KR102063987B1 - 액정표시장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 박막 트랜지스터 어레이를 포함하는 하부 기판; 하부 기판과 이격 대향하는 상부 기판; 상부 기판 상에 형성된 블랙매트릭스; 블랙매트릭스 상에 형성된 컬러필터; 컬러필터 상에 형성된 오버코팅층; 및 오버코팅층 상에 위치하는 컬럼스페이서를 포함하되, 컬러필터는 컬럼스페이서가 위치하는 영역에서 인접하는 컬러필터의 일측 방향으로 돌출된 패턴을 갖는 것을 특징으로 하는 액정표시장치를 제공한다.

Description

액정표시장치{Liquid Crystal Display Device}
본 발명은 액정표시장치에 관한 것이다.
정보화 기술이 발달함에 따라 사용자와 정보간의 연결 매체인 표시장치의 시장이 커지고 있다. 이에 따라, 액정 표시장치(Liquid Crystal Display: LCD), 유기전계 발광소자(Organic Light Emitting Diodes: OLED) 및 플라즈마 디스플레이 패널(Plasma Display Panel: PDP) 등과 같은 평판 표시장치(Flat Panel Display: FPD)의 사용이 증가하고 있다.
앞서 설명된 평판 표시장치 중에는 고해상도를 구현할 수 있고 소형화뿐만 아니라 대형화가 가능한 액정표시장치가 널리 사용되고 있다. 액정표시장치는 액정패널에 포함된 화소전극과 공통전극에 걸리는 전계로 액정층의 배열 방향을 조절하여 백라이트유닛으로부터 입사된 광을 출사하는 방식으로 영상을 표시한다. 액정표시장치는 액정패널에 포함된 박막 트랜지스터, 컬럼스페이서, 컬러필터, 화소전극 및 공통전극 등의 구조에 따라 다양한 구조 및 구동 방식으로 구분되어 제작된다.
한편, 종래에는 액정패널 제작시 컬럼스페이서와 인접하는 영역에 위치하는 컬러필터 간의 중첩 마진(Overlay Margin)을 고려하지 않았다. 이 때문에, 종래 액정패널은 컬러필터 간의 높이 차이는 물론 컬럼스페이서 간의 높이 차이가 나타났다. 이 경우, 액정패널은 표시면의 전면 전체 또는 국부에서 색감 편차가 나타나게 됨은 물론 셀 갭 편차가 나타나는 문제가 있어 이의 개선이 요구된다.
상술한 배경기술의 문제점을 해결하기 위한 본 발명은 표시면의 전면 전체 또는 국부에서 색감 편차가 나타나는 문제 및 셀 갭 편차가 나타나는 문제를 해결할 수 있는 액정표시장치를 제공하는 효과가 있다.
상술한 과제 해결 수단으로 본 발명은 박막 트랜지스터 어레이를 포함하는 하부 기판; 하부 기판과 이격 대향하는 상부 기판; 상부 기판 상에 형성된 블랙매트릭스; 블랙매트릭스 상에 형성된 컬러필터; 컬러필터 상에 형성된 오버코팅층; 및 오버코팅층 상에 위치하는 컬럼스페이서를 포함하되, 컬러필터는 컬럼스페이서가 위치하는 영역에서 인접하는 컬러필터의 일측 방향으로 돌출된 패턴을 갖는 것을 특징으로 하는 액정표시장치를 제공한다.
돌출된 패턴은 컬러필터의 일측에 위치하며 인접하는 컬러필터의 방향으로 일부 영역이 돌출된 돌출부와, 컬러필터의 타측에 위치하며 돌출부가 인입되도록 일부 영역이 함몰된 함몰부에 의해 마련될 수 있다.
돌출부와 함몰부는 블랙매트릭스를 덮도록 서로 맞닿거나 블랙매트릭스의 일부를 노출하도록 이격된 공간부를 가질 수 있다.
공간부는 컬럼스페이서와 인접하는 영역에 위치하는 오버코팅층 및 컬럼스페이서의 균일도를 높이도록 컬러필터 간의 중첩을 방지하는 마진 공간일 수 있다.
돌출부와 함몰부는 컬럼스페이서의 형상에 대응하여 반구 형상을 가질 수 있다.
돌출부를 형성하는 제1돌출지점과 제2돌출지점 간의 거리는 함몰부를 형성하는 제1함몰지점과 제2함몰지점 간의 거리보다 짧을 수 있다.
돌출부는 돌출부의 상부와 하부에서 컬럼스페이서 방향으로 인입되도록 일부 영역이 함몰된 더미 함몰부를 포함할 수 있다.
더미 함몰부는 제1돌출지점보다 상부에 위치하는 상부함몰지점과 제1돌출지점의 사이 그리고 제2돌출지점보다 하부에 위치하는 하부함몰지점과 제2돌출지점의 사이에 형성될 수 있다.
상부함몰지점의 시작점은 제1함몰지점에 대응되거나 이보다 상부에 위치하고, 하부함몰지점의 시작점은 제2함몰지점에 대응되거나 이보다 하부에 위치할 수 있다.
더미 함몰부는 적어도 두 개의 직선 선분을 포함하는 직선형으로 이루어지거나 상기 직선 선분을 미포함하는 곡선형으로 이루어질 수 있다.
돌출부 및 함몰부는 컬럼스페이서를 중심으로 그려진 가상의 원 내에 위치하며, 가상의 원은 컬럼스페이서의 상부에 위치하는 서브 픽셀의 개구영역 끝단과 하부에 위치하는 서브 픽셀의 개구영역의 끝단에 대응되는 범위로 정의될 수 있다.
본 발명은 컬러필터 간의 중첩 마진을 형성하고 컬러필터, 오버코팅층 및 컬럼스페이서의 균일도를 향상하여 표시면의 전면 전체 또는 국부에서 색감 편차가 나타나는 문제 및 셀 갭 편차가 나타나는 문제를 해결할 수 있는 액정표시장치를 제공하는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 액정표시장치를 개략적으로 나타낸 블록도.
