KR20000006266A - 액티브메트릭스형액정디스플레이장치 - Google Patents
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Abstract
블랙 메트릭스를 플로팅 상태로 유지하면서, 블랙 메트릭스의 전위를 최적치로 유지하므로써, 잔상이나 불균일한 화상을 나타내지 않는 우수한 화질을 제공할 수 있는 횡방향 전계에 의해 구동되는 액티브 메트릭스형 액정 디스플레이 장치가 제공된다.
액티브 메트릭스형 액정 디스플레이 장치는 한 쌍의 투명 절연성 기판으로 구성되는데, TFT 기판 상에는 복수의 주사선 및 복수의 신호선, 상기 주사선들과 신호선들의 교차점 부근에 형성된 박막 트랜지스터들, TFT들에 접속된 픽셀 전극들, 및 픽셀 전극들에 대향하는 대향 전극들이 형성되고, 횡방향 전계는 픽셀 전극들과 대향 전극들간의 전압에 의해 발생된다. 선정된 크기를 갖는 슬릿이 다른 CF 기판 상에 형성된 블랙 메트릭스에 형성된다.
Description
본 발명은 액정 디스플레이 장치에 관한 것으로서, 특히 횡방향 전계 구동법에 의해 구동되는 액티브 메트릭스 액정 디스플레이 장치에 관한 것이다.
본 출원은 일본국 특허 출원 번호 제 98-173182호에 기초한 것으로서, 그 내용은 본 명세서에 기재되어 있다.
픽셀들의 스위칭 소자로서 박막 전계 효과형 트랜지스터를 사용하는 액티브 매트릭스 액정 디스플레이 장치(이하, AMLCD라 약칭함)는 고화질을 갖기 때문에, 휴대용 컴퓨터용 디스플레이 장치나 소형 데스크탑 컴퓨터용 모니터로서 널리 이용되고 있다.
최근, 횡방향 전계를 이용하는 디스플레이 방법이 보다 고화질을 구현하기 위해 시야각 특성(angle-of visibility characteristics)을 향상시키도록 제안되었다. 이 방법은 TFT(박막 트랜지스터)들이 형성된 제1 기판 상에 서로 평행하게 형성된 픽셀 전극들과 대향 전극들 사이에 전압을 인가하여 액정의 비등방성 축 방향(디렉터)을 변화시킴으로써 전송되는 광량을 제어하는 일본국 특허 출원 번호 제 93-505247호에 개시되어 있는 방법이다.
이러한 액정 디스플레이 장치 구동 방법에 있어서, 전압이 픽셀 전극과 대향 전극 사이에 인가될 때 디렉터가 기판 표면 상에서 회전하기 때문에, 양호환 화상이 넓은 시각 범위에 걸쳐 얻어지며, 이와 대조적으로 기판으로부터 디렉터의 상승에 기인해 문제가 발생하는 트위스트형 네마틱 방법에서, 전송되는 광량과 전압 사이의 관계는 디렉터의 방향으로부터의 시야 각이나 기판에 수직한 방향으로부터의 시야 각과 같은 시야 각에 의존하여 큰 변화를 나타낸다.
도 5에 도시된 방법은 명도가 감소된 곳에서 흑색을 유지하는 것이 가능하는이유로 널리 사용되는데, 이 방법에서 액정은 등방으로 배열되고, 두 개의 편광판사이에 삽입되고, 이 편광판들의 편광 각도는 서로 수직이며, 이 각도들 중 하나가 액정의 방향과 같게 되어, 전압이 인가되지 않을 때 디스플레이 칼라는 흑색으로 되고, 전압 인가시에는 전계 방향으로 액정을 트위스트시킴으로써 디스플레이 칼라가 백색으로 돌아온다.
이러한 액정 구동 모드에 있어서, 전계는 횡방향으로 인가되기 때문에, TFT들이 형성된 제1 기판과 마주보는 제2 기판의 액정측에는 투명 전극이 없게 된다. 그러므로, 제2 기판 상의 칼라 필터들의 칼라 층들(이하, CF 기판이라 약칭함) 및 블랙 메트릭스(이하, BM이라 약칭함)는 전계적으로 차폐되지 않는다. 따라서, 칼라 필터 내부의 전하 분포는 액정으로 인가된 전압에 의해서 변화되어 전계가 방해된다. 이러한 방해는 혼선 및 잔상을 일으키며, 이것은 디스플레이 장치의 화질을 열화시킨다. 특히, BM 전위가 대향 전극의 전위와 다를 때, BM 부근의 전하는 디스플레이 시작부로 이동하여 잔상을 일으키게 된다.
전하 이동 방지 방법은 BM을 TFT 기판에 접속시켜 도전성 재료로 만들어진 BM의 전위가 대향 전극의 전위와 동일하게 고정되는 일본국 특허 출원 제 97-269504호에서 제시되었다.
BM 저항을 증가시키는 방법이 제안되었지만, 균일한 표시를 갖는 패널을 구현하기 위해서는, 일본국 특허 출원 제 97-43589호에 개시된 방법만으로는 상술한 문제점을 해결하기 위해 충분하지 않았다.
더욱이, 제2 기판 상에 액정을 마주하며 형성된 투명 전극을 플로팅하는 TN형 액정 패널이 일본국 특허 출원 제 97-263021호에서 또 다른 방법으로 제시되었다. 그러나, 횡방향으로 전계를 인가하여 구동되는 액정 패널에 관한 것이고, 플로팅이 BM에 적용되는 것은 디스플레이가 시작되는 곳에서의 전계 형성에 직접적으로 관계되지 않기 때문에, 상술한 문제점에 대하여는 직접적인 해결책이 되지 않는다.
