KR20050036128A - 다중 도메인 액정 표시 장치 - Google Patents

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KR20050036128A
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전상익
전재홍
이정영
이재호
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Abstract

본 발명의 실시예에 따른 액정 표시 장치는 게이트 전극을 가지는 게이트선을 포함하는 게이트선, 게이트선을 덮는 게이트 절연막, 게이트 절연막 위에 형성되어 있는 반도체층, 반도체층 위에 형성되어 있으며 소스 전극을 가지는 데이터선, 게이트 전극 상부에서 소스 전극과 각각 대향하고 있는 드레인 전극, 데이터선 위에 형성되어 있는 보호막, 보호막 위에 형성되어 있으며, 드레인 전극과 전기적으로 연결되어 있고, 제1 절개부를 가지는 화소 전극을 포함하는 박막 트랜지스터 표시판과 화소 전극의 제1 절개부와 일정한 간격으로 배치되어 있는 제2 절개부를 가지는 공통 전극이 형성되어 있는 공통 전극 표시판을 가진다. 이때, 도메인 규제 수단인 제1 또는 제2 절개부는 오목하거나 볼록한 노치를 가지며, 이를 통하여 도메인 경계에 위치하는 액정 분자를 안정적으로 배열할 수 있다.

Description

다중 도메인 액정 표시 장치{MULTI-DOMAIN LIQUID CRYSTAL DISPLAY INCLUDING THE SAME}
본 발명은 액정 표시 장치에 관한 것으로서, 특히 광시야각을 얻기 위하여 화소를 복수의 도메인으로 분할하는 수직 배향 모드의 액정 표시 장치에 관한 것이다.
액정 표시 장치는 일반적으로 공통 전극과 색 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 빛의 투과율을 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 절개 패턴을 형성하거나 돌기를 형성하여 화소를 다중 도메인으로 분할하는 방법이 유력시되고 있다.
그러나 돌기나 절개 패턴을 가지는 수직 배향 모드의 액정 표시 장치에서는 돌기나 절개 패턴에서 얼룩이나 잔상이 발생하거나 화면을 문질렀을 때 얼룩이 잔류하는 문제점이 발생한다. 그 원인 중의 하나는 도메인의 경계에 배열되어 있는 액정 분자들은 도메인 내에 배열된 액정 분자의 배열에 의한 밀림 또는 충돌에 의해 재배열이 결정되는데, 이러한 액정 분자의 방향자가 불규칙적이고 불안정하게 배열되기 때문이다.
본 발명이 이루고자 하는 다른 기술적 과제는 도메인 경계의 액정 분자를 안정적으로 배열할 수 있는 액정 표시 장치를 제공하는 것이다.
이러한 과제를 해결하기 위하여 본 발명에서는 도메인 규제 수단이 액정 분자를 규칙적으로 배열하기 위한 오목부 또는 돌출부로 이루어진 노치(notch)를 가지고 있다.
본 발명의 실시예에 따른 액정 표시 장치는 제1 절연 기판, 제1 절연 기판 위에 형성되어 있는 제1 신호선, 제1 절연 기판 위에 형성되어 있으며 제1 신호선과 절연되어 교차하고 있는 제2 신호선, 제1 신호선과 제2 신호선이 교차하여 정의하는 화소마다 형성되어 있는 화소 전극, 제1 신호선, 제2 신호선 및 화소 전극과 연결되어 있는 박막 트랜지스터, 제1 절연 기판과 대향하고 있는 제2 절연 기판, 제2 절연 기판 위에 형성되어 있는 공통 전극, 제1 절연 기판과 제2 절연 기판 형성되어 있는 액정층, 제1 절연 기판과 제2 절연 기판 중의 적어도 일측에 형성되어 있으며, 액정층의 액정 분자를 화소에서 다수의 도메인으로 분할하는 다수의 도메인 규제 수단을 포함한다. 이때, 다수의 도메인 규제 수단은 오목하거나 볼록한 노치를 가진다.
액정층에 포함되어 있는 액정은 음의 유전율 이방성을 가지며 액정은 그 장축이 제1 및 제2 기판에 대하여 수직으로 배향되어 있는 것이 바람직하다.
도메인 규제 수단은 공통 전극 또는 화소 전극이 가지는 절개부이며, 도메인 규제 수단의 폭은 8㎛ 내지 10㎛ 범위인 것이 바람직하다.
도메인 규제 수단은 제1 신호선에 대하여 실질적으로 ±45도를 이루며, 도메인 규제 수단은 화소의 상하 이등분선에 대하여 실질적으로 거울상 대칭을 이루는 것이 바람직하다.
도메인 규제 수단은 공통 전극 또는 상기 화소 전극 상부에 형성되어 있는 돌기일 수 있다.
첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.
도면에서 여러 층 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 나타내었다. 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 동일한 도면 부호를 붙였다. 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "위에" 있다고 할 때, 이는 다른 부분 "바로 위에" 있는 경우뿐 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다. 반대로 어떤 부분이 다른 부분 "바로 위에" 있다고 할 때에는 중간에 다른 부분이 없는 것을 뜻한다.
그러면 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 따른 다중 도메인 액정 표시 장치에 대하여 설명한다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 액정 표시 장치용 박막 트랜지스터 표시판의 구조를 도시한 배치도이고, 도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 액정 표시 장치용 대향 표시판의 구조를 도시한 배치도이고, 도 3은 본 발명의 도 1 및 도 2의 표시판을 정렬하여 완성한 제1 실시예에 따른 액정 표시 장치의 구조를 도시한 배치도이고, 도 4는 도 3의 액정 표시 장치를 IV-IV'선을 따라 잘라 도시한 단면도이다.
