KR20150076005A - 액정 표시 장치 - Google Patents

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KR20150076005A
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김장일
윤여건
이형철
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삼성디스플레이 주식회사
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Abstract

액정 표시 장치를 제공한다. 본 발명의 일실시예에 따른 액정 표시 장치는 상부면과 하부면을 갖는 제1 기판, 상기 제1 기판의 하부면에 위치하는 제1 반사층, 상기 제1 기판의 상부면에 위치하는 제1 편광층, 상기 제1 기판의 측면에 위치하는 광원, 상기 제1 편광층 위에 위치하는 박막 트랜지스터, 상기 박막 트랜지스터에 연결되는 화소 전극을 포함하고, 상기 제1 편광층은 와이어 그리드 편광 패턴을 포함하고, 상기 광원에서 발생한 빛은 상기 기판의 측면을 통해 상기 기판에 입사한다.

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 전극이 형성되어 있는 두 장의 표시판과 그 사이에 들어 있는 액정층으로 이루어진다.
전기장 생성 전극에 전압을 인가하여 액정층에 전기장을 생성하고 이를 통하여 액정층의 액정 분자들의 배향을 결정하고 입사광의 편광을 제어함으로써 영상을 표시한다.
액정 표시 장치는 그 자체가 발광하여 화상을 형성하지 못하고 외부로부터 빛을 받아 화상을 형성하는 수광형 소자이므로, 별도의 광원, 예를 들면 백라이트를 설치하여 어두운 곳에서는 화상을 관찰할 수 있도록 한다.
종래의 액정 표시 장치는 기본적으로 2장의 기판을 사용하고, 액정 패널의 하부에 별도의 백라이트를 구비함으로써 액정 표시 장치의 전체 두께를 두껍게 할 뿐만 아니라 그 부품 수가 증가되어 액정 표시 장치의 경량화 및 박형화에 상당한 걸림돌로 작용하고 있다. 또한, 백라이트는 일반적으로 강성을 갖는 재료를 사용하기 때문에 플렉서블한 장치를 형성하기 어려운 문제가 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 백라이트를 일체화한 액정 표시 장치를 제공하는데 있다.
본 발명의 일실시예에 따른 액정 표시 장치는 상부면과 하부면을 갖는 제1 기판, 상기 제1 기판의 하부면에 위치하는 제1 반사층, 상기 제1 기판의 상부면에 위치하는 제1 편광층, 상기 제1 기판의 측면에 위치하는 광원, 상기 제1 편광층 위에 위치하는 박막 트랜지스터, 상기 박막 트랜지스터에 연결되는 화소 전극을 포함하고, 상기 제1 편광층은 와이어 그리드 편광 패턴을 포함하고, 상기 광원에서 발생한 빛은 상기 기판의 측면을 통해 상기 기판에 입사한다.
상기 제1 평편층은 제2 반사층을 포함할 수 있다.
상기 제2 반사층은 상기 와이어 그리드 편광 패턴 사이에 위치할 수 있다.
상기 제1 편광층은 금속을 포함할 수 있다.
상기 제1 기판의 측면은 상기 광원이 위치하는 부분에 대응하는 제1 영역 및 상기 광원이 위치하지 않는 부분에 대응하는 제2 영역을 포함하고, 상기 제2 영역은 차광부를 포함할 수 있다.
상기 차광부는 금속 페이스트를 포함할 수 있다.
상기 제1 기판과 상기 제1 반사층 사이 및 상기 제1 기판과 상기 제2 반사층 사이 중 적어도 하나에 위치하는 산란 패턴을 더 포함할 수 있다.
상기 제1 편광층 위에 위치하고, 상기 와이어 그리드 편광 패턴을 덮는 보호막을 더 포함할 수 있다.
상기 보호막은 상기 와이어 그리드 편광 패턴 사이의 홈을 채울 수 있다.
상기 화소 전극과 마주보며 위치하는 루프층을 더 포함하고, 상기 화소 전극과 상기 루프층 사이에 복수의 미세 공간(Microcavity)이 형성되어 있고, 상기 미세 공간은 액정 물질을 포함하는 액정층을 형성할 수 있다.
상기 루프층 위에 위치하는 캐핑층 그리고 상기 캐핑층 위에 위치하는 제2 편광층을 더 포함할 수 있다.
상기 미세 공간과 상기 루프층 사이에 위치하는 공통 전극 및 하부 절연층을 더 포함하고, 상기 하부 절연층은 상기 공통 전극 위에 위치할 수 있다.
상기 미세 공간은 화소 영역에 대응하는 복수의 영역을 포함하고, 상기 복수의 영역 사이에 액정 주입구 형성 영역이 위치하며, 상기 캐핑층은 상기 액정 주입구 형성 영역을 덮을 수 있다.
상기 액정 주입구 형성 영역은 상기 박막 트랜지스터에 연결된 게이트선과 평행한 방향을 따라 뻗을 수 있다.
