KR20150137278A

KR20150137278A - 어레이 기판 및 이를 포함하는 액정 표시 장치

Info

Publication number: KR20150137278A
Application number: KR1020140064866A
Authority: KR
Inventors: 박헌광; 김태상
Original assignee: 엘지디스플레이 주식회사
Priority date: 2014-05-29
Filing date: 2014-05-29
Publication date: 2015-12-09
Also published as: KR102178887B1

Abstract

액정 표시 장치는 데이터 라인과 게이트 라인이 상호 교차하여 정의된 복수의 화소를 포함하는 제1 기판, 제1 기판에 대향하는 제2 기판, 제1 기판과 제2 기판 사이에 개재된 액정층, 제1 기판 상에 형성된 박막 트랜지스터, 박막 트랜지스터를 덮도록 형성된 평탄화층, 제1 기판 상에 형성되어 액정층을 구동하는 제1 전극 및 제2 전극, 제2 기판에 형성되어 복수의 화소를 차광 영역과 개구 영역으로 정의하는 블랙 매트릭스 및 제2 기판에 형성된 바(bar) 모양의 스페이서를 포함하며, 평탄화층은 바 모양의 스페이서와 대응하는 위치에서 하나 이상의 단차를 갖는 것을 특징으로 한다. 제1 기판에 형성된 평탄화층이 단차를 갖게 함으로써, 외력에 의해 기판이 이동하더라도 바 모양의 스페이서가 배향막과 접촉되지 않는다. 따라서, 화소 영역의 배향막 손상을 방지하여 블랙 영상을 표시할 때 발생할 수 있는 빛샘을 막을 수 있다.

Description

어레이 기판 및 이를 포함하는 액정 표시 장치{ARRAY SUBSTRATE AND LIQUID CRYSTAL DISPLAY DEVICE INLUDING THE SAME}

본 발명은 액정 표시 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 외부 환경에 의해 컬럼 스페이서의 이동에 의한 불량을 방지할 수 있는 어레이 기판 및 이를 포함하는 액정 표시 장치에 관한 것이다.

액정 표시 장치는 콘트라스트 비(contrast ratio)가 크고 동화상 표시에 적합하며 소비전력이 적다는 특징을 보여 노트북, 모니터, TV 등의 다양한 분야에서 활용되고 있다. 액정은 분자 구조가 가늘고 길며 배열에 방향성을 갖는 광학적 이방성과, 전기장 내에 놓일 경우 그 크기에 따라 분자 배열 방향이 변화되는 분극성질을 띠며, 액정 표시 장치는 액정의 광학적 이방성과 분극성질을 이용하여 화상을 구현한다.

일반적으로, 액정 표시 장치는 제1 기판과 제2 기판 사이로 액정층을 개재해서 합착시킨 액정 패널을 포함하며, 제1 기판과 제2 기판의 내면에는 전극이 형성되어, 두 전극에 인가되는 전기장에 의해 액정 분자의 배열 방향을 변화시켜 투과율 차이를 발생시키게 된다.

이러한 액정 패널의 투과율 차이는 그 배면에 놓이는 백라이트(backlight)로부터 공급되는 빛이 컬러 필터를 통과하면서 색 조합이 반영되어 컬러 화상의 형태로 표시된다.

일반적인 액정 표시 장치 제조 공정은 어레이 기판 및 컬러 필터 기판을 각각 형성하기 위한 기판 제조 공정과, 액정 패널을 완성하는 셀(cell) 공정, 그리고 액정 패널과 백라이트를 일체화시키는 모듈(module) 공정으로 구분될 수 있다.

이 중 기판 제조 공정에서는 박막 증착(thin film deposition), 포토리소그라피(photo-lithography), 식각(etching) 등의 공정을 수 차례 반복해서 각 기판에 어레이층과 컬러 필터층을 구현하고, 셀 공정에서는 어레이 기판 및 컬러 필터기판 중 어느 하나에 합착을 위한 씰패턴(seal pattern)을 형성한 후 액정층을 사이에 두고 두 기판을 대면 합착시켜 액정 패널을 완성한다. 이렇게 완성된 액정 패널은 모듈 공정에서 편광판과 구동 회로 등이 부착된 후 백라이트와 일체화되어 액정 표시 장치를 이룬다.

한편, 어레이 기판과 컬러 필터 기판 사이에는 두 기판 사이의 간격을 일정하게 유지하기 위한 스페이서가 위치한다. 스페이서는 형상 및 배치 방법에 따라 볼 스페이서(ball spacer)와 컬럼 스페이서(column spacer)로 구분된다. 볼 스페이서는 어레이 기판 또는 컬러 필터 기판 상에 산포되도록 형성되고, 컬럼 스페이서는 어레이 기판 또는 컬러필터 기판 상에서 패터닝을 통해 형성된다.

최근에는 특정 위치에 원하는 형태로 형성 가능한 컬럼 스페이서가 널리 사용되며, 컬럼 스페이서는 상대적으로 공정수가 적은 컬러 필터 기판 상에 주로 형성된다. 그런데, 외력(external force)이 가해질 경우, 컬럼 스페이서가 이동하게 되며, 이로 인해 배향막이 손상되어 불량이 발생한다. 이에 대해, 도 1 및 도 2를 참조하여 상세히 설명한다.

