KR102012317B1

KR102012317B1 - 액정표시장치 및 그 제조방법

Info

Publication number: KR102012317B1
Application number: KR1020130000397A
Authority: KR
Inventors: 김경진; 황정임; 전지나; 하경수
Original assignee: 엘지디스플레이 주식회사
Priority date: 2013-01-02
Filing date: 2013-01-02
Publication date: 2019-08-20
Anticipated expiration: 2033-01-02
Also published as: KR20140088471A

Abstract

본 발명은 액정표시장치를 개시한다. 개시된 본 발명의 액정표시장치 및 그 제조방법은, 화소전극과 공통전극이 서로 이격하여 형성된 제 1 기판; 및 상기 제 1 기판 상부에 형성된 나노캡슐 액정층;을 포함하는 액정패널을 포함하고, 상기 나노캡슐 액정층은 버퍼층 및 액정분자로 내부가 채워진 나노캡슐로 이루어지고, 상기 화소전극의 폭과 상기 화소전극과 공통전극 사이의 거리의 비는 1:1 내지 1:7로 형성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 액정표시장치 및 그 제조방법은, 나노사이즈 액정캡슐을 포함한 액정층을 단일 기판 및 유연한 기판에 형성하여 수율을 향상하고, 배향막 형성 및 러빙공정을 생략할 수 있어, 공정의 효율성을 향상시킨다. 또한, 효율적인 구동전압과 투과율을 형성하기 위해 화소전극과 공통전극의 구조 및 구동방식을 개선하였다.

Description

액정표시장치 및 그 제조방법{Liquid crystal display and method for fabricating the same}

본 발명은 액정표시장치 및 그 제조방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 외력에 의한 빛샘을 개선하고, 공정을 단순화하고, 응답속도가 향상된 액정표시장치 및 그 제조방법에 관한 것이다.

최근 정보화 시대에 발맞추어 디스플레이(display) 분야 또한 급속도로 발전해 왔고, 이에 부응해서 박형화, 경량화, 저소비전력화 장점을 지닌 평판표시장치(flat panel display device : FPD)로서 액정표시장치(liquid crystal display device : LCD), 플라즈마표시장치(plasma display panel device : PDP), 전기발광표시장치(electroluminescence display device : ELD), 전계방출표시장치(field emission display device : FED) 등이 소개되어 기존의 브라운관(cathode ray tube : CRT)을 빠르게 대체하며 각광받고 있다.

이중에서도 액정표시장치는 동화상 표시에 우수하고 높은 콘트라스트비(contrast ratio)로 인해 노트북, 모니터, TV 등의 분야에서 가장 활발하게 사용되고 있다.

일반적인 액정표시장치의 구성에 대해 도 1을 참조하여 설명하면 다음과 같다.

도 1은 종래 액정표시장치의 단면도를 도시한 도면이다.

도 1을 참조하면, 액정표시장치는 도시한 바와 같이, 액정층(50)을 사이에 두고 어레이기판(array substrate;10)과 컬러필터기판(color filter substrate;24)이 대면 합착된 액정패널과 그 하부에 배치되는 백라이트(40)의 구성을 갖는데, 이중 어레이기판이라 불리는 제 1 기판(10)의 일면에는 화소영역(P)이 정의되어 있으며, 각 화소영역(P)에는 박막트랜지스터(Tr)가 구비되어 각 화소영역(P)에 마련된 투명 화소 전극(19)과 층간절연막(18)에 형성된 콘택홀을 통해 일대일 대응 접속된다. 상기 박막트랜지스터(Tr)는 게이트 전극(12), 게이트 절연막(13), 액티브층(14), 오믹콘택층(15a,15b), 소스전극(16) 및 드레인전극(17)으로 이루어진다.

또한 액정층(50)을 사이에 두고 이와 마주보는 제 2 기판(24)은 상부기판 또는 컬러필터기판(color filter substrate)이라 불리는데, 이의 일면에는 제 1 기판(24)의 박막트랜지스터(Tr) 등의 비표시 요소를 가리면서 화소 전극(19) 만을 노출시키도록 화소영역(P)을 두르는 격자 형상의 블랙매트릭스(22)가 구성된다.

또한, 이들 격자 내부에서 각 화소영역(P)에 대응되게 순차적으로 반복 배열되는 일례로 R(red), G(green), B(blue) 컬러필터(23) 그리고 이들 모두를 덮는 투명 공통 전극(21)을 포함한다.

이때, 제 1 및 제 2 기판(10,24)의 외면으로는 특정 편광만을 선택적으로 투과시키는 편광판(11,25)이 부착된다.

그리고, 액정층(50)과 화소 전극(19) 그리고 공통 전극(21) 사이로는 액정을 향하는 표면이 각각 소정 방향으로 러빙(rubbing)된 제 1 및 제 2 배향막(20a, 20b)이 개재되어 액정분자의 초기배열상태와 배향 방향을 균일하게 정렬한다.

또한, 그 사이로 충진되는 액정층(50)의 누설을 방지하기 위해 양 기판(10,24)의 가장자리를 따라 씰패턴(seal pattern : 70)이 형성된다.

이러한 액정표시장치는 자체 발광요소를 갖추지 못한 소자이므로 별도의 광원을 요구하게 되며, 이를 위해 액정패널 배면으로는 백라이트(40)가 마련되어 빛을 공급하고 있다.

여기서, 액정표시장치에 이용되는 액정층(50)으로는 네마틱(nematic)액정, 스멕틱(smectic)액정 및 콜레스테릭(cholesteric) 액정 등이 있으며, 주로 네마틱 액정이 이용된다.

