트 라인(121), 데이터 라인(160)을 포함한 전체 상부에 보호막(170)이 형성된다. 보호막(170)은 무기 절연막 또는 유기 절연막 등으로 형성될 수 있다. 또한, 보호막(170)의 소정 영역에는 드레인 전극(162)의 소정 영역을 노출시키는 제 1 콘택홀(171)과 제 1 센싱 라인(410)의 일부를 노출시키는 제 2 콘택홀(172)과 제 2 센싱 라인(420)의 일부를 노출시키는 제 3 콘택홀(173)이 형성된다.
보호막(170) 상부에는 화소 전극(180)이 형성된다. 화소 전극(180)은 ITO(indium tin oxide) 또는 IZO(indium zinc oxide)등의 투명한 도전 물질로 형성된다. 화소 전극(180)은 제 1 콘택홀(171)을 통해 드레인 전극(162)과 연결된다.
제 1 센싱 라인(410)은 게이트 라인(121)과 소정 간격 이격되어 형성되며, 게이트 라인(121)과 동시에 형성될 수 있다. 제 2 센싱 라인(420)은 데이터 라인(160)과 소정 간격 이격되어 형성되는데, 하나의 단위 픽셀마다 하나의 제 2 센싱 라인(420)이 형성된다. 예를들어 제 2 센싱 라인(420)은 청색 서브 픽셀(13)과 적색 서브 픽셀(11) 사이에 형성될 수 있는데, 데이터 라인(160)과 인접하여 청색 서브 픽셀(13)측으로 형성될 수 있다. 또한, 제 2 센싱 라인(420)은 데이터 라인(160)과 동시에 형성될 수 있다.
도전성 패드(430)는 제 1 센싱 라인(410)과 제 2 센싱 라인(420)의 교차 지점에 형성되며, 제 2 및 제 3 콘택홀(172 및 173)을 통해 제 1 및 제 2 센싱 라인(410 및 420)과 연결된다. 또한, 도전성 패드(430)는 화소 전극(180)과 이격되어 있으며, 화소 전극(180)과 동시에 형성될 수 있다.
또한, 상부 기판(200)은 제 2 절연 기판(210) 상에 형성된 블랙 매트릭스(220)와, 컬러 필터(230)와, 공통 전극(240)을 포함한다. 또한, 셀갭 스페이서(20), 보조 셀갭 스페이서(30) 및 도전성 스페이서(40)를 더 포함한다.
블랙 매트릭스(220)는 서브 픽셀 사이에 형성되며, 서브 픽셀 이외의 영역으로 빛이 새는 것과 인접한 서브 픽셀들 사이의 광 간섭을 방지한다. 또한, 블랙 매트릭스(220)는 검은색 안료가 첨가된 감광성 유기 물질로 이루어진다. 검은색 안료 로는 카본 블랙이나 티타늄 옥사이드 등을 이용한다. 한편, 블랙 매트릭스(220)는 Cr, CrOx 등의 금속 물질을 이용할 수도 있다.
컬러 필터(230)는 블랙 매트릭스(220)를 경계로 하여 적색(R), 녹색(G) 및 청색(B) 필터가 반복되어 형성된다. 컬러 필터(230)는 광원으로부터 조사되어 액정층(300)을 통과한 빛에 색상을 부여하는 역할을 하며, 감광성 유기 물질로 형성될 수 있다.
공통 전극(240)은 ITO(indium tin oxide) 또는 IZO(indium zinc oxide)등의 투명한 도전 물질로 블랙 매트릭스(220) 및 컬러 필터(230) 상부에 형성된다.
한편, 셀갭 스페이서(20)는 단위 픽셀(10)마다 하나씩 배치되는데, 예를들어 청색 서브 픽셀(13)의 컬러 필터(230) 상에 형성될 수 있다. 그러나, 셀갭 스페이서(20)는 청색 서브 픽셀(13) 뿐만 아니라 적색 서브 픽셀(11) 또는 녹색 서브 픽셀(12) 상에 배치될 수 있다. 또한, 셀갭 스페이서(20)는 하부 기판(100)의 박막 트랜지스터(T)에 대응되는 영역에 형성될 수 있다.
