KR20100046891A - 액정 표시 장치에 일체화된 터치 스크린 패널과 그 제조 방법 및 터치 센싱 방법 - Google Patents

액정 표시 장치에 일체화된 터치 스크린 패널과 그 제조 방법 및 터치 센싱 방법 Download PDF

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Abstract

개시된 터치 스크린 패널은, 액정을 사이에 두고 서로 대향되게 배치된 제1 기판 및 제2 기판과, 제1 기판과 제2 기판 사이에 배치된 터치 센서를 구비한다. 터치 센서는, 제1 기판에 배치된 제1 터치 신호선들과, 제1 터치 신호선들을 덮는 보호층과, 보호층 상에 배치된 콘택 패드들과, 제2 기판에 배치되며 제1 터치 신호선들과 교차하는 방향으로 연장된 제2 터치 신호선들과, 제2 터치 신호선들에 전기적으로 연결된 터치 센서용 스페이서들을 포함한다. 터치 센서용 스페이서들은 콘택 패드들와의 사이에 갭을 형성하며 콘택 패드들과 대향되도록 배치된다. 제2 기판에는 전도성을 가진 블랙 매트릭스가 배치되고, 블랙 매트릭스 중 일부가 제2 터치 신호선으로 이용될 수 있다. 제2 터치 신호선들은 동시에 구동하고, 제1 터치 신호선들은 시차를 두고 순차 구동하면서, 센싱 회로를 통해 콘택 패드들과 제1 터치 신호선들 사이의 정전 용량의 변화를 감지하면, 멀티 터치를 인식할 수 있다.

Description

액정 표시 장치에 일체화된 터치 스크린 패널과 그 제조 방법 및 터치 센싱 방법{Touch screen panel integrated with liquid crystal display, method of manufacturing the same, and method of touch sensing}
본 발명의 실시예들은 액정 표시 장치에 일체화된 터치 스크린 패널과 그 제조 방법 및 터치 센싱 방법에 관한 것이다.
터치 스크린 패널은, 예컨대 개인용 컴퓨터, 노트북, PMP(portable media player) 등과 같은 전자 장치의 디스플레이 전면에 설치되어 손가락이나 펜 등을 이용하여 접촉하거나 문자 또는 그림을 그려 넣는 등의 작업을 함으로써 전자 장치에 특정 명령이나 데이터를 입력할 수 있는 입력 장치의 하나이다. 최근 사용자의 편의성에 대한 요구가 증가하면서 이러한 터치 스크린 패널의 수요가 크게 증가하고 있다.
일반적인 터치 스크린 패널의 구동 방식으로는 저항막 방식(registive overlay)과 정전용량 방식(capacitive overlay)이 주로 사용되어 왔다. 정전용량 방식의 터치 스크린 패널은 서로 직교하는 방향으로 패터닝 되어 있는 하부 전극과 상부 전극이 유전 물질로 분리되어 있는 구조를 가지고 있으며, 터치에 의한 하부 전극과 상부 전극의 교차점에서의 정전용량의 변화를 인식한다. 저항막 방식의 터치 스크린 패널은 서로 직교하는 방향으로 패터닝 되어 있는 하부 전극과 상부 전극이 스페이서에 의해 분리되어 있는 구조를 가지고 있으며, 터치에 의한 하부 전극과 상부 전극의 접촉에 의한 저항의 변화를 인식한다.
상기한 터치 스크린 패널은 디스플레이 장치, 예컨대 완성된 액정 표시 장치(LCD; Liquid Crystal Display)의 전면에 부착된 상태로 사용되거나, 액정 표시 장치에 일체화된 상태로 사용되고 있다. 터치 스크린 패널을 액정 표시 장치에 일체화 하여 제조하는 경우에는, 디스플레이 장치 전체 두께를 줄일 수 있어서 박형화에 유리하고, 별도의 모듈 조립 작업이 없어서 생산성 향상에 유리한 점이 있다.
그런데, 종래의 액정 표시 장치에 일체화된 터치 스크린 패널의 경우, 터치에 의해 상부 기판의 공통 전극에 전기적으로 연결된 터치 센서용 칼럼 스페이서가 하부 기판의 센싱 라인에 접촉하게 되고, 이 때 공통 전극 신호가 센싱 라인에 전달됨으로써 터치 위치를 인식하였다. 이러한 방식의 터치 센서는 일종의 저항막 방식의 터치 센서로서 멀티 터치를 인식하기 어렵고, X 방향과 Y 방향의 좌표를 읽기 위해 하부 기판에 X, Y 각각의 센싱 라인을 형성해야 하기 때문에 디스플레이 장치의 개구율이 낮아질 수 있다.
