KR20110076369A - 액정표시장치 및 그 제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 제 1 기판에 정의된 다수의 화소영역 각각에 위치하는 박막트랜지스터와; 상기 박막트랜지스터와 연결되며, 상기 제 1 기판 상에 위치하는 다수의 화소전극과; 상기 박막트랜지스터 상부에 위치하며, 상기 박막트랜지스터에 외부광이 입사되는 것을 방지하고, 상기 화소영역에 대응하여 개구부를 갖는 블랙매트릭스와; 상기 개구부 각각에 위치하는 컬러필터패턴과; 상기 블랙매트릭스 및 상기 컬러필터층을 덮는 보호층과; 상기 보호층 상에 위치하며 상기 다수의 화소전극과 교대로 배열되는 다수의 공통전극과; 상기 다수의 화소전극과 상기 다수의 공통전극 상에 위치하는 제 1 배향막과; 제 2 기판 상에 위치하며, 상기 제 1 배향막과 마주하는 제 2 배향막과; 상기 제 1 및 제 2 배향막 사이에 위치하는 액정층을 포함하고, 상기 액정층은 수십번 꼬여있는 나선형 구조를 이루는 액정분자를 포함하고, 상기 나선형 구조의 나선축은 상기 제 1 및 제 2 기판에 수직한 것이 특징인 액정표시장치를 제공한다.
Description
본 발명은 액정표시장치에 관한 것으로, 특히 광시야각 및 고개구율을 갖는 액정표시장치에 관한 것이다.
근래에 들어 사회가 본격적인 정보화 시대로 접어듦에 따라 대량의 정보를 처리 및 표시하는 디스플레이(display) 분야가 급속도로 발전해 왔고, 박형, 경량, 저소비전력의 우수한 성능을 지닌 평판표시장치로서 액정표시장치가 기존의 브라운관(Cathode Ray Tube : CRT)을 대체하고 있다.
일반적으로, 액정표시장치의 구동원리는 액정의 광학적 이방성과 분극성질을 이용한다. 상기 액정은 구조가 가늘고 길기 때문에 분자의 배열에 방향성을 가지고 있으며, 인위적으로 액정에 전기장을 인가하여 분자배열의 방향을 제어할 수 있다.
따라서, 상기 액정의 분자배열 방향을 임의로 조절하면, 액정의 분자배열이 변하게 되고, 광학적 이방성에 의해 상기 액정의 분자배열 방향으로 빛이 굴절하여 화상정보를 표현할 수 있다.
현재에는 박막트랜지스터와 상기 박막트랜지스터에 연결된 화소전극이 행렬방식으로 배열된 능동행렬 액정표시장치(AM-LCD : Active Matrix LCD 이하, 액정표시장치로 약칭함)가 해상도 및 동영상 구현능력이 우수하여 가장 주목받고 있다.
상기 액정표시장치는 공통전극이 형성된 컬러필터 기판과 화소전극이 형성된 어레이 기판과, 상기 두 기판 사이에 개재된 액정으로 이루어지는데, 이러한 액정표시장치에서는 공통전극과 화소전극이 상하로 걸리는 전기장에 의해 액정을 구동하는 방식으로 투과율과 개구율 등의 특성이 우수하다.
그러나, 상하로 걸리는 전기장에 의한 액정구동은 시야각 특성이 우수하지 못한 단점을 가지고 있다.
따라서, 상기의 단점을 극복하기 위해 시야각 특성이 우수한 횡전계형(in-plane switching mode) 액정표시장치가 제안되었다.
이하, 도 1을 참조하여 일반적인 횡전계 모드 액정표시장치에 관하여 상세히 설명한다.
도 1은 일반적인 횡전계 모드 액정표시장치의 단면을 도시한 도면이다.
도시한 바와 같이, 제 1 및 제 2 기판(1, 2)이 서로 마주하여 위치하고 있으며, 상기 제 1 및 제 2 기판(1, 2) 사이에는 액정층(3)이 개재되어 있다. 상기 액정층(3)은 다수의 액정분자(5)를 포함하고 있다. 또한, 상기 제 1 기판(1)에는 서로 이격하고 있는 화소전극(7) 및 공통전극(9)이 위치하고 있다. 상기 화소전극(7)은 상기 제 1 기판(1) 상에 형성되어 있는 게이트 배선(미도시), 데이터 배선(미도 시) 및 박막트랜지스터(미도시)를 통해 전압을 인가받고, 상기 공통전극(9)은 상기 제 1 기판(1) 상에 형성되어 있는 공통배선(미도시)을 통해 전압을 인가받는다. 상기 화소전극(7)과 상기 공통전극(9)에 전압이 인가되면 수평전계를 형성하게 된다.
먼저 액정표시장치의 오프(OFF) 상태에서는 상기 화소전극(7)과 상기 공통 전극(9) 사이에 전계가 형성되지 않으며, 액정분자(5)가 초기 배열 상태를 유지하며 블랙 색상을 표현하게 된다.
한편, 액정표시장치가 온(ON) 상태에서는 상기 화소전극(7)과 상기 공통전극(9) 사이에 수평 전계가 형성되며, 상기 수평 전계를 따라 액정이 배열되어 화이트 색상을 표현하게 된다.
상기 횡전계 모드 액정표시장치는 시야각 및 응답 속도에서 장점을 가지나, 오프 상태에서의 빛샘이 발생하여 명암비(contrast ratio)가 낮은 단점을 갖는다.
이러한 명암비의 단점을 해결하기 위한 것으로, 수직 배열(vertical alignment) 모드 액정표시장치가 제안되었다. 종래 수직배열 모드 액정표시장치를 도시한 도 2를 참조하면, 제 1 및 제 2 기판(11, 12)이 서로 마주하여 위치하고 있으며, 상기 제 1 및 제 2 기판(11, 12) 사이에 액정층(13)이 개재되어 있다. 상기 액정층(13)은 다수의 액정분자(15)를 포함하고 있다.
