KR100675924B1 - 고개구율 및 고투과율을 갖는 액정 표시 장치 - Google Patents

고개구율 및 고투과율을 갖는 액정 표시 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 고개구율 및 고투과율을 갖는 액정 표시 장치를 개시한다. 개시된 본 발명은, 다수개의 단위 화소가 한정된 하부 기판; 상기 하부 기판과 소정 거리를 두고 대향되는 상부 기판; 상기 하부 기판과 상부 기판 사이에 개재되는 수개의 액정 분자를 포함하는 액정층; 상기 하부 기판의 단위 화소 영역에 배치되며, 투명 도전체로 형성된 카운터 전극; 상기 하부 기판의 단위 화소 영역에 배치되며, 전계 인가시 상기 카운터 전극과 함께 프린지 필드를 형성하는, 투명 도전체로 된 화소 전극; 상기 하부 기판에 형성되며 상기 하부 기판 각각에 형성된 카운터 전극에 공통 신호를 전달하는 공통 전극; 상기 상부 기판에 상기 하부 기판의 단위 화소와 대응되는 단위 화소를 구획하도록 형성되는 블랙 매트릭스; 및 상기 블랙 매트릭스로 둘러싸인 공간에 각각 배치되는 컬러 필터를 포함하는 고개구율 및 고투과율을 갖는 액정 표시 장치에 있어서, 상기 블랙 매트릭스는 불투명 금속막으로 형성되는 것을 특징으로 한다.

Description

고개구율 및 고투과율을 갖는 액정 표시 장치{LCD having high aperture ratio and high transmittance}
도 1은 일반적인 고개구율 및 고투과율을 갖는 액정 표시 장치의 단면도.
도 2는 본 발명에 따른 고개구율 및 고투과율을 갖는 액정 표시 장치의 단면도.
(도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명)
20 - 하부 기판 21 - 카운터 전극
22 - 절연막 23 - 화소 전극
30 - 상부 기판 32 - 블랙 매트릭스
34 - 컬러 필터 35 - 액정층
본 발명은 고개구율 및 고투과율을 갖는 액정 표시 장치에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 투과율을 한층 더 개선시킬 수 있는 고개구율 및 고투과율 액정 표시 장치에 관한 것이다.
일반적으로 고개구율 및 고투과율을 갖는 액정 표시 장치는 일반적인 IPS 모 드 액정 표시 장치의 낮은 개구율 및 투과율 특성을 개선시키기 위하여 제안된 것으로, 이에 대하여 대한민국 특허출원 제98-9243호로 출원된 바 있다.
이러한 고개구율 및 고투과율을 갖는 액정 표시 장치는 카운터 전극과 화소 전극을 투명 전도체로 형성하면서, 카운터 전극과 화소 전극과의 간격을 상하 기판 사이의 간격보다 좁게 형성하여, 카운터 전극과 화소 전극 상부에 프린지 필드(fringe field)가 형성되도록 한다.
이러한 고개구율 및 고투과율 액정 표시 장치가 도 1에 도시되어 있다.
도 1를 참조하여, 하부 기판(1)과 상부 기판(10)은 소정 거리(d: 이하 셀갭)를 두고 대향되어 있다. 여기서, 하부 기판(1)과 상부 기판(10)의 이격된 거리를 이하 셀갭(d)이라 칭한다. 하부 기판(1)과 상부 기판(10) 사이에는 액정층(15)이 개재되어 있다.
하부 기판(1) 상에는 도면에 도시되지 않았지만, 게이트 버스 라인 및 데이터 버스 라인이 교차 배열되어, 단위 화소를 한정하고, 게이트 버스 라인과 데이터 버스 라인의 교차점 부근에는 능동 구동을 위한 박막 트랜지스터가 배치된다. 단위 화소내에는 액정층(15)내의 액정 분자를 구동시키기 위한 카운터 전극(11)과 화소 전극(13)이 배치된다. 카운터 전극(11)과 화소 전극(13)은 전체적으로 빗 형태로 구성되며, 빗 형태를 갖는 카운터 전극(11)과 화소 전극(13)은 공지된 바와 같이, 서로 치상 구조를 이루도록 배열된다. 이때, 도면에는 카운터 전극(11)과 화소 전극(13)의 빗살들만이 보여진다. 카운터 전극(11)과 화소 전극(13)은 절연막(12)에 의하여 절연분리되어 있으며, 카운터 전극(11)과 화소 전극(13)의 빗살간의 간격(l)은 셀갭(d)보다 좁다. 또한, 카운터 전극(11)과 화소 전극(13)은 투명한 도전체로 형성된다.
