KR20130020485A - 터치 스크린이 내장된 액정 표시장치와 이의 제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 구동 성능이 향상된 터치 스크린이 내장된 액정 표시장치와, 제조공정을 단순화시켜 제조 비용의 절감 및 제조 효율을 향상시킬 수 있는 터치 스크린이 내장된 액정 표시장치의 제조방법에 관한 것이다.
본 발명의 실시 예에 따른 터치 스크린이 내장된 액정 표시장치의 제조방법은 TFT 어레이 기판에 터치 스크린이 내장된 액정 표시장치의 제조방법에 있어서, 글래스 기판 상에 차광층을 형성하는 단계; 상기 차광층을 덮도록 형성된 버퍼층을 형성하고, 상기 버퍼층 상부에 액티브를 형성하는 단계; 상기 액티브를 덮도록 게이트 절연층을 형성하는 단계; 상기 게이트 절연층 상에 투명 전도성 물질로 공통 전극 레이어를 형성하는 단계; 상기 공통 전극 레이어 상에 게이트 메탈을 형성하는 단계; 상기 공통 전극 레이어 및 상기 게이트 메탈을 동시에 패터닝하여 상기 게이트 절연층 상부 중에서 픽셀 영역에 공통 전극과 제1 터치 센싱 라인을 형성하고, 상기 액티브와 중첩되는 영역에 공통 전극 패턴과 게이트를 형성하는 단계; 상기 액티브의 외곽에 불순물을 도핑하여 소스 및 드레인을 형성하여 TFT를 구성하는 단계; 및 상기 게이트 및 제1 터치 센싱 라인을 덮도록 층간 절연층을 형성하는 단계;를 포함하고, 상기 제1 터치 센싱 라인은 픽셀 영역에 형성된 공통 전극이 터치 센싱 전극으로 구동되도록 인접한 픽셀들에 형성된 공통 전극을 연결하는 것을 특징으로 한다.

Description

터치 스크린이 내장된 액정 표시장치와 이의 제조방법{LIQUID CRYSTAL DISPLAY DEVICE WITH A BUILT-IN TOUCH SCREEN AND METHOD FOR MANUFACTURING THE SAME}
본 발명은 평판 표시장치에 관한 것으로, 특히 두께가 얇은 터치 스크린이 내장된 액정 표시장치와, 제조공정을 단순화시켜 제조 비용의 절감 및 제조 효율을 향상시킬 수 있는 터치 스크린이 내장된 액정 표시장치의 제조방법에 관한 것이다.
이동통신 단말기, 노트북 컴퓨터와 같은 각종 휴대용 전자기기가 발전함에 따라 이에 적용할 수 있는 평판 표시장치(Flat Panel Display Device)에 대한 요구가 증대되고 있다.
평판 표시장치들 중에서 액정 표시장치는 양산 기술의 발전, 구동수단의 용이성, 저전력 소비, 고화질 및 대화면 구현의 장점으로 적용 분야가 확대되고 있다.
최근에 들어, 액정 표시장치의 입력 장치로서 종래에 적용되었던 마우스나 키보드 등의 입력 장치를 대체하여 사용자가 손가락이나 펜을 이용하여 스크린에 직접 정보를 입력할 수 있는 터치 스크린이 적용되고 있다. 이러한, 터치 스크린은 누구나 쉽게 조작할 수 있는 장점으로 인해 적용이 확대되고 있다.
터치 스크린은 액정 패널과 결합되는 구조에 따라 액정 패널의 셀 내에 내화되는 인-셀 방식, 액정 패널 상부에 형성되는 온-셀 방식 및 액정 패널의 외부에 터치 스크린이 결합되는 애드-온 방식으로 구분될 수 있다.
액정 표시장치에 터치 스크린의 적용에 있어서, 슬림(Slim)화를 위해 액정 패널의 TFT 어레이 기판(하부 기판)에 터치 스크린을 내장시키는 형태로 개발이 이루어지고 있다.
이때, TFT 어레이 기판에 형성된 공통 전극을 터치 센싱 전극으로 활용하고, 픽셀들에 형성된 공통 전극을 연결하는 센싱 라인을 별도로 형성하는 인-셀 터치(in-cell touch) 타입의 액정 표시장치가 개발되고 있다.
도 1은 종래 기술에 따른 터치 스크린이 내장된 액정 표시장치와 이의 구동방법을 개략적으로 설명하기 위한 도면이다.
도 1에서는 FFS(Fringe Field Switch) 모드의 TFT 어레이 기판 구조를 나타내고 있으며, 컬러 필터 어레이 기판(상부 기판) 및 액정층의 도시는 생략하였다. 도 1에서는 인-셀 터치 타입으로 터치 스크린이 TFT 어레이 기판에 내재화 된 것을 도시하고 있다.
TFT 어레이 기판에는 복수의 픽셀이 형성되며, 상기 복수의 픽셀 각각은 서로 교차하는 데이터 라인들(미도시)과 게이트 라인들(미도시)에 의해 정의된다.
상기 데이터 라인들과 상기 게이트 라인들이 교차되는 영역 마다 박막 트랜지스터(TFT: Thin Film Transistor)가 형성된다. 또한, 복수의 픽셀 각각은 공통 전극(Vcom electrode) 및 픽셀 전극(pixel electrode)을 포함한다. 도 1에서는 TFT 어레이 기판에 형성되는 복수의 픽셀 중에서 하나의 픽셀만을 도시하고 있다.
도 1을 참조하면, TFT 어레이 기판은 글래스 기판(10), 차광층(12, light shield), 버퍼층(14, buffer layer), TFT, 게이트 절연층(22, GI: gate insulator), 층간 절연층(26, ILD: Inter Layer Dielectric), 복수의 보호층(28, 32, 38: PAS0, PAS1, PAS2), 데이터 컨택(30, data contact), 공통 전극(34, Vcom electrode), 터치 센싱 라인(36, sensing line(3rd metal)) 및 픽셀 전극(42, pixel electrode)을 포함한다.
상술한 구성을 포함하는 종래 기술에 따른 터치 스크린이 내장된 액정 표시장치는 1 프레임 기간 중 표시 기간에는 픽셀 인가된 데이터 전압 및 공통 전압에 따라 각 픽셀의 액정층을 투과하는 광의 투과율을 조절하여 영상 신호에 따른 화상을 표시한다.
그리고, 비 표시 기간에는 상기 터치 센싱 라인(36)에 의해 접속된 픽셀들의 공통 전극(34)을 터치 센싱 전극(touch sensing electrode)으로 구동시켜 사용자의 터치에 따른 정전용량(Ctc)의 변화를 감지한다.
즉, 공통 전극(34)은 1 프레임 기간 중 표시 기간에는 공통 전압(Vcom)을 픽셀에 공급하는 기능을 수행하고, 비 표시 기간에는 터치의 검출을 위한 터치 센싱 전극의 기능을 수행하게 된다.
도 2는 종래 기술에 따른 터치 스크린이 내장된 액정 표시장치의 제조방법을 나타내는 도면이다.
도 2를 참조하면, 아몰퍼스 실리콘(a-Si: amorphous Silicon) TFT의 느린 동작 속도, 미세 선폭 설계 제한 등의 단점을 보완하기 위해, 상기 TFT 어레이 기판의 TFT를 형성하기 위한 소재로 저온 다결정 실리콘(LTPS: Low Temperature Poly Silicon)을 이용하고 있다.
종래 기술에 따른 터치 스크린이 내장된 액정 표시장치의 제조에 저온 다결정 실리콘(LTPS)을 이용하는 경우에는 도 2에 도시된 바와 같이, 10개의 마스크를 이용한 10회의 포토리쏘그래피 공정을 수행하게 된다.
