KR19980076705A - 액정표시장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명의 액정표시장치는 셀갭을 균일하게 유지하여 화질 및 시야각특성을 향상시키기 위한 것으로, 제1기판 및 제2기판과, 제1기판에 종횡으로 배열된 게이트배선 및 데이터배선과, 게이트배선과 데이터배선의 교차점에 형성된 박막트랜지스터와, 게이트배선 또는 데이터배선을 따라 형성된 적어도 한층의 스페이서로 구성된다. 스페이서는 수지 또는 유기절연층인 BCB(BenzoCycloButene)로 구성되며, 제1기판 또는 제2기판에 형성된다.
Description
본 발명은 액정표시장치에 관한 것으로, 특히 게이트배선 또는 데이터배선을 따라 형성된 액정표시장치의 스페이서에 관한 것이다.
텔레비젼이나 퍼스널컴퓨터의 표시장치에 주로 사용되고 있는 CRT(cathod ray tube)는 대면적의 화면을 만들 수 있다는 장점이 있지만, 이러한 대면적의 화면을 만들기 위해서는 전자총(electron gun)과 발광물질이 도포된 스크린이 일정 거리 이상을 유지해야만 하기 때문에 그 부피가 커지는 문제가 있었다. 따라서, CRT는 현재 활발하게 연구되고 있는 벽걸이용 텔레비젼 등에 적용할 수 없을 뿐만 아니라, 근래에 주목받고 있는 휴대용 텔레비젼이나 노트북 컴퓨터 등과 같이 저전력을 필요로 하며 소형화를 요구하는 전자제품에도 적용할 수가 없었다.
이러한 표시장치의 요구에 부응하여 LCD(Liquid Crystal Display), PDP (Plasma Display Panel), ELD(Electroluminescent Display), VFD(Vacuum Fluorescent Display)와 같은 여러가지의 평판표시장치가 연구되고 있지만, 그 중에서도 LCD(액정표시장치)가 여러가지의 단점에도 불구하고 화질이 우수하며 저전력을 사용한다는 점에서 근래에 가장 활발하게 연구되고 있다.
그러나, 상기한 LCD는 높은 콘트라스트비(high contrast ratio), 넓은 시야각특성(wide viewing angle characteristic)을 구현하고 색변화(color change)를 방지하기 위해 정확하게 셀갭(cell gap)이 유지될 필요가 있다. 특히, TN 모드(twisted nematic mode)와 같은 특정한 모드를 이용한 LCD에서는 광학적 특성에 맞춰 셀갭을 정확하게 유지하지 않으면, 높은 콘트라스트비를 얻을 수가 없을 뿐만 아니라 화면에 표시얼룩이 발생하게 된다.
따라서, LCD에서 정확한 셀갭을 균일하게 유지하는 것은 고화질의 LCD를 생산하는데 있어서 필수적인 요소이다. 이러한 정확한 셀갭을 유지하기 위한 종래의 방법이 도 1에 표시되어 있다. 이 방법은 도면에 나타낸 바와 같이 셀갭, 즉, 액정층(22)의 두께를 유지하는 스페이서(spacer)(24)로서 플라스틱 볼(plastic ball)이나 탄성체 플라스틱 미립자가 사용된다. 이러한 스페이서(24)를 사용하는 LCD는 스위칭소자인 박막트랜지스터(thin film transistor), 제1투명전극(11a), 제1배향막(18a)이 형성된 제1기판(1)에 산포장치를 이용해서 스페이서(24)를 균일하게 산포한 후, 블랙매트릭스(black matrix)(20), 컬러필터층(color filter layer)(15), 제2투명전극(9), 제2배향막(19)이 형성된 제2기판(2)을 합착하여 완성된다.
