KR101265317B1 - 횡전계 방식 액정 표시 장치 및 그 제조 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 액정표시장치(LCD ; Liquid Crystal Display Device)에 관한 것으로, 특히 횡전계방식 액정표시장치 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
본 발명에 따른 횡전계방식 액정 표시 장치는 하부 기판에 형성된 제 1 공통 전극과 상부 기판에 형성된 제 2 공통 전극간의 수직 전계를 이용하여 광시야각 모드 또는 협시야각 모드를 선택하여 구현할 수 있다.
따라서, 개인의 보안성을 향상시키는 효과가 있으며, 광시야각 모드에서 투과도가 향상되는 장점도 있다.
광시야각, 협시야각, 횡전계, 수직 전계, 보안

Description

횡전계 방식 액정 표시 장치 및 그 제조 방법{In-Plane-Switching mode Liquid Crystal Display device and the fabrication method thereof}
도 1은 종래기술에 의한 횡전계방식 액정표시장치의 평면도.
도 2는 도 1의 Ⅰ-Ⅰ'선상에서의 단면도.
도 3은 일반적인 횡전계방식 액정표시장치의 전압분포도.
도 4a 및 도 4b는 전압 무인가 및 인가시에서의 횡전계방식 액정표시장치의 평면도
도 5는 본 발명에 따른 횡전계방식 액정표시장치를 보여주는 평면도.
도 6a 및 도 6b는 도 5의 Ⅱ-Ⅱ'선상에서의 본 발명의 광시야각 모드를 나타낸 단면도.
도 7은 본 발명의 광시야각 모드에서의 이소-콘트라스트(iso-contrast) 다이어그램.
도 8은 본 발명에 따른 횡전계 방식 액정 표시 장치에서 광시야각 모드시 위치에 따른 투과도를 보여주는 그래프.
도 9a 및 도 9b는 도 5의 Ⅱ-Ⅱ'선상에서의 본 발명의 협시야각 모드를 나타낸 단면도.
도 10은 본 발명의 협시야각 모드에서의 이소-콘트라스트 다이어그램.
도 11은 본 발명에 의한 공통 전압, 화소 전압 신호를 나타낸 신호도.
<도면의 주요부분에 대한 부호 설명>
112 : 게이트 배선 115 : 데이터 배선
117 : 화소 전극 124: 제 1 공통 전극
125 : 제 1 공통 배선 524 : 제 2 공통 전극
525 : 제 2 공통 배선
본 발명은 액정표시장치(LCD ; Liquid Crystal Display Device)에 관한 것으로, 특히 횡전계방식 액정표시장치 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
최근, 계속해서 주목받고 있는 평판표시장치 중 하나인 액정표시장치는 액체의 유동성과 결정의 광학적 성질을 겸비하는 액정에 전계를 가하여 광학적 이방성을 변화시키는 장치로서, 종래 음극선관(Cathod Ray Tube)에 비해 소비전력이 낮고 부피가 작으며 대형화 및 고정세가 가능하여 널리 사용되고 있다.
상기 액정표시장치는 액정의 성질과 패턴의 구조에 따라서 여러 가지 다양한 모드가 있다.
구체적으로, 액정 방향자가 90°트위스트(twist) 되도록 배열한 후 전압을 가하여 액정 방향자를 제어하는 TN 모드(Twisted Nematic Mode)와, 한 화소를 여러 도메인으로 나눠 각각의 도메인의 주시야각 방향을 달리하여 광시야각을 구현하는 멀티도메인 모드(Multi-Domain Mode)와, 보상필름을 기판 외주면에 부착하여 빛의 진행방향에 따른 빛의 위상변화를 보상하는 OCB 모드(Optically Compensated Birefringence Mode)와, 한 기판 상에 두개의 전극을 형성하여 액정의 방향자가 배향막의 나란한 평면에서 꼬이게 하는 횡전계방식(In-Plane Switching Mode)과, 네가티브형 액정과 수직배향막을 이용하여 액정 분자의 장축이 배향막 평면에 수직 배열되도록 하는 VA 모드(Vertical Alignment) 등 다양하다.
이중, 상기 횡전계방식 액정표시장치는 통상, 서로 대향 배치되어 그 사이에 액정층을 구비한 컬러필터 기판(이후 상부기판이라함)과 박막 어레이 기판(이후 하부 기판이라함)으로 구성된다.
즉, 상기 상부 기판에는 빛샘을 방지하기 위한 블랙 매트릭스와, 상기 블랙 매트릭스 상에 색상을 구현하기 위한 R,G,B의 컬러필터층이 형성된다.
그리고, 상기 하부 기판에는 단위 화소를 정의하는 게이트 배선 및 데이터 배선과, 상기 게이트 배선 및 데이터 배선의 교차 지점에 형성된 스위칭소자와, 서로 엇갈리게 교차되어 횡전계를 발생시키는 공통전극 및 화소전극이 형성된다.
이하, 도면을 참조하여 종래 기술의 횡전계방식 액정표시장치를 설명하면 다음과 같다.
도 1은 종래기술에 의한 횡전계방식 액정표시장치의 평면도이고, 도 2는 도 1의 Ⅰ-Ⅰ'선상에서의 단면도이다.