본 발명의 실시예에 따른 액정 표시 장치는 하부 표시판(100)과 이와 마주보고 있는 상부 표시판(200) 및 하부 표시판(100)과 상부 표시판(200) 사이에 주입되어 표시판에 수직으로 배향되어 있는 액정 분자(310)를 포함하는 액정층(300)으로 이루어진다. 이때, 상부 표시판(200)과 하부 표시판(100)의 안쪽 면에는 각각 배향막(11, 21)이 형성되어 있는데, 이는 액정 분자(310)를 수직으로 배향하기 위한 수직 배향 특성을 가진다.
먼저, 하부 표시판(100)인 박막 트랜지스터 표시판은 다음과 같은 구성을 가진다.
유리등의 투명한 절연 물질로 이루어진 절연 기판(110) 위에 ITO(indium tin oxide)나 IZO(indium zinc oxide) 등의 투명한 도전 물질로 이루어져 있는 화소 전극(190)이 형성되어 있다. 이 때, 화소 전극(190)은 절개부(191, 192, 193, 194, 195, 196)를 가지며, 박막 트랜지스터는 주사 신호를 전달하는 게이트선(121)과 화상 신호를 전달하는 데이터선(171)에 각각 연결되어 주사 신호에 따라 화소 전극(190)에 인가되는 화상 신호를 온(on)오프(off)한다. 절연 기판(110)의 아래 면에는 하부 편광판(12)이 부착되어 있다. 여기서, 화소 전극(190)은 반사형 액정 표시 장치인 경우 투명한 물질로 이루어지지 않을 수도 있고, 이 경우에는 하부 편광판(12)도 불필요하게 된다.
다음, 상부 표시판(200)의 구성은 다음과 같다.
역시 유리등의 투명한 절연 물질로 이루어진 절연 기판(210)의 아래 면에 빛샘을 방지하기 위한 블랙 매트릭스(220)와 적, 녹, 청의 색 필터(230) 및 ITO 또는 IZO 등의 투명한 도전 물질로 이루어져 있는 공통 전극(270)이 형성되어 있다. 여기서, 공통 전극(270)에는 화소 전극(190)의 절개부(191, 192, 193, 194, 195, 196)와 교대로 배치되는 절개부(271, 272, 273, 274, 275, 276)가 형성되어 있다.
액정 표시 장치에 대하여 좀 더 상세히 설명하면 다음과 같다.
박막 트랜지스터 표시판(100)에는 하부 절연 기판(110) 위에 게이트 신호를 전달하는 복수의 게이트선(gate line)(121)이 형성되어 있다. 게이트선(121)은 주로 가로 방향으로 뻗어 있으며, 각 게이트선(121)의 일부는 복수의 게이트 전극(gate electrode)(124)을 이룬다. 게이트선(121)에는 게이트 전극(124)은 돌기의 형태로 형성되어 있고, 게이트선(121)은 외부의 게이트 구동 집적 회로로부터의 게이트 신호를 게이트선(121)으로 전달하기 위한 접촉부를 가질 수 있으나, 그렇지 않은 경우에 게이트선(121)의 끝 부분은 기판(110) 상부에 직접 형성되어 있는 게이트 구동 회로의 출력단에 연결된다.
절연 기판(110) 위에는 게이트선(121)과 동일한 층으로 유지 전극 배선이 형성되어 있다. 각 유지 전극 배선은 화소 영역의 가장자리에서 게이트선(121)과 나란하게 뻗어 있는 유지 전극선(131)과 그로부터 뻗어 나온 여러 벌의 유지 전극(storage electrode)(133a, 133b, 133c, 133d)을 포함한다. 한 벌의 유지 전극(133a, 133b, 133c, 133d) 중 두 개의 유지 전극(133a, 133b)은 세로 방향으로 뻗어 있으며, 가로 방향으로 뻗은 다른 하나의 유지 전극(133c)은 유지 전극선(131)과 함께 세로로 뻗어 있으며, 나머지 다른 유지 전극(133d)은 서로 이웃하는 화소의 두 유지 전극(133a, 133b)을 연결한다. 이 때, 각 유지 전극선(131)은 화소의 상부 및 하부에 배치하여 2개 이상의 가로선으로 이루어질 수도 있다. 또한, 유지 전극선(131) 및 유지 전극(131a, 133b, 133c, 133d)에는 화소 전극(190)의 절개부(191, 192, 193, 194, 195, 196)와 중첩되어 있으며, 절개부(191, 192, 193, 194, 195, 196)의 중앙부에서 발생하는 텍스쳐를 제어하기 위한 제어용 전극(31, 32, 33, 34, 35, 36)이 연결되어 있다.
게이트선(121) 및 유지 전극 배선(131, 133a, 133b, 133c, 133d, 31, 32, 34, 35, 36)은 Al, Al 합금, Ag, Ag 합금, Cr, Ti, Ta, Mo 등의 금속 따위로 만들어진다. 도 4에 나타난 바와 같이, 본 실시예의 게이트선(121) 및 유지 전극 배선(131, 133a, 133b, 133c, 133d, 31, 32, 33, 34, 35, 36)은 단일층으로 이루어지지만, 물리 화학적 특성이 우수한 Cr, Mo, Ti, Ta 등의 금속층과 비저항이 작은 Al 계열 또는 Ag 계열의 금속층을 포함하는 이중층으로 이루어질 수도 있다. 이외에도 여러 다양한 금속 또는 도전체로 게이트선(121)과 유지 전극 배선(131, 133a, 133b, 133c, 133d, 31, 32, 33, 34, 35, 36)을 만들 수 있다.
게이트선(121)과 유지 전극 배선(131, 133a, 133b, 133c, 133d, 31, 32, 33, 34, 35, 36)이 측면은 경사져 있으며 수평면에 대한 경사각은 30-80°인 것이 바람직하다.
게이트선(121)과 유지 전극 배선(131, 133a, 133b, 133c, 133d)의 위에는 질화규소(SiNx) 등으로 이루어진 게이트 절연막(140)이 형성되어 있다.
