KR101987690B1 - 이중 스페이서구조 액정표시소자 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 응력에 따른 갭스페이서의 밀도를 다르게 하는 액정표시소자에 관한 것으로, 화상이 구현되는 액정패널; 상기 액정패널에 형성되어 액정패널의 셀갭을 일정하게 유지하는 갭스페이서; 및 상기 액정패널에 형성되어 상기 갭스페이서보다 작은 높이로 형성되어 액정패널에 압력이 인가될 경우 셀갭을 일정하게 유지하는 눌림스페이서로 구성되며, 상기 갭스페이서의 밀도는 액정패널의 중앙영역에서 외곽영역으로 갈수록 증가하는 것을 특징으로 한다.

Description

이중 스페이서구조 액정표시소자{LIQUID CRYSTAL DISPLAY DEVICE HAVING DUAL COLUMN SPACERS}
본 발명은 액정표시소자에 관한 것으로, 특히 위치에 따라 갭스페이서와 눌림스페이서의 밀도를 다르게 하여 액정패널에 기능성 패널을 부착하는 접착수지의 수축에 따른 불량을 방지할 수 있는 액정표시소자에 관한 것이다.
근래, 핸드폰(Mobile Phone), PDA, 노트북컴퓨터와 같은 각종 휴대용 전자기기가 발전함에 따라 이에 적용할 수 있는 경박단소용의 평판표시장치(Flat Panel Display Device)에 대한 요구가 점차 증대되고 있다. 이러한 평판표시장치로는 LCD(Liquid Crystal Display), PDP(Plasma Display Panel), FED(Field Emission Display), VFD(Vacuum Fluorescent Display) 등이 활발히 연구되고 있지만, 양산화 기술, 구동수단의 용이성, 고화질의 구현이라는 이유로 인해 현재에는 액정표시소자(LCD)가 각광을 받고 있다.
도 1은 일반적인 액정패널(liquid crystal display panel)의 단면을 개략적으로 나타낸 것이다. 도면에 도시한 바와 같이, 액정패널(1)는 제1기판(3)과 제2기판(5) 및 상기 제1기판(3)과 제2기판(5) 사이에 형성된 액정층(7)으로 구성되어 있다. 제1기판(3)은 구동소자 어레이(Array)기판으로써, 도면에는 도시하지 않았지만, 상기 제1기판(3)에는 복수의 화소(pixel)가 형성되어 있으며, 각각의 화소에는 박막트랜지스터(Thin Film Transistor)와 같은 구동소자(driving device)가 형성되고, 제2기판(5)은 컬러필터(Color Filter)기판으로써, 실제 칼라를 구현하기 위한 칼라필터층이 형성되어 있다. 또한, 상기 제1기판(3) 및 제2기판(5)에는 각각 화소전극 및 공통전극(common electrode)이 형성되어 있으며 액정층(7)의 액정분자를 배향하기 위한 배향막(alignment layer)이 도포되어 있다.
상기 제1기판(3) 및 제2기판(5)은 기판의 외곽에 형성된 실런트(sealant;9)에 의해 합착되며, 이들(상부기판 및 하부기판) 사이에 형성된 스페이서(spacer;8a,8b)에 의해 일정한 셀갭(cell gap)을 유지한다.
상기 스페이서(8a,9b)로는 주로 컬럼스페이서(column spacer)를 사용한다. 종전에는 주로 볼스페이서(ball spacer)를 사용했지만, 볼스페이서의 경우 산포(scattering)시 서로 뭉치는 등 불균일하게 산포되어 액정패널의 셀갭을 일정하게 유지하기 어렵다는 문제가 있을 뿐만 아니라 산포에 의해 액정패널의 표시영역에 볼스페이서가 불규칙적으로 분포하여 개구율(aperature ratio)을 저하시키는 문제가 있었다.
그래서, 근래에는 주로 컬럼스페이서를 사용하는데, 그 이유는 컬럼스페이서는 액정패널 전체에 걸쳐 원하는 밀도로 원하는 위치에 형성할 수 있기 때문이다. 이와 같이, 원하는 위치에 컬럼스페이서를 형성함에 따라 액정표시소자의 셀갭을 일정하게 유지하고 개구율이 저하되는 것을 방지할 수 있게 된다.
한편, 상기 컬러스페이서는 갭스페이서(8a)와 눌림스페이서(8b)로 이루어진다.
상기 갭스페이서(8a)는 제1기판(3) 및 제2기판(5) 상의 갭을 일정하게 유지하기 위한 스페이서이고 눌림스페이서(8b)는 합착된 액정패널(1)에 압력이 인가될 때 어레이소자가 형성된 제1기판(3)과 컬러필터가 형성된 제2기판(5)에 불량이 발생하는 것을 방지하기 위한 스페이서이다.
