KR20010039261A - 수직 배향형 액정 표시 장치 - Google Patents

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Abstract

박막 트랜지스터 기판 위에 게이트선과 함께 공통 전극선이 형성되어 있고, 공통 전극선에는 분지로서 유지 용량 전극이 형성되어 있다. 게이트선과 공통 전극선의 위에는 게이트 절연막이 형성되어 있고, 게이트 절연막의 위에는 데이터선이 형성되어 있다. 데이터선의 위에는 보호막이 형성되어 있고, 보호막의 위에는 제1 개구 패턴을 가지는 화소 전극이 형성되어 있다. 박막 트랜지스터 기판과 대향하는 상부 기판에는 블랙 매트릭스와 제2 개구 패턴을 가지는 공통 전극이 형성되어 있다. 이 때, 화소 전극은 제2 개구 패턴과 화소 전극의 변이 중첩되는 부분에서 유지 용량 전극을 완전히 덮도록 형성한다. 이렇게 하면, 텍스쳐가 발생하는 것을 방지함으로써 액정 표시 장치의 화질을 향상시킬 수 있다.

Description

수직 배향형 액정 표시 장치{A VERTICALLY ALIGNED MODE LIQUID CRYSTAL DISPLAY}
본 발명은 수직 배향 모드 액정 표시 장치에 관한 것으로서, 특히 전극에 개구 패턴을 형성하여 광시야각을 확보한 수직 배향 모드 액정 표시 장치에 관한 것이다.
액정 표시 장치는 일반적으로 공통 전극과 컬러 필터(color filter) 등이 형성되어 있는 상부 기판과 박막 트랜지스터와 화소 전극 등이 형성되어 있는 하부 기판 사이에 액정 물질을 주입해 놓고 화소 전극과 공통 전극에 서로 다른 전위를 인가함으로써 전계를 형성하여 액정 분자들의 배열을 변경시키고, 이를 통해 빛의 투과율을 조절함으로써 화상을 표현하는 장치이다.
그 중에서도 전계가 인가되지 않은 상태에서 액정 분자의 장축을 상하 기판에 대하여 수직을 이루도록 배열한 수직 배향 모드 액정 표시 장치는 대비비가 크고 광시야각 구현이 용이하여 각광받고 있다.
수직 배향 모드 액정 표시 장치에서 광시야각을 구현하기 위한 수단으로는 전극에 개구 패턴을 형성하는 방법과 돌기를 형성하는 방법 등이 있다. 이들 모두는 프린지 필드(fringe field)를 형성하여 액정의 기우는 방향을 4방향으로 고르게 분산시킴으로써 광시야각을 확보하는 방법이다.
그러면 전극에 개구 패턴을 형성하여 광시야각을 확보하는 종래의 수직 배향 모드 액정 표시 장치에 대하여 도면을 참고로 하여 설명한다.
도 1은 종래의 기술에 따른 전극에 개구 패턴을 형성한 수직 배향형 액정 표시 장치의 단면도이다.
하부의 절연 기판(100) 위에 게이트 전극(도시하지 않음)을 포함하는 게이트선(도시하지 않음)이 횡 방향으로 형성되어 있다. 이와 나란히 공통 전극선(도시하지 않음)이 형성되어 있고, 공통 전극선에는 종 방향으로 유지 용량 전극(230, 240)이 연결되어 있다. 게이트선과 공통 전극선 등의 위에 게이트 절연막(310)이 전면에 형성되어 있다. 게이트 절연막(310)의 위에는 종 방향으로 데이터선(400)이 형성되어 있다. 데이터선(400)의 위에는 보호막(400)이 형성되어 있다. 보호막(400)의 위에는 개구 패턴(510)을 가지는 화소 전극(500)이 형성되어 있다.
이 때, 화소 전극(240)의 테두리선은 유지 용량 전극(230, 240)의 일부와 중첩되어 있다. 따라서, 액정 표시 장치를 위에서 바라볼 때 화소 전극(240)의 둘레를 따라 유지 용량 전극(230, 240)의 일부가 드러나 있다.
