KR101127832B1 - 액정 표시 장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 돌기의 크기를 키우고, 상기 돌기와 대응되는 칼럼 스페이서를 상기 돌기 일부분에 접촉하도록 배치함으로써, 셀 갭 불량을 방지할 수 있는 액정 표시 장치에 관한 것으로, 서로 대향된 제 1 기판 및 제 2 기판과, 상기 제 1 기판 상에 서로 교차하여 화소 영역을 정의하며 형성된 게이트 라인 및 데이터 라인과, 상기 게이트 라인 및 데이터 라인의 교차부에 형성된 박막 트랜지스터와, 상기 게이트 라인 상의 소정 부위에 대응하여 상기 제 1 기판 상에 형성된 복수개의 돌기와, 상기 복수개의 돌기들에 대해, 하나의 돌기에 하나씩 대응되어 해당 돌기의 일부분과 소정 부분 오버랩되어 형성되며, 인접한 돌기들에 대응되어서는 서로 다른 부분에 오버랩되어 형성되는 복수개의 칼럼 스페이서 및 상기 제 1 기판과 제 2 기판 사이에 충진된 액정층을 포함하여 이루어짐에 그 특징이 있다.
돌기, 칼럼 스페이서, 돌기와 칼럼 스페이서의 오버랩 면적, 셀 갭 불량, 돌기 CD(임계치수) 편차, 터치 불량
Description
도 1은 종래의 칼럼 스페이서를 포함한 액정 표시 장치를 나타낸 단면도
도 2a 및 도 2b는 터치 불량이 발생한 액정 패널을 나타낸 평면도 및 단면도
도 3은 돌기 구조를 포함한 액정 표시 장치를 나타낸 단면도
도 4는 도 3의 칼럼 스페이서와 이에 대응되는 돌기를 나타낸 평면도
도 5는 본 발명의 액정 표시 장치의 상부 기판과, 칼럼 스페이서 및 돌기의 대응관계를 나타낸 평면도
도 6은 도 5의 상하좌우로 인접한 칼럼 스페이서와 각각의 칼럼 스페이서에 대응되는 돌기를 나타낸 평면도
도 7은 도 6의 인접한 돌기들의 중심을 지나는 선상에 형성되는 칼럼 스페이서 및 돌기를 나타낸 단면도
도 8은 도 6의 상하좌우로 인접한 4개의 돌기를 하나로 겹쳤을 때, 각 칼럼 스페이서의 대응 상태를 나타낸 평면도
도 9는 본 발명의 액정 표시 장치를 IPS 모드에 적용시 이를 나타낸 평면도
도 10은 도 9의 I~I' 선상의 구조 단면도
*도면의 주요 부분에 대한 부호 설명*
100 : 제 1 기판 101 : 블랙 매트릭스층
102 : 컬러 필터층 103 : 오버코트층
110 : 칼럼 스페이서 200 : 제 2 기판
201 : 게이트 라인 201a : 게이트 전극
202 : 데이터 라인 202a : 소오스 전극
202b : 드레인 전극 203 : 화소 전극
204 : 반도체층 205 : 콘택 홀
206 : 게이트 절연막 207a : 공통 전극
207 : 공통 라인 208 : 보호막
210 : 돌기
본 발명은 액정 표시 장치에 관한 것으로 특히, 돌기의 크기를 키우고, 상기 돌기와 대응되는 칼럼 스페이서를 상기 돌기 일부분에 접촉하도록 배치함으로써, 셀 갭 불량을 방지할 수 있는 액정 표시 장치에 관한 것이다.
정보화 사회가 발전함에 따라 표시 장치에 대한 요구도 다양한 형태로 점증하고 있으며, 이에 부응하여 근래에는 LCD(Liquid Crystal Display Device), PDP(Plasma Display Panel), ELD(Electro Luminescent Display), VFD(Vacuum Fluorescent Display) 등 여러 가지 평판 표시 장치가 연구되어 왔고, 일부는 이미 여러 장비에서 표시 장치로 활용되고 있다.
그 중에, 현재 화질이 우수하고 경량, 박형, 저소비 전력의 특징 및 장점으로 인하여 이동형 화상 표시 장치의 용도로 CRT(Cathode Ray Tube)를 대체하면서 LCD가 가장 많이 사용되고 있으며, 노트북 컴퓨터의 모니터와 같은 이동형의 용도 이외에도 방송 신호를 수신하여 디스플레이하는 텔레비젼 및 컴퓨터의 모니터 등으로 다양하게 개발되고 있다.
이와 같은 액정 표시 장치가 일반적인 화면 표시 장치로서 다양한 부분에 사용되기 위해서는 경량, 박형, 저 소비 전력의 특징을 유지하면서도 고정세, 고휘도, 대면적 등 고품위 화상을 얼마나 구현할 수 있는가에 관건이 걸려 있다고 할 수 있다.
일반적인 액정 표시 장치는, 일정 공간을 갖고 합착된 제 1 기판 및 제 2 기판과, 상기 제 1 기판과 제 2 기판 사이에 주입된 액정층으로 구성되어 있다.
