KR20040001969A - 액정 표시장치 제조 방법 - Google Patents

액정 표시장치 제조 방법 Download PDF

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KR20040001969A
KR20040001969A KR1020020037304A KR20020037304A KR20040001969A KR 20040001969 A KR20040001969 A KR 20040001969A KR 1020020037304 A KR1020020037304 A KR 1020020037304A KR 20020037304 A KR20020037304 A KR 20020037304A KR 20040001969 A KR20040001969 A KR 20040001969A
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서동해
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Abstract

본 발명은 액정 표시장치의 제조방법에 관한 것으로, 등전위 라인과 프리틸트(pretilt)에 의한 액정분자의 배열상태를 이용하여 블랙 매트릭스를 대칭이 아닌 비대칭으로 형성시킴으로써, 어레이 설계자체를 변경시키지 않고 기존대로 어레이를 형성하면서 블랙 매트릭스폭을 감소시켜 개구율을 향상시키고 기존과 동일하게 빛샘도 방지하여 불량을 방지할 수 있는 기술을 제공한다. 이를 위한 본 발명의 액정 표시장치의 제조방법은, 데이타 라인의 전계가 형성되지 않는 영역의 빛의 투과를 차단하기 위한 블랙 매트릭스를 형성할 때, 화소와 화소전극 사이의 경계를 중심으로 하여 상기 블랙 매트릭스를 대칭이 아닌 비대칭으로 형성하는 것을 특징으로 한다.

Description

액정 표시장치 제조 방법{METHOD OF MANUFACTURE A LIQUID CRYSTAL DEVICE}
본 발명은 액정 표시장치의 제조 방법에 관한 것으로, 특히 블랙 매트릭스(Black Matrix)를 화소전극과 화소전극 경계를 중심으로 비대칭으로 형성하므로써, 개구율 향상과 휘도의 증대 및 화면품위를 높일 수 있는 액정 표시장치의 제조 방법에 관한 것이다.
TFT 화소에 전극층을 형성할때 인접화소에의 신호 왜곡을 방지하기 위하여 전극형성 설계시에는 화소와 화소간에 일정간격을 두고 형성하게 되며, 화소와 화소 경계를 중심으로 하여 전극층이 형성되지 못하는 영역이 존재하게 된다.
일반적으로, 화소와 화소간의 전극층의 간격은 신호 인가시 두 화소전극층에 형성되는 등전위 라인(equipotential line)이 오버랩(overlap)되지 않는 것을 기본전제조건으로 한다.
그러므로, 전극층과 전극층 사이에는 신호를 인가해도 전계가 형성되지 못하는 영역이 존재하게 되며, 이 영역은 신호인가에 영향을 받지 않고 항상 등전위를 형성하고 있게 된다.
양의 액정(음의 액정은 반대)의 경우 전기장방향과 평행하게 배열되는데 전극층이 없는 영역은 전위차가 발생되지 않고 항상 등전위를 유지하므로 이 영역의 액정분자는 초기의 배열상태를 유지하게 된다. 따라서, 전계에 의한 액정구동시 전극층이 없는 영역은 빛이 투과하게 되고 빛샘을 유발하게 된다.
빛이 투과되지 않아야 할 영역에서의 빛의 투과를 차단하기 위하여 컬러 필터(Color Filter; C/F)층에 블랙 매트릭스(Black Matrix; BM)의 형성폭은 전극층이 없는 영역을 포함하여 등전위 라인이 전계와 완전히 수직이 되는 영역까지를 기본으로 해야 빛을 차단할 수 있어 어느정도 전극층과 오버랩 구간을 두며 화소와 화소간의 중심을 경계로 하여 대칭으로 도 1 및 도 2와 같이 형성하고 있다.
도 1은 종래의 액정 표시장치 제조 방법을 나타낸 것으로, 화소전극(3)과 화소전극(3)의 경계(1)를 중심으로 대칭적으로 형성된 데이타 라인부의 블랙 매트릭스를 나타낸 것이다. 여기서, 도면부호 2는 화소전극(3)과 화소전극(3)의 경계(1)를 중심으로 블랙 매트릭스의 폭이 동일함을 나타낸다.
