KR20040001973A - 수직 배향 모드 액정표시장치 - Google Patents

수직 배향 모드 액정표시장치 Download PDF

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KR20040001973A
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비오이 하이디스 테크놀로지 주식회사
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Abstract

본 발명은 셀 갭 유지를 위해 지주 스페이서를 형성하면서 상기 지주 스페이서에 V자 홈을 형성하여 멀티 도메인을 구현한 수직 배향(Vertical Align) 모드 액정표시장치를 개시한다. 개시된 본 발명의 수직 배향 모드 액정표시장치는, 소정 거리를 두고 대향 배치된 하부기판 및 상부기판; 상기 하부기판과 상부기판 사이에 협지되며 유전율 이방성이 음인 액정들로 구성된 액정층; 상기 하부기판의 내측면 상에 형성된 화소전극; 상기 상부기판 내측면 상의 각 화소 영역 내에 도포된 컬러 레진층; 상기 컬러 레진층을 포함한 상부기판의 전 영역 상에 형성된 상대전극; 상기 상대전극 상에 셀 갭 유지를 위해 형성되며, 화소 영역에 대응하는 부분에 V자 홈을 구비한 지주 스페이서; 상기 화소전극과 액정층 사이 및 상기 V자 홈을 갖는 지주 스페이서와 액정층 사이에 각각 설치된 수직 배향막; 및 상기 하부기판과 상부기판의 외측면 각각에 편광축이 상호 교차하도록 부착된 편광판을 포함한다.

Description

수직 배향 모드 액정표시장치{VERTICAL ALIGN MODE LIQUID CRYSTAL DISPLAY}
본 발명은 수직 배향 모드 액정표시장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 스페이서 산포 공정에 따른 불량 요인을 방지하면서 균일한 셀 갭 유지가 가능하도록 한 VVA(Valley Vertical Align) 모드 액정표시장치에 관한 것이다.
액정표시장치(Liquid Crystal Display)는 CRT(Cathode-ray tube)를 대신하여 개발되어져 왔다. 특히, 박막트랜지스터 액정표시장치는 상기 CRT에 필적할만한 표시화면의 고화질화, 대형화 및 컬러화 등을 실현하였기 때문에 노트북 PC 및 모니터 시장에서 크게 각광 받고 있으며, 더 나아가, TV 시장을 잠식할 것으로 예상되고 있다.
이와 같은 박막트랜지스터 액정표시장치는 그 구동 모드로서 전형적으로 티엔(TN : Twist Nematic) 모드를 이용해 왔다. 그런데, 상기 TN 모드는 안정적인 공정과 수율을 유지하고 있으나, 시야각이 아주 협소하고 응답속도가 느린 단점이 있는 바, 이에 대한 개선이 요구되었고, 그래서, 수직 배향(VA : Vertical Align) 또는 횡전계(IPS : In-Plane Switching) 모드 등이 제안되었다.
특히, 상기 수직 배향 모드는 현재 TV 시장으로 진입하기 위한 가장 유력한 구동 모드로서 기대되고 있으며, 따라서, 이에 대한 많은 기술개발이 이루어지고 있다.
이러한 수직 배향 모드 액정표시장치는, 도시되지는 않았으나, 액정구동전극이 구비된 상하부 기판 사이에 유전율 이방성이 음인 액정들로 구성된 액정층이 협지되어 있고, 상하부 기판의 대향면 각각에는 수직 배향막이 설치되어 있으며, 상하부 기판의 대향면 뒷면 각각에는 편광축이 서로 교차하도록 편광판이 부착되어 있는 구조를 갖는다.
