KR20140000589A

KR20140000589A - 광시야각 액정표시소자

Info

Publication number: KR20140000589A
Application number: KR1020120068219A
Authority: KR
Inventors: 한예슬; 이병현
Original assignee: 엘지디스플레이 주식회사
Priority date: 2012-06-25
Filing date: 2012-06-25
Publication date: 2014-01-03
Also published as: KR101897749B1

Abstract

본 발명은 대각선방향의 빛샘을 방지하기 위한 액정표시소자에 관한 것으로, 복수의 게이트라인과 데이터라인에 의해 정의되는 복수의 화소를 포함하는 기판; 상기 화소 각각에 형성된 박막트랜지스터; 및 상기 화소에 형성되어 전계를 형성하는 공통전극 및 화소전극으로 구성되며, 화소에 배치된 공통전극은 화소내에서 서로 대칭으로 절곡되어 배열되고 상기 화소에 인접하는 화소에 배치된 공통전극은 화소내에서 서로 대칭으로 절곡되어 배열되며, 서로 인접하는 화소에 형성된 공통전극의 절곡방향은 서로 반대방향인 것을 특징으로 한다.

Description

광시야각 액정표시소자{LIQUID CRYSTAL DISPLAY DEVICE HAVING WIDE VIEWING ANGLE}

본 발명은 액정표시소자에 관한 것으로, 특히 보상필름을 구비하여 시야각특성이 향상된 광시야각 액정표시소자에 관한 것이다.

근래, 핸드폰(Mobile Phone), PDA, 노트북컴퓨터와 같은 각종 휴대용 전자기기가 발전함에 따라 이에 적용할 수 있는 경박단소용의 평판표시장치(Flat Panel Display Device)에 대한 요구가 점차 증대되고 있다. 이러한 평판표시장치로는 LCD(Liquid Crystal Display), PDP(Plasma Display Panel), FED(Field Emission Display), VFD(Vacuum Fluorescent Display) 등이 활발히 연구되고 있지만, 양산화 기술, 구동수단의 용이성, 고화질의 구현이라는 이유로 인해 현재에는 액정표시소자(LCD)가 각광을 받고 있다.

이러한 액정표시소자는 액정분자의 배열에 따라 다양한 표시모드가 존재하지만, 현재에는 흑백표시가 용이하고 응답속도가 빠르며 구동전압이 낮다는 장점때문에 주로 TN모드의 액정표시소자가 사용되고 있다. 이러한 TN모드 액정표시소자에서는 기판과 수평하게 배향된 액정분자가 전압이 인가될 때 기판과 거의 수직으로 배향된다. 따라서, 액정분자의 굴절율 이방성(refractive anisotropy)에 의해 전압의 인가시 시야각이 좁아진다는 문제가 있었다.

이러한 시야각문제를 해결하기 위해, 근래 광시야각특성(wide viewing angle characteristic)을 갖는 각종 모드의 액정표시소자가 제안되고 있지만, 그중에서도 횡전계모드(In Plane Switching Mode)의 액정표시소자가 실제 양산에 적용되어 생산되고 있다. 상기 IPS모드 액정표시소자는 화소내에 평행으로 배열된 적어도 한쌍의 전극을 형성하여 기판과 실질적으로 평행한 횡전계를 형성함으로써 액정분자를 평면상으로 배향시키는 것이다.

특히, 근래에 IPS모드 액정표시소자의 단점인 콘트라스트비를 향상시키고 스위칭속도를 향상시키기 위해 초기 액정분자를 기판과 수직으로 배향한 후, 횡전계가 인가됨에 따라 액정분자를 기판의 표면과 수평으로 배향하는 수직IPS모드 액정표시소자가 제안되고 있다.

도 1은 일반적인 IPS모드 액정표시소자의 구조를 나타내는 도면으로, 도 1(a)는 평면도이고 도 1(b)는 도 1(a)의 I-I'선 단면도이다.

도 1(a)에 도시된 바와 같이, 액정패널(1)의 화소는 종횡으로 배치된 게이트라인(3) 및 데이터라인(4)에 의해 정의된다. 도면에는 비록 (n,m)번째 및 (n,m+1)번째의 화소만을 도시하고 있지만 실제의 액정패널(1)에는 상기한 게이트라인(3)과 데이터라인(4)이 각각 n개 및 m개 배치되어 액정패널(1) 전체에 걸쳐서 n×m개의 화소를 형성한다. 상기 화소내의 게이트라인(3)과 데이터라인(4)의 교차영역에는 박막트랜지스터(10)가 형성되어 있다. 상기 박막트랜지스터(10)는 게이트라인(3)으로부터 주사신호가 인가되는 게이트전극(11)과, 상기 게이트전극(11) 위에 형성되어 주사신호가 인가됨에 따라 활성화되어 채널층을 형성하는 반도체층(12)과, 상기 반도체층(12) 위에 형성되어 데이터라인(4)을 통해 화상신호가 인가되는 소스전극(13) 및 드레인전극(14)으로 구성되어 외부로부터 입력되는 화상신호를 액정층(40)에 인가한다.

화소내에는 데이터라인(4)과 실질적으로 평행하게 배열된 복수의 공통전극(5)과 화소전극(7)이 배치되어 있다. 또한, 화소의 중간에는 상기 공통전극(5)과 접속되는 공통라인(16)이 배치되어 있으며, 상기 공통라인(16) 위에는 화소전극(7)과 접속되는 화소전극라인(18)이 배치되어 상기 공통라인(16)과 오버랩되어 있다. 상기 공통라인(16)과 화소전극라인(18)의 오버랩에 의해 횡전계모드 액정표시소자에는 축적용량(storage capacitance)이 형성된다.

