KR20040105470A - 횡전계방식 액정표시소자 및 그 제조방법 - Google Patents

횡전계방식 액정표시소자 및 그 제조방법 Download PDF

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KR20040105470A
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박철우
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김광태
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엘지.필립스 엘시디 주식회사
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Abstract

본 발명은 화면의 대비비(contrast ratio)를 향상시킬 수 있는 액정표시소자에 관한 것으로, 본 발명은 서로 대향하는 제1 및 제2기판과; 상기 제1기판에 종횡으로 배열되어 화소영역을 정의하는 게이트라인 및 데이터라인과; 상기 화소영역 배치된 복수의 광차단라인과; 상기 광차단라인 상에 배치되어 화소내에 횡전계를 발생시키는 공통전극 및 화소전극과; 상기 제1기판과 제2기판 사이에 형성된 액정층 포함하여 이루어지는 횡전계방식 액정표시소자를 제공한다.

Description

횡전계방식 액정표시소자 및 그 제조방법{IN PLANE SWITCHING MODE LIQUID CRYSTAL DISPLAY DEVICE AND FABRICATION METHOD THEREOF}
본 발명은 액정표시소자에 관한 것으로, 특히 대비비(contrast ratio)를 향상시킬 수 있는 횡전계방식 액정표시소자 및 그 제조방법에 관한 것이다.
고화질, 저전력의 평판 표시 소자(flat panel display device)로서 주로 사용되는 트위스트 네마틱모드(twisted nematic mode) 액정표시소자(liquid crystal display device)는 시야각이 좁다는 단점이 있다. 이것은 액정분자의 굴절율 이방성(refractive anisotropy)에 기인하는 것으로, 기판과 수평하게 배향된 액정분자가 액정패널(liquid crystal display panel)에 전압이 인가될 때 기판과 거의 수직방향으로 배향되기 때문이다.
따라서, 액정분자를 기판과 거의 수평한 방향으로 배향하여 시야각 문제를 해결하는 횡전계방식 액정표시소자(In Plane Switching mode LCD)가 최근에 활발하게 연구되고 있다.
도 1은 일반적인 횡전계방식 액정표시소자의 단위화소를 개략적으로 나타낸 것으로, 도 1a는 평면도이고, 도 1b는 도 1a의 I-I'선의 단면도이다.
도면에 도시된 바와 같이, 투명한 제1기판(10) 상에 게이트라인(1) 및 데이터라인(3)이 종횡으로 배열되어 화소영역을 정의한다. 실제의 액정표시소자에서는 n개의 게이트라인(1)과 m개의 데이터라인(3)이 교차하여 n×m개의 화소가 존재하지만, 도면에는 설명을 간단하게 하기 위해 단지 한 화소만을 나타내었다.
상기 게이트라인(1)과 데이터라인(3)의 교차점에는 게이트전극(1a), 반도체층(5) 및 소스/드레인전극(2a, 2b)으로 구성된 박막트랜지스터(thin film transistor;9)가 배치되어 있으며, 상기 게이트전극(1a) 및 소스/드레인전극(2a, 2b)은 각각 게이트라인(1) 및 데이터라인(3)에 접속된다. 또한, 게이트절연막(8)은기판 전체에 걸쳐서 적층되어 있다.
화소영역 내에는 상기 게이트라인(1)과 평행하게 공통라인(4)이 배열되고, 액정분자를 스위칭 시키는 적어도 한쌍의 전극 즉, 공통전극(6)과 화소전극(7)이 데이터라인(3)과 평행하게 배열되어 있다. 상기 공통전극(6)은 게이트라인(1)과 동일한 공정에서 형성되어 공통라인(4)에 접속되며, 화소전극(7)은 소스/드레인 전극(2a, 2b)과 동일한 공정에 형성되어 박막트랜지스터(9)의 드레인전극(2b)과 접속된다. 그리고, 상기 소스/드레인전극(2a, 2b)을 포함하는 기판 전체에 걸쳐서 보호막(11)이 형성되어 있다. 또한, 상기 공통라인(4)과 중첩하며, 화소전극(7)과 접속하는 화소전극라인(14)은 그 사이에 개재된 절연막(8)을 사이에 두고 스토리지커패시터(Cst)를 형성한다.
