KR100350822B1 - 액정표시장치및그제조방법 - Google Patents

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KR100350822B1 KR10-1998-0048106A KR19980048106A KR100350822B1 KR 100350822 B1 KR100350822 B1 KR 100350822B1 KR 19980048106 A KR19980048106 A KR 19980048106A KR 100350822 B1 KR100350822 B1 KR 100350822B1
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Abstract

광시야각 대화면의 횡전계 구동에 적합한 액정 패널이 제공된다.
액정 디스플레이는, TFT들이 능동 스위칭 소자들로서 매트릭스형으로 배치되고, 배향막으로 덮인 어레이 기판으로 구성된다. 컬러 필터로서의 대향 기판의 대 향면에는, 차광막과 적색, 녹색, 청색의 색층들이 배치되고, 차광층에 의해 덮인 영역을 제외한 영역은 표시 화소 영역으로 되고, 이때 대향 기판의 표면들의 전부가 배향막으로 덮인다. 표시 화소 영역에서의 셀갭(g)은 셀내의 스페이서들 보다 크게 형성되고, 차광층을 오버랩하는 색층들의 셀갭들은 스페이서들 보다 작게 형성되어 있다. 이들 오버랩 층들의 셀갭들은 스페이서들을 어레이 기판과 가압 상태로 유지하고 있다. 즉, 단차 형상이 적색, 녹색, 청색 층들(R2, G2, B2)과 Rl, R2, R3 로 구성된 차광층들을 갖는 오버랩 색층들간에 형성된다. 이에 의하여, 액정 분자들은 이상 배향되지 않고, 광누설이 회피된다. 동시에 색층들의 돌출을 조절함으로써 IPS형 a-Si TFT 액정 패널 특유의 잔상(after-image)이 제거된다.

Description

액정 표시 장치 및 그 제조방법
(발명의 분야)
본 발명은, 액정 표시 장치(LCD; liquid crystal device))에 관한 것으로서,
상세하게는 넓은 시야각(angle of visibility)을 갖는 액티브 매트릭스형 표시 시스템에 의한 대화면(wide imgae plane) 컬러 LCD 장치에 관한 것이다.
본원은 그 내용이 본원에 포함되어 있는 일본 특허 출원 제9-311782호에 기초한 것이다
(배경기술)
일반적으로, 액정 표시 장치에 있어서, TN(twisted nematic)방식과 STN(super twisted nematic) 방식을 포함하는, 종전계(vertical eletric field)에 의해 액정셀을 구동하는 방식이 현재 가장 널리 사용되고 있다. 그러나, 최근 들어횡전계에 의한 새로운 구동 방식(IPS)이 집중적으로 연구되고 있다.
액정 셀들의 이미지 품질의 관점에서 상기 2개의 구동 방식을 비교하면, 패널 구조에 기인하여, 횡전계 방식으로 양호한 이미지 품질을 얻는 것은 훨씬 더 어렵다. 특히 이미지 품질에 영향을 끼치는 중요한 요인은 셀들의 갭들을 고정된 간격으로 유지하기 위한 스페이서이다.
스페이서는 서로 대향하는 한 쌍의 기판을 고정 간격으로 지지하는 구형 비 즈(spherical beads)의 군(group)이다. 한 쌍의 기판들 중 하나는 구동용 스위칭 소자들로서 TFT들을 이용하는 TFT 어레이 기판(이하, " 어레이 기판" 이라 함)이며, 한 쌍의 기판들 중 다른 하나는 RGB(적녹청)의 3개의 색층들(color layers)이 코팅되는 컬러 필터 기판(이하, 대향 기판이라 함)이다. 표시 패널을 조립할 때, 이 어레이 기판과 대향 기판은 이들 사이에 스페이서들을 배치하여 셀을 형성하도록 접착된다. 스페이서 비즈로서는 디비닐벤젠을 이용한 수지와 같은 탄성 유기 재료들이 일반적으로 사용되고 있다. 실리카계 등의 무기 재료들도 일부는 사용되고 있지만, 감압시에 기포들이 발생하는 경향이 있으므로, 스페이서용 주 재료로는 사용되지 않는다.
광누설에 있어서, 2가지 유형의 액정 패널을 비교하면, 횡전계에 의해 구동되는 패널 쪽이 종전계에 의해 구동되는 패널보다 더 많은 광누설을 일으킨다.
