KR101182315B1 - 액정 표시 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 칼럼 스페이서에 주변부에 장애물을 형성하여 외력에 의한 기판 쉬프트를 방지하여 블랙 휘도 불균일을 개선한 액정 표시 장치에 관한 것으로, 본 발명의 액정 표시 장치는 서로 대향된 제 1 기판 및 제 2 기판과, 상기 제 1 기판 상에 서로 교차하여 화소 영역을 정의하는 게이트 라인 및 데이터 라인과, 상기 게이트 라인과 데이터 라인의 교차부에 형성된 박막 트랜지스터와, 상기 제 2 기판 상의 소정 부위에 형성된 칼럼 스페이서와, 상기 칼럼 스페이서와 소정 간격 이격된 주변부에 대응하여, 상기 제 1 기판 상에 형성된 장애물 및 상기 제 1 기판과 제 2 기판 사이에 형성된 액정층을 포함하여 이루어짐을 특징으로 한다.
블랙 휘도 불균일, 터치 불량, 장애물, 눌림 불량

Description

액정 표시 장치{Liquid Crystal Display Device}
도 1은 칼럼 스페이서를 포함하는 액정 표시 장치를 나타낸 단면도
도 2a 및 도 2b는 칼럼 스페이서를 포함하는 액정 표시 장치의 터치 불량을 나타낸 평면도 및 단면도
도 3은 일반적인 돌기 구조를 갖는 액정 표시 장치의 돌기 형성 부위를 나타낸 평면도
도 4는 도 3을 나타낸 단면도
도 5a 및 도 5b는 돌기와 칼럼 스페이서 대응시와 대응 후의 칼럼 스페이서의 변화를 나타낸 개략도
도 6a 내지 도 6e는 본 발명의 액정 표시 장치의 칼럼 스페이서 및 이에 대응되는 장애물을 여러 가지 형태로 나타낸 평면도
도 7은 본 발명의 액정 표시 장치를 나타낸 단면도
도 8은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 액정 표시 장치를 나타낸 단면도
도 9는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 액정 표시 장치를 나타낸 단면도
도 10은 본 발명의 액정 표시 장치를 나타낸 평면도
*도면의 주요 부분을 나타내는 부호의 설명*
100 : 제 1 기판 101 : 게이트 라인
101a : 게이트 전극 102 : 데이터 라인
102a : 소오스 전극 102b : 드레인 전극
103 : 화소 전극 103a : 제 1 스토리지 전극
104 : 공통 전극 104a : 공통 라인
104b : 제 2 스토리지 전극 105 : 게이트 절연막
106 : 보호막 106a : 콘택홀
130 : 장애물 210 : 칼럼 스페이서
200 : 제 2 기판 201 : 블랙 매트릭스층
202 : 컬러 필터층 203 : 오버코트층
본 발명은 액정 표시 장치에 관한 것으로 특히, 칼럼 스페이서에 주변부에 장애물을 형성하여 외력에 의한 기판 쉬프트를 방지하여 블랙 휘도 불균일을 개선한 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 횡전계(IPS: In-Plane Switching) 모드 액정 표시 장치가 개발되었다.
상기 횡전계(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 포함한 액정 표시 장치는 다음과 같은 문제점이 있다.
첫째, 칼럼 스페이서와 대향 기판간의 접촉 면적이 크기 때문에, 마찰력이 커서 터치시 기판이 쉬프트되었을 때, 원 상태로 복원되는데 시간이 오래 걸려 복원시간동안 터치 불량이 관찰된다.
둘째, 칼럼 스페이서를 포함하는 액정 패널이 세워져있는 상태로, 고온 환경에 놓이게 되면 액정의 열팽창이 발생하고 심한 경우 칼럼 스페이서의 높이보다 더한 두께로 셀 갭이 늘어나 하측으로 액정이 흘러 하단부가 불룩하게 보이며, 시감적으로 불투명하게 보이는 현상이 관찰된다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로 칼럼 스페이서에 주변부에 장애물을 형성하여 외력에 의한 기판 쉬프트를 방지하여 블랙 휘도 불균일을 개선한 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 정의하는 게이트 라인 및 데이터 라인과, 상기 게이트 라인과 데이터 라인의 교차부에 형성된 박막 트랜지스터와, 상기 제 2 기판 상의 소정 부위에 형성된 칼럼 스페이서와, 상기 칼럼 스페이서와 소정 간격 이격된 주변부에 대응하여, 상기 제 1 기판 상에 형성된 장애물 및 상기 제 1 기판과 제 2 기판 사이에 형성된 액정층을 포함하여 이루어짐에 그 특징이 있다.
