KR100687157B1 - 액정 표시 장치 - Google Patents

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후지쯔 가부시끼가이샤
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Abstract

본 발명은, 전자 기기의 표시부 등에 이용되는 액정 표시 장치에 관한 것으로, 고개구율이어도 높은 내가압 특성이 얻어지는 액정 표시 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다. 대향 배치된 한쌍의 기판(2, 4)과, 기판(2, 4) 사이에 밀봉된 액정(6)과, 기판(2, 4) 상에 배치된 복수의 화소 영역과, 화소 영역 내에 배치되며, 액정(6)을 배향 규제함과 함께 기판(2, 4) 사이의 셀 두께를 유지하는 돌기 형상 구조물(51, 52)을 갖도록 구성한다.
TFT 기판, 소스 전극, 화소 전극, 돌기 형상 구조물, 전극 유닛, 화소 영역

Description

액정 표시 장치{LIQUID CRYSTAL DISPLAY}
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 액정 표시 장치의 구성을 도시하는 도면.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 액정 표시 장치의 모식적인 단면 구성을 도시하는 도면.
도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 액정 표시 장치의 대향 기판에서의 점 형상 돌기 및 돌기 형상 구조물의 배치를 도시하는 도면.
도 4는 본 발명의 제1 실시예에 따른 액정 표시 장치의 대향 기판의 단면 구성을 도시하는 도면.
도 5는 본 발명의 제1 실시예에 따른 액정 표시 장치의 대향 기판의 구성을 도시하는 도면.
도 6은 본 발명의 제1 실시예에 따른 액정 표시 장치의 구성의 변형예를 도시하는 도면.
도 7은 본 발명의 제2 실시예에 따른 액정 표시 장치의 단면 구성을 도시하는 도면.
도 8은 본 발명의 제3 실시예에 따른 액정 표시 장치의 단면 구성을 도시하는 도면.
도 9는 종래의 MVA 방식의 액정 표시 장치의 구성을 도시하는 도면.
도 10은 종래의 MVA 방식의 액정 표시 장치의 구성을 도시하는 단면도.
도 11은 종래의 MVA 방식의 액정 표시 장치의 다른 구성을 도시하는 도면.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
2 : TFT 기판
4 : 대향 기판
6 : 액정
12 : 게이트 버스 라인
14 : 드레인 버스 라인
16 : 화소 전극
16a : 전극 유닛
16b : 접속 전극
16c : 슬릿
16d : 솔리드(solid)부
16e : 빗살 모양부
16f : 선 형상 전극
16g : 스페이스
18 : 축적 용량 버스 라인
19 : 축적 용량 전극
20 : TFT
21 : 드레인 전극
22 : 소스 전극
30, 32 : 절연막
40 : CF 수지층
42 : 공통 전극
45 : 점 형상 돌기(배향 규제용 돌기)
48 : BM
51, 52 : 돌기 형상 구조물
본 발명은, 전자 기기의 표시부 등에 이용되는 액정 표시 장치에 관한 것이다.
액정 표시 장치는, 대향 배치된 한쌍의 기판과, 양 기판 사이에 협지된 액정층을 갖고 있다. 한쌍의 기판의 대향면에는, 일반적으로 투명 전극이 각각 형성되어 있다. 액정 표시 장치는, 양 투명 전극 사이에 전압을 인가하여 액정을 구동시켜, 광의 투과율을 화소마다 제어함으로써 표시를 행하고 있다.
최근, 액정 표시 장치의 수요는 증가하고 있으며, 액정 표시 장치에 대한 요구도 다양화되고 있다. 그 중에서, 특히 시각 특성이나 표시 품질의 개선이 강하게 요구되고 있다. 시각 특성이나 표시 품질을 개선하는 기술로서, 멀티 도메인 수직 배향(MVA) 방식의 액정 표시 장치가 유망시되고 있다.
일반적인 액티브 매트릭스형의 액정 표시 장치에서는, 기판 사이의 셀 두께는 플라스틱제의 구(球) 형상 스페이서에 의해 제어되어 있다. 구 형상 스페이서는, 기판 접합 전의 스페이서 산포 공정에서 한쪽의 기판 상에 산포된다. 그 후, 기판을 접합하고 나서 액정이 주입된다. 또한, 셀 두께가 구 형상 스페이서의 직경 부근의 두께로 유지되도록 가압된다. 그런데 구 형상 스페이서를 이용한 액정 표시 장치는, 구 형상 스페이서의 산포 밀도의 변동에 의한 셀 두께 변동이나, 구 형상 스페이서가 이동하였을 때에 발생하는 배향막 손상에 의한 광 누설 등이 발생하기 쉽다고 하는 문제를 갖고 있다.
또한 최근에는, 액정 주입 시간을 단축하여 제조 프로세스의 간략화를 실현하는 방법으로서, 한쪽의 기판 상에 액정을 적하하고 나서 2장의 기판을 접합하는 적하 주입법(ODF(One Drop Filling)법)이 이용되고 있다. ODF법을 이용한 액정 주입에서는, 산포한 구 형상 스페이서가 액정 적하 시에 이동하게 되어, 패널면 내에 균일하게 분포시키는 것이 곤란하다. 이 때문에, ODF법을 이용하여 제작되는 액정 표시 장치에는, 구 형상 스페이서를 사용할 수 없다.
