KR20240118476A - 액정표시장치 - Google Patents

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KR20240118476A
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강상호
최서원
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엘지디스플레이 주식회사
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Abstract

본 발명은 박막트랜지스터 및 이에 연결된 화소전극이 형성된 화소영역이 배치된 어레이기판과; 상기 어레이기판과 마주보는 대향기판과; 상기 어레이기판 및 대향기판 사이에 개재된 액정층과; 상기 어레이기판 및 대향기판 사이의 셀갭을 유지하며, 하단부는 제1폭을 갖고 상단부는 상기 제1폭 보다 작은 제2폭을 갖는 갭 컬럼스페이서를 포함하고, 상기 제1폭에 대한 상기 제2폭의 비율은 0.55 이하인 액정표시장치를 제공한다.

Description

액정표시장치{Liquid crystal display device}
본 발명은 액정표시장치에 관한 것이다.
액정표시장치는 소형화, 경량화, 박형화, 저전력 구동의 장점을 가지고 있어 널리 사용되고 있다.
액정표시장치에는 액정층의 셀갭(cell gap)을 유지하기 위해 갭 컬럼스페이서(column spacer)가 사용된다.
그런데, 현재 액정표시장치에 적용되는 갭 컬럼스페이서는 지지력이 좋지 않아 갭 컬럼스페이서가 무너지는 현상이 발생되며, 이에 따라 프레임 무라(frame mura) 불량, RGB 아이(eye) 불량, 은하수 불량 등 화질 불량이 발생하게 된다.
본 발명은 갭 컬럼스페이서의 지지력을 향상시켜 화질 불량을 개선할 수 있는 방안을 제공하는 것에 과제가 있다.
전술한 바와 같은 과제를 달성하기 위해, 본 발명은 박막트랜지스터 및 이에 연결된 화소전극이 형성된 화소영역이 배치된 어레이기판과; 상기 어레이기판과 마주보는 대향기판과; 상기 어레이기판 및 대향기판 사이에 개재된 액정층과; 상기 어레이기판 및 대향기판 사이의 셀갭을 유지하며, 하단부는 제1폭을 갖고 상단부는 상기 제1폭 보다 작은 제2폭을 갖는 갭 컬럼스페이서를 포함하고, 상기 제1폭에 대한 상기 제2폭의 비율은 0.55 이하인 액정표시장치를 제공한다.
상기 갭 컬럼스페이서의 하단부는 상기 대향기판 측에 위치하고, 상기 갭 컬럼스페이서의 상단부는 상기 어레이기판 측에 위치할 수 있다.
상기 갭 컬럼스페이서는 상기 대향기판에 형성될 수 있다.
상기 갭 컬럼스페이서 보다 작은 두께를 갖는 눌림 컬럼스페이서를 더 포함하고, 상기 눌림 컬럼스페이서는 하단부가 제3폭을 갖고 상단부가 상기 제3폭 보다 작은 제4폭을 가질 수 있다.
상기 눌림 컬럼스페이서의 측면 경사각은 상기 갭 컬럼스페이서의 측면 경사각 보다 클 수 있다.
상기 제3폭에 대한 상기 제4폭의 비율은 0.65~0.95일 수 있다.
상기 어레이기판은 상기 화소전극과 마주보는 공통전극을 포함하고, 상기 대향기판은 상기 화소영역에 대응하는 컬러필터패턴을 포함할 수 있다.
다른 측면에서, 본 발명은 감광 물질이 형성된 제1기판 상에, 풀톤 패턴부와 상기 풀톤 패턴부를 둘러싸는 하프톤 패턴부와 상기 풀톤 패턴부 및 제1하프톤 패턴부 사이의 광차단 패턴부를 갖는 마스크패턴이 구비된 포토마스크를 배치하고 노광하는 단계와; 상기 감광 물질을 현상하여, 상기 마스크패턴에 대응되는 갭 컬럼스페이서를 형성하는 단계와; 상기 갭 컬럼스페이서가 형성된 제1기판과, 상기 제1기판과 액정층을 마주보는 대향하는 제2기판을 결합하는 단계를 포함하는 액정표시장치 제조방법을 제공한다.
상기 갭 컬럼스페이서는, 하단부가 제1폭을 갖고 상단부가 상기 제1폭 보다 작은 제2폭을 가지며, 상기 제1폭에 대한 상기 제2폭의 비율은 0.55 이하일 수 있다.
상기 포토마스크는 상기 마스크패턴과 다른 위치에 배치된 제2하프톤 패턴부를 포함하고, 상기 감광 물질을 현상하여, 상기 제2하프톤 패턴부에 대응되며 상기 갭 컬럼스페이서 보다 작은 두께의 눌림 컬럼스페이서를 형성하고, 상기 눌림 컬럼스페이서는 하단부가 제3폭을 갖고 상단부가 상기 제3폭 보다 작은 제4폭을 가질 수 있다.
상기 눌림 컬럼스페이서의 측면 경사각은 상기 갭 컬럼스페이서의 측면 경사각 보다 클 수 있다.
상기 제3폭에 대한 상기 제4폭의 비율은 0.65~0.95일 수 있다.
상기 제2기판 상에는 박막트랜지스터와, 상기 박막트랜지스터와 연결된 화소전극과, 상기 화소전극과 마주보는 공통전극이 형성되고, 상기 제1기판 상에는 컬러필터패턴이 형성될 수 있다.
