KR20180013531A

KR20180013531A - 더미터치링크라인을 가진 인셀터치방식 표시장치

Info

Publication number: KR20180013531A
Application number: KR1020160097381A
Authority: KR
Inventors: 김민영; 신기택
Original assignee: 엘지디스플레이 주식회사
Priority date: 2016-07-29
Filing date: 2016-07-29
Publication date: 2018-02-07
Also published as: KR102580125B1

Abstract

본 발명의 표시장치는 셀프정전용량 인셀터치방식으로서, 하나의 터치블록에 인가되는 신호에는 공통전압과 터치전압이 포함되며, 더미영역의 터치링크라인의 좌우측영역에는 각각 터치링크라인과 일정거리 이력된 적어도 하나의 금속라인이 배치되어 터치링크라인의 형성공정시 터치링크라인이 과식각되어 터치링크라인들 사이의 폭 차이가 발생하는 것을 방지할 수 있게 된다.

Description

더미터치링크라인을 가진 인셀터치방식 표시장치{DISPLAY DEVICE INCLUDING IN CELL TOUCH PANEL HAVING DUMMY TOUCH LINK LINE}

본 발명은 인셀터치방식 표시장치에 관한 것으로, 특히 패드영역에 더미터치링크라인을 구비하여 공정중 터치배선이 파손되는 것을 방지할 수 있는 인셀터치방식 표시장치에 관한 것이다.

근래 사회가 본격적인 정보화시대로 접어 듦에 따라 대량의 정보를 처리하고 표시하는 표시장치(display) 분야가 급속도로 발전해 왔고, 최근에는 특히 경량화, 박형화, 저소비전력화의 우수한 성능을 지닌 액정표시장치(Liquid Crystal Display Device; LCD), 유기전계발광 표시장치, PDP(Plasma Display Panel), 전기영동 표시장치(electrophoretic display device) 등과 같은 평판표시장치가 개발되어 기존의 브라운관(Cathode Ray Tube)을 대체하고 있다.

또한, 최근에는 글씨나 그림을 보다 편하고 정교하게 입력할 수 있는 장점을 갖는 터치패널(touch panel)이 스마트폰이나 태블릿PC 등의 정보처리 장치에 많이 사용되고 있는데, 최근에는 상기 표시장치에 상기 터치패널을 구비한 표시장치가 제공되고 있다.

이러한 터치패널은 터치를 감지하는 방식에 따라 정전용량방식, 저항막방식, 적외선방식, 표면파방식으로 구별될 수 있다. 이중에서도 정전용량방식이 멀티터치가 가능하고 터치감이 우수하다는 장점으로 주로 사용되고 있다.

또한, 터치패널은 표시장치에 배치되는 위치에 따라 별도의 터치패널을 제작하여 표시장치에 부착하는 부착(Add-on)방식, 표시장치의 상면에 터치패널을 직접 형성하는 온셀(On Cell)방식, 터치패널을 표시장치에 내장하는 인셀(In Cell)방식으로 분류된다. 이러한 방식중에서 인셀방식이 얇은 두께 및 좁은 베젤의 구현이 가능하면 광특성이 좋다는 이유로 인해 현재 주로 채용되고 있다. 다시 말해서, 현재는 터치패널이 표시장치에 내장되는 정전용량방식의 인셀 터치패널이 주로 표시장치에 채용되어 사용된다.

그러나, 현재에는 이러한 정전용량 인셀터치방식중 주로 상호정전용량(mutual capacitance) 인셀터치방식을 이용하는데, 이러한 상호정전용량을 이용한 인셀터치방식의 표시장치는 다음과 같은 문제가 발생한다.

첫째, 종래 상호정전용량 인셀터치방식 표시장치는 구조가 복잡하고 제조비용이 증가하게 된다. 종래 상호정전용량 인셀터치방식 표시장치에서는 표시패널의 각종 전극과는 별도로 터치감지를 위한 전극이 필요하게 되므로, 구조가 복잡해지고 제조비용이 증가하게 된다.

둘째, 종래 상호용정전용량 인셀터치방식 표시장치는 별도의 터치전극 및 절연층이 필요하게 되므로, 표시장치의 두께가 증가하게 되어 박형 표시장치의 구현이 어려워진다.

셋째, 종래 상호정전용량 인셀터치방식 표시장치에서는 별도의 터치전극에서 검출한 신호를 전송하기 위한 별도의 터치배선이 표시패널의 좌우에 배치되어야만 하므로, 표시장치의 베젤의 면적이 증가하게 된다.

본 발명은 상기한 점을 감안하여 이루어진 것으로, 더미영역의 터치링크라인 외곽에 더미라인을 배치하여 과식각에 의해 터치링크라인이 폭이 불균일하게 되는 것을 방지할 수 있는 인셀터치방식 표시장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기한 목적을 달성하기 위해, 본 발명에 따른 표시장치는 공통전극이 터치전극으로서 작용하는 셀프정전용량 인셀터치 표시장치를 제공한다.

표시장치의 표시영역은 터치를 감지하는 복수의 터치블록으로 구성되며, 각각의 터치블록에는 복수의 화소를 포함한다. 각각의 터치블록에는 하나의 터치배선이 구비되어 더미영역에 배치된 터치링크라인과 접속되어, 감지된 터치가 상기 터치링크라인을 통해 터치감지부로 인가되어 터치를 검출한다.

공통전극에는 공통전압과 터치전압이 모두 인가되어, 수직동기신호(Vsync)에 의해 정해지는 1 프레임기간은 영상표시기간과 터치감지기간으로 구분된다.

더미영역의 터치링크라인의 좌우측영역에는 각각 터치링크라인과 일정거리 이력된 적어도 하나의 금속라인(또는 더미터치링크라인)이 배치되어, 터치링크라인의 형성공정시 터치링크라인이 과식각되어 터치링크라인들 사이의 폭 차이가 발생하는 것을 방지할 수 있게 된다.

터치배선과 터치링크라인은 Cu와 같은 전도성이 좋은 금속으로 이루어지고, 터치배선과 터치링크라인을 연결하는 연결배선은 ITO(Indium Tin Oxide)나 IZO(Indium Zinc Oxide)로 이루어진다. 또한, 금속라인은 터치링크라인과 동일한 금속, 즉 Cu로 이루어진다.

