KR20050079070A - 컬러 필터 기판, 그 제조방법 및 액정 표시 장치 - Google Patents

컬러 필터 기판, 그 제조방법 및 액정 표시 장치 Download PDF

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Abstract

시야각이 향상된 컬러 필터 기판, 그 제조방법 및 이를 갖는 액정 표시 장치가 개시된다. 기판은 광이 투과되는 화소 영역을 포함하고, 컬러 필터는 화소 영역 상에 배치된다. 공통 전극에는 컬러 필터 위에 형성되되, 일부 폭이 점진적으로 변하는 제1 도메인 분할부가 형성된다. 따라서, 서로 다른 개구폭을 통해 특정 시야각에서 광 특성 왜곡을 개선하여 목적하는 방향의 측면 시인성을 향상시킬 수 있다.

Description

컬러 필터 기판, 그 제조방법 및 액정 표시 장치{COLOR FILTER SUBSTRATE, METHOD OF MANUFACTURING THE SAME, AND LIQUID CRYSTAL DISPLAY}
본 발명은 컬러 필터 기판, 그 제조방법 및 액정 표시 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 측면 시인성을 향상시키기 위한 수직 배향(Vertically Aligned) 다중 도메인(Multidomain) 액정 표시 장치에 관한 것이다.
액정 표시 장치는 상부 기판과 하부 기판 사이에 형성되는 액정 물질에 인가되는 전계의 세기를 조절하여 상기 액정 물질에 투과되는 광의 양을 조절함으로써 영상을 표시한다.
이때, 영상 표시하는데 있어 핵심은 액정 물질의 배향 및 신호에 따른 상기 액정 물질의 거동이다. 상기 액정 표시 장치는 액정에 의하여 차폐되지 않은 방향으로만 광이 투과하여 영상을 구현하기 때문에, 상기 액정 표시 장치가 다른 평판 표시 장치에 비하여 상대적으로 표시 품질에 있어서 시야각이 좁은 단점이 있다.
이에 따라 광시야각을 실현하기 위하여 수직 배향(Vertically Aligned) 모드의 액정 표시 장치가 개발되었다. 그 중에서도 액정 분자를 상하 기판에 대하여 수직으로 배향하고 화소 전극과 그 대향 전극인 공통 전극에 일정한 개구 패턴을 형성하는 기술(PVA mode; Patterned Vertical Alignment mode)과 유기물 돌기를 형성하는 기술 (MVA mode; Multidomain Vertical Alignment mode)이 대표적이다.
상기 PVA 모드에서는 상기 화소 전극 및 상기 공통 전극에 각각 상기 개구 패턴을 형성한다. 스위칭 소자 구동시 이들 개구 패턴으로 인해 개구부 부근에서 전기장이 왜곡되는 프랜지 필드(fringe field)가 형성된다. 상기 PVA 모드는 상기 프랜지 필드에 의해 구분된 다수의 도메인(Domain; 액정 방향자의 방향이 일정하거나 또는 연속적으로 달라져 불연속성이 없는 부분)에 따라, 상기 액정을 여러 방향으로 기울어지게 함으로써 광시야각을 확보하는 방법이다.
상기 MVA 모드는 액정의 수직 배향을 기본으로 하고, 상기 화소 전극과 상기 공통 전극 위에 상기 개구 패턴 대신 유기물 돌기(Protrusion)를 형성한다. 상기 상기 MVA 모드는 상기 유기물 돌기로 인해 왜곡되는 전기장을 이용하여, 다수의 도메인 내의 액정을 여러 방향으로 기울어지게 함으로써 광시야각을 확보하는 방법이다.
최근 들어, 액정 표시 장치의 수요는 증가하고 있으며, 액정 표시 장치에 대한 요구도 다양화하고 있다. 특히, 시각 특성이나 표시 품질의 개선이 강하게 요구되고 있어 측면 시인성은 점점 중요시되고 있다.
상기한 다중 도메인 액정 표시 장치는 10:1의 콘트라스트를 기준으로 하는 콘트라스트 기준 시야각이나 계조간의 휘도 반전의 한계 각도로 정의되는 계조 반전 기준 시야각은 모든 방향에 대해 80도 이상으로 매우 우수하다.
그러나, 측면에서 상기 액정 표시 장치를 관찰하면, 광 특성이 왜곡되어 측면의 V-T 곡선은 정면의 V-T 곡선(Voltage-Transmittance Curve)과 일치하지 않는다. 즉, 측면 V-T 곡선 왜곡 현상이 발생하여 TN(twisted nematic) 모드 액정 표시 장치에 비해 좌우측면에서는 시인성이 열등한 문제점이 있다.
예를 들어, 도메인 분할부로 상기 개구 패턴을 형성하는 상기 PVA 모드의 경우에는, 측면으로 갈수록 전체적으로 화면이 밝게 보이고 색은 흰색 쪽으로 이동하는 경향이 있다. 심한 경우에는 밝은 계조 사이의 간격 차이가 없어져서 그림이 뭉그러져 보이는 경우도 발생한다. 즉, 측면에서는 낮은 계조의 휘도가 급격히 상승하여 시인성이 저하되는 문제점이 있다.
요컨대, 다중 도메인의 경우에는 단일 도메인(ECB Mode)인에 비하여 상기 콘트라스트 기준 시야각이나 계조간의 휘도 반전의 한계 각도로 정의되는 상기 계조 반전 기준 시야각은 향상되지만 여전히 측면 시인성 문제점이 있다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 제1 목적은 측면 시인성이 향상된 컬러 필터 기판을 제공하는데 있다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 제2 목적은 상기 컬러 필터 기판의 제조방법을 제공하는데 있다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 제3 목적은 상기 컬러 필터 기판을 포함하는 액정 표시 장치를 제공하는데 있다.
상기 제1 목적을 달성하기 위한 하나의 특징에 따른 컬러 필터 기판은, 광이 투과되는 화소 영역을 포함하는 상부 기판; 상기 화소 영역 상에 배치된 컬러 필터; 및 상기 컬러 필터 위에 형성되되, 일부 폭이 점진적으로 변하는 도메인 분할부가 형성된 공통 전극을 포함한다.
상기 제1 목적을 달성하기 위한 다른 하나의 특징에 따른 컬러 필터 기판은,광이 투과되는 화소 영역을 포함하는 상부 기판; 상기 화소 영역 상에 배치된 컬러 필터; 상기 컬러 필터 위에 형성된 공통 전극; 및 상기 공통 전극 위에 형성된 유기층에의해 정의되는 도메인 분할부를 포함한다.
상기 제2 목적을 달성하기 위한 하나의 특징에 따른 컬러 필터 기판의 제조 방법은, 상부 기판 위에 컬러 필터를 형성하는 단계; 상기 컬러 필터 위에 도전성 물질을 도포하는 단계; 및 상기 투명한 도전성 물질의 일부를 제거하여, 일부 폭이 점진적으로 변하는 도메인 분할부를 형성하는 단계를 포함한다.
상기 제2 목적을 달성하기 위한 다른 하나의 특징에 따른 컬러 필터 기판의 제조 방법은, 상부 기판 상에 컬러 필터를 형성하는 단계; 상기 컬러 필터 위에 도전성 물질을 형성하는 단계; 상기 도전성 물질 상에 유기막을 형성하는 단계; 및
상기 유기막의 일부를 제거하여, 일부 폭이 점진적으로 변하는 도메인 분할부를 형성하는 단계를 포함한다.
상기 제3 목적을 달성하기 위한 액정 표시 장치는 컬러 필터와, 상기 컬러 필터 위에 형성된 제1 도메인 분할부를 구비하는 컬러 필터 기판; 액정층; 및 제1 배선과, 상기 제1 배선과 교차하면서 화소 영역을 정의하는 제2 배선과, 상기 제1 배선과 제2 배선에 연결된 스위칭 소자와, 상기 스위칭 소자에 연결된 화소 전극과, 상기 화소 전극에 형성된 제2 도메인 분할부를 구비하여, 상기 컬러 필터 기판과의 합체를 통해 상기 액정층을 수용하는 어레이 기판을 포함한다.
상기 화소 영역을 다수의 도메인으로 분할하는 상기 제1 및 제2 도메인 분할부 중 어느 하나의 일부는 그 폭이 점진적으로 변한다.
