KR100313951B1 - 멀티도메인 액정표시소자 - Google Patents

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Abstract

본 발명에 따른 멀티도메인 액정표시소자는, 대향하는 제1기판 및 제2기판과, 상기한 제1기판과 제2기판 사이에 형성된 액정층과, 상기한 제1기판 상에 종횡으로 형성되어 화소영역을 정의하는 복수의 게이트배선 및 데이터배선과, 상기한 화소영역 내에 형성된 화소전극과, 상기한 제2기판 상에 형성된 컬러필터층과, 상기한 컬러필터층 상에서 전계유도창을 갖는 오버코트층과, 상기한 오버코트층 상에 형성된 공통전극과, 그리고, 상기한 제1기판 및 제2기판 중 적어도 한 기판 상에 형성된 배향막으로 이루어진다.

Description

멀티도메인 액정표시소자
본 발명은 액정표시소자에 관한 것으로, 특히, 오버코트층에 전계유도창을 형성한 멀티도메인 액정표시소자(multi-domain liquid crystal display device)에 관한 것이다.
최근, 액정을 배향하지 않고, 화소전극과 전기적으로 절연된 보조전극에 의해 액정을 구동하는 액정표시소자가 제안된 바 있다. 도 1a 및 도 1b는 상기한 종래 액정표시소자의 단위화소의 단면도이다.
종래의 액정표시소자는, 제1기판 및 제2기판과, 상기한 제1기판 위에 종횡으로 형성되어 제1기판을 복수의 화소영역으로 나누는 복수의 데이터배선 및 게이트배선과, 제1기판 상의 화소영역 각각에 형성되고 게이트전극, 게이트절연막, 반도체층, 오믹콘택층(Ohmic contact layer) 및 소스/드레인전극으로 구성된 박막트랜지스터(Thin Film Transistor ; TFT)와, 상기한 제1기판 전체에 걸쳐 형성된 보호막과, 상기한 보호막 위에서 드레인전극과 연결되도록 형성된 화소전극(13)과(도 1a), 그리고, 상기한 보호막 위로 화소전극(13) 이외의 영역에 형성된 보조전극(15)으로 이루어진다.(도 1b)
그리고, 상기한 제2기판 위에 상기한 게이트배선, 데이터배선, 및 박막트랜지스터에서 누설되는 빛을 차단하는 차광층(25)과, 상기한 차광층(25) 위에 형성된 컬러필터층(23)과, 상기한 컬러필터층(23) 위에 형성된 오버코트층(31)과, 상기한 오버코트층(31) 위에 형성된 공통전극(17)과, 그리고, 제1기판과 제2기판 사이에 형성된 액정층으로 이루어진다.
화소전극(13)의 둘레에 형성된 보조전극(15)과 공통전극(17)의 오픈영역(27)은 상기한 액정층에 인가되는 전기장을 왜곡시켜 단위 화소 내에서 액정분자를 다양하게 구동시킨다. 이것은 상기한 액정표시소자에 전압을 인가할 때, 왜곡된 전기장에 의한 유전 에너지가 액정 방향자를 원하는 방향으로 위치시킴을 의미한다.
그러나, 상기한 액정표시소자는, 멀티도메인 효과를 얻기 위해 공통전극(17)에 오픈영역(27)이 필요하며, 이를 위해서 액정표시소자의 제조공정 중 공통전극(17)을 패터닝하는 공정이 추가된다. 한편, 상기한 오픈영역이 없거나 그 폭이 작으면 액정의 방향자(director)가 안정한 상태에 이르는 시간은 상대적으로 길어진다는 문제점이 있다.