그러나, 상기한 바와 같이 플라스틱 볼이나 탄성체 플라스틱 미립자와 같은 스페이서(24)를 사용하는 LCD에서는, 플라스틱 볼에 의해 액정분자의 배향이 왜곡되어 점결함(point defect)이 발생하는 문제가 있었다. 또한, 셀갭의 불균일에 의한 전경(disclination line)의 발생을 방지하기 위해서는 플라스틱 볼을 액정패널(liquid crytal panal) 전체에 걸쳐서 균일하게 산포해야만 하지만 이러한 균일한 산포는 대단히 어려운 실정이다. 더욱이 상기한 플라스틱 볼은 일반적으로 불투명하기 때문에 개구율이 저하되는 문제가 있다.
상기한 문제를 해결하기 위해, 도 2에 나타낸 바와 같은 구조의 LCD가 야마시타(Yamashita) 등에 의해 제안되어 있다(SID 96 DIGEST p.600). 도면에 나타낸 바와 같이, 제1기판(1) 위에는 게이트전극(6) 및 게이트절연층(14)이 형성되어 있으며, 그 위에 반도체층(10) 및 소스/드레인전극(7)이 형성되어 TFT가 완성된다. 상기한 소스/드레인전극(7) 및 게이트절연층(14) 위에는 보호막(15)이 적층되어 있으며, 그 위에 제1투명전극(11a)이 형성되어 상기한 보호막(15)에 형성된 콘택홀(contact hole)을 통해 소스/드레인전극(7)에 전기적으로 접속된다. 야마시타 등이 제안한 LCD가 도 1에 나타낸 종래의 LCD와 다른 점은 플라스틱 볼이나 탄성체 플라스틱 미립자를 스페이서로서 사용하는 것이 아니라 제1기판(1)에 형성된 블랙매트릭스를 스페이서로서 사용하는 것이다. 즉, 도면에 나타낸 바와 같이, 일정한 두께의 블랙매트릭스(20)가 보호막(15) 위의 TFT 영역에 형성되어 상기한 TFT 영역으로 빛이 누설되는 것을 방지한다. 이때, 완전한 빛의 누설을 방지하기 위해 블랙매트릭스(20)는 제1투명전극(11a)과 일부분 겹치게 되며, 제1배향막(18a)은 블랙매트릭스(20)와 제1투명전극(11a) 위에 도포된다.
제2기판(2)에는 도면에 나타낸 바와 같이 레드(R), 그린(G), 블루(B)의 컬러필터층(21a, 21b, 21c)이 약 1.0㎛∼2.0㎛의 두께로 적층되어 있으며, 그 위에 제2투명전극(11b)과 제2배향막(18b)이 형성되어 있다.
상기한 제1배향막(18a)과 제2배향막(18b)에는 각각 러빙(rubbing)에 의해 배향방향이 결정되어 액정이 주입되면, 상기한 배향막의 배향방향에 의해 액정분자가 일정한 방향으로 배향된다.
상기한 구성의 LCD에서 컬러필터층(21a, 21b, 21c)과 블랙매트릭스(20)에 의해 셀갭이 유지되기 때문에, 액정패널 전체에 걸쳐서 산포된 플라스틱 볼에 의해 셀갭이 유지되던 종래의 LCD에 비해 더욱 균일한 셀갭을 유지할 수 있게 된다. 더욱이, TFT영역 위의 블랙매트릭스(20)에 의해 셀갭이 유지되기 때문에, 화소영역 내에서 액정분자의 배향왜곡이 발생하지 않게 된다.
그러나, 상기한 구성의 LCD에서는 블랙매트릭스(20)가 약 2.7㎛∼3.7㎛의 두께로 적층되며, 배향막(18a)이 그 위에 도포되기 때문에 배향막(18a)에 큰 단차가 발생하게 되는데, 이러한 단차는 배향막(18a)에 균열을 발생시키는 주요인이 된다. 또한, 배향막(18a)의 도포후, 러빙처리를 하여 배향방향을 결정할 때, 상기한 단차에 의해 배향막에 배향처리가 이루어지지 않은 영역이 생기게 된다. 이 영역을 도면에서 X영역으로 나타내었다. 블랙바탕모드(normally black mode)에서 제1투명전극(11a) 및 제2투명전극(11b)에 전압이 인가되지 않은 경우에, 화소영역의 액정분자는 배향막(18a, 18b)의 배향방향을 따라 일정한 방향으로 배향되지만, 상기한 X영역에서는 배향막(18a)에 배향방향이 결정되어 있지 않기 때문에 액정분자가 불규칙하게 배향된다. 따라서, X영역을 통해 빛이 액정층을 투과하여 흑색바탕모드시 화면에 흰 얼룩이 발생하게 되며, 상기한 X영역과 다른 영역의 경계에 전경이 발생하는 문제가 있었다.