상기 결과에 대한 하나의 이유는, 표시 동작에서의 노멀 구동 방식의 차이에 기초하고 있다. 즉, TN 방식이나 STN 방식 장치들과 같은 종전계에 의해 구동되는 장치들에서는 콘트라스트를 증가하기 위해서는 노멀리 화이트 모드(normally-whitemode)가 우수하지만, 횡전계에 의해 구동되는 장치들에 대해서는 노멀리 블랙 모드 (normally-black mode)를 사용하는 것이 보다 나은 콘트라스트를 위해 유리하다. 따라서 횡전계에 의해 구동되는 액정 표시 장치들이 각각의 셀에 인가되는 전압이 0인 경우 스페이서들 주변에서 광누설을 야기할 가능성이 보다 커진다.
두 번째 이유는 액정의 구동 방향들의 차이에 기초하고 있다. 즉, 종전계에 의해 구동되는 장치에서는, 액정은 한 쌍의 기판들에 대해 수직인 수직 방향으로 구동되지만, 횡전계에 의해 구동될 경우 액정이 수평으로 트위스트된다. 따라서, 전계의 방향, 특히 액정의 깊이 방향으로 액정의 배향 방향에 차이가 발생하고, 횡전계에 의한 스페이서 주변의 이상 배향(anomalous orientation)에 의해 광누설이 야기된다.
또한, 세 번째 이유는 카이랄 결정(chiral crystal)의 존재에 기초하고 있다. TN 및 STN 장치들과 같이 종전계에 의해 구동되는 장치들에 있어서, 한쪽 기판의 러빙(rubbing) 방향은 다른 쪽 기판에 형성된 배향부의 러빙 방향에 대해 90° 또는 270°로 회전되어 있고, 원하는 방향으로 트위스트 배향을 용이하게 하기 위해 액정에 카이랄 재료를 함유시키고 있다. 반대로, 횡전계에 의해 구동되는 장치들의 경우는, 한 쌍의 기판들의 러빙 방향들이 상호 안티 패러렐(anti-parallel) 방향이므로, 액정의 배향이 균일(homogeneous)하여, 액정은 카이랄 재료를 함유하고 있지 않다. 결과, 횡전계에 의해 장치가 구동되는 경우, 액정이 배향에 있어서 높은 자유도를 갖기 때문에, 스페이서들 주변의 액정이 횡전계에 의해 구동될 경우 광 누설을 일으킬 수 있는 이상 배향이 일어나기 쉽다.
스페이서들 주변에 위치하는 액정 분자들은, 셀에 외력이 가해졌을 때 상술한 이상 배향이 일어나기 쉽다. 이는 외력에 의해 구형의 스페이서들 주변에 액정분자들이 배향되기 때문이다.
스페이서에 의한 이미지 품질의 열화를 방지하는 기술적 제안들로 예를 들어 일본 특개평 8-626O6 호 공보에 기재된 액정 표시 패널 및 일본 특개평 7-281195호 공보에 기재된 액정 표시 장치 및 그 제조 방법 등이 있다.
전자의 특허공보의 도 5 에 도시된 것과 같이, 고정 간격들로 유색 투명한 컬러 필터(CF; Color Filter) 층(52)이 배치되고, 그 사이에 흑색의 차광층들(53)이 형성되고, 차광층(53)의 표면에 구형 스페이서들이 산포되어 있다. CF 층(52)과 차광층(53)으로부터 대향 기판(56)까지의 거리가 LC, LB이고, 스페이서(54)의 직경을 D로 한 경우, 액정 패널의 치수 관계는 LC < D < LB 로 된다.
차광층(53)상에 위치하는 스페이서만이 한 쌍의 기판들(51,56)간에 지지된다. 반면에, 컬러 필터(52)상의 스페이서들(54)은, 패널이 직립 자세로 세운 경우 양 기판들간에 액정의 바닥을 향하여 하방으로 떨어지도록 되어 있다, 이것에 의해, 스페이서들(54)이 표시 화소(55)로부터 제거되어 액정의 이상 배향을 방지하여 이미지 품질의 열화를 회피할 수 있다.
이것을 수식을 가지고 해석해 본다. 액정 표시 패널의 표시 셀의 크기는, 통상 100 내지 300 ㎛ 범위내에 있고, 이들 셀들간의 셀갭은 대략 3 내지 6㎛ 이다.
