KR20020009804A - 블랙매트릭스를 이용한 스페이서 형성방법 - Google Patents

블랙매트릭스를 이용한 스페이서 형성방법 Download PDF

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KR20020009804A
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서현식
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구본준, 론 위라하디락사
엘지.필립스 엘시디 주식회사
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Abstract

본 발명은 액정표시장치에 있어, 특히 칼라필터 기판에 형성되는 블랙매트릭스를 이용하여 스페이서 기능을 하도록 한 것으로, 본 발명에 따른 블랙매트릭스를 이용한 스페이서 형성방법은, 상기 데이터 버스라인과 게이트 버스라인 교점에 박막 트랜지스터와 화소전극이 형성된 TFT기판과; 상기 TFT기판과 소정의 셀 갭을 갖고 합착되며 그 내부에 칼라필터층 및 블랙매트릭스가 형성되고 그 기판 상에 공통전극이 형성된 칼라필터 기판을 포함하는 액정표시장치에 있어서, 상기 TFT기판과 칼라필터 기판의 셀 갭을 유지하기 위해 상기 블랙매트릭스를 셀 갭의 높이 만큼 형성시켜 주어, 게이트 버스라인과 평행한 위치에서 스페이서 기능을 하는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 블랙매트릭스는 화소전극과 데이터 버스라인이 접하는 영역을 제외한 TFT기판의 게이트 버스라인 영역, 그 게이트 버스라인 영역과 화소전극 사이의 영역 및 TFT 상의 영역에 형성되는 것을 특징으로 한다.
이 같은 본 발명에 의하면, 칼라필터 기판에 형성되는 블랙매트릭스를 셀 갭 높이로 스페이서 기능으로 형성하여, 그 블랙매트릭스를 게이트 버스라인 방향으로 형성시킴으로써, 별도의 스페이서 공정 없이 셀 갭 유지가 가능하고, 또한 대면적 패널에서 균일한 셀 갭을 유지할 수 있어 고 화질을 기대할 수 있도록 함에 있다.

