KR20060051791A

KR20060051791A - 수직배향형의 액티브 매트릭스 액정표시소자

Info

Publication number: KR20060051791A
Application number: KR1020050090926A
Authority: KR
Inventors: 료타 미즈사코; 미노루 야마구치; 야스시 나카지마
Original assignee: 가시오게산키 가부시키가이샤
Priority date: 2004-09-30
Filing date: 2005-09-29
Publication date: 2006-05-19
Also published as: HK1085801A1; US20060066791A1; CN100442129C; TW200615635A; TWI301218B; CN1755463A; KR100736001B1

Abstract

본 발명은 액정분자를 기판면에 대하여 실질적으로 수직으로 초기배향시킨 수직배향형의 액티브 매트릭스 액정표시소자에 관한 것으로,

액정표시장치는 TFT가 형성된 TFT기판과, 컬러필터가 형성된 CF기판의 사이에 마이너스의 유전이방성을 갖는 액정이 봉입되고, 상기 TFT기판측에 화소전극과, 화소전극의 주위에 형성된 보조전극을 구비하며, 화소전극은 중심부에 게이트절연막을 에칭함으로써 형성된 오목부를 갖고, 액정분자를 상기 오목부의 형상에 따라서 화소중심을 향하여 기울여서 배열시키는 것을 특징으로 한다.

TFT소자, 액정분자, 화소전극, 드레인배선, 보조전극, 게이트절연막

Description

수직배향형의 액티브 매트릭스 액정표시소자{VERTICALLY ALIGNED ACTIVE MATRIX LIQUID CRYSTAL DISPLAY DEVICE}

도 1은 본 발명의 제 1 실시예에 관련되는 수직배향형 액정표시소자에 있어서의 1개의 화소구조를 개략적으로 나타내는 평면도.

도 2는 도 1에 나타내는 1개의 화소를 Ⅱ-Ⅱ선을 따라 단면하여 나타내는 단면도.

도 3은 본 발명의 제 2 실시예에 관련되는 액정표시소자의 화소구조를 나타내는 단면도.

도 4는 본 발명의 제 2 실시예에 관련되는 변형예의 화소구조를 나타내는 단면도.

도 5는 본 발명의 제 2 실시예에 관련되는 다른 변형예의 화소구조를 나타내는 단면도.

도 6은 본 발명의 제 3 실시예에 관련되는 액정표시소자의 화소구조를 나타내는 단면도.

도 7은 본 발명의 제 3 실시예에 관련되는 액정표시소자에 있어서, 무전계상태의 액정분자의 배향상태를 모식적으로 나타내는 단면도.

도 8은 본 발명의 제 3 실시예에 관련되는 액정표시소자에 있어서, 전계인가 상태의 액정분자의 배향상태를 모식적으로 나타내는 단면도.

도 9는 본 발명의 제 4 실시예에 관련되는 액정표시소자에 있어서, 무전계상태의 액정분자의 배향상태를 모식적으로 나타내는 단면도.

도 10은 본 발명의 제 4 실시예에 관련되는 액정표시소자에 있어서, 전계인가상태의 액정분자의 배향상태를 모식적으로 나타내는 단면도이다.

※도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

104: TFT소자 105: 화소전극

106: 드레인배선 107: 보조전극

108: 게이트배선 109: 게이트절연막

110: 절연막 111: 배향막

117: 볼록부 119: 스페이서

본 발명은 액정분자를 기판면에 대하여 실질적으로 수직으로 초기배향시킨 수직배향형의 액티브 매트릭스 액정표시소자에 관한 것이다.

종래의 TFT액정패널은 TFT(Thin Film Transistor)와 화소전극 등이 형성된 TFT기판과, 컬러필터(Color Filter)와 대향전극 등이 형성된 CF기판으로 액정층을 끼워서 구성된다. 액정분자를 호모지니어스배향(homogeneous alignment)시킨 TFT액정패널, 예를 들면 TN(트위스티드 네마틱-Twisted Nematic)액정디스플레이에서는 플러스의 유전이방성을 나타내는 액정재료가 이용된다. 액정분자를 호메오트로픽배향(homeotropic alignment)시킨 액정표시패널에서는 마이너스의 유전이방성을 나타내는 액정재료가 사용되며, 무전계(초기배향상태)로 그 디렉터(분자장축방향)를 기판과 수직으로 배향시키고 있다.

액정분자를 초기배향상태에서 호메오트로픽배향시킨 수직배향형의 TFT액정표시소자는 대향하는 내면에 수직배향막이 형성되고, 서로 대향하여 배치된 한쌍의 유리기판의 사이에 마이너스의 유전이방성을 나타내는 액정을 봉입하여 액정셀이 구성된다.

이 액정셀에 있어서, 한쌍의 유리기판의 한쪽에는 복수의 화소전극이 형성되고, 다른쪽의 기판에는 복수의 상기 화소전극과 대향하는 대향전극이 형성되며, 이들 각 화소전극과 대향전극의 대향부분과 그 사이의 액정에 의해 1개의 화소가 형성된다. 각각의 기판에는 상기 화소전극과 대향전극 사이에 전압이 인가되었을 때에 액정분자가 쓰러지는 방향을 정하기 위한 러빙처리된 수직배향막이 화소전극과, 대향전극을 덮도록 형성되어 있다.

상기 화소전극과 대향전극의 사이에 전압이 인가되어 있지 않은 경우, 대향전극과 화소전극은 동전위이기 때문에, 화소전극과 대향전극의 사이에 전계가 발생하지 않으며, 수직배향막의 작용에 의해 액정분자는 기판에 대하여 수직으로 배향하고 있다.

