KR20160025690A - 액정 표시 장치 및 그 제조 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명에 따른 액정 표시 장치는 기판; 상기 기판 위에 형성되어 있는 차광 부재; 및 상기 차광 부재 위에 형성되어 있는 제1 컬럼 스페이서와 제2 컬럼 스페이서를 포함하고, 상기 제1 컬럼 스페이서는 지지부와 기둥부를 구비하고, 상기 제2 컬럼 스페이서는 기둥부를 구비함으로써 스미어 현상을 방지할 수 있다.

Description

액정 표시 장치 및 그 제조 방법{LIQUID CRYSTAL DISPLAY AND MANUFACTURING METHOD THEREOF}
본 발명은 액정 표시 장치 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
액정 표시 장치는 현재 가장 널리 사용되고 있는 평판 표시 장치 중 하나로서, 화소 전극과 공통 전극 등 전기장 생성 전극이 형성되어 있는 두 개의 표시판과 그 사이에 들어 있는 액정층으로 이루어지며, 전기장 생성 전극에 전압을 인가하여 액정층에 전기장을 생성하고 이를 통하여 액정층의 액정 분자들의 배향을 결정하고 입사광의 편광을 제어함으로써 영상을 표시한다.
상기 두 개의 표시판 사이의 액정층의 간격을 셀 갭이라 하는데, 상기 셀 갭은 응답속도, 대비비, 시야각, 휘도 균일성 등 액정 표시 장치의 전반적인 동작 특성에 영향을 미친다. 만약 셀 갭이 일정하지 않으면 화면 전체에 걸쳐 균일한 영상이 표시되지 못하여 화질 불량을 초래한다. 따라서, 기판 상의 전 영역에 걸쳐서 균일한 셀갭을 유지하기 위해 두 개의 기판 중 일측에는 복수의 간격재가 형성된다. 이러한 간격재로는 컬럼 스페이서가 많이 사용되고 있다.
특히, 커브드 액정 패널을 형성하는 경우 두드림, 압력이 주어져 충격이 가해지면 기판 위에 형성된 컬럼 스페이서의 셀 갭 복원력이 감소하여 스미어(smear) 현상이 발생하기 쉽다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 액정 패널 타격에 의한 스미어 현상을 방지할 수 있는 액정 표시 장치 및 그의 제조 방법을 제공하고 한다.
이러한 과제를 해결하기 위하여 본 발명의 실시예에 따른 액정 표시 장치는 기판; 상기 기판 위에 형성되어 있는 차광 부재; 및 상기 차광 부재 위에 형성되면서 서로 떨어져서 위치하고 있는 제1 컬럼 스페이서와 제2 컬럼 스페이서를 포함하고, 상기 제1 컬럼 스페이서는 지지부와 기둥부를 구비하고, 상기 제2 컬럼 스페이서는 기둥부를 구비하고 있다.
상기 제1 컬럼 스페이서와 제2 컬럼 스페이서의 총 높이가 동일할 수 있다.
상기 지지부는 상기 기둥부 아래 형성되면서 상기 기둥부를 지지할 수 있다.
상기 지지부는 상기 기둥부보다 넓은 수평 단면적을 가질 수 있다.
상기 차광 부재와 제1 컬럼 스페이서가 동일한 물질로 형성되고, 상기 차광 부재와 제2 컬럼 스페이서는 동일한 물질로 형성될 수 있다.
상기 제1 컬럼 스페이서는 상기 기판의 단축 방향으로의 중앙에서부터 1/3 지점에 형성될 수 있다.
상기 제2 컬럼 스페이서는 상기 기판의 단축 방향으로의 중앙에서부터 1/3 지점 이외의 영역에 형성될 수 있다.
상기 차광 부재는 박막 트랜지스터의 게이트선을 따라 뻗어 형성될 수 있다.
상기 기판 위에 복수의 색필터를 더 포함할 수 있다.
상기 차광 부재는 상기 복수의 색필터 위에 형성될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 액정 표시 장치의 제조 방법은 기판 위에 차광 부재를 형성하는 단계; 및 상기 차광 부재 위에 제1 컬럼 스페이서와 제2 컬럼 스페이서를 형성하는 단계를 포함하고, 상기 제1 컬럼 스페이서는 지지부와 기둥부를 구비하고, 상기 제2 컬럼 스페이서는 기둥부를 구비하고 있다.
상기 제1 컬럼 스페이서와 제2 컬럼 스페이서의 총 높이가 동일할 수 있다.
상기 차광 부재를 형성하는 단계와 상기 제1 컬럼 스페이서와 제2 컬럼 스페이서를 형성하는 단계는 상기 차광 부재와 제1 컬럼 스페이서를 동일한 물질로 형성하고, 상기 차광 부재와 제2 컬럼 스페이서를 동일한 물질로 형성할 수 있다.
상기 차광 부재와 상기 제1 컬럼 스페이서 및 제2 컬럼 스페이서를 일체로 형성하는 단계는 제1 기판 위에 포토 레지스트를 도포하는 단계; 제1 영역, 제2 영역, 제3 영역, 및 제4 영역을 포함하는 마스크를 사용하여 노광하는 단계; 및 상기 포토 레지스트를 현상한 후 경화하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 제1 영역은 노광기에서 발생한 빛을 전부 차단하는 영역이고, 제2 영역은 노광기에서 발생한 빛을 일부 통과시켜 차광부재를 형성하는 영역이고, 제3 영역은 노광기에서 발생한 빛을 전부 통과시켜 기둥부를 형성하는 영역이고, 제4 영역은 노광기에서 발생한 빛을 일부 통과시켜 지지부를 형성하는 영역일 수 있다.
