KR20120069458A - 블루상 모드 액정표시장치 및 이의 제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 액정표시장치에 관한 것으로, 높은 구동전압을 요하는 액정을 제어할 수 있는 최적의 전극구조를 갖는 블루상 모드 액정표시장치에 관한 것이다.
본 발명의 특징은 표시영역 내의 어레이기판 상에 표면에 다수의 홈과 돌출부를 구성하고, 화소전극과 공통전극이 돌출부 상에 형성되는 동시에 돌출부를 완전히 감싸도록 형성함으로써, 블루상 모드(blud phase mode) 액정층에 강한 전계가 인가되도록 할 수 있다.
따라서, 높은 구동 전압을 요하는 블루상 모드 액정층의 광학 특성을 제어할 수 있는 것이 가능하게 된다.
본 발명의 특징은 표시영역 내의 어레이기판 상에 표면에 다수의 홈과 돌출부를 구성하고, 화소전극과 공통전극이 돌출부 상에 형성되는 동시에 돌출부를 완전히 감싸도록 형성함으로써, 블루상 모드(blud phase mode) 액정층에 강한 전계가 인가되도록 할 수 있다.
따라서, 높은 구동 전압을 요하는 블루상 모드 액정층의 광학 특성을 제어할 수 있는 것이 가능하게 된다.
Description
본 발명은 액정표시장치에 관한 것으로, 높은 구동전압을 요하는 액정을 제어할 수 있는 최적의 전극구조를 갖는 블루상 모드 액정표시장치에 관한 것이다.
최근 정보화 시대에 발맞추어 디스플레이(display) 분야 또한 급속도로 발전해 왔고, 이에 부응해서 박형화, 경량화, 저소비전력화 장점을 지닌 평판표시장치(flat panel display device : FPD)로서 액정표시장치(liquid crystal display device : LCD), 플라즈마표시장치(plasma display panel device : PDP), 전기발광표시장치(electroluminescence display device : ELD), 전계방출표시장치(field emission display device : FED) 등이 소개되어 기존의 브라운관(cathode ray tube : CRT)을 빠르게 대체하며 각광받고 있다.
이중에서도 액정표시장치는 동화상 표시에 우수하고 높은 콘트라스트비(contrast ratio)로 인해 노트북, 모니터, TV 등의 분야에서 가장 활발하게 사용되고 있다.
이러한 액정표시장치에 이용되는 액정으로는 네마틱(nematic)액정, 스멕틱(smectic)액정 및 콜레스테릭(cholesteric) 액정 등이 있으며, 주로 네마틱 액정이 이용된다.
한편, 이러한 액정표시장치는 응답속도가 낮아 잔상에 의한 화질의 저하 등이 수반된다.
따라서, 최근에는 고속 응답속도를 갖는 액정표시장치에 대한연구가 활발히 진행되고 있고, 이에, 블루상(blue phase) 액정을 포함하는 액정표시장치가 제안되고 있는데, 블루상 모드 액정은 인가하는 전압의 크기에 따라 이방성 굴절률이 등방성으로 변하는 특성을 가지므로, 액정표시장치의 응답속도를 향상시킬 수 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 응답속도가 향상되는 동시에 구동전압을 감소시킬 수 있는 액정표시장치를 제공하고자 하는 것을 목적으로 한다.
전술한 바와 같은 목적을 달성하기 위해, 본 발명은 홈과 상기 홈을 사이에 두고 형성되는 제 1및 제 2 돌출부가 형성된 제 1 기판과; 상기 제 1 기판 상에 제 1 방향으로 형성된 게이트배선과, 상기 게이트배선과 공통배선과 교차하는 제 2 방향으로 형성되어, 화소영역을 정의하는 데이터배선과; 상기 게이트배선과 이격하는 위치하는 공통배선과, 상기 공통배선에서 분기하여 상기 화소영역 내에 위치하며, 상기 제 1 돌출부 상에 형성되는 공통전극과; 상기 게이트배선과 상기 데이터배선의 교차영역에 형성된 박막트랜지스터와; 상기 박막트랜지스터와 연결되고, 상기 화소영역 내에서 상기 공통전극과 수평전계를 발생시키며, 상기 제 2 돌출부 상에 형성되는 화소전극과; 상기 제 1 기판과 마주보는 제 2 기판과; 상기 제 1 및 제 2 기판 사이에 개재되는 블루상 모드(blue phase mode) 액정층을 포함하는 액정표시장치를 제공한다.
이때, 상기 블루상 모드 액정층은 상기 공통전극 및 상기 화소전극 사이에 형성된 전계에 의해 광학적 이방성을 가지며, 전압 무인가시 광학적 등방성을 가지며, 상기 홈의 깊이는 100 ~ 10㎛이며, 상기 돌출부의 테이퍼 각도는 89 ~ 40°를 이룬다.
그리고, 상기 공통전극 및 상기 화소전극은 상기 돌출부를 완전히 감싸며, 상기 공통전극 및 상기 화소전극은 동일한 층에 동일물질로 형성된다.
여기서, 상기 박막트랜지스터와 상기 데이터배선 상부에는 상기 박막트랜지스터의 일전극과 상기 공통배선을 노출시키는 콘택홀을 포함하는 보호층이 구비되며, 상기 공통전극과 상기 화소전극은 상기 콘택홀을 통해 각각 상기 공통배선과 상기 박막트랜지스터의 일전극과 접촉한다.