본 발명의 실시예들은, 액정 표시 장치에 일체화된 정전용량 방식의 터치 스크린 패널과, 그 제조 방법 및 터치 센싱 방법을 제공한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 터치 스크린 패널은,
액정을 사이에 두고 서로 대향되게 배치된 제1 기판과 제2 기판; 및 상기 제1 기판과 제2 기판 사이에 배치된 터치 센서;를 구비하며,
상기 터치 센서는, 상기 제1 기판에 배치되며 제1방향으로 나란하게 연장된 다수의 제1 터치 신호선과; 상기 다수의 제1 터치 신호선을 덮도록 상기 제1 기판에 형성된 유전 물질로 이루어진 보호층과; 상기 보호층 상에 배치된 다수의 콘택 패드와; 상기 제2 기판에 배치되며 상기 제1방향과 교차하는 제2방향으로 나란하게 연장된 다수의 제2 터치 신호선과; 상기 다수의 제2 터치 신호선에 전기적으로 연결되고, 상기 다수의 콘택 패드와의 사이에 갭을 형성하며 상기 다수의 콘택 패드와 대향되도록 배치된 다수의 터치 센서용 스페이서;를 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 제1 터치 신호선들과 제2 터치 신호선들 중 어느 하나의 신호선들은 스캔 라인들이고 다른 하나의 신호선들은 센싱 라인들일 수 있다. 그리고, 상기 센싱 라인들에는 센싱 회로가 연결될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 제2 기판에는 전도성을 가진 물질로 이루어진 블랙 매트릭스가 배치되고, 상기 블랙 매트릭스 중 일부가 상기 제2 터치 신호선들로 이용될 수 있다. 상기 블랙 매트릭스는, 금속 물질이나 금속 산화물, 또는 이들의 혼합물로 이루어질 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 터치 센서용 스페이서들 각각은 상기 블랙 매트릭스 표면에 형성된 컬럼부와, 상기 컬럼부 표면에 형성되어 상기 블랙 매트릭스와 전기적으로 연결된 도전막을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 제2 기판에는 상기 블랙 매트릭스를 덮는 칼라 필터가 형성되고, 상기 칼라 필터의 표면에는 투명한 전도성 물질로 이루어진 공통 전극이 형성될 수 있다. 그리고, 상기 공통 전극과의 절연을 위해 상기 터치 센서용 스페이서들 각각의 둘레에 개구가 형성될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 제1 기판에는, 서로 교차하도록 배치된 다수의 게이트 라인 및 다수의 데이타 라인과, 상기 게이트 라인들과 데이타 라인들의 교차부마다 마련된 박막 트랜지스터가 형성되고, 상기 제1 터치 신호선들은 상기 게이트 라인들과 나란하게 연장될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 보호층은 상기 게이트 라인들, 데이타 라인들 및 박막 트랜지스터를 덮도록 형성되며, 상기 보호층 상에는 상기 박막 트랜지스터의 드레인 전극에 연결되는 다수의 화소 전극이 형성될 수 있다. 그리고, 상기 화소 전극들과 콘택 패드들은 투명한 전도성 물질로 이루어질 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 제1 기판과 제2 기판 사이에는 이들 사이의 셀 갭을 유지하기 위한 지지용 스페이서가 배치되고, 상기 터치 센서용 스페이서들은 상기 지지용 스페이서보다 낮은 높이를 가질 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 터치 스크린 패널의 터치 센싱 방법은,
상기 제1 터치 신호선들과 제2 터치 신호선들 중 어느 하나의 신호선들은 동시에 구동하고, 다른 하나의 신호선들은 시차를 두고 순차 구동하는 단계; 및
상기 동시 구동되는 신호선들과 연결된 센싱 회로를 통해 상기 콘택 패드들과 상기 제1 터치 신호선들 사이의 정전 용량의 변화를 감지하는 단계;를 구비한다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 제1 터치 신호선들은 스캔 라인들이고, 상기 제2 터치 신호선들은 센싱 라인들이며, 상기 센싱 라인들을 동시에 구동하고 상기 스캔 라인들을 순차 구동할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 터치 스크린 패널의 제조 방법은,
제1 기판에 제1방향으로 나란하게 연장된 다수의 제1 터치 신호선을 형성하는 단계; 상기 제1 기판에 상기 제1 터치 신호선들을 덮는 유전 물질로 이루어진 보호층을 형성하는 단계; 상기 보호층 상에 다수의 콘택 패드를 형성하는 단계; 제2 기판에 상기 제1방향과 교차하는 제2방향으로 나란하게 연장되며 전도성 물질로 이루어진 블랙 매트릭스를 형성하는 단계; 상기 블랙 매트릭스 표면에 상기 다수의 콘택 패드와 각각 대응되는 다수의 터치 센서용 스페이서를 형성하는 단계; 상기 콘택 패드들과 상기 터치 센서용 스페이서들 사이에 갭이 형성되도록 상기 제1 기판과 제2 기판을 서로 마주보도록 접합하는 단계; 및 상기 제1 기판과 제2 기판 사이의 공간에 액정을 채우는 단계;를 구비한다.
상기 제1 터치 신호선을 형성하는 단계에서, 상기 제1 기판에, 서로 교차하 도록 배치된 다수의 게이트 라인 및 다수의 데이타 라인과, 상기 게이트 라인들과 데이타 라인들의 교차부마다 마련된 박막 트랜지스터를 형성할 수 있다.
상기 콘택 패드를 형성하는 단계에서, 상기 보호층 상에 상기 박막 트랜지스터의 드레인 전극과 연결되는 다수의 화소 전극을 형성할 수 있다. 그리고, 상기 콘택 패드들과 화소 전극들은 투명한 전도성 물질로 함께 형성될 수 있다.