따라서, 특히 ODF법을 이용하여 제작되는 액정 표시 장치에는, 포토리소그래피법을 이용하여 한쪽의 기판 상에 고정하여 형성되며, 기판 접합 후에는 다른쪽의 기판에 접촉하여 셀 두께를 유지하는 주상 스페이서가 이용되고 있다. 도 9는 주상 스페이서를 구비하는 종래의 MVA 방식의 액정 표시 장치의 구성을 도시하고, 도 10은 도 9의 X-X선을 따라 절단한 단면 구성을 도시하고 있다. 도 9 및 도 10에 도시한 바와 같이, 액정 표시 장치는, 대향 배치된 박막 트랜지스터(TFT) 기판(102) 및 대향 기판(104)과, 양 기판(102, 104) 사이에 밀봉된 액정(106)을 갖고 있다. TFT 기판(102)은, 도 9에서 좌우 방향으로 연장되는 복수의 게이트 버스 라인(112)을 유리 기판(110) 상에 갖고 있다. 게이트 버스 라인(112) 상에는 절연막(130)이 형성되어 있다. 게이트 버스 라인(112)에 절연막(130)을 개재하여 교차하여, 도 9에서 상하 방향으로 연장되는 복수의 드레인 버스 라인(114)이 형성되어 있다. 드레인 버스 라인(114) 상에는 절연막(132)이 형성되어 있다.
게이트 버스 라인(112) 및 드레인 버스 라인(114)의 각 교차 위치 근방에는, TFT(120)가 형성되어 있다. 또한, 절연막(132) 상에서 게이트 버스 라인(112) 및 드레인 버스 라인(114)으로 둘러싸인 화소 영역에는, 투명한 화소 전극(116)이 형성되어 있다. 화소 영역의 거의 중앙부를 가로질러, 게이트 버스 라인(112)에 병렬하여 연장되는 축적 용량 버스 라인(118)이 형성되어 있다. 절연막(130)을 개재하여 축적 용량 버스 라인(118) 상에는, 화소 영역마다 축적 용량 전극(중간 전극)(119)이 형성되어 있다.
대향 기판(104)은, 인접하는 화소 영역 사이의 차광 영역과, 화소 영역 내에서 축적 용량 버스 라인(118)(축적 용량 전극(119)) 상의 영역(차광부)을 차광하는 차광막(BM)(148)(도 9에서는 도시 생략)을 유리 기판(111) 상에 갖고 있다. 유리 기판(111) 상의 화소 영역에는, 컬러 필터(CF) 수지층(140)이 형성되어 있다. CF 수지층(140) 상의 기판 전면에는, 공통 전극(142)이 형성되어 있다. 공통 전극(142) 상에는, 액정(106)의 배향을 규제하는 배향 규제용 구조물로서, 화소 영역 단부에 대하여 비스듬하게 연장되는 선 형상 돌기(144)가 형성되어 있다. 또한, 공통 전극(142) 상의 차광 영역에는, 수 화소∼수십 화소에 하나의 배치 패턴으로 주상 스페이서(150)가 형성되어 있다. 주상 스페이서(150)는, 게이트 버스 라인(112) 및 드레인 버스 라인(114)의 교차 위치에 대향하는 위치에 배치되어 있다. 화소 영역 내의 차광부에는, 수 화소∼수십 화소에 하나의 배치 패턴으로 주상 스페이서(151)가 형성되어 있다. 주상 스페이서(151)는, 축적 용량 전극(119)에 대향하는 위치에 배치되어 있다.
도 11은 종래의 MVA 방식의 액정 표시 장치의 다른 구성을 도시하고 있다. 도 11에 도시한 바와 같이, 화소 영역에 형성된 화소 전극(116)은, 액정(106)을 배향 규제하기 위해 빗살 모양의 외주부를 갖는 복수의 전극 유닛(116a)과, 전극 유닛(116a) 사이를 전기적으로 접속하는 접속 전극(116b)을 갖고 있다. 화소 영역 내의 차광부에는, 수 화소∼수십 화소에 하나의 배치 밀도로 주상 스페이서(151)가 형성되어 있다. 주상 스페이서(151)는, 축적 용량 버스 라인(118)에 대향하는 위치에 배치되어 있다. 대향 기판(104) 상에서 일부의 전극 유닛(116a)의 중심부에 대응하는 위치에는, 배향 규제용 구조물인 점 형상 돌기(145)가 형성되어 있다.
주상 스페이서(150, 151)의 주위에서는, 일반적으로 액정(106)의 배향 이상이 발생하기 때문에, 광 누설 등이 발생할 우려가 있다. 이 때문에, 광 누설 등에 의한 표시 불량이 시인되지 않도록, 주상 스페이서(150, 151)는 차광 영역 또는 화소 영역의 차광부에 배치된다.
주상 스페이서(150, 151)는, 기판면 내에 소정의 배치 패턴으로 배치되어 있 다. 주상 스페이서(150, 151)의 기판과의 접촉 면적이나 개수를 증가시켜 주상 스페이서(150, 151)의 배치 밀도를 높게 함으로써, 내가압 특성이 높은 딱딱한 액정 표시 패널이 얻어진다.