또한, 본 발명은 제 1 기판 상에 포토레지스트패턴을 형성하는 단계와; 상기 포토레지스트패턴을 마스크로 하여, 상기 기판을 식각하여 홈과 제 1 및 제 2 돌출부를 형성하는 단계와; 상기 포토레지스트패턴을 제거하는 단계와; 상기 제 1 기판 상에 박막트랜지스터를 형성하는 단계와; 상기 박막트랜지스터와 접촉되며, 상기 제 1 및 제 2 돌출부 상에 각각 화소전극과 공통전극을 형성하는 단계와; 상기 제 1 기판 상에 제 2 기판을 위치하여, 상기 제 1 및 제 2 기판을 합착하는 단계와; 상기 제 1 및 제 2 기판 사이에 블루상 모드(blue phase mode) 액정층을 충진하는 단계를 포함하며, 상기 블루상 모드 액정층은 상기 공통전극 및 상기 화소전극 사이에 형성된 전계에 의해 광학적 이방성을 가지며, 전압 무인가시 광학적 등방성을 갖는 블루상 모드 액정표시장치의 제조방법을 제공한다.
여기서, 상기 기판과 상기 포토레지스트패턴 사이에 구리(Cu), 크롬(Cr), 몰리브덴(Mo)을 포함하는 금속 또는 질화규소(SiNx)로 형성되는 버퍼층을 포함하며, 상기 기판은 불산 또는 혼합 식각액으로 등방성 식각한다.
위에 상술한 바와 같이, 본 발명에 따라 표시영역 내의 어레이기판 상에 표면에 다수의 홈과 돌출부를 구성하고, 화소전극과 공통전극이 돌출부 상에 형성되는 동시에 돌출부를 완전히 감싸도록 형성함으로써, 블루상 모드(blud phase mode) 액정층에 강한 전계가 인가되도록 할 수 있는 효과가 있다.
따라서, 높은 구동 전압을 요하는 블루상 모드 액정층의 광학 특성을 제어할 수 있는 것이 가능하게 되는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 액정표시장치의 다수의 화소영역을 개략적으로 도시한 단면도.
도 2는 도 1의 블루상 액정의 구조를 개략적으로 도시한 도면.
도 3a ~ 3b는 도 1의 블루상 모드 액정표시장치를 투과하는 빛의 특성을 살펴보기 위한 모식도.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 블루상 모드 액정표시장치의 화소전극과 공통전극의 구조를 개략적으로 도시한 단면도.
도 5a ~ 5b는 블루상 모드 액정표시장치의 기판 상의 홈 존재 여부에 따라 화소전극과 공통전극 사이에 발생되는 전계의 세기와 투과율을 측정한 시뮬레이션 결과.
도 6은 블루상 모드 액정표시장치의 기판 상의 홈의 깊이에 따라 구동전압을 측정한 V-T 그래프.
도 7a ~ 7e는 본 발명의 실시예에 따른 제 1 기판인 어레이기판을 형성하는 방법의 제조 공정별 단면도.
도 2는 도 1의 블루상 액정의 구조를 개략적으로 도시한 도면.
도 3a ~ 3b는 도 1의 블루상 모드 액정표시장치를 투과하는 빛의 특성을 살펴보기 위한 모식도.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 블루상 모드 액정표시장치의 화소전극과 공통전극의 구조를 개략적으로 도시한 단면도.
도 5a ~ 5b는 블루상 모드 액정표시장치의 기판 상의 홈 존재 여부에 따라 화소전극과 공통전극 사이에 발생되는 전계의 세기와 투과율을 측정한 시뮬레이션 결과.
도 6은 블루상 모드 액정표시장치의 기판 상의 홈의 깊이에 따라 구동전압을 측정한 V-T 그래프.
도 7a ~ 7e는 본 발명의 실시예에 따른 제 1 기판인 어레이기판을 형성하는 방법의 제조 공정별 단면도.
이하, 도면을 참조하여 본 발명에 따른 실시예를 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 액정표시장치의 다수의 화소영역을 개략적으로 도시한 단면도이며, 도 2는 도 1의 블루상 액정의 구조를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 1에 도시한 바와 같이, 본 발명의 액정표시장치(100)는 어레이기판인 제 1 기판(200)과 컬러필터기판인 제 2 기판(101)이 서로 이격되어 대향하고 있으며, 이 제 1 및 제 2 기판(200, 101)은 액정층(130)을 사이에 두고 대면 합착되어 구성된다.
이때, 하부기판인 제 1 기판(200) 상에는 다수의 박막트랜지스터(T)가 형성되며, 상부기판인 제 2 기판(101) 상에는 컬러필터층(143)이 구성되며, 제 1및 제 2 기판(200, 101) 사이에 개재되는 액정층(130)은 블루상 모드 액정(137)으로 이루어진다.
여기서, 본 발명의 가장 특징적인 것은 블루상 모드 액정(137)을 제 1 및 제 2 기판(200, 101) 사이에 개재하여 형성하는 것이다.
블루상 모드 액정(137)은 등방성(isotropic) 액정으로, 등방성 액정은 전압 무인가 시에는 3차원 또는 2차원에 있어서 광학적으로 등방이기는 하지만, 전계를 인가하면, 그 방향으로만 복굴절이 생기는 성질을 갖는다.
따라서, 전압 인가시에는 광학적으로 일축성을 나타내게 되고, 투과율에 시야각 의존성이 생긴다. 또한, 등방성 액정은 광학적 이방성(optical anisotropic)이 있는 초기 배향이 존재하지 않는다.
이러한, 블루상 모드 액정(137)은 스메틱 블루상과 콜레스테릭 블루상이 있다.
여기서, 도 2를 참조하여 블루상 모드 액정(137)에 대해 자세히 살펴보면, 도시한 바와 같이, 블루상 모드 액정(137)은 각각의 액정이 꼬인형태로 원기둥 내에 배치되는데, 이러한 배치구조를 더블 트위스트 실린더(double twist cylinder : DTS, 이하 DTS라 함)(133) 구조라 한다.
