KR100668137B1 - 프린지 필드 스위칭 모드 액정표시장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 시그널 라인과 카운터 전극 사이에서 원치않는 전계가 발생되는 것에 의해 화질 저하가 초래되는 것을 방지할 수 있는 프린지 필드 스위칭 모드 액정표시장치(Fringe Field Switching mode LCD device)를 개시한다. 개시된 본 발명의 프린지 필드 스위칭 액정표시장치는, 투명성 절연기판; 상기 투명성 절연기판 상에 일 방향으로 배열된 수 개의 게이트 라인; 상기 게이트 라인과 직교하게 배열된 수 개의 데이터 라인; 상기 게이트 라인과 데이터 라인의 교차부에 배치된 박막 트랜지스터; 상기 게이트 라인과 데이터 라인에 의해 한정된 화소 영역 내에 배치된 카운터 전극; 및 상기 카운터 전극의 상부에 제1절연막의 개재하에 배치된 화소전극을 포함하며, 상기 카운터 전극은 인접하는 게이트 라인 또는 데이터 라인과 제2절연막의 개재하에 오버랩되게 배치된 것을 특징으로 한다.

Description

프린지 필드 스위칭 모드 액정표시장치{FRINGE FIELD SWITCHING MODE LCD}
도 1은 종래 기술에 따른 프린지 필드 스위칭 모드 액정표시장치의 어레이 기판을 도시한 단면도.
도 2는 종래 기술에 따른 프린지 필드 스위칭 모드 액정표시장치에서의 문제점을 설명하기 위한 평면도.
도 3a는 본 발명의 제1실시예에 따른 프린지 필드 스위칭 모드 액정표시장치의 어레이 기판을 개략적으로 도시한 평면도.
도 3b는 도 3a의 Y-Y′선을 따라 절단하여 도시한 단면도.
도 4a는 본 발명의 제2실시예에 따른 프린지 필드 스위칭 모드 액정표시장치의 어레이 기판을 개략적으로 도시한 평면도.
도 4b는 도 4a의 X-X′선을 따라 절단하여 도시한 단면도.
도 5a는 본 발명의 제3실시예에 따른 프린지 필드 스위칭 모드 액정표시장치의 어레이 기판을 개략적으로 도시한 평면도.
도 5b는 도 5a의 Z-Z′선을 따라 절단하여 도시한 단면도.
(도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명)
30 : 유리기판 33 : 게이트 라인
34A,34B,34C : 카운터 전극 35 : 게이트 절연막
36 : 화소전극 37 : 절연막
39 : 데이터 라인 39a : 소오스 전극
40 : 보호막
본 발명은 프린지 필드 스위칭(Fringe Field Switching) 모드 액정표시장치에 관한 것으로, 특히, 시그널 라인과 카운터 전극 사이에서 원치않는 전계가 발생되는 것을 억제시킬 수 있는 프린지 필드 스위칭 모드 액정표시장치에 관한 것이다.
주지된 바와 같이, 액정표시장치는 경량, 박형 및 저소비 전력 등의 특성을 갖기 때문에 CRT(Cathod-ray tube)를 대신하여 각종 정보기기의 단말기 또는 비디오기기 등에 사용되고 있다. 특히, 매트릭스 형태로 배열된 각 화소마다 스위칭 소자로서 박막 트랜지스터가 구비되는 액티브 매트릭스 액정표시장치, 즉, 박막 트랜지스터 액정표시장치는 응답 특성이 우수하고, 그리고, 고화소수에 적합한 잇점을 갖는 바, CRT에 필적할만한 고화질 및 대형화를 구현할 수 있다.
한편, 상기 박막 트랜지스터 액정표시장치는 그 구동 모드로서 TN(Twist Nematic) 모드를 채택하여 왔는데, 이러한 TN 모드는 시야각이 협소하다는 단점이 있어, 그 이용에 제약을 받는다. 이에, 인-플레인 스위칭(In-Plain Switching : 이하, IPS) 모드가 제안되었고, 이러한 IPS 모드에 의해서 광시야각을 갖는 액정표시 장치가 구현되었다.