도 2는 도 1에 도시된 서브 픽셀을 개략적으로 나타낸 회로 구성도.
도 3은 본 발명의 제1실시예에 따른 액정패널의 단면 예시도.
도 4는 본 발명의 제1실시예에 따라 도 3의 액정패널을 상부 기판의 내부 면에서 바라본 평면 예시도.
도 5는 컬러필터 및 컬럼스페이서 부분을 구체적으로 설명하기 위한 도면.
도 6은 컬러필터 및 컬럼스페이서 설계시 참고할 수 있는 도면.
도 7은 컬러필터의 구조를 구체적으로 설명하기 위한 도면.
도 8은 본 발명의 제1실시예에 따른 구조적인 효과를 설명하기 위한 도면.
도 9는 종래 액정패널을 상부 기판의 내부 면에서 바라본 평면 예시도.
도 10은 종래 액정패널의 구조적인 문제점을 설명하기 위한 도면.
도 11은 본 발명의 제2실시예에 따른 액정패널의 단면 예시도.
도 12는 본 발명의 제2실시예에 따라 도 11의 액정패널을 상부 기판의 내부 면에서 바라본 평면 예시도.
도 13은 컬러필터 및 컬럼스페이서 부분을 설명하기 위한 도면.
도 14는 컬러필터 및 컬럼스페이서 설계시 참고할 수 있는 도면.
도 15는 컬러필터의 구조를 구체적으로 설명하기 위한 도면.
도 16은 본 발명의 제2실시예에 따른 구조적인 효과를 설명하기 위한 도면.
도 17 내지 도 21은 본 발명이 적용 가능한 서브 픽셀의 구조 예시도들.
이하, 본 발명의 실시를 위한 구체적인 내용을 첨부된 도면을 참조하여 설명한다.
<제1실시예>
도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 액정표시장치를 개략적으로 나타낸 블록도이고, 도 2는 도 1에 도시된 서브 픽셀을 개략적으로 나타낸 회로 구성도이다.
도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 액정표시장치에는 타이밍제어부(130), 게이트구동부(140), 데이터구동부(150), 액정패널(160) 및 백라이트유닛(170)이 포함된다.
타이밍제어부(130)는 외부로부터 수직 동기신호(Vsync), 수평 동기신호(Hsync), 데이터 인에이블 신호(Data Enable, DE), 클럭신호(CLK), 데이터신호(DATA)를 공급받는다. 타이밍제어부(130)는 수직 동기신호, 수평 동기신호, 데이터 인에이블 신호, 클럭신호 등의 타이밍신호를 이용하여 데이터구동부(150)와 게이트구동부(140)의 동작 타이밍을 제어한다.
타이밍제어부(130)는 1 수평기간의 데이터 인에이블 신호를 카운트하여 프레임기간을 판단할 수 있으므로 외부로부터 공급되는 수직 동기신호와 수평 동기신호는 생략될 수 있다. 타이밍제어부(130)는 게이트구동부(140)의 동작 타이밍을 제어하기 위한 게이트 타이밍 제어신호(GDC)와 데이터구동부(150)의 동작 타이밍을 제어하기 위한 데이터 타이밍 제어신호(DDC)를 생성한다.
게이트구동부(140)는 타이밍제어부(130)로부터 공급된 게이트 타이밍 제어신호(GDC)에 응답하여 게이트전압의 레벨을 시프트시키면서 게이트신호를 출력한다. 게이트구동부(140)는 게이트라인들(GL)을 통해 액정패널(160)에 게이트신호를 공급한다. 게이트구동부(140)는 IC 형태로 형성되거나 액정패널(160)에 게이트인패널(Gate In Panel) 방식으로 형성된다.
데이터구동부(150)는 타이밍제어부(130)로부터 공급된 데이터 타이밍 제어신호(DDC)에 응답하여 데이터신호(DATA)를 샘플링하고 래치하며 감마 기준전압으로 변환하여 출력한다. 데이터구동부(150)는 데이터라인들(DL)을 통해 액정패널(160)에 데이터신호(DATA)를 공급한다. 데이터구동부(150)는 IC 형태로 형성된다.
백라이트유닛(170)은 액정패널(160)에 빛을 제공한다. 백라이트유닛(170)은 발광다이오드(이하 LED), LED를 구동하는 LED구동부, LED로부터 출사된 광을 면광원으로 변환시키는 도광판, 도광판으로부터 출사된 광을 집광 및 확산하는 광학시트류 등이 포함된다. 백라이트유닛(170)은 LED뿐만 아니라 다른 광원을 이용하는 방식으로 액정패널(160)에 빛을 제공할 수 있다.
액정패널(160)은 박막 트랜지스터 등이 형성된 하부 기판, 컬러필터 등이 형성된 상부 기판 그리고 이들 사이에 위치하는 액정층으로 구성된다. 하부 기판과 하부 기판의 내부 상층부에는 액정의 프리틸트각(pre-tilt angle)을 설정하기 위한 배향막이 형성된다. 하부 기판의 하부면에는 하부 편광판이 부착되고, 상부 기판의 상부면에는 상부 편광판이 부착된다.
액정패널(160)은 투과형 액정표시장치, 반투과형 액정표시장치, 반사형 액정표시장치 등 어떠한 형태로도 구현될 수 있다. 액정패널(160)은 게이트구동부(140)로부터 공급된 게이트신호와 데이터구동부(150)로부터 공급된 데이터신호(DATA)에 대응하여 영상을 표시한다. 액정패널(160)은 백라이트유닛(170)을 통해 제공된 광을 제어하는 서브 픽셀들이 포함된다.