고휘도로 저소비 전력의 액정 표시 장치를 얻기 위해서는, 화소의 개구율을 높여 광의 이용 효율을 향상시키는 것이 유효하다. 화소의 개구율을 높이기 위해서는, 차광 영역 및 화소 영역의 차광부의 면적을 작게 하여 화소 영역의 개구부의 면적을 상대적으로 크게 할 필요가 있다. 그런데, 차광 영역 및 화소 영역의 차광부가 좁아지면, 주상 스페이서(150, 151)의 크기나 배치 위치가 한정되게 된다. 이 때문에, 주상 스페이서(150, 151)의 개수를 증가시켜 주상 스페이서(150, 151)의 배치 밀도를 높게 하는 것이 곤란하다. 따라서, 고개구율의 액정 표시 장치에서는 높은 내가압(耐加壓) 특성을 얻는 것이 곤란하다고 하는 문제가 있다.
또한, ODF법을 이용하여 제작된 액정 표시 장치는, 액정 적하량의 근소한 차로 기포나 프레임 변동 등의 주입 기인의 패널 불량이 발생한다. 이 패널 불량은, 주상 스페이서(150, 151)의 높이의 변동이나 액정(106)의 열 수축, 주상 스페이서(150, 151)의 압축 변위 특성 등에 기인하여 발생한다. 액정 적하량의 마진을 넓게 하기 위해서는, 기본적으로는 저하중 영역에서 셀 두께가 유연하게 추종할 수 있는 유연한 액정 표시 패널이 필요로 된다. 유연한 액정 표시 패널을 얻기 위해서는, 주상 스페이서(150, 151)의 배치 밀도를 낮게 하면 된다. 그러나, 주상 스페이서(150, 151)의 배치 밀도를 단순히 낮게 하면 액정 표시 패널의 내가압 특성이 낮아져, 면 누름 등의 외부로부터의 국소적인 가압에 대하여 셀 두께 변화가 발 생하기 쉬워진다. 이와 같이, ODF법을 이용하여 제작되는 액정 표시 장치에서는, 액정 적하량의 마진과 내가압 특성이 일반적으로 트레이드 오프의 관계로 된다.
넓은 액정 적하량의 마진과 높은 내가압 특성이 모두 얻어지는 기술로서, 높이가 높은 주상 스페이서가 낮은 배치 밀도로 배치되고, 높이가 낮은 주상 스페이서가 높은 배치 밀도로 배치된 액정 표시 장치가 있다(예를 들면, 특허 문헌1 및 특허 문헌2 참조). 이 액정 표시 장치에서는, 통상은 높이가 높고 배치 밀도가 낮은 주상 스페이서에 의해 셀 두께가 유지되고, 외부로부터 가압되었을 때에는 높이가 낮고 배치 밀도가 높은 주상 스페이서에 의해 셀 두께가 유지되도록 되어 있다. 특허 문헌1에는, 동일 기판 상에 높이가 서로 다른 복수 종류의 주상 스페이서를 형성하는 방법이 개시되어 있다. 또한 특허 문헌2에는, 높이가 동일한 주상 스페이서를 화소에 대하여 서로 다른 위치에 배치하고, 대향하는 TFT 기판의 금속 배선의 막 두께에 의한 단차를 이용하여, 실질적으로 높이가 서로 다른 주상 스페이서를 형성하는 방법이 개시되어 있다.
그러나, 이미 설명한 바와 같이 고개구율의 액정 표시 장치에서는 주상 스페이서의 크기나 배치 위치에 제약이 있기 때문에, 상기한 바와 같이 높이가 서로 다른 주상 스페이서를 각각 원하는 배치 밀도로 배치하는 것은 곤란하다. 따라서, ODF법을 이용하여 제작되는 고개구율의 액정 표시 장치에서는, 넓은 액정 적하량의 마진과 높은 내가압 특성을 얻는 것이 곤란하다고 하는 문제가 있다.
[특허 문헌1]
일본 특개2001-201750호 공보
[특허 문헌2]
일본 특개2003-156750호 공보
본 발명의 목적은, 고개구율이라도 높은 내가압 특성이 얻어지는 액정 표시 장치를 제공하는 것에 있다. 또한, 본 발명의 목적은, 적하 주입법을 이용하여 제작할 때에 넓은 액정 적하량의 마진이 얻어지는 액정 표시 장치를 제공하는 것에 있다.
상기 목적은, 대향 배치된 한쌍의 기판과, 상기 한쌍의 기판 사이에 밀봉된 액정과, 상기 기판 상에 배치된 복수의 화소 영역과, 상기 화소 영역 내에 배치되며, 상기 액정을 배향 규제함과 함께 상기 한쌍의 기판 사이의 셀 두께를 유지하는 돌기 형상 구조물을 갖는 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치에 의해 달성된다.
〔제1 실시예〕
본 발명의 제1 실시예에 따른 액정 표시 장치에 대하여 도 1 내지 도 6을 이용하여 설명한다. 도 1은 본 실시예에 따른 액정 표시 장치의 1화소분의 구성을 도시하고 있다. 도 2는 본 실시예에 따른 액정 표시 장치의 모식적인 단면 구성을 도시하고 있다. 도 1 및 도 2에 도시한 바와 같이, 액정 표시 장치는, 대향 배치된 TFT 기판(2) 및 대향 기판(4)과, 양 기판(2, 4) 사이에 밀봉된 액정(6)을 갖고 있다. 액정(6)은, 전압 무인가 시에 기판면에 거의 수직으로 배향되며, 마이너스의 유전율 이방성을 갖고 있다. 액정 표시 장치는, 양 기판(2, 4)의 대향면에 배향막(수직 배향막)을 인쇄, 소성하고, 기판(2, 4)의 한쪽의 외주부에 시일재를 도포하며, 액정(6)을 적하하고 나서 양 기판(2, 4)을 접합하고, 그 후 절단, 면취, 편광판 첨부 등의 공정을 거쳐 제작되어 있다.
