KR20070038344A - 액정표시장치 및 그 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 액정표시장치 및 그 제조방법을 제공한다. 본 발명의 액정표시장치는 기판 및 그 상측에 배열되는 액정을 포함하며, 상기 기판상에는 액정의 배열에 영향을 주어 시야각을 증가시키기 위한 돌기가 형성된다. 본 발명에 의하면, 상기 돌기의 액정에 대한 규제력은 돌기의 크기에 따라 달라진다는 점에 착안하여, 액정에 대한 규제력을 강화할 필요가 있는 영역에서는 돌기를 크게 형성하고 또한 액정에 대한 규제력을 약화시킬 필요가 있는 영역에서는 돌기를 작게 형성한다.

본 발명의 액정표시장치의 제조방법에 의하면, 돌기 형성을 위한 감광막을 두껍게 형성한 후 이를 패터닝함으로써 각 돌기가 상이한 크기를 갖도록 용이하게 형성될 수 있다. 또한 두껍게 형성된 감광막을 이용하여, 추가 공정없이 돌기와 함께 기판 사이의 간격 유지를 위한 스페이서가 형성될 수 있다.

액정, 기판, 절개부, 돌기, 시야각

Description

액정표시장치 및 그 제조방법{Liquid Crystal Display Device and Method of Fabricating the Same}

도 1은 본 발명의 작동원리를 설명하기 위한 도면,

도 2a 및 도 2b는 각각 돌기의 높이에 따른 블랙 상태의 휘도 및 대비비의 변화를 나타낸 그래프,

도 3a 및 도 3b는 돌기의 폭에 대한 빛의 투과 효율을 나타낸 그래프,

도 4는 돌기의 폭 변화에 따른 화소 상태를 나타낸 사진,

도 5a는 본 발명의 실시예에 따른 액정표시장치의 평면도이며, 도 5b는 도 5a의 Ⅰ-Ⅰ' 라인을 따라 취해진 단면도,

도 6 내지 도 12는 본 발명의 실시예에 따른 액정표시장치의 제조방법을 설명하는 단면도들이다.

♧도면의 주요부분에 대한 부호의 설명♧

100 -- 제1 기판 110 -- 게이트 전극

121 -- 소오스 전극 122 -- 드레인 전극

130 -- 화소전극 135 -- 절개부

200 -- 제2 기판 201 -- 차광막 패턴

202 -- 컬러필터 203 -- 오버코트막

210 -- 공통전극 220 -- 돌기

300 -- 액정 GL -- 게이트 라인

DL -- 데이터 라인 T -- 박막트랜지스터

본 발명은 평판표시장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 액정을 사용하는 액정표시장치 및 그 제조방법에 관한 것이다.

일반적으로 평판표시장치(FPD; Flat Panel Display)란 두께가 얇고 평평한 화면을 제공하는 표시장치로, 대표적으로 노트북 컴퓨터 모니터로 널리 쓰이는 액정표시장치(LCD)나 대형 디지털 TV로 사용되는 플라즈마 디스플레이(PDP) 또는 휴대전화에 사용되는 유기전계발광디스플레이(OELD) 등이 있다. 이 중 액정표시장치는, 인가 전압에 따라 액체와 결정의 중간 상태 물질인 액정(liquid crystal)의 빛에 대한 투과도가 변화하는 특성을 이용하여, 입력되는 전기 신호를 시각 정보로 변화시켜 영상을 전달한다.

통상의 액정표시장치는, 전극이 구비된 두 개의 기판과 상기 기판 사이에 주입되는 액정으로 구성된다. 상기 두 개의 기판상의 전극에는 각각 상이한 전압이 인가되어 액정에 전계를 가하게 되며, 이 때 액정 분자들의 배열이 변경되며 액정의 빛에 대한 투과도가 변하게 된다. 상기 액정표시장치는 동일한 화면 크기를 갖는 다른 표시장치에 비하여 무게가 가볍고 부피가 작으며 작은 전력으로 동작하여 최근 널리 보급되고 있다.

위와 같이 전계에 따라 액정의 배열이 변경되는 것은 액정이 갖는 유전율 이방성 때문이다. 즉, 액정 분자는 장축 방향과 단축 방향에 대한 유전율이 상이한 물성을 갖는데, 이로 인하여 전계가 걸렸을 때 액정 분자의 장축 방향과 단축 방향으로 작용하는 전기력이 상이하게 되고, 이러한 전기력의 차이는 액정 분자를 회전시키는 구동원이 된다.

액정은 또한 굴절율 이방성을 가지며, 이는 액정의 배열 상태에 따라 빛에 대한 투과도가 달라지도록 작용하는 원인이 된다. 그런데 이러한 액정의 굴절율 이방성은 액정표시장치에 있어서 시야각이 좁아지는 문제를 초래한다. 여기서 시야각(viewing angle)이란 사용자가 디스플레이 화면을 보는 방향을 의미하며, 액정표시장치의 영상은 정면에 비해 측면으로 갈수록 왜곡되어 다른 디스플레이 장치에 비해 시야각이 좁다. 이는 액정이 정면에 대해 경사지게 배열된 경우, 정면에서는 일정한 빛이 투과되어 올바른 영상이 나타나더라도, 액정의 굴절율 이방성으로 인해 액정이 경사진 측면 방향으로는 빛이 투과되지 못하고 영상이 왜곡될 수 있기 때문이다.

이러한 액정표시장치의 시야각 문제를 해소하기 위해, 단일 화소를 영역별로 구분하여 각 영역에서 액정이 상이한 방향으로 경사지게 배열될 수 있도록 한다. 즉, 각 화소의 영역별로 액정의 배열 방향에 따른 다중 도메인을 형성한다. 가령, 제1 영역의 액정은 제1 방향으로 경사지게 배열되고 제2 영역의 액정은 제2 방향으로 경사지게 배열되면, 일측면에서 보았을 때 제1 영역의 액정으로 빛이 투과되지 못하더라도 제2 영역의 액정으로는 빛이 투과될 수 있으므로, 액정표시장치의 시야각이 증가될 수 있다.