보다 구체적으로 설명하면, 상기 제 1 기판에는 화소 영역을 정의하기 위하여 일정한 간격을 갖고 일방향으로 복수개의 게이트 라인과, 상기 게이트 라인에 수직한 방향으로 일정한 간격을 갖고 복수개의 데이터 라인이 배열된다. 그리고, 상기 각 화소 영역에는 화소 전극이 형성되고, 상기 각 게이트 라인과 데이터 라인이 교차하는 부분에 박막 트랜지스터가 형성되어 상기 게이트 라인에 인가되는 신호에 따라 상기 데이터 라인의 데이터 신호를 상기 각 화소 전극에 인가한다.
그리고, 상기 제 2 기판에는 상기 화소 영역을 제외한 부분의 빛을 차단하기 위한 블랙 매트릭스층이 형성되고, 상기 각 화소 영역에 대응되는 부분에는 색상을 표현하기 위한 R, G, B 컬러 필터층이 형성되고, 상기 컬러 필터층위에는 화 상을 구현하기 위한 공통 전극이 형성되어 있다.
상기와 같은 액정 표시 장치는 상기 화소 전극과 공통 전극 사이의 전계에 의해 상기 제 1, 제 2 기판 사이에 형성된 액정층의 액정이 배향되고, 상기 액정층의 배향 정도에 따라 액정층을 투과하는 빛의 양을 조절하여 화상을 표현할 수 있다.
이와 같은 액정 표시 장치를 TN(Twisted Nematic) 모드 액정 표시 장치라 하며, 상기 TN 모드 액정 표시 장치는 시야각이 좁다는 단점을 가지고 있어 이러한 TN 모드의 단점을 극복하기 위한 횡전계형(IPS: In-Plane Switching) 모드 액정 표시 장치가 개발되었다.
상기 횡전계형(IPS) 모드 액정 표시 장치는 제 1 기판의 화소 영역에 화소 전극과 공통 전극을 일정한 거리를 갖고 서로 평행하게 형성하여 상기 화소 전극과 공통 전극 사이에 횡 전계(수평 전계)가 발생하도록 하고 상기 횡 전계에 의해 액정층이 배향되도록 한 것이다.
한편, 이와 같이 형성되는 액정 표시 장치의 제 1, 제 2 기판 사이에는 액정층이 형성되는 일정한 간격을 유지하기 위해 스페이서가 형성된다.
이러한 스페이서는 그 형상에 따라 볼 스페이서 또는 칼럼 스페이서로 나뉘어진다.
볼 스페이서는 구 형상이며, 제 1, 제 2 기판 상에 산포하여 제조되고, 상기 제 1, 제 2 기판의 합착 후에도 움직임이 비교적 자유롭고, 상기 제 1, 제 2 기판과의 접촉 면적이 작다.
반면, 칼럼 스페이서는 제 1 기판 또는 제 2 기판 상의 어레이 공정에서 형성되는 것으로, 소정 기판 상에 소정 높이를 갖는 기둥 형태로 고정되어 형성된다. 따라서, 제 1, 2 기판과의 접촉 면적이 볼 스페이서에 비하여 상대적으로 크다.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 종래의 칼럼 스페이서를 구비한 액정 표시 장치에 대하여 설명한다.
도 1은 칼럼 스페이서를 포함하는 액정 표시 장치를 나타낸 단면도이다.
도 1과 같이, 칼럼 스페이서를 포함하는 액정 표시 장치는 서로 대향하는 제 1 기판(30) 및 제 2 기판(40)과, 상기 제 1, 제 2 기판(30, 40) 사이에 형성된 칼럼 스페이서(20) 및 상기 제 1, 제 2 기판(30, 40) 사이에 충진된 액정층(미도시)을 포함하여 이루어진다.
상기 제 1 기판(30) 상에는 화소 영역을 정의하기 위해 게이트 라인(31) 및 데이터 라인(미도시)이 서로 수직으로 교차하여 배열되고, 상기 각 게이트 라인(31)과 데이터 라인이 교차하는 부분에 박막 트랜지스터(TFT)가 형성되며, 각 화소 영역에는 화소 전극(미도시)이 형성된다.
상기 제 2 기판(40) 상에는 상기 화소 영역을 제외한 영역에 대응되어 블랙 매트릭스층(41)이 형성되고, 상기 데이터 라인에 평행한 세로선상의 화소 영역들에 대응되는 스트라이프 상의 컬러 필터층(42)이 형성되고, 전면에 공통 전극 또는 오버코트층(43)이 형성된다.
여기서, 상기 칼럼 스페이서(20)는 상기 게이트 라인(31) 상부의 소정 위치 에 대응되어 형성된다.
또한, 상기 제 1 기판(30) 상에는 상기 게이트 라인(31)을 포함한 기판 전면에 게이트 절연막(36)이 형성되며, 상기 게이트 절연막(36)위에 보호막(37)이 형성된다.