도 2는 종래의 다른 액정 표시장치 제조 방법을 나타낸 것으로, 등전위 라인이 전극면을 중심으로 동일전위를 띄고 형성되므로 화소전극(3)과 화소전극(3)의 경계를 중심으로 보면 서로 상반되게 형성(4)된 것을 나타낸다.
그러나, 이와 같은 블랙 매트릭스(BM)폭은 개구율과 반비례하여 블랙 매트릭스(BM)폭의 증가는 개구율 감소로 이어져 휘도를 감소시키고 화면품질을 저하시키게 된다. 따라서, 블랙 매트릭스(BM)폭을 감소시켜 개구율을 향상시키는 것이 바람직하나 블랙 매트릭스(BM)의 역할인 광누설을 차단시켜야 하는 전제조건이 수행되어야 하므로 TFT의 설계를 변경시키지 않고는 블랙 매트릭스(BM)폭의 축소에는 한계가 있었다.
따라서, 본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위하여 이루어진 것으로, 본 발명의 목적은 등전위 라인과 프리틸트(pretilt)에 의한 액정분자의 배열상태를 이용하여 블랙 매트릭스를 대칭이 아닌 비대칭으로 형성시킴으로써, 어레이 설계자체를 변경시키지 않고 기존대로 어레이를 형성하면서 블랙 매트릭스폭을 감소시켜 개구율을 향상시키고 기존과 동일하게 빛샘도 방지하여 불량을 방지할 수 있는 액정 표시장치의 제조방법을 제공하는데 있다.
도 1은 종래의 액정 표시장치 제조 방법을 나타낸 단면도
도 2는 종래의 다른 액정 표시장치 제조 방법을 나타낸 단면도
도 3은 본 발명의 제 1 실시예에 의한 액정 표시장치의 제조 방법을 나타낸 단면도
도 4는 본 발명의 제 2 실시예에 의한 액정 표시장치의 제조 방법을 나타낸 단면도
도 5는 본 발명의 제 3 실시예에 의한 액정 표시장치의 제조 방법을 나타낸 단면도
도 6은 본 발명의 제 4 실시예에 의한 액정 표시장치의 제조 방법을 나타낸 단면도
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *
10, 100 : 컬러필터의 공통전극20, 200 : 액정층
30, 300 : 어레이층31, 301 : 절연층
32, 302 : 데이타 라인33 : 패시베이션막
34, 36, 305, 306 : 화소전극304 : 레진층
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 액정 표시장치의 제조방법은,
데이타 라인의 전계가 형성되지 않는 영역의 빛의 투과를 차단하기 위한 블랙 매트릭스를 형성할 때, 화소와 화소전극 사이의 경계를 중심으로 하여 상기 블랙 매트릭스를 대칭이 아닌 비대칭으로 형성하는 것을 특징으로 한다.
상기 블랙 매트릭스를 컬러 필터에 형성하는 것을 특징으로 한다.
상기 블랙 매트릭스를 어레이 기판에 형성하는 것을 특징으로 한다.
상기 블랙 매트릭스 형성시, 화소전극의 경계에서 프리틸트에 의한 액정분자의 트위스트 방향과 등전위 라인과 상반되어 화소전극과 화소전극의 경계를 중심으로 광 누설이 많은 영역의 블랙 매트릭스 폭에 비해 광의 누설이 적은 반대영역의 블랙 매트릭스 폭을 축소하여 형성하는 것을 특징으로 한다.
이하, 본 발명의 실시예에 관하여 첨부도면을 참조하면서 상세히 설명한다.
또, 실시예를 설명하기 위한 모든 도면에서 동일한 기능을 갖는 것은 동일한 부호를 사용하고 그 반복적인 설명은 생략한다.
현재, 블랙 매트릭스(BM)폭의 설계는 TFT의 화소와 화소 경계를 중심으로 하여 상기 기술한 바와 같이 대칭으로 형성시키고 있으며, 어레이(Array) 설계자체를변경(예, 고개구율 형성기술)시키지 않고는 블랙매트릭스(BM)폭의 축소에는 한계가 있다.
