JP5119698B2 - Ｆｆｓモード液晶表示装置及びその製造方法 - Google Patents

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Description

本発明は、開口率を向上させて消費電力を減少させることができ、内部反射率を増加させて室外での可読性を向上させることができるＦＦＳモード液晶表示装置及びその製造方法に関する。
フリンジフィールドスイッチングモード液晶表示装置（Fringe Field Switching mode LCD：以下、ＦＦＳモードＬＣＤという）は、インプレーンスイッチングモード液晶表示装置（In Plane Switching mode LCD；以下、ＩＰＳモードＬＣＤという）の低い開口率及び透過率を改善するために提案されたものである。
ＦＦＳモードＬＣＤは、共通電極及び画素電極をＩＴＯのような透明導電層で形成し、ＩＰＳモードＬＣＤに比べて開口率及び透過率を高めながら、共通電極と画素電極との間隔を狭く形成して、共通電極と画素電極との間でフリンジフィールドを形成することによって、電極の上部に存在する液晶分子までも全て動作するようにして、さらに向上した透過率を得る。ＦＦＳモードＬＣＤ液晶表示装置に対する従来技術は、例えば、本出願人によって出願され、登録された特許文献１及び特許文献２などに開示されている。
一方、液晶表示装置は、バックライトを利用する透過型液晶表示装置と、自然光を光源として利用する反射型液晶表示装置との２種類に分けることができる。透過型液晶表示装置は、バックライトを光源として利用するので、暗い周辺環境でも明るい画像を具現することができるが、バックライトを使用するため、消費電力が高く、しかも、室外では可読性が悪いという短所がある。また、反射型液晶表示装置は、バックライトを使用せずに、周辺環境の自然光を利用するため、消費電力が小さく、また、室外では使用することができるが、周辺環境が暗い時には、使用が不可能であるという短所がある。
すなわち一般的な透過型液晶表示装置は、輝度、色再現性、ＣＲ（Contrast Ratio）などの面から室内で優れた特性を有するが、室外では太陽光及び太陽光により反射された光などに起因してディスプレイの情報をほとんど画面から読み出すことができない。つまり、野外では、太陽光が１０万ＬＵＸ以上の強い光に起因して自体的に光を発しない透過型液晶表示装置は、バックライトの輝度とパネル透過率に依存するので、室外での可読性が劣化する。これを解決するために、バックライトの輝度を増加させることもできるが、これは、過度な電力消耗を招くという問題点がある。
このような問題点に鑑み、透過型及び反射型液晶表示装置が有する短所を解決するために半透過型液晶表示装置が提案された。半透過型液晶表示装置は、必要に応じて反射型及び透過型の両者の使用が可能なので、相対的に低い消費電力を有し、暗い周辺環境でも使用可能である。半透過型液晶表示装置は、例えば本出願人により出願され、登録された特許文献３に開示されている。
一般的に、半透過型液晶表示装置は、透過領域のセルギャップ（Cell Gap）と反射領域のセルギャップとを同一にするシングルセルギャップ構造と、透過領域のセルギャップを反射領域のセルギャップより２倍程度大きくするデュアルセルギャップ構造を利用する方式が設計されている。ところが、シングルセルギャップ構造で同じ液晶モードを適用して半透過型液晶表示装置を製造する場合には、反射領域の位相遅延値が透過領域位相遅延値の２倍になり、反射モードのＶ−Ｒ（Voltage-Reflective）カーブと透過モードのＶ−Ｔ（Voltage-Transmittance）カーブとが不一致することによって、階調の不一致及び電気光学的特性の低下が誘発されるという問題点がある。
これにより、最近、透過領域のセルギャップを反射領域のセルギャップより２倍程度大きく設計するデュアルセルギャップ構造を用いて半透過型液晶表示装置を多く製造している。このような方式によれば、反射モードのＶ−Ｒカーブと透過モードのＶ−Ｔカーブとが一致することができるからである。しかし、デュアルセルギャップを適用して半透過型液晶表示装置を製造する場合は、反射領域間のセルギャップの差異に起因する段差が略２倍程度発生するので、液晶配向工程が不均一に行われるなど製造工程上の困難性が存在し、生産性が低下するという問題点がある。また、半透過型液晶表示装置は、その製造工程も複雑であり、難解であるが、室内で使用する場合、開口率が顕著に低下するという問題点があった。
一方、ＦＦＳモード液晶表示装置の利点と半透過型液晶表示装置の利点を具現するために、本出願人により半透過型ＦＦＳモード液晶表示装置が提案された。半透過型ＦＦＳモード液晶表示装置は、例えば特許文献４に開示されている。
しかし、半透過型モードをＦＦＳモード液晶表示装置に適用する場合、反射率を増加させるための凹凸部を形成するために、レジン工程を必須的に具備しなければならないが、レジン工程は、基本的に製作工程上の汚染問題から完全に外れることができないので、難解な工程であり、製作費用も多くかかり、ＦＦＳモード液晶表示装置を半透過型モードに具現するためには、補正フィルム、偏光フィルムなどの開発もこのような構造に合わせて先行されなければならないなど、開発費用や開発時間が多く所要されていることが現況である。