도 2a 및 도 2b는 칼럼 스페이서를 포함하는 액정 표시 장치의 터치 불량을 나타낸 평면도 및 단면도이다.
도 2a 및 도 2b와 같이, 상술한 종래의 칼럼 스페이서를 포함하는 액정 표시 장치는, 액정 패널(10)의 표면을 손이나 그 밖의 물건을 이용하여 소정 방향으로 터치하여 지나가게 되면, 터치된 부위에서 얼룩이 발생한다. 이러한 얼룩은 터치시에 발생한 얼룩이라 하여 터치 얼룩이라 하며, 이와 같이 화면에서 얼룩이 관찰되기 때문에 터치 불량이라고도 한다.
이러한 터치 불량은, 이전의 볼 스페이서의 구조에 비해 상기 칼럼 스페이서(20)와 대향하는 제 1 기판(1)간의 접촉 면적이 크기 때문에, 마찰력이 커서 나타나는 것으로 파악된다. 즉, 볼 스페이서에 비해 원기둥 형태로 형성되는 칼럼 스페이서(20)는 도 2b와 같이, 제 1 기판(1)과의 접촉 면적이 크기 때문에, 터치로 인해 제 1, 제 2 기판(1, 2)간의 쉬프트된 후, 원 상태로 복원하는데 오랜 시간이 걸리기 때문에 원 상태로 복원하기 전까지 얼룩이 잔존하게 된다.
상기와 같은 종래의 칼럼 스페이서를 포함하는 액정 표시 장치는 다음과 같은 문제점이 있다.
칼럼 스페이서와 대향 기판간의 접촉 면적이 크기 때문에, 마찰력이 커서 터치시 기판이 쉬프트되었을 때, 원 상태로 복원되는데 시간이 오래 걸려 복원시간동안 터치 불량이 관찰된다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로 터치 불량을 방지하기 위하여 형성하는 돌기의 크기를 키우고, 상기 인접한 돌기들에 대해 각각 대응되는 칼럼 스페이서를 상기 돌기들의 서로 다른 부분에 접촉하도록 배치함으로써, 셀 갭 불량을 방지할 수 있는 액정 표시 장치를 제공하는 데, 그 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 액정 표시 장치는 서로 대향된 제 1 기판 및 제 2 기판과, 상기 제 1 기판 상에 서로 교차하여 화소 영역을 정의하며 형성된 게이트 라인 및 데이터 라인과, 상기 게이트 라인 및 데이터 라인의 교차부에 형성된 박막 트랜지스터와, 상기 게이트 라인 상의 소정 부위에 대응하여 상기 제 1 기판 상에 형성된 복수개의 돌기와, 상기 복수개의 돌기들에 대해, 하나의 돌기에 하나씩 대응되어 해당 돌기의 일부분과 소정 부분 오버랩되어 형성되며, 인접한 돌기들에 대응되어서는 서로 다른 부분에 오버랩되어 형성되는 복수개의 칼럼 스페이서 및 상기 제 1 기판과 제 2 기판 사이에 충진된 액정층을 포함하여 이루어짐에 그 특징이 있다.
동일선상에 형성된 칼럼 스페이서들 중 인접한 2개의 칼럼 스페이서가 각각 접하는 돌기와의 접촉 면적의 합은 상기 일 돌기의 면적보다 작다.
상기 복수개의 돌기는 각각 동일 크기로 형성된다.
상기 복수개의 칼럼 스페이서들은 각각 동일 크기로 형성된다.
상기 복수개의 돌기들 중 4개의 상하 좌우의 돌기들에 대응되는 칼럼 스페이서들은 각각의 해당 돌기의 하측 일부, 상측 일부, 우측 일부, 좌측 일부에 대응되어 형성된다.
상기 칼럼 스페이서들은 각각 제 2 기판에 대한 대응면의 형상이 원형 및 다각형 중 어느 하나이다.
상기 돌기들은 각각 제 1 기판에 대한 대응면의 형상이 원형 및 다각형 중 어느 하나이다.
상기 박막 트랜지스터는 상기 게이트 라인에서 돌출된 게이트 전극과, 상기 데이터 라인에서 돌출된 소오스 전극과, 상기 소오스 전극과 이격되어 상기 소오스 전극과 동일층에 형성된 드레인 전극 및 상기 게이트 전극 상부에 상기 소오스 전극/드레인 전극과 부분적으로 오버랩하여 형성된 반도체층을 포함하여 이루어진다.
상기 돌기는 상기 반도체층과 동일층에 형성된다.
상기 돌기는 상기 소오스/드레인 전극과 동일층에 형성된다.
상기 돌기는 하부에는 반도체층과 동일층의 반도체층 패턴, 상부에는 소오스/드레인 전극과 동일층의 소오스/드레인 전극층의 적층체로 이루어진다.
상기 제 2 기판 상에는 컬러 필터 어레이가 형성된다.
상기 컬러 필터 어레이는 블랙 매트릭스층 및 컬러 필터층을 포함하여 이루어진다.
상기 컬러 필터 어레이에 오버코트층을 더 포함하여 이루어진다.
