KR20010066247A - 횡전계방식 액정표시장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 액정표시장치에 관한 것이며, 횡전계방식을 사용한 액정표시장치에 관한 것으로, 공통전압이 인가되는 공통전극배선과 데이터전압이 인가되는 화소전극 배선이 일대일 대응하여 형성되는 구조에서 상기 각 공통전극 배선과 화소전극 배선을 연결하는 각 배선이 교차하는 에지부를 라운드형태로 부드럽게 형성하지 않음으로써, 이 부분에서 발생하는 액정의 이상배열을 바로잡아 상기 액정분자의 이상배열에 의한 그레이레벨의 불분명함, 화이트 휘도의 감소가 방지되어 고순도와 고 휘도를 갖는 횡전계 방식의 액정표시장치를 제작할 수 있다.

Description

횡전계방식 액정표시장치{In plane switching mode liquid crystal display device}

본 발명은 액정표시장치에 관한 것으로, 특히 횡전계 방식을 사용한 액정표시장치의 어레이기판에 관한 것이다.

일반적으로, 액정표시장치는 상부기판과 하부기판이 합착되고, 상기 상부기판과 하부기판 사이에 액정을 주입하여 형성한다.

그리고, 상기 상부기판과 하부기판의 바깥 면에는 편광판(polarizer)과 위상차판(retardation film) 등을 부착한다. 이러한 다수의 구성요소를 선택적으로 구성함으로써 빛의 진행상태를 바꾸거나 굴절률을 변화시켜 높은 휘도(brightness)와 콘트라스트(contrast)특성을 가지는 액정표시장치가 구성된다.

액정표시장치로서 근래에 사용되는 액정셀은 통상 트위스트 네마틱액정을 채택하고 있으며, 상기 트위스트 네마틱액정은 시야각에 따라서 계조표시에서의 광투과율이 달라지는 특성을 보유하므로 그 대면적화에 제한이 있다.

상기 트위스트 네마틱액정을 포함한 액정셀은 좌우방향의 시야각에 광투과율이 넓은 범위에서 대칭적으로 분포하지만, 상/하 방향에서는 광투과율이 비대칭적으로 분포하기 때문에 상/하 방향에서는 이미지가 반전되는 범위가 발생하여 시야각이 좁아지는 문제가 있었다.

이러한 문제를 해결하기 위해 평행한 전기장을 이용하는 횡전계 방식 모드(in plane switching : 이하 "IPS 모드"라 칭함)는 종래의 상기 트위스트네마틱 액정 모드에 비해 콘트라스트(contrast), 그레이인버젼(gray inversion), 컬러시프트(color shift) 등의 시야각 특성을 향상시킬 수 있는 장점이 있다.

상기 IPS모드는 박막트랜지스터 배열기판 상에 화소전극과 공통전극이 동일 평면 상에 형성되는 형태이며, 액정은 동일기판 상에 화소전극과 공통전극의 수평 전계에 의해 작동한다.

이하 첨부한 도면을 참조하여 상기 IPS모드의 동작에 대해 설명하도록 한다.

도 1a 와 도 1b는 각각 IPS 모드에서 온(on)/오프(off)시 액정의 상변위 모습을 나타내는 도면이다.

도시한 바와 같이, 상부기판(17)과 이와는 소정간격 이격된 하부기판(19)이 위치하고, 상기 두 기판사이에 액정(15a)이 개재되어 있으며, 상기 두 기판의 외부면 에는 각각 상부 편광판(21)과 하부편광판(23)이 구성된다.

상기 하부기판(19)상에는 화소전극(11)과 공통전극(13)이 소정의 간격으로 이격되어 있다. 이때 두 전극은 인듐-틴-옥사이드(Indium-tin-oxide : ITO)와 인듐-징크-옥사이드(Indium-zinc-oxide : IZO)와 같은 투명한 도전성 금속과 불투명한 도전성 금속 등을 사용한다.

