KR100620142B1

KR100620142B1 - 프린지 필드 스위칭 모드 액정표시장치

Info

Publication number: KR100620142B1
Application number: KR1020040056337A
Authority: KR
Inventors: 김향율; 김귀현
Original assignee: 비오이 하이디스 테크놀로지 주식회사
Priority date: 2004-07-20
Filing date: 2004-07-20
Publication date: 2006-09-19
Also published as: KR20060007520A

Abstract

본 발명은 그레이 트레이스 무라(gray trace mura)에 자유로운 화소 구조를 갖는 프린지 필드 스위칭 모드 액정표시장치(Fringe Field Switching mode LCD)를 개시한다. 개시된 본 발명의 프린지 필드 스위칭 모드 액정표시장치는, 교차 배열된 다수개의 게이트버스라인과 데이터버스라인에 의해 한정되는 각각의 단위 화소영역 내에, 절연막의 개재하에 ITO로 이루어진 박스타입 상대전극과 슬릿타입 화소전극이 배치됨과 아울러 상기 데이트버스라인과 동시에 형성되면서 톱니 형상을 갖는 보조 화소전극이 상기 화소전극의 슬릿패턴 양 끝단부에 대응하는 화소영역 양측 가장자리 각각에 상기 화소전극 아래에서 화소전극과 콘택되게 배치된 구조를 갖는 하부기판이 블랙매트릭스 및 컬러필터를 구비한 상부기판과 액정층의 개재하에 합착되어 구성된 것을 특징으로 한다.

Description

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

도 1은 그레이 트레이스 무라(Gray trace mura)발생을 설명하기 위한 도면.

도 2 및 도 3a는 종래 프린지 필드 스위칭 모드 액정표시장치에서의 설계된 전극 패턴 및 실제 형성된 전극 패턴을 도시한 도면.

도 3b는 도 3a의 A-A'선에 따른 단면도.

도 4 및 도 5a는 본 발명에 따른 프린지 필드 스위칭 모드 액정표시장치에서의 설계된 전극 패턴 및 실제 형성된 전극 패턴을 도시한 도면.

도 5b는 도 5a의 B-B'선에 따른 단면도.

도 6은 액정과 전기장간의 각도를 설명하기 위한 도면.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

42,52 : 상대전극 44,54 : 데이터버스라인

46,56 : 화소전극 47,57 : 보조 화소전극

50 : 유리기판 53 : 게이트절연막

55 : 보호막 58 : 액정

본 발명은 프린지 필드 스위칭 모드 액정표시장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 그레이 트레이스 무라(Gray Trace Mura)에 자유로운 화소 구조를 갖도록 한 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 상대전극과 화소전극을 ITO와 같은 투명 금속으로 형성하여 IPS 모드 LCD에 비해 개구율 및 투과율을 높이면서, 상기 상대전극과 화소전극 사이의 간격을 기판들간 간격보다 좁게 형성하는 것을 통해 상기 상대전극과 화소전극 사이에서 프린지 필드가 형성되도록 함으로써 상기 전극들 상부에 존재하는 액정 분자들까지도 모두 동작되도록 하여 보다 향상된 투과율을 얻는다.

한편, 이와 같은 FFS 모드 LCD에 있어서, 상기 상대전극은 박스 타입으로 형성되고, 상기 화소전극은 슬릿 타입으로 형성되며, 형성된 전극 단면에 대해 수직한 방향으로 상대전극과 화소전극간 전기장이 형성되어, 이 전기장에 의해 화소내의 액정분자들이 제어된다.

그런데, 종래의 화소 구조에서 ITO로 이루어진 화소전극을 통상의 포토리소그라피 공정에 따라 패터닝하였을 때, 가장자리부의 패턴 모양이 설계했던 패턴 모양대로 샤프(sharp)하게 패터닝되지 못하는 현상이 빈번하게 발생되고, 이로인해, 특정 영역의 화소전극용 ITO의 패터닝이 초기 의도와는 달리 패터닝됨에 따라 액정분자들을 모두 원하는 방향으로 제어할 수 없게 된다.

이 결과, 원치않게 패터닝된 특정 영역의 화소전극 패턴이 부분적으로 역회전 액정분자 영역을 만듦으로써, 전기장 인가시, 한 화소에서 정상 회전 영역과 역회전 영역이 존재하게 되고, 이로인해, 그 경계면에 디스클리네이션 라인으로 검게 보이는 불량이 발생된다. 통상 이와 같은 디스클리네이션 기인으로 외부 눌림에 반응하여 발생하는 불량을 "그레이 트레이스 무라(Gray Trace Mura)"라 칭한다.

