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KR100864920B1 - 액정표시소자 - Google Patents

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KR100864920B1
KR100864920B1 KR1020010088469A KR20010088469A KR100864920B1 KR 100864920 B1 KR100864920 B1 KR 100864920B1 KR 1020010088469 A KR1020010088469 A KR 1020010088469A KR 20010088469 A KR20010088469 A KR 20010088469A KR 100864920 B1 KR100864920 B1 KR 100864920B1
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KR
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liquid crystal
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data line
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KR1020010088469A
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김성진
박귀복
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엘지디스플레이 주식회사
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Abstract

본 발명은 제1기판 및 제2기판; 상기 제1기판 및 제2기판 사이에 형성된 액정층; 상기 제1기판 상에 종횡으로 형성되어 화소영역을 정의하는 복수개의 게이트라인 및 데이터라인; 상기 게이트라인 및 데이터라인의 교차점에 형성된 박막트랜지스터; 상기 박막트랜지스터와 연결되며 상기 화소영역에 형성된 화소전극; 상기 게이트라인, 데이터라인, 및 박막트랜지스터가 형성된 영역에 형성된 게이트절연막 및 보호막; 상기 제2기판 상에 형성된 공통전극; 및 상기 공통전극 위에, 상기 제1기판 및 제 2기판 사이의 간격만큼의 길이로 상기 화소영역, 및 상기 게이트라인과 데이터라인이 중첩되는 영역에 대응하도록 형성된 유전체 구조물을 포함하여 이루어진 액정표시소자를 제공한다.
셀갭, 유전체돌기

Description

액정표시소자{Liquid Crystal Display Device}
도 1a는 종래의 액정표시소자의 단위화소의 평면도이다.
도 1b는 도 1a의 A-A라인의 단면도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 액정표시소자의 평면도이다.
도 3a 내지 도 3c는 도 2의 B-B라인의 일 실시예에 따른 단면도이다.
도 4a 및 도 4b, 및 도 5a 내지 도 5d는 본 발명에 따른 유전체 구조물의 형태를 보여주기 위한 평면도이다.
도 6a 및 도 6b는 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 액정표시소자용 하부기판의 단면도이다.
도 7a 및 도 7b는 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 액정표시소자용 하부기판의 단면도이다.
<도면의 주요부의 부호에 대한 설명>
12, 120 : 게이트라인 14, 140 : 데이터라인
16, 160 : 게이트절연막 18, 180 : 보호막
26, 260 : 소스 전극 28, 280 : 드레인 전극
30, 300 : 화소전극 500a, 500 : 유전체구조물
600 : 보조전극 310 : 전계유도창
본 발명은 액정표시소자에 관한 것으로, 보다 구체적으로 안정된 텍스처와 균일한 셀갭을 갖는 액정표시소자에 관한 것이다.
일반적으로 액정표시소자는 소정간격을 두고 서로 대향되어 있는 하부기판과 상부기판, 및 상기 양 기판 사이에 형성된 액정층으로 구성되어 있으며, 상기 양 기판 사이에 형성되는 전기장에 의해 액정층을 구동하고, 그 구동되는 액정층을 통해서 광투과도를 조절하여 화상을 표시하는 소자이다.
이와 같은 액정표시소자 중 수직배향(Vertical Alignment)모드 액정표시소자는 유전율 이방성이 음(-)인 네가티브형 액정을 이용하는데, 전압이 인가되지 않은 상태에서는 액정분자의 장축방향이 배향막 평면에 수직하게 배열되고, 전압이 인가되면 액정분자가 전계에 의해 비스듬하게 배향되는 성질을 이용하여 빛의 투과도를 조절함으로써 화상을 표시하는 것이다.
한편, 상기 수직배향 모드 액정표시소자에 있어서, 광시야각 구현을 위해서는 전계인가시 액정분자가 다양한 방향으로 배향되도록 함으로써 시야각을 보상할 필요가 있다.
