KR101078696B1 - 액정표시장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 액정표시장치에 관한 것으로 특히, 기둥형상의 컬럼스페이서(column spacer)를 포함하는 액정표시장치의 구성 및 그 제조방법에 관한 것이다.

본 발명은 마스크 공정 중 노광 중첩영역(스티치 영역)과 그렇지 않은 영역에 발생하는 단차를 극복하여 균일한 갭을 가지는 액정표시장치를 제작하는 것을 목적으로 한다.

이를 위해, 컬럼스페이서를 포함하는 컬러필터를 형성하는 공정에서, 어레이기판의 스티치 영역에 대응한 컬러필터 기판의 영역은, 두께가 두텁게 형성된 컬러필터의 상부에 컬럼스페이서를 형성한다.

이와 같이 하면, 스티치 영역과 그 외의 영역에 대한 단차를 극복할 수 있기 때문에 액정패널의 균일한 갭(gap) 유지할 수 있도록 한다.

Description

액정표시장치{LCD}

도 1은 일반적인 액정패널의 구성을 도시한 도면이고,

도 2는 기판과 이에 대한 마스크의 반복노광을 설명하기 위한 도면이고,

도 3은 액정패널의 단차에 따른 컬럼스페이서의 구성을 설명하기 위한 도면이고,

도 4는 컬러필터기판과 컬럼스페이서의 위치관계를 개략적으로 도시한 평면도이고,

도 5a는 도 4의 C를 확대한 도면이고,

도 5b는 도 4의 D를 확대한 도면이고,

도 6은 본 발명에 따른 액정표시장치의 구성을 도시한 단면도이다.

<도면의 주요부분에 대한 간단한 설명>

100,200 : 기판 102 : 블랙매트릭스

104a,b,c : 컬러필터 202 : 박막트랜지스터부

300 : 컬럼스페이서

본 발명은 액정표시장치에 관한 것으로 특히, 셀갭(cell gap)을 균일하게 유지하는 액정표시장치에 관한 것이다.

이하, 도 1을 참조하여 액정표시장치의 일반적인 구성을 설명한다.

도 1은 종래에 따른 액정표시장치를 개략적으로 나타낸 도면이다.

도시한 바와 같이, 일반적인 컬러 액정표시장치(11)는 서브 컬러필터(8)와 각 서브 컬러필터(8)사이에 구성된 블랙 매트릭스(6)를 포함하는 컬러필터(7)와, 상기 컬러필터(7)의 상부에 증착된 공통전극(18)이 형성된 컬러필터기판(5)과, 화소영역(P)이 정의되고 화소영역에는 화소전극(17)과 스위칭 소자(T)가 구성되며, 화소영역(P)의 주변으로 어레이배선이 형성된 어레이기판(22)과, 컬러필터기판(5)과 어레이기판(22) 사이에는 액정(14)이 충진되어 있다.

상기 어레이기판(22)에는 스위칭 소자인 박막트랜지스터(T)가 매트릭스형태(matrix type)로 위치하고, 이러한 다수의 박막트랜지스터(T)를 교차하여 지나가는 게이트 배선(13)과 데이터 배선(15)이 형성된다.

이때, 상기 화소영역(P)은 상기 게이트 배선(13)과 데이터 배선(15)이 교차하여 정의되는 영역이며, 상기 화소영역(P)상에는 전술한 바와 같이 투명한 화소전극(17)이 형성된다.

상기 화소전극(17)은 인듐-틴-옥사이드(indium-tin-oxide : ITO)와 같이 빛 의 투과율이 비교적 뛰어난 투명 도전성금속을 사용한다.

전술한 바와 같이 구성된 컬러필터기판(5)과 어레이기판(22)은 을 액정층(14)을 사이에 두고 합착하는 공정을 거쳐 액정패널을 완성하게 되며, 액정층은 상기 컬러필터기판(5)과 어레이기판(22) 사이에 위치하고 표면이 러빙 처리된 배향막에 의해 초기 배열된다.