게이트 절연막(140) 위에는 복수의 데이터선(171)을 비롯하여 복수의 드레인 전극(drain electrode, 175)이 형성되어 있다. 각 데이터선(171)은 주로 세로 방향으로 뻗어 있으며, 각 드레인 전극(175)을 향하여 복수의 분지를 내어 데이터선(171)으로부터 확장된 소스 전극(source electrode)(173)을 가진다. 데이터선(171)의 한쪽 끝 부분에 위치한 접촉부(179)는 외부로부터의 화상 신호를 데이터선(171)에 전달한다. 또, 게이트 절연막(140) 위에는 게이트선(121)과 중첩하는 다리부 금속편(172)이 형성되어 있다.
데이터선(171), 드레인 전극(175도 게이트선(121)과 마찬가지로 크롬과 알루미늄 등의 물질로 만들어지며, 단일층 또는 다중층으로 이루어질 수 있다.
데이터선(171), 드레인 전극(175)의 아래에는 데이터선(171)을 따라 주로 세로로 길게 뻗은 복수의 선형 반도체(151)가 형성되어 있다. 비정질 규소 따위로 이루어진 각 선형 반도체(151)는 각 게이트 전극(124), 소스 전극(173) 및 드레인 전극(175)을 향하여 확장되어 채널부(154)를 가진다.
반도체(151)와 데이터선(171) 및 드레인 전극(175) 사이에는 둘 사이의 접촉 저항을 각각 감소시키기 위한 복수의 선형 저항성 접촉 부재(ohmic contact)(161)와 섬형의 저항성 접촉 부재(165)가 형성되어 있다. 저항성 접촉 부재(161)는 실리사이드나 n형 불순물이 고농도로 도핑된 비정질 규소 따위로 만들어지며, 분지로 뻗은 저항성 접촉 부재(163)를 가지며, 섬형의 저항성 접촉 부재(165)는 게이트 전극(124)을 중심으로 저항성 접촉 부재(163)와 마주한다.
데이터선(171) 및 드레인 전극(175) 위에는 평탄화 특성이 우수하며 감광성을 가지는 유기 물질, 플라스마 화학 기상 증착(plasma enhanced chemical vapor deposition, PECVD)으로 형성되는 a-Si:C:O, a-Si:O:F 등의 저유전율 절연 물질 또는 질화 규소 따위로 이루어진 보호막(180)이 형성되어 있다.
보호막(180)에는 드레인 전극(175)의 적어도 일부와 데이터선(171)의 끝 부분(179)을 각각 노출시키는 복수의 접촉 구멍(185, 182)이 구비되어 있다. 한편, 게이트선(121)의 끝 부분도 외부의 구동 회로와 연결되기 위한 접촉부를 가지는 경우에는 복수의 접촉 구멍이 게이트 절연막(140)과 보호막(180)을 관통하여 게이트선(121)의 끝 부분을 드러낼 수 있다.
보호막(180) 위에는 도메인 규제 수단인 절개부(191, 192, 193, 194, 195, 196)를 가지는 복수의 화소 전극(190)을 비롯하여 복수의 데이터 접촉 보조 부재(82)가 형성되어 있다. 화소 전극(190)과 데이터 접촉 보조 부재(82)는 ITO(indium tin oxide)나 IZO(indium zinc oxide) 등과 같은 투명 도전체나 알루미늄(Al)과 같은 광 반사 특성이 우수한 불투명 도전체를 사용하여 형성한다.
화소 전극(190)의 절개부(191, 192. 193, 194, 195, 196)는 게이트선(121)에 대하여 45°를 이루고 있으며, 각각은 화소 전극(190)의 내부에 형성되어 있다. 또한, 화소 전극(190)의 절개부(194)는 화소 전극(190)의 오른쪽 변에서 왼쪽 변을 향하여 파고 들어간 형태이고, 입구는 넓게 확장된 형태이다. 화소 전극(190)의 절개부(193)는 게이트선(121)에 대하여 45°를 이루는 부분과 오른쪽 변에서 왼쪽 변을 향하여 파고 들어간 부분을 포함한다.
화소 전극(190)의 절개부(191, 192, 193, 194, 195, 196)들은 각각 게이트선(121)과 데이터선(171)이 교차하여 정의하는 화소 영역을 상하로 이등분하는 선(게이트선과 나란한 선)에 대하여 실질적으로 거울상 대칭을 이루고 있다.
또, 보호막(180)의 위에는 게이트선(121)을 건너 그 양쪽에 위치하는 두 유지 전극선(131)을 연결하는 유지 배선 연결 다리(83)가 형성되어 있는데, 유지 배선 연결 다리(83)는 보호막(180)과 게이트 절연막(140)을 관통하는 접촉구(184, 183)를 통하여 유지 전극(133c) 및 유지 전극선(131)에 접촉하고 있다. 유지 배선 연결 다리(83)는 하부 기판(110) 위의 유지 전극선(131) 전체를 전기적으로 연결하는 역할을 하고 있다. 이러한 유지 전극선(131)은 필요할 경우 게이트선(121)이나 데이터선(171)의 결함을 수리하는데 이용할 수 있고, 이러한 수리를 위하여 레이저를 조사할 때, 게이트선(121)과 유지 배선 연결 다리(83)의 전기적 연결을 보조하기 위하여 이들 사이에는 데이터선(171)과 동일한 층으로 다리부 금속편만이 배치될 수 있다.
접촉 보조 부재(82)는 각각 접촉 구멍(182)을 통하여 데이터선의 끝 부분(179)에 연결되어 있으며, 게이트선(121)이 접촉부를 가지는 실시예에서는 게이트선의 끝 부분에 연결되는 접촉 보조 부재가 추가될 수 있다.
