KR20080081674A - 액정 표시 장치 및 이의 제조 방법 - Google Patents

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KR20080081674A KR1020070022018A KR20070022018A KR20080081674A KR 20080081674 A KR20080081674 A KR 20080081674A KR 1020070022018 A KR1020070022018 A KR 1020070022018A KR 20070022018 A KR20070022018 A KR 20070022018A KR 20080081674 A KR20080081674 A KR 20080081674A
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박승호
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Abstract

본 발명은 편광판 외측에 보상 필름의 부착 공정을 일부 생략함과 아울러 빛샘 현상을 줄이며, 가압시 칼럼 스페이서 대응 부위의 셀갭이 줄어드는 문제점을 해결할 수 있는 액정 표시 장치 및 그 제조 방법에 관한 것으로, 본 발명의 액정 표시 장치는 서로 대향된 제 1 기판 및 제 2 기판과, 상기 제 1 기판 상에 형성된 컬러 필터 어레이와, 상기 컬러 필터 어레이를 포함한 상기 제 1 기판 전면에 형성되며, 그 상부면이 평탄한 광학 보상 평탄화층과, 상기 광학 보상 평탄화층 상부에 형성된 박막 트랜지스터 어레이와, 상기 제 2 기판 상에 형성된 복수개의 칼럼 스페이서 및 상기 제 1 기판과 제 2 기판 사이에 형성된 액정층을 포함하여 이루어짐을 특징으로 한다.
C-플레이트(C-plate), 오버코트층, C-오버코트층, 칼럼 스페이서, 컬러 필터 어레이

Description

액정 표시 장치 및 이의 제조 방법{Liquid Crystal Display Device and Method for Manufacturing the Same}
도 1은 종래의 보상 필름을 포함한 액정 표시 장치를 나타낸 개략 단면도
도 2a 및 도 2b는 패널 내에 보상 필름을 포함한 액정 표시 장치의 가압 전후의 셀 갭 변화를 나타낸 개략 단면도
도 3은 본 발명의 액정 표시 장치를 나타낸 평면도
도 4는 도 3의 I~I', Ⅱ~Ⅱ' 선상의 구조 단면도
도 5는 본 발명의 액정 표시 장치의 광학 보상 필름의 기능을 나타낸 포앙카레 좌표도
*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*
400 : 제 2 기판 408 : 제 1 칼럼 스페이서
410 : 제 2 칼럼 스페이서 500 : 제 1 기판
501 : 블랙 매트릭스층 502a, 502b : 컬러 필터층
503 : 광학 보상 평탄화층 504 : 게이트 절연막
505 : 보호막 511 : 게이트 라인
511a : 게이트 전극 512 : 데이터 라인
512a : 소오스 전극 512b : 드레인 전극
513 : 화소 전극 513a : 스토리지 전극
514 : 반도체층 515 : 공통 전극
515a : 공통 라인
본 발명은 액정 표시 장치에 관한 것으로 특히, 편광판 외측에 보상 필름의 부착 공정을 일부 생략함과 아울러 빛샘 현상을 줄이며, 가압시 칼럼 스페이서 대응 부위의 셀갭이 줄어드는 문제점을 해결할 수 있는 액정 표시 장치 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
일반적으로 액정 표시 장치는 전계를 이용하여 액정의 광투과율을 조절함으로써 화상을 표시하게 된다. 이러한 액정표시장치는 액정을 구동시키는 전계의 방향에 따라 수직 전계 인가형과 수평 전계 인가형으로 대별된다.
수직 전계 인가형 액정 표시 장치는 상하부 기판에 대향하게 배치된 화소 전극과 공통 전극 사이에 형성되는 수직 전계에 의해 액정을 구동하게 된다. 이러한 수직 전계 인가형 액정 표시 장치는 개구율이 큰 장점을 가지는 반면 시야각이 90°정도로 좁은 단점을 가진다.
수평 전계 인가(IPS: In-Plane Switching)형 액정 표시 장치는 하부 기판에 나란하게 배치된 화소 전극과 공통 전극간의 수평 전계에 의해 액정을 구동하게 되는 것으로, TN(Twisted Nematic) 모드와 같은 수직 전계 인가형에서의 협시야각 문 제를 해소한 구조이다. 이러한 수평 전계 인가형 액정 표시 장치에 대하여 상세히 살펴보기로 한다.
수평 전계 인가형 액정 표시 장치는 서로 대향하여 합착된 박막 트랜지스터 기판(하부 기판) 및 컬러 필터 기판(상부 기판)과, 두 기판 사이의 간격을 일정하게 유지시키기 위한 스페이서와, 그 사이의 공간에 채워진 액정을 구비한다.
여기서, 상기 박막 트랜지스터 기판은 화소 단위의 수평 전계 형성을 위한 다수의 신호 배선들 및 박막 트랜지스터와, 그들 위에 액정 배향을 위해 도포된 배향막으로 구성된다. 컬러 필터 기판은 색구현을 위한 컬러 필터 및 빛샘 방지를 위한 블랙 매트릭스와, 그들 위에 액정 배향을 위해 도포된 배향막으로 구성된다.
이러한 수평 전계 인가형 액정 표시 장치는 전압 오프(off)시 각 배향막의 배향 방향으로 액정 배향이 이루어지며, 전압 인가시 화소 전극과 공통 전극간의 수평 전계에 의해 액정의 배향이 이루어진다. 전압 인가의 경우, 액정의 유전 이방성이 양인지 음인지에 따라 상기 수평 전계 방향 또는 이에 법선 방향으로 액정이 회전하게 된다. 그리고, 전압 인가시 액정 분자들의 회전 정도에 따라 화소 영역을 투과하는 광투과율이 달라지게 됨으로써 원하는 계조를 구현하게 된다.
