KR20090005779A - 액정 표시 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명에 따른 액정 표시 장치는 기판, 기판 위에 형성되어 있는 공통 전극, 공통 전극과 마주하는 화소 전극, 공통 전극과 화소 전극 사이에 형성되어 있는 액정층, 공통 전극과 화소 전극 사이에 형성되어 있으며 액정층을 복수의 선형 영역으로 구획하는 고분자벽을 포함한다.
액정표시장치, 고분자벽, 시야각

Description

액정 표시 장치{LIQUID CRYSTAL DISPLAY}
본 발명은 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 장치 중에서도 전기장이 인가되지 않은 상태에서 액정 분자를 그 장축이 표시판에 대하여 수직을 이루도록 배열한 수직 배향 방식(vertically aligned mode) 액정 표시 장치가 개발되고 있다.
수직 배향 방식 액정 표시 장치에서는 광시야각 확보가 중요한 문제이고, 이를 위하여 전기장 생성 전극에 절개부를 형성하거나 전기장 생성 전극 위에 돌기를 형성하는 등의 방법을 사용한다. 절개부 및 돌기는 액정 분자가 기울어지는 방향(tilt direction)을 결정해 주므로, 이들을 적절하게 배치하여 액정 분자의 경사 방향을 여러 방향으로 분산시킴으로써 시야각을 넓힐 수 있다.
그러나 전기장 생성 전극에 절개부를 형성하는 공정은 전극을 패터닝하기 위한 별도의 마스크가 필요하며 공정이 복잡해지는 문제점이 있다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 별도의 패터닝 공정 없이 시야각을 향상시키는 것이다.
이러한 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따른 액정 표시 장치는 마주하는 제1 기판 및 제2 기판, 제1 기판 위에 형성되어 있는 공통 전극, 제2 기판 위에 형성되어 있는 화소 전극, 공통 전극과 화소 전극 사이에 형성되어 있는 액정층, 그리고 공통 전극과 화소 전극 사이에 형성되어 있으며 줄기선과 줄기선으로부터 뻗어나간 가지선을 가지는 고분자벽을 포함하고, 액정층은 고분자벽의 줄기선에 의하여 복수의 부 영역으로 나뉘고, 각 부 영역은 고분자벽의 가지선에 의하여 복수의 선형 영역으로 나뉜다.
가지선은 줄기선에 대하여 비스듬하게 뻗거나 줄기선에 대하여 직각을 이룰 수 있다.
이웃하는 두 부 영역의 가지선은 서로 직각을 이룰 수 있다.
화소 전극의 세로 경계선은 화소 전극의 가로 경계선에 대해서 둔각을 이룰 수 있다.
선형 영역은 화소 전극의 가장자리에서 중심으로 갈수록 폭이 좁아질 수 있다.
선형 영역의 최대 폭과 최소 폭의 비율이 5:3일 수 있다.
공통 전극과 화소 전극 중의 적어도 하나의 위에 형성되어 있는 배향막, 그리고 배향막의 표면에 형성되어 있는 곁가지를 더 포함할 수 있다.
곁가지는 고분자벽과 동일한 물질로 이루어질 수 있다.
액정층은 카이랄 도펀트를 더 포함할 수 있다.
카이랄 도펀트는 액정피치/셀갭의 값이 5~150가 될 수 있는 양이 포함되어 있을 수 있다.
고분자벽은 광경화성 물질로부터 형성될 수 있다.
줄기선은 가로 방향으로 뻗은 가로 중심선, 가로 중심선으로부터 상부 및 하부 방향으로 각각 뻗으며 가로 중심선에 대해서 비스듬하게 뻗은 상부 사선 줄기선 및 하부 사선 줄기선을 포함할 수 있다.
상부 사선 줄기선과 하부 사선 줄기선은 직교할 수 있다.
선형 영역 형태의 고분자벽을 형성하면 별도의 패터닝 공정 없이도 다양한 방향으로 액정을 배향할 수 있으므로 시야각이 개선된다. 또한, 액정 분자가 선형 영역을 따라 배열하도록 함으로써 액정 분자의 응답 속도가 빨라진다.
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.
<실시예 1>
도 1은 본 발명의 한 실시예에 따른 액정 표시 장치의 한 화소에 대한 등가 회로도이다.
도 1을 참조하면, 복수의 게이트선(GL), 복수 쌍의 데이터선(DLa, DLb) 및 복수의 유지 전극선(SL)을 포함하는 신호선과 이에 연결된 복수의 화소를 포함한다.
각 화소는 한 쌍의 부화소(PXa, PXb)를 포함하며, 각 부화소(PXa, PXb)는 각각 해당 게이트선(GL) 및 데이터선(DLa, DLb)에 연결되어 있는 스위칭 소자(Qa, Qb)와 이에 연결된 액정 축전기(Clca, Clcb), 그리고 스위칭 소자(Qa, Qb) 및 유지 전극선(SL)에 연결되어 있는 유지 축전기(storage capacitor)(Csta, Cstb)를 포함한다.
