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KR20060076479A - 액정 표시 장치 - Google Patents

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KR20060076479A
KR20060076479A KR1020040114902A KR20040114902A KR20060076479A KR 20060076479 A KR20060076479 A KR 20060076479A KR 1020040114902 A KR1020040114902 A KR 1020040114902A KR 20040114902 A KR20040114902 A KR 20040114902A KR 20060076479 A KR20060076479 A KR 20060076479A
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KR
South Korea
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liquid crystal
substrate
region
column spacers
column
Prior art date
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KR1020040114902A
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Inventor
임채락
이규현
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엘지.필립스 엘시디 주식회사
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Publication date
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Abstract

본 발명은 액정 마진 영역에 미충진을 방지하는 구조물을 더 형성하고, 상기 구조물의 배치를 조절하여 액정 마진 영역에 발생하는 기포의 액티브 영역 유입을 방지 또는 최소화한 액정 표시 장치에 관한 것으로, 서로 대향되어 씰 패턴에 의해 합착되며, 상기 씰 패턴 내에서 중앙에는 액티브 영역과 그 외곽에는 액정 마진 영역을 가지며, 각각의 액티브 영역에 박막 트랜지스터 어레이가 형성된 제 1 기판 및 컬러 필터 어레이가 형성된 제 2 기판과, 상기 액티브 영역 내에 형성되며, 상기 제 1 기판과 제 2 기판의 셀 갭을 유지하는 복수개의 제 1 칼럼 스페이서와, 상기 액정 마진 영역 내에 형성되며, 액티브 영역 중심에 적하된 액정의 외곽으로의 퍼짐을 제어하는 댐 패턴 및 상기 액정 마진 영역에 형성되며, 상기 액정의 퍼짐시 액정 마진 영역에 유입된 기포의 액티브 영역에의 역유입을 방지하는 복수개의 제 2 칼럼 스페이서를 포함하여 이루어짐을 특징으로 한다.
미충진, 칼럼 스페이서, 허니컴 구조(honeycomb), 댐, 기포, 액정 적하

Description

액정 표시 장치{Liquid Crystal Display Device}
도 1은 일반적인 액정 표시 장치를 나타낸 분해사시도
도 2는 액정 주입형 액정 표시 장치의 제조 방법의 흐름도
도 3은 액정 적하형 액정 표시 장치의 제조 방법의 흐름도
도 4는 일반적인 액정 표시 장치의 평면도
도 5는 도 4의 칼럼 스페이서 형성 부위를 나타낸 단면도
도 6은 종래의 액정 표시 장치의 외곽에서 나타나는 기포를 나타낸 사진
도 7은 본 발명의 액정 표시 장치의 제 1, 제 2 기판이 대응되어 합착된 모습을 나타낸 평면도
도 8은 도 7의 A 영역(액정 마진 영역)을 확대한 평면도
도 9는 다른 형태를 갖는 도 7의 A 영역(액정 마진 영역)을 확대한 평면도
도 10은 액정 표시 장치의 액정 마진 영역과 상기 액정 마진 영역에 허니컴(honeycomb) 구조로 형성된 칼럼 스페이서 및 상기 허니컴 구조의 칼럼 스페이서들간의 패스 라인을 나타낸 평면도
도 11은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 액정 표시 장치의 액정 마진 영역과 이에 형성된 칼럼 스페이서를 나타낸 평면도
도 12a는 TN 모드에 적용된 도 11의 I~I' 선상의 구조 단면도
도 12b는 IPS 모드에 적용된 도 11의 I~I' 선상의 구조 단면도
도 13은 본 발명의 도 11에서 다이렉트 패스 라인(direct pass line)을 나타낸 평면도
도 14는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 액정 표시 장치의 액정 마진 영역과 이에 형성된 칼럼 스페이서를 나타낸 평면도
도 15는 본 발명의 액정 표시 장치의 액티브 영역(도 7의 "B" 영역)을 확대한 평면도
도 16은 도 15의 Ⅱ~Ⅱ' 선상에서의 구조 단면도
도 17은 도 15의 Ⅲ~Ⅲ' 선상에서의 구조 단면도
*도면의 주요 부분에 대한 부호 설명*
100 : 제 2 기판 101 : 게이트 라인
101a : 게이트 전극 102 : 데이터 라인
102a : 소오스 전극 102b : 드레인 전극
103 : 화소 전극 104 : 반도체층
105 : 게이트 절연막 106 : 보호막
110 : 제 1 기판 111 : 블랙 매트릭스층
112 : 컬러 필터층 113 : 오버코트층
115 : 씰 패턴 120 : 표시 영역
125 : 액정 마진 영역
141 : 제 1 댐 142 : 제 2 댐
143 : 제 3 댐 150 : 칼럼 스페이서
151 : 제 1 패스 라인 152 : 제 2 패스 라인
201 : 칼럼 스페이서 202 : 제 1 칼럼 스페이서
203 : 제 2 칼럼 스페이서
252 : 제 1 패스 라인 260 : 제 2 패스 라인
301 : 칼럼 스페이서
본 발명은 액정 표시 장치에 관한 것으로 특히, 액정 마진 영역에 미충진을 방지하는 구조물을 더 형성하고, 상기 구조물의 배치를 조절하여 액정 마진 영역에 발생하는 기포의 액티브 영역 유입을 방지 또는 최소화한 액정 표시 장치에 관한 것이다.
정보화 사회가 발전함에 따라 표시 장치에 대한 요구도 다양한 형태로 점증하고 있으며, 이에 부응하여 근래에는 LCD(Liquid Crystal Display Device), PDP(Plasma Display Panel), ELD(Electro Luminescent Display), VFD(Vacuum Fluorescent Display) 등 여러 가지 평판 표시 장치가 연구되어 왔고, 일부는 이미 여러 장비에서 표시 장치로 활용되고 있다.
그 중에, 현재 화질이 우수하고 경량, 박형, 저소비 전력의 특징 및 장점으로 인하여 이동형 화상 표시 장치의 용도로 CRT(Cathode Ray Tube)를 대체하면서 LCD가 가장 많이 사용되고 있으며, 노트북 컴퓨터의 모니터와 같은 이동형의 용도 이외에도 방송 신호를 수신하여 디스플레이하는 텔레비젼 및 컴퓨터의 모니터 등으로 다양하게 개발되고 있다.
이와 같은 액정 표시 장치가 일반적인 화면 표시 장치로서 다양한 부분에 사용되기 위해서는 경량, 박형, 저 소비 전력의 특징을 유지하면서도 고정세, 고휘도, 대면적 등 고품위 화상을 얼마나 구현할 수 있는가에 관건이 걸려 있다고 할 수 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 종래의 액정 표시 장치와, 액정 표시 장치의 셀 갭(cell gap)을 유지하는 스페이서에 대하여 설명하면 다음과 같다.
도 1은 일반적인 액정 표시 장치를 나타낸 분해사시도이다.
액정 표시 장치는, 도 1과 같이, 일정 공간을 갖고 합착된 제 1 기판(1) 및 제 2 기판(2)과, 상기 제 1 기판(1)과 제 2 기판(2) 사이에 주입된 액정층(3)으로 구성되어 있다.
보다 구체적으로 설명하면, 상기 제 1 기판(1)에는 화소 영역(P)을 정의하기 위하여 일정한 간격을 갖고 일방향으로 복수개의 게이트 라인(4)과, 상기 게이트 라인(4)에 수직한 방향으로 일정한 간격을 갖고 복수개의 데이터 라인(5)이 배열된다. 그리고, 상기 각 화소 영역(P)에는 화소 전극(6)이 형성되고, 상기 각 게이트 라인(4)과 데이터 라인(5)이 교차하는 부분에 박막 트랜지스터(T)가 형성되어 상기 박막 트랜지스터(T)가 상기 게이트 라인(4)의 신호에 응답하여 상기 데이터 라인(5)의 데이터 신호를 상기 각 화소 전극(6)에 인가한다.