이와 같은 수직 배향 모드 액정표시장치는 전계가 형성되기 이전에는 수직 배향막의 영향으로 액정들이 기판에 수직으로 배열되며, 이때, 상하 편광판이 수직으로 교차되어 있는 것과 관련해서 다크(dark)의 화면을 구현한다. 반면, 액정 구동 전극들 사이에 전계가 형성되면, 액정이 그의 장축이 전계 방향과 수직이 되도록 틀어지며, 이에 따라, 틀어진 액정을 통하여 광이 누설되어 화이트(white)의 화면을 구현한다.
한편, 상기 수직 배향 모드 액정표시장치에 있어서, 액정이 봉(棒) 형상인 것과 관련해서 굴절율 이방성을 가지며, 이로 인해, 액정의 장축을 바라볼때의 화면 상과 액정의 단축을 바라볼때의 화면 상이 서로 상이하게 된다. 특히, 전계가 형성되기 이전, 액정들 모두가 기판에 수직으로 늘어서 있으므로, 화면의 정면에서는 완전한 다크를 이루지만, 측면에서는 광이 누설되어 화질 저하가 초래된다.
따라서, 상기한 액정의 굴절율 이방성에 따른 화질 저하를 방지하기 위해, 전기장을 왜곡시켜 액정을 서로 다른 방향으로 배향시키는 기술이 제안되었고, 예컨데, 후지쯔사의 MVA(Multidomain Vertical Align), 샤프사의 ASV(Advanced super View) 및 삼성사의 PVA(Patterned Vertical Align) 모드 액정표시장치가 양산되고 있다.
그러나, 도시하고 설명하지는 않았지만, 상기 MVA, ASV 및 PVA 모드 액정표시장치는 돌기 패턴 및 ITO 슬릿 등을 형성해 주어야 하므로, 전형적인 VA 모드 및 TN 모드 액정표시장치에 비해 그 제조시 1장의 마스크(Mask) 및 이에 부합하는 공정 단계들의 추가로 인해 제조 공정 및 비용이 증가되는 단점이 있다.
이에, 본 출원인에 의해 컬러 레진층에 V자 홈(Valley)을 형성하여 액정의 멀티-도메인(Multi-domain)을 형성해주는 VVA(Valley Vertical Align) 모드 액정표시장치가 제안되었고, 그 구조는 도 1과 같다.
도시된 바와 같이, 하부기판(1)과 상부기판(5)이 유전율 이방성이 음인 액정들(9)로 구성된 액정층(9a)의 개재하에 대향 배치되어 있고, 상기 하부기판(1)의 내측면 상에는 절연막(2) 및 화소전극(3)이 차례로 형성되어져 있으며, 상기 상부기판(5)의 내측면 상에는 레드, 그린 및 블루의 컬러 레진층(6)과 상대전극(7)이 차례로 형성되어져 있다. 또한, 상기 화소전극(3)과 액정층(9a) 사이 및 상기 상대전극(7)과 액정층(9a)의 사이에는 각각 수직 배향막(4, 8)이 개재되어져 있다.
특히, 상기 컬러 레진층(6)에는 소정 각도의 V자 홈(10)이 형성되어져 있으며, 이에 따라, 상기 상대전극(7) 및 상부 수직 배향막(8)은 상기 V자 홈(10)을 포함한 컬러 레진층(6) 상에 형성되어진다. 여기서, 상기 V자 홈(10)은 상기 컬러 레진층(6)의 형성시, 단지, 마스크 변경을 통해 형성해 준 것이다.
이 구조에 따르면, 도면 좌측에서와 같이 전계 형성 전에는 액정(9)이 수직 배향막들(4, 8)의 영향으로 인해 기판(1, 5)에 수직하게 배열되지만, 우측 도면에서와 같이 전계(E) 형성시에는 액정들(9)이 그들의 장축이 전계(E) 방향과 수직이 되도록 틀어져 광을 누설하게 되고, 이때, V자 홈(10) 부근에서 전기장의 왜곡이일어나, 액정들(9)이 멀티-도메인을 형성하게 되는 바, 결과적으로 액정의 굴절률 이방성에 기인하는 화질 저하가 보상된다. 또한, 상기 V자 홈은 마스크 변경을 통해 컬러 레진층에 넣어주면 되므로, 별도의 마스크 및 공정 추가는 필요치 않다.