또 다른 측면에서, 본 발명은 제1기판 상에, 갭 컬럼스페이서 및 이 보다 작은 두께의 눌림 컬럼스페이서와; 액정층을 사이에 두고, 상기 제1기판과 마주보는 제2기판을 포함하고, 상기 갭 컬럼스페이서 및 눌림 컬럼스페이서는 각각 하단부가 상단부에 비해 큰 폭을 갖는 테이퍼 형상이며, 상기 갭 컬럼스페이서의 하단부의 제1폭에 대한 상단부의 제2폭의 비율은, 상기 눌림 컬럼스페이서의 하단부의 제3폭에 대한 상기 갭 컬럼스페이서의 상단부의 제4폭의 비율 보다 작은 액정표시장치를 제공한다.
상기 제1폭에 대한 상기 제2폭의 비율은 0.55 이하일 수 있다.
상기 제3폭에 대한 상기 제4폭의 비율은 0.65~0.95일 수 있다.
상기 제2기판 상에는 박막트랜지스터와, 상기 박막트랜지스터와 연결된 화소전극과, 상기 화소전극과 마주보는 공통전극이 형성되고, 상기 제1기판 상에는 컬러필터패턴이 형성될 수 있다.
본 발명에서는, 갭 컬럼스페이서에 대해 하단부가 넓은 폭을 갖도록 하고 상단부가 좁은 폭을 갖는 테이퍼 형상으로 형성할 수 있다.
이에 따라, 갭 컬럼스페이서의 지지력이 향상되어 외력에 의한 무너짐을 방지할 수 있게 되며, 이로 인해 갭 컬럼스페이서가 무너지는 경우 발생하는 프레임 무라(frame mura) 불량, RGB 아이(eye) 불량, 은하수 불량 등 화질 불량을 개선할 수 있다.
더욱이, 지지력 향상을 위해 갭 컬럼스페이서의 상단부의 폭을 증가시킬 필요가 없어, 블랙 터치 무라 불량을 방지할 수 있고 또한 액정 마진을 충분히 확보할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 액정표시장치의 일부를 도시한 평면도.
도 2는 도 1의 절단선 II-II'를 따라 절단하여 도시한 단면도.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 갭 컬럼스페이서를 개략적으로 도시한 도면.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 갭 컬럼스페이서의 하단부의 제1폭과 상단부의 제2폭에 대한 화질 불량 수준의 실험 결과를 나타낸 도면.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 갭 컬럼스페이서를 형성하는 마스크패턴을 개략적으로 도시한 평면도.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 갭 컬럼스페이서와 이에 대응되는 마스크패턴을 개략적으로 도시한 단면도.
도 7은 비교예의 갭 컬럼스페이서와 이에 대응되는 마스크패턴을 개략적으로 도시한 단면도.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 눌림 컬럼스페이서와 이에 대응되는 마스크패턴을 개략적으로 도시한 단면도.
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 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 수 있다.
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 언급한 '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 들면, '상에', '상부에', '하부에', '옆에' 등으로 두 부분의 위치 관계가 설명되는 경우, 예를 들면, '바로' 또는 '직접'이 사용되지 않는 이상 두 부분 사이에 하나 이상의 다른 부분이 위치할 수도 있다.
시간 관계에 대한 설명일 경우, 예를 들어, '~후에', '~에 이어서', '~다음에', '~전에' 등으로 시간적 선후 관계가 설명되는 경우, '바로' 또는 '직접'이 사용되지 않는 이상 연속적이지 않은 경우도 포함할 수 있다.
제1, 제2 등이 다양한 구성요소들을 서술하기 위해서 사용되나, 이들 구성요소들은 이들 용어에 의해 제한되지 않는다. 이들 용어들은 단지 하나의 구성 요소를 다른 구성요소와 구별하기 위하여 사용하는 것이다. 따라서, 이하에서 언급되는 제1 구성요소는 본 발명의 기술적 사상 내에서 제2 구성요소일 수도 있다.
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 연관관계로 함께 실시할 수도 있다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세하게 설명한다. 한편, 이하의 실시예에서는 동일 유사한 구성에 대해서는 동일 유사한 도면번호가 부여되고, 그 구체적인 설명은 생략될 수도 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 액정표시장치의 일부를 도시한 평면도이고, 도 2는 도 1의 절단선 II-II'를 따라 절단하여 도시한 단면도이다.
본 발명의 실시예에 따른 액정표시장치(10)로서 IPS(in-plane switching) 방식, VA(vertical alingment) 방식, TN(twisted nematic) 방식 등 모든 종류의 액정표시장치가 사용될 수 있는데, 이하에는 설명의 편의를 위해 IPS 방식의 액정표시장치를 예로 든다.
도 1 및 2를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 액정표시장치(10)는, 서로 마주보는 어레이기판(100)(또는 하부기판) 및 대향기판(200)(또는 상부기판)과, 어레이기판(100) 및 대향기판(200) 사이에 개재된 액정층(300)을 포함할 수 있다.
한편, 구체적으로 도시하지는 않았지만, 어레이기판(100) 하부에는 광을 제공하는 백라이트유닛이 배치될 수 있다.
이러한 액정표시장치(10)는 영상을 표시하는 표시영역과 표시영역 주변의 비표시영역을 포함하며, 표시영역에는 화소영역(P)이 다수의 행라인과 열라인을 따라 매트릭스 형태로 배열될 수 있다.
