JP2007094372A - 液晶表示装置及びその製造方法、並びに表示装置のスペーサー構造 - Google Patents

液晶表示装置及びその製造方法、並びに表示装置のスペーサー構造 Download PDF

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Abstract

【課題】タッチ不良及び重力不良を防止するとともに、押圧テストに耐えられる安定的な構造を有する液晶表示装置及びその製造方法、並びに表示装置のスペーサー構造を提供する。
【解決手段】互いに対向する第1基板100及び第2基板200と、前記第1基板100上で互いに交差して画素領域を定義するゲートライン101及びデータライン102と、前記ゲートライン101とデータライン102との交差部に形成された薄膜トランジスタと、前記ゲートライン101の所定部位に対応して前記第1基板100に形成され、その内部に溝を備えた突起120と、前記突起120に対応して前記第2基板200上に形成された第1カラムスペーサー210と、前記突起120が形成されてないゲートライン101上に対応して形成された第2カラムスペーサー220と、前記第1基板100と第2基板200との間に充填された液晶層とを含む。
【選択図】図7

Description

本発明は、液晶表示装置に関するもので、詳しくは、タッチ不良及び重力不良を防止するとともに、押圧テスト(push test)に耐えられる安定的な構造を有する液晶表示装置及びその製造方法、並びに表示装置のスペーサー構造に関するものである。
最近、情報化社会が発展するにつれて、表示装置に対する要求も多様な形態で高まっている。さらに、このような要求に応じて、LCD(Liquid Crystal Display Device)、PDP(Plasma Display Panel)、ELD(Electro Luminescent Display)、VFD(Vacuum Fluorescent Display)など多様な平板表示装置の研究が盛んであり、その一部は、既に多様な装備に表示装置として活用されている。
上記の平板表示装置のうち、現在、優れた画質、軽量、薄型、低消費電力などの特徴及び長所により、移動型画像表示装置の用途に、CRT(Cathode Ray Tube)の代わりLCDが最も多く用いられており、LCDは、ノートブックコンピュータのモニターなどの移動型の用途以外に、放送信号を受信して表示するテレビ及びコンピュータのモニターなどの用途にも開発されている。
上記の液晶表示装置は、一般的な画面表示装置として多様な装置に用いられるために、軽量、薄型、低消費電力などの特徴を維持しながら、高精細度、高輝度、大面積などの高品位画像を実現しなければならない。
一般的な液晶表示装置は、所定の空間を有して合着された第1基板及び第2基板と、これら第1基板と第2基板との間に注入された液晶層とから構成される。
より具体的に説明すると、前記第1基板には、画素領域を定義するために所定の間隔を有し一方向に配列される複数個のゲートラインと、該ゲートラインに垂直な方向に所定の間隔を有して配列される複数個のデータラインとが含まれる。また、前記各画素領域には画素電極が形成され、前記ゲートラインとデータラインとの交差部分には、前記ゲートラインに印加される信号によって前記データラインのデータ信号を前記各画素電極に印加する薄膜トランジスタが形成される。
また、前記第2基板には、前記画素領域を除いた部分の光を遮断するためのブラックマトリックス層が形成され、前記各画素領域に対応する部分には、色相を表現するためのR、G、Bカラーフィルタ層が形成され、該カラーフィルタ層上には、画像を表示するための共通電極が形成される。
上記のような液晶表示装置においては、前記画素電極と共通電極との間の電界によって前記第1及び第2基板の間に形成された液晶層の液晶が配向されるが、この液晶層の配向の程度に応じて液晶層を透過する光量を調節することで画像を表現できる。
かかる液晶表示装置をTN(Twisted Nematic)モード液晶表示装置という。しかし、このTNモード液晶表示装置には、視野角が狭いという短所があり、それを克服するために横電界(In-Plane Switching:IPS)モード液晶表示装置が開発された。
前記横電界(IPS)モード液晶表示装置においては、第1基板の画素領域に画素電極及び共通電極が所定距離だけ離隔して平行に形成されることで、前記画素電極と共通電極との間に横電界(水平電界)が発生し、該横電界によって液晶層が配向される。
一方、上記のような液晶表示装置の第1及び第2基板の間には、液晶層が形成される一定した間隔を維持するためにスペーサーが形成される。
このスペーサーは、その形状にしたがってボールスペーサーまたはカラムスペーサーに分けられる。
ボールスペーサーは、球状であり、第1及び第2基板上に分散される。また、ボールスペーサーは、前記第1及び第2基板の合着後にも動きが比較的自由であり、前記第1及び第2基板との接触面積が小さい。
その反面、カラムスペーサーは、第1基板または第2基板上のアレイ工程で形成されるもので、所定の基板上に所定高さを有し柱状に固定され形成される。したがって、第1及び2基板との接触面積は、ボールスペーサーに比べて相対的に大きい。
以下、従来のカラムスペーサーを備えた液晶表示装置に対し、図面に基づいて説明する。
図1は、カラムスペーサーを含む液晶表示装置を示した断面図である。
図1に示すように、カラムスペーサーを含む液晶表示装置は、互いに対向する第1基板30及び第2基板40と、前記第1及び第2基板30,40の間に形成されたカラムスペーサー20と、前記第1及び第2基板30,40の間に充填された液晶層(図示せず)とを含んで構成される。
前記第1基板30上には、画素領域を定義するためにゲートライン31とデータライン(図示せず)とが互いに垂直に交差して配列され、前記ゲートライン31とデータラインとの交差部分に薄膜トランジスタ(TFT)が形成され、各画素領域に画素電極(図示せず)が形成される。
前記第2基板40上には、前記画素領域を除いた領域に対応するブラックマトリックス層41が形成され、前記データラインに平行な縦線上の各画素領域に対応するストライプ状のカラーフィルタ層42が形成され、その全面に共通電極またはオーバーコート層43が形成される。
ここで、前記カラムスペーサー20は、前記ゲートライン31上部の所定位置に対応して形成される。
また、前記第1基板30上には、前記ゲートライン31を含む基板全面にゲート絶縁膜36が形成され、該ゲート絶縁膜36上に保護膜37が形成される。
