KR100483402B1 - 광시야각액정표시장치및그제조방법 - Google Patents

Abstract

액정 표시 장치의 기판에 유기 절연막을 이용한 요철 패턴을 형성하고 이 요철 패턴 위에 화소 전극과 공통 전극을 형성한다. 그러면, 유기 절연막의 요철 패턴에 따라 화소 전극과 공통 전극 역시 요철을 갖는 형태로 형성되고, 두 전극 사이에 전압을 인가하면 두 기판 사이의 등전위면이 요철 패턴을 따라 굴곡 형태로 된다. 비틀린 네마틱 액정 표시 장치의 경우 양의 유전율 이방성을 갖는 액정 물질을 사용하는데, 이 때 액정 분자는 전기장의 방향에 평행하게 배열되려고 하므로 액정 분자의 배열이 요철 패턴을 따라 변하게 된다. 이렇게 되면, 서로 다른 각도에서 볼 경우의 지연값이 거의 차이가 없게 되므로 넓은 시야각을 얻을 수 있다.

Description

광시야각 액정 표시 장치 및 그 제조 방법

이 발명은 광시야각 액정 표시 장치에 관한 것이다.

일반적으로 액정 표시 장치는 두 장의 기판 사이에 액정을 주입하고, 여기에 가하는 전장의 세기를 조절하여 광 투과량을 조절하는 구조로 되어 있다.

비틀린 네마틱(twisted-nematic ; TN) 방식의 액정 표시 장치는, 안쪽면에 투명 전극이 형성되어 있는 한 쌍의 투명 기판, 두 투명 기판 사이의 액정 물질, 각각의 투명 기판의 바깥면에 부착되어 빛을 편광시키는 두 장의 편광판으로 구성된다. 전기장을 인가하지 않은 상태에서는 두 기판 사이에 채워진 액정 분자들이 기판에 평행하며 일정한 피치(pitch)를 가지고 나선상으로 꼬여 있어 액정 분자의 장축의 방향이 연속적으로 변화되는 비틀린 구조를 가진다.

액정은 분자의 장축 방향과 단축 방향으로의 굴절률이 서로 다른 복굴절성을 갖는데, 이 복굴절성에 의해 액정 표시 장치를 보는 위치에 따라 빛이 느끼는 굴절률이 차이가 생기므로 선편광된 빛이 액정을 통과하면서 편광 상태가 바뀌는 비율에 차이가 생겨 정면에서 벗어난 위치에서 볼 때의 빛의 양과 색특성이 정면에서 볼 경우와는 달라진다. 따라서 비틀린 네마틱 구조를 갖는 액정 표시 장치는 시야각에 따라 대비비(contrast ratio)의 변화, 색상 전이(color shift), 계조 반전(gray inversion) 등의 현상이 발생한다.

이러한 문제를 해결하기 위해 화소를 이분할하거나 화소 단위별 러빙을 하여 시야각을 향상시킨 영역 분할 TN(DDTN;domain devided TN) LCD, 2분할 TN(TDTN;two domain TN) LCD 등이 보고되었으나, 1번의 러빙 공정이 추가되는 등 공정이 복잡하고, 어두운 상태의 휘도가 증가하여 대비비가 급격히 감소하는 문제점이 보고되고 있다.

본 발명의 과제는 단순한 공정으로 액정 표시 장치의 시야각을 넓히는 것이다.

위와 같은 과제를 해결하기 위하여 본 발명에서는 액정 표시 장치의 기판에 서로 다른 방향의 경사를 갖는 다수의 경사면을 갖도록 유기 절연막 패턴을 형성하고 그 위에 투명 전극을 형성한다. 이렇게 하면, 화소 전극과 공통 전극이 모두 하부에 형성되어 있는 유기 절연막의 패턴을 따라 경사면을 갖는 형태로 형성된다. 따라서 전압이 인가되는 경우 등전위면 역시 경사면을 갖는 형태로 형성되고, 이에 따라 액정 분자의 배열 방향이 경사면의 경사 방향에 따라 달라지게 되어 서로 다른 각도에서 바라볼 때의 지연값의 차이를 최소화할 수 있다.

서로 다른 방향의 경사를 갖는 경사면을 갖게 하기 위하여 유기 절연막의 패턴은 액정 표시 장치의 두 기판 중 하나에는 반구형의 튀어나온 패턴이 형성되도록 하고, 반대쪽 기판에는 이와 반대로 반구형의 패턴에 대응하는 부분에 반구형의 홈이 생기도록 형성한다.

이 반구형 패턴의 단면을 볼 때 호의 길이는 4 - 15 ㎛ 정도가 되는 것이 적당하고, 반구형 패턴 사이의 간격 역시 4 - 15 ㎛ 가 되는 것이 좋다. 패턴의 경사각은 10 - 70°가 바람직하다.