한편, 박막 트랜지스터 표시판(100)과 마주하는 대향 표시판(200)에는 상부의 절연 기판(210)에 화소 가장자리에서 빛이 새는 것을 방지하기 위한 블랙 매트릭스(220)가 형성되어 있다. 블랙 매트릭스(220)의 위에는 적, 녹, 청색의 색 필터(230)가 형성되어 있다. 색 필터(230)의 위에는 전면적으로 평탄화막(250)이 형성되어 있고, 그 상부에는 도메인 규제 수단인 절개부(271, 272, 273, 274, 275, 276)를 가지는 공통 전극(270)이 형성되어 있다. 공통 전극(270)은 ITO 또는 IZO(indium zinc oxide) 등의 투명한 도전체로 형성한다.
공통 전극(270)의 한 벌의 절개부(271, 272, 273, 274, 275, 276)는 화소 전극(190)의 절개부(191, 192, 193, 194, 195, 196) 중 게이트선(121)에 대하여 45°를 이루는 부분을 가운데에 끼고 배치되어 있으며 이들과 나란한 사선부와 화소 전극(190)의 변과 중첩되어 있는 단부를 포함하고 있다. 이때, 단부는 세로 방향 단부와 가로 방향 단부로 분류된다.
또한, 공통 전극(270)의 한 벌의 절개부(271, 272, 273, 274, 275, 276) 각각은 노치(notch, 277)를 포함한다. 이때, 절개부(271, 272, 273, 274, 275, 276)는 노치(277)는 다양한 모양으로 변형될 수 있으며, 이에 대해서는 이후에 구체적으로 도면을 참조하여 설명하기로 한다.
이상과 같은 구조의 박막 트랜지스터 기판과 대향 표시판을 정렬하여 결합하고 그 사이에 액정 물질을 주입하여 수직 배향하면 본 발명에 따른 액정 표시 장치의 기본 구조가 마련된다.
박막 트랜지스터 표시판과 색 필터 표시판을 정렬했을 때 공통 전극(270)의 한 벌의 절개부(271, 272, 273, 274, 275, 276)는 화소 전극(190)을 각각 복수의 부영역(subarea)으로 구분한다.
화소 전극(190)의 각 부영역과 이에 대응하는 기준 전극(270)의 각 부영역 사이에 있는 액정층(300) 부분을 앞으로는 "소영역(subregion)"이라고 하며, 이들 소영역은 전계 인가시 그 내부에 위치하는 액정 분자의 평균 장축 방향에 따라 8개의 종류로 분류되며 앞으로는 이를 "도메인(domain)"이라고 한다.
다음은 앞에서 설명한 바와 같이 도메인 규제 수단에 형성되어 있는 노치의 모양과 기능에 대하여 구체적으로 설명하기로 한다. 도 5에서는 노치에 의해 액정 분자의 방향자(director)가 재배열되는 모양을 개함께 도시하였다.
도 5a 내지 도 5d는 본 발명의 실시예에 따른 액정 표시 장치의 도메인 규제 수단에 형성된 노치의 모양을 나타낸 도면이다.
도 5a 내지 도 5d에서 보는 바와 같이 도메인 규제 수단인 절개부(271, 272, 273, 274, 275, 276)에 형성되어 있는 노치(277)는 삼각형 또는 사각형 또는 사다리꼴 또는 반원형의 모양을 가질 수 있는데. 노치(277)는 볼록하게 또는 오목하게 이루어질 수 있다. 이때, 노치(277)는 절개부(271, 272, 273, 274, 274, 275, 276)에 대응하는 도메인 경계에 위치하는 액정 분자(310)의 배열 방향을 결정해준다.
따라서, 이러한 본 발명의 실시예에 따른 액정 표시 장치에서는 도메인의 경계에 배열되어 있는 액정 분자들을 노치(277)를 통하여 안정적이고 규칙적으로 배열할 수 있어 도메인 경계에서 얼룩이나 잔상이 발생하는 것을 방지할 수 있다. 또한, 노치(277)를 통하여 도메인 경계에 배열되어 있는 액정 분자(310)들을 안정적으로 배열할 수 있어 절개부(271, 272, 273, 274, 274, 275, 276)의 폭을 8㎛ 내10㎛ 범위로 좁힐 수 있어 휘도를 증가시킬 수 있다.
이때, 노치(277)는 하나의 도메인 규제 수단에 하나만을 배치할 수 있으며, 오목한 노치(277)와 볼록한 노치(277)를 번갈아 다수로 배치할 수도 있다. 또한, 앞의 실시예에서는 공통 전극(270)의 절개부(271, 272, 273, 274, 275, 276)에만 노치(277)를 배치하였지만, 화소 전극(190)의 절개부(191, 192, 193, 194, 195, 196)에 노치(277)가 배치할 수 있으며, 박막 트랜지스터 표시판(100) 또는 대향 표시판(200) 양쪽에 모두 배치할 수도 있다.
이 때, 화소 전극(190)의 절개부(191, 192, 193, 194, 195, 196)와 공통 전극(270)의 절개부(271, 272, 273, 274, 275, 276)는 액정 분자를 분할 배향하는 도메인 규제 수단으로서 작용하며, 도메인 규제 수단으로는 절개부(271, 272, 273, 274, 275, 276, 191, 192, 193, 194, 195, 196) 대신 화소 전극(190) 및 공통 전극(270)의 상부 또는 하부에 무기 물질 또는 유기 물질로 돌기를 형성할 수도 있으며, 노치 또한 돌기에 함께 배치할 수 있다.
한편, 본 발명의 다른 실시예에 따른 액정 표시 장치용 박막 트랜지스터 표시판은 도 1 내지 도 4와 다른 구조를 가질 수 있으며, 박막 트랜지스터 표시판은 적, 녹, 청의 색 필터를 포함할 수도 있으며, 두 가지의 특징은 택일적으로 가질 수 있으며, 이에 대하여 도면을 참조하여 구체적으로 설명하기로 한다.
도 6은 본 발명의 제2 실시예에 따른 액정 표시 장치의 구조를 도시한 배치도이고, 도 7은 도 6의 액정 표시 장치를 VII-VII' 선을 따라 잘라 도시한 단면도이다.