도 1a는 상기 화소전극(11)과 공통 전극(13)에 수평장의 전계가 인가되지 않은 상태에서는 액정(15a)의 상 변위가 일어나지 않고 있음을 보이고 있다. 즉, 상기 액정분자들은 동일하게 두 전극(11)(13)의 수평 방향에서 기본적으로 90°틀어져있다

도 1b는 상기 화소전극(11)과 공통 전극(13)에 전압이 인가되었을 때, 도 1a의 오프 상태와 비교해서 액정(15b)분자는 두 전극간에 평행하게 배열됨을 알 수 있다.

상술한 바와 같이 IPS 모드를 사용하는 액정 표시장치는 동일 평면 상에 화소전극(11)과 공통전극(13)이 모두 존재하기 때문에 평행장을 이용한다는 특징이 있다. 상기 IPS 모드의 장점으로는 광시야각이 가능하다는 것이다. 즉, 액정 표시장치를 정면에서 보았을 때, 상/하/좌/우 방향으로 약 70°방향에서 가시할 수 있다.

전술한 바와 같은 IPS 모드에서 상기 어레이기판의 단위화소 당 상기 공통전극과 화소전극의 형상은 다양하게 변형 가능하다.

도 2는 종래의 IPS 동작모드를 위한 액정표시장치용 어레이기판의 한 화소에 해당하는 평면도이다.

도시한 바와 같이, 게이트배선(31)과 데이터배선(33)이 교차하여 화소영역(P)이 정의되고, 상기 화소영역(P)에는 횡전계 방식을 위해 상기 화소영역(P) 상에 일 방향으로 형성된 공통전극(35)의 다수의 수직패턴(35b)과 화소전극(37)의 다수의 수직패턴(37b)을 일대일 대응하여 형성한다.

상기 화소전극(37)은 상기 다수의 수직패턴(37b)이 상기 화소영역(P)의 상부와 하부에서 상기 게이트배선과 평행한 화소전극의 수평패턴(37a)에 의해 동시에 연결되어 형성된다.

또한, 상기 공통전극(35) 또한 상기 다수의 수직패턴(35b)이 수평패턴(35a)에 의해 동시에 연결되어 일체가 된다.

이때, 상기 각 전극의 수직패턴과 수평패턴이 직교하는 지점(B)은 마스크공정시 직각을 이루지 않고 부드러운 곡선으로 패터닝된다.

따라서, 상기 곡선을 이루는 화소전극(37)과 공통전극(35)사이의 영역은 전기장의 분포가 각 도메인의 화소영역(P) 중앙부에서의 전기장의 분포와는 다르다.

이하 도 3a 내지 도 3b를 참조하여 상세히 설명한다.

도 3a는 상기 어레이기판 상에 형성되는 배향막의 방향을 나타낸 도면이다.

도시한 바와 같이, 배향막(미도시)의 러빙방향(41)은 상기 서로 직교하는 게이트배선 방향축(31a)을 기준으로 상기 데이터배선 방향축(33a) 방향으로 90^o이상의 각도를 갖는다.

도 3b는 도 2의 A를 확대한 평면도이다.

도시한 바와 같이, 상기 각 화소전극(37)의 수평패턴(37a)과 수직패턴(37b)이 연결되는 부분 즉 화소전극의 에지부는 곡선의 형태이다.

상기 화소전극(37)의 곡선부분과 상기 공통전극이 이루는 전기장의 분포는 화소전극의 수직패턴(37b)과 공통전극의 수직패턴(35b)이 일 방향으로 같은 너비를 가지고 대응되는 전기장(43)의 분포와는 다른 분포를 갖는다. 따라서 이러한 서로 다른 분포를 갖는 전기장의 경계영역(D)은 전기장의 이상 분포영역이 된다.

왜냐하면, 상기 곡선부근에 분포하는 전기장(45)의 방향은 상기러빙방향(41)과 역방향의 전계가 걸리기 때문이다.

결과적으로, 이 부분에 위치한 액정분자(47)의 배열상태는 동일한 분자 내에서 이상 배열영역이 된다. 이러한 이상배열 영역(D)은 상기 단일화소영역의 주변에 걸쳐 발생하게 된다.

