KR100246980B1 - 액티브 매트릭스형 액정표시소자 - Google Patents

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모리시타 요이찌
마쯔시다 덴기산교 가부시키가이샤
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Abstract

본 발명은 빗형 전극인 공통전극 및 화소전극을 서로 평행하게 대체로 「〈」 자 형상으로 형성하고, 공통전극 및 화소전극으로 형성된 화소영역에 있어서, 화소전극과 공통전극 사이에 어레이 기판 및 대향기판에 대해 대체로 평행한 전계를 발생시켰을 때, 액정분자의 배열이 변화하는 방향이 다른 영역을 형성하고, 그들 영역을 거의 등면적으로 함으로써, 넓은 시각을 가지며, 양호한 다계조 표시를 실현할 수 있는 횡전계 구동방식의 액정표시소자에 관한 것으로, 착색의 발생을 방지하여 화상품질을 향상시킨다.

Description

액티브 매트릭스형 액정표시소자
본 발명은 AV기기나 OA기기 등의 평면 디스플레이로 사용되는 액정표시소자, 특히 액티브 매트릭스형 액정표시소자에 관한 것이다.
액정을 이용한 표시소자는 비디오 카메라의 뷰파인더나 포켓 TV, 고정밀 투사형 TV, 퍼스널컴퓨터, 워드 프로세서 등 정보표시 단말 등의 각종 분야에서 응용되고 있다. 특히, 스위칭소자로서 박막 트랜지스터(TFT)를 이용한 액티브 매트릭스형 방식의 TN(Twisted Nematic) 액정표시장치는 대용량의 표시를 하더라도 높은 콘트라스트가 유지된다는 커다란 특징을 가지기 때문에, 최근 시장성이 매우 높은 랩톱 퍼스널컴퓨터, 노트 퍼스널컴퓨터, 엔지니어링 워크 스테이션용 대형·대용량 풀컬러 디스플레이로서 기대되고 있다.
액티브 매트릭스방식의 액정표시소자에 있어서, 액정표시모드로서 TN(Twisted Nematic) 방식의 NW(Normally White) 모드가 널리 이용되고 있다. TN방식이란, 2개의 투명전극 사이에 끼워진 액정층의 액정분자가 90°꼬인 구조를 가지며, 그 액정층 및 투명전극을 포함하는 패널을 2매의 편광판 사이에 둔 것이다. NW모드에 있어서는 2매의 편광판 편광축 방향이 서로 직교하는데, 한쪽 편광판의 편광축은 한쪽 기판에 접하고 있는 액정분자의 장축방향과 평행하거나 수직이 되도록 배치되어 있다. 이 경우, 전압 무인가 또는 소정의 한계값 이하의 전압을 인가한 경우에는 백색표시가 되며, 소정의 한계값보다 높은 전압을 인가해 나가면 서서히 광투과율이 저하되어 흑색표시가 된다. 이와 같은 표시특성이 얻어지는 것은, 액정패널에 전압을 인가하면 액정분자가 트위스트 구조를 풀면서 전계쪽으로 배열하고자 하며, 이 분자의 배열상태에 따라 패널을 투과해 오는 광의 편광상태가 바뀌어 광 투과율이 변조되기 때문이다.
그러나, 같은 분자배열상태라도 액정패널에 입사하는 광의 입사방향에 따라 투과광의 편광상태가 변화하므로, 입사방향에 대응해서 광 투과율이 다르다. 즉, 액정패널의 특성은 시각 의존성을 가진다. 이 시각특성은 주(主)시각방향(액정층 중간층에 있어서의 액정 분자의 장축방향)에 대해 시점을 비스듬하게 기울이면 휘도의 역전현상을 일으킨다. 이런 표시모드의 경우는, 어떤 전압시의 표시휘도가 그것보다 낮은 전압시의 휘도보다 밝아지는 현상을 말한다. 특히, 흑색표시를 위해 고전압을 인가했을 때의 휘도역전현상은 액정패널의 화질상 중요한 과제가 되고 있다.
이 과제를 해결하기 위해 TN형 액정표시방식과 같이 기판 수직방향으로 전계를 인가하는 것이 아니라, 예를들면 일본국 특공소 63-21907호 공보나 동 특개평 6-160878호 공보에 나타나 있는 바와 같이, 액정에 인가하는 방향을 기판에 대해 거의 평행한 방향으로 하는 방식(횡전계방식)이 제안되어 있다. 종래의 횡전계방식 액정표시 소자의 박막 트랜지스터기판의 구성을 제6도에 도시했다. 그러나, 상기의 횡전계방식은 휘도역전현상의 시각 각도 특성은 뛰어나지만, 제7도에 도시한 바와 같이 빗형 전극(2) 또는 전극(4)에 대해 경사방향, 45°, 135°방향으로 기울여서 화면을 보면 각각 청색, 황색으로 물이 드는 결점이 있어서 화상품질상의 과제가 되고 있다.
