KR100712883B1 - 수직정렬모드 액정표시장치 - Google Patents

수직정렬모드 액정표시장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 게이트 배선과 데이터 배선과, 이들 두 배선이 서로 교차하여 정의되는 화소영역과, 상기 화소영역 내에 구비된 박막 트랜지스터와, 상기 박막트랜지스터를 덮으며 전면에 구비된 보호층과, 상기 보호층 상부로 상기 박막트랜지스터와 연결되며 서로 이격된 다수의 화소패턴으로 이루어진 화소전극을 구비한 제 1 기판과; 상기 제 1 기판의 상부로 상기 제 1 기판에 대향하며, 상기 화소영역에 대응하여 순차반복하는 적, 녹, 청색 컬러필터 패턴과, 상기 컬러필터 패턴 하부에 구비된 오버코트층과, 상기 오버코트층 하부에 구비된 공통전극과, 상기 공통전극 하부에 상기 각 화소패턴에 대응하는 립(rib)을 구비한 제 2 기판과; 상기 화소전극과 공통전극 사이에 개재된 액정층을 포함하며, 상기 액정층의 두께가 상기 각 화소패턴에 따라 서로 다르게 형성되는 다중셀갭을 갖는 수직정렬모드 액정표시장치를 제공한다.
VA모드, 광시야각, 컬러쉬프트, 셀갭

Description

수직정렬모드 액정표시장치{Vertical alignment mode liquid crystal display device}
도 1은 종래의 VA모드 액정표시장치의 일부를 도시한 단면도.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 VA모드 액정표시장치의 하나의 화소영역에 대한 평면도.
도 3은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 VA모드 액정표시장치의 단면도로서 도 2를 Ⅲ-Ⅲ를 따라 절단한 단면도.
도 4는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 VA모드 액정표시장치의 단면도로서 도 2를 Ⅳ-Ⅳ를 따라 절단한 단면도.
도 5는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 VA모드 액정표시장치의 단면도로서 도 2를 Ⅲ-Ⅲ를 따라 절단한 단면도.
도 6은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 VA모드 액정표시장치의 단면도로서 도 2를 Ⅳ-Ⅳ를 따라 절단한 단면도.
도 7a 내지 도 7d는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 VA모드 액정표시장치용 컬러필터 기판의 제조 공정 단면도.
도 8a 내지 도 8c는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 VA모드 액정표시장치용 어레이 기판의 제조 공정 단면도.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
101 : 어레이 기판 105, 161 : 투명한 기판
115 : 게이트 전극 120 : 반도체층
127 : 소스 전극 130 : 드레인 전극
135 : 보호층 137 : 드레인 콘택홀
145 : 슬릿형태의 화소전극 146 : 화소전극의 슬릿
165 : 블랙매트릭스 170 : 컬러필터 패턴
175a : 제 1 두께의 오버코트층
삭제
175b : 제 2 두께의 오버코트층
177 : 공통전극 178 : 립(rib)
d1 : 두꺼운 두께의 셀갭 d2 : 얇은 두께의 셀갭
P : 화소영역
삭제
삭제
본 발명은 액정표시장치(Liquid Crystal Display)에 관한 것으로, 좀 더 상세하게는 빠른 응답속도와 우수한 투과율 및 시야각을 갖는 면 구동 액정표시장치에 관한 것이다.
최근 정보화 사회로 시대가 급진전함에 따라, 대량의 정보를 처리하고 이를 표시하는 디스플레이(display)분야가 발전하고 있다.
특히 최근 들어 박형화, 경량화, 저 소비전력화 등의 시대상에 부응하기 위해 평판 표시 장치(plate panel display)의 필요성이 대두되었고, 이에 따라 색 재현성이 우수하고 박형인 박막 트랜지스터형 액정표시장치(Thin film transistor liquid crystal display )가 개발되었다.
이러한 액정표시장치의 디스플레이 방법은 액정분자의 광학적 이방성과 분극성질을 이용하는데, 이는 상기 액정분자의 구조가 가늘고 길며, 그 배열에 있어서 방향성을 갖는 선 경사각(pretilt angle)을 갖고 있기 때문에, 인위적으로 액정에 전압을 인가하면 액정분자가 갖는 선 경사각을 변화시켜 상기 액정 분자의 배열 방향을 제어할 수 있으므로, 적절한 전압을 액정층에 인가함으로써 상기 액정분자의 배열 방향을 임의로 조절하여 액정의 분자배열을 변화시키고, 이러한 액정이 가지고 있는 광학적 이방성에 의하여 편광된 빛을 임의로 변조함으로써 원하는 화상정보를 표현한다.
현재에는 박막 트랜지스터와 상기 박막 트랜지스터에 연결된 화소전극이 행렬 방식으로 배열된 능동형 액정표시장치(Active Matrix LCD)가 해상도 및 화상 구현능력이 우수하여 가장 주목받고 있다.
일반적인 액정표시장치를 이루는 기본적인 소자인 액정 패널은 상부의 컬러필터 기판과 하부의 어레이 기판이 서로 대향하여 소정의 간격을 두고 이격되어 있고, 이러한 두 개의 기판 사이에 액정분자를 포함하는 액정이 충진되어 있는 구조이며, 더욱 정확히는 상기 충진된 액정의 초기 배열을 전압에 따라 조절하기 위한 고분자 배향막이 상기 각각의 기판 내부의 전극을 덮으며 더욱 형성되어 있다.
이때, 이러한 액정에 전압을 인가하는 전극은 컬러필터 기판에 위치하는 공통전극과 어레이 기판에 위치하는 화소전극이 되고, 이러한 두개의 전극에 전압이 인가되면, 인가되는 전압의 차이에 의하여 형성되는 상하의 수직적 전기장이 그 사이에 위치하는 액정 분자의 방향을 제어하는 방식을 사용한다.
그러나, 전술한 바와 같은 구조를 갖는 액정표시장치는 공통전극과 화소전극이 수평적으로 형성되고, 여기에 발생하는 상하의 수직적 전기장에 의해 액정을 구동하는 방식이므로 투과율과 개구율 등의 특성이 우수한 장점은 있으나, 시야각 특성이 우수하지 못한 단점을 가지고 있다.