이와 같이, TFT 어레이 기판의 제조에 10개의 마스크를 이용한 10회의 포토리쏘그래피 공정이 수행되면, 제조 공정의 택트 타임(tact time)이 길어 제조 효율이 떨어지고, 제조 비용이 증가하는 단점이 있다.
특히, TFT 어레이 기판에 터치 센싱 라인(36)을 형성시키기 위한 별도의 마스크 및 포토리쏘그래피 공정을 수행함으로 인해 제조 효율이 떨어지고 및 제조 비용이 증가하는 단점이 있다.
또한, 종래 기술에 따른 터치 스크린이 내장된 액정 표시장치는 복수의 보호층(28, 32, 38: PAS0, PAS1, PAS2)을 포함하여 두께가 두꺼워지는 단점이 있다. 아울러, 복수의 보호층(28, 32, 38: PAS0, PAS1, PAS2)의 형성을 위한 제조 공정이 수행됨으로 인해 제조 효율 및 제조 비용이 증가되는 단점도 있다.
이러한, 단점들은 터치 스크린이 내장된 액정 표시장치의 제품 경쟁력을 떨어뜨리는 주요 원인이 된다.
본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, TFT 어레이 기판(하부 기판)의 제조 시, 마스크 공정을 줄여 제조 비용을 절감시킬 수 있는 터치 스크린이 내장된 액정 표시장치와 이의 제조방법을 제공하는 것을 기술적 과제로 한다.
본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, TFT 어레이 기판(하부 기판)의 제조공정을 단순화시켜 제조 효율을 향상시킬 수 있는 터치 스크린이 내장된 액정 표시장치와 이의 제조방법을 제공하는 것을 기술적 과제로 한다.
발명은 상술한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, TFT 어레이 기판(하부 기판)의 두께를 줄일 수 있는 터치 스크린이 내장된 액정 표시장치와 이의 제조방법을 제공하는 것을 기술적 과제로 한다.
본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 구동 성능을 향상시킬 수 있는 터치 스크린이 내장된 액정 표시장치와 이의 제조방법을 제공하는 것을 기술적 과제로 한다.
위에서 언급된 본 발명의 기술적 과제 외에도, 본 발명의 다른 특징 및 이점들이 이하에서 기술되거나, 그러한 기술 및 설명으로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 실시 예에 따른 터치 스크린이 내장된 액정 표시장치의 제조방법은 TFT 어레이 기판에 터치 스크린이 내장된 액정 표시장치의 제조방법에 있어서, 글래스 기판 상에 차광층을 형성하는 단계; 상기 차광층을 덮도록 형성된 버퍼층을 형성하고, 상기 버퍼층 상부에 액티브를 형성하는 단계; 상기 액티브를 덮도록 게이트 절연층을 형성하는 단계; 상기 게이트 절연층 상에 투명 전도성 물질로 공통 전극 레이어를 형성하는 단계; 상기 공통 전극 레이어 상에 게이트 메탈을 형성하는 단계; 상기 공통 전극 레이어 및 상기 게이트 메탈을 동시에 패터닝하여 상기 게이트 절연층 상부 중에서 픽셀 영역에 공통 전극과 제1 터치 센싱 라인을 형성하고, 상기 액티브와 중첩되는 영역에 공통 전극 패턴과 게이트를 형성하는 단계; 상기 액티브의 외곽에 불순물을 도핑하여 소스 및 드레인을 형성하여 TFT를 구성하는 단계; 및 상기 게이트 및 제1 터치 센싱 라인을 덮도록 층간 절연층을 형성하는 단계;를 포함하고, 상기 제1 터치 센싱 라인은 픽셀 영역에 형성된 공통 전극이 터치 센싱 전극으로 구동되도록 인접한 픽셀들에 형성된 공통 전극을 연결하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 실시 예에 따른 터치 스크린이 내장된 액정 표시장치는 TFT 어레이 기판에 터치 스크린이 내장된 액정 표시장치에 있어서, 글래스 기판 상에 형성된 차광층 및 상기 차광층과 동일 레이어에 형성된 제2 터치 센싱 라인; 상기 차광층과 상기 제2 터치 센싱 라인을 덮도록 형성된 버퍼층; 상기 버퍼층 상에 형성된 액티브, 소스, 드레인 및 게이트 절연층; 상기 게이트 절연층의 상부 중에서 픽셀 영역에 형성되는 공통 전극 및 상기 액티브와 중첩되도록 형성되는 공통 전극 패턴; 상기 공통 전극 패턴 상에 형성되는 게이트 및 상기 공통 전극 상에 형성되는 제1 터치 센싱 라인; 상기 게이트 및 제1 터치 센싱 라인을 덮도록 상기 게이트 절연층 상에 형성되는 층간 절연층; 상기 드레인의 상면을 노출시키는 제1 컨택홀, 제2 터치 센싱 라인의 상면을 노출시키는 제2 컨택홀 및 제1 터치 센싱 라인의 상면을 노출시키는 제3 컨택홀에 형성된 데이터 컨택; 및 상기 제1 컨택홀에 형성된 데이터 컨택 상부 및 상기 픽셀 영역의 층간 절연층 상부에 형성된 픽셀 전극;을 포함하는 것을 특징으로 하는 한다.
본 발명의 실시 예에 따른 터치 스크린이 내장된 액정 표시장치의 제조방법은 TFT 어레이 기판(하부 기판)의 제조 시, 마스크 공정을 줄여 제조 비용을 절감시킬 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 터치 스크린이 내장된 액정 표시장치의 제조방법은 TFT 어레이 기판(하부 기판)의 제조공정을 단순화시켜 제조 효율을 향상시킬 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 터치 스크린이 내장된 액정 표시장치의 제조방법은 TFT 어레이 기판(하부 기판)의 두께를 줄여 액정 표시장치의 두께를 슬림화시킬 수 있다.
실시 예에 따른 본 발명은 터치 스크린이 내장된 액정 표시장치의 구동 성능을 향상시킬 수 있다.
위에서 언급된 본 발명의 특징 및 효과들 이외에도 본 발명의 실시 예들을 통해 본 발명의 또 다른 특징 및 효과들이 새롭게 파악 될 수도 있을 것이다.
도 1은 종래 기술에 따른 터치 스크린이 내장된 액정 표시장치의 구조를 개략적으로 나타내는 단면도.
도 2는 종래 기술에 따른 터치 스크린이 내장된 액정 표시장치의 제조방법을 나타내는 도면.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 터치 스크린이 내장된 액정 표시장치의 구조를 나타내는 평면도.
도 4는 도 3에 도시된 A1-A2 선에 따른 TFT 영역을 나타내는 단면도.
도 5는 도 3에 도시된 B1-B2 선에 따른 브릿지 컨택 영역을 나타내는 단면도.
도 6 및 도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 터치 스크린이 내장된 액정 표시장치의 터치 센서 구조를 나타내는 평면도.
도 8 내지 도 14는 본 발명의 실시 예에 따른 터치 스크린이 내장된 액정 표시장치의 제조방법을 나타내는 도면.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예들에 따른 터치 스크린이 내장된 액정 표시장치와 이의 제조방법에 대하여 설명하기로 한다.
본 발명의 실시 예들을 설명함에 있어서 어떤 구조물(전극, 라인, 레이어, 컨택)이 다른 구조물 '상에 또는 상부에' 및 '아래에 또는 하부에' 형성된다고 기재된 경우, 이러한 기재는 이 구조물들이 서로 접촉되어 있는 경우는 물론이고 이들 구조물들 사이에 제3의 구조물이 개재되어 있는 경우까지 포함하는 것으로 해석 되어야 한다.
