KR100735200B1 - 액정표시장치 - Google Patents

Abstract

개시된 액정표시장치는, 상부 및 하부 기판 사이에 액정층이 개재되고, 화소 전극과 공통 전극 사이에 발생한 전압차에 의하여 액정층이 구동함으로써, 액정층에 투과되는 빛의 양이 변화되는 다수개의 화소 영역과, 화소 영역들 각각의 사이에 마련되어 투과되는 빛을 차단하는 불투명 금속 배선의 차광 영역을 포함하며, 하부 기판 상에는, 제1굴절률을 갖는 게이트 절연막과, 게이트 절연막 상에 제2굴절률을 가지고, 화소 영역들 중 이웃하는 화소 영역 사이에 마련되며, 이웃하는 각각의 화소 영역으로 연장되어 각각의 화소 영역의 일부분과 중첩되는 유전층 및 유전층 상에 마련된 데이터 라인이 포함으로써, 액정 분자의 왜곡 영역에서의 빛샘 현상을 화소 영역 사이에 마련된 유전층에 의하여 차단하여, 콘트라스트의 저하 없이 고개구율을 유지하면서 시야각을 증가시킬 수 있는 효과를 제공한다.

액정표시장치, 시야각, 빛샘

Description

액정표시장치{Liquid crystal display device}

도 1은 종래의 액정표시장치를 나타낸 단면도,

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 액정표시장치를 나타낸 단면도,

도 3은 도 2의 유전층의 또 다른 모습을 나타낸 단면도,

도 4는 도 2의 유전층에서 입사광의 전반사를 도시한 도면.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

100... 액정표시장치 110... 상부 유닛

111... 상부 기판 112... 컬러 레진

113... 공통 전극 120... 하부 유닛

121... 하부 기판 122... 게이트 절연막

123... 데이터 라인 124... 유전층

125... 보호층 126... 화소 전극

본 발명은 액정표시장치에 관한 것으로서, 특히 빛샘 현상을 줄여 개구율의 저하없이 높은 시야각을 제공하는 액정표시장치에 관한 것이다.

일반적으로 액정표시장치는 인가 전압에 따른 액정의 투과도의 변화를 이용하여 각종 장치에서 발생되는 여러가지 전기적인 정보를 시각 정보로 변화시켜 전달하는 전자 소자로서, 휴대용 단말기의 정보 표시창, 노트북 컴퓨터의 화면 표시기 등의 정보 표시창으로 사용되고 있다.

최근의 기술 동향은 백라이트의 동일 휘도 하에서, 좀 더 밝은 표시 휘도를 얻기 위하여 각 화소의 개구율 향상, 즉 고개구율을 얻기 위하여 많은 방법이 제시되고 있으며, 그 대표적인 방법으로 도 1과 같이 블랙 매트릭스(Black Matrix : BM)가 제거된 구조가 제시되었다.

도면을 참조하면, 액정표시장치(10)는 액정층(20)을 사이에 두고 서로 이격되어 대향하는 상부 기판(30)과 하부 기판(40)이 마련된다.

상부 기판(30)의 일면에는 컬러 레진(color resin;40)과 공통 전극(50)이 마련된다.

하부 기판(40)의 타면에는 게이트 절연막(60)과, 데이터 라인(70)과, 레진 보호층(80) 및 화소 전극(90)이 순차적으로 마련되는데, 여기서 데이터 라인(70)과 화소 전극(90)은 레진 보호층(80)의 개재 하에 중첩된 구조를 가진다.

화소 전극(90)과 데이터 라인(70)을 중첩시키는 이유는 화소 전극들(90) 사이의 액정층(20)에서 나타나는 왜곡 영역을 최소화시켜 고개구율 구조를 형성하기 위한 것이다.

여기서, 왜곡 영역은 이웃하는 화소 전극(90) 사이에서의 전극 배치 구조가 화소 전극(90) 상부와의 차이로 인하여 원하지 않는 전계가 발생함으로써, 이에 따 라 액정 분자(21)가 화소 전극(90)의 상부와 다른 값으로 구동되는 영역을 말하는 것이며, 고개구율 구조는 개구율을 향상시킨 구조로서, 액정층(20)의 왜곡 영역에서 화소 전극(90)과 데이터 라인(70)을 중첩시켜 왜곡 영역을 최소화시키면서, 상부 기판(30)에 마련되어 빛을 차단하는 블랙 매트릭스(미도시)를 제거하고 하부 기판(40)의 데이터 라인(70)으로 블랙 매트릭스를 대신하거나, 또는 데이터 라인(70)보다 작은 크기의 블랙 매트릭스를 형성하여 빛이 차단되는 영역을 최소화시킨 구조를 말한다.

