KR19990074855A - 복합전계방식 액정표시소자 - Google Patents

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Abstract

본 발명에 따른 복합전계방식 액정표시소자는 제1기판에 종횡으로 배열되어 단위화소를 정의하는 게이트배선 및 데이터배선과, 상기 데이터배선 및 게이트배선의 교차점에 형성된 박막트랜지스터와, 상기 데이터배선과 교대로 평행하게 형성되어 횡전계를 인가하는 적어도 한쌍의 제1전극 및 제2전극과, 제2기판 위에 형성되어 상기 제1 및 제2전극과 함께 경사전계 및 상하전계를 형성하는 복수의 대향전극과, 그리고 상기 제1기판과 제2기판 사이에 형성된 액정층으로 이루어진다.

Description

복합전계방식 액정표시소자
본 발명은 액정표시소자에 관한 것으로, 특히 상하 기판 위에 형성된 복수의 전극에 의해 액정층에 횡전계, 경사전계 및 상하전계를 인가하므로써 복합전계를 구현한 복합전계방식 액정표시소자에 관한 것이다.
최근, 박막트랜지스터 액정표시소자(thin film transistor-liquid crystal display device)에서는 대면적화가 강력하게 요구되고 있지만, 시야각에 따라 콘트라스트비가 변하는 문제가 있었다. 이러한 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.
도 1a는 종래 횡전계방식 액정표시소자의 단위화소의 평면도, 1b는 도 1a의 A-A'선 단면도로서, 도면에 나타낸 바와 같이, 종래 횡전계방식 액정표시소자는 제1기판(11) 위에 배열되어 화소영역을 정의하는 데이터배선(16) 및 게이트배선(12)과, 상기한 게이트배선(12)과 데이터배선(16)의 교차점에 배치된 박막트랜지스터와, 상기한 화소영역내에 데이터배선(16)과 대략 평행하게 배열된 공통전극(13) 및 화소전극(17)으로 구성된다.
비록 도면에서는 화소영역만을 나타내고 있지만, 박막트랜지스터는 제1기판(11) 위에 형성되어 상기 게이트배선(12)과 접속되는 게이트전극(14)과, 상기 게이트전극(14) 위에 적층된 SiNx 또는 SiOx와 같은 물질로 이루어져 기판전체에 걸쳐 형성된 게이트절연막(15)과, 상기 게이트절연막(15) 위에 형성된 비정질실리콘층과, 상기 비정질실리콘층 위에 형성된 불순물비정질실리콘층과, 상기한 불순물비정질실리콘층 위에 형성되어 데이터배선(16)과 화소전극(17)에 각각 접속되는 소스/드레인전극(18, 18')으로 구성된다. 화소내의 공통전극(13)은 제1기판(11) 위에 형성되어 공통배선에 접속되며 화소전극(17)은 게이트절연막(15) 위에 형성되어 박막트랜지스터의 드레인전극(18')에 접속된다. 박막트랜지스터, 화소전극(17) 및 게이트절연막(15) 위에는 SiNx 또는 SiOx와 같은 물질로 이루어진 보호막(미도시)이 기판 전체에 걸쳐 적층되어 있으며, 그 위에 제1배향막(미도시)이 도포되고 배향방향이 결정된다.
또한, 상기한 제1기판(11)과 대응하는 제2기판(21) 위에는 빛의 누설을 방지하는 차광층(미도시), R, G 및 B의 칼라필터소자로 이루어진 칼라필터층(22) 및 오버코트층(미도시)이 차례로 적층되어 있다.
그러나, 상기한 종래 횡전계방식 액정표시소자는 화소전극과 공통전극에 의해 형성되는 횡전계에 의해서만 액정분자를 구동하므로 액정분자의 원활한 구동을 위해서는 높은 전압이 액정층에 인가되어야 한다. 또한, 응답속도가 느리고, 공통전극이 게이트전극과 동일한 물질, 예를 들면 Cr, Ta 등의 불투명금속으로 형성되기 때문에 투과율이 저하된다는 문제점이 있었다.
본 발명은 상기한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 횡전계를 인가하는 적어도 한쌍의 전극이 형성된 기판과, 대향하는 기판상에 상기 전극과 함께 경사전계 및 상하전계를 인가하는 복수의 대향전극을 형성하여, 액정층의 구동전압을 감소시키고, 응답속도를 빠르게 한 복합전계방식 액정표시소자를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 다른 목적은 상기 복수의 대향전극을 투명전극으로 하여 개구율을 향상시키는 것이다.