한편, 이러한 액정표시장치는 응답속도가 낮아 잔상에 의한 화질의 저하 등이 수반된다. 또한, 액정표시장치를 완성하는데 필요한 공정수가 너무 많은 단점이 있다. 따라서, 최근에는 고속 응답속도를 갖는 동시에 공정의 효율성이 향상된 액정표시장치에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다.

본 발명은 나노사이즈 액정캡슐을 포함한 액정층을 형성하여 전계를 제외한 터치 등의 외력에 의한 광학적 변화를 방지하고 빛샘을 방지하는 액정표시장치 및 그 제조방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

또한, 본 발명은 나노사이즈 액정캡슐을 포함한 액정층을 단일 기판 및 유연한 기판에 형성하여 수율을 향상하고, 공정 프로세스가 단순화된 액정표시장치 및 그 제조방법을 제공하는데 다른 목적이 있다.

또한, 본 발명은 나노사이즈 액정캡슐을 포함한 액정층은 광학적 이방성이 있는 초기 배향이 필요하지 않아 배향막 형성 및 러빙공정을 생략할 수 있어, 공정의 효율성을 향상시키는 액정표시장치 및 그 제조방법을 제공하는데 또 다른 목적이 있다.

또한, 본 발명은 화소전극과 공통전극의 구조 및 구동방식을 개선하여 구동전압을 낮추고 투과율을 높임으로써 효율적으로 구동하는 액정표시장치 및 그 제조방법을 제공하는데 또 다른 목적이 있다.

상기와 같은 종래 기술의 과제를 해결하기 위한 본 발명의 액정표시장치는, 화소전극과 공통전극이 서로 이격하여 형성된 제 1 기판; 및 상기 제 1 기판 상부에 형성된 나노캡슐 액정층;을 포함하는 액정패널을 포함하고, 상기 나노캡슐 액정층은 버퍼층 및 액정분자로 내부가 채워진 나노캡슐로 이루어지고, 상기 화소전극의 폭과 상기 화소전극과 공통전극 사이의 거리의 비는 1:1 내지 1:7로 형성되는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 액정표시장치 제조 방법은, 제 1 기판 상에 박막 트랜지스터를 형성하는 단계; 박막 트랜지스터와 연결된 화소전극을 형성하고, 상기 화소전극과 이격하여 공통전극을 형성하는 단계; 및 상기 제 1 기판 상부에 나노캡슐 액정층을 형성하고, 액정패널을 완성하는 단계;를 포함하고, 상기 나노캡슐 액정층은 버퍼층 및 액정분자로 내부가 채워진 나노캡슐로 이루어지고, 荇茶 화소전극의 폭과 상기 화소전극과 공통전극 사이의 거리의 비는 1:1 내지 1:7로 형성하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 액정표시장치 및 그 제조방법은, 나노사이즈 액정캡슐을 포함한 액정층을 형성하여 전계를 제외한 터치 등의 외력에 의한 광학적 변화를 방지하고 빛샘을 방지하는 제 1 효과가 있다.

또한, 본 발명에 따른 액정표시장치 및 그 제조방법은, 나노사이즈 액정캡슐을 포함한 액정층을 단일 기판 및 유연한 기판에 형성하여 수율을 향상하고, 공정 프로세스가 단순화된 제 2 효과가 있다.

또한, 본 발명에 따른 액정표시장치 및 그 제조방법은, 나노사이즈 액정캡슐을 포함한 액정층은 광학적 이방성이 있는 초기 배향이 필요하지 않아 배향막 형성 및 러빙공정을 생략할 수 있어, 공정의 효율성을 향상시키는 제 3 효과가 있다.

또한, 본 발명에 따른 액정표시장치 및 그 제조방법은, 화소전극과 공통전극의 구조 및 구동방식을 개선하여 구동전압을 낮추고 투과율을 높임으로써 효율적으로 구동하는 제 4 효과가 있다.

도 1은 종래 액정표시장치의 단면도를 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 액정표시장치의 단면도를 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 액정표시장치의 단면도를 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 제 3 실시예에 따른 액정표시장치의 단면도를 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명의 액정표시장치의 액정층을 형성하는 방법을 도시한 도면이다.
도 6a 및 도 6b는 종래 액정표시장치 및 본 발명의 액정표시장치의 플렉서블 기판 적용시를 도시한 도면이다.
도 7a 및 도 7b는 종래 액정표시장치 및 본 발명의 액정표시장치의 외력에 대한 영향을 도시한 도면이다.
도 8은 본 발명의 액정표시장치를 도시한 도면이다.
도 9는 전극 폭과 전극간 거리의 비율에 따른 구동전압과 투과율을 도시한 도면이다.
도 10은 나노캡슐 액정층의 두께에 따른 구동전압과 투과율을 도시한 도면이다.
도 11a 및 도 11b는 돌출형 전극을 도시한 도면이다.
도 12a 및 도 12b는 돌출형 전극의 높이에 따른 구동전압과 투과율을 도시한 도면이다.
도 13은 본 발명의 액정표시장치의 평면도를 도시한 도면이다.
도 14a 및 도 14b는 종래 액정표시장치와 본 발명의 액정표시장치의 전압구동을 도시한 도면이다.

