KR100422501B1

KR100422501B1 - 수직 배향 액정 표시 장치

Info

Publication number: KR100422501B1
Application number: KR10-2001-0059560A
Authority: KR
Inventors: 송장근
Original assignee: 삼성전자주식회사
Priority date: 2001-09-26
Filing date: 2001-09-26
Publication date: 2004-03-11
Also published as: KR20020006612A

Abstract

박막 트랜지스터 기판용 하부 기판에 게이트 전극 및 게이트선을 가지는 게이트 배선을 형성하고 그 위에 게이트 절연막을 증착한 후, 게이트 전극 상부의 게이트 절연막 위에 반도체층을 형성한다. 다음, 소스 및 드레인 전극 및 데이터선을 가지는 데이터 배선을 형성하고 그 위에 보호막을 증착한 다음, 보호막과 게이트 절연막을 동시에 식각하여 드레인 전극의 일부를 제외한 데이터 배선과 반도체층 및 게이트선 상부에 보호막 패턴 및 게이트 절연막 패턴을 남긴다. 이때, 게이트선과 데이터선에 의해 둘러싸인 화소 내부에 보호막과 게이트 절연막을 식각하여 만들어진 돌기 패턴이 남게되며, 화소의 나머지 부분의 보호막과 게이트 절연막은 제거된다. 이후, 투명 도전막을 증착 및 식각하여 화소 전극 및 그 내부의 개구 패턴을 형성하고, 차광막, 컬러 필터 및 공통 전극을 가지는 컬러 필터 기판을 박막 트랜지스터 기판과 마주보도록 대응시킨다. 이처럼, 돌기 패턴은 드레인 전극을 드러내는 단계에서 형성하고, 개구 패턴은 화소 전극을 형성하는 단계에서 형성하며, 컬러 필터 기판 쪽에는 개구 패턴 및 오버 코트층을 두지 않기 때문에, 화소의 영역을 분할하는 패턴을 비교적 단순한 공정으로 형성할 수 있다.

Description

수직 배향 액정 표시 장치{vertically-aligned liquid crystal display}

본 발명은 수직 배향 액정 표시 장치 및 그 제조 방법에 관한 것으로서, 특히 하나의 화소 영역 내에서 액정 분자의 배열 방향을 분할하여 광시야각을 구현하는 액정 표시 장치 및 그 제조 방법에 관한 것이다.

일반적으로 액정 표시 장치는 두 장의 기판 사이에 액정을 주입하고, 여기에 가하는 전장의 세기를 조절하여 광 투과량을 조절하는 구조로 되어 있다.

가장 널리 사용되고 있는 비틀린 네마틱(twisted-nematic ; TN) 방식 액정 표시 장치는 두 기판 사이에 채워진 액정 분자들이 기판에 평행하며 일정한 피치(pitch)를 가지고 나선상으로 꼬여 있어서 액정 분자의 장축이 연속적으로 변하도록 배향되어 있으며, 액정 분자의 장축과 단축의 배열에 따라 시각 특성이 결정된다. 그러나, 이러한 TN 방식의 액정 표시 장치는 오프(off) 상태에서 빛이 완전히 차단되지 않기 때문에 대비비가 좋지 않을 뿐 아니라 대비비가 각도에 따라 변하며, 각도가 변화함에 따라 중간조의 휘도가 반전하는 등 안정적인 화상을 얻기 어렵다. 또한, 화질이 정면에 대해 대칭이 되지 않는 등의 시야각 문제를 가진다.

한편, 전압이 인가되지 않은 상태에서 액정 분자들이 기판 면에 대해 수직하게 배열되어 있다가 전압이 인가되면 액정 분자들이 여러 방향으로 쓰러지는 수직배향 (vertically aligned) 액정 표시 장치는 비틀린 네마틱 방식에 비해 대비비, 응답 속도 등의 여러 가지 면에서 우수하다. 또한, 액정 분자가 쓰러지는 방향을정해진 다수의 방향으로 분할해 주고 보상 필름을 사용하는 경우, 효과적으로 광시야각을 구현할 수 있다는 장점이 있다.

최근, 액정 분자의 배향을 분할하는 방법으로서 기판 면에 삼각 돌기 등의 배향을 제어하는 구조물을 형성하거나, 투명 전극에 개구 패턴을 형성하는 등의 방법이 제시되었으며, 이때 돌기나 개구 패턴들은 빛의 이용 효율이 최대가 되는 4분할 배향을 형성할 수 있는 형태로 주로 설계되고 있다.

그러면, 첨부한 도면을 참고로 하여 종래의 기술에 따른 수직 배향 액정 표시 장치에 대하여 좀 더 설명한다.

