KR20050121173A - 표시판 및 이를 포함하는 다중 도메인 액정 표시 장치 - Google Patents

표시판 및 이를 포함하는 다중 도메인 액정 표시 장치 Download PDF

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KR20050121173A
KR20050121173A KR1020040088808A KR20040088808A KR20050121173A KR 20050121173 A KR20050121173 A KR 20050121173A KR 1020040088808 A KR1020040088808 A KR 1020040088808A KR 20040088808 A KR20040088808 A KR 20040088808A KR 20050121173 A KR20050121173 A KR 20050121173A
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최낙초
이창훈
유재진
손지원
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삼성전자주식회사
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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 대향 표시판을 가진다. 두 표시판 중 하나에는 액정 분자를 기울어지도록 배열하기 위해 선경사막이 형성되어 있으며, 이러한 선결사막은 제1 또는 제2 절개부를 중심으로 멀어질수록 점진적으로 얇아지는 두께를 가지는 테이퍼 구조를 취하고 있다.

Description

표시판 및 이를 포함하는 다중 도메인 액정 표시 장치 {PANEL AND MULTI-DOMAIN LIQUID CRYSTAL DISPLAY INCLUDING THE SAME}
본 발명은 표시판 및 이를 포함하는 액정 표시 장치에 관한 것으로서, 특히 광시야각을 얻기 위하여 화소를 복수의 도메인으로 분할하는 수직 배향 모드의 표시판 및 이를 포함하는 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.
그런데 돌기나 절개 패턴을 가지는 수직 배향 모드의 액정 표시 장치는 액정의 응답 속도를 줄이는데 있어서 한계가 있다. 그 원인 중의 하나는 구동 전압을 인가할 때, 도메인의 가장자리인 절개 패턴에 인접하게 배열되어 있는 액정 분자들은 프린지 필드에 의해 배향 방향이 결정되어 빠르게 재배열되지만, 도메인의 중앙에 배열되어 있는 액정 분자들은 도메인의 외곽에 배열된 액정 분자의 배열에 의한 밀림 또는 충돌에 의해 재배향이 결정되기 때문에 전체적으로 액정 분자의 응답 속도가 느려진다. 이러한 문제점을 해결하기 위해 절개 패턴을 좁은 간격으로 배치할 수 있지만, 화소의 개구율을 저하시키며, 이는 빛의 투과율이 감소시키는 원인으로 작용한다.
본 발명이 이루고자 하는 다른 기술적 과제는 화소의 투과율을 확보하면서 액정 분자의 액정의 응답 속도를 향상시킬 수 있는 표시판 및 이를 포함하는 액정 표시 장치를 제공하는 것이다.
이러한 과제를 해결하기 위하여 본 발명에서는 액정 분자가 초기에 임의의 방향으로 기울어지도록 선경사막이 형성되어 있다.
본 발명의 실시예에 따른 박막 트랜지스터 표시판은, 절연 기판, 절연 기판 위에 형성되어 있는 제1 신호선, 제1 신호선과 절연되어 교차하는 제2 신호선, 제1 신호선과 제2 신호선으로 둘러싸인 영역마다 형성되어 있으며 도메인 분할 수단인 절개부 또는 경계를 가지는 화소 전극, 제1 신호선, 제2 신호선 및 화소 전극에 3단자가 각각 전기적으로 연결되어 있는 박막 트랜지스터, 절개부 또는 경계에 대하여 양쪽 또는 한쪽으로 갈수록 점진적으로 얇은 두께를 가지는 테이퍼 구조로 이루어진 선경사막을 포함한다.
선경사막의 테이퍼 각은 1-10° 범위이고, 선경사막은 이중의 테이퍼 각을 가지는 테이퍼 구조를 이루어질 수 있다.
데이터선은 게이트선과 교차하는 교차부와 교차부에 연결되어 있는 굴곡부를 포함하고, 화소 전극은 데이터선의 굴곡부를 따라 굽어 있을 수 있다.
선경사막의 산의 서로 이웃하는 화소 전극 사이에 위치하며, 화소 전극의 중심에 가까울수록 점진적으로 두께가 얇아지는 것이 바람직하며, 선경사막은 화소 전극의 경계와 평행하여 갈매기 모양을 이룰 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 박막 트랜지스터 표시판은, 절연 기판, 절연 기판 위에 형성되어 있는 게이트선, 게이트선 위에 형성되어 있는 게이트 절연막, 게이트 절연막 위에 형성되어 있는 비정질 규소층, 비정질 규소층 또는 게이트 절연막 상부에 형성되어 있으며 소스 전극을 포함하는 데이터선, 비정질 규소층 또는 게이트 절연막 상부에 형성되어 있으며 소스 전극과 대향하는 드레인 전극, 데이터선 및 드레인 전극 위에 형성되어 있는 보호막, 보호막 위에 형성되어 있고 도메인 분할 수단인 절개부 또는 경계를 가지며 드레인 전극과 연결되어 있는 화소 전극, 보호막 상부에 형성되어 있으며, 도메인 분할 수단에 대하여 양쪽 또는 한쪽으로 갈수록 점진적으로 얇은 두께를 가지는 테이퍼 구조로 이루어진 선경사막을 포함한다.
선경사막의 테이퍼각은 1-10° 범위인 것이 바람직하고, 게이트선과 동일한 층에 위치하며, 화소 전극과 중첩하여 유지 용량을 형성하는 유지 전극선을 더 포함할 수 있다.
비정질 규소층은 데이터선의 하부까지 연장되어 있을 수 있으며, 데이터선 하부의 비정질 규소층은 데이터선과 동일한 평면 모양을 가질 수 있다.
도메인 분할 수단은 화소 전극의 상하 이등분선에 대하여 실질적으로 거울상 대칭을 이루며, 도메인 분할 수단은 게이트선과 45°를 이루는 것이 바람직하다. 데이터선은 게이트선과 교차하는 교차부와 교차부에 연결되어 있으며 게이트선에 대하여 ±45°사선부를 포함하는 것이 바람직하다.
화소 전극은 상기 데이터선의 사선부를 따라 굽어 있고, 선경사막의 산은 서로 이웃하는 화소 전극 사이에 위치하며, 화소 전극의 중심에 가까울수록 점진적으로 두께가 얇아지는 것이 바람직하다.
선경사막은 화소 전극의 경계와 평행하여 갈매기 모양을 이루는 것이 바람직하다.
본 발명의 실시예에 따른 대향 표시판은 다수의 화소를 가지는 절연 기판, 절연 기판 위에 전면적으로 형성되어 있는 대향 전극, 화소를 적어도 둘 이상으로 분할하는 도메인 분할 수단, 도메인 분할 수단에 대하여 양쪽 또는 한쪽으로 갈수록 점진적으로 얇은 두께를 가져 테이퍼 구조로 이루어진 선경사막을 포함한다.
선경사막의 테이퍼각은 1-10° 범위인 것이 바람직하고, 공통 전극의 절개부인 것이 바람직하다.
본 발명의 한 실시예에 따른 액정 표시 장치는, 제1 신호선, 제1 신호선과 절연되어 교차하는 제2 신호선, 제1 신호선과 제2 신호선으로 둘러싸인 영역마다 형성되어 있는 화소 전극, 제1 신호선, 제2 신호선, 화소 전극에 삼단자가 연결된 박막 트랜지스터를 가지는 제1 표시판과 화소 전극과 마주하는 공통 전극이 형성되어 있는 제2 표시판과 제1 표시판과 제2 표시판 사이에 형성되어 있는 액정층과 제1 절연 표시판과 상기 제2 절연 표시판 중의 적어도 일측에 형성되어 있으며, 상기 액정층의 액정 분자를 상기 화소에서 다수의 도메인으로 분할하는 다수의 도메인 분할 수단, 그리고 도메인 분할 수단에 대하여 양쪽 또는 한쪽으로 갈수록 점진적으로 얇거나 두꺼운 두께를 가지는 테이퍼 구조의 선경사막을 포함한다.
도메인 규제 수단은 화소 전극이 가지는 제1 도메인 규제 수단과 공통 전극이 가지는 제2 도메인 규제 수단을 포함하고, 제1 도메인 규제 수단과 제2 도메인 규제 수단은 교대로 배치되어 있는 것이 바람직하다.
도메인 규제 수단은 공통 전극 또는 화소 전극이 가지는 절개부 또는 절개부와 경계인 것이 바람직하며, 도메인 규제 수단은 제1 신호선에 대하여 실질적으로 ±45도를 이루는 것이 바람직하다.
도메인 규제 수단은 화소의 상하 이등분선에 대하여 실질적으로 반전 대칭을 이루며, 액정층의 액정 분자는 제1 및 제2 표시판에 대하여 장축이 수직으로 배열되어 있는 것이 바람직하다.
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 표시판 및 이를 포함하는 다중 도메인 액정 표시 장치에 대하여 설명한다.
도 1은 본 발명의 한 실시예에 따른 액정 표시 장치용 박막 트랜지스터 표시판의 구조를 도시한 배치도이고, 도 2는 본 발명의 한 실시예에 따른 액정 표시 장치용 공통 전극 표시판의 구조를 도시한 배치도이고, 도 3은 본 발명의 도 1 및 도 2의 표시판을 정렬하여 완성한 한 실시예에 따른 액정 표시 장치의 구조를 도시한 배치도이고, 도 4는 도 3의 액정 표시 장치를 IV-IV'선을 따라 잘라 도시한 단면도이다.
본 실시예에 따른 액정 표시 장치도 박막 트랜지스터 표시판(100), 공통 전극 표시판(200), 이들 두 표시판(100, 200) 사이에 삽입되어 있는 액정층(3)을 포함한다.
먼저, 도 1, 도 3 및 도 4를 참고로 하여 박막 트랜지스터 표시판(100)에 대하여 상세하게 설명한다.
절연 기판(110) 위에 게이트 신호를 전달하는 복수의 게이트선(gate line)(121)과 복수의 유지 전극선(storage electrodes lines)(131)이 형성되어 있다.
게이트선(121)은 주로 가로 방향으로 뻗어 있고 서로 분리되어 있으며, 게이트 신호를 전달한다. 각 게이트선(121)은 복수의 게이트 전극(gate electrode)(124)을 이루는 돌출부와 다른 층 또는 외부 장치의 접속을 위한 면적이 넓은 끝 부분을 가진다.
각 유지 전극선(131)은 주로 가로 방향으로 뻗어 있고 제1 내지 제4 유지 전극(133a, 133b, 133c, 133d)을 이루는 복수 벌의 가지 집합을 포함한다. 제1 유지 전극(133a)과 제2 유지 전극(133b)은 세로 방향으로 뻗어 있고, 제3 및 제4 유지 전극(133c, 133d)은 사선 방향으로 뻗어 있으며 제2 유지 전극(133b)의 양단에 연결되어 있다. 제3 및 제4 유지 전극(133c)은 인접한 두 게이트선(121) 사이의 중앙선에 대하여 반전 대칭을 이룬다. 유지 전극선(131)에는 액정 표시 장치의 공통 전극 표시판(200)의 공통 전극(270)에 인가되는 공통 전압 등 소정의 전압이 인가된다.
