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KR102260871B1 - 액정 표시 장치 및 그 제조 방법 - Google Patents

액정 표시 장치 및 그 제조 방법 Download PDF

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KR102260871B1
KR102260871B1 KR1020150008684A KR20150008684A KR102260871B1 KR 102260871 B1 KR102260871 B1 KR 102260871B1 KR 1020150008684 A KR1020150008684 A KR 1020150008684A KR 20150008684 A KR20150008684 A KR 20150008684A KR 102260871 B1 KR102260871 B1 KR 102260871B1
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liquid crystal
electrode
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light blocking
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서봉성
이창훈
전백균
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삼성디스플레이 주식회사
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Abstract

액정 표시 장치를 제공한다. 본 발명의 일실시예에 따른 액정 표시 장치는 제1 기판, 상기 제1 기판 위에 위치하고 게이트선과 연결되는 박막 트랜지스터, 상기 제1 기판 위에 위치하고 절연막을 사이에 두고 위치하는 제1 전극 및 제2 전극, 상기 제1 기판과 마주보는 제2 기판 그리고 상기 제1 기판과 상기 제2 기판 사이에 위치하는 액정층을 포함하고, 상기 제1 전극 및 상기 제2 전극 중 하나는 복수의 가지 전극을 포함하고 다른 하나는 면 형상을 가지며, 상기 복수의 가지 전극은 상기 게이트선과 평행한 방향으로 뻗어 있고, 상기 액정층에 포함된 액정 분자는 음의 유전율 이방성을 갖는다.

Description

액정 표시 장치 및 그 제조 방법{LIQUID CRYSTAL DISPLAY DEVICE AND METHOD OF MANUFACTURING THE SAME}
본 발명은 액정 표시 장치 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
액정 표시 장치는 현재 가장 널리 사용되고 있는 평판 표시 장치 중 하나로써, 화소 전극과 공통 전극 등 전기장 생성 전극이 형성되어 있는 두 장의 표시판과 그 사이에 삽입되어 있는 액정층으로 이루어지며, 전기장 생성 전극에 전압을 인가하여 액정층에 전기장을 생성하고 이를 통하여 액정층의 액정 분자들의 배향을 결정하고 입사광의 편광을 제어함으로써 영상을 표시한다.
액정 표시 장치 표시 품질을 높이기 위하여, 높은 대비비(contrast ratio)와 우수한 광시야각, 빠른 응답 속도를 가질 수 있고, 압력 등과 같은 외부의 영향에 의해, 액정 분자의 배열이 흐트러짐에 따라 얼룩 등의 표시 품질 저하를 방지할 수 있는 액정 표시 장치를 구현하는 것이 필요하다.
액정의 종류에는 유전율 이방성이 양(+)인 액정과 유전율 이방성이 음(-)인 액정이 있다. 음의 유전율 이방성인 액정은 양의 유전율 이방성인 액정 대비하여 주변 액정의 퍼짐(splay) 각도가 작아 회전 탄성에너지가 크기 때문에 투과율이 상대적으로 높다.
하지만, 음의 유전율 이방성인 액정은 양의 유전율 이방성인 액정 대비하여 이온 불순물을 더 많이 포함하기 때문에 잔상이 심하다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 잔상이 개선된 액정 표시 장치 및 그 제조 방법을 제공하는데 있다.
본 발명의 일실시예에 따른 액정 표시 장치는 제1 기판, 상기 제1 기판 위에 위치하고 게이트선과 연결되는 박막 트랜지스터, 상기 제1 기판 위에 위치하고 절연막을 사이에 두고 위치하는 제1 전극 및 제2 전극, 상기 제1 기판과 마주보는 제2 기판 그리고 상기 제1 기판과 상기 제2 기판 사이에 위치하는 액정층을 포함하고, 상기 제1 전극 및 상기 제2 전극 중 하나는 복수의 가지 전극을 포함하고 다른 하나는 면 형상을 가지며, 상기 복수의 가지 전극은 상기 게이트선과 평행한 방향으로 뻗어 있고, 상기 액정층에 포함된 액정 분자는 음의 유전율 이방성을 갖는다.
상기 액정 분자는 전계가 인가되지 않은 상태에서 상기 가지 전극에 수직인 방향을 기준으로 기설정된 경사각을 가질 수 있다.
상기 복수의 가지 전극은 상기 면 형상의 전극과 중첩할 수 있다.
상기 제1 전극과 상기 제2 전극 중 하나는 상기 박막 트랜지스터와 연결될 수 있다.
상기 복수의 가지 전극 위에 위치하는 광배향막을 더 포함하고, 상기 광배향막은 상기 액정 분자의 경사각을 결정할 수 있다.
상기 박막 트랜지스터에 연결되고 상기 게이트선과 교차하는 데이터선을 더 포함하고, 상기 데이터선은 일직선으로 뻗을 수 있다.
상기 게이트선과 중첩하는 가로 차광 부재 및 상기 데이터선과 중첩하는 세로 차광 부재를 더 포함하고, 상기 가로 차광 부재의 폭은 상기 세로 차광 부재의 폭보다 클 수 있다.
상기 게이트선과 상기 데이터선은 수직 교차할 수 있다.