상기 제 1 기판(11) 상에는 화소전극(17)이 위치하고 있으며, 화소전극(17)의 일부가 제거됨으로써 슬릿(17)이 구성된다. 또한, 상기 제 2 기판(12)에는 적어도 하나의 돌출부(20)가 위치하고 있으며, 상기 돌출부(20) 및 상기 제 2 기판(12) 상에 공통전극(19)이 위치하고 있다. 상기 공통전극(19)과 상기 화소전극(17)에 전 압이 인가되면 수직 전계가 형성되어 상기 액정분자(15)를 제어하게 된다.
상기한 구성의 수직 배열 모드 액정표시장치는 높은 명암비를 가지나 시야각이 제한되는 문제를 갖는다.
전술한 바와 같이, 횡전계 모드 액정표시장치는 시야각 등에서 장점을 갖는 반면 명암비에서 단점을 갖고, 수직 배열 모드 액정표시장치는 명암비에서 장점을 가지나 시야각에서 단점을 갖게 된다.
따라서, 시야각, 명암비, 개구율 등의 측면에서 장점을 갖는 액정표시장치의 개발이 요구되고 있다.
본 발명에서는 시야각, 명암비, 개구율의 측면에서 모두 장점을 갖는 액정표시장치를 제공하고자 한다.
또한, 구동 전압을 줄여, 소모 전력이 낮은 액정표시장치를 제공하고자 한다.
위와 같은 과제를 해결하기 위해, 본 발명은 제 1 기판에 정의된 다수의 화소영역 각각에 위치하는 박막트랜지스터와; 상기 박막트랜지스터와 연결되며, 상기 제 1 기판 상에 위치하는 다수의 화소전극과; 상기 박막트랜지스터 상부에 위치하며, 상기 박막트랜지스터에 외부광이 입사되는 것을 방지하고, 상기 화소영역에 대응하여 개구부를 갖는 블랙매트릭스와; 상기 개구부 각각에 위치하는 컬러필터패턴과; 상기 블랙매트릭스 및 상기 컬러필터층을 덮는 보호층과; 상기 보호층 상에 위치하며 상기 다수의 화소전극과 교대로 배열되는 다수의 공통전극과; 상기 다수의 화소전극과 상기 다수의 공통전극 상에 위치하는 제 1 배향막과; 제 2 기판 상에 위치하며, 상기 제 1 배향막과 마주하는 제 2 배향막과; 상기 제 1 및 제 2 배향막 사이에 위치하는 액정층을 포함하고, 상기 액정층은 수십번 꼬여있는 나선형 구조를 이루는 액정분자를 포함하고, 상기 나선형 구조의 나선축은 상기 제 1 및 제 2 기판에 수직한 것이 특징인 액정표시장치를 제공한다.
상기 블랙매트릭스는 크롬 또는 블랙레진으로 이루어지는 것이 특징이다.
상기 블랙매트릭스는 상기 컬러필터패턴이 중첩되어 이루어지는 것이 특징이다.
상기 액정층은 RM과 광개시제를 포함하며, 상기 액정층에 UV가 조사되어 네트워크 구조를 갖는 것이 특징이다.
상기 화소전극과 상기 공통전극 사이의 간격은 1~10㎛인 것이 특징이다.
상기 화소전극과 상기 공통전극 사이의 간격은 1~5㎛인 것이 특징이다.
상기 나선형 구조의 피치는 100~380nm인 것이 특징이다.
다른 관점에서, 본 발명은 제 1 기판 상에 박막트랜지스터를 형성하는 단계와; 상기 제 1 기판 상에, 상기 박막트랜지스터를 덮는 블랙매트릭스를 형성하는 단계와; 상기 제 1 기판 상에 컬러필터층을 형성하는 단계와; 상기 컬러필터층을 덮는 보호층을 형성하는 단계와; 상기 보호층 상에, 상기 박막트랜지스터와 연결되는 다수의 화소전극과 상기 다수의 화소전극과 교대로 배열되는 다수의 공통전극을 형성하는 단계와; 상기 다수의 화소전극과 상기 다수의 공통전극 상에 제 1 배향막을 형성하는 단계와; 제 2 기판 상에 제 2 배향막을 형성하는 단계와; 상기 제 1 및 제 2 배향막이 마주보도록 상기 제 1 및 제 2 기판을 합착하는 단계와; 상기 제 1 및 제 2 배향막 사이에 액정층을 주입하는 단계와; 상기 제 2 기판을 통해 상기 액정층에 UV를 조사하는 단계를 포함하고, 상기 액정층은 수십번 꼬여있는 나선형 구조를 이루는 액정분자와, RM과 광개시제를 포함하고, 상기 나선형 구조의 나선축 은 상기 제 1 및 제 2 기판에 수직한 것이 특징인 액정표시장치의 제조방법을 제공한다.
상기 박막트랜지스터를 덮으며 빛을 차단하기 위한 블랙매트릭스를 형성하는 단계를 포함하는 것이 특징이다.
본 발명의 액정표시장치는 수십번 꼬인 나선 구조를 갖고 광학적 등방성을 갖는 액정을 이용함으로써, 시야각 및 명암비가 개선되는 장점을 갖는다.
또한, 본 발명의 액정표시장치는 컬러필터층과 블랙매트릭스를 박막트랜지스터와 함께 하나의 기판에 형성하기 때문에, 개구율이 증가되는 장점을 갖는다.
또한, 액정이RM 및 광개시제를 포함한 상태에서 UV 조사를 통해 네트워크 구조를 가지므로, 원상태인 나선 구조로 빨리 회복될 수 있고, 이에 의해 구동 전압 증가를 방지할 수 있다.
또한, 컬러필터층과 블랙매트릭스가 박막트랜지스터와 함께 하부 기판에 형성되어 있기 때문에, 합착된 패널 상태에서 UV조사가 가능하게 된다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명에 대해 자세히 설명한다.
본 발명의 액정표시장치는 변전효과(flexoelectric effect)를 이용하는 USH(uniformly standing helix) 모드인 것이 특징이다. USH모드 액정표시장치의 구 동 원리를 도면을 참조하여 개략적으로 설명한다.
