KR20010054989A - 박막 트랜지스터 어레이 패널 및 액정표시장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 IPS 모드의 액정표시장치에 있어서, 개구율을 향상시키고, 구동전압을 낮추기 위해, 기판과; 상기 기판 상에 형성된 스위칭 소자와; 상기 스위칭 소자로부터 신호를 인가받고, 가장자리에 다수개의 제 1 팁이 형성된 화소전극과; 상기 화소전극과 실질적으로 평행하고, 상기 화소전극에 형성된 제 1 팁이 마주보는 면의 가장자리에 다수개의 제 2 팁이 형성된 공통전극을 포함하는 박막 트랜지스터 어레이 패널에 관해 개시하고 있다.

Description

박막 트랜지스터 어레이 패널 및 액정표시장치{TFT array panel and a Liquid crystal display device}

본 발명은 화상 표시장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 박막 트랜지스터(Thin Film Transistor : TFT)를 포함하는 액정표시장치(Liquid Crystal Display : LCD)의 제조방법 및 그 제조 방법에 따른 액정표시장치에 관한 것이다.

특히, 본 발명은 일반적인 액정표시장치에 사용되고 있는 공통전극이 컬러필터 기판에 형성된 방식이 아닌, 박막 트랜지스터 배열기판 상에 화소전극과 공통전극이 동일 평면 상에 형성된 횡전계 방식(In-Plane Switching : 이하 IPS 모드라 칭함)의 액정표시장치를 제조함에 있어서, 그 제조 공정수를 줄이는 것에 관한 것이다.

일반적으로 액정표시장치의 구동원리는 액정의 광학적 이방성과 분극성질을 이용한다. 상기 액정은 구조가 가늘고 길기 때문에 분자의 배열에 방향성을 갖고 있으며, 인위적으로 액정에 전기장을 인가하여 분자배열의 방향을 제어할 수 있다.

따라서, 상기 액정의 분자배열 방향을 임의로 조절하면, 액정의 분자배열이 변하게 되고, 광학적 이방성에 의하여 상기 액정의 분자 배열 방향으로 빛이 굴절하여 화상정보를 표현할 수 있다.

현재에는 전술한 바 있는 박막 트랜지스터와 상기 박막 트랜지스터에 연결된화소전극이 행렬 방식으로 배열된 능동행렬 액정표시장치(Active Matrix LCD : AM-LCD)가 해상도 및 동영상 구현능력이 우수하여 가장 주목받고 있다.

일반적으로 액정표시장치를 구성하는 기본적인 부품인 액정 패널의 구조를 살펴보면 다음과 같다.

도 1은 일반적인 액정 패널의 단면을 도시한 단면도이다.

액정 패널(20)은 여러 종류의 소자들이 형성된 두 장의 기판(2, 4)이 서로 대응되게 붙어 있고, 상기 두 장의 기판(2, 4) 사이에 액정층(10)이 끼워진 형태로 위치하고 있다.

상기 액정 패널(20)에는 색상을 표현하는 컬러필터가 형성된 상부 기판(4)과 상기 액정층(10)의 분자 배열방향을 변환시킬 수 있는 스위칭 회로가 내장된 하부 기판(2)으로 구성된다.

상기 상부 기판(4)에는 색을 구현하는 컬러필터층(8)과, 상기 컬러필터층(8)을 덮는 공통전극(12)이 형성되어 있다. 상기 공통전극(12)은 액정(10)에 전압을 인가하는 한쪽전극의 역할을 한다. 상기 하부 기판(2)은 스위칭 역할을 하는 박막 트랜지스터(S)와, 상기 박막 트랜지스터(S)로부터 신호를 인가받고 상기 액정(10)으로 전압을 인가하는 다른 한쪽의 전극역할을 하는 화소전극(14)으로 구성된다.

상기 화소전극(14)이 형성된 부분을 화소부(P)라고 한다.

그리고, 상기 상부 기판(4)과 하부 기판(2)의 사이에 주입되는 액정(10)의 누설을 방지하기 위해, 상기 상부 기판(4)과 하부 기판(2)의 가장자리에는 실런트(sealant : 6)로 봉인되어 있다.

상기 하부 기판(2)은 다수개의 박막 트랜지스터(S)와 상기 박막 트랜지스터와 각각 연결된 다수개의 화소전극(14)이 배열된다.

상술한 액정표시장치는 상부 기판인 컬러필터 기판에 공통 전극이 형성된 구조이다. 즉, 상기 공통 전극이 상기 화소 전극과 수직으로 형성된 구조의 액정표시장치는 상-하로 걸리는 전기장에 의해 액정을 구동하는 방식으로, 투과율과 개구율 등의 특성이 우수하며, 상판의 공통전극이 접지의 역할을 하게 되어 정전기로 인한 액정셀의 파괴를 방지할 수 있다.