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 화소전극에 각각 접속되는 소스/드레인전극으로 구성된다. 또한, 화소내의 공통전극은 제1기판 위에 형성되어 공통배선에 접속되며 화소전극은 게이트절연막 위에 형성되어 박막트랜지스터의 드레인전극에 접속된다. 상기한 박막트랜지스터 위에는 SiNx 또는 SiOx와 같은 물질 또는 BCB(Benzocyclobutene)와 같은 유기물질로 이루어진 보호막이 기판 전체에 걸쳐 또는 박막트랜지스터영역에 한정되어 적층되어 있으며, 기판 전체에 걸쳐 제1배향막이 도포되고 배향방향이 결정된다.
상기한 제1기판과 대응하는 제2기판 위에는 상기 박막트랜지스터, 게이트배선, 데이터배선 및 공통배선 근처로 빛이 새는 것을 방지하는 차광층(박막트랜지스터 위에 형성될 수도 있음)을 형성하고, 그 위에 순서대로 칼라필터층, 오버코트층을 형성한다. 계속해서, 상기 공통전극과 대응하는 복수의 대향전극을 화소영역내에 형성하고, 기판 전체에 걸쳐 제2배향막을 형성한 후, 상기한 두 기판 사이에 액정층을 형성한다.
도 1a은 종래 횡전계방식 액정표시소자의 평면도, 도 1b는 도 1a의 A-A'선 단면도.
도 2a는 본 발명의 제1실시예의 평면도, 도 2b는 도 2a의 B-B'선 단면도.
도 3a는 본 발명의 제2실시예의 평면도, 도 3b는 도 3a의 C-C'선 단면도.
도 4a는 본 발명의 제3실시예의 평면도, 도 4b는 도 4a의 D-D'선 단면도.
도 5a는 본 발명의 제4실시예의 평면도, 도 5b는 도 5a의 E-E'선 단면도.
도 6은 종래 횡전계방식과 본 발명에 따른 복합전계방식의 전압대 광투과도의 비교 그래프.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
110 : 제1기판 111 : 공통전극
112 : 게이트배선 113 : 게이트전극
114 : 게이트절연막 115 : 화소전극
116 : 데이터배선 117,117' : 소스/드레인전극
121 : 제2기판 122 : 칼라필터층
123 : 대향전극 130 : 액정
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
도 2a 내지 도 2b는 본 발명의 제1실시예에 따른 복합전계방식 액정표시소자의 평면도 및 B-B'선 단면도로서, 이하에 후술하는 제1실시예에서는 단위화소영역에 대해서만 기술하고 있으며, 박막트랜지스터 및 그 외의 구성요소에 관해서는 필요에 따라 언급한다.
본 발명의 제1실시예에 따른 액정표시소자의 단위화소영역은 두개의 영역(I, II)으로 나뉘어져 있으며, 제1기판(110) 위에 형성되어 게이트배선(112)과 접속되는 게이트전극(113)과, 상기 게이트전극(113) 위에 적층된 SiNx 또는 SiOx와 같은 물질로 이루어진 게이트절연막(114)과, 상기 게이트절연막(114) 위에 형성된 비정질실리콘층(미도시)과, 상기 비정질실리콘층 위에 형성된 불순물비정질실리콘층(미도시)과, 상기한 불순물비정질실리콘층 위에 형성되어 데이터배선(116)과 화소전극(115)에 각각 접속되는 소스/드레인전극(117, 117')으로 구성된다.
또한, 화소내의 공통전극(111)은 제1기판(110) 위에 형성되어 공통배선에 접속되며 화소전극(115)은 게이트절연막(114) 위에 형성되어 박막트랜지스터의 드레인전극(117')에 접속된다. 상기 박막트랜지스터 위에는 SiNx 또는 SiOx와 같은 물질 또는 BCB(Benzocyclobutene)와 같은 유기물질로 이루어진 보호막(미도시)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 한층 더 낮출 수 있다.
또한, 제2기판(121) 위에는 상기 박막트랜지스터, 게이트배선(112), 데이터배선(116) 및 공통배선 근처로 빛이 새는 것을 방지하는 차광층(미도시)을 형성하고, 그 위에 컬러필터층(122), 오버코트층(미도시)을 형성한다. 계속해서, 상기 공통전극(111) 및 화소전극(115)과 대응하는 제2기판(121)의 영역상에 ITO(indium tin oxide)와 같은 투명한 금속으로 이루어진 대향전극(123)을 형성한다. 이때, 상기한 대향전극(123)은 도 2b에 나타내듯이 검게 칠한 영역에 해당하며 제2기판(121)상에 화소영역의 가장자리에 형성되는데, 이것에 의해 상기 제1기판(110)상에 형성된 화소전극(115)과는 경사전계를, 상기 공통전극(111)과는 상하전계를 형성하므로써 본 발명의 복합전계가 구현된다. 여기서 도면내의 점선으로 나타낸 화살표는 인접하는 두 전극사이에 형성되는 전기장을 나타낸다. 계속해서 제2배향막(미도시)을 형성하고 배향방향을 결정한 후 상기한 두 기판 사이에 액정을 주입하여 본 발명에 따른 복합전계방식 액정표시소자를 완성한다.