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 장애물은 상기 반도체층과 동일층에 형성된다.
상기 장애물은 상기 소오스/드레인 전극과 동일층에 형성된다.
상기 장애물의 하부에는 반도체층과 동일층의 반도체층 패턴, 상기 장애물의 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 블랙 매트릭스층 및 컬러 필터층을 포함한 제 2 기판 전면에 오버코트층이 더 형성된다.
상기 제 1 기판 상의 화소 영역에는 화소 전극과 공통 전극이 서로 교번하여 형성된다.
상기 제 1 기판 상의 화소 영역에는 화소 전극이 형성되며, 상기 제 2 기판 전면에는 공통 전극이 형성된다.
상기 장애물은 폐고리 형상이다.
상기 장애물은 상기 칼럼 스페이서의 수평 단면의 형상에 준한 형상의 폐고리이다.
상기 장애물은 상기 칼럼 스페이서의 주변부인 가상의 고리상에 등간격으로 이격된 복수개의 패턴이 배치되어 이루어진다.
상기 제 1 기판면에서 상기 장애물과 상기 칼럼 스페이서는 10㎛ 이내로 이격된다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 액정 표시 장치를 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 3은 일반적인 돌기 구조를 갖는 액정 표시 장치의 돌기 형성 부위를 나타낸 평면도이며, 도 4는 도 3을 나타낸 단면도이다.
도 3 및 도 4와 같이, 일반적인 돌기 구조를 포함한 액정 표시 장치는 서로 대향되는 제 1 기판(50) 및 제 2 기판(70)과, 상기 제 1 기판(50) 상의 게이트 라인(51) 상의 배선 상에 형성된 돌기(55)와, 상기 돌기(55)에 대응되어 상기 제 2 기판(70) 상의 형성된 칼럼 스페이서(60) 및 상기 제 1, 제 2 기판(50, 70) 사이에 충진된 액정층(미도시)을 포함하여 이루어진다. 여기서, 상기 돌기(55)는 상기 칼럼 스페이서(60)에 비해 상대적으로 작은 체적과 대응면을 가지도록 형성된다.
그리고, 상기 제 2 기판(70) 상에는 화소 영역을 제외한 영역을 가리도록 형성된 블랙 매트릭스층(71), 상기 제 2 기판(70) 전면에 형성된 컬러 필터층(72) 및 상기 블랙 매트릭스층(71) 및 컬러 필터층(72) 상부 전면에 형성된 오버코트층(73)이 형성된다.
이와 같이, 돌기(55)를 포함할 경우, 상기 제 1 기판(50) 또는 제 2 기판(70)의 표면을 터치(일 방향으로 문지르거나 훑는 동작)시 상기 제 1 기판(50) 또는 제 2 기판(70)이 대향 기판에 비해 쉬프트되었을 때, 상기 칼럼 스페이서(60)와 상기 돌기(55)와의 접촉 면적이, 상기 칼럼 스페이서(60)의 상부면(칼럼 스페이서 가 형성되는 제 2 기판(70)을 기준으로 명명, 이 경우, 제 2 기판(70) 표면에 칼럼 스페이서가 대응되는 면은 하부면이라 함)에 비해 상대적으로 작은 돌기(55)의 상부 면적으로 줄게 되어 마찰 면적 감소로 인해 상기 칼럼 스페이서(60)와 대향 기판인 제 1 기판(50)과의 마찰력이 줄게 된다. 따라서, 상기 터치에 의해 일 방향으로 제 1 기판(50) 또는 제 2 기판(70)이 대향 기판에 대해 밀릴 때, 다시 원 상태로의 복원이 용이하다.
도 5a 및 도 5b는 돌기와 칼럼 스페이서 대응시와 대응 후의 칼럼 스페이서의 변화를 나타낸 개략도이다.