도 1은 외력 인가에 의해 빛샘이 발생하는 이유를 설명하기 위한 단면도이며, 도 2는 레드 아이(red eye)가 발생된 액정 패널의 일부에 대한 사진 이미지이다.

도 1 내지 도 2를 참조하면, 일반적으로 스페이서(30)는 액정 패널의 셀 갭을 일정하게 유지하는 역할을 하며, 원형 등의 형태로 게이트 라인 영역의 블랙 매트릭스(6) 위에 형성되어 있다. 이하에서 스페이서(30)는 컬럼 스페인 것으로 설명한다.

이러한 스페이서(30)는 액정 마진, 눌림 마진 및 공정 오차를 고려하여 최소한의 사이즈로 형성되며, 블랙 매트릭스(6)는 액정 구동 시 발생되는 디스클리네이션(disclination)이나 러빙 공정 시 발생하는 스페이서(30)의 디스클리네이션에 의한 빛샘을 막을 수 있는 크기로 형성된다.

일반적으로 컬러 필터 기판(5)에 형성된 스페이서(30)는 어레이 기판(10)과 접촉해 있으며, 외력을 받았을 때 다방면으로 어레이 기판(10) 상부를 미끄러져 이동하다가 원래의 자리로 되돌아오게 된다.

이 때, 이동하는 스페이서(30)는 어레이 기판(10) 상에서 폴리이미드(polyimide; PI)로 이루어진 배향막(15)에 손상(damage)을 주게 되는데, 이러한 배향막(15)의 손상에 의해 어레이 기판(10)과 컬러 필터 기판(5) 사이에 개재된 액정층(미도시)의 액정(미도시) 배열이 틀어져 빛이 새어 나오게 된다. 즉, 외력이 인가되면 컬러 필터 기판(5)과 어레이 기판(10) 사이에 위치 편차(d)가 발생하게 되며, 이러한 외력에 의한 액정 패널의 변형으로 컬러 필터 기판(5)에 형성된 스페이서(30)가 이동하면서 배향막(15)에 긁힘과 같은 손상이 발생하게 된다. 이러한 배향막(15)의 긁힘은 컬러 필터 기판(5)이 원래 위치로 복귀하더라도 회복되지 않아 액정의 배향이 원래의 배열로부터 틀어지게 되며, 그 결과 원하지 않는 빛이 새는 현상인 빛샘이 발생하게 된다.

이렇게 새어 나오는 빛은 액정 패널의 블랙 화상에서 스페이서(30)의 형성 위치에 따라 붉은 색을 띠거나(reddish), 녹색을 띠거나(greenish), 또는 푸른색을 띠게(bluish) 되는데, 통상 이러한 현상은 레드 아이(red eye) 불량이라 지칭된다.

이러한 스페이서(30)의 이동에 의한 빛샘을 방지하고자 스페이서(30)의 형성 위치를 기준으로 블랙 매트릭스(6)의 크기를 확대 설계할 수도 있지만, 이는 고해상도 및 고개구율을 요구하는 고객의 요구(needs)에 가장 큰 걸림돌로 작용하며, 특히 액정 표시 장치의 개구율 확보에 한계를 가져오고 있다.

[관련기술문헌]

1. 컬러필터기판 및 이를 포함하는 액정 표시 장치 (특허출원번호 제 10-2012-0107109호)

상술한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 액정 표시 장치는 스페이서와 대응하는 어레이 기판의 평탄화층이 단차를 갖도록 형성되어, 외력에 의해 스페이서가 상하 및/또는 좌우로 밀리는 경우 스페이서가 배향막과 접촉하는 현상을 최소화하는 것을 특징으로 한다.

이에 따라 레드 아이 불량이 방지되는 동시에 개구율이 증가하게 되어 표시 품위가 향상되는 효과를 제공한다.

본 발명의 과제들은 이상에서 언급한 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

전술한 바와 같은 과제를 해결하기 위하여 본 발명의 일 실시예에 따른 액정 표시 장치는 데이터 라인과 게이트 라인이 상호 교차하여 정의된 복수의 화소를 포함하는 제1 기판, 제1 기판에 대향하는 제2 기판, 제1 기판과 제2 기판 사이에 개재된 액정층, 제1 기판 상에 형성된 박막 트랜지스터, 박막 트랜지스터를 덮도록 형성된 평탄화층, 제1 기판 상에 형성되어 액정층을 구동하는 제1 전극 및 제2 전극, 제2 기판에 형성되어 복수의 화소를 차광 영역과 개구 영역으로 정의하는 블랙 매트릭스 및 제2 기판에 형성된 바(bar) 모양의 스페이서를 포함하며, 평탄화층은 바 모양의 스페이서와 대응하는 위치에서 하나 이상의 단차를 갖는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 다른 특징에 따르면, 바 모양의 스페이서는 크로스(cross) 모양인 것을 특징으로 한다.

본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 복수의 화소는 녹색 화소, 청색 화소, 적색 화소 순서로 정의된 것을 특징으로 한다.

본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 바 모양의 스페이서는 청색 화소와 적색 화소 영역 사이에 위치된 것을 특징으로 한다.

본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 블랙 매트릭스는, 게이트 라인의 연장 방향으로 연장되어 청색 화소와 적색 화소 사이를 커버하는 부분과 청색 화소와 녹색 화소 사이를 커버하는 부분을 포함하고, 청색 화소와 적색 화소 사이를 커버하는 부분의 면적은 청색 화소와 녹색 화소 사이를 커버하는 부분의 면적보다 큰 것을 특징으로 한다.