화소전극과 대향전극의 사이에 전압이 인가되면 화소전극과 대향전극의 사이에 형성되는 전계에 의해 액정분자가 기울도록 거동하고, 화소전극과 대향전극 사 이에 충분히 높은 전압이 인가되었을 때에 액정분자는 기판에 대하여 실질적으로 수평으로 배향한다.

이 경우, 화소전극과 대향전극의 사이에 전압이 인가되었을 때, 화소전극과 대향전극의 사이에 형성되는 전계 및 상기 수직배향막의 러빙처리에 의한 배향규제력에 의해 액정분자는 한쪽 방향으로 배향하기 때문에, 콘트라스트의 시야각 의존성이 크고, 시야각 특성이 나쁘다.

그래서 수직배향형의 액정표시장치에 있어서, 넓은 시야각 특성을 얻기 위해, 수직배향막에 러빙처리를 실시하지 않는 액정표시소자가 제안되어 있다. 이 액정표시소자에서는 대향하는 전극 사이에 전압을 인가했을 때, 액정분자가 각 화소마다 소용돌이 치도록 배열하는데, 각 화소 내에서의 전극 사이의 간격의 변화, 전계강도의 동요 등에 의해서 상기 소용돌이의 중심위치가 변동하기 때문에 표시불균일이 발생한다.

또 각 화소마다 액정분자를 복수의 방향으로 배향시킨 복수의 도메인을 형성하는 것이 제안되어 있다. 예를 들면 특허 제2565639호 명세서에 기재되어 있는 바와 같이, 대향전극에 엑스자 형상의 개구를 형성하고, 대향하는 2개의 전극 사이에 전압이 인가되었을 때, 1개의 화소에 있어서 액정분자를 상기 엑스자형 개구의 중앙을 향하여 4개의 방향으로 쓰러지도록 배향시킨 액정표시장치이다.

이 액정표시장치에서는 대향전극을 화소전극보다 크게 형성하고, 화소전극과 대향전극의 사이에 전압을 인가한 경우는 화소영역의 화소전극과 대향전극이 대향하는 부분에서는 종전계(기판면에 대하여 수직인 방향인 전계)가 발생하며, 화소전 극의 주변부에는 경사전계를 발생시키고, 또한 대향전극의 개구(슬릿)가 형성되어 있는 부분에 전계의 불연속부분을 형성함으로써 액정분자가 각 화소마다 상기 엑스자형 개구의 중앙을 향하여 쓰러지도록 배열한다. 즉, 이 액정표시소자에서는 액정분자는 각 화소마다 엑스자형 개구에 의해서 구획된 영역마다 4개의 방향을 향하여 기울도록 배향한다.

그러나 상기의 액정표시장치는 각 화소 중에 형성된 엑스자 개구에 의해서 배향방향의 다른 영역을 형성하기 때문에 각 영역 사이의 상호작용을 끊기 위해 엑스자 개구는 충분히 넓은 폭으로 형성될 필요가 있다. 그 때문에 각 화소에 있어서 전계에 의해 제어할 수 없는 개구(슬릿)의 면적이 많고, 대향하는 전극의 면적이 적어지며, 개구율이 낮아진다는 문제가 있다.

본 발명의 목적은 표시가 밝고, 또한 표시불균일이 없는 광시야각의 액정표시소자를 제공하는 것이다.

상기한 목적을 달성하기 위해 본 발명의 제 1 관점에 의한 액정표시소자는 제 1 전극이 설치된 제 1 기판과,

상기 제 1 전극과 미리 정한 간격을 두고서 서로 대향 배치되며, 상기 제 1 전극과 대향하는 영역에 의해 각각의 화소영역을 형성하는 적어도 1개의 제 2 전극이 설치된 제 2 기판과,

상기 제 2 기판의 상기 제 2 전극이 설치된 면에 적어도 상기 화소영역의 둘레가장자리를 따라 형성된 보조전극과,

상기 제 1, 제 2 전극이 서로 대향하는 내면 각각에 형성된 수직배향막과,

상기 제 1, 제 2 기판 사이에 봉입되어 마이너스의 유전이방성을 갖는 액정층을 구비하며,

상기 제 1, 제 2 전극 중 적어도 한쪽 전극의 상기 화소영역의 실질적인 중앙에 대응하는 위치에 상기 액정층의 액정분자를 그 형상에 따라서 배열시키기 위한 오목부, 볼록부 중 적어도 1개가 형성되어 있는 것을 특징으로 한다.

이 제 1 관점에 의한 액정표시소자에 따르면, 제 1, 제 2 전극 중 적어도 한쪽에 형성한 오목부 또는 볼록부에 의해 이 오목부 또는 볼록부 근방의 액정분자에 화소중심을 향하는 틸트가 주어지고, 화소영역의 주변부의 액정분자는 제 2 전극과 보조전극 사이에 발생하는 횡전계에 의해 화소중심을 향하여 기운다. 따라서 화소영역마다 액정분자가 화소주변부로부터 화소영역의 중심을 향하여 소용돌이상으로 배열된 모노도메인(monodomain)을 형성하고, 모든 화소영역에 있어서 액정분자의 배향의 소용돌이의 중심이 일정하게 되므로 안정하여 균일한 배향상태가 얻어지고, 표시불균일의 발생이 억제된다.

본 발명의 액정표시소자에 있어서는 제 2 전극의 실질적인 중앙부에 오목부를 형성해도, 또는 제 1 전극의 상기 화소영역의 중앙에 대응하는 위치에 볼록부를 형성해도 좋다. 제 1 전극에 볼록부를 형성하는 경우, 그 볼록부는 상기 제 1 전극 위에 형성된 절연재료로 이루어지는 돌기부에 의해서 형성해도 좋고, 또는 상기 제 1 전극의 상기 화소영역의 중앙에 대응하는 위치에 차광막으로 이루어지는 볼록부가 형성되도록 해도 좋다. 또한 상기 제 1 기판에 각 화소영역마다 대응하는 컬 러필터와, 각 화소영역의 주변을 덮는 위치에 차광성의 수지로 이루어지는 블랙마스크가 형성될 때는 상기 제 1 전극의 상기 화소영역의 중앙에 대응하는 위치에 형성되는 볼록부는 상기 제 1 기판과 상기 컬러필터의 사이에 형성된 상기 블랙마스크를 형성하기 위한 수지에 의해서 형성되어 있는 것이 바람직하다.

