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KR100438164B1 - 액정표시장치 및 그 제조방법 - Google Patents

액정표시장치 및 그 제조방법 Download PDF

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KR100438164B1
KR100438164B1 KR10-2001-0074586A KR20010074586A KR100438164B1 KR 100438164 B1 KR100438164 B1 KR 100438164B1 KR 20010074586 A KR20010074586 A KR 20010074586A KR 100438164 B1 KR100438164 B1 KR 100438164B1
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와타나베노리코
미즈시마시게아키
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샤프 가부시키가이샤
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Abstract

액정표시장치는 1쌍의 기판 및 상기 1쌍의 기판에 의해 개재되는 부 유전율 이방성을 갖는 액정층을 포함한다. 상기 기판쌍 각각에 전극들이 제공되며, 각각의 화소는 상기 기판쌍 중 1개에 있는 전극과 상기 기판쌍 중 다른 1개에 있는 대응 전극에 의해 정의된다. 상기 기판쌍 중 적어도 1개에 제공되는 각각의 전극은 기판표면에 거의 수직인 방향과는 다른 방향을 향하며 서로 인접한 적어도 제1 및 제2 경사면을 갖는다. 상기 전극의 경사면들을 매립하여 상기 기판쌍 중 적어도 1개의 평탄면을 형성하도록 상기 기판쌍 중 적어도 1개에 제공되는 전극들의 액정분자측에 절연막이 제공된다.

Description

액정표시장치 및 그 제조방법{LIQUID CRYSTAL DISPLAY APPARATUS AND PRODUCTION METHOD OF SAME}
본 발명은 광폭의 시야각(viewing angle)을 제공하는 수직배향모드에서 배향분할이 이용되는 액정표시장치 및 상기 액정표시장치의 제조방법에 관한 것이다.
최근, 개인용 컴퓨터와 같은 사무자동화 장치가 점점 휴대용으로 되어감에 따라, 평판표시장치에 대한 수요가 증가하고 있다. 상기 표시장치의 원가를 줄이고자하는 노력이 계속되어 왔다. 평판표시장치의 예로서는 액정표시장치(이하 LCD로도 호칭됨), 전계발광 표시장치, 플라즈마 표시장치 및 일렉트로크로믹 (electrochromic) 표시장치 등이 있다. LCD에서, 전파매질(즉 액정)은 전극이 제공되는 1쌍의 기판 사이에 개재된다. 상기 기판간에 전압을 인가하여 매질의 전기광학적 특성을 제어함으로써 표시가 행해진다. LCD는 저소비전력으로 표시될 수 있으므로 보다 널리 사용되어 왔다.
이하, LCD의 표시모드 및 구동방법을 설명한다. 수퍼 트위스티드 네마틱 (super twisted nematic)(STN) 액정을 이용하는 패시브(passive) 매트릭스 LCD는 저가로 제조될 수 있다. 그러나, 패시브 매트릭스 LCD에 대해, 고해상도, 높은 콘트라스트, 복수 계조(복수색 또는 풀 칼라(fool color)) 및 광폭의 시야각을 달성하기는 어렵다.
패시브 매트릭스 LCD의 단점을 극복하기 위해, 주사전극의 수를 증가시킬 수있도록 각각의 화소에 대해 스위칭 소자(능동소자)가 제공되는 액티브 매트릭스 LCD가 제안되어 왔다. 상기 LCD는 해상도, 콘트라스트, 계조수 및 시야각이 점점 증가하고 있다. 액티브 매트릭스 LCD에서, 1개의 매트릭스에 구성된 각각의 화소전극은 능동소자를 통해 상기 화소 근처를 지나는 주사선에 전기적으로 접속된다. 능동소자의 예는 2단자 비선형 소자 및 3단자 비선형 소자를 포함한다. 3단자 소자인 박막트랜지스터(TFT)는 액티브 매트릭스 LCD에서 현재 사용되는 대표적인 능동소자이다.
이하, 종래 LCD의 구성을 설명한다. 예컨대, 부 유전율 이방성(negative dielectric anisotropy)을 갖는 네마틱 액정 및 수직배향막을 포함하는 전압제어 복굴절 LCD(이하 "수직배향 LCD"로 호칭함)를 설명한다. 상기 유형의 LCD에서, 액정의 투과율은 액정분자의 장축과 단축간의 굴절율 차(복굴절)를 이용하여 제어된다.
수직배향 LCD에서, 수직배향막은 액정층의 반대측에 제공되는 전극간의 인가전압이 없는 경우 각각의 액정분자의 장축방향이 기판표면에 거의 수직인 방향이 되도록 액정분자를 구성하는데 사용된다. 따라서, 서로 직교하도록 구성된 1쌍의 편광판 중 1개를 통과한 편광된 입사광은 복굴절로 인한 타원편광 없이 액정층을 통과하고, 따라서 다른 편광판을 통과할 수 없다. 이때, LCD는 흑표시 상태에 있다. 액정층의 반대측에 제공된 전극간에 인가전압이 있을 경우, 액정분자의 장축은 인가전압에 응답하여 기판표면을 향하여 경사진다. 따라서, 직교하도록 구성된 1쌍의 편광판 중 1개를 통과한 편광된 입사광은 액정층에서의 복굴절로 인해 타원편광된다. 액정에서의 정상적인 광성분과 이상적인 광성분간의 위상속도차(지연)가 액정층에서의 전계강도를 조정함으로써 제어되는 경우, 다른 편광판로부터 나오는 빛의 투과율은 임의로 변경될 수 있다. 이때, 인가된 전압이 0부터 증가됨에 따라, 표시는 흑에서 백으로 변경된다.
도13은 종래의 LCD의 개략적인 구성을 나타내는 단면도이다. 상기 LCD는 소자기판(54) 및 대향기판(53)을 포함한다. 상기 기판(54)에서, TFT와 같은 3단자 비선형 소자(42) 및 소자(42)의 드레인에 접속된 ITO(Indium Tin Oxide) 등으로 구성된 화소전극(44)이 유리기판(41)에 제공된다. 상기 대향기판(53)에서, ITO 등으로 구성된 대향전극(48) 및 색 필터(47)는 유리기판(46)에 제공된다. 각각의 기판(53,54)은 액정분자를 정렬하기 위해 그 내면에 제공되는 수직배향막(49)을 더 포함한다. 부 유전율 이방성을 가지는 액정층(50)은 상기 수직배향막(49) 사이에 개재된다. 또한, 편광판(51,52)들은 기판(53,54)의 외면에 각각 제공된다.
도14a 및 14c는 종래 LCD에서 액정분자의 배향을 설명하기 위한 단면도이다. 도14a에 도시된 바와 같이, 상기 LCD에서 액정층(50) 내의 액정분자(55)는 인가전압이 없을 때 기판(53,54)에 거의 수직인 방향을 향한다. 상기 액정분자(55)들은 소정치의 인가전압이 있을 때 기판(53,54)에 거의 평행인 방향을 향한다. 도14b에 도시된 바와 같이, 상기 소정치보다 작은 값을 가지는 전압이 액정층(50)간에 인가되는 경우, 상기 액정분자(55)들은 기판(53,54)에 대해 경사진 방향을 향한다. 따라서, 액정층(50)에서 빛의 회전 또는 복굴절은 인가전압을 변경함으로써 제어될 수 있고, 이로써 빛의 투과율은 임의로 변경될 수 있으며 따라서 화상이 생성될 수있다. 즉, 액정분자들의 배향은 지연(retardation)을 제어하도록 변경되며, 이로써 투과된 빛의 강도가 조절된다. 이때, 도14c에 도시된 바와 같이, 기판(53,54)에 거의 수직인 전기력선(56)이 기판(53,54) 사이에서 발생된다.
종래, 상기 유형의 LCD에서, 액정분자의 방향을 조정하도록 기판(53,54)상에 돌출부가 제공될 수 있다(상기 돌출부는 도메인 규제수단으로 호칭된다).
예컨대, 일본 공개특허공보 제90-191914호 공보는 도15a 및 17b에 도시된 바와 같은 액정 전기광학 장치를 개시한다. 도15a 내지 17b는 인가전압이 있을 때 액정분자들의 배향을 설명하기 위한 도면이다. 도16은 일반적인 LCD 기판상의 소자의 구성을 나타내는 평면도이다. 도15a를 참조하면, 상기 액정 전기광학 장치는 대향기판(113), 소자기판(114) 및 액정층(110)을 포함한다. 상기 소자기판(114)은 유리기판(101), 경사진 돌출부(103), 화소전극(104) 및 외곽층(105)을 포함한다. 상기 돌출부(103)는 거의 동일한 방향으로(도면에서 우측으로) 경사진다. 화소전극(104)은 상기 돌출부(103)에 제공되며, 따라서 상기 화소전극(104)도 역시 거의 동일한 방향으로 경사진다. 따라서, 도15c에 도시된 바와 같이, 소자기판(114) 근처의 모든 전기력선(116)은 동일한 경사 방향을 갖는다. 상기 구성으로, 도15b에 도시된 바와 같이, 액정층(110)의 액정분자(115)들이 소자기판(114)에 거의 평행이 되도록 하는 소정 전압보다 작은 전압이 대향기판(113)상의 대향전극(도시 안됨)과 화소전극(104) 사이에 인가될 때, 액정분자(115)는 거의 동일한 방향으로 향할 수 있다. 소자기판(114)의 표면은 화소전극(104)에 제공된 외곽층(105)과 평면이 되도록 할 수 있다. 그러나, 이때 액정층분자(115)들은 거의 동일한 방향으로 경사를 이루므로, 관찰자가 표시화면을 보는 시각에 따라 지연은 상대적으로 변한다. 즉, 투과된 빛의 강도 또는 색상은 시각에 따라 변하고, 따라서 소위 시각 의존성 문제가 남는다.