본 발명은 상기 종래예의 과제를 해결하기 위해 이루어진 것이며, 넓은 시각으로 양호한 다계조표시를 실현할 수 있음과 동시에, 간편한 구성이나 종래와 같은 제조공정에 의해 착색의 발생을 방지할 수 있어서 고품질 화상을 표시할 수 있는 횡전계 구동방식의 액티브 매트릭스형 액정표시소자를 제공하는 것을 목적으로 한다.
제1도는 본 발명에 따른 액정표시소자의 각 실시예에 공통된 구성을 도시한 사시도.
제2도는 본 발명에 따른 제1실시예의 액정표시소자에 있어서 박막 트랜지스터(TFT) 어레이 기판의 TFT 화소부의 평면구성을 개략적으로 도시한 평면도.
제3도는 본 발명에 따른 제2실시예의 액정표시소자에 있어서 박막 트랜지스터(TFT) 어레이 기판의 TFT 화소부의 평면구성을 개략적으로 도시한 평면도.
제4도는 본 발명에 따른 제3실시예의 액정표시소자에 있어서 박막 트랜지스터(TFT) 어레이 기판 TFT의 화소부의 평면구성을 개략적으로 도시한 평면도.
제5도는 액정표시소자의 시각 의존의 착색을 방지하는 원리를 도시한 도면.
제6도는 종래의 액정표시소자에 있어서 박막 트랜지스터(TFT) 어레이 기판 TFT의 화소부의 평면구성을 개략적으로 도시한 평면도.
제7도는 종래의 액정표시소자의 착색방향을 도시한 액정표시소자의 평면도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
1 : 주사배선 2 : 공통전극
3 : 신호배선 4 : 화소전극
5 : 축적 용량부 6 : 액정분자
7 : 스위칭 소자 10 : 어레이 기판
11 : 대향기판 12 : 액정층
13 : 편광판 14 : 편광판
본 발명의 액티브 매트릭스형 액정표시소자는 매트릭스형상으로 배치된 다수의 신호배선 및 주사배선, 상기 신호배선과 주사배선의 각 교차점에 대응하여 형성된 적어도 하나 이상의 스위칭소자, 상기 스위칭소자에 접속된 빗형상의 화소전극, 상기 화소전극과 맞물리도록 형성된 빗형상의 공통전극을 가진 어레이 기판과, 상기 어레이 기판에 대향하여 배치된 대향기판과, 상기 어레이 기판과 상기 대향기판에 삽입된 액정층과, 상기 어레이 기판 및 상기 대향기판의 외부에 배치된 2매의 편광판을 구비하고, 상기 화소전극과 상기 공통전극 사이에 상기 어레이 기판 및 상기 대향기판에 대해 대체로 평행한 전계를 발생시킴으로써 액정분자의 배열을 변화시키는 액티브 매트릭스형 액정표시소자에 있어서, 상기 화소전극 및 상기 공통전극은 대략 「〈」 자 형으로 형성됨으로써, 상기 화소전극과 상기 공통전극에 의해 형성된 화소영역에서 상기 화소전극과 상기 공통전극 사이에 상기 어레이 기판 및 상기 대향기판에 대해 대체로 평행한 전계를 발생시켰을 때, 액정분자의 배열이 변화하는 방향이 다른 다수의 영역을 가지며, 또한 상기 액정분자의 배열이 변화하는 방향이 다른 다수 영역의 면적은 각각 대략 동등하게 되는 것을 특징으로 하는 액티브 매트릭스형 액정표시소자를 제공한다.
이러한 구성의 액정표시소자를 제공함으로써, 제5도에 도시한 바와 같이 황색의 변색방향과 청색의 변색방향이 중복되어 시각에 대한 색변화를 서로 보상하므로, 변색이 적은 화상을 얻을 수 있다.