TFT 기판(2)은, 도 1에서 좌우 방향으로 연장되는 복수의 게이트 버스 라인(12)을 투명한 유리 기판(10) 상에 갖고 있다. 게이트 버스 라인(12)은, 예를 들면 알루미늄(Al), 네오디뮴(Nd), 몰리브덴(Mo)을 이 순서로 적층하여 막 두께 250㎚의 금속막을 유리 기판(10) 상에 성막하고, 포토리소그래피법에 의해 소정 형상으로 패터닝하여 형성되어 있다. 게이트 버스 라인(12) 상에는, 예를 들면 막 두께 350㎚의 실리콘 질화막(SiN막)으로 이루어지는 절연막(30)이 형성되어 있다. 게이트 버스 라인(12)에 절연막(30)을 개재하여 교차하고, 도면에서 상하 방향으로 연장되는 복수의 드레인 버스 라인(14)이 형성되어 있다. 드레인 버스 라인(14)은, 예를 들면 Mo, Al, Mo가 이 순서로 적층된 막 두께 320㎚의 금속막으로 형성되어 있다. 드레인 버스 라인(14) 상에는, 예를 들면 막 두께 200㎚의 SiN막으로 이루어지는 절연막(32)이 형성되어 있다.
게이트 버스 라인(12) 및 드레인 버스 라인(14)의 각 교차 위치 근방에는, TFT(20)가 형성되어 있다. TFT(20)의 드레인 전극(21)은 드레인 버스 라인(14)과 동일한 형성 재료로 형성되며, 드레인 버스 라인(14)에 전기적으로 접속되어 있다. 드레인 전극(21)에 대향하여, 소스 전극(22)이 배치되어 있다. 또한 게이트 버스 라인(12)의 일부는 TFT(20)의 게이트 전극으로서 기능하고 있다. TFT(20)의 동작 반도체층은, 예를 들면 비정질 실리콘(a-Si)으로 형성되어 있다.
절연막(32) 상에서 게이트 버스 라인(12) 및 드레인 버스 라인(14)으로 둘러싸인 화소 영역에는, 예를 들면 막 두께 40㎚의 ITO막이 패터닝된 화소 전극(16)이 형성되어 있다. 화소 전극(16)은, 도시하지 않은 컨택트홀을 통해, TFT(20)의 소스 전극(22)에 전기적으로 접속되어 있다. 화소 전극(16)은, 드레인 버스 라인(14)이 연장되는 방향으로 순서대로 배열되는 5개의 전극 유닛(16a)과, 인접하는 전극 유닛(16a) 사이에 형성된 슬릿(16c)과, 슬릿(16c)에 의해 분리된 전극 유닛(16a) 사이를 전기적으로 접속하는 접속 전극(16b)을 갖고 있다. 전극 유닛(16a)은, 중앙에 배치된 솔리드부(16d)와, 솔리드부(16d)의 외주부에 배치된 빗살 모양부(16e)를 갖고 있다. 빗살 모양부(16e)는, 솔리드부(16d)로부터 연장되는 복수의 선 형상 전극(16f)과, 인접하는 선 형상 전극(16f) 사이에 형성된 스페이스(16g)를 구비하고 있다. 선 형상 전극(16f)은, 영역마다 다른 4방향으로 연장되어 있다. 전극 유닛(16a)의 우측 윗부분의 선 형상 전극(16f)은 우측 윗방향으로 연장되며, 전극 유닛(16a)의 우측 아랫부분의 선 형상 전극(16f)은 우측 아랫방향으로 연장되어 있다. 전극 유닛(16a)의 좌측 윗부분의 선 형상 전극(16f)은 좌측 윗방향으로 연장되며, 전극 유닛(16a)의 좌측 아랫부분의 선 형상 전극(16f)은 좌측 아랫방향으로 연장되어 있다. 액정 분자는, 선 형상 전극(16a)이 연장되는 방향으로 평행하게, 또한 솔리드부(16d)를 향하여 경사진다. 이에 의해, 액정(6)은 전극 유닛(16a)마다 4방향으로 배향 분할된다.
화소 영역의 거의 중앙부를 가로질러, 게이트 버스 라인(12)에 병렬하여 연장되는 축적 용량 버스 라인(18)이 형성되어 있다. 축적 용량 버스 라인(18)은, 게이트 버스 라인(12)과 동일한 형성 재료로 형성되어 있다. 절연막(30)을 개재하여 축적 용량 버스 라인(18) 상에는, 화소 영역마다 축적 용량 전극(19)이 형성되어 있다. 축적 용량 전극(19)은, 드레인 버스 라인(14)과 동일한 형성 재료로 형성되어 있다. 축적 용량 전극(19)은, 도시하지 않은 컨택트홀을 통해 화소 전극(16)에 전기적으로 접속되어 있다.
