KR100823053B1 - 횡전계방식 액정표시장치용 어레이기판과 그 제조방법 - Google Patents

횡전계방식 액정표시장치용 어레이기판과 그 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 횡전계방식 액정표시장치에 관한 것으로 특히, 박막트랜지스터가 구성된 영역에서의 빛샘을 방지하기 위한 횡전계 방식 액정표시장치용 어레이기판에 관한 것이다.
본 발명은 전압이 오프 상태일 경우, 게이트 전극과 공통전극 사이에 발생하는 전계와 액정의 배열이 평행 하도록 게이트 전극과 공통전극을 새롭게 설계한다.
이와 같이 하면, 게이트 전압이 오프상태(off state)일 때, 두 전극의 이격된 사이에서 빛샘이 발생하지 않아 고화질을 구현하는 액정패널을 제작할 수 있다.

Description

횡전계방식 액정표시장치용 어레이기판과 그 제조방법{An array substrate for In-Plane switching mode LCD and the method for fabricating the same}
도 1은 종래의 횡전계방식 액정표시장치용 어레이기판의 한 화소를 개략적으로 도시한 평면도이고,
도 2는 한 프레임 동안의 게이트 전압과 공통전압의 신호파형을 도시한 도면이고,
도 3과 도 4는 종래의 구조에 따른 게이트 전극과 공통전극 사이에 발생하는 전계의 방향과, 액정의 배열 방향을 각각 도시한 평면도이고,
도 5는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 횡전계 방식 액정표시장치용 어레이기판의 한 화소를 개략적으로 도시한 평면도이고,
도 6은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 횡전계 방식 액정표시장치용 어레이기판의 한 화소를 개략적으로 도시한 평면도이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
100 : 기판 112 : 게이트 배선
114 : 게이트 전극 116 : 스토리지 배선
120 : 액티브층 126 : 소스 전극
128 : 드레인 전극 130 : 화소 전극
본 발명은 화상 표시장치에 관한 것으로 특히, 고 화질을 구현하기 위한 횡전계방식(In-Plane Switching mode)액정표시장치용 어레이기판에 관한 것이다.
일반적으로 액정표시장치의 구동원리는 액정의 광학적 이방성과 분극성질을 이용한다.
상기 액정은 구조가 가늘고 길기 때문에 분자의 배열에 방향성을 가지고 있으며, 인위적으로 액정에 전기장을 인가하여 분자배열의 방향을 제어할 수 있다.
따라서, 상기 액정의 분자배열 방향을 임의로 조절하면, 액정의 분자배열이 변하게 되고, 광학적 이방성에 의하여 편광된 빛이 임의로 변조되어 화상정보를 표현할 수 있다.
현재에는 박막 트랜지스터와 상기 박막 트랜지스터에 연결된 화소전극이 행렬 방식으로 배열된 능동행렬 액정표시장치(Active Matrix LCD : AM-LCD)가 해상도 및 동영상 구현능력이 우수하여 가장 주목받고 있다.
이하, 도면을 참조하여 종래의 횡전계 방식 액정표시장치용 어레이기판과 그 제조방법에 대해 설명한다.
도 1은 종래의 횡전계 방식 액정표시장치용 어레이기판의 일부를 개략적으로 도시한 평면도이다.
도시한 바와 같이, 종래의 횡전계 방식 액정표시장치용 어레이기판(10)은 소정간격 이격되어 평행하게 일 방향으로 구성된 다수의 게이트배선(12)과 스토리지 배선(16)과, 상기 두 배선(12, 16)과 교차하며 특히 게이트배선(12)과는 화소영역(P)을 정의하는 데이터배선(24)이 구성된다.
상기 게이트배선(12)과 데이터배선(24)의 교차지점에는, 상기 게이트 배선(12)의 일부인 게이트 전극(14)과, 상기 게이트 전극(14)의 상부에 구성된 액티브층(20)과 소스 전극(26)및 드레인 전극(28)을 포함하는 박막트랜지스터(T)가 구성되며, 상기 소스 전극(26)은 상기 데이터배선(24)과 연결되고, 상기 게이트 전극(14)은 상기 게이트배선(12)과 연결된다.
이때, 상기 소스전극(26)은 "U"자 형상으로 구성되고, 상기 드레인 전극(28)은 "I"자 형상으로 구성되며, 상기 소스전극(26)이 드레인 전극(28)을 감싸는 형상으로 구성한다.
