KR20140096635A - 인셀 터치 방식 액정표시장치 및 그 제작 방법 - Google Patents

인셀 터치 방식 액정표시장치 및 그 제작 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 서로 이격되어 있는 제1기판 및 제2기판과; 상기 제1기판 또는 상기 제2기판에 형성되는 터치전극과; 상기 제2기판 외면에 형성되는 정전기 방지막과; 상기 정전기 방지막과 접촉하여 정전기를 외부로 방출하는 도통부재를 포함하고, 상기 도통부재는 상기 제1기판 상의 금속패드 및 상기 정전기 방지막과 접촉하는 점 형태의 제1부분과 상기 정전기 방지막과 접촉하며 막대 형태의 제2부분을 포함하는 인셀 터치 방식 액정표시장치 및 이를 제작하는 방법이다. 상기 도통부재, 특히 제2부분이 비교적 저항이 큰 상기 정전기 방지막과의 계면에서 접촉저항을 줄여줌으로써, 인셀 터치 방식 액정표시장치의 정전기를 효과적으로 제거할 수 있다.

Description

인셀 터치 방식 액정표시장치 및 그 제작 방법 {In-cell Touch Type Liquid Crystal Display and Method of fabricating the same}
본 발명은 인셀 터치 방식 액정표시장치(In-cell Touch Type Liquid Crystal Display) 및 그 제작 방법에 관한 것으로 정전기 방지막을 포함하는 것을 특징으로 한다.
최근에 액정표시장치는 소비전력이 낮고, 휴대성이 양호한 기술 집약적이며, 부가가치가 높은 차세대 첨단 디스플레이(display) 소자로 각광받고 있다.
이러한 액정표시장치 중에서도 각 화소(pixel)별로 전압의 온(on), 오프(off)를 조절할 수 있는 스위칭 소자인 박막트랜지스터가 구비된 액티브 매트릭스형 액정표시장치가 해상도 및 동영상 구현능력이 뛰어나 가장 주목받고 있다.
일반적으로, 액정표시장치는 박막트랜지스터 및 화소전극을 형성하는 어레이 기판 제조 공정과 컬러필터 및 공통 전극을 형성하는 컬러필터 기판 제조 공정을 통해 각각 어레이 기판 및 컬러필터 기판을 형성하고 이들 두 기판 사이에 액정을 개재하는 셀 공정을 거쳐 완성된다.
현재 액정패널의 외면에 형성되는 정전기를 제거하기 위한 다양한 구조가 개발되어 사용되고 있는데, 하나의 예로 정전기 제거용 도전층과 도전테이프를 부착하여 정전기를 제거할 수 있다.
도 1은 종래 정전기 제거용 도전층을 구비한 액정패널의 구조를 나타내는 단면도이다. 도면에 도시된 바와 같이, 액정패널(1)은 제1기판(20) 및 제2기판(30)이 합착되어 형성된다.
박막트랜지스터(Tr)가 형성되는 박막트랜지스터 기판인 제1기판(20) 위에는 게이트 전극(11)과 공통전극(5)이 형성되어 있으며, 상기 제1기판(20) 전체에 걸쳐 게이트 절연층(22)이 형성된다. 상기 게이트 절연층(22) 상부에 상기 게이트 전극(11)과 대응하여 반도체층(12)이 형성되어 있으며, 화소영역(P)에는 화소전극(7)이 형성된다. 상기 반도체층(12) 위에 소스 및 드레인 전극(13, 14)이 이격되어 형성되고, 상기 소스 및 드레인 전극(13, 14)의 상부 전면에는 보호층(24)이 형성되어 있다.
제2기판(30) 내면에는 블랙매트릭스(32)와 컬러 필터층(34)이 적층되어 있다. 상기 제2기판(30)의 내면 가장자리에는 제1도전층(56a)이 형성되고, 상기 제2기판(30)의 외면 전면에는 제2도전층(56b)이 형성되어 있다. 상기 두 도전층(56a, 56b)은 액정패널(1)에 발생하는 정전기를 제거하기 위한 정전기 제거용 도전층이다. 상기 제1도전층(56a)과 제2도전층(56b)은 ITO(Indium Tin Oxide)나 IZO(Indium Zinc Oxide)와 같은 투명한 도전물질로 이루어진다. 제1기판(2)과 제2기판(30) 사이에 액정층(40)이 위치한다.