게이트선(121), 유지 전극선(131)은 알루미늄 계열 금속, 은 계열 금속, 구리 계열 금속, 몰리브덴 계열 금속, 크롬, 티타늄, 탄탈륨 따위로 이루어지는 것이 바람직하며, 단일막 구조를 가지거나 다층막 구조로 이루어질 수 있다. 다층막, 예를 들어 물리적 성질이 다른 두 개의 막, 즉 하부막과 그 위의 상부막을 포함할 수 있다. 하나의 도전막은 신호 지연이나 전압 강하를 줄일 수 있도록 낮은 비저항(resistivity)의 금속, 예를 들면 알루미늄(Al)이나 알루미늄 합금 등 알루미늄 계열의 금속, 은(Ag)이나 은 합금 등 은 계열의 금속, 구리(Cu)나 구리 합금 등 구리 계열의 금속으로 이루어질 수 있다. 이와는 달리, 다른 도전막은 다른 물질, 특히 ITO(indium tin oxide) 및 IZO(indium zinc oxide)와의 접촉 특성이 우수한 물질, 이를테면 크롬, 몰리브덴(Mo), 몰리브덴 합금, 탄탈륨(Ta), 또는 티타늄(Ti) 등으로 이루어질 수 있다. 두 도전막의 좋은 예로는 크롬/알루미늄-네오디뮴(Nd) 합금 또는 몰리브덴 또는 몰리브덴 합금/알루미늄 합금을 들 수 있다.
또한 게이트선(121) 및 유지 전극선(131)의 측면은 기판(110)의 표면에 대하여 경사져 있으며 그 경사각은 약 30-80°인 것이 바람직하다.
게이트선(121) 및 유지 전극선(131) 위에는 질화규소(SiNx) 따위로 이루어진 게이트 절연막(gate insulating layer)(140)이 형성되어 있다.
게이트 절연막(140) 상부에는 수소화 비정질 규소(hydrogenated amorphous silicon)(비정질 규소는 약칭 a-Si로 씀) 등으로 이루어진 복수의 선형 반도체(151)가 형성되어 있다. 각각의 선형 반도체(151)는 주로 세로 방향으로 뻗어 있으며, 이로부터 복수의 돌출부(154)가 게이트 전극(124)을 향하여 뻗어 나와 있다. 돌출부(154)는 게이트선(121) 및 유지 전극선(131)의 상부까지 확장되어 있다.
반도체(151)의 상부에는 실리사이드(silicide) 또는 인 따위의 n형 불순물이 고농도로 도핑되어 있는 n+ 수소화 비정질 규소 따위의 물질로 만들어진 복수의 선형 및 섬형 저항성 접촉 부재(ohmic contact)(161, 165)가 형성되어 있다. 선형 접촉 부재(161)는 복수의 돌출부(163)를 가지고 있으며, 이 돌출부(163)와 섬형 저항성 접촉 부재(165)는 쌍을 이루어 반도체(154) 위에 배치되어 있는데, 게이트 전극(124)을 중심으로 서로 마주한다.
반도체(151)와 저항성 접촉 부재(161, 165)의 측면 역시 기판(110)의 표면에 대하여 경사져 있으며 그 경사각은 30-80°인 것이 바람직하다.
저항 접촉 부재(161, 165) 및 게이트 절연막(140) 위에는 각각 복수의 데이터선(data line)(171)과 이로부터 분리되어 있는 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 다른 층 또는 외부 장치와의 접속을 위한 넓은 끝 부분(179)을 가지고 있다.
각각의 드레인 전극(175)은 넓은 폭으로 확장되어 있는 확장부를 포함한다. 데이터선(171) 각각은 복수의 돌출부를 포함하며, 이 돌출부는 반도체(154) 상부에 위치하는 드레인 전극(175)의 한쪽 끝 부분을 일부 둘러싸도록 휘어져 소스 전극(173)을 이룬다. 하나의 게이트 전극(124), 하나의 소스 전극(173) 및 하나의 드레인 전극(175)은 반도체의 돌출부(154)와 함께 하나의 박막 트랜지스터(thin film transistor, TFT)를 이루며, 박막 트랜지스터의 채널(channel)은 소스 전극(173)과 드레인 전극(175) 사이의 돌출부(154)에 형성된다.
데이터선(171) 및 드레인 전극(175)도 게이트선(121)을 이루는 도전 물질을 포함하고, 크롬 또는 몰리브덴 계열의 금속, 탄탈륨 및 티타늄 등 내화성 금속을 포함하는 것이 바람직하며, 내화성 금속 따위의 하부막(도시하지 않음)과 그 위에 위치한 저저항 물질의 상부막(도시하지 않음)으로 이루어진 다층막 구조를 가질 수 있다.
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.
저항성 접촉 부재(161, 165)는 그 하부의 반도체(151)와 그 상부의 데이터선(171) 및 드레인 전극(175) 사이에만 존재하며 접촉 저항을 낮추어 주는 역할을 한다. 선형의 반도체(151)는 소스 전극(173)과 드레인 전극(175) 사이를 비롯하여 데이터선(171) 및 드레인 전극(175)에 가리지 않고 노출된 부분을 가지고 있다.
데이터선(171) 및 드레인 전극(175)과 이들로 덮이지 않고 노출된 반도체(151) 부분의 위에는 보호막(passivation layer)(180)이 형성되어 있다. 보호막(180)은 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 등 4.0 이하의 저유전율 절연 물질, 또는 무기 물질인 질화 규소나 산화 규소 따위로 이루어진 것이 바람직하다.
보호막(180)에는 드레인 전극(175)의 확장부와 데이터선(171)의 끝 부분(179)을 각각 드러내는 복수의 접촉 구멍(contact hole)(182, 185)이 형성되어 있으며, 게이트 절연막(140)과 함께 게이트선(121)의 끝 부분(129) 및 유지 전극선(131)의 일부를 드러내는 복수의 접촉 구멍(181, 183a, 183b)이 형성되어 있다. 접촉 구멍(181, 182, 183a, 183b, 185)은 다각형 또는 원 모양 등 다양한 모양으로 만들어질 수 있다. 접촉 구멍(181, 182)의 면적은 약 0.5mm×15μm 이상, 약 2mm×60μm 이하인 것이 바람직하다. 접촉 구멍(181, 182, 183a, 183b, 185)의 측벽은 30° 내지 85°의 각도로 기울어져 있거나 계단형이다.
보호막(180) 위에는 ITO 또는 IZO로 이루어진 복수의 화소 전극(pixel electrode)(190), 유지 전극선 연결 다리(83) 및 복수의 접촉 보조 부재(contact assistant)(81, 82)가 형성되어 있다. 이와는 달리, 화소 전극(190)은 투명한 도전성 폴리머로 만들어질 수도 있고, 반사형 액정 표시 장치의 경우에는 화소 전극(190)이 불투명한 반사성 금속으로 만들어질 수도 있다. 이 경우, 접촉 보조 부재(81, 82)는 화소 전극(190)과 다른 물질, 예를 들면 ITO나 IZO로 만들어질 수 있다.
유지 전극선 연결 다리(83)는 게이트선(121)과 소스 전극(173)을 가로지르며, 접촉 구멍(183a, 183b)을 통하여 게이트선(121)을 사이에 두고 반대쪽에 위치하는 제1 유지 전극(133a)의 노출된 끝 부분과 유지 전극선(131)의 노출된 부분에 연결되어 있다. 유지 전극(133a, 133b)을 비롯한 유지 전극선(131)은 유지 전극선 연결 다리(83) 및 금속편(178)과 게이트선(121)이나 데이터선(171) 또는 박막 트랜지스터의 결함을 수리하는 데 사용할 수 있다. 게이트선(121)을 수리할 때에는 게이트선(121)과 유지 전극선 연결 다리(83)의 교차점을 레이저 조사하여 게이트선(121)과 유지 전극선 연결 다리(83)를 전기적으로 연결함으로써 게이트선(121)과 유지 전극선(131)을 전기적으로 연결시킨다. 이 때 금속편(178)은 게이트선(121)과 유지 배선 연결 다리(83)의 전기적 연결을 강화한다.
화소 전극(190)은 접촉 구멍(185)을 통하여 드레인 전극(175)과 물리적·전기적으로 연결되어 드레인 전극(175)으로부터 데이터 전압을 인가 받는다.
데이터 전압이 인가된 화소 전극(190)은 공통 전극(270)과 함께 전기장을 생성함으로써 액정층(3)의 액정 분자(310)를 재배열시킨다.
화소 전극(190)과 공통 전극(270)은 축전기[이하 “액정 축전기(liquid crystal capacitor)”라 함]를 이루어 박막 트랜지스터가 턴 오프된 후에도 인가된 전압을 유지하는데, 전압 유지 능력을 강화하기 위하여 액정 축전기와 병렬로 연결된 다른 축전기를 두며 이를 유지 축전기(storage electrode)라 한다. 유지 축전기는 화소 전극(190)과 유지 전극선(131)의 중첩 등으로 만들어지며, 유지 축전기의 정전 용량, 즉 유지 용량을 늘리기 위하여, 유지 전극선(131)에 유지 전극(133a, 133b, 133c)을 두고 화소 전극(190)에 연결된 드레인 전극(175)을 연장 및 확장시켜 중첩시킴으로써 단자 사이의 거리를 가깝게 하고 중첩 면적을 크게 한다.
각 화소 전극(190)은 왼쪽 모퉁이에서 모따기되어 있으며, 모따기된 빗변은 게이트선(121)에 대하여 약 45도의 각도를 이룬다.
화소 전극(190)은 중앙 절개부(91), 하부 절개부(92a) 및 상부 절개부(92b)를 가지며, 화소 전극(190)은 이들 절개부(91, 92a, 92b)에 의하여 복수의 영역으로 분할된다. 절개부(91, 92a, 92b)는 화소 전극을 게이트선(121)과 평행하게 이등분하는 가로 중심선에 대하여 거의 반전 대칭을 이루고 있다.
하부 및 상부 절개부(92a, 92b)는 대략 화소 전극의 오른쪽 변에서부터 왼쪽 변으로 비스듬하게 뻗어 있으며, 화소 전극의 가로 중심선에 대하여 하반면과 상반면에 각각 위치하고 있다. 하부 및 상부 절개부(92a, 92b)는 게이트선(121)에 대하여 약 45도의 각도를 이루며 서로 수직하게 뻗어 있다.
중앙 절개부(91)는 화소 전극(190)의 중앙에 배치되어 있으며 오른쪽 변 쪽에 입구를 가지고 있다. 중앙 절개부(91)의 입구는 하부 절개부(92a)와 상부 절개부(92b)에 각각 거의 평행한 한 쌍의 빗변을 가지고 있다.
따라서, 화소 전극의 하반면은 하부 절개부(92a)에 의하여 두 개의 영역으로 나누어지고, 상반면 또한 상부 절개부(92b)에 의하여 두 개의 영역으로 분할된다. 이 때, 영역의 수효 또는 절개부의 수효는 화소의 크기, 화소 전극의 가로변과 세로 변의 길이 비, 액정층(3)의 종류나 특성 등 설계 요소에 따라서 달라지며, 기울어진 방향도 달라질 수 있다.