액정이 화소의 영역별로 상이한 방향으로 경사지게 하기 위한 일방법으로, 기판상의 전극에 돌기가 형성된다. 상기 돌기는 전극에서 액정에 작용하는 전계 방향에 영향을 미치며, 돌기를 경계로 액정이 상이한 방향으로 경사지게 배열된다. 그러나 돌기를 사용하더라도, 화소의 테두리 부분에서는 다양한 경계 조건으로 인하여 액정이 원하는 방향으로 경사지지 못하게 되며 그 결과 휘도나 투과율 등의 동작 특성이 저하되는 문제가 있다.

본 발명은 상기한 사정을 감안한 것으로, 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 휘도나 투과율 등 동작 특성이 개선된 액정표시장치 및 그 제조방법을 제공하는데 있다.

상기한 기술적 과제를 달성하기 위하여 본 발명은 액정표시장치를 제공한다. 본 발명의 액정표시장치는, 화상이 표시되는 복수의 화소를 갖는 액정표시장치에 있어서; 기판상에 형성되는 투명전극; 상기 투명전극상에 상기 화소에 따라 배치되되, 상기 화소내에서 영역별로 상이한 크기를 갖는 돌기; 그리고 상기 기판의 상측에 배열되는 액정을 포함한다.

상기 돌기는 액정의 배열에 영향을 주어 시야각을 증가시키기 위한 것으로, 액정에 대한 규제력은 돌기의 크기에 따라 달라진다. 본 발명에 의하면, 화소의 각 영역별로 다양한 변수에 의해 액정에 대해 요구되는 규제력의 크기가 달라질 수 있다는 점에 착안하여, 돌기의 크기가 영역별로 상이하게 형성된다. 구체적으로 상기 돌기는, 화소의 경계에 대해 경사지는 제1 돌기와, 화소의 경계에 대해 평행한 제2 돌기를 포함하며, 제1 돌기는 제2 돌기보다 크게 형성된다. 또한 상기 경사지는 제1 돌기의 중심부에 제1 돌기보다 작은 크기를 갖는 제3 돌기가 추가될 수 있다. 여기서, 돌기의 크기를 차이나도록 하기 위해, 돌기의 좌우폭을 다르게 하거나 돌기의 상하 높이를 다르게 하거나 또는 돌기의 좌우폭과 높이를 모두 다르게 형성할 수 있다.

본 발명의 다른 실시예에 따른 액정표시장치는, 제1 기판과 제2 기판 및 그 사이에 배열되는 액정; 상기 제1 기판상에서 상호 교차하면서 화소를 정의하는 게이트 라인과 데이터 라인; 상기 각 화소마다 형성되며 절개부를 갖는 화소전극; 상기 제2 기판상에서 상기 화소전극과 마주보도록 형성되는 공통전극; 그리고 상기 화소내에서 영역별로 상이한 크기를 갖는 돌기를 포함한다.

상기 제1 기판과 제2 기판에 각각 형성되는 절개부와 돌기는 서로 중첩되지 않도록 형성되며, 이들의 상호 작용에 의해 화소내의 영역별로 액정의 배열이 달라지는 다중 도메인이 형성되어 액정의 시야각이 증가된다.

상기 제2 기판상에는 상기 제1 기판에 접촉되며, 상기 돌기와 동일한 재질의 스페이서가 형성된다. 즉, 상기 스페이서와 돌기는 동일한 감광막을 패터닝하여 동시에 형성될 수 있다. 스페이서는 돌기에 비해 높이가 크게 형성되므로, 이를 위해 상기 감광막은 돌기의 높이에 비해 크게 형성된다. 이 경우 감광막의 패터닝시 감 광막에서 제거되는 두께가 크므로, 각 돌기가 상이한 크기를 갖도록 용이하게 제어 할 수 있다.

위와 같이 돌기와 스페이서가 동시에 형성되는 본 발명의 액정표시장치의 제조방법은, 제1 기판상에 상호 교차하면서 화소를 정의하는 게이트 라인과 데이터 라인을 형성하고; 상기 각 화소마다 절개부를 갖는 화소전극을 형성하고; 제2 기판상에 상기 화소전극과 마주보도록 공통전극을 형성하고; 상기 공통전극상에 상기 각 화소에 따라 규칙적으로 배치되되 상기 화소내에서 영역별로 상이한 체적을 갖는 돌기를 형성하고; 상기 제1 기판과 제2 기판을 서로 합착하는 것을 포함한다.

이하 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 살펴보기로 한다. 다만 본 발명은 여기서 설명되어지는 실시예들에 한정되지 않고 다양한 형태로 응용되어 변형될 수도 있다. 오히려 아래의 실시예들은 본 발명에 의해 개시된 기술 사상을 보다 명확히 하고 나아가 본 발명이 속하는 분야에서 평균적인 지식을 가진 당업자에게 본 발명의 기술 사상이 충분히 전달될 수 있도록 제공되는 것이다. 따라서 본 발명의 범위가 아래에서 상술하는 실시예들로 인해 한정되는 것으로 해석되어서는 안 될 것이다. 또한 하기 실시예와 함께 제시된 도면들에 있어서, 층 및 영역들의 크기는 명확한 설명을 강조하기 위해서 간략화되거나 다소 과장되어진 것이며, 도면상에 동일한 참조번호들은 동일한 구성요소들을 나타낸다.

도 1은 본 발명의 작동원리를 설명하기 위한 도면으로, 액정표시장치에 사용 되는 일 기판의 평면도를 도시한 것이다.

도 1을 참조하면, 기판(1)상에는 투명전극(10)이 형성되며 그 상부에는 상측으로 돌출되는 돌기(20)가 형성된다. 상기 투명전극(10)에는 전압이 인가되어 기판(1)의 상측에 배열되는 액정(30)에 전계를 가하며 그 결과 액정(30)이 경사지게 배열된다.

액정표시장치에서는 액정(30)의 상측과 하측으로 두 개의 기판이 구비되는데, 도면에 도시된 것은 두 개의 기판 중 어느 쪽도 될 수 있다. 하측 기판인 경우라면 상기 투명전극(10)은 화소전극에 해당된다. 즉, 하측 기판에는 서로 교차하면서 화소를 정의하는 게이트 라인(GL)과 데이터 라인(DL)이 형성되며, 이 때 투명전극(10)은 각 화소(점선표시)별로 분리되게 형성되는 화소전극에 해당된다. 상측 기판인 경우라면 상기 투명전극(10)은 화소별 구분없이 전체적으로 연결되게 형성되는 공통전극에 해당된다.

