KR100595296B1 - 멀티 도메인 액정표시소자 및 그 제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 응답속도 및 휘도를 개선시킬 수 있는 멀티 도메인 액정표시소자 및 그 제조방법에 관한 것으로, 본 발명의 멀티 도메인 액정표시소자는 제 1 기판과 제 2 기판, 그리고 그 사이에 봉입된 액정을 포함하는 액정표시소자에 있어서, 상기 제 2 기판상에 형성된 복수개의 화소 전극들과, 각 화소 전극의 측면을 따라 형성된 측면 전극들과, 각 화소 전극들의 대각선 방향에 상응하는 제 1 기판상에 형성된 제 1 유전체 구조물과, 각 측면 전극들의 중앙부에 상응하는 제 1 기판상에 형성된 제 2 유전체 구조물들을 포함하여 구성되어 측면 전극의 중앙부에서 강한 전계의 왜곡으로 인하여 액정 분자의 배열 방향이 비정상적으로 변화되는 것을 방지하여 응답속도를 개선할 수 있으며, 휘도를 향상시켜 화질을 개선시킬 수 있다.
멀티 도메인, 액정 분자

Description

멀티 도메인 액정표시소자 및 그 제조방법{Muti domain liquid crystal display device and method for fabricating the same}
도 1은 일반적인 액정표시소자의 구성도
도 2는 종래 기술에 따른 멀티 도메인 액정표시소자의 단면도
도 3은 본 발명의 멀티 도메인 액정표시소자의 평면도
도 4는 도 3의 A-A'선에 따른 단면도
도 5a 내지 5c는 본 발명의 멀티 도메인 액정표시소자 제조방법을 설명하기 위한 공정단면도
도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
41 : 제 1 기판 61 : 제 2 기판
43 : 블랙 매트릭스 45 : 칼라 필터층
47 : 공통 전극 49 : 제 1 유전체 구조물
49a,49b,49c,49d : 제 2 유전체 구조물 65 : 절연막
63 : 측면 전극 67 : 화소 전극
80 : 액정층
본 발명은 액정표시소자에 관한 것으로 특히, 전경(disclination) 영역을 최소화하여 화질을 개선시킬 수 있는 멀티 도메인 액정표시소자 및 그 제조방법에 관한 것이다.
일반적으로 액정표시소자(Liquid Crystal Display Device :LCD)는 크게 제 1 기판(11)과 제 2 기판(21), 그리고 두 기판 사이에 봉입된 액정으로 이루어진다.
즉, 도 1에 도시된 바와 같이, 제 1 기판(11)에는 색상을 표현하기 위한 R, G, B 칼라 필터층(13)이 형성되고, 제 2 기판의 화소영역을 제외한 부분으로 빛이 투과되는 것을 막기 위한 블랙 매트릭스(Black matrix)(15)가 형성되며, 패널에 공통 전압(Vcom)을 인가하는 공통 전극(17)등이 형성된다.
제 2 기판(21)에는 게이트 배선(23)과 데이터 배선(25)이 서로 교차하면서 배치되어 매트릭스 형태의 화소(pixel)영역을 정의한다. 화소영역에는 하나의 박막트랜지스터(Thin Film Transistor : TFT)와 화소 전극이 구비된다.
최근, 액정을 배향하지 않고 화소 전극과 전기적으로 절연된 보조 전극을 이용하여 액정을 구동하는 액정표시소자가 제안된 바 있다. 즉, 도 2에 도시된 바와 같이, 제 1 기판 및 제 2 기판과, 제 1 기판 위에 종횡으로 배치되어 제 1 기판을 복수의 화소영역으로 구분하는 복수의 데이터 배선 및 게이트 배선과, 제 1 기판 상의 화소영역에 형성되고 게이트 전극, 게이트 절연막, 반도체층, 오믹 콘택층 및 소스/드레인 전극으로 구성된 박막 트랜지스터와, 상기 제 1 기판 전체에 걸쳐 형성된 보호막(37)과, 상기 보호막(37) 위에서 드레인 전극과 연결되도록 형성된 화소 전극(13)과, 상기 게이트 절연막 위에서 상기 화소 전극(13)의 일부와 오버랩(overlap)되도록 형성된 보조 전극(21)으로 구성된다.