밀봉 전극이 제2 기판 상에 형성되고, 고정 전위가 BM의 밀봉 전극 역할을 주는 밀봉 전극에 인가되는 또 다른 방법이 국제 특허 공개 번호 제 WO 05/25291호에 제시되어 있다. 상술한 구조에 더하여, 고정 전위인 밀봉 전극과 신호선들간의 용량성 커플링에 의해 야기된 신호 지연을 방지하기 위해 밀봉 전극이 슬릿을 갖는 방법이 제시되었다. 그러나, 상술한 방법은 BM을 플로팅 상태로 이용하기 때문에, 상술한 문제점을 실질적으로 해결하기 위한 구성이 될 수 없으며, 블랙 메트릭스와 대향 전극의 전위를 거의 같게 하기 위해 액티브 메트릭스 기판 상에 전극들을 오버랩시키는 영역을 제공하기 위해, 주사선들과 오버랩되는 블랙 메트릭스의 일부에만 슬릿이 형성된다.
일반적으로, 횡방향 전계를 이용하는 액정 디스플레이 장치에 있어서, 칼라층으로부터 액정층으로의 불순물 확산을 방지하기 위해 오버코트층이 칼라층 상에 형성된다. TFT 기판으로부터 BM으로 전위를 공급하기 위해서는 주변 영역 주위의 오버코트층을 제거하여 BM을 노출시키는 것이 필요한데, 이것은 제조 공정의 수가 증가된다는 문제점을 일으킨다. 또한, 신호선 전위의 변화에 의해 야기되는 BM 전위의 변화를 억제하기 위하여 BM의 저항을 감소시키는 것이 필요하고, BM이 많은신호선들과 용량성으로 결합되기 때문에, BM이 큰 영역에 적용될 때 BM을 형성하기 위한 재료 범위가 제한된다는 문제점을 발생시킨다.
이와 같이, BM의 전위를 고정하는 방법은 저가로 액티브 메트릭스형 액정 디스플레이 장치 패널을 제조한다는 관점에서 보면 유익하지 못하다. 그러나, BM이 플로팅 타입이라면, TFT 기판 상에서의 전위 변동의 결과 BM 전위가 변화되어, BM의 저항에도 불구하고 화질에 심각한 영향을 끼친다.
액정 패널의 디스플레이를 시작한 직후에, BM의 각 지점의 전위는 TFT 시판과 오버랩되는 전극들의 전위와 일치하게 된다. 즉, 연장된 신호선들이 밀집형으로 배열된 영역에 인접한 BM의 전위는 주사선들 Vgoff의 오프 상태 전위와 동일하며, 디스플레이 픽셀부의 BM 전위는 주사선들, 대향 전극들 및 픽셀 전극들의 전위의 평균이 된다.
상술한 바와 같이, BM 전위값들은 위치에 따라 다르기 때문에, 전류가 연장된 주사선들과 디스플레이 픽셀들 사이에서 BM을 통해 흘러, BM 전위를 균일하게 한다. 이와 같이 전류가 흐르는 동안, 연장된 신호선들이 배열된 측면들로부터 수 밀리미터의 영역 내의 BM 전위는 대향 전극의 전위보다 작게 된다. 이 때, 강한 횡방향 전계가 BM 단부로부터 픽셀의 양단부들의 칼럼으로 발생되기 때문에, 액정은 이 칼럼들에서 트위스트형으로 변형되어, 이 영역들은 블랙을 디스플레이하는 동안 반짝이게 된다. BM의 저항이 충분히 낮다면, BM 전위는 거의 시간적으로 균일하게 되어, 이와 같은 국소적인 반짝임은 관찰되지 않는다. 그러나, BM의 저항이 높을 때, 블랙 칼라에서의 국소적인 반짝임 현상은 연장된 주사선들이 배열된측면들에서 관찰되고, 그 후 잠시동안 계속된다.
디스플레이부의 BM 전위는 큰 음의 값을 갖는 바이어스가 걸리는 주사선들의 영향에 기인하여 대향 전극의 전위보다 낮아진다. 이와 같은 BM과 대향 전극간의 전위차가 BM으로부터 픽셀 디스플레이 영역으로의 전하의 이동을 일으킨다. 이와 같은 전하 이동은 BM의 저항이 더 낮아질 때 현저하다. 그러므로, 낮은 저항을 갖는 BM이 잔상을 짧은 기간 동안 일으키기 쉽다는 문제점을 발생시킨다.
본 발명의 목적은 BM을 플로팅 상태로 유지하면서도 BM 전위를 적절한 값으로 유지하여 잔상이나 불균일성이 없는 우수한 화질을 구현할 수 있는 액티브 메트릭스형 액정 디스플레이 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 일 특징에 따르면, 본 발명인 액티브 메트릭스형 액정 디스플레이 장치는: 복수의 주사선들 및 복수의 신호선들, 상기 주사선들 및 상기 신호선들의 교차점들 부근에 설치된 박막 트랜지스터, 박막 트랜지스터들에 각각 접속된 픽셀 전극들, 및 상기 픽셀 전극들과 마주보는 대향 전극들을 포함하는 제1 기판, 및 상기 픽셀 전극들과 마주보는 영역들에서 개구부를 갖는 블랙 메트릭스를 포함하는 제2 기판으로 구성된 한 쌍의 절연용 투명 기판; 및 상기 픽셀 전극들과 상기 대향 전극들 사이에 인가된 전압에 의해 액정층의 방향과 거의 평행하게 발생된 전계에 의해 제어되는 상기 두 기판들간에 삽입된 액정층을 포함하되, 선정된 면적의 개구부가 상기 주사선들 또는 신호선들과 마주보는 블랙 메트릭스의 영역 중 적어도 일부의 영역들에 형성된다.
본 발명의 제2 특징에 따르면, 본 발명인 액티브 메트릭스형 액정 디스플레이 장치는: 복수의 주사선들 및 복수의 신호선들, 상기 주사선들 및 상기 신호선들의 교차점들 부근에 설치된 박막 트랜지스터, 박막 트랜지스터들에 각각 접속된 픽셀 전극들, 상기 픽셀 전극들과 마주보는 대향 전극들을 포함하는 제1 기판, 및 상기 픽셀 전극들과 마주보는 영역들에서 개구부를 갖는 블랙 메트릭스를 포함하는 제2 기판으로 구성된 한 쌍의 절연용 투명 기판; 및 상기 픽셀 전극들과 상기 대향 전극들 사이에 인가된 전압에 의해 액정층의 방향과 거의 평행하게 발생된 전계에 의해 제어되는 상기 두 기판들간에 삽입된 액정층을 포함하되, 선정된 면적의 슬릿은 각 픽셀 전극과 마주보는 상기 제2 기판 상에 형성된 블랙 메트릭스 중 적어도 일부의 영역들에 형성된다.