반면, 상기 IPS 모드 액정표시장치(이하, IPS-LCD)는 광시야각을 구현하기는 하였지만, 주지된 바와 같이, 카운터 전극의 재질이 불투명 금속인 것에 기인해서 낮은 개구율 및 투과율 특성을 갖는다. 이에 따라, 상기 IPS-LCD가 갖는 광시야각의 특성을 유지하면서, 개구율 및 투과율을 향상시킨 프린지 필드 스위칭(Fringe Field Switching : 이하, FFS) 모드가 제안되었고, 이러한 FFS 모드 액정표시장치(이하, FFS-LCD)는 대한민국 특허출원 98-9243호로 출원되었다.
이러한 FFS-LCD는, 간략하게, 카운터 전극 및 화소 전극이 투명 금속, 즉, ITO로 형성되면서, 상기 전극들간의 간격은 기판들간의 간격보다 좁게 형성되는 것에 의해, 상기 전극들 사이에서 프린지 필드가 형성됨으로써, 이러한 프린지 필드에 의해서 전극들 상부에 존재하는 액정 분자들이 모두 동작되고, 아울러, 음의 유전율 이방성 특성을 갖는 액정을 사용하는 것에 의해서, 고휘도 및 광시야각을 실현하도록 만든 구조이다.
도 1은 종래 기술에 따른 FFS-LCD의 어레이 기판의 일부분을 도시한 단면도로서, 이를 설명하면 다음과 같다.
화소영역에 해당하는 유리기판(1) 부분 상에 투명 금속, 예를들어, ITO로 이루어지면서, 박스 형상 또는 수 개의 슬릿(slit)이 구비된 형상을 갖는 카운터 전극(2)이 형성된다. 또한, 유리기판(1)의 소정 부분 상에는 상기 카운터 전극(2)과 동일 평면이면서, 불투명 금속으로 이루어지는 게이트 전극(3a)을 포함한 게이트 라인(도시안됨)과 커먼 라인(4)이 형성된다. 이때, 상기 커먼 라인(4)은 그의 일부 분이 카운터 전극(2)과 콘택되게 형성된다. 게이트 절연막(5)이 카운터 전극(2), 게이트 전극(3a)을 포함한 게이트 라인 및 커먼 라인(4)을 덮도록, 유리기판(1)의 전면 상에 형성된다. 화소영역에 해당하는 게이트 절연막 부분, 즉, 카운터 전극(2) 상부의 게이트 절연막 부분 상에 ITO로 이루어지면서, 콤브(comb) 형상을 갖는 화소전극(6)이 형성된다.
게이트 전극(3a) 상부의 게이트 절연막 부분 상에 에치 스톱퍼(8)를 갖는 역스태거(Reverse Staggered) 구조의 박막 트랜지스터(TFT)가 형성되고, 상기 박막 트랜지스터(TFT)를 포함한 결과물 상에는 보호막(10)이 형성된다. 여기서, 상기 박막 트랜지스터(TFT)는, 주지된 바와 같이, 게이트 전극(3a)과, 이를 덮는 게이트 절연막(5), 상기 게이트 절연막(5) 상에 형성되면서 a-Si층으로 이루어지는 반도체층(8), 상기 반도체층(8) 상에 패턴의 형태로 형성되는 에치 스톱퍼(8) 및 데이터 라인(도시안됨)과 함께 형성되면서 화소전극(6)과 콘택되도록 형성되는 소오스 전극(9a)과 상기 소오스 전극(9a)과 대향,배치되는 드레인 전극(9b)으로 구성된다.
여기서, 상기 박막 트랜지스터(TFT)는 에치 스톱퍼를 생략한 구조인 백-채널 에치(Back-Channel Etch) 구조로도 형성 가능하다.
