KR20080022994A - 액정 표시 장치 및 이의 제조 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 돌기 및 그 주변부의 구조를 변경하여, 표시 상의 불량을 방지할 수 있는 액정 표시 장치 및 이의 제조 방법에 관한 것으로, 본 발명의 액정 표시 장치는, 서로 대향된 제 1 기판 및 제 2 기판과, 상기 제 1 기판 상에 서로 교차하여 화소 영역을 정의하는 게이트 라인 및 데이터 라인과, 상기 게이트 라인과 소정 간격 이격하며, 평행한 방향으로 형성된 공통 라인과, 상기 게이트 라인과 동일층의 제 1 패턴 및 상기 데이터 라인과 동일층의 제 2 패턴의 적층체로 이루어진 돌기와, 상기 화소 영역에 형성된 화소 전극과, 상기 돌기가 그 일부분에 대응되어 상기 제 2 기판 상에 형성된 제 1 칼럼 스페이서 및 상기 제 1, 제 2 기판 사이에 충진된 액정층을 포함하여 이루어짐을 특징으로 한다.

칼럼 스페이서, 합착 밀도, 터치 불량, 미충진, 눌림, 리페어

Description

액정 표시 장치 및 이의 제조 방법 {Liquid Crystal Display Device and Method for Manufacturing the Same}

도 1은 일반적인 액정 표시 장치를 나타낸 분해사시도

도 2a 및 도 2b는 칼럼 스페이서를 이용한 종래의 액정 표시 장치에 있어서, 정상 합착시와 터치에 의한 쉬프트시의 상태를 나타낸 단면도

도 3a는 칼럼 스페이서에 돌기가 대응되는 구조를 나타낸 단면도

도 3b는 도 3a의 리페어 진행 후, 칼럼 스페이서의 상태를 나타낸 단면도

도 4a 및 도 4b는 각각 다른 형태의 돌기를 갖는 액정 표시 장치를 나타낸 단면도

도 5는 도 4a 의 돌기 및 칼럼 스페이서를 갖는 구조에 있어서, 칼럼 스페이서의 눌림 값과 합착 밀도의 관계를 나타낸 그래프

도 6은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 액정 표시 장치를 나타낸 단면도

도 7은 도 6의 돌기 및 그 주변부를 나타낸 평면도

도 8은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 액정 표시 장치를 나타낸 평면도

도 9는 도 8의 I~I' 선상 및 Ⅲ~Ⅲ'선상에 따른 단면도

도 10은 도 8의 Ⅱ~Ⅱ' 선상에 따른 단면도

도 11은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 액정 표시 장치를 나타낸 단면도

도 12는 본 발명의 액정 표시 장치에 있어서, 칼럼 스페이서의 눌림 값과 합착 밀도의 관계를 나타낸 그래프

*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*

100 : 제 1 기판 105 : 게이트 절연막

106 : 보호막 121 : 게이트 라인

122 : 데이터 라인 122a : 소오스 전극

122b : 드레인 전극 123 : 화소 전극

123a : 스토리지 전극 125 : 게이트 절연막

126 : 보호막 127a : 공통 전극

131 : 게이트 라인 137 : 공통 라인

145a : 제 2 패턴 145b : 제 3 패턴

150 : 제 1 패턴 170 : 제 4 패턴

200 : 제 2 기판 201 : 블랙 매트릭스층

202 : 컬러 필터층 203 : 오버코트층

250 : 제 1 칼럼 스페이서 260 : 제 2 칼럼 스페이서

본 발명은 액정 표시 장치에 관한 것으로 특히, 돌기와 그 주변부간의 단차를 크게하여, 리페어를 위한 기판을 가압시에도, 소정 이상의 압력 전까지는 상기 돌기 주변부가 칼럼 스페이서가 이격될 수 있게 하여, 리페어 수율을 향상시킨 액정 표시 장치 및 이의 제조 방법에 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.

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 액정층(3)으로 구성되어 있다.

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 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) 사이의 형성되는 전계에 의해 상기 제 1, 제 2 기판(1, 2) 사이에 형성된 액정층(3)의 액정이 배향되고, 상기 액정층(3)의 배향 정도에 따라 액정층(3)을 투과하는 빛의 양을 조절하여 화상을 표현할 수 있다.

한편, 이와 같이 형성되는 액정 표시 장치의 제 1, 제 2 기판(1, 2) 사이에는 액정층이 형성되는 일정한 간격을 유지하기 위해 스페이서가 형성된다.

이러한 스페이서는 그 형상에 따라 볼 스페이서 또는 칼럼 스페이서로 나뉘 어진다.

볼 스페이서는 구 형상이며, 제 1, 제 2 기판(1, 2) 상에 산포하여 제조되고, 상기 제 1, 제 2 기판(1, 2)의 합착 후에도 움직임이 비교적 자유롭고, 상기 제 1, 제 2 기판(1, 2)과의 접촉 면적이 작다.

반면, 칼럼 스페이서는 제 1 기판 또는 제 2 기판 상의 어레이 공정에서 형성되는 것으로, 소정 기판 상에 소정 높이를 갖는 기둥 형태로 고정되어 형성된다. 따라서, 제 1, 2 기판과의 접촉 면적이 볼 스페이서에 비하여 상대적으로 크다.

이하에서는 칼럼 스페이서를 구비한 액정 표시 장치에 대하여 설명한다.

도 2a 및 도 2b는 칼럼 스페이서를 이용한 종래의 액정 표시 장치에 있어서, 정상 합착시와 터치에 의한 쉬프트시의 상태를 나타낸 단면도이다.

도 2a와 같이, 도 1의 액정 표시 장치에 있어서, 셀 갭을 유지하는 스페이서로 칼럼 스페이서(20)가 이용될 경우, 서로 대향되는 제 1, 제 2 기판(1, 2) 사이의 복수개의 부위에 칼럼 스페이서(20)가 위치하게 된다.

도시된 도면에서는, 상기 칼럼 스페이서(20)가 제 2 기판(2) 상에 형성되어, 합착시에 상기 칼럼 스페이서(20)의 하부면(도시된 도면에서의)이 상기 제 1 기판(1)과 닿아있는 상태를 나타내고 있다.

도 2b와 같이, 상기 제 2 기판(2)을 일 방향으로 미는 힘을 가하게 되면, 미는 방향으로 상기 제 2 기판(2)이 상기 제 1 기판(1)에 대하여 밀려 상기 제 1, 제 2 기판(1, 2)간의 쉬프트 현상이 발생하며, 이러한 쉬프트 현상이 미는 힘이 제거 된 이후에도 지속적으로 남아있는 현상이 발생한다.

이 경우, 상기 제 1 기판(1) 또는 제 2 기판(2)의 표면을 일 방향으로 미는 힘에 의해 원 상태로 회복되는데 오래 걸려 표시 상에 빛샘 불량 등이 나타나는 현상을 터치 불량이라 하며, 이러한 터치 불량의 원인은 상기 칼럼 스페이서가 대향 기판과 닿아있는 면적이 커 마찰력이 크게 발생하기 때문으로 파악되고 있다.

이와 같이, 터치에 의해 상기 제 1, 제 2 기판(1, 2)간의 쉬프트가 발생할 경우, 상기 제 1 기판(1) 상에 형성되는 게이트 라인(도 1의 4 참조), 데이터 라인(도 1의 5 참조) 및 화소 전극(도 1의 6 참조)을 포함하는 박막 트랜지스터 어레이와, 상기 제 2 기판(2) 상에 형성되는 블랙 매트릭스층(도 1의 7 참조) 및 컬러 필터층(도 1의 8 참조)을 포함하는 컬러 필터 어레이간의 미스얼라인이 발생되고, 그에 따라 상기 블랙 매트릭스층(7)이 게이트 라인 및 데이터 라인 등과 같이 가려야 할 부위를 가리지 못하거나, 혹은 의도하지 않게 화소 전극(6)의 일부를 가리는 등의 문제가 발생한다. 특히, 전자와 같은 경우는 빛샘 불량이 발생하고, 후자의 경우는 개구율의 손실을 가져온다.

상기와 같은 종래의 액정 표시 장치는 다음과 같은 문제점이 있다.

