KR101870815B1 - 액정표시장치 및 이의 제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 액정표시장치 및 이의 제조방법에 관한 것이다.
본 발명에 따른 액정표시장치는 제1기판과, 상기 제1기판 상에 서로 교차하며 다수의 화소영역을 정의하는 게이트 배선과 데이터 배선과, 상기 게이트 배선과 나란히 이격된 공통 배선과, 상기 공통 배선에서 연장되어 상기 게이트 배선과 평행한 차광패턴과, 상기 게이트 배선과 데이터 배선의 교차지점에 형성되는 박막트랜지스터와, 상기 각 화소영역에서 서로 교대하는 다수의 바(bar) 형태의 화소전극 및 공통전극과, 상기 제1기판과 대향하며 위치하는 제2기판과, 상기 제1기판과 상기 제2기판 사이에 셀갭을 유지시키는 역할을 하며, 상기 박막트랜지스터에 대응되어 블랙 안료로 형성되는 제1스페이서와, 상기 제1스페이서 보다 낮은 높이로 상기 제1스페이서와 이격되어 형성되며, 상기 공통 배선과 상기 차광패턴에 대응되어 블랙 안료로 형성되는 제2스페이서와, 상기 제1기판과 상기 제2기판 사이에 개재된 액정층을 포함한다.

Description

액정표시장치 및 이의 제조방법{LIQUID CRYSTAL DISPLAY DEVICE AND MANUFACTURING METHOD THEREOF}
본 발명은 액정표시장치 및 이의 제조방법에 관한 것으로, 특히 삼차원 영상을 구현함에 있어서 명실 명암비를 향상시킬 수 있는 액정표시장치에 관한 것이다.
정보화 사회가 발전함에 따라 음극관(Cathode Ray Tube:CRT) 표시장치에서 플라즈마 표시패널(Plasma Display Panel:PDP), 유기 전계 발광 표시(Organic Electro Luminescence Display:OELD)장치 및 액정표시(Liquid Crystal Display:LCD)장치와 같은 평판 표시장치가 개발되어 사용되고 있다.
평판 표시장치 중에서도 특히, 액정표시장치는 화질이 우수하고 경량, 박형, 저소비 전력 등과 같은 다양한 장점을 가짐에 따라 모니터, 텔레비전 및 3차원 영상 텔레비전과 같은 영상표시장치로 가장 많이 사용되고 있다.
이러한 액정표시장치는 액정의 광학적 이방성(optical anisotropy)과 분극(polarization) 성질을 이용하여 구동되는데, 액정분자는 그 구조가 가늘고 길기 때문에 배열에 방향성을 가지고 있으며, 인위적으로 액정에 전기장을 인가하여 분자배열의 방향을 제어할 수 있다.
이와 같이, 전기장을 이용하여 액정분자의 배열을 변화시키면, 액정의 광학적 이방성에 의해 액정분자의 배열 방향으로 빛이 굴절하여 영상을 표시할 수 있게 된다.
이러한 액정표시장치는, 어레이기판에 게이트배선, 데이터배선, 박막트랜지스터(thin film transistor: TFT) 및 화소전극을 형성하는 어레이기판 제조공정과, 컬러필터기판에 블랙매트릭스, 컬러필터 및 공통전극을 형성하는 컬러필터기판 제조공정과, 어레이기판 및 컬러필터기판을 합착하여 셀 단위로 절단하고, 셀 단위의 어레이기판 및 컬러필터기판 사이에 액정을 주입하여 단위 패널을 형성하는 셀(cell) 공정과, 단위 패널에 구동집적회로(driving IC) 및 인쇄회로기판(PCB)을 부착하고 백라이트유닛(backlight unit)과 조립하는 모듈(module) 공정을 거쳐서 완성된다.
도 1은 종래의 액정표시장치의 표시영역 일부에 대한 단면도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 종래의 액정표시장치(35)는 제1기판(40)과 제2기판(70)이 일정간격 이격된 상태로 서로 마주하며 위치하고, 이들 두 기판(40, 70) 사이로 액정층(90)이 개재된다.
통상 어레이기판 또는 하부기판이라 불리는 제1기판(40) 상에는 제1방향으로 게이트 배선(43)이 형성되어 있으며, 상기 게이트 배선(43)과 교차하며 세로방향으로 데이터 배선(55)이 형성되어 있다. 이러한 두 배선(43, 55)이 교차하여 다수의 화소영역(P)을 정의한다.
그리고 게이트 배선(43)과 데이터 배선(55)의 교차지점에는 박막트랜지스터(Tr)가 형성되는데, 상기 박막트랜지스터(Tr)는 게이트 배선(43)과 연결되는 게이트 전극(45)과, 게이트 절연막(47)을 사이에 두고 액티브층(50a)과 오믹콘택층(50b)으로 구성된 반도체층(50)이 상기 게이트 전극(45)에 대응하여 형성되며, 상기 오믹콘택층(50b)의 상부로 상기 게이트 전극(45)을 사이에 두고 일정간격 이격하여 소스 및 드레인 전극(58, 60)이 형성된다.
여기서, 상기 소스 및 드레인 전극(58, 60)과 노출된 게이트 절연막(47)의 상부로 보호층(63)이 형성되고, 상기 보호층(63)의 상부로 투명 도전성물질로 이루어진 화소전극(67)이 형성된다.
이때, 상기 화소전극(67)은 드레인 콘택홀(65)을 통해 드레인 전극(60)과 접촉하게 된다.