본 발명은 상기한 종래기술의 문제점을 감안하여 이루어진 것으로, 오버코트층에 전계유도창을 형성하여 전계왜곡효과를 구현한 멀티도메인 액정표시소자를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기한 목적을 달성하기 위해, 본 발명에 따른 멀티도메인 액정표시소자는, 대향하는 제1기판 및 제2기판과, 상기한 제1기판과 제2기판 사이에 형성된 액정층과, 상기한 제1기판 상에 종횡으로 형성되어 화소영역을 정의하는 복수의 게이트배선 및 데이터배선과, 상기한 화소영역 내에 형성된 화소전극과, 상기한 제2기판 상에 형성된 컬러필터층과, 상기한 컬러필터층 상에서 전계유도창을 갖는 오버코트층과, 상기한 오버코트층 상에 형성된 공통전극과, 그리고, 상기한 제1기판 및 제2기판 중 적어도 한 기판 상에 형성된 배향막으로 이루어진다.
상기한 멀티도메인 액정표시소자는, 화소전극 상에 유전체 구조물 또는 보조전극을 추가로 포함하고, 상기한 화소전극은 패터닝되어 형성된다.
상기한 액정층을 구성하는 액정은, 양 또는 음의 유전율 이방성을 가진 액정이다.
도 1은 종래의 액정표시소자의 단면도.
도 2a, 2b, 및 2c는 본 발명의 제1, 제2, 및 제3실시예에 따른 멀티도메인 액정표시소자의 단면도.
도 3은 본 발명의 제1실시예에 따른 멀티도메인 액정표시소자의 평면도.
도 4는 본 발명의 제2실시예에 따른 멀티도메인 액정표시소자의 평면도.
도 5는 본 발명의 제2실시예에 따른 다른 멀티도메인 액정표시소자의 평면도.
도 6은 본 발명의 제2실시예에 따른 다른 멀티도메인 액정표시소자의 평면도.
도 7은 본 발명의 제2실시예에 따른 다른 멀티도메인 액정표시소자의 평면도.
도 8은 본 발명의 제3실시예에 따른 멀티도메인 액정표시소자의 평면도.
도 9는 본 발명의 제3실시예에 따른 다른 멀티도메인 액정표시소자의 평면도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *
13 --------------- 화소전극
15 --------------- 보조전극
17 --------------- 공통전극
19 ------------- 전계유도창
23 ------------- 컬러필터층
25 ----------------- 차광층
27 --------------- 오픈영역
29 ---------- 유전체 구조물
31 ------------- 오버코트층
65 ----- 제1기판의 배향방향
67 ----- 제2기판의 배향방향
이하, 도면을 참조하여 본 발명에 따른 멀티도메인 액정표시소자를 상세하게 설명한다.
도 2a, 2b, 및 2c는 본 발명의 제1, 제2, 및 제3실시예에 따른 멀티도메인 액정표시소자의 단면도이다.
상기한 도면에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 멀티도메인 액정표시소자는, 제1기판 및 제2기판과, 상기한 제1기판 위에 종횡으로 형성되어 제1기판을 복수의 화소영역으로 나누는 복수의 데이터배선 및 게이트배선과, 제1기판 상의 화소영역 각각에 형성되고 게이트전극, 게이트절연막, 반도체층, 오믹콘택층 및 소스/드레인전극으로 구성된 박막트랜지스터와, 상기한 제1기판 전체에 걸쳐 형성된 보호막과, 상기한 보호막 위에서 드레인전극과 연결되도록 형성된 화소전극(13)으로 이루어진다.
그리고, 상기한 제2기판 위에 형성된 컬러필터층(23)과, 상기한 컬러필터층(23) 상에서 전계유도창을 갖도록 형성된 오버코트층(31)과, 상기한 오버코트층(31) 상에 형성된 공통전극(17)과, 그리고, 제1기판과 제2기판 사이에 형성된 액정층으로 이루어진다.
상기한 오버코트층(31)은 상기한 도면에 나타낸 바와 같이, 전계유도창(19)을 패터닝하여 형성하므로써 전계왜곡효과를 유도할 수 있다.
또한, 비록 도면에 나타내진 않았지만, 상기한 화소전극(13)에 슬릿 또는 홀을 형성하여 전계왜곡효과를 증가시킬 수 있다.