상부의 절연 기판(600)에는 아래 면에 블랙 매트릭스(black matrix)(700)가 형성되어 있고, 블랙 매트릭스(700)의 아래에는 개구 패턴(810)을 가지며 투명한 공통 전극(800)이 형성되어 있다.
액정 표시 장치에는 이상에서 설명된 요소 이외에도 많은 요소가 더 포함된다. 예를 들어, 하부 기판(100) 위에는 박막 트랜지스터를 이루는 소스 및 드레인 전극, 반도체층 등이 형성되어 있고 상부 기판(600)에는 컬러 필터(color filter)가 형성되어 있다. 이러한 요소들은 도면의 단순화와 이해의 편리를 위하여 생략하였다.
그런데 이러한 액정 표시 장치에 있어서는 화소 영역 내에서 의도하지 않은 액정 분자의 배열 반전이 발생하고, 이것은 화면상 텍스쳐로 나타나서 화질을 저하시킨다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 액정 표시 장치의 화질을 개선하는 것이다.
도 1은 종래의 기술에 따른 전극에 개구 패턴을 형성한 수직 배향형 액정 표시 장치의 단면도이고,
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 전극에 개구 패턴을 형성한 수직 배향형 액정 표시 장치의 배치도이고,
도 3은 도 2의 Ⅲ-Ⅲ'선에 대한 단면도이다.
이러한 과제를 해결하기 위하여 본 발명에서는 액정 표시 장치를 위에서 바라볼 때 유지 용량 전극이 화소 전극 주변으로 드러나지 않도록 형성한다.
구체적으로는, 절연 기판 위에 형성되어 있으며 가지 전극을 가지는 공통 전극선, 공통 전극선과 절연되어 있으며 제1 개구 패턴을 가지는 화소 전극을 포함하는 액정 표시 장치용 박막 트랜지스터 기판에 있어서, 박막 트랜지스터 기판을 위에서 바라볼 때, 화소 전극이 공통 전극선의 가지 전극을 특정한 부분에서 완전히 덮도록 형성한다.
또한 이러한 박막 트랜지스터 기판과 박막 트랜지스터 기판과 대향하고 있는 상부 기판, 상부 기판의 아래 면에 형성되어 있으며 제2 개구 패턴을 가지는 공통 전극을 포함하는 액정 표시 장치에 있어서, 화소 전극이 공통 전극선의 가지 전극을 완전히 덮고 있는 특정 부분은 제2 개구 패턴과 화소 전극의 변이 중첩되는 부분이다.
이 때, 가지 전극은 화소 전극의 좌우 측에 각각 하나씩 위치할 수 있고, 공통 전극선은 2개의 독립된 선일 수 있다. 또, 제1 개구 패턴은 화소 전극을 상하로 반분하는 위치에 가로 방향으로 형성되어 있는 가로 개구부와 반분된 화소 전극의 상하 부분에 각각 사선 방향으로 형성되어 있는 사선 개구부를 포함할 수 있다. 이 때, 상하의 사선 개구부는 서로 수직을 이룬다. 제2 개구 패턴은 제1 개구 패턴의 사선 개구부를 가운데 끼고 있으며 이와 나란한 사선부와 화소 전극의 변과 중첩되어 있는 굴절부를 포함하고 있다. 이 때, 화소 전극이 공통 전극선의 가지 전극을 완전히 덮고 있는 특정 부분은 제2 개구 패턴의 굴절부가 화소 전극의 세로 변과 중첩되어 있는 부분이다.
그러면 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 따른 액정 표시 장치용 박막 트랜지스터 기판의 구조에 대하여 설명한다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 전극에 개구 패턴을 형성한 수직 배향형 액정 표시 장치의 배치도이고, 도 3은 도 2의 Ⅲ-Ⅲ'선에 대한 단면도이다.
