KR20070019870A - 액정 표시 장치 및 액정 표시 장치용 표시판의 제조 방법 - Google Patents

액정 표시 장치 및 액정 표시 장치용 표시판의 제조 방법 Download PDF

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철 허
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이상헌
손경근
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Abstract

본 발명에 따른 액정 표시 장치는 제1 전기장 생성 전극을 포함하는 제1 표시판, 제1 전기장 생성 전극과 마주보는 제2 전기장 생성 전극과 제2 전기장 생성 전극 위에 형성되어 있으며 복수의 가지 및 가지가 만나는 교차부를 포함하는 제1 돌기를 포함하는 제2 표시판, 그리고 제1 및 제2 표시판 사이에 형성되어 있는 액정층을 포함하고, 교차부와 가지의 높이차는 7,000Å 이하이다.
액정표시장치, 돌기, 빛샘, 슬릿

Description

액정 표시 장치 및 액정 표시 장치용 표시판의 제조 방법{LIQUID CRYSTAL DISPLAY AND MANUFACTURING METHOD THEREFOR}
도 1은 본 발명의 한 실시예에 따른 액정 표시 장치의 배치도이다.
도 2는 도 1의 액정 표시 장치용 박막 트랜지스터 표시판의 배치도이다.
도 3은 도 1의 액정 표시 장치용 공통 전극 표시판의 배치도이다.
도 4는 도 1의 액정 표시 장치를 IV-IV'-IV''- IV'''선을 따라 잘라 도시한 단면도이다.
도 5a 내지 도 5e는 본 발명의 한 실시예에 따른 공통 전극 표시판의 제조 방법을 차례로 도시한 단면도이다.
도 6 및 도 7은 본 발명의 실시예에 따라 돌기를 형성하기 위한 광마스크의 일부분을 도시한 도면이다.
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 액정 표시 장치의 배치도이다.
도 9는 도 8의 액정 표시 장치를 IX-IX'-IX'' IX'''선을 따라 잘라 도시한 단면도이다
※도면 주요 부호의 설명※
11, 21: 배향막 12, 22: 편광자
81, 82: 접촉 보조 부재
71~74b: 돌기 91~94b: 절개부
110, 210: 절연기판 121: 게이트선
131: 유지 전극선 137: 유지 전극
154: 반도체 161, 165: 저항성 접촉 부재
171: 데이터선 175: 드레인 전극
180: 보호막 181, 182, 185: 접촉 구멍
191: 화소 전극
220: 차광 부재 230: 색필터
250: 덮개막 270: 공통 전극
320: 기둥형 간격재
본 발명은 액정 표시 장치에 관한 것으로, 특히 돌기를 포함하는 액정 표시 장치에 관한 것이다.
액정 표시 장치는 현재 가장 널리 사용되고 있는 평판 표시 장치 중 하나로서, 화소 전극과 공통 전극 등 전기장 생성 전극(field generating electrode)이 형성되어 있는 두 장의 표시판과 그 사이에 들어 있는 액정층을 포함한다. 액정 표시 장치는 전기장 생성 전극에 전압을 인가하여 액정층에 전기장을 생성하고, 이를 통하여 액정층의 액정 분자들의 방향을 결정하고 입사광의 편광을 제어함으로써 영상을 표시한다.
액정 표시 장치는 또한 각 화소 전극과 연결되어 있는 스위칭 소자와 스위칭 소자를 제어하여 화소 전극에 전압을 인가하기 위한 게이트선과 데이터선 등 다수의 신호선을 포함한다.
이러한 액정 표시 장치 중에서도, 전기장이 인가되지 않은 상태에서 액정 분자의 장축을 표시판에 대하여 수직을 이루도록 배열한 수직 배향 방식(vertically aligned mode)의 액정 표시 장치가 대비비가 크고 기준 시야각이 넓어서 각광받고 있다.
수직 배향 방식의 액정 표시 장치에서 넓은 기준 시야각을 구현하기 위한 구체적인 방법으로는 전기장 생성 전극에 절개부를 형성하는 방법과 전기장 생성 전극 위에 돌기를 형성하는 방법 등이 있다. 절개부 및 돌기는 액정 분자가 기울어지는 방향(tilt direction)을 결정하므로, 이들을 적절하게 배치하여 액정 분자의 경사 방향을 여러 방향으로 분산시킴으로써 기준 시야각을 넓힐 수 있다.
그러나 돌기는 복수의 가지와 가지가 갈려져 나가는 교차부를 포함하는데, 교차부에 위치하는 액정 분자는 배향이 틀어질 수 있으며 이로 인해서 빛샘이 발생할 수 있다.
