KR101018558B1 - 횡전계모드의 액정표시장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 횡전계모드의 액정표시장치에 관한 것으로서, 본 발명에 따른 횡전계모드의 액정표시장치는 하부기판, 상부기판 및 상기 기판들 사이에 개재된 액정층을 포함하고, 상기 하부기판에는 화소영역을 정의하도록 다수의 게이트라인과 데이터라인이 교차형성되며, 상기 액정층에 전압이 인가되도록 상기 화소영역에 절연층을 사이에 두고 상하로 공통전극과 화소전극이 배치되고, 상기 공통전극에 공통신호를 인가하도록 공통신호라인이 형성되며, 상기 상부기판은 각 화소영역에 대응되도록 형성된 컬러필터; 상기 데이터라인과 상기 공통전극 및 상기 게이트라인과 상기 공통전극에 의해 형성된 개구영역에 대응되도록 형성되되, 상기 공통전극에 인가되는 전압과 동일 전압이 인가되어 상기 개구영역 상부에 위치한 액정에 전기장을 형성하여 빛샘현상을 방지하는 투명전극으로 이루어진 차광전극;을 포함하는 것을 특징으로 한다. 이에 의하여, 블랙매트릭스 없이 액정제어를 통해 빛샘현상을 방지하여 화소영역의 개구율이 향상될 수 있는 횡전계모드의 액정표시장치가 제공된다.
횡전계, 액정표시장치, BM, 블랙매트릭스, 빛샘현

Description

횡전계모드의 액정표시장치{In Plane Swithching mode Liquid Crystal Display}
본 발명은 횡전계모드의 액정표시장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 블랙매트릭스를 형성하지 않아도 빛샘현상을 방지할 수 있고, 화소영역의 개구율이 증대될 수 있는 횡전계모드의 액정표시장치에 관한 것이다.
일반적으로 횡전계모드의 액정표시장치는 액정분자들의 제어를 위한 전극들(화소전극, 공통전극)을 모두 하부기판에 배치시킨 모드이기 때문에 액정분자들의 움직임이 TN(Twisted Nematic)모드 액정표시장치보다 빠르다.
또한, 횡전계 모드 중 특히 FFS(Fringe Field Switching)모드는 상기 화소전극과 공통전극간의 수평거리를 상하부기판간의 수직거리(Cell Gap:셀갭)보다 좁게하여 프린지 필드를 발생시키기 때문에 전극들 상부에 존재하는 액정분자들 모두가 동작하게 된다.
또한, 상부기판 및 하부기판 내측면 각각에는 수평배향막을 가지며, 액정층의 분자들은 기판들과 평행한 상태에서 횡전계에 의해 제어된다.
이 같은 FFS모드 액정표시장치에 대한 종래기술은 본 출원인에 의해 출원되 고 등록된 대한민국 등록특허 제341123호, 미국특허 제6256081호, 제6226118호 등에 개시되어 있다.
도 1은 종래 FFS모드의 액정표시장치의 평면도이고, 도 2는 도 1의 Ⅰ-Ⅰ'의 단면도이고, 도 3은 도 1의 Ⅱ-Ⅱ'의 단면도이다. 도 1 내지 도 3을 참조하면 종래 FFS모드의 액정표시장치(100)는 하부기판(110)과 상부기판(120)의 사이에 액정층(130)이 개재되어 있다.
여기서, 하부기판(110)은 화소영역을 정의하는 다수 개의 게이트라인(111)과 데이터라인(112)이 게이트절연막(113)을 사이에 두고 형성되고, 상기 화소영역에는 공통전극(114)과 화소전극(115)이 층간절연막(116)을 사이에 두고 배치되며, 상기 공통전극(114)에 공통신호를 인가하도록 공통신호라인(117)이 상기 게이트라인(111)과 이격되어 형성되어 있다.
또한, 상기 게이트라인(111)과 상기 데이터라인(112)이 교차되는 영역에는 상기 화소전극(115)에 선택적으로 전압을 인가할 수 있도록 스위칭 소자인 TFT(미도시)가 형성되어 있다.