각 스위칭 소자(Qa, Qb)는 하부 표시판(100)에 구비되어 있는 박막 트랜지스터 등의 삼단자 소자로서, 그 제어 단자는 게이트선(GL)과 연결되어 있고, 입력 단 자는 각각 데이터선(DLa, DLb)과 연결되어 있으며, 출력 단자는 각각 액정 축전기(Clca, Clcb) 및 유지 축전기(Csta, Cstb)와 연결되어 있다.
액정 축전기(Clca, Clcb)는 화소 전극(191a, 191b)과 공통 전극(270)을 두 단자로 하고, 두 단자 사이의 액정층(3) 부분을 유전체로 하여 형성된다.
액정 축전기(Clca, Clcb)의 보조적인 역할을 하는 유지 축전기(Csta, Cstb)는 하부 표시판(100)에 구비된 유지 전극선(SL)과 화소 전극(191a, 191b)이 절연체를 사이에 두고 중첩되어 이루어지며 유지 전극선(SL)에는 공통 전압(Vcom) 따위의 정해진 전압이 인가된다.
두 액정 축전기(Clca, Clcb)에 충전되는 전압은 서로 약간의 차이가 나도록 설정되어 있다. 즉, 왼쪽 데이터선(DLa)을 통하여 흐르는 데이터 전압이 오른쪽 데이터선(DLb)을 통하여 흐르는 데이터 전압에 비하여 항상 소정 값만큼 낮거나 또는 높도록 데이터를 설정하여 두 액정 축전기(Clca, Clcb)에 충전되는 전압이 서로 다르게 되도록 한다. 이를 통하여 액정 표시 장치의 측면 시인성을 향상할 수 있다.
그러면 도 2 내지 도 4를 참고로 하여 본 발명의 한 실시예에 따른 액정 표시 장치에 대해서 더욱 상세히 설명한다.
도 2는 본 발명의 한 실시예에 다른 액정 표시 장치의 배치도이고, 도 3은 도 2의 액정 표시 장치를 III-III선을 따라 잘라 도시한 단면도이고, 도 4는 도 2의 액정 표시 장치를 IV-IV선을 따라 잘라 도시한 단면도이다.
도 2 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, 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 아래 위로 돌출한 복수의 제1 및 제2 게이트 전극(gate electrode)(124a, 124b)을 포함한다.
유지 전극선(storage electrode line)(131)은 제1 내지 제3 유지 전극(133a, 133b, 133c) 및 연결부(133d)를 포함한다.
제1 유지 전극(133a)은 게이트선(121)을 따라 가로로 뻗어 있으며, 아래 게이트선(121)에 가깝게 위치한다. 제2 유지 전극(133b)은 제1 유지 전극(133a)의 한쪽 끝 부분으로부터 위, 아래 방향으로 뻗어 있으며, 유지 용량을 늘리기 위해서 양쪽 끝 부분(133b1, 133b2)은 폭이 확장되어 있다. 제3 유지 전극(133c)은 제1 유지 전극(133a)의 반대편 끝 부분으로부터 위로 뻗어 있으며, 제3 유지 전극(133c)의 끝 부분(133c1)도 폭이 확장되어 있다. 제2 유지 전극(133b)의 위쪽 끝 부분(133b2)과 제3 유지 전극(133c)의 끝부분(133c1)은 마주하며 일직선 상에 위치한다.
연결부(133d)는 제2 유지 전극(133b)과 이웃하는 화소의 제3 유지 전 극(133c)을 연결한다. 그러나 유지 전극선(131)의 모양 및 배치는 여러 가지로 변형될 수 있다.
게이트선(121) 및 유지 전극선(131)은 알루미늄(Al), 은(Ag), 구리(Cu), 몰리브덴(Mo) 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.
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 섬형 반도체(154a, 154b, 157)가 형성되어 있다.
반도체(154a, 154b)는 각각 제1 및 제2 게이트 전극(124a, 124b) 위에 위치하며, 게이트선(121)의 경계를 덮는 연장부(extension)를 포함한다. 반도체(157)는 연결부(133d) 위에 있으며 연결부(133d)의 경계를 덮는다.
반도체(154a, 154b) 위에는 복수 쌍의 섬형 저항성 접촉 부재(ohmic contact)(163a, 163b, 165a, 165b)가 형성되어 있다. 저항성 접촉 부재(163a, 163b, 165a, 165b)는 인 따위의 n형 불순물이 고농도로 도핑되어 있는 n+ 수소화 비정질 규소 따위의 물질로 만들어지거나 실리사이드(silicide)로 만들어질 수 있다. 저항성 접촉 부재(163a, 163b, 165a, 165b)는 쌍(163a, 165a; 163b, 165b)을 이루어 각 반도체(154a, 154b) 위에 한 쌍씩 배치되어 있다. 반도체(157) 위에도 별도의 섬형 저항성 접촉 부재(도시하지 않음)가 있을 수 있다.