이러한 블루상 모드 액정(137)들은 DTS(133)의 중심축으로부터 외측 방향으로 갈수록 점점 꼬이게 배치된다. 즉, 블루상 모드 액정(137)들은 DTS(133) 내에서 서로 직교하는 두 개의 트위스트 축(X, Y)을 따라 꼬이도록 배치된다.
따라서, 블루상 모드 액정(137)들은 DTS(133)의 중심축을 기준으로 DTS(133) 내에서 방향성을 갖는다.
또한, 이러한 DTS(133)들은 격자(lattice : 135) 구조로 배치된다.
이러한, 블루상 모드 액정(137)은 키랄 네마틱상(chiral nematic phase)과 등방상(isotropic phase) 사이의 온도영역에서 나타나는 액정상으로, 1 ~ 2℃의 좁은 범위에서만 발현하기 때문에 온도를 정확하게 제어하는 것이 중요하다.
이에, 블루상 모드 액정(137)은 고분자와 결합되어 안정화된 고분자 안정화 블루상 모드 액정(137)으로 이루어진다. 고분자 안정화 블루상 모드 액정(137)은 고분자가 혼합된 블루상 모드 액정(137)으로, DTS(133)들이 격자(135) 구조로 안정된다.
즉, 블루상 모드 액정(137)에 고분자를 혼합하면 고분자는 DTS(133)를 이루는 액정들 즉 방향성을 갖는 액정들보다 방향성을 갖지 않는 액정들과 더 잘 결합한다. 이에 따라 DTS(133)들이 격자(135) 구조가 안정화되고, 이를 통해 블루상이 발현되는 온도 대역이 0 ~ 50 ℃ 이하로 확대된다.
이러한 블루상 모드 액정(137)은 모노머(monomer), 광개시제(photoinitiator) 및 결합제(binder)와 같은 고분자화합물을 포함하며, 고분자화합물은 블루상 모드 액정(137)을 안정화하며, 안정화된 블루상 모드 액정(137)의 발현하는 온도가 0 ~ 50 ℃ 로 확대될 수 있도록 하는 것이다.
이렇게 고분자화합물에 의해 안정화된 블루상 모드 액정(137)은 전극 사이에 전기장이 인가되지 않은 경우에는 무질서하게 배열되고, 전극 사이에 전기장이 인가되는 경우에는 전기력선을 따라 배열된다.
이와 같이, 블루상 모드 액정(137)에 전계를 인가하였을 때 굴절률이 인가된 전압의 제곱에 비례하는 광학효과를 발휘하게 되는데, 이를 커 효과(kerr effect)라 하고, 이에 따라 표시장치에 서 영상을 구현함에 있어 표시장치의 응답속도가 향상된다.
또한, 블루상 모드 액정(137)은 전계가 형성되는 영역 별로 굴절률이 결정되는데, 이에 따라 전계가 형성되는 영역이 일정하게 형성되면 균일한 휘도를 구현할 수 있어, 표시장치의 표시특성을 향상시키게 된다.
또한, 이러한 블루상 모드 액정(137)은 배향을 할 필요가 없으므로, 표시장치에 배향막을 구비할 필요가 없으며, 이를 통해 러빙공정을 진행할 필요가 없다.
즉, 전술한 특성을 갖는 블루상 모드 액정(137)을 이용하여 표시장치의 제 1 및 제 2 기판(200, 101) 사이에 개재하여 액정표시장치(100)로 이용하게 되면, 전계 인가시 제 1 및 제 2 기판(200, 101) 사이에 개재된 블루상 모드 액정(137)을 다이나믹하게 회전시킴으로써 응답시간이 빨라지는 효과를 갖게 된다.
또한, 표시특성이 향상되고, 배향막 형성 및 러빙공정을 삭제함으로써, 공정의 효율성을 향상시키게 된다.
이러한, 블루상 모드 액정(137)은 기판(200, 101)에 배치된 전극 사이에 발생된 전계에 의해 액정의 광학 특성을 제어한다.
여기서, 블루상 모드 액정(137)은 전압 무인가시 광학적으로 등방이고, 전압 인가에 의해 전압 인가 방향으로 복굴절성을 발생시킴으로써, 이 성질로부터 블루상 모드 액정(137)의 투과율을 제어하기 위해서는 상하 편광판(미도시)을 서로 의 편광축이 수직하게 배치하고, 기판(200, 101)의 면내 방향(가로방향)으로 전계를 인가하는 것이 필요하다.
따라서, 블루상 모드 액정(137)을 이용한 액정표시장치(100)에서는 기본적으로 횡전계 방식(in-plane switching mode)의 전극 구조가 적합하다.
이에, 다시 도 1을 참조하면, 제 1 기판(200) 상에는 소정간격 이격되어 평행하게 구성된 다수의 게이트배선(미도시)과 게이트배선(미도시)에 근접하여 게이트배선(미도시)과 평행하게 구성된 공통배선(미도시)과, 두 배선(미도시, 미도시)과 교차하며 특히 게이트배선(미도시)과는 교차하여 화소영역(P)을 정의하는 데이터배선(미도시)이 구성되어 있다.
이때, 각 화소영역(P)의 게이트배선(미도시)과 데이터배선(미도시)의 교차지점인 스위칭영역(TrA)에는 박막트랜지스터(Tr)가 형성되며, 실질적으로 화상이 구현되는 표시영역(AA)에는 공통전극(112)과 화소전극(114)이 형성되어 있다.
여기서, 박막트랜지스터(Tr)는 게이트전극(111), 게이트절연막(113), 반도체층(115), 소스 및 드레인전극(117, 119)으로 이루어지며, 공통전극(112) 공통배선(미도시)과 연결되어 있다.