상기 '상에 또는 상부에' 및 '아래에 또는 하부에' 라는 표현은 도면에 기초하여 본 발명의 액정 표시장치 및 이의 제조방법을 설명하기 위한 것이다. 따라서, 상기 '상에 또는 상부에' 및 '아래에 또는 하부에' 라는 표현은 제조 공정 과정과 제조가 완료된 이후 구성에서 서로 상이할 수 있다.
도면을 참조한 본 발명의 상세한 설명에 앞서, 액정 표시장치는 액정층의 배열을 조절하는 방식에 따라 TN(Twisted Nematic) 모드, VA(Vertical Alignment) 모드, IPS(In Plane Switching) 모드, FFS(Fringe Field Switching) 모드 등 다양하게 개발되어 있다.
그 중에서, 상기 IPS 모드와 상기 FFS 모드는 하부 기판 상에 화소 전극과 공통 전극을 배치하여 상기 화소 전극과 공통 전극 사이의 전계에 의해 액정층의 배열을 조절하는 방식이다.
상기 IPS 모드는 상기 화소 전극과 공통 전극을 평행하게 교대로 배열함으로써 양 전극 사이에서 횡전계를 일으켜 액정층의 배열을 조절하는 방식이다. 이와 같은 IPS 모드는 상기 화소 전극과 상기 공통 전극 상측 부분에서 액정층의 배열이 조절되지 않아 그 영역에서 광의 투과도가 저하되는 단점이 있다.
이와 같은 IPS 모드의 단점을 해결하기 위해 고안된 것이 상기 FFS 모드이다. 상기 FFS 모드는 상기 화소 전극과 상기 공통 전극을 절연층을 사이에 두고 이격되도록 형성시킨다.
이때, 하나의 전극은 판(plate) 형상 또는 패턴으로 구성하고 다른 하나의 전극은 핑거(finger) 형상으로 구성하여 양 전극 사이에서 발생되는 프린지 필드(Fringe Field)를 통해 액정층의 배열을 조절하는 방식이다.
본 발명의 실시 예들에 따른 터치 스크린이 내장된 액정 표시장치는 상기 FFS 모드의 구조를 가진다. 그리고, TFT 어레이 기판(하부 기판)의 소재로 저온 다결정 실리콘(LTPS: Low Temperature Poly Silicon)을 이용할 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 터치 스크린이 내장된 액정 표시장치는 사용자의 터치 위치를 검출하는 터치 스크린이 내장된 인-셀 터치(in-cell touch) 타입의 액정 패널과, 상기 액정 패널에 광을 공급하는 백라이트 유닛(Back Light Unit) 및 구동 회로부를 포함하여 구성된다.
상기 구동 회로부는 타이밍 컨트롤러(T-con), 데이터 드라이버(D-IC), 게이트 드라이버(G-IC), 센싱 드라이버, 백라이트 구동부, 구동 회로들에 구동 전원을 공급하는 전원 공급부를 포함한다.
여기서, 상기 구동 회로부의 전체 또는 일부는 COG(Chip On Glass) 또는 COF(Chip On Flexible Printed Circuit, Chip On Film) 방식으로 액정 패널 상에 형성될 수 있다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 터치 스크린이 내장된 액정 표시장치의 구조를 나타내는 평면도이고, 도 4는 도 3에 도시된 A1-A2 선에 따른 TFT 영역을 나타내는 단면도이며, 도 5는 도 3에 도시된 B1-B2 선에 따른 브릿지 컨택 영역을 나타내는 단면도이다.
도 3 내지 도 5에서는 인-셀 터치 타입으로 터치 스크린이 TFT 어레이 기판에 내재화 된 것을 도시하고 있다. 그리고, 도 3 내지 도 5에서는 본 발명의 실시 예에 따른 터치 스크린이 내장된 액정 표시장치의 구성들 중에서 컬러 필터 어레이 기판(상부 기판), 액정층 및 구동회로부의 도시는 생략하였다.
TFT 어레이 기판에는 복수의 픽셀이 형성되며, 상기 복수의 픽셀 각각은 서로 교차하는 데이터 라인들(미도시)과 게이트 라인들(미도시)에 의해 정의된다.
상기 데이터 라인들과 상기 게이트 라인들이 교차되는 영역 마다 박막 트랜지스터(TFT: Thin Film Transistor)가 형성된다. 또한, 복수의 픽셀 각각은 공통 전극(Vcom electrode) 및 픽셀 전극(pixel electrode)을 포함한다. 도 3 내지 도 5에서는 TFT 어레이 기판에 형성되는 복수의 픽셀 중에서 하나의 픽셀만을 도시하고 있다.
도 3 내지 도 5를 참조하면, TFT 어레이 기판에는 화상을 표시하기 위한 픽셀 영역 및 픽셀을 구동시키기 위한 TFT가 형성된 TFT 영역이 형성되어 있다.
TFT 영역에는 데이터 라인으로부터 인가되는 픽셀 전압을 픽셀에 공급하기 위한 TFT가 형성된다.
픽셀 영역은 공통 전극(134)을 터치 전극으로 구동시키기 위해, 인접한 픽셀의 공통 전극들을 로우(row) 방향 또는 컬럼(column) 방향으로 연결시키는 브릿지 컨택이 형성된 브릿지 컨택 영역을 포함한다.
이하 에서는 TFT 영역 및 브릿지 컨택 영역을 기준으로 TFT 어레이 기판의 구성에 대하여 상세히 설명하기로 한다.
TFT 어레이 기판은 글래스 기판(110), 차광층(112), 제2 터치 센싱 라인(113), 버퍼층(114, buffer layer), 게이트 절연층(122, gate insulator) 공통 전극(134, Vcom electrode), 공통 전극 패턴(135), 제1 터치 센싱 라인(125), 층간 절연층(126, ILD: Inter Layer Dielectric), 데이터 컨택(130, data contact), 픽셀 전극(142, Pixel electrode) 및 액티브(116), 소스(118), 드레인(120), 게이트(124)로 이루어진 TFT를 포함한다.
글래스 기판(110) 상부 중에서 TFT 영역에는 차광층(112) 및 제2 터치 센싱 라인(113)이 형성된다. 이때, 제2 터치 센싱 라인(113)은 브릿지 컨택 영역에도 형성된다.
이러한, 상기 차광층(112) 및 제2 터치 센싱 라인(113)은 몰리브덴(Mo)으로 형성될 수 있으며, 500Å의 두께를 가질 수 있다.
여기서, 제2 터치 센싱 라인(113)은 차광층(112)을 형성하기 위한 라이트 쉴드 메탈(light shield meal)을 이용하여 차광층(112)과 동일 레이어에 형성된다.
이때, 제2 터치 센싱 라인(113)은 도 3 에 도시된 바와 같이, 데이터 라인(DL)과 동일 방향으로 형성된다. 제2 터치 센싱 라인(113)은 픽셀 영역과 대응되는 부분에서는 데이터 라인과 중첩되고, TFT 영역에서는 TFT와 컨택되지 않도록 ' ［' 형상으로 절곡된다.
이러한 제2 터치 센싱 라인(113)은 컬럼(column) 방향 즉, Y축 방향으로 픽셀을 가로지르도록 형성되어 인접한 픽셀의 공통 전극(134)을 연결시킨다. 이를 통해, 공통 전극(134)이 비 표시 기간에 터치 센싱 전극의 기능을 가지도록 한다.
글래스 기판(110) 상에는 차광층(112) 및 제2 터치 센싱 라인(113)을 덮도록 버퍼층(114)이 형성된다. 이때, 버퍼층(114)은 무기물, 일 예로서 SiO2, 또는 SiNx로 형성될 수 있으며, 2,000Å ~ 3,000Å의 두께를 가질 수 있다.
TFT 영역의 버퍼층(114) 상부에는 차광층(112)과 중첩되는 영역에 TFT의 액티브(116), 소스(118) 및 드레인(120)이 형성된다.