상기 제1 기판 위에 복수의 화소가 위치하고, 상기 복수의 화소 각각은 가로 방향의 단축과 세로 방향의 장축을 포함하고, 상기 복수의 가지 전극은 상기 화소의 단축을 따라 뻗을 수 있다.
상기 광배향막은 광분해형 배향막일 수 있다.
상기 제1 기판 위에 복수의 화소가 위치하고, 상기 복수의 화소 각각은 상부 영역과 하부 영역을 포함하고, 상기 상부 영역에 위치하는 액정 분자는 제1 방향을 갖고, 상기 하부 영역에 위치하는 액정 분자는 제2 방향을 가지며, 상기 제1 방향과 상기 제2 방향은 서로 다를 수 있다.
상기 제1 기판 위에 복수의 화소가 위치하고, 상기 복수의 화소 중 서로 이웃하는 제1 화소 및 제2 화소를 포함하고, 상기 제1 화소에 위치하는 액정 분자는 제1 방향을 갖고, 상기 제2 화소에 위치하는 액정 분자는 제2 방향을 가지며, 상기 제1 방향과 상기 제2 방향은 서로 다를 수 있다.
상기 기설정된 경사각은 5도 내지 10도일 수 있다.
상기 액정층에 존재하는 이온 불순물이 상기 게이트선을 향해 이동할 수 있다.
상기 이온 불순물은 상기 가로 차광 부재로 가려질 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따른 액정 표시 장치의 제조 방법은 제1 기판 위에 게이트선과 연결되는 박막 트랜지스터를 형성하는 단계, 상기 제1 기판 위에 절연막을 사이에 두고 위치하는 제1 전극 및 제2 전극을 형성하는 단계, 상기 제1 전극 또는 상기 제2 전극 위에 광배향막을 형성하는 단계 그리고 상기 제1 기판 및 상기 제1 기판과 마주보는 제2 기판 사이에 액정층을 형성하는 단계를 포함하고, 상기 제1 전극 및 상기 제2 전극 중 하나는 복수의 가지 전극을 포함하고 다른 하나는 면 형상을 가지며, 상기 액정층에 포함된 액정 분자는 음의 유전율 이방성을 가진다.
상기 박막 트랜지스터에 연결되고 상기 게이트선과 교차하는 데이터선을 형성하는 단계를 더 포함하고, 상기 데이터선은 일직선으로 뻗도록 형성할 수 있다.
상기 게이트선과 중첩하는 가로 차광 부재 및 상기 데이터선과 중첩하는 세로 차광 부재를 형성하는 단계를 더 포함하고, 상기 가로 차광 부재의 폭은 상기 세로 차광 부재의 폭보다 크도록 형성할 수 있다.
상기 광배향막을 형성하는 단계는 상부 영역과 하부 영역을 포함하는 단위 화소에서 상기 하부 영역을 마스크로 가린 상태에서 상기 상부 영역의 배향 방향이 제1 방향이 되도록 형성하고, 상기 상부 영역을 마스크로 가린 상태에서 상기 하부 영역의 배향 방향이 제2 방향이 되도록 형성하며, 상기 제1 방향과 상기 제2 방향은 서로 다를 수 있다.
상기 광배향막을 형성하는 단계는 서로 이웃하는 제1 화소 및 제2 화소에서 상기 제2 화소를 마스크로 가린 상태에서 상기 제1 화소의 배향 방향이 제1 방향이 되도록 형성하고, 상기 제1 화소를 마스크로 가린 상태에서 상기 제2 화소의 배향 방향이 제2 방향이 되도록 형성하며, 상기 제1 방향과 상기 제2 방향은 서로 다를 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따르면, 전극을 화소의 단축 방향으로 배열하고 초기 배향 방향이 화소 단축 방향에 수직한 방향에서 기설정된 경사각을 갖도록 형성함으로써 액정 표시 장치의 투과율 및 선잔상을 개선할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 액정 표시 장치를 나타내는 평면도이다.
도 2는 도 1의 절단선 II-II를 따라 자른 단면도이다.
도 3은 도 1의 실시예에서 전극 구조를 나타내는 평면도이다.
도 4는 종래의 액정 표시 장치를 나타내는 평면도이다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 액정 표시 장치에서 액정 분자의 배향 상태를 나타내는 개략도이다.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 액정 표시 장치에서 복수의 화소에서 액정 분자의 배향 상태를 나타내는 개략적인 도면이다.
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 액정 표시 장치의 제조 방법을 나타내는 순서도이다.
첨부한 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 상세히 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명은 여기서 설명되는 실시예에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시예들은 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이다.
도면들에 있어서, 층 및 영역들의 두께는 명확성을 기하기 위하여 과장된 것이다. 또한, 층이 다른 층 또는 기판 "위"에 있다고 언급되는 경우에 그것은 다른 층 또는 기판 상에 직접 형성될 수 있거나 또는 그들 사이에 제 3의 층이 개재될 수도 있다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호로 표시된 부분들은 동일한 구성요소들을 의미한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 액정 표시 장치를 나타내는 평면도이다. 도 2는 도 1의 절단선 II-II를 따라 자른 단면도이다. 도 3은 도 1의 실시예에서 전극 구조를 나타내는 평면도이다.
도 1 및 도 2를 참고하면, 본 실시예에 따른 액정 표시 장치는 서로 마주보는 하부 표시판(100) 및 상부 표시판(200)과 그 사이 위치하는 액정층(3)을 포함한다.
