KR20150109007A - 액정 표시 장치 및 이의 제조 방법 - Google Patents

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KR20150109007A KR1020140031846A KR20140031846A KR20150109007A KR 20150109007 A KR20150109007 A KR 20150109007A KR 1020140031846 A KR1020140031846 A KR 1020140031846A KR 20140031846 A KR20140031846 A KR 20140031846A KR 20150109007 A KR20150109007 A KR 20150109007A
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Abstract

본 발명은 제1 기판, 상기 제1 기판과 마주하는 제2 기판, 상기 제1 기판 및 상기 제2 기판 위에 형성되어 있는 한 쌍의 전기장 생성 전극, 상기 제1 기판 및 상기 제2 기판 중 어느 하나의 안쪽 면에 형성된 배향 패턴, 및 상기 제1 기판과 상기 제2 기판 사이에 배치되는 전압 무인가(off) 상태에서 키랄 네마틱(chiral nematic) 액정 분자가 빛의 진행 방향에 수직한 나선축을 기준으로 일정한 피치(pitch)로 반복적으로 꼬여 있는 나선형 구조로 배치된 액정을 포함하는 액정층을 포함하고, 상기 배향 패턴은 상기 피치에 대응되도록 돌출된 형태로 형성된 액정 표시 장치를 제공한다. 본 발명에 따르면, 배향막 대신에 배향 패턴을 이용하여 ULH 모드 액정의 배향을 별도의 공정을 거치지 않아도 간단하게 제조 및 안정화시킬 수 있고, 액정의 균일한 배열을 통한 액정 열 안정성이 우수한 장점이 있다.

Description

액정 표시 장치 및 이의 제조 방법{LIQUID CRYSTAL DISPLAY DEVICE AND MANUFACTURING METHOD THEREOF}
본 발명은 액정 표시 장치 및 이의 제조 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 낮은 전압에 의해 구동될 수 있는 ULH(uniformly lying helix) 모드의 액정 표시 장치 및 이의 제조 방법에 관한 것이다.
최근 정보화 시대에 발맞추어 디스플레이(display) 분야 또한 급속도로 발전해 왔고, 이에 부응해서 박형화, 경량화, 저소비전력화 장점을 지닌 평판 표시 장치(flat panel display device: FPD)로서 액정 표시 장치(liquid crystal display device: LCD), 플라즈마 표시 장치(plasma display panel device: PDP), 전기발광 표시 장치(electroluminescence display device: ELD), 전계 방출 표시 장치(field emission display device: FED) 등이 소개되어 기존의 브라운관(cathode ray tube: CRT)을 빠르게 대체하며 각광받고 있다.
이 중에서도 액정 표시 장치는 동화상 표시에 우수하고 높은 콘트라스트비(contrast ratio)로 인해 노트북, 모니터, TV 등의 분야에서 가장 활발하게 사용되고 있다.
이러한 액정 표시 장치에 이용되는 액정으로는 네마틱(nematic) 액정, 스멕틱(smectic) 액정 및 콜레스테릭(cholesteric) 액정 등이 있으며, 주로 네마틱 액정이 이용된다.
한편, 이러한 액정 표시 장치는 응답 속도가 낮아 잔상에 의한 화질의 저하 등이 수반된다.
따라서, 최근에는 고속 응답 속도를 갖는 액정 표시 장치에 대한 연구가 활발히 진행되고 있고, 이에 ULH(uniformly lying helix) 모드 액정을 포함하는 액정 표시 장치가 제안되고 있는데, ULH 모드의 액정은 바이메소겐(bimesogen) 액정이 극성(polarity)을 갖는 구조로 배열되기 때문에 응답 속도가 매우 빠른 특징을 갖는다. 따라서, 액정 표시 장치의 응답 속도를 향상시킬 수 있다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 배향막 대신에 배향 패턴을 이용하여 ULH 모드 액정의 배향을 별도의 공정을 거치지 않아도 간단하게 제조 및 안정화시킬 수 있는 액정 표시 장치 및 이의 제조 방법을 제공하고자 한다.
