KR20120115021A - 은하수불량이 개선된 액정표시소자 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 액정표시소자는 실영역의 실라인으로부터 이물질이 화상표시영역으로 침투하는 것을 방지하기 위한 것으로, 실영역, 더미영역 및 실제 화상이 구현되는 화상표시영역으로 이루어진 제1기판 및 제2기판; 상기 실영역에 형성되어 제1기판 및 제2기판을 합착하는 실라인; 상기 화상표시영역에 형성된 복수의 화소영역; 상기 더미영역에 형성되어 상기 제1기판 및 제2기판이 합착될 때 실영역의 실라인이 눌리는 것을 최소화하는 복수의 지지부재; 상기 제1기판 및 제2기판 사이에 형성된 액정층; 및 제1기판 및 제2기판 사이에 배치되어 상기 제1기판 및 제2기판의 간격을 일정하게 유지하는 스페이서로 구성된다.

Description

은하수불량이 개선된 액정표시소자{LIQUID CRYSTAL DISPLAY DEVICE FOR PREVENTING GALLAXY PROBLEM}
본 발명은 액정표시소자에 관한 것으로, 특히 은하수불량을 개선하여 액정표시소자에 은하수불량이 발생하는 것을 방지할 수 있는 액정표시소자에 관한 것이다.
일반적으로, 액정표시소자는 매트릭스(matrix) 형태로 배열된 액정셀들에 화상정보에 따른 데이터신호를 개별적으로 공급하여, 그 액정셀들의 광투과율을 조절함으로써, 원하는 화상을 표시할 수 있도록 한 표시소자이다.
따라서, 액정표시소자는 복수의 화소가 매트릭스 형태로 배열되는 액정패널과 상기 액정셀들을 구동시키는 드라이버집적회로(integrated circuit:IC)로 구성되며, 상기 액정패널은 서로 대향하는 컬러필터기판 및 박막트랜지스터 어레이기판과, 상기 컬러필터기판 및 박막트랜지스터 어레이기판의 사이에 형성된 액정층으로 구성된다.
그리고, 상기 액정패널의 박막트랜지스터 어레이기판 상에는 데이터드라이버 집적회로로부터 공급되는 데이터신호를 화소에 전송하기 위한 다수의 데이터라인과, 게이트드라이버 집적회로로부터 공급되는 주사신호를 화소에 전송하기 위한 다수의 게이트라인이 서로 직교하며, 이들 데이터라인과 게이트라인의 교차부마다 화소가 정의된다.
상기 컬러필터기판 및 박막트랜지스터 어레이기판의 대향하는 내측면에는 각각 공통전극과 화소전극이 형성되어 상기 액정층에 전계를 인가한다. 이때, 화소전극은 박막트랜지스터 어레이기판 상에 화소별로 형성되는 반면에 공통전극은 컬러필터기판의 전면에 일체화되어 형성된다. 따라서, 공통전극에 전압을 인가한 상태에서 화소전극에 인가되는 전압을 제어함으로써, 화소의 광투과율을 개별적으로 조절할 수 있게 된다.
이와 같이 화소전극에 인가되는 전압을 화소별로 제어하기 위하여 각각의 화소에는 스위칭소자로 사용되는 박막트랜지스터가 형성된다.
상기한 바와 같은 액정표시소자의 구성요소들을 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 1은 종래 액정표시소자의 박막트랜지스터 어레이기판과 컬러필터기판이 대향하여 합착된 액정패널의 개략적인 평면구조를 보인 예시도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 액정패널(10)은 복수의 화소가 매트릭스형태로 배열되는 화상표시부(13)와, 상기 화상표시부(13)의 게이트라인과 접속되는 게이트패드부(14) 및 데이터라인과 접속되는 데이터패드부(15)를 포함한다. 이때, 게이트패드부(14)와 데이터패드부(15)는 컬러필터기판(2)과 중첩되지 않는 박막트랜지스터 어레이기판(1)의 가장자리 영역에 형성되며, 게이트패드부(14)는 게이트드라이버 집적회로로부터 공급되는 주사신호를 화상표시부(13)의 게이트라인에 공급하고, 데이터패드부(15)는 데이터드라이버 집적회로로부터 공급되는 화상정보를 화상표시부(13)의 데이터라인에 공급한다.
상기 화상표시부(13)의 박막트랜지스터 어레이기판(1)에는 화상정보가 인가되는 복수의 데이터라인과 주사신호가 인가되는 복수의 게이트라인이 서로 수직 교차하여 배치되고, 그 교차부에 화소를 스위칭하기 위한 박막트랜지스터와, 그 박막트랜지스터에 접속되어 화소를 구동하는 화소전극과, 상기 화소전극과 박막트랜지스터를 보호하기 위해 전면에 형성된 보호막이 구비된다.
상기 화상표시부(13)의 컬러필터기판(2)에는 블랙매트릭스에 의해 화소영역별로 분리되어 도포된 칼러필터와, 상기 박막트랜지스터 어레이기판(1)에 형성된 화소전극의 상대전극인 공통전극이 구비된다.
상기한 바와 같이 구성된 박막트랜지스터 어레이기판(1)과 컬러필터기판(2)은 스페이서(spacer)에 의해 일정한 셀갭(cell gap)이 유지되고, 상기 화상표시부(3)의 외곽에 형성된 실라인(16)에 의해 합착되며, 상기 박막트랜지스 어레이기판(1)과 컬러필터기판(2) 사이에 액정층이 형성되어 액정패널이 형성된다.