따라서, 단일화소 둘레의 주변영역에서는 백색상태를 표시하는 백색밝기의 차이를 가져올 수 있으며, 중간 그레이영역에서 그레이레벨(gray level)의 변화를 가져오는 문제가 발생한다.

따라서, 이러한 문제를 해결하기 위해 고휘도와 중간 그레이영역이 안정되게 표현되는 횡전계 방식의 액정표시장치를 제안하는 데 그 목적이 있다.

도 1a와 도1b는 각각 오프 상태와 온 상태일 때의 액정분자의 배열상태를 도시한 단면도이고,

도 2는 종래의 횡전계 방식을 사용한 액정표시장치용 어레이기판의 일부 평면도이고,

도 3a는 종래의 어레이기판에 형성되는 게이트배선 방향과 데이터배선 방향과 러빙방향을 나타낸 도면이고,

도 3b는 도 2의 A를 확대한 부분 확대도이고,

도 4는 본 발명에 따른 횡전계 방식을 사용한 액정표시장치용 어레이기판의 일부 평면도이고,

도 5는 도 4의 E를 확대한 부분 확대도이고,

도 6은 도 5의 B를 확대한 부분 확대도이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 간단한 설명>

135 : 공통전극 137 : 화소전극

141 : 액정분자 143 :전기장

전술한 바와 같은 목적을 달성하기 위해, 본 발명에 따른 액정표시장치용 어레이기판 제조방법은 기판과; 상기 기판 상에 형성된 게이트배선과; 상기 기판상에서 상기 게이트배선과 교차하는 데이터배선과; 상기 게이트배선과 상기 데이터배선이 교차하여 정의되는 화소영역과; 상기 게이트배선과 데이터배선의 교차지점에 위치한 스위칭소자와; 상기 화소영역상에 위치하고, 다수 개의 평행한 수직패턴과, 상기 각 수직패턴의 양단에 상기 각 수직패턴을 하나로 연결하는 수평패턴을 포함하고, 상기 수직패턴과 상기 수평패턴의 교차 지점에서 상기 수평패턴 방향으로 홈이 형성된 화소전극과; 상기 화소전극의 각 수직패턴과 대응하는 수직패턴을 가진 공통전극을 포함한다.

상기 교차지점에 형성된 홈은 상기 수직 패턴부의 길이방향으로 요입되어 예각을 이루는 형상인 것을 특징으로 한다.

상기 공통전극은 상기 게이트배선과 동일층에 형성되는 횡전계 방식인 것을 특징으로 한다.

상기 스위칭소자는 박막트랜지스터인 것을 특징으로 한다.

이하 첨부한 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 설명하도록 한다.

도 4는 본 발명에 따른 액정표시장치용 어레이기판의 한 화소부에 해당하는 평면도이다.

도시한 바와 같이, 액정표시장치용 어레이기판(111)은 한 화소마다 스위칭 소자(T)가 존재하며, 상기 스위칭 소자는 게이트전극(113)과 소스전극(115)과 드레인전극(117)으로 구성된 박막트랜지스터(T)이다.

상기 게이트전극(113)은 상기 기판(111)을 수평방향으로 지나는 게이트배선(미도시)과 연결되며, 상기 소스전극(115)은 상기 기판(111)을 수직방향으로 지나는 데이터배선(121)에 연결되어 형성된다.

이때, 상기 게이트배선(131)과 데이터배선(133)이 일대일 대응하여 화소영역(P)을 정의하고, 상기 화소영역 상에 공통전극(135)과 화소전극(137)이 일대일 대응하여 형성된다.

이 때, 상기 공통전극(135)은 상기 게이트배선(131)과 동일층에 동일물질로 형성되며 상기 게이트배선(131)과는 전기적으로 독립적인 구성이다.

상기 화소전극(137)은 상기 소스전극(115)과 데이터배선(133)과 동일층에 형성되어 상기 소스전극(115)과 소정간격 이격된 드레인전극(117)에 연장되어 형성되거나, 상기 드레인전극(117) 상에 절연층을 사이에 두고 투명도전성 금속인 인듐-틴-옥사이드(ITO)또는 인듐-징크-옥사이드(IZO) 등을 증착하고 패터닝하여 형성할 수 있으며, 또는 불투명한 금속으로 형성할 수 있다.