이러한 컬러 필터 기판과, 그의 제조 방법 및 액정 표시 장치에 의하면, 서로 다른 개구폭을 통해 특정 시야각에서 광 특성 왜곡을 개선하여 목적하는 방향의 측면 시인성을 향상시킬 수 있다.
이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시예들을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
실시예 1
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 패턴된 수직 배향(Patterned Vertically aligned mode) 모드 액정 표시 장치용 컬러 필터 기판의 제1 개구 패턴의 배치도이고, 도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 액정 표시 장치용 어레이 기판의 제2 개구 패턴의 배치도이다.
도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 액정 표시 장치용 컬러 필터 기판과 어레이 기판의 결합시 정면에서 바라본 화소 전극과 공통 전극의 배치도이고, 도 4는 도 3의 절단선 Ⅰ-Ⅰ'으로 절단한 단면도이다.
도 1 내지 도 4를 참조하면, 본 발명의 제1 실시예에 따른 액정 표시 장치는 컬러 필터 기판(100), 어레이 기판(200) 및 액정층(300)을 포함한다.
먼저 본 발명의 제1 실시예에 따른 액정 표시 장치용 컬러 필터 기판(100)의 구조를 도 1 및 도 4를 참조하여 설명한다.
컬러 필터 기판(100)은 상부 기판(110), 차광층(120), 컬러 필터(Color Filter, 130), 오버코팅층(Overcoating Layer, 140) 및 공통 전극(Common Electrode, 150)을 포함한다. 컬러 필터 기판(100)은 화소 영역(160) 및 차광 영역(170)을 포함한다.
화소 영역(160)은 액정의 배열을 조절하여 영상을 표시할 수 있는 영역이다. 컬러 필터(130), 공통 전극(150) 등은 화소 영역(160) 내에 배치된다. 차광 영역(170)은 액정의 배열을 조절할 수 없는 영역이어서 광이 차단된다. 차광층(120)은 차광 영역(170) 내에 배치된다.
상부 기판(110)은 광을 통과시킬 수 있는 투명한 재질의 유리를 사용한다. 유리는 무알칼리 특성이다. 유리가 알칼리 특성인 경우, 유리에서 알칼리 이온이 액정 셀 중에 용출되면 액정 비저항이 저하되어 표시 특성이 변하게 되고, 씰과 유리와의 부착력을 저하시키고, 스위칭 소자의 동작에 악영향을 준다.
차광층(120)은 차광 영역(170) 내에 배치되어 광을 차단한다. 차광층(120)은 액정을 제어할 수 없는 영역을 통과하는 광을 차단하여 화질을 향상시킨다. 바람직하게는, 차광층(120)은 크롬 단일층이나 크롬과 산화 크롬의 이중층 또는 검은색 안료가 첨가된 포토레지스트를 포함한다. 또한, 차광층(120)은 폴리카보네이트(Polycarbonate)를 포함할 수도 있다.
컬러 필터(130)는 차광층(120)이 형성된 상부 기판(110) 상에 차광층(120)에 의하여 구획된 각 화소 영역마다 적, 녹, 청색의 컬러 필터(130)가 하나씩 형성되어 소정의 파장의 광만을 선택적으로 투과시킨다.
오버코팅층(140)은 차광층(120) 및 컬러 필터(130)가 배치된 상부 기판(110) 상에 배치되어 차광층(120) 및 컬러 필터(130)에 의한 단차를 제거한다. 오버코팅층(140)은 투명한 재질의 유기막을 포함한다.
공통 전극(150)은 오버코팅층(140) 상의 화소 영역(160) 내에 배치된다. 공통 전극(150)은 ITO(Indium Tin Oxide), IZO(Indium Zinc Oxide) 또는 ZO(Zinc Oxide)와 같은 투명한 도전성 물질을 포함한다.
공통 전극(150)은 제1 개구 패턴을 포함한다. 제1 개구 패턴은 공통 전극(150) 일부가 제거되어 형성된다. 제1 개구 패턴은 제1 내지 제3 개구부(151, 153, 155)를 포함한다.
제1 개구부(151)는 일단이 우측 차광층(120)과 오버랩되어 화소 영역(160)의 제1 방향(즉, 폭이 좁은 방향) 중심축 선상에서 좌측으로 화소 영역(160) 중앙부까지 연장된다. 상기 중심축은 편광판의 편광축과 평행 또는 수직하다.
제1 개구부(151)는 화소 영역(160)의 중앙부에서 다시 상기 중심축에 대해 반시계 방향으로 대략 135도의 각도를 갖는 제1 가지(151a) 및 시계 방향으로 대략 135도의 각도를 갖는 제2 가지(151b)로 갈라진다. 제1 및 제2 가지(151a, 151b)는 좌측 차광층(120)에 근접하면 각각 좌측 차광층(120)과 평행하게 제2 방향(즉, 폭이 넓은 방향)으로 소정 길이만큼 연장된다. 상기한 바와 같이 형성된 제1 개구부(151)는 액정 표시 장치를 정면에서 바라볼 때, Ｙ자가 옆으로 누운 형상을 갖는다.
제2 개구부(153)는 제1 가지(151a)와 평행하고 개구폭이 점진적으로 변하는 일 부분 및 상기 일 부분의 양단에서 각각 제1 및 제2 방향으로 연장된 타 부분으로 이루어진다. 상기 타 부분은 차광층(120)과 오버랩된다. 상기 일 부분의 개구폭이 좁은 부분과 넓은 부분은 대략 2도의 각도 차이를 갖는 것이 바람직하다.
제3 개구부(155)는 상기 중심축에 대하여 제2 개구부(153)와 미러(Mirror) 대칭이다. 제1 및 제2 가지(151a, 151b)도 제2 및 제3 개구부(153, 155)와 같이 개구폭을 점진적으로 변화시킬 수 있다. 본 실시예는 제1 및 제2 가지(151a, 151b)의 개구폭이 일정한 경우이다.
상기 제1 개구 패턴은 다중 도메인 형성을 위하여 다양하게 변경될 수 있다. 한편, 제1 및 제2 가지(151a, 151b)의 절곡된 부분 및 제2 및 제3 개구부(153, 155)의 상기 타 부분은 화소의 경계부에서 빛이 새는 것을 방지하기 위하여 차광층(120)으로 가려지는 부분이다. 따라서 상기 부분들은 별도의 개구율 저하를 초래하지 않는다.
다음에는 본 발명의 제1 실시예에 따른 액정 표시 장치용 어레이 기판(200)을 도 2 및 도 4를 참조하여 설명한다.
어레이 기판(200)은 하부 기판(210), 스위칭 소자(이하, 박막트랜지스터(220), 제1 배선(이하, 게이트 배선)(230), 게이트 절연막(240)), 제2 배선(이하, 데이터 배선)(250), 유기막(260) 및 화소 전극(270)을 포함한다.
하부 기판(210)은 광을 통과시킬 수 있는 투명한 재질의 유리를 사용한다. 유리는 무알칼리 특성이다. 유리가 알칼리 특성인 경우, 유리에서 알칼리 이온이 액정 셀 중에 용출되면 액정 비저항이 저하되어 표시 특성이 변하게 되고, 씰과 유리와의 부착력을 저하시키고, 박막 트랜지스터(220)의 동작에 악영향을 준다.
박막 트랜지스터(220)는 하부 기판(210) 상에 형성되며 소오스 전극(221), 게이트 전극(223), 반도체층(225), 접촉층(226, 227) 및 드레인 전극(229)을 포함한다. 구동회로(도시되지 않음)는 데이터 전압을 출력하여 데이터 배선(250)을 통해서 소오스 전극(221)에 전달하고, 선택 신호를 출력하여 게이트 배선(230)을 통해서 게이트 전극(223)에 전달한다.
반도체층(225)은 게이트 절연막(240) 상에 배치된다. 반도체층(225)은 게이트 전극(223)과 중첩되어 있다. 반도체층(225) 위에는 n형 불순물로 고농도로 도핑된 n+ 수소화 비정질 규소 따위의 물질로 만들어진 접촉층(226, 227)이 형성되어 있다. 접촉층(226, 227)은 게이트 전극(223)을 중심으로 하여 양쪽으로 분리되어 있다. 게이트 전극(223)에 선택 신호가 인가되면, 소오스 전극(221)과 드레인 전극(229) 사이에 반도체층(225)을 통해 전류가 흐른다.
