KR20040013497A - 스페이서 주변의 빛샘을 방지한 액정표시장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 스페이서 주변에서의 빛샘 발생을 방지할 수 있는 액정표시장치를 개시한다. 개시된 본 발명의 액정표시장치는, 매트릭스 형태로 구획된 각 화소마다 박막트랜지스터 및 화소전극이 배치된 어레이 기판과, 각 화소에 대응해서 R, G, B의 컬러필터가 형성되면서 화소 경계부에 대응해서 블랙매트릭스가 형성되고 상대전극을 구비한 컬러필터 기판이 액정층의 개재하에 합착되어 이루어지며, 상기 각 기판과 액정층 사이에는 배향막이 배치되고, 상기 기판들 사이 공간에 셀 갭(cell gap) 유지를 위한 스페이서가 산포된 액정표시장치에 있어서, 상기 블랙매트릭스는 중심부가 가장자리 보다 두꺼운 구조로 이루어진 것을 특징으로 한다. 본 발명에 따르면, 블랙매트릭스의 중심부 두께를 증가시킴으로써 화소부의 스페이서에 가해지는 하중을 줄일 수 있으며, 이에 따라, 스페이서에 기인하는 화소부에서의 빛샘 발생을 억제시킬 수 있다.

Description

스페이서 주변의 빛샘을 방지한 액정표시장치{Liquid crystal display prevented light leakage in the arround spacer}
본 발명은 액정표시장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 스페이서 주변에서 발생되는 빛샘을 방지할 수 있는 컬러필터 기판 구조에 관한 것이다.
액정표시장치는 박막트랜지스터 및 화소전극이 구비된 어레이 기판과 컬러필터 및 상대전극이 구비된 컬러필터 기판이 수 개의 액정분자들로 구성된 액정층의 개재하에 합착된 구조로서, 상기 화소전극과 상대전극 사이에서 발생되는 전계에 의해 액정분자들의 배열을 변화시켜 빛의 투과량이 제어되도록 하는 것에 의해 소정의 화상을 표시한다.
이러한 액정표시장치에 있어서, 표시화면의 콘트라스트비 및 휘도 균일성 등의 특성은 액정층의 두께, 즉, 셀 갭(cell gap)과 밀접한 관련이 있다. 이것은 셀 갭이 변동되면, 액정층의 복굴절율(Δn)과 셀 갭(d)의 곱으로 나타내지는 액정층의 광경로차(Δn·d)가 각 위치에서 변하게 됨으로써 상기 표시화면의 콘트라스트비 및 색도가 변화하고 화면의 균일성이 유지되지 못하기 때문이다.
따라서, 액정표시장치의 화면품위를 향상시키기 위해서는 균일한 셀 갭을 유지시키는 것이 매우 중요하며, 대면적화 및 고품질화 되어가는 추세에서 일정한 셀 갭의 유지는 더욱 중요시되고 있다.
현재 대부분의 액정표시장치는 그 제조 과정에서, 예컨데, 어레이 기판과 컬러필터 기판을 합착 과정에서 어느 하나의 기판 상에 구형의 스페이서(spacer)를 산포하고 있다.
도 1은 종래의 액정표시장치를 개략적으로 도시한 단면도로서, 도시된 바와 같이, 어레이 기판(1)과 컬러필터 기판(2)은 액정층(도시안됨)의 개재하에 실재(3)에 의해 합착되어져 있으며, 기판들(1, 2) 사이 공간에는 셀 갭 유지를 위한 구형의 스페이서(4)가 개재되어 있다.
그러나, 종래의 액정표시장치는 스페이서 주변에서 빛샘이 발생되는 바, 표시화면의 불량이 발생되는 문제점이 있다.
자세하게, 셀 갭을 일정하게 유지하기 위해서는 구형의 스페이서를 균일하게 산포시키는 것 뿐만 아니라, 기판들간의 합착시에 기판 양쪽에서 강한 압력을 주어 셀을 평탄하게 만드는 공정이 필요하며, 이러한 공정을 거치면서 스페이서가 일정 부분만큼 눌려서 균일한 셀 갭이 얻어지게 된다.
그런데, 스페이서는 그 자체로, 또는, 배향막의 손상 및 변형을 통해 그 주변의 액정 배향을 흐트러뜨리게 된다.
이때, 도 2a에 도시된 바와 같이, 스페이서(13)의 산포 그 자체에 기인하는 액정 배향의 흐트러짐은 어쩔 수 없는 것이고, 특히, 스페이서(13)의 크기가 작고 액정 배향이 흐트러지는 영역이 크지 않아서 육안으로는 식별해 내기 어렵기 때문에 불량 요인은 되지 않지만, 도 2b에 도시된 바와 같이, 스페이서(13)에 의한 배향막(12)의 손상 및 변형에 기인하는 액정 배향의 흐트러짐은 큰 영향을 미치기 때문에 육안으로 인식될 만큼의 빛샘이 발생되어 표시화면의 불량이 발생하게 된다.
도 2a 및 도 2b에서, 미설명된 도면부호 11은 기판, 14는 액정을 나타낸다.