이러한 수평 전계 인가형 액정 표시 장치에 있어서, 박막 트랜지스터 기판의 배면에 위치한 하부 편광판과 컬러 필터 기판의 배면에 위치한 상부 편광판은 광투과축이 서로 직교하도록 배치된다.
한편, 이러한 수평 전계 인가형 액정표시장치를 통해 블랙을 구현하는 경우, 하부 편광판에 의해 선편광된 광이 상부 편광판에 충분히 흡수되지 않아 액정 표시 장치의 정면에서 벗어난 위치, 즉, 측면에서 볼 경우 광의 양과 색특성이 정면에서 볼 경우와 달라지는 빛샘 현상이 나타난다. 특히, 대각 방향의 시야각(약 ±70°전후일 때)에서 광투과율이 높아 빛샘이 가장 많이 발생하게 된다. 이는 상부 및 하부 편광판이 광투과축을 가지는 편광자를 사이에 두고 광흡수축을 가지는 보호층이 적층된 구조를 가지는데, 이 보호층이 일정한 지연 값을 갖는 일축성 성질을 가지고 있어 상부 편광판의 편광 방향을 변형시키기 때문이다.
한편, 이 빛샘 현상은 수평 전계 인가형 액정 표시 장치뿐만 아니라 마찬가지로 편광판을 사용하는 수직 전계 인가형 액정 표시 장치에서도 발생할 수 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 이러한 대각 방향에서의 시야각 빛샘을 방지하기 위해 보상 필름을 이용하는 종래의 액정 표시 장치를 설명하면 다음과 같다.
도 1은 종래의 보상 필름을 포함한 액정 표시 장치를 나타낸 개략 단면도이다.
도 1과 같이, 종래의 액정 표시 장치는 서로 대향된 제 1 기판(10) 및 제 2 기판(20)과, 상기 제 1, 제 2 기판(10, 20) 사이에 충진된 액정층(30)과, 상기 제 1 기판(10)과 제 2 기판(20) 배면에 각각 위치한 제 1, 제 2 편광판(60, 50)과, 상기 제 1 기판(10) 배면 외측과 상기 제 1 편광판(60)과의 사이에 제 1 보상 필름(40) 및 제 2 보상 필름(55)이 차례로 형성되어 이루어져 있다.
이러한 구조는 빛샘 방지를 위해 소정의 위상 지연 값을 갖는 액정 표시 장치의 제 1 기판(10) 내외에 제 1, 제 2 보상 필름(40, 55)을 구비한 것으로, 이를 통해 대각 방향의 빛샘을 방지하고자 한다.
예를 들어, 제 1 보상 필름(40)은 C-플레이트(nx≒ny≠nz , 광축이 상하 방향)이며, 상기 제 2 보상 필름(55)은 A-플레이트 (nx≠ny≒nz , 광축이 수평 방향)로 할 수 있다. 이러한 제 1, 제 2 보상 필름(40, 55)은 일축 광학 이방성을 갖는 보상 필름으로서, 그 위상차를 정밀 연신 등의 이차적인 필름 가공을 통해 제어 가능하다.
그러나, 이와 같이, 보상 필름을 액정 패널의 외부에 부착하여 시야각을 개선하는 방법은 별도의 필름 부착 공정을 진행하여야 하며, 또한, 각 필름별 비용 부담이 있는 것으로, 공정이 번거롭고 비용 부담이 크다. 따라서, 이러한 액정 패널 외부에 부착하는 방법을 개선하고자 하는 노력이 제기되고 있다.
상기와 같은 종래의 보상 필름을 액정 패널 외측에 포함한 액정 표시 장치는 다음과 같은 문제점이 있다.
이와 같이, 종래의 액정 표시 장치에 있어서, 시야각 빛샘을 해결하기 위하여는 액정 패널에 별도의 보상 필름 부착 공정을 요구하기 때문에, 공정의 시간 및 비용 부담이 크다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로 편광판 외측에 보상 필름의 부착 공정을 일부 생략함과 아울러 빛샘 현상을 줄이며, 가압시 칼럼 스페이서 대응 부위의 셀갭이 줄어드는 문제점을 해결할 수 있는 액정 표시 장치 및 그 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 형성된 컬러 필터 어레이와, 상기 컬러 필터 어레이를 포함한 상기 제 1 기판 전면에 형성되며, 그 상부면이 평탄한 광학 보상 평탄화층과, 상기 광학 보상 평탄화층 상부에 형성된 박막 트랜지스터 어레이와, 상기 제 2 기판 상에 형성된 복수개의 칼럼 스페이서 및 상기 제 1 기판과 제 2 기판 사이에 형성된 액정층을 포함하여 이루어진 것에 그 특징이 있다.
상기 복수개의 칼럼 스페이서는 상기 제 1 기판 상의 박막 트랜지스터 어레이의 표면과 접하는 제 1 칼럼 스페이서와, 상기 박막 트랜지스터 어레이와 이격하는 제 2 칼럼 스페이서를 포함하여 이루어진다.
상기 컬러 필터 어레이는 블랙 매트릭스층과 컬러 필터층을 포함하여 이루어진다. 이 때, 상기 칼럼 스페이서는 블랙 매트릭스층에 대응되어 형성된다.
상기 박막 트랜지스터 어레이는 서로 교차하여 화소 영역을 정의하는 게이트 라인 및 데이터 라인과, 상기 게이트 라인과 데이터 라인의 교차부에 형성된 박막 트랜지스터 및 상기 화소 영역에 형성된 화소 전극을 포함하여 이루어진다.
상기 화소 전극과 서로 교번되는 공통 전극을 더 포함한다.
상기 박막 트랜지스터 어레이는 게이트 라인과 데이터 라인 사이의 층간에 제 1 절연막과, 상기 데이터 라인과 화소 전극간의 층간에 제 2 절연막을 더 포함한다.