본 발명의 변형예로서, 도 2b 및 2c에 나타낸 실시예는, 상기한 제1기판 상의 보호막 위로 화소전극(13) 이외의 영역에 형성된 보조전극(15)을 추가로 구성하거나, 상기한 화소전극(13) 상에 여러 가지 형상의 유전체 구조물(29)을 형성한 것이다.
상기한 구조의 멀티도메인 액정표시소자를 제조하기 위해서는, 우선, 제1기판의 화소영역 각각에 게이트전극, 게이트절연막, 반도체층, 오믹콘택층 및 소스/드레인전극으로 이루어진 박막트랜지스터를 형성한다. 이 때, 제1기판을 복수의 화소영역으로 나누는 복수의 게이트배선 및 데이터배선이 형성된다. 상기한 게이트전극, 게이트/데이터배선은 Al, Mo, Cr, Ta 또는 Al합금 등과 같은 금속을 스퍼터링(sputtering)방법으로 적층한 후 패터닝(patterning)한 후, 그 위에 게이트절연막을 SiNX또는 SiOX를 플라즈마 CVD방법으로 적층한 후 패터닝하여 형성한다. 계속해서, 반도체층 및 오믹콘택층은 각각 a-Si 및 n+a-Si을 플라즈마 CVD(Plasma Chemical Vapor Deposition)방법으로 적층한 후 패터닝하여 형성한다.
이어서, 제1기판 전체에 걸쳐 BCB(BenzoCycloButene), 아크릴수지(acrylic resin), 폴리이미드(polyimide) 화합물, SiNX또는 SiOX등의 물질로 보호막(도면에 나타내지 않음)을 형성하고, ITO(indium tin oxide), Al 또는 Cr 등과 같은 금속을 스퍼터링방법으로 적층한 후 패터닝하여 화소전극을 형성한다. 이 때, 상기한 화소전극(13)은 동일한 금속으로 1회, 또는 서로 다른 종류의 금속으로 2회 패터닝하여 형성한다.
보조전극(15)을 형성하는 경우에는, ITO(indium tin oxide), Al, Mo, Cr, Ta, Ti 또는 Al합금 등과 같은 금속을 스퍼터링(sputtering)방법으로 적층한 후 패터닝(patterning)하여 형성한다. 상기한 보조전극(15)은 상기한 화소전극(13)과 동일 층에 형성하며, 상기한 공통전극(17)과 전기적으로 연결된다. 그리고, 도 4, 5, 6, 및 7에 나타낸 바와 같이, 한 화소에서 데이터 배선 및/또는 게이트 배선 측에 형성할 수 있다.
또한, 유전체 구조물(29)을 형성하는 경우에는, 상기한 화소전극(13) 위에 감광성 물질을 적층한 후, 포토리소그래피로 패터닝하여 여러 가지 형상으로 유전체 구조물(29)을 형성한다. 상기한 유전체 구조물(29)을 구성하는 물질은 상기한 액정층의 유전율과 동일하거나 작은 것이 좋으며, 3이하가 바람직하고, 아크릴(photoacrylate) 또는 BCB(BenzoCycloButene)와 같은 물질을 들 수 있다.
제2기판 상에는 R, G, B(Red, Green, Blue) 소자가 화소마다 반복되도록 컬러필터층(23)을 형성하고, 상기한 컬러필터층(25) 위에 유기물 또는 무기물을 도포하고 포토리소그래피 공정으로 여러 가지 형상의 전계유도창(19)을 가진 오버코트층(31)을 형성한 후, ITO(indium tin oxide), Al 또는 Cr 등과 같은 금속을 스퍼터링방법으로 적층한 후 패터닝하여 공통전극(17)을 형성하고, 제1기판과 제2기판 사이에 액정을 주입하므로써 액정표시소자를 완성한다.