일반적으로 액정표시소자에는 터치불량과 눌림불량이 발생한다. 액정표시소자에 터치불량이 발생하는 이유는 컬럼스페이서와 기판의 접촉에 기인한다. 즉, 컬럼스페이서가 기판과 접촉하므로 컬럼스페이서와 기판 사이에는 마찰력이 발생하며, 이 마찰력에 의해 기판이 터치되었을 때 액정이 원상채로 되돌아오지 못하게 되어 해당 부위에 얼룩이 발생하는 것이다. 이러한 터치불량을 방지하는 가장 좋은 방법은 기판과 접촉하는 컬럼스페이서를 최소화하는 것이다.
한편, 눌림불량은 기판에 압력이 인가되었을 때 컬러필터기판 및 박막트랜지스터기판에 변형이 발생하는 것으로, 이러한 눌림불량을 방지하는 가장 좋은 방법은 컬럼스페이서를 최대화하여 기판에 압력이 인가되었을 때 기판의 변형을 방지하는 것이다.
상기와 같이, 터치불량과 눌림불량은 서로 반대의 경우에 발생한다. 즉, 컬럼스페이서의 밀도가 증가하면 컬럼스페이서아 기판의 접촉면적이 증가하기 때문에 터치불량이 많이 발생하는 대신, 기판에 인가되는 압력에 대항하는 힘이 커지기 때문에 눌림불량은 감소하게 된다. 반대로, 컬럼스페이서의 밀도가 감소하면 컬럼스페이서와 기판의 접촉면적이 감소하여 터치불량은 감소하는 대신, 기판에 대한 압력에 의해 기판의 변형이 용이하게 되어 눌림불량은 증가하게 된다.
이와 같이, 터치불량과 눌림불량은 동시에 나빠지거나 개선되는 것이 아니라 한쪽이 개선되면 다른 쪽이 나빠지게 되는 서로 상반되는 관계를 갖는다. 따라서, 단순히 컬럼스페이서의 갯수, 즉 밀도를 조절하는 것으로는 두가지 특성을 만족시킬 수 없게 되기 때문에, 컬럼스페이서를 갭스페이서(8a)와 눌림스페이서(8b)의 2종류로 형성하여 터치불량과 눌림불량을 최소화한다.
이때, 상기 갭스페이서(8a)의 높이(x1)은 눌림스페이서(8b)의 높이(x2)보다 크게 형성되어 갭스페이서(8a)는 제1기판(3)과 항상 접촉하거나 더 빈번하게 접촉하는 반면에, 눌림컬럼스페이서(8b)는 제1기판(3)과는 일정한 간격을 유지하고 있다.
상기 갭스페이서(8a)는 제1기판(3)과 접촉하여 제2기판(5) 및 제1기판(3) 사이의 셀갭을 일정하게 유지하며, 눌림스페이서(8b)는 제1기판(3)과 일정 간격 떨어져 있기 때문에, 제1기판(3)과는 접촉하지 않지만, 기판(3,5)에 압력이 인가되었을 때 상기 갭컬럼스페이서(8b)가 상기 제1기판(3) 및 제2기판(5)과 접촉하여 상기 제1기판(3) 및 제2기판(5)이 변형되는 것을 방지한다.
그러나, 상기와 같이 갭스페이서(8a) 및 눌림스페이서(8b)를 구비하는 액정표시소자에도 다음과 같은 문제가 발생한다.
일반적으로 갭스페이서(8a) 및 눌림스페이서(8b)를 구비하는 액정표시소자의 경우 갭스페이서(8a)의 밀도에 따라 액정패널(1)에 충진되는 액정량의 마진이 결정된다. 통상적으로 액정패널(1)에 충진되는 액정의 양이 설정된 양보다 작을 경우 미충진에 의한 불량이 발생하고 설정된 양보다 많을 경우 중력불량이 발생한다.
따라서, 액정량에 따른 불량을 방지하기 위해서는 액정량에 일정량의 마진이 설정되어야만 한다. 즉, 액정량이 설정량과 다르더라도 마진의 범위 안에만 충진된다면 불량이 발생하지 않도록 해야만 한다.
이러한 액정량의 마진은 갭스페이서의 밀도에 따라 결정되는데, 통상적으로 액정마진을 약 8-10%로 하기 위해 갭스페이서의 밀도를 약 50-100ppm으로 설정한다.
한편, 근래 터치입력이 가능한 전자소자 및 입체영상이 가능한 전자소자를 구현하기 위해, 표시소자의 전면에 터치패널이나 입체영상용 패널과 같은 기능성 패널을 부착하여 사용한다. 이러한 기능성 패널은 액정패널(1)의 전면에 투명한 접착수지 등에 의해 접착된다. 그런데, 접착수지에 의해 기능성 패널을 부착할 때 고온에 의해 접착수지가 액정패널(1)과 기능성 패널 사이에서 균일하게 분포하지 않게 되며, 그 결과 접착수지의 수축력이 액정패널(1) 전체에 균일하게 발생하지 않게 되어, 일정 영역의 액정패널(1)의 셀갭이 증가하게 되어 이 영역에서 컬러의 전이가 발생하게 된다.
이러한 셀갭의 변화를 방지하기 위해 갭스페이서의 밀도를 증가시키면(즉, 갭스페이서의 밀도를 100ppm 이상으로 증가시키면), 액정마진이 감소하게 되어 액정층의 형성시 불량이 발생할 가능성이 높아지게 된다.