상기 박막 트랜지스터는 데이터선과 연결되고, 상기 데이터선이 뻗어 있는 방향을 따라 상기 미세 공간 사이에 격벽 형성부가 형성될 수 있다.
상기 제1 기판과 마주보는 제2 기판 그리고 상기 제1 기판과 상기 제2 기판 사이에 게재되어 있는 액정층 더 포함할 수 있다.
상기 제2 기판 위에 위치하는 제2 편광층을 더 포함할 수 있다.
상기 제2 편광층은 편광 필름을 포함할 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따르면, 액정 표시 장치에서 백라이트의 도광판 구성을 기판으로 대체함으로써 장치의 박형화, 경량화를 구현할 수 있다.
또한, 기판과 박막 트랜지스터 사이에 와이어 그리드 편광 패턴을 포함하는 편광층을 형성함으로써 박막 트랜지스터 공정 진행 중에 편광층이 손상되는 것을 방지할 수 있다.
또한, 광원 주변의 기판 측면 부분을 차광 처리함으로써 광효율을 높일 수 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 액정 표시 장치를 나타내는 평면도이다.
도 2는 도 1의 절단선 II-II를 따라 자른 단면도이다.
도 3은 도 1의 절단선 III-III를 따라 자른 단면도이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 액정 표시 장치를 나타내는 평면도이다.
도 5는 도 4의 절단선 V-V를 따라 자른 단면도이다.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 액정 표시 장치에서 백라이트 기능을 하는 기판을 개략적으로 나타내는 측면도이다.
도 7은 도 6에서 제1 방향(D1)을 따라 바라본 도면이다.
도 8은 도 6의 실시예를 변형한 액정 표시 장치의 기판을 개략적으로 나타내는 측면도이다.
첨부한 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 상세히 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명은 여기서 설명되는 실시예에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시예들은 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이다.
도면들에 있어서, 층 및 영역들의 두께는 명확성을 기하기 위하여 과장된 것이다. 또한, 층이 다른 층 또는 기판 "위"에 있다고 언급되는 경우에 그것은 다른 층 또는 기판 상에 직접 형성될 수 있거나 또는 그들 사이에 제 3의 층이 개재될 수도 있다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호로 표시된 부분들은 동일한 구성요소들을 의미한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 액정 표시 장치를 나타내는 배치도이다. 도 2는 도 1의 절단선 II-II를 따라 자른 단면도이다. 도 3은 도 1의 절단선 III-III을 따라 자른 단면도이다.
도 1은 복수의 화소 가운데 일부분인 2 * 2 화소 부분을 나타내는 것이고, 본 발명의 일실시예에 따른 액정 표시 장치는 이러한 화소가 상하좌우로 반복 배열될 수 있다.
도 1 내지 도 3을 참고하면, 투명한 유리 또는 플라스틱 등으로 만들어진 제1 기판(110) 하부면에 제1 반사층(105)이 위치한다. 제1 반사층(105)은 금속 물질을 포함하여 빛을 반사할 수 있다. 제1 반사층(105)은 알루미늄 등을 포함할 수 있다.
제1 기판(110) 상부면에 제1 편광층(117)이 위치한다. 본 실시예에서 편광층(117)은 와이어 그리드 편광 패턴(115)과 제2 반사층(116)을 포함한다. 편광층(117)은 금속 물질을 포함한다. 금속 물질을 패터닝하여 홈을 갖는 와이어 그리드 편광 패턴(115)을 형성하고, 홈을 갖지 않는 제2 반사층(116)을 와이어 그리드 편광 패턴(115) 사이에 형성할 수 있다. 액정 패널 내부에 제1 편광층(117)이 형성되지만, 금속 물질을 포함하는 와이어 그리드 편광 패턴(115)을 형성하기 때문에 제1 편광층(117) 위에 위치하는 박막 트랜지스터를 형성할 때의 높은 공정 온도에도 불구하고 제1 편광층(117)이 손상되지 않는다.
제1 편광층(117) 위에 와이어 그리드 편광 패턴(115) 및 제2 반사층(116)을 덮는 보호막(118)이 위치한다. 보호막(118)은 와이어 그리드 편광 패턴(115) 사이의 홈에 위치할 수 있다. 보호막(118)은 외부 환경으로부터 와이어 그리드 편광 패턴(115)을 보호할 수 있다.
보호막(118) 위에 게이트선(121) 및 유지 전극선(131)이 위치한다. 게이트선(121)은 게이트 전극(124)을 포함한다. 유지 전극선(131)은 주로 가로 방향으로 뻗어 있으며 공통 전압(Vcom) 등의 정해진 전압을 전달한다. 유지 전극선(131)은 게이트선(121a)과 실질적으로 수직하게 뻗은 한 쌍의 세로부(135a) 및 한 쌍의 세로부(135a)의 끝을 서로 연결하는 가로부(135b)를 포함한다. 유지 전극(135a, 135b)은 화소 전극(191)을 둘러싸는 구조를 가진다.
