KR20170026011A - 액정 표시장치 - Google Patents

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KR20170026011A
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유하진
김민수
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엘지디스플레이 주식회사
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Abstract

본 명세서는 액정 표시장치를 개시한다. 상기 액정 표시장치는 영상을 표현하기 위한 표시 소자들이 배열된 제1 기판; 상기 영상을 구성하는 픽셀(pixel)들 각각에 대응되는 컬러필터가 배열된 제2 기판; 상기 제1 기판과 상기 제2 기판 사이에 있는 액정 층을 포함하며, 상기 제1 기판은, 구동 회로와 연결되는 인터페이스 소자가 배치된 인터페이스 영역이 마련되고, 상기 인터페이스 영역에, 상기 인터페이스 소자의 상부를 보호하는 다층(multi-layer) 구조물이 구비된다.

Description

액정 표시장치{LIQUID CRYSTAL DISPLAY DEVICE}
본 발명은 액정 표시장치 및 그 구조에 관한 것이다.
액정 디스플레이 장치(LCD)는 양산 기술의 발전, 구동수단의 용이성, 저전력 소비, 고화질 구현의 장점이 있어 TV 및 휴대용 기기의 디스플레이 소자로 적합하다. 액정 디스플레이 장치는 외부로부터 입력된 영상 신호에 따라서 픽셀(pixel)의 액정층을 투과하는 광의 투과율을 조절하여 영상 신호에 따른 화상을 표시한다.
일반적으로, 액정 표시장치는 마주보는 두 기판 사이에 액정층을 개재해서 합착시킨 액정 패널을 포함한다. 두 기판의 내면에는 전극이 형성되어, 두 전극에 인가되는 전기장에 의해 액정 분자의 배열 방향을 변화시켜 광 투과율 차이를 발생시킨다. 액정 배열에 의한 투과율 차이는 백라이트로부터 공급되는 빛이 컬러 필터를 통과하면서 구현되는 색 조합에 반영되어 컬러 화상의 형태로 표시된다.
일반적인 액정 표시장치 제조 공정은 어레이 기판 및 컬러 필터 기판을 각각 형성하기 위한 기판 제조 공정과, 액정 패널을 완성하는 셀(cell) 공정, 그리고 액정 패널과 백라이트를 일체화시키는 모듈(module) 공정으로 구분될 수 있다.
또한, 액정 표시장치는 픽셀의 구동 및 각종 부가 기능 등을 제공하는 회로와 연결되는 여러 인터페이스(interface)를 구비한다. 이러한 인터페이스는 외부에 노출되는 경우가 많기 때문에 그로 인한 손상이나 성능 약화를 방지하여 안정성, 신뢰성을 유지하는 것이 중요하다.
본 명세서의 목적은, 액정 표시장치를 제공하는 데 있다. 보다 구체적으로 본 명세서는 액정 패널과 외부 장치가 연결되는 인터페이스 영역의 강성과 내구성을 강화하는 구조를 제공하는 데 그 목적이 있다. 또한, 본 명세서의 또 다른 목적은 간단한 공정으로 상기 강화 구조를 제공하는 데 있다.
본 명세서의 일 실시예에 따라 액정 표시장치가 제공된다. 상기 액정 표시장치는 영상을 표현하기 위한 표시 소자들이 배열된 제1 기판; 상기 영상을 구성하는 픽셀(pixel)들 각각에 대응되는 컬러필터가 배열된 제2 기판; 상기 제1 기판과 상기 제2 기판 사이에 있는 액정 층을 포함하며, 상기 제1 기판은, 구동 회로와 연결되는 인터페이스 소자가 배치된 인터페이스 영역이 마련되고, 상기 인터페이스 영역에, 상기 인터페이스 소자의 상부를 보호하는 다층(multi-layer) 구조물이 구비된다.
상기 인터페이스 소자는, 상기 구동 회로와 접촉하는 연결 전극 및 상기 연결 전극과 연관된 소자 상호 간을 연결하는 연결 배선을 포함할 수 있다.
상기 다층(multi-layer) 구조물은, 상기 연결 배선 상부를 덮어 외부 충격 또는 외기로부터의 영향을 감소시킬 수 있다.
상기 다층(multi-layer) 구조물은, 상기 연결 배선은 덮고, 외부로 노출된 연결 전극은 덮지 않을 수 있다.
상기 다층(multi-layer) 구조물은, 상기 연결 배선 상의 제1 보호 층 및 상기 제1 보호 층 상부의 제2 보호 층을 포함할 수 있다.
상기 제2 보호 층은, 상기 제1 기판의 표시 소자들이 배열된 표시 영역에 있는 돌출(bump) 구조물과 동일한 물질로 이루어질 수 있다.
상기 제2 보호 층은, 상기 제1 기판의 돌출 구조물이 상기 제1 기판의 표시 영역에 패터닝되는 공정과 같은 공정을 통해 상기 인터페이스 영역에 패터닝될 수 있다.
상기 제1 보호 층은 무기 물질로 이루어지고, 상기 제2 보호 층은 유기 물질로 이루어질 수 있고, 상기 제2 보호 층은 상기 제1 보호 층보다 더 두꺼울 수 있다.
상기 제1 기판의 돌출 구조물은, 상기 제2 기판에 있는 컬럼 스페이서(column spacer)에 의해 상기 제1 기판에 발생하는 손상을 막도록 구비된 구조물일 수 있다.
본 명세서의 실시예들은 인터페이스 영역의 강성과 내구성이 강화된 액정 표시장치를 제공할 수 있다. 또한 본 명세서의 실시예들은, 인터페이스 영역을 강화하는 구조물을 추가 공정 없이 제조할 수 있는 장점이 있다.
도 1는 본 명세서의 실시예에 따른 표시장치의 개략적인 평면도이다.
도 2는 본 명세서의 실시예에 따른 액정 표시장치의 표시 영역 중 일부를 나타낸 평면도이다.
도 3은 도 2에 도시된 A1-A2 선에 따른 단면 및 B1-B2 선에 따른 단면도이다.
도 4는 액정 표시장치의 TFT 어레이 기판의 표시 영역 및 인터페이스 영역 중 일부를 나타낸 단면도이다.