이때, 반도체층(115)은 순수 비정질 실리콘의 액티브층(115a)과 불순물을 포함하는 비정질 실리콘의 오믹콘택층(115b)으로 구성되며, 이때, 박막트랜지스터(Tr)는 도면에서는 순수 및 불순물의 비정질질실리콘(115a, 115b)으로 이루어진 보텀 케이트(bottom gate) 타입을 예로써 보이고 있으며, 이의 변형예로써 폴리실리콘 반도체층을 포함하여 탑 게이트(top gate) 타입으로 형성될 수도 있다.
그리고, 박막트랜지스터(Tr)를 포함하는 제 1기판(200)의 전면에는 보호층(116)이 형성되어 있으며, 화소전극(114)은 박막트랜지스터(Tr)의 드레인전극(119)과 전기적으로 연결된다.
그리고, 표시영역(AA)의 화소전극(114)의 일측에는 일정간격 이격하여 공통전극(112)이 형성되어 횡전계를 이루게 된다.
이러한 화소전극(114)과 공통전극(112)은 도면에 잘 나타나지는 않았지만 다수개가 구비되어, 다수개가 서로 나란하게 교대로 엇갈려 배치되어 구성된다.
특히, 본 발명의 제 1 기판(200)은 화소전극(114)과 공통전극(112) 사이의 영역이 식각되어 다수의 홈(210)을 형성하므로, 홈(210)과 홈(210) 사이에는 돌출부(220)가 구비되어 일종의 요철 형상을 이루고 있다.
즉, 제 1 기판(200)의 표시영역(AA)의 표면은 다수의 홈(210)과 돌출부(220)가 구성되며, 화소전극(114)과 공통전극(112)은 돌출부(220) 상에 형성되는 것이다.
이때, 화소전극(114)과 공통전극(112)은 각각 돌출부(220)를 완전히 감싸도록 형성된다.
이를 통해, 블루상 모드 액정(137)으로는 더욱 강한 수평전계가 인가되게 된다. 이에 대해 차후 좀더 자세히 살펴보도록 하겠다.
그리고, 제 1 기판(200)과 마주보는 제 2기판(101)의 내면으로는 표시영역(AA)에 대응하는 개구부를 가지는 격자 형상의 블랙매트릭스(141)가 형성되어 있으며, 블랙매트릭스(141)의 격자 내부에서 각 화소영역(P)에 대응되게 순차적으로 반복 배열되는 일예로 적(R), 녹(G), 청(B)색의 컬러필터(133)가 형성되어 있다.
적(R), 녹(G), 청(B)색의 컬러필터(143)는 컬러필터층을 이루게 되며, 각 컬러필터의 배치는 다양하게 변형할 수 있다.
따라서, 본 발명의 액정표시장치는 각 화소영역(P) 별로 R, G, B 컬러를 발하게 되어, 빛들의 혼색을 통해 풀컬러를 구현하게 된다.
그리고, 블랙매트릭스(141)와 컬러필터(143) 상부에는 오버코트층(145)이 형성되어 있다.
아울러 비록 도면상에 명확하게 나타나지는 않았지만 이들 두 기판(200, 101) 사이로 충진되는 블루상 모드 액정층(130)의 누설을 방지하기 위해 양 기판(200, 101)의 가장자리를 따라 씰패턴(seal pattern)이 형성된다.
아울러 액정표시장치(100)가 나타내는 투과율의 차이가 외부로 발현되도록 이의 배면에서 빛을 공급하는 백라이트(140)가 구비된다.
백라이트(140)는 빛을 발하는 광원(미도시)의 위치에 따라 측광형(side type)과 직하형(direct type)으로 구분되는데, 측광형은 액정표시장치(100)에 대해 이의 후방의 일측면으로부터 출사된 광원(미도시)의 빛을 별도의 도광판(미도시)으로 굴절시켜 액정표시장치(100)로 입사시키며, 직하형은 액정표시장치(100) 배면으로 복수개의 광원(미도시)을 직접 배치시켜 빛을 입사시킨다.
본 발명은 이 둘 중 어느 것이나 이용가능하다.
이때, 광원(미도시)은 음극전극형광램프(cold cathode fluorescent lamp)나 외부전극형광램프(external electrode fluorescent lamp)와 같은 형광램프가 이용될 수 있다. 또는, 이러한 형광램프 이외에 발광다이오드 램프(light emitting diode lamp)가 램프로 이용될 수도 있다.
이와 같이, 블루상 모드 액정층(130)을 포함하는 액정표시장치(100)는 동일 기판(200) 상에 화소전극(114)과 공통전극(112)을 형성하고, 두 전극(114, 112) 사이에 수평전계를 생성하여 블루상 모드 액정(137)이 기판(200)에 평행한 수평전계와 나란하게 배열되도록 함으로써, 블루상 모드 액정층(130)을 통해 화상을 구현하게 된다.
도 3a ~ 3b는 도 1의 블루상 모드 액정표시장치를 투과하는 빛의 특성을 살펴보기 위한 모식도이다.
도시한 바와 같이, 블루상 모드 액정표시장치(100)는 액정패널 및 이의 배면에서 빛을 공급하는 백라이트로 이루어지며, 이중 액정패널은 블루상 모드 액정층(130)을 사이에 두고 대면된 제 1 및 제 2 기판(200, 101) 그리고 제 1 및 제 2 기판(200, 101) 외면에 각각 부착된 제 1 및 제 2 편광판(121, 123)을 포함한다.