본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 바 모양의 스페이서는 블랙 매트릭스 상에 형성된 것을 특징으로 한다.

본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 제1 전극은 평탄화층의 상면에 형성된 공통 전극인 것을 특징으로 한다.

본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 평탄화층의 형상에 대응하도록 제1 전극 상에 형성된 보호층을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 보호층의 형상에 대응하도록 보호층 상에 형성된 제1 배향막을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 바 모양의 스페이서는 게이트 라인의 연장 방향과 동일한 방향으로 연장된 것을 특징으로 한다.

본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 복수의 화소의 개구 영역에 대응하도록 제2 기판에 형성된 적색 컬러 필터, 녹색 컬러 필터 및 청색 컬러 필터를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 블랙 매트릭스, 적색 컬러 필터, 녹색 컬러 필터 및 청색 컬러 필터를 덮도록 형성된 오버 코팅층을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

전술한 바와 같은 과제를 해결하기 위하여 본 발명의 일 실시예에 따른 액정 표시 장치의 제조 방법은 복수의 화소를 포함하는 제1 기판 상에 박막 트랜지스터를 형성하는 단계, 박막 트랜지스터 상에 단차 영역를 갖는 평탄화층을 형성하는 단계, 평탄화층에 액정층을 구동하기 위한 제1 전극 및 제2 전극을 형성하는 단계, 제1 기판과 대향하는 제2 기판에 복수의 화소를 차광 영역과 개구 영역으로 정의하는 블랙 매트릭스를 형성하는 단계 및 블랙 매트릭스 상에 평탄화층의 단차 영역에 대응하도록 바(bar) 모양의 스페이서를 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 다른 특징에 따르면, 평탄화층을 형성하는 단계는 하프톤(half tone) 마스크 공정을 사용하여 평탄화층을 형성하는 단계인 것을 특징으로 한다.

기타 실시예의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.

본 발명에 따른 어레이 기판 및 이를 포함하는 액정 표시 장치에서는, 제1 기판에 형성된 평탄화층이 단차를 갖게 함으로써, 외력에 의해 기판이 이동하더라도 바 모양의 스페이서가 배향막과 접촉되지 않는다. 따라서, 화소 영역의 배향막 손상을 방지하여 블랙 영상을 표시할 때 발생할 수 있는 빛샘을 막을 수 있다.

이 때, 바 모양의 스페이서의 배치 밀도를 낮게 하여, 블랙 매트릭스 폭의 증가를 막을 수 있으므로, 개구율을 향상시키고 휘도를 높일 수 있다.

본 발명의 효과는 이상에서 언급한 효과에 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과는 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

이상에서 해결하고자 하는 과제, 과제 해결 수단, 효과에 기재한 발명의 내용이 청구항의 필수적인 특징을 특정하는 것은 아니므로, 청구항의 권리범위는 발명의 내용에 기재된 사항에 의하여 제한되지 않는다.

도 1은 외력 인가에 의해 빛샘이 발생하는 이유를 설명하기 위한 단면도이다.
도 2는 레드 아이가 발생된 액정 패널의 일부에 대한 사진 이미지이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 액정 표시 장치에 대한 개략적인 평면도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 액정 표시 장치에 대한 개략적인 단면도이다.
도 5a 및 도 5b는 외력에 의해 스페이서가 밀린 상태의 본 발명의 일 실시예에 따른 액정 표시 장치에 대한 개략적인 단면도이다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 액정 표시 장치에 대한 개략적인 평면도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 액정 표시 장치의 제조 방법을 설명하기 위한 순서도이다.

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.

본 발명의 실시예를 설명하기 위한 도면에 개시된 형상, 크기, 비율, 각도, 개수 등은 예시적인 것이므로 본 발명이 도시된 사항에 한정되는 것은 아니다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명은 생략한다. 본 명세서 상에서 언급된 '포함한다', '갖는다', '이루어진다' 등이 사용되는 경우 '~만'이 사용되지 않는 이상 다른 부분이 추가될 수 있다. 구성 요소를 단수로 표현한 경우에 특별히 명시적인 기재 사항이 없는 한 복수를 포함하는 경우를 포함한다.

구성 요소를 해석함에 있어서, 별도의 명시적 기재가 없더라도 오차 범위를 포함하는 것으로 해석한다.

위치 관계에 대한 설명일 경우, 예를 들어, '~상에', '~상부에', '~하부에', '~옆에' 등으로 두 부분의 위치 관계가 설명되는 경우, '바로' 또는 ‘직접’이 사용되지 않는 이상 두 부분 사이에 하나 이상의 다른 부분이 위치할 수도 있다.

소자 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.

비록 제1, 제2 등이 다양한 구성요소들을 서술하기 위해서 사용되나, 이들 구성요소들은 이들 용어에 의해 제한되지 않는다. 이들 용어들은 단지 하나의 구성요소를 다른 구성요소와 구별하기 위하여 사용하는 것이다. 따라서, 이하에서 언급되는 제1 구성요소는 본 발명의 기술적 사상 내에서 제2 구성요소일 수도 있다.

명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.

도면에서 나타난 각 구성의 크기 및 두께는 설명의 편의를 위해 도시된 것이며, 본 발명이 도시된 구성의 크기 및 두께에 반드시 한정되는 것은 아니다.

