KR100750915B1 - 액정 표시 장치 및 그 제조 방법 - Google Patents

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Abstract

절연 기판 위에 게이트 배선이 형성되어 있고, 그 위에 게이트 절연막, 반도체층 및 저항성 접촉층이 차례로 형성되어 있다. 그 위에 데이터 배선이 형성되어 있고, 유기 절연 물질 또는 무기 절연 물질로 이루어진 보호막이 2.5㎛의 두께로 형성되어 있다. 보호막에는 드레인 전극, 게이트 패드 및 데이터 패드를 각각 드러내는 접촉 구멍이 형성되어 있다. 보호막 위에는 게이트선 및 데이터선과 중첩되는 화소 전극과 보조 게이트 패드 및 보조 데이터 패드가 형성되어 있다. 다른 한 절연 기판 위에는 색 필터 및 블랙 매트릭스가 형성되어 있고 그 위에 공통 전극이 형성되어 있다. 두 기판 위에는 배향막이 형성되어 있고 배향막의 러빙 각도는 1°내지 10°만큼 엇갈리도록 한다. 이러한 액정 표시 장치에서는 화소 전극과 게이트선 및 데이터선이 중첩되어 이들 사이에 발생하는 프린지 필드를 줄이며 개구율을 최대로 한다. 또한, 이웃한 화소 전극 간의 간격이 좁아지므로 공통 전극과 화소 전극 사이의 프린지 필드가 감소하고, 이웃한 화소 전극 사이에서의 프린지 필드가 제거되므로 비정상적인 액정 배열이 나타나지 않고 블랙 상태에서의 빛샘을 줄일 수 있다. 또한, OCB 방식의 액정 표시 장치에서 화소 전극과 게이트선 및 데이터선을 중첩시켜 배선 사이 혹은 상하판 사이에서 발생하는 프린지 필드의 세기를 감소시켜 낮은 전압에서 안정한 구부러짐 배향을 얻을 수 있다. 상판과 하판의 러빙 각도를 1°내지 10°만큼 엇갈리게 하여 액정과 배향막의 종류에 관계없이 구부러짐 배향을 쉽게 얻을 수 있다.
개구율, 빛샘, 프린지 필드, 배향막, 러빙 각도, 구부러짐 배향

Description

액정 표시 장치 및 그 제조 방법{liquid crystal display and manufacturing method thereof}
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 액정 표시 장치용 박막 트랜지스터 기판을 도시한 배치도이고,
도 2는 도 1에서 Ⅱ-Ⅱ 선을 따라 잘라 도시한 단면도이고,
도 3은 도 1에서 Ⅲ-Ⅲ 선을 따라 잘라 도시한 단면도이고,
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 액정 표시 장치를 도시한 단면도이고,
도 5a는 본 발명의 제1 실시예에 따라 제조하는 첫 단계에서의 액정 표시 장치용 박막 트랜지스터 기판을 도시한 배치도이고,
도 5b는 도 5a에서 Ⅴb-Ⅴb 선을 따라 잘라 도시한 단면도이고,
도 5c는 도 5a에서 Ⅴc-Ⅴc 선을 따라 잘라 도시한 단면도이고,
도 6a는 도 5a 다음 단계에서의 배치도이고,
도 6b는 도 6a에서 Ⅵb-Ⅵb 선을 따라 잘라 도시한 단면도이고,
도 6c는 도 6a에서 Ⅵc-Ⅵc 선을 따라 잘라 도시한 단면도이고,
도 7a는 도 6a 다음 단계에서의 배치도이고,
도 7b는 도 7a에서 Ⅶb-Ⅶb 선을 따라 잘라 도시한 단면도이고,
도 7c는 도 7a에서 Ⅶc-Ⅶc 선을 따라 잘라 도시한 단면도이고,
도 8a는 도 7a 다음 단계에서의 배치도이고,
도 8b는 도 8a에서 Ⅷb-Ⅷb 선을 따라 잘라 도시한 단면도이고,
도 8c는 도 8a에서 Ⅷc-Ⅷc 선을 따라 잘라 도시한 단면도이고,
도 9는 데이터선과 화소 전극이 중첩되지 않은 경우의 박막 트랜지스터 기판을 도시한 배치도이고,
도 10은 도 9에서 Ⅹ-Ⅹ 선을 따라 잘라 도시한 단면도로서 색 필터 기판과 함께 도시한 것이고,
도 11은 데이터선과 화소 전극이 중첩된 경우의 박막 트랜지스터 기판을 도시한 배치도이고,
도 12는 도 11에서 XⅡ-XⅡ 선을 따라 잘라 도시한 단면도로서 색 필터 기판과 함께 도시한 것이고,
도 13은 데이터선과 화소 전극이 중첩되지 않은 경우의 블랙 상태를 도시한 사진이고,
도 14는 데이터선의 한쪽과 화소 전극이 중첩된 경우의 블랙 상태를 도시한 사진이다.