특히, 액정분자의 배열이 변화하는 방향이 다른 영역의 면적을 거의 동일하게 함으로써 시각에 대한 변색을 서로 완전히 보상하므로 변색이 없는 화상을 얻을 수 있다. 게다가, 화소전극 및 공통전극을 서로 대체로 평행하고, 또 신호배선 및 주사배선의 어느 쪽도 평행하지 않은 부분을 가지도록 구성함으로써 화소전극과 공통전극 사이에 전압을 인가했을 때, 신호배선 및 주사배선의 어느 쪽도 평행하지 않은 부분에서 액정분자가 회전한다. 그에 따라 상기 시각에 대한 색변화를 보상할 수 있다. 그리고, 화소전극 및 공통전극은 대체로 「〈」자 형상으로 형성함으로써 대체로 「〈」자의 변곡점을 경계로 해서 그 상하의 경사방향이 반대로 되기 때문에, 시각에 대한 색변화를 거의 완전히 보상할 수 있다.
또한, 신호배선 및 주사배선의 어느 한쪽을 화소전극 및 공통전극과 대체로 평행하게 하고, 대체로 평행하지 않은 다른쪽에 대해서는 경사진 부분을 가지도록 구성해도 같은 시각에 대한 색 변화를 보상할 수 있다. 이 경우에도 신호배선 및 주사배선의 어느 한쪽, 화소전극 및 공통전극을 각각 대체로 「〈」자 형상으로 형성하는 것이 바람직하다.
또, 액정분자의 유전율 이방성이 플러스이고, 액정분자의 배향방향이 화소전극과 공통전극의 길이방향에 대해 이루는 각도(θ)가 0°＜θ≤30°를 만족시킴으로써, 편광판의 편광축과 액정분자 방향의 각도 편의를 적게할 수 있어서 변조효율 80% 이상을 달성할 수 있다. 또한, 액정분자의 유전율 이방성이 마이너스이고, 액정분자의 배향방향이 화소전극과 공통전극의 길이방향에 대해 이루는 각도(θ)가 60°≤θ＜90°를 만족시킴에 따라서도 같은 효과를 얻을 수 있다.
[제1실시예]
이하, 본 발명의 액티브 매트릭스형 액정표시소자의 바람직한 제1실시예에 대해 제1도, 제2도 및 제5도를 참조하면서 설명한다.
제1도에 도시한 바와 같이, 본 발명의 액티브 매트릭스형 액정표시소자는 어레이 기판(10)과, 어레이 기판(10)에 대향해서 배치된 대향기판(11)과, 어레이 기판(10)과 대향기판(11)에 삽입된 액정층(12)과, 어레이 기판(10) 및 대향기판(11) 외부에 배치된 2매의 편광판(13)(14)을 구비한다. 편광판(13)(14)은 각각의 편광축 X 및 Y가 서로 직교하도록 배치되어 있다. 어레이 기판(10)은 제2도에 도시한 바와 같이, 매트릭스형상으로 배치된 다수의 신호배선(3) 및 주사배선(1)과, 신호배선(3)과 주사배선(1)의 각 교차점에 대응하여 형성된 적어도 하나 이상의 스위칭소자(7)와, 스위칭소자에 접속된 빗형상의 화소전극(4)과, 화소전극(4)과 맞물리도록 형성된 빗형상의 공통전극(2)을 가진다.
제2도에 도시한 제1실시예에서는 다수의 주사배선(1)은 예를들면 크롬을 이용해서 포토리소그래피법에 의해 어레이 기판(10)상에 각각 소정의 간격을 두고 대체로 평행하게 패턴형성되어 있다. 인접한 2개의 주사배선(1) 사이에는 대체로 평행하고, 대체로 「〈」자 형상 또는 헤링본(Herringbone : 물고기의 등뼈라는 의미) 형상을 가진 공통전극(2)이 패턴형성되어 있다. 공통전극(2)의 폭은 4μm이며, 재료는 크롬외에 알루미늄, 알루미늄을 주성분으로 하는 금속 등의 도전성 단층막 또는 다층막을 이용해도 된다.
주사배선(1) 및 공통전극(2)상에는 스위칭소자로 기능하는 TFT의 게이트 절연막으로 작용하는, 예를들면 질화실리콘(SiNx) 등의 제1절연체층이 적층되어 있다(도시생략). 또한, 제1절연체층상에는 TFT의 스위치 기능을 담당하는, 예를들면 아몰퍼스 실리콘(α-Si) 등의 반도체층이 플라즈마 CVD법에 의해 적층되어 있다(도시생략). 반도체상에는 다수의 신호배선(3)이 주사배선(1)에 대해 대체로 직교하도록 또 각각 대체로 평행하게 패턴형성되어 있다. 신호배선(3)은 반도체층상에 스퍼터링법에 의해 티탄/알루미늄(Ti/Al)의 2층을 퇴적시키고, 그 후 드라이 에칭에 의해 패턴형성된다.