이러한 과제를 해결하기 위하여 본 발명의 실시예에 따르면, 제1 기판, 상기 제1 기판과 마주하는 제2 기판, 상기 제1 기판 및 상기 제2 기판 위에 형성되어 있는 한 쌍의 전기장 생성 전극, 상기 제1 기판 및 상기 제2 기판 중 어느 하나의 안쪽 면에 형성된 배향 패턴, 및 상기 제1 기판과 상기 제2 기판 사이에 배치되는 전압 무인가(off) 상태에서 키랄 네마틱(chiral nematic) 액정 분자가 빛의 진행 방향에 수직한 나선축을 기준으로 일정한 피치(pitch)로 반복적으로 꼬여 있는 나선형 구조로 배치된 액정을 포함하는 액정층을 포함하고, 상기 배향 패턴은 상기 피치에 대응되도록 돌출된 형태로 형성된 액정 표시 장치를 제공한다.
상기 액정은 전압 무인가(off) 시 광학적으로 등방이고, 전압 인가(on) 시 전압 인가 방향으로 복굴절이 발생할 수 있다.
상기 배향 패턴은 복수 개가 형성되어 있으며, 상기 복수 개의 배향 패턴 사이에는 배향 홈이 형성될 수 있다.
상기 배향 패턴은 산화규소(SiOx) 또는 질화규소(SiNx)로 형성될 수 있다.
인접한 상기 배향 패턴 간의 간격은 상기 나선형 구조로 배치된 액정의 한 피치의 배수에 대응되도록 형성될 수 있다.
상기 배향 패턴은 상기 액정이 상기 제1 기판 및 상기 제2 기판의 면에 수직 방향으로 배열된 부분에 대응하도록 형성될 수 있다.
인접한 상기 배향 패턴 간의 간격은 200~ 4000nm로 형성될 수 있다.
인접한 상기 배향 패턴 간의 간격은 상기 나선형 구조로 배치된 액정의 한 피치와 동일하게 형성될 수 있다.
인접한 상기 배향 패턴 간의 간격은 200~ 300nm로 형성될 수 있다.
상기 배향 패턴은 상기 제1 기판 및 상기 제2 기판의 안쪽 면에 모두 형성될 수 있다.
상기 제1 기판 및 상기 제2 기판의 안쪽 면에 형성된 상기 배향 패턴은 상호 대응되는 위치에 형성될 수 있다.
또한, 본 발명의 다른 실시예에 따르면, 제1 기판 위에 화소 전극을 형성하는 단계, 상기 화소 전극이 형성된 상기 제1 기판 위에 유기막 및 포토 레지스트를 순서대로 적층하는 단계, 상기 유기막 및 상기 포토 레지스트를 노광, 현상하여 직선으로 형성된 패턴을 형성하는 단계, 상기 유기막과 상기 포토 레지스트 패턴의 상부 및 상기 패턴 사이에 형성된 홈을 포함하는 상기 제1 기판의 전면에 패턴막을 형성하는 단계, 상기 패턴막에서 상기 유기막과 상기 포토 레지스트 패턴에 대응되는 부분을 식각하여 상기 제1 기판에서 돌출된 형태의 배향 패턴 및 배향 홈을 형성하는 단계, 상기 제1 기판과 마주하는 제2 기판 위에 공통 전극을 형성하는 단계, 및 상기 제1 기판과 상기 제2 기판 사이에 전압 무인가(off) 상태에서 키랄 네마틱(chiral nematic) 액정 분자가 빛의 진행 방향에 수직한 나선축을 기준으로 일정한 피치(pitch)로 반복적으로 꼬여 있는 나선형 구조로 배치되는 액정을 주입하는 단계를 포함하는 액정 표시 장치의 제조 방법을 제공한다.
본 발명의 실시예에 따르면, 배향막 대신에 배향 패턴을 이용하여 ULH 모드 액정의 배향을 별도의 공정을 거치지 않아도 간단하게 제조 및 안정화시킬 수 있는 장점이 있다.
또한, 액정의 균일한 배열을 통한 액정 열 안정성이 우수한 장점이 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 액정 표시 장치의 배치도이다.
도 2는 도 1의 액정 표시 장치를 II-II 선을 따라 자른 단면도이다.
도 3은 도 1의 III-III 선을 따라 자른 단면도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 ULH 모드 액정 표시 장치에서 ULH 모드 액정의 구동 원리를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 5a는 액정 배열 구조의 측면도이며, 도 5b는 액정의 등가 구조를 보여주는 단면도이다.