이하, 본 발명의 실시예들은 도면을 참고하여 상세하게 설명한다. 다음에 소개되는 실시예들은 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 예로서 제공되는 것이다. 따라서, 본 발명은 이하 설명되는 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 그리고 도면들에 있어서, 장치의 크기 및 두께 등은 편의를 위하여 과장되어 표현될 수도 있다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호들은 동일한 구성요소들을 나타낸다.

도 2는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 액정표시장치의 단면도를 도시한 도면이다.

도 2를 참조하면, 본 발명의 제 1 실시예에 따른 액정표시장치는 제 1 기판(100)과 제 2 기판(200)이 형성되고, 상기 제 1 기판(100)과 제 2 기판(200) 사이에 나노캡슐 액정층(300)이 개재된 액정패널을 포함한다. 상기 액정패널의 각 외면에는 제 1 편광판(110) 및 제 2 편광판(210)이 형성된다. 또한, 상기 액정패널의 배면에는 백라이트(400)가 형성된다.

이때, 상기 제 1 기판(100)은 박막 트랜지스터 기판이고, 상기 제 2 기판(200)은 컬러필터 기판으로 형성된다.

상기 제 1 기판(100) 상에는 게이트 절연막을 사이에 두고 서로 수직하게 교차하여 화소영역을 정의하는 게이트 배선과 데이터 배선이 형성된다. 상기 게이트 배선과 데이터 배선의 교차영역에는 게이트 전극, 게이트절연막, 반도체층, 소스전극 및 드레인전극으로 구성되는 박막 트랜지스터가 형성된다. 상기 제 1 기판(100)의 화소영역에는 상기 박막 트랜지스터와 접촉하는 화소 전극(150)이 형성된다. 상기 화소 전극(150)과 일정간격 이격하여 공통 전극(160)이 형성된다.

상기 제 2 기판(200) 상에는 격자형상의 블랙 매트릭스가 제 1 기판(100) 상의 게이트 배선, 데이터 배선 및 박막 트랜지스터 등 비표시영역을 가리도록 형성된다. 상기 제 2 기판(200) 상에 상기 화소영역에 대응되도록 순차적으로 적색(201a), 녹색(201b) 및 청색(201c) 컬러필터가 형성된다.

도 3은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 액정표시장치의 단면도를 도시한 도면이다.

도 3을 참조하면, 본 발명의 제 2 실시예에 따른 액정표시장치는 제 1 기판(100)과 제 2 기판(200)이 형성되고, 상기 제 1 기판(100)과 제 2 기판(200) 사이에 나노캡슐 액정층(300)이 개재된 액정패널을 포함한다. 상기 액정패널의 각 외면에는 제 1 편광판(110) 및 제 2 편광판(210)이 형성된다. 또한, 상기 액정패널의 배면에는 백라이트(400)가 형성된다.

이때, 상기 제 1 기판(100)은 박막 트랜지스터 및 컬러필터를 포함하는 COT(color filter on transistor)구조로 형성된다.

상기 제 1 기판(100) 상에 게이트 절연막을 사이에 두고 서로 수직하게 교차하여 화소영역을 정의하는 게이트 배선과 데이터 배선이 형성된다. 상기 게이트 배선과 데이터 배선의 교차영역에는 게이트 전극, 게이트절연막, 반도체층, 소스전극 및 드레인전극으로 구성되는 박막 트랜지스터가 형성된다. 상기 박막 트랜지스터 상에는 보호막을 형성하고, 상기 보호막 상에 순차적으로 적색(101a), 녹색(101b) 및 청색(101c) 컬러필터층을 형성한다.

상기 제 1 기판(100)의 화소영역에는 상기 박막 트랜지스터와 접촉하는 화소 전극(150)이 형성된다. 상기 화소 전극(150)과 일정간격 이격하여 공통 전극(160)이 형성된다. 이때, 개구율을 향상하고 마스크 공정을 단순화하기 위해 블랙매트릭스를 생략하고, 공통 전극(160)이 블랙매트릭스의 역할을 겸하도록 형성할 수도 있다. 또한, COT 구조의 액정패널을 포함하는 액정표시장치의 경우, 상기 제 2 기판(200)이 생략되어 형성될 수도 있다.

도 4는 본 발명의 제 3 실시예에 따른 액정표시장치의 단면도를 도시한 도면이다.

도 4를 참조하면, 본 발명의 제 3 실시예에 따른 액정표시장치는 하부 기판으로 제 1 기판(100)이 형성되고, 상기 제 1 기판(100) 상에 나노캡슐 액정층(300)이 형성된 액정패널을 포함한다. 상기 액정패널의 각 외면에는 제 1 편광판(110) 및 제 2 편광판(210)이 형성된다. 또한, 상기 액정패널의 배면에는 백라이트(400)가 형성된다.

이때, 상부 기판은 생략될 수 있다. 상기 제 2 편광판(210)은 나노캡슐 액정층(300)과 접하도록 형성될 수 있다. 또한, 상기 백라이트(400)는 적색(401a), 녹색(401b) 및 청색(401c)을 갖는 광원을 이용한다. 따라서, 색을 광원을 이용하여 표현하고, 컬러필터층도 생략될 수 있다.

액정표시장치의 전체적인 두께를 줄일 수 있으며, 제 2 기판과 제 1 기판(100)을 합착하기 위한 별도의 공정을 필요로 하지 않으므로, 공정의 효율성을 크게 향상시킬 수 있다.

즉, 본원 발명의 제 1 실시예 내지 제 3 실시예에 따른 액정표시장치는 제 1 기판(100) 및 제 2 기판(200)의 구성만 상이할 뿐 기타 구성은 동일한 특징을 갖는다. 동일한 구성의 특징을 도 2 내지 도 4를 참조하여 설명하면 다음과 같다.