그러나, 전술한 VVA 모드 액정표시장치는 컬러 레진층에 V자 홈을 넣어준다는 측면에서의 문제가 없지만, 그 제조시, 셀 갭(cell gap) 유지를 위해 볼 스페이서를 산포시켜야 하는 바, 이러한 스페이서 산포 공정의 추가에 따라 불량 요인이 상승되고, 특히, 셀 갭 유지 불량에 의해 화질 저하가 초래되는 문제점이 있다.
따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 스페이서 산포 공정의 추가에 따른 불량 요인 상승을 방지하면서 균일한 셀 갭 유지가 가능하도록 한 수직 배향 모드 액정표시장치를 제공함에 그 목적이 있다.
도 1은 종래 기술에 따른 V자 홈 구조의 수직 배향 모드 액정표시장치를 설명하기 위한 도면.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 지주 스페이서를 이용한 수직 배향 모드 액정표시장치를 설명하기 위한 도면.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 지주 스페이서를 이용한 수직 배향 모드 액정표시장치를 설명하기 위한 도면.
도 4는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 지주 스페이서를 이용한 수직 배향 모드 액정표시장치를 설명하기 위한 도면.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *
20 : 하부기판 21 : 절연막
22 : 화소전극 23,33 : 수직 배향막
30 : 상부기판 31 : 블랙 매트릭스
32 : 컬러 레진층 33 : 상대전극
34 : 지주 스페이서 35 : V자 홈
40 : 액정 40a : 액정층
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은, 소정 거리를 두고 대향 배치된 하부기판 및 상부기판; 상기 하부기판과 상부기판 사이에 협지되며 유전율 이방성이 음인 액정들로 구성된 액정층; 상기 하부기판의 내측면 상에 형성된 화소전극; 상기 상부기판 내측면 상의 각 화소 영역 내에 도포된 컬러 레진층; 상기 컬러 레진층을 포함한 상부기판의 전 영역 상에 형성된 상대전극; 상기 상대전극 상에 셀 갭 유지를 위해 형성되며, 화소 영역에 대응하는 부분에 V자 홈을 구비한 지주 스페이서; 상기 화소전극과 액정층 사이 및 상기 V자 홈을 갖는 지주 스페이서와 액정층 사이에 각각 설치된 수직 배향막; 및 상기 하부기판과 상부기판의 외측면각각에 편광축이 상호 교차하도록 부착된 편광판을 포함하는 수직 배향 모드 액정표시장치를 제공한다.
여기서, 상기 V자 홈은 단위 화소를 적어도 2개 이상의 영역으로 분할하도록 구비된다. 상기 지주 스페이서와 V자 홈은 레진의 패터닝을 통해 동시에 형성된다. 상기 화소전극은 플레이트 구조, 또는, 슬릿 구조로 이루어진다. 아울러, 본 발명의 수직 배향 모드 액정표시장치는 상기 상부기판 상의 화소 경계 지역에 형성된 블랙 매트릭스를 더 포함한다.
또한, 본 발명은, 소정 거리를 두고 대향 배치된 하부기판 및 상부기판; 상기 하부기판과 상부기판 사이에 협지되며 유전율 이방성이 음인 액정들로 구성된 액정층; 상기 하부기판의 내측면 상에 형성된 화소전극; 상기 상부기판 내측면 상의 각 화소 영역 내에 도포된 컬러 레진층; 상기 컬러 레진층 상에 셀 갭 유지를 위해 형성되며, 화소 영역에 대응하는 부분에 V자 홈을 구비한 지주 스페이서; 상기 지주 스페이서 상에 형성된 상대전극; 상기 화소전극과 액정층 사이 및 상기 상대전극과 액정층 사이에 각각 설치된 수직 배향막; 및 상기 하부기판과 상부기판의 외측면 각각에 편광축이 상호 교차하도록 부착된 편광판을 포함하는 수직 배향 모드 액정표시장치를 제공한다.
