KR20060039559A

KR20060039559A - 액정 표시 장치

Info

Publication number: KR20060039559A
Application number: KR1020040088678A
Authority: KR
Inventors: 박성일; 박준호
Original assignee: 엘지.필립스 엘시디 주식회사
Priority date: 2004-11-03
Filing date: 2004-11-03
Publication date: 2006-05-09
Also published as: KR100685956B1

Abstract

본 발명은 칼럼 스페이서에 대응되어 레일 형태의 돌기를 갖도록 하여 합착 이상이 일어나더라도, 터치 빛샘 불량을 방지할 수 있는 액정 표시 장치에 관한 것으로, 서로 대향되는 제 1 기판 및 제 2 기판과, 상기 제 2 기판 상의 소정 부위에 형성된 칼럼 스페이서와, 상기 칼럼 스페이서와 대응되어 상기 칼럼 스페이서에 비해 제 1 방향으로 길게 형성되며, 제 2 방향으로는 작게 형성된 돌기 및 상기 제 1, 제 2 기판 사이에 충진된 액정층을 포함하여 이루어짐을 특징으로 한다.

돌기, 합착 불량, 터치 빛샘, 칼럼 스페이서, 레일

Description

액정 표시 장치{ Liquid Crystal Display Device}

도 1은 일반적인 액정 표시 장치를 나타낸 분해 사시도

도 2는 종래의 액정 표시 장치를 나타낸 평면도

도 3은 도 2의 I~I' 선상의 구조 단면도

도 4a 및 도 4b는 터치 얼룩이 일어나는 부위의 모습을 나타낸 평면도 및 단면도

도 5는 돌기를 포함한 액정 표시 장치를 나타낸 평면도

도 6은 도 5의 Ⅲ~Ⅲ' 선상의 구조 단면도

도 7은 도 5에 있어서, 돌기와 칼럼 스페이서가 정상 대응시의 그 대응 정도를 나타낸 개략 평면도

도 8a 및 도 8b는 도 5에 있어서, 돌기와 칼럼 스페이서가 이상 대응시 대응 정도를 나타낸 개략 평면도

도 9는 본 발명의 액정 표시 장치의 하부 기판을 나타낸 평면도

도 10은 본 발명의 액정 표시 장치의 하부 기판과 칼럼 스페이서의 대응 정도를 나타낸 평면도

도 11a 및 도 11b는 본 발명의 액정 표시 장치의 하부 기판과 좌측 또는 우측 쉬프트된 칼럼 스페이서의 대응 정도를 나타낸 평면도

도 12는 도 10의 Ⅳ~Ⅳ' 선상의 구조 단면도

도 13은 도 10의 V~V' 선상의 구조 단면도

도 14는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 액정 표시 장치의 하부 기판과 이에 대응되는 칼럼 스페이서를 나타낸 평면도

도 15는 본 발명의 제 3 실시예에 따른 액정 표시 장치를 나타낸 평면도

*도면의 주요 부분에 대한 부호 설명*

70 : 하부 기판 72 : 게이트 절연막

73 : 보호막 74 : 게이트 라인

74a : 게이트 전극 75 : 데이터 라인

75a/75b : 소오스/드레인 전극 76 : 화소 전극

77 : 반도체층 80 : 칼럼 스페이서

81 : 돌기 90 : 상부 기판

91 : 블랙 매트릭스 92 : 컬러 필터층

93 : 공통 전극 100 : 돌기

101 : 칼럼 스페이서

본 발명은 액정 표시 장치에 관한 것으로 특히, 칼럼 스페이서에 대응되어 레일 형태의 돌기를 갖도록 하여, 합착 이상이 일어나더라도 터치 빛샘 불량을 방 지할 수 있는 액정 표시 장치에 관한 것이다.

정보화 사회가 발전함에 따라 표시 장치에 대한 요구도 다양한 형태로 점증하고 있으며, 이에 부응하여 근래에는 LCD(Liquid Crystal Display Device), PDP(Plasma Display Panel), ELD(Electro Luminescent Display), VFD(Vacuum Fluorescent Display) 등 여러 가지 평판 표시 장치가 연구되어 왔고, 일부는 이미 여러 장비에서 표시 장치로 활용되고 있다.

그 중에, 현재 화질이 우수하고 경량, 박형, 저소비 전력의 특징 및 장점으로 인하여 이동형 화상 표시 장치의 용도로 CRT(Cathode Ray Tube)를 대체하면서 LCD가 가장 많이 사용되고 있으며, 노트북 컴퓨터의 모니터와 같은 이동형의 용도 이외에도 방송 신호를 수신하여 디스플레이하는 텔레비젼 및 컴퓨터의 모니터 등으로 다양하게 개발되고 있다.

이와 같은 액정 표시 장치가 일반적인 화면 표시 장치로서 다양한 부분에 사용되기 위해서는 경량, 박형, 저 소비 전력의 특징을 유지하면서도 고정세, 고휘도, 대면적 등 고품위 화상을 얼마나 구현할 수 있는가에 관건이 걸려 있다고 할 수 있다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 종래의 액정 표시 장치를 설명하면 다음과 같다.

도 1은 일반적인 액정 표시 장치를 나타낸 분해사시도이다.

일반적인 액정 표시 장치는, 도 1과 같이, 일정 공간을 갖고 합착된 제 1 기판(1) 및 제 2 기판(2)과, 상기 제 1 기판(1)과 제 2 기판(2) 사이에 주입된 액정 층(3)으로 구성되어 있다. 이 때, 상기 제 1, 제 2 기판(2) 및 액정층(3)을 모두 포함하여 액정 패널이라 한다.