게이트선(121) 및 유지 전극선(131) 위에 게이트 절연막(140)이 형성되어 있다. 게이트 절연막(140) 위에는 데이터선(171) 하부에 위치하는 반도체층(151), 소스/드레인 전극의 하부 및 박막 트랜지스터(Q)의 채널 부분에 위치하는 반도체층(154)이 형성되어 있다.
각 반도체층(151, 154) 위이며, 데이터선(171), 소스/드레인 전극의 사이에는 복수의 저항성 접촉 부재가 형성되어 있을 수 있는데, 도면에서는 생략되어 있다.
각 반도체층(151, 154) 및 게이트 절연막(140) 위에 소스 전극(173) 및 소스 전극(173)과 연결되는 데이터선(171), 드레인 전극(175)을 포함하는 데이터 도전체(171, 173, 175)가 형성되어 있다.
게이트 전극(124), 소스 전극(173), 및 드레인 전극(175)은 반도체층(154)과 함께 박막 트랜지스터(Q)를 형성하며, 박막 트랜지스터(Q)의 채널(channel)은 소스 전극(173)과 드레인 전극(175) 사이의 반도체층 부분(154)에 형성된다.
데이터 도전체(171, 173, 175) 및 노출된 반도체층(154) 부분 위에는 제1 층간 절연막(180a)이 형성되어 있다. 제1 층간 절연막(180a)은 규소 질화물(SiNx)과 규소 산화물(SiOx) 따위의 무기 절연물 또는 유기 절연물을 포함할 수 있다.
제1 층간 절연막(180a) 위에는 색필터(230) 및 차광 부재(220)가 형성되어 있다.
먼저, 차광 부재(220)는 화상을 표시하는 영역에 대응하는 개구부를 가지는 격자 구조로 이루어져 있으며, 빛이 투과하지 못하는 물질로 형성되어 있다. 차광 부재(220)의 개구부에는 색필터(230)가 형성되어 있다. 차광 부재(220)는 게이트선(121)과 평행한 방향을 따라 형성된 가로 차광 부재(220a)와 데이트선(171)과 평행한 방향을 따라 형성된 세로 차광 부재(220b)를 포함한다.
색필터(230) 및 차광 부재(220)의 위에는 이를 덮는 제2 층간 절연막(180b)이 형성되어 있다. 제2 층간 절연막(180b)은 규소 질화물(SiNx)과 규소 산화물(SiOx) 따위의 무기 절연물 또는 유기 절연물을 포함할 수 있다. 도 2의 단면도에서 도시된 바와 달리 색필터(230)와 차광 부재(220)의 두께 차이로 인하여 단차가 발생된 경우에는 제2 층간 절연막(180b)을 유기 절연물을 포함하도록 하여 단차를 줄이거나 제거할 수 있다.
색필터(230), 차광 부재(220) 및 층간 절연막(180a, 180b)에는 드레인 전극(175)을 노출하는 접촉 구멍(185)이 형성되어 있다.
제2 층간 절연막(180b) 위에는 화소 전극(191)이 형성되어 있다. 화소 전극(191)은 ITO 또는 IZO 등의 투명한 도전 물질로 만들어질 수 있다.
화소 전극(191)은 전체적인 모양이 사각형이며 가로 줄기부(191a) 및 이와 교차하는 세로 줄기부(191b)로 이루어진 십자형 줄기부를 포함한다. 또한 가로 줄기부(191a)와 세로 줄기부(191b)에 의해 네 개의 부영역으로 나뉘어지며 각 부영역은 복수의 미세 가지부(191c)를 포함한다. 또한, 본 실시예에서 화소 전극(191)의 외곽을 둘러싸는 외곽 줄기부를 더 포함할 수 있다.
화소 전극(191)은 세로 줄기부(191b)의 하단에서 연결되고, 세로 줄기부(191b)보다 넓은 면적을 갖는 연장부(197)를 포함하고, 연장부(197)에서 접촉 구멍(185)을 통하여 드레인 전극(175)과 물리적, 전기적으로 연결되어 있으며, 드레인 전극(175)으로부터 데이터 전압을 인가 받는다.
지금까지 설명한 박막 트랜지스터(Q) 및 화소 전극(191)에 관한 설명은 하나의 예시이고, 측면 시인성을 향상시키기 위해 박막 트랜지스터 구조 및 화소 전극 디자인을 변형할 수 있다.
화소 전극(191) 위에는 하부 배향막(11)이 형성되어 있고, 하부 배향막(11)은 수직 배향막일 수 있다. 하부 배향막(11)은 폴리 아믹산(Polyamic acid), 폴리 실록산(Polysiloxane) 또는 폴리 이미드(Polyimide) 등의 액정 배향막으로써 일반적으로 사용되는 물질들 중 적어도 하나를 포함하여 형성될 수 있다. 또한, 하부 배향막(11)은 광배향막일 수도 있다.
