KR100244537B1

KR100244537B1 - 액정표시소자

Info

Publication number: KR100244537B1
Application number: KR1019970006882A
Authority: KR
Inventors: 우정원
Original assignee: 구본준; 엘지.필립스 엘시디주식회사; 론 위라하디락사
Priority date: 1997-03-03
Filing date: 1997-03-03
Publication date: 2000-02-01
Also published as: KR19980072227A

Abstract

본 발명의 액정표시소자는 배향막이 서로 다른 배향방향을 갖는 복수의 도메인으로 구성되어 있다. 도메인 사이의 경계 영역에는 불투명한 금속층이 게이트배선과 동시에 형성되어 도메인 사이의 경계로 빛이 새는 것을 방지함과 동시에 화소에 인가되는 전압을 안정화시킨다. 배향막의 배향방향은 폴리이미드와 같은 유기물을 도포한 후 러빙하거나 광반응성 물질을 도포한 후 광을 조사하여 결정한다.

Description

액정표시소자{A LIQUID CRYSTAL DISPLAY DEVICE}

본 발명은 액정표시소자에 관한 것으로, 특히 화소내의 서로 다른 배향방향을 갖는 도메인의 경계에 축적용량용 금속층을 형성함으로써 화질 및 개구율이 향상된 액정표시소자에 관한 것이다.

근래, 평판표시장치로서 주로 사용되는 트위스트네마틱 액정표시장치(twisted nematic liquid crystal display device)는 액정의 복굴절효과에 의해 각 계조표시(gray level)에서의 광투과도가 달라지는 특성을 보유한다. 특히, 좌우방향의 시야각에 대해서는 광투과도가 대칭적으로 분포하지만, 상하방향에 대해서는 광투과도가 비대칭적으로 분포하기 때문에 상하방향의 시야각에서는 이미지가 반전되는 범위가 발생되어 시야각이 좁아지는 문제가 있었다.

상기한 문제를 해결하기 위해, 2도메인 TN LCD(Two Domain TN LCD)와 도메인분할된 TN LCD(Domain Divided TN LCD)가 제안되고 있다. TDTN LCD에서는 각 도메인이 프리틸트방향(pretilted direction)이 서로 반대인 2개의 액정방향자(LC directiors)를 보유하여 계조표시전압을 인가할 때 이 두 개의 도메인에서의 액정방향자가 서로 반대방향으로 경사지게 되어 상하방향으로의 평균 광투과도가 보상됨으로써 시야각이 넓어지게 된다. DDTN에서는 기판 위에 각각 다른 프리틸트각을 보유하는 물질, 예를 들면 유기배향막이나 무기배향막으로 구성된 복수의 배향막을 형성해서 각 배향막에서의 평균 배향각도를 서로 다른 방향으로 하여 시야각을 보상한다.

도 1은 상기한 멀티도메인 LCD를 나타내는 도면으로, 도 1(a)는 평면도이고 도 1(b)는 도 1(a)의 A-A'선 단면도이다. 도면에 나타낸 바와 같이, 화소는 제1기판(1)에 종횡으로 연장된 게이트배선(7) 및 데이터배선(9)에 의해 정의되며, 상기한 게이트배선(7) 및 데이터배선(9)의 교차점에는 스위칭소자인 박막트랜지스터(thin film transistor)가 배치되어, 게이트전극(5)이 게이트배선(7)에 접속되고 소스/드레인전극(3)이 데이터배선(3)에 접속된다. 상기한 액정표시소자는 게이트배선의 일부를 축적용량용 전극으로 사용하는 스토리지 온 게이트(storage on gate) 타입 액정표시소자로서, 게이트배선(7) 위에 금속층(13)이 형성되어 인가되는 전압이 안정화되도록 한다. 각 화소영역은 제1배향막(17) 및 제2배향막(18)이 배향처리되어 서로 다른 배향방향을 갖는 4개의 도메인으로 분할되어 있다.

상기한 바와 같이 화소가 복수의 도메인으로 구성된 경우, 각 도메인의 액정분자(26)는 인접하는 도메인의 액정분자와 반대방향 혹은 서로 다른 방향으로 배향되기 때문에 도 1(b)에 나타낸 바와 같이 그 경계에 배향의 불연속면이 생기게 된다. 따라서, 도면표시하지 않은 백라이트으로부터 액정층(25)으로 빛이 입사되면, 상기한 경계면(도 1(b)의 X-X'선)을 통해 빛이 새는 현상이 발생하여 화면에 전경(disclination)이 발생한다.