이러한 돌기(55)를 포함하는 구조에 있어서, 제 1, 제 2 기판(50, 70)을 서로 합착시 상기 돌기(55)에 대응되는 칼럼 스페이서(60)의 형상의 변화를 살펴보면, 도 5a와 같이, 상기 칼럼 스페이서(60)는 상기 돌기(55)에 대응되는 부위에만 힘이 집중되어, 이에 따라 칼럼 스페이서(60)의 상기 돌기(55) 대응 부위가 눌려지게 된다. 이 경우, 외압이 심해 상기 칼럼 스페이서(60)의 형상의 변경이 심할 경우에는, 외압이 제거된다 하더라도, 도 5b와 같이, 상기 돌기(55)에 대응되는 상기 칼럼 스페이서(60a)의 부위가 원 상태로 돌아오지 못하고, 소성 변형된 상태를 유지하게 된다.
이와 같이, 칼럼 스페이서(60)의 중앙에 대응하여 단순히 체적 및 표면적이 작은 돌기(55)를 이용하는 경우에는, 돌기에 의해 칼럼 스페이서 및 하부층들이 눌려질 때, 상기 돌기(55)가 대응되는 칼럼 스페이서(60)의 부위가 집중적으로 힘을 받아 그 접촉시 제 1, 제 2 기판(50, 70)간의 눌림 압력이 과도하게 되면(제 1 기 판과 제 2 기판 중 어느 한 기판의 배면에서 누르는 힘이 과도하게 되면), 상기 칼럼 스페이서(60)가 돌기(55)에 의해 눌려져 변형한 후 원 상태로 되돌아오지 않는 현상이 발생한다.
이와 같이, 칼럼 스페이서의 변형이 발생할 수 있는 외압은, 액정 표시 장치의 출시 전 별도의 눌림 테스트에서 진행될 수도 있고, 혹은 액정 표시 모듈을 조립하는 조립 공정에서도 적용될 수 있는 것이다.
이하에서는, 일반적인 돌기 구조에서 돌기에 대응되는 칼럼 스페이서의 중앙 부위에 눌림 불량이 발생됨을 개선하는 본 발명의 액정 표시 장치에 대해 설명한다.
본 발명의 액정 표시 장치는 체적이 상대적으로 작은 무기성 물질에 탄성력을 갖는 유기 성분의 칼럼 스페이서가 대응될 경우, 외압에 의해 칼럼 스페이서의 변형이 심한 점을 감안하여, 직접적으로 칼럼 스페이서와 대응되는 돌기를 생략하고, 칼럼 스페이서 주변에 칼럼 스페이서를 포함한 기판의 움직임을 방지하는 장애물을 형성한 구조로 이루어진다.
도 6a 내지 도 6e는 본 발명의 액정 표시 장치의 칼럼 스페이서 및 이에 대응되는 장애물을 여러 가지 형태로 나타낸 평면도이며, 도 7은 본 발명의 액정 표시 장치를 나타낸 단면도이다.
도 6a 내지 도 7과 같이, 본 발명의 액정 표시 장치는 서로 대향된 제 1 기판(100)과, 제 2 기판(200)과, 상기 제 1 기판(100) 상에 서로 교차하여 형성된 게이트 라인(101) 및 데이터 라인(도 10의 102 참조)과, 상기 게이트 라인(101) 상에 대응되어 상기 제 2 기판(200) 상에 형성된 칼럼 스페이서(210)와 상기 칼럼 스페이서(210)와 소정 간격 이격하여, 상기 칼럼 스페이서(210)의 주변부에 형성된 장애물(130)을 포함하여 이루어진다.
여기서, 상기 칼럼 스페이서(210)의 형상은 도 6a 내지 도 6e와 같이, 마름모꼴, 원형, 사각형 등의 다각형으로 이루어지며, 장애물(130)은 상기 칼럼 스페이서(210)의 주변부에 상기 칼럼 스페이서의 형상에 준하거나 혹은 사각형의 경계로 형성될 수 있다. 그리고, 상기 장애물(130)은 도 6a 및 도 6b와 같이, 폐고리 형상으로 형성될 수도 있고, 혹은 소정의 오픈 부위를 가지며 등간격으로 이격된 복수개의 패턴(130a~130c/130d~130g/130h~130k)으로 형성될 수도 있다.
