KR100375517B1

KR100375517B1 - 액정디스플레이

Info

Publication number: KR100375517B1
Application number: KR10-2000-0018077A
Authority: KR
Inventors: 사카모토미치아키; 오카모토마모루; 나카타시니치; 야마모토유지; 와타나베타카히코; 이하라히로후미; 기카와히로노리; 마쓰야마히로아키
Original assignee: 닛본 덴기 가부시끼가이샤
Priority date: 1999-04-06
Filing date: 2000-04-06
Publication date: 2003-03-10
Anticipated expiration: 2020-04-06
Also published as: US6507382B1; TW499597B; JP2000292801A; KR20000071583A

Abstract

본 발명은 화소전극(14)과 공통전극(3)이 차폐전극(20)으로 덮인 컬러필터(10) 위에 배치되는 액정층(40)을 제어하는 액정디스플레이를 제공한다.

Description

액정디스플레이{A liquid crystal display}

본 발명은 박막트랜지스터(TFT)를 매트릭스형으로 배치하여 스위칭소자로서 이용하는 액티브매트릭스형 액정디스플레이에 관한 것이다.

TFT를 스위칭소자로서 이용하는 액티브매트릭스형의 TFT액정디스플레이는 고화질평면디스플레이로서 광범위하게 이용되고 있다. 종래의 TFT액정디스플레이에서는, 비틀림네마틱(twisted nematic) 디스플레이로 대표되는 바와 같이, 액정층이 사이에 낀 전극들간에 기판에 수직한 전계를 인가함으로써 액정층을 구동하였다.

이 타입의 TFT액정디스플레이는, 그러나, 상대적으로 시야각이 좁고 콘트라스트가 나빠, 화면이 희끄무레하게 되고 시야각이 좁아지게 된다. 따라서, 개선의 여지가 있다.

일본 특개평 4-261552호 및 6-43461호에는 액정디스플레이의 시야각을 적절하게 개선하는 기술이 개시되어 있다. 이 기술들에서는, 호메오트로픽(homeotropically)배향 액정셀을 제작하여, 이 셀을 편광축들이 서로 직교하는 두개의 편광판들간에 위치시키고, 개구부를 갖는 공통전극을 이용하여 각 화소내에 경사전계를 발생시켜 각 화소를 두 개 이상의 액정도메인들로 분할함으로써 시각특성을 개선한다. 특히, 일본 특개평 4-261552호에서는, 전압이 인가되는 동안 액정의 경사방향을 제어함으로써 높은 콘트라스트를 실현하고 있다. 일본 특개평 6-43461호에 개시된 기술에서는, 필요에 따라 광학적 보상기를 사용하여 흑의 시각특성을 개선한다. 또한, 일본 특개평 6-43461호에서는, 경사전계에 의해 각 화소를 두 개 이상의 도메인들로 분할하여 호메오트로픽배향셀 뿐만 아니라 TN배향셀에서도 시각특성을 개선한다.

일본 특개평 5-505247호는 액정분자들을 기판에 평행하도록 회전시키기 위해 두 개의 전극들을 한 개의 기판상에 형성하며, 전극들간에 전압을 인가하여 기판에평행한 전계를 발생시키는 IPS(In-Plane Switching)방식의 액정디스플레이를 제안하였다. 이 타입의 디스플레이에서, 액정분자들의 장축은 전압을 인가하는 동안 기판에 대해 서지 않는다. 따라서, 시각방향이 변한 경우에 액정의 복굴절의 변화가 작아, 넓은 시야각을 달성할 수 있다.

상술한 바와 같이 한 개의 기판상에 두 개의 전극이 형성되어 있는 IPS방식을 적용한 액티브매트릭스형 TFT액정디스플레이를 설명하기로 한다.

도 5(a) 및 도 5(b)는 IPS방식을 적용한 종래의 TFT액정디스플레이를 나타내며, 도 5(a)는 도 5(b)에서 A-A'선의 단면도이다.

도 5(a)에서, Cr으로 구성되는 게이트전극(502)과 공통전극(503)은 유리기판(501)상에 형성되며, 이 전극들을 덮도록 질화실리콘으로 구성되는 게이트절연막(504)이 형성된다.

게이트전극(502)상에는, 트랜지스터의 액티브층으로 작용하는 비정질실리콘으로 구성되는 반도체막(505)이 게이트절연막(504)을 통해 형성된다. 몰리브덴(molybdenum)으로 구성되는 드레인전극(506)과 소스전극(507)은 반도체막(505)의 패턴일부에 겹쳐 있고, 질화실리콘으로 구성되는 보호막(508)은 전체 소자들에 걸쳐 형성된다.

도 5(b)에서, 1화소영역은 소스전극(507)과 인출된 공통전극(503)간에 배치된다.

상술한 바와 같이 구성된 단위화소들이 매트릭스형으로 배치된 액티브매트릭스기판상에는, 러빙처리된(rubbed) 배향막(ORI1)이 형성된다.

한편, 컬러필터(532)는 차폐부(533)에 의해 경계가 결정되며, 이 소자들에 걸쳐 보호막(534)이 형성된다. 다시, 러빙처리된 배향막(ORI2)이 보호막(534)상에 형성된다.

유리기판(50l)과 대향기판(531)은 그 배향막들(ORI1,ORI2)이 서로 마주보는 방식으로 배치되며, 그 사이에는 액정조성물(540)로 채워진 공간이 있다. 편광판들은 유리기판(501)과 대향기판(531)의 바깥면들상에 형성된다. 컬러필터(532)를 분할하는 차폐부(533)의 그 일부가 반도체막(505)으로 구성되는 박막트랜지스터위에 겹쳐지는 방식으로 형성된다.