또한, 제2기판(20)에는 박막트랜지스터(9), 게이트라인(1) 및 데이터라인(3)으로 빛이 새는 것을 방지하는 블랙매트릭스(21)와 칼라를 구현하기 위한 칼라필터(23)가 형성되어 있으며, 그 위에는 칼라필터(23)를 평탄화하기 위한 오버코트막(25)이 도포되어 있다. 그리고, 상기 제1기판(10) 및 제2기판(20)의 대향면에는 액정의 초기 배향방향을 결정짓는 배향막(12a,12b)이 도포되어 있다.
또한, 상기 제1기판(10) 및 제2기판(20) 사이에는 상기 공통전극(6) 및 화소전극(7)에 인가되는 전압에 의해 빛의 투과율을 조절하는 액정층(13)이 형성되어 있다.
상기와 같은 구조를 가지는 횡전계방식 액정표시소자에서 전압이 인가되지 않는 경우에는 액정층(13) 내에 액정분자가 제1 및 제2기판(10,20)의 대향면에 도포된 배향막의 배향방향을 따라 배향되지만, 공통전극(6)과 화소전극(7) 사이에 전압이 인가되면 기판과 평행하게 스위칭되어, 상기 게이트라인(1)과 나란한 방향으로 배향된다.
상기한 바와 같이, 액정층(13)내의 액정 분자가 항상 동일한 평면(plane) 상에서 스위칭되어 상하방향 및 좌우방향의 시야각 방향에서 계조표시(grey level)의 반전이 일어나지 않기 때문에 시야각을 향상시킬 수가 있다.
그러나, 상기와 같은 종래 횡전계방식 액정표시소자는 공통전극(6), 화소전극(7)의 에지영역(D)에 분포하는 액정들의 구동특성이 다른 영역분포 하는 액정들과 다르게 나타나기 때문에 대비비(contrast ratio)가 감소하는 문제점이 있었다.
상기와 같은 대비비 감소는 다음과 같은 두 가지 이유에서 발생된다.
또한, 도 1b의 확대도면에 도시된 바와 같이, 공통전극(6) 상부에 도포되어 있는 게이트절연막(8), 보호막(11) 및 제1배향막(12a)은 상기 공통전극(6)으로 인하여 그 에지영역(D)에 단차가 발생하게 된다. 상기 에지영역(D)에 분포하는 액정들은 전경(disclination)의 영향으로 다른 영역에 분포되어 있는 액정들과 구동 특성이 다르게 나타난다. 특히, 블랙화면을 나타낼 때, 상기 에지영역(D)에서 빛샘이 발생하여 대비비(contrast ratio)가 감소하게 되며, 이로 인해 화질이 저하되는 문제점이 발생하게 된다.
또한, 도 1c에 도시된 바와 같이, 상기 공통전극(6) 및 화소전극(7)에 전압이 인가되면 전계가 발생되고, 액정(13)은 상기 전계방향을 따라 배열된다. 그런데, 이때, 상기 두 전극(6,7)의 에지영역(D)에 발생된 전계는 상기 공통전극(6) 및화소전극(7) 사이의 광투과영역에 발생되는 전계방향과 일치하지 않고, 완전한 횡전계가 아니기 때문에 이 영역의 투과도(T)는 떨어지게 된다. 도면에 나타낸 투과도는 최대 전압이 인가되었을때, 액정의 분포위치에 따른 투과도를 나타낸 것이다.
따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해서 이루어진 것으로, 본 발명의 목적은 블랙레벨을 감소시켜 대비비(contrast ratio)를 향상시킬 수 있는 횡전계방식 액정표시소자 및 그 제조방법을 제공하는데 있다.
기타 본 발명의 목적 및 특징은 이하의 발명의 구성 및 특허청구범위에서 상세히 기술될 것이다.
도 1a∼1c는 종래 횡전계방식 액정표시소자를 나타낸 도면.
도 2a 및 도 2b는 본 발명의 제1실시예를 나타낸 도면.
