KR19980077802A - 액정표시장치 및 그 제조방법 - Google Patents

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Abstract

시야각 특성이 향상된 액정표시장치를 제공한다.
액정표시장치는 제1기판 및 제2기판과, 상기한 제1기판 위에 형성된 화소전극과, 상기한 화소전극 위에 서로 다른 높이를 갖는 복수의 단차로 형성된 보호막과, 상기한 제2기판 위에 서로 다른 높이를 갖는 복수의 단차로 형성된 오버코트층과, 상기한 오버코트층 위에 형성된 대향전극 및 제1기판과 제2기판 사이의 액정층으로 구성된다.

Description

액정표시장치 및 그 제조방법
본 발명은 액정표시장치에 관한 것으로, 특히 멀티도메인의 형성없이 시야각 특성을 향상시킬 수 있는 액정표시장치 및 그 제조방법에 관한 것이다.
최근에 주로 사용되고 있는 액정표시장치(LCD)는 트위스트네마틱(Twisted Nematic) 액정표시장치로서, 이러한 TN-LCD는 시야각에 따라서 각각의 계조표시(gray level)에서의 광투과도가 달라지는 결함을 가지고 있었다. 특히, 좌우방향의 시야각에 대해서는 광투과도가 대칭적으로 분포하지만, 상하방향에 대해서는 광투과도가 비대칭적으로 분포하여 시야각이 좁아지는 문제가 있었다.
도 1은 종래 액티브매트릭스 액정표시장치의 단위화소의 평면도로서, 동일 도면에 나타내듯이, 단위화소는 종횡으로 배열되어 매트릭스 형상을 이루고 있는 주사선(15) 및 신호선(11)에 의해 정의된다. 단위화소 내의 주사선(15) 및 신호선(11)의 교차점에는 박막트랜지스터(Thin Film Transistor)(이하, TFT)가 형성되어 있으며, 게이트전극(13)은 주사선(15)에 연결되고 소스/드레인전극(12)은 신호선(11)에 연결된다. 화소 내에는 화소전극(16)이 형성되어 TFT의 소스/드레인전극(12)과 전기적으로 접속된다.
상기한 액정패널의 외부에는 게이트구동회로 및 데이타구동회로(미도시)가 부착되어 있는데, 게이트구동회로로부터 주사선(15)을 통해 TFT의 게이트전극(13)에 전압이 인가되면 TFT가 온(ON)되며, 동시에 데이타구동회로로부터 신호선(11)에 인가된 화상신호는 소스/드레인전극(12)을 통해 화소전극(16)에 인가되어 사용자는 원하는 화상을 얻을 수 있게 된다.
도 2는 도 1의 A-A'선 단면도이다. 도 2에 나타내듯이, 제1기판(1) 위에는 주사선, 게이트신호 및 데이터신호 사이를 절연시키는 절연막(3)이 형성되어 있고, 그 위에 신호선(11), 보호막(7) 및 화소전극(9)이 순서대로 형성되어 있다. 그리고, 상기한 화소전극(9) 위에는 제1배향막(17)이 형성되어 있으며 기계적인 러빙에 의해 액정의 배향방향을 결정한다. 제2기판(2) 위에는 빛의 누설을 차단하는 차광층(블랙매트릭스)(Black Matrix)(4)이 형성되고, 그 위에 칼라필터층(5), 오버코트층(8) 및 대향전극(19)이 순서대로 형성되어 있다. 상기한 대향전극(19) 위에는 제1배향막(17)과 상응하는 제2배향막(18)이 형성되어 액정층(6) 내의 액정(미도시)의 배향방향을 결정한다.
상기한 구조를 갖는 종래의 액정표시장치는, 화소전극 및 대향전극을 동일한 높이의 평탄한 층으로 형성하여 단위 화소전극 전면에 동일한 크기로 작용하는 평등전계에 의해 단위 화소전극 내에서는 액정이 동일한 배열상태를 형성하도록 하는 것이 목적이었다. 그러나, 이와 같은 액정의 균일한 배열은 사용자의 보는 각도에 따라서 액정층을 통과하는 빛의 경로차에 의하여 시야각 특성을 저하시킨다.