공통전극(5)과 화소전극(7)은 화소내에서 수평방향을 중심으로 1회 절곡되어 있다. 이와 같이, 공통전극(5)과 화소전극(7)이 1회 절곡됨에 따라 화소의 중앙을 기준으로 하부와 상부영역의 공통전극(5)과 화소전극(7)의 연장방향이 수평방향을 기준으로 대칭으로 배치된다.

또한, 서로 인접하는 (n,m)번째 화소의 공통전극(5)과 화소전극(7)과 (n,m+1)번째 화소의 공통전극(5)과 화소전극(7) 모두 동일한 방향으로 절곡되어, 액정표시소자 전체에 걸쳐 모든 화소의 공통전극(5)과 화소전극(7)이 동일한 방향으로 절곡된다.

상기와 같이 구성된 수직IPS모드 액정표시소자에서 액정분자는 공통전극(5) 및 화소전극(7)과 실질적으로 평행으로 배향되어 있다. 박막트랜지스터(10)가 작동하여 화소전극(7)에 신호가 인가되면, 공통전극(5)과 화소전극(7) 사이에는 액정패널(1)과 실질적으로 평행한 횡전계가 발생하게 된다. 액정분자는 상기 횡전계를 따라 액정패널(1)과 평행하게 회전하게 되므로, 액정분자의 굴절율 이방성에 의한 계조반전을 방지할 수 있게 된다.

이때, 화소의 공통전극(5)과 화소전극(7)이 절곡되어 있으므로, 화소의 중앙영역을 기준으로 상부영역과 하부영역에서의 횡전계의 방향이 서로 대칭으로 되어 액정분자의 배열이 상부영역 및 하부영역에서 대칭으로 배열된다. 이와 같이, 한 화소내에서 액정분자가 대칭으로 배열됨에 따라 한화소내에서의 시야각방향이 대칭으로 형성되어 시야각이 서로 보상됨으로써 시야각특성이 향상된다.

상기한 구조의 종래 IPS모드 액정표시소자를 도 1(b)의 단면도를 참조하여 더욱 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 1(b)에 도시된 바와 같이, 제1기판(20) 위에는 게이트전극(11)이 형성되어 있으며, 상기 제1기판(20) 전체에 걸쳐 게이트절연층(22)이 적층되어 있다. 상기 게이트절연층(22) 위에는 반도체층(12)이 형성되어 있으며, 그 위에 소스전극(13) 및 드레인전극(14)이 형성되어 있다. 또한, 상기 제1기판(20) 전체에 걸쳐 보호층(passivation layer;24)이 형성되어 있으며, 그 위에 러빙 등의 방법에 의해 액정분자를 특정 방향으로 배향하기 위한 배향방향이 결정된 제1배향막(28a)이 형성되어 있다.

또한, 상기 제1기판(20) 위에는 복수의 공통전극(5)이 형성되어 있고 게이트절연층(22) 위에는 화소전극(7) 및 데이터라인(4)이 형성되어, 상기 공통전극(5)과 화소전극(7) 사이에 횡전계(E)가 발생한다.

제2기판(30)에는 블랙매트릭스(32)와 컬러필터층(34)이 형성되어 있다. 상기 블랙매트릭스(32)는 액정분자가 동작하지 않는 영역으로 광이 누설되는 것을 방지하기 위한 것으로, 도면에 도시한 바와 같이 박막트랜지스터(10) 영역 및 화소와 화소 사이(즉, 게이트라인 및 데이터라인 영역)에 주로 형성된다. 컬러필터층(34)은 R(Red), B(Blue), G(Green)로 구성되어 실제 컬러를 구현하기 위한 것이다. 컬러필터층(34) 위에는 상기 컬러필터층(34)을 보호하고 기판의 평탄성을 향상시키기 위한 오버코트층(overcoat layer;36)가 형성되어 있으며, 그위에 배향방향이 결정된 제2배향막(28b)이 형성되어 있다.

상기 제1기판(20) 및 제2기판(30) 사이에는 액정층(40)이 형성되어 액정패널(1)이 완성된다.

상기한 바와 같이, IPS모드 액정표시소자에서는 기판(20)과 게이트절연층(22)에 각각 형성된 공통전극(5)과 화소전극(7)에 의해 액정층(40) 내부에 횡전계가 발생하여 액정층(40) 내부의 액정분자를 기판(20,30)과 평면상태로 회전하게 되므로, 액정분자의 굴절율 이방성에 의한 계조반전을 방지할 수 있게 된다.

그러나, 상기와 같은 IPS모드 액정표시소자에는 다음과 같은 문제가 있다. 즉, IPS모드 액정표시소자에서는 액정분자가 횡전계를 따라 기판의 평면과 평행하게 회전하게 되므로, 액정분자의 굴절율 이방성에 의한 계조반전을 방지할 수 있게 되어 상하방향이나 좌우방향의 시야각특성이 향상되지만 화면의 대각선방향에서의 시야각특성은 향상되지 않는 문제가 있었다.