보다 구체적으로 설명하면, 상기 제 1 기판(1)에는 화소 영역(P)을 정의하기 위하여 일정한 간격을 갖고 일방향으로 복수개의 게이트 라인(4)과, 상기 게이트 라인(4)에 수직한 방향으로 일정한 간격을 갖고 복수개의 데이터 라인(5)이 배열된다. 그리고, 상기 각 화소 영역(P)에는 화소 전극(6)이 형성되고, 상기 각 게이트 라인(4)과 데이터 라인(5)이 교차하는 부분에 박막 트랜지스터(T)가 형성되어 상기 박막트랜지스터(T)가 상기 게이트 라인(4)에 인가되는 신호에 따라 상기 데이터 라인(5)의 데이터 신호를 상기 각 화소 전극(6)에 인가한다.

그리고, 상기 제 2 기판(2)에는 상기 화소 영역(P)을 제외한 부분의 빛을 차단하기 위한 블랙 매트릭스층(7)이 형성되고, 상기 각 화소 영역에 대응되는 부분에는 색상을 표현하기 위한 R, G, B 컬러 필터층(8)이 형성되고, 상기 컬러 필터층(8) 위에는 화상을 구현하기 위한 공통 전극(9)이 형성되어 있다.

상기와 같은 액정 표시 장치는 상기 화소 전극(6)과 공통 전극(9) 사이에 형성되는 전계에 의해 상기 제 1, 제 2 기판(1, 2) 사이에 형성된 액정층(3)이 배향되고, 상기 액정층(3)의 배향 정도에 따라 액정층(3)을 투과하는 빛의 양을 조절하여 화상을 표현할 수 있다.

이와 같은 액정 표시 장치를 TN(Twisted Nematic) 모드 액정 표시 장치라 하며, 상기 TN 모드 액정 표시 장치는 시야각이 좁다는 단점을 가지고 있고 이러한 TN 모드의 단점을 극복하기 위한 IPS(In-Plane Switching) 모드 액정 표시 장치가 개발되었다.

상기 IPS 모드 액정 표시 장치는 제 1 기판의 화소 영역에 화소 전극과 공통 전극을 동일 기판 상에 일정한 거리를 갖고 서로 평행하게 형성하여 상기 화소 전극과 공통 전극 사이에 횡전계(수평전계)가 발생하도록 하고 상기 횡 전계에 의해 액정층이 배향되도록 한 것이다.

TN 모드 또는 IPS 모드 등의 일반적인 액정 표시 장치의 제조 방법은 제 1, 제 2 기판 사이에 액정층을 형성하는 방법에 따라 액정 주입 방식 제조 방법과 액정 적하 방식 제조 방법으로 구분할 수 있다.

여기서, 상기 액정주입공정을 간략히 살펴보면 다음과 같다.

먼저, 주입하고자 하는 액정 물질이 담겨져 있는 용기와 액정을 주입할 액정 패널을 챔버(Chamber) 내부에 위치시키고, 상기 챔버의 압력을 진공 상태로 유지함으로써 액정 물질 속이나 용기 안벽에 붙어 있는 수분을 제거하고 기포를 탈포함과 동시에 상기 액정 패널의 내부 공간을 진공 상태로 만든다.

그리고, 원하는 진공 상태에서 상기 액정 패널의 액정 주입구를 액정 물질이 담아져 있는 용기에 담그거나 접촉시킨 다음, 상기 챔버 내부의 압력을 진공 상태로부터 대기압 상태로 만들어 상기 액정 패널 내부의 압력과 챔버의 압력 차이에 의해 액정 주입구를 통해 액정 물질이 상기 액정 패널 내부로 주입되도록 한다.

이러한 액정 주입 방식의 액정 표시 장치 제조 방법에 있어서는 다음과 같은 문제점이 있었다.

첫째, 단위 패널로 컷팅한 후, 두 기판 사이를 진공 상태로 유지하여 액정 주입구를 액정액에 담가 액정을 주입하므로 액정 주입에 많은 시간이 소요되므로 생산성이 저하된다.

둘째, 대면적의 액정 표시 장치를 제조할 경우, 액정 주입식으로 액정을 주입하면 패널 내에 액정이 완전히 주입되지 않아 불량의 원인이 된다.

셋째, 상기와 같이 공정이 복잡하고 시간이 많이 소요되므로 여러개의 액정 주입 장비가 요구되어 많은 공간을 요구하게 된다.

넷째, 주입 방식의 액정 표시 장치에서 이용되는 볼 스페이서의 경우, 개별 볼 스페이서끼리 뭉쳐져 반짝반짝 빛나는 은하수 불량이 발생하거나, 산포된 상태로 배치되기 때문에, 화소 내에서 굴러다녀 빛샘 불량을 일으키는 문제점이 있다.

따라서, 이러한 액정 주입 방식의 문제점을 극복하기 위해 두 기판 중 하나의 기판에 액정을 적하시킨 후, 두 기판을 합착시키는 액정 적하형 액정 표시 장치의 제조 방법이 개발되었다.

이러한 액정 적하 방식의 액정 표시 장치 제조 방법은, 두 기판을 합착하기 전에, 두 기판 중 어느 하나의 기판에 적당량의 액정을 적하한 후, 두 기판을 합착하는 방법이다.