상부 기판(10)의 내측면에는 단위 화소를 한정할 수 있도록, 블랙 매트릭스(17)가 형성된다. 블랙 매트릭스(17)는 수지 물질로 형성된다. 블랙 매트릭스(17) 사이에, 즉 단위 화소와 대응되는 부분에 컬러 필터(18)를 형성한다. 이때, 수지 물질로 된 블랙 매트릭스(17)는 금속 블랙 매트릭스에 비하여 광학 밀도(optical density)가 매우 낮기 때문에, 블랙 매트릭스의 역할을 하도록 하기 위하여는 후막의 두께가 요구된다. 따라서, 블랙 매트릭스(17)가 큰 두께를 가지므로, 컬러 필터(18)와 단차비가 발생된다. 이에따라, 후속의 배향 공정시 배향 불량을 방지하기 위하여, 평탄화막(19)이 형성되어야 한다. 이때, 평탄화막(19)은 블랙 매트릭스(17)와 컬러 필터(18)간의 단차비가 심하므로, 두꺼운 두께가 요구된다.
이러한 구성을 갖는 고개구율 및 고투과율을 갖는 액정 표시 장치는 다음과 같이 동작된다.
카운터 전극(11)과 화소 전극(13) 사이에 전압차가 발생되면, 카운터 전극(11)과 화소 전극(13) 사이의 간격이 셀갭(d)보다 좁기 때문에, 프린지 필드가 형성된다. 이 프린지 필드는 카운터 전극(11)과 화소 전극(13)상부에 모두 미치게 되어, 단위 화소내에 있는 액정 분자들이 대부분 동작된다. 이에따라, 투과율 및 개구율이 향상된다.
그러나, 상술한 바와 같이, 수지 물질로 된 블랙 매트릭스는 광학 밀도를 보 상하기 위하여 비교적 두꺼운 두께가 형성되어야 한다. 이로 인하여, 이후 배향 공정을 위하여는 블랙 매트릭스 및 컬러 필터를 형성한후, 별도의 평탄화 공정이 수반되었다.
이와같이, 평탄화막을 형성하게 되면, 두꺼운 두께를 갖는 평탄화막(19)이 화소 영역에 형성되므로, 액정 표시 장치의 투과율이 크게 저하된다.
또한, 수지 물질은 광학 밀도가 낮음으로 인하여 정밀 가공이 요구되므로, 블랙 매트릭스를 형성할때, 공정 마진이 커지고 이로 인하여 제조 비용이 상승된다.
따라서, 본 발명의 목적은 상기한 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 광학 밀도가 우수한 물질로 블랙 매트릭스를 형성하여, 상부 기판의 단차비를 줄이므로써, 후막의 평탄화막의 사용을 배제할 수 있는 고개구율 및 고투과율 액정 표시 장치를 제공하는 것이다.
상기한 본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 다수개의 단위 화소가 한정된 하부 기판; 상기 하부 기판과 소정 거리를 두고 대향되는 상부 기판; 상기 하부 기판과 상부 기판 사이에 개재되는 수개의 액정 분자를 포함하는 액정층; 상기 하부 기판의 단위 화소 영역에 배치되며, 투명 도전체로 형성된 카운터 전극; 상기 하부 기판의 단위 화소 영역에 배치되며, 전계 인가시 상기 카운터 전극과 함께 프린지 필드를 형성하는, 투명 도전체로 된 화소 전극; 상기 하부 기판에 형성되며 상기 하부 기판 각각에 형성된 카운터 전극에 공통 신호를 전달하는 공통 전극; 상기 상부 기판에 상기 하부 기판의 단위 화소와 대응되는 단위 화소를 구획하도록 형성되는 블랙 매트릭스; 및 상기 블랙 매트릭스로 둘러싸인 공간에 각각 배치되는 컬러 필터를 포함하는 고개구율 및 고투과율을 갖는 액정 표시 장치에 있어서, 상기 블랙 매트릭스는 불투명 금속막으로 형성되며 상기 하부 기판의 공통 전극과 도전성 물질로 전기적으로 연결되는 것 을 특징으로 한다.
여기서, 블랙 매트릭스는 크롬 금속막으로 형성되고, 상기 블랙 매트릭스는 하부 기판의 공통 전극과 트랜스퍼 도팅된다.
