KR101422747B1 - 수직정렬모드 액정표시장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 제 1 기판과; 상기 제 1 기판 상부에 서로 교차하여 화소영역을 정의하며 형성된 게이트 배선 및 데이터 배선과; 상기 화소영역 내에 상기 게이트 및 데이터 배선과 연결되며 형성된 박막트랜지스터와; 상기 박막트랜지스터 위로 형성된 보호층과; 상기 보호층 위로 상기 화소영역 내에 서로 이격하여 형성된 다수의 화소전극과; 상기 다수의 화소전극을 덮으며 그 표면이 평탄한 상태를 가지며 형성된 제 1 평탄화막과; 상기 제 1 기판과 마주하는 제 2 기판과; 상기 제 2 기판 내측면에 형성된 다수의 공통전극과; 상기 다수의 공통전극을 덮으며 그 표면이 평탄한 상태를 가지며 형성된 제 2 평탄화막과; 상기 제 1, 2 평탄화막 사이에 개재된 액정층을 포함하는 수직정렬모드 액정표시장치를 제공한다.
수직정렬모드, 멀티도메인, 빛샘방지, 명암비

Description

수직정렬모드 액정표시장치{Vertical alignment mode liquid crystal display device}
도 1은 종래의 수직정렬모드 액정표시장치의 스위칭 소자인 박막트랜지스터를 포함하여 하나의 화소영역에 대한 단면도.
도 2a와 도 2b는 종래의 수직정렬 구조 액정표시장치의 온(on), 오프(off) 시의 액정의 배열상태를 각각 개략적으로 나타낸 단면도.
도 3은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 수직정렬모드 액정표시장치의 스위칭 소자인 박막트랜지스터를 포함하여 하나의 화소영역에 대한 단면도.
도 4는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 수직정렬모드 액정표시장치의 어레이 기판에 있어 하나의 화소영역에 형성된 화소전극의 평면 구조를 간략히 도시한 평면도.
도 5a와 도 5b는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 수직정렬모드 액정표시장치의 온(on), 오프(off) 시의 액정의 배열상태를 각각 개략적으로 나타낸 단면도.
도 6은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 수직정렬모드 액정표시장치의 어레이 기판에 있어 하나의 화소영역에 형성된 화소전극의 평면 구조를 간략히 도시한 평면도.
도 7a와 도 7b는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 수직정렬모드 액정표시장치의 온(on), 오프(off) 시의 액정의 배열상태를 각각 개략적으로 나타낸 단면도.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
101 : 수직정렬모드 액정표시장치 110 : 어레이 기판
117 : 게이트 전극 120 : 게이트 절연막
123 : 반도체층 130 : 소스 전극
133 : 드레인 전극 140 : 보호층
143 : 드레인 콘택홀 150 : 화소전극
155 : 제 1 평탄화층 160 : 컬러필터 기판
163 : 블랙매트릭스 165 : 컬러필터층
170 : 공통전극 175 : 제 2 평탄화층
P : 화소영역 s1, s2 : 제 1, 2 슬릿
Tr : 박막트랜지스터 TrA : 스위칭 영역
본 발명은 액정표시장치(Liquid Crystal Display)에 관한 것으로, 좀 더 상세하게는 명암비(contrast ratio)를 향상시킨 수직정렬 구조 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 박막트랜지스터 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(pre-tilt 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 박막트랜지스터와 상기 박막트랜지스터에 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 컬러필터기판과 하부의 어레이 기판이 서로 대향하여 소정의 간격을 두고 이격되어 있 고, 이러한 두 개의 기판 사이에 액정분자를 포함하는 액정이 충진되어 있는 구조이며, 더욱 정확히는 상기 충진된 액정의 초기 배열을 및 전압에 따른 움직임을 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.
일반적인 수직정렬모드 액정표시장치(1)는 도 1에 도시한 바와 같이, 게이트 전극(42), 게이트 절연막(43), 액티브층(45a)과 오믹콘택층(45b)으로 구성된 반도체층(45), 소스 및 드레인 전극(47, 49)을 포함하는 스위칭 소자인 박막트랜지스터(Tr)가 구성되고, 상기 박막트랜지스터(Tr) 위로 보호층(52) 및 그 상부로 서로 전기적으로 연결되며 소정간격 이격하여 다수의 제 1 슬릿(s1)을 구성하는 다수의 화소전극(55)이 구비된 어레이 기판(40)과, 블랙매트릭스(61)와 적, 녹, 청색 컬러 필터 패턴(63a, 미도시, 63c)을 포함하는 컬러필터층(63) 및 서로 전기적으로 연결되며 소정간격 이격하여 다수의 슬릿 제 2 슬릿(s2)을 구성하는 다수의 공통전극(65)을 포함하는 컬러필터 기판(60)과, 상기 어레이 및 컬러필터 기판(40, 60) 사이에 개재된 액정층(90)으로 구성되고 있다. 이때 상기 다수의 제 1 슬릿(s1)과 다수의 제 2 슬릿(s2)은 서로 수직한 방향으로는 동일 선상에 위치하지 않고 서로 엇갈리며 지그재그 형태로 배치되고 있는 것이 특징이다.