상기 제 1 기판 상의 화소 영역에는 화소 전극과 공통 전극이 서로 교번하여 형성된다.
또는, 상기 제 1 기판 상의 화소 영역에는 화소 전극과 형성되며, 상기 제 2 기판 전면에는 공통 전극이 형성된다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 액정 표시 장치를 상세히 설명하면 다음과 같다.
기판을 터치시 일 기판과 대향 기판이 밀릴 때, 칼럼 스페이서와 대향 기판의 면적이 커 마찰력이 크기 때문에, 원 상태로 회복하는 데 오래 걸려 터치 불량이 관찰되었는데, 본 발명의 액정 표시 장치는 이를 해결하기 위해 보다 작은 면적으로 칼럼 스페이서와 대향 기판이 접촉할 수 있도록 칼럼 스페이서에 대향하는 위치에 돌기를 형성한다.
도 3은 돌기 구조를 포함한 액정 표시 장치를 나타낸 단면도이며, 도 4는 도 3의 칼럼 스페이서와 이에 대응되는 돌기를 나타낸 평면도이다.
도 3 및 도 4와 같이, 돌기 구조를 포함한 액정 표시 장치는 서로 대향되는 제 1 기판(100) 및 제 2 기판(200)과, 상기 제 1 기판(100) 상의 소정 부위에 형성된 칼럼 스페이서(50)와, 상기 칼럼 스페이서(50)에 비해 상대적으로 작은 체적을 가지며 상기 칼럼 스페이서(50)와 부분적으로 접촉하도록 상기 제 2 기판(200) 상에 형성된 돌기(51) 및 상기 제 1, 제 2 기판(100, 200) 사이에 충진된 액정층(미도시)을 포함하여 이루어진다.
이와 같이, 돌기(51)를 포함할 경우, 상기 제 1 기판(100) 또는 제 2 기판(200)의 표면을 터치(일 방향으로 문지르거나 훑는 동작)시 상기 제 1 기판(100) 또는 제 2 기판(200)이 대향 기판에 비해 쉬프트되었을 때, 상기 칼럼 스페이서(50)와 상기 돌기(51)와의 접촉 면적이 상기 칼럼 스페이서(50)의 상부면(칼럼 스페이서가 형성되는 제 1 기판(100)을 기준으로 명명, 이 경우, 제 1 기판(100) 표면에 칼럼 스페이서가 대응되는 면은 칼럼 스페이서의 하부면이라 함)에 비해 상대적으로 작은 돌기(51)의 상부 면적으로 줄게 되어 상기 칼럼 스페이서와 돌기와의 마찰면적 감소로 인해 상기 칼럼 스페이서(50)와 대향 기판인 제 2 기판(200)과의 마찰력이 줄게 되고, 따라서, 상기 터치에 의해 일 방향으로 제 1 기판(100) 또는 제 2 기판(200)이 밀릴 때, 원 상태로의 복원이 용이하다.
그러나, 상술한 칼럼 스페이서(50)의 중앙에 돌기(51)가 대응하는 구조에 있어서는, 상기 제 1 기판(100) 또는 제 2 기판(200)의 표면의 압력이 가해졌을 때, 상대적으로 칼럼 스페이서(50)에 비해 작은 크기로 형성되는 상기 돌기(51)에 대응되는 칼럼 스페이서(50)의 부위에 힘이 집중되는 상기 칼럼 스페이서(50)가 눌리는 현상이 발생한다. 이러한 눌림이 심할 경우에는 상기 칼럼 스페이서(50)가 압력이 제거된 후에도 원 상태로 복원이 되지 않으며, 이러한 눌림이 발생한 부위는 시감적으로 관찰이 되어, 표시 장치의 특성을 저하시킨다.
이러한 돌기(51)와 칼럼 스페이서(50)의 형상은 도시된 바와 같이, 원형의 형상을 가질 수도 있고, 혹은 사각형 등을 포함한 다각형 형상으로 형성될 수 있다. 이 경우, 칼럼 스페이서(50)와 돌기(51)는 서로 그 형상이 동일할 수도 있고, 혹은 다른 형상으로 형성될 수도 있다. 어느 경우이든 상기 돌기(51)는 상기 칼럼 스페이서(50)에 대해 상대적으로 작은 표면적(칼럼 스페이서의 대응하는 부위)을 갖도록 형성하여 실제 제 1, 제 2기판(100, 200)의 합착시 상기 칼럼 스페이서(50)는 작은 면적으로 대향 기판인 제 2 기판(200)과 접촉하도록 한다.
이하에서는, 상술한 돌기 구조를 변경하여 상기 돌기 구조가 갖는 터치 불량 개선을 이용함과 동시에, 돌기의 크기를 키우고 돌기와 칼럼 스페이서의 대응 위치를 변경하여 칼럼 스페이서의 변형 등을 방지하여 셀 갭 불량으로 야기되는 문제점을 개선한 액정 표시 장치에 대해 설명한다.