액정 표시 패널을 직립 자세로 세운 경우, 스크린 영역의 상단에 위치하는스페이서가 기판에 맞닿지 않고 스크린의 외부위치로 낙하한다. 이때의 패널의 직립각도 θ는
cosθ= 셀갭/셀들의 크기 = 6/1OO
이다. 상기 식으로부터 86.6°의 θ가 얻어지며, 이는 스페이서를 「점」으로 간주한 경우의 각도에 대응한다.
다음에, 100 ㎛ 두께를 갖는 액정층에서 구형 스페이서들의 침강 속도는, 다음의 스토크스식(Stokes'Equation)으로부터, Rep < 2 를 조건으로 하여 산출할 수 있다.
Vt=(pp-pf)gDp2/l8μ
= 0.4 (㎛/sec)
여기서, pp 는 스페이서의 밀도이고, 그 값은 스페이서가 디비닐벤젠 또는 스티렌 수지와 같은 유기 재료로 만들어진 경우 1,1 내지 1,3 정도이다. pf는 액정의 밀도이며, 그 값은 일반적으로 1.0 내지 1.2 정도이다. μ는 액정의 점도이며, 이는 일반적으로는 15 내지 20 mm2/sec 정도이다.
상기 식에서 pp=1.3, pf=1,0, DP = 6 ㎛, μ=15 mm2/sec 값들로 대체한 경우, 스페이서의 침강속도는 0.4 (㎛/sec) 로 얻어진다, 이 결과는 100 ㎛의 거리를 침강하는데 250 초의 시간이 걸린다는 것을 보여준다. 이러한 침강 속도는 실제 표시 동작에서 그다지 효과적이지 않아 보인다.
한편, 도6에 도시된 바와 같이, 후자의 특개평 7-281195호 공보의 기술은,스페이서들을 사용하지 않고 고정된 값으로 셀들을 유지하는 기술이 제안되어 있다.
이 제안은 TN방식 액정 패널에 관한 것으로서, 어레이 기판(61)상의 TFT(62)에 형성한 블랙 매트릭스(63)에 셀갭들을 형성하기 위해 제 1 돌기부가 장착되어 있다. CF(Color Filters) 형성을 위한 대향 기판(65)에는, 적색 층(66), 녹색 층(67), 청색 층(68)을 적층하여 제 2 돌기부가 형성된다. 제 1 돌기부와 제 2 돌기부는, 예를 들어 셀갭(Ga)의 절반에 대응하는 높이를 가진다. 따라서, 배향막들(70,71)을 충분히 러빙 처리 할 수 있어, TN 액정 분자들(72)을 규칙적인 패턴으로 확실히 정렬시킬 수 있다. 따라서, 스페이서들을 사용할 필요가 없는 액정 패널에 의해, 이상 배향과 광누설을 방지할 수 있다.
이 공보기술에서는, 돌기부의 높이가 5 ㎛ 이상으로 되면, 돌기부에 의해 일부분이 감추어져 액정의 불규칙한 배향을 초래하므로 러빙 처리가 충분하게 이루어지지 않게 된다, 이를 피하기 위해, 돌기들의 높이는 3.8 ㎛ 이하로 한정된다.
횡전계에 의해 구동되는 액정 패널에서, 액정 분자들을 미리 정해진 방향으로 배열시키는 것이 어렵다는 문제 외에, 액정 분자를 미리 정해진 방향으로 구속하기 위한 구속력에 관한 중요한 문제가 있다. 미리 정해진 방향에서의 구속력(이하, 배향 규제력이라 함)이 약한 경우, 다른 픽처 이미지(picture image)로부터 표시 전환 후의 픽처 이미지는 이전 이미지의 잔상을 포함할 것이다. 그러므로, 배향규제력은 이미지 품질에 영향을 준다.
상술한 바와 같이, 횡전계에 의해 구동되는 액정 패널은 해결되어야 할 문제점을 가지고 있다. 반면에, 횡전계에 의해 구동되는 액정 패널은 시야각이 넓은 대화면의 액정 패널이 얻어진다는 이점이 있다.
그래서, 본 발명의 목적은, 고정된 셀갭들을 유지하기 위한 스페이서들의 주변의 광누설을 방지하고, 약한 배향 규제력에 기인하는 잔상들의 발생을 방지하여, 양호한 셀 이미지 품질을 가진, 넓은 시야각 및 대화면을 갖는 액정 표시 장치를 제공하는 것에 있다.