따라서, 시야각 특성을 향상시키고자 수직정렬(vertical alignment : VA)모드 액정표시장치가 제안되었다.
종래의 수직정렬모드 액정표시장치는 도 1에 도시한 바와 같이, 게이트 전극(42), 게이트 절연막(43), 반도체층(45), 소스 및 드레인 전극(47, 49)을 포함하는 스위칭 소자인 박막 트랜지스터(Tr)가 구성되고 상기 박막트랜지스터(Tr) 위로 전면에 형성된 보호층(52) 위로 슬릿형태의 화소전극(55)이 구비된 제 1 기판(40)과 적, 녹, 청색 컬러필터 패턴(63) 및 공통전극(67)과 립(rib)(78)을 갖는 제 2 기판(60)과 상기 두 기판(40, 60) 사이에 개재된 음의 유전 이방성을 갖는 액정층(90)으로 구성되고 있다.
전술한 수직정렬모드 액정표시장치에 있어서, 광시야각을 갖도록 하기 위해 서는 하나의 화소영역(P)에 멀티도메인을 구성하는 기술이 필요하고, 이러한 멀티도메인을 형성하기 위해 상기 제 1 기판(40)상의 화소전극(55)을 부분적으로 식각한 슬릿형태를 갖도록 구성하고, 상부의 제 2 기판(60)의 공통전극(67) 하부에는 특정 방향으로 다수의 립(rib)(78)을 형성하여, 상기 하부의 슬릿형태의 화소전극(55)과 상부의 립(rib)(78)에 의해 측면전기장을 유도함으로써 멀티도메인을 형성하여 시야각을 넓히고 있다.
하지만, 전술한 바와 같이, VA모드 액정표시장치는 하나의 화소영역 내에 다수의 멀티도메인을 구성함으로써 광시야각을 갖도록 구성되지만, 전술한 종래의 VA모드 액정표시장치는 편광판의 투과축과 45°를 이루는 영역에서 소정의 각도를 기울여 화상을 바라보면 콘트라스트 비가 현저하게 떨어지며 계조 반전현상 즉, 컬러쉬프트 현상이 발생하는 문제가 있다.
전술한 문제를 해결하기 위한 본 발명은 특정 각도에서의 컬러 쉬프트 현상의 발생을 최소화할 수 있는 광시야각의 수직정렬모드 액정표시장치를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
상기의 목적을 이루기 위해, 본 발명에 실시예에 따른 수직정렬모드 액정표시장치는, 게이트 배선과 데이터 배선과, 상기 게이트 배선과 상기 데이트 배선이 교차하여 정의되는 화소영역과, 상기 화소영역 내에 구비된 박막 트랜지스터와, 상기 박막트랜지스터 상에 형성되는 보호층과, 상기 박막트랜지스터와 연결되어, 상기 보호층 상에 형성되며, 서로 이격되는 다수의 화소패턴으로 이루어진 화소전극을 구비한 제 1 기판과; 상기 제 1 기판의 상부에서, 상기 제 1 기판과 대향하며, 상기 화소영역에 대응하여 순차반복하는 적, 녹, 청색의 컬러필터 패턴과, 상기 컬러필터 패턴의 하부에 구비되며, 상기 다수의 화소패턴의 각각에 대응하여 서로 다른 두께를 가지는 오버코트층과, 상기 오버코트층 하부에 구비된 공통전극과, 상기 공통전극 하부에 상기 다수의 화소패턴의 각각에 대응하는 립(rib)을 구비한 제 2 기판과; 상기 화소전극과 상기 공통전극 사이에 개재된 액정층;을 포함하며, 상기 액정층의 두께가 상기 다수의 화소패턴과 대응되며, 상기 오버코트층에 따라 서로 다르게 형성되는 다중 셀 갭을 갖는 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 다수의 화소패턴과 상기 립(rib)에 의해 멀티도메인이 형성되는 것이 특징이다.
또한, 상기 액정층은 상기 다수의 화소패턴에 번갈아 대응되며 서로 다른 제 1 및 제 2 두께를 가지며, 이때, 상기 제 1 두께는 2.5㎛에서 5㎛사이의 값을 가지며, 상기 제 2 두께는 2㎛에서 4㎛사이의 값을 가지며, 상기 제 1 두께는 상기 제 2 두께보다 큰 것이 특징이다.
또한, 상기 보호층은 상기 다수의 화소패턴에 번갈아 대응되며 서로 다른 제 3 및 제 4 두께를 가지는 것이 특징이다.
또한, 상기 오버코트층은 상기 다수의 화소패턴에 번갈아 대응되며 서로 다른 제 3 및 제 4 두께를 가지는 것이 특징이다.
이때, 상기 제 3 두께와 상기 제 4 두께의 차이는 0.5㎛에서 1㎛사이의 값인 것이 바람직하다.
또한, 상기 립은 상기 각 화소패턴의 중앙부에 대응되는 것이 바람직하다.
또한, 상기 화소전극은 상기 화소영역의 중앙부를 기준으로 상하 대칭적으로 구성된 것이 특징이다.
또한, 상기 박막 트랜지스터는 게이트 전극과, 상기 게이트 전극 상부의 게이트 절연막과, 상기 게이트 절연막 상부의 반도체층과, 상기 반도체층 상부에서 서로 이격된 소스 및 드레인 전극을 포함하고, 상기 화소영역의 중앙부에는 상기 게이트 배선과 나란한 스토리지 배선이 더욱 형성되어 있는 것이 특징이다.
본 발명에 따른 수직정렬모드 액정표시장치용 어레이 기판의 제조 방법은, 기판 상에 게이트 배선과 게이트 전극을 형성하는 단계와; 상기 게이트 배선 및 상기 게이트 전극을 포함한 상기 기판 상에 게이트 절연막을 형성하는 단계와; 상기 게이트 전극과 대응되는 상기 게이트 절연막 상에 반도체층을 형성하는 단계와; 상기 반도체층 및 상기 게이트 절연막 상에 상기 게이트 배선과 교차하여 화소영역을 정의하는 데이터 배선과, 상기 반도체층과 접촉하며 서로 이격되는 소스 전극 및 드레인 전극을 형성하는 단계와; 상기 소스 전극 및 상기 드레인 전극과 상기 데이터 배선 상에 보호층을 형성하는 단계와; 상기 보호층 상에 상기 드레인 전극과 접촉하고, 컬러필터 기판의 서로 두께가 다른 다수의 분할영역을 가지는 오버코트층에서, 상기 다수의 분할영역의 각각과 대응되며, 서로 이격되어 있는 다수의 화소패턴으로 이루어진 화소전극을 형성하는 단계와;를 포함한다.
