KR20060118993A - 액정 표시 장치 - Google Patents

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KR20060118993A
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Abstract

본 발명에서는 하부 편광판과 하부 절연 기판의 사이에 보상 필름을 사용하고, 액정 표시 장치의 반사 영역에만 위상 지연층을 형성한다. 그 결과 액정 표시 장치가 광시야각을 가질 수 있으며, 또한, 위상 지연층을 액정 표시 장치의 내부에 형성하여 별도의 위상 지연 필름을 사용하지 않아도 되므로 제조 비용이 감소한다.
위상 지연층, 보상 필름, 반투과형, 광시야각

Description

액정 표시 장치{LIQUID CRYSTAL DISPLAY}
도 1은 본 발명의 한 실시예에 따른 액정 표시 장치의 배치도이다.
도 2 및 도 3은 각각 도 1에 도시한 액정 표시 장치를 II-II'선 및 III-III'선을 따라 잘라 도시한 단면도이다.
도 4, 도 6, 도 8 및 도 10은 도 1에 도시한 액정 표시 장치의 박막 트랜지스터 표시판을 본 발명의 실시예에 따라 제조하는 방법의 중간 단계에서의 박막 트랜지스터 표시판의 배치도이다.
도 5, 도 7, 도 9, 도 11 및 도 13은 각각 도 4, 도 6, 도 8 및 도 10에 도시한 박막 트랜지스터 표시판을 V-V'선, VII-VII'선, IX-IX'선 및 XI-XI'선을 따라 잘라 도시한 단면도이다.
도 14 내지 도 18은 도 1에 도시한 액정 표시 장치의 공통 전극 표시판을 본 발명의 실시예에 따라 제조하는 방법을 도시하는 단면도이다.
도 19는 본 발명의 한 실시예에 따라 제조한 액정 표시 장치에서 적색, 녹색, 청색 화소를 모두 보여주는 단면도이다.
도 20 및 도 21은 본 발명의 실시예에 따라 액정 표시 장치의 외측에 부착하는 편광판을 보여주는 도면이다.
도 22는 본 발명의 실시예에 따른 액정 표시 장치의 각도에 따른 콘트라스트 비를 보여주는 도면이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
3: 액정층 12: 하부 편광판
15: 보상필름 22:상부 편광판
100: 박막 트랜지스터 표시판 110: 하부 절연 기판
121: 게이트선 124: 게이트 전극
131: 유지 전극선 140: 게이트 절연막
151, 154: 반도체 163, 165: 저항성 접촉층
171: 데이터선 173: 소스 전극
175: 드레인전극 180: 하부 보호막
187: 유기 절연막 190: 화소 전극
192: 투명 전극 194: 반사 전극
195: 투과 영역
200: 공통 전극 표시판 210: 상부 절연 기판
220: 블랙 매트릭스 230: 색필터
250: 위상 지연층 255: 등방성 매질층
본 발명은 반투과형 액정 표시 장치에 관한 것이다.
액정 표시 장치는 현재 가장 널리 사용되고 있는 평판 표시 장치 중 하나로서, 화소 전극과 공통 전극 등 전계 생성 전극이 형성되어 있는 두 장의 표시판과 그 사이에 삽입되어 있는 액정층으로 이루어지며, 전계 생성 전극에 전압을 인가하여 액정층에 전계를 생성하고 이를 통하여 액정층의 액정 분자들의 배향을 결정하고 입사광의 편광을 제어함으로써 영상을 표시한다.
액정 표시 장치는 광원에 따라서 액정 셀의 배면에 위치한 조명부를 이용하여 화상을 표시하는 투과형 액정 표시 장치, 자연 외부광을 이용하여 화상을 표시하는 반사형 액정 표시 장치, 그리고 투과형 액정 표시 장치와 반사형 액정 표시 장치의 구조를 결합시킨 것으로, 실내나 외부 광원이 존재하지 않는 어두운 곳에서는 표시 소자 자체의 내장 광원을 이용하여 화상을 표시하는 투과 모드로 작동하고 실외의 고조도 환경에서는 외부광을 반사시켜 화상을 표시하는 반사 모드로 작동하는 반투과형 액정 표시 장치로 구분된다.
이러한 액정 표시 장치의 두 표시판의 외측 면에는 입사광에 대해 특정의 편광 성분만을 투과시키는 편광판이 부착된다. 표시판과 편광판 사이에는 1/4파장 위상 지연 필름이 배치되는데, 이러한 위상 지연 필름은 위상 지연 필름의 광축에 평행하며 서로 수직인 두 편광 성분에 대하여 1/4파장만큼의 위상차를 부여하여 선편광을 원편광으로 바꾸거나 원편광을 선편광으로 바꾸는 역할을 한다. 그리고 위상 지연 필름에는 반사 모드에서 전체 가시광선 영역에 대하여 원편광 또는 선편광을 만들기 위하여 별도의 광대역 위상 지연 필름이 부착된다.
이러한 위상 지연 필름을 사용하는 반투과형 액정 표시 장치는 반사 모드와 투과 모드를 함께 사용할 수 있도록 하지만, 위상 지연 필름을 사용함으로 인하여 시야각이 좁아지는 문제점이 발생한다. 또한, 위상 지연 필름을 별도로 구매하여 부착하여야 하므로 제품의 원가가 상승한다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 광시야각을 가질 수 있는 구조의 반투과형 액정 표시 장치를 제공하기 위한 것이다.
이러한 과제를 해결하기 위하여 본 발명에서는 하부 편광판과 하부 절연 기판의 사이에 보상 필름을 사용하고, 액정 표시 장치의 반사 영역에만 위상 지연층을 형성한다.