이렇게 하나의 화소영역(P) 내에서 화소전극(55)과 공통전극(65)을 다수개로 분리하여 각각 다수의 제 1, 2 슬릿(s1, s2)을 갖도록 구성한 이유는 하나의 화소영역(P)에 멀티도메인을 구성함으로써 광 시야각을 갖도록 하기 위함이다.
도 2a와 도 2b는 종래의 수직정렬 구조 액정표시장치의 온(on), 오프(off) 시의 액정의 배열상태를 각각 개략적으로 나타낸 단면도이다.
도시한 바와 같이, 종래의 수직정렬 구조 액정표시장치(1)는 각각 다수개의 화소전극(55)과 공통전극(65)이 서로 마주하는 어레이 및 컬러필터 기판(40, 60)의 최상면에 위치하고 있으며, 이러한 위치에 위치한 상기 다수의 화소전극(55)과 공통전극(65) 사이의 다수의 제 1, 2 슬릿(s1, s2)이 형성된 부분에 대응해서는 타 영역과 대비 그 두께 차이에 의해 액정층(90) 내의 액정분자(91a, 91b)들의 위치 상태를 달리하고 있음을 알 수 있으며, 즉 상기 제 1, 2 슬릿에 대응하여 위치한 액정분자(91b)들의 배열상태가 흐트러짐을 알 수 있으며, 이러한 액정분자(91b)들의 상기 다수의 화소전극 및 공통전극(55, 65) 사이에 구비된 다수의 제 1, 2 슬릿(s1, s2)이 형성된 부분에서의 배열의 흐트러짐에 의해 빛샘이 발생하거나 또는 명암비(contrast ratio : CR)가 저하되는 문제가 발생할 여지가 있다.
더욱이, 상기 다수의 제 1, 2 슬릿(s1, s2)이 형성된 영역에서 전압 오프(off) 시 액정분자(91b)들의 배열이 흐트러진 상태에 의해 전압이 인가되어 온(on) 상태가 되더라도 동일한 도메인 영역 내에서 타 영역과 비교하여 동일한 전압 인가에 대해 액정분자(91b)들의 배열을 달리하게 됨으로써 위치별 위상지연차에 의해 컬러 쉬프트 및 보상 필름에 의한 시야각 보상의 매칭(matching)이 되지 않아 표시품질이 저하되는 문제가 발생하게 되는 문제가 있다.
본 발명은 전술한 문제를 해결하기 위한 것으로 슬릿이 형성된 영역과 그 외의 타영역에 대해 모두 동일한 두께의 액정층이 형성되도록 함으로써 초기 액정 배열 상태가 기판상의 위치별 구성요소별 영향을 받지 않고 일정하도록 하는 수직정렬모드 액정표시장치를 제공하는 것을 그 목적으로 하고 있으며, 나아가 이러한 위치별 액정분자들의 초기 배열이 일정하게 함으로써 상기 액정분자들의 초기 배열 흐트러짐에 의한 빛샘 발생 또는 명암비 저하를 방지하는 것을 또 다른 목적으로 한다.
상기의 목적을 이루기 위한, 본 발명에 따른 수직정렬모드 액정표시장치는, 제 1 기판과; 상기 제 1 기판 상부에 서로 교차하여 화소영역을 정의하며 형성된 게이트 배선 및 데이터 배선과; 상기 화소영역 내에 상기 게이트 및 데이터 배선과 연결되며 형성된 박막트랜지스터와; 상기 박막트랜지스터 위로 형성된 보호층과; 상기 보호층 위로 상기 화소영역 내에 서로 이격하여 형성된 다수의 화소전극과; 상기 다수의 화소전극을 덮으며 그 표면이 평탄한 상태를 가지며 형성된 제 1 평탄화막과; 상기 제 1 기판과 마주하는 제 2 기판과; 상기 제 2 기판 내측면에 형성된 다수의 공통전극과; 상기 다수의 공통전극을 덮으며 그 표면이 평탄한 상태를 가지며 형성된 제 2 평탄화막과; 상기 제 1, 2 평탄화막 사이에 개재된 액정층을 포함한다.
