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KR101023362B1 - 액정 표시 장치 및 그 제조 방법 - Google Patents

액정 표시 장치 및 그 제조 방법 Download PDF

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KR101023362B1
KR101023362B1 KR1020040038843A KR20040038843A KR101023362B1 KR 101023362 B1 KR101023362 B1 KR 101023362B1 KR 1020040038843 A KR1020040038843 A KR 1020040038843A KR 20040038843 A KR20040038843 A KR 20040038843A KR 101023362 B1 KR101023362 B1 KR 101023362B1
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Abstract

본 발명은 액정 표시 장치에 관한 것으로, 개구율을 향상시킨 액정 표시 장치 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
본 발명에 따른 액정 표시 장치는, 게이트 배선 및 데이터 배선이 교차하여 정의된 화소 영역에 박막 트랜지스터 및 화소 전극이 형성된 하부 기판과, 상기 하부 기판과 대향하며, 상기 게이트 배선과 데이터 배선에 오버랩되는 블랙 매트릭스와 컬러 필터가 형성된 상부 기판과, 상기 상, 하부 기판 사이에 형성된 액정층과, 상기 상, 하부 기판에 서로 직각방향으로 러빙 처리된 배향막이 구비된 액정 표시 장치에 있어서, 상기 데이터 배선 또는 게이트 배선은 소정 각도 기울어져서 상기 러빙 방향과 수직 또는 수평을 이루도록 형성된 것을 특징으로 한다.
이와 같이, 본 발명은 액정 표시 장치에서 게이트 배선, 데이터 배선을 러빙 방향에 대해서 수평 또는 수직 방향으로 형성시킴으로써 전경선의 발생을 최소화함으로써 전계 왜곡 효과에 변화를 주지 않으면서 화질 특성을 개선하여 제품의 신뢰성을 향상시킨다.
러빙, 배향, 빛샘

Description

액정 표시 장치 및 그 제조 방법{Liquid Crystal Display and the fabrication method}
도 1은 종래 TN 모드 액정 표시 장치의 개략적인 평면도.
도 2는 종래 TN 모드 액정 표시 장치의 일부를 보여주는 단면도.
도 3은 기판의 러빙 방향을 보여주는 평면도.
도 4는 본 발명에 따른 액정 표시 장치의 하부 기판의 개략적인 평면도
도 5는 본 발명에 따른 액정 표시 장치의 상부 기판의 개략적인 평면도.
<도면의 주요부분에 대한 부호 설명>
200 : 하부 기판 210 : 상부 기판
211 : 화소 전극 216 : 게이트 배선
217 : 데이터 배선 218 : 박막 트랜지스터
222 : 컬러 필터 255 : 블랙 매트릭스
본 발명은 액정 표시 장치에 관한 것으로, 개구율을 향상시킨 액정 표시 장치 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
일반적으로, 화상 정보를 화면에 나타내는 디스플레이 장치들 중에서 브라운관 표시 장치(혹은 CRT:Cathode Ray Tube)가 지금까지 가장 많이 사용되어 왔는데, 이것은 표시 면적에 비해 부피가 크고 무겁기 때문에 사용하는데 많은 불편함이 있었다.
그리고, 오늘날에는 전자산업의 발달과 함께 TV 브라운관 등에 제한적으로 사용되었던 디스플레이 장치가 개인용 컴퓨터, 노트북, 무선 단말기, 자동차 계기판, 전광판 등에 까지 확대 사용되고, 정보통신 기술의 발달과 함께 대용량의 화상정보를 전송할 수 있게 됨에 따라 이를 처리하여 구현할 수 있는 차세대 디스플레이 장치의 중요성이 커지고 있다.
이와 같은 차세대 디스플레이 장치는 경박단소, 고휘도, 대화면, 저소비전력및 저가격화를 실현할 수 있어야 하는데, 그 중 하나로 최근에 액정 표시 장치가 주목을 받고 있다.
