KR100433662B1 - Apparatus for In Plane Switching Liquid Crystal Display - Google Patents
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Abstract
본 발명은 인플레인 스위칭 액정표시장치를 개시한다. 개시된 본 발명의 인플레인 스위칭 액정표시장치는, 하부기판과 상부기판 사이의 액정셀 내에서 횡전계를 이루도록 카운터전극과 화소전극이 단일 기판 상에 배치되는 인플레인 스위칭 액정표시장치에 있어서, 상기 하부기판 상에 게이트, 게이트 절연막, 액티브층 및 소오스/드레인을 포함한 박막트랜지스터부와, 카운터전극과 화소전극이 배치된 화소부와, 게이트 절연막, 액티브층 및 데이타 라인을 포함한 데이타 라인부가 형성되되, 상기 박막트랜지스터부와 데이타 라인부 상에는 각각 보호막의 역할과 셀갭 유지용 스페이서의 역할을 하는 저유전율 레진층이 형성되어 있고, 상기 화소부의 카운터전극과 화소전극은 절연막의 존재없이 하부기판 상에 배치되어 있으며, 상기 저유전율 레진층 상에 상부기판이 배치되고, 상기 저유전율 레진층 사이의 화소부 내에만 액정이 충전되어 있는 것을 특징으로 한다. 본 발명에 따르면, 화소부에서의 절연막을 제거함으로써 크로스토크 및 잔상 현상을 방지할 수 있으며, 스페이서 제거를 통해 빛샘을 방지할 수 있고, 아울러, 셀갭을 낮춤으로써 액정의 응답속도를 향상시킬 수 있다.The present invention discloses an in-plane switching liquid crystal display device. The disclosed in-plane switching liquid crystal display device includes an in-plane switching liquid crystal display device in which a counter electrode and a pixel electrode are disposed on a single substrate to form a transverse electric field in a liquid crystal cell between a lower substrate and an upper substrate. A thin film transistor portion including a gate, a gate insulating layer, an active layer, and a source / drain, a pixel portion on which a counter electrode and a pixel electrode are disposed, and a data line portion including a gate insulating layer, an active layer, and a data line are formed on the substrate. Low dielectric constant resin layers are formed on the thin film transistor unit and the data line unit, respectively, which serve as a protective layer and a spacer for maintaining cell gaps. The counter electrode and pixel electrode of the pixel unit are disposed on a lower substrate without the presence of an insulating layer. The upper substrate is disposed on the low dielectric constant resin layer, and the low dielectric constant resin layer The only part of the pixel in the liquid crystal is characterized in that it is charged. According to the present invention, crosstalk and afterimage phenomenon can be prevented by removing the insulating film from the pixel portion, light leakage can be prevented by removing the spacer, and the response speed of the liquid crystal can be improved by lowering the cell gap. .
Description
본 발명은 인플레인 스위칭 액정표시장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 저유전물질을 이용하여 화소영역과 데이타/게이트 영역의 단차를 발생시켜 스페이서 없이도 액정 셀갭을 유지할 수 있는 인플레인 스위칭 액정표시장치에 관한 것이다.The present invention relates to an in-plane switching liquid crystal display device, and more particularly, to an in-plane switching liquid crystal display device that can maintain a liquid crystal cell gap without a spacer by generating a step between a pixel region and a data / gate region using a low dielectric material. It is about.
주지된 바와 같이, 인플레인 스위칭 액정표시장치(In Plane Switching Liquid Crystal Display)는 액정분자들을 구동시키는 전극들이 모두 동일한 기판상에 형성되어 있는 것으로서 종래의 트위스트 네마틱 모드 액정표시장치의 시야각 특성을 개선시키기 위하여 제안된 것이다.As is well known, In Plane Switching Liquid Crystal Display is an electrode that drives liquid crystal molecules is formed on the same substrate to improve the viewing angle characteristics of the conventional twisted nematic mode liquid crystal display It is proposed to make.
