JP4354895B2 - 横電界型の液晶表示装置 - Google Patents

Description

本発明は、液晶表示装置に係り、特に、横電界型の液晶表示装置に関する。

最近の液晶表示装置は、消費電力が低く、携帯性に優れた技術集約的で、付加価値の高い次世代の先端表示素子として脚光を浴びている。
前記液晶表示装置は、透明電極が形成された２つの基板間に液晶を注入し、上部基板及び下部基板の外部に、上部偏光板及び下部偏光板を位置させて形成し、液晶分子の異方性による光の偏光特性を変化させ、映像効果を得る非発光素子である。

現在、各画素を開閉するスイッチング素子である薄膜トランジスタが、画素ごと配置される能動行列方式の液晶表示装置が、解像度及び動映像の具現能力が優れて、最も注目を浴びている。

一般的な液晶表示装置は、共通電極が形成されたカラーフィルター基板と、画素電極が形成されたアレイ基板と、両基板間に充填された液晶とで構成されるが、このような液晶表示装置では、共通電極と画素電極間の上−下に形成される垂直の電界により液晶を駆動させる方式であって、透過率と開口率等の特性が優れる。
ところが、前述した垂直の電界による液晶の駆動は、視野角の特性が優れてないので、これを改善するため、水平の電界により液晶を駆動させ、広視野角の特性がある横電界型の液晶表示装置が提案されている。

図１は、一般的な横電界型の液晶表示装置の駆動原理を説明する図である。
図示したように、カラーフィルター基板である上部基板１０と、アレイ基板である下部基板２０が、相互に向かい合って離隔しており、この上部基板１０及び下部基板２０間には、液晶層３０が介在されている構造で、前記下部基板２０の内部面には、共通電極２２及び画素電極２４が形成されている。
前記液晶層３０は、前記共通電極２２と画素電極２４の水平の電界２６により作動されて、液晶層３０内の液晶分子３２が水平の電界により移動するので、視野角が広くなる特性がある。
例えば、前記横電界型の液晶表示装置を正面から見た場合、上/下/左/右に約８０°８５°の視野角を有する。

以下、従来の横電界型の液晶表示装置用アレイ基板の電極配置構造を、図を参照して詳しく説明する。
図２は、従来の横電界型の液晶表示装置用アレイ基板の概略的な平面図である。
図示したように、ゲート配線４０及びデータ配線４２が、相互に交差して形成されており、ゲート配線４０及びデータ配線４２の交差地点には、薄膜トランジスタＴが形成されている。ゲート配線４０及びデータ配線４２の交差領域は、画素領域Ｐとして定義される。

前記ゲート配線４０と一定間隔離隔されるように共通配線４４が形成されており、画素領域Ｐに位置する共通配線４４からは、データ配線４２と平行な方向へと多数の共通電極４６が分岐されている。多数の共通電極４６は、データ配線４２に隣接した２つの第１共通電極４６ａと、第１共通電極４６ａ間に位置する第２共通電極４６ｂを含む。また、前記薄膜トランジスタＴに連結され、第１画素連結配線４８が形成されており、第１画素連結配線４８からは、共通電極４６間の離隔区間に、共通電極４６が、交互に多数の画素電極５０が分岐されている。

前記画素電極５０等の一端を連結して、前記共通配線４４と重なる位置には、第２画素連結配線５２が形成されている。前記共通配線４４と第２画素連結配線５２が重なる領域は、図示してない絶縁体が介在された状態で、ストレージキャパシターＣstを構成する。
前記共通電極４６と画素電極５０との離隔区間は、横電界により液晶を駆動させる実質的な開口領域ＩＩであって、本図面では、４つの開口領域ＩＩがある４ブロック構造を、一例として示している。すなわち、前記画素領域Ｐ別に、３つの共通電極４６と２つの画素電極５０が、交互に配置された構造に関して示している。

以下、図３Ａ、図３Ｂは、前記図２のＢ領域の拡大図であって、ラビング方向と電界方向の相関関係を中心に示しており、液晶分子の初期配列を誘導するラビング方向を、対角線方向(例えば、右下方向から左上方向へ)にして、電圧印加時、画素電極及び共通電極と直交する方向へと横電界が形成されることを、基本条件とする。