따라서, 액정 주입 방식과 같이 셀갭(cell gap)을 유지하기 위해 볼 스페이서를 사용하게 되면, 적하된 액정이 퍼질 때 상기 볼 스페이서가 액정 퍼짐 방향으로 이동되어 스페이서가 한쪽으로 몰리게 되므로 정확한 셀갭 유지가 불가능하게 된다.

그러므로, 액정 적하 방식에서는 볼 스페이서를 사용하지 않고 스페이서가 기판에 고정되는 고정 스페이서(칼럼 스페이서(column spacer) 또는 패턴드 스페이서(patterned spacer))를 사용해야 한다.

상기 고정 스페이서는 어레이 공정(TFT 기판(1), 컬러 필터 기판(2) 각각의 어레이 제조 공정)에서, 컬러 필터 기판에 블랙매트릭스층 및 컬러 필터층 및 공통 전극을 형성하고, 상기 공통 전극 위에 감광성 수지를 형성하고 선택적으로 제거하여 상기 블랙 매트릭스층상에 칼럼 스페이서를 형성한다.

이 때, 상기 칼럼 스페이서는 컬러 필터 기판에 고정시켜 형성하고, TFT 기판에 접촉된다. 그리고 상기 TFT 기판의 접촉되는 부위는 게이트 라인 또는 데이터 라인의 어느 하나의 단일 배선에 대응하여, 컬러 필터 기판 상에서 일정한 높이를 주어 형성한다.

이하에서는 종래의 칼럼 스페이서를 포함한 액정 표시 장치에 대해 설명한다.

도 2는 종래의 액정 표시 장치를 나타낸 평면도이며, 도 3은 도 2의 I~I' 선상의 구조 단면도이다.

도 2 및 도 3과 같이, 종래의 액정 표시 장치는, 일정 공간을 갖고 합착된 제 1 기판(1) 및 제 2 기판(2)과, 상기 제 1 기판(1)과 제 2 기판(2) 사이에 주입된 액정층(미도시)으로 구성되어 있다. 이 때, 상기 제 1, 제 2 기판(2) 및 액정층(미도시)을 모두 포함하여 액정 패널이라 한다. 이러한 종래의 액정 표시 장치는 앞서 설명한 도 1의 일반적인 액정 표시 장치와 칼럼 스페이서의 유무를 제외하고는 동일한 구조를 취한다. 일반적인 액정 표시 장치는 칼럼 스페이서 대신 볼 스페 이서(도 1에서는 미도시)가 제 1, 제 2 기판(1, 2) 사이의 지지 기능을 하고 있다.

보다 구체적으로 설명하면, 종래의 액정 표시 장치의 제 1 기판(1) 상의 어레이 영역에는, 화소 영역을 정의하기 위해 게이트 라인(4) 및 데이터 라인(5)이 서로 수직으로 교차하여 배열되고, 상기 각 게이트 라인(4)과 데이터 라인(5)이 교차하는 부분에 박막트랜지스터(TFT)가 형성되며, 각 화소 영역에는 화소 전극(6)이 형성된다.

여기서, 상기 박막 트랜지스터는 게이트 라인(4)으로부터 돌출된 게이트 전극(4a)과, 상기 게이트 전극(4a)을 덮는 형상의 반도체층(17)과, 상기 반도체층(17)의 양측에 대응되어 상기 데이터 라인(5)으로부터 돌출된 소오스 전극(5a)과, 상기 소오스 전극(5a)으로부터 소정 간격 이격된 드레인 전극(5b)을 포함하여 이루어진다.

그리고, 상기 제 1 기판(1) 상에는 각 금속 라인간의 절연을 위해 상기 게이트 라인(4)이 형성되고, 상기 게이트 라인(4)을 포함한 기판 전면에 게이트 절연막(15)이 형성되며, 상기 게이트 절연막(15)위에 보호막(16)이 형성된다.

상기 제 1 기판(1)과 대향하여 상기 제 2 기판(2)에는, 상기 화소 영역을 제외한 비화소 영역(게이트 라인, 데이터 라인 및 박막 트랜지스터 영역)을 가리기 위한 블랙 매트릭스층(7)과, 상기 블랙 매트릭스층(7)을 포함한 제 2 기판(2) 상에 각 화소 영역별로 차례로 R, G, B 안료가 대응되어 형성된 컬러 필터층(8) 및 상기 컬러 필터층(8)을 포함한 상기 제 2 기판(2) 전면에 형성된 공통 전극(14)이 형성된다. 그리고, 상기 공통 전극(14) 상부의 소정 부위에 셀갭(cell gap)을 유지하기 위한 칼럼 스페이서(20)가 복수개 형성된다.

여기서, 상기 칼럼 스페이서(20)는, 게이트 라인(4) 상부에 대응되어 형성된다.

상기 복수개 형성된 칼럼 스페이서(20)들은 서로 동일 간격 이격되어 형성되며, 합착 후, 상기 제 1, 제 2 기판(1, 2) 사이에서 지지 기능을 한다.

한편, 상술한 종래의 칼럼 스페이서를 포함한 액정 표시 장치는 다음과 같이, 터치시 빛샘이 나타나는 불량이 발생한다.

이하에서는 터치 얼룩(터치 불량)에 대해 설명한다.

도 4a 및 도 4b는 터치 얼룩이 일어나는 부위의 모습을 나타낸 평면도 및 단면도이다.

도 4a와 같이, 액정 패널(10)면을 손가락 또는 펜 등으로 터치한 상태에서 소정의 방향으로 훑어 지나가게 되면, 도 4b와 같이, 액정 패널(10)의 제 2 기판(2)은 손가락이 지나간 방향으로 소정 간격 쉬프트하게 된다.