그래서 본 발명의 기술적 과제는 교차부에서의 빛샘을 줄이는 것이다.
상기한 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따른 액정 표시 장치는 제1 전기장 생성 전극을 포함하는 제1 표시판, 제1 전기장 생성 전극과 마주보는 제2 전기장 생성 전극과 제2 전기장 생성 전극 위에 형성되어 있으며 복수의 가지 및 가지가 만나는 교차부를 포함하는 제1 돌기를 포함하는 제2 표시판, 그리고 제1 및 제2 표시판 사이에 형성되어 있는 액정층을 포함하고, 교차부와 가지의 높이차는 7,000Å 이하이다.
제1 표시판과 제2 표시판 사이에 형성되어 있으며 제1 전기장 생성 전극의 경계 부근에 위치하는 기둥형 간격재를 더 포함할 수 있다.
기둥형 간격재는 돌기와 동일한 물질로 형성되어 있을 수 있다.
교차부의 너비는 가지 너비보다 넓을 수 있다.
교차부는 개구부를 가지며, 개구부로부터 교차부의 가장자리까지의 거리는 가지 너비와 거의 동일하거나 더 좁을 수 있다.
복수의 가지는 서로 직각 또는 둔각을 이루며 만나는 3개 이상의 가지를 포함할 수 있다.
제1 전기장 생성 전극은 제1 돌기와 교대로 배치되어 있는 절개부를 포함할 수 있다.
제1 전기장 생성 전극 위에 형성되어 있으며 제1 돌기와 교대로 배치되어 있는 제2 돌기를 더 포함할 수 있다.
제1 표시판에 형성되어 있으며 제1 전기장 생성 전극과 연결되어 있는 박막 트랜지스터를 더 포함할 수 있다.
상기한 다른 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따른 액정 표시 장치용 표시판 의 제조 방법은 기판 위에 공통 전극을 형성하는 단계, 공통 전극 위에 양성 감광막을 형성하는 단계, 양성 감광막을 광마스크로 노광하는 단계, 그리고 감광막을 현상하여 복수의 가지와 교차부를 포함하는 돌기를 형성하는 단계를 포함하고, 광마스크를 통한 교차부의 노광량은 가지의 노광량보다 크다.
광마스크는 차광 영역 및 반투과 영역을 포함하고, 차광 영역은 가지와 대응하고, 반투과 영역은 교차부와 대응할 수 있다.
광마스크는 돌기와 대응하는 차광 영역 및 투광 영역을 포함하고, 투광 영역은 교차부의 일부와 대응하고, 차광 영역은 투광 영역과 대응하는 교차부의 일부를 제외한 돌기와 대응할 수 있다.
광마스크는 돌기와 대응하는 반투과 영역 및 투광 영역을 포함하고, 투광 영역은 교차부의 일부와 대응하고, 반투과 영역은 투광 영역과 대응하는 교차부의 일부를 제외한 돌기와 대응할 수 있다.
반투과 영역은 슬릿 패턴 또는 격자 패턴을 포함할 수 있다.
돌기를 형성하는 단계는 돌기와 동시에 돌기보다 높은 기둥형 간격재를 형성하는 단계를 포함할 수 있다.
이하 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 나 타내었다. 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 동일한 도면 부호를 붙였다. 층, 층, 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 도 1 내지 도 4를 참고하여 본 발명의 한 실시예에 따른 액정 표시 장치에 대하여 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 한 실시예에 따른 액정 표시 장치의 배치도이고, 도 2는 도 1의 액정 표시 장치용 박막 트랜지스터 표시판의 배치도이고, 도 3은 도 1의 액정 표시 장치용 공통 전극 표시판의 배치도이고, 도 4는 도 1의 액정 표시 장치를 IV-IV'-IV''- IV'''선을 따라 잘라 도시한 단면도이다.
도 1 내지 도 4를 참고하면, 본 발명의 한 실시예에 따른 액정 표시 장치는 서로 마주하는 박막 트랜지스터 표시판(100)과 공통 전극 표시판(200) 및 이들 두 표시판(100, 200) 사이에 들어 있는 액정층(3)을 포함한다.
먼저, 도 1, 도 2 및 도 4를 참고하여 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 위한 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)과 거의 동일한 거리를 두고 있다. 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 도전체로 만들어질 수 있다. 게이트선(121) 및 유지 전극선(131)의 측면은 기판(110) 면에 대하여 경사져 있으며 그 경사각은 약 30° 내지 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 섬형 반도체(154)가 형성되어 있다. 반도체(154)는 게이트 전극(124) 위에 위치하며, 게이트선(121)의 경계를 덮는 연장부(extension)를 포함한다. 반도체(154) 위에는 복수의 섬형 저항성 접촉 부재(ohmic contact)(163, 165)가 형성되어 있다.