여기서, 상기 광학 보상 평탄화층은 반응성 메소겐을 포함하여 이루어진다. 이러한 상기 광학 보상 평탄화층은 상기 제 1 기판면에 대하여 수직하는 방향의 광축을 갖고, 각각 X축, Y축, Z축의 각 방향의 굴절률이 nx≒ny≠nz이다.
그리고, 상기 제 1 기판 또는 상기 제 2 기판 배면에 광학 보상 필름을 더 포함할 수 있으며, 상기 광학 보상 필름은 상기 제 1 기판면에 수평한 광축을 갖고, 각각 X축, Y축, Z축의 굴절률이 nx≠ny≒nz, 이다.
또한, 동일한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 액정 표시 장치는 각각 일정 간격으로 이격된 화소 영역들이 정의되어, 서로 대향된 제 1 기판 및 제 2 기판과, 상기 제 1 기판 상에 화소 영역을 제외한 영역에 대응되어 형성된 블랙 매트릭스층과, 상기 적어도 화소 영역에 대응되어 형성된 컬러 필터층과, 상기 블랙 매트릭스층 및 컬러 필터층을 포함한 상기 제 1 기판 상부 전면에 표면이 평탄화되어 형성된 광학 보상 평탄화층과, 상기 광학 보상 평탄화층 상부에 서로 교차하여 상기 화소 영역들을 정의하도록 형성된 게이트 라인 및 데이터 라인과, 상기 게이트 라인과 데이터 라인의 교차부에 대응되어 상기 광학 보상 평탄화층 상부에 형성된 박막 트랜지스터와, 상기 박막 트랜지스터와 전기적으로 연결되어 상기 광학 보상 평탄화층 상부의 화소 영역에 대응되어 서로 교번하여 형성된 화소 전극 및 공통 전극과, 상기 블랙 매트릭스층에 대응되어, 상기 제 2 기판 상에 형성된 칼럼 스페이서 및 상기 제 1, 제 2 기판 사이에 충진된 액정층을 포함하여 이루어짐에 또 다른 특징이 있다.
또한, 동일한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 액정 표시 장치의 제조 방법 은 각각 일정 간격을 화소 영역들을 구비한 제 1 기판 및 제 2 기판을 준비하는 단계와, 상기 제 1 기판 상에 화소 영역을 제외한 영역에 대응되어 블랙 매트릭스층을 형성하는 단계와, 상기 적어도 화소 영역에 대응되어 상기 제 1 기판 상에 컬러 필터층을 형성하는 단계와, 상기 블랙 매트릭스층 및 컬러 필터층을 포함한 상기 제 1 기판 상부 전면에 표면이 평탄한 광학 보상 평탄화층을 형성하는 단계와, 상기 광학 보상 평탄화층 상부에 일 방향으로 서로 이격된 복수개의 게이트 라인 및 각각의 게이트 라인으로부터 돌출된 게이트 전극을 형성하는 단계와, 상기 게이트 전극 상부에 반도체층을 형성하는 단계와, 상기 반도체층 양측에 소오스 전극과 드레인 전극을 형성하고, 상기 소오스 전극과 일체형이며, 상기 게이트 라인들에 교차하여 각 교차부에 화소 영역을 정의하는 복수개의 데이터 라인을 형성하는 단계와, 상기 드레인 전극과 전기적으로 연결되도록 상기 광학 보상 평탄화층 상부의 화소 영역에 대응되어 서로 교번하는 화소 전극 및 공통 전극을 형성하는 단계와, 상기 블랙 매트릭스층에 대응되는, 상기 제 2 기판 상에 칼럼 스페이서를 형성하는 단계 및 상기 제 1, 제 2 기판 사이에 액정층을 충진하는 단계를 포함하여 이루어진 것에 또 다른 특징이 있다.
한편, 종래의 액정 표시 장치에 있어서, 빛샘을 방지하기 위해 보상 필름을 액정 패널 외부에 형성시, 별도의 보상 필름의 형성과 부착 공정에 들어가는 비용 및 공정을 간소화하기 위해 보상 필름을 액정 패널 내에 포함하는 구조가 제안되었다.
도 2a 및 도 2b는 패널 내에 보상 필름을 포함한 액정 표시 장치의 가압 전 후의 셀 갭 변화를 나타낸 개략 단면도이다.
도 2a와 같이, 패널 내에 보상 필름을 포함한 액정 표시 장치는, 서로 대향된 제 1 기판(100) 및 제 2 기판(200)과, 상기 제 1, 제 2 기판(100, 200) 사이의 간격을 유지하는 칼럼 스페이서(250)와, 상기 칼럼 스페이서(250)에 의해 지지되는 상기 제 1, 제 2 기판(100, 200) 사이에 충진된 액정층(300)을 포함하여 이루어진다.
여기서, 상기 제 2 기판(200) 상에는 블랙 매트릭스층(201) 및 컬러 필터층(202)이 형성되며, 상기 블랙 매트릭스층(201) 및 컬러 필터층(202)을 포함한 상기 제 2 기판(200) 상부 전면에 빛샘 방지를 위한 C-플레이트(203)가 더 형성된다. 이 때, 상기 C-플레이트(203)는 오버코트층 기능을 겸용하여 갖는 것으로, 상기 블랙 매트릭스층(201)과 상기 컬러 필터층(202)이 형성된 표면을 평탄화하게 된다. 그리고, 상기 칼럼 스페이서(250)는 상기 제 2 기판(200) 상에 형성된 블랙 매트릭스층(201)의 상부 소정 부위에 대응하여 위치한다.
그리고, 상기 제 1 기판(100) 상에는 게이트 절연막(105) 및 보호막(106) 등이 더 형성되며, 상기 보호막(106) 상부가 상기 칼럼 스페이서(250)와 대향된다.