상기 지지부는 상기 기둥부 아래 형성되면서 상기 기둥부를 지지할 수 있다.
상기 지지부는 상기 기둥부보다 넓은 수평 단면적을 가질 수 있다.
상기 기판 위에 복수의 색필터를 형성하는 단계를 더 포함하고, 상기 차광 부재는 상기 복수의 색필터 위에 형성될 수 있다.
위에서 언급된 본 발명의 기술적 과제 외에도, 본 발명의 다른 특징 및 이점들이 이하에서 기술되거나, 그러한 기술 및 설명으로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
이상과 같은 본 발명에 따르면 다음과 같은 효과가 있다.
본 발명은 제1 기판의 단축 방향의 중앙에서 1/3 지점에 지지부와 기둥부를 구비하는 제1 컬럼 스페이서를 형성하고, 제1 기판의 단축 방향으로의 중앙에서부터 1/3 지점 이외의 영역에 지지부를 구비하지 않는 제2 컬럼 스페이서를 형성함으로써 중앙부에 발생하는 스미어 현상을 방지할 수 있다.
본 발명은 1 컬럼 스페이서와 제2 컬럼 스페이서는 차광 부재와 동일한 공정을 통해서 동시에 형성될 수 있고, 이러한 제1 컬럼 스페이서, 제2 컬럼 스페이서, 및 차광 부재는 불투명 고분자 수지로 형성되므로 블랙 매트릭스와 컬럼 스페이서의 기능을 동시에 하기 때문에 제조 공정이 단순화될 수 있다.
이 밖에도, 본 발명의 실시 예들을 통해 본 발명의 또 다른 특징 및 이점들이 새롭게 파악될 수도 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 액정 표시 장치를 보여주는 사시도이다.
도 2는 제1 컬럼 스페이서와 제2 컬럼 스페이서가 형성되어 있는 위치를 보여주기 위한 도면이다.
도 3은 도 2의 절단선 Ⅲ-Ⅲ과 Ⅳ-Ⅳ를 따라 자른 단면도이다.
도 4a는 컬럼 스페이서의 지지부 높이에 따른 압축 특성을 나타내는 도면이다.
도 4b는 압축 변이에 따른 셀 갭 복원력을 나타내는 도면이다.
도 5는 커브드 액정 패널의 타격에 의한 스미어 현상을 보여주는 도면이다.
도 6은 도 1의 실시예를 구체화한 액정 표시 장치를 나타내는 평면도로서 액정 패널의 중앙부에 있는 한 화소의 평면도이다.
도 7은 도 6의 절단선 Ⅶ-Ⅶ을 따라 자른 단면도이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 액정 표시 장치의 제조 방법을 나타내는 순서도이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 액정 표시 장치의 차광부재와 컬럼 스페이서를 제조하는 방법을 나타내는 도면이다.
첨부한 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 상세히 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명은 여기서 설명되는 실시예에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시예들은 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이다.
도면들에 있어서, 층 및 영역들의 두께는 명확성을 기하기 위하여 과장된 것이다. 또한, 층이 다른 층 또는 기판 "상"에 있다고 언급되는 경우에 그것은 다른 층 또는 기판 상에 직접 형성될 수 있거나 또는 그들 사이에 제3의 층이 개재될 수도 있다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호로 표시된 부분들은 동일한 구성요소들을 의미한다.
이하, 첨부되는 도면을 참고하여 상기 문제점을 해결하기 위해 고안된 본 발명의 바람직한 실시예들에 대해 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 액정 표시 장치를 보여주는 사시도이고, 도 2는 제1 컬럼 스페이서와 제2 컬럼 스페이서가 형성되어 있는 위치를 보여주기 위한 도면이고, 도 3은 도 2의 절단선 Ⅲ-Ⅲ과 Ⅳ-Ⅳ를 따라 자른 단면도이다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 액정 표시 장치는 액정셀을 구현하기 위해 액정층(300)을 사이에 두고 합착되는 하부 표시판(100) 및 상부 표시판(200)과, 액정셀의 셀 갭을 일정하게 유지하기 위한 컬럼 스페이서(CS1, CS2)를 포함한다.
하부 표시판(100)은 제1 기판(110), 막 구조물(120), 복수의 색필터(130), 차광 부재(199), 및 제1 컬럼 스페이서(CS1)와 제2 컬럼 스페이서(CS2)를 포함한다.
제1 기판(110) 위에 위치하는 막 구조물(120)은 박막 트랜지스터를 포함한다. 박막 트랜지스터는 스위칭 소자로 스위칭 소자로 제어 단자, 입력 단자 및 출력 단자의 삼단자로 이루어질 수 있고, 이에 대해서는 이후 자세히 설명하기로 한다.
막 구조물(120) 위에는 복수의 색필터(130)가 위치한다. 복수의 색필터(130)는 서로 이격되어 배열되어 있는 적색 색필터(R), 녹색 색필터(G) 및 청색 색필터(B)를 포함한다. 복수의 색필터(130) 각각은 가로 방향으로 나란히 형성되어 있으나, 세로 방향을 따라 스트라이프 형태로 형성될 수 있다. 또한, 복수의 색필터(130) 각각은 가로 방향으로 이격되어 있거나 가장자리가 서로 중첩되어 형성될 수 있다.