다음, 전술한 제1기판(40)에 대향하여 위치하며, 컬러필터 기판 또는 상부기판이라 불리는 제2기판(70)은, 그 하면으로 다수의 개구부를 갖는 격자 형태의 블랙매트릭스(black matrix, 73)와, 다수의 개구부에 순차적으로 반복 배열되는 적, 녹, 청색의 컬러필터 패턴(76a, 76b, 76c)을 포함하는 컬러필터층(76)이 형성된다.
그리고, 상기 컬러필터층(76)의 하부로는 투명 도전성 물질로 이루어진 공통전극(79)이 형성되며, 상기 공통전극(79)과 하부 제1기판(40)상의 박막트랜지스터(Tr) 사이에는 제1기판(40)과 제2기판(70) 사이의 셀갭(Cell Gap)을 유지하는 역할을 수행하는 투명 컬럼스페이서(83)가 구비된다.
상기 블랙매트릭스(73)는 게이트라인(43)과 데이터라인(55) 그리고 박막트랜지스터(Tr) 등의 비표시요소를 가리도록 각 단위화소를 테두리하는 격자 형상을 가진다.
한편, 최근 액정표시장치는 휴대용 컴퓨터는 물론 데스크톱 컴퓨터 모니터 및 벽걸이형 텔레비전, 삼차원 입사영상 텔레비전 등 그 사용영역이 점차 넓어지고 있는 추세로, 블랙매트릭스를 별도로 형성하지 않고 액정표시장치의 구성 요소 중에서 어느 하나 이상을 차광 물질로 형성하여 블랙매트릭스의 역할을 함께 수행할 수 있도록 하는 연구가 활발히 진행되고 있다.
특히, 삼차원 영상을 표시하기 위한 액정표시장치는 일부 시야각에서 액정패널의 좌안영상 일부가 시청자의 우안으로 전달되고, 우안영상 일부가 시청자의 좌안으로 전달되는 3차원 크로스토크 현상이 일어날 수 있기 때문에 일반적으로 사용하는 블랙매트릭스보다 큰 영역의 블랙스트라이프(black stripe)를 형성할 필요가 있다.
그러나, 이와 같이 블랙매트릭스보다 큰 영역의 블랙스트라이프를 액정표시장치의 구성 요소로 대체함에 있어서, 이러한 대체 구성 요소를 차광 물질로 형성하여도 블랙매트릭스를 형성하는 블랙 레진과는 달리 불투명도를 나타내주는 광학밀도치가 블랙 레진보다 낮기 때문에 완전한 차광이 이루어지지 않음으로써 명실 명암비가 감소되는 문제점이 있다.
이에 따라 본 발명은 차광이 가능한 물질로 형성된 차광패턴과 공통전극 패턴을 형성하여 블랙스프라이프의 역할을 할 수 있도록 하고, 블랙 스페이서를 적용하여 이중으로 보다 확실히 차광함으로써 영상을 표시함에 있어서 명실 명암비를 향상시킬 수 있는 액정표시장치 및 이의 제조방법을 제공하는데 목적이 있다.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 액정표시장치는, 제1기판과; 상기 제1기판 상에 서로 교차하며 다수의 화소영역을 정의하는 게이트 배선과 데이터 배선과; 상기 게이트 배선과 나란히 이격된 공통 배선과; 상기 공통 배선에서 연장되어 상기 게이트 배선과 평행한 차광패턴과; 상기 게이트 배선과 데이터 배선의 교차지점에 형성되는 박막트랜지스터와; 상기 각 화소영역에서 서로 교대하는 다수의 바(bar) 형태의 화소전극 및 공통전극과; 상기 제1기판과 대향하며 위치하는 제2기판과; 상기 제1기판과 상기 제2기판 사이에 셀갭을 유지시키는 역할을 하며, 상기 박막트랜지스터에 대응되어 블랙 안료로 형성되는 제1스페이서와; 상기 제1스페이서 보다 낮은 높이로 상기 제1스페이서와 이격되어 형성되며, 상기 공통 배선과 상기 차광패턴에 대응되어 블랙 안료로 형성되는 제2스페이서와; 상기 제1기판과 상기 제2기판 사이에 개재된 액정층을 포함한다.
여기서, 상기 차광패턴은 상기 게이트 배선을 중심으로 이의 양측 각각에 일정간격 이격된 상태로 구비되고, 상기 게이트 배선 및 상기 공통 배선과 동일층에 동일물질로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
그리고 상기 공통 배선은 메탈 또는 크롬과 같은 저반사 물질로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
그리고 상기 게이트 배선, 상기 데이터 배선, 상기 박막트랜지스터, 상기 공통 배선 및 상기 차광패턴을 덮는 공통전극 패턴을 더 포함하고, 상기 공통전극은 상기 공통전극 패턴과 연결되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 공통전극 패턴은 메탈 또는 크롬과 같은 저반사 물질로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
특히 상기 제1기판은 상기 박막트랜지스터를 덮는 보호막과, 상기 보호막의 상부에 순차 반복하는 형태로 적, 녹, 청색의 컬러필터 패턴으로 구성된 컬러필터층을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 컬러필터층의 전면에 형성되는 평탄화막을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
한편 본 발명에 따른 액정표시장치의 제조방법은, 제1절연기판 상에 스위칭 영역을 포함하는 다수의 화소영역을 정의하는 제1단계와; 상기 제1절연기판에 일 방향으로 연장된 게이트 배선과, 이와 이격된 공통 배선, 상기 공통 배선에서 연장된 차광패턴을 형성하는 제2단계와; 상기 게이트 배선, 상기 공통 배선 및 상기 차광패턴이 형성된 제1절연기판의 전면에 게이트 절연막을 형성하는 제3단계와; 상기 게이트 배선과 교차하는 데이터 배선을 형성하고, 이들의 교차점에 박막트랜지스터를 형성하는 제4단계와; 상기 박막트랜지스터의 드레인 전극과 연결된 화소전극과, 상기 화소전극과 교대하는 다수의 바 형태의 공통전극을 형성하는 제5단계와; 제2절연기판을 준비하여 상기 제2절연기판의 전면에 블랙 레지스트를 도포하여 블랙 레지스트층을 형성하는 제6단계와; 상기 블랙 레지스트층 상에 빛의 차단영역과 투과영역 및 반투과영역을 포함하는 노광마스크를 위치시킨 후, 상기 블랙 레지스트층을 노광 및 경화하여, 제1높이를 가지며 상기 박막트랜지스터에 대응되는 제1스페이서와, 상기 제1높이보다 낮은 제2높이를 가지며 상기 공통 배선을 포함한 상기 차광패턴에 대응되는 제2패턴드 스페이서를 형성하는 제7단계를 포함한다.