본 발명의 여러 실시예들의 각각 특징들이 부분적으로 또는 전체적으로 서로 결합 또는 조합 가능하고, 기술적으로 다양한 연동 및 구동이 가능하며, 각 실시예들이 서로에 대하여 독립적으로 실시 가능할 수도 있고 연관 관계로 함께 실시할 수도 있다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 다양한 실시예들을 상세히 설명한다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 액정 표시 장치에 대한 개략적인 평면도이다. 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 액정 표시 장치에 대한 개략적인 단면도이다. 도 3 및 도 4를 참조하면, 액정 표시 장치(100)는 제1 기판(110), 제2 기판(115), 박막 트랜지스터(130), 평탄화층(122), 화소 전극(150), 공통 전극(140), 블랙 매트릭스(180) 및 스페이서(160)를 포함한다. 도 3에서는 설명의 편의를 위해 액정 표시 장치(100)의 엘리먼트들 중 게이트 라인(GL), 데이터 라인(DL), 박막 트랜지스터(130), 공통 전극(140), 화소 전극(150), 스페이서(160), 평탄화층(122) 및 블랙 매트릭스(180)만을 도시하였으며, 블랙 매트릭스(180)는 외곽선을 점선으로 도시하였고, 평탄화층(122)의 단차를 설명하기 위한 부분을 점선으로 도시하였다. 도 4에서는 적색 화소(R) 및 적색 화소(R)와 청색 화소(B) 사이에 블랙 매트릭스(180)가 형성된 부분을 개략적으로 도시하였다.

제1 기판(110)은 액정 표시 장치(100)의 어레이 기판으로서, 복수의 화소를 포함한다. 복수의 화소는 게이트 라인(GL)과 데이터 라인(DL)이 상호 교차하여 정의된다. 액정 표시 장치(100)에서는 N개의 게이트 라인(GL)과 M개의 데이터 라인(DL)이 교차하여 MxN개의 화소가 존재하지만, 도 3에서는 설명의 편의를 위해 각각 2개의 적색 화소(R), 녹색 화소(G) 및 청색 화소(B)만을 도시하였다. 도 3을 참조하면, 복수의 화소는 평면 상에서 녹색 화소(G), 청색 화소(B), 적색 화소(R) 순서로 정의된다.

제1 기판(110) 상에 박막 트랜지스터(130)가 형성된다. 박막 트랜지스터(130)는 각각의 화소(R, G, B)에 형성된다. 각각의 박막 트랜지스터(130)는 제1 기판(110) 상에 형성된 게이트 전극(131), 액티브층(132), 소스 전극(133) 및 드레인 전극(134)을 포함한다. 구체적으로, 제1 기판(110) 상에 게이트 라인(GL)과 전기적으로 연결된 게이트 전극(131)이 형성되고, 게이트 전극(131) 상에 게이트 절연층(121)이 형성되고, 게이트 절연층(121) 상에 채널이 형성되는 액티브층(132)이 형성되고, 액티브층(132) 상에 데이터 라인(DL)과 전기적으로 연결된 드레인 전극(134) 및 화소 전극(150)과 전기적으로 연결된 소스 전극(133)이 형성된다. 액티브층(132)은 비정질 실리콘, 다결정 실리콘, 산화물 반도체 등으로 형성될 수 있다.

제1 기판(110) 상의 박막 트랜지스터(130)를 덮도록 평탄화층(122)이 형성된다. 평탄화층(122)은 박막 트랜지스터(130)가 형성된 제1 기판(110) 상부를 평탄화하는 것으로서, 특히, 적색 화소(R), 녹색 화소(G) 및 청색 화소(B)에 형성된 컬러 필터(190)와 대응하는 부분을 평탄화한다. 평탄화층(122)은 포토 아크릴 등과 같은 낮은 유전율을 가진 유기 절연 물질로 형성될 수 있다.

평탄화층(122)은 바 모양의 스페이서(160)와 대응하는 위치에서 하나 이상의 단차를 갖는다. 구체적으로, 도 4를 참조하면, 평탄화층(122)은 바 모양의 스페이서(160)가 형성된 블랙 매트릭스(180)에 대응하는 위치에 적어도 하나의 단차를 갖도록 형성된다. 평탄화층(122)의 기능에 대해서는 바 모양의 스페이서(160)와 함께 상세히 후술한다.

도 4에서는 도시되지 않았으나, 박막 트랜지스터(130) 상에 별도의 패시베이션층이 형성되고, 패시베이션 층 상에 평탄화층(122)이 형성될 수도 있다.

평탄화층(122) 상에 공통 전극(140)이 형성된다. 공통 전극(140)은 액정층(미도시)을 구동하기 위한 전극으로서, 화소 전극(150)이 박막 트랜지스터(130)의 소스 전극(133)과 전기적으로 연결되기 위한 컨택홀이 형성된 영역을 제외한 영역에 단일 패턴으로 형성된다. 공통 전극(140)은 평탄화층(122)의 하나 이상의 단차 부분 상에서 평탄화층(122)의 단차 부분의 형상을 따라 형성된다. 도 3 및 도 4에 도시되지는 않았으나, 공통 전극(140)은 별도의 컨택홀을 통해 게이트 라인(GL)과 평행하게 배열된 공통 라인과 전기적으로 연결될 수도 있다.