보조 셀갭 스페이서(30)는 셀갭 스페이서(20)의 압축 변형을 줄이기 위해 형성되며, 셀갭 스페이서(20) 주변에 적어도 하나 이상 배치된다. 보조 셀갭 스페이서(30)는 표시 장치의 개구율을 저하시키지 않기 위해 서브 픽셀 사이의 블랙 매트릭스(220)상에 형성되는 것이 바람직하다. 보조 셀갭 스페이서(30)가 하나 배치될 경우 셀갭 스페이서(20)와 인접하게 배치되는데, 예를들어 적색 서브 픽셀(13) 사이의 블랙 매트릭스(220)상에 형성된다. 또한, 보조 셀갭 스페이서(30)가 복수 배 치될 경우 셀갭 스페이서(20) 주변에 집중 배치하는 것이 바람직한데, 이 경우에도 블랙 매트릭스(220)상에 형성된다. 여기서, 셀갭 스페이서(20)가 컬러 필터(230) 상에 형성되고, 보조 셀갭 스페이서(30)가 블랙 매트릭스(220)상에 형성되기 때문에 셀갭 스페이서(20)와 보조 셀갭 스페이서(40)가 동시에 형성되는 경우 셀갭 스페이서(20)가 블랙 매트릭스(220)의 표면을 기준으로 보조 셀갭 스페이서(40)보다 높게 형성된다. 따라서, 셀갭 스페이서(20)가 하부 기판(100)과 상부 기판(200)에 밀착되더라도 보조 셀갭 스페이서(40)는 하부 기판(100)과 소정 간격 이격되게 된다.
도전성 스페이서(40)는 단위 픽셀(10)마다 하나씩 배치되는데, 예를들어 인접한 단위 픽셀(10)의 청색 서브 픽셀(13) 사이의 블랙 매트릭스(220)상에 형성되며, 셀갭 스페이서(20) 및 보조 셀갭 스페이서(30)와 소정 간격 이격되어 배치된다. 또한, 도전성 스페이서(40)는 하부 기판(100) 상에 형성된 도전성 패드(41)과 대응되는 영역에 형성된다.
또한, 보조 셀갭 스페이서(30)는 셀갭 스페이서(20)보다 단면적이 크게 형성되며, 도전성 스페이서(40)보다 높게 형성된다. 그리고, 도전성 스페이서(40)는 셀갭 스페이서(20)보다 단면적이 크도록 형성된다. 셀갭 스페이서(20)가 도전성 스페이서(40)에 근접하게 배치되고, 셀갭 스페이서(20) 주변에 보조 셀갭 스페이서(30)가 배치되므로 셀갭 스페이서(20)에 강한 압축력이 인가되더라도 이들에 의해 압축력이 분산된다. 따라서, 셀갭 스페이서(20)의 파괴를 방지할 수 있다.
한편, 보조 셀갭 스페이서(30)는 도전성 스페이서(40)보다 높게 형성되는데, 이는 셀갭 스페이서(20)의 압축 거리 이상으로 압축력이 인가되면 도전성 스페이서(40)보다 먼저 보조 셀갭 스페이서(30)가 셀갭을 유지하도록 하기 위함이다. 이때, 보조 셀갭 스페이서(30)와 도전성 스페이서(40)는 소정 거리 이격되어 있고, 보조 셀갭 스페이서(30) 또한 소정의 압축 변형을 가지고 있으므로 도전성 스페이서(40)와 그 하부의 도전성 패드(41)의 접촉에는 아무런 문제가 없다. 그리고, 보조 셀갭 스페이서(30)가 하부 기판과 유지하는 간격은 셀갭 스페이서(20)가 압축력에 의해 변형되는 길이보다 작은 것이 바람직하다. 이에 의해 셀갭 스페이서(20)가 압축력에 의해 파손되는 것을 방지할 수 있다. 한편, 보조 셀갭 스페이서(30)에 대응되는 하부 기판(100)의 보호막(170)에는 도시되지 않았지만, 다른 영역보다 높게 돌출된 돌출부가 형성될 수 있다.
도 9 내지 도 13은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 터치 패널 내장형 표시 장치의 하부 기판 제조 방법을 설명하기 위해 순서적으로 도시한 소자의 단면도로서, 각도의 (a)는 도 6의 Ⅲ-Ⅲ' 라인을 절취한 상태의 공정 단면도이고, 각도의 (b)는 도 6의 Ⅳ-Ⅳ' 라인을 절취한 상태의 공정 단면도이다.