도 5는 본 명세서의 실시예에 따른 액정 표시장치의 인터페이스 영역을 나타낸 단면도이다.
도 6a 및 6b은 본 명세서의 실시예에 따른 액정 표시장치의 인터페이스 영역을 나타낸 평면도이다.
본 발명의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제 1, 제 2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질, 차례, 순서 또는 개수 등이 한정되지 않는다. 어떤 구성 요소가 다른 구성요소에 "연결", "결합" 또는 "접속"된다고 기재된 경우, 그 구성 요소는 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되거나 또는 접속될 수 있지만, 각 구성 요소 사이에 다른 구성 요소가 "개재"되거나, 각 구성 요소가 다른 구성 요소를 통해 "연결", "결합" 또는 "접속"될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 소자 또는 층이 다른 소자 또는 층 "위(on)"로 지칭되는 것은 다른 소자 바로 위에 또는 중간에 다른 층 또는 다른 소자를 개재한 경우를 모두 포함한다. 도면에서 나타난 각 구성의 크기 및 두께는 설명의 편의를 위해 도시된 것이며, 본 발명이 도시된 구성의 크기 및 두께에 한정되는 것은 아니다.
본 발명의 여러 실시예들의 각각 특징들이 부분적으로 또는 전체적으로 서로 결합 또는 조합 가능하고, 당업자에 의해 기술적으로 다양한 연동 및 구동될 수 있으며, 각 실시예들이 서로에 대하여 독립적으로 실시되거나 또는 연관 관계로 함께 실시될 수도 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 다양한 실시예들을 상세히 설명한다.
도 1는 본 명세서의 실시예에 따른 표시장치의 개략적인 평면도이다.
상기 표시장치의 한 예로서 액정 표시장치를 설명한다. 액정 표시장치(10)는 TFT(Thin Film Transistor) 어레이 기판과 컬러필터 기판을 포함할 수 있다. TFT 어레이 기판과 컬러필터 기판 사이에는 액정 층이 개재된다.
TFT 어레이 기판(100)과 컬러필터 기판이 합착된 영역 중 일부에는 영상 표시가 이루어지는 표시 영역(active area, A/A)이 있다. 상기 표시 영역에는 픽셀들의 어레이(array)가 배치된다. 하나 이상의 비표시 영역(inactive area, I/A)이 상기 표시 영역의 주위에 배치될 수 있다. 즉, 상기 비표시 영역(I/A)은, 표시 영역(A/A)의 하나 이상의 측면에 인접할 수 있다. 도 1에서 상기 비표시 영역은 사각형 형태의 표시 영역을 둘러싸고 있다. 그러나, 표시 영역의 형태 및 표시 영역에 인접한 비표시 영역의 형태 및/또는 배치는, 도 1에 도시된 예에 한정되지 않는다. 상기 표시 영역 및 상기 비표시 영역은, 상기 표시장치(10)를 탑재한 전자장치의 디자인에 적합한 형태일 수 있다. 상기 표시 영역의 예시적 형태는 오각형, 육각형, 원형, 타원형 등이다.
표시 영역(A/A)의 외부에는 비표시 영역(I/A)이 있다. 비표시 영역(I/A)에는 인터페이스부, 다수의 배선들 등이 위치한다. 인터페이스부에는 표시 영역으로 연장된 배선과 연결된 다수의 연결 인터페이스(pad, pin 등)가 위치한다.
비표시 영역 중 소정 부분에 인터페이스 영역(P/A)이 위치한다. 패드 영역(PA)은 복수의 연결 인터페이스(예: 패드 전극)들이 배치되는 영역이다. 인터페이스 영역(P/A)에는, 표시 소자와 제어/구동 회로를 연결하고 구동 회로로부터 공급되는 신호를 표시 영역(A/A)의 구동 소자에 전달하는, 연결 전극(패드, 핀 등)과 다수의 배선 등이 위치한다. 또한, 인터페이스 영역(P/A)은 연결 전극(320)과 외부 모듈, 예를 들어, FPCB(flexible printed circuit board), COF(chip on film) 등이 본딩되는(bonded) 영역이다. 인터페이스 영역(PA)은 도 1에 도시된 바와 같이 비표시 영역의 일 측에 위치할 수도 있고, 비표시 영역 중 2 이상의 부분에 위치할 수도 있다.
상기 표시 영역 내의 각 픽셀(pixel)은 픽셀 회로와 연관될 수 있다. 상기 픽셀 회로는, 하나 이상의 트랜지스터(transistor)를 포함할 수 있다. 각 픽셀 회로는, 상기 비표시 영역에 위치한 게이트 드라이버 및 데이터 드라이버와 같은 하나 이상의 구동 회로와 통신하기 위해, 게이트 라인 및 데이터 라인과 전기적으로 연결될 수 있다.
구동 회로는 픽셀 회로 및/또는 표시 소자를 제어한다. 즉, 구동 회로는 게이트 신호 및/또는 데이터 신호와 이들을 적절한 시기에 인가하기 위한 제어 신호를 표시 소자로 전달한다. 상기 구동 회로는 테이프 캐리어 패키지(TCP)방식으로 실장되어 탭(TAB) 방식으로 하부 기판(100)의 연결부에 접속될 수 있다. 또는, 구동 회로는 인터페이스 영역(P/A) 또는 비표시 영역(I/A)에 박막 트랜지스터(thin film transistor)로 구현될 수 있다. 이러한 구동 회로는 GIP(gate-in-panel)로 지칭될 수 있다.
데이터 드라이버 IC와 같은 몇몇 부품들은, 분리된 인쇄 회로 기판에 탑재되고, FPCB (flexible printed circuit board), COF (chip-on-film), TCP (tape-carrier-package) 등과 같은 회로 필름을 통해 상기 인터페이스 영역 또는 비표시 영역에 배치된 연결 인터페이스(패드, 핀 등)와 결합될 수 있다. 상기 인쇄 회로(COF, PCB 등)는 상기 표시장치(10)의 뒤편에 위치할 수 있다.