도 la 와 도 Ib 는 본 발명의 액정 표시 패널의 실시예로서의 IPS형 a-Si TFT 액정 패널의 어레이 기판과 대향 기판을 도시하는 평면도,
도 2a 와 도 2b 는 도 la, Ib 의 A-A 선과 B-B 선으로 절단된 도 la, Ib 의 단면도.
도 3은 셀갭과 광누설 스페이서 점유율의 상관 관계를 도시하는 그래프.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 있어서, 돌기부 높이와 잔상 시간(after-image)과 편광 이방성의 상관관계를 도시하는 그래프.
도 5는 종래예로서 도시한 일본 특개평 8-626O6 호 공보 기재의 도면,
도 6은 종래예로서 도시한 일본 특개평 7-281195 호 공보 기재의 도면,
★도면의 주요부분에 대한 부호의 설명★
1 어레이 기판 2 대향 기판
10 게이트 배선(전극) 11 공통 배선(전극)
12 소스 배선(전극) 13 드레인 배선(전극)
14 채널 15 층간 절연막
16 패시베이션 막 17 배향막
19 편광판 20 차광막
21 적색 층 22 녹색 층
23 청색 층 24 오버코트막
25 배향막 26 편광판
30,31 스페이서 g 셀갭
Rl 적색 코너부 Gl 녹색 코너부
Bl 청색 코너부 R2 적색 표시 화소부
G2 녹색 표시 화소부 B2 청색 표시 화소부
(발명의 요약)
본 발명의 액정 표시 패널은,
매트릭스형으로 배치된 스위칭 소자들과 그 최상층 위에 형성된 배향막을 가진 어레이 기판과,
차광막과 색층들(color layers)과, 이들 층의 최상층 위에 배향막을 갖는 대 향 기판으로서, 상기 차광막에 의해 덮이는 영역을 제외한 영역이 표시 영역으로 되는, 대향 기판과,
상기 어레이 기판과 대향 기판 사이에 형성되는 액정층을 포함하는 액정 표시 패널로서,
상기 표시 영역에서의 셀갭이 스페이서의 직경보다 크게 형성되고, 상기 차광막을 덮는 상기 색층 영역에서의 상기 셀갭이 상기 스페이서의 직경보다 작게 형성되며, 그 결과 상기 작은 셀갭에서의 상기 스페이서들은 상기 어레이 기판 사이에서 가압 상태로 유지된다,
이러한 구성에서, 상기 색층은 표시 영역과 상기 색층들간에 셀갭이 형성되도록 상기 표시 영역 위에 돌출되어 형성된다.
또한, 상기 색층 영역은 스트라이프(stripes) 형상으로 형성되며, 대향 기판은 상기 표시 셀 부와 컬러 필터부간에 단차(step)가 형성되도록 형성되고, 상기 컬러필터부 쪽이 표시 셀부보다 높게 형성된다.
한편, 본 발명에 따른 액정 표시 패널의 제조방법은,
스위칭 소자들을 매트릭스형으로 배치하고 스위칭 소자의 최상층에 배향막을 설치하여 어레이 기판을 형성하는 단계와,
차광막과 색층들을 형성하고 색층부 상에 표시 셀부를 형성하며 표시 셀부상에 배향막을 형성하여 대향 기판을 형성하는 단계와,
상기 어레이 기판과 대향 기판 사이에 액정을 삽입하여 형성하는 단계를 포함하며,
상기 대향 기판상의 상기 표시 셀부의 상기 셀갭이 스페이서 직경보다 크고 차광막에 대응하는 색층들의 셀갭이 스페이서보다 작도록 단차가 형성되며, 상기 배향막의 편광 이방성을 규정하도록 상기 보다 높은 표시부와 상기 보다 낮은 색층부간에 높이 차이가 형성된다.
이상의 구성 및 제조 방법으로부터, 표시 셀부의 셀갭이 스페이서의 직경보다, 예를 들면 0.3 ㎛ 만큼 높게 형성하고, 스페이서 주변의 액정 분자들에 이상 배향이 발생하지 않아 광누설을 방지할 수 있다. 또한, 예를 들면 (횡전계에 의해 구동되는) IPS a-Si TFT 액정 표시 패널에서의 배향 규제력에 기인하는 잔상이 방지된다.