도 6은 ULH 모드 액정이 구동되는 원리를 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 배향 패턴을 도시한 도면이다.
도 8 내지 도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 배향 패턴의 제조 공정을 순서대로 도시한 단면도이다.
도 13은 본 발명의 다른 실시예에 따른 액정 표시 장치의 단면도이다.
도 14는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 액정 표시 장치의 단면도이다.
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.
이제 본 발명의 일 실시예에 따른 액정 표시 장치에 대하여 도 1 내지 도 3을 참고하여 상세하게 설명한다.
도 1 내지 도 3을 참고하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 액정 표시 장치는 서로 마주하는 상부 표시판(100)과 하부 표시판(200) 및 이들 두 표시판(100, 200) 사이에 들어 있는 액정층(3)을 포함한다.
먼저, 하부 표시판(100)에 대해서 설명한다.
투명한 유리 또는 플라스틱 따위로 만들어진 절연 기판(이하, 제1 기판이라 함)(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 아래로 돌출한 복수의 게이트 전극(gate electrode)(124)과 다른 층 또는 외부 구동 회로와의 접속을 위하여 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.
유지 전극선(131)은 소정의 전압을 인가 받으며, 게이트선(121)과 나란하게 뻗은 줄기선과 이로부터 갈라진 복수 쌍의 제1 및 제2 유지 전극(133a, 133b)을 포함한다. 유지 전극선(131) 각각은 인접한 두 게이트선(121) 사이에 위치하며 줄기선은 두 게이트선(121) 중 아래 쪽에 가깝다. 유지 전극(133a, 133b)은 줄기선과 연결된 고정단과 그 반대 쪽의 자유단을 가지고 있다. 제1 유지 전극(133a)의 고정단은 면적이 넓으며, 그 자유단은 직선 부분과 굽은 부분의 두 갈래로 갈라진다. 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.
게이트선(121) 및 유지 전극선(131)의 측면은 기판(110) 면에 대하여 경사져 있으며 그 경사각은 약 30° 내지 약 80° 일 수 있다.
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 선형 반도체(151)가 형성되어 있다. 선형 반도체(151)는 주로 세로 방향으로 뻗어 있으며, 게이트 전극(124)을 향하여 뻗어 나온 복수의 돌출부(projection)(154)를 포함한다.
반도체(151) 위에는 복수의 선형 및 섬형 저항성 접촉 부재(ohmic contact)(161, 165)가 형성되어 있다. 저항성 접촉 부재(161, 165)는 인 따위의 n형 불순물이 고농도로 도핑되어 있는 n+ 수소화 비정질 규소 따위의 물질로 만들어지거나 실리사이드(silicide)로 만들어질 수 있다. 선형 저항성 접촉 부재(161)는 복수의 돌출부(163)를 가지고 있으며, 이 돌출부(163)와 섬형 저항성 접촉 부재(165)는 쌍을 이루어 반도체(151)의 돌출부(154) 위에 배치되어 있다.
반도체(151)와 저항성 접촉 부재(161, 165)의 측면 역시 기판(110) 면에 대하여 경사져 있으며 경사각은 30° 내지 80° 일 수 있다.
저항성 접촉 부재(161, 165) 및 게이트 절연막(140) 위에는 복수의 데이터선(data line)(171)과 복수의 드레인 전극(drain electrode)(175)이 형성되어 있다.
데이터선(171)은 데이터 신호를 전달하며 주로 세로 방향으로 뻗어 게이트선(121)과 교차한다. 각 데이터선(171)은 또한 유지 전극선(131)과 교차하여 인접한 유지 전극(133a, 133b) 집합 사이를 달린다. 각 데이터선(171)은 게이트 전극(124)을 향하여 뻗은 복수의 소스 전극(source electrode)(173)과 다른 층 또는 외부 구동 회로와의 접속을 위하여 넓은 끝 부분(179)을 포함한다. 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.
드레인 전극(175)은 데이터선(171)과 분리되어 있으며 게이트 전극(124)을 중심으로 소스 전극(173)과 마주한다.
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 게이트선(121) 및 유지 전극선(131)과 마찬가지로 저저항성 도전체로 만들어질 수 있다.