종래의 액정 표시 장치는 칼럼 스페이서와 대향 기판이 닿아있는 면적이 상기 칼럼 스페이서의 상부면에 해당하는 것으로, 대향 기판과의 접촉 면적이 커서 마찰력에 의해 기판을 터치시 일 방향으로 쉬프트된 후 원 상태로의 복귀가 어려운 점이 발생한다. 이 때, 두 기판간에 쉬프트가 발생한 후, 원 상태로 복귀 전까지 발생되는 빛샘 등의 표시 불량을 터치 불량이라 하는데, 이를 해결하기 위하여 많은 시도가 제기되고 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로 돌기와 그 주변부간의 단차를 크게하여, 리페어를 위한 기판을 가압시에도, 소정 이상의 압력 전까지는 상기 돌기 주변부가 칼럼 스페이서가 이격될 수 있게 하여, 리페어 수율을 향상시킨 액정 표시 장치 및 이의 제조 방법을 제공하는 데, 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 액정 표시 장치는, 서로 대향된 제 1 기판 및 제 2 기판과, 상기 제 1 기판 상에 서로 교차하여 화소 영역을 정의하는 게이트 라인 및 데이터 라인과, 상기 게이트 라인과 소정 간격 이격하며, 평행한 방향으로 형성된 공통 라인과, 상기 게이트 라인과 동일층의 제 1 패턴 및 상기 데이터 라인과 동일층의 제 2 패턴의 적층체로 이루어진 돌기와, 상기 화소 영역에 형성된 화소 전극과, 상기 돌기가 그 일부분에 대응되어 상기 제 2 기판 상에 형성된 제 1 칼럼 스페이서 및 상기 제 1, 제 2 기판 사이에 충진된 액정층을 포함하여 이루어진 것에 특징이 있다.

여기서, 상기 돌기는 상기 게이트 라인과 공통 라인 사이의 영역에 형성된다.

그리고, 상기 돌기는 상기 제 1 칼럼 스페이서의 중심에 대응되어 형성되며, 상기 제 1 기판 상의 상기 돌기의 주변부는 상기 돌기의 두께에 해당하는 단차만큼 상기 돌기보다 낮은 높이로 형성된다. 여기서, 상기 돌기는 상기 제 1 칼럼 스페이 서의 중앙부에 대응되고, 상기 돌기 주변부에는 상기 제 1 칼럼 스페이서의 가장 자리가 대응된다.

이러한, 상기 돌기는 4000~9000Å의 두께로 형성된다. 바람직하게는 상기 돌기는 5500~8000Å의 두께로 형성될 수 있다.

또한, 상기 게이트 라인과 데이터 라인의 교차부에, 상기 게이트 라인으로부터 돌출된 게이트 전극, 상기 데이터 라인으로부터 돌출된 소오스 전극 및 상기 소오스 전극과 이격된 드레인 전극, 상기 게이트 전극과 상기 소오스/드레인 전극의 사이의 층간에 형성된 반도체층으로 이루어진 박막 트랜지스터를 더 포함한다.

상기 돌기는 상기 제 1 패턴과 제 2 패턴 사이에 상기 반도체층과 동일층의 제 3 패턴을 더 포함하여 이루어질 수 있다. 상기 돌기의 제 1 내지 제 3 패턴은 그 중심이 일치한다.

또한, 상기 돌기는 상기 제 2 패턴 상측에 제 4 패턴을 더 포함하여 이루어질 수 있다. 상기 제 4 패턴은 상기 화소 전극과 동일층에 형성된다.

또한, 상기 제 1 기판과 제 2 기판간의 합착시, 상기 제 1 기판과 이격되는 제 2 칼럼 스페이서가 더 형성될 수 있다.

한편, 동일한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 액정 표시 장치의 제조 방법은 제 1 기판 및 제 2 기판을 준비하는 단계와, 상기 제 1 기판 상에 소정 간격 이격된 게이트 라인 및 공통 라인을 형성하는 단계와, 상기 게이트 라인 교차하여 화소 영역을 정의하는 데이터 라인을 형성하는 단계와, 상기 게이트 라인과 동일층의 제 1 패턴 및 상기 데이터 라인과 동일층의 제 2 패턴의 적층체로 이루어진 돌기를 형성하는 단계와, 상기 게이트 라인과 데이터 라인의 교차부에, 박막 트랜지스터를 형성하는 단계와, 상기 화소 영역에 화소 전극을 형성하는 단계와, 상기 제 2 기판 상의 상기 돌기에 대응되는 부위에 제 1 칼럼 스페이서를 형성하는 단계 및 상기 제 1, 제 2 기판 사이에 충진된 액정층을 형성하는 단계를 포함하여 이루어진 것에 또 다른 특징이 있다.

앞서 상술한 일반적인 칼럼 스페이서를 포함한 구조에 있어서, 칼럼 스페이서와 대향 기판간의 접촉 면적이 커서 발생되는 터치 불량을 방지하기 위해 이하와 같이, 상기 칼럼 스페이서의 상부면보다 작은 대향면을 갖는 돌기를 상기 칼럼 스페이서에 대응시키는 구조가 제안되었다.

도 3a는 칼럼 스페이서에 돌기가 대응되는 구조를 나타낸 단면도

도 3a는 칼럼 스페이서에 돌기가 대응되는 구조를 나타낸 단면도이다.

도 3a와 같이, 돌기를 포함하는 구조는, 서로 대향되는 제 1, 제 2 기판(60, 80)과, 상기 제 1 기판(60) 상에 형성된 칼럼 스페이서(70) 및 상기 칼럼 스페이서(70)의 중심에 대응되어, 상기 칼럼 스페이서(70)에 비해 작은 대향면을 갖도록 상기 제 2 기판(80) 상에 형성된 돌기(75)를 포함하여 이루어진다.

이 경우, 상기 돌기(75)의 상부면이 작기 때문에, 상기 제 1, 제 2 기판(60, 80)을 대향시켜 합착할 경우, 상기 칼럼 스페이서(70)와 돌기(75)의 접촉 면적이 작게 된다.

이러한 구조에서는 돌기(75)에 의해 상기 칼럼 스페이서(70)가 상기 제 2 기 판(80) 면에 닿는 면적을 감소시키는 효과를 얻을 수 있다.

그러나, 이러한 돌기(75)를 포함하는 액정 표시 장치에 있어서도, 상기 제 1, 제 2 기판(60, 80) 사이에 채워지는 액정(미도시)량이 상기 제 1, 제 2 기판(60, 80) 사이의 간격보다 작을 경우는 미충진 상태가 되며, 이 경우에는 기포가 발생하거나 혹은 액정량 부족에 의해 소정 부분을 일 방향으로 밀었을 때 나타날 수 있는 터치 불량이 더 심화될 수 있다.

이를 해결하기 위해 최근에는, 액정 패널 내부의 액정의 유출 없이 상기 제 1, 제 2 기판(60, 80)의 표면을 가압하여 상기 제 1, 제 2 기판(60, 80) 사이의 간격을 줄임으로써, 상기 제 1, 제 2 기판(60, 80) 사이의 액정량을 상대적으로 적정량으로 조절해주는 리페어 방법이 제기되고 있다.

도 3b는 도 3a의 리페어 진행 후, 칼럼 스페이서의 상태를 나타낸 단면도이다.

도 3b와 같이, 리페어 방법은 상기 제 1 기판(60) 및 제 2 기판(80)을 균일하게 압력을 가함으로써, 도 3a의 t1의 높이의 상기 제 1, 제 2 기판(60, 80)의 간격을, t2로 변화시킴으로써, 상기 제 1, 제 2 기판(60, 80) 사이의 간격을 줄이는 것이다.

그러나, 도 3b와 같은 경우에도, 상기 돌기(75)를 포함하는 구조에 있어서는, 리페어 전에 상기 돌기(75)의 상면에만 대응되어 닿아있던 칼럼 스페이서(70a)의 중심부가 압력에 의해 상기 돌기(75)에 의해 눌려지는 형상의 변화를 겪게 된다. 상기 제 1, 제 2 기판(60, 80)에 가해지는 압력이 점점 커지게 되면, 상기 칼 럼 스페이서(70a)의 가장자리까지 상기 돌기(75)의 주변부, 즉, 제 2 기판(80)의 표면까지 닿게 되어버릴 수 있다. 그런데, 상기 칼럼 스페이서(70a)의 가장 자리가 상기 돌기(75)의 주변부의 상기 제 2 기판(80) 표면에 닿아있는 경우에는, 접촉 면적이 합착시보다 늘게 되어, 상대적으로 매우 큰 압력을 가하지 않게 되면, 상기 제 1, 제 2 기판(60, 80)간의 간격이 줄기 힘들다. 따라서, 액정의 미충진이 발생된 액정 패널에 있어서, 상기 돌기(75)의 높이만큼 상기 제 1, 제 2 기판(60, 80)간의 간격이 줄어든 리페어 과정에서 액정 미충진이 회복되지 않았다 한다면, 더 이상의 압력을 인가하게 되더라도, 상기 t2의 높이 미만으로 상기 제 1, 제 2 기판(60, 80)의 간격을 줄이기 어려워, 압력 증가에 따른 이후의 미충진 개선은 힘들다.