그런데, 이러한 고개구율 구조를 형성하기 위하여, 상부 기판(30)에 형성되는 블랙 매트릭스를 제거하거나, 그 크기를 줄임으로써, 시야각이 증가할 경우, 데이터 라인(70)으로 입사되는 빛은 데이터 라인(70)에 의하여 반사되나, 그렇지 않은 일부의 빛은 액정 분자(21)의 왜곡 영역을 통과하여 외부로 누설되게 되며, 이는 높은 시야각에서 콘트라스트를 저하시키게 되는 문제점이 있는데, 이는 왜곡 영역의 액정 분자들(21)은 다른 상태로 구동되어 왜곡 영역을 통과한 빛이 외부로 누설되어 빛샘 현상을 발생시키는 것이다.

이와 같은 빛샘 현상을 개선하기 위한 방안으로는 데이터 라인(70)과 화소 전극(90) 간의 중첩 정도를 증가시켜 액정 분자들(21)의 왜곡이 일어나는 영역을 감소시킴과 동시에 데이터 라인(70)에 의하여 빛을 반사하여 시야각을 개선시킬 수 있으나, 중첩 정도를 증가시킬 경우, 데이터 라인(70)과 화소 전극(90) 사이의 기생 캐패시턴스가 증가되어 화면의 품위가 감소하게 되며, 이를 방지하기 위하여는 보호막의 두께를 더욱 증가시켜야 하는데,이는 공정의 어려움을 발생시킬 수 있고, 또한 보호막의 균일성 불균형을 야기시킬 수 있는 문제점이 있다.

본 발명은 상기의 문제점을 해결하기 위하여 창출된 것으로서, 빛샘 현상을 방지하여 콘트라스트의 저하 없이 시야각을 개선시킬 수 있는 개선된 액정표시장치를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.

상기의 목적을 달성하기 위한 액정표시장치는, 상부 및 하부 기판 사이에 액정층이 개재되고, 화소 전극과 공통 전극 사이에 발생한 전압차에 의하여 상기 액정층이 구동함으로써, 상기 액정층에 투과되는 빛의 양이 변화되는 다수개의 화소 영역과, 상기 화소 영역들 각각의 사이에 마련되어 투과되는 빛을 차단하는 불투명 금속 배선의 차광 영역을 포함하며, 상기 하부 기판 상에는, 제1굴절률을 갖는 게이트 절연막; 상기 게이트 절연막 상에 제2굴절률을 가지고, 상기 화소 영역들 중 이웃하는 화소 영역 사이에 마련되며, 상기 이웃하는 각각의 화소 영역으로 연장된 유전층; 및 상기 유전층 상에 마련된 데이터 라인이 포함된 것이 바람직하다.

여기서, 상기 화소 영역과 중첩되는 상기 유전층의 폭은 8㎛ 이내인 것이 바람직하다.

또한, 상기 제2굴절률은 상기 제1굴절률보다 작은 것이 바람직하다.

또한, 상기 유전층의 굴절률은 1.4~1.6 이내인 것이 바람직하다.

이하 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.

다만, 일반적인 액정표시장치의 구성요소에 대한 설명 및 그 동작은 생략하기로 한다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 액정표시장치를 나타낸 도면이다.

도면을 참조하면, 액정표시장치(100)는 상부 기판(111)과, 하부 기판(121) 및 상부 기판(111)과 하부 기판(121) 사이에 개재되는 액정층(130)을 포함한다.

상부 기판(111)의 일면에는 화면의 색상을 나타내는 컬러 레진(112)과 컬러 레진(112) 일면에 마련된 공통 전극(113)을 포함한다.

하부 기판(121)의 타면, 즉 액정층(130)에 마주하는 면에는 제1굴절률을 가지는 게이트 절연막(122)과, 제2굴절률을 가지는 투명의 유전층(124)과, 불투명 금속층의 데이터 라인(123)과, 보호층(125) 및 다수개의 화소 영역이 형성되도록 다수개의 화소 전극(126)이 순차적으로 적층된다.

여기서, 다수의 화소 영역은 공통 전극(113)과 화소 전극(126) 사이에 발생한 전압차에 의하여 구동되는 액정층(130)으로 빛 투과 시, 투과되는 빛의 양이 변화되어 원하는 화면을 표시하는 영역이며, 이 각각의 화소 영역들 사이에는 하부에 불투명 금속층의 데이터 라인(123)이 마련되어, 화소 영역들 사이에서 빛의 투과를 차단하는 차광 영역(B)을 형성한다.