이 때 패턴은 사진 공정이 가능한 유기 절연막으로 형성할 수 있으며, 그렇지 않을 수도 있다.

이제 본 발명의 실시예에 대하여 첨부한 도면을 참고로 하여 상세히 설명한다.

본 발명의 실시예에 따른 액정 표시 장치의 단면이 도 1에 나타나 있다. 도 1에 나타난 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 액정 표시 장치는 박막 트랜지스터(11)와 화소 전극(15)이 형성되어 있는 하판(10)과 컬러 필터(26)와 블랙 매트릭스(27)가 형성되어 있는 상판(20) 및 두 기판(10, 20) 사이에 주입되어 있는 수직 배향 액정 물질(30)로 이루어진다.

하판(10) 위에는 게이트 전극(111)이 형성되어 있고, 게이트 전극(111) 위에는 서로 다른 방향의 경사를 갖는 다수의 경사면을 갖도록 요철 모양의 패턴이 형성된 유기 절연막(13)이 형성되어 있다. 이 때 유기 절연막(13)은 게이트 절연막으로서의 역할을 하며, 따라서 게이트 전극(111) 상부에는 충분한 절연 특성을 확보할 수 있는 정도의 두께로 형성되어 있다. 이 두께는 0.6 - 1.5 ㎛ 정도가 적당하다.

유기 절연막(13) 위에는 박막 트랜지스터(11)의 활성층인 비정질 규소층(112)이 형성되어 있고, 그 위에 양쪽으로 소스 및 드레인 전극(113, 114)이 형성되어 있다. 소스 전극(113)과 드레인 전극(114)이 형성되어 있는 기판 위에 전면적으로 보호막(14)이 덮여 있다. 이 보호막(14)은 하층의 유기 절연막(13)의 요철 무늬를 따라 동일한 요철 패턴을 이루고 있다. 보호막(14)에는 드레인 전극(114)을 노출시키는 접촉구가 형성되어 있으며, 이 접촉구를 통해 드레인 전극(114)과 접촉되는 ITO 화소 전극(15)이 보호막(14) 위에 형성되어 있다. 화소 전극(15) 역시 하층에 형성되어 있는 패턴을 따라 동일한 모양으로 형성된다.

상판(20)에는 블랙 매트릭스(27)와 컬러 필터(26)가 형성되어 있고, 그 위에 하판(10)에 대응되는 반구형의 홈을 갖는 유기 절연막 패턴(23)이 형성되어 있다. 이 유기 절연막(23) 위에 ITO로 이루어진 공통 전극(25)이 형성되어 있는데, 이 공통 전극(25) 역시 아래층에 형성되어 있는 유기 절연막(23)의 패턴을 따라 동일한 모양으로 형성된다.

이와 같이 두 기판(10, 20)에 유기 절연막을 이용하여 패턴을 형성하고 그 위에 화소 전극(15)과 공통 전극(25)을 형성하면, 두 전극(15, 25)에 전압을 인가할 때 두 전극(15, 25) 사이에 형성되는 전기장의 등전위면 역시 전극(15, 25)의 형태와 같이 서로 다른 방향의 경사를 갖는 다수의 경사면을 갖는 요철 모양으로 형성된다. 도면상에 점선으로 표시된 물결 모양의 곡선이 두 전극(15, 25) 사이에 형성되는 전기장의 등전위면을 나타낸다. 두 기판(10, 20) 사이에 주입되어 있는 수직 배향 액정 물질(30)은 양의 유전율 이방성을 갖고 있어, 전기장의 방향에 대해 평행하게 즉, 등전위면에 대해서는 수직으로 배열되려고 하므로 도 1에 도시한 바와 같이 액정 분자의 배열 방향이 등전위면의 굴곡에 따라 변하게 된다.

따라서 여러 각도에서 액정 표시 장치를 보더라도 빛의 지연(retardation)값이 거의 동일하게 되어 시야각이 넓어진다.

본 발명의 실시예에서는 유기 절연막이 게이트 절연막으로서의 역할을 하게 되므로 따로 게이트 절연막을 형성하지 않았으나, 게이트 전극 위에 질화 규소 등의 무기막으로 게이트 절연막을 형성하고 그 위에 다시 유기 절연막으로 패턴을 형성할 수도 있다.

이제, 본 발명의 실시예에 따른 액정 표시 장치의 액정 표시 장치를 제조하는 방법을 설명한다.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 액정 표시 장치를 제조하기 위하여 사용되는 마스크를 나타낸 것이고, 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 박막 트랜지스터 기판의 유기 절연막 패턴을 나타낸 것이다.

