KR101157290B1 - 광시야각과 협시야각의 모드전환이 가능한 액정표시장치 및그 제조방법 - Google Patents

광시야각과 협시야각의 모드전환이 가능한 액정표시장치 및그 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 광시야각 모드와 협시야각모드 전환이 가능한 액정표시장치에 관한 것으로, 본 발명에 따른 광시야각과 협시야각 모드 전환이 가능한 액정표시장치는 어레이기판과 컬러필터기판; 상기 어레이기판상에 형성된 제1박막트랜지스터와 제2박막트랜지스터; 상기 제1박막트랜지스터에 접속된 제1화소전극과 상기 제2박막트랜지스터에 접속된 제2화소전극; 상기 컬러필터기판상에 형성된 블랙매트릭스, 컬러필터층 및 공통전극; 및 상기 어레이기판과 컬러필터기판사이에 개재된 액정층;을 포함하여 구성되며, 본 발명에 따른 광시야각 모드와 협시야각 모드 전환이 가능한 액정표시장치 제조방법은, 어레이기판과 컬러필터기판을 제공하는 단계; 상기 어레이기판상에 제1박막트랜지스터와 제2박막트랜지스터을 형성하는 단계; 상기 제1박막트랜지스터에 제1화소전극을 접속시키고, 상기 제2박막트랜지스터에 제2화소전극을 형성하는 단계; 상기 컬러필터기판상에 블랙매트릭스, 컬러필터층 및 공통전극을 형성하는 단계; 및 상기 어레이기판과 컬러필터기판사이에 액정층을 개재시키는 단계;를 포함하여 구성된다.
광시야각, 협시야각, 2-도메인, 그레이 인버젼

Description

광시야각과 협시야각의 모드전환이 가능한 액정표시장치 및 그 제조방법{LIQUID CRYSTAL DISPLAY AND METHOD FOR FABRICATING THE SAME}
도 1은 종래기술에 따른 액정표시장치를 개략적으로 설명하기 위한 단면도.
도 2는 본 발명에 따른 광시야각과 협시야각의 모드전환이 가능한 액정표시장치의 단면도.
도 3은 본 발명에 따른 광시야각과 협시야각의 모드 전환이 가능한 액정표시장치에 있어서, 한 픽셀내의 액정배향을 2-도메인(two-domain)으로 형성한 경우로서, 좌측(a), 우측(b)의 한 픽셀내의 각 서브픽셀의 액정배향 방향을 도시한 개략도.
도 4는 본 발명에 따른 광시야각과 협시야각의 모드 전환이 가능한 액정표시장치에 있어서, 광시야각 구현시의 액정표시장치의 단면도.
도 5는 본 발명에 따른 광시야각과 협시야각의 모드 전환이 가능한 액정표시장치에 있어서, 협시야각 구현시의 액정표시장치의 단면도.
- 도면의 주요부분에 대한 부호설명 - 100 : 액정표시패널 110 : 제1박막트랜지스터 111 : 어레이기판 113 : 게이트전극 115 : 게이트절연막 117 : 반도체층 119 : 소스전극
120 : 제2박막트랜지스터 121 : 소스전극
123 : 제1절연막 125 : 제1화소전극
127 : 제2절연막 141 : 컬러필터기판
143 : 블랙매트릭스 145 : 컬러필터층
147 : 공통전극 151 : 액정층
161 : 제1편광판 163 : 제2편광판
본 발명은 액정표시장치 및 그 제조방 법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 필요에 따라 광시야각모드와 협시야각모드 전환이 가능한 액정표시장치 및 그 제조방법에 관한 것이다.
고화질, 저전력의 평판표시소자(Flat Panel Display Device)로서 주로 액정표시소자가 사용되고 있다.
상기 평판표시소자의 대표적인 액정표시장치는 두장의 기판사이에 액정을 주입하고 기판면에 형성되어 있는 전극에 가해지는 전장의 세기를 조절하여 광투과량을 조절하는 구조로 되어 있으며, 노트북 PC, PDA, 화상전화, TV 및 다양한 휴대용 전자 제품 등의 분야등에서 널리 사용되고 있다.
최근에는 사용자들의 요구가 점점 다양해짐에 따라, 액정표시장치의 대형화 및 고정세화, 과시야각 등이 가능한 다양한 액정모드가 제시되고 있다.
광시야각 특성을 가지는 액정표시장치의 대표적인 예로서, 횡전계 구동방식의 액정표시장치 및 보상필름이 적용된 수직배향(Vertical Alignment; VA) 방식의 액정표시장치를 들 수 있다.