반도체(154a, 154b)와 저항성 접촉 부재(163a, 163b, 165a, 165b)의 측면 역시 기판(110) 면에 대하여 경사져 있으며 경사각은 30° 내지 80° 정도이다.
저항성 접촉 부재(163a, 163b, 165a, 165b) 및 게이트 절연막(140) 위에는 복수의 데이터선(data line)(171a, 171b)과 복수의 드레인 전극(drain electrode)(175a, 175b)이 형성되어 있다.
데이터선(171a, 171b)은 데이터 신호를 전달하며 주로 세로 방향으로 뻗어 게이트선(121)과 교차하고, 다른 층 또는 외부 구동 회로와의 접속을 위하여 면적이 넓은 끝 부분(도시하지 않음)을 포함한다. 제1 및 제2 소스 전극(source electrode)(173a, 173b)은 데이터선(171a, 171b)으로부터 각각 제1 및 제2 게이트 전극(124a, 124b)을 향하여 뻗어 있다.
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.
제1 및 제2 드레인 전극(175a, 175b)은 데이터선(171a, 171b)과 분리되어 있고, 각각 제1 및 제2 게이트 전극(124a, 124b)을 중심으로 제1 및 제2 소스 전 극(173a, 173b)과 마주 보며, 각각 U자형의 소스 전극(173a, 173b)으로 일부 둘러싸여 있다.
제1 드레인 전극(175a)은 이웃 게이트선(121)까지 데이터선(171a)을 따라 세로로 뻗은 세로부(177)를 포함한다. 세로부(177)는 제1 유지 전극(133a), 제2 유지 전극(133b)의 하부 확장부(133b1)를 가로지르며, 제2 유지 전극(133b)의 하부 확장부(133b1)와 중첩하는 부분은 다른 부분에 비해서 폭이 좁을 수 있다. 세로부(177)는 다른 층과의 접촉을 위해서 일부분의 폭이 확장된 확장부(176)을 포함한다. 확장부(176)는 마주하는 제2 유지 전극(133b)의 상부 확장부(133b2)와 제3 유지 전극(133c)의 확장부(133c1) 사이에 위치한다.
제2 드레인 전극(175b)은 제2 유지 전극(133b)의 확장부(133b1)까지 뻗어 있으며, 다른 층과의 접속을 위하여 끝 부분이 확장되어 있다. 제2 유지 전극(133b)의 확장부(133b1)와 제2 드레인 전극(175b)의 확장부는 일직선상에 위치한다.
제1 및 제2 게이트 전극(124a, 124b), 제1 및 제2 소스 전극(173a, 173b)과 제1 및 제2 드레인 전극(175a, 175b)은 제1 및 제2 반도체(154a, 154b)와 함께 각각 제1 및 제2 박막 트랜지스터(Q1, Q2)(thin film transistor, TFT)를 이루며, 제1 및 제2 박막 트랜지스터(Q1, Q2)의 채널(channel)은 각각 제1 및 제2 소스 전극(173a, 173b)과 제1 및 제2 드레인 전극(175a, 175b) 사이의 반도체(154a, 154b)에 형성된다.
데이터선(171a, 171b), 제1 및 제2 드레인 전극(175a, 175b)은 몰리브덴, 크롬, 탄탈륨 및 티타늄 등 내화성 금속(refractory metal) 또는 이들의 합금으로 만 들어지는 것이 바람직하며, 내화성 금속막(도시하지 않음)과 저저항 도전막(도시하지 않음)을 포함하는 다중막 구조를 가질 수 있다. 그러나 데이터선(171a, 171b), 제1 및 제2 드레인 전극(175a, 175b)은 이외에도 여러 가지 다양한 금속 또는 도전체로 만들어질 수 있다.
데이터선(171a, 171b), 제1 및 제2 드레인 전극(175a, 175b) 또한 그 측면이 기판(110) 면에 대하여 30° 내지 80° 정도의 경사각으로 기울어진 것이 바람직하다.
저항성 접촉 부재(163a, 163b, 165a, 165b)는 그 아래의 반도체(154a, 154b)와 그 위의 데이터선(171a, 171b), 드레인 전극(175a, 175b) 사이에만 존재하며 이들 사이의 접촉 저항을 낮추어 준다. 반도체(154a, 154b)에는 소스 전극(173a, 173b)과 드레인 전극(175a, 175b) 사이를 비롯하여 데이터선(171a, 171b) 및 드레인 전극(175a, 175b)으로 가리지 않고 노출된 부분이 있다.
데이터선(171a, 171b), 드레인 전극(175a, 175b) 및 노출된 반도체(154a, 154b) 부분 위에는 보호막(passivation layer)(180)이 형성되어 있다. 보호막(180)은 질화규소와 산화규소 따위의 무기 절연물로 만들어진다. 그러나 보호막(180)은 유기 절연물로 만들어질 수 있으며 표면이 평탄할 수 있다. 유기 절연물의 경우 감광성(photosensitivity)을 가질 수 있으며 그 유전 상수(dielectric constant)는 약 4.0 이하일 수 있다. 보호막(180)은 또한 유기막의 우수한 절연 특성을 살리면서도 노출된 반도체(154a, 154b) 부분에 해가 가지 않도록 하부 무기막과 상부 유기막의 이중막 구조를 가질 수도 있다.