このような背景下で、一般的な透過型ＦＦＳモードでの工程をそのまま維持しつつ、室外での可読性など半透過型モード液晶表示装置の特性を一部採用することができるようにする研究が必要である。
米国特許第６２５６０８１号明細書 米国特許第６２２６１１８号明細書 大韓民国特許登録第６６６２３６号明細書 大韓民国特許公開第２００６−１１７４６５号明細書
本発明の目的は、ＦＦＳモード液晶表示装置の基本的な特性を用いて一般的な透過型ＦＦＳモード液晶表示装置での工程を大きく変化させることなく、室外での可読性を向上させることにある。
本発明の他の目的は、開口率を向上させると共に、これによって発生する光漏れとカップリング効果を最小化することによって、画面品位を向上させることができるＦＦＳモード液晶表示装置を提供することにある。
本発明のさらに他の目的は、内部反射を増加させることができるＦＦＳモード液晶表示装置を提供することにある。
本発明のさらに他の目的は、室内では一般的な透過型ＦＦＳモード液晶表示装置より開口率を高めることによって、消費電力を減少させることにある。
上記目的を達成するために、本発明の一態様に係るＦＦＳモードの液晶表示装置は、下部基板と、上部基板と、前記基板の間に挿入された液晶層とを含み、前記下部基板には、相互交差する方向に形成されるゲートライン及びデータラインにより各画素領域が規定され、前記ゲートラインと前記データラインとの交差部には、スイッチング素子が配置されているＦＦＳモード液晶表示装置であって、前記液晶層に電圧を印加して光透過量を調節するために、前記画素領域内には、所定形状の透明共通電極と、前記透明共通電極の上部に絶縁層を間に置いて離隔配置され、且つ多数のスリットを有する透明画素電極と、を備え、前記液晶層を配列するためのラビング方向は、前記ゲートラインの方向を基準にして５゜以内にし、前記データラインを基準にして前記透明共通電極及び前記透明画素電極の配置を調節することによって、光漏れ現象とカップリング効果を減少させて、前記データラインの上部から遮光領域を除去し、前記データラインと前記透明画素電極との間に前記透明共通電極の一端部が配置され、前記ゲートラインの上部には、前記データラインと同じ物質を用いて電気的に独立された反射構造物を含むことを特徴とする。
好ましくは、前記データラインと前記透明画素電極との距離Ｌ１に対する前記データラインと前記透明共通電極との間隔Ｌ３の比率Ｌ３／Ｌ１は、０．７５以内であり、前記データラインと前記透明画素電極との距離は、４μｍ以内に離隔されることが好ましい。
また、本発明の他の態様に係るＦＦＳモードの液晶表示装置は、下部基板と、上部基板と、前記基板の間に挿入された液晶層とを含み、前記下部基板には、相互交差する方向に形成されるゲートライン及びデータラインにより各画素領域が規定され、前記ゲートラインと前記データラインとの交差部には、スイッチング素子が配置されているＦＦＳモード液晶表示装置であって、前記液晶層に電圧を印加して光透過量を調節するために、前記画素領域内には、透明共通電極と、前記透明共通電極の上部に絶縁層を間に置いて離隔配置され、且つ前記透明共通電極に重畳される多数のスリットを有するスリットタイプからなる透明画素電極と、を備え、前記ゲートラインの上部には、前記データラインと同じ物質を用いて電気的に独立された形態で反射構造物を製造することを特徴とする。
また、本発明のさらに他の態様に係るＦＦＳモードの液晶表示装置の製造方法は、下部基板と、上部基板と、前記基板の間に挿入される液晶層とを含み、前記下部基板には、相互交差する方向に形成されるゲートライン及びデータラインにより各画素領域が規定され、前記ラインの交差部には、スイッチング素子が配置されているＦＦＳモード液晶表示装置の製造方法であって、基板上に透明共通電極を形成する段階と、前記透明共通電極の上部にゲートライン、ゲート絶縁膜、活性層、データライン、層間絶縁膜、及び多数のスリットを有するスリットタイプからなる透明画素電極を順に形成する段階と、前記透明画素電極の上部に前記液晶層を配列するために配向膜を塗布した後にラビングする段階と、を備え、前記データラインを基準にして前記透明共通電極及び前記透明画素電極の配置を用いて光漏れ現象とカップリング効果を減少させて、前記データラインの上部から遮光領域を除去し、前記データラインと前記透明画素電極との間に前記透明共通電極の一端部が配置され、前記データラインと前記透明画素電極との距離Ｌ １ に対する前記データラインと前記透明共通電極との間隔Ｌ ３ の比率Ｌ ３ ／Ｌ １ は、０．７５以内であり、かつ、前記データラインを形成する段階では、前記ゲートラインの上部に前記データラインと同じ物質を用いて電気的に独立された反射構造物を形成する段階を備えることを特徴とする。
本発明は、次のような効果がある。
（１）本発明によれば、開口率及び内部反射度を向上させることによって、透過型ＦＦＳモード液晶表示装置でありながらも、室外での可読性に優れていて、且つ消費電力をも節減することができるので、室外で主に使われるパソコン、ノートブックパソコン、ＰＤＡ、携帯電話及びデジタルカメラに一体化したディスプレイに適用する時に特に効果的である。
