KR100801536B1 - 금속 마스크를 구비한 센서가 내장된 박막 트랜지스터 액정디스플레이 및 그 제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 금속 마스크를 구비한 센서가 내장된 박막 트랜지스터 액정 디스플레이 및 그 제조방법을 제공하기 위한 것으로, 글라스 기판과; 상기 글라스 기판 상에 형성된 센서가 내장된 TFT와; 상기 센서가 내장된 TFT 상에 형성된 액정과; 상기 액정 상에 형성된 얇은 글라스와; 상기 얇은 글라스 상에 형성된 금속 마스크;를 포함하여 구성함으로서, TFT-LCD의 상판 유리상에 금속 마스크를 형성하여 센서의 기능을 향상시킬 수 있게 되는 것이다.
TFT, LCD, 금속 마스크, 센서, 터치 스크린

Description

금속 마스크를 구비한 센서가 내장된 박막 트랜지스터 액정 디스플레이 및 그 제조방법{Thin film transistor liquid crystal display with an embedded sensor having metal mask and it's fabrication method}
도 1은 일반적인 박막 트랜지스터 액정 디스플레이(TFT-LCD)의 단면도이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 의한 금속 마스크를 구비한 센서가 내장된 박막 트랜지스터 액정 디스플레이의 단면도이다.
도 3은 도 2에서 센서가 내장된 TFT의 단면도이다.
도 4는 도 2에서 금속 마스크의 구조를 보인 정면도이다.
도 5는 도 2에서 금속 마스크에 의한 빛의 방향을 보인 단면도이다.
도 6은 도 2에서 금속 마스크에 의한 빛의 방향을 보인 단면도이다.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *
11 : 센서가 내장된 TFT 어레이 12 : 글라스 기판
13 : 액정 14 : 편광판
21 : 금속 마스크 22 : 얇은 글라스(Thin glass)
31 : 게이트 전극 32 : 게이트 절연막
33 : 비정질 실리콘 34 : N형 비정질 실리콘
35 : 데이터 전극 36 : 보호막
37 : 픽셀 전극 41 : 홀(Hole)이 있는 부분
42 : 금속 부분
본 발명은 금속 마스크를 구비한 센서가 내장된 박막 트랜지스터 액정 디스플레이(Thin Film Transistor Liquid Crystal Display, TFT-LCD) 및 그 제조방법에 관한 것으로, 특히 TFT-LCD의 상판 유리상에 금속 마스크를 형성하여 센서의 기능을 향상시키기에 적당하도록 한 금속 마스크를 구비한 센서가 내장된 박막 트랜지스터 액정 디스플레이 및 그 제조방법에 관한 것이다.
일반적으로 센서가 내장된 TFT-LCD는 일종의 터치 스크린으로써, 터치 스크린이란 일반 모니터의 화면에 터치 패널이라는 장치를 덧붙여서 기능을 발휘하는 것으로, 손으로 접촉하면 그 위치를 입력 받도록 하는 특수한 입력장치를 장착한 화면을 말한다. 따라서 터치 패널을 장착한 화면에 미리 나타낸 문자나 그림 정보를 손으로 접촉하면, 접촉한 화면의 위치에 따라 사용자가 선택한 사항이 무엇인지 파악하고, 이에 대응하는 명령을 컴퓨터로 처리하도록 하여 아주 쉽게 자신이 원하는 정보를 얻을 수 있도록 할 수 있다. 터치 스크린의 이러한 특성 때문에 대중들이 많이 이용하는 장소 즉, 지하철, 백화점, 은행 등의 장소에서 안내용 소프트웨어에 많이 이용되며, 각종 점포에서 판매용 단말기에도 많이 응용될 뿐만 아니라, 일반 업무용으로도 활용되고 있다.
1980년대 HP에서 처음으로 등장하게 된 터치 스크린 방식은 작업하는 동안 내내 손을 들고 있어 장시간 작업 시 쉽게 피로가 되고 스크린 표면이 금방 더러워져 제품의 수명이 길지 않으며 나중에는 화면을 읽기가 어려워진다는 단점이 있었다. 이러한 점은 터치 스크린의 특성상 어쩔 수 없는 부분이기 때문에 그 만큼 관리에 신경을 써야 할 부분이며, 스크린 보호를 위한 주변 기기의 개발도 활발히 이루어지고 있다. 그러나 터치 스크린은 키보드와 같은 별도의 입력 장치를 필요로 하지 않고 사용자와의 인터페이스가 용이 하다는 장점이 있어 여러 가지 제품에 적용되고 있는 것이다. 사실 오래 전부터 알려진 기술이지만 PDA(Personal Digital Assistant, 휴대용 정보단말기)의 급성장으로 알려지기 전까지만 해도 일반인이 접하기는 쉽지 않았던 기술이었다.