그러나, 상-하로 걸리는 전기장에 의한 액정 구동은 시야각 특성이 우수하지 못한 단점을 갖고 있다. 따라서, 상기의 단점을 극복하기 위해 새로운 기술이 제안되고 있다. 하기 기술될 내용은 수평장에 의한 액정 구동방법으로 시야각 특성이 우수한 장점을 갖고 있다.

이하, 도 2를 참조하여 IPS 모드의 액정표시장치에 관해 상세히 설명한다.

기판(30) 상에 화소전극(34)과 공통전극(36)이 동일 평면 상에 형성되어 있다. 즉, 액정(10)은 상기 동일 기판(1) 상에 상기 화소전극(34)과 공통전극(36)의 수평 전계(35)에 의해 작동한다. 상기 액정층(10) 상에는 컬러필터 기판(32)이 형성되어 있다.

도 3a와 도 3b는 IPS 모드에서 전압 온/오프시 액정의 상 변위 모습을 나타내는 도면이다.

즉, 화소전극(34) 또는 공통전극(36)에 수평장의 전계(35)가 인가되지 않은 상태에서는 액정의 상 변위가 일어나지 않고 있음을 보이고 있다. 예를 들어 두 전극(34, 36) 의 수평 방향에서 기본적으로 45°틀어져 있다(도 3a).

도 3b는 상기 화소전극(34)과 공통전극(36)에 전압이 인가되었을때 액정의 상 변위를 도시한 도면으로, 도 3a의 오프 상태와 비교해서 45°정도로 뒤틀림 각을 가짐을 알 수 있다.

상술한 바와 같이 IPS 모드를 사용하는 액정표시장치는 동일 평면 상에 화소전극과 공통전극이 모두 존재하기 때문에 수평장(35)을 이용한다는 특징이 있다.

또한, 컬러필터 기판에는 투명 전극이 사용되지 않으며, 상기 IPS 모드의 액정표시장치에 사용되는 액정은 음의 유전율 이방성을 가지는 액정이다.

상기 IPS 모드의 장점으로는 광시야각이 가능하다는 것이다. 즉, 액정표시장치를 정면에서 보았을때, 상/하/좌/우 방향으로 약 70°방향에서 가시할 수 있다. 그리고, 일반적으로 사용되는 액정표시장치에 비해 제작 공정이 간단하고, 시야각에 따른 색변환이 적은 장점이 있다.

그러나, 공통 전극(36)과 화소전극(34)이 동일 기판 상에 존재하기 때문에 하부광원(미도시)의 빛에 의한 투과율 및 개구율이 저하되는 단점이 있다. 또한, 구동전압에 의한 응답시간을 개선해야 하고, 셀갭의 미스-얼라인 마진이 적기 때문에 상기 셀갭을 균일하게 해야 하는 단점이 있다.

상기와 같이 IPS 모드는 상기와 같은 장점과 단점이 있으며, 사용자의 사용 용도에 따라 선택해서 사용할 수 있다.

하기 기술될 내용은 상기 IPS 모드의 액정표시장치의 제작 공정에 관한 것이다.

도 4는 종래의 IPS 모드 액정표시장치의 평면도를 도시한 도면이다. 도면에 도시된 바와 같이 가로방향으로 게이트 배선(50)과 공통배선(54)이 평행을 이루며 형성되어 있고, 세로방향으로 데이터 배선(60)이 상기 게이트 배선(50) 및 공통배선(54)과 수직을 이루며 형성되어 있다.

그리고, 상기 게이트 배선(50)의 일측에는 게이트 전극(52)이 형성되어 있으며, 상기 게이트 전극(52) 부근의 상기 데이터 배선(60)에는 소스 전극(62)이 상기 게이트 전극(52)과 소정면적 오버랩되게 형성되어 있고, 상기 소스 배선(62)과 대응되는 위치에 드레인 전극(64)이 형성되어 있다.

또한, 상기 공통배선(54)은 상기 공통배선(54)에서 분기된 다수개의 공통전극(54a)이 형성되어 있으며, 상기 드레인 전극(64)에는 인출배선(66)이 연결되어 있고, 상기 인출배선(66)은 인출배선(66)에서 분기된 다수개의 화소전극(66a)이 형성되어 있다. 상기 공통전극(54a)과 상기 화소전극(66a)은 서로 엇갈리게 구성되어 있다.

상술한 IPS 모드의 액정표시장치는 박막 트랜지스터가 형성되는 하판에 화소전극(66a)과 공통전극(54a)이 공존함으로써, 개구율이 떨어지는 치명적인 단점이 있다.