하부 기판(210) 위에 게이트 배선(230)이 형성되어 있다. 게이트 배선(230)은 제1 방향으로 뻗어 있는 게이트선(231), 게이트선(231)의 끝에 연결되어 있어 외부로부터의 게이트 신호를 인가 받아 게이트선(231)으로 전달하는 게이트 패드(도시하지 않음) 및 게이트선(231)의 일부인 박막 트랜지스터(220)의 게이트 전극(223)을 포함한다.
이때, 게이트 배선(230)은 단일층으로 형성할 수도 있지만, 이중층이나 삼중층으로 형성할 수도 있다. 단일층으로 형성하는 경우에는 알루미늄(Al)이나 알루미늄(Al)-네오디뮴(Nd) 합금으로 만들 수 있고, 이중층으로 형성하는 경우에는 크롬(Cr), 몰리브덴(Mo) 또는 몰리브덴 합금막 등의 물리 화학적 특성이 우수한 물질로 이루어진 하부층을 형성하고 알루미늄(Al) 또는 알루미늄 합금 등의 비저항이 낮은 물질로 이루어진 상부층을 형성할 수 있다.
게이트 배선(230) 위에는 질화규소(SiNx) 따위로 이루어진 게이트 절연막(240)이 형성되어 있다. 게이트 절연막(240)은 게이트 전극(223) 및 게이트 배선(230)이 형성된 하부 기판(210)의 전면에 배치되어 게이트 전극(223)을 데이터 배선(250)과 전기적으로 절연한다.
게이트 절연막(240) 위에는 반도체층(225)이 형성되어 있다. 반도체층(225) 위에는 접촉층(226, 227)이 형성되어 있다. 접촉층(226, 227) 위에는 데이터 배선(250)이 형성되어 있다.
데이터 배선(250)은 접촉층(227) 위에 형성된 소스 전극(221), 소스 전극(221)과 연결되어 있으며 제2 방향(즉, 화소 영역의 폭이 넓은 방향)으로 뻗어 있는 데이터선(251), 데이터선(251)의 한쪽 끝에 연결되어 있으며 외부로부터의 화상 신호를 인가 받는 데이터 패드(도시하지 않음), 데이터선(251)과 분리되어 있으며 게이트 전극(223)에 대하여 소스 전극(221)의 반대쪽에 위치하는 접촉층(226) 위에 형성된 드레인 전극(229)을 포함한다.
이때, 데이터 배선(250)도 게이트 배선(230)과 마찬가지로 단일층으로 형성될 수도 있지만, 이중층이나 삼중층으로 형성될 수도 있다. 단일층으로 형성하는 경우에는 알루미늄(Al)이나 알루미늄(Al)-네오디뮴(Nd) 합금으로 만들 수 있고, 이중층으로 형성하는 경우에는 크롬(Cr), 몰리브덴(Mo) 또는 몰리브덴 합금막 등의 물리 화학적 특성이 우수한 물질로 이루어진 하부층을 형성하고 알루미늄(Al) 또는 알루미늄 합금 등의 비저항이 낮은 물질로 이루어진 상부층을 형성할 수 있다.
스토리지 커패시터(도시되지 않음)는 하부 기판(210) 상에 형성되어 공통 전극(150)과 화소 전극(270) 사이의 전위차를 유지시켜준다. 스토리지 캐패시터(도시되지 않음)는 전단 게이트 방식 또는 독립 배선 방식이다.
유기막(260)은 박막 트랜지스터(220)가 형성된 하부 기판(210) 상의 전면에 배치되고, 드레인 전극(229)의 일부를 노출하는 비어홀(261)을 포함한다. 유기막(260)은 드레인 전극(229)을 노출시키는 비어홀(261)과 데이터 패드를 노출시키는 비어홀(도시되지 않음)을 제외한 게이트 절연막(240) 및 박막 트랜지스터(220)를 모두 덮고 있다.
유기막(260)은 소스 전극(221)과 드레인 전극(229) 사이의 채널부를 덮어 보호하는 역할을 하며, 박막 트랜지스터(220)를 화소 전극(270)과 절연한다. 유기막(260)에 의해 액정층(300)의 두께가 조절된다.
유기막(240)은 박막 트랜지스터(220), 데이터 선(251), 게이트선(231) 등이 배치되어 서로 다른 높이를 갖는 하부 기판(210)의 표면을 평탄화하는 역할도 한다. 이때, 유기막(260)에 의해 액정층(300)은 서로 다른 셀 갭을 가질 수도 있으며, 유기막(260)의 상부 표면은 다수의 오목부(Recess) 및 볼록부(Protrusion)를 가질 수도 있다.
인접하는 두 개의 게이트선(231)과 인접하는 두 개의 데이터선(251)이 교차하여 화소 영역(280)을 정의한다. 도 1에 도시한 차광층(120)은 게이트선(231), 데이터선(251), 및 박막 트랜지스터(220)를 완전히 덮는다. 따라서, 화소 영역(280)은 도 1에 도시한 차광층(120)에 의해 정의되는 화소 영역(160)보다 폭이 넓다.
화소 영역(280)에는 화소 전극(270)이 형성된다. 화소 전극(270)은 유기막(260) 상의 화소 영역(280) 및 드레인 전극(229)을 노출하는 비어홀(261)의 내면에 형성되어 드레인 전극(229)과 전기적으로 연결된다. 화소 전극(270)은 공통 전극(150)과의 사이에 인가된 전압에 의해 액정층(도시되지 않음) 내의 액정을 제어하여 광의 투과를 조절한다.
화소 전극(270)은 투명한 도전성 물질인 산화 주석 인듐(Indium Tin Oxide, ITO), 산화 아연 인듐(Indium Zinc Oxide, IZO), 산화 아연(Zinc Oxide, ZO) 등을 포함한다. 이때, 유기막(260)의 일부 또는 화소 전극(270)의 일부 위에 외부광을 반사시키는 반사 전극(도시되지 않음)이 배치될 수도 있다.
화소 전극(270)은 제2 개구 패턴을 가지고 있다. 제2 개구 패턴은 화소 전극(270) 일부가 제거되어 형성된다. 제2 개구 패턴은 제4 내지 제6 개구부(271, 273, 275)를 포함한다.
제4 개구부(271)는 화소 영역(280) 제1 방향(게이트선 방향) 중심축 상에 있되, 일단이 우측 데이터선(251)과 근접하고 타단이 화소 영역(280) 중앙부까지 연장된다.
제5 개구부(273)는 상기 중심축에 대하여 시계 방향으로 대략 45도의 각도를 갖는다. 화소 전극(270)은 우측 데이터선(251)에 근접한 제5 개구부(273)의 일단에서는 단절되어 있고, 좌측 데이터선(251)에 근접한 제5 개구부(273)의 타단에서는 연결되어 있다.
제5 개구부(273)는 도 1 및 도 3에 도시한 공통 전극(150)에 형성된 제1 개구부(151)의 제1 가지(151a)와 평행하다. 제5 개구부는 제1 가지 (151a) 및 제2 개구부(153) 사이에 형성되어 제1 및 제2 개구부(151, 153)가 정의하는 영역을 2개의 도메인으로 분할한다.
제6 개구부(275)는 상기 중심축에 대하여 제5 개구부(273)와 미러(Mirror) 대칭이다. 제2 개구 패턴은 제1 개구 패턴과 같이 일부 개구부의 개구폭이 점진적으로 변할 수 있다.
구동 회로(도시되지 않음)는 박막 트랜지스터(220)를 통해서 화소 전극(221)에 데이터 전압을 제공하여 공통 전극(150)과 화소 전극(270)의 사이에 전계를 형성한다.
도 3을 참조하면, 제1 및 제2 개구 패턴의 제1 내지 제6 개구부(151, 153, 155, 271, 273, 275)에는 전극이 없어 상하 방향으로 전계가 형성되지 않고 수평방향 전기장이 강해지는 프렌지 필드가 형성된다.