이러한 터치 스크린은 일반적으로 저항을 이용하는 방식과 표면파, 즉 초음파를 이용하는 방식과 전기 용량성을 이용한 방식이 있다. 이러한 방식들은 일반 모니터의 화면의 외부에 터치 패널을 부착한 형태이지만 이미지 센서를 박막 트랜지스터 액정 표시 장치 등에 내장함으로서 외부에 터치 패널을 부착할 필요가 없어진다[Display 3, 131-134, 1982, SID’03 DIGEST 1494-1497, 2003, IDW’04 349-350, 2004].
그런데, 현재까지 소개된 센서가 내장된 TFT-LCD는 금속 마스크 구조가 포함되어 있지 않다. 따라서 센서의 기능을 향상 시키기 위해서는 금속 마스크가 포함하는 센서가 내장된 TFT-LCD에 대하여 소개할 필요가 있다.
이에 본 발명은 상기와 같은 종래의 제반 문제점을 해결하기 위해 제안된 것으로, 본 발명의 목적은 TFT-LCD의 상판 유리상에 금속 마스크를 형성하여 센서의 기능을 향상시킬 수 있는 금속 마스크를 구비한 센서가 내장된 박막 트랜지스터 액정 디스플레이 및 그 제조방법을 제공하는데 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 일실시예에 의한 금속 마스크를 구비한 센서가 내장된 박막 트랜지스터 액정 디스플레이는,
글라스 기판과; 상기 글라스 기판 상에 형성된 센서가 내장된 TFT와; 상기 센서가 내장된 TFT 상에 형성된 액정과; 상기 액정 상에 형성된 얇은 글라스와; 상기 얇은 글라스 상에 형성된 금속 마스크;를 포함하여 이루어짐을 그 기술적 구성상의 특징으로 한다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 일실시예에 의한 금속 마스크를 구비한 센서가 내장된 박막 트랜지스터 액정 디스플레이의 제조방법은,
글라스 기판 상에 센서가 내장된 TFT 어레이를 형성하는 제 1 공정과; 상기 제 1 공정 후 상기 센서가 내장된 TFT 어레이에 얇은 글라스를 합착한 후 액정을 주입하고, 금속 마스크를 상기 박막 글라스에 형성시키는 제 2 공정과; 상기 제 2 공정 후 상기 글라스 기판의 하부와 상기 금속 마스크의 상부에 편광판을 형성시키는 제 3 공정;을 포함하여 수행함을 그 기술적 구성상의 특징으로 한다.
이하, 상기와 같은 본 발명, 금속 마스크를 구비한 센서가 내장된 박막 트랜지스터 액정 디스플레이 및 그 제조방법의 기술적 사상에 따른 일실시예를 도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다.
먼저 본 발명의 일실시예에 의한 금속 마스크를 구비한 센서가 내장된 박막 트랜지스터 액정 디스플레이는, 도 2에 도시된 바와 같이, 글라스 기판(12)과; 상기 글라스 기판(12) 상에 형성된 센서가 내장된 TFT 어레이(11)와; 상기 센서가 내장된 TFT 어레이(11) 상에 형성된 액정(13)과; 상기 액정(13) 상에 형성된 얇은 글라스(22)와; 상기 얇은 글라스(22) 상에 형성된 금속 마스크(21);를 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.
상기 센서가 내장된 TFT 어레이(11)는, 내장된 하나의 화소가 LCD 구동 화소와 빛을 감지하는 센서 화소로 나누어져 있는 것을 특징으로 한다.
상기 LCD 구동 화소는, 스위칭 TFT로 구성된 것을 특징으로 한다.
상기 센서 화소는, 센서 스위칭 TFT와 센서 TFT로 구성된 것을 특징으로 한다.
상기 LCD부분 스위칭 TFT와 센서 스위칭 TFT는, 빛을 가리기 위하여 상기 센서가 내장된 TFT 어레이(11) 상에서 얇은 글라스가 빛 차폐층(light shielding layer) 역할을 하는 것을 특징으로 한다.
상기 얇은 글라스(22)는, 두께가 0.05 ~ 0.5mm인 것을 특징으로 한다.
상기 금속 마스크(21)는, 홀이 있는 부분(41)과 금속 부분(42)을 포함하여 구성되어, 옆에서 입사하는 빛이 센서로 들어가는 것을 방지하도록 구성된 것을 특 징으로 한다.