도 1a 및 도 1b는 종래의 기술에 따른 수직 배향 액정 표시 장치에서 시야각을 보상하기 위해 제안된 구조를 도시한 단면도로서, 각각 전압이 인가되지 않은 상태와 전압이 인가된 상태에서의 액정 분자의 배열을 보여준다.

도 1a 및 도 1b에 도시한 바와 같이, 하부 기판(10) 면에는 투명한 화소 전극(11)이 형성되어 있고, 화소 전극(11)에는 그 일부가 제거된 제1 개구부(1)가 형성되어 있다. 하부 기판(10)과 마주 보도록 상부 기판(20)이 대응되어 있고, 상부 기판(20) 면에는 투명 공통 전극(21)이 형성되어 있으며, 공통 전극(21)에는 그 일부가 제거된 제2 개구부(2)가 형성되어 있다. 여기에서, 상부 기판(20)과 하부 기판(10)은 각각의 제1 개구부(1)와 제2 개구부(2)가 서로 비껴 위치하도록 대응되어 있다. 상부 기판(20)과 하부 기판(10) 사이에는 음의 유전율 이방성을 가지는 액정 분자(30)가 주입되어 있다.

도 1a에서와 같이, 화소 전극(11)과 공통 전극(21) 사이에 전압이 인가되지않은 상태에서는 액정 분자(30)가 두 기판(10, 20) 면에 대해 수직하게 배열되어 있다.

도 1b에서와 같이, 화소 전극(11)과 공통 전극(21)에 전압이 인가된 상태에서는 대부분의 영역에서 기판(10, 20)에 수직인 전기장이 형성되지만 화소 전극(11)이 제거된 개구부(1, 2) 근처에서의 전기장은 두 기판(10, 20)에 대하여 완전히 수직으로 형성되지 않고 개구부(1, 2)의 가장자리에서 각각 휘어져 나와 일정 지점에서 모이는 형태의 프린지 필드(fringe field)를 형성한다. 음의 유전율 이방성을 가지는 액정 분자(30) 들은 전기장의 방향에 수직한 방향으로 배열하려는 경향이 있으므로, 개구부(1, 2) 부근의 액정 분자(3)의 장축은 두 기판(10, 20) 표면에 대하여 기울어진 채로 비틀리게 된다. 이렇게 되면, 개구부(1, 2)의 중심선을 기준으로 양쪽에서 액정 분자(30)의 기울어지는 방향이 반대로 되는 두 영역이 생기게 되고 두 영역의 광학적 특성이 서로 보상되어 시야각이 넓어지게 된다.

다음으로, 도 2a 및 도 2b는 종래의 기술에 따른 수직 배향 액정 표시 장치에서 시야각을 보상하기 위해 제안된 구조의 단면도로서, 각각 전압이 인가되지 않은 상태와 전압이 인가된 상태에서의 액정 분자의 배열을 보여준다.

도 2a 및 도 2b에 도시한 바와 같이, 하부 기판(10)에 ITO 등과 같은 투명한 도전 물질로 화소 전극(12)이 형성되어 있고 그 위에 삼각 기둥 모양의 제1 돌기(13)가 형성되어 있으며, 그 위에는 수직 배향막(14)이 형성되어 있다. 또한, 상부 기판(20) 면에 투명한 도전 물질로 공통 전극(22)이 형성되어 있고, 그 위에 삼각 기둥 모양의 제2 돌기(23)가 형성되어 있으며, 그 위에 수직 배향막(24)이 형성되어 있다. 수직 배향막(14, 24) 사이에 음의 유전율 이방성을 가지는 액정 분자(30)가 주입되어 있다.

전압이 인가되지 않은 상태에서, 액정 분자(30)는 수직 배향막(14, 24)의 배향력에 의해 수직 배향막(14, 24) 표면에 대해 수직으로 배열하여, 도 2a에서와 같이, 돌기(13, 23) 근처에서는 돌기(13, 23)의 경사진 표면에 수직인 방향으로 액정 분자(30)가 기울어지게 되고, 나머지 부분에서는 기판(10, 20)에 수직하게 액정 분자(30)가 배열된다.