한편, 도 6c는, 'U'자형의 소오스 전극(102a)의 우측에 칼럼 스페이서(210)가 대응되어 형성되어, 상기 소오스 전극(102a)의 상기 칼럼 스페이서(210)의 주변에 형성되는 장애물(130)을 이루는 하나의 패턴으로 적용하여, 나머지 변들에 장애물을 이루는 패턴(130a, 130b, 130c)을 형성한 구조를 나타낸다. 도 6c에서 설명되지 않은 부호 102b는 상기 소오스 전극(102a)과 소정 간격 이격된 드레인 전극(102b)을 나타낸다.
여기서, 상기 장애물(130)은 상기 제 1 기판(100) 면에 형성되는 반도체층 및 소오스/드레인 금속층의 적층체 또는 반도체층이나 소오스/드레인 금속층의 단일층으로 이루어진다.
한편, 설명되지 않은 상기 제 2 기판(200) 상에는 컬러 필터 어레이가 형성되며, 이러한 컬러 필터 어레이는 상기 제 2 기판(200)면부터 차례로, 블랙 매트릭 스층(201), 컬러 필터층(202) 및 오버코트층(203)을 포함하여 이루어진다.
여기서, 상기 반도체층 패턴(130a)의 두께는 약 0.2~0.3㎛, 상기 소오스/드레인 금속층(130b)의 두께는 약 0.2~0.4㎛로, 상기 장애물(130)이 형성되지 않은 나머지 게이트 라인(101) 상의 부위에 비해 상기 장애물(130)이 형성된 부위는, 약 0.4~0.7㎛ 정도 단차가 형성된다. 상기 이러한 장애물(130)을 포함한 액정 표시 장치는 제 1, 제 2 기판(100, 200)의 셀 갭 조성을 위한 합착시 상기 장애물(130)의 내부로 상기 제 2 기판(200) 상에 형성된 칼럼 스페이서(210)가 대응되어 위치하게 된다. 따라서, 합착 후, 상기 제 1 기판(100) 또는 제 2 기판(200)을 일 방향으로 훑거나 미는 터치시, 상기 장애물(130)이 기판의 밀림을 방지하게 되어, 터치에 의한 기판 쉬프트가 상기 장애물(130)과 상기 칼럼 스페이서(210)의 이격 간격 내로 이루어지게 되어, 터치로 인해 기판 밀림 후 원 상태로 회복이 느려 발생되는 블랙 휘도 불균일이 방지될 수 있다.
여기서, 상기 제 1 기판(100) 면에서 상기 장애물(130)의 상부면과 상기 칼럼 스페이서(210)의 제 1 기판(100) 접촉면의 이격 정도는 10㎛ 이내로 하며, 바람직하게는 5㎛ 이내로 하는 것이 좋으나, 상기 칼럼 스페이서(210)의 테이퍼를 고려하여 이격 정도를 정하도록 한다. 이 때, 상기 장애물(130)은 상기 칼럼 스페이서(210)에 완전히 붙지는 않고, 어느 정도 이격되어 형성된다.
또한, 직접적으로 무기 성분의 장애물(130)에 상기 칼럼 스페이서(210)가 대응되지 않게 되고, 상기 칼럼 스페이서(210)의 상부면이 전면 상기 제 1 기판(100) 면에 접촉하기 때문에, 상대적으로 돌기 구조에 비해 넓은 면적으로 상기 제 1 기 판(100)과 접촉할 수 있어, 외압으로 인한 상기 칼럼 스페이서(210)의 소성 변형이 방지될 수 있다.
이하에서는, 단면도상에서 칼럼 스페이서와 장애물 대응 모습을 변형한 여러 가지 실시예에 대해 살펴본다.
- 제 1 실시예 -
도 8은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 액정 표시 장치를 나타낸 단면도이다.
