KR20030073068A - 액정표시장치 및 그 제조 방법 - Google Patents

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KR20030073068A
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liquid crystal
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이원희
유세종
유봉렬
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비오이 하이디스 테크놀로지 주식회사
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Abstract

본 발명은 액정표시장치 및 그 제조 방법에 관한 것으로, 액정표시소자의 게이트 라인을 박막 트랜지스터 기판과 칼라필터 기판위에 형성한 후, 도전성 패턴 스패이서를 이용하여 상, 하판에 형성된 게이트 라인을 서로 도통시켜 신호 지연이 적고 개구율이 향상된 구조를 제공한다. 이를 위한 본 발명의 액정표시장치의 제조 방법은 액정표시장치의 제조 방법은, 게이트 라인이 형성된 하부 어레이 기판 위에 절연층을 형성하고, 상기 절연층 위에 TFT 및 화소전극을 형성하며, 상기 TFT 및 화소전극이 형성된 상기 어레이 기판 위에 배향막을 형성하는 단계와, 상부 컬러필터 기판 위에 착색층을 형성하고, 상기 착색층 위에 오버코트를 형성하며, 상기 오버코트 위에 공통전극을 형성하고, 상기 공통전극 위에 제 1 절연막을 형성하며. 상기 제 1 절연막 위에 소정 부분의 게이트 라인을 형성하고, 상기 게이트 라인 및 제 1 절연막 위에 제 2 절연막을 형성한 후 상기 제 2 절연막 위에 배향막을 형성하는 단계와, 상기 하부 어레이 기판의 게이트 라인과 상기 상부 컬러필터 기판의 게이트 라인은 서로 대응되게 형성되며, 상기 하부 어레이 기판의 게이트 라인 위에 형성된 상기 절연막과 배향막, 그리고 상기 상부 컬러필터 기판의 게이트 라인 위에 형성된 상기 제 2 절연막과 상기 배향막을 소정 부분 식각하여, 도전성 스패이서를 이용하여 상기 하부 어레이 기판의 게이트 라인과 상기 상부 컬러필터 기판의 게이트 라인을 전기적으로 연결하는 단계를 구비한 것을 특징으로 한다.

Description

액정표시장치 및 그 제조 방법{LIQUID CRYSTAL DISPLAY DEVICE AND METHOD OF MANUFACTURING THEREOF}
본 발명은 액정표시장치 및 그 제조 방법에 관한 것으로, 특히 액정표시소자의 게이트 라인을 박막 트랜지스터 기판과 칼라필터 기판위에 형성한 후, 도전성 패턴 스패이서(Patterned spacer)를 이용하여 상, 하판에 형성된 게이트 라인을 서로 도통시켜 신호 지연이 적고 개구율이 향상된 구조를 제공하는 액정표시장치 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
박막 트랜지스터 액정표시장치(TFT-LCD) 시장이 TV나 컴퓨터 모니터등의 대면적의 고해상도 패널(panel)을 요구함에 따라 주사선, 신호선등 금속 라인의 신호지연이나 개구율 등은 매우 중요한 요소로 부각되었다.
도 1과 도 2는 종래의 액정표시장치의 화소 구조 및 단면도이다.
게이트 라인(1)이 형성된 하부 어레이기판(b) 위에 박막 트랜지스터(TFT) 및 화소전극(3)이 형성되며, 그 위에 배향막(10)이 형성되어 있다.
그리고, 상판컬러필터기판(a)이 하판어레이기판(b)에 대응되도록 놓이며 이 두개의 기판(a)(b) 사이에 액정(c)이 주입된다.
블랙 매트릭스(7)가 형성된 상기 상판컬러필터기판(a) 위에 착색층(6)이 형성되고, 상기 착색층(6) 위에 오버코트(overcoat)(5)가 형성되며, 상기 오버코트(5) 위에 상판공통전극(4)이 형성되고, 상기 상판공통전극(4)의 위에 배향막(10)이 형성된다.
그리고, 상기 하판어레이기판(b)과 상기 상판컬러필터기판(a)의 둘레는 봉인재로 봉해져 있어 액정(c)이 밖으로 흐르는 것을 막고 있다.
종래의 화소 구조에서는 게이트 배선등의 신호지연을 방지하기 위해서, 게이트 라인의 폭을 증가시키거나 알루미늄을 주성분으로 한 합금등의 저저항 금속을 적용하고 있다.