서로 인접한 2개의 공통전극(2) 사이에는 공통전극(2)과 대체로 평행하도록 다수의 화소전극(4)이 대체로 「〈」 자 형상 또는 헤링본 형상으로 형성되어 있다. 화소전극(4)의 폭은 4μm이며, 재료는 티탄/알루미늄(Ti/Al)외에 도전성 금속의 단층막 또는 다층막을 이용해도 된다. 제1절연막층과 반도체층을 사이에 둔 주사배선(1)상에는 2개의 화소전극(4)을 접속하도록 축적용량부(5)가 오버랩되어 형성되어 있다. 축적용량부(5)는 화소에 공급된 전압을 유지하기 위해 형성된다. 또한, 공통전극(2)과 화소전극(4)의 간격을 12μm으로 했다
이상과 같이 구성된 박막 트랜지스터 어레이 기판(10) 및 대향기판(11)에는 배향막이 도포되고, 제2도에서 화살표 A로 표시한 방향으로 러빙처리가 행해지고 있다. 박막 트랜지스터 어레이 기판과 대향기판은 3μm의 갭을 두고 점착되어 있으며, 그 사이에는 유전율 이방성이 플러스인 액정이 주입되어 액정층(12)을 형성하고 있다. 또한, 박막 트랜지스터 어레이 기판(10) 및 대향기판(11) 외측에는 2매의 편광판(13)(14)이 각각의 편광축 X 및 Y가 직교하도록 배치되어 있다.
제2도에 도시한 바와 같이, 공통전극(2) 및 화소전극(4)이 각각 중앙부에서 액정분자(6)의 배향방향에 대해 약 5°대체로 「〈」 자 형상으로 구부러지도록 형성되어 있으므로, 공통전극(2)과 화소전극(4) 사이에 전압을 인가했을 때. 액정분자(6)가 회전하는 방향이 화소영역의 위아래가 달라서 그 면적은 같은 구성이 된다. 화소전극(4)과 공통전극(2)으로 형성된 화소영역에 있어서, 액정분자(6)의 배열이 변화하는 방향이 다른 영역(20), (21)이 형성되고, 그 영역이 거의 등면적이므로, 제5도에 도시한 바와 같이 황색의 변색방향과 청색의 변색방향이 중복되어, 시각에 대한 색변화를 서로 보상하므로, 변색이 없는 화상을 얻을 수 있다
다음에, 공통전극(2) 및 화소전극(4)의 대체로 「〈」 자 형상의 밴딩각도, 즉 양 전극에 대한 액정분자(6)의 배향각도(θ)를 변화시킨 경우를 설명한다. 이 각도를 크게 하면 한계값이 작아지는 반면, 편광판의 편광축과 액정분자(6)의 방향에 각도의 편의가 발생하여 변조효율이 저하된다. θ=30°를 초과하면 변조효율이 급격히 저하된다. θ=30° 이내이면 변조효율이 80% 이상으로 실용 레벨이다. 그러나, θ=0°인 경우 전압이 인가되었을 때의 액정분자(6)의 회전방향이 정해지지 않으므로, 배향각도(θ)는 0°＜θ≤30°가 바람직하다. 또, 유전이방성이 마이너스인 액정을 사용했던 바 60°≤θ＜90°의 범위에서 같은 결과를 얻을 수 있었다. 이 액정표시소자의 점등화상검사를 하였던 바, 넓은 시각특성을 가지며, 또 착색이 없어서 우수한 화상의 액정표시소자를 얻을 수 있다는 것이 확인되었다.
[제2실시예]
다음에, 본 발명의 액티브 매트릭스형 액정표시소자의 바람직한 제2실시예에 대해 제3도를 참조하면서 설명한다. 또한, 상기 제1실시예의 경우와 공통된 부분에 대해서는 그 설명을 생략하고, 다른 부분에 대해 설명한다.
제2실시예에서는 신호배선(3)이 공통전극(2) 및 화소전극(4)과 평행하고, 또 대체로 「〈」 자 형상 또는 헤링본 형상으로 형성되어 있다. 이 구성에 의해, 제1실시예의 경우에 비해 신호배선(3)과 공통전극(2) 사이의 비표시영역(22)을 대폭적으로 감소시킬 수 있어서 개구율(1화소에 점하는 표시영역의 면적비)을 향상시킬 수 있었다. 이 액정표시소자의 점등화상검사를 하였던 바, 넓은 시각특성을 가지며, 착색이 없고, 밝고 우수한 화상의 액정표시소자를 얻을 수 있다는 것이 확인되었다.