본 발명의 제2 특징에 따르면, 본 발명은 제1 특징에 따른 액티브 메트릭스형 액정 디스플레이 장치를 제공하는데, 여기서 하나의 단위 픽셀을 고려한 경우에, 블랙 메트릭스가 신호 전극들에 의해 커버되지 않는 주사선들의 영역과 오버랩되는 영역은 Sg로 표시하고, 블랙 메트릭스가 다른 전극에 의해 커버되지 않는 신호선들의 영역과 오버랩되는 영역은 Sd로 표시하고, 비선택 주기에 신호선들의 전위는 Vgoff로 표시하고, 대향 전극에 공급되는 전위는 Vcom으로 표시하고, 신호선 전위의 시간 평균은 Vs로 표시하고, 디렉터 방향 및 디렉터와 수직한 방향에서의 액정의 유전 상수는 εH 및 εP로 각각 표시하면, 상기 선정된 면적은 하기의 수학식을 만족하도록 선정된다.
제4 특징에 따르면, 본 발명인 액티브 메트릭스형 액정 디스플레이 장치는: 복수의 주사선들 및 복수의 신호선들, 상기 주사선들과 상기 신호선들의 교차점들 부근에 설치된 박막 트랜지스터, 박막 트랜지스터들에 각각 접속된 픽셀 전극들, 상기 픽셀 전극들과 마주보는 대향 전극들로 구성되는 제1 기판, 및 상기 픽셀 전극들과 마주보는 영역들에서 개구부를 갖는 블랙 메트릭스를 포함하는 제2 기판으로 구성되는 한 쌍의 절연용 투명 기판; 및 상기 픽셀 전극들과 상기 대향 전극들 사이에 인가된 전압에 의해 액정층의 방향과 거의 평행하게 발생된 전계에 의해 제어되는 상기 두 기판들간에 삽입된 액정층을 포함하되, 상기 제2 기판 상에 배치된 블랙 메트릭스는 디스플레이 영역의 외주로 연장되고, 카운터 전극과 동일한 전위에서 유지되는 버스 라인은 상기 신호선들로부터의 신호를 구동하는 단자와 디스플레이 영역의 한 측면에 따른 디스플레이 영역 사이에 형성되고, 슬릿은 연장된 주사선들이 배열된 측면 전체의 블랙 메트릭스에 형성된다.
제5 특징에 따르면, 본 발명은 제4 특징에 따른 액티브 메트릭스형 액정 디스플레이 장치를 제공하는데, 대향 전극과 동일한 전위로 유지되는 버스 라인은 제1 기판 상에서 상기 신호선들로부터의 신호들을 구동하기 위한 단자와 디스플레이 영역 사이에 형성되고, 블랙 메트릭스는 연장된 신호선들이 배열된 측면 영역의 전체 범위에 형성된다.
제6 특징에 따르면, 본 발명은 상기 블랙 메트릭스가 체적 저항이 106Ω㎝이상인 수지 조성물로 형성되는 액티브 메트릭스형 액정 디스플레이 장치를 제공한다.
도 1의 (a) 및 (b)는 본 발명의 제1 실시예를 설명하기 위한 개략적인 도면으로, 도 1의 (a)는 액정 패널의 전개도이며, 도 1의 (b)는 도 1의 (a)의 A-A′선에 따라 절취한 단면도.
도 2는 본 발명의 제1 실시예의 연장된 주사선들에 인접한 영역을 도시한 도면.
도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 하나의 픽셀의 전개도.
도 4의 (a) 및 (b)는 본 발명의 제2 실시예를 설명하기 위한 개략적인 도면으로, 도 4의 (a)는 액정 패널의 전개도이며, 도 4의 (b)는 도 4의 (a)에 도시된 액정 패널의 A-A′선에 따라 절취한 단면도.
도 5는 동일 평면에서의 스위칭 모드의 원리를 설명하기 위한 도면.
도 6의 (a) 및 (b)는 본 발명의 종래예들을 설명하기 위한 도면으로, 도 6의 (a)는 종래의 액정 패널의 전개도이며, 도 6의 (b)는 종래예에 따라 연장된 주사선들 주위에서 도 6의 (a)의 종래의 액정 패널의 A-A′선에 따라 절취한 단면도.
도 7은 연장된 주사선들이 종래예예 따라 배열된 측면에 인접한 영역을 도시한 도면.
도 8은 종래예에 따라 픽셀의 전개도.
도 9는 BM 전위가 종래예에 따라 대향 전극 전위와 다를 때 발생하는 문제점을 설명하기 위한 도면.
도 10은 BM 전위가 종래예에 따라 대향 전극 전위와 다를 때 발생하는 디스플레이 이상을 설명하기 위한 도면.
도 11의 (a) 및 (b)는 본 발명의 제3 실시예를 설명하기 위한 개략적인 도면으로, 도 4의 (a)는 제3 실시예에 따른 액정 패널의 전개도이며, 도 11의 (b)는 도 11의 (a)에 도시된 액정 패널의 A-A′선에 따라 절취한 단면도.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
1 : 주사선 단자
2 : 신호선 단자
3 : 블랙 메트릭스
4 : 슬릿 패턴
5 : 디스플레이부
6 : TFT 기판
7 : CF 기판
상기 실시예들에 따른 액티브 메트릭스형 액정 디스플레이 장치는 서로 마주보는 두 개의 기판을 포함하는데, 그 중 하나는 복수의 주사선들 및 복수의 신호선들을 포함하는 TFT 기판 (도 1의 (b), 6)이며, 이 박막 트랜지스터들은 주사선들과 신호선들의 교차점들에 인접하게 형성되고, 픽셀 전극들은 박막 트랜지스터들에 접속되며, 대향 전극들은 픽셀 전극들과 마주보도록 형성된다. 픽셀 전극들과 대향 전극들 사이에 인가된 전압에 의해 액정층과 거의 평행한 전계를 발생시키는 액티브 메트릭스 액정 디스플레이 장치는 블랙 메트릭스 (도 1의 (a), 3)의 주사선들과 마주하는 영역의 일부에 슬릿 (도 1의 (a), 4)을 포함하는데, 이것은 CF 기판 상에 형성된다.