여기서, 다수의 화소영역(P)은 서로 다른 컬러로서 예를 들어, 적색(R),녹색(G),청색(B)을 표시하는 화소영역(P)을 포함할 수 있다. 이때, 서로 이웃하는 적색(R),녹색(G),청색(B) 화소영역(P)은 컬러 영상을 표시하는 단위 화소로서 기능할 수 있다.
액정표시장치(10)의 어레이기판(100)에는 제1방향으로서 예를 들어 행방향을 따라 연장된 다수의 게이트배선(GL)이 제1기판(111) 상에 형성될 수 있다.
게이트배선(GL) 상에는 절연물질로 이루어진 절연층인 게이트절연막(130)이 형성될 수 있다. 게이트절연막(130) 상에는, 제2방향으로서 열방향을 따라 연장된 다수의 데이터배선(DL)이 형성될 수 있다.
이와 같이 서로 교차하는 게이트배선 및 데이터배선(GL,DL)에 의해 다수의 화소영역(P)이 정의될 수 있다.
각 화소영역(P)에는, 게이트배선 및 데이터배선(GL,DL)과 연결된 박막트랜지스터(T)가 형성될 수 있다.
박막트랜지스터(T)는, 게이트배선(GL)과 연결된 게이트전극(121)과, 게이트전극(121) 상의 게이트절연막(130) 상에 위치하는 반도체층(131)과, 반도체층(131) 상에 서로 이격된 소스전극 및 드레인전극(141,143)을 포함할 수 있다. 여기서, 소스전극(141)은 데이터배선(DL)과 연결될 수 있다.
각 화소영역(P)에는 박막트랜지스터(T)의 드레인전극(143)과 연결되는 화소전극(151)이 형성되어 있다. 화소전극(151)은 ITO,IZO,ITZO 등의 투명도전물질로 형성될 수 있는데, 이에 한정되지는 않는다.
한편, 화소전극(151)은 드레인전극(143)과 적어도 하나의 절연층을 사이에 두고 배치되도록 형성될 수 있다. 이 경우에, 화소전극(151)과 드레인전극(143) 사이에 형성된 절연층에 콘택홀이 형성되고, 화소전극(151)은 콘택홀을 통해 드레인전극(143)과 접촉하도록 구성될 수 있다.
화소전극(151) 및 박막트랜지스터(T) 상에는 절연물질로 이루어진 절연층인 보호막(161)이 형성될 수 있다.
보호막(161) 상에는 화소전극(151)과 마주보는 공통전극(171)이 형성될 수 있다. 공통전극(171)은 ITO,IZO,ITZO 등의 투명도전물질로 형성될 수 있는데, 이에 한정되지는 않는다.
이러한 공통전극(171)은 화소전극(151)과 함께, 횡전계(또는 수평전계)인 프린지 필드를 형성하여 액정층(300)을 구동할 수 있다.
공통전극(171)은 각 화소영역(P)에 대응하여 화소전극(151)과 마주보는 바(bar) 형상의 다수의 전극패턴(172)을 포함할 수 있고, 전극패턴(172) 사이에는 개구(173)가 형성될 수 있다.
여기서, 다수의 전극패턴(172)은 데이터배선(DL)의 연장방향을 따라 연장되는 형태로 형성될 수 있다. 그리고, 다수의 전극패턴(172)은, 데이터배선(DL)에 근접하여 화소영역(P)의 최외측에 위치하는 제1전극패턴(172a)과, 제1전극패턴(172a)의 내측에 위치하는 제2전극패턴(172b)을 포함할 수 있다.
여기서, 제1전극패턴(172a)은 데이터배선(DL)보다 넓은 폭을 가져 실질적으로 하부의 데이터배선(DL)을 가리는 형태로 형성될 수 있는데, 이에 한정되지는 않는다.
이와 같은 형태로 제1전극패턴(172a)을 형성하게 되면, 데이터배선(DL)과 화소전극(151) 사이의 전기적 간섭을 방지할 수 있다.
그리고, 내부에 위치하는 제2전극패턴(172b)은 제1전극패턴(172a)보다 작은 폭을 갖도록 형성될 수 있는데, 이에 한정되지는 않는다.
한편, 공통전극(171)과 화소전극(151)의 배치 구조의 다른 예로서, 화소전극(151)에 대응하는 부분이 판 형태를 갖도록 공통전극(171)을 형성하고, 공통전극(171) 상에 절연막을 사이에 두고 다수의 전극패턴으로 구성된 화소전극(151)을 구성할 수 있다.
또 다른 예로서, 공통전극(171)과 화소전극(151) 각각을 전극패턴을 갖도록 형성하고, 이때 공통전극(171)의 전극패턴과 화소전극(151)의 전극패턴이 서로 교대로 배치되며, 공통전극(171) 및 화소전극(151)을 동일층에 배치하거나 절연막을 사이에 두고 배치할 수 있다.
한편, 구체적으로 도시하지는 않았지만, 공통전극(171)을 터치전극으로 사용하도록 구성할 수도 있다. 이 경우에 예를 들면, 공통전극(171)은 표시기간 동안 공통전압이 인가되어 액정을 구동하는 전계 발생 전극으로 기능할 수 있고, 표시기간 사이의 터치감지기간 동안 터치구동 신호가 인가되어 터치전극으로서 기능할 수 있다. 이처럼, 공통전극(171)은 인셀 터치 방식의 터치전극으로 기능할 수도 있다.