図３Ａでは、共通電極、画素電極に、各々５Ｖ、８Ｖの電圧が印加されて、データ配線には、８Ｖの電圧が印加される。従って、共通電極、画素電極間に３Ｖの電圧の差が発生し、液晶分子等は、電圧の差によって誘導された横電界により第１方向５４に配列される。この時、印加される電圧等は、グレー映像に対応する。
図３Ｂでは、共通電極と画素電極に、各々５Ｖ、８Ｖの電圧が印加されて、データ配線には、１０Ｖの電圧が印加される。従って、図３Ａと同様に、共通電極と画素電極間に、３Ｖの電圧の差が発生するとしても、データ配線に印加される電圧の変化によって、実際の駆動領域の電界にも変化が発生して、液晶分子等は、図３Ａによる第１方向５４より、さらに回転された第２方向５８に沿って配列されて、これによって、共通電極と画素電極に同じ電圧が印加される条件だとしても、データ配線に 印加される信号電圧の差により色感の変化が発生する。

このような問題を解決するために、従来には、外廓の共通電極の幅を広める方法が利用された。すなわち、図２で、データ配線４２と隣接した画素電極５０間に発生する画質の不良現象であるクロストークを最小化して、光漏れ現象を防ぐため、第１共通電極４６ａ等は、第２共通電極４６ｂより広い幅を有する。ところが、電極の幅が広くなるほど、開口率が減少する問題があった。
このような開口率の低下問題は、液晶分子の初期方向を決定するラビング方向と、電圧の印加時、液晶分子の駆動を誘導する電界方向とも密接な関係がある。
また、従来の横電界を形成する電極の配置構造は、ラビング方向及び電界方向と関連されて、開口率を減少させる問題がある。

このような問題を解決するために、本発明では、開口率の減少なしに、輝度を向上させることができる構造の横電界型の液晶表示装置を提供することを目的とする。
このためには、本発明では、データ配線部の液晶分子の移動を最小化する方法により、光漏れ現象を防いで、具体的に、データ配線と隣接する電極間の電界方向と同じ水準に、ラビング処理をして、ラビング方向を考慮して、その前に、共通電極及び画素電極を、ラビング方向と対応した方向に形成する。

前述した目的を達成するための本発明の横電界型の液晶表示装置用基板は、第１方向へと形成されたゲート配線と；第２方向へと形成され、前記ゲート配線と交差して画素領域を定義するデータ配線と；前記ゲート配線及びデータ配線の交差地点に形成された薄膜トランジスタと；前記画素領域内に、第３方向へと形成されて、前記薄膜トランジスタに連結される多数の画素電極と；前記第３方向へと形成され、前記画素電極と交互に形成された多数の共通電極と；前記共通電極及び画素電極を覆い、前記第１方向の配向方向を有する配向膜を含む。
前記第３方向は、前記第１方向に対して、一定角度が傾き、前記一定角度は、１°〜４５°範囲から選択される。

前記共通電極に連結され、前記データ配線と隣接して、第２方向へと形成された共通連結配線を含み、隣接した画素領域の共通連結配線を相互に連結させて、第１方向へと形成された共通配線をさらに含む。
隣接した画素電極と共通電極間の距離は、前記データ配線の一側面と、前記データ配線の一側面から遠く離れている側の前記共通連結配線の一側面間の距離より大きい、もしくは、同じである。
前記隣接した画素電極と共通電極間の距離は、約１０μｍであって、前記データ配線の一側面と、前記データ配線の一側面から遠く離れている側の前記共通連結配線の一側面間の距離は、約３μｍないし８μｍである。

前記薄膜トランジスタと前記画素電極を連結する画素連結配線をさらに含む。
前記画素連結配線は、逆「Ｌ」状である。
前記画素連結配線は、前記画素領域の端側に沿って形成されており、前記画素連結配線と前記画素電極は、多数のオープン部を形成する。

前記多数の共通電極は、前記オープン部内に位置する。
前記多数の共通電極に連結され、前記画素連結配線と一部重なり、第２方向へと形成された共通連結配線をさらに含む。
前記共通連結配線と前記重なった画素連結配線は、その間に位置する絶縁層と共に、ストレージキャパシターを形成する。
隣接した画素領域の前記共通連結配線を連結する共通配線をさらに含む。

各共通電極は、第１端に突出部があって、前記共通電極の第１端は、前記共通電極の第２端より、ゲート配線から遠く離れている。
前記突出部は、隣接した画素電極と重なり、前記ゲート配線に近い共通電極の一面に形成される。
前記画素電極は、インジウム−スズ−オキサイドＩＴＯで形成されて、前記共通電極は、前記ゲート配線と同一物質及び同一層で形成される。
以下、本発明による望ましい実施例を、図面を参照して詳しく説明する。