図2A及び図2Bは、カラムスペーサーを含む液晶表示装置のタッチ不良を示した平面図及び断面図である。
図2A及び図2Bに示すように、従来のカラムスペーサーを含む液晶表示装置においては、液晶パネル10の表面を手やその他の物を用いて所定方向にタッチしていくと、このタッチ部位に斑紋が発生する。このようにタッチ時に発生した斑紋をタッチ斑紋(touch spot)といい、画面で斑紋が観察されるためタッチ不良(touch defect)ともいう。
このタッチ不良は、ボールスペーサーの構造に比べて前記カラムスペーサー20と対向する第1基板1との間の接触面積が大きいことから、摩擦力が大きくなって発生するものと把握される。すなわち、ボールスペーサーに比べると、円柱状に形成されるカラムスペーサー20は、図2Bに示すように、第1基板1との接触面積が大きいため、タッチによって第1または第2基板1,2がシフトされた後、元の状態に復元するのに長い時間がかかり、よって、元の状態に復元する前まで斑紋が残存するようになる。
図3は、重力不良が発生した液晶表示装置を示した断面図である。
図3に示すように、互いに対向した第1及び第2基板1,2の間に液晶3が充填され、前記第1及び第2基板の間の所定部位にカラムスペーサー20が形成される液晶表示装置は、立てられた状態で高温環境に置かれると、液晶の熱膨張が発生する。ひいては、カラムスペーサー20の高さによってセルギャップが拡大される場合、液晶3が下端部に流れることで、液晶表示装置の下端部が膨らんで見える重力不良が観察される。
以上説明したように、従来のカラムスペーサーを含む液晶表示装置においては、カラムスペーサーと対向基板との間の接触面積が大きいことから摩擦力が大きくなり、タッチ時に基板がシフトされると、元の状態に復元するのに長い時間がかかり、復元時間の間にタッチ不良が観察されるという問題があった。
また、カラムスペーサーを含む液晶パネルが立てられた状態で高温環境に置かれると、液晶の熱膨張が発生する。ひいては、カラムスペーサーの高さより厚くセルギャップが拡大され、液晶パネルの下側に液晶が流れることで、液晶パネルの下端部が膨らみ視覚的に不透明に見えるという問題があった。
さらに、液晶表示装置を出荷する前に、所定領域に所定の圧力を加えて耐久程度を測定する押圧テスト(push test)を行うが、この場合、カラムスペーサーにおける上・下部基板の間のセルギャップを維持する力が小さくなると、カラムスペーサーが崩れ、その部位が黒く観察されるスタンプ斑(stamp spot)が発生するという問題があった。
本発明は上記の問題点を解決するためのもので、その目的は、タッチ不良及び重力不良を防止するとともに、押圧テストに耐えられる安定的な構造を有する液晶表示装置及びその製造方法、並びに表示装置のスペーサー構造を提供することにある。
上記目的を達成するための本発明に係る液晶表示装置は、互いに対向する第1基板及び第2基板と、前記第1基板上で互いに交差して画素領域を定義するゲートライン及びデータラインと、前記ゲートラインとデータラインとの交差部に形成された薄膜トランジスタと、前記ゲートラインの所定部位に対応して前記第1基板に形成され、内部に溝を備えた突起と、前記突起に対応して前記第2基板上に形成された第1カラムスペーサーと、前記突起が形成されてないゲートライン上に対応して形成された第2カラムスペーサーと、前記第1基板と第2基板との間に充填された液晶層と、を備えた。
また、本発明に係る液晶表示装置の製造方法は、互いに対向した第1基板及び第2基板を準備する段階と、前記第1基板上に所定部分から突出されたゲート電極を備え、一方向にゲートラインを形成する段階と、前記ゲートラインを含む第1基板の全面に半導体層及び金属層を形成する段階と、前記金属層及び半導体層を選択的に除去することで、データライン及びソース/ドレイン電極と、前記ソース/ドレイン電極及びソース/ドレイン電極の間のチャネル領域の下部に形成された半導体層と、前記ゲートライン上の所定部位に形成され、その内部に溝を備えた突起と、を形成する段階と、前記第2基板上の前記突起に対応する部位に第1カラムスペーサーを形成し、前記突起が形成されてない前記ゲートライン上に対応して第2カラムスペーサーを形成する段階と、前記第1基板及び第2基板のうちいずれか一つの基板上に液晶を滴下する段階と、前記第1基板と第2基板とを合着する段階とを備えた。
さらに、本発明に係る表示装置のスペーサー構造は、互いに対向した第1及び第2基板と、前記第1基板上の第1領域に形成され、内部に溝を備えた突起と、前記突起に対応して前記第2基板上に形成された第1カラムスペーサーとを備えた。
本発明によれば、突起をカラムスペーサーの中央でなく、カラムスペーサーの全体に対応して形成し、前記突起の内部に溝を備えて部位別に前記溝の厚さを差別化して形成する。したがって、第1及び第2基板の合着時、前記突起の外郭部のみが前記カラムスペーサーと接することで、第1及び第2基板の間の接触面積(突起とカラムスペーサーとの接触面積)が減少し、タッチされたとき、一般的なカラムスペーサーの構造(カラムスペーサーの全ての表面が対向基板と接する構造)に比べて、接触面積の減少によって元状態への復元が容易になり、タッチ不良を防止できる。
また、第1及び第2基板の合着時の圧力よりも一層強い圧力が加えられる押圧テストを行うとき、各基板の合着時に突起の外郭に接触するカラムスペーサーは、押圧力が増加するにつれて、相対的に厚さの小さい溝から厚さの大きい溝にまで接触するようになり、溝の段差によって突起に対する接触面積が増加する。それゆえ、突起がカラムスペーサーの中央に対応する構造に比べて押圧力を分散できる。その結果、押圧テストを行うとき、圧力が集中されるカラムスペーサーでの塑性変形が緩和され、スタンプ斑を防止できる。
さらに、高温状態で液晶が膨脹したとき、各基板の合着時に突起の外郭部によって押された前記カラムスペーサーの部位が、液晶の膨脹を補償することで所定の重力マージンを確保し、ある程度の重力不良を防止できる。
以下、本発明に係る液晶表示装置及びその製造方法に対し、図面に基づいて詳細に説明する。
図4は、本発明に係る液晶表示装置の突起構造を示した平面図である。
図4に示すように、突起構造を含む本発明に係る液晶表示装置は、互いに対向する第1基板60及び第2基板70と、前記第1基板60上の所定部位に形成されたカラムスペーサー80と、該カラムスペーサー80に比べて相対的に小さい体積を有し、前記カラムスペーサー80と部分的に接触するように前記第2基板70上に形成された突起85と、前記第1及び第2基板60,70の間に充填された液晶層(図示せず)とを含んで構成される。