이와 같이 액정분자를 다양한 방향으로 배향시키는 방법으로서, 기판상에 유전체돌기(Rib)를 형성하여 액정층에 인가되는 전기장을 왜곡시킴으로써 액정분자의 방향자를 원하는 방향으로 위치시키는 방법이 제안되었는데, 이하, 도면을 참조로 설명한다.
도 1a는 종래의 액정표시소자의 단위화소의 평면도이고, 도 1b는 도 1a의 A-A라인의 단면도이다.
도 1a 및 도 1b와 같이, 우선 제1기판(10) 상에는 종횡으로 형성되어 화소영역을 정의하는 복수개의 게이트라인(12)과 데이터라인(14)이 형성되어 있다. 그리고, 상기 게이트라인(12)과 데이터라인(14)의 교차점에는 게이트 전극(22), 게이트 절연막(16), 반도체층(24), 오믹콘택층, 소스/드레인 전극(26, 28), 및 보호막(18)으로 구성된 박막트랜지스터(20)가 형성되어 있고, 상기 드레인 전극(28)과 전기적으로 연결되는 화소전극(30)이 상기 화소영역에 형성되어 있다.
제2기판(40) 상에는 상기 게이트라인(12), 데이터라인(14), 및 박막트랜지스터(20)에서 누설되는 빛을 차단하는 차광층(42)이 형성되어 있고, 상기 차광층(42) 상에 컬러필터층(44)이 형성되어 있으며, 그 위에 공통전극(46)이 형성되어 있다. 그리고, 상기 공통전극(46) 상에는 전계를 왜곡시키는 유전체돌기(48)가 형성되어 있다.
또한, 상기 제1기판(10) 및 제2기판(40) 사이에는 양 기판 사이의 간격, 즉 셀갭(cell gap)을 일정하게 유지하기 위한 스페이서(50)가 형성되어 있다. 이는 통상 볼 스페이서라 칭해지는 것으로서, 액정표시소자 제조시 제1기판(10) 상에 스페이서(50)를 용매에 혼합시켜 산포하는 방법에 의해 형성되거나(습식산포방법), 또는 제1기판 주위를 접지상태로 유지하고 스페이서를 대전시켜 산포하는 방법에 의해 형성된다(건식산포방법).
그러나, 상기 구조의 액정표시소자는 전계인가시 상기 공통전극(46) 상에 형성된 유전체돌기(48) 뿐 아니라, 스페이서(50) 주변으로도 전계가 왜곡되게 된다. 결국, 유전체돌기(48)와 스페이서(50) 사이에서 전경선이 발생될 수 있게 되는 등, 텍스쳐(texture)가 불안정하게 되는 문제가 있다.
본 발명은 상기 문제점을 감안하여 이루어진 것으로, 본 발명은 셀갭유지를 위한 스페이서를 별도로 형성시키지 않고 공통전극 상에 형성되는 유전체돌기를 스페이서로 이용함으로써, 안정적인 텍스쳐를 갖는 액정표시소자를 제공함을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 양 기판 사이의 셀갭 제어가 용이하고 균일한 셀갭을 유지할 수 있는 액정표시소자를 제공함을 목적으로 한다.
본 발명은 상기 목적을 달성하기 위해서, 제1기판 및 제2기판; 상기 제1기판 및 제2기판 사이에 형성된 액정층; 상기 제1기판 상에 종횡으로 형성되어 화소영역을 정의하는 복수개의 게이트라인 및 데이터라인; 상기 게이트라인 및 데이터라인의 교차점에 형성된 박막트랜지스터; 상기 박막트랜지스터와 연결되며 상기 화소영역에 형성된 화소전극; 상기 게이트라인, 데이터라인, 및 박막트랜지스터가 형성된 영역에 형성된 게이트절연막 및 보호막; 상기 제2기판 상에 형성된 공통전극; 및 상기 공통전극 위에, 상기 제1기판 및 제 2기판 사이의 간격만큼의 길이로 상기 화소영역, 및 상기 게이트라인과 데이터라인이 중첩되는 영역에 대응하도록 형성된 유전체 구조물을 포함하여 이루어진 액정표시소자를 제공한다.
