KR102407844B1 - 액정 표시장치 - Google Patents

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Abstract

본 명세서는 표시장치를 개시한다. 상기 표시장치는 TFT 어레이 기판; 상기 TFT 어레이 기판 상에 배치된 컬럼 스페이서; 상기 컬럼 스페이서의 아래에 위치하고, 상기 컬럼 스페이서의 하면에 접하며, 상기 컬럼 스페이서와 다른 굴절률(refractive index)을 가진 비투광성 물질로 이루어진 비투광성 물질층;을 포함한다.

Description

액정 표시장치{LIQUID CRYSTAL DISPLAY DEVICE}
본 명세서는 액정 표시장치 및 그에 사용되는 컬럼 스페이서의 구조에 관한 것이다.
액정 표시장치는 콘트라스트 비(contrast ratio)가 크고 동화상 표시에 적합하며 소비전력이 적다는 특징을 보여 노트북, 모니터, TV 등의 다양한 분야에서 활용되고 있다. 액정은 분자 구조가 가늘고 길며 배열에 방향성을 갖는 광학적 이방성과, 전기장 내에 놓일 경우 그 크기에 따라 분자 배열 방향이 변화되는 분극성질을 띠며, 액정 표시장치는 액정의 광학적 이방성과 분극성질을 이용하여 화상을 구현한다.
일반적으로, 액정 표시장치는 마주보는 두 기판 사이에 액정층을 개재해서 합착시킨 액정 패널을 포함하며, 두 기판의 내면에는 전극이 형성되어, 두 전극에 인가되는 전기장에 의해 액정 분자의 배열 방향을 변화시켜 광 투과율 차이를 발생시킨다.
이러한 액정 패널의 투과율 차이는 그 액정 패널의 배면에 놓이는 백라이트(backlight)로부터 공급되는 빛을 통과시키고,이 백라이트로부터 공급되는 빛이 컬러 필터를 통과하면서 구현되는 색 조합이 반영되어 컬러 화상의 형태로 표시된다.
일반적인 액정 표시장치 제조 공정은 어레이 기판 및 컬러 필터 기판을 각각 형성하기 위한 기판 제조 공정과, 액정 패널을 완성하는 셀(cell) 공정, 그리고 액정 패널과 백라이트를 일체화시키는 모듈(module) 공정으로 구분될 수 있다.
이 중 기판 제조 공정에서는 박막 증착(thin film deposition), 포토리소그라피(photo-lithography), 식각(etching) 등의 공정을 수 차례 반복해서 각 기판에 TFT(Thin Film Transistor) 어레이층과 컬러 필터층을 구현하고, 셀 공정에서는 TFT 어레이 기판 및 컬러 필터 기판 중 어느 하나에 합착을 위한 씰패턴(seal pattern)을 형성한 후 액정층을 사이에 두고 두 기판을 대면 합착시켜 액정 패널을 완성한다. 이렇게 완성된 액정 패널은 모듈 공정에서 편광판과 구동 회로 등이 부착된 후 백라이트와 일체화되어 액정 표시장치를 이룬다.
한편, TFT 어레이 기판과 컬러 필터 기판 사이에는 두 기판 사이의 간격을 일정하게 유지하기 위한 스페이서가 위치한다. 스페이서는 형상 및 배치 방법에 따라 볼 스페이서(ball spacer)와 컬럼 스페이서(column spacer)로 구분된다. 볼 스페이서는 어레이 기판 또는 컬러 필터 기판 상에 산포되도록 형성되고, 컬럼 스페이서는 어레이 기판 또는 컬러 필터 기판 상에서 패터닝을 통해 형성된다. 최근에는 특정 위치에 원하는 형태로 형성 가능한 컬럼 스페이서가 널리 사용된다.
본 명세서의 목적은, 컬럼 스페이서 및 상기 컬럼 스페이서를 사용하는 액정 표시장치를 제공하는 데 있다. 보다 구체적으로 본 명세서는 그 하면에 광을 투과하지 않은 물질이 존재함으로 인하여, 상기 광을 이용한 높이 측정에 정확성을 기할 수 있는 컬럼 스페이서 구조를 제공하는 데 그 목적이 있다. 또한, 본 명세서의 또 다른 목적은 상기의 특수한 구조를 포함하는 컬럼 스페이서를 사용하여 제조된 액정 표시장치를 제공하는 데 있다.