이러한 보상 필름을 액정 패널 내측(제 2 기판 내측)에 포함하는 액정 표시 장치는 상기 칼럼 스페이서(250)의 형성 높이에 비례하여 상기 액정층(300)이 제 1 높이(h1)를 갖게 된다.
이러한 C-플레이트(203)는 상대적으로 상기 칼럼 스페이서(250)에 비해 약한 경도를 갖는다.
도 2b와 같이, 액정 표시 장치에, 국부적인 눌림이 일어날 경우, 상대적으로 칼럼 스페이서(250)에 비해 경도가 낮은 C-플레이트(203a)의 눌림이 발생된다. 따라서, 실제적으로 제 1, 제 2 기판(100, 200) 사이를 지지하고 있는 상기 칼럼 스페이서(250)가 닿은 C-플레이트(203a) 부위에서 두께 변화가 발생하고, 상대적으로 타 부위에 비해 눌림이 일어나, 결과적으로 상기 눌림이 일어난 칼럼 스페이서(250) 부근의 액정층(300)의 두께가 제 2 높이(h2)로 변화를 일으키게 된다.
이와 같이, 가압에 의해 칼럼 스페이서(250)에 대응되는 C-플레이트(203a)가 눌려 소성 변형이 발생하여, 눌림 상태가 지속되면, 상대적으로 타 부위와의 액정층의 두께차(셀갭차)에 의해 광경로가 상이하게 되고, 이에 의해 눌림 얼룩이 발생된다.
여기서, 상기 칼럼 스페이서(250) 부근에 눌림 얼룩이 발생하는 이유는, 액정으로 채워진 주변에 비해 상대적으로 작은 면적을 갖는 칼럼 스페이서(250)가 집중적으로 눌려진 압력을 담당하기 때문에, 상대적으로 경도가 낮은, 칼럼 스페이서(250)에 대응되는 C-플레이트(203a)의 부위에서 눌림이 발생한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여, 위의 액정 패널 내부에 보상 필름을 포함한 구조의 눌림 얼룩 문제를 해결한 본 발명의 액정 표시 장치 및 이의 제조 방법에 대하여 설명한다.
도 3은 본 발명의 액정 표시 장치를 나타낸 평면도이며, 도 4는 도 3의 I~I' 선상 및 Ⅱ~Ⅱ' 선상을 나타내는 단면도이다.
도 3 및 도 4와 같이, 본 발명의 액정 표시 장치는, 서로 대향된 제 1 기 판(500) 및 제 2 기판(400)과, 상기 제 1 기판(500) 상에 블랙 매트릭스층(501)과, 컬러 필터층(502a, 502b)을 포함하여 이루어진 컬러 필터 어레이와, 상기 컬러 필터 어레이를 포함한 상기 제 1 기판(500) 전면에 형성되며, 그 상부면이 평탄한 광학 보상 평탄화층(503)과, 상기 광학 보상 평탄화층(503) 상부에 게이트 라인(511), 데이터 라인(512), 박막 트랜지스터(TFT) 및 화소 전극(513)을 포함하여 이루어지는 박막 트랜지스터 어레이와, 상기 제 2 기판(400) 상에 형성된 복수개의 칼럼 스페이서(408, 410) 및 상기 제 1 기판(500)과 제 2 기판(400) 사이에 형성된 액정층(600)을 포함하여 이루어진다.
상기 제 1 기판(500)은 일정 간격으로 이격된 복수개의 화소 영역을 구비하며, 상기 게이트 라인(511) 및 데이터 라인(512)이 서로 교차하여 상기 화소 영역을 정의하게 된다.
상기 컬러 필터 어레이의 상기 블랙 매트릭스층(501)은 상기 제 1 기판(500) 상의 화소 영역을 제외한 영역에 빛샘을 방지하는 용도로 형성되며, 상기 컬러 필터층(502a, 502b)은 적어도 화소 영역에 대응되어 형성된다. 이 경우, 상기 컬러 필터층은 각 화소 영역들에 적색, 녹색, 청색의 컬러 필터가 순차적으로 배치되거나 혹은 적색, 녹색, 청색 및 백색의 컬러 필터가 순차적으로 배치될 수 있다. 혹은 그 밖의 색상의 컬러 필터가 조합되어 형성될 수도 있다.
상기 광학 보상 평탄화층(503)은 상기 블랙 매트릭스층(501)과 상기 컬러 필터층(502a, 502b)의 표면이 갖는 단차가 나타나지 않게 그 상부 표면이 평탄하게, 충분한 두께로 형성된다. 그리고, 이러한 상기 광학 보상 평탄화층(503)은 C-플레 이트(nx≒ny≠nz , 광축이 상하 방향) 기능과 오버코트층의 기능을 동시에 갖는 것으로, 반응성 메소겐(RM : reactive mesogen) 물질로 이루어진다. 이러한 반응성 메소겐으로 이루어지는 상기 광학 보상 평탄화층(503)은, 일종의 지연 값을 가져, 복굴절 매질로 이용되고, 상기 제 1 기판(500) 또는 상기 제 2 기판(400)의 외측 또는 내측에 형성되는 A-플레이트와 함께 제 1 기판(500)의 하부의 백라이트에서 전달되는 광을 적절히 지연시켜 대각 방향에서의 빛샘을 방지하는 기능을 한다. 여기서, 상기 광학 보상 평탄화층(503)의 그 기능성(C-플레이트와 오버코트층)의 측면으로 C-오버코트층이라고도 한다.
상기 광학 보상 평탄화층(503)에 형성되는 상기 박막 트랜지스터 어레이는 서로 교차하여 화소 영역을 정의하는 게이트 라인(511) 및 데이터 라인(512)과, 상기 게이트 라인(511)과 데이터 라인(512)의 교차부에 형성되는 박막 트랜지스터(TFT)와, 상기 화소 영역에 서로 교번되어 형성되는 공통 전극(515) 및 화소 전극(513)을 포함하여 이루어진다. 그리고, 상기 공통 전극(515)과 연결되어 상기 게이트 라인(511)과 평행한 방향으로 공통 라인(515a)이 형성된다.