통상적으로 종래 액정표시소자에서는 상기 실라인(16)에 의해 박막트랜지스터 어레이기판(1)과 컬러필터기판(2)을 합착한 후, 상기 실라인(16)에 형성된 액정주입구를 통해 액정을 주입함으로써 액정층을 형성한다. 그러나, 이러한 액정주입법에 의한 액정층의 형성시에는 진공챔버 내에 액정용기를 배치한 후, 액정패널(10)의 액정주입구를 액정용기의 액정에 접촉시킨 상태에서 진공챔버내에 질소(N2)가스를 공급하여 챔버의 진공정도를 저하시키면, 상기 액정패널(10) 내부의 압력과 진공챔버의 압력차에 의해 액정이 상기 주입구를 통해 액정패널(10)로 주입되며 액정이 액정패널(10)내에 완전히 충진된 후에 상기 주입구를 봉지재에 의해 봉지함으로써 액정층이 형성된다(이러한 방식을 액정의 진공주입방식이라 한다).
그런데, 상기와 같이 진공챔버내에서 액정패널(10)의 주입구를 통해 액정을 주입하여 액정층을 형성하는 방법에는 다음과 같은 문제가 있었다.
첫째, 액정패널(10)로의 액정주입시간이 길어진다. 일반적으로 액정패널의 구동소자 어레이기판과 컬러필터기판 사이의 간격은 수μm 정도로 매우 좁기 때문에, 단위 시간당 매우 작은 양의 액정만이 액정패널 내부로 주입된다. 예를 들어, 약 15인치의 액정패널을 제작하는 경우 액정을 완전히 주입하는데에는 대략 8시간이 소요되는데, 이러한 장시간의 액정주입에 의해 액정패널 제조공정이 길어지게 되어 제조효율이 저하된다.
둘째, 상기와 같은 액정주입방식에서는 액정소모율이 높게 된다. 용기에 충진되어 있는 액정)중에서 실제 액정패널(10)에 주입되는 양은 매우 작은 양이다. 한편, 액정은 대기나 특정 가스에 노출되면 가스와 반응하여 열화될 뿐만 아니라 액정패널(10)과의 접촉에 의해 유입되는 불순물에 의해 열화된다. 따라서, 용기에 충진된 액정(10)이 복수매의 액정패널(10)에 주입되는 경우에도 주입후 남게 되는 액정을 폐기해야만 하는데, 고가의 액정을 폐기하는 것은 결국 액정패널 제조비용의 증가를 초래하게 된다.
이러한 액정진공 주입방식의 단점들을 극복하기 위해, 근래 제안되고 있는 방법이 액정적하방식(Liquid Crystal Dropping Method)에 의한 액정층 형성방법이다. 상기 액정적하방식은 패널 내부와 외부의 압력차에 의해 액정을 주입하는 것이 아니라 액정을 직접 기판에 적하(Dropping) 및 분배(Dispensing)하고 패널의 합착 압력에 의해 적하된 액정을 패널 전체에 걸쳐 균일하게 분포시킴으로써 액정층을 형성하는 것이다. 이러한 액정적하방식은 짧은 시간 동안에 직접 기판상에 액정을 적하하기 때문에 대면적의 액정표시소자의 액정층 형성도 매우 신속하게 진행할 수 있게 될 뿐만 아니라 필요한 양의 액정만을 직접 기판상에 적하하기 때문에 액정의 소모를 최소화할 수 있게 되므로 액정표시소자의 제조비용을 대폭 절감할 수 있다는 장점을 가진다.
도 2는 액정적하방식의 기본적인 개념을 나타내는 도면이다. 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 액정적하방식에서는 구동소자와 컬러필터가 각각 형성된 박막트랜지스터 어레이기판(1)과 컬러필터기판(2)을 합착하기 전에 박막트랜지스터 어레이기판(1)상에 방울형상으로 액정(7)을 적하한다. 상기 액정(7)은 컬러필터기판(2)상에 적하될 수도 있다.
이때, 컬러필터기판(2)의 외곽영역에는 실라인(16)이 형성되어 상기 박막트랜지스터 어레이기판(1)과 컬러필터기판(2)에 압력을 가함에 따라 상기 박막트랜지스터 어레이기판(1)과 컬러필터기판(2)이 합착되며, 이와 동시에 상기 압력에 의해 액정(7) 방울이 외부로 퍼져 상기 박막트랜지스터 어레이기판(1)과 컬러필터기판(2) 사이에 균일한 두께의 액정층이 형성된다. 다시 말해서, 상기 액정적하방식의 가장 큰 특징은 액정패널(10)을 합착하기 전에 박막트랜지스터 어레이기판(1)상에 미리 액정(7)을 적하한 후 실라인(16)에 의해 패널을 합착하는 것이다.
이러한 액정적하방식을 적용한 액정표시소자 제조방법은 종래의 액정주입방식에 의한 제조방법과는 다음과 같은 차이를 가진다. 종래의 일반적인 액정주입방식에서는 복수의 패널이 형성되는 대면적의 유리기판을 패널 단위로 분리하여 액정을 주입했지만 액정적하방식에서는 미리 기판상에 액정을 적하하여 액정층을 형성한 후 유리기판을 패널단위로 가공 분리할 수 있게 된다.
그러나, 상기와 같은 액정적하방식에 의해 제작되는 액정표시소자 제조방법에는 다음과 같은 문제가 있다.
도 3a-도 3c는 상기와 같은 액정적하방식에서 박막트랜지스터 어레이기판(1) 및 컬러필터기판(2)을 실라인(16)에 합착하는 방법을 나타내는 도면으로, 이 도면을 참조하여 액정적하방식하에서 제작되는 액정표시소자 제조방법에 발생하는 문제를 설명한다.
