KR20140053653A - 액정 표시 장치 및 그 제조 방법 - Google Patents

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KR20140053653A
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Abstract

액정층 내의 이온 불순물을 포집하는 액정 표시 장치가 제공된다. 액정 표시 장치는 투광부와 빛이 차단되는 차광부를 포함하는 제1 표시판, 액정을 개재하여 상기 제1 표시판에 대향 배치되고, TFT 기판, 상기 TFT 기판의 상부에 형성되는 화소 전극, 상기 TFT 기판 및 화소 전극의 상부에 형성되는 보호막 및 상기 보호막 상부에 패터닝되어 형성되는 공통 전극을 포함하는 제2 표시판, 및 상기 제1 및 제2 표시판 사이의 상기 차광부 영역의 보호막에 형성된 트렌치로서, 상기 개구부를 둘러싸도록 배치되는 트렌치를 포함한다.

Description

액정 표시 장치 및 그 제조 방법{Liquid Crystal Display and Method For Fabricating The Same}
본 발명은 평판 표시 장치 및 그 제조 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 표시 기판들 사이에 개재된 액정층을 포함하는 액정 표시 장치 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
액정 표시 장치는 TV, 모니터, 노트북 뿐만 아니라, 모바일폰, PDA, 스마트폰 등 다양한 장치에 적용되고 있다. 액정 표시 장치는 대향하는 제1 표시판 및 제2 표시판을 포함한다. 제1 표시판 및 제2 표시판은 실런트(sealant) 등의 실링 부재에 의해 합착되고, 내부 공간에 액정층이 개재된다.
제1 표시판과 제2 표시판에는 배선이나 전극들이 배치되고 이들을 절연시키거나 보호하기 위해 유기막이 적용될 수 있다.
표시 장치의 액정 내에 부유하는 불순물 이온 등에 의한 전압 보전율(Voltage Holding Ratio; VHR)의 저하와 잔류 DC 등이 발생될 수 있고, 이로 인해 표시 화면에서의 휘도가 저하되며, 잔상이 시인된다.
이에, 본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는 화상 영역에서의 전압 보전율을 높이고, 잔류 DC를 개선할 수 있는 액정 표시 장치를 제공하는 것이다.
본 발명이 해결하고자 하는 다른 기술적 과제는 이러한 액정 표시 장치의 제조 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 액정 표시 장치는 투광부와 빛이 차단되는 차광부를 포함하는 제1 표시판, 액정을 개재하여 상기 제1 표시판에 대향 배치되고, TFT 기판, 상기 TFT 기판의 상부에 형성되는 화소 전극, 상기 TFT 기판 및 화소 전극의 상부에 형성되는 보호막 및 상기 보호막 상부에 패터닝되어 형성되는 공통 전극을 포함하는 제2 표시판, 및 상기 제1 및 제2 표시판 사이의 상기 차광부 영역의 보호막에 형성된 트렌치로서, 상기 개구부를 둘러싸도록 배치되는 트렌치를 포함하고, 상기 트렌치의 상부에 공통 전극이 형성된다.
상기 과제를 달성하기 위한 본 발명의 다른 실시예에 따른 액정 표시 장치는 투광부와 빛이 차단되는 차광부를 포함하는 제1 표시판, 액정을 개재하여 상기 제1 표시판에 대향 배치되고, TFT 기판, 상기 TFT 기판의 상부에 형성되는 화소 전극, 상기 TFT 기판 및 화소 전극의 상부에 형성되는 보호막 및 상기 보호막 상부에 패터닝되어 형성되는 공통 전극을 포함하는 제2 표시판, 및 상기 제1 및 제2 표시판 사이의 상기 차광부 영역의 보호막에 형성된 트렌치로서, 상기 개구부를 둘러싸도록 배치되는 트렌치를 포함하고, 상기 트렌치의 상부에 공통 전극이 형성되고, 전도성 물질을 포함하며, 상기 오버 코트층의 표면과 접하고 상기 트렌치의 상부에 형성되는 공통 전극을 적어도 일부 커버하는 셀 갭 유지 부재를 포함한다.
상기 과제를 달성하기 위한 본 발명의 또 다른 실시에에 따른 액정 표시 장치는 투광부와 빛이 차단되는 차광부를 포함하는 제1 표시판, 및 액정을 개재하여 상기 제1 표시판에 대향 배치되고, TFT 기판, 상기 TFT 기판의 상부에 형성되는 화소 전극, 보호막 및 공통 전극을 포함하는 제2 표시판을 포함하고, 상기 제1 및 제2 표시판 사이의 상기 차광부 영역의 일부에 상기 화소 전극과 공통 전극 사이의 수직 이격 거리가 상기 투과부 영역의 상기 화소 전극과 공통 전극 사이의 수직 이격 거리보다 짧게 형성된다.