본 명세서의 일 실시예에 따라 액정 표시장치가 제공된다. 상기 액정 표시장치는, TFT 어레이 기판; 상기 TFT 어레이 기판 상에 배치된 컬럼 스페이서; 상기 컬럼 스페이서의 아래에 위치하고, 상기 컬럼 스페이서의 하면에 접하며, 상기 컬럼 스페이서와 다른 굴절률(refractive index)을 가진 비투광성 물질로 이루어진 비투광성 물질층을 포함할 수 있다.
상기 비투광성 물질층은, 상기 컬럼 스페이서의 상면에 대향된 방향에서 상기 컬럼 스페이서로 입사된 빛을 반사하도록 구비될 수 있다.
상기 비투광성 물질층은 입사된 빛이 소정 비율 이상으로 반사되기에 충분한 두께를 가질 수 있다.
상기 비투광성 물질층은 금속 물질로 이루어질 수 있다.
상기 액정 표시장치는, 상기 비투광성 물질층과 같은 층에 위치하고, 상기 비투광성 물질층의 일부를 덮는 절연층을 더 포함할 수 있다.
상기 비투광성 물질층은 평탄화층 상에 위치하며, 상기 평탄화층은 상기 TFT 어레이 기판 상에 배치된 TFT 들의 상부를 평평하게 하는 층일 수 있다.
상기 액정 표시장치는, 상기 컬럼 스페이서와 대응되는 위치에 블랙 매트릭스가 배열된 컬러필터 기판을 더 포함하고, 상기 비투광성 물질층은 상기 블랙 매트릭스와 같은 물질로 이루어질 수 있다.
본 명세서의 다른 실시예에 따라 액정 표시장치가 제공된다. 상기 액정 표시장치는 한 쌍의 기판; 상기 한 쌍의 기판 중 어느 한 기판에 위치하는 컬럼 스페이서 어레이를 포함하며, 상기 컬럼 스페이서 어레이에서 모든 컬럼스페이서는 상기 한 쌍의 기판 사이의 간격을 유지하도록 구현되며, 적어도 일부 컬럼 스페이서는 그 높이를 측정 할 수 있도록 상단면과 하단면이 서로 다른 굴절율(refractive index) 특성을 갖도록 추가적으로 구현될 수 있다.
상기 적어도 일부 컬럼 스페이서는, 그 하단면이, 외부의 측정장치로부터 출사하여 상기 컬럼 스페이서의 상단면을 통해 입사된 빛을 상기 측정장치로 반사하도록 구비된 비투광성 물질층과 접할 수 있다.
상기 적어도 일부 컬럼 스페이서는, 그 하단면이, 외부의 측정장치로부터 출사하여 상기 컬럼 스페이서의 상단면을 통해 입사된 빛을 상기 측정장치로 반사하도록 구비된 비투광성 물질층으로 구성될 수 있다.
상기 컬럼 스페이서 어레이는, 상기 한 쌍의 기판 중 화소 및 상기 화소를 구동하는 소자들이 배치된 기판 상에 위치할 수 있다.
본 명세서의 실시예에 의하면 컬럼 스페이서 하단부에 특수한 구조를 채용함으로서, 컬럼 스페이서의 높이가 정확히 측정될 수 있다. 이를 통하여 액정 표시장치 제조 공정의 정확도가 향상되며, 제품 불량률이 감소될 수 있다. 또한 상기 컬럼 스페이서 및 제조 공정을 적용함에 따라 본 명세서의 실시예에 따른 액정 표시장치는 품질 편차가 적어질 수 있다.
도 1은 본 명세서의 일 실시예에 따른 액정 표시장치에 대한 개략적인 평면도이다.
도 2는 본 명세서의 일 실시예에 따른 액정 표시장치에 대한 개략적인 단면도이다.
도 3은 본 명세서의 다른 실시예에 따른 액정 표시장치에 대한 개략적인 단면도이다.
도 4a 및 4b는 본 명세서의 일 실시예에 따른 컬럼 스페이서의 높이 측정에 대한 개념도이다.
도 5a 및 5b는 본 명세서의 일 실시예에 따른 컬럼 스페이서의 주변부를 도시한 평면도 및 단면도이다.