상기 금속 마스크(21)는, 두께가 0.05 ~ 0.4mm인 것을 특징으로 한다.
상기 금속 마스크(21)는, 개구율이 20 ~ 70%인 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명의 일실시예에 의한 금속 마스크를 구비한 센서가 내장된 박막 트랜지스터 액정 디스플레이는, 도 2에 도시된 바와 같이, 글라스 기판(12) 상에 센서가 내장된 TFT 어레이(11)를 형성하는 제 1 공정과; 상기 제 1 공정 후 상기 센서가 내장된 TFT 어레이(11)에 얇은 글라스(thin glass)(22)를 합착한 후 액정(13)을 주입하고, 금속 마스크(21)를 상기 박막 글라스(22)에 형성시키는 제 2 공정과; 상기 제 2 공정 후 상기 글라스 기판(12)의 하부와 상기 금속 마스크(21)의 상부에 편광판(14)을 형성시키는 제 3 공정;을 포함하여 수행하는 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명의 일실시예에 의한 금속 마스크를 구비한 센서가 내장된 박막 트랜지스터 액정 디스플레이는, 도 2에 도시된 바와 같이, 글라스 기판(12) 상에 센서가 내장된 TFT 어레이(11)를 형성하는 제 1 공정과; 상기 제 1 공정 후 상기 얇은 글라스(22)에 금속 마스크(21)를 형성 시킨 후, 상기 금속 마스크(21)가 형성된 상기 얇은 글라스(22)의 상판과 상기 센서가 내장된 TFT 어레이(11)가 형성된 상기 글라스 기판(12)의 하판을 합착시키고 액정(13)을 주입하는 제 2 공정과; 상기 제 2 공정 후 상기 글라스 기판(12)의 하부와 상기 금속 마스크(21)의 상부에 편광판(14)을 형성시키는 제 3 공정;을 포함하여 수행하는 것을 특징으로 한다.
이와 같이 구성된 본 발명에 의한 금속 마스크를 구비한 센서가 내장된 박막 트랜지스터 액정 디스플레이 및 그 제조방법의 동작을 첨부한 도면에 의거 상세히 설명하면 다음과 같다.
먼저 본 발명은 TFT-LCD의 상판 유리상에 금속 마스크를 형성하여 센서의 기능을 향상시키고자 한 것이다.
도 1은 일반적인 박막 트랜지스터 액정 디스플레이(TFT-LCD)의 단면도이다. 본 발명이 특징적이고 차별성이 있는 구조임을 명확히 하기 위해, 우선적으로 상기 도 1을 참조하여 일반적인 TFT-LCD의 구조를 간략하게 설명한다.
도 1에 도시된 바와 같이, 일반적인 TFT-LCD는 글라스 기판(12) 상에 센서가 내장된 TFT 어레이(array)(11)가 형성되고, 글라스 기판(12)을 합착한 후 액정(13)을 주입하고, 글라스 기판(12)의 상하에 편광판(14)이 순차적으로 형성된다.
이하 계속해서, 상기와 같은 구조로 이루어진 일반적인 TFT-LCD와 구조상에서 차이가 있는 본 발명에 따른 금속 마스크를 구비한 센서가 내장된 TFT-LCD에 대하여 설명한다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 의한 금속 마스크를 구비한 센서가 내장된 박막 트랜지스터 액정 디스플레이의 단면도이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 금속 마스크를 구비한 센서가 내장된 TFT-LCD는 글라스 기판(12) 상에 센서가 내장된 TFT 어레이(11)가 형성되고, 얇은 글라스(thin glass)(22)를 합착한 후 액정(13)을 주입하고, 금속 마스크(21)를 도 2와 같이 형성 시키고, 글라스 기판(12)의 하부와 금속 마스크(21)의 상부에 편광판(14)이 순차적으로 형성된다.
상기와 같은 구조에 따르면, 본 발명에 따른 센서가 내장된 TFT-LCD(20)는 글라스 기판(12) 상에 센서가 내장된 TFT 어레이(11)가 형성되고, 얇은 글라스(22)를 합착한 후 액정(13)을 주입하고, 금속 마스크(21)를 도 2와 같이 형성 시키고, 상하에 편광판(14)이 순차적으로 형성된다.