여기서, 상기 제5단계는 상기 공통전극을 형성함과 동시에 상기 공통전극과 연결되며 상기 게이트 배선 상기 데이터 배선 및 상기 박막트랜지스터에 대응되는 비표시영역과 상기 공통 배선을 포함한 상기 차광패턴을 덮는 공통전극 패턴을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
그리고, 상기 박막트랜지스터를 덮는 보호막을 형성하는 단계와; 상기 보호막의 상부에 순차 반복하는 형태로 적, 녹, 청색의 컬러필터 패턴으로 구성된 컬러필터층을 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 액정표시장치에 따르면, 저반사 물질로 차광패턴과, 공통전극 패턴을 형성함으로써 블랙스트라이프를 대체할 수 있도록 하고, 제1기판 상의 박막트랜지스터에 대응되는 제1블랙 스페이서와, 블랙스트라이프의 역할을 수행하는 제2블랙 스페이서를 구비함으로써 완벽한 차광이 이루어지게 된다.
이와 같이, 상기 제1 및 제2블랙 스페이서를 적용하여 2중으로 차광을 함으로써 명실 명암비(CR)를 향상시키고, 제1 및 제2블랙 스페이서가 일정 면적을 차지함에 따라 액정량을 저감시킬 수 있게 된다.
이에 따라 별도의 공정을 통해 블랙스트라이프를 형성할 필요가 없어 제조공정을 단순화하여 공정비용을 절감할 수 있다.
도 1은 종래의 액정표시장치의 표시영역 일부에 대한 단면도.
도 2는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 액정표시장치의 표시영역 일부에 대한 평면도.
도 3은 도 2의 절단선 Ⅲ-Ⅲ 부분에 대한 단면도.
도 4a 및 도 4b는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 액정표시장치의 제2기판의 제조 단계별 공정 단면도.
도 5a 및 도 5b는 본 발명의 바람직한 다른 실시예에 따른 액정표시장치의 표시영역 일부에 대한 평면도.
도 6은 본 발명에 따른 액정표시장치를 적용한 삼차원 영상 구현 시스템의 개략적인 구성을 도시한 도면.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명한다.
도 2는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 액정표시장치의 표시영역 일부에 대한 평면도이고, 도 3은 도 2의 절단선 Ⅲ-Ⅲ 부분에 대한 단면도이다.
도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 액정표시장치(101)는 하부의 제1기판(102)과 이와 대향하며 일정간격 이격된 상태로 위치하는 제2 기판(180)과, 이들 두 기판(102, 180) 사이에 개재된 액정층(190)으로 구성된다.
여기서 통상 하부기판이라도 불리는 제1기판(102)에는 TFT 어레이층과 컬러필터층(152)이 형성되는 것을 특징으로 한다.
보다 상세하게는, 투명한 절연기판인 제1기판(102)은 제2기판(180)과 마주하는 내측면에 제1방향으로 연장되는 게이트 배선(103)과 게이트 배선(103)으로부터 연장된 게이트 전극((105)이 형성되어 있다.
그리고 이웃하는 게이트 배선(103) 사이에는 게이트 배선(103)과 평행한 공통 배선(108)이 형성되어 있다.
여기서 공통 배선(108)은 차광패턴(109)과 연결되는데, 차광패턴(109)은 게이트 배선(103)을 중심으로 이의 양측에 각각 일정 간격 이격된 상태로 형성된다.
이러한 차광패턴(109)을 하나의 화소영역을 기준으로 살펴보면, 차광패턴(109)은 화소영역(P)의 중앙을 중심으로 게이트 배선(103)이 형성되는 제1방향과 직교하는 제2방향을 따라 서로 대칭되게 된다.
이와 같은 게이트 배선(103)과, 게이트 전극(105), 공통 배선(108) 및 차광패턴(109)은 동일 물질로 동일층에 하나의 마스크 공정으로 형성되는데, 저저항 금속물질이면서 특히 차광을 위한 저반사 금속물질, 일예로 메탈, 크롬 및 이들의 혼합물로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
그리고, 상기 게이트 배선(103)과 게이트 전극(105), 공통 배선(108) 및 차광패턴(109)의 상부에는 무기절연물질, 예를들면 산화실리콘(SiO2) 또는 질화실리콘(SiNx)로 이루어진 게이트 절연막(115)이 형성되어 이들을 덮고 있다.
게이트 전극(105) 상부의 게이트 절연막(115) 위에는 액티브층(131a)과 오믹콘택층(131b)으로 구성된 반도체층(131)이 게이트 전극(105)에 대응하여 형성되어 있다. 여기서, 액티브층(131a)은 순수 비정질 실리콘으로 이루어지며, 오믹 콘택층(131b)은 불순물이 도핑된 비정질 실리콘으로 이루어질 수 있다.