발명의 실시예
이하, 본 발명의 실시예에 따른 횡전계 구동형(IPS라 약칭함) 액정 표시패널을 첨부 도면을 참조하여 기술될 것이다.
도 la, 1b는 미리 정해진 간격으로 서로 대향하는 한쌍의 유리 기판들을 도시한다. 도면 la는 스위칭 소자용의 액티브 매트릭스형 TFT들이 형성되는, 어레이 기판(1)의 확대 평면도이다. 도 1b는 컬러 필터들이 형성되는, 어레이 기판(1)에 대한 대향 기판(2)의 확대 평면도를 도시하고 있다. 어레이 기판(1)은 필름 표면(fllm surface)측에서 본 도면이고, 대향 기판(2)은 유리 표면측에서 본 도면이다. 또한 도 2a, 2b 는 도 la, 1b 에서의 A-A 선, B-B 선에서의 단면에 대응하는 도면이다.
횡전계에 의해 구동되는 액정 표시 패널의 TFT 소자들로는 채널 굴입형 비정질 실리콘(a-Si) TFT(channel carved type amorphous silicon(a-Si) TFT)들이 사용되고, 대향 기판(2)으로는 색층들이 스트라이프 형상으로 형성된 것을 사용하고 있다. 이것을 이하, 편의상 IPS 형 a-Si TFT 액정 패널이라 칭한다.
IPS형 a-Si TFT 액정 패널의 제조 방법을 설명한다.
어레이 기판(1)에는, 0.7 mm의 두께를 갖는 무알칼리 유리 기판이 사용되고 있다. 이 어레이 기판(1)상에는, IPS형 TFT들이 형성되어 있다. 이것을 유리 기판측에서 본 TFT의 구조는 다음의 순서대로 형성된다.
어레이 기판(1)의 측면에 금속 크롬 Cr을 패터닝하여 게이트 전극(10)과 공통 전극(11)이 형성된다. 이들 전극들의 두께는 공통적으로 2000 Å이며, 실리콘 질화막의 층간 절연막이 4000 Å의 두께로 형성되어 있다. 층간 절연막상에는 비정질 실리콘(a-Si)에 의한 반도체 막을 4000 Å의 두께로 형성한다.
반도체 막의 침착 후, 그 위에 소스 전극과 드레인 전극이 형성된다. 반도체 막에 에칭을 행하여 채널(14)을 형성하고, a-Si TFT가 형성된다.
실리콘 질화막을 사용하여 보호 절연막(패시베이션 막)(16)을 형성함으로써 상기 처리에 의해 형성된 어레이 기판(1)이 완성된다. 이 어레이 기판(1)의 최상층에는 배향막(17)이 500 Å의 두께로 형성된다.
또, 대향 기판(2)으로는 0.7 mm의 두께를 갖는 무 알칼리 유리가 사용되고, 이 대향 기판의 표면에는 아크릴계 수지에 카본을 분산하여 만들어진 차광막(20)이, 어레이 기판의 게이트 전극(10)과 드레인 전극(13), 그리고 그 주변에 대응하는 미리 정해진 영역에 0.6 ㎛의 두께로 형성된다.
차광막(20)의 형성 후, 색층들을 차광막과 표시 화소 영역(18)의 대응 영역들을 커버하도록 배치한다. 색층들은 적색(Red)층들(21), 녹색(Green)층들(22) 및, 청색(Blue)층들(23)을 포함한다. 이 색층들은 안료 분산형 아크릴계 수지로 형성된다. 각각의 색층들의 두께는, 적색 층(21)이 1.4 ㎛, 녹색 층(22)이 1.3 ㎛, 청색 층(23)이 1.2 ㎛로 규정된다. 또한, 이들 색층들 모두에 오버코트막(24)이 코팅된다. 투명한 아크릴계 수지가 오버코트용으로 사용되고, 그것의 두께는 1.0 ㎛로 규정된다. 또한, 이 오버코트막(24)상에는 배향막(25)이 코팅된다.