도 2b에 도시한 바와 같이, 전계가 두 기판(10, 20) 사이에 인가되면, 액정 분자(30)는 전계의 방향에 대해 수직으로 배열되려고 하므로 기판(10, 20)에 대해 평행하게 배열되는 방향으로 액정 분자(30)가 비틀린다. 초기 상태에서 돌기(13) 양쪽의 액정 분자(30)는 서로 반대 방향으로 일정 각도만큼 기울어져 있기 때문에 초기에 기울어진 방향을 따라 눕게 되고, 이렇게 되면 돌기(13)의 양쪽에서 액정 분자(30)가 눕는 방향이 반대가 되도록 비틀려 움직인다. 따라서, 돌기(13)의 중심선을 기준으로 양쪽에서 액정 분자(30)의 기울어지는 방향이 반대로 되는 두 영역이 생기게 되므로 두 영역의 광학적 특성이 서로 보상되어 시야각이 넓어지게 된다.

그러나, 이와 같은 구조를 가지는 액정 표시 장치의 경우, 돌기(13) 또는 개구부(1, 2) 등을 형성하는 공정이 증가하는 단점이 있다. 즉, 도 1a 및 도 1b에 도시한 구조의 경우, 컬러 필터(도시하지 않음)가 형성되어 있는 상부 기판(20)의 ITO 공통 전극(21)에 개구부(2)를 형성하기 위해서는 ITO 식각액을 이용한 습식 식각을 실시하여야 하므로, 식각 공정 중 식각액이 컬러 필터에 스며들 수 있다. 컬러 필터 내로 스며든 식각액은 컬러 필터를 오염시키거나 손상을 가하므로, 이를 막기 위해 ITO 공정 이전에 유기 물질 또는 무기 물질의 보호막(도시하지 않음)을 추가로 입혀 주어야 한다. 따라서, 공정이 증가한다. 한편, 도 2a 및 도 2b에 도시한 구조의 경우, 화소 전극(12) 및 공통 전극(22)을 하부 및 상부 기판(10, 20)에 각각 형성한 후, 그 위에 돌기(13, 23)를 형성하는 공정이 별도로 추가되어야 한다.

이외에도, 하부 기판(10)과 상부 기판(20)의 돌기(13, 23) 또는 개구부(1, 2)를 서로 정렬시킬 때에 오정렬(misalignment)이 발생할 수 있다.

본 발명의 과제는 화소 영역을 분할하는 패턴 구조를 가지는 새로운 수직 배향 액정 표시 장치를 제시하는 것이다.

본 발명의 다른 과제는 분할 패턴 구조를 가지는 수직 배향 액정 표시 장치를 제조하는 공정을 단순화하는 것이다.

본 발명의 다른 과제는 수직 배향 액정 표시 장치의 상부 및 하부 기판 사이의 오정렬에 의한 불량을 제거하는 것이다.

도 1a 및 도 1b는 종래의 기술에 따른 수직 배향 액정 표시 장치의 단면도로서, 각각 전압이 인가되지 않은 상태와 전압이 인가된 상태에서의 액정 분자의 배열을 보여주는 단면도이고,

도 2a 및 도 2b는 종래의 기술에 따른 다른 수직 배향 액정 표시 장치의 분할 배향을 위한 구조의 단면도로서, 각각 전압이 인가되지 않은 상태와 전압이 인가된 상태에서의 액정 분자의 배열을 각각 보여주는 단면도이고,

도 3은 본 발명에 따른 수직 배향 액정 표시 장치에서 분할 배향을 형성하기 위한 전기장의 형태를 보여주는 단면도이고,

도 4는 도 3의 전기장에 의한 액정 분자의 배열을 보여주는 단면도이고,

도 5는 본 발명의 실시예에 따른 수직 배향 액정 표시 장치의 배치도이고,

도 6은 도 5의 VI-VI' 선에 대한 단면도이고,

도 7a 내지 도 7c는 도 6에서의 컬러 필터 기판을 제조하는 방법을 공정 순서에 따라 도시한 단면도이고,

도 8a 내지 도 8f는 도 6에서의 박막 트랜지스터 기판을 제조하는 방법을 공정 순서에 따라 도시한 단면도이다.

이러한 과제를 해결하기 위하여 본 발명에 따른 액정 표시 장치에서는 박막 트랜지스터 기판용 하부 기판에 돌기 패턴과 함께 개구 패턴을 모두 형성하며, 돌기 패턴은 게이트 절연막 및 보호막을 패터닝하는 단계에서 형성하고, 개구 패턴을화소 전극을 형성하는 단계에서 형성한다.

본 발명의 실시예에 따른 액정 표시 장치에 의하면, 박막 트랜지스터용 기판 위에 돌기가 형성되어 있고, 이 돌기를 덮는 형태로 화소 전극이 형성되어 있으며, 화소 전극 내에는 돌기와 나란한 개구부가 형성되어 있다. 이러한 박막 트랜지스터용 기판에는 공통 전극이 형성되어 있는 컬러 필터 기판이 마주보도록 대응되어 있다.