그러나, 종래의 FFS-LCD는, IPS-LCD와 비교해서, 향상된 개구율 및 투과율 특성을 갖지만, 도 2에 도시된 바와 같이, 시그널 라인들과 카운터 전극(2), 즉, 게이트 라인(3)과 카운터 전극(2) 및 데이터 라인(9)과 카운터 전극(2) 사이에서 원치않는 전계, 즉, 박막 트랜지스터(TFT)나 드라이브 IC의 구동 제어와는 무관한 전계가 발생되는 것에 의해서, 액정들의 배열 변경에 기인하는 빛샘 현상이 발생되고, 아울러, 액정의 디스클리네이션(disclination)이 발생되어 화소영역에서의 액정 배열에 악영향을 미치게 되며, 그래서, 양호한 화질을 갖지 못하게 된다.
한편, FFS-LCD 뿐만 아니라, 대부분의 액티브 매트릭스 LCD는 컬러 필터 기판에서의 블랙 매트릭스의 폭을 적절하게 조절함으로써, 원치않는 전계 발생에 의한 빛샘 및 디스클리네이션 등을 차단하고, 이를 통해, 표시화면의 화질 저하를 방지하고 있다. 그런데, 상기 블랙 매트릭스의 확장은 개구 영역의 감소를 초래하는 바, 고개구율의 구현이라는 근본 취지에 맞지 않는다.
따라서, 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 본 발명은 시그널 라인들과 카운터 전극 사이에서 원치않는 전계가 발생되는 것을 억제시키고, 그래서, 화질 저하를 방지할 수 있는 FFS-LCD를 제공함에 그 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 FFS-LCD는, 투명성 절연기판; 상기 투명성 절연기판 상에 일 방향으로 배열된 수 개의 게이트 라인; 상기 게이트 라인과 직교하게 배열된 수 개의 데이터 라인; 상기 게이트 라인과 데이터 라인의 교차부에 배치된 박막 트랜지스터; 상기 게이트 라인과 데이터 라인에 의해 한정된 화소 영역 내에 배치된 카운터 전극; 및 상기 카운터 전극의 상부에 제1절연막의 개재하에 배치된 화소전극을 포함하며, 상기 카운터 전극은 인접하는 게이트 라인 또는 데이터 라인과 제2절연막의 개재하에 오버랩되게 배치된 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 카운터 전극이 시그널 라인과 오버랩하도록 형성되기 대 문에, 상기 카운터 전극과 시그널 라인 사이에서 원치않는 전계가 발생되는 현상은 최대한 억제되며, 그래서, 빛샘 및 디스클리네이션 현상에 기인하는 화질 저하는 방지된다.
(실시예)
이하, 첨부한 도면에 의거하여 본 발명의 바람직한 실시예를 자세히 설명하도록 한다.
도 3a는 본 발명의 제1실시예에 따른 FFS-LCD의 어레이 기판을 개략적으로 도시한 평면도이다. 도시된 바와 같이, 행방향으로 게이트 라인들(33)이 배열되어 있고, 상기 게이트 라인들(33)과 수직하는 열방향으로 데이터 라인들(39)이 배열되어 있다. 또한, 상기 게이트 라인(33)과 데이터 라인(39)의 교차부에는 스위칭 소자로서 기능하는 역스태거(reversed staggered) 구조의 박막 트랜지스터(TFT)가 배치되어 있으며, 게이트 라인(33)과 데이터 라인(39)에 의해 한정된 화소영역 내에는 ITO와 같은 투명 금속으로 이루어진 카운터 전극(34A)이 배치되어 있다.
여기서, 상기 카운터 전극(34A)은 박스 형상을 갖으면서, 마주보는 상측 및 하측 가장자리 부분 각각이 상기 게이트 라인(33)과 오버랩되게 배치되며, 아울러, 그의 소정 부분은 상기 박막 트랜지스터(TFT)의 소오스 전극(39a)과 콘택된다.
자세하게, 도 3b는 도 3a의 Y-Y′선을 따라 절단하여 도시한 단면도로서, 도시된 바와 같이, 카운터 전극(34A)은 그의 양측 가장자리 부분 각각이 게이트 절연막(35)의 개재하에 게이트 라인(33)과 오버랩되게 배치된다. 또한, 상기 카운터 전극(34A)의 상부에는 절연막(37)의 개재하에 화소전극(36)이 배치된다. 이때, 상기 절연막(37)은 박막 트랜지스터(TFT)를 보호하기 위해 형성되는 보호막이거나, 또는, 추가된 절연막이다. 미설명된 도면부호 30은 유리기판을 나타낸다.