한편, 상부기판(120)은 각 화소영역에 대응되도록 레드(Red), 그린(Green), 블루(Blue) 중 어느 하나인 컬러필터(122)가 형성되어 있으며, 상기 상부기판(120)과 상기 컬러필터(122) 사이에는 하부기판(110)의 게이트라인(111)과 데이터라인(112)을 포함한 화소영역의 일부영역를 덮도록 블랙매트릭스(121)가 형성되어 있다.
또한, 도시되지 않았으나 컬러필터(122)의 하부에는 상기 컬러필터(122)에 의해 발생하는 단차를 평탄화함과 동시에 액정층(130)이 컬러필터(122)의 안료에 의해서 오염되는 것을 방지하기 위해 오버코트층이 더 형성될 수 있고, 상기 액정층(130)의 배향을 결정하는 배향막 등이 형성될 수 있다.
이때, 상기 블랙매트릭스(121)는 도 4에 도시된 바와 같이, 데이터라인(112)의 양측 주변부인 "A"영역에서 데이터라인(112)과 공통전극(115)에 의해 발생하는 커플링필드(Coupling Field)에 의해 액정층을 통과한 빛이 굴절되어 생기는 투과광을 차폐하여 빛샘을 방지한다. 또한 도시하지는 않았지만 동일한 원리로 게이트라인과 공통전극간의 사이에 발생하는 빛샘도 차단하는 역할을 한다.
그런데, 상기 블랙매트릭스(121)로 저항이 낮은 물질을 사용하는 경우 블랙매트릭스(121)와 데이터라인(112), 데이터라인(112)과 공통전극(114) 및 블랙매트릭스와 게이트라인(111)에 의해 커플링 커패시턴스(Coupling Capacitance)가 발생함으로써 데이터라인(112) 및 게이트라인(111)의 신호지연이 발생하게 된다. 이로 인해 플리커(Flicker)현상이 발생하여 화면품위를 저하시키며 또한, 블랙매트릭스의 영역에 의한 화소영역의 개구율을 감소시키는 문제점이 있었다.
또한, 블랙매트릭스(121)가 형성된 영역에는 컬러필터(122)와 중첩되도록 형성되어 단차가 발생하게 되며, 상기 단차로 인해 배향막 러빙(Rubbing)시 러빙불균일 영역을 유발하게 되어 러빙무라(Rubbing Mura)가 발생하게 되는 문제점이 있었다.
따라서, 본 발명의 목적은 이와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 블랙매트릭스 없이 액정제어를 통해 빛샘현상을 방지하고, 화소영역의 개구율이 향상될 수 있는 횡전계모드 액정표시장치를 제공함에 있다.
또한, 블랙매트릭스를 형성하지 않음으로써 종래 블랙매트릭스와 데이터라인 및 게이트라인에 의해 발생하는 커플링 커패시턴스(Coupling Capacitance)를 제거하여 신호지연이 발생하지 않을 수 있는 횡전계모드의 액정표시장치를 제공함에 있다.
또한, 데이터라인 및 게이트라인의 신호지연이 발생하지 않음으로써 플리커(Flicker)현상이 제거되어 화면품위를 향상시킬 수 있는 횡전계모드의 액정표시장치를 제공함에 있다.
또한, 블랙매트릭스를 형성하지 않아도 됨으로써 컬러필터와 중첩되는 영역이 형성되지 않음으로써 단차를 제거하여 배향막의 러빙무라(Rubbing Mura)를 제거할 수 있는 횡전계모드의 액정표시장치를 제공함에 있다.