도 2에 도시된 바와 같이, 하나의 서브 픽셀(SP)에는 박막 트랜지스터(TFT), 스토리지 커패시터(Cst) 및 액정층(Clc)이 포함된다. 박막 트랜지스터(TFT)의 게이트전극은 게이트라인(GL1)에 연결되고 소오스전극은 데이터라인(DL1)에 연결된다. 스토리지 커패시터(Cst)는 박막 트랜지스터(TFT)의 드레인전극에 일단이 연결되고 공통전압라인(Vcom)에 타단이 연결된다. 액정층(Clc)은 박막 트랜지스터(TFT)의 드레인전극에 연결된 화소전극(1)과 공통전극(2, Vcom) 사이에 형성된다.
이하, 본 발명의 제1실시예에 따른 액정패널에 대해 설명한다.
도 3은 본 발명의 제1실시예에 따른 액정패널의 단면 예시도이고, 도 4는 본 발명의 제1실시예에 따라 도 3의 액정패널을 상부 기판의 내부 면에서 바라본 평면 예시도이며, 도 5는 컬러필터 및 컬럼스페이서 부분을 구체적으로 설명하기 위한 도면이고, 도 6은 컬러필터 및 컬럼스페이서 설계시 참고할 수 있는 도면이며, 도 7은 컬러필터의 구조를 구체적으로 설명하기 위한 도면이고, 도 8은 본 발명의 제1실시예에 따른 구조적인 효과를 설명하기 위한 도면이다.
도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 하부 기판(161) 상에는 박막 트랜지스터 어레이(TFTA)가 형성된다. 박막 트랜지스터 어레이(TFTA)는 도 2에 도시된 박막 트랜지스터(TFT), 스토리지 커패시터(Cst) 등을 포함한다. 예컨대, 박막 트랜지스터(TFT)는 탑 게이트 방식이나 바탐 게이트 방식으로 구성된다. 박막 트랜지스터(TFT)는 게이트전극, 반도체층, 소오스전극 및 드레인전극을 포함하며, 반도체층은 아몰포스 실리콘, 폴리 실리콘, 산화물 또는 유기물 중 하나로 선택될 수 있다.
박막 트랜지스터 어레이(TFTA)는 박막 트랜지스터(TFT), 스토리지 커패시터(Cst), 화소전극 및 공통전극(공통전극의 유무 등)의 형상에 따라 다양한 구조로 형성될 수 있으므로 이를 간략히 블록으로 도시한다.
상부 기판(169) 상에는 블랙매트릭스(BM)가 형성된다. 블랙매트릭스(BM)는 서브 픽셀(SP)의 개구영역(OPN)을 제외한 영역을 덮도록 형성된다. 블랙매트릭스(BM)는 개구영역(OPN) 이외의 영역에서 발생하는 빛샘을 방지하는 역할을 한다. 블랙매트릭스(BM)는 검정색 계열의 안료 등을 포함하는 수지 등으로 형성된다.
상부 기판(169) 상에는 블랙매트릭스(BM)를 일부 노출하도록 컬러필터(CF)가 형성된다. 컬러필터(CF)는 적색, 녹색 및 청색(RGB) 이상 3색으로 구분되어 형성된다. 컬러필터(CF)는 백라이트유닛으로부터 제공된 백색 광을 적색, 녹색 및 청색(RGB)으로 변환하는 안료 등을 포함하는 수지 등으로 형성된다.
컬러필터(CF) 상에는 오버코팅층(OC)이 형성된다. 오버코팅층(OC)은 컬러필터(CF) 등과 같은 하부 구조물에 의해 형성되는 단차를 방지하고 표면을 평탄화하는 역할을 한다. 오버코팅층(OC)은 유기물 또는 유/무기 복합물로 형성된다.
오버코팅층(OC) 상에는 컬럼스페이서(CS1, CS2)가 형성된다. 컬럼스페이서(CS1, CS2)는 액정패널(160)을 구성하는 하부 기판(161)과 상부 기판(169) 간의 간격(셀갭)을 유지하는 역할을 한다. 컬럼스페이서(CS1, CS2)는 유기물로 형성된다.
컬럼스페이서(CS1, CS2)의 경우, 오버코팅층(OC)과 동일한 재료로 형성되거나 별도의 층으로 형성되어 패터닝 되기도 한다. 컬럼스페이서(CS1, CS2)는 하부 기판(161)의 박막 트랜지스터의 위치(특히 게이트 전극에 대응되는 영역)에 대응하여 형성된다. 따라서, 하부 기판(161)과 상부 기판(169)을 합착하면, 컬럼스페이서(CS1, CS2)는 하부 기판(161)의 박막 트랜지스터의 위치(특히 게이트 전극에 대응되는 영역)에 대응하게 된다.
액정패널(160)을 구성하는 하부 기판(161)과 상부 기판(169) 사에는 액정패널(160)의 눌림에 의해 발생하는 압력으로부터 내부 구조물을 보호함과 더불어 빛샘불량을 방지하는 푸시 컬럼스페이서가 위치한다. 도시되어 있지 않지만, 푸시 컬럼스페이서는 하부 기판(161)의 최상부에 형성되거나 상부 기판(169)의 최상부에 형성된다. 이와 같이, 푸시 컬럼스페이서는 제조방식에 따라 위치가 달라질 수 있는 바, 본 발명에서는 푸시 컬럼스페이서가 위치하는 영역을 "PCSA"로 도시하고 이의 구조는 미도시한다.
한편, 컬러필터(CF)는 적색, 녹색 및 청색의 수지가 일측 방향으로 돌출된 패턴(CPL, CPR)을 갖는다. 컬러필터(CF)의 돌출된 패턴(CPL, CPR)은 컬럼스페이서(CS1, CS2)가 위치하는 영역에 형성된다. 컬러필터(CF)의 돌출된 패턴(CPL, CPR)은 인접하는 컬러필터의 일측 방향으로 돌출되도록 형성된다. 컬러필터(CF)의 돌출된 패턴(CPL, CPR)은 인접하는 컬러필터와 서로 맞닿거나 일부 중첩될 수도 있다. 컬러필터(CF)의 돌출된 패턴(CPL, CPR)과 관련된 설명은 이하에서 다룬다.