이와 같은 구조를 갖는 본 발명에 따른 FFS-LCD에 있어서, 게이트 라인과 카운터 전극이 오버랩될 뿐, 이들간의 이격 공간이 없기 때문에, 상기 게이트 라인과 카운터 전극 사이에서 원치않는 전계가 발생되는 현상은 억제되고, 그래서, 원치않는 전계 발생에 기인하는 빛샘 또는 디스클리네이션의 발생도 억제되는 바, 표시화면의 화질 저하는 초래되지 않는다.
도 4a는 본 발명의 제2실시예에 따른 FFS-LCD의 어레이 기판을 개략적으로 도시한 평면도이다. 도시된 바와 같이, 이 실시예에서의 카운터 전극(34B)은 마주보는 일측 및 타측 가장자리 부분 각각이 데이터 라인(39)과 오버랩되게 배치되며, 아울러, 하측 가장자리의 일부분이 박막 트랜지스터(TFT)의 소오스 전극(39a)과 콘택된다. 즉, 상기 카운터 전극(34B)은 그의 형성시에 데이터 라인(39)과 일부분이 오버랩될 수 있는 크기로 확장되어 형성되며, 이후, 상기 데이터 라인(39)이 형성되는 것에 의해서, 상기 카운터 전극(34B)과 데이터 라인(39)의 소오스 전극(39a)이 콘택된다.
도 4b는 도 4a의 X-X′선을 따라 절단하여 도시한 단면도로서, 도시된 바와 같이, 카운터 전극(34B)은 그의 양측 가장자리 부분 각각이 게이트 절연막(13)의 개재하에 데이터 라인(39)과 오버랩된다. 또한, 화소전극(36)이 절연막(37)의 개재하에 상기 카운터 전극(34A)의 상부에 배치된다. 상기 절연막(37)은 이전 실시예에서와 마찬가지로 박막 트랜지스터(TFT)를 보호하기 위해 형성되는 보호막이거나, 또는, 추가된 절연막이다. 미설명된 도면부호 30은 유리기판을 나타낸다.
도 5a는 본 발명의 제3실시예에 따른 FFS-LCD의 어레이 기판을 개략적으로 도시한 평면도이다. 도시된 바와 같이, 이 실시예에 있어서의 카운터 전극(34C)은 게이트 라인(33)에 인접한 마주보는 상층 및 하측 가장자리 부분 각각이 상기 게이트 라인(33)과 오버랩되도록 배치됨은 물론, 데이트 라인(39)에 인접한 마주보는 일측 및 타측 가장자리 부분 각각이 상기 데이터 라인(39)과 오버랩되도록 배치되며, 그리고, 소정 부분이 박막 트랜지스터(TFT)의 소오스 전극(39a)과 콘택된다.
즉, 상기 카운터 전극(34C)은 게이트 라인(33) 및 데이터 라인(39)과의 사이에서 발생될 수 있는 원치않는 전계가 모두 방지되도록, 상기 게이트 라인(33) 및 데이터 라인(39) 모두와 오버랩되는 크기로 확장되어 배치된다.
도 5b는 도 5a Z-Z′선을 따라 절단하여 도시한 단면도이다. 도시된 바와 같이, 카운터 전극(34C)은 그의 상측 및 하측은 물론, 일측 및 타측 가장자리 모두가 게이트 라인(33) 및 데이터 라인(39)과 오버랩되게 배치된다. 이때, 상기 게이트 라인(33)과 카운터 전극(34C)은 게이트 절연막(35)에 의해 절연되며, 상기 카운터 전극(34C)과 데이터 라인(39)은 추가된 절연막(37)에 의해 절연된다. 또한, 상기 카운터 전극(34C)의 상부에는 보호막(40)의 개재하에 화소전극(36)이 배치된다. 여기서, 상기 화소전극(36)과 데이터 라인(39)도 상기 보호막(40)에 의해 절연된다. 미설명된 도면부호 30은 유리기판을 나타낸다.