이때, 블루상 모드 액정층(130)의 액정분자(137)가 배치된 DTS(133)는 기판(200, 102)에 평행한 수평전계와 나란하게 배열되어, 전계방향으로 굴절률이 발현되므로, 최대 휘도를 구현하기 위해서는 제 1 및 제 2 편광판(121, 123)은 각 편광축이 서로 수직하게 부착되며, 특히, 제 1 및 제 2 편광판(121, 123)의 각 편광축은 액정패널 내부에서 발생되는 전계에 약 45°의 각도를 이루는 것이 바람직하다.
그리고, 백라이트는 자연광에 가까운 산란광을 액정패널로 공급한다.
이에, 도 3a와 같은 전압이 오프(off) 상태일 때, 백라이트로부터 출사된 산란광은 제 1 편광판(121)에 의해 이의 편광축과 나란한 선형편광만이 투과되나, 블루상 모드 액정층(130)은 전압의 오프(off) 상태에서는 블루상 모드 액정(130)의 DTS(133) 들이 구(球) 형태가 되어 광학적으로 등방성(nx=ny) 성질을 갖게 된다.
이에, 백라이트로부터 출사된 산란광은 블루상 모드 액정층(130)을 통과하지 못하고, 차단되어 블랙을 표시한다.
다음으로, 도 3b와 같이 화소전극(114)과 공통전극(112)에 전압을 인가하면 블루상 모드 액정층(130)의 DTS(도 3a의 133) 들이 배치된 격자(도 2의 135) 구조가 왜곡되어 일정한 방향으로의 복굴절이 발생함으로써, 액정분자(137)가 전계에 수평한 타원으로 되어, 광학적 이방성(nx>ny)을 발현하게 된다.
따라서, 백라이트로부터 출사된 산란광은 제 1 편광판(121)에 의해 이의 편광축과 나란한 선형편광만이 투과되고 나머지는 흡수되며, 제 1 편광판(121)을 투과한 선형편광 중 액정분자(137)와 나란한 선형편광이 블루상 모드 액정층(130)을 통과하게 된다.
그리고, 블루상 모드 액정층(130)의 액정분자(137)와 나란하여, 블루상 모드 액정층(130)을 투과한 선형편광 중 제 2 편광판(123)의 편광축과 나란한 선형편광이 제 2 편광판(123)을 투과해서 화이트를 표시하게 된다.
이와 같이, 블루상 모드 액정표시장치(100)는 전계를 인가함으로써, 격자 대칭성을 갖는 구조에 왜곡이 발생하여, 복굴절이 발생하기 때문에 양호한 화이트를 표시하게 된다.
여기서, 복굴절이 발생하는 방향은 일정하고, 그 크기가 전계인가에 의해 변화한다.
한편, 본 발명의 블루상 모드 액정표시장치(100)는 블루상 모드 액정층(130)에 수십 볼트/㎛나 그 이상의 강한 전계를 인가하는 것이 필요하다.
이에, 본 발명의 블루상 모드 액정표시장치(100)는 표시영역(AA) 내의 제 1 기판(200) 상에 표면에 다수의 홈(도 1의 210)과 돌출부(도 1의 220)를 구성하고, 화소전극(114)과 공통전극(112)이 돌출부(도 1의 220) 상에 형성되는 동시에 돌출부(도 1의 220)를 완전히 감싸도록 형성함으로써, 블루상 모드 액정층(130)에 강한 전계가 인가되도록 할 수 있다.
따라서, 높은 구동 전압을 요하는 블루상 모드 액정층(130)의 광학 특성을 제어할 수 있는 것이 가능하게 된다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 블루상 모드 액정표시장치의 화소전극과 공통전극의 구조를 개략적으로 도시한 단면도이다.
도시한 바와 같이, 블루상 모드 액정표시장치(100)는 어레이기판인 제 1 기판(200)과 컬러필터기판인 제 2 기판(101)이 서로 이격되어 대향하고 있으며, 이 제 1 및 제 2 기판(200, 101) 사이에는 블루상 모드 액정층(130)이 개재되어 있다.
이때, 제 1 기판(200) 상에는 화소전극(114)과 공통전극(112) 사이의 영역에는 홈(210)이 형성되어 있어, 화소전극(114)과 공통전극(112)은 홈(210)에 의해 형성되는 돌출부(220) 상에 위치하는 구성이며, 이러한 화소전극(114)과 공통전극(112)은 돌출부(220)를 완전히 감싸도록 형성된다.
그리고, 제 1 및 제 2 기판(200, 101) 사이에 개재되는 블루상 모드 액정층(130)은 이러한 화소전극(114)과 공통전극(112)에 의한 수평전계(L)에 의해 작동된다.
이때, 본 발명의 블루상 모드 액정표시장치(100)는 화소전극(114)과 공통전극(112)에 의해 형성되는 전계가 제1 기판(200)의 홈(210)에 대응하는 영역에도 형성됨에 따라, 강한 수평전계(L)가 형성된다.
즉, 화소전극(114)과 공통전극(112) 사이에는 제 1 기판(200) 상에 홈(210)이 형성되어, 화소전극(114)과 공통전극(112)이 돌출부(220) 상에 형성되는 구성이며, 화소전극(114)과 공통전극(112)이 돌출부(220)를 완전히 감싸도록 형성됨으로써, 화소전극(114)과 공통전극(112)은 상면과 측면으로 이루어지게 된다.
따라서, 화소전극(114)과 공통전극(112) 사이에 형성되는 수평전계(L)는 화소전극(114)과 공통전극(112) 상부에서 형성되는 동시에 화소전극(114)과 공통전극(112)의 측면을 통해서도 형성된다.
따라서, 본 발명의 블루상 모드 액정표시장치(100)는 화소전극(114)과 공통전극(112) 사이에 강한 수평전계(L)가 형성되는 것이다.