금속라인과 터치링크라인은 동일한 형상으로 구성되며, 복수의 금속라인은 모두 동일한 폭으로 구성되거나 다른 폭으로 구성될 수 있다.

본 발명에서는 공통전극을 터치전극으로 사용하는 셀프정전용량 인셀터치를 사용함으로써 제조공정을 단순화하고 제조비용을 절감할 수 있게 된다. 또한, 패드영역에 배치되는 배선을 최소화하게 되어 베젤을 면적을 감소시킬 수 있게 된다.

또한, 본 발명에서는 패드영역의 터치링크라인의 외곽쪽에 더미터치링크라인을 배치함으로써 터치링크라인의 형성시 상기 최외곽 터치링크라인이 과식각되어 서로 다른 폭을 가진 터치링크라인이 형성되는 것을 방지할 수 있게 된다.

도 1은 본 발명에 따른 표시장치의 개략적인 구조를 나타내는 도면.
도 2는 본 발명에 따른 표시장치의 구체적인 구조를 나타내는 단면도.
도 3은 본 발명에 따른 표시장치의 공통전극에 인가되는 신호를 나타내는 파형도.
도 4는 도 1의 A영역 부분확대도.
도 5a-도 5k는 본 발명에 따른 표시장치의 제조방법을 나타내는 도면.
도 6a-도 6c는 더미터치링크라인을 구비하지 않은 표시장치의 터치배선과 터치링크라인 및 화소전극을 형성하는 공정을 나타내는 도면.
도 7a 및 도 7b는 터치링크라인 및 더미터치링크라인 상부의 포토레지스트패턴의 에이싱을 나타내는 도면.
도 8a 및 도 8b는 본 발명에 따른 표시장치의 더미터치링크라인의 다른 구조를 나타내는 도면.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명에 대해 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명에 따른 표시장치의 구조를 간략하게 나타내는 도면으로, 이때의 표시장치는 셀프정전용량(self capacitance) 인셀터치방식 표시장치에 관한 것이다. 이때, 본 발명의 표시장치로는 액정표시장치, 유기전계발광 표시장치, 전계영동 표시장치와 같은 다양한 평판표시장치가 적용될 수 있을 것이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 표시장치(101)는 표시영역(AA)과 상기 표시영역의 외곽에 형성된 더미영역(DA)로 구성된다. 상기 표시영역(AA)은 실제 화상이 구현되는 영역으로 복수의 화소로 구성된다.

도면에는 도시하지 않았지만, 상기 표시영역(AA)에는 수평방향(x-방향) 및 수직방향(y-방향으로) 서로 교차하도록 배치되어 복수의 화소를 정의하는 복수의 게이트라인과 데이터라인과, 각각의 화소에 배치되어 신호가 인가됨에 따라 구동하여 화소에 영상신호를 인가하는 스위칭소자인 박막트랜지스터와, 각각의 화소에 배치되어 신호를 인가하는 공통전극 및 화소전극과, 상기 화소에 배치되어 공통전극 및 화소전극에 신호가 인가됨에 따라 영상을 구현하는 영상구현부로 구성된다.

상기 영상구현부는 액정표장치의 경우 액정층이고 유기전계발광 표시장치의 경우 유기발광층이며, 전기영동 표시장치의 경우 전기영동층이다.

또한, 도면에는 도시하지 않았지만, 상기 더미영역(DA)에는 표시영역(AA)의 게이트라인 및 데이터라인과 접속되어, 외부로부터 입력되는 주사신호와 영상신호를 각각 상기 게이트라인 및 데이터라인에 주사신호를 인가하는 게이트패드와 데이터패드가 배치된다.

표시영역(AA)에는 복수의 터치블록(TB)이 배치되어 표시영역에 접촉되는 터치를 감지한다. 이때, 터치블록(TB)에 n×m개 배치된다. 하나의 터치블록(TB)은 화면상에 접촉되는 하나의 터치영역을 정의하므로, n×m개의 터치블록(TB)을 구비한 표시영역(AA)에 n×m개의 터치영역을 포함한다. 이러한 터치블록(TB)의 수는 다양하게 설정될 수 있다. 예를 들어, 표시장치의 면적에 따라 터치블록(TB)의 수를 설정할 수도 있고, 동일 면적의 표시영역(AA) 상의 미세한 영역의 터치를 위해서는 터치블록(TB)의 수가 증가할 수 있다.

각각의 터치블록(TB)에는 N×M개의 화소가 배치된다. 다시 말해서, 복수의 화소를 포함하는 일군의 화소가 하나의 터치영역을 형성하므로, 이 일군의 영역에 대응하는 화소들에 접촉되는 터치는 동일한 터치신호로서 감지된다.

표시영역(AA)에는 복수의 터치배선(132)이 배치되고, 일측의 더미영역(DA), 예를 들면 표시영역(AA)의 하부에 배치된 더미영역(DA)에는 복수의 터치링크라인(130) 및 복수의 터치감지부(102)가 배치된다. 하나의 터치블록(TB)에는 각각 대응하는 하나의 터치배선(132) 배치되고 각각의 터치배선(132)은 대응하는 터치링크라인(130)과 접속된다. 또한, 각각의 터치링크라인(130)은 터치감지부(102)의 대응하는 단자에 접속된다. 따라서, 각각의 터치블록(TB)의 터치가 터치배선(132) 및 터치링크라인(130)을 통해 터치감지부(102)의 입력되며, 상기 터치감지부(102)에서는 입력되는 신호에 의해 각각의 터치블록(TB)의 터치를 검출한다.

표시장치에 구비되는 터치감지부(102)의 수는 터치블록(TB)의 개수나 터치감지부(102)의 구조(예를 들면, 단자의 수)는 등에 결정될 수 있다.