하부 기판(TFT 기판)이 컬러필터 기판보다 큰 경우, 구동회로가 연결되는 인터페이스 영역(P/A)이 하부 기판(100)의 일 측에 마련될 수 있다.
상기 표시장치(10)는, 다양한 신호를 생성하거나 표시 영역내의 픽셀을 구동하기 위한, 다양한 부가 요소들 포함할 수 있다. 상기 픽셀을 구동하기 위한 부가 요소는 인버터 회로, 멀티플렉서, 정전기 방전 회로(electro static discharge) 등을 포함할 수 있다. 상기 표시장치(10)는 픽셀 구동 이외의 기능과 연관된 부가 요소도 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 표시장치(10)는 터치 감지 기능, 사용자 인증 기능(예: 지문 인식), 멀티 레벨 압력 감지 기능, 촉각 피드백(tactile feedback) 기능 등을 제공하는 부가 요소들을 포함할 수 있다. 상기 언급된 부가 요소들은 상기 비표시 영역 및/또는 상기 연결 인터페이스와 연결된 외부 회로에 위치할 수 있다.
표시 영역에 대응되는 컬러필터 기판에는 적색, 청색, 녹색의 컬러필터가 배열된다.
기판 상의 TFT 어레이와 컬러필터는, 박막증착(thin film deposition), 포토리소그라피 (photo-lithography), 식각(etching) 등의 공정을 통해 구현된다. 이후에 TFT 어레이 기판과 컬러필터 기판 중 어느 하나에 합착을 위한 씰 패턴(seal pattern)이 형성되고, 두 기판은 액정층을 사이에 두고 대면 합착되어 액정 패널이 만들어진다. 이렇게 완성된 액정 패널은 편광판, 구동회로 등이 부착된 후 백라이트 유닛과 일체화되어 액정 표시장치를 이룬다.
이때 컬러필터 기판과 TFT 어레이 기판(100)을 합착시키는 실런트(sealant)로는, 가열에 의해 경화되는 열경화성 수지 또는 자외선에 의해 경화되는 자외선 경화성 수지가 사용될 수 있다. 자외선 경화성 수지는 광개시제와 자외선(UV)경화제가 함유된 모너머(monomer), 셀 갭 유지를 위한 유리 섬유(glass fiber) 등을 포함할 수 있다. 양 기판 중 어느 하나의 가장자리에 실런트가 도포된 후, 양 기판 사이에 액정을 주입한 상태에서 수은 자외선 램프(mercary lamp) 또는 메탈 할라이드 램프(metal halide lamp)를 통해 자외선(UV)이 조사되면, 실런트가 경화되면서 양 기판이 합착된다.
도 2는 본 명세서의 실시예에 따른 액정 표시장치의 표시 영역 중 일부를 나타낸 평면도이고, 도 3은 도 2에 도시된 A1-A2 선에 따른 단면 및 B1-B2 선에 따른 단면도이다.
도 2 및 3에는 액정 표시장치의 픽셀들 중 일부와, 복수의 스페이서(spacer) 중 일부가 도시되어 있다. 도 2 및 도 3를 참조하면, 상기 액정 표시장치는 제1 기판(100, TFT 어레이 기판), 제2 기판(200, 컬러필터 기판), 상기 제1 기판(100)과 제2 기판(200) 사이에 형성된 액정층, 박막 트랜지스터(110), 평탄화 층(120), 공통 전극(130), 블랙 매트릭스(210), 컬러 층(220), 컬럼 스페이서(250, 260) 등을 포함한다. 도 2 및 3에는 설명의 편의를 위해 액정 표시장치(10)의 구성 요소들 중 일부만 도시되었다.
제1 기판(100)은 TFT 어레이 기판으로써, 실리콘(Si), 유리(glass) 또는 투명한 플라스틱이나 고분자 필름 등의 절연 물질로 이루어질 수 있다. 다만, 본 발명의 기판(100)이 전술한 절연 물질에 한정되는 것은 아니며, 기판(100) 위에 형성되는 다수의 층과 소자를 지지할 수 있는 재료면 충분하다. 제1 기판(100)에는 복수의 화소(픽셀 또는 서브 픽셀) 및 화소를 구동하는 소자(트랜지스터, 커패시터 등)가 배열된다. 화소 영역은, 구동 소자에 신호를 전달하는 게이트 라인(GL)과 데이터 라인(DL)이 상호 교차되면서 생기는 구역으로 정의될 수 있다. 제1 기판(100) 상에는 빛이 투과되어 화상이 표시되는 개구 영역(aperture area)과 빛이 투과되지 않는 차광 영역(shielding area)이 있다.
제1 기판(100)에는 복수의 화소 영역이 정의된다. 각 화소 영역에는 스위칭 소자로서 박막 트랜지스터(TFT, 110)가 형성되어 있다. 박막 트랜지스터(110)는 각각의 서브 화소(R, G, B)에 대응하여 배치된다. 박막 트랜지스터(110)는 게이트 전극, 액티브 층, 소스 전극, 드레인 전극을 포함하며, 소스 전극과 드레인 전극 사이의 액티브층이 박막 트랜지스터(110)의 채널이 된다. 게이트 전극, 소스 전극, 드레인 전극은 저저항 특성을 갖는 금속물질, 예를 들어 알루미늄(Al), 구리(Cu), 몰리브덴(Mo), 크롬(Cr), 금(Au), 티타늄(Ti), 니켈(Ni), 네오디뮴(Nd) 또는 이들의 합금으로 이루어진 단일 층 또는 다중 층으로 구성될 수 있다. 액티브 층은 비정질 실리콘막, 비정질 실리콘을 결정화한 다결정 실리콘막, 산화물(oxide) 반도체 또는 유기물(organic) 반도체 등으로 구성될 수 있다.
박막 트랜지스터(110)가 스태거드(staggered) 구조인 경우, 제1 기판(100) 상에 게이트 라인과 전기적으로 연결된 게이트 전극이 위치하고, 게이트 전극 상에 게이트 절연 층이 덮인다. 게이트 절연 층 상에 채널이 형성되는 액티브 층이 있고, 액티브 층 상에 데이터 라인과 전기적으로 연결된 드레인 전극 및 화소 전극과 전기적으로 연결된 소스 전극이 위치한다.