본 발명의 목적은, 게이트배선 또는 데이터배선 위에 스페이서를 형성하여 정확한 셀갭을 균일하게 유지할 수 있는 액정표시장치를 제공하는 것이다.
상기한 목적을 달성하기 위해, 본 발명에 따른 액정표시장치는 제1기판 및 제2기판과, 상기한 제1기판에 배열되어 화소영역을 정의하는 게이트배선 및 데이터배선과, 상기한 게이트배선 및 데이터배선의 교차점에 형성된 박막트랜지스터와, 상기한 화소영역에 형성된 제1투명전극과, 상기한 투명전극 위에 도포된 제1배향막과, 상기한 제2기판에 형성되어 게이트배선 근처, 데이터배선 근처 및 박막트랜지스터 근처로 빛이 누설되는 것을 방지하는 블랙매트릭스와, 상기한 블랙매트릭스 위에 형성된 적어도 한층의 컬러필터층과, 상기한 컬러필터층 위에 형성된 제2투명전극과, 상기한 제2투명전극 위에 형성된 제2배향막과, 상기한 게이트배선과 데이터배선 중 적어도 한 배선을 따라 상기한 배선 보다 작은 폭으로 형성된 적어도 한층의 스페이서와, 상기한 제1기판 및 제2기판 사이에 형성된 액정층으로 구성된다.
스페이서는 유기절연층인 BCB(BenzoCycloButene)나 수지 또는 포토레지스트로 구성되며, 게이트배선 및 데이터배선을 따라 각각 제1기판 및 제2기판의 적어도 한쪽 기판에 형성된다.
게이트배선 위에는 게이트배선 보다 작은 폭의 금속층이 형성되어 상기한 제1투명전극과 전기적으로 접속된다.
도 1은, 종래 액정표시장치의 단면도.
도 2는, 종래 액정표시장치의 단면도.
도 3(a)는, 본 발명의 제1실시예에 따른 액정표시장치의 평면도.
도 3(b)는, 도 3(a)의 A-A'선 단면도.
도 4(a)는, 본 발명의 제2실시예에 따른 액정표시장치의 평면도.
도 4(b)는, 도 4(a)의 B-B'선 단면도.
도 5(a)는, 본 발명의 제3실시예에 따른 액정표시장치의 단면도.
도 5(b)는, 도 5(a)의 C-C'선 단면도.
- 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 -
101, 201, 301 : 제1기판 102, 202, 302 : 제2기판
103, 203, 303 : 게이트배선 104, 204, 304 : 데이타배선
106, 206, 306 : 게이트전극 107, 207, 307 : 소스/드레인전극
110, 210, 310 : 반도체층 111, 211, 311 : 투명전극
114, 214, 314 : 게이트절연층 115, 215, 315 : 보호막
118, 218, 318 : 배향막 120, 220, 320 : 블랙매트릭스
122, 222, 322 : 액정층 130, 330 : 금속층
135, 235, 335 : 절연층
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명에 따른 액정표시장치를 상세히 설명한다.
도 3(a)는 본 발명의 제1실시예에 따른 LCD의 평면도이다. 도면에 나타낸 바와 같이, 기판에는 복수의 화소영역을 정의하는 복수의 게이트배선(103) 및 데이타배선(104)이 배열되어 있으며, 그 교차점에는 복수의 TFT가 형성되어 있다. 일반적으로 액정패널은 대단히 많은 수의 화소로 이루어져 있지만, 도면에서는 한 화소만을 나타내었다. 화소에는 투명전극(111)이 적층되어, TFT의 소스/드레인전극(107)이 상기한 투명전극(111)과 데이타배선(104)에 전기적으로 접속되며 게이트전극(106)이 게이트배선(103)과 전기적으로 접속된다. 도면에 나타낸 바와 같이, 상기한 게이트배선(103) 영역에는 게이트배선(103)의 길이방향을 따라 일정 길이의 저장용량용 금속층(130) 및 스페이서(135)가 형성된다.