이 때, 원기둥 형상의 칼럼 스페이서(20)가 제 1, 제 2 기판(1, 2)에 닿아있으며, 이 접촉 면적이 커, 칼럼 스페이서(20)와 대향 기판(제 1 기판, 1) 사이에 발생하는 마찰력이 크기 때문에, 터치 방향으로 쉬프팅(shifting)한 후, 상기 제 2 기판(2)은 한참동안 원 상태로 복원되지 못하고 있다. 이 경우, 상기 손가락 또는 펜 등이 지나간 자리의 액정은 흩어지며, 지나간 자리의 주변 영역에 액정이 모이는 현상이 일어난다. 이 경우, 상기 액정(3)이 모인 부위는, 칼럼 스페이서(20)의 높이로 정의되는 타 부위의 셀 갭(h2)보다 셀 갭(h1)이 높아지며, 손가락 또는 펜 등이 지나간 자리는 액정이 흩어져, 터치 부위 및 터치 주변 영역에는 액정의 과잉 및 부족으로 터치 부위가 얼룩(mura)으로 관찰되는 터치 불량이 발생한다.

이러한 터치 불량이 칼럼 스페이서가 형성된 액정 표시 장치에서 관찰된 이유는, 칼럼 스페이서는 한쪽 기판에는 고정되고 대향 기판과는 면 형상으로 접촉되어, 구 형상의 볼 스페이서에 비해 기판에 접촉되는 면적이 넓기 때문으로 판단된다.

한편, 터치 얼룩의 원인을 상술한 바와 같이, 접촉 면적이 크기 때문으로 보는 관점 외에 기판을 터치시 기판과 칼럼 스페이서 면의 접촉 면 사이에 진공이 잡혔기 때문으로 보는 견해도 있다. 볼 스페이서의 경우, 구 형상으로, 대향 기판과 접점의 접촉 부위를 가지며, 사방으로 자유롭게 움직임이 가능하므로, 액정 패널면을 터치하는 조건에도 상하부 두 기판 사이에서 진공 상태가 조성되지 않는다. 이에 반해 칼럼 스페이서는 평탄한 대향 기판과 칼럼 스페이서의 상부면이 만나게 될 경우, 그 접촉 부위에 진공 상태가 조성되기 용이하기 때문이다.

이와 같이, 칼럼 스페이서와 대향 기판과의 접촉 면적이 크기 때문이든, 칼럼 스페이서와 대향 기판 사이에 진공이 조성되기 때문이든 결론적으로, 터치 불량은 칼럼 스페이서가 형성되는 액정 표시 장치에서 주로 관찰되는 문제점이다.

상기와 같은 종래의 액정 표시 장치는 다음과 같은 문제점이 있다.

칼럼 스페이서를 포함하는 종래의 액정 표시 장치에 있어서, 액정의 패널면을 소정 방향으로 밀며 터치하였을 때, 서로 반대 방향으로 쉬프트된 기판이 원 상 태로 복원되지 않거나 복원이 되더라도 시간이 오래 걸려, 미복원 시간 동안 터치 부위에서 밀려나간 액정이 회복되지 않아 이 부위에서 빛샘이 발생하는 경우가 발생한다. 이러한 터치로 인한 불량은 칼럼 스페이서와 대향 기판과의 접촉 면적이 큼으로 인해 상기 칼럼 스페이서와 대향 기판이 갖는 마찰력 때문으로 파악되고 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로 칼럼 스페이서에 대응되어 레일 형태의 돌기를 갖도록 하여 합착 이상이 일어나더라도, 터치 빛샘 불량을 방지할 수 있는 액정 표시 장치를 제공하는 데, 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 액정 표시 장치는 서로 대향되는 제 1 기판 및 제 2 기판과, 상기 제 2 기판 상의 소정 부위에 형성된 칼럼 스페이서와, 상기 칼럼 스페이서와 대응되어 상기 칼럼 스페이서에 비해 제 1 방향으로 길게 형성되며, 제 2 방향으로는 작게 형성된 돌기 및 상기 제 1, 제 2 기판 사이에 충진된 액정층을 포함하여 이루어짐에 그 특징이 있다.

상기 돌기의 제 1 방향의 길이는 상기 제 1, 제 2 기판간의 합착시 합착 마진보다 크다.

상기 제 1 방향은 상기 제 1, 제 2 기판이 합착시 합착 불량이 일어나는 방향이다.

상기 돌기의 제 1 방향의 길이는 상기 칼럼 스페이서의 하부 단면의 임계치수의 3배이며, 상기 제 2 방향의 길이는 10㎛이하이다.

상기 제 1 기판 상에 서로 수직으로 교차하는 게이트 라인과 데이터 라인을 더 포함한다.

상기 돌기는 상기 게이트 라인 상에 상기 게이트 라인과 동일 방향으로 형성된다.

상기 돌기는 상기 데이터 라인 상에 상기 데이터 라인과 동일 방향으로 형성된다.

상기 제 1 기판 상에 공통 라인을 더 포함한다.

상기 돌기는 상기 공통 라인 상에 상기 공통 라인과 동일 방향으로 형성된다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 액정 표시 장치를 상세히 설명하면 다음과 같다.

종래의 칼럼 스페이서를 포함한 액정 표시 장치에서 칼럼 스페이서와 대향 기판간의 접촉 면적에 따른 마찰력으로 인한 터치 불량을 감소시키기 위해, 칼럼 스페이서에 대응되는 대향 기판 상에 돌기를 형성하여, 마찰력을 줄이고자 하는 노력이 제기되었다.