보호막(180)에는 제1 및 제2 드레인 전극(175a, 175b)을 노출하는 복수의 접촉 구멍(contact hole)(185a, 185b) 및 개구부(237)가 형성되어 있다. 개구부(237)는 유지 전극(133b1, 133b2, 133c2) 위에 위치하며, 유지 용량을 형성하는 유전체의 두께를 얇게 하여 유지 용량을 증가시키기 위한 것이다.
보호막(180) 위에는 복수의 화소 전극(pixel electrode)(191)이 형성되어 있다. 화소 전극(191)은 ITO 또는 IZO 등의 투명한 도전 물질이나 알루미늄, 은, 크롬 또는 그 합금 등의 반사성 금속으로 만들어질 수 있다.
화소 전극(191)은 간극(90)을 사이에 두고 서로 분리되어 있는 제1 및 제2 부화소 전극(191a, 191b)을 포함한다.
제1 및 제2 부화소 전극(191a, 191b)은 사각형으로 제1 부화소 전극(191a)이 제2 부화소 전극(191b)보다 세로 길이가 대략 2배 정도 길다.
제1 및 제2 부화소 전극(191a, 191b)은 접촉 구멍(185a, 185b)을 통하여 각각 제1 드레인 전극(175a) 및 제2 드레인 전극(175b)과 물리적, 전기적으로 연결되어 있으며, 제1 드레인 전극(175a) 및 제2 드레인 전극(175b)으로부터 데이터 전압을 인가 받는다.
데이터 전압이 인가된 제1 및 제2 부화소 전극(191a, 191b)은 공통 전압을 인가 받는 공통 전극 표시판(200)의 공통 전극(270)과 함께 전기장을 생성함으로써 두 전극(191a, 191b, 270) 사이의 액정층(3)의 액정 분자의 방향을 결정한다. 이와 같이 결정된 액정 분자의 방향에 따라 액정층(3)을 통과하는 빛의 편광이 달라진다. 제1 및 제2 부화소 전극(191a, 191b)과 공통 전극(270)은 액정 축전 기(Clca, Clcb)를 이루어 박막 트랜지스터가 턴 오프된 후에도 인가된 전압을 유지한다.
그리고, 제1 및 제2 부화소 전극(191a, 191b)은 유지 전극선(131)과 중첩하여 액정 축전기(Clca, Clcb)의 전압 유지율을 향상하기 위한 유지 축전기(Csta, Cstb)를 형성한다.
다시 도 2 내지 도 4를 참조하여, 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 빛샘을 막아준다.
기판(210) 및 차광 부재(220) 위에는 복수의 색필터(230)가 형성되어 있다. 색필터(230)는 차광 부재(220)로 둘러싸인 영역 내에 대부분 존재하며, 화소 전극(191) 열을 따라서 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 절연물로 만들어질 수 있으며, 색필터(230)가 노출되는 것을 방지하고 평탄면을 제공한다. 덮개막(250)은 생략할 수 있다.
덮개막(250) 위에는 공통 전극(270)이 형성되어 있다. 공통 전극(270)은 ITO, IZO 등의 투명한 도전체 따위로 만들어진다.
표시판(100, 200)의 안쪽 면에는 배향막(alignment layer)(11, 21)이 형성되 어 있으며 이들은 수직 배향막일 수 있다.
표시판(100, 200)의 바깥쪽 면에는 편광자(polarizer)(12, 22)가 구비되어 있는데, 두 편광자(12, 22)의 편광축은 직교하며 이중 한 편광축은 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), 위상 지연막, 표시판(100, 200) 및 액정층(3)에 빛을 공급하는 조명부(backlight unit)(도시하지 않음)를 포함할 수 있다.
액정층(3)은 액정 영역(32)과 고분자벽(polymer wall)(30)을 포함한다.
액정 영역(32)에는 음의 유전율 이방성을 가지며, 전기장이 없는 상태에서 그 장축이 두 표시판의 표면에 대하여 수직을 이루도록 배향되어 있는 액정 분자(도시하지 않음)가 포함되어 있다.
고분자벽(30)은 긴 선형이며 고분자벽(30)의 바닥면과 윗면은 각각 화소 전극(191) 및 공통 전극(270)에 닿아 있다. 따라서 고분자벽(30)에 의하여 액정 영역(32)은 복수의 선형 영역(S)으로 분리되어 있으며, 고분자벽(30)에 의하여 분리되어 있는 두 선형 영역(S) 사이에서는 액정 분자의 이동이 제한된다.
고분자벽(30)의 평면 배치에 대해서 좀 더 구체적으로 설명한다.