구체적으로, 본 발명에 따른 액정 표시 장치는 제1 기판, 상기 제1 기판과 대향하는 제2 기판, 상기 제1 기판 위에 형성되어 있는 투명 전극, 상기 반사 영역에 위치하며 상기 투명 전극 위에 형성되어 있는 반사 전극, 상기 제2 기판 위에 형성되어 있는 위상 지연층, 상기 제1 기판과 상기 제2 기판의 외측에 각각 부착되어 있는 제1 및 제2 편광판, 상기 제2 기판과 상기 제2 편광판의 사이에 부착되어 있는 보상 필름을 포함하며, 화상을 표시하는 표시 영역은 반사 영역과 투과 영역으로 구분되고, 상기 반사 영역은 상기 반사 전극에 대응하는 영역이고, 상기 투과 영역은 상기 반사 영역을 제외한 영역이라고 할 때, 상기 위상 지연층은 상기 반사 영역에 형성되어 있다.
상기 액정 표시 장치는 등방성 매질층을 더 포함하며, 상기 등방성 매질층은 상기 투과 영역에 형성될 수 있다.
상기 액정 표시 장치는 등방성 매질층을 더 포함하며, 상기 등방성 매질층은 상기 투과 영역과 상기 반사 영역에 형성될 수 있다.
상기 제1 편광판의 투과축과 상기 제2 편광판의 투과축은 서로 수직할 수 있다.
상기 보상 필름은 느린 축을 가지며, 상기 제2 편광판의 투과축과 상기 느린 축은 서로 동일한 방향을 가질 수 있다.
상기 보상 필름은 아래와 같은 성질을 가질 수 있다.
Figure 112005025908205-PAT00001
Figure 112005025908205-PAT00002
상기 Ro 값은 50 정도이고, Rth 값은 200 정도일 수 있다.
상기 보상 필름은 이축성(biaxial) 필름일 수 있다.
상기 위상 지연층은 1/4 λ 위상 지연층일 수 있다.
상기 위상 지연층은 빠른 축을 가지며, 상기 빠른 축은 상기 제1 또는 제2 편광판의 투과축과 ±45°를 이룰 수 있다.
상기 위상 지연층은 상기 제2 기판의 상기 제1 기판 측에 형성될 수 있다.
상기 제2 기판에 형성되어 있는 색필터를 더 포함할 수 있다.
상기 색필터는 적색, 녹색, 청색의 색필터로 구분될 수 있다.
상기 색필터는 상기 투과 영역에서의 두께가 상기 반사 영역에서의 두께보다 두껍게 형성될 수 있다.
상기 위상 지연층은 상기 색필터의 색에 따라서 서로 다른 두께로 형성될 수 있다.
상기 제2 기판에 형성되어 있는 공통 전극을 더 포함할 수 있다.
상기 반사 영역에서 상기 공통 전극과 상기 반사 전극 사이의 간격이 상기 투과 영역에서 상기 공통 전극과 상기 투명 전극과의 간격보다 좁게 형성될 수 있다.
상기 반사 영역에서의 간격은 상기 투과 영역에서의 간격의 반이 될 수 있다.
상기 보상 필름은 상기 제2 편광판의 표면에 코팅되어 있을 수 있다.
상기 반사 전극의 표면에는 굴곡이 형성되어 있을 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.
먼저 본 발명의 한 실시예에 따른 액정 표시 장치에 대하여 도 1 내지 도 3을 참고로 하여 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 한 실시예에 따른 액정 표시 장치의 배치도이고, 도 2 및 도 3은 각각 도 1에 도시한 액정 표시 장치를 II-II'선 및 III-III'선을 따라 잘라 도시한 단면도이다.
본 실시예에 따른 액정 표시 장치는 박막 트랜지스터 표시판(100)과 이와 마주보고 있는 공통 전극 표시판(200), 그리고 이들 사이에 삽입되어 있으며 두 표시판(100, 200)의 표면에 대하여 수직 또는 수평으로 배향되어 있는 액정 분자를 포함하는 액정층(3)으로 이루어진다.
먼저, 박막 트랜지스터 표시판(100)에 대하여 설명한다.
투명한 유리 또는 플라스틱 따위로 만들어진 절연 기판(110) 위에 복수의 게이트선(gate line)(121) 및 복수의 유지 전극선(storage electrode line)(131)이 형성되어 있다.
게이트선(121)은 게이트 신호를 전달하며 주로 가로 방향으로 뻗어 있다. 각 게이트선(121)은 위로 돌출한 복수의 게이트 전극(gate electrode)(124)과 다른 층 또는 외부 구동 회로와의 접속을 위하여 면적이 넓은 끝 부분(129)을 포함한다. 게이트 신호를 생성하는 게이트 구동 회로(도시하지 않음)는 기판(110) 위에 부착되는 가요성 인쇄 회로막(flexible printed circuit film)(도시하지 않음) 위에 장착되거나, 기판(110) 위에 직접 장착되거나, 기판(110)에 집적될 수 있다. 게이트 구동 회로가 기판(110) 위에 집적되어 있는 경우 게이트선(121)이 연장되어 이와 직접 연결될 수 있다.
유지 전극선(131)은 소정의 전압을 인가 받으며 게이트선(121)과 거의 나란하게 뻗는다. 각 유지 전극선(131)은 인접한 두 게이트선(121) 사이에 위치하며 두 게이트선(121) 중 아래쪽에 가깝다. 유지 전극선(131)은 아래위로 확장된 유지 전극(storage electrode)(137)을 포함한다. 그러나 유지 전극선(131)의 모양 및 배치는 여러 가지로 변형될 수 있다.