이하에서는 이러한 돌기 포함한 액정 표시 장치에 대해 설명한다.

도 5는 돌기를 포함한 액정 표시 장치를 나타낸 평면도이며, 도 6은 도 5의 Ⅲ~Ⅲ' 선상의 구조 단면도이다.

도 5 및 도 6과 같이, 돌기를 포함한 액정 표시 장치는 크게 서로 대향하는 제 1, 제 2 기판(40, 60) 및 상기 제 1, 제 2 기판(40, 60) 사이의 액정(미도시)을 포함하여 이루어진다.

보다 구체적으로 설명하면, 돌기를 포함한 액정 표시 장치의 제 1 기판(40) 상에는, 화소 영역을 정의하기 위해 게이트 라인(44) 및 데이터 라인(45)이 서로 수직으로 교차하여 배열되고, 상기 각 게이트 라인(44)과 데이터 라인(45)이 교차하는 부분에 박막 트랜지스터가 형성되며, 각 화소 영역에는 화소 전극(46)이 형성된다.

여기서, 상기 박막 트랜지스터는 게이트 라인(44)으로부터 돌출된 게이트 전극(44a)과, 상기 게이트 전극(44a)을 덮는 형상의 반도체층(47)과, 상기 반도체층(47)의 양측에 대응되어 상기 데이터 라인(45)으로부터 돌출된 소오스 전극(45a)과, 상기 소오스 전극(45a)으로부터 소정 간격 이격된 드레인 전극(45b)을 포함하여 이루어진다. 또한, 상기 게이트 라인(44) 상부의 소정 부위에 상기 데이터 라인(45)과 동일층 및 동일 금속으로 돌기(51)가 형성된다. 상기 돌기(51)는 데이터 라인의 단일층으로 형성될 수도 있고, 그 하부에 반도체층을 포함하는 이중층일 수도 있다. 상기 돌기(51)의 복수층 여부는 마스크 개수 및 공정 방법에 따라 변경될 수 있는 요소이다.

상기 돌기(51)는 상기 제 2 기판(60)에 형성되는 칼럼 스페이서(50)에 대응되는 위치에 형성하는 것이며, 이는 상기 돌기(51)가 갖는 타부위와의 단차로 인해 상기 칼럼 스페이서(50)와 접촉 면적을 줄이기 위함이다. 상기 돌기(51)와 칼럼 스페이서(50)가 대응될 때, 상기 돌기(51)의 상부 단면적은 상기 칼럼 스페이서(50)의 하부 단면적에 비해 상대적으로 작게 형성한다.

한편, 상기 제 1 기판(40) 상에는 각 금속 라인간의 절연을 위해 상기 게이트 라인(44)이 형성되고, 상기 게이트 라인(44)을 포함한 기판 전면에 게이트 절연막(42)이 형성되며, 상기 게이트 절연막(42)위에 보호막(43)이 형성된다. 여기서, 상기 돌기(51)는 하부에 게이트 절연막을 개재하여 상기 게이트 라인(44)과 데이터 라인(45)간의 절연을 꾀한다.

상기 제 1 기판(40)과 대향하여 상기 제 2 기판(60)에는, 상기 화소 영역을 제외한 비화소 영역(게이트 라인, 데이터 라인 및 박막 트랜지스터 영역)을 가리기 위한 블랙 매트릭스층(61)과, 각 화소 영역별로 차례로 R, G, B 안료가 대응되어 형성된 컬러 필터층(62) 및 상기 컬러 필터층(62)을 포함한 상기 제 2 기판(60) 전면에 형성된 공통 전극(63)이 형성된다. 그리고, 상기 공통 전극(63) 상부의 소정 부위에 셀갭(cell gap)을 유지하기 위한 칼럼 스페이서(50)가 복수개 형성된다.

여기서, 상기 칼럼 스페이서(50)는, 상기 돌기(51)에 대응되는 부위에 형성된다.

상기 복수개 형성된 칼럼 스페이서(50)들은 서로 동일 간격 이격되어 형성되며, 합착 후, 상기 제 1, 제 2 기판(40, 60) 사이에서 지지 기능을 한다.

이러한 돌기(51)는 상기 칼럼 스페이서(50)와 대응되어 형성되어, 상기 칼럼 스페이서(50)와 상기 제 1 기판(40)간의 접촉 면적을 줄이게 하여, 터치로 인해 상기 제 1, 제 2 기판(40, 60)이 서로 다른 방향으로 쉬프트되는 합착 이상이 발생할 때, 원 상태로 쉽게 회복할 수 있다.

그러나, 돌기 구조를 갖는 액정 표시 장치에 있어서도 일 방향으로 미는 심 하게 가해지거나 공정상에서 합착 불량이 발생했을 경우, 돌기로부터 칼럼 스페이서가 대응되지 못하게 될 수 있다. 이 경우에는 칼럼 스페이서의 하부 단면이 제 1 기판 상에 직접 대응되므로, 접촉 면적은 종래의 칼럼 스페이서와 동일 수준이 되어, 터치시 접촉 면적 감소로 인한 터치 불량의 방지를 꾀할 수가 없다.

도 7은 도 5에 있어서, 돌기와 칼럼 스페이서가 정상 대응시의 그 대응 정도를 나타낸 개략 평면도이다.

도 7과 같이, 돌기 구조를 갖는 액정 표시 장치는 칼럼 스페이서(50)의 정중앙에 대응되어 돌기(51)를 배치하고 있다.