어레이 기판(1)과 대향 기판(2)에 각각 적용된 배향막들(17,25)은, 틸트 발현 성분(tilt generating components)이 그것의 주쇄(主鎖;main chain)에 부가된 주쇄형 폴리이미드 막이다, 또한, 이미드화(imidizaion)는 230℃의 온도에서 2시간 동안 수행된다. 폴리이미드막의 배향을 위해 사용한 러빙 포(布;cloth)는 필라멘트 직경 2.5 데니어(denier), 파일(pile) 직경 120 데니어, 파일 길이 1.85 mm를 갖는 24OOO 스트링들/cm2의 레이온계 스트링으로 플록된 플록 패브릭(flocked-fabric)이다. 러빙은, 롤 직경 150 mm, 파일 압입량 0.5 mm, 롤 회전수 1000 rpm, 테이블 속도 10 mm/sec 로 러빙 롤에 의해 수행된다. 어레이 기판에 대한 러빙 방향은 대향 기판의 러빙 방향에 안티 패러렐하도록 설정하였다.
다음으로, 어레이 기판(1)과 대향 기판(2)이 접착되고, 두 기판간의 공간에 액정이 주입되고 밀봉되어 액정층(L)이 형성된다. 카이랄 재료를 함유하지 않은 완전 불소형 네마틱 액정이 이러한 액정 형성을 위해 사용된다. 고정된 셀갭을 유지하기 위하여, 디비닐벤젠계의 스페이서들(30,31)이 설치된다.
어레이 기판(1)과 대향 기판(2) 양자의 셀 주위는 열경화형 밀봉재로 경화시켜 밀봉하고 있다. 에폭시계 밀봉재가 밀봉재로서 사용된다. 밀봉시 열경화 조건은 170℃에서 2시간이다. 500 g/cm2의 압력이 밀봉 동안 패널에 가해진다.
어레이 기판(1) 및 대향 기판(2) 양자의 각각 후면에는 편광판들(19,26)이 배치된다. 편광판들의 패칭 배치(patching disposition)는 노멀리 블랙 모드(normally-black mode)를 실현할 수 있는 방향으로 결정된다.
셀에 형성된 층들의 높이의 합은 다음과 같다. 어레이 기판(1)상에서는 최대두께는 TFT 영역에서 1.4 ㎛이고, 공통 전극(11)과 드레인 전극(13)의 영역에서의 두께는 0.8 ㎛ 이다. 따라서, 표시 화소 영역과 TFT의 가장 두꺼운 영역들간의 두께 차이는 0.6 ㎛가 되도록 설계된다.
대향 기판(2)에서는, 차광막(20)이 적색 층(21)과 오버랩되는 영역(이하, " 적색 코너부" 이라 함)(Rl)의 높이와, 적색표시 화소 영역(R2)과의 높이 차이는 0.6 ㎛ 이다. 마찬가지로, 차광막(20)이 녹색 층(22)과 오버랩되는 영역(이하, " 녹색 코너부" 이라함)(G1)의 높이와, 녹색 표시 화소 영역(G2)의 높이의 차이도 0.6 ㎛이며, 차광막(20)이 청색 층(23)과 오버랩되는 영역(이하, " 청색 코너부"라 함)(Bl)의 높이와, 청색 표시 화소 영역(B2)의 높이의 차이(이하, 청색 돌기부의 높이) 또한 0.6 ㎛이다.
또한, 적색 코너부(Rl), 녹색 코너부(Gl), 청색 코너부(Bl)간의 높이들을 비교하면, 적색 코너부(Rl)가 가장 높고, 녹색 코너부(Gl), 청색 코너부(Bl)의 순서로 높이가 감소한다. 높이의 차이가 각각 0.1 ㎛가 되도록 이들 코너층들이 형성된다.
본 실시예에서는, 스페이서 직경이 5.5 ㎛로 설정되고, 셀내에 산포된 스페이서들의 수를 150개로부터 300 개(pieces)/cm2까지 변화시켜 셀갭(g)이 변화된다. 평가는, 완성한 패널이 중앙과 4개 코너를 포함하는 5 개소에 대해서, 고무로 만든 해머를 사용하여 2.55 kg의 힘으로 각각 20 회 태핑(tapping)한 경우, 스페이서들 주변의 액정의 광누설(이상 배향)의 발생률을 현미경으로 관찰하여 행한다. 패널의전체 면적은 각각의 색에 대해 300 개의 스페이서들로 관측하였다. 셀갭들의 측정은 He-Ne 레이저를 사용하여 실행되고, 빔 직경은 50 ㎛이다. 측정은 세나르몬법(Senarmont method)으로 행하였다.