그리고 본 발명의 액정표시소자는 제 2 기판에 화소영역의 둘레가장자리부를 따른 둘레가장자리 볼록부가 추가로 형성되어 있는 것이 바람직하고, 이 상기 둘레가장자리 볼록부는 복수의 화소영역의 사이에 상기 보조전극의 일부와 가장자리가 겹치도록 형성된 절연막에 의해서 형성되는 것이 바람직하다.

본 발명의 제 2 관점에 의한 액정표시소자는,

제 1 전극이 설치된 제 1 기판과,

상기 제 1 전극과 미리 정한 간격을 두고서 서로 대향 배치되어 상기 제 1 전극과 대향하는 영역에 의해 각각의 화소영역을 형성하는 적어도 1개의 제 2 전극이 설치된 제 2 기판과,

상기 제 1, 제 2 전극 중 적어도 한쪽 전극의 상기 화소영역의 실질적인 중앙에 대응하는 위치에 상기 제 2 전극과 상기 보조전극의 사이에 인가되는 전계에 의해 주변으로부터 중앙을 향하여 소용돌이상으로 배열되는 액정분자의 배향중심의 위치를 정하기 위한 오목부, 볼록부 중 적어도 1개가 형성되어 있는 것을 특징으로 한다.

이 제 2 관점에 의한 액정표시소자에 따르면, 각 화소영역마다의 액정분자의 소용돌이상의 배향에 있어서의 중심위치가 제 1, 제 2 전극 중 적어도 한쪽 전극의 상기 화소영역의 실질적인 중앙에 대응하는 위치에 형성된 오목부, 볼록부 중 적어도 1개에 의해서 규정되기 때문에 액정분자의 소용돌이상의 배향이 안정하여 얻어지고, 표시불균일의 발생이 억제된다.

본 발명의 액정표시소자에 있어서, 상기 제 2 기판의 상기 제 2 전극에는 그 중앙에 오목부가 형성되는 것이 바람직하고, 이 경우, 화소영역의 둘레가장자리부를 따라 형성된 둘레가장자리 볼록부를 추가로 설치하는 것이 바람직하다.

또 본 발명의 액정표시소자에 있어서, 제 1 전극의 상기 화소영역의 중앙에 대응하는 위치에 볼록부를 형성하도록 해도 좋고, 이 경우에도 제 2 기판에는 화소영역의 둘레가장자리부를 따른 둘레가장자리 볼록부를 추가로 형성하는 것이 바람직하다.

또 제 1 기판의 상기 제 2 기판에 대향하는 내면에 각 화소영역에 대응하는 컬러필터가 형성될 때는 상기 제 1 전극에 형성된 볼록부가 상기 컬러필터에 설치한 돌기에 의해서 형성해도 좋다.

본 발명의 액정표시소자에 있어서, 상기 보조전극은 상기 제 2 전극보다도 낮은 전위로 설정되는 것이 바람직하다. 또 상기 보조전극은 상기 제 2 전극의 주 변부분과 중첩하고, 상기 제 2 전극의 사이에 보상용량을 형성하기 위한 보상용량전극으로 이루어지는 것이 바람직하다. 또한 제 1 기판의 내면에 상기 화소영역의 중심에 대응하는 위치에 절연막으로 이루어지는 볼록부를 형성할 때는 상기 볼록부의 중심을 투과하는 빛을 차단하기 위한 금속막을 제 1 기판에 형성하는 것이 바람직하다. 또한 상기 볼록부는 상기 제 1 전극과 상기 제 2 전극 사이의 간격을 조정하기 위한 스페이서로 구성해도 좋다.

본 발명의 제 3 관점에 의한 액정표시소자는,

제 1 전극이 설치된 제 1 기판과,

상기 액정층의 액정분자가 그 분자장축을 상기 화소영역의 중앙을 향하여 기울여서 배열하도록 상기 제 1 또는 제 2 전극의 적어도 한쪽을 상기 화소영역의 중앙으로부터 주변을 향하여 기울여 형성한 것을 특징으로 한다.

이 제 3 관점에 의한 액정표시소자에 따르면, 상기 제 1 또는 제 2 전극의 적어도 한쪽을 상기 화소영역의 중앙으로부터 주변을 향하여 기울여서 형성했으므로, 액정분자는 각 화소영역의 주변으로부터 중앙을 향하여 소용돌이상으로 배열하고, 각 화소영역마다 액정분자의 배향상태가 안정된다.

본 발명의 액정표시소자에 있어서, 제 2 기판의 제 1 기판과 대향하는 내면에 중앙부가 주변부보다 두껍게 형성된 단면을 갖는 컬러필터를 구비하는 것이 바람직하다.

본 발명의 실시예에 관련되는 액정표시장치에 대해서 이하 도면을 참조하여 설명한다.

(제 1 실시예)

도 1은 본 발명의 제 1 실시예에 관련되는 수직배향형 액정표시소자에 있어서의 1개의 화소구조를 개략적으로 나타내는 평면도이다. 도 2는 도 1에 나타내는 1개의 화소를 Ⅱ-Ⅱ선을 따라서 단면하여 나타내는 단면도이다. 또한 도 2에서는 액정분자를 장타원으로 나타내고, 모델화하여 나타냈다.