여기서, 상기 공통 전극(515)은 도시된 바와 같이, 상기 게이트 라인(511)과 동일층에 형성될 수도 있으며, 경우에 따라 상기 화소 전극(513)과 동일층에, 동일한 투명 전극 성분으로 서로 교번하여 형성될 수도 있다.
여기서, 상기 박막 트랜지스터(TFT)는 상기 게이트 라인(511)으로부터 돌출되어 형성되는 게이트 전극(511a)과, 상기 데이터 라인(512)으로부터 돌출되어 형 성되는 소오스 전극(512a)과 상기 소오스 전극(512a)과 이격되며 동일층에 형성된 드레인 전극(512b) 및 상기 게이트 전극(511a)과 소오스 전극(512a)/드레인 전극(512b)의 층간 사이에 형성된 반도체층(514)을 포함하여 이루어진다. 도시된 도면에서는, 상기 반도체층(514)이 비정질 실리콘층과 불순물층(n+층)의 적층체로 이루어지며, 상기 불순물층이 채널부에서 제거된 형태로 도시되어 있다. 이러한 비정질 실리콘층을 포함하는 구조 외로, 폴리 실리콘층으로 반도체층을 형성할 수 있다. 이 경우에는 상기 폴리 실리콘층의 양측, 즉, 소오스/드레인 전극(512a, 512b)이 접하는 폴리 실리콘층의 반도체층 부위에 불순물 도핑이 이루어져 형성될 수 있다.
상기 게이트 라인(511), 상기 게이트 전극(511a) 및 상기 공통 라인(515a) 및 공통 전극(515)은 상기 광학 보상 평탄화층(503)에 접하여 형성되며, 상기 게이트 라인(511)과 상기 게이트 전극(511a)을 포함한 상기 광학 보상 평탄화층(503) 전면에는 게이트 절연막(504)이 형성되고, 상기 게이트 전극(511a)의 상부에 대응되는 상기 게이트 절연막(504) 상에는 반도체층(514)이 형성되고, 상기 반도체층(514)의 상부 양측에는 소오스 전극(512a)과 드레인 전극(512b)이 형성된다. 또한, 상기 소오스 전극(512a)과 연결되며 동일층에 상기 게이트 라인(511)과 교차하는 방향의 데이터 라인(512)이 형성되고, 상기 반도체층(514)과, 소오스 전극(512a)과, 드레인 전극(512b) 및 데이터 라인(512)을 포함한 상기 게이트 절연막(504) 전면에 보호막(505)이 형성되며, 상기 보호막(505) 상부의 상기 화소 영역에는 상기 공통 전극(515)과 교번하는 형상의 화소 전극(513)이 형성된다. 한편, 상기 보호막(505) 중 상기 드레인 전극(512b) 상부 소정 부위에 대응되어 보호막 홀이 형성되며, 상기 보호막 홀을 통해 상기 화소 전극(513)이 상기 드레인 전극(512b)과 전기적으로 연결된다.
한편, 도시되어 있지는 않지만, 상기 박막 트랜지스터 어레이의 최상부면이 보호막(505)과 화소 전극(513) 상부에는, 전압 인가 전 액정의 초기 배향을 위하여, 전면 제 1 배향막(미도시)이 형성될 수 있다.
그리고, 상기 제 2 기판(400) 상에는 상기 화소 영역을 제외한 영역(비화소 영역) 중 제 1 기판(500) 상의 단차가 높은 부분에 대응되어 제 1 칼럼 스페이서(408)가 형성되고, 상대적으로 단차가 낮은 부분에 대응되어 제 2 칼럼 스페이서(410)가 형성된다.
도시된 도면에서는 상기 제 1 칼럼 스페이서(408)가 상기 박막 트랜지스터(TFT)의 채널 부위에 대응되어 형성된 모습을 도시하였으며, 상기 제 2 칼럼 스페이서(410)는 상기 게이트 라인(511)의 소정 부위에 대응되어 형성된다. 이 경우, 상기 제 1, 제 2 칼럼 스페이서(408, 410)는 서로 동일 높이로 형성되는 것으로, 상대적으로 상기 제 1 칼럼 스페이서(408)와 상기 제 2 칼럼 스페이서(410)는 서로 상기 보호막(505)의 표면 높이가 상이한 영역에 형성되는 것으로, 상대적으로 단차가 높은 부위에 대응되는 제 1 칼럼 스페이서(408)는 상기 보호막(505)과 접하고, 상대적으로 단차가 낮은 부위에 대응되는 제 2 칼럼 스페이서(410)는 상기 보호막(505)과 소정 간격을 갖고 이격된다.
여기서, 상기 보호막(505) 상부에는 제 1 배향막(미도시)과, 상기 제 2 기 판(400) 전면에 제 2 배향막(미도시)이 형성될 수 있는 것으로, 이러한 배향막 형성시, 상기 제 2 배향막은 상기 제 1, 제 2 칼럼 스페이서(408, 410)를 포함한 상기 제 2 기판(400) 표면에 형성된다.
그리고, 상기 제 1 배향막은 상기 화소 전극(513)을 포함한 상기 보호막(505) 전면에 형성된다. 한편, 상기 화소 전극과 공통 전극이 동일층의 투명 전극으로 이루어질 경우, 상기 제 1 배향막은 상기 화소 전극과 공통 전극을 덮는 형상으로 형성된다.
