KR20060055874A - 액정표시소자 - Google Patents

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KR20060055874A
KR20060055874A KR1020040095059A KR20040095059A KR20060055874A KR 20060055874 A KR20060055874 A KR 20060055874A KR 1020040095059 A KR1020040095059 A KR 1020040095059A KR 20040095059 A KR20040095059 A KR 20040095059A KR 20060055874 A KR20060055874 A KR 20060055874A
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이병주
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엘지.필립스 엘시디 주식회사
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Abstract

본 발명은 제1기판 및 제2기판; 상기 제1기판 상에 형성되며, 일정한 간격으로 배열된 복수 개의 제1서브 컬럼 스페이서로 구성된 제1컬럼 스페이서; 상기 제2기판 상에 형성되며, 일정한 간격으로 배열된 복수 개의 제2서브 컬럼 스페이서로 구성된 제2컬럼 스페이서; 및 상기 제1기판 및 제2기판 사이에 형성된 액정층을 포함하여 구성되며, 상기 제1서브 컬럼 스페이서와 상기 제2서브 컬럼 스페이서는 서로 엇갈려 맞물린 구조로 형성된 것을 특징으로 하는 액정표시소자에 관한 것으로서,
액정이 팽창되거나 이동되어도 셀갭을 유지할 수 있고, 외부 충격에 의해서도 컬럼 스페이서가 잘 밀리지 않게 된다.
컬럼 스페이서

Description

액정표시소자{Liquid Crystal Display Device}
도 1은 종래의 액정표시소자의 단위 화소의 평면도이다.
도 2는 도 1의 A-A라인의 단면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 액정표시소자의 단위 화소의 평면도이다.
도 4는 도 3의 A-A라인의 단면도이다.
도 5는 본 발명에 따른 액정표시소자에서 컬럼 스페이서의 모습을 보여주기 위한 합착 전의 액정표시소자의 개략적 사시도이다.
도 6 내지 도 8은 합착 후의 액정표시소자에서 컬럼 스페이서의 모습을 보여주는 평면도이다.
<도면의 주요부의 부호에 대한 설명>
100: 제1기판 200: 제2기판
120: 게이트 배선 140: 데이터 배선
180: 화소전극 220: 차광층
240: 컬러필터층 260: 공통전극
300: 컬럼 스페이서 320: 제1컬럼 스페이서
325: 제1서브 컬럼 스페이서 340: 제2컬럼 스페이서
345: 제2서브 컬럼 스페이서
본 발명은 액정표시소자에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 셀갭 유지를 위해서 컬럼 스페이서가 형성된 액정표시소자에 관한 것이다.
표시화면의 두께가 수 센치미터(cm)에 불과한 초박형의 평판표시소자(Flat Panel Display), 그 중에서도 액정표시소자는 동작 전압이 낮아 소비 전력이 적고 휴대용으로 쓰일 수 있는 등의 이점으로 노트북 컴퓨터, 모니터, 우주선, 항공기 등에 이르기까지 응용분야가 넓고 다양하다.
이와 같은 액정표시소자는 일반적으로 소정간격을 두고 서로 대향되어 있는 하부기판과 상부기판, 그리고 상기 양 기판사이에 형성된 액정층을 포함하여 구성되며, 액정표시소자의 셀갭을 균일하게 유지하기 위해서 상기 양 기판 사이에 스페이서가 형성되게 된다.
상기 스페이서로는 구형상의 스페이서를 적정농도로 용액 속에 혼합한 후 분사노즐에서 고압으로 기판 상에 산포하여 형성하는 볼 스페이서, 그리고 게이트배선이나 데이터배선 형성영역에 대응하는 기판 상에 기둥형상의 스페이서를 부착하여 형성하는 컬럼 스페이서가 있다.
상기 볼 스페이서는 대면적에 적용할 경우에 셀갭이 불균일하게 되는 단점이 있어 대면적 기판에는 컬럼 스페이서가 주로 이용되고 있다.
이하, 도면을 참조로 컬럼 스페이서가 형성된 종래의 액정표시소자를 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 종래의 액정표시소자의 단위 화소의 평면도이고, 도 2는 도 1의 A-A라인의 단면도이다.