도 2 내지 도 4를 참조하면, 상기 액정패널의 배면에는 빛을 공급하는 백라이트(400)가 구비된다. 백라이트(400)는 빛을 발하는 광원의 위치에 따라 측광형(side type)과 직하형(direct type)으로 구분된다. 측광형은 액정패널에 대해 이의 후방의 일측면으로부터 출사된 광원의 빛을 별도의 도광판으로 굴절시켜 액정패널로 입사시킨다. 또한, 직하형은 액정패널 배면으로 복수개의 광원을 직접 배치시켜 빛을 입사시킨다. 본 발명은 이 둘 중 어느 것이나 이용가능하다.

이때, 상기 광원은 음극전극형광램프(cold cathode fluorescent lamp)나 외부전극형광램프(external electrode fluorescent lamp)와 같은 형광램프가 이용될 수 있다. 또는, 이러한 형광램프 이외에 발광다이오드 램프(light emitting diode lamp)가 램프로 이용될 수도 있다.

상기 액정패널 각 외면으로는 특징 빛만을 선택적으로 투과시키는 제 1 편광판(110) 및 제 2 편광판(210)이 부착된다. 제 1 편광판(110)은 제 1 방향의 편광축을 가지며, 제 2 편광판(210)은 제 1 방향에 수직한 제 2 방향의 편광축을 갖는다. 상기 백라이트(400)로 부터 출사된 산란광은 제 1 편광판(110)에 의해 제 1 편광축에 나란한 선형 편광만이 투과되고, 나머지는 흡수된다. 또한, 상기 나노캡슐 액정층(300)을 통과한 빛은 제 2 편광판(210)에 의해 제 2 편광축에 나란한 선형 편광만 투과될 수 있다.

상기 나노캡슐 액정층(300)은 불규칙하게 배열된 액정분자(320)가 내부에 채워진 나노캡슐(330)이 버퍼층(310)에 분산되어 형성된다. 나노캡슐(330)은 액정분자(320)를 나노사이즈의 캡슐로 캡슐화한 것이다. 상기 나노캡슐(330), 액정분자(320) 및 버퍼층(310)은 나노캡슐 액정층(300)의 광투과량을 변경하여 화상을 표시한다.

나노캡슐 액정층(300)은 등방성(isotropic) 액정으로, 등방성 액정은 전압 무인가 시에는 3차원 또는 2차원에 있어서 광학적으로 등방성을 갖는다. 이때, 전계를 인가하면 상기 나노캡슐 액정층(300)은 전계 방향으로 정렬하면서 복굴절이 생기는 성질을 갖는다. 따라서, 전압 인가시 전계에 따라 광학적으로 광축을 형성할 수 있어, 이를 이용한 광학 특성 제어를 통해 빛을 투과시킬 수 있다.

즉, 상기 백라이트(400)로부터 출사된 산란광은 제 1 편광판(110)을 통과하고, 상기 액정분자(320)와 나란한 선형 편광이 나노캡슐 액정층(300)을 통과한다. 상기 나노캡슐 액정층(300)을 통과한 빛은 제 2 편광판(210)을 통과하여 화이트(white)를 표시하게 된다.

전압이 오프(off) 상태의 경우, 수직으로 교차된 편광판 사이에 존재하는 나노캡슐 액정층(300)의 액정분자(320)는 캡슐 내부에서 임의의 방향으로 배열하게 되어, 광학적으로 등방성을 갖게 된다. 즉, 전압이 오프된 상태에서의 나노캡슐(330)의 액정 분자(320)는 백라이트(400)에서 나오는 빛의 광학특성에 영향을 주지 못한다. 따라서, 백라이트(400)에서 나오는 빛은 교차된 편광판을 통과하지 못하고 차단되어 블랙(black)을 표시하게 된다.

따라서, 나노캡슐 액정층(300)을 포함하는 액정표시장치는 전압의 온/오프(on/off)에 따라 투과량이 변화하는 디스플레이용 소자로 적용될 수 있다. 나노캡슐 액정층(300)의 액정분자(320)를 다이나믹하게 회전시킴으로써 응답시간이 빨라지는 효과를 가질 수 있다.

도 5는 본 발명의 액정표시장치의 액정층을 형성하는 방법을 도시한 도면이다.

도 5를 참조하면, 나노캡슐 액정층(300)은 액정분자(320)를 나노캡슐(330)로 만들어 버퍼층(310)과 함께 혼합된 코팅액을 노즐 형태를 가진 적하장치(500)를 이용하여 형성할 수 있다. 제 1 기판(100)의 하부에는 제 1 편광판(110)이 형성되고, 제 1 기판(100) 상에는 화소 전극(150) 및 공통 전극(160)이 서로 이격하여 형성되며 완성된다. 상기 제 1 기판(100) 상에 적하장치(500)를 위치하고 나노캡슐 액정층(300)을 도포하여 형성한다.

또한, 나노캡슐(330), 상기 나노캡슐(330) 내부에 형성된 액정분자(320) 및 버퍼층(310)으로 이루어진 나노캡슐 액정층(300)은 프린팅 방법, 코팅법 또는 적하법 등으로 다양하게 형성할 수 있습니다.