본 발명은 상기한 문제를 해결하기 위한 것으로, 서로 인접하는 화소의 공통전극 및 화소전극의 배치를 서로 반대방향으로 하여 대각선방향으로의 빛샘을 최소화할 수 있는 액정표시소자를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기한 목적을 달성하기 위해, 본 발명에 따른 액정표시소자는 복수의 게이트라인과 데이터라인에 의해 정의되는 복수의 화소를 포함하는 기판; 상기 화소 각각에 형성된 박막트랜지스터; 및 상기 화소에 형성되어 전계를 형성하는 공통전극 및 화소전극으로 구성되며, 화소에 배치된 공통전극은 화소내에서 서로 대칭으로 절곡되어 배열되고 상기 화소에 인접하는 화소에 배치된 공통전극은 화소내에서 서로 대칭으로 절곡되어 배열되며, 서로 인접하는 화소에 형성된 공통전극의 절곡방향은 서로 반대방향인 것을 특징으로 한다.

상기 공통전극과 화소전극은 띠형상으로 서로 평행하게 게이트라이 및 데이터라인을 따라 배열된다.

또한, 상기 화소전극은 기판 위에 화소 전체에 걸쳐 형성되고 공통전극은 띠형상으로 복수개 형성되어 절연층을 사이에 두고 화소전극과 오버랩되며, 이때 공통전극은 화소내에서 중앙선을 기준으로 일정각도로 서로 대칭으로 배치되고 서로 인접하는 화소에서 공통전극이 서로 반대방향으로 배열된다.

본 발명에서는 서로 인접하는 화소의 공통전극 및 화소전극의 배치를 서로 반대방향으로 하여 대각선방향으로의 빛샘을 최소화할 수 있게 된다. 더욱이 본 발명에서는 별도의 보상필름이나 구조의 부가 없이 빛샘을 최소화하기 때문에, 제조비용이 증가하거나 제조공정이 복잡해지는 것을 방지할 수 있게 된다.

도 1a 및 도 1b는 종래 액정표시소자의 구조를 나타내는 도면.
도 3a는 액정표시소자를 정면에서 보았을 때의 상하 편광판의 흡수축을 나타내는 도면.
도 3b는 액정표시소자를 대각선방향에서 보았을 때의 상하 편광판의 흡수축을 나타내는 도면.
도 4a 및 도 4b는 본 발명의 제1실시예에 따른 액정표시소자의 구조를 나타내는 도면.
도 5는 본 발명에 따른 제1실시예에 따른 액정표시소자의 화소구조를 나타내는 도면.
도 6은 본 발명에 따른 제1실시예에 따른 액정표시소자에서 대각선방향의 빛샘을 방지하는 것을 개념적으로 나타내는 도면.
도 7a 및 도 7b는 각각 종래 액정표시소자와 본 발명에 따른 액정표시소자의 노멀리화이트모드에서의 휘도시야각 특성을 시뮬레이션한 결과를 나타내는 도면.
도 8a 및 도 8b는 각각 종래 액정표시소자와 본 발명에 따른 액정표시소자의 노멀리블랙모드에서의 휘도시야각 특성을 시뮬레이션한 결과를 나타내는 도면.
도 9a 및 도 9b는 각각 종래 액정표시소자와 본 발명에 따른 액정표시소자의 명암대조비(contrast ratio) 특성을 시뮬레이션한 결과를 나타내는 도면.
도 10은 본 발명의 제2실시에에 따른 액정표시소자의 화소구조를 나타내는 도면.
도 11a 및 도 11b는 본 발명의 제3실시에에 따른 액정표시소자의 구조를 나타내는 도면.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명한다.

IPS모드 액정표시소자의 대각선 시야각방향에서 시야각특성이 저하되는 것은 IPS모드 액정표시소자의 대각선방향에서 빛샘이 발생하기 때문인데, 이를 상세히 설명하면 다음과 같다. 도 2에 도시된 바와 같이, 일반적인 IPS모드 액정표시소자에서 액정패널(101)의 상하부에는 제1편광판(152) 및 제2편광판(154)이 부착되어 액정패널(101)로 입력되고 출력되는 광을 선편광시킨다.

노멀리블랙모드(Normally Black Mode)에서 상하기판에 부착된 제1편광판(162) 및 제2편광판(164)의 편광축은 서로 수직이다. 따라서, 제1편광판(162)을 투과한 광은 x축방향으로 선형편광되어 액정표시소자로 입력된다. 액정패널에 신호가 인가되지 않았을 때, 상기 액정패널(101)의 액정분자(142)는 x축방향을 향해 배열되므로, 상기 액정패널(101)로 입사된 광은 x축방향을 따라 선편광된 상태로 액정패널(101)을 투과한다. 한편, 상부기판에 부착된 제2편광판(164)의 편광축은 액정층을 투과한 광의 편광방향과는 수직으로 상기 상부기판의 편광판에 의해 광이 모두 흡수되어 상기 제2편광판(164) 외부로 광이 출력되지 않게 되어 화면이 블랙으로 표시되는 것이다.

그러나, 상기와 같은 액정표시소자를 대각선방향으로 보았을 때 제1편광판(162) 및 제2편광판(164)의 편광방향은 실질적으로 수직으로 배치되지 않는다. 즉, 액정표시소자(101)의 정면으로 보았을 때는 제1편광판(162) 및 제2편광판(164)의 편광축이 서로 수직으로 배치되지만, 대각선방향으로 보았을 때는 수직이 깨지는 것이다.