다만 제조 공정의 관점에서, 돌기(20)는 하측 기판 보다는 주로 상측 기판에서 사용된다. 왜냐하면 돌기(20)를 형성하기 위해서는 기판(1)상에 감광막을 형성하고 이에 대한 패터닝 공정이 추가되는데, 하측 기판의 경우에는 제조 공정상 추가 공정없이 돌기(20)와 동일한 역할을 하는 절개부가 형성되도록 할 수 있기 때문이다. 즉, 하측 기판은 투명전극(10)이 화소별로 분리되게 하기 위한 패터닝 작업이 필수적이므로, 이러한 패터닝시 투명전극(10)의 소정 영역을 제거한 절개부가 형성되도록 할 수 있다. 따라서 하측 기판에서는 별도의 패터닝을 통하여 돌기(20)를 형성하기 보다는 화소전극을 형성하면서 동시에 절개부를 형성하는 것이 공정상 유리하며, 상기 돌기(20)는 주로 상측 기판에 사용된다.

액정(30)은 상측 기판과 하측 기판의 투명전극(10)에 인가되는 전압의 차이에 해당하는 전계에 따라 경사지게 배열된다. 이 때, 상기 돌기(20)나 절개부는 액정에 작용하는 전계를 변형시키며, 액정(30)은 돌기(20) 등을 경계로 서로 대칭적으로 경사지게 배열된다.

통상 돌기(20)는 화소내 위치와 상관없이 동일한 크기로 형성되었으나, 도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따르면 상기 돌기(20)는 단일 화소내에서 영역별로 그 크기가 일정하지 않다. 이는 돌기(20)의 크기에 따라 액정(30)에 작용하는 전계의 크기가 달라질 수 있다는 점을 감안한 것으로, 구체적인 본 발명의 작동원리를 설명하기 전에 먼저 돌기(20)의 크기와 액정(30)에 작용하는 전계와의 상관 관계에 대해 살펴본다.

도 2a 및 도 2b는 각각 돌기의 높이에 따른 블랙 상태의 휘도 및 대비비의 변화를 나타낸 그래프이다.

돌기의 크기란, 돌기가 차지하는 공간상의 영역인 '체적'을 나타낸다. 따라서 돌기의 크기는 돌기가 기판상에서 차지하는 면적과 돌기가 기판상에서 돌출된 정도에 따라 달라진다. 전자는 돌기의 좌우 폭과 관련되고 후자는 돌기의 상하 높이와 관련되며, 도 2a 및 도 2b는 동일 폭을 갖되 상이한 높이를 갖는 돌기에 따른 효과를 나타낸 것이다.

도 2a를 참조하면, 돌기의 높이가 클수록 블랙 상태의 휘도가 증가됨을 알 수 있다. 여기서 휘도 증가분은 돌기 대신 절개부가 형성된 경우를 기준으로 측정 된 것이다.

전압이 인가되지 않은 상태에서 액정은 수직 방향으로 배열되고 이 경우 빛이 투과되지 못하여 블랙 상태가 된다. 이에 비해 전압이 인가되면 액정은 수평 방향으로 경사지게 되며 수평에 근접할수록 빛의 투과량이 증가되어 화이트 상태가 된다. 따라서 블랙 상태에서는 원칙적으로 휘도가 0이 되어야 하나, 돌기가 사용된 경우 블랙 상태에서의 휘도가 0이 아니며 돌기의 높이에 따라 블랙 상태에서의 휘도가 더욱 증가됨을 알 수 있다. 이는 돌기의 경사면을 따라 일부의 액정이 수직이 아닌 방향으로 경사지게 배열되어 해당 영역에서 빛샘이 발생되기 때문이며, 빛샘은 돌기의 높이가 커질수록 증가된다.

또한 블랙 상태에서의 휘도가 증가될수록 블랙 상태와 화이트 상태간의 빛의 투과량 비를 나타내는 대비비(CR; contrast ratio)가 감소된다. 즉, 도 2b에 도시된 바와 같이, 절개부가 형성된 경우를 기준으로 돌기의 높이가 1.13㎛ 에서 1.5㎛ 로 증가되었을 때, 대비비는 대략 5배 이상 감소된다.

위와 같이 돌기의 높이가 커질수록 빛샘이 증가된다는 것은, 돌기의 높이에 비례하여 액정이 더욱 수평 방향 쪽으로 경사지게 배열됨을 의미한다. 즉, 동일 폭을 갖는 돌기 중 높이가 큰 것일수록 돌기의 경사면이 밑면에 대해 큰 내각을 갖도록 경사지며, 경사면이 급하게 경사질수록 대략 경사면에 수직하게 배열되는 액정이 수평 방향쪽으로 경사지게 된다. 따라서 액정을 수평 방향 쪽으로 경사지게 하는 돌기의 규제력은 액정의 높이에 비례하여 증가된다.

도 3a 및 도 3b는 돌기의 폭에 대한 빛의 투과 효율을 나타낸 그래프이다. 도 3a는 2차 효율에 관한 것이고, 도 3b는 3차 효율에 관한 것이다. 또한 도면에 도시된 수치는 직접적인 돌기의 폭을 나타내는 것은 아니며, 돌기를 형성하기 위한 마스크 패턴의 폭을 나타낸다. 상기 마스크 패턴은 돌기를 형성하기 위한 노광 공정시 빛이 투과하지 못하는 영역을 나타낸 것으로, 상기 마스크 패턴 폭과 실제 형성되는 돌기의 폭은 대략 2㎛ 정도의 차이가 있으며, 마스크 패턴 폭이 큰 경우에는 돌기의 폭과 높이도 크게 형성된다.