한편, 제1기판(20) 가장자리에는 정전기 방출용 금속층(62)이 형성되어 있으며, 그 위에는 금속 패드(64)가 형성되어 게이트 절연층(22)에 형성된 컨택홀을 통해 상기 금속층(62)과 금속 패드(64)가 전기적으로 접속된다. 또한, 상기 제1기판(20) 및 제2기판(30) 사이에는 금속 페이스트의 도팅(Dotting) 방식을 통한 은 도트(Ag dot, 70)가 배치된다. 상기 은 도트(70)는 제1도전층(56a) 및 금속 패드(64)와 접촉하여 제2기판(30)의 내면에 발생하는 정전기를 금속 패드(64)와 금속층(62)을 통해 외부로 방출한다. 한편, 제2도전층(56b)에는 외부케이스와 연결되는 도전테이프(미도시)가 부착되어 상기 제2기판(30)의 외면에 발생하는 정전기를 접지를 통해 제거하게 된다.
근래에 액정패널 상에 터치 패널(Touch Panel)을 부착한 터치 방식 디스플레이가 등장하고 있다. 이러한 터치 방식 디스플레이는 스마트폰, 태블릿PC, PMP(Portable Multimedia Player) 및 노트북 등의 휴대용 기기에 적용되어 부피 및 무게를 줄이는 것이 필수적이다. 이에 따라 터치 기능이 액정패널 내부에 탑재된 인셀 터치 방식 액정표시장치의 수요가 증가하고 있다. 상기 인셀 터치 방식 액정표시장치는 액정표시장치 위에 별도의 터치 패널을 부착하지 않고 액정패널 내부에 터치 전극을 형성하기 때문에 제품의 슬림화, 재료비 절감으로 인한 원가 구조 개선, 경량화, 전광성 투과율 향상 등의 장점을 지닌다.
하지만 인셀 터치 방식 액정표시장치에 도 1에 도시된 종래 기술을 적용할 때 제대로 된 방전 효과를 얻을 수 없다. 상기 인셀 터치 방식 액정표시장치의 구조에서는 터치 센서의 간섭 및 터치 감도의 민감성 문제로 인해 비교적 큰 저항값을 갖는 정전기 방지막(이하, 고저항 정전기 방지막)을 사용해야 하기 때문이다. 따라서, 종래 기술에 사용되었던 금속 페이스트 도팅(Dotting) 부분과 고저항 정전기 방지막이 접촉하면 접촉저항이 큰 값을 지니므로 정전기 방전 현상이 늦어질 수 있다. 뿐만 아니라 종래기술은 액정패널 내, 외면에서 발생하는 정전기를 방출하기 위해 두 개의 도전층(제1도전층(56a), 제2도전층(56b))을 형성한 후 각각 연결을 해야 하므로 재료 및 공정 비용, 시간 등이 증가하는 문제점이 있다.
상기 문제점을 해결하기 위해서, 본 발명에서는 시간 및 공정 비용을 줄이고, 터치 감도를 유지하면서 접촉 저항을 낮춰 정전기 방출이 용이한 인셀 터치 방식 액정표시장치 및 그 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 인셀 터치 방식 액정표시장치는, 내면에 박막트랜지스터와 화소 전극 및 공통 전극이 형성된 제1기판과; 상기 제1기판과 이격되고 내면에 컬러필터가 형성된 제2기판과; 상기 제1기판 또는 상기 제2기판에 형성되는 터치전극과; 상기 제2기판 외면에 형성되는 정전기 방지막과; 상기 정전기 방지막과 접촉하여 정전기를 외부로 방출하는 도통부재와; 상기 도통부재는 상기 제1기판 상의 금속 패드 및 상기 정전기 방지막과 접촉하는 점 형태의 제1부분과 상기 정전기 방지막과 접촉하며 막대 형태의 제2부분을 포함하는 것을 특징으로 한다.
이 때, 상기 정전기 방지막은 전도성 고분자, 은 나노 입자, 그래핀, 탄소 나노 튜브 등의 유기 또는 무기 전도성 재료로 이루어지며, 면저항은 80~2000 MΩ/□ 의 값을 가진다. 그리고 상기 도통부재의 제1부분은 한 개 이상 10개 미만의 개수인 것을 특징으로 한다.
본 발명에 실시예를 따른 인셀 터치 방식 액정표시장치 제조 방법은, 제1기판 상에 박막트랜지스터와 화소 전극 및 공통 전극을 형성하는 단계와; 제2기판 상에 컬러필터를 형성하는 단계와; 상기 제1기판 또는 상기 제2기판에 터치전극을 형성하는 단계와; 상기 제1기판과 상기 제2기판을 합착하는 단계와; 상기 제2기판 외면에 정전기 방지막을 형성하는 단계와; 상기 정전기 방지막과 접촉하여 정전기를 외부로 방출하는 도통부재를 형성하는 단계를 포함하고, 상기 도통부재는 상기 제1기판 상의 금속패드 및 상기 정전기 방지막과 접촉하는 점 형태의 제1부분과 상기 정전기 방지막과 접촉하며 막대 형태의 제2부분을 형성하는 단계를 포함한다.