그리고, 상기 제 2 기판(2)에는 상기 화소 영역(P)을 제외한 부분의 빛을 차단하기 위한 블랙 매트릭스층(7)이 형성되고, 상기 각 화소 영역에 대응되는 부분에는 색상을 표현하기 위한 R, G, B 컬러 필터층(8)이 형성되고, 상기 컬러 필터층(8)위에는 화상을 구현하기 위한 공통 전극(9)이 형성되어 있다.
상기와 같은 액정 표시 장치는 상기 화소 전극(6)과 공통 전극(9) 사이의 전계에 의해 상기 제 1, 제 2 기판 사이에 형성된 액정층(3)이 배향되고, 상기 액정층(3)의 배향 정도에 따라 액정층(3)을 투과하는 빛의 양을 조절하여 화상을 표현할 수 있다.
이와 같은 액정 표시 장치를 TN(Twisted Nematic) 모드 액정 표시 장치라 하며, 상기 TN 모드 액정 표시 장치는 시야각이 좁다는 단점을 가지고 있고 이러한 TN 모드의 단점을 극복하기 위한 IPS(In-Plane Switching) 모드 액정 표시 장치가 개발되었다.
상기 IPS 모드 액정 표시 장치는 제 1 기판의 화소 영역에 화소 전극과 공통 전극을 일정한 거리를 갖고 서로 평행하게 형성하여 상기 화소 전극과 공통 전극 사이에 횡 전계(수평 전계)가 발생하도록 하고 상기 횡 전계에 의해 액정층이 배향되도록 한 것이다.
이하, 액정 표시 장치의 제조방법을 설명하면 다음과 같다.
일반적인 액정 표시 장치의 제조 방법은 제 1, 제 2 기판 사이에 액정층을 형성하는 방법에 따라 액정 주입 방식 제조 방법과 액정 적하 방식 제조 방법으로 구분할 수 있다.
먼저, 액정 주입 방식의 액정 표시 장치 제조 방법을 설명하면 다음과 같다.
도 2는 일반적인 액정 주입 방식의 액정 표시 장치의 제조방법의 흐름도이다.
액정 표시 장치는 크게 어레이 공정, 셀 공정, 모듈 공정 등으로 구분된다.
어레이 공정은, 상술한 바와 같이, 상기 제 1 기판에 게이트 라인 및 데이터 라인과, 화소 전극과, 박막 트랜지스터를 구비한 TFT 어레이를 형성하고, 제 2 기판에 블랙매트릭스층과 컬러 필터층과 공통 전극 등을 구비한 컬러 필터 어레이를 형성하는 공정이다.
이 때, 상기 어레이 공정은 하나의 기판에 하나의 액정 패널을 형성하는 것이 아니라, 하나의 대형 유리 기판에 액정 패널을 다수개 설계하여 각 액정 패널 영역에 각각 TFT 어레이 및 컬러 필터 어레이를 형성한다.
이와 같이 TFT 어레이가 형성된 TFT 기판과 컬러 필터 어레이가 형성된 컬러 필터 기판은 셀 공정 라인으로 이동된다.
이어, 상기 TFT 기판과 컬러 필터 기판상에 배향 물질을 도포하고 액정분자가 균일한 방향성을 갖도록 하기 위한 배향 공정(러빙 공정)(S10)을 각각 진행한다.
여기서, 상기 배향 공정(S10)은 배향막 도포 전 세정, 배향막 인쇄, 배향막 소성, 배향막 검사, 러빙 공정 순으로 진행된다.
이어, 상기 TFT 기판 및 컬러 필터 기판을 각각 세정(S20)한다.
그리고, 상기 TFT 기판 또는 컬러 필터 기판 상에 셀 갭(Cell Gap)을 일정하 게 유지하기 위한 볼 스페이서(Ball spacer)를 산포(S30)하고, 상기 각 액정 패널 영역의 외곽부에 두 기판을 합착하기 위한 씰 패턴(seal pattern)을 형성한다(S40). 이 때, 씰 패턴은 액정을 주입하기 위한 액정 주입구 패턴을 갖도록 형성된다.
여기서, 볼 스페이서는 플라스틱 볼(plastic ball)이나 탄성체 플라스틱 미립자로 형성된 것이다.
상기 씰 패턴이 대향되도록 TFT 기판과 컬러 필터 기판을 마주보도록 하여 두 기판을 합착하고 상기 씰 패턴을 경화시킨다(S50).
그 후, 상기 합착 및 경화된 TFT 기판 및 컬러 필터 기판을 각 단위 액정 패널 영역 별로 절단하고 가공하여(S60)하여 일정 사이즈의 단위 액정 패널을 제작한다.
이후, 각각의 단위 액정 패널의 액정 주입구를 통해 액정을 주입하고, 주입 완료 후 상기 액정 주입구를 봉지(S70)하여 액정층을 형성한다. 그리고, 각 단위 액정 패널의 외관 및 전기적 불량 검사(S80)를 진행함으로써 액정 표시 장치를 제작하게 된다.
여기서, 상기 액정주입공정을 간략히 살펴보면 다음과 같다.
먼저, 주입하고자 하는 액정 물질이 담겨져 있는 용기와 액정을 주입할 액정 패널을 챔버(Chamber) 내부에 위치시키고, 상기 챔버의 압력을 진공 상태로 유지함으로써 액정 물질 속이나 용기 안벽에 붙어 있는 수분을 제거하고 기포를 탈포함과 동시에 상기 액정 패널의 내부 공간을 진공 상태로 만든다.
그리고, 원하는 진공 상태에서 상기 액정 패널의 액정 주입구를 액정 물질이 담아져 있는 용기에 담그거나 접촉시킨 다음, 상기 챔버 내부의 압력을 진공 상태로부터 대기압 상태로 만들어 상기 액정 패널 내부의 압력과 챔버의 압력 차이에 의해 액정 주입구를 통해 액정 물질이 상기 액정 패널 내부로 주입되도록 한다.
이러한 액정 주입 방식의 액정 표시 장치 제조 방법에 있어서는 다음과 같은 문제점이 있었다.
첫째, 단위 패널로 컷팅한 후, 두 기판 사이를 진공 상태로 유지하여 액정 주입구를 액정액에 담가 액정을 주입하므로 액정 주입에 많은 시간이 소요되므로 생산성이 저하된다.
둘째, 대면적의 액정 표시 장치를 제조할 경우, 액정 주입식으로 액정을 주입하면 패널 내에 액정이 완전히 주입되지 않아 불량의 원인이 된다.
셋째, 상기와 같이 공정이 복잡하고 시간이 많이 소요되므로 여러개의 액정 주입 장비가 요구되어 많은 공간을 요구하게 된다.
따라서, 이러한 액정 주입 방식의 문제점을 극복하기 위해 두 기판 중 하나의 기판에 액정을 적하시킨 후, 두 기판을 합착시키는 액정 적하형 액정 표시 장치의 제조 방법이 개발되었다.
도 3은 액정 적하형 액정 표시 장치의 제조 방법의 흐름도이다.
즉, 액정 적하 방식의 액정 표시 장치 제조 방법은, 두 기판을 합착하기 전에, 두 기판 중 어느 하나의 기판에 적당량의 액정을 적하한 후, 두 기판을 합착하는 방법이다.
따라서, 액정 주입 방식과 같이 셀갭을 유지하기 위해 볼 스페이서를 사용하게 되면, 적하된 액정이 퍼질 때 상기 볼 스페이서가 액정 퍼짐 방향으로 이동되어 스페이서가 한쪽으로 몰리게 되므로 정확한 셀갭 유지가 불가능하게 된다.
그러므로, 액정 적하 방식에서는 볼 스페이서를 사용하지 않고 스페이서가 기판에 고정되는 고정 스페이서(칼럼 스페이서(column spacer) 또는 패턴드 스페이서(patterned spacer))를 사용해야 한다.