보다 구체적인 설명을 위해, 이하에서는 양호한 실시예들이 첨부된 도면들을 참조하여 설명될 것이다.
<제1 실시예>
도 1 내지 3을 참조하여 본 발명의 제1 실시예를 설명한다. 도 1의 (a)는 본 발명의 제1 실시예에 따른 액티브 메트릭스형 액정 디스플레이 장치를 도시하며, 도 1의 (b)는 도 1의 (a)의 A-A′선에 따라 절취한 단면도이다. 도 2는 연장된 주사선들 부근의 개략도이며, 도 3은 디스플레이부의 단위 픽셀의 전개도이다.
우선, 본 실시예에 따른 액티브 메트릭스형 액정 디스플레이 장치의 제조 공정을 설명한다. 하기의 순서에 따라서 TFT 기판이 제조된다. 크롬막이 주사선들(9), 대향 전극 배선(16) 및 대향 전극(19)을 형성하기 위한 금속층으로서 250 ㎚의 두께로 TFT 기판 상에 피착되고, 크롬층이 패터닝되는데, 즉 패터닝 공정이 행해진다. 금속 패턴 상에, 게이트 절연막으로서, 400 ㎚ 두께의 실리콘 질화막, 300 ㎚ 두께의 비정질 실리콘막, 및 30 ㎚ 두께의 n형 비정질 실리콘막이 연속적으로 피착된 다음, 비정질 실리콘막과 n형 비정질 실리콘막에 패터닝 공정이 행해진다.
주변 영역에서는, 대향 전극과 동일한 전위인 버스 라인(10)을 대향 전극 배선(16)에 접속하기 위한 컨택 홀을 형성한 후, 크롬막이 신호선들(17), 픽셀 전극들 및 대향 전극과 동일한 전위를 갖는 버스 라인(10)을 형성하기 위하여 250 ㎚의 두께로 피착된 다음, 패터닝 공정이 행해진다. 실리콘 질화막은 패시베이션막(13)으로서 200 ㎚의 두께로 피착된 다음, 이 패시베이션막(13)은 주사선들의 단자들(1) 및 신호선들의 단자들(2)에서 제거된다. 상술한 공정에 의해, TFT 기판이 생성된다.
CF 기판은 하기와 같이 제조된다. CF 기판용 투명 절연막 상에, 배면 기판 상에 20 ㎚의 두께로 ITO막을 피착한 후, 탄소 입자를 함유한 수지 조성물이 전면 기판 상에 1.3 ㎛의 두께로 피착된다. 도 3에 도시된 바와 같이, 개구 패턴들(21) 및 주사선들과 오버랩되는 영역 내에 만들어진 슬릿(25)이 형성되고, 주변 영역 내에서 슬릿 패턴(4)이 형성된다. 그 결과, 블랙 메트릭스(3)가 형성된다. 이와 같이 만들어진 블랙 메트릭스의 체적 저항은 109내지 1011Ω㎝의 범위 내에 있었다.
주사선들 상에 형성된 슬릿은 수학식 1이 계획된 구동 조건들을 만족하도록 6 ㎛의 폭과 50 ㎛의 길이를 갖는다. 슬릿 패턴(4)은 연장된 주사선들이 배열된 측면들의 길이 전체에 걸쳐 100 ㎛의 폭으로 제공된다. R, G 및 B 각각의 칼라층들이 그 위헤 1.2 ㎛의 두께로 형성되고, 이들 칼라층들에 패터닝 공정이 행해진다. 1.0 ㎛의 두께로 오버코트가 형성되어, CF 기판을 생성한다.
TFT 기판(6) 및 CF 기판(7) 상에, 배향막들(26)이 형성되고, 러빙 처리가 도 3에서의 36 방향으로 TFT 기판에 대하여 행해지는데, 이 방향은 픽셀 전극들의 세로 방향과 15도의 각도를 가지며, CF 기판에 대해서는 도 3의 36 방향과 180도 반대 방향으로 러빙 처리가 행해진다.
계속해서, TFT 기판과 CF 기판 모두는 봉함용 재료 및 분산용 스페이서들을 코팅한 후 상호 밀착된 다음, 액정이 주입되어 이 부착된 기판들 내에서 밀봉된다. 액정의 셀 간극은 4.5 ㎛로 설정되며, 액정의 비등방성 굴절률 Δn은 0.007로 선정된다. 그 결과, 백색 디스플레이 스크린의 색조가 향상된다. 또한, 1014Ω㎝ 이상의 특수한 저항값을 갖는 액정이 사용된다. 액정은 직교 니콜을 형성하는 한 쌍의 편광판들로 샌드위치된다. CF 기판 상에서 편광판의 편광각(37)은 러빙 방향과 평행하게 설정되고, TFT 기판 상에서 편광판의 편광각은 러빙 방향과 수직한 방향으로 선정된다.
다음으로, 액티브 메트릭스형 액정 디스플레이 장치의 구성을 설명한다. 도1을 참조하면, TFT 측면 투명 절연 기판(6) 및 CF 측면 투명 전극 절연 기판(7)이 두 개의 단부들 각각이 일치하도록 접착되고, 주산선들의 단자(1) 및 신호선들의 단자(2)가 형성된다. TFT 기판 상에 형성된 블랙 메트릭스(3)는 기판의 단부로 연장된다. 주사선들의 단자(1)와 신호선들의 단자간의 스페이스에서, 대향 전극과 동일한 전위인 버스 라인(10)은 연장된 주사선들이 배열되는 측면을 따라서 형성된다. 게이트 절연막(12)을 통해 주사선들의 일부를 커버하도록 버스 라인이 형성되고, 그 위에 패시베이션막(13)이 형성된다.