이하, 현재 이용되고 있는 돌기를 포함하는 구조를 보다 상세히 설명한다.

도 4a 및 도 4b는 각각 다른 형태의 돌기를 갖는 액정 표시 장치를 나타낸 단면도이다.

도 4a와 같이, 또 다른 형태의 돌기를 갖는 액정 표시 장치는 크게 서로 대향된 제 1, 제 2 기판(60, 80)과, 상기 제 1, 제 2 기판(60, 80) 사이에 충진되는 액정층(90)과, 상기 제 1, 제 2 기판(60, 80) 사이의 셀 갭을 유지하기 위한 제 1 칼럼 스페이서(700) 및 상기 제 1 칼럼 스페이서(700)의 중심에 대응되는 돌기(75)를 포함하여 이루어진다.

상기 제 1 기판(60) 상에는, 화소 영역 이외의 부분을 가리는 블랙 매트릭스층(61)과, 적어도 화소 영역 상에 대응되어 형성되는 컬러 필터층(62)과, 상기 블 랙 매트릭스층(61) 및 컬러 필터층(62)을 포함한 제 1 기판(60) 상에 형성된 오버코트층(63)을 포함하여 이루어진다. 도시된 도면에서는 상기 컬러 필터층(62)이 화소 영역을 포함하여 화소 영역 이외의 부분까지 확장되어, 상기 블랙 매트릭스층(61) 상에도 형성되어 있다.

그리고, 상기 제 2 기판(80) 상에는, 서로 교차하여 화소 영역을 정의하는 게이트 라인(81) 및 데이터 라인(미도시)과, 상기 화소 영역 내에 형성되는 화소 전극(미도시)이 형성된다.

여기서, 상기 돌기(75)는 상기 게이트 라인(81)의 소정 부위에 대응되어 위치하며, 하측에는 반도체층(미도시)과 동일층이며 동일 성분의 반도체층 패턴(84a)과, 상측에는 데이터 라인과 동일층이며 동일 성분의 데이터 금속 패턴(82d)의 적층체로 이루어진다.

그리고, 상기 게이트 라인(81)과 반도체층 패턴(84a)을 포함한 반도체층과의 사이의 층에는 게이트 절연막(85)이 형성되며, 상기 반도체층, 데이터 라인 및 돌기(75)를 포함한 상기 게이트 절연막(85) 상에는 보호막(86)이 형성된다.

그리고, 셀 갭 유지 기능 외에 국부적으로 소정 압력이 인가되었을 경우, 상기 제 1 칼럼 스페이서(700)와 함께 압력을 분담시키는 기능을 갖는 제 2 칼럼 스페이서(710)가 더 형성될 수 있다. 여기서, 상기 제 2 칼럼 스페이서(710)는 도시된 바와 같이, 상기 제 1, 제 2 기판(60, 80)간의 합착시에는 상기 제 2 기판(80)의 보호막(86)의 상부면으로부터 H 간격으로 이격되어 있으며, 국부적인 압력이 인가되었을 때만 상기 보호막(86)과 닿게 되어, 압력 분담 기능을 갖게 된다.

도 4a와 같이, 평탄한 게이트 라인(81) 상에 형성되는 돌기(75)의 경우, 상기 돌기(75)는 돌기의 주변부와 상기 반도체층 패턴(84a), 데이터 금속 패턴(82d)의 두께에 상당한 높이만큼 높이 차(h1)를 가진다. 이 경우, 상기 제 1 칼럼 스페이서(700)는 상기 돌기(75) 및 돌기의 주변부에 대응되는데, 이 때, 상기 돌기(75)의 상부면은 상기 제 1 칼럼 스페이서(700)에 닿게 되고 돌기 주변부는 상기 제 1 칼럼 스페이서(700)의 하부면(도시된 도면에서 볼 때)으로부터 h1만큼의 이격 거리를 갖는다.

도 4b와 같이, 다른 형태의 돌기를 포함한 액정 표시 장치는, 돌기(81a)를 게이트 라인 성분으로 패터닝하여 형성하는 것으로, 돌기(81a)가 제 2 기판(80) 상의 소정 부위에 형성되며, 상기 돌기(81a)를 포함한 상기 제 2 기판(80) 상에 차례로 게이트 절연막(85) 및 보호막(86)이 형성된다. 그리고, 이 때, 상기 돌기(81a)에 대향되는 제 1 기판(60) 상에는 차례로 블랙 매트릭스층(61), 컬러 필터층(62) 및 오버코트층(63)이 형성되며, 상기 제 1, 제 2 기판(60, 80) 사이는 액정층(90)이 채워진다.

이 경우, 상기 돌기(81a)는 상기 제 1, 제 2 기판(60, 80)간의 합착시 상기 칼럼 스페이서(70)의 중심부에 대하여 접촉하여 닿게 되고, 이 때, 상기 돌기(81a) 주변부는 상기 게이트 라인 성분의 돌기(81a)의 높이인 h2에 상당한 두께로 상기 제 1 칼럼 스페이서(700)로부터 이격된다. 이러한 도 4b의 구조에서도 눌림 방지를 위한 제 2 칼럼 스페이서(도 4a의 710 참조)를 더 구비할 수 있다.

도 5는 도 4a 의 돌기 및 칼럼 스페이서를 갖는 구조에 있어서, 칼럼 스페이서의 눌림 값과 합착 밀도의 관계를 나타낸 그래프이다.

도 5와 같이, 도 4a의 칼럼 스페이서 및 돌기 구조에서 칼럼 스페이서 누름에 의한 합착 밀도 변화를 살펴보면 다음과 같다.

먼저, 제 1, 제 2 기판(60, 80)이 합착 후, 외부 압력의 인가되지 않는 기본 합착 상태에서는 기본 합착 밀도인 제 1 합착 밀도(ρ1)를 나타낸다. 상기 제 1, 제 2 기판(60, 80)의 표면을 점점 가압하여, 상기 돌기(75)에 대응되는 상기 제 1 칼럼 스페이서(700)의 부위가 h1의 두께로 눌리게 되면, 상기 제 1 칼럼 스페이서(700)의 가장자리가 상기 돌기(75)의 주변부의 상기 보호막(86)과 접촉하게 되며, 이 상태에서는 상기 제 1 칼럼 스페이서(700)의 하부면(상기 돌기 대응면) 전면이 상기 제 2 기판(80)측과 닿게 되어, 순간적으로 상기 제 1 칼럼 스페이서(700)와 대향 기판(제 2 기판)의 합착 밀도가 상승하여 제 2 합착 밀도(ρ2)가 된다. 이 경우, 기본 합착 상태에서의 상기 돌기(75)와 상기 제 1 칼럼 스페이서(700)의 제 1 합착 밀도(ρ1)에 비해 약 10배 정도로 합착 밀도가 커지게 된다. 이 상태에서 상기 제 1, 제 2 기판(60, 80)의 표면을 더 가압하여, 상기 돌기(75)에 대응되는 상기 제 1 칼럼 스페이서(700)가 H의 두께로 눌리게 되면, 상기 제 2 칼럼 스페이서(710)가 상기 제 2 기판(80)의 최상부면인 보호막(86)과 접하게 되고, 이 때, 상기 제 1, 제 2 칼럼 스페이서들(700, 710)과 상기 제 2 기판(80)과의 합착 밀도는 순간적으로 상승하여 제 3 합착 밀도(ρ3)가 된다.

이러한 그래프에서 살펴보면 알 수 있듯이, 리페어 공정에서 상기 제 1, 제 2 기판(60, 80)의 표면에 압력을 가할 때, 상기 제 1 칼럼 스페이서(700)가 h 의 두께로 눌리기 전까지는, 상기 제 1, 제 2 기판(60, 80) 사이의 간격(높이)이 줄어들며, 상기 액정이 미충진된 상기 제 1, 제 2 기판(60, 80) 사이의 영역을 줄여 상대적으로 상기 제 1, 제 2 기판(60, 80) 사이에 채워진 액정량에 맞는 상기 제 1, 제 2 기판(60, 80) 간격을 조절하게 된다.

그러나, 상기 제 1 칼럼 스페이서(700)의 가장 자리가 상기 돌기(75)의 주변부와 닿는 순간부터는 기본 합착 밀도 상태의 제 1 합착 밀도(ρ1)보다 약 10배 정도 큰 제 2 합착 밀도(ρ2)가 되어, 상기 제 1, 제 2 기판(60, 80)의 표면에 힘을 가하더라도 상기 제 1, 제 2 기판(60, 80) 사이의 간격이 더 이상 줄어들기 힘들며, 따라서, 이후에는 미충진을 리페어하기 힘들다.