그러나, 이러한 구조에서 신호지연의 감소를 위해 게이트 라인의 폭을 증가시키면 개구율이 저하되는 단점이 있다. 또한, 게이트 라인(1)과 화소 ITO 전극(3)간에 발생한 DC 전압에 의해 게이트 라인 근처에서 액정이 오동작하여 빛샘이 발생한다. 따라서, 상판 칼라필터 기판(a)에는 게이트 라인(1)보다 넓게 블랙 매트릭스(Black Matrix: BM)(7)를 형성시켜야 한다.
즉, 이러한 구조에서 개구율의 증가와 금속라인의 신호지연이 서로 밀접한 관계에 있기 때문에 한계가 존재한다.
따라서, 고해상도와 대면적에 적합한 화면품위를 이루기 위해서는 게이트라인의 신호지연과 개구율을 동시에 향상시킬 수 있는 새로운 구조가 필요하다.
따라서, 본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위하여 이루어진 것으로, 본 발명은 어레이와 컬러필터 상하판에 형성된 게이트 라인을 도전성 패턴 스패이서로 서로 도통시켜 게이트 라인의 신호지연을 줄일 수 있을 뿐 아니라 어레이 기판상의 게이트 라인을 최소화 함으로써, 게이트 라인과 ITO 화소전극간의 DC 전압에 의해 발생한 빛샘을 효과적으로 방지할 수 있는 액정표시장치 및 그 제조 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
또한, 본 발명의 다른 목적은 종래의 화소에서 컬러필터 기판에 형성하였던 블랙 매트릭스(BM)대신 게이트 라인을 형성시켜 개구율의 저하 없이 신호 지연이 적은 액정표시장치 및 그 제조 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
도 1은 종래 기술에 따른 스토리지 온 컴먼 방식의 화소를 나타낸 구조도
도 2는 종래의 액정표시소자의 단면도
도 3은 본 발명에 의한 스토리지 온 컴먼 방식의 화소를 나타낸 것으로, 패턴 스패이서가 형성된 게이트 라인부의 단면도
도 4는 본 발명에 의한 스토리지 온 컴먼 방식의 화소를 나타낸 구조도
도 5는 본 발명에 의한 스토리지 온 게이트 방식의 화소를 나타낸 구조도
도 6은 본 발명에 의한 스토리지 온 컴먼 방식의 다른 화소를 나타낸 구조도
도 7은 본 발명에 의한 스토리지 온 게이트 방식의 다른 화소를 나타낸 구조도
도 8은 본 발명에 의한 어레이 기판에 형성된 게이트 라인이 각각 단선되어 있는 경우의 스패이서 산포를 나타낸 도면
도 9는 본 발명에 의한 어레이 기판에 형성된 게이트 라인이 종래와 같이 연결되어 있는 경우의 스패이서 산포를 나타낸 도면
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *
aa : 상판 칼라필터 기판bb : 하판 어레이 기판
cc : 액정층11 : 게이트 라인
12 : 절연층13 : 화소전극
14 : 공통전극15 : 오버코트(overcoat)
16 : 착색층17 : 절연층
18 : 게이트 라인19 : 절연층
20, 22 : 배향막30 : 도전성 스패이서
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 액정표시장치의 제조 방법은,
게이트 라인이 형성된 하부 어레이 기판 위에 절연층을 형성하고, 상기 절연층 위에 TFT 및 화소전극을 형성하며, 상기 TFT 및 화소전극이 형성된 상기 어레이 기판 위에 배향막을 형성하는 단계와,
상부 컬러필터 기판 위에 착색층을 형성하고, 상기 착색층 위에 오버코트(overcoat)를 형성하며, 상기 오버코트 위에 공통전극을 형성하고, 상기 공통전극 위에 제 1 절연막을 형성하며. 상기 제 1 절연막 위에 소정 부분의 게이트 라인을 형성하고, 상기 게이트 라인 및 제 1 절연막 위에 제 2 절연막을 형성한 후 상기 제 2 절연막 위에 배향막을 형성하는 단계와,
상기 하부 어레이 기판의 게이트 라인과 상기 상부 컬러필터 기판의 게이트 라인은 서로 대응되게 형성되며, 상기 하부 어레이 기판의 게이트 라인 위에 형성된 상기 절연막과 배향막, 그리고 상기 상부 컬러필터 기판의 게이트 라인 위에 형성된 상기 제 2 절연막과 상기 배향막을 소정 부분 식각하여, 도전성 스패이서를 이용하여 상기 하부 어레이 기판의 게이트 라인과 상기 상부 컬러필터 기판의 게이트 라인을 전기적으로 연결하는 단계를 구비한 것을 특징으로 한다.
상기 도전성 스패이서는 상기 하부 어레이 기판 위에 형성하거나 또는 상부 컬러필터 기판 위에 형성하여 합착하는 것을 특징으로 한다.