도 8과 같이, 본 발명의 제 1 실시예에 따른 액정 표시 장치는, 하부에 반도체층(박막 트랜지스터의 채널 영역을 이루는)과 동일층의 반도체층 패턴(130a)과 상부에 데이터 라인과 동일층의 소오스/드레인 금속층(130b)의 장애물(130)이 상기 제 1 기판(100) 상에 형성되고, 상기 장애물(130) 내부에 대응되는 부위의 제 2 기판(200) 상에 칼럼 스페이서(210)가 형성된다.
여기서, 상기 장애물(130) 및 칼럼 스페이서(210)는 게이트 라인(101)에 대응되어 형성된다. 그리고, 상기 게이트 라인(101)을 포함한 제 1 기판(100) 전면에는 게이트 절연막(105)이 형성되고, 상기 반도체층 패턴(130a) 및 소오스/드레인 금속층(130b)을 포함한 상기 게이트 절연막(105) 전면에 보호막(106)이 형성되어 있다.
그리고, 상기 제 2 기판(200) 상에는 블랙 매트릭스층(201), 컬러 필터층(202) 및 오버코트층(203)이 차례로 형성된다. 여기서, 상기 오버코트층(203)은 횡전계형 모드(IPS mode)인 경우에 형성되는 것으로, 트위스트 네마틱 모드(TN mode)인 경우에는 공통 전극으로 대체될 수 있다.
여기서, 상기 반도체층 패턴(130a)은 약 2000~2000??(0.2~0.3㎛)의 두께로 형성되며, 상기 소오스/드레인 금속층(130b)은 약 2000~4000??(0.2~0.4㎛)의 두께로 형성되어, 상기 장애물(130)의 총 두께는 약 0.4~0.7㎛의 두께를 갖는다. 따라서, 상기 장애물(130)이 형성된 부위와 형성되지 않은 부위는 상기 장애물(130)의 두께에 상당하는 단차의 차이를 갖는다. 그리고, 상기 칼럼 스페이서(210)가 제 1, 제 2 기판(100, 200) 내에서 셀 갭을 유지하는 동안 상기 칼럼 스페이서(210)는 제 1 기판(100) 표면에 어느 정도 눌린 상태로, 상기 칼럼 스페이서(210)와 상기 장애물(130) 형성 부위와 약 0.4~0.5㎛의 단차를 갖게 된다.
- 제 2 실시예 -
도 9는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 액정 표시 장치를 나타낸 단면도이다.
도 9와 같이, 본 발명의 제 2 실시예에 따른 액정 표시 장치는, 상기 칼럼 스페이서(210)에 대응되는 부위에 보호막 홀(106b)을 형성하여, 보호막(106)의 두께에 상당하는 두께만큼 제 1 실시예에 비해, 상기 장애물(130) 형성 부위와 상기 칼럼 스페이서(210) 대응 부위와의 단차가 커지는 차이점을 갖는다. 상기 칼럼 스페이서(210)가 상기 보호막 홀(106b)에 대응되어 형성된 점을 제외하고는 상술한 제 1 실시예와 동일하며, 동일한 점은 설명을 생략한다.
이하에서는, 본 발명의 장애물을 포함한 구조의 액정 표시 장치의 평면도를 참조하여 본 발명의 액정 표시 장치에 대해 자세히 설명한다.
도 10은 본 발명의 액정 표시 장치를 나타낸 평면도이다.
도 10과 같이, 본 발명의 액정 표시 장치는 크게, 서로 대향되는 제 1 기판 (100) 및 제 2 기판(200)과, 상기 제 1, 제 2 기판(100, 200) 사이에 충진된 액정층(미도시)을 포함하여 이루어진다.
상기 제 1 기판(100) 상에는 서로 교차하여 화소 영역을 정의하는 게이트 라인(101)과 데이터 라인(102)과, 상기 게이트 라인(101)과 데이터 라인(102)의 교차부에 형성된 박막 트랜지스터(TFT)와, 상기 박막 트랜지스터(TFT)의 드레인 전극(102b)과 전기적으로 연결된 제 1 스토리지 전극(103a)과, 상기 제 1 스토리지 전극(103a)으로부터 분기되어 형성된 화소 전극(103)과, 상기 화소 전극(103)과 교번되는 분기된 공통 전극(104)과, 상기 화소 영역 내에 상기 게이트 라인(101)과 인접하여 각각 평행하게 형성된 공통 라인(104a) 및 상기 공통 라인(104a)과 공통 전극(104)에 연결되며 상기 제 1 스토리지 전극(103a)과 오버랩된 제 2 스토리지 전극(104b)을 포함하여 이루어진다.