상술한 바와 같이 구성된 TFT액정디스플레이에서, 전계가 액정조성물(540)에 인가되지 않을 때, 액정분자들은 연장된 전극방향에 실질적으로 평행하다. 특히, 액정분자들(541a)의 길이(광축)방향이 소스전극(507)과 인출된 공통전극(503)간에 발생되는 전계의 방향에 대해 적어도 45°이상 90°미만의 각을 형성하도록 액정분자들(541a)이 배향된다. 상호 마주 보고 있는 유리기판(501)과 대향기판(531)은 액정분자들에 평행하다. 여기에서 액정분자들(541a)의 유전이방성(dielectricanisotropy)은 정(positive)이다.

게이트전극(502)에 전압을 인가함으로써 박막트랜지스터를 온(on)시키면, 전압이 소스전극(507)에 인가되어, 소스전극(507)과 대향공통전극(503)간에는 전계가 유도된다. 그러면 전계는 액정분자들의 방향을 541a부터 541b까지 변경시킨다. 액정분자들(54lb)은 소스전극(507)과 대향공통전극(503)간에 발생되는 전계의 방향에 실질적으로 평행하다.

IPS방식에서 액정분자들의 분자축은 상술한 바와 같이 제어되기 때문에, 편광판(551)의 편광투과축을 소정각도로 설정하여 광투과율을 변화시킬 수 있다.

상술한 바와 같이, IPS방식의 TFT액정디스플레이는 투명전극없이도 콘트라스트를 제공할 수 있다. 또한, 상술한 IPS방식의 TFT액정디스플레이에서 액정분자들의 장축은 기판면에 실질적으로 평행하며, 전압이 인가되는 것에 의해 서지않는다. 따라서, 이러한 디스플레이에서, 시각이 변할 때 밝기에 작은 변화가 발생하여 시각(視覺)특성이 향상된다.

Journal of Applied Physics, Vol.45, No.12, p.5466(1974)과 일본 특개평10-186351호에서는, 상술한 IPS방식 이외에, 정의 유전이방성을 갖는 액정이 기판에 수직한 방향으로 호메오트로픽배향되고, 액정분자들은 기판에 평행한 전계에 의해 기판에 평행한 방향으로 배향되며, 호메오트로픽배향 액정분자들은 전계방향에 의해 경사각이 서로 다른 두 개 이상의 영역들로 분할된다.

그러나, 상술한 종래기술에서 컬러필터는 액정이 위치한 층과 대향기판간에 배치되기 때문에, 소스전극과 공통전극간에 인가되는 전압에 의해 발생되는 전계가 컬러필터에 영향을 주어, TFT액정디스플레이의 표시특성을 악화시킨다. 나트륨 이온과 같은 불순물을 포함하는 컬러필터의 색소들은 필터에 전계가 인가될 때 컬러필터에 대전(帶電)을 일으킨다. 대향기판은 절연막으로 구성된다. 따라서, 컬러가 대전되면, 대전된 영역 아래의 액정에는, 표시특성에 역효과를 일으키는, 불필요한 전계가 남을 수 있다.

이러한 문제점을 해결하기 위하여, 대향기판대신 TFT들을 포함하는 기판(이하, 'TFT기판'이라 함)상에 컬러필터를 형성하여다. TFT기판상에는 각종 배선층이 있다, 이러한 구성에 의하면, 컬러필터의 대전을 방지하고 컬러필터에 축적된 전하가 액정층에 끼치는 영향을 감소시킬 수 있다. 또한, 동일기판상에 형성된 컬러필터와 TFT들은 별도의 기판상에 형성된 경우와 비교할 때 오배치의 빈도가 감소되어, 고품질의 액정디스플레이를 용이하게 제작할 수 있게 한다.

그러나, 고성능소자에 대한 요구수준이 점차 높아지기 때문에, 액정층에 대한 불필요한 전계를 제거하는 것에 대해서도, 종래기술에 비해 높은 수준을 요구한다. TFT기판상에 컬러필터를 형성하는 경우, 예를 들면, 미세화 액정디스플레이의 요구에 의해, 컬러필터와 액정층간의 거리를 감소할 필요가 있다. 이 경우, 컬러필터에 축적된 작은 전하량이 액정층에 상당히 영향을 줄 수 있다. 다시 말해, TFT기판상에 컬러필터를 형성하는 것만으로는 충분하지 않고 더 높은 수준으로 불필요한 전계를 제거할 것이 요구된다.

TFT기판상에 컬러필터를 형성하는 것이, 어느 정도, 불필요한 전계의 영향을 제거하는데 효과적인 것은, 액정을 구동하는 전계를 발생시키는 화소전극과 공통전극이 컬러필터상에 형성되어, 컬러필터의 대전 또는 차지업(charging-up)으로 인한 전계가 액정층으로 누설되지 않고 화소전극과 공통전극에 의해 흡수되기 때문이다. 그러나, 더 높은 수준으로 불필요한 전계를 제거하는 것을 시도하면, 주사 및/또는 신호선들에 기인한 강한 전계가 컬러필터에 상당한 차지업 또는 대전을 일으킬 수 있다. 따라서, 이러한 문제를 해결하는 것이 중요하다. 이러한 대전은 표시특성을 악화시킬 수 있다. 예를 들면, 다중컬러 액정디스플레이에서 색이 고르지 않을 수 있다. 이러한 문제점은 TFT기판상에 컬러필터를 배치하는 것에 의해 현저해 진다. 따라서, 종래기술에서는 인식되어 있지 않고, 이 문제에 대해 연구된 적은 거의 없다.