특히, 도 4a 및 도 4b의 구조에 있어서는 상기 돌기(75, 81a)와 그 주변부와의 높이 차는 상기 돌기가 갖는 높이(h1, h2)에 달려있다. 현재 도 4a의 경우의 돌기(75)의 높이(h1)는 약 3300Å 정도로 관찰되었고, 도 4b의 돌기(81a)의 높이(h2)는 약 2000Å 정도로 관찰되었다.

그러나, 이와 같은 높이의 돌기(75, 81a) 형성시 그 높이가 대략 3500Å 이하인 것으로, 도 3b와 같은 가압 공정을 진행하여 미충진이 발생된 액정 패널에 대하여 리페어를 진행하게 되면, 상기 제 1, 제 2 기판(60, 80) 사이의 간격이 줄어들 수 있는 정도는 상기 돌기의 높이인 3500Å에 한하게 된다. 따라서, 이 높이만큼 상기 제 1, 제 2 기판(60, 80) 사이의 간격이 줄어든 이후에는, 즉, 상기 돌기 주변부가 상기 제 1 칼럼 스페이서(700)에 닿게 되고 압력을 아주 크게 가하지 않 는 이상 상기 제 1, 제 2 기판(60, 80) 사이의 간격이 줄어들지 않아, 이후의 미충진 불량을 회복하기 어려운 문제점이 발생한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 상기 돌기 및 그 주변부 구조를 변경하여, 리페어 하에서 액정의 미충진을 해소할 수 있는 데 용이한 본 발명의 액정 표시 장치 및 이의 제조 방법을 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 6은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 액정 표시 장치를 나타낸 단면도이며, 도 7은 도 6의 돌기 및 그 주변부를 나타낸 평면도이다.

도 6 및 도 7과 같이, 본 발명의 제 1 실시예에 따른 액정 표시 장치는, 크게 서로 대향되어 그 사이에 액정층(미도시)이 형성된 제 1 기판(100) 및 제 2 기판(200)을 구비하여 이루어진다.

그리고, 상기 제 1 기판(100) 상에 형성된 서로 평행한 공통 라인(137)과 게이트 라인(131) 사이의 영역에 돌기(180)를 구비하고, 상기 돌기(180)에 대응하여 대향 기판인 상기 제 2 기판(200) 상에 제 1 칼럼 스페이서(250)를 형성한다.

이 때, 상기 돌기(180)와 제 1 칼럼 스페이서(250)의 대응면 중 상기 돌기(180)의 대응면을 상대적으로 상기 제 1 칼럼 스페이서(250)의 대응면보다 작게 하며, 이를 위해 상기 돌기(180)는 상기 제 1 기판(100) 상에 형성시 아래에서부터 차례로, 게이트 라인(131) 및 공통 라인(137)과 동일층 및 동일 물질의 제 1 패턴(150)과, 데이터 라인(미도시, 도 7의 122 참조)과 동일층 및 동일 물질의 제 2 패턴(145b)과, 반도체층과 동일층 및 동일 물질의 제 3 패턴(145a)의 적층체로 이 루어진다. 여기서, 상기 제 1 패턴(150)과 제 3 패턴(145a) 사이의 층간에는 게이트 절연막(105)이 개재되어 있으며, 상기 제 3 패턴(145a) 및 제 2 패턴(145b)은 각각 이들과 동층의 반도체층 및 데이터 라인이 연속하여 형성되는 층으로, 둘 사이의 층간 개재물은 존재하지 않는다. 이 때, 상기 게이트 절연막(105)은 상기 제 1 패턴(150) 뿐만 아니라 상기 게이트 라인(131) 및 공통 라인(137)을 포함한 제 1 기판(100) 전면에 형성되어 있다.

여기서, 상기 제 1 패턴(150), 제 3 패턴(145a) 및 제 2 패턴(145b)은 서로 그 중심이 일치하여 동일축으로 형성되어, 상기 제 1 칼럼 스페이서(250)에 대응시 중심 부위에서 삼층의 적층체의 돌기로서 기능하도록 한다. 이 때, 상기 제 1 패턴(150), 제 3 패턴(145a) 및 제 2 패턴(145b)을 형성하기 위한 각각의 마스크를 이용한 패터닝시 상기 제 1 내지 제 3 패턴(150, 145b, 145a)의 중심을 동일 부위로 위치하도록 얼라인한다. 상기 제 1 칼럼 스페이서(250)는 상기 제 1, 제 2 기판(100, 200) 사이의 셀 갭을 지지하는 기능을 담당하며, 합착시 상기 제 1 칼럼 스페이서(250)와 돌기(180)가 접촉하여 셀 갭을 지지한다.

한편, 상기 제 3 패턴(145a) 및 제 2 패턴(145b)은, 반도체층 및 데이터 라인이 하나의 마스크로 패터닝되는 4 마스크 공정을 이용시, 함께 패터닝되어 동일 또는 유사한 폭으로 패터닝될 수 있다.

혹은 상기 제 3 패턴(145a) 및 제 2 패턴(145b)은, 반도체층 및 데이터 라인을 각각 서로 다른 마스크를 이용하여 패터닝하는 5 마스크 공정을 이용시, 별도로 패터닝될 수 있다. 이와 같이, 5 마스크 공정을 이용시, 반도체층 물질로 이루어지 는 상기 제 3 패턴(145a)은 생략하여, 돌기(180)는 상기 제 1 패턴(150) 및 제 2 패턴(145b)만으로 이루어질 수도 있다.

여기서, 상기 제 1 칼럼 스페이서(250)는 상기 공통 라인(137)과 게이트 라인(131) 사이의 영역에 위치하며, 상기 두 라인(137, 131)과 오버랩되지 않도록, 상기 공통 라인(137)과 게이트 라인(131) 사이의 간격을 상기 제 1 칼럼 스페이서(250)의 직경보다 더 이격시키거나, 도 7에 도시된 바와 같이, 상기 제 1 칼럼 스페이서(250)가 대응되는 부위의 상기 공통 라인(137) 및 게이트 라인(131) 부위를 소정 폭 제거하도록 한다. 이와 같이, 상기 제 1 칼럼 스페이서(250)에 대응되어 상기 공통 라인(137)과 게이트 라인(131)의 형상을 조정하는 이유는 상기 공통 라인(137)과 상기 게이트 라인(131)간의 간격에 비해 직경이 큰 상기 제 1 칼럼 스페이서(250)의 중앙부가 상기 돌기(180)의 중앙부에 닿는 반면, 상기 제 1 칼럼 스페이서(250)의 가장자리는 상기 돌기(180)의 주변부로부터 이격된 상태를 나타낸다. 이 때, 상기 돌기(180)의 주변부는 상기 돌기(180)의 높이, 즉, 제 1 내지 제 3 패턴(150, 145b, 145a)의 두께의 합만큼 상기 돌기(180)보다 낮은 높이를 갖는다. 따라서, 합착시에 상기 제 1 칼럼 스페이서(250)의 가장 자리는 상기 돌기(180)의 주변부와 상기 돌기(180)의 높이만큼 이격되어 있다. 이와 같은 경우의 돌기는 도 4a의 돌기에 비해 게이트 라인의 두께만큼 돌기의 두께가 높고, 도 4b에 도시되어 있는 돌기에 비해 반도체층 및 소오스/드레인 전극의 두께의 적층층 두께만큼 더 높이가 높다.

여기서, 상기 게이트 라인(131)의 두께가 2000~3500Å, 반도체층(미도시)의 두께가 1500~2500Å, 소오스/드레인 전극(도 8의 122a, 122b 참조)을 포함한 데이터 라인(122)의 두께가 2000~3500Å이라고 할 때, 경우에 따라 반도체층과 동일층의 제 2 패턴이 생략될 경우를 포함하여 고려하면 상기 돌기(180)는 약 4000~9000Å의 두께로 형성될 수 있다. 이 경우, 바람직하게는 돌기(180)가 약 5500~8000Å의 높이에서 효과적이다. 이러한 상기 돌기(180)를 이루는 제 1 내지 제 3 패턴(150, 145b, 145a)은 공정상에서 이용되는 게이트 라인 성분, 반도체층의 성분 및 데이터 라인의 성분에 의해 그 두께가 결정되는 것으로, 때에 따라, 상술한 수치 이외의 값으로 결정될 수도 있다. 그러나 본 발명의 구조에서는 돌기를 형성함에 있어서, 구조상에서 배선으로 이용되는 게이트 라인 및 데이터 라인을 모두 이용함으로써, 어느 경우이든 각 배선 및 반도체층을 동일한 두께로 형성함을 전제할 때, 도 4a 및 도 4b에서 설명한 돌기 구조보다 보다 높은 높이로 돌기로 형성할 수 있게 된다.