본 발명은 액정 표시 장치 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
액정 표시 장치는 현재 가장 널리 사용되고 있는 평판 표시 장치 중의 하나 로서, 전기장을 생성하는 다수의 전극이 형성되어 있는 두 장의 기판과 두 기판 사이의 액정층, 각각의 기판의 바깥 면에 부착되어 빛을 편광시키는 두 장의 편광판으로 이루어지며, 전극에 전압을 인가하여 액정층의 액정 분자들을 재배열시킴으로써 투과되는 빛의 양을 조절하는 표시 장치이다.
액정 표시 장치의 한 기판에는 전극에 인가되는 전압을 스위칭하는 박막 트랜지스터와 다수의 배선, 즉 다수의 게이트선 및 데이터선이 각각 행과 열 방향으로 형성되어 있다. 게이트선과 데이터선의 교차로 정의되는 화소 영역에는 화소 전극이 형성되어 있으며, 박막 트랜지스터는 게이트선을 통하여 전달되는 주사 신호에 따라 데이터선을 통하여 전달되는 화상 신호를 제어하여 화소 전극으로 내보낸다. 이와 마주하는 다른 한 기판에는 화소 전극에 대응하는 부분에 색 필터가 형성되어 있고 전면에 공통 전극이 형성되어 있다.
이때, 배선 간의 커플링(coupling)으로 인해 전압이 왜곡되고, 신호 지연이 발생하므로 배선 간의 간격을 최소화하는데 한계가 있으며, 이로 인해 화소 전극의 크기를 최대로 하는데 어려움이 있다.
한편, 액정 표시 장치 중에서 응답 속도 및 시야각을 개선하기 위해서 다양한 방법이 제시되었으며, 그 예로 OCB(optically compensated bend) 방식의 액정 표시 장치를 들 수 있다.
OCB 방식의 액정 표시 장치는 마주하는 두 기판에 각각 형성되어 있는 전극과 기판 사이에 주입되어 있는 액정층, 두 기판에 각각 형성되어 있으며 액정 분자를 기판과 수평하게 배향하기 위한 배향막 및 두 기판의 바깥쪽에 각각 형성되어 있는 편광판을 포함한다. 이러한 OCB 방식의 액정 표시 장치에서는 두 기판에 전기장이 인가되었을 때 액정 분자가 두 기판의 중심면에 대하여 대칭이면서 기판에서 중심면에 이르기까지 수평 배열에서 수직 배열 구조를 취하고 있으므로 넓은 시야각을 얻을 수 있으며, 이러한 액정 분자의 배열을 얻기 위해서는 두 기판의 배향막을 같은 방향으로 처리하고 처음에 고전압을 인가하여 구부러짐(bend) 배열로 한다.
이와 같은 OCB 방식의 액정 표시 장치는 구부러짐 배열이 깨지지 않는 최소 전압을 인가했을 때 화이트(white) 상태를 얻을 수 있다. 이때, 각 화소 영역 사이에서는 배선 간 또는 상하판 사이에서 발생하는 프린지 필드(fringe field)에 의해 블랙(black) 전압을 인가해도 액정이 수직 배향을 하지 않는다. 즉, OCB 방식의 액정 표시 장치에서 액정은 편광판의 투과축(또는 흡수축)에 대해 45°엇갈린 배향을 하는데, 배향막 표면 근처에 있는 액정들은 수직 배향을 할 수 없어 블랙 상태에서 빛이 샌다. 이러한 화소 영역에서의 빛샘은 오정렬에 의해 상판의 블랙 매트릭스로 충분히 가려지지 않거나, 정면이 아닌 측면에서 바라볼 때 블랙 매트릭스로 충분히 가려지지 않는 경우에 빛샘이 발생하여 대비비(contrast ratio)가 떨어지고 시야각이 좁아지는 문제점이 있다.
한편, 데이터선 및 게이트선과 화소 전극 사이에서 발생하는 프린지 필드에 의해 구부러짐 배향이 쉽게 깨지는 문제점이 있다.
또한, 액정의 배향을 구부러짐 구조로 전이시키기 위해 높은 전압을 수 초간 인가하거나 어떤 경우에는 전압의 온(on)/오프(off)를 반복적으로 실시해야 하므로 구부러짐 배향을 얻는데 어려움이 있으며, 액정과 배향막의 종류에 따라 구부러짐 배향으로 전이되지 않는 경우도 있다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 개구율을 높이는 것이다.
본 발명이 이루고자 하는 다른 기술적 과제는 빛샘을 최소화하는 것이다.