도 3은 본 발명에 따른 USH모드 액정표시장치에서 USH모드 액정의 구동 원리를 개략적으로 도시한 도면이다.
도시된 바와 같이, 전압 무인가(OFF) 상태에서 상기 USH모드 액정은 짧은 피치(pitch)의 키랄 네마틱 (chiral nematic) 액정분자가 수십번 꼬여있는 나선형 구조를 가지며, 나선형 구조의 축, 즉 나선축은 광축(optical axis)에 평행하다. 상기 나선형 구조의 피치(pitch)는 가시광선의 파장보다 작은 값을 가져, 빛이 반사되는 것을 방지한다. 예를 들어, 상기 나선형 구조의 피치(pitch)는 100~380nm이다.
한편, 전압 인가(ON) 상태에서 상기 광축이 틀어지게 되며 복굴절이 발현된다.
도 4는 액정 배열 구조의 정면도이다. USH모드 액정은 바이메소겐(bimesogen) 액정이 극성(polarity)을 갖는 구조로 배열되기 때문에 응답속도가 매우 빠른 특징을 갖는다. 전술한 바와 같이, 상기 USH모드 액정은 짧은 피치(pitch)의 키랄 네마틱 (chiral nematic) 액정분자가 수십번 꼬여있는 나선형 구조를 가지며, 나선형 구조의 축, 즉 나선축은 빛의 진행 방향(z방향)에 평행하다. 또한 z방향에 대하여 수직한 x, y 방향에 대하여 동일한 굴절율을 갖는다. (nx=ny) 즉, 정면 시야각에서 광학적 등방성(optical isotropic property)을 갖는다.
상기 제 1 및 제 2 편광판은 서로 수직한 편광축을 가지고 있으며, 상기한 바와 같은 광학적 등방성에 의해 정면 시야각에서 빛의 누설이 발생하지 않게 된다.
따라서, 전압 무인가시에 정면 시야각에서 복굴절이 발현되지 않으며 뛰어난 블랙(black) 특성을 얻을 수 있는 장점을 갖는다.
한편, 상기한 USH모드 액정표시장치는 시야각의 향상을 위해 수평 전계를 이용하는 IPS모드로 구동되는데, 전술한 바와 같이 IPS모드의 경우 개구율이 낮은 단점을 갖는다. 특히 USH모드 액정의 경우 나선형 구조의 액정이 수십번 꼬여있는 구조를 가지고 있기 때문에 구동 전압이 증가하게 된다.
따라서, 증가된 크기의 전계를 필요로 하며, IPS모드의 경우 화소전극과 공통전극 사이의 간격을 좁혀야만 한다. ISP모드 액정표시장치에서 전계의 세기와 상대 투과도를 도시한 그래프인 도 5를 참조하면, 전계의 세기가 증가할수록 투과도가 증가함을 알 수 있다.
한편, 화소전극과 공통전극 사이의 간격을 좁히는 경우 개구율이 감소하게 되는 문제를 갖는다. 개구율 저하의 문제를 해결하기 위한 액정표시장치의 단면을 도 6에 개략적으로 도시하였다.
도시한 바와 같이, 본 발명에 따른 액정표시장치(100)는 화소영역(P)과 스위칭 영역(S)이 정의되어 있는 제 1 기판(110)과, 상기 제 1 기판(110)과 마주하여 이격하는 제 2 기판(180)과, 상기 제 1 기판(110) 상에 위치하는 박막트랜지스터(Tr)와, 상기 박막트랜지스터(Tr) 상부에 위치하는 블랙매트릭스(162)와, 상기 제 1 기판(110) 상에 위치하며 상기 화소영역(P)에 대응되는 컬러필터층(164)과, 서로 이격되어 있는 다수의 화소전극(152)과, 상기 다수의 화소전극(152)과 교대로 배열되는 다수의 공통전극(154)과, 제 1 배향막(172)과, 상기 제 2 기판(180)에 위치하는 제 2 배향막(182)과, 상기 제 1 및 제 2 배향막(172, 182) 사이에 위치하는 액정층(190)을 포함한다. 도시하지 않았으나, 상기 제 1 및 제 2 기판(110, 180)의 가장자리에는 액정의 누설을 방지하고, 액정층(190)이 주입되는 공간을 형성하기 위한 씰패턴이 위치한다. 또한, 상기 제 1 및 제 2 기판(110, 180) 각각의 외측에는 서로 수직한 편광축을 갖는 제 1 및 제 2 편광판이 위치한다.
상기 제 1 기판(110)은 투명하며, 예를 들어 유리로 이루어진다.
상기 제 1 기판(110) 상에는 게이트 배선(114)이 상기 화소영역(P)의 경계를 따라 연장되고, 상기 게이트 전극(112)은 상기 게이트 배선(114)에 연결되어 있다. 상기 게이트 전극(112)은 상기 화소영역(P) 내에 정의된 상기 스위칭 영역(S)에 위치한다. 도시하지 않았으나, 상기 게이트 배선(114)과 평행하게 이격하여 공통 배선이 위치하며, 상기 게이트 배선(114)의 일 끝에는 게이트 패드가 위치하고 있다.
상기 게이트 전극(112), 상기 게이트 배선(114), 상기 공통 배선 및 상기 게이트 패드 각각은 알루미늄, 알루미늄 합금, 구리, 구리 합금 등의 저저항 금속물질로 이루어지는 단일층 구조일 수 있다. 또는 몰리브덴-티타늄 합금(MoTi)의 하부층과 구리의 상부층으로 이루어지는 이중층 구조, 또는 MoTi, 구리, MoTi의 삼중층 구조를 가질 수 있다.
상기 게이트 전극(112), 상기 게이트 배선(114), 상기 공통 배선 및 상기 게 이트 패드를 덮으며 게이트 절연막(116)이 위치한다. 상기 게이트 절연막(116)은 산화실리콘 또는 질화실리콘과 같은 무기절연물질로 이루어질 수 있다.