대향 기판(4)은, 인접하는 화소 영역 사이의 차광 영역과, 화소 영역 내에서 축적 용량 버스 라인(18) 및 축적 용량 전극(19) 상의 영역(차광부)을 차광하는 BM(48)(도 1에서는 도시 생략)을 유리 기판(11) 상에 갖고 있다. BM(48)은, 예를 들면 막 두께 160㎚의 저반사 크롬(Cr) 또는 막 두께 1.2㎛의 흑색 수지 등을 패터닝하여 형성되어 있다. 유리 기판(11) 상의 화소 영역에는, 적(R), 녹(G), 청(B) 중 어느 1색의 CF 수지층(40)이 형성되어 있다. CF 수지층(40)은, 예를 들면 막 두께 1.8㎛의 착색 수지의 도포 형성 및 패터닝을 R, G, B 각 색에서 합계 3회 반복하여 형성되어 있다. CF 수지층(40) 상의 기판 전면에는, 예를 들면 막 두께 150㎚의 ITO막으로 이루어지는 공통 전극(42)이 형성되어 있다.
공통 전극(42) 상에는, 액정(6)의 배향을 규제하는 배향 규제용 구조물로서, 유전체로 이루어지는 점 형상 돌기(배향 규제용 돌기)(45) 및 돌기 형상 구조물(51, 52)이 형성되어 있다. 도 3은 R, G, B의 3화소에서의 점 형상 돌기(45) 및 돌기 형상 구조물(51, 52)의 배치를 도시하고, 도 4는 도 3의 A-A선에 따라 절단한 대향 기판(4)의 단면 구성을 도시하고 있다. 또한, 도 5의 (a)는 거의 3화소분의 점 형상 돌기(45) 및 돌기 형상 구조물(51, 52)의 배치 및 구성을 도시하고, 도 5 의 (b)는 점 형상 돌기(45) 및 돌기 형상 구조물(51, 52)의 근방을 확대하여 도시하며, 도 5의 (c)는 대향 기판(4)을 경사로부터 본 구성을 도시하고 있다. 도 5의 (d)는 돌기 형상 구조물(51) 근방에서 절단한 대향 기판(4)의 단면 구성을 도시하고, 도 5의 (e)는 돌기 형상 구조물(52) 근방에서 절단한 대향 기판(4)의 단면 구성을 도시하며, 도 5의 (f)는 점 형상 돌기(45) 근방에서 절단한 대향 기판(4)의 단면 구성을 도시하고 있다.
도 3 내지 도 5에 도시한 바와 같이, 대향 기판(4) 상의 각 화소에는, 직선 형상으로 배열하는 배향 규제용 구조물(점 형상 돌기(45) 및 돌기 형상 구조물(51, 52))이 각각 합계 5개 배치되어 있다. 각 배향 규제용 구조물은, TFT 기판(2)측의 전극 유닛(16a)의 거의 중심에 대응하는 위치에 형성되어 있다. R 화소 및 G 화소에서는, 축적 용량 버스 라인(18) 상을 차광하는 차광부에 중첩되도록 1개의 점 형상 돌기(45)가 배치되고, 도 3에서 상방 및 하방의 각 개구부에 각각 2개씩의 점 형상 돌기(45)가 배치되어 있다. 한편 B 화소에는, 1개의 돌기 형상 구조물(51), 3개의 돌기 형상 구조물(52), 및 1개의 점 형상 돌기(45)가 배치되어 있다. 축적 용량 버스 라인(18) 상을 차광하는 차광부에 중첩되도록 돌기 형상 구조물(51)이 배치되며, 도 3에서 상방의 개구부에 2개의 돌기 형상 구조물(52)이 배치되고, 도 3에서 하방의 개구부에 1개의 돌기 형상 구조물(52) 및 1개의 점 형상 돌기(45)가 배치되어 있다.
점 형상 돌기(45)는, 공통 전극(42) 상에 포지티브형 감광성 레지스트를 도포하고, 프리베이크, 노광, 현상, 포스트베이크의 각 공정을 거쳐, 최종적인 공통 전극(42) 표면으로부터의 높이가 예를 들면 2.5㎛ 정도로 되도록 형성되어 있다. 점 형상 돌기(45)는, 예를 들면 14㎛×14㎛의 정방형의 평면 형상을 갖고, 각 변이 화소 영역 단부에 대하여 비스듬하게 되도록 배치되어 있다. 돌기 형상 구조물(51, 52)은, 공통 전극(42) 상에 네가티브형 감광성 레지스트를 도포하고, 프리베이크, 노광, 현상, 포스트베이크의 각 공정을 거쳐 형성된다. 돌기 형상 구조물(51, 52)은, 최종적인 공통 전극(42) 표면으로부터의 높이 h1이 모두 예를 들면 4.0㎛ 정도로 되도록 형성되어 있다.