도 3(b)는 도 3(a)의 A-A'선 단면도로서, 게이트배선(103) 및 스페이서(135)의 구조를 나타내는 도면이다. 도면에 나타낸 바와 같이, 제1기판(101)에는 게이트배선(103) 및 게이트절연층(114)이 형성되어 있다. 게이트배선(103)은 Al, Ta, Al합금 등과 같은 금속을 스퍼터링(sputtering) 방법으로 적층한 후 포토에칭(photoetching)하여 TFT의 게이트전극(106)과 동시에 형성되며, 게이트절연층(114)은 SiNx나 SiOx 등을 플라즈마 CVD(plasma Chemical Vapor Deposition) 방법으로 적층된다. 게이트절연층(114) 위에는 스퍼터링 방법에 의해 금속이 적층되고 에칭되어 상기한 게이트배선(103)을 따라 저장용량용 금속층(130)이 형성되며, 그 위에 플라즈마 CVD 방법에 의해 보호막(115)이 형성된다. 상기한 보호막(115)에는 홀이 형성되어 화소영역에 적층된 제1투명전극(111a)이 상기한 홀을 통해 저장용량용 금속층(130)에 전기적으로 접속된다. 제1투명전극(111a)은 ITO(Indium Tin Oxide)로서, 스퍼터링 방법에 의해 적층된다.
제1투명전극(111a) 위에는 상기한 게이트배선(103) 보다 작은 폭으로 게이트배선(103)의 길이방향으로 유기절연층인 BCB(BenzoCycloButene), 수지, 또는 포토레지스트가 도포되어 약 4.7㎛의 두께의 스페이서(135)가 형성된다. 이때, 상기한 스페이서(135)는 게이트배선(103) 전체를 따라 형성되는 것도 가능하지만, 도면에 나타낸 바와 같이 게이트배선(103)의 일부분 위에 형성하는 것이 배향공정이 배향불량이 발생하는 것을 방지하기 때문에 더욱 바람직하다.
또한, 상기한 제1투명전극(111a)과 스페이서(135) 위에는 폴리이미드와 같은 제1배향막(118a)이 도포된 후, 기계적인 러빙에 의해 배향방향이 결정된다.
제2기판(102)에는 블랙매트릭스(120)와 컬러필터층(121)이 형성되어 있다. 도면에는 표시하지 않았지만, 상기한 블랙매트릭스(120)와 컬러필터층(121) 위에는 표면의 안정성을 높이고 컬러필터층(121)의 단차에 의한 평탄성을 향상시키기 위해 오버코트층(overcoat layer)을 형성하는 것도 가능하다. 블랙매트릭스(120)는 게이트배선(103) 근처, 데이타배선(104) 근처 및 TFT 근처로 빛이 새는 것을 방지하기 위한 것으로, Cr 또는 CrOx 박막으로 형성된다. 컬러필터층(121)은 R, G, B층이 화소마다 반복 형성되어 있다. 상기한 블랙매트릭스(120)와 컬러필터층(121) 위에는 제2투명전극(111b) 및 제2배향막(118b)이 형성되며, 제1기판(101) 및 제2기판(102)이 합착된 후 기판 사이에 액정이 주입되어 액정층(122)이 형성된다.
도면에는 비록 한 게이트배선 위에만 스페이서(135)가 형성되어 있지만, 이러한 스페이서(135)가 특정한 게이트배선(103)에만 형성되는 것이 아니라, 액정패널 전체의 게이트배선(103) 위에 형성되기 때문에, 액정패널 전체의 셀갭을 균일하게 유지할 수 있게 된다.