참고적으로, 도 2는 단위 화소만을 도시한 것이다.
상기 화소 전극(13)의 둘레에 형성된 보조 전극(21)과 상기 공통 전극(17)의 오픈 영역(27)은 액정층에 인가되는 전기장을 왜곡시켜 단위 화소내에서 액정 분자를 다양하게 구동시킨다. 이것은 액정표시소자에 전압을 인가할 때, 왜곡된 전기장에 의한 유전 에너지가 액정 방향자를 원하는 방향으로 위치시킴을 의미한다.
그러나 상기와 같은 종래 액정표시소자는 다음과 같은 문제점이 있었다.
멀티 도메인 효과를 얻기 위해 공통 전극에 오픈 영역이 필요하며, 이를 위해서 액정표시소자의 제조공정 중, 공통 전극을 패터닝하기 위한 추가 공정이 요구된다. 더욱이, 오픈 영역이 없거나 그 폭이 작으면, 도메인 분할에 필요한 전기장의 왜곡 정도가 약하므로, 액정의 방향자(Director)가 안정한 상태에 이르는 시간은 상대적으로 길어진다는 문제점이 있다.
또한, 화소 전극과 보조 전극간의 전계가 강하게 걸림으로써, 휘도가 증가하게 되고, 응답속도가 증가하는 문제점도 발생한다.
본 발명은 상기한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로, 본 발명의 목적은 응답속도 및 휘도를 개선시킬 수 있는 멀티 도메인 액정표시소자 및 그 제조방법을 제공하는데 있다.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 멀티 도메인 액정표시소자는 적어도 하나의 화소 영역을 갖는 제 1 및 제 2 기판과, 상기 제 2 기판의 화소 영역에 형성된 화소 전극과, 상기 화소 전극의 둘레를 감싸도록 상기 제 2 기판의 화소 영역에 형성된 측면 전극과, 상기 화소 전극을 대각선 방향으로 가로지르도록 제 1 기판상에 형성된 제 1 유전체 구조물과, 상기 측면 전극을 이루는 각 변의 중심부를 각각 중첩하도록, 상기 제 1 기판상에 형성된 제 2 유전체 구조물 및 상기 제 1 기판상에 형성된 액정층을 포함하여 구성되고, 본 발명의 멀티 도메인 액정표시소자는 색 표현을 위한 칼라 필터층이 형성된 제 1 기판과, 상기 칼라 필터층을 포함한 상기 제 1 기판의 전면에 형성된 공통 전극과 종횡으로 배치된 게이트 배선 및 데이터 배선 그리고 박막 트랜지스터와 화소 영역이 구비된 제 2 기판과 상기 화소 영역에 형성된 화소 전극과, 화소 전극의 둘레를 감싸도록 상기 화소 전극의 하부에 형성된 측면 전극과, 상기 화소 전극과 측면 전극간에 형성된 절연막과, 화소 전극을 대각선 방향으로 가로지르도록 상기 공통 전극상에 형성된 제 1 유전체 구조물 및 상기 측면 전극을 이루는 각 부분의 중심부를 각각 중첩하고, 상기 공통 전극상에 형성된 제 2 유전체 구조물을 포함하여 구성되고, 본 발명의 멀티 도메인 액정표시소자 제조방법은 일 기판상에 매트릭스 형태의 영역을 정의하는 측면 전극을 형성하는 공정과, 상기 측면 전극을 포함한 일 기판의 전면에 절연막을 형성하는 공정과 상기 매트릭스 형태의 영역에 상응하는 상기 절연막상에 화소 전극을 형성하는 공정과, 상기 일 기판과 대향하는 타 기판상에 블랙 매트릭스 및 칼라 필터층을 형성하는 공정과, 상기 칼라 필터층을 포함한 타 기판의 전면에 공통 전극을 형성하는 공정과, 상기 화소 전극의 대각선 방향에 상응하는 상기 공통 전극상에 제 1 유전체 구조물을 형성하고, 상기 측면 전극의 네 변의 중앙부에 상응하는 상기 공통 전극상에 제 2 유전체 구조물을 형성하는 공정 및 상기 두 기판 사이에 액정을 봉입하는 공정을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
이하, 본 발명에 따른 멀티 도메인 액정표시소자 및 그 제조방법을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명하기로 한다.