상기 액정 표시 장치(LCD:Liquid Crystal Display)는 표시 해상도가 다른 평판 표시 장치보다 뛰어나고, 동화상을 구현할 때 그 품질이 브라운관에 비할 만큼 응답 속도가 빠른 특성을 나타내고 있다.
이와 같은 액정 표시 장치의 구동원리는 액정의 광학적, 유전적 이방성을 이용하는 것으로, 액정은 구조가 가늘고 길기 때문에 분자의 배열에 방향성을 갖고 있으며, 인위적으로 액정에 전기장을 인가하여 분자배열의 방향을 제어할 수 있다.
따라서, 상기 액정의 분자배열 방향을 임의로 조절하면, 액정의 분자배열이 변하게 되고, 광학적 이방성에 의하여 상기 액정이 분자 배열 방향으로 빛이 굴절 하여 화상정보를 표현할 수 있다.
현재 주로 사용되고 있는 액정 표시 장치 중 하나로 트위스트 네마틱(TN : twisted nematic) 방식의 액정 표시 장치를 들 수 있다. 상기 트위스트 네마틱 방식은 두 기판에 각각 전극을 설치하고 액정 방향자가 90°트위스트 되도록 배열한 다음 전극에 전압을 가하여 액정 방향자를 구동하는 방식이다.
상기 TN 모드의 액정 표시 장치에서는 통상적으로, 기판에 배향 처리를 하여 액정 분자들이 하부 기판 에서의 디렉터(director : 방향자)와 상부 기판에서의 디렉터가 직각(90˚)을 이룬다.
여기서, 상기 TN 모드의 액정 표시 장치는 전기장을 인가하지 않은 상태에서는 두 기판 사이에 채워져 있는 액정 분자들이 기판에 평행하며 일정한 피치(pitch)를 가지고 나선상으로 꼬여 있어 액정 분자의 장축 방향이 연속적으로 비틀린 구조를 가진다.
도 1은 종래 TN 모드 액정 표시 장치의 개략적인 평면도이고, 도 2는 도 1의 A-A'로 단면하여 종래 TN 모드 액정 표시 장치의 일부를 보여주는 단면도이고, 도 3은 기판의 러빙 방향을 보여주는 평면도이다.
도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 종래 TN 모드 액정 표시 장치의 하부 기판(100)은 게이트 배선(116)과 데이터 배선(117)이 서로 수직하게 교차하며, 상기 게이트 배선(116)과 데이터 배선(117)이 교차하는 지점에 박막 트랜지스터(TFT:Thin Film Transistor)(118)가 형성되어 있다.
그리고, 상기 하부 기판(100)과 대향하게 합착되어 액정 표시 장치를 구성하 는 상부 기판(110)에는 블랙 매트릭스(155)와 컬러 필터(122)가 형성되어 있으며, 상기 컬러 필터(122) 상에 공통 전극(131)이 형성된다.
그리고, 상기 상부 기판(110)과 하부 기판(100) 사이에는 TN 액정층(130)이 형성된다.
상기 상부 기판(110)의 블랙 매트릭스(155)는 액정 배열을 제어할 수 없는 영역인 하부 기판(100)의 데이터 배선(117), 게이트 배선(116), 박막 트랜지스터(118)와 오버랩되도록 형성한다.
여기서, 상기 블랙 매트릭스(155)는 반사율이 높은 Cr, CrOx 등의 금속을 사용하여 형성한다.
이때, 상기 상부 기판(110)과 하부 기판(100)에는 배향막을 형성하고 러빙 처리하여 액정 방향자가 90°트위스트 되도록 배열한 다음 전극에 전압을 가하여 액정 방향자를 구동하여 화상을 표시한다.
도 3에 도시된 바와 같이, 상기 TN 모드의 액정 표시 장치에서는 통상적으로, 상부 기판(110)과 하부 기판(100)에서 러빙 방향이 서로 직각을 이루도록 배향 처리를 하여 액정 분자들이 하부 기판 에서의 디렉터(director : 방향자)와 상부 기판에서의 디렉터가 직각(90˚)을 이룬다.