액정표시소자는 대향하여 배치된 한쌍의 유리기판(101, 102)을 구비하고, 한쪽의 유리기판(102)(이하 TFT기판(102)이라고 한다)과 다른쪽의 유리기판(101)(이하 대향기판(101)이라고 한다)의 사이에 마이너스의 유전이방성을 나타내는 액정(103)이 봉입되어 있다.

TFT기판(102)의 대향기판(101)과 대향하는 면 위에는 TFT소자(104), 화소전극(105), 드레인배선(106), 보조전극(107), 게이트배선(108), 게이트절연막(109), 절연막(110), 배향막(111)이 형성되어 있다. 또 대향기판(101)의 내면에는 대향전극(112), 컬러필터(113), 블랙마스크(115) 및 배향막(114)이 형성되어 있다.

TFT소자(104)는 유리기판(102) 위에 형성된 역스태거형의 박막트랜지스터(Thin Film Transistor)이다. TFT소자(104)는 게이트전극(104a), 반도체층(104b), 소스전극(104c), 드레인전극(104d)을 구비한다.

화소전극(105)은 산화인듐을 주성분으로 하는 ITO막 등으로 구성된 평면형상이 대략 사각형인 투명전극으로 형성된다. 1개의 화소전극(105)에는 그 실질적인 중앙부에 액정분자의 배향의 중심 또는 기점을 형성하고, 단차를 설치하기 위한 평면형상이 원형 또는 다각형(예를 들면 4각형)인 오목형상부(105a)가 형성되어 있다. 이 오목형상부(105a)는 게이트절연막(109)에 구멍을 형성하고, 그 위에 상기 화소전극(105), 배향막(111)을 성막함으로써 형성된다. 그리고 이들의 화소전극(105)은 대향전극(112)과 대향하는 영역에 의해 화상을 형성하기 위한 최소단위인 1개의 화소영역을 획정(劃定)하고 있다. 이들의 화소영역을 복수 배열하여 표시영역을 형성하고 있다.

이 실시예의 액정표시패널에 있어서의 드레인배선(106)은 각 화소열마다 열방향으로 연장되도록 형성된 알루미늄배선 등으로 구성된다. 이 드레인배선(106)은 동일 화소열의 TFT소자(104)의 드레인전극(104d)에 접속되고, 열드라이버로부터의 화상신호를 ON한 TFT소자(104)를 통하여 화소전극(105)에 공급한다.

보조전극(107)은 알루미늄 등으로 구성되고, 보조전극(107)의 일부는 게이트절연막(109)을 통하여 화소전극(105)의 둘레가장자리부와 겹치도록 형성된다. 또 한 이 보조전극(107)은 화소전극(105)보다도 낮은 미리 정한 전위로, 보다 바람직하게는 대향전극(112)과 동전위로 설정되며, 상기 화소전극(105)과의 사이에서 각 화소전극(105)과 대향전극(112)과 액정(103)으로 형성되는 화소용량과 병렬로 접속된 보상용량을 형성한다.

게이트배선(108)은 각 화소행마다 행방향으로 연장되도록 형성된 알루미늄배선 등으로 구성되고, 게이트절연막(109)에 의해 다른 전극과 절연되어 있다. 이 게이트배선(108)은 대응하는 화소행의 TFT소자(104)의 게이트전극(104a)에 접속되며, TFT소자(104)에 주사신호를 공급하고, TFT소자(104)의 ON/OFF를 제어한다.

게이트절연막(109)은 TFT소자(104)의 게이트전극(104a), 게이트배선(108) 및 보조전극(107)이 형성된 기판(102) 위에 형성된 절연막이고, 예를 들면 실리콘질화막으로 구성된다. 또한 게이트절연막(109)은 TFT소자(104)의 게이트전극(104a)과 이 게이트전극(104a)에 대향하는 반도체층(104b) 및 소스/드레인전극(104c, 104d)을 전기적으로 분리한다. 이 TFT소자(104)의 소스전극(104c)은 대응하는 화소전극(105)에 접속되며, 드레인전극(104d)은 대응하는 드레인배선(106)에 접속된다.

절연막(110)은 드레인배선(106)을 덮고, 화소전극(105)과 인접하는 화소의 화소전극(105)의 사이에 형성된 절연막이며, 예를 들면 실리콘질화막으로 구성된다. 이 절연막(110)에 의해 화소영역보다 그 주변이 두꺼워지는 둘레가장자리 볼록부(111a)가 설치되고, 이 둘레가장자리 볼록부(111a)에 의해 배향막(111)의 막면에 경사부(111b)가 형성되어 있다.

배향막(111, 114)은 유기수직배향재의 도포 및 소성에 의해 형성되고, 또는 CVD(Chemical Vapor Deposition)에 의해 형성된 헥사메틸디실록산(hexamethyldisiloxane)의 중합막 등으로 구성된다. 이들의 배향막(111, 114)은 화소전극(105)과 대향전극(112)을 각각 덮도록 형성되고, 그 사이에 액정(103)이 봉입된다. 또한 배향막(111, 114)은 러빙처리되어 있지 않고, 무전계시에는 그 표면 근방의 액정분자를 배향막면에 대하여 수직으로 배향시킨다.

다음으로 상기 구성의 액정표시소자의 제조방법에 대해서 설명한다.

한쪽의 유리기판(102) 위에 알루미늄막을 형성하고, 이것을 패터닝함으로써 TFT소자(104)의 게이트전극(104a)과 게이트배선(108)과 보조전극(107)(보조전극(107)을 상호 접속하는 배선을 포함한다)을 형성한다. 이어서 CVD에 의해 게이트절연막(109)을 형성한다. 계속해서 게이트절연막(109) 위에 TFT소자(104)의 채널층(반도체층), 소스영역, 드레인영역 등을 형성한다. 계속해서 상기 게이트절연막(109)의 1개의 화소영역에 실질적인 중앙부에 대응 필요한 위치에 에칭에 의해 단면이 사각형인 오목부를 형성한다.