여기서, 액티브(116)는 저온 폴리실리콘(P-Si)으로 형성될 수 있으며, 500Å의 두께를 가질 수 있다. 소스(118) 및 드레인(120)은 액티브(116)의 반도체 레이어에 P 타입 또는 N 타입의 불순물이 도핑되어 형성된다.
버퍼층(114)의 상부 전면에는 액티브(116), 소스(118) 및 드레인(120)을 덮도록 게이트 절연층(122)이 형성된다. 이때, 게이트 절연층(122)은 SiO2로 형성될 수 있으며, 1,300Å의 두께를 가질 수 있다.
픽셀 영역 내에는 공통 전극(134, Vcom electrode)이 형성된다.
또한, 공통 전극(134)은 TFT 영역의 게이트 절연층(122) 상부 중에서 제2 터치 센싱 라인(113)과 중첩되는 영역에도 형성된다.
또한, 공통 전극(134)은 브릿지 영역의 게이트 절연층(122) 상부 일측에도 형성된다.
한편, 게이트 절연층(122) 상부 중에서 액티브(116)와 중첩되는 영역에는 공통 전극 패턴(135)이 형성된다.
이러한, 공통 전극(134) 및 공통 전극 패턴(135)은 ITO(indium tin oxide), IZO(indium zinc oxide) 또는 ITZO(indium tin zinc oxide)와 같은 투명 전도성 물질로, 500Å의 두께를 가지도록 형성될 수 있다.
TFT 영역의 공통 전극 패턴(135) 상부에 TFT의 게이트(124)가 형성된다. 이때, 공통 전극 패턴(135)과 게이트(124)는 제조 공정 중에 하프톤 마스크를 이용한 단일 마스크 공정 및 포토리쏘그래피 공정을 통해 동시에 형성된다.
여기서, 공통 전극 패턴(135)은 상기 공통 전극(134)을 형성할 때, 게이트 절연층(122) 상부에 형성된 투명 전도성 물질을 이용하여 형성된 것이다. 공통 전극 패턴(135)은 공통 전극(134)과 동일 레이어 상에 동일 물질로 형성되어 존재하지만 플로팅(floating)하게 형성됨으로 공통 전압(Vcom)이 공급되는 않는다.
TFT의 게이트(124) 하부에 공통 전극 패턴(135)이 형성된 것은 제조 공정의 효율성을 높이기 위한 것이다. 공통 전극 패턴(135)이 공통 전극(134)을 형성 시 함께 형성되었어도 별도의 기능을 가지지는 않는다.
이와 같이, 게이트 절연층(122)을 사이에 두고, 액티브(116), 소스(118), 드레인(120) 및 게이트(124)가 형성되어 TFT가 구성되게 된다.
한편, TFT 영역의 공통 전극(134) 상부 및 브릿지 영역의 공통 전극(134) 상부에 제1 터치 센싱 라인(125)이 형성된다.
이러한, 공통 전극(134)과 제1 터치 센싱 라인(125)은 제조 공정 중에 하프톤 마스크를 이용한 단일 마스크 공정 및 포토리쏘그래피 공정을 통해 동시에 형성된다.
제1 터치 센싱 라인(125)은 로우(row) 방향 즉, X축 방향으로 픽셀을 가로지르도록 형성되어 인접한 픽셀의 공통 전극(134)을 연결시킨다. 이를 통해, 공통 전극(134)이 비 표시 기간에 터치 센싱 전극의 기능을 가지도록 한다.
여기서, 게이트(124) 및 제1 터치 센싱 라인(125)은 몰리브덴(Mo)으로 형성될 수 있으며, 3,000Å의 두께를 가질 수 있다.
게이트 절연층(122) 상부에는 TFT의 게이트(124) 및 제1 터치 센싱 라인(125)을 덮도록 층간 절연층(126)이 형성된다.
이때, 층간 절연층(126)은 SiO2 또는 SiNx로 형성될 수 있으며, 6,000Å의 두께를 가질 수 있다. 다른 예로서, 층간 절연층(126)은 SiO2(3,000Å/SiNx(3,000Å)의 구조로도 형성될 수도 있다.
층간 절연층(126)의 상부 중에서 TFT 영역의 데이터 컨택(130) 상부와 픽셀 영역에 픽셀 전극(142)이 핑거(finger) 형상으로 형성된다.
이때, 픽셀 전극(142)은 ITO(indium tin oxide), IZO(indium zinc oxide) 또는 ITZO(indium tin zinc oxide)와 같은 투명 전도성 물질로, 500Å의 두께를 가지도록 형성될 수 있다.
이러한, 공통 전극(134)과 픽셀 전극(142) 사이에서 발생되는 프린지 필드(Fringe Field)를 통해 액정층의 배열을 조절하여 화상을 표시하게 된다.
이때, 픽셀 전극(142)와 공통 전극(134) 사이에 형성된 층간 절연층(126)을 이용하여 스토리지 커패시터(Cst: Storage Capacitor)가 형성되게 된다.
즉, 본 발명의 실시 예에 따른 터치 스크린이 내장된 액정 표시장치는 스토리지 커패시터를 형성하기 위한 별도의 구성 없이, 픽셀 전극(142), 공통 전극(134) 및 층간 절연층(126)을 이용하여 스토리지 커패시터를 형성시킬 수 있다.
TFT 영역에서, TFT의 드레인(120)과 픽셀 전극(142)은 데이터 컨택(130)을 통해 접속된다.
드레인(120)의 상면이 노출되도록 게이트 절연층(122) 및 층간 절연층(126)의 일부가 식각되어 제1 컨택홀이 형성되고, 제1 컨택홀 내에 데이터 컨택(130)이 형성되어 TFT의 드레인(120)이 픽셀 전극(142)과 접속되게 된다.
이때, 데이터 컨택(130)은 6,000Å의 두께를 가지도록 형성되고, 몰리브덴(Mo, 1,000Å)/알루미늄(Al, 3,000Å)/몰리브덴(Mo, 2,000Å)이 제1 컨택홀 내에 순차적으로 매립되어 형성될 수 있다.
한편, 상기 제1 컨택홀 및 데이터 컨택(130)을 형성하는 제조 공정을 이용하여, 브릿지 컨택 영역에는 제2 터치 센싱 라인(113)의 상면을 노출시키는 제2 컨택홀과, 제1 터치 센싱 라인(125)의 상면을 노출시키는 제3 컨택홀이 형성된다.
상기 제2 컨택홀 및 제3 컨택홀에도 데이터 컨택(130)이 형성되어, 제1 터치 센싱 라인(125)과 제2 터치 센싱 라인(113)이 접속된다.
도 6 및 도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 터치 스크린이 내장된 액정 표시장치의 터치 센서 구조를 나타내는 평면도이다.
도 6 및 도 7을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 터치 스크린이 내장된 액정 표시장치는 공통 전극(134)을 사용자의 터치 위치를 검출하기 위한 터치 센싱 전극으로 이용한다.
여기서, 인접한 픽셀의 공통 전극(134)을 제1 터치 센싱 라인(125) 및 제2 터치 센싱 라인(113)으로 연결하여 터치 블록을 구성하게 된다.
이때, 터치 블록은 X축 방향의 터치 위치를 검출하기 위한 터치 로우 블록(touch row block)과, Y축 방향의 터치 위치를 검출하기 위한 터치 컬럼 블록(touch column block)로 구성된다.
하나의 터치 로우 블록과 하나의 터치 컬럼 블록 내에서는 제1 터치 센싱 라인(125)과 제2 터치 센싱 라인(113)이 도 5에 도시된 컨택 구조를 통해 서로 연결될 수 있다.