이러한 색필터(130)는 착색 감광성 유기물질로 공지의 안료분산법을 이용하여 만들어질 수 있다.
복수의 색필터(130) 위에는 차광 부재(199)가 형성되어 있다. 차광 부재(199)는 블랙 컬러를 띠며 불필요한 광을 차단하기 위해 형성되는 것으로서, 불필요한 광이 생성될 수 있는 영역은 예를 들어, 박막 트랜지스터의 게이트선(121)을 따라 뻗어 형성되거나, 게이트선(121) 및 상기 게이트선(121)과 교차하여 형성되는 데이터선(171)을 따라 뻗어 형성될 수 있다.
차광 부재(199) 위에는 제1 컬럼 스페이서(CS1)와 제2 컬럼 스페이서(CS2)가 서로 떨어져서 위치하고 있다.
제1 컬럼 스페이서(CS1)와 제2 컬럼 스페이서(CS2)는 제1 기판(110)과 제2 기판(210) 사이의 간격인 셀 갭을 유지한다.
제1 컬럼 스페이서(CS1)는 지지부(CS1a)와 기둥부(CS1b)를 구비하고, 제2 컬럼 스페이서(CS2)는 기둥부(CS2)를 구비하고 있다.
이때 제1 컬럼 스페이서(CS1)의 총 높이(h1)와 제2 컬럼 스페이서(CS2)의 총 높이(h2)는 동일하다.
제1 컬럼 스페이서(CS1)는 제2 컬럼 스페이서(CS2)와 비교하여 기둥부(CS1b) 아래에 지지부(CS1a)가 더 형성되어 기둥부(CS1b)를 지지할 수 있다. 이때, 지지부(CS1a)는 상기 기둥부(CS1b)보다 넓은 수평 단면적을 가진다.
즉, 제1 컬럼 스페이서(CS1)와 제2 컬럼 스페이서(CS2)의 총 높이가 동일하고, 제2 컬럼 스페이서(CS2)와 비교하여 제1 컬럼 스페이서(CS1)는 지지부(CS1a)를 더 포함하고 있으므로, 상대적으로 제1 컬럼 스페이서(CS1)에 포함된 기둥부(CS1b)의 높이는 제2 컬럼 스페이서(CS2)의 기둥부(CS2)보다 더 낮게 형성되어 있다.
제1 컬럼 스페이서(CS1)는 기둥부(CS1b)를 수평 단면적이 더 넓은 지지부(CS1a)가 기둥부(CS1b) 아래에서 지지하고 있어 지지부가 없는 제2 컬럼 스페이서(CS2)보다 셀 갭 복원력이 크다.
도 4a는 컬럼 스페이서의 지지부 높이에 따른 압축 특성을 나타내는 도면이고, 도 4b는 압축 변이에 따른 셀 갭 복원력을 나타내는 도면이다.
도 4a를 참조하면, A는 제1 기판(110) 위에 기둥부(CS2)가 형성되어 있는 컬럼 스페이서이고, B와 C는 제1 기판(110) 위에 지지부(CS1a)와 기둥부(CS1b)를 구비하는 컬럼 스페이서이다. A, B, 및 C의 컬럼 스페이서의 총 높이(H)는 모두 동일하고, B의 컬럼 스페이서의 기둥부(CS1b)의 높이(a)보다 C의 컬럼 스페이서의 기둥부(CS1b)의 높이(a)가 더 낮다.
지지부(CS1a)의 높이에 따라서 셀 갭의 압축 특성이 달라진다.
A의 컬럼 스페이서(CS2)보다 B, C의 컬럼 스페이서(CS1)가 더 압축 변위가 작음을 알 수 있고, B의 컬럼 스페이서보다는 C의 컬럼 스페이서가 더 압축 변위가 작음을 알 수 있다.
즉, 지지부(CS1a)가 구비되어 있지 않는 컬럼 스페이서(CS2)보다는 지지부가(CS1a)를 구비하고 있는 컬럼 스페이서(CS1)가 더 압축 변위가 작고, 지지부(CS1a)의 높이가 더 큰 컬럼 스페이서가 더 압축 변위가 작다.
도 4b를 참조하면, 실선은 도 4a에 도시된 B의 컬럼 스페이서를 나타내고, 일점 쇄선은 도 4b에 도시된 C의 컬럼 스페이서를 나타낸다.
셀 갭의 동일 압축 변위를 기준으로 지지부(CS1a)의 높이가 높은 C의 컬럼 스페이서가 지지부(CS1a)의 높이가 상대적으로 낮은 B의 컬럼 스페이서보다 셀 갭의 미복원 높이가 더 작음을 알 수 있다.
즉, 지지부(CS1a)를 구비하지 않는 컬럼 스페이서(CS2)보다 지지부(CS1a)를 구비하고 있는 컬럼 스페이서(CS1)가 압력에 따른 압축 변위가 작고, 복원력도 크다는 것을 알 수 있다.
액정 패널에 높은 압력이 가해지는 영역에 지지부(CS1a)를 구비하는 컬럼 스페이서를 형성함으로써 압력에 따른 압축 변위를 적게 하고, 셀 갭의 복원력을 향상시켜 검게 보이는 스미어 현상을 방지할 수 있다.
도 5는 커브드 액정 패널의 타격에 의한 스미어 현상을 보여주는 도면이다.
도 5를 참조하면, 커브드(curved) 액정 패널을 형성하는 경우에는 액정 패널의 중앙부에 압력이 가해져 주변부보다 더 검게 보이는 스미어 현상이 발생함을 알 수 있다.