액정은 최초 블랙 상태에 있다가 전계가 걸리면서 빛이 투과되기 때문에, 개구율외에도 빛의 투과율을 결정하는 다양한 변수가 존재한다. 이러한 변수를 감안하여, 개구율 등의 구조적인 것에 의한 투과율을 1차 효율, 액정에 인가되는 인가 전압 등에 의한 투과율을 2차 효율, 액정 배열의 균일성에 의한 투과율을 3차 효율이라 한다.

도 3a를 참조하면, 다양한 폭을 갖는 돌기와 절개부를 갖는 경우에 있어서 돌기의 폭이 작을수록 2차 효율이 증가된다. 이와 반대로, 도 3b를 참조하면, 돌기의 폭에 비례하여 3차 효율이 증가됨을 알 수 있다. 이러한 결과는 다음과 같이 분석할 수 있다.

앞서 살핀 바와 같이, 돌기는 전압이 인가되는 투명전극상에 형성되며 돌기 자체는 절연막 성분을 가지므로, 돌기가 형성된 영역에서는 투명전극에서 액정으로 작용하는 전계가 약화될 수 있다. 이와 같은 전계의 감소는 돌기가 커질수록 돌기에 의해 투명전극이 가려지는 부분이 증가되어 더욱 커지게 된다. 따라서 돌기의 폭이 작을수록 2차 효율이 증가될 수 있다.

이에 비해, 3차 효율은 소위 텍스처(texture)에 의한 효과를 나타내는 것으로, 텍스처란 액정이 돌기 등에 의해 충분히 제어되지 못하는 영역을 나타낸다. 즉, 액정이 균일하게 배열되지 못하고 해당 영역에서는 액정이 다른 영역과 상이하게 배열되면, 가령 화이트 상태인 경우에도 특정 영역만 어둡게 표시된다. 그런데 돌기의 폭이 넓은 경우에는, 돌기가 보다 넓은 영역의 액정에 작용하게 되어 액정에 대한 규제력이 증가될 수 있다. 따라서, 도 3b에 도시된 바와 같이, 대체로 돌기의 폭이 클수록 액정에 대한 규제력이 강화되어 텍스처가 감소되고 3차 효율이 증가될 수 있다.

상기한 결과로부터, 돌기의 크기(폭과 높이)가 액정표시장치의 동작에 전반적으로 영향을 주고 있으며, 돌기의 크기가 큰 것이 유리한 경우도 있으며 돌기의 크기가 작은 것이 유리한 경우도 있음을 알 수 있다. 이러한 점을 감안하여, 본 발명에서는 돌기의 크기를 일률적으로 동일하게 하지 않고, 필요에 따라 돌기가 영역별로 상이하게 형성된다. 문제는 어떠한 영역에서 돌기를 크게 형성하고 어떠한 영역에서 작게 형성하는지에 관한 것인데, 이에 대해 살펴본다.

도 1을 재차 참조하면, 돌기(20)는 게이트 라인(GL)이나 데이터 라인(DL)과 같이 화소의 경계에 평행한 것과 화소의 경계에 대해 일정하게 경사지는 것으로 구분될 수 있다. 편의상 후자를 제1 돌기(21)라 하고 전자를 제2 돌기(22)라 명명한다. 본 발명에 따르면, 도 1의 화살표로 표시된 바와 같이, 제1 돌기(21)는 크기를 증가시키고 제2 돌기(22)는 크기를 감소시킨다. 여기서 돌기(20)의 크기라 함은 돌기(20)의 체적을 나타내므로, 돌기(20)의 크기를 증가하거나 감소시킨다는 것은, 돌기(20)의 높이에 대해서만 또는 돌기(20)의 폭에 대해서만 또는 돌기(20)의 폭과 높이를 동시에 증가하거나 감소시킴을 의미한다. 따라서 제1 돌기(21)는 제2 돌기(22)와 동일한 폭을 갖되 높이가 크게 형성되거나, 또는 제1 돌기(21)는 제2 돌기(22)에 비해 큰 높이와 폭을 갖도록 형성된다. 그런데 전자의 경우에는 돌기(20)의 폭과 높이의 비가 제1 돌기(21)와 제2 돌기(22)에 있어서 상이하게 되며, 제1 돌기(21)의 높이가 상당히 큰 경우에는 돌기(21)의 경사면이 급하게 형성되어 빛샘이 크게 증가될 수 있다. 따라서 제1 돌기(21)와 제2 돌기(22)의 크기 차이가 상당한 경우에는, 돌기(20)의 폭과 높이의 비가 일정하게 유지되도록 양자를 동시에 변경시킴이 좋다.

앞서 살핀 바와 같이, 돌기(20)의 크기가 증가되면 액정에 대한 규제력이 증가된다. 본 발명에 있어서, 제1 돌기(21)를 크게 하는 것은 화소의 테두리 부분에서 액정(30)에 대한 규제력을 증가시키기 위함이다. 화소의 테두리 부분에서는 화소의 내부와는 다른 상이한 변수들이 존재한다. 예컨대, 화소전극은 화소에 따라 분리되게 형성되므로 화소 경계에서의 전계는 화소 내부에서와는 다소 상이하게 형성된다. 또한 화소를 정의하는 게이트 라인(GL) 및 데이터 라인(DL)에 인접하여 이들의 영향을 받게 된다. 즉, 게이트 라인(GL)으로는 게이트 온 신호가 전송되고 데이터 라인(DL)으로는 화상 정보에 따른 데이터 신호가 전송되는데, 이들 신호에 의한 전계의 영향을 받게 된다. 위와 같은 다양한 외부 변수에도 불구하고, 액정(30)이 화소 내부에서와 같은 상태로 배열되려면 화소 경계에서는 액정(30)에 대한 돌기(20)의 규제력이 증가될 필요가 있다. 본 발명에 따르면, 화소의 경계 부분에서 크기가 증가된 제1 돌기(21)를 사용하여 액정(30)에 대한 규제력을 강화하여, 화소의 전체에서 액정(30)이 균일하게 배열될 수 있도록 한다.