또한 본 발명에 따른 센서가 내장된 TFT-LCD는 상기 순서와 달리, 글라스 기판(12) 상에 센서가 내장된 TFT 어레이(11)를 형성하고, 얇은 글라스(22)에 금속 마스크(21)를 형성 시킨 후, 금속 마스크(21)가 형성된 얇은 글라스(22)의 상판과 센서가 내장된 TFT 어레이(11)가 형성된 글라스 기판(12)의 하판을 합착시키고 액정(13)을 주입하고, 상하에 편광판(14)을 순차적으로 형성 시킬 수도 있다.
도 3은 도 2에서 센서가 내장된 TFT의 단면도이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 박막 트랜지스터는 글라스 기판(12) 위에 금속을 증착하고 게이트 전극(31)을 형성한다. 그 후 게이트 절연막(32), 비정질 실리콘(33), N형 비정질 실리콘(34)을 PECVD(Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition, 플라즈마 화학기상 증착법) 등을 이용하여 연속 증착 하여 액티브(Active) 패턴을 형성한다. 그 후 데이터 라인(35) 형성을 위해 금속을 증착하여 패턴을 형성한 후 소스/드레인 패턴을 하드 마스크로 이용하여 백채널(back-channel)의 N형 비정질 실리콘을 에칭한다. 백채널(Back-channel) 에칭 후 비정질 실리콘 박막트랜지스터의 보호를 위해 실리콘 질화막 등을 PECVD에서 증착한다. 보호막(36)의 증착 후 픽셀 전극(37)과의 접촉을 위해 접촉 홀(contact hole)을 형성한다. 그 후 투명 전극을 증착하여 패턴 후 픽셀 전극(37)을 형성한다.
도 4는 도 2에서 금속 마스크의 구조를 보인 정면도이다.
패널의 전면에 빛이 조사되면 비정질 실리콘 박막 내에서 광전하가 생성되어 광 누설전류를 유발한다. 센서로 이용되는 비정질 실리콘 박막 트랜지스터의 경우 이러한 특성을 이용하지만, 스위칭 박막 트랜지스터의 경우 빛이 조사되면 광 누설전류가 증가하여 스위칭 박막 트랜지스터의 오프 상태에서 누설전류가 증가하여 박막 트랜지스터의 특성이 저하된다.
따라서 스위칭 박막 트랜지스터의 빛을 차단하기 위해 금속 마스크(21)를 형성하였다. 이 금속 마스크(21)는 홀(hole)이 있는 부분(41)과 금속 부분(42)으로 나누어진다.
도 5 및 도 6은 도 2에서 금속 마스크에 의한 빛의 방향을 보인 단면도이다.
도 5에서 a는 얇은 글라스(22)의 두께이고, b는 금속 마스크(21)의 두께이며, c는 편광판(14)의 두께이고, d와 d'는 우측과 좌측에서 각각 들어오는 빛이 픽셀에서 벗어나는 정도를 계산하기 위한 거리이고, x는 들어오는 빛의 끝에서 센서가 내장된 TFT 어레이(11)에서 센서 TFT까지의 거리이며, y는 금속 마스크(21)에서 한 픽셀의 거리를 나타낸 것으로 y는 도 4에서 참조번호 42의 절반 크기가 된다.
이러한 도 5에서와 같이, 금속 마스크(21)는 상부의 편광판(14)에 의해 옆 픽셀로부터 들어오는 빛을 차단하게 된다.
또한 도 6에서 a는 점선에서 센서가 내장된 TFT 어레이(11)에서 센서 TFT까 지의 거리이고, b는 점에서 다른 쪽 점선까지의 거리이며, c는 금속 마스크(21)의 두께이고, d는 박막 글라스(22)의 두께이며, x는 홀이 있는 부분(41)의 크기이다.
이러한 도 6에서와 같이, 금속 마스크(21)는 하부의 얇은 글라스(thin glass)(22)에 의해 들어가는 옆 픽셀의 빛을 차단할 수 있다.
이와 같이 금속 마스크(21)는 옆 픽셀의 빛이 들어오는 것을 차단하는 역할을 하기 때문에 센서의 기능을 향상시킬 수 있다.
이처럼 본 발명은 TFT-LCD의 상판 유리상에 금속 마스크를 형성하여 센서의 기능을 향상시키게 되는 것이다.
이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명에 의한 금속 마스크를 구비한 센서가 내장된 박막 트랜지스터 액정 디스플레이 및 그 제조방법은 액정 디스플레이와 센서의 기능을 동시에 구현할 수 있고, 금속 마스크를 이용함으로써 센서의 기능, 즉 해상도를 증가 시킬 수 있는 효과가 있게 된다.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 한정하여 설명하였으나, 본 발명은 이에 한정되지 않고 다양한 변화와 변경 및 균등물을 사용할 수 있다. 따라서 본 발명은 상기 실시예를 적절히 변형하여 응용할 수 있고, 이러한 응용도 하기 특허청구범위에 기재된 기술적 사상을 바탕으로 하는 한 본 발명의 권리범위에 속하게 됨은 당연하다 할 것이다.