도 3a에 도시된 바와 같이, 컬러필터기판(2)에 실런트를 적하하여 실라인(16)을 형성한 후, 박막트랜지스터 어레이기판(1)과 컬러필터기판(2)을 접촉한다. 이때, 상기 박막트랜지스터 어레이기판(1)과 컬러필터기판(2)의 x1의 간격을 유지한다.
이어서, 도 3b에 도시된 바와 같이, 상기 컬러필터기판(2)에 압력을 가하여 상기 박막트랜지스터 어레이기판(1)과 컬러필터기판(2)을 압착한다. 이와 같은 박막트랜지스터 어레이기판(1)과 컬러필터기판(2)의 압착에 의해 상기 실라인(16)은 볼록하게 압축되어 박막트랜지스터 어레이기판(1)과 컬러필터기판(2) 사이의 간격이 x2(x1>x2)로 감소하게 된다.
그 후, 도 3c에 도시된 바와 같이 컬러필터기판(2)에 인가되었던 압력을 제거하면, 상기 실라인(16)에 의해 박막트랜지스터 어레이기판(1)과 컬러필터기판(2)가 합착된다. 이때, 상기 실라인(16)은 탄성을 갖고 있기 때문에, 컬러필터기판(2)에 인가되었던 압력을 제거함에 따라 상기 실라인(16)의 두께가 원래의 두께로 복원하게 된다(이러한 현상을 스프링백(spring back)현상이라고 한다). 이러한 실라인(16)의 복원시 박막트랜지스터 어레이기판(1)과 컬러필터기판(2)에 부착된 실라인(16)은 길이가 증가하게 되어, 도 3c에 도시된 바와 같이 박막트랜지스터 어레이기판(1)과 컬러필터기판(2) 근처의 실라인(16)의 두께에 비해 중앙영역의 두께가 감소하게 되어 실라인(16)이 중앙영역에서 볼록한 볼록렌즈형상에서 중앙영역이 홀쭉한 오목렌즈형상을 변하게 된다.
한편, 박막트랜지스터 어레이기판(1)과 컬러필터기판(2) 사이에는 액정층(34)이 형성되며, 이 액정층(34)은 실라인(16)과 인접한다. 박막트랜지스터 어레이기판(1)과 컬러필터기판(2)의 합착시 박막트랜지스터 어레이기판(1)에 적하된 액정은 합착된 기판(1,2) 전체로 균일하게 퍼져 나간다. 또한, 도면에는 도시하지 않았지만, 상기 박막트랜지스터 어레이기판(1)과 컬러필터기판(2)의 합착후 실라인(16)에는 자외선과 같은 광이나 열이 인가되어 상기 실라인(16)을 경화시킨다. 따라서, 액정층(34)과 실라인(16)이 접촉하여도 실라인(16)이 경화되어 있기 때문에, 실라인(16)이 액정층(34) 속으로 침투하지 않게 되어 액정층(34)이 오염되는 것을 방지할 수 있게 된다.
그러나, 상기한 바와 같이, 실라인(16)의 스프링백현상에 의해 실라인(16)이 볼록렌즈형상에서 오목렌즈형상으로 변하게 될 경우, 실라인(16)의 볼록한 영역에 있던 물질들이 중량 등과 같은 여러가지 요인에 의해 오목렌즈형상으로 복원할 때 실라인(16)과 함께 복원되지 못하고, 원래의 위치에 남아 있게 된다. 그런데, 실라인(16)이 복원되기 이전의 실라인(16)이 위치하던 영역, 즉 볼록렌즈형상의 볼록한 영역 근처에는 액정층(34)이 위치하게 되는데, 이 영역에 복원되지 않은 실런트의 일부 물질이 남아 있기 때문에, 이 물질들이 액정층(34)으로 혼입되게 된다. 액정표시소자를 동작했을 때, 이러한 혼입된 이물질은 화면상에 은하수와 같이 반짝이는 많은 휘점이 나타내는 은하수불량의 주요원인이 된다.
본 발명은 상기한 점을 감안하여 이루어진 것으로, 실영역과 화상표시영역 사이의 더미영역에 제1기판과 제2기판을 지지하는 지지부재를 구비하여 제1기판과 제2기판의 합착시 실라인의 과도하게 눌리는 것을 방지할 수 있는 액정표시소자를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기한 목적을 달성하기 위해, 본 발명에 따른 액정표시소자는 실영역, 더미영역 및 실제 화상이 구현되는 화상표시영역으로 이루어진 제1기판 및 제2기판; 상기 실영역에 형성되어 제1기판 및 제2기판을 합착하는 실라인; 상기 화상표시영역에 형성된 복수의 화소영역; 상기 더미영역에 형성되어 상기 제1기판 및 제2기판이 합착될 때 실영역의 실라인이 눌리는 것을 최소화하는 복수의 지지부재; 상기 제1기판 및 제2기판 사이에 형성된 액정층; 및 제1기판 및 제2기판 사이에 배치되어 상기 제1기판 및 제2기판의 간격을 일정하게 유지하는 스페이서로 구성된다.
상기 화상표시영역은 제1기판에 형성되어 화소영역을 정의하는 복수의 게이트라인 및 데이터라인; 상기 화소영역 각각에 형성된 박막트랜지스터; 상기 화소영역에 형성되어 액정층에 전계를 인가하는 공통전극 및 화소전극; 제2기판에 형성되어 광이 누설되는 것을 차단하는 블랙매트릭스; 및 실제 화상을 구현하는 컬러필터층으로 이루어진다.