상기 게이트 라인은 화소마다 연결되거나 또는 화소마다 연결되지 않게 형성하는 것을 특징으로 한다.
상기 도전성 스패이서는 상기 어레이 기판상에 형성하거나 또는 컬러필터 기판상에 형성하여 합착하는 것을 특징으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 다른 액정표시장치의 제조 방법은,
박막 트랜지스터를 구비한 하부 기판과, 상기 하부 어레이 기판과 액정을 사이에 두고 대응되며 컬러 필터를 구비한 상부 기판과, 상기 액정이 흘러나오는 것을 막고 하부 및 상부 기판을 접착시키는 봉인제를 포함하는 액정표시장치에 있어서,
상기 하부 및 상부 기판에 서로 대응되게 게이트 라인을 형성시킨 다음, 도전성 스패이서를 이용하여 상기 하부 및 상부 기판의 게이트 라인을 전기적으로 연결시키는 것을 특징으로 한다.
이하, 본 발명의 실시예에 관하여 첨부도면을 참조하면서 상세히 설명한다.
또, 실시예를 설명하기 위한 모든 도면에서 동일한 기능을 갖는 것은 동일한 부호를 사용하고 그 반복적인 설명은 생략한다.
도 3은 본 발명에 의한 스토리지 온 컴먼(Storage on common) 방식의 패턴 스패이서가 형성된 게이트 라인부의 단면도이다.
본 발명의 액정표시장치는 전극이 형성되어 있는 TFT 어레이 기판(b)과, 상기 TFT 어레이 기판(b)과 액정(c)을 사이에 두고 대응되는 컬러 필터 기판(a)과, 상기 액정(c)이 흘러나오는 것을 막고 두 기판을 접착시키는 봉인제(도시되지 않음)를 포함하여 구성된다.
상기 하판어레이기판(bb)은, 게이트 라인(11)이 형성된 하판어레이기판(bb) 위에 절연층(12)이 형성되고, 상기 절연층(12)의 소정 부분에 화소전극(13) 및 TFT가 형성되며, 상기 화소전극(13)과 TFT를 포함한 어레이 기판 위에 배향막(20)이 형성되어 있다.
상기 상판 컬러필터 기판(aa)이 하판 어레이 기판(bb)에 대응되도록 놓이며 이 두개의 기판(aa)(bb) 사이에 액정(cc)이 주입된다.
상기 상판컬러필터기판(aa)은, 상기 상판컬러필터기판(aa) 위에 착색층(16)이 형성되고, 상기 착색층(16) 위에 오버코트(overcoat)(15)가 형성되며, 상기 오버코트(15) 위에 상판공통전극(14)이 형성되고, 상기 상판공통전극(14)의 위에 제 1 절연막(17)이 형성된다. 그리고, 상기 제 1 절연막(17) 위에 소정 부분의 게이트 라인(18)이 형성되고, 상기 게이트 라인(18) 및 제 1 절연막(17) 위에 제 2 절연막(19)이 형성된다. 그리고, 상기 제 2 절연막(19) 위에 배향막(22)이 형성된다.
그리고, 상기 하판 어레이 기판(bb)의 게이트 라인(11)이 소정 부분 노출되도록 상기 배향막(20) 및 상기 절연층(12)을 식각하고, 상기 상판 컬러필터 기판(aa)의 게이트 라인(18)이 소정 부분 노출되도록 상기 배향막(22) 및 상기 제 2 절연막(19)을 식각한 다음, 상기 하판 어레이 기판(bb)의 게이트 라인(11)과 상기 상판 컬러필터 기판(aa)의 게이트 라인(18)이 전기적으로 접속되도록 스패이서 패턴(30)을 형성한다. 이때, 상기 스패이서(30)는 도전성 물질로 상판 컬러필터 기판(aa)의 게이트 라인(18)과 하판 어레이 기판(bb)에 형성된 게이트 라인(11)을 서로 전기적으로 연결시켜 준다. 그리고, 상기 스패이서(30)는 액정의 셀갭(cell gap)을 유지시키는 역할을 한다.
따라서, 종래의 패턴 스패이서를 이용한 액정표시소자의 공정에 패턴 스패이서에 접하는 상, 하판 기판의 배향막을 제거하는 공정이 추가되거나, 또는 스패이서가 위치한 곳은 배향막이 형성되지 않게 패턴이 형성된 Pl 프린팅 공정이 이루어진다.