계속해서 오목부가 형성된 게이트절연막(109) 위에 스퍼터에 의해 ITO막을 형성한다. ITO막의 화소영역을 구성하는 부분을 남겨서 ITO막을 에칭하여 패터닝함으로써 각 화소영역의 중심에 오목형상부(105a)가 형성된 화소전극(105)이 얻어진다.

화소전극(105)의 둘레가장자리로부터 이간하여 게이트절연막(109) 위에 드레인배선(106)을 형성하고, TFT소자(104)의 드레인전극(104d)에 접속한다. 화소전극(105)의 주위의 비화소영역에 형성된 드레인배선(106)을 덮도록 게이트절연막(109) 위에 절연막(110)을 형성한다.

계속해서 전체면에 CVD, 스핀코트 등에 의해 배향막(111)을 형성한다.

이와 같이 하여 형성된 TFT기판(102)과, 대향전극(112), 컬러필터(113) 등이 형성된 대향기판(101)을 도시하지 않는 스페이서를 통하여 대향 배치하여 주위를 시일재에 의해 시일하여 액정셀을 형성한다. 계속해서 이 액정셀에 마이너스의 유전이방성을 갖는 액정을 주입하고, 주입구를 밀봉한다. 또한 TFT기판(102) 및 대향기판(101)의 외면에 도시하지 않는 편광판을 배치하여 액정표시소자가 제조된다.

다음으로 상기와 같은 구조를 갖는 화소내의 액정의 거동에 대해서 설명한다.

마이너스의 유전이방성을 갖는 액정(103)은 대향하는 화소전극(105)과 대향전극(112)의 사이에 전압이 인가되어 있지 않는 무전계 상태에서는 그 액정분자(103a)가 TFT기판(102) 및 CF기판(101)의 표면의 형상에 수직이 되도록 배향한다. 즉, 각 화소전극의 내측에 위치하는 액정분자는 TFT기판(102) 및 CF기판(101)의 표면에 수직으로 배향한다. 각 화소영역의 주변부에 위치하는 액정분자는 그 주변부에 형성된 둘레가장자리 볼록부(111a)에 의해 배향막면에 경사면(111b)이 형성되어 있으므로 액정분자(103a)는 이 경사면(111b)에 수직으로, 즉 화소영역의 내측을 향해서 경사하여 배열하고 있다. 또 화소영역의 중앙의 오목형상부(105a) 근방의 액정분자에는 오목형상부(105a)의 코너부를 따라서 그 표면에 형성된 배향막(111)에 수직이 되도록 배향시키는 힘이 작용하기 때문에 화소영역의 중심을 향하는 틸트가 주어져서 상기 화소영역의 중심을 향해서 경사하여 배향하고 있다.

그리고 대향하는 화소전극(105)과 대향전극(112)의 사이에 전압이 인가되고, 상기 화소영역의 주위에 형성된 보조전극(107)이 화소전극(105)보다도 낮은 전위의 미리 정해진 전위, 예를 들면 상기 대향전극(112)과 같은 전위의 전압이 인가되면 화소전극(105)과 보조전극(107)의 사이에 횡전계(기판면과 실질적으로 평행한 방향의 전계)가 발생한다. 그 때문에 각 액정분자는 이 횡전계에 의해서 화소영역의 주변부로부터 화소중심을 향하도록 그 디렉터(분자장축방향)가 기운다.

또한 상기 화소전극(105)의 오목형상부(105a) 근방의 액정분자(103a)는 상기 오목형상부(105a)의 중심을 향하여 쓰러지도록 배열하여 배향의 중심이 규정되기 때문에 화소영역의 주변부의 액정분자는 상기 화소전극(105)과 대향전극(112) 및 보조전극(107) 사이의 상호의 전계와, 화소주변부의 배향막면의 형상(둘레가장자리 볼록부(111a)에 의한 경사면(111b)의 형상)에 따른 배향규제력에 의해 액정분자는 상기 화소전극의 중심방향을 향하여 기판면과 실질적으로 수평이 되도록 배향하며, 상기 오목형상부(105a)를 중심으로 하여 연속한 소용돌이상의 배향상태가 되며, 화소마다 액정분자의 배열이 연속하여 변화하는 실질적으로 모노도메인이 된다. 따라서 각 화소영역내의 액정분자의 배향이 안정하고 균일하게 된다.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 따르면 화소전극(105)의 중심부에 형성한 오목형상부(105a)에 의해 화소영역의 중심부의 액정분자(103a)에는 화소중심을 향하는 틸트가 주어지며, 화소영역의 주변부의 액정분자(103a)는 화소전극(105)과 보조전극(107)의 사이에 발생하는 횡전계에 의해, 또한 화소주변부의 배향막면의 형상에 따른 배향규제력에 의해 화소중심을 향하여 기운다. 따라서 화소영역마다 액 정분자(103a)가 화소주변부로부터 화소영역의 중심을 향하여 소용돌이상으로 배열된 모노도메인을 형성하기 때문에, 모든 화소영역에 있어서 액정분자의 배향의 소용돌이의 중심이 일정하게 되므로 안정하여 균일한 배향상태가 얻어지며, 표시불균일의 발생이 억제된다.

(제 2 실시예)

본 발명의 제 2 실시예에 대해서 도 3을 참조하여 설명한다.

도 3은 본 발명의 제 2 실시예에 관련되는 액정표시장치의 화소구조를 나타내고 있다.