상기 프렌지 필드를 경계로 액정의 배열 방향이 불연속적으로 변하여, 제1 내지 제6 개구부(151, 153, 155, 271, 273, 275)는 화소 영역(280)을 제1 내지 제8 도메인(291 ~ 298)으로 분할한다.
액정층(300)은 컬러 필터 기판(100) 및 어레이 기판(200) 사이에 배치되어 씰(Seal, 도시되지 않음)에 의해 밀봉된다. 본 발명에 따른 액정 표시 장치에서는 액정층(300) 내의 액정은 수직 배향(Vertical Alignment, VA)모드로 배열된다. 물론, MVA 모드나 IPS 모드 등에도 도메인 분할 패턴의 일부의 폭이 점진적으로 변하는 기술을 적용할 수 있다.
액정을 배향하기 위하여 컬러 필터 기판(100) 및 어레이 기판(200)의 표면에 배향막(도시되지 않음)을 배치하고, 배향막(도시되지 않음)의 표면을 일정한 방향으로 러빙(Rubbing)한다.
도 5a 내지 5j는 본 발명의 실시예에 따른 액정 표시 장치의 제조방법을 나타내는 평면도이다.
도 5a를 참조하면, 먼저 상부 기판(110)에 영상이 표시되는 화소 영역(160) 및 광을 차단하는 차광 영역(170)을 정의한다. 이어서 상부 기판(110)의 전면에 블랙 포토레지스트(도시되지 않음)를 도포한다.
상기 블랙 포토레지스트는 슬릿 코팅(Slit Coating) 공정 또는 스핀 코팅(Spin Coating) 공정을 통해서 도포된다. 바람직하게는, 상기 블랙 포토레지스트는 상기 슬릿 코팅 공정에 의해 도포된다. 상기 슬릿 코팅 공정에서는, 슬릿을 통해 상기 블랙 포토레지스트를 분사하여 상부 기판(110)의 전면에 균일한 두께로 도포한다.
이때, 상기 블랙 포토레지스트는 노광된 부분이 현상에 의해 제거되는 포지티브 포토레지스트(Positive Photoresist) 또는 노광된 부분이 잔류하는 네거티브 포토레지스트(Negative Photoresist)를 포함한다.
도 5b를 참조하면, 이후에 마스크(도시되지 않음)를 이용하여 도포된 상기 블랙 포토레지스트를 자외선(Ultraviolet, UV)에 노광한다.
상기 블랙 포토레지스트는 셀 갭을 유지하기 위한 입자형 차광 스페이서를 포함할 수 있다. 이 경우, 입자형 차광 스페이서는 광을 차단하는 특성을 가지므로, 자외선은 포토레지스트가 도포된 면의 반대쪽 면으로 조사되는 것이 바람직하다.
마스크(도시되지 않음)는 자외선이 투과되지 않는 불투명한 부분 및 자외선이 투과되는 투명한 부분을 포함한다. 상기 불투명한 부분은 차광 영역(170)에 대응하고, 상기 투명한 부분은 화소 영역(160)에 대응한다.
상기 자외선이 조사된 부분의 블랙 포토레지스트는 분자 결합이 끊어져서 화소 영역(160) 내의 상기 블랙 포토레지스트의 분자량이 감소한다. 자외선이 투과되지 않는 부분인 차광 영역(170) 내의 블랙 포토레지스트는 고분자 상태를 유지한다.
계속해서, 노광된 상기 블랙 포토레지스트를 현상(Developing)한다. 상기 현상에 의해 분자량이 감소한 상기 블랙 포토레지스트가 제거되어 차광 영역(170)에 차광층(120)을 형성한다.
도 5c를 참조하면, 이후에 차광층(120)이 형성된 상부 기판(110) 상에 컬러 필터(130)를 형성한다. 컬러 필터(130)는 특정한 파장의 광만을 선택적으로 투과시킨다. 바람직하게는, 안료(Pigment)를 포함하는 포토레지스트를 도포한 후에 포토레지스트를 노광하고 현상하여 컬러 필터(130)를 형성한다. 이때, 컬러 필터(130)를 먼저 형성한 후에 차광층(120)을 형성할 수도 있다.
도 5d를 참조하면, 계속해서 컬러 필터(130)가 형성된 상부 기판(110) 상에 투명한 유기물을 도포하여 오버코팅층(140)을 형성한다. 오버코팅층(140)은 차광층(120) 및 컬러 필터(130)에 의한 단차를 제거하고, 공통 전극(150)의 개구부로 컬러 필터가 노출되는 것을 방지한다.
이어서 오버코팅층(140)의 전면에 투명한 도전성 물질(150)을 도포한다. 상기 투명한 도전성 물질은 ITO, IZO, ZO 등을 포함한다. 바람직하게는, 상기 투명한 도전성 물질은 ITO를 포함한다.
도 5e를 참조하면, 계속해서 제2 개구부(153)의 일 부분과, 제3 개구부(155)의 일 부분은 개구폭이 점진적으로 변화되도록 상기 투명한 도전성 물질을 식각하여, 제1 개구 패턴을 갖는 공통 전극(150)을 형성한다. 공통 전극(150)은 상기 화소 영역(160) 내에 형성된다. 이때, 제1 가지(151a) 및 제2 가지(151b)의 개구폭도 점진적으로 변하도록 패턴을 형성할 수도 있다.
따라서, 상부 기판(110), 차광층(120), 컬러 필터(130), 오버코팅층(140) 및 제1 개구 패턴을 갖는 공통 전극(150)을 포함하는 컬러 필터 기판(100)이 형성된다.
도 5f 참조하면, 이후에 하부 기판(210) 상에 도전성 물질을 증착한다. 계속해서, 상기 도전성 물질의 일부를 식각하여 게이트 전극(223) 및 게이트 선(231)을 형성한다.
도 5g를 참조하면, 이후에, 게이트 전극(223) 및 게이트선(231)이 형성된 하부 기판(210)의 전면에 게이트 절연막(240)을 증착한다. 게이트 절연막(240)은 투명한 절연물질을 포함한다. 바람직하게는, 게이트 절연막(240)은 실리콘 질화막(SiNx)을 포함한다.
계속해서, 게이트 전극(223)에 대응하는 게이트 절연막(240) 상에 아몰퍼스 실리콘 및 N+ 아몰퍼스 실리콘을 증착하고 식각하여, 반도체층(225) 및 접촉층 (226, 227)을 형성한다.
도 5h를 참조하면, 이어서 반도체층(225) 및 접촉층 (226, 227)이 형성된 게이트 절연막(240) 상에 도전성 물질을 증착한다. 이후에, 상기 도전성 물질의 일부를 식각하여 소오스 전극(221), 데이터선(251) 및 드레인 전극(229)을 형성한다.
따라서, 소오스 전극(221), 게이트 전극(223), 드레인 전극(229), 반도체층(225) 및 접촉층 (226, 227)을 포함하는 박막 트랜지스터(220)가 형성된다.
도 5i를 참조하면, 계속해서 박막트랜지스터(220)가 형성된 어레이 기판(200) 전면에 유기 물질을 도포한다. 바람직하게는, 유기 물질은 포토레지스트(Photoresist) 성분을 포함한다.
이후에, 상기 유기 물질을 노광하고 현상하여 드레인 전극(229)의 일부를 노출시키는 비어홀(261)을 갖는 유기막(260)을 형성한다.
도 5j를 참조하면, 이어서, 유기막(260) 상에 투명한 도전성 물질을 증착한다. 상기 투명한 도전성 물질은 ITO, IZO, ZO 등을 포함한다. 바람직하게는, 투명한 도전성 물질은 ITO를 포함한다.
계속해서, 상기 투명한 도전성 물질의 일부를 식각하여 화소 영역(280) 내에 제2 개구 패턴을 갖는 화소 전극(270)을 형성한다. 이때, 제5 및 제6 개구부(273, 275)의 개구폭도 점진적으로 변하도록 패턴을 형성할 수도 있다.
따라서, 하부 기판(210), 박막 트랜지스터(220), 데이터 배선(250), 게이트 배선(230), 유기막(260) 및 제2 개구 패턴을 갖는 화소 전극(270)을 포함하는 어레이 기판(200)이 형성된다.
이어서 컬러 필터 기판(100) 및 어레이 기판(200)을 결합한다.