제2 돌기(22)는 제1 돌기(21)의 끝단에 연결되게 형성된다. 제2 돌기(22)는 게이트 라인(GL)이나 데이터 라인(DL)과 평행하게 형성되며, 액정(30)에 대해 제1 돌기(21)와는 상이한 방향으로 작용한다. 제2 돌기(22)는 화소 경계 부분에서의 다양한 변수로 인해 액정(30)의 배열이 흐트러지는 것을 잡아주는 역할을 하는데, 제2 돌기(22)가 지나치게 크게 형성되면 제2 돌기(22) 근방의 액정(30)은 화소 내부와는 상이하게 배열될 수 있다. 따라서 제2 돌기(22)는 경계 부분의 효과를 상쇄하기 위한 최소한의 크기를 가지면 충분하며, 이러한 점을 감안하여 본 발명에 있어서 제2 돌기(22)는 제1 돌기(21)보다 작게 형성된다.

이와 같이, 영역별로 돌기(20)의 크기를 상이하게 형성하는 효과는 다음과 같이 확인될 수 있다.

도 4는 돌기의 폭 변화에 따른 화소의 사진을 나타낸 것으로, 도 3a 및 도 3b와 마찬가지로 숫자는 돌기 형성을 위한 마스크의 패턴 폭을 나타낸 것이다.

도 4를 참조하면, 돌기의 폭이 커질수록 'A' 부분이 점점 어두워지며 'B' 부분이 점점 밝아짐을 알 수 있다. 여기서 'A' 부분과 'B' 부분은 도 1에 표시된 'A' 부분 및 'B' 부분에 대응된다. 상기 화소 사진은 화이트 상태에서 상측 기판과 하측 기판의 외측에 부착되는 편광판의 투과축을 변경(0°/90° → 45°/135°)시킨 상태에서 촬영한 것이다. 화이트 상태에서는 특정 부분의 액정이 다른 영역과 상이하게 배열되어 있더라도 이를 식별하기가 용이하지 않다. 그러나 편광판의 투과축 을 위와 같이 변경시키면, 화이트 상태가 블랙 상태로 바뀌고 액정이 다른 부분과 상이하게 배열된 부분은 밝게 표시된다.

따라서, 'A' 부분이 돌기의 폭이 커질수록 어두워진다는 것은 해당 영역에서만 액정이 상이하게 배열되어 있다가 돌기의 폭이 커질수록 액정의 배열이 균일하게 변경됨을 나타낸다. 즉, 'A' 영역에서는 경계 부분의 다양한 변수에 의해 돌기에 의한 액정의 규제력이 약화되고 액정이 특이하게 배열될 수 있지만, 돌기의 폭이 증가될수록 액정에 대한 규제력이 회복되어 액정이 균일하게 배열될 수 있다. 이로부터 'A' 영역에 작용하는 돌기(본 발명의 제1 돌기에 해당함)는 크게 형성됨이 유리함을 알 수 있다.

마찬가지로 'B' 부분에는 경계와 평행하게 형성된 돌기가 작용하며, 이는 해당 영역에서만 액정이 상이하게 배열되도록 작용한다. 따라서 상기 돌기의 폭이 커질수록 해당 영역에서만 상이하게 배열되는 액정이 증가하여 점점 더 밝아지게 된다. 이로부터 'B' 영역에 작용하는 돌기(본 발명의 제2 돌기에 해당함)는 작게 형성됨이 유리함을 알 수 있다.

한편, 도 1을 재차 참조하면, 화소의 경계와 경사지게 형성되는 부분에서 제1 돌기(21)와 상이한 크기를 갖는 제3 돌기(23)가 더 포함될 수 있다. 앞서 살핀 바와 같이, 액정(30)에 대한 강한 규제력이 필요한 것은 화소의 경계 부분이므로 화소의 내부에서는 돌기(20)를 크게 형성할 필요가 없다. 또한, 돌기(20)가 크게 형성되면 빛샘이 발생되어 블랙 상태에서의 휘도가 증가될 수 있으므로 필요한 경우가 아니라면 돌기(20)는 작게 형성됨이 유리하다. 따라서 도 1에 도시된 바와 같 이, 경사지게 형성되는 돌기(21,23) 중 화소의 경계 부분에만 제1 돌기(21)가 형성되고 그 외의 부분에서는 제1 돌기(21)보다 크기가 작은 제3 돌기(23)가 형성되도록 할 수 있다.

이하에서는 위와 같은 원리가 적용된 본 발명의 상세 구조를 살펴본다. 도 5a는 본 발명의 실시예에 따른 액정표시장치의 평면도이며, 도 5b는 도 5a의 Ⅰ-Ⅰ' 라인을 따라 취해진 단면도이다.

도 5a 및 도 5b를 참조하면, 본 발명의 액정표시장치는 두 개의 기판(100,200)과 그 사이에 배열되는 액정(300)을 포함한다. 이하, 상기 두 개의 기판(100,200) 중 액정(300)의 하측에 배치되는 기판을 제1 기판(100)이라 하고 액정(300)의 상측에 배치되는 기판을 제2 기판(200)이라 명명한다. 제1 기판(100)에는 행방향의 게이트 라인(GL)과 열방향의 데이터 라인(DL)이 상호 교차하면서 화소를 정의한다. 각 화소에는 박막트랜지스터(T)와 화소전극(130)이 구비된다. 상기 박막트랜지스터(T)는 게이트 라인(GL)이 연장된 게이트 전극(110)과 데이터 라인(DL)이 연장된 소오스 전극(121) 및 화소전극(130)과 연결되는 드레인 전극(122)을 포함한다. 상기 소오스 전극(121)/드레인 전극(122)은 게이트 전극(110)에 대해 게이트 절연막(111)으로 절연되며, 화소전극(130)에 대해서는 보호막(125)에 의해 절연된다. 상기 화소전극(130)은 콘택홀(h)에 의해 드레인 전극(122)과 연결되며, 소정 영역이 제거되어 절개부(135)가 형성된다.