먼저, 도 1에 도시된 바와 같이, 하부 기판(11) 상에 수직으로 교차 배치되어 화소를 정의하는 게이트 배선(12) 및 데이터 배선(15)과, 상기 게이트 배선(12) 및 데이터 배선(15)의 교차 부위에 배치된 박막트랜지스터(TFT)와, 상기 게이트 배선(12)과 평행하도록 화소 내에 배치된 공통배선(25)과, 상기 공통배선(25)에서 분기되어 상기 데이터 배선(15)에 평행하는 다수개의 공통전극(24)과, 상기 박막트랜지스터(TFT)의 드레인 전극에 연결되어 상기 공통전극(24)사이에서 상기 공통전극과 평행하게 교차 배치된 다수개의 화소 전극(17)과, 상기 화소 전극(17)에서 연장 형성되어 공통 배선(25) 상부에 오버랩된 커패시터 전극(26)이 구비되어 있다.
상기 박막트랜지스터(TFT)는 상기 게이트 배선(12)에서 분기되는 게이트 전극(12a)과, 상기 게이트 전극(12a)을 포함한 전면에 형성된 게이트 절연막(도시하지 않음)과, 상기 게이트 전극(12a) 상부의 게이트 절연막 상에 형성된 반도체층(14)과, 상기 데이터 배선(15)에서 분기되어 상기 반도체층(14) 양 끝에 각각 형성되는 소스 전극(15a) 및 드레인 전극(15b)으로 구성된다.
구체적으로, 상기 공통배선(25) 및 공통전극(24)은 일체형으로 형성되며, 상기 게이트 배선(12)과 동시에 형성되는데, 구리(Cu), 알루미늄(Al), 크롬(Cr), 몰리브덴(Mo), 티타늄(Ti) 등의 저저항 금속으로 형성한다.
그리고, 상기 화소전극(17)은 상기 공통전극(24)과 교번하도록 형성하는데, 상기 데이터 배선(15)과 동시에 형성할 수도 있고 서로 다른층에 형성할 수도 있다.
이 때, 상기 공통전극(24) 및 화소전극(17)은 일직선 형태로 교차 형성되어도 무방하고 또는 지그재그(zigzag) 형태로 형성되어도 무방하다.
상기 공통전극(24) 및 화소전극(17)을 인듐-틴-옥사이드(indium-tin-oxide : ITO)와 같이 빛의 투과율이 비교적 뛰어난 투명도전성 금속을 재료로 사용하여 형성할 수도 있는데, 이러한 구조를 ITO-ITO 전극 횡전계방식 액정표시장치라 부르기도 한다.
상기 공통전극(24)과 화소전극(17) 사이에는 두 패턴을 분리하기 위해 도 2에 도시된 바와 같이, 절연막이 더 구비되는데, 도 2의 13은 실리콘 질화물 또는 실리콘 산화물 등으로 형성된 게이트 절연막이다.
이때, 상기와 같이 공통전극(24)을 먼저 형성하고 화소전극(17)을 이후에 형성하여 그 사이를 절연막으로써 분리하는 이외에, 상기 화소전극(17)을 먼저 형성하고 공통전극(24)을 이후에 형성하고 그 사이를 절연막으로써 분리하여도 되고, 절연막을 형성하지 않고 상기 공통전극(24) 및 화소전극(17)을 동일층에 형성하여도 된다.
상기 화소전극(17)을 포함한 전면에는 각종 패턴을 보호하기 위한 보호막(16)이 더 구비된다.
한편, 상부 기판(21) 상에는 도 2에 도시된 바와 같이, 빛의 누설을 방지하는 블랙 매트릭스(22)가 있고, 상기 블랙 매트릭스(22) 사이에는 R,G,B의 컬러 레지스트로 이루어진 컬러필터층(23)이 있으며, 상기 컬러필터층(23) 상부에는 상기 컬러필터층을 보호하고 컬러필터층의 표면을 평탄화하기 위한 오버코트층(29)이 형성되어 있다.
이 때, 상기 블랙 매트릭스(23)는 화소 내의 공통전극 중 양 끝쪽의 공통전극의 상부에까지 연장 형성하여 화소 가장자리에서의 빛샘을 차단한다.
다만, 상기 공통전극(24) 중 화소 가장자리에 형성되는 공통전극을 상기 데이터 배선과 오버랩시켜 블랙 매트릭스의 역할을 대신 수행하게 할 수 있다. 이 때, 공통전극은 금속층과 같은 차광층으로 형성하여야 한다.
이러한 상기 횡전계방식 액정표시장치의 하부 기판(11)과 컬러필터 기판(21)은 접착특성을 가지는 씨일제(도시하지 않음)에 의해 대향 합착되며, 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 두 기판 사이에는 액정층(31)이 형성된다.
이와같이 구성된 횡전계방식 액정표시장치는, 액정 분자(32)를 기판에 대해서 수평을 유지한 상태로 회전시키기 위하여 공통전극 및 화소전극 2개를 모두 동일한 기판 상에 형성하고, 상기 2개의 전극 사이에 전압을 걸어 기판에 대해서 수평방향의 전계를 일어나게 한다.
이 때문에, 시각방향에 대한 액정의 복굴절의 변화가 작아 종래의 TN방식 액정표시장치에 비해 시야각 특성이 월등하게 우수해지는 것이다.