즉, 도 3과 같이, 어레이 공정에서, 컬러 필터 기판에 블랙매트릭스층 및 컬러 필터층 및 공통 전극을 형성하고, 상기 공통 전극 위에 감광성 수지를 형성하고 선택적으로 제거하여 상기 블랙 매트릭스층상에 칼럼 스페이서를 형성한다. 또한, 상기 칼럼 스페이서 형성은 포토 공정 또는 잉크젯(ink-jet) 공정에 의해 형성할 수 있다.
그리고, 상기 칼럼 스페이서를 포함한 TFT 기판 및 컬러 필터 기판 전면에 배향막을 도포하고 상기 배향막을 러빙 처리한다.
이와 같이, 배향 공정이 완료된 TFT 기판과 컬러필터 기판을 각각 세정(S101)한 다음, 상기 TFT 기판과 컬러 필터 기판 중 하나의 기판 상의 일정 영역에 액정을 적하하고(S102), 나머지 기판의 각 액정 패널 영역의 외곽부에 디스펜싱 장치를 이용하여 씰 패턴을 형성한다(S103).
이 때, 상기 두 기판 중 하나의 기판에 액정도 적하하고 씰 패턴도 형성하여도 된다.
그리고 상기 액정이 적하되지 않은 기판을 반전(뒤집어서 마주보게 함)시키 고(S104), 상기 TFT 기판과 컬러필터 기판을 압력하여 합착하고 상기 씰 패턴을 경화시킨다(S105).
이어, 단위 액정 패널별로 상기 합착된 기판을 절단 및 가공한다(S106).
그리고 상기 가공된 단위 액정 패널의 외관 및 전기적 불량 검사(S107)를 진행함으로써 액정표시소자를 제작하게 된다.
이러한 액정 적하 방식의 제조 방법에 있어서는, 컬러 필터 기판 상에 칼럼 스페이서를 형성하고, TFT 기판에 액정을 적하하여 두 기판을 합착하여 패널을 형성한다.
이 때, 상기 칼럼 스페이서는 컬러 필터 기판에 고정시켜 형성하고, TFT 기판에 접촉된다. 그리고 상기 TFT 기판의 접촉되는 부위는 게이트 라인 또는 데이터 라인의 어느 하나의 단일 배선에 대응하여, 컬러 필터 기판 상에서 일정한 높이를 주어 형성한다.
도 4는 종래의 액정 표시 장치의 평면도이며, 도 5는 도 4의 칼럼 스페이서 형성 부위를 나타낸 단면도이다.
도 4 및 도 5와 같이, 종래의 액정 표시 장치는 화소 영역을 정의하기 위해 게이트 라인(4) 및 데이터 라인(5)이 서로 교차하여 배열되고, 상기 각 게이트 라인(4)과 데이터 라인(5)이 교차하는 부분에 박막트랜지스터(TFT)가 형성되며, 각 화소 영역에는 화소 전극(6)이 형성된다. 그리고, 일정 간격을 갖고 셀갭을 유지하기 위한 칼럼 스페이서(20)가 형성된다. 도 5에서는 6개의 서브 픽셀에 하나의 칼럼 스페이서(20)가 배치됨을 도시하였다.
여기서, 상기 칼럼 스페이서(20)는, 도 5에 도시한 바와 같이, 게이트 라인(4) 상측에 상응한 부분에 형성된다. 즉, 제 1 기판(1) 상에 게이트 라인(4)이 형성되고, 상기 게이트 라인(4)을 포함한 기판 전면에 게이트 절연막(15)이 형성되며, 상기 게이트 절연막(15)위에 보호막(16)이 형성된다. 그리고 제 2 기판(2)에는 블랙 매트릭스층(7), 컬러 필터층(8) 및 공통 전극(14)이 형성되며, 상기 게이트 라인(4)에 상응하는 부분의 공통 전극(14)위에 칼럼 스페이서(20)가 형성되어 상기 칼럼 스페이서(20)가 상기 게이트 라인(4)상에 위치되도록 두 기판이 합착된다. 여기서, IPS 모드 액정표시장치일 경우 상기 공통 전극(14) 대신에 오버코트층이 형성된다.
상기와 같이, 액정 주입 방식이나 액정 적하 방식에 의해 제조된 단위 액정 표시 장치는 실제로 화상을 표시하는 액티브 영역과 상기 액티브 영역과 씰 패턴 사이에 형성되는 액정 마진 영역으로 구분된다.
즉, 상술한 바와 같이, 게이트 라인 및 데이터 라인과 박막트랜지스터 및 화소 전극이 형성된 제 1 기판(1)과 블랙 매트릭스층(7) 및 컬러 필터층(8)이 형성된 제 2 기판(2)이 씰 패턴(미도시)에 의해 가장자리 부분에서 합착되고, 상기 씰 패턴에 의해 합착된 상기 제 1 기판(1)과 제 2 기판(2) 사이에는 액정층(도시되지 않음, 도 1의 3 참조)이 형성된다.
이와 같이 형성된 액정표시장치는, 실제로 화상을 표시하는 액티브 영역과 상기 액티브 영역의 주변부의 상기 액티브 영역과 씰 패턴 사이에 형성되는 액정 마진 영역으로 구분된다. 그리고 상기 액정 마진 영역은 블랙 매트릭스층(도시되지 않음, 도 1의 7 참조)에 의해 차광되어 있다. 여기서, 상기 액정 마진 영역은 상기 두 기판 사이에 형성된 액정이 퍼져 나갈 수 있는 여유공간으로서, 상기 액정 마진 영역은 상기 제 2 기판(2)에 형성된 블랙 매트릭스층에 의해 가려지게 되어 화상이 표시되지 않는다.
도 6은 종래의 액정 표시 장치의 외곽에서 나타나는 기포를 나타낸 사진이다.
도 6에서는, 제 1 기판과 제 2 기판의 합착으로 정의되는 액정 패널에 있어서, 코너에서 각각 기포(25)가 발생함을 나타내고 있다.
액정 적하 방식으로 액정층이 형성될 경우, 압력차에 의해 주입되는 액정 주입 방식과 달리, 일 기판 상에 액정이 적하되면서 기포가 혼합될 수 있다. 실제 액정의 적하는 액티브 영역에 대응하여 이루어지며, 제 1, 제 2 기판의 합착시 외곽으로 퍼져나가게 된다. 합착 후에 액정에 유입된 기포는 액정의 퍼짐과 함께 코너부로 이동하게 된다. 이러한 액정 패널(10)의 코너부의 기포는, 외부의 충격이나 고온 등의 환경 변화로 다시 액정 패널(10)의 액티브 영역으로 들어가게 되며, 이 경우에는 기포 발생 부위에 얼룩을 유발하여 시감이 저하된다.
또한, 종래의 액정 표시 장치에서는, 정상적으로 액정이 적하됨에도, 액티브 영역과 씰 패턴 사이에 정의되는 제 1, 제 2 기판 사이의 액정 마진 영역이 빈 공간으로 있어, 액티브 영역에 충진된 액정이 충격에 의해 상기 액정 마진 영역으로 유입시 다시 원 상태의 액티브 영역으로의 회복이 거의 불가능하여, 액정이 미충진됨으로써 정상적인 구동에 필요한 액정량이 모자르는 미충진 불량이 발생한다.
상기와 같은 종래의 액정 표시 장치는 다음과 같은 문제점이 있다.
첫째, 액정의 적하는 대개 액티브 영역의 중앙 부위에만 이루어지고, 합착시에 적하된 액정이 외곽으로 퍼져나가게 된다. 이 경우, 액정 적하시 액정 내에 유입된 기포도 액정과 함께 외곽으로 이동하게 된다. 그런데, 이러한 기포는 소정의 충격이나 고온에의 온도 변화 등으로 인해 다시 액티브 영역으로 유입될 우려가 있다. 이러한 기포는 액티브 영역에 유입될 경우 액정 표시 장치를 구동하게 되면 얼룩으로 관찰하게 된다.