도 6 및 도 7에서 보는 바와 같이, 본 실시예에 따른 액정 표시 장치용 박막 트랜지스터 표시판의 층상 구조는 대개 도 1 도 4에 도시한 액정 표시 장치용 박막 트랜지스터 표시판의 층상 구조와 동일하다. 즉, 기판(110) 위에 복수의 게이트 전극(124)을 포함하는 복수의 게이트선(121)이 형성되어 있고, 그 위에 게이트 절연막(140), 복수의 돌출부(154)를 포함하는 복수의 선형 반도체(151), 복수의 돌출부(163)를 각각 포함하는 복수의 선형 저항성 접촉 부재(161) 및 복수의 섬형 저항성 접촉 부재(165)가 차례로 형성되어 있다. 저항성 접촉 부재(161) 및 게이트 절연막(140) 위에는 복수의 소스 전극(173)을 포함하는 복수의 데이터선(171) 및 드레인 전극(175)이 형성되어 있고 그 위에 보호막(180)이 형성되어 있다. 보호막(180) 및/또는 복수의 접촉 구멍(182, 185)이 형성되어 있으며, 보호막(180) 위에는 복수의 화소 전극(190)과 복수의 접촉 보조 부재(82)가 형성되어 있다.
그러나 도 1 내지 도 4에 도시한 박막 트랜지스터 표시판과 달리, 본 실시예에 따른 박막 트랜지스터 표시판에서 반도체(151)는 박막 트랜지스터가 위치하는 돌출부(154)를 제외하면 데이터선(171), 드레인 전극(175) 및 그 하부의 저항성 접촉 부재(161, 165)와 실질적으로 동일한 평면 형태를 가지고 있다.
이러한 본 액정 표시 장치용 박막 트랜지스터 표시판은 데이터선(171) 및 드레인 전극(175a, 175b. 175c)과 반도체층(151)을 하나의 감광막 패턴을 이용한 사진 식각 공정으로 형성하며, 이러한 감광막 패턴은 박막 트랜지스터의 채널부에 대응하는 부분은 다른 데이터선 및 드레인 전극에 대응하는 부분보다 낮은 두께를 가진다. 이때, 감광막 패턴은 반도체(151)를 패터닝하기 위한 식각 마스크이며, 두꺼운 부분은 데이터선 및 드레인 전극을 패터닝하기 위한 식각 마스크로 사용한다. 이러한 제조 방법은 서로 다른 두 박막을 하나의 감광막 패턴으로 형성하여 제조 비용을 최소화할 수 있다.
또한, 게이트 전극(124)을 가지는 게이트선(121)은 한쪽 끝 부분(129)은 외부 회로와의 연결을 위한 접촉부를 가지며, 보호막(180)의 상부에는 보호막(180) 및 게이트 절연막(140)의 접촉구(181)를 통하여 게이트선(121)의 끝 부분(129)에 연결되어 있는 게이트 접촉 보조 부재(81)가 형성되어 있다.
또한, 본 발명의 다른 실시예에 따른 액정 표시 장치는 적어도 한번 이상으로 굽은 모양을 화소를 가질 수 있고, 박막 트랜지스터 표시판은 색 필터를 가질 수 있으며, 이에 대하여 도면을 참조하여 구체적으로 설명하기로 한다.
도 8은 본 발명의 제3 실시예에 따른 액정 표시 장치용 박막 트랜지스터 표시판의 구조를 도시한 배치도이고, 도 9는 본 발명의 제3 실시예에 따른 액정 표시 장치용 대향 표시판의 구조를 도시한 배치도이고, 도 10은 도 8 및 도 9의 박막 트랜지스터 표시판과 대향 표시판을 포함하는 액정 표시 장치를 X-X'선을 따라 잘라 도시한 단면도이고, 도 11은 도 8의 액정 표시 장치에서 XI-XI' 선 및 XI'-XII" 선을 따라 잘라 도시한 단면도이다.
먼저, 도 8, 도 10 및 도 11을 참고로 하여 본 발명의 제3 실시예에 따른 박막 트랜지스터 표시판에 대하여 좀 더 상세히 설명한다.
게이트 신호를 전달하는 게이트선(121)은 주로 가로 방향으로 뻗어 있으며, 서로 분리되어 있다. 각 게이트선(121)은 복수의 게이트 전극(gate electrode)(124)을 이루는 복수의 분지를 포함한다.
각 유지 전극선(131)은 주로 가로 방향으로 뻗어 있으며, 유지 전극(133)을 이루는 가지를 포함한다. 유지 전극(133)은 사각형(또는 마름모꼴)이며 게이트 전극(124) 부근에 위치하고 있으며, 유지 전극선(131)에 대하여 45도 기울여 놓은 형태를 가진다. 이는 게이트선(121) 및 데이터선(171)으로 정의되는 화소의 모양을 따라 설계된 것이다. 유지 전극선(131)에는 액정 표시 장치의 다른 표시판(200)의 공통 전극(common electrode)에 인가되는 공통 전압(common voltage) 따위의 소정의 전압이 인가된다.
게이트선(121)과 유지 전극선(131)은 물리적 성질이 다른 두 개의 막, 즉 하부막(도시하지 않음)과 그 위의 상부막(도시하지 않음)을 포함할 수 있다. 상부막은 게이트선(121)과 유지 전극선(131)의 신호 지연이나 전압 강하를 줄일 수 있도록 낮은 비저항(resistivity)의 금속, 예를 들면 알루미늄(Al)이나 알루미늄 합금 등 알루미늄 계열의 금속으로 이루어진다. 이와는 달리, 하부막은 다른 물질, 특히 ITO(indium tin oxide) 및 IZO(indium zinc oxide)와의 접촉 특성이 우수한 물질, 이를테면 몰리브덴(Mo), 몰리브덴 합금, 크롬(Cr) 등으로 이루어진다. 하부막과 상부막의 조합의 예로는 크롬/알루미늄-네오디뮴(Nd) 합금을 들 수 있다. 도면 부호 124p, 133p, 129p는 게이트 전극(124), 유지 전극(133) 및 게이트선의 끝 부분(129)의 하부막이며, 도면 부호 124q, 133q, 129q는 게이트 전극(124), 유지 전극(133) 및 게이트선의 끝 부분(129)의 상부막이다.