상기 다수의 터치 센서용 스페이서를 형성하는 단계는, 상기 제2 기판에 상기 블랙 매트릭스를 덮도록 칼라 필터를 형성하는 단계와, 상기 칼라 필터를 패터닝하여 상기 블랙 매트릭스를 부분적으로 노출시키는 개구를 형성하는 단계와, 상기 개구를 통해 노출된 상기 블랙 매트릭스 표면에 상기 터치 센서용 스페이서의 컬럼부를 형성하는 단계와, 상기 칼라 필터의 표면과 컬럼부의 표면에 투명한 전도성 물질을 증착하여, 상기 칼라 필터의 표면에 공통 전극을 형성하고, 상기 컬럼부의 표면에 상기 터치 센서용 스페이서의 도전막을 형성하는 단계와, 상기 개구 부위의 도전성 물질을 제거하여 상기 공통 전극과 상기 도전막을 절연시키는 단계를 포함할 수 있다.
상기 컬럼부를 형성하는 단계에서, 상기 칼라 필터 표면에 지지용 스페이서를 함께 형성할 수 있다.
본 발명의 실시예들에 의하면, 하부 기판에 형성된 다수의 스캔 라인과 상부 기판에 형성된 다수의 센싱 라인을 통해 정전용량의 변화를 감지하되, 이 정전용량의 변화를 다수의 스캔 라인을 순차 구동하는 스캔 방식으로 감지함으로써 멀티 터 치를 인식할 수 있다. 그리고, 상부 기판에 형성된 블랙 매트릭스를 터치 센서의 센싱 라인으로 이용하므로, 별도의 추가적인 센싱 라인의 형성이 필요 없어서 디스플레이 장치의 개구율을 높일 수 있다. 따라서, 개구율 증가에 따른 빛의 투과율 증가로 인해 화상 품질이 향상되고 소비 전력이 감소될 수 있다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하면서 본 발명의 실시예들에 대해 상세히 설명하기로 한다. 그러나 아래에 예시되는 실시예들은 본 발명의 범위를 한정하는 것이 아니며, 본 발명을 이 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 충분히 설명하기 위해 제공되는 것이다. 이하의 도면들에서 동일한 참조부호는 동일한 구성요소를 지칭하며, 도면상에서 각 구성요소의 크기는 설명의 명료성과 편의상 과장되어 있을 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 액정 표시 장치에 일체화된 정전용량 방식의 터치 스크린 패널을 도시한 단면도이고, 도 2는 도 1에 도시된 터치 스크린 패널을 도시한 평면도이다. 도 1에서는 터치 스크린 패널의 내부 구조를 보다 알기 쉽게 보여주기 위해 상부 기판만 90°회전된 상태로 도시되어 있다.
도 1과 2를 함께 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 정전용량 방식의 터치 스크린 패널은, 액정(130)을 사이에 두고 서로 대향하게 배치된 제1 기판(110) 및 제2 기판(120)과, 다수의 정전 용량 방식의 터치 센서(160)를 구비한다. 상기 제1 기판(110)과 제2 기판(120)으로는 투명한 유리 기판 또는 폴리머 기판이 사용될 수 있다.
상기 제1 기판(110), 즉 하부 기판에는 스위칭 소자인 다수의 박막 트랜지스터(140)가 매트릭스 형태로 배열된다. 상기 다수의 박막 트랜지스터(140) 각각은, 하부 기판(110) 상에 형성된 게이트 전극(141)과, 게이트 전극(141) 위에 형성된 절연막(142)과, 상기 절연막(142) 위에 형성된 소스 전극(145) 및 드레인 전극(146)을 포함한다. 상기 절연막(142)과 소스 전극(145) 및 드레인 전극(146) 사이에는 소스 전극(145)과 드레인 전극(146) 사이에 채널을 형성하는 활성층(143)과, 상기 활성층(143)과 소스 전극(145) 및 드레인 전극(146)과의 오믹 접촉을 위한 오믹 콘택층(144)이 배치될 수 있다. 상기 다수의 박막 트랜지스터(140)는 보호층(162)에 의해 덮여진다. 상기 보호층(162)은, 후술하는 바와 같이, 터치 센서(160)의 커패시터를 형성하기 위해 유전 물질로 이루어질 수 있다.
그리고, 상기 하부 기판(110)에는 다수의 게이트 라인(148)과 다수의 데이타 라인(149)이 서로 교차하도록 배치된다. 상기 다수의 게이트 라인(148)은 제1방향, 예컨대 X축 방향으로 연장될 수 있으며, 상기 다수의 데이타 라인(149)은 제1방향과 직교하는 제2방향, 예컨대 Y축 방향으로 연장될 수 있다. 상기 다수의 게이트 라인(148)은 하부 기판(110) 상에 형성되어 상기 게이트 전극(141)과 연결되고 상기 절연막(142)에 의해 덮여진다. 상기 다수의 데이타 라인(149)은 상기 절연막(142) 상에 형성되어 상기 소스 전극(145)과 연결되고, 상기 보호층(162)에 의해 덮여진다. 즉, 다수의 게이트 라인(148)과 다수의 데이타 라인(149)은 절연막(142)을 사이에 두고 서로 교차하도록 형성되며, 다수의 박막 트랜지스터(140)는 다수의 게이트 라인(148)과 다수의 데이타 라인(149)의 교차부마다 각각 형성된다. 그리 고, 상기 보호층(162) 상에는 각각의 화소에 대응되는 다수의 화소 전극(147)이 형성되며, 상기 다수의 화소 전극(147)은 콘택홀을 통해 다수의 드레인 전극(146)에 각각 연결된다. 상기 다수의 화소 전극(147)은 투명한 전도성 물질로 이루어질 수 있다.