게이트선(121) 및 유지 전극선(131)은 알루미늄(Al)이나 알루미늄 합금 등 알루미늄 계열 금속, 은(Ag)이나 은 합금 등 은 계열 금속, 구리(Cu)나 구리 합금 등 구리 계열 금속, 몰리브덴(Mo)이나 몰리브덴 합금 등 몰리브덴 계열 금속, 크롬(Cr), 탄탈륨(Ta) 및 티타늄(Ti) 따위로 만들어질 수 있다. 그러나 이들은 물리적 성질이 다른 두 개의 도전막(도시하지 않음)을 포함하는 다중막 구조를 가질 수도 있다. 이 중 한 도전막은 신호 지연이나 전압 강하를 줄일 수 있도록 비저항(resistivity)이 낮은 금속, 예를 들면 알루미늄 계열 금속, 은 계열 금속, 구리 계열 금속 등으로 만들어진다. 이와는 달리, 다른 도전막은 다른 물질, 특히 ITO(indium tin oxide) 및 IZO(indium zinc oxide)와의 물리적, 화학적, 전기적 접촉 특성이 우수한 물질, 이를테면 몰리브덴 계열 금속, 크롬, 탄탈륨, 티타늄 등으로 만들어진다. 이러한 조합의 좋은 예로는 크롬 하부막과 알루미늄 (합금) 상부막 및 알루미늄 (합금) 하부막과 몰리브덴 (합금) 상부막을 들 수 있다. 그러나 게이트선(121) 및 유지 전극선(131)은 이외에도 여러 가지 다양한 금속 또는 도전 체로 만들어질 수 있다.
게이트선(121) 및 유지 전극선(131)의 측면은 기판(110) 면에 대하여 경사져 있으며 그 경사각은 약 30° 내지 약 80°인 것이 바람직하다.
게이트선(121) 및 유지 전극선(131) 위에는 질화규소(SiNx) 또는 산화규소(SiOx) 따위로 만들어진 게이트 절연막(gate insulating layer)(140)이 형성되어 있다.
게이트 절연막(140) 위에는 수소화 비정질 규소(hydrogenated amorphous silicon)(비정질 규소는 약칭 a-Si로 씀) 또는 다결정 규소(polysilicon) 등으로 만들어진 복수의 선형 반도체(151)가 형성되어 있다. 선형 반도체(151)는 주로 세로 방향으로 뻗어 있으며, 게이트 전극(124)을 향하여 뻗어 나온 복수의 돌출부(projection)(154)를 포함한다. 선형 반도체(151)는 게이트선(121) 및 유지 전극선(131) 부근에서 너비가 넓어져 이들을 폭넓게 덮고 있다.
반도체(151) 위에는 복수의 선형 및 섬형 저항성 접촉 부재(ohmic contact)(161, 165)가 형성되어 있다. 저항성 접촉 부재(161, 165)는 인 따위의 n형 불순물이 고농도로 도핑되어 있는 n+ 수소화 비정질 규소 따위의 물질로 만들어지거나 실리사이드(silicide)로 만들어질 수 있다. 선형 저항성 접촉 부재(161)는 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.
반도체(151)와 저항성 접촉 부재(161, 165)의 측면 역시 기판(110) 면에 대하여 경사져 있으며 경사각은 30° 내지 80° 정도이다.
저항성 접촉 부재(161, 165) 및 게이트 절연막(140) 위에는 복수의 데이터선(data line)(171)과 복수의 드레인 전극(drain electrode)(175)이 형성되어 있다.
데이터선(171)은 데이터 신호를 전달하며 주로 세로 방향으로 뻗어 게이트선(121) 및 유지 전극선(131)과 교차한다. 각 데이터선(171)은 게이트 전극(124)을 향하여 뻗은 복수의 소스 전극(source electrode)(173)과 다른 층 또는 외부 구동 회로와의 접속을 위하여 면적이 넓은 끝 부분(179)을 포함한다. 데이터 신호를 생성하는 데이터 구동 회로(도시하지 않음)는 기판(110) 위에 부착되는 가요성 인쇄 회로막(도시하지 않음) 위에 장착되거나, 기판(110) 위에 직접 장착되거나, 기판(110)에 집적될 수 있다. 데이터 구동 회로가 기판(110) 위에 집적되어 있는 경우, 데이터선(171)이 연장되어 이와 직접 연결될 수 있다.
드레인 전극(175)은 데이터선(171)과 분리되어 있으며 게이트 전극(124)을 중심으로 소스 전극(173)과 마주한다. 각 드레인 전극(175)은 넓은 한 쪽 끝 부분과 막대형인 다른 쪽 끝 부분을 포함한다. 넓은 끝 부분은 유지 전극(137)과 중첩하며, 막대형 끝 부분은 구부러진 소스 전극(173)으로 일부 둘러싸여 있다.
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)은 몰리브덴, 크롬, 탄탈륨 및 티타늄 등 내화성 금속(refractory metal) 또는 이들의 합금으로 만들어지는 것이 바람직하며, 내화성 금속막(도시하지 않음)과 저저항 도전막(도시하지 않음)을 포함하는 다중막 구조를 가질 수 있다. 다중막 구조의 예로는 크롬 또는 몰리브덴 (합금) 하부막과 알루미늄 (합금) 상부막의 이중막, 몰리브덴 (합금) 하부막과 알루미늄 (합금) 중간막과 몰리브덴 (합금) 상부막의 삼중막을 들 수 있다. 그러나 데이터선(171) 및 드레인 전극(175)은 이외에도 여러 가지 다양한 금속 또는 도전체로 만들어질 수 있다.