공통 전극(140) 상에 보호층(123)이 형성된다. 보호층(123)은 공통 전극(140)을 보호함과 동시에 공통 전극(140) 상부를 평탄화한다. 보호층(123)은, 특히, 적색 화소(R), 녹색 화소(G) 및 청색 화소(B)에 형성된 컬러 필터(190)와 대응하는 부분을 평탄화한다. 보호층(123)은 평탄화층(122)의 하나 이상의 단차 부분 상에서 평탄화층(122)의 단차 부분의 형상을 따라 형성된다. 보호층(123)은 평탄화층(122)과 동일한 물질로 형성될 수도 있고, 평탄화층(122)과는 상이한 절연 물질로 형성될 수도 있다.

보호층(123) 상에 화소 전극(150)이 형성된다. 화소 전극(150)은 화소 전극(150)은 액정층을 구동하기 위한 전극으로서, 각각의 화소에 박스 형태로 형성되는 한편 보호층(123) 위에 다수의 슬릿을 가지도록 형성된다. 화소 전극(150)은 평탄화층(122) 및 보호층(123)에 형성된 컨택홀을 통해 박막 트랜지스터(130)의 소스 전극(133)과 전기적으로 연결된다. 화소 전극(150)은, 도 3에 도시된 바와 같이, 중앙부가 적어도 1회 꺾어진 형태를 가질 수 있다. 화소 전극(150)과 공통 전극(140)은 투명 도전성 물질로 형성될 수 있다.

도 3에서는 화소 전극(150)이 박스 형태로 형성되며 다수의 슬릿을 가지도록 형성되고 공통 전극(140)이 단일 패턴으로 형성되는 것으로 도시되었으나, 화소 전극(150) 대신에 공통 전극(140)이 다수의 슬릿을 가지도록 형성될 수도 있으며, 화소 전극(150)과 공통 전극(140)이 동일층에 형성될 수도 있다.

제2 기판(115)은 액정 표시 장치(100)의 컬러 필터 기판으로서, 제1 기판(110)에 대향한다. 제2 기판(115)에는 복수의 화소를 차광 영역과 개구 영역으로 정의하는 블랙 매트릭스(180)가 형성된다. 즉, 블랙 매트릭스(180)가 형성된 영역은 차광 영역으로 정의되고, 블랙 매트릭스(180)가 형성되지 않은 영역은 개구 영역으로 정의된다. 차광 영역에 대응하는 영역에는 박막 트랜지스터(130), 데이터 라인(DL), 게이트 라인(GL) 등과 같은 다양한 구동 소자 및 배선이 형성되고, 개구 영역으로 정의되는 영역에는 화소 전극(150)과 공통 전극(140)이 형성된다.

블랙 매트릭스(180)가 형성된 제2 기판(115)에는 복수의 컬러 필터(190)가 형성된다. 구체적으로, 적색 화소(R), 녹색 화소(G) 및 청색 화소(B) 각각의 개구 영역에 대응하도록 적색 컬러 필터, 녹색 컬러 필터 및 청색 컬러 필터가 형성된다. 적색 컬러 필터, 녹색 컬러 필터 및 청색 컬러 필터 각각의 일부 영역은 블랙 매트릭스(180)와 중첩할 수 있다. 도 4에서는 설명의 편의를 위해 적색 컬러 필터를 컬러 필터(190)로서 도시하였다.

블랙 매트릭스(180) 및 컬러 필터(190)를 덮도록 제2 기판(115)에 오버 코팅층(124)이 형성된다. 오버 코팅층(124)은 블랙 매트릭스(180), 적색 컬러 필터, 녹색 컬러 필터 및 청색 컬러 필터가 형성된 제2 기판(115) 하부를 평탄화하기 위한 층으로서, 절연 물질로 형성된다. 오버 코팅층(124)은 평탄화층(122)과 동일한 물질로 형성될 수도 있다.

제1 기판(110)과 제2 기판(115) 사이에서 블랙 매트릭스(180) 상에 바(bar) 모양의 스페이서(160)가 형성된다. 바 모양의 스페이서(160)는 액정 표시 장치(100)의 셀 갭(cell gap)을 유지하기 위한 셀 갭 스페이서이다. 바 모양의 스페이서(160)는 블랙 매트릭스(180)가 형성된 차광 영역에 형성된다. 바 모양의 스페이서(160)는 게이트 라인(GL)과 중첩되도록 형성되고, 게이트 라인(GL)의 연장 방향과 동일한 방향으로 연장한다.

바 모양의 스페이서(160)는 청색 화소(B)와 적색 화소(R) 사이의 차광 영역에 대응하도록 배치된다. 구체적으로, 바 모양의 스페이서(160)는 청색 화소(B)와 적색 화소(R) 사이의 차광 영역에 형성된 게이트 라인(GL)과 중첩되고, 블랙 매트릭스(180)와 중첩되도록 형성된다.

도 2를 참조하면, 바 모양의 스페이서(160)는 차광 영역에서 제1 기판(110) 측에 형성된 보호층(123)과 접한다. 구체적으로, 제1 기판(110) 상에 하나 이상의 단차를 갖도록 평탄화층(122)이 형성되고, 평탄화층(122) 상에 평탄화층(122)의 형상을 따라 공통 전극(140)이 형성되고, 공통 전극(140) 상에 공통 전극(140)의 형상을 따라 보호층(123)이 형성된다. 따라서, 보호층(123) 또한 하나 이상의 단차를 갖도록 형성되고, 바 모양의 스페이서(160)는 차광 영역에서 보호층(123)에 접하도록 형성된다.