먼저, 본 발명의 멀티 도메인 액정표시소자는 측면 전극의 중앙부에서 발생하는 강한 전계 왜곡에 의한 액정 분자의 배열이 비정상적으로 변화하는 것을 방지하는데 그 특징이 있다.
도 3은 본 발명의 멀티 도메인 액정표시소자의 평면도로써, 단위 화소만을 도시한 것이고, 도 4는 도 3의 A-A'선에 따른 단면도이다.
도 3에 도시한 바와 같이, 본 발명의 멀티 도메인 액정표시소자는 화소 전극(67)과, 상기 화소 전극(67)의 측면을 따라 그 하부에 형성되는 측면 전극(63)과, 상기 화소 전극(67)의 대각선 방향으로 형성된 제 1 유전체 구조물(49)과, 상기 측면 전극(63)의 네 변의 중앙부에 상응하는 위치에 형성된 제 2 유전체 구조물(49a,49b,49c,49d)들로 구성된다.
여기서, 상기 측면 전극(63)은 상기 화소 전극(67)의 외곽을 따라 폐루프 형상을 가진다.
즉, 상기 측면 전극(63)은 서로 마주보는 제 1 면 및 제 2 면과, 상기 제 1 면과 제 2 면의 양쪽 끝단을 서로 연결하는 제 3 면 및 제 4 면으로 이루어진다.
한편, 상기 제 1 유전체 구조물(49)과 제 2 유전체 구조물(49a,49b,49c,49d)들은 제 1 기판(41) 상의 공통 전극(47)의 상부에 형성되며, 상기 측면 전극(63)과 화소 전극(67)은 제 2 기판(61) 상에 형성된다.
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즉, 도 4에 도시한 바와 같이, 제 1 기판(41) 상에는 제 2 기판(61)의 화소 전극(67)을 제외한 영역으로 빛이 투과되는 것을 방지하기 위한 블랙 매트릭스(43)와 색상을 표현하기 위한 칼라 필터층(45)이 형성되고, 상기 칼라 필터층(45)상에는 공통 전극(47)이 형성되며, 상기 공통 전극(47)상에는 제 1 유전체 구조물(49)과 제 2 유전체 구조물(49a,49b,49c,49d)들이 형성된다.
제 2 기판(61) 상에는 박막 트랜지스터(도시하지 않음) 및 화소 전극(67)이 형성되고, 상기 화소 전극(67)의 측면을 따라 그 하부에서 절연막(65)을 사이에 두고 측면 전극(63)이 형성된다. 이때, 상기 화소 전극(67)과 측면 전극(63)은 소정 부분 오버랩되거나, 그렇지 않을 수도 있다.
여기서, 상기 박막 트랜지스터는 종횡으로 배치된 게이트 배선과 데이터 배 선의 교차 부위에 형성되며, 상기 화소 전극(67)은 박막 트랜지스터의 드레인 전극과 전기적으로 연결된다.
상기 제 1 유전체 구조물(49)과 제 2 유전체 구조물(49a,49b,49c,49d)들은 동일 물질로 형성하며, 아크릴계 수지(acrylic resin) BCB(Benzocyclobutene) 및 블랙 레진(black resin)을 포함한다.
추가하여, 제 1 기판(41) 또는 제 2 기판(61) 중 적어도 한 기판 상에는 고분자를 연신하여 위상차 필름(도시하지 않음)을 형성할 수도 있다. 상기 위상차 필름은 음성 일축성 필름(negative uniaxial film)으로서 광축이 하나인 일축성 물질이며, 기판에 수직한 방향과 시야각 변화에 따른 방향에서 사용자가 느끼는 시야각을 보상해 준다. 따라서, 계조 반전(Gray inversion)이 없는 영역을 넓히고, 경사 방향에서 콘트라스트비(contrast ratio)를 높이며, 하나의 화소를 멀티 도메인으로 형성하는 것에 의해 더욱 효과적으로 좌,우 방향의 시야각을 보상할 수 있다.