상기 터치감지부(102)는 터치를 감지하기 위한 별도의 소자(IC)일 수 있고 표시영역에 영상신호를 인가하는 데이터구동부의 일부일 수도 있다. 또한, 상기 터치감지부(102)는 표시장치의 패널에 직접 실장될 수도 있고 FPC(Flexible Printed Circuit)와 같은 별도의 연성기판 상에 실장되어 상기 PFC가 패널에 부착됨으로써 전기적으로 패널과 접속될 수도 있다.

본 발명에 따른 표시장치에 포함되는 인셀터치는 셀프정전용량방식 인셀터치이다. 상호정전용량방식 인셀터치의 경우, 전극구조가 가로축과 세로축으로 격자구조로 이루어져 교차점에서 발생하는 정전용량의 변화를 측정하는데 반해, 본 발명과 같은 셀프정전용량방식 인셀터치에서는 한개의 전극, 즉 하나의 터치블록(TB)에 배치된 전극에 발생하는 정전용량의 변화만을 측정함으로써 터치를 감지할 수 있게 된다.

따라서, 본 발명의 셀프정전용량방식 인셀터치 구조의 표시장치에서는 상호정전용량방식의 표시장치에 비해, 터치전극의 구조가 간단해진다. 또한, 본 발명에서는 복수의 화소를 하나의 터치블록(TB)으로 구획한 후, 터치배선(132) 및 터치링크라인(130)에 의해 각각의 터치블록(TB)의 터치감지부(102)로 접속하므로, 각각의 터치블록(TB)의 터치를 터치감지부(102)에서 감지할 수 있게 된다. 다시 말해서, 복수의 터치블록(TB)에 대한 터치(즉, 정전용량의 변화)가 터치링크라인(30)을 따라 각각 터치감지부(102)에서 입력되고 터치감지부(102)에서는 입력된 터치신호를 모두 독립적으로 감지하므로, 멀티터치의 감지가 가능하게 된다.

특히, 본 발명에서는 기존의 표시장치에 구비되는 공통전극을 각각의 터치블록(TB)에 형성되는 터치전극으로 사용함으로써, 인셀터치방식 표시장치의 구조를 더욱 단순화할 수 있는데, 이를 좀더 구체적으로 설명한다.

도 2는 본 발명에 따른 표시장치의 구조를 나타내는 단면도이다. 이때, 도면에 도시된 표시장치는 액정표시장치를 예를 들어 설명하지만, 본 발명이 이런 액정표시장치에만 한정되는 것이 아니라 유기전계발광 표시장치나 전기영동 표시장치에도 적용될 수 있을 것이다. 또한, 도면에는 설명의 편의를 위해 표시영역(AA)내의 하나의 화소, 더미영역의 게이트패드부 및 데이터패드부, 터치배선이 배치되는 터치링크부만을 도시하였다.

도 2에 도시된 바와 같이, 유리나 플라스틱과 같이 투명한 물질로 이루어진 제1기판(110)의 표시영역(AA)에는 박막트랜지스터가 배치된다. 상기 박막트랜지스터는 상기 제1기판(110) 위에 배치된 게이트전극(111), 상기 게이트전극(111)이 배치된 제1기판(111) 전체에 걸쳐서 적층된 게이트절연층(122), 상기 게이트절연층(122) 위에 배치된 반도체층(112), 상기 반도체층(112) 위에 배치된 소스전극(113) 및 드레인전극(114)으로 구성된다.

상기 게이트전극(111)은 Cr, Mo, Ta, Cu, Ti, Al 또는 Al합금 등의 금속으로 형성될 수 있으며, 상기 게이트절연층(122)은 SiO₂나 SiNx와 같은 무기절연물질로 이루어진 단일층 또는 SiO₂ 및 SiNx으로 이루어진 이중의 층일 수도 있다. 반도체층(112)은 비정질실리콘과 같은 비정질반도체물질이나 다결정반도체물질로 형성된다. 또한, 상기 반도체층(112)은 IGZO(Indium Gallium Zinc Oxide)와 같은 산화물반도체로 형성될 수도 있다. 상기 소스전극(113) 및 드레인전극(114)은 Cr, Mo, Ta, Cu, Ti, Al, Al합금 또는 이들의 합금으로 형성할 수 있다.

상기 게이트절연층(122) 위에는 소스전극(113) 및 드레인전극(114)과 동일한 금속으로 이루어진 데이터라인(117)이 배치되어 상기 소스전극에 영상신호를 인가한다. 도면에는 도시하지 않았지만, 상기 제1기판(110) 위에는 게이트전극(111)과 동일한 금속으로 이루어진 게이트라인이 배치되어, 상기 게이트전극(111)에 주사신호를 인가한다.

게이트패드부의 제1기판(110) 위에는 게이트패드(118)가 배치되고 데이터패드부의 게이트절연층(122) 위에는 데이터패드(119)가 배치된다. 상기 게이트패드(118) 및 데이터패드(119)는 각각 표시영역(AA)의 게이트라인 및 데이터라인을 각각 표시영역(AA) 외부와 전기적으로 접속하기 위한 것이다. 상기 게이트패드(118)는 게이트전극(111)과 다른 금속으로 구성하는 것도 가능하지만, 동일한 금속으로 동일한 공정에 의해 형성하는 것이 바람직하다. 또한, 데이터패드(119)는 소스전극(113) 및 드레인전극(114)과 다른 금속으로 구성하는 것도 가능하지만, 동일한 금속으로 동일한 공정에 의해 형성하는 것이 바람직하다.

상기 박막트랜지스터, 게이트패드(118), 데이터패드(119)가 배치된 제1기판(110)에는 제1절연층(124) 및 제2절연층(126)이 적층된다. 상기 제1절연층(124)은 SiO₂나 SiNx와 같은 무기절연물질로 이루어질 수 있으며, 제2절연층(126)은 포토아크릴과 같은 유기절연물질로 이루어질 수 있다.

상기 제1절연층(124) 및 제2절연층(126)은 화소가 구비된 표시영역(AA) 및 터치링크부에만 적층되고 게이트패드부 및 데이터패드부에는 적층되지 않는다.