이러한 인플레인 스위칭 액정표시장치에서는 하부기판상에 다수개의 게이트 라인과 다수개의 데이타 라인이 수직하게 배열되어 매트릭스 배열을 이루고 있다. 이 매트릭스 배열은 각각 단위 화소영역을 한정한다.In such an in-plane switching liquid crystal display, a plurality of gate lines and a plurality of data lines are vertically arranged on a lower substrate to form a matrix array. Each of these matrix arrays defines a unit pixel area.
도 1은 이러한 인플레인 스위칭 액정표시장치의 단위 화소영역을 도시한 평면도로서, 각각 한쌍의 게이트 라인(11)과 데이타 라인(13)이 기판(10)상에 도시되어 있다. 여기서, 도 1에는 도시되지는 않았지만 게이트 라인(11)과 데이타 라인(13)은 게이트 절연막을 사이에 두고 절연되어 있다.FIG. 1 is a plan view showing a unit pixel area of an in-plane switching liquid crystal display device, in which a pair of gate lines 11 and data lines 13 are shown on a substrate 10. Although not shown in FIG. 1, the gate line 11 and the data line 13 are insulated with the gate insulating film interposed therebetween.
카운터 전극(15)은 단위 화소영역내에 배치되며, 화소전극(17)은 게이트 절연막(미도시)을 사이에 두고 카운터 전극(15) 상부에 일정부분이 오버랩되게 배치된다. 여기서, 카운터 전극(15)과 화소전극(17)이 오버랩되는 부분에서 스토리지 커패시턴스(Cst)가 형성된다.The counter electrode 15 is disposed in the unit pixel region, and the pixel electrode 17 is disposed to overlap a predetermined portion on the counter electrode 15 with a gate insulating film (not shown) therebetween. Here, the storage capacitance Cst is formed at a portion where the counter electrode 15 and the pixel electrode 17 overlap.
스위칭 소자로서의 박막트랜지스터(19)는 게이트 라인(11)과 데이타라인(13)의 교차부분에 설치되며, 게이트 라인(11)으로부터 연장된 게이트 전극과, 데이타 라인(13)으로부터 연장된 드레인 전극과, 화소전극(17)으로부터 연장된 소오스 전극 및 게이트 전극의 상부에 형성된 채널층을 포함한다. 여기서, 게이트 라인(11), 데이타 라인(13), 카운터 전극(15) 및 화소전극(17)은 알루미늄등의 금속으로 형성된다.The thin film transistor 19 as a switching element is provided at the intersection of the gate line 11 and the data line 13, and includes a gate electrode extending from the gate line 11 and a drain electrode extending from the data line 13; And a channel layer formed on the source electrode and the gate electrode extending from the pixel electrode 17. Here, the gate line 11, the data line 13, the counter electrode 15, and the pixel electrode 17 are made of metal such as aluminum.
이러한 인플레인 스위칭 액정표시장치는 게이트 라인(11)에 주사 신호가 인가되고, 데이타 라인(13)에 디스플레이 신호가 인가되면, 박막트랜지스터(19)가 턴온(turn on)된다. 그리하면, 디스플레이 신호는 박막트랜지스터(19)를 통하여 화소전극(17)에 전달되고 카운터 전극(15)에는 계속적으로 공통신호가 인가된다. 따라서, 카운터 전극(15)과 화소전극(17)간에 전계가 형성된다.In the in-plane switching liquid crystal display, when a scan signal is applied to the gate line 11 and a display signal is applied to the data line 13, the thin film transistor 19 is turned on. Then, the display signal is transmitted to the pixel electrode 17 through the thin film transistor 19 and the common signal is continuously applied to the counter electrode 15. Thus, an electric field is formed between the counter electrode 15 and the pixel electrode 17.
이때, 형성되는 전계는 기판 표면에 거의 평행한 형태이어서 액정분자의 광축이 전계에 평행하게 트위스트된다. 따라서, 사용자는 어느 방향에서나 액정분자의 장축을 보게되어 액정표시장치의 시야각이 개선된다.At this time, the electric field formed is almost parallel to the surface of the substrate so that the optical axis of the liquid crystal molecules is twisted parallel to the electric field. Accordingly, the user sees the long axis of the liquid crystal molecules in either direction, thereby improving the viewing angle of the liquid crystal display.