즉, 본 발명에 따른 액정표시소자는 전계를 왜곡시켜 멀티도메인 효과를 구현하기 위해서 공통전극 상에 형성되는 유전체구조물을 제1기판 및 제2기판 사이의 간격, 즉 셀갭의 길이로 형성시킴으로써, 유전체구조물을 스페이서의 역할도 겸용하게 한 것이다.
보다 구체적으로 설명하면, 유전체구조물은 화소영역 및 게이트라인과 데이터라인이 중첩되는 영역에 형성되어, 화소영역에 형성된 유전체구조물은 전계인가시 전기장을 왜곡시키는 작용을 하고, 게이트라인과 데이터라인이 중첩되는 영역에 형성된 유전체구조물은 양 기판 사이의 간격을 유지하는 역할을 하게 된다.
한편, 유전체구조물이 셀갭의 길이로 형성될 경우, 제1기판과 제2기판을 합착한 후, 액정을 주입하는 공정이나 액정적하후 합착하는 공정에서 유전체구조물로 인하여 액정주입이 원활히 이루어지지 않을 수 있게 되므로, 이 점을 감안하여 소정의 화소영역에는 게이트절연막 및/또는 보호막을 형성시키지 않음으로써, 액정이 원활히 이동할 수 있는 공간을 부여한 것이다.
이하, 첨부된 도면을 참조로 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.
제 1실시예
도 2는 본 발명의 제 1실시예에 따른 액정표시소자의 평면도이고, 도 3a 내지 도 3c는 도 2의 B-B라인의 일 실시예에 따른 단면도이다.
도 2 및 도 3a 내지 도 3c와 같이, 본 발명의 제 1실시예에 따른 액정표시소자는 우선, 소정 간격을 두고 대향되도록 제1기판(100) 및 제2기판(400)이 배치되 어 있다.
그리고, 상기 제1기판(100) 상에는 종횡으로 형성되어 화소영역을 정의하는 복수개의 게이트라인(120) 및 데이터라인(140)이 형성되어 있고, 상기 게이트라인(120) 및 데이터라인(140)의 교차점에는, 게이트전극(220), 게이트절연막(160), 반도체층(240), 오믹콘택층(미도시), 소스 및 드레인 전극(260, 280), 및 보호막(180)이 순서대로 적층되어 구성된 박막트랜지스터(200)가 형성되어 있다.
그리고, 상기 박막트랜지스터(200)의 드레인 전극(280)과 연결되며 상기 화소영역에 화소전극(300)이 형성되어 있다.
이때, 상기 게이트절연막(160)과 보호막(180)은 도 3a와 같이 상기 게이트라인(120), 데이터라인(140), 및 박막트랜지스터(200)가 형성된 영역에만 형성되고, 그 이외의 영역('가'영역)에는 형성되지 않을 수 있다.
또한, 도 3b와 같이 상기 게이트라인(120), 데이터라인(140), 및 박막트랜지스터(200)가 형성된 영역에는 상기 게이트절연막(160)과 보호막(180)이 형성되고, 그 이외의 영역에는 상기 게이트절연막(160)만이 형성될 수도 있고, 도 3c와 같이 상기 게이트라인(120), 데이터라인(140), 및 박막트랜지스터(200)가 형성된 영역에는 상기 게이트절연막(160)과 보호막(180)이 형성되고, 그 이외의 영역에는 상기 보호막(180)만이 형성될 수도 있다.
이와 같이, 상기 게이트라인(120), 데이터라인(140), 및 박막트랜지스터(200)가 형성된 영역 이외의 영역('가'영역)에는 상기 게이트절연막(160) 및/또는 보호막(180)이 형성되지 않으므로, 그 영역에 형성되는 화소전극(300)은 함몰된 구조를 이루어, 액정주입시 액정의 이동이 보다 원활하게 되어, 액정이 어느 특정영역에 과분포하지 않고 균일하게 분포됨으로써 셀갭이 기판 전체에서 안정되게 유지되게 된다.