상기 게이트 절연막(116) 상에는, 반도체층(120)이 상기 스위칭 영역(S)에 위치한다. 즉, 상기 반도체층(120)은 상기 게이트 전극(112)과 중첩하고 있다. 상기 반도체층(120)은 순수 비정질 실리콘으로 이루어지는 액티브층(120a)과, 상기 액티브층(120b) 상에 위치하며 불순물 비정질 실리콘으로 이루어지는 오믹 콘택층(120b)을 포함한다.
또한, 상기 게이트 절연막(116) 상에는 데이터 배선(130)이 상기 화소영역(P)을 경계를 따라 연장되어 있다. 상기 데이터 배선(130)은 상기 게이트 배선(114)과 교차하여 상기 화소영역(P)을 정의한다.
또한, 상기 반도체층(120) 상에는 서로 이격하는 소스 전극(132) 및 드레인 전극(134)이 위치한다. 상기 소스 전극(132)은 상기 데이터 배선(130)에 연결되어 있다. 상기 소스 전극(132)과 상기 드레인 전극(134) 사이 공간으로 상기 액티브층(120a)의 중앙부가 노출된다.
상기 게이트 전극(112), 상기 게이트 절연막(116), 상기 반도체층(120), 상기 소스 전극(132) 및 상기 드레인 전극(134)은 스위칭 소자인 상기 박막트랜지스터(Tr)를 구성한다. 상기 박막트랜지스터(Tr)는 상기 게이트 전극(112)과 상기 소스 전극(132)을 통해 상기 게이트 배선(114) 및 상기 데이터 배선(130)과 각각 연결된다.
도시하지 않았으나, 상기 데이터 배선(130)의 일 끝에는 데이터 패드가 위치 하고 있다.
상기 데이터 배선(130), 상기 소스 전극(132), 상기 드레인 전극(134) 및 상기 데이터 패드 각각은 알루미늄, 알루미늄 합금, 구리, 구리 합금 등의 저저항 금속물질로 이루어지는 단일층 구조일 수 있다. 또는 몰리브덴-티타늄 합금(MoTi)의 하부층과 구리의 상부층으로 이루어지는 이중층 구조, 또는 MoTi, 구리, MoTi의 삼중층 구조를 가질 수 있다.
상기 데이터 배선(130), 상기 소스 전극(132), 상기 드레인 전극(134) 및 상기 데이터 패드를 덮으며 제 1 보호층(140)이 형성된다.
상기 제 1 보호층(140)은 산화실리콘 또는 질화실리콘과 같은 무기절연물질로 이루어질 수 있다. 한편, 상기 제 1 보호층(140)은 벤조사이클로부텐(BCB) 또는 포토아크릴(photo acryl)과 같은 유기절연물질로 이루어질 수도 있다.
상기 블랙매트릭스(156)는 상기 제 1 보호층(140) 상에 위치하며, 상기 박막트랜지스터(Tr)를 덮도록 위치하여 상기 액티브층(120a)에 빛이 조사되는 것을 방지한다. 상기 블랙매트릭스(156)는 크롬과 같은 금속 물질 또는 블랙 레진으로 이루어진다. 또한, 상기 블랙매트릭스(162)는 상기 게이트 배선(114)과 상기 데이터 배선(130)에 대응하여 위치함으로써, 상기 게이트 배선(114)과 상기 데이터 배선(130) 주변에서 발생하는 빛샘을 방지하게 된다. 상기 블랙매트릭스(162)는 상기 화소영역(P)에 대응하여 개구를 갖는다. 즉, 상기 블랙매트릭스(162)는 격자 형상을 갖고, 상기 격자 형상의 개구는 상기 화소영역(P)에 대응된다.
또한, 상기 제 1 보호층(140)을 덮으며, 상기 화소영역(P)에 대응하여 상기 컬러필터층(164)이 위치한다. 예를 들어, 상기 컬러필터층(164)은 적색 컬러필터(164a), 녹색 컬러필터(164b) 및 청색 컬러필터(164c)를 포함한다. 상기 적, 녹, 청색 컬러필터(164a, 164b, 164c) 각각은 상기 블랙매트릭스(162)의 개구에 위치한다.
상기한 구성과 같이, 본 발명에 있어서는 컬러필터층(164) 및 블랙매트릭스(162)가 박막트랜지스터(Tr)와 같이 제 1 기판(110)에 형성되기 때문에, 개구율을 향상시킬 수 있다.
즉, 컬러필터층(164)과 블랙매트릭스(162)를 상부기판인 제 2 기판(180)에 형성하고, 상기 제 2 기판(180)과 상기 제 1 기판(110)을 얼라인하는 경우 마진을 고려하여야 하기 때문에, 개구율이 저하된다. 그러나, 본 발명에서는 컬러필터층(164)과 블랙매트릭스(162) 및 박막트랜지스터(Tr)가 제 1 기판(110)에 형성되기 때문에 합착 마진을 고려하지 않아도 되며, 따라서 개구율이 향상된다.
상기 블랙매트릭스(162)와 상기 컬러필터층(164) 상에는 포토 아크릴(photo-acryl)과 같은 유기절연물질로 이루어지는 제 2 보호층(170)이 위치한다. 상기 제 2 보호층(170)은 상기 블랙매트릭스(162)와 상기 컬러필터층(164)에 의한 단차를 평탄화하는 역할을 한다.
상기 제 2 보호층(170)과, 상기 제 1 보호층(140)을 통해 상기 드레인 전극(134)의 일부를 노출시키는 드레인 콘택홀(142)이 형성된다. 또한, 상기 제 2 보호층(170)과, 상기 제 1 보호층(140)을 통해 상기 데이터 패드를 노출시키는 데이터 패드 콘택홀(미도시)과, 상기 제 2 보호층(170)과, 상기 제 1 보호층(140) 및 상기 게이트 절연막(116)을 통해 상기 게이트 패드를 노출시키는 게이트 패드 콘택홀(미도시)이 형성된다.