먼저, 하부 표시판(100)에 대하여 설명한다.
투명한 유리 또는 플라스틱 등으로 이루어진 제1 기판(110) 위에 게이트선(121)을 포함하는 게이트 도전체가 형성되어 있다.
게이트선(121)은 게이트 전극(124) 및 다른 층 또는 외부 구동 회로와의 접속을 위한 넓은 끝 부분(도시하지 않음)을 포함할 수 있다. 게이트선(121)은 알루미늄(Al)이나 알루미늄 합금 등 알루미늄 계열 금속, 은(Ag)이나 은 합금 등 은계열 금속, 구리(Cu)나 구리 합금 등 구리 계열 금속, 몰리브덴(Mo)이나 몰리브덴 합금 등 몰리브덴 계열 금속, 크롬(Cr), 탄탈륨(Ta) 및 티타늄(Ti) 따위로 만들어질 수 있다. 그러나 게이트선(121)은 물리적 성질이 다른 적어도 두 개의 도전막을 포함하는 다중막 구조를 가질 수도 있다.
게이트선(121) 위에는 규소 질화물(SiNx) 또는 규소 산화물(SiOx) 등으로 이루어지는 게이트 절연막(140)이 형성되어 있다. 게이트 절연막(140)은 물리적 성질이 다른 적어도 두 개의 절연층을 포함하는 다층막 구조를 가질 수도 있다.
게이트 절연막(140) 위에는 비정질 규소 또는 다결정 규소 등으로 만들어진 반도체층(154)이 위치한다. 반도체층(154)은 산화물 반도체로 형성될 수도 있다.
반도체층(154) 위에는 저항성 접촉 부재(163, 165)가 형성되어 있다. 저항성 접촉 부재(163, 165)는 인(phosphorus) 따위의 n형 불순물이 고농도로 도핑되어 있는 n+ 수소화 비정질 규소 따위의 물질로 만들어지거나 실리사이드(silicide)로 만들어질 수 있다. 저항성 접촉 부재(163, 165)는 쌍을 이루어 반도체층(154) 위에 배치될 수 있다. 반도체층(154)이 산화물 반도체인 경우, 저항성 접촉 부재(163, 165)는 생략 가능하다.
저항성 접촉 부재(163, 165) 및 게이트 절연막(140) 위에는 소스 전극(173)을 포함하는 데이터선(171)과 드레인 전극(175)을 포함하는 데이터 도전체가 형성되어 있다.
데이터선(171)은 다른 층 또는 외부 구동 회로와의 접속을 위한 넓은 끝 부분(도시하지 않음)을 포함한다. 데이터선(171)은 데이터 신호를 전달하며 주로 세로 방향으로 뻗어 게이트선(121)과 교차한다.
이 때, 데이터선(171)은 게이트선(121)과 교차하면서 세로 방향으로 뻗을 수 있다. 데이터선(171)은 굽어지지 않고 일직선일 수 있다. 데이터선(171)은 게이트선(121)과 수직 교차할 수 있다.
소스 전극(173)은 데이터선(171)의 일부이고, 데이터선(171)과 동일선 상에 배치될 수 있다. 드레인 전극(175)은 소스 전극(173)과 나란하게 뻗도록 형성되어 있다. 따라서, 드레인 전극(175)은 데이터선(171)의 일부와 나란하다.
게이트 전극(124), 소스 전극(173) 및 드레인 전극(175)은 반도체층(154)과 함께 하나의 박막 트랜지스터(thin film transistor, TFT)를 이루며, 박막 트랜지스터의 채널(channel)은 소스 전극(173)과 드레인 전극(175) 사이의 반도체층(154) 부분에 형성된다.
본 발명의 실시예에 따른 액정 표시 장치는 데이터선(171)과 동일선 상에 위치하는 소스 전극(173) 및 데이터선(171)과 나란하게 뻗으면서 소스 전극(173)과 마주보며 위치하는 드레인 전극(175)을 포함함으로써, 데이터 도전체가 차지하는 면적을 넓히지 않고도 박막 트랜지스터의 폭을 넓힐 수 있다. 이에 따라 액정 표시 장치의 개구율이 증가할 수 있다.
데이터선(171)과 드레인 전극(175)은 몰리브덴, 크롬, 탄탈륨 및 티타늄 등 내화성 금속(refractory metal) 또는 이들의 합금으로 만들어지는 것이 바람직하며, 내화성 금속막(도시하지 않음)과 저저항 도전막(도시하지 않음)을 포함하는 다중막 구조를 가질 수 있다. 다중막 구조의 예로는 크롬 또는 몰리브덴 (합금) 하부막과 알루미늄 (합금) 상부막의 이중막, 몰리브덴 (합금) 하부막과 알루미늄 (합금) 중간막과 몰리브덴 (합금) 상부막의 삼중막을 들 수 있다.
데이터 도전체(171, 173, 175), 게이트 절연막(140), 그리고 반도체층(154)의 노출된 부분 위에는 제1 보호막(180a)이 배치되어 있다. 제1 보호막(180a)은 유기 절연 물질 또는 무기 절연 물질 등으로 이루어질 수 있다.
제1 보호막(180a) 위에는 제2 보호막(180b)이 형성되어 있다. 제2 보호막(180b)은 유기 절연물로 이루어질 수 있다.
