KR100304915B1 - Liquid crystal display device of composite switching mode - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 액정표시소자에 관한 것으로, 특히 단위 화소내에 복수의 액정구동전극을 배치하여 액정분자를 복수의 방향으로 구동시키므로써 복합전계를 구현한 복합전계방식 액정표시소자에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a liquid crystal display device, and more particularly, to a complex field type liquid crystal display device in which a complex electric field is realized by disposing a plurality of liquid crystal driving electrodes in a unit pixel to drive liquid crystal molecules in a plurality of directions.
최근, 박막트랜지스터 액정표시소자(thin film transistor-liquid crystal display device)에서 시야각에 따른 콘트라스트비의 변화 문제를 해결하기 위해, 광보상판이 장착된 트위스트네마틱(twisted nematic) 액정표시소자, 멀티도메인(multi-domain) 액정표시소자 등과 같은 여러가지 액정표시소자가 제안되고 있지만, 이러한 여러가지 액정표시소자로는 시야각에 따라 콘트라스트비의 저하와 색상이 변하는 문제를 해결하기 힘든 실정이다.Recently, in order to solve the problem of changing the contrast ratio according to the viewing angle in a thin film transistor-liquid crystal display device, a twisted nematic liquid crystal display device equipped with an optical compensation plate, a multi-domain ( Various liquid crystal display devices have been proposed, such as multi-domain liquid crystal display devices, but it is difficult to solve the problem of lowering the contrast ratio and changing color with various viewing angles.
도 1은 일반적인 횡전계방식 액정표시소자의 액정구동전극을 나타내는 도면으로서, 도면에 나타낸 바와 같이, 일반적인 횡전계방식 액정표시소자는 절연성기판 위에 서로 평행하게 배열되어 액정분자(10)를 구동하는 데이터전극(20) 및 공통전극(30)으로 구성된다.FIG. 1 is a view illustrating a liquid crystal driving electrode of a general transverse electric field liquid crystal display device. As shown in the drawing, the general transverse electric field liquid crystal display elements are arranged in parallel with each other on an insulating substrate to drive liquid crystal molecules 10. It consists of an electrode 20 and a common electrode 30.
상기한 액정표시소자에 전압이 인가되면 서로 평행한 두 전극 사이에는 횡전계가 형성되고, 최초 러빙방향(R방향)으로 배향되어 있던 액정분자(10)는 두 전극 사이의 횡전계방향(A-A'방향)을 따라 회전한다(도면의 화살표). 이러한 횡전계방식 액정표시소자는 종래 트위스트네마틱 액정표시소자에 비하여 뛰어난 시야각 특성을 나타내지만, 기판상에 집중된 전극(데이터전극 및 공통전극)에 의해 개구율이 낮아지고, 또한 시야각에 따라 흰색변환(white color shift)이 일어나는 문제점이 있었다.When voltage is applied to the liquid crystal display device, a transverse electric field is formed between the two electrodes parallel to each other, and the liquid crystal molecules 10 oriented in the first rubbing direction (R direction) have the transverse electric field direction (A−) between the two electrodes. Direction A '(arrows in the drawing). Such a transverse electric field type liquid crystal display device exhibits superior viewing angle characteristics as compared to a conventional twisted nematic liquid crystal display device. However, the aperture ratio is lowered by electrodes (data electrodes and common electrodes) concentrated on a substrate, and white conversion is performed according to the viewing angle. There was a problem of white color shift).
상기한 횡전계방식 액정표시소자의 문제점을 해결하고자, 일본국 특허출원 공개번호 258269(1997년 10월 3일)호 에서는 도 2에 나타낸 것과 같은 밴드형상의 액정구동전극을 제안하고 있다. 이러한 액정표시소자는 액정분자(10)를 복수의 배향방향으로 구동시키는 데이터전극(20) 및 공통전극(30)으로 구성된다.In order to solve the problems of the transverse electric field type liquid crystal display device, Japanese Patent Application Publication No. 258269 (October 3, 1997) proposes a band-shaped liquid crystal driving electrode as shown in FIG. The liquid crystal display device includes a data electrode 20 and a common electrode 30 for driving the liquid crystal molecules 10 in a plurality of alignment directions.