상기 제 2 보호층(170) 상에는 상기 다수의 화소전극(152)이 위치한다. 상기 화소전극(152)은 상기 드레인 콘택홀(142)을 통해 상기 드레인 전극(134)과 접촉하며, 서로 이격되어 있다.
또한, 상기 제 2 보호층(170) 상에는 상기 다수의 화소전극(152)과 교대로 배열되는 상기 다수의 공통전극(154)이 위치한다. 상기 공통전극(154)은 상기 공통배선(미도시)에 연결되어 있다.
상기 화소전극(152)과 상기 공통전극(154) 각각은 인듐-틴-옥사이드(indium-tin-oxide, ITO), 인듐-징크-옥사이드(indium-zinc-oxide, IZO)와 같은 투명 도전성 물질로 이루어진다.
상기 화소전극(152)과 상기 공통전극(154) 사이의 간격은 1~10㎛일 수 있다. 바람직하게는 1~5㎛일 수 있다. 본 발명에서는 화소전극(152)과 공통전극(154) 사이 간격을 좁혀, 전계의 세기를 강화한다.
도시하지 않았으나, 상기 제 2 보호층(170) 상에는, 상기 게이트 패드 콘택홀을 통해 상기 게이트 패드에 연결되는 게이트 패드 전극과 상기 데이터 패드 콘택홀을 통해 상기 데이터 패드에 연결되는 데이터 패드 전극이 위치한다.
상기 화소전극(152)과 상기 공통전극(154)을 덮으며 상기 액정층(190) 내의 액정분자의 초기 배열을 위한 제 1 배향막(172)이 위치한다.
상기 제 2 기판(180)은 투명하며, 예를 들어 유리로 이루어진다.
상기 제 2 기판(180) 상에는 상기 제 1 배향막(172)와 마주하는 제 2 배향막(182)이 위치하여 액정분자의 초기 배열을 결정하게 된다.
상기 제 1 및 제 2 배향막(172, 182) 사이에는 상기 액정층(190)이 위치한다. 상기 액정층(190)의 액정분자는 짧은 피치(pitch)의 키랄 네마틱 (chiral nematic) 액정분자가 수십번 꼬여있는 나선형 구조를 가지며, 나선형 구조의 축, 즉 나선축은 광축(optical axis)에 평행한 배열을 갖는다. 상기 광축은 상기 제 1 및 제 2 기판에 수직하다.
전술한 바와 같이, 상기 액정층(190)의 액정분자는 수십번 꼬여있는 나선형 구조를 가지며, 전압의 인가에 의해 꼬여있는 구조가 풀어지게(unwinding) 된다. 그런데, 최대 인가전압이 인가되면 나선형 구조가 한계치를 넘어 풀어지고 원상태로 복원되지 않는 경우가 발생하게 된다. 즉, 이와 같은 한계치에서는 액정분자를 원상태로 복원시키기 위해 보다 높은 구동 전압이 요구되며, 소모 전력이 증가되는 문제를 발생시킨다.
이러한 문제의 해결을 위해, 액정분자에 네트 워크 구조를 부여할 필요가 있으며, RM(reactive mesogen)과 광개시제(photo-initiator)를 액정층(190)에 첨가시키고 UV를 조사시킨다. 즉, 광활성기를 갖는 RM을 첨가하고 UV를 조사하게 되면, 광개시제에 의해 광반응이 일어나고 액정층(190)이 네트 워크 구조를 가지게 된다.
따라서, 한계치 이상의 전압이 인가되더라도, 액정분자가 원상태인 나선 구조로 쉽게 복원되며 구동 전압의 증가를 방지할 수 있다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 액정표시장치의 개략적인 단면도이다.
도시한 바와 같이, 본 발명에 따른 액정표시장치(200)는 화소영역(P)과 스위칭 영역(S)이 정의되어 있는 제 1 기판(210)과, 상기 제 1 기판(210)과 마주하여 이격하는 제 2 기판(280)과, 상기 제 1 및 제 2 기판(210, 280) 사이에 위치하는 액정층(290)과, 상기 제 1 기판(210) 상에 위치하는 박막트랜지스터(Tr)와, 상기 박막트랜지스터(Tr) 상부에 위치하는 블랙매트릭스(262)와, 상기 제 1 기판(210) 상에 위치하며 상기 화소영역(P)에 대응되는 컬러필터층(264)과, 서로 이격되어 있는 다수의 화소전극(252)과, 상기 다수의 화소전극(252)과 교대로 배열되는 다수의 공통전극(254)과, 제 1 배향막(272)과, 상기 제 2 기판(280)에 위치하는 제 2 배향막(282)과, 상기 제 1 및 제 2 배향막(272, 282) 사이에 위치하는 액정층(290)을 포함한다. 도시하지 않았으나, 상기 제 1 및 제 2 기판(210, 280)의 가장자리에는 액정의 누설을 방지하고, 액정층(290)이 주입되는 공간을 형성하기 위한 씰패턴이 위치한다. 또한, 상기 제 1 및 제 2 기판(210, 280) 각각의 외측에는 서로 수직한 편광축을 갖는 제 1 및 제 2 편광판이 위치한다.
상기 제 1 기판(210)은 투명하며, 예를 들어 유리로 이루어진다.
상기 제 1 기판(210) 상에는 게이트 배선(214)이 상기 화소영역(P)의 경계를 따라 연장되고, 상기 게이트 전극(212)은 상기 게이트 배선(214)에 연결되어 있다. 상기 게이트 전극(212)은 상기 화소영역(P) 내에 정의된 상기 스위칭 영역(S)에 위치한다. 도시하지 않았으나, 상기 게이트 배선(214)과 평행하게 이격하여 공통 배선이 위치하며, 상기 게이트 배선(214)의 일 끝에는 게이트 패드가 위치하고 있다.
