KR100590932B1 - 프린지 필드 스위칭 모드 액정표시장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 다양한 무라(mura) 발생이 방지되도록 함과 아울러 생산성 향상을 이룰 수 있는 프린지 필드 스위칭 모드 액정표시장치(Fringe Field Switching mode LCD)를 개시한다. 개시된 본 발명의 프린지 필드 스위칭 모드 액정표시장치는, 투명 금속막으로 이루어진 공통전극 및 화소전극을 구비한 어레이 기판과 블랙매트릭스 및 컬러필터를 구비한 컬러필터 기판이 액정층의 개재하에 합착되어 구성된 프린지 필드 스위칭 모드 액정표시장치에 있어서, 상기 화소전극은 각 화소영역 내에 배치되는 플레이트형으로 형성되고, 상기 공통전극은 어레이 기판 전체를 덮는 크기이면서 내부에 액티브 영역 전체에 걸쳐 배치되는 슬릿들을 구비한 슬릿형으로 형성된 것을 특징으로 하며, 여기서, 상기 화소전극은 공통전극 아래에 배치되도록 형성되고, 또한, 상기 공통전극은 각 슬릿들의 가장자리가 컬러필터 기판에 형성된 최외각 블랙매트릭스에 의해 가려지는 위치에 배치되도록 형성된다.

Description

프린지 필드 스위칭 모드 액정표시장치{Fringe field switching mode LCD}

도 1 및 도 2는 종래 프린지 필드 스위칭 모드 액정표시장치의 어레이 기판을 도시한 평면도 및 단면도.

도 3 및 도 4는 본 발명에 따른 프린지 필드 스위칭 모드 액정표시장치의 어레이 기판을 도시한 평면도 및 단면도.

도 5는 본 발명에 따른 프린지 필드 스위칭 모드 액정표시장치의 카운터전극을 설명하기 위한 평면도.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

31 : 유리기판 32 : 공통전극

33 : 게이트라인 35 : 게이트절연막

36a : 채널층 36b : 오믹층

37 : 데이터라인 37a : 소오스전극

37b : 드레인전극 38 : 보호막

39 : 화소전극 40 : 박막트랜지스터

본 발명은 프린지 필드 스위칭 모드 액정표시장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 다양한 무라(mura) 발생이 방지되도록 함과 아울러 생산성 향상을 이룰 수 있는 프린지 필드 스위칭 모드 액정표시장치에 관한 것이다.

프린지 필드 스위칭 모드 액정표시장치(Fringe Field Switching mode LCD : 이하, FFS 모드 LCD)는 아이피에스(IPS : In Plane Switching) 모드 LCD의 낮은 개구율 및 투과율을 개선시키기 위해 제안된 것이다.

이러한 FFS 모드 LCD는 공통전극과 화소전극을 ITO와 같은 투명 금속막으로 형성하여 IPS 모드 LCD에 비해 개구율 및 투과율을 높이면서, 상기 공통전극과 화소전극 사이의 간격을 기판들간 간격보다 좁게 형성하는 것을 통해 상기 공통전극과 화소전극 사이에서 프린지 필드가 형성되도록 함으로써 상기 전극들 상부에 존재하는 액정 분자들까지도 모두 동작되도록 하여 보다 향상된 투과율을 얻는다.

이와 같은 FFS 모드 LCD에 있어서, 상기 공통전극은 통상 플레이트(plate)형으로 형성되며, 상기 화소전극은 슬릿(slit)형으로 형성되며, 형성된 전극 단면에 대해 수직한 방향으로 공통전극과 화소전극간 전기장이 형성되어, 이 전기장에 의해 화소내의 액정분자들이 제어된다.

자세하게, 도 1 및 도 2는 종래 프린지 필드 스위칭 모드 액정표시장치의 어레이 기판을 도시한 평면도 및 단면도로서, 이를 설명하면 다음과 같다.

도 1을 참조하면, 게이트라인(3)과 데이터라인(7)이 수직 교차하도록 형성되어져 있고, 상기 게이트라인(3)과 인접해서 평행하게 공통전극라인(4)이 형성되어져 있으며, 게이트라인(3)과 데이터라인(7)의 교차부에는 스위칭 소자로서 박막트 랜지스터(10)가 구성되어져 있고, 상기 게이트라인(3)과 데이터라인(7)에 의해 한정된 단위 화소영역 내에는 플레이트형의 공통전극(2)이 형성되어져 있으며, 아울러, 화소영역 내에는 게이트절연막(도시안됨) 및 보호막(도시안됨)의 개재하에 슬릿형의 화소전극(9)이 형성되어져 있다.