上記のように液晶表示装置に突起85が含まれる場合、前記第1基板60または第2基板70の表面をタッチ(一方向に擦る動作)するとき、前記第1基板60または第2基板70が対向基板に対してシフトされると、前記カラムスペーサー80と前記突起85との接触面積が、前記カラムスペーサー80の上部面(カラムスペーサーが形成される第1基板60を基準にしており、この場合、第1基板60の表面に接するカラムスペーサーの一面を下部面という)に比べて相対的に小さい突起85の上部面積となり、摩擦面積の減少によって、前記カラムスペーサー80と対向基板である第2基板70との摩擦力が減少することになる。したがって、前記タッチによって一方向に第1基板60または第2基板70がシフトされるとき、元の状態に容易に復元できる。
このような突起85を含む構造において、第1及び第2基板60,70を互いに合着した後、所定の力で加圧すると、前記突起85に対応するカラムスペーサー80の部位のみに力が集中することで、前記突起85に対応するカラムスペーサー80の該当部位と共に、その下部層であるオーバーコート層(図示せず)、カラーフィルタ層(図示せず)及びブラックマトリックス層(図示せず)が共に押され、前記突起85に対応する前記カラムスペーサー80の部位が相対的に他の部位よりも押し下げられる。
このように、単一層または複数個の層が押された場合、その押された程度が激しくなければ、液晶パネルが高温の環境が置かれ、液晶の熱膨脹によってセルギャップが拡大すると、前記カラムスペーサー80及びその下部層が、押された程度に応じて元の状態に再び復元して第1及び第2基板60,70の間を安定的に支持するため、突起のない構造に比べると、液晶が下側に流れて発生する重力不良を改善できる。
しかし、カラムスペーサー80の中央に前記突起85が形成され、前記突起85と前記カラムスペーサー80とが接触するとき、前記突起85の表面積が前記カラムスペーサー80に比べて相対的に小さく、前記カラムスペーサー80が前記突起85より相対的に軟らかい弾性を有するため、カラムスペーサー80が前記突起85によって接触部位で過度に押される恐れがある。かかる現象は、押圧テスト時に所定の圧力が液晶表示装置の局部に印加されると一層悪化する。すなわち、押圧テスト時に加えられる圧力が、前記カラムスペーサー80が元の状態に復元しようとする力より大きい場合、前記カラムスペーサー80は、押されて変形された後、元の状態に回復できなくなるが、このような不良を押圧不良(push defect)という。また、この押圧不良の発生部位は、所定信号の印加によって液晶表示装置が表示を行うとき、黒い斑紋として観察されるが、このように押圧不良によって発生する斑紋をスタンプ斑(stamp spot)という。
以下、突起構造の効果として挙げられる重力不良改善及びタッチ不良改善を満足するとともに、上述した突起構造におけるカラムスペーサー及びその下部層の塑性変形問題を解決するための液晶表示装置を図面に基づいて説明する。
第1の実施の形態
図5は、本発明の第1の実施の形態に係る液晶表示装置を示した平面図であり、図6は、図5の第1カラムスペーサー及びその周辺部を拡大して示した平面図であり、図7は、図5の第1及び第2カラムスペーサーを示した断面図である。
図5乃至図7に示すように、本発明の第1の実施の形態に係る液晶表示装置は、互いに対向する第1基板100及び第2基板200と、前記第1及び第2基板100,200の間に充填された液晶層(図示せず)とを含んで構成される。
前記第1基板100上には、互いに交差して画素領域を定義するゲートライン101及びデータライン102と、前記ゲートライン101とデータライン102との交差部に形成された薄膜トランジスタ(TFT)と、該薄膜トランジスタのドレイン電極102bと電気的に連結された第1ストレージ電極103aと、該第1ストレージ電極103aから分岐された画素電極103と、該画素電極103と交互に形成され、後述する第2ストレージ電極から分岐された共通電極104と、前記ゲートライン101と平行に形成された共通ライン104aと、前記共通ライン104a及び共通電極104に連結され、前記第1ストレージ電極103aにオーバーラップされた第2ストレージ電極104bとを含んで構成される。
ここで、前記薄膜トランジスタは、チャネルがソース電極102aとドレイン電極102bとの間の領域に定義されるもので、チャネルも、ソース電極102aの内部形状に対応して'U'字状に定義される。このような薄膜トランジスタは、前記ゲートライン101から突出されたゲート電極101aと、前記データライン102から突出された'U'字状のソース電極102aと、前記'U'字状のソース電極102aと所定間隔だけ離隔され、前記'U'字状のソース電極102aの内部に挿入されるドレイン電極102bとを含んで構成される。
また、前記データライン102、ソース電極102a、ドレイン電極102bの下部、及び前記ソース電極102aとドレイン電極102bとの間のチャネル領域の下部には、半導体層(図5及び図6には図示されてなく、図10Eの107aを参照)がさらに形成される。
ここで、前記半導体層は、下部から非晶質シリコン層(図示せず)及びn+層(不純物層)(図示せず)が積層されてなり、前記ソース電極102aとドレイン電極102bとの間のチャネル領域では、前記n+層(不純物層)が除去されている。前記半導体層は、前記ソース/ドレイン電極102a,102b及びそれらの間のチャネル領域の下部のみに選択的に形成されるか、または、前記チャネル領域を除いた領域では、前記データライン102、ソース電極102a及びドレイン電極102bの下側にも形成される。一方、図面には、前記ソース電極102aが'U'字状に示され、'U'字状のチャネルを有する液晶表示装置に対して説明したが、本発明に係る液晶表示装置においては、前記ソース電極102aの形状が'−'字状またはその他の形状であってもよい。
ここで、前記ゲートライン101、前記共通ライン104a及び前記共通電極104は、同一層に同一の金属によって形成される。
そして、前記ゲートライン101と半導体層との間の層にはゲート絶縁膜105が介在され、前記データライン102と前記画素電極103との間の層には保護膜106が介在される。