계속해서, 컬러 필터 기판(100) 및 어레이 기판(200) 사이에 액정을 주입한 후에 씰(Seal, 도시되지 않음)에 의해 밀봉한다. 이때, 씰(도시되지 않음)이 형성된 컬러 필터 기판(100) 또는 어레이 기판(200) 상에 액정을 적하한 후에 컬러 필터 기판(100) 및 어레이 기판(200)을 대향하여 결합하여 액정층(300)을 형성할 수도 있다.
따라서, 제1 및 제2 개구 패턴에 의하여 화소 영역(280)은 제1 내지 제8 도메인(291~298)으로 분할된다. 또한 제2 및 제3 개구부(153, 155)의 일부의 개구폭이 점진적으로 변하므로, 제1도메인(291), 제2 도메인(292), 제7 도메인(297) 및 제8 도메인(298)에서는 하나의 도메인에서 두가지 이상의 측면 V-T 곡선을 얻을 수 있다. 따라서 측면 시인성이 향상되어 결국 시야각이 커진다.
그러면, 본 발명이 측면 시인성을 향상시킬 수 있는 이유를 설명한다.
먼저, 다중 도메인 수직 배향 액정 표시 장치에 있어서 측면 시인성이 양호하지 못한 원인을 도 6을 참고로 하여 살펴본다.
도 6은 단일 도메인의 수직 배향 액정 셀을 8방향의 측면에서 바라볼 때의 V-T 곡선들을 나타내는 그래프이다.
도 6을 참조하면, 낮은 계조에서 V-T 곡선이 좌측으로 이동하는 현상이 상측이나 하측에서 현저하게 나타나고, 좌측과 우측에서는 낮은 계조에서 정면과 거의 같은 곡선을 그리며 상승하고 있다.
좌하측과 우하측에서는 초기에 계조 반전(계조 전압이 증가함에 따라 투과율이 증가하다가 감소하는 현상)이 발생하고 다시 V-T 곡선이 오른쪽으로 이동하여 상승곡선을 그리는 것을 알 수 있다.
특히, 낮은 계조에서는 정면 V-T 곡선과 측면 V-T 곡선 사이의 폭이 매우 커서 동일한 계조를 정면에서 바라보느냐 아니면 측면에서 바라보느냐에 따라 2배 내지 10배 이상의 휘도 차이가 발생한다.
그런데 적(R), 녹(G), 청(B) 화소의 계조가 서로 독립적으로 변동되므로 측면에서의 V-T 곡선의 왜곡 정도도 적, 녹, 청 화소가 서로 다르다. 따라서 측면에서 볼 때는 정면에서 볼 때와는 전혀 다른 색으로 느끼게 된다.
즉, V-T 곡선이 왜곡되면 정면에서 비율이 낮은 색은 측면에서 비율이 높아지고, 반대로 정면에서 비율이 높은 색은 측면에서는 비율이 낮아지게 되므로 적, 녹, 청색의 비율이 비슷해지는 경향을 띄게 된다.
결과적으로 정면에서 보면 서로 다른 색이 측면에서는 색감 차이가 줄어 비슷한 색으로 보이게 되며, 전반적으로 색이 엷어지면서 흰색에 가까워지는 경향(white-shift)을 나타낸다. 이러한 현상으로 인해 색재현성이 떨어지게 되고 그림이 뿌옇게 나타나게 된다.
화이트 쉬프트(white-shift)의 가장 큰 원인은 낮은 계조에서 V-T 곡선의 왜곡이 크다는 것이다. 높은 계조에서는 V-T 곡선의 왜곡이 발생하더라도 비율로 보면 큰 변화가 아니지만, 낮은 계조(32계조 이하)에서는 V-T 곡선의 왜곡에 의하여 휘도가 2배에서 10배 이상 차이가 나게 된다. 이러한 큰 변화는 화이트 쉬프트 현상이 현저하게 나타나도록 한다.
결국 측면 V-T 곡선의 왜곡이 발생하는 현상은 상기 액정 셀을 관측하는 방향과 전계 인가에 따라 액정 분자가 눕는 방향이 같은 경우(액정 방향자와 시선이 일치하는 경우)에 현저하게 나타난다.
측면 V-T 곡선의 왜곡은 액정 셀을 관측하는 방향과 전계 인가에 따라 액정 분자가 눕는 방향이 수직을 이루는 경우(액정 방향자와 시선이 수직인 경우)에는 적게 나타난다.
따라서, 측면 시인성을 향상시키기 위해서는, 특정한 계조 전압에서 측면 시선과 액정의 방향자가 수직을 이루는 도메인을 최대한 늘려야 한다.
다음으로, 본 발명에 따른 액정 표시 장치에서 하나의 도메인에서 두개 이상의 상이한 V-T 곡선을 얻을 수 있는 이유를 도 7 내지 도 8b를 참조하여 설명한다.
도 7은 한 화소에 포함되는 다수의 도메인 내의 주 액정 방향자의 배치를 나타내는 개념도이다. 도 8a는 도 3의 제1 영역(A)(개구폭이 넓은 부분)을 절단선 Ⅱ-Ⅱ'로 절단한 단면도이고, 도 8b는 제2 영역(B)(개구폭이 좁은 부분)을 절단선 Ⅲ-Ⅲ'으로 절단한 단면도이다.
먼저, 상기한 도 3에서 설명한 바와 같이, 액정 분자(도시되지 않음)는 화소 전극(270)과 공통 전극(150) 사이에 전계가 인가되지 않은 상태에서 그 방향자가 컬러 필터 기판(100)과 어레이 기판(200)에 대하여 수직을 이루도록 배향되어 있다
컬러 필터 기판(100)과 어레이 기판(200)은 화소 전극(270)이 컬러 필터(130)와 대응하여 정확하게 중첩되도록 정렬된다. 이렇게 되면, 화소 영역(280)은 제1 및 제2 개구 패턴에 의하여 제1 내지 제8 도메인(291~298)으로 분할된다.
화소 전극(270)과 공통 전극(150) 사이에 전계 인가시 제1 내지 제8 도메인(291~298)의 액정 분자의 방향자는 주로 상기한 도 3에 도시한 화살표 방향으로 기울어진다.
도 7을 참조하면, 본 발명의 제1 실시예에 따른 액정 표시 장치는 컬러 필터 기판(100)의 하부 및 어레이 기판(200)의 상부에 백라이트 어셈블리(도시되지 않음)로부터 발생된 광 중 소정 광축의 광만을 선택적으로 투과시키기 위한 편광판(도시되지 않음)을 각각 구비한다.
액정은 전계가 인가되지 않은 상태에서는 수직방향으로 서 있는 블랙 모드 상태를 유지한다. 한편, 네거티브 타입의 유전 상수 이방성을 갖는 액정은 데이터 선(251) 및 게이트선(231) 부근에서 전계가 인가되는 초기에 편광축(410, 420)과 동일한 방향으로 틸트된다. 상기 액정은 이후에 데이터선(251) 및 게이트선(231) 부근 이외의 액정의 영향을 받아 편광축(410, 420)에 대해 45도의 각도로 틸트된다.
도 8a 및 도 8b를 참조하면, 화소 전극(270)과 공통 전극(150)이 대향하는 부분은 수직전기장이 압도적으로 우세하다. 그러나 제2 개구부(153)와 대향하는 화소 전극(270) 부분과 제2 개구부(153) 부근의 공통 전극(150) 사이에 형성되는 전기장은 수평방향 성분이 증가하여, 상기 전기장이 왜곡된 프렌지 필드가 형성된다. 상기 프렌지 필드를 경계로 하여 제1 및 제 2 도메인(291, 292)에서 액정 방향자의 방향이 불연속적으로 변한다.
이때, 수평 방향 전기장은 액정을 기울게 하는 작용을 한다. 즉, 액정의 배향각(Φ)은 수평방향 전기장의 강도에 반비례한다. 제2 개구부(153)의 제1 영역(A)은 제2 영역(B)에 비하여 폭이 크기 때문에, 제1 영역(A)의 수평방향 전기장의 강도는 제2 영역(B)의 수평방향 전기장의 강도보다 크다. 따라서 액정의 제1 배향각 (Φ1)은 제2 배향각(Φ2)보다 작다.