또한, 도면에는 도시하지 않았으나, 게이트절연막(160) 및/또는 보호막(180)을 다른 영역보다 '가' 영역에서 얇게 형성시키는 것도 가능하다.
이와 같은 게이트 절연막(120)과 보호막은 BCB(BenzoCycloButene), 아크릴수지(acrylic resin)등의 유기절연막이나, SiNx, 또는 SiOx등의 무기절연막으로 형성될 수 있는데, 고개구율을 위해 상기 화소전극(300)을 상기 데이터라인(140)과 겹치도록 형성하는 경우는 양자(300, 140) 사이의 전기적 간섭을 배제하기 위해서 BCB 등의 유기절연막을 형성시키는 것이 바람직하다.
또한, 상기 화소전극(300)은 ITO(indium tin oxide), 또는 IZO(indium zinc oxide)로 이루어지는 것이 바람직하다.
그리고, 상기 제2기판(400) 상에는 차광층(420), 컬러필터층(440), 공통전극(460)이 순서대로 형성되며, 상기 컬러필터층(440)을 보호하고 기판 평탄화를 위해서 컬러필터층(440)과 공통전극(460) 사이에 오버코트층이 추가로 형성될 수도 있다.
그리고, 상기 공통전극(460) 위에는 유전체 구조물(500a, 500)이 형성되어 있다.
이때, 상기 유전체 구조물(500a, 500)은 상기 제1기판(100) 및 제 2기판(400) 사이의 간격(Δx)만큼의 길이로 형성되게 되는데, 상기 화소영역에 형 성될 뿐 아니라(도면부호 500), 상기 게이트라인(120)과 데이터라인(140)이 중첩되는 영역에도 형성된다(도면부호 500a).
따라서, 화소영역에 형성된 유전체 구조물(500)은 전계를 왜곡시켜 멀티도메인 효과를 구현하게 되고, 게이트라인(120)과 데이터라인(140)이 중첩되는 영역에 형성된 유전체 구조물(500a)은 셀갭을 유지하는 역할을 한다.
이와 같이 셀갭을 유지하는 역할을 하는 상기 게이트라인과 데이터라인이 중첩되는 영역에 형성된 유전체 구조물(500a)은 반드시 하나의 화소당 형성될 필요는 없으나 적어도 4개의 화소당 하나씩은 형성되는 것이 셀갭 유지를 위해 바람직하다.
따라서, 상기 유전체 구조물(500a)에 의해 셀갭의 제어가 용이하게 되며, 4개의 화소당 하나씩 형성하면 충분하므로 그 밀도제어도 용이하게 된다.
또한, 상기 게이트라인과 데이터라인이 중첩되는 영역에 형성된 유전체 구조물(500a)과 상기 화소영역에 형성된 유전체 구조물(500)은 도 4a와 같이 서로 연결되도록 형성될 수도 있고, 도 4b와 같이 연결되지 않도록 형성될 수도 있다.
또한, 상기 유전체 구조물(500a, 500)은 도 5a 내지 도 5d와 같이 다양한 형태로 형성될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니고, 소정의 도메인의 수에 따라 변경하여 형성될 수 있다.
이와 같은 유전체 구조물(500a, 500)은 그 유전율이 액정의 유전율과 동일하거나 작은 것이 좋은데, 바람직하게는 3이하이다. 또한 유전체 구조물(500a, 500)은 감광성물질로 이루어진 것이 바람직하며, 보다 바람직하게는 아크릴수지(photoacrylate), 또는 BCB (BenzoCycloButene)로 이루어진 것이다.
그리고, 제1기판(100)과 제2기판(400) 사이에는 액정층(미도시)이 형성되게 되는데, 이는 VA(Vertical Alignment) 액정에 카이랄 도펀트가 포함되어 형성되는 것이 바람직하다.
또한, 도면에는 도시되어 있지 않으나, 상기 제1기판(100) 및 제2기판(400) 중 적어도 하나의 기판 전면에 배향막이 형성될 수 있다.