하부 배향막(11)과 대향하는 부분에 상부 배향막(21)이 위치하고, 하부 배향막(11)과 상부 배향막(21) 사이에는 미세 공간(305)이 형성되어 있다. 미세 공간(305)에는 액정 분자(310)를 포함하는 액정 물질이 주입되어 있고, 미세 공간(305)은 액정 주입구(307)를 갖는다. 본 실시예에서 배향막(11, 21)을 형성하는 배향 물질과 액정 분자(310)를 포함하는 액정 물질은 모관력(capillary force)을 이용하여 미세 공간(305)에 주입될 수 있다.
미세 공간(305)은 게이트선(121)과 중첩하는 부분에 위치하는 복수의 액정 주입구 형성 영역(307FP)에 의해 세로 방향으로 나누어짐으로써 복수개의 미세 공간(305)을 형성하며, 복수의 미세 공간(305)은 화소 전극(191)의 열 방향 다시 말해 세로 방향을 따라 형성될 수 있다. 또한 이후에 설명하는 격벽 형성부(PWP)에 의해 미세 공간(305)은 가로 방향으로 나누어짐으로써 복수개의 미세 공간(305)을 형성하며, 복수의 미세 공간(305)은 화소 전극(191)의 행 방향 다시 말해 게이트선(121)이 뻗어 있는 가로 방향을 따라 형성될 수 있다. 복수개 형성된 미세 공간(305) 각각은 화소 영역 하나 또는 둘 이상에 대응할 수 있고, 화소 영역은 화면을 표시하는 영역에 대응할 수 있다.
상부 배향막(21) 위에는 공통 전극(270), 하부 절연층(350)이 위치한다. 공통 전극(270)은 공통 전압을 인가 받고, 데이터 전압이 인가된 화소 전극(191)과 함께 전기장을 생성하여 두 전극 사이의 미세 공간(305)에 위치하는 액정 분자(310)가 기울어지는 방향을 결정한다. 공통 전극(270)은 화소 전극(191)과 축전기를 이루어 박막 트랜지스터가 턴 오프(turn-off)된 후에도 인가된 전압을 유지한다. 하부 절연층(350)은 규소 질화물(SiNx) 또는 규소 산화물(SiOX)로 형성될 수 있다.
본 실시예에서는 공통 전극(270)이 미세 공간(305) 상단부에 형성되는 것으로 설명하였으나, 다른 실시예로 공통 전극(270)이 미세 공간(305) 하부에 형성되어 수평 전계 모드에 따른 액정 구동도 가능하다.
하부 절연층(350) 위에 루프층(Roof Layer; 360)이 위치한다. 루프층(360)은 화소 전극(191)과 공통 전극(270)의 사이 공간인 미세 공간(305)이 형성될 수 있도록 지지하는 역할을 한다. 루프층(360)은 포토 레지스트 또는 그 밖의 유기 물질을 포함할 수 있다.
루프층(360) 위에 상부 절연층(370)이 위치한다. 상부 절연층(370)은 루프층(360)의 상부면과 접촉할 수 있다. 상부 절연층(370)은 규소 질화물(SiNx) 또는 규소 산화물(SiOX)로 형성될 수 있다. 상부 절연층(370)은 생략될 수 있다.
상부 절연층(370) 위에 캐핑층(390)이 위치한다. 캐핑층(390) 위에 제2 편광층(2)이 위치한다. 제2 편광층(2)은 편광 필름 형태일 수 있으나, 제1 편광층(117)과 마찬가지로 와이어 그리드 편광 패턴을 포함하도록 형성할 수 있다.
도 2에서 캐핑층(390)이 액정 주입구 형성 영역(307FP)을 채우고 있는 형태로 도시하였으나, 이와 달리 액정 주입구 형성 영역(307FP)에는 미세 공간(305)에 액정 물질을 주입하고 남은 액정 물질이 잔존할 수 있다.
본 실시예에서는 도 3에 도시한 바와 같이, 가로 방향으로 이웃하는 미세 공간(305) 사이에 격벽 형성부(PWP)가 형성되어 있다. 격벽 형성부(PWP)는 데이터선(171)이 뻗어 있는 방향을 따라 형성될 수 있고, 루프층(360)에 의해 덮일 수 있다. 격벽 형성부(PWP)에는 하부 절연층(350), 공통 전극(270), 상부 절연층(370) 및 루프층(360)이 채워져 있는데 이러한 구조물이 격벽(Partition Wall)을 형성함으로써 미세 공간(305)을 구획 또는 정의할 수 있다. 본 실시예에서는 미세 공간(305)사이에 격벽 형성부(PWP)와 같은 격벽 구조가 있기 때문에 기판(110)이 휘더라도 발생하는 스트레스가 적고, 셀 갭(Cell Gap)이 변경되는 정도가 훨씬 감소할 수 있다. 또한, 본 실시예에서는 종래의 백라이트 구성을 생략할 뿐만 아니라, 제1 기판(110) 위에 상부 기판을 형성하는 것 대신에 루프층(360)을 형성하고, 미세 공간에 액정을 채워 디스플레이를 만드는 점에서 장치의 두께를 더욱 감소시킬 수 있다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 액정 표시 장치를 나타내는 평면도이다. 도 5는 도 4의 절단선 V-V를 따라 자른 단면도이다.