도 1 및 도 2에서 알 수 있듯이, 하부 기판(10)상에는 서로 종횡으로 교차되어 화소영역을 정의하는 게이트 배선(12)과 데이터 배선(14)이 형성되어 있다. 그리고, 상기 게이트 배선(12)과 데이터 배선(14)의 교차 영역에는 스위칭 소자로서 박막트랜지스터(T)가 형성되어 있다. 상기 박막트랜지스터(T)는 상기 게이트 배선(12)에서 연장되어 형성되는 게이트 전극(12a), 게이트 절연막(13), 반도체층(15), 상기 데이터 배선(14)에서 연장되어 형성되는 소스전극(14a), 및 상기 소스 전극(14a)과 마주보도록 형성되는 드레인 전극(14b)이 차례로 적층되어 형성된다. 그리고, 상기 기판 전면에 보호막(16)이 형성되고, 보호막(16) 상부에 화소전극(18)이 형성되어 박막트랜지스터의 드레인 전극(14b)과 연결되어 있다.
또한, 상부기판(20)상에는 상기 게이트 배선(12), 데이터 배선(14), 및 박막트랜지스터(T) 영역에서 광이 누설되는 것을 차단하기 위한 차광층(22)이 형성되어 있고, 상기 차광층(22) 위에 컬러필터층(24)이 형성되어 있으며, 상기 컬러필터층(24) 상부에 공통전극(26)이 형성되어 있다.
그리고, 상기 공통전극(26) 상에는 액정표시소자의 셀갭을 균일하게 유지하기 위한 컬럼 스페이서(30)가 형성되어 있다. 이와 같은 컬럼 스페이서(30)는 상기 게이트 배선(12) 또는 데이터 배선(14) 형성 영역에 대응되는 영역에 형성되게 된 다.
그리고, 도시하지는 않았으나, 상기 양 기판(10, 20) 사이에는 액정층이 형성되어 있다.
여기서, 상기 컬럼 스페이서(30)는 상기 상부기판(20) 상에는 고정 형성되지만, 상기 하부기판(10)과는 단지 면 접촉을 하기 있다. 이와 같은 컬럼 스페이서(30)의 구조로 인해서 다음과 같은 문제점이 발생될 수 있다.
첫째, 액정표시소자의 내부 온도 상승으로 액정이 팽창될 경우 컬럼 스페이서(3)에 의한 셀갭 유지는 불가능하다. 또한, 액정표시소자를 수직으로 장기간 위치시킬 경우 액정이 하부 쪽으로 이동되어 하부영역에서 셀갭이 커질 경우, 상기 컬럼 스페이서(30)로는 셀갭이 커지는 것을 방지할 수 없게 된다.
둘째, 화면상에 외부적 충격이 가해지면 상기 컬럼 스페이서(30)가 이동될 수 있고 이 경우 잘 복원되지 않아 얼룩이 발생되는 문제점이 있다.
본 발명은 상기 문제점을 감안하여 이루어진 것으로, 본 발명의 목적은 액정표시소자의 내부 온도 상승으로 액정이 팽창되는 경우나 액정표시소자를 수직으로 장기간 위치시킬 경우 액정이 하부 쪽으로 이동되는 경우에 있어서도 셀갭을 항상 일정하게 유지할 수 있는 액정표시소자를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 컬럼 스페이서가 외부적 충격에 의해도 밀리지 않도록 형성하여, 외부적 충격에 의한 얼룩 발생을 방지할 수 있는 액정표시소자를 제공하는 것이다.
본 발명은 상기 목적을 달성하기 위해서, 제1기판 및 제2기판; 상기 제1기판 상에 형성되며, 일정한 간격으로 배열된 복수 개의 제1서브 컬럼 스페이서로 구성된 제1컬럼 스페이서; 상기 제2기판 상에 형성되며, 일정한 간격으로 배열된 복수 개의 제2서브 컬럼 스페이서로 구성된 제2컬럼 스페이서; 및 상기 제1기판 및 제2기판 사이에 형성된 액정층을 포함하여 구성되며, 상기 제1서브 컬럼 스페이서와 상기 제2서브 컬럼 스페이서는 서로 엇갈려 맞물린 구조로 형성된 것을 특징으로 하는 액정표시소자를 제공한다.
여기서, 상기 제1서브 컬럼 스페이서 및 제2서브 컬럼 스페이서는 탄성재료로 형성되는 것이 바람직하다.
또한, 상기 제1서브 컬럼 스페이서와 상기 제2서브 컬럼 스페이서는 그 수평 단면이 원형 또는 다각형인 것이 바람직하다.