일반적으로, 러빙에 의해 배향막이 형성된 경우에는 액정분자의 균일한 배열에 의해 LCD의 시야각특성이 저하되는 문제가 있으므로, 최근에는 상하방향의 광투과도를 보상하여 시야각 특성을 향상시킨 멀티도메인 LCD에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다. 이러한 멀티도메인 가운데 일례로 2도메인을 제조하는 방법은 먼저, 기판의 한 도메인에 포토레지스트를 도포한 후, 일정방향으로 러빙을 실시하여 배향방향을 결정하고, 그 후, 상기한 포토레지스트를 제거하고 다시 다른 도메인에 포토레지스트를 도포한 후, 다른 방향으로 러빙을 실시하여 각 도메인이 서로 다른 방향으로 배향방향을 갖도록 한다. 상기한 과정을 여러차례 반복하면 2도메인 이상의 멀티도메인을 제조하는 것이 가능하다.
그러나, 이러한 멀티도메인 LCD는 여러 차례의 러빙에 의해 액정층과 접하는 부분이 손상될 수 있기 때문에 수율이 저하될 수 있었고, 또한 제조공정수의 증가로 인한 제조가격의 상승을 초래하였다.
본 발명은 상기한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 입사광이 액정층을 통과할 때, 단위화소 내의 액정의 셀갭(cell gap) 차이에 의한 광경로차와, 일정각도의 경사면을 갖는 단차에 의한 전계왜곡효과를 이용하여 멀티도메인을 형성하지 않고 시야각이 개선된 TN-LCD를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기한 목적을 달성하기 위해, 본 발명에 따른 액정표시장치는 제1기판 및 제2기판과, 상기한 제1기판 위에 종횡으로 형성되어 화소영역을 한정하는 복수의 주사선 및 신호선과, 상기한 신호선 및 주사선의 교차점에 형성된 박막트랜지스터와, 상기한 화소영역에 형성된 화소전극과, 상기한 화소전극 위에 특정한 크기와 구조로 형성된 보호막과, 상기한 보호막 위에 형성된 제1배향막과, 상기한 제2기판 위에 형성된 차광층과, 상기한 차광층 위에 형성된 칼라필터층과, 상기한 칼라필터층 위에 상기한 화소전극 위의 단차와 상응하는 크기와 구조로 형성된 오버코트층과, 상기한 오버코트층 위에 형성된 대향전극과, 상기한 대향전극 위에 형성된 제2배향막 및 제1기판과 제2기판 사이의 액정층으로 구성된다.
상기한 구성을 갖는 본 발명의 액정표시장치는 제1기판 및 제2기판의 전극에 전압이 인가되면, 제 1기판 위에 형성된 보호막 근처에서는 전기장의 방향이 서로 다른 단차에 의해 서로 다른 방향을 갖게 되고, 마찬가지로 제 2기판 위에 형성된 오버코트층 근처에서도 전기장의 방향이 서로 다른 방향을 갖게 된다. 이러한 전기장의 왜곡과 더불어 전압인가시 기존의 수직평등 전계형성과 함께 일정한 각도를 갖는 단차의 경사에 의한 전계왜곡를 이용하여 액정을 효과적으로 배열시키므로써 시야각특성이 향상된다.
도 1은, 종래 액정표시장치의 단위화소의 평면도.
도 2는, 도 1의 A-A'선 단면도.
도 3은, 본 발명에 따른 액정표시장치의 단위화소의 평면도.
도 4는, 도 3의 B-B'선 단면도.
도 5는, 본 발명에 따른 액정표시장치의 액정배열 상태를 나타내는 단면도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
101 : 제1기판 102 : 제2기판
103 : 절연막 104 : 차광층
105 : 칼라필터층 106 : 액정층
107 : 보호막 108 : 오버코트층
109 : 화소전극 119 : 대향전극
117 : 제1배향막 118 : 제2배향막
120 : 액정
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명에 따른 액정표시장치를 상세하게 설명한다.