제2 기판(200)에는 화소 이외의 영역에서 빛의 투과를 차단하는 차광막 패턴 (201)과 컬러를 나타내는 컬러필터(202)가 형성된다. 컬러필터(202)상에는 오버코트막(203)이 형성되어 제2 기판(200)의 상부를 평평하게 만들며, 오버코트막(203)의 상부에는 화소전극(130)과 마주보도록 공통전극(210)이 구비된다. 공통전극(210)상에는 소정 영역이 돌출된 돌기(220)가 형성되며, 이는 화소전극(130)의 절개부(135)와 서로 중첩되지 않고 엇갈리게 형성된다. 돌기(220)와 절개부(135)는 액정(300)에 작용하는 전계의 방향을 변형시키며, 돌기(220)와 절개부(135)를 경계로 액정(300)의 배열이 변경되면서 각 화소에 다중 도메인이 형성된다. 또한 다중 도멘인이 형성되면서 액정(300)의 시야각이 증가된다. 한편, 제2 기판(200)상에는 제1 기판(100)과의 간격을 일정하게 유지하는 스페이서(230)가 형성되며, 이는 개구율 저하 방지를 위해 차광막 패턴(201)상에 형성된다.

상기 돌기(220)는 화소의 경계에 대해 경사지거나 또는 경사진 부분의 끝단에서 화소의 경계와 평행하게 형성된다. 상기 돌기(220)는 영역에 따라 제1 돌기(221)와 제2 돌기(222) 및 제3 돌기(223)로 구분된다. 제1 돌기(221)는 경사진 부분의 양 끝단에, 제2 돌기(222)는 화소의 경계와 평행하게, 제3 돌기(223)는 제1 돌기(221)의 사이에 각각 형성된다. 제1 돌기(221)는 가장 큰 크기를 가지며 화소의 테두리 부분에서 액정(300)에 대한 규제력이 강화되도록 한다. 이에 비해 제1 돌기(221)와 상이한 방향으로 액정(300)에 작용하는 제2 돌기(222)는 텍스처 발생 등을 억제할 수 있도록 최소한의 작은 크기로 형성된다. 제3 돌기(223)는 제2 돌기(222)와 동일하거나 또는 보다 크게 형성될 수 있으며, 불필요하게 넓은 범위에서 제1 돌기(221)가 크게 형성되어 블랙 상태에서의 빛샘이 증가하는 것을 방지한다.

경사지게 형성되는 돌기(221,223) 중 제1 돌기(221)와 제3 돌기(223)의 길이비는 다양한 조합이 가능하다. 예컨대 경사진 부분을 3등분하여 제1 돌기(221)에서 양측으로 각각 분리된 부분과 중심부의 제 3돌기(223)의 길이가 동일(a1=b=a2)하게 형성될 수 있다. 또는 경사진 부분을 4등분하여 제1 돌기(221)의 전체 길이와 제 3돌기(223)의 길이가 동일(a1=a2=b/2)하게 형성될 수 있다. 이는 액정표시장치가 사용되는 핸드폰, 컴퓨터 모니터, 대형 TV 등의 다양한 장치의 화면 크기에 따라 달라진다. 또한 각 장치에 따라 화소 경계에서 작용하는 변수나 그 세기가 달라질 수 있으므로, 그에 따라 돌기(220)의 길이나 폭, 높이 등이 적절하게 설정된다.

한편, 다중 도메인을 형성하기 위한 돌기(220)와 절개부(135)의 패턴이 도 5a에 도시된 형태로만 한정되는 것은 아니다. 그러나, 도 5a와 상이한 형태로 돌기(220)와 절개부(135)의 패턴이 형성되더라도 본 발명이 그대로 적용될 수 있다. 즉, 특정 영역에 형성되는 돌기(220)에 의해 액정에 대한 규제력을 강화하고자 하는 위치에서는 돌기(220)의 크기를 크게하며, 특정 영역에 형성되는 돌기(220)에 의해 액정(300)에 대한 규제력을 약화시키고자 하는 위치에서는 돌기(220)의 크기를 작게 한다. 이러한 원리에 따르면, 상기 돌기(220)는 제1 돌기(221)/제2 돌기(222)/제3 돌기(223)의 세 가지 종류로만 한정될 필요는 없다. 단일 화소의 경계 및 내부에서 액정(300)의 배열에 영향을 미치는 변수가 다양하게 존재하고 또한 영역별로 이러한 변수들이 갖는 세기가 달라질 수 있으므로, 이러한 다양성을 고려하여 필요하다면 세 가지 돌기(221,222,223)외에 상이한 크기를 갖는 돌기가 추가될 수 있다.

위와 같이 단일 화소내에서 각 영역별로 다양한 크기를 갖는 돌기를 형성하는 것은, 동일한 크기의 돌기를 형성하는 것에 비해 공정상 용이하지는 않다. 그러나 본 발명의 액정표시장치의 제조방법에 의하면, 다양한 크기를 갖는 돌기를 용이하게 형성할 수 있다.

도 6 내지 도 12는 본 발명의 실시예에 따른 액정표시장치의 제조방법을 설명하는 단면도들이며, 도 5의 Ⅰ-Ⅰ' 라인을 기준으로 한 것이다. 도 6 내지 도 8은 제1 기판에 관한 것이며, 도 9 내지 도 12는 제2 기판에 관한 것이다.

도 6을 참조하면, 제1 기판(100)의 전면에 게이트 전극(110)과 게이트 절연막(111)을 형성한다. 게이트 전극(110)은 크롬이나 알루미늄 또는 알루미늄 합금 등을 이용한 스퍼터링 방법으로 금속막을 증착한 후 이를 패터닝하여 형성된다. 게이트 절연막(111)은 플라즈마 화학기상증착 방법으로 실리콘 질화막 등을 이용하여 형성되며, 게이트 전극(110)을 절연시키는 역할을 한다.

도 7을 참조하면, 게이트 절연막(111)상에 반도체 패턴(112,113)을 형성한다. 반도체 패턴(112,113)은 게이트 절연막(111)상에 비정질 실리콘막/n+ 비정질 실리콘막의 이층막을 증착한 후 이를 패터닝하여 게이트 전극과 중첩되는 위치에 형성된다. 상기 이층막 중 하부에는 액티브 패턴(112)이, 상부에는 오믹콘택 패턴(113)이 형성된다.

이어서, 반도체 패턴(112,113)을 포함하는 제1 기판(100)상에 게이트 전극(110)을 형성하였던 공정과 유사한 방법으로, 소오스 전극(121)과 드레인 전극 (122)을 형성한다.