돌기 형상 구조물(51)은, TFT 기판(2)측의 축적 용량 버스 라인(18) 및 축적 용량 전극(19)에 대응하는 위치에 배치되며, 돌기 형상 구조물(52)은 화소 개구부에 배치되어 있다(도 2 참조). TFT 기판(2) 상에서는, 축적 용량 버스 라인(18) 및 축적 용량 전극(19)이 형성된 영역에서의 유리 기판(10)으로부터의 높이는, 화소 개구부에 비해 금속층의 막 두께분의 높이 h2(0.5∼0.6㎛ 정도)만큼 높게 되어 있다. 이 때문에, 돌기 형상 구조물(51, 52)은 거의 동일한 높이 h1로 형성되지만, 양 기판(2, 4)을 접합하였을 때에 돌기 형상 구조물(51)은 TFT 기판(2)에 접촉하는 데 대하여, 돌기 형상 구조물(52)은 TFT 기판(2)에 접촉하지 않는다. 따라서, 돌기 형상 구조물(51)은 제1 셀 두께(≒h1+h2)를 유지하고, 돌기 형상 구조물(52)은 외부로부터 가압되었을 때에 제1 셀 두께보다 좁은 제2 셀 두께(≒h1)를 유지하도록 되어 있다. 예를 들면 패널 표면에 국소적으로 강한 하중이 걸린 경우에는, 돌기 형상 구조물(51)이 변형되고, 돌기 형상 구조물(51)이 파괴되는 한계 이내에서 돌기 형상 구조물(52)이 TFT 기판(2)에 접촉한다. 돌기 형상 구조물(52)은 높은 배치 밀도로 배치되어, 하중을 분산하여 지지하기 때문에, 그 이상의 셀 두께 변동은 발생하지 않는다. 이에 의해, 주상 스페이서의 탄성 파괴에 의한 셀 두께 변동의 발생을 방지할 수 있도록 되어 있다.
돌기 형상 구조물(51)은, 아크릴 수지의 압축 변위 특성에 기초하여, 패널 제조 시의 하중으로 소정의 변위가 얻어지도록 배치 밀도가 소(예를 들면 18화소에 1개)하게 설계된다. 돌기 형상 구조물(52)은, 패널을 손가락으로 누르는 등의 매우 강한 국소적인 하중에 견딜 수 있도록 배치 밀도가 밀(예를 들면 B 화소마다 3개(18화소에 18개))하게 설계된다.
또한, 돌기 형상 구조물(51, 52)은 배향 규제용 구조물로서 기능하지만, 점 형상 돌기(45)와 비교하면 액정(6)의 배향 이상이 약간 발생한다. 이 때문에, R, G, B의 3색 중 투과율이 가장 낮은 B 화소에 형성되는 것이 바람직하다. B 화소에만 돌기 형상 구조물(51, 52)을 형성하면, R, G 화소에 돌기 형상 구조물(51, 52)을 형성하였을 때와 비교하여, 액정(6)의 배향 이상에 의해 발생하는 표시 불량이 시인되기 어렵게 된다. 또한 노광 조건, 현상 조건 및 포스트베이크 조건 등을 제어하여, 돌기 형상 구조물(51, 52)의 측면부와 대향 기판(4) 표면이 이루는 각(테이퍼각) θ1을 45° 이하로 함으로써, 테이퍼각 θ1이 45°보다 큰 경우보다 액정(6)의 배향 이상이 발생하기 어렵게 된다. 돌기 형상 구조물(51, 52)은, 예를 들면 직경 20㎛ 정도의 원 형상의 아래 저면(대향 기판(4)측)과, 예를 들면 직경 9㎛ 정도의 윗저면(TFT 기판(2)측)을 갖고 있다. 돌기 형상 구조물(51, 52)의 아랫저면의 직경은, 개구부의 폭(예를 들면 78㎛)의 약 1/3 이하로 되어 있다. 화소 개 구부에 배치되는 돌기 형상 구조물(52)(또는 51)의 점유 면적을 해당 개구부의 면적의 약 10% 이하로 억제함으로써, 화소의 개구율의 저하를 방지할 수 있다.
본 실시예에 따르면, 주상 스페이서로서 기능하는 돌기 형상 구조물(51, 52)을 화소 개구부에도 배치할 수 있기 때문에 배치 위치의 제약이 완화되어, 실질적으로 높이가 서로 다른 돌기 형상 구조물(51, 52)을 각각 원하는 배치 밀도로 배치할 수 있다. 돌기 형상 구조물(51, 52) 중 한쪽의 배치가 다른쪽의 배치에 영향을 주는 경우도 없다. 이 때문에, 셀 두께의 변화에 대한 주상 스페이서의 탄성이나 복원력 등의 압축 변위 특성을 높일 수 있어, ODF법을 이용하여 제작되는 고개구율의 액정 표시 장치에서도, 넓은 액정 적하량의 마진과 높은 내가압 특성을 얻을 수 있다. 따라서, 제조 수율이 높고, 품질이 안정된 액정 표시 장치를 실현할 수 있다.
도 6은 본 실시예에 따른 액정 표시 장치의 구성의 변형예를 도시하고 있다. 도 6에 도시한 바와 같이, 본 변형예에서는 화소 전극(16)은 3개의 전극 유닛(16a)을 갖고 있다. 대향 기판(4) 상에서 3개의 전극 유닛(16a)의 거의 중심부에 대응하는 위치에는, 돌기 형상 구조물(51)이 각각 형성되어 있다. 3개의 돌기 형상 구조물(51)은, 모두 TFT 기판(2)측에 접촉하며, 소정의 셀 두께를 유지하고 있다. 이와 같이, 실질적인 높이가 거의 동일한 돌기 형상 구조물(51)만을 원하는 배치 밀도로 형성할 수도 있다.
본 변형예에 따르면, 주상 스페이서로서 기능하는 돌기 형상 구조물(51)을 화소 개구부에도 배치할 수 있기 때문에 배치 위치의 제약이 완화되어, 원하는 배 치 밀도로 배치할 수 있다. 따라서, 고개구율의 액정 표시 장치에서도 높은 내가압 특성을 얻을 수 있다.