본 발명이 이루고자 하는 다른 기술적 과제는 액정의 구부러짐 배향을 낮은 전압에서 안정화시키는 것이다.
본 발명이 이루고자 하는 다른 기술적 과제는 액정의 구부러짐 배향을 낮은 전압에서 신속하고 쉽게 얻을 수 있도록 하는 것이다.
이러한 과제를 달성하기 위하여 본 발명에서는 마주하는 두 기판 위에 형성되어 있는 배향막의 러빙 방향이 서로 1°내지 10°의 각을 이루도록 한다.
본 발명에 따르면, 제1 절연 기판 위에 다수의 게이트선과 다수의 데이터선이 형성되어 있고, 게이트선과 데이터선 중의 적어도 어느 하나와 중첩되어 있는 다수의 화소 전극이 형성되어 있다. 제1 기판과 마주하는 제2 절연 기판 위에는 색 필터가 형성되어 있고, 색 필터를 덮고 있는 공통 전극이 형성되어 있다. 제1 및 제2 기판 사이에는 액정층이 주입되어 있으며, 제1 및 제2 기판 위에는 각각 제1 및 제2 배향막이 형성되어 있다. 여기서, 제1 배향막과 제2 배향막의 러빙 방향은 서로 1°내지 10°의 각을 이루는 것이 바람직하다.
한편, 데이터선과 화소 전극 사이에 보호막이 더 형성되어 있으며, 보호막은 유기 또는 무기 절연 물질로 2.5㎛ 이상의 두께로 형성되어 있는 것이 바람직하다.
색 필터 사이에는 블랙 매트릭스가 더 형성되어 있다.
이러한 액정 표시 장치를 제조할 때 먼저, 제1 절연 기판 위에 다수의 게이트선과 이와 절연되는 다수의 데이터선을 형성하고, 게이트선과 데이터선 중의 적어도 어느 하나와 중첩되는 다수의 화소 전극을 형성한다. 다음, 제1 기판과 마주하는 제2 절연 기판 위에 색 필터를 형성하고, 색 필터 위에 공통 전극을 형성한다. 다음, 제1 및 제2 기판 위에 각각 제1 및 제2 배향막을 형성한다. 이때, 제1 배향막과 제2 배향막의 러빙 방향은 서로 1°내지 10°의 각을 이루는 것이 바람직하다.
데이터선과 화소 전극 사이에는 보호막을 더 형성하며, 보호막은 유기 또는 무기 절연 물질로 2.5㎛ 이상의 두께로 형성하는 것이 바람직하다.
이러한 본 발명에서는 화소 전극과 게이트선 및 데이터선을 중첩시켜 이들 사이에 발생하는 프린지 필드를 줄이며 개구율을 최대로 할 수 있다. 또한, 이웃한 화소 전극 간의 간격이 좁아지므로 상판의 공통 전극과 화소 전극 사이의 프린지 필드가 감소하고, 이웃한 화소 전극 사이에서의 프린지 필드가 제거되므로 비정상적인 액정 배열이 나타나지 않고 블랙 상태에서 정면 또는 측면에서의 빛샘을 줄일 수 있다. 또한, OCB 방식의 액정 표시 장치에서 화소 전극과 게이트선 및 데이터선을 중첩시켜 배선 사이 혹은 상하판 사이에서 발생하는 프린지 필드의 세기를 감소시켜 낮은 전압에서 안정한 구부러짐 배향을 얻을 수 있다. 상판과 하판의 러빙 각도를 1°내지 10°만큼 엇갈리게 하여 액정과 배향막의 종류에 관계없이 구부 러짐 배향을 쉽게 얻을 수 있다.
그러면, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 액정 표시 장치 및 그 제조 방법에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세히 설명한다.
먼저, 도 1 내지 도 4를 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 액정 표시 장치의 구조에 대하여 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 액정 표시 장치용 박막 트랜지스터 기판을 도시한 배치도이고, 도 2는 도 1에서 Ⅱ-Ⅱ 선을 따라 잘라 도시한 단면도이고, 도 3은 도 1에서 Ⅲ-Ⅲ 선을 따라 잘라 도시한 단면도이고, 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 액정 표시 장치를 도시한 단면도이다.
먼저, 본 발명의 실시예에 따른 액정 표시 장치용 박막 트랜지스터 기판의 구조에 대하여 도 1 내지 도 3을 참조하여 설명한다.
먼저, 절연 기판(10) 위에 알루미늄(Al), 알루미늄 합금(Al alloy), 크롬(Cr), 몰리브덴(Mo), 몰리브덴-텅스텐(MoW) 및 탄탈륨(Ta)과 같은 금속막으로 이루어진 게이트 배선(21, 22, 23)과 유지 배선(24, 25, 26)이 형성되어 있다.