각각의 터치 로우 블록 및 터치 컬럼 블록에 형성된 공통 전극(134)들은 제1 터치 센싱 라인(125) 및 제2 터치 센싱 라인(113)을 통해 연결된다. 사용자의 터치 위치를 검출하기 위해서는 터치 로우 블록과 터치 컬럼 블록이 서로 분리되어야 한다.
이를 위해, TFT의 게이트(124)를 형성하는 공정 중에 함께 형성된 제1 터치 센싱 라인(125)이 터치 컬럼 블록을 가로지르는 브릿지 라인으로 형성되고, 제1 터치 센싱 라인(125)이 브릿지 라인으로 형성된 영역에서는 제1 터치 센싱 라인(125)과 제2 터치 센싱 라인(113)이 서로 컨택되지 않도록 형성된다.
이때, 인접한 터치 로우 블록의 공통 전극들은 도 5에 도시된 컨택 구조를 통해 서로 연결된다.
이를 통해, 터치 컬럼 블록을 사이에 두고 좌우측에 형성된 터치 로우 블록들을 연결하고, 터치 로우 블록과 터치 컬럼 블록이 분리되도록 하여 X축 방향의 터치 위치를 검출할 수 있도록 한다.
한편, 터치 컬럼 블록의 공통 전극(134)들은 픽셀들을 가로지르도록 형성된 제1 터치 센싱 라인(125)에 의해 연결된다.
이를 통해, 터치 컬럼 블록에 형성된 공통 전극(134)들을 Y축 방향으로 연결하면서, 터치 로우 블록과 터치 컬럼 블록이 분리되도록 하여 Y축 방향의 터치 위치를 검출할 수 있도록 한다. 상술한 구성을 포함하는 본 발명의 실시 예에 따른 액정 표시장치는
제1 터치 센싱 라인(125)이 X축 방향으로 형성되고, 제2 터치 센싱 라인(113)이 Y축 방향으로 형성된 것으로 설명하였으나 이는 본 발명의 여러 실시 예 중에서 하나를 설명한 것이다.
본 발명의 다른 실시 예에서, 제1 터치 센싱 라인(125)이 Y축 방향으로 형성되고, 제2 터치 센싱 라인(113)이 X축 방향으로도 형성되어 터치 센서를 구성할 수도 있다.
상술한 구성을 포함하는 본 발명의 실시 예에 따른 액정 표시장치는 1 프레임 기간 중 표시 기간에는 각 픽셀에 인가된 공통 전압(Vcom)과 데이터 전압에 따라 액정층을 투과하는 광의 투과율을 조절하여 영상 신호에 따른 화상을 표시한다.
그리고, 비 표시 기간에는 제1 터치 센싱 라인(125)을 통해 연결된 픽셀들의 공통 전극(134)을 터치 센싱 전극으로 구동시켜 사용자의 터치에 따른 정전용량(Ctc)의 변화를 감지한다.
사용자의 터치에 따라 컬러 필터 어레이 기판(상부 기판)과 TFT 어레이 기판(하부 기판)의 공통 전극(134) 사이에는 터치 정전용량(Ctc)이 형성된다. 이러한, 터치에 따른 터치 정전용량(Ctc)과 기준 정전용량을 비교하여 사용자의 터치 위치(TS)를 검출하게 된다.
본 발명의 실시 예에 따른 터치 스크린이 내장된 액정 표시장치는 저온 다결정 실리콘(LTPS: Low Temperature Poly Silicon)을 적용하여 TFT를 형성함으로써, 터치 스크린이 내장된 액정 표시장치의 구동 성능을 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 실시 예에 따른 터치 스크린이 내장된 액정 표시장치는 종래 기술에서 적용되었던 복수의 보호층(PAS0 ~ PAS2)을 삭제하여 TFT 어레이 기판(하부 기판)의 두께를 슬림화시킬 수 있다.
도 8 내지 도 14는 본 발명의 실시 예에 따른 터치 스크린이 내장된 액정 표시장치의 제조방법을 나타내는 도면이다. 이하, 도 8 내지 도 14를 참조하여 본 발명의 실시 예에 따른 터치 스크린이 내장된 액정 표시장치의 제조방법에 대하여 설명하기로 한다.
도 8 내지 도 14에서는 3에 도시된 A1-A2 선에 따른 TFT 영역을 기준으로 한 제조공정의 단면도 및 B1-B2 선에 따른 브릿지 컨택 영역을 기준으로 한 제조공정의 단면도를 나타내고 있다.
먼저, 도 8을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 터치 스크린이 내장된 액정 표시장치의 제조방법은 6개의 마스크를 이용한 포토리쏘그래피 공정을 이용하여 터치 스크린이 내장된 TFT 어레이 기판을 제조할 수 있다.
이를 통해, 종래 기술(10 마스크) 대비 제조공정에 소요되는 마스크를 줄이고, 이에 따른 세부공정을 줄일 수 있다. 또한, 종래 기술에서 적용되었던 복수의 보호층(PAS0 ~ PAS2)을 형성시키는 공정을 삭제하여 이에 따른 세부공정도 줄일 수 있다.
구체적으로 도 9를 참조하면, 글래스 기판(110, glass substrate)의 전면에 몰리브덴(Mo)과 같이 광을 차단하는 금속 물질로 라이트 쉴드 메탈(light shield meal)을 형성한다.
이후, 마스크를 이용한 포토리소그래피(photolithography) 및 습식 에칭(etching, 식각) 공정을 통해 라이트 쉴드 메탈을 패터닝하여 차광층(112, light shield) 및 제2 터치 센싱 라인(113)을 형성한다.
이때, 차광층(112)과 제2 터치 센싱 라인(113)은 500Å의 두께를 가질 수 있다.
여기서, 차광층(112)은 TFT의 액티브에 광이 입사되어 광 누설전류가 생성되는 것을 방지하기 위해 TFT 영역에 형성되는 것으로, 후속 공정에 의해 형성되는 액티브(116)와 얼라인 되도록 형성된다.
제2 터치 센싱 라인(113)은 차광층(112)을 형성하기 위한 라이트 쉴드 메탈을 이용하여 형성됨으로, 상기 차광층(112)과 동일 레이어에 형성된다.
이러한, 제2 터치 센싱 라인(113)은 도 3에 도시된 바와 같이, 픽셀 영역과 대응되는 부분은 데이터 라인(DL)과 중첩되도록 형성되고, TFT 영역과 대응되는 부분은 TFT와 컨택되지 않도록 '［' 형상으로 절곡된다.
사용자의 터치 위치를 검출하기 위해서는 터치 로우 블록과 터치 컬럼 블록이 서로 분리되어야 한다.
이를 위해, 차광층(112)을 형성하는 공정 중에 픽셀들을 가로지르도록 제2 터치 센싱 라인(113)을 형성되고, 후술되는 제조 공정을 통해 하나의 터치 컬럼 블록과 하나의 터치 로우 블록 내에서 제1 터치 센싱 라인(125)과 제2 터치 센싱 라인(113, 브릿지 라인)을 데이터 컨택(130)으로 연결한다.
한편, 도 9에서는 TFT 어레이 기판의 베이스로써 글래스 기판(110)을 도시하고 있으나, 플라스틱 소재의 기판이 글래스 기판(110)을 대체할 수도 있다.
이어서, 도 10을 참조하면, 차광층(112) 및 제2 터치 센싱 라인(113)을 덮도록 버퍼층(114)을 형성한다. 이때, 버퍼층(114)은 SiO2 또는 SiNx로 형성될 수 있으며, 2,000Å ~ 3,000Å의 두께를 가질 수 있다.
이후, 상기 버퍼층(120) 상부에 비정질 실리콘(a-Si)을 증착하여 반도체 레이어를 형성한 후, 마스크를 이용한 포토리소그래피 및 건식 에칭 공정을 통해 상기 반도체 레이어를 패터닝하여 액티브(116)를 형성한다.