우선, 도 4 및 도 5를 참고하면, 본 발명의 일실시예에 따른 액정 표시 장치는 서로 마주하는 제1 표시판(100)과 제2 표시판(200) 및 이들 두 표시판(100, 200) 사이에 들어 있는 액정층(3)을 포함한다.
먼저, 제1 표시판(100)에 대하여 설명한다.
제1 기판(110) 위에 투명한 유리 또는 플라스틱 등으로 만들어진 제1 기판(110) 하부면에 제1 반사층(105)이 위치한다. 제1 반사층(105)은 금속 물질을 포함하여 빛을 반사할 수 있다. 제1 반사층(105)은 알루미늄 등을 포함할 수 있다.
제1 기판(110) 상부면에 제1 편광층(117)이 위치한다. 본 실시예에서 편광층(117)은 와이어 그리드 편광 패턴(115)과 제2 반사층(116)을 포함한다. 편광층(117)은 금속 물질을 포함한다. 금속 물질을 패터닝하여 홈을 갖는 와이어 그리드 편광 패턴(115)을 형성하고, 홈을 갖지 않는 제2 반사층(116)을 와이어 그리드 편광 패턴(115) 사이에 형성할 수 있다. 액정 패널 내부에 제1 편광층(117)이 형성되지만, 금속 물질을 포함하는 와이어 그리드 편광 패턴(115)을 형성하기 때문에 제1 편광층(117) 위에 위치하는 박막 트랜지스터를 형성할 때의 높은 공정 온도에도 불구하고 제1 편광층(117)이 손상되지 않는다.
제1 편광층(117) 위에 와이어 그리드 편광 패턴(115) 및 제2 반사층(116)을 덮는 보호막(118)이 위치한다. 보호막(118)은 와이어 그리드 편광 패턴(115) 사이의 홈에 위치할 수 있다. 보호막(118)은 외부 환경으로부터 와이어 그리드 편광 패턴(115)을 보호할 수 있다.
보호막(118) 위에 게이트선(121) 및 유지 전극선(131, 135)이 형성되어 있다.
게이트선(121)은 게이트 신호를 전달하며 주로 가로 방향으로 뻗어 있다. 각 게이트선(121)은 위로 돌출한 복수의 제1 및 제2 게이트 전극(124a, 124b)을 포함한다.
유지 전극선은 게이트선(121)과 실질적으로 나란하게 뻗은 줄기선(131)과 이로부터 뻗어 나온 복수의 유지 전극(135)을 포함한다. 유지 전극선(131, 135)은 화소 전극(191) 하부에 유기막을 사용하는 구조에서 차폐 전극의 역할을 할 수 있다.
유지 전극선(131, 135)의 모양 및 배치는 여러 형태로 변형될 수 있다.
게이트선(121) 및 유지 전극선(131, 135) 위에는 게이트 절연막(140)이 형성되어 있으며, 게이트 절연막(140) 위에는 비정질 규소, 결정질 규소 또는 산화물 반도체 등으로 만들어진 복수의 반도체층(154a, 154b)가 형성되어 있다.
반도체층(154a, 154b) 위에는 각각 복수 쌍의 저항성 접촉 부재(163a, 163b, 165a, 165b)가 형성될 수 있는데, 반도체층(154a, 154b)이 산화물 반도체로 형성되는 경우에는 생략될 수 있다. 이러한 저항성 접촉 부재는 실리사이드(silicide) 또는 n형 불순물이 고농도로 도핑되어 있는 n+ 수소화 비정질 규소 따위의 물질로 만들어질 수 있다.
저항성 접촉 부재(163a, 163b, 165a, 165b) 및 게이트 절연막(140) 위에는 복수 쌍의 데이터선(171a, 171b)과 데이터선(171a, 171b)에 연결된 복수 쌍의 제1 및 제2 소스 전극(173a, 173b) 및 소스 전극(173a, 173b)과 마주보는 복수 쌍의 제1 및 제2 드레인 전극(175a, 175b)이 형성되어 있다.
데이터선(171a, 171b)은 데이터 신호를 전달하며 주로 세로 방향으로 뻗어 게이트선(121) 및 유지 전극선의 줄기선(131)과 교차한다. 제1 및 제2 소스 전극(173a, 173b)은 제1, 제2 게이트 전극(124a, 124b)을 향하여 뻗어 U자형으로 굽은 모양을 가지며, 제1 및 제2 소스 전극(173a, 173b)은 제1, 제2 게이트 전극(124a, 124b)을 중심으로 제1 및 제2 드레인 전극(175a, 175b)과 마주한다.
제1 및 제2 드레인 전극(175a, 175b)은 각각 제1 및 제2 소스 전극(173a, 173b)으로 일부 둘러싸인 한 쪽 끝에서부터 위로 뻗어 있으며 반대쪽 끝은 다른 층과의 접속을 위해 면적이 넓은 확장부를 포함할 수 있다.