（２）本発明によれば、ＦＦＳモードの特性と、液晶ラビング方向、透明画素電極、データライン、透明共通電極の配置を最適化することによって、光漏れ現象、カップリング効果を最小化し、データラインの上部に別途の遮光領域を形成しなくてもよく、これにより、開口率を画期的に向上させることができるという効果がある。
（３）データラインの上部に別途の遮光領域を形成しないと共に、遮光領域が形成されていないデータラインの部位に入射される光の内部反射を増加させるために、データライン自体の反射度を増加させ、データラインに一定形状の屈曲を有するようにすることによって、内部反射が増加されるという効果がある。
（４）別途の蒸着工程などを使用することなく、ＦＦＳモード液晶表示装置を製作するために蒸着される活性層をパターニングし、その上部に蒸着されるデータラインが屈曲形状を有するように構成することによって、工程の複雑な変化なく、内部反射を増加させることができるという効果がある。
（５）内部反射を向上させて室外での可読性を向上させるために、ゲートラインの上部に遮光領域を形成することなく、データラインで反射構造物を形成する一方、活性層物質を用いて複数の分離された閉曲線形状のパターンを具備することによって、その上部に形成されるデータライン物質の反射構造物に屈曲形状を有するように構成することによって、工程の複雑な変化なく、容易に内部反射を増加させることができるという効果がある。
以下、本発明が属する技術分野において通常の知識を有する者が本発明の技術的思想を容易に実施できる程度に詳細に説明するために、本発明の好ましい実施形態を添付の図面を参照して説明する。
本発明の実施形態に係る液晶表示装置は、下部基板と、上部基板と、下部基板と上部基板との間に挿入された液晶層とを含み、下部基板には、液晶層に電圧を印加するために相互交差する方向に形成される電極により各画素領域が規定されている。図１は、本発明の実施形態に係る液晶表示装置の下部基板に形成された画素領域を示す平面図である。図２ａ乃至図２ｃは、各々図１の線Ｉ−Ｉ’、線II−II’、及び線III−III’に沿う断面図である。
図１、図２ａ乃至図２ｃを参照すれば、本実施形態のＦＦＳモード液晶表示装置は、下部基板１００上にゲートライン１２０とデータライン１５０とが交差するように配列され、ゲートライン１２０とデータライン１５０との交差部には、スイッチング素子である薄膜トランジスタＴＦＴが配置されていて、ゲートライン１２０及びデータライン１５０により規定された単位画素領域内には、透明共通電極１１０が配置されると共に、ゲートライン１２０と所定の角度をなす多数のスリットを有する透明画素電極１７０が絶縁層１６０を間に置いて透明共通電極１１０から離隔されて配置される。図１には、透明共通電極１１０をプレート形状で製造した場合を例に取って示しているが、透明共通電極１１０を多数のスリットを有する形状で構成することも可能である。
図２ｄは、図１のＦＦＳモード液晶表示装置において識別の便宜のために透明共通電極１１０、透明画素電極１７０、及びデータライン１５０のみを示す図であって、透明画素電極１７０の多数のスリットは、ゲートライン１２０と所定の角度θをなしている。透明共通電極１１０と透明画素電極１７０とは、少なくとも層間絶縁膜１６０により互いに絶縁されている。ゲートライン１２０と活性層１４０との間には、ゲート絶縁膜１３０が設けられている。
一方、ゲートライン１２０から離隔された画素の縁部には、ゲートライン１２０と平行するように共通バスライン１２２が配列されており、このような共通バスライン１２２は、透明共通電極１１０に電気的に連結され、透明共通電極１１０に持続的に共通信号を印加する。
下部基板１００の上部には、所定の距離をもって離隔される上部基板２００が形成されていて、上部基板２００には、遮光領域２０５、カラーフィルタ（不図示）及びオーバーコート２２０が備えられていて、多数の液晶分子を含む液晶層（不図示）を間に置いて下部基板１００とラミネートされる。
以下、図１、図２ａ乃至図２ｃを参照して本発明の液晶表示装置の製造方法を説明する。
まず、下部基板１００上に透明導電層を蒸着し、これをパターニングし、透明共通電極１１０を形成する。
また、透明共通電極１１０の上部に不透明金属を蒸着した後、パターニングすることによって、透明共通電極１１０の一側にゲートライン１２０を形成し、透明共通電極１１０の一部領域を覆う構造で共通バスライン１２２を形成する（図２ｂ参照）。
次に、パターニングされた透明共通電極１１０と、ゲートライン１２０及び共通バスライン１２２が形成された下部基板１００の全面上にゲート絶縁膜１３０を蒸着した後、ゲートライン１２０の上部ゲート絶縁膜１３０上にａ−Ｓｉ層と、ｎ＋ａ−Ｓｉ層を連続して蒸着した後、パターニングすることによって、活性層１４０を形成する。
また、活性層１４０がパターニングされた下部基板の全面上に金属層を蒸着した後、パターニングすることによって、データライン１５０及びソース−ドレイン電極１５２を形成し、データライン１５０及びソース−ドレイン電極１５２が形成された下部基板１００上に絶縁層１６０を蒸着する。