Description

블랙매트릭스를 이용한 스페이서 형성방법{Method for formation of spacer using black matrix}
본 발명은 박막트랜지스터(이하 TFT라 칭함)가 내장된 액정표시장치에 관한 것으로서, 특히 대면적 패널에서 균일한 셀 갭(Cell gap)을 유지할 수 있도록 블랙매트릭스를 셀 갭 높이만큼 형성하여 스페이서 기능하도록 한 스페이서 형성방법에 관한 것이다.
일반적으로 액정표시패널(LCD 패널)의 제반 특성에 있어서, 응답속도나 대조비, 시야각 등은 칼라필터 기판과 박막 트랜지스터기판(TFT기판) 사이의 액정층 두께와 밀접한 관계가 있다.
그러므로, LCD 패널의 제조공정에서 액정 재료의 광학적 특성에 맞춰 액정층의 두께를 엄격히 설정해 주어야 한다. 이때 액정층의 두께 즉, 셀 갭은 LCD 패널 전체에 대하여 균일하게 제작되어야 하며, 이러한 셀 갭을 균일하게 하기 위해서는 다음의 두 가지 공정 조건을 고려하여 LCD 패널을 제작해야 한다. 하나는, 칼라필터 기판과 TFT기판은 표면이 평탄한 글래스를 사용해야 한다는 것이고, 다른 하나는 직경이 동일한 스페이서를 균일하게 산포해야 한다는 것이다.
일반적으로 액정표시장치는 도 1에 도시된 바와 같이, 칼라필터 기판(100) 및 TFT기판(200)이 셀(Cell) 갭을 유지하기 위한 스페이서(Spacer)에 의하여 액정이 주입될 수 있는 소정의 간격을 두고 서로 대향하여 설치되어 있다.
액정표시장치의 구성에 대하여 더 구체적으로 설명하면, 하부 투명기판(201)의 내면에 복수개의 게이트 버스라인(202)과 데이터 버스라인(204)이 형성되고, 상기 게이트 버스라인(202)과 데이터 버스라인(204)의 교차점에 스위칭소자로 기능하는 TFT(210)이 각각 형성되고, 상기 TFT(210)의 드레인 전극에 접촉되는 정방향의 화소전극(211)이 게이트 버스라인(202)과 데이터 버스라인(204)에 포위된 형태로 각각 형성되어 있다. 여기서, 203,205는 데이터 및 게이트 버스라인을 절연 및 보호하기 위한 절연층이다.
상기 복수개의 화소전극(210)이 형성된 하부 투명기판(201)과 대향하는 상부 투명기판(101)의 내면에 칼라필터층(102)과 블랙매트릭스(BM)(103)막을 형성하고, 상기 칼라필터층(102)과 블랙매트릭스(103) 기판 상에 ITO재질의 공통전극(104)을 형성해 주고, 그 공통전극 상에 배향막(105)을 형성하여 각 층을 평탄화 시킨다.
이러한 기판들은, 도 2에 도시된 바와 같이, 칼라필터 기판(100) 중 칼라필터층(102)이 형성된 면에 타원형(또는 각형) 형상을 갖는 스페이서(110)를 산포한 후 TFT기판(200)에 형성된 각 화소전극(210)과 칼라필터 기판(100)에 형성된 R, G, B가 대응되도록 칼라필터 기판(100)과 TFT기판(200)을 정렬(alignment)시켜 합착시킨다.
이와 같이 스페이서(110)로 인해 칼라필터 기판(100)과 TFT기판(200) 사이에 형성된 수 ㎛의 공간에 액정분자(120)를 주입하고, 액정주입구를 밀봉함으로써, 칼라필터 기판(100)과 TFT기판(200) 사이에는 액정분자(120)가 채워져 LCD 패널의 조립공정을 완료한다.
이러한 액정표시장치의 동작을 간략하게 설명하면, 게이트 버스라인(202)과 데이터 버스라인(204)을 각 1개씩 선택하여 전압을 인가하면 상기 전압이 인가된 TFT(210)만이 온(ON)되고, 상기 온(ON)된 TFT(210)의 드레인 전극에 접속된 화소전극(211)에 전하가 축적되어 공통전극(104)과의 사이의 액정분자(120)의 각도를 변화시킨다. 상기 액정분자(120)의 각도 변화를 이용하여 빛의 통과, 차단을 컨트롤함으로써 문자나 그림 등을 표현할 수 있는 액정표시장치를 구현할 수 있다.
상기 스페이서는 내부의 고진공에 의한 압축 응력에 의해 기판이 파괴되거나 휘어지는 것을 방지하며, 통상적으로 칼라필터 기판과 TFT 기판의 간격으로 유지시키는 역할을 하는 구조체이다.
이러한 액정표시장치는 기판간의 간격은 1∼10㎛ 정도의 범위를 사용하며 통상적으로 4.5㎛ 정도를 가장 많이 사용하고 근래에는 4㎛이하로 내려가고 있는 추세이다. 또한 LCD용 스페이서의 높이는 약 4~5㎛의 정도로 사용하고 있다. 그러나 이러한 스페이서를 제조하는 것은 기술적으로 많은 문제점이 있으며, 이를 해결하기 위한 여러 가지의 스페이서 형성 방법이 거론되고 있다.
이러한 스페이서 형성을 위한 종래의 방법에는, 게이트 전극이 형성되어 있는 TFT기판(200)에 스페이서용 물질을 균일하게 도포하고 이를 패터닝하는 사진 식각법이나, 스페이서용 미세 입자를 기판 위에 산포하는 방법, 개별 공정으로 스페이서를 제조하고 이 스페이서를 하판에 배열시키는 방법 또는 인쇄법 등이 있다.
그러나, 상술한 방법들은 각각 큰 문제점을 가지고 있다. 사진식각법은 미세한 스페이서를 제조하는데 큰 장점을 가지고 있지만, 스페이서재로 형성된 물질상에 감광막을 형성하여 스페이서재를 패터닝하고 잔존하는 감광막 패턴을 제거하는 등의 공정이 복잡하고, 스페이서용 재료의 선정에 어려움이 있고, 스페이서용 미세입자를 기판 위에 산포하는 방법은 고밀도의 패널 제작이 어렵다.
또한 개별 공정으로 스페이서를 제조하여 배열하는 경우, 스페이서를 정확한 위치에 정렬·고정시키기 어려우며, 인쇄법의 경우 기존의 PDP에서 사용되고 있는 격벽 형성방법을 응용하여 이용할 수 있으나 좁은 폭으로 높은 높이를 갖는 스페이서를 형성하기 어려운 단점이 있다.
또, 블랙매트릭스 공정은 수지재질로서, 빛샘 부분만을 가려주는 역할을 하므로, 칼라필터 기판과 TFT기판의 셀 갭을 유지하기 위해서는 별도의 스페이서 공정이 필요하게 된다.
본 발명은 상기한 종래의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 블랙매트릭스를 이용하여 셀 갭의 높이 만큼 형성시켜 주어, 블랙매트릭스가 스페이서 기능을 겸하게 할 수 있도록 한 블랙매트릭스를 이용한 스페이서 형성방법을 제공함에 그 목적이 있다.
도 1은 액정표시장치의 기본구조 사시도.
도 2는 종래 액정표시장치의 스페이서 형성방법을 보인 개략 단면도.
도 3은 본 발명에 따른 액정표시장치에 있어, 블랙매트릭스를 이용한 스페이서 형성방법을 보인 개략 단면도.
도 4는 도 3의 A-A' 단면도.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