저항성 접촉 부재(163, 165)는 인 따위의 n형 불순물이 고농도로 도핑되어 있는 n+ 수소화 비정질 규소 따위의 물질로 만들어지거나 실리사이드(silicide)로 만들어질 수 있다. 저항성 접촉 부재(163, 165)는 쌍을 이루어 반도체(154) 위에 배치되어 있다.
반도체(154)와 저항성 접촉 부재(163, 165)의 측면 역시 기판(110) 면에 대하여 경사져 있으며 그 경사각은 30 내지 80°정도이다.
저항 접촉 부재(163, 165) 및 게이트 절연막(140) 위에는 복수의 데이터선(data line)(171) 및 복수의 드레인 전극(drain electrode)(175)이 형성되어 있다.
데이터선(171)은 데이터 전압을 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 위한 넓은 끝 부분(179)을 포함한다. 데이터 전압을 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 있고 게이트 전극(124)을 중심으로 소스 전극(173)과 마주 본다. 각 드레인 전극(175)은 면적이 넓은 한쪽 끝 부분(177)과 막대형인 다른 쪽 끝부분을 가지고 있다. 넓은 끝 부분(177)은 유지 전극(137)과 중첩하며 막대형 끝 부분은 U자형으로 굽은 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(163, 165)는 그 하부의 반도체(151)와 그 위의 데이터선(171) 및 드레인 전극(175) 사이에만 존재하며 접촉 저항을 낮추어 준다. 게이트선(121) 위에 위치한 반도체(154)의 연장부는 표면의 프로파일을 부드럽게 함으로써 데이터선(171)이 단선되는 것을 방지한다. 반도체(154)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 무기 절연물 또는 유기 절연물 따위로 만들어지며 표면이 평탄할 수 있다. 무기 절연물의 예로는 질화규소와 산화규소를 들 수 있다. 유기 절연물은 감광성(photosensitivity)을 가질 수 있으며 그 유전 상수(dielectric constant)는 약 4.0 이하인 것이 바람직하다. 그러나 보호막(180)은 유기막의 우수한 절연 특성을 살리면서도 노출된 반도체(151) 부분에 해가 가지 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.
보호막(180) 위에는 복수의 화소 전극(pixel electrode)(191) 및 복수의 접촉 보조 부재(contact assistant)(81, 82)가 형성되어 있다. 이들은 ITO 또는 IZO 등의 투명한 도전 물질이나 알루미늄 또는 은 합금 등의 반사성 금속으로 만들어질 수 있다.
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 다른 표시판(200)의 공통 전극(common electrode)(270)과 함께 전기장을 생성함으로써 두 전극(191, 270) 사이의 액정층(3)의 액정 분자(31)의 방향을 결정한다. 이와 같이 결정된 액정 분자(31)의 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.
화소 전극(191)은 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.
각 화소 전극(191)은 네 모퉁이가 모따기되어 있는(chamfered) 대략 사각형 모양이며, 모따기된 빗변은 게이트선(121)에 대하여 약 45°의 각도를 이룬다.
화소 전극(191)에는 제1 및 제2 중앙 절개부(91, 92), 하부 절개부(93a, 94a) 및 상부 절개부(93b, 94b)가 형성되어 있으며, 화소 전극(191)은 이들 절개부(91~94b)에 의하여 복수의 영역(partition)으로 분할된다. 절개부(91~94b)는 유지 전극선(131) 에 대하여 거의 반전 대칭을 이룬다.
하부 및 상부 절개부(93a~94b)는 대략 화소 전극(191)의 오른쪽 변에서부터 왼쪽 변, 위쪽 변 또는 아래쪽 변으로 비스듬하게 뻗어 있다. 하부 및 상부 절개부(93a~94b)는 유지 전극선(131) 에 대하여 하반부와 상반부에 각각 위치하고 있다. 하부 및 상부 절개부(93a~94b)는 게이트선(121)에 대하여 약 45°의 각도를 이루며 서로 수직으로 뻗어 있다.
제1 중앙 절개부(91)는 유지 전극선(131)을 따라 뻗으며 왼쪽 변 쪽에 입구를 가지고 있다. 제1 중앙 절개부(91)의 입구는 하부 절개부(93a, 94a)와 상부 절 개부(93b, 94b)에 각각 거의 평행한 한 쌍의 빗변을 가지고 있다. 그리고 제2 중앙 절개부(92)는 중앙 가로부 및 한 쌍의 사선부를 포함한다. 제2 중앙 가로부는 대략 화소 전극(191)의 오른쪽 변에서부터 유지 전극선(131)을 따라 왼쪽으로 뻗으며, 한 쌍의 사선부는 중앙 가로부의 끝에서 화소 전극(191)의 왼쪽 변을 향하여 각각 하부 및 상부 절개부(93a~94b)와 거의 나란하게 뻗는다.