도 1을 참조하면, 블랙 매트릭스(180)는 게이트 라인(GL)의 연장 방향으로 연장하는 부분을 포함한다. 여기서, 게이트 라인(GL)의 연장 방향으로 연장하는 블랙 매트릭스(180)는 청색 화소(B)와 적색 화소(R) 사이를 커버하는 부분과 청색 화소(B)와 녹색 화소(G) 사이를 커버하는 부분을 포함한다. 상술한 바와 같이, 평탄화층(122)은 바 모양의 스페이서(160)와 대응하는 위치에서 하나 이상의 단차를 갖고 바 모양의 스페이서(160)는 청색 화소(B)와 적색 화소(R) 사이의 차광 영역에 대응하도록 배치되므로, 평탄화층(122)의 하나 이상의 단차 또한 청색 화소(B)와 적색 화소(R) 사이에 형성된다. 따라서, 청색 화소(B)와 적색 화소(R) 사이를 커버하는 블랙 매트릭스(180) 부분의 면적은 청색 화소(B)와 녹색 화소(G) 사이를 커버하는 블랙 매트릭스(180) 부분의 면적보다 클 수 있다.

도 1 및 도 2를 참조하면, 평탄화층(122)의 하나 이상의 단차 부분과 바 모양의 스페이서(160)는 서로 수직하게 접한다. 즉, 평탄화층(122)의 하나 이상의 단차 부분인 평탄화층(122)의 돌출된 부분은 데이터 라인(DL)의 연장 방향으로 연장하도록 형성되고, 바 모양의 스페이서(160)는 게이트 라인(GL)의 연장 방향으로 연장하도록 형성되므로, 평탄화층(122)의 하나 이상의 단차 부분과 바 모양의 스페이서(160)는 서로 수직하게 접한다.

도 3 및 도 4에서는 바 모양의 스페이서(160)이 적색 화소(R)와 청색 화소(B) 사이에만 위치된 것으로 도시되었으나, 이에 제한되지 않고, 바 모양의 스페이서(160)는 적색 화소(R)와 녹색 화소(G) 사이 및 녹색 화소(G) 및 청색 화소(B) 사이에도 형성될 수 있다.

도 3 및 도 4에 도시되지는 않았으나, 제1 기판(110)의 보호층(123) 상에 제1 배향막이 형성되고, 제2 기판(115)의 오버 코팅층(124)에 제2 배향막이 형성될 수 있다. 제1 배향막 및 제2 배향막은 폴리이미드(polyimide; PI)로 형성될 수 있다.

도 3 및 도 4에 도시되지는 않았으나, 제1 기판(110)과 제2 기판(115) 사이에 액정층이 개재된다. 제1 기판(110)의 보호층(123)과 제2 기판(115)의 오버 코팅층(124) 사이에 액정층이 개재되고, 구체적으로 제1 배향막과 제2 배향막 사이에 액정층이 개재될 수 있다.

도 3 및 도 4에 도시되지는 않았으나, 액정 표시 장치(100)의 액정층으로 빛을 공급하는 백라이트 유닛이 액정 표시 장치(100)에 더 포함될 수 있다.

도 3 및 도 4에서는 셀 갭을 유지하기 위한 스페이서(160)만이 도시되었으나, 눌림을 방지하기 위한 눌림 스페이서가 액정 표시 장치(100)에 추가적으로 채용될 수도 있다. 눌림 스페이서가 채용되는 경우, 눌림 스페이서는 원형 기둥 모양일 수도 있고, 바 모양일 수도 있다.

제1 기판과 제2 기판 사이의 셀 갭을 유지하기 위한 스페이서를 사용하고, 스페이서가 제1 기판 측에 형성된 배향막에 직접적으로 접촉하는 종래 기술에서, 스페이서에 외력이 가해지는 경우 스페이서가 이동하게 되며, 이로 인해 배향막이 손상되어 불량이 발생한다. 구체적으로, 액정 표시 장치에 외력이 발생하는 경우, 제2 기판에 형성된 스페이서는 제1 기판에 형성된 배향막의 상부를 미끄러져 이동하다가 원래의 자리로 되돌아오게 된다. 이 때, 이동하는 스페이서는 배향막에 손상을 주게 되고, 배향막의 손상에 의해 액정층의 액정 배열이 틀어져 빛이 새어나오는 빛샘 현상이 발생하게 되는 문제가 있다.

상술한 빛샘 현상을 방지하기 위해, 스페이서가 형성되는 위치에 배치된 블랙 매트릭스의 크기를 스페이서가 형성되지 않은 위치에 배치된 블랙 매트릭스의 크기보다 크게 설계하는 방안이 사용되고 있다. 그러나, 블랙 매트릭스의 크기의 증가는 액정 표시 장치의 개구율을 감소시키며, 비대칭적인 블랙 매트릭스의 배치에 따라 색감차가 발생하는 문제가 발생한다.

이하에서는, 상술한 바와 같은 종래 기술에 대한 문제를 해결하기 위한 본 발명의 액정 표시 장치(100)의 효과에 대한 보다 상세한 설명을 위해 도 5a 및 도 5b를 함께 참조한다.