본 발명에 따르면, 지주 스페이서를 형성하면서 상기 지주 스페이서에 V자 홈을 형성해주기 때문에 스페이서 산포 공정에 의한 불량 요인을 제거할 수 있으며, 아울러, 균일한 셀 갭 유지가 가능하여 화질 저하를 방지할 수 있다.
(실시예)
이하, 첨부된 도면에 의거하여 본 발명의 바람직한 실시예를 자세히 설명하도록 한다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 지주 스페이서를 이용한 수직 배향 모드 액정표시장치를 설명하기 위한 도면으로서, 이를 설명하면 다음과 같다.
도시된 바와 같이, 본 발명의 수직 배향 모드 액정표시장치는 크게 화소전극(22)을 구비한 하부기판(20)과 상대전극(33)을 구비한 상부기판(30)이 대향 배치되어 있고, 상기 기판들(20, 30) 사이에는 유전율 이방성이 음인 액정들(40)로 구성된 액정층(40a)이 협지되어 있는 구조이다.
여기서, 상기 하부기판(20) 상에는 절연막(21), 즉, 게이트 절연막이 형성되어져 있으며, 적소에는 박막트랜지스터(도시안됨)가 형성되어져 있고, 수 개의 게이트버스라인 및 데이터버스라인이 형성되어져 있다. 상기 화소전극(22)은 상기 절연막(21) 상에 형성되며, 상기 화소전극(22) 상에는 하부 수직 배향막(23)이 형성되어져 있다.
상기 상부기판(30) 상에는 화소 경계 지역에 단위 화소를 구획하는 블랙 매트릭스(31)가 형성되어져 있으며, 상기 블랙 매트릭스(31)에 의해 구획된 각 화소 내에는 레드(R), 그린(G) 및 블루(B)의 컬러 레진층(32)이 형성되어져 있다. 상기 상대전극(33)은 상기 컬러 레진층(32)을 포함한 상부기판(30)의 전 영역 상에는 형성되며, 상기 상대전극(33) 상에는 셀 갭 유지를 위한 지주 스페이서(post spacer : 34)가 형성되어져 있다.
이때, 상기 지주 스페이서(34)는 레진의 도포, 노광 및 현상을 통해 형성되며, 특히, 화소 영역에 대응하는 부분에 전계 형성시에 전기장의 왜곡을 유발하는 V자 홈(35)을 갖도록 형성된다. 상기 V자 홈(35)은 단위 화소를 적어도 2개 이상의 영역으로 분할하도록 형성되며, 아울러, 다양한 형태, 예컨데, "+"자, "×"자 및 꺽쇄 형태 등으로 형성됨으로써 액정의 멀티-도메인 형성이 용이하도록 한다.
또한, 도시하지는 않았으나, 본 발명의 수직 배향 모드 액정표시장치에 있어서, 상기 하부기판(20)과 상부기판(30)의 대향면 뒷면 각각에는 편광축이 서로 교차하도록 편광판이 부착된다.
상기와 같은 구조를 갖는 본 발명의 수직 배향 모드 액정표시장치에 따르면, 도면 좌측에서와 같이 화소전극(21)과 상대전극(33) 사이에서의 전계 형성 전에는 액정(40)이 수직 배향막들(23, 36)의 영향으로 인해 기판(20, 30)에 수직하게 배열되지만, 도면 우측에서와 같이 화소전극(21)과 상대전극(33) 사이에 전계(E)가 형성되면, 액정들(40)은 그들의 장축이 전계 방향과 수직이 되도록 틀어져 광을 누설하게 되며, 이때, V자 홈(35) 부근에서 전기장의 왜곡이 일어나 단위 화소 내에서 적어도 2개의 이상의 액정 도메인을 형성하게 되고, 이 결과, 액정의 멀티-도메인을 형성함으로써 액정의 굴절율 이방성에 기인하는 화질 저하를 보상하게 된다.