100...칼라필터 기판 200...TFT기판
101,201...투명기판 102...칼라필터층
103,107...블랙매트릭스(BM) 104...공통전극
105,206...배향막 202...게이트 버스라인
203...게이트 절연층 204...데이터 버스라인
205...데이터 절연층 210...TFT
211...화소전극
상기한 목적 달성을 위한, 본 발명에 따른 블랙매트릭스를 이용한 스페이서 형성방법은, 데이터 버스라인과 게이트 버스라인 교점에 박막 트랜지스터와 화소전극이 형성된 TFT기판과; 상기 TFT기판과 소정의 셀 갭을 갖고 합착될 수 있도록 그 내부에 칼라필터층 및 블랙매트릭스가 형성되고 그 기판 상에 공통전극이 형성된 칼라필터 기판을 포함하는 액정표시장치에 있어서,
상기 TFT기판과 칼라필터 기판의 셀 갭을 유지하기 위해 상기 블랙매트릭스를 셀 갭의 높이 만큼 형성시켜 주어, 게이트 버스라인과 평행한 위치에서 스페이서 기능을 하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게, 상기 블랙매트릭스는 화소전극과 데이터 버스라인이 접하는 영역을 제외한 TFT 기판의 게이트 버스라인 영역, 그 게이트 버스라인 영역과 화소전극 사이의 영역 및 TFT 상의 영역에 형성되는 것을 특징으로 한다.
바람직하게, 상기 화소전극과 접하는 데이터 버스라인의 각 영역에는 상기 화소전극이 상기 데이터 버스라인방향의 측단으로 중첩되게 형성되어, 그 영역의 빛샘을 차단하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게, 상기 화소전극이 데이터 버스라인의 양측단에 중첩되는 영역은 화소전극이 데이터 버스라인 양측단을 2㎛정도 덮고 있는 것을 특징으로 한다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다.
도 3은 본 발명을 위한 블랙매트릭스를 이용한 스페이서 형성방법의 액정표시장치의 구조도 이며, 도 4는 도 3의 A-A'단면도이다.
도 3 및 도 4를 참조하면, 투명한 기판(101)상에 칼라필터층(102), 스페이서로 기능하는 블랙 매트리스(107), 공통전극(104)을 형성하고 있는 칼라필터 기판(100)과; 상기 칼라필터 기판(100)과 대향하여 투명한 기판(201)상에 복수의 게이트 버스라인(202) 및 데이터 버스라인(204)을 서로 수직 교차되도록 배치하고 그 교점에 박막 트랜지스터 및 화소전극이 형성된 TFT기판(200)으로 이루어진 구성이다.
여기서, 상기 블랙매트릭스(107)의 높이는 칼라필터 기판(100)과 TFT기판(200) 사이의 셀 갭 높이 만큼 형성하고, 그 형성영역은 게이트 버스라인및 박막트랜지스터 상의 라인 방향에 위치하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게, 상기 화소전극은 상기 데이터 버스라인의 빛샘 영역으로 차단하기 위해 그 외측단이 데이터 버스라인의 라인 방향 측단에서 2um 정도를 더 덮고 있도록 함에 있다.
상기와 같이 구성되는 본 발명에 따른 블랙매트릭스를 이용한 스페이서 형성방법에 대하여 첨부된 도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다.
먼저, TFT기판(200)에는 투명한 기판(201)상에 복수의 게이트 버스라인(202)을 형성하고, 그 게이트 버스라인(202)에 게이트 절연층(203)을 형성한다. 그리고 상기 게이트 버스라인(202)과 수직 교차되도록 배치되는 데이터 버스라인(204)을 형성하고, 그 데이터 버스라인 상에 데이터 절연층(205)을 형성해 준다.
이러한 복수의 게이트 버스라인(202) 및 데이터 버스라인(204)은 수직 교차되면서, 서로 평행하고 일정 간격을 유지한다.
그리고, 상기 게이트 버스라인(202)과 데이터 버스라인(204)의 교차점의 각각의 근방에 스위칭소자로 TFT(210)를 매트릭스 형태로 형성하고, 이어서 유기 절연막 또는 무기절연막을 도포하여 보호막(미도시)을 형성하고, 상기 보호막 위에 스퍼터링법 등으로 ITO막을 증착하고, ITO막을 패터닝하여 화소전극(211)을 형성한다.
한편, 칼라필터 기판(100)에는 투명한 기판(101)상에 칼라필터층(102)을 형성하고, 부도체 재질의 블랙매트릭스(107) 막을 형성하는데, 이때 블랙매트릭스(107) 막은 수지재료로서 셀 갭의 높이 만큼 형성해 준다. 이어서 ITO막등을 칼라필터층(102) 및 블랙매트릭스(107) 막 등이 형성된 기판면에 증착하여 공통전극(104)을 형성한다.
이러한, 상기 블랙매트릭스(107) 막은 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 칼라필터 기판(100)과 TFT기판(200)을 합착하여 칼라필터층(102)과 화소전극(211)이 거의 정합 대향된 상태라고 가정하였을 때, 블랙매트릭스(107) 막은 TFT기판(200) 상의 게이트 버스라인(202)의 라인 방향으로 형성된다.
또한, 상기 블랙매트릭스(107)는 TFT 기판(200)의 게이트 버스라인 영역, 그 영역과 화소전극(211) 사이의 영역 및 TFT(210) 상의 영역에 까지 형성된다. 즉, 데이터 버스라인(204), 화소전극(211), 데이터 버스라인과 화소전극 사이의 영역을 제외한 전체 영역(BM영역)에 게이트 라인 방향으로 형성되는 구조이다.
한편, 이러한 블랙매트릭스(107)가 스페이서로의 기능을 수행하고, 데이터 버스라인(204)의 빛샘 영역에는 화소전극(211)이 상기 데이터 버스라인(204)의 라인 방향 외측단으로 2㎛ 정도(d)까지 덮어지게 되므로, 그 영역에서의 빛샘을 차단하게 된다.
이와 같이 유기막을 이용한 블랙매트릭스 공정시 그 두께를 셀 갭 만큼 형성하여 칼라필터 기판과 TFT기판의 합착 공정시 별도의 스페이서 공정 없이, 셀 공정이 이루어지며, 또 블랙매트릭스가 액정 주입을 위해 게이트 버스라인 방향으로 형성되어, 액정 주입이 가능해 진다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명은 액정표시장치의 블랙매트릭스를 스페이서 형성방법은 칼라필터 기판에 형성되는 블랙매트릭스를 셀 갭 높이로 형성하여, 스페이서 기능을 하도록 함으로써, 별도의 스페이서 공정 없이 셀 갭 유지가 가능하여 공정 단순화 및 재료사용을 절감할 수 있으며, 또한 대면적 패널에서 균일한 셀 갭을 유지할 수 있어 고 화질을 기대할 수 있는 효과가 있다.