박막 트랜지스터(110)가 코플라나(coplanar) 구조인 경우, 액티브 층이 기판 위에 형성된다. 이 때, 기판(100)과 액티브 층 사이에는 버퍼 층이 더 위치할 수 있다. 버퍼 층은 기판(100)으로부터 유출되는 알칼리 이온과 같은 불순물로부터 박막 트랜지스터를 보호할 수 있다. 액티브 층위에는 실리콘질화막(SiNx), 실리콘산화막(SiO2) 등으로 이루어진 게이트 절연 층이 형성된다. 게이트 절연 층은 표시영역 및 패드영역에 형성될 수 있다. 즉, 게이트 절연 층은 액티브 층이 형성된 기판(100) 전면에 형성될 수 있다. 다만, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. 게이트 절연 층 위에 게이트 전극이 위치한다. 게이트 전극은 표시영역에서 액티브 층과 중첩되도록 형성될 수 있다. 한편, 게이트 전극과 게이트 라인은 일체로 형성될 수 있다. 게이트 전극 위에는 실리콘질화막 또는 실리콘산화막 등으로 이루어진 층간 절연막(inter insulation layer)이 위치한다. 층간 절연막 위에 소스/드레인전극이 형성된다. 이 때, 층간 절연막은 다수의 콘택 홀(contact hole)을 포함할 수 있다. 소스 전극과 드레인 전극은 소정 간격으로 이격되어 액티브 층과 전기적으로 연결된다. 보다 구체적으로는, 게이트 절연 층 및 층간 절연막에는 액티브 층을 노출시키는 반도체층 컨택홀이 있으며, 반도체층 컨택홀을 통해 소스/드레인 전극이 액티브 층과 전기적으로 접속된다.
박막 트랜지스터(110)를 덮도록 평탄화 층(120)이 위치한다. 평탄화 층(120)은 박막 트랜지스터(110)의 상부를 평탄화한다. 평탄화층(120)은 제1 기판(100) 전면에 포토 아크릴(photo acrylic) 등과 같이 낮은 유전율을 가진 유기 절연 물질로 형성된다. 이러한, 평탄화층(120)은 박막 트랜지스터(110)로 인한 제1 기판(100)의 표면의 단차를 없앤다.
공통 전압(Vcom)을 픽셀에 공급하기 위한 공통 전극(130)이 평탄화 층(120) 상에 위치한다. 공통 전극(130)은 액정을 구동하기 위한 전극으로서, 박막 트랜지스터(110)의 소스 전극과 전기적으로 연결되기 위한 컨택 홀이 있는 영역을 제외한 영역에 단일 패턴으로 형성될 수 있다. 공통 전극(130)은 별도의 컨택 홀을 통해 게이트 라인과 평행하게 배열된 공통 라인과 전기적으로 연결될 수 있다. 공통 전극(130)은 ITO(indium tin oxide) 또는 IZO(indium zinc oxide)와 같은 투명 전도성 물질로 형성될 수 있다. 이러한, 공통 전극(130)은 제1 기판(100)의 전면에 형성될 수 있다.
보호 층(150)은 공통 전극(130)을 덮는다. 보호 층(150)은 산화실리콘(SiO2) 또는 질화실리콘(SiNx) 등과 같은 무기 물질로 이루어질 수 있다. 또한, 보호 층(150)은 무기 물질뿐만 아니라 유기 물질로 형성될 수도 있다. 보호 층(150)은 공통 전극(130)을 보호함과 동시에 공통 전극(130) 상부를 평탄화한다. 보호 층(150)은 평탄화 층(120)과 동일한 물질로 형성될 수도 있고, 평탄화 층(120)과는 상이한 절연 물질로 형성될 수도 있다.
화소 전극이 보호 층(150) 상에 위치한다. 화소 전극은 액정을 구동하는 전극으로서, 각각의 화소에 박스 형태로 형성되는 한편 보호 층(150) 위에 다수의 슬릿(slit)을 가지도록 형성될 수 있다. 화소 전극은 박막 트랜지스터(110)의 드레인 전극과 전기적으로 연결된다. 화소 전극은 중앙부가 적어도 1회 꺾어진 형태를 가질 수 있다. 화소 전극과 공통 전극(130)은 투명 도전성 물질로 형성될 수 있다. 공통 전극(130)이 화소 전극 상부에 위치할 수도 있으며, 화소 전극과 공통 전극(130)이 동일 층에 위치할 수도 있다.
보호 층(150) 상의 박막 트랜지스터(110)와 중첩되는 영역에 컬러필터 기판(200) 방향으로 돌출된 제1 돌출 구조물(170)이 위치한다. 상기 제1 돌출 구조물은 범프 스페이서(bump spacer)로 호칭될 수도 있다. 상기 범프 스페이서(170)는 원(circle) 모양의 또는, 바(bar) 모양의 단면을 가질 수 있다. 도 3에서, 바 모양의 단면을 갖는 범프 스페이서(170)는 게이트 라인과 동일한 방향으로 놓이고, 청색 화소와 적색 화소에 걸쳐 위치한다. 상기 제1 돌출 구조물(범프 스페이서)의 두께(높이)는 1.0~2.0㎛일 수 있다.
제1 배향막(160, alignment layer)이 보호 층(150) 및 범프 스페이서(170) 상에 위치한다. 제1 배향막(160)은 폴리이미드(PI: Polyimide)로 형성될 수 있으며, 액정의 배향 방향을 조절한다.
제2 기판(200)은 컬러필터 기판으로서, 제1 기판(100)에 대향한다. 제2 기판(200)은 블랙 매트릭스(210), 레드(R), 그린(G), 블루(B) 컬러필터(220), 오버코팅 층(230), 컬럼 스페이서(250, 260), 제2 배향막(240) 등을 포함할 수 있다. 블랙 매트릭스(210)는 차광 영역에 대응하도록 형성되며, 레드(R), 그린(G), 블루(B) 컬러필터(220)는 개구 영역에 대응하도록 형성된다.