이와같은 FFS 모드 LCD의 어레이 기판을 제조하기 위해, 도 2에 도시된 바와 같이, 유리기판(1) 상에 ITO 금속막을 증착 및 패터닝해서 공통전극(2)을 형성한 후, 게이트전극(3a)을 포함한 게이트라인과 공통전극라인(4)을 형성한다. 그런다음, 기판 전면 상에 게이트절연막(5)을 증착한 후, 상기 게이트전극 상부의 게이트절연막 부분 상에 채널층(6a) 및 오믹층(6b)를 형성한다. 이어서, 소오스/드레인전극(7a, 7b)을 포함한 데이터라인(7)을 형성하여 박막트랜지스터(10)를 구성한 후, 결과물의 전면 상에 보호막(8)을 형성한다. 그리고나서, 상기 보호막(8)을 식각하여 소오스전극(7a)을 노출시키는 비아홀을 형성한 후, 상기 보호막(8) 상에 ITO 금속막을 증착 및 패터닝해서 비아홀을 통해 소오스전극(7a)과 콘택됨과 아울러 공통전극(2)과 오버랩하는 슬릿형의 화소전극(9)을 형성한다.

그러나, 전술한 바와 같은 어레이 기판을 포함한 종래의 FFS 모드 LCD는 그 제작시에 다양한 무라(mura)가 발생됨은 물론 이로 인해 생산성 저하가 초래된다. 예컨데, FFS 모드의 화소 구조를 형성함에 있어서, 슬릿형의 화소전극 형성시에 샷(shot)과 샷 사이의 오정렬에 의해 선형 샷 무라가 발생될 수 있고, 또한, 샷과 샷 사이의 노광량 차이로 인해 위치에 따른 전극 폭 및 전극간격의 차이가 발생되어 투과율 차이가 일어남으로써 블럭 형태의 샷 무라가 발생될 수 있으며, 이러한 선 형 샷 무라 및 블럭 형태의 샷 무라는 FFS 모드 LCD의 생산성 저하의 요인인 된다.

아울러, 종래 FFS 모드의 화소 구조에서는 화소전극의 슬릿 가장자리와 컬러필터 기판의 블랙매트릭스간 커플링 효과에 의한 노이즈 전계로 인해 그레이 레벨(gray level)이 높은 레벨에서 낮은 레벨로 내려올 때 영향이 미치며, 특히, 보다 밝게 보임으로 인해 가로 블럭 무라가 발생될 수 있고, 또한, 한 화소마다 화소전극의 슬릿 가장자리가 존재함으로 슬릿 가장자리에서의 전계방향이 다르게 형성됨으로 인한 그레이 트레이스 무라(gray trace mura)가 발생될 수 있으며, 이러한 가로 블럭 무라 및 그레이 트레이스 무라는 화면품위에 악영향을 미침은 물론 생산성 저하의 요인이 된다.

결국, 종래의 FFS 모드 LCD는 전술한 다양한 무라 발생으로 인해 그 품질을 높이는데 한계에 부딪히고 있다.

또한, 상기한 무라들의 발생을 방지하기 위해 다양한 연구들이 진행되고는 있지만, 이러한 연구들이 현재까지는 또 다른 특성을 저감시켜야 하는 문제를 야기시키고 있다. 예컨데, 그레이 트레이스 무라를 개선하기 위해서는 풀 오퍼레이팅 볼티지(Full Operating Voltage)를 인가하지 못하므로, 투과율을 일정부분 떨어뜨려야 하며, 이 경우, 투과율 뿐만아니라 응답시간도 느려지는 특성을 보이게 된다.

따라서, 본 발명은 상기와 같은 종래의 제반 문제점들을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 다양한 무라 발생이 방지되도록 한 FFS 모드 LCD를 제공함에 그 목적이 있다.