도 3은 일반적인 횡전계방식 액정표시장치의 전압분포도이고, 도 4a 및 도 4b는 전압 무인가 및 인가시에서의 횡전계방식 액정표시장치의 평면도이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 공통전극(24)에 5V를 걸어주고 화소 전극(17)에 0V를 걸어주면 전극 바로 위의 부분에서는 등전위면이 전극에 평행하게 분포하고 두 전극 사이의 영역에서는 오히려 등전위면이 수직에 가깝도록 분포한다.
따라서, 전기장의 방향은 등전위면에 수직하므로, 공통전극(24)과 화소 전극(17) 사이에서는 수직전기장보다는 수평전기장이, 각 전극 상에서는 수평전기장보다는 수직전기장이, 그리고 전극 모서리 부분에서는 수평 및 수직전기장이 복합적 으로 형성된다.
횡전계방식 액정표시장치는 이러한 전기장을 이용하여 액정분자의 배열을 조절한다.
도 4a에 도시된 바와 같이, 어느 한 편광판의 투과축과 동일한 방향으로 초기 배향된 액정분자(32)에 충분한 전압을 걸어주면, 도 4b에 도시된 바와 같이, 액정분자(32)의 장축이 전기장에 나란하도록 배열된다. 만일, 액정의 유전율 이방성이 음이면 액정분자의 단축이 전기장에 나란하게 배열된다.
구체적으로, 대향 합착된 하부 기판 및 상부 기판의 외주면에 부착된 제 1 ,제 2 편광판은 그 투과축이 서로 직교하도록 배치하고, 하부기판 상에 형성된 배향막의 러빙방향은 어느 한 편광판의 투과축과 나란하게 함으로써 노멀리 블랙 모드(nomally black mode)가 되게 한다.
즉, 전압을 인가하지 않으면, 액정분자(32)가 도 4a에 도시된 바와 같이 배열되어 블랙(black) 상태를 표시하고, 전압을 인가하면, 도 4b에 도시된 바와 같이 액정분자(32)가 전기장에 나란하게 배열되어 화이트(white) 상태를 표시한다.
그러나, 종래기술에 의한 횡전계방식 액정표시장치는 광시야각을 가진다는 장점이 있으나, 개인적인 이유로 컴퓨터를 사용할 경우, 이러한 장점이 인접한 사람들로부터 사생활을 침해받을 수 있다는 역기능을 초래하게 된다.
본 발명은 횡전계방식 액정표시장치에서 하부 기판 상의 제 1 공통 전극과 대향하도록 제 2의 공통 전극을 더 형성하고, 상기 제 1 공통 전극과 제 2 공통 전 극간에 발생되는 전계를 이용하여 협시야각을 구현하는 횡전계방식 액정표시장치 및 그 제조 방법을 제공하는 데 그 목적이 있다.
상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 횡전계방식 액정표시장치는, 제 1 기판 및 제 2 기판과; 상기 제 1 기판 상에 서로 종횡으로 교차되어 화소 영역을 정의하는 게이트배선 및 데이터 배선과; 상기 게이트 배선 및 데이터 배선의 교차 영역에 형성된 박막 트랜지스터와; 상기 화소 영역에서 소정 간격 이격되어 엇갈려 형성된 화소 전극 및 제 1 공통 전극과; 상기 제 2 기판 상에 상기 제 1 공통 전극과 대응되게 형성되어 수직전계 또는 무전계 상태를 이루는 제 2 공통 전극과; 상기 제 1, 2 기판 사이에 형성된 액정층을 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.
상기 제 1 기판에는 상기 게이트 배선과 동일한 방향으로 상기 제 1 공통 전극과 연결된 제 1 공통 배선이 더 형성된 것을 특징으로 한다.
상기 제 2 기판에는 상기 제 2 공통 전극과 연결된 제 2 공통 배선이 더 형성된 것을 특징으로 한다.
상기 제 2 기판에는 상기 화소 영역과 대응되어 형성된 컬러필터를 더 포함한 것을 특징으로 한다.
상기 제 1 공통전극 및 화소전극은 일직선 형태 또는 지그재그 형태로 형성된 것을 특징으로 한다.
또한, 상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 횡전계방식 액정표시 장치의 제조 방법은, 제 1 기판 상에 수평 방향으로 서로 소정 간격 이격하여 게이트 배선과 제1 공통 배선을 형성하는 단계와; 상기 게이트 배선과 수직한 방향으로 데이터 배선을 형성하는 단계와; 상기 데이터 배선에 평행하는 복수개의 제 1 공통 전극을 형성하고, 상기 제 1 공통 전극과 엇갈려 교차하는 화소 전극을 형성하는 단계와; 상기 제 1 기판과 대향하는 제 2 기판 상에 상기 제 1 공통 전극과 대응되는 위치에 제 2 공통 전극을 형성하는 단계와; 상기 제 1, 2 기판 사이에 액정층을 형성하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
상기 제 1 공통 전극, 제 2 공통 전극, 화소 전극은 투명한 도전성 금속으로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
상기 제 1 공통 전극은 상기 게이트 배선과 동일한 물질로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
상기 제 2 공통 전극에는 전압이 무인가되거나 상기 제 1 공통 전극과 동일한 전압 신호가 인가되어 광시야각 모드를 구현하는 것을 특징으로 한다.