상기 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 액정 표시 장치의 제조 방법은 상부에 화소 전극이 형성되어 있는 TFT 기판을 준비하는 단계, 상기 TFT 기판의 상부에 보호막을 형성하는 단계, 상기 보호막의 화소 전극에 대향하는 부분의 일부를 식각하여 트렌치를 형성하는 단계, 상기 트렌치가 형성된 보호막의 상부에서 개구부와 트렌치에 대응하는 위치에 패터닝된 공통 전극을 형성하는 단계, 및 상기 보호막 및 공통 전극과의 사이에 액정을 개재한 상태로 제1 기판, 상기 제1 기판의 표면에 위치하는 컬러 필터와 블랙 매트릭스, 및 상기 컬러 필터와 블랙 매트릭스를 덮고 있는 오버 코트층을 포함하는 제1 표시판을 형성하는 단계를 포함한다.
상기 과제를 달성하기 위한 본 발명의 다른 실시예에 따른 액정 표시 장치의 제조 방법은 상부에 화소 전극이 형성되어 있는 TFT 기판을 준비하는 단계, 상기 TFT 기판의 상부에 보호막을 형성하는 단계, 상기 보호막의 화소 전극에 대향하는 부분의 일부를 식각하여 트렌치를 형성하는 단계, 상기 트렌치가 형성된 보호막의 상부에서 개구부와 트렌치에 대응하는 위치에 패터닝된 공통 전극을 형성하는 단계, 상기 트렌치에 형성된 공통 전극의 적어도 일부를 커버하는 전도성 물질을 포함하는 셀 갭 유지 부재를 형성하는 단계, 및 상기 보호막 및 공통 전극과의 사이에 액정을 개재한 상태로 제1 기판, 상기 제1 기판의 표면에 위치하는 컬러 필터와 블랙 매트릭스, 및 상기 컬러 필터와 블랙 매트릭스를 덮고 있는 오버 코트층을 포함하는 제1 표시판을 상기 셀 갭 유지 부재가 상기 오버 코트 층과 접하도록 형성하는 단계를 포함한다.
기타 실시예들의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.
본 발명의 실시예들에 의하면 적어도 다음과 같은 효과가 있다.
즉, 공통 전극과 화소 전극의 수직 이격 거리가 짧은 부분에서 액정 내에 부유하는 불순물 이온을 포집함으로써, 액정 표시 장치의 전압 보전율을 높일 수 있고, 잔류 DC를 개선할 수 있다. 따라서, 본 발명의 실시예들에 따른 액정 표시 장치는 표시 화면의 휘도가 우수할 뿐만 아니라 잔상이 시인되지 않는다.
본 발명에 따른 효과는 이상에서 예시된 내용에 의해 제한되지 않으며, 더욱 다양한 효과들이 본 명세서 내에 포함되어 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 액정 표시 장치의 개략적인 분해 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 표시 장치의 평면도이다.
도 3 내지 도 9는 본 발명의 다양한 실시에에 따른 액정 표시 장치의 단면도들이다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.
소자(elements) 또는 층이 다른 소자 또는 층"위(on)"로 지칭되는 것은 다른 소자 바로 위에 또는 중간에 다른 층 또는 다른 소자를 개재한 경우를 모두 포함한다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.
비록 제1, 제2 등이 다양한 구성요소들을 서술하기 위해서 사용되나, 이들 구성요소들은 이들 용어에 의해 제한되지 않음은 물론이다. 이들 용어들은 단지 하나의 구성요소를 다른 구성요소와 구별하기 위하여 사용하는 것이다. 따라서, 이하에서 언급되는 제1 구성요소는 본 발명의 기술적 사상 내에서 제2 구성요소일 수도 있음은 물론이다.
또한, 본 명세서에서 기술하는 제조 방법을 구성하는 단계들은 순차적 또는 연속적임을 명시하거나 다른 특별한 언급이 있는 경우가 아니면, 하나의 제조 방법을 구성하는 하나의 단계와 다른 단계가 명세서 상에 기술된 순서로 제한되어 해석되지 않는다. 따라서 당업자가 용이하게 이해될 수 있는 범위 내에서 제조 방법의 구성 단계의 순서를 변화시킬 수 있으며, 이 경우 그에 부수하는 당업자에게 자명한 변화는 본 발명의 범위에 포함되는 것이다.
이하, 본 발명의 일 실시예에 따른 액정 표시 장치를 도 1 내지 도 2를 참조하여 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 액정 표시 장치의 개략적인 분해 사시도이다. 도 1에 도시한 바와 같이, 액정 표시 장치(500)는 제 1 표시판(100), 및 액정을 개재하여 제 1 표시판(100)에 대향하는 제 2 표시판(200)을 구비하는 액정 표시 패널을 포함한다.
제 1 표시판(100)은 제 1 방향으로 평행하게 뻗어 있는 다수개의 게이트선(132) 및 제 2 방향으로 평행하게 뻗어 있는 다수개의 데이터선(162)을 포함한다. 게이트선(132)과 데이터선(162)은 도전성 물질, 예를 들어 알루미늄(Al), 구리(Cu), 은(Ag), 몰리브덴(Mo), 크롬(Cr), 티타늄(Ti), 탄탈륨(Ta) 또는 이들의 합금 등으로 이루어지며, 단일막 또는 2층 이상의 다층막으로 이루어질 수 있다. 게이트선(132)과 데이터선(162)은 서로 교차하게 되는데, 예를 들어 수직으로 교차할 수 있다. 인접하는 게이트선(132)과 인접하는 데이터선(162)은 각각 서로 교차하면서 하나의 화소를 정의하고, 각각의 화소에는 박막 트랜지스터(Q) 및 그에 의해 스위칭되는 화소 전극(182)이 구비된다.