이때, 상기 보호층은 감광성 유기절연물질로 이루어진 것이 바람직하며, 이때, 상기 보호층을 패터닝하는 단계는, 투과영역과 차단영역과 반투과영역을 갖는 마스크를, 상기 투과영역은 상기 드레인 전극에 대응되고, 상기 차단영역과 상기 반투과영역은 상기 다수의 분할영역에 번갈아 대응되도록 상기 보호층 상부에 배치하는 단계와; 상기 보호층을 상기 마스크를 통해 노광하는 단계와; 상기 보호층을 현상하는 단계;를 포함하는 것이 특징이다.
본 발명에 따른 수직정렬모드 액정표시장치용 컬러필터 기판의 제조 방법은, 기판 상에 블랙매트릭스를 형성하는 단계와; 상기 블랙매트릭스를 포함한 상기 기판 상에 순차 반복하는 적, 녹, 청색의 컬러필터 패턴을 형성하는 단계와; 상기 컬러필터 패턴 상에 오버코트층을 형성하는 단계와; 상기 오버코트층을 패터닝하여, 어레이 기판 상에 설치되며 서로 이격되어 다수의 화소패턴으로 구성되는 화소전극에 있어서, 상기 다수의 화소패턴의 각각과 대응되도록, 서로 두께가 다른 다수의 분할영역을 형성하는 단계와; 상기 오버코트층 위로 공통전극을 형성하는 단계와; 상기 공통전극 상에, 상기 다수의 화소패턴의 각각과 대응되며, 서로 이격되는 다수의 립(rib)을 형성하는 단계;를 포함한다.
이때, 상기 오버코트층은 감광성 유기절연물질로 이루어진 것이 바람직하며, 이때, 상기 오버코트층을 패터닝하는 단계는, 차단영역과 반투과영역을 갖는 마스크를, 상기 차단영역과 상기 반투과영역이 상기 다수의 분할영역에 번갈아 대응되도록 상기 오버코트층 상부에 배치하는 단계와; 상기 오버코트층을 상기 마스크를 통해 노광하는 단계와; 상기 오버코트층을 현상하는 단계;를 포함한다.
이하 본 발명을 바람직한 실시예를 통해 상세히 설명한다.
<제 1 실시예>
도 2는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 수직정렬모드 액정표시장치의 하나의 화소영역에 대한 평면도이다.
도시한 바와 같이, 일방향으로 다수의 게이트 배선(110)이 형성되어 있으며, 또한 상기 게이트 배선(110)과 교차하여 화소영역(P)을 정의하며 다수의 데이터 배선(125)이 형성되어 있으며, 상기 화소영역(P)의 중앙부를 관통하며 상기 게이트 배선(110)과 나란하게 스토리지 배선(113)이 형성되어 있다.
또한, 상기 게이트 배선(110)과 데이터 배선(125)의 교차지점에는 각 화소영역(P)별로 스위칭 소자인 박막 트랜지스터(Tr)가 형성되어 있다. 이때 상기 박막 트랜지스터(Tr)는 상기 게이트 배선(110)에서 분기한 게이트 전극(115)과, 그 상부로 게이트 절연막(미도시)이 구성되며, 상기 게이트 절연막(미도시) 위로 액티브층(120a)과 오믹콘택층(120b)으로 이루어진 반도체층(120)과, 상기 반도체층(120) 위로 서로 이격하여 소스 및 드레인 전극(127, 130)으로 구성되고 있다. 이때 상기 소스 전극(127)은 상기 데이터 배선(125)과 연결되어 있다.
또한, 상기 박막 트랜지스터(Tr)를 포함하여 상기 데이터 배선(125) 위로 전면에 보호층(미도시)이 형성되어 있으며, 상기 보호층(미도시) 위로 각 화소영역(P)별로 상기 박막 트랜지스터(Tr)의 드레인 전극(130)과 드레인 콘택홀(137)을 통해 상기 드레인 전극(130)과 접촉하는 화소전극(145)이 형성되어 있다. 이때, 상기 화소전극(145)은 상기 화소영역(P) 내에서 전체적으로는 연결된 상태이나 소정방향으로 마치 소정폭을 갖는 슬릿(146a 내지 146f)형태로 상기 화소전극(145)이 패터 닝되어 즉, 다수의 슬릿(146a 내지 146f)과 다수의 화소패턴(145a 내지 145d)으로 구성되며, 보호층(미도시)을 노출시키고 있으며, 상기 슬릿(146a 내지 146f)을 사이로 형성된 화소패턴(145a 내지 145d)은 상기 화소영역(P)내에서 상기 스토리지 배선(113)을 사이에 두고 서로 대칭적으로 형성되고 있는 것이 특징이다.
또한, 상기 스토리지 배선(113)을 사이로 화소영역(P) 내에서 상하로 서로 대칭적으로 형성된 다수의 슬릿(146a 내지 146f)을 포함하는 화소전극(145)의 각각의 화소패턴(145a 내지 145d)의 중앙에는 컬러필터 기판 하부에 형성된 립(rib)(178)이 대응됨으로써 상기 컬러필터 기판 하부에 형성된 립(178)과 상기 다수의 슬릿을 포함하는 화소전극(145)에 의해 하나의 화소영역(P)에서 멀티도메인 더욱 정확히는 4 도메인을 형성하고 있다.
다음, 전술한 VA모드 액정표시장치의 단면구조에 대해 도면을 참조하여 설명한다.
도 3과 도 4는 도 2를 각각 Ⅲ-Ⅲ, Ⅳ-Ⅳ를 따라 절단한 단면도이다.
우선, 하부기판인 어레이 기판의 단면 구조에 대해 설명한다.