또한 게이트선(121)과 유지 전극선(131)의 측면은 경사져 있으며 그 경사각은 기판(110)의 표면에 대하여 약 30-80°이다.
게이트선(121) 및 유지 전극 배선(131, 133)을 덮는 게이트 절연막(140) 위에는 수소와 비정질 규소(hydrogenated amorphous silicon) 등의 반도체로 이루어진 선형의 반도체(151) 및 실리사이드 또는 n형 불순물이 고농도로 도핑되어 있는 n+ 수소화 비정질 규소 따위의 물질로 만들어진 저항성 접촉 부재(ohmic contact)(161, 165)가 형성되어 있다.
반도체(151)와 저항성 접촉부재(161, 165)의 측면 역시 경사져 있으며 경사각은 30-80° 범위이다.
저항 접촉 부재(161, 165) 및 게이트 절연막(140) 위에는 각각 복수의 데이터선(data line)(171)과 복수의 드레인 전극(drain electrode)(175)이 형성되어 있다.
데이터선(171)은 주로 세로 방향으로 뻗어 게이트선(121) 및 유지 전극선(131)과 교차하며 데이터 전압(data voltage)을 전달한다. 각 데이터선(171)은 반복적으로 굽어 있고, 한 쌍의 사선부(oblique portion)와 복수의 세로부(longitudinal portion)를 포함한다. 한 쌍을 이루는 사선부는 서로 연결되어 갈매기(chevron) 모양을 이루며 그 양 끝이 각 세로부에 연결되어 있다. 데이터선(171)의 사선부는 게이트선(121)과 약 45°의 각을 이루며, 세로부는 게이트선(121)과 교차한다. 이때, 한 쌍의 사선부와 하나의 세로부의 길이의 비는 1:1 내지 9:1 사이이다. 즉, 한 쌍의 사선부와 하나의 세로부 전체 길이에서 한 쌍의 사선부가 차지하는 비율이 50%에서 90% 사이이다.
각 드레인 전극(175)은 하나의 유지 전극(133)과 중첩하고 있으며, 데이터선(171)의 세로부 각각은 복수의 돌출부를 포함하며, 이 돌출부를 포함하는 세로부가 드레인 전극(175)을 일부 둘러싸는 소스 전극(173)을 이루고 있다. 하나의 게이트 전극(124), 하나의 소스 전극(173) 및 드레인 전극(175)은 반도체(151)의 일부와 함께 박막 트랜지스터(thin film transistor, TFT)를 이루며, 각 박막 트랜지스터의 채널(channel)은 소스 전극(173)과 드레인 전극(175) 사이의 반도체(151)에 형성된다.
데이터선(171) 및 드레인 전극(175) 또한 몰리브덴(Mo), 몰리브덴 합금, 크롬(Cr) 따위의 하부막(171p, 175p, 179p)과 그 위에 위치한 알루미늄 계열 금속인 상부막(171q, 175q, 179q)으로 이루어진다.
데이터선(171) 및 드레인 전극(175)도 게이트선(121) 및 유지 전극선(131)과 마찬가지로 그 측면이 약 30-80°의 각도로 각각 경사져 있다.
여기서, 유지 전극선(131)은 두 개의 굽은 부분 사이에 배치되어 화소의 중앙을 가로지를 수 있다.
데이터선(171) 및 드레인 전극(175) 위에는 질화 규소 등의 무기 절연 물질로 이루어진 제1 보호막(801)이 형성되어 있으며, 제1 보호막(801) 위에는 적, 녹 및 청의 색 필터(230R, 230G, 230B)가 화소에 순차적으로 형성되어 있다. 색 필터(230R, 230G, 230B)는 각각 데이터선(171)에 의하여 구획되는 화소 열을 따라 세로로 길게 형성되어 있고 화소의 모양을 따라 주기적으로 구부러져 있다. 또한, 색 필터(230R, 230G, 230B)는 이웃하는 색 필터(230R, 230G, 230B)가 데이터선(171) 위에서 서로 부분적으로 중첩되어 있어서 데이터선(171) 위에서 언덕을 이루고 있다.
색 필터(230R, 230G, 230B) 위에는 평탄화 특성이 우수하며 감광성(photosensitivity)을 가지는 유기 물질, 플라스마 화학 기상 증착(plasma enhanced chemical vapor deposition, PECVD)으로 형성되는 a-Si:C:O, a-Si:O:F 등의 저유전율 절연 물질 등으로 이루어진 제2 보호막(passivation layer)(802)이 형성되어 있다. 보호막은 이중막(801, 802) 구조를 최하고 있으나 단일막일 수도 있다. 제2 보호막(802)도 색 필터(230R, 230G, 230B)의 중첩에 의하여 형성된 언덕을 타고 넘으면서 언덕을 이루고 있는데, 이와 같이 유기막 언덕은 배향막의 경사면을 조절하여 일종의 도메인 규제 수단으로 작용하여 각 도메인에서의 액정의 방향 제어력이 강화된다.
한편, 색 필터(230R, 230G, 230B)는 드레인 전극(175) 위에서는 제거되어 있어서 드레인 전극(175)을 노출하는 접촉구(185b)는 제1 및 제2 보호막(801, 802)만을 관통하고 있다. 또한, 화소를 구성하지 않는 게이트선의 끝 부분(129)과 데이터선의 끝 부분(179)에도 색 필터(230R, 230G, 230B)를 형성하지 않는다.