이때, 상기 다수의 화소전극 각각은 동일한 두께를 갖는 플레이트(plate) 타입인 것이 특징이며, 또한 상기 다수의 공통전극 각각은 동일한 두께를 갖는 플레이트(plate) 타입인 것이 특징이며, 상기 다수의 화소전극간의 이격영역은 상기 다수의 화소전극 각각의 폭보다 작은 폭을 가짐으로써 각각 다수의 제 1 슬릿을 구성하는 것이 특징이며, 이때 상기 다수의 공통전극간의 이격영역은 상기 다수의 공통전극 각각의 폭보다 작은 폭을 가짐으로서 각각 다수의 제 2 슬릿을 구성하는 것이 특징이며, 상기 다수의 제 1 슬릿은 상기 다수의 공통전극과 각각 중첩하도록 위치하는 것이 특징이며, 상기 다수의 제 1 슬릿 각각은 이와 중첩하는 각각의 화소전극의 중앙에 위치하는 것이 특징이다. 또한, 이때 상기 다수의 제 2 슬릿은 상기 다수의 화소전극과 각각 중첩하도록 위치하는 것이 특징이며, 상기 다수의 제 2 슬릿 각각은 이와 중첩하는 각각의 공통전극의 중앙에 위치하는 것이 특징이다.
또한, 상기 다수의 화소전극과 다수의 공통전극은, 단면적으로 서로 마주하 는 돌기구조인 것이 특징이며, 이때, 상기 돌기구조를 이루는 다수의 화소전극간의 이격영역은 그 폭이 상기 각 화소전극의 폭보다 더 크게 형성되며, 상기 돌기구조를 이루는 다수의 공통전극간의 이격영역은 그 폭이 상기 각 공통전극의 폭보다 더 크게 형성되는 것이 특징이다. 이때, 상기 다수의 화소전극 각각은 상기 다수의 공통전극 사이의 이격영역과 대응하며, 상기 다수의 공통전극 각각은 상기 다수의 화소전극 사이의 이격영역에 대응하여 위치하는 것이 특징이며, 상기 돌기구조는 단면적으로는 삼각형, 반원, 반타원형 형태이며 누여진 상태의 기둥 형상을 이루는 것이 특징이다.
또한, 상기 화소영역 내의 다수의 화소전극은 서로 이웃한 화소전극끼리는 연결패턴에 의해 연결된 것이 특징이며, 상기 다수의 화소전극 중 상기 박막트랜지스터와 가장 인접한 화소전극은 상기 박막트랜지스터의 구성요소인 드레인 전극과 전기적으로 연결된 된 것이 특징이다.
또한, 상기 제 2 기판과 상기 다수의 공통전극 사이에는, 블랙매트릭스와, 상기 블랙매트릭스 외부로 노출된 상기 내측면에 컬러필터층이 더욱 형성된다.
이하, 본 발명을 바람직한 실시예를 통해 상세히 설명한다.
<제 1 실시예>
도 3은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 수직정렬모드 액정표시장치의 스위칭 소자인 박막트랜지스터를 포함하여 하나의 화소영역에 대한 단면도이다.
본 발명에 따른 제 1 실시예는 하나의 화소영역(P) 내에 서로 마주하는 다수의 화소전극과 공통전극에 사이에 각각 슬릿을 구현하여 멀티도메인을 구현한 것을 특징으로 하고 있다.
도시한 바와 같이, 본 발명의 제 1 실시예에 따른 수직정렬모드 액정표시장치(101)에 있어, 우선 어레이 기판(110)의 구조를 살펴보면, 투명한 기판(110) 상에 스위칭 영역(TrA)에는 스위칭 소자인 박막트랜지스터(Tr)가 형성되어 있으며, 상기 스위칭 영역(TrA)을 제외한 화소영역(P)에는 상기 박막트랜지스터(Tr)와 연결되며, 이격하여 다수의 제 1 슬릿(s1)을 구성하며 다수의 화소전극(150)이 형성되어 있으며, 상기 박막트랜지스터(Tr)와 상기 다수의 화소전극(150) 위로 그 표면이 평탄한 상태의 제 1 평탄화층(155)이 형성되고 있다. 이때, 상기 다수의 제 1 슬릿(s1)은 그 폭(w1)이 상기 다수의 각 화소전극(150)의 폭(w2) 대비 훨씬 작은 값을 갖는 것이 특징이다. 즉, 다수의 화소전극(150)의 폭(w2)이 상기 다수의 제 1 슬릿(s1)의 폭(w1)보다 수배 내지 수십 배 정도 크게 형성되게 된다. 이때, 상기 다수의 화소전극(150)은 동일한 두께를 가지며 플레이트(plate) 형태로 형성되고 있는 것이 특징이다.
조금 더 상세히 상기 본 발명의 제 1 실시예에 따른 수직정렬모드 액정표시장치용 어레이 기판(110)의 구조에 대해 설명하면, 투명한 기판(110) 상에 게이트 전극(117)과 상기 게이트 전극(117)과 연결되며 일방향으로 연장하는 게이트 배선(미도시)이 형성되어 있다.