본 발명은 상기한 점을 감안하여 이루어진 것으로, 기능성 패널을 액정패널에 부착하는 접착제에 기인하는 응력에 따라 갭스페이서의 밀도를 조절함으로써 응력에 의한 셀갭의 변화를 최소화할 수 있는 액정표시소자를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은 상기한 점을 감안하여 이루어진 것으로, 화상이 구현되는 액정패널; 상기 액정패널에 형성되어 액정패널의 셀갭을 일정하게 유지하는 갭스페이서; 및 상기 액정패널에 형성되어 상기 갭스페이서보다 작은 높이로 형성되어 액정패널에 압력이 인가될 경우 셀갭을 일정하게 유지하는 눌림스페이서로 구성되며, 상기 갭스페이서의 밀도는 액정패널의 중앙영역에서 외곽영역으로 갈수록 증가하는 것을 특징으로 한다.
상기 액정패널은 게이트라인 및 데이터라인에 의해 정의되는 복수의 화소 및 상기 각각의 화소에 형성된 박막트랜지스터를 포함하는 제1기판; 블랙매트릭스 및 컬러필터층이 형성된 제2기판; 및 상기 제1기판 및 제2기판 사이에 형성된 액정층으로 구성되며, 상기 갭스페이서와 눌림스페이서는 게이트라인, 데이터라인 또는 게이트라인과 데이터라인의 교차영역에 대응하는 영역에 배치된다.
상기 눌림스페이서는 중앙영역에서 외곽영역으로 갈수록 밀도가 감소하고 상기 갭스페이서와 눌림스페이서의 전체 밀도는 액정패널 전체에 걸쳐 균일하게 된다.
본 발명에서는 기능성 패널을 액정패널에 부착하는 접착제에 기인하는 응력에 따라 갭스페이서의 밀도를 조절함으로써 응력에 의한 셀갭의 변화를 최소화하여, 색상 전이 등과 같은 불량을 방지할 수 있게 된다.
도 1은 종래 액정표시소자의 구조를 간략하게 나타내는 단면도.
도 2a 및 도 2b는 본 발명에 따른 액정표시소자의 갭스페이서의 배치는 개념적으로 나타내는 도면.
도 3은 액정패널에 기능성 패널을 부착할 때 접착제에 기인하는 응력에 의해 셀갭에 변화가 생기는 것을 나타내는 도면.
도 4는 도 3에서의 액정패널의 위치에 따른 응력의 크기를 나타내는 그래프.
도 5a는 본 발명에 따른 액정패널의 구조를 나타내는 평면도.
도 5b는 도 5a의 I-I'선 단면도.
도 6a-도 6d는 본 발명에 따른 액정표시소자에서의 갭스페이서의 밀도를 나타내는 그래프.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명에 대해 상세히 설명한다.
본 발명에서는 접착수지의 수축력에 기인하는 응력이 셀갭에 영향을 미치는 것을 최소화하기 위해, 액정패널의 셀갭을 일정하게 유지하는 갭스페이서의 밀도를 응력의 크기에 변화시킨다. 즉, 응력이 크게 작용하는 곳에는 갭스페이서의 밀도나 갯수를 증가하여 응력에 의해 각각의 갭스페이서에 인가되는 압력을 최소화하고 상대적으로 응력이 작은 곳에서는 갭스페이서의 밀도나 갯수를 최소화한다. 이와 같이, 응력의 크기에 따라 갭스페이서의 밀도와 갯수를 증가하거나 감소시킴에 따라, 전체 액정패널에서의 갭스페이서의 밀도와 갯수는 종래 액정패널과 동일하게 되며, 그 결과 종래와 동일한 액정 충진량의 마진을 확보할 수 있게 된다.
특히, 본 발명에서는 접착제에 의한 응력이 액정패널의 외곽영역 또는 가장자리 영역에 집중하므로, 이 영역의 갭스페이서의 밀도나 갯수를 최대화하고 중앙영역의 밀도나 갯수를 최소화함으로써 액정패널 전체에 걸쳐 셀갭을 일정하게 유진할 수 있게 된다.
도 2a 및 도 2b는 본 발명에 따른 액정표시소자의 구조를 개념적으로 나타내는 도면이다.
도 2a에 도시된 바와 같이, 본 발명의 액정표시소자에는 복수의 게이트라인 및 데이터라인(도면표시하지 않음)에 의해 정의되는 복수의 화소가 개시되어 있으며, 각각의 화소에는 액정패널의 셀갭을 일정하게 유지하기 위한 컬럼스페이서, 즉 갭스페이서(108a) 및 눌림스페이서(108b)가 형성되어 있다.
상기 갭스페이서(108a) 및 눌림스페이서(108b)는 액정패널의 전체에 걸쳐 배치된다. 도면에서는 하나의 화소에 하나의 컬럼스페이서(즉, 갭스페이서(108a) 또는 눌림스페이서(108b))가 형성되지만, 하나의 화소에 2개 이상의 컬럼스페이서가 형성될 수도 있고 복수의 화소에 하나의 컬럼스페이서만 형성될 수도 있다.