도 8을 참조하면, 게이트 절연막(111)과 동일한 방법으로 제1 기판(100)상에 보호막(125)을 형성한다. 상기 보호막(125)은 드레인 전극(122)과 중첩되는 영역에 콘택홀(h)을 갖도록 패터닝되며, 콘택홀(h)의 내부 및 보호막(125)상에는 화소전극(130)이 형성된다. 화소전극(130)은 산화주석인듐이나 산화아연인듐을 이용한 투명도전막을 증착한 후 이를 패터닝하여 형성된다. 상기 투명도전막의 패터닝시 화소전극(130)은 각 화소별로 분리되며 또한 화소내에서도 소정 영역이 제거되어 절개부(135)가 형성된다.

도 9를 참조하면, 제2 기판(200)상에 차광막 패턴(201)과 컬러필터(202)를 형성한다. 차광막 패턴(201)은 크롬 등의 금속박막이나 카본(carbon) 계열의 유기 재료로 차광막을 형성한 후 사진 공정으로 이를 패터닝하여 형성될 수 있다. 컬러필터(202)는 차광막 패턴(201) 형성시 제1 기판(100)의 화소에 대응되도록 차광막에서 제거되는 부분을 채우게 된다. 컬러필터(202)는 각 화소별로 규칙적으로 착색되는 적색/녹색/청색의 삼색으로 구성된다. 이들은 적색/녹색/청색의 일정한 순서에 따라 안료가 포함된 컬러 포토레지스트를 제2 기판(200)상에 도포한 후 노광 및 현상 공정을 거쳐서 형성될 수 있다.

도 10을 참조하면, 컬러필터(202)상에 오버코트막(203)과 공통전극(210)을 형성한다. 오버코트막(203)은 차광막 패턴(201)과 컬러필터(202)의 높낮이 차이로 제2 기판(200)의 상부면이 굴곡지게 형성된 것을 평탄화한다. 또한 오버코트막(203)은 컬러필터(202)에 대한 보호막으로도 작용하는데, 가령 후속 공정에서 오버 코트막(203)의 상부에서 식각 등이 진행되는 경우 식각액이 컬러필터(202)로 침투하는 것을 차단하여 컬러필터(202)를 보호한다. 공통전극(210)은 화소전극(130)과 마찬가지 방법으로 산화주석인듐이나 산화아연인듐을 이용한 투명도전막을 증착하여 형성된다. 공통전극은 화소별로 분리되지 않으므로 별도의 패터닝 과정은 생략된다.

도 11을 참조하면, 공통전극(210)상에 감광막(220')을 도포한 후 노광을 진행한다. 상기 감광막(220')은 돌기를 형성하기 위한 것으로, 돌기 높이의 2배 이상으로 두껍게 형성된다. 만약 돌기 높이에 비해 감광막(220')이 두껍게 형성되지 않는 경우 다음과 같은 문제가 있다. 가령, 도 5를 참조하여 설명된, 제1 돌기/제2 돌기/제3 돌기의 폭과 높이를 각각 14㎛, 1.3㎛/10㎛, 1㎛/9㎛, 0.9㎛ 정도로 형성하고 감광막(220')의 높이를 1.5㎛ 로 형성한 경우에는, 실제 감광막(220')에서 제거되는 부분의 높이가 0.2 ~ 0.6㎛ 정도가 된다. 그런데 제조 공정상 위와 같이 얇은 두께를 제거하면서 서로 상이한 높이를 갖는 돌기를 형성하는 것은 용이하지 않다.

따라서 본 발명에서는 돌기의 높이에 비해 상당한 두께의 감광막(220')이 형성되도록 한다. 한편, 도 5에 도시된 바와 같이, 제2 기판(200)에는 제1 기판(100) 사이의 간격을 유지하기 위한 스페이서가 형성된다. 스페이서는 제1 기판(100)과 제2 기판(200)이 서로 쇼트되지 않도록 절연체로 형성되는데, 본 발명에서는 돌기 형성을 위한 감광막이 두껍게 형성된다는 점을 이용하여 돌기를 형성하면서 동시에 스페이서를 형성한다.

노광 공정시 감광막(220')이 포지티브 타입이라면 감광막(220')에서 빛이 조사되는 부분이 제거된다. 따라서 서로 상이한 크기를 갖는 스페이서와 돌기를 형성하기 위해서는, 크기에 따라 크게 형성되는 것일수록 빛의 조사량을 작게하여 감광막(220')에서 제거되는 부분이 작게 되도록 한다. 구체적으로 빛을 투과하는 투과 영역(410)과 빛을 투과하지 못하는 불투과 영역(420)으로 구성된 포토 마스크(400)를 사용하되, 도 11과 같이 크게 형성되는 것의 순서로 불투과 영역(420)의 폭이 크게 형성되도록 한다. 만약, 돌기의 크기를 더욱 세분화하여 크기가 다른 제4 돌기나 제5 돌기를 형성하는 경우에도 포토 마스크(400)에서 불투과 영역(420)을 추가하고 추가된 영역의 폭을 조절하면 된다. 상기 불투과 영역(420)의 폭을 조절하는 외에도, 슬릿 마스크나 하프톤 마스크를 사용하면 감광막(220')의 각 영역별로 빛의 투과량이 조절되도록 할 수 있다.

도 12를 참조하면, 노광이 완료된 후 현상을 진행하며, 이를 통하여 빛의 투과량에 따라 상이한 크기를 갖는 스페이서(230)와 돌기(220)를 형성한다. 상기 스페이서(230)와 돌기(220)는 불투과 영역(420)의 폭에 따라, 스페이서(230), 제1 돌기(221), 제3 돌기(223), 제2 돌기(222)의 순서로 크기가 형성된다.

이와 같이 제2 기판(200)이 준비되면, 제1 기판(100)의 절개부(135)와 제2 기판(200)의 돌기(220)가 서로 중첩되지 않도록 정렬한 후 양 기판(100,200)을 서로 합착하며 또한 기판(100,200) 사이로 액정을 주입하여 밀봉하는 등의 후속 공정을 진행한다.