본 발명에 따른 VA모드 액정표시장치용 어레이 기판(101)은 도시한 바와 같이, 투명한 기판(105) 상에 게이트 배선(미도시)을 포함한 게이트 전극(115)과 스토리지 배선(113)이 형성되어 있으며, 상기 게이트 배선(미도시)과, 게이트 전극(115)과 스토리지 배선(113) 상부로 전면에 게이트 절연막(118)이 형성되어 있다.
다음, 상기 게이트 절연막(118) 위로 상기 게이트 전극(115)에 대응해서는 액티브층(120a)과 오믹콘택층(120b)으로 이루어진 반도체층(120)이 형성되어 있으 며, 상기 반도체층(120) 중 오믹콘택층(120b)과 각각 접촉하며 서로 이격하며 소스 및 드레인 전극(127, 130)이 형성되어 있으며, 상기 소스 전극(127) 일끝단과 연결되며 상기 게이트 배선(미도시)과 교차하는 데이터 배선(125)이 형성되어 있다.
다음, 상기 소스 및 드레인 전극(127, 130)과 데이터 배선(125) 위로 전면에 보호층(135)이 형성되어 있다. 이때 상기 보호층(135)에는 드레인 전극(130)을 노출시키는 드레인 콘택홀(137)이 형성되어 있다.
다음, 상기 드레인 콘택홀(137)이 구비된 보호층(135) 위로 상기 드레인 콘택홀(137)을 통해 상기 드레인 전극(130)과 접촉하는 화소전극(145)이 형성되어 있다. 이때, 상기 화소전극(145)은 다수의 슬릿을 포함하여 다수의 화소패턴(145a 내지 145d)으로 형성됨으로써 각 슬릿을 사이로 상기 각 화소패턴이 소정간격 이격하여 형성되고 있는 것이 특징이다. 도면에서는 상기 서로 소정간격 이격한 화소전극(145)이 끊어진 것처럼 보이나 도 2에 도시한 바와 같이 상기 화소전극(145)은 전체적으로는 이어진 상태임을 알 수 있다.
다음, 전술한 어레이 기판에 대응하는 컬러필터 기판의 단면 구조에 대해 설명한다.
VA모드 액정표시장치용 컬러필터 기판(160)은 도시한 바와 같이, 투명한 기판(161) 하면에 하부의 어레이 기판(101) 상에 구비된 게이트 및 데이터 배선(미도시, 125)과 박막 트랜지스터(Tr)에 대응하는 영역에는 블랙매트릭스(165)가 형성되어 있으며, 상기 블랙매트릭스(165) 및 상기 블랙매트릭스(165) 외부로 노출된 기판(161) 하부에 화소영역(P)별로 순차 반복하며 적, 녹, 청색 컬러필터 패턴(170) 이 형성되어 있다.
다음, 상기 컬러필터 패턴(170) 하부에는 하나의 화소영역(P) 내에서 그 두께를 달리하여 셀갭(d1, d2)을 달리 형성하는 것을 특징으로 하는 오버코트층(175a, 175b)이 형성되어 있다. 이때 상기 두께를 달리하는 오버코트층(175a, 175b)의 경계는 하부 어레이 기판(101)상의 서로 이격한 화소전극(145)의 각 슬릿에 대응하는 부분에 형성되고 있음을 알 수 있다.
다음, 상기 얇은 두께 및 두꺼운 두께의 오버코트층(175a, 175b) 하부 전면에는 투명도전성 물질로서 공통전극(177)이 형성되어 있으며, 상기 공통전극(177) 하부로 상기 어레이 기판(101)상의 화소전극(145)에 대응하여 소정의 높이를 갖는 립(rib)(178)이 형성되어 있다. 이때, 상기 립(178)은 상기 어레이 기판(101)상의 하나의 화소영역(P) 내에 화소전극(145)에 포함된 다수의 슬릿(146a, 146b, 146c, 미도시, 미도시, 146f) 사이에 대응하여 형성된 것이 특징이다.
다음, 전술한 어레이 기판(101)과 컬러필터 기판(160) 사이에는 수직정렬 특성을 갖는 액정층(190)이 형성되어 있다. 이때, 상기 액정층(190)의 두께 즉 셀갭(d1, d2)은 상기 컬러필터 기판(160)내에 하부의 위치한 어레이 기판(101)에 대응하여 화소영역(P) 내에서 화소전극(145)의 슬릿(146a, 146b, 146c, 미도시, 미도시, 146f)을 경계로 두께를 달리하는 오버코트층(175a, 175b)이 구성되고 있는 바 셀갭(d1, d2)의 크기 또한 달리 형성(d1>d2)되고 있다.
이때 얇은 두께의 오버코트층(175a)을 갖는 도메인 영역에서는 상기 셀갭(d1)은 2.5㎛ 내지 5㎛인 것이 바람직하며, 두꺼운 두께의 오버코트층(175b)이 형성된 도메인 영역에서의 셀갭(d2)은 2㎛ 내지 4㎛인 것이 바람직하다.
또한, 도면에는 나타내지 않았지만, 상기 컬러필터 기판(160)의 공통전극(177) 하부 및 상기 어레이 기판(101)의 화소전극(145) 상부 전면에는 상기 수직정렬 특성을 갖는 액정층(190) 내의 액정분자의 정렬을 위한 수직정렬 배향막(미도시)이 더욱 형성될 수 있다.
전술한 구조를 갖는 VA모드 액정표시장치(100)는 하나의 화소영역(P) 내에 형성된 멀티도메인 영역(A,B,C,D,E)마다 셀갭(d1, d2)이 달리 구성됨으로써 위상차(nd/
Figure 112006045224276-pat00014
) 보상이 되어 특정 경사각에서의 컬러쉬프트(color shift) 현상을 방지할 수 있게 된다.
<제 2 실시예>
전술한 제 1 실시예에서는 하나의 화소내에 형성된 멀티도메인 각각의 셀갭을 컬러필터 기판의 오버코트층의 두께를 달리 형성함으로써 다르게 구성하였다.