또한, 상기 게이트 배선(미도시)과 게이트 전극(117) 위로 전면에 투명한 절 연물질로 게이트 절연막(120)이 형성되어 있으며, 상기 게이트 절연막(120) 위로 순수 비정질 실리콘으로 이루어진 액티브층(123a)과 그 상부로 서로 이격하여 상기 액티브층(123a) 일부를 노출시키며 불순물 비정질 실리콘으로 이루어진 오믹콘택층(123b)으로 이루어진 반도체층(123)이 형성되어 있으며, 상기 오믹콘택층(123) 위로 서로 이격하며 금속물질로써 소스 및 드레인 전극(130, 133)이 형성되어 있으며, 또한 상기 게이트 절연막(120) 위로 상기 소스 전극(130)과 연결되며 상기 게이트 배선(미도시)과 교차하여 상기 화소영역(P)을 정의하며 데이터 배선(미도시)이 형성되어 있다. 이때 상기 화소영역(P) 내의 스위칭 영역(TrA)에 순차 적층되어 형성된 상기 게이트 전극(117)과 게이트 절연막(120)과 반도체층(123)과 소스 및 드레인 전극(130, 133)은 스위칭 소자인 박막트랜지스터(Tr)를 이룬다.
다음, 상기 박막트랜지스터(Tr)와 데이터 배선(미도시) 및 이들 박막트랜지스터(Tr) 및 데이터 배선(미도시) 사이로 노출된 게이트 절연막(120) 위로는 보호층(140)이 형성되어 있으며, 이때 상기 보호층(140)은 상기 박막트랜지스터(Tr)의 드레인 전극(133)을 노출시키는 드레인 콘택홀(143)을 구비하고 있다.
한편, 상기 보호층(140)은 도면에 있어서는 유기 절연물질을 이용하여 코팅하여 두껍게 형성함으로써 그 표면이 평탄한 상태를 이루는 것으로서 도시되고 있지만, 무기 절연물질을 이용하여 증착하여 형성함으로써 그 하부에 위치한 구성요소(박막트랜지스터(Tr)와 데이터 배선(미도시)과 게이트 절연막(120))간의 두께 차이로 인한 단차를 가지며 형성될 수도 있다.
다음, 상기 보호층(140) 위로는 화소영역(P) 내에 이격하여 다수의 제 1 슬 릿(s1)을 갖는 다수의 화소전극(150)이 형성되어 있다. 상기 서로 이격하는 다수의제 1 슬릿(s1)을 구성하는 다수의 화소전극(150)은 도면상에서는 서로 이격함으로써 완전히 별개의 구성요소로 보여지고 있지만, 본 발명의 제 1 실시예에 따른 수직정렬모드 액정표시장치의 어레이 기판(110)에 있어 하나의 화소영역(P)에 형성된 화소전극(150)의 평면 구조를 간략히 도시한 도 4를 참조하면, 실질적으로 화소영역(P) 내에서는 상기 다수의 화소전극(150)은 전기적으로 연결되어 있는 것이 특징이다. 즉, 다수의 제 1 슬릿(s1)을 구성하며 서로 이격하며 형성된 다수의 화소전극(150)은 상기 다수의 제 1 슬릿(s1) 사이에 이웃한 화소전극(150) 간에 연결배선(152)이 형성됨으로써 동일한 화소영역(P) 내에 형성된 다수의 화소전극(150)은 전기적으로 연결되고 있다. 이때 하나의 화소영역(P) 내에 형성되는 상기 다수의 화소전극(150)은 하나의 화소영역(P) 내에 몇 개의 도메인을 구성하느냐에 따라 달라지게 되며, 통상적으로 하나의 화소영역(P) 내에 2개 내지 10개 정도의 멀티 도메인을 구성하는 바, 이 경우 화소전극(150)은 하나의 화소영역(P) 내에서 2개 내지 10개로 구성된다.
다시, 도 3을 참조하면, 이러한 구조를 갖는 다수의 화소전극(150) 중 상기 박막트랜지스터(Tr)와 가장 인접한 화소전극(150)은 상기 박막트랜지스터(Tr)의 드레인 전극(133)과 상기 드레인 콘택홀(143)을 통해 접촉하며 형성되고 있다.
또한, 상기 다수의 화소전극(150) 및 상기 다수의 화소전극(150) 사이의 다수의 제 1 슬릿(s1)으로 통해 노출된 보호층(150) 위로는 그 표면이 평탄한 상태를 갖는 것을 특징으로 하는 제 1 평탄화층(155)이 형성되어 있다. 이는 투명한 유기 절연물질 예를들면 벤조사이클로부텐(BCB) 또는 포토아크릴(photo acryl)을 슬릿 코팅장치(slit coater), 바 코팅장치(bar coater), 스핀 코팅장치(spin coater)를 통해 코팅함으로써 하부에 위치한 구성요소의 높이 차에 따른 단차를 극복하여 그 표면이 평탄한 상태를 갖는 제 1 평탄화층(155)을 형성할 수 있다. 이 경우, 상기 제 1 평탄화층(155)의 두께 특히 상기 다수의 화소전극(150) 상부에 위치한 제 1 평탄화층(155)의 두께는 되도록 얇게 하는 것이 바람직하다. 즉 최소한의 두께를 가지며 그 표면이 평탄한 상태를 유지하도록 상기 제 1 평탄화층(155)을 구성하는 것이 바람직하다.