그러나, 상기와 같은 인플레인 스위칭 액정표시장치는, 알루미늄과 같은 불투명 금속을 전극재료로 사용하고 전극사이의 횡전계의 한계등으로 인해 투과율이 낮다는 문제점이 있다. 또한, 전극사이의 절연막 열화현상으로 잔상이 심하며 낮은 전계영향으로 액정의 응답속도가 느리다는 문제점도 있다.However, the above-described in-plane switching liquid crystal display device has a problem in that an opaque metal such as aluminum is used as the electrode material and the transmittance is low due to the limitation of the transverse electric field between the electrodes. In addition, there is a problem that the afterimage is severe due to the deterioration of the insulating film between the electrodes, and the response speed of the liquid crystal is slow due to the low electric field effect.
이에 본 발명에 따른 인플레인 스위칭 액정표시장치는 종래 기술의 문제점을 해결하고자 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 투과율 향상과 잔상개선, 고속응답을위해 저유전율 물질을 이용하여 화소영역과 데이타/게이트 영역의 단차를 발생시켜 스페이서 없이도 셀갭을 유지할 수 있는 인플레인 스위칭 액정표시장치를 제공함에 있다.Accordingly, the in-plane switching liquid crystal display device according to the present invention is designed to solve the problems of the prior art, and an object of the present invention is to provide a pixel region and a data / gate using a low dielectric constant material for improving transmittance, improving image retention, and providing high-speed response. The present invention provides an in-plane switching liquid crystal display device that can maintain a cell gap without a spacer by generating a step difference in an area.
도 1은 종래 기술에 따른 인플레인 스위칭 액정표시장치의 단면도.1 is a cross-sectional view of an in-plane switching liquid crystal display according to the prior art.
도 2는 본 발명에 따른 인플레인 스위칭 액정표시장치의 단면도.2 is a cross-sectional view of the in-plane switching liquid crystal display according to the present invention.
도 3은 본 발명에 따른 인플레인 스위칭 액정표시장치의 평면도.3 is a plan view of the in-plane switching liquid crystal display according to the present invention.
도 4는 게이트 라인과 데이타 라인의 교차부에서의 액정셀의 갭을 도시한 단면도.4 is a cross-sectional view showing a gap of a liquid crystal cell at an intersection of a gate line and a data line.
도 5는 스폰지 액정주입법을 도시한 단면도.5 is a cross-sectional view showing a sponge liquid crystal injection method.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명><Description of the symbols for the main parts of the drawings>
100; 하부기판 105; 게이트전극100; Lower substrate 105; Gate electrode
110; 게이트 절연막 112; 액티브층110; A gate insulating film 112; Active layer
114; 데이타 라인 114a; 소오스전극114; Data line 114a; Source electrode
114b; 드레이전극 116; 레진층114b; Dray electrode 116; Resin layer
118; 카운터전극118; Counter electrode
상기 본 발명의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 인플레인 스위칭 액정표시장치는, 하부기판과 상부기판 사이의 액정셀 내에서 횡전계를 이루도록 카운터전극과 화소전극이 단일 기판 상에 배치되는 인플레인 스위칭 액정표시장치에 있어서, 상기 하부기판 상에 게이트, 게이트 절연막, 액티브층 및 소오스/드레인을 포함한 박막트랜지스터부와, 카운터전극과 화소전극이 배치된 화소부와, 게이트 절연막, 액티브층 및 데이타 라인을 포함한 데이타 라인부가 형성되되, 상기 박막트랜지스터부와 데이타 라인부 상에는 각각 보호막의 역할과 셀갭 유지용 스페이서의 역할을 하는 저유전율 레진층이 형성되어 있고, 상기 화소부의 카운터전극과 화소전극은 절연막의 존재없이 하부기판 상에 배치되어 있으며, 상기 저유전율 레진층 상에 상부기판이 배치되고, 상기 저유전율 레진층 사이의 화소부 내에만 액정이 충전되어 있는 것을 특징으로 한다.(실시예)In the in-plane switching liquid crystal display according to the present invention for achieving the object of the present invention, the in-plane in which the counter electrode and the pixel electrode is disposed on a single substrate to form a transverse electric field in the liquid crystal cell between the lower substrate and the upper substrate A switching liquid crystal display device comprising: a thin film transistor portion including a gate, a gate insulating film, an active layer, and a source / drain on a lower substrate, a pixel portion on which a counter electrode and a pixel electrode are disposed, a gate insulating film, an active layer, and a data line A low dielectric constant resin layer is formed on the thin film transistor unit and the data line unit to serve as a protective layer and a spacer for maintaining a cell gap, respectively, and the counter electrode and the pixel electrode of the pixel unit are formed of an insulating film. Is disposed on the lower substrate without being present, the upper substrate on the low dielectric constant resin layer The liquid crystal is disposed only in the pixel portion between the low dielectric constant resin layers.