그러나, 화소와 화소를 경계로 하여 블랙 매트릭스(BM)폭을 대칭으로 형성시키지 않고 블랙 매트릭스(BM)는 빛의 투과만 차단하면 되므로, 등전위 라인과 프리틸트(pretilt)에 의한 액정분자의 배열상태를 이용하여 블랙 매트릭스를 대칭이 아닌 비대칭으로 형성하면, 어레이 설계자체를 변경시키지 않고 기존대로 어레이를 형성하면서 블랙 매트릭스폭을 감소시킬 수 있게 되어 개구율도 향상시키면서 기존과 동일하게 빛샘도 방지하여 불량을 방지할 수 있게 된다.
등전위 라인(표면)은 전기장의 방향과 직각으로 형성되게 되는데, 전극면을 중심으로 하여 동일전위를 유지하면서 형성된다. 양의 액정의 경우는 전계와 평행한 방향으로 배열되는데, 보다 정확하게 말하면 등전위 라인에 수직으로 배열되고자 하는 성질을 가지고 있다. 액정의 배열상태를 일정방향으로 정렬시키기 위하여, 어레이와 컬러필터에는 배향막을 형성시키고 부드러운 천을 문질러(러빙; rubbing) 경사(tilt)를 형성시킨다.
이렇게 형성된 경사 방향으로 액정은 배열하여 일정방향으로 트위스트(twist)하게 되는데, 이 프리틸트(pretilt)의 방향은 화소와 화소의 경계와 상관없이 일정하게 되고, 트위스트하고자 하는 방향도 동일성을 띄게 된다. 반면에, 등전위 라인은 상기 기술한 바와 같이, 한 전극면을 중심으로 형성하게 되므로 화소와 화소의 경계영역부분의 등전위 라인은 도 2와 같이 서로 상반되게 형성되게 된다.
프리틸트(pretilt)에 의해 트위스트하고자 하는 방향이 동일하다고 해도 화소와 화소의 경계영역부분의 등전위 라인이 상반되게 형성되므로, 화소와 화소 경계를 중심으로 하여 볼때 액정이 동일하게 배열되지 못하므로 액정의 배열상태에 따른 빛의 투과도 대칭이 되지 않고 비대칭으로 된다. 따라서, 블랙 매트릭스(BM)폭을 형성시 경계를 중심으로 하여 대칭으로 하지 않고 화소와 화소를 경계로 하여 빛의 투과가 많은 영역은 기존과 동일하게 유지하고 반대로 적은 영역은 빛의 투과가 많은 영역과 동일(대칭)하게 블랙 매트릭스(BM)폭을 형성시키지 말고 효율적으로 빛의 투과영역만 블랙 매트릭스(BM)폭을 형성하면(비대칭), '빛의 투과가 많은 영역의 블랙 매트릭스(BM)의 형성폭 - 빛의 투과가 적은 영역의 블랙 매트릭스(BM)의 형성폭'만큼 블랙매트릭스(BM)폭이 감소되고 감소된 블랙매트릭스(BM)폭의 영역만큼 개구율은 증가하게 된다.
도 3은 현재 상용화되고 있는 A 모델의 레이어(Later) 폭 및 두께를 동일하게 하고 데이타 라인을 시뮬레이션한 것이다. 여기서, 도면부호 10은 컬러필터(C/F)의 공통전극이고, 도면부호 20는 액정층이며, 도면부호 30은 어레이층이다. 그리고, 도면부호 31는 절연층이고, 32는 데이타 라인(액티브와 소스/드레인), 33은 패시베이션(passivation)막, 그 위의 34와 36은 화소전극이며, 화소와 화소전극 사이에 전극이 형성되지 않는 영역(35)이 존재한다.
시뮬레이션시 액정의 구동을 용이하게 하기 위하여 전위차가 5V 발생되게 하였다. 여기서는, 프리틸트(pretilt)는 +6°를 주었으며, 티엔(TN) 노멀리 화이트(Normally white)모드를 기본으로 하였다. 5V의 전위차를 형성시 등전위 라인은 도 3과 같이 형성된다(그 이하 전압도 동일).