이들중 화소전극과 공통전극이 동일한 기판에 형성되어 있는 횡전계 구동방식의 액정표시장치에서는 화소가 온 상태가 될때 화소전극과 공통전극사이에 기판면에 수평한 전계가 형성되기 때문에 화소의 온, 오프에 따라 액정분자의 장축이 기판면에 평행하게 동작한다.
따라서, 거시적으로 관찰되는 액정의 굴절율이 작아 대비비가 좋고 광시야각에 유리하다.
한편, 수직배향방식의 액정표시장치는 안쪽면에 투명전극이 형성되어 있는 한쌍의 투명기판, 두 기판사이에 주입되어 있으며, 기판면에 수직으로 배향되어 있는 액정물질, 각각의 투명기판의 바깥면에 서로 직교하는 형태로 부착되어 빛을 편광시키는 두장의 편광판으로 구성되며, 보상필름을 편광판안쪽에 부착하여 시야각을 보상하는 방식으로 광시야각을 구현한다.
최근에는 투명전극에 개구패턴을 형성하거나 돌기를 형성하므로써, 러빙을 실시하지 않고 다중 분할되는 모드가 제시되고 있다.
이러한 관점에서, 광시야각을 구현하는 일반적인 액정표시장치에 대해 도 1을 참조하여 설명하면 다음과 같다.
도 1은 종래기술에 따른 액정표시장치를 개략적으로 설명하기 위한 단면도이다.
도 1을 참조하면, 일반적인 액정표시장치는 박막트랜지스터 어레이기판(11)과 컬러필터기판(41)이 대향하여 균일한 간격을 갖도록 합착되며, 그 박막트랜지스터 어레이기판(11)과 컬러필터기판(41)사이에 액정층(51)이 개재된다.
여기서, 상기 박막트랜지스터 어레이기판(11)은 화소들이 매트릭스 형태로 배열되며, 그 단위 화소에는 박막트랜지스터(20), 화소전극(27) 및 커패시터(미도시)가 형성된다. 또한, 상기 박막트랜지터(20)는 어레이기판(11)상에 형성된 게이트전극(13)과, 상기 게이트전극(13)을 포함한 어레이기판(11)상에 형성된 게이트절연막(15)과 반도체층(17) 및 상기 반도체층(17)상에 형성되어 일정간격만큼 이격된 소스/드레인전극(21)(23)으로 구성된다. 그리고, 상기 화소전극(27)은 상기 소스/드레인전극(21)(23)을 포함한 어레이기판(11)전면에 형성된 보호막(25)내에 형성되는 드레인콘택홀(미도시)을 통해 상기 드레인전극(23)과 전기적으로 접속되어 있다.
또한, 상기 컬러필터기판(41)은 상기 화소전극(27)과 함께 상기 액정층(51)에 전계를 인가하는 공통전극(47)과 실제 컬러를 구현하는 RGB 컬러필터(45) 및 블랙매트릭스(43)가 형성되어 있다.
그리고, 상기 박막트랜지스터 어레이기판(11)과 컬러필터기판(41)의 대향면에는 배향막(미도시)이 형성되고, 이 배향막(미도시)표면에는 러빙에 의해 액정이 일정한 방향으로 배열되어 있다.
이때, 액정은 박막트랜지스터 어레이기판(11)의 단위 화소별로 형성된 화소전(27)과 컬러필터기판(41)의 전면에 형성된 공통전극(47)사이에 전계가 인가될 경 우에 유전 이방성에 의해 회전하므로써, 단위화소별로 빛을 통과시키거나 차단시켜 문자나 화상을 표시하게 된다.
한편, 상기 컬러필터기판(41)과 박막트랜지스터 어레이기판(11)에는 각각 제1, 2 편광판(61)(63)이 마련되어 있다. 이때, 이들 편광판(61)(63)은 여러 방향으로 진동하면서 입사되는 자연광을 한쪽 방향으로만 진동하는 빛(즉, 편광)이 되도록 하는 기능을 가지고 있다.
상기와 같이 구성된 일반적인 액정표시장치의 빛의 이동경로를 살펴 보면, 백라이트광원의 빛이 전방위로 흩어져서 발광하게 되고, 발광되어진 빛들은 균일한 휘도 특성을 얻기 위해 몇장의 확산시트(미도시)를 통과하게 된다.
따라서, 액정표시패널로 입사된 빛들은 전방위 방향으로 입사하게 되며, 이로 인해 넓은 시야각에서 화상을 관찰할 수 있게 된다.