두 기판 사이에는 음의 유전율 이방성을 가지는 액정 물질이 주입되어 있을 수 있으며, 이때, 공통 전극과 상기 화소 전극 면에 각각 수직 배향막이 도포되어 있는 것이 바람직하다.

또한, 돌기의 형태는 사각 기둥 모양일 수 있다.

본 발명의 실시예에 따른 다른 액정 표시 장치에 의하면, 하나의 기판 위에 게이트선 및 게이트 전극 등의 게이트 배선이 형성되어 있고, 이 게이트 배선을 게이트 절연막 패턴이 덮고 있으며, 게이트 전극 상부의 게이트 절연막 패턴 위에는 반도체 패턴이 형성되어 있다. 반도체 패턴의 가장자리와 각각 중첩하는 소스 전극 및 드레인 전극, 소스 전극과 연결되며 게이트선과 교차하는 데이터선 등의 데이터 배선이 형성되어 있고, 드레인 전극의 일부를 제외한 데이터 배선 및 반도체 패턴 위에는 보호막 패턴이 형성되어 있다. 이 보호막 패턴은 데이터선과 게이트선에 의해 둘러싸인 화소 내부에서는 제거되어 있다. 또한, 화소 내의 기판 면에는 적어도 두 개의 돌기 패턴이 형성되어 있고, 이 돌기 패턴을 덮는 형태로 화소 전극이 형성되어 있다. 이 화소 전극은 드레인 전극과 접촉되어 있으며, 그 내부에 돌기 패턴과 번갈아 위치하는 개구 패턴이 형성되어 있다. 이러한 구조의 박막 트랜지스터 기판에는 대향 기판이 대응되어 있는데, 이 기판에는 공통 전극이 형성되어 있다.

여기에서, 돌기 패턴은 게이트 절연막 패턴과 동일한 물질로 이루어진 하부층과 보호막 패턴과 동일한 물질로 이루어진 상부층으로 패터닝되어 있다.

또한, 게이트 절연막 패턴은 드레인 전극 하부를 제외한 부분에서 보호막 패턴과 동일한 패턴을 가질 수 있다.

대향 기판의 공통 전극 하부에는 각 화소에 대응대는 부분에 컬러 필터가 형성되어 있고, 인접한 컬러 필터 사이에는 차광막이 형성되어 있는 컬러 필터 기판 일 수 있다.

박막 트랜지스터 기판과 컬러 필터 기판 사이에는 음의 유전율 이방성을 가지는 액정 물질이 주입되어 있는 것이 바람직하며, 액정 물질의 분자축이 수직으로 배향하는 배향막이 화소 전극과 공통 전극 상부에 형성되어 있을 수 있다.

또한, 공통 전극와 화소 전극은 ITO 또는 IZO로 형성되어 있을 수 있다.

한편, 본 발명의 실시예에 따른 액정 표시 장치의 제조 방법에서는, 먼저 제1 기판 위에 게이트선 및 게이트 전극을 포함하는 게이트 배선을 형성하고, 게이트 배선 및 제1 기판 위에 게이트 절연막을 증착한 다음, 게이트 절연막 위에 게이트 전극과 중첩하는 반도체 패턴을 형성한다. 이어, 반도체 패턴의 가장자리와 각각 중첩하는 소스 전극 및 드레인 전극, 그리고 소스 전극과 연결되며 게이트선과 교차하여 화소를 정의하는 데이터선을 포함하는 데이터 배선을 형성하고, 데이터배선 및 반도체 패턴과 게이트 절연막 위에 보호막을 증착한다. 다음, 보호막과 게이트 절연막을 식각하여, 드레인 전극의 일부를 제외한 데이터 배선 및 반도체 패턴 및 게이트 배선 상부에 제1 보호막 패턴 및 제1 게이트 절연막 패턴을 형성함과 동시에, 화소 내에 제2 보호막 패턴층 및 제2 게이트 절연막 패턴층으로 이루어진 돌기 패턴을 형성한다. 그 위에 제1 투명 도전막을 증착하고 식각하여, 드레인 전극과 연결되며 돌기 패턴을 덮는 화소 전극을 형성함과 동시에, 화소 전극 내에 개구 패턴을 형성한다.

제2 기판에 컬러 필터를 형성하고, 컬러 필터 위에 제2 투명 도전막을 증착하여 공통 전극을 형성한 다음, 화소 전극과 공통 전극이 서로 마주보도록 제1 기판과 제2 기판을 대응시키는 것이 가능하며, 이 경우 화소 전극과 공통 전극 상부에 각각 수직 배향막을 도포하고, 두 기판 사이에는 음의 유전율 이방성을 가지는 액정 물질을 주입하는 것이 바람직하다.