따라서, 화소 전극(191)의 하반부는 제2 중앙 절개부(92) 및 하부 절개부(93a, 9a)에 의하여 4 개의 영역(partition)으로 나누어지고, 상반부 또한 제2 중앙 절개부(92) 및 상부 절개부(93b, 94b)에 의하여 4 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 달라질 수 있다.
접촉 보조 부재(81, 82)는 접촉 구멍(181, 182)을 통하여 각각 게이트선(121)의 끝 부분(129) 및 데이터선(171)의 끝 부분(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 보호한다.
다음, 도 1, 도 3 및 도 4를 참고로 하여, 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(191) 사이의 빛샘을 막아준다. 차광 부재(220)는 데이터선(171)에 대응하는 선형 부분(221)과 박막 트랜지스터에 대응하는 면형 부분(225)을 포함하며, 화소 전극(191)과 마주하는 개구 영역을 정의한다. 그러나 차광 부재(220)는 화소 전극(191)과 마주보며 화소 전극(191)과 거의 동일한 모양을 가지는 복수의 개구부(도시하지 않음)를 가질 수도 있다.
기판(210) 위에는 또한 복수의 색필터(230)가 형성되어 있다. 색필터(230)는 차광 부재(230)로 둘러싸인 영역 내에 대부분 존재하며, 화소 전극(191) 열을 따라서 세로 방향으로 길게 뻗을 수 있다. 각 색필터(230)는 적색, 녹색 및 청색의 삼원색 등 기본색(primary color) 중 하나를 표시할 수 있다.
색필터(230) 및 차광 부재(220) 위에는 덮개막(overcoat)(250)이 형성되어 있다. 덮개막(250)은 (유기) 절연물로 만들어질 수 있으며, 색필터(230)가 노출되는 것을 방지하고 평탄면을 제공한다. 덮개막(250)은 생략할 수 있다.
덮개막(250) 위에는 공통 전극(270) 및 기둥형 간격재(320)가 형성되어 있다. 공통 전극(270)은 ITO, IZO 등의 투명한 도전체 따위로 만들어진다.
공통 전극(270)에는 복수의 돌기(71, 72a, 72b, 73a, 73b, 74a, 74b) 집합이 형성되어 있다.
하나의 돌기(71~74b) 집합은 하나의 화소 전극(191)과 마주 보며 중앙 돌기(71), 하부 돌기(72a, 73a, 74a) 및 상부 돌기(72b, 73b, 74b)를 포함한다. 돌기(71~74b) 각각은 화소 전극(191)의 인접 절개부(91~94b) 사이 또는 절개부(91~94b)와 화소 전극(191)의 모따기된 빗변 사이에 배치되어 있다. 또한, 각 돌기(71~74b)는 화소 전극(191)의 하부 절개부(93a, 94a) 또는 상부 절개부(93b, 94b)와 평행하게 뻗은 적어도 하나의 사선 가지를 포함한다.
하부 및 상부 돌기(72a~74b) 각각은 사선 가지, 가로 가지 및 세로 가지를 포함한다. 사선 가지는 대략 화소 전극(191)의 오른쪽 변에서 왼쪽, 위쪽 또는 아래쪽 변으로 화소 전극(191)의 하부 또는 상부 절개부(93a~94b)와 거의 나란하게 뻗는다. 가로 가지 및 세로 가지는 사선 가지의 각 끝에서부터 화소 전극(191)의 변을 따라 중첩하면서 뻗으며 사선 가지와 둔각을 이룬다.
중앙 돌기(71)는 중앙 가로 가지, 한 쌍의 사선 가지 및 한 쌍의 종단 세로 가지를 포함한다. 중앙 가로 가지는 대략 화소 전극(191)의 오른쪽 변에서부터 화소 전극(191)의 가로 중심선을 따라 왼쪽으로 뻗으며, 한 쌍의 사선 가지는 중앙 가로 가지의 끝에서 화소 전극(191)의 왼쪽 변을 향하여 각각 하부 및 상부 돌기(72a, 72b)와 거의 나란하게 뻗는다. 종단 세로 가지는 사선 가지의 각 끝에서부터 화소 전극(191)의 왼쪽 변을 따라 중첩하면서 뻗으며 사선 가지와 둔각을 이룬다.