제 2 표시판(200)은 격자 모양으로 형성된 블랙 매트릭스 패턴(220) 및 컬러 필터 패턴(230)을 포함한다. 블랙 매트릭스 패턴(220)은 불투명한 물질로 이루어지며, 화소의 경계를 따라 형성된다. 컬러 필터 패턴(230)은 예를 들어, 적색(R), 녹색(G), 청색(B) 컬러 필터가 교대로 배치되어 있다. 각각의 컬러 필터 패턴(230)은 블랙 매트릭스 패턴(220)에 의해 둘러싸여 있다. 예를 들어, 블랙 매트릭스 패턴(220)은 약 30 내지 40㎛ 정도의 폭을 가질 수 있다.
제 1 표시판(100)과 제 2 표시판(200)은 액정을 매개로 하여 서로 결합되는데, 이때, 제 1 표시판(100)의 게이트선(132) 및 데이터선(162)은 제 2 표시판(200)의 블랙 매트릭스(220)와 중첩하도록 정렬된다.
한편 제 1 표시판(100) 측에는 백라이트 유닛(도시하지 않음)이 배치된다. 백라이트 유닛으로부터 출사된 광은 제 1 표시판(100), 액정(도 4의 300) 및 제 2 표시판(200)을 거치게 된다. 이때, 액정 표시 패널에서의 전계 생성 유무에 따른 액정의 배열의 변화에 영향을 받지 않고, 백라이트 유닛으로부터 출사되는 광이 제 1 및 제 2 표시판(100, 200) 중 적어도 어느 하나의 표시판에 의해 항상 차단되는 영역을 "차광 영역"이라 한다. 이러한 차광 영역은 제 1 표시판(100)의 광 차단 영역, 예를 들어 게이트선(132), 데이터선(162), 유지 전극선(도시하지 않음) 및 박막 트랜지스터 등이 형성되어 있는 영역과 제 2 표시판(200)의 광 차단 영역, 예를 들어 블랙 매트릭스(220) 등이 형성되어 있는 영역과의 합집합이 된다. 또한, 이러한 차광 영역 이외의 영역, 즉 전계 생성 여부에 따라 백라이트 유닛으로부터의 광이 투과될 수 있는 영역은 "투광 영역"이라 한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 액정 표시 장치의 평면도이다. 도 2에서 점선은 액정 표시 장치(500)의 제 1 표시판에 형성된 게이트선(132), 데이터선(162) 및 화소 전극(182)을 나타낸다.
도 2에 도시한 바와 같이, 차광 영역은 제 1 표시판의 게이트선(132) 및 데이터선(162)과 제 2 표시판의 블랙 매트릭스 패턴(220)이 형성된 영역들의 합집합이 된다. 제 2 표시판의 블랙 매트릭스 패턴(220)은 차광 영역을 최소화하기 위해 제 1 표시판의 게이트선(132) 및 데이터선(162)과 중첩하여 정렬되어 있다. 또한 블랙 매트릭스 패턴(220)의 폭은 빛샘 현상을 방지하고, 시인성을 좋게 하기 위해 게이트선(132) 및 데이터선(162)보다 넓게 형성되어 있다. 즉, 위에서 바라보게 되면, 블랙 매트릭스 패턴(220)이 게이트선(132) 및 데이터선(162)을 가리도록 형성될 수 있다.
한편, 투광 영역은 제 1 표시판의 화소 전극(182)과 제 2 표시판의 컬러 필터 패턴(230) 영역의 교집합에 해당된다. 컬러 필터 패턴(230)은 화소 전극(182)의 내부에 중첩되어 형성될 수 있다.
도 3 내지 도 9는 본 발명의 다양한 실시예에 따른 액정 표시 장치의 단면도들이다.
도 3을 참조하면, 제1 표시판은 TFT 기판(110), 화소 전극(182), 데이터 선(162), 보호막(140) 및 공통 전극(121, 122, 123)을 포함한다.
TFT 기판(110)에는 본 도면에는 도시하지 않았지만, 절연 기판 위에 게이트 신호를 전달하는 복수의 게이트 배선이 형성되어 있다. 게이트 배선은 제 1 방향으로 뻗어 있는 게이트선, 상기 게이트선의 끝에 연결되어 있으며, 외부로부터 게이트 신호를 인가받아 게이트선으로 전달하는 게이트 패드, 게이트선에 연결되어 돌기 형태로 형성된 박막 트랜지스터의 겐이트 전극을 포함한다. 게이트 배선은 이에 제한되는 것은 아니지만, 알루 미늄(Al), 구리(Cu), 은(Ag), 몰리브덴(Mo), 크롬(Cr), 티타늄(Ti), 탄탈륨(Ta) 또는 이들의 합금 등으로 이루어질 수 있으며, 상기 물질을 스퍼터링(sputtering) 등의 방법으로 절연 기판 상에 증착한 다음 사진 식각 공정에 의해 패터닝된다.