그러면, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 따른 수직 배향 액정 표시 장치 및 그 제조 방법에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세하게 설명한다.

먼저, 도 3 및 도 4를 참고로 하여 본 발명에 따른 수직 배향 액정 표시 장치의 패턴 구조 및 분할 배향 원리를 개략적으로 설명한다.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 수직 배향 액정 표시 장치에서 분할 배향을 형성하기 위한 전기장의 형태를 보여주는 단면도이다.

도 3에 도시한 바와 같이, 하부 기판(10) 위에 게이트 절연막 및/또는 보호막으로 이루어진 사각형 돌기 패턴(15)이 형성되어 있고, 이 돌기 패턴(15)를 덮는 화소 전극(16)이 ITO (indium-tin-oxide) 또는 IZO (induin-zinc-oxide) 등의 투명 도전막으로 형성되어 있다. 또한, 화소 전극(16)의 내에는 돌기 패턴(15)과 번갈아 위치하도록 개구 패턴(3)이 뚫려 있어, 돌기 패턴(15)과 개구 패턴(3)이 쌍을 이루고 있다. 돌기 패턴(15)과 개구 패턴(3)은 하나의 화소 내에 적어도 한 쌍이 형성되어 있다.

이러한 하부 기판(10)과 마주보도록 상부 기판(20)이 대응되어 있고, 상부 기판(20)에는 컬러 필터(도시하지 않음) 및 이를 덮는 투명 공통 전극(25)이 형성되어 있다.

이러한 액정 표시 장치의 공통 전극(25)과 화소 전극(16)에 전압이 인가되면, 하부 및 상부 기판(10, 20) 사이에 도 3에 도시한 바와 같은 전기장(E) 및 이에 따른 등전위선(E_eq)이 형성된다. 즉, 화소 전극(16)의 개구 패턴(3) 부근에서는 개구 패턴(3) 가장자리로부터 시작되어 상부 기판(20)의 공통 전극(25)의 한 지점으로 모이는 형태의 전기장(E)이 형성되며, 돌기 패턴(15) 부근에서는 돌기 패턴(15)으로부터 상부 기판(20)의 공통 전극(25) 쪽으로 퍼지는 형태로 전기장(E)이 형성된다. 따라서, 돌기 패턴(15) 또는 개구 패턴(3)을 중심으로 전기장(E) 및 등전위선(E_eq)이 대칭적으로 균일하게 나타난다.

도 4는 도 3의 전기장(E)에 의한 액정 분자의 배열을 보여주는 단면도이다.

도 4에 도시한 바와 같이, 두 기판(10, 20) 사이에 주입되어 있는 음의 유전율 이방성을 가지는 액정 분자(30)는 그 장축이 전기장(E)에 수직한 방향 또는 등전위선(E_eq)에 나란한 방향으로 배열하려 하므로, 액정 분자(30)가 돌기 패턴(15) 또는 개구 패턴(3)을 중심으로 양쪽에 위치한 두 영역에서 서로 다른 방향으로 기울어 진다. 따라서, 두 영역의 광학적 특성이 보상되어 시야각이 넓어진다.

이러한 패턴 구조 및 분할 배향 원리를 가지는 수직 배향 액정 표시 장치에 대한 실시예를 도 5 및 도 6을 참고로 하여 설명한다.

도 5는 본 발명의 실시예에 따른 수직 배향 액정 표시 장치의 배치도이고, 도 6은 도 5의 VI-VI' 선에 대한 단면도이다.

도 5 및 도 6에 도시한 바와 같이, 하부 기판(10) 위에 가로 방향의 게이트선(101), 이로부터 연장된 게이트 전극(102) 등을 포함하는 게이트 배선이 형성되어 있고, 게이트 배선(101, 102) 상부에는 제1 게이트 절연막 패턴(201)이 게이트 배선(101, 102)을 덮고 있다. 게이트 전극(102) 상부의 제1 게이트 절연막 패턴(201) 위에는 비정질 규소막 등의 반도체 패턴(301)이 형성되어 있고, 반도체 패턴(301) 위에는 도핑된 비정질 규소막 등의 저항성 접촉층 패턴(402)이 게이트 전극(102)을 중심으로 양쪽으로 나뉘어 형성되어 있다. 또한, 제1 게이트 절연막 패턴(201) 위에는 세로 방향으로 형성되어 게이트선(101)과 교차하는 데이터선(501)이 형성되어 있고, 데이터선(501)으로부터 소스 전극(502)이 연장되어 한쪽 접촉층 패턴(402)과 접촉하며, 소스 전극(502)의 반대쪽에서 나머지 접촉층 패턴(402)과 접촉하도록 드레인 전극(503)이 소스 전극(502)과 분리되어 형성되어 있다. 게이트선(101) 및 게이트 전극(102) 위의 제1 게이트 절연막 패턴(201), 반도체 패턴(301), 그리고 데이터선(501), 소스 및 드레인 전극(502, 503)을 덮도록 제1 보호막 패턴(601)이 형성되어 있다. 여기에서, 제1 보호막 패턴(601)은 드레인 전극(503) 상부에서 제거되어 있는 것을 제외하면, 제1 게이트 절연막 패턴(201)과 거의 동일한 형태를 가진다. 이러한 제1 보호막 패턴(601)과 제1 게이트 절연막 패턴(201)은 게이트선(101)과 데이터선(501)이 교차하여 정의되는 화소 내부에서 제거되어 있다.