그러나 제1 및 제2 소스 전극(173a, 173b) 및 제1 및 제2 드레인 전극(175a, 175b)을 비롯한 데이터선(171a, 171b)의 모양 및 배치는 여러 형태로 변형될 수 있다.
제1 및 제2 게이트 전극(124a, 124b), 제1 및 제2 소스 전극(173a, 173b) 및 제1 및 제2 드레인 전극(175a, 175b)은 제1 및 제2 반도체(154a, 154b)와 함께 제1 및 제2 박막 트랜지스터(thin film transistor, TFT)(Qa, Qb)를 이루며, 제1 및 제2 박막 트랜지스터(Qa, Qb)의 채널(channel)은 제1 및 제2 소스 전극(173a, 173b)과 제1 및 제2 드레인 전극(175a, 175b) 사이의 제1 및 제2 반도체층(154a, 154b)에 형성된다.
반도체층(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), 소스 전극(173a, 173b), 드레인 전극(175a, 175b) 및 노출된 반도체층(154a, 154b) 부분 위에는 규소 질화물 또는 규소 산화물 따위로 만들어진 하부 보호막(180a)이 형성되어 있다. 하부 보호막(180a)은 규소 질화물 또는 규소 산화물 따위로 만들어진 단일막 뿐만 아니라 규소 질화물 및 규소 산화물로 구성된 이중막으로 형성될 수도 있다.
하부 보호막(180a) 위에는 색필터(230)가 위치할 수 있다. 색필터(230)는 제1 박막 트랜지스터(Qa) 및 제2 박막 트랜지스터(Qb) 등이 위치하는 곳을 제외한 대부분의 영역에 위치한다. 그러나, 이웃하는 데이터선(171a, 171b) 사이를 따라서 세로 방향으로 길게 뻗을 수도 있다. 본 실시예에서, 색필터(230)는 제1 표시판(100)에 형성되어 있으나, 제2 표시판(200)에 형성될 수도 있다.
색필터(230) 위에는 상부 보호막(180b)이 형성되어 있다.
상부 보호막(180b)은 감광성을 갖는 유기 물질 또는 무기 물질로 형성할 수 있다. 상부 보호막(180b)이 유기 물질로 형성되는 경우에 상부 보호막(180b)은 상부 보호막(180b) 하단에 형성된 층을 평탄화하는 역할을 하고, 상부 보호막(180b)이 무기 물질로 형성되는 경우에 상부 보호막(180b)은 굴절률 보상을 통해 투과율을 개선하거나 색필터(230)로부터 용출되는 가스를 차폐하는 역할을 할 수 있다.
상부 보호막(180b)에는 하부 보호막(180a)과 더불어 제1 및 제2 드레인 전극(175a, 175b)을 드러내는 복수의 접촉 구멍(185a, 185b)이 형성되어 있다.
상부 보호막(180b) 위에는 복수의 화소 전극(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.
각 화소 전극(191)은 게이트선(121)을 사이에 두고 서로 분리되어 있는 제1 및 제2 부화소 전극(192a, 192b)을 포함하며, 제1 및 제2 부화소 전극(192a, 192b)은 각각 전체적인 모양이 사각형이며 가로 줄기부(193a, 193b) 및 이와 교차하는 세로 줄기부(194b, 194b)로 이루어진 십자형 줄기부를 포함한다. 또한 가로 줄기부(193a, 193b)와 세로 줄기부(194a, 194b)에 의해 네 개의 부영역으로 나뉘어지며 각 부영역은 복수의 미세 가지부(195a, 195b)를 포함한다.
제1 부화소 전극(192a)의 세로 줄기부(194a)의 하단에서 연장되어 형성된 하단 돌출부(196a)는 제1 드레인 전극(175a)의 확장부와 중첩한다. 따라서, 제1 접촉 구멍(185a)을 통해 세로 줄기부(194a)와 제1 드레인 전극(175a)이 연결되고, 결국 제1 드레인 전극(175a)을 통해 전달된 전압이 제1 부화소 전극(192a)에 인가될 수 있다.
제2 부화소 전극(192b)의 세로 줄기부(194b)의 상단에서 연장되어 형성된 상단 돌출부(196b)는 제2 드레인 전극(175b)의 확장부와 중첩한다. 따라서, 제2 접촉 구멍(185b)을 통해 세로 줄기부(194b)와 제2 드레인 전극(175b)이 연결되고, 결국 제2 드레인 전극(175b)을 통해 전달된 전압이 제2 부화소 전극(192b)에 인가될 수 있다.
다음, 제2 표시판(200)에 대해서 설명한다.
제2 표시판(200)에는 투명하고 절연성을 갖는 제2 기판(210) 위에 차광 부재(light blocking member)(220)가 형성되어 있다. 차광 부재(220)가 형성된 제2 기판(210)의 반대면에는 제2 편광층(2)이 형성되어 있다. 제2 편광층(2)은 편광 필름 형태일 수 있으나, 제1 편광층(117)과 마찬가지로 와이어 그리드 편광 패턴을 포함하도록 형성할 수 있다.