전술한 구성에서, 상기 화소 전극(17)과 공통 전극(18) 사이에 전압을 인가하게 되면 세로 방향으로 전기장이 발생하게 되며, 이 전기장에 의해 상기 액정 분자(14)를 움직이게 함으로써, 이에 따라 달라지는 빛의 투과율에 의해 화상을 표현할 수 있게 된다.

전술한 바와 같이 구성되는 어레이 기판과 컬러필터 기판을 형성할 때는 포토리소그라피(photo-lithography) 공정이라 불리는 마스크 공정을 통해 다수의 패턴을 형성하게 된다.

예를 들어, 앞서 언급한 어레이 기판의 경우 박막트랜지스터와 게이트 배선 및 데이터 배선을 형성하기 위해 최고 6~7번의 마스크 공정을 진행해야만 한다.

그런데, 액정패널이 대형화됨에 따라, 마스크 노광공정을 수행하기 위한 스페터 방식(stepper method)의 노광기로는 기판에 하나의 마스크로 여러번 반복하여 노광하는 공정을 진행해야만 기판의 전면을 노광할 수 있다.

이에 대해 이하, 도 2를 참조하여 설명한다.

도 2는 기판과 이에 대한 마스크의 반복노광을 설명하기 위한 도면이다.

도시한 바와 같이, 대형 유리기판(30)의 전면을 노광하기 위해서는, 하나의 마스크(M)를 여러번 반복하여 노광공정을 진행해야 한다.

이때, 이미 노광된 영역(A1)은 다음 영역을 노광하는 동안은 빛으로부터 차단되지만 패턴과 마스크가 만나는 부분에서 얼룩이 발생함으로 이를 방지하기 위해, 이미 노광된 영역(A1)의 일부를 포함하여 노광공정을 진행하게 된다.

이와 같은 각 노광된 영역(A1)의 경계영역(A2)을 스티치(stitch)영역이라 하는데, 이러한 스티치 영역(A2)은 한 레이어(layer)를 구성할 때 최소 두 번이 반복 노광되며 따라서 앞서 언급한 바와 같은 7번의 마스크 공정이 진행된다면, 이 영역은 최소한 14번의 노광공정이 진행되는 샘이다.

이와 같은 노광공정을 거쳐 제작된 어레이기판으로 액정패널을 제작하게 되면, 상기 스티치 영역(A2)에 대응하는 부분이 정상 영역(B)에 비해 단차가 낮아지는 현상이 발생한다. 이러한 현상은 스티치 영역(A2)에 중첩된 노광에 따른 광량의 차이가 원인이라 추측은 하지만 정확하게 이를 정량적으로 확인할 수 는 없다.

따라서, 이러한 단차의 차이에 의해 셀갭의 불균일이 나타난다.

이에 대해, 이하 도 3을 참조하여 설명한다.

도 3은 액정패널의 단차에 따른 컬럼스페이서의 구성을 설명하기 위한 도면이다.

도시한 바와 같이, 마스크 공정을 진행한 후 제작된 어레이 기판(40)은 박막트랜지스터 어레이부(42)가 정상영역(B)에 비해 스티치 영역(A2)에서 낮게 형성된다.

이와 같은 경우, 동일한 길이의 다수의 컬럼스페이서(52)가 구성된 컬러필터 기판(50)을 상기 어레이 기판(40)과 합착할 경우, 상기 스티치 영역(A2)에 대응하는 부분은 상기 컬럼스페이서(52)와 이격 영역(D)이 존재하게 된다.

이와 같은 경우에는, 액정패널(LCD)에 외력이 가해졌을 경우, 상기 스티치 영역(A2)에 대응하는 부분에서 얼룩과 같은 갭성불량이 발생하게 되는 문제가 있다.

본 발명은 전술한 문제를 해결하기 위해 제안된 것으로, 본 발명은 마스크 공정 중 중첩노광되는 영역과 그렇지 않은 영역에서 발생하는 단차를 극복하여 균일한 갭을 가지는 액정표시장치를 제작하는 것을 목적으로 한다.