스미어 현상이란 패널에 지속 또는 순간적으로 높은 압력이 가해질 때 접촉 부분이 영구적으로 주변부보다 더 검게 보이는 얼룩 현상을 의미한다.
단일 컬럼 스페이서를 포함하는 커브드 액정 패널의 경우 액정 패널의 주변부보다 중앙부에 더 많은 압력이 가해져서 중앙부의 셀 갭이 주변부보다 낮아지게 된다.
셀 갭은 제1 기판(110)과 제2 기판(210) 사이에 채워진 액정층(300)의 높이를 나타내는 것으로 액정(3)의 휘도 및 투과율에 영향을 미치는 중요한 인자이다.
상대적으로 주변부보다 낮은 셀 갭을 갖는 중앙부는 주변부보다 휘도가 낮아져서 더 검게 보이는 스미어 불량이 발생하게 된다.
다시 도 1 내지 도 3을 참조하면, 제1 컬럼 스페이서(CS1)는 액정 패널의 중앙부에 형성되어 있고, 제2 컬럼 스페이서(CS2)는 액정 패널의 주변부에 형성되어 있다. 도면상으로는 제1 컬럼 스페이서(CS1)와 제2 컬럼 스페이서(CS2)가 각각 하나씩 도시되어 있지만 이는 간단히 설명하기 위한 것이고, 제1 컬럼 스페이서(CS1)는 액정 패널의 중앙부에 복수 개 형성되어 있고, 제2 컬럼 스페이서(CS2)는 액정 패널의 주변부에 복수 개 형성되어 있다.
구체적으로, 제1 컬럼 스페이서(CS1)는 제1 기판(110)의 단축 방향(Y-Y')으로의 중앙에서부터 1/3 지점(A)에 형성되어 있고, 제2 컬럼 스페이서(CS2)는 제1 기판(110)의 단축 방향(Y-Y')으로의 중앙(CL)에서부터 1/3 지점 이외의 영역(B)에 형성되어 있다.
커브드 액정 패널은 단축 방향(Y-Y')의 중앙(CL)을 기준으로 커브드(curved) 되어 형성되므로 제1 기판(110)의 단축 방향(Y-Y')의 중앙부가 주변부보다 압력에 따른 셀 갭 변화가 크다.
액정 패널에 높은 압력이 가해지는 중앙부에 지지부(CS1a)를 구비하는 제1 컬럼 스페이서(CS1)를 형성함으로써 압력에 따른 압축 변위를 적게 하고, 셀 갭의 복원력을 향상시켜 검게 보이는 스미어 현상을 방지할 수 있다
구체적으로, 제1 기판(110)의 단축 방향(Y-Y')의 중앙(CL)에서 1/3 지점(A)에 지지부(CS1a)와 기둥부(CS1b)를 구비하는 제1 컬럼 스페이서(CS1)를 형성하고, 제1 기판(110)의 단축 방향(Y-Y')으로의 중앙(CL)에서부터 1/3 지점 이외의 영역(B)에 지지부(CS1a)를 구비하지 않는 제2 컬럼 스페이서(CS2)를 형성함으로써 중앙부에 발생하는 스미어 현상을 방지할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 액정 표시 장치에서는 제1 기판(110)의 단축 방향(Y-Y')을 기준으로 커브드(curved) 되어 형성되는 것을 예로 들어 설명하였으나, 이에 한정되는 아니한다. 예를 들어, 본 발명의 실시예에 따른 액정 표시 장치는 제1 기판(110)의 장축 방향(X-X')을 기준으로 커브드(curved) 되어 형성되는 경우에는 지지부(CS1a)와 기둥부(CS1b)를 구비하는 제1 컬럼 스페이서(CS1)는 제1 기판(110)의 장축 방향(X-X')의 중앙부에 형성되고, 지지부(CS1a)를 구비하지 않는 제2 컬럼 스페이서(CS2)는 주변부에 형성될 수 있다.
제1 컬럼 스페이서(CS1)와 제2 컬럼 스페이서(CS2)는 차광 부재(199) 위에서 대략 원통, 원뿔대 또는 반구와 유사한 형상으로 돌출되어 형성될 수 있고, 이러한 제1 컬럼 스페이서(CS1)와 제2 컬럼 스페이서(CS2)는 아크릴 등의 열경화성수지와 같은 탄성력을 갖는 재질을 포함하여 만들어질 수 있다.
또한, 제1 컬럼 스페이서(CS1)와 제2 컬럼 스페이서(CS2)는 차광 부재(199)와 동일한 공정을 통해서 동일한 물질로 동시에 형성될 수 있고, 이러한 제1 컬럼 스페이서(CS1), 제2 컬럼 스페이서(CS2), 및 차광 부재(199)는 불투명 고분자 수지로 형성되므로 블랙 매트릭스와 컬럼 스페이서의 기능을 동시에 하기 때문에 제조 공정이 단순화될 수 있다.
도 6은 도 1의 실시예를 구체화한 액정 표시 장치를 나타내는 평면도로서 액정 패널의 중앙부에 있는 한 화소의 평면도이고, 도 7은 도 6의 절단선 Ⅶ-Ⅶ을 따라 자른 단면도이다.
도 6 및 도 7을 참조하면, 본 실시예에 따른 액정 표시 장치는 서로 마주하는 하부 표시판(100)과 상부 표시판(200), 이들 두 표시판 사이에 들어 있는 액정층(300)을 포함한다.