제2 보호막(180b)은 색필터일 수 있다. 제2 보호막(180b)이 색필터인 경우, 제2 보호막(180b)은 기본색(primary color) 중 하나를 고유하게 표시할 수 있으며, 기본색의 예로는 적색, 녹색, 청색 등 삼원색 또는 황색(yellow), 청록색(cyan), 자홍색(magenta) 등을 들 수 있다. 도시하지는 않았지만, 색필터는 기본색 외에 기본색의 혼합색 또는 백색(white)을 표시하는 색필터를 더 포함할 수 있다. 제2 보호막(180b)이 색필터인 경우에는 후술한 상부 표시판(200)에서 색필터(230)는 생략할 수 있다. 본 실시예와 달리 제2 보호막(180b)은 유기 절연 물질로 형성하고, 제1 보호막(180a)과 제2 보호막(180b) 사이에 색필터(미도시)를 형성할 수도 있다.
제2 보호막(180b) 위에는 공통 전극(common electrode)(270)이 위치한다. 공통 전극(270)은 면 형상(planar shape)으로써 기판(110) 전면 위에 통판으로 형성되어 있을 수 있고, 드레인 전극(175) 주변에 대응하는 영역에 배치되어 있는 개구부(138)를 가진다. 즉, 공통 전극(270)은 판 모양의 평면 형태를 가질 수 있다.
인접 화소에 위치하는 공통 전극(270)은 서로 연결되어, 표시 영역 외부에서 공급되는 일정한 크기의 공통 전압을 전달 받을 수 있다.
공통 전극(270) 위에는 절연막(180c)이 위치한다. 절연막(180c)은 유기 절연 물질 또는 무기 절연 물질 등으로 이루어질 수 있다.
절연막(180c) 위에는 화소 전극(191)이 위치한다. 본 실시예에 따른 액정 표시 장치에서 게이트선(121)과 데이터선(171)이 교차하여 이루어지는 영역을 화소로 정의할 수 있다. 화소는 화상을 형성하는 최소 단위의 명암의 점일 수 있다. 화소 전극(191)은 복수의 절개부(91)를 가지며, 이웃하는 절개부(91)에 사이에 위치하는 복수의 가지 전극(192)을 포함한다. 도 3을 참고하면, 복수의 절개부(91)는 서로 나란하게 형성되어 있고, 절개부(91) 사이에 가지 전극(191)이 위치한다. 화소 전극(191)의 하단에는 드레인 전극(175)과 접촉을 위한 돌출부(191p)가 형성되어 있다.
복수의 가지 전극(192)은 화소의 단축 방향(도 1에서 가로 방향)으로 뻗어 있다. 화소의 단축은 게이트선(121)과 평행하고 화소의 장축은 데이터선(171)과 평행할 수 있다. 결국, 복수의 가지 전극(191)과 절개부(91)는 게이트선(121)과 나란하게 뻗을 수 있다.
공통 전극(270)은 제1 전기장 생성 전극 또는 제1 전극이고, 화소 전극(191)은 제2 전기장 생성 전극 또는 제2 전극일 수 있다. 화소 전극(191)과 공통 전극(270)은 프린지 필드 등을 형성할 수 있다.
제1 보호막(180a), 제2 보호막(180b), 그리고 절연막(180c)에는 드레인 전극(175)을 드러내는 제1 접촉 구멍(185)이 형성되어 있다. 화소 전극(191)의 돌출부(191p)는 접촉 구멍(185)을 통해 드레인 전극(175)과 물리적 전기적으로 연결되어, 드레인 전극(175)으로부터 전압을 인가 받는다.
화소 전극(191)과 절연층(180c) 위에는 제1 배향막(alignment layer)(11)이 형성되어 있다. 제1 배향막(11)은 광배향막을 포함한다.
본 실시예에 따른 광배향막은 광분해형 배향막일 수 있다. 가령, 제1 배향막(11)은 사이클로부탄디안하이드라이드(Cyclobutanedianhydride; CBDA) 및 사이클로부탄디안하이드라이드(Cyclobutanedianhydride; CBDA) 유도체 중 적어도 하나가 디아민과 중합하여 형성될 수 있다.
사이클로부탄디안하이드라이드(Cyclobutanedianhydride; CBDA) 및 사이클로부탄디안하이드라이드(Cyclobutanedianhydride; CBDA) 유도체는 하기 화학식 1로 표현되는 화합물을 포함할 수 있다.
Figure 112015005321214-pat00001
화학식 1
화학식 1에서 X1, X2, X3 및 X4는 각각 독립적으로 수소, 할로겐, 치환 또는 비치환된 알킬기, 치환 또는 비치환된 아릴기, 치환 또는 비치환된 헤테로 아릴기이다. 여기서, X1 내지 X4가 모두 수소인 경우에 사이클로부탄디안하이드라이드가 될 수 있다.
화학식 1에서 사이클로부탄디안하이드라이드는 하기 화학식 1-1로 표현되는 화합물을 포함하고, 사이클로부탄디안하이드라이드 유도체는 하기 화학식 1-2, 하기 화학식 1-3으로 표현되는 화합물을 포함한다.
Figure 112015005321214-pat00002
화학식 1-1
Figure 112015005321214-pat00003
화학식 1-2
Figure 112015005321214-pat00004
화학식 1-3
본 실시예에서 제1 디아민은 알킬렌기(-CkH2k-, k는 자연수)를 포함할 수 있다. 제1 디아민은 하기 화학식 2로 표현되는 화합물일 수 있다.