이러한 나노캡슐 액정층(300)은 광학적 이방성(optical anisotropic)이 있는 초기 배향이 존재하지 않기 때문에, 배향할 필요가 없으므로, 표시장치에 배향막을 구비할 필요가 없으며, 러빙공정을 진행할 필요가 없다. 이에, 공정의 효율성을 향상시킬 수 있다.

도 6a 및 도 6b는 종래 액정표시장치 및 본 발명의 액정표시장치의 플렉서블 기판 적용시를 도시한 도면이다.

도 6a를 참조하면, 종래 액정표시장치는 플렉서블 패널 또는 곡면형 패널을 적용하는 경우, 빛샘(60)이 발생한다. 플렉서블 패널 또는 곡면형 패널의 경우, 일 방향으로 벤딩하는 공정이 포함된다.

이러한 벤딩 공정시 상부기판 및 상기 상부기판에 부착된 편광판(25)은 인장하는 방향으로 응력이 발생하고, 하부기판 및 상기 하부기판에 부착된 편광판(11)은 수축하는 방향으로 응력이 발생한다. 이때, 상부기판과 하부기판은 서로 반대 방향으로 응력이 발생하여 이동하려 하나, 상기 기판의 외곽부는 실재로 패널이 고정되어 비틀림 응력이 발생한다.

이로 인해, 기판의 미스얼라인이 발생하며, 상부기판과 하부기판의 러빙축이 틀어져 액정분자의 배열이 틀어지게 된다. 상기 액정분자의 배열이 틀어지며 빛샘이 발생하게 되고, 상기 빛샘은 특히 본 발명과 같이 공통전극과 화소전극이 수평전계를 형성하는 IPS 모드에서 더 문제가 된다. IPS 모드의 경우, 러빙시 액정층(50)의 액정분자가 수평방향으로 배향되고, 광축의 틀어짐에 매우 민감하다.

따라서, 플렉서블 패널 또는 곡면형 패널을 포함하는 액정표시장치를 형성할 때, 백라이트(40)로부터 유입된 빛이 온전히 블랙(black)을 이루지 못하고, 빛샘(60)이 발생한다.

도 6b를 참조하면, 본 발명의 액정표시장치의 경우, 플렉서블 패널 또는 곡면형 패널을 적용하더라도 빛샘이 발생하지 않는다. 제 1 편광판(110)을 포함하는 제 1 기판과 제 2 편광판(210)을 포함하는 제 2 기판의 벤딩 공정을 진행한다. 이때, 본 발명의 액정분자(320)는 나노캡슐(330) 내부에 형성되어, 가시광 영역보다 작은 나노사이즈의 액정층은 가시광에 영향을 받지 않아 벤딩으로 인한 빛샘이 발생하지 않는다.

도 7a 및 도 7b는 종래 액정표시장치 및 본 발명의 액정표시장치의 외력에 대한 영향을 도시한 도면이다.

도 7a를 참조하면, 종래 액정표시장치는 터치 등의 외력이 가해지는 경우, 빛샘(60)이 발생한다. 액정패널에 외력이 가해지는 경우, 액정분자의 배열에 영향을 미친다. 이렇게 액정분자의 배열이 외력으로 인해 틀어지고, 광축이 틀어짐으로써, 빛샘(60)이 발생한다. 특히 본 발명과 같이 공통전극과 화소전극이 수평전계를 형성하는 IPS 모드에서, 액정분자는 수평방향으로 배향하므로, 액정분자의 배열에 외력으로 인한 영향이 더 크게 미친다.

도 7b를 참조하면, 본 발명의 액정표시장치는 터치 등의 외력에도 불구하고 빛샘이 발생하지 않는다. 본 발명의 액정분자(320)는 나노캡슐(330) 내부에 형성되어, 가시광 영역보다 작은 나노사이즈의 액정층은 가시광에 영향을 받지 않아 외력으로 인한 빛샘이 발생하지 않는다.

또한, 이러한 액정표시장치의 보다 효율적인 구동전압과 투과율을 형성하기 위해 화소전극과 공통전극의 구조 및 구동방식을 개선할 수 있다. 이러한 전극들의 구조 및 구동방식을 도 8 내지 도 14를 참조하여 설명하면 다음과 같다.

도 8은 본 발명의 액정표시장치를 도시한 도면이다.

도 8을 참조하면, 제 1 기판(100)과 제 2 기판(200)이 형성되고, 상기 제 1 기판(100)과 제 2 기판(200) 사이에 내부에 액정분자(320)가 형성된 나노캡슐(330) 및 버퍼층(310)으로 이루어진 나노캡슐 액정층(300)이 형성된다. 상기 제 1 기판(100)의 외면에는 제 1 편광판(110)이 형성되고, 상기 제 2 기판(200)의 외면에는 제 2 편광판(210)이 형성된다.

상기 제 1 기판에는 화소전극(150)과 공통전극(160)이 서로 이격되어 형성된다. 상기 화소전극(150) 및 공통전극(160)은 동일한 전극의 폭으로 형성될 수 있다. 이때, 상기 화소전극(150) 또는 공통전극(160)의 폭을 w라 하고, 상기 화소전극(150)과 공통전극(160) 사이의 거리를 l로 정의한다. 또한, 상기 나노캡슐 액정층(300)의 두께를 Gap으로 정의한다.

도 9는 전극 폭과 전극간 거리의 비율에 따른 구동전압과 투과율을 도시한 도면이다.