도 5는 본 발명의 액정 표시 장치의 상부 기판인 제 1 기판(100)과, 칼럼 스페이서 및 돌기의 대응관계를 나타낸 평면도이다.
도 5와 같이, 본 발명의 액정 표시 장치는 제 1 기판(100) 상에 소정 간격 이격하여 칼럼 스페이서(110)를 형성하고, 상기 칼럼 스페이서(110)에 대응되어 돌기(210)를 형성하되, 상기 돌기(210)와 상기 칼럼 스페이서(110)가 서로 일부분만 오버랩하도록 배치된다. 이 경우, 상기 돌기(210)는 동일 크기로, 소정 간격 이격하여 형성하며, 배선이 형성된 부위에 대응하여 형성한다. 예를 들어, 게이트 라인이나 데이터 라인 또는 공통 라인 등에 대응되어 형성된다. 도시된 바에 따르면, 상기 돌기(210)는 세로선상은 2개의 서브픽셀마다 형성되고, 가로선상으로는 6개의 서브픽셀마다 형성된다.
상기 돌기(210)에 대응되는 칼럼 스페이서(110)는 배치는 다음과 같다. 하나의 돌기(210)에 대해서 하나의 칼럼 스페이서(110)가 대응되며, 인접한 돌기들에 대응하여 각각 형성되어 있는 칼럼 스페이서들은 서로 다른 위치에 대응되어 부분적으로 오버랩되어 형성된다. 이 경우, 각각의 돌기와 칼럼 스페이서의 오버랩 정도는 도 3 및 도 4에서 상술한 돌기 구조에서 칼럼 스페이서와 돌기가 오버랩한 정도의 크기에 따른다.
그리고, 상기 각 돌기(210)에 대응되는 각각의 칼럼 스페이서(110)들은 도 5와 같이, 서로 인접하여 상하좌우에 형성된 돌기들에 대해 각각 상부에 형성된 돌기에 대하여는 그 돌기의 하측 부분에 대응하여 제 1 칼럼 스페이서(110a)가 형성되고, 우측부에 형성된 돌기에 대응하여서는 그 돌기의 우측 부분에 대응하여 제 2 칼럼 스페이서(110b)가 형성되고, 좌측부에 형성된 돌기에 대응하여서는 그 돌기의 좌측 부분에 대응하여 제 3 칼럼 스페이서(110c)가 형성되고, 하측부에 대응하여 형성된 돌기에 대응하여서는 그 돌기의 상측 부분에 대응하여 제 4 칼럼 스페이서(110d)가 형성된다. 이러한 각 돌기에 칼럼 스페이서의 대응부위는 서로 인접한 4개의 상하좌우 돌기 부위를 어떻게 잡는가에 따라 제 1, 제 4 칼럼 스페이서(110a, 110d)는 서로 반대의 영역인 돌기의 상측부, 하측부에 대응되어 형성될 수 있고, 마찬가지로, 제 2, 제 3 칼럼 스페이서(110b, 110c) 역시 도시된 바와 반대인 해당 돌기의 우측부분 및 좌측부분에 오버랩되어 형성될 수 있다.
어떤 경우이든 동일선상에 형성된 칼럼 스페이서들은 서로 반대 방향에서 해당 돌기와 부분적으로 오버랩된다.
한편, 상기 제 1 기판(100) 상에는 화소 영역을 제외한 영역(게이트 라인 및 데이터 라인에 대응되는 부위)에 대응되어 형성된 블랙 매트릭스층(101)과, 상기 블랙 매트릭스층(101)을 포함한 제 1 기판(100) 상에 형성된 컬러 필터층(102)과, 상기 블랙 매트릭스층(101) 및 컬러 필터층(102) 상부에 형성된 오버코트층(미도시)을 포함하여 이루어진다.
도 6은 도 5의 상하좌우로 인접한 칼럼 스페이서와 각각의 칼럼 스페이서에 대응되는 돌기를 나타낸 평면도이며, 도 7은 도 6의 인접한 돌기들의 중심을 지나는 선상에 형성되는 칼럼 스페이서 및 돌기를 나타낸 단면도이고, 도 8은 도 6의 상하좌우로 인접한 4개의 돌기를 하나로 겹쳤을 때, 각 칼럼 스페이서의 대응 상태를 나타낸 평면도이다.
도 6 및 도 7과 같이, 일 예로, 도 5의 상하좌우로 인접한 돌기와, 이에 각각 대응되어지는 칼럼 스페이서들은 동일선상에 관찰하였을 때, 동일선상의 칼럼 스페이서들 중 서로 인접한 칼럼 스페이서들은 각각의 접하는 돌기에 대하여 서로 반대 방향에 접하도록 형성된다. 즉, 도 6에서 가로 선상에서의 돌기들에 대해 좌측 돌기에 대한 제 2 칼럼 스페이서(110b)는 해당 돌기의 우측 부분에 접하여 있고, 우측 돌기에 대한 제 4 칼럼 스페이서(110d)는 해당 돌기의 좌측 부분에 접하여 있다. 마찬가지로, 세로선상에서의 돌기들에 대해 상측 돌기에 대한 제 1 칼럼 스페이서(110a)는 해당 돌기의 하측 부분에 접하여 있고, 제 3 칼럼 스페이서 (110c)는 해당 돌기의 상측 부분에 접하여 있다.