또한, 게이트배선(103) 위에는 도면에 나타낸 바와 같이 저장용량용 금속층(130)이 형성되어 있고, 이 금속층(130)은 보호막(115)의 홀을 통해 제1투명전극(111a)에 전기적으로 접속된다. 다시 말해서, 본 실시예의 LCD는 종래의 LCD에서 투명전극과 게이트배선 사이에 일정한 간격이 형성되던 것과는 달리 제1투명전극(111a)이 완전하게 화소영역을 덮고 있다. 이것은 액정패널의 각 화소가 완전하게 표시영역으로 작용한다는 것을 의미하며, 결국 개구율(aperture ratio)이 향상된다는 것을 의미한다.
도 4는 본 발명의 제2실시예를 나타내는 도면으로, 제1실시예와 다른 점은 스페이서가 제1배향막(218a) 위에 데이타배선(204)을 따라 형성되어 있다는 점이다. 스페이서는 도면에 나타낸 바와 같이 제1기판(201)에 형성된 제1스페이서(235a)와 제2기판(202)에 형성된 제2스페이서(235b)로 구성되어 양 기판(201, 202)이 서로 합착되면, 상기한 두 스페이서(235a, 235b)가 셀갭을 균일하게 유지한다. 이때, 각 스페이서(235a, 235b)의 두께는 그 합이 약 4.7㎛를 유지할 수만 있으면 어느 두께라도 관계없다. 스페이서(235a, 235b)는 제1실시예와 마찬가지로 유기절연층인 BCB, 수지, 또는 포토레지스트로서, 양 스페이서(235a, 235b)가 같은 물질로 이루어질 수 있으며 다른 물질로도 이루어지는 것도 물론 가능하다.
도 5는 본 발명의 제3실시예를 나타내는 도면이다. 본 실시예는 제1실시예와 컬러필터층을 제외한 모든 구조가 동일하다. 도면에 나타낸 바와 같이, BCB, 수지, 혹은 포토레지스트로 이루어진 스페이서(335)는 제1실시예와 마찬가지로 제1기판(301)의 게이트배선(303)을 따라 형성된다. 컬러필터층(321)은 기판(302) 전체에 걸쳐서 형성된 R층(321a)과 블랙매트릭스(320) 위에 적층된 G층(321b) 및 B층(321c)으로 적층되어 있으며, 그 위에 제2투명전극(311b)와 제2배향막(318b)이 형성된다. 따라서, 제1기판(301)에 형성된 스페이서(335)와 제2기판(302)에 적층된 컬러필터층(321)에 의해 셀갭이 균일하게 유지된다.
본 발명의 각 실시예에서는 제1기판 및 제2기판에 도포된 제1배향막 및 제2배향막이 폴리이미드로 이루어지며, 러빙에 의해 배향처리가 이루어지지만, 폴리실록산물질이나 PVCN(polyvinyl cinnamate)계 고분자와 같은 광반응성 물질로 이루어진 광배향막에 자외선과 같은 광을 조사하여 배향처리를 하는 것도 물론 가능하다.
본 발명은 상기한 바와 같이 게이트배선 또는 데이타배선을 따라 적어도 한층으로 이루어진 일정 길이의 스페이서가 형성되고 그 위에 배향막이 형성된다. 따라서, 플라스틱 볼과 같은 스페이서를 사용하던 종래의 LCD에 비해 더욱 균일한 셀갭을 유지할 수 있게 되어, 플라스틱 볼에 의한 점결함의 발생이나 플라스틱 볼의 불균일한 산포에 의한 전경의 발생을 방지할 수 있게 된다.
Claims (25)
- 제1기판 및 제2기판과;상기한 제1기판에 형성된 게이트배선, 데이터배선 및 박막트랜지스터와;상기한 게이트배선을 따라 게이트전극 보다 작은 폭으로 형성된 저장용량용 금속층과;상기한 게이트배선 및 데이터배선의 적어도 한 배선의 일부분에 형성된 스페이서와;상기한 제1기판 및 제2기판에 도포된 제1배향막 및 제2배향막과;상기한 제1기판과 제2기판 사이에 형성된 액정층으로 구성된 액정표시장치.