본 발명의 제 1 실시예에 따른 액정 표시 장치와 같은 구조에 있어서는, 돌기(180)를 형성시에 구조적으로 일 배선(게이트 라인 금속 또는 데이터 라인 금속)만을 이용하던 방식(도 4a 또는 4b)에 비해, 게이트 라인 금속(제 1 패턴) 및 데이터 라인(제 2 패턴)을 모두 돌기로 이용하기 때문에, 전체 돌기의 높이를 높게 할 수 있다.

따라서, 돌기(180)를 포함하는 액정 패널의 액정의 미충진과 같은 불량이 발생했을 때, 미충진을 리페어하기 위해 상기 제 1, 제 2 기판(100, 200) 표면에 가 압을 진행하여 가압 공정을 진행시 가압에 따라 선형적으로 상기 제 1, 제 2 기판(100, 200) 사이의 간격 줄임이 일어나는 데 방해가 되는 문제를 제거할 수 있다.

상술한 본 발명의 제 1 실시예에서는, 적어도 돌기가 제 1 내지 제 3 패턴(150, 145b, 145a)을 포함한 게이트 라인과 데이터 라인의 두께의 합 이상의 약 4000Å 이상의 값으로 높은 높이로 형성되기 때문에, 리페어에 따른 가압이 일어나 상기 돌기(180)에 대응되는 상기 제 1 칼럼 스페이서(250)의 눌림이 일어난다 하더라도, 가압에 의해 상기 돌기(180)의 주변부가 상기 제 1 칼럼 스페이서(250)의 가장자리로부터 이격 상태를 유지할 수 있는 여지가 크다. 즉, 돌기(180)의 높이에 상당하도록 상기 제 1, 제 2기판(100, 200) 사이의 간격을 줄일 수 있게 가압하지 않는 이상, 상기 제 1 칼럼 스페이서(250)의 주변부가 리페어를 위한 가압 공정에서 돌기 주변부에 닿지 않게 되어, 본 발명의 제 1 실시예에 따른 액정 표시 장치의 구조에 있어서는, 가압에 따라 미충진 불량을 해결할 수 있다.

한편, 설명하지 않은 도면 부호 106은 보호막을 나타내는 것으로, 제 2 패턴(145b) 및 제 3 패턴(145a)을 포함한 상기 게이트 절연막(105) 전면에 형성된다.

또한, 상기 제 2 기판(200) 상에는 적어도 게이트 라인 및 데이터 라인을 포함한 영역에 대응되도록 블랙 매트릭스층(201)이 형성되며, 상기 블랙 매트릭스층(201)을 포함한 제 2 기판(200) 전면에 컬러 필터층(202)이 형성되고, 상기 블랙 매트릭스층(201) 및 컬러 필터층(202)을 포함한 상기 제 2 기판(200) 전면에 오버코트층(203)이 형성된다. 여기서, 상기 오버코트층(203) 상에는 공통 전극이 전면 에 더 형성될 수도 있다.

도 8은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 액정 표시 장치를 나타낸 평면도이며, 도 9는 도 8의 I~I' 선상 및 Ⅲ~Ⅲ'선상에 따른 단면도이고, 도 10은 도 8의 Ⅱ~Ⅱ' 선상에 따른 단면도이다.

도 8 내지 도 10과 같이, 본 발명의 액정 표시 장치는 서로 대향된 제 1, 제 2 기판(100, 200)과, 두 기판 사이에 충진된 액정층(미도시)을 포함하여 이루어진다. 그리고, 도 8에서 도시된 박막 트랜지스터는 'U'자형 채널을 갖는 박막 트랜지스터이다.

보다 구체적으로 설명하면, 상기 제 2 기판(200) 상에는 화소 영역을 제외한 부분(게이트 라인 및 데이터 라인 영역, 박막 트랜지스터 영역)의 빛을 차단하기 위한 블랙 매트릭스층(201)과, 화소 영역에 대응되어 컬러 색상을 표현하기 위한 R, G, B 컬러 필터층(202)과, 상기 블랙 매트릭스층(201)과 컬러 필터층(202) 상부에 전면 형성된 오버코트층(203)이 형성된다.

상기 제 1 기판(100) 상에는 수직으로 교차하여 화소 영역을 정의하는 복수개의 게이트 라인(131) 및 데이터 라인(122)과, 상기 게이트 라인(131)들과 데이터 라인(122)들이 교차하는 각 화소 영역에 서로 교번하여 형성된 화소 전극(123) 및 공통 전극(127a)과, 상기 각 게이트 라인(131)과 데이터 라인(122)이 교차하는 부분에 형성된 박막 트랜지스터(TFT)가 형성된다. 상기 공통 전극(127a)은 상기 게이트 라인(131)과 평행한 공통 라인(137)에서 분기되어 형성된다. 여기서, 상기 공통 전극(127a)과 화소 전극(123)의 형상은 서로 평행한 지그재그 형상이다.

그리고, 상기 박막 트랜지스터(TFT)는 상기 게이트 라인(131)과 일체형의 게이트 전극(121a)과, 상기 데이터 라인(122)으로부터 돌출되며 'U'자형 소오스 전극(122a)과, 상기 소오스 전극(122a)의 'U'자형 내로 들어오며 상기 화소 전극(123)과 연결되는 드레인 전극(122b)과, 상기 게이트 전극(121a) 상부를 덮으며 상기 소오스 전극(122a)/드레인 전극(122b)의 하부에 접하여 형성된 반도체층(미도시)을 포함하여 이루어진다.

또한, 상기 게이트 라인(131) 및 공통 라인(137) 층과 상기 데이터 라인(122) 층 사이에는 게이트 절연막(125)이 개재되고, 상기 데이터 라인(122)과 화소 전극(123) 사이에는 보호막(126)이 개재된다.

본 발명의 제 1 실시예에 따른 액정 표시 장치에서는, 제 1 칼럼 스페이서(250)가, 상기 제 2 기판(200)의 오버코트층(203) 상에, 상기 게이트 라인(131)과 공통 라인(137) 사이 영역에 대응되어 형성된다. 이 경우, 또한, 상기 공통 라인(137)과 상기 게이트 라인(131)은 상대적으로 들어오게 형성하여 공통 라인(137) 및 게이트 라인(131)의 타부위가 갖는 폭보다 좀 더 작은 폭을 가진다.

이 경우, 도 9와 같이, 상기 제 1 칼럼 스페이서(250)는 상기 게이트 라인(131)과 공통 라인(137) 사이의 단차가 반영된 보호막(126)과 접촉한다. 상기 제 1 칼럼 스페이서(250)는 상기 제 1, 제 2 기판(100, 200) 사이의 셀 갭을 담당하며, 대향 기판, 즉, 제 1 기판(100)의 최상부면인 보호막(126)과 접촉시 접촉면이 매우 작다. 즉, 상기 게이트 라인(131)과 공통 라인(137) 사이에 소정 부위에, 이 와 동일층이며 동일한 물질의 제 1 패턴(145a)이 형성된다. 여기서, 상기 제 1 패턴(150)은 상기 게이트 라인(131) 및 공통 라인(137)으로부터 이격 상태를 유지하며, 제 2 패턴(145b) 및 제 3 패턴(145a)은 상기 제 1 패턴(145a)과 중심을 맞추어 형성한다. 여기서, 상기 게이트 라인(131)과 공통 라인(137) 사이의 상기 제 1 패턴(150)이 형성되지 않는 부위가 돌기의 주변부로 정의되며, 이 부위에서 돌기(180)를 이루는 제 1 내지 제 3 패턴(150, 145b, 145a)가 형성되지 않아, 상기 돌기(180)와 돌기(180)의 높이만큼의 단차를 갖게 된다.

또한, 도 10과 같이, 국부적인 외압에 대한 눌림 방지 기능을 갖는 제 2 칼럼 스페이서(260)는 상기 제 2 기판(200)의 오버코트층(203) 상에, 형성된다. 이 때, 상기 제 2 칼럼 스페이서(260)는 상기 제 1 칼럼 스페이서(250)와 동일 높이로 형성될 수 있고, 상기 제 1, 제 2 칼럼 스페이서(250, 260)의 형성시 회절 노광 마스크를 이용하여 상기 제 1 칼럼 스페이서(250)와 다른 높이의 칼럼 스페이서를 형성할 수도 있다.

그리고, 상기 제 1 기판(100) 상에는 상기 게이트 라인(131) 및 공통 라인(137)을 포함한 전면에 형성된 게이트 절연막(125)과, 상기 게이트 절연막(125)상의 소정 부위에 형성된 데이터 라인(122), 및 소오스/드레인 전극(122a, 122b)을 포함한 전면에 형성된 보호막(126)을 포함하여 이루어지며, 상기 제 2 칼럼 스페이서(260)가 이격되는 상기 제 1 기판(100)의 상부면은 상기 보호막(126)의 표면에 해당한다.