게이트 배선은 가로 방향으로 뻗어 있는 게이트선(21), 게이트선(21)의 일부인 게이트 전극(22), 게이트선(21)의 끝에 연결되어 외부로부터 주사 신호를 인가받아 게이트선(21)으로 전달하는 게이트 패드(23)를 포함한다. 유지 배선은 게이트선(21) 사이에 게이트선(21)과 평행하게 형성되어 있는 유지 용량 배선(24), 이를 연결하고 있는 유지 용량 전극(25), 게이트선(21) 사이에 형성되어 있는 플로팅(floating) 전극(26)을 포함한다. 유지 용량 배선(24) 및 유지 용량 전극(25)은 이후 설명되는 화소 전극(80)과 중첩되어 게이트 절연막(30) 및 보호막(70)을 사이에 두고 유지 용량을 형성하며, 유지 용량이 충분하지 않은 경우에는 플로팅 전극(26)을 유지 용량 배선(24)에 연결하여 화소 전극(80)과 중첩시켜 유지 용량을 크게 할 수도 있다.
여기서, 게이트 배선(21, 22, 23) 및 유지 배선(24, 25, 26)은 단일막으로 형성될 수도 있고, 이중층 또는 삼중층으로 형성될 수도 있다. 이중층 이상으로 형성하는 경우에는 한 층은 저항이 작은 물질로 형성하고 다른 층은 다른 물질과의 접촉 특성이 좋은 물질로 형성하는 것이 바람직하다.
게이트 배선(21, 22, 23) 및 유지 배선(24, 25, 26)) 위에는 질화규소(SiNX) 따위로 이루어진 게이트 절연막(30)이 형성되어 있다.
게이트 절연막(30) 위에는 비정질규소 따위의 반도체로 이루어진 반도체층(41)이 형성되어 있으며, 반도체층(41) 위에는 인(P)과 같은 n형 불순물이 도핑되어 있는 비정질규소 따위의 반도체로 이루어진 저항성 접촉층(52, 53)이 게이트 전극(22)을 중심으로 양쪽으로 분리되어 형성되어 있다.
저항성 접촉층(52, 53) 위에는 알루미늄, 알루미늄 합금, 크롬, 몰리브덴, 몰리브덴-텅스텐 및 탄탈륨과 같은 금속막으로 이루어진 데이터 배선(61, 62, 63, 64)이 형성되어 있다.
데이터 배선은 세로 방향으로 뻗어 있고 게이트선(21)과 교차하며 화소 영역 을 정의하는 데이터선(61), 데이터선(61)의 일부인 소스 전극(62), 게이트 전극(22)을 중심으로 소스 전극(62)과 마주하며 유지 용량 배선(24)과 중첩되어 있는 드레인 전극(63), 데이터선(61)에 연결되어 외부로부터 화상 신호를 인가받아 데이터선(61)에 전달하는 데이터 패드(64)를 포함한다.
여기서, 데이터 배선(61, 62, 63, 64)도 게이트 배선(21, 22, 23)과 마찬가지로 단일층으로 형성될 수도 있지만, 이중층이나 삼중층으로 형성될 수 있다. 이중층 이상으로 형성하는 경우에는 한 층은 저항이 작은 물질로 형성하고 다른 층은 다른 물질과의 접촉 특성이 좋은 물질로 형성하는 것이 바람직하다.
게이트 절연막(30) 및 데이터 배선(61, 62, 63, 64) 위에는 무기 절연막 또는 유기 절연막으로 이루어진 보호막(70)이 2.5㎛ 이상의 두께로 형성되어 있다. 보호막(70)은 게이트 절연막(30)과 함께 게이트 패드(23)를 드러내는 접촉 구멍(73)을 가지고 있을 뿐만 아니라, 데이터 패드(64)를 드러내는 접촉 구멍(74)과 드레인 전극(63)을 드러내는 접촉 구멍(72)을 가지고 있다.
보호막(70) 위에는 ITO(indium tin oxide) 또는 IZO(indium zinc oxide)와 같은 투명 도전 물질로 이루어진 화소 전극(80), 보조 게이트 패드(83) 및 보조 데이터 패드(84)가 형성되어 있다.
화소 전극(80)은 게이트선(21) 및 데이터선(61)과 중첩되어 화소 영역에 형성되어 있으며, 접촉 구멍(72)을 통하여 드레인 전극(63)과 연결되어 화상 신호를 전달받는다. 보조 게이트 패드(83)와 보조 데이터 패드(84)는 접촉 구멍(73, 74)을 통해 게이트 패드(23) 및 데이터 패드(64)와 각각 연결되어 있으며, 이들은 패 드(23, 64)와 외부 회로 장치와의 접착성을 보완하고 패드(23, 64)를 보호하는 역할을 한다.