또한, 상기 제1서브 컬럼 스페이서(또는 제2서브 컬럼 스페이서)는 이웃하는 상기 제2서브 컬럼 스페이서(또는 제1서브 컬럼 스페이서) 4개와 맞물린 구조로 형성될 수도 있고, 3개와 맞물린 구조로 형성될 수도 있다.
이와 같이, 본원발명은 제1기판 및 제2기판 각각에 컬럼 스페이서를 형성하되, 컬럼 스페이서를 복수 개의 서브 컬럼 스페이서로 구성하고, 복수 개의 제1 서브 컬럼 스페이서와 제2서브 컬럼 스페이서를 서로 엇갈려 맞물린 구조로 형성함으로써, 액정이 팽창되거나 이동되어도 셀갭을 유지할 수 있고, 외부 충격에 의해서도 컬럼 스페이서가 잘 밀리지 않도록 한 것이다.
이하, 도면을 참조로 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 액정표시소자의 단위 화소의 평면도이고, 도 4는 도 3의 A-A라인의 단면도이다.
도 3 및 도 4에서 알 수 있듯이, 우선, 하부 기판(100)상에는 서로 종횡으로 교차되어 화소영역을 정의하는 게이트 배선(120)과 데이터 배선(140)이 형성되어 있다.
그리고, 상기 게이트 배선(120)과 데이터 배선(140)의 교차점에는 스위칭 소자로서 박막트랜지스터(T)가 형성되어 있다. 상기 박막트랜지스터(T)는 상기 게이트 배선(120)에서 연장되어 형성되는 게이트 전극(120a), 게이트 절연막(130), 반도체층(150), 상기 데이터 배선(140)에서 연장되어 형성되는 소스전극(140a), 및 상기 소스 전극(140a)과 마주보도록 형성되는 드레인 전극(140b)이 차례로 적층 되어 형성된다.
그리고, 상기 박막 트랜지스터(T) 위의 기판 전면에 보호막(160)이 형성되어 있다.
그리고, 상기 박막트랜지스터(T)의 드레인 전극(140b)과 연결되는 화소전극(180)이 상기 보호막(160) 상부에 형성되어 있다.
또한, 상부기판(200)상에는 상기 게이트 배선(120), 데이터 배선(140), 및 박막트랜지스터(T) 영역에서 광이 누설되는 것을 차단하기 위한 차광층(220)이 형성되어 있고, 상기 차광층(220) 위에 컬러필터층(240)이 형성되어 있다. 그리고, 상기 컬러필터층(240) 상부에 공통전극(260)이 형성되어 있다.
그리고, 양 기판(100, 200) 사이에 컬럼 스페이서(300)가 형성되어 있다.
상기 컬럼 스페이서(300)는 상기 차광층(220) 형성 영역, 즉 게이트 배선(120), 데이터 배선(140), 또는 박막트랜지스터(T) 형성 영역에 대응되는 영역에 형성된다(단, 도면에는 게이트 배선(120) 영역에 형성된 경우만 도시하였다).
이와 같은 컬럼 스페이서(300)는 상기 하부기판(100) 상에 부착되어 형성된 제1 컬럼 스페이서(320)와 상기 상부기판(200) 상에 부착되어 형성된 제2컬럼 스페이서(340)로 구성되어 있다. 이때, 상기 제1컬럼 스페이서(320)는 복수개의 제1서브 컬럼 스페이스(325)로 구성되어 있고, 상기 제2컬럼 스페이서(340)는 복수개의 제2서브 컬럼 스페이스(345)로 구성되어 있다.
또한, 상기 복수개의 제1서브 컬럼 스페이서(325)와 상기 복수개의 제2서브 컬럼 스페이서(345)는 서로 엇갈려 맞물린 구조로 형성되어 하나의 컬럼 스페이서(300)를 구성하게 된다. 이와 같이, 복수개의 제1 및 제2서브 컬럼 스페이서(325, 345)가 상하에서 서로 맞물려 있으므로 내부의 액정층이 팽창하거나 이동한다 하더라도 균일한 셀갭유지가 가능하게 되며, 외부의 충격으로서 밀리지 않게 된다.
도 5는 본 발명에 따른 액정표시소자에서 컬럼 스페이서의 모습을 보여주기 위한 합착 전의 액정표시소자의 개략적 사시도이고, 도 6 내지 도 8은 합착 후의 액정표시소자에서 컬럼 스페이서의 모습을 보여주는 평면도이다.