여기서, 상기 박막 트랜지스터(TFT)는 채널이 'U'자형의 소오스 전극(102a)과 드레인 전극(102b) 사이의 영역에 정의되는 것으로, 채널 또한, 소오스 전극(102a)의 형상의 내부를 따라 'U'자형으로 정의된다. 이러한 박막 트랜지스터(TFT)는, 상기 게이트 라인(101)에서 돌출된 게이트 전극(101a)과, 상기 데이터 라인(102)에서 돌출되어 형성된 'U' 자형의 소오스 전극(102a)과, 상기 'U'자형의 소오스 전극(102a)과 소정 간격 이격되어 상기 'U'자형의 소오스 전극(102a) 내부로 들어오는 드레인 전극(102b)을 포함하여 형성된다. 그리고, 상기 데이터 라인(102), 소오스 전극(102a), 드레인 전극(102b) 하부 및 상기 소오스 전극(102a)과 드레인 전극(102b) 사이의 채널 영역 하부에는 반도체층(미도시)이 더 형성된다. 여기서, 상기 반도체층은 하부로부터 비정질 실리콘층(미도시)과 n+층(불순물층)(미도시)의 적층체로 이루어지며, 상기 소오스 전극(102a)과 드레인 전극(102b) 사이의 영역에 대응되는 채널 영역에서는 상기 n+층(불순물층)이 제거되어 있다. 이러한 상기 반도체층은 상기 소오스/드레인 전극(102a, 102b) 및 그 사이의 영역 하부에만 선택적으로 형성될 수도 있고, 혹은 상기 채널 영역을 제외한 영역에서는 상기 데이터 라인(102), 소오스 전극(102a) 및 드레인 전극(102b) 하측에 형성될 수도 있다. 한편, 도시된 바에 따르면, 상기 소오스 전극(102a)의 형상이 'U'자인 것으로, 'U'자형 채널을 갖는 액정 표시 장치에 대해서 설명하였으나, 본 발명의 액정 표시 장치는 상기 소오스 전극(102a)의 형상이 상기 데이터 라인(102)으로부터'-'자로 돌출되어 이루어질 수도 있고, 혹은 그 외의 형상으로 이루어질 수도 있을 것이다.
여기서, 상기 게이트 라인(101), 상기 공통 라인(104a) 및 상기 공통 전극(104)들은 동일층에 동일한 금속으로 형성된다.
그리고, 상기 게이트 라인(101)과 반도체층 사이의 층에는 게이트 절연막(105)이 개재되며, 상기 데이터 라인(102)과 상기 화소 전극(103)의 사이의 층에는 보호막(106)이 개재된다.
한편, 상기 화소 영역을 지나는 공통 라인(104a)과 연결된 제 2 스토리지 전극(104b)과, 그 상부에 형성되는 제 1 스토리지 전극(103a) 및 상기 두 전극 사이에 개재되는 게이트 절연막(105) 및 보호막(106)은 스토리지 캐패시터(storage capacitor)를 이룬다.
여기서, 서로 다른 층간에 형성되는 상기 드레인 전극(102b)과 상기 제 1 스 토리지 전극(103a)은, 상기 드레인 전극(102b)의 소정 부위의 상부의 상기 보호막(106)을 제거하여 형성된 콘택홀(106a)을 통해 접촉한다.
또한, 상기 게이트 라인(101), 상기 공통 라인(104a) 및 제 2 스토리지 전극(104b) 중 소정 부위에는 상기 반도체층(107a)과 동일층의 반도체층 패턴(120a)과 상기 소오스/드레인 전극(102a/102b)과 동일층의 소오스/드레인 금속층(120b)이 적층된 장애물(130)이 형성된다.