도 2를 참조하면, 슬릿을 형성할 영역을 제외한 전 영역이 BM(3)으로 커버된다. 도 2에서의 슬릿(4)의 좌측에서, BM은 주사선들의 대부분과 오버랩된다. 대조적으로, 슬릿(4)의 우측에서, 대향 전극과 동일한 전위를 갖는 버스 라인들(10)과 접속된 대향 전극의 배선(16)은 주사 전극(9)과 동일한 금속성 층에 의해 주사 전극들(9)과 평행하게 디스플레이부(5)를 향하여 연장된다.
상술한 바와 같이, 디스플레이 영역(5)으로 연장되기에 앞서 100 ㎛의 두께로 주사 전극(9)의 배선 및 대향 전극의 배선과 BM이 오버랩된다. 이와 같이, 슬릿(4)의 우측에서는, BM 영역의 어떠한 부분도 평균해서 음으로 바이어스되지 않는다. CF 기판(7) 상에서 버스 라인과 마주하는 영역에 BM의 슬릿(4)이 형성된다. BM 층 상에, BM 및 칼라층들 내의 불순물들이 액정층으로 확산되는 것을 방지하기 위해 오버코트층(11)이 형성된다.
배향막들(26)은 TFT 기판(6) 및 CF 기판(7) 상에 각각 형성되고, 액정층(14)은 밀봉용 재료(8)에 의해 차단된 밀봉 공간에서 지지된다. 배향막들에는 한편으로는 도 3에서의 36 방향으로, 다른 한편으로는 도 3에서의 36 방향과 180도 반대 방향으로 러빙 처리가 행해져, 액정층이 러빙 처리의 방향과 평행한 방향으로 균일하게 배향된다. BM 및 칼라층들이 형성되는 기판이 전면이라면, 디스플레이 표면으로부터의 정적 전계(static electricity)의 영향으로 발생된 디스플레이의 동요를 방지하기 위해 투명 도전막으로서 배면 ITO(35)가 배면판 상에 형성된다.
또한, 직교 니콜을 형성하는 두 개의 편광판들(33 및 34)은 액정층을 샌드위치하도록 배치된다. CF 기판 상의 편광판의 편광축의 배향(37)은 러빙 방향과 평행하게 설정되고, 편광판의 편광축의 배향(38)은 러빙 방향과 수직하게 선정된다.
도 3을 참조하면, 주사선(9)과 동일한 금속층에 의해 형성되고 대향 전극 버스 라인(16)에 접속된 대향 전극(19) 및 신호선(17)과 동일한 금속층에 의해 형성되고 박막 트랜지스터의 소스 전극에 접속된 픽셀 전극(18)은 신호선(17)에 평행하게 연장된다. 픽셀 전극(18) 및 대향 전극(19) 단부들 모두는 서로 접속되며, 그 접속부들은 서로 오버랩되고, 그들 사이에서 게이트 절연층이 샌드위치되어 픽셀 저장 캐퍼시턴스가 형성된다. 또한, 픽셀 전극(18)과 대향 전극(19) 모두의 단부들은 경사지게 절단된 형태로 형성된다. 이러한 형태는 에지에서 정상적인 트위스 방향과 반대 방향으로 액정층의 디렉터를 트위스트하는 전계의 발생을 방지하기 위해 형성된다.
디스플레이 영역을 둘러싸도록, 도 8에 도시된 종래예와 동일한 방식으로 BM이 제거된다. BM이 그 영역에서 제거되지 않는다면, 주사선들(9)이 TFT의 소스/드레인 전극들에 의해 커버된 영역과 비정질 실리콘(20)의 아일랜드들을 제외한 전영역에 걸쳐서 BM과 오버랩되기 때문에, 큰 용량성 커플링이 BM과 주사선들 사이에서 발생하여 음으로 바이어스된 BM을 일으켜서, 잔상이라는 문제점을 발생시킨다.
이러한 문제점을 수학식들을 이용하여 보다 상세하게 분석한다. BM의 일반적인 특성을 설명하기 위하여, 미세 소자들로 나누고, TFT 기판 상에서 각 소자(i)와 마주보는 전극의 영역을 Si, 그 전위를 Vi(TFT), 각 소자의 전위를 Vi(BM), 세로 방향으로의 액정층의 평균 유전 상수를 εi, 액정층의 두께를 d, 각 소자의 전하량을 Qi라 한다. BM의 각 소자의 전위와 전하량의 관계는 하기의 수학식에 의해 항상 표현될 수 있다.
하기의 수학식 3에 의해 정의되는 BM의 총 전하량 Q는 BM이 완전하게 절연되는 경우에 시간에 의존하지 않는 상수이다.
동작을 시작하기전의 조건이 초기 조건인 경우, 모든 소자들은 초기 조건에서 동일한 전위에 있기 때문에, 각 소자의 전하량 Qi는 0이 된다. 액정 패널의 동작이 개시되면, Vi(TFT)는 0이 아닌 값이 된다. 그러나, BM의 저항이 TFT들의 배선의 저항보다 크기 때문에, 전류는 흐르지 않으며, Qi는 계속 0을 유지한다. 그 결과, 이러한 상태는 하기의 수학식 4에 의해 표현된다.