반도체층(131)의 상부에는 금속과 같은 도전 물질로 이루어진 데이터 배선(130), 소스 전극(133) 및 드레인 전극(136)이 형성되어 있다.
여기서 데이터 배선(130)은 제1방향에 수직한 제2방향으로 형성되어 게이트 배선(103) 및 공통 배선(108)과 교차하며, 게이트 배선(103)과 함께 다수의 화소 영역(P)을 정의한다.
소스 전극(133)은 데이터 배선(130)으로부터 연장되어 있으며, 드레인 전극(136)은 게이트 전극(105)을 중심으로 소스 전극(133)과 이격하여 마주 대하고 있다.
소스 및 드레인 전극(133, 136)은 게이트 전극(105)과 함께 박막트랜지스터(Tr)를 이루며, 소스 및 드레인 전극(133, 136) 사이의 드러난 반도체층(131)은 박막트랜지스터(Tr)의 채널이 된다.
이때, 게이트 절연막(115) 상부로 데이터 배선(130)이 위치되며, 상기 데이터 배선(130)과 소스 전극(133)은 서로 연결된다.
한편 도면에 도시하지는 않았지만, 드레인 전극(136)은 상기 공통 배선(108)이 형성된 부분까지 연장 형성됨으로써 상기 공통 배선(108)과 더불어 스토리지 커패시터(storage capacitor)를 이룰 수 있다.
그리고 데이터 배선(130)과 소스 및 드레인 전극(133, 136) 상부에는 실리콘 질화막이나 실리콘 산화막 또는 유기 절연막으로 이루어진 제 1 보호층(140)이 형성되어 있다.
이때, 상기 제 1 보호층(140) 하부에는 무기절연물질 예를들면 산화실리콘(SiO2) 또는 질화실리콘(SiNx)로 이루어진 제 2 보호층(미도시)이 더 형성될 수 있다.
이어 제1보호층(140)의 상부에 각 화소영역(P)에 대응하여 순차 반복하는 형태로 적, 녹, 청색 컬러필터 패턴(미도시)을 포함하는 컬러필터층(152)이 형성되어 있다.
이러한 컬러필터층(152)이 형성된 기판의 전면에 기판의 평탄화를 위한 평탄화막(155)이 형성되어 있다.
상기 평탄화막(155)은 투명한 유기절연물질, 예를들면 벤조사이클로부텐 또는 포토아크릴 또는 무기절연물질로 이루어지며 2㎛ 내지 4㎛ 정도의 두께를 가져 그 표면이 평탄한 형태를 이루도록 한다.
이러한 평탄화막(155)은 컬러필터층(152) 및 제1보호층(140)과 함께 각 화소영역(P) 내의 박막트랜지스터(Tr)의 드레인 전극(136)을 노출시키는 드레인 콘택홀(147)을 구비하며, 상기 제 1 보호층(140)과 더불어 그 하부에 위치하는 상기 게이트 절연막(115)에는 공통 배선(108)을 노출시키는 공통 콘택홀(미도시)이 구비된다.
또한, 상기 각 화소영역(P) 내의 평탄화막(155) 상부에는 드레인 콘택홀(147)을 통해 드레인 전극(136)과 접촉하며 바(bar) 형태의 다수의 화소전극(170)이 일정간격 이격된 상태로 구비되며, 상기 화소전극(170)의 일 끝단은 모두 화소 보조패턴(171)에 의해 연결된다.
또한, 상기 다수의 바(bar) 형태의 화소전극(170)과 동일한 물질로 동일한 층에 형성되며 상기 다수의 바(bar) 형태의 화소전극(170)과 교대하는 바(bar) 형태의 다수의 공통전극(173)이 상기 공통 콘택홀(미도시)을 통해 상기 공통 배선(108)과 접촉한다.
여기서, 다수의 바 형태의 공통전극(173)과 연결되며 화소전극(173)이 형성된 부분을 제외한 기판의 전면을 덮는 제2공통전극 패턴(172)이 더 구비되는 것을 특징으로 한다.
공통전극 패턴(172)은 게이트 배선(103), 데이터 배선(130), 박막트랜지스터(Tr) 및 공통 배선(108)을 포함한 차광패턴(109)을 덮도록 형성되는데, 차광패턴(109)과 마찬가지로 차광을 위한 저반사 금속물질로 이루어진다.
상기 화소전극(170), 화소 보조패턴(171)과 공통전극(173) 및 공통전극 패턴(172)은 동일물질로 동일층에 하나의 마스크 공정을 통해 형성된다.
이에 따라, 전술한 공통 배선(108)을 포함한 차광패턴(109)과 공통전극 패턴(172)이 블랙스트라이프(black stripe:BS)의 역할을 수행하여 좌우 시야각뿐만 아니라 상하 시야각에서의 3차원 크로스토크를 방지할 수 있게 된다.
한편, 도면에 있어서는 상기 데이터 배선(130)과 다수의 바 형태의 공통전극(173) 및 화소전극(170)은 각 화소영역(P)의 중앙부를 기준으로 데이터 배선(130)이 형성되는 방향을 따라 대칭적으로 꺾인 형태를 이루고 있다.
이러한 구조를 통해 하나의 화소영역(P)에 이중 도메인을 구현함으로써 방위각 변화에 따른 컬러 쉬프트 현상을 억제할 수 있다.
이때, 상기 데이터 배선(130)과 다수의 바 형태의 공통전극(173) 및 화소전극(170)의 형태는 꺽인 형태에 한정되지 않고 다양하게 변경될 수 있다.