이러한 그레이 트레이스 무라는 액정패널의 표면에 외부적인 힘을 가하거나, 또는, 도 1에 도시된 바와 같이, 터치 채널(11)에서와 같이 아크릴 펜(12)을 이용한 긋기 등의 힘을 가했을 때 가해진 힘의 경로를 따라 특정 그레이 컬러를 띄는 자국이 남게되는 현상을 말한다. 도면부호 14는 그레이 트레이스 무라를 나타낸다.

자세하게, 도 2 및 도 3a는 종래 FFS 모드 LCD에서의 설계된 전극 패턴 및 실제 형성된 전극 패턴을 도시한 도면으로서, 도 2에 도시된 바와 같이, 상대전극(22)은 박스 타입으로 설계되며, 화소전극(26)은 슬릿 타입으로 설계되었지만, 이러한 설계를 토대로 통상의 포토리소그라피 공정에 따라 ITO로 상대전극 및 화소전극을 패터닝하였을 때, 도 3a에 도시된 바와 같이, 상대전극(32)은 박스 타입 그대로 패터닝되는 반면, 화소전극(36)은 코팅된 포토레지스트의 노광시 상기 포토레지스트의 특성 및 노광된 빛의 조사 특성에 의해 원래 마스크 모양대로 슬릿 끝 부분이 샤프하게 패터닝되지 못하고 둥글게 패터닝된다.

이 때문에 둥글게 패터닝된 끝 부분에서 전기장 기인으로 액정분자들(38)이 역회전되는 영역이 존재하며, 이로인해, 패널 투과율이 감소할 뿐만 아니라 패널에의 외부 압력 인가시 외부 힘의 경로를 따라 그레이 트레이스 무라가 발생된다.

도 3b는 도 3a의 A-A'선을 따라 절단하여 도시한 단면도로서, 도시된 바와 같이, 상대전극(32)과 화소전극(36)은 단위 화소 내에서 절연막, 즉, 게이트절연막(33) 및 보호막(35)의 개재하에 적층되어 있다.

도 2와 도 3a 및 도 3b에서, 미설명된 도면부호 24 및 34는 데이터버스라인을, 그리고, 30은 유리기판을 각각 나타낸다.

따라서, 본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 그레이 트레이스 무라에 자유로운 화소 구조를 갖는 FFS 모드 LCD를 제공함에 그 목적이 있다.

또한, 본 발명은 그레이 트레이스 무라에 자유롭도록 하므로써 표시 특성을 개선시킨 FFS 모드 LCD를 제공함에 그 다른 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은, 교차 배열된 다수개의 게이트버스라인과 데이터버스라인에 의해 한정되는 각각의 단위 화소영역 내에, 절연막의 개재하에 ITO로 이루어진 박스타입 상대전극과 슬릿타입 화소전극이 배치됨과 아울러 상기 데이트버스라인과 동시에 형성되면서 톱니 형상을 갖는 보조 화소전극이 상기 화소전극의 슬릿패턴 양 끝단부에 대응하는 화소영역 양측 가장자리 각각에 상기 화소전극 아래에서 화소전극과 콘택되게 배치된 구조를 갖는 하부기판이 블랙매트릭스 및 컬러필터를 구비한 상부기판과 액정층의 개재하에 합착되어 구성된 것을 특징으로 하는 FFS 모드 LCD를 제공한다.

여기서, 상기 보조 화소전극은 액정의 장축 방향에 대하여 상기 상대전극과 상기 보조 화소전극을 포함한 화소전극 사이에서 발생되는 전기장이 전 영역에서 동일한 예각을 갖도록 하는 모양으로 형성된 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명은, 대향 배치된 하부기판과 상부기판; 상기 하부기판 상에 형성된 다수개의 게이트버스라인; 상기 하부기판 상의 화소 예정 영역 각각에 형성된 ITO로 이루어진 박스타입 상대전극; 상기 게이트버스라인과 상대전극을 덮도록 하부기판 전면 상에 형성된 게이트절연막; 상기 게이트절연막 상에 게이트버스라인과 교차하도록 형성된 다수개의 데이터버스라인; 상기 교차 형성된 게이트버스라인과 데이터버스라인에 의해 한정되는 화소영역 내의 양측 가장자리부 각각에 상기 데이터버스라인과 동시에 형성된 톱니 형상의 보조 화소전극; 상기 게이트버스라인과 데이터버스라인의 교차부에 형성된 박막트랜지스터; 상기 박막트랜지스터를 포함한 데이트버스라인을 덮도록 하부기판 전면 상에 형성된 보호막; 상기 보호막 상에 슬릿패턴 양 끝단부가 상기 톱니 모양의 보조 화소전극 상에 배치되도록 형성된 ITO로 이루어진 슬릿타입 화소전극; 상기 상부기판 상에 차례로 형성된 블랙매트릭스와 컬러필터; 및 상기 하부기판과 상부기판 사이에 개재된 액정층을 포함하는 것을 특징으로 하는 FFS 모드 LCD를 제공한다.