액정의 구동배열상태를 보면, 화소(34)의 '가' 영역은 트위스트하고자 하는 방향과 등전위 라인이 형성방향이 동일하여 등전위 라인이 각도를 이루고 있는 부분에서도 등전위 라인을 따라 액정이 배열되어 있으며, 35 영역의 전계영향이 미치지 않는 '나' 영역은 초기의 90°트위스트 상태를 유지하고 있다. 그리고, 화소(36)의 '다' 영역은 트위스트 하고자 하는 방향과 등전위 라인 형성방향이 반대로 되어 있고, '나' 영역의 액정배열상태와 '라' 영역(정상배열)의 경계에 위치하여 각기 다른 액정배열상태로 영향을 받아 제대로 배열되지 못하여 화소영역(34)에서는 빛의 투과가 발생하지 않던 영역이 36의 '다'영역에서는 빛의 투과가 발생되고 있다.
즉, 화소전극과 화소전극의 경계(빨간선)을 중심으로 오른쪽 영역이 왼쪽(반대) 영역과 대비하여 1∼1.5㎛(Trans 0.4% 이하)의 폭만큼 빛이 더 누설되고 있다.
도 3에서 도면부호 'a'는 양방향의 폭이 동일한 대칭을 갖는 종래의 블랙 매트릭스 형성을 나타낸 것이고, 도면부호 'b'는 비대칭을 갖는 본 발명의 블랙 매트릭스 형성을 나타낸 것이다.
도 4는 컬러필터, 액정층, 어레이 포함하여 조건을 모두 동일하게 하고 프리틸트(pretilt)만 +6°에서 -6°(+172°)로 변경하여 트위스트 하고자 하는 방향을 반대로 하였다.
결과는 도 3의 시뮬레이션과는 빛의 투과영역 및 투과율이 정확하게 반대로 발생되었다. 그 이유는 등전위 라인 형성과 트위스트 하고자 하는 방향, 즉 프리틸트 형성 방향에 따라 전계인가시 등전위 라인을 따라 액정의 배열상태가 결정되기 때문이다.
결과적으로, 전극층과 전극층의 경계를 중심으로 하여 빛의 투과영역은 대칭으로 형성되지 않고 등전위 라인을 따라 프리틸트의 방향에 따라 비대칭으로 빛의 투과가 발생되어진다.
따라서, 블랙 매트릭스를 화소와 화소경계를 중심으로하여 빛의 투과가 많은 영역의 빛 투과를 차단하기 위하여, 형성 설계된 블랙 매트릭스(BM)폭을 반대영역(빛의 투과영역이 상대적으로 감소된 영역)에 동일 형성폭을 대칭적으로 적용할 경우 광누설의 차단을 이루어질수 있겠으나 블랙 매트릭스폭이 불필요하게 존재하는 영역이 발생되어 개구율이 비효율적으로 감소하게 되고 휘도의 저하 요인이 된다.
그러므로, 블랙 매트릭스(BM)폭을 화소와 화소 경계를 중심으로 블랙 매트릭스(BM)폭을 대칭적용하지 않고 블랙 매트릭스(BM)폭을 프리틸트(pretilt) 형성방향에 따라 비대칭으로 형성(빛의 투과영역만 차단)하면 어레이 설계 및 레이어(layer)를 변경시키지 않고 기존대로 적용하면서도 블랙 매트릭스(BM)폭을 1∼1.5㎛ 감소시킬 수 있어 그 영역만큼 개구율을 향상시키는 효과를 가져온다.
본 발명에 의한 블랙 매트릭스(BM)폭의 비대칭형성에 의한 개구율 향상 기술은 현재 양산 적용중이거나 개발 이슈(Issue)화 되고 있는 어레이 설계 및 레이어 형성기술에 의한 고개구율 모델에도 동일하게 적용하여 추가적인 어레이 형성기술없이 개구율을 추가로 향상시킬 수 있다.
참고로, 도 4에서 도면부호 'a'는 양방향의 폭이 동일한 대칭을 갖는 종래의블랙 매트릭스 형성을 나타낸 것이고, 도면부호 'b'는 비대칭을 갖는 본 발명의 블랙 매트릭스 형성을 나타낸 것이다.