여기서, 상기 제 1 기판(500) 상의 제 1 배향막과 닿는 제 1 칼럼 스페이서(408)는 제 1, 제 2 기판(500, 400) 사이의 액정층(600)의 셀 갭을 지지하는 기능을 하며, 상기 제 1 배향막과 이격되는 상기 제 2 칼럼 스페이서(410)는 소정의 눌림 압력이 제 1 기판(500) 또는 제 2 기판(400) 면에 인가되었을 경우, 제 1 칼럼 스페이서(408)과 함께 압력을 분담시켜 제 1 칼럼 스페이서(408)에 압력이 집중되어 소성 변형이 일어나 눌림 얼룩이 발생됨을 방지하는 기능을 한다.
그리고, 상기 C-플레이트 기능을 갖는 광학 보상 평탄화층(503)은 경도가 상대적으로 상기 제 1 칼럼 스페이서(408)에 비해 낮지만, 상기 제 1 칼럼 스페이서(408)는 직접적으로 제 1 배향막 또는 보호막과 접하기 때문에, 상기 광학 보상 평탄화층(503)에 직접적인 눌림이 발생됨을 막을 수 있다. 예를 들어, 상기 제1 배향막은 소성 처리가 이루어진 것으로, 표면이 굳혀진 특성을 갖고, 상기 보호막은 질화막 또는 산화막의 무기막이거나 혹은 포토 아크릴 등의 유기막과 그 상부에 무기막이 적층된 구조로, 상대적으로 상기 제 1 칼럼 스페이서(408)에 비해 경도가 높은 물질들이다. 따라서, 상기 제 1 칼럼 스페이서(408)와 비교하여 경도 특성이 향상된 막이 상기 제 1 칼럼 스페이서(408)와 직접 접하기 때문에, 해당 부위에 상기 제 1 칼럼 스페이서(408)에 대응되는 부위에 압력이 인가되는 경우, 탄성력을 갖는 상기 제 1 칼럼 스페이서(408)에 눌림이 일어나다. 이 경우, 상기 제 1 칼럼 스페이서(408)는 소정 압력 이상까지는 원 상태로의 복원이 가능한 탄성 회복력을 갖기 때문에, 셀 갭 불량을 방지한다.
여기서, 상기 광학 보상 평탄화층(503)은 상기 박막 트랜지스터 어레이 하부에 위치함에 의해 상기 제 1 칼럼 스페이서(408)에 가해지는 압력이 바로 가해짐을 피할 수 있고, 위치상 평탄한 보호막 등의 하측에 위치하여 전체적으로 상기 제 1 칼럼 스페이서(408)에 의해 가해지는 압력을 분산하여 받을 수 있기 때문에, 형상의 눌림이 발생하지 않게 된다.
한편, 상술한 구조에 있어서, 도시되어 있지는 않지만, 상기 제 1, 제 2 기판(500, 400)의 배면측에는 각각 제 1, 제 2 편광판이 더 형성되며, 상기 제 2 기판(400)의 배면과 상기 제 2 편광판 사이 혹은 상기 제 2 기판(400) 혹은 상기 제 1 기판(500) 내측에 A-플레이트(nx≠ny≒nz , 광축이 수평 방향)가 더 형성될 수 있다.
도 5는 본 발명의 액정 표시 장치의 광학 보상 필름의 기능을 나타낸 포앙카레 좌표도이다.
상술한 C-플레이트 기능의 광학 보상 평탄화층(503)과 상기 A-플레이트는 각 각의 층이 갖는 광축 소정의 리타데이션 값(retardation value)과 제 1, 제 2 편광판의 틀어진 정도에 따라 백라이트로부터 나오는 광을 지연시켜 목표 지점(관찰자가 인지하는 부분)에 출사광이 이르게 하여, 시야각 부위에서의 빛샘을 방지하게 된다. 이를 포앙카레(Poincare) 좌표를 이용한 광경로 이동으로 설명하면, 예를 들어, 도 5와 같이, 수평 방향의 광축을 갖는 A-플레이트와, 수직 방향의 광축을 갖는 C-플레이트의 광경로를 거쳐 최종 출사광의 위치와 목표 좌표의 위치를 일치시키는 기능을 한다.
한편, 위에서 설명한 화소 영역의 전극 배치 구조는 화소 전극과 공통 전극이 서로 교번하여 형성되는 IPS(In-Plane Switching: 수평 전계) 모드로, 위와 같이, 상기 광학 보상 평탄화층을 박막 트랜지스터 어레이 하부에 위치시키는 구성을 동일하게 TN(Twisted Nematic) 모드로 적용할 수도 있다. TN 모드의 경우에는 상기 화소 영역에 대응되는 상기 보호막 상에 화소 전극이 형성되고, 상기 제 2 기판 전면에 공통 전극이 형성된 점이 위에서 설명한 IPS 모드의 구조와의 차이점이다.
이하, 도 3 및 도 4를 참조하여, 본 발명의 액정 표시 장치의 제조 방법을 간략히 설명한다.
각각 일정 간격을 화소 영역들을 구비한 제 1 기판(500) 및 제 2 기판(400)을 준비한다.
이어, 상기 제 1 기판(500) 상에 화소 영역을 제외한 영역에 대응되어 블랙 매트릭스층(501)을 형성한다.
이어, 상기 적어도 화소 영역에 대응되어 상기 제 1 기판(500) 상에 컬러 필 터층(502a, 502b)을 형성한다.
이어, 상기 블랙 매트릭스층(501) 및 컬러 필터층(502a, 502b)을 포함한 상기 제 1 기판(500) 상부 전면에 표면이 평탄한 광학 보상 평탄화층(503)을 형성한다. 이러한 상기 광학 보상 평탄화층(503)은 반응성 메소겐(reactive mesogen) 성분과 오버코트 성분(광경화성 아크릴계 수지)에 계면 활성제를 더 포함시켜 이들을 소정의 솔벤트와 합성하여, 상기 컬러 필터층(502a, 502b) 상부 전면에 도포(coating)하여 형성한다.