상기한 액정표시소자에 전압이 인가되면 최초 러빙방향(R방향)으로 배향되어 있던 액정분자(10)는 두 전극 사이에 형성된 전계의 방향(B-B' 및 B'-B"방향)을 따라 회전한다(도면의 화살표). 이러한 액정표시소자는 종래 횡전계방식 액정표시소자의 단점인 흰색변환을 일으키지 않는데 반하여 휘도 및 투과율면에서 불리하고, 전극이 밴드형상을 하고 있으므로 패널의 전기광학적 특성을 신중히 고려하여야 하며, 동일면적으로 비교할 때 개구율 및 광투과율이 현저히 떨어진다는 단점이 있다.When a voltage is applied to the liquid crystal display device, the liquid crystal molecules 10 which are initially oriented in the rubbing direction (R direction) rotate along the direction of the electric field formed between the two electrodes (BB 'and B'-B "directions). (Arrow in the drawing) Such a liquid crystal display device does not cause white conversion, which is a disadvantage of the conventional transverse electric field type liquid crystal display device, but is disadvantageous in terms of luminance and transmittance, and the electrode is band-shaped, so the electro-optical characteristics of the panel are carefully considered. When compared with the same area, there is a disadvantage that the aperture ratio and the light transmittance are remarkably inferior.
본 발명은 상기한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 횡전계를 인가하는 적어도 한쌍의 전극과, 상기 한쌍의 전극의 일부를 경사 연장하여 액정분자를 복수의 방향으로 구동시키므로써 시야각특성 뿐만 아니라 개구율이 향상된 복합전계방식 액정표시소자를 제공하는 것을 목적으로 한다.The present invention has been made to solve the above-mentioned problems of the prior art, and at least one pair of electrodes applying a transverse electric field and a portion of the pair of electrodes are inclined to extend the liquid crystal molecules to drive the liquid crystal molecules in a plurality of directions. An object of the present invention is to provide a composite field type liquid crystal display device having improved aperture ratio.
본 발명의 다른 목적은 상기한 한쌍의 전극이 형성된 기판과 대향하는 기판 위에 상기 한쌍의 전극과 함께 수직전계 및 경사전계를 인가하는 대향전극을 형성하여 복합전계를 구현하므로써 더욱 향상된 광학특성을 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to provide a further improved optical properties by forming a composite electrode on the substrate opposite to the substrate on which the pair of electrodes is formed, applying a vertical electric field and an inclined electric field together with the pair of electrodes to implement a composite electric field will be.
상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 횡전계방식 액정표시소자는 제1기판 위에 형성되어 상기 게이트배선과 접속되는 게이트전극과, 상기 게이트전극 위에 적층된 게이트절연막과, 상기 게이트절연막 위에 형성된 비정질실리콘층과, 상기 비정질실리콘층위에 형성된 불순물비정질실리콘층과, 상기한 불순물비정질실리콘층 위에 형성되어 데이터배선과 데이터전극에 각각 접속되는 소스/드레인전극으로 구성된다. 또한, 화소내의 공통전극은 제1기판 위에 형성되어 공통배선에 접속되며 데이터전극은 게이트절연막 위에 형성되어 박막트랜지스터의 드레인전극에 접속된다. 이때, 상기 데이터전극과 공통전극은 서로 위치가 바뀌어 형성되는 것도 가능하다. 상기한 박막트랜지스터 및 데이터전극위에는 SiNx 또는 SiOx와 같은 물질 또는 BCB(Benzocyclobutene)와 같은 유기물질로 이루어진 보호막이 기판 전체에 걸쳐 적층되어 있으며, 기판 전체에 걸쳐 제1배향막이 도포되고 배향방향이 결정된다. 이때, 상기한 보호막은 박막트랜지스터영역에 한정되어 적층될 수도 있다.In order to achieve the above object, a transverse electric field liquid crystal display device according to the present invention includes a gate electrode formed on a first substrate and connected to the gate wiring, a gate insulating film stacked on the gate electrode, and an amorphous film formed on the gate insulating film. And a silicon layer, an impurity amorphous silicon layer formed on the amorphous silicon layer, and a source / drain electrode formed on the impurity amorphous silicon layer and connected to the data wiring and the data electrode, respectively. Further, the common electrode in the pixel is formed on the first substrate and connected to the common wiring, and the data electrode is formed on the gate insulating film and connected to the drain electrode of the thin film transistor. In this case, the data electrode and the common electrode may be formed by changing positions with each other. On the thin film transistor and the data electrode, a protective film made of a material such as SiNx or SiOx or an organic material such as benzocyclobutene (BCB) is laminated over the entire substrate, and a first alignment layer is applied and the orientation direction is determined over the entire substrate. . In this case, the passivation layer may be laminated on the thin film transistor region.
