KR20010096153A - 광시야각 액정 표시 장치 및 그에 사용되는 기판 - Google Patents

광시야각 액정 표시 장치 및 그에 사용되는 기판 Download PDF

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Abstract

제1 기판 위에 색 필터가 형성되어 있고, 색 필터 위에 보호막이 형성되어 있으며, 보호막 위에 블랙 매트릭스가 형성되어 있다. 블랙 매트릭스 위에 공통 전극이 형성되어 있다. 여기서, 블랙 매트릭스는 돌기의 역할을 하여 공통 전극에 요철을 형성한다. 제1 기판과 대향하는 제2 기판에는 개구 패턴을 가지는 화소 전극이 형성되어 있다. 제1 기판과 제2 기판의 사이에는 액정 물질이 주입되어 수직 배향되어 있다. 이렇게 하면, 통상의 수직 배향 액정 표시 장치에 비하여 공정을 전혀 추가하지 않고도 개구 패턴과 돌기를 형성하여 광시야각을 확보할 수 있고, 상판의 공통 전극을 패터닝하지 않아도 되므로 공통 전극 전압이 증가하는 등의 문제점이 해소된다.

Description

광시야각 액정 표시 장치 및 그에 사용되는 기판{LIQUID CRYSTAL DISPLAYS AND PANELS FOR THE SAME}
본 발명은 액정 표시 장치 및 그에 사용되는 박막 트랜지스터 기판에 관한 것으로서, 특히 화소 전극에 개구 패턴과 돌기를 형성하는 수직 배향 액정 표시 장치 및 그에 사용되는 박막 트랜지스터 기판에 관한 것이다.
액정 표시 장치는 일반적으로 공통 전극과 컬러 필터(color filter) 등이 형성되어 있는 상부 기판과 박막 트랜지스터와 화소 전극 등이 형성되어 있는 하부 기판 사이에 액정 물질을 주입해 놓고 화소 전극과 공통 전극에 서로 다른 전위를 인가함으로써 전계를 형성하여 액정 분자들의 배열을 변경시키고, 이를 통해 빛의투과율을 조절함으로써 화상을 표현하는 장치이다.
그런데 액정 표시 장치는 시야각이 좁은 것이 중요한 단점이다. 이러한 단점을 극복하고자 시야각을 넓히기 위한 다양한 방안이 개발되고 있는데, 그 중에서도 액정 분자를 상하 기판에 대하여 수직으로 배향하고 화소 전극과 그 대향 전극인 공통 전극에 일정한 개구 패턴을 형성하거나 돌기를 형성하는 방법이 유력시되고 있다.
종래의 개구 패턴을 형성하는 방법으로는 화소 전극과 공통 전극에 각각 개구 패턴을 형성하여 이들 개구 패턴으로 인하여 형성되는 프린지 필드(fringe field)를 이용하여 액정 분자들이 눕는 방향을 조절함으로써 시야각을 넓히는 방법이 있다.
그러나 이 경우에는 컬러 필터 위에 형성되어 있는 ITO(indium tin oxide)로 이루어진 공통 전극을 사진 식각(photolithography) 공정을 사용하여 패터닝(patterning)해야 하므로 사진 식각 공정이 추가된다.
또 컬러 필터 위에 스퍼터링(sputtering)으로 증착된 ITO와 컬러 필터 수지(resin)와의 접착력이 좋지 않아서 공통 전극의 식각에 있어서 정밀도가 떨어진다. 또 ITO 식각시 컬러 필터가 노출되면서 손상을 입는 문제가 있어서 이를 방지하기 위하여는 컬러 필터 위에 신뢰성 있는 유기 절연막(오버코트막)을 코팅(coating)해야 하는데 이 오버코트막의 가격이 비싼 문제점이 있다. 오버코트막을 형성하면 공통 전극이 크롬(Cr) 등으로 형성되는 블랙 매트릭스(black matrix)와 직접 접촉하지 못하므로 저항이 증가하여 플리커(flicker) 불량이 심해지는 등의 문제도 발생한다.
또한, 공통 전극에 개구 패턴이 형성되므로 공통 전극의 저항 증가가 가중된다.
돌기를 형성하는 방법은, 상하 기판에 형성되어 있는 화소 전극과 공통 전극 위에 각각 돌기를 형성하여 둠으로써 돌기에 의하여 왜곡되는 전기장을 이용하여 액정 분자의 눕는 방향을 조절하는 방식이다.