화소의 제2절연층(126) 상부에는 화소전극(135)이 배치된다. 상기 화소전극(135)은 제1절연층(124) 및 제2절연층(126)에 형성된 제1컨택홀(151)을 통해 박막트랜지스터의 드레인전극(114)에 접속된다. 이때, 상기 화소전극(135)은 각각의 화소 전체에 걸쳐서 하나의 패턴으로 형성된다. 상기 화소전극(135)은 ITO(Indium Tix Oxide)나 IZO(Indium Zinc Oxide)와 같은 투명한 도전산화물로 형성될 수 있다.

또한, 상기 화소전극(135)의 상부에는 터치배선(132)이 배치되는데, 상기 터치배선(132)은 화소전극(135)과 직접적으로 접촉된다. 상기 터치배선(132)으로는 Cu가 사용되는 것이 바람직하지만, Cr, Mo, Ta, Ti, Al 또는 Al합금과 같이 전도성이 좋은 다른 금속으로 구성될 수도 있다.

화소전극(135)은 터치블록(TB)내에 배치되는 화소 각각에 서로 독립적으로 배치되어 각각의 화소에 다른 영상신호를 인가하지만, 터치배선(132)은 하나의 터치블록(TB)내 하나만 배치되어 하나의 터치블록(TB)에서 감지되는 정전용량의 변화가 터치배선(132)을 통해 출력된다.

또한, 상기 제2절연층(126) 상부의 터치링크부에는 터치링크라인(130)이 배치된다. 상기 터치링크라인(130)은 표시영역 내에 배치되는 터치배선(132)과 전기적으로 접속되어 터치배선(132)으로 인가되는 터치신호가 상기 터치링크라인(130)을 통해 터치감지부로 전송된다. 상기 터치링크라인(130)과 화소의 터치배선(132)은 다른 물질로 구성될 수 있지만, 동일한 금속으로 동일한 공정에 의해 형성되는 것이 바람직하다.

상기 터치링크라인(130)의 하부에는 투명도전층(135a)가 배치되는데, 상기 투명도전층(135a)은 화소전극(135)과 마찬가지로 ITO나 IZO와 같은 투명한 금속산화물로 구성된다.

상기 화소전극(135) 및 터치배선(132)이 형성된 제1기판(110)에는 보호층(128)이 형성되며, 화소의 보호층(128) 위에 공통전극(138)이 배치된다. 이때, 상기 공통전극(138)은 화소 전체에 걸쳐 형성되고 공통전극(138)에는 복수의 슬릿(138a)이 형성되므로, 화소전극(135)과 공통전극(138)의 슬릿(138a)의 변 사이에 제1기판(110)의 표면과 수평한 프린지필드(fringe field)가 형성된다. 상기 공통전극(135)은 ITO나 IZO와 같은 투명한 금속산화물로 형성될 수 있다.

화소의 터치배선(132) 상부의 보호층(128)에는 제2컨택홀(152)이 형성되고 그 위에 ITO나 IZO와 같은 투명한 금속산화물로 이루어진 연결배선(133)이 배치된다. 게이트패드부의 게이트패드(118) 상부의 게이트절연층(122) 및 보호층(128)에는 제3컨택홀(153)이 형성되고 그 내부에 제1도전층(137a)가 배치되며, 데이터패드부의 데이터패드(119) 상부의 보호층(128)에는 제4컨택홀(154)이 형성되고 그 내부에 제2도전층(137b)가 배치된다.

또한, 터치배선부의 터치링크라인(130) 상부의 보호층(138)에는 제5컨택홀(155)가 형성되어 터치링크라인(130)이 외부로 노출되며, 그 상부에 ITO나 IZO로 이루어진 연결배선(133)이 배치된다. 상기 터치배선부의 연결배선(133)은 화소의 연결배선(133)과 동일한 배선으로서, 상기 연결배선(133)을 통해 화소의 터치배선(132)이 터치링크라인(130)과 전기적으로 연결된다.

유리나 플라스틱과 같은 투명한 물질로 이루어진 제2기판(160)에는 블랙매트릭스(162)와 컬러필터층(164)이 형성된다. 상기 블랙매트릭스(162)는 화소와 화소 사이 영역과 더미영역 등과 같이 화상이 구현되지 않는 영역을 통해 광이 투과하는 것을 차단하기 위한 것으로, CrO나 CrOx 등의 금속산화물이나 블랙수지로 구성될 수 있다. 컬러필터층(164)은 R(Red), G(Green), B(Blue) 서브컬러필터층으로 구성되어 실제 컬러를 구현한다. 상기 제1기판(110)과 제2기판(160) 사이에는 액정층(150)이 구비된다.

상기한 구조의 표시장치에서는 게이트라인을 따라 주사신호가 인가됨에 따라 박막트랜지스터가 구동되어 박막트랜지스터의 반도체층(112)에 채널층이 형성되며, 이와 동시에 데이터라인을 따라 인가되는 영상신호가 박막트랜지스터의 소스전극(113), 채널층, 드레인전극(114)을 통해 화소전극(135)에 인가된다.

또한, 공통전극(138)에는 공통전압이 인가되어, 상기 화소전극(135)과 공통전극(138) 사이에 프린지전계가 형성되며, 이 전계에 의해 액정층(160)을 통한 광투과율이 조절되어 화상을 구현할 수 있게 된다.

한편, 본 발명의 표시장치는 인셀터치 표시장치로서, 화면상에 사용자의 손이나 터치펜 등이 접촉하면 이 터치를 인식하게 된다. 본 발명의 표시장치에서는 터치를 감지하기 위한 별도의 전극이 구비되는 것이 아니라 공통전극(138)을 터치전극으로 사용한다. 다시 말해서, 본 발명에서는 공통전극(138)에 공통전압과 터치신호를 인가함으로써, 화상을 구현함과 동시에 터치를 감지할 수 있게 된다.

도 3은 본 발명에 따른 표시장치의 공통전극에 인가되는 신호를 나타내는 도면이다. 도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 표시장치에서는 공통전극(138)이 터치용 구동전극이므로, 공통전극(138)에 공통전압(Vcom)과 터치전압(Vt)이 모두 인가된다. 이때, 수직동기신호(Vsync)에 의해 정해지는 1 프레임기간은 영상표시기간(display)과 터치감지기간(Touch)으로 구분되며, 상기 영상표시기간에는 공통전극(138)에 공통전압(Vcom)이 인가되고 터치감지기간에는 공통전극(138)에 터치전압(Vt)이 인가된다. 따라서, 본 발명에서는 1 프레임기간에 화상이 구현될 뿐만 아니라 터치를 감지할 수 있게 된다.