고분자벽(30)은 줄기선(38)과 가지선(33)을 포함한다. 제1 부화소 전극(191a) 및 제2 부화소 전극(191b)은 드레인 전극(175a)의 확장부(177)와 제2 및 제3 유지 전극(133b1, 133b2, 133c1)에 의해서 각각 네 개의 부 영역(P)으로 나뉘어진다. 이러한 부 영역(P)의 경계를 따라 고분자벽(30)의 줄기선(38)이 형성되어 있고, 고분자벽(30)의 가지선(33)은 줄기선(38)으로부터 비스듬하게 뻗어 나가서 각 부 영역(P)을 복수의 선형 영역(S)으로 분할한다. 줄기선(38)은 부 영역(P)의 경계선에 위치하므로 부 영역(P)의 형태에 따라서 가로 및 세로 방향으로 뻗어 있다.
제1 부화소 전극(191a) 위에 위치하는 부 영역(P)은 제2 부화소 전극(191b) 위에 위치하는 부 영역(P)보다 세로 길이가 두 배 정도 길다.
각 부 영역(P)에 형성되어 있는 고분자벽(30)의 가지선(33)은 좌상부에서 우하부 또는 우상부에서 좌하부 방향으로 비스듬하게 뻗어 있으며, 게이트선(121)과 45도를 이룬다. 그리고 이웃하는 두 부 영역(P)의 가지선(33)은 서로 직교할 수 있다.
각 부 영역(P) 안에서는 복수의 가지선(33)이 소정의 간격을 두고 서로 나란하게 형성되어 있다. 따라서, 각 부 영역(P)의 액정 영역(32)은 슬릿 형태의 선형 영역(S) 복수개가 서로 나란하게 배열되어 있는 모양을 가진다. 또, 이웃하는 두 부 영역(P)의 선형 영역(S)은 서로 직교할 수 있다. 선형 영역(S)의 폭은 1~4㎛의 범위일 수 있다. 고분자벽(30) 과 고분자벽(30) 사이의 간격(L)과 고분자 벽(30)의 폭(W)은 L/W=1~10일 수 있다.
본 발명에서와 같이 고분자벽(30)을 형성하여 액정 영역(32)을 복수의 선형 영역(S)으로 분리하면, 액정 분자의 거동이 고분자벽(30)에 의하여 제한을 받게 되어, 전기장 인가시 기울어지는 방향이 선형 영역(S)의 길이 방향으로 제한된다.
따라서 각 부 영역(P)에 형성된 선형 영역(S)의 방향을 다양하게 하면 화소 전극(191)의 절개부를 형성하지 않으면서도 액정 분자(31)들을 다양한 방향으로 배향하여 시야각을 개선할 수 있다. 그리고 절개부를 형성하지 않으므로 제조 공정에서 공통 전극(270)을 패터닝하는 공정을 생략할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에서와 같이 액정 분자(31)가 고분자벽(30)에 의해서 선형 영역(S)에 갇혀 있으므로 구동시에 액정 분자(31)의 배향이 바뀌더라도 이웃 영역의 액정 분자에 영향을 미치지 못한다. 따라서 구동시에 이웃하는 영역의 액정 분자와 충돌하여 발생하는 텍스쳐나 빛샘이 발생하지 않는다.
다음 도 5 내지 도 8을 참조하여 본 발명의 다른 실시예에 대해서 설명한다. 도 5 내지 도 8의 실시예에서 대부분의 층간 구성은 도 2 내지 도 4의 액정 표시 장치용 박막 트랜지스터 표시판과 대부분 같으므로 같은 부분의 설명은 생략한다.
도 5 내지 도 8은 각각 본 발명의 다른 실시예에 따른 박막 트랜지스터 표시판의 고분자벽 및 화소 전극을 도시한 도면이다.
<실시예 2>
도 5에 도시한 바와 같이, 고분자벽(30)의 줄기선(38)이 액정층(3)을 복수개의 부 영역(P1)으로 구획한다. 각 부 영역(P1)은 고분자벽(30)의 가지선(33)에 의하여 분할되어 있으며 동일한 방향으로 배열되어 있는 복수의 선형 영역(S)을 포함한다. 각 부 영역(P1)에 형성되어 있는 고분자벽(30)의 가지선(33)은 좌상부에서 우하부 또는 우상부에서 좌하부 방향으로 비스듬하게 뻗어 있으며, 이웃하는 두 부 영역(P1)의 가지선(33)은 서로 직교할 수 있다.
그러나 제1 실시예에서와는 달리 제2 실시예의 고분자벽(30)은 가지선(33)의 폭이 화소 전극(191)의 가장자리에서 중심으로 갈수록 점점 좁아지며, 가장 긴 선형 영역(S)을 기준으로 가장자리에서의 가지선(33)의 폭과 중심에서의 가지선(33)의 폭이 5:3 정도의 비율을 가진다. 즉, 선형 영역(S)의 최대 폭과 최소 폭의 비가 5:3 정도이다.