상기한 제1기판과 대응하는 제2기판 위에는 상기 박막트랜지스터, 게이트배선, 데이터배선 및 공통배선 근처로 빛이 새는 것을 방지하는 차광층을 형성하고, 그 위에 순서대로 칼라필터층, 오버코트층을 형성한다. 계속해서, 기판 전체에 걸쳐 제2배향막을 형성한 후, 상기한 두 기판 사이에 액정층을 형성한다.On the second substrate corresponding to the first substrate, a light shielding layer is formed to prevent light leakage near the thin film transistor, the gate wiring, the data wiring, and the common wiring, and a color filter layer and an overcoat layer are sequentially formed thereon. . Subsequently, after forming the second alignment film over the entire substrate, a liquid crystal layer is formed between the above two substrates.
또한, 더욱 향상된 광학특성을 얻고자 상기 데이터전극 및 공통전극과 수직 및 경사전계를 인가하는 대향전극이 제2기판 위에 형성될 수도 있다.In addition, the counter electrode may be formed on the second substrate to apply vertical and inclined electric fields to the data electrode and the common electrode in order to obtain more improved optical characteristics.
도 1은, 일반적인 횡전계방식 액정표시소자의 액정구동전극을 나타내는 도면.1 is a view showing a liquid crystal driving electrode of a general transverse electric field type liquid crystal display device.
도 2는, 종래 밴드형상의 액정구동전극을 나타내는 도면.2 is a view showing a conventional band-shaped liquid crystal driving electrode.
도 3a는, 본 발명에 따른 복합전계방식 액정표시소자의 평면도, 도 3b는 도 3a의 I-I', II-II' 및 III-III'선 단면도.3A is a plan view of a composite field liquid crystal display device according to the present invention, and FIG. 3B is a sectional view taken along line II ′, II-II ′, and III-III ′ of FIG. 3A.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명><Explanation of symbols for the main parts of the drawings>
100 : 제1기판 101, 101' : 게이트배선100: first substrate 101, 101 ': gate wiring
102, 102' : 데이터배선 103 : 공통전극102, 102 ': Data wiring 103: Common electrode
104 : 게이트절연막 105 : 데이터전극104: gate insulating film 105: data electrode
107 : 보호막 108 : 제2기판107: protective film 108: second substrate
109 : 칼라필터층 110 : 액정109: color filter layer 110: liquid crystal
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
도 3a는 본 발명의 일실시예(20.3" VXGA)에 따른 복합전계방식 액정표시소자의 평면도, 도 3b는 도 3a의 I-I', II-II' 및 III-III'선 단면도로서, 이하 단위화소영역에 대해서만 기술하고 있으며, 박막트랜지스터 및 그 외의 구성요소에 관해서는 필요에 따라 언급한다.3A is a plan view of a composite field liquid crystal display device according to an exemplary embodiment of the present invention (20.3 "VXGA), and FIG. 3B is a cross-sectional view taken along line II ′, II-II ′, and III-III ′ of FIG. 3A. Only the unit pixel area is described, and thin film transistors and other components are referred to as necessary.
본 발명에 따른 복합전계방식 액정표시소자의 단위화소영역은 3개의 영역(S1, S2, S3)으로 나뉘어져 있으며, 제1기판(100)위에 형성되어 게이트배선(101)과 접속되는 게이트전극(미도시)과, 상기 게이트전극위에 적층된 SiNx 또는 SiOx와 같은 물질로 이루어진 게이트절연막(104)과, 상기 게이트절연막(104) 위에 형성된 비정질실리콘층(미도시)과, 상기 비정질실리콘층 위에 형성된 불순물비정질실리콘층(미도시)과, 상기한 불순물비정질실리콘층 위에 형성되어 데이터배선(102)과 데이터전극(105)에 각각 접속되는 소스/드레인전극으로 구성된다.The unit pixel area of the composite field type liquid crystal display device according to the present invention is divided into three regions S 1 , S 2 , and S 3 , and is formed on the first substrate 100 and connected to the gate wiring 101. An electrode (not shown), a gate insulating film 104 made of a material such as SiNx or SiOx stacked on the gate electrode, an amorphous silicon layer (not shown) formed on the gate insulating film 104, and on the amorphous silicon layer And a source / drain electrode formed on the impurity amorphous silicon layer (not shown) formed on the impurity amorphous silicon layer and connected to the data wiring 102 and the data electrode 105, respectively.