次に、ソース−ドレイン電極１５２の一部が露出されるように、コンタクトホールＣＮを形成した後、絶縁層１６０上に透明導電層を蒸着する。この時、透明導電層をパターニングして、コンタクトホールＣＮを介してソース−ドレイン電極１５２と透明画素電極１７０とを連結し、スリット形状の透明画素電極１７０を形成する。
一方、画素領域に対応する上部基板２００には、遮光領域２０５が形成され、本実施形態によれば、スイッチング素子に対応する上部基板２００のみに遮光領域が備えられている。従来技術によれば、ゲートライン１２０及びデータライン１５０の上部にも遮光領域が形成されるのに対し、本実施形態では、データライン１５０及びまたはゲートライン１２０に対応する上部基板２００には、遮光領域が形成されていない。遮光領域の形成地域が減少すれば、相対的に開口率が増加することは自明である。
以下、本発明の実施形態によってデータラインの上部に遮光領域を形成しない構造について詳細に説明する。
本実施形態に係るＦＦＳモードの液晶表示装置では、透明共通電極１１０と多数のスリットを有する透明画素電極１７０とが液晶層（不図示）の配列を制御し、その結果、液晶表示装置の光透過率を画素単位で制御することができる。
本実施形態に係る液晶表示装置の構造では、開口率を向上させるために、データライン１５０の上部の上部基板２００の領域には、遮光領域を形成しない方式を取る。遮光領域（例えば、ブラックマトリクス（Black Matrix））は、液晶分子を制御できない領域の光の透過を防止するための領域であって、従来技術によれば、データライン１５０の上部には、遮光領域を形成した。しかし、本実施形態によれば、ＦＦＳモード液晶表示装置の基本的な特性とラビング角度などを用いて遮光領域を除去することができるようになり、遮光領域の除去により発生し得る短所を、データライン１５０を基準にして透明共通電極１１０及び透明画素電極１７０の配置を最適化することによって克服した。
図２ａは、データライン１５０の部位を切断した断面図であって、図２ａを参照すれば、下部基板１００上に透明共通電極１１０が形成されていて、透明共通電極１１０の上部に、ゲート絶縁膜１３０が形成されていて、その上部に、活性層１４０を覆う構造でデータライン１５０が形成されていて、データライン１５０の上部に、絶縁層１６０と透明画素電極１７０とが順に形成されている。
図２ａでは、データライン１５０が活性層１４０を覆う構造で構成されているが、活性層１４０が除去された構造で利用されることもできることは自明である。また、遮光領域の除去と共に、データライン１５０の上部面の反射が増加し得るように、最上層に反射度が高い物質を配置したり、屈曲部を形成することも可能である。屈曲部の形成については、後述する。
一方、下部基板１００に対応する上部基板２００には、上部基板を基準にしてカラーフィルタ（不図示）、オーバーコート層２２０、及び配向膜（不図示）が形成されていて、遮光領域は、形成されていない。
図３ａ乃至図３ｃは、データラインと、その近くに共通電極及び画素電極を配置し、ＴＮモード及びＦＦＳモードでのデータライン近くの光透過率をシミュレーションした結果である。
まず、図３ａは、従来技術のＴＮ（Twisted Nematic）モードでデータライン近くで発生する光透過率をシミュレーションした結果図である。図３ａの上部のグラフは、下部領域に対応する領域での光透過率を示している。図３ａを参照すれば、データラインを基準にして左側の画素電極を電圧印加状態（on state）に設定し、右側の画素電極を電圧未印加（off state）に設定し、液晶のラビング方向は、一般的に採用する４５゜である。
図３ａのシミュレーション条件では、ＴＮモードの場合、カラーフィルタが備えられる上部基板に共通電極が形成され、ノーマリーホワイト（Normally White）で駆動される。したがって、図３ａの場合、左側の画素電極領域は、電圧印加状態であるから、透過率が０にならなければならないし、右側の画素電極領域は、電圧未印加（off state）であるから、最大透過率を示さなければならないが、データライン電圧に影響を受けて、Ａ部分のように電極エッジ部とデータラインの上方で光漏れが発生するようになる。
したがって、ＴＮモードの場合、データラインの上部から遮光領域を除去すれば、このデータラインの周囲に光漏れが発生する致命的な問題点が発生し、したがって、データラインの上部に遮光領域を形成せざるを得ない。しかし、遮光領域を形成すれば、全体開口率が減少することは自明である。
しかし、本発明者らは、本発明の液晶製造方法で製造されたＦＦＳモードの場合、液晶のラビング方向をゲートラインを基準にして実質的に０゜に配置すれば、データライン、画素電極、共通電極の間に電圧差が発生した時に生じる電界の方向が同一であるため、電界の大きさに関係なく光漏れを遮断することができるという事実を知見した。
図３ｂ及び図３ｃは、ＦＦＳモードでラビング方向を各々０゜、９０゜（ゲートラインを基準）にした場合、データライン近くで発生する光の透過率をシミュレーションした結果図である。図３ａ乃至図３ｃにおいて、各電極間の間隔は、全て同一に設定した。