한편, 제2 보호막(802)도 질화 규소 또는 산화 규소 등의 무기 절연 물질로 형성할 수도 있다.
접촉구(181a, 181b, 182a, 182b, 185a, 185b)의 측벽은 30° 내지 85°의 각도로 기울어져 있거나 계단형이다.
보호막(180) 위에는 ITO, IZO 또는 Cr으로 이루어진 복수 쌍의 화소 전극(190) 및 복수의 접촉 보조 부재(contact assistant)(81, 82)가 형성되어 있다.
각 화소 전극(190)은 데이터선(171), 게이트선(121) 및 유지 전극선(131)으로 둘러싸인 영역 내에 거의 존재하므로 갈매기 모양을 이루다.
화소 전극(190)은 접촉 구멍(185a, 185b)을 통하여 드레인 전극(175)과 물리적, 전기적으로 연결되어 이로부터 데이터 전압을 인가 받는다. 데이터 전압이 인가된 화소 전극(190)은 공통 전극(270)과 함께 전기장을 생성함으로써 둘 사이의 액정층의 액정 분자들을 재배열시킨다.
이러한 구조의 액정 표시 장치는 색 필터(230R, 230G, 230B)가 박막 트랜지스터 표시판에 형성되므로 두 표시판의 정렬 마진이 확대되고, 대향 표시판(200)에서 오버코트막(250, 도 4 참조)을 생략할 수 있는 등의 추가적인 이점을 갖는다.
본 발명의 제3 실시예에서, 제2 보호막(802)은 생략할 수 있는데, 색소 등의 이 물질을 거의 방출하지 않는 색 필터(230R, 230G, 230B)를 사용하는 경우에 가능하다.
또한, 본 발명의 다른 실시예에서는 제3 실시예에서 제1 보호막(801)을 생략할 수 있다.
이제, 대향 표시판(200)에 대하여 설명한다.
투명한 유리 등의 절연 기판(210)의 위에 빛샘을 방지하기 위한 블랙 매트릭스(220)가 형성되어 있다. 블랙 매트릭스(220)는 화소 전극(190)과 마주보며 거의 동일한 모양을 가지는 복수의 개구부를 가지고 있으며, 복수의 적색, 녹색, 청색 색필터(230R, 230G. 230B)가 블랙 매트릭스(220)의 개구부 내에 거의 들어가도록 배치되어 있다.
블랙 매트릭스(220) 상부에는 ITO 또는 IZO 등의 투명한 도전 물질로 이루어지며 복수의 절개부(271)와 노치(277)를 가지고 있는 공통 전극(270)이 형성되어 있다. 각 절개부(271)는 화소 전극(190)의 가장자리와 일정한 간격으로 배치되어 화소 전극(190)의 중앙부와 중첩하며, 그렇지 않을 수도 있다. 여기서, 절개부(271)는 액정층(300)의 액정 분자들의 경사 방향을 제어하기 위한 것이며 그 폭은 9㎛에서 12㎛ 사이로 하는 것이 바람직하다. 절개부(271)의 끝은 다양한 모양을 가질 수 있다.
공통 전극(270) 위에는 수평 또는 수직 배향막(21)이 형성되어 있다.
표시판(100, 200)의 바깥면에는 한 쌍의 편광자(도시하지 않음)가 부착되어 있으며, 이들의 투과축은 직교하며 그 중 한 투과축은 게이트선(121)에 평행하다.이 액정 표시 장치는 또한 액정층(300)의 지연값을 보상하기 위한 지연막(retardation film)을 적어도 하나 포함할 수 있다.
액정층(300)의 액정 분자는 그 장축이 두 표시판(100, 200)의 표면에 대하여 수직을 이루도록 배향되어 있고, 액정층(300)은 음의 유전율 이방성을 가진다.
공통 전극(270)에 공통 전압을 인가하고 화소 전극(190)에 데이터 전압을 인가하면 표시판(100, 200)의 표면에 거의 수직인 주 전계(primary electric field)가 생성된다. 액정 분자들은 전계에 응답하여 그 장축이 전계의 방향에 수직을 이루도록 방향을 바꾸고자 한다. 한편, 공통 전극(270)의 절개부(271)와 화소 전극(190)의 가장자리는 주 전계를 왜곡하여 액정 분자들의 경사 방향을 결정하는 수평 성분을 만들어낸다. 주 전계의 수평 성분은 절개부(271)의 가장자리와 화소 전극(190)의 가장자리에 수직이므로 액정층(300)에는 서로 다른 경사 방향을 가지는 네 개의 도메인이 형성된다.
한편, 화소 전극(190) 사이의 전압 차에 의하여 부차적으로 생성되는 부 전계(secondary electric field)의 방향은 절개부(271)의 가장자리와 수직이다. 따라서 부 전계의 방향과 주 전계의 수평 성분의 방향과 일치한다. 결국 화소 전극(190) 사이의 부 전계는 액정 분자들의 경사 방향을 강화하는 쪽으로 작용한다.
액정 표시 장치는 점반전, 열반전 등의 반전 구동 방법을 일반적으로 사용하므로 이웃하는 화소 전극은 공통 전압에 대하여 극성이 반대인 전압을 인가 받는다. 그러므로 부 전계는 거의 항상 발생하고 그 방향은 도메인의 안정성을 돕는 방향이 된다.
한편, 액정 분자들의 경사 방향과 편광자의 투과축이 45도를 이루면 최고 휘도를 얻을 수 있는데, 본 실시예의 경우 모든 도메인에서 액정 분자들의 경사 방향이 게이트선(121)과 45°의 각을 이루며 게이트선(121)은 표시판(100, 200)의 가장자리와 수직 또는 수평이다. 따라서 본 실시예의 경우 편광자의 투과축을 표시판(100, 200)의 가장자리에 대하여 수직 또는 평행이 되도록 부착하면 최고 휘도를 얻을 수 있을 뿐 아니라 편광판을 저렴하게 제조할 수 있다.