이 때, 상기 정전기 방지막의 면저항은 80~2000 MΩ/□ 의 값을 가지며, 전도성 고분자, 은 나노 입자, 그래핀, 탄소 나노 튜브 등의 유기 또는 무기 전도성 재료와 매트릭스의 혼합으로 이루어진 금속 페이스트를 코팅하여 형성된다. 상기 매트릭스의 재료는 테트라 에틸 오쏘실리케이트(Tetra-Ethyl-ortho-silicate), 폴리실란(Polysilane), 폴리실라잔(Polysilazane) 등의 유기 또는 무기 매트릭스이거나 비전도성 경화 고분자로 형성되는 것을 특징으로 한다. 또한, 상기 도통부재는 잉크젯 프린팅 또는 마스킹 방법을 통해 형성된다.
상술한 바와 같이, 인셀 터치 방식 액정표시장치에 비교적 저항이 큰 재료로 정전기 방지막을 형성하면 터치 감도를 유지시킬 수 있다. 이 때, 막대 형태의 도통부재를 사용함으로써 정전기 방지막과의 접촉저항을 감소시켜 정전기 방전의 효과 및 성능을 증진시킨다.
도 1은 종래 정전기 제거용 도전층을 구비한 액정패널의 구조 단면도.
도 2는 본 발명에 따른 인셀 터치 방식 액정표시장치의 개략적인 단면도.
도 3은 본 발명에 따른 인셀 터치 방식 액정표시장치의 어레이 기판의 화소영역의 구조 단면도.
도 4는 본 발명에 따른 인셀 터치 방식 액정표시장치의 개략적 평면도.
이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시 예를 도면을 참조하여 설명한다.
도 2는 본 발명에 따른 인셀 터치 방식 액정표시장치의 구조를 개략적으로 도시한 단면도이다. 도시한 바와 같이, 박막트랜지스터가 형성되는 제1기판(120) 위에 터치 인식을 위한 제1터치전극(151) 및 제2터치전극(152)이 배치되며, 상기 제1기판(120)의 가장자리에는 금속 패드(162)가 형성된다. 상기 제1,2터치전극(151,152)은 ITO(Indium Tin Oxide)나 IZO(Indium Zinc Oxide)와 같은 투명한 도전물질 또는 불투명한 도전물질 중 어느 하나로 형성될 수 있다.
도시하지 않았지만 블랙 매트릭스와 컬러 필터를 포함하는 컬러필터 기판인 제2기판(130)과 상기 제1기판(120) 사이에 액정층(140)이 위치한다. 상기 제2기판(130)의 외면에 80~2000 MΩ/□ 값의 표면 저항을 갖는 정전기 방지막(156)이 형성된다. 상기 정전기 방지막(156)은 전도성 고분자, 은 나노 입자, 그래핀, 탄소 나노 튜브 등의 유기 또는 무기 전도성 재료가 포함된다. 또한 상기 정전기 방지막(156)은 전도성 재료와 매트릭스의 혼합인 페이스트를 코팅한 후 경화하여 형성될 수 있다. 이 때의 매트릭스는 테트라 에틸 오쏘 실리케이트(Tetra-Ethyl-ortho-silicate), 폴리실란(Polysilane), 폴리실라잔(Polysilazane) 등의 유기 또는 무기 매트릭스 및 다양한 비전도성 경화 고분자를 사용하는 것으로 한다.
