KR100827459B1 - 횡전계 모드 액정표시장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 화소 가장자리에서 발생되는 디스클리네이션 라인(disclination line)에 의해 유발되는 결함 발생을 억제한 고개구율의 횡전계 모드 액정표시장치를 개시한다. 개시된 본 발명의 횡전계 모드 액정표시장치는, 수 개의 게이트라인과 데이터라인이 수직 교차하도록 배열되고, 상기 게이트라인과 데이터라인의 교차부에는 박막트랜지스터가 배치되며, 상기 게이트라인과 데이터라인에 의해 한정된 단위 화소영역 내에 절연막의 개재하에 플레이트 형상의 카운터전극과 슬릿패턴을 포함한 형상의 화소전극이 적층 배치된 구조의 어레이 기판; 상기 어레이 기판과 대향 배치되며 블랙매트릭스 및 컬러필터를 구비한 컬러필터 기판; 및 상기 어레이 기판과 컬러필터 기판 사이에 개재된 액정층;을 포함하는 횡전계 모드 액정표시장치에 있어서, 상기 화소전극은 슬릿패턴의 양측 가장자리 중 어느 한쪽이 개방된 구조로 구비되고, 상기 블랙매트릭스는 상기 슬릿패턴이 개방되지 않은 화소전극의 일측부에 발생되는 디스클리네이션 라인이 가려지도록 제1길이로 형성되고, 슬릿패턴이 개방된 화소전극의 타측부를 상기 제1길이 보다 작은 제2길이 만큼 가리도록 화소영역 외측에서 화소영역 내측으로 확장 배치된 것은 특징으로 한다.

Description

횡전계 모드 액정표시장치{In Plane Field Mode Liquid Crystal Display}

도 1는 종래의 프린지 필드 스위칭 모드 액정표시장치의 단위 화소를 도시한 평면도.

도 2는 종래의 다른 프린지 필드 스위칭 모드 액정표시장치의 단위 화소를 도시한 평면도.

도 3은 도 2에 도시된 프린지 필드 스위칭 모드 액정표시장치의 광투과 결과를 나타내는 사진.

도 4는 종래의 또 다른 프린지 필드 스위칭 모드 액정표시장치의 단위 화소를 도시한 평면도.

도 5는 본 발명의 실시예에 따른 프린지 필드 스위칭 모드 액정표시장치의 단위 화소 도시한 평면도.

도 6는 본 발명의 프린지 필드 스위칭 모드 액정표시장치의 광투과 결과를 나타내는 사진.

도 7는 본 발명의 다른 실시예에 따른 프린지 필드 스위칭 모드 액정표시장치의 단위 화소를 도시한 평면도.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

21 : 게이트라인 22 : 공통전극라인

23 : 카운터전극 25 : 데이터라인

27 : 화소전극 200 : 박막트랜지스터

BM, BM', BM" : 블랙매트릭스 형성 영역

본 발명은 횡전계 모드 액정표시장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 화소 가장자리에서 발생되는 디스클리네이션 라인에 의해 유발되는 화질 저하 문제를 개선한 횡전계 모드 액정표시장치에 관한 것이다.

액정표시장치(Liquid Crystal Display)는 화상표시기구의 하나로, 대표적 화상표시기구인 CRT(Cathode Ray Tube)에 비해 경량, 박형 및 저소비전력을 실현할 수 있는 장점이 있다.

특히, 각 화소가 박막트랜지스터에 의해 개별 구동되는 박막트랜지스터 액정표시장치(이하, TFT-LCD)에 대한 많은 연구/개발이 이루어져 표시성능의 현저한 향상이 이루어졌음이 주지의 사실이며, 그래서, 상기 TFT-LCD는 현재 노트북 PC 및 모니터 시장에서 크게 각광 받고 있고, 향후 TV 시장도 잠식할 것으로 예상되고 있다.