도 9를 참조하면, 나노캡슐 액정층의 두께가 4㎛로 일정할 때, 화소전극 또는 공통전극의 폭(w)과 화소전극과 공통전극 사이의 거리(l)의 비율에 따라 구동전압과 투과율이 변화하는 것을 알 수 있다. 화소전극 또는 공통전극의 폭(w)과 화소전극과 공통전극 사이의 거리(l)의 비율은 1:1 내지 1:7로 형성될 수 있다. 바람직하게는 1:2로 형성될 수 있다. 이때, 화소 전극 또는 공통 전극의 폭(w)은 1.0㎛ 내지 10.0㎛으로 형성될 수 있고, 화소전극과 공통전극 사이의 거리(l)는 1.0㎛ 내지 70.0㎛로 형성될 수 있다.

도 10은 나노캡슐 액정층의 두께에 따른 구동전압과 투과율을 도시한 도면이다.

도 10을 참조하면, 화소전극 또는 공통전극의 폭(w)는 3.0㎛ 와 화소전극과 공통전극 사이의 거리(l)는 6.0㎛으로 형성한다. 나노캡슐 액정층의 두께가 증가할 수록 액정패널의 투과율이 개선되고 있다. 이때, 나노캡슐 액정층의 두께는 1㎛이상 10㎛이하로 형성될 수 있다. 나노캡슐 액정층을 최소한 1㎛ 이상으로 적용할 수 있으며, 가능한 높은 투과율 확보를 위해서는 3㎛ 이상이 바람직하다. 다만, 이 조건은 액정의 종류나 전극 구조 및 설계 조건에 따라 달라질 수 있으며, 적용되는 여러 조건을 고려하여 최적의 두께(Gap)를 설정하는 것이 바람직하다.

도 11a 및 도 11b는 돌출형 전극을 도시한 도면이다.

도 11a 및 도 11b를 참조하면, 본 발명의 제 1 기판(100)에 형성되는 화소전극(150)과 공통전극(160)은 단층 전극이 아닌 굴곡을 갖는 돌출형 전극으로 형성될 수 있다.

이때, 도 11a를 참조하면, 각 화소전극(150) 및 공통전극(160)의 아래 형성된 돌기(170)의 단면은 높이 H를 갖는 볼록한 둔덕 형태로 형성될 수 있다. 이때, 돌출형 전극을 형성하기 위해 형성된 돌기(170)는 포토리소그래피 공정이 가능한 아크릴 수지계로, 포지티브형 포토레지스트 또는 네가티브형 포토레지스트로 형성될 수 있다.

또한, 도 11b를 참조하면, 각 화소전극(150) 및 공통전극(160) 아래 형성된 돌기(170)의 단면은 높이 H를 갖는 사다리꼴 형태로 형성될 수 있다. 이때, 돌출형 전극을 형성하기 위해 형성된 돌기(170)는 포토리소그래피 공정이 가능한 패시베이션층(SiNx)으로 형성한다. 본 방식은 돌출형 전극의 폭을 1㎛ 이내로 최소화가 가능하며, 돌출형 전극 형성 각도를 정밀하게 제어할 수 있는 장점이 있다. 이러한 돌출형 전극의 경우 전극의 높이에 영향을 받는다.

도 12a 및 도 12b는 돌출형 전극의 높이에 따른 구동전압과 투과율을 도시한 도면이다.

도 12a를 참조하면, 화소전극 또는 공통전극의 폭(w)은 3.0㎛ 와 화소전극과 공통전극 사이의 거리(l)는 6.0㎛으로 형성한다. 화소전극 및 공통전극 아래 형성된 돌기의 단면이 높이 H를 갖는 볼록한 둔덕 형태로 형성되는 경우, 높이(H)가 크게 형성될수록 구동전압을 낮아지고, 투과율은 증가함을 알 수 있다. 이때, 상기 돌출형 전극의 높이(H)를 0.5㎛ ~ 2.0㎛ 로 형성하며 액정패널의 투과율 및 구동전압을 개선됨을 확인하였다.

또한, 도 12b를 참조하면, 화소전극 또는 공통전극의 폭(w)은 3.0㎛로 형성하고, 화소전극과 공통전극 사이의 거리(l)은 6.0㎛으로 형성한다. 화소전극 및 공통전극의 아래 형성된 돌기의 단면이 높이 H를 갖는 사다리꼴 형태로 형성되는 경우, 마찬가지로 높이(H)가 크게 형성될수록 구동전압을 낮아지고, 투과율은 증가함을 알 수 있다. 이때, 상기 돌출형 전극의 높이(H)를 0.5㎛ 내지 5.0um 로 형성하여 액정패널의 투과율 및 구동전압을 개선함을 확인하였다. 따라서, 상기 돌출형 전극의 높이가 높을수록 구동전압은 낮아지고, 투과율은 높게 형성되어 액정표시장치를 보다 효율적으로 구성할 수 있다.

도 13은 본 발명의 액정표시장치의 평면도를 도시한 도면이다.

도 13을 참조하면, 본 발명의 액정표시장치는 제 1 기판(100) 상에 게이트 배선(101)이 형성된다. 상기 게이트 배선(101) 상에 형성된 게이트 절연막을 사이에 두고, 데이터 배선(102) 및 전원 배선(103)이 상기 게이트 배선(101)과 교차하도록 형성된다. 이때, 상기 게이트 배선(101)과 데이터 배선(102)은 서로 교차하여 화소영역을 정의하며, 상기 데이터 배선(102) 및 전원 배선(103)은 서로 이격하여 형성된다.