상기 화소영역(P)에는 상기 드레인 전극(28)과 연결되는 화소전극(30)과, 상기 화소전극(30)과 평행하게 구성되고 상기 스토리지 배선(16)과 연결되는 공통전극(17)이 구성된다.
상기 화소전극(30)은 상기 드레인 전극(28)에서 연장된 연장부(30a)와 상기 연장부(30a)에서 수직하게 연장되고 서로 소정간격 이격된 다수의 수직부(30b)와, 상기 스토리지 배선(16)의 상부에서 상기 수직부(30b)를 하나로 연결하는 수평부(30c)로 구성된다.
상기 공통전극(17)은 상기 스토리지배선(16)에서 화소영역(P)으로 수직하게 연장되고, 상기 화소전극의 수직부(30b)와 엇갈려 구성되는 다수의 수직부(17b)와, 상기 각 수직부(17b)를 하나로 연결하는 수평부(17a)로 구성된다.
상기 화소영역(P)에 구성되는 공통전극(17)의 수직부(17b)는 상기 데이터배선(24)과 소정간격 이격되도록 구성되었다.
또한, 상기 화소영역(P)과 회로적으로 병렬로 연결된 보조 용량부(C)가 구성되며, 상기 보조 용량부는 상기 화소영역(P)을 정의하는 스토리지배선(16)의 일부를 제 1 스토리지 전극으로 하고, 상기 제 1 스토리지 전극의 상부에 게이트 절연막(미도시)을 사이에 두고 위치한 화소전극의 수평부(30c)를 제 2 스토리지 전극으로 한다.
전술한 구성을 통한 화소의 동작을 이하, 도 2를 참조하여 설명한다.
도시한 파형은 한 프레임동안의 게이트 전압(Vg)과 공통 전압(vcom)의 인가상태를 나타낸 파형이다.
도시한 바와 같이, 게이트 전압(Vg)이 온(on) 상태 일 때는 +18V의 전압이 인가되고, 게이트 전압(Vg)이 오프(off) 상태일 때는 -5V 전압이 인가된다.
상기 데이터 전압(VD)은 상기 게이트 전압(Vg)이 온(on) 상태일 때 하이 레벨이 입력되어 다음 게이트 전압(Vg)이 다음 온(on) 상태가 될 때 까지 유지된다.
이와 같은 전압 특성에 의해 화소영역에 배열된 액정의 구동이 이루어 진다.
노멀리 블랙모드(Normally black mode)인 경우, 상기 전압을 인가하지 않은 상태일 때는 블랙으로 표시된다.
그러나, 상기 도 1의 구성 중 A영역은 상기 게이트 전압(Vg)이 오프(off) 상태일 때 빛샘 현상을 발생하게 된다.
이하, 도 3과 도 4를 동시에 참조하여 설명한다.
도 3과 도 4는 도 1의 A영역에서, 게이트 오프(off) 상태인 경우, 게이트 전극과 공통전극 사이의 정상적인 액정의 정렬 상태와, 상기 두 전극 사이에 발생하는 전계의 방향을 도시한 도면이다.
도 3에 도시한 바와 같이, 전압이 인가되지 않을 경우, 액정(19)은 러빙 방향(D)과 평행한 상태로 정렬해야만 한다.
하지만, A영역에서는 실제로 공통전극(17)과 게이트 전극(14)사이에 실제적인 전위차가 존재하게 된다.
따라서, 공통전극(17)과 게이트 전극(14)사이에는 일정한 방향성을 가지고 전계(B)가 분포하게 된다.
그런데, 상기 두 전극(17, 14)의 이격된 영역(E) 사이에 존재하는 액정(19)은 도 4에 도시한 바와 같이, 러빙 방향(D)과 평행한 방향으로 액정(19)이 배열된다.(액정(19)은 부분적으로만 도시함.)
상기 도 3과 도 4의 전계분포(B)와 액정(19)의 배열방향을 비교하였을 경우, 상기 액정(19)의 장축(F)은 상기 전계분포(B)와 수직하게 구성된다.
따라서, 게이트 오프(off) 상태일 경우, 상기 전계(B)에 의해 액정(19)의 배열이 전계(B)의 방향을 따라 정렬하는 상태가 된다.
결과적으로, 노멀리 블랙모드에서 전압이 인가되지 않을 때, 백라이트의 빛이 상기 A영역을 그대로 통과하게 되고 전위차가 발생하여 빛샘이 발생하게 된다.