상기 지지부재는 더미영역은 균일하게 형성된 복수의 더미스페이서로 이루어지는데, 이때 상기 더미스페이서는 더미영역에 250-350ppm의 밀도로 형성된다. 화상표시영역의 스페이서가 컬럼스페이서인 경우, 상기 더미영역의 더미스페이서는 화상표시영역의 컬럼스페이서와 동일한 물질로 이루어진다.
또한, 상기 더미영역에는 지지부재의 높이를 조절하여 지지부재가 제1기판 및 제2기판과 접촉하도록 하는 더미패턴을 추가로 포함하는데, 상기 더미패턴은 제2기판에 형성된 컬러필터층을 포함한다.
본 발명에서는 실영역과 화상표시영역 사이의 더미영역에 제1기판과 제2기판을 지지하는 지지부재를 구비하여 제1기판 및 제2기판을 압착할 때 실라인의 눌림을 최소화하여 실라인의 눌림과 탄성에 의한 변형에 기인하는 이물질의 화상표시영역으로의 침투를 방지하여 은하수불량을 효과적으로 방지할 수 있게 된다.
도 1은 종래 액정표시소자를 대략적으로 나타내는 평면도.
도 2는 종래 액정표시소자의 액정층을 형성하는 방법을 나타내는 도면.
도 3a-도 3c는 종래 액정표시소자에서의 제1기판 및 제2기판의 합착을 나타내는 도면.
도 4는 본 발명의 제1실시예에 따른 액정표시소자의 구조를 나타내는 단면도.
도 5a-도 5c는 본 발명의 제1실시예에 따른 액정표시소자에서의 제1기판 및 제2기판의 합착을 나타내는 도면.
도 6은 본 발명의 제2실시예에 따른 액정표시소자의 구조를 나타내는 단면도.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명에 대해 상세히 설명한다.
도 4는 본 발명의 제1실시예에 따른 액정표시소자(100)의 구조를 나타내는 단면도이다. 도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 액정표시소자(100)는 실제 화상이 구현되는 화상표시영역, 기판을 합착하는 실영역 및 상기 화상표시영역 및 실영역 사이에 위치하는 더미영역으로 이루어진다.
상기 액정표시소자(100)의 화상표시영역에는 상기 화상표시영역은 박막트랜지스터가 형성되는 박막트랜지스터 어레이기판인 제1기판(101)과, 컬러필터가 형성되는 컬러필터기판인 제2기판(102)과, 상기 제1기판(101)에 형성된 박막트랜지스터와, 상기 박막트랜지스터가 형성된 제1기판(101)에 형성된 보호층(124)과, 상기 보호층(124) 위에 서로 평행하게 배치되어 외부로부터 화상신호가 입력됨에 따라 횡전계(In Plnae Switching Field)를 형성하는 적어도 한쌍의 공통전극(126) 및 화소전극(127)과, 상기 제2기판(102)에 형성되어 광의 누설되는 것을 방지하는 블랙매트릭스(black matrix;142)와, 상기 제2기판(102)에 형성되어 실제 컬러를 구현하는 R(Red), G(Green), B(Blue) 컬러필터로 이루어진 컬러필터층(144)과, 상기 블랙매트릭스(142) 및 컬러필터층(144) 위에 형성되어 블랙매트릭스(142) 및 컬러필터층(144)의 표면을 평탄화하는 오버코트층(overcoat layer;146)과, 상기 제1기판(101) 및 제2기판(102) 사이에 형성된 액정층(134)과, 상기 오버코트층(146)에 형성되어 상기 제1기판(101)과 제2기판(102) 사이의 간격, 즉 셀갭(cell gap)을 일정하게 유지하는 스페이서(119)로 구성된다. 또한, 상기 게이트절연층(122) 위에는 기판의 일방향으로 복수개 배열되는 데이터라인(104)이 형성되며, 도면에는 도시하시 않았지만 제1기판(101) 위에는 상기 데이터라인(104)과 수직으로 배열되어 화소영역을 정의하는 복수의 게이트라인이 형성된다.
더미영역에는 복수의 더미스페이서(134)가 형성되며, 실영역에는 실라인(116)이 형성되어 제1기판(101) 및 제2기판(102)을 합착한다. 도면에는 도시하지 않았지만, 상기 더미영역 및 실영역은 화상표시영역의 둘레를 따라 형성되며, 이때 더미영역의 일부에는 게이트라인 및 데이터라인과 접속되는 게이트패드 및 데이터패드가 형성되고 상기 게이트라인 및 데이터라인에 신호를 인가하는 각종 드라이버(driver)가 형성될 수도 있을 것이다.
그리고, 화상표시영역의 액정층(134)은 상기 더미영역까지 연장되어 실라인(116)이 액정층(134)과 접촉하게 된다.
화상표시영역에 형성되는 박막트랜지스터는 제1기판(101) 위에 형성되는 복수의 화소영역 각각에 형성되어 화소전극(127)에 인가되는 화상신호를 스위칭하는데, 상기 제1기판(101)에 형성된 게이트전극(111)과, 상기 게이트전극(111) 위에 형성된 게이트절연층(122)과, 상기 게이트절연층(122) 위에 형성된 비정질실리콘(a-Si)과 같은 반도체물질로 이루어진 반도체층(112)과, 상기 반도체층(112) 위에 형성된 소스전극(113) 및 드레인전극(114)으로 이루어진다.