本発明による横電界型の液晶表示装置は、共通電極及び画素電極とラビング方向を、実質的に、ゲート配線と対応する方向に設けることによって、データ配線部に位置する液晶分子は、電圧印加の可否に関係なしに、初期配列方向を維持することができるようになって、データ配線部で発生される光漏れ現象を最小化して、データ配線と交差されるように共通電極及び画素電極を形成することによって、データ配線による電界の影響を最小化して、画質の特性を改善することができる。

図４は、本発明の実施例１による横電界型の液晶表示装置用アレイ基板の平面図である。
図示したように、第１方向へとゲート配線１１０が形成されており、第２方向へとデータ配線１２６が形成されていて、前記ゲート配線１１０とデータ配線１２６の交差地点に、薄膜トランジスタＴが形成されている。
前記ゲート配線１１０及びデータ配線１２６の交差領域で定義される画素領域には、前記薄膜トランジスタＴに連結され、多数の画素電極１３０が形成されており、前記画素電極１３０と交互に、多数の共通電極１１８が形成されている。

本実施例では、前記画素電極１３０と共通電極１１８が、第１方向を基準に、一定角度θ傾くように配置されており、前記一定角度θは、１°〜４５°範囲から選択されることを特徴とする。画素電極１３０は、インジウム−スズ−オキサイドＩＴＯのような透明導電性物質で形成されて、共通電極１１８は、ゲート配線１１０と同一物質及び同一層で形成される。
より詳しく説明すると、前記薄膜トランジスタＴは、ゲート電極１１２、半導体層１２０、ソース電極１２２、ドレイン電極１２４とで構成されて、前記ドレイン電極１２４に連結され、逆「Ｌ」状の画素連結配線１２８が形成されている。また、画素連結配線１２８では、両方向へと、前述した多数の画素電極１３０が分岐されている。画素電極１３０は、実質的に、相互に平行である。

前記画素領域Ｐ内には、第２方向へとデータ配線１２６と隣接されるように、連結配線１１６が形成されている。すなわち、１つの画素領域Ｐには、２つの共通連結配線１１６が形成されている。また、同じ画素領域Ｐ内の２つの共通連結配線１１６の向かい合う領域(すなわち、主画素領域Ｐには、多数の共通電極１１８が、画素電極１３０と交互に形成されており、隣接した画素領域Ｐ間の共通連結配線１１６は、第１方向へと形成された共通配線１１４により、電気的に連結されている。

図面には詳しく提示してないが、前記画素電極１３０を覆う基板全面には、配向膜が形成されて、配向膜は、データ配線１２６と連結配線１１６間に形成される電界方向と、同じ方向にラビング処理されることを特徴とする。例えば、本実施例では、データ配線１２６と共通連結配線１１６間に形成される電界方向(図示せず)が、第１方向と同じであって、第１方向と同じく処理されることを特徴とする。
すなわち、本実施例では、液晶(図示せず)の初期配列を誘導するラビング方向と、電圧印加時、データ配線１２６と共通連結配線１１６間に誘導されて、液晶の配列方向が決定される電界の方向を同一にすることによって、該当領域での光漏れ現象等を、効果的に防ぐことができて、従って、光漏れ領域を遮断するためのパターンの形成範囲の縮小により開口率を高める。

さらに、本実施例では、ラビング方向と大体９０°の角度の差がある横電界の形成を通じて、ホワイト輝度を形成するため、実質的に、共通電極１１８及び画素電極１３０は、ラビング方向に対して、一定角度傾くように形成することを特徴とする。前述した一定な角度は、望む方向へと液晶分子を好ましく移動されるための角度の範囲から選択されて、例えば、１°〜４５°の範囲から選択されることが望ましい。

一方、前記共通電極１１８及び画素電極１３０間の離隔区間の幅Ｗ１は、前記データ配線１２６の一側面から、共通連結配線１１６の内側までの距離ｄ１より大きい、もしくは、対応する値から選択されることが、横電界の形成と関連して、有利である。前記共通電極１１８と画素電極１３０間の離隔区間の幅Ｗ１は、約１０μｍであって、前記データ配線１２６の一側面から共通連結配線１１６の内側までの距離ｄ１は、３μｍないし８μｍの場合もある。
結論的に、本実施例によるアレイ基板の構造によると、データ配線と連結配線の間の区間に位置する液晶分子の動きを除く方法により、光漏れ現象が遮断できるので、連結配線の形成幅を縮めて、従って、開口率を高める。