도 2a에 도시된 바와 같이, 본 발명에서는 갭스페이서(108a) 및 눌림스페이서(108b)가 액정패널(101) 전체에 걸쳐서 균일하게 배치되는 것이 아니라 그 위치에 따라 다른 밀도로 배치된다. 갭스페이서(108a)의 밀도는 액정패널(101)의 중앙역에서 가장 작고 외곽영역에서 가장 작다. 즉, 갭스페이서(108a)의 배치밀도는 액정패널(101)의 중앙영역에서 가장자리영역으로 갈수록 증가한다.
도 2b에 이러한 갭스페이서(108a)의 배치밀도가 도시되어 있다. 도 2b에서 액정패널(101)은 복수의 영역으로 분할되어 있으며, 각 영역에 표시된 문자 Ⅰ,Ⅱ,Ⅲ,Ⅳ,Ⅴ는 해당 영역에서의 갭스페이서(108a)의 밀도를 나타낸다. 도 2b에 도시된 바와 같이, 액정패널(101)에서의 갭스페이서(108a)의 밀도는 Ⅰ＜Ⅱ＜Ⅲ＜Ⅳ＜Ⅴ로서, 외곽영역으로 갈수록 증가한다. 이때, 갭스페이서(108a)의 밀도는 한 영역에서는 동일하여 전체 영역에 걸쳐 불연속적으로 증가할 수도 있고 한 영역에서도 외곽으로 갈수록 밀도가 증가하여 전체 영역에서 연속적으로 증가할 수 있다.
이때, 갭스페이서(108a)와 눌림스페이서(108b)를 합한 전체 컬럼스페이서의 밀도 또는 갯수는 액정패널(101) 전체 영역에 걸쳐 일정한다. 따라서, 갭스페이서(108a)가 중앙에서 외곽영역으로 갈수록 밀도 또는 갯수가 증가하는 반면에, 눌림스페이서(108b)는 중앙영역에서 외곽영역으로 갈수록 밀도 또는 갯수가 감소하여 액정패널(101) 전체에 걸쳐 컬럼스페이서가 일정한 밀도로 배치된다.
또한, 액정패널(101) 전체에 배치되는 갭스페이서(108a)의 총 갯수는 종래 액정패널에 배치되는 갭스페이서(108a)의 총 갯수와 동일하다. 즉, 본 발명에서도 갭스페이서(108a)의 액정패널(101) 전체 면적에 대한 밀도는 약 50-100ppm, 바람직하게는 75-100ppm이다.
따라서, 본 발명은 액정표시소자는 종래 액정표시소자와 비교하여 갭스페이서(108a)의 갯수가 동일하기 때문에, 액정패널(101)의 중앙영역과 외곽영역의 밀도를 다르게 하여도 충진되는 액정량의 마진은 종래와 동일하게 할 수 있게 되며(다시 말해서, 종래와 동일한 8-10%의 마진), 그 결과 갭스페이서(108a)의 밀도 변화에 따른 액정량 마진이 없게 되어 액정 미충진불량이나 중력불량이 발생하는 것을 방지할 수 있게 된다.
도 2a에 도시된 부분 확대도는 중앙영역과 외곽영역 및 그 중간영역에서의 실제 갭스페이서 배치현황을 나타내는 도면이다.
도 2a에 도시된 바와 같이, 액정패널(101)의 중앙영역에서는 거의 모든 화소에 눌림스페이서(108b)이 형성되는 반면에, 외곽영역에는 거의 모든 화소에 갭스페이서(108a)만이 형성된다. 또한, 중앙영역과 외곽영역 사이의 중간영역에는 갭스페이서(108a)와 눌림스페이서(108b)가 거의 동일하게 배치된다.
이와 같이, 본 발명에서는 액정패널(101)의 중앙에서 외곽영역으로 갈수록 갭스페이서(108a)의 밀도 또는 그 갯수가 증가하게 되는데, 그 이유는 다음과 같다.
도 3에 도시된 바와 같이, 실런트(109)에 의해 합착된 제1기판(103) 및 제2기판(105)으로 이루어진 액정패널(101) 위에 터치패널이나 입체영상용 패널과 같은 기능성패널(180)이 부착될 경우, 투명한 합착수지(optical clear resin;174)를 액정패널(101)의 상부에 도포하고 그 위에 기능성 패널(180)을 위치시킨 후 열이나 자외선 등을 조사하여 경화시킨다. 이때, 도면부호 172는 합착수지 차단용 댐(dam)으로, 합착수지를 액정패널(101)의 상부에 도포할 대 합착수지가 액정패널(101)의 측면으로 흘러 불량이 발생하는 것을 방지하기 위한 것이다.
그런데, 투명 합착수지(174)에 열을 인가하여 경화시키는 경우, 투명 합착수지(174)는 온도의 상승으로 인해 수축하게 되어, 합착수지(174)가 액정패널(101)의 중앙영역으로 모이게 된다.