본 발명에 의하면, 프린지 필드에 의하여 구동되는 고개구율 및 고투과율을 갖는 액정 표시 장치에 있어서, 블랙 매트릭스를 수지 물질 대신 크롬과 같은 광학 밀도가 우수한 물질로 형성한다. 이때, 블랙 매트릭스가 도전체로 형성되어도, 블랙 매트릭스와 카운터 전극 또는 화소 전극 사이에 형성되는 기생 전계와 고개구율 및 고투과율을 갖는 액정 표시 장치의 프린지 필드의 수직 성분이 거의 일치하기때문에, 액정 분자가 이상 배열되지 않는다. 아울러, 블랙 매트릭스를 박막으로 구현할 수 있어서, 후막의 평탄화막이 요구되지 않으므로, 고개구율 및 고투과율의 투과율을 한층 더 개선할 수 있다.
(실시예)
이하 첨부한 도면에 의거하여 본 발명의 바람직한 실시예를 자세히 설명하도록 한다.
첨부한 도면 도 2은 본 발명에 따른 고개구율 및 고투과율을 갖는 액정 표시 장치의 단면도이다.
도 2을 참조하여, 적어도 하나 이상이 투명한 하부 기판(20)과 상부 기판(30)이 소정 거리(D) 예를들어, 3 내지 5㎛를 두고 대향되어 있다. 하부 기판(20)과 상부 기판(30) 사이에는 수개의 액정 분자를 포함하는 액정층(35)이 개재되어 있다.
하부 기판(20) 상에는 도면에 도시되지 않았지만, 게이트 버스 라인 및 데이터 버스 라인이 교차 배열되어, 단위 화소가 한정되어 있고, 게이트 버스 라인과 데이터 버스 라인의 교차점 부근에는 능동 구동을 위한 박막 트랜지스터가 배치된다. 또한, 하부 기판의 단위 화소내에는 액정층(35)내의 액정 분자를 구동시키기 위한 카운터 전극(21)과 화소 전극(23)이 배치된다. 카운터 전극(21)과 화소 전극(23)은 종래와 마찬가지로, 전체적으로 빗 형태로 구성되며, 빗 형태를 갖는 카운터 전극(21)과 화소 전극(23)은 공지된 바와 같이, 서로 치상 구조를 이루도록 배열된다. 이때, 도면에는 카운터 전극(21)과 화소 전극(23)의 빗살들만이 보여진다. 카운터 전극(21)과 화소 전극(23)은 절연막(22)에 의하여 절연분리되어 있으며, 카운터 전극(21)과 화소 전극(23)은 프린지 필드를 형성하기 위하여, 각각의 빗살간의 간격(L)이 셀갭(D)보다 좁게 형성된다. 또한, 카운터 전극(21)과 화소 전극(23)은 개구율을 향상시키기 위하여, 투명한 도전체, 예를들어, ITO(indium tin oxide)로 형성된다. 아울러, 각 단위 화소내의 카운터 전극(21)들은 모두 동일한 공통 신호가 인가되며, 각 카운터 전극(21)은 공통 전극(도시되지 않음)에 묶여있다.
한편, 상부 기판(30)의 내측면에는 단위 화소를 한정할 수 있도록, 블랙 매트릭스(32)가 형성된다. 본 발명에서의 블랙 매트릭스(32)는 광학 밀도가 우수한 차광성 불투명 금속막, 예를들어, 크롬으로 형성된다. 이때, 블랙 매트릭스(32)가 크롬과 같은 금속 물질로 형성됨으로 인하여, 플로팅 현상 및 이로 인한 블랙 매트릭스와 카운터 전극 및 화소 전극 사이에 기생 전계를 유발할 수는 있으나, 본 발명과 같이 프린지 필드로 구동하는 고개구율 및 고투과율을 갖는 액정 표시 장치는 카운터 전극(21)과 화소 전극(23)의 간격(예를들어, 2㎛이하), 보다 자세하게는 빗살들간의 간격이 충분히 미소하므로, 기생 전계(fa)의 형태가 거의 프린지 필드(ff)의 수직 성분과 일치하게 된다. 이에 따라, 크롬과 같은 불투명 금속막으로 블랙 매트릭스(32)를 형성하여도, 플로팅 현상으로 인한 기생 전계의 문제점을 해결할 수 있다. 또한, 데이타 버스 라인 또는 게이트 버스 라인과의 기생 전계가 발생되더라도, 그 부분은 블랙 매트릭스(32)에 의하여 차폐되는 부분이므로, 액정 표시 장치의 투과율에 영향을 미치지 않는다. 또한, 블랙 매트릭스(32)는 하부 기판(20)의 공통 전극(도시되지 않음)과 트랜스퍼 도팅(transfer dotting), 즉, 도전성 물질로 전기적으로 연결되는 것에 의해 플로팅 현상이 방지될 수 있다 . 그러면, 상부 기판(30)에 잔류하는 정전기를 방전시킬 수 있으므로, 상부 기판(30)의 뒷면에 별도의 정전기를 방지하기 위한 전극을 구비하지 않아도 된다. 블랙 매트릭스(32) 사이에 컬러 필터(34)가 배치된다. 그후, 도면에는 도시되지 않았지만, 상하 기판(20,30)의 내측면 표면에 배향막이 배치되고, 상하 기판(20,30)의 외측면에 편광판이 각각 배치된다. 이때, 블랙 매트릭스(32)가 박막으로 형성되었다 하더라도, 컬러 필터(34)와 미소한 크기의 단차가 발생될 수 있다. 이러한 미소한 단차를 완전히 없애기 위하여, 블랙 매트릭스(32) 및 컬러 필터(34) 상부에 평탄화막(도시되지 않음)을 형성할 수 있다. 이 평탄화막은 미소한 단차를 해결하기 위하여 형성되는 것이므로, 두꺼운 두께가 요구되지 않는다. 이에따라, 본 발명에서는 평탄화막이 사용되었다 하더라도, 얇은 두께를 가지므로, 평탄화막으로 인하여 투과율이 감소되지 않는다.
