KR100859466B1 - Liquid crystal display device - Google Patents
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Abstract
본 발명은 액정과의 부피팽창률 차이를 보상하기 위한 패턴을 가지는 컬럼 스페이서가 구비된 것을 특징으로 하는 액정표시소자에 관한 것으로, 특히, 복수의 화소로 정의되어 각 화소에 박막트랜지스터 및 화소전극이 형성된 제 1 기판; 상기 제 1 기판에 대향되며 컬러필터층이 구비된 제 2 기판; 상기 제 1, 제 2 기판 사이에 형성된 액정층; 및 상기 제 1 기판 또는 제 2 기판 중 어느 하나의 기판 상에 형성되어 액정간의 부피팽창률 차이를 보상하기 위한 도트 패턴을 가지는 컬럼 스페이서를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.The present invention relates to a liquid crystal display device having a column spacer having a pattern for compensating a difference in volume expansion ratio with a liquid crystal. In particular, a thin film transistor and a pixel electrode are formed in each pixel to define a plurality of pixels. A first substrate; A second substrate facing the first substrate and provided with a color filter layer; A liquid crystal layer formed between the first and second substrates; And a column spacer formed on one of the first substrate and the second substrate and having a dot pattern for compensating a difference in volume expansion between liquid crystals.
컬럼 스페이서, 도트 패턴Column Spacers, Dot Pattern
Description
도 1a 및 도 1b는 종래 기술의 일 실시예에 의한 액정표시소자의 평면도 및 그 단면도.1A and 1B are a plan view and a cross-sectional view of a liquid crystal display device according to an embodiment of the prior art.
도 2a 및 도 2b는 종래 기술의 다른 실시예에 의한 액정표시소자의 평면도 및 그 단면도.2A and 2B are a plan view and a cross-sectional view of a liquid crystal display device according to another embodiment of the prior art.
도 3a 및 도 3b는 본 발명에 의한 액정표시소자의 평면도 및 그 단면도.3A and 3B are a plan view and a cross-sectional view of a liquid crystal display device according to the present invention.
도 4a 내지 도 4c는 본 발명에 의한 컬럼 스페이서 형성과정을 나타낸 공정단면도.4A to 4C are cross-sectional views illustrating a process of forming a column spacer according to the present invention.
*도면의 주요 부분에 대한 부호설명* Explanation of symbols on the main parts of the drawings
111 : 블랙 매트릭스 112 : 컬러필터층111
113 : 공통전극 114 : 게이트 배선113: common electrode 114: gate wiring
115 : 데이터 배선 116 : 컬럼 스페이서115: data wiring 116: column spacer
116a: 포토 레지스트 119 : 하부기판116a: photoresist 119: lower substrate
121 : 박막트랜지스터 122 : 화소전극 121: thin film transistor 122: pixel electrode
130 : 마스크 130: mask
본 발명은 액정표시소자(LCD ; Liquid Crystal Display Device)에 관한 것으로, 특히 기판의 셀 갭을 유지하기 위한 스페이서를 포함하는 액정표시소자에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a liquid crystal display device (LCD), and more particularly to a liquid crystal display device including a spacer for maintaining a cell gap of a substrate.
평판표시소자로서 최근 각광받고 있는 액정표시소자는 콘트라스트(contrast) 비가 크고, 계조 표시나 동화상 표시에 적합하며 전력소비가 작다는 장점 때문에 활발한 연구가 이루어지고 있다.BACKGROUND ART Liquid crystal display devices, which have recently been spotlighted as flat panel display devices, have been actively researched due to their high contrast ratio, suitable for gradation display or moving picture display, and low power consumption.
상기 액정표시소자는 대향하는 두 기판과 그 사이에 삽입되어 있는 액정층으로 이루어져, 기판에 형성된 전극에 전압을 인가하여 액정층의 액정 분자들을 재배열시킴으로써 투과되는 빛의 양을 조절하여 화상을 표시하는 장치이다.The liquid crystal display device is composed of two opposing substrates and a liquid crystal layer interposed therebetween, by applying a voltage to the electrodes formed on the substrate to rearrange the liquid crystal molecules of the liquid crystal layer to control the amount of light transmitted to display an image. Device.