도 9(a) 및 도 9(b)를 참조하면, 유리, 석영, 세라믹 또는 플라스틱 등의 절연성 투명 기판(110) 상부에 제 1 도전층을 형성한다. 그리고, 제 1 마스크를 이용한 사진 및 식각 공정으로 제 1 도전층을 패터닝한다. 이에 의해 소정 간격으로 일 방향으로 연장되는 복수의 게이트 라인(미도시)과 이로부터 돌출된 게이트 전극(122)이 형성된다. 또한, 게이트 라인(미도시)과 소정 간격 이격되어 제 1 센싱 배선(410)이 형성된다.
도 10(a) 및 도 10(b)를 참조하면, 기판(110) 전체 상부에 게이트 절연막(130), 제 1 반도체층 및 제 2 반도체층을 순차적으로 형성한다. 그리고, 제 2 마스크를 이용한 사진 및 식각 공정으로 제 2 반도체층 및 제 1 반도체층을 패터닝한다. 이에 의해 활성층(141) 및 오믹 콘택층(142)이 형성된다. 여기서, 게이트 절연막(130)은 산화 실리콘 또는 질화 실리콘을 포함하는 무기 절연 물질을 이용하여 형성하는 것이 바람직하다. 또한, 제 1 반도체층은 비정질 실리콘층을 이용할 수 있고, 제 2 반도체층은 실리사이드 또는 n형 불순물이 고농도로 도핑되어 있는 n+ 수소화 비정질 실리콘을 이용할 수 있다.
도 11(a) 및 도 11(b)를 참조하면, 기판(110) 전체 상부에 제 2 도전층을 형성한 후 제 3 마스크를 이용한 사진 및 식각 공정으로 제 2 도전층을 패터닝한다. 이에 의해 소오스 전극(161) 및 드레인 전극(162)을 포함하여 게이트 라인(미도시)과 직교하는 방향으로 연장되는 데이터 라인(160)이 형성된다. 또한, 이와 동시에 데이터 라인(160)과 소정 간격 이격된 제 2 센싱 라인(420)이 형성되는데, 제 2 센싱 라인(420)은 예를들어 세개의 서브 픽셀로 이루어지는 단위 픽셀당 하나 형성된다.
도 12(a) 및 도 12(b)를 참조하면, 기판(110) 전체 상부에 보호막(170)을 형성한 후 제 4 마스크를 이용한 사진 및 식각 공정으로 보호막(170)의 일부를 식각한다. 이에 의해 드레인 전극(162)를 노출시키는 제 1 콘택홀(171), 제 1 센싱 라인(410)을 노출시키는 제 2 콘택홀(172) 및 제 2 센싱 라인(420)을 노출시키는 제 3 콘택홀(173)이 형성된다.
도 13(a) 및 도 13(b)를 참조하면, 보호막(170) 상부에 제 3 도전층을 형성한 후 제 5 마스크를 이용한 사진 및 식각 공정으로 제 3 도전층을 패터닝한다. 이에 의해 화소 전극(170)과 도전성 패드(41)가 형성된다. 화소 전극(170)은 게이트 라인(121)과 데이터 라인(160)이 교차하는 영역으로 정의된 서브 픽셀 영역에 형성된다. 또한, 도전성 패드(41)는 제 2 및 제 3 콘택홀(172 및 173)을 통해 제 1 및 제 2 센싱 라인(410 및 420)과 전기적으로 연결되도록 형성된다. 도전성 패드(41)는 서브 픽셀 영역 이외의 영역에 형성되므로 화소 전극(170)과 전기적으로 연결되지 않는다. 여기서, 제 3 도전층은 ITO 또는 IZO를 포함하는 투명 도전막을 이용하여 형성하는 것이 바람직하다.
도 14 내지 도 18은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 터치 패널 내장형 표시 장치의 상부 기판 제조 방법을 설명하기 위해 순서적으로 도시한 소자의 단면도로서, 각도의 (a)는 도 6의 Ⅲ-Ⅲ' 라인을 절취한 상태의 공정 단면도이며, 각도의 (b)는 도 6의 Ⅳ-Ⅳ' 라인을 따라 절취한 상태의 공정 단면도이다.