또한, 액정 전기광학 장치에서, 도16에 도시된 바와 같이, 소스선(117) 및 게이트선(118)과 같은 버스선(전극선)이 화소전극(104) 근처에 제공된다. 버스선(117,118)과 화소전극(104) 사이에서 전계가 형성된다. 그 결과, 도16의 G-G'선에 따른 단면도인 도17a에 도시된 바와 같이, 모든 전기력선(116)이 단일의 소정 방향으로 경사지는 것은 아니다. 따라서, 도17b에 도시된 바와 같이, 화소전극(104) 표면의 액정분자(115)들은 균일한 방향을 향하지 않고, 따라서 특히 화소전극(104) 단부의 근처에서 불규칙적인 배향이 발생함은 용이하게 추정될 수 있다.
한편, 도18a에 도시된 돌출부(67)는 전극을 포함하는 소자기판(64)에 제공될 수 있다. 수직배향막은 돌출부(67)에 도포된다. 액정층(60)에서의 액정분자(65)들은 소자기판(64)상의 돌출부(67)의 경사면을 이용함으로써 소정 방향으로 경사지며, 이로써 액정분자(65)들의 방향이 조정된다. 그러나, 이때 소자기판(64)과 대향기판(63)간의 거리, 즉 화소전극간의 액정층(60)의 일부의 두께는 균일하지 않다.
일본국 공개특허공보 제99-242225호 및 제95-199193호 공보는 다른 유형의 LCD를 개시한다. 도18b에 도시된 바와 같이, 돌출부(77,78)는 지그재그형으로 기판(74,73)에 각각에 제공된다. 기판(74)에 제공된 돌출부(77) 표면과 기판(73)에 제공된 돌출부(78) 표면상의 액정분자(75)들은 돌출부(77,78)의 경사면을 이용함으로써 소정 방향으로 경사지며, 이에 의해 액정층(70)에서의 액정분자(75)들의 방향은 정밀하게 조정된다. 그러나, 이때 기판(73,74)상의 돌출부(77,78)를 등간격의 지그재그형으로 배열하기 위해서는 기판(73,74)들은 고도로 정밀하게 서로 부착되어야 한다.
일본국 공개특허공보 제94-194656호 공보는 또 다른 유형의 LCD를 개시한다. 여기서, 도18c에 도시된 바와 같이 홈부(89,90)가 각각의 기판(94,93)상의 화소전극(84)과 대향전극(88)에 지그재그형으로 각각 제공된다. 전기력선(86)은 기판(94,93) 표면의 홈부(89,90)의 근처에서 휘어지며, 이에 의해 액정층(80)에서의 액정분자(85)들의 배향이 조정된다. 그러나, 상기의 경우에도 또한 액정을 개재시키는 기판(93,94)간의 거리는 균일하지 않으며 기판(93,94)들은 고도의 정밀도로 부착되어야 한다.
전술한 바와 같이, LCD에서, 액정층에서의 빛의 회전 또는 복굴절은 인가전압을 변경함으로써 조절될 수 있으며, 이에 의해 빛의 투과율은 임으로 변경될 수 있고, 따라서 의도된 화상을 생성할 수 있다. 즉, 액정분자들의 방향은 지연을 제어하도록 변경되며, 이로써 투과된 빛의 강도를 조정할 수 있다.
상기 지연은 액정분자의 장축과 전계방향간의 각도에 따라 다르다. 따라서, 일본 공개특허공보 제90-191914호 공보에 개시된 바와 같이, 액정분자의 장축과 전계방향간의 각도가 전계 강도를 조정함으로써 1차원적으로 조절될지라도, 지연은 관찰자가 표시화면을 보는 시각에 따라 상대적으로 변하며, 따라서 투과된 빛의 강도 또는 색상 또한 변한다. 즉 소위 시각 의존성 문제가 발생한다. 이때, 화소전극상의 액정분자는 소정 방향으로 균일하게 향하지 않으며, 따라서 특히 화소전극 단부 근처에서 불규칙적인 배향이 발생한다.
도18a 내지 18c에 나타낸 기술에 의해, 시각 의존성 문제는 거의 해결될 수 있다. 이때, 액정이 개재되는 기판간의 거리는 균일하지 않으며 상기 기판들은 고도의 정밀도로 부착되어야 한다.
또한, 도18a 및 18b에 나타낸 기술에 의해, 액정층과 각각의 기판간의 계면(전극상의 배향막)은 요철 형상을 이룬다. 따라서, 수직배향 LCD에서, 배향막 근처의 액정분자들은 인가전압이 없을 경우 요철 형상의 배향막에 거의 수직인 방향을 향한다. 그 결과, 액정분자들은 상기 요철 형상의 경사각에 대응하는 각만큼 기판에 거의 수직인 방향에서 벗어나 경사진다. 따라서, 기판에 거의 수직인 방향에서는 만족할만한 흑표시가 얻어지지 않으며, 따라서 표시된 화상의 콘트라스트는 매우 저감된다.
본 발명의 일 특징에 따르면, 액정표시장치는 1쌍의 기판, 및 상기 기판쌍에 의해 개재되는 부 유전율 이방성을 갖는 액정층을 포함한다. 상기 기판쌍의 각각에 전극들이 제공되고, 각각의 화소는 상기 기판쌍 중 1개에 있는 전극과 상기 기판쌍 중 다른 1개에 있는 대향전극에 의해 정의된다. 상기 액정층의 액정분자들은 인가전압이 없을 경우 기판표면에 거의 수직인 방향을 향하며, 소정의 인가전압이 있을 경우 기판표면에 거의 평행인 방향을 향하고, 상기 소정 전압보다 작은 인가전압이 있을 경우 기판표면에 대해 경사방향을 향한다. 상기 기판쌍 중 적어도 1개에 제공되는 각각의 전극은 상기 기판표면에 거의 수직인 방향과는 다른 방향을 향하고 서로 인접한 적어도 제1 및 제2 경사면을 가진다. 상기 전극의 경사면을 매립하여 상기 기판쌍 중 적어도 1개의 평탄면을 형성하도록 상기 기판쌍 중 적어도 1개에 제공되는 전극의 액정분자측에 절연막이 제공된다.
본 발명의 일 실시예에서, 적어도 제1 및 제2 경사면을 가지는 소정의 돌출부, 함입부, 또는 요철패턴을 포함하는 다른 절연막은 상기 기판쌍 중 적어도 1개에 제공되는 전극들이 상기 다른 절연막에 제공됨과 동시에 상기 다른 절연막의 제1 및 제2 경사면이 유지되도록 상기 기판쌍 중 적어도 1개의 액정층측에 제공된다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 기판쌍 중 적어도 1개에 제공되는 각각의 전극의 상기 제1 및 제2 경사면은 대응 화소용으로 제공되며, 상기 대응 화소의 액정분자들은 상기 기판표면에 거의 수직인 방향과는 다른 방향으로 경사를 이루고, 상기 방향은 상기 제1 및 제2 경사면간의 경계에 의해 분리된다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 다른 절연막은 또한 상기 기판쌍의 표면에 수직배향처리를 행함으로써 제공되는 수직배향막으로 이용된다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 기판쌍 중 적어도 1개에 제공되는 각각의 전극은 상기 제1 및 제2 경사면의 방향 및 상기 기판표면에 거의 수직인 방향과는 다른 방향을 향하며 서로 인접하는 적어도 제3 및 제4 경사면을 더 포함한다. 상기 제1 및 제2 경사면간의 경계와 상기 제3 및 제4 경사면간의 경계는 상기 기판표면에 평행인 평면에서 서로 다른 방향을 향한다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 기판쌍 중 적어도 1개에 제공되는 각각의 전극의 제1 및 제2 경사면은 서로 인접하여 정점부가 액정층을 향하는 돌출부를 형성하며, 상기 제1 및 제2 경사면간의 경계는 상기 절연막으로부터 액정층까지 노출된다.