Figure 112015005321214-pat00005
화학식 2
화학식 2에서, X는 -(CH2)h-, -S-(CH2)h-S-, -O-(CH2)h-O-,
Figure 112015005321214-pat00006
, -(CH2OCH2)h-,
Figure 112015005321214-pat00007
,
Figure 112015005321214-pat00008
, -O-(CH2OCH2)h-O-,
Figure 112015005321214-pat00009
, -(CH2)h1-O-(CH2)h2-, 또는
Figure 112015005321214-pat00010
이고, h는 1 내지 10의 자연수이며, h1과 h2는 X의 알킬렌기의 탄소수의 합이 2 내지 10이 되도록 선택되는 자연수이다.
본 실시예에 따른 광배향제는 하기 화학식 3으로 표현되는 제2 디아민을 더 포함할 수 있다.
Figure 112015005321214-pat00011
화학식 3
제2 디아민은 상기 화학식 3으로 표현되는 화합물에 한정되지 않고, 화학식 9에서 고리 탄소에 연결된 수소가 알킬기, 할로겐, 황 등으로 치환된 화합물, p-페닐렌디아민, m-페닐렌디아민, 2,5-디아미노톨루엔, 2,6-디아미노톨루엔, 4,4′-디아미노비페닐, 3,3′-디메틸-4,4′-디아미노비페닐, 3,3′-디메톡시-4,4′-디아미노비페닐, 디아미노디페닐메탄, 디아미노디페닐에테르, 2,2′-디아미노디페닐프로판, 비스(3,5-디에틸4-아미노페닐)메탄, 디아미노디페닐술폰, 디아미노벤조페논, 디아미노나프탈렌, 1,4-비스(4-아미노페녹시)벤젠, 1,4-비스(4-아미노페닐)벤젠, 9,10-비스(4-아미노페닐)안트라센, 1,3-비스(4-아미노페녹시)벤젠, 4,4′-비스(4-아미노페녹시)디페닐술폰, 2,2-비스[4-(4-아미노페녹시)페닐]프로판, 2,2-비스(4-아미노페닐)헥사플루오로프로판, 2,2-비스[4-(4-아미노페녹시)페닐]헥사플루오로프로판 등의 방향족 디아민, 비스(4-아미노시클로헥실)메탄, 비스(4-아미노-3-메틸시클로헥실)메탄 등의 지환식 디아민 및 테트라메틸렌디아민, 헥사메틸렌디아민 등의 지방족 디아민 등일 수 있다. 하지만, 제2 디아민은 이에 특별히 한정되지 않고, 제1 디아민이 아닌 잘 휘지 않는 성질을 가질 수 있는 종류의 디아민은 대부분 포함할 수 있다.
본 실시예에서 제1 디아민과 제2 디아민의 몰비는 1:99 내지 99:1일 수 있고 바람직하게는 대략 20:80 내지 50:50일 수 있다.
상부 표시판(200)에 대하여 설명한다.
투명한 유리 또는 플라스틱 등으로 만들어진 제2 기판(210) 위에 차광 부재(light blocking member)(220a, 220b)가 형성되어 있다. 차광 부재(220a, 220b)는 블랙 매트릭스(black matrix)라고도 하며 빛샘을 막아준다. 차광 부재는 게이트선(121) 방향으로 뻗으며 소스 전극(173), 드레인 전극(175) 및 게이트 전극(124) 등을 포함하는 박막 트랜지스터를 덮는 가로 차광 부재(220a)와 데이터선(171) 방향으로 뻗으며 데이터선(171)과 중첩하는 세로 차광 부재(220b)를 포함한다. 본 실시예에서 가로 차광 부재(220a)의 폭(d1)은 세로 차광 부재(220b)의 폭(d2)보다 크다.
제2 기판(210) 위에는 또한 복수의 색필터(230)가 형성되어 있다. 하부 표시판(100)의 제2 보호막(180b)이 색필터인 경우, 또는 하부 표시판(100)에 색필터를 형성한 경우에 상부 표시판(200)의 색필터(230)는 생략될 수 있다. 또한, 상부 표시판(200)의 차광 부재(220a, 220b) 역시 하부 표시판(100)에 형성될 수 있다.
색필터(230) 및 차광 부재(220a, 220b) 위에는 덮개막(overcoat)(250)이 형성되어 있다. 덮개막(250)은 (유기) 절연물로 만들어질 수 있으며, 색필터(230)가 노출되는 것을 방지하고 평탄면을 제공한다. 덮개막(250)은 생략할 수 있다.
덮개막(250) 위에는 제2 배향막(21)이 형성되어 있다. 제2 배향막(21)은 앞에서 설명한 제1 배향막(11)과 동일한 물질 및 방법으로 형성할 수 있다.
본 실시예에서 액정층(3)은 음의 유전율 이방성을 가지는 액정 분자들(310)를 포함한다. 도시한 액정 분자(310)는 한 개이지만, 실질적으로 동일한 성질을 갖는 복수의 액정 분자들을 대표적으로 나타낸 것이다.
액정층(3)의 액정은 그 장축 방향이 표시판(100, 200)에 평행하게 배열될 수 있다.