둘째, 액정 표시 장치의 표시면에 외부에서 충격을 주었을 때, 액티브 영역내의 액정들이 액정 마진 영역으로 이동이 발생하게 된다. 혹은 액정 표시 장치가 놓여진 주위 환경의 온도 상승으로 인해 액정들이 액정 마진 영역으로 이동할 수도 있다.
이와 같이, 외부의 외력이나 고온에서의 액정 팽창으로 인해 액정 마진 영역으로 액정의 이동이 발생한 후에는, 다시 외력을 제거하거나 상온으로 복귀하더라도 액정이 액티브 영역으로 100% 복원되지 못하므로 미충진 현상이 발생하게 된다. 이와 같이 미충진 현상이 발생하게 되면 육안으로 볼 때 미충진된 부위가 까만 점으로 보이게 된다.
셋째, 종래의 적하 방식으로 제조되는 액정 표시 장치에서는 칼럼 스페이서가 게이트 라인에 대응되어 컬러 필터 기판에 형성되고, 이러한 칼럼 스페이서는 6개의 서브 픽셀마다 하나씩 배치된다. 이 경우, 전체 기판면적에 대한, 상기 칼럼 스페이서와 TFT 기판간의 접촉 밀도는 0.242%로 그에 해당하는 마찰력이 존재한다.
이러한 마찰력은 외부에서 힘을 가할 경우, 컬러 필터 기판과 TFT 기판간의 쉬프트 후, 다시 원상으로 회복하는데 방해하는 힘으로 작용하게 된다. 이 경우, 마찰력으로 인한 칼럼 스페이서의 복원력 약화로 액정의 왜곡(disclination) 현상을 유발하여 터치 얼룩을 야기하게 된다.
넷째, 액정 주입 방식에 이용되는 볼 스페이서는 많은 양이 산포되고, 또한 구 형상으로 이루어져 패널의 소정 영역을 눌렀을 때 해당 부위의 볼 스페이서가 옆으로 미끄러져 눌림에 대한 내성이 있지만, 칼럼 스페이서는 화소 영역을 제외한 부분에 선택적으로 형성되므로 칼럼 스페이서가 형성되지 않는 부분을 눌렀을 경우 기판이 쉽게 휘게 되고 또한 누른 부위의 셀 갭이 유지되지 못하고 무너지는 현상인 눌림 불량이 관찰된다.
다섯째, 종래의 액정 표시 장치는 칼럼 스페이서가 게이트 라인 상측에 상응하는 부분의 TFT 기판에 접촉되므로 접촉 면적이 크다. 따라서 외력이 가해질 경우 마찰에 의해 칼럼 스페이서와 TFT 기판에 형성된 배향막의 접촉 부위에서 배향막의 필링(Peeling) 현상이 발생하여 내부 이물질이 발생하게 된다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로 액정 마진 영역에 미충진을 방지하는 구조물을 더 형성하고, 상기 구조물의 배치를 조절하여 액정 마진 영역에 발생하는 기포의 액티브 영역 유입을 방지 또는 최소화한 액정 표시 장치를 제공하는 데, 그 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 액정 표시 장치는 서로 대향되어 씰 패턴에 의해 합착되며, 상기 씰 패턴 내에서 중앙에는 액티브 영역과 그 외곽에는 액정 마진 영역을 가지며, 각각의 액티브 영역에 박막 트랜지스터 어레이가 형성된 제 1 기판 및 컬러 필터 어레이가 형성된 제 2 기판과, 상기 액티브 영역 내에 형성되며, 상기 제 1 기판과 제 2 기판의 셀 갭을 유지하는 복수개의 제 1 칼럼 스페이서와, 상기 액정 마진 영역 내에 형성되며, 액티브 영역 중심에 적하된 액정의 외곽으로의 퍼짐을 제어하는 댐 패턴 및 상기 액정 마진 영역에 형성되며, 상기 액정의 퍼짐시 액정 마진 영역에 유입된 기포의 액티브 영역에의 역유입을 방지하는 복수개의 제 2 칼럼 스페이서를 포함하여 이루어짐에 그 특징이 있다.
상기 복수개의 제 2 칼럼 스페이서들은 제 1 방향의 라인 또는 제 2 방향의 라인 상으로 배치되며, 상기 제 1 방향의 라인으로 배치된 인접한 칼럼 스페이서들은 제 2 방향으로는 평행하지 않으며, 상기 제 2 방향의 라인으로 배치된 인접한 칼럼 스페이서들은 제 1 방향으로는 평행하지 않는다.
상기 제 2 칼럼 스페이서들 중 상하좌우 인접한 4개의 칼럼 스페이서들은 평행사변형의 모양으로 배열을 갖는다.
상기 제 2 칼럼 스페이서간의 이격 간격은 상기 제 2 칼럼 스페이서가 갖는 임계치수(Critical Dimension)보다 작다.
상기 제 2 칼럼 스페이서간의 이격 간격은 상기 제 2 칼럼 스페이서가 갖는 임계치수의 1/2이다.
상기 제 2 칼럼 스페이서들은 상기 댐 패턴의 코너부에 대응하여 하나의 다 이렉트 패스 라인(direct pass line)을 갖는다.
상기 제 2 칼럼 스페이서들은 만(卍)자형이다. 혹은 상기 제 2 칼럼 스페이서들은 다각형이다.
상기 댐 패턴은 상기 액티브 영역에 인접하여 형성된 제 1 댐 패턴 및 상기 제 1 댐 패턴의 외곽의 코너부에 개구부를 갖고 형성된 제 2 댐 패턴을 포함하여 이루어질 수 있다. 상기 제 2 칼럼 스페이서는 상기 제 2 댐 패턴의 외곽과 씰 패턴 사이에 형성된다.
상기 댐 패턴은 상기 액티브 영역에 인접하여 형성된 제 1 댐 패턴과, 상기 제 1 댐 패턴의 외곽의 코너부에 개구부를 갖고 형성된 제 2 댐 패턴 및 상기 씰 패턴에 인접하여 형성된 제 3 댐 패턴을 더 포함하여 이루어진다.
상기 제 2 칼럼 스페이서는 상기 제 2 댐 패턴의 외곽과 제 3 댐 패턴 사이에 형성된다.
상기 제 1, 제 2 칼럼 스페이서 및 댐 패턴은 상기 제 2 기판 상에 형성된다.
상기 제 2 기판 상의 액정 마진 영역에는 블랙 매트릭스층이 더 형성된다.
상기 박막 트랜지스터 어레이는 상기 제 1 기판 상에 서로 교차하여 화소 영역을 정의하는 게이트 라인 및 데이터 라인과, 상기 게이트 라인과 데이터 라인의 교차부에 형성된 박막 트랜지스터와, 상기 화소 영역에 형성된 화소 전극을 포함하여 이루어진다.
상기 제 1 칼럼 스페이서는 상기 박막 트랜지스터에 대응되어 형성된다.
상기 게이트 라인 또는 데이터 라인에 대응되어 제 2 기판 상에 제 3 칼럼 스페이서가 더 형성된다.
상기 제 3 칼럼 스페이서는 상기 제 1 기판과 소정 간격 이격된다.
상기 컬러 필터 어레이는 상기 제 2 기판 상에 상기 비화소 영역 및 블랙 매트릭스층에 대응되어 형성된 블랙 매트릭스층과, 상기 블랙 매트릭스층을 포함한 제 2 기판 상에 상기 화소 영역에 대응되어 형성된 컬러 필터층 및 상기 블랙 매트릭스층 및 컬러 필터층을 포함한 제 2 기판 상에 형성된 공통 전극을 포함하여 이루어짐을 특징으로 한다.