상술한 사정에 비추어 볼 때, 본 발명의 목적은, 컬러필터가 TFT기판상에 형성되는 액정디스플레이에서 배선간의 전계 등에 기인한 컬러필터의 대전을 방지하여 컬러필터에 축적된 전하가 액정층에 끼치는 영향을 감소시키는 것이다.

따라서, 본 발명의 다른 목적은 액정디스플레이의 표시특성을 향상시키고 특히 다중컬러 액정디스플레이에서 색이 고르지 않은 것을 방지하는 것이다.

도 1(a) 및 도 1(b)는 본 발명의 제 1실시예에 따른 액정디스플레이의 구성을 나타내는 단면도 및 평면도이다.

도 2(a) 내지 도 2(e)는 제 1실시예에 따른 액정디스플레이의 제조과정을 나타내는 도면이다.

도 3(a) 및 도 3(b)는 본 발명의 제 2실시예에 따른 액정디스플레이의 구성을 나타내는 단면도 및 평면도이다.

도 4(a) 및 도 4(b)는 본 발명의 제 3실시예에 따른 액정디스플레이의 구성을 나타내는 단면도 및 평면도이다.

도 5(a) 및 도 5(b)는 컬러필터가 대향기판상에 형성된, 종래기술에 따른 IPS형의 액정디스플레이의 구성을 나타내는 도면이다.

상술한 문제점들을 해결하기 위하여, 본 발명은 제 1기판, 제 2기판, 및 이 기판들간의 액정층을 포함하며, 제 1기판의 액정층 측상에는 매트릭스형으로 배치된 화소전극과 공통전극으로 구성되는 화소 및 이 화소의 동작을 제어하는 스위칭소자가 형성되고, 제 1기판상에는 컬러필터와 이 컬러필터를 덮는 차폐전극이 형성되며, 화소전극과 공통전극은 차폐전극상에 형성되는 액정디스플레이를 제공한다.

또한, 본 발명은 제 1기판, 제 2기판, 및 이 기판들간의 액정층을 포함하며, 제 1기판의 액정층 측상에는 매트릭스형으로 배치된 화소전극과 공통전극으로 구성되는 화소 및 이 화소의 동작을 제어하는 스위칭소자가 형성되고, 제 1기판상에는 컬러필터가 형성되며, 공통전극은 컬러필터를 덮도록 형성되는 액정디스플레이를 제공한다.

본 발명의 액정디스플레이에서, 컬러필터는 제 1기판상에 형성되며 차폐전극 또는 공통전극은 컬러필터를 덮는다. 다시 말해, 컬러필터와 컬러필터를 덮는 차폐전극 또는 공통전극은, 제 1기판과 화소전극 사이와 제 1기판과 공통전극 사이에 위치한다. 이러한 구조는 배선간에, 특히 화소전극과 공통전극간에 발생되는 전계로부터 컬러필터를 보호할 수 있으며, 컬러필터가 이 전계들에 기인하여 대전되는 것을 방지할 수 있다. 컬러필터와 액정층간의 차폐전극이나 공통전극이 배치되는 것으로, 컬러필터에 축적된 전하가 액정층에 끼치는 영향을 감소시킬 수 있다. 따라서, 본 발명에 의하면, 액정디스플레이의 표시특성이 향상될 수 있고 다중컬러 액정디스플레이에서 색이 고르지 못하게 되는 것을 효율적으로 방지할 수 있다.

본 발명에 따른 액정디스플레이에서, 차폐전극이 컬러필터를 덮도록 형성되거나 공통전극이 컬러필터를 덮도록 형성된다· 여기에서 사용된, "덮는다(cover)"는 용어는 컬러필터를 실질적으로 완전하게 또는 부분적으로 덮는 것을 의미한다. 컬러필터에서는 액정배향을 제어하는 전극들에 의해 둘러싸인 영역(이하, "전극쌍영역"이라 칭함)을 덮는 것이 바람직하다. 여기에서 액정배향을 제어하는 전극은 화소전극이나 공통전극을 일컫는 것이다. 전극쌍영역은, 예컨대, 도 1에서 화소전극(14) 및 공통전극(3)에 의해 둘러싸인 영역이다. 도 1(a), 도 1(b) 및 도 3(a) 내지 도 5(b)에 도시된 바와 같이, 전극쌍영역에서 컬러필터를 실질적으로 완전하게 덮는 것은 컬러필터가 대전되는 것을 억제되고 컬러필터에 축적된 전하가 액정층에 끼치는 영향을 감소시킬 수 있다.

본 발명에서, 차폐전극 또는 공통전극은 바람직하게는 컬러필터의 적어도60%, 더 바람직하게는 적어도 70%를 덮는다. 이로써 컬러필터의 대전이나 컬러필터에 축적된 전하가 액정층에 끼치는 효과를 더 효율적으로 감소시킬 수 있다. 또한, 차폐전극 또는 공통전극은 바람직하게는 전극쌍영역의 적어도 70%, 더 바람직하게는 적어도 80%를 덮는다. 이로써 컬러필터의 대전방지나 컬러필터에 축적된 전하가 액정층에 끼치는 영향을 더 효율적으로 감소시킬 수 있다.