또한, 화소내의 공통전극(103)은 제1기판(100) 위에 형성되어 공통배선에 접속되며 데이터전극(105)은 게이트절연막(104) 위에 형성되어 박막트랜지스터의 드레인전극에 접속된다. 이때, 상기 공통전극(103)과 데이터전극(105)의 위치는 서로 바뀔 수 있다. 상기 박막트랜지스터 위에는 SiNx 또는 SiOx와 같은 물질 또는 BCB(Benzocyclobutene)와 같은 유기물질로 이루어진 보호막(107)이 적층되어 있으며, 기판 전체에 걸쳐 제1배향막(미도시)이 도포되고 배향방향이 결정된다. 이때, 상기 보호막은 상기 박막트랜지스터영역에만 선택적으로 형성될 수 있으며, 이 경우 화소영역내의 보호막에 의한 부가용량을 감소시켜 구동전압을 낮출 수 있다.The common electrode 103 in the pixel is formed on the first substrate 100 and connected to the common wiring, and the data electrode 105 is formed on the gate insulating film 104 and connected to the drain electrode of the thin film transistor. In this case, the positions of the common electrode 103 and the data electrode 105 may be interchanged. A protective film 107 made of a material such as SiNx or SiOx or an organic material such as BCB (Benzocyclobutene) is stacked on the thin film transistor, and a first alignment film (not shown) is applied to the entire substrate and an orientation direction is determined. In this case, the passivation layer may be selectively formed only in the thin film transistor region. In this case, the driving voltage may be reduced by reducing the additional capacitance of the passivation layer in the pixel region.
또한, 제2기판(108) 위에는 상기 박막트랜지스터, 게이트배선(101), 데이터배선(102, 102') 및 공통배선 근처로 빛이 새는 것을 방지하는 차광층(미도시)을 형성하고, 그 위에 컬러필터층(109), 오버코트층(미도시)을 형성한다. 계속해서, 제2배향막(미도시)을 형성하고 배향방향을 결정한 후 상기한 두 기판 사이에 액정(110)을 주입하여 본 발명에 따른 복합전계방식 액정표시소자를 완성한다. 이때, 상기한 오버코트층 위에는 상기한 데이터전극 및 공통전극과 수직 및 경사전계를 형성하는 하나 또는 그 이상의 대향전극을 형성하는 것도 가능하며, 차광층이 대향전극의 역할을 할 수도 있다.Also, a light blocking layer (not shown) is formed on the second substrate 108 to prevent light leakage near the thin film transistor, the gate wiring 101, the data wiring 102 and 102 ′, and the common wiring. The color filter layer 109 and the overcoat layer (not shown) are formed. Subsequently, after forming the second alignment layer (not shown) and determining the alignment direction, the liquid crystal 110 is injected between the two substrates to complete the composite field type liquid crystal display device according to the present invention. In this case, one or more counter electrodes may be formed on the overcoat layer to form vertical and inclined electric fields with the data electrode and the common electrode, and the light shielding layer may serve as the counter electrode.
상기한 제1배향막 및 제2배향막의 배향방향은 폴리이미드(polyimide)계열의 배향막을 도포하고 러빙을 실시하여 결정할 수 있으며, 이때 러빙방향은 도면에 나타내듯이 데이터전극(105)이 그 연장선, 또는 공통전극(105)의 연장선과 이루는 각(2θ)의 이등분선을 따른다. 광배향인 경우는 폴리실록산 또는 PVCN(polyvinyl cinnamate)계 물질로 이루어진 광배향막에 광을 조사하여 결정한다. 이때, 광의 조사는 편광되거나 또는 편광되지 않은 빛을 사용하여 1회 또는 그 이상을 실시하는 것이 가능하다.The orientation direction of the first alignment layer and the second alignment layer may be determined by applying a polyimide alignment layer and rubbing, and the rubbing direction may be extended by the data electrode 105 as shown in the drawing. A bisector of an angle 2θ is formed along an extension line of the common electrode 105. In the case of photo-alignment, it is determined by irradiating light to a photo-alignment layer made of polysiloxane or polyvinyl cinnamate (PVCN) -based material. At this time, the irradiation of light can be performed once or more times using light that is polarized or unpolarized.
상기한 본 발명의 실시예에서 축적용량은, 공통전극(103)과 그 위에 오버랩된 데이터전극(105)에 의해 형성되며, 데이터전극(105)의 일부를 이웃하는 게이트배선(101)위까지 연장하여 형성하는 것도 가능하다. 도면의 점선 표시부는 공통전극(103)과 데이터전극(105)의 중첩영역을 나타낸다.In the above-described embodiment of the present invention, the storage capacitor is formed by the common electrode 103 and the overlapping data electrode 105 thereon, and extends a portion of the data electrode 105 to the neighboring gate wiring 101. It is also possible to form by. The dotted line display portion of the figure indicates an overlapping area between the common electrode 103 and the data electrode 105.