도 3은 본 발명의 지그재그 구조를 나타낸 도면.
도 4는 본 발명의 제2실시예를 나타낸 도면.
도 5는 본 발명의 제3실시예를 나타낸 도면.
***도면의 주요부분에 대한 부호의 설명***
101: 게이트라인 103: 데이터라인
104: 공통라인 106,206: 공통전극
107,207,307: 화소전극 108,208,308: 게이트절연막
111,211,311:보호막 113,213,313: 액정층
123,223,323: 칼라필터 150,250,350: 광차단라인
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은 서로 대향하는 제1 및 제2기판과; 상기 제1기판에 종횡으로 배열되어 화소영역을 정의하는 게이트라인 및 데이터라인과; 상기 화소영역 배치된 복수의 광차단라인과; 상기 광차단라인 상에 배치되어 화소내에 횡전계를 발생시키는 공통전극 및 화소전극과; 상기 제1기판과 제2기판 사이에 형성된 액정층 포함하여 이루어지는 횡전계방식 액정표시소자를 제공한다.
또한, 서로 대향하는 제1 및 제2기판과; 상기 제1기판에 종횡으로 배열되어 화소영역을 정의하는 게이트라인 및 데이터라인과; 상기 화소영역 배치되어 횡전계를 발생시키며 동일한 평면상에 형성된 공통전극 및 화소전극과; 상기 제2기판에 형성되며, 상기 공통전극 및 화소전극과 대응하는 영역에 상기 공통전극 및화소전극보다 넓을 폭을 갖는 광단라인과; 상기 제1기판과 제2기판 사이에 형성된 액정층 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 횡전계방식 액정표시소자를 제공한다.
또한, 본 발명은 제1 및 제2기판을 준비하는 단계와; 상기 제1기판 상에 블랙매트릭스와 함께 광차단라인을 형성하는 단계와; 상기 블랙매트릭스 및 광차단라인 상에 칼라필터를 형성하는 단계와; 상기 제1 및 제2기판 사이에 액정을 형성하는 단계를 포함하여 이루어지는 횡전계방식 액정표시소자의 제조방법을 제공한다.
이하, 첨부한 도면을 통하여 상기와 같이 이루어진 본 발명의 횡전계방식 액정표시소자 및 그 제조방법에 대하여 상세히 설명한다.
도 2a 및 도 2b는 본 발명의 제1실시예에 따른 횡전계방식 액정표시소자의 단면을 나타낸 것으로, 도 2a는 평면도이고, 도 2b는 도 2a의 II-II'의 단면도이다. 도면에 도시된 바와 같이, 본 발명에 의한 횡전계방식 액정표시소자는 투명한 제1기판(110)에 게이트라인(101) 및 데이터라인(103)이 종횡으로 배열되어 화소영역을 정의하고, 상기 게이트라인(101)과 평행하게 공통라인(104)이 배치되어 있으며, 상기 공통라인(104)과 중첩하는 화소전극라인(114)이 배치되어 있다. 여기에서, 상기 공통라인(104)과 화소전극라인(114)은 기판 전면에 절연막(미도시)을 사이에 두고 스토리지커패시터(Cst)를 형성한다. 또한, 상기 게이트라인(101)과 데이터라인(103)의 교차영역에는 게이트전극(101a), 반도체층(105) 및 소스/드레인 전극(102a, 102b)으로 구성된 박막트랜지스터(thin film transistor;109)가 배치되어 있으며, 상기 게이트전극(101a) 및 소스전극(102a)은 각각 게이트라인(101) 및 데이터라인(103)에 접속되고, 상기 드레인전극(102b)은 상기 화소전극라인(114)으로부터 수직으로 분기된 화소전극(107)과 연결되어 있다.
또한, 상기 화소영역에는 상기 공통라인(104) 및 화소전극라인(114)으로부터 수직으로 분기되어 화소내에서 횡전계를 발생시키는 화소전극(107) 및 공통전극(106)이 교대로 배치되어 있다. 이때, 공통전극(106)은 화소의 외곽에 배치되어 있으며, 이는 데이터라인(103)에 인가된 신호가 화소전극(107)에 미치는 영향을 효과적으로 차단시키기 위한 것이다.