한편, 돌기 패턴(15)이 화소 내에 형성되어 있는데, 제1 게이트 절연막 패턴(201)과 동일한 물질의 제2 게이트 절연막 패턴(202) 및 제1 보호막 패턴(601)과 동일한 물질의 제2 보호막 패턴(602)의 이중막으로 이루어져 있다. 이때, 돌기 패턴(15)은 3∼8μm의 폭으로 형성되어 있다.

이러한 돌기 패턴(15)은 화소의 긴 변의 가운데 부분을 중심으로 위쪽 영역과 아래쪽 영역이 대칭적으로 형성되어 있는데, 가로 중심선에 대해 상하로 각각 약 45도의 각도를 가지도록 길게 뻗어 있으며, 돌기 패턴(15)의 길게 뻗은 부분은 위쪽 영역과 아래쪽 영역에 대해 각각 적어도 두 개가 형성되어 있으며, 이들은 서로 나란하게 놓여 있다. 또한, 돌기 패턴(15)의 길게 뻗은 부분의 끝단으로부터 화소의 가로 중심선 및 화소의 가장자리를 따라 연장부(151, 152)가 연장되어 있는데, 이 연장부(151, 152)는 돌기 패턴(15)의 하나의 길게 뻗은 부분의 끝단으로부터 다른 길게 뻗은 부분의 끝단 쪽을 향하는 방향으로 연장되어 있다.

또한, 화소 내 기판(10) 면에는 ITO 또는 IZO 등의 투명한 도전막으로 화소전극(16)이 형성되어 있다. 이 화소 전극(16)은 드레인 전극(503)의 드러난 부분과 연결되어 있으며, 화소 내의 돌기 패턴(15)을 덮고 있다. 또한, 화소 전극(16)의 일부가 제거된 개구 패턴(3)이 형성되어 있는데, 이 개구 패턴(3)은 화소의 가로 중심선을 기준으로 위쪽 영역과 아래쪽 영역에서 대칭이 되도록 형성되어 있고, 45도의 각도로 뻗어 있으며, 돌기 패턴(15)의 길게 뻗은 부분과 서로 번갈아 배치되어 있다. 또한, 개구 패턴(3)의 일부는 화소의 가로 중심선을 따라 화소 전극(16)의 가장자리로부터 돌기 패턴(15) 쪽으로 연장되도록 형성되어 있다.

도시하지는 않았지만, 화소 전극(16) 위에는 수직 배향막이 도포되어 있다.

이러한 박막 트랜지스터 기판용 하부 기판(10)은 컬러 필터 기판용 상부 기판(20)과 마주보도록 대응되어 있다. 하부 기판(10)과 마주보는 상부 기판(20) 면에는 하부 기판(10)의 게이트 전극(102), 반도체 패턴(301), 소스 및 드레인 전극(502, 503) 등으로 이루어진 박막 트랜지스터가 형성되어 있는 부분과 하부 기판(10)의 게이트선(101) 및 데이터선(501) 등이 형성되어 있는 화소 바깥 부분에 대응하는 위치에 차광막(700)이 형성되어 있다. 또한, 각 화소에 대응되는 부분에 컬러 필터(801, 802)가 형성되어 있고, 컬러 필터(801, 802) 상부에는 ITO 또는 IZO 등의 투명 도전막으로 공통 전극(25)이 형성되어 있으며, 공통 전극(25) 면에는 수직 배향막(도시하지 않음)이 도포되어 있다.