본 발명의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제 1, 제 2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질, 차례, 순서 또는 개수 등이 한정되지 않는다. 어떤 구성 요소가 다른 구성요소에 "연결", "결합" 또는 "접속"된다고 기재된 경우, 그 구성 요소는 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되거나 또는 접속될 수 있지만, 각 구성 요소 사이에 다른 구성 요소가 "개재"되거나, 각 구성 요소가 다른 구성 요소를 통해 "연결", "결합" 또는 "접속"될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 소자 또는 층이 다른 소자 또는 층 "위(on)"로 지칭되는 것은 다른 소자 바로 위에 또는 중간에 다른 층 또는 다른 소자를 개재한 경우를 모두 포함한다. 도면에서 나타난 각 구성의 크기 및 두께는 설명의 편의를 위해 도시된 것이며, 본 발명이 도시된 구성의 크기 및 두께에 한정되는 것은 아니다.
본 발명의 여러 실시예들의 각각 특징들이 부분적으로 또는 전체적으로 서로 결합 또는 조합 가능하고, 당업자에 의해 기술적으로 다양한 연동 및 구동될 수 있으며, 각 실시예들이 서로에 대하여 독립적으로 실시되거나 또는 연관 관계로 함께 실시될 수도 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 다양한 실시예들을 상세히 설명한다.
도 1은 본 명세서의 일 실시예에 따른 액정 표시장치에 대한 개략적인 평면도이다. 도 2는 본 명세서의 일 실시예에 따른 액정 표시장치에 대한 개략적인 단면도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 액정 표시장치(100)는 제1 기판(TFT 어레이 기판, 110), 제2 기판(컬러필터 기판, 115), 박막 트랜지스터(TFT, 130), 평탄화층(122, 123), 공통 전극(140), 화소 전극(150), 컬럼 스페이서(160), 비투광(非透光) 물질층(170) 블랙 매트릭스(180) 등을 포함한다. 도 1에는 설명의 편의를 위해 액정 표시장치(100)의 엘리먼트들 중 일부만 도시되었다.
제1 기판(110)은 액정 표시장치(100)의 어레이 기판으로서, 복수의 화소 및 화소 구동 소자(트랜지스터, 캐패시터 등)를 포함한다. 복수의 화소는 게이트 라인(GL)과 데이터 라인(DL)이 상호 교차하여 정의될 수 있다. 액정 표시장치(100)에서는 N개의 게이트 라인(GL)과 M개의 데이터 라인(DL)이 교차하여 MxN개의 화소가 존재하지만, 도 1에서는 설명의 편의를 위해 각각 2개의 적색 화소(R), 녹색 화소(G) 및 청색 화소(B)만을 도시하였다. 도 1을 참조하면, 복수의 화소는 평면 상에서 녹색 화소(G), 청색 화소(B), 적색 화소(R) 순서로 정의된다.
제1 기판(110) 상에 박막 트랜지스터(130)가 형성된다. 박막 트랜지스터(130)는 각각의 화소(R, G, B)에 대응하여 배치된다. 각각의 박막 트랜지스터(130)는 제1 기판(110) 상에 형성된 게이트 전극(131), 액티브층(132), 소스 전극(133) 및 드레인 전극(134)을 포함한다. 구체적으로, 제1 기판(110) 상에 게이트 라인(GL)과 전기적으로 연결된 게이트 전극(131)이 형성되고, 게이트 전극(131) 상에 게이트 절연층(121)이 형성되고, 게이트 절연층(121) 상에 채널이 형성되는 액티브층(132)이 형성되고, 액티브층(132) 상에 데이터 라인(DL)과 전기적으로 연결된 드레인 전극(134) 및 화소 전극(150)과 전기적으로 연결된 소스 전극(133)이 형성된다. 액티브층(132)은 비정질 실리콘, 다결정 실리콘, 산화물 반도체 등으로 형성될 수 있다.
제1 기판(110) 상의 박막 트랜지스터(130)를 덮도록 제1 평탄화층(122)이 형성된다. 제1 평탄화층(122)은 박막 트랜지스터(130)가 형성된 제1 기판(110) 상부를 평탄화한다. 제1 평탄화층(122)은 포토 아크릴 등과 같은 낮은 유전율을 가진 유기 절연 물질로 형성될 수 있다. 도 2에서는 도시되지 않았으나, 박막 트랜지스터(130) 상에 별도의 절연층(passivation layer)이 형성되고, 절연층 상에 제1 평탄화층(122)이 형성될 수도 있다.