또, 게이트 배선은 필요에 따라 2층 이상으로 구성된 다층막으로 형성될 수도 있다. 예를 들어 절연 기판과의 접착성 개선 및/또는 배리어막의 기능을 하는 하부막, 저저항 도전층 및 상기 저저항 도전층 구성 물질의 확산을 막고, 캡핑막으로서 기능하는 상부막으로 구성될 수 있다. 하나의 예로서, Mo/Al/Mo 삼중막 구조를 들 수 있다. 또한 하부막이나 상부막의 재질로는 도전성 산화물 또는 질화물이 사용될 수 있다. 하나의 예로서, ITO/Ag/ITO 삼중막 구조를 들 수 있다.
한편, 도면의 명확화 및 설명의 편의를 위해 도시하지는 않았지만, 절연 기판의 게이트 배선과 동일한 층에는 화소의 전하 보존 능력을 향상시키는 유지 전극선이 더 형성될 수 있다. 유지 전극선은 게이트 배선과 동일한 물질로 이루어지며, 게이트 배선과 동시에 증착 및 패터닝될 수 있다. 유지 전극선의 모양 및 배치 등은 다양한 형태로 변형될 수 있으며, 화소 전극(182)과 게이트선의 중첩 등으로 발생하는 유지 용량이 충분할 경우 형성되지 않을 수 있다.
게이트 배선이 형성된 절연 기판의 전면은 게이트 절연막이 덮고 있다. 게이트 절연막은 질화 규소 등으로 이루어지며, 예를 들어 스퍼터링, 반응성 스퍼터링(reactive sputtering), 화학 기상 증착(Chemical Vapor Deposition; CVD) 등의 방법으로 형성된다.
게이트 절연막 상에는 게이트 전극과 적어도 일부가 중첩하는 반도체층이 형성되어 있다. 반도체층은 수소화 비정질 규소 등의 반도체로 이루어진다. 반도체층의 위에는 저항성 접촉층이 형성되어 있다. 상기 저항성 접촉층은 n형 불순물이 고농도로 도핑된 n+ 수소화 비정질 규소 등으로 이루어진다. 저항성 접촉층은 전체적으로 반도체층을 덮고 있지만, 반도체층을 중심으로 분리되어 반도체층의 일부를 노출한다.
반도체층 및 저항성 접촉층은 예를 들어, 화학 기상 증착 방법으로 증착되며, 사진 식각 공정에 의해 패터닝된다. 선택되는 마스크 공정에 따라서는 섬형으로 형성되거나, 선형으로 형성될 수도 있다. 섬형으로 형성될 경우 저항성 접촉층의 분리 패턴을 제외하고는 후술하는 데이터 배선의 형성 전에 먼저 패터닝될 수 있다.
저항성 접촉층 및 게이트 절연막 위에는 데이터 배선이 형성되어 있다. 데이터 배선은 데이터 신호를 전달하며, 제 2 방향으로 형성되어 있는 데이터선, 데이터선의 분지이며 저항성 접촉층의 상부까지 연장되어 있는 소오스 전극, 데이터선의 한쪽 끝에 연결되어 외부로부터의 화상 신호를 인가 받는 데이터 패드, 소오스 전극과 분리되어 있으며 게이트 전극 또는 박막 트랜지스터의 채널부에 대하여 소오스 전극의 반대쪽 저항성 접촉층 상부에 형성되어 있는 드레인 전극을 포함한다.
데이터선은 게이트선과 게이트 절연막에 의해 절연되어 교차하며, 인접하는 데이터선 및 인접하는 게이트선의 교차에 의해 형성된 영역이 하나의 화소를 구성하게 된다.
이러한 데이터 배선은 이에 제한되는 것은 아니지만, 알루미늄(Al), 구리(Cu), 은(Ag), 몰리브덴(Mo), 크롬(Cr), 티타늄(Ti), 탄탈륨(Ta) 또는 이들의 합금 등으로 이루어질 수 있으며, 상기 물질을 스퍼터링(sputtering) 등의 방법으로 절연 기판 상에 증착한 다음 사진 식각 공정에 의해 패터닝된다. 선택되는 마스크 공정에 따라서는 하부의 저항성 접촉층 및 반도체층과 하나의 포토레지스트 마스크를 식각 마스크로 이용하여 패터닝될 수도 있다.
데이터 배선은 필요에 따라 2층 이상으로 구성된 다층막으로 형성될 수 있는데, 이는 게이트 배선에서 설명한 바와 동일하므로, 중복 설명은 생략한다.
상기한 바와 같은 게이트 전극, 그 위에 형성된 반도체층, 저항성 접촉층 및 소오스 전극과 드레인 전극은 박막 트랜지스터를 구성한다.
데이터 배선 및 이들이 가리지 않는 반도체층 위에는 TFT 기판 내 보호막이 형성되어 있으며, 대체로 절연 기판의 전면을 덮고 있다. 상기 TFT 기판 내 보호막은 예를 들어 질화 규소, 산화 규소 등의 무기물로 이루어질 수 있으며, 평탄화 특성이 우수하며 감광성(photosensitivity)을 갖는 유기물로 이루어질 수도 있다. 상기 TFT 기판 내 보호막이 유기물로 이루어질 경우 절연 특성을 보완하기 위해 하부에 질화 규소 또는 산화 규소로 이루어진 절연막이 추가로 형성될 수도 있다. 상기 TFT 기판 내 보호막은 예를 들어 스퍼터링, 화학 기상 증착, 플라즈마 화학 기상 증착(Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition; PECVD), 코팅 등의 방법으로 형성될 수 있다.