접촉 보조 부재(81, 82)는 접촉 구멍(181, 182)을 통하여 각각 데이터선(171) 및 게이트선(121)의 끝 부분(129, 179)과 연결된다. 접촉 보조 부재(81, 82)는 데이터선(171) 및 게이트선(121)의 끝 부분(179, 129)과 외부 장치와의 접착성을 보완하고 이들을 보호하는 역할을 한다.
화소 전극(190)이 형성되어 있는 보호막(180)의 상부에는 테이퍼 구조로 이루어져 경사면을 가지며 절연 물질로 이루어진 선경사막(330)이 형성되어 있다. 이때, 수평면에 대하여 선경사막(330)의 경사면이 기울어진 경사각(θ)은 1-10° 범위인 것이 바람직하며, 절개부(91, 92a, 92b)를 중심으로 양쪽 또는 한쪽 방향으로 갈수록 점진적으로 얇은 두께를 가진다. 선경사막(330)은 적어도 절개부(91, 92a, 92b)의 경계와 평행한 두 경계와 화소 전극(190)의 변과 평행한 경계를 가지고 있어, 평행사변형 형태를 취하고 있다.
다음, 도 2 내지 도 4를 참고로 하여, 공통 전극 표시판(200)에 대하여 설명한다.
투명한 유리 등으로 이루어진 절연 기판(210) 위에 차광 부재(220)가 형성되어 있다. 차광 부재(220)는 화소 전극(190)과 마주보며 화소 전극(190)과 거의 동일한 모양을 가지는 복수의 개구부를 가지고 있으며, 게이트선(121) 및 데이터선(171)에 대응하는 부분과 박막 트랜지스터에 대응하는 부분으로 이루어지는 것이 바람직하다.
기판(210) 위에는 또한 복수의 색필터(230)가 형성되어 있으며 차광 부재(230)로 둘러싸인 영역 내에 대부분 위치한다. 색필터(230)는 화소 전극(190)을 따라서 세로 방향으로 길게 뻗을 수 있다. 색필터(230)는 적색, 녹색 및 청색 등의 원색 중 하나를 표시할 수 있다.
색필터(230)의 위에는 덮개막(250)이 형성되어 있다.
덮개막(250)의 위에는 ITO, IZO 등의 투명한 도전체 따위로 이루어진 공통 전극(270)이 형성되어 있다.
공통 전극(270)은 복수 벌의 절개부(71, 72a, 72b) 집합을 가진다.
한 벌의 절개부(71, 72a, 72b)는 하나의 화소 전극(190a, 190b)과 마주 보며 중앙 절개부(71), 하부 절개부(72a) 및 상부 절개부(72b)를 포함한다. 절개부(71, 72a, 72b) 각각은 화소 전극(190a, 190b)의 인접 절개부(91, 92a, 92b) 사이 또는 절개부(92a, 92b)와 제1 화소 전극(190a)의 모따기된 빗변 사이에 배치되어 있다. 또한, 각 절개부(71, 72a, 72b)는 화소 전극의 하부 절개부(92a) 또는 상부 절개부(92b)와 평행하게 뻗은 적어도 하나의 사선부를 포함한다.
하부 및 상부 절개부(72a, 2b) 각각은 대략 화소 전극의 왼쪽 변에서 위쪽 또는 아래쪽 변을 향하여 뻗은 사선부, 그리고 사선부의 각 끝에서부터 화소 전극의 변을 따라 변과 중첩하면서 뻗으며 사선부와 둔각을 이루는 가로부 및 세로부를 포함한다.
중앙 절개부(71)는 대략 화소 전극의 왼쪽 변에서부터 가로 방향으로 뻗은 중앙 가로부, 이 중앙 가로부의 끝에서 중앙 가로부와 빗각을 이루며 화소 전극의 오른쪽 변을 향하여 뻗은 한 쌍의 사선부, 그리고 사선부의 각 끝에서부터 화소 전극의 오른쪽 변을 따라 오른쪽 변과 중첩하면서 뻗으며 사선부와 둔각을 이루는 종단 세로부를 포함한다.
절개부(71, 72a, 72b)의 수효 및 방향 또한 설계 요소에 따라 달라질 수 있으며, 차광 부재(220)가 절개부(71, 72a, 72b)와 중첩하여 절개부(71, 72a, 72b) 부근의 빛샘을 차단할 수 있다.
표시판(100, 200)의 안쪽 면에는 수직 배향막(11, 21)이 도포되어 있고, 바깥쪽 면에는 편광판(12, 22)이 구비되어 있다. 두 편광판의 투과축은 직교하며 이중 한 투과축은 게이트선(121)에 대하여 나란하다. 반사형 액정 표시 장치의 경우에는 두 개의 편광판(12, 22) 중 하나가 생략될 수 있다.
표시판(100, 200)과 편광자(12, 22)의 사이에는 각각 액정층(3)의 지연값을 보상하기 위한 위상 지연 필름(retardation film)이 낄 수 있다. 위상 지연 필름은 복굴절성(birefringce)을 가지며 액정층(3)의 복굴절성을 역으로 보상하는 역할을 한다. 지연 필름으로는 일축성 또는 이축성 광학 필름을 사용할 수 있으며, 특히 음성(negative) 일축성 광학 필름을 사용할 수 있다.
액정 표시 장치는 또한 편광자(12, 22), 위상 지연 필름, 표시판(100, 200) 및 액정층(3)에 빛을 공급하는 조명부(backlight unit)를 포함할 수 있다.
액정층(3)은 음의 유전율 이방성을 가지며, 액정층(3)의 액정 분자(310)는 전계가 없는 상태에서 그 장축이 두 표시판의 표면에 대하여 수직을 이루도록 배향되어 있다. 따라서 입사광은 직교 편광자(12, 22)를 통과하지 못하고 차단된다.
배향막(11, 21)은 수평 배향막일 수 있다.
박막 트랜지스터 표시판(100)과 공통 전극 표시판(200) 사이에는 절연 물질로 이루어져 있으며, 두 표시판(100, 200)의 간격을 일정하게 유지하기 위한 기판 간격재(320)가 형성되어 있다.
이때, 선경사막(310)은 기판 간격재(330)와 동일한 층으로 이루어질 수 있으며, 보호막(180)과 일체로 이루어질 수 있다.
한편, 액정 분자(310)들의 경사 방향과 편광자(12, 22)의 투과축이 45도를 이루면 최고 휘도를 얻을 수 있는데, 본 실시예의 경우 모든 도메인에서 액정 분자(310)들의 경사 방향이 게이트선(121)과 45°의 각을 이루며 게이트선(121)은 표시판(100, 200)의 가장자리와 수직 또는 수평이다. 따라서 본 실시예의 경우 편광자(12, 22)의 투과축을 표시판(100, 200)의 가장자리에 대하여 수직 또는 평행이 되도록 부착하면 최고 휘도를 얻을 수 있을 뿐 아니라 편광자(12, 22)를 저렴하게 제조할 수 있다.
공통 전극(270)에 공통 전압을 인가하고 화소 전극(190)에 데이터 전압을 인가하면 표시판의 표면에 거의 수직인 주 전계(primary electric field)가 생성된다. 액정 분자(310)들은 전계에 응답하여 그 장축이 전계의 방향에 수직을 이루도록 방향을 바꾸고자 한다. 한편, 공통 전극(270) 및 화소 전극(190)의 절개부(71, 72a, 72b, 91, 92a, 92b)와 이들과 평행한 화소 전극(190)의 변은 주 전계를 왜곡하여 액정 분자들의 경사 방향을 결정하는 수평 성분을 만들어낸다. 주 전계의 수평 성분은 절개부(71, 72a, 72b, 91, 92a, 92b)의 변과 화소 전극(190)의 변에 수직이다. 또한 절개부(71, 72a, 72b, 91, 92a, 92b)의 마주보는 두 변에서의 주 전계의 수평 성분은 서로 반대 방향이다.
이러한 전계를 통하여 절개부(71, 72a, 72b, 91, 92a, 92b)는 액정층(3)의 액정 분자가 기울어지는 방향을 제어한다. 인접하는 절개부(71, 72a, 76b, 91, 92a, 92b)에 의하여 정의되거나 절개부(72a, 72b)와 제1 화소 전극(190a)의 왼쪽 빗변에 의하여 정의되는 각 도메인 내에 있는 액정 분자는 절개부(71, 72a, 72b, 91, 92a, 92b)의 길이 방향에 대하여 수직을 이루는 방향으로 기울어진다. 각 도메인의 가장 긴 변 2개는 거의 나란하고 게이트선(121)과 약 ±45도를 이루며, 도메인 내에서 액정 분자 대부분은 4방향으로 기울어진다.
이때, 전계가 가해지지 않은 상태에서도 테이퍼 구조의 선경사막(310)에 의해 액정 분자들은 임의의 방향으로 기울기를 가지게 된다. 즉, 액정 분자(310) 중 도메인의 내부에 위치하는 액정 분자(310)들도 선경사막(310)의 기울기에 의해 유도된 기울어진 배향력 및 선경사막(310)의 두께 차이에 기인된 셀 갭 차에 의한 등전위선의 변화 등의 영향으로 도메인이 분할되는 방향으로 선경사각을 가지고 눕게 된다. 공통 전극(270)과 화소 전극(190)에 전압을 인가했을 때, 절개부(91, 92a, 92b, 71, 72a, 72a)에 인접하지 않은 액정 분자(310)들도 눕는 방향이 결정되어 전체적으로 액정 분자(310)들은 빠르게 구동되어 액정 분자(310)의 응답 속도가 빨라진다.
절개부(91, 92a, 92b, 71, 72a, 72b)의 너비는 약 9μm 내지 약 12μm인 것이 바람직하다.
적어도 하나의 절개부(91, 92a, 92b, 71, 72a, 72b)는 돌기(protrusion)(도시하지 않음)나 함몰부(depression)(도시하지 않음)로 대체할 수 있다. 돌기는 유기물 또는 무기물로 만들어질 수 있고 전계 생성 전극(190, 270)의 위 또는 아래에 배치될 수 있으며 그 너비는 약 5μm 내지 약 10μm인 것이 바람직하다.
화소 전극(190) 절개부(91, 92a, 92b)의 경계에서 이와 인접한 공통 전극(270) 절개부(71, 72a, 72b)의 경계까지의 간격과 화소 전극의 경계에서 이와 인접한 공통 전극(270) 절개부(71, 72a, 72b)의 경계까지의 간격은 약 12㎛ 내지 약 20㎛인 것이 바람직하며, 약 17㎛에서 약 19㎛ 범위인 것이 더욱 바람직하다. 이와 같은 범위로 간격을 정하였더니 개구율은 감소하였지만 액정의 응답 속도가 빨라져 필요한 투과율을 확보할 수 있었다.
한편 전기장은 전극(270)의 절개부와 화소 전극(190)의 변으로 인하여 절개부의 변과 화소 전극(190a, 190b)의 변에 수직인 수평 성분을 가진다. 따라서 각 부영역의 액정 분자(310)들의 경사 ??향은 서로 다르고 이에 따라 시야각이 확장된다.