본 발명에서는, 공통전극의 적어도 일부를 화소전극과 컬러필터 사이에 배치하는 것이 바람직하다. 특히 공통전극상에 화소전극이 형성되는 것, 즉 제1기판상에 컬러필터, 공통전극 및 화소전극이 차례로 형성되는 것이 바람직하다. 이로써 컬러필터상의 화소전극과 공통전극간에 발생되는 전계의 효과, 및 컬러필터의 대전효과를 더 감소시킬 수 있다. 또한, 화소전극과 접하는 것을 방지하면서 공통전극의 면적을 증가시킬 수 있고 컬러필터를 화소전극으로부터 유효하게 차폐시킬 수 있다. 예를 들어, 화소전극과 공통전극이 동일기판상에 형성되면, 화소전극의 접촉으로 인한 전류누설 때문에 공통전극이 그다지 넓어질 수 없다. 한편, 상술한 구조는 이 문제를 해결할 수 있다. 또한, 상술한 구조에서는, 화소전극과 공통전극간에 저장용량을 제공할 수 있어 장치의 레이아웃효율을 향상시킬 수 있고, 예컨대, 더 높은 품질을 달성하는 잇점이 있다.

본 발명에서의 차폐전극은 상술한 바와 같이 다른 상호접속들간의 전계로부터 컬러필터를 보호하고 컬러필터를 차폐한다. 차폐전극은 화소전극 또는 공통전극과 동일한 전위를 가질 수도 있다.

차폐전극은 ITO 등의 투명성 및 전도성물질로 구성되는 것이 바람직하다. 공통전극이 컬러필터를 덮고 있는 구조에서도, 상술한 바와 같이 공통전극은 ITO등으로 구성될 수 있다.

본 발명에서, 공통전극과 화소전극은 동일기판상에 형성된다. 공통전극과 화소전극간에 인가되는 전압에 의해 제 1기판에 평행한 성분을 지배적으로 포함하는 전계(평행한 성분을 주로 포함하는 전계)를 발생하는 것이 바람직하다. 이러한 전계의 발생은 시각특성을 더욱 향상시킬 수 있다.

본 발명에서, 액정분자들은 전압이 인가되는 것 없이, 즉 공통전극과 화소전극간에 전압이 인가되는 것 없이 제 1기판에 실질적으로 평행하거나 수직한 방향으로 배향될 수 있다.

본 발명의 여러 실시예들을 상세히 설명한다.

제 1실시예

이 실시예의 액정디스플레이의 구조를 도 1(a) 및 도 1(b)를 참조하여 설명하기로 하며, 여기서 도 1(b)는 도 1(a)의 A-A'선 단면도이다.

이 실시예의 액정디스플레이에서는, 도 1(b)에 나타낸 바와 같이, Cr으로 구성되는 게이트전극(주사신호전극)(2)과 게이트전극(2)을 덮고 있는 질화실리콘으로 구성되는 게이트절연막(4)이 유리기판(1)상에 형성된다.

게이트전극(2)상에는, 박막트랜지스터(TFT)의 액티브층으로 동작하는 비정질실리콘으로 구성되는 반도체막(5)이 게이트절연막(4)을 개재하여 형성된다. 몰리브덴으로 구성되는 드레인전극(6)과 소스전극(7)은 반도체막(5)의 패턴일부에 겹쳐져 있으며, 질화실리콘으로 구성되는 보호막(8)은 전체 소자들에 걸쳐 형성된다. 도 1(a)에 도시된 바와 같이, 드레인전극(6)은 데이터선(영상신호전극)(6a)에 접속된다. 다시 말해, 드레인전극(6)은 데이터선(6a)의 일부로서 형성된다.

유리기판(1)상에는, 컬러필터(10)가 보호막(8)을 개재하여 형성되며 컬러필터상에는, 오버코트층(12), 차폐전극(20)및 층간막(12)이 순차로 배치된다. 차폐전극(20)은 컬러필터(10)의 적어도 일부를 덮는다. 이 실시예에서는, 도 1(a)에 나타낸 바와 같이 상측에서 디스플레이를 볼 때, 차폐전극(20)이 컬러필터면적의 적어도 75%를 덮고 전극쌍영역(화소전극에 의해 둘러싸인 영역)의 적어도 90%를 덮는다. 컬러필터(10)의 면적은 도 1(a)에 점선으로 나타내었다.

층간막(13)상에는, 화소전극(14)과 공통전극(3)이 분리되게 형성된다. 화소전극(14)은 콘택플러그(9)를 통해 소스전극(7)에 접속된다, 화소전극(14)과 공통전극(3)에 의해 둘러싸인 면적은 1화소쌍을 구성한다. 액정층(40)내의 액정분자들(41)의 분자축은 화소전극(14)과 공통전극(3)간에 발생되는 전계에 의해 제어된다.

배향막(미도시)은 오버코트층(12)과 대향기판(31)상에 각각 형성된다. 배향막표면은 러빙된다.

유리기판(1)과 대향기판(31)은 그 배향막들의 표면이 서로 마주보도록 배치되어, 그 안에는 액정층(40)이 마련될 수 있는 공간이 형성된다. 편광판들은 유리기판(1)과 대향기판(31)의 바깥표면들상에 형성된다.