상기 배향막에는 일반적으로 폴리이미드(polyimide) 계열의 유기물질이 주로 사용되고, 상기 배향막을 배향시키는 방법으로는 주로 러빙(rubbing) 방법이 이용되고 있다.
이와 같은 러빙 방법은 먼저 기판 위에 폴리이미드 계열의 유기 물질을 도포 하고, 60 ~ 80℃ 정도의 온도에서 용제를 날리고 정렬시킨 후, 80 ~ 200℃ 정도의 온도에서 경화시켜 폴리이미드 배향막을 형성한 후, 벨벳(velvet) 등을 감은 러빙포를 이용하여 상기 배향막을 일정한 방향으로 문질러 줌으로써 배향 방향을 형성시키는 방법 등이 있다.
여기서, 하나의 화소셀을 다중 배향시킨 구조에 있어서, 실선은 상부 기판(110)의 배향 방향을 나타내고, 점선은 하부 기판(100)의 배향 방향을 나타내고 있다.
이때, 상기 하부 기판(100)의 게이트 배선(116)과 데이터 배선(117)이 서로 수직하게 교차하며 형성되어 있으므로, 상기 하부 기판(100)의 러빙 방향과 45°의 각을 이루게 된다.
또한, 상기 블랙 매트릭스(155)와 상기 상부 기판(110)의 러빙 방향도 45°의 각을 이루게 된다.
여기서, 상기 블랙 매트릭스(155)와 게이트 배선(116), 데이터 배선(117), 화소 전극(111)의 단차부가 러빙 방향에 대해 꺽인 구조를 가지므로 측면 전계가 생기는 부분에서 액정 분자의 분포가 불균일하게 형성되어 전기장 왜곡이 일어나 빛샘이 발생하게 된다.
이때, 화소와 화소의 경계 영역에서는 빛샘을 유발하는 액정 배향의 불연속선인 전경선(disclination line)이 발생하는데, 이를 차단하기 위하여 블랙 매트릭스의 폭을 보다 넓게 설계하기도 하나, 이는 액정 표시 장치의 개구율을 저하시키는 문제점이 있다.
이와 같이, 빛이 누설되어 버리면 콘트라스트비가 저하되고 화상의 간섭이 일어나는 등 화상 품질이 떨어지게 된다.
본 발명에 따른 액정 표시 장치에 있어서, 전극부와 배선부, 블랙 매트릭스 패턴을 러빙 방향과 수직 또는 수평하게 형성하여 러빙 배향 불균일도를 감소시킴으로써 전경선 영역을 최소화하여 개구율을 향상시키고 화질 특성이 개선된 액정 표시 장치 및 그 제조 방법을 제공하는 데 그 목적이 있다.
상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 액정 표시 장치는, 게이트 배선 및 데이터 배선이 교차하여 정의된 화소 영역에 박막 트랜지스터 및 화소 전극이 형성된 하부 기판과, 상기 하부 기판과 대향하며, 상기 게이트 배선과 데이터 배선에 오버랩되는 블랙 매트릭스와 컬러 필터가 형성된 상부 기판과, 상기 상, 하부 기판 사이에 형성된 액정층이 구비된 액정 표시 장치에 있어서, 상기 액정층의 러빙 방향은 상기 데이터 배선 또는 게이트 배선에 수직 또는 수평을 이루도록 소정 각도 기울어져서 형성된 것을 특징으로 한다.
상기 화소 전극은 소정의 기울기를 가지면서 상기 게이트 배선의 양측에 서로 대칭되도록 형성된 것을 특징으로 한다.
상기 화소 전극은 소정의 기울기를 가지면서 상기 데이터 배선의 양측에 서로 대칭되게 형성된 것을 특징으로 한다.
