KR100448043B1 - 광 누설이 제거된 프린지 필드 스위칭 모드 액정표시장치 - Google Patents

광 누설이 제거된 프린지 필드 스위칭 모드 액정표시장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 광 누설이 제거된 프린지 필드 스위칭 모드 액정표시장치를 개시하며, 개시된 본 발명의 프린지 필드 스위칭 모드 액정표시장치는, 하부 기판 상에 단위 화소를 한정하도록 게이트 절연막의 개재하에 교차 배열된 수 개의 게이트 버스 라인 및 데이타 버스 라인과, 상기 게이트 버스 라인과 상기 데이타 버스 라인의 교차점 부근에 형성된 박막 트랜지스터와, 상기 단위 화소 내에 플레이트 형태로 형성된 카운터 전극과, 상기 게이트 버스 라인과 평행하면서 카운터 전극의 가장자리 소정 부분과 콘택되도록 배치되어 상기 카운터 전극에 공통 신호를 전달하는 공통 전극과, 상기 박막 트랜지스터를 보호하도록 하부 기판의 전면 상에 도포된 보호막과, 상기 단위 화소 내에 상기 카운터 전극과 오버랩되고 상기 박막 트랜지스터의 일부분과 콘택되면서 상기 박막 트랜지스터의 일정 부분과 오버랩되게 배치되며 상기 카운터 전극과 함께 프린지 필드를 일으키는 화소전극과, 상기 하부 기판 상에 액정의 개재하에 대향 배치된 상부 기판과, 상기 하부 기판과 상부 기판의 외측면 각각에 부착된 하부 편광판과 상부 편광판을 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

광 누설이 제거된 프린지 필드 스위칭 모드 액정표시장치{FRINGE FIELD SWITCHING MODE LCD REMOVED LIGHT LEAKAGE}
본 발명은 프린지 필드 스위칭 모드 액정표시장치에 관한 것으로, 보다 구체적으로는, 확장 형성된 화소 전극, 혹은, 상대 전극에 의해 게이트와 공통 전극 및 게이트와 데이타 라인간의 전압차에 기인해서 발생되는 광 누설이 제거된 프린지 필드 스위칭 모드 액정표시장치에 관한 것이다.
주지된 바와 같이, 박막 트랜지스터( Thin Film Transistor)로 스위칭되는 액정표시장치(Liquid Crystal Display : 이하, LCD)는 평판 디스플레이 가운데에서도 그 활용성에서 주목받고 있다. 이러한 LCD는 다양한 구동 모드를 채택하고 있으며, 광시야각 기술중의 하나인 IPS(In-Plane Switching) 모드는 광시야각 특성을 가지고 있지만, 카운터 전극 및 화소 전극이 불투명 금속막으로 이루어진 것에 기인하여 개구율 및 투과율이 낮다는 단점이 있다. 이에 IPS 모드 LCD가 갖고 있는 낮은 개구율 및 투과율을 개선하기 위해서 프린지 필드 스위칭((Fringe Field Switching : 이하, FFS) 모드 LCD가 제안되었고, 이러한 FFS 모드 LCD는 대한 민국 특허출원 제98-9243호로 출원되었다.
이 두 가지 모드(Mode) 모두 편광판의 투과축을 상, 하판으로 서로 수직으로 배열하여, 전압인가 전에 광이 누설되지 않는 노멀리 블랙 모드(Normally Black Mode)를 사용하고 있으며, FFS모드 구조를 도면에 의하여 설명하면 다음과 같다.
도 1a는 종래의 FFS 모드 LCD의 하부 기판을 나타낸 평면도이고, 도 1b는 종래의 FFS 모드 LCD의 하부 기판상에 배치된 박막 트랜지스터 및 게이트 라인 부분의 확대도이다.
도 1a를 참조하면, 하부 기판 상에는 게이트 버스 라인(109) 및 데이타 버스 라인(107)이 교차 배열되어 단위 화소가 한정되고, 게이트 버스 라인과 데이타 버스 라인(107)의 교차점 부근에는 박막 트랜지스터(102)가 배치된다.