상술한 바와 같은 TFT액정디스플레이에서, 액정층(40)에 전계가 인가되지 않는 경우, 액정층(40)내의 액정분자들은 실선으로 나타낸 바와 같은 방향으로 배향된다. 즉, 액정분자들의 길이(광측)방향이 화소전극(14)과 공통전극(3)간에 발생되는 전계방향에 대해 적어도 45%이상 90%미만의 각도를 형성하도록 액정분자들이 배향된다. 여기에서 액정분자들의 유전이방성은 정이다. 상호 대향배치된 유리기판(1)과 대향기판(31)은 액정분자들에 평행하다.

게이트전극(2)에 전압이 인가되는 것에 의해 박막트랜지스터(TFT)로 턴온되면, 전압이 소스전극(7)에 인가되어 화소전극(14)과 대향공통전극(3)간에는 전계가 발생한다. 전계는 화소전극(14)과 공통전극(3)(평면도에서의 점선)간에 발생되는 전계에 평행한 방향으로 액정분자들의 장축을 정렬시킨다.

편광판(551)의 편광투과축은 소정각도로 설정되어 광투과율을 변화시킬 수 있다.

상술한 바와 같은 제 1실시예에 따른 액정디스플레이의 제조과정을 도 2(a) 내지 도 2(e)를 참조하여 설명한다.

도 2(a)이전의 과정을 설명하기로 한다. 유리기판(1)상에 Cr막을 형성한 후, 포토리소그래피 및 에칭과 같은 공지기술로 패턴을 행하여 게이트전극(2)을 형성한다. 전극상에는 질화실리콘으로 구성되는 게이트절연막(4)을 형성하여, 이를 통해 비정질의 실리콘으로 구성되는 반도체막(5)을 게이트전극(2)상에 형성한다. 반도체막(5)은 게이트절연막(4)상에 비정질실리콘을 퇴적한 후 공지의 포토리소그래피이나 에칭에 의해 패턴하여 형성할 수 있다. 그 후, 반도체막(5)의 패턴일부의 상부에 몰리브덴으로 구성되는 드레인전극(6)과 소스전극(7)을 형성하고 보호막(8)이 전체표면을 덮도록 형성한다. 그 후, 차폐부(11)를 보호막(8)의 소정위치에 형성한다. 컬러필터(10)는, 예컨대, 적색, 녹색 및 청색염료를 포함하는 수지막으로 구성될 수 있고, 예컨대, 이하의 과정에 의해 마련될 수 있다. 우선, 아크릴계 네거티브형의 감광성수지에 안료를 분산한 안료분산레지스트를 마련한다. 이것을 보호막(8)에 도포하여 레지스트막을 형성한다. 이 레지스트막의 소정영역, 특히 매트릭스형의 화소영역에 선택적으로 광을 조사하도록 광마스크를 이용하여 노광한다. 노광 후에, 소정의 현상액으로 원하는 패턴을 형성한다. 이러한 과정을, 원하는 컬러들의 수만큼, 예컨대, 3색에 대해 3회 반복하여 컬러필터(10)가 마련된다. 차폐부(11)는 흑색염료나 안료를 포함하는 수지막 또는 금속으로 구성될 수 있다.

도 2(a)는 상술한 과정후의 상태를 나타낸다.

도 2(b)에 나타낸 바와 같이, 컬러필터(10)와 차폐부(11)상에는 투명절연물질로 구성되는 오버코트층(12)이 형성되며, 그 소정영역에는 소스전극(7)에 접속되는 콘택홀(21)이 형성된다. 오버코트층(12)은 아크릴수지와 같은 열경화성수지 또는 투명한 광경화성수지로 구성될 수 있다.

다음으로, 도 2(c)에 나타낸 바와 같이, 전 표면에 걸쳐 ITO막을 형성한 후에, 에칭에 의해 표면을 패턴하여 콘택플러그(9) 및 차폐전극(20)을 형성한다. ITO막은 콘택홀(21)을 채우도록 형성되며 막의 두께는, 예컨대, 50 내지 100㎚이다.

다음으로, 전표면에 걸쳐 층간막(13)이 0.5㎛(도 2(d))의 두께로 형성된다. 층간막(13)이 형성되는 것에 의해, TFT기판표면의 평탄성이 향상된다.

콘택플러그(9)와 차폐전극(20)에 접속되는 홀들을 각각 형성한 후, 도전막을 전표면에 걸쳐 형성하고 에칭에 의해 패턴하여 화소전극(14)과 공통전극(13)(도2(e))을 형성한다. 도전막은 Mo 및 Cr 등의 금속 또는 ITO 등의 투명도전물질로 구성될 수 있다.

배향막을 형성하고 러빙처리한 후, 액정층(40)을 형성하는 것 등에 의해 도1(a) 및 도 1(b)에 도시한 바와 같은 액정디스플레이가 마련된다.

도 1(a) 및 도 1(b)에 도시된 이 실시예의 액정디스플레이에서, 컬러필터(10)상의 화소전극(14)과 대향공통전극(3)간에 발생되는 전계는 액정분자들(41)을 구동시킨다. 액정디스플레이에서, 유리기판(1)상에는, 컬러필터(10), 화소전극(14) 및 공통전극(3), 그리고 액정층(40)이 순차로 배치된다. 층간막(13)과 오버코트층(12)은 컬러필터(10)와 화소전극 및 공통전극(14, 3) 사이에 형성되며, 또한, ITO로 구성되는 도전성 차폐전극(20)이 형성된다. 이러한 구조는 컬러필터(10)에 대전을 일으키는, 화소전극(14)과 공통전극(3) 간에 발생되는 전계를 방지할 수 있다. 특히, 차폐전극(20)은 화소전극(14)과 공통전극(3)간에 발생되는 전계를 효율적으로 차폐할 수 있어서, 전계가 컬러필터(10)에 대전을 일으키는 것을 방지할 수 있다. 소정 양의 전하가 컬러필터(10)에 축적되면, 컬러필터(10)와 액정층(40)간의 차폐전극(20)은 액정층(40)에 끼치는 전하의 영향을 최소화할 수 있다.