상기 제 2 공통 전극에는 상기 제 1 공통 전압과 -4V ~ +4V의 전위차가 발생되도록 전압 신호가 인가되어 협시야각 모드를 구현하는 것을 특징으로 한다.
상기 제 2 공통 전극에는 직류 전압 또는 교류 전압이 인가되는 것을 특징으로 한다.
상기 화소 전극의 전압이 정극이면 -4V < Vcom2 - Vcom1 < 0V (Vcom1은 제 1 공통 전압, Vcom2는 제 2 공통 전압)인 것을 특징으로 한다.
상기 화소 전극 전압이 부극이면 0< Vcom2 - Vcom1 < 4V (Vcom1은 제 1 공통 전압, Vcom2는 제 2 공통 전압)인 것을 특징으로 한다.
상기 제 1 공통 전극과 제 2 공통 전극 사이에는 수직 전계가 형성되는 것을 특징으로 한다.
상기 광시야각 모드와 협시야각 모드는 사용자에 의해 선택될 수 있는 것을 특징으로 한다.
이하, 첨부한 도면을 참조로 하여 본 발명에 따른 횡전계방식 액정표시장치에 대해서 구체적으로 설명한다.
도 5는 본 발명에 따른 횡전계방식 액정표시장치를 보여주는 평면도이고, 도 6a 및 도 6b는 도 5의 Ⅱ-Ⅱ'선상에서의 본 발명의 광시야각 모드를 나타낸 단면도이며, 도 7은 본 발명의 광시야각 모드에서의 이소-콘트라스트(iso-contrast) 다이어그램이다.
그리고, 도 8은 본 발명에 따른 횡전계 방식 액정 표시 장치에서 광시야각 모드시 위치에 따른 투과도를 보여주는 그래프이다.
도 5 및 도 6에 도시된 바와 같이, 본 발명에 의한 횡전계방식 액정표시소자의 하부 기판(111)에는, 일렬로 배치된 복수개의 게이트 배선(112)과 상기 게이트 배선(112)에 수직 교차하는 복수개의 데이터 배선(115)에 의해 단위 화소(P)가 정의되고, 상기 단위 화소(P) 내에는 상기 두 배선의 교차 지점에 형성되어 전압을 스위칭하는 박막트랜지스터(TFT)와, 상기 게이트 배선(112)에 평행한 제 1 공통배선(125)과 접속하여 수직하게 단위 화소 내로 분기된 복수개의 제 1 공통전극(Vcom 전극:124)과, 상기 박막트랜지스터(TFT)에 연결되어 상기 제 1 공통전극(124)에 평행하는 화소전극(117)이 구비된다.
이 때, 상기 게이트 배선(112) 및 데이터 배선(115) 사이에는, 도 6에 도시된 바와 같이, 실리콘 질화물(SiNx), 실리콘 산화물(SiOx) 등의 무기 절연물질을 PECVD 방법으로 증착하여 형성된 게이트 절연막(113)이 더 형성되는데, 상기 게이트 절연막(113)은 상기 제 1 공통전극(124)과 화소전극(117)을 절연시키는 역할을 한다.
상기 화소 전극(117) 상의 전면에는 실리콘 질화물(SiNx), 실리콘 산화물(SiOx) 등의 무기절연물질 또는 BCB(Benzocyclobutene), 아크릴(Acryl)계 물질과 같은 유기 절연물질을 도포하여 보호막(116)을 형성하는데, 표면을 평탄화하고 패턴을 보호하는 역할을 한다.
이 때, 상기 박막트랜지스터(TFT)는 상기 게이트 배선(112)에서 분기된 게이트 전극(112a)과, 상기 게이트 전극(112a)을 포함한 전면에 형성된 게이트 절연막(113)과, 상기 게이트 전극(112a) 상부의 게이트 절연막(113)에 비정질 실리콘(a-Si) 및 불순물을 이온 주입한 비정질 실리콘(n+a-Si)을 차례로 증착하여 형성된 반도체층(114)과, 상기 데이터 배선(115)에서 분기되어 상기 반도체층(114) 에지(edge) 상에 각각 형성된 소스/드레인 전극(115a, 115b)으로 이루어져 상기 단위 화소(P)에 인가되는 전압의 온/오프(on/off)를 제어한다.
그리고, 상기 게이트 배선(112) 및 데이터 배선(115)은 구리(Cu), 알루미늄(Al), 알루미늄 합금(AlNd : AluminumNeodymium), 몰리브덴(Mo), 크롬(Cr), 티타늄(Ti), 탄탈륨(Ta), 몰리브덴-텅스텐(MoW) 등의 저저항 금속으로 형성할 수 있는데, 상기 제 1 공통배선(125)은 상기 게이트 배선(112)과 동시에 형성된다.
다만, 상기 제 1 공통전극(124) 및 화소전극(117)은 인듐-틴-옥사이드(indiumtin-oxide : ITO) 또는 인듐-징크-옥사이드(Indium Zin Oxie : IZO)와 같이 빛의 투과율이 비교적 뛰어난 투명도전성 금속을 재료로 사용하여 형성하여 동시에 형성하는데, 상기 제 1 공통전극(124)은 상기 제 1 공통 배선(124) 형성시 분기하여 저저항 금속층으로 형성될 수도 있다.