전술한 구성을 갖는 제1기판(102)과 대응하여 그 상부에 위치한 상기 제2기판(180)에는 서로 다른 높이를 가지는 제1블랙 스페이서(189a)와 제2블랙 스페이서(189b)가 형성되는 것을 특징으로 한다.
제1블랙 스페이서(189a)는 제1기판(102)과 제2기판(180) 사이에 불투명색의 기둥 형태로 구비된다.
이러한 제1블랙 스페이서(189a)는 1차로 제1기판(102)과 제2기판(180) 간의 이격간격을 유지시키는 역할을 수행하고, 2차로 비표시영역인 박막트랜지스터(Tr)에 대응되어 구비됨으로써 박막트랜지스터(Tr)를 가리는 블랙매트릭스(black matrix)로서의 역할을 수행한다.
제2블랙 스페이서(189b)는 제1블랙 스페이서(189a)와 이격하며 사각형상의 댐(dam) 형태를 가진다.
이러한 제2블랙 스페이서(189b)는 제1기판(102)의 공통 배선(108)을 포함한 차광패턴(109)과, 이에 대응되는 공통전극 패턴(172)의 상부에 형성되는 불투명색으로, 블랙스트라이프(black stripe:BS)로서의 역할을 수행한다.
이러한 상기 제1 및 제2블랙 스페이서(189a, 189b)는 감광성의 유기절연물질로 이루어지며 블랙 안료를 포함함으로써 블랙을 나타내는데, 하나의 마스크 공정에서 동시에 형성된다. 이에 대해서는 차후에 상세히 설명한다.
이하에서는, 액정표시장치용 제2기판의 제조 방법에 대해 설명한다.
도 4a 및 도 4b는 본 발명의 실시예에 따른 액정표시장치의 컬러필터기판의 제조 단계별 공정 단면도로서 도 2의 절단선 Ⅲ-Ⅲ에 대응하는 부분에 대한 단면도이다.
우선 도 4a에 도시된 바와 같이, 투명한 절연기판(180) 상에 감광성 특성을 갖는 유기물질, 예를들면 포토레지스트에 블랙 안료가 포함된 물질을 전면에 도포하여 블랙 레지스트층(186)을 형성한다.
이후 상기 블랙 레지스트층(186) 위로 빛의 차단영역(BA)과 투과영역(TA) 그리고 투과영역(TA) 보다는 빛의 투과량이 작은 반투과영역(HTA)을 갖는 노광 마스크(200)를 위치시킨다. 여기서, 반투과영역(HTA)는 투과영역(TA)의 빛 투과량의 10% 내지 90%의 빛 투과량을 갖는다.
상기 블랙 레지스트층(186)은 노광된 부분이 남게 되는 네가티브형(negative type)에 해당되므로, 노광 마스크의 투과영역(TA)은 추후 기둥 형태를 갖는 제1블랙스페이서(189a)가 형성될 부분에 대응하도록 위치시키고, 반투과영역(HTA)은 제2블랙스페이서(189b)가 형성될 부분에 대응하도록 위치시키며, 차단영역(BA)은 블랙 레지스트층이 제거되어야 할 부분에 위치시킨다.
한편, 블랙 레지스트층(186)은 노광된 부분이 현상액에 의해 제거되는 포지티브형(positive type)에 해당될 수도 있는데, 이 경우 노광 마스크(200)의 차단영역(BA)은 추후 기둥 형태를 갖는 제1블랙스페이서(189a)가 형성될 부분에 대응하도록 위치시키고, 반투과영역(HTA)은 제2블랙스페이서(189b)가 형성될 부분에 대응하도록 위치시키며, 투과영역(TA)은 블랙 레지스트층(186)이 제거되어야 할 부분에 위치시킨다.
그리고, 상기 블랙 레지스트층(186)에 상기 노광 마스크(200)를 통한 회절노광 또는 하프톤 노광을 실시한다.
그리고, 회절노광 또는 하프톤 노광된 상기 블랙 레지스트층(186)을 현상액에 노출시키는 현상 공정을 진행하면, 도 4b에 도시한 바와 같이 제2기판(180)의 상부로 제1기판(도 3의 102)의 박막트랜지스터(도 3의 Tr)에 대응하는 부분에는 제1블랙 스페이서(189a)가 형성되고, 제1기판(도 2의 102)의 공통 배선(108)을 포함하는 차광패턴(109) 및 이에 대응되는 공통전극 패턴(172)의 상부에 제2블랙스페이서(189b)가 형성된다.
여기서, 제1블랙 스페이서(189a)는 셀갭에 대응되는 제1높이(H1)와 박막트랜지스터(도 3의 Tr)에 대응되는 제1폭(W1)으로 형성된다.
이러한 제1블랙 스페이서(189a)는 1차로 제1기판(도 3의 102)과 제2기판(도 3의 180) 간의 이격간격을 유지시키는 역할을 수행하고, 2차로 비표시영역인 박막트랜지스터(도 3의 Tr)에 대응되어 구비됨으로써 박막트랜지스터(도 3의 Tr)를 가리는 블랙매트릭스(black matrix)로서의 역할을 수행한다.
제2블랙 스페이서(189b)는 제1블랙 스페이서(189a)와 이격하며 제1블랙 스페이서(189a)의 제1높이(H1)보다 작은 제2높이(H2)와 제1폭(W1)보다 넓은 제2폭(W2)으로 형성되어 댐(dam) 형태를 가진다.