그리고, 상기 공통전극(106) 및 화소전극(107)의 하부에는 광차단라인(150)이 배치되어 있으며, 상기 광차단라인(150)은 상기 공통전극(106) 및 화소전극(107)의 에지영역에서 빛이 새는 것을 막아주는 역할을 한다.
또한, 상기 공통전극(106) 및 화소전극(107)의 구조는 지그재그 형상도 적용가능하다. 도 3에 도시된 바와 같이, 공통전극(106)과 화소전극(107)이 지그재그 형상으로 이루어진 구조는 한 화소에 위치하는 액정이 모두 한 방향으로 배열되지 않고 서로다른 방향으로 배열되어 멀티도메인(multi domain)을 유도할 수도 있다. 즉, 멀티 도메인(multi domain) 구조로 인해 액정의 복굴절(birefringence) 특성에 의한 이상 광을 서로 상쇄시키기 때문에 칼라쉬프트(color shift) 현상을 최소화 할 수 있는 장점을 가진다. 이때, 광차단라인(103)도 공통전극(106) 및 화소전극(107)과 같이 지그재그 형상으로 형성할 수 있다. 상기 지그재그 구조의 구부러진 각도는 액정의 배향방향에 대해 1∼30°정도로 한다.
또한, 도 2b에 도시된 바와 같이, 투명한 제1기판(110)과 제2기판(120)이 서로 대향하고 있으며, 그 사이에는 액정층(113)이 형성되어 있다.
상기 제1기판(110)에는 횡전계를 발생시키는 공통전극(106) 및 화소전극(107)이 배치되어 있으며, 이들은 모두 광차단라인(150) 위에 형성되어 있다. 그리고, 상기 공통전극(106) 및 화소전극(107) 사이에는 절연막(108)이 개재되어 있으며, 화소전극(107)을 포함하는 기판 전면에는 보호막(111) 및 제1배향막(112a)이 도포되어 있다.
상기 광차단라인(150)은 공통전극(106) 및 화소전극(107)의 에지영역(D')을 모두 포함하도록 형성되어 있으며, 상기 공통전극(106) 및 화소전극(107) 사이에 발생되는 전계의 왜곡을 막기 위하여 블랙레진과 같은 비전도성 물질로 형성한다. 또한, 상기 화소전극(107) 영역에 형성된 광차단라인(150)은 게이트절연막(108) 위에 형성될 수도 있다. 이때, 상기 광차단라인(150)은 종래(도1a,도1b참조) 공통전극 및 화소전극과 동일한 폭으로 형성되고, 상기 공통전극(106) 및 화소전극(107)은 그 에지영역(D')이 상기 광차단라인(150)의해 모두 가려져야 하기 때문에 종래 공통전극 및 화소전극의 폭보다 작게 형성되어야한다. 따라서, 본 발명에서는 공통전극 및 화소전극의 에지영역을 가릴 수 있는 광차단라인을 배치하더라도, 종래와 동일한 개구율을 얻을 수가 있다.
그리고, 상기 제2기판(120)에는 칼라를 구현하기 위한 칼라필터(123)와, 상기 제1배향막(112a)과 함께 액정의 초기 배향상태를 결정하는 제2배향막(112b)이 도포되어 있다.
상기와 같이 구성된 본 발명은 상기 광차단라인(150)이 공통전극(106) 및 화소전극(107)의 에지영역(D')으로 빛이 투과하는 것을 차단하여 블랙상태에서 상기 에지영역(D')으로 빛이 새는 것을 막을 수가 있다. 따라서, 동일한 개구율을 유지하면서, 블랙레벨을 감소시키기 때문에 대비비(contrast ratio; 이하, C/R이라함)를 향상시킬 수가 있다.
그러나, 상기와 같은 제1실시예에서 공통전극(106) 및 화소전극(107)이 게이트절연막(108)을 사이에 두고 형성되어 있기 때문에 완전한 횡전계를 발생시키는데 한계가 있다.