상기한 바와 같이 도메인의 경계로 빛이 새는 것을 방지하기 위해, 도 1(a) 및 도 1(b)에 나타낸 바와 같이, 제2기판(2)에 도메인의 경계를 따라 블랙매트릭스(black matrix)(11)를 형성하여 빛이 새는 것을 방지하는데, 이는 개구율(aperture ratio)을 저하시키는 중요한 요인이 된다. 더욱이, 축적용량용 금속층(13)이 게이트배선(7) 뿐만 아니라 화소영역의 일부분을 덮고 있기 때문에, 개구율이 더욱 저하된다.

본 발명은 상기한 문제를 해결하기 위한 것으로, 화소가 복수의 도메인을 가지며, 도메인의 경계부분에 불투명한 금속층을 형성하여 도메인의 경계부분으로 빛이 새는 것을 방지함으로써, 화질이 더욱 향상된 액정표시소자를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 다른 목적은, 도메인의 경계부분에 형성된 불투명한 금속층을 축적용량용 전극으로 사용함으로써 개구율이 향상된 액정표시소자를 제공하는 것이다.

상기한 목적을 달성하기 위해, 본 발명에 따른 액정표시소자는 제1기판 및 제2기판과, 상기한 제1기판 위에 종횡으로 배열되어 화소영역을 정의하는 게이트배선 및 데이터배선과, 상기한 게이트배선과 데이터배선의 교차점에 배치된 박막트랜지스터와, 상기한 기판 전체에 걸쳐서 도포되며 서로 다른 배향방향을 갖는 복수의 영역으로 분할된 제1배향막과, 상기한 기판 위의 도메인 사이의 경계 영역에 형성된 금속층과, 상기한 제2기판에 형성되어 게이트배선 근처, 데이터배선 근처 및 박막트랜지스터 근처로 빛이 새는 것을 방지하는 블랙매트릭스와, 상기한 블랙매트릭스 및 제2기판 위에 형성된 컬러필터층과, 상기한 컬러필터층 위에 적층된 대향전극과, 상기한 제2기판 전체에 걸쳐서 적층되며 복수의 배향방향이 결정된 제2배향막과, 상기한 제1기판 및 제2기판 사이에 형성된 액정층으로 구성된다. 금속층은 불투명금속으로 게이트배선과 동시에 형성되어 화소내의 도메인 사이의 경계부분으로 빛이 새는 것을 방지하는 블랙매트릭스의 역할을 함과 동시에 화소에 인가되는 신호전압을 안정화시키는 축적용량용 전극의 역할을 한다.

도 1(a)는, 종래 액정표시소자의 평면도.

도 1(b)는, 도 1(a)의 A-A'선 단면도.

도 2(a)는, 본 발명에 따른 액정표시소자의 평면도.

도 2(b)는, 도 2(a)의 B-B'선 단면도.

-도면의 주요부분에 대한 부호의 설명-

101 : 제1기판 102 : 제2기판

103 : 소스/드레인전극 105 : 게이트전극

107 : 게이트배선 109 : 데이터배선

110 : 반도체층 111 : 블랙매트릭스

115 : 게이트절연막 117 : 제1배향막

118 : 제2배향막 121 : 화소전극

122 : 대향전극 123 : 컬러필터층

125 : 액정층 126 : 액정분자

130 : 금속층

본 발명의 가장 큰 특징은, 복수의 도메인으로 분할된 화소내의 도메인의 경계부분에 불투명한 금속층을 형성하여 상기한 금속층이 용량축적용 전극으로 사용됨과 동시에 도메인의 경계부분으로 빛이 새는 것을 방지하는 블랙매트릭스의 역할을 하는 것이다.