一方、前記画素領域を通過する共通ライン104aに連結された第2ストレージ電極104bと、その上部に形成される第1ストレージ電極103aと、前記二つの電極の間に介在されるゲート絶縁膜105及び保護膜106とは、ストレージキャパシタ(storage capacitor)をなす。
ここで、相異なる層の間に形成される前記ドレイン電極102b及び前記第1ストレージ電極103aは、前記ドレイン電極102b上の前記保護膜106の所定部位を除去して形成されたコンタクトホール106aを通して接触する。
また、前記ゲートライン101上の所定部位には、半導体層パターン121a及びソース/ドレイン金属パターン122aが積層された突起120が形成される。この突起120は、その水平断面が四角形状である第1パターン120a内に閉ループ状溝を有して形成される。この場合、前記閉ループは、円形状または多角形形状に形成され、前記閉ループ状溝の内部には、前記閉ループ状溝より小さい大きさの円形状または多角形状の第2パターン120bがさらに形成される。図5及び図6には、前記閉ループ状溝及び第2パターン120bが円形状に示されているが、それに限定されることなく、その他の多角形状にも変更可能である。
また、図7に示した前記突起120の垂直断面形状を見ると、半導体層パターン121a及びソース/ドレイン金属層パターン122aによって形成された第1パターン120aと、この第1パターン120aと離隔されて半導体層(121aと同一層)によって形成された第2パターン120bとが観察される。ここで、前記第1パターン120a及び第2パターン120bは、互いに所定間隔だけ離隔して形成される。この場合、図5及び図6に示した突起120の水平断面を見ると、前記第1パターン120aは、突起120の四角形状の境界部に形成され、前記第2パターン120bは、前記四角形状の前記第1パターン120aの中心部に形成される。また、前記第1及び第2パターン120a,120bからなる突起120は、前記第1及び第2パターン120a,120bの間が離隔して形成される。
前記半導体層パターン121aの厚さは約0.2〜0.3μmで、前記ソース/ドレイン金属層パターン122aの厚さは約0.2〜0.4μmで、前記突起120が形成されてない残りのゲートライン101上の部位及び前記突起120内の溝が形成された部位に比べると、前記第1パターン120aの形成部位は、約0.4〜0.7μmの高さを有し、前記第2パターン120bの形成部位は、約0.2〜0.4μmの高さを有する。その結果、前記第1パターン120aと第2パターン120bとの間には、ソース/ドレイン金属層パターン122aの厚さだけの高さ差が発生する。この高さの差によって、図7に示すように、前記第1及び第2基板100,200の合着時、前記突起120と、これに対応する前記第1カラムスペーサー210との間には、'W'字状の垂直断面を有する空間が形成される。
ここで、前記突起120の上部には、コンタクトホール106aを除いた残りの領域に形成される保護膜106がさらに介在され、実際に第2基板200に形成される第1カラムスペーサー210との接触部位は、前記突起120上の保護膜106に該当する。
一方、前記第1基板100に対向する第2基板200上には、前記画素領域を除いた領域(ゲートライン及びデータライン部位)に対応して形成されるブラックマトリックス層201と、前記第2基板200上に形成されたカラーフィルタ層202と、前記ブラックマトリックス層201及びカラーフィルタ層202を含む第2基板200上に平坦化を行うためのオーバーコート層203とが含まれる。
また、前記突起120に対応する部位のオーバーコート層203上には、第1カラムスペーサー210が形成され、前記突起120が形成されてない所定部位のゲートライン101に対応するオーバーコート層203上には、第2カラムスペーサー220が形成される。
ここで、第1カラムスペーサー210及び第2カラムスペーサー220は、前記オーバーコート層203上に同じ高さで形成される。また、前記第1及び第2基板100,200の合着時、図7に示すように、前記第1カラムスペーサー210は、前記第1パターン120a上の保護膜106と一部の面積が接しており、前記第2パターン120b上の保護膜106とは離隔された状態を維持する。このような前記第1及び第2基板100,200の合着工程において、前記第2カラムスペーサー220は、垂直断面を見ると、前記第1基板100上の保護膜106と約0.4〜0.7μmの間隔だけ離隔される。この場合、前記第1及び第2基板100,200の合着後、前記第1及び第2基板100,200の表面を一方向にタッチするとき、前記第1基板100と第2基板200との実際の接触面積は、前記第1パターン120aの表面積の一部に限定されるので、タッチによる摩擦力が小さく元の状態への復元が容易になり、タッチによって斑紋などの不良が発生しなくなる。
前記第1及び第2基板100,200の合着後、所定の圧力を加える押圧テスト(push test)工程においては、弾性を有する前記第1カラムスペーサー210が前記突起120によって押されるが、このとき、前記第1カラムスペーサー210の変形は、まず、接触する第1パターン120aに対応する部位から開始され、加圧が高くなるほど、前記第2パターン120bに対応する前記第1カラムスペーサー210の中心部位で変形が行われることになる。
上記のような本発明に係る液晶表示装置の突起及びカラムスペーサーの構造では、従来の突起がカラムスペーサーの中央に対応する構造に比べると、押圧力が第1パターン120a及び第2パターン120bに分散される。すなわち、加圧の程度によって前記突起120と前記第1カラムスペーサー210との接触面積が増加し、押圧テスト時において、前記第1及び第2基板100,200のセルギャップを維持する前記第1カラムスペーサー210の接触部位で塑性変形が激しくなる現象を緩和できる。
ここで、本発明に係る液晶表示装置は、前記第1及び第2基板100,200の合着後にタッチするとき、前記突起120の第1パターン120aの上部のみが前記第1カラムスペーサー210と接し、残りの領域は離隔されるので、前記第1及び第2基板100,200の接触面積が小さくなり、タッチ不良を防止できる。
また、本発明に係る液晶表示装置は、前記第1及び第2基板100,200の合着後、所定の圧力(合着時の圧力以上)を加える押圧テストにより、前記第1カラムスペーサー210に対し、前記突起120が徐々に接触面積を増加して接触するようになり、押圧力が大きくなるほど、前記第1カラムスペーサー210の特定部位のみに圧力が集中せずに、前記突起120に対応する第1カラムスペーサー210の表面積に圧力が分散され、特定部位の変形が激しくなることを防止できる。この場合、圧力が継続して大きくなると、前記第2カラムスペーサー220と、前記突起120の閉ループ状溝に対応する第1カラムスペーサー210の部位までも第1基板100上の保護膜106と接触するようになり、接触面積が大きく上昇する。その結果、第1及び第2カラムスペーサー210,220の変形程度を急激に緩和できる。