図３ｂ及び図３ｃを参照すれば、図３ａと同様に、左側の画素電極は、電圧印加状態（on state）に設定し、右側の画素電極は、電圧未印加（off state）に設定した。そして、液晶のラビング方向は、図３ｂでは０゜、図３ｃでは９０゜に設定した。その結果、図３ｂでは、画素電極に印加される電圧のオン／オフ（on/off）駆動に関係なく、透過率が０にほぼ近接することが分かるが、図３ｃでは、Ｂ領域に光漏れ現象が発生していることを確認することができる。
特に、図３ｃの場合は、一般的なＩＰＳモードに該当する場合として説明することも可能であるが、ＩＰＳモードの場合にも、データライン近くでは同じ電極配置を有するからである。図３ｃでは、液晶のラビング方向は９０゜であり、データライン、画素電極、及び共通電極間の電圧差により発生し得る電界の方向は、０゜で、互いに直交する方向である。したがって、電極間の電位差が発生した場合、９０゜方向に配向されていた液晶が電界方向である０゜方向に回転し、Ｂ領域のように光漏れ領域が発生する。
図３ｂ及び図３ｃを参照すれば、データラインの上部に遮光領域を形成しないようにするためには、データラインの周辺部で光漏れが発生してはならないが、ＴＮモードやＩＰＳモード（またはＦＦＳモードのラビング方向９０゜）では、データライン、画素電極、及び共通電極の間に発生する電界に起因して所望しない液晶回転が発生し、その結果、光漏れが発生するので、データラインの上部に遮光領域を形成することは不回避であった。反面、図３ｂを参照すれば、ＦＦＳモードで液晶ラビング方向を０゜にする場合は、データラインの周辺部に光漏れが発生する問題を回避することができる。
一方、液晶ラビング方向を０゜にした場合にシミュレーションを実施したが、実際適用においては、駆動電圧、応答速度などを勘案すれば、０乃至５゜の場合、データラインの周辺部の光漏れ現象をほぼ大部分回避することができるので、好ましい範囲となり、工程マージンを勘案すれば、０乃至２゜以内に具現されることがより好ましく、最も好ましくは、実質的に０゜にする。
図４は、本発明のＦＦＳモードでデータライン、透明画素電極、及び透明共通電極間の配置関係によるカップリング現象発生を説明するための概念図であり、図５ａ及び図５ｂは、データライン、透明画素電極、及び透明共通電極間の配置関係によるカップリング現象発生を示すシミュレーション結果である。
図４を参照すれば、データライン１５０と透明画素電極１７０との距離は、Ｌ１で表示され、データライン１５０と透明共通電極１１０との距離は、Ｌ３で表示され、透明共通電極１１０の一端部Ｅが透明画素電極１７０よりデータライン１５０側に進む距離は、Ｌ２で表示されている。したがって、Ｌ１＝Ｌ２＋Ｌ３の式が成立する。
電界を発生させる電極のうち透明共通電極１１０は、固定された電圧値を有するので、データライン１５０や透明画素電極１７０に電界が形成されても、一定の電圧差を維持するため、画面品位の低下に影響を少なく及ぼす。しかし、データライン１５０や透明画素電極１７０に印加される電圧の場合には、駆動画面によって不規則的に変化するため、２つの電極間に発生する電界によるカップリングは、画面品位の低下を発生させることができる。
したがって、本実施形態では、透明画素電極１７０とデータライン１５０との間に透明共通電極１１０の一端部Ｅが位置するように設計することによって、透明画素電極１７０とデータライン１５０との間の電界が直接的に形成されて不安定な液晶配列を誘導する現象を緩和する。透明画素電極１７０とデータライン１５０との間に透明共通電極１１０が位置するように設計する場合には、透明画素電極１７０とデータライン１５０との間に直接的な電界が形成されないように、透明共通電極１１０が中間子の役目をし、電界を相殺する。すなわち、データライン１５０の上部から遮光領域を除去した状態では、透明画素電極１７０とデータライン１５０との間に直接的な電界が形成されず、一定の電圧値を有する透明共通電極１１０が中間に位置することによって、一定の電界形成を可能にし、不規則的なカップリングによる画面品位の低下を防止することができる。
次に、透明共通電極１１０の一端部Ｅがデータライン１５０と透明画素電極１７０との間に配列されるための最適条件について図６ａ乃至図６ｃのシミュレーション結果を参照して詳細に説明する。
図６ａ乃至図６ｃにおいて、各々(1)乃至(6)で表示された挿入図面は、各々次のようなＬ１、Ｌ３を有する時のシミュレーション結果である。より詳細には、(1)Ｌ１＝４μｍ、Ｌ３＝０μｍ、(2)Ｌ１＝４μｍ、Ｌ３＝１μｍ、(3)Ｌ１＝４μｍ、Ｌ３＝２μｍ、(4)Ｌ１＝４μｍ、Ｌ３＝３μｍ、(5)Ｌ１＝４μｍ、Ｌ３＝４μｍ、(6)Ｌ１＝４μｍ、Ｌ３＝５μｍである。
一方、図６ａのシミュレーション資料において、データラインを基準にして右側が電圧無印加状態（off state）であり、左側が電圧印加状態（on state）であり、図６ｂは、図６ａの左側の電圧無印加状態（off state）を示す拡大図であり、図６ｃは、 図６ａの右側の電圧印加状態（on state）を示す拡大図である。
図６ａ乃至図６ｃを参照すれば、電圧印加状態（on state）や電圧無印加状態（off state）で同時にカップリング効果を除去するためには、データライン１５０と透明画素電極１７０との距離Ｌ１が４μｍである場合、データライン１５０と透明共通電極１１０との間隔Ｌ３は、０乃至３μｍ程度の範囲に設定されなければならないことを確認することができる。