데이터선(171) 및 드레인 전극(175) 또한 그 측면이 기판(110) 면에 대하여 30° 내지 80° 의 경사각으로 기울어질 수 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 무기 절연물 따위로 만들어지며 표면이 평탄할 수 있다.
보호막(180)에는 데이터선(171)의 끝 부분(179)과 드레인 전극(175)을 각각 드러내는 복수의 접촉 구멍(182, 185)이 형성되어 있으며, 보호막(180)과 게이트 절연막(140)에는 게이트선(121)의 끝 부분(129)을 드러내는 복수의 접촉 구멍(181), 제1 유지 전극(133a) 고정단 부근의 유지 전극선(131) 일부를 드러내는 복수의 접촉 구멍(183a), 그리고 제1 유지 전극(133a) 자유단의 돌출부를 드러내는 복수의 접촉 구멍(183b)이 형성되어 있다.
보호막(180) 위에는 복수의 화소 전극(pixel electrode)(191), 복수의 연결 다리(overpass)(83) 및 복수의 접촉 보조 부재(contact assistant)(81, 82)가 형성되어 있다. 이들은 ITO 또는 IZO 등의 투명한 도전 물질이나 알루미늄, 은, 크롬 또는 그 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 인가받는다. 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 분자의 방향을 결정한다. 이와 같이 결정된 액정 분자의 방향에 따라 액정층(3)을 통과하는 빛의 편광이 달라진다. 화소 전극(191)과 공통 전극(270)은 축전기(capacitor)(이하, 액정 축전기(liquid crystal capacitor)라 함)를 이루어 박막 트랜지스터가 턴 오프된 후에도 인가된 전압을 유지한다.
화소 전극(191)은 유지 전극(133a, 133b)을 비롯한 유지 전극선(131)과 중첩하며, 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.
접촉 보조 부재(81, 82)는 각각 접촉 구멍(181, 182)을 통하여 게이트선(121)의 끝 부분(129) 및 데이터선(171)의 끝 부분(179)과 연결된다. 접촉 보조 부재(81, 82)는 게이트선(121)의 끝 부분(129) 및 데이터선(171)의 끝 부분(179)과 외부 장치와의 접착성을 보완하고 이들을 보호한다.
연결 다리(83)는 게이트선(121)을 가로지르며, 게이트선(121)을 사이에 두고 반대 쪽에 위치하는 접촉 구멍(183a, 183b)을 통하여 유지 전극선(131)의 노출된 부분과 유지 전극(133b) 자유단의 노출된 끝 부분과 연결되어 있다. 유지 전극(133a, 133b)을 비롯한 유지 전극선(131)은 연결 다리(83)와 함께 게이트선(121)이나 데이터선(171) 또는 박막 트랜지스터의 결함을 수리하는데 사용할 수 있다.
다음, 하부 표시판(100)과 대향하는 상부 표시판(200)에 대하여 설명한다.
투명 유리 또는 플라스틱 따위로 만들어진 절연 기판(이하, 제2 기판이라 함)(210) 위에 블랙 매트릭스(black matrix)라고도 하는 차광 부재(light blocking member)(220)가 형성되어 있다. 차광 부재(220)는 화소 전극(191)과 마주하고 화소 전극(191)과 거의 동일한 모양의 복수의 개구부를 가지고 있으며, 화소 전극(191) 사이의 빛샘을 막는다. 차광 부재(220)는 게이트선(121) 및 데이터선(171)에 대응하는 부분과 박막 트랜지스터에 대응하는 부분으로 이루어질 수 있다.
기판(210) 위에는 또한 복수의 색 필터(230)가 형성되어 있다. 색 필터(230)는 차광 부재(220)로 둘러싸인 영역 내에 대부분 존재하며, 어느 한 방향으로 길게 뻗을 수 있다. 각 색 필터(230)는 적색, 녹색 및 청색 등 기본색(primary color) 중 하나를 표시할 수 있다.
색 필터(230) 위에는 ITO 또는 IZO 따위의 투명한 도전체로 만들어진 공통 전극(270)이 형성되어 있다.
여기서, 도 4 내지 도 6을 참고하여 액정층(3)의 ULH 모드 액정 분자(300)에 대해서 상세하게 설명한다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 ULH(uniformly lying helix) 모드 액정 표시 장치에서 ULH 모드 액정(300)의 구동 원리를 개략적으로 도시한 도면이다.