- 제1항에 있어서, 상기한 스페이서가 유기절연층인 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
- 제2항에 있어서, 상기한 유기절연층이 BCB(BenzoCycloButene)인 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
- 제1항에 있어서, 상기한 스페이서가 수지인 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
- 제1항에 있어서, 상기한 스페이서가 포토레지스트인 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
- 제1항에 있어서, 상기한 스페이서가 제1기판에 형성된 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
- 제1항에 있어서, 상기한 스페이서가 제2기판에 형성된 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
- 제1항에 있어서, 상기한 스페이서가 제1기판 및 제2기판에 형성된 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
- 제8항에 있어서, 상기한 제1기판 및 제2기판에 형성된 스페이서가 동일한 물질로 이루어진 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
- 제8항에 있어서, 상기한 제1기판 및 제2기판에 형성된 스페이서가 서로 다른 물질로 이루어진 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
- 제1항에 있어서,상기한 제1기판에 형성되어 박막트랜지스터와 전기적으로 접속되는 제1투명전극과;상기한 제1기판 전체에 걸쳐서 적층된 컨택홀을 보유하는 보호막과;상기한 제2기판에 형성되어 게이트배선, 데이터배선 및 박막트랜지스터 근처로 빛이 누설되는 것을 방지하는 블랙매트릭스와;상기한 블랙매트릭스 및 제2기판 위에 형성된 컬러필터층과;상기한 컬러필터층 위에 형성된 제2투명전극을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
- 제11항에 있어서, 상기한 제1투명전극이 화소영역을 완전히 덮도록 보호막에 형성된 홀을 통해 용량저장용 금속층에 접속되는 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
- 제1기판 및 제2기판과;상기한 제1기판에 형성된 게이트배선, 데이터배선 및 박막트랜지스터와;상기한 게이트배선을 따라 게이트전극 보다 작은 폭으로 형성된 저장용량용 금속층과;상기한 게이트배선 및 데이터배선의 적어도 한 배선의 일부분에 형성된 절연층과;상기한 제2기판에 형성된 복수층의 컬러필터층과;상기한 제1기판 및 제2기판에 도포된 제1배향막 및 제2배향막과;상기한 제1기판과 제2기판 사이에 형성된 액정층으로 구성된 액정표시장치.
- 제13항에 있어서, 상기한 절연층과 컬러필터층에 의해 제1기판과 제2기판의 간격이 일정하게 유지되는 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
- 제13항에 있어서, 상기한 절연층인 유기절연층인 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
- 제15항에 있어서, 상기한 유기절연층이 BCB(BenzoCycloButene)인 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
- 제13항에 있어서, 상기한 절연층이 수지인 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
- 제13항에 있어서, 상기한 절연층이 포토레지스트인 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
- 제13항에 있어서, 상기한 절연층이 제1기판에 형성된 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
- 제13항에 있어서, 상기한 절연층이 제2기판에 형성된 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
- 제13항에 있어서, 상기한 절연층이 제1기판 및 제2기판에 형성된 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
- 제21항에 있어서, 상기한 제1기판 및 제2기판에 형성된 절연층이 동일한 물질로 이루어진 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
- 제21항에 있어서, 상기한 제1기판 및 제2기판에 형성된 스페이서가 서로 다른 물질로 이루어진 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
- 제1항에 있어서,상기한 제1기판에 형성되어 박막트랜지스터와 전기적으로 접속되는 제1투명전극과;상기한 제1기판 전체에 걸쳐서 적층된 컨택홀을 보유하는 보호막과;상기한 제2기판에 형성되어 게이트배선, 데이터배선 및 박막트랜지스터 근처로 빛이 누설되는 것을 방지하는 블랙매트릭스와;상기한 컬러필터층 위에 형성된 제2투명전극을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
- 제24항에 있어서, 상기한 제1투명전극이 화소영역을 완전히 덮도록 보호막에 형성된 홀을 통해 용량저장용 금속층에 접속되는 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
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