이하, 본 발명에 따른 인플레인 스위칭 액정표시장치을 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다.Hereinafter, an in-plane switching liquid crystal display according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 2는 본 발명에 따른 인플레인 스위칭 액정표시장치의 단면도이고, 도 3은 본 발명에 따른 인플레인 스위칭 액정표시장치의 평면도이고, 도 4는 게이트 라인과 데이타 라인의 교차부에서의 액정셀의 갭을 도시한 단면도이고, 도 5는 스폰지 액정주입법을 도시한 단면도이다.2 is a cross-sectional view of the in-plane switching liquid crystal display according to the present invention, FIG. 3 is a plan view of the in-plane switching liquid crystal display according to the present invention, and FIG. 4 is a view of the liquid crystal cell at the intersection of the gate line and the data line. 5 is a cross-sectional view showing a gap, and FIG. 5 is a cross-sectional view showing a sponge liquid crystal injection method.
본 발명에 따른 인플레인 스위칭 액정표시장치는, 도 2에 도시된 바와 같이,박막트랜지스터부, 화소부 및 데이타 라인부로 구분할 수 있는 바, 각각의 구성을 살펴보면 하기와 같다.As shown in FIG. 2, the in-plane switching liquid crystal display according to the present invention can be divided into a thin film transistor unit, a pixel unit, and a data line unit.
먼저, 박막트랜지스터부는 하부기판상에 게이트 전극, 게이트 절연막, 액티브층 및 소오스/드레인 전극을 포함하여 구성되어 있고, 화소부는 카운터 전극과 화소전극이 배치되어 있으며, 데이타 라인부에는 게이트 절연막, 액티브층 및 데이타 라인을 포함하여 구성되어 있다.First, the thin film transistor unit includes a gate electrode, a gate insulating layer, an active layer, and a source / drain electrode on the lower substrate. The pixel unit includes a counter electrode and a pixel electrode, and the data line unit includes a gate insulating layer and an active layer. And a data line.
여기서, 상기 박막트랜지스터부 및 데이타 라인부 상부에는 보호막 대체물질로서 저유전율 레진층이 형성되어 있다. 상기 저유전율 레진층 물질로는 벤젠사이클로부틴, 마이크로폼 또는 폴리이미드 등을 들 수 있다.Here, a low dielectric resin layer is formed on the thin film transistor unit and the data line unit as a substitute material for the protective layer. Examples of the low dielectric constant resin layer material include benzenecyclobutyne, microform or polyimide, and the like.