제1 평탄화층(122) 상에 공통 전극(140)이 형성된다. 공통 전극(140)은 액정층(미도시)을 구동하기 위한 전극으로서, 화소 전극(150)이 박막 트랜지스터(130)의 소스 전극(133)과 전기적으로 연결되기 위한 컨택홀이 형성된 영역을 제외한 영역에 단일 패턴으로 형성된다. 도 1 및 도 2에 도시되지는 않았으나, 공통 전극(140)은 별도의 컨택홀을 통해 게이트 라인(GL)과 평행하게 배열된 공통 라인과 전기적으로 연결될 수도 있다.
공통 전극(140) 상에 제2 평탕화층(123)이 형성된다. 제2 평탕화층(123)은 공통 전극(140)을 보호함과 동시에 공통 전극(140) 상부를 평탄화한다. 제2 평탕화층(123)은 제1 평탄화층(122)과 동일한 물질로 형성될 수도 있고, 제1 평탄화층(122)과는 상이한 절연 물질로 형성될 수도 있다.
제2 평탕화층(123) 상에 화소 전극(150)이 형성된다. 화소 전극(150)은 화소 전극(150)은 액정층을 구동하기 위한 전극으로서, 각각의 화소에 박스 형태로 형성되는 한편 제2 평탕화층(123) 위에 다수의 슬릿을 가지도록 형성된다. 화소 전극(150)은 제1 평탄화층(122) 및 제2 평탕화층(123)에 형성된 컨택홀을 통해 박막 트랜지스터(130)의 소스 전극(133)과 전기적으로 연결된다. 화소 전극(150)은, 도 1에 도시된 바와 같이, 중앙부가 적어도 1회 꺾어진 형태를 가질 수 있다. 화소 전극(150)과 공통 전극(140)은 투명 도전성 물질로 형성될 수 있다.
도 1에서는 화소 전극(150)이 박스 형태로 형성되며 다수의 슬릿을 가지도록 형성되고 공통 전극(140)이 단일 패턴으로 형성되는 것으로 도시되었으나, 화소 전극(150) 대신에 공통 전극(140)이 다수의 슬릿을 가지도록 형성될 수도 있으며, 화소 전극(150)과 공통 전극(140)이 동일층에 형성될 수도 있다.
제2 기판(115)은 액정 표시장치(100)의 컬러 필터 기판으로서, 제1 기판(110)에 대향한다. 제2 기판(115)에는 복수의 화소를 차광 영역과 개구 영역으로 정의하는 블랙 매트릭스(180)가 형성된다. 즉, 블랙 매트릭스(180)가 형성된 영역은 차광 영역으로 정의되고, 블랙 매트릭스(180)가 형성되지 않은 영역은 개구 영역으로 정의된다. 차광 영역에 대응하는 영역에는 박막 트랜지스터(130), 데이터 라인(DL), 게이트 라인(GL) 등과 같은 다양한 구동 소자 및 배선이 형성되고, 개구 영역으로 정의되는 영역에는 화소 전극(150)과 공통 전극(140)이 형성된다.
블랙 매트릭스(180)가 형성된 제2 기판(115)에는 복수의 컬러 필터(190)가 형성된다. 구체적으로, 적색 화소(R), 녹색 화소(G) 및 청색 화소(B) 각각의 개구 영역에 대응하도록 적색 컬러 필터(191), 녹색 컬러 필터(192) 및 청색 컬러 필터(193)가 형성된다. 적색 컬러 필터(191), 녹색 컬러 필터(192) 및 청색 컬러 필터(193) 각각의 일부 영역은 블랙 매트릭스(180)와 중첩할 수 있다.
블랙 매트릭스(180), 적색 컬러 필터(191), 녹색 컬러 필터(192) 및 청색 컬러 필터(193)를 덮도록 제2 기판(115)에 오버 코팅층(124)이 형성된다. 오버 코팅층(124)은 블랙 매트릭스(180), 적색 컬러 필터(191), 녹색 컬러 필터(192) 및 청색 컬러 필터(193)가 형성된 제2 기판(115) 하부를 평탄화하기 위한 층으로서, 절연 물질로 형성된다. 오버 코팅층(124)은 제1 평탄화층(122)과 동일한 물질로 형성될 수도 있다.