이 실시예에서, 1화소는 1쌍의 공통전극과 화소전극을 갖지만, 그것에 제한되지는 않는다. 즉, 1화소영역은 적절한 수의 공통전극과 화소전극을 각각 가질 수 있다. 예를 들어, 이들 전극들은 서로 마주보는 아치형태로 형성될 수도 있다. 이러한 구조는 화소전극과 공통전극간의 거리를 줄일 수 있어서 1화소가 상대적으로 커지는 경우에도, 액정을 구동하는 전압을 줄일 수 있다. 이 실시예에서는 정의 유전이방성을 갖는 액정이 사용되었지만, 부(negative)의 유전이방성을 갖는 액정이 사용되어도 동일한 효과를 거둘 수 있다.

제 2실시예

이 실시예에서, 공통전극은 화소전극 아래에 형성되며 컬러필터를 덮는다. 다시 말해, 공통전극은 제 1실시예에서 차폐전극(20)의 역할도 담당한다. 이 실시예를 도 3(a) 및 도 3(b)를 참조하여 설명하기로 하며, 여기서 도 3(b)는 도 3(a)에서 A-A'선의 단면도이다.

이 실시예의 액정디스플레이에서, Cr으로 구성되는 게이트전극(주사신호전극)과 게이트전극(2)을 덮는 질화실리콘으로 구성되는 게이트절연막(4)은 유리기판(1)상에 형성된다.

게이트전극(2)상에는, 박막트랜지스터(TFT)의 액티브층으로 동작하는 비정질실리콘으로 구성되는 반도체막(5)이 게이트절연막(4)을 통해 형성된다. 몰리브덴으로 구성되는 드레인전극(6)과 소스전극(7)은 반도체막(5)의 패턴 일부에 겹쳐 있고, 질화실리콘으로 구성되는 보호막(8)은 전체 소자들에 걸쳐 형성된다. 도 3(a)에 도시된 바와 같이, 드레인전극(6)은 데이터선(영상신호전극)(6a)에 접속된다. 다시 말해, 드레인전극(6)은 데이터선(6a)의 일부로 형성된다.

유리기판(1)상에는, 컬러필터(10)가 보호막(8)을 통해 형성되며 컬러필터상에는, 오버코트층(12), 공통전극(3) 및 층간막(13)이 순차로 배치된다. 차폐전극(20)은 제 1실시예에서 도 3(a) 및 도 3(b)에 도시된 바와 같이 컬러필터(10)를 덮고 있으며, 이 실시예에서 공통전극(3)은 차폐전극(20) 대신 형성된다. 이 실시예에서, 도 3(a)에 나타낸 바와 같이 상측에서 디스플레이를 보았을 때, 공통전극(3)은 컬러필터면적의 적어도 75%를 덮고 있으며 전극쌍영역(화소전극에 의해 둘러싸인 영역)의 적어도 90%를 덮고 있다. 컬러필터(10)의 면적은 도 3(a)에 점선으로 나타내었다.

층간막(13)상에는, 화소전극들(14)의 쌍이 별도로 형성된다. 화소전극들(14) 중의 하나는 콘택플러그(9)를 통해 소스전극(7)에 접속된다. 액정층(40)내의 액정분자들(41)의 분자축은 화소전극(14)과 공통전극(3)간에 발생되는 전계에 의해 제어된다. 화소전극들(14)과 공통전극(3)에 의해 둘러싸인 면적은 1화소쌍을 구성한다. 이 실시예에서는 두 개의 화소전극들(14)이 1화소내에 형성되지만, 3개 이상의 화소전극들이 형성될 수도 있다.

배향막(미도시)은 오버코트층(12)과 대향기판(31)상에 각각 형성된다. 배향막표면은 러빙처리된다.

유리기판(1)과 대향기판(31)은 배향막들의 표면이 서로 마주보며, 그 안에 액정층(40)이 형성되도록 공간이 제공된다. 편광판들은 유리기판(1)과 대향기판(31)의 바깥표면들상에 형성된다.

상술한 바와 같은 TFT액정디스플레이에서, 액정층(40)에 전계가 인가되지 않는 경우, 액정층(40)내의 액정분자들은 실선으로 나타낸 바와 같은 방향으로 배향된다. 즉, 액정분자들의 길이(광축)방향이 화소전극(14)과 공통전극(3)간에 발생되는 전계방향에 대해 적어도 45%이상 90%미만의 각도를 형성하도록 액정분자들이 배향된다. 여기에서 액정분자들의 유전이방성은 정이다. 상호 대향배치된유리기판(1)과 대향기판(31)은 액정분자들에 평행하다.

게이트전극(2)에 전압이 인가되는 것에 의해 박막트랜지스터(TFT)로 전환되면, 전압이 소스전극(7)에 인가되어 화소전극들(14)과 이에 대향배치되어 있는 공통전극(3)간에 전계가 발생한다. 전계는 화소전극(14)과 공통전극(3)(평면도에서의 점선)간에 발생되는 전계에 평행한 방향으로 액정분자들의 장축을 정렬시킨다.