본 발명에 따른 표시장치에서, 터치의 감지는 터치전극(132)에 의해 이루어진다. 즉, 공통전극(138)에 터치전압(Vt)이 인가됨에 따라 공통전극(138)과 터치전극(132) 사이에는 정전용량이 설정된 크기의 정전용량이 형성되며, 터치가 이루어지는 경우 정전용량에 변화가 발생하며, 이 변화된 정전용량값이 터치링크라인(130)을 통해 터치감지부로 입력된다. 터치입력부에서는 입력되는 정전용량값에 기초하여 터치된 영역을 감지한다.

본 발명에 따른 표시장치에서는 화소전극(135)은 각각의 터치블록(TB)에 배치된 복수의 화소 각각에 독립적으로 배치되어 서로 다른 영상신호를 인가한다. 그러나, 공통전극(138)에는 공통전압이 인가될 뿐만 아니라 터치전압이 인가되며, 복수의 터치블록(TB) 각각이 하나의 터치영역을 형성하므로, 터치블록(TB)에 배치되는 복수의 화소의 공통전극(138)이 일체로 형성되어 동일한 공통전압(Vcom) 및 터치전압(Vt)이 인가된다. 또한, 상기 터치블록(TB)에 배치되는 복수의 화소의 공통전극(138)이 분리되어 배치되고 전기적으로 연결될 수도 있다.

이와 같이, 각각의 터치블록(TB)에 배치된 공통전극(138)이 일체로 형성되거나 전기적으로 접속되므로, 터치블록(TB)의 어느 영역에 터치가 이루어져도 모두 해당 터치블록(TB)의 터치임을 인식할 수 있게 된다.

도 4는 도 1의 A영역 부분 확대도로서, 본 발명에 따른 표시장치의 터치링크라인(130)을 나타내는 도면이다. 이때, 도면은 표시장치의 최외곽, 즉 맨 좌측 영역의 터치링크라인(130)만을 나타내는 도면이지만, 표시장치의 맨 우측 영역도 동일한 구조로 이루어진다.

도 4에 도시된 바와 같이, 표시장치의 화소영역(AA)에는 복수의 화소를 포함하는 터치블럭(TB)이 배치되어 있으며, 더미영역(DA)에는 복수의 데이터링크라인(136) 및 터치링크라인(130)이 배치된다. 상기 데이터링크라인(136)은 화소에 배치된 데이터라인과 전기적으로 접속되어 데이터라인에 영상신호를 인가한다.

터치링크라인(130)은 표시영역(AA)에 배치된 터치배선(132)과 전기적으로 접속되어 터치배선(132)을 통해 터치구동부(102)와 전기적으로 접속된다. 또한, 터치링크라인(130)의 측면, 즉 표시장치의 최외각 변측에는 더미터치링크라인(131)이 배치된다. 상기 더미터치링크라인(131)은 표시영역(AA)의 터치배선(132)과 접속되지도 않고 터치구동부(102)와 접속되지도 않는다. 즉 상기 더미터치링크라인(131)에는 전기적으로 절연되어(또는 플로팅되어), 신호를 송수신하는 배선으로서의 역할을 하지 않는다. 이후 자세히 설명되지만, 상기 더미터치링크라인(131)은 터치링크라인(130)의 형성시 터치링크라인(130)이 과식각되어 터치링크라인(130)이 설정된 폭보다 작게 형성되는 것을 방지하기 위한 것이다.

상기 터치링크라인(130)의 폭(a)은 약 4-9㎛로 형성할 수 있으며, 더미터치링크라인(131)의 폭(b) 역시 4-9㎛로 형성할 수 있다. 그러나, 상기 더미터치링크라인(131)의 폭(b)은 상기 수치에 한정되는 것은 아니다. 상기 더미터치링크라인(131)의 폭(b)은 신호를 송수신하는 배선이 아니라 터치링크라인(130)의 형성시 터치링크라인(130)이 과식각되는 것을 방지하는 일종의 댐(dam)의 역할을 하는 것이므로, 이러한 역할을 수행할 수만 있다면 어떠한 폭으로 형성할 수 있다.

또한, 도면에서는 상기 더미터치링크라인(131)이 3개 배치되지만, 더미터치링크라인(131)은 3개 미만 및 그 이상이 배치될 수도 있다. 또한, 복수의 더미터치링크라인(131)이 배치되는 경우, 복수의 더미터치링크라인(131)의 폭(b)은 모두 동일할 수도 있고 동일하지 않을 수도 있다. 이후 설명되지만, 복수의 더미터치링크라인(131)를 배치할 때 과식각되는 것은 최외각 더미터치링크라인(131)이므로, 최외각 더미터치링크라인(131)의 폭을 가장 크게 하여 댐의 역할을 효율적으로 하게 할 수도 있게 된다.

이하에서는 참조한 도면을 참조하여 본 발명에 따른 표시장치의 제조방법 및 더미터치링크라인(131)을 배치하는 이유를 좀더 자세히 설명한다.

도 5a-도 5k는 본 발명에 따른 표시장치의 제조방법을 나타내는 도면이다.

우선, 도 5a에 도시된 바와 같이, 투명한 제1기판(110) 상에 Cr, Mo, Ta, Cu, Ti, Al 또는 Al합금 등의 금속을 단일층 또는 복수의 층으로 적층하고 포토레지스트 및 포토마스크를 이용한 포토공정에 의해 적층된 금속층을 식각하여 화소 및 게이트패드부에 각각 게이트전극(111) 및 게이트패드(118)를 형성한다.