(실시예)

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

먼저, 본 발명에 따른 FFS 모드 LCD는, 도시하지 않았으나, 다수개의 게이트버스라인과 데이터버스라인이 교차 배열되어 단위 화소를 한정하고 있고, 상기 게 이트버스라인과 데이터버스라인의 교차부에는 박막트랜지스터가 배치되어 있으며, 상기 게이트버스라인과 데이터버스라인에 의해 한정된 화소영역 내에는 ITO로 이루어진 상대전극과 화소전극이 절연막의 개재하에 배치된 구성의 하부기판이 블랙매트릭스 및 각 화소영역에 대응해서 컬러필터를 구비한 상부기판과 액정층의 개재하에 합착되어진 구조를 갖는다.

이와같은 구조에 있어서, 상기 상대전극과 화소전극은 모두 ITO 재질로 이루어지면서 상기 상대전극은 박스타입으로, 그리고, 상기 화소전극은 슬릿타입으로 형성되는데, 종래에는 포토리소그라피 공정을 통해 형성된 실제 화소전극의 슬릿패턴 가장자리부가 설계한 패턴 모양과는 달리 둥글게 패터닝되고, 이로인해, 이 영역에서 액정의 역회전이 일어나 그레이 트레이스 무라를 유발한다.

이에, 본 발명은, 도 4에 도시된 바와 같이, 상대전극(42)은 박스타입, 그리고, 화소전극(46)은 슬릿타입의 설계를 그대로 유지하면서 데이터버스라인(44)의 설계시 상기 화소전극(46)의 슬릿패턴 양 끝단부 각각에 대응하는 화소영역에 배치되는 보조 화소전극(47)을 추가로 설계한다.

그리고, 이러한 설계를 통해, 도 5a에 도시된 바와 같이, 포토리소그라피 공정에 따라 화소전극(56)의 슬릿패턴 양 끝단부 각각의 아래에 배치되는 톱니 모양의 보조 화소전극(57)을 추가 형성해주며, 그리고, 상기 보조 화소전극(57)을 그 상부에 형성되는 슬릿타입의 화소전극(56)과 콘택시킨다.

도 5b는 도 5a의 B-B'선에 따른 단면도로서, 도시된 바와 같이, 유리기판 (50) 상에 상대전극(52)이 형성되고, 상대전극(52)을 덮도록 게이트절연막(53)이 형성되며, 게이트절연막(53) 상에 데이터버스라인(54)과 보조 화소전극(57)이 형성되고, 이들을 덮도록 보호막(55)이 형성되며, 상기 보호막(55) 상에는 보조 화소전극(57)과 콘택하게 화소전극(56)이 형성됨을 볼 수 있다.

이렇게 하면, 포토리소그라피 공정을 통해 슬릿 구조로 화소전극을 패터닝할 때, 도 5a에 도시된 바와 같이, 비록 슬릿패턴의 가장자리부가 초기 설계된 모양과 달리 둥글게 패터닝되더라도, 보조 화소전극(57)을 포함한 화소전극(56)의 단면은 샤프한 모양, 즉, 원하는 모양을 갖게 되며, 따라서, 상기 보조 화소전극(57)을 포함한 화소전극(56)과 상대전극(52) 사이에서 발생된 전기장에 의해 일부 액정이 역회전되는 현상의 발생없이 액정들(58) 모두를, 예컨데, 반시계 방향으로 회전하도록 제어할 수 있게 되고, 결국, 그레이 트레이스 무라가 발생되지 않는 화소 구조를 얻게 된다.