Claims (12)

  1. 글라스 기판과;
    상기 글라스 기판 상에 형성된 센서가 내장된 TFT 어레이와;
    상기 센서가 내장된 TFT 어레이 상에 형성된 액정과;
    상기 액정 상에 형성된 글라스와;
    상기 글라스 상에 형성되고, 홀이 있는 부분과 금속 부분을 포함하여 구성되어 인접 픽셀에서 입사하는 빛이 센서로 들어가는 것을 방지하는 금속 마스크;를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 금속 마스크를 구비한 센서가 내장된 박막 트랜지스터 액정 디스플레이.
  2. 청구항 1에 있어서, 상기 센서가 내장된 TFT 어레이는,
    내장된 하나의 화소가 LCD 구동 화소와 빛을 감지하는 센서 화소로 나누어져 있는 것을 특징으로 하는 금속 마스크를 구비한 센서가 내장된 박막 트랜지스터 액정 디스플레이.
  3. 청구항 2에 있어서, 상기 센서 화소는,
    센서 스위칭 TFT와 센서 TFT로 구성된 것을 특징으로 하는 금속 마스크를 구비한 센서가 내장된 박막 트랜지스터 액정 디스플레이.
  4. 청구항 3에 있어서, 상기 센서 스위칭 TFT 어레이는,
    빛을 가리기 위하여 상기 센서가 내장된 TFT 어레이 상에서 금속 마스크가 빛 차폐층 역할을 하는 것을 특징으로 하는 금속 마스크를 구비한 센서가 내장된 박막 트랜지스터 액정 디스플레이.
  5. 청구항 1 내지 청구항 4 중 어느 한 항에 있어서, 상기 글라스는,
    두께가 0.05 ~ 0.5mm인 것을 특징으로 하는 금속 마스크를 구비한 센서가 내장된 박막 트랜지스터 액정 디스플레이.
  6. 삭제
  7. 청구항 1 내지 청구항 4 중 어느 한 항에 있어서, 상기 금속 마스크는,
    두께가 0.05 ~ 0.4mm인 것을 특징으로 하는 금속 마스크를 구비한 센서가 내 장된 박막 트랜지스터 액정 디스플레이.
  8. 청구항 1 내지 청구항 4 중 어느 한 항에 있어서, 상기 금속 마스크는,
    개구율이 20 ~ 70%인 것을 특징으로 하는 금속 마스크를 구비한 센서가 내장된 박막 트랜지스터 액정 디스플레이.
  9. 삭제
  10. 글라스 기판 상에 센서가 내장된 TFT 어레이를 형성하는 제 1 공정과;
    상기 제 1 공정 후 상기 센서가 내장된 TFT 어레이에 글라스를 합착한 후 액정을 주입하고, 홀이 있는 부분과 금속 부분을 포함하여 구성되어 인접 픽셀에서 입사하는 빛이 센서로 들어가는 것을 방지하는 금속 마스크를 상기 글라스에 형성시키는 제 2 공정과;
    상기 제 2 공정 후 상기 글라스 기판의 하부와 상기 금속 마스크의 상부에 편광판을 형성시키는 제 3 공정;을 포함하여 수행하는 것을 특징으로 하는 금속 마스크를 구비한 센서가 내장된 박막 트랜지스터 액정 디스플레이의 제조방법.
  11. 글라스 기판 상에 센서가 내장된 TFT 어레이를 형성하는 제 1 공정과;
    상기 제 1 공정 후 상기 글라스에 홀이 있는 부분과 금속 부분을 포함하여 구성되어 인접 픽셀에서 입사하는 빛이 센서로 들어가는 것을 방지하는 금속 마스크를 형성 시킨 후, 상기 금속 마스크가 형성된 상기 글라스의 상판과 상기 센서가 내장된 TFT 어레이가 형성된 상기 글라스 기판의 하판을 합착시키고 액정을 주입하는 제 2 공정과;
    상기 제 2 공정 후 상기 글라스 기판의 하부와 상기 금속 마스크의 상부에 편광판을 형성시키는 제 3 공정;을 포함하여 수행하는 것을 특징으로 하는 금속 마스크를 구비한 센서가 내장된 박막 트랜지스터 액정 디스플레이의 제조방법.
  12. 삭제
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