블랙 매트릭스(210)는 화소 영역의 경계에 대응되어 빛 샘을 방지하며, 불투명한 물질로 만들어진다. 이러한, 블랙 매트릭스(210)는 픽셀의 개구 영역이 줄어드는 것을 최소화 되도록, 제1 기판(100)에 형성된 박막 트랜지스터(110)와 중첩되도록 형성될 수 있다. 즉, 차광 영역에 대응하는 영역에는 박막 트랜지스터(110), 데이터 라인, 게이트 라인 등과 같은 다양한 구동 소자 및 배선이 위치하고, 개구 영역으로 정의되는 영역에는 화소 전극과 공통 전극이 위치한다.
컬러필터(220)는 컬러 화상을 표시하기 위해 레드(red), 그린(green), 블루(blue)의 컬러 안료를 마스크를 이용하여 선택적으로 도포 및 제거하여 형성된다.
오버코팅 층(230)은 블랙 매트릭스(210)와 컬러필터(220)를 덮는다. 오버코팅 층(230)은 블랙 매트릭스(210), 적색, 녹색 및 청색 컬러필터가 상부를 평탄화하기 위한 층으로서, 절연 물질로 만들어진다. 오버코팅 층(230)은 평탄화 층(120)과 동일한 물질로 형성될 수도 있다.
제1 돌출 구조물(170)의 프로파일을 따라서 제1 기판(100)의 표면에 단차가 형성된다. 제1 기판(100) 상의 제1 돌출 구조물(범프 스페이서, 170)와 대응되도록 제2 기판(200)의 오버코팅 층(230) 상부에 제2 돌출 구조물(250, 260)이 위치한다. 상기 제2 돌출 구조물은 컬럼 스페이서(column spacer)일 수 있으며, 상기 컬럼 스페이서는 두 기판(100, 200) 사이의 간격(cell gap)을 유지시키는 제1 스페이서(갭 스페이서, 250) 및 제1 기판(100)과 제2 기판(200) 사이에 눌림 간격(push gap)을 형성시키는 제2 스페이서(푸쉬 스페이서, 260)를 포함할 수 있다.
제2 배향막(240)이 제2 돌출 구조물(250, 260)를 덮는다. 제2 배향막(240)은 폴리이미드(PI: Polyimide)로 형성될 수 있다.
제2 돌출 구조물(컬럼 스페이서)는 단면이 원(circle) 모양, 또는 바(bar) 모양일 수 있다. 또한 컬럼 스페이서(250, 260)의 외형은 테이퍼(taper) 형상일 수 있다. 예를 들어, 오버코팅 층(230)과 접하는 갭 스페이서(250)는 상단부가 16㎛의 폭이고, 하단부는 12㎛의 폭인 테이퍼 형상일 수 있다.
푸쉬 스페이서(push spacer)의 상단부 및 하단부는 갭 스페이서(gap spacer)와 동일한 폭으로 형성될 수 있다. 또는, 푸쉬 스페이서(260)의 상단부 및 하단부의 폭은 갭 스페이서(250)보다 넓거나 혹은 좁게 형성될 수도 있다. 갭 스페이서(250) 및 푸쉬 스페이서(260)는 하프톤 마스크(half tone mask)를 이용한 단일 마스크 공정으로 동시에 형성될 수 있다.
갭 스페이서(250) 및 푸쉬 스페이서(260)는 제1 기판(100)의 범프 스페이서(170) 및 제2 기판(200)의 블랙 매트릭스(210)와 (수직방향에서) 중첩된다. 제1 기판(100) 상에 형성된 범프 스페이서(170)의 프로파일을 따라서 제1 기판(100)의 표면이 돌출되어 있다. 그리고, 범프 스페이서(170)와 대응되는 영역에 갭 스페이서(250)가 형성되어 제1 기판(100)과 제2 기판(200) 사이의 셀 갭을 유지한다. 이때, 제1 기판(100)과 제2 기판(200) 사이의 셀 갭은 3.0~3.3㎛일 수 있다. 여기서, 갭 스페이서(250)의 상단부 폭은 범프 스페이서(170)의 폭보다 작을 수 있다. 즉, 범프 스페이서(170)가 갭 스페이서(250)보다 넓은 폭을 가질 수 있다.
푸쉬 스페이서(260)는 갭 스페이서(250)보다 낮은 높이로 형성될 수 있다. 제1 기판(100) 상에 형성된 범프 스페이서(170)의 프로파일을 따라서 제1 기판(100)의 표면이 돌출되어 있다. 그리고, 범프 스페이서(170)와 대응되는 영역에 푸쉬 스페이서(260)가 형성되어 제1 기판(100)과 제2 기판(200) 사이에 눌림 간격이 생긴다. 이때, 푸쉬 스페이서(260)의 상단부 폭은 범프 스페이서(170)의 폭보다 작을 수 있다. 즉, 범프 스페이서(170)가 푸쉬 스페이서(260)보다 넓은 폭을 가질 수 있다.
갭 스페이서(250)와 푸쉬 스페이서(260)는 청색 화소와 적색 화소 사이의 차광 영역(shielding area)에 대응하여 배치될 수 있다. 그러나, 이에 한정되지 않고, 갭 스페이서(250)와 푸쉬 스페이서(260)는 적색 화소와 녹색 화소 사이의 차광영역에 대응하여 배치될 수도 있다.
푸쉬 스페이서(260)와 범프 스페이서(170) 사이에 소정의의 눌림 간격(예: 5,000~6,000Å)이 형성되며, 제2 기판(200)을 누르는 외력이 가해졌을 때 액정 패널이 파손되는 것이 방지된다.
외력에 의해 갭 스페이서(250) 및 푸쉬 스페이서(260)가 좌우로 유동되더라도, 범프 스페이서(170)에 의해서 갭 스페이서(250) 및 푸쉬 스페이서(260)가 표시 영역의 제1 배향막(160)과 접촉하지 않게 된다. 이로써 표시 영역의 제1 배향막(160)과, 갭 스페이서(250) 및/또는 푸쉬 스페이서(260)의 접촉에 의해 제1 기판상의 손상(제1 배향막(160)의 배향 방향이 틀어지거나 제1 배향막(160)에 긁힘이 발생하는 것)이 방지된다. 또한, 외력에 의해 푸쉬 스페이서(260)가 눌릴 때, 범프 스페이서(170)에 의해 마찰이 증가하여 갭 스페이서(250) 및 푸쉬 스페이서(260)의 좌우 유동이 줄어든다.
