KR100462012B1 - 박막트랜지스터형액정표시소자 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 액정 표시 소자에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는, 두 기판 사이에 액정이 주입되어 있으며 박막 트랜지스터를 이용하여 구동하는 박막 트랜지스터형 액정 표시 장치에 관한 것이다. 게이트선, 데이터선 및 화소 전극이 형성되어 있는 하부 기판, 블랙 매트릭스가 형성되어 있는 상부 기판 및 두 기판 사이에 주입되어 있는 액정 분자로 이루어는 박막 트랜지스터 액정 표시 소자로서, 전계 인가시 액정 분자가 디스클리네이션되는 부분이 게이트선 또는 데이터선에 대응하는 부분에 위치한다. 따라서 하판의 데이터선과 액정 분자가 디스클리네이션되는 부분을 중첩되도록 형성함으로써 상판에 형성되는 블랙 매트릭스의 폭을 줄일 수 있으므로 소자의 개구율이 향상되는 효과가 있다.

Description

박막 트랜지스터형 액정 표시 소자
본 발명은 액정 표시 소자에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는, 두 기판 사이에 액정이 주입되어 있으며 박막 트랜지스터를 이용하여 구동하는 박막 트랜지스터형 액정 표시 장치에 관한 것이다.
표시 장치의 화질을 결정하는 주요 요소 중에 하나는 개구율이다. 개구율(aperture ratio)이 클수록 밝고 선명한 화질을 구현할 수 있다. 고정세 화면을 구현하기 위해 화소의 수는 점차 증가해야하는데, 이때 전체의 표시 면적이 일정하다면 금속 배선폭, 게이트 배선폭, 박막 트랜지스터의 크기 등은 큰 변화를 줄 수 없으므로 화소에서 실제로 빛을 투과시키는 면적의 비율을 나타내는 개구율은 감소하게 된다. 이에 개구율을 증가시키고자 하는 노력이 다방면에 걸쳐 이루어지고 있다.
일반적으로 박막 트랜지스터형 액정 표시 소자의 금속 배선폭, 게이트 배선폭, 박막 트랜지스터의 크기 등은 표시 화면의 크기가 정해지면 신호의 지연, 표시 시간 등을 고려해 정해지게 되고, 화소 수가 증가할수록 신호 지연 시간이 커지게 되므로 보다 작은 저항이 필요하다. 이에 따라 배선폭을 넓게 형성해야 하고, 이는 개구율을 감소시키는 원인이 된다. 이로 인하여 저저항의 배선 재료 개발, 두께를 키우는 공정 개발, 오정렬(misalign)을 최소화시키는 공정 개발 등이 수행되고 있다.
개구율을 결정짓는 또다른 결정적인 요소는 액정의 디스클리네이션(disclination)에 기인한 광 누출(light leakage)이다. 화소 전극과 이와 인접하게 형성되어 있는 데이터선 또는 게이트선 사이의 횡전계에 의해 액정의 디스클리네이션이 형성되고, 이러한 디스클리네이션은 광 누출을 유발시키므로 블랙 매트릭스를 이용하여 광 누출이 발생되는 부분을 가려주어야 한다. 즉 디스클리네이션이 발생되는 만큼 블랙 매트릭스를 형성해야 하므로 개구율은 그 면적만큼 감소하게 된다.
디스클리네이션에 의한 광 누출을 줄이기 위한 방법으로는 액정의 선경사각을 키워주어 디스클리네이션이 발생되는 폭을 줄이는 방법과 화소 전극을 데이터선 또는 게이트선 위로 겹치도록 형성하여 디스클리네이션 영역을 최대한 데이터선 또는 게이트선에 가까이 가도록 해주는 방법 등이 발표되었다.
그러면, 첨부한 도면을 참고로 하여 종래의 박막 트랜지스터형 액정 표시 소자에 대하여 더욱 자세하게 알아보면 다음과 같다.
도1은 종래의 기술에 따른 박막 트랜지스터형 액정 표시 소자의 구조를 도시한 단면도이다.
도 1에서 보는 봐와 같이, 하부 기판(1) 일부 위에 다결정 실리콘으로 이루어진 활성층(2)이 형성되어 있고, 활성층(2)을 덮는 게이트 절연막(3)이 형성되어 있다. 게이트 절연막(3) 상부 활성층(2)에 대응하는 부분에 게이트선(4)이 형성되어 있고 게이트선(4)을 덮는 층간 절연막(5)이 기판(1) 위에 형성되어 있다. 그리고 층간 절연막(5) 상부 게이트선(4)에 대응하는 부분에 데이터선(6)이 형성되어 있고, 데이터선(6)을 덮는 보호막(7)이 평탄화되어 기판(1) 상부에 형성되어 있으며, 보호막(7)의 상부에는 데이터선(6)에 대응하는 부분에 개구부를 가지는 화소 전극(8)이 형성되어 있고, 그 위에 액정에 배향성을 주기 위해 배향골이 형성되어 있는 배향막(9)이 형성되어 있다.