투명 금속으로 이루어진 카운터 전극(103)이 단위 화소 내에 배치된다. 이러한 카운터 전극(103)은 플레이트 형상으로 단위 화소별로 형성되며, 상기 게이트 라인(109)과 동일 평면상에 형성되어지는 공통 전극(101)과 전기적으로 콘택되어 상기 공통 전극(101)으로부터 지속적으로 공통 신호를 인가 받는다.
화소 전극(105)이 상기 카운터 전극(103)과 오버랩되게 단위 화소 내에 배치된다. 상기 화소 전극(105)은 수 개의 슬릿이 일정 간격을 두고 스트라이프 형태로 배치되는 슬릿형으로 구비된다. 상기 화소 전극(105)은 투명 금속으로 이루어지며, 게이트 절연막(도시안됨)에 의해 상기 카운터 전극(103)과 전기적으로 절연된다. 이러한 화소 전극(105)은 상기 데이타 라인(107)과 평행하면서 등 간격으로 배치되는 수 개의 빗살들과, 상기 빗살들의 일단을 연결하면서 박막 트랜지스터의 드레인 전극과 콘택되는 바를 포함한다.상기 카운터 전극(103)과 화소 전극(105)은 모두 콤브(comb) 형상으로 형성될 수 있으며, 이 경우, 상기 상대 전극(103)과 화소 전극(105)은 같은 레이어에 둘 수도 있고, 절연막을 개재시켜 서로 다른 레이어에 둘 수도 있다.
한편, 도면에는 도시되지 않았지만, 하부 유리기판과 대향하는 상부 유리기판(도시되지 않음)의 갭은 상기 화소 전극(105)과 상기 카운터 전극(103)의 전극간 거리보다 넓게 배치되어, 프린지 필드를 형성할 수 있게 되어있다. 또한, 상기 하부 유리기판과 상기 상부 유리기판 사이에는 다수개의 액정 분자를 갖는 액정층이 개재된다. 이러한 구성을 갖는 FFS 모드 LCD는 다음과 같이 동작한다.
상기 카운터 전극(103)과 상기 화소 전극(105) 사이에 전압이 인가되면, 상기 카운터 전극(103)과 상기 화소 전극의 두 전극 사이에는 수직 성분을 포함하는 프린지 필드가 형성된다. 이로 인하여, 액정 분자의 배열을 이용하여 광시야각, 고투과율을 갖는 액정 화면을 나타낼 수 있다. 한편, FFS 모드 LCD는 전압 인가 전에는 상, 하 편광판이 수직이므로 노멀리 블랙 상태를 유지한다.
그러나, 도 1b에 도시된 바와 같이, 종래의 FFS 모드 LCD는 상기 데이타 라인(107)과 공통 전극(101)에 전위차를 가하지 않더라도 게이트 라인(109) 혹은 데이타 라인에 전압이 걸리기 때문에, 상기 게이트 라인(109)과 공통 전극(101), 또는, 게이트 라인(109)과 데이타 라인(107)간의 전압차에 의해 액정 분자의 배열이 틀어지게 되어, 박막 트랜지스터 부근에서 빛이 세어나와 노멀리 블랙 상태가 완전히 이루어지지 않는 문제점이 있다.
따라서, 본 발명은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해 제안된 것으로, 화소 전극을 박막 트랜지스터의 일부 혹은 전부를 덮도록 확장 형성하고, 아울러, 라인 딜레이가 발생하지 않을 정도로 게이트 라인의 일정범위 이상을 덮으면서 데이터 라인의 일부를 덮도록 하여, 광 누설이 방지되도록 한 FFS 모드 LCD를 제공함에 그 목적이 있다.
도 1a는 종래의 프린지 필드 스위칭 모드 액정표시장치의 하부 기판을 나타낸 평면도.
도 1b는 종래의 프린지 필드 스위칭 모드 액정표시장치의 하부 기판상에 배치된 박막 트랜지스터 및 게이트 라인 부분의 확대도.