본 발명의 제 2 실시예에 있어서는 어레이 기판 상의 보호층을 두께를 달리 형성하여 하나의 화소영역 내에 형성된 멀티도메인의 셀갭을 달리 구성하는 것을 제시한다.
본 발명의 제 2 실시예에 따른 VA모드 액정표시장치의 평면도는 제 1 실시예에서 보인 도 2 와 동일하므로 이를 참고하고, 그 단면구조에 대해서는 상기 도 3과 도 4와 같이 도 2를 Ⅲ-Ⅲ, Ⅳ-Ⅳ를 따라 절단한 단면도인 도 5와 도 6을 참조하여 설명한다.
본 발명의 제 2 실시예에 의한 VA모드 액정표시장치는 도 5와 도 6에 도시한 바와 같이, 상부의 컬러필터 기판(260)과, 하부의 어레이 기판(201)과, 상기 두 기판(260, 201) 사이에 수직정렬 액정층(290)으로 구성되고 있다.
우선, 하부기판인 어레이 기판(201)은 투명한 기판(205) 상에 게이트 배선(미도시)을 포함한 게이트 전극(215)과 스토리지 배선(213)이 형성되어 있으며, 상기 게이트 배선(미도시)과, 게이트 전극(215)과 스토리지 배선(213) 상부로 전면에 게이트 절연막(218)이 형성되어 있다.
다음, 상기 게이트 절연막(218) 위로 상기 게이트 전극(215)에 대응해서는 액티브층(220a)과 오믹콘택층(220b)으로 이루어진 반도체층(220)이 형성되어 있으며, 상기 반도체층(220) 중 오믹콘택층(220b)과 각각 접촉하며 서로 이격하며 소스 및 드레인 전극(227, 230)이 형성되어 있으며, 상기 소스 전극(227) 일끝단에는 상기 게이트 배선(미도시)과 교차하는 데이터 배선(225)이 형성되어 있다.
다음, 상기 소스 및 드레인 전극(227, 230)과 데이터 배선(225) 위로 전면에 두꺼운 두께 및 얇은 두께를 갖는 즉, 하나의 화소영역(P) 내에서 더욱 정확히는 상기 게이트 절연막(218) 상부에 형성되며 상기 화소영역(P) 내에서 이격하여 후속 공정에서 형성되는 다수의 슬릿(246a, 246b, 246c, 미도시, 미도시, 246f)과 다수의 화소패턴(245a 내지 245d)으로 이루어진 화소전극(245)에 대응하여 각각의 영역에서 두께를 달리하는 보호층(235a, 235b)이 형성되어 있다. 이때, 상기 보호층(235a, 235b)의 두께 차이는 0.5㎛ 내지 1㎛ 범위내에서 결정되고 있으며, 이러한 보호층(235a, 235b) 두께의 차이는 최종적으로 액정층(290)의 두께 즉 셀샙(d3, d4)의 차이를 형성하게 되고, 이러한 화소영역(P) 내의 슬릿형태의 화소전극(245)에 의해 분할되는 각 영역간의 셀갭(d3, d4)의 차이로 인해 위상차(nd/
Figure 112006045224276-pat00015
)가 보상됨으로써 컬러쉬프트 현상을 저하시키게 된다. 이러한 보호층(235a, 235b)의 두께를 달리 형성하는 것에 대해서는 추후 제조 방법에 대한 부분에서 설명하기로 한다.
상기 보호층(235a, 235b)에는 상기 드레인 전극(230)을 노출시키는 드레인 콘택홀(237)이 형성되어 있다.
다음, 상기 드레인 콘택홀(237)이 구비되고 분할된 영역별로 두께를 달리하는 보호층(235a, 235b) 위로 투명 도전성 물질로서 상기 드레인 콘택홀(237)을 통해 상기 드레인 전극(230)과 접촉하며, 다수의 슬릿(246a, 246b, 246c, 미도시, 미도시, 246f)과 다수의 화소패턴(245a 내지 245d)으로 구성된 화소전극(245)이 형성되어 있다. 도면에서는 상기 각 화소패턴(245a 내지 245d)은 서로 연결되지 않은 것처럼 보이나 도 2에 도시한 바와 같이 상기 각 화소패턴(245a 내지 245d)은 전체적으로는 전기적으로 이어져 있음을 알 수 있다.
다음, 전술한 서로 이웃한 화소패턴(245a 내지 245d)에 대응하여 서로 다른 두께를 갖는 보호층(235a, 235b)을 구비한 어레이 기판(201)에 대응되는 컬러필터 기판(260)은 투명한 기판(261) 하면에 상기 어레이 기판(201)상의 게이트 배선(미도시)과 데이터 배선(225)과 상기 두 배선(미도시, 225)의 교차지점에 구비된 박막 트랜지스터(Tr)에 대응하여 블랙매트릭스(265)가 형성되어 있으며, 상기 블랙매트릭스(265) 및 상기 블랙매트릭스(265) 외부로 노출된 기판(261) 하면에는 상기 각 화소영역(P)에 대응하여 순차 반복적으로 적, 녹, 청색 컬러필터 패턴(270)이 형성 되어 있다.
다음, 상기 적, 녹, 청색 컬러필터 패턴(270) 하부에는 일정한 두께를 갖는 오버코트층(275)이 형성되어 있으며, 상기 오버코트층(275) 하부에는 투명도전성 물질로써 공통전극(277)이 형성되어 있으며, 상기 공통전극(277) 하부에는 상기 각 화소패턴(245a 내지 245d) 중앙에 대응하여 도메인(A,B,C,D,E)의 경계를 이루는 립(278)이 형성되어 있다.
다음, 전술한 어레이 기판(201)과 컬러필터 기판(260)의 상기 화소전극(245)과 공통전극(277) 사이에는 수직정렬 특성을 갖는 액정층(290)이 구비되어 있으며, 이때 상기 각 화소패턴(245a 내지 245d)이 구비된 영역 중 이웃한 영역은 각각 다른 두께를 갖는 보호층(235a, 235b)이 형성되고 있는바 이러한 두께를 달리하는 보호층(235a, 235b)에 의해 셀갭(d3, d4)이 하나의 화소영역(P)에 있어서 이웃한 화소패턴(245a 내지 245d)이 형성된 영역 간에는 서로 달리 형성되고 있음을 알 수 있다.