차광 부재(220)는 블랙 매트릭스(black matrix)라고도 하며 화소 전극(191) 사이의 빛 샘을 막는다. 차광 부재(220)는 게이트선(121) 및 데이터선(171a, 171b)에 대응하는 부분과 박막 트랜지스터에 대응하는 부분으로 이루어질 수 있다.
차광 부재(220)는 제2 기판(210) 대신에 하부 기판(110) 위에 형성될 수도 있다. 이 때, 차광 부재(220)는 이웃하는 색필터(230) 사이에 주로 위치할 수 있다.
차광 부재(220) 위에는 덮개막(overcoat)(250)이 형성되어 있다. 덮개막(250)은 절연 물질로 만들어질 수 있으며, 평탄면을 제공한다. 덮개막(250)은 생략할 수 있다.
덮개막(250) 위에는 공통 전극(270)이 형성되어 있다. 여기서, 공통 전극(270)은 화소 영역에서 통판(plate) 모양으로 형성될 수 있다. 통판(plate) 모양은 쪼개지지 아니한 통짜 그대로의 판 모양을 말한다.
하부 표시판(100) 및 상부 표시판(200)의 안쪽 면에는 배향막(11, 21)이 각각 도포되어 있으며 이들은 수직 배향막일 수 있다.
하부 표시판(100) 및 상부 표시판(200)의 바깥쪽 면에는 편광자(polarization)(도시하지 않음)가 구비되어 있을 수 있다.
하부 표시판(100)과 상부 표시판(200) 사이에는 액정층(3)이 개재되어 있다. 액정층(3)은 복수의 액정(310) 및 배향 보조제(50)를 광조사하여 형성된 배향 중합체를 포함한다. 다른 실시예로, 액정층(3)에 배향 중합체가 포함되지 않고, 배향막(11, 21)에 배향 중합체가 포함되도록 형성할 수 있다.
액정(310)은 음의 유전율 이방성을 가지며, 전기장이 없는 상태에서 그 장축이 두 표시판(100, 200)의 표면에 대하여 거의 수직을 이루도록 배향되어 있다.
화소 전극(191) 및 공통 전극(270)에 전압이 인가되면, 액정(310)은 화소 전극(191)과 공통 전극(270) 사이에 형성된 전기장에 응답하여 그 장축이 전기장의 방향에 수직한 방향으로 방향을 바꾼다. 액정(310)이 기울어진 정도에 따라 액정층(3)에 입사광의 편광의 변화 정도가 달라지며 이러한 편광의 변화는 편광자에 의하여 투과율 변화로 나타나고 이를 통하여 액정 표시 장치는 영상을 표시한다.
액정(310)이 기울어지는 방향은 화소 전극(191)의 미세 가지부(194a)에 의해 결정되며, 액정(310)은 미세 가지부(194a)의 길이 방향에 평행한 방향으로 기울어진다. 하나의 화소 전극(191)은 미세 가지부(194a)의 길이 방향이 서로 다른 네 개의 부영역(Da, Db, Dc, Dd)을 포함하므로 액정(310)이 기울어지는 방향은 대략 네 방향이며 액정층(3)에는 액정(310)의 배향 방향이 다른 네 개의 도메인(domain)이 형성된다. 이와 같이 액정이 기울어지는 방향을 다양하게 함으로써 액정 표시 장치의 시야각을 개선할 수 있다.
배향 보조제(50)의 중합에 의해 형성된 배향 중합체는 액정(310)의 초기 배향 방향인 선경사(pre-tilt)를 제어하는 역할을 한다. 배향 보조제(50)는 통상의 반응성 메소겐(reactive mesogen)일 수 있다.
배향 보조제(50)는 본 실시예와 달리 배향막(11, 21)에 포함될 수 있다.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 액정 표시 장치에서 백라이트 기능을 하는 기판을 개략적으로 나타내는 측면도이다. 도 7은 도 6에서 제1 방향(D1)을 따라 바라본 도면이다.
도 6 및 도 7을 참고하면, 제1 기판(110)의 측면에 광원(500)이 위치한다. 광원(500)은 냉음극 형광램프를 사용할 수 있으나 본 실시예에서는 발광 다이오드를 사용한다.
광원(500)은 제1 기판(100)의 측면에 형성되어 광원(500)에서 발생한 빛이 제1 기판(110)의 측면을 통과하여 입사한다. 또한, 광원(500)은 제1 기판(110)의 양측면 가장자리에 모두 설치하거나 일측면에만 설치할 수도 있다.
광원(500)이 위치하는 제1 기판(110)의 측면을 제1 영역, 제1 영역 외의 제1 기판(110)의 측면에 대응하는 부분을 제2 영역이라고 할 때, 제2 영역은 차광 처리되어 차광부(LB)를 형성할 수 있다. 차광부(LB)는 알루미늄 페이스트(paste)와 같은 금속 물질로 덮일 수 있다. 차광부(LB)가 형성되기 때문에 광원(500)에서 발생한 빛이 제1 기판(110) 내부에서 높은 효율로 액정 패널에 전달될 수 있다.