특히, 본 발명의 수직 배향 모드 액정표시장치는 지주 스페이서를 형성해 주었기 때문에 볼 스페이서를 산포한 종래의 그것과 비교해서 균일한 셀 갭 유지가 가능하며, 이에 따라, 스페이서 산포 공정을 생략할 수 있어서 상기 공정에 의한 불량을 근본적으로 방지할 수 있고, 아울러, 셀 갭 유지 불량에 따른 화질 저하도 방지할 수 있게 된다.
또한, 멀티-도메인 형성을 위한 V자 홈은 지주 스페이서 형성시에 함께 넣어주며, 이때, 상기 지주 스페이서는 레진의 도포, 노광 및 현상을 통해 형성하는 바, 종래의 VVA 모드와 마찬가지로 그 형성을 위한 별도의 마스크 및 공정 추가는 필요치 않다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 지주 스페이서를 이용한 수직 배향 모드 액정표시장치를 설명하기 위한 도면이다. 이 실시예에 있어서, 하부기판(20)의 화소전극(21)은 플레이트 구조가 아닌 슬릿(slit) 구조로 형성되며, 나머지 구성 요소들은 이전 실시예의 그것들과 동일하고, 아울러, 상기 화소전극(21)의 형성만 상이할 뿐, 하부기판(20)과 상부기판(30)의 제조도 이전 실시예와 동일한다. 여기서, 상기 슬릿 구조의 화소전극(21)은 별도의 마스크 및 공정 추가없이 기존 공정에서의 마스크 변경을 통해 형성 가능하다.
이 실시예에 따르면, 하부기판(1)의 화소전극(3)이 슬릿 구조로 형성되기 때문에 멀티-도메인의 형성이 용이하며, 그래서, 액정 배향의 안정화가 얻어진다.
즉, 도면의 좌측에서와 같이, 전계 형성 전에는 액정들(40)이 기판(20, 30)에 수직하게 배열되지만, 도면의 우측에서와 같이, 전계(E)가 형성된 경우에는 액정들(21)이 전계(E) 방향과 수직이 되도록 틀어지며, 이때, 상기 V자 홈(35)에 의해 전기장의 왜곡이 일어남은 물론 상기 화소전극(23)의 슬릿 부분에서 다시 한 번의 전기장의 왜곡이 일어나며, 그래서, 멀티-도메인의 형성이 보다 용이하여 액정 배향의 안정화가 이루어진다.
한편, 도시하지는 않았으나, 슬릿 구조의 화소전극(21)과 상부기판(30)에서의 V자 홈(35)의 형태를 적절하게 조절함으로써, 멀티-도메인의 형성을 용이하게 할 수 있다.
즉, 상기 V자 홈(35)은 단위 화소를 "+"자, "×"자 및 꺽쇄 등의 형태로 형성하고, 이에 대응하여, 상기 슬릿 구조의 화소전극(21)은 단위 화소 내에 일체형, 또는, 2개, 3개 및 4개 등으로 분할하여 형성함으로써, 매우 용이하게 멀티-도메인이 형성되도록 할 수 있다.
도 4는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 지주 스페이서를 이용한 수직 배향 모드 액정표시장치를 설명하기 위한 도면이다.
이 실시예에 따르면, 상부기판(30)에서의 상대전극(33)은 컬러 레진층(32) 이 아닌 V자 홈(35)을 갖는 지주 스페이서(34) 상에 형성되며, 이에 따라, 상부 수직 배향막(36)은 상기 상대전극(33) 상에 형성되어진다.