보다 상세하게는, 하나의 화소영역 내에서 게이트 배선(103)이 형성되는 제1방향으로의 폭이 게이트 배선(103)의 길이보다 작고 데이터 배선(130)이 형성되는 제2방향으로의 폭(W2)이 제1 또는 제2공통 배선(108, 109)의 폭보다 작게 형성된다. 이는 데이터 배선(130)과 다수의 바 형태의 공통전극(173) 및 화소전극(170)이 각 화소영역(P)의 중앙부를 기준으로 데이터 배선(130)이 형성되는 방향을 따라 대칭적으로 꺾인 형태를 이루고 있기 때문이다. 그러나, 도시한 구조에 한정되지 않고 다양하게 변경될 수 있음이 바람직하다.
이에 따라 제2블랙 스페이서(189b)는 제1기판(102)의 공통 배선(108)을 포함하는 차광패턴(109)과 이에 대응되는 공통전극 패턴(172)의 상부에 위치되게 된다.
한편, 도 2와 도 3을 참조하면, 이렇게 완성된 제2기판(180)과 제1기판(102)을 서로 마주하도록 위치시킨 후 두 기판(102, 180) 중 어느 하나의 기판의 가장자리를 따라 씰패턴(미도시)을 형성한 후, 상기 씰패턴(미도시) 내측으로 액정층(미도시)을 개재하고 상기 두 기판(180, 102)을 합착함으로써 본 발명의 실시예에 따른 액정표시장치를 완성할 수 있다.
전술한 바와 같이 본 발명에 따른 액정표시장치의 제2기판(180)에는, 제1기판(102)과 제2기판(180) 간의 이격간격을 유지하는 역할을 하는 것뿐만 아니라, 블랙스프라이프의 역할을 겸하는 제1 및 제2블랙 스페이서(189a, 189b)를 하나의 마스크 공정에 의해 형성할 수 있게 된다.
그리고 본 발명에 따른 제2기판(180)의 경우, COT 구조로 컬러필터층(152)이 제1기판(102)에 형성됨에 따라 제2기판(180)의 제조 공정이 단순해지고, 공정 시간을 단축할 수 있어 생산수율을 개선할 수 있게 된다.
이와 같이, 블랙매트릭스를 형성하는 별도의 마스크 공정을 생략함에 따라 공정을 단순화시키고, 제조 비용을 절감함으로써 액정표시장치의 제조 비용을 저감시키는 효과를 갖는다.
또한, 제2블랙 매트릭스(189b)가 일정 면적을 차지함에 따라 제1기판(102)과 제2기판(180)을 합착할 시에 종래 액정층(도 3의 190)에 포함되는 액정보다 액정이 보다 적게 함유되게 되어 재료비용을 절감할 수 있게 된다.
또한 이렇게 제조되는 액정표시장치의 경우, 제1 및 제2공통 배선과 이에 대응되는 공통전극 패턴이 1차로 블랙스트라이프의 역할을 수행하고, 블랙 안료를 포함하는 블랙 레지스트 재질로 이루어지는 제2블랙 스페이서가 2차로 블랙스트라이프의 역할을 하게 됨으로써 종래의 블랙스트라이프를 구비한 액정표시장치와 동일한 표시품질 수준을 갖는다.
한편 본 발명에 따른 제2블랙 스페이서(189b)는 다양한 형상으로 구비될 수도 있다.
도 5a 및 도 5b는 본 발명의 바람직한 다른 실시예에 따른 액정표시장치의 표시영역 일부에 대한 평면도이다. 여기서, 제2블랙 스페이서를 제외한 구조는 도 2와 동일하므로 동일 구성에 동일 부호를 부여하고 이에 대한 설명은 생략한다.
우선 도 5a에 도시된 바와 같이, 제2블랙 스페이서(289b)는 다수의 바(bar) 형태로 나란히 배열될 수 있다.
이와 같이 일정간격 이격된 상태로 일렬로 나란히 배열되는 다수의 제2블랙 스페이서(289b)는 공통 배선(108)을 포함하는 차광패턴(109)과 이에 대응되는 공통전극 패턴(172)에 위치된다. 이때, 다수의 제2블랙 스페이서(289b)는 게이트 배선(103)이 형성되는 제1방향 또는 데이터 배선(130)이 형성되는 제2방향을 따라 일렬로 배열될 수 있다.
또는 도 5b에 도시된 바와 같이, 제2블랙 스페이서(389b)는 다수의 사각 댐 형상으로 구비될 수 있다.
이와 같은 다수의 제2블랙 스페이서(389b)는 제1방향과 제2방향을 따라 일정간격 이격된 상태로 나란히 배열됨으로써 적어도 2열 이상으로 배치될 수 있다.
이와 같이 분할하여 형성함으로써 액정층의 액정 흐름이 보다 자유롭게 된다.
한편, 이상에서는 컬러필터층이 TFT 어레이층과 함께 제1기판에 형성되는 COT구조의 액정표시장치를 바람직한 실시예로써 설명하였지만, 컬러필터층이 제2기판에 형성되는 액정표시장치에도 적용할 수 있다.
이 경우, 제2기판에는 각 화소영역(P)에 대응하여 순차 반복하는 형태로 적, 녹, 청색 컬러필터 패턴을 포함하는 컬러필터층이 형성되고, 이의 상부에 평탄화를 위한 평탄화막이 더 형성될 수 있다. 이에 따라 평탄화막의 상부로 제1기판의 박막트랜지스터에 대응되는 제1블랙 스페이서와, 공통 배선을 포함한 차광패턴에 대응되는 제2블랙 스페이서가 구비된다.
도 6은 본 발명에 따른 액정표시장치를 적용한 삼차원 영상 구현 시스템의 개략적인 구성을 도시한 도면으로, 도 2 및 도 3을 참조한다.