본 발명의 다른 특징에 따르면, 1쌍의 기판 및 상기 기판쌍에 의해 개재되는 부 유전율 이방성을 갖는 액정층을 포함하고, 상기 기판쌍 각각에 전극들이 제공되며, 각각의 화소는 상기 기판쌍 중 1개에 있는 전극과 상기 기판쌍 중 다른 1개에 있는 대향전극에 의해 정의되고, 액정층의 액정분자들은 인가전압이 없을 경우 기판표면에 거의 수직인 방향을 향하며, 소정의 인가전압이 있을 경우 상기 기판표면에 거의 평행인 방향을 향하고, 상기 소정 전압보다 작은 인가전압이 있을 경우 기판표면에 대해 경사방향을 향하는 액정표시장치의 제조방법이 제공된다. 액티브 매트릭스 기판인 상기 기판쌍 중 1개를 제조함에 있어서, 상기 방법은, 상기 기판쌍 중 1개에 복수의 능동소자 및 복수의 전극선을 형성하며, 그 결과로서 얻어지는 기판상에 도전막을 형성하고, 상기 도전막을 패터닝하며, 이로써 상기 기판쌍 중 1개에 화소전극이 제공되고, 상기 각각의 화소전극은 상기 기판표면에 거의 수직인 방향과는 다른 방향을 향하며 서로 인접한 적어도 제1 및 제2 경사면을 포함하고 상기 능동소자들의 전극에 접속되는 단계; 및 상기 화소전극의 제1 및 제2 경사면을 매립하여 상기 기판쌍 중 1개의 평탄면을 형성하도록 상기 화소전극에 절연막을 형성하는 단계를 포함한다.
본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 1쌍의 기판 및 상기 기판쌍에 의해 개재되는 부 유전율 이방성을 갖는 액정층을 포함하고, 상기 기판쌍 각각에 전극들이 제공되며, 각각의 화소는 상기 기판쌍 중 1개에 있는 전극과 상기 기판쌍 중 다른 1개에 있는 대향전극에 의해 정의되고, 액정층의 액정분자들은 인가전압이 없을 경우 기판표면에 거의 수직인 방향을 향하며, 소정의 인가전압이 있을 경우 상기 기판표면에 거의 평행인 방향을 향하고, 상기 소정 전압보다 작은 인가전압이 있을 경우 기판표면에 대해 경사방향을 향하는 액정표시장치를 제조하는 방법이 제공된다. 액티브 매트릭스 기판인 상기 기판쌍 중 1개를 제조함에 있어서, 상기 방법은 상기 기판쌍 중 1개에 복수의 능동소자 및 복수의 전극선을 형성하며, 그 결과로서 얻어지는 기판상에 제1 절연막을 형성하고, 상기 제1 절연막을 패터닝하며, 이로써 상기 결과로서 형성되는 기판의 액정층측을 향하는 적어도 제1 및 제2 경사면을 가지는 소정의 돌출부, 함입부 또는 요철패턴을 제공함과 동시에 상기 제1 절연막에 콘택트홀을 형성하는 단계; 제1 절연막의 제1 및 제2 경사면이 유지되는 상기 제1 절연막에 도전막을 형성하는 단계; 상기 능동소자 및 전극선들을 오버랩하고 상기 능동소자의 전극선에 접속되도록 도전막을 패터닝함으로써 화소전극을 형성하는 단계; 및 상기 화소전극의 제1 및 제2 경사면을 매립하여 상기 기판쌍 중 1개의 평탄면을 형성하도록 상기 화소전극에 제2 절연막을 형성하는 단계를 포함한다.
이하, 본 발명의 작용에 대해 설명한다.
본 발명에서는, 서로 인접하고 기판에 대해 다른 방향을 향하는 적어도 제1 및 제2 경사면을 가지는 1쌍의 기판 중 적어도 1개에 전극들이 제공된다. 상기 전극들은 기판으로 경사지는 방향이 되도록 액정층 분자의 배향을 규제하기 위한 도메인 규제수단이 된다. 따라서, 실시예 1 내지 5에서 추후 기술되는 바와 같이, 액정층과 기판간의 계면 근처에서 발생되는 전기력선은 전극의 경사면에 거의 수직인 방향을 향하고, 화소에서의 액정분자들은 상기 경사면간의 경계에 의해 분리되는 서로 다른 방향을 향한다. 또한, 액정층에서의 전계효과는 기판간의 중앙부에서보다는 전극에 가까운 부위에서 보다 강하게 발현된다. 기판간의 중앙부에서의 액정분자들은 전극의 경사면에 의해 규제되는 액정분자들의 경사방향을 따라 경사진다. 그 결과, 시각에 따라 투과된 빛의 강도 또는 색상이 변하는 소위 시각 의존성 문제를 방지할 수 있다.
또한, 경사면을 가지는 전극이 제공되는 기판의 액정층측에 절연막(실시예에서 제2 절연막으로 호칭함)이 제공되며, 따라서 액정층과 접촉하는 기판면은 평탄화될 수 있다. 따라서, 액정층이 개재되는 기판간의 거리가 불균일한 문제가 방지될 수 있다. 또한, 인가전압이 없을 때 기판에 거의 수직인 방향에서 관찰되는 양호한 흑표시를 얻을 수 있다.
2개 이상의 화소를 통해 일련의 경사면이 제공되면, 시각 의존성은 화소마다 다르게되어, 양호한 표시를 얻기가 어렵다. 따라서, 2개 이상의 방향을 향하는 일련의 경사면을 각각의 화소에 대해 제공하는 것이 바람직하다.
전극에 경사면을 제공하기 위해, 예컨대 실시예 1 내지 4에서 추후 기술되는 바와 같이, 적어도 제1 및 제2 경사면을 가지는 돌출부, 함입부 또는 요철패턴을 포함하는 절연막(상기 실시예에서 제1 절연막)은 상기 경사면의 형상이 유지되도록 기판에 제공되는 것이 바람직하다. 경사면을 가지는 상기 소정의 돌출부, 함입부또는 요철패턴은 이하 실시예 4에 나타낸 바와 같이 대향기판상에 제공된다. 본 발명에서, 경사면이 양 기판에 제공될 때, 부착 정밀도 문제 또한 발생하지만, 기판간의 거리가 불균일한 문제는 발생하지 않는다.
후술하는 실시예 2에서, 개구 면적을 증가시키기 위해 화소전극, 능동소자 및 전극선들을 서로 중첩시키는 경우, 상기 제1 절연막은 절연보호막으로 사용되어도 좋다. 또한, 이때 화소전극들은 버스선들과 중첩되므로, 액정들의 배향에 대한 버스선들의 영향은 거의 없으며, 이로써 화소전극 단부 근처에서의 불규칙적인 배향은 방지될 수 있다.
또한, 이하 실시예 5에서 기술된 바와 같이, 전극 자체는 경사면을 가지는 돌출부의 형상을 이룬다. 따라서, 이하 실시예 1 내지 4와 마찬가지로, 제1 절연막은 요구되지 않으며, 이로써 LCD 제조공정을 단순화할 수 있다.
전극의 경사면들은 경사면간의 경계에서 돌출부를 형성하며, 상기 경계는 제2 절연막으로부터 노출된다. 따라서, 실시예 3에서 나타낸 바와 같이, 인가전압이 있을 때 액정분자들의 배향을 규제하는 힘은 더 증가되며, 이에 의해 배향간 경계는 보다 선명해질 수 있다.
제2 절연막은 또한 전극들의 경사면을 매립하여 기판표면에 대해 평탄화될 수 있을 경우 수직배향막이 되는 것이 좋다. 따라서, 부가적인 수직배향막은 요구되지 않으며, 이로써 LCD의 제조공정을 단순화할 수 있다.
또한, 제1 및 제2 경사면과 다른 방향을 향하는 제3 및 제4 경사면은 상기 제1 및 제2 경사면간의 경계가 기판표면에 평행한 평면에서 제3 및 제4 경사면간의경계와 다른 방향을 향하도록 기판의 액정층측 표면에 제공되는 것이 좋다. 따라서, 액정분자들의 배향을 요구되는 방향으로 규제하기 위한 도메인 규제수단을 얻을 수 있다.
따라서, 여기에 기술된 본 발명은 (1) 시각 의존성 문제가 거의 없으며, 전극 단부 근처에서의 불규칙적인 배향이 방지될 수 있으며, 액정이 개재되는 기판간의 거리가 거의 균일하며, 기판의 부착에 고도의 정밀성으로 요하지 않고, 기판에 거의 수직인 방향에서 만족할 만한 흑표시를 얻을 수 있는 LCD, 및 (2) 상기 LCD를 제조하는 방법을 제공하는 장점이 있다.
본 발명의 상기 및 다른 장점들은 첨부 도면을 참조하여 이하 기술된 설명을 숙독하고 이해한 당업자에게 자명하게 될 것이다.
도1은 소자기판의 구성을 설명하기 위한 본 발명의 실시예 1에 따른 LCD의 평면도이다.
도2는 도1의 라인 A-A'에 따른 LCD의 단면도이다.