상기 배향막은 폴리아미드(polyamide) 또는 폴리이미드(polyimide)계 화합물, PVA(polyvinylalcohol), 폴리아믹산(polyamic acid)등의 물질을 이용하여 러빙 배향 처리되어 형성될 수도 있고, 배향 처리되지 않고 형성될 수도 있다.
또한, PVCN(polyvinylcinnamate), PSCN(polysiloxanecinnamate), 또는 CelCN(cellulosecinnamate)계 화합물과 같은 광반응성 물질을 이용하여 광 배향 처리되어 형성될 수도 있고, 배향 처리되지 않고 형성될 수도 있다. 상기 광 배향 처리는 적어도 1회의 광조사에 의해 프리틸트각(pretilt angle), 및 배향방향(alignment direction)을 동시에 결정하며, 이때 광조사는 자외선 영역의 광을 사용하는 것이 바람직한데, 무편광, 비편광, 선편광, 및 부분편광된 광 중 어느 것을 사용하여도 무방하다.
또한, 상기 제1기판(100) 및 제2기판(400) 중 적어도 하나의 기판의 외면에 위상차필름이 형성될 수 있다. 상기 위상차필름은 기판에 수직인 방향과 시야각 변화에 따른 방향에서 시야각을 보상하여 계조반전(gray inversion)이 없는 영역을 넓히고, 경사방향에서 콘트라스트비를 높이는 역할을 하는 것으로, 광축이 하나인 음성일축성 필름(negative uniaxial film), 또는 광축이 둘인 음성이축성 필름(negative biaxial film)으로 형성될 수 있으나, 음성이축성 필름이 광시야각 면에서 보다 바람직하다.
상기 위상차필름을 편광자와 일체로 형성할 수도 있다.
제 2실시예
도 6a 및 도 6b는 본 발명의 제 2실시예에 따른 액정표시소자용 하부기판의 단면도로서, 이는 도 2의 B-B 라인에 대응하는 것이다.
도 6a 및 도 6b에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제 2실시예에 따른 액정표시소자는 하부기판(100) 상에서, 화소전극(300)을 둘러싸도록 상기 화소전극(300)과 다른 층에 보조전극(600)이 형성된 것을 제외하고, 상부기판의 구조 등은 전술한 제 1실시예와 동일하다. 따라서, 상부기판은 도시하지 않았으며, 동일한 도면부호를 부여하였다.
이와 같은 본 발명의 제 2실시예에 따른 액정표시소자는 보조전극(600)을 화소전극(300) 둘레에 형성시킴으로써, 그 영역에서 전계왜곡을 강화하여 액정을 보다 안정적으로 구동시키는 것이다.
이때, 상기 보조전극(600)은 도면에는 게이트라인(120)과 동일층에만 형성되어 있으나, 데이터라인(140)과 동일층에 형성되는 것도 가능하다. 또한, 도면에는 '가' 영역에 게이트절연막(160)이나(도 6a), 보호막(180)(도 6b)이 형성된 구조만 도시되어 있으나, 도 3a와 같이 양자 모두 형성되지 않은 경우도 가능할 것이다.
또한, 상기 보조전극(600)은 상기 화소전극(300)과 소정부분 오버랩되도록 형성될 수도 있고, 오버랩되지 않도록 형성될 수도 있다.
이와 같은 보조전극(600)은 상기 제2기판(400)의 공통전극(460)과 연결되는 것으로, ITO(indium tin oxide), Al, Mo, Cr, Ta, Ti, Cu, 또는 Al 합금으로 형성될 수 있다.
제 3실시예
도 7a 및 도 7b는 본 발명의 제 3실시예에 따른 액정표시소자용 하부기판의 단면도로서, 이는 도 2의 B-B 라인에 대응하는 것이다.
도 7a 및 도 7b에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제 3실시예에 따른 액정표시소자는 화소전극(300) 내부에 전계유도창(310)을 형성시키고, 그에 대응하는 영역에 보조전극(600)을 추가로 형성시킨 것을 제외하고, 전술한 제 2실시예와 동일하다. 따라서, 동일한 도면부호를 부여하였다.