여기서, 액티브(116)는 저온 폴리실리콘(P-Si)으로 500Å의 께를 가지도록 형성되며, 액티브(116)는 차광층(112)과 중첩되도록 형성된다.
이어서, 도 11을 참조하면, 버퍼층(114)의 상부 전면에 TEOS(Tetra Ethyl Ortho Silicate) 또는 MTO(Middle Temperature Oxide)를 CVD(Chemical Vapor Deposition)로 증착하여 게이트 절연층(122)을 형성한다. 이때, 게이트 절연층(122)은 SiO2로 1,300Å의 두께를 가지도록 형성된다.
이후, 게이트 절연층의 상부에 ITO(indium tin oxide), IZO(indium zinc oxide) 또는 ITZO(indium tin zinc oxide)와 같은 투명 전도성 물질로 공통 전극 레이어를 형성한다.
이후, 상기 투명 전극 레이어 상부에 몰리브덴(Mo)과 같은 금속을 증착하여 게이트 메탈을 형성한다.
이후, 하프 톤 마스크(HTM: half tone mask)를 이용한 포토리소그래피 공정, 에칭 공정 및 애싱(ashing) 공정을 순차적으로 수행하여 공통 전극(134), 공통 전극 패턴(135), 게이트(124) 및 제1 터치 센싱 라인(125)을 동시에 형성한다.
구체적으로, 하프 톤 마스크(HTM)를 이용한 포토리소그래피 공정, 에칭 공정 및 애싱 공정을 수행하여 상기 투명 전극 레이어를 패터닝 한다.
이때, 상기 투명 전극 레이어를 패터닝하여 TFT 영역의 일측 및 픽셀 영역에 공통 전극(134)을 형성한다. 그리고, TFT의 액티브(116)와 중첩되는 영역에 투명 전극 패턴(135)을 형성한다.
아울러, 투명 전극 패턴(135) 상부의 게이트 메탈을 패터닝하여 TFT의 게이트(124)를 형성하고, 투명 전극(134) 상부의 게이트 메탈을 패터닝하여 제1 터치 센싱 라인(125)을 형성한다.
이와 같이, 하프 톤 마스크를 이용한 단일 마스크 공정을 통해, 상기 공통 전극(134), 공통 전극 패턴(135), 게이트(124) 및 제1 터치 센싱 라인(125)을 동시에 형성한다.
여기서, 공통 전극(134) 및 공통 전극 패턴(135)은 500Å의 두께를 가지도록 형성될 수 있다. 그리고, 게이트(124) 및 제1 터치 센싱 라인(125)은 3,000Å의 두께를 가지도록 형성될 수 있다.
상기 공통 전극 패턴(135)은 상기 공통 전극(134)을 형성할 때, 게이트 절연층(122) 상부에 형성된 공통 전극 레이어를 패터닝하여 형성된 것으로, 공통 전극(134)과 동일 레이어 상에 형성된다.
이러한, 공통 전극 패턴(135)은 제조 공정의 효율을 높이기 위해, 하프톤 마스크를 이용하여 공통 전극(134), 게이트(124) 및 제1 터치 센싱 라인(125)을 동시에 형성함으로써, TFT의 게이트(124) 하부에 공통 전극 패턴(135)이 형성되게 된다.
공통 전극(134)에는 화상을 표시하기 위한 공통 전압(Vcom)이 공급되지만, 공통 전극 패턴(135)은 플로팅(floating)하게 형성되어 공통 전압(Vcom)이 공급되지는 않는다. 따라서, 공통 전극 패턴(135)은 공통 전극(134)과 동일 물질로 동일 레이어에 형성되었어도 별도의 기능을 가지지는 않는다.
이후, 게이트(124)를 N- 도핑(doping)하고, 게이트(124)를 마스크로 이용하여 액티브(116)의 가장자리 부분을 불순물로 도핑(N+ 도핑)함으로써 TFT의 소스(118) 및 드레인(120)을 형성한다.
이때, 상기 게이트(124)의 형성 시, 습식 에칭 공정 및 건식 에칭 공정을 수행하게 되는데, 습식 에칭 공정과 건식 에칭 공정 사이에 상기 액티브(116)를 N+ 도핑한다.
상기 액티브(116) 상에 상기 게이트(124)이 형성되어 있음으로, 상기 액티브(116)의 전체 영역 중 상기 게이트(124)과 중첩되는 않은 영역이 N+ 도핑되어 액티브(116)의 양측에 소스(118)와 드레인(120)이 형성되게 된다.
이와 같이, 게이트 절연층(112)을 사이에 두고, 액티브(116), 소스(118), 드레인(120) 및 게이트(124)가 형성되어 TFT가 구성된다.
한편, 브릿지 영역의 공통 전극(134) 상부에 형성된 제1 터치 센싱 라인(125)은 도 3, 도 6 및 도 7에 도시된 바와 같이, 로우(row) 방향 즉, X축 방향으로 픽셀들을 가로지르도록 형성되어 인접한 픽셀들의 공통 전극(134)을 연결시킨다.
이와 같이, 제1 터치 센싱 라인(125)을 통해 인접한 픽셀들의 공통 전극(134)을 연결함으로써, 공통 전극(134) 비 표시 기간에 터치 센싱 전극의 기능을 가지도록 할 수 있다.
여기서, 브릿지 컨택 영역에서 픽셀들을 X축 방향으로 가로지르도록 형성된 제1 터치 센싱 라인(125)은 터치 컬럼 블록을 사이에 두고 인접하게 형성된 터치 로우 블록들을 연결시키는 브릿지 라인이 된다.
이어서, 도 12를 참조하면, 게이트(124) 및 제1 터치 센싱 라인(125)을 덮도록 게이트 절연층(122) 상부 전면에 층간 절연층(126, ILD: Inter Layer Dielectric)을 형성한다.
여기서, 층간 절연층(126)은 SiO2 또는 SiNx로 형성될 수 있으며, 6,000Å의 두께를 가질 수 있다. 다른 예로서, 층간 절연층(126)은 SiO2(3,000Å)/SiNx(3,000Å)의 구조로도 형성될 수도 있다.
이후, TFT 영역에서, 드레인(120)과 중첩되는 영역의 게이트 절연층(122) 및 층간 절연층(126)의 일부를 식각하여 드레인(120)의 상면을 노출시키는 제1 컨택홀(140)을 형성한다.
또한, 브릿지 컨택 영역에서, 제2 터치 센싱 라인(113)과 중첩되는 영역의 버퍼층(114), 게이트 절연층(122) 및 층간 절연층(126)의 일부를 식각하여 제2 터치 센싱 라인(113)의 상면을 노출시키는 제2 컨택홀(144)을 형성한다.
또한, 브릿지 컨택 영역에서, 제1 터치 센싱 라인(125)과 중첩되는 영역의 층간 절연층(126)의 일부를 식각하여 제1 터치 센싱 라인(125)의 상면을 노출시키는 제3 컨택홀(146)을 형성한다.
이러한, 제1 컨택홀(140), 제2 컨택홀(144) 및 제3 컨택홀(146)은 동시에 형성된다.
이어서, 도 13을 참조하면, 층간 절연층(126) 사에 전도성 메탈 물질을 도포한 후, 마스크를 이용한 포토리소그래피 및 습식 에칭 공정을 수행하여 데이터 컨택(130)을 형성한다.
이때, 데이터 컨택(130)은 이때, 데이터 컨택(130)은 6,000Å의 두께를 가지도록 형성되고, 몰리브덴(Mo, 1,000Å)/알루미늄(Al, 3,000Å)/몰리브덴(Mo, 2,000Å)을 제1 컨택홀 내에 순차적으로 매립하여 형성할 수 있다.