잉크젯 프린팅 혹은 일정 부분 외부의 영향을 차단시키는 마스킹 방법으로 금, 은이나 구리과 같은 금속 재료로 형성되는 도통부재(170)는 상기 정전기 방지막(156)과 상기 금속 패드(162)를 연결시키며, 상기 제1,2기판(120, 130)의 가장자리에 배치된다. 상기 도통부재(170)는 상기 정전기 방지막(156) 외면 가장자리를 덮으면서 상기 정전기 방지막(156)과 접촉하고, 상기 금속 패드(162)와 전기적으로 연결되어 상기 제2기판(130) 외면에 발생하는 정전기를 기기 외부로 방출 시키는 통로 역할을 한다. 여기서 상기 도통부재(170)는 상기 금속 패드(162)와 직접 접촉하는 것으로 설명하였으나, 상기 금속 패드(162) 상에 컨택홀을 갖는 절연막이 형성되고 절연막 상의 컨택홀을 통해 상기 금속 패드(162)와 접촉하는 전극이 형성되어 상기 도통부재(170)가 전극과 접촉될 수 있다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 인셀 터치 방식 액정표시장치의 어레이 기판의 화소영역 구조 단면도로, 제1기판(120)은 박막트랜지스터(Tr)가 형성되는 박막트랜지스터 기판이다. 화소 내의 게이트배선(미도시)과 데이터배선(미도시)의 교차영역에 박막트랜지스터(Tr)가 형성된다. 상기 박막트랜지스터(Tr)는 제1기판(120) 위에 형성된 게이트 전극(111)과, 상기 게이트 전극(111) 상부에 걸쳐 적층된 게이트 절연층(122)과, 상기 게이트 절연층(122) 위에 상기 게이트 전극(111)과 대응하며 형성된 반도체층(112)과, 상기 반도체층(112) 위에 서로 이격하며 형성된 소스 및 드레인 전극(113, 114)으로 이루어진다. 그리고 상기 게이트 절연층(122) 위에 형성된 화소전극(105)과, 상기 화소전극(105) 상부에 형성된 보호층(124)과, 상기 보호층(124) 위로 공통전극(107)이 형성된다. 상기 공통전극(107)은 상기 화소전극(105)과 중첩하며 상기 화소전극(105)에 대응하는 다수의 개구부를 가진다.
이러한 구조는 AH-IPS(Advanced Horizontal In-Plane Switching) 모드로 시야각이 넓고 투과율이 높다는 장점을 가진다. 본 발명은 도시된 어레이 기판의 구조에만 한정되지 않고 다양하게 변경 가능하다. 예를 들어, 상기 공통전극(107)과 상기 화소전극(105)의 위치가 바뀔 수도 있다.
또한, 도 2에 도시되어 있는 제1터치전극(151)과 제2터치전극(152)이 도 3의 상기 제1기판(120) 상에 위치하며 전기적으로 연결되어 있고, 상기 제1,2터치전극(151, 152)은 상기 제1기판(120) 또는 상기 제2기판(130) 기판의 내부에 선택적으로 형성할 수 있다.
도 4는 본 발명에 따른 인셀 터치 방식 액정표시장치의 구조를 위에서 바라본 평면도이다. 상기 인셀 터치 방식 액정표시장치는 제1기판(120)과 제2기판(130)이 합착되어 구성되며, 화상이 표현되는 활성영역(Active Area, AA)과 상기 활성영역(AA)의 가장자리의 비활성영역(Non-Active Area, NAA)을 포함한다. 상기 비활성영역(NAA)에 위치하는 도통부재(170)는 점(Dot) 형태의 제1부분(172)과 막대(Bar) 형태의 제2부분(174)으로 구성된다. 상기 제1부분(172)은 도 2에 도시되어 있는 것처럼 제1기판(120) 내면 및 상기 제2기판(130) 외면상에 형성되어 정전기 방지막(156) 및 금속 패드(162)와 접촉함으로써 이들을 연결시켜 준다. 정전기 방출 통로인 상기 제1부분(172)은 도시된 것처럼 한 개일 수도 있고 또는 두 개 이상 10개 미만의 개수를 가질 수도 있다. 상기 제1부분(172)이 두 개일 때의 위치는 상기 제2기판(130)의 양쪽 외곽일 수도 있으나 이에 한정되지 않는다.
본 발명에 따른 인셀 터치 방식 액정표시장치에서는 터치 감도 문제로 약 80~2000 MΩ/□ 의 고저항 정전기 방지막을 사용해야 한다. 일반적인 터치 패널 구동 시 표면저항이 80 MΩ/□보다 낮을 경우 정전기 방전 효과는 우수하나 터치 감도가 감소하며, 반대로 2000 MΩ/□이상의 표면 저항을 가지는 재료의 경우 터치 감도는 우수하나 정전기 방전 현상이 늦어서 방전의 효과가 감소하는 현상을 보인다. 기존의 디스플레이 장비에서 사용되는 정전기 방지막 제조의 경우, 금속 페이스트의 도팅(Dotting) 방식을 사용하여 상기 제1부분(172)과 같은 형태로 정전기 방지막과 금속 패드를 연결하였다. 종래 기술과 같이 상기 제1부분(172)과 80~2000 MΩ/□ 의 고저항 정전기 방지막을 연결하면 접촉저항이 2000 MΩ/□ 이상으로 큰 값을 가진다. 이는 정전기 방전 효과의 감소를 의미한다. 따라서 상기 제2부분(174)과 같이 금속 페이스트의 패터닝을 막대 형태로 조절하면 금속 페이스트의 면적이 넓어짐에 따라 정전기 방지막과의 접촉 저항은 줄어들어 고 신뢰성 정전기 방지막을 제작할 수 있다. 이 때, 상기 제2부분(174)의 넓이는 0.1~10000 mm², 높이는 0.01~10 mm의 범위에서 상기 정전기 방지막(156)의 가장자리에 위치할 수 있다.