데이터선(171)이 구부러짐으로써 늘어나는 배선의 저항은 데이터선(171)의 폭을 늘림으로써 보상할 수 있으며, 데이터선(171)의 폭이 증가함으로써 생기는 기생 용량의 증가나 전계의 왜곡 등은 화소 전극(190)의 크기를 최대화하고 두꺼운 유기물 제2 보호막(802)을 사용함으로써 보완할 수 있다.
액정 분자들의 경사 방향은 공통 전극(270) 위에 형성된 복수의 돌기를 사용해서도 제어할 수 있으므로, 절개부(271) 및 노치(277)를 돌기로 대체하여도 무방하다.
이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
이상과 같이, 본 발명의 실시예에서는 도메인 규제 수단에 대응하는 도메인의 경계에 위치하는 액정 분자가 안정적이고 규칙적으로 배열되어 있어 도메인 경계에서 얼룩이나 잔상이 발생하는 것을 방지할 수 있고, 휘도를 증가시킬 수 있어 액정 표시 장치의 표시 특성을 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 액정 표시 장치용 박막 트랜지스터 표시판의 배치도이고,
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 액정 표시 장치의 공통 전극 표시판의 배치도이고,
도 3 본 발명의 제1 실시예에 따른 액정 표시 장치의 배치도이고,
도 4는 도 3의 IV-IV'선에 대한 단면도이고,
도 5a 내지 도 5d는 본 발명의 실시예에 따른 액정 표시 장치에서 도메인 규제 수단인 절개부에 형성된 노치의 모양을 나타난 도면이고,
도 6은 본 발명의 제2 실시예에 따른 액정 표시 장치의 구조를 도시한 배치도이고,
도 7은 도 6의 액정 표시 장치를 VII-VII' 선을 따라 잘라 도시한 단면도이고,
도 8은 본 발명의 제3 실시예에 따른 액정 표시 장치용 박막 트랜지스터 표시판의 구조를 도시한 배치도이고,
도 9는 본 발명의 제3 실시예에 따른 액정 표시 장치용 대향 표시판의 구조를 도시한 배치도이고,
도 10은 도 8 및 도 9의 박막 트랜지스터 표시판과 대향 표시판을 포함하는 액정 표시 장치를 X-X'선을 따라 잘라 도시한 단면도이고,
도 11은 도 8의 액정 표시 장치에서 XI-XI' 선 및 XI'-XII" 선을 따라 잘라 도시한 단면도이다.

Claims (11)

  1. 제1 절연 기판,
    상기 제1 절연 기판 위에 형성되어 있는 제1 신호선,
    상기 제1 절연 기판 위에 형성되어 있으며 상기 제1 신호선과 절연되어 교차하고 있는 제2 신호선,
    상기 제1 신호선과 상기 제2 신호선이 교차하여 정의하는 화소마다 형성되어 있는 화소 전극,
    상기 제1 신호선, 상기 제2 신호선 및 상기 화소 전극과 연결되어 있는 박막 트랜지스터,
    상기 제1 절연 기판과 대향하고 있는 제2 절연 기판,
    상기 제2 절연 기판 위에 형성되어 있는 공통 전극,
    상기 제1 절연 기판과 상기 제2 절연 기판 사이에 형성되어 있는 액정층,
    상기 제1 절연 기판과 상기 제2 절연 기판 중의 적어도 일측에 형성되어 있으며, 상기 액정층의 액정 분자를 상기 화소에서 다수의 도메인으로 분할하는 다수의 도메인 규제 수단
    을 포함하며,
    다수의 상기 도메인 규제 수단은 오목하거나 볼록한 노치를 가지는 액정 표시 장치.
  2. 제1항에서,
    상기 액정층에 포함되어 있는 액정은 음의 유전율 이방성을 가지며 상기 액정은 그 장축이 상기 제1 및 제2 기판에 대하여 수직으로 배향되어 있는 액정 표시 장치.
  3. 제1항에서,
    상기 도메인 규제 수단은 상기 공통 전극 또는 상기 화소 전극이 가지는 절개부인 액정 표시 장치.
  4. 제3항에서,
    상기 도메인 규제 수단의 폭은 8㎛ 내지 10㎛ 범위인 액정 표시 장치.
  5. 제1항에서,
    상기 도메인 규제 수단은 상기 제1 신호선에 대하여 실질적으로 ±45도를 이루는 액정 표시 장치.
  6. 제1항에서,
    상기 도메인 규제 수단은 상기 화소의 상하 이등분선에 대하여 실질적으로 거울상 대칭을 이루는 액정 표시 장치.
  7. 제1항에서,
    상기 도메인 규제 수단은 상기 공통 전극 또는 상기 화소 전극 상부에 형성되어 있는 돌기인 액정 표시 장치.
  8. 제1항에서,
    상기 제2 신호선은 굽은 부분과 뻗어 있는 부분을 가지며, 상기 굽은 부분과 상기 뻗은 부분은 상기 화소의 길이를 단위로 하여 반복적으로 나타나고 있는 액정 표시 장치.
  9. 제8항에서,
    상기 제2 신호선의 굽은 부분은 2개 이상의 직선 부분을 포함하고, 상기 2개 이상의 직선 부분은 상기 제1 신호선에 대하여 실질적으로 교대로 ±45도를 이루는 액정 표시 장치.
  10. 제1항에서,
    상기 화소 전극과 중첩하여 유지 용량을 형성하며, 상기 화소의 가장자리에 배치되어 상기 제1 신호선에 인접하여 나란히 뻗어 있는 제3 신호선을 더 포함하는 액정 표시 장치.
  11. 제10항에서,
    상기 제3 신호선은 상기 제2 신호선에 인접하게 상기 굽은 부분과 평행한 경계선을 가지는 유지 전극을 가지는 액정 표시 장치.
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