이 때, 두 기판 사이의 간극이 일정하지 않으면 그 부분을 통과하는 빛의 투과도가 달라져 밝기가 불균일해지기 때문에, 스페이서를 두 기판 사이에 삽입하여 기판간격을 일정하게 유지시켜 준다. At this time, if the gap between the two substrates is not constant, the transmittance of light passing through the portion is changed and brightness is uneven, so that the spacers are inserted between the two substrates to keep the substrate gap constant.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 종래 기술에 따른 액정표시소자를 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, a liquid crystal display device according to the related art will be described with reference to the accompanying drawings.
도 1a 및 도 1b는 종래 기술의 일 실시예에 의한 액정표시소자의 평면도 및 그 단면도이고, 도 2a 및 도 2b는 종래 기술의 다른 실시예에 의한 액정표시소자의 평면도 및 그 단면도이다.1A and 1B are a plan view and a cross-sectional view of a liquid crystal display device according to an exemplary embodiment of the prior art, and FIGS. 2A and 2B are a plan view and a cross-sectional view of a liquid crystal display device according to another embodiment of the prior art.
일반적으로, 액정표시소자는 도 1a 및 도 1b에서와 같이, 색상구현을 위한 컬러필터층(12)이 형성된 상부기판(18)과, 액정분자의 배열 방향을 변환시킬 수 있는 스위칭 소자가 형성된 하부기판(19)과, 상기 상,하부 기판(18,19) 사이에 형성된 액정층(20)으로 구성된다.In general, as shown in FIGS. 1A and 1B, an LCD may include an
구체적으로, 상기 상부기판(18)에는 상기 컬러필터층(12) 외에 빛샘을 차단하는 블랙 매트릭스(11)와 액정층(20)에 전압을 인가하는 제 1 전극인 공통전극(13)이 더 형성되어 있으며, 상기 하부기판(19)에는 상기 스위칭 소자인 박막트랜지스터(21) 외에 수직 교차하여 화소를 정의하는 게이트 배선(14) 및 데이터 배선(15)과, 상기 박막트랜지스터(21)로부터 신호를 인가받고 액정층(20)에 전압을 인가하는 제 2 전극인 화소전극(22)이 더 형성되어 있다.In detail, the
그리고, 상기 상,하부 기판(18,19) 사이에는 두 기판의 간격을 일정하게 유지하기 위한 볼 스페이서(ball spacer)(16)가 삽입되어 있고, 기판의 가장자리에는 액정이 외부로 흐르는 것을 방지하기 위한 씨일제(sealant)(미도시)가 형성되어 있다. In addition, a
이 때, 상기 볼 스페이서(16)는 희망하는 구경을 가진 플라스틱 볼(plastic ball)이나 글라스 볼(glass ball)을 사용하여 상부기판 또는 하부 기판 전면에 균일하게 산포한다. 상기 볼 스페이서는 100∼150ea/1㎟의 산포 밀도를 가진다.At this time, the
상기 글라스 볼은 일반적으로 무알칼리 글라스를 방사하여 만들어진 글라스 파이버를 적당한 형태로 제작하여 만든 것으로, SiO2를 주성분으로 한다. 이와같은 글라스 재질의 스페이서는 내열성, 내약품성이 좋고, 액정과의 반응성이 낮으며 경도가 높아 하중에 의한 변형이 없다. The glass ball is generally made of a glass fiber made by spinning alkali-free glass in a suitable form, and mainly contains SiO 2 . Such glass spacers have good heat resistance and chemical resistance, low reactivity with liquid crystals, and high hardness, and do not have deformation due to load.
플라스틱 재질의 볼 스페이서는 합성 수지로 만든 것으로, 수지의 종류에 따라 열가소성 타입과 열경화형 타입이 있다. 이는 상기 글라스 볼에 대비하여, 경도가 낮고 하중에 의한 변형이 쉬우므로 통상 글라스 볼보다 산포밀도를 높게 사용하여야 한다. The ball spacer made of plastic is made of synthetic resin, and there are a thermoplastic type and a thermosetting type according to the type of resin. Compared to the glass ball, since the hardness is low and the deformation by the load is easy, the scattering density should be higher than that of the glass ball.