도 5, 도 6 및 도 7에 도시된 바와 같이, 컬러필터(CF)의 돌출된 패턴(CPL, CPR)은 컬럼스페이서(CS1, CS2)와 인접하는 영역에 위치하는 컬러필터(CF)에 의해 마련된다. 컬러필터(CF)의 돌출된 패턴(CPL, CPR)은 컬럼스페이서(CS1, CS2)가 위치하는 영역(또는 라인)에 형성되는 컬러필터(CF)에 모두 존재한다.
R 컬러필터(CF)와 G 컬러필터(CF)를 기준으로 이들 사이에 형성된 돌출된 패턴(CPL, CPR)에 대한 설명을 구체화하면 다음과 같다.
R 컬러필터(CF) 및 G 컬러필터(CF)의 일측(도면에서의 좌측)에는 인접하는 컬러필터(CF)의 방향으로 일부 영역이 돌출된 돌출부(CPL)가 각각 형성된다. 그리고 R 컬러필터(CF) 및 G 컬러필터(CF)의 타측(도면에서의 우측)에는 인접하는 컬러필터(CF)의 돌출부(CPL)가 인입되도록 일부 영역이 함몰된 함몰부(CPR)가 각각 형성된다.
컬러필터(CF)의 돌출된 패턴(CPL, CPR)은 컬럼스페이서(CS1, CS2)가 형성되는 영역에서의 공정상의 공차에 따른 문제(컬럼스페이서 간의 높이 차 발생 문제 등)를 저지 및 방지하기 위해 마련된다. 따라서, 돌출부(CPL)와 함몰부(CPR)는 컬럼스페이서(CS1, CS2)의 형상에 대응하여 반구 형상을 갖고 상호 이격하는 것이 좋으나 그 형상은 이에 한정되지 않는다.
돌출부(CPL)와 함몰부(CPR)의 크기는 설계마진을 기준으로 설계할 수 있다. 설계마진은 컬럼스페이서(CS1, CS2)를 중심으로 그려진 가상의 원(CI)으로 정의된다. 가상의 원(CI)은 컬럼스페이서(CS1, CS2)의 상부에 위치하는 서브 픽셀의 개구영역 끝단(서브 픽셀의 하측 끝단)과 하부에 위치하는 서브 픽셀의 개구영역의 끝단(서브 픽셀의 상측 끝단)에 대응되는 범위(b)로 정의된다.
돌출부(CPL)와 함몰부(CPR)는 가상의 원(CI) 내에서 상호 이격하도록 형성된다. 돌출부(CPL)의 돌출된 크기는 컬럼스페이서(CS1, CS2)로부터 이격된 거리(c)에 따라 정의된다. 돌출부(CPL)의 돌출된 크기를 정의하는 거리(c)는 컬럼스페이서(CS1, CS2)의 직경(a)에 대응되거나 이보다 짧게 형성된다. 함몰부(CPR)의 함몰된 크기는 가상의 원(CI)으로부터 이격된 거리(d)에 따라 정의된다. 함몰부(CPR)의 함몰된 크기를 정의하는 거리(d)는 돌출부(CPL)의 돌출된 크기를 정의하는 거리(c)보다 짧게 형성된다.
돌출부(CPL)를 형성하는 제1돌출지점(CPL1)과 제2돌출지점(CPL2) 간의 거리(d1)는 함몰부(CPR)를 형성하는 제1함몰지점(CPR1)과 제2함몰지점(CPR2) 간의 거리(d2)보다 짧거나 동일하다. 이에 따라, 돌출부(CPL)의 돌출된 크기는 함몰부(CPR)의 함몰된 크기보다 작거나 동일하게 형성되고, 돌출부(CPL)는 함몰부(CPR)의 함몰된 영역 내에 인입된다. 한편, 도면에서는 돌출부(CPL)와 함몰부(CPR)가 이상적으로 맞닿는 구조를 갖게 하기 위해 d1 < d2로 도시하였으나 이는 d1 = d2 관계가 될 수 있다.
컬러필터(CF)는 포토레지스트 및 마스크 등을 이용한 패터닝 공정에 의해 R 컬러필터(CF), G 컬러필터(CF) 및 B 컬러필터(CF) 형태로 형성된다. 때문에 공정상의 오차(마스크 시프트 등)가 발생할 경우, RGB 중 적어도 하나의 컬러필터가 다른 컬러필터와 중첩하는 문제가 발생하게 된다.
컬럼스페이서(CS1, CS2)와 인접하는 영역에 위치하는 컬러필터(CF)에는 돌출된 패턴(CPL, CPR)이 형성되는 반면 개구영역과 인접하는 영역에 위치하는 컬러필터(CF)에는 중첩부(OA)가 형성되더라도 무방하다. 그 이유는 컬럼스페이서(CS1, CS2)와 인접하지 않는 개구영역의 경우, 컬러필터(CF) 간의 중첩이 발생하더라도 컬럼스페이서(CS1, CS2) 간의 높이 차 발생과 같은 문제가 존재하지 않기 때문이다.
도 5 내지 도 8에 도시된 바와 같이, 컬러필터(CF)에 돌출된 패턴(CPL, CPR)을 형성하면 서로 이웃하는 컬러필터(R과 G 또는 G와 B)가 중첩되더라도 제1 및 제2컬럼스페이서(CS1, CS2) 간의 높이 차 발생 확률을 낮추거나 방지할 수 있게 된다. 그 이유는 컬러필터(CF)의 돌출부(CPL)와 함몰부(CPR)가 컬럼스페이서(CS1, CS2)로부터 원거리를 유지하며 이격하고 위치하기 때문이다. 또한, 컬러필터(CF)의 돌출된 패턴(CPL, CPR)은 공정상의 공차를 수렴 및 컬러필터(CF) 간의 중첩을 방지할 수 있는 중첩 마진(Overlay Margin)을 형성하기 때문이다.
이와 관련하여 종래 기술과 비교하여 설명하면 다음과 같다.