또한, 본 실시예에서는, 아크릴 수지를 이용하여 CF 기판(4)측에 돌기 형상 구조물(51, 52)을 형성하고 있지만, 돌기 형상 구조물(51, 52)을 TFT 기판(2)측에 형성해도 된다. 또한, 돌기 형상 구조물(51, 52)을 독립된 공정으로 형성하는 것이 아니라, CF 수지층(40)의 일부를 적층함으로써 돌기 형상 구조물(51, 52)을 형성해도 된다.
〔제2 실시예〕
다음으로, 본 발명의 제2 실시예에 따른 액정 표시 장치에 대하여 도 7을 이용하여 설명한다. 도 7은 본 실시예에 따른 액정 표시 장치의 단면 구성을 도시하고 있다. 도 7에 도시한 바와 같이, 본 실시예에서는, TFT 기판(2)측의 높이의 차를 이용하는 것이 아니라, 기판면으로부터의 높이가 서로 다른 돌기 형상 구조물(52, 53)을 대향 기판(4) 상에 형성하고 있다. 돌기 형상 구조물(52)을 형성한 후에 점 형상 돌기(45)가 형성되며, 일부의 돌기 형상 구조물(52)은, 점 형상 돌기(45)와 동일한 형성 재료로 동시에 형성된 수지층(46)에 의해 피복되어 있다. 수지층(46)과 수지층(46)으로 피복된 돌기 형상 구조물(52)은, 돌기 형상 구조물(52)보다 높이가 높은 돌기 형상 구조물(53)을 구성한다. 이에 의해, 아크릴 수지 등으로 형성된 돌기 형상 구조물(52)과, 돌기 형상 구조물(52)보다 높이가 높고, 표면부가 점 형상 돌기(45)와 동일한 형성 재료로 형성되며, 다른 부분이 돌기 형상 구조물(52)과 동일한 형성 재료로 형성된 돌기 형상 구조물(53)이 형성되게 된다. 돌기 형상 구조물(52, 53)간의 높이의 차는 0.3∼0.7㎛ 정도로 한다.
본 실시예에 따르면, 높이가 서로 다른 돌기 형상 구조물(52, 53)을 각각 원하는 배치 밀도로 배치할 수 있기 때문에, ODF법을 이용하여 제작되는 고개구율의 액정 표시 장치에서도, 넓은 액정 적하량의 마진과 높은 내가압 특성을 얻을 수 있다. 따라서, 제조 수율이 높고, 품질이 안정된 액정 표시 장치를 실현할 수 있다.
〔제3 실시예〕
다음으로, 본 발명의 제3 실시예에 따른 액정 표시 장치에 대하여 도 8을 이용하여 설명한다. 도 8은 본 실시예에 따른 액정 표시 장치의 단면 구성을 도시하고 있다. 도 8에 도시한 바와 같이, 본 실시예에서는, 모든 돌기 형상 구조물(52)이 점 형상 돌기(45)와 동일한 형성 재료로 동시에 형성된 수지층(46)에 의해 피복되어 있다. 수지층(46)과 수지층(46)으로 피복된 돌기 형상 구조물(52)은, 제1 실시예와 마찬가지로 실질적으로 높이가 서로 다른 돌기 형상 구조물(53, 54)을 각각 구성한다.
본 실시예에 따르면, 돌기 형상 구조물(53, 54)의 측면부의 테이퍼각 θ2는 도 2에 도시한 테이퍼각 θ1보다 작게 되기 때문에, 제1 실시예와 비교하여 액정(6)의 배향 이상을 더욱 저감시킬 수 있어, 표시 불량이 더욱 시인되기 어렵게 된다.
본 발명은, 상기 실시예에 한정되지 않고 다양한 변형이 가능하다.
예를 들면, 상기 실시예에서는 투과형의 액정 표시 장치를 예로 들었지만, 본 발명은 이에 한정되지 않고, 반사형이나 반투과형 등의 다른 액정 표시 장치에 도 적용할 수 있다.
또한, 상기 실시예에서는, 대향 기판(4) 상에 CF 수지층(40)이 형성된 액정 표시 장치를 예로 들었지만, 본 발명은 이에 한정되지 않고, TFT 기판(2) 상에 CF 수지층(40)이 형성된, 소위 CF-on-TFT 구조의 액정 표시 장치에도 적용할 수 있다.
이상 설명한 실시예에 따른 액정 표시 장치는, 이하와 같이 정리된다.