도 2a는 본 발명에 따른 프린지 필드 스위칭 모드 액정표시장치의 하부 기판을 나타낸 평면도.
도 2b는 본 발명에 따른 프린지 필드 스위칭 모드 액정표시장치의 하부 기판상에 배치된 박막 트랜지스터 및 게이트 라인 부분의 확대도.
도 3은 일반적으로 박막 트랜지스터 및 게이트 라인 주변부에서 액정 분자의 트위스트에 의해 발생하는 광 누설을 나타낸 컴퓨터 시뮬레이션 그래프.
도 4은 본 발명에 따른 화소 전극의 확장에 의해 광 누설이 없는 박막 트랜지스터 및 게이트 라인 주변부를 나타낸 컴퓨터 시뮬레이션 그래프.
(도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명)
201: 공통 전극 203, 304: 카운터 전극
202a: 박막 트랜지스터 205a,406: 확장된 화소 전극
207: 데이타 라인 209a: 게이트 라인
301: 게이트 전극 303: 소오스 전극
305: 드레인 전극 308: 보호막
309: 액정 분자 307; 누설 전계
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 FFS 모드 LCD는, 하부 기판 상에 단위 화소를 한정하도록 게이트 절연막의 개재하에 교차 배열된 수 개의 게이트 버스 라인 및 데이타 버스 라인; 상기 게이트 버스 라인과 상기 데이타 버스 라인의 교차점 부근에 형성된 박막 트랜지스터; 상기 단위 화소 내에 플레이트 형태로 형성된 카운터 전극; 상기 게이트 버스 라인과 평행하면서 카운터 전극의 가장자리 소정 부분과 콘택되도록 배치되어 상기 카운터 전극에 공통 신호를 전달하는 공통 전극; 상기 박막 트랜지스터를 보호하도록 하부 기판의 전면 상에 도포된 보호막; 상기 단위 화소 내에 상기 카운터 전극과 오버랩되고, 상기 박막 트랜지스터의 일부분과 콘택되면서 상기 박막 트랜지스터의 일정 부분과 오버랩되게 배치되며, 상기 카운터 전극과 함께 프린지 필드를 일으키는 화소전극; 상기 하부 기판 상에 액정의 개재하에 대향 배치된 상부 기판; 및 상기 하부 기판과 상부 기판의 외측면 각각에 부착된 하부 편광판과 상부 편광판을 포함한다.여기서, 상기 화소 전극은 상기 데이타 라인 상부까지 확대 배치되도록 형성된다.또한, 상기 액정의 배향은 수평 배향이 이루어지도록 하며, 상기 상,하 편광판은 하부 편광판의 투과축이 하부 기판의 러빙 방향과 일치되고 상부 편광판의 투과축이 이에 수직이 되도록 하여 노멀리 블랙 모드로 사용되도록 한다.
본 발명에 따르면, 화소 전극을 박막 트랜지스터 및 게이트 라인까지 확장시키기 때문에 전계의 차폐로 인하여 오프시 액정 분자가 트위스트되지 않아 광 누설이 발생하지 않는다.
(실시예)
이하, 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부된 도면에 의거하여 상세히 설명한다.
도 2a는 본 발명에 따른 FFS 모드 LCD의 하부 기판을 나타낸 평면도로서, 일반적 구성은 도 1b에서 설명하였으므로, 이하, 확장 형성된 화소 전극 부분을 중심으로 설명한다.
본 발명의 FFS 모드 LCD의 전극 구조는 종래의 그것과 거의 유사하지만, 화소 전극(205)이 게이트 라인(209) 및 데이타 라인(207) 일부 혹은 전부와 박막 트랜지스터(202) 부분까지 확장 형성된다는 점이 다르다. 상기 박막 트랜지스터(202) 상부를 오버랩하여 전극을 형성하여도, 상기 확장된 화소 전극(205)과 박막 트랜지스터(202)는 절연층으로 이격되어 있으므로, 다른 부분에는 영향을 미치지 않는다.