이 공정을 통해서 종래에 어레이 기판(bb)의 게이트 라인(11)을 통해 입력되던 신호는 상판의 컬러필터 기판(aa)에 형성된 게이트 라인(18)을 통해 입력된 후, 도전성 스패이서(30)를 통해 다시 하판의 어레이 기판(bb)에 형성된 게이트 라인(11)에 연결되어 TFT 소자를 동작시킨다.
도 4는 스토리지 온 컴먼(storage on common) 방식의 화소를 나타낸 것으로, 하판 어레이 기판과 상판 컬러필터 기판에 형성된 게이트 라인(11a)(18a)을 도전성 스패이서(30a)로 전기적으로 연결시킨 것이다. 이 때, 하판 어레이 기판에 형성된 게이트 라인(11a)은 TFT 스위치 소자와 스패이서(30a)가 존재할 수 있을 만큼의 면적만 형성시켜 게이트 라인과 화소 전극(13a)간의 DC 전압의 생성을 감소시켜 액정의 오동작에 의한 빛샘을 최소화시킬 수 있다. 또한, 전극간 간섭에 의해 빛샘이 생길지라도 상판 컬러필터 기판(aa)에 형성된 게이트 라인(18a)이 이를 막아 주는 백라이트(BM)의 역할을 수행한다.
상부의 컬러필터 기판(aa) 상에 형성된 컴먼 전극과 게이트 전극(18a)을 전기적으로 분리시키기 위해 그 사이에 절연막(17a)이 형성된다. 이 때 게이트 라인(18a)은 백라이트(BM)의 역할을 할 수 있을 만큼 넓게 형성되기 때문에 상판 공통 전극(ITO)과의 캐패시턴스를 가능한 최소화 시킬 만큼 두껍게 형성시켜야 된다. 따라서, 이러한 구조에서는 개구율 향상과 신호지연의 감소에 효과적으로 대응할 수 있다.
도 5의 스토리지 온 게이트(storage on gate) 방식에서도 마찬가지로 상하판에 게이트 라인(11b)(18b)을 형성시키고 이를 도전성 스패이서(30b)로 연결시킨다. 이 때는 어레이 기판의 게이트 라인(11b)과 다음단의 화소전극(13b)을 서로 중첩시켜 스토리지 캐패시턴스를 형성시켜야 하기 때문에 어레이 기판의 게이트 라인(11b)을 종래와 같은 구조로 형성시켜야 한다. 하지만, 이로인해 발생한 빛샘은 컬러필터 기판에 형성된 게이트 전극(18b)에 의해 블로킹(blocking)되고 상판의게이트 라인(18b)의 폭이 증가할 수록 신호지연에 의한 신호왜곡은 보다 효과적으로 감소시킬 수 있다. 즉, 컬러필터 기판에 형성된 게이트 라인(18b)은 종래의 구조에서 백라이트(BM)가 형성된 부분이므로, 개구율의 감소없이 신호지연을 개선할 수 있다. 또한, 종래의 화소구조에서 문제가 되었던 게이트 오픈(Gate open)과 같은 결함은 이러한 구조에서는 전혀 문제가 되지 않는다. 즉, 상판에 형성된 게이트 라인(18b)과 어레이 기판에 형성된 게이트 라인(11b)이 도전성 스패이서(30b)를 통해 연결되었기 때문에 어레이 기판에서 게이트 라인(11b)이 단선되었어도 컬러필터 기판에 형성된 게이트 라인(18b)을 통해 신호가 전달되기 때문에 TFT 스위칭 소자의 동작에는 전혀 문제가 발생하지 않는다.
본 발명의 다른 실시예로서, 도 6과 같이 컬러필터 기판위에 형성된 게이트(18c)으로 어레이 기판의 게이트 라인(11c)를 막고, 블랙 매트릭스(BM)는 데이타 라인과 공통전극 위에만 형성시키는 구조를 채택할 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시예로서, 도 6의 스토리지 온 컴먼 방식에서와 마찬가지로, 도 7에서와 같이, 스토리지 온 게이트 방식에서도 같은 구조로 적용될 수 있다.
즉, 컬러필터 기판의 게이트 라인(18d)을 어레이 기판에 형성된 박막 트랜지스터(TFT)부와 게이트 라인(11d)위에 형성시킴으로써 개구율의 감소없이 신호지연을 향상시킬 수 있다.
또한, 도 5의 실시예에서와 같은 구조에서, 게이트 라인의 단선이 발생하더라도 액정표시장치를 구동시키는 데는 어떤 문제도 발생하지 않는다.