먼저, 하부 표시판(100)에 대하여 설명한다.
화소 영역을 포함하는 제1 기판(110) 위에 제1 게이트선(121a)과 제2 게이트선(121b)을 포함하는 복수의 게이트선 및 복수의 유지 전극선(131)을 포함하는 복수의 게이트 도전체가 형성되어 있다.
게이트선(121a, 121b)은 주로 가로 방향으로 뻗어 있으며 게이트 신호를 전달한다. 제1 게이트선(121a)은 위아래로 돌출한 제1 게이트 전극(124a) 및 제2 게이트 전극(124b)을 포함하고, 제2 게이트선(121b)은 위로 돌출한 제3 게이트 전극(124c)을 포함한다. 제1 게이트 전극(124a) 및 제2 게이트 전극(124b)은 서로 연결되어 하나의 돌출부를 이룬다.
유지 전극선(131)도 주로 가로 방향으로 뻗어 있으며 공통 전압(Vcom) 등의 정해진 전압을 전달한다. 유지 전극선(131)은 위 아래로 돌출한 유지 전극(129), 게이트선(121a, 121b)과 실질적으로 수직하게 아래로 뻗은 한 쌍의 세로부(134) 및 한 쌍의 세로부(134)의 끝을 서로 연결하는 가로부(127)를 포함한다. 가로부(127)는 아래로 확장된 용량 전극(137)을 포함한다.
게이트 도전체(121a, 121b, 131) 위에는 게이트 절연막(140)이 형성되어 있다.
게이트 절연막(140) 위에는 비정질 또는 결정질 규소 등으로 만들어질 수 있는 복수의 선형 반도체(151)가 형성되어 있다. 선형 반도체는 주로 세로 방향으로 뻗어 있으며 제1 및 제2 게이트 전극(124a, 124b)을 향하여 뻗어 나와 있으며 서로 연결되어 있는 제1 및 제2 반도체(154a, 154b), 그리고 제3 게이트 전극(124c) 위에 위치하는 제3 반도체(154c)를 포함한다.
반도체(154a, 154b, 154c) 위에는 복수 쌍의 저항성 접촉 부재(도시하지 않음)가 형성되어 있다. 저항성 접촉 부재는 실리사이드(silicide) 또는 n형 불순물이 고농도로 도핑되어 있는 n+ 수소화 비정질 규소 따위의 물질로 만들어질 수 있다.
저항성 접촉 부재 위에는 복수의 데이터선(171), 복수의 제1 드레인 전극(175a), 복수의 제2 드레인 전극(175b), 그리고 복수의 제3 드레인 전극(175c)을 포함하는 데이터 도전체가 형성되어 있다.
데이터선(171)은 데이터 신호를 전달하며 주로 세로 방향으로 뻗어 게이트선(121a, 121b)과 교차한다. 각 데이터선(171)은 제1 게이트 전극(124a) 및 제2 게이트 전극(124b)을 향하여 뻗으며 서로 연결되어 있는 제1 소스 전극(173a) 및 제2 소스 전극(173b)을 포함한다.
제1 드레인 전극(175a), 제2 드레인 전극(175b) 및 제3 드레인 전극(175c)은 넓은 한 쪽 끝 부분과 막대형인 다른 쪽 끝 부분을 포함한다. 제1 드레인 전극(175a) 및 제2 드레인 전극(175b)의 막대형 끝 부분은 제1 소스 전극(173a) 및 제2 소스 전극(173b)으로 일부 둘러싸여 있다. 제1 드레인 전극(175a)의 넓은 한 쪽 끝 부분은 다시 연장되어 'U'자 형태로 굽은 제3 드레인 전극(175c)을 이룬다. 제3 소스 전극(173c)의 넓은 끝 부분(177c)은 용량 전극(137)과 중첩하여 감압 축전기(Cstd)를 형성하며, 막대형 끝 부분은 제3 드레인 전극(175c)으로 일부 둘러싸여 있다.
제1 게이트 전극(124a), 제1 소스 전극(173a), 및 제1 드레인 전극(175a)은 제1 반도체(154a)와 함께 제1 박막 트랜지스터(Qa)를 형성하고, 제2 게이트 전극(124b), 제2 소스 전극(173b), 및 제2 드레인 전극(175b)은 제2 반도체(154b)와 함께 제2 박막 트랜지스터(Qb)를 형성하며, 제3 게이트 전극(124c), 제3 소스 전극(173c), 및 제3 드레인 전극(175c)은 제3 반도체(154c)와 함께 제3 박막 트랜지스터(Qc)를 형성한다.
제1 반도체(154a), 제2 반도체(154b), 및 제3 반도체(154c)를 포함하는 선형 반도체는 소스 전극(173a, 173b, 173c)과 드레인 전극(175a, 175b, 175c) 사이의 채널 영역을 제외하고는 데이터 도전체(171, 173a, 173b, 173c, 175a, 175b, 175c) 및 그 하부의 저항성 접촉 부재와 실질적으로 동일한 평면 모양을 가질 수 있다.
제1 반도체(154a)에는 제1 소스 전극(173a)과 제1 드레인 전극(175a) 사이에서 제1 소스 전극(173a) 및 제1 드레인 전극(175a)에 의해 가리지 않고 노출된 부분이 있고, 제2 반도체(154b)에는 제2 소스 전극(173b)과 제2 드레인 전극(175b) 사이에서 제2 소스 전극(173b) 및 제2 드레인 전극(175b)에 의해 가리지 않고 노출된 부분이 있으며, 제3 반도체(154c)에는 제3 소스 전극(173c)과 제3 드레인 전극(175c) 사이에서 제3 소스 전극(173c) 및 제3 드레인 전극(175c)에 의해 가리지 않고 노출된 부분이 있다.