상기 제1 컨택홀(140) 내에 데이터 컨택(130)을 형성할 때, 제2 컨택홀(144) 및 제3 컨택홀(146) 내에도 전도성 메탈 물질이 매립되어 데이터 컨택(130)이 형성된다.
이러한, 데이터 컨택(130)은 TFT 영역에서 TFT의 드레인(120)과 컨택된다. 또한, 데이터 컨택(130)은 하나의 터치 로우 블록과 하나의 터치 컬럼 블록 내에서 제1 터치 센싱 라인(125) 및 제2 터치 센싱 라인(113)을 컨택 시킨다.
이어서, 14를 참조하면, 층간 절연층(126)의 상부에 ITO(indium tin oxide), IZO(indium zinc oxide) 또는 ITZO(indium tin zinc oxide)와 같은 투명 전도성 물질로 픽셀 전극 레이어를 형성한다.
이후, 마스크를 이용한 포토리쏘그래피 공정 및 식각 공정을 통해 픽셀 전극 레이어를 패터닝하여 TFT 영역의 데이터 컨택(130) 상부와 픽셀 영역에 핑거(finger) 형상을 가지도록 픽셀 전극(142)을 형성된다.
이러한, 공통 전극(134)과 픽셀 전극(142) 사이에서 발생되는 프린지 필드(Fringe Field)를 통해 액정층의 배열을 조절하여 화상을 표시하게 된다.
이때, 픽셀 전극(142)와 공통 전극(134) 사이에 형성된 층간 절연층(126)을 이용하여 스토리지 커패시터(Cst: Storage Capacitor)가 형성되게 된다.
즉, 본 발명의 실시 예에 따른 터치 스크린이 내장된 액정 표시장치의 제조방법은 스토리지 커패시터를 형성하기 위한 별도의 구성을 형성하는 공정 없이도, 픽셀 전극(142), 공통 전극(134) 및 층간 절연층(126)을 이용하여 스토리지 커패시터를 형성시킬 수 있다.
상술한 제조방법에 의해 형성되는 본 발명의 실시 예에 따른 터치 스크린이 내장된 액정 표시장치는 공통 전극(134)을 사용자의 터치 위치를 검출하기 위한 터치 센싱 전극으로 이용한다.
여기서, 인접한 픽셀의 공통 전극(134)을 제1 터치 센싱 라인(125)으로 연결하여 X축 방향의 터치 위치를 검출하기 위한 터치 로우 블록(touch row block)과, Y축 방향의 터치 위치를 검출하기 위한 터치 컬럼 블록(touch column block)을 구성한다.
사용자의 터치 위치를 검출하기 위해서는 터치 로우 블록과 터치 컬럼 블록이 서로 분리되어야 함으로, 제1 터치 센싱 라인(125)이 픽셀을 X축 방향으로 가로지르도록 브릿지 라인으로 형성하고, 상기 브릿지 라인이 형성된 영역에서는 제1 터치 센싱 라인(125)과 제2 터치 센싱 라인(113)이 서로 컨택되지 않도록 하여 터치 컬럼 블록과 터치 로우 블록을 분리시킨다.
이를 통해, 도 6 및 도 7에 도시된 바와 같이, 터치 컬럼 블록을 사이에 두고 좌우측에 형성된 터치 로우 블록들을 연결하고, 터치 로우 블록과 터치 컬럼 블록이 분리되도록 하여 X축 방향의 터치 위치를 검출할 수 있도록 한다.
이를 통해, 터치 컬럼 블록에 형성된 공통 전극(134)들을 Y축 방향으로 연결하면서, 터치 로우 블록과 터치 컬럼 블록이 분리되도록 하여 Y축 방향의 터치 위치를 검출할 수 있도록 한다.
상술한 본 발명의 실시 예에 따른 터치 스크린이 내장된 액정 표시장치의 제조방법은 TFT 어레이 기판의 제조공정을 단순화시켜 제조 효율을 향상시킬 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 터치 스크린이 내장된 액정 표시장치의 제조방법은 하프톤 마스크를 이용한 단일 마스크 공정 및 포토리쏘그래피 공정을 통해 공통 전극(134), 제1 터치 센싱 라인(125), 공통 전극 패턴(135) 및 TFT의 게이트(124)를 동시에 형성한다. 이를 통해, TFT 어레이 기판(하부 기판)의 제조 공정 효율을 높이고, 제조 비용을 절감시킬 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 터치 스크린이 내장된 액정 표시장치의 제조방법은 종래 기술에서 10개 마스크를 이용한 제조 공정들을 통해 터치 스크린이 내장된 TFT 어레이 기판을 제조하던 것을, 6개 마스크를 이용한 제조공정으로 줄여 터치 스크린이 내장된 액정 표시장치의 제조 효율을 높이고, 제조 비용을 절감시킬 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 터치 스크린이 내장된 액정 표시장치의 제조방법은 TFT 어레이 기판(하부 기판)의 두께를 줄여 액정 표시장치의 두께를 슬림화시킬 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 터치 스크린이 내장된 액정 표시장치 및 제조방법은 하부 기판의 TFT의 재료로 저온 다결정 실리콘(LTPS: Low Temperature Poly Silicon)을 적용하여 구동 성능을 향상시킬 수 있다.
본 발명이 속하는 기술분야의 당 업자는 상술한 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로, 이상에서 기술한 실시 예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로 이해해야만 한다.