데이터선(171) 및 드레인 전극(175) 또한 그 측면이 기판(110) 면에 대하여 30° 내지 80° 정도의 경사각으로 기울어진 것이 바람직하다.
저항성 접촉 부재(161, 165)는 그 아래의 반도체(151)와 그 위의 데이터선(171) 및 드레인 전극(175) 사이에만 존재하며 이들 사이의 접촉 저항을 낮추어 준다. 대부분의 곳에서는 선형 반도체(151)가 데이터선(171)보다 좁지만, 앞서 설명하였듯이 게이트선(121)과 만나는 부분에서 너비가 넓어져 표면의 프로파일을 부드럽게 함으로써 데이터선(171)이 단선되는 것을 방지한다. 반도체(151)에는 소스 전극(173)과 드레인 전극(175) 사이를 비롯하여 데이터선(171) 및 드레인 전극(175)으로 가리지 않고 노출된 부분이 있다.
데이터선(171), 드레인 전극(175) 및 노출된 반도체(151) 부분 위에는 보호막(passivation layer)(180)이 형성되어 있다. 보호막(180)은 질화규소나 산화규소 따위의 무기 절연물로 만들어진 하부막(180q)과 유기 절연물로 만들어진 상부막(180q)을 포함한다. 상부 보호막(180q)은 4.0 이하의 유전 상수를 가지는 것이 바람직하고, 감광성(photosensitivity)을 가질 수도 있으며 그 표면에는 요철이 형성되어 있다. 또한 상부 보호막(180q)에는 하부 보호막(180q)의 일부를 드러내는 개구부(195: 투과창)가 형성되어 있다. 그러나 보호막(180)은 무기 절연물 또는 유기 절연물 따위로 만들어진 단일막 구조를 가질 수도 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.
보호막(180) 위에는 복수의 화소 전극(pixel electrode)(191) 및 복수의 접촉 보조 부재(contact assistant)(81, 82)가 형성되어 있다.
각 화소 전극(191)은 상부 보호막(180q)의 요철을 따라 굴곡이 져 있고, 투명 전극(192) 및 그 위의 반사 전극(194)을 포함한다. 투명 전극(192)은 ITO 또는 IZO 등의 투명한 도전 물질로 만들어지고, 반사 전극(194)은 알루미늄, 은, 크롬 또는 그 합금 등의 반사성 금속으로 만들어진다. 그러나 반사 전극(194)은 알루미늄, 은 또는 그 합금 등 저저항 반사성 상부막(도시하지 않음)과 몰리브덴 계열 금속, 크롬, 탄탈륨 및 티타늄 등 ITO 또는 IZO와 접촉 특성이 좋은 하부막(도시하지 않음)의 이중막 구조를 가질 수 있다.
반사 전극(194)은 상부 보호막(180q)의 개구부에 위치하며 투명 전극(192)을 노출하는 투과창(195)을 가지고 있다. 반사 전극(194)은 투명 전극(192) 일부 위에만 존재하여 투명 전극(192)의 다른 부분을 노출하며, 투명 전극(192)의 노출된 부분은 상부 보호막(180q)의 개구부에 위치한다.
화소 전극(191)은 접촉 구멍(185)을 통하여 드레인 전극(175)과 물리적·전기적으로 연결되어 있으며, 드레인 전극(175)으로부터 데이터 전압을 인가 받는다. 데이터 전압이 인가된 화소 전극(191)은 공통 전압(common voltage)을 인가 받는 공통 전극 표시판(200)의 공통 전극(common electrode)(270)과 함께 전기장을 생성함으로써 두 전극(191, 270) 사이의 액정층(3)의 액정 분자의 방향을 결정한다. 이와 같이 결정된 액정 분자의 방향에 따라 액정층(3)을 통과하는 빛의 편광이 달라진다. 화소 전극(191)과 공통 전극(270)은 축전기[이하 “액정 축전기(liquid crystal capacitor)”라 함]를 이루어 박막 트랜지스터가 턴 오프된 후에도 인가된 전압을 유지한다.
박막 트랜지스터 표시판(100), 공통 전극 표시판(200) 및 액정층(3) 등을 포함하는 반투과형 액정 표시 장치는 투명 전극(192) 및 반사 전극(194)에 의하여 각각 정의되는 투과 영역(TA) 및 반사 영역(RA)으로 구획될 수 있다. 구체적으로는, 투과창(195) 아래위에 위치하는 부분은 투과 영역(TA)이 되고, 반사 전극(194) 아래위에 위치하는 부분은 반사 영역(RA)이 된다.
투과 영역(TA)에서는 액정 표시 장치의 뒷면, 즉 박막 트랜지스터 표시판(100) 쪽에서 입사된 빛이 액정층(3)을 통과하여 앞면, 즉 공통 전극 표시판(200) 쪽으로 나옴으로써 표시를 수행한다. 반사 영역(RA)에서는 앞면에서 들어온 빛이 액정층(3)으로 들어왔다가 반사 전극(194)에 의하여 반사되어 액정층(3)을 다시 통과하여 앞면으로 나옴으로써 표시를 수행한다. 이때, 반사 전 극(194)의 굴곡은 빛이 반사되어 분산되도록 한다.
투과 영역(TA)에는 상부 보호막(180q)이 없으므로, 반사 영역(RA)에서의 액정층(3)의 두께, 또는 셀 간격(cell gap)이 투과 영역(TA)에서의 셀 간격의 반이 된다.
화소 전극(191) 및 이와 연결된 드레인 전극(175) 확장부(177)는 유지 전극(137)을 비롯한 유지 전극선(131)과 중첩한다. 화소 전극(191) 및 이와 전기적으로 연결된 드레인 전극(175)이 유지 전극선(131)과 중첩하여 이루는 축전기를 유지 축전기(storage capacitor)라 하며, 유지 축전기는 액정 축전기의 전압 유지 능력을 강화한다.