투명 합착수지(174)가 중앙으로 수축하게 되면, 수축력에 의해 최외각영역(A영역)의 제2기판(105)이 상부방향으로 상승하게 되어, A영역에서 제1기판(103)과 제2기판(105) 사이에 셀갭이 증가하게 된다. 또한, A영역의 제2기판(105)이 상승함에 따라 A영역과 인접한 B영역은 응력에 의해 하부방향으로 하강하게 되어, B영역에서의 셀갭이 감소하게 된다.
도 4에 도시된 바와 같이, 액정패널(101)에 인가되는 응력은 액정패널(101)의 중앙에서 외곽영역으로 갈수록 증가하게 되며, 그 결과 중앙영역에서 외곽영역으로 갈수록 응력에 의한 액정패널(101)의 셀갭의 변이가 더욱 심해지게 된다.
응력은 액정패널(101)을 압착하는 힘으로 작용하여, 셀갭을 감소시킴과 동시에 이 영역에 형성된 갭스페이서(108a)을 파손시키게 된다. 물론, 이러한 응력은 눌림스페이서(108b)에도 영향을 미치지만, 눌림스페이서(108b)는 제1기판(103)과 일정 거리 이격되어 있기 때문에, 응력에 의한 압력이 상기 눌림스페이서(108b)에 직접 영향을 미치지 않는다.
특히, 응력이 액정패널(101)의 외곽으로 갈수록 커지기 때문에, 액정패널(101)의 외곽영역에 배치된 갭스페이서(108a)에 높은 압력이 인가되어 이 영역의 갭스페이서(108a)가 주로 파손된다.
갭스페이서(108a)의 파손으로 인해 B영역에서는 갭스페이서(108a)에 의해 액정패널(101)의 셀갭이 일정하게 유지되지 않기 때문에, 액정패널(101)의 외곽영역, 즉 A,B영역에서의 셀갭이 중앙영역의 셀갭과는 많은 차이가 발생하며, 그 결과 셀갭의 차이로 인해 색상변이(color shift) 등의 화상불량이 발생하게 된다.
그러나, 본 발명에서는 도 2에 도시된 바와 같이 갭스페이서(108a)를 액정패널(101)의 중앙에서 외곽영역으로 갈수록 그 밀도 또는 갯수를 증가시켜 외곽영역에 응력에 의한 압력이 증가되는 경우에도 갭스페이서(108a)의 증가에 의해 하나의 갭스페이서(108a)에 인가되는 압력의 세기를 액정패널(101) 전체에 서 대략적으로 균일하게 할 수 있게 되어 압력에 의해 액정패널(101)의 외곽에서 갭스페이서(108a)가 파손되는 것을 방지할 수 있게 된다.
이와 같이, 본 발명에서는 액정패널(101)의 외곽영역에서 갭스페이서(108a)가 파손되는 것을 방지함에 따라 액정패널(101) 전체에 걸쳐서 균일한 셀갭을 유지할 수 있게 되므로, 셀갭의 불균일에 의한 불량을 방지할 수 있게 된다. 또한 본 발명에서는 액정패널(101) 전체에 걸쳐서 컬럼스페이서의 밀도 또는 갯수를 일정하게 유지하고, 갭스페이서(108a)의 갯수를 종래 액정패널에 형성되는 갭스페이서의 갯수와 동일하게 유지하므로, 종래와 동일하게 액정의 충진량 마진을 유지할 수 있게 되어 갭스페이서(108a)의 밀도 변화에 따른 미충진불량이나 중력불량 등도 방지할 수 있게 된다.
이하에서는 상기와 같은 본 발명에 따른 실시예를 더욱 구체적으로 설명한다.
도 5a는 본 발명에 따른 컬럼스페이서(108a,108b)가 실제 액정패널(101)에 적용된 것을 나타내는 평면도이다. 이때, 도면에는 횡전계모드 액정표시소자를 한 예로서 도시하였지만, 본 발명이 횡전계모드에만 적용되는 것이 아니라 TN모드나 VA모드 액정표시소자에도 적용될 수 있을 것이다.
도 5a에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 액정표시소자는 복수의 게이트라인(120)과 데이터라인(12)에 의해 정의되는 복수의 화소를 포함하며, 각각의 화소내에는 박막트랜지스터(130)가 배치되어 있다.
상기 박막트랜지스터(130)는 상기 게이트라인(120)에 연결되어 주사신호가 인가되는 게이트전극(131)과, 상기 게이트전극(131) 위에 형성되어 주사신호가 게이트전극에 인가됨에 따라 활성화되어 채널층을 형성하는 반도체층(132)과, 상기 반도체층(132)위에 형성되어 데이터라인(122)을 통해 입력된 화상신호를 화소에 전달하는 소스전극(133) 및 드레인전극(134)으로 구성된다.
상기 화소내에는 공통전극(142) 및 화소전극(144)이 서로 실질적으로 평행하게 배치되어 횡전계를 형성한다. 이때, 상기 공통전극(142)은 화소내에 배치된 공통라인(137)과 연결되고 화소전극(144)은 화소전극라인(138)에 연결되어 신호가 인가되며, 상기 공통라인(137)과 화소전극라인(138)은 중첩되어 축적용량을 형성한다.