前記第1カラムスペーサー210は、前記第1及び第2基板100,200の間のセルギャップを維持するギャップ維持用スペーサーで、前記第2カラムスペーサー220は、押されたときのカラムスペーサーの変形程度を緩和する押圧防止用スペーサーである。このとき、前記突起120内の閉ループ溝や前記第2パターン120bは、押圧防止用スペーサーの機能を一層補完したものである。
また、前記突起120の境界部である第1パターン120aは、前記第1及び第2基板100,200が合着した状態で前記第1カラムスペーサー210と接触し、この場合、前記第1カラムスペーサー210は、前記第1及び第2基板100,200の合着時の加圧程度によって所定厚さだけ押される。このように、前記第1パターン120aと第1カラムスペーサー210との接触部位に応力が集中することで、高温で液晶が膨脹するとき、応力の集中部位で弾性復元力が確保されるので、前記第1カラムスペーサー210は、所定水準までは第1及び第2基板100,200の間を安定的に支持できる。すなわち、高温で液晶が膨脹するとき、前記第1カラムスペーサー210は、前記突起120の前記第1パターン120aによって加えられる押し力を弾性的に克服するので、セルギャップを維持する支持力を確保できる。したがって、高温で液晶が膨脹するとしても、前記第1カラムスペーサー210が一定の支持力を確保し、重力不良を防止できるという効果を奏する。
一方、前記第1カラムスペーサー210及び第2カラムスペーサー220の位置は、前記ゲートライン101に限定されることなく、同一の金属層である前記共通ライン104a上にも形成されうる。このとき、前記第1カラムスペーサー210の形成部位には、突起120が対応して形成される。すなわち、前記第1カラムスペーサー210が前記ゲートライン101に形成される場合は、図示したように、突起120が前記第1カラムスペーサー210に対応する前記ゲートライン101に形成され、前記第1カラムスペーサー210が前記共通ライン104aに形成される場合は、前記突起120が前記共通ライン104aに形成される。
前記第1及び第2カラムスペーサー210,220は、ゲートライン101または共通ライン104a上に形成されるもので、前記ゲートライン101、共通ライン104aは、非表示領域に該当し、前記第1、第2カラムスペーサー210,220の下側から、オーバーコート層203、カラーフィルタ層202及びブラックマトリックス層201が第2基板200上に順に形成される。
前記突起210は、前記薄膜トランジスタをなす半導体層107a(図10Eを参照)と、データライン102層(データライン102、ソース/ドレイン電極102a,102b)をパターニングする工程で一緒に形成され、ハーフトーンマスクあるいは回折露光マスクを用いて形成する。
第2の実施の形態
図8は、本発明の第2の実施の形態に係る液晶表示装置の第1カラムスペーサー及びその周辺部を拡大して示した平面図で、図9は、本発明の第2の実施の形態に係る液晶表示装置の第1及び第2カラムスペーサーを示した断面図である。
図8及び図9に示すように、本発明の第2の実施の形態に係る液晶表示装置は、図5乃至図7に基づいて説明した第1の実施の形態に係る液晶表示装置と比較すると、前記突起140の形状が相異するだけで、その他の部位は全て同一であるので、同一な部分に対する説明を省略する。
図8に示すように、前記突起140は、下部には四角形状の水平断面を有する半導体層123が、上部には、中心部が円形状に除去され、前記半導体層123より小さい水平断面を有して形成されたソース/ドレイン金属層パターン124aが積層されてなる。また、前記突起140に対応する第1カラムスペーサー310が形成される。ここで、前記突起140及び前記第1カラムスペーサー310は、共通ライン104a上に形成され、第2カラムスペーサー320は、前記突起140が形成されてないゲートライン101または共通ライン104aに対応するオーバーコート層203の上部に形成される。
この場合、図9に示すように、前記突起140の上部を含むゲート絶縁膜105上の全面には、保護膜106が形成され、前記第2基板200上には、前記突起140に対応して第1カラムスペーサー310が形成される。この場合、第1及び第2基板100,200の合着時、前記ソース/ドレイン金属層パターン124aの上部に形成された保護膜106部位は、前記第1カラムスペーサー310と接触する。このとき、前記ソース/ドレイン金属層パターン124aが形成されてない突起140の中央に対応する保護膜106部位は、前記第1カラムスペーサー310と所定間隔だけ離隔される。
本発明の第2の実施の形態においても、前記第1及び第2基板100,200の合着時に一般的な圧力が加えられると、前記突起140の選択的な部分(前記ソース/ドレイン金属層パターン124aが形成された部位)が前記第1カラムスペーサー310と接触し、残りの部位は、前記第1カラムスペーサー310と所定間隔だけ離隔される。したがって、突起のない一般的なカラムスペーサーの構造に比べると、タッチ時の接触面積が小さくなって摩擦力が減少し、タッチによって押された後、元の状態への復元が容易になり、タッチによる斑紋などの不良が防止される。
また、本発明の第2の実施の形態に係る液晶表示装置において、前記1及び第2基板100,200の合着時に加える圧力よりも所定の力をさらに加える押圧テストを行うとき、まず、ソース/ドレイン金属層パターン124a上の保護膜106部位が押され、ソース/ドレイン金属層パターン124aが形成されてない前記突起140の半導体層123に対応する保護膜106部位まで第1カラムスペーサー310によって押される。押圧テスト時に加えられる圧力が増加するにつれて、前記突起140と第1カラムスペーサー310との接触面積が増加することで、圧力を受ける部位が分散される。その結果、押圧テスト時、過度な圧力が加えられて発生する前記第1カラムスペーサー310のスタンプ斑(押圧斑)が防止される。