상기 도통부재(170)는 상기 제1부분(172) 단면의 높이는 상기 제2기판(130)과 상기 제2부분(174) 단면의 높이의 합과 같거나 더 높다.
실시 예는 단지 본 발명의 바람직한 구현 예를 설명하기 위한 것으로, 본 발명이 이들의 실시 예로 제한되는 것은 아니다. 상기 화소영역 및 공통전극의 위치와 크기는 바뀔 수 있으며, 상기 제1,2터치전극 또한 위치가 서로 바뀔 수 있다. 또한, 상기 제1,2터치전극은 경우에 따라서는 막대 형상일 수도 있고 아닐 수도 있다. 즉, 상기 제1,2터치전극은 도 2와 같은 구조로 제한되는 것은 아니다.
120 : 제1기판 172 : 제1부분
130 : 제2기판 174 : 제2부분
156 : 정전기 방지막 AA : 활성영역
170 : 도통부재 NAA : 비활성영역

Claims (9)

  1. 내면에 박막트랜지스터와 화소 전극 및 공통 전극이 형성된 제1기판과;
    상기 제1기판과 이격되고 내면에 컬러필터가 형성된 제2기판과;
    상기 제1기판 또는 상기 제2기판에 형성되는 터치전극과;
    상기 제2기판 외면에 형성되는 정전기 방지막과;
    상기 정전기 방지막과 접촉하여 정전기를 외부로 방출하는 도통부재를 포함하고,
    상기 도통부재는 상기 제1기판 상의 금속패드 및 상기 정전기 방지막과 접촉하는 점 형태의 제1부분과, 상기 정전기 방지막과 접촉하며 막대 형태의 제2부분을 포함하는 인셀 터치 방식 액정표시장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 정전기 방지막의 면저항은 80~2000 MΩ/□ 의 값을 가지는 인셀 터치 방식 액정표시장치.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 정전기 방지막은 전도성 고분자, 은 나노 입자, 그래핀, 탄소 나노 튜브 등의 유기 또는 무기 전도성 재료를 포함하는 인셀 터치 방식 액정표시장치.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 도통부재의 제1부분은 한 개 이상 10개 미만의 개수인 것을 특징으로 하는 인셀 터치 방식 액정표시장치.
  5. 제1기판 상에 박막트랜지스터와 화소 전극 및 공통 전극을 형성하는 단계와;
    제2기판 상에 컬러필터를 형성하는 단계와;
    상기 제1기판 또는 상기 제2기판에 터치전극을 형성하는 단계와;
    상기 제1기판과 상기 제2기판을 합착하는 단계와;
    상기 제2기판 외면에 정전기 방지막을 형성하는 단계와;
    상기 정전기 방지막과 접촉하여 정전기를 외부로 방출하는 도통부재를 형성하는 단계를 포함하고,
    상기 도통부재는를 형성하는 단계는 상기 제1기판 상의 금속패드 및 상기 정전기 방지막과 접촉하는 점 형태의 제1부분과, 상기 정전기 방지막과 접촉하며 막대 형태의 제2부분을 포함하는 인셀 터치 방식 액정표시장치의 제조 방법.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 정전기 방지막의 면저항은 80~2000 MΩ/□ 의 값을 가지며 형성되는 인셀 터치 방식 액정표시장치의 제조 방법.
  7. 청구항 5에 있어서,
    상기 도통부재는 잉크젯 프린팅 또는 마스킹 방법을 통해 형성되는 것을 특징으로 하는 인셀 터치 방식 액정표시장치의 제조 방법.
  8. 청구항 5에 있어서,
    상기 정전기 방지막은 전도성 고분자, 은 나노 입자, 그래핀, 탄소 나노 튜브 등의 유기 또는 무기 전도성 재료와 매트릭스의 혼합으로 이루어진 금속 페이스트를 코팅하여 형성되는 인셀 터치 방식 액정표시장치의 제조 방법.
  9. 청구항 8에 있어서,
    상기 매트릭스는 테트라 에틸 오쏘실리케이트(Tetra-Ethyl-ortho-silicate), 폴리실란(Polysilane), 폴리실라잔(Polysilazane) 등의 유기 또는 무기 매트릭스이거나 비전도성 경화 고분자로 형성되는 인셀 터치 방식 액정표시장치의 제조 방법.
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