KR20070023998A - 프린지 필드 스위칭 모드 액정표시장치 - Google Patents

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KR20070023998A
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안준용
이정하
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비오이 하이디스 테크놀로지 주식회사
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Abstract

개시된 프린지 필드 스위칭 모드 액정표시장치는, 상부 기판과, 상부 기판에 이격 대향하며, 화소 영역이 마련된 하부 기판 및 상부 기판과 하부 기판 사이에 마련된 액정층을 포함하며, 하부 기판 상에는 게이트 버스 라인과, 게이트 버스 라인을 덮는 게이트 절연막과, 게이트 절연막 상에 공통 전극과, 공통 전극 상에 보호층과, 보호층 상에 슬릿 형태의 화소 전극 및 화소 전극과 보호층 상에 배향막이 순차적으로 적층됨으로써, 공통 전극과 화소 전극 사이의 보호층 두께를 줄여, 캐패시턴스를 증가시켜, 화소 전극으로부터 액정으로 인가되는 전압을 증가시켜 콘트라스트비나 시야각 특성의 저하없이 저전압에서 액정을 구동할 수 있게 하는 효과를 제공한다.

Description

프린지 필드 스위칭 모드 액정표시장치{Liquid crystal display device of fringe field switching mode}
도 1은 종래의 FFS 모드 액정표시장치의 화소 영역을 개략적으로 나타낸 단면도,
도 2는 FFS 모드 액정표시장치의 저전압 구동을 위한 등록 특허 제0466390호의 화소 영역을 개략적으로 나타낸 단면도,
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 FFS 모드 액정표시장치를 개략적으로 나타낸 단면도.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
130... 공통 전극 140... 보호층
150... 화소 전극 160... 배향막
본 발명은 프린지 필드 스위칭 모드 액정표시장치에 관한 것으로서, 특히 저전압 구동을 위한 어레이 구조에 관한 것이다.
액정표시장치는 경박단소하고 저전압 구동 및 저전력 소모라는 장점을 바탕 으로 CRT(cathode-ray tube)를 대신하여 개발되어져 왔으며, 특히 박막 트랜지스터액정표시장치는 CRT에 필적할만한 고화질화, 대형화, 컬러화 등을 실현하여 최근 여러 분야에서 다양하게 사용되고 있다.
한편, 박막 트랜지스터는 트위스티드 네마틱(twisted nematic) 구동 모드를 채택하여 왔기 때문에 시야각이 협소하다는 단점이 있었지만, 최근 IPS(in plane switching) 액정표시장치가 제안되어 협소한 시야각 문제를 어느 정도 해결하였다.
그러나, IPS 액정표시장치는 광시야각을 실현했음에도 불구하고, 공통 전극과 화소 전극이 불투명 금속으로 이루어진 것에 기인하여 개구율 및 투과율이 낮은 단점이 있어, 이를 개선하기 위하여 프린지 필드 스위칭 모드 액정표시장치가 제안되었다.
도 1은 종래의 FFS 모드 액정표시장치의 화소 영역을 개략적으로 나타낸 것이다.
도면을 참조하면, FFS 모드 액정표시장치는 상부 기판(미도시)과, 이 상부 기판에 이격 대향하는 하부 기판(미도시) 및 상부 기판과 하부 기판 사이에 개재되는 액정층(15)을 포함하여 이루어지며, 하부 기판 상에 마련되는 화소 영역은, 하부 기판 상에 공통 전극(11)을 형성하는 1st ITO가 증착되고, 이 1st ITO 상에 절연막(12)이 증착되며, 절연막(12) 상에 슬릿 형태의 화소 전극(13)을 형성하는 2nd ITO가 증착되며, 화소 전극(13) 및 노출된 절연막(12) 상에는 폴리이미드(polyimide)에 의한 배향막(14)이 증착된다.