상기 볼 스페이서(16)를 산포하는 방법에는 스페이서를 용매에 혼합시켜 산포하는 습식산포 방법과, 기판 주위는 접지상태를 유지시키고 스페이서는 대전시켜 뭉침없이 산포하는 건식산포 방법이 있다.Methods of dispersing the
한편, 셀 갭이 낮고 대면적인 액정표시소자일 경우에는, 상기 볼 스페이서(16) 대신에, 도 2a 및 도 2b에서와 같이, 컬럼 스페이서(column spacer)(26)를 사용한다. 볼 스페이서를 4∼5㎛의 크기 이하로 제작하기는 어렵고 대면적에 적용할 경우 셀갭의 균일성을 확보하기 어렵기 때문이다.On the other hand, in the case of a liquid crystal display device having a low cell gap and a large area, a
상기 컬럼 스페이서(26)는 절연체에 의해 소정의 패턴을 부여하기 위해 불필요한 부분을 광학적 또는 화학적 방법에 의해 제거하는 방법인 사진식각기술을 이용하여 형성한다. The
즉, 상부기판(28) 또는 하부기판(29) 상에 소정 두께로 포토 레지스트를 도포하고 경화한 뒤, 노광하고 화학처리(현상)하여 패터닝함으로써 기판의 임의의 위치에 컬럼 스페이서(26)를 형성한다.That is, the photoresist is applied to the
상기 포토 레지스트 노광시, 포토레지스트 표부와 심부에 가해지는 에너지가 다르기 때문에 컬럼 스페이서(26)는 그 표부의 면적보다 심부의 면적이 크다. 즉, 도 2a의 컬럼 스페이서(26)를 나타낸 실선은 컬럼 스페이서의 표부의 면적을 나타 낸 것이고, 점선은 컬럼 스페이서의 심부의 면적을 나타낸 것이다. In the photoresist exposure, the energy applied to the photoresist surface portion and the core portion is different so that the
하지만, 상기와 같은 액정표시소자는 다음과 같은 문제점이 있다.However, the liquid crystal display device as described above has the following problems.
첫째, 온도 변화에 따른 컬럼 스페이서와 액정의 부피 팽창률 차이에 의해 컬럼 스페이서와 액정영역이 분리되는데, 이 때, 액정셀의 갭 차이에 의해 휘도차가 발생하여 화상 얼룩이 유발된다.First, the column spacer and the liquid crystal region are separated by the difference in the volume expansion ratio of the column spacer and the liquid crystal due to the temperature change. At this time, the luminance difference occurs due to the gap difference of the liquid crystal cell, causing image unevenness.
그리고, 액정표시소자를 세웠을 때, 상부의 액정이 중력에 의해 갭을 통해 하부로 치중되는 중력 불량이 발생한다.When the liquid crystal display device is erected, a gravity failure occurs in which the upper liquid crystal is weighted downward through the gap by gravity.
둘째, 상,하부 기판 대향합착시, 컬럼 스페이서와 대향기판과의 좁은 접촉 면적에 압력이 편중되어 대향기판의 배향막에 손상을 가하거나 또는 패턴에 충격을 주어 화상얼룩을 일으킨다. Second, when the upper and lower substrates face each other, pressure is biased in a narrow contact area between the column spacer and the counter substrate, causing damage to the alignment layer of the counter substrate or impacting the pattern to cause image staining.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출한 것으로 컬럼 스페이서의 표면을 도트 패턴으로 형성함으로써 컬럼 스페이서와 액정간의 부피팽창율 차이를 보상하는 액정표시소자를 제공하는데 그 목적이 있다.An object of the present invention is to provide a liquid crystal display device that compensates for the difference in volume expansion ratio between a column spacer and a liquid crystal by forming the surface of the column spacer in a dot pattern.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 액정표시소자는 복수의 화소로 정의되어 각 화소에 박막트랜지스터 및 화소전극이 형성된 제 1 기판; 상기 제 1 기판에 대향되며 컬러필터층이 구비된 제 2 기판; 상기 제 1, 제 2 기판 사이에 형성된 액정층; 및 상기 제 1 기판 또는 제 2 기판 중 어느 하나의 기판 상에 형성되어 액정간의 부피팽창률 차이를 보상하기 위한 도트 패턴을 가지는 컬럼 스페이서를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.According to an aspect of the present invention, there is provided a liquid crystal display device including: a first substrate having a thin film transistor and a pixel electrode formed in a plurality of pixels; A second substrate facing the first substrate and provided with a color filter layer; A liquid crystal layer formed between the first and second substrates; And a column spacer formed on one of the first substrate and the second substrate and having a dot pattern for compensating a difference in volume expansion between liquid crystals.