이때, 홈(210)의 깊이(h)는 100~ 10㎛를 갖는 것이 바람직하며, 이때, 홈(210)에 의해 형성되는 돌출부(220)의 테이퍼 각도(θ)는 89 ~ 40°를 이루도록 형성하는 것이 바람직하다.
도 5a ~ 5b는 블루상 모드 액정표시장치의 기판 상의 홈 존재 여부에 따라 화소전극과 공통전극 사이에 발생되는 전계의 세기와 투과율을 측정한 시뮬레이션 결과이다.
도 5a는 기판 상에 홈이 형성되지 않은 상태에서 화소전극과 공통전극 사이에 형성되는 전계의 등전위를 측정한 시뮬레이션 결과이며, 도 5b는 기판 상에 홈을 형성하고, 홈에 의해 형성되는 돌출부 상에 화소전극과 공통전극을 형성한 상태에서 화소전극과 공통전극 사이에 형성되는 전계의 등전위를 측정한 시뮬레이션 결과이다.
도시한 바와 같이, 도 5b의 등전위 밀도가 도 5a의 등전위 밀도에 비해 증가한 모습을 확인할 수 있다.
이를 통해, 기판 상에 홈을 형성하고, 돌출부 상에 화소전극과 공통전극을 형성할 때 기판 상에 홈이 형성되지 않는 경우에 비해 강한 전계가 형성됨을 알 수 있다.
그리고, 이러한 전기적인 특성에 의해, 화소전극과 공통전극의 양측에 위치하는 액정의 움직임이 원활해지고, 이러한 영역은 화소전극 및 공통전극의 중심방향으로 확대 가능하기 때문에 기존에 비해 휘도가 개선되는 결과를 얻을 수 있다.
즉, 투과율 곡선을 참조하면, 화소전극과 공통전극 사이에서 전계가 형성되면, 화소전극과 공통전극 사이 영역에서 투과 특성이 높아짐을 알 수 있는데, 이러한 결과는 화소전극과 공통전극 사이에서 발생하는 전계의 세기가 증가하게 되고, 이러한 결과 화소전극과 공통전극 양측에 대응하는 영역의 전계의 세기 또한 증가시키게 된다.
따라서, 이 부분에 위치하는 액정은 기존에 비해 전계에 따라 회전하기 쉬워지며, 이로 인해 투과율이 증가하게 된다.
도 6은 블루상 모드 액정표시장치의 기판 상의 홈의 깊이에 따라 구동전압을 측정한 V-T 그래프이다.
A는 화소전극과 공통전극이 형성되는 기판 상에 홈이 형성되지 않은 블루상 모드 액정표시장치이며, B는 화소전극과 공통전극이 형성되는 기판 상에 홈이 1㎛의 깊이로 형성된 블루상 모드 액정표시장치이며, C는 화소전극과 공통전극이 형성되는 기판 상에 홈이 2㎛의 깊이로 형성된 블루상 모드 액정표시장치이며, D는 화소전극과 공통전극이 형성되는 기판 상에 홈이 3㎛의 깊이로 형성된 블루상 모드 액정표시장치를 나타낸다.
동일한 투과율을 가질 때, 기판 상에 홈이 형성되지 않은 경우에 비해 홈의 깊이가 깊어질수록 구동전압이 낮아지는 것을 확인할 수 있다.
즉, A는 약 70전압을 인가하였을 경우 투과율이 가장 높으며, B는 50전압을 인가하였을 때 투과율이 가장 높은 것을 알 수 있다. 그리고, C 는45전압을 인가하였을 때 투과율이 가장 높으며, D는 40전압을 인가하였을 때 투과율이 가장 높은 것을 알 수 있다.
따라서, 화소전극과 공통전극이 형성되는 기판 상에 홈의 깊이를 3㎛로 형성할 경우에, 홈이 형성되지 않는 경우에 비해 구동전압을 약 43% 감소시킬 수 있는 것이다.
특히, 홈의 깊이를 3㎛로 형성할 경우에, 홈이 형성되지 않는 경우에 비해 투과율이 약 10% 증가하는 것을 확인할 수 있는데, 이는 화소전극과 공통전극 양측에 대응하는 영역의 전계의 세기가 증가함에 따라, 이의 영역에서의 투과율이 증가하기 때문이다.
이하, 본 발명의 실시예에 따른 블루상 모드 액정표시장치용 제 1 기판을 형성하는 방법에 대해 도면을 참조하여 자세히 살펴보도록 하겠다.
도 7a ~ 7e는 본 발명의 실시예에 따른 제 1 기판인 어레이기판을 형성하는 방법의 제조 공정별 단면도이다.
먼저, 도 7a에 도시한 바와 같이 투명한 기판(200) 상에 포토레지스트(미도시)를 도포하여 포토레지스트층(300)을 형성한다.
이때, 기판(200)과 포토레지스트층(300) 사이에 버퍼층(미도시)을 더욱 형성할 수 있는데, 버퍼층(미도시)은 기판(200)을 식각하는 불산 또는 혼합 식각액에 내성이 있는 물질로, 구리(Cu), 크롬(Cr), 몰리브덴(Mo)을 포함하는 금속 또는 질화규소(SiNx) 로 형성할 수 있다. 이러한 버퍼층(미도시)을 형성하는 경우 버퍼층(미도시)이 포토레지스트층(300)과 기판(200)과의 접착성을 도와주게 된다.
다음으로, 도 7b에 도시한 바와 같이, 포토레지스트층(도 7a의 300)을 노광 및 현상하여 포토레지스트패턴(300a)을 형성하는데, 포토레지스트패턴(300a)은 기판(200) 상에 홈(도 4의 210)이 형성될 영역이 제거되어 기판(200)을 노출하게 된다.