상기 박막 트랜지스터 어레이는 상기 화소 영역에 상기 화소 전극과 교번하는 형상의 공통 전극을 더 포함한다.
상기 컬러 필터 어레이는 상기 제 2 기판 상에 상기 비화소 영역 및 블랙 매트릭스층에 대응되어 형성된 블랙 매트릭스층과, 상기 블랙 매트릭스층을 포함한 제 2 기판 상에 상기 화소 영역에 대응되어 형성된 컬러 필터층 및 상기 블랙 매트릭스층 및 컬러 필터층을 포함한 제 2 기판 전면에 형성된 오버코트층을 포함하여 이루어진다.
상기 제 1, 제 2 칼럼 스페이서 및 댐 패턴은 동일 물질로 형성된다.
상기 제 1, 제 2 칼럼 스페이서 및 댐 패턴은 동일 높이로 형성된다.
상기 제 1 칼럼 스페이서는 상기 제 1 기판과 접촉하고, 상기 제 2 칼럼 스페이서 및 댐 패턴은 상기 제 1 기판과 이격된다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 액정 표시 장치를 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 7은 본 발명의 액정 표시 장치의 제 1, 제 2 기판이 대응되어 합착된 모습을 나타낸 평면도이다.
도 7과 같이, 본 발명의 액정 표시 장치는 박막 트랜지스터 어레이가 형성된 제 1 기판(100)과 컬러 필터 어레이가 형성된 제 2 기판(110)이 씰 패턴(115)에 의해 가장자리 부분에서 합착되고, 상기 씰 패턴(115)에 의해 합착된 상기 제 1 기판(100)과 제 2 기판(110) 사이에는 액정층(미도시)이 형성된다.
또한, 상기 씰 패턴(115) 내의 영역은 실제로 화상을 표시하는 액티브 영역(120)과, 상기 액티브 영역의 주변부의 액정 마진 영역(125)으로 구분된다. 그리고 상기 액정 마진 영역(125)은 블랙 매트릭스층(도 12의 111 참조)에 의해 차광되어 있다. 여기서, 상기 액정 마진 영역(125)은 상기 제 1, 제 2 기판(100, 110) 사이에 채워지는 액정이 퍼져 나갈 수 있는 여유 공간으로서, 상기 액정 마진 영역(125)은 상기 제 2 기판(110)에 형성된 블랙 매트릭스층(도시되지 않음)에 의해 가려지게 되어 화상이 표시되지 않는다.
이하, 액정 마진 영역을 보다 구체적으로 설명하면 다음과 같다.
도 8은 도 7의 A 영역(액정 마진 영역의 코너부)을 확대한 평면도이다.
도 8과 같이, 액정 마진 영역에는, 상기 액티브 영역(120)과 인접하여 제 1 댐 패턴(141)이 형성되고, 상기 제 1 댐 패턴(141) 외곽에 형성되며 코너에 개구부를 갖는 제 2 댐 패턴(142)이 형성된다.
액정을 제 1 기판(100) 또는 제 2 기판(110)에 적하한 후 두 기판(110, 120) 을 합착할 때, 중앙에 적하된 액정이 합착시의 가압에 의해 사방으로 퍼지게 된다. 이러한 제 1, 제 2 댐 패턴(141, 142)은 액정이 액티브 영역의 외곽부에 형성되어, 이를 경계로 상기 액티브 영역 내에서 사방으로 퍼지는 액정이 충진되도록 도와준다. 여기서, 상기 제 1 제, 제 2 댐 패턴(141, 142)은 제 2 기판(110) 상에 형성되며, 대향되는 제 1 기판(100)과는 접하여 있지 않은 상태이다. 이 경우, 액정은 온도가 갑자기 올라가거나 외력이 가해지기 전까지는 상기 제 1, 제 2 댐 패턴(141, 142) 내에 유지되어진다. 이는 모여있는 액정들이 서로간의 인력을 갖기 때문이다.
한편, 상기 제 1, 제 2 댐 패턴(141, 142)은 상기 제 1 기판(100)과 제 2 기판(110)간의 셀 갭을 유지하기 위해 액티브 영역에 형성된 칼럼 스페이서와 동일 물질로 이루어지며 동일 공정에서 형성된다.
도 9는 다른 형태를 갖는 도 7의 A 영역(액정 마진 영역)을 확대한 평면도이다.
도 9는 도 8의 구조에 씰 패턴(115)에 인접하여 제 3 댐 패턴(143)이 더 형성된 구조이다. 상기 제 3 댐 패턴(143)은 도시된 바와 같이, 외곽 영역에 개구부를 가질 수도 있고, 아니면 상기 씰 패턴(115)에 인접하여 닫힌 사각형의 형태로 형성될 수 있다. 액정 패널의 모델에 따라 상기 제 3 댐 패턴(143)을 적용하거나 적용하지 않을 수 있다. 이 때, 상기 제 3 댐 패턴(143)은 만일 액정이 제 1, 제 2 댐 패턴(141, 142)을 넘어 액정 마진 영역(125)으로 유입되었을 때, 액정이 직접적으로 상기 씰 패턴(115)에 닿음을 방지하는 역할을 할 수 있을 것이다.
상기 제 3 댐 패턴(143) 역시 상기 제 1, 제 2 댐 패턴(141, 142)과 동일 물 질, 동일 공정에 의해 제조된다.
한편, 만일 액정 표시 장치가 고온에 환경에 놓여있거나, 액정 표시 장치에 소정의 외력이 가해졌다면, 일부 액정은 상기 제 1, 제 2 댐 패턴(141, 142)을 타고 넘어가 액정 마진 영역(125)으로 흘러가게 될 것이다. 이 경우, 상기 제 1, 제 2 댐 패턴(141, 142)은 칼럼 스페이서의 높이에 준하여 형성하나, 액정 마진 영역(125)에는 컬러 필터층(도 12의 112 참조)이 형성되어 있지 않기 때문에, 상기 제 1기판(100)과의 사이의 소정의 간격을 갖고 있기 때문에, 액티브 영역에서 액정 마진 영역으로 소정량의 액정의 유동이 가능한 것이다.
가장 이상적인 경우는 액정이 제 1 댐 패턴(141) 내에 존재하는 경우이나, 외부의 외력이 가해지거나 고온의 환경에 액정 패널이 놓여있을 경우 액정 마진 영역(125)으로 액정의 유입이 이루어지게 된다. 이 경우, 외력을 제거하거나 상온으로 복귀가 이루어져도 액정이 액티브 영역(120) 내로 100% 복귀하지 못하게 되어 미충진 현상이 발생한다.
도 10은 액정 표시 장치의 액정 마진 영역과 상기 액정 마진 영역에 허니컴(honeycomb) 구조로 형성된 칼럼 스페이서 및 이의 패스 라인(pass line)을 나타낸 평면도이다.
도 10과 같이, 상기 액정 마진 영역(125), 즉, 제 2 댐 패턴(142)의 외곽에 복수개의 칼럼 스페이서(150)를 더 형성하여 상기 액정 마진 영역(125)의 비어있는 공간을 미리 채워두게 되면, 상기 제 1, 제 2 댐 패턴(141, 142)을 타고 넘어오는 액정의 양을 줄일 수 있게 된다. 실제 액정 마진 영역(125)에는 상기 복수개의 칼 럼 스페이서(150)들이 갖는 체적만큼 액정이 채워질 여지가 줄어든다. 따라서, 액티브 영역에서 액정 마진 영역으로 액정이 빠져나가 발생하는 미충진 불량을 개선할 수 있다.