한편, 도 10에서 상기 제 2 칼럼 스페이서(260)는 상기 제 1 기판(100) 상의 보호막(126)의 표면으로부터 'H'의 간격으로 이격됨을 나타내고 있다. 경우에 따라 상기 제 2 칼럼 스페이서(260)을 상기 게이트 라인(131)이나 공통 라인(137) 상에 위치시킬 수 있으며, 이 경우에는 상기 제 2 칼럼 스페이서(260)의 대응면 전체가 상기 게이트 라인(131)이나 공통 라인(137)에 대응되도록 하여, 국부적인 압력 인가시 상기 제 2 칼럼 스페이서(260)가 대향 기판이 제 1 기판(100) 상의 보호막(126)에 대하여 평탄하게 닿도록 한다. 본 발명의 액정 표시 장치에 있어서는, 상기 제 1 칼럼 스페이서(250)의 가장자리와 상기 돌기 주변부와 간격인 h3를, 상기 제 2 칼럼 스페이서(260)와 상기 보호막(126)의 표면 사이의 간격인 'H'과 같거나 유사한 정도로 조절하여, 리페어를 위한 가압 공정이 원활하게 이루어질 수 있게 한다.

이러한 상기 제 1, 제 2 칼럼 스페이서(250, 260)는 상기 제 2 기판(200)의 최상면, 즉 오버코트층(203) 상에 형성되며, 하부면은 여러 가지 다각형의 형상으로 형성될 수 있으며, 일정 높이를 갖는 다각 기둥 형태로 형성된다. 물론, 원기둥의 형상도 가능하며, 도시된 바와 같이, 하부면이 정방형을 갖는 사각 기둥의 형상으로 형성 가능하다. 여기서, 상기 제 1, 제 2 칼럼 스페이서(250, 260)의 크기는 액정 패널의 크기에 따라 변경될 수 있으며, 상기 게이트 라인(131)과 공통 라인(137)의 선폭 및 상기 게이트 라인(131)과 공통 라인(137) 사이의 공간의 선폭에 따라 변경될 수 있다. 또한, 상기 제 1 칼럼 스페이서(250)가 대응되는 부위에 상기 게이트 라인(131)과 공통 라인(137)의 들어온 정도는, 형성하고자 하는 제 1 칼럼 스페이서(250)의 크기에 따라 가능하다. 이 경우, 상기 게이트 라인(131)이나 공통 라인(137)이 들어간 부위의 선폭은 상기 게이트 라인(131)이나 공통 라인(137)의 저항을 크게 하지 않을 수준으로 일정 폭 이상의 선폭을 확보한다. 상기 게이트 라인(131)이나 공통 라인(137)이 일부 들어가더라도, 액정 표시 장치의 구동시 응답 속도를 저하시키지 않을 수준이어야 한다.

여기서, 상기 제 1, 제 2 칼럼 스페이서(250, 260)들은 제 1 기판(100) 상에 구비되어 있는 단차, 즉, 제 1 칼럼 스페이서(250)는 배선 및 반도체층 등이 형성되지 않는 부위에 대응되어 형성되며, 제 2 칼럼 스페이서(260)는 게이트 라인 상에 대응되어 형성된다.

한편 도 8에 도시된 평면도에 따르면 본 발명의 액정 표시 장치는 박막 트랜지스터가 'U'자형으로 도시되었으나, 이에 한정하지 않고 여러 가지 다른 형태로 변경 가능하다.

이하에서는, 본 발명의 박막 트랜지스터를 포함한 액정 표시 장치의 제조 방법에 대해 설명한다.

상기 제 1 기판(100) 상에 Mo, Al 또는 Cr 등과 같은 금속물질을 스퍼터링 방법으로 전면 증착한 다음 마스크(미도시)를 통해 패터닝하여 복수개의 게이트 라인(131) 및 상기 게이트 라인(131)에서 돌출되는 형상으로 게이트 전극(121a)을 형성하며, 상기 게이트 라인(131)과 평행하게 공통 라인(137)을 형성하고, 화소 영역 내에 상기 공통 라인(137)에서 분기된 공통 전극(127a)을 형성하고, 또한, 상기 게이트 라인(131)과 공통 라인(137) 사이의 영역의 이들과 이격된 제 1 패턴(150)을 형성한다.

여기서, 상기 공통 전극(127a)은 지그재그 형상이다. 그리고, 상기 게이트 라인(131)과 공통 라인(137)이 마주보는 변의 소정 부위가 더 들어가(이 부위가 더 얇은 선폭으로) 형성할 수 있다. 그리고, 상기 제 1 패턴(150)은 원형 또는 다각형으로 형성될 수 있으며, 제 2 기판(200)에 형성될 제 1 칼럼 스페이서(250)의 대응면보다 작은 면적을 갖도록 형성하며, 상기 공통 라인(137) 및 상기 게이트 라인(131)으로부터 전기적 저항을 유발하지 않을 정도로 이격하여 형성한다.

이어, 상기 게이트 라인(131)들을 포함한 제 1 기판(100) 상에 SiNx 등의 절연물질을 전면 증착하여 게이트 절연막(125)을 형성한다.

이어, 상기 게이트 절연막(125) 상에 상기 게이트 전극(121a)을 덮는 형상으로 반도체층(124)을 형성한다. 여기서 상기 반도체층(124)은 상기 게이트 절연막(125) 상에 비정질 실리콘(amorphous silicon)층, 인(P)이 고농도로 도핑된 n+층을 연속 증착한 다음 마스크(미도시)를 통해 상기 비정질 실리콘층, n+층을 동시에 패터닝하여 형성한다.

이어, Mo, Al 또는 Cr 등과 같은 금속물질을 스퍼터링 방법으로 전면 증착한 다음 마스크(미도시)를 이용하여 패터닝하여 데이터 라인(122) 및 상기 게이트 전극(121a) 양측에 소오스 전극(122a), 드레인 전극(122b)을 형성하고, 상기 제 1 패턴(150) 상에 상기 비정질 실리콘층, n+층의 적층체의 반도체층 패턴(124와 동일층)으로 이루어진 제 3 패턴(145a) 및 상기 제 3 패턴 상의 데이터 라인(122) 성분의 제 2 패턴(145b)을 형성한다.

여기서, 상기 소오스 전극(122a)은 상기 데이터 라인(122)에서 돌출되어 형성된 것이다. 이러한 금속 패터닝 공정에서, 상기 소오스 전극(122a), 드레인 전극(122b) 하부에 n+층까지 오버 에칭(over etching)이 이뤄지게 하여, 상기 n+층이 상기 게이트 전극(121a) 상부에서 제거되도록 한다. 따라서, 상기 비정질 실리콘층이 상기 게이트 전극(121a) 상부에서 노출되는 데, 그 노출 부위가 박막 트랜지스터(TFT)의 채널 영역으로 정의되는 영역이다. 여기서, 상기 비정질 실리콘층과, n+층으로 이루어진 것이 반도체층(124)이다.

이어, 상기 반도체층(124), 데이터 라인(122), 소스 전극(122a)과 드레인 전극(122b) 등이 형성된 게이트 절연막(125) 상에 화학 기상 증착(chemical vapor deposition : CVD) 방식을 통해 SiNx 재질의 보호막(passivation film, 126)을 전면 증착한다. 이러한 보호막(126)의 재료로는 주로 SiNx 등의 무기물질이 적용되었으며, 최근 액정 셀의 개구율을 향상시키기 위하여 BCB(BenzoCycloButene), SOG(Spin On Glass) 또는 Acryl 등의 유전율이 낮은 유기물질이 사용되고 있다.

이어, 마스크(미도시)를 통해 상기 드레인 전극(122b) 상의 보호막(126) 일부를 선택적으로 식각하여 드레인 전극(122b)의 일부를 노출시키는 콘택홀을 형성한다.

이어, 상기 보호막(126) 상에 상기 콘택홀을 충분히 매립하도록 투명 전극물질을 스퍼터링하여 증착한 다음, 마스크(미도시)를 통해 패터닝하여 화소 영역에 상기 공통 전극(127a)과 교번하는 형상의 화소 전극(123)을 형성한다. 이 때, 상기 화소 전극(123)은 상기 콘택홀을 통해 매립되어 상기 드레인 전극(122b)과 전기적 으로 연결되어 있다.