이러한 돌기 패턴(15) 및 개구 패턴(3)을 가지는 액정 표시 장치의 경우, 앞서 도 3 및 도 4를 참고로 설명한 바와 같은 원리에 따라 돌기 패턴(15) 또는 개구 패턴(3)을 중심으로 양쪽에서 액정 분자의 배열 방향이 다르게 나타나므로, 서로평행한 돌기 패턴(15) 또는 개구 패턴(3)을 중심으로 화소가 이분할 된다. 또한, 화소의 가로 중심선을 중심으로 위쪽 영역과 아래쪽 영역이 서로 대칭이므로, 위쪽 영역과 아래쪽 영역의 액정 분자의 배열 방향이 서로 반대가 된다. 결과적으로, 화소 전체로 보아 배향이 다른 네 영역이 존재하게 되어 시야각을 넓힐 수 있다.

돌기 패턴(15)과 개구 패턴(3)은 본 발명의 실시예에서의 형태에만 국한되지는 않으며, 화소를 네 영역으로 분할하는 다양한 패턴 형태 및 배열에 적용될 수 있다.

이상에서와 같이, 박막 트랜지스터 기판에 돌기 패턴(15)과 개구 패턴(3)이 모두 형성되어 있는 본 발명에 따른 액정 표시 장치에서는, 돌기 패턴(15) 주변에서는 전기장이 퍼지는 형태로, 개구 패턴(3) 주변에서는 전기장이 모이는 형태로 전기장이 왜곡되므로, 화소 내에서 액정 분자의 배향이 효과적으로 분할되어 시야각이 향상된다. 또한, 컬러 필터 기판에 아무런 패턴도 형성되어 있지 않아, 공통 전극(25)의 저항이 감소되지 않으며 공정적인 면에서도 유리하다.

그러면, 도 7a 내지 도 7c, 도 8a 내지 도 8f, 그리고 도 5를 참고로 하여 본 발명의 액정 표시 장치의 제조 방법에 대하여 구체적으로 설명한다.

도 7a 내지 도 7c는 본 발명의 실시예에 따른 액정 표시 장치의 컬러 필터 기판을 제조하는 방법을 공정 순서에 따라 나타낸 단면도이고, 도 8a 내지 도 8f는 액정 표시 장치의 박막 트랜지스터 기판을 제조하는 방법을 공정 순서에 따라 나타낸 단면도이다.

먼저 컬러 필터 기판의 제조 방법을 설명한다.

도 7a 내지 도 7c에 도시한 바와 같이, 컬러 필터 기판용 기판(20)에 화소의 가장자리를 가리기 위한 그물 형태의 차광막(700)을 형성한 다음, 차광막(700)이 형성되어 있지 않은 화소 부분에 R, G, B 등의 컬러 필터(801, 802)를 형성한다. 이어, ITO 또는 IZO막 등을 증착하여 공통 전극(25)을 형성한다. 도시하지는 않았지만, 공통 전극(25)의 상부에 수직 배향막을 도포하여 컬러 필터 기판을 완성한다.

다음, 박막 트랜지스터 기판을 제조하는 방법은 다음과 같다.

도 5 및 도 8a에 도시한 바와 같이, 기판(10) 위에 게이트선(101) 및 게이트 전극(102)을 포함하는 게이트 배선을 형성하고, 그 위에 게이트 절연막(200)을 형성한다.

다음, 도 5 및 도 8b에 도시한 바와 같이, 비정질 규소막 등의 반도체층과 도핑된 비정질 규소막 등의 저항성 접촉층을 연속하여 형성하고, 두 층을 동시에 식각하여 접촉층 패턴(401)과 반도체 패턴(301)을 형성한다.

다음, 도 5 및 도 8c에 도시한 바와 같이, 데이터선(501), 소스 및 드레인 전극(502, 503)을 형성하고, 소스 및 드레인 전극(502, 503)을 마스크로 하여 드러난 접촉층 패턴(401)을 제거하여 박막 트랜지스터를 완성한다.

이어, 도 8d에 도시한 바와 같이, 보호막(600)을 증착한다.

다음, 보호막(600) 및 그 하부의 게이터 절연막(200)을 패터닝하여, 도 5 및 도 8e에 도시한 바와 같이, 박막 트랜지스터, 게이트선(101) 및 데이터선(601) 상부, 즉 화소 바깥 영역에 제1 보호막 패턴(601) 및 제1 게이트 절연막 패턴(201)을형성하고, 화소 내부에는 제2 보호막 패턴(602)과 제2 게이트 절연막 패턴(202)으로 이루어진 돌기 패턴(15)을 형성한다. 또한, 이 단계에서 드레인 전극(503) 상부의 보호막(600)을 제거하여 드레인 전극(503) 일부를 드러낸다. 드레인 전극(503)의 드러난 부분은 후속 공정에서 형성될 화소 전극과 접촉할 부분이다.