먼저, 도 1에 나타난 바와 같이 게이트 전극(111)이 형성되어 있는 기판(10)에 유기 절연막을 도포한다. 이 때 유기 절연막의 두께는 0.6 - 1.5 ㎛ 정도로 한다. 이 때 사용되는 유기 절연막은 사진 공정이 가능한 재료를 쓸 수도 있고, 그렇지 않을 수도 있다. 예를 들면 Dow Chemical사의 BCB, photo BCB나 JSR사의 Acryl Resine 등을 쓸 수 있다.

다음, 사진 공정이 가능한 유기 절연막을 사용한 경우라면 도 2에 나타난 것과 같은 마스크(40)를 사용하여 노광하고 현상한다. 사진 공정이 가능한 유기 절연막이 아닌 경우에는 유기 절연막(13)의 상부에 포토 레지스트(50)를 한 층 도포한 후 마스크(40)를 사용하여 노광한다. 다음 포토 레지스트를 현상하고, 유기 절연막(13)을 건식 또는 습식 식각한다. 마지막으로 남은 포토 레지스트를 제거한다.

이렇게 하면, 도 1 및 도 3에 도시된 것과 같은 반구형의 튀어나온 부분을 갖는 형태의 패턴(13)이 완성된다. 이 때 형성되는 패턴의 크기는 반구형 패턴의 단면을 볼 때 호의 길이가 4 - 15 ㎛ 정도가 되는 것이 적당하고, 반구형 패턴 사이의 간격 역시 4 - 15 ㎛ 가 되는 것이 좋다.

유기 절연막의 경우는 노광 및 현상시 해상력(resolution)이 떨어지므로 패턴의 경계면에서 계단 모양의 경사를 이루지 않고 곡선으로 형성된다. 이 경사 각도를 조절하기 위해서는 노광 시간을 적절히 조절한다. 이 때 형성되는 패턴의 경사 각도는 10 - 70°가 적당하다.

유기 절연막 패턴(13)을 형성한 후에, 게이트 전극(111) 상부의 유기 절연막(13) 위에 박막 트랜지스터의 활성층인 비정질 규소층(112)을 형성한다. 그리고, 비정질 규소층(112)의 상부에 게이트 전극(111)을 중심으로 양쪽으로 소스 전극(113)과 드레인 전극(114)을 형성한다. 소스 전극(113)과 드레인 전극(114)이 형성된 기판 위에 전면적으로 보호막(14)을 형성하고, 드레인 전극(114) 상부의 보호막(14)에는 드레인 전극(114)을 노출시키는 접촉구를 형성한다. 보호막(14)은 아래층에 형성되어 있는 유기 절연막의 패턴을 따라 요철 형태로 형성된다. 마지막으로 보호막(14) 위에 ITO 등의 투명 도전 물질로 이루어진 화소 전극(15)을 형성한다. 이 화소 전극(15) 역시 그 아래층의 유기 절연막(13)과 보호막(14)의 패턴과 동일하게 서로 다른 방향의 경사를 갖는 경사면을 다수 갖는 요철 모양으로 형성된다.

다음, 컬러 필터 기판의 유기 절연막 패턴을 형성하기 위하여, 도 1에 나타난 바와 같이 블랙 매트릭스(27)와 컬러 필터(26)가 형성되어 있는 기판(20) 위에 유기 절연막을 도포한다. 이 때 사용되는 유기 절연막의 재료 및 유기 절연막의 두께는 상기한 박막 트랜지스터 기판을 제조하는 경우와 유사하다.

그리고, 박막 트랜지스터 기판과 반대로 반구형의 홈을 갖는 유기 절연막 패턴(23)을 형성하기 위하여, 도 2에 나타난 것과 반대의 마스크를 사용하여 노광하고 현상한다. 이 때 형성되는 패턴의 크기와 간격, 경사 각도 등은 박막 트랜지스터 기판을 형성할 때의 경우와 유사하다.

이 유기 절연막(23) 위에 화소 전극과 유사하게 ITO 등의 투명 도전 물질로 이루어진 공통 전극(25)을 형성한다. 이 때 형성되는 공통 전극(25) 역시 그 아래층의 유기 절연막(23)의 패턴과 동일하게 서로 다른 방향의 경사를 갖는 경사면을 다수 갖는 요철 모양으로 형성된다.

본 발명의 실시예에서는 아래쪽 기판인 박막 트랜지스터 기판에 반구형의 튀어나온 패턴을 형성하고, 반대쪽 컬러 필터 기판에는 반대로 반구형의 홈을 형성하였는데 이와는 달리 박막 트랜지스터 기판에 홈을 형성하고, 컬러 필터 기판에 튀어나온 패턴을 형성하더라도 관계없다.