도3a 내지 3c는 인가전압이 있을 경우 액정분자의 배향이 경사 방향으로 규제됨(도메인 규제)을 설명하는 실시예 1 및 2에 따른 LCD의 단면도이다.
도4는 본 발명의 실시예 2에 따른 LCD의 구성을 도시하는 단면도이다.
도5a 내지 5c는 인가전압이 있을 경우 액정분자의 배향이 경사 방향으로 규제되는, 본 발명의 실시예 3에 따른 LCD(300)의 도메인 규제를 설명하기 위한 단면도이다.
도6a는 실시예 1의 LCD의 다른 구성을 설명하기 위한 단면도이다.
도6b는 실시예 2의 LCD의 또 다른 구성을 설명하기 위한 단면도이다.
도7a는 2 이상의 방향을 향하는 경사면을 갖는 전형적인 요철패턴을 설명하기 위한 평면도이다.
도7b는 도7a의 라인 B-B'에 따른 단면도이다.
도8a는 2 이상의 방향을 향하는 경사면을 갖는 다른 전형적인 요철패턴을 설명하기 위한 평면도이다.
도8b는 도8a의 라인 C-C'에 따른 단면도이다.
도8c는 2 이상의 방향을 향하는 경사면을 갖는 또 다른 전형적인 요철패턴을 설명하기 위한 평면도이다.
도8d는 도8c의 라인 D-D'에 따른 단면도이다.
도9a는 2 이상의 방향을 향하는 경사면을 갖는 또 다른 전형적인 요철패턴을 설명하기 위한 평면도이다.
도9b는 도9a의 라인 E-E'에 따른 단면도이다.
도9c는 2 이상의 방향을 향하는 경사면을 갖는 또 다른 전형적인 요철패턴을 설명하기 위한 평면도이다.
도9d는 도9c의 라인 F-F'에 따른 단면도이다.
도10a는 본 발명의 실시예 4에 따른 LCD의 구성을 도시하는 단면도이다.
도10b는 도10a에 도시된 LCD의 배향 상태를 설명하기 위한 단면도이다.
도11은 본 발명의 실시예 4에 따른 다른 LCD의 구성을 도시하는 단면도이다.
도12는 본 발명의 실시예 5에 따른 LCD의 구성을 도시하는 단면도이다.
도13은 종래의 LCD의 구성을 도시하는 단면도이다.
도14a 내지 14c는 종래의 LCD의 배향 상태를 설명하기 위한 단면도이다.
도15a 내지 15c 는 종래의 LCD의 배향 상태를 설명하기 위한 단면도이다.
도16은 일반적인 LCD 소자기판의 구성을 도시하는 평면도이다.
도17a 및 17b는 종래 LCD의 문제점을 설명하기 위한 단면도이다.
도18a 내지 18c는 종래 LCD의 배향 상태를 설명하기 위한 단면도이다.
이하, 첨부 도면을 참조하여 예시적인 실시예를 통해 본 발명을 설명한다.
(실시예 1)
도1은 소자가 제공되는 소자기판의 구성을 설명하는 본 발명의 실시예 1에 따른 LCD(100)의 평면도이다. 도2는 도1에 도시한 LCD(100)의 라인 A-A'에 따른 단면도이다. 상기 LCD(100)는 대향기판(13), 소자기판(14), 및 그 사이의 액정층(10)을 포함한다. 소자기판(14)은 유리기판(1), 제1 절연막(3), 화소전극(4), 및 제2 절연막(5)을 포함한다. 제1 절연막(3)은 2 방향을 향하는 경사면을 각각 갖는 돌출부를 포함한다. 화소전극(4)은 화소전극(4)이 돌출부의 형상을 유지하는 방법으로 돌출부상에 제공된다. 결과적인 돌출부의 구성은 상면이 평탄한 제2 절연막(5)에의해 매립된다. 화소전극(4)은 소자기판(14)에 제공된 TFT(2)의 드레인에 접속된다. 대향기판(13)은 유리기판(6), 칼라필터(7) 및 대향전극(8)을 포함한다. 칼라필터(7) 및 대향전극(8)은 유리기판(6)상에 제공된다. 수직배향막(9)은 기판(13,14)의 내면에 제공된다. 부 유전율 이방성을 갖는 액정층(10)은 수직배향막(9) 사이에 개재된다. 또한, 편광판(11,12)이 각 기판(13,14)의 외면에 제공된다.
경사면은 유리기판(1)의 전체 표면(이하, 기판 표면이라 함)에 평행인 표면에 대해 임의의 방향으로 경사진 면을 나타낸다. 상기 경사면은 곡면 또는 평면일 수 있다. 이와 달리, 돌출부는 작은 폭을 갖는 라인의 형상일 수 있다.
상기 LCD(100)는 예컨대, 다음 방법으로 제조될 수 있다. 소자기판(14)에 대해, TFT(2)와 게이트선 및 소스선과 같은 전극선들이 유리기판(1)상에 형성된다. 그 위에 감광성 수지막을 유리기판(1)에 도포하고, 노광, 현상 및 소성(baking)을 행하여 2 방향의 경사면을 각각 갖는 돌출부를 형성함으로써 제1 절연막(3)을 형성한다. 예컨대, 돌출부의 폭과 높이(화소 피치 또는 폭)가 각각 100㎛와 5㎛일 때, 경사각은 tan-1(5/50) ≒ 5.7°이다. 다만, 돌출부의 높이가 매우 높으면, 다음 공정에서 제1 절연막의 평탄한 상면을 제공하는 것이 곤란하고, 전기력선에 대한 영향은 감소된다. 따라서, 지나치게 높은 돌출부는 바람직하지 않다. 제조공정의 관점에서, 돌출부의 높이는 약 5㎛, 또는 최대 약 10㎛ 이하인 것이 바람직하다. 돌출부의 높이가 10㎛이면, 경사각은 11.3°이다. 돌출부의 높이와 절반폭의 비가 1:1이면, 경사각은 45°이다. 돌출부의 피치가 작으면, 이러한 돌출부는 가공하기 용이한 박막에 의해 실현될 수 있다.
그 후, 돌출부를 덮도록 전체 기판 위에 ITO막을 형성한다. 상기 ITO막 위에 스핀 코팅에 의해 레지스트를 도포하여 레지스트막을 형성한다. 상기 레지스트막에 리소그라피(lithography) 기술에서의 레지스트 프로세스를 사용하여 노광 및 현상을 행하여 화소전극(4)의 패턴을 형성한다. 그 후, 패터닝된 레지스트 막을 마스크로하여 상기 ITO막에 에칭을 행하여 화소전극(4)을 형성한다. 이때, 화소전극(4)은 TFT(2)의 드레인에 접속되고 돌출부의 형상은 유지된다. ITO 막의 화소전극(4) 각각은 투과율의 관점에서 10㎚ 내지 1000㎚의 두께를 갖는다. 이러한 범위의 두께를 갖는 ITO 막은 돌출부의 형상을 유지하면서 제공될 수 있다.
그 후, 돌출부의 형상을 평탄화기 위해, SiNx, SiO2, PI, 아크릴 수지 등으로 구성된 제2 절연막(5)을 형성한다. 상기 제2 절연막(5)의 두께는 돌출부가 완전히 매립되어 상기 제2 절연막(5)의 평탄한 면을 얻을 수 있도록, 즉 최대 약 10㎛가 되는 것이 좋다.
대향기판(13)은 유리기판(6)상에 칼라필터(7)와 대향전극(8)을 형성함으로써 제조된다. 수직배향막(9)은 서로 교대로 부착되어 있는 기판(13,14)의 내면에 도포된다. 액정 재료가 기판(13,14) 사이에 개재되어 액정층(10)을 형성한다. 그 후, 편광판(11,12)이 상기 기판(13,14)의 외면에 부착된다. 그 결과, 실시예 1의 LCD(100)가 완성된다.
이와 같이 구성된 실시예 1의 LCD에서, 액정분자들의 배향은 인가전압의 존재시 소정의 경사방향으로 규제된다(도메인 규제). 상기 도메인 규제는 도3a 내지 3c를 참조하여 설명한다.