일반적인 액정표시장치는 전술한 바와같이 광시야각 모드 지향성을 가지고 연구되고 있으나, 임의의 특수한 경우에는 협시야각모드가 요구될 수도 있다.
그러나, 상기 일반적인 액정표시장치에 의하면, 패널로 입사되는 빛들이 전방위 방향으로 입사하게 되어 이로 인해 넓은 시야각에서 화상을 관찰할 수는 있지만, 협시야각 미 광시야각을 능동적으로 제어하면서 구동할 수는 없는 단점이 있다.
또한, 도면에는 도시하지 않았지만, 필름 타입의 필터 또는 광섬유(optical fiber)를 적용하므로써 시야각을 좁게 할 수 있는 장점은 있으나, 광시야각과 협시야각을 필요에 따라 전환이 불가능하다는 문제와 함께 정면 휘도를 지나치게 감소 시키는 문제가 있다.
이에 본 발명은 상기 종래기술의 제반 문제점을 해결하기 위하여 안출한 것으로서, 필요에 따라 광시야각모드와 협시야각 모드 전환이 가능한 액정표시장치를 제공함에 그 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 광시야각 모드와 협시야각 모드 전환이 가능한 액정표시장치는, 어레이기판과 컬러필터기판; 상기 어레이기판상에 형성된 제1박막트랜지스터와 제2박막트랜지스터; 상기 제1박막트랜지스터에 접속된 제1화소전극과 상기 제2박막트랜지스터에 접속된 제2화소전극; 상기 컬러필터기판상에 형성된 블랙매트릭스, 컬러필터층 및 공통전극; 및 상기 어레이기판과 컬러필터기판사이에 개재된 액정층;을 포함하여 구성되는 것을 특징으로한다.
또한, 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 광시야각 모드와 협시야각 모드 전환이 가능한 액정표시장치 제조방법은, 어레이기판과 컬러필터기판을 제공하는 단계; 상기 어레이기판상에 제1박막트랜지스터와 제2박막트랜지스터을 형성하는 단계; 상기 제1박막트랜지스터에 제1화소전극을 접속시키고, 상기 제2박막트랜지스터에 제2화소전극을 형성하는 단계; 상기 컬러필터기판상에 블랙매트릭스, 컬러필터층 및 공통전극을 형성하는 단계; 및 상기 어레이기판과 컬러필터기판사이에 액정층을 개재시키는 단계;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로한다.
이하, 본 발명에 따른 광시야각 모드와 협시야각 모드 전환이 가능한 액정표 시장치에 대해 도 2 내지 도 5를 참조하여 상세히 설명한다.
도 2는 본 발명에 따른 광시야각과 협시야각의 모드전환이 가능한 액정표시장치의 단면도이다.
도 3은 본 발명에 따른 광시야각과 협시야각의 모드 전환이 가능한 액정표시장치에 있어서, 한 픽셀내의 액정배향을 2-도메인(two-domain)으로 형성한 경우로서, 좌측(a), 우측(b)의 한 픽셀내의 각 서브픽셀의 액정배향 방향을 도시한 개략도이다.
도 4는 본 발명에 따른 광시야각과 협시야각의 모드 전환이 가능한 액정표시장치에 있어서, 광시야각 구현시의 액정표시장치의 단면도이다.
도 5는 본 발명에 따른 광시야각과 협시야각의 모드 전환이 가능한 액정표시장치에 있어서, 협시야각 구현시의 액정표시장치의 단면도이다.
도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 광시야각모드와 협시야각모드로 전환가능한 액정표시장치는 백라이트(미도시)와, 상기 백라이트(미도시)상에 배치되는 액정표시패널(100)를 포함하여 구성된다.
여기서, 상기 액정표시패널(미도시)은 박막트랜지스터 어레이기판(111)과 컬러필터기판(141)이 대향하여 균일한 간격을 갖도록 합착되며, 그 박막트랜지스터 어레이기판(111)과 컬러필터기판(141)사이에 액정층(151)이 개재된다.
또한, 도 2 및 도 4를 참조하면, 상기 박막트랜지스터 어레이기판(111)은 화소들이 매트릭스 형태로 배열되며, 그 단위 화소에는 제1 및 제2 박막트랜지스터 (110)(120), 이들 제1 및 제2 박막트랜지스터(110)(120)각각에 연결된 제1 화소전극(125)(131) 및 커패시터(미도시)가 형성된다. 여기서, 한 픽셀내에 제1화소전극(125)과 제2화소전극(131)이 제2절연막(127)을 사이에 두고 형성되어 있으며, 상기 제1화소전극(125)과 제2화소전극(131)의 면적이 다르게 형성되어 있다. 더우기, 광시야각 및 협시야각 제어를 위해 2개의 제1박막트랜지스터(110)와 제2박막트랜지스터(120)를 사용한다.