상기 제2 기판(120), 즉 상부 기판에는 블랙 매트릭스(152)와, 칼라 필터(154)와, 공통 전극(158)이 형성된다. 상기 블랙 매트릭스(152)는 불투명한 물질로 이루어져 빛 샘을 방지하기 위한 것으로 화소들 사이에 배치되며 제2방향, 즉 Y축 방향으로 연장된다. 상기 칼라 필터(154)는 각각의 화소에 대응하여 적색(R), 녹색(G), 청색(B)의 색상을 가진다. 상기 공통 전극(158)은 투명한 전도성 물질로 이루어지며, 상기 칼라 필터(154)의 표면상에 형성된다.
상기 하부 기판(110)과 상부 기판(120) 사이에는 셀 갭을 유지하기 위한 지지용 스페이서(156)가 배치된다. 상기 지지용 스페이서(156)는 하부 기판(110)에 비해 평탄하고 구조가 단순한 상부 기판(120)에 형성될 수 있다. 이 경우, 상기 칼라 필터(154) 표면에 지지용 스페이서(156)를 형성한 후, 상기 칼라 필터(154)의 표면과 지지용 스페이서(156)의 표면에 상기 공통 전극(158)이 형성될 수 있다.
상기 게이트 라인(148)에 주사 신호를 인가하고 상기 데이타 라인(149)에 화상 신호를 인가하면 그 교차 영역에 해당하는 화소가 선택된다. 이 때, 선택된 화소의 박막 트랜지스터(140)가 턴온(turn-on)되어 화소 전극(147)과 공통 전극(158)사이에 전계가 형성되고, 이로 인해 그 영역의 액정(130)의 분자 배열이 변하게 되어 입사된 빛의 투과율이 변하게 된다. 상기 액정(130)을 투과한 빛은 R, G, B 칼 라 필터(154)에 의해 채색되어 터치 스크린 패널의 전방으로 출사된다.
그리고, 상기 정전 용량 방식의 터치 센서(160)는 상기 하부 기판(110)과 상부 기판(120) 사이에 배치된다. 상기 터치 센서(160)는, 다수의 제1 터치 신호선(161), 다수의 제2 터치 신호선(168), 상기 다수의 제2 터치 신호선(168)과 전기적으로 연결된 다수의 터치 센서용 스페이서(165) 및 상기 다수의 터치 센서용 스페이서(165) 각각과 소정 간격을 두고 대향하게 배치된 다수의 콘택 패드(163)를 포함한다.
상기 하부 기판(110)에 상기 제1 터치 신호선들(161)과 콘택 패드들(163)이 배치된다. 상기 제1 터치 신호선들(161)은 상기 게이트 라인(148) 및 게이트 전극(141)과 동일한 전도성 물질로 하부 기판(110) 상에 형성되고, 상기 절연막(142)과 보호층(162)에 의해 덮여진다. 상기 제1 터치 신호선들(161)은 상부 기판(120)에 배치된 블랙 매트릭스(152)와 교차하는 방향, 즉 X축 방향으로 나란하게 연장된다. 그리고, 상기 제1 터치 신호선들(161)은 상기 게이트 라인(148)과는 동일한 방향으로 나란하게 연장될 수 있다. 상기 제1 터치 신호선들(161)의 배치 간격은 터치 센서(160)의 해상도(resolution)에 따라 적정한 값으로 정해질 수 있다. 즉, 상기 게이트 라인(148) 각각에 대응하여 하나씩의 제1 터치 신호선(161)이 마련될 수도 있으며, 또는 몇 개의 데이터 라인(148)마다 하나씩의 제1 터치 신호선(161)이 마련될 수도 있다.
상기 콘택 패드(163)는 하부 기판(110)에 형성된 보호층(162) 상에 형성된다. 상기 콘택 패드(163)는 상기 화소 전극(147)과 동일한 전도성 물질로 이루어질 수 있다. 상기 콘택 패드(163)는 상기 제1 터치 신호선(161)의 위쪽에 위치하도록 배치되며, 후술하는 터치 센서용 스페이서(165)와 서로 대응되는 위치에 배치된다. 따라서, 전도성을 가진 제1 터치 신호선(161)과 전도성을 가진 콘택 패드(163) 사이에 유전 물질로 이루어진 보호층(162)이 개재된 구조를 가진 커패시터가 형성될 수 있다.
상기 상부 기판(120)에 상기 제2 터치 신호선들(168)과 터치 센서용 스페이서들(165)이 배치된다. 상기 제2 터치 신호선들(168)로는, 하부 기판(110)에 배치된 제1 터치 신호선들(161)과 교차하는 방향, 즉 Y축 방향으로 나란하게 연장된 상기 블랙 매트릭스(152)의 일부가 이용된다. 이를 위해, 상기 블랙 매트릭스(152)는 전기 전도성을 가진 물질, 예컨대, 크롬과 같은 금속 물질이나 금속 산화물, 또는 이들의 혼합물로 이루어질 수 있다. 상기 제2 터치 신호선(168)으로 이용되는 블랙 매트릭스(152)와 상기 공통 전극(158) 사이의 절연은 상기 칼라 필터(154)에 의해 이루어질 수 있으며, 또는 블랙 매트릭스(152)와 공통 전극(158) 사이에 별도의 절연막이 추가될 수 있다. 한편, 상기 블랙 매트릭스(152)는 Y축 방향 뿐만 아니라 X축 방향으로도 연장될 수 있으며, 이 경우 제2 터치 신호선(168)으로 이용되는 블랙 매트릭스(152)는 X축 방향으로 연장된 부분과 절연된다.