TFT 기판 내 보호막에는 드레인 전극 및 데이터 패드를 각각 드러내는 콘택홀이 형성되어 있다. 또한, 상기 TFT 기판 내 보호막과 게이트 절연막에는 TFT 기판 내 보호막과 게이트 절연막을 관통하여 게이트 패드를 드러내는 콘택홀이 형성되어 있다.
화소 전극(182)은 TFT 기판(110) 위에 형성된다. 화소 전극(182)은 콘택홀(도시하지 않음)을 통하여 드레인 전극(도시하지 않음)과 전기적으로 연결되어 있다. 데이터 전압이 인가된 화소 전극(182)은 보호막(140) 위의 공통 전극(121, 122, 123)과 함께 전계를 생성함으로써 액정(310)의 배열을 변화시킨다.
보호막(140)은 TFT 기판 내 보호막에서 설명한 바와 동일하므로, 중복 설명은 생략한다. 트렌치(130)는 제2 표시판(200)의 블랙 매트릭스 패턴(220)에 의해 형성되는 차광 영역의 보호막(140)에 형성된다. 트렌치(130)는 예를 들어 포토 레지스트리 법, 건식 에칭 또는 습식 에칭을 사용하여 형성할 수 있다. 트렌치(130)는 화소 전극(182)와 수직으로 대응하는 위치에 형성된다.
공통 전극(121, 122, 123)은 보호막(140)의 위에서 패턴을 이루면서 트렌치(130) 상에 형성된다. 트렌치(130) 상에 형성된 공통 전극(122)은 투광 영역의 공통 전극(121)과 대비하여 화소 전극(182)과의 수직 이격 거리가 짧다. 이로 인하여, 강한 전계가 형성되어 액정층(300) 내에 부유하는 불순물 이온이 포집된다. 즉, 액정층(300) 중에 포함되어 액정 표시 장치(도 1의 500)의 전압 보전율을 낮추고, 잔류 DC를 발생시키는 불순물 이온을 트렌치 상에 형성된 공통 전극(122)이 포집함으로써 액정 표시 장치(도 1의 500)의 전압 보전율을 상승시킬 수 있을 뿐만 아니라 잔류 DC를 제거함으로써 액정 표시 장치(도 1의 500)의 화질을 개선할 수 있다.
공통 전극(121, 122, 123)은 예를 들어 산화 인듐 주석(ITO) 또는 산화 인듐 아연 등과 같은 투명한 물질로 이루어져 있다. 공통 전극(121, 122, 123)은 예를 들어 스퍼터링 또는 반응성 스프터링 등의 방법으로 형성된다.
계속해서, 제1 표시판(100)에 대향하여 배치되는 제2 표시판(200)에 대해 설명한다.
절연 기판(210) 위에 실질적으로 화소 영역을 정의하는 블랙 매트릭스(220)가 형성되어 있다. 블랙 매트릭스(220)는 크롬(Cr) 등과 같은 불투명한 금속 또는 카본 블랙 등이 첨가된 불투명한 유기물로 이루어진다. 블랙 매트릭스(220)의 예를 들어 1차 크롬층과 2차 유기막이 적층된 구조를 가질 수도 있으며, 서로 다른 색의 컬러 필터가 적층된 구조로 형성될 수도 있다. 블랙 매트릭스(220)은 제 1 표시판의 게이트선, 데이터선, 박막 트랜지스터 영역을 덮을 정도의 폭을 갖는다. 블랙 매트릭스(220)로서 크롬 등의 불투명 금속을 사용하는 경우에는 절연 기판(210) 위에 크롬을 증착한 다음 사진 식각 공정에 의해 패터닝한다. 블랙 매트릭스(220)로서 유기물을 사용하는 경우, 바람직하기로는 감광성을 갖는 유기 혼합물이 사용될 수 있으며, 이 경우 유기 혼합물을 도포한 다음, 노광 및 현상함으로써 패터닝될 수 있다.
블랙 매트릭스(220) 상에는 적색(R), 녹색(G), 청색(B)의 컬러 필터 패턴(230)이 교대로 배열되어 있다. 각각의 컬러 필터 패턴(230)은 블랙 매트릭스(220)에 의해 둘러싸인 화소 영역을 채우고 있다.
컬러 필터 패턴(230)으로는 유기물이 사용될 수 있으며, 이 경우 감광성을 갖는 유기 혼합물을 사용함으로써, 노광 및 현상에 의해 패터닝될 수 있다. 이때, 컬러 필터 패턴(230)으로서 적색, 녹색, 청색의 세가지 색을 사용할 경우 상기와 같은 패터닝 공정을 세번 거치게 된다. 컬러 필터 패턴(230)의 패터닝 공정의 다른 예로서 요판 인쇄 방법을 이용하거나 잉크젯 인쇄 방법을 이용할 수도 있다.