상기 게이트 전극(212), 상기 게이트 배선(214), 상기 공통 배선 및 상기 게 이트 패드 각각은 알루미늄, 알루미늄 합금, 구리, 구리 합금 등의 저저항 금속물질로 이루어지는 단일층 구조일 수 있다. 또는 몰리브덴-티타늄 합금(MoTi)의 하부층과 구리의 상부층으로 이루어지는 이중층 구조, 또는 MoTi, 구리, MoTi의 삼중층 구조를 가질 수 있다.
상기 게이트 전극(212), 상기 게이트 배선(214), 상기 공통 배선 및 상기 게이트 패드를 덮으며 게이트 절연막(216)이 위치한다. 상기 게이트 절연막(216)은 산화실리콘 또는 질화실리콘과 같은 무기절연물질로 이루어질 수 있다.
상기 게이트 절연막(216) 상에는, 반도체층(220)이 상기 스위칭 영역(S)에 위치한다. 즉, 상기 반도체층(220)은 상기 게이트 전극(212)과 중첩하고 있다. 상기 반도체층(220)은 순수 비정질 실리콘으로 이루어지는 액티브층(120a)과, 상기 액티브층(220b) 상에 위치하며 불순물 비정질 실리콘으로 이루어지는 오믹 콘택층(220b)을 포함한다.
또한, 상기 게이트 절연막(216) 상에는 데이터 배선(230)이 상기 화소영역(P)을 경계를 따라 연장되어 있다. 상기 데이터 배선(230)은 상기 게이트 배선(214)과 교차하여 상기 화소영역(P)을 정의한다.
또한, 상기 반도체층(220) 상에는 서로 이격하는 소스 전극(232) 및 드레인 전극(234)이 위치한다. 상기 소스 전극(232)은 상기 데이터 배선(230)에 연결되어 있다. 상기 소스 전극(232)과 상기 드레인 전극(234) 사이 공간으로 상기 액티브층(220a)의 중앙부가 노출된다.
상기 게이트 전극(212), 상기 게이트 절연막(216), 상기 반도체층(220), 상 기 소스 전극(232) 및 상기 드레인 전극(234)은 스위칭 소자인 상기 박막트랜지스터(Tr)를 구성한다. 상기 박막트랜지스터(Tr)는 상기 게이트 전극(212)과 상기 소스 전극(232)을 통해 상기 게이트 배선(214) 및 상기 데이터 배선(230)과 각각 연결된다.
도시하지 않았으나, 상기 데이터 배선(230)의 일 끝에는 데이터 패드가 위치하고 있다.
상기 데이터 배선(230), 상기 소스 전극(232), 상기 드레인 전극(234) 및 상기 데이터 패드 각각은 알루미늄, 알루미늄 합금, 구리, 구리 합금 등의 저저항 금속물질로 이루어지는 단일층 구조일 수 있다. 또는 몰리브덴-티타늄 합금(MoTi)의 하부층과 구리의 상부층으로 이루어지는 이중층 구조, 또는 MoTi, 구리, MoTi의 삼중층 구조를 가질 수 있다.
상기 데이터 배선(230), 상기 소스 전극(232), 상기 드레인 전극(234) 및 상기 데이터 패드를 덮으며 제 1 보호층(240)이 형성된다. 상기 제 1 보호층(240)은 상기 드레인 전극(234)의 일부를 노출시키는 드레인 콘택홀(242)을 포함한다. 상기 제 1 보호층(240)은 산화실리콘 또는 질화실리콘과 같은 무기절연물질로 이루어질 수 있다. 한편, 상기 제 1 보호층(240)은 벤조사이클로부텐(BCB) 또는 포토아크릴(photo acryl)과 같은 유기절연물질로 이루어질 수도 있다.
상기 제 1 보호층(240)을 덮으며, 상기 화소영역(P) 및 상기 박막트랜지스터(Tr)에 대응하여 상기 컬러필터층(264)이 위치한다. 예를 들어, 상기 컬러필터층(264)은 적색 컬러필터(264a), 녹색 컬러필터(264b) 및 청색 컬러필터(264c)를 포함한다. 상기 적, 녹, 청색 컬러필터(264a, 264b, 264c) 각각은 상기 화소영역(P) 별로 위치하며, 상기 화소영역(P)의 경계, 즉 상기 박막트랜지스터(Tr), 상기 데이터 배선(230) 및 상기 게이트 배선(214)에 대응하여 이웃한 화소영역(P)에 위치하는 상기 컬러필터 패턴(264a, 264b, 264c)이 중첩한다. 예를 들어, 상기 적색 컬러필터 패턴(264a)과 이와 이웃한 화소영역(P)의 녹색 컬러필터 패턴(264b)는 상기 박막트랜지스터(Tr) 및 상기 데이터 배선(230)에 대응한 위치에서 서로 중첩되며, 중첩된 컬러필터패턴(264a, 264b)은 상기 박막트랜지스터(Tr)로 빛이 입사되는 것을 방지하며 동시에 상기 데이터 배선(230)에서 주변에서의 빛샘을 방지한다. 즉, 중첩된 컬러필터패턴(264a, 264b)은 블랙매트릭스와 같이 빛 차단 수단이 된다.
상기한 구성과 같이, 본 발명에 있어서는 컬러필터층(264) 및 빛 차단 수단으로 기능하는 중첩된 컬러필터패턴(264a, 264b, 264c)이 박막트랜지스터(Tr)와 같이 제 1 기판(210)에 형성되기 때문에, 개구율을 향상시킬 수 있다.
즉, 컬러필터층을 상부기판인 제 2 기판(280)에 형성하고, 상기 제 2 기판(280)과 상기 제 1 기판(210)을 얼라인하는 경우 마진을 고려하여야 하기 때문에, 개구율이 저하된다. 그러나, 본 발명에서는 컬러필터층(280)을 박막트랜지스터(Tr)와 함께 제 1 기판(210)에 형성하고, 컬러필터 패턴을 중첩시켜 블랙매트릭스로 이용하기 때문에 합착 마진을 고려하지 않아도 되며, 따라서 개구율이 향상된다.