게이트전극(111)은 제1기판(101)상에 Mo, Al, Al합금 등의 금속을 스퍼터링(sputtering)법에 의해 적층한 후 식각하여 형성되며, 게이트절연층(122)은 SiO2나 SiN2와 같은 무기물질을 PECVD(Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition)법에 의해 적층함으로써 형성된다.
상기 반도체층(112)은 PECVD법에 의해 비정질실리콘(a-Si)을 적층하고 식각하여 형성되며, 소스전극(114) 및 드레인전극은 Cr이나 Cr합금 등의 금속을 스퍼터링법에 의해 적층하고 식각하여 형성된다.
보호층은 SiO2나 SiN2와 같은 무기물질을 PECVD법에 의해 적층하여 형성하거나 포토아크릴(photo acryl)과 같은 유기물질을 도포함으로써 형성된다.
공통전극(126)과 화소전극(127)은 ITO(Indium Tin Oxide)나 IZO(Indium Zinc Oxide)와 같은 투명한 도전물질을 적층한 후 식각하여 형성될 수도 있고 Mo, Cr, Cu, Al, Al합금 등과 같은 금속을 적층한 후 식각하여 형성할 수도 있다. 또한, 도면에서는 상기 공통전극(126)과 화소전극(127)이 모두 보호층(124) 위에 형성되지만, 상기 공통전극(126)과 화소전극(127)의 형성위치가 보호층(124) 위에만 한정되는 것은 아니다. 예를 들면, 공통전극(126) 및 화소전극(127)이 모두 제1기판(101)에 형성될 수 있고 게이트절연층(122) 위에 형성될 수도 있으며, 공통전극(126) 및 화소전극(127) 중 하나의 전극은 제1기판(101)에 형성되고 다른 하나의 전극은 게이트절연층(122) 위에 형성될 수도 있다. 상기 공통전극(126)이 제1기판(101)에 형성되는 경우 상기 공통전극(126)은 박막트랜지스터의 게이트전극(111)과 동일한 금속으로 동시에 형성하는 것이 바람직하고 상기 화소전극(127)을 게이트절연층(122)위에 형성하는 경우 박막트랜지스터의 소스전극(113)과 동일한 금속으로 동시에 형성하는 것이 바람직하다.
상기 컬럼스페이서(117)는 유기물질 또는 감광성 유기물질 등으로 이루어져 제1기판(101)과 제2기판(102) 사이의 간격을 항상 일정하게 유지한다. 이때, 컬럼스페이서(117)는 도면에 도시된 바와 같이 제2기판(102)에 형성되지만, 제1기판(101)에 형성될 수도 있다. 또한, 상기 컬럼스페이서(117)는 실제 화상이 구현되는 영역이 아닌 데이터라인(104) 상부에 배치되거나 게이트라인 상부에 배치되어 개구율이 저하되는 것을 방지하는 것이 바람직하다. 또한, 상기 컬럼스페이서(117)는 서로 수직으로 교차하는 게이트라인과 데이터라인(104)의 교차점에 배치될 수도 있다.
상기 컬럼스페이서(117)는 제2기판(102) 전체에 걸쳐 균일하게 형성될 있고 제2기판(102)의 중앙영역에서 외곽영역으로 갈수록 밀도를 증가시키거나 감소시킬 수도 있을 것이다.
실라인(116)은 제1기판(101)과 제2기판(102) 사이에 상기 제1기판(101)과 제2기판(102)의 둘레를 따라 형성되어 상기 제1기판(101)과 제2기판(102)을 합착함과 동시에 합착된 제1기판(101)과 제2기판(102)을 밀봉한다.
이때, 상기 실라인(116)은 열경화 실런트 또는 자외선경화 실런트로 이루어지며, 실런트 적하기에 의해 제1기판(101)의 외곽영역에 상기 열경화 실런트 또는 자외선경화 실런트가 적하되어 형성된 후 제1기판(101)과 제2기판(102)에 압력을 가하여 압착하면서 열이나 자외선을 조사하여 경화함으로써 상기 제1기판(101)과 제2기판(102)가 합착된다.
더미스페이서(119)는 실라인(116)이 형성되는 실영역과 화상표시영역 사이의 더미영역에 상기 제1기판(101) 및 제2기판(102)의 외곽영역 둘레를 따라 배치된다. 이때, 상기 더미스페이서(119)는 더미영역 전체에 걸쳐 균일한 밀도로 배치된다. 상기 더미스페이서(119)는 더미영역에 걸쳐 균일하게만 배치할 수만 있다면 다양한 밀도로 더미스페이서(119)를 배치할 수 있지만 본 발명에서는 상기 더미스페이서(119)를 250-350ppm의 밀도로 더미영역에 배치하는 것이 바람직하다.
더미스페이서(119)는 수지 또는 광경화성 수지로 형성된다. 상기 더미스페이서(119)는 화상표시영역에 형성되는 스페이서(117)와 동일한 공정에 의해 형성할 수도 있지만 다른 공정에 의해 형성할 수도 있을 것이다.
상기 더미스페이서(119)의 단면형상은 다양하게 형성할 수 있을 것이다. 예를 들면, 상기 더미스페이서(119)의 단면형상은 원형상, 타원형상, 정사각형상, 직사각형상, 다각형상과 같이 다양한 형상으로 형성할 수 있을 것이다.