도 5a 및 도 5b는 외력에 의해 스페이서가 밀린 상태의 본 발명의 일 실시예에 따른 액정 표시 장치에 대한 개략적인 단면도이다. 도 5a는 도 4에 도시된 액정 표시 장치(100)의 제2 기판(115)이 외력에 의해 액정 표시 장치(100)의 일 측으로 밀린 상태의 단면도이고, 도 5b는 도 4에 도시된 액정 표시 장치(100)의 제2 기판(115)이 외력에 의해 액정 표시 장치(100)의 타 측으로 밀린 상태의 단면도이다.

도 5a 및 도 5b를 참조하면, 제2 기판(115)이 외력에 의해 밀림에 따라 제2 기판(115) 측에 형성된 바 모양의 스페이서(160) 또한 액정 표시 장치(100)의 일 측 또는 타 측으로 밀리게 되고, 외력이 해제되면 제2 기판(115) 측에 형성된 바 모양의 스페이서(160)는 도 5b에 도시된 바와 같이 제자리로 돌아오게 된다. 이렇게 바 모양의 스페이서(160)가 이동하는 과정에서 바 모양의 스페이서(160)가 제1 기판(110) 측에 형성된 배향막과 접촉하여 배향막에 손상을 주게 되는 경우 레드 아이 불량으로 지칭되는 빛샘 현상이 발생할 수 있다.

이에 본 발명의 일 실시예에 따른 액정 표시 장치(100)에서는 바 모양의 스페이서(160)가 액정 표시 장치(100)의 일 측 또는 타측으로 이동하더라도 바 모양의 스페이서(160)는 돌출된 평탄화층(122) 상에 형성된 보호층(123) 상에서 이동하게 된다. 즉, 바 모양의 스페이서(160)의 이동 시, 바 모양의 스페이서(160)는 적색 화소(R), 녹색 화소(G) 및 청색 화소(B)에 배치된 배향막과 접촉되지 않는다. 따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 액정 표시 장치(100)에서는 바 모양의 스페이서(160) 및 바 모양의 스페이서(160)와 수직 방향으로 배치되는 평탄화층(122)의 하나 이상의 단차를 사용하여 외력에 의해 바 모양의 스페이서(160)가 이동되어도 바 모양의 스페이서(160)가 적색 화소(R), 녹색 화소(G) 및 청색 화소(B)에 배치된 배향막에 접촉하지 않으므로, 레드 아이 불량을 방지할 수 있다. 또한, 레드 아이 불량을 방지하기 위해 블랙 매트릭스(180)의 크기를 크게 설계하지 않아도 되므로, 레드 아이 불량을 방지함과 동시에 액정 표시 장치(100)의 개구율 향상이 가능하며, 고해상도의 액정 표시 장치(100)에 적합한 화소 구조를 제공할 수 있다.

도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 액정 표시 장치에 대한 개략적인 평면도이다. 도 6의 액정 표시 장치(600)는 도 3 및 도 4에 도시된 액정 표시 장치(600)와 비교하여 스페이서(660)의 형상이 상이하다는 점을 제외하면 실질적으로 동일하므로 중복 설명을 생략한다.

도 6을 참조하면, 스페이서(660)는 크로스(cross) 모양이다. 여기서, 스페이서(660)가 크로스 모양이라는 것은, 스페이서(660)가 서로 교차하는 2개의 바 모양 부분으로 구성된다는 것을 의미한다. 스페이서(660)를 구성하는 2개의 바 모양 부분 중 하나는 데이터 라인(DL)의 연장 방향으로 연장하고, 다른 하나는 게이트 라인(GL)의 연장 방향으로 연장할 수 있다.

본 발명의 다른 실시예에 따른 액정 표시 장치(600)에서는 스페이서(660)가 크로스 모양으로 형성되어, 외력에 의한 액정 표시 장치(600)의 상하좌우에 대한 제2 기판(115)의 밀림 현상 모두에 대응할 수 있다.

도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 액정 표시 장치의 제조 방법을 설명하기 위한 순서도이다.

먼저, 복수의 화소 영역을 포함하는 제1 기판 상에 박막 트랜지스터를 형성한다(S70). 구체적으로, 제1 기판 상에 게이트 전극, 액티브층, 소스 전극 및 드레인 전극으로 구성되는 박막 트랜지스터를 형성한다.

이어서, 박막 트랜지스터 상에 단차 영역를 갖는 평탄화층을 형성한다(S71) 단차 영역을 갖는 평탄화층을 형성하기 위해 하프톤(half tone) 마스크 공정을 사용할 수 있다. 즉, 하프톤 마스크 공정을 사용하여 상대적으로 두꺼운 평탄화층 부분과 상대적으로 얇은 평탄화층 부분을 동시에 형성할 수 있다.

이어서, 평탄화층에 액정층을 구동하기 위한 제1 전극 및 제2 전극을 형성한다(S72). 구체적으로 평탄화층 상에 제1 전극을 형성하고, 평탄화층 상에 형성된 보호층 상에 제2 전극을 형성할 수 있다. 제1 전극은 공통 전극 및 화소 전극 중 하나이고, 제2 전극은 공통 전극 및 화소 전극 중 다른 하나이다.