여기서, 상기 반도체층 패턴(130a)의 두께는 약 0.2~0.3㎛, 상기 소오스/드레인 금속층(130b)의 두께는 약 0.2~0.4㎛로, 상기 장애물(130)이 형성되지 않은 나머지 게이트 라인(101) 상의 부위에 비해 상기 장애물(130)이 형성된 부위는, 약 0.4~0.7㎛ 정도 단차가 형성된다. 상기 이러한 장애물(130)을 포함한 액정 표시 장치는 제 1, 제 2 기판(100, 200)의 셀 갭 조성을 위한 합착시 상기 장애물(130)의 내부로 상기 제 2 기판(200) 상에 형성된 칼럼 스페이서(210)가 대응되어 위치하게 된다. 따라서, 합착 후, 상기 제 1 기판(100) 또는 제 2 기판(200)을 일 방향으로 훑거나 미는 터치시, 상기 장애물(130)이 기판의 밀림을 방지하게 되어, 터치에 의한 기판 쉬프트가 상기 장애물(130)과 상기 칼럼 스페이서(210)의 이격 간격 내로 이루어지게 되어, 터치로 인해 기판 밀림 후 원 상태로 회복이 느려 발생되는 블랙 휘도 불균일이 방지될 수 있다.
또한, 직접적으로 무기 성분의 장애물(130)에 상기 칼럼 스페이서(210)가 대응되지 않게 되고, 상기 칼럼 스페이서(210)의 상부면이 전면 상기 제 1 기판(100) 면에 접촉하기 때문에, 상대적으로 돌기 구조에 비해 넓은 면적으로 상기 제 1 기 판(100)과 접촉할 수 있어, 외압으로 인한 상기 칼럼 스페이서(210)의 소성 변형이 방지될 수 있다.
여기서, 상기 장애물(130)의 상부에는 콘택홀(106a)(경우에 따라, 보호막 홀(106b))을 제외한 나머지 영역에 형성되는 보호막(106)이 더 개재되어, 실제 제 2 기판(200)에 형성되는 칼럼 스페이서(210)와 접촉되는 부위는 보호막(106)(제 2 실시예의 경우에는 게이트 절연막)에 해당될 것이다.
상기 장애물(130) 및 칼럼 스페이서(210)는 게이트 라인(101) 상에 형성될 수도 있고, 혹은 공통 라인(104) 또는 제 2 스토리지 전극(104b)에 형성될 수 있다.
한편, 상기 제 1 기판(100)에 대향되는 제 2 기판(200) 상에는 상기 화소 영역을 제외한 영역(게이트 라인 및 데이터 라인 부위)에 대응되어 형성되는 블랙 매트릭스층(도 8 및 도 9의 201 참조)과, 상기 제 2 기판(200) 상에 형성된 컬러 필터층(도 8 및 도 9의 202 참조)과, 상기 블랙 매트릭스층(201)과 컬러 필터층(202)을 포함한 제 2 기판(200) 상에 평탄화를 위한 오버코트층(도 8 및 도 9의 203 참조)이 형성된다.
한편, 상기 칼럼 스페이서(210)와 같이, 셀 갭을 담당하는 칼럼 스페이서 외에 상기 게이트 라인(101) 또는 공통 라인(104a) 등의 타 부위에 별도로, 제 1 기판(100)의 상부면과 닿지 않는 칼럼 스페이서를 더 형성하여, 외압에 가해졌을 때, 칼럼 스페이서와 대향 기판간의 접촉 면적을 늘림으로써, 외압에 의한 칼럼 스페이서의 소성 변형(도장 불량 또는 찍힘 불량)이 발생되는 문제점을 더욱 확실히 방지 할 수 있다.
한편, 상기 칼럼 스페이서(210)는 그 수평 단면이 원형, 사각형 등의 다각형 등 여러 가지 형상으로 형성할 수 있을 것이다. 공정시 얼라인 마진을 고려하여, 원형 또는 정다각형으로 형성하는 것이 유리할 것이다.
이상에서 설명한 실시예들은 횡전계(IPS: In-Plane Switching) 모드에 대해 설명한 것이고, 트위스트 네마틱(TN) 모드에도 적용 가능할 것이다. 트위스트 네마틱 모드의 경우는, 제 1 기판의 화소 영역에 화소 전극이 하나의 패턴으로 형성되고, 제 2 기판 상의 전면에 공통 전극이 형성된 점을 제외하고는 상술한 횡전계 모드에서 설명한 바와 유사하게 형성된다. 트위스트 네마틱 모드의 경우, 화소 영역 내부에는 공통 라인이 형성되지 않기 때문에, 상기 제 1, 제 2 칼럼 스페이서 및 장애물은 모두 게이트 라인 상에 형성되게 된다.