도 3 에 도시된 바와 같이, 각각의 색층에서의 광누설 발생률은, 셀갭(g)이 5.8 ㎛이상, 즉 셀갭이 스페이서 직경보다 0.3 ㎛ 이상 커졌을 때, 급격하게 감소하여 최소값에 도달한다는 것을 알 수 있다.
상기 결과의 이유는, 대향 기판(2)의 색층 코너층들에 위치한 스페이서들, 즉 차광층에 위치된 스페이서들(31)은 압축되어 변형된 상태로 유지되지만, 적색층에 위치하는 스페이서들의 직경들은 셀갭(g) 보다 작으므로, 이들은 패널에 외력이 가해질때, 패널내를 자유로이 이동할수 있기 때문이다. 따라서, 스페이서들 주변의 액정 분자들이 광 누설을 야기하는 이상 배향하지 않기 때문이다.
한편, 도 4 는, 본 발명의 제 2 실시예를 도시하고 있다. 이 실시예의 셀 구성 및 재료는 차광막의 두께가 0.6으로부터 4.0 ㎛까지 변화되어 돌기부들의 높이가 변화된다는 점을 제외하고는 제 1 실시예와 동일하다.
즉, 셀갭은 기준으로 사용된 적색 표시 셀에 기초하여 전체적으로 6.0 ㎛로설정된다. 셀갭(g)은 패널내의 스페이서들의 수를 조정하고, 밀봉 동안에 패널에 가해지는 압력을 제어하여 제어된다.
도 4는, 돌기부 높이와 잔상 시간과 편광 이방성간의 상관 관계를 도시하는 그래프이다. 잔상은 10 mm 간격들을 갖는 흑백 패턴이 30 초 동안 액정 패널에 표시된 후, 모두 흑색인 패턴으로 전환된 후에, 흑백(black and white) 패턴의 잔류시간을 시각적으로 측정하는 것에 의해 측정된다.
편광 이방성의 측정은, 회전 위상자법(rotary phase-shifter method)(일본 특개평8-4932O호 공보 참조)으로 수행하였다. 측정은 엘립소메트리(ellipsometry)를 사용하여, 러빙 처리에서 러빙되지 않고 남은 그림자 영역으로 되는 부위에서 적색 표시 영역(R2)에 대하여 행하였다. 광원은, He-Ne 레이저, 입사 각도는 50°, 스폿 직경은 30 ㎛ 이다, 또한, 측정은 360°동안 스테이지를 5°씩 회전시켜 72 포인트에 대해 수행된다. 도 4에 도시한 편광 이방성은, 반사광의 위상 성분들의 최대와 최소 값들간의 차이다.
돌기부 높이가 3.3 ㎛ 이하, 편광 이방성이 0.9 이상이라면 잔상은 3초 이하로 되기 때문에, 충분한 배향 규제력이 얻어지는 것을 알 수 있다.
또한, 색층 돌기부를 0.6로부터 4.0 ㎛까지 변화시켜 테스트함으로써, 러빙에 의해 돌기부에 의해 숨겨진 영역에 위치된 액정 분자가 돌기부들의 높이들의 테스트에 대해 미리 정해진 방향으로 배향된다는 것이 확인되었다.
제 2 실시예의 경우와 동일 조건에서, 배향막의 종류를 변경하여 실험 작업이 수행되었다. 이 실험에 사용한 배향막의 종류는 틸트 발현 성분이 측쇄(side chain)에 가해지는 측쇄형 폴리이미드이다.
실험 결과, 돌기부의 높이는 3.3 ㎛이어야 하며, 편광 이방성은 잔상을 3초 이하로 억제하기 위해 1.0 이상이어야 하는 것으로 나타났다. 또한, 이 실험에서, 색층 돌기부에 의해 숨겨진 영역에서 액정 분자가 배향될 수 없게 되는 현상은 돌기들의 임의의 실험 높이에 대해서는 관찰되지 않았다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 액정 표시 패널은 (횡전계에 의해 구동되는) IPS형 a-SiTFT 구동 액정 패널에 적합하며, 표시 셀부의 셀갭이 스페이서들의 직경보다 0.3 ㎛ 이상 크게 형성되어 있으므로, 구형 스페이서들의 주변에서 이상 배향이 발생하지 않아, 광누설이 억지된다. 또한, 색층들의 돌기부의 높이를 규정함으로써, IPS형 a-Si TFT 액정 패널 특유의 배향 규제력에 기인하는 잔상의 발생은 제거될 수 있다. 그로 인하여, 대단히 높은 이미지 품질뿐 아니라 광시야각을 가진 대직경의 액정 표시 패널을 생산할 수 있다.