투명의 유전층(124)은 단면적으로 상기 데이터 라인(123)의 하부에 위치하며, 평면적으로 차광영역(B)에 배치되며, 뿐만 아니라 차광영역(B)으로 부터 각각의 이웃하는 화소영역 방향으로 연장되어, 연장된 유전층(124)의 적어도 일부분이 화소 전극(126)과 중첩되도록 마련된다.

이 유전층의 형태는 상기와 같은 형태로 한정되는 것은 아니며, 도 3과 같이 독립된 한 쌍의 유전층(124a)이 평면적으로 차광영역(B)을 제외한 영역에서, 차광영역(B)에 이웃하는 화소영역의 화소 전극들(126) 양단부와 각각 독립적으로 중첩되도록 마련될 수 있다.

그리고, 차광영역(B) 즉 데이터 라인은 8~13㎛의 선폭을 갖고, 데이터 라인(123)에 대하여, 화소 영역과 중첩되는 유전층(124,124a)의 폭은 8㎛ 이내의 폭을 가진다. 이는 후술할 시야각이 증가함에 따라 비스듬히 입사되는 빛을 차단하기에 적정하도록 하는 길이이다. 이에 대하여 도 4를 이용하여 상세히 설명하기로 한다.

먼저, 일반적으로 빛샘현상은 45도 이상의 시야각에서 가장 큰 문제시 된다.

여기에서, 상부기판(11)의 공통전극(113) 과 차광영역(B)의 경계가 만나는 점을 X1 및 Y1 라고 하고, 공통전극(113)으로부터 유전층(124)까지의 높이를 H 라고 할 때, 상부기판 평면의 수직선으로부터 45도의 내각을 갖고 점 X1을 지나는 사선을 그었을 경우, 사선(a)이 유전층(124)과 교차하는 점을 X2라 하고, 상부기판 평면의 수직선으로부터 45도의 내각을 갖고 점 Y1을 지나는 사선(b)를 그었을 경우, 사선을 유전층(124)과 교차하는 점을 Y2라고 하면, X2와 Y2사이를 통과하는 빛 중 입사각(θ1)이 45도 이내로 입사되는 빛(S1)이면 차광영역(B)의 왜곡된 액정층(131)을 통과하지 않거나 통과하더라도 차광영역(B)에서 상부기판의 칼라필터(112)가 오버랩 형성되어 있음으로 투과율이 낮거나 데이터라인(123) 보다 적은 선폭을 갖는 블랙 매트릭스가 형성되어 있음으로 인하여 차단된다.

따라서, X2와 Y2 사이 구간을 통과하는 빛 중 45도 이상의 각도로 입사되는 경우 빛샘현상이 문제된다.

본 발명에서는 이 구간에 게이트 절연막보다 낮은 굴절율을 갖는 유전층(124)을 형성함으로서, 빛의 경로를 변경시켜 빛샘현상을 줄일 수 있다.

다시 말해, 구동상태에서 하부 기판(121)의 뒤편에서 조사되는 빛은 화소 영역(126) 과는 다르게 구동되어 왜곡 현상을 보이는 차광영역(B)의 액정층(131)을 통과할 수 있고, 이는 특히 직진광의 경우 데이터 라인(123)에 의하여 반사되어 거의 확인되지 않으나, 시야각 증가에 따라 데이터 라인(123)의 주변에서 비스듬이 조사된 빛이 차광영역(B)의 액정층(131) 즉 왜곡영역을 통과하게 되면 빛샘현상을 발생시키므로, 데이터 라인의 양측부에 유전층(124,124a)을 형성하여 게이트 절연막(122)와 유전층(123)의 굴절율 차이를 이용하여, 데이터 라인(123)의 주변을 통과하는 빛 중 45도 이상 임계각 이내의 각도(θ2)로 입사되는 빛(S2)은 굴절시켜 데이터 라인에 의하여 반사시키고, 임계각 이상의 각도(θ3)으로 입사하는 빛(S3)은 계면에서 전반사 시켜 빛샘현상을 줄인 것이다.

여기에서, 상기 X2와 Y2의 사이 구간은 실험적으로 빛샘에 주원인이 되는 빛의 경로이고, 상부기판(111)의 공통전극(113)으로부터 게이트 절연막(122)까지의 높이(H)는 통상적으로 8㎛ 정도 이므로, 본 실시예에서는 앞에서 기술한 바와 같이 화소 영역과 중첩되는 유전층(124,124a)이 형성되는 영역은 상기 공통전극(113)으로부터 게이트 절연막(122)까지의 높이와 동일한 선폭을 갖게 된다.

예를 들어, 데이터 라인(123)이 8㎛의 선폭을 가지고 있다면 점 X2부터 점 Y2까지의 거리는 8㎛이고, X2의 위치는 평면적으로 점 Y1과 동일한 게이트 절연막 (122) 상의 위치 즉 차광영역(B)의 측면과 동일한 위치이고 유전층(124)은 점 X2로부터 점 Y1의 방향으로 연장되어 8㎛ 만큼 화소영역과 중첩되게 될 것이다.