한편, 구체적으로 도시하지는 않았지만, 어레이기판(100)에는 공통전극(171) 상에 액정층(300)의 액정분자를 배향하기 위한 배향막(또는 제1배향막)이 형성될 수 있다.
위와 같이 구성된 어레이기판(100) 상에 위치하는 대향기판(200)에는, 제2기판(211) 내면 상에 컬러필터패턴(220)이 형성될 수 있다. 이와 관련하여 예를 들면, 적색(R),녹색(G),청색(B) 화소영역(P)에 대응하여 적색(R),녹색(G),청색(B) 컬러필터패턴(220)이 형성될 수 있다.
한편, 대향기판(200)에는, 이웃한 화소영역(P) 간의 경계를 따라 블랙매트릭스(BM)가 형성될 수 있다. 이러한 블랙매트릭스(BM)는 어레이기판(100)에 형성된 비표시 어레이소자들, 예를 들어, 데이터배선(DL), 게이트배선(GL), 박막트랜지스터(T)와 같은 소자들을 가리도록 배치될 수 있다.
이러한 블랙매트릭스(BM)에는 화소영역(P)에 대응하여 개구가 형성되고, 각 화소영역(P)에 대응되는 컬러필터패턴(220)은 블랙매트릭스(BM)의 개구를 채우면서 블랙매트릭스(BM)의 가장자리를 덮도록 구성될 수 있다.
컬러필터패턴(220) 상에는 절연물질로 이루어진 절연층인 오버코트층(230)이 형성될 수 있다. 이와 같은 오버코트층(230)은 컬러필터패턴(220)이 형성된 제2기판(211)의 표면을 평탄화할 수 있다.
본 실시예에서는, 전술한 바와 같이, 컬러필터패턴(220)이 대향기판(200)에 형성된 경우를 예로 들었다. 이와 다른 예로서, 컬러필터패턴(220)은 어레이기판(100)에 형성되도록 구성될 수 있으며, 이 경우에 컬러필터패턴(200)은 박막트랜지스터(T) 보다 상부 층에 배치될 수 있다.
한편, 오버코트층(230) 상에는 다수의 컬럼스페이서(CS)가 배치될 수 있다.
다수의 컬럼스페이서(CS)는 기판에 수직한 방향을 따라 그 폭이 좁아지는 테이퍼 형태로 형성될 수 있는데, 예를 들면, 어레이기판(100)을 향하는 방향으로서 도면에서 하부 방향을 따라 그 폭이 좁아지는 테이퍼 형태로 형성될 수 있다.
이와 같은 다수의 컬럼스페이서(CS)는, 대향기판(200) 상에서 평면적으로 분산 배치된 다수의 갭 컬럼스페이서(또는 제1컬럼스페이서)(CS1)를 포함할 수 있다. 이러한 갭 컬럼스페이서(CS1)는 어레이기판(100)과 대향기판(200) 사이의 셀갭을 유지하는 기능을 할 수 있다.
이와 같이 셀갭 유지 기능을 수행하는 갭 컬럼스페이서(CS1)는, 실질적으로 대향기판(200) 및 어레이기판(100) 모두를 누르는(또는 대향기판(200) 및 어레이기판(100) 모두로부터 눌려지는) 상태로 구성될 수 있다.
한편, 다수의 컬럼스페이서(CS)는, 액정표시장치(10)에 외력이 인가될 때 그 변형을 방지하는 기능을 하는 소위 눌림 컬럼스페이서(또는 제2컬럼스페이서)(CS2)를 포함할 수 있다. 이러한 눌림 컬럼스페이서(CS2)는 대향기판(200) 상에서 평면적으로 분산 배치될 수 있다.
이와 같이 외력 인가시 변형 방지 기능을 수행하는 눌림 컬럼스페이서(CS2)는, 외력이 인가되지 않은 상태에서는 눌림 컬럼스페이서(CS2)가 형성된 대향기판(200)과 마주보는 어레이기판(100)과는 실질적으로 이격된 상태로 구성될 수 있다.
갭 컬럼스페이서(CS1)는 눌림 컬럼스페이서(CS2) 보다 큰 두께(또는 큰 높이)를 갖도록 형성될 수 있다. 이에 대해 예를 들면, 갭 컬럼스페이서(CS1)는 실질적으로 셀갭에 대응하는 제1두께(h1)를 가질 수 있고, 눌림 컬럼스페이서(CS2)는 제1두께 보다 작은 제2두께(h2)를 가질 수 있다.
위와 같이 구성된 컬럼스페이서(CS)는, 예를 들면 어레이기판(100)의 비표시 어레이소자에 대응되는 위치에 배치될 수 있다. 일예로, 도 1 및 2에 도시한 바와 같이, 컬럼스페이서(CS)는, 박막트랜지스터(T)에 대응하여 위치할 수 있다. 물론, 이와 다르게, 컬럼스페이서(CS)는 게이트배선(GL) 및/또는 데이터배선(DL)에 대응하여 배치될 수도 있으며, 경우에 따라서는 화소전극(151)에 대응하여 배치될 수도 있다.
위와 같이, 본 실시예에서는, 컬럼스페이서(CS)가 대향기판(200)에 형성된 경우를 예로 들었다. 다른 예로서, 컬럼스페이서(CS)는 어레이기판(100)에 형성될 수 있다.
한편, 구체적으로 도시하지는 않았지만, 컬럼스페이서(CS) 및 오버코트층(230) 상에는 액정층(300)의 액정분자를 배향하기 위한 배향막(또는 제2배향막)이 형성될 수 있다.