이 도 3에 있어서, TFT기판(102)의 내면 위에는 TFT소자(104), 화소전극(105), 드레인배선(106), 보조전극(107), 게이트배선(108), 게이트절연막(109), 절연막(110), 배향막(111)이 형성되어 있다. 또 대향기판(101)의 내면에는 대향전극(112), 컬러필터(113), 블랙마스크(115) 및 배향막(114)이 형성되어 있다. 이 실시예에 있어서, 상기 제 1 실시예와 동일한 구성에는 동일한 참조부호를 붙여 설명은 생략한다.

이 실시예에 있어서, 컬러필터(113)는 아크릴계 수지로 이루어지는 컬러레지스트용액을 도포하고, 패턴노광, 현상하여 형성되며, 색의 3요소에 대응하는 적(R), 녹(G), 청(B)의 각 필터이다. 이 컬러필터(113)는 화소전극(105)과 대향하도록 형성된다.

대향기판(101)의 대향전극(112)은 복수의 화소전극(105)에 공통하여 대향하도록 형성된 전극이고, 이 대향전극(112)은 ITO막 등의 투명도전물로 형성된다.

상기 대향전극(112) 위의 상기 화소전극(105)의 중심에 대응하는 부분에 볼록부(117)가 형성되어 있다. 이 볼록부(117)는 감광성 재료층을 대향전극(112) 위에 형성한 후, 포토리소그래피에 의해 반구형상으로 형성된 것이다.

상기 볼록부(117)가 형성된 대향전극(112) 위에는 이들을 덮는 배향막(111)이 형성되어 있다.

대향전극(112)과 화소전극(105)의 사이에 전압이 인가되지 않을 때, 각 화소영역의 중심부의 액정분자는 볼록부(117)의 표면형상을 따라서 그 표면을 덮는 배향막(114)과 수직이 되도록 배향시키는 힘이 작용하기 때문에 상기 화소전극(105)에서 보아 화소의 중심을 향하는 틸트가 주어진다. 또 각 화소영역의 주변부에 위치하는 액정분자(103a)는 그 주변부에 형성된 둘레가장자리 볼록부(111a)에 의해 배향막면에 경사면(111b)이 형성되어 있으므로 이 경사면(111b)에 수직으로, 즉 화소영역의 내측을 향해서 경사하여 배열하고 있다.

전압인가시에는 이 화소영역의 중심부가 소용돌이의 중심이 되고, 화소전극(105)과 보조전극(107)의 사이에 형성되는 횡전계에 의해 또는 화소주변부의 둘레가장자리 볼록부(111a)에 의한 경사면(111b)의 형상에 따른 배향규제력에 의해 화소영역의 주변부의 액정분자(103a)가 화소 중심을 향하여 기운다. 따라서 볼록부(117)를 소용돌이의 중심으로서 액정분자(103a)가 배향되어 화소영역내의 액정분자의 배향상태가 안정된다.

또한 이 경우, 각 화소영역의 중심부의 액정분자(103a)는 중심을 향하여 쓰러져 들어가는 주변부의 액정분자(103a)로부터 균등하게 분자간력을 받기 때문에 기판면에 대하여 수직으로 배향하고 있다.

본 발명은 상기의 실시예에 한정되지 않으며, 그 응용 및 변형 등은 임의이다. 상기의 실시예에서는 볼록부(117)에 감광성 재료를 이용한 예를 나타낸다. 이 감광성 재료에는 공지의 감광성 수지 등이 적용 가능하고, 감광 후에 투명, 차광의 어느 쪽인가의 재료라도 좋다.

또 상기의 실시예에서는 볼록부(117)를 감광성 재료층을 대향전극(112) 위에형성한 후, 포토리소그래피에 의해 형성하는 예를 나타냈다. 그러나 상기 볼록부(117)는 감광성 재료에 한정되지 않고, 컬러필터라도 좋다. 또는 도 4에 나타내는 바와 같이, 미리 화소전극(105)의 중심에 대응하는 CF기판(101)에 수지 블랙마스크(115)에 의해 돌기부(115a)를 형성하며, 그 위에서 컬러필터(113)의 성막 및 패터닝을 함으로써 컬러필터(113)의 일부로서 돌기(113a)를 형성할 수 있다.

또한 도 5에 나타내는 바와 같이, 상기 CF기판(101)의 상기 화소전극(105)의 중심에 대응하는 위치에 설치한 돌기(112a)는 대향전극(112)의 일부를 두껍게 함으로써 형성해도 좋다.

또 상기 CF기판(101)의 상기 돌기(112a)에 대응하는 부분에 있어서, 특히 그 중심에 금속막으로 이루어지는 차광막(118)을 형성해도 좋다. 이 경우, 상기 화소영역의 중심부의 액정분자가 수직으로 배향함으로써 상기 돌기(112a)의 중심부분으로부터 광누설을 방지할 수 있으며 콘트라스트가 향상된다.

(제 3 실시예)

본 발명의 액정표시소자는 상기의 제 2 실시예에서 나타낸 볼록부는 대향전 극 위에 투명수지재료의 패터닝에 의해서 형성된 스페이서라도 좋다.

제 3 실시예에 있어서의 액정표시소자는 도 6에 나타내는 바와 같이, 스페이서(119)가 그 측면을 경사시킨 원추상으로 형성되고, 이 스페이서(119)를 덮도록 배향막(114)이 형성되어 있다. 이 제 3 실시예에 있어서, 스페이서(119) 이외의 다른 구성은 상기 제 2 실시예와 같기 때문에 상기 제 2 실시예와 동일한 구성에는 동일한 참조부호를 붙여 설명은 생략한다.