절개부(91, 92a, 92b, 71, 72a, 72b)의 모양 및 배치는 변형될 수 있다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 박막 트랜지스터 표시판을 포함하는 액정 표시 장치의 배치도이고, 도 6은 도 5의 액정 표시 장치를 VI-VI' 선을 따라 잘라 도시한 단면도이다.
본 실시예에 따른 액정 표시 장치도 박막 트랜지스터 표시판(100), 공통 전극 표시판(200), 이들 두 표시판(100, 200) 사이에 삽입되어 있는 액정층(3), 두 표시판(100, 200)의 바깥 면에 부착되어 있는 한 쌍의 편광자(12, 22)를 포함한다.
본 실시예에 따른 표시판(100, 200)의 층상 구조는 도 1 내지 도 4와 거의 동일하다.
박막 트랜지스터 표시판(100)에 대하여 설명하자면, 게이트 전극(124)을 포함하는 복수의 게이트선(121) 및 제1 내지 제4 유지 전극(133a, 133b, 133c, 133d)을 각각 포함하는 복수의 유지 전극선(131)이 기판(110) 위에 형성되어 있고, 그 위에 게이트 절연막(140), 돌출부(154)를 포함하는 선형 반도체(151) 및 돌출부(163)를 포함하는 복수의 선형 저항성 접촉 부재(161) 및 복수의 섬형 저항성 접촉 부재(165)가 차례로 형성되어 있다. 소스 전극(173)을 포함하는 복수의 데이터선(171), 복수의 드레인 전극(175) 및 복수의 금속편(178)이 저항성 접촉 부재(161, 165) 위에 형성되어 있고, 보호막(180)이 그 위에 형성되어 있으며, 보호막(180) 및 게이트 절연막(140)에는 복수의 접촉 구멍(181, 182, 183a, 183b, 185)이 형성되어 있다. 보호막(180) 위에는 복수의 화소 전극(190), 유지 전극선 연결 다리(83) 및 복수의 접촉 보조 부재(81, 82)가 형성되어 있고, 그 위에는 배향막(11)이 도포되어 있다.
공통 전극 표시판(200)에 대하여 설명하자면, 차광 부재(220), 복수의 색필터(230), 덮개막(250), 공통 전극(270) 및 배향막(21)이 절연 기판(210) 위에 형성되어 있다.
그러나, 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. 구체적으로는, 선형 반도체(151)는 데이터선(171) 및 드레인 전극(175)과 그 하부의 저항성 접촉 부재(161, 165)의 아래에 존재하는 부분 외에도 소스 전극(173)과 드레인 전극(175) 사이에 이들에 가리지 않고 노출된 부분을 가지고 있다.
또한, 박막 트랜지스터 표시판(100)에는 선경사막이 없으며, 대향 표시판(200)에 공통 전극(270)이 형성되어 있는 평탄화막(250)의 상부에는 테이퍼 구조로 이루어져 경사면을 가지며 절연 물질로 이루어진 선경사막(330)이 형성되어 있다. 이때, 수평면에 대하여 선경사막(330)의 경사면이 기울어진 경사각(θ)은 1-10° 범위인 것이 바람직하며, 선경사막(330)은 공통 전극(270)의 절개부(71, 72a, 72b)를 중심으로 양쪽 또는 한쪽 방향으로 갈수록 점진적으로 얇은 두께를 가진다.
이러한 본 발명의 다른 실시예에 따른 액정 표시 장치의 박막 트랜지스터 표시판은 제조 공정에서 데이터선(171)과 반도체(151)를 부분적으로 위치에 따라 다른 두께를 가지는 감광막 패턴을 이용한 사진 식각 공정으로 함께 패터닝하여 형성한 것이다.
이러한 사진 공정에서 사용하는 감광막 패턴은 위치에 따라 두께가 다르며, 위치에 따라 감광막 패턴의 두께를 달리하는 방법으로 여러 가지가 있을 수 있는데, 예를 들면 광마스크에 투명 영역(transparent area) 및 차광 영역(light blocking area) 외에 반투명 영역(translucent area)을 두는 방법이 있다. 반투명 영역에는 슬릿(slit) 패턴, 격자 패턴(lattice pattern) 또는 투과율이 중간이거나 두께가 중간인 박막이 구비된다. 슬릿 패턴을 사용할 때에는, 슬릿의 폭이나 슬릿 사이의 간격이 사진 공정에 사용하는 노광기의 분해능(resolution)보다 작은 것이 바람직하다. 다른 예로는 리플로우가 가능한 감광막을 사용하는 방법이 있다. 즉, 투명 영역과 차광 영역만을 지닌 통상의 노광 마스크로 리플로우 가능한 감광막 패턴을 형성한 다음 리플로우시켜 감광막이 잔류하지 않은 영역으로 흘러내리도록 함으로써 얇은 부분을 형성하는 것이다. 이와 같이 하면 한 번의 사진 공정을 줄일 수 있으므로 제조 방법이 간단해진다.
도 7은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 박막 트랜지스터 표시판을 포함하는 액정 표시 장치의 구조를 도시한 배치도이고, 도 8은 도 7의 액정 표시 장치를 VIII-VIII' 선을 따라 절단한 단면도이다.
본 실시예에 따른 액정 표시 장치도 박막 트랜지스터 표시판(100), 공통 전극 표시판(200), 이들 두 표시판(100, 200) 사이에 삽입되어 있는 액정층(3), 두 표시판(100, 200)의 바깥 면에 부착되어 있는 한 쌍의 편광자(12, 22)를 포함한다.
본 실시예에 따른 표시판(100, 200)의 층상 구조는 도 1 내지 도 4와 거의 동일하다.
박막 트랜지스터 표시판(100)에 대하여 설명하자면, 게이트 전극(124)을 포함하는 복수의 게이트선(121) 및 제1 내지 제4 유지 전극(133a, 133b, 133c, 133d)을 각각 포함하는 복수의 유지 전극선(131)이 기판(110) 위에 형성되어 있고, 그 위에 게이트 절연막(140), 돌출부(154)를 포함하는 선형 반도체(151) 및 돌출부(163)를 포함하는 복수의 선형 저항성 접촉 부재(161) 및 복수의 섬형 저항성 접촉 부재(165)가 차례로 형성되어 있다. 소스 전극(173)을 포함하는 복수의 데이터선(171), 복수의 드레인 전극(175) 및 복수의 금속편(178)이 저항성 접촉 부재(161, 165) 위에 형성되어 있고, 이중 구조의 보호막(180)이 그 위에 형성되어 있으며, 보호막(180) 및 게이트 절연막(140)에는 복수의 접촉 구멍(181, 182, 183a, 183b, 185)이 형성되어 있다. 보호막(180) 위에는 복수의 화소 전극(190), 유지 전극선 연결 다리(83) 및 복수의 접촉 보조 부재(81, 82)가 형성되어 있고, 그 위에는 배향막(11)이 도포되어 있다.
공통 전극 표시판(200)에 대하여 설명하자면, 차광 부재(220), 덮개막(250), 공통 전극(270) 및 배향막(21)이 절연 기판(210) 위에 형성되어 있다.
하지만, 보호막(180)의 하부에는 색 필터(230)가 화소에 순차적으로 형성되어 있다. 색 필터(230)는 각각 데이터선(171) 상부에 경계를 두고 있으며 열을 따라 세로로 길게 형성되어 있으며, 서로 이웃하는 색 필터가 데이터선(171) 위에서 서로 부분적으로 중첩되어 있어서 데이터선(171) 위에서 언덕을 이룰 수 있다. 이때, 서로 중첩되어 있는 색 필터(230R, 230G, 230B)는 서로 이웃하는 화소 영역 사이에서 누설되는 빛을 차단하는 차광 부재의 기능을 가질 수 있다. 따라서, 본 실시예에 따른 액정 표시 장치에서는 공통 전극 표시판(200)에 차광 부재(220)가 생략하여 공통 전극(270)만 배치될 수 있다.
통상적으로 본 발명의 적용하지 않은 수직 배향 모드의 액정 표시 장치는 21-25ms 정도의 액정 분자의 응답 속도를 가지는데, 영상 등의 동화상 표시에서는 1초간에 60매(60 프레임)의 화상이 표시해야 하기 때문에 적어도 응답 속도는 16m 초 보다 빠른 것이 요구된다. 액정의 응답 속도는 크게 라이징 타임(rising time)과 폴링 타임(falling time)으로 구분되며, 전자는 두 표시판(100, 200)에 형성된 각각의 전극(190, 270)에 전압이 걸리지 않은 상태에서 가장 큰 전압을 걸었을 때 액정이 반응하는 응답 시간이고, 후자는 가장 큰 전압을 인가한 상태에서 가장 낮은 전압 걸었을 때 액정이 반응하는 응답 시간, 즉 액정 분자가 원래의 상태로 되돌아가는 시간이다. 이때, 수직 배향 모드의 액정 표시 장치에서 폴링 타임은 5-6ms 정도까지 얻을 수 있어, 라이징 타임을 9-10ms 이내의 범위로 얻을 수 있다면, 동영상 구현이 가능한 16ms 이하의 빠른 액정의 응답 속도를 구현할 수 있으며, 본 발명의 구성을 통하여 이를 구현하였으며, 실험예를 통하여 구체적으로 설명하기로 한다.
도 9는 본 발명의 실험예에 따른 액정 표시 장치의 응답 속도를 나타낸 표이다. 도 9에서 "#1", "#4" 및 "#6#"은 각각 선경사막(310)의 각각 경사각(θ)이 1.9°, 1.8°, 1.1°인 경우를 나타낸 것이고, "Cell gap"는 두 표시판(100, 200) 사이의 간격이며, "Tr"은 라이징 타임이고, "Tf"는 폴링 타임이고, "Ttot"는 라이징 타임과 폴링 타임을 합한 액정의 응당 속도이고, Vw는 밝은 색을 표시하였을 때의 구동 전압이며, "Vb"는 어두운 색을 표시하였을 때의 구동 전압이다.
도 9에서 보는 바와 같이, 본 발명의 실험예에서는 응답 속도가 16ms 이하의 범위로 13.95ms, 14.88ms 및 15.34ms로 측정되어, 동영상을 구현할 수 있었다. 이때, 도면에서 보는 바와 같이, 선경사막의 경사각이 증가할수록 라이징 타임(Tr) 및 응답 속도(Ttot)가 빨라지는 것을 알 수 있다.
다음은, 선경사막을 가지는 본 발명의 실시예에 따른 액정 표시 장치용 표시판의 제조 방법에 대하여 도면을 참조하여 구체적으로 설명하기로 한다. 여기서는 공통 전극 표시판의 제조 방법을 예로 설명하기로 한다.
도 10은 본 발명의 실시예에 따른 액정 표시 장치용 공통 전극 표시판의 제조 방법에서 선경사막과 마스크의 정렬 상태를 도시한 단면도이고, 도 11은 본 발명의 실시예에 따른 액정 표시 장치용 공통 전극 표시판의 제조 방법에서 선경사막과 마스크의 정렬 상태에서 마스크의 슬릿 모양을 구체적으로 도시한 도면이다.