한편, 상기 화소부내에는 카운터 전극과 화소전극이 게이트 절연막 및 저유전율 레진층의 부재하에 하부기판 상에 형성되어 있다. 이것은 베젠사이클로부틴, 마이크로폼 또는 폴리이미드 등의 저유전율 레진층의 형성 후, 하프톤 마스크(half Tone)를 사용하여 상기 박막트랜지스터부 및 데이타 라인부 상부에는 레진층을 잔류시키고, 화소부 영역에 대해서는 레진층과 게이트 절연막을 제거시킴에 의해 구현할 수 있다.이때, 상기 저유전율 레진층 상에 전극을 형성할 수도 있으며, 이와 달리 형성하지 않을 수도 있다.On the other hand, in the pixel portion, a counter electrode and a pixel electrode are formed on the lower substrate in the absence of the gate insulating film and the low dielectric constant resin layer. This is because after forming low dielectric constant resin layers such as bezencyclobutyne, microform or polyimide, a resin layer is left on the thin film transistor portion and the data line portion using a halftone mask, The resin layer may be formed by removing the resin layer and the gate insulating layer. In this case, an electrode may be formed on the low dielectric constant resin layer, or may not be formed otherwise.
도 3에 도시된 바와 같이, 게이트 라인과 데이타 라인에 의해 한정된 단위화소에 있어서, 스토리지 커패시턴스의 형성은 저유전율 레진층에 의하여 감소가 불가피하므로, 이러한 스토리지 커패시턴스 감소를 보상하기 위하여 전술한 바와 같이 잔류하는 게이트 절연막에 의하여 스토리지 커패시턴스가 형성되게 한다. 즉, 스토리지 커패시턴스의 면적은 감소시키고 그 값은 증가시키는 것이다.As shown in Fig. 3, in the unit pixel defined by the gate line and the data line, the formation of the storage capacitance is inevitable by the low dielectric constant resin layer, and thus remaining as described above to compensate for the reduction of the storage capacitance. The storage capacitance is formed by the gate insulating film. In other words, the area of storage capacitance is reduced and its value is increased.
본 발명에 있어서는 상기 저유전율 레진층이 액정셀의 갭을 유지시키는 역할을 담당하므로 스페이서의 존재를 요하지 아니한다. 따라서, 상기 액정셀의 갭은 게이트 라인과 데이타 라인이 중첩되는 영역의 단차에 의해 결정되어 지는데, 구체적으로는, 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 하부기판 상면으로부터 상가 데이타 라인의 상면까지의 거리 d1과, 상기 데이타 라인의 상면으로부터 상기 상부기판 하면까지의 거리 d2와의 합으로 결정된다.In the present invention, since the low dielectric constant resin layer plays a role of maintaining the gap of the liquid crystal cell, the existence of the spacer is not required. Therefore, the gap of the liquid crystal cell is determined by the step height of the region where the gate line and the data line overlap, specifically, as shown in FIG. 4, the distance from the upper surface of the lower substrate to the upper surface of the upper data line. The sum of d1 and the distance d2 from the upper surface of the data line to the lower surface of the upper substrate is determined.
상기 d1은 5,000 내지 15,000 Å이고, 상기 d2는 10,000 내지 30,000 Å이다. 따라서, 액정셀의 갭은 최소 15,000 Å이고, 최대 45,000 Å이다.The d1 is 5,000 to 15,000 mm 3 and the d2 is 10,000 to 30,000 mm 3. Therefore, the gap of the liquid crystal cell is at least 15,000 mm 3 and at most 45,000 mm 3.
한편, 본 발명은 상기 레진층을 통한 액정주입문제를 해결하기 위하여 액정스폰지를 이용한 액정주입법도 아울러 제공한다.On the other hand, the present invention also provides a liquid crystal injection method using a liquid crystal sponge to solve the liquid crystal injection problem through the resin layer.