그리고, 상기 제1 및 제2 박막트랜지터(110)(120)는 어레이기판(111)상에 형성된 게이트전극(113)과, 상기 게이트전극(113)을 포함한 어레이기판(111)상에 형성된 게이트절연막(115)과 반도체층(117) 및 상기 반도체층(117)상에 형성되어 일정간격만큼 이격된 소스/드레인전극(119)(121)으로 구성된다.
또한, 상기 화소전극(125)(131) 각각은 상기 소스/드레인전극(119)(121)을 포함한 어레이기판(111)전면에 형성된 제1 및 제2 보호막(123)(127)내에 형성되는 드레인콘택홀(미도시)을 통해 상기 드레인전극(123)과 전기적으로 접속되어 있다.
그리고, 상기 컬러필터기판(141)은 상기 화소전극(127)과 함께 상기 액정층 (151)에 전계를 인가하는 공통전극(147)과 실제 컬러를 구현하는 RGB 컬러필터 (145) 및 블랙매트릭스(143)가 형성되어 있다.
또한, 상기 박막트랜지스터 어레이기판(111)과 컬러필터기판(141)의 대향면에는 배향막(미도시)이 형성되고, 이 배향막(미도시)표면에는 러빙에 의해 액정이 일정한 방향으로 배열되어 있다. 이때, 액정은 박막트랜지스터 어레이기판(111)의 단위 화소별로 형성된 제1 및 제2 화소전극(125)(131)과 컬러필터기판(141)의 전면에 형성된 공통전극(147)사이에 전계가 인가될 경우에 유전 이방성에 의해 회전하 므로써, 단위화소별로 빛을 통과시키거나 차단시켜 문자나 화상을 표시하게 된다.
그리고, 상기 컬러필터기판(141)과 박막트랜지스터 어레이기판(111)배면에는 각각 제1, 2 편광판(161)(163)이 마련되어 있다. 이때, 이들 편광판(161)(163)은 여러 방향으로 진동하면서 입사되는 자연광을 한쪽 방향으로만 진동하는 빛(즉, 편광)이 되도록 하는 기능을 가지고 있다.
상기와 같이 구성된 광시야각모드와 협시야각모드의 전환이 가능한 액정표시장치에 있어서, 액정표시장치의 구동원리에 대해 설명하면 다음과 같다.
두개의 제1 및 제2 박막트랜지스터(110)(120)은 동일 화소전압을 받아 액정층(151)에 전달하며, 영역에 따라 절연막에 의해 작은 전압차이가 생겨 두가지의 틸트(tilt)각을 가진 액정층(151)들이 형성된다. 이는 도 3에서와 같이 그레이 인버젼(gray inversion) 및 화이트 인버젼(white inversion)을 개선할 수 있어, 좌, 우 시야각을 넓히게 된다.
또한, 두 영역에 인위적으로 전압을 다르게 설정하여 신호를 인가하는 방법으로도 틸트각(tilt angle)을 조절할 수 있다.
한편, 도 3에서와 같이, 한 픽셀내의 액정배향을 2-도메인(two-domain)으로 형성하는데, 이를 위해 UV배향 또는 이온 빔 배향법을 이용한다.
이와 같이, 액정을 배향하여 도 3에서와 같이, 적용할 경우 좌측(도 3의 a), 우측(도3의 b)의 그레이 인버젼(과잉 dark)을 개선하여 시야각을 향상시킬 수 있다.
또한편, 도 5는 본 발명에 따른 광시야각과 협시야각의 모드 전환이 가능한 액정표시장치에 있어서, 협시야각 구현시의 액정표시장치의 단면도로서, 광시야각모드와 달리, 협시야각 모드의 경우, 실제 화소정보를 주는 전압은 제2박막트랜지스터(120)에만 전달되며, 제1박막트랜지스터(110)는 픽셀 전반에 동일한 화소전위가 인가될 수 있는 보상신호 역할을 하게 된다.
결국, 일반 TN모드 구동과 동일하게 작동하며, 도 3에서 나타낸 바와같이, 좌, 우 시야각 방향에 그레이 인버젼(초과 dark)이 발생하게 되어, 시야각이 좁아지게 된다.
상기에서 설명한 바와같이, 본 발명에 따른 광시야각모드와 협시야각 모드 전환이 가능한 액정표시장치에 의하면, 일반 TN 구동에서 하시야각의 그레이 인버젼을 개선할 수 있는 광학적 보상 멀티 그레이 스케일 구조(optically compensated multi gray scale structure)를 적용하고, 한 픽셀내에 그레이 인버젼이 발생하는 방향을 좌, 우 2 도메인으로 형성될 수 있도록 설계한다.