도 9는 종래 액정패널을 상부 기판의 내부 면에서 바라본 평면 예시도이고, 도 10은 종래 액정패널의 구조적인 문제점을 설명하기 위한 도면이다.
도 9 및 도 10에 도시된 바와 같이, 종래 액정패널에 형성된 컬러필터(CF)는 컬럼스페이서(CS1, CS2)와 인접하는 영역을 돌출시키기는 하였으나 설계마진이나 공정상의 공차를 수렴할 수 있는 중첩 마진이 없었다. 이에 따라, 종래 액정패널은 컬럼스페이서(CS1, CS2)와 인접하는 영역에 위치하는 컬러필터(CF)가 중첩하면 제1 및 제2컬럼스페이서(CS1, CS2) 간의 높이 차(ΔH)가 발생하였다. 이로 인하여, 종래 액정패널의 경우, 표시면의 전면 전체 또는 국부에서 색감 편차가 나타나게 됨은 물론 셀 갭 편차가 나타나는 문제를 유발하게 된다.
반면, 도 4 내지 도 8에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제1실시예에 따른 액정패널에 형성된 컬러필터(CF)는 돌출부(CPL) 및 함몰부(CPR)에 의해 공정상의 공차를 수렴할 수 있는 마진이 존재한다. 이에 따라, 본 발명의 제1실시예에 따른 액정패널은 서로 이웃하는 컬러필터(R과 G 또는 G와 B)가 중첩되더라도 제1 및 제2컬럼스페이서(CS1, CS2) 간의 높이 차 발생 확률을 낮추거나 방지할 수 있다. 이로 인하여, 본 발명의 제1실시예에 따른 액정패널의 경우, 표시면의 전면 전체 또는 국부에서 색감 편차가 나타나는 문제를 해결할 수 있게 됨은 물론 셀 갭 편차가 나타나는 문제를 해결할 수 있게 된다.
<제2실시예>
도 11은 본 발명의 제1실시예에 따른 액정패널의 단면 예시도이고, 도 12는 본 발명의 제2실시예에 따라 도 11의 액정패널을 상부 기판의 내부 면에서 바라본 평면 예시도이며, 도 13은 컬러필터 및 컬럼스페이서 부분을 설명하기 위한 도면이고, 도 14는 컬러필터 및 컬럼스페이서 설계시 참고할 수 있는 도면이며, 도 15는 컬러필터의 구조를 구체적으로 설명하기 위한 도면이고, 도 16은 본 발명의 제2실시예에 따른 구조적인 효과를 설명하기 위한 도면이다.
도 11 및 도 12에 도시된 바와 같이, 하부 기판(161) 상에는 박막 트랜지스터 어레이(TFTA)가 형성된다. 박막 트랜지스터 어레이(TFTA)는 도 2에 도시된 박막 트랜지스터(TFT), 스토리지 커패시터(Cst) 등을 포함한다. 박막 트랜지스터 어레이(TFTA)는 박막 트랜지스터(TFT), 스토리지 커패시터(Cst), 화소전극 및 공통전극(공통전극의 유무 등)의 형상에 따라 다양한 구조로 형성될 수 있으므로 이를 간략히 도시한다.
상부 기판(169) 상에는 블랙매트릭스(BM)가 형성된다. 블랙매트릭스(BM)는 서브 픽셀(SP)의 개구영역(OPN)을 제외한 영역을 덮도록 형성된다. 블랙매트릭스(BM)는 개구영역(OPN) 이외의 영역에서 발생하는 빛샘을 방지하는 역할을 한다. 블랙매트릭스(BM)는 검정색 계열의 안료 등을 포함하는 수지 등으로 형성된다.
상부 기판(169) 상에는 블랙매트릭스(BM)를 일부 노출하도록 컬러필터(CF)가 형성된다. 컬러필터(CF)는 적색, 녹색 및 청색(RGB) 이상 3색으로 구분되어 형성된다. 컬러필터(CF)는 백라이트유닛으로부터 제공된 백색 광을 적색, 녹색 및 청색(RGB)으로 변환하는 안료 등을 포함하는 수지 등으로 형성된다.
컬러필터(CF) 상에는 오버코팅층(OC)이 형성된다. 오버코팅층(OC)은 컬러필터(CF) 등과 같은 하부 구조물에 의해 형성되는 단차를 방지하고 표면을 평탄화하는 역할을 한다. 오버코팅층(OC)은 유기물 또는 유/무기 복합물로 형성된다.
오버코팅층(OC) 상에는 컬럼스페이서(CS1, CS2)가 형성된다. 컬럼스페이서(CS1, CS2)는 액정패널(160)을 구성하는 하부 기판(161)과 상부 기판(169) 간의 간격(셀갭)을 유지하는 역할을 한다. 컬럼스페이서(CS1, CS2)는 유기물로 형성된다. 컬럼스페이서(CS1, CS2)의 경우, 오버코팅층(OC)과 동일한 재료로 형성되거나 별도의 층으로 형성되어 패터닝 되기도 한다. 컬럼스페이서(CS1, CS2)는 하부 기판(161)의 박막 트랜지스터의 위치(특히 게이트 전극에 대응되는 영역)에 대응하여 형성된다. 따라서, 하부 기판(161)과 상부 기판(169)을 합착하면, 컬럼스페이서(CS1, CS2)는 하부 기판(161)의 박막 트랜지스터의 위치(특히 게이트 전극에 대응되는 영역)에 대응하게 된다.
액정패널(160)을 구성하는 하부 기판(161)과 상부 기판(169) 사에는 액정패널(160)의 눌림에 의해 발생하는 압력으로부터 내부 구조물을 보호함과 더불어 빛샘불량을 방지하는 푸시 컬럼스페이서가 위치한다. 도시되어 있지 않지만, 푸시 컬럼스페이서는 하부 기판(161)의 최상부에 형성되거나 상부 기판(169)의 최상부에 형성된다. 이와 같이, 푸시 컬럼스페이서는 제조방식에 따라 위치가 달라질 수 있는 바, 본 발명에서는 푸시 컬럼스페이서가 위치하는 영역을 "PCSA"로 도시하고 이의 구조는 미도시한다.