하부의 절연 기판(10) 위에 가로 방향으로 게이트선(20)이 형성되어 있다. 게이트선(20)에는 게이트 전극(21)이 돌기의 형태로 형성되어 있다. 절연 기판(10) 위에는 게이트선(20)과 나란하게 두 개의 공통 전극선(21, 22)이 형성되어 있다. 두 공통 전극선(21, 22)은 세로 방향으로 형성되어 있는 두 개의 유지 용량 전극(23, 24)에 의하여 서로 연결되어 있다. 이 때, 공통 전극선(21, 22)의 수는 3개 이상일 수도 있고 또는 단일선으로 형성할 수도 있다. 게이트선(20), 게이트 전극(21), 공통 전극선(21, 22) 및 유지 용량 전극(23, 24)은 알루미늄 또는 크롬 등의 금속으로 형성한다. 이 때, 이들은 단일층으로 형성할 수도 있고, 크롬층과 알루미늄층을 연속 적층하여 이루어진 이중층으로 형성할 수도 있다. 이외에도 여러 다양한 금속을 사용하여 게이트 배선과 공통 배선을 형성할 수 있다.
게이트선(20)과 공통 전극선(21, 22) 및 유지 용량 전극(23, 24)의 위에는 질화규소(SiNx) 등으로 이루어진 게이트 절연막(31)이 형성되어 있다.
게이트 절연막(31)의 위에는 세로 방향으로 데이터선(40)이 형성되어 있다. 데이터선(40)에는 분지로서 소스 전극(41)이 형성되어 있고, 소스 전극(41)에 인접하여 드레인 전극(42)이 형성되어 있다. 데이터선(40), 소스 전극(41) 및 드레인 전극(42)도 게이트 배선과 마찬가지로 크롬과 알루미늄 등의 물질로 형성한다. 또한 단일층 또는 다중층으로 형성할 수 있다.
소스 전극(41)과 드레인 전극(42)의 하부에는 박막 트랜지스터의 채널부로 사용되는 반도체층(도시하지 않음)과 소스 및 드레인 전극(41, 42)과 반도체층 사이의 접촉 저항을 감소시키기 위한 접촉층(도시하지 않음)이 형성되어 있으나 도시하지는 않았다. 반도체층은 비정질 규소를 사용하여 형성하는 것이 보통이고, 접촉층은 n형 불순물로 고농도로 도핑된 비정질 규소를 사용하여 형성한다.
데이터선(40) 등의 위에는 질화규소 등의 무기 절연물이나 수지 등의 유기 절연물로 이루어진 보호막(32)이 형성되어 있다. 보호막(32)에는 드레인 전극(42)을 노출시키는 접촉구(도시하지 않음)가 형성되어 있다.
보호막(32) 위에는 개구 패턴(51)을 가지는 화소 전극(50)이 형성되어 있다. 화소 전극(50)은 ITO(indium tin oxide)나 IZO(indium zinc oxide) 등과 같은 투명 도전체나 알루미늄(Al)과 같은 광 반사 특성이 우수한 불투명 도전체를 사용하여 형성한다. 화소 전극(50)에 형성되어 있는 개구 패턴(51)은 화소 전극(50)을 상하로 반분하는 위치에 가로 방향으로 형성되어 있는 가로 개구부와 반분된 화소 전극(50)의 상하 부분에 각각 사선 방향으로 형성되어 있는 사선 개구부를 포함한다. 이 때, 상하의 사선 개구부는 서로 수직을 이루고 있다. 이는 프린지 필드의 방향을 4 방향으로 고르게 분산시키기 위함이다.
이 때, 유지 용량 전극(23, 24)은 액정 표시 장치를 위에서 바라볼 때 A, B, C 및 D 부분에서 화소 전극(50)에 의하여 완전히 덮이도록 형성되어 있다.