이를 위해, 컬럼 스페이서를 포함하는 컬러필터 기판을 형성하는 공정에서, 어레이기판의 스티치 영역에 대응하는 컬러필터 기판 영역에 두께가 두텁게 형성된 컬러필터의 상부에 컬럼스페이서를 형성함으로써, 스티치 영역과 그 외의 영역에 대한 단차를 극복할 수 있기 때문에 액정패널의 균일한 갭(gap)을 유지할 수 있도록 한다.

전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 액정표시장치는 단일 노광이 진행된 제 1 영역과 중첩노광이 진행된 제 2 영역으로 구분되고, 다수의 화소 영역이 정의된 제 1 기판과; 상기 제 1 기판과 이격된 제 2 기판과; 상기 제 1 기판 일 면에 구성되고, 상기 제 1 영역에 비해 제 2 영역에 낮은 단차로 구성된 박막트랜지스터 어레이부와; 상기 제 2 기판의 일면에 구성되고, 상기 제 1 및 제 2 영역에 대응하는 다수의 화소 영역마다 순차 구성되고, 두께가 서로 다른 적색과 녹색과 청색의 컬러필터와; 상기 컬러필터의 상부에 구성되고, 상기 제 1 영역에 대응하여 얇은 두께를 가지는 컬러필터의 상부에 구성되고, 상기 제 2 영역에 대응하여 가장 두꺼운 컬러필터의 상부에 구성된 기둥형상의 컬럼스페이서를 포함한다.

상기 박막트랜지스터 어레이부는 박막트랜지스터와, 상기 박막트랜지스터와 접촉하고 상기 화소 영역에 구성된 화소 전극과, 상기 화소 영역의 일 측과 타측에 서로 교차하여 구성된 게이트 배선과 데이터 배선을 포함한다.

상기 단일 노광과 중첩 노광은 상기 박막트랜지스터 어레이부를 패턴하기 위한 마스크 공정 중 패턴될 선행층이 구성된 기판의 전면에 감광층을 형성하고, 마스크의 상부로부터 하부의 감광층에 빛을 조사하는 공정을 말한다.

상기 컬러필터는 세로방향으로 구성된 화소 영역에 동일한 컬러를 연속하여 코팅하여 형성한 스트라이프 타입으로 구성한다.

상기 컬럼스페이서는 동일한 길이로 구성하며, 상기 컬러필터의 상부는 공통전극을 더욱 포함한다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여, 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 설명한다.

-- 실시예 --

본 발명의 특징은 액정패널에 스페이서를 구성할 때, 반복 노광되는 스티치 영역과 타영역에 대응하여 발생하는 단차의 차이를 극복하기 위해, 컬럼스페이서를 형성함에 있어 두께가 서로 다른 컬러필터에 선택적으로 위치하도록 하는 것을 특징으로 한다.

이하, 도 4는 컬러필터기판과 컬럼스페이서의 위치관계를 개략적으로 도시한 평면도이고, 도 5a는 도 4의 C를 확대한 도면이고, 도 5b는 도 4의 D를 확대한 도면이다.

도시한 바와 같이, 컬러필터 기판(100)을 어레이기판(미도시)의 스티치 영역에 대응하는 영역(S)과 타 영역(NS)으로 정의한다.

도 5a에 도시한 바와 같이, 상기 기판(100)은 전면에 대해, 각 화소 영역(P)마다 적색과 녹색의 청색의 컬러필터(104a,104b,104c)가 순차 구성되고, 상기 컬러필터(104a,104b,104c)의 사이 영역마다 블랙매트릭스(black matrix,102)가 구성된다.

이때, 상기 컬러필터(104a,104b,104c)는 열방향으로 동일한 컬러가 연속하여 코팅된 스트라이프 형상으로 구성되며, 각 색깔마다 공정상 높이의 차이를 가지며 존재하게 된다.