도 4는 액정 표시장치의 표시 영역 및 인터페이스 영역의 일부를 나타낸 단면도이다.
액정 표시장치(10)는 한 쌍의 기판(제1 기판 및 제2 기판)과, 상기 한 쌍의 기판 사이에 있는 액정 층을 포함할 수 있다. 이때 상기 제1 기판은 TFT 어레이 기판, 상기 제2 기판은 컬러필터 기판일 수 있다.
상기 제1 기판에는 영상을 표현하기 위한 표시 소자들이 배열된다. 상기 제2 기판에는, 상기 영상을 구성하는 픽셀(pixel)들 각각에 대응되는 컬러필터와 컬러의 혼색을 방지하는 블랙 매트릭스 등이 마련된다. 상기 제1 기판 및 상기 제2 기판의 외곽부(비표시 영역)에는 각종 배선, 구동 소자 등이 배치된다. 상기 두 기판의 합착을 위해 접착 부재가 사용된다. 상기 접착 부재는 실(seal) 영역에 마련된다. 비표시 영역(I/A) 위에 실 영역이 위치하면, 비표시 영역(또는 베젤)의 폭을 줄일 수 있어 액정 표시장치의 소형화에 유리하다. 상기 접착 부재는 실런트(sealant)일 수 있으며, 실런트의 열 및/또는 자외선 경화과정을 거쳐 두 기판이 합착된다.
상기 제1 기판의 표시 영역(A/A)에는 박막 트랜지스터(110), 전극(130) 등의 표시 소자들이 배열된다. 또한 상기 표시 영역(A/A)에는 표시 소자들의 배치/보호/절연 등과 관련된 평탄화 층(120), 보호 층(150) 등이 위치할 수 있다. 이에 더하여 상기 표시 영역(A/A)에는 액정의 배향을 위한 배향막(160), 배향막 등의 손상을 방지하기 위한 돌출 구조물(170)도 위치할 수 있다. 상기 돌출 구조물(170)은 도 2 및 3에서 언급한 바와 같이, 범프 스페이서(bump spacer) 또는 범프(bump)로 호칭될 수 있다.
상기 제1 기판의 비표시 영역 중 일부에는 인터페이스 영역(P/A)이 마련된다. 상기 인터페이스 영역(P/A)은 패드 영역으로 호칭될 수도 있다. 상기 인터페이스 영역(P/A)에는 상기 인터페이스 소자(연결 전극, 연결 배선 등)가 배치된다. 상기 연결 전극은 각종 구동 회로(예: 게이트 드라이버, 데이터 드라이버, 터치 드라이버 등)와 접촉하는 전극이다. 상기 연결 배선은 각 연결 전극을 연관된 소자(예: 표시 소자, 터치 소자 등)와 이어주는 도선이다.
상기 인터페이스 영역(P/A)에는 상기 인터페이스 소자의 상부를 보호하는 보호 층(passivation)이 구비된다. 이때 연결 전극은 구동 회로의 전극과 접촉해야 하므로 외부로 노출된다. 따라서 상기 보호 층은 인터페이스 소자 중 연결 배선의 상부 및 연결 전극이 위치하지 않는 부분에 존재하게 된다.
도 4에는 지지 기판(100) 위에 표시 영역과 유사한 구조로 적층된 연결 배선(330)을 도시하였다. 즉, 도 4에 도시된 표시장치는, 인터페이스 영역(P/A)에 표시 영역(A/A)과 같은 층상에 평탄화 층(320), 전기 배선 층(330), 보호 층(350)을 갖는다. 이 경우, 인터페이스 영역(P/A)의 평탄화 층(320)은 표시 영역(A/A)의 평탄화 층(120)과 동일 공정에서 만들어질 수 있다. 마찬가지로, 인터페이스 영역(P/A)의 보호 층(350)/전기 배선 층(330)은, 표시 영역(A/A)의 보호 층(150)/공통 전극(130)과 동일 공정에서 만들어질 수 있다.
도 4의 구조에서, 보호 층(350)이 SiOx, SiNx 등의 무기 물질로 된 단일 층인 경우에, 내구성이 취약할 수 있다. 예컨대, 무기 물질 층은 얇게 증착되기 때문에 이러한 무기 물질 층의 보호를 받는 금속 배선은 외부의 충격에 의해 손상을 입거나, 혹은 외기의 영향을 받아 부식될 가능성이 있다.
도 5는 본 명세서의 실시예에 따른 액정 표시장치의 인터페이스 영역을 나타낸 단면도이다.
도 5에 도시된 인터페이스 영역(P/A)은 도 4와는 달리 다층(multi-layer) 구조물로 된 보호 층을 포함한다. 즉, 도 5에 도시된 표시장치는 인터페이스 영역(P/A)에 2개 층 이상의 보호 층이 존재한다. 일 예로 도 5에는 무기 물질로 이루어진 제1 보호 층(350)과 유기 물질로 이루어진 제2 보호 층(380)을 포함하는 다층 구조의 보호 층을 나타내었다.
도 4에서 설명한 것과 마찬가지로, 상기 인터페이스 영역(P/A)에는 상기 인터페이스 소자(연결 전극, 연결 배선 등)가 배치된다. 상기 연결 전극은 각종 구동 회로(예: 게이트 드라이버, 데이터 드라이버, 터치 드라이버 등)와 접촉하는 전극이다. 상기 연결 배선은 각 연결 전극을 연관된 소자(예: 표시 소자, 터치 소자 등)와 이어주는 도선이다.
그리고, 상기 인터페이스 영역(P/A)에는 상기 인터페이스 소자의 상부를 보호하는 다층(multi-layer) 구조물이 구비된다. 상기 다층 구조물은 인터페이스 소자 중 연결 배선의 상부 및 연결 전극이 위치하지 않는 부분에 존재하게 된다. 즉, 상기 다층(multi-layer) 구조물은, 연결 배선은 덮고 외부로 노출된 연결 전극은 덮지 않는다.