동작 시작후, 각 점의 전위 Vi는 다른 점의 전위와 달라지며, 그 전위차들이 각 BM 소자 사이에 발생할 수 있다. BM은 도전성이기 때문에, 전류는 BM망 내의 전위차에 기인해 흐른다. Vi(BM)이 고주파에 민감한 어떤 Vi(TFT)값의 변화에 따라 변화되더라도, BM 내에서 흐르는 전류는 이 변화를 따르지 않으며, 시간 평균 <Vi(BM)>에 의해 결정되는 전위차에 의해, 전류는 BM 소자들 사이에서 흐른다. 이와 같은 전류는 각 점의 Qi를 변화시키며, 최종적으로 모든 점에서의 BM 전위들의 시간 평균 <Vi(BM)>은 상수 값인 V(BM)에 도달하게 된다. 수학식 2 및 수학식 3의 시간 평균을 계산하여, V(BM)은 하기의 수학식 5를 만족하게 된다.
상기 수학식은 충분한 시간이 흐른 후의 BM 전위를 결정하며, 모든 BM 전위의 시간 평균은 상수 값에 도달한다.
이하에서는, 스위칭 소자들로 비정질 실리콘 박막 전계 효과형 트랜지스터를 이용하고, 횡방향 전계에 의해 유전 상수의 양성 비등방성을 갖는 균일하게 배향된 네마틱 액정을 트위스트함으로써 구동되는 액정 패널의 종래예를 설명한다.
도 7에 도시된 바와 같이, 연장된 주사선들의 측면을 따르는 디스플레이 영역의 외부에서는, BM 만이 연장된 주사선들에 오버랩된다. 이 영역에서 BM 전위의 시간 평균은 하기의 수학식에 의해 주어진다.
이와 대조적으로, 디스플레이부는 도 8에 도시된 복수의 픽셀들을 포함한다. 단위 픽셀 각각에서, BM은 주사선(9), 신호선(17) 및 대향 전극(19)/픽셀 전극(18)과 오버랩된다. BM의 전위는 분할된 소자들에 대해 고려된다. 주사선(9)을 오버랩하는 소자의 전위는 주사선의 오프 전위에 대응하는 Vgoff 이고, 대향 전극/픽셀 전극을 오버랩하는 소자의 전위는 신호선들의 평균 전위와 동일하며, 대향 전극/픽셀 전극을 오버랩하는 소자들의 전위들은 대향 전극 전위 Vcom 과 같다.
이들 소자들은 상당히 근접해 있으며, 이들 소자들의 전위들은 빠른 전류 흐름에 의해 동등화되고, 디스플레이부에서 BM 전위의 시간 평균은 하기의 수학식에 의해 주어진다.
여기서, εg, εd 및 εc는 기판에 수직한 방향에서의 각 소자의 평균 유전 상수이다. Sg, Sd 및 Sc는 각각 주사선, 신호선 및 대향/픽셀 전극을 오버랩하는 각 소자의 부분 영역들이다.
Vp(BM)은 Vcom과 근사하며, 주사선을 오버랩하는 영역에서의 액정은 εg =εH 에 근사하도록 상승하고, 액정은 신호선 또는 픽셀/대향 전극들을 오버랩하는 영역에서 수형 방향으로 유지되어, 다양한 영역에서의 유전 상수들은 εg = εc = εd 에 근사하게 될 수 있다.
수치적인 예로서, εH/εp = 3, Sd:Sc:Sg = 5:5:1, Vcom = 5.0 V, Vs = 6.5 V, 및 Vgoff = -9 V라고 가정하고, 수학식 6 및 7에 대입하면, <Vp(BM)> = 2.4 V 및 <Vgout(BM)> = 9 V가 구해진다. 이와 같이, 동작 직후에, 연장된 주사선들이 배열된 부분에서의 시간 평균 전위는 디스플레이부에서의 전위와 다르다.
전류는 BM 전위를 균일화하기 위한 전위차에 의해 BM을 통해 흐르며, 이와 같은 전류가 흐르는 동안, BM 전위는 연장된 주사선들이 디스플레이부로부터 유입되는 측면으로 수 밀리미터 떨어진 영역 내의 전위 Vgout 에 근접하게 된다. 그 결과, 커다란 전위차가 BM과 대향 전극간에 발생되고, 횡방향 전계(27)가 BM 단부들로부터 픽셀의 양단들의 칼람들을 향해 발생되기 때문에, 액정의 트위스트형 변형을 야기한다.
BM의 저항이 충분히 낮을 때, 전위 균일화가 순간적으로 발생하며, 어떠한 전위차에 대한 영향도 나타나지 않는다. 그러나, BM 저항이 높을 때, 빛나는 영역들(29)이 디스플레이 개시 직후에 주사선들의 구동부에 근접한 블랙 디스플레이 스크린에 나타난다. 이러한 디스플레이 이상이 발생하는 주기는 BM의 저항에 따라서 변화되며, 체적 저항이 106내지 107Ω㎝ 범위 내에 있을 때, 지속 기간은 대략 수 분정도이고, 체적 저항이 109내지 1010Ω㎝ 에 있을 때는 수 시간동안 빛나는 현상이 지속된다.
단위 픽셀에서, Sg는 블랙 메트릭스가 주사선이 다른 전극에 의해 커버되지 않는 영역을 오버랩하는 영역을 표시하고, Sd는 신호선이 다른 전극에 의해 커버되지 않는 영역을 오버랩하는 영역을 표시하고, Vgoff는 비선택 기간에 주사선의 전위를 표시하고, Vcom은 대향 전극에 공급되는 전위를 표시하고, Vs는 신호선 전위의 시간 평균을 표시하고, εH는 디렉터 방향에서의 액정의 유전 상수를 표시하고, εp는 디렉터에 수직한 방향에서의 액정의 유전 상수를 표시한다. 주사선과 마주하는 슬릿의 크기는 수학식 1에서 표현된 관계들을 만족하도록 결정된다.
<수학식 1>
그 결과, 주사선과 BM의 용량성 커플링에 의해 대향 전극 전위로부터 네가티브 방향의 바이스어스량은 신호선과 BM의 용량성 커플링에 의한 대향 전극 전위로부터 포지티브 방향의 바이어스량과 같게 될 수 있으므로, BM 전위는 대향 전극 전위에 근사한 전위로 유지될 수 있다. 따라서, 어떠한 불균일성도 없는 균일한 화상이 잔상이 없는 양호한 화질을 갖도록 구현될 수 있다.