데이터 도전체(171, 173a, 173b, 173c, 175a, 175b, 175c) 및 노출된 반도체(154a, 154b, 154c) 부분 위에는 질화 규소 또는 산화 규소 따위의 무기 절연물로 만들어질 수 있는 보호막(180a)이 형성되어 있다.
보호막(180a) 위에는 복수의 색필터(190)가 위치한다. 복수의 색필터(190)는 서로 나란하게 배열되어 있는 적색 색필터, 녹색 색필터 및 청색 색필터를 포함한다. 복수의 색필터(190) 각각은 가로 방향으로 나란하게 형성되어 있으나, 세로 방향을 따라 스트라이프 형태로 형성될 수 있다.
복수의 색필터(190) 위에는 제2 보호막(180b)이 위치할 수 있다. 제2 보호막(180b)은 유기막 또는 무기막으로 형성될 수 있으나, 다른 실시예로 제2 보호막(180b)을 생략할 수도 있다.
제2 보호막(180b) 위에 제1 부화소 전극(191a) 및 제2 부화소 전극(191b)을 포함하는 화소 전극(191)이 형성되어 있다. 제1 부화소 전극(191a)과 제2 부화소 전극(191b)은 제1 게이트선(121a) 및 제2 게이트선(121b)을 사이에 두고 서로 분리되어 각각 위와 아래에 배치되어 열 방향으로 이웃한다. 제2 부화소 전극(191b)의 높이는 제1 부화소 전극(191a)의 높이보다 높으며 대략 1배 내지 3배일 수 있다.
제1 부화소 전극(191a) 및 제2 부화소 전극(191b) 각각의 전체적인 모양은 사각형이며 제1 부화소 전극(191a) 및 제2 부화소 전극(191b) 각각은 가로 줄기부(193a, 193b), 가로 줄기부(193a, 193b)와 교차하는 세로 줄기부(192a, 192b)로 이루어진 십자형 줄기부를 포함한다. 또한, 제1 부화소 전극(191a) 및 제2 부화소 전극(191b)은 각각 복수의 미세 가지부(194a, 194b), 하단의 돌출부(197a) 및 상단의 돌출부(197b)를 포함한다.
화소 전극(191)은 가로 줄기부(193a, 193b)와 세로 줄기부(192a, 192b)에 의해 4개의 부영역으로 나뉘어진다. 미세 가지부(194a, 194b)는 가로 줄기부(193a, 193b) 및 세로 줄기부(192a, 192b)로부터 비스듬하게 뻗어 있으며 그 뻗는 방향은 게이트선(121a, 121b) 또는 가로 줄기부(193a, 193b)와 대략 45도 또는 135도의 각을 이룰 수 있다. 또한 이웃하는 두 부영역의 미세 가지부(194a, 194b)는 서로 직교할 수 있다.
본 실시예에서 제1 부화소 전극(191a)은 외곽을 둘러싸는 외곽 줄기부를 더 포함하고, 제2 부화소 전극(191b)은 상단 및 하단에 위치하는 가로부 및 제1 부화소 전극(191a)의 좌우에 위치하는 좌우 세로부(198)를 더 포함한다. 좌우 세로부(198)는 데이터선(171)과 제1 부화소 전극(191a) 사이의 용량성 결합, 즉 커플링을 방지할 수 있다. 좌우 세로부(198)는 생략할 수도 있다.
제1 보호막(180a), 색필터(230) 및 제2 보호막(180b)에는 제1 드레인 전극(175a)의 넓은 끝 부분과 제2 드레인 전극(175b)의 넓은 끝 부분을 각각 드러내는 복수의 제1 접촉 구멍(185a) 및 복수의 제2 접촉 구멍(185b)이 형성되어 있다. 제1 접촉 구멍(185a)은 제2 부화소 전극(191b)과 제3 드레인 전극(175c)을 연결하고, 제2 접촉 구멍(185b)은 제1 부화소 전극(191a)과 제2 드레인 전극(175b)을 연결할 수 있다.
제2 보호막(180b) 위에는 차광 부재(199)가 형성되어 있고, 차광 부재(199) 위에는 제1 컬럼 스페이서(CS1)가 위치한다.
차광 부재(199)는 색필터(130)을 덮도록 게이트선(121)을 따라 뻗어 있는 방향을 따라 위치하고 있다.
제1 컬럼 스페이서(CS1)는 차광 부재(199) 위에서 대략 원통, 원뿔대 또는 반구와 유사한 형상으로 돌출 형성되어, 제2 기판(210)과의 간격을 유지하게 된다.
이때, 차광 부재(199)와 제1 컬럼 스페이서(CS1)는 동일한 물질로 동일한 공정을 통해서 동시에 형성될 수 있고, 이와 다르게 다른 물질로 다른 공정을 통해서 형성될 수도 있다.
제1 컬럼 스페이서(CS1)는 지지부(CS1a) 위에 기둥부(CS1b)가 위치하고 있으며, 지지부(CS1a)의 수평 단면적은 기둥부(CS1b)의 수평 단면적 보다 더 넓게 형성하여 압축에 의한 압축 변이를 줄이면서 복원력을 향상시킴으로써 스미어 현상을 방지할 수 있다.