상기 컬러필터층(264) 상에는 산화실리콘 또는 질화실리콘과 같은 무기절연 물질로 이루어지는 제 3 보호층(270)이 위치한다.
도 6에서 보여지는 액정표시장치의 경우, 제 3 보호층(170)이 유기절연물질로 이루어진다. 그런데, 제 3 보호층(170)이 유기절연물질로 이루어지는 경우, 투과율이 저하되는 문제가 발생한다. 또한, 유기절연물질로 이루어지는 제 3 보호층(170)에 불량이 발생하는 경우 리페어가 어려워 수율을 저하시키게 된다. 따라서, 본 실시예에서는 상기 제 3 보호층(270)을 무기절연물질로 형성한다.
상기 제 2 보호층(270)과, 상기 제 1 보호층(240)을 통해 상기 드레인 전극(234)의 일부를 노출시키는 드레인 콘택홀(242)이 형성된다. 또한, 상기 제 2 보호층(270)과, 상기 제 1 보호층(240)을 통해 상기 데이터 패드를 노출시키는 데이터 패드 콘택홀(미도시)과, 상기 제 2 보호층(270)과, 상기 제 1 보호층(240) 및 상기 게이트 절연막(216)을 통해 상기 게이트 패드를 노출시키는 게이트 패드 콘택홀(미도시)이 형성된다.
상기 제 2 보호층(270) 상에는 상기 다수의 화소전극(252)이 위치한다. 상기 화소전극(252)은 상기 드레인 콘택홀(242)을 통해 상기 드레인 전극(234)과 접촉하며, 서로 이격되어 있다.
또한, 상기 제 2 보호층(270) 상에는 상기 다수의 화소전극(252)과 교대로 배열되는 상기 다수의 공통전극(254)이 위치한다. 상기 공통전극(254)은 상기 공통배선(미도시)에 연결되어 있다.
상기 화소전극(252)과 상기 공통전극(254) 각각은 인듐-틴-옥사이드(indium-tin-oxide, ITO), 인듐-징크-옥사이드(indium-zinc-oxide, IZO)와 같은 투명 도전성 물질로 이루어진다.
상기 화소전극(252)과 상기 공통전극(254) 사이의 간격은 1~10㎛일 수 있다. 바람직하게는 1~5㎛일 수 있다. 본 발명에서는 화소전극(252)과 공통전극(254) 사이 간격을 좁혀, 전계의 세기를 강화한다.
도시하지 않았으나, 상기 제 2 보호층(270) 상에는, 상기 게이트 패드 콘택홀을 통해 상기 게이트 패드에 연결되는 게이트 패드 전극과 상기 데이터 패드 콘택홀을 통해 상기 데이터 패드에 연결되는 데이터 패드 전극이 위치한다.
상기 화소전극(252)과 상기 공통전극(254)을 덮으며 상기 액정층(290) 내의 액정분자의 초기 배열을 위한 제 1 배향막(272)이 위치한다.
상기 제 2 기판(280)은 투명하며, 예를 들어 유리로 이루어진다.
상기 제 2 기판(280) 상에는 상기 제 1 배향막(272)와 마주하는 제 2 배향막(282)이 위치하여 액정분자의 초기 배열을 결정하게 된다.
상기 제 1 및 제 2 배향막(272, 282) 사이에는 상기 액정층(290)이 위치한다. 상기 액정층(190)의 액정분자는 짧은 피치(pitch)의 키랄 네마틱 (chiral nematic) 액정분자가 수십번 꼬여있는 나선형 구조를 가지며, 나선형 구조의 축, 즉 나선축은 광축(optical axis)에 평행한 배열을 갖는다.
전술한 바와 같이, 상기 액정층(290)의 액정분자는 수십번 꼬여있는 나선형 구조를 가지며, 전압의 인가에 의해 꼬여있는 구조가 풀어지게(unwinding) 된다. 그런데, 최대 인가전압이 인가되면 나선형 구조가 한계치를 넘어 풀어지고 원상태로 복원되지 않는 경우가 발생하게 된다. 즉, 이와 같은 한계치에서는 액정분자를 원상태로 복원시키기 위해 보다 높은 구동 전압이 요구되며, 소모 전력이 증가되는 문제를 발생시킨다.
이러한 문제의 해결을 위해, 액정분자에 네트 워크 구조를 부여할 필요가 있으며, RM(reactive mesogen)과 광개시제(photo-initiator)를 액정층(290)에 첨가시키고 UV를 조사시킨다. 즉, 광활성기를 갖는 RM을 첨가하고 UV를 조사하게 되면, 광개시제에 의해 광반응이 일어나고 액정층(290)이 네트 워크 구조를 가지게 된다.
따라서, 한계치 이상의 전압이 인가되더라도, 액정분자가 원상태인 나선 구조로 쉽게 복원되며 구동 전압의 증가를 방지할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 액정표시장치의 제조 방법은 아래와 같다.
먼저 제 1 기판 상에 박막트랜지스터, 블랙매트릭스, 컬러필터층, 화소전극, 공통전극, 제 1 배향막을 형성한다. 여기서 상기 블랙매트릭스는 도 6에서와 같이 크롬 또는 블랙레진으로 이루어지는 구성이거나, 도 7에서와 같이 컬러필터패턴이 중첩된 구성일 수 있다.
다음, 제 2 기판 상에 제 2 배향막을 형성한다.
다음, 상기 제 1 및 제 2 기판 중 적어도 어느 하나의 가장자리에 씰패턴을 형성하고 상기 제 1 및 제 2 기판을 합착시킨다.
다음, 상기 제 1 및 제 2 기판 사이에 액정분자를 주입하여 액정층을 형성한다. 이때 액정층은 USH모드 액정이다.
한편, 구동 전압의 감소를 위해, 상기 액정층에는 RM과 광개시제가 첨가될 수 있다.
상기한 바와 같이, 액정층에 RM과 광개시제가 첨가된 경우, 상기 제 2 기판을 통해 UV를 조사함으로써, 상기 액정분자가 네트 워크 구조를 갖도록 한다. 이때, 컬러필터층 및 블랙매트릭스가 박막트랜지스터와 함께 제 1 기판에 형성되어 있기 때문에, UV 조사 공정이 용이하게 이루어진다.