도 2b는 본 발명에 따른 FFS 모드 LCD의 하부 기판 상에 배치된 박막 트랜지스터 부분의 확대도로서, 확장형성된 화소 전극(205)에 의해 노멀리 블랙(Normally Black) 상태일 때, 게이트 라인(209)과 데이타 라인(207), 공통 전극과 형성되는 전계가 차단되어 광 누설이 방지된다. 따라서, 상기 박막 트랜지스터(202) 부분에서는 종래와는 달리 광이 누설되지 않는다.
도 3은 일반적인 노멀리 블랙(Normally Black) 상태일 때 박막 트랜지스터 주변부에서 액정 분자의 트위스트에 의해 발생하는 광 누설을 나타낸 컴퓨터 시뮬레이션 그래프이다. 도시된 바와 같이, 박막 트랜지스터 주변부에서 전압인가 전에도 누설 전계(307)가 형성되어 액정 분자(309)가 트위스트됨으로써, 광 누설이 일어나고 있으며, 이에 따라, 기판 사이의 액정 분자(309)가 완전한 다크 상태를 이루지 않아 개구율이 떨어지는 원인이 되고 있다.
따라서, 노멀리 블랙(Normally Black) 상태에서도 박막 트랜지스터를 중심으로 빛이 세기 때문에 상판의 컬러 필터(Color Filter)등이 블랙 메트릭스(Black Matrix)로 광을 가려 주어야 하므로 투과율이 그 많큼 저하 되는 문제점이 있었다.
도 4는 본 발명에 따른 화소 전극의 확장에 의해 광 누설이 없는 박막 트랜지스터 주변부를 나타낸 컴퓨터 시뮬레이션 그래프로서, 도시된 바와 같이, 확장 형성된 화소 전극(406)을 박막 트랜지스터, 혹은, 딜레이가 심하지 않는 범위 내에서 게이트 라인(Gate Line)까지 확장 배치시킴으로써, 이렇게 확장된 전극(406)에 의해 전계(405)가 차단되고, 이에 따라, 종전에 액정 분자(309)가 누설 전계(307)에 의해 트위스트되는 문제가 발생하지 않게 되어, 노멀리 블랙 상태에서 광이 투과되지 않는다.
미설명된 도면부호 301은 게이트 전극, 303은 소오스 전극, 305는 드레인 전극, 304는 카운터 전극, 306은 화소 전극, 그리고, 308은 보호막을 각각 나타낸다
따라서, 상기 확장 형성된 화소 전극에 상기 카운터 전극과 동일한 전압이 인가되는 한 다크 상태가 유지되는데 이때 상기 게이트 라인에 높은 전압이 인가되어도 상기 데이타 전극과 공통 전극간에 전계가 차단되므로 전압차에 의한 액정 분자가 트위스트되어 광이 인가되지 않는다. 따라서, 이 부분에서 광이 누설되지 않기 때문에 블랙 메트릭스로 가리는 부분을 확장시킬 수 있고, 그로 인하여, 화이트 인가시 발생하는 광을 효과적으로 증가시킴으로써 고 투과율의 액정 표시 장치를 제작할 수 있다.한편, 본 발명의 FFS 모드 LCD에 있어서, 액정의 배향은 수평 배향이 이루어지도록 함이 바람직하고, 노멀리 블랙 모드로 사용되도록, 상기 상,하 편광판은 하부 편광판의 투과축이 하부 기판의 러빙 방향과 일치되고 상부 편광판의 투과축이 이에 수직이 되도록 한다.한편, 전술한 설명은 카운터 전극이 플레이트형 구조를 갖는 경우에 대해서 서술되었으나, 전극 구조가 슬릿형인 경우에도 동일한 방법으로 누설 전계를 방지할 수 있다. 뿐만 아니라, FFS 모드 LCD와 동일한 전극 구조를 가지나, 화소 전극과 카운터 전극 사이가 각각의 전극폭 보다 커서 프린지 필드보다는 인-플레이(In-Plane) 필드가 발생하는 IPS 모드 LCD에 있어서도 같은 목적으로 이용할 수 있고, 노말 티엔(TN) 구조를 갖는 LCD에서에도 마찬가지로 적용할 수 있다.