다음, 이러한 구성을 갖는 어레이 기판(110)과 마주하는 컬러필터 기판(160)의 구조에 대해 설명한다.
컬러필터 기판(160)에 있어서는, 투명한 기판(160) 하면(상기 어레이 기판과 마주하는 면)에 하부 어레이 기판(110) 내에 형성된 게이트 및 데이터 배선(미도시)과 박막트랜지스터(Tr)에 대응하여 빛의 투과를 차단하는 블랙매트릭스(163)가 형성되어 있으며, 상기 블랙매트릭스(163) 하부 및 상기 블랙매트릭스(163)로 둘러싸여 상기 화소전극(150)에 대응하는 상기 투명한 기판(160) 하면에 대해서는 화소영역(P)별로 순차 반복하는 적, 녹, 청색의 컬러필터 패턴(165a, 미도시, 165c)으로 이루어진 컬러필터층(165)이 형성되어 있다. 이때 상기 적, 녹, 청색 컬러필터 패턴(165a, 미도시, 165c)은 상기 블랙매트릭스(163) 상에서 각 화소영역(P)별로 경계를 이루고 있다.
또한, 상기 컬러필터층(165) 하부에는 상기 어레이 기판(110)과는 달리 화소 영역(P)의 구분없이 다수의 공통전극(170)이 서로 이격하여 다수의 제 2 슬릿(s2)을 형성하며 구성되어 있다.
이때, 상기 다수의 제 2 슬릿(s2)은 하부 어레이 기판(110) 상의 구성된 다수의 제 1 슬릿(s1)과는 중첩되지 않도록 형성된 것이 특징이다. 즉, 상기 하부의 다수의 제 1 슬릿(s1)은 상기 다수의 공통전극(170)과 대응되며, 상기 컬러필터 기판(160)에 구성된 다수의 제 2 슬릿(s2)은 상기 어레이 기판(110) 상의 다수의 화소전극(150)에 대응하도록 구성된 것이 특징이다.
즉, 도면에 도시한 바와같이 상기 다수의 제 1, 2 슬릿(s1, s2)은 상하로 서로 엇갈리도록 배치되며 화소영역(P) 내에서 각 도메인 간의 크기를 일정하게 형성하기 위해 각각의 제 1 슬릿(s1)은 이와 가장 인접한 두 개의 제 2 슬릿(s2)의 사이에 위치한 공통전극(170)의 중앙에 위치하도록 형성되며, 반대로 각각의 제 2 슬릿(s2)은 이와 가장 인접한 두 개의 제 1 슬릿(s1)의 사이의 위치하는 화소전극(150)의 중앙에 위치하도록 구성되고 있는 것이 특징이다.
이러한 구성을 갖는 다수의 공통전극(170)과 상기 다수의 공통전극(170) 사이의 다수의 제 2 슬릿(s2) 하부에는 그 표면이 평탄한 것을 특징으로 하는 제 2 평탄화층(175)이 구성되고 있다.
또한, 이러한 각각 그 표면이 평탄한 상태를 갖는 제 1, 2 평탄화층(155, 175) 사이에 액정층(190)이 구비됨으로써 본 발명의 제 1 실시예에 따른 수직정렬구조 액정표시장치(101)를 이루고 있다.
이러한 제 1 실시예에 따른 수직정렬모드 액정표시장치(101)의 경우, 전압이 온(on) 상태인 경우와 오프(off) 상태인 경우의 액정의 배열상태를 간략히 각각 도시한 도 5a와 도 5b를 참조하면, 상기 서로 마주하며 그 표면이 평탄한 것을 특징으로 하는 제 1, 2 평탄화층(155, 175) 사이에 액정층(190)이 개재됨으로서 액정층(190)이 상기 수직정렬모드 액정표시장치(101) 전 영역에 대해 동일한 두께를 가지며 형성되며, 따라서 전압 오프(off)시에 상기 각 슬릿(s1, s2)에 대응되는 부분에서 액정분자(192b)들의 배열상태가 흐트러지지 않고 전 영역에 일관된 배열상태를 가지게 됨을 알 수 있다.
또한, 전압을 인가하여 온(on) 상태를 형성했을 시에도 오프(off) 상태서의 액정분자(192a, 192b)들의 배열 상태가 일관된 상태를 가짐으로써 이러한 액정분자(192a, 192b)들이 그 위치에 상관없이 일관되게 정렬된 상태에서 전압이 인가되어 각 도메인별로 소정의 각도를 가지며 회전한다 하여도 각 슬릿(s1, s2)에 대응하여 위치하는 액정분자(192a, 192b)들이 규칙적으로 일관된 배열을 갖게됨으로써 불규칙적 배열 상태에 기인하는 빛샘 발생 및 이로인한 명암비 저하의 문제는 방지할 수 있게 됨을 알 수 있다.