접촉 보조 부재(81, 82)는 각각 접촉 구멍(181, 182)을 통하여 게이트선(121)의 끝 부분(129) 및 데이터선(171)의 끝 부분(179)과 연결된다. 접촉 보조 부재(81, 82)는 게이트선(121)의 끝 부분(129) 및 데이터선(171)의 끝 부분(179)과 외부 장치와의 접착성을 보완하고 이들을 보호한다.
다음으로 공통 전극 표시판(200)에 대하여 설명한다.
투명한 유리 또는 플라스틱 등으로 만들어진 절연 기판(210) 위에 차광 부재(light blocking member)(220)가 형성되어 있다. 차광 부재(220)는 블랙 매트릭스(black matrix)라고도 하며, 화소 전극(190)과 마주하는 복수의 개구 영역을 정의하는 한편 화소 전극(190) 사이의 빛샘을 막아 준다.
기판(210) 위에는 또한 복수의 색필터(color filter)(230)가 형성되어 있으며, 차광 부재(220)로 둘러싸인 개구 영역 내에 거의 다 들어가도록 배치되어 있다. 색필터(230)는 화소 전극(190)을 따라 세로 방향으로 길게 뻗어 띠(stripe)를 이룰 수 있다. 각 색필터(230)는 적색, 녹색 및 청색의 삼원색 등 기본색(primary color)중 하나를 표시할 수 있다. 색필터(230)는 투과 영역(TA)과 반사 영역(RA)에 대하여 서로 다른 두께로 형성되어 있다. 투과 영역(TA)은 투명 전극(192)을 지난 빛이 색필터(230)를 한번만 지나가나, 반사 영역(RA)은 빛이 공통 전극 표시판(200)으로 입사될 때 및 반사되어 나갈 때 총 2번 색필터(230)를 지나가게 된다. 그로 인하여 투과 영역(TA)과 반사 영역(RA)에서 표시되는 색감이 서로 다르게 될 수 있는데, 이를 막기 위하여 투과 영역(TA)의 색필터(230)를 반사 영역(RA)의 색필터(230)에 비하여 두껍게 형성한다. 한편, 색필터(230)의 두께를 다르게 형성하는 방법 이외에 반사 영역(RA)의 색필터(230)에 색필터가 형성되지 않는 영역(라이트 홀)을 형성하는 방법으로도 투과 영역(TA)과 반사 영역(RA)에서의 색감을 일치시킬 수 있다.
색필터(230) 및 차광 부재(220) 위에는 위상 지연층(250) 및 등방성 매질층(255)이 형성된다. 위상 지연층(250)은 반사 영역(RA)을 포함하며 형성되나, 투과 영역(TA)에는 형성되지 않는 것이 바람직하다. 또한, 등방성 매질층(255)은 투과 영역(TA)을 포함하며 형성되는데, 도시된 것과 달리 반사 영역(RA)에도 형성될 수 있다.
위상 지연층(250)은 느린 축(slow axis)과 빠른 축(fast axis)을 가져 빛이 투과시 빠른 축 방향의 광이 느린 축 방향의 광에 비하여 빠른 위상을 가지도록 한다. 위상 지연층(250)은 이를 투과한 빛의 느린 축과 빠른 축 사이의 위상차가 1/4 λ가 되도록 형성하는 것이 바람직하다. 또한, 느린 축과 빠른 축은 서로 수직하며, 편광판(12, 22)의 투과축과 ±45°를 이루도록 형성하는 것이 바람직하다.
한편, 등방성 매질층(255)은 빛이 투과시 축 방향에 따른 위상차를 유발하지 않는다. 등방성 매질층(255)이 도시된 것과 달리 위상 지연층(250)의 위에도 형성되는 경우에는 등방성 매질층(255)을 이용하여 공통 전극 표시판(200)의 표면을 평탄화시킬 수도 있다.
위상 지연층(250) 및 등방성 매질층(255)의 위에는 공통 전극(270)이 형성되어 있다. 공통 전극(270)은 ITO나 IZO 등 투명한 도전 도전체로 만들어지는 것이 바람직하다.
표시판(100, 200)의 안쪽 면 위에는 액정층(3)을 배향하기 위한 배향막(alignment layer)(도시하지 않음)이 도포되어 있으며, 표시판(100, 200)의 바깥쪽 면에는 각각 편광판(12, 22)이 구비되어 있다.
상부 편광판(22)과 하부 편광판(12)은 각각 투과축을 가지며, 상부 편광판(22)의 투과축과 하부 편광판(12)의 투과축은 서로 수직하도록 형성되어 있다. 이미 설명한 바와 같이 위상 지연층(250)의 느린 축 또는 빠른 축은 편광판(12, 22)의 투과축과 ±45°로 형성되는 것이 바람직하다.
하부 편광판(12)과 하부 절연 기판(110)의 사이에는 보상 필름(15)이 형성되어 있다. 보상 필름(15)은 x, y, z축 방향의 굴절율(nx, ny, nz)이 서로 다르게 형성되어 있는 이축성(biaxial) 필름을 사용하는 것이 바람직하다. 또한, 아래와 같 은 성질을 가지는 지는 보상 필름(15)을 사용하는 것이 바람직하다.
Figure 112005025908205-PAT00003
Figure 112005025908205-PAT00004
여기에서 d는 보상 필름(15)의 두께를 Rth는 두께 방향의 지연값을 Ro는 두께 방향(Rth)에 수직한 방향의 지연값을 나타낸다. Ro는 50정도가 바람직하며, Rth는 200정도가 바람직하다. 또한, 보상 필름(15)의 느린 축(x축)은 하부 편광판(12)의 투과축과 나란하도록 배치하는 것이 바람직하다.