이러한 방식에 있어서는 상하 기판 돌기를 형성하는 공정이 추가되어야 하므로 생산비용이 증가하는 문제점이 있다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 광시야각 액정 표시 장치의 제조 공정을 단순화하는 것이다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 액정 표시 장치용 색 필터 기판의 단면도이고,
도 2는 본 발명의 제2 실시예에 따른 액정 표시 장치의 단면도이고,
도 3은 본 발명의 제3 실시예에 따른 액정 표시 장치의 배치도이고,
도 4는 도 3의 Ⅳ-Ⅳ'선에 대한 단면도이다.
이러한 과제를 해결하기 위하여 본 발명에서는 블랙 매트릭스로 돌기를 형성한다.
구체적으로는, 기판 위에 색 필터가 형성되어 있고, 색 필터 위에 보호막이 형성되어 있으며, 보호막 위에 블랙 매트릭스층이 형성되어 있다. 블랙 매트릭스층의 위에는 투명 전극층이 형성되어 있다.
이러한 블랙 매트릭스층은 돌기로서 기능하며 화소 전극에 형성되어 있는 개구 패턴과 결합하여 도메인을 형성한다.
그러면 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 따른 액정 표시 장치용 색필터 기판의 구조에 대하여 설명한다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 액정 표시 장치용 색 필터 기판의 단면도이다.
유리 등의 투명한 물질로 이루어진 기판(200)의 아래 면에 색 필터(210)가 형성되어 있고, 색 필터(210)의 위에 보호막(240)이 형성되어 있다. 보호막(240) 위에는 블랙 매트릭스(230)가 형성되어서 돌기를 형성하고 있고, 블랙 매트릭스(230) 위에는 ITO 등의 투명 도전 물질로 이루어진 공통 전극(220)이 기판(200) 전면에 적층되어 있다. 이 때, 공통 전극(220)은 블랙 매트릭스(230)로 인해 요철을 가지게 된다. 여기서 보호막(240)은 블랙 매트릭스(230)를 패터닝(patterning)할 때 색 필터(210)가 손상되는 것을 방지한다. 여기서 보호막(240)의 두께는 약 1.3㎛이고, 블랙 매트릭스(230)의 두께는 약 1.5㎛이며, 공통 전극(220)의 두께는 약 1,500Å이다.
공통 전극(220)의 요철로 인하여 화소 전극(도시하지 않음)과 공통 전극(220) 사이에 형성되는 전기장은 기판(200)에 대하여 수직으로 형성되지 않고 기울어지게 되는데 이를 통해 광시야각을 확보할 수 있다.
도 2는 본 발명의 제2 실시예에 따른 액정 표시 장치의 단면도이다.
하부 기판(100)에는 가로 방향으로 게이트선(도시하지 않음)이 뻗어 있고, 게이트선 위에는 게이트 절연막(130)이 형성되어 있다. 게이트 절연막(130)의 위에는 세로 방향으로 데이터선(162)이 형성되어 있고, 게이트선을 통하여 전달되는 주사 신호에 따라 데이터선(162)을 통하여 전달되는 화상 신호를 화소 전극(170)에전달 또는 차단하는 스위칭 소자인 박막 트랜지스터(도시하지 않음)등이 형성되어 있다. 데이터선(162) 위에는 보호 절연막(180)이 형성되어 있고, 보호 절연막(180) 위에는 화소 전극(170)이 형성되어 있다. 화소 전극(170)에는 개구부(171)가 형성되어 있다.
상부 기판(200)은 제1 실시예에 따른 액정 표시 장치용 기판에서 색 필터(210)를 덮는 보호막(240) 대신 공통 전극(220)과 동일한 물질로 이루어진 제2 공통 전극(250)이 형성되어 있는 점을 제외하고는 동일하다. 여기서, 제2 공통 전극(250)은 약 1,500Å, 블랙 매트릭스(230)는 약 1.3㎛이다. 그러나 이러한 막의 두께는 변동될 수 있다.