상기 게이트 배선(101)과 상기 데이터 배선(102)의 교차영역에 제 1 게이트 전극(108), 제 1 소스전극(104) 및 제 1 드레인전극(105)을 포함하는 제 1 박막 트랜지스터(Tr1)가 형성된다. 또한, 상기 게이트 배선(101)과 상기 전원 배선(103)의 교차영역에 제 2 게이트 전극(109), 제 2 소스전극(106) 및 제 2 드레인전극(107)을 포함하는 제 2 박막 트랜지스터(Tr2)가 형성된다.

상기 화소영역에는 화소전극(150)과 공통전극(160)이 서로 이격하여 나란히 형성된다. 상기 화소전극(150)과 공통전극(160)은 각 화소영역의 중앙부를 기준으로 대칭적으로 꺾인 구조를 이룸으로써, 상기 각 화소영역이 이중 도메인을 이루도록 형성된다. 상기 데이터 배선(102)과 전원 배선(103)도 화소영역의 중앙부를 기준으로 대칭적으로 꺾인 구조로 형성된다. 상기 데이터 배선(102), 전원 배선(103), 화소전극(150) 및 공통전극(160)은 화소영영의 중앙부에서 상기 게이트 배선(101)과 평행한 수평선을 기준으로 θ°만큼 기울어지도록 형성된다. 상기 θ°는 30° 내지 90°로 형성되며, 바람직하게는 45°로 형성될 수 있다. 이로 인해, 시야각 변화에 따른 색차를 억제할 수 있다.

또한, 화소영역 내의 서로 교대하며 배치되는 공통전극(160)과 화소전극(150)이 동일한 층에 형성될 수 있으며, 완벽한 수평전계를 구현시킬 수 있다. 이로 인해, 액정분자의 제어력이 상승하여 표시품질을 향상시킬 수 있다.

상기 제 1 박막 트랜지스터(Tr1)의 제 1 드레인 전극(105)은 화소전극(150)과 연결되며, 상기 제 2 박막 트랜지스터(Tr2)의 제 2 드레인 전극(107)은 공통전극(160)과 연결된다. 이때, 본 발명의 액정표시장치의 전압 구동을 살펴보면 다음과 같다.

도 14a 및 도 14b는 종래 액정표시장치와 본 발명의 액정표시장치의 전압구동을 도시한 도면이다.

도 14a를 참조하면, 종래 액정표시장치는 박막 트랜지스터가 데이터 배선에만 연결되어 데이터 배선에서 공급되는 데이터 전압(Pixel)만 시프트(shift)된다. 전원 배선에서 공급되는 일정한 공통전압(Vcom)을 기준으로, 데이터 배선에서 공급되는 데이터전압(Pixel)은 양과 음이 반복되도록 인가된다. 이때, 전압차를 VDD로 하기 위해서는, 프레임 주기로 한번은 공통전압(Vcom)을 기준으로 데이터전압(Pixel)을 VDD만큼 하강시키고, 한번은 데이터전압(Pixel)을 VDD만큼 상승시켜야 한다.

도 14b를 참조하면, 본 발명의 액정표시장치는 박막 트랜지스터가 데이터 배선 및 전원 배선에 연결되어, 전원 배선에서 공급되는 공통전압(Vcom)을 데이터 배선에서 공급되는 데이터전압(Pixel)과 반대되도록 동시에 시프트시킨다. 즉, 공통전압(Vcom)도 VDD만큼 시프트하고, 이와 반대로 데이터전압(Pixel)도 VDD만큼 시프트한다. 따라서, 각 전압은 종래 액정표시장치와 같이 VDD만큼 상승 및 하강하나, 그 전압차는 VDD의 2배가 된다. 따라서, 기존 대비 2배의 구동 전압을 인가할 수 있다.

따라서, 본 발명의 액정표시장치 및 그 제조방법은, 나노사이즈 액정캡슐을 포함한 액정층을 단일 기판 및 유연한 기판에 형성하여 수율을 향상하고, 배향막 형성 및 러빙공정을 생략할 수 있어, 공정의 효율성을 향상시킨다. 또한, 효율적인 구동전압과 투과율을 형성하기 위해 화소전극과 공통전극의 구조 및 구동방식을 개선하였다.

이상 설명한 내용을 통해 당업자라면 본 발명의 기술사상을 일탈하지 아니하는 범위에서 다양한 변경 및 수정이 가능함을 알 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 기술적 범위는 명세서의 상세한 설명에 기재된 내용으로 한정되는 것이 아니라 특허 청구의 범위에 의해 정하여져야만 할 것이다.

100: 제 1 기판 L: 수평전계
110: 제 1 편광판 300: 나노캡슐 액정층
150: 화소 전극 310: 버퍼층
160: 공통 전극 320: 액정분자
170: 돌기 330: 나노캡슐
200: 제 2 기판 400: 백라이트
210: 제 2 편광판