도 2에 나타낸 바와 같이, 제1기판(101) 위에는 게이트배선(107) 및 금속층(130)이 형성되어 있으며, 그 위에 게이트절연막(115)이 형성되어 있다. 금속층(130)은 축적용량용 전극의 역할과 도메인분할시 도메인의 경계부분(도 2(b)의 X-X'선)으로 빛이 새는 것을 방지하는 블랙매트릭스의 역할을 하는 것으로, 게이트배선(107)과 동시에 Ta, Al 또는 Al합금 등과 같은 금속을 스퍼터링 방법으로 적층한 후 에칭하여 형성하고 게이트절연막(115)은 SiNx나 SiOx 등을 플라즈마 CVD(Plasma Chemical Vapor Deposition) 방법으로 적층하여 형성한다. 또한, 게이트배선(107)의 절연성을 향상시키기 위해 게이트배선(107)을 양극산화하여 양극산화막을 형성하는 것도 가능하다. 게이트절연막(115) 위에는 Ti, Cr, Al 또는 Al합금과 같은 금속을 스퍼터링 방법으로 적층하고 에칭하여 데이터배선(109)을 형성한다. 상기한 게이트배선(107)과 데이터배선(109)의 교차점에는 TFT가 배치되어 있는데, 게이트전극(105)은 게이트배선(107) 및 금속층(130)과 동시에 형성되며, 소스/드레인전극(103)은 데이터배선(109)과 동시에 형성된다. 게이트전극(105)과 소스/드레인전극(103) 사이에는 비정질실리콘을 적층하고 에칭하여 활성층(active layer)인 반도체층(110)이 형성되며, 도면에는 표시하지 않았지만 반도층(110) 위에는 n⁺비정질실리콘이 적층되어 오믹콘택층이 된다. 화소영역에는 ITO(indium tin oxide)와 같은 투명한 금속을 스퍼터링 방법에 의해 적층하고 에칭하여 화소전극(121)을 형성하며, 그 위에 제1배향막(117)이 도포되고 서로 다른 방향으로 배향처리되어 각기 다른 배향방향이 결정된 복수의 도메인이 형성된다.

배향막(117)의 배향처리공정에는 다음과 같은 2가지 방법이 있다. 첫번째 방법은 폴리이미드(polyimide)와 같은 유기물을 도포하여 배향막(117)을 형성한 후, 배향방향을 결정하기 위해 러빙(rubbing)처리를 하는 것이다. 그러나, 이러한 러빙에 의한 배향처리방법은 기판에 먼지나 전하를 발생시키게 되는데, 특히 본 발명에서와 같이 멀티도메인을 만들기 위해서는 러빙처리를 여러번 해야만 하기 때문에 기판에 먼지나 전하가 더욱 많이 발생하여 배향막이 파손되는 중요한 원인이 된다.

두번째 방법은 PVCN(polyvinylcinnamate)계 물질이나 폴리실록산계 물질과 같은 광반응성 물질을 도포하여 배향막을 형성한 후, 이 배향막에 자외선과 같은 광을 조사하여 배향방향을 결정하는 광배향방법이다. 광조사에 의해 배향막의 고분자에 방향성이 부여되며, 이 방향성에 의해 액정분자의 방향자(director)가 임의의 방향으로 배열된다. 이러한 배향방법은 배향처리시 배향막에 먼지나 전하가 발생하지 않아 대단히 유용하며, 특히 본 발명에서와 같이 배향막에 단차가 발생하는 경우에 상기한 광배향방법에 의해 배향처리를 하면, 단차 근처에서 배향방향이 결정되지 않는 영역이 발생하지 않게 되어 화질이 더욱 향상된다.

제2기판(102) 위에는 블랙매트릭스(111)와 컬러필터층(color filter layer)(123)이 형성되어 있다. 블랙매트릭스(111)는 게이트배선(107) 근처, 데이터배선(109) 근처 및 TFT 근처로 빛이 새는 것을 방지하기 위한 것으로, Cr이나 Cr0와 같은 불투명한 금속을 스퍼터링 방법으로 적층하고 에칭하여 형성하며, 각 화소에는 R, G, B가 반복되어 있다. 상기한 컬러필터층(123) 위에는 평탄성을 향상시키기 위해 오버코트층(overcoat layer)이 형성될 수도 있으며, 그 위에 대향전극(122) 및 제2배향막(118)이 형성된다. 대향전극(122)은 화소전극(121)과 마찬가지로 ITO와 같은 투명한 금속을 사용하며, 제2배향막(118)도 제1배향막(117)과 같은 폴리이미드 또는 광반응성 물질을 사용한다.