도 3a는 액정표시소자를 정면으로 보았을 때, 즉 액정표시소자의 화면과 수직으로 투과하는 광의 경로에서의 제1편광판(162) 및 제2편광판(164)의 편광축의 배치이고 도 3b는 액정표시소자를 대각선방향으로 보았을 때, 즉 액정표시소자의 화면을 일정한 극각(polar angle)과 방위각(azimuthal angle)으로 투과하는 광의 경로에서의 제1편광판(162) 및 제2편광판(164)의 편광축의 배치이다. 이때, 도면에서 점선은 제1편광판(162)에서의 편광축(즉, 광흡수축)의 방향이고 실선은 제2편광판(164)에서의 광흡수축의 방향이다.

도 3a에 도시된 바와 같이, 액정표시소자를 정면으로 보았을 때(즉, 액정표시소자의 화면에 대하여 광이 수직으로 투과할 때)의 제1편광판(162) 및 제2편광판(164)의 편광축은 서로 수직을 이루지만, 도 3b에 도시된 바와 같이 액정표시소자를 대각선방향으로 보았을 때(액정표시소자의 화면과 일정한 극각 및 방위각으로 투과할 때)의 제1편광판(162) 및 제2편광판(164)의 편광축은 수직이 아닌 일정한 각도(θ)로 배치된다.

이와 같이, 액정표시소자를 대각선방향으로 보았을 때에는 상기 제1편광판(162) 및 제2편광판(164)의 편광방향이 수직으로 되지 않기 때문에, 제1편광판(162)에서 선편광되어 액정패널(101)을 투과한 광이 제2편광판(164)에서 전부 흡수되지 않고 일부가 상기 제2편광판(164)을 투과하게 된다. 따라서, 노멀리블랙상태에서도 액정표시소자를 대각선방향으로 보았을 때에는 광의 일부가 누설되어 완전한 블랙상태를 유지할 수 없게 되는 것이다.

대각선방향으로의 광의 누설을 방지하기 위한 가장 좋은 방법은 별도의 보상필름을 부가하여 대각선방향에서의 시야각특성을 개선하는 것이다. 그러나, 이 경우 고가의 보상필름으로 인해 비용이 증가하고 액정표소자의 두께가 증가한다는 문제가 있다.

본 발명에서는 보상필름 등과 같은 별도의 구성의 추가없이, 화소내에 배치되는 공통전극과 화소전극의 배치구조를 달리함으로써 시야각특성을 개선한다. 따라서, 비용의 증가나 공정이 복잡해지지 않고 효과적으로 광시야각 액정표시소자를 구현할 수 있게 된다.

도 4a 및 도 4b는 본 발명의 제1실시예에 따른 횡전계모드 액정표시소자의 구조를 나타내는 평면도이다. 실질적으로 액정표시소자에는 수많은 화소가 형성되어 있지만, 도면에서는 설명의 편의를 위해 세로방향으로 인접하는 (n,m)번째 화소(150) 및 (n,m+1)번째의 화소(152)만을 도시하였다.

도 4a에 도시된 바와 같이, 횡전계모드 액정표시소자(101)는 복수의 게이트라인(103) 및 데이터라인(104)이 배치되어 복수의 화소가 정의된다. 각각의 화소에는 박막트랜지스터(110)가 형성된다. 상기 박막트랜지스터(110)는 상기 게이트라인(103)과 연결되어 게이트라인(103)을 통해 주사신호가 입력되는 게이트전극(111)과, 상기 게이트전극(111) 위에 형성되어 게이트전극(111)에 주사신호가 인가됨에 따라 채널을 형성하는 반도체층(112)과, 상기 반도체층(112) 위에 서로 대향하도록 형성되어 채널을 통해 데이터라인(104)으로부터 입력된 신호를 전달하는 소스전극(113) 및 드레인전극(114)으로 구성된다.

화소내에는 설정된 폭을 갖는 띠형상 또는 막대형상의 공통전극(105)과 화소전극(107)이 평행하게 배치되어 있어서, 기판의 표면과 평행한 횡전계를 형성한다. 화소의 상단에는 공통전극(105)과 접속되는 공통라인(116)이 배치되어 외부의 공통신호가 상기 공통라인(116)을 통해 공통전극(105)으로 인가된다. 또한, 상기 공통라인(116) 위에는 화소전극(107)과 전기적으로 접속되는 화소전극라인(118)이 형성되는데, 상기 화소전극라인(118)은 절연층을 사이에 두고 상기 공통라인(116)과 오버랩되어, 상기 공통라인(116)과 화소전극라인(118) 사이에 축적용량을 형성한다. 이때, 상기 화소전극라인(118)에는 박막트랜지스터(110)를 통해 화상신호가 입력된 후 화소전극(107)으로 인가됨으로써 공통전극(105)과 화소전극(107) 사이에 기판과 평행한 전계가 형성된다.

또한, 도면에는 도시하지 않았지만, 액정표시소자 전체에 걸쳐 액정층이 형성된다.

상기 공통전극(105)과 화소전극(107) 각각에 인가되는 공통전압과 화상신호의 전압차에 의해 공통전극(105)과 화소전극(107) 사이에는 전계가 형성된다. 이때, 상기 공통전극(105)과 화소전극(107)은 화소의 중앙영역에서 가로방향, 즉 게이트라인(103)의 연장방향과 평행한 방향을 중심으로 1회 절곡되어 있다. 따라서, 화소중앙을 중심으로 화소(150)의 상부영역인 제1영역(150a) 및 하부영역인 제2영역(150b)의 전계가 대칭으로 형성되어 제1영역(150a) 및 제2영역(150b)의 액정분자가 서로 대칭으로 배열된다.