이처럼, 화소 전극(191)의 가장자리로 갈수록 선형 영역(S)의 폭이 넓게 되도록 형성하면 화소 전극(191)의 경계선 부위에서 형성된 전기장에 의해서 가장자리에서부터 중심으로 액정 분자가 배열되는데 이때, 배열되는 액정 분자(31)가 더욱 쉽게 선형 영역(S) 방향으로 배향되도록 한다.
<실시예 3>
도 6에 도시한 바와 같이, 고분자벽(30)의 줄기선(38)이 액정층(3)을 복수개의 부 영역(P2)으로 구획한다. 각 부 영역(P2)은 고분자벽(30)의 가지선(33)에 의하여 분할되어 있으며 동일한 방향으로 배열되어 있는 복수의 선형 영역(S)을 포함한다. 각 부 영역(P2)에 형성되어 있는 고분자벽(30)의 가지선(33)은 좌상부에서 우하부 또는 우상부에서 좌하부 방향으로 비스듬하게 뻗어 있으며, 이웃하는 두 부 영역(P2)의 가지선(33)은 서로 직교할 수 있다.
그러나 제1 실시예에서와 달리, 한 화소 영역 내에 형성되어 있는 부 영역(P2)의 크기는 모두 동일하다. 이때, 화소 전극(191)은 제1 실시예에서와 같이 제1 부화소 전극 및 제2 부화소 전극으로 나뉠 수 있으나, 하나의 전극으로 이루어질 수 있다.
화소 전극(191)이 하나의 전극으로 이루어질 경우 형성되는 박막 트랜지스터는 하나이며, 줄기선(38)을 다양하게 형성함으로써 부 영역(P2)의 모양을 다양하게 형성할 수 있다.
<실시예 4>
도 7에 도시한 바와 같이, 고분자벽(30)의 줄기선(38)이 액정층(3)을 복수개의 부 영역(P3)으로 구획한다. 각 부 영역(P3)에 형성되어 있는 고분자벽(30)의 가지선(33)은 좌상부에서 우하부 또는 우상부에서 좌하부 방향으로 비스듬하게 뻗어 있으며, 부 영역(P3)들 사이를 구획하는 줄기선(38)은 가지선(33)과 직각 방향으로 뻗어 있다. 따라서 각 부 영역(P3)들은 사선 방향으로 길쭉한 모양을 가진다.
그러나 제4 실시예의 줄기선(38)은 제1 실시예에서와 달리, 화소 전극(191)의 상부 및 하부 경계선(t)에 대해서 기울어져 있다. 그리고 고분자벽(30)은 화소 전극(191)의 상부 및 하부 경계선(t)과 나란하며, 대략 화소 전극(191)의 1/2 부근에 위치하는 가로 중심선(39)을 포함한다.
그리고, 제1 실시예에서는 가지선(33)이 줄기선(38)에 대해서 비스듬하게 기울어져 있으나, 제4 실시예에서는 가지선(33)이 줄기선(38)에 수직하게 연결되어 있다.
제4 실시예에서의 부 영역(P3)은 가로 중심선(39)의 상부에 위치하는 복수의 상부 소 영역(P31)과 가로 중심선(39)의 하부에 위치하는 하부 소 영역(P32)을 포함한다.
<실시예 5>
도 8에 도시한 바와 같이, 고분자벽(30)의 줄기선(38)이 액정층(3)을 복수개의 부 영역(P4)으로 구획한다. 각 부 영역(P4)은 고분자벽(30)의 가지선(33)에 의하여 분할되어 있으며 동일한 방향으로 배열되어 있는 복수의 선형 영역(S)을 포함한다. 각 부 영역(P4)에 형성되어 있는 가지선(33)은 좌상부에서 우하부 또는 우상부에서 좌하부 방향으로 비스듬하게 뻗어 있다.
제5 실시예의 화소 전극(191)은 세로로 긴 육각형 모양을 가진다. 따라서 화소 전극(191)의 상부 및 하부 경계선(t)에 대해서 둔각을 이루는 사선 경계선(u)을 포함한다. 고분자벽(30)의 줄기선(38)은 화소 전극(191)을 가로와 세로로 각각 2등분하여 4개의 부 영역(P4)으로 분할하며, 이 때 각 부 영역(P4)의 모양은 직사각형이 아닌 사다리꼴이다.
이처럼 화소 전극(191)의 세로 경계선을 기울어지게 하면 측면 전기장이 강화되어 액정 분자(31)의 배향을 더욱 강화시킨다.
<실시예 6>
도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 액정 표시 장치의 개략적인 단면도이 다.
도 9에서 대부분의 층간 구성은 도 2 내지 도 4의 액정 표시 장치용 박막 트랜지스터 표시판과 대부분 같으므로 같은 부분의 설명은 생략한다. 또한, 도 9의 액정 표시 장치는 도 5 내지 도 8에 도시한 고분자벽 및 화소 전극 구조를 가질 수 있다.