상기와 같은 본 발명에 실시예들에 따른 FFS-LCD에 있어서, 게이트 라인과 카운터 전극 사이 공간 및 데이터 라인과 카운터 전극 사이 공간이 최소화되거나, 또는, 제거되기 때문에, 상기 게이트 라인과 카운터 전극 및 데이터 라인과 카운터 전극 사이에서 원치않은 전계가 발생되는 것에 기인하는 빛샘 및 디스클리네이션 현상 등을 억제될 수 있으며, 그래서, 본 발명의 FFS-LCD의 화질 저하는 방지된다.
또한, 상기 카운터 전극이 게이트 라인 및 데이터 라인과 오버랩되도록 배치되는 것에 의해 게이트 라인 및 데이터 라인에서의 신호 지연 현상이 발생될 수 있으며, 그래서, 응답 속도의 저하에 기인하는 화질 저하가 초래될 수도 있다.
따라서, 본 발명은 이러한 결함의 발생을 방지하기 위해, 상기 절연막으로서 유전율(ε) 값이 4 이하인 유기절연막을 사용하며, 아울러, 그 두께를 2∼3㎛ 정도로 한다.
한편, 전술한 실시예들은 역스태거형 박막 트랜지스터 구조에 대하여 도시하고, 설명한 것이지만, 본 발명은 스태거형 박막 트랜지스터 구조에도 적용 가능하다. 또한, 본 발명은 투과형 LCD에 대해 도시하고, 설명하였지만, 반사형은 물론, 반투과형 LCD에도 적용 가능하다.
여기서, 스태거형 박막 트랜지스터 구조를 갖는 FFS-LCD에 본 발명에 따른 카운터 전극 구조가 적용된 경우, 그리고, 반사형 및 반투과형 LCD에 본 발명에 따른 카운터 전극 구조가 적용된 경우에서의 전체적인 구조 및 그 제조방법은 당업자라면 용이하게 유추해낼 수 있는 것으로 사료된다.
따라서, 여기에서는 이러한 예들에 대한 도면 및 설명은 생략하도록 한다.
이상에서와 같이, 본 발명은 카운터 전극이 게이트 라인 및 데이터 라인과 오버랩되도록 배치하여, 그들간의 이격 공간이 최소화 또는 제거되도록 함으로써, 빛샘 또는 디스클레이션과 같이 화질에 악영향을 미치는 요소들을 억제시킬 수 있으며, 그래서, 고개구율 및 고투과율을 달성하면서, 양호한 화질을 갖는 FFS-LCD를 제공할 수 있다.
기타, 본 발명은 그 요지를 일탈하지 않는 범위에서 다양하게 변경하여 실시할 수 있다.

Claims (5)

  1. 투명성 절연기판과, 상기 투명성 절연기판 상에 일 방향으로 배열된 수 개의 게이트 라인과, 상기 게이트 라인과 직교하게 배열되어 있는 수 개의 데이터 라인과, 상기 게이트 라인과 데이터 라인의 교차부에 형성되어있는 박막 트랜지스터와, 상기 게이트 라인과 데이터 라인에 의해 한정된 화소 영역 내에 배치된 카운터 전극과, 상기 카운터 전극의 상부에 배치된 화소전극을 포함하는 프린지 필드 스위칭 모드 액정표시장치에 있어서,
    상기 카운터 전극은 인접하는 게이트 라인 또는 데이터 라인과 절연막의 개재하에 오버랩되게 배치된 것을 특징으로 하는 프린지 필드 스위칭 모드 액정표시장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 카운터 전극은
    인접하는 게이트 라인 또는 인접하는 데이터 라인 중에서 어느 하나의 라인과 오버랩되게 배치된 것을 특징으로 하는 프린지 필드 스위칭 모드 액정표시장치.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 카운터 전극은
    인접하는 게이트 라인 및 인접하는 데이터 라인 모두와 오버랩되게 배치된 것을 특징으로 하는 프린지 필드 스위칭 모드 액정표시장치.
  4. 삭제
  5. 삭제
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