여기서 활성층(2), 게이트선(4) 및 데이터선(6)은 화소 전극(8)의 개구부 중심선(A)에 대하여 대칭으로 형성되어 있다. 그리고 디스클리네이션이 발생되는 폭을 최소화하기 위하여 각각의 화소 전극(8) 일부와 데이터선(6)의 양쪽 일부는 중첩되어 있다.
그리고 상부 기판(10) 일부 위에는 블랙 매트릭스(11)가 형성되어 있으며, 블랙 매트릭스(11) 상부에 개구부를 가지는 컬러 필터(12)가 양쪽에 형성되어 있다. 여기서 블랙 매트릭스(11)는 하부 기판(1)의 개구부 중심선(A)에 대하여 대칭이 아니며, 한 쪽의 폭이 다른 쪽의 폭보다 크게 형성되어 있다. 이렇게 한 쪽의 폭이 큰 이유는 액정의 디스클리네이션에 의해 발생되는 광 누출을 차단하기 위한 것이다. 상부 기판(10)에는 컬러 필터(12) 및 블랙 매트릭스(11)를 덮는 보호막(7)이 형성되어 있으며, 보호막(7) 상부에는 공통 전극(13)과 배향막(9)이 차례로 형성되어 있다.
여기서 상부 기판(10)의 배향막(9)에 형성된 배향 방향(→)과 하부 기판(1)의 배향막(9)에 형성된 배향 방향(◎)이 서로 직교한다.
그러면 이러한 종래의 박막 트랜지스터형 액정 표시 소자의 두 기판(1, 10) 사이에 액정을 주입하고, 공통 전극(13) 및 데이터선(6)을 통하여 화소 전극(8)에 신호를 인가한 상태에서 액정 배향 및 광 누출을 더욱 자세하게 살펴보면 다음과 같다.
도 2는 종래의 박막 트랜지스터형 액정 표시 장치에서 광 누출 시뮬레이션 및 액정 분자의 배열 상태를 도시한 단면도이다.
두 기판(1, 10) 사이의 대부분의 등전위선(B)은 두 기판(1, 10)과 평행하게 형성되어 있으며, 데이터선(6), 게이트선(4) 및 화소 전극(8)의 개구부에 대응하는 부분의 상부에 형성된 등전위선(B)은 두 기판(1, 10)과 수직으로 형성된다. 상부 기판(10)과 하부 기판(1) 사이의 중앙에 위치한 액정 분자(20)들은 배향막(9)의 배향 방향에 대해서는 거의 영향을 받지 않아 등전위면(B)에 대하여 수직으로(전기장의 방향과 평행하게) 배열된다. 그러나 두 기판(1, 10)의 표면 부근의 액정 분자(20)들은 전기장의 힘의 크기보다 배향력이 강하므로 배향막(9)의 배향 방향에 따라 배열된다.
여기서 액정 분자(20) 및 등전위선(B)은 화소 전극(8)의 개구부를 중심으로 대칭으로 형성되지 않으며 불균일하게 형성된다. 따라서 굵은 실선으로 표시한 바와 같이 다른 부분에서는 광투과(C)가 거의 나타나지 않지만 이 부분에서는 광투과도(C)가 높게 나타난다. 이러한 액정 분자(20)의 디스클리네이션에 의한 광 누출을 방지하기 위하여 상판(10)에 블랙 매트릭스(11)를 형성한다.
그러나, 이러한 종래의 박막 트랜지스터형 액정 표시 장치에서는 게이트선(4) 및 데이터선(6)에 대하여 화소 전극(8)이 대칭으로 형성되고, 디스클리네이션이 발생되는 부분까지 블랙 매트릭스가 형성되어 있으므로 블랙 매트릭스의 폭이 너무 크므로 개구율이 감소한다는 문제점을 가지고 있다.
본 발명은 이러한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 개구율을 증가시키는 데에 있다.
이러한 본 발명에 따른 박막 트랜지스터형 액정 표시 소자는 하부 기판에 게이트선과 데이터선이 중첩되어 형성되어 있고, 이들의 중심선에 대하여 개구부로 분리되어 있는 화소 전극은 비대칭으로 형성되어 있다.
따라서 게이트선 및 데이터선은 화소 전극의 하부에 형성되어 있으며, 액정 분자가 디스클리네이션되는 부분의 하부에 형성되어 있다.
또한 상판에 형성되어 있는 블랙 매트릭스는 게이트선과 데이터선 및 화소 전극의 개구부를 가리는 부분에 대응하는 폭으로 형성되어 있다.