제1 기판(110)과 제2 기판(115) 사이에 컬럼 스페이서(160)가 형성된다. 컬럼 스페이서(160)는 액정 표시장치(100)의 셀 갭(cell gap)을 유지할 수 있다. 컬럼 스페이서(160)는 블랙 매트릭스(180)가 형성된 차광 영역에 형성된다.
컬럼 스페이서(160)는, 도 2에서와 같이, 청색 화소(B)와 적색 화소(R) 사이의 차광 영역에 대응하도록 배치될 수 있다. 즉, 컬럼 스페이서(160)는 청색 화소(B)와 적색 화소(R) 사이의 차광 영역에 형성된 데이터 라인(DL)과 중첩되고, 블랙 매트릭스(180)와 중첩되도록 형성될 수 있다
컬럼 스페이서(160)의 하면과 제2 평탕화층(123)의 상면 사이에 비투광성 물질층(170)이 형성될 수 있다. 상기 비투광(非透光) 물질은 그 내부로 외부의 광이 실질적으로 입사하지 않는 물질이다. 즉, 상기 비투광성 물질층(170)의 표면에서는 외부 광이 대부분 반사된다. 또한 상기 비투광성 물질층(170)은 상기 컬럼 스페이서(160)와 다른 굴절률(refractive index)을 가진 물질로 이루어진다, 즉, 상기 비투광성 물질층(170)과 상기 컬럼 스페이서(160)는 다른 매질이다. 따라서, 상기 컬럼 스페이서(160)와 대향하는 외부의 특정 장치에서 출사된 빛이 컬럼 스페이서(160)의 상면(제2 기판과 가장 가까운 면)으로 입사된다면, 상기 빛의 일부는 상기 상면에서 반사되고, 나머지 일부는 컬럼 스페이서 내부로 입사된다. 그리고, 상기 컬럼 스페이서(160) 내부로 입사된 빛은 컬럼 스페이서(160)의 하면(제2 기판과 가장 먼 면)에서 비투광성 물질층(170)을 투과하지 못하고 반사된다. 즉, 외부의 장치에서 컬럼 스페이서를 향해 출사된 빛은, 두 부분(컬럼 스페이서 상면과 비투광성 물질층 상면)에서 반사된다. 이러한 성질을 이용하여 컬럼 스페이서(160)의 높이를 측정할 수 있다. 이와 같은 컬럼 스페이서(160)의 높이 측정은 도 4에서 더 자세히 설명한다.
비투광성 물질층(170)은 금속 물질, 블랙 매트릭스(180)와 동일한 물질 등으로 이루어질 수 있다. 이때 상기 비투광성 물질층(170)은 상기 입사된 빛이 소정 비율 이상으로 반사되기에 충분한 두께를 가질 수 있다. 예를 들어, 비투광성 물질층(170)의 높이는 그 자체의 물질 특성에 따라 다양하게 정해질 수 있으며, 일 예로서 약 2300A 일 수 있다.
비투광성 물질층(170)과 컬럼 스페이서(160)는 서로 접하도록 형성된다. 도 2를 참조하면, 비투광성 물질층(170)의 상면과 컬럼 스페이서(160)의 하면이 서로 접하도록, 비투광성 물질층(170)과 컬럼 스페이서(160)가 배치될 수 있다.
도 1 및 도 2에서는 컬럼 스페이서(160)가 적색 화소(R)와 청색 화소(B) 사이에 위치하는 것으로 도시되었으나, 이에 제한되지 않고, 컬럼 스페이서(160)는 적색 화소(R)와 녹색 화소(G) 사이, 또는 녹색 화소(G)와 청색 화소(B) 사이에 형성될 수도 있다.
도 1 및 도 2에 도시되지는 않았으나, 제1 기판(110)의 제2 평탕화층(123) 상에 제1 배향막이 형성되고, 제2 기판(115)의 오버 코팅층(124)에 제2 배향막이 형성될 수 있다. 제1 배향막 및 제2 배향막은 폴리이미드(polyimide; PI)로 형성될 수 있다.
도 1 및 도 2에 도시되지는 않았으나, 제1 기판(110)과 제2 기판(115) 사이에 액정층이 개재된다. 제1 기판(110)의 제2 평탕화층(123)과 제2 기판(115)의 오버 코팅층(124) 사이에 액정층이 개재되고, 구체적으로 제1 배향막과 제2 배향막 사이에 액정층이 개재될 수 있다.