이상에서 살펴 본 바와 같이, 본 발명의 액정표시장치는 액정의 배열 방향을 규제하여 시야각을 증가시키기 위한 돌기가 화소내 영역별로 상이한 크기로 형성된다. 즉, 화소의 각 영역별로 액정에 대해 요구되는 규제력의 크기가 달라질 수 있다는 점에 착안하여, 액정에 대한 규제력을 강화할 필요가 있는 영역에서는 돌기를 크게 형성하고 또한 액정에 대한 규제력을 약화시킬 필요가 있는 영역에서는 돌기를 작게 형성한다. 본 발명에 따르면, 화소의 각 영역별로 액정의 배열을 적절하게 조절하여 대비비나 투과율이 증가되는 등 동작 특성이 개선되는 효과가 있다.

또한 본 발명의 액정표시장치의 제조방법에 의하면, 돌기 형성을 위한 감광막을 두껍게 형성한 후 이를 패터닝함으로써 각 돌기가 상이한 크기를 갖도록 용이하게 형성될 수 있다. 또한 두껍게 형성된 감광막을 이용하여, 추가 공정없이 돌기와 함께 기판 사이의 간격 유지를 위한 스페이서가 형성될 수 있다.

Claims (19)

1. 화상이 표시되는 복수의 화소를 갖는 액정표시장치에 있어서;

   기판상에 형성되는 투명전극;

   상기 투명전극상에 상기 화소에 따라 배치되되, 상기 화소내에서 영역별로 상이한 크기를 갖는 돌기; 그리고

   상기 기판의 상측에 배열되는 액정을 포함하는 액정표시장치.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 돌기는 제1 돌기와 상기 제1 돌기보다 작은 폭과 높이를 갖는 제2 돌기를 포함하는 액정표시장치.
3. 제 2항에 있어서,

   상기 제1 돌기는 상기 화소의 경계에 대해 경사지게 형성된 액정표시장치.
4. 제 3항에 있어서,

   상기 제2 돌기는 상기 제1 돌기와 연결되며 상기 화소의 경계에 대해 평행하게 형성된 액정표시장치.
5. 제 3항 또는 제 4항에 있어서,

   상기 제1 돌기의 중심부에 형성되며, 상기 제1 돌기보다 작은 폭과 높이를 갖는 제3 돌기를 더 포함하는 액정표시장치.
6. 제 5항에 있어서,

   상기 제3 돌기는 상기 제2 돌기 이상의 폭과 높이를 갖는 액정표시장치.
7. 제1 기판과 제2 기판 및 그 사이에 배열되는 액정;

   상기 제1 기판상에서 상호 교차하면서 화소를 정의하는 게이트 라인과 데이터 라인;

   상기 각 화소마다 형성되며 절개부를 갖는 화소전극;

   상기 제2 기판상에서 상기 화소전극과 마주보도록 형성되는 공통전극; 그리고

   상기 화소내에서 영역별로 상이한 크기를 갖는 돌기를 포함하는 액정표시장치.
8. 제 7항에 있어서,

   상기 절개부와 돌기는 상호 중첩되지 않도록 형성된 액정표시장치.
9. 제 7항 또는 제 8항에 있어서,

   상기 제2 기판상에 상기 제1 기판에 접촉되게 형성되며, 상기 돌기와 동일한 재질의 스페이서를 더 포함하는 액정표시장치.
10. 제 9항에 있어서,

    상기 돌기는 상기 게이트 라인 또는 데이터 라인이 형성된 방향에 대해경사지게 형성되는 제1 돌기와, 상기 제1 돌기와 연결되며 상기 게이트 라인 또는 데이터 라인이 형성된 방향과 평행하게 형성되되 상기 제1 돌기 보다 작은 폭과 높이를 갖는 제2 돌기를 포함하는 액정표시장치.
11. 제 10항에 있어서,

    상기 제1 돌기의 중심부에 형성되며, 상기 제1 돌기보다 작은 폭과 높이를 갖는 제3 돌기를 더 포함하는 액정표시장치.
12. 제 11항에 있어서,

    상기 제3 돌기는 상기 제2 돌기 이상의 폭과 높이를 갖는 액정표시장치.
13. 제1 기판상에 상호 교차하면서 화소를 정의하는 게이트 라인과 데이터 라인을 형성하고;

    상기 각 화소마다 절개부를 갖는 화소전극을 형성하고;

    제2 기판상에 상기 화소전극과 마주보도록 공통전극을 형성하고;

    상기 공통전극상에 상기 각 화소에 따라 규칙적으로 배치되되 상기 화소내에 서 영역별로 상이한 체적을 갖는 돌기를 형성하고;

    상기 제1 기판과 제2 기판을 서로 합착하는 것을 포함하는 액정표시장치의 제조방법.
14. 제 13항에 있어서,

    상기 절개부와 돌기는 상호 중첩되지 않도록 형성되는 액정표시장치의 제조방법.
15. 제 13항 또는 제 14항에 있어서,

    상기 돌기와 동시에 상기 제1 기판에 접촉되도록 스페이서를 형성하는 액정표시장치의 제조방법.
16. 제 15항에 있어서,

    상기 돌기는 상기 게이트 라인 또는 데이터 라인이 형성된 방향에 대해 경사지는 제1 돌기와, 상기 제1 돌기와 연결되며 상기 게이트 라인 또는 데이터 라인이 형성된 방향과 평행하며 상기 제1 돌기 보다 작은 폭과 높이를 갖는 제2 돌기를 포함하도록 형성되는 액정표시장치의 제조방법.
17. 제 16항에 있어서,

    상기 돌기는 상기 제1 돌기의 중심부에 형성되며, 상기 제1 돌기보다 작은 폭과 높이를 갖는 제3 돌기를 더 포함하도록 형성되는 액정표시장치의 제조방법.
18. 제 17항에 있어서,

    상기 제3 돌기는 상기 제2 돌기와 동일하거나 큰 폭과 높이를 갖도록 형성되는 액정표시장치의 제조방법.
19. 제 18항에 있어서,

    상기 돌기와 스페이서는 감광막을 패터닝하여 형성되되, 상기 감광막은 상기 제1 돌기, 제2 돌기, 제3 돌기 및 스페이서가 형성될 영역에서 각각 노광량이 차이나도록 노광되는 액정표시장치의 제조방법.

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