즉, 상기 제 1 공통전극(124)은 빛을 투과하는 투명도전막인 ITO 또는 IZO로 상기 화소 전극(117)과 동일한 층에 형성할 수도 있고, 상기 게이트 배선(112)과 동일한 층에 형성할 수도 있다.
그리고, 상기 화소전극(117) 상부층에 제 1 공통전극(124)을 형성하여도 되고, 상기 화소전극(117) 하부층에 상기 제 1 공통전극(124)을 형성하여도 되며, 상기 화소전극(117)을 상기 제 1 공통전극(124)과 단락되지 않는 범위 내에서 제 1 공통전극(124)과 동일층에 형성하여도 무방하다.
상기 제 1 공통전극(124)은 그 끝단이 제 1 공통배선(125)에 전기적으로 연결되어 상기 제 1 공통배선(125)으로부터 전압을 인가받고, 상기 화소전극(117)은 그 끝단이 일체형으로 형성되어 상기 박막트랜지스터(TFT)의 드레인 전극(115b)에 연결되어 전압을 인가받는다.
상기 제 1 공통전극(124) 및 화소전극(117)은 일직선 형태 또는 지그재그 형태 등으로 형성될 수 있으며, 서로 평행하게 교번하여 형성된다.
한편, 상기 하부 기판(111)에 대향하는 상부 기판(121)에는, 도 6에 도시된 바와 같이, 광밀도(opticaldensity) 3.5이상의 크롬산화물(CrOx) 또는 크롬(Cr) 등의 금속이나 카본(carbon) 계통의 유기물질로 형성된 블랙 매트릭스(122)와, 색상을 구현하는 안료가 함유된 적색(Red), 녹색(Green), 청색(Blue)의 컬러 레지스트가 일정한 순서로 배열되어 형성된 컬러필터층(123)과, 상기 컬러필터층(123) 상부에서 상기 하부 기판(111)의 제 1 공통전극(124)과 동일한 위치에 상응하도록 형성된 제 2 공통전극(Vsw 전극: 524)과, 상기 제 2 공통전극(524)의 일 끝단을 연결하는 제 2 공통배선(525)과, 상기 상부 기판(121)의 내측 표면을 평탄화하기 위한 오버코트층(129)이 형성되어 있다.
상기 제 2 공통전극(524)은 인듐-틴-옥사이드(indiumtin-oxide : ITO) 또는 인듐-징크-옥사이드(Indium Zin Oxie : IZO)와 같이 빛의 투과율이 비교적 뛰어난 투명도전성 금속을 재료로 사용하여 형성한다.
여기서, 상기 블랙 매트릭스(122)는 단위 화소 가장자리와 박막트랜지스터(TFT)가 형성되는 영역에 형성하여 전계가 불안한 영역에서의 빛샘을 차광하는 역할을 하는데, 상기 제 1 ,제 2 공통전극(124,524) 중 화소 가장자리에 형성되는 공통전극을 상기 데이터 배선(115)과 오버랩되도록 연장 형성하여 블랙 매트릭스(122)의 역할을 대신 수행하게 할 수 있는 구리(Cu), 알루미늄(Al), 알루미늄 합금(AlNd : Aluminum Neodymium), 몰리브덴(Mo), 크롬(Cr), 티타늄(Ti), 탄탈륨(Ta), 몰리브덴-텅스텐(MoW) 등의 저저항 금속으로 형성할 수도 있다.
상기 제 2 공통전극(524)은 상기 제 1 공통전극(124)과 대향되는 위치에 오버랩되도록 형성한다.
그리고, 상기와 같이 구성되는 하부 기판(111)과 상부 기판(121)은 기판 가장자리에 인쇄되어 접착역할을 하는 씨일재(도시하지 않음)에 의해 대향합착되며, 상기 두 기판 사이에는 액정층(131)이 형성된다.
그리고, 상기 두 기판의 외주면에는 제 1 ,제 2 편광판(161, 162)은 그 투과축이 서로 직교하도록 배치하고, 상기 하부 기판(111) 상에 형성된 배향막의 러빙방향은 어느 한 편광판의 투과축과 나란하게 함으로써 노멀리 블랙 모드(nomally black mode)가 되게 한다.
즉, 전압을 인가하지 않으면, 액정분자(132)가 도 6a에 도시된 바와 같이 배열되어 블랙(black) 상태를 표시하고, 전압을 인가하면, 도 6b에 도시된 바와 같이 액정분자(132)가 전기장에 나란하게 배열되어 화이트(white) 상태를 표시한다.
여기서, 도 6a 및 도 6b의 도면에서는 설명의 편의상 액정 분자(132)의 러빙 방향을 화소 전극(117) 및 제 1 공통 전극(124)의 배열 방향과 동일한 방향으로 형성하였으나, 상기 액정 분자(132)의 러빙 방향은 상기 화소 전극(117) 및 제 1 공통 전극(124)의 배열 방향과 45도 정도 기울어져 형성될 수도 있다.