이 제 3 실시예에 따르면, 액정분자(103a)는 대향전극(112)과 화소전극(105)의 사이에 전압이 인가될 때, 상기 스페이서(119)의 경사한 측면의 영향을 받아서 이 스페이서(119)를 중심으로 하여 방사상으로 배향한다. 따라서 각 화소영역마다의 액정분자(103a)의 배향상태가 안정된다.

이 실시예에 있어서 무전계상태의 액정분자의 배향상태를 도 7에 모식적으로 나타내고, 전계인가상태의 배향상태를 도 8에 모식적으로 나타냈다. 이들의 도 7 및 도 8에서 나타내는 바와 같이, 상기 스페이서(119) 근방의 액정분자(103a)는 상기 스페이서(119)의 경사한 측면에 대하여 약 수직으로 배열하기 때문에 전계인가시에는 이 스페이서(119) 근방의 액정분자(103a)를 중심으로 하여 소용돌이상으로 배열하며, 액정분자(103a)의 안정된 배향상태가 얻어진다.

(제 4 실시예)

상기 제 2 실시예에서는 화소영역의 중앙에 배치하는 볼록부(117)는 반구형상으로 형성한 예를 나타냈는데, 볼록부(117)의 형상은 반구형상으로 한정되지 않는다. 화소중심을 향하는 틸트를 액정에 줄 수 있으면 좋고, 상기 볼록부(117)는 중앙에서 두껍고 주변에서 얇은 형상으로 할 수도 있다.

본 발명에 있어서, 컬러필터(213)는 도 9 및 도 10에 나타내는 바와 같이, 각 화소영역의 중앙부분이 두껍고, 주변부분이 얇은 완만한 산형의 단면형상을 갖고 있다. 이 제 4 실시예에 있어서 컬러필터 이외의 다른 구성은 상기 제 2 실시예와 같기 때문에 상기 제 2 실시예와 동일한 구성에는 동일한 참조부호를 붙여 설명은 생략한다.

이 제 4 실시예에 있어서, 무전계상태의 액정분자의 배향상태를 도 9에 모식적으로 나타내고, 전계인가상태의 배향상태를 도 10에 모식적으로 나타냈다. 이들의 도 9 및 도 10에서 나타내는 바와 같이, 무전계상태에서는 CF기판측의 배향막에 인접하는 액정분자는 컬러필터의 곡면에 대하여 약 수직으로 배향하기 때문에 TFT기판의 법선방향에 대하여 기운 배향상태가 된다. 즉, 도 9에 나타내는 바와 같이, 화소중앙보다 우측의 액정분자는 왼쪽으로 쓰러지고, 화소중앙보다 좌측의 액정분자는 오른쪽으로 쓰러지게 된다. 이 상태에서 전압이 인가되면 도 10에 나타내는 바와 같이, CF기판에 인접하는 상기 액정분자(103a)의 영향을 받아서 액정분자(103a)는 각 화소영역의 주변으로부터 중앙을 향하여 소용돌이상으로 배열한다. 따라서 각 화소영역마다 액정분자(103a)의 배향상태가 안정된다.

상기의 제 1 실시예에서는 오목형상부(105a)가 화소전극(105)에 형성된 예를 나타내고, 제 2 실시예에서는 볼록부(117) 등을 대향전극(112)의 위에 형성한 예를 나타냈는데, 이들의 오목형상부(105a) 및 볼록부(117) 등은 화소전극(105), 대향전 극(112)의 어느 쪽에 형성해도 좋다.

상기의 실시예에서는 TFT소자(104)는 역스태거형(보텀게이트형)이라고 설명했는데, TFT소자의 게이트구조는 임의이고, 예를 들면 톱게이트형이어도 좋다.

상기의 실시예에서는 드레인배선(106), 보조전극(107), 게이트배선(108)은 알루미늄 등에 의해 형성한 예를 나타냈는데, 이들의 전극 또는 배선은 다른 재료, 예를 들면 구리에 의해서 형성해도 좋다. 특히 상기 보조전극(107)은 투명도전막에 의해서 형성되는 것이 바람직하고, 이 경우, 각 화소영역의 투과율이 향상된다.

상기 실시예에서는 게이트절연막(109)이 실리콘질화막인 예를 나타냈는데, 이 게이트절연막은 다른 절연막, 예를 들면 실리콘산화막으로 구성되어도 좋다.

Claims

제 1 전극이 설치된 제 1 기판과,

상기 제 1 전극과 미리 정한 간격을 두고서 서로 대향 배치되어 상기 제 1 전극과 대향하는 영역에 의해 각각의 화소영역을 형성하는 적어도 1개의 제 2 전극이 설치된 제 2 기판과,

상기 제 2 기판의 상기 제 2 전극이 설치된 면에 적어도 상기 화소영역의 둘레가장자리를 따라 형성된 보조전극과,

상기 제 1, 제 2 전극이 서로 대향하는 내면 각각에 형성된 수직배향막과,

상기 제 1, 제 2 기판 사이에 봉입되어 마이너스의 유전이방성을 갖는 액정층을 구비하며,

상기 제 1, 제 2 전극 중의 적어도 한쪽 전극의 상기 화소영역의 실질적인 중앙에 대응하는 위치에 상기 액정층의 액정분자를 그 형상에 따라서 배열시키기 위한 오목부, 볼록부 중 적어도 1개가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 액정표시소자.
제 1 항에 있어서,

상기 제 2 전극의 실질적인 중앙부에 오목부가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 액정표시소자.
제 1 항에 있어서,

상기 제 1 전극의 상기 화소영역의 중앙에 대응하는 위치에 볼록부가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 액정표시소자.
제 3 항에 있어서,

상기 제 1 전극의 상기 화소영역의 중앙에 대응하는 위치에 형성된 볼록부는 상기 제 1 전극 위에 형성된 절연재료로 이루어지는 돌기에 의해서 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 액정표시소자.
제 3 항에 있어서,