도 6에 도시한 바와 같이, 삼차원 영상 구현 시스템(300)은 화상을 표시하는 액정표시장치(101)와, 액정표시장치(101)의 전면 및 배면에 각각 서로 직교하는 편광축을 가지는 제1 및 제 2편광필름(310, 320)과, 제2편광필름(320)의 상부에 위치되는 패턴드 리타더(patterned retarder)(330)로 구성되는 삼차원 영상 표시장치와 그리고, 패턴드 리타더(330)를 통과하여 나오는 화상을 선택적으로 좌안 또는 우안으로 투과시키는 편광안경(345)으로 구성된다. 여기서, 액정표시장치(101)의 배면으로는 빛을 공급하는 백라이트 유닛(미도시)이 위치될 수 있다.
액정표시장치(101)는 제1기판(도 3의 102)과, 이와 서로 마주보며 이격된 제2기판(도 3의 180)으로 구성된다.
여기서, 제1기판(도 3의 102)은 TFT 어레이층과 컬러필터층(도 3의 152)이 형성되는 COT(Color filter On TFT) 구조를 가지고, 저반사 물질로 이루어지는 공통 배선(도 2의 108)을 포함한 차광패턴(도 2의 109)과 공통전극 패턴(도 2의 172)을 통해 블랙스트라이프를 대체하는 것을 특징으로 한다.
그리고 제2기판(도 3의 180)은 제1기판(도 3의 102)의 박막트랜지스터(도 3의 Tr)에 대응되는 제1블랙 스페이서(도 3의 189a)와, 공통 배선을 포함한 차광패턴(도 2의 109)과 공통전극 패턴(도 2의 172)에 대응되는 위치에 제2블랙 스페이서(도 3의 189b)를 구비하는 것을 특징으로 한다.
이러한 액정표시장치(101)는 영상을 표시하는 표시영역(DA)과 표시영역(DA) 사이의 비표시영역(NDA)을 포함하고, 표시영역(DA)은 좌안 수평화소라인(Hl) 및 우안 수평화소라인(Hr)을 포함한다.
좌안용 영상을 표시하는 좌안 수평화소라인(Hl)과 우안용 영상을 표시하는 우안 수평화소라인(Hr)은 액정표시장치(101)의 수직방향을 따라 번갈아 배치되고, 좌안 수평화소라인(Hl) 및 우안 수평화소라인(Hr) 각각에는 적, 녹, 청색의 서브 화소영역(R, G, B)이 순차적으로 배치된다.
상기 좌안 수평화소라인(Hl)과 우안 수평화소라인(Hr)의 화소영역들로부터 출사되는 빛은 제2편광필름(320)에 의해 선편광되어 출사된다.
한편, 패턴드 리타더(330)는 액정표시장치(101)의 좌안 수평화소라인(Hl)에 대응되는 제1리타더(Rl)와, 우안 수평화소라인(Hr)에 대응되는 제2리타더(Rr)를 포함한다.
이러한, 패턴드 리타더(330)는 액정표시장치(101)의 좌안 수평화소라인(Hl)에 대응되는 화소영역들로부터 제2편광필름(320)을 통해 출사된 선편광을 우원편광 상태가 되도록 하고, 우안 수평화소라인(Hr)에 대응되는 화소영역들로부터 제2편광필름(320)을 통해 출사된 선편광을 좌원편광 상태가 되도록 한다.
한편, 전술한 구성을 갖는 삼차원 영상 표시장치와 하나의 세트를 이루는 편광안경(345)은, 좌안렌즈(345a) 및 우안렌즈(345b)로 이루어지는데, 좌안렌즈(345a)는 좌원편광만 투과시키고 우안렌즈(345b)는 우원편광만 투과시킨다.
이를 위해 편광안경(345)은, 투명한 유리재질로 이루어진 통상적인 안경에 편광필름이 부착되어 있는 구조이다.
이를 보다 상세하게 설명하면, 사용자의 좌안에 대응되는 좌안렌즈(345a)에는 좌원편광만을 선택적으로 투과시키는 제 1 편광필름(350a)이 부착되고, 우안렌즈(345b)에는 우원편광만을 선택적으로 투과시키는 제 2 편광필름(350b)이 부착된다.
이에 따라, 시청자에게 전달된 영상 중, 좌원편광된 좌안용 영상은 좌안렌즈(345a)를 통하여 시청자의 좌안에 전달되고, 우원편광된 우안용 영상은 우안렌즈(345b)를 통하여 시청자의 우안에 전달되며, 시청자는 자신의 좌안과 우안으로 각각 전달되는 좌안용 영상 및 우안용 영상을 조합하여 삼차원 입체영상을 인식하게 된다.
특히, 본 발명에 따른 액정표시장치(101)는, 제1기판(도 3의 102)에 구비된 공통 배선을 포함한 차광패턴(도 2의 109)과 공통전극 패턴(172)이 1차로 블랙스트라이프의 역할을 수행하고, 제1기판(도 3의 102)과 마주보는 제2기판(도 3의 180)에 구비되는 제1 및 제2블랙 스페이서(도 2의 189a, 189b)는 셀갭을 유지하는 역할뿐만 아니라 2차로 블랙스트라이프(black stripe)의 역할을 수행하는 것을 특징으로 한다.
여기서, 제1블랙 스페이서(도 2의 189a)가 비표시영역인 박막트랜지스터(도 2의 Tr)를 가리고, 제2블랙스페이서(도 2의 189b)가 3차원 크로스토크를 방지하기 위한 블랙스트라이프의 역할을 하게 됨으로써 빛샘이 방지된다.