다른 예로서, 데이터 라인(123)이 13㎛의 선폭을 가지고 있다면, 점 X2부터 점 Y2까지의 거리는 13㎛이고 X2의 위치는 평면적으로 점 X1으로부터 Y1으로 방향으로 8㎛ 만큼 이동된 게이트 절연막(122) 상의 위치이므로 이는 데이터 라인(123) 상에 존재하고, 점 X2로부터 13㎛ 만큼 점 Y1 의 방향으로 연장된 구간이 유전층(124)의 형성위치가 되지만, 점 X2로부터 5㎛ 만큼은 데이터 라인(123)이 배치되므로 화소영역과 중첩되는 유전층의 선폭은 8㎛가 된다.

그리고, 상기 게이트 절연막이 제 1 굴절율(예를 들어 SiNx로 형성된 게이트 절연막의 경우 1.8~1.9의 굴절율)을 갖을 때, 유전층(124,124a)은 제 1 굴절율보다 낮은 제 2 굴절율(예를 들어 SiO2로 형성하여 1.45~1.5의 굴절율)을 갖는다.

다시 말해, 유전층(124,124a)의 굴절률은 게이트 절연막(122)의 굴절률보다 작도록 해야 하며, 적정하게는 1.4~1.6 이내의 굴절률을 가지는 것이 바람직하다.

이와 같은 구조의 액정표시장치에 의하면, 시야각이 증가함에 따라, 데이터 라인(123) 상부에 형성되는 액정 분자들(131)의 왜곡 영역으로 비스듬히 입사되는 입사광의 누설 현상을 유전층(124,124a)이 차단하여 콘트라스트의 저하 없이 고개구율을 유지하면서 시야각을 증가시킬 수 있게 된다.

상술한 바와 같이 본 발명의 액정표시장치에 의하면, 액정 분자의 왜곡 영역에서의 빛샘 현상을 이웃하는 화소 전극 사이에 마련된 유전층에 의하여 차단함으 로써, 콘트라스트의 저하 없이 고개구율을 유지하면서 시야각을 증가시킬 수 있는 효과를 제공한다.

본 발명은 상기에 설명되고 도면에 예시된 것에 의해 한정되는 것은 아니며, 다음에 기재되는 청구의 범위 내에서 더 많은 변형 및 변용예가 가능한 것임은 물론이다.

특히, 앞에서 기술된 본 발명에서 이웃하는 화소영역 사이의 차광영역을 데이터 라인에 의해 빛이 차광되는 영역으로 예를 들고 있으나 이는 여기에 한정되지 않고 게이트 라인에 의해 빛이 차광되는 영역에서도 본 발명이 적용될 수 있음을 당업자는 인지할 수 있을 것이다.

Claims (5)

1. 상부 및 하부 기판 사이에 액정층이 개재되고, 화소 전극과 공통 전극 사이에 발생한 전압차에 의하여 상기 액정층이 구동함으로써, 상기 액정층에 투과되는 빛의 양이 변화되는 다수개의 화소 영역과, 상기 화소 영역들 각각의 사이에 마련되어 투과되는 빛을 차단하는 불투명 금속 배선이 배치된 차광 영역을 포함한 액정표시장치에 있어서,

   상기 하부 기판 상에는,

   제1굴절률을 갖는 절연막;

   상기 절연막의 상부 및 불투명 금속 배선과의 사이에 상기 제 1 굴절률보다 작은 제2굴절률을 가지고, 상기 이웃하는 화소 영역 사이의 차광영역에 마련되며, 상기 차광영역으로부터 이웃하는 각각의 화소 영역 방향으로 연장되어 상기 각각의 화소 영역의 일부분과 중첩되는 유전층을 포함하는 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
2. 제1항에 있어서,

   상기 차광영역으로부터 하나의 이웃하는 화소영역 방향으로 연장되는 유전층의 선폭은 상기 액정층과 접하는 상부기판의 일면으로부터 유전층의 상부까지의 높이보다 작은 길이로 이루어지는 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
3. 제2항에 있어서,

   상기 차광영역으로부터 하나의 이웃하는 화소영역 방향으로 연장되는 유전층의 선폭은 8㎛ 보다 작게 형성됨을 특징으로 하는 액정표시장치.
4. 삭제
5. 제1항에 있어서,

   상기 절연막은 1.8~1.9의 굴절률을 갖고, 상기 유전층은 1.4~1.6 의 굴절률을갖는 것을 특징으로 하는 하는 액정표시장치.

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