그러나, 실제 제 1, 제 2 기판(40, 60)의 어레이 공정(박막 트랜지스터 어레이 형성 공정 및 컬러 필터 어레이 형성 공정)은 각 기판에서 별도로 진행된 뒤, 상기 제 1, 제 2 기판(40, 60)을 합착하게 되는 공정 방법에 있어서, 상기 돌기(51)와 상기 칼럼 스페이서(50)는 서로 다른 기판 상에 형성되기 때문에, 합착시에 발생될 수 있는 이상(합착 불량 또는 합착 이상)으로 인해 상기 제 1, 제 2 기판(40, 60)이 서로 다른 방향으로 쉬프트가 일어났을 때, 상기 돌기(51)와 상기 칼럼 스페이서(50)는 대응이 정상적으로 이루어지지 않을수도 있다.

도 8a 및 도 8b는 도 5에 있어서, 돌기와 칼럼 스페이서가 이상 대응시 대응 정도를 나타낸 개략 평면도이다.

도 8a는 상기 돌기(51)가 상기 칼럼 스페이서(50)가 일부만 걸쳐져 형성되어 있는 경우이고, 상기 돌기(51)가 상기 칼럼 스페이서(50)의 외부에 형성되어 있는 경우이다. 도시된 바는 상기 일 방향으로 돌기(51)가 상기 칼럼 스페이서(50)에 대 해 치우쳤을 때를 나타난 것이지만, 좌우 상하 어디로든 합착 불량이 나타날 여지는 있다.

돌기 구조의 액정 표시 장치가 합착 불량없이 정상적으로 제 1, 제 2 기판(40, 60)이 합착된다면, 원하는 접촉 면적 감소로 인해 터치 빛샘을 해결할 수 있겠지만, 일단, 합착 불량이 나타나게 되면, 상기 칼럼 스페이서(50)는 직접 상기 제 1 기판(40) 상에 닿게 되므로, 접촉 면적은 다시 늘게 되어, 터치에 의한 빛샘 불량을 피할 수 없게 된다.

이하에서 설명하는 본 발명의 액정 표시 장치는 합착 이상에 대비하여서도 터치 불량을 방지할 수 있는 구조로, 도면을 참조하여 설명한다.

도 9는 본 발명의 액정 표시 장치의 하부 기판을 나타낸 평면도이며, 도 10은 본 발명의 액정 표시 장치의 하부 기판과 칼럼 스페이서의 대응 정도를 나타낸 평면도이다.

도 9와 같이, 본 발명의 액정 표시 장치의 하부 기판에는 게이트 라인 방향으로 길쭉한 형태의 돌기(81)가 형성된다.

도 10과 같이, 상기 돌기(81)는 칼럼 스페이서(80)에 비해 가로 방향으로 길며, 세로 방향으로는 작은 폭으로 형성하여, 실제 상기 돌기(81)의 상부 면적과 상기 칼럼 스페이서(80)의 하부 면적의 접촉면이, 앞서 설명한 돌기 구조의 액정 표시 장치에 있어서의 돌기(51) 및 칼럼 스페이서(50)의 접촉면보다 크지 않도록 한다.

예를 들어, 상기 돌기(81)의 좌우 길이는 상기 칼럼 스페이서(80)의 하부면 지름(CD: Critical Dimension)의 3배 정도로 하며, 상기 돌기(81)의 세로 길이는 10㎛ 이하로 한다. 이 경우, 상기 칼럼 스페이서(80)의 하부면은 상기 돌기(81)의 상부 면적에 비해 큼을 가정한다.

상기 칼럼 스페이서(80)의 크기에 따라 상기 돌기(81)의 크기는 좌우되나, 일 화소 영역 내에 상기 돌기(81)가 배치되도록 하여, 상기 돌기(81)는 게이트 라인과 데이터 라인의 교차부 등을 지나지 않고, 단차가 균일한 곳에 위치하도록 한다. 이 때, 상기 돌기(81)의 좌우 길이는 액정 패널에 터치했을 경우, 쉬프트 정도에 따라 변경될 수 있는 요소이다. 그리고, 상기 돌기(81)의 좌우 길이는 상기 상하부 기판(70, 90) 합착시 요구되는 합착 마진보다 큰 값으로 한다.

이 경우, 상기 돌기(81)는 일종의 레일 역할을 하는 것으로서, 상하부 기판(도 12 및 도 13의 70, 90참고)간의 합착 불량이 일어나더라도, 상기 돌기(81)가 상기 칼럼 스페이서(80)로부터 밀리지 않고, 대응되도록 하여, 합착 후 발생할 수 있는 터치 불량을 방지할 수 있다. 즉, 합착 불량이 발생하더라도 상기 돌기(81)와 상기 칼럼 스페이서(80)의 대응 면적은 정상적인 합착시와 동일하여, 접촉 면적 감소로 인해 터치시 복원이 용이하게 된다.

도 11a 및 도 11b는 본 발명의 액정 표시 장치의 하부 기판과 좌측 또는 우측 쉬프트된 칼럼 스페이서의 대응 정도를 나타낸 평면도이다.

도 11a는 상부 기판(90)이 하부 기판(70)에 비해 좌측으로 쉬프트되어, 상기 칼럼 스페이서(80)가 상기 돌기(81)의 중심에 비해 좌측으로 치우친 경우를 나타내며, 도 11b는 상부 기판(90)이 하부 기판(70)에 비해 우측으로 쉬프트되어, 상기 칼럼 스페이서(80)가 상기 돌기(81)의 중심에 비해 우측으로 치우친 경우를 나타낸다. 이와 같이, 합착 불량으로 상하부 기판(70, 90)간의 쉬프트가 발생하더라도, 상기 돌기(81)와 상기 칼럼 스페이서(80)의 대응 면적은 동일하다.