이하, 도 3을 함께 참조하여 본 실시예의 갭 컬럼스페이서(CS1)의 구조에 대해 보다 상세하게 설명한다. 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 갭 컬럼스페이서를 개략적으로 도시한 도면이다.
테이퍼 형상의 갭 컬럼스페이서(CS1)는, 갭 컬럼스페이서(CS1)가 형성된 기판인 대향기판(200) 측의 하단부(또는 제1하단부)(CS1b)가 넓은 폭(w11)을 갖고, 이 하단부(CS1b) 반대편에 위치하는 상단부(또는 제1상단부(CS1t)(즉, 어레이기판(100) 측에 위치하는 상단부)가 좁은 폭(w12)을 갖도록 형성될 수 있다.
다시 말하면, 갭 컬럼스페이서(CS1)는 하단부(CS1b)가 제1폭(w11)을 갖고 상단부(CS1t)가 제2폭(w12)을 가지면서, 하단부(CS1b)에서 상단부(CS1t) 방향을 따라 폭이 좁아지는 테이퍼 형상으로 형성될 수 있다.
여기서, 하단부(CS1b)의 제1폭(w11)과 상단부(CS1t)의 제2폭(w12)은 특정 비율로 형성될 수 있는데, 예를 들면 w11/w12는 0.55 이하로 설정될 수 있다.
이와 같은 경우에, 갭 컬럼스페이서(CS1)는 지지부에 해당되는 하단부(CS1b)의 폭(w11)이 상대적으로 커져 갭 컬럼스페이서(CS1)의 지지면이 증가하게 되며, 측면이 전체적으로 완만한 경사(또는 경사각)를 갖는 테이퍼 구조에 의해 외력에 대한 충격 및 분산에 유리한 특성을 가질 수 있게 된다.
이처럼, 갭 컬럼스페이서(CS1)는 지지력이 향상된 형태를 갖게 됨으로써, 액정표시장치(10)에 작용하는 외력에 의한 갭 컬럼스페이서(CS1)의 무너짐 현상은 개선될 수 있다.
또한, 갭 컬럼스페이서(CS1)의 상단부(CS1t)는 하단부(CS1b)에 비해 작은 폭을 가질 수 있게 된다. 이에 따라, 상단부(CS1t)가 넓은 폭을 갖는 경우에 발생하는 블랙 터치 무라(black touch mura) 불량을 개선할 수 있고, 또한 액정 마진을 확보할 수 있다.
이와 관련하여, 갭 컬럼스페이서(CS1)의 상단부(CS1t)가 증가하게 되면, 갭 컬럼스페이서(CS1)의 마찰력이 높아지게 되고, 이로 인해 블랙 터치 무라 불량이 발생하며, 또한 액정 마진이 줄어들게 된다.
이에 대해, 본 실시예에서는 갭 컬럼스페이서(CS1)의 상단부(CS1t)를 작은 폭(w12)을 갖도록 형성할 수 있으므로, 갭 컬럼스페이서(CS1)의 마찰력은 증가되지 않아, 블랙 터치 무라 불량을 방지할 수 있고 또한 액정 마진을 충분히 확보할 수 있다.
결과적으로, 본 실시예에서는, 갭 컬럼스페이서(CS1)에 대해 하단부(CS1b)가 넓은 폭(w11)을 갖도록 하고 상단부(CS1t)가 좁은 폭을 갖도록 형성할 수 있다.
이에 따라, 갭 컬럼스페이서(CS1)의 지지력이 향상되어 외력에 의한 무너짐을 방지할 수 있게 되며, 이로 인해 갭 컬럼스페이서(CS1)가 무너지는 경우 발생하는 프레임 무라(frame mura) 불량, RGB 아이(eye) 불량, 은하수 불량 등 화질 불량을 개선할 수 있다.
더욱이, 지지력 향상을 위해 갭 컬럼스페이서(CS1)의 상단부(CS1t)의 폭(w12)을 증가시킬 필요가 없어, 블랙 터치 무라 불량을 방지할 수 있고 또한 액정 마진을 충분히 확보할 수 있다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 갭 컬럼스페이서의 하단부의 제1폭과 상단부의 제2폭에 대한 화질 불량 수준의 실험 결과를 나타낸 도면이다.
도 4의 상측에는 하단부의 제1폭(w11) 및 상단부의 제2폭(w12)과 이들 간의 비율 및 화질 불량 수준을 도표로 도시하고 있고, 하측에는 제1폭 및 제2폭의 비율(w12/w11)과 화질 불량 수준을 그래프로 도시하고 있다.
한편, 도 4의 화질 불량 수준은 프레임 무라 및 RGB 아이 불량의 수준이며, 화질 불량 수준은 0~2 수준이 허용 수준(즉, OK 수준)이고, 3~5 수준이 불가 수준(즉, NG 수준)이다.
도 4를 참조하면, 상단부의 제2폭(w12)이 14um로 일정한 경우에, 하단부의 제1폭(w11)이 증가함에 따라 화질 불량 수준이 감소됨을 확인할 수 있다.
특히, 제1폭 및 제2폭의 비율(w12/w11)이 0.55 보다 큰 경우에는 화질 불량 수준이 대체적으로 4~5가 되며, 제1폭 및 제2폭의 비율(w12/w11)이 0.55 이하에서는 화질 불량 수준이 0으로 극단적으로 낮아지게 됨을 확인할 수 있다.