여기에서는 돌기 패턴(15)의 상부막은 보호막(600)으로 이루어지고, 하부막은 게이트 절연막(200)으로 이루어지는 경우에 대해서만 언급하였지만, 막의 적층 순서나 공정의 순서에 따라서 돌기 패턴(15)의 층상 구조 및 형성 방법을 달리할 수 있다. 예를 들어, 4매 마스크 공정을 적용하여 박막 트랜지스터 기판을 제조하는 경우, 게이트 절연막, 접촉층, 반도체층 및 데이터 배선용 금속을 동시에 패터닝하여 데이터 배선, 반도체 패턴 및 접촉층 패턴을 형성하는 단계에서, 데이터 배선용 금속, 반도체층 및 접촉층의 삼중막으로 이루어진 돌기 패턴을 형성할 수 있다.

다음, ITO 또는 IZO 등의 투명 도전막을 증착하고 패터닝하여, 도 5 및 도 8f에 도시한 바와 같이, 드레인 전극(503)의 드러난 부분과 연결되는 화소 전극(16) 및 화소 전극(16) 내에 개구 패턴(3)을 형성한다.

도시하지는 않았지만, 개구 패턴(3)을 가지는 화소 전극(16) 면에 수직 배향막을 도포하여 박막 트랜지스터 기판을 완성한다.

도 7a 내지 도 7c의 단계를 거쳐 만들어진 컬러 필터 기판의 공통 전극(25)과 도 8a 내지 도 8f의 단계를 거쳐 만들어진 박막 트랜지스터 기판의 화소 전극(16)이 서로 마주보도록 두 기판을 정렬시킨 후, 실재(sealant)를 도포하여 두기판을 조립하고, 각 기판의 바깥쪽에 편광판을 붙여 액정 표시 장치를 완성한다.

이처럼, 본 발명에 따른 수직 배향 액정 표시 장치의 제조 방법에서는, 박막 트랜지스터 기판에 돌기 패턴(15)과 개구 패턴(3)을 모두 형성하므로, 상부 컬러 필터 기판과 하부 박막 트랜지스터 기판에 각각 패턴이 형성되어 있는 경우에서 발생하기 쉬운 두 기판 사이의 오정렬에 대한 우려가 없다.

또한, 이러한 박막 트랜지스터 기판의 돌기 패턴(15)과 개구 패턴(3)은 보호막(600)과 게이트 절연막(200)을 식각하여 드레인 전극(503)을 드러내는 접촉부를 형성하는 단계 및 화소 전극(16)을 패터닝하는 단계에서 각각 형성하므로, 돌기 패턴(15)이나 개구 패턴(3)을 형성하기 위해 공정을 추가할 필요가 없다.

이외에도, 컬러 필터 기판의 공통 전극(25)에 개구 패턴을 형성하지 않으므로, 개구 패턴을 형성하기 위한 사진 식각 공정이나, 컬러 필터 상부에 컬러 필터를 식각액으로부터 보호하기 위한 버퍼층인 오버 코트층을 형성하는 단계가 필요치 않아 공정이 단순해 질 뿐만 아니라, 패턴이 있는 경우에 공통 전극(25)의 저항이 증가되는 단점을 완전히 해결할 수 있으며, 개구 패턴이 과식각 되거나 언더 컷(undercut)되어 발생하는 불량을 제거할 수 있다.

이상에서와 같이, 본 발명에 따른 수직 배향 액정 표시 장치 및 그 제조 방법에서는 공정을 추가하지 않고 액정 분자의 배열 방향을 분할할 수 있을 뿐만 아니라, 상부 기판과 하부 기판의 오정렬이 발생할 우려가 없다.

Claims

(2회 정정) 제1 기판,

상기 제1 기판에 형성되어 있는 돌기,

상기 제1 기판에 형성되어 있으며, 상기 돌기를 덮고 있고, 상기 돌기와 나란하고 상기 돌기와 소정 간격 이격되어 있는 개구부를 가지고 있는 화소 전극,

상기 제1 기판과 마주보도록 대응되는 제2 기판, 및

상기 제2 기판에 형성되어 있는 공통 전극

을 포함하는 액정 표시 장치.
제1항에서,

상기 제1 기판과 상기 제2 기판 사이에 주입되어 있으며 음의 유전율 이방성을 가지는 액정 물질을 더 포함하는 액정 표시 장치.
제2항에서,

상기 공통 전극과 상기 화소 전극 면에 각각 도포되어 있는 수직 배향막을 더 포함하는 액정 표시 장치.
제1항에서,

상기 돌기는 사각 기둥 모양인 액정 표시 장치.