한편, 상기 TFT-LCD는 그 대표적 구동 모드로서 트위스트 네마틱(Twist Nematic : 이하, TN) 모드를 채택하여 왔다. 이러한 TN 모드는 수직전계를 이용하여 액정 분자들을 제어하는데, 그 구동이 쉽고 제작이 간편하다는 장점을 가지고 있으나, 시야각이 협소하고 응답 시간이 느리다는 단점이 있기 때문에, 최근 추세인 대화면과 동영상을 디스플레이하기에는 어려움이 많다.

이에, TFT-LCD의 구동 모드로서 상기 TN 모드에 비해 상대적으로 응답속도가 빠르고, 시야각을 현저하게 개선시킨 횡전계 모드가 제안되었다. 횡전계 모드로는 인 플레인 스위칭(In-Plane Switching : 이하, IPS) 모드와 프린지 필드 스위칭(Fringe Field Switching : 이하, FFS) 모드가 있으며, 이러한 횡전계 모드를 갖는 TFT-LCD는, 화소전극과 상대전극이 단일 기판, 즉, 어레이 기판에 모두 배치되어 있어서 액정 분자들의 배열이 수평 방향의 강한 전계에 의해 제어된다.

특히, FFS 모드 액정표시장치는 IPS 모드 액정표시장치의 개구율 및 투과율을 개선시킨 개선된 횡전계 모드 액정표시장치로서, 이하에서는, FFS 모드에 대해 보다 자세히 설명하도록 한다.

FFS 모드 액정표시장치는 카운터전극과 화소전극 모두가 ITO와 같은 투명전도체로 형성되며, 이에 따라, 상기 전극들이 불투명금속으로 이루어지는 IPS 모드 액정표시장치에 비해 개선된 개구율을 갖는다. 또한, FFS 모드 액정표시장치는 카운터전극과 화소전극 사이의 간격이 셀갭(cell gap) 보다 좁은 것과 관련해서 프린지 필드가 발생되며, 이러한 프린지 필드에 의해 전극들 상부에 존재하는 액정분자들까지 모두 동작됨으로써, 횡전계에 의해 주로 전극들 사이의 액정분자들만이 동작하는 IPS 모드 액정표시장치에 비해 개선된 투과율을 갖는다.

도 1은 종래 FFS 모드 액정표시장치의 단위 화소를 도시한 평면도이다.

도시된 바와 같이, 게이트라인(1)과 데이터라인(5)이 수직 교차하도록 배열 되어 있고, 상기 게이트라인(1)과 데이터라인(5)의 교차부에는 스위칭 소자인 박막트랜지스터(10)가 배치되어 있다. 상기 게이트라인(1)과 데이터라인(5)에 의해 한정된 단위 화소 내에는 ITO로 이루어지면서 플레이트 형상의 카운터전극(3)과 ITO로 이루어지면서 슬릿패턴을 포함한 형상의 화소전극(7)이 절연막(도시안됨)의 개재하에 적층 배치되어 있다. 여기서, 상기 화소전극(7)은 직사각형 형태의 개구부를 갖는다.

부가해서, 상기 게이트라인(1)과 이격된 화소 가장자리 부분에는 상기 게이트라인(1)과 평행하게 공통버스라인(2)이 배열되어 있으며, 이러한 공통버스라인(2)은 카운터전극(3)과 전기적으로 연결되어 상기 카운터전극(3)에 지속적으로 공통신호를 인가한다.

한편, 상기한 단위 화소 구조를 갖는 어레이 기판은 블랙매트릭스 및 컬러필터를 구비한 컬러필터 기판(미도시)과 액정층의 개재하에 합착되어지는데, 도면부호 BM은 블랙매트릭스 형성 영역을 나타낸다.

그런데, 전술한 바와 같은 종래의 FFS 모드 액정표시장치는, 전압 인가시, 슬릿 형태로 패터닝된 화소전극 모서리에서 다각도의 전계가 형성되어, 액정 방향자가 역회전(reverse twist)되는 영역이 발생하게 되고, 그 결과, 액정이 정상 회전하는 영역과 역회전하는 영역 사이에서 디스클리네이션 라인(disclination line)이 필연적으로 발생하게 된다.