상기 빛샘 영역을 차폐하기 위해 상부 기판(미도시)에 블랙매트릭스(Black matrix)를 형성하여 주기는 하나, 상부기판과 하부기판의 합착 오차가 발생하였을 경우에는 빛샘이 그대로 관찰되어 고화질을 구현하기 힘들다.
본 발명은 전술한 바와 같은 화질불량을 개선하기 위한 목적으로 안출된 것으로, 상기 게이트 전극과 공통전극을 새롭게 설계하여, 액정의 처기 배향방향과 상기 게이트 전극과 공통전극 사이에 발생하는 전계의 방향이 평행하게 분포하도록 한다.
이와 같이 하면, 상기 두 전극 사이에 전계가 발생하더라도 액정의 초기 배향상태를 그대로 유지할 수 있기 때문에, 상기 두 전극 사이에 빛샘 불량이 발생하지 않는다.
전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 횡전계 방식 액정표시장치용 어레이기판은 기판 상에 수직으로 교차하여 화소영역을 정의하는 게이트배선과 데이터배선과; 상기 게이트배선과 데이터배선이 교차하는 지점에 구성되고, 그 일측이 상기 게이트배선과 이루는 각을 Θg 라 하고 상기 게이트배선과 러빙방향이 이루는 각을 ΘR라 할 때, 이들 두 각의 절대차 │
Figure 112007081060433-pat00015
│가 89o~91o가 되도록 설계된 게이트 전극과, 상기 게이트 전극 상부로 반도체층과 소스전극 및 드레인 전극을 포함하는 박막트랜지스터와; 상기 화소영역 내에 상기 드레인 전극과 연결되어 서로 이격하며 형성된 다수의 화소전극과; 상기 다수의 화소전극과 교대하며 형성된 다수의 공통전극를 포함하며, 상기 게이트전극의 일측은 상기 화소전극 및 공통전극의 일측과 평행하게 구성되는 것을 특징으로 하는 횡전계 방식 액정표시장치용 어레이기판을 제공한다.
상기 다수의 공통전극과 화소전극은 지그재그 형상이며, 상기 게이트 전극은 상기 게이트배선의 일측에서 돌출되어 형성되는 것이 특징이다.
또한, 상기 소스전극은 "U"형상이고, 상기 드레인 전극은 상기 "U"형상의 내부에 소정간격 이격하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
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이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 설명한다.
-- 실시예 --
본 발명의 특징은 박막트랜지스터를 구성하는 게이트 전극과, 화소영역 상에 구성되는 공통전극 사이에 분포하는 전계의 방향과, 상기 두 전극 사이에 존재하는 액정의 초기 배향 방향이 평행하도록, 상기 게이트 전극과 공통전극을 새롭게 설계하는 것이다.
도 5는 본 발명에 따른 횡전계 방식 액정표시장치용 어레이기판의 일부를 개략적으로 도시한 평면도이다.
도시한 바와 같이, 본 발명에 따른 횡전계방식 액정표시장치용 어레이기판(100)은 소정간격 이격되어 평행하게 일 방향으로 구성된 다수의 게이트배선(112)과 스토리지 배선(116)과, 상기 두 배선과 교차하며 특히, 게이트배선(112)과는 화소영역(P)을 정의하는 데이터배선(124)을 구성한다.
상기 게이트배선(112)과 데이터배선(124)의 교차지점에는 게이트 전극(114)과 액티브층(120)과 소스 전극(126) 및 드레인 전극(128)을 포함하는 박막트랜지스터(T)를 구성하며, 상기 소스 전극(126)은 상기 데이터배선(124)과 연결하고, 상기 게이트 전극(114)은 상기 게이트배선(112)과 연결한다.
이때, 상기 소스전극(126)을 "U"자 형상으로 구성하고 상기 드레인 전극(128)을 "l"자 형상으로 구성하여, 상기 소스전극(126)이 상기 드레인 전극(128)을 감싸는 형상으로 구성한다. 이와 같은 형상은 상기 소스전극(126)과 드레인 전극(128) 사이의 채널 길이는 짧게하는 반면 채널 폭은 넓혀주는 효과가 있기 때문에 전자의 이동도를 개선할 수 있다.
전술한 소스 및 드레인 전극(126, 128)의 하부에 구성되는 상기 게이트 전극(114)은 일측이 90o 이상으로 경사진 형상이다.