상기와 같이 구성되는 본 발명에 따른 횡전계방식 액정표시장치는, 광시야각 모드와 보안을 위한 협시야각 모드로 각각 구동될 수 있는데, 상기 광시야각 모드로 구동시에 상기 제 2 공통 전극(524)은 전압이 인가되지 않거나(0V), 상기 제 1 공통 전압과 동일한 전압이 인가되어 상기 제 1 공통 전극(124)과 제 2 공통 전극(524) 사이에 전위차가 발생하지 않는다.
한편, 본 발명에 따른 횡전계방식 액정표시소자는 광시야각과 협시야각을 선 택적으로 스위칭하기 위하여 시야각 모드 스위칭은 선택신호(selection signal)를 사용한다.
이와 같이, 광시야각 모드에서는 도 7에 도시된 바와 같이, 정면을 기준으로 좌, 우, 상, 하 방향으로 약 88。기울어진 위치에서도 화면을 볼 수 있다.
이러한, 상기 제 1 공통전극(124) 및 화소전극(117)에 각각 전기가 인가되면, 제 1 공통전극(124) 및 화소전극(117) 사이에 횡전계가 발생하여, 도 6에 도시된 바와 같이, 액정분자(132)가 수평으로 배열되어 광시야각 모드(IPS Mode : In-Plane Switching Mode)를 구현한다.
또한, 본 발명에 따른 횡전계방식 액정표시장치에서는 광시야각모드의 화이트 상태에서 투과율이 좀 더 향상되는 장점이 있다.
도 6b 및 도 8에 도시된 바와 같이, 전압이 인가되면 화소 전극(117)과 제 1 공통 전극(124)간의 전계에 의해 액정분자(132)가 전기장과 나란히 배열되어 화이트 상태가 된다.
이때, 상기 화소 전극(117)과 제 1 공통 전극(124) 사이에는 횡전계가 형성되어 액정 분자(132)가 양호하게 배열되므로 투과도가 높지만, 일반적으로 상기 화소 전극(117)과 제 1 공통 전극(124) 상에는 전계가 형성되지 않아 광 투과도가 떨어지는 문제가 있다.
그러나, 본 발명은 상기 제 2 공통 전극(524)에 제 1 공통 전극(124)과 동일한 전압이 인가되거나 전압이 무인가되어 상기 제 1 공통 전극(124)과 제 2 공통 전극(524)간의 전계는 형성되지 않으나, 상기 제 2 공통 전극(524)과 상기 화소 전 극(117) 사이에는 전압차에 의해 발생된 미미한 전계로 인하여 이 위치에서 광 투과도가 소정 향상되는 효과가 있다.
이하, 본 발명에 따른 횡전계방식 액정표시장치에서 협시야각 모드 구동시에 대해서 구체적으로 설명한다.
도 9a 및 도 9b는 도 5의 Ⅱ-Ⅱ'선상에서의 본 발명의 협시야각 모드를 나타낸 단면도이고, 도 10은 본 발명의 협시야각 모드에서의 이소-콘트라스트 다이어그램이며, 도 11은 본 발명에 의한 공통 전압, 화소 전압 신호를 나타낸 신호도이다.
도 9a는 전압 무인가시 협시야각 모드의 횡전계방식 액정 표시 장치의 단면도이고, 도 9b는 전압 인가시 협시야각 모드의 횡전계방식 액정 표시 장치의 단면도이다.
협시야각 모드로 구동되는 횡전계방식 액정표시장치는 제 2 공통전극(524)에 전압이 인가되어 상기 제 2 공통 전극(524)과 제 1 공통 전극(124) 사이에 전위차가 발생되고 상기 제 1 공통 전극(124)과 제 2 공통 전극(524) 사이의 액정 분자(132)는 수직 전계에 의해 수직으로 배열되게 된다.
이를 위하여, 상기 제 2 공통 전극(524)에는 상기 제 1 공통 전극(124)과 -4V ~ +4V의 전위차가 발생되도록 전압을 인가한다.
즉, 상기 제 1 공통 전극(124)에 인가되는 전압이 Vcom1이고, 상기 제 2 공통 전극(524)에 인가되는 전압이 Vcom2이고, 상기 화소 전극(117)에 인가되는 전압이 Vpxl이라고 하면, 상기 Vpxl 전압이 정극일 경우 -4V < Vcom2 - Vcom1 < 0V 이고, 상기 Vpxl 전압이 부극일 경우 0< Vcom2 - Vcom1 < 4V가 되도록 한다.
도 9a에 도시된 바와 같이, 전압 무인가 상태에서 제 1 공통 전극(124)과 화소 전극(117) 사이에 수평 전계가 형성되지 않으므로 상기 제 1 공통 전극(124)과 화소 전극(117) 사이에 배향된 액정 분자(132)는 초기 배열상태에서 움직임이 없는 상태이다.
그리고, 상기 제 2 공통 전극(524)에는 상기 제 1 공통 전극(124)과 -4V ~ +4V의 전위차가 발생되도록 전압을 인가되므로 상기 제 1 공통 전극(124)과 제 2 공통 전극(524) 사이의 액정 분자(132)는 수직으로 일어서서 배열되어 있다.
따라서, 정면 시야각에서는 액정 분자(132)의 위상차가 발생하지 않아 노멀리 블랙 상태를 이루게 되지만, 좌, 우 시야각 방향에서는 상기 제 1 공통 전극(124)과 제 2 공통 전극(524) 사이에서 일어선 액정 분자(132)에 의해 리타데이션(retardation)이 크게 발생하게 되어 콘트라스트(contrast)가 감소하므로 좌, 우 시야각이 나빠져 협시야각을 가지게 된다.