이어서, 도 5b에 도시된 바와 같이, 제1기판(110) 상에 SiOx나 SiNx와 같은 무기절연층과, 비정질실리콘이나 다결절실리콘 또는 IGZO(Indium Gallium Zinc Oxide)와 같은 반도체층과, Cr, Mo, Ta, Cu, Ti, Al 또는 Al합금 등의 단일 또는 복수의 금속층을 형성한 후, 포토레지스트층 및 하프톤마스크(half-tone mask)를 사용하여 상기 무기절연층, 반도체층 및 금속층을 선택적으로 식각하여 상기 제1기판(110) 상에 게이트절연층(122), 반도체층(112), 소스전극(113), 드레인전극(114), 데이터라인(117) 및 데이터패드(119)를 형성한다. 이때, 상기 데이터라인(117) 및 데이터패드(119)는 금속층과 반도체층을 한꺼번에 식각함으로써 형성되므로, 상기 데이터라인(117) 및 데이터패드(119)의 하부에는 반도체층이 남아 있게 된다.

그 후, 도 5c에 도시된 바와 같이, 제1기판(110)의 표시영역과 터치링크부에 제1절연층(124) 및 제2절연층(126)을 적층한 후, 마스크를 이용하여 박막트랜지스터의 드레인전극(114) 상부의 제1절연층(124) 및 제2절연층(126)을 식각하여 상기 드레인전극(114)을 외부로 노출시키는 제1컨택홀(151)을 형성한다. 상기 제1절연층(124)은 SiOx나 SiNx와 같은 무기절연물질로 구성될 수 있고 제2절연층(126)은 포토아크릴과 같은 유기절연물질로 구성될 수 있다.

이어서, 도 5d에 도시된 바와 같이, 제1기판(110) 전체에 걸쳐서 ITO나 IZO와 같은 투명한 금속산화물을 적층하여 투명도전층(135a)을 적층한 후, 그 위에 Cu와 같은 전도성이 좋은 금속을 적층하여 금속층(132a)을 적층한다. 그 후, 상기 금속층(132a) 상부에 포토레지스트를 적층한 후, 하프톤마스크 또는 회절마스크를 사용하여 상기 포토레지스트를 선택적으로 현상하여 상기 금속층(132a) 상부에 서로 다른 두께를 가진 제1포토레지스터패턴(148a)을 형성한다.

그 후, 도 5e에 도시된 바와 같이, 상기 제1포토레지스트패턴(148a)을 이용하여 금속층(132a)을 식각하여 화소부에 터치배선(132)을 형성하고 터치링크부에 터치링크라인(130) 및 더미터치링크라인(131)을 형성한다. 도면에서는 상기 터치링크라인(130) 및 더미터치링크라인(131)이 각각 하나씩 형성되지만, 이는 설명의 편의를 위한 것으로서, 상기 터치링크라인(130)은 터치링크부에 복수개 형성되고 상기 더미터치링크라인(131)도 터치링크부에 복수개 형성될 수 있다. 이때, 표시영역의 투명도전층(135a) 위에는 금속패턴(132b)이 남아 있게 된다.

이어서, 도 5f에 도시된 바와 같이, 상기 제1포토레지스트패턴(148a)을 에이싱하여 제2포토레지스트패턴(148b)을 형성한다. 이러한 에이싱에 의해 금속패턴(132b) 상부의 제1포토레지스트패턴(148a)가 제거된다.

그 후, 도 5g에 도시된 바와 같이, 투명도전층(135a)를 식각하여 표시영역에 화소전극(135)을 형성한다. 이때, 투명도전층(135a)의 식각은 습식식각에 의해 이루어지는데, Cu와 같은 금속에 비해 ITO나 IZO와 같은 금속산화물에 대한 식각속도가 큰 식각액을 사용함으로써, 식각시 금속패턴(132b)은 식각되지 않고 상기 금소패턴(132b)을 마스크층으로 사용하여 투명도전층(135a)을 식각할 수 있게 된다.

이어서, 도 5h에 도시된 바와 같이, 제2포토레지스트패턴(148b)를 이용하여 금속패턴(132b)을 식각하여 상기 화소전극(135) 상부의 금속패턴(132b)을 제거한 후, 도 5i에 도시된 바와 같이 제2포토레지스트패턴(148b)을 제거한다.

그 후, 도 5j에 도시된 바와 같이, 제1기판(110) 전체에 걸쳐 보호층(128)을 적층한 후 마스크에 의해 보호층(128)을 식각하여, 표시영역의 터치배선(132) 상부의 제2컨택홀(152), 게이트패드부의 게이트패드(118) 상부의 제3컨택홀(153), 데이터패드부의 데이터패드(119) 상부의 제4컨택홀(154), 터치링크부의 터치링크라인(130) 상부의 제5컨택홀(154)을 형성한다. 이때, 상기 보호층(128)은 포토아크릴과 같은 단일 유기절연층일 수 있고 SiOx나 SiNx와 같은 무기절연층과 유기절연층의 이중의 절연층일 수도 있다.

이어서, 도 5k에 도시된 바와 같이, ITO나 IZO와 같은 투명한 금속산화물을 적층한 후, 포토레지스트와 마스크를 이용하여 상기 금속산화물을 식각하여 표시영역에 공통전극(135)에 형성하고 표시영역의 터치배선(132)에서 터치링크부의 터치링크라인(130)으로 연장되는 연결배선(133)을 형성한다. 동시에, 게이트패드부 및 데이터패드부의 게이트패드(118) 및 데이터패드(119) 상부에 각각 제1금속층(137a) 및 제2금속층(137b)을 형성한다.

그 후, 유리나 플라스틱과 같은 제2기판(160)상에 CrOx나 CrO 또는 블랙수지로 이루어진 블랙매트릭스(162) 및 컬러수지 등으로 이루어진 컬러필터층(164)을 형성하여 실런트(sealant)에 의해 상기 제1기판(110)과 제2기판(160)을 합착한 후, 제1기판(110)과 제2기판(160) 사이에 액정층(150)을 구비함으로써 표시장치가 제작된다.

이와 같이, 본 발명의 표시장치 제조방법에서는 화소전극(135)과 터치배선(132)을 하프톤마스크나 회절마스크를 이용한 1회의 마스크공정에 의해 형성한다. 따라서, 포토공정을 최소화하여 제조공정이 단순화되고 제조비용을 절감할 수 있을 뿐만 아니라 수율도 향상된다.