그러나, 칼럼 스페이서(150)를 도 10과 같이 그 형상도 정방형이며, 상하좌우 인접한 4개의 칼럼 스페이서(150) 또한 정방형을 갖도록 규칙적으로 배열하게 되면, 각각 서로 이격된 칼럼 스페이서들 사이에 공간에 액정 및 기포가 유동할 수 있는 복수개의 가로 패스 라인(151), 복수개의 세로 패스 라인(152)이 조성된다. 따라서, 기판의 합착과 함께 액정 마진 영역(125)으로 넘어온 기포가, 제 1, 제 2 댐 패턴(141, 142)의 코너부에서 직접적인 복수개의 패스 라인(151, 152)을 통해 유동이 가능하여 상기 액티브 영역(120) 내로 넘어가기 쉬운 상황이 조성되는 것이다.
- 제 1 실시예 -
도 11은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 액정 표시 장치의 액정 마진 영역과 이에 형성된 칼럼 스페이서를 나타낸 평면도이며, 도 12a는 TN 모드에 적용된 도 11의 I~I' 선상의 구조 단면도이며, 도 12b는 IPS 모드에 적용된 도 11의 I~I' 선상의 구조 단면도이다. 그리고, 도 13은 본 발명의 도 11에서 다이렉트 패스 라인(direct pass line)을 나타낸 평면도이다.
도 11과 같이, 본 발명의 제 1 실시예에 따른 액정 표시 장치에서는 상기 액정 마진 영역(125)에 미충진을 방지하는 칼럼 스페이서(201)를 형성하되, 이의 배치를 가로 라인과 세로 라인의 일 방향으로만 하여, 액정의 퍼짐시 액정 마진 영역 (125)에 유입된 기포의 액티브 영역에로의 역유입이 되는 다이렉트 패스 라인(direct pass line)을 최소화한다. 이 때, 상기 칼럼 스페이서(201)는 액정 마진 영역(125) 내를 소정의 체적으로 채워주는 성분으로 실제 칼럼 스페이서의 셀 갭 유지 기능을 하는 것이 아니라, 액정 마진 영역(125)으로의 액정이 일정량 이상 유입됨을 제어하는 기능을 한다.
도 12a 및 도 12b와 같이, 상기 액티브 영역에 대응하여서는, 블랙 매트릭스층(111), 컬러 필터층(112), 공통 전극(113) 또는 오버코트층(123)을 포함하여 이루어진 컬러 필터 어레이가 형성되어 있다.
그리고, 상기 액정 마진 영역에 대응하여서는, 액정 표시 장치가 적용되는 모드가 TN(Twisted Nematic) 모드인지 IPS(In-Plane Switching) 모드인지에 따라 약간의 차이를 갖는다.
예를 들어, TN 모드인 경우에는 도 12a와 같이, 상기 액정 마진 영역에 대응하여, 제 2 기판(110) 상에 블랙 매트릭스층(111)이 형성되고, 상기 제 1 기판(100) 상의 공통 전압 인가 라인(미도시)과 연결되도록 공통 전극(113)이 액티브 영역(120)으로부터 연장되어 더 형성되어 있다.
그리고, IPS 모드인 경우에는 도 12b와 같이, 상기 제 2 기판(110) 상에 블랙 매트릭스층(111)이 형성된다. 상기 블랙 매트릭스층(111) 상에는 오버코트층(123)이 상기 액티브 영역(120)으로부터 연장되어 더 형성될 수 있고, 도시된 바와 같이, 형성되지 않을 수도 있다. 상기 블랙 매트릭스층(111)이 수지 BM(Black Material)로 이루어져있다면, 도시된 바와 같이, 상기 이 경우, 상기 씰 패턴(115) 은 형성 부위에는 블랙 매트릭스층을 제거한다.
도 11에 도시된 제 2 칼럼 스페이서(201)는 만(卍)자형이다.
여기서, 제 1 가로 라인 상의 칼럼 스페이서(201)들과 제 2 가로 라인 상의 칼럼 스페이서(201)들은 세로 라인 상에서는 서로 평행하지 않다. 또한, 상기 제 1 세로 라인 상의 칼럼 스페이서들(201)과 제 2 세로 라인 상의 칼럼 스페이서(201)들은 가로 라인 상에서는 서로 평행하지 않다. 도시된 도면에 따르면, 인접한 가로 라인의 칼럼 스페이서(201)들은 세로 라인 상으로는 각각 1/2 면적이 동일선상에 형성된다. 즉, 제 2 가로 라인들의 칼럼 스페이서들은 제 1 가로 라인들의 칼럼 스페이서의 가로 또는 세로 길이의 1/2만큼 오른쪽 또는 왼쪽으로 이동되어 형성된다. 마찬가지로, 인접한 세로 라인의 칼럼 스페이서들도 가로 라인 상으로는 각각 1/2 면적이 동일선상에 형성되며, 즉, 제 2 세로 라인들의 칼럼 스페이서들은 제 1 세로 라인들의 칼럼 스페이서의 가로 또는 세로 길이의 1/2만큼 상측 또는 하측으로 이동되어 형성된다.
여기서, 상기 만(卍)자형 칼럼 스페이서는 가로(a), 세로(a) 동일한 정방형 내부에 만(卍)자형의 형상으로 형성되며, 만(卍)자형 선이 갖는 선폭은 10~30㎛이다. 이 때, 상기 정방형의 크기는 약 100㎛ 전후이다. 액티브 영역 내에 형성되는 제 1, 제 2 칼럼 스페이서(도 15 내지 도 17의 202, 203)는 가로, 세로 약 20㎛~30㎛의 크기로 형성됨을 감안하면, 약 3~5배의 크기로 형성된다.
도 13과 같이, 인접한 상하좌우 4개의 칼럼 스페이서(201)들은 평행사변형의 형상으로 배열된다. 이 때, 제 1, 제 2 댐 패턴(141, 142)의 코너부에서는 액정의 액티브 영역과 액정 마진 영역간의 직접적인 유출입이 가능한 다이렉트 패스 라인(direct pass line, 260)이 하나 형성된다.
상기 제 1 가로 라인들의 칼럼 스페이서들, 제 2 가로 라인들의 칼럼 스페이서들간 및 나머지 가로 라인들 사이의 영역에는 액정 마진 영역으로의 액정 및 기포 유입 후 유동할 수 있는 가로 패스 라인(pass line, 252)이 형성된다. 또한, 마찬가지로, 제 1 세로 라인들의 칼럼 스페이서들, 제 2 세로 라인들의 칼럼 스페이서들간 및 나머지 세로 라인들 사이의 영역에는 동일 기능의 세로 패스 라인(251)이 형성된다.
따라서, 액정 적하 후 합착에 의해 기포가 액정 마진 영역에 유입된 후에는 상기 칼럼 스페이서간의 공간이 각각 가로 패스 라인(251)과 세로 패스 라인(252)으로 조성되며, 상기 제 1, 제 2 댐 패턴의 코너부에서는 하나의 세로 라인의 다이렉트 패스 라인(260)만이 형성되어 기포가 다시 액티브 영역(120)으로 역유입하기 힘들게 된다.
여기서, 상기 만(卍)자형의 칼럼 스페이서들(201)은 기포에 대하여 유동 방해물로 역할한다.
또한, 상기 기포는 합착시에는 상기 제 1, 제 2 기판(100, 110) 사이에서 비어있는 영역에서 이동하여 외곽으로의 움직임이 용이하며, 합착 후에는 상기 액정 마진 영역에의 기포와 함께 유입된 액정과 함께 있게 된다. 이 경우, 점도가 높은 액정의 성질상 기포는 상기 액정 내부를 움직이기 곤란하여 상기 칼럼 스페이서(201)들 내부에 고정되게 된다.
- 제 2 실시예 -
도 14는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 액정 표시 장치의 액정 마진 영역과 이에 형성된 칼럼 스페이서를 나타낸 평면도이다.