도 3에 도시한 바와 같이, 중앙 돌기(71)의 가지들은 서로 만나 교차부(B)를 이룬다. 교차부(B)는 화소 전극(191) 내부에 위치하며 교차부(B)의 너비(W1)가 가지의 너비(W2)보다 넓다. 교차부(B)의 너비(W1)는 가지의 중심끼리 만나는 중심점으로부터 교차부의 가장자리까지 거리의 2배에 해당한다. 교차부(B)와 가지의 높이차는 1,500~7,000Å 정도인 것이 바람직하다.
돌기(71~74b)의 수효 및 방향 또한 설계 요소에 따라 달라질 수 있다.
박막 트랜지스터 표시판(100)과 공통 전극 표시판(200)의 사이에는 기둥형 간격재(320)가 형성되어 있다. 기둥형 간격재(320)는 두 표시판(100, 200)을 떠받 쳐 두 표시판(100, 200) 사이의 간극(間隙)을 유지하여 액정층(3)이 형성될 수 있도록 한다. 기둥형 간격재(320)는 박막 트랜지스터 등 화소 전극(191) 경계 부근에 위치하며 돌기(71~74b)와 동일한 물질로 만들어지거나, 돌기보다 탄성이 큰 물질로 만들어질 수도 있다.
표시판(100, 200)의 안쪽 면에는 배향막(alignment layer)(11, 21)이 도포되어 있으며 이들은 수직 배향막일 수 있다. 표시판(100, 200)의 바깥쪽 면에는 편광자(polarizer)(12, 22)가 구비되어 있는데, 두 편광자(12, 22)의 투과축은 직교하며 이중 한 투과축은 게이트선(121)에 대하여 나란한 것이 바람직하다. 반사형 액정 표시 장치의 경우에는 두 개의 편광자(12, 22) 중 하나가 생략될 수 있다.
액정 표시 장치는 편광자(12, 22), 표시판(100, 200) 및 액정층(3)에 빛을 공급하는 조명부(backlight unit)(도시하지 않음)를 포함할 수 있다.
액정층(3)은 음의 유전율 이방성을 가지며, 액정층(3)의 액정 분자는 전기장이 없는 상태에서 그 장축이 두 표시판(100, 200)의 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(191)에 데이터 전압을 인가하면 표시판(100, 200)의 표면에 거의 수직인 전기장(전계)이 생성된다. 액정 분자들은 전기장에 응답하여 그 장축이 전기장의 방향에 수직을 이루도록 방향을 바꾸고자 한다. 앞으로는 화소 전극(191)과 공통 전극(270)을 통틀어 전기장 생성 전극이라 한다.
한편, 전기장 생성 전극(191, 270)의 절개부(91~94b) 및 돌기(71~74b)와 이들과 평행한 화소 전극(191)의 빗변은 전기장을 왜곡하여 액정 분자들의 경사 방향을 결정하는 수평 성분을 만들어낸다. 전기장의 수평 성분은 절개부(91~94b) 및 돌기(71~74b)의 빗변과 화소 전극(191)의 빗변에 수직이다.
도 1을 참고하면, 하나의 돌기 집합(71~74b) 및 절개부 집합(91~94b)은 화소 전극(191)을 복수의 부영역(sub-area)으로 나누며, 각 부영역은 화소 전극(191)의 주 변과 빗각을 이루는 두 개의 주 변(major edge)을 가진다. 각 부영역 위의 액정 분자들은 대부분 주 변에 수직인 방향으로 기울어지므로, 기울어지는 방향을 추려보면 대략 네 방향이다. 이와 같이 액정 분자가 기울어지는 방향을 다양하게 하면 액정 표시 장치의 기준 시야각이 커진다.
한편, 본 발명의 실시예에서는 가지와 교차부(B)의 높이차를 1,500~7,000Å정도로 형성함으로써 교차부(B)에서 액정 배향이 틀어지는 현상을 방지할 수 있다. 따라서 교차부(B)에서 빛샘이 발생하지 않는다.
하부 표시판(100)의 절개부(91~94b)는 돌기(protrusion)(도시하지 않음)나 함몰부(depression)(도시하지 않음)로 대체할 수 있다.
돌기 집합(71~74b) 및 절개부 집합(91~94b)의 모양 및 배치는 변형될 수 있다.
그러면, 도 5a 내지 도 5e를 참고하여 도 3 및 도 4에 도시한 공통 전극 표시판을 본 발명의 한 실시예에 따라 제조하는 방법에 대해서 설명한다.
도 5a 내지 도 5e는 본 발명의 한 실시예에 따른 공통 전극 표시판의 제조 방법을 차례로 도시한 단면도이고, 도 6 및 도 7은 본 발명의 실시예에 따라 돌기를 형성하기 위한 광마스크의 일부분을 도시한 도면이다.