したがって、データライン１５０と透明画素電極１７０との距離Ｌ１が変化することによって、これと同じ割合でデータライン１５０と透明共通電極１１０との間隔Ｌ３が変化するので、Ｌ３／Ｌ１をＬとして定義すれば、好ましくは、Ｌ（Ｌ３／Ｌ１）の範囲は、０乃至０．７５にする。
一方、ＦＦＳモードは、データライン１５０の上部から遮光領域を除去しても、データライン１５０の電圧変動による光漏れが発生しないが、透明画素電極１７０とデータライン１５０との間がオーバーラップされた場合には、電極間のカップリングを引き起こし、データの信号遅延現象、垂直クロストーク及び寄生容量Ｃｐｄの上昇によるショット−ムラ（shot mura）など画面品位の低下をもたらすことができる。
したがって、このような現象を最小化しつつ、工程能力を勘案して透明画素電極１７０とデータライン１５０とがオーバーラップされないための最小デザインルール（Design rule）を設定することが好ましい。また、データライン１５０と透明画素電極１７０との距離Ｌ１が過度に広くなれば、液晶分子を制御しない領域が増加するので、画面品位を低下させるようになる。好ましくは、データライン１５０と透明画素電極１７０との距離Ｌ１は、４μｍ以内に設定する。
一方、設計時に必要な最適のアライントレランス（tolerance）値は、略１．５μｍ程度であるから、データライン１５０と透明画素電極１７０との距離Ｌ１を０に具現しようとする場合にも、設計値は１．５μｍにする。設計値によって進行された工程は、工程でのアラインによってこれとは異なることができることはもちろんである。
一方、本実施形態によってデータラインの上部から遮光領域を除去した後、追加に露出されたデータラインの反射度を高めることによって、本実施形態の液晶表示装置の開口率を高めることができると共に、室外での可読性をさらに向上させることができる。
このような目的を実現するために、データラインの最上部は、反射率が高い金属が露出されるようにする一方、デートラインによる内部反射率を増加させて、室外での可読性を向上させることができる。内部反射率を増加させるために、データラインに入射された光を内部に反射させるために、データラインに屈曲形状の構造を形成することが好ましい。
図７ａは、データラインに内部反射を増加させるために屈曲（エンボス）構造を採用したデータラインを示す部分平面図であり、図７ｂは、図７ａのIV−IV’に沿う断面図である。
図７ａ及び図７ｂを参照すれば、データライン１５０と活性層１４０とが二重構造となっている状況で、活性層１４０及びデータライン１５０を切断した断面図であり、下部基板１００上に透明共通電極１１０が形成され、 透明共通電極１１０の上部には、ゲート絶縁膜１３０が形成され、その上部には、活性層１４０を覆う構造でデータライン１５０が形成され、データライン１５０の上部には、絶縁層１６０と透明画素電極１７０とが順に形成されている。
図７ｂでは、データライン１５０が活性層１４０を覆う構造で構成されているが、このような構造は、データライン１５０を介して伝送される信号の遅延を低減することができるという効果があるが、活性層１４０を用いて円、楕円などの複数の分離された閉曲線形状のパターンを形成し、活性層パターン１４５を形成することによって、活性層パターン１４５の上部に形成されるデータライン１５０が屈曲形状を有するようになり、この屈曲形状により内部反射を増加させることができる。
このようなデータライン１５０の屈曲形状は、比較的単純な方式である活性層パターン１４５及びデータライン１５０の二重層構造により形成可能であり、別途の追加工程を必要としないという長所がある。すなわち、一般的な透過型ＦＦＳモード液晶表示装置の工程を大きく変化させることなく維持しつつ、内部反射を増加させることができる。したがって、データライン１５０の上部に遮光領域を形成しない構成と共に、データライン１５０が屈曲部を有するようにすることによって、開口率を増大することができると共に、室外での可読性を画期的に向上することができる。
一方、下部基板１００に対応する上部基板２００には、上部基板を基準にしてその上部にオーバーコート層２２０が形成され、遮光領域は、形成されていない。
図８は、本発明の実施形態に係る液晶表示装置の下部基板に形成された画素領域のゲートライン部分を示す平面図である。図９は、図８の線Ｖ−Ｖ’に沿う断面図である。
内部反射率を向上させることによって、室外での可読性を向上させるための方式で、ゲートライン１２０の上部領域から遮光領域を除去し、反射構造物３００を形成する。
反射構造物３００は、ゲートライン１２０を覆う構造で形成される。反射構造物３００は、データライン１５０と同じ物質を用いて電気的に独立された形態で製造する。好ましくは、活性層と同じ物質を用いて反射構造物３００に屈曲形状を形成する。