상기 LCD에서, 액정층(10)은 부 유전율 이방성을 갖기 때문에, 액정분자(15)들은 도3a에 도시한 바와 같이 인가전압이 없는 경우에는 소자기판(14)에 거의 수직인 방향으로 균일하게 향한다. 그러나, 도3c에 도시한 바와 같이, 액정층(10)내의 액정분자(15)들이 소자기판(14)에 실질적으로 평행하도록 하는 소정 전압 이하의 전압이 기판(13,14) 사이에 인가될 때, 도3b에 도시한 바와 같이 전기력선(16)은 기판(14)의 상면에서 소정의 방향으로 휘어진다. 이는 2 방향의 경사면을 각각 갖는 돌출부를 포함하는 제1 절연막(3)이 유리기판(1)상에 제공되고, 돌출부의 형상을 유지하면서 화소전극(4)이 상기 제1 절연막(3)상에 제공되고, 소자기판(14)의 평탄한 상면을 얻기 위해 돌출부를 매립하도록 제2 절연막(5)이 제공되기 때문이다. 이러한 상황에서, 액정분자(15)들의 경사방향은 2 방향의 경사면을 갖는 돌출부로 인해 2개의 소정의 방향으로 규칙적으로 규제된다. 이때, 상기 소정의 방향은 시야각 특징이 만족할 정도로 의도되는 방향이다. 예컨대, 2 방향을 향하는 경사면이 도3c에 도시된 바와 같이 제공되는 경우, 상기 소정의 방향은 2 방향, 즉 경사면에 거의 수직인 방향을 나타낸다. 돌출부가 나선 형상일 때, 액정분자들은 기판(13,14)에 실질적으로 수직인 축에 대해 모든 방향(360°방향)으로 향한다.
액정분자들의 방향이 규칙적으로 규제되는 이유는, 인가전압의 존재시 생성되는 전기력선이 액정층(10)과 소자기판(14) 사이의 접촉면 근처에서 화소전극의 경사면에 거의 수직하기 때문이다. 실시예 1의 LCD에서, 2 이상의 방향을 향하는 경사면을 갖는 화소전극(4)은 액정층(10)에 보다 가까이 제공되기 때문에, 경사면 근처의 액정분자(15)들은 인가전압이 있을 경우 경사면 사이의 경계에 의해 분리되는 서로 다른 방향으로 향한다. 이때, 액정층(10)에서 전계의 효과는 액정층(10)의 중앙 부분에 비해 화소전극(4)의 근처에서 더 높다. 기판 중앙 부분의 액정분자(15)들은 화소전극(4)의 경사면을 따라 경사진 액정분자(15)의 방향을 따르도록 경사진다.
그 결과, 투과광의 강도 또는 색상이 시각에 따라 변하는 등, 모든 액정분자가 동일한 방향으로 향하는, 종래의 LCD에서의 소위 시각 의존성 문제를 방지할 수 있다. 또한, 제2 절연막(5)은 소자기판(14)이 평탄한 상면을 갖도록 화소전극(4)상에 제공된다. 따라서, 액정층(60)이 개재된 기판(63,64)간의 간격이 균일하지 않은 도18a 및 18b에 도시한 종래의 LCD에서 발생하는 바와 같이, 액정층과 기판 사이의 계면에 요철면이 형성되는 것으로 인해, 액정분자가 요철면과 동일한 각으로 경사지고, 인가전압의 부재시 콘트라스트가 낮아지는 문제를 방지할 수 있다.
(실시예 2)
도4는, 소자들이 제공되는 소자기판의 구성을 설명하기 위한, 본 발명의 실시예 2에 따른 LCD(200)의 단면도이다. 상기 LCD(200)는 대향기판(33), 소자기판(34) 및 그 사이의 액정층(30)을 포함한다. 상기 소자기판(34)은 유리기판(21), 제1 절연막(23), 화소전극(24) 및 제2 절연막(25)을 포함한다. 상기 제1 절연막(23)은 2방향의 경사면을 각각 갖는 돌출부를 포함한다. 상기 화소전극(24)은 돌출부의 형상을 유지하도록 돌출부 위에 제공된다. 상기로부터 얻어지는 돌출부는 상면이 평탄화되는 제2 절연막(25)으로 매립된다. 상기 제1 절연막(23)은 콘택트홀을 포함하고 유리기판(1) 위에 제공되는 TFT(22)를 덮는다. 상기화소전극(24)은 TFT(22)의 드레인에 접속된다. 대향기판(33)은 유리기판(26), 칼라필터(27) 및 대향전극(28)을 포함한다. 상기 칼라필터(27) 및 대향전극(28)은 유리기판(26)에 제공된다. 상기 기판(33,34)의 내면에 수직배향막(29)이 제공된다. 상기 수직배향막(29) 사이에 부 유전율 이방성을 갖는 액정층(30)이 개재된다. 또한, 각 기판의 외면에는 편광판(31,32)이 제공된다.
상기 LCD(200)는, 예컨대 다음과 같이 제조될 수 있다. 우선, 소자기판(34)에 있어서, 유리기판(21)상에 TFT(22), 게이트 및 소스선 등의 전극선들이 형성된다. 상기 유리기판(21) 위에 감광성 수지막을 도포하고, 노광, 현상 및 소성을 행하여 2방향의 경사면을 각각 갖는 돌출부롤 형성하여 제1 절연막(23)을 형성한다. 상기 제1 절연막(23)에서, 돌출부는 도메인 규제수단으로서 기능함과 동시에, 그 하부의 TFT(22) 및 전극선으로부터, 개구 면적을 확대하기 위해 상기 돌출부 위에 형성되는 화소전극을 전기적으로 절연한다. 상기 돌출부의 높이는 실시예 1과 마찬가지로 약 10㎛ 보다 작다.
다음에, 돌출부를 덮도록 기판 전체에 ITO 막을 형성한다. 그 위에 스핀 코팅법에 의해 레지스트를 도포하여 레지스트막을 형성한다. 상기 레지스트 막에 리소그라피 기술에 있어서의 레지스트 프로세스를 사용하여 노광 및 현상을 행하여 화소전극(24)의 패턴을 형성한다. 그 후, 상기 패터닝된 레지스트막을 마스크로 사용하여 ITO막을 에칭하여 화소전극(24)을 형성한다. 이때, TFT(22)의 드레인과 화소전극(24)은 콘택트홀을 통해 접속되며, 화소전극(24)은 돌출부의 형상을 유지한다. 상기 ITO막의 화소전극(24) 각각은, 실시예 1과 마찬가지로, 10㎚ 내지 1000㎚의 두께를 갖는 것이 바람직하다.
다음에, 돌출부의 형상을 평탄화기 위해, SiNx, SiO2, PI, 아크릴 수지 등으로 구성된 제2 절연막(25)을 형성한다. 상기 제2 절연막(5)의 두께는, 실시예 1과 마찬가지로, 최대 약 10㎛가 되는 것이 좋다.
대향기판(33)은 유리기판(26)상에 칼라필터(7)와 대향전극(8)을 형성함으로써 제조된다. 수직배향막(9)은 서로 교대로 부착되어 있는 기판(33,34)의 내면에 도포된다. 액정 재료가 기판(33,34) 사이에 개재되어 액정층(30)을 형성한다. 그 후, 편광판(31,32)이 상기 기판(33,34)의 외면에 부착된다. 그 결과, 실시예 2의 LCD(200)가 완성된다.
이렇게 하여 얻어지는 실시예 2의 LCD(200)에서, 실시예 1과 마찬가지로, 액정분자들의 배향은 인가전압의 존재시 소정의 경사방향으로 규제된다(도메인 규제). 실시예 2에 의하면, 화소전극(24), TFT(22) 및 전극선들은 서로 중첩되어, 개구 면적을 증가시킨다. 또한, 전극배선의 액정배향에 대한 영향으로 인한 화소전극의 단부 근처에서의 불규칙적인 배향을 방지할 수 있다.
(실시예 3)
도5a 내지 5c는, 본 발명의 실시예 3에 따른 LCD(300)의 도메인 규제를 설명하기 위한 단면도이다.
상기 LCD(300)에서, 소자기판(19)에 제공되는 화소전극(4)의 정점(17)은 제2절연막(18)으로부터 노출된다. 상기 특징을 제외하고는, 실시예 3의 LCD(300)는 실시예 1과 동일한 구조이다. 실시예 3의 LCD(300)는 실시예 2와 마찬가지로 화소전극(4), TFT 및 전극선들이 서로 중첩하는 구조를 가져도 좋다.
상기 LCD(300)는, 예컨대 다음과 같이 제조될 수 있다. 소자기판(19)에 있어서, TFT(2)와, 게이트선 및 소스선 등의 전극선들은 유리기판(1)에 형성된다. 그 결과인 상기 유리기판(1)에 감광성 수지막을 도포하고, 노광, 현상 및 소성을 행하여 2방향의 경사면을 각각 갖는 돌출부롤 형성하여 제1 절연막(3)을 형성한다. 상기 돌출부의 높이는 실시예 1과 마찬가지로 약 10㎛ 보다 작다.
다음에, 돌출부를 덮도록 기판 전체에 ITO막을 형성한다. 상기 ITO막 위에 스핀 코팅법에 의해 레지스트를 도포하여 레지스트막을 형성한다. 상기 레지스트 막에 리소그라피 기술에 있어서의 레지스트 프로세스를 사용하여 노광 및 현상을 행하여 화소전극(4)의 패턴을 형성한다. 그 후, 상기 패터닝된 레지스트막을 마스크로 사용하여 상기 ITO막을 에칭하여 화소전극(4)을 형성한다. 이때, 화소전극(4)은 TFT(2)의 드레인과 접속되며 돌출부의 형상을 유지한다. 상기 ITO막의 화소전극(24) 각각은, 실시예 1과 마찬가지로, 10㎚ 내지 1000㎚의 두께를 갖는 것이 바람직하다.