한편, 보조전극(600)은 형성하지 않고, 전계유도창(310)만을 형성시키는 것도 가능하다.
이와 같은, 화소전극(300) 내부에 형성되는 전계유도창(310), 또는 보조전극(600)은 당업자가 용이하게 변경하여 형성할 수 있을 것이다.
상기 구성에 의한 본 발명에 따른 액정표시소자는 공통전극 상에 형성되는 유전체돌기를 스페이서로 이용함으로써 안정적인 텍스쳐를 확보할 수 있다.
또한, 하나의 공정에 의해 전계왜곡효과와 셀갭유지효과를 동시에 구현할 수 있어, 제조공정이 단축되는 효과가 있다.
또한, 유전체돌기의 밀도제어가 가능하여 셀갭의 제어가 용이하고, 기판 전체에 균일한 셀갭 유지가 가능하다.

Claims (13)

  1. 제1기판 및 제2기판;
    상기 제1기판 및 제2기판 사이에 형성된 액정층;
    상기 제1기판 상에 종횡으로 형성되어 화소영역을 정의하는 복수개의 게이트라인 및 데이터라인;
    상기 게이트라인 및 데이터라인의 교차점에 형성된 박막트랜지스터;
    상기 박막트랜지스터와 연결되며 상기 화소영역에 형성된 화소전극;
    상기 게이트라인, 데이터라인, 및 박막트랜지스터가 형성된 영역에 형성된 게이트절연막 및 보호막;
    상기 제2기판 상에 형성된 공통전극; 및
    상기 공통전극 위에, 상기 제1기판 및 제 2기판 사이의 간격만큼의 길이로 상기 화소영역, 및 상기 게이트라인과 데이터라인이 중첩되는 영역에 대응하도록 형성된 유전체 구조물을 포함하고, 상기 게이트 라인, 데이터 라인 및 박막 트랜지스터가 형성된 영역 이외의 영역은 상기 게이트 절연막 및 보호막의 비형성영역인 것을 포함하는 액정표시소자.
  2. 삭제
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 화소전극을 둘러싸도록 상기 화소전극과 다른 층에 보조전극이 형성된 것을 특징으로 하는 액정표시소자.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 화소전극 내부에 전계유도창이 형성된 것을 특징으로 하는 액정표시소자.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 화소전극과 다른층에 형성되며, 상기 화소전극을 둘러싸고, 상기 전계유도창에 대응되는 영역에 보조전극이 형성된 것을 특징으로 하는 액정표시소자.
  6. 제 3항 또는 제 5항에 있어서,
    상기 보조전극은 게이트라인, 또는 데이터라인과 동일층에 형성된 것을 특징으로 하는 액정표시소자.
  7. 제 3항 또는 제 5항에 있어서,
    상기 보조전극은 ITO(indium tin oxide), Al, Mo, Cr, Ta, Ti, Cu 또는 Al 합금으로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나의 물질로 이루어진 것을 특징으로 하는 액정표시소자.
  8. 제 1항에 있어서,
    상기 게이트라인과 데이터라인이 중첩되는 영역에 대응하도록 형성된 유전체 구조물과 상기 화소영역에 형성된 유전체 구조물은 서로 연결된 것을 특징으로 하는 액정표시소자.
  9. 제 1항에 있어서,
    상기 게이트라인과 데이터라인이 중첩되는 영역에 대응하도록 형성된 유전체 구조물과 상기 화소영역에 형성된 유전체 구조물은 서로 연결되지 않은 것을 특징으로 하는 액정표시소자.
  10. 제 1항에 있어서,
    상기 액정층의 액정은 VA(Vertical Alignment) 액정에 카이랄 도펀트가 포함되어 형성된 것을 특징으로 하는 액정표시소자.
  11. 제 1항에 있어서,
    상기 제1기판 및 제2기판 중 적어도 하나의 기판에 배향막이 형성되어 있으며, 상기 배향막은 배향처리되거나 또는 배향처리되지 않은 것을 특징으로 하는 액정표시소자.
  12. 삭제
  13. 삭제
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