도 4 또는 도 6에서와 같이 스토리지 온 컴먼 방식에서는 어레이 기판의 게이트 라인을 도시된 바와 같이, 최소화 시켜 화소 전극과의 DC 전압을 줄이는게 유리하다. 이러한 구조는 어레이 기판에 형성된 게이트 라인이 단선되었기 때문에 도 8에서와 같이, 각 화소마다 스패이서를 형성시켜서 컬러필터 기판에 형성된 게이트 라인과 모두 연결시켜 줘야 한다.
하지만, 어레이 기판위에 형성된 게이트 라인이 도 5나 도 7에서와 같이, 단선되지 않고 연결된 경우 스패이서의 위치는 각각의 화소마다 형성될 필요없이 도 9와 같이, 각각의 게이트 라인에서 랜덤(random)하게 산포될 수 있다.
도 8은 어레이 기판에 형성된 게이트 라인이 각각 단선되어 있는 경우 스패이서 산포를 나타낸 도면이고, 도 9는 어레이 기판에 형성된 게이트 라인이 종래와 같이 연결되어 있는 경우의 스패이서 산포를 나타낸 도면이다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 의한 액정표시장치 및 그 제조 방법에 의하면, 어레이 기판과 컬러필터 기판에 동시에 게이트 라인을 형성하여 도전성 패턴 스패이서로 셀갭을 유지하게 되면 개구율의 증가와 함께 신호 지연의 감소로 화면품위가 크게 향상될 것으로 기대된다.
또한, 어레이 기판상에 형성된 게이트 라인 단선 등의 문제는 컬러필터 기판에 형성된 게이트 라인에 의해 자동 수리되기 때문에 액정표시장치의 구동에 전혀 지장을 주지 않는다. 따라서, 본 발명과 같이 구성하게 되면 화면품위의 향상 및 수율향상에 도움을 줄 수 있다.
아울러 본 발명의 바람직한 실시예들은 예시의 목적을 위해 개시된 것이며, 당업자라면 본 발명의 사상과 범위 안에서 다양한 수정, 변경, 부가등이 가능할 것이며, 이러한 수정 변경등은 이하의 특허청구범위에 속하는 것으로 보아야 할 것이다.

Claims (5)

  1. 게이트 라인이 형성된 하부 어레이 기판 위에 절연층을 형성하고, 상기 절연층 위에 TFT 및 화소전극을 형성하며, 상기 TFT 및 화소전극이 형성된 상기 어레이 기판 위에 배향막을 형성하는 단계와,
    상부 컬러필터 기판 위에 착색층을 형성하고, 상기 착색층 위에 오버코트(overcoat)를 형성하며, 상기 오버코트 위에 공통전극을 형성하고, 상기 공통전극 위에 제 1 절연막을 형성하며. 상기 제 1 절연막 위에 소정 부분의 게이트 라인을 형성하고, 상기 게이트 라인 및 제 1 절연막 위에 제 2 절연막을 형성한 후 상기 제 2 절연막 위에 배향막을 형성하는 단계와,
    상기 하부 어레이 기판의 게이트 라인과 상기 상부 컬러필터 기판의 게이트 라인은 서로 대응되게 형성되며, 상기 하부 어레이 기판의 게이트 라인 위에 형성된 상기 절연막과 배향막, 그리고 상기 상부 컬러필터 기판의 게이트 라인 위에 형성된 상기 제 2 절연막과 상기 배향막을 소정 부분 식각하여, 도전성 스패이서를 이용하여 상기 하부 어레이 기판의 게이트 라인과 상기 상부 컬러필터 기판의 게이트 라인을 전기적으로 연결하는 단계를 구비한 것을 특징으로 하는 액정표시장치의 제조 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 도전성 스패이서는 상기 하부 어레이 기판 위에 형성하거나 또는 상부컬러필터 기판 위에 형성하여 합착하는 것을 특징으로 하는 액정표시장치의 제조 방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 게이트 라인은 화소마다 연결되거나 또는 화소마다 연결되지 않게 형성하는 것을 특징으로 하는 액정표시장치의 제조 방법.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 도전성 스패이서는 상기 어레이 기판상에 형성하거나 또는 컬러필터 기판상에 형성하여 합착하는 것을 특징으로 하는 액정표시장치의 제조 방법.
  5. 박막 트랜지스터를 구비한 하부 기판과, 상기 하부 어레이 기판과 액정을 사이에 두고 대응되며 컬러 필터를 구비한 상부 기판과, 상기 액정이 흘러나오는 것을 막고 하부 및 상부 기판을 접착시키는 봉인제를 포함하는 액정표시장치에 있어서,
    상기 하부 및 상부 기판에 서로 대응되게 게이트 라인을 형성시킨 다음, 도전성 스패이서를 이용하여 상기 하부 및 상부 기판의 게이트 라인을 전기적으로 연결시키는 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
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