따라서, 어레이 기판의 스티치 영역에 대응하지 않는 영역(NS)에 컬럼스페이서(300)를 구성할 경우, 도시한 바와 같이 적색 컬러필터(104a)가 가장 얇게 구성되었다고 가정할 경우, 상기 블랙매트릭스(102)의 상부에 대응하는 적색 컬러필터 의 상부에 컬럼스페이서를 형성한다.

반면, 5b와 같이 어레이기판의 스티치 영역에 대응하는 영역(S)에 구성하는 컬럼스페이서(300)는 높은 단차로 패턴되는 컬러필터(104b)의 상부에 구성한다.

예를 들어 녹색의 컬러필터(104b)가 다른 컬러필터에 비해 두껍게 형성된다고 가정할 경우, 컬럼스페이서(300)는 상기 녹색컬러필터의 상부에 형성한다.

이와 같이 하면, 어레이기 기판의 스티치 영역에 대응하는 영역(S)에 구성되는 기둥형상의 컬럼스페이서(300)는, 타영역(NS)에 대응하는 컬럼스페이서(300) 보다 높게 형성된다.

전술한 도 5a와 도 5b의 구성에서, 상기 각 컬럼스페이서(300)는 화소 영역(P)을 피하여 블랙매트릭스(102)에 대응하여 형성해야 하며 앞서 언급한 조건으로 위치해야 한다.

따라서, 전술한 바와 같이 구성된 컬러필터 기판을 합착하게 되면, 스티치 영역과 타영역이 동일하게 균일한 셀갭을 유지할 수 있게 된다.

만약, 컬러필터의 두께가 색상에 관계없이 동일하게 구성된다면, 상기 스티치 영역(S)과 타 영역(NS)에 대한 단차를 감안하여, 상기 스티치 영역(S)에 대응하는 컬러필터의 높이를 높게 형성하면 된다.

이하, 도면을 참조하여 본 발명에 따른 액정표시장치의 구성을 설명한다.

도 6은 본 발명에 따른 액정표시장치의 구성을 도시한 도면이다.

도시한 바와 같이, 본 발명에 따른 액정표시장치(LCD)는, 절연성 기판(200)에 박막트랜지스터 어레이부(202)가 구성된 어레이 기판(AS)과, 컬러필터 (104a,104b,104c)와 블랙매트릭스(102)가 구성된 컬러필터기판(CS)과, 상기 두 기판의 이격된 갭을 유지하는 기능을 하는 기둥형상의 컬럼 스페이서(300)를 포함한다.

도시하지는 않았지만, 상기 어레이 기판(AS)은 다수의 화소 영역(P)으로 정의되고, 각 화소영역(P)마다 박막트랜지스터(미도시)와 이에 연결된 화소 전극(미도시)이 구성되고, 상기 화소 영역(P)의 일 측 및 이에 수직한 타 측에는 서로 교차하여 게이트 배선과 데이터 배선을 구성한다.

이때, 앞서 설명한 바와 같이, 스티치 영역(S)에 대응하는 박막트랜지스터 어레이부(202)는 타 영역(NS)에 비해 낮은 단차로 형성되는 경향을 갖는다.

상기 컬러필터 기판(CS)은 각 화소 영역(P)의 주변에 대응하여 블랙매트릭스(102)를 형성하고, 상기 각 화소 영역(P)에 대응하여 적색과 녹색과 청색의 컬러필터(미도시, 104b,104c)를 형성한다.

상기 컬러필터(104b,104c)는 일반적으로 스트라이프 형상(stripe)으로 구성하며, 이는 열 방향으로 구성된 컬러필터에 연속하여 동일한 색의 컬러필터가 구성된 형상이다.

이때, 상기 컬러필터는 적색과 녹색과 청색의 수지를 도포하여 패턴함으로써 형성하게 되는데 이때, 각 색상마다 두께에 약간의 차이가 존재하게 된다.