본 실시예에서, 버스 라인(10)은 디스플레이부와 주사선들의 단자 사이의 디스플레이부에 인접한 위치에 형성되며, 칼라 필터 기판 상에서, 연장된 주사선들이 배열된 측면의 전체 길이에 걸쳐서 연장되는 버스 라인(10)과 마주하는 영역 내의 BM에 슬릿(4)이 형성된다.
이 슬릿(4)은 BM 영역을 2개의 영역으로 분할하는데, 그 중 하나의 영역은 주사선 구동 배선들이 밀집된 영역이며, 다른 하나의 영역은 디스플레이부의 영역이다. 이들 두 영역 사이에서 전류가 흐르지 않기 때문에, 종래 기술과 달리, 연장된 주사선들이 배열된 영역 부근에서는 급격한 전위 강하가 발생하지 않는다. 그 결과, BM 전위는 <Vp(BM)>으로 유지되어, 디스플레이 이상이 결코 나타나지 않는다. 또한, 백 라이트는 슬릿(4)이 존재하는 부분이 TFT 기판의 버스 라인(10)으로 밀봉된 영역을 통과하지 않으므로, 디스플레이는 양호한 콘트라스트를 갖는다.
본 실시예에서, 액정의 저항값을 증가시키기 위하여, 그 말단에 시아노기(cyano group)를 갖는 액정 화합물 또는 극성이 강한 액정 화합물이 주 액정으로 함유될 수 있다. 이와 같이 혼합된 액정의 저항값은 1012내지 1013Ω㎝ 의 범위로 증가될 수 있고, 이와 같은 액정을 사용함으로써, 액정 디스플레이 장치는 잔상이 없는 우수한 디스플레이를 나타내고, 고온에서 동작시에도 탁월한 신회도를 나타낼 수 있다.
본 실시예에서, 탄소 입자들을 함유한 수지 조성물이 BM용 재료로서 사용된다. 디스플레이의 크로스 토크(cross talk)를 감소시켜 보다 우수한 디스플레이를 얻기 위하여, BM은 106Ω㎝ 이상의 저항값을 갖는 수지 조성물로 형성되는 것이 수학식 1의 관점에서 바람직하다. 그 결과, BM 재료로서 산화 금속 입자들을 함유한 수지 조성물을 사용하여, BM의 투과율을 감소시켜 보다 우수한 화질을 얻을 수 있다.
<제2 실시예>
본 발명의 제2 실시예를 도 4를 참조하여 설명한다. 도 4의 (a)는 액티브 메트릭스형 액정 디스플레이 장치를 전체적으로 도시한 도면이며, 도 4의 (b)는 도 4의 (b)의 B-B′선을 따라 절취한 단면도이다.
제2 실시예에서, 신호선들(17)은 신호선(9)과 동일한 금속층에 의해 형성된 신호선들의 연장된 배선(23)으로 컨택 홀(24)을 통해 접속된다. 신호선 연장 배선(23)의 일부 상에, 연장된 신호선이 배열된 측면에 평행하게 형성된 대향 전극의 전위와 동일한 전위로 유지되는 버스 라인(10)이 신호선 연장 배선(23)을 커버하는 게이트 절연막 상에 형성된다. 버스 라인(10) 상에 패시베이션막(13)이 형성된다. 이와 다른 특징들은 제1 실시예와 동일하다.
종래예에서, 신호선의 평균 전위는 연장된 신호선들이 밀집하여 형성된 측면에서도 대향 전극 전위 Vcom 보다 피드-스루(feed-through) 전압 만큼 크기 때문에, 피드-스루 전압이 높을 때 디스플레이 이상이 야기될 수 있었다. 그러나, 본 실시예에 있어서는 도 4에 도시된 바와 같이, 대향 전극의 전위와 동일한 전위로 유지되는 버스 라인(10)이 연장된 신호선들이 배열된 측면 부근의 디스플레이부의 인접 영역에 형성되고, 칼라 필터 기판(7) 상의 영역과 마주하는 영역 상에서 BM 슬릿이 연장된 신호선들이 배열된 측면의 대부분 상에 형성되기 때문에, 디스플레이 품질이 높은 수준으로 유지될 수 있다.
그러므로, 연장된 신호선들이 배열된 측면 부근의 BM 전위는 보다 정밀하게 제어될 수 있어서 보다 양질의 디스플레이를 갖게 한다.
<제3 실시예>
본 발명의 제3 실시예를 도 11의 (a) 및 (b)를 참조하여 설명한다. 도 11의 (a)는 본 발명의 제3 실시예에 따라서 액티브 메트릭스형 액정 디스플레이 장치 내의 액정 디스플레이 장치를 전체적으로 도시한 도면이며, 도 11의 (b)는 도 11의 (a)에서 A-A′선을 따라 절취한 단면도이다.
연장된 주사선들이 배열된 측면 부근에 형성된 BM 슬릿(4)을 커버하도록 R, G 및 B의 칼라층들 중 하나가 형성된다는 점에서, 제3 실시예는 제1 실시예와 다르다.
상술한 제3 실시예의 구조는 칼라층(8)에 의해 주사선 구동부의 부근에 형성된 슬릿을 통해 반사광을 제어하여 보다 양질의 화상을 제공할 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명은 잔상이 없는 고도로 균일한 디스플레이, 양호한 화질의 디스플레이를 보이고, 넓은 시야각을 갖는 액티브 메트릭스형 액정 디스플레이 장치를 구현할 수 있다.
상술한 바와 같은 우수한 성능은 본 발명의 액티브 메트릭스형 액정 디스플레이 장치의 구조에 기초하여 구현되는데, 이 장치는 신호선 또는 주사선의 구동 배선들 부근의 측면을 따라 형성된 대향 전극과 동일한 전위를 갖는 버스 라인, 이 버스 라인과 마주하는 블랙 메트릭스 상에 형성된 슬릿, 및 각 픽셀 내의 주사선과 마주하는 블랙 메트릭스의 슬릿을 포함하여, 블랙 메트릭스의 전위 제어를 용이하게 하는 플로팅 상태로 전위를 유지하면서 대향 전극의 전위 부근에서 블랙 메트릭스의 전위를 유지할 수 있다.