도 14(a) 및 도 14(b)를 참조하면, 유리, 석영, 세라믹 또는 플라스틱 등의절연성 투명 기판(210) 상에 블랙 매트릭스(220)를 형성한다. 블랙 매트릭스(220)는 카본 블랙이나 티타늄 옥사이드 등의 검은색 안료가 첨가된 감광성 유기 물질로 형성할 수 있다. 또한, 블랙 매트릭스(220)는 서브 픽셀 이외의 영역에 형성된다. 블랙 매트릭스(220)는 컬러 필터를 분리하는 동시에 하부 기판(100)의 화소 전 극(170)이 제어하지 못하는 영역의 액정 셀을 통과해 나오는 광을 차단하여 표시 장치의 콘트라스트비를 향상시킨다.
도 15(a) 및 도 15(b)를 참조하면, 블랙 매트릭스(220) 상부에 선택적으로 돌기부(40a)가 형성된다. 돌기부(40a)는 단위 픽셀, 즉 세개의 서브 픽셀당 하나씩 형성할 수 있는데, 청색 서브 픽셀 사이의 블랙 매트릭스(220) 상부에 형성하는 것이 바람직하다. 또한, 돌기부(40a)는 하부 기판(100)의 도전성 패드(41)에 대응되는 영역에 형성하는 것이 바람직하다. 돌기부(40a)는 기판(210) 전면에 유기 절연막 또는 무기 절연막을 도포한 후 소정의 마스크를 이용한 사진 및 식각 공정을 통해 형성된다.
도 16(a) 및 도 16(b)를 참조하면, 블랙 매트릭스(220) 및 선택적으로 돌기부(40a)가 형성된 기판(210) 상부에 다수의 컬러 필터(230), 예를들어 적색(R), 청색(B) 및 녹색(G) 컬러 필터를 형성한다. 컬러 필터(230)를 형성하는 공정을 살펴보면, 기판(210) 상부에 적색 성분의 안료가 분산된 네가티브 컬러 레지스트를 도포한 후 적색 컬러 필터가 형성될 영역을 개방하는 마스크를 이용하여 노광한다. 그리고, 현상액을 이용하여 네가티브 컬러 레지스트를 현상하면 노광된 영역은 제거되지 않고 패턴으로 남게 되며, 노광되지 않은 영역만이 제거된다. 따라서, 기판(210) 상에는 적색 컬러 필터(230)가 형성된다. 청색 컬러 필터 및 녹색 컬러 필터도 상기와 같은 과정을 통해 형성할 수 있다.
도 17(a) 및 도 17(b)를 참조하면, 다수의 컬러 필터(230)가 형성된 기판(210)의 전체 상부에 도전층을 형성한다. 도전층은 ITO 또는 IZO를 포함하는 투 명 도전층을 이용하여 형성하며, 스퍼터링 등의 방법으로 형성한다. 이에 의해 공통 전극(240)이 기판(210) 전체면에 형성된다. 또한, 돌기부(40a) 상부에도 도전층이 형성됨으로써 도전성 스페이서(40)가 형성된다. 여기서, 공통 전극(240) 형성시 양호한 스텝 커버리지를 위하여 다수의 컬러 필터(230) 상부에 오버코트막이 형성될 수도 있다.
도 18(a) 및 도 18(b)를 참조하면, 기판(210) 전체 상부에 유기 물질을 형성한 후 소정의 마스크를 이용한 사진 및 식각 공정을 실시한다. 이에 의해 셀갭 스페이서(20) 및 보조 셀갭 스페이서(30)가 형성되며, 보조 셀갭 스페이서(30)가 셀갭 스페이서(20)보다 단면적이 크게 형성된다. 이때, 셀갭 스페이서(20)는 도전성 스페이서(40)가 형성된 영역과 인접한 청색 서브 픽셀의 컬러 필터(230) 상부에 형성되며, 박막 트랜지스터에 대응되는 영역에 형성될 수 있다. 또한, 보조 셀갭 스페이서(30)는 셀갭 스페이서(20) 주변에 적어도 하나 이상 형성되며, 예를들어 적색 서브 픽셀과 적색 서브 픽셀 사이의 블랙 매트릭스(220) 상부에 형성되는 것이 바람직하다.