또한, 본 발명은 다양한 무라 발생을 방지함으로써 생산성이 향상되도록 한 FFS 모드 LCD를 제공함에 그 다른 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 FFS 모드 LCD는, 투명 금속막으로 이루어진 공통전극 및 화소전극을 구비한 어레이 기판과 블랙매트릭스 및 컬러필터를 구비한 컬러필터 기판이 액정층의 개재하에 합착되어 구성된 FFS 모드 LCD에 있어서, 상기 화소전극은 각 화소영역 내에 배치되는 플레이트형으로 형성되고, 상기 공통전극은 어레이 기판 전체를 덮는 크기이면서 내부에 액티브 영역 전체에 걸쳐 배치되는 슬릿들을 구비한 슬릿형으로 형성된 것을 특징으로 한다.

여기서, 상기 화소전극은 공통전극 아래에 배치된 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 공통전극은 각 슬릿들의 가장자리가 컬러필터 기판에 형성된 최외각 블랙매트릭스에 의해 가려지는 위치에 배치되도록 형성된 것을 특징으로 한다.

(실시예)

이하, 첨부된 도면에 의거하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명하도록 한다.

우선, 본 발명의 기술적 원리를 간략하게 설명하면 다음과 같다.

본 발명은 화소전극을 플레이트형으로 먼저 형성하고, 공통전극을 슬릿형으로 상기 화소전극 형성후에 형성한다. 특히, 상기 슬릿형의 공통전극은 액정패널에서의 액티브 영역 전체를 덮도록 형성하면서 슬릿의 크기를 화소 크기에 제한하는 것이 아니라 여러 화소에 걸쳐, 즉, 액티브 영역 전체에 걸쳐 배치되는 크기를 갖도록 하며, 이때, 길게 형성된 각 슬릿의 가장자리는 액정패널의 최외각에 배치되는 컬러필터 기판의 넓은 블랙매트릭스에 의해 가려지도록 한다.

이렇게 하면, 화소전극이 슬릿형이 아닌 플레이트형으로 형성되는 것과 관련해서 상기 화소전극 형성시 샷과 샷간의 오정렬 및 노광량 차이에 기인하는 선형 샷 무라 및 블럭 형태의 샷 무라는 발생되지 않는다. 또한, 슬릿형으로 공통전극을 형성함에 있어서 각 슬릿들을 액티브 영역 전체에 걸쳐 배치되는 크기로 형성하면서 각 슬릿들의 가장자리가 최외각 블랙매트릭스에 의해 가려지도록 함으로써, 슬릿 가장자리와 블랙매트릭스간 커플링 효과에 의한 노이즈 전계에 기인하는 가로 블럭 무라가 발생되지 않음은 물론 슬릿 가장자리에서 전계방향이 다르게 형성됨으로 인한 그레이 트레이스 무라도 발생되지 않는다.

따라서, 본 발명은 공통전극 및 화소전극의 구조를 변경시킴과 아울러 그 형성 위치를 변경시킴으로써 다양한 무라의 발생을 방지할 수 있으며, 그래서, 상기 무라 발생에 기인되는 생산성 저하를 방지할 수 있다.

자세하세, 도 3 및 도 4는 본 발명에 따른 FFS 모드 LCD의 어레이 기판을 도시한 평면도 및 단면도이고, 도 5는 본 발명에 따른 FFS 모드 LCD의 카운터전극을 설명하기 위한 평면도로서, 이를 설명하면 다음과 같다.

도 3을 참조하면, 다수개의 게이트라인(33)과 데이터라인(37)이 수직 교차하도록 형성되어져 있고, 상기 게이트라인(33)과 데이터라인(37)의 교차부에는 스위칭 소자인 박막트랜지스터(40)가 형성되어져 있으며, 상기 게이트라인(33)과 데이 터라인(37)에 의해 한정된 각 단위 화소영역 내에는 플레이트형으로 화소전극(39)이 형성되어져 있고, 그리고, 하나의 화소가 아닌 액티브 영역 전체에 걸쳐 배치되게 슬릿형의 공통전극(32)이 형성되어져 있다.

이때, 상기 슬릿형 공통전극(32)에 있어서, 각 슬릿들은 화소 크기에 제한되는 크기가 아니라, 여러 화소에 걸쳐 배치되는 크기, 보다 정확하게는, 도 5에 도시된 바와 같이, 액정패널(50)에서의 액티브 영역 전체에 걸쳐 배치되는 크기를 갖도록 구비된다.