상기 목적은, 본 발명에 따라, 하부기판, 상부기판 및 상기 기판들 사이에 개재된 액정층을 포함하고, 상기 하부기판에는 화소영역을 정의하도록 다수의 게이트라인과 데이터라인이 교차형성되며, 상기 액정층에 전압이 인가되도록 상기 화소영역에 절연층을 사이에 두고 상하로 공통전극과 화소전극이 배치되고, 상기 공통 전극에 공통신호를 인가하도록 공통신호라인이 형성된 횡전계모드의 액정표시장치에 있어서, 각 화소영역에 대응되도록 상기 상부기판의 상기 액정층과 인접한 면에 형성된 컬러필터; 상기 데이터라인과 상기 공통전극 및 상기 게이트라인과 상기 공통전극에 의해 형성된 개구영역 중 적어도 어느 하나의 개구영역에 대응되도록 형성되되, 상기 공통신호라인의 전압인가시 함께 전압이 인가되어 상기 개구영역의 빛샘현상을 방지하는 투명전극으로 이루어진 차광전극;을 포함하는 것을 특징으로 하는 횡전계모드의 액정표시장치에 의해 달성된다.
이때, 상기 개구영역은, 상기 데이터라인과 상기 공통전극에 의해 형성된 제1개구영역과, 상기 게이트라인과 상기 공통전극에 의해 형성된 제2개구영역을 포함하고, 상기 차광전극은, 상기 제1개구영역과 대응되도록 형성된 제1차광전극과, 상기 제2개구영역과 대응되도록 형성된 제2차광전극 중 적어도 어느 하나를 포함하는 것이 바람직하다.
여기서, 상기 제1차광전극은 상기 데이터 라인을 기준으로 2개 영역으로 분리형성되되, 상기 제1차광전극의 일측은 상기 데이터 라인과 오버랩(overlap)되거나 상기 데이터 라인의 일측과 일치되도록 형성되고, 타측은 상기 공통전극과 오버랩(overlap)되거나 상기 공통전극의 일 측과 일치되도록 형성될 수 있다.
또한, 상기 제2차광전극은 상기 게이트라인을 기준으로 2개 영역으로 분리형성되되, 상기 제2차광전극의 일 측은 상기 게이트라인과 오버랩(overlap)되거나 상기 게이트라인의 일측과 일치되도록 형성되고, 타측은 상기 공통전극과 오버랩(overlap)되거나 상기 공통전극의 일측과 일치되도록 형성된 것을 특징으로 하는 횡전계모드의 액정표시장치.
한편, 상기 차광전극은 투명도전금속 또는 투명도전성 레진 중 어느 하나로 형성될 수 있다.
본 발명에 따르면, 블랙매트릭스 없이 액정제어를 통해 빛샘현상을 방지하고, 화소영역의 개구율이 향상될 수 있는 횡전계모드 액정표시장치가 제공된다.
또한, 블랙매트릭스를 형성하지 않음으로써 종래 블랙매트릭스와 데이터라인 및 게이트라인에 의해 발생하는 커플링 커패시턴스(Coupling Capacitance)를 제거하여 데이터라인 및 게이트라인의 신호지연이 발생하지 않을 수 있는 횡전계모드의 액정표시장치가 제공된다.
또한, 데이터라인 및 게이트라인의 신호지연이 발생하지 않음으로써 플리커(Flicker)현상이 제거되어 화면품위를 향상시킬 수 있는 횡전계모드의 액정표시장치가 제공된다.
또한, 블랙매트릭스를 형성하지 않아도 됨으로써 컬러필터와 중첩되는 영역이 형성되지 않음으로써 단차를 제거하여 배향막의 러빙무라(Rubbing Mura)를 제거할 수 있는 횡전계모드의 액정표시장치가 제공된다.
설명에 앞서, 여러 실시예에 있어서, 횡전계 모드 중 FFS 모드를 일례로 설명하고, 동일한 구성을 가지는 구성요소에 대해서는 동일한 부호를 사용하여 대표적으로 제1실시예에서 설명하며, 그 외의 실시예에서는 제1실시예와 다른 구성에 대해서 설명하기로 한다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 제1실시예에 따른 FFS모드의 액정표시장치에 대하여 상세하게 설명한다.
도 5는 본 발명의 제1실시예에 따른 FFS모드의 액정표시장치의 평면도이고, 도 6은 도 5의 Ⅲ-Ⅲ', 도 7은 도 5의 Ⅳ-Ⅳ'의 단면도이다.