상기와 같이 하부 기판(100)과 상부 기판(200)을 각각 제작한 후 이들 사이에 액정층(300)을 형성하는데, 액정층(300)은 적하, ODF(One Drop Filling) 방식으로 형성한다. 진공 주입 방식으로 액정층(300)을 형성하면 액정으로 인한 셀내의 압력이 커져 셀갭 스페이서(20)가 더 쉽게 파손될 수 있다. 따라서, 적하 방식 또는 ODF 방식을 채택함으로써 액정으로 인한 압력을 줄이고, 셀갭 스페이서(20)의 높이를 낮출 수 있으므로 셀갭 스페이서(20)의 파손을 방지할 수 있다.
한편, 상기 실시 예들에서는 셀갭 스페이서(20)가 상부 기판(200)상에 형성되는 것으로 설명하였으나, 셀갭 스페이서(20)는 하부 기판(100)상에도 형성될 수 있다. 이 경우 셀갭 스페이서(20)는 하부 기판(100)의 박막 트랜지스터(T)상에 형성될 수도 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 표시 장치의 개략 평면도.
도 2는 도 1의 A 부분의 확대 평면도.
도 3은 도 2의 Ⅰ-Ⅰ' 라인을 따라 절취한 상태의 단면도.
도 4는 도 2의 Ⅱ-Ⅱ' 라인을 따라 절취한 상태의 단면도.
도 5는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 표시 장치의 개략 평면도.
도 6은 도 5의 B 부분의 확대 평면도.
도 7은 도 6의 Ⅲ-Ⅲ' 라인을 따라 절취한 상태의 단면도.
도 8은 도 6의 Ⅳ-Ⅳ' 라인을 따라 절취한 상태의 단면도.
도 9(a) 내지 도 9(d)는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 표시 장치의 하부 기판 제조 방법을 설명하기 위해 순서적으로 도시한 단면도.
도 10 내지 도 13은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 표시 장치의 상부 기판 제조 방법을 설명하기 위해 순서적으로 도시한 단면도.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
10 : 단위 픽셀 11, 12 및 13 : 서브 픽셀
20 : 셀갭 스페이서 30 : 보조 셀갭 스페이서
40 : 도전성 스페이서 41 : 도전성 패드
100 : 하부 기판 200 : 상부 기판
300 : 액정층

Claims (20)

  1. 서로 대면하도록 배치된 하부 기판 및 상부 기판;
    상기 하부 기판 또는 상부 기판상에 형성된 도전성 스페이서;
    상기 하부 기판과 상부 기판 사이에 배치된 셀갭 스페이서; 및
    상기 셀갭 스페이서 주변에 적어도 하나 이상 배치되는 보조 셀갭 스페이서를 포함하는 표시 장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 셀갭 스페이서는 상기 상부 기판의 일 컬러 필터와 상기 하부 기판의 박막 트랜지스터 사이에 형성되는 표시 장치.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 보조 셀갭 스페이서는 상기 셀갭 스페이서보다 그 단면적이 크고, 짧은 길이로 형성되는 표시 장치.
  4. 제 3 항에 있어서, 상기 도전성 스페이서와 이격된 기판의 거리는 상기 보조 셀갭 스페이서와 상기 이격된 기판의 거리보다 길거나 같은 표시 장치.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 보조 셀갭 스페이서는 상기 상부 기판의 블랙 매트릭스와 상기 하부 기판 사이에 형성되는 표시 장치.
  6. 제 5 항에 있어서, 상기 도전성 스페이서는 상기 보조 셀갭 스페이서보다 그 단면적이 크고, 짧은 길이로 형성되는 표시 장치.
  7. 제 1 항에 있어서, 상기 도전성 스페이서는 상기 상부 기판의 블랙 매트릭스와 상기 하부 기판 사이에 상기 보조 셀갭 스페이서와 이격되어 형성되는 표시 장치.
  8. 제 7 항에 있어서, 상기 셀갭 스페이서는 상기 도전성 스페이서보다 그 단면적이 작고, 길게 형성되는 표시 장치.
  9. 서로 대면하도록 배치된 하부 기판 및 상부 기판;
    상기 상부 기판 또는 하부 기판 상에 형성된 도전성 스페이서;
    상기 하부 기판과 상부 기판 사이에 배치된 셀갭 스페이서;
    상기 셀갭 스페이서 주변에 적어도 하나 이상 배치된 보조 셀갭 스페이서;
    상기 도전성 스페이서에 대응하는 도전성 패드;
    상기 도전성 패드에 연결되고, 일 방향으로 형성된 제 1 센싱 배선; 및
    상기 도전성 패드에 연결되고, 상기 제 1 센싱 배선과 교차되는 방향으로 형성된 제 2 센싱 배선을 포함하는 표시 장치.