상기 터치 센서용 스페이서들(165)은 상기 제2 터치 신호선들(168)과 전기적으로 연결되도록 배치된다. 이를 위해, 상기 터치 센서용 스페이서들(165)은 제2 터치 신호선들(168)로 이용되는 블랙 매트릭스(152)의 표면에 형성된다. 그리고, 상기 터치 센서용 스페이서들(165)은 하부 기판(110)에 마련된 콘택 패드들(163)과 각각 대응되도록 배치된다. 상기 터치 센서용 스페이서들(165) 각각은 컬럼부(166)와 그 컬럼부(166)의 표면에 형성된 도전막(167)을 포함할 수 있다. 상기 도전막(167)은 공통 전극(158)과 동일한 전도성 물질로 이루어져 블랙 매트릭스(152)에 전기적으로 연결될 수 있다. 그리고, 상기 터치 센서용 스페이서들(165) 각각의 둘레에는 개구(169)가 형성되고, 이 개구(169)에 의해 상기 도전막(167)과 공통 전극(158) 사이의 절연이 이루어질 수 있다. 그리고, 상기 개구(169)로 인해, 터치 센서용 스페이서들(165)은 지지용 스페이서들(156)에 비해 약간 낮은 높이를 가지게 되고, 이에 따라 터치 센서용 스페이서들(165)과 콘택 패드들(163) 사이에 소정의 갭이 형성될 수 있다.
상기 하부 기판(110)에 배치된 제1 터치 신호선들(161)과 상부 기판(120)에 배치된 제2 터치 신호선들(168)은 터치 센서(160)의 스캔 라인과 센싱 라인으로 이용된다. 예컨대, 상기 제1 터치 신호선들(161)이 스캔 라인으로 이용되고, 제2 터치 신호선들(168)이 센싱 라인으로 이용될 수 있으며, 그 반대일 수도 있다. 상기 제2 터치 신호선들(168)이 센셍 라인으로 이용될 경우, 제2 터치 신호선들(168)로 이용되는 블랙 매트릭스(152)에는 도 3에 도시된 바와 같이 센싱 회로(190)가 연결될 수 있다.
상기한 구성을 가진 터치 스크린 패널에 있어서, 상부 기판(120)의 표면에 압력이 가해지면, 상부 기판(120)이 변형되면서 터치 센서용 스페이서(165)가 하부 기판(110)에 배치된 콘택 패드(163)에 접촉된다. 이에 따라, 콘택 패드(163)와 제1 터치 신호선(161) 사이의 정전 용량이 변하게 되고, 그 정전용량의 변화는 센싱 회 로(190)를 통해 감지됨으로써, X축과 Y축 방향의 터치 위치를 인식할 수 있게 된다.
상기한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 터치 스크린 패널에 있어서는, 상부 기판(120)에 형성된 블랙 매트릭스(152)를 터치 센서(160)의 신호선, 예컨대 센싱 라인으로 이용하므로, 별도의 추가적인 신호선의 형성이 필요 없어서 디스플레이 장치의 개구율을 높일 수 있다. 따라서, 개구율 증가에 따른 빛의 투과율 증가로 인해 화상 품질이 향상되고 소비 전력이 감소될 수 있다.
도 3과 도 4는 도 1에 도시된 터치 스크린 패널에서의 터치 센싱 방법을 설명하기 위한 도면들이다. 아래에서는, 제1 터치 신호선들이 스캔 라인으로 사용되고, 제2 터치 신호선들이 센싱 라인으로 사용되는 예를 기준으로 설명된다.
도 3과 도 4를 함께 참조하면, 먼저, Yn 스캔 라인(161)에 신호를 인가하고, 센싱 라인들(168)은 동시에 구동하여 센싱 회로(170)를 통해 정전 용량의 변화를 감지한다. 그러면, Yn 스캔 라인(161)에서의 터치 여부와 터치 위치를 알 수 있다. 다음으로, Yn+1 스캔 라인(161)에 신호를 인가하고, 센싱 라인들(168)은 동시에 구동하여 센싱 회로(170)를 통해 정전 용량의 변화를 감지한다. 그러면, Yn+1 스캔 라인(161)에서의 터치 여부와 터치 위치를 알 수 있다. 이와 같은 방식으로 다수의 스캔 라인(161)을 일정한 시차를 두고 순차적으로 구동하면, 각각의 스캔 라인(161)에서의 터치 여부와 터치 위치를 감지할 수 있으므로, 멀티 터치도 인식할 수 있게 된다.
상기한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 터치 스크린 패널은, 하부 기판(110)에 형성된 다수의 스캔 라인(161)과 상부 기판(120)에 형성된 다수의 센싱 라인(168)을 통해 정전 용량의 변화를 감지하되, 이 정전 용량의 변화를 다수의 스캔 라인(161)을 순차 구동하는 스캔 방식으로 감지함으로써 멀티 터치를 인식할 수 있다.
이하에서는, 상기한 구성을 가진 터치 스크린 패널의 제조 방법을 설명하기로 한다.