전술한 제 1 실시예 따른 수직 정렬 구조 액정표시장치에 있어서는 다수의 제 1, 2 슬릿을 구성함으로써 멀티 도메인을 구성하는 것을 보이고 있다.
이후에는 본 발명에 따른 제 2 실시예로서 슬릿에 의한 멀티 도메인 구성이 아니라 리벳에 의한 멀티 도메인을 이루는 수직정렬구조 액정표시장치에 대해 설명한다.
<제 2 실시예>
본 발명의 제 2 실시예에 따른 수직정렬구조 액정표시장치는 하나의 화소영역(P) 내에 화소 및 공통전극을 돌기 또는 리벳 형태로 구성함으로써 멀티 도메인을 구현한 것이 특징이며, 그 외의 구성요소에 대해서는 전술한 제 1 실시예와 동일하다. 따라서, 차별점이 있는 부분을 위주로 그 구성에 대해 간단히 설명한다.
도 6은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 수직정렬모드 액정표시장치용 어레이 기판의 박막트랜지스터를 포함하는 하나의 화소영역에 대한 단면도이다.
우선, 어레이 기판(201)의 구조에 대해 살펴보면, 도시한 바와 같이, 화소영역(P) 내의 스위칭 영역(TrA)에는 박막트랜지스터(Tr)가 형성되어 있으며, 상기 박막트랜지스터(Tr)의 게이트 전극(217)과 연결되어 게이트 배선(미도시)이, 그리고 상기 박막트랜지스터(Tr)의 소스 전극(230)과 연결되어 데이터 배선(미도시)이 게이트 절연막(220)을 사이에 두고 그 하부 및 상부에 교차하여 화소영역(P)을 정의하며 형성되어 있다.
또한, 상기 박막트랜지스터(Tr)와 상기 데이터 배선(미도시)을 덮으며 전면에 보호층(240)이 형성되어 있다. 이때, 상기 보호층(240)은 상기 박막트랜지스터(Tr)의 드레인 전극(233)을 노출시키는 드레인 콘택홀(243)을 구비하고 있다.
한편, 도면에서는 무기절연물질을 이용하여 증착함으로써 상기 박막트랜지스터(Tr)와 데이터 배선(미도시)의 게이트 절연막(220)에 대한 단차를 그대로 가지며 보호층(220)이 형성됨을 보이고 있지만, 제 1 실시예와 같이 유기 절연물질을 이용 하여 코팅함으로써 그 하부에 위치한 구성요소간의 단차에 관계없이 그 표면이 평탄한 상태의 보호층(220)을 구성할 수도 있다.
상기 보호층(220) 상부의 각 화소영역(P)에는 상기 드레인 콘택홀(243)을 통해 상기 드레인 전극(233)과 접촉하며 도면에 나타나지는 않았지만 연결패턴(미도시)에 의해 연결됨으로써 전기적으로 도통되며 이격하는 다수의 화소돌기(또는 리벳)(250)가 형성되어 있다. 이때 상기 화소돌기(250)는 그 단면 형태가 삼각형임을 보이고 있지만 반원, 반타원형 등의 형태도 될 수 있다. 이때 상기 다수의 화소돌기(250)간의 이격간격(w3)은 상기 화소돌기(250)의 폭(w4)보다는 큰 폭을 갖는 것이 특징이다. 이러한 구조가 되어야 하는 이유는 추후 다시 설명한다.
상기 화소돌기(250)는 평면적으로 그 단면구조가 삼각형 형태인 경우 평면적으로는 누여진 삼각기둥 형태가 되며, 그 단면구조가 반원인 경우는 누여진 반원기둥 형태를 그리고 그 단면구조가 반타원형 형태인 경우 누여진 반타원기둥 형태를 갖는다.
다음, 이러한 구조의 화소돌기(250) 상부로는 상기 돌기와 보호층(240)간의 단차를 극복하여 그 표면이 평탄한 상태를 이루는 제 1 평탄화층(255)이 형성됨으로써 본 발명의 제 2 실시예에 따른 수직정렬구조 액정표시장치용 어레이 기판(210)을 이루고 있다.
다음, 컬러필터 기판(260)을 살펴보면, 블랙매트릭스(263)와 컬러필터층(265)이 전술한 제 1 실시예와 동일한 형태로 구성되어 있으며, 상기 컬러필터층(265) 하부로 상기 어레이 기판(210)상에 형성된 상기 다수의 화소돌기(250)와 동일한 형태로써 상기 서로 이웃한 화소돌기(250) 사이의 이격영역에 각각 대응하여 다수의 공통돌기(270)가 형성되어 있다. 이때 상기 다수의 공통돌기(270) 또한 도면상으로는 서로 완전히 분리된 것처럼 보이고 있지만, 제 1 실시예의 다수의 공통전극과 같이 연결패턴(미도시)에 의해 상기 이웃한 공통돌기(270)끼리는 연결됨으로써 컬러필터 기판(260) 전 영역에 대해 동일한 전극(공통전극)이 인가될 수 있도록 구성되고 있다.