  10. 제 9 항에 있어서, 상기 셀갭 스페이서는 상기 상부 기판의 일 컬러 필터와 상기 하부 기판의 박막 트랜지스터 사이에 형성되는 표시 장치.
  11. 제 10 항에 있어서, 상기 보조 셀갭 스페이서는 상기 셀갭 스페이서보다 그 단면적이 크고, 짧은 길이로 형성되는 표시 장치.
  12. 제 10 항에 있어서, 상기 도전성 스페이서와 이격된 기판의 거리는 상기 보조 셀갭 스페이서와 상기 이격된 기판의 거리보다 길거나 같은 표시 장치.
  13. 제 9 항에 있어서, 상기 보조 셀갭 스페이서는 상기 상부 기판의 블랙 매트릭스와 상기 하부 기판 사이에 형성되는 표시 장치.
  14. 제 13 항에 있어서, 상기 도전성 스페이서는 상기 보조 셀갭 스페이서보다 그 단면적이 크고, 짧은 길이로 형성되는 표시 장치.
  15. 제 9 항에 있어서, 상기 도전성 스페이서는 상기 상부 기판의 블랙 매트릭스와 상기 하부 기판 사이에 상기 보조 셀갭 스페이서와 이격되어 형성되는 표시 장치.
  16. 제 15 항에 있어서, 상기 셀갭 스페이서는 상기 도전성 스페이서보다 그 단면적이 작고, 길게 형성되는 표시 장치.
  17. 게이트 라인, 데이터 라인, 화소 전극, 박막 트랜지스터 및 도전성 패드를 포함하는 하부 기판을 형성하는 단계;
    블랙 매트릭스, 컬러 필터, 도전성 스페이서, 공통 전극, 셀갭 스페이서 및 보조 셀갭 스페이서를 포함하는 상부 기판을 형성하는 단계; 및
    상기 하부 기판상에 액정을 적하한 후 상기 제 1 및 제 2 절연 기판을 합착하는 단계를 포함하는 표시 장치의 제조 방법.
  18. 제 17 항에 있어서, 상기 하부 기판을 형성하는 단계는,
    기판 상에 일 방향으로 연장되는 복수의 게이트 라인 및 이와 이격된 제 1 센싱 라인을 형성하는 단계;
    상기 게이트 라인과 교차되는 방향으로 연장되는 복수의 데이터 라인 및 일 데이터 라인과 이격되는 제 2 센싱 라인을 형성하는 단계;
    상기 기판 상에 보호막을 형성한 후 소정 영역을 식각하여 복수의 콘택홀을 형성하는 단계; 및
    상기 보호막 상부의 상기 게이트 라인 및 상기 데이터 라인이 교차되는 영역에 화소 전극을 형성하고, 상기 복수의 콘택홀을 통해 상기 제 1 및 제 2 센싱 라인과 연결되는 도전성 패드를 형성하는 단계를 포함하는 표시 장치의 제조 방법.
  19. 제 17 항에 있어서, 상기 상부 기판을 형성하는 단계는,
    기판 상부에 선택적으로 블랙 매트릭스를 형성하는 단계;
    상기 기판 상에 절연층을 형성한 후 패터닝하여 상기 블랙 매트릭스 상에 돌 출부를 형성하는 단계;
    상기 블랙 매트릭스 이외의 상기 기판 상부에 컬러 필터를 형성하는 단계;
    상기 기판 상에 도전층을 형성한 후 패터닝하여 공통 전극을 형성하고, 상기 돌출부 상부에 도전층이 형성되어 도전성 스페이서가 형성되는 단계; 및
    상기 기판 상에 단위 픽셀당 하나의 셀갭 스페이서와 적어도 하나 이상의 보조 셀갭 스페이서를 형성하는 단계를 포함하는 표시 장치의 제조 방법.
  20. 제 17 항에 있어서, 상기 셀갭 스페이서는 상기 컬러 필터 상에 형성되고, 상기 보조 셀갭 스페이서는 상기 블랙 매트릭스 상에 형성되는 표시 장치의 제조 방법.
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