도 5에서와 같이, 하부기판(100) 상에 복수개의 제1서브 컬럼 스페이서(325)로 구성된 제1컬럼 스페이서(320)가 형성되어 있고, 상부기판(200) 상에 복수개의 제2서브 컬럼 스페이서(345)로 구성된 제2컬럼 스페이서(340)가 형성되어 있으며, 제1서브 컬럼 스페이서(325)와 제2서브 컬럼 스페이서(345)는 서로 동일한 수직선상에 위치되지 않고 서로 엇갈리게 위치되어, 합착에 의해 도 6 및 도 7에서 알 수 있듯이 엇갈려 맞물린 구조를 이루게 된다.
한편, 맞물린 구조와 관련해서는, 도 6과 같이, 상기 제1서브 컬럼 스페이서(325)(또는 제2서브 컬럼 스페이서)가 이웃하는 상기 제2서브 컬럼 스페이서(345)(또는 제1서브 컬럼 스페이서) 4개와 맞물릴 수도 있고, 도 7과 같이 상기 제1서브 컬럼 스페이서(325)(또는 제2서브 컬럼 스페이서)가 이웃하는 상기 제2서브 컬럼 스페이서(345)(또는 제1서브 컬럼 스페이서) 3개와 맞물릴 수도 있다. 다만, 본 발명의 기술적 사상의 범위 내에서 제1 및 제2서브 컬럼 스페이서(325, 345) 간의 맞물리는 구조는 변경 가능할 것이다.
상기 제1서브 컬럼 스페이서(325) 및 제2서브 컬럼 스페이서(345)의 형상은 본 발명의 기술적 사상의 범위 내에서 다양하게 변경될 수 있으며, 특히 그 수평 단면의 형상 또한 여러 가지 형태가 가능하다. 예로, 그 수평 단면의 형상은 사각형, 오각형, 및 육각형과 같은 다각형으로 형성될 수 있다. 다만, 그 수평 단면의 형상이 원형으로 형성되는 것이 양 기판(100, 200)의 합착시 미스얼라인이 발생될 경우에도 용이하게 맞물린 구조 형성이 가능하므로 가장 바람직하다.
또한, 양 기판(100, 200)의 합착시 미스얼라인이 발생될 경우에도 용이하게 맞물린 구조 형성이 가능할 수 있도록, 상기 제1서브 컬럼 스페이서(325) 및 제2서브 컬럼 스페이서(345)는 탄성재료로 형성하는 것이 바람직하다.
상기 제1서브 컬럼 스페이서(325) 및 제2서브 컬럼 스페이서(345)의 형성 개 수는 그 폭을 감안하여 적절히 조절할 수 있으나, 되도록 여러 개수로 형성하는 것이 결합력을 상승시킬 수 있어 바람직하다. 특히, 제1 및 제2서브 컬럼 스페이서(325, 345)의 형성 개수가 클 경우, 도 8에서와 같이 상부기판과 하부기판 사이에 얼라인이 정확하게 되지 않게 될 경우에도 양 기판 사이에서 결합력을 유지할 수 있어 셀갭유지에 보다 바람직하다.
이와 같은 컬럼 스페이서(300)는 기판의 사이즈에 따라 하나의 화소에 하나씩 형성될 수도 있고, 하나의 화소에 복수개 형성될 수도 있고, 복수개의 화소에 하나씩 형성될 수도 있다.
그리고, 도시하지는 않았으나, 상기 양 기판(100, 200) 중 적어도 하나의 기판에는 배향막이 형성될 수 있다.
상기 배향막은 폴리아미드(polyamide) 또는 폴리이미드(polyimide)계 화합물, PVA(polyvinylalcohol), 폴리아믹산(polyamic acid)등의 물질을 이용하여 러빙 배향 처리되어 형성될 수 있다.
또한, 상기 배향막은 PVCN(polyvinylcinnamate), PSCN(polysiloxanecinnamate), 또는 CelCN(cellulosecinnamate)계 화합물과 같은 광반응성 물질을 이용하여 광 배향 처리되어 형성될 수도 있다.
그리고, 도시하지는 않았지만, 양 기판(100, 200) 사이에 액정층이 형성되어 있다.