도 4는 상기와 같은 문제를 해결할 수 있는 본 발명의 제2실시예를 나타낸 단면도로써, 공통전극 및 화소전극의 위치를 제외한 모든 구성요소가 제1실시예와 동일하며 그 차이점만을 설명하도록 한다. 도면에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제2실시예는 공통전극(206) 및 화소전극(207)이 보호막(211) 위에 형성되어 있으며, 공통전극(206) 및 화소전극(207)의 에지영역(D')을 가려주는 광차단라인(250)이 그 하부에 형성되어 있다. 도면에는 상기 광차단라인(250)이 제1기판(210) 위에 형성되어 있으나, 상기 광차단라인(250)은 게이트절연막(208) 위에 형성될 수도 있다.
상기한 바와 같이, 공통전극(206)과 화소전극(207)이 동일한 평면상에 형성되어 있기 때문에 액정의 스위칭 속도가 더욱 빨라지게 되어 동화상 구현시 화상이 끊어지는 현상을 방지할 수 있다. 즉, 이전실시예(도2b)에서는 게이트절연막을 사이에 두고 화소전극과 공통전극이 형성되어 있는 반면에 본 발명은 화소전극과 공통전극이 동일 평면상에 형성되어 있기 때문에 두 전극 사이의 액정층에 인가되는전계가 종래에 비하여 더욱 강하게 생성된다. 이러한, 강한 전계에 의해 액정층 내의 액정분자가 더욱 빠른 속도로 스위칭되기 때문에 동화상 등의 구현이 용이해진다.
상기한 바와 같이, 본 발명의 제1 및 제2실시예에서는 제1기판(110,210)에 광차단라인(150,250)을 두어 공통전극(106,206) 및 화소전극(107,207)의 에지영역(D')으로 빛이 새는 것을 막을 수가 있다. 그러나, 상기 광차단라인(150,250)을 형성하기 위하여 별도의 공정을 진행해야 하는 번거로움이 있다.
도 5는 본 발명의 제3실시예를 나타낸 것으로, 별도의 추가공정 없이도 광차단라인을 형성할 수 있는 횡전계방식 액정표시소자를 나타낸 것이다.
도면에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제3실시예는 제1기판(310)과 제2기판(320) 그리고, 그 사이에 형성된 액정층(330)으로 구성되어 있다.
상기 제1기판(310) 위에는 공통전극(306) 및 화소전극(307)이 형성되어 있으며, 상기 공통전극(306) 및 화소전극(307) 사이에는 게이트절연막(308)이 개재되어 있다. 이때, 상기 공통전극(306) 및 화소전극(307)은 보호막(311) 위에 형성될 수도 있다.
그리고, 상기 제2기판(320)에는 상기 공통전극(306) 및 화소전극(307)에 대응하는 위치에 광차단라인(350)이 형성되어 있으며, 그 상부에는 칼라필터(323)가 형성되어 있다. 상기 광차단라인(350)은 블랙매트릭스 형성시 함께 형성되는 것으로, 도면에 도시되진 않았지만, 상기 블랙매트릭스는 제1기판의 박막트랜지스터,게이트라인 및 데이터라인과 대응하는 영역에 빛샘을 막기 위하여 형성된 것이다. 이때, 상기 광차단라인(350)은 상기 공통전극(306) 및 화소전극(307)의 폭보다 넓게 형성되어야 하며, 공통전극(306) 및 화소전극(307)의 에지영역(D')을 모두 가릴 수 있어야 한다.
이와 같이, 본 실시예에서는 제2기판(320)에 광차단라인(350)을 둠으로써, 별도의 공정없이 광차단라인(350)을 형성할 수가 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명은 공통전극 및 화소전극의 에지영역으로의 빛샘을 막아 C/R을 향상시킬 수 있는 횡전계방식 액정표시소자를 제공한다. 특히, 본 발명에서는 상기 공통전극 및 화소전극의 에지영역을 막을 수 있는 광차단라인을 배치함으로써, 블랙레벨을 감소시켜 C/R을 향상시킨다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 의하면, 공통전극 및 화소전극의 폭보다 넓은 광차단라인을 형성함으로써, 상기 공통전극 및 화소전극의 에지영역으로 투과되는 빛을 차단할 수 있다. 이에 따라, 상기 블랙레벨을 감소시킬 수 있으며, C/R을 향상시킬 수가 있다.