한편, 제1화소(150)의 경우 공통전극(105)과 화소전극(107)은 수평방향을 기준으로 좌측방향으로 φ1의 각도로 절곡되어 있고, 인접하는 제2화소(152)의 경우 공통전극(105)과 화소전극(107)은 수평방향을 기준으로 좌측방향으로 φ2의 각도로 절곡되어 있다. 즉, 공통전극(105)과 화소전극(107)은 서로 인접하는 화소내에서 동일한 각도로 좌우로(혹은 반대방향으로) 절곡된다.

인접하는 제2화소(152)에서도 상부영역인 제1영역(152a)와 제2영역(152b)에서 공통전극(105) 및 화소전극(107)이 수평방향을 기준으로 서로 대칭으로 절곡되어 액정분자가 서로 대칭으로 배열된다.

인접하는 두개의 화소(150,152)를 전체적으로 살펴보면, 제1화소(150)의 제1영역(150a)의 공통전극(105) 및 화소전극(107)의 방향이 인접하는 제2화소(152)의 제2영역(152b)의 공통전극(105) 및 화소전극(107)의 방향과 평행하며, 제1화소(150)의 제2영역(150b)의 공통전극(105) 및 화소전극(107)의 방향이 제2화소(152)의 제1영역(152a)의 공통전극(105) 및 화소전극(107)의 방향과 평행한다.

즉, 인접하는 두개의 화소(150,152)에서 게이트라인(103)을 사이에 두고 인접하는 2개의 영역(150b,152a)에 배열된 공통전극(105) 및 화소전극(107)의 방향이 평행하게 된다.

도 5에 도시된 바와 같이, 이러한 규칙은 액정표시소자 전체에 걸쳐서 반복된다. 즉, 데이터라인(104)의 연장방향을 따라 서로 인접하는 화소 전체에 걸쳐 공통전극(105)과 화소전극(107)은 서로 인접하는 화소내에서 동일한 각도로 반대방향으로 절곡된다. 또한, 게이트라인(103)을 따라 인접하는 화소에서는 공통전극(105)과 화소전극(107)이 동일한 방향으로 절곡된다

다시 말해서, 데이터라인(104)의 연장방향을 따라 홀수번째 열의 화소 전체에 배치된 공통전극(105)과 화소전극(107)은 모두 수평방향을 중심으로 좌측방향으로 φ1의 각도로 대칭적으로 절곡되어 있으며, 데이터라인(104)의 연장방향을 따라 짝수번째 열의 화소 전체에 배치된 공통전극(105)과 화소전극(107)은 모두 수평방향을 중심으로 우측방향으로 φ2의 각도로 대칭적으로 절곡되어 있다.

또한, 홀수번째 열의 화소에 배치된 공통전극(105)과 화소전극(107)이 우측방향으로 절곡되고 짝수번째 열의 화소에 배치된 공통전극(105)과 화소전극(107)이 좌측방향으로 절곡될 수도 있을 것이다.

상기와 같은 구성의 횡전계모드 액정표시소자에서는 하나의 화소내에서 액정분자가 대칭으로 배열되어 서로 다른 시야각방향을 갖는 2개의 도메인이 형성되고 인접하는 화소내에서도 액정분자가 대칭으로 배열되어 서로 다른 시야각방향을 갖는 2개의 도메인이 형성되며, 이때, 서로 인접하는 화소에서의 공통전극(103)과 화소전극(105)의 방향이 서로 반대로 되므로, 대각선 시야방향에서의 광의 누설을 효과적으로 방지할 수 있게 되는데, 이에 대해서는 이후 더욱 자세히 설명한다.

도 4b는 도 4a의 II-II'선 단면도로서, 이를 참조하여 본 발명의 제1실시예에 따른 횡전계모드 액정표시소자를 단면구조를 설명한다.

도 4b에 도시된 바와 같이, 유리나 플라스틱과 같은 투명한 물질로 이루어진 제1기판(120) 위에는 전도성 좋은 금속으로 이루어진 게이트전극(111)이 형성되어 있으며, 상기 제1기판(120) 전체에 걸쳐 무기절연물질로 이루어진 게이트절연층(122)이 적층되어 있다. 상기 게이트절연층(122) 위에는 비정질실리콘이나 결정질 실리콘 등으로 이루어진 반도체층(112)이 형성되어 있으며, 그 위에 금속으로 이루어진 소스전극(113) 및 드레인전극(114)이 형성되어 있다.

또한, 상기 제1기판(120) 전체에 걸쳐 유기물질 또는 무기물질로 이루어진 보호층(passivation layer;124)이 형성되어 있으며, 그 위에 러빙 등의 방법에 의해 액정분자를 특정 방향으로 배향하기 위한 배향방향이 결정된 제1배향막(128a)이 형성되어 있다.

또한, 상기 제1기판(120) 위에는 복수의 공통전극(105)이 형성되어 있고 보호층(124) 위에는 화소전극(107) 및 데이터라인(104)이 형성되어, 상기 공통전극(105)과 화소전극(107) 사이에 횡전계가 발생한다.