상기한 음성 일축성 필름 이외에 음성 이축성 필름(negative biaxial film)을 형성하여도 되며, 광축이 두 개인 이축성 물질로 구성되는 음성 이축성 필름은 상기한 일축성 필름에 비해 넓은 시야각 특성을 얻을 수 있다.
그리고, 상기 위상차 필름을 형성한 후, 양 기판에는 편광자(도시하지 않음)를 부착하며, 이때, 상기 편광자는 상기한 위상차 필름과 일체로 형성하여 부착할 수 있다.
한편, 제 1 기판(41)과 제 2 기판(61)의 사이에 형성되는 액정으로서는 유전율 이방성을 가진 액정을 사용하며, 카이랄 도펀트를 포함하는 것도 가능하다.
이와 같은 본 발명의 멀티 도메인 액정표시소자는 상기한 제 1 기판 및/또는 제 2 기판(41, 61) 전체에 걸쳐 배향막(도시하지 않음)을 형성할 수도 있다. 상기 배향막은 광반응성이 있는 물질 예컨대, PVCN(polysiloxanecinnamate), CelCN(cellulosecinnamate)계 화합물 등의 물질로 형성할 수 있으며, 그 밖의 광배향처리에 적합한 물질이라면 어떤 것이라도 적용가능하다. 상기 광배향막에는 광을 적어도 1회 조사하여 액정분자의 방향자가 이루는 프리틸트각(pretile angle) 및 배향 방향(alignment direction) 또는 프리틸트 방향(pretilt direction)을 동시에 결정하고, 그로 인한 액정의 배향 안정성을 확보한다. 이와 같은 광 배향에 사용되는 광은 자외선 영역의 광이 적합하며, 비편광, 선편광 및 부분 편광된 광 중에서 어떤 광을 사용하여도 무방하다.
그리고, 상기한 광배향법은 제 1 기판(41) 또는 제 2 기판(61) 중 어느 한 기판에만 작용하거나 두 기판(41, 61) 모두에 적용하여도 되며, 두 기판(41, 61)에 서로 다른 배향 처리를 하거나 배향막만 형성하고 배향처리를 하지 않는 것도 가능하다.
또한, 상기한 배향처리를 함으로써, 적어도 두 영역으로 분할된 멀티 도메인 액정표시소자를 형성하여 액정층의 액정 분자가 각 영역상에서 서로 상이하게 배향하도록 할 수 있다. 즉, +자 또는 X자와 같이 네 영역으로 분할하거나 가로, 세로 또는 양 대각선으로 분할하고, 각 영역에서와 각 기판(41, 61)에서의 배향 처리 및 배향 방향을 다르게 형성하여 멀티 도메인 효과를 구현한다.
이와 같은 본 발명에 따른 멀티 도메인 액정표시소자의 제조방법을 도 5a 내지 5c를 참조하여 설명하기로 한다.
도 5a에 도시한 바와 같이, 제 1 기판(41)상에 블랙 매트릭스(black matrix)(43) 및 칼라 필터층(45)을 형성을 형성한다. 블랙 매트릭스(43)는 크롬(Cr), 산화크롬(CrOX), 질화크롬(CrNX) 중 어느 하나로 형성하거나 크롬과 산화크롬 또는 크롬과 질화크롬의 이중막을 형성하는 것이 가능하다.
이후, 상기 칼라 필터층(45)을 포함한 제 1 기판(41)의 전면에 공통 전극(47)을 형성한 후, 상기 공통 전극(47)상에 제 1 유전체 구조물(49)과 제 2 유전체 구조물(49a,49b,49c,49d)들을 형성한다. 이때, 상기 제 1 유전체 구조물(49)은 제 2 기판(61)에 형성되는 화소 전극(67)을 대각선 방향으로 가로지르는 형태로 형성하며, 상기 제 2 유전체 구조물(49a,49b,49c,49d)들은 상기 화소 전극(67)의 측면을 따라 형성되는 측면 전극(63)의 네 변의 중앙부에 상응하는 위치에 형성한다.