다음 상부 표시판(200)에 대하여 설명하면, 상부 기판(210) 위에는 공통 전극(270)이 위치한다. 공통 전극(270) 위에는 상부 배향막(미도시)이 형성될 수 있다. 공통 전극(270)은 공통 전압을 전달한다.
액정층(300)은 음의 유전율 이방성을 가지며, 액정층(300)의 액정 분자는 전기장이 없는 상태에서 그 장축이 두 표시판(100, 200)의 표면에 대하여 수직을 이루도록 배향되어 있다. 액정층(300)은 반응성 메소겐(reactive mesogen)을 포함하는 배향 보조제를 포함함으로써 액정 분자들은 그것의 장축이 화소 전극(191)의 미세 가지부(194a, 194b)의 길이 방향에 대략 평행하도록 선경사를 가질 수 있다. 배향 보조제는 액정층이 아닌 배향막에 포함될 수도 있다.
도 6 및 도 7을 참조하여 설명한 박막 트랜지스터 구조는 하나의 실시예일뿐, 박막 트랜지스터 구조를 포함하는 막 구조물은 다양한 형태로 변형될 수 있다.
이하에서는 도 8 및 도 9를 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 액정 표시 장치를 제조하는 방법에 대해 설명하기로 한다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 액정 표시 장치의 제조 방법을 나타내는 순서도이고, 도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 액정 표시 장치의 차광부재와 컬럼 스페이서를 제조하는 방법을 나타내는 도면이다.
도 8을 참조하면, 도 6 및 도 7에서 설명한 바와 같이 제1 기판(110) 위에 색필터(130)를 형성한다(S10).
먼저, 제1 기판(110) 위에 박막 트랜지스터를 포함하는 막 구조물(120)을 형성하고, 박막 트랜지스터 구조를 포함하는 막 구조물(120) 위에 색필터(130)를 형성한다.
색필터(130)는 박막 트랜지스터 포함하는 막 구조물(120)을 제조한 후 제1 기판(110) 전면에 적색 필터, 녹색 필터 및 청색 필터를 형성한다. 구체적으로 음의 감광성을 가지는 컬러(적색, 녹색, 청색) 포토 레지스터를 도포한 후 컬러(적색, 녹색, 청색) 필터 마스크를 이용한 사진 공정을 통해 적색 필터, 녹색 필터 및 청색 필터를 각각 형성한다. 여기서 적색 필터, 녹색 필터 및 청색 필터의 형성 순서는 바뀔 수 있다.
다음, 색필터(130) 위에 차광 부재(199)를 형성한다(S20).
차광 부재(199)는 불투명 고분자 수지로 형성할 수 있다.
다음, 차광 부재(199) 위에 제1 컬럼 스페이서(CS1)과 제2 컬럼 스페이서(CS2)를 형성한다(S30).
제1 컬럼 스페이서(CS1)과 제2 컬럼 스페이서(CS2)는 아크릴 등의 열경화성수지와 같은 탄성력을 갖는 재질로 형성할 수 있다.
도 9를 참조하여, 차광 부재(199), 제1 컬럼 스페이서(CS1), 및 제2 컬럼 스페이서(CS2)를 동시에 제조하는 방법을 설명한다.
차광 부재(199), 제1 컬럼 스페이서(CS1), 및 제2 컬럼 스페이서(CS2)를 동시에 제조하는 단계는 제1 기판(110) 위에 포토 레지스트(PR)를 도포한 후 제1 영역(1000a), 제2 영역(1000b), 제3 영역(1000c), 및 제4 영역(1000d)를 포함하는 마스크(1000)를 사용하여 노광한다.
이때, 제1 영역(1000a)은 노광기(미도시)에서 발생한 빛을 전부 차단하는 영역이고, 제2 영역(1000b)은 노광기에서 발생한 빛을 일부 통과시켜 차광부재를 형성하는 영역이고, 제3 영역(1000c)은 노광기에서 발생한 빛을 전부 통과시켜 기둥부를 형성하는 영역이고, 제4 영역(1000d)은 노광기에서 발생한 빛을 일부 통과시켜 지지부를 형성하는 영역이다.
예를 들어, 제1 영역(1000a)은 빛이 100%로 차단되고, 제2 영역(1000b)은 빛이 20%로 통과되고, 제3 영역(1000c)은 빛이 100%로 통과되고, 제4영역(1000d)은 빛이 30%로 통과될 수 있다.
즉, 네거티브 포토 레지스트를 이용하여 노광함으로써 제1 영역(1000a)의 포토 레지스트는 제거되고, 제2 영역(1000b)은 빛이 20%로 통과되어 차광 부재(191)를 형성하고, 제3 영역(1000c)은 빛이 100% 통과되어 기둥부(CS1b, CS2)를 형성하고, 제4 영역(1000d)은 빛이 30%로 통과되어 지지부(CS1a)를 형성할 수 있다.
다음, 경화 단계에서 자외선 등을 조사하여 지지부(CS1a)와 기둥부(CS1b)를 구비하는 제1 컬럼 스페이서(CS1)과 기둥부(CS2)로 이루어진 제2 컬럼 스페이서(CS2)를 패턴 형성할 수 있다.
본 실시예의 제1 컬럼 스페이서(CS1)와 제2 컬럼 스페이서(CS2)는 불투명 고분자 수지로 형성되므로 블랙 매트릭스 기능을 수행할 수 있게 되고, 또한 하나의 마스크 공정에 의해 블랙 매트릭스와 컬럼 스페이서를 동시에 형성함으로써 제조 공정이 단순화될 수 있다.