또한, 도 9b에 도시된 바와 같이, 전압 인가 상태에서 제 1 공통 전극(124)과 화소 전극(117) 사이에 수평 전계가 형성되므로 상기 제 1 공통 전극(124)과 화소 전극(117) 사이에 배향된 액정 분자(132)의 장축이 전기장에 나란하도록 배열된다. 만일, 액정의 유전율 이방성이 음이면 액정 분자의 단축이 전기장에 나란하게 배열된다.
한편, 상기 제 2 공통 전극(524)에는 상기 제 1 공통 전극(124)과 -4V ~ +4V의 전위차가 발생되도록 전압을 인가되므로 상기 제 1 공통 전극(124)과 제 2 공통 전극(524) 사이의 액정 분자(132)는 수직으로 일어서서 배열되어 있다.
그리고, 상기 화소 전극(117) 상에 대응되는 액정 분자(132)는 전기장의 영향을 거의 받지 않으므로 거의 초기 배열 상태로 유지된다.
따라서, 정면 시야각에서는 화이트 상태를 이루게 되지만, 좌, 우 시야각 방향에서는 상기 제 1 공통 전극(124)과 제 2 공통 전극(524) 사이에서 일어선 액정 분자에 의해 리타데이션(retardation)이 크게 발생하게 되어 콘트라스트(contrast)가 감소하므로 좌, 우 시야각이 나빠져 협시야각을 가지게 된다.
이와 같이, 협시야각 모드에서는 도 10에 도시된 바와 같이, 정면을 기준으로 좌, 우 방향에서는 거의 화면을 볼 수 없게 되므로 보안성이 향상되게 된다.
이와 같이, 본 발명에 따른 횡전계방식 액정표시소자는 광시야각과 협시야각을 선택적으로 사용할 수 있으며, 이를 스위칭하기 위하여 시야각 모드 스위칭은 선택신호(selection signal)를 사용한다.
즉, 사용자가 보안을 위하여 협시야각 모드를 선택하면, 협시야각 선택신호가 입력이 되고, 도 11에 도시된 바와 같이, 상기 제 2 공통 전극에는 상기 제 1 공통 전극과 -4V ~ +4V의 전위차가 발생되도록 직류 전압(DC) 또는 교류 전압(AC)이 인가된다.
구체적으로, 도 11의 (a) 및 (b)에 도시된 바와 같이, 상기 제 2 공통 전극에 직류 전압(DC)이 인가될 경우, 상기 화소 전압(Vpxl)이 정극이면 -4V < Vcom2 - Vcom1 < 0V가 되도록 제 2 공통 전극으로 직류 신호가 인가되고, 상기 화소 전압(Vpxl)이 부극일 경우 0< Vcom2 - Vcom1 < 4V가 되도록 제 2 공통 전극으로 직류 신호가 인가된다.
그리고, 상기 제 2 공통 전극에 교류 전압(AC)이 인가될 경우, 도 11의 (c) 및 (d)에 도시된 바와 -4V < Vcom2 - Vcom1 < +4V 가 되도록 교류 신호가 인가된다.
그리고, 사용자가 일반적인 용도로 사용하기 위하여 광시야각 선택신호가 입력되면 상기 제 2 공통 전극에는 제 1 공통 전극과 동일한 전압이 인가되거나 전압이 인가되지 않는다.
본 발명을 구체적인 실시예를 통하여 상세히 설명하였으나, 이는 본 발명을 구체적으로 설명하기 위한 것으로, 본 발명에 따른 횡전계방식 액정표시장치 및 그의 제조 방법은 이에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상 내에서 당 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 그 변형이나 개량이 가능함이 명백하다.
본 발명은 횡전계방식 액정 표시 장치에서 제 1 공통 전극과 제 2 공통 전극간의 전계를 이용하여 광시야각 모드 또는 협시야각 모드를 선택하여 구현할 수 있어, 개인의 보안성을 향상시키는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 광시야각 모드에서 투과도가 향상되는 효과도 있다.

Claims (21)

  1. 제 1 기판 및 제 2 기판과;
    상기 제 1 기판 상에 서로 종횡으로 교차되어 화소 영역을 정의하는 게이트 배선 및 데이터 배선과;
    상기 게이트 배선 및 데이터 배선의 교차 영역에 형성된 박막 트랜지스터와;
    상기 화소 영역에서 소정 간격 이격되어 엇갈려 형성된 화소 전극 및 제 1 공통 전극과;
    상기 제 2 기판 상에 상기 제 1 공통 전극과 대응된 위치에 대응된 형상으로 오버랩되도록 형성되는 제 2 공통 전극과;
    상기 제 1, 2 기판 사이에 형성된 액정층을 포함하며,
    광시야각 모드로 구동시에,
    상기 제 2 공통전극은 상기 제 1 공통전극과 동일한 전압을 인가하고,
    상기 제 2 공통전극은 상기 제 1 공통전극과는 전계를 미형성하고, 상기 제 2 공통전극은 상기 화소 전극과는 전계가 형성되어 광 투과도를 향상하고,
    협시야각 모드로 구동시에,
    상기 제 2 공통전극에는 상기 제 1 공통전극과 -4V ~ +4V의 전위차가 발생되도록 전압을 인가하고, 상기 제 1 공통전극과 상기 화소전극 사이에는 수평 전계가 형성되고, 상기 액정층의 액정분자는 상기 제 1 공통 전극과 제 2 공통 전극 사이 영역에서만 수직 배열하는 것을 특징으로 하는 횡전계방식 액정표시장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 제 1 기판에는 상기 게이트 배선과 동일한 방향으로 상기 제 1 공통 전극과 연결된 제 1 공통 배선이 더 형성된 것을 특징으로 하는 횡전계방식 액정표시장치.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 제 2 기판에는 상기 제 2 공통 전극과 연결된 제 2 공통 배선이 더 형 성된 것을 특징으로 하는 횡전계방식 액정표시장치.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 제 2 기판에는 상기 화소 영역과 대응되어 형성된 컬러필터를 더 포함한 것을 특징으로 하는 횡전계방식 액정표시장치.