상기와 같은 본 발명의 액정 표시 장치는 다음과 같은 효과가 있다.
본 발명의 액정 표시 장치는 칼럼 스페이서 주변에 대응하여 소정 간격 이격된 장애물을 형성하여, 합착 후 터치로 인한 기판간의 쉬프트를 구조적으로 방지할 수 있다.
또한, 상술한 바와 같이, 터치가 방지될 수 있어, 별도의 작은 면적으로 칼럼 스페이서와 접촉하는 돌기 구조를 요하지 않게 되어, 상기 돌기 구조에서 심화되는 눌림 불량(칼럼 스페이서에 돌기 대응 부위에 소성 변형이 발생되어, 표시 상태에서 해당 부위가 도장얼룩으로 관찰되는 현상)이 발생됨을 방지할 수 있다. 즉, 칼럼 스페이서의 상부면이 전면 제 1 기판과 대향하게 되어, 외압에 의한 눌림이 발생되더라도, 칼럼 스페이서 내 국부적인 영역에 압력이 집중되지 않고, 전면 고르게 압력이 분산되게 되어, 상기 칼럼 스페이서의 소성 변형을 방지할 수 있게 된다.

Claims (14)

  1. 서로 대향된 제 1 기판 및 제 2 기판;
    상기 제 1 기판 상에 서로 교차하여 화소 영역을 정의하는 게이트 라인 및 데이터 라인;
    상기 게이트 라인과 데이터 라인의 교차부에 형성된 박막 트랜지스터;
    상기 제 2 기판 상의 소정 부위에 형성된 칼럼 스페이서;
    상기 칼럼 스페이서와 소정 간격 이격되어 주변부에 대응하여, 상기 제 1 기판 상에 폐고리 형상으로 형성된 장애물; 및
    상기 제 1 기판과 제 2 기판 사이에 형성된 액정층을 포함하여 이루어짐을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 박막 트랜지스터는
    상기 게이트 라인에서 돌출된 게이트 전극;
    상기 데이터 라인에서 돌출된 소오스 전극;
    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 이루어진 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 장애물은 상기 반도체층과 동일층에 형성된 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
  4. 제 2항에 있어서,
    상기 장애물은 상기 소오스/드레인 전극과 동일층에 형성된 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
  5. 제 2항에 있어서,
    상기 장애물의 하부에는 반도체층과 동일층의 반도체층 패턴, 상기 장애물의 상부에는 소오스/드레인 전극과 동일층의 소오스/드레인 전극층의 적층체로 이루어진 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 제 2 기판 상에는 컬러 필터 어레이가 형성되는 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
  7. 제 6항에 있어서,
    상기 컬러 필터 어레이는 블랙 매트릭스층 및 컬러 필터층을 포함하여 이루 어진 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
  8. 제 7항에 있어서,
    상기 블랙 매트릭스층 및 컬러 필터층을 포함한 제 2 기판 전면에 오버코트층이 더 형성된 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
  9. 제 1항에 있어서,
    상기 제 1 기판 상의 화소 영역에는 화소 전극과 공통 전극이 서로 교번하여 형성된 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
  10. 제 1항에 있어서,
    상기 제 1 기판 상의 화소 영역에는 화소 전극이 형성되며, 상기 제 2 기판 전면에는 공통 전극이 형성된 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
  11. 삭제
  12. 제 1항에 있어서,
    상기 장애물은 상기 칼럼 스페이서의 수평 단면을 둘러싸는 형상의 폐고리인 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
  13. 제 1항에 있어서,
    상기 장애물은 상기 칼럼 스페이서의 주변부인 가상의 고리상에 등간격으로 이격된 복수개의 패턴이 배치되어 이루어진 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
  14. 제 1항에 있어서,
    상기 제 1 기판면에서 상기 장애물과 상기 칼럼 스페이서는 10㎛ 이내로 이격된 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
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