屈曲形状は、活性層と同じ物質を用いて円、楕円などの複数の分離された閉曲線形状のパターンを形成して活性層パターン１４５を形成し、その上部に形成される反射構造物３００のデータラインのパターン１５５が屈曲形状を有するようになり、この屈曲形状により内部反射を増加させることができる。すなわち、データラインのパターン１５５の屈曲形状は、活性層パターン１４５及びデータラインパターン１５５の二重層構造によりさらに効果的に具現されることができる。したがって、ゲートライン１２０の上部に遮光領域を形成せずに、反射構造物３００であるデータラインパターン１５５が屈曲部を有するようにすることによって、室外での可読性が画期的に向上することができる。
このような構造は、一般的な透過型ＦＦＳモード液晶表示装置の工程を大きく変化させることなく維持しつつ、室外での可読性を向上させることができるので、別途の開発を大きく必要としないという面から有用である。
また、反射構造物３００は、電気的に独立的に形成され、ゲートライン１２０を基準にして分離された２つの領域に形成されることが好ましい。ゲートライン１２０は、不透明な金属で構成可能なので、反射構造物３００は、これを基準にしてゲートライン１２０を露出させながら、分離された領域に形成することが可能である。
一方、スイッチング素子の上部に形成された遮光領域２０５は、反射構造物３００の一定領域を覆う方式で具現することによって、工程マージンを確保することができる。
以上において説明した本発明は、本発明が属する技術の分野における通常の知識を有する者であれば、本発明の技術的思想を逸脱しない範囲内で、様々な置換、変形及び変更が可能であるので、上述した実施形態及び添付された図面に限定されるものではない。
本発明の実施形態に係る液晶表示装置の下部基板に形成された画素領域の一部を示す平面図である。 図１の線Ｉ−Ｉ’に沿う断面図である。 図１の線II−II’に沿う断面図である。 図１の線III−III’に沿う断面図である。 図１のＦＦＳモード液晶表示装置において透明共通電極、透明画素電極、及びデータラインの一部のみを示す図である。 従来技術のＴＮモードでデータライン近くで発生する光透過率をシミュレーションした結果図である。 ＦＦＳモードでラビング方向を変えた場合、データライン近くで発生する光の透過率をシミュレーションした結果図である。 ＦＦＳモードでラビング方向を変えた場合、データライン近くで発生する光の透過率をシミュレーションした結果図である。 本発明の実施形態に係る液晶表示装置においてデータライン、透明画素電極、及び透明共通電極間の配置関係によるカップリング現象発生を説明するための概念図である。 本発明の実施形態においてデータライン、透明画素電極、及び透明共通電極間の配置関係によるカップリング現象発生を示すシミュレーション結果である。 本発明の実施形態においてデータライン、透明画素電極、及び透明共通電極間の配置関係によるカップリング現象発生を示すシミュレーション結果である。 本発明の実施形態において透明共通電極の一端部がデータラインと透明画素電極との間に配列されるための最適条件を求めるためのシミュレーション結果である。 本発明の実施形態において透明共通電極の一端部がデータラインと透明画素電極との間に配列されるための最適条件を求めるためのシミュレーション結果である。 本発明の実施形態において透明共通電極の一端部がデータラインと透明画素電極との間に配列されるための最適条件を求めるためのシミュレーション結果である。 本発明の実施形態においてデータラインに内部反射を増加させるために屈曲形状を採用したデータラインを示す部分平面図である。 図７ａの線IV−IV’に沿う断面図である。 本発明の実施形態に係る液晶表示装置の下部基板に形成された画素領域のゲートライン部分を示す平面図である。 図８の線Ｖ−Ｖ’に沿う断面図である。
符号の説明
１００ 下部基板
１１０ 透明共通電極
１２０ ゲートライン
１２２ 共通バスライン
１４０ 活性層
１５０ データライン
１５２ ソースドレイン電極
１６０ 層間絶縁層
１７０ 画素電極
２００ 上部基板
２０５ 遮光領域
２２０ オーバーコート

Claims (16)

  1. 下部基板と、上部基板と、前記基板の間に挿入された液晶層とを含み、前記下部基板には、相互交差する方向に形成されるゲートライン及びデータラインにより各画素領域が規定され、前記ゲートラインと前記データラインとの交差部には、スイッチング素子が配置されているＦＦＳモード液晶表示装置であって、
    前記液晶層に電圧を印加して光透過量を調節するために、前記画素領域内には、所定形状の透明共通電極と、前記透明共通電極の上部に絶縁層を間に置いて離隔配置され、且つ多数のスリットを有する透明画素電極と、を備え、
    前記液晶層を配列するためのラビング方向は、前記ゲートラインの方向を基準にして５゜以内にし、
    前記データラインを基準にして前記透明共通電極及び前記透明画素電極の配置を調節することによって、光漏れ現象とカップリング効果を減少させて、前記データラインの上部から遮光領域を除去し、
    前記データラインと前記透明画素電極との間に前記透明共通電極の一端部が配置され、
    前記ゲートラインの上部には、前記データラインと同じ物質を用いて電気的に独立された反射構造物を含むことを特徴とするＦＦＳモードの液晶表示装置。