또한, 광시야각 및 협시야각 전환 구동을 가능케 하기 위해 두개의 박막트랜지스터를 적용한다.
따라서, 시야각 제어층(필름 또는 액정층)을 패널외부에 도입하지 않고 자체 셀내에서 구조적으로 가능케 하므로써 비용측면과 공정측면에서도 매우 유리한 장점을 갖는다.
그러므로, 본 발명에 의하면, 필요에 따라 광시야각 및 협시야각을 효과적으로 제어할 수 있게 된다.
한편, 상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

Claims (11)

  1. 어레이기판과 컬러필터기판;
    상기 어레이기판 상에 복수 개의 단위 화소들이 매트릭스 형태로 배열되며, 상기 단위 화소 각각에 형성되는 제1박막트랜지스터와 제2박막트랜지스터;
    절연막을 사이에 두고 상기 제1박막트랜지스터에 접속된 제1 화소전극과 상기 제2박막트랜지스터에 접속된 제2 화소전극;
    상기 컬러필터기판상에 형성된 블랙매트릭스, 컬러필터층 및 공통전극; 및
    상기 어레이기판과 컬러필터기판사이에 개재된 액정층;을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 광시야각 모드와 협시야각모드 전환이 가능한 액정표시장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 제1화소전극의 면적과 제2화소전극의 면적은 다른 것을 특징으로하는 광시야각 모드와 협시야각모드 전환이 가능한 액정표시장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 어레이기판과 컬러필터기판배면 각각에 편광판이 마련되어 있는 것을 특징으로하는 광시야각 모드와 협시야각모드 전환이 가능한 액정표시장치.
  4. 삭제
  5. 복수 개의 단위화소들이 매트릭스 형태로 배열되는 어레이기판과 컬러필터기판을 제공하는 단계;
    상기 어레이기판상에 배열되는 상기 단위화소들 각각에 제1박막트랜지스터와 제2박막트랜지스터를 형성하는 단계;
    상기 제1 박막트랜지스터와 제2 박막트랜지스터를 포함한 상기 어레이기판 전면에 상기 제1 박막트랜지스터를 노출시키는 제1 보호막을 형성하는 단계;
    상기 제1 보호막 상에 상기 노출된 제1 박막트랜지스터와 접속하는 제1 화소전극을 형성하는 단계;
    상기 제1 화소전극을 포함한 상기 제1 보호막 상부에 제2 보호막을 형성하는 단계;
    상기 제2 보호막 및 제1 보호막에 식각하여 상기 제2 박막트랜지스터를 노출시키는 단계;
    상기 제2 보호막 상에 상기 노출된 제2 박막트랜지스터와 접속하는 제2 화소전극을 형성하는 단계;
    상기 컬러필터기판상에 블랙매트릭스, 컬러필터층 및 공통전극을 형성하는 단계; 및
    상기 어레이기판과 컬러필터기판사이에 액정층을 개재시키는 단계;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로하는 광시야각 모드와 협시야각모드 전환이 가능한 액정표시장치 제조방법.
  6. 제5항에 있어서, 상기 제1화소전극의 면적과 제2화소전극의 면적은 다르게 형성하는 것을 특징으로하는 광시야각 모드와 협시야각모드 전환이 가능한 액정표시장치 제조방법.
  7. 제5항에 있어서, 상기 어레이기판과 컬러필터기판배면 각각에 편광판을 마련하는 것을 특징으로하는 광시야각 모드와 협시야각모드 전환이 가능한 액정표시장치 제조방법.
  8. 삭제
  9. 제5항에 있어서, 상기 어레이기판과 컬러필터기판에 액정을 배향하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로하는 광시야각 모드와 협시야각모드 전환이 가능한 액정표시장치 제조방법.
  10. 제9항에 있어서, 한 픽셀 내의 액정배향은 2-도메인으로 형성하는 것을 특징으로하는 광시야각 모드와 협시야각모드 전환이 가능한 액정표시장치 제조방법.
  11. 제5항에 있어서, 협시야각의 경우 실제 화소정보를 주는 전압은 제2박막트랜지스터에만 전달되고, 제1박막트랜지터는 픽셀 전반에 동일한 화소전위가 인가될 수 있는 보상신호로 이용되는 것을 특징으로하는 광시야각 모드와 협시야각모드 전환이 가능한 액정표시장치 제조방법.
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