도 5a 내지 도 5c는 도 1에 도시된 제1 기판상에 구성 요소들을 형성하는 방법을 설명하기 위한 도면들이다.
먼저, 도 5a를 참조하면, 하부 기판(110)을 준비한다. 상기 하부 기판(110)으로는 투명한 유리 기판 또는 폴리머 기판이 사용될 수 있다. 준비된 하부 기판(110) 상에 전도성 금속 물질을 증착한 후, 이를 패터닝하여 박막 트랜지스터(160)의 게이트 전극(141)과 터치 센서(160)의 제1 터치 신호선(161)을 형성한다. 상기 전도성 금속 물질은, 예컨대 크롬, 알루미늄, 몰리브덴, 은 또는 이들의 합금을 포함할 수 있다. 전술한 바와 같이, 상기 제1 터치 신호선(161)은 스캔 라인일 수 있다. 이 때, 상기 게이트 전극(141)에 연결되는 게이트 라인(도 2의 148)도 함께 형성될 수 있다. 상기 제1 터치 신호선(161)과 게이트 라인(148)은 동일한 방향, 예컨대 X축 방향으로 나란하게 연장되도록 형성될 수 있다. 이어서, 상기 하부기판(110) 상에 상기 제1 터치 신호선(161), 게이트 라인(148) 및 게이트 전극(141)을 덮는 절연막(142)을 형성한다.
다음으로, 도 5b를 참조하면, 상기 절연막(142) 위에 활성층(143)과 오믹 콘 택층(144)을 형성한다. 이어서, 전도성 금속 물질을 증착한 후, 이를 패터닝하여 박막 트랜지스터(140)의 소스 전극(145)과 드레인 전극(146)을 형성한다. 상기 전도성 금속 물질은, 예컨대 크롬, 알루미늄, 몰리브덴, 은 또는 이들의 합금을 포함할 수 있다. 이 때, 상기 소스 전극(145)에 연결되는 데이타 라인(도 2의 149)도 함께 형성될 수 있다. 상기 데이타 라인(149)은 게이트 라인(148)과 교차하는 방향, 예컨대 Y축 방향으로 연장되도록 형성될 수 있다. 이어서, 상기 하부기판(110) 상에 상기 박막 트랜지스터(140), 데이타 라인(149) 및 절연막(142)을 덮는 보호층(162)을 형성한다. 상기 보호층(162)은 터치 센서(160)의 커패시터를 형성하기 위해 유전 물질로 이루어질 수 있다. 이어서, 상기 보호층(162)에 드레인 전극(146)을 노출시키는 콘택홀(171)을 형성한다.
다음으로, 도 5c를 참조하면, 상기 보호층(162) 상에 투명한 전도성 물질, 예컨대 ITO(Indium Tin Oxide), AZO(Aluminium Zinc Oxide) 또는 IZO(Indium Zinc Oxide)을 증착한 후, 이를 패터닝하여 상기 콘택홀(171)을 통해 드레인 전극(146)에 연결되는 화소 전극(147)과 터치 센서(160)의 콘택 패드(163)를 함께 형성한다. 이 때, 상기 콘택 패드(163)는 제1 터치 신호선(161)의 직상부에 위치하도록 형성된다.
도 6a 내지 도 6c는 도 1에 도시된 제2 기판상에 구성 요소들을 형성하는 방법을 설명하기 위한 도면들이다.
먼저, 도 6a를 참조하면, 상부 기판(120)을 준비한다. 상기 상부 기판(120)으로는 투명하고 유연성 및 탄력성이 우수한 폴리머 기판이 사용될 수 있다. 준비 된 상부 기판(120) 상에 전도성을 가진 물질, 예컨대 크롬과 같은 금속 물질이나 금속 산화물, 또는 이들의 혼합물을 증착한 후, 이를 패터닝하여 블랙 매트릭스(152)를 형성한다. 상기 블랙 매트릭스(152)는 하부 기판(110)에 형성된 제1 터치 신호선(161)과 교차하는 방향, 예컨대 Y축 방향으로 연장되도록 형성될 수 있다. 전술한 바와 같이, 전도성을 가진 블랙 매트릭스(152) 중 일부는 터치 센서(160)의 제2 터치 신호선(168)으로 이용되며, 상기 제2 터치 신호선(168)은 센싱 라인일 수 있다. 이어서, 상부 기판(120) 상에 적색(R), 녹색(G), 청색(B)의 색상을 가진 칼라 필터(154)를 상기 블랙 매트릭스(152)를 덮도록 형성한다.
다음으로, 도 6b를 참조하면, 상기 칼라 필터(154)를 패터닝하여 제2 터치 신호선(168)으로 이용되는 블랙 매트릭스(152)를 부분적으로 노출시키는 개구(169)를 형성한다. 이어서, 상기 칼라 필터(154) 표면에 지지용 스페이서(156)를 형성하고, 상기 개구(169)를 통해 노출된 블랙 매트릭스(152) 표면에 터치 센서용 스페이서(165)의 컬럼부(166)를 동시에 형성한다. 이 때, 지지용 스페이서(156)와 터치 센서용 스페이서(165)의 칼럼부(166)를 동시에 형성한다 하더라도, 상기 칼라 필터(154)에 형성된 개구(169)로 인해 터치 센서용 스페이서(165)의 칼럼부(166)가 지지용 스페이서(156)에 비해 약간 낮은 높이로 형성될 수 있다. 따라서, 상부 기판(120)에 형성된 터치 센서용 스페이서(165)와 하부 기판(110)에 형성된 콘택 패드(163) 사이에 소정의 갭이 형성될 수 있다.