또한 상기 다수의 공통돌기(270) 하부로 이를 덮으며 그 표면이 평탄한 상태의 제 2 평탄화층(275)이 구비됨으로써 컬러필터 기판(260)을 이루고 있다.
한편, 전술한 구조를 갖는 어레이 기판(210)과 컬러필터 기판(260) 사이에는 액정층(290) 더욱 정확히는 음의 유전율 이방성 값을 갖는 액정층(290)이 개재됨으로써 본 발명의 제 2 실시예에 따른 수직정렬모드 액정표시장치(201)를 이루고 있다.
한편, 이러한 본 발명의 제 2 실시예에 따른 수직정렬모드 액정표시장치(201)에 있어서, 상기 다수의 화소돌기(250)와 공통돌기(270)의 하나의 화소영역(P) 내에서 멀티 도메인을 이루기 위한 배치에 대해 살펴보면, 상기 다수의 공통돌기(270)와 화소돌기(250)는, 화소영역(P) 내에서 평면적으로 서로 나란하도록 배치되며, 단면적으로는 액정층(290)을 기준으로 그 상하부로 마치 서로 엇갈려 교대하며 지그재그 형태로 어레이 및 컬러필터 기판(210, 260) 상에 형성되고 있는 것이 특징이다. 즉 상기 다수의 화소돌기(250) 각각은 상부의 상기 다수의 공통돌기(270) 사이의 이격영역에 대응하여 형성되고 있으며, 상기 다수의 공통돌기(270) 각각은 하부의 상기 다수의 화소돌기(250) 사이의 이격영역에 대응하여 형성되고 있다. 따라서, 이러한 구조적 특징에 의해 상기 다수의 화소돌기(250)간 및 공통돌기(270)간 이격영역의 폭(w3)은 상기 다수의 화소돌기(250) 또는 다수의 공통돌기(270) 자체의 폭(w4)보다는 크게 형성되고 있는 것이다.
이러한 구성을 갖는 제 2 실시예에 따른 수직정렬모드 액정표시장치(201)의 경우도, 각각 온(on), 오프(off) 상태의 하나의 화소영역을 간략히 도시한 도 7a와 도 7b를 참조하면, 상기 다수의 화소돌기(250)와 다수의 공통돌기(270)를 각각 덮으며 그 표면이 평탄한 상태의 제 1, 2 평탄화막(255, 275)이 형성됨으로써 제 1 실시예와 동일한 이유로 액정층(290)이 상기 수직정렬모드 액정표시장치(201) 전 영역에 대해 동일한 두께를 가지며 형성된다.
따라서, 상기 다수의 화소 또는 공통돌기에 대응하는 부분에서의 액정층의 두께가 달라지는 종래의 수직정렬모드 액정표시장치와는 달리 전압 오프(off)시에 상기 화소 또는 공통돌기(250, 270)에 대응되는 부분에서 액정분자(292b)들의 배열상태가 흐트러지지 않고 전 영역에 일관된 배열상태를 가지게 된다.
또한, 전압을 인가하여 온(on) 상태를 형성했을 시에도, 오프(off) 상태서의 액정분자(292a, 292b)들의 배열 상태가 일관된 상태를 가짐으로써 이러한 액정분자(292a, 292b)들이 그 위치에 상관없이 일관되게 정렬된 상태에서 전압이 인가되어 각 도메인별로 소정의 각도를 가지며 회전한다 하여도 각 화소돌기(250) 및 공통돌기(270)에 대응하여 위치하는 액정분자(292a, 292b)들이 규칙적으로 일관된 배열을 갖게 됨으로써 액정분자들의 불규칙적 배열 상태에 기인하는 빛샘 발생 및 이 로인한 명암비 저하의 문제는 방지할 수 있게 된다.
본 발명에 따른 수직정렬모드 액정표시장치는 어레이 및 컬러필터 기판 각각의 마주보는 면 최상부에 각각 제 1, 2 평탄화층을 구성하여 전영역에 걸쳐 동일한 두께를 갖는 액정층이 형성됨으로써 오프시 액정층 두께차이에 기인한 일부 영역에서의 액정분자들의 배열 흐트러짐을 방지하는 효과가 있으며, 나아가 오프시의 액정분자들의 일부 영역에서의 흐트러짐이 없는 바 이에 기인하는 빛샘 발생을 방지하며 빛샘 발생으로 인한 명암비 저하를 방지하는 효과가 있다.
또한, 전압 온 시의 액정분자들의 영역별 배열의 흐트러짐에 기인한 위치별 위상지연차에 의한 컬러 쉬프트 현상을 방지하며, 보상필름과의 매칭성을 향상시키는 효과가 있다.