특히, 이러한 디스클리네이션 라인은 데이터라인에 액정 구동 전압 이상의 전압 인가 시, 또는, 외부 압력 적용 시, 화소 내부로 침범함으로써 액정표시장치 의 투과율을 낮출 뿐만 아니라, 그레이 트레이스 무라(gray trace mura)를 유발하는 등, 액정표시장치의 화질을 떨어뜨리는 요인이 된다.

이에, 상기 디스클리네이션 라인 발생 영역을 감소시키기 위한 다양한 연구가 이루어지고 있으며, 그 일환으로서, 도 2에 도시된 바와 같이, 화소전극(7')의 개구부를 직사각형에서 평행사변형으로 변경하는 기술이 제안되었다. 이것은 화소전극의 개구부 모서리 각도가 π/2 일때 디스클리네이션 라인이 가장 넓은 영역에 걸쳐 발생되고, 그 각도가 0° 또는 π에 근접할수록 디스클리네어션 라인 영역이 작게 형성되는 원리를 이용한 것이다. 도 2에서 미설명된 도면부호는 도 1의 그것과 동일하다.

그러나, 상기한 바와 같이 화소전극의 형상을 변경하여 디스클리네이션 라인 형성 영역을 감소시키더라도, 도 3에 나타난 바와 같이, 디스클리네이션 라인이 화면에 표시(display)되는 문제를 원천적으로 방지할 수는 없다. 이에, 국내출원번호 01-2003-0059242에서는, 도 4에 도시된 바와 같이, 디스클리네이션 라인 형성 영역의 상부까지 블랙매트릭스를 형성하여 디스클리네이션 라인이 화면에 표시되는 것을 방지하는 방법이 제안되었다. 화소전극(7') 형상 및 블랙매트릭스 형성 영역(BM')을 제외한 나머지 구성은 도 1의 그것과 동일하므로 반복 설명은 하지 않는다.

하지만, 상기 국내출원번호 01-2003-0059242에서는 디스클리네이션 라인이 화면에 표시되는 것을 막을 수는 있으나, 블랙매트릭스 형성 영역(BM')이 증가됨에 따라 개구율이 감소하는 문제가 발생한다.

이에, 본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 고개구율을 가지면서도 디스클리네이션 라인으로 인한 화질 저하 문제를 개선할 수 있는 횡전계 모드 액정표시장치를 제공함에 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 횡전계 모드 액정표시장치는, 수 개의 게이트라인과 데이터라인이 수직 교차하도록 배열되고, 상기 게이트라인과 데이터라인의 교차부에는 박막트랜지스터가 배치되며, 상기 게이트라인과 데이터라인에 의해 한정된 단위 화소영역 내에 절연막의 개재하에 플레이트 형상의 카운터전극과 슬릿패턴을 포함한 형상의 화소전극이 적층 배치된 구조의 어레이 기판; 상기 어레이 기판과 대향 배치되며 블랙매트릭스 및 컬러필터를 구비한 컬러필터 기판; 및 상기 어레이 기판과 컬러필터 기판 사이에 개재된 액정층;을 포함하는 횡전계 모드 액정표시장치에 있어서, 상기 화소전극은 슬릿패턴의 양측 가장자리 중 어느 한쪽이 개방된 구조로 구비되고, 상기 블랙매트릭스는 상기 슬릿패턴이 개방되지 않은 화소전극의 일측부를 제1길이 만큼 가리고, 슬릿패턴이 개방된 화소전극의 타측부를 상기 제1길이 보다 작은 제2길이 만큼 가리도록 화소영역 외측에서 화소영역 내측으로 확장 배치된 것은 특징으로 한다.