즉, 컬럼 스페이서의 표면을 도트 패턴으로 형성함으로써 컬럼 스페이서와 대향기판과의 접촉에 의한 압력을 분산시키고, 컬럼 스페이서의 도트 패턴 사이에 액정이 충진되도록 함으로써 액정과 컬럼 스페이서가 형성되어 있는 부분의 부피팽창률을 보상하는 것을 특징으로 한다. That is, the surface of the column spacer is formed in a dot pattern to disperse the pressure caused by the contact between the column spacer and the counter substrate, and the liquid crystal is filled between the dot patterns of the column spacer, so that the volume of the portion where the liquid crystal and the column spacer are formed. To compensate for the expansion rate.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 의한 액정표시소자를 상세히 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, a liquid crystal display according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 3a 및 도 3b는 본 발명에 의한 액정표시소자의 평면도 및 그 단면도이고, 도 4a 내지 도 4c는 본 발명에 의한 컬럼 스페이서 형성과정을 나타낸 공정단면도이다.3A and 3B are plan views and cross-sectional views of a liquid crystal display device according to the present invention, and FIGS. 4A to 4C are cross-sectional views illustrating a process of forming a column spacer according to the present invention.
본 발명에 의한 액정표시소자는 도 3b에서와 같이, 대향하는 상,하부 기판(118,119)과, 상기 상,하부 기판(118,119) 사이의 셀 갭을 유지하기 위한 컬럼 스페이서(116)와, 상기 상,하부 기판 사이에 봉입된 액정층(120)으로 구성되는데, 상기 컬럼 스페이서(116)는 대향기판과 접촉하는 그 표면이 도트 패턴을 가지는 것을 특징으로 한다.As shown in FIG. 3B, the liquid crystal display according to the present invention includes a
따라서, 상기 컬럼 스페이서(116)의 도트 패턴 사이에 액정이 채워지므로 컬럼 스페이서가 형성되어 있는 부분과 액정층이 형성되어 있는 부분의 온도변화 따른 부피팽창률 차이가 보상된다.Accordingly, since the liquid crystal is filled between the dot patterns of the
상기 컬럼 스페이서(116)는 상기 상부기판(118) 또는 하부기판(119) 중 어느 한 기판의 내측에 형성되는데, 포토 레지스트를 도포한 뒤 사진식각기술을 이용하여 형성한다.
The
통상, 컬럼 스페이서(116)는 상부기판(118) 상에 형성하는 것이 용이하다. 하부기판(119) 상에는 미세한 패턴이 많이 형성되어 있어 스페이서 패터닝시 불량이 유발될 수 있기 때문이다.In general, the
이 때, 하부 기판(119)의 패턴에는 수직 교차하여 화소를 정의하는 데이터 배선(115) 및 게이트 배선(114), 두 배선의 교차 지점에 형성되어 각 화소의 온/오프를 결정하는 박막트랜지스터(121)와, 상기 공통전극에 대향되어 액정을 구동하기 위한 전압을 인가하는 화소전극(122)이 있다.At this time, the pattern of the
그리고, 상기 컬럼 스페이서(116)는 3화소당, 2화소당, 또는 1화소당 하나씩 형성할 수 있고, 그 배열 형태는 스트라이프 구조 또는 사선 구조로 배열할 수 있다. 이때, 컬럼 스페이서(116)는, 도 3a에 도시된 바와 같이, 스트라이프 구조로 배열하고, 3화소당 하나의 컬럼 스페이서(116)를 형성한 것이다.In addition, the
또한, 도면에서는 컬럼 스페이서(116)를 게이트 배선(114) 상부에 형성하였으나, 게이트 배선(114)과 데이터 배선(115)의 교차지점 또는 데이터 배선(115) 상부에 형성할 수도 있다. In addition, although the
구체적으로, 본 발명에 의한 컬럼 스페이서(116)의 형성과정을 살펴보면, 먼저 도 4a에서와 같이, RGB의 혼색을 방지하기 위한 블랙 매트릭스(111)와, 색상을 표현하기 위한 RGB의 컬러필터층(112)과, 액정에 전압을 인가해주기 위한 공통전극(113)이 형성되어 있는 상부기판(118) 전면에 포토 레지스트(116a)를 도포하고 열을 가하여 포토레지스트를 경화한다. Specifically, referring to the formation process of the
상기 포토 레지스트 물질로는 감광특성이 있는 포토 아크릴 수지(Photo acryl resin) 등의 고분자 물질을 사용하며, 감광 특성이 없는 고분자 물질 일예로, BCB(Benzocyclobutene) 등의 유기 절연물질 또는 실리콘질화물(SiNx), 실리콘산화물(SiOx) 등의 무기 절연물질 등의 고분자물질을 사용하여 컬럼 스페이서를 형성할 수도 있다.As the photoresist material, a polymer material such as photo acryl resin having photosensitive properties is used. For example, a polymer material having no photosensitive property may be used. An organic insulating material such as BCB (Benzocyclobutene) or silicon nitride (SiNx) may be used. The column spacer may be formed using a polymer material such as an inorganic insulating material such as silicon oxide (SiOx).