이후, 포토레지스트패턴(300a)을 마스크로 노출된 기판(200)을 식각하여 일정간격 이격한 다수의 홈(210)을 형성한다. 이때, 홈(210)은 불산 또는 혼합 식각액을 이용하여 등방성 습식식각한다.
여기서, 등방성 습식식각은 결정면 방향에 상관없이 균일한 식각특성을 보이므로, 포토레지스트패턴(300a) 하부로 언더컷을 형성하게 된다.
이때, 다수의 홈(210)은 기판(200)의 표시영역(AA) 내에 형성된다.
다음으로, 도 7c에 도시한 바와 같이, 리프트오프 방법으로 포토레지스트패턴(도 7 b의 300a) 제거함으로써, 다수의 홈(210)이 형성되며, 홈(210)과 홈(210) 사이에는 돌출부(220)가 구비되어 표면이 일종의 요철형상을 이루는 기판(200)이 완성하게 된다.
다음으로 도 7d에 도시한 바와 같이, 기판(200) 상의 스위칭영역(TrA)에 박막트랜지스터(Tr)를 형성하는데, 박막트랜지스터(Tr)는 게이트전극(111), 게이트절연막(113), 반도체층(115) 그리고 소스 및 드레인전극(117, 119)으로 이루어지는데, 도면상에 도시하지는 않았지만 이의 형성방법에 대해 좀더 자세히 살펴보면, 먼저, 기판(200)상에 제 1 금속층을 형성하고 패터닝하여, 게이트배선(미도시)과 게이트전극(111) 그리고 공통배선(미도시)을 형성한다.
이때, 제 1 금속층은 알루미늄(Al), 알루미늄합금, 구리(Cu), 텅스텐(W), 몰리브덴(Mo), 크롬(Cr)으로 구성된 도전성 금속 그룹 중 하나를 선택하여 형성한다.
다음으로, 기판(200)의 전면에 질화 실리콘(SiNx) 또는 산화 실리콘(SiO2)을 증착하여 게이트절연막(113)을 형성하고, 다음으로, 게이트전극(111)상부의 게이트절연막(113)상에 순수 비정질 실리콘(a-Si:H)으로 형성한 액티브층(115a)과 불순물 비정질 실리콘(n+ a-Si:H)으로 형성한 오믹콘택층(115b)을 형성하여, 반도체층(115)을 형성한다.
다음으로, 오믹콘택층(115b)이 형성된 기판(200)의 전면에 제 2 금속층을 형성하고 패터닝하여, 게이트배선(미도시) 및 공통배선(미도시)과 교차하는 데이터배선(미도시)을 형성하고, 데이터배선(미도시)에서 연장된 소스전극(117)과, 이와는 소정간격 이격된 드레인전극(119)을 형성한다.
이때, 소스 및 드레인전극(117, 119)과, 그 하부에 위치하는 오믹콘택층(115b)과 액티브층(115a)으로 이루어진 반도체층(115)을 별도의 마스크 공정을 통해 형성한 것으로 보이고 있으나, 변형예로써, 반도체층(115)과 소스 및 드레인전극(117, 119)을 하나의 마스크 공정을 통해 형성할 수 있다.
다음으로, 소스 및 드레인전극(117, 119)이 형성된 기판(200)의 전면에 포토아크릴(photo acryl)계 수지 또는 BCB(benzo cyclo butene)의 유기절연물질을 전면에 도포하여 보호층(116)을 형성한다.
이때, 보호층(116)은 드레인전극(119)을 노출하는 콘택홀을 포함한다.
여기서, 게이트절연막(113)과 보호층(116)은 기판(200)의 전면에 형성되는 과정에서, 기판(200) 상에 형성된 홈(210)과 돌출부(220)의 단차를 따라 형성된다.
이후, 도 7e에 도시한 바와 같이, 보호층(116)이 형성된 기판(200) 상에 투명 도전성금속을 증착하고 패터닝하여, 드레인전극(119)과 접촉하는 화소전극(114)과 공통배선(미도시)과 접촉하는 공통전극(112)을 형성한다.
여기서, 화소전극(114)과 공통전극(112)은 표시영역(AA) 내에서 서로 교대로 엇갈려 구성되는데, 이때, 화소전극(114)과 공통전극(112)은 기판(200) 상에 형성된 홈(210)을 사이에 두고 이격하여 위치하는데, 즉, 각각 홈(210)에 의해 구성되는 돌출부(220) 상에 위치하도록 형성되어, 각각 돌출부(220)를 완전히 감싸는 구조로 형성된다.
이로써, 본 발명의 블루상 모드 액정표시장치(도 4의 100)의 어레이기판인 제 1 기판(200)을 완성하게 되며, 완성된 제 1 기판(200)은 컬러필터층(도 1의 143)을 포함하는 컬러필터기판인 제 2 기판(101)과 그 사이에 블루상 모드 액정층(도 4의 130)을 형성하고 합착함으로써 블루상 모드 액정표시장치(도 4의 100)를 완성하게 된다.
전술한 바와 같이, 본 발명의 블루상 모드 액정표시장치(도 4의 100)는 표시영역(AA) 내의 제 1 기판(200) 상에 표면에 다수의 홈(210)과 돌출부(220)를 구성하고, 화소전극(114)과 공통전극(112)이 돌출부(220) 상에 형성되는 동시에 돌출부(220)를 완전히 감싸도록 형성함으로써, 블루상 모드 액정층(130)에 강한 전계가 인가되도록 할 수 있다.
따라서, 높은 구동 전압을 요하는 블루상 모드 액정층(130)의 광학 특성을 제어할 수 있는 것이 가능하게 된다.