한편, 본 발명에 따른 FFS 모드 LCD의 어레이 기판 구조에 있어서, 공통전극(32)이 각 화소영역에 구비되는 형태가 아니라 액티브 영역 전체에 배치되는 크기로 구비되는 바, 별도의 공통전극라인은 필요치 않다. 아울러, 공통전극(32)이 액티브 영역 모두를 덮는 것과 관련해서 충분한 보조용량을 확보할 수 있으므로, 공통전극라인의 생략을 통해 개구율 향상을 얻을 수 있다.

이와 같은 어레이 기판을 제조하기 위해, 도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명은 먼저 유리기판(31) 상에 게이트전극(33a)을 포함한 게이트라인을 형성한다. 그런다음, 게이트전극(33a)을 포함한 게이트라인을 덮도록 기판 전면 상에 게이트절연막(35)을 증착한 후, 상기 게이트절연막(35) 상에 ITO 금속막의 증착 및 패터닝을 통해 각 화소영역 내에 배치되게 플레이트형 화소전극들(39)을 형성한다.

다음으로, 기판 결과물 상에 a-Si막과 n+ a-Si막을 차례로 증착한 상태에서 이들을 패터닝하여 게이트전극(33a) 상부의 게이트절연막 부분 상에 채널층(36a) 및 오믹층(36b)을 형성한다. 그런다음, 소오스/드레인용 금속막을 증착한 후, 이를 패터닝해서 소오스/드레인전극(37a, 37b)을 포함한 데이터라인(37)을 형성하고, 이를 통해, 박막트랜지스터(40)를 구성한다. 이때, 상기 소오스전극(37a)은 화소전극(39)과 콘택하도록 형성한다.

이어서, 박막트랜지스터(40)가 형성된 결과 구조물 상에 보호막(38)을 도포한 후, 상기 보호막(38) 상에 액티브 영역의 전체에 걸쳐 배치되는 크기의 슬릿들을 구비한 슬릿형 공통전극(32)을 형성한다.

이후, 도시하지는 않았으나, 상기 공통전극(32)이 형성된 기판 결과물의 최상부에 수평배향막을 형성하여 어레이 기판의 제조를 완성한 후, 블랙매트릭스 및 컬러필터가 형성되고 최상부에 수평배향막이 형성된 컬러필터 기판과 액정층의 개재하에 합착시켜 본 발명의 FFS 모드 LCD의 제조를 완성한다. 물론, 기판 합착 후에는 각 기판의 외측면에 편광판을 부착시킴이 바람직하다.

전술한 바와 같은 본 발명의 FFS 모드 LCD는 다음과 같은 잇점을 갖는다.

우선, 종래의 FFS 모드 화소 구조에서는 상층 투명전극으로서 슬릿형 화소전극을 형성하는데, 이 경우, 화소전극은 각각의 화소에서 제한된 크기를 가질 수 밖에 없고, 슬릿 크기 또한 제한적이다. 따라서, 슬릿의 가장자리가 각각의 화소마다 다수개 존재하며, 슬릿을 패터닝할 때 슬릿의 가장자리 부분이 둥근 모양을 가지게 되므로, 원하지 않는 전계 방향을 가지게 됨으로써 다양한 무라가 발생하게 되고, 이로 인해, 생산성 저하가 야기된다.

예컨데, 구동전압을 높일 경우, 슬릿 가장자리 부분에서 노이즈 전계에 의해 디스클리네이션 라인(disclination line)이 형성되며, 특히, 디스클리네이션 라인 이 화소 안쪽으로 침투함으로 인해 투과율 저하가 야기된다. 또한, 슬릿 가장자리 영역에서 컬러필터 기판의 블랙매트릭스와 커플링에 의해 높은 그레이 레벨에서 낮은 그레이 레벨로의 전환시 순간적으로 낮은 그레이 레벨에서도 화소 가장자리 영역에서도 그레이 레벨이 흔들리는 현상이 발생되기도 한다. 아울러, 각 화소영역에 슬릿형 화소전극을 형성함에 있어서는 샷과 샷간의 오정렬 및 노광량 차이로 인해 투과율 차이가 유발되고, 이로 인해, 블럭 샷 무라, 또는, 선형 샷 무라가 발생하게 된다.