상기 공통전극(105)은 게이트전극(111)과 동일한 금속으로 이루어질 수도 있고 다른 금속으로 이루어질 수 있으며, 화소전극(107)은 전도성이 좋은 금속이나 ITO(Indium Tin Oixde)나 IZO(Indium Zinc Oixde)와 같은 투명한 금속산화물로 형성할 수 있다.

또한, 도면에는 도시하지 않았지만, 상기 공통전극(105)을 게이트절연층(122)이나 보호층(124) 위에 형성할 수도 있고 화소전극(107)을 게이트절연층(122)이나 기판(120) 위에 형성할 수도 있다.

다시 말해서, 상기 공통전극(105)과 화소전극(107)의 형성위치는 특정 층위에만 형성될 수 있는 것이 아니라, 기판(120), 게이트절연층(122) 및 보호층(124) 위에 형성될 수 있다. 이때, 공통전극(105)과 화소전극(107)을 동일한 층에 형성할 수도 있고 서로 다른 층에 형성할 수도 있다. 또한, 공통전극(105)과 화소전극(107)은 모두 금속으로 형성하거나 투명한 금속산화물로 형성할 수 있고, 공통전극(105)과 화소전극(107)중 하나는 금속으로 형성하고 다른 하나는 투명한 금속산화물로 형성할 수도 있을 것이다.

제2기판(130)에는 Cr이나 CrOx 등으로 이루어진 블랙매트릭스(32)와 입사되는 광중 특정 파장의 광만을 출력하여 컬러를 구현하는 컬러필터층(134)이 형성되어 있다. 상기 블랙매트릭스(132)는 액정분자가 동작하지 않는 영역으로 광이 누설되는 것을 방지하기 위한 것으로, 도면에 도시한 바와 같이 박막트랜지스터(110) 영역 및 화소와 화소 사이(즉, 게이트라인 및 데이터라인 영역)에 주로 형성된다. 또한, 공통전극(105) 및/또는 화소전극(107)이 금속으로 이루어진 경우, 공통전극(105) 및/또는 화소전극(107)이 금속이 형성된 영역에 형성될 수 있다. 컬러필터층(134)은 R(Red), B(Blue), G(Green)로 구성되어 실제 컬러를 구현하기 위한 것이다. 컬러필터층(134) 위에는 배향방향이 결정된 제2배향막(128b)이 형성되어 있다. 도면에는 도시하지 않았지만, 상기 컬러필터층(134) 위에는 컬러필터층(134)을 보호하고 기판의 평탄성을 향상시키기 위한 오버코트층(overcoat layer)이 형성될 수도 있다.

상기 제1기판(120) 및 제2기판(130) 사이에는 액정층(140)이 형성되어 액정패널(101)이 완성된다.

상술한 바와 같이, 본 발명에서는 화소내에 공통전극(105)과 화소전극(107)이 대칭으로 절곡된 구조를 갖으며, 이때 인접하는 화소와는 절곡되는 방향을 반대가 되도록 함으로써 대각선방향으로의 광의 누설을 방지할 수 있게 된다.

도 6은 본 발명의 횡전계모드 액정표시소에서 대각선방향으로의 광누설을 방지하는 것을 개념적으로 나타내는 도면으로, 액정표시소자의 화면을 일정한 극각(polar angle)과 방위각(azimuthal angle)으로 투과하는 광의 경로에서의 제1편광판 및 제2편광판의 편광축의 배치를 나타내며, 이때, 도면에서 점선은 제1편광판에서의 편광축(즉, 광흡수축)의 방향이고 실선은 제2편광판에서의 광흡수축의 방향이다.

도 6에 도시된 바와 같이, 액정표시소자를 대각선방향으로 보았을 때, 홀수열의 화소에서는 액정표시소자의 하부 및 상부에 부착되는 제1편광판 및 제2편광판의 편광방향이 수직으로 되지 않기 때문에, 제1편광판에서 선편광되어 액정패널을 투과한 광이 제2편광판에서 전부 흡수되지 않고 일부가 상기 제2편광판을 투과하게 된다. 따라서, 대각선방향으로 광이 누설되어 홀수열의 화소를 시야각방향에서 보았을 때 시야각특성이 상변의 길이가 짧은 사다리꼴형상이 된다.

한편, 짝수열의 화소에서도 액정표시소자의 하부 및 상부에 부착되는 제1편광판 및 제2편광판의 편광방향이 수직으로 되지 않기 때문에, 제1편광판에서 선편광되어 액정패널을 투과한 광이 제2편광판에서 전부 흡수되지 않고 일부가 상기 제2편광판을 투과하게 된다. 따라서, 대각선방향으로 광이 누설되어 짝수열의 화소를 시야각방향에서 보았을 때 시야각특성이 하변의 길이가 짧은 사다리꼴형상이 된다.

이와 같이, 홀수열의 화소에서의 시야각특성과 짝수열의 화소에서의 시야각특성이 다르기 때문에, 실제 액정표시소자를 볼 때 이들 서로 다른 시야각특성이 보상되어 도 6에 도시된 바와 같이 시야각특성이 액정표시소자를 정면에서 볼때와 동일하게 된다.

도 7a 및 도 7b는 각각 종래 액정표시소자와 본 발명에 따른 액정표시소자의 노멀리화이트모드에서의 휘도시야각 특성을 시뮬레이션한 결과이고, 도 8a 및 도 8b는 각각 종래 액정표시소자와 본 발명에 따른 액정표시소자의 노멀리블랙모드에서의 휘도시야각 특성을 시뮬레이션한 결과이며, 도 9a 및 도 9b는 각각 종래 액정표시소자와 본 발명에 따른 액정표시소자의 명암대조비(contrast ratio) 특성을 시뮬레이션한 결과를 나타내는 도면이다.