화소 전극(191)은 드레인 전극(175)으로부터 데이터 전압을 인가 받고, 공통 전극(270)은 표시 영역 외부에 배치되어 있는 공통 전압 인가부로부터 일정한 크기의 공통 전압을 인가 받는다.
전기장 생성 전극인 화소 전극(191)과 공통 전극(270)은 전기장을 생성함으로써 두 전기장 생성 전극(191, 270) 위에 위치하는 액정층(3)의 액정 분자들(310)은 전기장의 방향과 수직한 방향으로 회전할 수 있다. 이와 같이 결정된 액정 분자들의 회전 방향에 따라 액정층을 통과하는 빛의 편광이 달라진다.
이처럼, 하나의 표시판(100) 위에 두 개의 전기장 생성 전극(191, 270)을 형성함으로써, 액정 표시 장치의 투과율을 높아지고, 광시야각을 구현할 수 있다.
도 4는 종래의 액정 표시 장치를 나타내는 평면도이다.
도 4를 참고하면, 종래의 PLS 모드의 액정 표시 장치에서는 복수의 가지 전극(192)이 세로 차광 부재(220b)와 평행하게 뻗어 있고, 전계가 인가되지 않은 상태에서 액정 분자들(310)의 초기 배향 방향은 세로 차광 부재(220b)와 실질적으로 수직일 수 있다. PLS모드의 액정 표시 장치는 절연층을 사이에 두고 중첩하는 면형의 전기장 생성 전극과 선형의 전기장 생성 전극에 의한 액정 구동 방식을 말한다. 선잔상을 일으킬 수 있는 이온 불순물들은 액정층(3)에 존재할 수 있다. 액정 분자(310)는 그 자체의 구동에 따른 열에 의해 진동할 수 있고, 이에 따라 이온 불순물들은 액정 분자(310)의 장축 방향으로 이동할 수 있다. 이동된 이온 불순물들이 축적되면 잔상으로 시인될 수 있다. 도 4에 도시한 것처럼, 가지 전극(192)과 수직하게 초기 배향된 경우에는 이온 불순물들이 가로 방향으로 이동하여 세로 차광 부재(220b) 및 그 주변에 축적될 수 있다. 이 때, 세로 차광 부재(220b)는 가로 차광 부재(220a)의 폭(d1) 대비하여 그 폭(d2)이 작기 때문에 이온 불순물들에 의한 잔상이 가려질 확률이 적다.
본 실시예에서는 복수의 가지 전극(192)이 화소의 단변으로 뻗어 있기 때문에 복수의 가지 전극(192)이 게이트선(121)과 나란하게 뻗어 있는 구조를 고려하여 액정 분자들(310)의 초기 배향은 가로 차광 부재(220a)와 수직한 방향으로 설정할 수 있다. 이에 따라 이온 불순물들은 액정 분자(310)의 장축 방향인 세로 방향으로 이동하여 가로 차광 부재(220a) 및 그 주변에 축적되더라도 그 폭(d1)이 상대적으로 커서 잔상이 시인될 가능성이 적어진다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 액정 표시 장치에서 액정 분자의 배향 상태를 나타내는 개략도이다.
도 5를 참고하면, 본 실시예에 따른 액정 분자(310)는 가로 차광 부재(220a)와 실질적으로 수직한 방향으로 배향될 수 있다. 본 실시예에서 단위 화소는 상부 영역(A)과 하부 영역(B)을 포함하고, 상부 영역(A)에서 액정 분자(310)의 장축은 제1 방향으로 뻗어 있고, 하부 영역(B)에서 액정 분자(310)의 장축은 제2 방향으로 뻗어 있다. 이 때, 제1 방향과 제2 방향은 서로 다를 수 있다. 예를 들어, 제1 방향은 가로 차광 부재(220a)에 수직한 방향을 기준으로 기설정된 경사각(θ)만큼 기울어질 수 있다. 단위 화소에서 영역별로 기울어진 액정 분자(310)의 경사각으로 인해 2개의 도메인을 형성할 수 있고 투과율을 개선할 수 있다. 본 실시예에서 서로 다른 제1 방향과 제2 방향의 경사각은 광배향으로 형성할 수 있다. 본실시예에서 기설정된 경사각은 대략 1도 내지 10도일 수 있고, 바람직하게는 5도 내지 10도일 수 있다.
앞에서 설명한 실시예에 따른 액정 표시 장치에 따르면, 공통 전극(270)이 면형의 평면 형태를 가지고, 화소 전극(191)이 복수의 가지 전극을 가지지만, 본 발명의 다른 한 실시예에 따른 액정 표시 장치에 따르면, 화소 전극(191)이 면형이 평면 형태를 가지고, 공통 전극(270)이 복수의 가지 전극을 가질 수도 있다.
본 발명은 두 개의 전기장 생성 전극이 제1 기판(110) 위에 절연층을 사이에 두고 중첩하며, 절연층 아래에 형성되어 있는 제1 전기장 생성 전극이 면형의 평면 형태를 가지고, 절연층 위에 형성되어 있는 제2 전기장 생성 전극이 복수의 가지 전극을 가지는 모든 다른 경우에 적용 가능하다.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 액정 표시 장치에서 복수의 화소에서 액정 분자의 배향 상태를 나타내는 개략적인 도면이다.
