KR100269354B1 - 횡전계방식 액정표시소자 - Google Patents

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Abstract

본 발명에 따른 횡전계방식 액정표시소자는 제1기판에 종횡으로 배열된 게이트배선 및 데이터배선과, 상기 데이터배선 및 게이트배선의 교차점에 형성된 스위칭소자와, 상기 게이트배선에 평행하게 형성된 공통배선과, 상기 데이터배선과 교대로 평행하게 형성되어 횡전계를 인가하는 적어도 한쌍의 제1전극 및 제2전극과, 상기 스위칭소자 상부에 형성된 보호막과, 제2기판 위에 형성된 제3전극과, 그리고 상기 제1기판과 제2기판 사이에 형성된 액정층으로 이루어진다.

Description

횡전계방식 액정표시소자
본 발명은 횡전계방식 액정표시소자에 관한 것으로, 특히 능동소자상에만 보호막을 형성하거나, 상기 능동소자가 형성된 기판과 대응하는 기판상에 대향전극을 형성하여 액정층의 구동전압을 낮춘 복합전계형성이 가능한 횡전계방식 액정표시소자에 관한 것이다.
근래 박막트랜지스터 액정표시장치(TFT LCD)에서는 대면적화가 강력하게 요구되고 있지만, 시야각에 따라 콘트라스트비가 변하는 문제가 있었다. 이러한 문제를 해결하기 위해, 광보상판이 장착된 트위스트네마틱(twisted nematic) 액정표시장치, 멀티도메인(multi-domain) 액정표시장치 등과 같은 여러가지 액정표시장치가 제안되고 있지만, 이러한 여러가지 액정표시장치로는 시야각에 따라 콘트라스트비의 저하와 색상이 변하는 문제를 해결하기 힘든 실정이다.
광시야각을 실현하기 위해 제안되는 다른 방식의 액정표시장치인 횡전계방식(in-plane switching mode)의 액정표시장치가 JAPAN DISPLAY 92 P547, 일본특허 특개평 7-36058, 일본특허 특개평 7-225538, ASIA DISPALY 95 P107 등에 제안되고 있다.
종래 광시야각의 실현을 목표로 하는 횡전계방식의 액정표시소자는 도 1에 나타내는 것과 같은 통상의 구조를 갖는다.
도 1a는 종래 횡전계방식 액정표시장치의 평면도로서, 제1기판 위에 배열되어 화소영역을 정의하는 데이터배선(1) 및 게이트배선(2)과, 상기한 게이트배선(2)과 평행하게 화소내에 배열된 공통배선(5)과, 상기한 게이트배선(2)과 데이터배선(1)의 교차점에 배치된 박막트랜지스터와, 상기한 화소내에 데이터배선(1)과 대략 평행하게 배열된 데이터전극(19) 및 공통전극(11)으로 구성된다.
도 1b는 도 1a의 A-A'선 단면도로서 도면에 나타낸 바와 같이, 박막트랜지스터는 제1기판(3) 위에 형성되어 상기 게이트배선(2)과 접속되는 게이트전극(10)과, 상기 게이트전극(10) 위에 적층된 SiNx 또는 SiOx와 같은 물질로 이루어진 게이트절연막(13)과, 상기 게이트절연막(13) 위에 형성된 활성층(15)과, 상기 활성층(15) 위에 형성된 n+층(16)과, 상기한 n+층(16) 위에 형성되어 데이터배선(1)과 데이터전극(19)에 각각 접속되는 소스전극(17) 및 드레인전극(18)으로 구성된다. 화소내의 공통전극(11)은 제1기판 위에 형성되어 공통배선에 접속되며 데이터전극(19)은 게이트절연막(13) 위에 형성되어 박막트랜지스터의 드레인전극(18)에 접속된다. 박막트랜지스터, 데이터전극(19) 및 게이트절연막(13) 위에는 SiNx 또는 SiOx와 같은 물질로 이루어진 보호막(20)이 기판 전체에 걸쳐 적층되어 있으며, 그 위에 제1배향막(미도시)이 도포되고 배향방향이 결정된다.
또한, 상기한 제1기판(3)과 대응하는 제2기판(4) 위에는 빛의 누설을 방지하는 차광층(6), R, G 및 B의 칼라필터소자로 이루어진 칼라필터층(7) 및 오버코트층(8)이 차례로 적층되어 있다.
상기한 구조에서, 액정층에 형성되는 전계는 V액정=V데이터-공통×C절연막1C절연막2C절연막3/(C절연막1C절연막2C절연막3+C절연막1C절연막2C액정+C절연막2C절연막3C액정+C절연막1C절연막3C액정)으로 나타낼 수 있다. 여기서, V데이터-공통은 데이터전극(19)과 공통전극(11) 사이에 인가된 전압, C액정은 양전극간의 전계에 영향을 미치는 액정층의 커패시터, C절연막1은 액정층의 경계부에서 공통전극(11) 사이 제1절연막의 커패시터, C절연막2은 액정층의 경계부에서 공통전극(11) 사이 제2절연막의 커패시터, C절연막3은 액정층의 경계부에서 공통전극(11) 사이 제3절연막의 커패시터를 의미한다.
상기한 식에서 알 수 있듯이, 종래 횡전계방식 액정표시소자는 데이터전극(19)과 공통전극(11) 사이에 보호막(20)에 의한 부가용량과 게이트절연막(13)에 의한 부가용량이 존재하므로 액정분자의 원활한 구동을 위해서는 이러한 부가용량을 감안한 높은 전압이 액정층에 인가되어야 한다.
본 발명은 상기한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 화소영역에는 보호막을 형성하지 않고 능동소자 위에만 보호막을 형성하는 것에 의해 데이터전극과 공통전극 사이에 형성되는 전계의 세기를 한층 강화시키면서 액정에 인가되는 구동전압을 감소시킨 횡전계방식 액정표시소자를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 다른 목적은, 능동소자가 형성된 기판과 대응하는 기판상에 대향전극을 형성하여 복합전계를 형성하는 것이다.