이를 통해, 제1폭 및 제2폭의 비율(w12/w11)은 대략 0.55가, 실질적으로 화질 불량 여부를 결정하는 임계적 수치에 해당된다고 볼 수 있다.
따라서, 본 실시예에서와 같이 갭 컬럼스페이서에 대해 제1폭 및 제2폭의 비율(w12/w11)을 0.55 이하로 설정하게 됨으로써, 화질 불량을 유의미하게 개선할 수 있다.
이하, 도 5 및 6을 참조하여, 본 발명의 실시예에 따른 갭 컬럼스페이서를 형성하는 방법에 대해 살펴본다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 갭 컬럼스페이서를 형성하는 마스크패턴을 개략적으로 도시한 평면도이다. 도 6은 본 발명의 실시예에 따른 갭 컬럼스페이서와 이에 대응되는 마스크 패턴을 개략적으로 도시한 단면도이다.
한편, 도 6에서는 설명의 편의를 위해, 대향기판(200)에서 제2기판(211)과 갭 컬럼스페이서(CS1)를 도시하고 나머지 구성들은 생략하였다.
도 5 및 6을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 갭 컬럼스페이서(CS1)는 이에 대응되는 마스크패턴(MP)를 구비한 포토마스크(MASK)를 이용하여 포토리소그래피 공정을 통해 형성될 수 있다.
포토마스크(MASK)의 마스크패턴(MP)은, 예를 들면 풀톤(full-tone) 패턴부(FT)와, 풀톤 패턴부(PP1) 주위를 둘러싸는 링 형태의 하프톤(half-tone) 패턴부(또는 제1하프톤 패턴부)(HT)를 포함할 수 있다.
여기서, 갭 컬럼스페이서(CS1)는, 예를 들면, 노광 공정시 빛을 받은 부분이 잔존하고 빛을 받지 않은 부분이 제거되는 네거티브 감광 특성의 감광물질로 형성될 수 있다.
그리고, 풀톤 패턴부(FT)는 포토리소그래피(photolithography) 공정에서 광을 그대로 통과시키는 투과 특성을 갖게 된다. 또한, 하프톤 패턴부(HT)는 반투과 특성을 갖게 된다.
여기서, 하프톤 패턴부(HT)는 풀톤 패턴부(FT)와 일정 간격 이격되도록 배치될 수 있다. 다시 말하면, 하프톤 패턴부(HT)와 풀톤 패턴부(FT) 사이에 이격 영역이 형성될 수 있다. 이러한 이격 영역에는, 실질적으로 광을 차단하는 특성의 광차단 패턴부(BT)가 형성될 수 있다.
이때, 마스크패턴(MP)의 설계와 관련하여 예를 들면, 풀톤 패턴부(FT)는 대략 15.0um~17.0um의 폭을 가질 수 있고, 하프톤 패턴부(HT)는 대략 1.0um~3.5um의 폭을 가질 수 있고, 풀톤 패턴부(FT)와 하프톤 패턴부(HT) 간의 이격 간격(또는 광차단 패턴부(BT)의 폭)은 대략 0um~3.0um일 수 있는데, 이는 한정되지는 않는다.
위와 같이, 풀톤 패턴부(FT) 및 하프톤 패턴부(HT)를 조합한 마스크패턴(MP)을 통해 노광 공정을 진행함으로써, 하단부(CS1b)가 넓은 제1폭(w11)을 갖고 상단부(CS1t)가 좁은 제2폭(w12)를 갖는 갭 컬럼스페이서(CS1)가 형성될 수 있다.
이에 대해, 마스크패턴(MP)은 풀톤 패턴부(FT)와 함께 이와 이격된 하프톤 패턴부(HT)를 배치함으로써, 광의 회절 작용이 증가하여 디포커싱(defocusing)과 유사한 효과가 발휘될 수 있게 된다. 이에 따라, 갭 컬럼스페이서(CS1)의 하단부(CS1b)가 넓은 크기로 형성될 수 있게 된다.
한편, 도 7을 참조하면, 기존의 경우로서 비교예의 경우에는 갭 컬럼스페이서(CS1)를 형성함에 있어, 이에 대응되는 마스크패턴(MPp)을 실질적으로 풀톤 패턴부(FT)만으로 구성하게 된다. 이와 같은 경우에는, 갭 컬럼스페이서(CS1p)가 급격한 경사면을 갖는 테이퍼 형상으로 형성되어, 하단부(CS1pb)와 상단부(CS1pt)의 폭의 비율(wp12/wp11)은 본 실시예에 비해 커지게 된다.
이에 대해 예를 들면, 하단부(CS1pb)의 제1폭(wp11)과 상단부(CS1pt)의 제2폭(wp12)의 비율(wp12/wp11)은, 대략 0.65~0.95 정도의 비율을 가질 수 있다.
이처럼, 비교예의 경우에는, 풀톤 패턴부(FT)만을 이용하여 갭 컬럼스페이서(CS1p)를 형성함에 따라, 지지력을 높이기 위해 하단부(CS1pb)의 폭(wp11)을 증가시키게 되면 필연적으로 상단부(CS1pt)의 폭(wp12) 또한 증가하게 된다.
이 경우에는, 비록 하단부(CS1pb)의 폭(wp11)을 증가시켜 지지력을 높이더라도, 상단부(CS1pt)의 폭(wp12)이 함께 증가함으로써 갭 컬럼스페이서(CS1p)의 마찰력이 높아져 블랙 터치 무라 불량이 발생하고 또한 액정 마진이 줄어들게 된다.