편광판(551)의 편광투과축은 소정의 각도로 설정되어 광투과율을 변화시킬 수 있다.

상술한 바와 같이, 이 실시예에서는, 도 3(a) 및 도 3(b)에 도시된 바와 같이 컬러필터(10)상의 화소전극들(14)과 이에 대향배치되어 있는 공통전극(3)간에 발생되는 전계로 액정분자들(41)을 구동한다.

이 실시예에서, 상술한 컬러필터(10)는 화소전극들(14)과 공통전극(3)에 형성되며, 그 위에는 액정층(40)이 형성된다. 층간막(13), 오버코트층(12) 및 공통전극(3)은 컬러필터(10)와 화소전극들(14)간에 형성된다.

이러한 구조는 컬러필터(10)에 대전을 일으키는 원인이 되는 화소전극들(14)과 공통전극(3)간에 발생되는 전계를 방지할 수 있다. 특히, 컬러필터(10)를 덮고 있는 공통전극(3)은 화소전극들(14)과 공통전극(3)간에 발생되는 전계를 효율적으로 차폐할 수 있어서, 컬러필터(10)에 대전을 일으키는 전계를 방지할 수 있다. 컬러필터(10)와 액정층(40)간의 공통전극(3)은 컬러필터(10)에 축적된 전하가 액정층(40)에 끼치는 영향을 감소시킬 수 있다. 이 실시예에서는 화소전극들(14), 공통전극(3) 및 공통전극배선(3a)이 오버코트층(2)을 통해 서로 다른 층들에 접속되기 때문에, 화소전극들(14)과 접하는 것을 방지하여 공통전극(3)의 면적을 증가시킬 수 있다. 이러한 구조는 공통전극(3)이 컬러필터(10)의 적어도 70% 또는 전극쌍영역내의 컬러필터(10)의 적어도 90%를 덮게 한다.

또한, 공통전극(3)과 화소전극들(14)은 층간막(13)을 개재하여 적층되므로, 그 영역은 저장용량의 역할을 하여 장치의 레이아웃효율을 향상시키며, 예컨대, 더 높은 품질을 달성할 수 있게 하는 잇점이 있다.

이 실시예에서는, 1화소가 공통전극과 두 개의 화소전극들을 가지지만, 본 발명이 이러한 구조에 한정되는 것은 아니다. 즉, 1화소영역은 적절한 수의 공통전극과 화소전극을 가질 수 있다. 예를 들면, 이들 전극들은 그 면들이 서로 마주보는 아치형태로 형성될 수도 있다. 이러한 구조는 화소전극과 공통전극간의 거리를 감소시켜 1화소가 상대적으로 커지더라도, 액정을 구동하는 전압을 감소시킬 수 있다. 이 실시예에서는 정의 유전이방성을 갖는 액정이 사용되었지만, 부의 유전이방성을 갖는 액정을 사용하여도 동일한 효과를 거둘 수 있다.

제 3실시예

이 실시예에 따른 디스플레이는 액정층(40)과 배향막을 제외하면, 제 2실시예에서 기술한 바와 같은 구조를 갖는다. 이 실시예의 액정디스플레이를 도 4(a) 및 도 4(b)를 참조하여 설명하기로 한다.

이 실시예에서는, 수직배향막이 형성된다. 제 2실시예에서 기술한 바와 같은 단위 화소들은 매트릭스형으로 배열된 액티브 매트릭스기판의 표면상에, 즉 화소전극이 형성된 층간막(13)상에 형성된다. 배향막은 필요에 따라 러빙처리되거나 광배향처리된다.

한편, 대향기판(31)상에는 수직배향막도 형성되며, 그 표면은 필요에 따라 러빙처리되거나 광배향처리된다. 유리기판(1)과 대향기관(31)은 배향막들의 표면이 서로 마주보며, 그 안에 액정층(40)이 형성되도록 공간이 제공된다.

액정층에 전계가 인가되지 않는 경우, 액정분자들(41)은 기판에 실질적으로 수직한 방향(평면도에서 실선)으로 배향된다. 게이트전극에 전압이 인가되는 것에 의해 박막트랜지스터(TFT)가 턴온되면, 전압이 소스전극에 인가되어 화소전극과 대향공통전극간에 전계가 발생하고, 이 때 액정분자들은 전계에, 즉 기판에 실질적으로 평행하게(평면도에서 점선) 경사진다. 또한, 전계는 기판에 정확하게 평행하지는 않으므로, 전극들간의 액정분자들은 두 개의 서로 다른 경사방향들을 갖는다.

따라서, 이 실시예의 액정디스플레이는 배향막에 특별한 처리를 하지 않고도 자동적으로 액정분자들이 경사되어 넓은 시야각을 달성할 수 있지만, 액정분자들의 경사방향을 더 정확하게 제어하기 위하여, 배향막에 포토리소그래피에 의해 분할되는 러빙처리를 행하거나, 배향막에 광배향막을 이용하여 그 광배향막의 성질에 따라 경사편광 또는 비편광 조사를 행하는 등의 처리를 할 수 있다. 또한, 구동시의 게이트선과 드레인선으로부터의 횡방향의 전계에 의해 액정의 배향이 교란되는 것을 방지하기 위하여 소량의 모노머(monomer)를 도입하여 적당한 배향상태를 기억함으로써, 모노머를 폴리머화 할 수도 있다.