상기와 같은 문제점을 해결하기 위해, 도 4의 A 부분을 확대한 평면도인 도 5에 도시한 바와 같이, 상기 화소전극(66a)과 공통전극(54a)의 간격(L)을 크게 하면 개구율의 문제를 해결할 수 있으나, 상기 화소전극(66a)과 공통전극(54a)의 간격(L)이 커짐으로써, IPS 모드의 액정을 구동하기 위한 문턱전압(V_Th)이 커지는 단점이 있다.

이 때, 상기 화소전극(66a)과 상기 공통전극(54a) 간의 간격을 L이라 하고, 각 전극의 배선폭을 d라 정의하자.

즉, 상기 문턱전압(V_Th)은 각 전극(66a, 54a) 간의 간격 L과 선폭 d에 밀접한 관계가 있으며,

V_Th∝ L/d ----------------------------(1)

로 표시할 수 있다.

즉, 상기 식 (1)에 나타낸 바와 같이 전극 간의 간격 L이 커지면 문턱전압이 증가하는 경항이 있다. 이는 전극 간의 간격 L이 커지므로써, 양 전극(66a, 54a) 간에 걸리는 전기장의 세기가 작아지기 때문이다.

상기와 같은 문제는 구동전압을 크게 하여 전기장의 세기를 증가시키면 해결되나, 현재 각 전극을 구동하기 위해 사용되는 구동회로의 구동전압은 약 13 V 정도로 작기 때문에 한계가 있다.

즉, IPS 모드의 액정표시장치에서 화소전극(66a)과 공통전극(54a) 간의 거리(L)를 길게 함으로써, 개구율을 크게 하여 휘도를 향상할 수 있으나, 구동전압과 상기 각 전극간의 거리(L)는 서로 양립할 수 없는 문제점이 있다.

상술한 종래 IPS 모드의 액정표시장치의 문제점을 해결하기 위해 본 발명에서는 구동전압이 작고, 개구율이 향상된 IPS 모드의 액정표시장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

도 1은 일반적인 액정표시장치의 한 화소부에 해당하는 단면을 도시한 단면도.

도 2는 일반적인 IPS 모드의 액정표시장치의 한 화소부에 해당하는 단면을 도시한 단면도.

도 3a와 도 3b는 일반적인 IPS 모드 액정표시장치의 동작 나타내는 사시도.

도 4는 일반적인 IPS 모드의 액정표시장치의 평면을 도시한 평면도.

도 5는 도 4의 A 부분을 확대한 평면도.

도 6은 본발명에 따른 IPS 모드의 액정표시장치의 공통전극과 화소전극부를 확대한 평면도.

도 7은 본 발명에 따른 IPS 모드의 액정표시장치의 공통전극과 화소전극부의 다른 예를 도시한 평면도.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

200 : 공통전극 300 : 화소전극

250 : 팁(Tip)

상기와 같은 목적을 달성하기 위해 본 발명에서는 기판과; 상기 기판 상에 형성된 스위칭 소자와; 상기 스위칭 소자로부터 신호를 인가받고, 가장자리에 다수개의 제 1 팁이 형성된 화소전극과; 상기 화소전극과 실질적으로 평행하고, 상기 화소전극에 형성된 제 1 팁이 마주보는 면의 가장자리에 다수개의 제 2 팁이 형성된 공통전극을 포함하는 박막 트랜지스터 어레이 패널을 제공한다.

또한, 본 발명에서는 제 1, 2 기판과; 상기 제 1, 2 기판 사이에 위치한 액정과; 상기 제 1 기판에 위치하고, 상기 액정에 전압을 인가하는 제 1 전극과; 상기 제 1 전극과 동일한 기판에 평행하게 위치하고, 상기 제 1 전극을 향하여 돌출된 팁을 가지고, 외부와 접지된 제 2 전극과; 상기 제 1 전극에 신호를 인가하는 스위칭 소자를 포함하는 액정표시장치를 제공한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명한다.

도 6은 본 발명의 실시예에 따른 IPS 모드의 액정표시장치에서 공통전극(200)과 화소전극(300)이 형성된 화소부의 평면을 도시한 평면도로써, 본 발명에 따른 IPS 모드의 액정표시장치에서 가장 큰 특징은 상기 공통전극(200) 및 화소전극(300)에 있다.

즉, 종래의 IPS 모드에서의 공통전극과 화소전극의 구조는 서로 평행하고, 일자 형태를 하고 있으나, 본 발명에 따른 IPS 모드의 액정표시장치에서의 공통전극 및 화소전극(200, 300)은 각 전극(200, 300)의 가장자리부에 소정 모양의 팁(Tip ; 250)이 돌출된 형태를 띠고 있다.