도 5 내지 도 7을 참조하면, 본 발명의 제1실시예에 따른 액정표시장치는 하부기판(10)과 상부기판(20), 상기 기판들 사이에 개재된 액정층(30)을 포함하고 있다.
여기서, 상기 하부기판(10)에는 예정된 화소영역 내에 공통전극(12)이 형성되고, 상기 공통전극(12)의 일 측과 이격되어 게이트라인(11)이 형성되며, 동시에 상기 공통전극(12)에 공통신호를 인가할 수 있도록 공통전극(12)의 타 측과 접촉하며, 게이트라인(11)과 평행하게 공통신호라인(13)이 형성된다.
이 같이 형성된 게이트라인(11), 공통전극(12), 공통신호라인(13)의 상부에 게이트절연막(14)이 형성된다.
또한, 게이트절연막(14)의 상부에는 상기 게이트라인(11)과 교차배열되도록 데이터라인(15)이 형성되어 화소영역을 정의하게 된다.
또한, 게이트라인(11)과 데이터라인(15)의 교차영역에는 스위칭 소자인 박막트랜지스터(미도시)를 형성한다.
이때, 박막트랜지스터(미도시)는 일반적인 박막트랜지스터의 구성을 차용할 수 있다.
이 같이 형성된 데이터라인(15), 박막트랜지스터(미도시) 및 게이트절연막(14)의 상부에 층간절연막(17)을 형성하게 되고, 상기 층간절연막(17)의 상부에 화소전극(18)을 형성한다.
이때, 화소전극(18)은 상술한 박막트랜지스터와 소정의 콘택홀 등을 매개로 접촉하도록 형성됨으로써 데이터신호를 전송받을 수 있게 된다.
또한, 화소전극(18)의 상부에는 액정층(30)의 배향을 결정하는 배향막(미도시) 등이 형성될 수 있다.
다음, 상기 상부기판(20)에는 상기 게이트라인(11)과 상기 데이터라인(15)에 의해 정의된 화소영역에 대응되도록 레드(Red), 그린(Green), 블루(Blue) 중 어느 하나인 컬러필터(21)가 형성된다.
또한, 컬러필터(21)의 하부에는 상기 공통전극(12)에 인가되는 전압과 동일한 전압이 인가되는 투명전극으로 이루어진 차광전극(22)이 형성된다. 여기서, 상기 차광전극은 ITO 등의 투명도전금속이나, IZO 등의 투명도전성레진일 수 있다.
구체적으로 살펴보면, 차광전극(22)은 데이터라인(15) 측에 형성되는 제1차광전극(22a)과 게이트라인(11) 측에 형성되는 제2차광전극(22b)을 포함하여 형성된다.
여기서, 제1차광전극(22a)은 데이터라인(15)을 기준으로 2개의 영역으로 분리 형성될 수 있고, 제2차광전극(22b)은 게이트라인(11)을 기준으로 2개의 영역으로 분리 형성될 수 있다.
먼저, 제1차광전극(22a)은 하부기판(10)에 형성된 데이터라인(15)과 공통전 극(12)의 이격공간인 제1개구영역(a)에 대응되도록 형성되되, 상기 제1차광전극(22a)의 일측은 상기 공통전극(12)과 오버랩(overlap)되거나 또는 상기 제1차광전극(22a)의 단부와 상기 공통전극(12)의 단부가 일치되도록 형성될 수 있다.
또한, 타측은 상기 데이터라인(15)과 오버랩(overlap)되거나 또는 상기 제1차광전극(22a)의 단부와 상기 데이터라인(15)의 단부가 일치되도록 형성될 수 있다.
상술한 바를 시뮬레이션을 통해 살펴보면 도 8과 같다. 즉, 데이터라인(15)의 양측 주변부인 "B"영역에서 제1차광전극(22a)과 공통전극(12)에 동일 전압이 인가됨으로써 빛샘현상이 발생하지 않는 것을 알 수 있다.
아울러, 제1차광전극(22a)이 불순물 이온의 흡착시 발생하는 이상구동을 상쇄하게 되므로써 장시간 구동시 발생하는 잔상을 제거하는 효과 또한 기대할 수 있다.