また、前記1及び第2基板100,200を合着した状態で、前記ソース/ドレイン金属層パターン124a上の保護膜106と接触する第1カラムスペーサー310は、接触部位で所定厚さだけ押さえられる。さらに、前記第1カラムスペーサー310が押さえられた厚さだけ、高温状態で液晶が膨脹すると、前記第1カラムスペーサー310から前記第1基板100が離隔されることを防止できる。その結果、前記第1カラムスペーサー310が前記突起140の対応部位に接触した状態で、重力によって液晶が下部に流れる現象を遮断することで、重力不良が防止される。
以下、本発明の液晶表示装置の製造方法に対して説明する。特に、第1の実施の形態に基づいて説明し、図面には、第1基板上に形成される突起及びこれと同一層に形成される半導体層、ソース/ドレイン層が示されている。
図10A乃至図10Eは、本発明に係る液晶表示装置の第1及び第2カラムスペーサーの製造方法を示した工程断面図である(ここで、液晶表示装置の平面図は、図5及び図6に示されている)。
図10Aに示すように、前記第1基板100上の全面に金属物質を蒸着した後、この金属物質を選択的に除去して一方向にゲートライン101を形成し、共通ライン104aは、前記ゲートライン101と所定間隔だけ離隔して前記ゲートライン101と平行に形成し、共通電極104は、共通ライン104aから分岐される。ここで、ゲート電極101aは、前記ゲートライン101の所定部分から突出形成される。
次いで、前記ゲート電極101a、ゲートライン101、共通ライン104a及び共通電極104を含む第1基板100の全面に、ゲート絶縁膜105を形成する。
次いで、前記ゲート絶縁膜105を含む第1基板100の全面に、半導体層107、金属層112を順に蒸着する。図示してないが、前記半導体層107は、下部には非晶質シリコン層が、上部には不純物層が積層されてなる。
図10Bに示すように、遮光部401、半透過部403及び透過部402が共に定義されたマスク400を準備する。
次いで、前記金属層112上の全面にネガティブ感光膜130をコーティングした後、前記マスク400を、前記感光膜130がコーティングされた第1基板100の上部に整列する。
ここで、前記マスク400の遮光部401は、パターニング後、前記金属層112及び前記半導体層107が全て除去される部位に対応し、前記透過部402は、前記金属層112及び前記半導体層107が全て残る部位に対応し、前記半透過部403は、前記半導体層107のみが残る部位に対応して形成される。
次いで、前記マスク400を用いて前記感光膜130を一次的に露光及び現像し、第1感光膜パターン130aを形成する。
上記の露光及び現像後、前記第1感光膜パターン130aは、前記透過部402及び半透過部403に対応する部位に残り、前記透過部402に対応する部位に比べると、前記半透過部403に対応する部位は、所定厚さだけ除去されて低くなる。その結果、前記第1感光膜パターン130aは、平らでなく段差を有して形成される。
次いで、前記第1感光膜パターン130a、そして、金属層を選択的にエッチングするエッチング液またはエッチングガスを用いて前記金属層112をパターニングし、金属層パターン112aを形成する(図10Cを参照)。
次いで、図10Dに示すように、前記第1感光膜パターン130a、そして、前記半導体層107を選択的にエッチングするエッチング液またはエッチングガスを用いて前記半導体層107をエッチングし、薄膜トランジスタ(TFT)の半導体層107a及び突起120の第1パターン120aをなす半導体層パターン121a,120bを形成する。ここで、前記半導体層パターン121aは、突起120の外郭に対応する部分で、前記半導体層パターン120bは、突起120の中央部に対応する部分である。
次いで、前記第1感光膜パターン130aの低い段差部位が完全に除去されるように、アッシング(ashing)などの工程を通して第2感光膜パターン130bを形成する。
次いで、前記第2感光膜パターン130b、そして、金属層を選択的にエッチングするエッチング液またはエッチングガスを用いて、ソース/ドレイン電極102a,102b及び突起120の第1パターン120aをなすソース/ドレイン金属層パターン122aを形成する。
その後、前記半導体層107(図10Aを参照)が非晶質シリコン層/n+層(不純物層)の積層構造をなすとき、前記ソース/ドレイン金属層パターン122aを形成した後、前記ソース/ドレイン金属層パターン122aをマスクとして使用し、前記不純物層を選択的に除去するエッチングガスまたはエッチング液を適用することで、チャネル領域の不純物層を除去する。
図10C及び図10Dに基づいて説明する半導体層107、半導体層パターン121a,120b及びソース/ドレイン電極102a,102bなどのパターニング工程で、前記ゲートライン101に垂直な方向にデータライン102が共にパターニングされ、このとき、前記ソース電極102aは、前記データライン102から突出形成される。
次いで、前記第2感光膜パターン130bを除去する。
図10Eに示すように、前記半導体層107a、ソース/ドレイン電極102a,120b及び突起120などを含む第1基板100の全面に保護膜106を形成する。
ここで、前記マスク400の透過部及び遮光部の形状は、前記感光膜の感光性がネガティブであるか、または、ポジティブであるかによって決定される。図面には、前記感光膜130がネガティブの感光性を有する場合を示しており、前記感光膜がポジティブ感光性を有する場合は、前記透過部及び遮光部の形状が互いに逆になって同一のパターニング効果を得られる。
次いで、図示してないが、前記ドレイン電極102bの上部に対応する保護膜106を選択的に除去し、コンタクトホール106aを形成する。
次いで、前記コンタクトホール106aを含む透明電極物質を前記保護膜106上の全面に蒸着し、これを選択的に除去して前記共通電極104と交互に画素電極103を形成する。
次いで、前記第2基板200上に、画素領域を除いた領域に対応してブラックマトリックス層201を形成し、画素領域を含む領域に対応してカラーフィルタ層202を形成し、前記ブラックマトリックス層201及びカラーフィルタ層202を含む全面にオーバーコート層203を形成する。
次いで、前記第1基板100または第2基板200上に液晶(図示せず)を滴下し、液晶が滴下されてない基板100または200を反転させた後、前記第1及び第2基板100,200を合着する。