그리고, 상기 제 2 기판(200) 상에는 비화소 영역(게이트 라인, 데이터 라인, 박막 트랜지스터 영역)에 대응하여 블랙 매트릭스층(201)을 형성하고, 상기 화소 영역에 대응하여 컬러 필터층(202)을 형성하고, 상기 블랙 매트릭스층(201) 및 컬러 필터층(202)을 포함한 제 2 기판(200) 전면에 오버코트층(203)을 형성한다.

그리고, 상기 오버코트층(203) 전면에 광 경화성 수지를 도포한 후, 이를 선택적으로 제거하여 상기 제 1 기판(100)의 게이트 라인(131)과 공통 라인(137) 사이의 영역에 대응하여 제 1 높이의 제 1 칼럼 스페이서(250)를 형성하고, 상기 게이트 라인(131) 또는 공통 라인(137)의 소정 부위에 대응하여 제 2 높이의 제 2 칼럼 스페이서(260)를 형성한다.

이와 같이 형성한, 상기 제 1 칼럼 스페이서(250) 및 이에 대응되는 돌기(180)를 이용하여서는, 상기 제 1 기판(100) 또는 제 2기판(200)의 외측 표면을 일 방향으로 터치시 상기 돌기(180)와 상기 제 1 칼럼 스페이서(250)의 접촉 면적을 줄여 터치 불량을 방지할 수 있으며, 상기 제 1, 제 2 기판(100, 200) 사이의 셀 갭을 유지할 수 있다. 그리고, 상기 돌기(180)의 높이가 게이트 라인 및 데이터 라인의 두께를 합한 두께 이상으로 형성되기 때문에, 그 높이가 4000~9000Å로 형성 가능하여, 가압 공정을 이용한 리페어시 돌기의 주변부가 칼럼 스페이서가 닿게 됨으로 리페어 수율이 떨어지는 점을 막을 수 있다.

또한, 상기 제 2 칼럼 스페이서(260)를 이용하여서는 상기 제 1 기판(100)과의 사이의 일정 정도의 이격 공간 확보로 합착 후, 국부적인 가압이 일어났을 때, 해당 위치의 칼럼 스페이서들이 변형을 일으키지 않는 마진을 확보한다.

한편, 상기 제 1, 제 2 기판(100, 200)의 보호막(126) 혹은 화소 전극(123)과 같은 최상면에는 배향막을 더 형성할 수 있다.

또한, 도시된 본 발명의 액정 표시 장치에 있어서는, 횡전계형 모드의 구조를 도시하였으나, 스토리지 캐패시터의 형성을 위해 각 화소들을 지나도록 형성하는 공통 라인을 구비하는 TN(Twisted Nematic) 모드의 액정 표시 장치에 있어서도 상술한 돌기 및 칼럼 스페이서들의 구조는 적용 가능하다.

도 11은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 액정 표시 장치를 나타낸 단면도이다.

도 11과 같이, 본 발명의 제 2 실시예에 따른 액정 표시 장치는, 도 6에 도시된 본 발명의 제 1 실시예의 구조의 비하여, 상기 제 1 내지 제 3 패턴(150, 145a, 145b)과 함께, 상기 제 1 내지 제 3 패턴(150, 145b, 145a)의 형성 부위의 보호막(106) 상에, 화소 영역에 형성되는 투명 전극 성분의 화소 전극(도 8의 123)과 동일층이며 동일 물질의 제 4 패턴(170)을 포함하여 이루어진다.

그 밖의 구성은 도 6에서 설명한 구성과 동일하며, 그에 따라 동일 부호에 대한 설명은 생략한다.

이와 같은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 액정 표시 장치는, 제 1 내지 제 4패턴(150, 145b, 145a, 170)의 4층의 적층체로 이루어지며, 여기서, 상기 제 4 패턴의 두께는 약 600~1200Å에 해당한다.

이 경우, 상기 제 1 패턴(150)과 상기 제 3 패턴(145a) 사이의 층간에는 상기 게이트 절연막(105)이 개재하며, 상기 제 2 패턴(145b)과 상기 제 4 패턴(170) 사이의 층간에는 보호막(106)이 개재한다.

이와 같은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 액정 표시 장치는, 상술한 본 발명이 제 1 실시예에 비해 투명 전극 성분의 제 4 패턴(170)을 더 구비하여 상기 돌기(180)의 높이(h4)를 보다 높게 형성한 것으로, 리페어를 위한 가압시 상기 제 1, 제 2 기판(100, 200) 사이의 간격을 줄임에 더 용이할 수 있다.

도 12는 본 발명의 액정 표시 장치에 있어서, 칼럼 스페이서의 눌림 값과 합착 밀도의 관계를 나타낸 그래프이다.

도 12와 같이, 먼저, 제 1, 제 2 기판(100, 200)이 합착 후, 외부 압력의 인가되지 않는 기본 합착 상태에서는 기본 합착 밀도인 제 1 합착 밀도(ρ1)를 나타낸다.

상기 제 1, 제 2 기판(100, 200)의 표면을 점점 가압하여, 돌기(180)에 대응되는 상기 제 1 칼럼 스페이서(250)가 'H'(제 2 칼럼 스페이서와 보호막 표면과의 간격)나 혹은 h3(돌기의 높이)의 두께로 눌리기 전까지는, 칼럼 스페이서들이 제 1 기판면에 대하여 기본 합착 밀도를 유지하게 된다. 따라서, 본 발명의 액정 표시 장치에서는 기본 합착 밀도를 유지하는 한도에서, 가압에 따른 미충진을 해소하는 리페어가 용이하게 이루어질 수 있다. 즉, 본 발명의 액정 표시 장치의 액정 패널이 미충진 액정 패널인 경우, 리페어를 수행할 때, 상기 제 1, 제 2 기판(100, 200)의 표면을 가압시 가압에 대하여 선형적으로 상기 제 1, 제 2 기판(100, 200) 사이의 간격(높이)을 줄일 수 있어, 줄어든 제 1, 제 2 기판(100, 200) 사이의 간격에 따라 액정 패널 내부의 액정량이 상대적으로 적정량으로 판단될 수 있기 때문이다.

이러한 리페어 과정에서, 상기 압력에 의해 상기 돌기(180)에 대응되는 상기 제 1 칼럼 스페이서(250)의 부위는 눌려져, 상기 돌기(180)가 탄성력을 갖는 상기 제 1 칼럼 스페이서(250)의 중앙에 끼워지도록 상기 제 1 칼럼 스페이서(250)의 형상이 변형되는 소성 변형이 일어나며, 이러한 소성 변형에 따라 이후 가압이 풀려지더라도 상기 돌기(180)에 상기 제 1 칼럼 스페이서(250)가 끼워진 상태를 유지하게 되어 미충진을 해소하는 상기 제1, 제2 기판(100, 200) 사이의 간격(높이)이 유지된다.

또한, 리페어 처리가 이루어진 액정 패널에 있어서, 터치와 같은 약간의 압력에서는 상기 제 1 칼럼 스페이서(250)가 상기 돌기(180)에 의해 끼워진 소성 변형이 유지되어, 쉽게 터치로 인해 상기 제 1, 제 2 기판(100, 200)이 쉬프트되지 않게 되어 터치로 인한 표시 불량을 방지할 수 있다.

본 발명의 액정 표시 장치는, 가압이 점차 늘어나 상기 제 1 칼럼 스페이서(250)가 약 'H'만큼의 두께로 눌리게 되면 칼럼 스페이서들이 제 1 기판면에 대해 제 2 합착 밀도(ρ2)를 갖게 되고, 가압이 보다 늘어 상기 제 1 칼럼 스페이서(250)가 약 'h3'만큼 눌리게 되면 칼럼 스페이서들이 제 1 기판면에 대해 제 2 합착 밀도(ρ3)를 갖게 될 것이다.

본 발명의 액정 표시 장치는 상기 돌기의 높이인 'h3'를 주변부보다 높게하는 것에 특징이 있는 것으로, 이 경우, 상기 돌기의 높이(h3)를 제 2 칼럼 스페이서와 보호막 사이의 간격(H)에 상당하게 할 수도 있고, 혹은 그 전후로도 조절할 수 있다. 즉, 'H' 값이 'h3'보다 클 수도 있다. 가압 공정이 적용되는 리페어를 위하여는, 어느 경우이든 칼럼 스페이서의 합착 밀도가 기본 합착 밀도를 넘게 되는 순간의 칼럼 스페이서의 눌림 값( H 또는 h3)을 높게 하여, 미충진을 해소하는 리페어 공정에서 방해가 되는 요소를 방지하도록 한다.

한편, 이상에서 설명한 본 발명은 상술한 실시예 및 첨부된 도면에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것이 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.

상기와 같은 본 발명의 액정 표시 장치 및 이의 제조 방법은 다음과 같은 효과가 있다.