이어서, 제1 기판과 대향하는 제2 기판에 복수의 화소를 차광 영역과 개구 영역으로 정의하는 블랙 매트릭스를 형성하고(S73), 블랙 매트릭스 상에 평탄화층의 단차 영역에 대응하도록 바(bar) 모양의 스페이서를 형성한다(S74).

이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 더욱 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 반드시 이러한 실시예로 국한되는 것은 아니고, 본 발명의 기술사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양하게 변형 실시될 수 있다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 그러므로, 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

5: 컬러 필터 기판
6: 블랙 매트릭스
10: 어레이 기판
15: 배향막
30: 스페이서
110: 제1 기판
115: 제2 기판
121: 게이트 절연층
122: 평탄화층
123: 보호층
124: 오버 코팅층
130: 박막 트랜지스터
131: 게이트 전극
132: 액티브층
133: 소스 전극
134: 드레인 전극
140: 공통 전극
150: 화소 전극
160, 660: 스페이서
180: 블랙 매트릭스
190: 컬러 필터
100, 600: 액정 표시 장치
GL: 게이트 라인
DL: 데이터 라인
R: 적색 화소
G: 녹색 화소
B: 청색 화소

Claims

데이터 라인과 게이트 라인이 상호 교차하여 정의된 복수의 화소를 포함하는 제1 기판;
상기 제1 기판에 대향하는 제2 기판;
상기 제1 기판과 상기 제2 기판 사이에 개재된 액정층;
상기 제1 기판 상에 형성된 박막 트랜지스터;
상기 박막 트랜지스터를 덮도록 형성된 평탄화층;
상기 제1 기판 상에 형성되어 상기 액정층을 구동하는 제1 전극 및 제2 전극;
상기 제2 기판에 형성되어 상기 복수의 화소를 차광 영역과 개구 영역으로 정의하는 블랙 매트릭스; 및
상기 제2 기판에 형성된 바(bar) 모양의 스페이서를 포함하며,
상기 평탄화층은 상기 바 모양의 스페이서와 대응하는 위치에서 하나 이상의 단차를 갖는 것을 특징으로 하는, 액정 표시 장치.
제1항에 있어서,
상기 바 모양의 스페이서는 크로스(cross) 모양인 것을 특징으로 하는, 액정 표시 장치.
제1항에 있어서,
상기 복수의 화소는 녹색 화소, 청색 화소, 적색 화소 순서로 정의된 것을 특징으로 하는, 액정 표시 장치.
제3항에 있어서,
상기 바 모양의 스페이서는 상기 청색 화소와 상기 적색 화소 영역 사이에 위치된 것을 특징으로 하는, 액정 표시 장치.
제3항에 있어서,
상기 블랙 매트릭스는, 상기 게이트 라인의 연장 방향으로 연장되어 상기 청색 화소와 상기 적색 화소 사이를 커버하는 부분과 상기 청색 화소와 상기 녹색 화소 사이를 커버하는 부분을 포함하고,
상기 청색 화소와 상기 적색 화소 사이를 커버하는 부분의 면적은 상기 청색 화소와 상기 녹색 화소 사이를 커버하는 부분의 면적보다 큰 것을 특징으로 하는, 액정 표시 장치.
제1항에 있어서,
상기 바 모양의 스페이서는 상기 블랙 매트릭스 상에 형성된 것을 특징으로 하는, 액정 표시 장치.
제1항에 있어서,
상기 제1 전극은 상기 평탄화층의 상면에 형성된 공통 전극인 것을 특징으로 하는, 액정 표시 장치.
제1항에 있어서,
상기 평탄화층의 형상에 대응하도록 상기 제1 전극 상에 형성된 보호층을 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 액정 표시 장치.
제7항에 있어서,
상기 보호층의 형상에 대응하도록 상기 보호층 상에 형성된 제1 배향막을 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 액정 표시 장치.
제1항에 있어서,
상기 바 모양의 스페이서는 상기 게이트 라인의 연장 방향과 동일한 방향으로 연장된 것을 특징으로 하는, 액정 표시 장치.
제1항에 있어서,
상기 복수의 화소의 개구 영역에 대응하도록 상기 제2 기판에 형성된 적색 컬러 필터, 녹색 컬러 필터 및 청색 컬러 필터를 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 액정 표시 장치.
제14항에 있어서,
상기 블랙 매트릭스, 상기 적색 컬러 필터, 상기 녹색 컬러 필터 및 상기 청색 컬러 필터를 덮도록 형성된 오버 코팅층을 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 액정 표시 장치.
복수의 화소를 포함하는 제1 기판 상에 박막 트랜지스터를 형성하는 단계;
상기 박막 트랜지스터 상에 단차 영역를 갖는 평탄화층을 형성하는 단계;
상기 평탄화층에 액정층을 구동하기 위한 제1 전극 및 제2 전극을 형성하는 단계;
상기 제1 기판과 대향하는 제2 기판에 상기 복수의 화소를 차광 영역과 개구 영역으로 정의하는 블랙 매트릭스를 형성하는 단계; 및
상기 블랙 매트릭스 상에 상기 평탄화층의 단차 영역에 대응하도록 바(bar) 모양의 스페이서를 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는, 액정 표시 장치의 제조 방법.
제13항에 있어서,
상기 평탄화층을 형성하는 단계는 하프톤(half tone) 마스크 공정을 사용하여 상기 평탄화층을 형성하는 단계인 것을 특징으로 하는, 액정 표시 장치의 제조방법.