한편, 컬러필터(CF)는 적색, 녹색 및 청색의 수지가 상호 이격하여 마련된 공간부(SA)를 포함한다. 공간부(SA)와 관련된 설명은 이하에서 다룬다.
도 12, 도 13 및 도 15에 도시된 바와 같이, 공간부(SA)는 컬럼스페이서(CS1, CS2)와 인접하는 영역에 위치하는 컬러필터(CF)에 의해 마련된다. 공간부(SA)는 컬럼스페이서(CS1, CS2)와 인접하는 영역에만 존재할 수 있으나 공정의 편의상 컬럼스페이서(CS1, CS2)가 위치하는 영역(또는 라인)에 형성되는 컬러필터(CF)에 모두 존재하는 것을 일례로 도시 및 설명한다.
R 컬러필터(CF)와 G 컬러필터(CF)를 기준으로 이들 사이에 형성된 공간부(SA)에 대한 설명을 구체화하면 다음과 같다.
R 컬러필터(CF) 및 G 컬러필터(CF)의 일측(도면에서의 좌측)에는 인접하는 컬러필터(CF)의 방향으로 일부 영역이 돌출된 돌출부(CPL)와 돌출부(CPL)의 상부와 하부에서 컬럼스페이서(CS1, CS2) 방향으로 인입되도록 일부 영역이 함몰된 더미 함몰부(dp)가 각각 형성된다. 그리고 R 컬러필터(CF) 및 G 컬러필터(CF)의 타측(도면에서의 우측)에는 인접하는 컬러필터(CF)의 돌출부(CPL)가 인입되도록 함몰된 함몰부(CPR)가 각각 형성된다. 이렇듯, 공간부(SA)는 컬러필터(CF)에 마련된 돌출부(CPL), 더미 함몰부(dp)와 함몰부(CPR)에 의해 형성된다.
공간부(SA)는 컬럼스페이서(CS1, CS2)가 형성되는 영역에서의 공정상의 공차에 따른 문제(컬럼스페이서 간의 높이 차 발생 문제 등)를 저지 및 방지하기 위해 마련된 공간이다. 따라서, 공간부(SA)를 구성하는 돌출부(CPL)와 함몰부(CPR)는 컬럼스페이서(CS1, CS2)의 형상에 대응하여 반구 형상을 갖고 상호 이격하는 것이 좋으나 그 형상은 이에 한정되지 않는다.
돌출부(CPL)와 함몰부(CPR)의 크기는 설계마진을 기준으로 설계할 수 있다. 설계마진은 컬럼스페이서(CS1, CS2)를 중심으로 그려진 가상의 원(CI)으로 정의된다. 가상의 원(CI)은 컬럼스페이서(CS1, CS2)의 상부에 위치하는 서브 픽셀의 개구영역 끝단(서브 픽셀의 하측 끝단)과 하부에 위치하는 서브 픽셀의 개구영역의 끝단(서브 픽셀의 상측 끝단)에 대응되는 범위(b)로 정의된다.
돌출부(CPL)와 함몰부(CPR)는 가상의 원(CI) 내에서 상호 이격하도록 형성된다. 돌출부(CPL)의 돌출된 크기는 컬럼스페이서(CS1, CS2)로부터 이격된 거리(c)에 따라 정의된다. 돌출부(CPL)의 돌출된 크기를 정의하는 거리(c)는 컬럼스페이서(CS1, CS2)의 직경(a)에 대응되거나 이보다 짧게 형성된다. 함몰부(CPR)의 함몰된 크기는 가상의 원(CI)으로부터 이격된 거리(d)에 따라 정의된다. 함몰부(CPR)의 함몰된 크기를 정의하는 거리(d)는 돌출부(CPL)의 돌출된 크기를 정의하는 거리(c)보다 짧게 형성된다.
더미 함몰부(dp)는 가상의 원(CI) 내에 형성된다. 더미 함몰부(dp)는 제1돌출지점(CPL1)보다 상부에 위치하는 상부함몰지점(dp1)과 제1돌출지점(CPL1)의 사이 그리고 제2돌출지점(CPL2)보다 하부에 위치하는 하부함몰지점(dp2)과 제2돌출지점(CPL2)의 사이에 형성된다. 상부함몰지점(dp1)의 시작점은 함몰부(CPR)를 형성하는 제1함몰지점(CPR1)에 대응되거나 이보다 상부에 위치할 수 있다. 하부함몰지점(dp2)의 시작점은 함몰부(CPR)를 형성하는 제2함몰지점(CPR2)에 대응되거나 이보다 하부에 위치할 수 있다.
한편, 도면 상에서는 더미 함몰부(dp)가 각각 두 개의 직선 선분을 포함하는 직선형으로 이루어진 것을 일례로 하였으나 이는 노광이나 현상 정밀도에 따라 곡선형으로 형성될 수 있다.
돌출부(CPL)를 형성하는 제1돌출지점(CPL1)과 제2돌출지점(CPL1) 간의 거리(d1)는 함몰부(CPR)를 형성하는 제1함몰지점(CPR1)과 제2함몰지점(CPR2) 간의 거리(d2)보다 짧다. 이에 따라, 돌출부(CPL)의 돌출된 크기는 함몰부(CPR)의 함몰된 크기보다 작게 형성되고, 돌출부(CPL)는 함몰부(CPR)의 함몰된 영역 내에 인입됨은 물론 함몰부(CPR)와 함께 공간부(SA)를 형성하게 된다.
컬러필터(CF)는 포토레지스트 및 마스크 등을 이용한 패터닝 공정에 의해 R 컬러필터(CF), G 컬러필터(CF) 및 B 컬러필터(CF) 형태로 형성된다. 때문에 공정상의 오차(마스크 시프트 등)가 발생할 경우, RGB 중 적어도 하나의 컬러필터가 다른 컬러필터와 중첩하는 문제가 발생하게 된다.