우선, 도 10에서 보는 바와 같이, 상부 절연 기판(210) 위에 화소 전극(190)에 대응하는 부분에 개구부를 가지는 차광 부재(220)를 형성한다. 이러한 차광 부재(220)는 검은색 안료를 포함하는 유기물을 형성하거나 크롬 또는 산화 크롬 등의 금속을 적층한 다음 마스크를 이용한 사진 식각 공정으로 패터닝하여 형성한다.
이어, 상부 절연 기판(210)의 상부에 가장자리 일부가 차광 부재(220)와 중첩하여 색 필터(230)를 형성한다. 이때, 색 필터(230)는 각각의 화소에 순차적으로 배치되어 있는 적색, 녹색, 청색의 색필터를 포함하는데, 각각의 색필터는 적색, 녹색, 청색의 안료를 포함하는 음성의 감광성 유기막을 도포한 다음 사진 공정으로 유기막을 노광하고 현상하여 순차적으로 형성한다.
이어, 색 필터(230) 및 차광 부재(220)를 보호하기 위해 그 상부에 질화 규소 또는 산화 규소 등과 같은 절연 물질 또는 유기 절연 물질을 형성하여 덮개막(250)을 형성한 다음, ITO 또는 IZO 등과 같은 투명한 도전 물질을 적층하고 마스크를 이용한 사진 식각 공정으로 패터닝하여 절개부(71, 72a, 72b)를 가지는 공통 전극(270)을 형성한다.
이어, 공통 전극(270)이 형성되어 있는 덮개막(250)의 상부에 절연 물질인 양성의 감광성 유기막을 형성한 다음, 마스크(400)를 이용하여 유기막을 노광하고 현상하여 중앙에서 가장자리에 이르기까지 점진적으로 얇아지는 두께를 가지는 테이퍼 구조의 선경사막(310)을 형성한다. 유기막을 선택적으로 노광하기 위해 마스크(400)는 빛의 대부분을 투과시키는 투과 영역(C)과 빛의 일부분만 투과시키는 반투과 영역(A, B)을 포함한다. 반투과 영역(A, B)에는 빛의 투과율을 조절하기 위해 다수의 슬릿이 형성되어 있으며, 슬릿(420) 및 슬릿(420)을 정의하는 차광막(410)의 폭 또는 간격은 노광시 사용하는 노광기의 분해능보다 작은 것이 바람직하다. 이때, 마스크(400)의 반투과 영역(A, B)은 선경사막(310)의 중앙에서부터 선경사막의 양쪽 가장자리에 이르기까지 순차적으로 높은 투과도를 가진다. 여기서, A 영역에서는 슬릿(420)을 정의하는 차광막(410)의 폭이 1.0-2.5㎛ 범위에서 일정하고 슬릿(420)은 A 영역의 중심에서부터 양쪽 가장자리에 이르기까지 순차적으로 증가하는 폭을 가지며, B 영역에서는 슬릿(420)의 폭은 1.0-2.5㎛ 범위에서 일정하고 차광막(410)은 A 영역으로부터 멀어질수록 감소하는 폭을 가진다. 이러한 본 실시예에 따른 마스크(400)를 이용하여 본 실시예에 따른 액정 표시 장치용 표시판의 제조 방법에서는 선경사막(310)의 경사면이 하나의 경사각을 가지도록 형성할 수 있었으며, 균일하고 재현성을 유지할 수 있는 제조 공정을 진행하여 공정 마진을 확보할 수 있었다. 이때, 선경사막(310) 중에서 가장 두꺼운 부분은 두께는 화소의 투과율을 고려하여 1.5 ㎛이하인 것이 바람직하며, 선경사막(310)의 단면 폭은 도메인의 폭에 따라 변경되며, 기판(210) 면에 대하여 선경사막(310)의 경사면이 기울어진 경사각은 1.2-3.0° 범위인 것이 바람직하다.
도 12는 본 발명의 다른 실시예에 따른 액정 표시 장치에서 선경사막의 구조를 도시한 단면도이다.
도 12에서 보는 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 액정 표시 장치에서 선경사막(330)은 중앙에서부터 가장자리에 이르기까지 점진적으로 얇은 두께를 가진다. 이때, 앞의 실시예와 달리 선경사막(330)의 가장자리는 이중의 경사각(α, β)을 가지는 테이퍼 구조로 이루어져 있다. 이때, 이중의 테이퍼 구조에서 하부 경사각(α)은 10° 이하인 것이 바람직하고, 상부 경사각(β)은 5° 이하인 것이 바람직하다.
도 13은 본 발명의 다른 실시예에 따른 액정 표시 장치용 박막 트랜지스터 표시판의 배치도이고, 도 14는 본 발명의 다른 실시예에 따른 액정 표시 장치용 공통 전극 표시판의 배치도이고, 도 15는 도 13에 도시한 박막 트랜지스터 표시판과 도 14에 도시한 공통 전극 표시판을 포함하는 액정 표시 장치의 배치도이고, 도 16 도 15의 액정 표시 장치를 XVI-XVI' 선을 따라 잘라 도시한 단면도이고, 도 17 도 15의 액정 표시 장치를 XVII-XVII' 선 및 XVII'-XVII'' 선을 따라 잘라 도시한 단면도이다.
본 실시예에 따른 액정 표시 장치는 박막 트랜지스터 표시판(100)과 이와 마주보고 있는 공통 전극 표시판(200) 및 이들 두 표시판(100, 200) 사이에 들어 있는 액정층(3)을 포함한다.
먼저, 도 13, 도 15 내지 도 17을 참고로 하여 박막 트랜지스터 표시판(100)에 대하여 상세히 설명한다.
절연 기판(110) 위에 복수의 게이트선(gate line)(121)과 복수의 유지 전극선(storage electrode lines)(131)이 형성되어 있다.
게이트선(121)은 주로 가로 방향으로 뻗어 있고 서로 분리되어 있으며, 게이트 신호를 전달한다. 각 게이트선(121)은 복수의 게이트 전극(gate electrode)(124)을 이루는 복수의 돌출부와 다른 층 또는 외부 장치의 접속을 위한 면적이 넓은 끝 부분(129)을 포함한다. 게이트선(121)에 게이트 신호를 인가하는 게이트 구동 회로(도시하지 않음)가 박막 트랜지스터 표시판(100)에 집적되는 경우에는 면적이 넓은 끝 부분(129)을 두지 않고 게이트선(121)을 게이트 구동 회로와 직접 연결할 수 있다.
각각의 유지 전극선(131)은 주로 가로 방향으로 뻗어 있으며, 유지 전극(135)을 이루는 복수의 돌출부를 포함한다. 유지 전극(135)은 마름모꼴 또는 약 45°로 회전한 직사각형이며 게이트선(121) 부근에 위치하고 있다. 유지 전극선(131)에는 액정 표시 장치의 공통 전극 표시판(200)의 공통 전극(common electrode)(270)에 인가되는 공통 전압(common voltage) 따위의 소정의 전압이 인가된다.
게이트선(121)과 유지 전극선(131)은 물리적 성질이 다른 두 개의 막, 즉 하부막과 그 위의 상부막을 포함한다. 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 금속, 은(Ag)이나 은 합금 등 은 계열의 금속, 구리(Cu)나 구리 합금 등 구리 계열의 금속으로 이루어질 수 있다. 이와는 달리, 하부막은 다른 물질, 특히 ITO(indium tin oxide) 및 IZO(indium zinc oxide)와의 물리적, 화학적, 전기적 접촉 특성이 우수한 물질, 이를테면 크롬(Cr), 몰리브덴(Mo), 몰리브덴 합금, 탄탈륨(Ta), 또는 티타늄(Ti) 등으로 이루어질 수 있다. 하부막과 상부막의 조합의 좋은 예로는 크롬/알루미늄-네오디뮴(Nd) 합금을 들 수 있다. 도 16 및 도 17에서, 게이트 전극(124)의 하부막 및 상부막은 각각 도면 부호 124p 및 124q로 나타내었고, 게이트선(121)의 끝 부분(129)의 하부막과 상부막은 각각 도면 부호 129p 및 129q로 나타내었으며, 유지 전극(135)의 하부막 및 상부막은 각각 도면 부호 135p 및 135q로 나타내었다. 게이트선(121)의 끝 부분(129)의 상부막(129q)의 일부는 제거되어 그 아래의 하부막(129p) 부분을 드러낸다.
게이트선(121) 및 유지 전극선(131)은 단일막 구조를 가지거나 세 층 이상을 포함할 수 있다.
또한 게이트선(121)과 유지 전극선(131)의 측면은 기판(110)의 표면에 대하여 경사져 있으며 그 경사각은 약 30-80°인 것이 바람직하다.
게이트선(121)과 유지 전극선(131) 위에는 질화규소(SiNx) 따위로 이루어진 게이트 절연막(gate insulating layer)(140)이 형성되어 있다.
게이트 절연막(140) 상부에는 수소화 비정질 규소(hydrogenated amorphous silicon)(비정질 규소는 약칭 a-Si로 씀) 또는 다결정 규소 등으로 이루어진 복수의 선형 반도체(151)가 형성되어 있다. 각각의 선형 반도체(151)는 주로 세로 방향으로 뻗어 있으며 주기적으로 구부러져 있다. 선형 반도체(151) 각각은 게이트 전극(124)을 향하여 뻗은 복수의 돌출부(154)를 포함한다.
반도체(151)의 상부에는 실리사이드(silicide) 또는 n형 불순물이 고농도로 도핑되어 있는 n+ 수소화 비정질 규소 따위의 물질로 만들어진 복수의 선형 및 섬형 저항성 접촉 부재(ohmic contact)(161, 165)가 형성되어 있다. 선형 저항성 접촉 부재(161) 각각은 복수의 돌출부(163)를 가지고 있으며, 이 돌출부(163)와 섬형 저항성 접촉 부재(165)는 쌍을 이루어 반도체(151)의 돌출부(154) 위에 배치되어 있다.
선형 반도체(151)와 저항성 접촉 부재(161, 165)의 측면 역시 기판(110)의 표면에 대하여 경사져 있으며 그 경사각은 30-80°인 것이 바람직하다.
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 다른 층 또는 외부 장치와의 접속을 위한 넓은 끝 부분(179)을 가지고 있으며, 복수 쌍의 사선부(oblique portion)와 복수의 세로부(longitudinal portion)를 포함하며 주기적으로 굽어 있다. 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 약 1:1 내지 약 9:1 사이이다. 즉, 한 쌍의 사선부와 하나의 세로부 전체 길이에서 한 쌍의 사선부가 차지하는 비율이 약 50%에서 약 90% 사이이다. 데이터선(171)에서 인접한 두 세로부 사이의 부분이 두 번 이상 꺾어지도록 한 쌍의 사선부 대신 세 개 이상의 사선부를 둘 수도 있다.
각 드레인 전극(175)은 하나의 유지 전극(135)과 중첩하는 직사각형 또는 마름모꼴 확장부를 포함한다. 드레인 전극(175)의 확장부의 변은 유지 전극(135)의 변과 실질적으로 평행하다. 데이터선(171)의 세로부 각각은 복수의 돌출부를 포함하며, 이 돌출부를 포함하는 세로부가 드레인 전극(175)의 확장부 반대 쪽 끝 부분을 일부 둘러싸는 소스 전극(173)을 이룬다. 하나의 게이트 전극(124), 하나의 소스 전극(173) 및 하나의 드레인 전극(175)은 반도체(151)의 돌출부(154)와 함께 하나의 박막 트랜지스터(thin film transistor, TFT)를 이루며, 박막 트랜지스터의 채널(channel)은 소스 전극(173)과 드레인 전극(175) 사이의 돌출부(154)에 형성된다.