도 7과 같이, 가로선상의 인접한 돌기들과 이에 대응되는 칼럼 스페이서들의 수직 단면을 살펴보면, 제 2 칼럼 스페이서(110b)와 제 4 칼럼 스페이서(110d)는 해당 돌기(210)와 각각 a의 폭, b의 폭으로 접하여져 있다. 이 경우, 도 8과 같이, 상기 a의 폭과 b의 폭을 합한 값은 상기 일 돌기(210)의 임계치수보다 작은 값이다.
도 9는 본 발명의 액정 표시 장치를 IPS 모드에 적용시 이를 나타낸 평면도이며, 도 10은 도 9의 I~I' 선상의 구조 단면도이다.
도 9 및 도 10과 같이, 본 발명의 액정 표시 장치는, 크게 서로 대향되어 배치되는 제 1 기판(100) 및 제 2 기판(200)과, 상기 제 2 기판(200) 상의 소정 부위에 형성된 돌기(210)와, 상기 제 1 기판(100) 상에 상기 돌기(210)의 일측부분에 대응되어 소정 부분 오버랩하며 형성된 칼럼 스페이서(110)를 포함하여 이루어진다.
보다 자세히 설명하면, 상기 제 2 기판(200) 상에는 게이트 전극(201a)을 포함하여 일 방향으로 형성된 게이트 라인(201)과, 상기 게이트 라인(201)을 포함한 제 2 기판(200) 전면에 형성된 게이트 절연막(206)과, 상기 게이트 절연막 상에 게이트 전극(201a)을 덮는 섬상으로 형성된 반도체층(미도시)과, 소오스 전극(202a)이 돌출되어 상기 게이트 라인(201)과 수직한 제 2 방향으로 상기 게이트 절연막 상에 형성된 데이터 라인(202)과, 상기 데이터 라인(202)을 포함한 제 2 기판(200) 전면에 형성된 보호막(208)과, 상기 보호막(208) 상부의 화소 영역에 서로 교번되 어 형성되는 화소 전극(203) 및 공통 전극(205)을 포함하여 이루어진다. 여기서, 상기 공통 전극(205)은 상기 게이트 라인(201)에 인접하여 상기 게이트 라인(201)에 평행한 공통 라인(205a)으로부터 연장되어 형성된다.
여기서, 상기 박막 트랜지스터(TFT)는 상기 게이트 라인(201)에서 돌출되어 형성된 게이트 전극(201a)과, 상기 데이터 라인(202)의 소정 부위에 'U'자형으로 돌출된 소오스 전극(202a)과, 상기 소오스 전극(202a)과 이격되어 상기 소오스 전극(202a)의 'U'자형 패턴의 내부로 일부 들어오는 드레인 전극(202b) 및, 상기 게이트 전극(201a)의 상부에 상기 소오스/드레인 전극(202a/202b)의 하측부에 일부 접하여 형성된 반도체층을 포함하여 이루어진다. 여기서, 반도체층은 하부에는 비정질 실리콘층이, 상부에는 불순물층이 형성된 적층체로 형성되며, 상기 소오스 전극(202a)과 드레인 전극(202b) 사이의 영역에 대응하는 부위에는 불순물층이 제거되어 형성되어 있다. 여기서, 상기 소오스 전극(202a)의 형상은 도시된 바와 같이, 'U'자형으로 형성될 수 있고, 혹은 일반적인 형상으로 '-'자형으로 형성될 수도 있다. 상기 'U'자형 형상은 채널의 면적을 늘리게 하여 박막 트랜지스터의 효율을 늘릴 수 있는 효과를 갖는다.
그리고, 본 발명의 액정 표시 장치는 상기 게이트 라인(201) 상의 소정 부위에 돌기(210)를 포함하여 이루어진다. 이 경우, 상기 돌기(210)는 반도체층 패턴과 소오스/드레인 전극층의 각각의 단일층으로 형성하거나 혹은 도시된 바와 같이, 반도체층 패턴(204a)과 소오스/드레인 전극층(202c)을 적층체로 형성한다. 여기서, 상기 반도체층 패턴(204a)은 상기 박막 트랜지스터를 이루는 반도체층(204)을 패터 닝하는 공정에서 동일한 반도체층 물질(비정질 실리콘층과 불순물층의 적층체)로 형성하며, 상기 소오스/드레인 전극층(202c)은 상기 데이터 라인(202) 및 소오스/드레인 전극(202a/202b)의 패터닝시 동일한 금속을 패터닝하여 함께 형성된다. 이와 같이, 상기 돌기(210)는 상기 반도체층 패턴(204a) 또는 소오스/드레인 전극층(202c)으로 이루어지기 때문에, 상기 게이트 절연막(206) 상부에 형성되며, 상기 보호막(208) 하부에 위치하게 된다.