다음에, 화소전극(4)의 정점부(17)만을 노출시킨 채 돌출부의 형상을 평탄화기 위해, SiNx, SiO2, PI, 아크릴 수지 등으로 구성된 제2 절연막(18)을 형성한다. 이와 달리, 상기 돌출부를 충분히 매립한 후, 화소전극(4)의 정점부(17)를 에칭(아크릴 수지 또는 PI에 대해서는 O2플라즈마 에칭, SiNx또는 SiO2에 대해서는 불화수소 에칭)에 의해 노출시킬 수도 있다. 상기 제2 절연막(18)의 두께는, 실시예 1과마찬가지로, 최대 약 10㎛가 되는 것이 좋다.
대향기판(13)은 유리기판(6)상에 칼라필터(7)와 대향전극(8)을 형성함으로써 제조된다. 수직배향막(9)은 서로 교대로 부착되어 있는 기판(13,19)의 내면에 도포된다. 액정 재료가 기판(13,19) 사이에 개재되어 액정층(10)을 형성한다. 그 후, 편광판(도시 안됨)이 상기 기판(13,19)의 외면에 부착된다. 그 결과, 실시예 3의 LCD(300)가 완성된다.
상기와 같이 구성된 LCD(300)에서, 액정(10) 내의 액정분자(15)들은 부 유전율 이방성을 갖기 때문에, 인가전압이 없는 경우, 도5a에 도시된 바와 같이 소자기판(19)에 대하여 거의 수직인 방향으로 균일하게 배향된다. 그러나, 도5c에 도시된 바와 같이, 액정층(10)의 액정분자(15)들이 소자기판(19)에 거의 평행이 되도록 하는 소정 전압보다 작은 전압이 기판(13,19) 사이에 인가될 때, 전력선(16)들은 화소전극(4)의 정정부(17)를 제외하고는 기판(19)의 상면에서 소정 방향으로 휘어진다. 이는 2방향의 경사면을 각각 갖는 돌출부를 포함하는 제1 절연막(3)이 유리기판(1)에 제공되고, 상기 화소전극(4)은 돌출부의 형상을 유지하면서 제1 절연막(3)에 제공되며, 제2 절연막(5)은 소자기판(19)의 평탄한 상면을 얻기 위해 돌출부를 매립하도록 제공되기 때문이다. 상기 상황에서, 도5b에 도시된 바와 같이, 액정분자(15)들의 경사진 배향은 2방향의 경사면을 갖는 돌출부로 인해 2개의 소정 방향으로 규칙적으로 규제된다. 화소전극(4)의 정점부(17)는 제2 절연막(18)으로부터 노출되므로, 액정분자(15)들의 배향의 경계는 실시예 1 및 2에 비해 선명하게 제공된다.
정점부(17)가 그 주변부(제2 절연막(18))와는 다른 표면장력을 가지면, 액정층(10)의 배향을 국소적으로 변화시켜 경계영역을 확실히 고정시킬 수 있다.
실시예 1 내지 3에서는 돌출부를 사용하여 2방향의 경사면이 형성된다. 이와 달리, 함입부를 사용하여 2방향의 경사면을 형성하여도 좋다. 또한, 돌출부 및 함입부를 사용하여 2방향 이상의 경사면을 형성하여도 좋다. 또한, 돌출부들은 예컨대, 실시예 1의 도6a 또는 실시예 2의 도6b에 나타낸 바와 같이, 서로 연속하여 요철패턴으로 형성하여도 좋다.
제1 절연막(3)에서, 도7a 및 그 B-B'부분 단면도인 도7b에 도시된 바와 같이 상기 돌출부들이 연속적인 요철패턴으로 형성되는 경우, 좌우방향으로 액정분자들의 배향이 규제되는 도메인 규제수단이 제공된다. 또한, 도8a 및 그 C-C'부분의 단면도인 도8b에 도시된 바와 같은 요철패턴이 제공되는 경우, 도8a의 제1, 제2 경사면(801)에 따라 도면의 좌우방향으로 액정의 배향방향을 규제하는 도메인 규제수단 외에 도8a의 제3, 제4 경사면(802)에 따라 도면의 상하방향으로 액정분자들의 배향이 규제되는 도메인 규제수단이 제공된다. 또한, 도8c 및 그 D-D'부분의 단면도인 도8d에 도시된 바와 같은 요철패턴이 제공되는 경우, 경사 방향으로 액정분자들의 배향이 규제되는 도메인 규제수단이 제공된다. 따라서, 요철패턴을 변화시킴으로써, 액정분자들의 배향이 소망의 방향으로 규제되는 도메인 규제수단을 제공할 수 있다.
또한, 도9a 및 그 E-E'부분의 단면도인 도9b에 도시된 바와 같은 요철패턴이 제공되는 경우, 액정분자들의 배향이 4방향만으로 제한되지 않고 360°방향인 도메인 규제수단이 제공되며, 이로써 시각 의존성 문제가 방지된다. 이때, 도9a 및 9b에 도시된 바와 같이 복수의 나선형 돌출부가 제공되어도 좋다. 이와 달리, 도9c및 그 F-F'부분의 단면도인 도9d에 도시된 바와 같이 1개의 원추형 돌출부가 제공되어도 좋다.
또한, 2 이상의 방향을 향하는 경사면은 전기력선이 2이상의 방향으로 휘어지도록 액정분자들의 배향을 조정할 수 있으면 곡면 또는 평면이어도 좋다.
실시예 1 내지 3에서, 적어도 2면을 향하는 일련의 경사면은 1개의 화소에 해당한다(LCD에서, 화소들은 매트릭스로 구성된다). 적어도 2방향을 향하는 일련의 경사면들이 2개 이상의 화소에 걸쳐 제공되면, 화소마다 시각 의존성이 다르거나, 또는 칼라표시의 경우 이웃하는 서로 다른 칼라화소들의 시각 의존성이 변하여 화질이 저하된다. 따라서, 일련의 경사면들은 1화소 또는 1화소 단위 이하의 단위로 형성되는 것이 바람직하고, 이에 의해 본 발명 본래의 효과를 얻을 수 있다.
실시예 1 내지 3에서, 수직배향막이 제2 절연막 위에 제공되지만, 수직배향막의 상면이 평탄화될 수 있도록 상기 수직배향막이 화소전극에 제공되면, 수직배향막을 제2 절연막으로 겸용하더라도 좋다. 본 발명은 액티브 매트릭스 LCD에 한정되지 않으며, 패시브 매트릭스 LCD에도 적용될 수 있다. 그러나, 본 발명은 액티브 매트릭스 LCD에서 보다 더 효과적이다.
또한, 실시예 1 내지 3에서, 적어도 2방향의 경사면을 구성하도록 도메인 규제수단이 소자기판에 제공된다. 이와 달리, 이하 실시예에서 기술된 바와 같이, 상기 도메인 규제수단은 아무런 문제없이 대향기판에 제공될 수 있으며, 이에 의해 도메인 규제수단이 소자기판에 제공될 때와 거의 동일한 효과가 얻어진다.
(실시예 4)
도10a 및 10b는 본 발명의 실시예 4에 따른 LCD(400)의 구성을 도시하는 단면도이다. 상기 LCD(400)은 대향기판(133), 소자기판(134) 및 이들간의 액정층(120)을 포함한다. 상기 대향기판(133)은 유리기판(126), 칼라필터(127), 제1 절연막(135), 대향전극(128) 및 제2 절연막(125)을 포함한다. 상기 칼라필터 (127)는 유리기판(126)상에 제공된다. 2방향의 경사면을 각각 갖는 돌출부를 포함하는 상기 제1 절연막(135)은 칼라필터(127)에 제공된다. 상기 대향전극(128)은 돌출부의 형상을 유지한 채 돌출부상에 제공된다. 상기 제2 절연막(125)은 돌출부를 매립하여 제2 절연막(125)의 상면이 평탄화되도록 제공된다. 소자기판(134)은 유리기판(121), TFT(122), 절연막(123) 및 화소전극(124)을 포함한다. 상기 TFT(122), 절연막(123) 및 화소전극(124)들은 유리기판(121)상에 제공된다. 상기 화소전극(124)은 TFT(122)의 드레인에 접속된다. 상기 기판(133,134)들의 내면에 수직배향막(129)이 제공된다. 부 유전율 이방성을 갖는 액정층(120)은 수직배향막 (129) 사이에 개재된다. 또한, 각각의 상기 기판(133,134)들의 외면에는 편광판 (131,132)이 제공된다.