그러나, 하프톤마스크나 회절마스크를 이용한 마스크공정은 포토레지스트층을 선택적으로 현상하고 현상된 포토레지스트패턴을 에이싱하는 공정이 필수적인데, 이러한 에이싱공정에 의해 터치링크라인의 제조시 문제가 발생하게 된다. 즉, 더미터치링크라인을 형성하지 않고 터치링크라인만을 형성하는 경우, 포토레지스트패턴의 에이싱공정에 의해 터치링크라인을 설정된 폭으로 형성할 수 없게 되는데, 이를 좀더 자세히 설명하면 다음과 같다.

도 6a-도 6c는 더미터치링크라인을 구비하지 않고 터치링크라인만을 구비한 표시장치의 제조방법중 터치배선과 터치링크라인 및 화소전극을 형성하는 공정을 나타내는 도면이다. 이때, 도면에는 설명의 편의를 위해 화소부와 터치링크부만을 도시하였다.

도 6a에 도시된 바와 같이, 더미터치링크라인을 구비하지 않고 터치링크라인만을 구비한 경우, 제1포토레지스트패턴(148a)에 의해 하부의 금속층을 식각하여 표시영역(AA)에 터치배선(132)을 형성하고 더미영역(DA), 즉 터치링크부에 터치링크라인(130)을 형성한다. 이때, 표시영역(AA)의 화소전극이 형성될 투명도전층(135a) 위에는 금속패턴(132b)가 남아 있게 된다.

그 후, 도 6b에 도시된 바와 같이, 투명도전층(135a)을 식각하여 화소전극(136)을 형성한 후, 제1포토레지스트패턴(148a)을 에이싱하여 제2포토레지스트패턴(148b)을 형성한다. 이와 같은 에이싱공정에 의해 투명도전층(134a) 상부의 제1포토레지스트패턴(148a)이 제거된다.

그런데, 에이싱에 의해 제거되는 제1포토레지스트패턴(148a)은 표시영역(AA)의 화소의 대부분 영역에 적층되는 것이므로, 상대적으로 넓은 면적을 가진다. 따라서, 에이싱가스에 의해 넓은 면적의 제1포토레지스트패턴(148a)을 제거하기 위해서는 장시간 동안의 에이싱이 필요하게 된다.

그런데, 이러한 장시간의 에이싱공정은 제2포토레지스트패턴(148b)의 폭을 감소시킬 수 있다. 터치배선(132)의 상부에 배치되는 제2포토레지스트패턴(148b)이나 터치링크라인(130)중 좌우측 최외곽이 아닌 영역의 터치링크라인(130) 위에 배치되는 제2포토레지스트패턴(148b)은 화소내의 다른 제2포토레지스트패턴(148b) 또는 인접하는 터치링크라인(130)에 상부에 배치되는 제2포토레지스트패턴(148b)에 의해 에이싱가스에 의해 전면적으로 노출되지 않는 반면에(즉, 인접하는 다른 제2포토레지스트패턴(148b)에 의해 에이싱가스가 일부 차단되므로), 터치링크라인(130)중 좌우측 최외곽에 배치된 터치링크라인(130)의 최외곽측의 면은 인접하는 다른 제2포토레지스트패턴(148b)이 없기 때문에 최외곽 제2포토레지스트패턴(148b)의 바깥쪽 면이 에이싱가스에 전면적으로 노출된다. 따라서, 표시장치의 좌우측 최외곽에 배치된 터치링크라인(130) 상부의 제2포토레지스트패턴(148b)은 장시간의 에이싱공정에 의해 과현상되어 제2포토레지스트패턴(148b)의 폭이 다른 영역의 제2포토레지스트패턴(148b)의 폭보다 작게 되며, 결국 상기 제2포토레지스트패턴(148b)에 의해 식각되는 표시장치의 좌우측 최외곽에 배치된 터치링크라인(130)의 폭이 다른 영역의 터치링크라인(130)의 폭보다 작게 된다.

이러한 터치링크라인(130)의 폭의 차이는 터치신호의 전송의 지연을 야기하므로, 표시장치의 터치를 인식할 때 표시장치의 좌우측 최외곽 영역과 다른 영역에서 감지된 터치신호가 감지에 차이가 발생하게 되어, 터치감지에 불량이 발생하게 된다.

본 발명에서는 이러한 문제를 해결하기 위해, 표시장치의 좌우측 최외곽에 배치된 터치링크라인(130)의 좌우측 바깥쪽에 각각 신호가 인가되지 않는 전기적으로 절연된 더미터치링크라인(131)을 배치함으로써, 표시장치의 좌우측 최외곽에 배치된 터치링크라인(130)의 폭이 감소하는 것을 방지할 수 있게 된다.

즉, 도 7a에 도시된 바와 같이, 터치링크라인(130) 및 더미터치링크라인(131) 상부에 배치된 제1포토레지스트패턴(148a)를 에이싱할 때, 더미터치링크라인(131) 상부에 배치된 제1포토레지스트패턴(148a)은 바깥쪽 측면이 에이싱가스에 전면적으로 노출되어 현상되는 반면에, 터치링크라인(130) 상부의 제1포토레지스트패턴(148a)은 인접하는 제1포토레지스트패턴(148a)에 의해 일부의 에이싱가스가 차단되어 부분적으로 현상된다. 이때, 터치링크라인(130)과 더미터치링크라인(131)의 폭은 각각 a1 및 b1이다.

따라서, 도 7b에 도시된 바와 같이, 터치링크라인(130) 상부의 제1포토레지스트패턴(148a)의 현상된 영역(d1) 보다 더미터치링크라인(131) 상부의 제1포토레지스트패턴(148a)의 현상된 영역(d2)이 더 크게 된다(d1<d2). 본 발명에서는 이러한 더미터치링크라인(131)을 표시장치의 맨 좌우측영역에서 터치링크라인(130)의 외곽에 배치함으로써 터치링크라인(130) 상부의 제1포토레지스트패턴(148a)의 과현상을 방지함으로써, 표시장치 전체에 걸쳐서 동일한 폭(a)의 터치링크라인(130)을 형성할 수 있게 된다.