데이터선(171) 및 드레인 전극(175) 또한 몰리브덴, 몰리브덴 합금, 크롬, 탄탈륨, 티타늄 따위의 하부막(171p, 175p)과 그 위에 위치한 알루미늄 계열 금속, 은 계열 금속, 구리 계열 금속 따위의 상부막(171q, 175q)으로 이루어진다. 도 15 및 도 16에서, 소스 전극(173)의 하부막 및 상부막은 각각 도면 부호 173p 및 173q로 나타내었고, 데이터선(171)의 끝 부분(179)의 하부막 및 상부막은 각각 도면 부호 179p 및 179q로 나타내었다. 드레인 전극(175)과 데이터선(171)의 끝 부분(179)의 상부막(175q, 179q) 일부는 제거되어 그 아래의 하부막(175p, 179p) 부분을 드러낸다.
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.
저항성 접촉 부재(161, 165)는 그 하부의 반도체(151)와 그 상부의 데이터선(171) 및 드레인 전극(175) 사이에만 존재하며 접촉 저항을 낮추어 주는 역할을 한다.
데이터선(171) 및 드레인 전극(175)과 이들로 덮이지 않고 노출된 반도체(151) 부분의 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, 또는 무기 물질인 질화규소나 산화규소 따위로 이루어진 보호막(passivation layer)(180)이 형성되어 있다. 보호막(180)은 반도체(151)의 채널부가 유기물과 직접 닿지 않도록 하부 무기막과 상부 유기막의 이중막 구조를 가질 수 있다.
보호막(180)에는 데이터선(171)의 끝 부분(179)과 드레인 전극(175)을 각각 드러내는 복수의 접촉 구멍(contact hole)(182, 185)이 형성되어 있으며, 보호막(180)과 게이트 절연막(140)에는 게이트선(121)의 끝 부분(129)을 드러내는 복수의 접촉 구멍(181)이 형성되어 있다. 앞서 설명한 하부막(129p, 179p, 175p)의 노출된 부분은 각각 접촉 구멍(181, 182, 185)을 통하여 노출되어 있다. 접촉 구멍(181, 182, 185)은 다각형 또는 원 모양 등 다양한 모양으로 만들어질 수 있으며, 접촉 구멍(181, 182)의 면적은 0.5mm×15μm 이상, 2mm×60μm 이하인 것이 바람직하다. 접촉 구멍(181, 182, 185)의 측벽은 30° 내지 85°의 각도로 기울어져 있거나 계단형이다.
보호막(180) 위에는 ITO 또는 IZO 따위의 투명한 도전 물질로 이루어진 복수의 화소 전극(pixel electrode)(190) 및 복수의 접촉 보조 부재(contact assistant)(81, 82)가 형성되어 있다. 반사형 액정 표시 장치의 경우 화소 전극(190) 등은 은이나 알루미늄 등 불투명한 반사성 금속으로 만들어질 수 있다.
각 화소 전극(190)은 데이터선(171)과 게이트선(121)으로 둘러싸인 영역 내에 거의 존재하므로 갈매기 모양을 이룬다. 화소 전극은 유지 전극(135)을 비롯한 유지 전극선(131)과 드레인 전극(175)의 확장부를 덮으며, 인접한 유지 전극(135)의 변에 거의 평행하게 모따기된 변을 가지고 있다.
화소 전극(190)은 또한 이웃하는 게이트선(121) 및 데이터선(171)과 중첩되어 개구율(aperture ratio)을 높이고 있다.
접촉 보조 부재(81, 82)는 접촉 구멍(181, 182)을 통하여 게이트선(121)의 끝 부분(129) 및 데이터선(171)의 끝 부분(179)과 각각 연결된다. 접촉 보조 부재(81, 82)는 게이트선(121)의 노출된 끝 부분(129) 및 데이터선(171)의 노출된 끝 부분(179)과 외부 장치와의 접착성을 보완하고 이들을 보호하는 역할을 하는 것이다. 접촉 보조 부재(81, 82)는 이방성 도전막(도시하지 않음) 등을 통하여 외부 장치와 연결된다.
게이트 구동 회로가 박막 트랜지스터 표시판(100)에 집적되는 경우에는 접촉 보조 부재(81)는 게이트 구동 회로의 금속층과 게이트선(121)을 연결하는 역할을 할 수 있다. 마찬가지로 데이터 구동 회로가 박막 트랜지스터 표시판(100)에 집적되는 경우에 접촉 보조 부재(82)는 데이터 구동 회로의 금속층과 데이터선(171)을 연결하는 역할을 할 수 있다.
화소 전극(190)이 형성되어 있는 보호막(180)의 상부에는 앞의 실시예와 동일하게 절연 물질로 이루어져 있으며 중앙으로부터 양쪽 가장자리에 이르기까지 점진적으로 얇은 두께를 가지는 선경사막(330)이 형성되어 있다. 이때, 각 선경사막(330)의 중심인 산은 서로 이웃하는 화소 전극(190) 사이, 즉 데이터선 상부에 위치하며 데이터선(171)의 사선부를 따라 굽어 있으며, 가장자리 경계는 화소 전극(190)의 경계와 거의 평행하고 서로 이웃하는 두 데이터선(171) 사이의 중심 부근에 위치하여 갈매기 모양을 이룬다.
마지막으로, 보호막(180) 및 선경사막(330) 위에는 수직 배향막(11)이 형성되어 있다.
이제, 공통 전극 표시판(200)에 대하여 도 14, 도 16 및 도 17을 참고로 하여 설명한다.
투명한 유리 등의 절연 기판(210)의 위에 블랙 매트릭스라고 하는 차광 부재(220)가 형성되어 있다. 차광 부재(220)는 데이터선(171)의 사선부와 마주 보는 복수의 사선부와 데이터선(171)의 세로부 및 박막 트랜지스터와 마주 보는 직각 삼각형부를 포함하며, 화소 전극(190) 사이의 빛샘을 방지하고 화소 전극(190)과 마주 보는 개구 영역을 정의한다.
복수의 색필터(230)가 기판(210)과 차광 부재(220) 위에 형성되어 있으며, 차광 부재(220)가 정의하는 개구 영역 내에 거의 들어가도록 배치되어 있다. 이웃하는 두 데이터선(171) 사이에 위치하며 세로 방향으로 배열된 색필터(230)들은 서로 연결되어 하나의 띠를 이룰 수 있다. 각 색필터(230)는 적색, 녹색 및 청색 등 삼원색 중 하나를 나타낼 수 있다.
색필터(230) 및 차광 부재(230) 위에는 유기 물질 따위로 이루어진 덮개막(overcoat)(250)이 형성되어 색필터(230)를 보호하고 표면을 평탄하게 한다.
덮개막(250)의 위에는 ITO 또는 IZO 등의 투명한 도전 물질 따위로 이루어진 공통 전극(270)이 형성되어 있다. 공통 전극(270)은 공통 전압을 인가 받으며, 복수의 갈매기형 절개부(271)를 가지고 있다. 각 절개부(271)는 서로 연결되어 있는 한 쌍의 사선부, 사선부 중 하나에 연결되어 있는 가로부, 그리고 사선부 중 다른 하나에 연결되어 있는 세로부를 포함한다. 절개부(271)의 사선부는 데이터선(171)의 사선부와 거의 평행하며, 화소 전극(190)을 좌우 반부로 이등분하는 형태로 화소 전극(190)과 마주 보고 있다. 절개부(271)의 가로부 및 세로부는 각각 화소 전극(190)의 가로 변 및 세로 변과 정렬되어 있으며 절개부(271)의 사선부와 둔각을 이룬다. 여기서, 절개부(271)는 액정층(3)의 액정 분자(310)들의 경사 방향을 제어하기 위한 것이며 그 폭은 약 9㎛에서 약 12㎛ 사이로 하는 것이 바람직하다. 절개부(271)는 공통 전극(270) 위 또는 아래에 위치하는 유기물 돌기와 교체될 수 있으며 이때 돌기의 폭은 약 5㎛에서 약 10㎛ 사이이다.
공통 전극(270) 위에는 수직 배향막(21)이 형성되어 있다.
표시판(100, 200)의 바깥 면에는 한 쌍의 편광자(12, 22)가 부착되어 있으며, 이들의 투과축은 직교하며 그 중 한 투과축, 예를 들면 박막 트랜지스터 표시판(100)에 부착된 편광자(12)의 투과축은 게이트선(121)에 평행하다. 반사형 액정 표시 장치의 경우 박막 트랜지스터 표시판(100)에 부착된 편광자(12)는 생략한다.
표시판(100, 200)과 편광자(12, 22)의 사이에는 각각 액정층(3)의 지연값을 보상하기 위한 지연 필름(retardation film)(13, 23)이 끼어 있다. 지연 필름(13, 23)은 복굴절성(birefringce)을 가지며 액정층(3)의 복굴절성을 역으로 보상하는 역할을 한다. 지연 필름(13, 23)으로는 일축성 또는 이축성 광학 필름을 사용할 수 있으며, 특히 음성(negative) 일축성 광학 필름을 사용할 수 있다.
액정 표시 장치는 또한 편광자(12, 22), 지연 필름(13, 23), 표시판(100, 200) 및 액정층(3)에 빛을 공급하는 조명부(backlight unit)를 포함할 수 있다.
배향막(11, 21)은 수평 배향막일 수 있다.
액정층(3)은 음의 유전율 이방성을 가지며, 액정층(3)의 액정 분자(310)는 전계가 없는 상태에서 그 장축이 두 표시판의 표면에 대하여 수직을 이루도록 배향되어 있다. 따라서 입사광은 직교 편광자(12, 22)를 통과하지 못하고 차단된다.
공통 전극(270)에 공통 전압을 인가하고 화소 전극(190)에 데이터 전압을 인가하면 표시판의 표면에 거의 수직인 주 전계(primary electric field)가 생성된다. 액정 분자(310)들은 전계에 응답하여 그 장축이 전계의 방향에 수직을 이루도록 방향을 바꾸고자 한다. 한편, 공통 전극(270)의 절개부(271)와 화소 전극(190)의 변은 주 전계를 왜곡하여 액정 분자(310)들의 경사 방향을 결정하는 수평 성분을 만들어낸다. 주 전계의 수평 성분은 절개부(271)의 변과 화소 전극(190)의 변에 수직이다. 또한 절개부(271)의 마주보는 두 변에서의 주 전계의 수평 성분은 서로 반대 방향이다.