도 9를 참조하면, 본 실시예의 배향막(11, 21) 표면에는 배향막(11, 21)에 대해서 대략 수직을 이루는 곁가지(34)가 형성되어 있다.
도 9에 도시된 곁가지(34)는 고분자벽(30)과 동일한 물질로 이루어지며, 곁가지(34)의 평면 패턴(도시하지 않음)은 그물 형태이다.
일반적으로 액정 분자(31)중 배향막(11, 21)으로부터 멀리 떨어진 액정 분자(31)는 전기장의 영향을 강하게 받지만 배향막(11, 21) 근처의 액정 분자(31)는 전기장의 영향보다는 배향막(11, 21)의 영향을 더 받는다.
본 발명의 실시예에서와 같이 곁가지(34)에 인접한 액정 분자(31) 또한 곁가지(34)와 같은 방향으로 배열되며 곁가지(34)에 의해서 좀 더 확고하게 수직으로 배열된다. 따라서 전기장이 사라지면 곁가지(34) 근처에 위치한 액정 분자(31)의 수직한 배열을 따라 배향막(11, 21)에서 멀리 있는 액정 분자(31)들이 빠르게 배향막에 수직한 방향으로 되돌아오므로 응답 속도가 빨라진다.
이상의 제1 내지 제6 실시예에 따른 액정 표시 장치는 액정층에 카이랄 도펀트를 더 포함할 수 있다.
그러면 제1 내지 제6 실시예에 따른 액정 표시 장치를 제조하는 방법에 대하 여 설명한다.
도 10은 본 발명에 따른 액정 표시 장치용 액정 셀을 제조하는 순서를 설명하기 위한 순서도이다.
먼저 도 10에 도시한 바와 같이, 상, 하부 모기판을 각각의 공정으로 완성(S100, S102)한다. 이후 상, 하부 모기판 중 하나의 모기판에 상, 하부 모기판의 간격을 유지 시키기 위한 구형의 비즈 간격재(bead spacer) 또는 사진 공정으로 형성하는 기둥 형태의 컬럼 간격재(column spacer)를 형성(S104)한다.
그리고 두 모기판을 결합하기 위한 물질로 이루어지고 액정이 채워지는 부분을 정의하며 액정이 새는 것을 방지하기 위한 밀봉재를 형성한다(S106). 밀봉재는 광, 예를 들어 U.V에 의해서 경화되는 물질로 형성한다.
다음 본 발명의 실시예에서와 같이 광에 의해서 중합되어 고분자벽을 형성하는 단량체, 광개시제, 카이랄 도펀트(chiral dopants) 및 액정 분자를 포함하는 혼합물을 적하한다(S108). 단량체는 액정량의 0.05~1wt% 범위로 포함한다. 카이랄 도펀트의 양은 액정피치/셀갭(pitch/cell gap)의 값이 5~150이 되도록 한다.
다음, 상부 모기판과 하부 모기판을 정렬하고 가조립(S110)한다. 그런 다음 가조립된 액정 표시판 조립체에 광을 조사하여 밀봉제를 경화하여 상부 표시판과 하부 표시판을 합착(S112)한다. 이때, 마스크를 이용하여 광을 조사하며 광은 마스크를 통해서 밀봉제에 조사된다.
다음, 상, 하 표시판에 전압을 인가한 후, 액정 혼합물에 제1차로 자외선을 조사하여 고분자벽을 형성한다(S114). 이때, 전압은 3~10V의 범위로, 액정 분자가 기울어지는 최소한의 전압을 인가한다. 전압을 인가하여 액정 분자의 방향을 정렬하면 액정층 내의 단량체가 이동하기 쉬워 중합반응이 더욱 효과적으로 일어난다. 이때, 카이랄 도펀트는 액정 분자를 더욱 빠르게 배향되도록 도와주어 고분자벽의 형성을 촉진할 수 있다.
광은 마스크를 이용하여 조사함으로써 고분자벽이 형성될 부분에만 광이 조사되도록 할 수 있다. 광이 조사된 부분의 단량체는 중합하여 고분자벽(30)을 형성하며, 광이 조사되지 않는 부분의 단량체는 광이 조사된 부분으로 대부분 이동하여 중합된다.
액정층이 포함하는 단량체의 양은 고분자벽(30)을 형성하기 위한 최소량으로 주입하여 중합하지 않고 남겨지는 단량체의 양을 최소화한다. 중합하지 않고 남겨진 단량체는 액정 분자의 이동을 방해하여 잔상 등을 유발할 수 있으므로 최소한으로 주입하는 것이 바람직하다.
단량체 잔량으로 인하여 잔상이 발생하는 것을 최소화하기 위해서 액정 혼합물에 제2차로 자외선을 조사하여(S116) 액정층 내에 포함되어 있는 단량체를 모두 중합시켜 곁가지를 형성하도록 한다. 이때, 자외선 조사는 마스크를 사용하지 않고 진행하며, 제2차 자외선 조사를 통하여 형성되는 곁가지는 배향막(11, 21)쪽으로 이동하여 배향막(11, 21) 표면에 형성된다.