以上説明した実施の形態は、横電界(In−Plane Switching:IPS)モードに適用して説明したが、TNモードにも適用可能である。TNモードの場合は、第1基板の画素領域に画素電極が一つのパターンとして形成され、第2基板上の全面に共通電極が形成される点を除けば、上述した横電界モードと類似している。さらに、TNモードの場合は、画素領域の内部に共通ラインが形成されないため、前記第1及び第2カラムスペーサー及び突起は、全てゲートライン上に形成される。
カラムスペーサーを含む液晶表示装置を示した断面図である。 カラムスペーサーを含む液晶表示装置のタッチ不良を示した平面図である。 カラムスペーサーを含む液晶表示装置のタッチ不良を示した断面図である。 重力不良が発生した液晶表示装置を示した断面図である。 本発明に係る液晶表示装置の突起構造を示した平面図である。 本発明の第1の実施の形態に係る液晶表示装置を示した平面図である。 図5の第1カラムスペーサー及びその周辺部を拡大して示した平面図である。 図5の第1及び第2カラムスペーサーを示した断面図である。 本発明の第2の実施の形態に係る液晶表示装置の第1カラムスペーサー及びその周辺部を拡大して示した平面図である。 本発明の第2の実施の形態に係る液晶表示装置の第1及び第2カラムスペーサーを示した断面図である。 本発明に係る液晶表示装置の第1及び第2カラムスペーサーの製造方法を示した工程断面図である。 図10Aに続く工程断面図である。 図10Bに続く工程断面図である。 図10Cに続く工程断面図である。 図10Dに続く工程断面図である。
符号の説明
100 第1基板
101 ゲートライン
101a ゲート電極
102 データライン
102a ソース電極
102b ドレイン電極
103 画素電極
103a ストレージ電極
104 共通電極
104a 共通ライン
106a コンタクトホール
120,140 突起
200 第2基板
201 ブラックマトリックス層
202 カラーフィルタ層
203 オーバーコート層
210 第1カラムスペーサー
220 第2カラムスペーサー
310 第1カラムスペーサー
320 第2カラムスペーサー

Claims (48)

  1. 互いに対向する第1基板及び第2基板と、
    前記第1基板上の第1領域に形成され、内部に溝を備えた少なくとも一つの突起と、
    前記突起に対応して前記第2基板上に形成された第1カラムスペーサーと、
    前記第1基板と第2基板との間に充填された液晶層と
    を備えた液晶表示装置。
  2. 前記第1カラムスペーサーは、前記少なくとも一つの突起と接触することを特徴とする請求項1に記載の液晶表示装置。
  3. 前記第1カラムスペーサーは、前記少なくとも一つの突起との対応面を有し、
    前記第1カラムスペーサーの突起対応面は、前記少なくとも一つの突起と部分的に接触することを特徴とする請求項2に記載の液晶表示装置。
  4. 前記第1カラムスペーサーの周辺部のみが前記少なくとも一つの突起と接触することを特徴とする請求項3に記載の液晶表示装置。
  5. 前記少なくとも一つの突起の溝は、第1カラムスペーサーによって取り囲まれ、少なくとも一つの突起は、空洞を形成することを特徴とする請求項2に記載の液晶表示装置。
  6. 前記少なくとも一つの突起は、前記溝の外郭部に形成される第1構造と、前記溝の内部に形成される第2構造とを含んで構成されることを特徴とする請求項1に記載の液晶表示装置。
  7. 前記第1構造は、前記空洞の周辺部全体にかけて延長されることを特徴とする請求項6に記載の液晶表示装置。
  8. 前記第1構造は、前記第1カラムスペーサーと接触し、第2構造は、第1カラムスペーサーから離隔されることを特徴とする請求項6に記載の液晶表示装置。
  9. 前記第1カラムスペーサーは、前記少なくとも一つの突起との対向面を有し、前記第1カラムスペーサーの周辺部のみが前記第1構造と接触することを特徴とする請求項8に記載の液晶表示装置。
  10. 前記第1構造及び第2構造は、高さが相異なることを特徴とする請求項6に記載の液晶表示装置。
  11. 前記第1構造は、前記第2構造よりも高いことを特徴とする請求項10に記載の液晶表示装置。
  12. 前記第2基板上の前記突起が形成されてない前記第2領域に、前記第1基板と離隔して形成された第2カラムスペーサーをさらに含むことを特徴とする請求項10に記載の液晶表示装置。
  13. 前記溝の水平断面は、閉ループであることを特徴とする請求項1に記載の液晶表示装置。
  14. 前記閉ループは、円形状または多角形状であることを特徴とする請求項13に記載の液晶表示装置。
  15. 前記第1基板上に互いに交差して画素領域を定義するゲートライン及びデータラインと、
    前記ゲートラインとデータラインとの交差部に形成された薄膜トランジスタと
    を含んで構成され、
    前記薄膜トランジスタは、
    前記ゲートラインから突出されたゲート電極と、
    前記データラインから突出されたソース電極と、
    前記ソース電極と離隔して前記ソース電極と同一層に形成されたドレイン電極と、
    前記ゲート電極の上部に前記ソース電極/ドレイン電極と部分的にオーバーラップして形成された半導体層と
    を含んで構成されることを特徴とする請求項1に記載の液晶表示装置。
  16. 前記少なくとも一つの突起は、下部に半導体層と同一層の半導体層パターンが積層され、上部にソース/ドレイン電極と同一層のソース/ドレイン金属層が積層された二重層であることを特徴とする請求項15に記載の液晶表示装置。
  17. 前記少なくとも一つの突起は、前記二重層構造の真上に形成された保護膜を含み、前記第1カラムスペーサーは、前記二重層構造の真上に形成された保護膜と接触することを特徴とする請求項16に記載の液晶表示装置。
  18. 前記突起の溝は、前記ソース/ドレイン金属層が除去されて定義されることを特徴とする請求項16に記載の液晶表示装置。
  19. 前記突起の溝は、前記ソース/ドレイン金属層及びその下部の半導体層が除去されて定義されることを特徴とする請求項16に記載の液晶表示装置。
  20. 前記第1基板上の画素領域には、画素電極と共通電極とが交互に形成されることを特徴とする請求項15に記載の液晶表示装置。
  21. 前記第1基板上の画素領域には、画素電極が形成され、前記第2基板の全面には、共通電極が形成されることを特徴とする請求項1に記載の液晶表示装置。
  22. 前記第1領域は、前記第1基板上のゲートラインまたは共通ライン上にあることを特徴とする請求項1に記載の液晶表示装置。
  23. 第1基板上の第1領域に形成され、内部に溝を備えた少なくとも一つの突起を形成する段階と、