이러한 본 발명에 따른 박막 트랜지스터형 액정 표시 소자에서는 화소 전극을 데이터선의 상부까지 형성함으로써 디스클리네이션이 형성되는 부분과 데이터선이 형성되는 부분이 중첩되어 상부 기판에 형성되는 블랙 매트릭스의 폭을 줄일 수 있으므로 개구율을 감소시키지 않게 된다.
그러면 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명에 따른 박막 트랜지스터형 액정 표시 소자의 한 실시예를 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 기술을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세히 설명한다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 박막 트랜지스터형 액정 표시 소자에서 광 누출 시뮬레이션을 도시한 단면도이다.
도 3에서 보는 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 박막 트랜지스터형 액정 표시 소자에서는, 종래와는 다르게 하판(100)에 형성된 게이트선(40) 및 데이터선(60)이 화소 전극(80)의 하부에 형성되어 있으며 화소 전극(80)의 개구부는 데이터선(60)의 우측에 형성되어 있다. 그리고 데이터선(60)과 대응하는 상부에 액정 분자(200)가 디스클리네이션되어 광 누출이 발생하는 부분(D)이 위치하고 있다.
여기서 디스클리네이션이 발생되는 부분은 등전위선(B)이 불균일하게 형성되어 광 투과가 발생되는 부분이다.
이러한 본 발명에 따른 박막 트랜지스터형 액정 표시 소자는 종래와 다르게 게이트선(40) 및 데이터선(60)을 중심으로 화소 전극(80)이 대칭으로 형성되어 있지 않으며, 우측으로 이동하여 형성되어 있는 구조이다. 이에 따라 종래와 다르게 액정 분자(200)가 디스클리네이션되어 광누출을 유발시키는 부분(D)이 우측으로 이동한 상태이다.
데이터선(60)에 대응하는 부분에는 실제로 빛이 투과되는 부분이 영역이 아니므로 디스클리네이션이 형성되는 부분(D)이 위치하더라도 종래와 다르게 개구율을 감소시키지는 요인으로 작용하지 않는다. 따라서 상판에 형성되는 블랙 매트릭스(110)의 폭을 줄여서 형성할 수 있다.
도 4a는 종래의 박막 트랜지스터형 액정 표시 소자의 구조와 광누출을 도시한 도면이고, 도 4b는 발 발명의 실시예에 따른 박막 트랜지스터형 액정 표시 소자의 구조와 광누출을 도시한 도면이다.
도 4에서 보는 바와 같이, 종래에는 데이터선(6)이 형성된 부분과 디스클리네이션이 발생되는 부분을 고려하여 블랙 매트릭스(11)의 폭을 결정하였지만 본 발명에서는 데이터선(60)과 디스클리네이션이 발생되는 부분이 중첩되어 있으므로 상판(100)에 형성되는 블랙 매트릭스(110)의 폭을 줄일 수 있다.
여기서 가로축은 두 기판을 거리에 따라 도시한 것으로 단위는 μm이며, 세로축은 광 투과율을 나타낸 것이다.
그리고 도 4a에서는 화소 전극(8)이 게이트선(4) 및 데이터선(6)에 대하여 대칭으로 형성되어 있고, 도 4b에서는 화소 전극(80)이 게이트선(40) 및 데이터선(60)에 대하여 비대칭으로 형성되어 있다.
따라서 본 발명에 따른 박막 트랜지스터형 액정 표시 소자에서는 하판의 데이터선과 액정 분자가 디스클리네이션되는 부분을 중첩되도록 형성함으로써 상판에 형성되는 블랙 매트릭스의 폭을 줄일 수 있으므로 소자의 개구율이 향상되는 효과가 있다.
도1은 종래의 기술에 따른 박막 트랜지스터형 액정 표시 소자의 구조를 도시한 단면도이고,
도 2는 종래의 박막 트랜지스터형 액정 표시 장치에서 광 누출 시뮬레이션을 도시한 단면도이고,
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 박막 트랜지스터형 액정 표시 소자에서 광 누출 시뮬레이션을 도시한 단면도이고,
도 4는 종래의 기술과 본 발명의 기술을 비교해서 도시한 도면이다.

Claims (2)

  1. 게이트선, 데이터선 및 화소 전극이 형성되어 있는 하부 기판, 블랙 매트릭스가 형성되어 있는 상부 기판 및 상기 두 기판 사이에 주입되어 있는 액정 분자로 이루어는 박막 트랜지스터 액정 표시 소자로서,
    상기 게이트선 또는 상기 데이터선에 대하여 상기 화소 전극은 비대칭으로 형성되어 있는 박막 트랜지스터형 액정 표시 소자.
  2. 청구항 1에서,
    상기 게이트선 또는 데이터선이 상기 화소 전극과 중첩되어 있는 박막 트랜지스터형 액정 표시 소자.
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