여기서, 상기 반응성 메소겐은 갖는 일정 방향으로 광축을 갖는 액정(liquid crystal)을 포함하고 있으며, 본 발명의 경우는 제 1 기판(500)에 수직하는 방향의 광축을 갖는 액정들을 포함하고 있다.
이러한 도포된 광학 보상 평탄화층(503)은 광 및 열을 이용한 경화 공정을 거치는데, 이 과정에서 상기 계면 활성제가 상기 컬러필터층(502a, 502b)과의 경계면에 분리되어 위치하고, 분리된 계면 활성제는 상기 반응성 메소겐이 갖는 일정한 액정상의 배열(광축이 수직 방향으로 고정하여 위치하도록)을 갖도록 유도하며 상기 오버코트 성분(광경화성 아크릴계 수지)의 광 경화 반응을 통해 상기 광학 보상 평탄화층(503)은 수직 방향의 광축을 갖는 액정상의 배열을 갖는 상태로 경화시킨다. 경우에 따라, 상기 계면 활성제를 생략하고 수직 배향막 등을 이용하여 경화시 상기 광학 보상 평탄화층(503)의 액정상의 배열을 유도할 수 있다.
이어, 상기 광학 보상 평탄화층(503) 상부에 금속층을 적층하고, 이를 선택적으로 제거하여 일 방향으로 서로 이격된 복수개의 게이트 라인(511) 및 각각의 게이트 라인(511)으로부터 돌출된 게이트 전극(511a)과, 상기 게이트 라인(511)과 동일 방향으로 상기 게이트 라인(511)과 서로 교번하여 공통 라인(515a)과, 상기 공통 라인(515a)에서 상기 화소 영역으로 분기되어 나가는 공통 전극(515)을 형성한다.
이어, 상기 게이트 라인(511), 게이트 전극(511a), 공통 라인(515a), 공통 전극(515)을 포함한 상기 광학 보상 평탄화층(503) 전면에 게이트 절연막(504)을 형성한다.
이어, 게이트 절연막(504) 상부에 상기 게이트 전극(511a) 상부에 대응되는 형상의 반도체층(514)을 형성한다.
이어, 상기 반도체층(514)을 포함한 상기 게이트 절연막(504) 상에 금속층을 증착하고 이를 선택적으로 제거하여, 상기 반도체층(514) 양측에 소오스 전극(512a)과 드레인 전극(512b)을 형성하고, 상기 소오스 전극(512a)과 일체형이며, 상기 게이트 라인(511)들에 교차하여 각 교차부에 화소 영역을 정의하는 복수개의 데이터 라인(512)을 형성한다.
이어, 상기 데이터 라인(512), 상기 소오스 전극(512a) 및 드레인 전극(512b)을 포함한 상기 게이트 절연막(504) 상에 보호막(505)을 형성한다.
이어, 상기 드레인 전극(512b)의 소정 부위가 노출되도록 상기 보호막(505)을 선택적으로 제거하여 보호막 홀을 형성한다.
이어, 상기 보호막 홀을 통해 상기 드레인 전극(512b)과 전기적으로 연결되도록 상기 보호막(505) 상부의 화소 영역에 대응되어 상기 공통 전극(515)과 서로 교번하는 형상의 화소 전극(513)을 형성한다.
여기서, 도시된 도면에서는 상기 공통 전극(515)이 게이트 라인(511)과 동일층에 형성된 예를 나타냈으나, 경우에 따라 상기 공통 전극(515)은 상기 화소 전극(513)과 동일층에 동일한 투명 금속으로 형성할 수 있다.
이어, 상기 제 2 기판(400) 상에 상기 블랙 매트릭스층(501)의 일부에 대응되어, 제 1 칼럼 스페이서(408) 및 제 2 칼럼 스페이서(410)를 형성한다.
이어, 상기 제 1, 제 2 기판(500, 400) 사이에 액정층을 형성한다. 이러한 액정층의 형성은 상기 제 1 기판(500) 혹은 씰 패턴을 형성한 상기 제 2 기판(400) 중 어느 하나의 기판에 선택적으로 적하한 후, 나머지 한 기판을 반전시켜 서로 합착하여 이루어지거나 혹은 주입구를 포함하는 씰 패턴을 두 기판 사이에 형성시키고 이를 합착시킨 후, 상기 주입구를 통해 액정을 주입시켜 이루어질 수도 있다.
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, C- 플레이트 필름과 같은 광학 보상 필름을 패널 내(제 1, 제 2 기판 내측)에 위치시켜 인셀(In-Cell) 구조를 적용할 경우, 상대적으로 경도가 낮은 광 학 보상 필름은 평탄화시켜 컬러 필터 어레이와 함께 박막 트랜지스터 어레이 하측에 위치시킴에 의해, 칼럼 스페이서가 접하는 면 중 제 1 면은 바로 글래스 기판이 접하도록 하고, 제 2 면은 박막 트랜지스터 어레이 상측의 무기막 성분의 보호막이나 경도가 높은 배향막이 접하게 하게, 상대적으로 칼럼 스페이서로 인해 대향면에 눌림이 발생되는 현상을 방지할 수 있다. 이 경우, 국부적인 눌림이 일어났다 하더라고, 상대적으로 경도가 높은 대향층(배향막 또는 무기막, 글래스 기판)이 칼럼 스페이서를 역으로 누르게 되어, 탄성력을 갖는 칼럼 스페이서의 성질상 소정 시간 지난 후 원 상태로의 복귀가 가능하게 되며, 눌림 불량을 해소할 수 있다.
둘째, 광학 보상 필름은 패널 내측에 구비함에 의해 IPS 모드나 TN 모드에서 발생할 수 있는 대각 부위에서의 빛샘 현상을 방지할 수 있다.