상기한 액정표시소자에 전압이 인가되면 영역 S1내의 액정분자는 데이터전극(105)과 이웃하는 공통전극(103)에 의해 형성되는 전계의 방향(C-C'선 방향)을 따라 회전한다(도면의 화살표방향). 이때, 영역 S3내의 액정분자도 영역 S1내의 액정분자와 마찬가지로 회전한다. 반면에, 영역 S2내의 액정분자는 대각방향으로 서로 평행한 연장된 데이터전극(105) 및 공통전극(103)에 의한 전계의 방향(II-II'선 방향)을 따라 회전한다(도면의 화살표 방향).When a voltage is applied to the liquid crystal display device, the liquid crystal molecules in the region S 1 rotate along the direction of the electric field formed by the common electrode 103 adjacent to the data electrode 105 (C-C 'line direction) ( Arrow direction in the drawing). At this time, the liquid crystal molecules in the region S 3 also rotate in the same manner as the liquid crystal molecules in the region S 1 . On the other hand, the liquid crystal molecules in the region S 2 rotate in the direction of the electric field (II-II 'line direction) by the extended data electrode 105 and the common electrode 103 parallel to each other in the diagonal direction (arrows in the drawing). direction).
또한, 상기한 제2기판(108)위의 차광층(블랙매트릭스)에 Vcom신호를 인가하는 경우에는 상기한 액정구동전극들 사이의 거리(영역 S1, S2및 S3)를 한층 더 늘릴 수 있으며(약 2∼3㎛), 기판을 투과하는 빛의 양은 S1+S3=S2의 관계에 있을 때 바람직한 색균형(white balance)을 얻을 수 있다. 즉, 영역 S2의 1/2이 되는 크기의 S1및 S3에 의해 향상된 광학특성을 나타내게 된다.In addition, when the Vcom signal is applied to the light blocking layer (black matrix) on the second substrate 108, the distance (regions S 1 , S 2 and S 3 ) between the liquid crystal driving electrodes is further increased. (About 2 to 3 mu m), and the amount of light passing through the substrate can achieve a desired white balance when the relationship is S 1 + S 3 = S 2 . That is, the improved optical characteristics are exhibited by S 1 and S 3 having a size of 1/2 of the area S 2 .
이러한 액정분자의 영역별 구동특성 분리는 종래 횡전계방식 액정표시소자에 비하여 단위 면적당 향상된 개구율 및 투과율을 가능하게 하며, 복수의 액정구동방향을 제공하여 시야각특성의 향상을 보장한다.The separation of driving characteristics of the liquid crystal molecules by region enables improved aperture ratio and transmittance per unit area as compared to the conventional transverse electric field type liquid crystal display device, and provides a plurality of liquid crystal driving directions to ensure improvement of viewing angle characteristics.
본 발명의 복합전계방식 액정표시소자에 따르면 횡전계를 인가하는 적어도 한쌍의 전극과, 상기 한쌍의 전극의 일부를 경사 연장하여 액정분자를 복수의 방향으로 구동시키므로써 액정표시소자의 시야각특성 뿐만 아니라 개구율을 향상시키는 것이 가능하다.According to the composite field type liquid crystal display device of the present invention, at least one pair of electrodes for applying a transverse electric field and a portion of the pair of electrodes are inclinedly extended to drive the liquid crystal molecules in a plurality of directions, as well as viewing angle characteristics of the liquid crystal display device. It is possible to improve the aperture ratio.
또한, 상기한 한쌍의 전극이 형성된 기판과 대향하는 기판 위에 대향전극을 형성하여 수직전계, 경사전계 및 횡전계를 형성하므로써 보다 향상된 광학특성을 얻을 수 있다.In addition, by forming a counter electrode on a substrate facing the substrate on which the pair of electrodes is formed, a vertical electric field, a gradient electric field and a transverse electric field can be obtained, thereby improving optical characteristics.
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1998
- 1998-04-09 KR KR1019980012559A patent/KR100304915B1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0728065A (en) * | 1993-07-14 | 1995-01-31 | Nec Corp | Liquid crystal display device |
| KR970022458A (en) * | 1995-10-04 | 1997-05-28 | 카나이 쯔또무 | Transverse electric field type liquid crystal display device composed of liquid crystal molecules having two or more kinds of reorientation directions and a manufacturing method thereof |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
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