이렇게 하면 액정층에 인가되는 전계는 블랙 매트릭스(230)를 타고 넘으면서 형성된 울퉁불퉁한 공통 전극(220)과 하부 기판의 화소 전극(170)에 형성되어 있는 개구 패턴(171)에 의하여 기판(100, 200)에 대하여 기울어지게 된다. 이 때, 블랙 매트릭스(230)는 크롬과 산화 크롬 등의 무기 물질은 물론 유기 물질로 형성할 수도 있다.
공통 전극(220, 250)이 2중으로 형성되므로 공통 전극 저항이 감소한다. 따라서 플리커(flicker)를 감소시킬 수 있다. 블랙 매트릭스(230)를 크롬으로 형성하는 경우에는 공통 전극 저항은 더욱 감소하게 된다.
도 3은 본 발명의 제3 실시예에 따른 액정 표시 장치의 배치도이고, 도 4는 도 3의 Ⅳ-Ⅳ'선에 대한 단면도이다.
하부 기판(100) 위에 가로 방향으로 형성되어 있는 2개의 게이트선(122)과세로 방향으로 형성되어 있는 2개의 데이터선(162)이 교차하여 이루는 영역 안에 게이트 전극(126), 소스 전극(165), 드레인 전극(166) 및 반도체층(140) 등으로 이루어진 박막 트랜지스터와 연결되어 있는 화소 전극(170)이 형성되어 있다. 또한, 하부 기판(100)에는 게이트선(122)과 나란하게 유지 전극선(127)이 형성되어 있고 유지 전극선(127)에는 유지 전극(128)이 연결되어 있다.
상부 기판(200)의 블랙 매트릭스(230)에 의하여 형성된 돌기는 하부 기판(100)의 화소 전극(170)을 상하로 반분하는 위치에 가로 방향으로 형성되어 있는 가로부와 반분된 화소 전극(170)의 상하 부분에 각각 사선 방향으로 형성되어 있는 사선부를 포함한다. 이 때 상하의 사선부는 서로 수직을 이루고 있다. 이는 전계의 기울어지는 방향을 4 방향으로 고르게 분산시키기 위함이다.
화소 전극(170)에 형성되어 있는 개구 패턴(171)은 블랙 매트릭스(230)로 이루어진 돌기의 사선부를 가운데에 끼고 있으며 이와 나란한 사선 개구부와 화소 전극(170)의 좌우 변과 나란한 세로 개구부를 포함하고 있다.
하부 기판(100)에 형성되어 있는 유지 전극(128)은 개구 패턴(171)을 따라 형성되어 있다. 유지 전극(128)은 개구 패턴에 의하여 생기는 프린지 필드를 더 강하게 하는 효과가 있다. 이러한 유지 전극(128)은 게이트 배선을 이루는 물질로 게이트 배선과 같은 층에 형성한다. 유지 전극(128)은 크롬층과 알루미늄-네오디뮴층의 이중층으로 형성되어 있다. 그러나 게이트 배선을 단일층으로 형성하는 경우에는 유지 전극(128)도 단일층으로 형성된다.
블랙 매트릭스(230)로 이루어진 돌기와 화소 전극(170)의 개구 패턴(171)은서로 중첩하여 화소 전극(170)을 다수의 도메인으로 분할하고 있다. 이 때, 각 도메인은 가장 긴 두 변이 서로 평행한 다각형을 이룬다. 이는 액정 분자의 응답 시간을 짧게 하기 위한 것이다. 즉 블랙 매트릭스(230)와 개구 패턴(171)에 의하여 형성되는 기울어진 전계에 의하여 액정 분자가 배열되는 방향이 곧 액정 분자 상호간에 나란한 상태가 되도록 하는 것이다. 이렇게 하면, 1단계 동작만으로 액정 분자의 동작이 완료되기 때문에 응답 시간이 단축된다.
본 발명의 제3 실시예에서 나타난 돌기 패턴과 개구부 패턴의 모양은 본 발명의 제1 및 제2 실시예에도 적용될 수 있음은 물론이며, 이들 패턴의 모양은 이외에도 여러 다양한 형태로 형성될 수 있다.
이상과 같은 구조로 액정 표시 장치용 기판을 제조하면, 통상의 수직 배향 액정 표시 장치에 비하여 공정을 전혀 추가하지 않고도 개구 패턴과 돌기를 형성하여 광시야각을 확보할 수 있고, 상판의 공통 전극을 패터닝하지 않아도 되므로 공통 전극 전압이 증가하는 등의 문제점이 해소된다.