여기서, 상기 스페이서에 의한 배향막의 손상은 액정표시장치에 충격, 압력 또는 지속적인 진동이 가해지는 경우에 발생될 수 있으며, 이 요소들 중에서 충격이나 진동은 공정 제어를 통해 억제시킬 수 있지만, 압력은 액정표시장치의 제조공정에서 사용되는 공정 요소이므로, 그 억제가 실질적으로 어렵다.
따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 스페이서 주변에서의 빛샘을 감소시킬 수 있는 액정표시장치의 컬러필터 기판을 제공함에 그 목적이 있다.
도 1은 종래의 액정표시장치를 개략적으로 도시한 단면도.
도 2a 및 도 2b는 종래 액정표시장치에서의 스페이서에 의한 문제점을 설명하기 위한 단면도.
도 3a 및 도 3b는 기판 합착시 스페이서에 미치는 압력에 의한 하중을 설명하기 위한 도면.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 액정표시장치를 개략적으로 도시한 단면도.
도 5a 내지 도 5d는 본 발명의 실시예에 따른 블랙매트릭스 구조를 도시한 도면.
도 6a 및 도 6b는 본 발명의 실시예에 따른 액정표시장치의 컬러필터 기판 구조를 도시한 단면도.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *
41 : 어레이 기판 42 : 컬러필터 기판
43 : 컬러필터 44 : 상대전극
45 : 블랙매트릭스 46 : 스페이서
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은, 매트릭스 형태로 구획된 각 화소마다 박막트랜지스터 및 화소전극이 배치된 어레이 기판과, 각 화소에 대응해서 R, G, B의 컬러필터가 형성되면서 화소 경계부에 대응해서 블랙매트릭스가 형성되고 상대전극을 구비한 컬러필터 기판이 액정층의 개재하에 합착되어 이루어지며, 상기 각 기판과 액정층 사이에는 배향막이 배치되고, 상기 기판들 사이 공간에 셀 갭(cell gap) 유지를 위한 스페이서가 산포된 액정표시장치에 있어서, 상기 블랙매트릭스는 중심부가 가장자리 보다 두꺼운 구조로 이루어진 것을 특징으로 하는 액정표시장치를 제공한다.
여기서, 상기 블랙매트릭스는 중심부와 가장자리의 두께 차가 5000∼20000Å인 적어도 2단 이상의 다단 구조, 사다리꼴 구조, 또는, 반원 구조로 이루어지며, 컬러필터가 형성된 기판 상에 형성되거나, 또는, 컬러필터 및 상대전극이 형성된 기판 상에 형성된다.
본 발명에 따르면, 블랙매트릭스의 중심부 두께를 증가시킴으로써 화소부의 스페이서에 가해지는 하중을 줄일 수 있으며, 이에 따라, 스페이서에 기인하는 화소부에서의 빛샘 발생을 억제시킬 수 있다.
(실시예)
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명하도록 한다.
우선, 도 3a 및 도 3b를 참조하면, 서로 다른 높이의 기둥(32a, 32b)에 압력이 가해지는 경우, 상대적으로 긴 기둥(32a)은 먼저 압력을 받아서 큰 하중을 받게 되는 반면, 짧은 기둥(32b)은 나중에 압력을 받아서 상대적으로 작은 하중을 받게 되며, 이 결과, 큰 하중을 받은 긴 기둥(32a)은 심한 변형이 일어나는 반면, 작은 기둥(32b)은 변형이 거의 일어나지 않는다.
또한, 액정표시장치에 있어서, 블랙매트릭스가 형성된 영역은 빛이 투과되지 못하므로, 블랙매트릭스 형성 영역에서 스페이서에 의한 배향막의 손상 및 변형이 일어나더라도 상기 스페이서 주변에서의 빛샘은 일어나지 않는다.
따라서, 본 발명은 상기한 사항들에 입각하여 블랙매트릭스의 두께를 화소영역에 형성되는 컬러필터의 두께 보다 두껍게 함으로써 스페이서에 의한 배향막 손상 및 변형이 블랙매트릭스 형성 영역에 집중되도록 하고, 아울러, 이렇게 배향막의 손상 및 변형에 의한 빛샘은 블랙매트릭스에 의해 차단되도록 함으로써, 실질적으로 스페이서 주변에서의 빛샘이 방지되도록 한다.
자세하게, 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 액정표시장치를 개략적으로 도시한 단면도로서, 본 발명의 액정표시장치는 매트릭스 형태로 구획된 각 화소마다 박막트랜지스터(도시안됨) 및 화소전극(도시안됨)이 배치된 어레이 기판(41)과, 각 화소에 대응해서 R, G, B의 컬러필터(43)가 형성되면서 화소 경계부에 대응해서 블랙매트릭스(44)가 형성되고 상대전극(도시안됨)을 구비한 컬러필터 기판(42)이 액정층의 개재하에 합착되고, 상기 각 기판과 액정층 사이에는 배향막이 배치되며, 상기 기판들 사이 공간에 셀 갭(cell gap) 유지를 위한 스페이서(46)가 산포된 구조이다.