한 화소 전극(190)의 위에 위치하는 액정층(3)의 한 화소 영역에는 서로 다른 경사 방향을 가지는 네 개의 부영역이 형성되는데, 이들 부영역은 화소 전극(190)의 변, 화소 전극(190)을 이등분하는 절개부(271) 및 절개부(271)의 사선부가 만나는 지점을 통과하는 가상의 가로 중심선으로 구분된다. 각 부영역은 절개부(271) 및 화소 전극(190)의 빗변에 의하여 각각 정의되는 두 개의 주변을 가지며, 주변 사이의 거리는 약 10㎛에서 약 30㎛ 사이인 것이 바람직하다. 한 화소 영역에 들어 있는 부영역의 수효는, 화소 영역의 평면 면적이 약 100㎛×300㎛ 미만이면 4개이고, 그렇지 않으면 4개 또는 8개인 것이 바람직하다. 부영역의 수효는 공통 전극(270)의 절개부(271)의 수효를 바꾸거나, 화소 전극(190)에 절개부를 두거나, 화소 전극(190) 변의 절곡점의 수효를 바꿈으로써 달라질 수 있다. 부 영역은 경사 방향에 따라 복수의, 바람직하게는 4 개의 도메인으로 분류된다.
한편, 화소 전극(190) 사이의 전압 차에 의하여 부차적으로 생성되는 부 전계(secondary electric field)의 방향은 절개부(271)의 변과 수직이다. 따라서 부 전계의 방향과 주 전계의 수평 성분의 방향과 일치한다. 결국 화소 전극(190) 사이의 부 전계는 액정 분자(310)들의 경사 방향의 결정을 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.
본 실시예에 따른 액정 표시 장치에서는 선경사막(330)의 산 부분이 차광 부재(220) 및 데이터선(171)과 중첩하고 있어, 화상을 표시할 때 빛의 투과율 저하를 최소화할 있다. 또한, 선경사막(330)이 데이터선(171) 상부에 위치하여 데이터선으로 인하여 발생하는 전기장을 약화시켜, 데이터선(171) 상부에는 액정 분자의 배열이 왜곡되는 것을 최소화할 수 있고, 데이터선(171)과 서로 이웃하는 화소 전극(190) 사이의 상호 작용으로 인하여 발생하는 빛샘에 의한 얼룩 발생을 최소화할 수 있다. 이를 통하여 데이터선(171)과 화소 전극(190)의 정렬 마진을 넓게 확보할 수 있다.
도 13 내지 도 17에 도시한 박막 트랜지스터 표시판을 본 발명의 한 실시예에 따라 제조하는 방법에 대하여 상세하게 설명한다.
크롬, 몰리브덴 또는 몰리브덴 합금 등으로 이루어진 하부 도전막과 알루미늄 계열 금속 또는 은 계열 금속 등으로 이루어진 상부 도전막을 절연 기판(110) 위에 차례로 스퍼터링 증착하고 차례로 습식 또는 건식 식각하여 복수의 게이트 전극(124) 및 끝 부분(129)을 포함하는 게이트선(121)과 복수의 유지 전극(135)을 포함하는 유지 전극선(131)을 형성한다.
약 1,500-5,000Å 두께의 게이트 절연막(140), 약 500-2,000Å 두께의 진성 비정질 규소층(intrinsic amorphous silicon), 약 300-600Å 두께의 불순물 비정질 규소층(extrinsic amorphous silicon)의 삼층막을 연속하여 적층하고, 불순물 비정질 규소층과 진성 비정질 규소층을 사진식각하여 게이트 절연막(140) 위에 복수의 선형 불순물 반도체와 복수의 돌출부(154)를 포함하는 복수의 선형 진성 반도체(151)를 형성한다.
이어 하부 도전막과 상부 도전막을 스퍼터링 등의 방법으로 1,500 Å 내지 3,000 Å의 두께로 증착한 다음 패터닝하여 복수의 소스 전극(173)과 끝 부분(179)을 포함하는 복수의 데이터선(171) 및 복수의 드레인 전극(175)을 형성한다. 하부 도전막은 크롬, 몰리브덴 또는 몰리브덴 합금 따위로 이루어지며, 상부 도전막은 알루미늄 계열 금속 또는 은 계열 금속 따위로 이루어진다.
이어, 데이터선(171) 및 드레인 전극(175)으로 덮이지 않고 노출된 불순물 반도체 부분을 제거함으로써 복수의 돌출부(163)를 포함하는 복수의 선형 저항성 접촉 부재(161) 및 복수의 섬형 저항성 접촉 부재(165)를 완성하는 한편, 그 아래의 진성 반도체(151) 부분을 노출시킨다. 노출된 진성 반도체(151) 부분의 표면을 안정화시키기 위하여 산소 플라스마를 뒤이어 실시하는 것이 바람직하다.
양의 감광성 유기 절연물로 이루어진 보호막(180)을 도포한 다음, 복수의 투과 영역(도시하지 않음) 및 그 둘레에 위치한 복수의 슬릿 영역(도시하지 않음), 그리고 차광 영역이 구비된 광마스크(도시하지 않음)를 통하여 노광한다. 따라서, 투과 영역과 마주 보는 보호막(180)의 부분은 빛 에너지를 모두 흡수하지만, 슬릿 영역과 마주 보는 보호막(180)의 부분들은 빛 에너지를 일부만 흡수한다. 이어 보호막(180)을 현상하여 데이터선(171)의 끝 부분(179)과 드레인 전극(175)의 일부를 노출시키는 복수의 접촉 구멍(182, 185)을 형성하고, 게이트선(121)의 끝 부분(129) 위에 위치한 게이트 절연막(140)의 부분을 노출시키는 복수의 접촉 구멍(181)을 형성한다. 투과 영역에 대응하는 보호막(180) 부분은 모두 제거되고 슬릿 영역에 대응하는 부분은 두께만 줄어들므로, 접촉 구멍(181, 182, 185)의 측벽은 계단형 프로파일을 가진다.
보호막(180)을 음성 감광막으로 형성하는 경우에는 양성 감광막을 사용하는 경우와 비교할 때 마스크의 차광 영역과 투과 영역이 뒤바뀐다.
게이트 절연막(140)의 노출된 부분을 제거하여 그 아래에 위치하는 게이트선(121)의 끝 부분(129) 부분을 노출시킨 후, 드레인 전극(175), 데이터선(171)의 끝 부분(179) 및 게이트선(121)의 끝 부분(129)의 상부 도전막(175q, 179q, 129q)의 노출된 부분을 제거함으로써, 그 아래에 위치하는 드레인 전극(175), 데이터선(171)의 끝 부분(179) 및 게이트선(121)의 끝 부분(129)의 하부 도전막(175p, 179p, 129p) 부분을 드러낸다.
이어, 약 400-500Å 두께의 IZO막 또는 ITO막을 스퍼터링으로 적층하고 사진 식각하여 보호막(180)과 드레인 전극(175), 데이터선(171)의 끝 부분(179) 및 게이트선(121)의 끝 부분(129)의 하부 도전막(175p, 179p, 129p)의 노출된 부분 위에 복수의 화소 전극(190), 복수의 접촉 보조 부재(81, 82) 및 복수의 차폐 전극(88)을 형성한다.
마지막으로, 양의 감광성 유기 절연물로 이루어진 절연막을 도포한 다음, 복수의 중심으로부터 순차적으로 높은 투과율을 가지는 복수의 슬릿 영역(도시하지 않음), 그리고 투과 영역이 구비된 광마스크(도시하지 않음)를 통하여 노광한다. 따라서, 중앙에서 멀어질수록 점진적으로 얇은 두께를 가지는 선경사막(330)을 형성한다. 이때, 박막 트랜지스터 또는 게이트선(121) 또는 데이터선(171) 등의 불투명막에 대응하는 위치에 차광 영역을 두어 기판 간격재(도 4 참조)도 함께 형성할 수 있다.
도 18은 본 발명의 다른 실시예에 따른 박막 트랜지스터 표시판과 공통 전극 표시판을 포함하는 액정 표시 장치의 배치도이고, 도 19는 도 18의 액정 표시 장치를 XIX-XIX' 선을 따라 잘라 도시한 단면도이고, 도 20은 도 18의 액정 표시 장치를 XX-XX' 선 및 XX'-XX'' 선을 따라 잘라 도시한 단면도이다.
본 실시예에 따른 액정 표시 장치도 박막 트랜지스터 표시판(100), 공통 전극 표시판(200), 이들 두 표시판(100, 200) 사이에 삽입되어 있는 액정층(3), 두 표시판(100, 200)의 바깥 면에 부착되어 있는 한 쌍의 편광자(12, 22)를 포함한다.
본 실시예에 따른 표시판(100, 200)의 층상 구조는 도 13 내지 도 17과 거의 동일하다.
박막 트랜지스터 표시판(100)에 대하여 설명하자면, 게이트 전극(124)을 포함하는 복수의 게이트선(121) 및 유지 전극(135)을 각각 포함하는 복수의 유지 전극선(131)이 기판(110) 위에 형성되어 있고, 그 위에 게이트 절연막(140), 돌출부(154)를 포함하는 선형 반도체(151) 및 돌출부(163)를 포함하는 복수의 선형 저항성 접촉 부재(161) 및 복수의 섬형 저항성 접촉 부재(165)가 차례로 형성되어 있다. 소스 전극(173)을 포함하는 복수의 데이터선(171) 및 복수의 드레인 전극(175)이 저항성 접촉 부재(161, 165) 위에 형성되어 있고, 보호막(180)이 그 위에 형성되어 있으며, 보호막(180) 및 게이트 절연막(140)에는 복수의 접촉 구멍(181, 182, 185)이 형성되어 있다. 보호막(180) 위에는 복수의 화소 전극(190), 유지 전극선 연결 다리(83) 및 복수의 접촉 보조 부재(81, 82)가 형성되어 있고, 그 위에는 배향막(11)이 도포되어 있다.
공통 전극 표시판(200)에 대하여 설명하자면, 차광 부재(220), 복수의 색필터(230), 덮개막(250), 공통 전극(270) 및 배향막(21)이 절연 기판(210) 위에 형성되어 있다.
그러나, 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. 구체적으로는, 선형 반도체(151)는 데이터선(171) 및 드레인 전극(175)과 그 하부의 저항성 접촉 부재(161, 165)의 아래에 존재하는 부분 외에도 소스 전극(173)과 드레인 전극(175) 사이에 이들에 가리지 않고 노출된 부분을 가지고 있다.
본 발명의 실시예에서는 액정 분자가 두 표시판(100, 200)에 대하여 수직하게 배열되어 있는 수직 배향 모드의 액정 표시 장치에 대해서만 설명하였지만, 선경사막을 통하여 액정 분자의 구동 속도를 향상시키는 본원의 구성은 두 표시판에 대하여 액정 분자를 평행하면서 나선형으로 비틀려 배열하는 비틀린 네마틱 방식(twisted nematic mode), 공통 전극과 화소 전극을 동일한 표시판에 배치하여 표시판에 평행하게 배열되어 있는 액정 분자를 구동하는 평면 구동 방식(in-plane switching mode) 등의 다양한 방식의 액정 표시 장치에 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.
이상과 같이, 본 발명의 실시예에서는 선경사막을 추가하여 액정 분자에 기울기를 부여함으로써 액정의 응답 속도를 향상시켜 동영상 구현이 가능한 액정 표시 장치를 제작할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 액정 표시 장치용 표시판의 제조 방법에서는 슬릿의 폭 및 간격을 조절하여 선경사막을 형성함으로써 선경사막의 경사면을 균일하고 일정하게 형성할 수 있으며, 균일하고 재현성을 유지할 수 있는 제조 공정을 진행하여 공정 마진을 확보할 수 있다.