하나의 화소영역(P) 내에서 서로 이격하여 구성된 화소전극(245)에 대응하는 이웃 영역 간에 셀갭(d3, d4)이 달리 구성됨으로써 특정 경사각에서의 위상차가 보상되어 컬러쉬프트 현상을 저하시킬 수 있다.
다음, 전술한 제 1, 2 실시예에 의한 VA모드 액정표시장치에 있어서, 컬러필터 기판 내의 두께가 다른 오버코트층 및 어레이 기판 내의 두께가 다른 보호층을 형성하는 방법 대해 도면을 참조하여 설명한다.
도 7a 내지 도 7d는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 VA모드 액정표시장치용 컬러필터 기판의 제조 공정 단면도이다.
우선, 도 7a에 도시한 바와 같이, 투명한 기판(161) 상에 크롬(Cr) 또는 크롬산화물(CrOx) 등의 금속물질을 전면에 증착하거나 또는 블랙레진(black resin)을 전면에 도포하여 블랙매트릭스층(미도시)을 형성하고 이를 패터닝하여 어레이 기판상에 형성된 게이트 및 데이터 배선과 박막 트랜지스터가 형성된 부분에 대응하여 블랙매트릭스(165)를 형성한다.
다음, 상기 블랙매트릭스(165) 및 노출된 기판(161) 상에 적색 포토레지스트층을 형성하고 이를 패터닝함으로써 적색 컬러필터 패턴(170)을 형성하고, 도면에는 나타나지 않았지만 동일한 방법으로 녹색 및 청색 컬러필터 패턴(미도시)을 형성함으로써 각 화소영역(P) 별로 순차 반복적인 적, 녹, 청색 컬러필터 패턴(170)을 형성한다.
다음, 상기 적, 녹, 청색 컬러필터 패턴(170) 위로 전면에 무색 투명한 감광성의 유기절연물질인 벤조사이크로부텐(BCB) 또는 포토아크릴(photo acryl) 중 하나를 도포하여 동일한 두께를 갖는 오버코트층(175)을 형성한다. 이때 충분한 두께를 확보하기 위해 2회 이상으로 상기 유기절연물질을 도포하여 이중층 구조의 오버코트층을 형성할 수 있으며, 이때, 상하층을 각각 다른 유기절연물질로서 형성할 수도 있다.
다음, 상기 동일한 두께를 갖는 오버코트층(175) 위로 빛의 차단하는 차단영역(BA)과 반투과영역(HTA)을 갖는 마스크(195)를 위치시킨 후, 노광을 실시한다. 이때 상기 오버코트층(175)은 감광성 특성이 있는 바, 상기 마스크(195)를 통과한 빛에 반응하게 되므로 이를 패터닝하기 위한 포토레지스트층을 따로 형성하지 않아도 된다. 또한 본 발명에서는 설명의 편의상 빛을 받은 부분이 제거되는 특성을 갖는 포지티브 타입(positive type)의 감광성 유기절연물질을 이용하여 오버코트층을 형성한 것을 예로 들고 있다. 하지만, 상기 마스크 구조를 변경하면 빛을 받은 부분이 현상시 남게되는 네가티브 타입(negative type)의 유기절연물질로서 오버코트층을 형성할 수도 있다.
다음, 도 7b에 도시한 바와 같이, 빛의 차단영역(도 7a의 BA)과 반투과영역(도 7a의 HTA)을 갖는 마스크(도 7a의 195)를 이용하여 노광을 실시한 오버코트층(도 7a의 175)을 현상하면, 상기 마스크(도 7a의 195)의 차단영역(도 7a의 BA)에 대응하는 부분은 빛이 조사되지 않았으므로 포지티브 타입 특성상 처음의 두께를 유지하며 두꺼운 두께의 오버코트층(175b)을 형성하게 되며, 상기 마스크(도 7a의 195)의 반투과영역(도 7a의 HTA)에 대응된 오버코트층(175a)은 상기 반투과영역(도 7a의 HTA)에 의해 투과되는 빛량이 조절되어 어느 정도의 빛이 상기 오버코트층(175a)에 조사됨으로써 현상하게 되면 처음의 두께보다는 얇아진 즉 상기 마스크(도 7a의 195)의 차단영역(도 7a의 BA)에 대응되는 오버코트층(175b)보다는 얇은 두께를 갖는 오버코트층(175a)이 형성된다.
다음, 도 7c에 도시한 바와 같이, 상기 두께를 달리하는 오버코트층(175a, 175b) 위로 전면에 투명도전성 물질인 인듐-틴-옥사이드(ITO) 또는 인듐-징크-옥사이드(IZO) 중 하나를 증착하여 공통전극(177)을 형성한다.
다음, 도 7d에 도시한 바와 같이, 상기 공통전극(177) 위로 유기절연물질을 도포하고 패터닝함으로써 소정폭을 갖는 립(178)을 형성한다. 이때, 상기 립(178)은 상기 컬러필터 기판(160)과 대응하는 어레이 기판(미도시)에 있어 상기 어레이 기판(미도시)의 화소패턴(미도시)의 중앙부에 대응되는 위치에 형성되는 것이 특징이다.
다음, 본 발명의 제 2 실시예에 의한 VA모드 액정표시장치용 어레이 기판에서와 같은 기판상에 두께를 달리하는 보호층을 형성하는 방법에 대해 설명한다. 상기 보호층의 두께를 달리 형성하는 방법은 전술한 컬러필터 기판 상에 두께를 달리하는 오버코트층을 형성하는 방법과 유사하므로 그 차이가 있는 부분에 대해서만 간단히 설명한다.
우선 도 8a에 도시한 바와 같이, 투명한 기판(205) 상에 금속물질을 증착하고 패터닝함으로써 게이트 배선(미도시)과 상기 게이트 배선(미도시)에서 각 화소영역(P)별로 분기한 게이트 전극(215)을 형성하고, 동시에 상기 게이트 배선(미도시)과 나란한 스토리지 배선(미도시)을 형성한다.