여기서, 설명하지 않은 도면 부호 205는 상기 드레인 전극(202b)과 화소 전극(203)과 콘택이 이루어지는 부위로, 상기 게이트 절연막(206) 및 보호막(208)을 소정 폭으로 제거하여 상기 드레인 전극(202b)의 소정 부위가 노출되도록 형성하는 부위이다.
상기 제 1 기판(100) 상에는 상기 화소 영역을 제외한 영역(게이트 라인 및 데이터 라인 대응 부위)과 박막 트랜지스터 형성 부위를 가리는 형상으로는 블랙 매트릭스층(101)이 형성되며, 상기 블랙 매트릭스층(101)을 포함한 제 2 기판(100) 상부에는 적어도 화소 영역들에 대응되어 컬러 필터층(102)이 형성되며, 상기 블랙 매트릭스층(101) 및 컬러 필터층(102)을 포함한 제 2 기판(100) 전면에는 오버코트층(103)이 형성된다. 그리고, 상기 게이트 라인(201) 상에 돌기(210) 상부에 대응되어 상기 오버코트층(103) 상부에 칼럼 스페이서(210)가 형성된다.
이상과 같이, 도 9에서 도시된 액정 표시 장치는 IPS(In-Plane Switching) 모드에 대해 나타낸 것이다. 상기 돌기의 경계부에 복수개의 칼럼 스페이서가 대응되는 구조를 적용하여 이를 TN(Twisted Nematic) 모드에도 적용할 수 있을 것이다.
TN 모드에서는 상기 화소 영역의 교번되어 형성하는 화소 전극과 공통 전극을 하나의 화소 전극으로 대체하여 형성하고, 상기 제 1 기판(100) 전면에 공통 전극을 형성한 점을 제외하고는 상술한 IPS 모드의 구조와 거의 유사하다. 이와 같은, TN모드에서도 상기 돌기(210) 및 이에 대응되어 칼럼 스페이서(110)가 형성되는 모습은 상술한 바와 동일한 것으로, 이하에서는 이의 설명을 생략한다.
도 3 및 도 4와 같이, 칼럼 스페이서의 중앙에 돌기가 대응되는 구조의 경우, 돌기에 대향되는 칼럼 스페이서의 부위에 힘이 집중되어 칼럼 스페이서의 변형이 심하고, 또한, 돌기의 크기가 6㎛ 이하의 임계치수 정도로 작게 형성함으로 인해, 돌기의 패터닝시 균일하게 돌기가 형성되지 않아, 칼럼 스페이서별 눌림 편차가 발생하여, 눌림 편차가 사용자에게 시감적으로 관찰될 수 있었다.
본 발명의 액정 표시 장치에 있어서는 돌기의 임계치수를 10㎛ 이상의 수준으로 크게 형성하고, 각각의 돌기와 칼럼 스페이서를 완전히 오버랩하지 않고, 서로 부분적으로 대응되게 하여, 돌기의 크기가 늘어나더라도 실제 돌기와 칼럼 스페이서의 접촉 면적은 일반적인 돌기 구조와 동일 수준으로 유지하여, 칼럼 스페이서의 대향 기판의 접촉 면적 감소로 인해 터치 불량을 꾀할 수 있다. 또한, 칼럼 스페이서와 돌기를 각각의 소정 부위에서만 접하도록 하여, 칼럼 스페이서의 중심에 돌기가 대응되는 구조에 비해 칼럼 스페이서가 힘이 받는 부위는 돌기의 일부분에 한하여 힘이 분산되므로, 실제 돌기와 칼럼 스페이서가 접촉되는 부위는 돌기의 일부분에 한하여, 칼럼 스페이서의 변형을 최소화할 수 있다. 이 경우, 상기 돌기와 칼럼 스페이서가 접촉하는 면적은 도 3 및 도 4의 돌기 구조와 같이, 칼럼 스페이서의 중앙 부위에 대응되어 돌기가 대응되는 수준과 동일 또는 유사한 수준으로 정하며, 합착 마진을 고려하여, 각 영역별 상기 돌기와 칼럼 스페이서의 오버랩 폭은 합착 마진보다는 큰 수준으로 유지하여, 합착시 미스얼라인이 발생되더라도, 상기 돌기가 상기 칼럼 스페이서로부터 완전히 벗어나지는 않도록 형성한다.
또한, 본 발명의 액정 표시 장치는, 중앙에 돌기가 대응되는 구조에서 미세 돌기(임계치수 6㎛이하)의 수준으로 형성하기 때문에, 포토 공정시의 해상도 한계로 균일한 패턴으로 형성하기 어려움에 있었던 바에 반해, 포토 공정시의 해상도 수준 또는 그 이상의 수준으로 돌기를 형성할 수 있어, 돌기 크기를 어느 정도 균일하게 제어할 수 있게 된다.
따라서, 전체 패널에서의 칼럼 스페이서의 변형 감소 및 변형 정도를 균일하게 하여, 이로 인해 셀 갭 불량을 줄일 수 있어, 궁극적으로 시감을 개선할 수 있다.