소정의 각도로 편광판의 편광투과축을 고정하여도, 광투과율은 상술한 액정 분자들의 움직임에 따라 변할 수 있다.

편광투과축들을 직교시킨 경우, 통상적으로 블랙모드가 되지만, 초기 액정배향의 지연의 관찰각의존을 감소시키기 위해 부와 정의 한 개의 축들에 대한 보상막을 조합하여 사용할 수 있다. 이로써 흑상태의 관찰각의존성을 효율적으로 감소시켜 화질을 향상시키고 넓은 시야각을 달성할 수 있다.

상술한 바와 같이, 이 실시예는 액정층의 상하간에 불필요한 전계가 남아 있는 상태를 최소화할 수 있다. 따라서, 표시특성은 종래기술에 따른 구조의 표시특성보다 항구적이다. 또한, 기판에 실질적으로 수직하게 배향된 액정분자들이 인가되는 전계에 의해 기판방향에 대해 경사지게 되는 구조는, 종래와 같은 액정분자들이 기판에 평행한 평면내에서 회전하는 구조에 비해, 경사방향으로부터 관찰할 때 색소가 없어도 넓은 시야각을 달성할 수 있다.

이 실시예에서는, 컬러필터(10)내의 전하가 방지되어 컬러필터(10)에 축적된 전하가 액정층(40)에 끼치는 영향을 효과적으로 감소시킬 수 있다. 이 실시예에서는 정의 유전이방성을 갖는 액정이 사용되었으나, 부의 유전이방성을 갖는 액정으로도 동일한 효과를 거둘 수 있다.

본 출원서는 일본 특허출원 평성 11-99150호에 근거하며, 그 내용은 참조로서 여기에 포함되어 있다.

상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 액정디스플레이는 액정을 제어하는 화소전극과 공통전극이 상술한 컬러필터에 형성되며 컬러필터는 차폐전극이나 공통전극에 의해 덮여지는 구조를 갖는다. 이러한 구조는 컬러필터를 배선간에, 특히 화소전극과 공통전극간에 발생되는 전계로부터 보호할 수 있고, 전극에 의한 전하로부터 컬러필터를 효과적으로 보호할 수 있다. 또한, 컬러필터와 액정층간의 차폐전극과 공통전극은 컬러필터에 축적된 전하가 액정층에 끼치는 영향을 감소시켜 액정디스플레이의 표시특성을 향상시킬 수 있다.

Claims

제 1기판, 제 2기판, 및 상기 기판들간의 액정층을 포함하며,

매트릭스형으로 배치된 화소전극과 공통전극으로 구성되는 화소 및 상기 화소의 동작을 제어하는 스위칭소자가, 상기 제 1기판의 상기 액정층 측에 형성되고,

컬러필터와 상기 컬러필터를 덮는 차폐전극이 상기 제 1기판상에 형성되며,

상기 화소전극과 공통전극은 상기 차폐전극상에 형성되는 액정디스플레이.
제 1기판, 제 2기판, 및 상기 기판들간의 액정층을 포함하며,

매트릭스형으로 배치된 화소전극과 공통전극으로 구성되는 화소 및 상기 화소의 동작을 제어하는 스위칭소자가, 상기 제 1기판의 상기 액정층 측에 형성되고,

컬러필터가 상기 제 1기판상에 형성되며,

상기 공통전극은 상기 컬러필터를 덮도록 형성되는 액정디스플레이.
제 2항에 있어서, 상가 공통전극의 적어도 일부는 상기 화소전극과 컬러필터사이에 위치하는 것을 특징으로 하는 액정디스플레이.
제 2항에 있어서, 상기 화소전극은 상기 공통전극 위에 형성되는 것을 특징으로 하는 액정디스플레이.
제 3항에 있어서, 상기 화소전극은 상기 공통전극 위에 형성되는 것을 특징으로 하는 액정디스플레이.
제 1항에 있어서, 상기 공통전극과 화소전극간에 인가되는 전압은, 상기 제 1기판에 평행한 성분을 지배적으로 포함하는 전계를 발생시키는 것을 특징으로 하는 액정디스플레이.
제 2항에 있어서, 상기 공통전극과 화소전극간에 인가되는 전압은, 상기 제 1기판에 평행한 성분을 지배적으로 포함하는 전계를 발생시키는 것을 특징으로 하는 액정디스플레이.
제 1항에 있어서, 상기 공통전극과 상기 화소전극간에 어떤 전압도 인가되지 않는 경우, 상기 액정층내의 액정분자들은 상기 제 1기판에 실질적으로 평행한 방향으로 배향되는 것을 특징으로 하는 액정디스플레이.
제 2항에 있어서, 상기 공통전극과 상기 화소전극간에 어떤 전압도 인가되지 않는 경우, 상기 액정층내의 액정분자들은 상기 제 1기판에 실질적으로 평행한 방향으로 배향되는 것을 특징으로 하는 액정디스플레이.
제 1항에 있어서, 상기 공통전극과 상기 화소전극간에 어떤 전압도 인가되지않는 경우, 상기 액정층내의 액정분자들은 상기 제 1기판에 실질적으로 수직한 방향으로 배향되는 것을 특징으로 하는 액정디스플레이.
제 2항에 있어서, 상기 공통전극과 상기 화소전극간에 어떤 전압도 인가되지 않는 경우, 상기 액정층내의 액정분자들은 상기 제 1기판에 실질적으로 수직한 방향으로 배향되는 것을 특징으로 하는 액정디스플레이.