먼저 도 5a에 도시한 바와 같이, 기판(210) 위에 크롬 등을 증착한 후 패터닝하여 차광 부재(220)를 형성한다.
그런 다음 도 5b에 도시한 바와 같이, 스핀 코팅(spin coating) 방법 등으로 안료를 포함하는 감광성 수지를 도포한다. 그리고 감광성 수지를 노광 및 현상한 후 하드 베이크(hard bake)하여 복수의 색필터(230)를 형성한다. 안료는 적색, 녹색, 청색 중 어느 하나일 수 있으며 각 색마다 도 5b의 과정을 반복한다.
다음 도 5c에 도시한 바와 같이, 유기 물질 등을 도포하여 덮개막(250)을 형성한다. 그리고 스퍼터링(sputtering) 방법으로 ITO 또는 IZO 등을 증착하여 공통 전극(270)을 형성한다.
이후 도 5d에 도시한 바와 같이, 양성 감광막(도시하지 않음)을 도포한 후 마스크(도시하지 않음)를 정렬한 다음, 노광 및 현상하여 복수의 돌기(71~74b)를 형성한다.
마스크는 빛이 투과할 수 있는 투광 영역, 빛을 완전히 차단하는 차광 영역, 빛을 일부만 투과하는 반투과 영역을 포함하며, 반투과 영역은 돌기(71~74)의 교차부에 대응하고 차광 영역은 돌기(71~74b)의 가지에 대응한다.
일반적으로 양성 감광막을 노광 및 현상하면 빛에 노출된 부분이 제거된다. 그런데 마스크의 차광 영역 또는 반투과 영역과 대응하는 부분 중에서 노광 영역과의 경계 부근에 위치하는 부분도 빛의 회절 등으로 인해 어느 정도 빛을 받을 수 있으며 받는 빛의 양은 경계에서 멀어질수록 작아진다. 따라서 차광 영역에서 빛이 완전히 들어오지 않도록 하려면 경계에서 어느 정도 이상 떨어져 있어야 한다. 예를 들어 빛이 침투하는 거리가 가지 너비의 1/2이라고 하고 교차부의 너비가 가지의 너비와 동일하다면, 교차부의 높이 또한 가지의 높이와 동일하게 될 것이다.
그러나 본 발명의 실시예에서와 같이 교차부의 너비를 이보다 크게 하면 교차부의 중심 부분은 가장자리에서보다 더 적은 양의 빛이 닿는 부분이 생기고 이 부분이 그대로 남아 두께가 두꺼워 질 수 있다. 그래서 본 발명의 실시예에서는 양성 감광막을 사용할 때, 교차부가 가지보다 더 많은 양의 빛에 노출되도록 하기 위해서 도 6에서와 같이, 슬릿(slit)(S) 패턴을 포함하는 광마스크(MP)를 사용할 수 있으며, 슬릿(S) 패턴 대신 격자 패턴(lattice pattern) 또는 투과율이 중간이거나 두께가 중간인 박막을 포함할 수 있다. 이때 슬릿(S)의 폭 및 슬릿 사이의 간격이 사진 공정을 하는 노광기의 분해능보다 작은 것이 바람직하다. 가지와 대응하는 마스크의 너비가 7~12㎛일 때 형성되는 교차부(B)와 가지의 높이차는 3,000~7,000Å정도이다.
이와는 달리 도 7에 도시한 바와 같이, 광마스크(MP)에서 교차부(B)와 대응하는 부분(BA)에 투광 영역(T)을 둘 수 있다. 그러면 교차부(B)에는 개구부가 형성된다. 개구부로부터 교차부(B)의 가장자리까지의 거리는 가지의 너비(W2)와 거의 같은 것이 바람직하다. 가지와 대응하는 마스크의 너비가 7~12㎛일 때, 교차부(B)와 가지의 높이차는 1,500~5,500Å정도로 도 6의 마스크를 사용할 때보다 높이차를 더 줄일 수 있다.
도 5e에 도시한 바와 같이, 감광막 또는 유기 물질을 도포한 후 패터닝하여 기둥형 간격재(320)을 형성한다.
이와는 달리 돌기(71~74b)와 함께 기둥형 간격재(도시하지 않음)를 형성할 수 있다. 이때는 돌기(71~74b) 전체가 반투과 영역과 대응하도록 하여 기둥형 간격재(320)보다 돌기(71~74b)의 두께를 낮게 형성한다. 또한, 돌기(71~74b)의 가지와 교차부의 노광량을 다르게 하기 위해서는 반투과 영역에 포함되어 있는 슬릿 사이의 간격, 격자 패턴의 간격 및 크기를 조절하여 달리할 수 있다.