여기서, 상기 화소전극은 슬릿패턴의 개방된 가장자리가 데이터라인과 인접하거나, 게이트라인과 인접하도록 구비된다.

상기 제2길이는 제1길이 보다 1∼7㎛ 만큼 작은 값을 갖는다.

상기 화소전극은 슬릿패턴의 개방된 가장자리 부분이 꺾여진 구조를 가질 수 있다.

상기 화소전극은 슬릿패턴의 개방되지 않은 가장자리 부분이 꺾여진 구조를 가질 수 있다.

이때, 상기 꺾여진 슬릿패턴의 가장자리 부분은 1∼7㎛의 길이를 갖고, 게이트라인 또는 데이터라인에 대해 7∼40°의 경사각을 갖는다.

(실시예)

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

먼저, 본 발명의 기술적 원리를 간략하게 설명하면, 본 발명에서는 IPS 또는 FFS와 같은 횡전계 모드 액정표시장치에서 화소전극 슬릿패턴의 양측 가장자리 중 어느 한쪽을 개방시킨다.

이 경우, 상기 슬릿패턴의 가장자리 부분이 개방됨에 따라 전계의 왜곡에 의해 액정이 역회전하는 영역, 즉 디스클리네이션 라인 발생 영역이 화소전극의 최외곽부로 밀려나게 된다.

아울러, 본 발명에서는 디스클리네이션 라인 발생 영역이 화소영역의 최외곽부로 이동(shift)된 거리 만큼, 블랙매트릭스 형성 영역을 축소할 수 있으므로 개구 면적을 증가시킬 수 있다.

따라서, 본 발명의 기술을 따르면 종래 보다 높은 개구율을 가지면서 디스클리네이션 라인에 의해 유발되는 화질 저하 문제가 방지된 횡전계 모드 액정표시장 치의 제조가 가능하다.

더불어, 본 발명에서는 슬릿패턴의 개방된 가장자리 부분 및 개방되지 않은 가장자리 부분이 꺾여진 구조를 갖도록 화소전극을 형성할 수 있는데, 이 경우, 액정이 역회전하는 영역이 더욱 감소되고, 개구율을 더욱 증가시킬 수 있다.

자세하게, 도 5은 본 발명의 실시예에 따른 FFS 모드 액정표시장치를 설명하기 위한 평면도로서, 이를 설명하면 다음과 같다.

도 5을 참조하면, 본 발명의 FFS 모드 액정표시장치는 게이트라인(21)과 데이터라인(25)이 수직 교차하도록 배열되어 단위 화소를 한정하고 있고, 상기 게이트라인(21)과 데이터라인(25)의 교차부에는 스위칭 소자인 박막트랜지스터(200)가 배치되어 있으며, 상기 게이트라인(21)과 데이터라인(25)에 의해 한정된 단위 화소 내에는 플레이트 형상의 카운터전극(23)과 슬릿패턴을 포함한 형상의 화소전극(27)이 절연막(미도시)의 개재하에 적층 배치된 구조의 어레이 기판을 포함하는데, 여기서, 상기 화소전극(27)은 슬릿패턴의 양측 가장자리 중 어느 한쪽이 개방된 구조를 가지며, 도시된 바와 같이, 상기 슬릿패턴의 개방된 가장자리 부분이 꺾여진 구조를 가질 수 있다.

이때, 상기 꺾여진 슬릿패턴의 가장자리 부분은 1∼7㎛의 길이를 갖고, 게이트라인(21)에 대해 7∼40°의 경사각을 갖는다. 한편, 상기 슬릿패턴의 폭은 3∼7㎛ 정도이다.

부가해서, 본 발명의 FFS 모드 액정표시장치는 상기 어레이 기판에 있어서, 게이트라인(21)과 이격된 화소 가장자리 부분에는 상기 게이트라인(21)과 평행하게 공통버스라인(22)이 배열되어 있으며, 이러한 공통버스라인(22)은 카운터전극(23)과 전기적으로 연결되어 상기 카운터전극(23)에 지속적으로 공통신호를 인가한다.