컬러 필터 패턴(230) 및 블랙 매트릭스 패턴(220)은 일부 중첩될 수 있으며, 그에 의한 단차를 평탄화하기 위해 절연 기판(210)의 전면에 오버코트막(240)이 형성된다. 오버코트막(240)으로는 열경화성 아크릴 수지, 폴리이미드 수지, 에폭시 수지 등의 유기물이 사용될 수 있으며, 스핀 코팅 등의 방법에 의해 도포된다.
상기한 바와 같은 제1 및 제2 표시판(100, 200) 위에는 각각 배향막(도시하지 않음)을 더 포함할 수 있다. 각 배향막은 액정 표시 장치(도 1의 500)에 전압이 인가되지 않은 상태에서 액정(310)의 배향을 규제한다. 각 배향막(도시하지 않음)은 유기물을 포함하는 배향막(이하, "유기 배향막"이라 함)일 수도 있고, 바람직하게는 무기물을 포함하는 배향막(이하, "무기 배향막"이라 함)일 수도 있다.
유기 배향막은 예를 들어 폴리이미드 수지와 같은 유기물을 포함한다. 이러한 유기 배향막은 제 1 표시판의 공통 전극(121, 122, 123)과 제 2 표시판의 오버코트층(240) 상에 예를 들어 스핀 코팅(spin coating), 바 코팅(bar coating) 등의 방법을 이용하여 형성된다. 유기 배향막은 그 표면을 예를 들어 러빙 처리하여 액정의 배향 방향을 조절할 수 있다.
또한, 무기 배향막은 예를 들어 예를 들어 산화 마그네슘(MgO), 산화 인듐 주석 등의 금속 산화물 등을 포함할 수도 있고, 바람직하게는 SiO2 또는 SiO 등의 산화 규소(SiOx)를 포함할 수 있다. 무기 배향막은 유기 배향막과 비교하여 상대적으로 우수한 화학적 안정성 및 광 안정성을 가지므로, 이를 포함하는 액정 표시 장치의 신뢰성을 향상시킬 수 있다. 무기 배향막은 제 1 표시판(100)과 제 2 표시판(200) 상에 예를 들어 화학 기상 증착법, 플라즈마 화학 기상 증착법 또는 스퍼터링 방법 등을 이용하여 형성된다. 무기 배향막은 그 표면을 예를 들어 이온빔 또는 레이저 처리하여 액정의 배향을 조절할 수 있다. 유기 배향막과 달리 이온빔을 이용한 표면 처리의 경우 정전기 등을 발생하지 않는다.
이상과 같은 제1 표시판(100)은 액정(310)을 개재하여 제2 표시판(200)과 대향 배치되어 액정 표시 패널을 이룬다.
도 4를 참조하면, 기본적인 구성은 도 3과 동일하다. 제1 표시판(100)이 액정(310)을 개재하여 제2 표시판(200)과 대향 배치되어 액정 표시 패널을 이룰 때, 제1 및 제2 표시판(100, 200) 사이의 이격 거리, 즉 셀 갭(cell gap)은 셀 갭 유지 부재(322)에 의해 일정하게 유지된다.
셀 갭 유지 부재(322)는 오버코트층(240)의 표면과 접하고 트렌치(130)의 상부에 형성된다. 또한, 공통 전극(121, 122, 123)과 동일한 물질로 표면 코팅되는 도전부(321)를 포함하고 있다. 셀 갭 유지 부재(322) 전체가 전도성 물질로 이루어질 경우에는 별도의 표면 도전부가 필요하지 않음은 물론이다.
셀 갭 유지 부재(322)는 셀 갭을 일정하게 유지할 뿐만 아니라, 액정(310) 내에 부유하는 불순물 이온을 포집한다. 즉, 액정(310) 중에 포함되어 액정 표시 장치(도 1의 500)의 전압 보전율을 낮추고, 잔류 DC를 발생시키는 불순물 이온을 셀 갭 유지 부재(322)의 도전부(321)가 포집함으로써 액정 표시 장치(도 1의 500)의 전압 보전율을 상승시킬 수 있을 뿐만 아니라 잔류 DC를 제거함으로써 액정 표시 장치(도 1의 500)의 화질을 개선할 수 있다.
또한, 셀 갭 유지 부재(322)는 그 자체로 이온 흡착 능력을 가지는 물질을 사용할 수 있다. 이러한 셀 갭 유지 부재(322)는 예를 들어 비드형 이온 흡착성 스페이서일 수 있다. 비드형 이온 흡착성 스페이서(322)는 예를 들어 액정(310) 내에 부유하는 불순물 이온을 흡착할 수 있는 재질로 이루어져 있는 것이라면 특별히 한정되지 않는다. 비드형 이온 흡착성 스페이서(322)는 예를 들어 이온 흡착성을 갖는 폴리이미드 수지와 함께 폴리스틸렌, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리에스테르, 폴리아크릴, 나일론, 실리콘 수지 등을 포함하는 플라스틱으로 된 다공체(porous body), 비-다공체(non-porous body) 또는 중공체(hollow body)가 사용될 수 있다. 이외에도 비드형 이온 흡착성 스페이서에는 아크릴 수지 또는 에폭시 수지 등을 더 포함할 수 있으며, 이에 한정되지 않고 다양한 종류의 상용 수지와 첨가제들이 다른 성분으로서 포함될 수 있다.