도시한 바와 같이, 전압 무인가(off) 상태에서 ULH 모드 액정은 짧은 피치(pitch)의 키랄 네마틱(chiral nematic) 액정 분자가 수십번 꼬여 있는 나선형 구조를 가지며, 나선형 구조의 축, 즉 나선축은 광축(optical axis)에 수직한다.
한편, 전압 인가(on) 상태에서 ULH 모드 액정(300)의 광축이 틀어지게 되며 복굴절이 발현된다.
도 5a는 액정 배열 구조의 측면도이며, 도 5b는 액정의 등가 구조를 보여주는 단면도이며, 도 6은 일반적인 액정 표시 장치에서 ULH 모드 액정이 구동되는 원리를 설명하기 위한 개략적인 단면도이다.
도시된 바와 같이, ULH 모드 액정 표시 장치는 마주하는 제1 및 제2 기판(110, 210)과, 제1 및 제2 기판(110, 210) 사이에 위치하는 ULH 모드 액정(300)과, 제1 및 제2 기판(110, 210) 각각의 외측에 위치하는 제1 및 제2 편광판(미도시)으로 이루어진다.
ULH 모드 액정(300)은 바이메소겐(bimesogen) 액정이 극성(polarity)을 갖는 구조로 배열되기 때문에 응답속도가 매우 빠른 특징을 갖는다.
전술한 바와 같이, ULH 모드 액정(300)은 짧은 피치(pitch)의 키랄 네마틱(chiral nematic) 액정 분자가 수십번 꼬여 있는 나선형 구조를 가지며, 나선형 구조의 축, 즉 나선축은 빛의 진행 방향(x방향)에 수직하다.
또한, 액정(300)은 z 방향의 굴절율이 z 방향에 수직한 x, y 방향의 굴절율보다 작고, x, y 방향의 굴절율은 서로 동일하다. (nz< nx= ny)
즉, 정면 시야각에서 광학적 등방성(optical isotropic property)을 갖게 되고, 전압 무인가 시에 정면 시야각에서 복굴절이 발현되지 않으며 뛰어난 블랙(black) 특성을 얻을 수 있는 장점을 갖는다. 따라서, 명암비가 높은 장점을 갖는다.
이러한 ULH 모드 액정(300)은 전압 무인가 시 광학적으로 등방이고, 전압 인가에 의해 전압 인가 방향으로 복굴절성을 발생시킴으로서, 이 성질로부터 ULH 모드 액정(300)의 투과율을 제어하기 위해서는 제1 및 제2 편광판(미도시)을 서로의 편광축이 수직하게 배치하고, 기판(110, 210)의 면에 수직 방향(세로 방향)으로 전계를 인가하는 것이 필요하다.
따라서, ULH 모드 액정 표시 장치는 기본적으로 수직 전계 방식의 전극 구조가 적합하다.
ULH 모드 액정 표시 장치의 ULH 모드 액정(300)이 구동되는 원리를 설명하기 위한 개략적인 단면도인 도 6을 참고하면, 마주하는 제1 및 제2 기판(110, 210)과, 제1 및 제2 기판(110, 210) 사이에 ULH 모드 액정층(300)이 개재되어 있으며, 제1 기판(110) 상에는 화소 전극(191)이, 제2 기판(210) 상에는 화소 전극(191)과 마주보는 공통 전극(270)이 배열되어 있다.
이와 같은 ULH 모드 액정 표시 장치는 전극(191, 270) 구조가 수직 전계 방식으로, 넓은 시야각을 얻을 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 액정 표시 장치의 표시판(100, 200)의 안쪽 면에는 도 7에 도시된 바와 같은 배향 패턴(11, 21)이 형성되어 있다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 배향 패턴을 도시한 도면이다.
배향 패턴(11, 21)은 일정 간격마다 형성되어 있는 배향 홈(12, 22)이 형성되어 있으며, 배향 패턴(11, 21)은 산화규소(SiOx) 또는 질화규소(SiNx)로 형성될 수 있다.
일반적으로, ULH 모드 액정 표시 장치를 형성하기 위해서는 ULH 모드 액정(300)을 주입한 후, ULH 모드 액정(300)을 등방 상태까지 승온하고, 고전압과 고주파 인가 상태에서 저속으로 감온 시켜주는 공정을 거쳐야한다.