다음으로, 도 6c를 참조하면, 도 6b에 도시된 구조물의 전 표면에 투명한 전도성 물질, 예컨대 ITO(Indium Tin Oxide), AZO(Aluminium Zinc Oxide) 또는 IZO(Indium Zinc Oxide)을 증착하여, 상기 칼라 필터(154) 표면의 공통 전극(158)과 상기 컬럼부(166) 표면의 도전막(167)을 형성한다. 이 때, 상기 개구(169) 부위의 전도성 물질을 제거하여 공통 전극(158)과 도전막(167)을 절연시킨다. 그러면, 상기 컬럼부(166)와, 제2 터치 신호선(168)으로 이용되는 블랙 매트릭스(152)에 전기적을 연결된 도전막(167)으로 이루어진 터치 센서용 스페이서(165)가 형성된다.
다음으로, 도 5c에 도시된 하부 기판(110)과 도 6c에 도시된 상부 기판(120)을 서로 마주 보도록 접합한 후, 하부 기판(110)과 상부 기판(120) 사이의 공간에 액정(130)을 채우면, 도 1에 도시된 바와 같은 터치 스크린 패널이 제조될 수 있다.
지금까지, 본 발명의 이해를 돕기 위하여 도면에 도시된 실시예들을 기준으로 본 발명이 설명되었다. 그러나, 이러한 실시예들은 단지 예시적인 것에 불과하며, 당해 분야에서 통상적 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위에 의해서 정해져야 할 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 액정 표시 장치에 일체화된 정전용량 방식의 터치 스크린 패널을 도시한 단면도이다.
도 2는 도 1에 도시된 터치 스크린 패널을 도시한 평면도이다.
도 3과 도 4는 도 1에 도시된 터치 스크린 패널에서의 터치 센싱 방법을 설명하기 위한 도면들이다.
도 5a 내지 도 5c는 도 1에 도시된 제1 기판상에 구성 요소들을 형성하는 방법을 설명하기 위한 도면들이다.
도 6a 내지 도 6c는 도 1에 도시된 제2 기판상에 구성 요소들을 형성하는 방법을 설명하기 위한 도면들이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
110...제1 기판(하부 기판) 120...제2 기판(상부 기판)
130...액정 140...박막 트랜지스터
141...게이트 전극 142...절연막
143...활성층 144...오믹 콘택층
145...소스 전극 146...드레인 전극
147...화소 전극 148...게이트 라인
149...데이타 라인 152...블랙 매트릭스
154...칼라 필터 156...지지용 스페이서
158...공통 전극 160...터치 센서
161...제1 터치 신호선(스캔 라인) 162...보호층
163...콘택 패드 165...터치 센서용 스페이서
166...컬럼부 167...도전막
168...제2 터치 신호선(센싱 라인) 169...개구
170...센싱 회로

Claims (20)

  1. 액정을 사이에 두고 서로 대향되게 배치된 제1 기판과 제2 기판; 및
    상기 제1 기판과 제2 기판 사이에 배치된 터치 센서;를 구비하며,
    상기 터치 센서는,
    상기 제1 기판에 배치되며 제1방향으로 나란하게 연장된 다수의 제1 터치 신호선과;
    상기 다수의 제1 터치 신호선을 덮도록 상기 제1 기판에 형성된 유전 물질로 이루어진 보호층과;
    상기 보호층 상에 배치된 다수의 콘택 패드와;
    상기 제2 기판에 배치되며 상기 제1방향과 교차하는 제2방향으로 나란하게 연장된 다수의 제2 터치 신호선과;
    상기 다수의 제2 터치 신호선에 전기적으로 연결되고, 상기 다수의 콘택 패드와의 사이에 갭을 형성하며 상기 다수의 콘택 패드와 대향되도록 배치된 다수의 터치 센서용 스페이서;를 포함하는 터치 스크린 패널.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 제1 터치 신호선들과 제2 터치 신호선들 중 어느 하나의 신호선들은 스캔 라인들이고 다른 하나의 신호선들은 센싱 라인들인 터치 스크린 패널.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 센싱 라인들에는 센싱 회로가 연결된 터치 스크린 패널.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 제2 기판에는 전도성을 가진 물질로 이루어진 블랙 매트릭스가 배치되고, 상기 블랙 매트릭스 중 일부가 상기 제2 터치 신호선들로 이용되는 터치 스크린 패널.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 블랙 매트릭스는, 금속 물질이나 금속 산화물, 또는 이들의 혼합물로 이루어진 터치 스크린 패널.
  6. 제 4항에 있어서,
    상기 터치 센서용 스페이서들 각각은 상기 블랙 매트릭스 표면에 형성된 컬럼부와, 상기 컬럼부 표면에 형성되어 상기 블랙 매트릭스와 전기적으로 연결된 도전막을 포함하는 터치 스크린 패널.
  7. 제 4항에 있어서,
    상기 제2 기판에는 상기 블랙 매트릭스를 덮는 칼라 필터가 형성되고, 상기 칼라 필터의 표면에는 투명한 전도성 물질로 이루어진 공통 전극이 형성된 터치 스 크린 패널.