이후, 절단선을 따라 스크라이빙하여 액정 표시 장치 조립체를 각각의 액정 셀로 분리(S118)한다.
액정 주입 방식으로 액정을 채우는 경우에는 액정 셀을 분리한 후 액정을 주 입한 다음, 광을 조사한다.
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.
도 1은 본 발명의 한 실시예에 따른 액정 표시 장치의 한 화소에 대한 등가 회로도이다.
도 2는 본 발명의 한 실시예에 다른 액정 표시 장치의 배치도이다.
도 3은 도 2의 액정 표시 장치를 III-III선을 따라 잘라 도시한 단면도이다.
도 4는 도 2의 액정 표시 장치를 IV-IV선을 따라 잘라 도시한 단면도이다.
도 5 내지 도 8은 각각 본 발명의 다른 실시예에 따른 박막 트랜지스터 표시판의 고분자벽 및 화소 전극을 도시한 도면이다.
도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 액정 표시 장치의 개략적인 단면도이다.
도 10은 본 발명의 한 실시예에 따른 액정 표시 장치용 액정 셀을 제조하는 순서를 설명하기 위한 순서도이다.
*도면의 주요 부호 설명*
3: 액정층
11, 21: 배향막 12, 22: 편광판
31: 액정 분자 100: 박막 트랜지스터 표시판
110, 210: 절연 기판 121: 게이트선
124a, 124b: 게이트 전극 131: 유지 전극선
133a-133c: 유지 전극 133d: 연결부
140: 게이트 절연막 154a, 154b: 반도체
163a, 163b, 165a, 165b: 저항성 접촉 부재
171a, 171b: 데이터선 173a, 173b: 소스 전극
175a, 175b: 드레인 전극 180: 보호막
185a 185b: 접촉 구멍
191: 화소 전극 200: 공통 전극 표시판
220: 차광 부재 230: 색필터
237: 개구부 250: 덮개막
270: 공통 전극

Claims (14)

  1. 마주하는 제1 기판 및 제2 기판,
    상기 제1 기판 위에 형성되어 있는 공통 전극,
    상기 제2 기판 위에 형성되어 있는 화소 전극,
    상기 공통 전극과 상기 화소 전극 사이에 형성되어 있는 액정층, 그리고
    상기 공통 전극과 상기 화소 전극 사이에 형성되어 있으며 줄기선과 상기 줄기선으로부터 뻗어나간 가지선을 가지는 고분자벽
    을 포함하고,
    상기 액정층은 상기 고분자벽의 줄기선에 의하여 복수의 부 영역으로 나뉘고, 각 부 영역은 상기 고분자벽의 가지선에 의하여 복수의 선형 영역으로 나뉘는 액정 표시 장치.
  2. 제1항에서,
    상기 가지선은 상기 줄기선에 대하여 비스듬하게 뻗어 있는 액정 표시 장치.
  3. 제1항에서,
    상기 가지선은 상기 줄기선에 대하여 직각을 이루는 액정 표시 장치.
  4. 제1항에서,
    이웃하는 두 부 영역의 상기 가지선은 서로 직각을 이루는 액정 표시 장치.
  5. 제1항에서,
    상기 화소 전극의 세로 경계선은 상기 화소 전극의 가로 경계선에 대해서 둔각을 이루는 액정 표시 장치.
  6. 제1항에서,
    상기 선형 영역은 상기 화소 전극의 가장자리에서 중심으로 갈수록 폭이 좁아지는 액정 표시 장치.
  7. 제6항에서,
    상기 선형 영역의 최대 폭과 최소 폭의 비율이 5:3인 액정 표시 장치.
  8. 제1항에서,
    상기 공통 전극과 상기 화소 전극 중의 적어도 하나의 위에 형성되어 있는 배향막, 그리고
    상기 배향막의 표면에 형성되어 있는 곁가지
    를 더 포함하는 액정 표시 장치.
  9. 제8항에서,
    상기 곁가지는 상기 고분자벽과 동일한 물질로 이루어지는 액정 표시 장치.
  10. 제1항에서,
    상기 액정층은 카이랄 도펀트를 더 포함하는 액정 표시 장치.
  11. 제10항에서,
    상기 카이랄 도펀트는 액정피치/셀갭의 값이 5~150가 될 수 있는 양이 포함되어 있는 액정 표시 장치.
  12. 제1항에서,
    상기 고분자벽은 광경화성 물질로부터 형성되는 액정 표시 장치.
  13. 제1항에서,
    상기 줄기선은 가로 방향으로 뻗은 가로 중심선,
    상기 가로 중심선으로부터 상부 및 하부 방향으로 각각 뻗으며 상기 가로 중심선에 대해서 비스듬하게 뻗은 상부 사선 줄기선 및 하부 사선 줄기선을 포함하는 액정 표시 장치.
  14. 제13항에서,
    상기 상부 사선 줄기선과 하부 사선 줄기선은 직교하는 액정 표시 장치.
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