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 제 2 공통 전극에는 직류 전압 또는 교류 전압이 인가되는 것을 특징으로 하는 횡전계방식 액정표시장치.
  8. 제 1항에 있어서,
    상기 제 1 공통전극 및 화소전극은 일직선 형태 또는 지그재그 형태로 형성 된 것을 특징으로 하는 횡전계방식 액정표시장치.
  9. 제 1항에 있어서,
    상기 제 1 공통 전극, 제 2 공통 전극, 화소 전극은 투명한 도전성 금속으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 횡전계방식 액정표시장치.
  10. 제 1항에 있어서,
    상기 제 1 공통 전극은 상기 게이트 배선과 동일한 물질로 이루어지는 것을 특징으로 하는 횡전계방식 액정표시장치.
  11. 제 1 기판 상에 수평 방향으로 서로 소정 간격 이격하여 게이트 배선과 제1 공통 배선을 형성하는 단계와;
    상기 게이트 배선과 수직한 방향으로 데이터 배선을 형성하는 단계와;
    상기 데이터 배선에 평행하는 복수개의 제 1 공통 전극을 형성하고, 상기 제 1 공통 전극과 엇갈려 교차하는 화소 전극을 형성하는 단계와;
    상기 제 1 기판과 대향하는 제 2 기판 상에 상기 제 1 공통 전극과 대응되는 위치에 대응된 형상을 갖는 제 2 공통 전극을 형성하는 단계와;
    상기 제 1, 2 기판 사이에 액정층을 형성하는 단계를 포함하며,
    광시야각 모드로 구동시에,
    상기 제 2 공통전극은 상기 제 1 공통전극과 동일한 전압을 인가하고,
    상기 제 2 공통전극은 상기 제 1 공통전극과는 전계를 미형성하고, 상기 제 2 공통전극은 상기 화소 전극과는 전계가 형성되어 광 투과도를 향상하고,
    협시야각 모드로 구동시에,
    상기 제 2 공통전극에는 상기 제 1 공통전극과 -4V ~ +4V의 전위차가 발생되도록 전압을 인가하고, 상기 제 1 공통전극과 상기 화소전극 사이에는 수평 전계가 형성되고, 상기 액정층의 액정분자는 상기 제 1 공통 전극과 제 2 공통 전극 사이 영역에서만 수직 배열하는 것을 특징으로 하는 횡전계방식 액정표시장치의 제조 방법.
  12. 제 11항에 있어서,
    상기 제 2 기판 상에서 상기 제 1 공통 배선과 대응되는 위치에 제 2 공통 배선이 더 형성되는 것을 특징으로 하는 횡전계방식 액정표시장치의 제조 방법.
  13. 제 11항에 있어서,
    상기 제 1 공통 전극, 제 2 공통 전극, 화소 전극은 투명한 도전성 금속으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 횡전계방식 액정표시장치의 제조 방법.
  14. 제 11항에 있어서,
    상기 제 1 공통 전극은 상기 게이트 배선과 동일한 물질로 이루어지는 것을 특징으로 하는 횡전계방식 액정표시장치의 제조 방법.
  15. 삭제
  16. 삭제
  17. 제 11항에 있어서,
    상기 제 2 공통 전극에는 직류 전압 또는 교류 전압이 인가되는 것을 특징으로 하는 횡전계방식 액정표시장치의 제조 방법.
  18. 제 11항에 있어서,
    상기 화소 전극의 전압이 정극이면 -4V < Vcom2 - Vcom1 < 0V (Vcom1은 제 1 공통 전압, Vcom2는 제 2 공통 전압)인 것을 특징으로 하는 횡전계방식 액정표시장치의 제조 방법.
  19. 제 11항에 있어서,
    상기 화소 전극 전압이 부극이면 0< Vcom2 - Vcom1 < 4V (Vcom1은 제 1 공통 전압, Vcom2는 제 2 공통 전압)인 것을 특징으로 하는 횡전계방식 액정표시장치의 제조 방법.
  20. 삭제
  21. 제 11항에 있어서,
    상기 시야각 모드는 광시야각 모드와 협시야각 모드로 사용자에 의해 선택될 수 있는 것을 특징으로 하는 횡전계방식 액정표시장치의 제조 방법.
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