또한, 상기한 전계유도창(19)을 형성할 때, 패턴의 폭이 10㎛ 정도라면, 롤러에 패턴 형상을 형성하고, 오버코트층(31)이 형성된 기판 상에 상기한 롤러를 회전시키므로써, 스탬프(stamp) 방식으로 전사(transcription)하여 전계유도창(19)을 패터닝할 수 있다. 그리고, 전계유도창(19)의 형상은, 도면에 나타낸 바와 같이 가로, 세로, 및 양 대각선으로 길게 패터닝하여 2도메인으로 분할한 효과를 내거나, ×자 형상, ＋자 형상, 및 ×자와 ＋자 형상을 동시에 패터닝하여 4도메인 및 멀티도메인으로 분할한 효과를 구현한다.
이 때, 상기한 공통전극(17)은, 오버코트층(31)의 표면을 따라 형성되므로, 오버코트층(31)의 전계유도창(19)에 의해 전기장 왜곡효과를 크게 하며, 따라서 액정표시소자의 구동 시 액정분자를 안정하게 배향하여 멀티도메인 효과를 증대시킨다.
도 3은 상기한 도 2a에 나타낸 제1실시예의 평면도로서, 여러 가지 형상의 전계유도창(19)을 나타낸다.
도 4, 5, 6, 및 7은 본 발명의 멀티도메인 액정표시소자에 있어서 상기한 도 2b에 나타낸 제2실시예의 평면도로서, 보조전극(15)을 형성하고, 상기한 전계유도창(19)을 여러 가지 형상으로 형성하여, 2도메인 이상의 멀티도메인 효과를 구현한 것을 나타낸다. 상기한 도면 중 도 6 및 7은, 배향방향 및 이웃하는 두 개의 화소를 조합하여 2도메인 이상의 멀티도메인 효과를 구현한 것을 나타낸다.
도 8 및 9는 본 발명의 멀티도메인 액정표시소자에 있어서, 유전체 구조물(29)을 형성하고, 상기한 전계유도창(19)을 여러 가지 형상으로 형성하여, 2도메인 이상의 멀티도메인 효과를 구현한 것을 나타낸다.
추가하여, 본 발명의 멀티도메인 액정표시소자는 상기한 제1기판 및/또는 제2기판 전체에 걸쳐 배향막(도면에 나타내지 않음)을 형성한다. 이 때, 상기한 배향막을 구성하는 배향물질로서는 폴리아미드(polyamide) 또는 폴리이미드(polyimide)계 화합물, PVA(polyvinylalcohol), 폴리아믹산(polyamic acid) 또는 SiO2등의 물질을 사용하며, 러빙법을 사용하여 배향방향을 결정하는 경우, 그 밖의 러빙처리에 적합한 물질이라면 어떤 것이라도 적용 가능하다.
또한, 상기한 배향막을 광반응성이 있는 물질, 즉, PVCN(polyvinylcinnamate), PSCN(polysiloxanecinnamate), 또는 CelCN(cellulosecinnamate)계 화합물 등의 물질로 구성하여 광배향막을 형성할 수 있으며, 그 밖의 광배향처리에 적합한 물질이라면 어떤 것이라도 적용 가능하다. 상기한 광배향막에는 광을 적어도 1회 조사하여, 액정분자의 방향자가 이루는 프리틸트각(pretilt angle) 및 배향방향(alignment direction) 또는 프리틸트방향(pretilt direction)을 동시에 결정한다. 이와 같은, 광배향에 사용되는 광은 자외선 영역의 광이 적합하며, 비편광, 선편광, 및 부분편광된 광 중에서 어떤 광을 사용하여도 무방하다.
그리고, 상기한 러빙법 또는 광배향법은 제1기판 또는 제2기판 중 어느 한 기판에만 적용하거나 양 기판 모두에 처리하여도 되며, 양 기판에 서로 다른 배향처리를 하거나, 배향막만 형성하고 배향처리를 하지 않는 것도 가능하다.