이때, 양 기판(100, 200) 사이에 형성된 액정층은 진공주입법 또는 액정적하법에 의해 형성될 수 있다. 진공주입법은 제1기판(100) 및 제2기판(200)을 주입구 가 형성된 씨일재를 통해 합착한 후, 합착 기판 사이의 상기 주입구를 통해 모세관 현상과 압력차를 이용하여 액정층을 형성하는 방법이고, 액정적하법은 제1기판(100) 또는 제2기판(200) 중 어느 하나의 기판 상에 액정을 적하하여 액정층을 형성한 후, 양 기판을 합착하는 방법이다.
한편, 소위 IPS(In-Plane Switching)모드 액정표시소자는 공통전극을 상부기판이 아니라 하부기판 상에 형성하되, 화소전극과 서로 평행하게 위치되도록 형성시켜 공통전극과 화소전극간의 횡전계에 의해 액정층의 배향을 조절하는 것이다. 따라서, 본 발명이 IPS모드 액정표시소자에 적용되는 경우는 상기 공통전극(260)이 상기 하부기판(100)상에 형성될 것이고, 그 외의 다른 구성요소는 본 발명의 기술적 범위 내에서 변경되어 형성될 수 있을 것이다. 다만, IPS모드 액정표시소자에는 컬러필터층(240)을 보호하기 위해 오버코트층이 컬러필터층(240) 위에 형성되는 것이 바람직하다.
상기 구성에 의한 본 발명에 따른 액정표시소자는 다음과 같은 효과가 있다.
첫째, 제1 서브 컬럼 스페이서와 제2서브 컬럼 스페이서가 서로 엇갈려 맞물린 구조로 형성됨으로써, 액정이 팽창되거나 특정 영역으로 이동되어도 전체적으로 균일한 셀갭을 유지할 수 있다.
둘째, 제1 서브 컬럼 스페이서와 제2서브 컬럼 스페이서가 서로 엇갈려 맞물린 구조로 형성됨으로써, 외부 충격에 의해서도 컬럼 스페이서가 잘 밀리지 않아 얼룩불량을 방지할 수 있다.
셋째, 제1서브 컬럼 스페이서와 제2서브 컬럼 스페이서가 탄성재료로 복수개 형성되고, 그 수평 단면이 원형으로 형성되므로, 양 기판의 합착시 미스얼라인이 발생한다 하더라도 셀갭유지가 가능하다.

Claims (9)

  1. 제1기판 및 제2기판;
    상기 제1기판 상에 형성되며, 일정한 간격으로 배열된 복수 개의 제1서브 컬럼 스페이서로 구성된 제1컬럼 스페이서;
    상기 제2기판 상에 형성되며, 일정한 간격으로 배열된 복수 개의 제2서브 컬럼 스페이서로 구성된 제2컬럼 스페이서; 및
    상기 제1기판 및 제2기판 사이에 형성된 액정층을 포함하여 구성되며,
    상기 제1서브 컬럼 스페이서와 상기 제2서브 컬럼 스페이서는 서로 엇갈려 맞물린 구조로 형성된 것을 특징으로 하는 액정표시소자.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1서브 컬럼 스페이서는 이웃하는 상기 제2서브 컬럼 스페이서 4개와 맞물려 있는 것을 특징으로 하는 액정표시소자.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제1서브 컬럼 스페이서는 이웃하는 상기 제2서브 컬럼 스페이서 3개와 맞물려 있는 것을 특징으로 하는 액정표시소자.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제1서브 컬럼 스페이서 및 제2서브 컬럼 스페이서는 탄성재료로 형성된 것을 특징으로 하는 액정표시소자.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제1서브 컬럼 스페이서와 상기 제2서브 컬럼 스페이서는 그 수평 단면이 원형 또는 다각형인 것을 특징으로 하는 액정표시소자.
  6. 제 1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1기판 상에 박막트랜지스터 및 화소전극이 형성되어 있고,
    상기 제2기판 상에 차광층, 컬러필터층, 공통전극이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 액정표시소자.
  7. 제 6항에 있어서,
    상기 제1컬럼 스페이서 및 제2 컬럼 스페이서는 상기 차광층 형성영역과 대응되는 영역에 형성된 것을 특징으로 하는 액정표시소자.
  8. 제 1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1기판 상에 박막트랜지스터, 화소전극, 및 공통전극이 형성되어 있고,
    상기 제2기판 상에 차광층, 컬러필터층, 오버코트층이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 액정표시소자.
  9. 제 8항에 있어서,
    상기 제1컬럼 스페이서 및 제2 컬럼 스페이서는 상기 차광층 형성영역과 대응되는 영역에 형성된 것을 특징으로 하는 액정표시소자.
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