여기서, 하부 편광판과 상부 편광판은 광 투과축이 서로 직교하도록 배열되며, 액정층의 광축은 상기 하부 편광판의 광 투과축과 평행한 상태이다. 이때, 백색광을 사용하였을 때, 모든 동경각(또는, 방위각)에 대한 0∼80°범위의 경사각에서 종래 액정표시소자와 본 발명에 따른 액정표시장치에 대한 특성을 시뮬레이션한 결과이다.

도 7a 및 도 8a에 도시된 종래 액정표시소자와 도 7b 및 도 8b에 도시된 본 발명에 따른 액정표시소자의 휘도시야각 특성을 비교해보면, 종래 액정표시소자에서는 액정표시패널의 대각방향에 해당하는 45도, 135도, 225도 및 315도에서 휘도가 비대칭적인데 반해, 본 발명의 액정표시소에서는 45도, 135도, 225도 및 315도에서 휘도가 대칭적으로 되어, 특정 대각선방향으로의 빛샘현상을 방지할 수 있게 된다.

도 9a 의 종래 액정표시소자와 도 9b의 본 발명에 따른 액정표시소자의 명암대비비특성을 비교해 보면, 액정표시패널의 대각방향에 해당하는 45도, 135도, 225도 및 315도에서 빛샘이 줄어들고 빛샘현상이 다른 방향과 대칭적으로 됨을 알 수 있다.

도 10은 본 발명의 제2실시예에 따른 횡전계모드 액정표시소자의 구조를 나타내는 도면이다.

도 10에 도시된 바와 같이, 이 실시예의 횡전계모드 액정표시소자에서는 게이트라인 및 데이터라인의 화소(250,252) 내에서 게이트라인의 연장방향(즉, 가로방향)으로 형성되며, 각각의 화소내에서 게이트라인의 가로방향으로 공통전극과 화소전극이 서로 대칭으로 절곡된 2개의 영역(250a,250b,252a,252b)가 형성되어 하나의 화소(250,252) 각각에서 시야각을 보상하며, 홀수행의 화소(250)과 인접하는 짝수행의 화소(252)의 공통전극 및 화소전극은 서로 반대방향으로 절곡되어 대각선방향에서의 빛샘현상을 방지한다.

이 구조의 액정표시소자의 도 4a에 도시된 제1실시예에 따른 액정표시소자의 구조와 비교하면, 제1실시예에서는 세로방향(즉, 데이터라인방향)으로 공통전극 및 화소전극이 배열되고 세로방향으로 서로 인접하는 홀수열 및 짝수열의 화소가 서로 다른 방향으로 절곡되어 있는데 반해, 이 실시예에서는 가로방향(즉, 게이트라인방향)으로 공통전극 및 화소전극이 배열되고 가로방향으로 서로 인접하는 홀수행 및 짝수행의 화소가 서로 다른 방향으로 절곡되어 있다.

도 11a 및 도 11b는 본 발명의 제3실시예에 따른 액정표시소자를 나타내는 도면으로, 도 11a는 평면도이고 도 11b는 III-III'선 단면도이다.

도 11a에 도시된 바와 같이, 이 실시예의 액정표시소자는 서로 수직으로 교차하도록 배열되어 복수의 화소를 정의하는 복수의 게이트라인(203) 및 데이터라인(204)과, 게이트라인(203)과 데이터라인(204)의 교차영역에에 배치된 박막트랜지스터(210)와, 화소 전면에 상기 게이트라인(203) 및 데이터라인(204)과 일정 간격을 두고 배치된 화소전극(207)과, 절연층(도면표시하지 않음)을 사이에 두고 상기 화소전극(207)과 오버랩되도록 상기 화소전극(207) 상부에 배치된 복수의 투명한 공통전극(205)으로 구성된다.

상기 박막트랜지스터(210)는 게이트라인(203)의 일부의 영역으로서 외부로부터 주사신호가 인가되는 게이트전극(211)과, 상기 게이트전극 위에 형성된 반도체층(212)과, 상기 반도체층 위에 형성되어 반도체층(212)에 형성되는 채널을 통해 신호를 화소내부로 전달하는 소스전극(213) 및 드레인전극(214)으로 이루어진다.

이때, 상기 소스전극(213)과 드레인전극(214)은 게이트라인(203) 상에 배치되어 상기 소스전극(213)과 드레인전극(214)에 의한 개구율 저하를 최소화한다. 이때, 상기 화소전극(207)은 상기 드레인전극(23b)과 접속된 화소전극 연결패턴(29b)에 의해 전기적으로 연결되어 있다.

도 11b에 도시된 바와 같이, 게이트전극(211)은 유리와 같은 투명한 기판(220) 위에 형성되어 있으며, 그 위에 게이트절연층(220)이 형성되며, 상기 게이트전극(211) 상부의 게이트절연층(220)에는 반도체층(212)이 형성되며, 그 위에 소스전극(213)과 드레인전극(214)이 형성되고 그 위에 보호층(224)이 형성된다.