여기서, 상기 화소전극(300)과 상기 공통전극(200)은 크롬, 알루미늄, 알루미늄 합금, 몰리브덴, 탄탈, 텅스텐, 안티몬, ITO 등의 금속이 적당할 것이다.

상기 공통전극 및 화소전극(200, 300)에 형성된 상기 팁(250)은 일정한 구동전압 하에서 전기장의 세기를 강하게 하는 역할을 한다.

즉, 도 6에 도시한 바와 같이 상기 팁(250)이 형성된 부분에서의 전기장은 팁(250)이 형성되어 있지 않는 부분에서의 전기장보다 강한 것을 알 수 있다.

전술한 바 있지만, 구동전압과 공통전극 및 화소전극 간의 거리는 비례관계가 있다. 즉, 상기 전극 간의 거리가 길수록 액정을 구동하기 위한 구동전압은 증가하게 된다.

바꾸어 말하면, 상기 전극 간의 간격을 크게 하면 개구율을 증가시킬 수 있고, 이에 따라 휘도를 향상할 수 있는 반면, 구동전압이 증가되는 단점이 있다.

상기 구동전압을 감소하기 위해 전극 간의 간격을 줄이면, 상대적으로 개구율의 급격한 감소로 인해, 일반적으로 요구되는 액정표시장치의 휘도인 200 nit 이상의 휘도를 달성할 수 없게 된다.

현재 소비자들이 요구하는 액정표시장치는 대면적, 고해상도(즉, UXGA 급)의 사양을 요구한다. 상기 액정표시장치가 대면적, 고해상도로 갈수록 한 화소부의 크기는 더욱 작아지게 되며, 이에 따라 개구율의 확보는 더욱 어려워지게 된다.

광시야각을 구현하기 위해서는 IPS 모드의 액정표시장치를 사용해야 하나, 고해상도를 요구하는 현재에는 IPS 모드의 전극 배치의 특성상 고해상도를 구현하기 어려운 단점이 있다.

상기와 같은 광시야각과 고해상도의 액정표시장치를 구현하기 위해, 본 발명에 따른 팁(250)이 형성된 전극형상을 기존 IPS 모드에 적용할 경우에는 상기 공통전극(200)과 화소전극(300) 간의 간격을 충분히 길게 하여 개구율을 확보할 수 있고, 상기 팁(250)에 의해 구동전압을 충분히 낮출 수 있는 장점을 가진다.

도 7은 본 발명의 실시예의 다른 예를 도시한 도면으로 상기 팁(250)의 형상을 반원 형상으로 형성한 도면이다.

상기 팁(250)의 형상에는 제한이 없으며, 바람직하게는 반원 또는 삼각형이 적당할 것이다.

상술한 본 발명의 실시예에 따른 IPS 모드의 액정표시장치를 제작할 경우에 공통전극과 화소전극 간의 거리가 충분히 길어도, 상기 공통전극과 화소전극의 가장자리에 형성된 다수개의 팁에 의해 전기장의 세기가 강화되어 구동전압을 낮출 수 있는 장점이 있다.

Claims (4)

1. 기판과;

   상기 기판 상에 형성된 스위칭 소자와;

   상기 스위칭 소자로부터 신호를 인가받고, 가장자리에 다수개의 제 1 팁이 형성된 화소전극과;

   상기 화소전극과 실질적으로 평행하고, 상기 화소전극에 형성된 제 1 팁이 마주보는 면의 가장자리에 다수개의 제 2 팁이 형성된 공통전극

   을 포함하는 박막 트랜지스터 어레이 패널.
2. 제 1, 2 기판과;

   상기 제 1, 2 기판 사이에 위치한 액정과;

   상기 제 1 기판에 위치하고, 상기 액정에 전압을 인가하는 제 1 전극과;

   상기 제 1 전극과 동일한 기판에 평행하게 위치하고, 상기 제 1 전극을 향하여 돌출된 팁을 가지고, 외부와 접지된 제 2 전극과;

   상기 제 1 전극에 신호를 인가하는 스위칭 소자

   를 포함하는 액정표시장치.
3. 청구항 2에 있어서,

   상기 제 1 전극에 상기 제 2 전극 방향으로 상기 제 2 전극의 돌출된 팁에 대응하는 위치에 돌출 형성된 팁을 더욱 포함하는 액정표시장치.
4. 청구항 3에 있어서,

   상기 제 2 전극에 형성된 팁에 대응하여 제 1 전극에 형성된 팁을 더욱 포함하는 액정표시장치.