1st ITO에 의하여 형성된 공통 전극(11)에는 기준 전압인 공통 전압이 인가 되고, 2nd ITO에 의하여 형성된 화소 전극(13)에는 액정층(15)의 액정 구동을 위한 데이터 전압이 인가되는데, 화소 전극(13)에의 데이터 전압 인가 시, 슬릿 형태의 화소 전극(13)에 의하여 화소 전극(13) 상부에는 수평 전계가 발생한다.
이 수평 전계는 액정의 광축을 회전시키며, 광학 이방성을 변화시켜 빛의 투과도에 변화를 준다.
여기서, 액정의 회전 정도는 화소 전극(13)에 인가된 데이터 전압과 공통 전극(11)에 인가된 공통 전압의 차이에 의하는데, 정확하게는 슬릿(13) 사이, 즉 화소 전극들(13) 사이에서 액정에 인가되는 전압(Vlc) 크기, 즉 아래의 식으로 표현되는 전압에 비례한다.
Vlc=VdataㆍC2 / (Clc+C2)
여기서, Clc는 액정층(15)에서의 캐패시턴스(capacitance), C2는 슬릿(13) 사이의 절연층(12)에 의하여 발생하는 캐패시턴스를 나타내며, 참고로 도면에 표시된 C1은 화소 전극(13)과 공통 전극(11)이 오버랩되는 영역에서 발생하는 캐패시턴스를 나타낸다.
그런데, 액정에 인가되는 전압은 화소 전극(13)에 인가된 전압 중 C2에 인가되는 전압을 제외한 전압이 인가되므로, 고전압 구동을 하게 되는데, 이는 비효율적인 면이 있다.
따라서, FFS 모드 액정표시장치의 효율적 구동을 위하여 저전압 구동이 요구 되었고, 이 저전압 구동을 위한 방법으로 본 출원인의 선출원 등록 특허 제0466390호에 개시되었다.
그런데, 등록 특허 제0466390호에 의하면, 도 2와 같이 슬릿(23) 사이의 절연층(22)을 제거하여, 화소 전극(23)에 인가된 데이터 전압이 모두 액정층(25)에 인가되어 FFS 모드 액정표시장치의 저전압 구동이 가능하게 되었으나, 화소 전극(23) 및 절연층(22) 패턴의 경계에서 단차가 발생하여, 초기 액정(26) 방향이 틀어지고, 광학적 리타데이션(retardation)이 생겨, 다크 상태에서 빛샘의 발생과, 콘트라스트비(contrast ratio) 및 시야각 특성이 저하되는 문제점이 있다.
본 발명은 상기의 문제점을 해결하기 위하여 창출된 것으로서, 콘트라스트비와 시야각 특성을 유지하면서 저전압으로 구동될 수 있는 개선된 FFS 모드 액정표시장치를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 프린지 필드 스위칭 모드 액정표시장치는, 상부 기판과, 상기 상부 기판에 이격 대향하며, 화소 영역이 마련된 하부 기판 및 상기 상부 기판과 하부 기판 사이에 마련된 액정층을 포함하며, 상기 하부 기판 상에는 게이트 버스 라인과, 상기 게이트 버스 라인을 덮는 게이트 절연막과, 상기 게이트 절연막 상에 공통 전극과, 상기 공통 전극 상에 보호층과, 상기 보호층 상에 슬릿 형태의 화소 전극 및 상기 화소 전극과 상기 보호층 상에 배향막이 순차적으로 적층된 것이 바람직하다.
여기서, 상기 보호층의 두께는 200~300㎚ 이내인 것이 바람직하다.
또한, 상기 배향막은 DLC막인 것이 바람직하다.
또한, 상기 DLC막은 5~10㎚ 이내의 두께를 가지며, 유전상수가 6인 것이 바람직하다.
이하 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 FFS 모드 액정표시장치의 화소 영역을 개략적으로 나타낸 단면도이다.
도면을 참조하면, FFS 모드 액정표시장치는 상부 기판(미도시)과, 상기 상부 기판에 이격 대향하며, 화소 영역이 마련된 하부 기판(미도시) 및 상기 상부 기판과 하부 기판 사이에 마련된 액정층(170)을 포함하여 이루어진다.
여기서, 본 발명과 연관되지 않는 컬러 필터 등을 구비한 상부 기판에 대해서는 그 설명 및 도면에의 도시는 생략하기로 한다.
화소 영역(100)이 마련되는 하부 기판 상에는 게이트 버스 라인(110)이 적층되고, 동시에 공통 전압을 제공하는 배선(미도시)도 같이 형성한다. 또한, 이 게이트 버스 라인(110)을 덮도록 SiNx로 이루어진 게이트 절연막(120)이 하부 기판 상에 적층된다.