상기 화소영역(P)의 상부에는 상기 드레인 전극(128)과 연결되는 화소전극(130)과, 상기 화소전극(130)과 평행하게 구성되고 상기 스토리지 배선(116)과 연결되는 공통전극(117)을 구성한다. 상기 화소전극(130)은 상기 드레인 전극(128)에서 연장된 연장부(130a)와 상기 연장부(130a)에서 수직하게 연장되고 서로 소정간격 이격된 다수의 수직부(130b)와, 상기 스토리지 배선(116)의 상부에서 상기 수직부(130b)를 하나로 연결하는 수평부(130c)로 구성한다.
상기 공통전극(117)은 상기 스토리지 배선(116)에서 수직방향으로 연장되고 상기 화소전극의 수직부(130b)와 엇갈려 구성되는 다수의 수직부(117b)와, 상기 각 수직부(117b)를 하나로 연결하는 수평부(117a)로 구성한다.
전술한 구성에서, 상기 공통전극의 수평부(117a)의 일측은 상기 게이트 전극(114)의 경사면과 평행하게 이격된 형상이다.
이때, 상기 게이트 전극(114)의 일측의 경사면은 러빙 방향(G)과 서로 수직하도록 구성한다.
이와 같은 구성은, 게이트 오프(off) 상태일 때 상기 공통전극의 수평부(117a)의 일 측과 이에 평행한 게이트 전극(114)의 일측면에 발생하는 전계 분포(H)와 러빙 방향(G)이 평행하게 되는 결과가 된다.
도 6은 도 5의 I를 확대하여, 게이트 배선(112)및 게이트 전극(114)과 공통전극(117a)만을 도시한 평면도이다.
도시한 바와 같이, 상기 게이트 전극(114)과 공통전극(117a) 사이에 위치한 액정(119)의 배향 방향(러빙방향(G)과 평행한 방향으로 정렬)과, 상기 두 전극(114, 117a) 사이에 분포하는 전계의 방향(H)이 일치하므로 액정이 최초 배향 상태에서 움직이지 않기 때문에 그 부분을 통과하는 빛의 편광이 바뀌지 않아 선명한 블랙상태를 나타내게 된다.
즉, 두 전극(114, 117a) 사이의 전위차가 발생하지 않으므로 빛샘현상은 나타나지 않는다.
전술한 결과를 가지도록 상기 공통전극(117a)과 게이트 전극(114의 일측은 아래와 같은 이론을 적용하여 설계하면 된다.
즉, 도 7에 도시한 바와 같이, 임의의 수평선(J)과 상기 러빙 방향(G)이 이루는 각이 ΘR 이고, 상기 게이트 전극의 경사진 일 측면(114a)과 상기 임의의 수평선(J)이 이루는 각이 Θg 라면 │
Figure 112006080188500-pat00013
│=89o~91o가 되도록 설계하면 된다.
이러한 설계 조건을 도입한 지그재그 형상의 공통전극과 화소전극을 포함하는 횡전계 방식 어레이기판 구성을 이하, 도 8을 참조하여 설명한다.
도 8은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 횡전계 방식 액정표시장치용 어레이기판의 한 화소를 개략적으로 도시한 평면도이다.
도시한 바와 같이, 어레이기판(200)은 소정 간격 이격되어 평행하게 일 방향으로 구성된 다수의 게이트배선(212)과 스토리지 배선(216)과, 상기 두 배(212, 216)선과 교차하며 특히, 게이트배선(212)과는 화소영역(P)을 정의하는 데이터배선(224)을 구성한다.
상기 게이트배선(212)과 데이터배선(224)의 교차지점에는, 상기 게이트 배선(212)의 일부인 게이트 전극(214)과 액티브층(220)과 소스 전극(226) 및 드레인 전극(228)을 포함하는 박막트랜지스터(T)를 구성하며, 상기 소스 전극(226)은 상기 데이터배선(224)과 연결하고, 상기 게이트 전극(214)은 상기 게이트배선(212)과 연결한다.
이때, 상기 소스전극(226)을 "U"자 형상으로 구성하고 상기 드레인 전극(228)을 "l"자 형상으로 구성하여, 상기 소스전극(226)이 상기 드레인 전극(228)을 감싸는 형상으로 구성한다. 이와 같은 형상은 상기 소스전극(226)과 드레인 전극(228)사이의 채널 길이는 짧게하는 반면 채널 폭은 넓혀주는 효과가 있기 때문에 전자의 이동도(mobility)를 개선할 수 있다.