Claims (16)

  1. 서로 대향하는 제1 및 제2기판과;
    상기 제1기판에 종횡으로 배열되어 화소영역을 정의하는 게이트라인 및 데이터라인과;
    상기 화소영역 배치된 복수의 광차단라인과;
    상기 광차단라인 상에 배치되어 화소내에 횡전계를 발생시키는 공통전극 및 화소전극과;
    상기 제1기판과 제2기판 사이에 형성된 액정층 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 횡전계방식 액정표시소자.
  2. 제1항에 있어서, 상기 광차단라인은 공통전극 및 화소전극의 폭보다 넓은 것을 특징으로 하는 횡전계방식 액정표시소자.
  3. 제1항에 있어서, 상기 광차단라인은 비전도성 물질로 이루어진 것을 특징으로 하는 횡전계방식 액정표시소자.
  4. 제1항에 있어서, 상기 공통전극 및 화소전극은 불투명금속으로 이루어진 것을 특징으로 하는 횡전계방식 액정표시소자.
  5. 제1항에 있어서, 상기 공통전극은 투명한 전도성 물질로 이루어진 것을 특징으로 하는 횡전계방식 액정표시소자.
  6. 제1항에 있어서, 상기 화소전극은 투명한 전도성 물질로 이루어진 것을 특징으로 하는 횡전계방식 액정표시소자.
  7. 제6항 또는 제7항에 있어서, 상기 투명한 전도성 물질은 ITO(indium in oxide) 또는 IZO(indium zinc oxide)로 이루어진 것을 특징으로 하는 횡전계방식 액정표시소자.
  8. 제1항에 있어서, 상기 공통전극 및 화소전극은 지그재그 형태인 것을 특징으로 하는 횡전계방식 액정표시소자.
  9. 제1항에 있어서, 상기 광차단라인은 지그재그 형태인 것을 특징으로 하는 횡전계방식 액정표시소자.
  10. 서로 대향하는 제1 및 제2기판과;
    상기 제1기판에 종횡으로 배열되어 화소영역을 정의하는 게이트라인 및 데이터라인과;
    상기 화소영역 배치되어 횡전계를 발생시키며 동일한 평면상에 형성된 공통전극 및 화소전극과;
    상기 제2기판에 형성되며, 상기 공통전극 및 화소전극과 대응하는 영역에 상기 공통전극 및 화소전극보다 넓을 폭을 갖는 광단라인과;
    상기 제1기판과 제2기판 사이에 형성된 액정층 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 횡전계방식 액정표시소자.
  11. 제10항에 있어서, 상기 공통전극 및 화소전극은 불투명금속으로 이루어진 것을 특징으로 하는 횡전계방식 액정표시소자.
  12. 제10항에 있어서, 상기 공통전극 및 화소전극은 투명한 전도성 물질로 이루어진 것을 특징으로 하는 횡전계방식 액정표시소자.
  13. 제12항에 있어서, 상기 투명한 전도성 물질은 ITO(indium in oxide) 또는 IZO(indium zinc oxide)로 이루어진 것을 특징으로 하는 횡전계방식 액정표시소자.
  14. 제10항에 있어서, 상기 공통전극 및 화소전극은 지그재그 형태인 것을 특징으로 하는 횡전계방식 액정표시소자.
  15. 제10항에 있어서, 상기 광차단라인은 지그재그 형태인 것을 특징으로 하는 횡전계방식 액정표시소자.
  16. 제1 및 제2기판을 준비하는 단계와;
    상기 제1기판 상에 블랙매트릭스와 함께 광차단라인을 형성하는 단계와;
    상기 블랙매트릭스 및 광차단라인 상에 칼라필터를 형성하는 단계와;
    상기 제1 및 제2기판 사이에 액정을 형성하는 단계를 포함하여 이루어지는 횡전계방식 액정표시소자의 제조방법.
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