컬럼스페이서(CS1, CS2)와 인접하는 영역에 위치하는 컬러필터(CF)에는 공간부(SA)가 형성되는 반면 개구영역과 인접하는 영역에 위치하는 컬러필터(CF)에는 중첩부(OA)가 형성되더라도 무방하다. 그 이유는 컬럼스페이서(CS1, CS2)와 인접하지 않는 개구영역의 경우, 컬러필터(CF) 간의 중첩이 발생하더라도 컬럼스페이서(CS1, CS2) 간의 높이 차 발생과 같은 문제가 존재하지 않기 때문이다.
도 11 내지 도 16에 도시된 바와 같이, 컬러필터(CF)에 공간부(SA)를 형성하면 서로 이웃하는 컬러필터(R과 G 또는 G와 B)가 중첩되더라도 제1 및 제2컬럼스페이서(CS1, CS2) 간의 높이 차 발생 확률을 낮추거나 방지할 수 있게 된다. 그 이유는 컬러필터(CF)의 돌출부(CPL)와 함몰부(CPR)가 컬럼스페이서(CS1, CS2)로부터 원거리를 유지하며 이격하고 위치하기 때문이다.
또한, 컬러필터(CF)의 돌출부(CPL)와 함몰부(CPR)에 의해 마련된 공간부(SA)가 공정상의 공차를 수렴 및 컬러필터(CF) 간의 중첩을 방지할 수 있는 중첩 마진(Overlay Margin)을 형성하기 때문이다. 이로 인하여, 본 발명의 제2실시예에 따른 액정패널의 경우, 표시면의 전면 전체 또는 국부에서 색감 편차가 나타나는 문제를 해결할 수 있게 됨은 물론 셀 갭 편차가 나타나는 문제를 해결할 수 있게 된다.
한편, 본 발명의 제2실시예는 더미 함몰부(dp)가 형성된 영역에서부터 돌출부(CPL)가 형성되므로 본 발명의 제1실시예보다 더 넓은 공간부(SA)를 형성할 수 있다. 따라서, 컬러필터 형성시 공정상의 공차가 발생하더라도 제1 및 제2컬럼스페이서(CS1, CS2)와 인접하는 영역에 위치하는 컬러필터(CF)가 중첩되는 현상을 완전히 배제할 수 있다. 이에 따라, 컬러필터(CF)의 상부에 위치하는 오버코팅층의 균일도는 물론 제1 및 제2컬럼스페이서(CS1, CS2)의 균일도를 완벽히 보장할 수 있게 된다.
이상 기 설명된 제1 및 제2실시예를 적용할 수 있는 서브 픽셀의 구조에 대해 몇 가지 예를 설명한다.
도 17 내지 도 21은 본 발명이 적용 가능한 서브 픽셀의 구조 예시도들이다.
도 17은 공통전극(Vcom)의 상부에 화소전극(Pxl)이 형성된 구조이다. 공통전극(Vcom)과 화소전극(Pxl)은 투명전극(예: ITO)으로 형성된다. 도 17에 도시된 서브 픽셀은 공통전극(Vcom)이 개구영역에 대응하는 형태로 형성되고 화소전극(Pxl)이 분할전극 형태로 형성된다. 여기서, 공통전극(Vcom)은 수직 데이터배선(Data)의 하부에 형성된다. 그리고 화소전극(Pxl)은 개구영역의 중앙에서 부등호 형상(<)을 갖는 전극과 이 전극을 기준으로 상하가 대칭하는 사선 형상을 갖는 전극을 포함한다.
도 18은 공통전극(Vcom)의 상부에 화소전극(Pxl)이 형성된 구조이다. 공통전극(Vcom)과 화소전극(Pxl)은 투명전극(예: ITO)으로 형성된다. 도 18에 도시된 서브 픽셀은 공통전극(Vcom)과 화소전극(Pxl)이 분할전극 형태로 형성된다. 여기서, 공통전극(Vcom)은 수직 데이터배선(Data)의 하부에 형성된다. 그리고 화소전극(Pxl)은 개구영역에서 수직으로 분할된 형상을 갖는 전극을 포함한다.
도 19는 화소전극(Pxl)의 상부에 공통전극(Vcom)이 형성된 구조이다. 공통전극(Vcom)과 화소전극(Pxl)은 투명전극(예: ITO)으로 형성된다. 도 19에 도시된 서브 픽셀은 화소전극(Pxl)이 개구영역에 대응하는 형태로 형성되고 공통전극(Vcom)이 분할전극 형태로 형성된다. 여기서, 화소전극(Pxl)은 수직 데이터배선(Data)의 하부에 형성된다. 그리고 공통전극(Vcom)은 개구영역에서 수직으로 분할된 형상을 갖는 전극을 포함한다.
도 20은 공통전극(Vcom)의 상부에 화소전극(Pxl)이 형성된 구조이다. 공통전극(Vcom)과 화소전극(Pxl)은 투명전극(예: ITO)으로 형성된다. 도 20에 도시된 서브 픽셀은 공통전극(Vcom)이 전면전극 형태로 형성되고 화소전극(Pxl)이 분할전극 형태로 형성된다. 여기서, 공통전극(Vcom)은 수직 데이터배선(Data)의 상부와 화소전극(Pxl) 사이에 형성된다. 그리고 화소전극(Pxl)은 개구영역에서 수직으로 분할된 형상을 갖는 전극을 포함한다.
도 21은 화소전극(Pxl)의 상부에 공통전극(Vcom)이 형성된 구조이다. 공통전극(Vcom)과 화소전극(Pxl)은 투명전극(예: ITO)으로 형성된다. 도 21에 도시된 서브 픽셀은 화소전극(Pxl)이 개구영역에 대응하는 형태로 형성되고 공통전극(Vcom)이 분할전극 형태로 형성된다. 그리고 공통전극(Vcom)은 개구영역에서 수직으로 분할된 형상을 갖되, 부등호(<) 형상을 갖는 전극을 포함한다.