화소전극(207)은 기판(207) 위의 화소 전체에 걸쳐 형성되며, 공통전극(205)은 보호층(224) 위에 띠형상 또는 막대형상으로 복수개 형성되며, 이때 상기 화소전극(207)은 상기 드레인전극(23b)과 접속된 화소전극 연결패턴(29b)에 의해 전기적으로 연결되어 있다.

이러한 구성의 액정표시소자에서는 화상신호가 박막트랜지스터(210)를 거쳐 화소전극(207)에 공급되면, 화소전극(207)의 에지(모서리)와 공통전극(205) 사이에 전계(이를, 프린지필드(fringe field)라 한다)를 형성하여 박막트랜지스터 기판과 칼라필터기판(미도시) 사이에서 수평 방향으로 배열된 액정분자들이 유전 이방성에 의해 회전하게 된다.

또한, 이 실시예의 액정표시소자에서도 도 11a에 도시된 바와 같이, 하나의 화소는 두개의 도메인으로 구성되어 각각의 도메인에 배열된 공통전극(203)이 서로 대칭으로 일정 각도로 배열되어 하나의 화소에서의 시야각특성을 향상시킨다. 한편, 인접하는 화소에서도 두개의 도메인으로 구성되어 각각의 도메인에 배열된 공통전극(203)이 서로 대칭으로 일정 각도로 배열되어 하나의 화소에서의 시야각특성을 향상시킨다. 이때, 서로 인접하는 화소의 공통전극(203)의 배열은 서로 반대방향으로 배치된다. 즉, 제1화소(250)에서는 공통전극이 화소의 중앙을 기준으로 제1도메인(250a)의 공통전극(205)이 우상향 방향으로 배열되고 제2도메인(250b)의 공통전극(205)은 우하향 방향으로 배열되어, 우측이 벌어진 갈매기형상으로 형성되는 반면에, 제1화소(250)와 인접하는 제2화소(252)에서는 공통전극이 화소의 중앙을 기준으로 제1도메인(252a)의 공통전극(205)이 좌상향 방향으로 배열되고 제2도메인(252b)의 공통전극(205)은 좌하향 방향으로 배열되어, 좌측이 벌어진 갈매기형상으로 형성된다.

다시 말해서, 서로 인접하는 홀수열의 화소(250)과 짝수열의 화소(252)에 형성된 공통전극(205)이 서로 반대방향으로 배치되므로, 대각선방향에서의 광의 누설을 효과적으로 방지할 수 있게 된다.

상술한 상세한 설명에서는 특정 구조의 박막트랜지스터와 특정 배열의 공통전극 및 화소전극 등이 개시되어 있지만, 본 발명이 이러한 특정 구조에 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 중요한 특징은 공통전극과 화소전극의 절곡되어 배치될 때 서로 인접하는 홀수열과 짝수열 화소, 또는 서로 인접하는 홀수행과 짝수행 화소에서 서로 반대방향으로 절곡되거나 서로 반대방향으로 배열되는 것입니다. 따라서, 이러한 본 발명의 특징을 포함한다면 어떠한 구조의 액정표시소자도 본 발명에 적용할 수 있을 것이다.

101 : 액정표시소자 103 : 게이트라인
104 : 데이터라인 105 : 공통전극
107 : 화소전극 110 : 박막트랜지스터
150,152 : 화소

Claims

복수의 게이트라인과 데이터라인에 의해 정의되는 복수의 화소를 포함하는 기판;
상기 화소 각각에 형성된 박막트랜지스터; 및
상기 화소에 형성되어 전계를 형성하는 공통전극 및 화소전극으로 구성되며,
화소에 배치된 공통전극은 화소내에서 서로 대칭으로 절곡되어 배열되고 상기 화소에 인접하는 화소에 배치된 공통전극은 화소내에서 서로 대칭으로 절곡되어 배열되며, 서로 인접하는 화소에 형성된 공통전극의 절곡방향은 서로 반대방향인 것을 특징으로 하는 액정표시소자.
제1항에 있어서, 상기 공통전극과 화소전극은 띠형상으로 서로 평행하게 배열된 것을 특징으로 하는 액정표시소자.
제2항에 있어서, 공통전극과 화소전극은 게이트라인을 따라 배열되는 것을 특징으로 하는 액정표시소자.
제3항에 있어서, 홀수열 화소에 형성된 공통전극 및 화소전극의 절곡방향은 짝수열 화소에 형성된 공통전극 및 화소전극의 절곡방향과 반대방향인 것을 특징으로 하는 액정표시소자.
제2항에 있어서, 공통전극과 화소전극은 데이터라인을 따라 배열되는 것을 특징으로 하는 액정표시소자.
제5항에 있어서, 홀수행 화소에 형성된 공통전극 및 화소전극의 절곡방향은 짝수행 화소에 형성된 공통전극 및 화소전극의 절곡방향과 반대방향인 것을 특징으로 하는 액정표시소자.
제1항에 있어서, 상기 화소전극은 기판 위에 화소 전체에 걸쳐 형성되고 공통전극은 띠형상으로 복수개 형성되어 절연층을 사이에 두고 화소전극과 오버랩되는 것을 특징으로 하는 액정표시소자.
제7항에 있어서, 상기 공통전극은 화소내에서 중앙선을 기준으로 일정각도로 서로 대칭으로 배치되는 것을 특징으로 하는 액정표시소자.
제7항에 있어서, 서로 인접하는 화소에서 공통전극이 서로 반대방향으로 배열되는 것을 특징으로 하는 액정표시소자.