비드형 이온 흡착성 스페이서는 제 1 표시판(100)과 제 2 표시판(200) 사이의 차광 영역 내에 배치된다. 비드형 이온 흡착성 스페이서를 차광 영역 내에 배치함으로써, 셀 갭 유지 부재에 의한 빛샘 현상 등을 방지할 수 있고, 투광 영역의 이온 불순물을 차광 영역으로 포집할 수 있다.
도 5 내지 도 8에는 트렌치(130) 상에 형성되는 공통 전극(122)의 여러 형태를 도시하고 있다.
이들 도면들을 참조하면, 트렌치(130) 상에 형성되는 공통 전극(122)은 트렌치(130)의 바닥면 전체와 양 벽면에 모두 형성될 수 있고, 트렌치(130)의 바닥면 전체에만 형성될 수도 있고, 트렌치(130)의 바닥면의 일부에만 형성될 수 있으며, 트렌치(130)의 바닥면 및 트렌치(130)에 인접한 보호막의 상부에 형성될 수 있다.
도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 액정 표시 장치의 단면도이다.
도 9의 기본 구성은 앞서 설명한 도 3 내지 도 8과 동일하므로, 중복되는 설명은 생략하도록 한다.
제1 표시판(100)은 TFT 기판(110) 위에 패턴층(112)이 형성되고, TFT 기판(110)과 패턴층(112) 위에 화소 전극(182)이 형성된다. 별도의 트렌치는 없으나, 패턴층(112)으로 인하여 패턴층(112) 상부의 화소 전극(182)과 공통 전극(122) 사이의 수직 이격 거리는 투광 영역의 공통 전극(121)과 화소 전극(182)과의 수직 이격 거리보다 짧다. 이로 인하여, 강한 전계가 형성되어 액정(310) 내에 부유하는 불순물 이온이 공통 전극(122)으로 포집된다. 즉, 액정(310) 중에 포함되어 액정 표시 장치(도 1의 500)의 전압 보전율을 낮추고, 잔류 DC를 발생시키는 불순물 이온을 트렌치 상에 형성된 공통 전극(122)이 포집함으로써 액정 표시 장치(도 1의 500)의 전압 보전율을 상승시킬 수 있을 뿐만 아니라 잔류 DC를 제거함으로써 액정 표시 장치(도 1의 500)의 화질을 개선할 수 있다.
패턴층(112)은 TFT 기판(110) 형성 단계에서 함께 형성될 수도 있고, TFT 기판(110) 형성 후 별도의 형성 단계를 거쳐 형성될 수도 있다.
이상에서 설명한 실시예들은 모두 예시적인 것이며, 서로 다른 실시예들은 상호 조합되어 적용될 수 있음은 물론이다.
이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.
100: 제1 표시판 110: TFT 기판
121, 122, 123, 124: 화소 전극 130: 트렌치
140: 보호막 162: 데이터선
182: 화소 전극 200: 제2 표시판
210: 제1 기판 220: 블랙 매트릭스
230: 컬러 필터 240: 오버코트층
300: 액정층 310: 액정
322: 셀 갭 유지 부재 321: 도전부

Claims (18)

  1. 투광부와 빛이 차단되는 차광부를 포함하는 제1 표시판;
    액정을 개재하여 상기 제1 표시판에 대향 배치되고, TFT 기판, 상기 TFT 기판의 상부에 형성되는 화소 전극, 상기 TFT 기판 및 화소 전극의 상부에 형성되는 보호막 및 상기 보호막 상부에 패터닝되어 형성되는 공통 전극을 포함하는 제2 표시판; 및
    상기 제1 및 제2 표시판 사이의 상기 차광부 영역의 보호막에 형성된 트렌치로서, 상기 개구부를 둘러싸도록 배치되는 트렌치를 포함하고,
    상기 트렌치의 상부에 공통 전극이 형성되는 액정 표시 장치.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 트렌치의 바닥부는 화소 전극에 대향하는 위치에 형성되는 액정 표시 장치.
  3. 제2 항에 있어서,
    상기 트렌치의 바닥부 상부에 형성되는 공통 전극은 개구부 영역의 보호막 상부에 형성되는 공통 전극보다 화소 전극과의 수직 거리가 짧은 액정 표시 장치.
  4. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 표시판은 제1 기판의 표면에 투광부를 형성하는 컬러 필터와 차광부를 형성하는 블랙 매트릭스가 위치하고, 상기 컬러 필터와 블랙 매트릭스를 덮고 있는 오버 코트층을 포함하는 액정 표시 장치.
  5. 투광부와 빛이 차단되는 차광부를 포함하는 제1 표시판;
    액정을 개재하여 상기 제1 표시판에 대향 배치되고, TFT 기판, 상기 TFT 기판의 상부에 형성되는 화소 전극, 상기 TFT 기판 및 화소 전극의 상부에 형성되는 보호막 및 상기 보호막 상부에 패터닝되어 형성되는 공통 전극을 포함하는 제2 표시판; 및
    상기 제1 및 제2 표시판 사이의 상기 차광부 영역의 보호막에 형성된 트렌치로서, 상기 개구부를 둘러싸도록 배치되는 트렌치를 포함하고,
    상기 트렌치의 상부에 공통 전극이 형성되고,
    전도성 물질을 포함하며, 상기 오버 코트층의 표면과 접하고 상기 트렌치의 상부에 형성되는 공통 전극을 적어도 일부 커버하는 셀 갭 유지 부재를 포함하는 액정 표시 장치.