도 5와 같이 다층(multi-layer) 구조물이 연결 배선(330) 상의 제1 보호 층(350) 및 상기 제1 보호 층(350) 상부의 제2 보호 층(380)을 포함하는 경우에, 상기 제2 보호 층(380)은, 상기 제1 기판의 표시 영역(A/A)에 있는 돌출(bump) 구조물(170)과 동일한 물질로 만들어질 수 있다. 상기 제1 기판의 돌출 구조물(170)은, 제2 기판(컬러필터 기판)에 있는 컬럼 스페이서(column spacer)에 의해 제1 기판(특히, 배향막)에 발생하는 손상을 막도록 구비된 구조물이다. 이 경우 상기 제2 보호 층(380)은, 상기 제1 기판의 돌출 구조물(170)이 상기 제1 기판의 표시 영역에 패터닝(patterning)되는 공정과 같은 공정을 통해 상기 인터페이스 영역(P/A)에 패터닝될 수 있다. 인터페이스 영역(P/A)의 평탄화 층(320)이 표시 영역(A/A)의 평탄화 층(120)과 동일 공정에서 만들어질 수 있고, 인터페이스 영역(P/A)의 보호 층(350)/금속 층(330)도 표시 영역(A/A)의 보호 층(150)/공통 전극(130)과 동일 공정에서 만들어질 수 있으므로, 도 5에 예시된 다층 구조의 보호 층은 별도의 추가 공정 없이도 액정 표시장치에 구현될 수 있다.
상기 제1 보호 층은 무기 물질로 이루어지고, 상기 제2 보호 층은 유기 물질(예: 포토 아크릴(PAC), 실록세인(siloxane) 등)로 이루어질 수 있다. 이때, 상기 제2 보호층(380)은 상기 제1 보호 층(350)보다 더 두꺼울 수 있다.
상기 다층(multi-layer) 구조물은, 인터페이스 영역(P/A)에 있는 연결 배선의 상부를 덮어 외부 충격 또는 외기로부터의 영향을 감소시킨다. 즉, 본 명세서의 실시예에 따른 상기 다층(multi-layer) 구조물은, 단층 구조의 보호 층에 비해 외부 충격 또는 외기에 대한 저항력을 증가시킴으로써, 상기 연결 배선(전선)의 손상 또는 부식을 방지하도록 구비된다. 이로써 상기 다층(multi-layer) 구조물로 인하여 인터페이스 영역의 내구성이 증가될 수 있다.
도 5에는 상기 다층 구조물의 최상층(380)이 유기물질 층인 것으로 도시되었으나, 구현 예에 따라 또 다른 물질 층이 더 추가될 수도 있다 이때, 최상층에 추가되는 물질 층의 종류/두께 등의 특성은, 표시장치의 두께, 요구되는 내구성 등의 설계 기준에 따라 결정될 수 있다. 예컨대 무기 물질 층의 두께는 약 1650Å 이고, 유기 물질 층의 두께는 약 1.8 ㎛일 수 있다. 또한 무기 물질, 유기 물질 또는 유/무기 혼합 물질이 제3 보호 층, 제4 보호 층 등으로 제2 보호 층(380) 위에 더 적층될 수도 있다. 유기 물질 층은 스핀(spin) 방식이나 무스핀(spin-less)방식으로 코팅될 수 있다.
도 6a 및 6b는 본 명세서의 실시예에 따른 액정 표시장치의 인터페이스 영역을 나타낸 평면도이다.
본 명세서의 실시예에 따른 액정 표시장치(10)는 TFT(Thin Film Transistor) 어레이 기판과 컬러필터 기판을 포함할 수 있다. TFT 어레이 기판과 컬러필터 기판 사이에는 액정 층이 개재된다. 도 6a 및 6b에는 TFT 어레이 기판이 도시되었다.
TFT 어레이 기판(100) 중 일부에는 화상이 표시되는 표시 영역(active area, A/A)이 있다. 상기 표시 영역에는 픽셀들의 어레이(array)가 배치된다. 하나 이상의 비표시 영역(inactive area, I/A)이 상기 표시 영역의 주위에 배치될 수 있다. 표시 영역의 형태 및 표시 영역에 인접한 비표시 영역의 형태 및/또는 배치는, 도 6a 또는 6b에 도시된 예에 한정되지 않는다. 상기 표시 영역 및 상기 비표시 영역은, 상기 표시장치(10)를 탑재한 전자장치의 디자인에 적합한 형태일 수 있다. 상기 표시 영역의 예시적 형태는 오각형, 육각형, 원형, 타원형 등이다.
표시 영역(A/A)의 외부에는 비표시 영역(I/A)이 있다. 비표시 영역(I/A)에는 인터페이스부(P/A), 각종 회로, 배선 등이 위치할 수 있다.
상기 인터페이스 영역(또는 패드 영역)은 인터페이스 소자(예: 패드 전극, 전기 배선 등)가 배치되는 영역이다. 상기 패드 전극(320)은 각종 구동 회로(예: 게이트 드라이버, 데이터 드라이버, 터치 드라이버 등)와 접촉하는 전극이다. 상기 전기 배선은 각 패드 전극을 연관된 소자(예: 표시 소자, 터치 소자 등)와 이어주는 도선이다. 또한, 인터페이스 영역(P/A)은 패드 전극(320)과 외부 모듈, 예를 들어, FPCB(flexible printed circuit board), COF(chip on film) 등이 본딩되는(bonded) 영역일 수 있다. 인터페이스 영역(P/A)은 비표시 영역의 일 측에 위치할 수도 있고, 비표시 영역 중 2 이상의 부분에 위치할 수도 있다.