액정층(3)은 수직 배향 또는 수평 배향되어 있다.
액정 표시 장치는 또한 박막 트랜지스터 표시판(100)과 공통 전극 표시판(200)을 떠받쳐서 둘 사이에 간극(間隙)을 만드는 복수의 간격재(spacer)(도시하지 않음)를 더 포함할 수 있다.
액정 표시 장치는 또한 박막 트랜지스터 표시판(100)과 공통 전극 표시판(200)을 결합하는 밀봉재(sealant)(도시하지 않음)를 더 포함할 수 있다. 밀봉재는 공통 전극 표시판(200)의 가장자리에 위치한다.
그러면 도 1 및 도 3에 도시한 액정 표시 장치의 박막 트랜지스터 표시판을 본 발명의 실시예에 따라 제조하는 방법에 대하여 도 4 내지 도 13을 참고로 하여 상세하게 설명한다.
먼저 도 4 및 도 5에 도시한 바와 같이, 절연 기판(110) 위에
스퍼터링(sputtering) 등의 방법으로 알루미늄(Al)이나 알루미늄 합금 등 알루미늄 계열 금속, 은(Ag)이나 은 합금 등 은 계열 금속, 구리(Cu)나 구리 합금 등 구리 계열 금속, 몰리브덴(Mo)이나 몰리브덴 합금 등 몰리브덴 계열 금속, 크롬(Cr), 탄탈륨(Ta) 및 티타늄(Ti) 등으로 이루어진 도전막을 형성한다.
후 사진 식각 공정으로 도전막을 식각하여 복수의 게이트 전극(124)과 끝 부분(129)을 포함하는 복수의 게이트선(121) 및 복수의 유지 전극(137)을 포함하는 복수의 유지 전극선(131)을 형성한다.
다음 도 6 및 도 7에 도시한 바와 같이, 게이트선(121) 및 유지 전극선(131)을 덮도록 LPCVD(low temperature chemical vapor deposition), PECVD(plasma enhanced chemical vapor deposition)의 방법으로 게이트 절연막(140), 수소화 비정질 규소막, N+가 도핑된 비정질 규소막을 차례로 적층하고, 수소화 비정질 규소막, N+가 도핑된 비정질 규소막을 패터닝하여 복수의 돌출부(154)를 포함하는 복수의 반도체(151) 및 복수의 저항성 접촉 패턴(164)을 형성한다. 게이트 절연막(140)은 질화규소 따위로 형성한다.
다음 도 8 및 도 9에 도시한 바와 같이, 크롬 또는 몰리브덴 계열의 금속, 탄탈륨 및 티타늄 등 내화성 금속으로 이루어진 도전막을 스퍼터링 따위로 적층한다. 이후 사진 식각 공정으로 도전막을 식각하여 복수의 소스 전극(173)을 포함하는 데이터선(171)과 복수의 드레인 전극(175) 및 복수의 확장부(177)를 형성한다.
그러고 데이터선(171) 및 드레인 전극(175)으로 가려지지 않은 저항성 접촉 패턴(164) 부분을 제거하여, 저항성 접촉 패턴(164)을 두 개의 저항성 접촉 부재(163, 165)로 분리하는 한편, 둘 사이의 반도체(154) 부분을 노출시킨다. 이어, 노출된 반도체(154)의 표면을 안정화시키기 위하여 산소 플라스마를 실시하는 것이 바람직하다.
다음으로, 도 10 및 도 11에 도시한 바와 같이, 질화 규소 등으로 이루어진 하부 보호막(180q)을 화학 기상 증착(chemical vapor deposition, CVD)하고, 유기 물질로 이루어진 상부 보호막(180p)을 그 위에 도포(coating)한다. 이어, 상부 보호막(180p)을 마스크를 통하여 노광, 현상함으로써, 확장부(177) 상부의 보호막(180q)을 드러내는 복수의 접촉 구멍(185)을 상부 보호막(180p)에 형성하고, 상부 보호막(180p)의 표면에 요철 패턴을 형성하는 동시에, 상부 보호막(180p)의 일부분을 제거하여 투과창(195)을 형성한다. 투과창(195)이 형성되어 있는 부분이 투과 영역(TA)이 된다.
이어, 감광막 패턴을 이용한 사진 식각 공정으로 하부 보호막(180q)을 패터닝하여 복수의 접촉 구멍(185)을 완성한다.
다음 도 12에 도시한 바와 같이, 접촉 구멍(185)을 통하여 드레인 전극(175)과 연결되는 복수의 투명 전극(192)을 사진 식각으로 형성한다. 그러고, 반사 영역(RA)의 투명 전극(192)의 상부에 은 또는 알루미늄 따위로 이루어진 반사 전극(194)을 사진 식각 공정으로 형성한다.
반사 전극(194) 및 투과 영역(TA)에서 노출된 투명 전극(192) 위에 배향막( 도시하지 않음)을 도포한다.
그 후, 도 13에 도시한 바와 같이, 하부 절연 기판(110)의 외측에 보상 필름(15)과 하부 편광판(12)을 부착한다. 이 때, 보상 필름(15)의 느린 축은 하부 편광판(12)의 투과축과 평행하도록 형성한다.