상부의 절연 기판(60)에는 빛이 새는 것을 방지하기 위한 블랙 매트릭스(70)가 형성되어 있다. 블랙 매트릭스(70)의 위에는 개구 패턴(81)을 가지는 공통 전극(80)이 형성되어 있다. 공통 전극(80)은 ITO 또는 IZO 등의 투명한 도전체로 형성한다. 상부 기판(60)에는 컬러 필터도 형성하는 것이 보통이나 도면의 단순화를 위하여 도시하지 않았다. 이 때, 블랙 매트릭스(70)와 컬러 필터는 하부 기판(10)에 형성할 수도 있다.
공통 전극(80)의 개구 패턴(81)은 화소 전극(50)의 사선 개구부를 가운데에 끼고 있으며 이와 나란한 사선부와 화소 전극(50)의 변과 중첩되어 있는 굴절부를 포함하고 있다. 이 때, 굴절부는 세로 방향 굴절부와 가로 방향 굴절부로 분류된다. 이 중 세로 방향 굴절부와 중첩되는 화소 전극(50)의 부분(A, B, C, D)에서는 화소 전극(50)이 그 하부의 유지 용량 전극(23, 24)을 완전히 덮고 있다.
그러면 도 1과 도 3을 참고로 하여 텍스쳐의 발생 원인과 본 발명에 따른 액정 표시 장치에서 텍스쳐 발생이 방지되는 이유를 설명한다.
먼저 도 1을 참고로 하여 종래의 기술에 따른 액정 표시 장치에서 텍스쳐가 발생하는 원인을 살펴본다.
도 1에는 공통 전극(800)과 화소 전극(500) 사이에 전계가 인가되었을 때 전기력선의 모양과 이에 의하여 배열된 액정 분자가 도시되어 있다. 도 1에 나타난 바와 같이, 유지 용량 전극(230, 240)과 화소 전극의 변두리 사이에 강한 전계가 형성된다. 이러한 전계는 화소 영역 주변부의 전계에 영향을 미친다. 이러한 영향은 공통 전극(800)이 제거되어 개구 패턴(810)이 형성되어 있는 부분(A, B, C, D)에서 특히 크게 나타난다. 이 때문에 화소 영역 주변부에 화소 영역의 중앙부와는 반대 방향으로 기울어진 프린지 필드가 형성된다. 따라서, 화소 영역의 주변부와 중앙부 사이의 부분(T)에서 액정 분자의 배열 방향이 반전된다. 이 부분(T)이 화면에서 텍스쳐로 나타난다.
그러면 도 3을 참고로 하여 본 발명에 따른 액정 표시 장치에서 텍스쳐 발생이 방지되는 이유를 설명한다.
도 3에서는 화소 전극(50)이 유지 용량 전극(23, 24)을 완전히 덮고 있다. 따라서 화소 전극(50)과 유지 용량 전극(23, 24) 사이에 형성되는 전기력선은 대부분 화소 전극(50)의 하측 표면과 연결된다. 그 결과 유지 용량 전극(23, 24)과의 사이에서 형성되는 전계는 액정 분자에는 영향을 주지 않는다. 유지 용량 전극(23, 24)에 영향받지 않은 프린지 필드는 화소 영역 내에서는 일정한 방향성을 유지하고 화소 영역을 벗어난 지점(블랙 매트릭스로 가려진 부분)에 이르러서야 기울어진 방향이 변화한다. 결국 액정 분자의 배열 방향이 반전되는 부분(T)도 화소 영역을 벗어난 부분에서 나타난다. 이 부분은 블랙 매트릭스에 의하여 가려지므로 화면상에는 텍스쳐가 나타나지 않는다.
이상과 같은 구성을 통하여 텍스쳐가 발생하는 것을 방지함으로써 액정 표시 장치의 화질을 향상시킬 수 있다.