図５Ａ，図５Ｂは、前記図４のＤ領域の拡大図であって、電圧のオン/オフ時の液晶の駆動の特性を中心に示している。図５Ａは、電圧のオフ状態であって、図５Ｂは、電圧のオン状態の液晶の駆動の特性を示している。

図５Ａは、電圧のオフ状態で、液晶分子は、ラビング方向と同一に配置される。
すなわち、電圧のオフ状態では、電界による影響を受けないので、ラビング方向が、液晶分子１４０の初期位置を決める。従来は、ゲート配線を基準に、大体４５°傾いた方向へとラビング処理したが、本実施例では、ゲート配線(前記図４の１１０)と同じ方向にラビング処理することによって、特に、データ配線１２６と共通連結配線１１６間の区間に位置する液晶分子１４０が、データ配線１２６と直交する方向へと配列されることを特徴とする。

図５Ｂは、電圧のオン状態では、電界の方向と対応する方向に、液晶分子１４０の方向が決まる。この時、データ配線１２６と共通連結配線１１６間には、データ配線と直交する方向に、電界１４２が形成されるので、この区間に位置する液晶分子１４０は、動きがなくて、共通電極１１８と画素電極１３０間には、横電界１４４が形成されるが、共通電極１１８と画素電極１３０は、ゲート配線１１０を基準に、一定角度傾いて配置されることによって、望む方向へ、液晶分子１４０を駆動させる。

本実施例は、前記実施例１の基本的構造を適用するが、ストレージキャパシターを非開口領域に形成する方法によって開口率を向上させる実施例に関する。
図６は、本発明の実施例２による横電界型の液晶表示装置用アレイ基板の平面図であって、前記図４と重複される部分の説明は、簡単にする。

図示したように、第１方向へとゲート配線２１０が形成されており、第１方向と交差する第２方向へとデータ配線２２６が形成されている。ゲート配線２１０及びデータ配線２２６の交差地点に、薄膜トランジスタＴが形成されており、前記ゲート配線２１０及びデータ配線２２６の交差領域は、画素領域Ｐで定義される。

前記画素領域Ｐには、薄膜トランジスタＴに連結されて、画素領域Ｐの端側に沿って、画素連結配線２２８が形成されている。この時、前記画素連結配線２２８は、接するゲート配線２１０及びデータ配線２２６とは、一定間隔離隔されるように位置する。画素連結配線２２８内には、画素電極２３０等が第１方向に対して傾いた、第３方向へと形成されており、画素連結配線２２８に連結されている。画素電極２３０等と画素連結配線２２８は、開口部２２７等を形成する。

画素領域Ｐ内には、第２方向に沿って、共通連結配線２１６が形成されており、共通連結配線２１６は、画素連結配線２２８と重なる。すなわち、前記共通連結配線２１６は、画素領域Ｐ単位で、両側に、２つずつ位置する。また、前記画素領域Ｐ単位で、前述したオープン部２２７には、相互に向かい合う２つの共通連結配線２１６を連結させる位置に、共通電極２１８が形成されており、前記画素領域Ｐ別の共通連結配線２１６は、共通配線２１４により連結される。

前記画素連結配線２２８と共通連結配線２１６の重畳領域は、図示してない絶縁体が介在された状態で、ストレージキャパシターＣstを構成する。既存には、ストレージキャパシターを形成するため、開口領域が減少される構造を甘受しなければならなかったが、本実施例では、共通電極２１８及び画素電極２３０を、横の方向に形成することによって、データ配線２２６と隣接する画素連結配線２２８及び共通連結配線２１６領域を、ストレージキャパシターＣstとして活用することができて、従って、開口率が減少されることを防ぎながらストレージキャパシターの容量を高める。

以下、前記実施例２による横電界型の液晶表示装置用アレイ基板の電圧のオン状態での電界方向に関して、図７を参照して詳しく説明する。
例えば、ピクセル電圧の大きさを、1０Ｖ、共通電極の大きさを、５.４Ｖにした場合の液晶の駆動の特性を通じて、領域別の電界方向に関し、開口領域の端側部での電界方向を中心に観察すると、特に、図面上で、右側の端部Ｅの電界方向は、開口領域の中央部の電界方向と異なる電界方向を有して、従って、電場の歪曲現象が発生される。
このような部分的な電場の歪曲現象により画質の特性が低下されたりする。
前述した短所を改善するために、以下、本発明の更に他の実施例では、液晶分子の配列の特性を、全体的に、均一に調節することができる補助パターンを追加する。