이 경우, 상기 화소전극은 상기 드레인전극(117) 상부의 절연층을 식각하여 만든 드레인 콘택홀(미도시)을 통해 상기 드레인전극(117)과 접촉하여 형성할 수 있다.

또한, 상기 화소전극(117)은 절연층을 사이에 두고 투명전극 또는 불투명한 금속으로 형성할 수도 있다.

전술한 바와 같은 방법으로 구성된 상기 화소전극(137)과 공통전극(135)은 각각 다수의 수직패턴(137b)(135b)과 상기 다수의 수직패턴의 상부와 하부에서 각각 직교하여 상기 수직패턴을 하나로 연결하는 수평패턴(137a)(135a)으로 형성한다.

이 때, 본 발명에서는 상기 화소전극(137)과 공통전극(135)의 각 수직패턴(137b)(135b)과 수평패턴(137a)(135a)이 만나는 지점이 라운드 형태가 아닌 직각에 가까운 형태가 되도록 패터닝한다.

이하 도 5를 참조하여 상세히 설명한다.

도 5는 도 4의 E부분을 확대한 확대도이다.

도시한 바와 같이, 상기 전극패턴의 직교부분(B)을 각이 있도록 패턴화 하게 되면 상기 에지부에서 공통전극(135)과 화소전극(137)간의 너비가 일정하게 유지됨으로 일정한 방향성을 갖는 전기장(143)이 분포되므로, 액정분자(141)의 이상배열이 발생하지 않는다.

도 6은 상기 도 5의 B부분을 확대한 확대도로서, 화소전극을 예로 들어 설명한다.

전술한 바와 같이, 상기 화소전극(137)의 직교부분이 직각에 가깝게 형성되려면 상기 각 전극의 수직패턴(137b)과 수평패턴(137a)이 만나는 지점(B)에서 상기 수평부에서 하부로 a만큼의 깊이로 식각하고 연속으로 수직패턴(137b)과 수평패턴(137a)이 만나는 지점(B)에서 상기 수평방향으로 b의 거리까지 경사지게 식각한다.

이러한 패턴은 상기 화소영역의 개구부 안쪽에 위치하는 전극의 에지부에 적용된다. 이때, 이러한 형상의 전극형태를 얻기 위해서는 기존의 마스크패턴에 보상 설계를 하면 된다.

따라서, 본 발명에 따른 횡전계 방식의 액정표시장치는 화소영역에 화소전극의 수직패턴과 공통전극의 수직패턴이 일대일 대응하고 상기 각 수직패턴을 하나로 연결하는 수평패턴과 상기 각 수직패턴의 직교부분을 직각에 가깝게 형성함으로써, 동일한 전기장의 분포를 유도하여 높은 휘도와 안정한 그레이스케일을 얻을 수 있는 효과가 있다.

Claims (2)

1. 기판과;

   상기 기판 상에 형성된 게이트배선과;

   상기 기판상에서 상기 게이트배선과 교차하는 데이터배선과;

   상기 게이트배선과 상기 데이터배선이 교차하여 정의되는 화소영역과;

   상기 게이트배선과 데이터배선의 교차지점에 위치한 스위칭소자와;

   상기 화소영역상에 위치하고, 다수 개의 평행한 수직패턴과, 상기 각 수직패턴의 양단에 상기 각 수직패턴을 하나로 연결하는 수평패턴을 포함하고, 상기 수직패턴과 상기 수평패턴의 교차 지점에서 상기 수평패턴 방향으로 홈이 형성된 화소전극과;

   상기 화소전극의 각 수직패턴과 대응하는 수직패턴을 가진 공통전극

   을 포함하는 액정표시장치용 어레이기판.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 교차지점에 형성된 홈은 상기 수직패턴부의 길이방향으로 요입되어 예각을 이루는 형상인 액정표시장치용 어레이기판.