다음으로, 본 발명의 다른 실시예에 따른 액정 표시 장치에 대하여 도 8 및 도 9를 참고로 하여 상세하게 설명한다.
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 액정 표시 장치의 배치도이고, 도 9는 도 8의 액정 표시 장치를 IX-IX'-IX'' IX'''선을 따라 잘라 도시한 단면도이다.
도 8 및 도 9에 도시한 바와 같이, 본 실시예에 따른 액정 표시 장치는 서로 마주보는 박막 트랜지스터 표시판(100)과 공통 전극 표시판(200) 및 이들 사이에 들어 있는 액정층(3)을 포함한다.
본 실시예에 따른 표시판(100, 200)의 층상 구조는 대개 도 1 내지 도 4에 도시한 것과 거의 동일하다.
박막 트랜지스터 표시판(100)을 보면, 기판(110) 위에 복수의 게이트선(121) 및 복수의 유지 전극선(131)이 형성되어 있다. 게이트선(121)은 복수의 게이트 전극(124)과 끝 부분(129)을 포함하며, 유지 전극선(131)은 복수의 유지 전극(133-133d) 및 복수의 연결부(133e)를 포함한다. 게이트선(131) 및 유지 전극선(131) 위에는 게이트 절연막(140), 돌출부(154)를 포함하는 복수의 선형 반도체(151), 돌출부(163)를 포함하는 복수의 선형 저항성 접촉 부재(161) 및 복수의 섬형 저항성 접촉 부재(165)가 차례로 형성되어 있다. 저항성 접촉 부재(161, 165) 위에는 소스 전극(173) 및 끝 부분(179)을 포함하는 복수의 데이터선(171), 복수의 드레인 전극(175) 및 복수의 고립 금속편(178)이 형성되어 있고 그 위에 보호막(180)이 형성되어 있다. 보호막(180) 및 게이트 절연막(140)에는 복수의 접촉 구멍(181, 182, 183a, 183b, 185)이 형성되어 있다. 보호막(180) 위에는 절개부(91-92b)를 가지는 복수의 화소 전극(191), 복수의 연결 다리(83) 및 복수의 접촉 보조 부재(81, 82)가 형성되어 있으며, 그 위에는 배향막(11)이 형성되어 있다.
공통 전극 표시판(200)에 대하여 설명하자면, 차광 부재(220), 복수의 색필터(230), 덮개막(250) 및 공통 전극(270)이 형성되어 있으며 공통 전극(270) 위에는 돌기(71~74b)가 형성되어 있고, 돌기(71~74b) 위에는 배향막(11)이 형성되어 있다.
액정 표시 장치와 달리, 선형 반도체(151)는 데이터선(171), 드레인 전극(175) 및 그 아래의 저항성 접촉 부재(161, 165)와 실질적으로 동일한 평면 모양이다. 그러나 선형 반도체(151)에는 소스 전극(173)과 드레인 전극(175) 사이를 비롯하여 데이터선(171) 및 드레인 전극(175)으로 가리지 않고 노출된 부분이 있다.
또한 고립 금속편(178)의 아래에도 고립 금속편(178)과 실질적으로 동일한 평면 모양의 저항성 접촉 부재(도시하지 않음) 및 섬형 반도체(도시하지 않음)가 형성되어 있다.
이러한 박막 트랜지스터 표시판(100)을 본 발명의 한 실시예에 따라 제조하는 방법에서는 데이터선(171), 드레인 전극(175) 및 금속편(178)과 반도체(151) 및 저항성 접촉 부재(161, 165)를 한 번의 사진 공정으로 형성한다.
이러한 사진 공정에서 사용하는 감광막은 위치에 따라 두께가 다르며, 특히 두께가 작아지는 순서로 제1 부분과 제2 부분을 포함한다. 제1 부분은 데이터선(171), 드레인 전극(171) 및 금속편(178)이 차지하는 배선 영역에 위치하며, 제2 부분은 박막 트랜지스터의 채널 영역에 위치한다.
위치에 따라 감광막의 두께를 달리하는 방법으로 여러 가지가 있을 수 있는데, 예를 들면 광마스크에 투광 영역(light transmitting 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, 투광 영역과 차광 영역만을 지닌 통상의 노광 마스크로 리플로우 가능한 감광막을 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 1 내지 도 4에 도시한 액정 표시 장치의 많은 특징들이 도 8 및 도 9에 도시한 액정 표시 장치에도 해당할 수 있다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명은 돌기의 교차부의 두께를 낮게 형성함으로써 액정 배향이 틀어지는 것을 최소화할 수 있다. 따라서 빛샘이 발생하는 것을 최소화할 수 있는 액정 표시 장치를 제공할 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.