도 14와 같이, 본 발명의 제 2 실시예에 따른 액정 표시 장치는 제 1 실시예에서 상술한 만자형 칼럼 스페이서의 위치에 정방형 칼럼 스페이서(301)가 대신 형성된다. 이 경우, 제 1 가로 라인 상의 칼럼 스페이서들과 제 2 가로 라인 상의 칼럼 스페이서들은 세로 라인 상에서는 서로 평행하지 않다. 또한, 상기 제 1 세로 라인 상의 칼럼 스페이서들과 제 2 세로 라인 상의 칼럼 스페이서들은 가로 라인 상에서는 서로 평행하지 않다. 도시된 도면에 따르면, 인접한 가로 라인의 칼럼 스페이서들은 세로 라인 상으로는 각각 1/2 면적이 동일선상에 형성된다. 각각의 라인들은 차례로 상기 칼럼 스페이서의 가로 또는 세로 길이의 1/2만큼 이동되어 형성된다. 마찬가지로, 인접한 세로 라인의 칼럼 스페이서들도 가로 라인 상으로는 각각 1/2 면적이 동일선상에 형성되며, 인접한 가로 라인상에서 1/2씩 오버랩된다.
제 2 실시예에서의 정방형 칼럼 스페이서(301)는 동일한 배치를 가진 상태에서 다른 형상으로 변환하여도 상술한 효과와 동일한 효과를 얻을 수 있을 것이다.
이상의 실시예들에서는 도 8의 액정 마진 영역의 댐 패턴 구조를 기준으로 하여 설명하였다. 그러나, 이에 한정하지 않고, 도 9의 액정 마진 영역의 댐 패턴 구조를 갖는 형태에서도 적용 가능할 것이다. 이 경우, 제 3 댐 패턴을 포함한 구조에 있어서, 상술한 만(卍)자형 스페이서, 정방형 또는 그 외 형태의 칼럼 스페이서가 제 2 댐 패턴과 제 3 댐 패턴 사이에 동일한 배치로 형성될 수 있다.
이하에서는 도면을 참조하여 본 발명의 액정 표시 장치의 액티브 영역에 형성되는 칼럼 스페이서의 형상에 대해 설명한다.
도 15는 본 발명의 액정 표시 장치의 액티브 영역(도 7의 "B" 영역)을 확대한 평면도이며, 도 16은 도 15의 I~I' 선상에서의 구조 단면도이며, 도 17은 도 15의 Ⅱ~Ⅱ' 선상에서의 구조 단면도이다.
도 15 내지 도 17과 같이, 본 발명의 액정 표시 장치는, 제 1 기판(100)위에 게이트 전극(101a)을 구비한 게이트 라인(101)이 형성되고, 상기 게이트 라인(101)을 포함한 기판 전면에 게이트 절연막(105)이 형성된다. 그리고, 상기 게이트 전극(101a) 상측의 게이트 절연막(105)위에 반도체층(104)이 형성되고, 상기 게이트 라인(101)에 수직한 방향으로 상기 게이트 절연막(105)위에 데이터 라인(102)이 형성됨과 동시에 상기 반도체층(104)에 오버랩되도록 "U"자 모양으로 돌출된 소오스 전극(102a) 및 상기 U자 모양의 소오스 전극(102a) 사이에 형성되어 화소 영역으로 연장된 드레인 전극(102b)이 형성된다. 이와 같이 게이트 라인(101)과 데이터 라인(102)이 교차하는 부분에 U자 모양의 채널 영역을 갖는 U 채널 타입의 박막트랜지스터가 형성된다.
그리고, 상기와 같이 박막트랜지스터가 형성된 기판 전면에 보호막(106)이 형성되고 상기 드레인 전극(102b)에 콘택홀(108)이 형성되고 상기 콘택홀(108)을 통해 상기 드레인 전극(102b)에 연결되도록 화소 영역에 화소 전극(103)이 형성되며 전면에 배향막(도면에는 도시되지 않음)이 형성된다. 이와 같이 형성된 제 1 기판(100)의 박막트랜지스터의 채널 영역에 상응하는 부분에 제 1 칼럼 스페이서 (202)가 위치된다.
그리고, 상기 제 2 기판(110) 상에는 게이트 라인(11)과 데이터 라인(102) 및 박막 트랜지스터 영역에 대응하여 블랙 매트릭스층(111)이 형성되고, 상기 블랙 매트릭스층(111)을 포함한 제 2 기판(110) 상에는 컬러 필터층(112)이 형성되고, 상기 블랙 매트릭스층(111) 및 컬러 필터층(112)을 포함한 제 2 기판(110) 상에는 공통 전극(113)이 더 형성된다.
그리고, 상기 박막 트랜지스터 영역에 대응하여서는 제 1 칼럼 스페이서(202)가 더 형성되며, 상기 게이트 라인 상에 소정 영역에 대응하여서는 제 2 칼럼 스페이서(203)가 더 형성된다. 이 경우 상기 제 1, 제 2 칼럼 스페이서(202, 203)는 동일 물질로 칼럼 스페이서를 형성하는 동일 공정에서 제조되며, 동일 높이로 형성된다. 이 때, 상기 제 1 칼럼 스페이서(202)는 상기 박막 트랜지스터 영역 중 단차가 높은 영역에 대응하여 상기 제 1 칼럼 스페이서(202)와의 작은 접촉 면적을 갖게 되며, 상기 제 2 칼럼 스페이서(203)는 상기 게이트 라인(101) 상부의 소정 부위에 대응하여 형성되어 제 1 기판과 접촉되지 않고 형성된다.
이 경우, 상기 제 2 칼럼 스페이서(203)는 패널면이 눌렸을 때, 눌림에 대한 보완을 하게 되며, 셀 갭 유지 기능을 하는 상기 제 1 칼럼 스페이서(202)는 전체 패널면에 대하여 상기 제 1 기판(100)과의 접촉 면적을 작게 하여, 마찰력을 줄임으로써 터치시 원복이 용이하게 이루어지도록하여 터치 불량을 개선하게 된다.
또한, 액티브 영역(120) 내의 제 1, 제 2 칼럼 스페이서(202, 203)는 대향 기판인 제 1 기판(100)의 상부의 접촉면 감소에 따라 마찰이 줄게 되어 제 1, 제 2 기판의 최상부면이 배향막(미도시)의 필링(peeling)되는 현상을 최소화할 수 있다.
도 15에 도시된 본 발명의 액정 표시 장치를 나타내는 평면 구조는 TN 모드에 해당하는 것이다. 경우에 따라서, 상술한 내용과 동일 목적을 달성하기 위하여 IPS(In-Plane Switching)모드를 적용할 수도 있을 것이다. IPS 모드인 경우에는 상기 화소 영역에 화소 전극과 공통 전극이 서로 교번하는 형상으로 형성되고, 상기 제 2 기판 상에 컬러 필터층 상부에 공통 전극 대신 오버코트층이 형성되어 이루어진다. IPS 모드를 적용시에도 제 1 칼럼 스페이서 및 제 2 칼럼 스페이서의 위치는 도 16 및 도 17에 도시된 형태와 동일한 구조를 갖는다.
상기와 같은 본 발명의 액정 표시 장치는 다음과 같은 효과가 있다.
첫째, 액정 마진 영역 내에 만자 혹은 그 외 형상의 칼럼 스페이서를 형성하여, 액정 마진 영역의 체적을 부분적으로 채워둠으로써, 액정 패널면에 외력이 발생하거나 고온 등의 조건에서 상기 액정 마진 영역으로 유입되는 액정량을 제한하여, 다시 액티브 영역으로 액정이 회복하지 않아 발생하는 미충진을 방지할 수 있다.
둘째, 액정의 적하 후 합착시 댐 패턴을 통해 외곽으로 퍼지는 액정과 함께 액정 마진 영역으로 이동된 기포는, 액정 마진 영역 내에 형성된 방해 구조물인 칼럼 스페이서에 의해 칼럼 스페이서들 사이에 갇히게 되어, 주위 환경의 온도 변화나 혹은 외력 등에 의한 조건에서도 액티브 영역으로의 역유입이 방지된다.