상기 제 1 기판에는 상기 제 1 전극의 상기 화소영역의 중앙에 대응하는 위치에 형성된 볼록부에 대응하는 부분에 차광막으로 이루어지는 돌기가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 액정표시소자.
제 3 항에 있어서,

상기 제 1 기판에는 각 화소영역마다 대응하는 컬러필터와, 각 화소영역의 주변을 덮는 위치에 차광성의 수지로 이루어지는 블랙마스크가 형성되어 있고,

상기 제 1 전극의 상기 화소영역의 중앙에 대응하는 위치에 형성된 볼록부는 상기 제 1 기판과 상기 컬러필터의 사이에 형성된 상기 블랙마스크를 형성하기 위한 수지로 이루어지는 돌기에 의해서 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 액정표시 소자.
제 1 항에 있어서,

상기 제 2 기판에는 화소영역의 둘레가장자리부를 따른 둘레가장자리 볼록부가 추가로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 액정표시소자.
제 7 항에 있어서,

상기 제 2 기판에 형성된 상기 둘레가장자리 볼록부는 복수의 화소영역의 사이에 상기 보조전극의 일부와 가장자리가 겹치도록 형성된 절연막에 의해서 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 액정표시소자.
제 1 전극이 설치된 제 1 기판과,

상기 제 1 전극과 미리 정한 간격을 두고서 서로 대향 배치되어 상기 제 1 전극과 대향하는 영역에 의해 각각의 화소영역을 형성하는 적어도 1개의 제 2 전극이 설치된 제 2 기판과,

상기 제 2 기판의 상기 제 2 전극이 설치된 면에 적어도 상기 화소영역의 둘레가장자리를 따라 형성된 보조전극과,

상기 제 1, 제 2 전극이 서로 대향하는 내면 각각에 형성된 수직배향막과,

상기 제 1, 제 2 기판 사이에 봉입되어 마이너스의 유전이방성을 갖는 액정층을 구비하며,

상기 제 1, 제 2 전극 중 적어도 한쪽 전극의 상기 화소영역의 실질적인 중앙에 대응하는 위치에 상기 제 2 전극과 상기 보조전극의 사이에 인가되는 전계에 의해 주변으로부터 중앙을 향하여 소용돌이상으로 배열되는 액정분자의 배향중심의 위치를 정하기 위한 오목부, 볼록부 중 적어도 1개가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 액정표시소자.
제 9 항에 있어서,

상기 제 2 기판의 상기 제 2 전극에는 그 중앙에 오목부가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 액정표시소자.
제 9 항에 있어서,

상기 제 2 기판에는 중앙에 오목부가 형성된 상기 제 2 전극과, 화소영역의 둘레가장자리부를 따라 형성된 둘레가장자리 볼록부가 추가로 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 액정표시소자.
제 9 항에 있어서,

상기 제 1 전극의 상기 화소영역의 중앙에 대응하는 위치에, 볼록부가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 액정표시소자.
제 9 항에 있어서,

상기 제 1 기판에는 상기 화소영역의 중앙에 대응하는 위치에 상기 볼록부가 설치된 상기 제 1 전극이 형성되고,

상기 제 2 기판에는 화소영역의 둘레가장자리부를 따른 둘레가장자리 볼록부가 추가로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 액정표시소자.
제 9 항에 있어서,

상기 제 1 기판의 상기 제 2 기판에 대향하는 내면에는 각 화소영역에 대응하는 컬러필터가 형성되고,

상기 제 1 전극에 형성된 볼록부는 상기 컬러필터에 설치한 돌기에 의해서 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 액정표시소자.
제 9 항에 있어서,

상기 보조전극은 상기 제 2 전극보다도 낮은 전위로 설정되는 것을 특징으로 하는 액정표시소자.
제 9 항에 있어서,

상기 보조전극은 상기 제 2 전극의 주변부분과 중첩하고, 상기 제 2 전극의 사이에 보상용량을 형성하기 위한 보상용량전극으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 액정표시소자.
제 9 항에 있어서,

상기 제 1 기판의 내면에는 상기 화소영역의 중심에 대응하는 위치에 절연막으로 이루어지는 볼록부와, 상기 볼록부의 중심을 투과하는 빛을 차단하기 위한 금속막이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 액정표시소자.
제 9 항에 있어서,

상기 볼록부는 상기 제 1 전극과 상기 제 2 전극 사이의 간격을 조정하기 위한 스페이서로 구성되는 것을 특징으로 하는 액정표시소자.
제 1 전극이 설치된 제 1 기판과,

상기 제 1 전극과 미리 정한 간격을 두고서 서로 대향 배치되어 상기 제 1 전극과 대향하는 영역에 의해 각각의 화소영역을 형성하는 적어도 1개의 제 2 전극이 설치된 제 2 기판과,

상기 제 2 기판의 상기 제 2 전극이 설치된 면에 적어도 상기 화소영역의 둘레가장자리를 따라 형성된 보조전극과,

상기 제 1, 제 2 전극이 서로 대향하는 내면 각각에 형성된 수직배향막과,

상기 제 1, 제 2 기판 사이에 봉입되어 마이너스의 유전이방성을 갖는 액정층을 구비하며,

상기 액정층의 액정분자가 그 분자장축을 상기 화소영역의 중앙을 향하여 기울여서 배열하도록 상기 제 1 또는 제 2 전극의 적어도 한쪽을 상기 화소영역의 중 앙으로부터 주변을 향하여 기울여서 형성한 것을 특징으로 하는 액정표시소자.
제 19 항에 있어서,

상기 제 2 기판의 제 1 기판과 대향하는 내면에 중앙부가 주변부보다 두껍게 형성된 단면을 갖는 컬러필터를 구비하는 것을 특징으로 하는 액정표시소자.