이와 같이, 본 발명에서는 더미터치링크라인(131)을 표시장치의 맨 좌우측에 터치링크라인(130)과 인접하도록 배치함으로써, 공정시 바깥쪽 터치링크라인(130)이 과식각되어 터치링크라인(130)의 폭이 영역에 따라 불균일하게 되는 것을 방지할 수 있게 된다.

한편, 상기 더미터치링크라인(131)은 포토레지스트패턴의 과현상에 따른 터치링크라인(130)의 과식각을 방지할 수만 있다면 어떠한 형태로도 형성될 수 있다.

상술한 설명에서는 댐역할을 하는 더미터치링크라인(131)을 복수개 배치되어 복수의 댐에 의해 과식각을 방지할 수 있지만, 도 8a에 도시된 바와 같이 복수의 더미터치링크라인의 폭을 합한 만큼의 넓은 폭의 더미터치링크라인(131)을 하나만 표시장치의 좌우측 외곽영역에 배치할 수도 있다.

또한, 다양한 폭을 가진 복수의 더미터치링크라인(131)을 표시장치의 좌우측 외곽영역에 배치할 수도 있다. 예를 들어, 도 8b에 도시된 바와 같이, 좌우측의 외곽영역으로 갈수록 폭을 증가시켜 더미터치링크라인(131)중 과식각이 가장 심한 맨 외곽의 더미터치링크라인(131)의 폭을 크게 함으로써 과식각방지역할을 더욱 충실히 수행할 수 있으며, 터치링크라인(130)과 인접하는 더미터치링크라인(131)의 폭을 가장 크게 하여 가장 바깥쪽 터치링크라인(130)의 과식각을 직접 방지할 수도 있다.

한편, 본 발명의 더미터치링크라인은 다양한 형상으로 이루어질 수 있다. 상술한 설명 및 도면에서는 더미터치링크라인을 터치링크라인(130)과 동일한 형상으로 구성하여 일정 거리 이격시켜 배치하지만(이러한 이유로 더미터치링크라인라는 용어를 사용한다), 더미터링크라인을 다른 형상으로 구성할 수도 있다. 예를 들어, 도면에서는 더미터치링크라인을 터치링크라인(130)과 마찬가지로 꺽여진 구조로 구성하지만, 더미터치링크라인을 꺽여지지 않은 직선 형상이나 터링크라인(130)의 형상을 따라 곡선으로 굽어진 형상, 복수회 꺽여진 형상과 같이 터치링크라인(130)의 과식각을 방지할 수 있는 다양한 형상으로 구성할 수 있다. 상기 더미터치링크라인은 터치링크라인과 다른 형상으로 구성될 수 있다는 점에서, 상기 더미터치링크라인을 단순히 금속패턴이나 금속라인, 또는 더미라인이라고 칭할 수 있을 것이다.

또한, 상술한 설명에서는 표시장치가 특정한 구조로 설명되고 있지만, 본 발명이 이러한 특정 구조에 한정되는 것은 아니다. 본 발명은 더미영역의 터치링크라인의 외곽에 금속패턴이 배치되어 터치링크라인의 과식각을 방지할 수만 있다면, 현재 알려진 액정표시장치, 유기전계발광 표시장치, 전기영동 표시장치와 같은 다양한 평판표시장치의 구조에도 적용될 수 있을 것이다.

전술한 설명에 많은 사항이 구체적으로 기재되어 있으나 이것은 발명의 범위를 한정하는 것이라기보다 바람직한 실시예의 예시로서 해석되어야 한다. 따라서 발명은 설명된 실시예에 의하여 정할 것이 아니고 특허청구범위와 특허청구범위에 균등한 것에 의하여 정하여져야 한다.

110,160 : 기판 130 : 터치링크라인
131 : 더미터치링크라인 132: 터치배선
135 : 화소전극 138 : 공통전극
150 : 액정층

Claims

표시영역 및 상기 표시영역 외부의 더미영역;
상기 표시영역에 배치된 복수의 터치배선;
상기 더미영역에 배치되어 상기 터치배선과 접속되는 복수의 터치링크라인; 및
상기 더미영역의 복수의 터치링크라인의 외곽에 배치된 적어도 하나의 더미라인을 포함하는 표시장치.
제1항에 있어서, 상기 터치링크라인이 접속되어 터치를 감지하는 터치감지부를 추가로 포함하는 표시장치.
제1항에 있어서, 상기 표시영역은,
각각 복수의 화소를 포함하며, 터치를 감지하는 복수의 터치블록;
각각의 화소에 구비된 박막트랜지스터;
각각의 화소에 구비된 영상신호가 인가되는 화소전극; 및
각각의 화소에 구비되어 공통전압 및 터치전압이 인가되는 공통전극을 포함하는 표시장치.
제3항에 있어서, 상기 공통전극 인가되는 신호의 1 프레임기간은 영상표시기간(display)과 터치감지기간(Touch)을 포함하는 표시장치.
제3항에 있어서, 하나의 터치블록에는 동일한 공통전압과 터치전압이 인가되는 접속된 표시장치.
제4항에 있어서, 상기 화소전극과 터치배선은 전기적으로 접속된 표시장치.
제1항에 있어서, 상기 더미라인은 복수개 배치되는 표시장치.
제7항에 있어서, 상기 더미라인은 상기 터치링크라인과 동일한 형상으로 이루어진 표시장치.
제8항에 있어서, 상기 더미라인의 폭은 상기 터치링크라인과 동일한 표시장치.
제8항에 있어서, 상기 더미라인의 폭은 터치링크라인에서 외곽쪽으로 갈수록 증가하거나 감소하는 표시장치.
제1항에 있어서, 상기 더미라인 및 터치링크라인은 Cu로 이루어진 표시장치.
제1항에 있어서, 터치링크라인 및 터치배선을 접속시키는 연결배선을 추가로 포함하는 표시장치.
제12항에 있어서, 상기 연결배선은 ITO(Indium Tin Oxide) 또는 IZO(Indium Zinc Oixde)로 이루어진 표시장치.