상기 LCD(400)에서, 액정층(120)은 부 유전율 이방성을 갖기 때문에, 인가전압이 없는 경우에는 상기 액정층(120)내의 액정분자들의 배향이 기판(133,134)에 대하여 거의 수직이 된다. 그러나, 도10b에 도시된 바와 같이, 액정층(120)내의 액정분자들이 거의 수평이 되도록 하는 소정 전압보다 작은 전압이 기판(133,134)들 사이에 인가될 때, 전기력선(136)은 대향기판(133)의 상면에서 소정 방향으로 휘어진다. 이는 2방향의 경사면을 각각 갖는 돌출부를 포함하는 제1 절연막(135)이 유리기판(126)에 제공되고, 상기 대향기판(128)은 돌출부의 형상을 유지하면서 제1 절연막(135)에 제공되며, 제2 절연막(125)은 소자기판(133)의 평탄한 상면을 얻기 위해 돌출부를 매립하도록 제공되기 때문이다. 이때, 도10b에 도시된 바와 같이, 액정분자들의 경사방향은 2방향의 경사면을 각각 갖는 돌출부들로 인해 2개의 소정 방향으로 규칙적으로 규제된다.
따라서, 투과된 빛의 강도 또는 색상이 시각에 따라 변하는 것과 같은, 모든 액정분자들이 동일 방향을 향하는 종래의 LCD에서의 소위 시각 의존성 문제를 피할 수 있다. 또한, 대향전극(128)상에 제공된 제2 절연막(125)에 의해 대향기판(133) 표면을 평탄화할 수 있다. 따라서, 도18a 및 18b에 도시된 종래의 LCD에서와 같은, 액정층(60)이 개재되는 기판(63,64)간의 거리가 불균일한 전술한 문제를 피할 수 있다.
이상과 같이, 실시예 4에서, 대향기판에 도메인 규제수단이 제공된다. 이 경우에도, 실시예 1 내지 3에서 설명된 제조방법에 의해 돌출부, 함입부, 또는 요철패턴이 형성될 수 있다.
또한, 도11에 도시된 바와 같이, 소자기판과 대향기판 각각에 도메인 규제수단이 제공되어도 좋다. 도11에서 점선은 인가전압이 있을 경우의 전기력선을 나타낸다. 이때, 화소전극 및 대향전극의 경사면은, 대향전극의 경사면의 함입부가 화소전극의 경사면의 정점부를 향하도록 설계되는 것이 바람직하다. 화소전극의 돌출부(함입부)의 크기는 대향기판의 돌출부(함입부)의 크기와 서로 상이하여도 좋다.
실시예 1 내지 4에서, 제1 절연막에 적어도 2방향 이상의 경사면을 갖는 돌출부, 함입부 또는 요철패턴을 형성하기 위해, 기판에 아크릴수지 등의 절연막 재료를 도포하여, 요철패턴 등을 반전시킨 형상을 가진 금형으로 프레싱하고, 경화에 의해 상기 요철패턴 등을 전사시킨 후, 최종적으로 금형을 제거한다.
(실시예 5)
도12는 본 발명의 실시예 5에 따른 LCD(500)의 구성을 설명하기 위한 단면도이다. 상기 LCD(500)에서, 돌출부(또는 함입부)를 포함하는 제1 절연막은 소자기판(14a)에 형성되지 않지만, 화소전극(4a) 자체는, 실시예 1 내지 4와는 달리, 2방향 이상의 경사면을 갖는 돌출부(또는 함입부)로 되어 있다.
상기 LCD(500)의 소자기판(14a)에서, 2방향의 경사면을 갖는 화소전극(4a)은 유리기판(1)에 제공된다. 또한, 돌출부를 매립하여 평탄한 상면을 형성하기 위해 절연막(5a)(제2 절연막)이 제공된다. 화소전극(4a)은 소자기판(14a)에 제공된 TFT(2)의 드레인에 접속된다. 대향기판(13)에서, 칼라필터(7) 및 대향전극(8)이 유리기판(6)에 제공된다. 양 기판(13,14a)의 내면에 수직배향막(9)이 형성된다. 부 유전율 이방성을 갖는 액정층(10)이 상기 수직배향막(9) 사이에 개재된다. 또한, 각 기판(13,14a)의 외면에는 편광판(11,12)이 제공된다.
상기 LCD(500)는 2방향 이상의 경사면을 갖는 돌출부 형상의 화소전극을 제외하고는 실시예 1 내지 4와 유사한 방법으로 제조될 수 있다. 화소전극(4a)에 2방향 이상의 경사면을 갖는 돌출부, 함입부 또는 요철패턴을 형성하기 위해, 우선, 분말의 도전성재료를 젤 형태로 기판에 도포한다. 상기 재료는 반전된 요철패턴 등을 갖는 금형으로 프레싱됨과 동시에 경화되고, 이로써 상기 반전된 요철패턴은 상기 재료로 전사된다. 그 후, 금형이 제거되고, 각각의 화소에 대해 화소전극이 패터닝된다.
이와 달리, 예컨대 알루미늄등의 금속막을 성막하고, 드라이 에칭에 의해 경사면을 갖는 요철패턴을 형성할 수도 있다.
실시예 5의 LCD에서, 실시예 1 내지 4와 마찬가지로, 인가전압이 없을 경우, 액정층(10)내의 액정분자들은 각각의 화소에서 기판(13,14a)에 대해 거의 수직으로 배향되어 양호한 흑표시를 제공할 수 있다. 액정분자들이 기판(13,14a)에 대하여 수평이 되도록 하는 전압보다 낮은 전압을 기판(13,14a) 사이에 인가할 때, 액정분자들은 화소전극(4a)의 2방향(또는 그 이상)의 경사면에 의해 규제되어 소정의 2방향(또는 그 이상)으로 규칙적으로 배향된다. 따라서, 시각 의존성 문제는 해결될 수 있다.
이상과 같이, 본 발명에 의하면, 시각에 따라 투과된 빛의 강도 또는 색상이 변하는 소위 시각 의존성 문제를 해결할 수 있다. 또한, 액정층과 기판간의 계면에 요철패턴이 형성되므로, 인가전압이 없을 때 콘트라스트가 저하되는 문제도 방지할 수 있다. 그 결과, 양호한 화질과 광폭의 시야각을 갖는 LCD를 얻을 수 있다.
당업자에게 자명한 기타 다양한 변경들이 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않고 용이하게 행해질 수 있다. 따라서, 이하 첨부된 청구항의 범위는 여기에 개시된 상세한 설명에 의해 제한되지 않고, 넓게 해석되어야 한다.

Claims (21)

1쌍의 기판; 및
상기 기판쌍에 의해 개재되는 부 유전율 이방성을 갖는 액정층을 포함하는 액정표시장치에 있어서,
상기 기판쌍의 각각에 전극들이 제공되고, 각각의 화소는 상기 기판쌍 중 1개에 있는 전극과 상기 기판쌍 중 다른 1개에 있는 대향전극에 의해 정의되며;
액정층의 액정분자들은 인가전압이 없을 경우 기판표면에 거의 수직인 방향을 향하며, 소정의 인가전압이 있을 경우 기판표면에 거의 평행인 방향을 향하고, 상기 소정 전압보다 작은 인가전압이 있을 경우 기판표면에 대해 경사방향을 향하며;
상기 기판쌍 중 적어도 1개에 제공되는 각각의 전극은 상기 기판표면에 거의 수직인 방향과는 다른 방향을 향하며 서로 인접한 적어도 제1 및 제2 경사면을 가지며;
상기 전극의 경사면을 매립하여 상기 기판쌍 중 적어도 1개의 평탄면을 형성하도록 상기 기판쌍 중 적어도 1개에 제공되는 전극의 액정분자측에 절연막이 제공되는 액정표시장치.
제1항에 있어서, 적어도 제1 및 제2 경사면을 가지는 소정의 돌출부, 함입부, 또는 요철패턴을 포함하는 다른 절연막은 상기 기판쌍 중 적어도 1개에 제공되는 전극들이 상기 다른 절연막에 제공됨과 동시에 상기 다른 절연막의 제1 및 제2 경사면이 유지되도록 상기 기판쌍 중 적어도 1개의 액정층측에 제공되는 액정표시장치.
제2항에 있어서, 상기 기판쌍 중 적어도 1개에 제공되는 각각의 전극의 상기 제1 및 제2 경사면이 대응 화소용으로 제공되며, 상기 대응 화소의 액정분자들은 상기 기판표면에 거의 수직인 방향과는 다른 방향으로 경사를 이루고, 상기 방향은 상기 제1 및 제2 경사면간의 경계에 의해 분리되는 액정표시장치.
제2항에 있어서, 상기 다른 절연막은 또한 상기 기판쌍의 표면에 수직배향처리를 행함으로써 제공되는 수직배향막으로 이용되는 액정표시장치.
제3항에 있어서, 상기 다른 절연막은 또한 상기 기판쌍의 표면에 수직배향처리를 행함으로써 제공되는 수직배향막으로 이용되는 액정표시장치.