本実施例は、前記実施例２の変形実施例であって、開口領域のエッジ部分での液晶分子の配列の特性を向上させる構造であることを特徴とする。
図8は、本発明の実施例３による横電界型の液晶表示装置用アレイ基板の平面図であって、前記図６と重複される部分の説明は、簡単にする。
図示したように、共通電極３１８のどちらかの一端は、接する画素電極３３０と、一定間隔重なる突出部Ｆがあることを特徴とする。

前記突出部Ｆの形成位置は、ゲート配線３１０を基準に、第２方向へとゲート配線３１０と一番遠い位置の共通電極３１８の端側部に位置して、形成方向は、該当画素領域Ｐのゲート配線３１０を向かうようにすることが望ましい。
また、前記突出部Ｆは、開口領域Ｇのどちらかの一端部のパターン形状を緩やかにする役割をして、開口領域Ｇ全般にわたって、液晶分子の分布を、均一にすることを特徴とする。

本発明は、本発明の前記実施例等に限らず、本発明の趣旨に反しない範囲内で、多様に変更して実施することができる。
図面には詳しく提示してないが、本発明では、前記実施例による横電界型の液晶表示装置用基板と、前記基板と向かい合うように配置されるもう1つの基板と、両基板間に介在される液晶層を含む液晶表示装置を含む。

一般的な横電界型の液晶表示装置の駆動原理の説明のための図である。 従来の横電界型の液晶表示装置用アレイ基板の概略的な平面図である。 前記図２のＢ領域の拡大図である。 前記図２のＢ領域の拡大図である。 本発明の実施例１による横電界型の液晶表示装置用アレイ基板の平面図である。 前記図４のＤ領域の拡大図であって、電圧のオフ状態の液晶の駆動の特性を中心に示した図である。 前記図４のＤ領域の拡大図であって、電圧のオン状態の液晶の駆動の特性を中心に示した図である。 本発明の実施例２による横電界型の液晶表示装置用アレイ基板の平面図である。 本発明の実施例２による横電界型の液晶表示装置用アレイ基板の電界の特性の図である。 本発明の実施例３による横電界型の液晶表示装置用アレイ基板の平面図である。

符号の説明

１１０：ゲート配線
１１２：ゲート電極
１１４：共通配線
１１６：共通連結配線
１１８：共通電極
１２０：半導体層
１２２：ソース電極
１２４：ドレイン電極
１２６：データ配線
１２７：オープン部
１２８：画素連結配線
１３０：画素電極

Claims (5)

1. 第１方向へと形成されたゲート配線と；
   第２方向へと形成され、前記ゲート配線と交差して画素領域を定義するデータ配線と；
   前記ゲート配線及びデータ配線の交差地点に形成された薄膜トランジスタと；
   前記画素領域内に、前記第１方向に対して斜め方向である、第３方向へと形成された多数の画素電極と；
   前記画素領域の端側に沿って形成され、前記薄膜トランジスタと前記画素電極を連結する画素連結配線と、前記画素連結電極と前記画素電極は多数のオープン部を形成し；
   前記第３方向へと形成され、前記画素電極と交互に形成された多数の共通電極と、それぞれの前記共通電極は、第１端と前記第１端よりも前記ゲート配線に近接する第２端を有し、それぞれの前記オープニング部に配置され；
   それぞれの前記共通電極の第１端にのみ形成され、隣接する前記画素電極の一部と重なるように前記共通電極から延伸する突出部と；
   前記共通電極と連結し、前記画素連結電極と一部重なる共通連結配線と、前記共通連結配線と前記画素電極の画素連結配線の重なった部分は、前記共通連結配線と前期画素連結配線の間の絶縁層と共にストレージキャパシターを形成し；
   前記共通電極及び画素電極を覆い、前記第１方向の配向方向を有する配向膜を含む横電界型の液晶表示装置用基板。
2. 前記一定の角度は、１°〜４５°範囲から選択されることを特徴とする請求項１に記載の横電界型の液晶表示装置用基板。
3. 隣接した画素領域の前記共通連結配線を連結する共通配線をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の横電界型の液晶表示装置用基板。
4. 前記画素電極は、インジウム−スズ−オキサイドＩＴＯで形成されることを特徴とする請求項１に記載の横電界型の液晶表示装置用基板。
5. 前記共通電極は、前記ゲート配線と同一物質及び同一層で形成されることを特徴とする請求項１に記載の横電界型の液晶表示装置用基板。

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