보상 필름(15)은 필름을 연신한 후 접착제로 하부 편광판(12)에 부착한 후 이를 다시 접착제를 사용하여 하부 절연 기판(110)에 부착하는 방법으로 형성할 수 있다. 뿐만 아니라, 보상 필름(15)을 하부 편광판(12)의 일면에 코팅하는 방법으로 형성한 후 접착제를 이용하여 하부 절연 기판(110)과 부착하는 방법으로도 형성할 수 있다. 도 21에는 보상 필름(15)을 하부 편광판(12)의 일면에 코팅하여 부착하는 방법에 대하여 도시하고 있다.
그러면 도 1 및 도 3에 도시한 액정 표시 장치의 공통 전극 표시판을 본 발명의 실시예에 따라 제조하는 방법에 대하여 도 14 내지 도 18을 참고로 하여 상세하게 설명한다.
도 14는 상부 절연 기판(210)에 블랙 매트릭스(220)를 형성하는 단계를 도시하고 있다. 블랙 매트릭스(220)는 크롬(Cr) 같은 금속층 또는 금속 산화물과 금속의 이중층을 증착한 후 이를 사진 식각 공정으로 패터닝하여 형성한다.
그 후, 도 15에 도시한 바와 같이, 블랙 매트릭스(220)의 사이에 색필터(230)를 형성한다. 색필터는 일반적으로 적, 녹, 청색의 3색 색필터(230)를 사용하며, 블랙 매트릭스(220)의 두께보다 두껍게 형성한다. 상기 색필터(230)는 색분광특성을 갖는 안료 분산 감광성 수지를 도포한 후 핫 프레이트에서 베이크하 고 사진 식각 공정을 통하여 적색, 녹색, 청색의 색깔별로 색필터(230)를 형성한다. 여기서, 색필터(230)는 투과 영역(TA)과 반사 영역(RA)에서 서로 다른 두께로 형성된다. 즉, 투과 영역(TA)의 색필터(230)가 반사 영역(RA)에서의 색필터(230)보다 두껍게 형성하는 것이 바람직하다.
그 후, 도 16에 도시한 바와 같이, 블랙 매트릭스(220)와 색필터(230)의 위에 위상 지연층(250)과 등방성 매질층(255)을 형성한다. 위상 지연층(250)과 등방성 매질층(255) 중에 어느 층을 먼저 형성해도 된다. 다만, 위상 지연층(250)은 투과 영역(TA)에는 형성하지 않는 것이 바람직하다.
위상 지연층(250)과 등방성 매질층(255)은 각각 형성될 수도 있으며, 동일한 공정을 통하여 함께 형성할 수도 있다.
우선 각각 형성되는 경우를 살펴본다.
우선 위상 지연층(250)을 형성하는 방법을 살펴보면 다음과 같다.
블랙 매트릭스(220)와 색필터(230)의 위에 감광성 배향막을 도포한다. 도포된 배향막 중 등방성 매질층(255)이 형성될 부분의 배향막은 제거한다. 그 후, 배향막을 노광하여 배향막에 배향축을 형성한다. 배향축의 방향은 일반적으로 편광판(12, 22)의 투과축과 ±45°로 형성하는 것이 바람직하다. 그 후, 액정을 도포하고 경화시켜 위상 지연층(250)을 완성한다.
그 후, 위상 지연층(250)이 형성되지 않은 영역에 등방성 물질을 이용하여 등방성 매질층(255)을 형성한다. 즉, 등방성 물질을 적층한 후, 위상 지연층(250)위의 등방성 물질은 패터닝하여 제거한다. 본 발명의 실시예에 따르면 등방성 매 질층(255)이 위상 지연층(250)이 형성되지 않은 위치에만 형성되도록 하고 있으나, 이와 달리 위상 지연층(250)의 상부에도 형성할 수 있다. 이 경우 등방성 물질을 패터닝하는 단계가 필요하지 않는 장점이 있으며, 또한, 공통 전극 표시판(200)의 표면이 전체적으로 평탄화될 수 있다는 장점도 있다.
한, 위상 지연층(250)과 등방성 매질층(255)을 동일한 공정을 통하여 형성할 수 있는데, 이를 살펴보면 다음과 같다.
랙 매트릭스(220)와 색필터(230)의 위에 배향막을 형성한다. 그 후 배향막을 노광하여 배향축을 형성한다. 배향축은 편광판(12, 22)의 투과축과 ±45°로 형성하는 것이 바람직하다. 그 후 액정 물질을 전체적으로 도포하고, 마스크를 이용하여 위상 지연층(250)을 형성할 부분에만 상온에서 노광하여 경화시킨다. 그 후, 액정의 등방성 온도 이상으로 올려 액정을 등방성 물질로 변화시킨 후 마스크를 사용하여 등방성 매질층(255)을 형성할 부분을 노광하여 경화시킨다. 그 결과 위상 지연층(250)과 등방성 매질층(255)이 형성된다.
후, 도 17에서 도시하고 있는 바와 같이 위상 지연층(250)과 등방성 질층(255)의 위에 ITO 등의 투명전극을 이용하여 공통 전극(270)을 형성한다.
그 후, 도 18에 도시한 바와 같이, 상부 절연 기판(210)의 외측에 상부 편광판(22)을 부착한다. 이 때, 상부 편광판(22)의 투과축은 하부 편광판(12)의 투과축과 수직하도록 형성한다.
상부 편광판(22)은 접착제를 이용하여 부착하며, 도 22에 접착제 및 상부 편광판(22)이 도시되어 있다.
도 19는 본 발명의 한 실시예에 따라 제조한 액정 표시 장치에서 적색, 녹색, 청색 화소를 모두 보여주는 단면도이다.