다음, 제2차광전극(22b)은 하부기판(10)에 형성된 게이트라인(11)과 공통전극(12)의 이격공간인 제2개구영역(b)에 대응되도록 형성되되, 상기 제2차광전극(22b)의 일측은 상기 공통전극(12)과 오버랩(overlap)되거나 또는 상기 제2차광전극(22b)의 단부와 상기 공통전극(12)의 단부가 일치되도록 형성될 수 있다.
또한, 타측은 상기 게이트라인(11)과 일부 오버랩(overlap)되거나 또는 상기 제2차광전극(22b)의 단부와 상기 게이트라인(11)의 단부와 일치되도록 형성될 수 있다.
즉, 게이트라인(11)의 양측 주변부에서 제2차광전극(22b)과 공통전극에 동일 전압이 인가됨으로써 상기 공통전극(12)과 게이트라인(11) 사이의 커플링필드를 상부의 제2 차광전극(22b)이 차단하여 빛샘현상이 방지 될 수 있다. 아울러, 제2차광전극(22b)에 공통전위가 인가됨으로써 게이트라인 영역의 불순물 이온의 흡착에 의해 발생하는 잔상을 제거하는 효과 또한 기대할 수 있다.
또한, 차광전극(22) 형성시 종래 블랙매트릭스보다 작은 두께로 형성하는 것이 바람직한데, 이로 인해 블랙매트릭스를 형성했던 종래보다 각 화소영역의 단차가 최소화됨으로써 러빙불균일에 의한 러빙무라현상을 최소화하여 화면품위를 개선할 수 있다.
아울러, 블랙매트릭스를 형성하지 않음으로써 컬러필터와 중첩되는 영역이 형성되지 않게되어 단차를 최소화하여 배향막의 러빙무라(Rubbing Mura)를 최소화할 수 있고, 화소영역의 개구율이 증대될 수 있다.
또한, 종래 블랙매트릭스가 데이터라인 및 게이트라인과 오버랩(overlap)되어형성됨으로써 블랙매트릭스와 데이터라인 사이 및 블랙매트릭스와 게이트라인 사이에서 발생하는 커플링 커패시턴스(Coupling Capacitance)를 제거함으로써 데이터라인 및 게이트라인의 신호지연이 발생하지 않는다. 결과적으로 데이터라인 및 게이트라인의 신호지연이 발생하지 않음으로써 플리커(Flicker)현상이 제거되어 화면품위를 향상시킬 수 있게 된다.
상술한 차광전극(22)이 형성된 이후, 상기 컬러필터(21) 및 차광전극(22)에 의해 발생하는 단차를 평탄화함과 동시에 액정층(130)이 컬러필터(122)의 안료에 의해서 오염되는 것을 방지하기 위해 오버코트층(미도시)이 더 형성될 수 있고, 상 기 액정층(130)의 배향을 결정하는 배향막(미도시) 등이 형성될 수 있다.
본 발명의 권리범위는 상술한 실시예에 한정되는 것이 아니라 첨부된 특허청구범위 내에서 다양한 형태의 실시예로 구현될 수 있다. 특허청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 변형 가능한 다양한 범위까지 본 발명의 청구범위 기재의 범위 내에 있는 것으로 본다.