상기한 제1배향막 및 제2배향막의 배향방향은 폴리이미드(polyimide)계열의 배향막을 도포하고 러빙을 실시하여 결정할 수도 있고, 폴리실록산 또는 PVCN(polyvinyl cinnamate)계 물질로 이루어진 광배향막에 광을 조사하여 결정할 수도 있다. 이때, 광의 조사는 편광되거나 또는 편광되지 않은 빛을 사용하여 1회 또는 그 이상을 실시하는 것이 가능하다. 이러한 전극구조는 4" SVGA방식(43×129㎛:화소크기)에 적용할 때 바람직하다.
도 3a 내지 도 3b는 본 발명의 제2실시예에 따른 복합전계방식 액정표시소자의 평면도 및 C-C'선 단면도로서, 제2실시예가 상기한 제1실시예와 다른 점은 단위화소영역이 네개의 영역(I', II', III', IV')으로 나뉘어져 있으며, 제1실시예의 두 개의 대향전극에 비하여 중앙에 하나의 대향전극을 추가로 형성하였고, 이와 대응하여 제1기판상의 공통전극 및 화소전극이 추가로 형성된다는 점이다. 이러한 전극구조는 13.3" XGA방식에 적용할 때 바람직하다.
도 4a 내지 도 4b는 본 발명의 제3실시예에 따른 복합전계방식 액정표시소자의 평면도 및 D-D'선 단면도로서, 제3실시예와 마찬가지로 2개의 대향전극이 제2기판의 화소영역의 가장 자리에 형성되고, 대응되는 제1기판상의 공통전극 및 화소전극이 추가로 형성된다. 본 실시예가 상기한 제1 및 제2실시예와 다른 점은 단위화소영역이 여섯개의 영역으로 나뉘어져 있다는 점이다. 이러한 전극구조는 14.1" XGA방식에 적용할 때 바람직하다.
도 5a 내지 도 5b는 본 발명의 제4실시예에 따른 복합전계방식 액정표시소자의 평면도 및 E-E'선 단면도로서, 제4실시예에서는 제3실시예와 마찬가지로 화소영역이 여섯개의 영역으로 나뉘어져 있으며, 네개의 대향전극이 화소영역의 가장 자리 및 중앙에 형성되고, 이와 대응되는 복수의 공통전극 및 화소전극이 제1기판상에 추가로 형성된다. 이러한 전극구조는 15.1" XGA방식에 적용할 때 바람직하다.
상기한 바와 같이, 복수의 대향전극과 이와 대응하는 공통전극 및 화소전극을 형성하는 것은 한층 더 복합적인 전계의 형성을 가능하게 하여 액정분자의 배열을 다양화 시키므로써 향상된 시야각을 제공한다.
상기한 어느 실시예에서나 축적용량은, 화소전극을 상기 박막트랜지스터에 연결하는 금속배선과 상기 공통전극을 연결하는 공통배선에 의해 형성한다.
도 6은 종래의 횡전계방식 액정표시소자와 본 발명에 따른 복합전계방식 액정표시소자의 광투과율대 전압의 관계를 나타낸 것으로, 도면으로부터 알 수 있듯이, 본 발명의 복합전계방식은 종래 횡전계방식과 비교하여 구동전압의 감소(약 1~1.5V) 및 투과율의 향상(약 10~20%)을 보이고 있다.
본 발명의 복합전계방식 액정표시소자에 따르면 액정층에 횡전계, 경사전계 및 상하전계를 인가하는 복수의 전극을 액정패널의 크기에 대응하여 형성하는 것에 의해 이상적인 복합전계를 형성하므로써 액정분자의 구동전압 감소, 응답속도의 향상을 기대할 수 있다.
또한, 공통전극 및 대향전극을 ITO(indium tin oxide)와 같은 투명금속으로 하여 광투과율을 향상시켜 개구율을 한층 더 높일 수 있다.

Claims (12)

  1. 제1 및 제2기판과, 상기 제1기판 위에 형성되어 복수의 단위화소영역을 정의하는 복수의 데이터배선 및 게이트배선과, 상기 데이터배선 및 게이트배선의 교차점에 형성된 박막트랜지스터와, 상기 제1 및 제2기판 사이에 형성된 액정층과, 상기 액정층을 구동시키는 복수의 화소전극 및 공통전극 등으로 이루어진 액정표시소자에 있어서,
    상기 단위화소영역이 제1기판 위에 형성된 하나의 화소전극 및 그 아래 평면에 형성된 이웃하는 두개의 공통전극에 의해 두개의 영역으로 분할되고, 상기 공통전극과 대향하는 또 다른 두개의 공통전극이 상기 제2기판 위에 형성되며, 상기 화소전극과 제1 및 제2판 위의 공통전극에 의해 횡전계 및 경사전계를 인가하고, 상기 제2기판의 공통전극과 상기 데이터배선, 및 제1기판의 공통전극과 제2기판의 공통전극에 의해 상하전계를 인가하여 상기 액정층을 구동하는 것을 특징으로 하는 복합전계방식 액정표시소자.