따라서, 어레이 기판(AS)의 스티치 영역(S)에 대응하여 컬럼 스페이서(300)를 구성할 경우에는 두껍게 형성된 컬러필터(104b)의 상부에 구성하고, 스티치 영역 이외의 영역(NS)일 경우에는 다른 색상에 비해 얇게 형성된 컬러필터(104c)의 상부에 구성한다.

이와 같은 구성은, 상기 어레이 기판(AS)의 표면에 단차가 발생하더라도 상기 컬러필터(104b,104c)의 단차에 의해 이미 컬럼스페이서(300)의 높이가 조정되었기 때문에, 합착된 액정패널(LCD)은 균일한 셀갭을 가질 수 있게 된다.

따라서, 셀갭 불균일에 의한 화질의 이질감을 제거할 수 있다.

본 발명은 전술한 바와 같이, 컬럼스페이서를 포함하는 컬러필터를 형성하는 공정에서, 단차가 낮게 형성되는 스티치 영역에 대응하는 컬러필터 영역 중, 두께가 두텁게 형성된 컬러필터의 상부에 컬럼스페이서를 형성한다.

이와 같이 하면, 스티치 영역과 그 외의 영역에 대한 단차를 극복할 수 있기 때문에 액정패널의 균일한 갭(gap)을 유지할 수 있는 효과가 있다.

또한, 이러한 균일한 셀갭에 의해 종래에 발생하였던 화질의 이질감을 제거할 수 있으므로, 표시품위가 개선된 액정표시장치를 제작할 수 있는 효과가 있다.

Claims (7)

1. 단일 노광이 진행된 제 1 영역과 중첩노광이 진행된 제 2 영역으로 구분되고, 다수의 화소 영역이 정의된 제 1 기판과

   상기 제 1 기판과 이격된 제 2 기판과;

   상기 제 1 기판 일면에 구성되고, 상기 제 1 영역에 비해 제 2 영역에 낮은 단차로 구성된 박막트랜지스터 어레이부와;

   상기 제 2 기판의 일면에 구성되고, 상기 제 1 및 제 2 영역에 대응하는 다수의 화소 영역마다 순차 구성되고, 두께가 서로 다른 적색과 녹색과 청색의 컬러필터와;

   상기 제 1 영역에서는 상기 두께가 서로 다른 적색과 녹색과 청색의 컬러필터 중 가장 두께가 얇은 컬러필터의 상부에 구성되고, 상기 제 2 영역에서는 상기 두께가 서로 다른 적색과 녹색과 청색의 컬러필터 중 가장 두께가 두꺼운 컬러필터의 상부에 구성되는 기둥형상의 컬럼스페이서

   를 포함하는 액정표시장치.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 박막트랜지스터 어레이부는 박막트랜지스터와, 상기 박막트랜지스터와 접촉하고 상기 화소 영역에 구성된 화소 전극과, 상기 화소 영역의 일 측과 타측에 서로 교차하여 구성된 게이트 배선과 데이터 배선을 포함하는 액정표시장치.
3. 제 2 항에 있어서,

   상기 단일 노광과 중첩 노광은 상기 박막트랜지스터 어레이부를 패턴하기 위한 마스크 공정 중 패턴 될 선행층이 구성된 기판의 전면에 감광층을 형성하고, 마스크의 상부로부터 하부의 감광층에 빛을 조사하는 공정인 액정표시장치.
4. 제 1 항에 있어서,

   상기 컬러필터는 세로방향으로 구성된 화소 영역에 동일한 컬러를 연속하여 코팅하여 형성한 스트라이프 타입으로 구성된 액정표시장치.
5. 제 1 항에 있어서,

   상기 컬럼스페이서는 동일한 길이로 구성되는 액정표시장치.
6. 제 1 항에 있어서,

   상기 컬러필터의 상부에 구성된 공통전극을 포함하는 액정표시장치.
7. 제 4 항에 있어서,

   상기 컬럼스페이서의 하부에는 화소영역을 경계 짓는 블랙매트릭스가 구성된 액정표시장치.

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