Claims (7)
- 액티브 메트릭스형 액정 디스플레이 장치에 있어서,한 쌍의 절연성 투명 기판; 및상기 두 기판들 사이에 삽입된 액정층을 포함하되,상기 한 쌍의 절연성 투명 기판은, 복수의 주사선 및 복수의 신호선, 상기 주사선들과 상기 신호선들의 교차점들 부근에 설치된 박막 트랜지스터들, 상기 박막 트랜지스터들 각각에 접속된 픽셀 전극들, 및 상기 픽셀 전극들에 대향하는 대향 전극들을 포함하는 제1 기판; 및 상기 픽셀 전극들에 대향하는 영역들에서 개구들을 갖는 블랙 메트릭스를 포함하는 제2 기판으로 구성되고,상기 두 기판들 사이에 삽입된 상기 액정층은 상기 픽셀 전극들과 상기 대향 전극들 사이에 인가된 전압에 의해 액정층과 거의 평행한 방향으로 발생된 전계에 의해 제어되고,선정된 면적의 개구가 상기 주사선들 또는 상기 신호선들에 대향하는 블랙 메트릭스의 적어도 일부분에 형성되는액티브 메트릭스형 액정 디스플레이 장치.
- 액티브 메트릭스형 액정 디스플레이 장치에 있어서,한 쌍의 절연성 투명 기판; 및상기 두 기판들 사이에 삽입된 액정층을 포함하되,상기 한 쌍의 절연성 투명 기판은, 복수의 주사선 및 복수의 신호선, 상기 주사선들과 상기 신호선들의 교차점들 부근에 설치된 박막 트랜지스터들, 상기 박막 트랜지스터들 각각에 접속된 픽셀 전극들, 및 상기 픽셀 전극들에 대향하는 대향 전극들을 포함하는 제1 기판; 및 상기 픽셀 전극들에 대향하는 영역들에서 개구들을 갖는 블랙 메트릭스를 포함하는 제2 기판으로 구성되고,상기 두 기판들 사이에 삽입된 상기 액정층은, 상기 픽셀 전극들과 상기 대향 전극들 사이에 인가된 전압에 의해 액정층과 거의 평행한 방향으로 발생된 전계에 의해 제어되고,선정된 면적의 슬릿이 각 픽셀 전극에 대향하는 상기 제2 기판상에 형성된 상기 블랙 메트릭스의 적어도 일부분에 형성되는액티브 메트릭스형 액정 디스플레이 장치.
- 제1항에 있어서,하나의 단위 픽셀을 고려한 경우에, Sg는 다른 전극들에 의해 커버되지 않는 주사선들의 영역과 블랙 메트릭스가 오버랩되는 영역을 표시하고, Sd는 다른 전극에 의해 커버되지 않는 신호선들의 영역과 블랙 메트릭스가 오버랩되는 영역을 표시하고, Vgoff는 비선택 기간에 신호선들의 전위를 표시하고, Vcom은 대향 전극에 공급되는 전위를 표시하고, Vs는 신호선 전위의 시간 평균을 표시하고, εH 및 εP는 디렉터 방향 및 디렉터와 수직한 방향에서의 액정의 유전 상수를 각각 표시한다면, 상기 선정된 면적은 수학식을 만족하도록 설정되는 액티브 메트릭스형 액정 디스플레이 장치.
- 액티브 메트릭스형 액정 디스플레이 장치에 있어서,한 쌍의 절연성 투명 기판; 및상기 두 기판들 사이에 삽입된 액정층을 포함하되,상기 한 쌍의 절연성 투명 기판은, 복수의 주사선 및 복수의 신호선, 상기 주사선들과 상기 신호선들의 교차점들 부근에 설치된 박막 트랜지스터들, 상기 박막 트랜지스터들 각각에 접속된 픽셀 전극들, 및 상기 픽셀 전극들에 대향하는 대향 전극들을 포함하는 제1 기판; 및 상기 픽셀 전극들에 대향하는 영역들에서 개구들을 갖는 블랙 메트릭스를 포함하는 제2 기판으로 구성되고,상기 두 기판들 사이에 삽입된 상기 액정층은, 상기 픽셀 전극들과 상기 대향 전극들 사이에 인가된 전압에 의해 액정층과 거의 평행한 방향으로 발생된 전계에 의해 제어되고,상기 제2 기판 상에 배치된 상기 블랙 메트릭스는 디스플레이 영역의 외주부로 연장되고, 상기 대향 전극과 동일한 전위로 유지되는 버스 라인은 상기 신호선들로부터의 신호의 단자와 상기 디스플레이 영역 사이에 상기 디스플레이 영역의 한 측면을 따라 형성되고, 슬릿이 상기 연장된 주사선들이 배열된 측면의 전 길이까지 연장하는 상기 블랙 메트릭스에 형성되는액티브 메트릭스형 액정 디스플레이 장치.
- 제4항에 있어서, 상기 대향 전극과 동일한 전위로 유지되는 상기 버스 라인은 상기 제1 기판 상의 상기 신호선들의 신호 단자와 디스플레이 영역 사이에서 디스플레이 영역의 측면을 따라 배치되고, 상기 블랙 메트릭스는 상기 연장된 주사선들이 배열된 측면의 전 길이에 걸쳐 형성되는 액티브 메트릭스형 액정 디스플레이 장치.
- 제1항에 있어서, 상기 블랙 메트릭스는 수지 조성물로 형성되는 액티브 메트릭스형 액정 디스플레이 장치.
- 제6항에 있어서, 상기 블랙 메트릭스는 체적 저항값이 106Ω㎝ 이상인 액티브 메트릭스형 액정 디스플레이 장치.
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