한편, 위의 설명에서는 본 발명이 적용 가능한 FFS(Fringe Field Switching) 또는 IPS(In Plane Switching) 모드의 서브 픽셀에 대해 몇 가지 예만 설명하였다. 그러나 본 발명은 앞서 설명된 구조는 물론 TN(Twisted Nematic) 모드, VA(Vertical Alignment) 등 기타 다른 모드로 동작하는 서브 픽셀에도 적용 가능하다. 한편, 도 19 내지 도 21에 도시된 I-Vcom은 공통전극(Vcom)과 동일하나 도 17 및 도 18과 달리 데이터배선(Data)과 일부 중첩하는 구조를 가지므로 구분한 것임을 참조한다.
이상 본 발명은 컬러필터 간의 중첩 마진을 형성하고 컬러필터, 오버코팅층 및 컬럼스페이서의 균일도를 향상하여 표시면의 전면 전체 또는 국부에서 색감 편차가 나타나는 문제 및 셀 갭 편차가 나타나는 문제를 해결할 수 있는 액정표시장치를 제공하는 효과가 있다.
이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 상술한 본 발명의 기술적 구성은 본 발명이 속하는 기술 분야의 당업자가 본 발명의 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시 예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해되어야 한다. 아울러, 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어진다. 또한, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
160: 액정패널 하부 기판: 161
169: 상부 기판 BM: 블랙매트릭스
SP: 서브 픽셀 OPN: 개구영역
CF: 컬러필터 OC: 오버코팅층
CS1, CS2: 컬럼스페이서 CPL: 돌출부
CPR: 함몰부 SA: 공간부
dp: 더미 함몰부

Claims (15)

  1. 박막 트랜지스터 어레이를 포함하는 하부 기판;
    상기 하부 기판과 이격 대향하는 상부 기판;
    상기 상부 기판 상에 형성된 블랙매트릭스;
    상기 블랙매트릭스 상에 형성된 컬러필터;
    상기 컬러필터 상에 형성된 오버코팅층; 및
    상기 오버코팅층 상에 위치하는 컬럼스페이서를 포함하고,
    상기 컬러필터는 상기 컬럼스페이서가 위치하는 영역에서 인접하는 컬러필터의 일측 방향으로 돌출된 패턴을 갖고,
    상기 돌출된 패턴은
    상기 컬러필터의 일측에 위치하며 인접하는 컬러필터의 방향으로 일부 영역이 돌출된 돌출부와,
    상기 컬러필터의 타측에 위치하며 상기 돌출부가 인입되도록 일부 영역이 함몰된 함몰부에 의해 마련된 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 돌출부와 상기 함몰부는
    상기 블랙매트릭스를 덮도록 서로 맞닿거나 상기 블랙매트릭스의 일부를 노출하도록 이격된 공간부를 갖는 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 공간부는
    상기 컬럼스페이서와 인접하는 영역에 위치하는 상기 오버코팅층 및 상기 컬럼스페이서의 균일도를 높이도록 상기 컬러필터 간의 중첩을 방지하는 마진 공간인 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 돌출부와 상기 함몰부는
    상기 컬럼스페이서의 형상에 대응하여 반구 형상을 갖는 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 돌출부를 형성하는 제1돌출지점과 제2돌출지점 간의 거리는 상기 함몰부를 형성하는 제1함몰지점과 제2함몰지점 간의 거리보다 짧은 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 돌출부는
    상기 돌출부의 상부와 하부에서 상기 컬럼스페이서 방향으로 인입되도록 일부 영역이 함몰된 더미 함몰부를 포함하는 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 더미 함몰부는
    상기 제1돌출지점보다 상부에 위치하는 상부함몰지점과 상기 제1돌출지점의 사이 그리고 상기 제2돌출지점보다 하부에 위치하는 하부함몰지점과 상기 제2돌출지점의 사이에 형성된 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 상부함몰지점의 시작점은 상기 제1함몰지점에 대응되거나 이보다 상부에 위치하고, 상기 하부함몰지점의 시작점은 상기 제2함몰지점에 대응되거나 이보다 하부에 위치하는 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
  10. 제7항에 있어서,
    상기 더미 함몰부는
    적어도 두 개의 직선 선분을 포함하는 직선형으로 이루어지거나 상기 직선 선분을 미포함하는 곡선형으로 이루어진 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 돌출부 및 상기 함몰부는
    상기 컬럼스페이서를 중심으로 그려진 가상의 원 내에 위치하며,
    상기 가상의 원은 상기 컬럼스페이서의 상부에 위치하는 서브 픽셀의 개구영역 끝단과 하부에 위치하는 서브 픽셀의 개구영역의 끝단에 대응되는 범위로 정의되는 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
  12. 제1항에 있어서,
    제1항에 있어서,
    상기 컬러필터는 상기 컬럼스페이서가 위치하는 영역에서 비중첩하는 액정표시장치.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 돌출된 패턴은
    상기 하부 기판과 상기 상부 기판을 포함하는 액정패널에 정의된 상부 서브 픽셀의 개구영역과 하부 서브 픽셀의 개구영역 사이에 위치하는 액정표시장치.
  14. 박막 트랜지스터 어레이를 포함하는 하부 기판;
    상기 하부 기판과 이격 대향하는 상부 기판;
    상기 상부 기판 상에 형성된 블랙매트릭스;
    상기 블랙매트릭스 상에 형성된 컬러필터;
    상기 컬러필터 상에 형성된 오버코팅층; 및
    상기 오버코팅층 상에 위치하는 컬럼스페이서를 포함하고,
    상기 컬러필터는 상기 컬럼스페이서가 위치하는 영역에서 비중첩하되, 인접하는 컬러필터의 방향으로 돌출된 일측부와, 상기 일측부의 방향으로 함몰된 타측부를 포함하는 액정표시장치.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 일측부와 상기 타측부 중 적어도 하나는
    평면 상에서 보았을 때 반구 형상을 갖는 액정표시장치.
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