다음, 상기 게이트 배선(미도시) 및 게이트 전극(215)과 스토리지 배선(미도시) 위로 전면에 게이트 절연막(218)을 형성하고, 비정질실리콘 및 불순물비정질 실리콘을 연속 증착하고 패터닝하여 반도체층(220)을 형성하고, 상기 반도체층(220)을 포함하여 노출된 게이트 절연막(218) 위로 전면에 금속물질을 증착하고 패터닝함으로써 상기 게이트 배선(미도시)과 교차하는 데이터 배선(225)과, 상기 데이터 배선(225)에서 분기하며 상기 반도체층(220)과 접촉하는 소스 전극(227)과, 상기 소스 전극(227)과 소정간격 이격하며 상기 반도체층(220)과 접촉하는 드레인 전극(230)을 형성하고, 상기 서로 이격한 소스 및 드레인 전극(227, 230) 사이로 노출된 불순물 비정질실리콘 패턴을 제거하여 그 하부의 액티브층(220a)을 노출시키며, 상기 서로 이격된 비정질실리콘 패턴은 오믹콘택층(220b)을 형성한다. 이때, 상기 게이트 전극(215)과 상부의 게이트 절연막(218)과, 그 상부의 반도체층(220)과, 상기 반도체층(220) 상부의 소스 및 드레인 전극(227, 230)은 박막트랜지스터(Tr)를 형성하게 된다.
다음, 상기 노출된 액티브층(220a)과 소스 및 드레인 전극(227, 230)과 데이터 배선(225) 위로 전면에 감광성의 무색투명한 유기절연물질을 도포하여 화소영역 내에서 동일한 두께를 갖는 보호층(235)을 형성한다. 이때 상기 보호층(235)은 감광성의 유기절연물질 이외에 무색투명한 무기절연물질로서 형성할 수 있지만, 1.5㎛이상의 두꺼운 두께를 갖도록 형성되어야 하는 바 유기절연물질로서 형성되는 것이 바람직하다.
다음, 상기 화소영역(P) 내에서 동일한 두께를 갖는 보호층(235) 위로 빛의 차단영역(BA)과 투과영역(TA)과 반투과영역(HTA)을 갖는 마스크(295)를 상기 박막트랜지스터(Tr)의 드레인 전극(230) 일부에 해당하는 부분에는 마스크(295) 상의 투과영역(TA)이 대응되도록 하고, 그 외의 영역에는 차단영역(BA)과 반투과영역(HTA)이 서로 교대로 위치하도록 한 후, 노광을 실시한다. 이때, 상기 보호층(235)은 포지티브 타입(positive type)의 감광성 유기절연물질로서 형성된 것이라 가정하에 공정을 진행하는 것으로 한다.
다음, 도 8b에 도시한 바와 같이, 상기 노광된 보호층(도 8a의 235)을 현상 하면, 상기 마스크(도 8a의 295)의 투과영역(도 8a의 TA)에 대응된 보호층 영역은 완전히 제거되어 하부의 드레인 전극(230)을 노출시키는 드레인 콘택홀(237)을 형성하고, 상기 마스크(도 8a의 295)의 차단영역(도 8a의 BA)에 대응된 부분은 처음 보호층(도 8a의 235)을 형성한 두께 그대로 형성됨으로써 두꺼운 두께를 갖는 보호층(235a)을 형성하며, 상기 마스크(도 8a의 295)의 반투과영역(도 8a의 HTA)에 대응된 부분은 그 일부가 현상되어 얇은 두께를 갖는 보호층(235b)을 형성하게 된다.
다음, 도 8c에 도시한 바와 같이, 각 화소영역(P) 내에서 서로 다른 두께를 가지며 형성된 보호층(235a, 235b) 위로 투명도전성 물질을 전면에 증착하고 패터닝함으로써 상기 드레인 콘택홀(237)을 통해 상기 드레인 전극(230)과 접촉하며 각 화소영역(P) 내에서 다수의 슬릿(미도시, 246f)과 다수의 화소패턴(미도시, 245d)으로 구성된 화소전극(245)을 형성함으로써 어레이 기판(201)을 완성한다. 이때 상기 다수의 슬릿과 다수의 화소패턴으로 구성된 화소전극(245)은 하부의 보호층(235a, 235b)의 높이가 달라짐에 따라 이웃한 화소패턴(미도시, 245d)간에 단차를 가지며 형성된 것이 특징이다.
도 7a 내지 7d에 도시한 도면대로 제작된 컬러필터 기판(160)은 각각 박막 트랜지스터에 대응되는 영역을 제외한 화소영역 내에서 동일한 두께로 형성된 보호층(도 3 또는 도 4의 135)을 갖는 어레이 기판(도 3 또는 도 4의 101)과 합착됨으로써 제 1 실시예에 의한 VA모드 액정표시장치(도 3 또는 도 4의 100)를 완성할 수 있으며, 도 8a 내지 8c에 도시한 도면대로 제작된 어레이 기판(201)은 화소영역 내에서 동일한 두께를 가지며 형성된 오버코트층(도 5 또는 도 6의 275)을 갖는 컬러 필터 기판(도 5 또는 도 6의 260)과 합착됨으로써 제 2 실시예에 의한 VA모드 액정표시장치(도 5 또는 도 6의 200)를 완성할 수 있다.
본 발명에 따른 VA모드 액정표시장치는 하나의 화소내에 다수의 도메인이 정의되며, 이러한 다수의 도메인이 정의된 하나의 화소영역 내에 셀갭을 달리 형성함으로써 특정 경사각에서의 컬러쉬프트 현상을 방지하는 효과가 있다.