그리고, 이러한 어레이 기판은 블랙매트릭스 및 컬러필터를 구비한 컬러필터 기판과 다수개의 액정분자를 포함하는 액정층의 개재하에 합착된다. 도면부호 BM"는 블랙매트릭스 형성 영역을 나타낸다.

여기서, 상기 블랙매트릭스는 상기 슬릿패턴이 개방되지 않은 화소전극(27)의 일측부에 발생되는 디스클리네이션 라인이 가려지도록 제1길이(W1)로 형성되고, 슬릿패턴이 개방된 화소전극(27)의 타측부를 상기 제1길이(W1) 보다 작은 제2길이(W2) 만큼 가리도록 화소영역 외측에서 화소영역 내측으로 확장 배치되는데, 이때, 상기 제2길이(W2)는 제1길이(W1) 보다 1∼7㎛ 만큼 작은 값을 갖는다.

이와 같은 구조를 갖는 본 발명의 FFS 모드 액정표시장치에서는, 앞서 설명한 바와 같이, 슬릿패턴의 가장자리 부분이 개방됨에 따라 전계의 왜곡 영역이 화소영역의 최외곽부로 이동되고, 그 이동된 거리 만큼 블랙매트릭스 형성 영역을 축소할 수 있으므로 개구영역이 증가한다.

더욱이, 도 5에 도시된 바와 같이, 슬릿패턴의 개방된 가장자리 부분이 꺾여진 구조를 갖도록 화소전극(27)을 형성하는 경우, 화소전극(27)의 모서리 각도가 π/2에서 0°또는 π로 근접해가므로, 디스클리네이션 라인 발생 영역의 크기가 감소되어 블랙매트릭스 형성 영역이 더욱 축소된다.

한편, 도시하지는 않았지만, 상기 슬릿패턴의 개방되지 않은 가장자리 부분도 꺾여진 구조로 형성할 수 있으며, 그 꺾여진 부분의 길이와 경사각은 앞서 설명 한 슬릿패턴의 개방된 가장자리 부분의 그것과 동일하다.

도 6은 본 발명의 FFS 모드 액정표시장치의 빛 투과 결과를 보여주는 사진으로서, 종래의 FFS 모드 액정표시장치의 빛 투과 결과 사진인 도 2와 비교하면, 본 발명의 FFS 모드 액정표시장치에서는 디스클리네이션 라인의 화면 표시가 방지되고, 개구영역이 증가된 것을 확인할 수 있다.

따라서, 본 발명의 방법을 따르면 고개구율을 가지면서도 디스클리네이션 라인에 의해 유발되는 화질 저하 문제가 억제된 FFS 모드 액정표시장치의 제조가 가능하다.

한편, 전술한 본 발명의 실시예에서는 화소전극(27) 슬릿패턴의 가장자리가 데이터라인(25)과 인접하는 경우에 대해서 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되지 않으며, 도 7에 도시된 바와 같이, 화소전극(27) 슬릿패턴의 가장자리가 게이트라인(23)과 인접하는 경우에도 동일하게 적용할 수 있다. 이 경우, 슬릿패턴의 폭은 3∼7㎛ 정도이고, 꺾여진 가장자리 부분은 1∼7㎛의 길이를 가지며 데이터라인(25)에 대해 7∼40°의 경사각을 갖는다.

또한, 전술한 본 발명의 실시예 및 다른 실시예에서는 FFS 모드 액정표시장치에 대해서 도시하고 설명하였지만, 본 발명의 방법은 FFS 모드 액정표시장치와 유사한 구조를 갖는 IPS 모드 액정표시장치에도 동일하게 적용될 수 있다.

이상에서는 본 발명을 특정의 바람직한 실시예로서 설명하였으나, 본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 아니하며, 특허 청구의 범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구 든지 다양한 변형이 가능할 것이다.