상기 실영역의 폭(d1)은 약 550-650㎛의 길이, 특히 약 600㎛의 길이로 형성된다. 도면에는 도시하지 않았지만 상기 액정패널은 2매의 제1모기판 및 제2모기판에 각각 박막트랜지스터 및 컬러필터가 형성되고 합착된 후, 단위 액정패널로 절단되어 분리된다. 모기판 단위에서는 상기 실영역이 600㎛ 이상의 폭으로 형성되지만, 절단선이 실영역에 형성되어 일부가 제거되어 액정패널이 분리될 때에는 액정패널의 측단부로부터 약 600㎛의 폭으로 실영역이 형성되는 것이다.
상기 더미영역의 폭(d2)은 다양하게 형성될 수 있지만, 본 발명에서는 약 650-750㎛의 폭, 특히 약 700㎛의 폭으로 더미영역을 형성하고 이 더미영역에 복수의 더미스페이서(119)를 형성한다. 이때, 상기 더미영역과 실영역은 약 150-250㎛의 간격, 특히 약 200㎛의 간격을 두고 형성하는데, 그 이유는 더미영역과 실영역이 200㎛ 보다 작은 간격으로 형성되면, 제1기판(101) 및 제2기판(102)의 합착시 실영역의 실라인(116)과 더미스페이서(119)가 접촉하게 되어 실영역의 실런트물질의 일부가 액정층(134)으로 침투하여 이물질이 더미영역을 거쳐 화상표시영역까지 침투할 수 있기 때문이다. 따라서, 본 발명과 같이 일정 거리 이상의 간격으로 실영역과 더미영역을 형성해야만 실런트의 일부 물질이 화상표시영역으로 침투하는 것을 방지할 수 있게 되는 것이다.
엄밀하게 말해서, 더미영역은 실영역과 화상표시영역 사이 영역까지 연장될 수 있다. 다시 말해서, 상기 더미영역은 실영역과 화상표시영역 사이의 영역으로 정의될 수 있다. 이와 같이 더미영역이 정의되는 경우 상기 더미스페이서(119)는 더미영역의 단부, 즉 실영역과 인접하는 단부로부터 일정거리(예를 들면 약 200㎛)의 간격을 두고 형성되는 것이다.
상기 더미스페이서(119)는 제1기판(101) 및 제2기판(102)에 압력을 인가하여 상기 실라인(116)에 의해 상기 제1기판(101) 및 제2기판(102)을 합착할 때, 상기 제1기판(101) 및 제2기판(102) 사이의 간격이 좁아지는 것을 방지한다. 즉, 종래 액정표시소자에서는 더미영역에 더미스페이서가 형성되어 있지 않기 때문에, 제1기판(101) 및 제2기판(102)을 압착했을 때 실영역에서의 제1기판(101) 및 제2기판(102) 사이의 간격이 대폭 감소하게 된다.
그러나, 본 발명에서는 더미영역에 복수의 더미스페이서(119)를 배치하기 때문에, 제1기판(101) 및 제2기판(102)을 압착할 때 상기 더미스페이서(119)에 의해 제1기판(101) 및 제2기판(102)의 눌림정도가 작아져서 제1기판(101) 및 제2기판(102) 사이의 간격이 소폭 감소하게 된다.
도 4에 도시된 바와 같이, 화상표시영역의 제2기판(102)상에는 컬러필터층(144)이 형성되는 반면에, 더미영역의 제2기판(102)상에는 컬러필터층이 형성되지 않기 때문에, 화상표시영역에서는 스페이서(119)가 제1기판(101)과 접촉하는 반면에, 더미영역에서는 더미스페이서(119)가 상기 컬러필터층(144)의 두께 만큼 상기 제1기판(101)과 떨어져 있게 된다. 따라서, 제1기판(101) 및 제2기판(102)을 압착하는 경우, 실제 실영역의 실라인(116)의 눌리는 정도는 상기 더미스페이서(119)와 제1기판(101) 사이의 간격과 압력에 의한 더미스페이서(119)의 눌림정도의 합이 된다.
통상적으로 더미스페이서(119)의 강도가 실라인(116)의 강도 보다 훨씬 크기 때문에, 제1기판(101) 및 제2기판(102)의 압착할 때 더미스페이서(119)의 눌림정도가 실라인(116)의 눌림정도보다 훨씬 작게 되며, 결과적으로 더미영역에 더미스페이서(119)를 형성할 경우가 더미스페이서(119)를 형성하지 않는 경우보다 실라인(116)의 눌림을 대폭 감소할 수 있게 된다.
이하에서는 상기와 같이 더미스페이서(119)를 형성했을 때의 실라인(116)의 눌림을 더욱 자세히 설명한다.
도 5a-도 5c는 본 발명의 제1실시예에 따른 액정표시소자의 합착을 나타내는 도면이다.
우선, 도 5a에 도시된 바와 같이 제1기판(101)과 실라인(116) 및 더미스페이서(119)가 형성된 제2기판(102)을 접촉한다. 이때, 상기 제1기판(101) 및 제2기판(102) 사이의 간격은 x1으로서, 도 3a에 도시된 종래 액정표시소자에서의 제1기판 및 제2기판 사이의 간격과 동일하다.
이후, 도 5b에 도시된 바와 같이, 상기 제2(102)에 압력을 가하여 상기 제1기판(101)과 제2기판(102)을 압착한다. 이와 같은 제1기판(101)과 제2기판(102)을 압착할 때 상기 실라인(116)이 압축되어 제1기판(101)과 제2기판(102) 사이의 간격이 x3(x1>x3)로 감소하게 된다. 이때, 본 발명에서는 더미영역에 더미스페이서(119)가 형성되어 있기 때문에, 제1기판(101)과 제2기판(102)을 압착할 때 상기 더미스페이서(119)가 압력에 대항하는 지지대의 역할을 하여 제1기판(101)과 제2기판(102)이 더 이상 눌리는 것을 방지한다. 따라서, 본 발명에서의 제1기판(101)과 제2기판(102)가 압착되었을 때의 제1기판(101)과 제2기판(102) 사이의 간격(x3)이 도 3b에 도시된 종래 액정표시소자에서의 제1기판과 제2기판 사이의 간격(x2) 보다 커지게 된다(x3>x2).