또한, 상기한 배향처리를 함으로써 적어도 두 영역으로 분할된 멀티도메인 액정표시소자를 형성하여, 액정층의 액정분자가 각 영역 상에서 서로 상이하게 배향하도록 할 수 있다. 즉, 각 화소를 ＋자 또는 ×자와 같이 네 영역으로 분할하거나, 가로, 세로 또는 양 대각선으로 분할하고, 각 영역에서와 각 기판에서의 배향처리 또는 배향방향을 다르게 형성하므로써 멀티도메인 효과를 구현한다. 분할된 영역 중 적어도 한 영역을 비배향 영역으로 할 수 있으며, 전 영역을 비배향 영역으로 하는 것도 가능하다.
그리고, 상기한 본 발명의 멀티도메인 액정표시소자는, 액정층을 구성하는 액정분자의 장축이 상기한 제1기판 및 제2기판의 기판 면에 대해 평행하게 배향되는 수평배향(homogeneous alignment), 또는 수직하게 배향되는 수직배향(homeotropic alignment)이 가능하며, 상기한 제1기판 또는 제2기판의 기판 면에 대해 특정한 각을 이루며 배향되는 경사배향(tilted alignment)이나, 트위스트하게 배향되는 트위스트배향(twisted alignment), 제1기판 또는 제2기판 중 어느 한 기판의 기판 면에 대해 수평하게 배향되고 나머지 한 기판의 기판 면에 대해 수직하게 배향되는 하이브리드배향(hybrid alignment) 등 어떤 형태의 배향 및 모드에도 적용이 가능하다는 장점이 있다.
본 발명의 멀티도메인 액정표시소자는 오버코트층에 여러 가지 형상의 전계유도창을 형성하여, 공통전극의 패턴공정을 생략할 수 있으므로 공정을 단순화할 수 있다.
또한, 화소전극에 홀 또는 슬릿을 형성하고, 보조전극 또는 유전체 구조물에 의한 전계왜곡을 유도하므로써, 멀티도메인 효과를 극대화하며, 광시야각을 구현하는 효과가 있다.

Claims (27)

  1. 대향하는 제1기판 및 제2기판과,
    상기한 제1기판과 제2기판 사이에 형성된 액정층과,
    상기한 제1기판 상에 종횡으로 형성되어 화소영역을 정의하는 복수의 게이트배선 및 데이터배선과,
    상기한 화소영역 내에 형성된 화소전극과,
    상기한 제2기판 상에 형성된 컬러필터층과,
    상기한 컬러필터층 상에서 전계유도창을 갖는 오버코트층과,
    상기한 오버코트층 상에 형성된 공통전극과, 그리고,
    상기한 제1기판 및 제2기판 중 적어도 한 기판 상에 형성된 배향막으로 이루어진 멀티도메인 액정표시소자.
  2. 제1항에 있어서, 상기한 오버코트층이, 패터닝되어 형성된 것을 특징으로 하는 멀티도메인 액정표시소자.
  3. 제1항에 있어서, 상기한 오버코트층이, 무기물로 이루어진 것을 특징으로 하는 멀티도메인 액정표시소자.
  4. 제1항에 있어서, 상기한 오버코트층이, 유기물로 이루어진 것을 특징으로 하는 멀티도메인 액정표시소자.
  5. 제1항에 있어서, 상기한 화소전극 상에 유전체 구조물을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 멀티도메인 액정표시소자.
  6. 제5항에 있어서, 상기한 유전체 구조물이, 패터닝되어 형성된 것을 특징으로 하는 멀티도메인 액정표시소자.
  7. 제5항에 있어서, 상기한 유전체 구조물의 유전율이, 상기한 액정층의 유전율 보다 작은 것을 특징으로 하는 멀티도메인 액정표시소자.
  8. 제5항에 있어서, 상기한 유전체 구조물이, 감광성물질로 이루어진 것을 특징으로 하는 멀티도메인 액정표시소자.