또한, ULH 모드 액정(300)은 수직, 수평 배향 형태가 동시에 공존하게 되는데 배향막은 수직 및 수평 배향막을 한 층에 동시에 형성되게 하기가 어렵다. 이에 전술한 공정을 통해 형성된 ULH 모드 액정 표시 장치의 ULH 모드 액정(300)은 배향 상태가 불안정한 상태일 수 있다.
한편, 산화규소(SiOx) 또는 질화규소(SiNx)는 액정 분자를 수직으로 배향시키는 성질을 가지고 있는데, 이러한 점을 이용하여 ULH 모드 액정(300)이 수직으로 배향되는 부분에는 산화규소(SiOx) 또는 질화규소(SiNx)로 형성된 배향 패턴(11, 21)을 형성하여 수직 배향막의 효과를 얻고, ULH 모드 액정(300)이 수평으로 배향되는 부분에는 배향 패턴(11, 21)이 형성되지 않은 배향 홈(12, 22)을 형성하여 수평 배향막의 효과를 얻어 ULH 모드 액정(300)의 배향 상태가 안정적으로 형성될 수 있다.
또한, 배향 패턴(11, 21) 및 배향 홈(12, 22)을 형성하여 ULH 모드 액정(300)의 수직 배향 및 수평 배향의 효과를 확보함으로 인하여 전술한 ULH 모드 액정 표시 장치를 형성하는 별도의 공정을 생략할 수 있다.
배향 패턴(11, 21)은 키랄 네마틱(chiral nematic) 액정 분자가 수십번 꼬여 있는 나선형 구조에서 제1 및 제2 기판(110, 210)에 수직한 방향으로 배향되어 있는 ULH 모드 액정(300)에 대응되도록 배치되어야 하므로, 배향 패턴(11, 21) 간의 간격은 ULH 모드 액정(300)의 나선형 구조에서 한 피치(pitch)에 대응되도록 형성되거나, 한 피치의 n배수로 형성될 수 있다. 또한, 배향 패턴(11, 21) 및 배향 홈(12, 22)은 상, 하부 표시판(100, 200) 모두에 형성되어 있으며, 하부 표시판(100) 및 상부 표시판(200)의 안쪽 면에 형성되어 있는 각각의 배향 패턴(11, 21) 및 배향 홈(12, 22)은 상호 대응되는 위치에 형성될 수 있다.
따라서, 배향 패턴(11, 21) 간의 간격은 200~ 4000nm로 형성될 수 있으며, 바람직하게는 200~ 300nm 일 수 있다.
배향 패턴(11, 21)은 도 1의 배치도에서 가로 방향 또는 세로 방향 중 어느 방향으로든 형성될 수 있다.
표시판(100, 200)의 바깥쪽 면에는 편광자(polarizer)(도시하지 않음)가 구비되어 있는데, 두 편광자의 편광축은 평행 또는 직교한다. 반사형 액정 표시 장치의 경우에는 두 개의 편광자 중 하나가 생략될 수 있다.
그러면, 도 8 내지 도 12를 참고하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 배향 패턴(11, 21)의 제조 방법에 대해서 상세하게 설명한다.
도 8 내지 도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 배향 패턴의 제조 공정을 순서대로 도시한 단면도이다.
먼저, 도 8을 참고하면 하부 표시판(100) 상부면에 유기막(181)을 형성하고, 유기막(181) 상부에 포토 레지스트(PR)(400)을 추가로 형성한다. 이 때, 포토 레지스트(PR)(400)와 동일한 물질로 형성될 수 있고, 유기막(181)은 생략될 수 있다.
도 9를 참고하면 하부 표시판(100)의 상부면에 형성된 유기막(181) 및 유기막(181) 상부에 형성된 포토 레지스트(400)를 노광, 현상을 통해 패턴을 형성한다.
도 10에 나타난 것과 같이 유기막(181)과 포토 레지스트(400)의 상부 및 형성된 패턴의 홈을 포함하는 전면에 산화규소(SiOx) 또는 질화규소(SiNx)로 이루어진 패턴막(142)을 형성한다.