이러한 액정 표시 장치용 박막 트랜지스터 기판과 마주하는 다른 기판(100)에는 블랙 매트릭스(110)가 형성되어 있고 화소 전극(80)에 대응하는 위치에 적, 녹, 청의 색 필터(120)가 형성되어 있다. 블랙 매트릭스(110) 및 색 필터(120) 위에는 공통 전극(130)이 전면에 형성되어 있다. 이러한 기판을 색 필터 기판이라 하며, 색 필터 기판과 박막 트랜지스터 기판을 정렬하고 접착시킨 후 그 사이의 공간에 액정층(140)을 주입함으로써 액정 표시 장치가 완성된다.
이러한 액정 표시 장치에서는 보호막이 무기 절연막 또는 유기 절연막으로 2.5㎛ 이상의 두께로 형성되어 있어 게이트선(21) 및 데이터선(61)과 화소 전극(80) 사이에서 발생하는 프린지 필드를 제거할 수 있다. 또한, 화소 전극(80)이 게이트선(21) 및 데이터선(61)과 중첩되어 화소 전극(80)의 크기가 커져 개구율을 최대로 할 수 있으며, 화소 전극(80)이 데이터선(61)과 중첩되어 화소 전극(80) 사이의 간격이 좁아지므로 색 필터 기판의 공통 전극(130)과 박막 트랜지스터 기판의 화소 전극(80) 간의 프린지 필드의 세기가 감소한다. 이에 대하여는 도 9 내지 도 12를 참조하여 이후에 설명하기로 한다.
한편, 이러한 액정 표시 장치의 구조를 OCB 방식의 액정 표시 장치에 적용한 경우에 대하여 설명한다.
OCB 방식의 액정 표시 장치는 구부러짐 배향과 스플레이(splay) 배향이 안정적으로 공존하는 전압(Vc)보다 높은 전압이 인가되어야 구동된다. 그런데, 실제로 구동 시에는 박막 트랜지스터 기판의 배선 사이 또는 상판과 하판 사이에서 발생하는 프린지 필드의 영향으로 화소 영역 내에서 구부러짐 배향이 깨지기 시작하는 전압(Vs)보다 높은 전압에서 구동되며, 이때 Vs는 Vc보다 높다. 여기서, 본 발명의 실시예에 따른 구조에서는 프린지 필드가 제거 또는 최소화되므로 Vs가 Vc에 근접하게 되고, 따라서 보다 낮은 전압에서 구부러짐 배향을 안정적으로 얻을 수 있다. 이와 같은 프린지 필드와 Vs에 대하여 다음 실험을 통하여 확인하였으며, 이에 대하여 도 9 내지 도 12를 참조하여 상세히 설명한다.
도 9 내지 도 12를 참조하여 데이터선과 화소 전극이 중첩되지 않은 경우와 중첩된 경우의 Vs에 대하여 비교 설명한다.
도 9는 데이터선과 화소 전극이 중첩되지 않은 경우의 박막 트랜지스터 기판을 도시한 배치도이고, 도 10은 도 9에서 Ⅹ-Ⅹ 선을 따라 잘라 도시한 단면도로서 색 필터 기판과 함께 도시한 것이고, 도 11은 데이터선과 화소 전극이 중첩된 경우의 박막 트랜지스터 기판을 도시한 배치도이고, 도 12는 도 11에서 XⅡ-XⅡ 선을 따라 잘라 도시한 단면도로서 색 필터 기판과 함께 도시한 것이다. 여기서, 화소 전극은 한 쪽 부분만 데이터선과 중첩시켰다.
여기서, 박막 트랜지스터 기판은 데이터선과 화소 전극의 중첩 부분과 게이트선과 화소 전극의 인접 부분을 제외하면 본 발명의 실시예와 동일한 구조를 갖는다. 또한, 박막 트랜지스터 기판 및 색 필터 기판 위에는 PAA(poly amic acid) 재질의 배향막(도시하지 않음)이 형성되어 있다. 이때, 배향막의 종류 또는 러빙 상태에 따라 액정의 선경사각(pre-tilt angle)이 달라지는데, 선경사각이 6°내지 8 °인 조건을 PI1이라 하고, 8°내지 9°인 조건을 PI2라 한다. 또한, 액정의 복굴절율(birefrigence factor : Δn)과 유전율 이방성(Δε)을 다르게 하여 Δn= 0.1490, Δε= 11.1인 조건을 LC1이라 하고, Δn= 0.1208, Δε= 12.6인 조건을 LC2라 하고, Δn= 0.1504, Δε= 11.4인 조건을 LC3라 하였다. 이와 같이 배향막과 액정의 조건을 다르게 하여 데이터선(61)과 화소 전극(80)이 중첩되지 않은 경우(A)와 중첩된 경우(B)에 대하여 액정 표시 장치의 Vs를 측정하여 표 1 및 표 2에 나타내었다.