종래에서와 같이, 컬러필터층 및 블랙매트릭스가 상부 기판인 제 2 기판에 형성된 경우에는 UV조사 공정이 이루어질 수 없다. 즉, 상부기판인 제 2 기판에는 컬러필터와 블랙매트릭스가 위치하고 있어 UV가 차단되며, 하부기판인 제 1 기판에는 박막트랜지스터, 게이트 배선, 데이터 배선 등이 위치하고 있기 때문에 UV가 차단되기 때문이다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
도 1은 일반적인 횡전계 모드 액정표시장치의 단면도이다.
도 2는 일반적인 수직배열 모드 액정표시장치의 단면도이다.
도 3은 본 발명에 따른 USH모드 액정표시장치에서 USH모드 액정의 구동 원리를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 4는 액정 배열 구조의 정면도이다.
도 5는 ISP모드 액정표시장치에서 전계의 세기와 상대 투과도의 관계를 보여주는 그래프이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 액정표시장치의 개략적인 단면도이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 액정표시장치의 개략적인 단면도이다.
Claims (9)
- 제 1 기판에 정의된 다수의 화소영역 각각에 위치하는 박막트랜지스터와;상기 박막트랜지스터와 연결되며, 상기 제 1 기판 상에 위치하는 다수의 화소전극과;상기 박막트랜지스터 상부에 위치하며, 상기 박막트랜지스터에 외부광이 입사되는 것을 방지하고, 상기 화소영역에 대응하여 개구부를 갖는 블랙매트릭스와;상기 개구부 각각에 위치하는 컬러필터패턴과;상기 블랙매트릭스 및 상기 컬러필터층을 덮는 보호층과;상기 보호층 상에 위치하며 상기 다수의 화소전극과 교대로 배열되는 다수의 공통전극과;상기 다수의 화소전극과 상기 다수의 공통전극 상에 위치하는 제 1 배향막과;제 2 기판 상에 위치하며, 상기 제 1 배향막과 마주하는 제 2 배향막과;상기 제 1 및 제 2 배향막 사이에 위치하는 액정층을 포함하고,상기 액정층은 수십번 꼬여있는 나선형 구조를 이루는 액정분자를 포함하고, 상기 나선형 구조의 나선축은 상기 제 1 및 제 2 기판에 수직한 것이 특징인 액정표시장치.
- 제 1 항에 있어서,상기 블랙매트릭스는 크롬 또는 블랙레진으로 이루어지는 것이 특징인 액정표시장치.
- 제 1 항에 있어서,상기 블랙매트릭스는 상기 컬러필터패턴이 중첩되어 이루어지는 것이 특징인 액정표시장치.
- 제 1항에 있어서,상기 액정층은 RM과 광개시제를 포함하며, 상기 액정층에 UV가 조사되어 네트워크 구조를 갖는 것이 특징인 액정표시장치.
- 제 1항에 있어서,상기 화소전극과 상기 공통전극 사이의 간격은 1~10㎛인 것이 특징인 액정표시장치.
- 제 1항에 있어서,상기 화소전극과 상기 공통전극 사이의 간격은 1~5㎛인 것이 특징인 액정표시장치.
- 제 1 항에 있어서,상기 나선형 구조의 피치는 100~380nm인 것이 특징인 액정표시장치.
- 제 1 기판 상에 박막트랜지스터를 형성하는 단계와;상기 제 1 기판 상에, 상기 박막트랜지스터를 덮는 블랙매트릭스를 형성하는 단계와;상기 제 1 기판 상에 컬러필터층을 형성하는 단계와;상기 컬러필터층을 덮는 보호층을 형성하는 단계와;상기 보호층 상에, 상기 박막트랜지스터와 연결되는 다수의 화소전극과 상기 다수의 화소전극과 교대로 배열되는 다수의 공통전극을 형성하는 단계와;상기 다수의 화소전극과 상기 다수의 공통전극 상에 제 1 배향막을 형성하는 단계와;제 2 기판 상에 제 2 배향막을 형성하는 단계와;상기 제 1 및 제 2 배향막이 마주보도록 상기 제 1 및 제 2 기판을 합착하는 단계와;상기 제 1 및 제 2 배향막 사이에 액정층을 주입하는 단계와;상기 제 2 기판을 통해 상기 액정층에 UV를 조사하는 단계를 포함하고,상기 액정층은 수십번 꼬여있는 나선형 구조를 이루는 액정분자와, RM과 광개시제를 포함하고, 상기 나선형 구조의 나선축은 상기 제 1 및 제 2 기판에 수직한 것이 특징인 액정표시장치의 제조방법.
- 제 8항에 있어서,상기 박막트랜지스터를 덮으며 빛을 차단하기 위한 블랙매트릭스를 형성하는 단계를 포함하는 것이 특징인 액정표시장치의 제조방법.
Priority Applications (1)
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|---|---|---|---|
| KR1020090133063A KR20110076369A (ko) | 2009-12-29 | 2009-12-29 | 액정표시장치 및 그 제조방법 |
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| KR20110076369A true KR20110076369A (ko) | 2011-07-06 |
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Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20140088809A (ko) * | 2013-01-03 | 2014-07-11 | 삼성디스플레이 주식회사 | 표시판 및 이를 포함하는 액정 표시 장치 |
| KR20160081701A (ko) * | 2014-12-31 | 2016-07-08 | 엘지디스플레이 주식회사 | 액정표시장치 및 이의 제조방법 |
| US9835907B2 (en) | 2015-01-14 | 2017-12-05 | Samsung Display Co., Ltd. | Liquid crystal display device |
| US9864224B2 (en) | 2015-01-26 | 2018-01-09 | Samsung Display Co., Ltd. | Liquid crystal display |
-
2009
- 2009-12-29 KR KR1020090133063A patent/KR20110076369A/ko not_active Application Discontinuation
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