(부기 1)
대향 배치된 한쌍의 기판과,
상기 한쌍의 기판 사이에 밀봉된 액정과,
상기 기판 상에 배치된 복수의 화소 영역과,
상기 화소 영역 내에 배치되며, 상기 액정을 배향 규제함과 함께 상기 한쌍의 기판 사이의 셀 두께를 유지하는 돌기 형상 구조물을 갖는 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
(부기 2)
부기 1에 기재된 액정 표시 장치에 있어서,
일부의 상기 돌기 형상 구조물은, 상기 한쌍의 기판의 쌍방에 접촉하여 제1 셀 두께를 유지하고,
다른 상기 돌기 형상 구조물은, 외부로부터 가압되었을 때에 상기 한쌍의 기판의 쌍방에 접촉하여 상기 제1 셀 두께보다 좁은 제2 셀 두께를 유지하는 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
(부기 3)
부기 1 또는 2에 기재된 액정 표시 장치에 있어서,
적어도 1개의 상기 돌기 형상 구조물은, 상기 화소 영역의 개구부에 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
(부기 4)
부기 3에 기재된 액정 표시 장치에 있어서,
상기 개구부에 배치된 상기 돌기 형상 구조물의 점유 면적은, 해당 개구부의 면적의 10% 이하인 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
(부기 5)
부기 1 내지 4 중 어느 하나에 기재된 액정 표시 장치에 있어서,
상기 돌기 형상 구조물은, 청색의 컬러 필터층을 갖는 상기 화소 영역에만 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
(부기 6)
부기 1 내지 5 중 어느 하나에 기재된 액정 표시 장치에 있어서,
적어도 1개의 상기 화소 영역에는, 복수의 상기 돌기 형상 구조물이 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
(부기 7)
부기 1 내지 6 중 어느 하나에 기재된 액정 표시 장치에 있어서,
상기 돌기 형상 구조물은 테이퍼각 45° 이하의 측면부를 갖는 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
(부기 8)
부기 1 내지 7 중 어느 하나에 기재된 액정 표시 장치에 있어서,
상기 돌기 형상 구조물보다 낮은 높이로 상기 화소 영역 내에 형성되며, 상기 액정의 배향을 규제하는 배향 규제용 돌기를 더 갖고,
적어도 일부의 상기 돌기 형상 구조물은, 일부가 상기 배향 규제용 돌기와 동일한 형성 재료로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
(부기 9)
부기 8에 기재된 액정 표시 장치에 있어서,
적어도 일부의 상기 돌기 형상 구조물은, 표면부가 상기 배향 규제용 돌기와 동일한 형성 재료로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
(부기 10)
부기 8 또는 9에 기재된 액정 표시 장치에 있어서,
상기 배향 규제용 돌기는, 포지티브형 레지스트로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
(부기 11)
부기 1 내지 10 중 어느 하나에 기재된 액정 표시 장치에 있어서,
상기 돌기 형상 구조물은, 적어도 일부가 네가티브형 레지스트로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
(부기 12)
부기 1 내지 11 중 어느 하나에 기재된 액정 표시 장치에 있어서,
복수의 전극 유닛과, 상기 전극 유닛 사이를 전기적으로 접속하는 접속 전극 을 구비하며, 상기 화소 영역마다 배치된 화소 전극을 갖고,
상기 돌기 형상 구조물은, 상기 전극 유닛의 거의 중심부에 대응하는 위치에 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
(부기 13)
부기 1 내지 12 중 어느 하나에 기재된 액정 표시 장치에 있어서,
상기 액정은, 상기 기판면에 거의 수직으로 배향되며, 마이너스의 유전율 이방성을 갖고 있는 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
본 발명에 따르면, 고개구율이라도 높은 내가압 특성이 얻어지는 액정 표시 장치를 실현할 수 있다. 또한, 본 발명에 따르면, 적하 주입법을 이용하여 제작할 때에 넓은 액정 적하량의 마진이 얻어지는 액정 표시 장치를 실현할 수 있다.

Claims (10)

  1. 대향 배치된 한쌍의 기판과,
    상기 한쌍의 기판 사이에 밀봉된 액정과,
    상기 기판 상에 배치된 복수의 화소 영역과,
    상기 화소 영역의 개구부에 배치되며, 상기 액정을 배향 규제함과 함께 상기 한쌍의 기판 사이의 셀 두께를 유지하는 돌기 형상 구조물
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 화소 영역 내에 배치되며, 상기 액정을 배향 규제함과 함께 상기 한쌍의 기판 사이의 셀 두께를 유지하는 제2 돌기 형상 구조물을 더 포함하고,
    상기 제2 돌기 형상 구조물은, 상기 한쌍의 기판의 쌍방에 접촉하여 제1 셀 두께를 유지하고,
    상기 돌기 형상 구조물은, 외부로부터 가압되었을 때에 상기 한쌍의 기판의 쌍방에 접촉하여 상기 제1 셀 두께보다 좁은 제2 셀 두께를 유지하는 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
  3. 삭제
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 개구부에 배치된 상기 돌기 형상 구조물의 점유 면적은, 그 개구부의 면적의 10% 이하인 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
  5. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 돌기 형상 구조물은, 청색의 컬러 필터층을 갖는 상기 화소 영역에만 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
  6. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 복수의 화소 영역은, 복수의 상기 돌기 형상 구조물이 배치되어 있는 화소 영역을 포함하는 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
  7. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 돌기 형상 구조물은 테이퍼각 45° 이하의 측면부를 갖는 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
  8. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 돌기 형상 구조물보다 낮은 높이로 상기 화소 영역 내에 형성되며, 상기 액정의 배향을 규제하는 배향 규제용 돌기를 더 포함하고,
    상기 돌기 형상 구조물은, 일부가 상기 배향 규제용 돌기와 동일한 형성 재료로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 돌기 형상 구조물은, 표면부가 상기 배향 규제용 돌기와 동일한 형성 재료로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
  10. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    복수의 전극 유닛과, 상기 전극 유닛 사이를 전기적으로 접속하는 접속 전극을 포함하며, 상기 화소 영역마다 배치된 화소 전극을 포함하고,
    상기 돌기 형상 구조물은, 상기 전극 유닛의 중심부에 대응하는 위치에 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
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