상기 게이트 배선 또는 데이터 배선은 한 화소 영역을 단위로 기판 상에 지 그 재그(zigzag) 패턴을 가지는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 액정 표시 장치의 제조 방법은, 지그재그 형상의 게이트 배선 및 데이터 배선과 박막 트랜지스터 및 화소 전극을 구비한 하부 기판을 형성하는 단계와; 상기 하부 기판과 대향하여 상기 게이트 배선과 데이터 배선 및 박막 트랜지스터에 오버랩되는 블랙 매트릭스와 컬러 필터를 구비한 상부 기판을 형성하는 단계와; 상기 상, 하부 기판 상에 상기 데이터 배선 또는 게이트 배선과 러빙 방향이 수직 또는 수평을 이루도록 배향막을 러빙하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 배향막의 러빙 방향은 상, 하부 기판이 서로 수직하는 것을 특징으로 한다.
이하, 첨부한 도면을 참조로 하여 본 발명의 구체적인 실시예에 대해서 상세히 설명한다.
도 4는 본 발명에 따른 액정 표시 장치의 하부 기판의 개략적인 평면도이고, 도 5는 본 발명에 따른 액정 표시 장치의 상부 기판의 개략적인 평면도이다.
도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 TN 모드 액정 표시 장치의 하부 기판(200)은 게이트 배선(216)과 데이터 배선(217)이 서로 수직하게 교차하며, 상기 게이트 배선(216)과 데이터 배선(217)이 교차하는 지점에 박막 트랜지스터(TFT:Thin Film Transistor)(218)가 형성되어 있다.
여기서, 상기 데이터 배선(217)이 소정의 각도로 기울어져 형성되는데, 상기 데이터 배선(217)을 하부 기판(200)의 러빙 방향과 수직으로 형성되도록 할 수 있 다.
또는, 상기 게이트 배선(216) 또는 데이터 배선(217)을 러빙 방향과 수평으로 유지하도록 형성할 수도 있다.
따라서, 상기 게이트 배선(216)과 데이터 배선(217)이 교차하여 형성하는 화소 영역은 평행사변형꼴의 형상을 가지게 되며, 여기에 형성되는 화소 전극(211)도 기울어져 형성된다.
이때, 상기 게이트 배선(216)과 데이터 배선(217)은 Al, Cu, Ta, Ti, Mo, Mo 합금(alloy), Al 합금 등의 금속을 증착한 후 패터닝하여 형성한다.
또한, 상기한 데이터 배선(217) 뿐만 아니라 게이트 배선(216)을 소정의 각도로 기울여 형성시킴으로써, 상기 게이트 배선(216)을 하부 기판(200)의 러빙 방향에 대해 수평 또는 수직을 형성하도록 할 수 있다.
바람직하게는 상기 데이터 배선(217)의 꺽이는 각도가 러빙 방향에 대해서 수직이 되도록 하며, 상기 데이터 배선(217)과 게이트 배선(216)의 각도는 화소 방향으로 대략 45°를 형성하게 한다.
그리고, 도 5에 도시된 바와 같이, 상기 하부 기판(200)과 대향하게 합착되어 액정 표시 장치를 구성하는 상부 기판(210)에는 블랙 매트릭스(255)와 컬러 필터(222)가 형성되어 있으며, 도시되지는 않았으나, 상기 컬러 필터(222) 상에 공통 전극이 형성된다.
그리고, 도시되지는 않았으나, 상기 상부 기판(200)과 하부 기판(210) 사이에는 TN 액정층이 형성된다.
이때, 상기 상부 기판(210)의 블랙 매트릭스(255)는 액정 배열을 제어할 수 없는 영역인 하부 기판(200)의 데이터 배선(217), 게이트 배선(216), 박막 트랜지스터(218)와 오버랩되도록 형성한다.
따라서, 상기 블랙 매트릭스(255)에서 상기 게이트 배선(216), 데이터 배선(217)의 패턴으로 형성되며, 상기 데이터 배선(217)과 대응되는 패턴은 상부 기판(210)의 러빙 방향과 수평 또는 수직으로 형성된다.