도 6을 참고하면, 도 1 내지 도 3 및 도 5에서 설명한 실시예와 대체로 동일하지만, 단위 화소에 위치하는 액정 분자(310)들은 실질적으로 동일한 배향을 가질 수 있다. 단위 화소에서 도시한 액정 분자(310)는 한 개이지만, 실질적으로 동일한 성질을 갖는 복수의 액정 분자들을 대표적으로 나타낸 것이다.
도 6의 실시예에 따른 액정 표시 장치는 복수의 화소를 포함하고, 복수의 화소 중 상하로 서로 이웃하는 제1 화소 및 제2 화소는 서로 다른 액정 배향을 갖는다. 이러한 액정 배향을 형성하기 위해 제1 화소와 제2 화소에는 서로 다른 배향성을 갖는 광배향막이 형성될 수 있다.
이하에서는 도 7을 참고하여 앞에서 설명한 액정 표시 장치를 제조하는 방법에 대한 일실시예를 설명하기로 한다. 하기에 설명하는 실시예는 제조 방법의 일실시예로 다른 형태로 변형 실시 가능하다.
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 액정 표시 장치의 제조 방법을 나타내는 순서도이다.
도 7을 참고하면, 제1 기판 위에 박막 트랜지스터를 형성한다(S1). 박막 트랜지스터는 앞에서 도 1 및 도 2에서 설명한 바와 같이 게이트 전극(124), 소스 전극(173), 드레인 전극(175) 및 반도체층(154)으로 형성될 수 있다.
이후 박막 트랜지스터를 덮도록 보호막들을 형성하고, 보호막 위에 제1 전극에 해당하는 공통 전극, 절연막 및 제2 전극에 해당하는 화소 전극을 차례로 형성할 수 있다(S2).
이후 화소 전극 위에 마스크를 사용하여 영역별로 배향 방향이 다른 광배향막을 형성한다(S3).
광배향막을 형성하는 방법에 대해 설명하기로 한다.
화소 전극 위에 광배향제를 도포하고, 도포된 광배향제를 베이크(bake)한다. 베이크하는 단계는 프리 베이크(pre bake)와 하드 베이크(hard bake)의 2 단계로 진행할 수 있다. 프리 베이크 하는 단계에서 광배향제에 포함된 폴리 아믹산은 일부가 폴리이미드로 변할 수 있다. 이후, 광배향제에 편광된 광을 조사하여 광분해된 배향막을 형성할 수 있다. 조사되는 광은 240 나노미터 이상 380 나노미터 이하의 범위를 갖는 자외선을 사용할 수 있다. 바람직하게는 254 나노미터의 자외선을 사용할 수 있다. 상기 편광된 광은 0.20 J/cm2 이상 1.0 J/cm2 이하의 에너지를 포함할 수 있고, 바람직하게는 0.40J/cm2 이상 0.50J/cm2 이하의 에너지를 포함할 수 있다.
이 때, 도 5에 도시한 바와 같이 하부 영역(B)을 마스크로 가린 상태에서 상부 영역(A)에 편광된 광을 조사하여 제1 방향으로 배향 방향을 형성한다. 이후, 상부 영역(A)을 마스크로 가린 상태에서 하부 영역(B)에 편광된 광을 조사하여 제2 방향으로 배향 방향을 형성한다.
도 6의 실시예와 같이 상하로 이웃하는 화소별로 배향 방향을 다르게 하기 위해서는 이웃하는 화소 중 하나를 마스크로 가린 상태에서 다른 화소에 편광된 광을 조사하여 배향 방향을 다르게 형성할 수 있다.
배향성을 증가시키기 위해 광배향막을 한번 더 베이크(이하, 제2 베이크 공정이라 함)할 수 있다. 이 때, 광분해된 분자가 재배열(rearrangement)하여 이방성이 커질 수 있다.
이후 제1 기판과 마주보는 제2 기판 사이에 액정 분자를 포함하는 액정층을 형성한다(S4).
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.
154: 반도체층 163, 165: 저항성 접촉 부재
171: 데이터선 173: 소스 전극
175: 드레인 전극 180a, 180b, 180c: 보호막
191: 화소 전극 270: 공통 전극

Claims (20)

  1. 제1 기판,
    상기 제1 기판 위에 위치하고 게이트선과 연결되는 박막 트랜지스터,
    상기 제1 기판 위에 위치하고 절연막을 사이에 두고 위치하는 제1 전극 및 제2 전극,
    상기 제1 기판과 마주보는 제2 기판,
    상기 제1 기판과 상기 제2 기판 사이에 위치하는 액정층, 그리고
    상기 박막 트랜지스터에 연결되고 상기 게이트선과 교차하는 데이터선을 포함하고,
    상기 제1 전극 및 상기 제2 전극 중 하나는 복수의 가지 전극을 포함하고 다른 하나는 면 형상을 가지며,
    상기 복수의 가지 전극은 상기 게이트선과 평행한 방향으로 뻗어 있고,
    상기 액정층에 포함된 액정 분자는 음의 유전율 이방성을 갖고,
    상기 게이트선과 중첩하는 가로 차광 부재 및 상기 데이터선과 중첩하는 세로 차광 부재를 포함하고,
    상기 가로 차광 부재의 폭은 상기 세로 차광 부재의 폭보다 크고,
    전계가 인가되지 않는 상태에서 상기 액정 분자의 초기 배향 방향이 상기 가로 차광 부재와 수직한 액정 표시 장치.