그 다음, 도 11 및 도 12에 나타난 것과 같이, 금속 등을 이용하여 유기막(181)과 포토 레지스트(400)가 형성되어 있지 않은 부분에 식각 패턴(410)을 형성한 후, 유기막(181)과 포토 레지스트(400)가 형성된 부분의 패턴막(142), 유기막(181) 및 포토 레지스트(400)를 모두 식각하여 배향 패턴(11)을 형성한다.
그 후 마지막으로 배향 패턴(11) 상부에 잔존하는 식각 패턴(410)을 제거하여 도 7에 나타낸 배향 패턴(11)을 완성한다.
상부 표시판(200)의 배향 패턴(21) 역시 하부 표시판(100)의 배향 패턴(11)을 제조하는 것과 동일한 공정으로 형성할 수 있다.
그러면, 도 13 및 도 14를 참고하여 본 발명의 다른 실시예에 따른 액정 표시 장치에 대해서 설명한다.
도 13 및 도 14에 나타난 본 발명의 다른 실시예는 도 1 내지 도 3에 도시된 실시예와 비교하여, 배향 패턴만을 제외하고 실질적으로 동일한 바 반복되는 설명은 생략한다.
도 13에 도시한 바와 같이, 본 발명의 다른 실시예에 따른 액정 표시 장치의 배향 패턴(21)은 상부 표시판(200)의 안쪽 면에만 형성되어 있으며, 하부 표시판(100)의 안쪽 면에는 배향막(13)이 형성되어 있을 수 있으며 하부 표시판(100)의 배향막(13)은 수평 배향막 또는 수직 배향막일 수 있다.
또한, 도 14에 도시한 바와 같이, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 액정 표시 장치의 배향 패턴(11)은 하부 표시판(100)의 안쪽 면에만 형성될 수도 있고, 이 경우 상부 표시판(200)의 안쪽 면에는 배향막(23)이 형성되어 있을 수 있으며, 상부 표시판(200)의 배향막(23)은 수평 배향막 또는 수직 배향막일 수 있다.
이상과 같은 본 발명의 실시예에 따르면, 배향막 대신에 배향 패턴을 이용하여 ULH 모드 액정의 배향을 별도의 공정을 거치지 않아도 간단하게 제조 및 안정화시킬 수 있는 장점이 있으며, 액정의 균일한 배열을 통한 액정 열 안정성이 우수한 장점이 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.
3: 액정층 11,21: 배향 패턴
100: 하부 표시판 12, 22: 배향 홈
110, 210: 절연 기판 121: 게이트선
124: 게이트 전극 131: 유지 전극선
133a, 133b: 유지 전극 140: 게이트 절연막
151: 반도체 154: 돌출부
161: 불순물 비정질 규소층 171: 데이터선
173: 소스 전극 175: 드레인 전극
180: 보호막 81, 82: 접촉 보조 부재
181, 182, 183a, 183b, 185: 접촉구 13, 23: 배향막
191: 화소 전극 200: 상부 표시판
220: 차광 부재 230: 색 필터
270: 공통 전극 300: 액정
181: 유기막 400: 포토 레지스트

Claims (19)

  1. 제1 기판,
    상기 제1 기판과 마주하는 제2 기판,
    상기 제1 기판 및 상기 제2 기판 위에 형성되어 있는 한 쌍의 전기장 생성 전극,
    상기 제1 기판 및 상기 제2 기판 중 어느 하나의 안쪽 면에 형성된 배향 패턴, 및
    상기 제1 기판과 상기 제2 기판 사이에 배치되는 전압 무인가(off) 상태에서 키랄 네마틱(chiral nematic) 액정 분자가 빛의 진행 방향에 수직한 나선축을 기준으로 일정한 피치(pitch)로 반복적으로 꼬여 있는 나선형 구조로 배치된 액정을 포함하는 액정층을 포함하고,
    상기 배향 패턴은 상기 피치에 대응되도록 돌출된 형태로 형성된 액정 표시 장치.
  2. 제1항에서,
    상기 액정은 전압 무인가(off) 시 광학적으로 등방이고,
    전압 인가(on) 시 전압 인가 방향으로 복굴절이 발생하는 액정 표시 장치.
  3. 제1항에서,
    상기 배향 패턴은 복수 개가 형성되어 있으며,
    상기 복수 개의 배향 패턴 사이에는 배향 홈이 형성되어 있는 액정 표시 장치.