Claims (11)

  1. 기판,
    상기 기판 위에 형성되어 있는 색 필터,
    상기 색 필터 위에 형성되어 있는 제1 투명 전극층,
    상기 제1 투명 전극층 위에 형성되어 있는 블랙 매트릭스층,
    상기 블랙 매트릭스층 위에 형성되어 있는 제2 투명 전극층
    을 포함하는 액정 표시 장치용 기판.
  2. 기판,
    상기 기판 위에 형성되어 있는 색 필터,
    상기 색 필터 위에 형성되어 있는 보호막,
    상기 보호막 위에 형성되어 있는 블랙 매트릭스층,
    상기 블랙 매트릭스 위에 형성되어 있는 투명 전극층
    을 포함하는 액정 표시 장치용 기판.
  3. 제1 기판,
    상기 제1 기판 위에 형성되어 있는 색 필터,
    상기 제1 공통 전극층 위에 형성되어 있는 블랙 매트릭스 패턴,
    상기 제1 기판과 대향하고 있는 제2 기판,
    상기 제2 기판 위에 형성되어 있는 게이트선,
    상기 게이트선과 절연되어 교차하고 있는 데이터선,
    상기 게이트선과 데이터선이 교차하여 이루는 영역에 형성되어 있는 화소 전극,
    상기 데이터선을 통하여 전달되는 화상 신호를 상기 게이트선을 통하여 전달되는 주사 신호에 따라 상기 화소 전극에 전달 또는 차단하는 스위칭 소자
    를 포함하는 액정 표시 장치.
  4. 제3항에서,
    상기 제1 기판과 상기 제1 공통 전극층의 사이에 형성되어 있는 색 필터를 더 포함하는 액정 표시 장치.
  5. 제3항에서,
    상기 블랙 매트릭스층의 위에 형성되어 있는 제2 공통 전극층을 더 포함하는 액정 표시 장치.
  6. 제1 기판,
    상기 제1 기판 위에 형성되어 있는 색 필터,
    상기 색 필터 위에 형성되어 있는 보호막,
    상기 보호막 위에 형성되어 있는 블랙 매트릭스 패턴,
    상기 블랙 매트릭스 패턴 위에 형성되어 있는 공통 전극층,
    상기 제1 기판과 대향하고 있는 제2 기판,
    상기 제2 기판 위에 형성되어 있는 게이트선,
    상기 게이트선과 절연되어 교차하고 있는 데이터선,
    상기 게이트선과 데이터선이 교차하여 이루는 영역에 형성되어 있는 화소 전극,
    상기 데이터선을 통하여 전달되는 화상 신호를 상기 게이트선을 통하여 전달되는 주사 신호에 따라 상기 화소 전극에 전달 또는 차단하는 스위칭 소자
    를 포함하는 액정 표시 장치.
  7. 제3항 또는 제6항에서,
    상기 화소 전극은 개구 패턴을 가지며, 상기 제2 기판 위에 상기 개구 패턴을 따라 형성되어 있는 돌기 패턴을 더 포함하는 액정 표시 장치.
  8. 제7항에서,
    상기 블랙 매트릭스 패턴과 상기 화소 전극의 개구 패턴은 상기 화소 전극을 4개의 도메인으로 분할하는 액정 표시 장치.
  9. 제8항에서,
    상기 도메인은 가장 긴 두 변이 서로 평행한 다각형인 것을 특징으로 하는액정 표시 장치.
  10. 제9항에서,
    상기 도메인은 가장 긴 두 변이 제1 방향인 제1 도메인과 제2 방향인 제2 도메인으로 분류되며, 상기 제1 방향과 상기 제2 방향은 85°에서 95°사이의 각을 이루는 액정 표시 장치.
  11. 제10항에서,
    상기 제1 방향은 상기 화소 전극의 변에 대하여 사선 방향인 액정 표시 장치.
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