P1
LC1 LC2 LC3
구조 A B A B A B
Vs 2.35V 1.85V 1.87V 1.80V 1.93V 1.70V
Vsa-Vsb 0.50V 0.07V 0.23V
P2
LC1 LC2 LC3
A B A B A B
Vs 2.25V 1.70V 1.80V 1.67V 1.70V 1.53V
Vsa-Vsb 0.55V 0.13V 0.17V

표 1 및 표 2에서와 같이, 데이터선(61)과 화소 전극(80)이 중첩되지 않은 경우의 Vs와 중첩된 경우의 Vs의 차(Vsa-Vsb)를 볼 때, 데이터선(61)과 화소 전극(80)이 중첩되어 있는 경우의 Vs가 그렇지 않은 경우보다 0.1V 내지 0.5V 만큼 낮음을 알 수 있다. 따라서, 보다 낮은 전압에서 구부러짐 배향을 얻을 수 있다.
이에 대하여 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
먼저, 도 9 및 도 10에서와 같이, 보호막(70)이 충분한 두께로 형성되어 있 지 않으면 데이터선(61)과 화소 전극(80) 사이에 프린지 필드가 발생하며, 데이터선(61)과 화소 전극(80)이 중첩되어 있지 않으면 화소 전극(80)과 이웃한 화소 전극 간의 거리가 멀어지므로 화소 전극(80)과 상판의 공통 전극(130) 사이에 발생하는 프린지 필드(f1)의 세기가 커진다. 이러한 프린지 필드에 의해 화소 영역 주변의 액정 배향이 깨지게 되고 이는 화소 영역 내의 구부러짐 배향에도 영향을 미쳐 구부러짐 배향이 깨지게 된다. 이와 같이 배향이 깨지게 되는 Vs 이상의 전압을 인가해야 안정된 구부러짐 배향을 얻을 수 있다. 한편, 도 11 및 도 12에서와 같이, 보호막(70)이 충분한 두께를 갖는 경우에는 데이터선(61)과 화소 전극(80) 사이에 프린지 필드가 거의 발생하지 않으며, 데이터선(61)과 화소 전극(80)이 중첩되어 화소 전극(80)의 거리가 좁아지므로 화소 전극(80)과 상판의 공통 전극(130) 사이에 발생하는 프린지 필드(f2)의 세기가 f1보다 감소한다. 따라서, Vs 전압이 Vc 전압에 거의 근접하게 되고 데이터선(61)과 화소 전극(80)이 중첩되지 않은 경우보다 더 낮은 전압에서 안정한 구부러짐 배향을 얻을 수 있다.
여기서는 화소 전극(80)과 데이터선(61)을 중첩시킨 예만 들었으나, 게이트선(21)과 화소 전극(80)도 중첩시켜 이들 사이에 발생하는 프린지 필드를 줄일 수 있으며 개구율을 최대로 할 수 있다.
또한, 화소 전극(80)이 양 쪽의 데이터선(61)과 중첩되는 경우에 더 낮은 전압에서 구부러짐 배향을 얻을 수 있을 것으로 예상된다.
한편, 오정렬이 발생하는 경우, 화소 전극(80)과 이웃한 화소 전극(80) 사이에서 발생하는 프린지 필드에 의한 비정상적인 액정 배열이 유발시킨 빛샘이 정면 에서 관찰될 수 있다. 오정렬이 발생하지 않더라도 상판의 블랙 매트릭스 폭에 따라서 정면에서는 빛샘이 발생하지 않아도 측면에서 빛샘이 발생할 수 있으므로 시야각이 좁아지는 문제점이 있다. 그러나, 게이트선(21) 및 데이터선(61)과 화소 전극(80)이 중첩되어 있으면, 이웃한 두 화소 전극(80) 사이에서의 프린지 필드가 제거되고 화소 전극(80) 간의 거리가 좁아져 상하판 사이에 발생하는 프린지 필드의 세기(f2)가 약해지므로 비정상적인 액정 배열이 나타나지 않는다. 따라서, 오정렬과 상관없이 정면 또는 측면에서의 빛샘이 발생하지 않으며 블랙 상태에서 투과율이 최소화되어 휘도 손실을 줄일 수 있다.
이러한 블랙 상태에서의 빛샘을 두 사진을 통해 비교해 보면 다음과 같다.
도 13은 도 9 및 도 10에서와 같이 데이터선과 화소 전극이 중첩되지 않은 경우의 블랙 상태를 도시한 사진이고, 도 14는 도 11 및 도 12에서와 같이 데이터선의 한쪽과 화소 전극이 중첩된 경우의 블랙 상태를 도시한 사진이다. 여기서, 각 사각형의 영역은 화소 영역을 나타내며 세로 방향 및 가로 방향의 검은 선은 각각 데이터선 및 게이트선을 나타낸다.