Claims (11)

  1. 액정 표시 패널에 있어서,
    매트릭스 형으로 배치된 스위칭 소자들과, 그 상측면 전면에 형성된 배향막을 갖는 어레이 기판과,
    비표시 영역을 구성하는 차광막과, 색층과, 이들 층의 상측면 전면에 형성한 배향막을 갖고, 상기 차광막으로 덮인 영역을 제외한 영역을 표시 영역으로 하는 대향 기판과,
    상기 어레이 기판과 상기 대향 기판간의 셀 갭에 주입된 액정층과,
    상기 액정층내에 배합된 구형의 스페이서를 갖고,
    상기 표시 영역의 셀 갭은 상기 스페이서의 직경보다 크게 형성되고, 상기 차광막이 형성된 상기 비표시 영역의 셀 갭은 상기 스페이서의 직경보다 작게 형성됨으로써, 상기 비표시 영역에서는 상기 스페이서가 상기 셀 갭에 압축 고정되는 것에 의해, 화상 표시 시에 상기 표시 영역내의 액정이 특정 방향으로 배향되고, 또한 고각도에 걸쳐 선명한 화상 영역을 얻을 수 있는, 액정 표시 패널.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 색층은 상기 셀갭이 상기 표시 영역과 상기 색층들간에 단차(step)를 형성하도록 상기 표시 영역보다 높게 형성되는, 액정 표시 패널.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 색층 영역은 스트라이프(stripes) 형상으로 형성되어 있는, 액정 표시 패널.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 배향막의 편광 이방성이 미리 정해진 값 이내에 있도록 돌출된 상기 색층의 높이가 결정되어 있는, 액정 표시 패널.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 스페이서들은 상기 표시 영역의 상기 셀갭에서 자유롭게 이동할 수 있는, 액정 표시 패널.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 액정 표시 패널은 액정 분자들을 일정 방향으로 규제하는 규제력(배향 규제력)을 액정에 부여함으로써 액정 분자의 이상 배향을 제거하고 광누설을 제거할 수 있도록 구성되어 있는, 액정 표시 패널.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 어레이 기판은 액티브 매트릭스형 표시 방식으로 동작되도록 박막 트랜지스터(TFT)가 스위칭 소자들로서 배치된 TFT 기판인, 액정 표시 패널.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 TFT 들은 상기 어레이 기판에 형성된 층들의 최상면에 형성되며, 상기 TFT 들과 상기 대향 기판의 색층들의 오목한 영역간에 형성된 상기 셀 갭은 셀내의 상기 스페이서들의 직경들보다 작게 형성되어 있는, 액정 표시 패널.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 액정 표시 패널은 대각으로 14.1 인치 이상의 대형 화면(wide image area)으로 확대될 수 있는, 액정 표시 패널.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 액정 표시 패널은 횡전계로 구동(IPS)될 수 있는, 액정 표시 패널.
  11. 2개의 기판들간에 삽입된 액정들을 포함하는 액정 표시 패널의 제조 방법에 있어서,
    상기 2개의 기판들 중 하나는 매트릭스 형으로 배치된 스위칭 소자들과 최상 층상에 코팅되는 배향막을 갖는 어레이 기판이고, 다른 하나는 차광막에 의해 덮인 영역을 제외하고 색층들에 의해 코팅되는 표시 화소 영역을 갖는 컬러 필터로서의 대향 기판인, 상기 액정 표시 패널의 제조 방법으로서,
    상기 대향 기판상에서, 상기 표시 화소 영역의 셀갭은 셀에 삽입된 스페이서들보다 크게 형성되며, 상기 차광막을 포함하는 상기 색층 영역에서의 상기 셀갭은이 셀갭이 단차 형상으로 형성되도록 스페이서들보다 작게 형성되고, 보다 높은 표시 화소 영역과 보다 낮은 색층간의 높이들의 차이는 상기 배향막의 편광 이방성이 미리 정해진 값이 되도록 결정되는, 액정 표시 패널 제조 방법.
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