도 1 및 도 2에 도시되지는 않았으나, 액정 표시장치(100)의 액정층으로 빛을 공급하는 백라이트 유닛이 액정 표시장치(100)에 더 포함될 수 있다.
도 1 및 도 2에서는 제1 기판(110) 측에 컬럼 스페이서(160)가 형성되는 것으로 도시되었으나, 컬럼 스페이서(160)가 제2 기판(115) 측에 형성될 수도 있다. 또한, 상기 컬럼 스페이서(160) 및 컬럼 스페이서 높이 측정용 구조물(예: 비투광성 물질층)은, 표시 패널의 외부, 즉 원장(모 기판, mother glass)에 형성될 수도 있다. 즉, 액정 표시장치 제조 공정의 정확도 파악을 위해 컬럼 스페이서의 높이가 측정되어야 하는 곳이면 어디에나 형성될 수 있다.
도 3은 본 명세서의 다른 실시예에 따른 액정 표시장치에 대한 개략적인 단면도이다.
도 3에 도시된 액정 표시장치는, 공통 전극(140)과 화소 전극(150)이 제2 평탄화층(123) 상에 배치된 것, 연결 도체(145)를 통해 화소 전극(150)이 트랜지스터(130)와 연결된 것 외에는 도 2와 실질적으로 동일하다.
또한, 도 3에 도시된 액정 표시장치는 공통 전극(140) 위에 저항 감소용 도체(170)를 더 포함할 수 있는데, 컬럼 스페이서(160) 하부의 구조물(170, 예: 비투광성 물질층)은 상기 도체(170)를 만드는 과정에서 함께 만들어질 수 있다. 이 경우, 상기 구조물(170)을 컬럼 스페이서(160)의 하부에 추가하는 공정이 더 단순해 질 수 있다. 한편, 상기 구조물(170)의 부식 방지를 위해, 제2 평탄화층(123) 위의 절연층(125-2)이 상기 구조물(170)의 측면부 및 상면부를 덮을 수 있다.
한편, 상기 비투광성 물질층(170)은 컬럼 스페이서(160)에 포함된 일부일 수도 있다. 즉, 그 하단면이, 외부의 측정장치로부터 출사하여 상기 컬럼 스페이서의 상단면을 통해 입사된 빛을 상기 측정장치로 반사하도록 구비된 비투광성 물질층으로 구성된 컬럼 스페이서를 먼저 제작한 후에, 상기 컬럼 스페이서를 두 기판사이에 위치시킬 수도 있다.
도 4a 및 4b는 본 명세서의 일 실시예에 따른 컬럼 스페이서의 높이 측정에 대한 개념도이다.
액정 표시장치를 제조하는 공정에서 컬럼 스페이서(160)이 만들어진 후에 높이를 측정해야 하는 경우가 있다. 액정 표시장치는 액정층의 높이가 전체 액정 표시장치에 걸쳐 일정하게 유지되는 것이 중요하다. 액정층의 높이, 즉 셀 갭(cell gap)의 균일도는 표시 품질과 직결되는 문제이므로, 즉 셀 갭을 유지하는 컬럼 스페이서가 균일한 높이로 만들어졌는지 확인하는 것이 필요하다.
이 과정에서 컬럼 스페이서의 높이를 측정하는 장치(200)가 사용될 수 있다. 상기 측정 장치(200)의 일 예는 간섭계이다. 상기 장치(200)는 측정 대상물을 향해 빛을 투사하고, 반사되어 돌아온 빛들의 간섭 현상을 이용하여 높이를 측정한다. 예로 든 간섭계는 간섭 현상을 만들어 내고 그 때 발생한 간섭무늬를 해석하는 장치이다. 간섭무늬를 해석하는 방법은 두 가지로 나뉠 수 있다.
첫째, PSI(Phase Shift Interferometry) 방식은, 가 간섭 거리가 긴 단색 파장을 이용하여 간섭무늬를 만든 후, 특정 수학식에 따라 높이를 구하는 방식이다. 즉, 하나의 위상이 이동한 거리를 해석하여 높이 값을 구하는 방식을 말한다.