이때, 상기 액정(58)의 장축 방향과 전기장간의 각도 규정을 통해 그레이 트레이스 무라의 발생을 더욱 방지할 수 있다. 예컨데, 도 6에 도시된 바와 같이, 초기 러빙방향에 의해 결정된 액정(58)의 장축 방향에 대하여 보조 화소전극(57)을 포함한 화소전극(56)과 상대전극(52) 사이에서 발생되는 전기장이 이루는 각도가 전 영역에서 동일한 예각을 갖도록 하면, 역회전 영역이 존재하지 않아 외부 눌림이나 터치 패널에서와 같이 아크릴 펜을 이용한 긋기 등에서도 그레이 트레이스 무라에 더욱 강한 화소 구조를 얻을 수 있다. 따라서, 상기 보조 화소전극(57)의 형성시, 액정의 장축 방향에 대해 전기장이 이루는 각도가 예각을 가질 수 있도록 하는 모양으로 형성함이 바람직하다.

이상에서와 같이, 본 발명은 데이터버스라인의 형성시 화소전극의 슬릿패턴 양 끝단부 각각과 대응하는 화소영역 부분에 톱니 모양의 보조 화소전극을 추가 형성해줌으로써 슬릿패턴 가장자리에서 그레이 트레이스 무라가 발생되는 것을 방지할 수 있으며, 이에 따라, 액정표시장치의 표시 특성을 향상시킬 수 있다.

또한, 본 발명은 눌림에 깅한 패널 구조를 이룰 수 있는 바, 휘도 향상과 시차(parallax) 효과를 줄일 수 있어 테블렛 노트북에서 종이형(paper-like) 표시창을 실현하여 매우 용이하게 펜으로 글씨를 쓰거나 그림을 그려넣도록 할 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

교차 배열된 다수개의 게이트버스라인과 데이터버스라인에 의해 한정되는 각각의 단위 화소영역 내에, 절연막의 개재하에 ITO로 이루어진 박스타입 상대전극과 슬릿타입 화소전극이 배치됨과 아울러 상기 데이트버스라인과 동시에 형성되면서 톱니 형상을 갖는 보조 화소전극이 상기 화소전극의 슬릿패턴 양 끝단부에 대응하는 화소영역 양측 가장자리 각각에 상기 화소전극 아래에서 화소전극과 콘택되게 배치된 구조를 갖는 하부기판이 블랙매트릭스 및 컬러필터를 구비한 상부기판과 액정층의 개재하에 합착되어 구성된 것을 특징으로 하는 프린지 필드 스위칭 모드 액정표시장치.
제 1 항에 있어서, 상기 보조 화소전극은 액정의 장축 방향에 대하여 상기 상대전극과 상기 보조 화소전극을 포함한 화소전극 사이에서 발생되는 전기장이 전 영역에서 동일한 예각을 갖도록 하는 모양으로 형성된 것을 특징으로 하는 프린지 필드 스위칭 모드 액정표시장치.
대향 배치된 하부기판과 상부기판;

상기 하부기판 상에 형성된 다수개의 게이트버스라인;

상기 하부기판 상의 화소 예정 영역 각각에 형성된 ITO로 이루어진 박스타입 상대전극;

상기 게이트버스라인과 상대전극을 덮도록 하부기판 전면 상에 형성된 게이트절연막;

상기 게이트절연막 상에 게이트버스라인과 교차하도록 형성된 다수개의 데이터버스라인;

상기 교차 형성된 게이트버스라인과 데이터버스라인에 의해 한정되는 화소영역 내의 양측 가장자리부 각각에 상기 데이터버스라인과 동시에 형성된 톱니 형상의 보조 화소전극;

상기 게이트버스라인과 데이터버스라인의 교차부에 형성된 박막트랜지스터;

상기 박막트랜지스터를 포함한 데이트버스라인을 덮도록 하부기판 전면 상에 형성된 보호막;

상기 보호막 상에 슬릿패턴 양 끝단부가 상기 톱니 모양의 보조 화소전극 상에 배치되도록 형성된 ITO로 이루어진 슬릿타입 화소전극;

상기 상부기판 상에 차례로 형성된 블랙매트릭스와 컬러필터; 및

상기 하부기판과 상부기판 사이에 개재된 액정층을 포함하는 것을 특징으로 하는 프린지 필드 스위칭 모드 액정표시장치.
제 3 항에 있어서, 상기 보조 화소전극은 액정의 장축 방향에 대하여 상기 상대전극과 상기 보조 화소전극을 포함한 화소전극 사이에서 발생되는 전기장이 전 영역에서 동일한 예각을 갖도록 하는 모양으로 형성된 것을 특징으로 하는 프린지 필드 스위칭 모드 액정표시장치.