이하에서는, 단면도를 참조하여 본 발명의 액정 표시 장치의 합착 구조를 설명한다.

도 12는 도 10의 Ⅳ~Ⅳ' 선상의 구조 단면도이며, 도 13은 도 10의 V~V' 선상의 구조 단면도이다.

도 12 및 도 13과 같이, 본 발명의 액정 표시 장치는 크게 서로 대향하는 제 상부 기판(90), 하부 기판(70) 및 상기 상하부 기판(70, 90) 사이의 액정(미도시)을 포함하여 이루어진다.

보다 구체적으로 설명하면, 돌기를 포함한 액정 표시 장치의 하부 기판(70) 상에는, 화소 영역을 정의하기 위해 게이트 라인(74) 및 데이터 라인(75)이 서로 수직으로 교차하여 배열되고, 상기 각 게이트 라인(74)과 데이터 라인(75)이 교차하는 부분에 박막 트랜지스터가 형성되며, 각 화소 영역에는 화소 전극(76)이 형성된다.

여기서, 상기 박막 트랜지스터는 게이트 라인(74)으로부터 돌출된 게이트 전극(74a)과, 상기 게이트 전극(74a)을 덮는 형상의 반도체층(77)과, 상기 반도체층(77)의 양측에 대응되어 상기 데이터 라인(75)으로부터 돌출된 소오스 전극(75a)과, 상기 소오스 전극(75a)으로부터 소정 간격 이격된 드레인 전극(75b)을 포함하여 이루어진다. 또한, 상기 게이트 라인(74) 상부의 소정 부위에 상기 데이터 라인 (75)과 동일층 및 동일 금속으로 돌기(81)가 형성된다. 상기 돌기(81)는 데이터 라인의 단일층으로 형성될 수도 있고, 그 하부에 반도체층을 포함하는 이중층일 수도 있다. 상기 돌기(81)의 복수층 여부는 마스크 개수 및 공정 방법에 따라 변경될 수 있는 요소이다.

상기 돌기(71)는 상기 상부 기판(90)에 형성되는 칼럼 스페이서(80)에 대응되는 위치에 형성하는 것이며, 이는 상기 돌기(71)가 갖는 타부위와의 단차로 인해 상기 칼럼 스페이서(80)와 접촉 면적을 줄이기 위함이다. 상기 돌기(71)와 칼럼 스페이서(80)가 대응될 때, 상기 돌기(71)의 상부 단면적은 상기 칼럼 스페이서(80)의 하부 단면적에 비해 상대적으로 작게 형성한다.

한편, 상기 하부 기판(70) 상에는 각 금속 라인간의 절연을 위해 상기 게이트 라인(74)이 형성되고, 상기 게이트 라인(44)을 포함한 기판 전면에 게이트 절연막(72)이 형성되며, 상기 게이트 절연막(72)위에 보호막(73)이 형성된다. 여기서, 상기 돌기(81)는 하부에 게이트 절연막(72)을 개재하여 상기 게이트 라인(74)과 데이터 라인(75)간의 절연을 꾀한다.

상기 하부 기판(70)과 대향하여 상기 상부 기판(90)에는, 상기 화소 영역을 제외한 비화소 영역(게이트 라인, 데이터 라인 및 박막 트랜지스터 영역)을 가리기 위한 블랙 매트릭스층(91)과, 각 화소 영역별로 차례로 R, G, B 안료가 대응되어 형성된 컬러 필터층(92) 및 상기 컬러 필터층(92)을 포함한 상기 상부 기판(90) 전면에 형성된 공통 전극(93)이 형성된다. 그리고, 상기 공통 전극(93) 상부의 소정 부위에 셀갭(cell gap)을 유지하기 위한 칼럼 스페이서(80)가 복수개 형성된다.

여기서, 상기 칼럼 스페이서(80)는, 상기 돌기(81)에 대응되는 부위에 형성된다.

상기 복수개 형성된 칼럼 스페이서(80)들은 서로 동일 간격 이격되어 형성되며, 합착 후, 상기 상하부 기판(70, 90) 사이에서 지지 기능을 한다.

이러한 돌기(81)는 상기 칼럼 스페이서(80)와 대응되어 형성되어, 상기 칼럼 스페이서(80)와 상기 하부 기판(70)간의 접촉 면적을 줄이게 하여, 터치로 인해 상기 상하부 기판(70, 90)이 서로 다른 방향으로 쉬프트되는 합착 이상이 발생할 때, 원 상태로 쉽게 회복할 수 있다.

여기서, 상기 칼럼 스페이서(80)의 하부 단면은 도시된 바와 같이, 원형일 수도 있고, 사각형을 포함한 다각형 등 여러 가지 형태로 변형 가능하다.

도 14는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 액정 표시 장치의 하부 기판과 이에 대응되는 칼럼 스페이서를 나타낸 평면도이다.

도 14와 같이, 본 발명의 제 2 실시예에 따른 액정 표시 장치에서는 돌기(100)를 데이터 라인 상에 데이터 라인 방향으로 형성하고, 이에 대응하여 칼럼 스페이서(101)를 형성한 점 외에는 상술한 본 발명의 액정 표시 장치와 동일한 구조 동일한 효과를 갖는다. 따라서, 본 발명의 액정 표시 장치에서 설명한 구조와 동일한 구성에 대하여는 설명을 생략한다.