  6. 제5 항에 있어서,
    상기 셀 갭 유지 부재는 표면에 전도성 물질을 포함하는 액정 표시 장치.
  7. 제6 항에 있어서,
    상기 셀 갭 유지 부재는 표면에 전도성 물질을 포함하는 액정 표시 장치.
  8. 제7 항에 있어서,
    상기 전도성 물질은 ITO인 액정 표시 장치.
  9. 제5 항에 있어서,
    상기 트렌치의 바닥부는 화소 전극에 대향하는 위치에 형성되는 액정 표시 장치.
  10. 제9 항에 있어서,
    상기 트렌치의 바닥부 상부에 형성되는 공통 전극은 개구부 영역의 보호막 상부에 형성되는 공통 전극보다 화소 전극과의 거리가 짧은 액정 표시 장치.
  11. 투광부와 빛이 차단되는 차광부를 포함하는 제1 표시판; 및
    액정을 개재하여 상기 제1 표시판에 대향 배치되고, TFT 기판, 상기 TFT 기판의 상부에 형성되는 화소 전극, 보호막 및 공통 전극을 포함하는 제2 표시판을 포함하고,
    상기 제1 및 제2 표시판 사이의 상기 차광부 영역의 일부에 상기 화소 전극과 공통 전극 사이의 수직 이격 거리가 상기 투과부 영역의 상기 화소 전극과 공통 전극 사이의 수직 이격 거리보다 짧은 액정 표시 장치.
  12. 제11 항에 있어서,
    상기 제2 기판은 TFT 기판, 상기 TFT 기판의 상부에 형성되는 화소 전극, 상기 화소 전극 및 TFT 기판 상부에 형성되는 보호막, 및 상기 보호박 상부에 패터닝 되어 형성되는 공통 전극을 포함하는 액정 표시 장치.
  13. 제12 항에 있어서,
    상기 화소 전극과 공통 전극 사이의 수직 이격 거리는 상기 화소 전극의 상부 표면과 상기 공통 전극의 하부 표면 사이의 수직 거리인 액정 표시 장치.
  14. 제11 항에 있어서,
    상기 제2 기판은 TFT 기판, 상기 TFT 기판의 상부에 패터닝되어 형성되는 공통 전극, 상기 공통 전극 및 TFT 기판 상부에 형성되는 보호막, 및 상기 보호막 상부에 형성되는 화소 전극을 포함하는 액정 표시 장치.
  15. 제14 항에 있어서,
    상기 화소 전극과 공통 전극 사이의 수직 이격 거리는 상기 화소 전극의 하부 표면과 상기 공통 전극의 상부 표면 사이의 수직 거리인 액정 표시 장치.
  16. 제11 항에 있어서,
    상기 보호막은 단일층 또는 다중층으로 이루어지는 액정 표시 장치.
  17. 상부에 화소 전극이 형성되어 있는 TFT 기판을 준비하는 단계;
    상기 화소 전극 및 TFT 기판의 상부에 보호막을 형성하는 단계;
    상기 보호막의 화소 전극에 대향하는 부분의 일부를 식각하여 트렌치를 형성하는 단계;
    상기 트렌치가 형성된 보호막의 상부에서 개구부와 트렌치에 대응하는 위치에 패터닝된 공통 전극을 형성하는 단계; 및
    상기 보호막 및 공통 전극과의 사이에 액정을 개재한 상태로 제1 기판, 상기 제1 기판의 표면에 위치하는 컬러 필터와 블랙 매트릭스, 및 상기 컬러 필터와 블랙 매트릭스를 덮고 있는 오버 코트층을 포함하는 제2 표시판을 형성하는 단계를 포함하는 액정 표시 장치의 제조방법.
  18. 상부에 화소 전극이 형성되어 있는 TFT 기판을 준비하는 단계;
    상기 TFT 기판의 상부에 보호막을 형성하는 단계;
    상기 보호막의 화소 전극에 대향하는 부분의 일부를 식각하여 트렌치를 형성하는 단계;
    상기 트렌치가 형성된 보호막의 상부에서 개구부와 트렌치에 대응하는 위치에 패터닝된 공통 전극을 형성하는 단계;
    상기 트렌치에 형성된 공통 전극의 적어도 일부를 커버하는 전도성 물질을 포함하는 셀 갭 유지 부재를 형성하는 단계; 및
    상기 보호막 및 공통 전극과의 사이에 액정을 개재한 상태로 제1 기판, 상기 제1 기판의 표면에 위치하는 컬러 필터와 블랙 매트릭스, 및 상기 컬러 필터와 블랙 매트릭스를 덮고 있는 오버 코트층을 포함하는 제1 표시판을 상기 셀 갭 유지 부재가 상기 오버 코트 층과 접하도록 형성하는 단계를 포함하는 액정 표시 장치의 제조방법.
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