그리고 게이트 절연막(120) 상에는 공통 전극(130)을 형성하는 1st ITO가 적층되는데, 이 1st ITO는 게이트 절연막(120) 하부에 형성된 공통 전압을 제공하는 배선(미도시)과 via를 통해 연결된다.
그리고 1st ITO 상에는 SiNx로 이루어진 보호층(140)이 적층되고, 이 보호층(140) 상에 2nd ITO가 적층되어, 패터닝에 의하여 슬릿 형태의 화소 전극(150)이 형성된다.
여기서, 보호층(140)의 두께는 200~300㎚ 이내로 형성되는데, 이는 화소 전극과 공통 전극 사이에 게이트 절연막과 보호층이 적층된 종래의 구조와 비교하여 절연층 두께가 반정도의 두께로, 종래보다 슬릿 사이에서의 캐패시턴스를 증가시키기 위함이다.
그리고 화소 전극(150) 및 2nd ITO의 패터닝에 의하여 노출된 보호층(140) 상에는 5~10㎚ 이내의 두께로 배향막(160)이 적층되는데, 이 배향막(160)은 DLC(diamond-like carbon)막으로 이루어진다.
이 DLC막은 종래 85㎚ 이하의 두께, 유전 상수 3.5인 폴리이미드막 대비 두께가 5~10㎚이고, 유전 상수가 6으로 배향막(160)의 캐패시턴스를 종래보다 증가시켜 배향막(160)에서의 전압 강하를 줄일 수 있고, 액정에 인가되는 전압의 증가를 유도할 수 있다.
이와 같은 액정에 인가되는 전압의 증가는 Vlc=Vdata / (1+Clc/Clca+Clc/C2)의 식에 의하여 뒷받침 된다. 여기서, Clca은 배향막에 의한 캐패시턴스 성분을 나타낸 것이다.
이와 같은 구조의 FFS 모드 액정표시장치는 게이트 절연막 위에 1st ITO를 적층시켜, 1st ITO와 2nd ITO 사이의 보호층 두께를 줄임으로써, 슬릿 사이에서의 캐패시턴스를 증가시키고, 배향막을 DLC막으로 형성하여 화소 전극으로 공급된 데이터 전압의 대부분을 액정에 인가되도록 하여 콘트라스트비나 시야각 특성의 저하 없이 저전압에서 액정을 구동할 수 있게 된다.
상술한 바와 같이 본 발명의 FFS 모드 액정표시장치에 의하면, 1st ITO와 2nd ITO 사이의 보호층 두께를 줄여, 캐패시턴스를 증가시키고, 배향막을 DLC막으로 형성함으로써, 화소 전극으로부터 액정으로 인가되는 전압을 증가시켜 콘트라스트비나 시야각 특성의 저하없이 저전압에서 액정을 구동할 수 있게 하는 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.

Claims (4)

  1. 상부 기판과, 상기 상부 기판에 이격 대향하며, 화소 영역이 마련된 하부 기판 및 상기 상부 기판과 하부 기판 사이에 마련된 액정층을 포함하는 프린지 필드 스위칭 모드 액정표시장치에 있어서,
    상기 하부 기판 상에는 게이트 버스 라인과, 상기 게이트 버스 라인을 덮는 게이트 절연막과, 상기 게이트 절연막 상에 공통 전극과, 상기 공통 전극 상에 보호층과, 상기 보호층 상에 슬릿 형태의 화소 전극 및 상기 화소 전극과 상기 보호층 상에 배향막이 순차적으로 적층된 것을 특징으로 하는 프린지 필드 스위칭 모드 액정표시장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 보호층의 두께는 200~300㎚ 이내인 것을 특징으로 하는 프린지 필드 스위칭 모드 액정표시장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 배향막은 DLC막인 것을 특징으로 하는 프린지 필드 스위칭 모드 액정표시장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 DLC막은 5~10㎚ 이내의 두께를 가지며, 유전상수가 6인 것을 특징으로 하는 프린지 필드 스위칭 모드 액정표시장치.
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