첫째, 적어도 돌기가 게이트 라인과 데이터 라인의 두께의 합 이상의, 약 4000Å 이상으로 높은 높이로 형성되기 때문에, 리페어에 따른 가압이 일어나 상기 돌기에 대응되는 제 1 칼럼 스페이서의 눌림이 일어난다 하더라도, 가압에 의해 상기 돌기의 주변부가 상기 제 1 칼럼 스페이서의 가장자리로부터 이격 상태를 유지할 수 있는 여지가 크다. 즉, 돌기의 높이에 상당하도록 상기 제 1, 제 2 기판 사 이의 간격을 줄일 수 있게 가압하지 않는 이상, 상기 제 1 칼럼 스페이서의 주변부가 리페어를 위한 가압 공정에서 돌기 주변부에 닿지 않게 된다. 이에 따라 본 발명의 액정 표시 장치의 구조에 있어서는, 리페어시 가압에 따라 저해하는 요소없이 미충진 불량을 해결할 수 있다.

둘째, 돌기를 포함하는 본 발명의 액정 표시 장치에서 있어서, 가압을 통한 리페어 과정에서, 상기 압력에 의해 상기 돌기에 대응되는 상기 제 1 칼럼 스페이서의 부위는 눌려져, 상기 돌기가 탄성력을 갖는 상기 제 1 칼럼 스페이서의 중앙에 끼워지도록 상기 제 1 칼럼 스페이서의 형상이 변형되는 소성 변형이 일어나며, 이러한 소성 변형에 따라 이후 가압이 풀려지더라도 상기 돌기에 상기 제 1 칼럼 스페이서가 끼워진 상태를 유지하게 되어 미충진을 해소하는 상기 제 1, 제 2 기판 사이의 간격(높이)이 유지된다.

셋째, 리페어 처리가 이루어진 액정 패널에 있어서, 터치와 같은 약간의 압력에서는 상기 제 1 칼럼 스페이서가 상기 돌기에 의해 끼워진 소성 변형으로 인해 쉽게 터치로 인해 상기 제 1, 제 2 기판이 쉬프트되지 않게 되어 터치로 인한 표시 불량을 방지할 수 있다.

넷째, 리페어 처리가 이루어진 액정 패널에 있어서, 국부적으로 소정 부위에 압력이 집중되는 경우, 칼럼 스페이서의 형상 방지를 위하여, 합착시에는 대향 기판과 이격 상태를 유지하고 있다가, 소정 압력 인가시에만 대향 기판과 닿게 되는 제 2의 칼럼 스페이서를 더 배치함으로써, 소정의 압력 인가시에는 처음의 갭 유지를 위한 제 1 칼럼 스페이서와 함께 제 2 칼럼 스페이서가 서로 보완하여 압력 유 지를 담당하여, 일부 칼럼 스페이서에 압력이 집중되어 발생할 수 있는 국부적인 셀 갭 불량을 방지할 수 있다.

Claims (23)

1. 서로 대향된 제 1 기판 및 제 2 기판;

   상기 제 1 기판 상에 서로 교차하여 화소 영역을 정의하는 게이트 라인 및 데이터 라인;

   상기 게이트 라인과 소정 간격 이격하며, 평행한 방향으로 형성된 공통 라인;

   상기 게이트 라인과 동일층의 제 1 패턴 및 상기 데이터 라인과 동일층의 제 2 패턴의 적층체로 이루어진 돌기;

   상기 화소 영역에 형성된 화소 전극;

   상기 돌기가 그 일부분에 대응되어 상기 제 2 기판 상에 형성된 제 1 칼럼 스페이서; 및

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

   상기 돌기는 상기 게이트 라인과 공통 라인 사이의 영역에 형성된 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
3. 제 1항에 있어서,

   상기 돌기는 상기 제 1 칼럼 스페이서의 중심에 대응되어 형성된 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
4. 제 3항에 있어서,

   상기 제 1 기판 상의 상기 돌기의 주변부는 상기 돌기의 두께에 해당하는 단차만큼 상기 돌기보다 낮은 높이로 형성되는 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
5. 제 4항에 있어서,

   상기 돌기는 상기 제 1 칼럼 스페이서의 중앙부에 대응되고, 상기 돌기 주변부에는 상기 제 1 칼럼 스페이서의 가장 자리가 대응되는 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
6. 제 1항에 있어서,

   상기 돌기는 4000~9000Å의 두께로 형성되는 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
7. 제 6항에 있어서,

   상기 돌기는 5500~8000Å의 두께로 형성되는 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
8. 제 1항에 있어서,

   상기 게이트 라인과 데이터 라인의 교차부에,

   상기 게이트 라인으로부터 돌출된 게이트 전극, 상기 데이터 라인으로부터 돌출된 소오스 전극 및 상기 소오스 전극과 이격된 드레인 전극, 상기 게이트 전극과 상기 소오스/드레인 전극의 사이의 층간에 형성된 반도체층으로 이루어진 박막 트랜지스터를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
9. 제 8항에 있어서,

   상기 돌기는

   상기 제 1 패턴과 제 2 패턴 사이에 상기 반도체층과 동일층의 제 3 패턴을 더 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
10. 제 9항에 있어서,

    상기 돌기의 제 1 내지 제 3 패턴은 그 중심이 일치하는 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
11. 제 9항에 있어서,

    상기 돌기는 상기 제 2 패턴 상측에 상기 화소 전극과 동일층에 형성되는 제 4 패턴을 더 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
12. 제 1항에 있어서,

    상기 제 1 기판과 제 2 기판간의 합착시, 상기 제 1 기판과 이격되는 제 2 칼럼 스페이서가 더 형성된 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
13. 제 1 기판 및 제 2 기판을 준비하는 단계;

    상기 제 1 기판 상에 소정 간격 이격된 게이트 라인 및 공통 라인을 형성하는 단계;

    상기 게이트 라인 교차하여 화소 영역을 정의하는 데이터 라인을 형성하는 단계;

    상기 게이트 라인과 동일층의 제 1 패턴 및 상기 데이터 라인과 동일층의 제 2 패턴의 적층체로 이루어진 돌기를 형성하는 단계;

    상기 게이트 라인과 데이터 라인의 교차부에, 박막 트랜지스터를 형성하는 단계;

    상기 화소 영역에 화소 전극을 형성하는 단계;

    상기 제 2 기판 상의 상기 돌기에 대응되는 부위에 제 1 칼럼 스페이서를 형성하는 단계; 및

    상기 제 1, 제 2 기판 사이에 충진된 액정층을 형성하는 단계를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치의 제조 방법.
14. 제 13항에 있어서,

    상기 돌기는 상기 게이트 라인과 공통 라인 사이의 영역에 대응하여 형성하는 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
15. 제 13항에 있어서,

    상기 돌기는 상기 제 1 칼럼 스페이서의 중심에 대응되어 형성하는 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치의 제조 방법.
16. 제 15항에 있어서,

    상기 제 1 기판 상의 상기 돌기의 주변부는 상기 돌기의 두께에 해당하는 단차만큼 상기 돌기보다 낮은 높이로 형성하는 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치의 제조 방법.
17. 제 13항에 있어서,

    상기 돌기는 4000~9000Å의 두께로 형성하는 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치의 제조 방법.
18. 제 17항에 있어서,

    상기 돌기는 5500~8000Å의 두께로 형성되는 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치의 제조 방법.
19. 제 13항에 있어서,

    상기 박막 트랜지스터를 형성하는 단계는,

    상기 게이트 라인으로부터 돌출된 게이트 전극을 형성하는 단계;

    상기 게이트 전극의 상부에 반도체층을 형성하는 단계; 및

    상기 데이터 라인으로부터 돌출된 소오스 전극 및 상기 소오스 전극과 이격된 드레인 전극을 형성하는 단계를 통해 이루어지는 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치의 제조 방법.
20. 제 19항에 있어서,

    상기 돌기는 형성하는 단계는,

    상기 제 1 패턴과 제 2 패턴 사이에 상기 반도체층과 동일층의 제 3 패턴을 더 형성하는 단계를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치의 제조 방법.
21. 제 20항에 있어서,

    상기 돌기의 제 1 내지 제 3 패턴은 그 중심이 일치하는 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치의 제조 방법.
22. 제 21항에 있어서,

    상기 돌기는 상기 제 2 패턴 상측에, 상기 화소 전극과 동일층에 제 4 패턴 을 형성하는 단계를 더 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치의 제조 방법.
23. 제 13항에 있어서,

    상기 제 1 기판과 제 2 기판간의 합착시, 상기 제 1 기판과 이격되는 제 2 칼럼 스페이서를 더 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치의 제조 방법.

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