  2. 제1항에서,
    상기 액정 분자는 전계가 인가되지 않은 상태에서 상기 가지 전극에 수직인 방향을 기준으로 기설정된 경사각을 가지는 액정 표시 장치.
  3. 제2항에서,
    상기 복수의 가지 전극은 상기 면 형상의 전극과 중첩하는 액정 표시 장치.
  4. 제3항에서,
    상기 제1 전극과 상기 제2 전극 중 하나는 상기 박막 트랜지스터와 연결되는 액정 표시 장치.
  5. 제2항에서,
    상기 복수의 가지 전극 위에 위치하는 광배향막을 더 포함하고,
    상기 광배향막은 상기 액정 분자의 경사각을 결정하는 액정 표시 장치.
  6. 제5항에서,
    상기 데이터선은 일직선으로 뻗어 있는 액정 표시 장치.
  7. 삭제
  8. 제1항에서,
    상기 게이트선과 상기 데이터선은 수직 교차하는 액정 표시 장치.
  9. 제8항에서,
    상기 제1 기판 위에 복수의 화소가 위치하고, 상기 복수의 화소 각각은 가로 방향의 단축과 세로 방향의 장축을 포함하고,
    상기 복수의 가지 전극은 상기 화소의 단축을 따라 뻗어 있는 액정 표시 장치.
  10. 제5항에서,
    상기 광배향막은 광분해형 배향막인 액정 표시 장치.
  11. 제2항에서,
    상기 제1 기판 위에 복수의 화소가 위치하고, 상기 복수의 화소 각각은 상부 영역과 하부 영역을 포함하고, 상기 상부 영역에 위치하는 액정 분자는 제1 방향을 갖고, 상기 하부 영역에 위치하는 액정 분자는 제2 방향을 가지며,
    상기 제1 방향과 상기 제2 방향은 서로 다른 액정 표시 장치.
  12. 제2항에서,
    상기 제1 기판 위에 복수의 화소가 위치하고, 상기 복수의 화소 중 서로 이웃하는 제1 화소 및 제2 화소를 포함하고, 상기 제1 화소에 위치하는 액정 분자는 제1 방향을 갖고, 상기 제2 화소에 위치하는 액정 분자는 제2 방향을 가지며,
    상기 제1 방향과 상기 제2 방향은 서로 다른 액정 표시 장치.
  13. 제2항에서,
    상기 기설정된 경사각은 5도 내지 10도인 액정 표시 장치.
  14. 제1항에서,
    상기 액정층에 존재하는 이온 불순물이 상기 게이트선을 향해 이동하는 액정 표시 장치.
  15. 제14항에서,
    상기 이온 불순물은 상기 가로 차광 부재로 가려지는 액정 표시 장치.
  16. 제1 기판 위에 게이트선과 연결되는 박막 트랜지스터를 형성하는 단계,
    상기 제1 기판 위에 절연막을 사이에 두고 위치하는 제1 전극 및 제2 전극을 형성하는 단계,
    상기 제1 전극 또는 상기 제2 전극 위에 광배향막을 형성하는 단계 그리고
    상기 제1 기판 및 상기 제1 기판과 마주보는 제2 기판 사이에 액정층을 형성하는 단계를 포함하고,
    상기 박막 트랜지스터에 연결되고 상기 게이트선과 교차하는 데이터선을 형성하는 단계를 포함하고,
    상기 게이트선과 중첩하는 가로 차광 부재 및 상기 데이터선과 중첩하는 세로 차광 부재를 형성하는 단계를 포함하고,
    상기 가로 차광 부재의 폭은 상기 세로 차광 부재의 폭보다 크도록 형성하고,
    상기 제1 전극 및 상기 제2 전극 중 하나는 복수의 가지 전극을 포함하고 다른 하나는 면 형상을 가지며,
    상기 액정층에 포함된 액정 분자는 음의 유전율 이방성을 가지고,
    전계가 인가되지 않는 상태에서 상기 액정 분자의 초기 배향 방향이 상기 가로 차광 부재와 수직한 액정 표시 장치의 제조 방법.
  17. 제16항에서,
    상기 데이터선은 일직선으로 뻗도록 형성하는 액정 표시 장치의 제조 방법.
  18. 삭제
  19. 제16항에서,
    상기 광배향막을 형성하는 단계는 상부 영역과 하부 영역을 포함하는 단위 화소에서 상기 하부 영역을 마스크로 가린 상태에서 상기 상부 영역의 배향 방향이 제1 방향이 되도록 형성하고, 상기 상부 영역을 마스크로 가린 상태에서 상기 하부 영역의 배향 방향이 제2 방향이 되도록 형성하며,
    상기 제1 방향과 상기 제2 방향은 서로 다른 액정 표시 장치의 제조 방법.
  20. 제16항에서,
    상기 광배향막을 형성하는 단계는 서로 이웃하는 제1 화소 및 제2 화소에서 상기 제2 화소를 마스크로 가린 상태에서 상기 제1 화소의 배향 방향이 제1 방향이 되도록 형성하고, 상기 제1 화소를 마스크로 가린 상태에서 상기 제2 화소의 배향 방향이 제2 방향이 되도록 형성하며,
    상기 제1 방향과 상기 제2 방향은 서로 다른 액정 표시 장치의 제조 방법.
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