  8. 제 7항에 있어서,
    상기 공통 전극과의 절연을 위해 상기 터치 센서용 스페이서들 각각의 둘레에 개구가 형성된 터치 스크린 패널.
  9. 제 1항에 있어서,
    상기 제1 기판에는, 서로 교차하도록 배치된 다수의 게이트 라인 및 다수의 데이타 라인과, 상기 게이트 라인들과 데이타 라인들의 교차부마다 마련된 박막 트랜지스터가 형성되고,
    상기 제1 터치 신호선들은 상기 게이트 라인들과 나란하게 연장되는 터치 스크린 패널.
  10. 제 9항에 있어서,
    상기 보호층은 상기 게이트 라인들, 데이타 라인들 및 박막 트랜지스터를 덮도록 형성되며, 상기 보호층 상에는 상기 박막 트랜지스터의 드레인 전극에 연결되는 다수의 화소 전극이 형성된 터치 스크린 패널.
  11. 제 9항에 있어서,
    상기 화소 전극들과 콘택 패드들은 투명한 전도성 물질로 이루어진 터치 스 크린 패널.
  12. 제 1항에 있어서,
    상기 제1 기판과 제2 기판 사이에는 이들 사이의 셀 갭을 유지하기 위한 지지용 스페이서가 배치되고,
    상기 터치 센서용 스페이서들은 상기 지지용 스페이서보다 낮은 높이를 가지는 터치 스크린 패널.
  13. 제 1항의 터치 스크린 패널의 터치 센싱 방법에 있어서,
    상기 제1 터치 신호선들과 제2 터치 신호선들 중 어느 하나의 신호선들은 동시에 구동하고, 다른 하나의 신호선들은 시차를 두고 순차 구동하는 단계; 및
    상기 동시 구동되는 신호선들과 연결된 센싱 회로를 통해 상기 콘택 패드들과 상기 제1 터치 신호선들 사이의 정전 용량의 변화를 감지하는 단계;를 구비하는 터치 센싱 방법.
  14. 제 13항에 있어서,
    상기 제1 터치 신호선들은 스캔 라인들이고, 상기 제2 터치 신호선들은 센싱 라인들이며,
    상기 센싱 라인들을 동시에 구동하고 상기 스캔 라인들을 순차 구동하는 터치 센싱 방법.
  15. 제1 기판에 제1방향으로 나란하게 연장된 다수의 제1 터치 신호선을 형성하는 단계;
    상기 제1 기판에 상기 제1 터치 신호선들을 덮는 유전 물질로 이루어진 보호층을 형성하는 단계;
    상기 보호층 상에 다수의 콘택 패드를 형성하는 단계;
    제2 기판에 상기 제1방향과 교차하는 제2방향으로 나란하게 연장되며 전도성 물질로 이루어진 블랙 매트릭스를 형성하는 단계;
    상기 블랙 매트릭스 표면에 상기 다수의 콘택 패드와 각각 대응되는 다수의 터치 센서용 스페이서를 형성하는 단계;
    상기 콘택 패드들과 상기 터치 센서용 스페이서들 사이에 갭이 형성되도록 상기 제1 기판과 제2 기판을 서로 마주보도록 접합하는 단계; 및
    상기 제1 기판과 제2 기판 사이의 공간에 액정을 채우는 단계;를 구비하는 터치 스크린 패널 제조 방법.
  16. 제 15항에 있어서, 상기 제1 터치 신호선을 형성하는 단계에서,
    상기 제1 기판에, 서로 교차하도록 배치된 다수의 게이트 라인 및 다수의 데이타 라인과, 상기 게이트 라인들과 데이타 라인들의 교차부마다 마련된 박막 트랜지스터를 형성하는 터치 스크린 패널 제조 방법.
  17. 제 16항에 있어서, 상기 콘택 패드를 형성하는 단계에서,
    상기 보호층 상에 상기 박막 트랜지스터의 드레인 전극과 연결되는 다수의 화소 전극을 형성하는 터치 스크린 패널의 제조 방법.
  18. 제 17항에 있어서,
    상기 콘택 패드들과 화소 전극들은 투명한 전도성 물질로 함께 형성되는 터치 스크린 패널의 제조 방법.
  19. 제 15항에 있어서, 상기 다수의 터치 센서용 스페이서를 형성하는 단계는,
    상기 제2 기판에 상기 블랙 매트릭스를 덮도록 칼라 필터를 형성하는 단계와,
    상기 칼라 필터를 패터닝하여 상기 블랙 매트릭스를 부분적으로 노출시키는 개구를 형성하는 단계와,
    상기 개구를 통해 노출된 상기 블랙 매트릭스 표면에 상기 터치 센서용 스페이서의 컬럼부를 형성하는 단계와,
    상기 칼라 필터의 표면과 컬럼부의 표면에 투명한 전도성 물질을 증착하여, 상기 칼라 필터의 표면에 공통 전극을 형성하고, 상기 컬럼부의 표면에 상기 터치 센서용 스페이서의 도전막을 형성하는 단계와,
    상기 개구 부위의 도전성 물질을 제거하여 상기 공통 전극과 상기 도전막을 절연시키는 단계를 포함하는 터치 스크린 패널의 제조 방법.
  20. 제 19항에 있어서, 상기 컬럼부를 형성하는 단계에서,
    상기 칼라 필터 표면에 지지용 스페이서를 함께 형성하는 터치 스크린 패널의 제조 방법.
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