도 3은 본 발명에 따른 액정표시장치의 단위화소의 평면도로서 동일 도면에서 나타내듯이, 복수의 주사선(115) 및 신호선(111)이 종횡으로 형성되어 화소영역을 정의하고 있고, 주사선(115)과 신호선(111)의 교차점에는 TFT가 형성되어 있으며, 화소전극(116)이 TFT와 전기적으로 접속되어 있다.
도 4는 도 3의 B-B'선 단면도로서, 제1기판(101) 위에는 SiNx나 SiO2등을 PCVD(Plasma Chemical Vapor Deposition)와 같은 방법에 의해 형성한 절연막(103)과, 그 위에 신호선(111), 보호막(107) 및 ITO(Indium Tin Oxide)와 같은 투명금속으로 이루어진 화소전극(109)이 순서대로 형성되어 있다. 그리고, 상기한 화소전극(109) 위에는 배향방향을 결정하는 제1배향막(117)이 형성되어 있다. 제2기판(102) 위에는 빛의 누설을 차단하는 차광층(104)이 Cr이나 CrOx 등을 적층하고 포토에칭하는 것에 의해 형성되어 있고, 그 위에 칼라필터층(105), 오버코트층(108) 및 ITO같은 투명금속으로 이루어진 대향전극(119)이 순서대로 형성되어 있다. 상기한 대향전극(119) 위에는 제1배향막(117)과 상응하는 제2배향막(118)이 형성되어 액정층(106)내의 액정(미도시)의 배향방향을 결정한다.
상기한 구조를 갖는 액정표시장치의 제조방법은 먼저, 상기 오버코트층(108)을 마스크를 사용하여 블로킹한 후 특정한 두께는 남기고 일정한 간격으로 패터닝(patterning)한다. 이때 현상(development) 시간과 노광(exposure)량을 조절하여 두 단차 사이에 특정한 경사각도(θ)를 형성한다. 게속해서 상기한 보호막(107)을 상기 패터닝된 오버코트층(108)과 대향되는 부분이 같은 구조로 형성한다. 마찬가지로 현상시간과 노광량을 조절하여 두 단차 사이에 특정한 경사각도를 형성한다.
상기한 오버코트층(108) 및 보호막(107)에 경사면을 갖는 단차를 형성하면, 그 위에 형성되는 대향전극(119) 및 화소전극(109)도 그와 동일한 단차를 갖게 된다. 이때 단차에 의한 두개의 셀갭(d1, d2) 가운데 큰 셀갭(d1)은 첫번째 최소조건(first minimum condition. Δn·d≥λ/2, 여기서 Δn은 굴절률, d는 액정셀갭, λ는 빛의 파장)에 일치시키고, 작은 셀갭(d2)은 액정의 물성과 공정변수를 고려하여 설정한다. 셀갭(d1)은 수직방향에서 최대투과율을 나타내지만, 극각의 증가에 따라 광경로 차에 의한 리타데이션이 수직방향의 경우와 비교할 때 차이가 발생되어 시야각 특성이 저하된다. 하지만 인접한 셀갭(d2)에 의해 리타데이션의 변화를 상대적으로 감소시킬 수 있다.
도 5는 본 발명에 따른 액정표시장치의 액정의 배열상태를 나타내는 도면으로서, 상기한 화소전극(109)과 대향전극(119) 사이에 전압이 인가되면, 액정(120)의 배열은 각 영역(①, ②, ③)에 인가되는 전계의 세기와 방향에 의해 결정된다.
본 발명에 따른 액정표시장치는 서로 다른 전계 - 셀갭(d1, d2)에 의한 전계 Ed1, Ed2 및 테이퍼(taper)에 의한 전계 Edistortion- 를 갖는다. 셀갭(d1)에 의한 전계 Ed1 및 셀갭(d2)에 의한 전계 Ed2를 아래의 수학식 1에 나타내었다.