그 이외의 다른 구성 요소들은 이전 실시예의 그것들과 동일하며, 제조 공정 역시 동일하고, 아울러, 이 실시예의 수직 배향 모드 액정표시장치는 이전 실시예들의 그것들과 동일한 광학적 특성을 갖는다.
이상에서와 같이, 본 발명은 셀 갭 유지를 위해 상부기판에 지주 스페이서를 형성하면서 상기 지주 스페이서에 전기장을 왜곡시킬 수 있는 V자 홈을 넣어 줌으로써, 스페이서 산포 공정에 의한 불량 요인을 제거할 수 있으며, 아울러, 균일한 셀 갭 유지가 가능하여 화질 저하를 방지할 수 있고, 특히, 멀티-도메인이 형성이 용이하다. 따라서, 본 발명은 매우 용이하게 광시야각, 고휘도, 고속응답 및 고화질의 표시화면을 구현할 수 있다.
기타, 본 발명은 그 요지를 일탈하지 않는 범위에서 다양하게 변경하여 실시할 수 있다.

Claims (8)

  1. 소정 거리를 두고 대향 배치된 하부기판 및 상부기판;
    상기 하부기판과 상부기판 사이에 협지되며 유전율 이방성이 음인 액정들로 구성된 액정층;
    상기 하부기판의 내측면 상에 형성된 화소전극;
    상기 상부기판 내측면 상의 각 화소 영역 내에 도포된 컬러 레진층;
    상기 컬러 레진층을 포함한 상부기판의 전 영역 상에 형성된 상대전극;
    상기 상대전극 상에 셀 갭 유지를 위해 형성되며, 화소 영역에 대응하는 부분에 V자 홈을 구비한 지주 스페이서;
    상기 화소전극과 액정층 사이 및 상기 V자 홈을 갖는 지주 스페이서와 액정층 사이에 각각 설치된 수직 배향막; 및
    상기 하부기판과 상부기판의 외측면 각각에 편광축이 상호 교차하도록 부착된 편광판을 포함하는 것을 특징으로 하는 수직 배향 모드 액정표시장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 V자 홈은 단위 화소를 적어도 2개 이상의 영역으로 분할하도록 구비된 것을 특징으로 하는 수직 배향 모드 액정표시장치.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 지주 스페이서와 V자 홈은 레진의 패터닝을 통해 동시에 형성된 것을 특징으로 하는 수직 배향 모드 액정표시장치.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 화소전극은 플레이트 또는 슬릿 구조로 이루어진 것을 특징으로 하는 수직 배향 모드 액정표시장치.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 상부기판 상의 화소 경계 지역에 형성된 블랙 매트릭스를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 수직 배향 모드 액정표시장치.
  6. 소정 거리를 두고 대향 배치된 하부기판 및 상부기판;
    상기 하부기판과 상부기판 사이에 협지되며 유전율 이방성이 음인 액정들로 구성된 액정층;
    상기 하부기판의 내측면 상에 형성된 화소전극;
    상기 상부기판 내측면 상의 각 화소 영역 내에 도포된 컬러 레진층;
    상기 컬러 레진층 상에 셀 갭 유지를 위해 형성되며, 화소 영역에 대응하는 부분에 V자 홈을 구비한 지주 스페이서;
    상기 지주 스페이서 상에 형성된 상대전극;
    상기 화소전극과 액정층 사이 및 상기 상대전극과 액정층 사이에 각각 설치된 수직 배향막; 및
    상기 하부기판과 상부기판의 외측면 각각에 편광축이 상호 교차하도록 부착된 편광판을 포함하는 것을 특징으로 하는 수직 배향 모드 액정표시장치.
  7. 제 6 항에 있어서, 상기 화소전극은 플레이트 또는 슬릿 구조로 이루어진 것을 특징으로 하는 수직 배향 모드 액정표시장치.
  8. 제 6 항에 있어서, 상기 상부기판 상의 화소 경계 지역에 형성된 블랙 매트릭스를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 수직 배향 모드 액정표시장치.
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