셋째, 광학 보상 필름이 평탄화층의 기능을 겸비하도록 하여, 액정 패널 외측에 광학 보상 필름의 부착 공정을 부분적으로 생략하며, 빛샘 방지 효과를 얻을 수 있어, 패널 외측에 필름의 부착 공정 혹은 재료 준비로 인한 공정 부담을 줄일 수 있다.

Claims (13)

  1. 서로 대향된 제 1 기판 및 제 2 기판;
    상기 제 1 기판 상에 형성된 컬러 필터 어레이;
    상기 컬러 필터 어레이를 포함한 상기 제 1 기판 전면에 형성되며, 그 상부면이 평탄한 광학 보상 평탄화층;
    상기 광학 보상 평탄화층 상부에 형성된 박막 트랜지스터 어레이;
    상기 제 2 기판 상에 형성된 복수개의 칼럼 스페이서; 및
    상기 제 1 기판과 제 2 기판 사이에 형성된 액정층을 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 복수개의 칼럼 스페이서는
    상기 제 1 기판 상의 박막 트랜지스터 어레이의 표면과 접하는 제 1 칼럼 스페이서와, 상기 박막 트랜지스터 어레이와 이격하는 제 2 칼럼 스페이서를 포함하는 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 컬러 필터 어레이는
    블랙 매트릭스층과 컬러 필터층을 포함하는 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 칼럼 스페이서는 블랙 매트릭스층에 대응되어 형성되는 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 박막 트랜지스터 어레이는
    서로 교차하여 화소 영역을 정의하는 게이트 라인 및 데이터 라인;
    상기 게이트 라인과 데이터 라인의 교차부에 형성된 박막 트랜지스터; 및
    상기 화소 영역에 형성된 화소 전극을 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
  6. 제 5항에 있어서,
    상기 화소 전극과 서로 교번되는 공통 전극을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
  7. 제 5항에 있어서,
    상기 박막 트랜지스터 어레이는 게이트 라인과 데이터 라인 사이의 층간에 제 1 절연막과, 상기 데이터 라인과 화소 전극간의 층간에 제 2 절연막을 더 포함 하는 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
  8. 제 1항에 있어서,
    상기 광학 보상 평탄화층은 반응성 메소겐을 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
  9. 제 1항에 있어서,
    상기 광학 보상 평탄화층은 상기 제 1 기판면에 대하여 수직하는 방향의 광축을 갖고, 각각 X축, Y축, Z축의 각 방향의 굴절률이 nx≒ny≠nz인 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
  10. 제 1항에 있어서,
    상기 제 1 기판 또는 상기 제 2 기판 배면에 광학 보상 필름을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
  11. 제 10항에 있어서,
    상기 광학 보상 필름은 상기 제 1 기판면에 수평한 광축을 갖고, 각각 X축, Y축, Z축의 굴절률이 nx≠ny≒nz, 인 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
  12. 각각 일정 간격으로 이격된 화소 영역들을 구비한, 서로 대향된 제 1 기판 및 제 2 기판;
    상기 제 1 기판 상에 화소 영역을 제외한 영역에 대응되어 형성된 블랙 매트릭스층;
    상기 적어도 화소 영역에 대응되어 형성된 컬러 필터층;
    상기 블랙 매트릭스층 및 컬러 필터층을 포함한 상기 제 1 기판 상부 전면에 표면이 평탄화되어 형성된 광학 보상 평탄화층;
    상기 광학 보상 평탄화층 상부에 서로 교차하여 상기 화소 영역들을 정의하도록 형성된 게이트 라인 및 데이터 라인;
    상기 게이트 라인과 데이터 라인의 교차부에 대응되어 상기 광학 보상 평탄화층 상부에 형성된 박막 트랜지스터;
    상기 박막 트랜지스터와 전기적으로 연결되어 상기 광학 보상 평탄화층 상부의 화소 영역에 대응되어 서로 교번하여 형성된 화소 전극 및 공통 전극;
    상기 블랙 매트릭스층에 대응되어, 상기 제 2 기판 상에 형성된 칼럼 스페이서; 및
    상기 제 1, 제 2 기판 사이에 충진된 액정층을 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
  13. 각각 일정 간격을 화소 영역들을 구비한 제 1 기판 및 제 2 기판을 준비하는 단계;
    상기 제 1 기판 상에 화소 영역을 제외한 영역에 대응되어 블랙 매트릭스층을 형성하는 단계;
    상기 적어도 화소 영역에 대응되어 상기 제 1 기판 상에 컬러 필터층을 형성하는 단계;
    상기 블랙 매트릭스층 및 컬러 필터층을 포함한 상기 제 1 기판 상부 전면에 표면이 평탄한 광학 보상 평탄화층을 형성하는 단계;
    상기 광학 보상 평탄화층 상부에 일 방향으로 서로 이격된 복수개의 게이트 라인 및 각각의 게이트 라인으로부터 돌출된 게이트 전극을 형성하는 단계;
    상기 게이트 전극 상부에 반도체층을 형성하는 단계;
    상기 반도체층 양측에 소오스 전극과 드레인 전극을 형성하고, 상기 소오스 전극과 일체형이며, 상기 게이트 라인들에 교차하여 각 교차부에 화소 영역을 정의하는 복수개의 데이터 라인을 형성하는 단계;
    상기 드레인 전극과 전기적으로 연결되도록 상기 광학 보상 평탄화층 상부의 화소 영역에 대응되어 서로 교번하는 화소 전극 및 공통 전극을 형성하는 단계;
    상기 블랙 매트릭스층에 대응되는, 상기 제 2 기판 상에 칼럼 스페이서를 형성하는 단계; 및
    상기 제 1, 제 2 기판 사이에 액정층을 충진하는 단계를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치의 제조 방법.
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