이와같이, 크롬과 같은 불투명 금속막으로 블랙 매트릭스(32)를 형성하게 되면, 크롬 금속막이 광학 밀도가 우수하기 때문에, 박막으로 형성하여도 블랙 매트릭스의 기능을 할 수 있다. 따라서, 블랙 매트릭스(32)와 컬러 필터(34)간의 단차비가 감소되어, 투과율에 영향을 미치지 않을 정도의 박막의 평탄화막으로도 충분히 상부 기판 내측면을 평탄화시킬 수 있다.
이상에서 자세히 설명된 바와 같이, 본 발명에 의하면, 프린지 필드에 의하여 구동되는 고개구율 및 고투과율을 갖는 액정 표시 장치에 있어서, 블랙 매트릭스를 수지 물질 대신 크롬과 같은 광학 밀도가 우수한 물질로 형성한다. 이때, 블랙 매트릭스가 도전체로 형성되어도, 블랙 매트릭스와 카운터 전극 또는 화소 전극 사이에 형성되는 기생 전계와 고개구율 및 고투과율을 갖는 액정 표시 장치의 프린지 필드의 수직 성분이 거의 일치하기때문에, 액정 분자가 이상 배열되지 않는다. 아울러, 블랙 매트릭스를 박막으로 구현할 수 있어서, 후막의 평탄화막이 요구되지 않으므로, 고개구율 및 고투과율의 투과율을 한층 더 개선할 수 있다. 또한, 정밀 가공이 용이한 불투명 금속막으로 블랙 매트릭스를 형성하므로, 제조 비용이 절감된다.
기타, 본 발명은 그 요지를 일탈하지 않는 범위에서 다양하게 변경하여 실시할 수 있다.

Claims (3)

  1. 다수개의 단위 화소가 한정된 하부 기판; 상기 하부 기판과 소정 거리를 두고 대향되는 상부 기판; 상기 하부 기판과 상부 기판 사이에 개재되는 수개의 액정 분자를 포함하는 액정층; 상기 하부 기판의 단위 화소 영역에 배치되며, 투명 도전체로 형성된 카운터 전극; 상기 하부 기판의 단위 화소 영역에 배치되며, 전계 인가시 상기 카운터 전극과 함께 프린지 필드를 형성하는, 투명 도전체로 된 화소 전극; 상기 하부 기판에 형성되며 상기 하부 기판 각각에 형성된 카운터 전극에 공통 신호를 전달하는 공통 전극; 상기 상부 기판에 상기 하부 기판의 단위 화소와 대응되는 단위 화소를 구획하도록 형성되는 블랙 매트릭스; 및 상기 블랙 매트릭스로 둘러싸인 공간에 각각 배치되는 컬러 필터를 포함하는 고개구율 및 고투과율을 갖는 액정 표시 장치에 있어서,
    상기 블랙 매트릭스는 불투명 금속막으로 형성되며 상기 하부 기판의 공통 전극과 도전성 물질로 트랜스퍼 도팅으로 전기적으로 연결되는 것 을 특징으로 하는 고개구율 및 고투과율을 갖는 액정 표시 장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 블랙 매트릭스는 크롬 금속막으로 형성되는 것을 특징으로 하는 고개구율 및 고투과율을 갖는 액정 표시 장치.
  3. 삭제
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