이때, 게이트선과 화소 전극이 중첩되지 않아 화소 영역과 게이트선 사이에 빛샘이 발생하여 흰색으로 나타났다. 데이터선과 화소 전극이 중첩되지 않은 경우에는 도 13에서와 같이 화소 영역과 데이터선 사이에 빛샘이 발생하여 흰색으로 나타났다. 데이터선의 한 쪽과 화소 전극이 중첩된 경우에는 도 14에서와 같이 중첩된 부분에서는 빛샘이 발생하지 않아 검은색으로 나타났고 중첩되지 않은 부분에서는 빛샘이 발생하여 흰색으로 나타났다.
한편, 앞에서와 같이 프린지 필드를 제거하거나 최소화하여 개구율을 극대화시키고 Vs 전압을 낮추었으나, 액정과 배향막의 상태에 따라 구부러짐 배향을 얻는데 어려움이 있다. 그러면, 여러 조건을 갖는 액정과 배향막에 따라 안정된 구부러짐 배향을 얻는 방법에 대하여 다음에서 설명한다.
액정이 처음 스플레이(splay) 배향에서 구부러짐 배향으로 전이되기 위해서는 트위스트(twist) 배향 단계를 거쳐야 하는데, 이때 트위스트 배향은 색 필터 기판 또는 박막 트랜지스터 기판에 인접한 부분에서 비선택적으로 시작된다. 따라서, 위상차 정도는 유사하나 트위스트 방향이 서로 다른 두 영역이 공존하게 된다. 여기서, 더 높은 전압을 인가하여 보다 낮은 에너지를 갖는 영역이 다른 영역보다 우세하게 작용하여 균일한 싱글 도메인을 형성하면서 구부러짐 배향을 얻게 된다. 이때, 액정과 배향막의 조건에 따라서 구부러짐 배향으로 전이되지 않거나 전이가 전혀 발생하지 않는 어려움이 있다. 따라서, 스플레이 배향 상태에서 트위스트를 부여하기 위해 상판과 하판의 배향막의 러빙 각도를 평행하게 하지 않고 엇갈리게 하면 배향막과 액정의 조합에서도 낮은 전압에서 쉽게 구부러짐 배향으로 전이된다. 이때, 인위적으로 부여하는 트위스트 각도가 커지면 180°트위스트가 발생하여 STN(super twisted nematic) 배향이 일어나거나 시야각이 좁아질 수 있으므로 트위스트 각도는 적정 수준에서 유지되어야 하며, 이를 위해 상판과 하판의 배향막의 러빙 방향이 서로 1°내지 10°만큼의 각을 이루는 것이 바람직하다.
그러면, 이러한 본 발명의 실시예에 따른 액정 표시 장치용 박막 트랜지스터 기판의 제조 방법에 대하여 도 5a 내지 도 8c, 앞서의 도 1 내지 도 3을 참조하여 설명한다.
먼저, 도 5a 내지 도 5c에서와 같이, 절연 기판(10) 위에 알루미늄, 알루미늄 합금, 크롬, 몰리브덴, 몰리브덴-텅스텐 및 탄탈륨과 같은 금속을 스퍼터링 따위의 방법으로 증착하고 패터닝하여 게이트선(21), 게이트 전극(22) 및 게이트 패드(23)를 포함하는 게이트 배선과 유지 용량 배선(24), 유지 용량 전극(25) 및 플로팅 전극(26)을 포함하는 유지 배선을 형성한다.
다음, 도 6a 내지 도 6c에서와 같이, 게이트 절연막(30), 비정질규소층 및 도핑된 비정질규소층을 화학 기상 증착법과 같은 방법으로 차례로 증착하고 상부의 두 층을 패터닝하여 반도체층(41) 및 저항성 접촉층(51)을 형성한다.
다음, 도 7a 내지 도 7c에서와 같이, 알루미늄, 알루미늄 합금, 크롬, 몰리브덴, 몰리브덴-텅스텐 및 탄탈륨과 같은 금속을 스퍼터링 따위의 방법으로 증착하고 패터닝하여 데이터선(61), 소스 전극(62), 드레인 전극(63) 및 데이터 패드(64)를 포함하는 데이터 배선을 형성한다. 다음, 소스 전극(62)과 드레인 전극(63) 사이에 드러나 있는 저항성 접촉층(51)을 제거하여 두 부분(52, 53)으로 분리한다.
다음, 도 8a 내지 도 8c에서와 같이, 무기 절연막을 화학 기상 증착법으로 증착하거나 유기 절연막을 스핀 코팅하여 보호막(70)을 2.5㎛ 이상의 두께로 형성하고 패터닝하여 게이트 패드(23) 및 데이터 패드(64)를 각각 드러내는 접촉 구멍(73, 74)과 드레인 전극(63)을 드러내는 접촉 구멍(72)을 형성한다.