도 19에서는 적색, 녹색 청색 화소의 단면을 간략하게 도시하고 있는데, 각 색에 따라서 위상 지연층(250R, 250G, 250B)의 두께(dR, dG, dB)가 서로 다른 것을 도시하고 있다. 위상 지연값은 굴절율과 두께(d)의 곱으로 나타나는데, 각 색깔마다 서로 다른 파장을 가지므로 각 위상 지연층은 그 두께를 다르게 형성한다. 즉, 적색은 약 640nm 의 파장을 가지며, 녹색은 약 550nm, 청색은 약 460nm의 파장을 가진다. 그러므로 위상 지연층의 두께는 dR > dG > dB 의 관계를 가진다.
도 22는 본 발명의 실시예에 따른 액정 표시 장치의 각도에 따른 콘트라스트 비(CR)를 보여주는 도면이다.
액정 표시 장치를 상하좌우에서 보았을 때 콘트라스트 비(CR)가 10일 때의 각도를 일반적으로 시야각이라고 하는데, 도 22에서는 보여주는 거의 모든 위치에서 콘트라스트 비(CR)가 10을 넘고 있다. 즉, 본 발명의 실시예는 80도 이상의 광시야각을 가진다는 것을 알 수 있다.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.
이상에서 살펴본 바와 같이, 반사 영역에 위상 지연층을 형성하고, 하부 편광판과 하부 절연 기판의 사이에 보상 필름을 삽입하여 반투과형 액정 표시 장치가 광시야각을 가질 수 있도록 한다. 또한, 위상 지연층을 액정 표시 장치의 내부에 형성하여 별도의 위상 지연 필름을 사용하지 않아도 되므로 제조 비용이 감소한다.

Claims (20)

  1. 제1 기판,
    상기 제1 기판과 대향하는 제2 기판,
    상기 제1 기판 위에 형성되어 있는 투명 전극,
    상기 반사 영역에 위치하며 상기 투명 전극 위에 형성되어 있는 반사 전극,
    상기 제2 기판 위에 형성되어 있는 위상 지연층,
    상기 제1 기판과 상기 제2 기판의 외측에 각각 부착되어 있는 제1 및 제2 편광판,
    상기 제2 기판과 상기 제2 편광판의 사이에 부착되어 있는 보상 필름을 포함하며,
    화상을 표시하는 표시 영역은 반사 영역과 투과 영역으로 구분되고, 상기 반사 영역은 상기 반사 전극에 대응하는 영역이고, 상기 투과 영역은 상기 반사 영역을 제외한 영역이라고 할 때, 상기 위상 지연층은 상기 반사 영역에 형성되어 있는 액정 표시 장치.
  2. 제1항에서,
    상기 액정 표시 장치는 등방성 매질층을 더 포함하며, 상기 등방성 매질층은 상기 투과 영역에 형성되어 있는 액정 표시 장치.
  3. 제1항에서,
    상기 액정 표시 장치는 등방성 매질층을 더 포함하며, 상기 등방성 매질층은 상기 투과 영역과 상기 반사 영역에 형성되어 있는 액정 표시 장치.
  4. 제1항에서,
    상기 제1 편광판의 투과축과 상기 제2 편광판의 투과축은 서로 수직하는 액정 표시 장치.
  5. 제4항에서,
    상기 보상 필름은 느린 축을 가지며, 상기 제2 편광판의 투과축과 상기 느린 축은 서로 동일한 방향을 가지는 액정 표시 장치.
  6. 제5항에서,
    상기 보상 필름은 아래와 같은 성질을 가지는 액정 표시 장치.
    Figure 112005025908205-PAT00005
    Figure 112005025908205-PAT00006
  7. 제6항에서,
    상기 Ro 값은 50 정도이고, Rth 값은 200 정도인 액정 표시 장치.
  8. 제1항에서,
    상기 보상 필름은 이축성(biaxial) 필름인 액정 표시 장치.
  9. 제1항에서,
    상기 위상 지연층은 1/4 λ 위상 지연층인 액정 표시 장치.
  10. 제9항에서,
    상기 위상 지연층은 빠른 축을 가지며, 상기 빠른 축은 상기 제1 또는 제2 편광판의 투과축과 ±45°를 이루는 액정 표시 장치.
  11. 제1항에서,
    상기 위상 지연층은 상기 제2 기판의 상기 제1 기판 측에 형성되어 있는 액정 표시 장치.
  12. 제1항에서,
    상기 제2 기판에 형성되어 있는 색필터를 더 포함하는 액정 표시 장치.
  13. 제12항에서,
    상기 색필터는 적색, 녹색, 청색의 색필터로 구분되는 액정 표시 장치.
  14. 제12항에서,
    상기 색필터는 상기 투과 영역에서의 두께가 상기 반사 영역에서의 두께보다 두껍게 형성되어 있는 액정 표시 장치.
  15. 제13항에서,
    상기 위상 지연층은 상기 색필터의 색에 따라서 서로 다른 두께로 형성되어 있는 액정 표시 장치.
  16. 제1항에서,
    상기 제2 기판에 형성되어 있는 공통 전극을 더 포함하는 액정 표시 장치.
  17. 제16항에서,
    상기 반사 영역에서 상기 공통 전극과 상기 반사 전극 사이의 간격이 상기 투과 영역에서 상기 공통 전극과 상기 투명 전극과의 간격보다 좁게 형성되어 있는 액정 표시 장치.
  18. 제17항에서,
    상기 반사 영역에서의 간격은 상기 투과 영역에서의 간격의 반이 되는 액정 표시 장치.
  19. 제1항에서,
    상기 보상 필름은 상기 제2 편광판의 표면에 코팅되어 있는 액정 표시 장치.
  20. 제1항에서,
    상기 반사 전극의 표면에는 굴곡이 형성되어 있는 액정 표시 장치.
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