도면에는 비록 표시하지 않았지만, 양 기판(101, 102) 사이에는 기판(101, 102) 사이의 간격을 균일하게 유지하는 스페이서(spacer)가 산포된 후,진공상태에서 액정이 주입되어 액정층(125)이 형성되며, 그 후 봉지공정을 거쳐 액정표시소자가 완성된다.

상기한 구조의 액정표시소자에서는 시야각 특성을 향상시키기 위해 각 화소가 4도메인으로 분할되어 있다. 각 도메인의 배향방향은 인접 도메인과 서로 반대방향으로 방향지워져 있거나, 전체 도메인의 배향방향이 서로 다른 방향으로 방향지워져 있다. 따라서, 백라이트(도면표시하지 않음)로부터 빛이 입사될 때, 상기한 도메인의 경계부분(X-X'선)에서 액정분자(126)의 영향을 받지 않고 그대로 액정층(125)을 통과하는 영역이 존재하여 화면에 전경이 발생하게 되지만, 본 발명에서는 화소영역에 형성된 불투명한 금속층(130)이 상기한 영역을 덮고 있기 때문에, 상기한 전경의 발생을 방지한다. 또한, 상기한 금속층(130)은 축적용량용 전극의 역할을 하기 때문에, 축적용량이 전극이 게이트배선 위에 형성되던 종래의 액정표시소자에 비해 개구율이 훨씬 향상된다.

본 명세서에서는 비록 4도메인 액정표시소자에 대해서만 설명했지만, 본 발명이 상기한 4도메인에만 한정되는 것이 아니라 2도메인 이상의 모든 멀티도메인 액정표시소자에도 물론 적용가능하다.

본 발명은 상기한 바와 같이 불투명한 금속층이 화소의 도메인 사이의 경계 영역에 형성되어 있기 때문에, 도메인의 경계로 빛이 새어 화면에 전경이 발생하는 것을 방지한다. 더욱이, 상기한 금속층이 축적용량용 전극의 역할을 하기 때문에 개구율이 더욱 향상된다.

Claims

제1기판과;

상기한 제1기판 위에 종횡으로 배열되어 화소영역을 정의하는 복수의 게이트배선 및 데이타 배선과;

상기한 게이트배선과 데이터배선의 교차점에 배치된 복수의 스위칭소자와;

상기한 화소영역에 형성된 화소전극과;

상기한 제1기판 전체에 걸쳐 도포되며, 서로 다른 배향방향을 갖는 복수의 영역을 갖는 배향막과;

상기한 배향막의 각 영역의 경계부분에 상기한 게이트배선과 동시에 형성되어 상기한 경계를 통해 빛이 새는 것을 방지함과 동시에 상기한 화소전극에 인가되는 전압을 안정화시키는 불투명한 금속층과;

제2기판과;

상기한 제2기판에 형성된 컬러필터층과;

상기한 컬러필터층 위에 형성된 대향전극과;

상기한 제1기판 및 제2기판 사이에 형성된 액정층으로 구성된 액정표시소자.
제1항에 있어서, 상기한 금속층이 게이트배선과 동일한 금속인 것을 특징으로 하는 액정표시소자.
제1항에 있어서, 상기한 광반응성 물질이 PVCN(polyvinylcinnamate)계 물질인 것을 특징으로 하는 액정표시소자.
제1항에 있어서, 상기한 광반응성 물질이 폴리실록산계 물질인 것을 특징으로 하는 액정표시소자.
제1항에 있어서, 상기한 대향전극 위에 제2배향막이 추가로 형성된 것을 특징으로 하는 액정표시소자.
제5항에 있어서, 상기한 제2배향막이 폴리이미드인 것을 특징으로 하는 액정표시소자.
제5항에 있어서, 상기한 제2배향막이 광반응성 물질인 것을 특징으로 하는 액정표시소자.
제7항에 있어서, 상기한 광반응성 물질이 PVCN(polyvinylcinnamate)계 물질인 것을 특징으로 하는 액정표시소자.
제7항에 있어서, 상기한 광반응성 물질이 폴리실록산계 물질인 것을 특징으로 하는 액정표시소자.