여기서, 상기 돌기(100)는 게이트 라인(74)과 동일층에 동일 금속으로 게이트 라인 패터닝 공정에서 형성하며, 따라서, 데이터 라인의 타 부위에 비해 상대적으로 단차가 높은 부위가 된다. 그리고, 게이트 라인(74) 성분의 돌기(100)와 상기 데이터 라인(75)과의 도전을 피하기 위해 돌기(100)와 데이터 라인(75) 사이에는 게이트 절연막(도 12 및 도 13의 72참조)이 개재된다.

이러한 본 발명의 제 2 실시예에 따른 액정 표시 장치는 상하부 기판(70, 90)간의 상하 방향의 쉬프트에 대응되는 구조로 형성된 것이다.

경우에 따라 돌기를 상기 도 10과 같이, 좌우 방향으로 길게 형성하고, 도 14와 같이, 상하 방향으로 길게 형성하는 두 가지 구조를 함께 취할 수도 있을 것이다. 이 경우에는 좌우 방향으로 긴 돌기, 상하 방향으로 긴 돌기 모두에 칼럼 스페이서가 대응되어야 할 것이다.

또한, 상술한 제 1, 제 2 실시예에 따른 액정 표시 장치는 모두 TN 모드로 도시되어 있으나, 횡전계 모드 또한, 동일한 방식으로 적용할 수 있을 것이다.

도 15는 본 발명의 제 3 실시예에 따른 액정 표시 장치를 나타낸 평면도이다.

도 15와 같이, 제 3 실시예에 따른 액정 표시 장치는 화소 전극(76)과 공통 전극(78a)이 서로 교번하여 형성되는 횡전계 모드(IPS mode : In-Plane Switching mode)에 적용된 것으로, 공통 라인(78)이 하부 기판(TFT 어레이 기판) 상에 더 형성되므로, 돌기(110)가 형성될 수 있는 부위는 게이트 라인(74)과 데이터 라인(75) 외에 공통 라인(78)을 더 포함할 수 있을 것이다. 상기 돌기(110)에 대응되어 형성되는 칼럼 스페이서(111)는 마찬가지로, 게이트 라인(74)과 데이터 라인(75) 또는 공통 라인(78) 상에 형성될 수 있으며, 이와 같이, 상기 돌기(110)와 칼럼 스페이서(111)를 배선 상에 형성되는 이유는 개구율 저하를 막기 위함이다.

본 발명의 액정 표시 장치는 쉬프트 불량이 발생할 수 있는 방향으로 돌기를 길게 형성하고, 상기 돌기에 대응시켜 칼럼 스페이서를 형성하는 것으로 그 실시예를 확장하여, 합착 불량이 일어나도 터치 불량을 방지할 수 있는 효과를 얻을 수 있을 것이다.

상기와 같은 본 발명의 액정 표시 장치는 다음과 같은 효과가 있다.

칼럼 스페이서가 제 1 기판(TFT 어레이 기판)과 대응되는 면적을 줄이기 위해 돌기 구조를 취함과 동시에 상기 합착 불량이 일어나는 방향으로 길게 배선 상에 형성함으로써, 합착 불량이 일어나더라도 돌기와 칼럼 스페이서가 작은 면적에서 접촉하게 할 수 있다.

따라서, 접촉 면적 감소로 인해 액정 패널면을 일 방향으로 터치하여도 일반적인 칼럼 스페이서를 갖는 구조에 비해 마찰력이 적어 원래의 합착 상태로의 복원이 용이하여, 터치로 인해 액정이 원상태로 회복되지 않아 발생하는 터치 빛샘을 방지할 수 있다.

또한, 돌기 및 칼럼 스페이서를 게이트 라인, 데이터 라인 또는 공통 라인 등의 배선 상에 형성하여, 상기 돌기 및 칼럼 스페이서의 형성으로 인한 개구율 손실을 방지할 수 있다.

Claims

서로 대향되는 제 1 기판 및 제 2 기판;

상기 제 2 기판 상의 소정 부위에 형성된 칼럼 스페이서;

상기 칼럼 스페이서와 대응되어 상기 칼럼 스페이서에 비해 제 1 방향으로 길게 형성되며, 제 2 방향으로는 작게 형성된 돌기; 및

상기 제 1, 제 2 기판 사이에 충진된 액정층을 포함하여 이루어짐을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
제 1항에 있어서,

상기 돌기의 제 1 방향의 길이는 상기 제 1, 제 2 기판간의 합착시 합착 마진보다 큰 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
제 1항에 있어서,

상기 제 1 방향은 상기 제 1, 제 2 기판이 합착시 합착 불량이 일어나는 방향인 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
제 1항에 있어서,

상기 돌기의 제 1 방향의 길이는 상기 칼럼 스페이서의 하부 단면의 임계치수의 3배이며, 상기 제 2 방향의 길이는 10㎛이하인 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
제 1항에 있어서,

상기 제 1 기판 상에 서로 수직으로 교차하는 게이트 라인과 데이터 라인을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
제 5항에 있어서,

상기 돌기는 상기 게이트 라인 상에 상기 게이트 라인과 동일 방향으로 형성된 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
제 5항에 있어서,

상기 돌기는 상기 데이터 라인 상에 상기 데이터 라인과 동일 방향으로 형성된 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
제 5항에 있어서,

상기 제 1 기판 상에 공통 라인을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
제 8항에 있어서,

상기 돌기는 상기 공통 라인 상에 상기 공통 라인과 동일 방향으로 형성된 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치.