본 발명은 상기 실시예로 한정되지 않고, 본 발명의 취지를 벗어나지 않는 한도 내에서 다양하게 변경하여 실시할 수 있다.
100 : 블루상 모드 액정표시장치, 101 : 제 2 기판
111 : 게이트전극, 112 : 공통전극, 113 : 게이트절연막, 114 : 화소전극
115 : 반도체층(115a : 액티브층, 115b : 오믹콘택층), 116 : 보호층
117, 119 : 소스 및 드레인전극, 130 : 블루상 모드 액정층, 140 : 백라이트
141 : 블랙매트릭스, 143 : 적(R), 녹(G), 청(B)색의 컬러필터
145 : 오버코트층, 200 : 제 1 기판, 210 : 홈, 220 : 돌출부
111 : 게이트전극, 112 : 공통전극, 113 : 게이트절연막, 114 : 화소전극
115 : 반도체층(115a : 액티브층, 115b : 오믹콘택층), 116 : 보호층
117, 119 : 소스 및 드레인전극, 130 : 블루상 모드 액정층, 140 : 백라이트
141 : 블랙매트릭스, 143 : 적(R), 녹(G), 청(B)색의 컬러필터
145 : 오버코트층, 200 : 제 1 기판, 210 : 홈, 220 : 돌출부
Claims (10)
- 홈과 상기 홈을 사이에 두고 형성되는 제 1및 제 2 돌출부가 형성된 제 1 기판과;
상기 제 1 기판 상에 제 1 방향으로 형성된 게이트배선과, 상기 게이트배선과 공통배선과 교차하는 제 2 방향으로 형성되어, 화소영역을 정의하는 데이터배선과;
상기 게이트배선과 이격하는 위치하는 공통배선과, 상기 공통배선에서 분기하여 상기 화소영역 내에 위치하며, 상기 제 1 돌출부 상에 형성되는 공통전극과;
상기 게이트배선과 상기 데이터배선의 교차영역에 형성된 박막트랜지스터와;
상기 박막트랜지스터와 연결되고, 상기 화소영역 내에서 상기 공통전극과 수평전계를 발생시키며, 상기 제 2 돌출부 상에 형성되는 화소전극과;
상기 제 1 기판과 마주보는 제 2 기판과;
상기 제 1 및 제 2 기판 사이에 개재되는 블루상 모드(blue phase mode) 액정층
을 포함하는 블루상 모드 액정표시장치.
- 제 1 항에 있어서,
상기 블루상 모드 액정층은 상기 공통전극 및 상기 화소전극 사이에 형성된 전계에 의해 광학적 이방성을 가지며, 전압 무인가시 광학적 등방성을 갖는 블루상 모드 액정표시장치.
- 제 1 항에 있어서,
상기 홈의 깊이는 100 ~ 10㎛이며, 상기 돌출부의 테이퍼 각도는 89 ~ 40°를 이루는 블루상 모드 액정표시장치.
- 제 1 항에 있어서,
상기 공통전극 및 상기 화소전극은 상기 돌출부를 완전히 감싸는 블루상 모드 액정표시장치.
- 제 1 항에 있어서,
상기 공통전극 및 상기 화소전극은 동일한 층에 동일물질로 형성된 블루상 모드 액정표시장치.
- 제 1 항에 있어서,
상기 박막트랜지스터와 상기 데이터배선 상부에는 상기 박막트랜지스터의 일전극과 상기 공통배선을 노출시키는 콘택홀을 포함하는 보호층이 구비되는 블루상 모드 액정표시장치.
- 제 6 항에 있어서,
상기 공통전극과 상기 화소전극은 상기 콘택홀을 통해 각각 상기 공통배선과 상기 박막트랜지스터의 일전극과 접촉하는 블루상 모드 액정표시장치.
- 제 1 기판 상에 포토레지스트패턴을 형성하는 단계와;
상기 포토레지스트패턴을 마스크로 하여, 상기 기판을 식각하여 홈과 제 1 및 제 2 돌출부를 형성하는 단계와;
상기 포토레지스트패턴을 제거하는 단계와;
상기 제 1 기판 상에 박막트랜지스터를 형성하는 단계와;
상기 박막트랜지스터와 접촉되며, 상기 제 1 및 제 2 돌출부 상에 각각 화소전극과 공통전극을 형성하는 단계와;
상기 제 1 기판 상에 제 2 기판을 위치하여, 상기 제 1 및 제 2 기판을 합착하는 단계와;
상기 제 1 및 제 2 기판 사이에 블루상 모드(blue phase mode) 액정층을 충진하는 단계
를 포함하며, 상기 블루상 모드 액정층은 상기 공통전극 및 상기 화소전극 사이에 형성된 전계에 의해 광학적 이방성을 가지며, 전압 무인가시 광학적 등방성을 갖는 블루상 모드 액정표시장치의 제조방법.
- 제 8 항에 있어서,
상기 기판과 상기 포토레지스트패턴 사이에 구리(Cu), 크롬(Cr), 몰리브덴(Mo)을 포함하는 금속 또는 질화규소(SiNx)로 형성되는 버퍼층을 포함하는 블루상 모드 액정표시장치의 제조방법.
- 제 8 항에 있어서,
상기 기판은 불산 또는 혼합 식각액으로 등방성 식각하는 블루상 모드 액정표시장치의 제조방법.
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| KR1020100131015A KR20120069458A (ko) | 2010-12-20 | 2010-12-20 | 블루상 모드 액정표시장치 및 이의 제조방법 |
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Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
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| KR20120069458A true KR20120069458A (ko) | 2012-06-28 |
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- 2010-12-20 KR KR1020100131015A patent/KR20120069458A/ko not_active Application Discontinuation
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