[제3실시예]
다음에, 본 발명의 액티브 매트릭스형 액정표시소자의 바람직한 제3실시예에 대해 제4도를 참조하면서 설명한다. 또한, 상기 제1 또는 제2실시예의 경우와 공통된 부분에 대해서는 그 설명을 생략하고, 다른 부분에 대해 설명한다.
제3실시예에서는 액정분자 배열이 변화하는 방향이 다른 영역이 다수 형성되어 있다. 즉, 제4도에 도시한 바와 같이, 공통전극(2)과 화소전극(4)을 2회 대체로 「〈」자 형상으로 형성함으로써 제1실시예의 경우에 비해 신호배선(3)과 공통전극(2) 사이의 비표시영역(22)을 대폭적으로 감소시킬 수 있어서 개구율(1화소에 점하는 표시영역의 면적비)을 향상시킬 수 있었다. 이 액정표시소자의 점등화상 검사를 하였던 바, 넓은 시각특성을 가지며, 착색이 없고, 밝고 우수한 화상의 액정표시소자를 얻을 수 있음이 확인되었다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명의 액티브 매트릭스형 액정표시소자는 매트릭스형상으로 배치된 다수의 신호배선 및 주사배선, 신호배선과 주사배선의 각 교차점에 대응하여 형성된 적어도 하나 이상의 스위칭소자, 스위칭소자에 접속된 빗형상의 화소전극, 화소전극과 맞물리도록 형성된 빗형상의 공통전극을 가진 어레이 기판과, 어레이 기판에 대향해서 배치된 대향기판과, 어레이 기판과 대향기판에 삽입된 액정층과, 어레이 기판 및 대향기판의 외부에 배치된 2매의 편광판을 구비하고, 화소전극과 공통전극 사이에 어레이 기판 및 대향기판에 대해 대체로 평행한 전계를 발생시킴으로써 액정분자의 배열을 변화시키고, 화소전극과 공통전극에 형성된 화소영역에 있어서, 화소전극과 공통전극 사이에 어레이 기판 및 대향기판에 대해 대체로 평행한 전계를 발생시켰을 때, 액정분자의 배열이 변화하는 방향이 다른 다수의 영역을 가지므로, 제5도에 도시한 바와 같이 황색의 변색방향과 청색의 변색방향이 중복되어 시각에 대한 색변화를 서로 보상하므로, 변색이 적은 화상을 얻을 수 있다.

Claims (3)

  1. 매트릭스형상으로 배치된 다수의 신호배선 및 주사배선, 상기 신호배선과 주사배선의 각 교차점에 대응하여 형성된 적어도 하나 이상의 스위칭소자, 상기 스위칭소자에 접속된 빗형상의 화소전극, 상기 화소전극과 맞물리도록 형성된 빗형상의 공통전극을 가진 어레이 기판과, 상기 어레이 기판에 대향하여 배치된 대향기판과, 상기 어레이 기판과 상기 대향기판에 삽입된 액정층과, 상기 어레이 기판 및 상기 대향기판의 외부에 배치된 2매의 편광판을 구비하고, 상기 화소전극과 상기 공통전극 사이에 상기 어레이 기판 및 상기 대향기판에 대해 대체로 평행한 전계를 발생시킴으로써 액정분자의 배열을 변화시키는 액티브 매트릭스형 액정표시소자에 있어서, 상기 화소전극 및 상기 공통전극은 대략 「〈」자 형으로 형성됨으로써, 상기 화소전극과 상기 공통전극에 의해 형성된 화소영역에서 상기 화소전극과 상기 공통전극 사이에 상기 어레이 기판 및 상기 대향기판에 대해 대체로 평행한 전계를 발생시켰을 때, 액정분자의 배열이 변화하는 방향이 다른 다수의 영역을 가지며, 또한 상기 액정분자의 배열이 변화하는 방향이 다른 다수 영역의 면적은 각각 대략 동등하게 되는 것을 특징으로 하는 액티브 매트릭스형 액정표시 소자.
  2. 제1항에 있어서, 상기 화소전극 및 상기 공통전극은 서로 대체로 평행하며, 또 상기 신호배선 및 주사배선의 어느 쪽도 평행하지 않은 부분을 가진 것을 특징으로 하는 액티브 매트릭스형 액정표시 소자.
  3. 제1항에 있어서, 상기 신호배선 및 상기 주사배선의 어느 한쪽이 상기 화소전극 및 상기 공통전극과 대체로 평행하며, 또 대체로 평행하지 않은 다른 쪽에 대해 경사진 부분을 가진 것을 특징으로 하는 액티브 매트릭스형 액정표시소자.
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