상기 액정스폰지를 이용한 액정주입법은, 도 5에 도시된 바와 같이, 기판위를 액정스폰지와 압력조정계를 구비한 액정 배드(bath)가 진행하여 가면서 압력이 적절히 조절되어 액정이 액정스폰지를 통해 배출되면서 기판내로 주입되는 것이다. 여기서, 상기 액정스폰지에는 미세관이 형성되어 있으며, 상기 미세관 지름은 100 내지 5,000 마이크로미터이다. 그리고, 상기 액정스폰지 재료는 액정과의 점착력이 작은 물질로서 폴리에틸렌, 프로필렌, 아크릴 또는 비닐등이 있다.In the liquid crystal injection method using the liquid crystal sponge, as shown in FIG. 5, the pressure is properly adjusted as the liquid crystal bath having the liquid crystal sponge and the pressure control system proceeds on the substrate, and the liquid crystal is discharged through the liquid crystal sponge. While being injected into the substrate. Here, the liquid crystal sponge is formed with a micro tube, the micro tube diameter is 100 to 5,000 micrometers. The liquid crystal sponge material may be polyethylene, propylene, acrylic, vinyl, or the like as a material having a small adhesive force with the liquid crystal.
액정의 주입속도는 액정스폰지내 미세관의 지름과 압력에 의해 결정되어 지며, 액정 주입 완료후 상부기판을 합착하여 실링(sealing)을 진행하면 액정셀이 완성된다.The injection rate of the liquid crystal is determined by the diameter and pressure of the microtube in the liquid crystal sponge. After completion of the liquid crystal injection, the liquid crystal cell is completed by bonding the upper substrate to sealing.
본원에 개시된 실시예는 본 발명을 구현한 임의의 바람직한 일예일 뿐이며,본 발명을 이에 한정하려는 의도는 아니다. 기타, 본 발명의 요지를 벗어나지 않는 범위내에서 다양하게 변경하여 실시할 수 있다.The embodiments disclosed herein are merely exemplary of any preferred embodiment of the present invention, and are not intended to limit the present invention. In addition, it can implement in various changes within the range which does not deviate from the summary of this invention.
이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명에 따른 인플레인 스위칭 액정표시장치는 다음과 같은 효과가 있다.As described above, the in-plane switching liquid crystal display according to the present invention has the following effects.
첫째, 스페이서가 없으므로 스페이서에 의한 빛샘 현상이 발생하지 않는다.First, since there is no spacer, light leakage due to the spacer does not occur.
둘째, 액정셀의 갭을 균일하게 달성시킬 수 있으므로 비.엔.유(BNU) 및 액정의 응답속도를 향상시킬 수 있다.Second, since the gap of the liquid crystal cell can be uniformly achieved, the response speed of BNU and the liquid crystal can be improved.
셋째, 저유전체를 사용하므로써 발생하는 스토리지 커패시턴스 감소를 하프톤 마스크를 사용하여 게이트 절연막을 일정부분에 잔류시켜 스토리지 커패시턴스가 형성되게하여 스토리지 커패시턴스의 감소를 보상시킬 수 있고, 투과율을 향상시킬 수 있다.Third, the reduction in storage capacitance caused by using a low dielectric material can be achieved by remaining the gate insulating film in a portion using a halftone mask to form a storage capacitance, thereby compensating for the reduction in storage capacitance and improving transmittance.
넷째, 데이타 라인부와 화소부간의 전계효과에 의한 크로스토크 및 빛샘 현상을 방지할 수 있다.Fourth, crosstalk and light leakage due to the electric field effect between the data line portion and the pixel portion can be prevented.
다섯째, 하프톤 마스크를 이용하여 박막트랜지스터부 및 데이타 라인부에 게이트 절연막을 잔류시킴로써 액정주입과 러빙을 용이하게 할 수 있다.Fifth, liquid crystal injection and rubbing can be facilitated by leaving the gate insulating film in the thin film transistor portion and the data line portion using a halftone mask.
여섯째, 화소부내 전극사이에는 절연막이 존재하지 않으므로 잔상이 발생하지 않는다.Sixth, since no insulating film exists between the electrodes in the pixel portion, no afterimage occurs.
일곱째, 스폰지에 의한 액정주입으로써 주입시간 단축 및 불균일성을 해소할 수 있다.Seventh, it is possible to reduce the injection time and nonuniformity by injecting the liquid crystal by the sponge.
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