이렇게 형성된 하부 표시판(100)과 상부 표시판(200)을 실런트(미도시)를 이용하여 접합하고, 하부 표시판(100)과 상부 표시판(200) 사이의 공간에 진공 주입 방법으로 액정이 주입되어 액정층을 형성할 수도 있고, 액정 적하 방식을 통해 액정층을 형성할 수도 있다
이상에서 설명한 본 발명이 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지로 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것은, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.
110: 제1 기판 120: 막 구조물
130: 색필터 199: 차광 부재
210: 제2 기판 CS1: 제1 컬럼 스페이서
CS1a: 지지부 CS1b: 기둥부
CS2: 제2 컬럼 스페이서

Claims (18)

  1. 기판;
    상기 기판 위에 형성되어 있는 차광 부재; 및
    상기 차광 부재 위에 형성되면서 서로 떨어져서 위치하고 있는 제1 컬럼 스페이서와 제2 컬럼 스페이서를 포함하고,
    상기 제1 컬럼 스페이서는 지지부와 기둥부를 구비하고, 상기 제2 컬럼 스페이서는 기둥부를 구비하고 있는 액정 표시 장치.
  2. 제1항에서,
    상기 제1 컬럼 스페이서와 제2 컬럼 스페이서의 총 높이가 동일한 액정 표시 장치.
  3. 제1항에서,
    상기 지지부는 상기 기둥부 아래 형성되면서 상기 기둥부를 지지하고 있는 액정 표시 장치.
  4. 제3항에서,
    상기 지지부는 상기 기둥부보다 넓은 수평 단면적을 갖는 액정 표시 장치.
  5. 제1항에서,
    상기 차광 부재와 제1 컬럼 스페이서는 동일한 물질로 형성되고, 상기 차광 부재와 제2 컬럼 스페이서는 동일한 물질로 형성되는 액정 표시 장치.
  6. 제1항에서,
    상기 제1 컬럼 스페이서는 상기 기판의 단축 방향으로의 중앙에서부터 1/3 지점에 형성되어 있는 액정 표시 장치.
  7. 제1항에서,
    상기 제2 컬럼 스페이서는 상기 기판의 단축 방향으로의 중앙에서부터 1/3 지점 이외의 영역에 형성되어 있는 액정 표시 장치.
  8. 제1항에서,
    상기 차광 부재는 박막 트랜지스터의 게이트선을 따라 뻗어 형성되어 있는 액정 표시 장치.
  9. 제1항에서,
    상기 기판 위에 복수의 색필터를 더 포함하는 액정 표시 장치.
  10. 제9항에서,
    상기 차광 부재는 상기 복수의 색필터 위에 형성되는 액정 표시 장치.
  11. 기판 위에 차광 부재를 형성하는 단계; 및
    상기 차광 부재 위에 제1 컬럼 스페이서와 제2 컬럼 스페이서를 형성하는 단계를 포함하고,
    상기 제1 컬럼 스페이서는 지지부와 기둥부를 구비하고, 상기 제2 컬럼 스페이서는 기둥부를 구비하고 있는 액정 표시 장치의 제조 방법.
  12. 제11항에서,
    상기 제1 컬럼 스페이서와 제2 컬럼 스페이서의 총 높이가 동일한 액정 표시 장치의 제조 방법.
  13. 제11항에서,
    상기 차광 부재를 형성하는 단계와 상기 제1 컬럼 스페이서와 제2 컬럼 스페이서를 형성하는 단계는 상기 차광 부재와 제1 컬럼 스페이서를 동일한 물질로 형성하고, 상기 차광 부재와 제2 컬럼 스페이서를 동일한 물질로 형성하는 액정 표시 장치의 제조 방법.
  14. 제13항에서,
    상기 차광 부재와 상기 제1 컬럼 스페이서 및 제2 컬럼 스페이서를 일체로 형성하는 단계는
    제1 기판 위에 포토 레지스트를 도포하는 단계;
    제1 영역, 제2 영역, 제3 영역, 및 제4 영역을 포함하는 마스크를 사용하여 노광하는 단계; 및
    상기 포토 레지스트를 현상한 후 경화하는 단계를 포함하는 액정 표시 장치의 제조 방법.
  15. 제14항에서,
    상기 제1 영역은 노광기에서 발생한 빛을 전부 차단하는 영역이고, 제2 영역은 노광기에서 발생한 빛을 일부 통과시켜 차광부재를 형성하는 영역이고, 제3 영역은 노광기에서 발생한 빛을 전부 통과시켜 기둥부를 형성하는 영역이고, 제4 영역은 노광기에서 발생한 빛을 일부 통과시켜 지지부를 형성하는 영역인 액정 표시 장치의 제조 방법.
  16. 제14항에서,
    상기 지지부는 상기 기둥부 아래 형성되면서 상기 기둥부를 지지하고 있는 액정 표시 장치의 제조 방법.
  17. 제16항에서,
    상기 지지부는 상기 기둥부보다 넓은 수평 단면적을 갖는 액정 표시 장치의 제조 방법.
  18. 제11항에서,
    상기 기판 위에 복수의 색필터를 형성하는 단계를 더 포함하고,
    상기 차광 부재는 상기 복수의 색필터 위에 형성되는 액정 표시 장치의 제조 방법.
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