  4. 제3항에서,
    상기 배향 패턴은 산화규소(SiOx) 또는 질화규소(SiNx)로 형성되는 액정 표시 장치.
  5. 제4항에서,
    인접한 상기 배향 패턴 간의 간격은 상기 나선형 구조로 배치된 액정의 한 피치의 배수에 대응되도록 형성된 액정 표시 장치.
  6. 제5항에서,
    상기 배향 패턴은 상기 액정이 상기 제1 기판 및 상기 제2 기판의 면에 수직 방향으로 배열된 부분에 대응하도록 형성된 액정 표시 장치.
  7. 제5항에서,
    인접한 상기 배향 패턴 간의 간격은 200~ 4000nm로 형성된 액정 표시 장치.
  8. 제5항에서,
    인접한 상기 배향 패턴 간의 간격은 상기 나선형 구조로 배치된 액정의 한 피치와 동일하게 형성된 액정 표시 장치.
  9. 제8항에서,
    인접한 상기 배향 패턴 간의 간격은 200~ 300nm로 형성된 액정 표시 장치.
  10. 제1항에서,
    상기 배향 패턴은 상기 제1 기판 및 상기 제2 기판의 안쪽 면에 모두 형성되어 있는 액정 표시 장치.
  11. 제10항에서,
    상기 제1 기판 및 상기 제2 기판의 안쪽 면에 형성된 상기 배향 패턴은 상호 대응되는 위치에 형성되어 있는 액정 표시 장치.
  12. 제1 기판 위에 화소 전극을 형성하는 단계,
    상기 화소 전극이 형성된 상기 제1 기판 위에 유기막 및 포토 레지스트를 순서대로 적층하는 단계,
    상기 유기막 및 상기 포토 레지스트를 노광, 현상하여 직선으로 형성된 패턴을 형성하는 단계,
    상기 유기막과 상기 포토 레지스트 패턴의 상부 및 상기 패턴 사이에 형성된 홈을 포함하는 상기 제1 기판의 전면에 패턴막을 형성하는 단계,
    상기 패턴막에서 상기 유기막과 상기 포토 레지스트 패턴에 대응되는 부분을 식각하여 상기 제1 기판에서 돌출된 형태의 배향 패턴 및 배향 홈을 형성하는 단계,
    상기 제1 기판과 마주하는 제2 기판 위에 공통 전극을 형성하는 단계, 및
    상기 제1 기판과 상기 제2 기판 사이에 전압 무인가(off) 상태에서 키랄 네마틱(chiral nematic) 액정 분자가 빛의 진행 방향에 수직한 나선축을 기준으로 일정한 피치(pitch)로 반복적으로 꼬여 있는 나선형 구조로 배치되는 액정을 주입하는 단계를 포함하는 액정 표시 장치의 제조 방법.
  13. 제12항에서,
    상기 배향 패턴은 산화규소(SiOx) 또는 질화규소(SiNx)로 형성하는 액정 표시 장치의 제조 방법.
  14. 제13항에서,
    상기 배향 패턴은 복수 개를 형성하며,
    인접한 상기 배향 패턴 간의 간격은 상기 나선형 구조로 배치된 액정의 한 피치 간격의 배수에 대응되도록 형성하는 액정 표시 장치의 제조 방법.
  15. 제14항에서,
    상기 배향 패턴은 상기 액정이 상기 제1 기판 및 상기 제2 기판의 면에 수직 방향으로 배열된 부분에 대응하도록 형성하는 액정 표시 장치의 제조 방법.
  16. 제15항에서,
    인접한 상기 배향 패턴 간의 간격은 상기 나선형 구조로 배치된 액정의 한 피치 간격과 동일하게 형성하는 액정 표시 장치의 제조 방법.
  17. 제16항에서,
    인접한 상기 배향 패턴 간의 간격은 200~ 300nm로 형성하는 액정 표시 장치의 제조 방법.
  18. 제12항에서,
    상기 제2 기판의 안쪽 면에 상기 제1 기판에 형성한 상기 배향 패턴과 동일한 방법으로 배향 패턴을 형성하는 단계를 더 포함하는 액정 표시 장치의 제조 방법.
  19. 제18항에서,
    상기 제1 기판 및 상기 제2 기판의 상기 배향 패턴은 상호 대응되는 위치에 형성하는 액정 표시 장치의 제조 방법.
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