  2. 제1항에 있어서, 상기 제2기판 위에 형성된 공통전극이 투명전극인 것을 특징으로 하는 복합전계방식 액정표시소자.
  3. 제2항에 있어서, 상기 투명전극이 ITO(indium tin oxide)인 것을 특징으로 하는 복합전계방식 액정표시소자.
  4. 제1항에 있어서, 상기 화소전극을 상기 박막트랜지스터에 연결하는 금속배선과 상기 공통전극을 연결하는 공통배선에 의해 축적용량을 형성하는 것을 특징으로 하는 복합전계방식 액정표시소자.
  5. 제1 및 제2기판과, 상기 제1기판 위에 형성되어 복수의 단위화소영역을 정의하는 복수의 데이터배선 및 게이트배선과, 상기 데이터배선 및 게이트배선의 교차점에 형성된 박막트랜지스터와, 상기 제1 및 제2기판 사이에 형성된 액정층과, 상기 액정층을 구동시키는 복수의 화소전극 및 공통전극 등으로 이루어진 액정표시소자에 있어서,
    상기 단위화소영역이 제1기판 위에 형성된 두개의 화소전극 및 그 아래 평면에 형성된 이웃하는 세개의 공통전극에 의해 네개의 영역으로 분할되고, 상기 공통전극과 대향하는 또 다른 세개의 공통전극이 상기 제2기판 위에 형성되며, 상기 화소전극과 제1 및 제2기판의 공통전극에 의해 횡전계 및 경사전계를 인가하고, 상기 제2기판의 공통전극과 상기 데이터배선, 및 제1기판의 공통전극과 제2기판의 공통전극에 의해 상하전계를 인가하여 상기 액정층을 구동하는 것을 특징으로 하는 복합전계방식 액정표시소자.
  6. 제5항에 있어서, 상기 제2기판 위에 형성된 공통전극이 투명전극인 것을 특징으로 하는 복합전계방식 액정표시소자.
  7. 제6항에 있어서, 상기 투명전극이 ITO(indium tin oxide)인 것을 특징으로 하는 복합전계방식 액정표시소자.
  8. 제5항에 있어서, 상기 화소전극을 상기 박막트랜지스터에 연결하는 금속배선과 상기 공통전극을 연결하는 공통배선에 의해 축적용량을 형성하는 것을 특징으로 하는 복합전계방식 액정표시소자.
  9. 제1 및 제2기판과, 상기 제1기판 위에 형성되어 복수의 단위화소영역을 정의하는 복수의 데이터배선 및 게이트배선과, 상기 데이터배선 및 게이트배선의 교차점에 형성된 박막트랜지스터와, 상기 제1 및 제2기판 사이에 형성된 액정층과, 상기 액정층을 구동시키는 복수의 화소전극 및 공통전극 등으로 이루어진 액정표시소자에 있어서,
    상기 단위화소영역이 제1기판 위에 형성된 세개의 화소전극 및 그 아래 평면에 형성된 이웃하는 네개의 공통전극에 의해 여섯개의 영역으로 분할되고, 상기 공통전극과 대향하는 또 다른 두개 또는 네개의 공통전극이 상기 제2기판 위에 형성되며, 상기 화소전극과 제1 및 제2판의 공통전극에 의해 횡전계 및 경사전계를 인가하고, 상기 제2기판의 공통전극과 상기 데이터배선, 및 제1기판의 공통전극과 제2기판의 공통전극에 의해 상하전계를 인가하여 상기 액정층을 구동하는 것을 특징으로 하는 복합전계방식 액정표시소자.
  10. 제9항에 있어서, 상기 제2기판 위에 형성된 공통전극이 투명전극인 것을 특징으로 하는 복합전계방식 액정표시소자.
  11. 제10항에 있어서, 상기 투명전극이 ITO(indium tin oxide)인 것을 특징으로 하는 복합전계방식 액정표시소자.
  12. 제9항에 있어서, 상기 화소전극을 상기 박막트랜지스터에 연결하는 금속배선과 상기 공통전극을 연결하는 공통배선에 의해 축적용량을 형성하는 것을 특징으로 하는 복합전계방식 액정표시소자.
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