그 후, 도 5c에 도시된 바와 같이 제2기판(102)에 인가되었던 압력을 제거하면, 상기 실라인(116)에 의해 제1기판(101) 및 제2기판(102)이 합착된다. 이때, 상기 실라인(116)은 탄성을 갖고 있기 때문에, 제2기판(102)에 인가되었던 압력을 제거함에 따라 상기 실라인(116)의 두께가 원래의 두께로 복원하게 된다. 그러나, 본 발명에서는 제1기판(101) 및 제2기판(102)을 압착했을 때, 제1기판(101)과 제2기판(102) 사이의 간격이 도 3c에 도시된 종래 액정표시소자에 비해 감소하게 되므로, 실라인(116)의 탄성에 의해 실라인(116)의 복원되는 거리가 종래 액정표시소자에 비해 감소하게 되어 실라인(116)의 형상이 최초의 형상으로부터 거의 변하지 않게 된다. 다시 말해서, 본 발명에서는 스프링백현상이 최소화 또는 거의 발생하지 않게 되어, 종래 액정표시소자에서는 제1기판(101) 및 제2기판(102)에 인가되는 압력에 의해 실라인이 볼록렌즈형상으로 있다가 힘을 제거하게 되면 복원에 의해 실라인의 형상이 오목렌즈형상으로 되지만, 본 발명에서는 이러한 실라인(116)의 형상이 압력에 의해 볼록렌즈형상으로 되지 않고 원래와 동일하게 된다. 그 결과, 제1기판(101) 및 제2기판(102)의 복원시 실라인의 형상변화에 의한 실런트의 물질 일부가 더미영역으로 침투하는 일이 발생하지 않게 되어, 이물질에 의한 액정의 오염을 방지할 수 있게 된다.
상술한 바와 같이, 본 발명에서는 액정표시소자의 더미영역에 더미스페이서(119)를 형성하여 액정표시소자의 합착시 실라인의 스프링백 현상을 최소화하여 실라인의 형상이 변하는 것을 방지함으로써 실라인에 포함되는 실런트가 더미영역 및 화상표시영역으로 침투하는 것을 방지할 수 있게 된다.
한편, 상술한 상세한 설명에서는 더미스페이서가 제1기판(101) 및 제2기판(102)의 합착시 제1기판(101) 및 제2기판(102)의 간격을 일정하게 유지한다는 의미에서 사용되고 있지만, 실제 더미스페이서는 제1기판(101)과 제2기판(102)의 설정된 간격 이상으로 눌리는 것을 방지할 수 있는 지지대의 역할을 한다. 따라서, 상기 더미스페이서를 지지대 등과 같은 다른 명칭으로 호칭할 수도 있을 것이다. 실질적으로, 상기 더미스페이서의 용어는 화상표시영역에 형성되는 컬럼스페이서와 관련성이 있는 것이 아니며, 상기 더미스페이서는 지지부재나 지주, 스토퍼와 같은 다양한 용어로 호칭될 수 있을 것이다.
또한, 상술한 상세한 설명에서는 화상표시영역의 구조가 공통전극과 화소전극이 제1기판에 서로 평행하게 배치되어 액정층에 횡전계를 형성하는 횡전계모드이지만, 본 발명이 이러한 특정 모드의 액정표시소자에만 한정되는 것이 아니라 트위스트 네메틱모드(Twisted Nematic mode) 액정표시소자나 VA모드(Vertical Allignment mode)의 액정표시소자에도 적용될 수 있을 것이다.
그리고, 본 발명에서는 더미스페이서와 유사한 구조의 컬럼스페이서가 화상표시영역에 형성되어 제1기판 및 제2기판의 간격(즉, 셀갭)을 일정하게 유지하지만, 본 발명이 이러한 특정 스페이서에만 한정되는 것이 아니라 볼스페이서(ball spacer)와 같은 다양한 스페이서에 적용될 수 있을 것이다.
도 6은 본 발명의 제2실시예에 따른 액정표시소자의 구조를 나타내는 도면이다. 이때, 도 4에 도시된 제1실시예의 액정표시소자의 동일한 구조에 대해서는 설명을 생략하고 다른 구조에 대해서만 상세히 설명한다.
도 6에 도시된 바와 같이, 이 실시예의 액정표시소자에서는 제2기판(202)에 형성되는 컬러필터층(244)이 화상표시영역에만 형성되는 것이 아니라 더미영역에도 형성된다. 따라서, 더미영역에 형성되어 제1기판(201) 및 제2기판(202)을 합착할 때 실영역이 눌리는 것을 방지하기 위한 복수의 더미스페이서(219)와 화상표시영역에 형성되어 제1기판(201) 및 제2기판(202) 사이의 간격을 일정하게 유지하는 컬럼스페이서(217)의 두께를 실질적으로 동일하게 형성했을 때, 컬럼스페이서(217) 뿐만 아니라 더미스페이서(219)도 단부가 제1기판(201)상에 접촉하게 된다.