이상에서 설명한 바와 같이, 종래의 FFS 모드 LCD의 경우에는 화소가 다크 상태일 때, 게이트 라인과 데이타 라인 혹은 공통 전극간에 전압차에 의하여 광 누설이 발생하게 되지만, 본 발명의 FFS 모드 LCD는 화소 전극을 확장시켜 박막 트랜지스터의 상부는 물론, 라인 딜레이가 문제되지 않는 범위 내에서 게이트 라인 및 데이터 라인 상부의 일부까지 배치되도록 함으로써, 화소 전극에 카운터 전극과 동일한 전압이 인가되는 한, 즉, 다크 상태가 유지되는 한 게이트 라인에 하이 전압이 인가되고, 게이트 라인과 데이타 라인 혹은 게이트 라인과 공통 전극간의 전압차이에 의한 액정의 트위스트에 기인하는 광 누설을 효과적으로 차단시킬 수 있다.
또한, 상기 화소 전극의 확대로 인하여 블랙 메트릭스를 줄임으로써 개구율을 증가시킬 수 있고, 그에 따라서, 고 투과율을 갖는 액정 디스플레이를 제작할 수 있고, 이로 인하여 백 라이트수를 줄일 수 있기 때문에 대 면적 액정 디스플레이의 적용에 효과적으로 대응이 가능한 효과가 있다.
또한, 데이타 라인 부분으로도 화소 전극을 확대시킬 수 있으며, 게이트 라인 딜레이등을 고려하여 화소 전극을 게이트 라인의 일부 혹은 전부가 오버랩 되도록 확대시킬 수 있고, 노말 TN(Twist Nemetic) 모드에 적용하면 전압 인가시 박막 트랜지스터부분까지 구동이 가능하므로 개구율을 확장시킬 수 있는 효과가 있다.
본 발명은 상기한 실시 예에 한정되지 않고 이하 청구 범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변경 실시가 가능할 것이다.

Claims (5)

  1. 하부 기판 상에 단위 화소를 한정하도록 게이트 절연막의 개재하에 교차 배열된 수 개의 게이트 버스 라인 및 데이타 버스 라인;
    상기 게이트 버스 라인과 상기 데이타 버스 라인의 교차점 부근에 형성된 박막 트랜지스터;
    상기 단위 화소 내에 플레이트 형태로 형성된 카운터 전극;
    상기 게이트 버스 라인과 평행하면서 카운터 전극의 가장자리 소정 부분과 콘택되도록 배치되어 상기 카운터 전극에 공통 신호를 전달하는 공통 전극;
    상기 박막 트랜지스터를 보호하도록 하부 기판의 전면 상에 도포된 보호막;
    상기 단위 화소 내에 상기 카운터 전극과 오버랩되고, 상기 박막 트랜지스터의 일부분과 콘택되면서 상기 박막 트랜지스터의 일정 부분과 오버랩되게 배치되며, 상기 카운터 전극과 함께 프린지 필드를 일으키는 화소전극;
    상기 하부 기판 상에 액정의 개재하에 대향 배치된 상부 기판; 및
    상기 하부 기판과 상부 기판의 외측면 각각에 부착된 하부 편광판과 상부 편광판을 포함하는 것을 특징으로 하는 프린지 필드 스위칭 모드 액정표시장치.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 화소 전극은 상기 데이타 라인 상부까지 확대 배치된 것을 특징으로 하는 프린지 필드 스위칭 모드 액정표시장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 액정의 배향은 수평 배향이 이루어지도록 하고, 노멀리 블랙 모드로 사용되도록, 상기 상,하 편광판은 하부 편광판의 투과축이 하부 기판의 러빙 방향과 일치되고 상부 편광판의 투과축이 이에 수직이 되도록 하는 것을 특징으로 하는 프린지 필드 스위칭 모드 액정표시장치.
KR10-2000-0072285A 2000-12-01 2000-12-01 광 누설이 제거된 프린지 필드 스위칭 모드 액정표시장치 KR100448043B1 (ko)

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