Claims (16)

  1. 게이트 배선과 데이터 배선과, 상기 게이트 배선과 상기 데이트 배선이 교차하여 정의되는 화소영역과, 상기 화소영역 내에 구비된 박막 트랜지스터와, 상기 박막트랜지스터 상에 형성되는 보호층과, 상기 박막트랜지스터와 연결되어, 상기 보호층 상에 형성되며, 서로 이격되는 다수의 화소패턴으로 이루어진 화소전극을 구비한 제 1 기판과;
    상기 제 1 기판의 상부에서, 상기 제 1 기판과 대향하며, 상기 화소영역에 대응하여 순차반복하는 적, 녹, 청색의 컬러필터 패턴과, 상기 컬러필터 패턴의 하부에 구비되며, 상기 다수의 화소패턴의 각각에 대응하여 서로 다른 두께를 가지는 오버코트층과, 상기 오버코트층 하부에 구비된 공통전극과, 상기 공통전극 하부에 상기 다수의 화소패턴의 각각에 대응하는 립(rib)을 구비한 제 2 기판과;
    상기 화소전극과 상기 공통전극 사이에 개재된 액정층;
    을 포함하며, 상기 액정층의 두께가 상기 다수의 화소패턴과 대응되며, 상기 오버코트층에 따라 서로 다르게 형성되는 다중 셀 갭을 갖는 수직정렬모드 액정표시장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 다수의 화소패턴과 상기 립(rib)에 의해 멀티도메인이 형성되는 수직정렬모드 액정표시장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 액정층은 상기 다수의 화소패턴에 번갈아 대응되며 서로 다른 제 1 및 제 2 두께를 가지는 수직정렬모드 액정표시장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 제 1 두께는 2.5㎛에서 5㎛사이의 값을 가지며, 상기 제 2 두께는 2㎛에서 4㎛사이의 값을 가지며, 상기 제 1 두께는 상기 제 2 두께보다 큰 수직정렬모드 액정표시장치.
  5. 제 3 항에 있어서,
    상기 보호층은 상기 다수의 화소패턴에 번갈아 대응되며 서로 다른 제 3 및 제 4 두께를 가지는 수직정렬모드 액정표시장치.
  6. 제 3 항에 있어서,
    상기 오버코트층은 상기 다수의 화소패턴에 번갈아 대응되며 서로 다른 제 3 및 제 4 두께를 가지는 수직정렬모드 액정표시장치.
  7. 제 5 항 또는 제 6 항에 있어서,
    상기 제 3 두께와 제 4 두께의 차이는 0.5㎛에서 1㎛사이의 값인 수직정렬모드 액정표시장치.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 립은 상기 다수의 화소패턴의 각각의 중앙부에 대응되는 수직정렬모드 액정표시장치.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 화소전극은 상기 화소영역의 중앙부를 기준으로 상하 대칭적으로 구성된 수직정렬모드 액정표시장치.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 박막 트랜지스터는 게이트 전극과, 상기 게이트 전극 상부의 게이트 절연막과, 상기 게이트 절연막 상부의 반도체층과, 상기 반도체층 상부에서 서로 이격된 소스 및 드레인 전극을 포함하고, 상기 화소영역의 중앙부에는 상기 게이트 배선과 나란한 스토리지 배선이 더욱 형성되어 있는 수직정렬모드 액정표시장치.
  11. 기판 상에 게이트 배선과 게이트 전극을 형성하는 단계와;
    상기 게이트 배선 및 상기 게이트 전극을 포함한 상기 기판 상에 게이트 절연막을 형성하는 단계와;
    상기 게이트 전극과 대응되는 상기 게이트 절연막 상에 반도체층을 형성하는 단계와;
    상기 반도체층 및 상기 게이트 절연막 상에 상기 게이트 배선과 교차하여 화소영역을 정의하는 데이터 배선과, 상기 반도체층과 접촉하며 서로 이격되는 소스 전극 및 드레인 전극을 형성하는 단계와;
    상기 소스 전극 및 상기 드레인 전극과 상기 데이터 배선 상에 보호층을 형성하는 단계와;
    상기 보호층 상에 상기 드레인 전극과 접촉하고, 컬러필터 기판의 서로 두께가 다른 다수의 분할영역을 가지는 오버코트층에서, 상기 다수의 분할영역의 각각과 대응되며, 서로 이격되어 있는 다수의 화소패턴으로 이루어진 화소전극을 형성하는 단계와;
    를 포함하는 수직정렬모드 액정표시장치용 어레이 기판의 제조 방법.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 보호층은 감광성 유기절연물질로 이루어진 수직정렬모드 액정표시장치용 어레이 기판의 제조 방법.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 보호층을 패터닝하는 단계는,
    투과영역과 차단영역과 반투과영역을 갖는 마스크를, 상기 투과영역은 상기 드레인 전극에 대응되고, 상기 차단영역과 상기 반투과영역은 상기 다수의 분할영역에 번갈아 대응되도록 상기 보호층 상부에 배치하는 단계와;
    상기 보호층을 상기 마스크를 통해 노광하는 단계와;
    상기 보호층을 현상하는 단계;
    를 포함하는 수직정렬모드 액정표시장치용 어레이 기판의 제조 방법.
  14. 기판 상에 블랙매트릭스를 형성하는 단계와;
    상기 블랙매트릭스를 포함한 상기 기판 상에 순차 반복하는 적, 녹, 청색의 컬러필터 패턴을 형성하는 단계와;
    상기 컬러필터 패턴 상에 오버코트층을 형성하는 단계와;
    상기 오버코트층을 패터닝하여, 어레이 기판 상에 설치되며 서로 이격되어 다수의 화소패턴으로 구성되는 화소전극에 있어서, 상기 다수의 화소패턴의 각각과 대응되도록, 서로 두께가 다른 다수의 분할영역을 형성하는 단계와;
    상기 오버코트층 위로 공통전극을 형성하는 단계와;
    상기 공통전극 상에, 상기 다수의 화소패턴의 각각과 대응되며, 서로 이격되는 다수의 립(rib)을 형성하는 단계;
    를 포함하는 수직정렬모드 액정표시장치용 컬러필터 기판의 제조 방법.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 오버코트층은 감광성 유기절연물질로 이루어진 수직정렬모드 액정표시장치용 컬러필터 기판의 제조 방법.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 오버코트층을 패터닝하는 단계는,
    차단영역과 반투과영역을 갖는 마스크를, 상기 차단영역과 상기 반투과영역이 상기 다수의 분할영역에 번갈아 대응되도록 상기 오버코트층 상부에 배치하는 단계와;
    상기 오버코트층을 상기 마스크를 통해 노광하는 단계와;
    상기 오버코트층을 현상하는 단계;
    를 포함하는 수직정렬모드 액정표시장치용 컬러필터 기판의 제조 방법.
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