도 1은 종래 FFS모드의 액정표시장치의 평면도,
도 2는 도 1의 Ⅰ-Ⅰ'의 단면도,
도 3은 Ⅱ-Ⅱ'의 단면도,
도 4는 종래 FFS모드의 액정표시장치의 시뮬레이션 결과도,
도 5는 본 발명의 제1실시예에 따른 FFS모드의 액정표시장치의 평면도,
도 6은 도 5의 Ⅲ-Ⅲ'의 단면도,
도 7은 도 5의 Ⅳ-Ⅳ'의 단면도,
도 8은 본 발명의 제1실시예에 따른 액정표시장치의 시뮬레이션 결과도이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
10 : 하부기판 11 : 게이트라인 12 : 공통전극
13 : 공통신호라인 14 : 게이트절연막 15 : 데이터라인
17 : 층간절연막 18 : 화소전극 20 : 상부기판
21 : 컬러필터 22 : 차광전극 22a : 제1차광전극
22b : 제2차광전극 30 : 액정층

Claims (5)

  1. 삭제
  2. 삭제
  3. 하부기판, 상부기판 및 상기 기판들 사이에 개재된 액정층을 포함하고, 상기 하부기판에는 화소영역을 정의하도록 다수의 게이트라인과 데이터라인이 교차형성되며, 상기 액정층에 전압이 인가되도록 상기 화소영역에 절연층을 사이에 두고 상하로 공통전극과 화소전극이 배치되고, 상기 공통전극에 공통신호를 인가하도록 공통신호라인이 형성된 횡전계모드의 액정표시장치에 있어서,
    상기 상부기판에 각 화소영역에 대응되도록 상기 액정층과 인접한 면에 형성된 컬러필터;
    상기 상부기판에 상기 데이터라인과 상기 공통전극에 의해 형성된 제1개구영역 및 상기 게이트라인과 상기 공통전극에 의해 형성된 제2개구영역 중 적어도 어느 하나에 대응되도록 형성되되, 상기 공통신호라인의 전압인가시 함께 전압이 인가되어 상기 제1개구영역 또는 상기 제2개구영역의 빛샘현상을 방지하는 투명전극으로 이루어진 차광전극;을 포함하며,
    상기 차광전극은 상기 제1개구영역과 대응되도록 형성된 제1차광전극과, 상기 제2개구영역과 대응되도록 형성된 제2차광전극 중 적어도 어느 하나를 포함하고,
    상기 제1차광전극은 상기 데이터 라인을 기준으로 2개 영역으로 분리형성되되, 상기 제1차광전극의 일측은 상기 데이터 라인과 오버랩(overlap)되거나 상기 데이터 라인의 일측과 일치하도록 형성되고, 타측은 상기 공통전극과 오버랩(overlap)되거나 상기 공통전극의 일 측과 일치되도록 형성된 것을 특징으로 하는 횡전계모드의 액정표시장치.
  4. 하부기판, 상부기판 및 상기 기판들 사이에 개재된 액정층을 포함하고, 상기 하부기판에는 화소영역을 정의하도록 다수의 게이트라인과 데이터라인이 교차형성되며, 상기 액정층에 전압이 인가되도록 상기 화소영역에 절연층을 사이에 두고 상하로 공통전극과 화소전극이 배치되고, 상기 공통전극에 공통신호를 인가하도록 공통신호라인이 형성된 횡전계모드의 액정표시장치에 있어서,
    상기 상부기판에 각 화소영역에 대응되도록 상기 액정층과 인접한 면에 형성된 컬러필터;
    상기 상부기판에 상기 데이터라인과 상기 공통전극에 의해 형성된 제1개구영역 및 상기 게이트라인과 상기 공통전극에 의해 형성된 제2개구영역 중 적어도 어느 하나에 대응되도록 형성되되, 상기 공통신호라인의 전압인가시 함께 전압이 인가되어 상기 제1개구영역 또는 상기 제2개구영역의 빛샘현상을 방지하는 투명전극으로 이루어진 차광전극;을 포함하며,
    상기 차광전극은 상기 제1개구영역과 대응되도록 형성된 제1차광전극과, 상기 제2개구영역과 대응되도록 형성된 제2차광전극 중 적어도 어느 하나를 포함하고,
    상기 제2차광전극은 상기 게이트라인을 기준으로 2개 영역으로 분리형성되되, 상기 제2차광전극의 일 측은 상기 게이트라인과 오버랩(overlap)되거나 상기 게이트라인의 일측과 일치하고, 타측은 상기 공통전극과 오버랩(overlap)되거나 상기 공통전극의 일측과 일치되도록 형성된 것을 특징으로 하는 횡전계모드의 액정표시장치.
  5. 제 3항 또는 제 4항에 있어서,
    상기 차광전극은 투명도전금속 또는 투명도전성 레진 중 어느 하나로 형성된 것을 특징으로 하는 횡전계모드의 액정표시장치.
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