상기 게이트라인(120) 상에는 갭스페이서(108a) 및 눌림스페이서(108b)가 형성되어 있다. 도면에서는 상기 갭스페이서(108a) 및 눌림스페이서(108b)가 각각의 화소의 게이트라인(120)에 형성되어 있지만, 2개 또는 그 이상의 화소에 갭스페이서(108a) 및 눌림스페이서(108b)가 형성될 수도 있다.
도면에는 하나의 화소에는 갭스페이서(108a)가 형성되고 3개의 화소 각각에는 눌림스페이서(108b)가 형성되어 있지만, 이 갭스페이서(108a)와 눌림스페이서(108b)의 갯수는 스페이서가 형성되는 위치에 따라 그 밀도 또는 갯수가 달라질 것이다. 예를 들어, 액정패널(101)의 중앙영역에서는 화소에 갭스페이서(108a)가 형성되지 않고 각각의 화소에 눌림스페이서(108b)만이 형성될 수 있으며, 액정패널(101)의 가장자리 영역에서는 화소에 갭스페이서(108a)만이 형성되고 눌림스페이서(108b)는 형성되지 않을 수 있다.
상기 갭스페이서(108a)는 액정패널(101)의 가장자리영역에 가장 많이 형성되고 액정패널(101)의 중앙영역으로 갈수록 그 갯수가 감소한다. 다시 말해서, 상기 갭스페이서(108a)은 가장자리영역에 밀도가 가장 높고 중앙영역으로 갈수록 밀도가 저하된다.
이러한 구조를 다른 말로 표현하면, 갭스페이서(108a)은 중앙영역에서는 간격이 크지만 가장자리영역에서는 간격이 좁아진다. 즉, 갭스페이서(108a) 사이의 간격은 액정패널(101)의 중앙영역에서 가장자리영역(즉, 외곽영역)으로 갈수록 감소한다. 액정패널(101)의 외곽영역에서 갭스페이서(108a)는 각각의 화소당 하나씩 형성되므로, 이 영역에서의 갭스페이서(108a)의 간격은 화소의 폭과 유사할 것이다.
한편, 도면에서는 상기 갭스페이서(108a) 및 눌림스페이서(108b)가 게이트라인(120) 상에 배치되지만, 데이터라인(122) 상에 배치될 수도 있고 게이트라인(120)과 데이터라인(122)의 교차영역에 배치될 수도 있을 것이다.
도 5b는 도 5a의 I-I'선 단면도로서, 상기 갭스페이서(108a) 및 눌림스페이서(108b)의 구조를 좀더 상세히 나타내는 도면이다. 이때, 상기 제1기판(103)은 박막트랜지스터가 형성된 박막트랜지스터기판이고 제2기판(105)은 컬러필터가 형성된 컬러필터기판이다.
상기 박막트랜지스터는 제1기판(103)에 형성된 게이트전극(131)과, 상기 게이트전극(131) 위에 형성된 게이트절연층(152)과, 상기 게이트절연층(152) 위에 형성된 반도체층(133)과, 상기 반도체층(133) 위에 형성된 소스전극(134) 및 드레인전극(135)으로 이루어진다. 상기와 같은 박막트랜지스터 위에는 보호층(154)이 형성된다.
제2기판(105)에는 블랙매트릭스(161)와 컬러필터층(163)이 형성된다. 상기 블랙매트릭스(161)는 게이트라인과 데이터라인 및 박막트랜지스터 형성영역 등과 같이 실제 화상이 구현되지 않는 영역으로 광이 누설되어 화질의 저하되는 것을 방지하기 위한 것으로, CrO나 CrO2 등으로 이루어져 이 영역으로 광이 투과되는 것을 차단한다. 컬러필터층(163)은 R,G,B,컬러필터가 구비된 것으로, 광이 투과됨에 따라 해당 컬러를 구현하여 화상을 구현할 수 있게 된다. 이때, 상기 컬러필터층(163)은 동일 컬러필터가 띠형상으로 배열될 수 있다. 또한, 상기 컬러필터층(163) 위에는 제2기판(105)을 평탄화하고 컬러필터층(163)을 보호하기 위한 오버코트층(165)이 형성될 수 있다.
상기 오버코트층(175) 위에는 컬럼스페이서인 갭스페이서(108a) 및 눌림스페이서(108b)가 형성된다. 상기 갭스페이서(108a)는 눌림스페이서(108b)보다 큰 높이로 형성된다. 따라서, 상기 갭스페이서(108a)는 제1기판(103)의 보호층(154)과 접촉하는 반면에, 눌림스페이서(108b)는 제1기판(103)의 보호층(154)과 설정 거리만큼 이격된다.