상기와 같은 본 발명의 액정 표시 장치는 다음과 같은 효과가 있다.
돌기의 크기를 키워 돌기별 크기의 편차가 없도록 형성함으로써, 상기 돌기와 칼럼 스페이서와 대응시 오버랩 부위의 면적을 거의 균일하도록 하여, 칼럼 스페이서의 변형을 최소화하여 셀 갭 불량을 최소화할 수 있다. 따라서, 셀 갭 불량으로 야기되는 문제점을 방지할 수 있다.
특히, 각각의 돌기의 대응되는 칼럼 스페이서의 부위는 상기 돌기의 일측부 분에 한하며, 또한, 상기 돌기의 일측부분에 대응되어 칼럼 스페이서의 일부분이 대응되어지므로, 영역별로 눌림이 분산되는 효과를 갖게 하여, 중심에 돌기가 대응되는 구조에 비해 상기 칼럼 스페이서의 눌림을 방지시킬 수 있을 것이다.
셀 갭이 불균일하게 되면, 특히, 인접한 부위와 셀 갭의 차이가 심하면, 이 부위가 육안으로 관찰되어 시감을 저하시키는데, 본 발명은 구조를 통해, 상기 칼럼 스페이서가 돌기에 대해 받는 힘을 완화시켜 칼럼 스페이서의 변형을 방지함으로써, 패널 상에서의 전체적으로 셀 갭을 균일하게 유지시키도록 한 것이다.
Claims (16)
- 서로 대향된 제 1 기판 및 제 2 기판;상기 제 1 기판 상에 서로 교차하여 화소 영역을 정의하며 형성된 게이트 라인 및 데이터 라인;상기 게이트 라인 및 데이터 라인의 교차부에 형성된 박막 트랜지스터;상기 게이트 라인 상의 소정 부위에 대응하여 상기 제 1 기판 상에 형성된 복수개의 돌기;상기 복수개의 돌기들에 대해, 하나의 돌기에 하나씩 대응되어 해당 돌기의 일부분과 소정 부분 오버랩되며, 인접한 돌기들에 대응되어서는 서로 다른 부분에 오버랩되어 상기 제 2 기판 상에 형성되는 복수개의 칼럼 스페이서; 및상기 제 1 기판과 제 2 기판 사이에 충진된 액정층을 포함하여 이루어지며,동일선상에 형성된 칼럼 스페이서들 중 인접한 2개의 칼럼 스페이서가 각각 접하는 돌기와의 접촉 면적의 합은 상기 일 돌기의 면적보다 작은 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
- 삭제
- 제 1항에 있어서,상기 복수개의 돌기는 각각 동일 크기로 형성된 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
- 제 1항에 있어서,상기 복수개의 칼럼 스페이서들은 각각 동일 크기로 형성된 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
- 제 1항에 있어서,상기 복수개의 돌기들 중 4개의 상하 좌우의 돌기들에 대응되는 칼럼 스페이서들은 각각의 해당 돌기의 하측 일부, 상측 일부, 우측 일부, 좌측 일부에 대응되어 형성되는 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
- 제 1항에 있어서,상기 칼럼 스페이서들은 각각 제 2 기판에 대한 대응면의 형상이 원형 및 다각형 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
- 제 1항에 있어서,상기 돌기들은 각각 제 1 기판에 대한 대응면의 형상이 원형 및 다각형 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
- 제 1항에 있어서,상기 박막 트랜지스터는상기 게이트 라인에서 돌출된 게이트 전극;상기 데이터 라인에서 돌출된 소오스 전극;상기 소오스 전극과 이격되어 상기 소오스 전극과 동일층에 형성된 드레인 전극; 및상기 게이트 전극 상부에 상기 소오스 전극/드레인 전극과 부분적으로 오버랩하여 형성된 반도체층을 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
- 제 8항에 있어서,상기 돌기는 상기 반도체층과 동일층에 형성된 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
- 제 8항에 있어서,상기 돌기는 상기 소오스/드레인 전극과 동일층에 형성된 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
- 제 8항에 있어서,상기 돌기는 하부에는 반도체층과 동일층의 반도체층 패턴, 상부에는 소오스/드레인 전극과 동일층의 소오스/드레인 전극층의 적층체로 이루어진 것을 특징으 로 하는 액정 표시 장치.
- 제 1항에 있어서,상기 제 2 기판 상에는 컬러 필터 어레이가 형성되는 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
- 제 12항에 있어서,상기 컬러 필터 어레이는 블랙 매트릭스층 및 컬러 필터층을 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
- 제 13항에 있어서,상기 컬러 필터 어레이에 오버코트층을 더 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
- 제 1항에 있어서,상기 제 1 기판 상의 화소 영역에는 화소 전극과 공통 전극이 서로 교번하여 형성된 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
- 제 1항에 있어서,상기 제 1 기판 상의 화소 영역에는 화소 전극과 형성되며, 상기 제 2 기판 전면에는 공통 전극이 형성된 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
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