즉, 동일한 계조 전압이 인가되어도 제1 영역(A)에서 제2 영역(B)을 따라 액정의 상기 배향각이 점진적으로 증가한다. 이에 따라 동일한 시야각(Θ)에서 제1 영역(A)과 제2 영역(B)을 관찰할 때, 두가지의 상이한 V-T 곡선을 얻을 수 있다.
이어서, 본 발명에 따른 액정 표시 장치를 측면에서 관찰할 때 V-T 곡선 왜곡량이 감소되는 이유를 상기한 도 8a 및 도 8b와 하기하는 도 9를 참조하여 설명한다.
도 9는 본 발명에 따른 액정 표시 장치를 우측에서 관찰할 때 얻을 수 있는 V-T 곡선이다. 상측, 하측 및 좌측에서 관찰할 때 V-T 곡선의 왜곡량이 감소되는 원리는 우측에서 관찰할 때와 동일하므로 편의상 우측을 기준으로 설명한다.
상기한 도 8a 및 8b에 도시한 같이, V-T 곡선의 왜곡이 발생하는 현상은 액정 셀을 관측하는 방향과 전계 인가에 따라 액정 분자가 눕는 방향이 수직을 이루는 경우(액정 방향자와 시선이 수직인 경우)에는 적게 나타난다.
따라서 제1 시야각(Φ1)에서 관찰하면, 제1 영역(A)에서는 액정 방향자와 시선이 수직을 이루고, 제2 영역(B)에서는 액정 방향자와 시선이 수직을 이루지 않는다. 따라서, 정면의 V-T 곡선에 대한 왜곡량은 상기 제1 영역(A)을 투과하는 광의 V-T 곡선이 상기 제2 영역(B)을 투과하는 광의 V-T 곡선보다 작다.
반대로, 제2 시야각(Φ2)에서 관찰하면, 상기 제2 영역(B)에서는 액정 방향자와 시선이 수직을 이루고, 상기 제1 영역(A)에서는 액정 방향자와 시선이 수직을 이루지 않는다. 따라서, 정면의 V-T 곡선에 대한 왜곡량은 상기 제2 영역(B)을 투과하는 광의 V-T 곡선이 상기 제1 영역(A)을 투과하는 광의 V-T 곡선보다 작다.
관찰자는 상기 제1 영역(A)을 투과하는 광과 상기 제2 영역(B)을 투과하는 광이 중첩된 광을 시인하므로, 개구폭이 일정하여 왜곡된 하나의 광을 시인하는 경우에 비하여 측면 시인성이 향상된다.
도 9를 참조하면, 시야각 60도 및 40도에서 공통 전극(150)의 제2 및 제3 개구부(153, 155)의 개구폭을 점진적으로 변화시켰을 때의 V-T 곡선 왜곡량이 개구폭이 일정할 때의 V-T 곡선 왜곡량보다 작음을 알 수 있다.
이는 다음과 같은 원리에 따른 결과이다. 시야각이 60도 인 경우 제2 영역(B)을 투과하는 광의 V-T 곡선은 제1 영역(A)을 투과하는 광의 V-T곡선에 비하여 왜곡량이 작다. 반대로 시야각이 40도인 경우 제1 영역(A)을 투과하는 광의 V-T 곡선은 상기 제2 영역(B)을 투과하는 광의 V-T곡선에 비하여 왜곡량이 작다.
관찰자는 제1 개구 패턴의 개구폭이 일정한 부분에서는 종전과 같이 왜곡된 V- T 곡선이 나타내는 광을, 개구폭을 변경한 부분에서 왜곡량이 감소한 V-T 곡선이 나타내는 광을 중첩하여 인식하므로 전체적으로 측면 시인성이 향상된다.
또한, 제1 영역(A)의 개구폭이 제2 영역(B)과 동일하면, 시야각 60도에서 V-T 곡선의 왜곡량은 감소되지만, 시야각 30도에서 왜곡량은 개선되지 않는다. 반대로, 제2 영역(B)의 개구폭이 제1 영역(A)과 동일하면, 시야각 30도에서 V-T 곡선의 왜곡량은 감소되지만, 시야각 60도에서 왜곡량은 개선되지 않는다.
따라서, 본 발명에 따라 개구폭을 점진적으로 변화시키면 동일 도메인에서 특정한 시야각에 대해, 개구폭이 일정할 때의 V-T 곡선과 왜곡량이 감소한 V-T 곡선을 얻을 수 있어, 측면 시인성을 향상시킬 수 있고, 따라서 시야각을 향상시킬 수 있다.
물론, 2개 이상의 도메인을 이용하여 상기한 바와 같이 특정한 시야각에서 두가지 이상의 상이한 V-T 곡선을 얻을 수 도 있다.
예컨대, 제2 개구부(153)의 폭을 제1 영역(A)의 개구폭으로 일정하게 하고, 제2 개구부(153)와 평행한 제1 가지(151a)의 개구폭을 제2 영역(B)의 개구폭으로 하면, 제1 및 제2 도메인(291, 292)과 제3 및 제4 도메인(293, 294)으로부터 상이한 V-T 곡선을 얻어 동일한 효과를 얻을 수 있다. 또한, 공통 전극(150)뿐만 아니라 화소 전극(270)의 제2 개구 패턴에도 개구부 폭을 점진적으로 변화시키면 동일한 효과를 얻을 수 있다.
그러나 개구부는 전기장의 왜곡으로 인해 액정 방향의 조정이 곤란한 영역이므로, 개구부 전체 면적을 줄이기 위해서는 본 발명에서와 같이 특정 개구부의 폭을 점진적으로 변화시키는 것이 바람직하다.
실시예 2
도 10은 본 발명의 제2 실시예에 따른 패턴된 수직 배향(Patterned Vertically aligned mode) 모드 액정 표시 장치용 컬러 필터 기판의 제3 개구 패턴의 배치도이다.
본 실시예에서 컬러 필터 기판(100)의 공통 전극(150)에 제3 개구 패턴이 형성된 것을 제외한 나머지 구성 요소들은 상기한 실시예 1과 동일하므로, 중복된 부분에 대해서는 동일한 도면 부호를 부여하고 그 상세한 설명은 생략한다.
도 10을 참조하면, 제3 개구 패턴은 제7 내지 제9 개구부(451, 453, 455)를 포함한다. 제7 개구부(451)는 일단이 우측 차광층(120)과 오버랩되어 화소 영역(160)의 제1 방향 중심축 선상에서 화소 영역(160) 중앙부까지 연장된다.
제7 개구부(451)는 화소 영역(160)의 중앙부에서 다시 상기 중심축에 대해 반시계 방향으로 대략 135도의 각도를 갖는 제1 가지(451a) 및 시계 방향으로 대략 135도의 각도를 갖는 제2 가지(451b)로 갈라진다.
제1 및 제2 가지(451a, 451b)는 좌측 차광층(120)에 근접하면 각각 차광층(120)과 평행하게 제2 방향으로 소정 길이만큼 연장된다. 상기한 바와 같이 형성된 제7 개구부(451)는 액정 표시 장치를 정면에서 바라볼 때, Ｙ자가 옆으로 누운 형상을 갖는다.
제8 개구부(453)는 상기 중심축에 대해 반시계 방향으로 대략 133도의 각도를 갖고, 제1 가지(451a)와 대향하는 개구폭이 일정한 일 부분 및 상기 일 부분의 양단에서 각각 제1 및 제2 방향으로 연장된 타 부분으로 이루어진다. 상기 타 부분은 차광층(120)과 오버랩된다. 따라서 상기 일 부분의 각도는 제1 가지(451a)의 각도보다 대략 2도만큼 작다.
제9 개구부(455)는 상기 중심축에 대해 제8 개구부(453)와 미러(Mirror) 대칭이다.
제1 및 제2 가지(451a, 451b)도 제8 및 제9 개구부(453, 455)와 같이 개구부의 각도를 변화시킬 수 있다. 제3 개구 패턴은 다중 도메인 형성을 위하여 다수의 개구부를 갖도록 변경될 수 있다.
다음으로, 본 발명의 제2 실시예에 따른 액정 표시 장치의 제조방법은 제1 실시예의 제1 개구 패턴과 같은 개구폭의 점진적인 변경 대신, 개구부의 각도를 변경하는 것을 제외하고는 상기한 제1 실시예와 제조방법이 동일하므로 중복된 설명을 생략한다.