Claims (10)

  1. 절연 기판,
    상기 절연 기판 위에 형성되어 있는 게이트선,
    상기 게이트선과 나란하게 형성되어 있는 공통 전극선,
    상기 공통 전극선과 연결되어 있는 유지 용량 전극,
    상기 게이트선, 공통 전극선 및 유지 용량 전극의 위에 형성되어 있는 게이트 절연막,
    상기 게이트 절연막 위에 형성되어 있는 데이터선,
    상기 데이터선 위에 형성되어 있는 보호막,
    상기 보호막 위에 형성되어 있으며 개구 패턴을 가지는 화소 전극을 포함하는 액정 표시 장치용 박막 트랜지스터 기판에 있어서,
    상기 박막 트랜지스터 기판을 위에서 바라볼 때, 상기 화소 전극이 상기 유지 용량 전극을 특정한 부분에서 완전히 덮고 있는 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치용 박막 트랜지스터 기판.
  2. 제1항에서,
    상기 유지 용량 전극은 상기 화소 전극의 좌우 측에 각각 하나씩 위치하는 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치용 박막 트랜지스터 기판.
  3. 제1항 또는 제2항에서,
    상기 공통 전극선은 2개의 독립된 선인 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치용 박막 트랜지스터 기판.
  4. 제1항 또는 제2항에서,
    상기 개구 패턴은 상기 화소 전극을 상하로 반분하는 위치에 가로 방향으로 형성되어 있는 가로 개구부와 반분된 상기 화소 전극의 상하 부분에 각각 사선 방향으로 형성되어 있는 사선 개구부를 포함하며, 상기 상하의 사선 개구부는 서로 수직을 이루고 있는 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치용 박막 트랜지스터 기판.
  5. 절연 기판,
    상기 절연 기판 위에 형성되어 있으며 가지 전극을 가지는 공통 전극선,
    상기 공통 전극선과 절연되어 있으며 제1 개구 패턴을 가지는 화소 전극을 포함하는 액정 표시 장치용 박막 트랜지스터 기판에 있어서,
    상기 박막 트랜지스터 기판을 위에서 바라볼 때, 상기 화소 전극이 상기 공통 전극선의 가지 전극을 특정한 부분에서 완전히 덮고 있는 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치용 박막 트랜지스터 기판.
  6. 제5항의 액정 표시 장치용 박막 트랜지스터 기판,
    상기 박막 트랜지스터 기판과 대향하고 있는 상부 기판,
    상기 상부 기판의 아래 면에 형성되어 있으며 제2 개구 패턴을 가지는 공통 전극을 포함하는 액정 표시 장치에 있어서,
    상기 화소 전극이 상기 공통 전극선의 가지 전극을 완전히 덮고 있는 특정 부분은 상기 제2 개구 패턴과 상기 화소 전극의 변이 중첩되는 부분인 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
  7. 제6항에서,
    상기 가지 전극은 상기 화소 전극의 좌우 측에 각각 하나씩 위치하는 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
  8. 제6항 또는 제7항에서,
    상기 공통 전극선은 2개의 독립된 선인 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
  9. 제6항 또는 제7항에서,
    상기 제1 개구 패턴은 상기 화소 전극을 상하로 반분하는 위치에 가로 방향으로 형성되어 있는 가로 개구부와 반분된 상기 화소 전극의 상하 부분에 각각 사선 방향으로 형성되어 있는 사선 개구부를 포함하며, 상기 상하의 사선 개구부는 서로 수직을 이루고 있고,
    상기 제2 개구 패턴은 상기 제1 개구 패턴의 사선 개구부를 가운데에 끼고 있으며 이와 나란한 사선부와 상기 화소 전극의 변과 중첩되어 있는 굴절부를 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치용 박막 트랜지스터 기판.
  10. 제9항에서,
    상기 화소 전극이 상기 공통 전극선의 가지 전극을 완전히 덮고 있는 특정 부분은 상기 제2 개구 패턴의 굴절부가 상기 화소 전극의 세로 변과 중첩되어 있는 부분인 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
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