    前記第1基板に対向する前記第2基板上の前記突起との対応部位に第1カラムスペーサーを形成する段階と、
    前記第1基板及び第2基板のうちいずれか一つの基板上に液晶を提供する段階と、
    前記第1基板と第2基板とを合着する段階と
    を備えた液晶表示装置の製造方法。
  24. 前記合着する段階は、少なくとも一つの突起と前記第1カラムスペーサーとが互いに接触する段階を含むことを特徴とする請求項23に記載の液晶表示装置の製造方法。
  25. 前記第1カラムスペーサーは、前記少なくとも一つの突起との対応面を有し、
    前記接触する段階では、前記少なくとも一つの突起と前記第1カラムスペーサーの対応面とが部分的に接触することを特徴とする請求項24に記載の液晶表示装置の製造方法。
  26. 前記接触する段階では、前記第1カラムスペーサーの周辺部のみが前記少なくとも一つの突起と接触することを特徴とする請求項25に記載の液晶表示装置の製造方法。
  27. 前記接触する段階では、第1カラムスペーサーによって前記少なくとも一つの突起の溝を取り囲み、前記少なくとも一つの突起は、空洞を形成することを特徴とする請求項24に記載の液晶表示装置の製造方法。
  28. 前記少なくとも一つの突起を形成する段階は、
    前記溝の外郭部に第1構造を形成する段階と、
    前記溝の内部に第2構造を形成する段階と
    を含んで構成されることを特徴とする請求項24に記載の液晶表示装置の製造方法。
  29. 前記第1構造を形成する段階では、前記空洞の周辺部全体にかけて前記第1構造が延長されるように形成することを特徴とする請求項28に記載の液晶表示装置の製造方法。
  30. 前記接触する段階は、前記第1カラムスペーサーと第2構造とが接触せず、前記第1構造が前記第1カラムスペーサーと接触する段階を含むことを特徴とする請求項29に記載の液晶表示装置の製造方法。
  31. 前記第1カラムスペーサーは、前記少なくとも一つの突起との対向面を有し、前記接触する段階は、第1カラムスペーサーの周辺部のみが前記第1構造と接触する段階を含むことを特徴とする請求項30に記載の液晶表示装置の製造方法。
  32. 前記少なくとも一つの突起を形成する段階は、相異なる高さを有する前記第1構造及び第2構造を形成することを特徴とする請求項28に記載の液晶表示装置の製造方法。
  33. 前記第1構造は、前記第2構造よりも高いことを特徴とする請求項32に記載の液晶表示装置の製造方法。
  34. 前記第2基板上の前記突起が形成されてない前記第2領域に、前記第1基板と離隔して形成された第2カラムスペーサーを形成する段階をさらに含むことを特徴とする請求項23に記載の液晶表示装置の製造方法。
  35. 前記少なくとも一つの突起を形成する段階では、前記溝の水平断面を閉ループ状に形成することを特徴とする請求項23に記載の液晶表示装置の製造方法。
  36. 前記閉ループは、円形状または多角形状であることを特徴とする請求項35に記載の液晶表示装置の製造方法。
  37. 前記第1基板上に第1方向にゲートラインを形成する段階と、
    前記ゲートラインを含む前記第1基板の全面に半導体層及び金属層を形成する段階と
    をさらに含んで構成され、
    前記少なくとも一つの突起を形成する段階は、前記金属層及び半導体層を選択的に除去する段階を含むことを特徴とする請求項23に記載の液晶表示装置の製造方法。
  38. 前記少なくとも一つの突起を形成する段階は、下部に半導体層と同一層の半導体層パターンが積層され、上部にソース/ドレイン電極と同一層の金属層が積層された二重層を形成する段階を含むことを特徴とする請求項37に記載の液晶表示装置の製造方法。
  39. 前記少なくとも一つの突起を形成する段階は、前記二重層構造の真上に保護膜を形成する段階を含み、
    前記合着する段階は、前記第1カラムスペーサーが前記二重構造の真上に形成された保護膜と接触する段階を含むことを特徴とする請求項38に記載の液晶表示装置の製造方法。
  40. 前記突起の溝は、前記金属層が除去されて定義されることを特徴とする請求項38に記載の液晶表示装置の製造方法。
  41. 前記突起の溝は、前記金属層及びその下部の半導体層が除去されて定義されることを特徴とする請求項38に記載の液晶表示装置の製造方法。
  42. 前記少なくとも一つの突起を形成する段階は、
    前記金属層の全面に所定厚さの感光膜をコーティングする段階と、
    前記感光膜の上部にマスクを対応させた後、前記マスクを用いて前記感光膜の所定部位を選択的に露光及び現像し、その上部表面に段差を有する第1感光膜パターンを形成する段階と、
    前記第1感光膜パターンを用いて、前記第1感光膜パターンが残ってない領域の金属層及び半導体層を順にエッチングして金属層パターン及び半導体層パターンを形成する段階と、
    前記第1感光膜パターンをアッシングすることで、相対的に高い段差を有する部位のみを残して第2感光膜パターンを形成する段階と、
    前記第2感光膜パターンを用いて、前記金属層パターンの露出部位をエッチングする段階と
    を含んで構成されることを特徴とする請求項37に記載の液晶表示装置の製造方法。
  43. 前記第1領域は、前記第1基板上のゲートラインまたは共通ライン上にあることを特徴とする請求項23に記載の液晶表示装置。
  44. 互いに対向した第1及び第2基板と、
    前記第1基板上の第1領域に形成され、内部に溝を備えた突起と、
    前記突起に対応して前記第2基板上に形成された第1カラムスペーサーと
    を備えた表示装置のスペーサー構造。
  45. 前記第1カラムスペーサーは、前記少なくとも一つの突起と接触することを特徴とする請求項44に記載の表示装置のスペーサー構造。
  46. 前記第1カラムスペーサーは、前記少なくとも一つの突起との対向面を有し、前記対向面は、前記少なくとも一つの突起と部分的に接触することを特徴とする請求項45に記載の表示装置のスペーサー構造。
  47. 前記第1カラムスペーサーの周辺部のみが前記少なくとも一つの突起と接触することを特徴とする請求項46に記載の表示装置のスペーサー構造。
  48. 前記第2基板上の前記突起が形成されてない前記第2領域に、前記第1基板と離隔して形成された第2カラムスペーサーをさらに含むことを特徴とする請求項44に記載の表示装置のスペーサー構造。
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