  9. 제5항에 있어서, 상기한 유전체 구조물을 구성하는 물질이, 아크릴(photoacrylate) 및 BCB(BenzoCycloButene)으로 이루어진 일군으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 멀티도메인 액정표시소자.
  10. 제1항에 있어서, 상기한 화소전극과 동일 층에 보조전극을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 멀티도메인 액정표시소자.
  11. 제10항에 있어서, 상기한 보조전극이, 상기한 화소전극이 존재하는 영역 이외의 영역에 형성되는 것을 특징으로 하는 멀티도메인 액정표시소자.
  12. 제10항에 있어서, 상기한 보조전극이, 상기한 공통전극과 전기적으로 연결되는 것을 특징으로 하는 멀티도메인 액정표시소자.
  13. 제1항에 있어서, 상기한 화소전극을 구성하는 물질이, ITO(indium tin oxide), Al 및 Cr으로 이루어진 일군으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 멀티도메인 액정표시소자.
  14. 제1항에 있어서, 상기한 화소전극이, 패터닝되어 형성된 것을 특징으로 하는 멀티도메인 액정표시소자.
  15. 제10항에 있어서, 상기한 보조전극을 구성하는 물질이, ITO(indium tin oxide), Al, Mo, Cr, Ta, Ti 및 Al합금으로 이루어진 일군으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 멀티도메인 액정표시소자.
  16. 제1항에 있어서, 상기한 공통전극을 구성하는 물질이, ITO(indium tin oxide)로 이루어진 것을 특징으로 하는 멀티도메인 액정표시소자.
  17. 제1항에 있어서, 상기한 화소영역이, 적어도 두 영역으로 분할되어 상기한 액정층의 액정분자가 각 영역 상에서 서로 상이한 구동 특성을 나타내는 것을 특징으로 하는 멀티도메인 액정표시소자.
  18. 제1항에 있어서, 상기한 배향막이, 적어도 두 영역으로 분할되어 상기한 액정층의 액정분자가 각 영역 상에서 서로 상이한 배향 특성을 나타내는 것을 특징으로 하는 멀티도메인 액정표시소자.
  19. 제18항에 있어서, 상기한 배향막의 영역 중에서 적어도 하나의 영역이, 배향 처리된 것을 특징으로 하는 멀티도메인 액정표시소자.
  20. 제18항에 있어서, 상기한 배향막의 영역 모두가, 배향 처리되지 않은 것을 특징으로 하는 멀티도메인 액정표시소자.
  21. 제18항에 있어서, 상기한 배향막의 영역 중에서 적어도 하나의 영역이, 러빙배향된 것을 특징으로 하는 멀티도메인 액정표시소자.
  22. 제21항에 있어서, 상기한 배향막을 구성하는 물질이, 폴리이미드(polyimide) 및 폴리아미드(polyamide)계 화합물, PVA(polyvinylalcohol), 폴리아믹산(polyamic acid) 및 SiO2로 이루어진 일군으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 멀티도메인 액정표시소자.
  23. 제18항에 있어서, 상기한 배향막의 영역 중에서 적어도 하나의 영역이, 광배향된 것을 특징으로 하는 멀티도메인 액정표시소자.
  24. 제23항에 있어서, 상기한 배향막을 구성하는 물질이, PVCN(polyvinylcinnamate), PSCN(polysiloxanecinnamate), 및 CelCN(cellulosecinnamate)계 화합물로 이루어진 일군으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 멀티도메인 액정표시소자.
  25. 제23항에 있어서, 상기한 광배향에서 사용되는 광이, 자외선 영역의 광인 것을 특징으로 하는 멀티도메인 액정표시소자.
  26. 제23항에 있어서, 상기한 광배향이, 광을 적어도 1회 조사하는 것을 특징으로 하는 멀티도메인 액정표시소자.
  27. 제1항에 있어서, 상기한 액정층을 구성하는 액정이, 양 또는 음의 유전율 이방성을 가진 액정인 것을 특징으로 하는 멀티도메인 액정표시소자.
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