다음, 앞서의 도 1 내지 도 3에서와 같이, ITO 또는 IZO와 같은 투명 도전 물질을 증착하고 패터닝하여 화소 전극(80), 보조 게이트 패드(83) 및 보조 데이터 패드(84)를 형성한다.
이와 같이 본 발명에서는 화소 전극과 게이트선 및 데이터선을 중첩시켜 이들 사이에 발생하는 프린지 필드를 줄일 수 있으며 개구율을 최대로 할 수 있다. 또한, 이웃한 화소 전극 간의 간격이 좁아지므로 상판의 공통 전극과 화소 전극 사이의 프린지 필드가 감소하고, 이웃한 화소 전극 사이에서의 프린지 필드가 제거되므로 비정상적인 액정 배열이 나타나지 않고, 오정렬과 상관없이 정면 또는 측면에서의 빛샘이 발생하지 않으며 블랙 상태에서 투과율이 최소화되어 휘도 손실을 줄일 수 있다. 또한, OCB 방식의 액정 표시 장치에서 화소 전극과 게이트선 및 데이터선을 중첩시켜 배선 사이 혹은 상하판 사이에서 발생하는 프린지 필드의 세기를 감소시켜 낮은 전압에서 안정한 구부러짐 배향을 얻을 수 있다. 상판과 하판의 러빙 각도를 1°내지 10°만큼 엇갈리게 하여 액정과 배향막의 종류에 관계없이 구부러짐 배향을 쉽게 얻을 수 있다.

Claims (9)

  1. 제1 절연 기판,
    상기 제1 절연 기판 위에 형성되어 있는 복수의 게이트선과 복수의 데이터선,
    상기 게이트선과 상기 데이터선 중의 적어도 어느 하나와 중첩되어 있는 복수의 화소 전극,
    상기 제1 절연 기판과 마주하는 제2 절연 기판,
    상기 제2 절연 기판 위에 형성되어 있는 색 필터,
    상기 색 필터를 덮고 있는 공통 전극,
    상기 제1 및 제2 절연 기판 사이에 주입되어 있는 액정층,
    상기 제1 및 제2 절연 기판 위에 각각 형성되어 있는 제1 및 제2 배향막
    을 포함하며,
    상기 액정층의 액정 분자는 초기 스플레이 배향되었다가 전압 인가에 의하여 구부러짐 배향으로 전이된 상태에서 구동되고, 상기 제1 배향막과 상기 제2 배향막의 러빙 방향은 서로 1°내지 10°의 각을 이루는 액정 표시 장치.
  2. 제1항에서,
    상기 데이터선과 상기 화소 전극 사이에 형성되어 있는 보호막을 더 포함하는 액정 표시 장치.
  3. 제2항에서,
    상기 보호막은 유기 또는 무기 절연 물질로 이루어진 액정 표시 장치.
  4. 제2항에서,
    상기 보호막은 2.5㎛ 이상의 두께로 형성되어 있는 액정 표시 장치.
  5. 제1항에서,
    상기 색 필터 사이에 형성되어 있는 블랙 매트릭스를 더 포함하는 액정 표시 장치.
  6. 제1 절연 기판 위에 복수의 게이트선과 이와 절연되는 복수의 데이터선을 형성하는 단계,
    상기 게이트선과 상기 데이터선 중의 적어도 어느 하나와 중첩되는 복수의 화소 전극을 형성하는 단계,
    상기 제1 절연 기판과 마주하는 제2 절연 기판 위에 색 필터를 형성하는 단계,
    상기 색 필터 위에 공통 전극을 형성하는 단계,
    상기 제1 및 제2 절연 기판 위에 각각 제1 및 제2 배향막을 형성하는 단계,
    상기 제1 배향막과 상기 제2 배향막의 러빙 방향이 서로 1°내지 10°의 각을 이루도록 러빙하는 단계,
    상기 제1 절연 기판과 상기 제2 절연 기판 사이에 액정 분자가 스플레이 배향을 이루는 액정층을 형성하는 단계
    를 포함하며,
    상기 액정층의 액정 분자는 전압 인가에 의하여 구부러짐 배향으로 전이하는 액정 표시 장치의 제조 방법.
  7. 제6항에서,
    상기 데이터선과 상기 화소 전극 사이에 보호막을 더 형성하는 액정 표시 장치의 제조 방법.
  8. 제7항에서,
    상기 보호막은 유기 또는 무기 절연 물질로 형성하는 액정 표시 장치의 제조 방법.
  9. 제7항에서,
    상기 보호막은 2.5㎛ 이상의 두께로 형성하는 액정 표시 장치의 제조 방법.
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