이어, 도 5b에 도시한 바와 같이, 제 2 기판(61)상에는 측면 전극(63)을 형성하고, 상기 측면 전극(63)을 포함한 제 2 기판(61)의 전면에 절연막(65)을 형성한다. 여기서, 상기 측면 전극(63)은 이후에 형성될 화소 전극(67)의 측면을 따라 형성될 수 있도록 패터닝하며, 상기 절연막(65)은 게이트 절연막으로서, 도면에는 도시되지 않았지만, 제 2 기판(61)상에 게이트 배선을 형성한 후, 상기 제 2 기판(61)의 전면에 형성된다.
상기 절연막(65)은 실리콘 질화막 또는 실리콘 산화막으로 이루어지며 개구율 향상을 위해 BCB(Benzocyclobutene), 아크릴 수지(acrylic resin) 또는 폴리이미드(polyimide) 화합물 등으로 형성할 수도 있다.
이후, 상기 절연막(65)상에 화소 전극(67)을 형성한 후, 도 5c에 도시된 바와 같이, 상기 제 1, 제 2 기판(41, 61)을 합착하고 상기 제 1 기판(41)과 제 2 기판(61)과의 사이에 액정층(80)을 형성하면 본 발명에 따른 멀티 도메인 액정표시소자 제조공정이 완료된다. 이때, 상기 화소 전극(67)은 그 측면을 따라 형성된 측면 전극(63)과 소정 부분 오버랩(overlap)되거나 또는 그렇지 않을 수도 있다.
여기서, 도 5a와 5b 중 어느 공정과정을 먼저 진행하여도 무방하며 동시에 진행할 수도 있다.
이와 같은 본 발명의 멀티 도메인 액정표시소자는 측면 전극(63)의 중앙부에서 강한 전계 왜곡으로 인하여 액정 분자들의 배열 방향이 비정상적으로 변화하는 것을 방지하기 위해 상기 중앙부에 상응하는 공통 전극(47)상에 유전체 구조물(제 2 유전체 구조물(49a, 49b, 49c, 49d))들을 형성하여 측면 전극(63)과 화소 전극(67)간의 전계 작용을 약화시킴으로서 해당 도메인내 액정 분자들의 배열 방향을 동일하게 제어한다.
이상 상술한 바와 같이, 본 발명의 멀티 도메인 액정표시소자 및 그 제조방법은 도메인내 액정 분자들의 배열 방향을 조절하기 위한 측면 전극의 중앙부에서 강한 전계 왜곡에 의한 액정 분자들의 변화를 억제할 수 있도록 유전체 구조물을 형성하여 전경(disclination) 영역을 최소화함으로써, 해당 도메인내 액정 분자들의 배열 방향을 균일하게 한다.
따라서, 응답속도를 향상시킬 수 있으며 휘도 향상에 따른 화질을 개선시킬 수 있는 효과가 있다.

Claims (15)

  1. 적어도 하나의 화소 영역을 갖는 제 1 및 제 2 기판;
    상기 제 2 기판의 화소 영역에 형성된 화소 전극;
    상기 화소 전극의 둘레를 감싸도록 상기 제 2 기판의 화소 영역에 형성된 측면 전극;
    상기 화소 전극을 대각선 방향으로 가로지르도록 제 1 기판상에 형성된 제 1 유전체 구조물;
    상기 측면 전극을 이루는 각 변의 중심부를 각각 중첩하도록, 상기 제 1 기판상에 형성된 제 2 유전체 구조물; 및
    상기 제 1 기판상에 형성된 액정층을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 멀티 도메인 액정표시소자.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 측면 전극은 상기 화소 전극의 하부에 형성되는 것을 특징으로 하는 멀티 도메인 액정표시소자.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 측면 전극과 상기 화소 전극의 사이에 게이트 절연막이 더 구비되는 것을 특징으로 하는 멀티 도메인 액정표시소자.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 제 1, 제 2 유전체 구조물의 물질은 아크릴계 수지(acrylic resin) BCB(Benzocyclobutene) 및 블랙 레진(black resin) 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 멀티 도메인 액정표시소자.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 기판상에 칼라 필터층 및 공통 전극이 더 구비되는 것을 특징으로 하는 멀티 도메인 액정표시소자.