상기 인터페이스 영역(P/A)에는 상기 인터페이스 소자의 상부를 보호하여 상기 인터페이스 영역의 내구성을 증가시키는 다층(multi-layer) 구조물이 구비된다. 상기 다층 구조물은, 상기 전기 배선의 상부를 덮는 무기 물질 층(제1 층) 및 상기 무기 물질 층 상부의 유기 물질 층(제2 층)을 포함할 수 있다. 이때 상기 유기 물질 층은, 표시 영역(A/A)에 범프(bump) 구조물을 패터닝하는 공정에서 상기 범프 구조물과 동일한 물질로 형성될 수 있다. 즉, 상기 다층 구조물은, 별도의 추가 공정 없이도 표시 영역의 범프 구조물과 함께 TFT 어레이 기판에 구현될 수 있다.
인터페이스 소자 중에서 패드 전극(320), 구동회로 실장부(340)는 외부로 노출되어야 하기 때문에. 상기 다층 구조물(380)은, 노출되는 영역을 제외하고, 인터페이스 소자 중 전기 배선의 적어도 일부 및/또는 패드 전극이 위치하지 않는 부분을 덮는다. 예를 들어, 상기 다층 구조물(380)은, 도 6a와 같이, 패드 전극(320)과 구동회로 실장부(340)를 제외한 전체 인터페이스 영역을 덮을 수 있다. 또 다른 예로, 상기 다층 구조물(380)은, 도 6b와 같이, 연결 배선들만을 덮도록 특정 부분에만 적층될 수도 있다.
상기 다층(multi-layer) 구조물은, 인터페이스 영역(P/A)이 받는 외부 충격 및/또는 외기 영향을 감소시킨다. 즉, 상기 다층(multi-layer) 구조물은, 단층 구조의 보호 층에 비해 외부 충격 또는 외기에 대한 저항력을 증가시킴으로써, 상기 연결 배선(전선)의 손상 또는 부식을 방지한다. 이로써 상기 다층(multi-layer) 구조물로 인하여 인터페이스 영역의 내구성이 증가될 수 있다.
이상에서의 설명 및 첨부된 도면은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 나타낸 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 구성의 결합, 분리, 치환 및 변경 등의 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
10: 액정 표시장치
A/A: 표시 영역
I/A: 비표시 영역
P/A: 인터페이스 영역
380: 다층 구조물

Claims (15)

  1. 영상을 표현하기 위한 표시 소자들이 배열된 제1 기판;
    상기 영상을 구성하는 픽셀(pixel)들 각각에 대응되는 컬러필터가 배열된 제2 기판; 및
    상기 제1 기판과 상기 제2 기판 사이에 있는 액정 층을 포함하며,
    상기 제1 기판은, 구동 회로와 연결되는 인터페이스 소자가 배치된 인터페이스 영역이 마련되고,
    상기 인터페이스 영역에, 상기 인터페이스 소자의 상부를 보호하는 다층(multi-layer) 구조물이 구비된 액정 표시장치.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 인터페이스 소자는,
    상기 구동 회로와 접촉하는 연결 전극 및 상기 연결 전극과 연관된 소자 상호 간을 연결하는 연결 배선을 포함하는 액정 표시장치.
  3. 제2 항에 있어서,
    상기 다층(multi-layer) 구조물은, 상기 연결 배선 상부를 덮어 외부 충격 또는 외기로부터의 영향을 감소시키는 액정 표시장치.
  4. 제3 항에 있어서,
    상기 다층(multi-layer) 구조물은,
    상기 연결 배선은 덮고, 외부로 노출된 연결 전극은 덮지 않는 액정 표시장치.
  5. 제2 항에 있어서,
    상기 다층(multi-layer) 구조물은,
    상기 연결 배선 상의 제1 보호 층 및 상기 제1 보호 층 상부의 제2 보호 층을 포함하는 액정 표시장치.
  6. 제5 항에 있어서,
    상기 제2 보호 층은, 상기 제1 기판의 표시 소자들이 배열된 표시 영역에 있는 돌출(bump) 구조물과 동일한 물질로 이루어진 액정 표시장치.
  7. 제6 항에 있어서,
    상기 제2 보호 층은, 상기 제1 기판의 돌출 구조물이 상기 제1 기판의 표시 영역에 패터닝되는 공정과 같은 공정을 통해 상기 인터페이스 영역에 패터닝된 액정 표시장치.
  8. 제6 항에 있어서,
    상기 제1 보호 층은 무기 물질로 이루어지고, 상기 제2 보호 층은 유기 물질로 이루어진 액정 표시장치.
  9. 제8 항에 있어서,
    상기 제2 보호 층은 상기 제1 보호 층보다 더 두꺼운 액정 표시장치.
  10. 제6 항에 있어서,
    상기 제1 기판의 돌출 구조물은, 상기 제2 기판에 있는 컬럼 스페이서(column spacer)에 의해 상기 제1 기판에 발생하는 손상을 막도록 구비된 구조물인 액정 표시장치.
  11. 화상이 표시되는 표시 영역 및 상기 표시 영역을 둘러싼 비표시 영역을 갖는 TFT(Thin Film Transistor) 어레이 기판으로서,
    상기 비표시 영역에 포함된 인터페이스 영역에 위치하며, 상기 인터페이스 영역의 내구성을 증가시키는 다층(multi-layer) 구조물을 포함하는 것을 특징으로 하는 TFT 어레이 기판.
  12. 제11 항에 있어서,
    상기 인터페이스 영역에 배치된 패드(pad) 전극 및 전기 배선들을 포함하며,
    상기 전기 배선들 중 적어도 일부는 상기 다층 구조물로 덮이는 TFT 어레이 기판.
  13. 제12 항에 있어서,
    상기 다층 구조물은, 단층 구조에 비해 외부 충격 또는 외기에 대한 저항력을 증가시킴으로써, 상기 전기 배선의 손상 또는 부식을 방지하도록 구비된 것을 특징으로 하는 TFT 어레이 기판.
  14. 제13 항에 있어서,
    상기 다층 구조물은,
    상기 전기 배선 상부를 덮는 무기 물질 층 및 상기 무기 물질 층 상부의 유기 물질 층을 포함하는 것을 특징으로 하는 TFT 어레이 기판.
  15. 제14 항에 있어서,
    상기 유기 물질 층은, 상기 표시 영역에 범프(bump) 구조물을 패터닝하는 공정에서 상기 범프 구조물과 동일한 물질로 형성된 것을 특징으로 하는 TFT 어레이 기판.
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