Claims (18)

  1. 제 1 기판과;
    상기 제 1 기판 상부에 서로 교차하여 화소영역을 정의하며 형성된 게이트 배선 및 데이터 배선과;
    상기 화소영역 내에 상기 게이트 및 데이터 배선과 연결되며 형성된 박막트랜지스터와;
    상기 박막트랜지스터 위로 형성된 보호층과;
    상기 보호층 위로 상기 화소영역 내에 서로 이격하여 형성된 다수의 화소전극과;
    상기 다수의 화소전극을 덮으며 그 표면이 평탄한 상태를 가지며 형성된 제 1 평탄화막과;
    상기 제 1 평탄화막을 덮으며 형성된 제 1 배향막과;
    상기 제 1 기판과 마주하는 제 2 기판과;
    상기 제 2 기판 내측면에 형성된 다수의 공통전극과;
    상기 다수의 공통전극을 덮으며 그 표면이 평탄한 상태를 가지며 형성된 제 2 평탄화막과;
    상기 제 2 평탄화막을 덮으며 형성된 제 2 배향막과;
    상기 제 1, 2 배향막 사이에 개재되어 일정한 두께를 갖는 액정층을 포함하며,
    상기 제 1, 2 평탄화막은 벤조사이클로부텐(BCB) 또는 포토아크릴(photo acryl)을 슬릿, 바, 스핀 코팅장치 중 하나로 코팅되는 것을 특징으로 하는 수직정렬모드 액정표시장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 다수의 화소전극 각각은 동일한 두께를 갖는 플레이트(plate) 타입인 것이 특징인 수직정렬모드 액정표시장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 다수의 공통전극 각각은 동일한 두께를 갖는 플레이트(plate) 타입인 것이 특징인 수직정렬모드 액정표시장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 다수의 화소전극간의 이격영역은 상기 다수의 화소전극 각각의 폭보다 작은 폭을 가짐으로써 각각 다수의 제 1 슬릿을 구성하는 것이 특징인 수직정렬모드 액정표시장치.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 다수의 공통전극간의 이격영역은 상기 다수의 공통전극 각각의 폭보다 작은 폭을 가짐으로서 각각 다수의 제 2 슬릿을 구성하는 것이 특징인 수직정렬모드 액정표시장치.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 다수의 제 1 슬릿은 상기 다수의 공통전극과 각각 중첩하도록 위치하는 것이 특징인 수직정렬모드 액정표시장치.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 다수의 제 1 슬릿 각각은 이와 중첩하는 각각의 화소전극의 중앙에 위치하는 것이 특징인 수직정렬모드 액정표시장치.
  8. 제 6 항에 있어서,
    상기 다수의 제 2 슬릿은 상기 다수의 화소전극과 각각 중첩하도록 위치하는 것이 특징인 수직정렬모드 액정표시장치.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 다수의 제 2 슬릿 각각은 이와 중첩하는 각각의 공통전극의 중앙에 위치하는 것이 특징인 수직정렬모드 액정표시장치.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 다수의 화소전극과 다수의 공통전극은, 단면적으로 서로 마주하는 돌기구조인 것이 특징인 수직정렬모드 액정표시장치.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 돌기구조를 이루는 다수의 화소전극간의 이격영역은 그 폭이 상기 각 화소전극의 폭보다 더 크게 형성되는 것이 특징인 수직정렬모드 액정표시장치.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 돌기구조를 이루는 다수의 공통전극간의 이격영역은 그 폭이 상기 각 공통전극의 폭보다 더 크게 형성되는 것이 특징인 수직정렬모드 액정표시장치.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 다수의 화소전극 각각은 상기 다수의 공통전극 사이의 이격영역과 대응하며, 상기 다수의 공통전극 각각은 상기 다수의 화소전극 사이의 이격영역에 대응 하여 위치하는 것이 특징인 수직정렬모드 액정표시장치.
  14. 제 12 항에 있어서,
    상기 돌기구조는 단면적으로는 삼각형, 반원, 반타원형 형태이며 누여진 상태의 기둥 형상을 이루는 것이 특징이 수직정렬모드 액정표시장치.
  15. 청구항 15은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.
    제 1 항에 있어서,
    상기 화소영역 내의 다수의 화소전극은 서로 이웃한 화소전극끼리는 연결패턴에 의해 연결된 것이 특징인 수직정렬모드 액정표시장치.
  16. 청구항 16은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.
    제 15 항에 있어서,
    상기 다수의 화소전극 중 상기 박막트랜지스터와 가장 인접한 화소전극은 상기 박막트랜지스터의 구성요소인 드레인 전극과 전기적으로 연결된 된 것이 특징인 수직정렬모드 액정표시장치.
  17. 청구항 17은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.
    제 1 항에 있어서,
    블랙매트릭스와, 상기 블랙매트릭스 외부로 노출된 상기 내측면에 컬러필터층이 더욱 형성된 수직정렬모드 액정표시장치.
  18. 제 1 항에 있어서,
    상기 화소전극 상부의 상기 제 1 평탄화막 두께는 상기 공통전극 상부의 제 2 평탄화막 두께보다 얇은 것을 특징으로 하는 수직정렬모드 액정표시장치.
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