본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
100: 글래스 기판 112: 차광층
113: 제2 터치 센싱 라인 114: 버퍼층
116: 액티브 118: 소스
120: 드레인 122: 게이트 절연층
124: 게이트 125: 제1 터치 센싱 라인
126: 층간 절연층 130: 데이터 컨택
134: 공통 전극 135: 공통 전극 패턴
142: 픽셀 전극 140: 제1 컨택홀
144: 제2 컨택홀 146: 제3 컨택홀

Claims (19)

  1. TFT 어레이 기판에 터치 스크린이 내장된 액정 표시장치의 제조방법에 있어서,
    글래스 기판 상에 차광층을 형성하는 단계;
    상기 차광층을 덮도록 형성된 버퍼층을 형성하고, 상기 버퍼층 상부에 액티브를 형성하는 단계;
    상기 액티브를 덮도록 게이트 절연층을 형성하는 단계;
    상기 게이트 절연층 상에 투명 전도성 물질로 공통 전극 레이어를 형성하는 단계;
    상기 공통 전극 레이어 상에 게이트 메탈을 형성하는 단계;
    상기 공통 전극 레이어 및 상기 게이트 메탈을 동시에 패터닝하여 상기 게이트 절연층 상부 중에서 픽셀 영역에 공통 전극과 제1 터치 센싱 라인을 형성하고, 상기 액티브와 중첩되는 영역에 공통 전극 패턴과 게이트를 형성하는 단계;
    상기 액티브의 외곽에 불순물을 도핑하여 소스 및 드레인을 형성하여 TFT를 구성하는 단계; 및
    상기 게이트 및 제1 터치 센싱 라인을 덮도록 층간 절연층을 형성하는 단계;를 포함하고,
    상기 제1 터치 센싱 라인은 픽셀 영역에 형성된 공통 전극이 터치 센싱 전극으로 구동되도록 인접한 픽셀들에 형성된 공통 전극을 연결하는 것을 특징으로 하는 터치 스크린이 내장된 액정 표시장치의 제조방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1 터치 센싱 라인을 통해 인접한 픽셀들의 공통 전극을 X축 방향으로 연결하여, X축 방향의 터치 위치를 검출하기 위한 터치 로우 블록을 구성하는 것을 특징으로 하는 터치 스크린이 내장된 액정 표시장치의 제조방법.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 공통 전극 레이어 및 상기 게이트 메탈을 동시에 패터닝 하는 단계에 있어서,
    하나의 하프톤 마스크를 이용한 포토리쏘그래피 공정 및 식각 공정을 통해 상기 공통 전극 레이어 및 상기 게이트 메탈을 동시에 패터닝 함으로써, 상기 공통 전극, 상기 공통 전극 패턴, 상기 게이트 및 상기 제1 터치 센싱 라인을 동시에 형성하는 것을 특징으로 하는 터치 스크린이 내장된 액정 표시장치의 제조방법.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 차광층을 형성하기 위한 라이트 쉴드 메탈을 이용하여 상기 차광층과 동일 레이어 상에 제2 터치 센싱 라인을 형성하는 단계를 포함하고,
    상기 제2 터치 센싱 라인을 통해 인접한 공통 전극들을 Y축 방향으로 연결하여 Y축 방향의 터치 위치를 검출하기 위한 터치 컬럼 블록을 구성하는 것을 특징으로 하는 터치 스크린이 내장된 액정 표시장치의 제조방법.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 드레인과 중첩되는 영역의 게이트 절연층 및 층간 절연층의 일부를 식각하여 상기 드레인의 상면을 노출시키는 제1 컨택홀을 형성하며,
    상기 제2 터치 센싱 라인과 중첩되는 영역의 버퍼층, 게이트 절연층 및 층간 절연층의 일부를 식각하여 상기 제2 터치 센싱 라인의 상면을 노출시키는 제2 컨택홀을 형성하며,
    상기 제1 터치 센싱 라인과 중첩되는 영역의 층간 절연층의 일부를 식각하여 상기 제1 터치 센싱 라인의 상면을 노출시키는 제3 컨택홀을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 터치 스크린이 내장된 액정 표시장치의 제조방법.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 층간 절연층 상에 전도성 메탈 물질을 도포한 후, 상기 전도성 메탈 물질을 패터닝하여 상기 제1 내지 제3 컨택홀에 데이터 컨택을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 터치 스크린이 내장된 액정 표시장치의 제조방법.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 제1 컨택홀에 형성된 데이터 컨택 상부 및 상기 픽셀 영역의 층간 절연층 상부에 픽셀 전극을 형성하는 단계를 포함하고,
    상기 제1 컨택홀에 형성된 데이터 컨택은 상기 픽셀 전극과 드레인을 컨택시키고,
    상기 제2 컨택홀 및 상기 제3 컨택홀에 형성된 데이터 컨택은 상기 픽셀 영역에서 상기 제1 터치 센싱 라인과 상기 제2 터치 센싱 라인을 컨택시키는 것을 특징으로 하는 터치 스크린이 내장된 액정 표시장치의 제조방법.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 제2 터치 센싱 라인은 상기 픽셀 영역과 대응되는 부분에서는 데이터 라인과 중첩되고, 상기 TFT와 대응되는 부분에서 '［' 형상으로 절곡되도록 형성되는 것을 특징으로 하는 터치 스크린이 내장된 액정 표시장치의 제조방법.
  9. 제 7 항에 있어서,
    상기 공통 전극, 상기 층간 절연층 및 상기 픽셀 전극으로 스토리지 커패시터를 형성시키는 것을 특징으로 하는 터치 스크린이 내장된 액정 표시장치의 제조방법.
  10. 제 4 항에 있어서,
    상기 제1 터치 센싱 라인은 픽셀들을 X축 방향으로 가로지르도록 형성되는 것을 특징으로 하는 터치 스크린이 내장된 액정 표시장치의 제조방법.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 제1 터치 센싱 라인은 상기 터치 컬럼 블록을 가로지르는 브릿지 라인으로 형성되고, 상기 브릿지 라인이 형성된 영역에서는 상기 제1 터치 센싱 라인과 상기 제2 터치 센싱 라인이 컨택되지 않는 것을 특징으로 하는 터치 스크린이 내장된 액정 표시장치의 제조방법.
  12. TFT 어레이 기판에 터치 스크린이 내장된 액정 표시장치에 있어서,
    글래스 기판 상에 형성된 차광층 및 상기 차광층과 동일 레이어에 형성된 제2 터치 센싱 라인;
    상기 차광층과 상기 제2 터치 센싱 라인을 덮도록 형성된 버퍼층;
    상기 버퍼층 상에 형성된 액티브, 소스, 드레인 및 게이트 절연층;
    상기 게이트 절연층의 상부 중에서 픽셀 영역에 형성되는 공통 전극 및 상기 액티브와 중첩되도록 형성되는 공통 전극 패턴;
    상기 공통 전극 패턴 상에 형성되는 게이트 및 상기 공통 전극 상에 형성되는 제1 터치 센싱 라인;
    상기 게이트 및 제1 터치 센싱 라인을 덮도록 상기 게이트 절연층 상에 형성되는 층간 절연층;
    상기 드레인의 상면을 노출시키는 제1 컨택홀, 제2 터치 센싱 라인의 상면을 노출시키는 제2 컨택홀 및 제1 터치 센싱 라인의 상면을 노출시키는 제3 컨택홀에 형성된 데이터 컨택; 및
    상기 제1 컨택홀에 형성된 데이터 컨택 상부 및 상기 픽셀 영역의 층간 절연층 상부에 형성된 픽셀 전극;을 포함하는 것을 특징으로 하는 터치 스크린이 내장된 액정 표시장치.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 제1 터치 센싱 라인은 픽셀 영역에 형성된 공통 전극이 터치 센싱 전극으로 구동되도록 인접한 픽셀들에 형성된 공통 전극을 연결하는 것을 특징으로 하는 터치 스크린이 내장된 액정 표시장치.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 제1 터치 센싱 라인을 통해 인접한 픽셀들의 공통 전극들이 X축 방향으로 연결되어, X축 방향의 터치 위치를 검출하기 위한 터치 로우 블록이 구성된 것을 특징으로 하는 터치 스크린이 내장된 액정 표시장치.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 제2 터치 센싱 라인을 통해 인접한 픽셀들의 공통 전극들이 Y축 방향으로 연결되어, Y축 방향의 터치 위치를 검출하기 위한 터치 컬럼 블록이 구성된 것을 특징으로 하는 터치 스크린이 내장된 액정 표시장치.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 제2 터치 센싱 라인은 상기 픽셀 영역과 대응되는 부분에서는 데이터 라인과 중첩되고, 상기 TFT와 대응되는 부분에서 '［' 형상으로 절곡되도록 형성된 것을 특징으로 하는 터치 스크린이 내장된 액정 표시장치.
  17. 제 16 항에 있어서,
    상기 제2 컨택홀 및 상기 제3 컨택홀에 형성된 데이터 컨택을 통해 상기 제1 터치 센싱 라인과 상기 제2 터치 센싱 라인을 컨택시켜, 상기 터치 컬럼 블록의 공통 전극들을 Y축 방향으로 연결시키는 것을 특징으로 하는 터치 스크린이 내장된 액정 표시장치.
  18. 제 17 항에 있어서,
    상기 제2 컨택홀 및 상기 제3 컨택홀에 형성된 데이터 컨택을 통해 상기 제1 터치 센싱 라인과 상기 제2 터치 센싱 라인을 컨택시켜, 상기 터치 컬럼 블록을 사이에 두고 인접하게 형성된 터치 로우 블록의 공통 전극들을 X축 방향으로 연결시키는 것을 특징으로 하는 터치 스크린이 내장된 액정 표시장치.
  19. 제 12 항에 있어서,
    상기 공통 전극, 상기 층간 절연층 및 상기 픽셀 전극으로 스토리지 커패시터가 형성된 것을 특징으로 하는 터치 스크린이 내장된 액정 표시장치.
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