본 발명의 제2 실시예에 따른 액정 표시 장치의 어레이 기판(200)의 화소 전극(270)에는 제2 개구 패턴과 동일한 제4 개구 패턴이 형성되어 있다.
개구부 부근에서는 화소 전극(270)과 공통 전극(150)에 인가된 전계가 왜곡된다. 따라서, 제3 및 제4 개구 패턴에 의하여 화소 영역(160)은 도 3에 도시한 제1 내지 제8 도메인(291~298)의 위치에 대응하는 제9 내지 제16 도메인(도시되지 않음)으로 분할된다.
또한 제8 및 제9 개구부(453, 455) 일 부분의 각도가 변하므로 제9 및 제10 도메인에서 얻는 측면 V-T 곡선과 제11 및 제12 도메인에서는 얻는 측면 V-T 곡선은 상이하다. 따라서 본 발명의 제2 실시예에 따른 액정 표시 장치에 의하면 측면 시인성이 향상되어 시야각이 커진다.
실시예 3
도 11은 본 발명의 제3 실시예에 따른 유기물 돌기(Protrusion)를 형성한 수직 배향 모드(MVA mode; Multidomain Vertical Alignment mode) 액정 표시 장치용 컬러 필터 기판의 공통 전극의 배치도이고, 도 12는 본 발명의 제3 실시예에 따른 액정 표시 장치용 컬러 필터 기판과 어레이 기판의 결합시, 정면에서 바라본 화소 전극과 공통 전극의 배치도이고, 도 13은 도 12의 절단선 Ⅳ-Ⅳ'로 절단한 단면도이다.
본 실시예에서 공통 전극에 개구 패턴 대신 돌기 패턴를 형성한 것을 제외한 나머지 구성 요소들은 상기한 실시예 1과 동일하므로, 중복된 부분에 대해서는 동일한 도면 부호를 부여하고 그 상세한 설명을 생략한다.
도 11 내지 도 13을 참조하면, 공통 전극(450)은 오버코팅층(140) 상에 배치된다. 공통 전극(450)은 ITO(Indium Tin Oxide), IZO(Indium Zinc Oxide) 또는 ZO(Zinc Oxide)와 같은 투명한 도전성 물질을 포함한다. 공통 전극은 도메인 분할을 위한 개구부를 갖지 않는다.
유기물 돌기는 공통 전극(450) 위에 형성되어 상기 돌기 패턴을 형성한다. 상기 돌기 패턴은 제1 내지 제3 돌기부(461, 463, 465)를 포함한다.
제1 돌기부(461)는 일단이 우측 블랙매트릭스(120)와 오버랩되어 화소 영역(160)의 제1 방향 중심축 선상에서 화소 영역(160) 중앙부까지 연장된다. 제1 돌기부(461)는 화소 영역(160)의 중앙부에서 다시 상기 중심축에 대해 반시계 방향으로 대략 135도의 각도를 갖는 제1 가지(461a) 및 시계 방향으로 대략 135도의 각도를 갖는 제2 가지(461b)로 갈라진다. 제1 및 제2 가지(461a, 461b)는 좌측 차광층(120)에 근접하면 각각 좌측 차광층(120)과 평행하게 제1 및 제2 방향으로 소정 길이만큼 연장된다.
상기한 바와 같이 형성된 제1 돌기부(461)는 액정 표시 장치를 정면에서 바라볼 때, Ｙ자가 옆으로 누운 형상을 갖는다.
제2 돌기부(463)는 제1 가지(461a)와 평행하고 돌기폭이 점진적으로 변하는 일 부분 및 상기 일 부분의 양단에서 각각 가로 및 제2 방향으로 연장된 타 부분으로 이루어진다. 상기 타 부분은 차광층(120)과 오버랩된다. 상기 일 부분의 돌기폭이 좁은 부분(즉, 제1 영역(A))과 넓은 부분(즉, 제2 영역(B))은 대략 2도의 각도 차이를 갖는 것이 바람직하다.
제3 돌기부(465)는 상기 중심축에 대하여 제2 돌기부(463)와 미러(Mirror) 대칭이다.
제1 및 제2 가지(461a, 461b)도 제2 및 제3 돌기부(463, 465)와 같이 돌기폭을 점진적으로 변화시킬 수 있다. 상기 돌기 패턴은 다중 도메인 형성을 위하여 다수의 돌기부를 갖도록 변경될 수 있다.
도 13을 참조하면, 어레이 기판(200)의 화소 전극에는 도 2에 도시한 제2 개구 패턴과 동일한 제5 개구 패턴이 형성되어 있다.
다음으로, 제3 실시예에 있어서, 컬러 필터 기판(100)의 공통 전극(450)위에 제1 개구 패턴 대신 돌기 패턴이 형성되는 것을 제외하고는 상기한 제1 실시예와 제조방법이 동일하므로 동일한 제조 단계에 대해서는 중복된 설명을 생략한다.
도 13을 참조하면, 오버코팅층(140)의 전면에 투명한 도전성 물질을 도포하여 공통 전극(450)을 형성한다. 상기 투명한 도전성 물질은 ITO, IZO, ZO 등을 포함한다. 바람직하게는, 상기 투명한 도전성 물질은 ITO를 포함한다.
계속해서, 공통 전극(450) 상에 유기 물질을 도포하여 유기막을 형성한다. 바람직하게는, 상기 유기 물질은 포토레지스트(Photoresist) 성분을 포함한다. 이후에, 상기 유기막을 노광하고 현상하여 제1 내지 제3 돌기부(461, 463, 465)를 갖는 상기 돌기 패턴을 형성한다.
상기 돌기 패턴을 이루는 상기 유기 물질은 컬러 필터 기판(100)과 어레이 기판(200) 사이에 주입되는 액정과는 다른 유전율을 가진다.
상기 유기물 돌기 부근에서는 화소 전극(270)과 공통 전극(450)에 인가된 전기장이 왜곡된다. 따라서, 상기 제5 개구 패턴 및 돌기 패턴에 의하여 화소 영역(160)은 제17 내지 제24 도메인(491~498)으로 분할된다.
또한 제2 및 제3 돌기부(463, 465)의 일부의 돌기폭이 점진적으로 변하므로, 제17 및 제18 도메인(491, 492)과 제23 및 제24 도메인(497, 498)에서는 하나의 도메인에서 두가지 이상의 측면 V-T 곡선을 얻을 수 있다. 따라서 측면 시인성이 향상되어 시야각이 커진다.
이상의 제1 내지 제3 실시예에서는 도메인 분할부로 개구부만을 형성하거나 개구부와 유기물 돌기를 함께 형성하는 경우를 예로 들어 설명하고 있으나, 유기물 돌기만을 도메인 분할부로 형성하는 경우에도 본 발명은 적용될 수 있다. 즉, 하나의 화소 영역을 여러 개의 소 도메인으로 분할하여 광시야각을 확보하는 액정 표시 장치라면 어떤 것이라도 본 발명을 적용할 수 있다.
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.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 제1 목적을 실현하기 위한 컬러 필터 기판에 따르면, 일부 개구부 또는 돌기부의 개구폭 또는 돌기폭이 점진적으로 변화한다.
또한, 본 발명의 제3 목적을 실현하기 위한 액정 표시 장치에 의하면, 상기 일부 개구부 또는 돌기부 부근에서 액정의 기우는 각도도 점진적으로 변한다.
따라서, 하나의 도메인에서 두가지 이상의 상이한 측면 V-T 곡선을 얻을 수 있다. 즉, 서로 다른 개구폭을 통해 특정 시야각에서 광 특성 왜곡을 개선하여 목적하는 방향의 측면 시인성을 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 패턴된 수직 배향 모드 액정 표시 장치용 컬러 필터 기판의 제1 개구 패턴의 배치도이다.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 액정 표시 장치용 어레이 기판의 제2 개구 패턴의 배치도이다.
도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 액정 표시 장치용 컬러 필터 기판과 어레이 기판의 결합시 정면에서 바라본 화소 전극과 공통 전극의 배치도이다.
도 4는 도 3의 절단선 Ⅰ-Ⅰ'으로 절단한 단면도이다.