Claims (4)

  1. 데이터 버스라인과 게이트 버스라인 교점에 박막 트랜지스터와 화소전극이 형성된 TFT기판과; 상기 TFT기판과 소정의 셀 갭을 갖고 합착될 수 있도록 그 내부에 칼라필터층 및 블랙매트릭스가 형성되고 그 기판 상에 공통전극이 형성된 칼라필터 기판을 포함하는 액정표시장치에 있어서,
    상기 TFT기판과 칼라필터 기판의 셀 갭을 유지하기 위해 상기 블랙매트릭스를 셀 갭의 높이 만큼 형성시켜 주어, 게이트 버스라인과 평행한 위치에서 스페이서 기능을 하는 것을 특징으로 하는 블랙매트릭스를 이용한 스페이서 형성방법.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 블랙매트릭스는 TFT기판의 화소전극과 데이터 버스라인이 접하는 영역을 제외한 게이트 버스라인 영역, 그 게이트 버스라인 영역과 화소전극 사이의 영역 및 TFT 상의 영역에 형성되는 것을 특징으로 하는 블랙매트릭스를 이용한 스페이서 형성방법.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 화소전극이 접하는 데이터 버스라인의 각 영역에는 상기 화소전극이 상기 데이터 버스라인방향의 측단으로 중첩되게 형성되어, 그 영역의 빛샘을 차단하는 것을 특징으로 하는 블랙매트릭스를 이용한 스페이서 형성방법.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 화소전극이 데이터 버스라인의 양측단에 중첩되는 영역은 화소전극이 데이터 버스라인 양측단을 2㎛정도 덮고 있는 것을 특징으로 하는 블랙매트릭스를 이용한 스페이서 형성방법.
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100862535B1 (ko) * 2002-10-17 2008-10-09 엘지디스플레이 주식회사 칼럼 스페이서를 이용한 액정표시장치 및 그 제조방법
KR100906830B1 (ko) * 2008-03-05 2009-07-08 하이디스 테크놀로지 주식회사 액정표시장치
KR20150080250A (ko) * 2013-12-31 2015-07-09 엘지디스플레이 주식회사 간격 스페이서와 누름 스페이서를 구비한 액정 표시장치

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