도 8은 도 6의 실시예를 변형한 액정 표시 장치의 기판을 개략적으로 나타내는 측면도이다.
도 8을 참고하면, 제1 기판(110)과 제1 반사층(105) 사이 및 제2 기판(110)과 제2 반사층(116) 사이 중 적어도 하나에 산란 패턴(119)이 위치한다. 산란 패턴(119)은 빛의 균일도를 향상시키는 역할을 하는 패턴이고, 등간격으로 배치가 되는 등의 규칙성을 가지고 형성될 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.
110, 210 기판 105 제1 반사층
115 와이어 그리드 편광 패턴 116 제2 반사층
119 산란 패턴 305 미세 공간(microcavity)
500 광원

Claims (18)

  1. 상부면과 하부면을 갖는 제1 기판,
    상기 제1 기판의 하부면에 위치하는 제1 반사층,
    상기 제1 기판의 상부면에 위치하는 제1 편광층,
    상기 제1 기판의 측면에 위치하는 광원,
    상기 제1 편광층 위에 위치하는 박막 트랜지스터,
    상기 박막 트랜지스터에 연결되는 화소 전극을 포함하고,
    상기 제1 편광층은 와이어 그리드 편광 패턴을 포함하고, 상기 광원에서 발생한 빛은 상기 기판의 측면을 통해 상기 제1 기판에 입사하는 액정 표시 장치.
  2. 제1항에서,
    상기 제1 편광층은 제2 반사층을 포함하는 액정 표시 장치.
  3. 제2항에서,
    상기 제2 반사층은 상기 와이어 그리드 편광 패턴 사이에 위치하는 액정 표시 장치.
  4. 제3항에서,
    상기 제1 편광층은 금속을 포함하는 액정 표시 장치.
  5. 제4항에서,
    상기 제1 기판의 측면은 상기 광원이 위치하는 부분에 대응하는 제1 영역 및 상기 광원이 위치하지 않는 부분에 대응하는 제2 영역을 포함하고, 상기 제2 영역은 차광부를 포함하는 액정 표시 장치.
  6. 제5항에서,
    상기 차광부는 금속 페이스트를 포함하는 액정 표시 장치.
  7. 제5항에서,
    상기 제1 기판과 상기 제1 반사층 사이 및 상기 제1 기판과 상기 제2 반사층 사이 중 적어도 하나에 위치하는 산란 패턴을 더 포함하는 액정 표시 장치.
  8. 제1항에서,
    상기 제1 편광층 위에 위치하고, 상기 와이어 그리드 편광 패턴을 덮는 보호막을 더 포함하는 액정 표시 장치.
  9. 제8항에서,
    상기 보호막은 상기 와이어 그리드 편광 패턴 사이의 홈을 채우는 액정 표시 장치.
  10. 제9항에서,
    상기 화소 전극과 마주보며 위치하는 루프층을 더 포함하고,
    상기 화소 전극과 상기 루프층 사이에 복수의 미세 공간(Microcavity)이 형성되어 있고, 상기 미세 공간은 액정 물질을 포함하는 액정층을 형성하는 액정 표시 장치.
  11. 제10항에서,
    상기 루프층 위에 위치하는 캐핑층 그리고
    상기 캐핑층 위에 위치하는 제2 편광층을 더 포함하는 액정 표시 장치.
  12. 제11항에서,
    상기 미세 공간과 상기 루프층 사이에 위치하는 공통 전극 및 하부 절연층을 더 포함하고,
    상기 하부 절연층은 상기 공통 전극 위에 위치하는 액정 표시 장치.
  13. 제12항에서,
    상기 미세 공간은 화소 영역에 대응하는 복수의 영역을 포함하고, 상기 복수의 영역 사이에 액정 주입구 형성 영역이 위치하며, 상기 캐핑층은 상기 액정 주입구 형성 영역을 덮고 있는 액정 표시 장치.
  14. 제13항에서,
    상기 액정 주입구 형성 영역은 상기 박막 트랜지스터에 연결된 게이트선과 평행한 방향을 따라 뻗어 있는 액정 표시 장치.
  15. 제14항에서,
    상기 박막 트랜지스터는 데이터선과 연결되고, 상기 데이터선이 뻗어 있는 방향을 따라 상기 미세 공간 사이에 격벽 형성부가 형성되어 있는 액정 표시 장치.
  16. 제9항에서,
    상기 제1 기판과 마주보는 제2 기판 그리고
    상기 제1 기판과 상기 제2 기판 사이에 게재되어 있는 액정층 더 포함하는 액정 표시 장치.
  17. 제16항에서,
    상기 제2 기판 위에 위치하는 제2 편광층을 더 포함하는 액정 표시 장치.
  18. 제17항에서,
    상기 제2 편광층은 편광 필름을 포함하는 액정 표시 장치.
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