반면에, 본 실시예에 따르면, 풀톤 패턴부(FT)와 함께 이와 이격된 하프톤 패턴부(HT)를 조합한 마스크패턴(MP)을 통해 갭 컬럼스페이서(CS1)를 형성함으로써, 갭 컬럼스페이서(CS1)는 상단부(CS1t)는 좁은 폭(w12)을 유지하면서 하단부(CS1b)는 넓은 폭(w11)으로 형성할 수 있는데, 하단부(CS1pb)와 상단부(CS1pt)의 폭의 비율(wp12/wp11)은 0.55 이하로 형성할 수 있다.
이에 따라, 갭 컬럼스페이서(CS1)의 지지력을 높여 외력에 의한 갭 컬럼스페이서(CS1)의 무너짐을 개선함으로써 무너짐에 의한 화질 불량을 개선할 수 있게 되며, 이와 함께 상단부(CS1t)는 좁은 폭을 유지할 수 있게 되어 블랙 터치 무라 불량을 방지하고 액정 마진을 충분히 확보할 수 있게 된다.
한편, 본 실시예의 눌림 컬럼스페이서(CS2)의 형성 및 구조와 관련하여 도 8을 참조하여 살펴본다.
눌림 컬럼스페이서(CS2)는 하프톤 패턴부(또는 제2하프톤 패턴부)(HT)으로 이루어진 마스크패턴을 이용하여 형성될 수 있다.
눌림 컬럼스페이서(CS2)는 갭 컬럼스페이서(CS1)와 동일한 감광 물질로 동일한 포토리소그래피 공정을 통해 형성될 수 있다.
위와 같이 눌림 컬럼스페이서(CS2)는 하프톤 패턴부(HT)를 통해 형성되므로, 갭 컬럼스페이서(CS1) 보다 그 두께가 작을 수 있다(즉, h2 < h1).
더욱이, 눌림 컬럼스페이서(CS2)는 하프톤 패턴부(HT)를 이용하여 형성되므로, 갭 컬럼스페이서(CS1)와 비교할 때, 측면이 급격한 경사(또는 더 큰 경사각)를 갖는 테이퍼 형상으로 형성되어, 하단부(또는 제2하단부)(CS2b)와 상단부(또는 제2상단부)(CS2t)의 폭의 비율(w22/w21)은 커지게 된다.
이에 대해 예를 들면, 하단부(CS2b)의 제3폭(w21)과 상단부(CS2t)의 제4폭(w22)의 비율(w22/w21)은, 대략 0.65~0.95 정도의 비율을 가질 수 있다.
위와 같이, 본 실시예에에서는, 갭 컬럼스페이서(CS1)에 대응하여 풀톤 패턴부(FT) 및 하프톤 패턴부(HT)를 조합한 마스크패턴(MP)을 배치하고, 마스크패턴(MP)과 다른 위치에 눌림 컬럼스페이서(CS2)에 대응하여 하프톤 패턴부(HT)를 배치한 후, 감광 물질에 대해 노광 공정을 진행하고, 그 후에 감광 물질을 현상하여 갭 컬럼스페이서(CS1) 및 눌림 컬럼스페이서(CS2)를 형성할 수 있다.
다음으로, 갭 컬럼스페이서(CS1) 및 눌림 컬럼스페이서(CS2)가 형성된 대향기판(200)을 액정층(300)을 사이에 두고 어레이기판(100)과 결합하여(또는 합착하여), 액정표시장치(10)를 제작할 수 있다.
전술한 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따르면, 갭 컬럼스페이서에 대해 하단부가 넓은 폭을 갖도록 하고 상단부가 좁은 폭을 갖는 테이퍼 형상으로 형성할 수 있다.
이에 따라, 갭 컬럼스페이서의 지지력이 향상되어 외력에 의한 무너짐을 방지할 수 있게 되며, 이로 인해 갭 컬럼스페이서가 무너지는 경우 발생하는 프레임 무라(frame mura) 불량, RGB 아이(eye) 불량, 은하수 불량 등 화질 불량을 개선할 수 있다.
더욱이, 지지력 향상을 위해 갭 컬럼스페이서의 상단부의 폭을 증가시킬 필요가 없어, 블랙 터치 무라 불량을 방지할 수 있고 또한 액정 마진을 충분히 확보할 수 있다.
전술한 본 발명의 실시예는 본 발명의 일예로서, 본 발명의 정신에 포함되는 범위 내에서 자유로운 변형이 가능하다. 따라서, 본 발명은, 첨부된 특허청구범위 및 이와 등가되는 범위 내에서의 본 발명의 변형을 포함한다.