둘째, WSI(White Light Scanning Interferometry) 방식은 가 간섭 거리가 짧은 백색 광을 이용하여 측정하는 방식이다. 가 간섭 거리가 짧은 백색광을 이용해 간섭무늬를 만든 후, 나노미터(nm) 단위로 움직이는 압전 소자를 이용 대상물을 스캔하여 간섭무늬를 이동시키면 흑백이 교차 하면서 측정 대상물의 가장 높은 곳부터 밀도(Intensity)의 변화가 관찰된다. 이것을 특정 알고리즘을 통해 해석하여 높이를 구하는 방식이 WSI 방식이다. 백생광 간섭은 가 간섭 거리가 짧기 때문에 어떠한 물체에 대하여 일정량을 스캔할 경우 가장 높은 곳부터 간섭현상이 나타난다. 물체의 높은 곳에서부터 밀도 변화가 관찰되면, 그 변화량을 확인하여 어느 부분이 높고 낮은 지를 구별한다.
WSI 방식으로 컬럼 스페이서(160)의 높이를 측정할 때, 광 간섭으로부터 밀도 변화를 관찰해보면, 매질이 달라지는 부분(160a, 160b)에 대응하여 도 4b와 같이 피크점이 형성되는데, 이 피크점 간의 간격을 거리로 환산하면 높이가 산출될 수 있다. 컬럼 스페이서의 상면(160a)과 하면(160b)에서 매질이 달라지므로, 두 개의 피크점(0, 1)이 나타날 수 있는데, 이때 하면(160b) 아래에 너무 얇거나 투명한 물질이 있으면 두 번째 피크(피크점 1)이 잘 나타나지 않을 수 있다. 특히, 컬러 스페이서 하부에 절연층(Passivation layer)으로 투명 유기박막이 위치할 경우, 간섭계로 높이 측정 시에 하부 절연층과 컬럼 스페이서 사이를 간섭계가 구분하지 못하는 경우가 나타난다.
이에 컬럼 스페이서의 하부 면(160b)의 인식을 높이기 위해, 컬럼 스페이서의 아래에 비투광성 물질층을 배치하면, 하부 면(160b)이 확실히 인식될 수 있다. 컬럼 스페이서의 아래에 비투광성 물질층을 배치하면 도 4b와 같이 피크점의 구별이 명확해진다.
도 5a 및 5b는 본 명세서의 일 실시예에 따른 컬럼 스페이서의 주변부를 도시한 평면도 및 단면도이다.
도 5a는 상부 기판 방향에서 컬럼 스페이서를 내려다 보았을 때의 평면도이다. 도 5a를 참조하면, 컬럼 스페이서(160)와 그 하부에 위치한 비투광성 물질층(170), 및 비투광성 물질층의 주변에 있는 절연층(125-2)를 볼 수 있다. 상기 비투광성 물질층(170)은 컬럼 스페이서(160)의 하면과 맞닿아 있으며, 빛을 투과시키지 않는 금속, 카본 블랙 등의 물질로 구성될 수 있다.
상기 비투광성 물질층(170)은 컬럼 스페이서(160)의 하단면 전체와 대응되게 배치될 수 있고, 공정 상의 편의를 위해서 컬럼 스페이서(160)의 하단면 전체 보다 더 넓게 배치될 수도 있다. 즉, 상기 비투광성 물질층(170)은 컬럼 스페이서(160)의 하단면에 대응되는 위치에, 컬럼 스페이서(160)의 하단면과 동일한 면적 또는 더 넓은 면적으로 배치될 수 있다.
상기 절연층(125-2)은 상기 비투광성 물질층(170)의 전부 또는 일부를 덮도록 배치된다. 도 5a 및 5b에는 상기 절연층(125-2)이 비투광성 물질층(170)의 일부를 덮는 것으로 도시되었다. 도 3, 4에서는 절연층(125-2)이 상기 구조물(170)의 측면부 및 상면부를 덮을 수 있는 것으로 나타내었다. 그러나 도 5b와 같이 절연층(125-2)이 상기 구조물(170)의 측면부 및 상면부를 덮지 않고, 절연층(125-2)이 상기 구조물(170)과 일정 거리만큼 이격되어 있도록 만들어질 수도 있다. 상기 절연층(125-2)은 상기 비투광성 물질층(170)과 동일 층(layer)에 위치할 수 있다.