도 5a 내지 5j는 본 발명의 제1 실시예에 따른 액정 표시 장치의 제조방법을 나타내는 평면도이다.
도 6은 단일 도메인의 수직 배향 액정 셀을 8방향의 측면에서 바라볼 때의 V-T 곡선들을 나타내는 그래프이다.
도 7은 한 화소에 포함되는 다수의 도메인 내의 주 액정 방향자의 배치를 나타내는 개념도이다.
도 8a는 도 3의 제1 영역을 절단선 Ⅱ-Ⅱ'로 절단한 단면도이고, 도 8b는 제2 영역을 절단선 Ⅲ-Ⅲ'으로 절단한 단면도이다.
도 9는 본 발명에 따른 액정 표시 장치를 우측에서 관찰할 때 얻은 V-T 곡선을 나타내는 그래프이다.
도 10은 본 발명의 제2 실시예에 따른 패턴된 수직 배향 모드 액정 표시 장치용 컬러 필터 기판의 제3 개구 패턴의 배치도이다.
도 11은 본 발명의 제3 실시예에 따른 돌기를 형성한 수직 배향 모드 액정 표시 장치용 컬러 필터 기판의 공통 전극의 배치도이다.
도 12는 본 발명의 제3 실시예에 따른 액정 표시 장치용 컬러 필터 기판과 어레이 기판의 결합시, 정면에서 바라본 화소 전극과 공통 전극의 배치도이다.
도 13은 도 12의 절단선 Ⅳ-Ⅳ'로 절단한 단면도이다.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
100 : 컬러 필터 기판 110 : 상부 기판
120 : 차광층 130 : 컬러 필터
140 : 오버코팅층 150 : 공통 전극
151 : 제1 개구부 ` 153 : 제2 개구부
155 : 제3 개구부 200 : 어레이 기판

Claims (19)

  1. 광이 투과되는 화소 영역을 포함하는 기판;
    상기 화소 영역 상에 배치된 컬러 필터; 및
    상기 컬러 필터 위에 형성되되, 일부 폭이 점진적으로 변하는 도메인 분할부가 형성된 공통 전극을 포함하는 컬러 필터 기판.
  2. 제1항에 있어서, 상기 도메인 분할부의 신장 방향은 관찰자 관점에서 편광판의 편광축과 시계 방향으로 45도의 각도를 이루는 것을 특징으로 하는 컬러 필터 기판.
  3. 제1항에 있어서, 상기 도메인 분할부는 상기 공통 전극의 일부가 제거된 개구 패턴인 것을 특징으로 하는 컬러 필터 기판.
  4. 제3항에 있어서, 상기 개구 패턴은,
    관찰자 관점에서 일단이 상기 화소 영역의 제1 방향의 중심축을 따라 연장되면서, 제1 및 제2 가지로 분기되는 제1 개구부와, 상기 제1 가지로부터 일정 간격 이격되면서, 점차적으로 가변하는 개구폭을 갖는 제2 개구부와, 상기 중심축에 대하여 상기 제2 개구부와 미러 대칭인 제3 개구부에 의해 정의되는 것을 특징으로 하는 컬러 필터 기판.
  5. 제1항에 있어서, 상기 도메인 분할부는 상기 공통 전극 위에 형성된 돌기 패턴인 것을 특징으로 하는 컬러 필터 기판.
  6. 제5항에 있어서, 상기 돌기 패턴은, 관찰자 관점에서 일단이 상기 화소 영역의 제1 방향의 중심축을 따라 연장되면서, 제1 및 제2 가지로 분기되는 제1 돌기부와, 상기 제1 가지로부터 일정 간격 이격되면서, 점차적으로 가변하는 개구폭을 갖는 제2 돌기부와, 상기 중심축에 대하여 상기 제2 돌기부와 미러 대칭인 제3 돌기부에 의해 정의되는 것을 특징으로 하는 컬러 필터 기판.
  7. 광이 투과되는 화소 영역을 포함하는 기판;
    상기 화소 영역 상에 배치된 컬러 필터; 및
    상기 컬러 필터 위에 형성되되, 관찰자 관점에서 상기 화소 영역의 제1 방향의 중심축을 따라 연장되면서 제1 및 제2 가지로 분기된 제1 개구부와, 상기 제1 가지의 신장 방향에 대해 제1 각도와 균일한 폭을 갖고서, 상기 제1 가지로부터 일정 간격 이격된 제2 개구부와, 상기 제2 가지에 대해 제2 각도와 균일한 폭을 갖고서, 상기 제2 가지로부터 일정 간격 이격된 제3 개구부가 형성된 공통 전극을 포함하는 컬러 필터 기판.
  8. 제7항에 있어서, 상기 제1 가지의 신장 방향은 관찰자 관점에서 편광판의 편광축과 시계 방향으로 45도의 각도를 이루고, 상기 제1 각도는 상기 편광축과 시계 방향으로 대략 47도인 것을 특징으로 하는 컬러 필터 기판.
  9. 제7항에 있어서, 상기 제1 가지의 신장 방향은 관찰자 관점에서 편광판의 편광축과 시계 방향으로 45도의 각도를 이루고, 상기 제2 각도는 상기 편광축과 시계 방향으로 대략 133도인 것을 특징으로 하는 컬러 필터 기판.
  10. 기판 위에 컬러 필터를 형성하는 단계;
    상기 컬러 필터 위에 도전성 물질을 도포하는 단계; 및
    상기 투명한 도전성 물질의 일부를 제거하여, 일부 폭이 점진적으로 변하는 도메인 분할부를 형성하는 단계를 포함하는 컬러 필터 기판의 제조방법.
  11. 제10항에 있어서, 상기 컬러 필터를 형성한 후 오버코팅층을 형성하는 단계를 더 포함하는 컬러 필터 기판의 제조방법.
  12. 기판 상에 컬러 필터를 형성하는 단계;
    상기 컬러 필터 위에 도전성 물질을 형성하는 단계;
    상기 도전성 물질 상에 유기막을 형성하는 단계; 및
    상기 유기막의 일부를 제거하여, 일부 폭이 점진적으로 변하는 도메인 분할부를 형성하는 단계를 포함하는 컬러 필터 기판의 제조방법.
  13. 제12항에 있어서, 상기 컬러 필터를 형성한 후 오버코팅층을 형성하는 단계를 더 포함하는 컬러 필터 기판의 제조방법.
  14. 컬러 필터와, 상기 컬러 필터 위에 형성된 제1 도메인 분할부를 구비하는 컬러 필터 기판;
    액정층; 및
    제1 배선과, 상기 제1 배선과 교차하면서 화소 영역을 정의하는 제2 배선과, 상기 제1 배선과 제2 배선에 연결된 스위칭 소자와, 상기 스위칭 소자에 연결된 화소 전극과, 상기 화소 전극에 형성된 제2 도메인 분할부를 구비하여, 상기 컬러 필터 기판과의 합체를 통해 상기 액정층을 수용하는 어레이 기판을 포함하고,
    상기 화소 영역을 다수의 도메인으로 분할하는 상기 제1 및 제2 도메인 분할부 중 어느 하나의 일부는 그 폭이 점진적으로 변하는 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
  15. 제14항에 있어서, 상기 컬러 필터 기판은 상기 컬러 필터 위에 형성된 공통 전극을 더 포함하고, 상기 제1 도메인 분할부는 상기 공통 전극의 일부 영역을 개구시켜 정의되는 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
  16. 제14항에 있어서, 상기 컬러 필터 기판은 상기 컬러 필터 위에 형성된 공통 전극을 더 포함하고, 상기 제1 도메인 분할부는 상기 공통 전극 위에 형성된 유기층에 의해 정의되는 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
  17. 제14항에 있어서, 상기 제2 도메인 분할부는 상기 화소 전극의 일부 영역을 개구시켜 정의되는 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
  18. 제14항에 있어서, 상기 제2 도메인 분할부는 상기 화소 전극 위에 형성된 유기층에 의해 정의되는 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
  19. 제14항에 있어서, 상기 액정층은 액정 분자를 포함하고, 상기 액정 분자는 전계가 인가되지 않은 상태에서 상기 컬러 필터 기판과 상기 어레이 기판에 대해 방향자가 수직으로 배향된 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
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