상기 화소영역(P)의 상부에는 상기 드레인 전극(228)과 연결되는 화소전극(230)과, 상기 화소전극(230)과 평행하게 구성되고 상기 스토리지 배선(216)과 연결되는 공통전극(217)을 구성한다. 상기 화소전극(230)은 상기 드레인 전극(228)에서 연장된 연장부(230a)와 상기 연장부(230a)에서 수직하게 연장되고 서로 소정간격 이격된 다수의 수직부(230b)와, 상기 스토리지 배선(116)의 상부에서 상기 수직부(230b)를 하나로 연결하는 수평부(230c)로 구성한다.
상기 공통전극(217)은 상기 스토리지 배선(216)에서 수직방향으로 연장되고 상기 화소전극의 수직부(230b)와 엇갈려 구성되는 다수의 수직부(217b)로 구성한다.
전술한 구성은 상기 게이트 배선(212)과 수직한 방향이 러빙방향(K)이며, 이러한 경우 전술한 소스 및 드레인 전극(226, 228)은 상기 게이트 배선(212)의 상부에 구성하여 게이트 전압이 오프(off) 상태일 경우, 게이트 전극(114)과 공통전극 및 화소전극(117b, 130a)사이에 발생하는 전계의 분포(L)와 상기 러빙 방향(K)과 동일한 방향인 액정의 배열 방향이 평행하게 되도록 한다.
이와 같이 하면, 전압이 인가되지 않은 상태에서, 상기 게이트 배선(212)의 일부인 게이트 전극(214)과 상기 공통전극 및 화소전극(117b, 130b) 사이에 전계(L)가 발생하더라도 액정(미도시)의 배향 방향이 변하지 않기 때문에 선명한 블랙을 나타낼 수 있다.
전술한 예는 노멀리 블랙 모드를 설명하였지만, 상기 설계조건은 노멀리 화이트모드에서도 적용할 수 있다.
즉, 게이트 오프(off) 상태 일 때, 상기 공통전극과 게이트 전극 사이에 발생하는 전계의 방향과 액정의 배향 방향을 평행하도록 설계하면 선명한 화이트 상태를 구현할 수 있다.
따라서, 본 발명에 따른 횡전계 방식 액정표시장치용 어레이기판은 상기 박막트랜지스터와 상기 공통전극의 이격된 영역에서 발생하는 빛샘 현상이 발생하지 않기 때문에 선명한 화질을 구현하는 액정패널을 제작할 수 있다.

Claims (4)

  1. 기판 상에 수직으로 교차하여 화소영역을 정의하는 게이트배선과 데이터배선과;
    상기 게이트배선과 데이터배선이 교차하는 지점에 구성되고,
    상기 게이트 배선으로부터 기울어져 돌출되는 제 1변과 상기 게이트 배선으로부터 수직방향으로 돌출되는 제 2변 및 상기 제 1 및 제 2 변을 연결하는 제 3변을 가지며, 상기 제 1 변이 상기 게이트배선과 이루는 각을 Θg 라 하고 상기 게이트배선과 이에 대하여 비스듬한 러빙방향이 이루는 각을 ΘR라 할 때, 이들 두 각의 절대차 │
    Figure 712008001261569-pat00016
    │가 90o가 되도록 설계된 게이트 전극과, 상기 게이트 전극 상부로 반도체층과 소스전극 및 드레인 전극을 포함하는 박막트랜지스터와;
    상기 화소영역 내에 상기 드레인 전극과 연결되어 서로 이격하며 형성된 다수의 화소전극과;
    상기 다수의 화소전극과 교대하며 형성된 다수의 공통전극을 포함하며,
    상기 게이트 전극의 제 1 변이 상기 공통전극의 일측과 평행하게 구성되는 것을 특징으로 하는 횡전계 방식 액정표시장치용 어레이기판.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 다수의 공통전극과 화소전극은 지그재그 형상인 횡전계 방식 액정표시장치용 어레이기판.
  3. 삭제
  4. 제 1 항 내지 제 2 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 소스전극은 "U"형상이고, 상기 드레인 전극은 상기 "U"형상의 내부에 소정간격 이격하여 구성된 횡전계 방식 액정표시장치용 어레이기판.
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