셋째, 액티브 영역에서는, 박막 트랜지스터의 채널에 상응하는 부위에 제 1 칼럼 스페이서를 형성하여 셀 갭 유지와 함께 칼럼 스페이서와 대향 기판간의 마찰력을 최소화하여 터치 불량을 개선하였다. 즉, 6개의 서브픽셀마다 상기 제 1 칼럼 스페이서를 배치시, 종래에는 접촉 밀도가 0.242%인 반면, 본 발명의 구조를 적용시에는 접촉밀도가 0.043%로 약 1/6 정도로 줄어들어, 터치 후에도 원복이 용이하여 터치 불량이 현저히 개선됨을 알 수 있다.
넷째, 또한 액티브 영역 내에 눌림 불량을 보완하기 위해 합착시에도 대향 기판에 눌리지 않는 제 2 칼럼 스페이서를 게이트 라인 상에 더 형성하여 칼럼 스페이서의 변형을 방지하고, 합착시의 가압 이상의 외력이 가해졌을 때 제 1 칼럼 스페이서 외에 셀 갭을 유지할 수 있는 소정의 지지력을 더 확보할 수 있다.
다섯째, 본 발명에서는 실제로 합착시 접촉하는 면적이 종래에 비해 1/6 정도로 작아 칼럼 스페이서와 대향 기판간의 마찰력이 작아 배향막 등의 필링 현상을 최소화할 수 있다.

Claims (24)

  1. 서로 대향되어 씰 패턴에 의해 합착되며, 상기 씰 패턴 내에서 중앙에는 액티브 영역과 그 외곽에는 액정 마진 영역을 가지며, 각각의 액티브 영역에 박막 트랜지스터 어레이가 형성된 제 1 기판 및 컬러 필터 어레이가 형성된 제 2 기판;
    상기 액티브 영역 내에 형성되며, 상기 제 1 기판과 제 2 기판의 셀 갭을 유지하는 복수개의 제 1 칼럼 스페이서;
    상기 액정 마진 영역 내에 형성되며, 액티브 영역 중심에 적하된 액정의 외곽으로의 퍼짐을 제어하는 댐 패턴; 및
    상기 액정 마진 영역에 형성되며, 상기 액정의 퍼짐시 액정 마진 영역에 유입된 기포의 액티브 영역에의 역유입을 방지하는 복수개의 제 2 칼럼 스페이서를 포함하여 이루어짐을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 복수개의 제 2 칼럼 스페이서들은 제 1 방향의 라인 또는 제 2 방향의 라인 상으로 배치되며,
    상기 제 1 방향의 라인으로 배치된 인접한 칼럼 스페이서들은 제 2 방향으로는 평행하지 않으며, 상기 제 2 방향의 라인으로 배치된 인접한 칼럼 스페이서들은 제 1 방향으로는 평행하지 않은 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 제 2 칼럼 스페이서들 중 상하좌우 인접한 4개의 칼럼 스페이서들은 평행사변형의 모양으로 배열을 갖는 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
  4. 제 2항에 있어서,
    상기 제 2 칼럼 스페이서간의 이격 간격은 상기 제 2 칼럼 스페이서가 갖는 임계치수(Critical Dimension)보다 작은 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 제 2 칼럼 스페이서간의 이격 간격은 상기 제 2 칼럼 스페이서가 갖는 임계치수의 1/2인 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
  6. 제 2항에 있어서,
    상기 제 2 칼럼 스페이서들은 상기 댐 패턴의 코너부에 대응하여 하나의 다이렉트 패스 라인(direct pass line)을 갖는 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
  7. 제 2항에 있어서,
    상기 제 2 칼럼 스페이서들은 만(卍)자형인 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
  8. 제 2항에 있어서,
    상기 제 2 칼럼 스페이서들은 다각형인 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
  9. 제 1항에 있어서,
    상기 댐 패턴은 상기 액티브 영역에 인접하여 형성된 제 1 댐 패턴; 및
    상기 제 1 댐 패턴의 외곽의 코너부에 개구부를 갖고 형성된 제 2 댐 패턴을 포함하여 이루어짐을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
  10. 제 9항에 있어서,
    상기 제 2 칼럼 스페이서는 상기 제 2 댐 패턴의 외곽과 씰 패턴 사이에 형성된 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
  11. 제 1항에 있어서,
    상기 댐 패턴은 상기 액티브 영역에 인접하여 형성된 제 1 댐 패턴;
    상기 제 1 댐 패턴의 외곽의 코너부에 개구부를 갖고 형성된 제 2 댐 패턴; 및
    상기 씰 패턴에 인접하여 형성된 제 3 댐 패턴을 더 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
  12. 제 11항에 있어서,
    상기 제 2 칼럼 스페이서는 상기 제 2 댐 패턴의 외곽과 제 3 댐 패턴 사이에 형성된 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
  13. 제 1항에 있어서,
    상기 제 1, 제 2 칼럼 스페이서 및 댐 패턴은 상기 제 2 기판 상에 형성되는 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
  14. 제 1항에 있어서,
    상기 제 2 기판 상의 액정 마진 영역에는 블랙 매트릭스층이 더 형성된 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
  15. 제 1항에 있어서,
    상기 박막 트랜지스터 어레이는
    상기 제 1 기판 상에 서로 교차하여 화소 영역을 정의하는 게이트 라인 및 데이터 라인;
    상기 게이트 라인과 데이터 라인의 교차부에 형성된 박막 트랜지스터;
    상기 화소 영역에 형성된 화소 전극을 포함하여 이루어짐을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
  16. 제 15항에 있어서,
    상기 제 1 칼럼 스페이서는 상기 박막 트랜지스터에 대응되어 형성되는 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
  17. 제 15항에 있어서,
    상기 게이트 라인 또는 데이터 라인에 대응되어 제 2 기판 상에 제 3 칼럼 스페이서가 더 형성된 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
  18. 제 17항에 있어서,
    상기 제 3 칼럼 스페이서는 상기 제 1 기판과 소정 간격 이격된 것을 특징을 하는 액정 표시 장치.
  19. 제 15항에 있어서,
    상기 컬러 필터 어레이는
    상기 제 2 기판 상에 상기 비화소 영역 및 블랙 매트릭스층에 대응되어 형성된 블랙 매트릭스층;
    상기 블랙 매트릭스층을 포함한 제 2 기판 상에 상기 화소 영역에 대응되어 형성된 컬러 필터층; 및
    상기 블랙 매트릭스층 및 컬러 필터층을 포함한 제 2 기판 상에 형성된 공통 전극을 포함하여 이루어짐을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
  20. 제 15항에 있어서,
    상기 박막 트랜지스터 어레이는
    상기 화소 영역에 상기 화소 전극과 교번하는 형상의 공통 전극을 더 포함한 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
  21. 제 20항에 있어서,
    상기 컬러 필터 어레이는
    상기 제 2 기판 상에 상기 비화소 영역 및 블랙 매트릭스층에 대응되어 형성된 블랙 매트릭스층;
    상기 블랙 매트릭스층을 포함한 제 2 기판 상에 상기 화소 영역에 대응되어 형성된 컬러 필터층; 및
    상기 블랙 매트릭스층 및 컬러 필터층을 포함한 제 2 기판 전면에 형성된 오버코트층을 포함하여 이루어짐을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
  22. 제 1항에 있어서,
    상기 제 1, 제 2 칼럼 스페이서 및 댐 패턴은 동일 물질로 형성된 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
  23. 제 1항에 있어서,
    상기 제 1, 제 2 칼럼 스페이서 및 댐 패턴은 동일 높이로 형성된 것을 특징 으로 하는 액정 표시 장치.
  24. 제 23항에 있어서,
    상기 제 1 칼럼 스페이서는 상기 제 1 기판과 접촉하고, 상기 제 2 칼럼 스페이서 및 댐 패턴은 상기 제 1 기판과 이격되는 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
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