10: 액정표시장치 100: 어레이기판
111: 제1기판 121: 게이트전극
130: 게이트절연막 131: 반도체층
141: 소스전극 143: 드레인전극
151: 화소전극 161: 보호막
171: 공통전극 200: 대향기판
211: 제2기판 220: 컬러필터층
230: 오버코트층
P: 화소영역
CS: 컬럼스페이서
CS1: 갭 컬럼스페이서
CS2: 눌림 컬럼스페이서
CS1b,CS1t: 갭 컬럼스페이서의 하단부,상단부
w11,w12: 갭 컬럼스페이서의 제1폭,제2폭
h1: 갭 컬럼스페이서의 두께
MP: 마스크패턴
FT: 풀톤 패턴부
HT: 하프톤 패턴부
BT: 광차단 패턴부

Claims (17)

  1. 박막트랜지스터 및 이에 연결된 화소전극이 형성된 화소영역이 배치된 어레이기판과;
    상기 어레이기판과 마주보는 대향기판과;
    상기 어레이기판 및 대향기판 사이에 개재된 액정층과;
    상기 어레이기판 및 대향기판 사이의 셀갭을 유지하며, 하단부는 제1폭을 갖고 상단부는 상기 제1폭 보다 작은 제2폭을 갖는 갭 컬럼스페이서를 포함하고,
    상기 제1폭에 대한 상기 제2폭의 비율은 0.55 이하인
    액정표시장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 갭 컬럼스페이서의 하단부는 상기 대향기판 측에 위치하고, 상기 갭 컬럼스페이서의 상단부는 상기 어레이기판 측에 위치하는
    액정표시장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 갭 컬럼스페이서는 상기 대향기판에 형성된
    액정표시장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 갭 컬럼스페이서 보다 작은 두께를 갖는 눌림 컬럼스페이서를 더 포함하고,
    상기 눌림 컬럼스페이서는 하단부가 제3폭을 갖고 상단부가 상기 제3폭 보다 작은 제4폭을 갖는
    액정표시장치.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 눌림 컬럼스페이서의 측면 경사각은 상기 갭 컬럼스페이서의 측면 경사각 보다 큰
    액정표시장치.
  6. 제 4 항에 있어서,
    상기 제3폭에 대한 상기 제4폭의 비율은 0.65~0.95인
    액정표시장치.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 어레이기판은 상기 화소전극과 마주보는 공통전극을 포함하고,
    상기 대향기판은 상기 화소영역에 대응하는 컬러필터패턴을 포함하는
    액정표시장치.
  8. 감광 물질이 형성된 제1기판 상에, 풀톤 패턴부와 상기 풀톤 패턴부를 둘러싸는 하프톤 패턴부와 상기 풀톤 패턴부 및 제1하프톤 패턴부 사이의 광차단 패턴부를 갖는 마스크패턴이 구비된 포토마스크를 배치하고 노광하는 단계와;
    상기 감광 물질을 현상하여, 상기 마스크패턴에 대응되는 갭 컬럼스페이서를 형성하는 단계와;
    상기 갭 컬럼스페이서가 형성된 제1기판과, 상기 제1기판과 액정층을 마주보는 대향하는 제2기판을 결합하는 단계
    를 포함하는 액정표시장치 제조방법.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 갭 컬럼스페이서는, 하단부가 제1폭을 갖고 상단부가 상기 제1폭 보다 작은 제2폭을 가지며,
    상기 제1폭에 대한 상기 제2폭의 비율은 0.55 이하인
    액정표시장치 제조방법.
  10. 제 8 항 또는 제 9 항에 있어서,
    상기 포토마스크는 상기 마스크패턴과 다른 위치에 배치된 제2하프톤 패턴부를 포함하고,
    상기 감광 물질을 현상하여, 상기 제2하프톤 패턴부에 대응되며 상기 갭 컬럼스페이서 보다 작은 두께의 눌림 컬럼스페이서를 형성하고,
    상기 눌림 컬럼스페이서는 하단부가 제3폭을 갖고 상단부가 상기 제3폭 보다 작은 제4폭을 갖는
    액정표시장치 제조방법.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 눌림 컬럼스페이서의 측면 경사각은 상기 갭 컬럼스페이서의 측면 경사각 보다 큰
    액정표시장치 제조방법.
  12. 제 10 항에 있어서,
    상기 제3폭에 대한 상기 제4폭의 비율은 0.65~0.95인
    액정표시장치.
  13. 제 8 항 또는 제 9 항에 있어서,
    상기 제2기판 상에는 박막트랜지스터와, 상기 박막트랜지스터와 연결된 화소전극과, 상기 화소전극과 마주보는 공통전극이 형성되고,
    상기 제1기판 상에는 컬러필터패턴이 형성된
    액정표시장치.
  14. 제1기판 상에, 갭 컬럼스페이서 및 이 보다 작은 두께의 눌림 컬럼스페이서와;
    액정층을 사이에 두고, 상기 제1기판과 마주보는 제2기판을 포함하고,
    상기 갭 컬럼스페이서 및 눌림 컬럼스페이서는 각각 하단부가 상단부에 비해 큰 폭을 갖는 테이퍼 형상이며,
    상기 갭 컬럼스페이서의 하단부의 제1폭에 대한 상단부의 제2폭의 비율은, 상기 눌림 컬럼스페이서의 하단부의 제3폭에 대한 상기 갭 컬럼스페이서의 상단부의 제4폭의 비율 보다 작은
    액정표시장치.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 제1폭에 대한 상기 제2폭의 비율은 0.55 이하인
    액정표시장치.
  16. 제 14 항 또는 제 15 항에 있어서,
    상기 제3폭에 대한 상기 제4폭의 비율은 0.65~0.95인
    액정표시장치.
  17. 제 10 항에 있어서,
    상기 제2기판 상에는 박막트랜지스터와, 상기 박막트랜지스터와 연결된 화소전극과, 상기 화소전극과 마주보는 공통전극이 형성되고,
    상기 제1기판 상에는 컬러필터패턴이 형성된
    액정표시장치.
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