상기한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 횡전계방식 액정표시소자는 제1기판 위에 형성되어 상기 게이트배선과 접속되는 게이트전극과, 상기 게이트전극 위에 적층된 SiNx 또는 SiOx와 같은 물질로 이루어진 게이트절연막과, 상기 게이트절연막 위에 형성된 활성층과, 상기 활성층 위에 형성된 n+층과, 상기한 n+층 위에 형성되어 데이터배선과 데이터전극에 각각 접속되는 소스전극 및 드레인전극으로 구성된다. 화소내의 공통전극은 제1기판 위에 형성되어 공통배선에 접속되며 데이터전극은 게이트절연막 위에 형성되어 박막트랜지스터의 드레인전극에 접속된다. 박막트랜지스터 위에는 SiNx 또는 SiOx와 같은 물질로 이루어진 보호막이 적층되어 있으며, 기판 전체에 걸쳐 제1배향막이 도포되고 배향방향이 결정된다. 계속해서 상기한 제1기판과 대응하는 제2기판 위에 상기 박막트랜지스터, 게이트배선, 데이터배선 및 공통배선 근처로 빛이 새는 것을 방지하는 차광층을 형성하고, 그 위에 순서대로 칼라필터층, 오버코트층, 대향전극 및 제2배향막을 형성한 후, 상기한 두 기판 사이에 액정층을 형성하여 본 발명에 따른 횡전계방식 액정표시소자를 완성한다.
상기한 구조의 액정표시소자는 보호막이 능동소자 위에만 존재하므로 화소영역내에 있는 데이터전극과 공통전극 사이에 인가되는 전계를 세게 하여 액정층에 걸리는 구동전압을 낮추는 것이 가능해진다.
도 1a는, 종래 횡전계방식 액정표시소자의 평면도.
도 1b는, 도 1a의 A-A'선 단면도.
도 2는, 본 발명의 제1실시예에 따른 단면도.
도 3은, 본 발명의 제2실시예에 따른 단면도.
- 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 -
103 : 제1기판 104 : 제2기판
106 : 차광층 107 : 칼라필터층
108 : 오버코트층 110 : 게이트전극
111 : 공통전극 113 : 게이트절연막
115 : 비정질실리콘층 116 : 불순물비정질반도체층
117 : 소스전극 118 : 드레인전극
119 : 데이터전극 120 : 보호막
122 : 대향전극
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
도 2는 본 발명의 바람직한 제1실시예를 나타내는 도면으로서, 본 발명의 액정표시소자는 기판(103) 위에 형성되어 게이트배선과 접속되는 게이트전극(110)과, 상기 게이트전극(110) 위에 적층된 SiNx 또는 SiOx와 같은 물질로 이루어진 게이트절연막(113)과, 상기 게이트절연막(113) 위에 형성된 활성층(115)과, 상기 활성층(115) 위에 형성된 n+층(116)과, 상기한 n+층(116) 위에 형성되어 데이터배선과 데이터전극(119)에 각각 접속되는 소스전극(117) 및 드레인전극(118)으로 구성된다. 화소내의 공통전극(111)은 제1기판 위에 형성되어 공통배선에 접속되며 데이터전극(119)은 게이트절연막(113) 위에 형성되어 박막트랜지스터의 드레인전극(118)에 접속된다. 박막트랜지스터 위에는 SiNx 또는 SiOx와 같은 물질로 이루어진 보호막(120)이 적층되어 있으며, 기판(103) 전체에 걸쳐 제1배향막(미도시)이 도포되고 배향방향이 결정된다.
또한, 상기한 기판(103)과 대응하는 기판(104)에는 상기 박막트랜지스터, 게이트배선, 데이터배선 및 공통배선 근처로 빛이 새는 것을 방지하는 차광층(106)을 형성하고, 그 위에 컬러필터층(107), 오버코트층(108) 및 제2배향막(미도시)을 형성한 후, 상기한 두 기판 사이에 액정층을 형성하면 본 발명에 따른 횡전계방식 액정표시소자가 완성된다.
상기한 제1 및 제2배향막은 폴리이미드(polyimide)계열의 배향막을 도포하고 러빙을 실시하여 액정의 배향방향을 결정할 수도 있고, 폴리실록산과 같은 광배향막에 광을 조사하여 액정의 배향방향을 결정할 수 있다.
상기한 구조에서는 종래 구조인 도 1b의 화소영역에 존재하는 보호막을 제거하여 능동소자 위에만 보호막을 형성하여 능동소자의 활성층을 보호한다. 이러한 구조에 의해 액정층에 형성되는 전계는 VLC=V데이터-공통×C절연막/(CLC+C절연막)으로 나타낼 수 있다. 여기서, V데이터-공통은 데이터전극(119)과 공통전극(111) 사이에 인가된 전압, CLC는 양전극간의 전계가 영향을 미치는 액정층의 커패시터, C절연막은 액정층의 경계부에서 공통전극 사이의 절연막의 커패시터를 의미한다.
상기한 식에서 알 수 있듯이, 본 발명에 따른 횡전계방식 액정표시소자는 게이트절연막(113)에 의한 부가용량은 존재하나 데이터전극(119)과 공통전극(111) 사이 보호막에 의한 부가용량이 존재하지 않으므로 종래 기술에 비하여 낮은 전압으로 액정층을 구동하는 것이 가능하다.
도 3은 본 발명의 바람직한 제2실시예를 나타내는 단면도로서, 제2실시예가 상기 제1실시예와 다른 점은 상기 기판(104) 위에 ITO(Indium Tin Oxide)와 같은 투명금속 또는 Cr과 같은 불투명금속으로 이루어진 대향전극(122)이 형성된다는 점이다.
이러한 구조에서, 본 발명의 제1실시예에서 데이터전극(119)과 공통전극(111) 사이에 형성되는 전계에 추가로 대향전극(122)에 의한 전계가 형성되므로, 즉 복합전계의 형성이 가능해져 액정층의 구동전압을 더욱 낮출 수 있다.
본 발명에 따른 횡전계방식 액정표시소자는 화소영역 위에는 보호막을 형성하지 않고 능동소자 위에만 보호막을 형성하는 것에 의해 데이터전극과 공통전극 사이의 부가용량을 줄여 액정층의 구동전압을 감소시킬 수 있으며, 또한 상기 데이터전극 및 공통전극 이외에 대향전극을 형성하는 것에 한층 더 액정층의 구동전압을 낮추는 것이 가능하다.