  2. 前記データラインと前記透明画素電極との距離Ｌ１に対する前記データラインと前記透明共通電極との間隔Ｌ３の比率Ｌ３／Ｌ１は、０．７５以内であることを特徴とする請求項１に記載のＦＦＳモードの液晶表示装置。
  3. 前記データラインと前記透明画素電極との距離は、４μｍ以内に離隔されることを特徴とする請求項２に記載のＦＦＳモードの液晶表示装置。
  4. 前記液晶層を配列するためのラビング方向は、前記ゲートラインの方向を基準にして２゜以内に維持することを特徴とする請求項１に記載のＦＦＳモードの液晶表示装置。
  5. 前記透明画素電極の前記多数のスリットは、前記ゲートラインと所定の角度をなすことを特徴とする請求項１に記載のＦＦＳモードの液晶表示装置。
  6. 前記データラインの下部に活性層が複数の分離された閉曲線形状のパターンを具備することによって、前記データラインが屈曲形状を有するようにすることを特徴とする請求項１に記載のＦＦＳモードの液晶表示装置。
  7. 前記反射構造物は、前記ゲートラインを基準にして２つの領域に分離された領域を具備することを特徴とする請求項１に記載のＦＦＳモードの液晶表示装置。
  8. 前記反射構造物の下部に活性層を用いて形成された複数の分離された閉曲線形状のパターンを具備することによって、前記反射構造物が屈曲形状を有するようにすることを特徴とする請求項１に記載のＦＦＳモードの液晶表示装置。
  9. 下部基板と、上部基板と、前記基板の間に挿入された液晶層とを含み、前記下部基板には、相互交差する方向に形成されるゲートライン及びデータラインにより各画素領域が規定され、前記ゲートラインと前記データラインとの交差部には、スイッチング素子が配置されているＦＦＳモード液晶表示装置であって、
    前記液晶層に電圧を印加して光透過量を調節するために、前記画素領域内には、所定形状の透明共通電極と、前記透明共通電極の上部に絶縁層を間に置いて離隔配置され、多数のスリットを有するスリットタイプからなる透明画素電極と、を備え、
    前記データラインの上部及び前記ゲートラインの上部から遮光領域を除去し、
    前記ゲートラインの上部には、前記データラインと同じ物質を用いて電気的に独立された形態で反射構造物を製造することを特徴とする特徴とするＦＦＳモードの液晶表示装置。
  10. 前記液晶層を配列するためのラビング方向は、前記ゲートラインの方向を基準にして２゜以内に維持することを特徴とする請求項９に記載のＦＦＳモードの液晶表示装置。
  11. 前記反射構造物の下部に活性層を用いた複数の分離された閉曲線形状のパターンを具備することによって、前記反射構造物が屈曲形状を有するようにすることを特徴とする請求項９に記載のＦＦＳモードの液晶表示装置。
  12. 前記反射構造物は、前記ゲートラインを基準にして２つの領域に分離された領域を具備することを特徴とする請求項９に記載のＦＦＳモードの液晶表示装置。
  13. 前記データラインと前記透明画素電極との距離Ｌ１に対する前記データラインと前記透明共通電極との間隔Ｌ３の比率Ｌ３／Ｌ１は、０．７５以内であることを特徴とする請求項９に記載のＦＦＳモードの液晶表示装置。
  14. 下部基板と、上部基板と、前記基板の間に挿入される液晶層とを含み、前記下部基板には、相互交差する方向に形成されるゲートライン及びデータラインにより各画素領域が規定され、前記ラインの交差部には、スイッチング素子が配置されているＦＦＳモード液晶表示装置の製造方法であって、
    基板上に透明共通電極を形成する段階と、
    前記透明共通電極の上部にゲートライン、ゲート絶縁膜、活性層、データライン、層間絶縁膜、及び多数のスリットを有する透明画素電極を順に形成する段階と、
    前記透明画素電極の上部に前記液晶層を配列するために配向膜を塗布した後にラビングする段階と、を備え、
    前記データラインを基準にして前記透明共通電極及び前記透明画素電極の配置を用いて光漏れ現象とカップリング効果を減少させて、前記データラインの上部から遮光領域を除去し、
    前記データラインと前記透明画素電極との間に前記透明共通電極の一端部が配置され、
    前記データラインと前記透明画素電極との距離Ｌ１に対する前記データラインと前記透明共通電極との間隔Ｌ３の比率Ｌ３／Ｌ１は、０．７５以内であり、
    かつ、前記データラインを形成する段階では、前記ゲートラインの上部に前記データラインと同じ物質を用いて電気的に独立された反射構造物を形成する段階を備えることを特徴とするＦＦＳモードの液晶表示装置の製造方法。
  15. 前記活性層を形成する段階で、前記ゲートラインの上部及び前記データラインの下部に前記活性層を用いて複数の分離された閉曲線形状のパターンを形成することによって、その上部に各々形成される前記反射構造物及び前記データラインに屈曲形状が設けられることを特徴とする請求項１４に記載のＦＦＳモードの液晶表示装置の製造方法。
  16. 前記液晶層を配列するためのラビング方向は、前記ゲートラインの方向を基準にして５゜以内であることを特徴とする請求項１４に記載のＦＦＳモードの液晶表示装置の製造方法。
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