물론, 상기 갭스페이서(108a)가 제1기판(103)의 보호층(154)과 접촉하지 않을 수도 있지만, 이 경우에도 상기 갭스페이서(108a)의 높이가 눌림스페이서(108b)의 높이보다 크기 때문에 상기 갭스페이서(108a)에 의해 액정패널(101)의 셀갭이 실질적으로 일정하게 유지되며, 액정패널(101)에 압력이 인가되는 경우에는 눌림스페이서(108b)가 제1기판(103)의 보호층(154)과 접촉하여 액정패널(101)의 셀갭을 일정하게 유지한다.
한편, 상기 갭스페이서(108a) 및 눌림스페이서(108b)는 제2기판(105)에 형성되지만, 제1기판(103)에 형성될 수도 있다.
상기 갭스페이서(108a) 및 눌림스페이서(108b)는 유기물질로 형성된다. 즉, 제1기판(103) 또는 제2기판(105)상에 유기물질을 적층한 후, 그 위에 포토레지스트를 도포하고 회절마스크 또는 하프톤마스크에 의해 서로 다른 두께를 갖는 포토레지스트패턴을 형성하고 이 포토레지스트패턴에 의해 서로 다른 높이의 갭스페이서(108a) 및 눌림스페이서(108b)를 형성하는 것이다.
또한, 상기 갭스페이서(108a) 및 눌림스페이서(108b)는 감광성 유기물질로 형성된다. 이 경우, 제1기판(103) 또는 제2기판(105)상에 감광성 유기물질을 적층한 후, 회절마스크 또는 하프톤마스크에 의해 서로 다른 두께를 갖는 패턴을 형성함으로써 갭스페이서(108a) 및 눌림스페이서(108b)를 형성한다.
이와 같이, 본 발명에서는 갭스페이서(108a)를 액정패널(101)의 중앙영역에서 외곽영역으로 갈수록 밀도 또는 그 갯수를 증가시키거나 갭스페이서(108a)의 간격을 감소시킴으로써 응력에 의해 외곽영역에서 셀갭에 불량이 발생하는 것을 방지한다.
도 6a-도 6d는 액정패널(101) 전체에 걸친 갭스페이서(108a)의 분포밀도를 나타내는 그래프이다.
도 6a에 도시된 바와 같이 본 발명에서는 갭스페이서(108a)의 밀도는 액정패널(101)의 중앙에서 외곽영역으로 갈수록 선형적으로 증가할 수도 있고, 도 6b에 도시된 바와 같이 갭스페이서(108a)의 밀도가 중앙영역에서 외곽영역으로 갈수록 지수함수적으로 증가할 수도 있다. 또한, 도 6c에 도시된 바와 같이, 갭스페이서(108a)가 밀도가 중앙영역에서 외곽영역으로 갈수록 로그함수적으로 증가할 수도 있다. 그리고, 도 6d에 도시된 바와 같이, 갭스페이서(108a)의 밀도는 액정패널(101)의 중앙에서 외곽영역으로 갈수록 비선형적으로 증가할 수도 있다.
이때, 액정패널(101) 전체 영역에 걸쳐 컬럼스페이서의 밀도 또는 갯수는 일정하게 유지된다. 다시 말해서, 눌림스페이서(108a)의 밀도 또는 갯수는 액정패널(101)의 중앙에서 외곽영역으로 갈수록 선형적 또는 비선형적, 지수함수적, 로그함수적으로 감소한다.
또한, 상기 그래프는 분포밀도대 위치관계 뿐만 아니라 분포갯수대 위치관계에도 적용될 수 있다. 즉, 도 6a에 도시된 바와 같이 갭스페이서(108a)의 갯수는 액정패널(101)의 중앙에서 외곽영역으로 갈수록 선형적으로 증가할 수도 있고, 도 6b에 도시된 바와 같이 갭스페이서(108a)의 갯수가 중앙영역에서 외곽영역으로 갈수록 지수함수적으로 증가할 수도 있다. 또한, 도 6c에 도시된 바와 같이, 갭스페이서(108a)의 갯수가 중앙영역에서 외곽영역으로 갈수록 로그함수적으로 증가할 수도 있다. 그리고, 도 6d에 도시된 바와 같이, 갭스페이서(108a)의 갯수는 액정패널(101)의 중앙에서 외곽영역으로 갈수록 비선형적으로 증가할 수도 있다.
그리고, 이러한 분포그래프는 갭스페이서(108a) 사이의 간격대 위치관계에도 적용될 수 있다. 그러나, 이때의 그래프는 도 6a-6c와는 반대로 될 것이다. 다시 말해서, 갭스페이서(108a) 사이의 간격은 액정패널(101)의 중앙에서 외곽영역으로 갈수록 선형적 또는 비선형적으로 감소할 수도 있고 수함수적으로 감소할 수도 있으며 로그함수적으로 감소할 수도 있을 것이다.
다시 말해서, 본 발명에서는 액정패널의 중앙영역에서 외곽영역으로 갈수록 갭스페이서의 밀도나 갯수 등이 증가한다면 그 증가형태는 어떠한 형태도 가능할 것이다.