또한, 선경사막을 차광 부재와 중첩시켜 화상을 표시할 때 빛의 투과율 저하를 최소화할 있으며, 데이터선으로 인하여 발생하는 전기장을 약화시켜, 빛샘에 의한 얼룩 발생을 최소화할 수 있고, 이를 통하여 데이터선과 화소 전극의 정렬 마진을 넓게 확보할 수 있다.
도 1은 본 발명의 한 실시예에 따른 액정 표시 장치용 박막 트랜지스터 표시판의 배치도이고,
도 2는 본 발명의 한 실시예에 따른 액정 표시 장치의 공통 전극 표시판의 배치도이고,
도 3 본 발명의 한 실시예에 따른 액정 표시 장치의 배치도이고,
도 4는 도 3의 IV-IV'선에 대한 단면도이고,
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 액정 표시 장치의 구조를 도시한 배치도이고,
도 6은 도 5의 액정 표시 장치를 VI-VI' 선을 따라 잘라 도시한 단면도이고,
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 액정 표시 장치의 구조를 도시한 배치도이고,
도 8은 도 7의 액정 표시 장치를 VIII-VIII'선을 따라 절단한 단면도이고,
도 9는 본 발명의 실험예에 따른 액정 표시 장치의 응답 속도를 측정한 표이고,
도 10은 본 발명의 실시예에 따른 액정 표시 장치용 공통 전극 표시판의 제조 방법에서 선경사막과 마스크의 정렬 상태를 도시한 단면도이고,
도 11은 본 발명의 실시예에 따른 액정 표시 장치용 공통 전극 표시판의 제조 방법에서 선경사막과 마스크의 정렬 상태에서 마스크의 슬릿 모양을 구체적으로 도시한 도면이고,
도 12는 본 발명의 다른 실시예에 따른 액정 표시 장치에서 선경사막의 구조를 도시한 단면도이고,
도 13은 본 발명의 다른 실시예에 따른 액정 표시 장치용 박막 트랜지스터 표시판의 배치도이고,
도 14는 본 발명의 다른 실시예에 따른 액정 표시 장치용 공통 전극 표시판의 배치도이고,
도 15는 도 13에 도시한 박막 트랜지스터 표시판과 도 14에 도시한 공통 전극 표시판을 포함하는 액정 표시 장치의 배치도이고,
도 16 도 15의 액정 표시 장치를 XVI-XVI' 선을 따라 잘라 도시한 단면도이고,
도 17은 도 15의 액정 표시 장치를 XVII-XVII' 선 및 XVII'-XVII'' 선을 따라 잘라 도시한 단면도이고,
도 18은 본 발명의 다른 실시예에 따른 박막 트랜지스터 표시판과 공통 전극 표시판을 포함하는 액정 표시 장치의 배치도이고,
도 19는 도 18의 액정 표시 장치를 XIX-XIX' 선을 따라 잘라 도시한 단면도이고,
도 20은 도 18의 액정 표시 장치를 XX-XX' 선 및 XX'-XX'' 선을 따라 잘라 도시한 단면도이다.

Claims (28)

  1. 절연 기판,
    상기 절연 기판 위에 형성되어 있는 제1 신호선,
    상기 제1 신호선과 절연되어 교차하는 제2 신호선,
    상기 제1 신호선과 상기 제2 신호선으로 둘러싸인 영역마다 형성되어 있으며, 도메인 분할 수단인 절개부 또는 경계를 가지는 화소 전극,
    상기 제1 신호선, 상기 제2 신호선 및 상기 화소 전극에 3단자가 각각 전기적으로 연결되어 있는 박막 트랜지스터,
    상기 절개부 또는 경계에 대하여 양쪽 또는 한쪽으로 갈수록 점진적으로 얇은 두께를 가지는 테이퍼 구조로 이루어진 선경사막
    을 포함하는 박막 트랜지스터 표시판.
  2. 제1항에서,
    상기 선경사막의 테이퍼 각은 1-10° 범위인 박막 트랜지스터 표시판.
  3. 제2항에서,
    상기 선경사막은 이중의 테이퍼 각을 가지는 테이퍼 구조를 이루어진 박막 트랜지스터 표시판.
  4. 제1항에서,
    상기 데이터선은 상기 게이트선과 교차하는 교차부와 상기 교차부에 연결되어 있는 굴곡부를 포함하는 박막 트랜지스터 표시판.
  5. 제4항에서,
    상기 화소 전극은 상기 데이터선의 굴곡부를 따라 굽어 있는 박막 트랜지스터 표시판.
  6. 제5항에서,
    상기 선경사막의 산의 서로 이웃하는 상기 화소 전극 사이에 위치하며, 상기 화소 전극의 중심에 가까울수록 점진적으로 두께가 얇아지는 박막 트랜지스터 표시판.
  7. 제6항에서,
    상기 선경사막은 상기 화소 전극의 경계와 평행하여 갈매기 모양을 이루는 박막 트랜지스터 표시판.
  8. 절연 기판,
    상기 절연 기판 위에 형성되어 있는 게이트선,
    상기 게이트선 위에 형성되어 있는 게이트 절연막,
    상기 게이트 절연막 위에 형성되어 있는 비정질 규소층,
    상기 비정질 규소층 또는 게이트 절연막 상부에 형성되어 있으며 소스 전극을 포함하는 데이터선,
    상기 비정질 규소층 또는 게이트 절연막 상부에 형성되어 있으며 상기 소스 전극과 대향하는 드레인 전극,
    상기 데이터선 및 상기 드레인 전극 위에 형성되어 있는 보호막,
    상기 보호막 위에 형성되어 있고 도메인 분할 수단인 절개부 또는 경계를 가지며, 상기 드레인 전극과 연결되어 있는 화소 전극,
    상기 보호막 상부에 형성되어 있으며, 상기 도메인 분할 수단에 대하여 양쪽 또는 한쪽으로 갈수록 점진적으로 얇은 두께를 가지는 테이퍼 구조로 이루어진 선경사막
    을 포함하는 박막 트랜지스터 표시판.
  9. 제8항에서,
    상기 선경사막의 테이퍼 각은 1-10° 범위인 박막 트랜지스터 표시판.
  10. 제8항에서,
    상기 게이트선과 동일한 층에 위치하며, 상기 화소 전극과 중첩하여 유지 용량을 형성하는 유지 전극선을 더 포함하는 박막 트랜지스터 표시판.
  11. 제8항에서,
    상기 비정질 규소층은 상기 데이터선의 하부까지 연장되어 있는 박막 트랜지스터 표시판.
  12. 제8항에서,
    상기 데이터선 하부의 상기 비정질 규소층은 상기 데이터선과 동일한 평면 모양을 가지는 박막 트랜지스터 표시판.
  13. 제8항에서,
    상기 도메인 분할 수단은 상기 화소 전극의 상하 이등분선에 대하여 실질적으로 거울상 대칭을 이루는 박막 트랜지스터 표시판.
  14. 제13항에서,
    상기 도메인 분할 수단은 상기 게이트선과 45°를 이루는 박막 트랜지스터 표시판.
  15. 제14항에서,
    상기 데이터선은 상기 게이트선과 교차하는 교차부와 상기 교차부에 연결되어 있으며, 상기 게이트선에 대하여 ±45°사선부를 포함하는 박막 트랜지스터 표시판.
  16. 제15항에서,
    상기 화소 전극은 상기 데이터선의 사선부를 따라 굽어 있는 박막 트랜지스터 표시판.
  17. 제16항에서,
    상기 선경사막의 산은 서로 이웃하는 상기 화소 전극 사이에 위치하며, 상기 화소 전극의 중심에 가까울수록 점진적으로 두께가 얇아지는 박막 트랜지스터 표시판.
  18. 제17항에서,
    상기 선경사막은 상기 화소 전극의 경계와 평행하여 갈매기 모양을 이루는 박막 트랜지스터 표시판.
  19. 다수의 화소를 가지는 절연 기판,
    상기 절연 기판 위에 전면적으로 형성되어 있는 대향 전극,
    상기 화소를 적어도 둘 이상으로 분할하는 도메인 분할 수단
    상기 도메인 분할 수단에 대하여 양쪽 또는 한쪽으로 갈수록 점진적으로 얇은 두께를 가져 테이퍼 구조로 이루어진 선경사막
    을 포함하는 대향 표시판.
  20. 제19항에서,
    상기 선경사막의 테이퍼 각은 1-10° 범위인 대향 표시판.
  21. 제20항에서,
    상기 도메인 분할 수단은 상기 공통 전극의 절개부인 대향 표시판.
  22. 제1 신호선, 상기 제1 신호선과 절연되어 교차하는 제2 신호선, 상기 제1 신호선과 상기 제2 신호선으로 둘러싸인 영역마다 형성되어 있는 화소 전극, 상기 제1 신호선, 상기 제2 신호선, 상기 화소 전극에 삼단자가 연결된 박막 트랜지스터를 가지는 제1 표시판,
    상기 화소 전극과 마주하는 공통 전극이 형성되어 있는 제2 표시판,
    상기 제1 표시판과 상기 제2 표시판 사이에 형성되어 있는 액정층,
    상기 제1 절연 표시판과 상기 제2 절연 표시판 중의 적어도 일측에 형성되어 있으며, 상기 액정층의 액정 분자를 상기 화소에서 다수의 도메인으로 분할하는 다수의 도메인 분할 수단,
    상기 도메인 분할 수단에 대하여 양쪽 또는 한쪽으로 갈수록 점진적으로 얇거나 두꺼운 두께를 가지는 테이퍼 구조의 선경사막
    을 포함하는 액정 표시 장치.
  23. 제22항에서,
    상기 도메인 규제 수단은 상기 화소 전극이 가지는 제1 도메인 규제 수단과 상기 공통 전극이 가지는 제2 도메인 규제 수단을 포함하는 액정 표시 장치.
  24. 제23항에서,
    상기 제1 도메인 규제 수단과 상기 제2 도메인 규제 수단은 교대로 배치되어 있는 액정 표시 장치.
  25. 제22항에서,
    상기 도메인 규제 수단은 상기 공통 전극 또는 상기 화소 전극이 가지는 절개부 또는 상기 절개부와 평행한 경계인 액정 표시 장치.
  26. 제22항에서,
    상기 도메인 규제 수단은 상기 제1 신호선에 대하여 실질적으로 ±45도를 이루는 액정 표시 장치.
  27. 제22항에서,
    상기 도메인 규제 수단은 상기 화소의 상하 이등분선에 대하여 실질적으로 거울상 대칭을 이루는 액정 표시 장치.
  28. 제22항에서,
    상기 액정층의 액정 분자는 상기 제1 및 제2 표시판에 대하여 장축이 수직으로 배열되어 있는 액정 표시 장치.
KR1020040088808A 2003-12-03 2004-11-03 표시판 및 이를 포함하는 다중 도메인 액정 표시 장치 KR20050121173A (ko)

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101315374B1 (ko) * 2006-02-28 2013-10-08 삼성디스플레이 주식회사 액정 표시 장치

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