이상에서와 같이, 본 발명은 IPS 또는 FFS와 같은 횡전계 모드 액정표시장치에서 화소전극 슬릿패턴의 양측 가장자리 중 어느 한쪽을 개방시킴으로써, 액정이 역회전하는 영역을 화소영역의 최외곽부로 이동시켜 블랙매트릭스 형성 영역을 축소시키고 개구율을 증가시킬 수 있다.

부가해서, 본 발명에서 슬릿패턴의 개방된 가장자리 부분 및 개방되지 않은 가장자리 부분이 꺾여진 구조를 갖도록 화소전극을 형성하는 경우, 액정이 역회전하는 영역을 감소시켜 디스클리네이션 라인의 화소 침범을 더욱 억제하고 개구율을 더욱 증가시킬 수 있다.

아울러, 본 발명의 횡전계 모드 액정표시장치는 디스클리네이션 라인에 의한 화질 저하 문제를 개선하기 위해 일부러 구동 전압을 낮춰줄 필요가 없어서, 액정의 광효율을 높여 액정 패널 전체적으로 개구율 및 투과율을 향상시킬 수 있을 뿐 아니라, 화소 가장자리 부근에서 액정분자들의 움직임이 불안정해지는 문제를 방지하여 응답속도를 개선할 수 있다.

Claims (7)

1. 수 개의 게이트라인과 데이터라인이 수직 교차하도록 배열되고, 상기 게이트라인과 데이터라인의 교차부에는 박막트랜지스터가 배치되며, 상기 게이트라인과 데이터라인에 의해 한정된 단위 화소영역 내에 절연막의 개재하에 플레이트 형상의 카운터전극과 슬릿패턴을 포함한 형상의 화소전극이 적층 배치된 구조의 어레이 기판; 상기 어레이 기판과 대향 배치되며 블랙매트릭스 및 컬러필터를 구비한 컬러필터 기판; 및 상기 어레이 기판과 컬러필터 기판 사이에 개재된 액정층;을 포함하는 횡전계 모드 액정표시장치에 있어서,

   상기 화소전극은 슬릿패턴의 양측 가장자리 중 어느 한쪽이 개방된 구조로 구비되고,

   상기 블랙매트릭스는 상기 슬릿패턴이 개방되지 않은 화소전극의 일측부에 발생되는 디스클리네이션 라인이 가려지도록 제1길이로 형성되고, 슬릿패턴이 개방된 화소전극의 타측부를 상기 제1길이 보다 작은 제2길이 만큼 가리도록 화소영역 외측에서 화소영역 내측으로 확장 배치된 것은 특징으로 하는 횡전계 모드 액정표시장치.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 화소전극은 슬릿패턴의 개방된 가장자리가 데이터라인과 인접하도록 구비된 것을 특징으로 하는 횡전계 모드 액정표시장치.
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 화소전극은 슬릿패턴의 개방된 가장자리가 게이트라인과 인접하도록 구비된 것을 특징으로 하는 횡전계 모드 액정표시장치.
4. 제 1 항에 있어서,

   상기 제2길이는 제1길이 보다 1∼7㎛ 만큼 작은 값을 갖는 것을 특징으로 하는 횡전계 모드 액정표시장치.
5. 제 1 항에 있어서,

   상기 화소전극은 슬릿패턴의 가장자리 부분이 꺾여진 구조를 갖는 것을 특징으로 하는 횡전계 모드 액정표시장치.
6. 제 5 항에 있어서,

   상기 꺾여진 슬릿패턴의 가장자리 부분은 인접하는 게이트라인 또는 데이터라인에 대해 7∼40°의 경사각을 갖는 특징으로 하는 횡전계 모드 액정표시장치.
7. 제 5 항에 있어서,

   상기 꺾여진 슬릿패턴의 가장자리 부분은 1∼7㎛의 길이를 갖는 것을 특징으로 하는 횡전계 모드 액정표시장치.

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