Claims (15)

  1. 제1 전기장 생성 전극을 포함하는 제1 표시판,
    상기 제1 전기장 생성 전극과 마주보는 제2 전기장 생성 전극과 상기 제2 전기장 생성 전극 위에 형성되어 있으며 복수의 가지 및 상기 가지가 만나는 교차부를 포함하는 제1 돌기를 포함하는 제2 표시판, 그리고
    상기 제1 및 제2 표시판 사이에 형성되어 있는 액정층
    을 포함하고,
    상기 교차부와 상기 가지의 높이차는 7,000Å 이하인
    액정 표시 장치.
  2. 제1항에서,
    상기 제1 표시판과 상기 제2 표시판 사이에 형성되어 있으며 상기 제1 전기장 생성 전극의 경계 부근에 위치하는 기둥형 간격재를 더 포함하는 액정 표시 장치.
  3. 제2항에서,
    상기 기둥형 간격재는 상기 돌기와 동일한 물질로 형성되어 있는 액정 표시 장치.
  4. 제1항에서,
    상기 교차부의 너비는 상기 가지 너비보다 넓은 액정 표시 장치.
  5. 제1항에서,
    상기 교차부는 개구부를 가지며, 상기 개구부로부터 상기 교차부의 가장자리까지의 거리는 상기 가지 너비와 거의 동일하거나 더 좁은 액정 표시 장치.
  6. 제1항에서,
    상기 복수의 가지는 서로 직각 또는 둔각을 이루며 만나는 3개 이상의 가지를 포함하는 액정 표시 장치.
  7. 제1항에서,
    상기 제1 전기장 생성 전극은 상기 제1 돌기와 교대로 배치되어 있는 절개부를 포함하는 액정 표시 장치.
  8. 제1항에서,
    상기 제1 전기장 생성 전극 위에 형성되어 있으며 상기 제1 돌기와 교대로 배치되어 있는 제2 돌기를 더 포함하는 액정 표시 장치.
  9. 제1항에서,
    상기 제1 표시판에 형성되어 있으며 상기 제1 전기장 생성 전극과 연결되어 있는 박막 트랜지스터를 더 포함하는 액정 표시 장치.
  10. 기판 위에 공통 전극을 형성하는 단계,
    상기 공통 전극 위에 양성 감광막을 형성하는 단계,
    상기 양성 감광막을 광마스크로 노광하는 단계, 그리고
    상기 감광막을 현상하여 복수의 가지와 교차부를 포함하는 돌기를 형성하는 단계
    를 포함하고,
    상기 광마스크를 통한 상기 교차부의 노광량은 상기 가지의 노광량보다 큰
    액정 표시 장치용 표시판의 제조 방법.
  11. 제10항에서,
    상기 광마스크는 차광 영역 및 반투과 영역을 포함하고,
    상기 차광 영역은 상기 가지와 대응하고,
    상기 반투과 영역은 상기 교차부와 대응하는
    액정 표시 장치용 표시판의 제조 방법.
  12. 제10항에서,
    상기 광마스크는 상기 돌기와 대응하는 차광 영역 및 투광 영역을 포함하고,
    상기 투광 영역은 상기 교차부의 일부와 대응하고,
    상기 차광 영역은 상기 투광 영역과 대응하는 상기 교차부의 일부를 제외한 상기 돌기와 대응하는
    액정 표시 장치용 표시판의 제조 방법.
  13. 제10항에서,
    상기 광마스크는 상기 돌기와 대응하는 반투과 영역 및 투광 영역을 포함하고,
    상기 투광 영역은 상기 교차부의 일부와 대응하고,
    상기 반투과 영역은 상기 투광 영역과 대응하는 상기 교차부의 일부를 제외한 상기 돌기와 대응하는
    액정 표시 장치용 표시판의 제조 방법.
  14. 제11항 또는 제13항에서,
    상기 반투과 영역은 슬릿 패턴 또는 격자 패턴을 포함하는 액정 표시 장치용 표시판의 제조 방법.
  15. 제10항에서,
    상기 돌기를 형성하는 단계는 상기 돌기와 동시에 상기 돌기보다 높은 기둥형 간격재를 형성하는 단계를 포함하는 액정 표시 장치용 표시판의 제조 방법.
KR1020050073839A 2005-08-11 2005-08-11 액정 표시 장치 및 액정 표시 장치용 표시판의 제조 방법 KR20070019870A (ko)

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