이때, 상기 블랙매트릭스(44)는 스페이서(46)에 의한 배향막의 손상 및 변형에 기인하는 빛샘을 방지하기 위해 화소영역에서의 컬러필터(43) 보다 두꺼운 두께를 가지며, 특히, 중심부가 가장자리 보다 두꺼운 형태를 갖는다.
여기서, 상기 블랙매트릭스의 중심부 두께만을 두껍게 하는 이유는, 일반적으로 컬러필터는 블랙매트릭스의 가장자리에 겹쳐져 형성되기 때문에, 만약, 블랙매트릭스의 두께를 전체적으로 증가시킬 경우, 컬러필터의 가장자리가 더욱 두꺼워지게 되는 바, 화소영역의 가장자리에서 빛샘이 발생될 수 있기 때문이다.
따라서, 상기 블랙매트릭스(44)는 그 중심부가 가장자리 보다 상대적으로 두꺼운 두께를 갖도록 형성함이 바람직하며, 본 발명은 상기 블랙매트릭스(44)를 사다리꼴 형태를 갖는 적어도 2단 이상의 다단 구조, 사다리꼴 구조, 또는, 반원 구조로 형성하고, 중심부와 가장자리의 두께 차는 5000∼20000Å 정도로 한다.
또한, 본 발명은 중심부와 가장자리 두께가 상이한 블랙매트릭스를 일체형으로도 형성할 수 있으며, 이 경우, 하프-톤(half-tone) 노광을 이용한다.
도 5a 내지 도 5d는 2단 구조, 3단 구조, 사다리꼴 구조 및 반원 구조의 블랙매트릭스를 각각 도시한 도면들이며, 도면부호 44는 블랙매트릭스를 나타낸다.
이와 같이 하면, 스페이서가 산포된 어레이 기판과 컬러필터 기판의 합착시, 블랙매트릭스 형성 영역에 산포된 스페이서가 배향막과 먼저 닿게 되며, 이에 따라, 심한 하중을 받게 되지만, 이 영역은 상기 블랙매트릭스에 의해 차단되어 빛이 투과되지 못하므로, 결과적으로, 스페이서에 의한 배향막의 손상 및 변형에 기인하는 빛샘은 일어나지 않게 된다.
한편, 블랙매트릭스와 겹쳐지는 화소영역 가장자리의 컬러필터는 필연적으로 두꺼워지며, 이로 인해, 빛샘을 유발할 수 있다.
따라서, 본 발명은 블랙매트릭스를 중심부가 가장자리 보다 두껍게 되는 구조로 형성하면서, 컬러필터를 먼저 형성한 후에 상기 블랙매트릭스를 형성함으로써 화소영역 가장자리가 두꺼워지는 현상을 방지한다.
또한, ITO와 같은 투명 금속으로 이루어진 상대전극을 형성함에 있어서도 컬러필터의 형성 후에 형성하며, 이후, 상기 블랙매트릭스를 형성한다.
도 6a 및 도 6b는 본 발명에 따른 액정표시장치의 컬러필터 기판 구조를 도시한 단면도로서, 도시된 바와 같이, 블랙매트릭스(44)는 컬러필터(43)의 형성 후, 또는, 컬러필터(43) 및 상대전극(45)의 형성 후에 형성한다.
이상에서와 같이, 본 발명은 컬러필터 기판에서의 블랙매트릭스를 중심부가 가장자리 보다 두껍게 되는 구조로 형성하여 스페이서에 의한 배향막의 손상 및 변형이 블랙매트릭스 형성 영역에 집중되도록 함으로써, 실질적으로 스페이서 주변에서 빛샘이 발생되는 것을 방지할 수 있으며, 따라서, 액정표시장치의 화면품위를 향상시킬 수 있다.
기타, 본 발명은 그 요지가 일탈하지 않는 범위에서 다양하게 변경하여 실시할 수 있다.

Claims (5)

  1. 매트릭스 형태로 구획된 각 화소마다 박막트랜지스터 및 화소전극이 배치된 어레이 기판과, 각 화소에 대응해서 R, G, B의 컬러필터가 형성되면서 화소 경계부에 대응해서 블랙매트릭스가 형성되고 상대전극을 구비한 컬러필터 기판이 액정층의 개재하에 합착되어 이루어지며, 상기 각 기판과 액정층 사이에는 배향막이 배치되고, 상기 기판들 사이 공간에 셀 갭(cell gap) 유지를 위한 스페이서가 산포된 액정표시장치에 있어서,
    상기 블랙매트릭스는 중심부가 가장자리 보다 두꺼운 구조로 이루어진 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 블랙매트릭스는 적어도 2단 이상의 다단, 사다리꼴 및 반원으로 구성된 그룹으로부터 선택되는 어느 하나의 구조로 이루어진 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 블랙매트릭스는 중심부와 가장자리의 두께 차가 5000∼20000Å인 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 블랙매트릭스는 컬러필터가 형성된 기판 상에 형성된 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 블랙매트릭스는 컬러필터 및 상대전극이 형성된 기판 상에 형성된 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
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