  6. 색 표현을 위한 칼라 필터층이 형성된 제 1 기판;
    상기 칼라 필터층을 포함한 상기 제 1 기판의 전면에 형성된 공통 전극;
    종횡으로 배치된 게이트 배선 및 데이터 배선 그리고 박막 트랜지스터와 화소 영역이 구비된 제 2 기판;
    상기 화소 영역에 형성된 화소 전극;
    화소 전극의 둘레를 감싸도록 상기 화소 전극의 하부에 형성된 측면 전극;
    상기 화소 전극과 측면 전극간에 형성된 절연막;
    화소 전극을 대각선 방향으로 가로지르도록 상기 공통 전극상에 형성된 제 1 유전체 구조물; 및
    상기 측면 전극을 이루는 각 부분 변의 중심부를 각각 중첩하고, 상기 공통 전극상에 형성된 제 2 유전체 구조물을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 멀티 도메인 액정표시소자.
  7. 제 6 항에 있어서, 상기 절연막은 게이트 절연막인 것을 특징으로 하는 멀티 도메인 액정표시소자.
  8. 제 7 항에 있어서, 상기 게이트 절연막은 BCB(Benzocyclobutene), 아크릴 수지(acrylic resin) 또는 폴리이미드(polyimide) 화합물 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 멀티 도메인 액정표시소자.
  9. 일 기판상에 매트릭스 형태의 영역을 정의하는 측면 전극을 형성하는 공정;
    상기 측면 전극을 포함한 일 기판의 전면에 절연막을 형성하는 공정;
    상기 매트릭스 형태의 영역에 상응하는 상기 절연막상에 화소 전극을 형성하는 공정;
    상기 일 기판과 대향하는 타 기판상에 블랙 매트릭스 및 칼라 필터층을 형성하는 공정;
    상기 칼라 필터층을 포함한 타 기판의 전면에 공통 전극을 형성하는 공정;
    상기 화소 전극을 대각선 방향으로 가로지르도록 상기 공통 전극상에 제 1 유전체 구조물을 형성하는 공정;
    상기 측면 전극을 이루는 네 변의 각 중앙부에 상응하는 상기 공통 전극상에 제 2 유전체 구조물을구조물을 형성하는 공정; 및
    상기 두 기판 사이에 액정을 봉입하는 공정을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 멀티 도메인 액정표시소자 제조방법.
  10. 제 9 항에 있어서, 상기 일 기판상에 박막 트랜지스터를 형성하는 공정을 더 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 멀티 도메인 액정표시소자 제조방법.
  11. 제 9 항에 있어서, 상기 제 1 유전체 구조물과 상기 제 2 유전체 구조물은 동일 물질로 형성하는 것을 특징으로 하는 멀티 도메인 액정표시소자 제조방법.
  12. 제 1 항에 있어서, 상기 측면 전극은 상기 화소 전극의 외곽을 따라 폐루프 형상을 갖고 형성된 것을 특징으로 하는 멀티 도메인 액정표시소자.
  13. 제 12 항에 있어서, 상기 측면 전극은 서로 마주보는 제 1 면 및 제 2 면과;
    상기 제 1 면 및 제 2 면의 양쪽 끝단을 서로 연결하며 서로 마주보는 제 3 면 및 제 4 면으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 멀티 도메인 액정표시소자.
  14. 제 1 항에 있어서, 상기 화소 전극은 상기 측면 전극과 소정 부분 오버랩되는 것을 특징으로 하는 멀티 도메인 액정표시소자.
  15. 제 9 항에 있어서, 상기 타 기판상에 블랙 매트릭스 및 컬러 필터층을 형성하는 공정을 더 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 멀티 도메인 액정표시소자 제조방법.
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