또한, 상기 블랙 매트릭스(255) 사이의 화소 영역에 형성되는 컬러 필터(222)의 모양도 상기 화소 영역과 같이 평행사변형꼴로 형성된다.
여기서, 상기 블랙 매트릭스(255)는 반사율이 높은 Cr, CrOx 등의 금속을 사용하여 형성한다.
이와 같이, 상기 상부 기판(210)과 하부 기판(200)에 형성되는 게이트 배선(216), 데이터 배선(217), 화소 전극(211) 및 블랙 매트릭스(255)를 러빙 방향에 대해서 수평 또는 수직으로 형성시킴으로써 상기 게이트 배선(216), 데이터 배선(217), 화소 전극(211) 및 블랙 매트릭스(255)에 의한 단차로 인해 발생되는 빛샘을 감소시킬 수 있게 된다.
이상 전술한 바와 같이, 본 발명을 구체적인 실시예를 통하여 상세히 설명하였으나, 이는 본 발명을 구체적으로 설명하기 위한 것으로, 본 발명에 따른 액정 표시 장치 및 그 제조 방법은 이에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상 내에서 당 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 그 변형이나 개량이 가능함이 명백하다.
본 발명은 액정 표시 장치에서 게이트 배선, 데이터 배선을 러빙 방향에 대해서 수평 또는 수직 방향으로 형성시킴으로써 전경선의 발생을 최소화함으로써 전계 왜곡 효과에 변화를 주지 않으면서 화질 특성을 개선하여 제품의 신뢰성을 향상시키는 효과가 있다.

Claims (6)

  1. 게이트 배선 및 데이터 배선이 교차하여 정의된 화소 영역에 박막 트랜지스터, 화소 전극 및 제1 배향막이 형성된 하부 기판과, 상기 하부 기판과 대향하며, 상기 게이트 배선과 데이터 배선에 오버랩되는 블랙 매트릭스, 컬러 필터 및 제2 배향막이 형성된 상부 기판과, 상기 상, 하부 기판 사이에 형성된 액정층이 구비된 액정 표시 장치에 있어서,
    상기 제1 및 제2 배향막의 러빙 방향은 서로 수직인 대각선 방향을 가지고,
    상기 데이터 배선은 상기 제1 배향막의 러빙 방향에 상기 화소 영역을 단위로 하여 수평 또는 수직을 이루도록 기울어진 형상을 갖는 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 화소 전극은 상기 데이터 배선과 동일 기울기를 가지면서 상기 게이트 배선의 양측에 서로 대칭되도록 형성된 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 화소 전극은 상기 데이터 배선과 동일 기울기를 가지면서 상기 데이터 배선의 양측에 서로 대칭되게 형성된 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 게이트 배선 또는 데이터 배선은 한 화소 영역을 단위로 기판 상에 지 그 재그(zigzag) 패턴을 가지는 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
  5. 화소 영역을 정의하는 게이트 배선 및 데이터 배선, 박막 트랜지스터 및 화소 전극을 포함하는 하부 기판을 형성하는 단계와;
    상기 하부 기판과 대향하여 상기 게이트 배선과 데이터 배선 및 박막 트랜지스터에 오버랩되는 블랙 매트릭스 및 컬러 필터를 포함하는 상부 기판을 형성하는 단계와;
    상기 하부 기판 및 상기 상부 기판에 서로 수직인 대각선 방향을 갖도록 제1 및 제2 배향막을 각각 러빙하는 단계를 포함하고,
    상기 데이터 배선은 상기 제1 배향막의 러빙 방향에 상기 화소 영역을 단위로 하여 수평 또는 수직을 이루도록 기울어진 형상을 갖는
    하는 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치의 제조 방법.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 데이터 배선에 대응하는 블랙 매트릭스는 상기 제2 배향막의 러빙 방향에 상기 화소 영역을 단위로 하여 수평 또는 수직을 이루도록 기울어진 형상을 갖는 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
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