상기한 수학식에서 알 수 있듯이, 각 셀갭(d1, d2)에 의한 전계(Ed1, Ed2)에 의해 액정(120)의 배열상태도 달라지게 된다. 또한, 전계의 방향은 도체의 표면에 수직하다는 것을 이용하여, 도면의 영역 ③과 같이 경사지게 형성하여 전계의 왜곡을 유도한다. 이것은 액정(120)의 유전이방성에 의해 왜곡된 전계를 따라 액정(120)의 배열상태를 변화시키므로써, NW(Normally White) 모드시 최대전압이 인가된 블랙상태에서 액정(120)의 광경로 차에 의한 리타데이션을 적절하게 보상시켜 주므로써 콘트라스트비를 증가시킬 수 있게 한다.
본 발명에 따른 액정표시장치에 의하면 화소전극과 대향전극을 일정한 간격으로 경사지게 단차를 형성하는 것에 의해, 빛의 경사입사시 액정층의 광경로 차에 의한 리타데이션을 보상할 수 있다. 또한, 상기한 화소전극과 대향전극 사이에 전압이 인가될 때, 기존의 전극에 수직한 평등전계 형성과 더불어 일정한 각도를 갖는 단차의 경사에 의한 전계왜곡의 효과를 이용하므로써 시야각 특성을 향상시킬 수 있다.

Claims (15)

  1. 제1 및 제 2기판과, 상기한 제 1기판 위에 형성된 보호막과, 상기한 제2기판 위에 형성된 오버코트층과, 상기한 제 1기판과 제 2기판 사이에 형성된 액정층으로 구성된 액정표시장치에 있어서, 상기한 액정층이 서로 다른 높이를 갖는 복수의 층으로 수직으로 분할되어 있는 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
  2. 제1 및 제 2기판과, 상기한 제1기판 위에 형성된 화소전극과, 상기한 화소전극 위에 복수의 단차를 갖고 형성된 보호막과, 상기한 제2기판 위에 복수의 단차를 갖고 형성된 오버코트층과, 상기한 오버코트층 위에 형성된 대향전극으로 구성된 액정표시장치.
  3. 제 2항에 있어서, 상기한 보호막 위의 복수의 단차는 서로 다른 높이를 갖고 인접하여 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
  4. 제 2항에 있어서, 상기한 오버코트층 위의 복수의 단차는 서로 다른 높이를 갖고 인접하여 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
  5. 제 2항에 있어서, 상기한 보호막에 형성되는 복수의 단차와 오버코트층에 형성되는 복수의 단차는 서로 동일한 구조로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
  6. 제 3항 또는 4항에 있어서, 상기한 인접하는 각각의 단차는 양쪽이 경사진 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
  7. 제 2항에 있어서, 상기한 화소전극이 ITO(Indium Tin Oxide)인 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
  8. 제 2항에 있어서, 상기한 대향전극이 ITO(Indium Tin Oxide)인 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
  9. 제 1 및 제 2기판을 준비하는 단계와, 상기한 제 1기판 위에 화소전극을 형성하는 단계와, 상기한 화소전극 위에 복수의 단차를 갖는 보호막을 형성하는 단계와, 상기한 제2기판 위에 복수의 단차를 갖는 오버코트층을 형성하는 단계와, 상기한 오버코트층 위에 대향전극을 형성하는 단계를 포함하는 액정표시장치의 제조방법.
  10. 제 9항에 있어서, 상기한 보호막 위의 복수의 단차는 서로 다른 높이를 갖고 인접하여 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 액정표시장치의 제조방법.
  11. 제 2항에 있어서, 상기한 오버코트층 위의 복수의 단차는 서로 다른 높이를 갖고 인접하여 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 액정표시장치의 제조방법.
  12. 제 9항에 있어서, 상기한 보호막에 형성되는 복수의 단차와 오버코트층에 형성되는 복수의 단차는 서로 동일한 구조로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 액정표시장치의 제조방법.
  13. 제 10항 또는 11항에 있어서, 상기한 인접하는 각각의 단차는 양쪽이 경사진 것을 특징으로 하는 액정표시장치의 제조방법.
  14. 제 9항에 있어서, 상기한 화소전극이 ITO(Indium Tin Oxide)인 것을 특징으로 하는 액정표시장치의 제조방법.
  15. 제 9항에 있어서, 상기한 대향전극이 ITO(Indium Tin Oxide)인 것을 특징으로 하는 액정표시장치의 제조방법.
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