도 5와 도 6은 본 발명에 의한 다른 액정 표시장치의 제조방법을 나타낸 단면도로서, 그 시뮬레이션 조건은 다음과 같다.
상기 도면에서, 도면부호 100은 컬러필터의 공통전극이며, 도면부호 200은 액정층, 도면부호 300은 어레이층이다. 그리고, 도면부호 301은 절연체이고, 도면부호 302는 데이타 라인(액티브 및 소스/드레인)이고, 도면부호 303은 패시베이션막이고, 도면부호 304는 레진(resin)층이며 그 위가 화소전극(305)(306)이다.
전위차는 액정구동을 용이하게 하기 위하여 5V를 발생한다.
도 5와 도 6의 차이는 프리틸트의 형성방향만 다르게 하였다.
도 5는 +6°이고, 도 6은 -6°(+174°)이다.
결과적으로, 시뮬레이션에서도 확인하듯이 빛의 투과영역은 화소전극과 화소전극경계를 중심으로 하여 프리틸트(pretilt) 형성방향과 등전위 라인의 방향에 따라 빛의 투과영역이 비대칭적으로 발생된다.
그러므로, 고개구율 모델에도 블랙 매트릭스(BM)폭을 대칭이 아닌 비대칭으로 형성 적용할 경우, 블랙 매트릭스(BM)폭을 1.5㎛∼2㎛(Trans 0.4% 이하) 감소시킬 수 있으며, 어레이 형성기술의 추가적인 변경없이 기존대로 유지하면서도 개구율을 향상시킬 수 있다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 의한 액정 표시장치 제조 방법에 의하면, 화소전극과 화소전극 사이의 전계가 형성되지 않는 영역의 빛의 투과를 차단하기 위하여 블랙 매트릭스(BM)을 형성시 블랙 매트릭스를 화소전극과 호소전극 경계를 중심으로 하여 대칭적으로 형성하지 않고, 등전위 라인과 프리틸트에 따른 액정분자의 배열성질을 이용하여 빛의 투과영역부위만 블랙 매트릭스를 형성, 즉 블랙 매트릭스폭을 화소전극과 화소전극 경계를 중심으로하여 비대칭으로 형성할 경우 어레이 설계 및 형성기술의 변경없이 기존대로 유지하고 공정의 합착능력의 향상없이도 개구율을 향상시켜 휘도를 증대시키고 화면품위를 높일 수 있다.
아울러 본 발명의 바람직한 실시예들은 예시의 목적을 위해 개시된 것이며, 당업자라면 본 발명의 사상과 범위 안에서 다양한 수정, 변경, 부가등이 가능할 것이며, 이러한 수정 변경등은 이하의 특허청구범위에 속하는 것으로 보아야 할 것이다.

Claims (4)

  1. 데이타 라인의 전계가 형성되지 않는 영역의 빛의 투과를 차단하기 위한 블랙 매트릭스를 형성할 때, 화소와 화소전극 사이의 경계를 중심으로 하여 상기 블랙 매트릭스를 대칭이 아닌 비대칭으로 형성하는 것을 특징으로 하는 액정 표시장치 제조 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 블랙 매트릭스를 컬러 필터에 형성하는 것을 특징으로 하는 액정 표시장치 제조 방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 블랙 매트릭스를 어레이 기판에 형성하는 것을 특징으로 하는 액정 표시장치 제조 방법.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 블랙 매트릭스 형성시, 화소전극의 경계에서 프리틸트에 의한 액정분자의 트위스트 방향과 등전위 라인과 상반되어 화소전극과 화소전극의 경계를 중심으로 광 누설이 많은 영역의 블랙 매트릭스 폭에 비해 광의 누설이 적은 반대영역의 블랙 매트릭스 폭을 축소하여 형성하는 것을 특징으로 하는 액정 표시장치 제조방법.
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KR1020020037304A KR20040001969A (ko) 2002-06-29 2002-06-29 액정 표시장치 제조 방법

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