이에 따라 좌안용 영상 및 우안용 영상이 시청자의 좌안 또는 우안에 동시에 전달되는 삼차원 크로스토크(3D cross-talk)를 방지하여 상하방향의 3차원 시야각(3D viewing angle)을 개선하기 위하여 사용되는 블랙스트라이프의 역할을 완벽히 수행할 수 있게 된다.
이상과 같은 본 발명의 실시예는 예시적인 것에 불과하며, 본 발명이 속하는 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 요지를 벗어나지 않는 범위 내에서 자유로운 변형이 가능하다. 따라서, 본 발명의 보호범위는 첨부된 특허청구범위 및 이와 균등한 범위 내에서의 본 발명의 변형을 포함한다.
103: 게이트 배선 108: 공통 배선
109: 차광패턴 170: 화소전극
172: 공통전극 패턴 173: 공통전극
189a: 제1블랙 스페이서 189b: 제2블랙 스페이서

Claims (10)

  1. 제1기판과;
    상기 제1기판 상에 서로 교차하며 다수의 화소영역을 정의하는 게이트 배선과 데이터 배선과;
    상기 게이트 배선과 나란히 이격된 공통 배선과;
    상기 공통 배선에서 연장되어 상기 게이트 배선과 평행한 차광패턴과;
    상기 게이트 배선과 데이터 배선의 교차지점에 형성되는 박막트랜지스터와;
    상기 각 화소영역에서 서로 교대하는 다수의 바(bar) 형태의 화소전극 및 공통전극과;
    상기 제1기판과 대향하며 위치하는 제2기판과;
    상기 제1기판과 상기 제2기판 사이에 셀갭을 유지시키는 역할을 하며, 상기 박막트랜지스터에 대응되어 블랙 안료로 형성되는 제1스페이서와;
    상기 제1스페이서 보다 낮은 높이로 상기 제1스페이서와 이격되어 형성되며, 상기 공통 배선과 상기 차광패턴에 대응되어 블랙 안료로 형성되는 제2스페이서와;
    상기 제1기판과 상기 제2기판 사이에 개재된 액정층
    을 포함하는 액정표시장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 차광패턴은
    상기 게이트 배선을 중심으로 이의 양측 각각에 일정간격 이격된 상태로 구비되고, 상기 게이트 배선 및 상기 공통 배선과 동일층에 동일물질로 이루어지는 액정표시장치.
  3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    상기 공통 배선은
    메탈 또는 크롬과 같은 저반사 물질로 이루어지는 액정표시장치.
  4. 제 2항에 있어서,
    상기 게이트 배선, 상기 데이터 배선, 상기 박막트랜지스터, 상기 공통 배선 및 상기 차광패턴을 덮는 공통전극 패턴을 더 포함하고, 상기 공통전극은 상기 공통전극 패턴과 연결되는 액정표시장치.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 공통전극 패턴은
    메탈 또는 크롬과 같은 저반사 물질로 이루어지는 액정표시장치.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 제1기판은
    상기 박막트랜지스터를 덮는 보호막과,
    상기 보호막의 상부에 순차 반복하는 형태로 적, 녹, 청색의 컬러필터 패턴으로 구성된 컬러필터층을 더 포함하는 액정표시장치.
  7. 제 6항에 있어서,
    상기 컬러필터층의 전면에 형성되는 평탄화막을 더 포함하는 액정표시장치.
  8. 제1절연기판 상에 스위칭 영역을 포함하는 다수의 화소영역을 정의하는 제1단계와;
    상기 제1절연기판에 일 방향으로 연장된 게이트 배선과, 이와 이격된 공통 배선, 상기 공통 배선에서 연장된 차광패턴을 형성하는 제2단계와;
    상기 게이트 배선, 상기 공통 배선 및 상기 차광패턴이 형성된 제1절연기판의 전면에 게이트 절연막을 형성하는 제3단계와;
    상기 게이트 배선과 교차하는 데이터 배선을 형성하고, 이들의 교차점에 박막트랜지스터를 형성하는 제4단계와;
    상기 박막트랜지스터의 드레인 전극과 연결된 화소전극과, 상기 화소전극과 교대하는 다수의 바 형태의 공통전극을 형성하는 제5단계와;
    제2절연기판을 준비하여 상기 제2절연기판의 전면에 블랙 레지스트를 도포하여 블랙 레지스트층을 형성하는 제6단계와;
    상기 블랙 레지스트층 상에 빛의 차단영역과 투과영역 및 반투과영역을 포함하는 노광마스크를 위치시킨 후, 상기 블랙 레지스트층을 노광 및 경화하여, 제1높이를 가지며 상기 박막트랜지스터에 대응되는 제1스페이서와, 상기 제1높이보다 낮은 제2높이를 가지며 상기 공통 배선을 포함한 상기 차광패턴에 대응되는 제2패턴드 스페이서를 형성하는 제7단계
    를 포함하는 액정표시장치의 제조방법.
  9. 제 8항에 있어서,
    상기 제5단계는
    상기 공통전극을 형성함과 동시에 상기 공통전극과 연결되며 상기 게이트 배선 상기 데이터 배선 및 상기 박막트랜지스터에 대응되는 비표시영역과 상기 공통 배선을 포함한 상기 차광패턴을 덮는 공통전극 패턴을 형성하는 단계를 포함하는 액정표시장치의 제조방법.
  10. 제 8항에 있어서,
    상기 박막트랜지스터를 덮는 보호막을 형성하는 단계와;
    상기 보호막의 상부에 순차 반복하는 형태로 적, 녹, 청색의 컬러필터 패턴으로 구성된 컬러필터층을 형성하는 단계를 더 포함하는 액정표시장치의 제조방법.
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