Claims (10)

  1. 제1 및 제2기판과,
    상기한 제1기판에 종횡으로 배열되어 화소영역을 정의하는 게이트배선 및 데이터배선과,
    상기한 화소영역내에 배열된 공통배선과,
    게이트전극, 게이트절연층, 반도체층 및 소스/드레인전극으로 구성되어 상기한 게이트배선과 데이터배선의 교차부분에 형성된 스위칭소자와,
    상기 데이터배선과 교대로 평행하게 형성되어 횡전계를 인가하는 적어도 한쌍의 제1전극 및 제2전극과,
    상기 스위칭소자 위에 형성된 보호막과, 그리고
    상기 제1기판과 제2기판 사이에 형성된 액정층으로 이루어진 횡전계방식 액정표시장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 스위칭소자가 박막트랜지스터인 것을 특징으로 하는 횡전계방식 액정표시장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 제1전극이 데이터전극이고 제2전극이 공통전극인 것을 특징으로 하는 횡전계방식 액정표시장치.
  4. 제1항에 있어서, 상기 보호막이 SiNx 또는 SiOx를 포함하는 것을 특징으로 하는 횡전계방식 액정표시소자.
  5. 제1 및 제2기판과,
    상기한 제1기판에 종횡으로 배열되어 화소영역을 정의하는 게이트배선 및 데이터배선과,
    상기한 화소영역내에 배열된 공통배선과,
    게이트전극, 게이트절연층, 반도체층 및 소스/드레인전극으로 구성되어 상기한 게이트배선과 데이터배선의 교차부분에 형성된 스위칭소자와,
    상기 데이터배선과 교대로 평행하게 형성되어 횡전계를 인가하는 적어도 한쌍의 제1전극 및 제2전극과,
    상기 스위칭소자 위에 형성된 보호막과,
    상기 제2기판 위에 형성된 제3전극과, 그리고
    상기 제1기판과 제2기판 사이에 형성된 액정층으로 이루어진 횡전계방식 액정표시장치.
  6. 제5항에 있어서, 상기 제1전극이 데이터전극, 제2전극이 공통전극, 제3전극이 대향전극인 것을 특징으로 하는 횡전계방식 액정표시장치.
  7. 제6항에 있어서, 상기 대향전극이 ITO(Indium Tin Oxide)인 것을 특징으로 하는 횡전계방식 액정표시장치.
  8. 제6항에 있어서, 상기 대향전극이 불투명금속인 것을 특징으로 하는 횡전계방식 액정표시장치.
  9. 제8항에 있어서, 상기 불투명금속이 Cr을 포함하는 것을 특징으로 하는 횡전계방식 액정표시장치.
  10. 제5항에 있어서, 상기 보호막이 SiNx 또는 SiOx를 포함하는 것을 특징으로 하는 횡전계방식 액정표시소자.
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