이상에서의 설명 및 첨부된 도면은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 나타낸 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 구성의 결합, 분리, 치환 및 변경 등의 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
100: 액정 표시장치
110: 제1 기판
115: 제2 기판
121: 게이트 절연층
122, 123: 평탄화층
124: 오버 코팅층
125: 절연층
130: 박막 트랜지스터
131: 게이트 전극
132: 액티브층
133: 소스 전극
134: 드레인 전극
140: 공통 전극
145: 연결 도체
150: 화소 전극
160: 컬럼 스페이서
170: 비투광성 물질층
180: 블랙 매트릭스
190: 컬러 필터
191: 적색 컬러 필터
192: 녹색 컬러 필터
193: 청색 컬러 필터
GL: 게이트 라인
DL: 데이터 라인
R: 적색 화소
G: 녹색 화소
B: 청색 화소

Claims (11)

  1. TFT 어레이 기판;
    상기 TFT 어레이 기판 상에 배치된 컬럼 스페이서;
    상기 컬럼 스페이서의 아래에 위치하고, 상기 컬럼 스페이서의 하면에 접하며, 상기 컬럼 스페이서와 다른 굴절률(refractive index)을 가진 비투광성 물질로 이루어진 비투광성 물질층;
    상기 비투광성 물질층과 같은 층에 위치하고, 상기 비투광성 물질층의 측면부 및 상면부를 덮어, 상기 비투광성 물질층의 부식을 방지하는 절연층; 및
    상기 컬럼 스페이서와 대응되는 위치에 블랙 매트릭스가 배열된 컬러필터 기판을 포함하고,
    상기 컬럼 스페이서 및 상기 비투광성 물질층은 상기 블랙 매트릭스와 중첩되는 액정 표시장치.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 비투광성 물질층은, 상기 컬럼 스페이서의 상면에 대향된 방향에서 상기 컬럼 스페이서로 입사된 빛을 반사하도록 구비된 액정 표시장치.
  3. 제2 항에 있어서,
    상기 비투광성 물질층은 입사된 빛이 소정 비율 이상으로 반사되기에 충분한 두께를 갖는 액정 표시장치.
  4. 제2 항에 있어서,
    상기 비투광성 물질층은 금속 물질로 이루어진 액정 표시장치.
  5. 제1 항에 있어서,
    상기 비투광성 물질층은 컬럼 스페이서의 하단면 전체 보다 더 넓게 배치되는 층인 액정 표시장치.
  6. 제1 항에 있어서,
    상기 비투광성 물질층은 평탄화층 상에 위치하며, 상기 평탄화층은 상기 TFT 어레이 기판 상에 배치된 TFT 들의 상부를 평평하게 하는 층인 액정 표시장치.
  7. 제1 항에 있어서,
    상기 비투광성 물질층은 상기 블랙 매트릭스와 같은 물질로 이루어진 액정 표시장치.
  8. 한 쌍의 기판;
    상기 한 쌍의 기판 중 어느 한 기판에 위치하고, 상기 한 쌍의 기판 사이의 간격을 유지시키는 컬럼 스페이서 어레이;
    상기 컬럼 스페이서 어레이의 적어도 일부 컬럼 스페이서 각각의 하단면에 접하고, 상기 적어도 일부 컬럼 스페이서와 다른 굴절율(refractive index) 특성을 갖는 비투광성 물질층; 및
    상기 컬럼 스페이서와 대응되는 위치에 블랙 매트릭스가 배열된 컬러필터 기판을 포함하며,
    상기 비투광성 물질층은 상기 적어도 일부 컬럼 스페이서 각각의 하단면 전체 보다 더 넓게 배치되고,
    상기 컬럼 스페이서 및 상기 비투광성 물질층은 상기 블랙 매트릭스와 중첩되는 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
  9. 제8 항에 있어서,
    상기 비투광성 물질층은 외부의 측정장치로부터 출사하여 상기 컬럼 스페이서 어레이의 상단면을 통해 입사된 빛을 상기 측정장치로 반사시키는 액정 표시장치.
  10. 제8 항에 있어서,
    상기 비투광성 물질층과 같은 층에 위치하고, 상기 비투광성 물질층의 일부를 덮어, 상기 비투광성 물질층의 부식을 방지하는 절연층을 더 포함하는 액정 표시장치.
  11. 제8 항에 있어서,
    상기 컬럼 스페이서 어레이는, 상기 한 쌍의 기판 중 화소 및 상기 화소를 구동하는 소자들이 배치된 기판 상에 위치하는 액정 표시 장치.
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