Claims

화소전극과 공통전극이 서로 이격하여 형성된 제 1 기판;
상기 제 1 기판 상부에 형성된 나노캡슐 액정층;
상기 제 1 기판 상에 형성된 게이트 배선;
상기 게이트 배선과 교차하여 화소영역을 정의하는 데이터 배선;
상기 게이트 배선과 교차하고, 상기 데이터 배선과 이격하여 형성된 전원 배선;
상기 게이트 배선 및 상기 데이터 배선과 연결된 제 1 박막 트랜지스터; 및
상기 게이트 배선 및 상기 전원 배선과 연결된 제 2 박막 트랜지스터를 포함하는 액정패널을 포함하고,
상기 나노캡슐 액정층은 버퍼층 및 액정분자로 내부가 채워진 나노캡슐로 이루어지고,
상기 화소전극의 폭과 상기 화소전극과 공통전극 사이의 거리의 비는 1:1 내지 1:7로 형성되는 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
제 1 항에 있어서,
상기 제 1 기판과 대향하여 상기 나노캡슐 액정층을 사이에 두고 형성된 제 2 기판을 포함하고,
상기 제 2 기판 상에 컬러필터층이 형성되는 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
제 1 항에 있어서,
상기 제 1 기판과 대향하여 상기 나노캡슐 액정층을 사이에 두고 형성된 제 2 기판을 포함하고,
상기 제 1 박막 트랜지스터 상에 형성된 컬러필터층을 포함하는 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
제 1 항에 있어서,
상기 나노캡슐 액정층 상에 상기 나노캡슐 액정층과 접하도록 형성된 편광판; 및
상기 액정 패널 배면에서 상기 액정 패널로 빛을 조사하는 백라이트 유닛을 포함하고,
상기 백라이트 유닛은 적색, 녹색 및 청색 빛을 조사하는 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
제 1 항에 있어서,
상기 액정패널은 플렉서블 패널 또는 곡면형 패널인 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
제 1 항에 있어서,
상기 화소전극과 상기 공통전극은 동일한 전극의 폭을 갖는 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
제 1 항에 있어서,
상기 화소전극 및 상기 공통전극은 돌출형 전극으로 형성되는 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
제 7 항에 있어서,
상기 화소전극 및 상기 공통전극의 높이는 0.5㎛이상 5.0㎛이하로 형성되는 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
제 1 항에 있어서,
상기 나노캡슐 액정층의 두께는 1㎛이상 10㎛이하로 형성되는 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
제 1 항에 있어서,
상기 제 1 박막 트랜지스터는 상기 화소 전극에 시프트하는 데이터전압을 공급하고,
상기 제 2 박막 트랜지스터는 상기 공통 전극에 상기 데이터전압의 반대 레벨의 공통전압을 공급하는 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
제 10 항에 있어서,
상기 데이터 배선, 전원 배선, 화소전극 및 공통전극은 상기 화소영역의 중앙부를 기준으로 대칭적으로 꺾인 구조로 형성되고,
상기 화소영역은 이중 도메인을 이루도록 형성되는 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
제 1 기판 상에 박막 트랜지스터를 형성하는 단계;
박막 트랜지스터와 연결된 화소전극을 형성하고, 상기 화소전극과 이격하여 공통전극을 형성하는 단계; 및
상기 제 1 기판 상부에 나노캡슐 액정층을 형성하고, 액정패널을 완성하는 단계;를 포함하고,
상기 나노캡슐 액정층은 버퍼층 및 액정분자로 내부가 채워진 나노캡슐로 이루어지고,
상기 화소전극의 폭과 상기 화소전극과 공통전극 사이의 거리의 비는 1:1 내지 1:7로 형성하는 것을 특징으로 하고,
상기 제 1 기판 상에 박막 트랜지스터를 형성하는 단계는,
절연 기판 상에 게이트 배선, 제 1 게이트 전극 및 제 2 게이트 전극을 형성하는 단계;
상기 게이트 배선, 상기 제 1 게이트 전극 및 상기 제 2 게이트 전극 상에 게이트 절연막을 형성하는 단계;
상기 게이트 절연막 상에 반도체층을 형성하는 단계; 및
상기 반도체층이 형성된 기판 상에 상기 게이트 배선과 교차하는 데이터 배선, 상기 데이터 배선과 이격하여 상기 게이트 배선과 교차하는 공통 배선, 제 1 소스전극, 제 1 드레인전극, 제 2 소스전극 및 제 2 드레인전극을 형성하는 단계를 포함하고,
상기 제 1 드레인전극은 상기 데이터 배선과 연결되고, 상기 제 2 드레인 전극은 상기 공통 배선과 연결되는 것을 특징으로 하는 액정표시장치 제조방법.
제 12 항에 있어서,
상기 화소전극과 상기 공통전극은 동일한 전극의 폭을 갖는 것을 특징으로 하는 액정표시장치 제조방법.
제 12 항에 있어서,
상기 화소전극 및 상기 공통전극은 돌출형 전극으로 형성하는 것을 특징으로 하는 액정표시장치 제조방법.
제 14 항에 있어서,
상기 화소전극 및 상기 공통전극의 높이는 0.5㎛이상 5.0㎛이하로 형성되는 것을 특징으로 하는 액정표시장치 제조방법.
제 12 항에 있어서,
상기 나노캡슐 액정층의 두께는 1㎛이상 10㎛이하로 형성되는 것을 특징으로 하는 액정표시장치 제조방법.
제 12 항에 있어서,
상기 게이트 배선과 상기 데이터 배선을 서로 교차하여 화소영역을 정의하고,
상기 제 1 드레인전극은 상기 화소 전극에 시프트하는 데이터전압을 공급하고,
상기 제 2 드레인전극은 상기 공통 전극에 상기 데이터전압의 반대 레벨의 공통전압을 공급하는 것을 특징으로 하는 액정표시장치 제조방법.
제 17 항에 있어서,
상기 데이터 배선, 전원 배선, 화소전극 및 공통전극은 상기 화소영역의 중앙부를 기준으로 대칭적으로 꺾인 구조로 형성하고,
상기 화소영역은 이중 도메인을 이루도록 형성되는 것을 특징으로 하는 액정표시장치 제조방법.