다음, 도 4b에서와 같이, 상부기판(118) 상부에 마스크(130)를 얼라인시킨 뒤, 마스크(130)의 투광부를 통해 UV선을 조사하여 포토레지스트(116a)를 노광한다. Next, as shown in FIG. 4B, after aligning the
마지막으로, 도 4c에서와 같이, 노광된 포토레지스트를 화학처리(현상)함으로써 노광되지 않은 포토레지스트를 제거한 후 복수의 돌출패턴들에 의해 도트 패턴의 표면을 가지는 컬럼 스페이서(116)를 완성한다. 상기 컬럼 스페이서(116)는 대향기판과 접촉할 표면이 상부기판(118)에 고정되어 있는 표면 면적보다 작은데, 이는 노광시 포토 레지스트 심부보다 표부에 에너지가 많이 가해지기 때문이다. Finally, as shown in FIG. 4C, the exposed photoresist is removed by chemical treatment (development) to complete the
도 3a의 실선이 대향기판과 접하는 컬럼 스페이서 표부의 면적을 나타낸 것이고, 점선이 컬럼 스페이서 심부의 면적을 나타낸 것이다. The solid line of FIG. 3A shows the area of the column spacer surface in contact with the opposing substrate, and the dotted line shows the area of the column spacer core.
이 때, 상기 컬럼 스페이서(116)는 노광의 정도에 따라, 도 3a에서와 같이, 대향기판과 접촉하는 면적에 한해 도트 패턴을 가지거나 또는 도 3b에서와 같이, 전체적으로 도트 패턴을 가질 수 있다.In this case, the
이와 같이 형성된 컬럼 스페이서는 대향기판과 접촉하는 표면이 도트 패턴을 가지므로 기판 합착에 의한 그 압력이 분산되어 눌림에 의한 화상얼룩도 방지된다. Since the column spacer formed as described above has a dot pattern on the surface in contact with the opposing substrate, the pressure due to the bonding of the substrate is dispersed to prevent the image stain due to the pressing.
상기와 같은 본 발명의 액정표시소자는 다음과 같은 효과가 있다. The liquid crystal display of the present invention as described above has the following effects.
첫째, 컬럼 스페이서의 표면 변형을 통해 컬럼 스페이서 도트 패턴 사이에 액정이 존재하게 함으로써 컬럼 스페이서와 액정 간의 부피 팽창률 차이를 보상한다. 이로써, 부피팽창률 차이에 의한 중력 불량이 개선되고 결국, 화상얼룩이 방지된다. First, the liquid crystal is present between the column spacer dot patterns through surface modification of the column spacer to compensate for the difference in volume expansion rate between the column spacer and the liquid crystal. As a result, the gravity failure due to the difference in volume expansion rate is improved, and eventually, image staining is prevented.
둘째, 컬럼 스페이서의 표면을 컬럼 스페이서와 접촉하는 대향기판과의 접촉 면적을 분산시켜 상기 컬럼 스페이서에 의해 대향기판이 받는 압력을 분산시킨다. 따라서, 압력에 의한 눌림 얼룩을 개선할 수 있다.Second, by dispersing the contact area of the surface of the column spacer with the opposing substrate in contact with the column spacer, the pressure applied to the opposing substrate by the column spacer is dispersed. Therefore, it is possible to improve the crushing stain caused by the pressure.
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JP2000019526A (en) * | 1998-06-30 | 2000-01-21 | Hitachi Ltd | Liquid crystal display device |
JP2000081623A (en) * | 1998-06-30 | 2000-03-21 | Sharp Corp | Liquid crystal display device and its production |
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KR20010021159A (en) * | 1999-08-13 | 2001-03-15 | 포만 제프리 엘 | Liquid crystal display device and method of fabricating the same |
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2001
- 2001-12-20 KR KR1020010081869A patent/KR100859466B1/en not_active IP Right Cessation
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KR20030052053A (en) | 2003-06-26 |
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