제2항에 있어서, 상기 기판쌍 중 적어도 1개에 제공되는 각각의 전극은 상기 제1 및 제2 경사면의 방향 및 상기 기판표면에 거의 수직인 방향과는 다른 방향을 향하며 서로 인접하는 적어도 제3 및 제4 경사면을 더 포함하고;
상기 제1 및 제2 경사면간의 경계와 상기 제3 및 제4 경사면간의 경계는 상기 기판표면에 평행인 평면에서 서로 다른 방향을 향하는 액정표시장치.
제4항에 있어서, 상기 기판쌍 중 적어도 1개에 제공되는 각각의 전극은 상기 제1 및 제2 경사면의 방향 및 상기 기판표면에 거의 수직인 방향과는 다른 방향을 향하며 서로 인접하는 적어도 제3 및 제4 경사면을 더 포함하고;
상기 제1 및 제2 경사면간의 경계와 상기 제3 및 제4 경사면간의 경계는 상기 기판표면에 평행인 평면에서 서로 다른 방향을 향하는 액정표시장치.
제1항에 있어서, 상기 기판쌍 중 적어도 1개에 제공되는 각각의 전극의 상기 제1 및 제2 경사면이 대응 화소용으로 제공되며, 상기 대응 화소의 액정분자들은 상기 기판표면에 거의 수직인 방향과는 다른 방향으로 경사를 이루고, 상기 방향은 상기 제1 및 제2 경사면간의 경계에 의해 분리되는 액정표시장치.
제1항에 있어서, 상기 다른 절연막은 또한 상기 기판쌍의 표면에 수직배향처리를 행함으로써 제공되는 수직배향막으로 이용되는 액정표시장치.
제1항에 있어서, 상기 기판쌍 중 적어도 1개에 제공되는 각각의 전극은 상기 제1 및 제2 경사면의 방향 및 상기 기판표면에 거의 수직인 방향과는 다른 방향을 향하며 서로 인접하는 적어도 제3 및 제4 경사면을 더 포함하고;
상기 제1 및 제2 경사면간의 경계와 상기 제3 및 제4 경사면간의 경계는 상기 기판표면에 평행인 평면에서 서로 다른 방향을 향하는 액정표시장치.
제1항에 있어서, 상기 기판쌍 중 적어도 1개에 제공되는 각각의 전극의 제1 및 제2 경사면은 정점부가 액정층을 향하는 돌출부를 형성하도록 서로 인접하며, 상기 제1 및 제2 경사면간의 경계는 상기 절연막으로부터 액정층까지 노출되는 액정표시장치.
제11항에 있어서, 상기 다른 절연막은 또한 상기 기판쌍의 표면에 수직배향처리를 행함으로써 제공되는 수직배향막으로 이용되는 액정표시장치.
제11항에 있어서, 상기 기판쌍 중 적어도 1개에 제공되는 각각의 전극은 상기 제1 및 제2 경사면의 방향 및 상기 기판표면에 거의 수직인 방향과는 다른 방향을 향하며 서로 인접하는 적어도 제3 및 제4 경사면을 더 포함하고;
상기 제1 및 제2 경사면간의 경계와 상기 제3 및 제4 경사면간의 경계는 상기 기판표면에 평행인 평면에서 서로 다른 방향을 향하는 액정표시장치.
제12항에 있어서, 상기 기판쌍 중 적어도 1개에 제공되는 각각의 전극은 상기 제1 및 제2 경사면의 방향 및 상기 기판표면에 거의 수직인 방향과는 다른 방향을 향하며 서로 인접하는 적어도 제3 및 제4 경사면을 더 포함하고;
상기 제1 및 제2 경사면간의 경계와 상기 제3 및 제4 경사면간의 경계는 상기 기판표면에 평행인 평면에서 서로 다른 방향을 향하는 액정표시장치.
1쌍의 기판 및 상기 기판쌍에 의해 개재되는 부 유전율 이방성을 갖는 액정층을 포함하고, 상기 기판쌍의 각각에 전극들이 제공되며, 각각의 화소는 상기 기판쌍 중 1개에 있는 전극과 상기 기판쌍 중 다른 1개에 있는 대응 전극에 의해 정의되고, 액정층의 액정분자들은 인가전압이 없을 경우 기판표면에 거의 수직인 방향을 향하며, 소정의 인가전압이 있을 경우 상기 기판표면에 거의 평행인 방향을 향하고, 상기 소정 전압보다 작은 인가전압이 있을 경우 기판표면에 대해 경사방향을 향하는, 액정표시장치의 제조방법으로서,
액티브 매트릭스 기판인 상기 기판쌍 중 1개를 제조함에 있어서, 상기 방법은
상기 기판쌍 중 1개에 복수의 능동소자 및 복수의 전극선을 형성하며, 상기 결과의 기판상에 도전막을 형성하고, 상기 도전막을 패터닝하며, 이로써 상기 기판쌍 중 1개에 화소전극이 제공되고, 상기 각각의 화소전극은 상기 기판표면에 거의 수직인 방향과는 다른 방향을 향하며 서로 인접한 적어도 제1 및 제2 경사면을 포함하고 상기 능동소자들의 전극에 접속되는 단계; 및
상기 화소전극의 제1 및 제2 경사면을 매립하여 상기 기판쌍 중 1개의 평탄면을 형성하도록 상기 화소전극에 절연막을 형성하는 단계를 포함하는, 액정표시장치 제조방법.
1쌍의 기판 및 상기 기판쌍에 의해 개재되는 부 유전율 이방성을 갖는 액정층을 포함하고, 상기 기판쌍의 각각에 전극들이 제공되며, 각각의 화소는 상기 기판쌍 중 1개에 있는 전극과 상기 기판쌍 중 다른 1개에 있는 대응 전극에 의해 정의되고, 액정층의 액정분자들은 인가전압이 없을 경우 기판표면에 거의 수직인 방향을 향하며, 소정의 인가전압이 있을 경우 상기 기판표면에 거의 평행인 방향을 향하고, 상기 소정 전압보다 작은 인가전압이 있을 경우 기판표면에 대해 경사방향을 향하는, 액정표시장치의 제조방법으로서,
액티브 매트릭스 기판인 상기 기판쌍 중 1개를 제조함에 있어서, 상기 방법은
상기 기판쌍 중 1개에 복수의 능동소자 및 복수의 전극선을 형성하며, 상기 결과의 기판상에 제1 절연막을 형성하고, 상기 제1 절연막을 패터닝하며, 이로써 상기 결과로서 형성되는 기판의 액정층측을 향하는 적어도 제1 및 제2 경사면을 가지는 소정의 돌출부, 함입부 또는 요철패턴을 제공함과 동시에 상기 제1 절연막에 콘택트홀을 형성하는 단계;
상기 제1 절연막의 제1 및 제2 경사면이 유지되는 상기 제1 절연막에 도전막을 형성하는 단계;
상기 능동소자 및 전극선들을 오버랩하고 상기 능동소자의 전극선에 접속되도록 도전막을 패터닝함으로써 화소전극을 형성하는 단계; 및
상기 화소전극의 제1 및 제2 경사면을 매립하여 상기 기판쌍 중 1개의 평탄면을 형성하도록 상기 화소전극에 제2 절연막을 형성하는 단계를 포함하는, 액정표시장치 제조방법.
제2항에 있어서, 상기 기판쌍 중 적어도 1개에 제공되는 각각의 전극은 기판표면에 거의 수직이고 휘어진 적어도 제1 및 제2 경사면을 가지며;
상기 제1 및 제2 경사면 사이의 경계는 상기 기판 표면에 평행한 평면에서 휘어진, 액정표시장치.
제4항에 있어서, 상기 기판쌍 중 적어도 1개에 제공되는 각각의 전극은 기판표면에 거의 수직이고 휘어진 적어도 제1 및 제2 경사면을 가지며;
상기 제1 및 제2 경사면 사이의 경계는 상기 기판 표면에 평행한 평면에서 휘어진, 액정표시장치.
제10항에 있어서, 상기 기판쌍 중 적어도 1개에 제공되는 각각의 전극은 기판표면에 거의 수직이고 휘어진 적어도 제1 및 제2 경사면을 가지며;
상기 제1 및 제2 경사면 사이의 경계는 상기 기판 표면에 평행한 평면에서 휘어진, 액정표시장치.
제11항에 있어서, 상기 기판쌍 중 적어도 1개에 제공되는 각각의 전극은 기판표면에 거의 수직이고 휘어진 적어도 제1 및 제2 경사면을 가지며;
상기 제1 및 제2 경사면 사이의 경계는 상기 기판 표면에 평행한 평면에서 휘어진, 액정표시장치.
제12항에 있어서, 상기 기판쌍 중 적어도 1개에 제공되는 각각의 전극은 기판표면에 거의 수직이고 휘어진 적어도 제1 및 제2 경사면을 가지며;
상기 제1 및 제2 경사면 사이의 경계는 상기 기판 표면에 평행한 평면에서 휘어진, 액정표시장치.
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