다시 말해서, 더미영역에 형성되는 컬러필터층(244)은 실제 화상을 구현하는 것이 아니라 더미스페이서(219)의 높이를 조절하는 더미패턴의 역할을 한다. 본 발명에서는 이러한 더미스페이서(219)의 높이를 조절하는 더미패턴으로서 컬러필터층이 아니라 다양한 패턴이 사용될 수 있다. 예를 들어, 금속층을 더미영역의 제1기판 또는/및 제2기판에 형성하여 더미스페이서(219)의 높이를 조절할 수도 있고 절연층을 제1기판 또는/및 제2기판에 형성하여 더미스페이서(219)의 높이를 조절할 수도 있을 것이다. 또한, 반도체층을 제1기판에 형성하여 더미스페이서(219)의 높이를 조절할 수도 있을 것이다.
금속층을 더미패턴으로 사용하는 경우, 게이트전극이나 데이터라인의 형성시 상기 금속층을 동시에 형성할 수 있을 것이다. 반도체층을 더미패턴으로 형성하는 경우, 이 더미패턴은 박막트랜지스터의 반도체층(212)과 동일한 공정에 의해 형성할 수 있을 것이다.
상기와 같이 더미패턴을 더미영역에 형성함에 따라, 도 4에 도시된 제1실시예에 비해 더미스페이서(219)와 제1기판(201)이 일정 간격으로 떨어져 있지 않기 때문에, 제1기판(201) 및 제2기판(202)를 압착할 때 제1기판(201) 및 제2기판(202) 사이의 간격이 거의 감소하지 않게 되어 실라인(216)의 눌림 및 탄성에 의한 실라인(216)의 변형이 발생하지 않게 되며, 그 결과 실라인(216)으로부터 더미영역 및 화상표시영역으로 이물질이 침투하는 것을 효과적으로 방지할 수 있게 된다.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만, 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 수 있을 것이다.
따라서, 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것이 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.
101,102: 기판 116: 실라인
117: 컬럼스페이서 119: 더미스페이서
122: 게이트절연층 124: 보호층
126,127: 전극 134: 액정층
144: 컬러필터층

Claims (14)

  1. 실영역, 더미영역 및 실제 화상이 구현되는 화상표시영역으로 이루어진 제1기판 및 제2기판;
    상기 실영역에 형성되어 제1기판 및 제2기판을 합착하는 실라인;
    상기 화상표시영역에 형성된 복수의 화소영역;
    상기 더미영역에 형성되어 상기 제1기판 및 제2기판이 합착될 때 실영역의 실라인이 눌리는 것을 최소화하는 복수의 지지부재;
    상기 제1기판 및 제2기판 사이에 형성된 액정층; 및
    제1기판 및 제2기판 사이에 배치되어 상기 제1기판 및 제2기판의 간격을 일정하게 유지하는 스페이서로 구성된 액정표시소자.
  2. 제1항에 있어서, 상기 화상표시영역은,
    제1기판에 형성되어 화소영역을 정의하는 복수의 게이트라인 및 데이터라인;
    상기 화소영역 각각에 형성된 박막트랜지스터;
    상기 화소영역에 형성되어 액정층에 전계를 인가하는 공통전극 및 화소전극;
    제2기판에 형성되어 광이 누설되는 것을 차단하는 블랙매트릭스; 및
    실제 화상을 구현하는 컬러필터층으로 이루어진 것을 특징으로 하는 액정표시소자.
  3. 제2항에 있어서, 상기 박막트랜지스터는,
    제1기판에 형성된 게이트전극;
    상기 게이트전극 위에 형성된 게이트절연층;
    상기 게이트절연층 위에 형성된 소스전극 및 데이터전극; 및
    상기 소스전극 및 데이터전극 상부에 형성된 보호층을 포함하는 것을 특징으로 하는 액정표시소자.
  4. 제1항에 있어서, 상기 지지부재는 더미영역은 균일하게 형성된 복수의 더미스페이서를 포함하는 것을 특징으로 하는 액정표시소자.
  5. 제4항에 있어서, 상기 더미스페이서는 더미영역에 250-350ppm의 밀도로 형성되는 것을 특징으로 하는 액정표시소자.
  6. 제1항에 있어서, 상기 스페이서는 컬럼스페이서인 것을 특징으로 하는 액정표시소자.
  7. 제4항 또는 제6항에 있어서, 상기 더미영역의 더미스페이서는 화상표시영역의 컬럼스페이서와 동일한 물질로 이루어지는 것을 특징으로 하는 액정표시소자.
  8. 제1항에 있어서, 상기 더미영역에 형성되어 상기 지지부재의 높이를 조절하여 지지부재가 제1기판 및 제2기판과 접촉하도록 하는 더미패턴을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 액정표시소자.
  9. 제8항에 있어서, 상기 더미패턴은 제2기판에 형성된 컬러필터층을 포함하는 것을 특징으로 하는 액정표시소자.
  10. 제8항에 있어서, 상기 더미패턴은 제1기판 또는 제2기판에 형성된 금속층을 포함하는 것을 특징으로 하는 액정표시소자.
  11. 제8항에 있어서, 상기 더미패턴은 제1기판 또는 제2기판에 형성된 절연층을 포함하는 것을 특징으로 하는 액정표시소자.
  12. 제1항에 있어서, 상기 실영역은 550-650㎛의 폭으로 형성되는 것을 특징으로 하는 액정표시소자.
  13. 제1항에 있어서, 상기 더미영역은 650-750㎛의 폭으로 형성되는 것을 특징으로 하는 액정표시소자.
  14. 제1항에 있어서, 상기 실영역과 더미영역은 150-250㎛의 간격을 두고 형성되는 것을 특징으로 하는 액정표시소자.
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