이에 반해, 본 발명은 상층 투명전극으로 화소전극이 아닌 공통전극을 형성하며, 이때, 상기 공통전극은 슬릿형으로 형성하면서 슬릿 크기를 화소 크기에 제한하지 않고 액티브 영역의 전체에 걸쳐 배치되는 크기로 하면서 각 슬릿들의 가장자리를 최외각 블랙매트릭스에 의해 가려지도록 함으로써 둥근 형태의 공통전극 슬릿 가장자리에 의한 노이즈 전계가 각 화소에 영향을 미치지는 않는다.

또한, 공통전극이 어레이 기판 최상단을 모두 덮고 있기 때문에 게이트라인 등에 의한 강한 노이즈 DC 전계를 상당 부분 차단할 수 있으며, 그래서, 이미지 스틱킹(image sticking) 현상을 상당히 개선할 수 있게 된다.

게다가, 공통전극이 어레이 기판 전부를 덮고 있기 때문에 게이트라인 또는 데이터라인 딜레이를 우려할 수 있으나, 도 3에 도시된 바와 같이, 게이트라인(33)은 최하단부에 위치하고 공통전극(32)은 최상단부에 위치하게 되므로, 상기 공통전극(32)이 라인 딜레이에 크게 영향을 미치지는 않으며, 데이트라인 딜레이에도 큰 영향은 미치지 않을 것으로 예상된다.

더욱이, 본 발명은 공통전극을 슬릿형으로 형성하면서 슬릿을 액정패널의 액티브 영역 가장자리까지 확장 배치시킴으로써, 이러한 공통전극이 상/하 및 좌/우로 다소 어긋나더라도 화면품위에는 전혀 영향이 미치지 않으며, 따라서, 샷 무라에 덜 영향을 받는다. 특히, 본 발명은 1번의 샷으로 노광을 하여 공통전극을 형성함에 따라, 샷들간 정렬이 틀어지더라도 전극 폭 및 간격 등에 영향이 미치지 않으므로, 액정패널의 위치별 투과율 변동은 일어나지 않으며, 따라서, 블럭 샷 무라, 또는, 선형 샷 무라 등도 발생되지 않는다.

결국, 본 발명은 슬릿 가장자리에 의한 여러 문제들로 해결할 수 있고, 샷 무라 및 잔상 등을 해결할 수 있으므로, FFS 모드 LCD의 화면품위 및 생산성을 향상시킬 수 있게 된다.

이상에서와 같이, 본 발명은 화소전극과 공통전극의 구조 및 위치를 변경하면서 상기 공통전극을 액정패널의 액티브 영역 전체에 걸쳐 배치되는 크기의 슬릿들을 구비한 슬릿형 구조로 형성함으로써 다양한 무라 발생을 방지할 수 있으며, 이에 따라, 무라 발생에 기인하는 생산성 저하를 방지할 수 있으므로, 우수한 화면품위 및 생산성을 갖는 FFS 모드 LCD를 구현할 수 있다.

이상, 여기에서는 본 발명의 특정 실시예에 대하여 설명하고 도시하였지만, 당업자에 의하여 이에 대한 수정과 변형을 할 수 있다. 따라서, 이하, 특허청구의 범위는 본 발명의 진정한 사상과 범위에 속하는 한 모든 수정과 변형을 포함하는 것으로 이해할 수 있다.

Claims (3)

1. 투명 금속막으로 이루어진 공통전극 및 화소전극을 구비한 어레이 기판과 블랙매트릭스 및 컬러필터를 구비한 컬러필터 기판이 액정층의 개재하에 합착되어 구성된 프린지 필드 스위칭 모드 액정표시장치에 있어서,

   상기 화소전극은 각 화소영역 내에 배치되는 플레이트형으로 형성되고, 상기 공통전극은 어레이 기판 전체를 덮는 크기이면서 내부에 액티브 영역 전체에 걸쳐 배치되는 슬릿들을 구비한 슬릿형으로 형성된 것을 특징으로 하는 프린지 필드 스위칭 모드 액정표시장치.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 화소전극은 공통전극 아래에 배치된 것을 특징으로 하는 프린지 필드 스위칭 모드 액정표시장치.
3. 제 1 항에 있어서, 상기 공통전극은 각 슬릿들의 가장자리가 컬러필터 기판에 형성된 최외각 블랙매트릭스에 의해 가려지는 위치에 배치되도록 형성된 것을 특징으로 하는 프린지 필드 스위칭 모드 액정표시장치.

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