또한, 상술한 상세한 설명에서는 갭스페이서(108a)나 눌림스페이서(108b)의 형상을 특정하여 설명하고 있지 않지만, 이러한 컬럼스페이서는 다양한 형상이 가능할 것이다. 예를 들면, 원기둥형상이나 다각기둥 형상 또는 마름모꼴형상이나 역마름모꼴형상등과 같이 다양한 형상이 가능할 것이다. 그리고, 상세한 설명에서는 컬럼스페이서의 위치를 게이트라인이나 데이터라인 위 등의 특정한 위치에 형성한다고 기술하고 있지만, 본 발명은 이러한 특정한 구조에만 한정되는 것이 아니라 화소내 등과 같은 다양한 위치에 형성될 수 있을 것이다.
101 : 액정패널 108a : 갭스페이서
108b : 눌림스페이서 109 : 액정층
110,120 : 기판 174 : 접착층
180 : 기능성 패널

Claims (15)

  1. 화상이 구현되는 액정패널;
    상기 액정패널에 형성되어 액정패널의 셀갭을 일정하게 유지하는 갭스페이서; 및
    상기 액정패널에 형성되어 상기 갭스페이서보다 작은 높이로 형성되어 상기 액정패널에 압력이 인가될 경우 셀갭을 일정하게 유지하는 눌림스페이서로 구성되며,
    상기 갭스페이서의 밀도는 상기 액정패널의 중앙영역에서 외곽영역으로 갈수록 증가하고 상기 눌림스페이서의 밀도는 상기 액정패널의 중앙영역에서 외곽영역으로 갈수록 감소하는 것을 특징으로 하는 액정표시소자.
  2. 제1항에 있어서, 상기 액정패널은,
    게이트라인 및 데이터라인에 의해 정의되는 복수의 화소 및 상기 각각의 화소에 형성된 박막트랜지스터를 포함하는 제1기판;
    블랙매트릭스 및 컬러필터층이 형성된 제2기판; 및
    상기 제1기판 및 상기 제2기판 사이에 형성된 액정층으로 이루어진 것을 특징으로 하는 액정표시소자.
  3. 제2항에 있어서, 상기 갭스페이서와 상기 눌림스페이서는 상기 게이트라인, 상기 데이터라인 또는 상기 게이트라인과 상기 데이터라인의 교차영역에 대응하는 영역에 배치되는 것을 특징으로 하는 액정표시소자.
  4. 제2항에 있어서, 상기 갭스페이서와 상기 눌림스페이서는 상기 제1기판 또는 상기 제2기판에 형성되는 것을 특징으로 하는 액정표시소자.
  5. 삭제
  6. 제1항에 있어서, 상기 갭스페이서와 상기 눌림스페이서의 전체 밀도는 상기 액정패널 전체에 걸쳐 균일한 것을 특징으로 하는 액정표시소자.
  7. 제1항에 있어서, 상기 갭스페이서는 상기 액정패널 전체 면적에 대하여 50-100ppm의 밀도로 배치되는 것을 특징으로 하는 액정표시소자.
  8. 제1항에 있어서, 상기 갭스페이서는 상기 액정패널 전체 면적에 대하여 75-100ppm의 밀도로 배치되는 것을 특징으로 하는 액정표시소자.
  9. 화상이 구현되는 액정패널;
    투명 접착제에 의해 상기 액정패널에 부착되는 기능성 패널;
    상기 액정패널에 형성되어 상기 액정패널의 셀갭을 일정하게 유지하는 갭스페이서; 및
    상기 액정패널에 형성되어 상기 갭스페이서보다 작은 높이로 형성되어 상기 액정패널에 압력이 인가될 경우 셀갭을 일정하게 유지하는 눌림스페이서로 구성되며,
    상기 갭스페이서의 밀도는 상기 투명접착제에 의해 발생하는 응력의 크기에 비례하고 상기 눌림스페이서의 밀도는 상기 투명접착제에 의해 발생하는 응력의 크기에 반비례하는 것을 특징으로 하는 액정표시소자.
  10. 제9항에 있어서, 상기 기능성 패널은 터치패널 및 입체영상용 패널을 포함하는 것을 특징으로 하는 액정표시소자.
  11. 제1항에 있어서, 상기 갭스페이서 및 상기 눌림스페이서의 밀도는 중앙영역에서 외곽영역으로 선형적으로 변하는 것을 특징으로 하는 액정표시소자.
  12. 제1항에 있어서, 상기 갭스페이서 및 상기 눌림스페이서의 밀도는 중앙영역에서 외곽영역으로 비선형적으로 변하는 것을 특징으로 하는 액정표시소자.
  13. 제1항에 있어서, 상기 갭스페이서 및 상기 눌림스페이서의 밀도는 중앙영역에서 외곽영역으로 비연속적으로 변하는 것을 특징으로 하는 액정표시소자.
  14. 제9항에 있어서, 상기 갭스페이서의 밀도는 상기 액정패널의 중앙영역에서 외곽영역으로 갈수록 증가하는 것을 특징으로 하는 액정표시소자.
  15. 제9항에 있어서, 상기 눌림스페이서의 밀도는 상기 액정패널의 중앙영역에서 외곽영역으로 갈수록 감소하는 것을 특징으로 하는 액정표시소자.
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