또한 게이트 절연막은 무기 또는 유기 절연막을 이용하여 형성하고, 박막 트랜지스터의 소스 전극 및 드레인 전극 위에 형성되는 보호막을 유기 절연막으로 형성하고 이 유기 절연막을 요철 형태로 패터닝하여 그 위에 화소 전극을 형성할 수도 있다.

본 발명의 실시예에서는 양의 유전율 이방성을 갖는 액정 물질을 사용하는 비틀린 네마틱 액정 표시 장치의 경우만을 설명하였지만, 음의 유전율 이방성을 갖는 액정 물질과 수직 배향막을 사용하는 수직 배향 비틀린 네마틱(VATN ; vertically aligned twisted nematic) 액정 표시 장치의 경우도 본 발명의 실시예와 유사한 패턴을 사용하여 광시야각을 실현할 수 있다.

이와 같이 액정 표시 장치의 기판에 유기 절연막을 이용한 요철 패턴을 형성하고 요철 패턴 위에 투명 전극을 형성하여 두 기판 사이의 등전위면이 요철 패턴을 따라 굴곡이 생기도록 함으로써 액정 분자의 배열 방향을 다양하게 하여 액정 표시 장치의 시야각을 넓힐 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 액정 표시 장치의 단면도이고,

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 액정 표시 장치를 제조하기 위하여 사용되는 마스크를 나타낸 것이고,

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 박막 트랜지스터 기판의 유기 절연막 패턴을 나타낸 것이다.

Claims (12)

1. 서로 마주 보고 있는 제1 기판 및 제2 기판,

   상기 제1 및 제2 기판 사이에 주입되어 있는 액정 물질,

   상기 제1 및 제2 기판 위에 각각 형성되어 있으며 서로 다른 방향의 경사를 갖는 다수의 경사면을 갖는 제1 및 제2 투명 전극을 포함하며,

   상기 제1 및 제2 투명 전극 중 하나는 반구형으로 튀어나온 부분을 갖는 액정 표시 장치.
2. 제1항에서,

   상기 제1 기판과 상기 제1 투명 전극 사이 및 상기 제2 기판과 상기 제2 투명 전극 사이에 각각 형성되어 있으며 서로 다른 방향의 경사를 갖는 다수의 경사면을 갖는 제1 및 제2 유기 절연막을 더 포함하는 액정 표시 장치.
3. 제2항에서,

   상기 제1 또는 제2 유기 절연막 중 하나는 반구형으로 튀어나온 부분을 갖는 액정 표시 장치.
4. 제3항에서,

   상기 제1 또는 제2 유기 절연막 중 다른 하나는 상기 반구형으로 튀어나온 부분에 대응되는 위치에 형성되어 있는 반구형의 홈을 갖는 액정 표시 장치.
5. 제4항에서,

   상기 반구형으로 튀어나온 부분 및 상기 반구형의 홈의 가운데를 세로로 자른 단면의 호의 길이는 5 - 14 ㎛ 인 액정 표시 장치.
6. 제5항에서,

   상기 반구형으로 튀어나온 부분 및 상기 반구형의 홈의 가장자리의 경사각은 10 - 70°인 액정 표시 장치.
7. 제2항에서,

   상기 유기 절연막은 사진 공정이 가능한 재료로 이루어진 액정 표시 장치.
8. 액정 표시 장치용 기판 위에 유기 절연막을 도포하는 단계,

   상기 유기 절연막을 다수의 요철을 가진 형태로 패터닝하는 단계,

   상기 유기 절연막 위에 투명 전극을 형성하는 단계를 포함하며,

   상기 유기 절연막을 패터닝하는 단계는 상기 유기 절연막에 반구형으로 튀어나온 부분을 형성하는 단계인 액정 표시 장치의 제조 방법.
9. 제8항에서,

   상기 유기 절연막을 패터닝하는 단계는 상기 유기 절연막에 반구형의 홈을 형성하는 단계인 액정 표시 장치의 제조 방법.
10. 제8항 또는 제9항에서,

    상기 유기 절연막은 사진 공정이 가능한 재료로 형성하는 액정 표시 장치의 제조 방법.
11. 제8항 또는 제9항에서,

    상기 반구형으로 튀어나온 부분 또는 상기 반구형의 홈의 가운데를 세로로 자른 단면의 호의 길이는 5 - 14 ㎛ 로 형성하는 액정 표시 장치의 제조 방법.
12. 제11항에서,

    상기 반구형으로 튀어나온 부분 및 상기 반구형의 홈의 가장자리의 경사각은 10 - 70°로 형성하는 액정 표시 장치의 제조 방법.

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