KR20020080859A - 프린지 필드 구동 액정표시장치 - Google Patents

프린지 필드 구동 액정표시장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 고투과율과 고 개구율을 갖는 프린지 필드 구동 액정표시장치를 개시한다. 개시된 본 발명은, 하부 기판 상에 교차 배열되어 단위 화소를 한정하는 데이터 버스 라인과 게이트 버스 라인; 상기 데이터 버스 라인과 게이트 버스 라인의 교차점 부근에 배치되며, 스위칭 역할을 하는 TFT; 상기 단위 화소 영역 상에 절연막을 사이에두고 오버랩되게 배치되어 프린지 필드를 발생시키는 플레이트형 카운터 전극과 다수개의 브랜치들로 이루어진 슬릿형 화소전극; 상기 하부 기판과 대향하여 배치되고, 다수개의 컬러 필터층과 블랙 매트릭스를 갖는 상부 기판; 상기 상하부 기판사이에 개재되며, 수개의 액정 분자를 포함하는 액정층; 및 상기 상하부 기판 내측면 표면에 각각 배치되며, 소정의 러빙축을 갖는 제 1 및 제 2 배향막을 포함하며, 상기 데이터 버스 라인과 인접하게 배치된 화소 전극을 추가 확장하여 상기 데이터 라인과 오버랩되게 배치되어 있고, 상기 카운터 전극도 확장하여 상기 데이터 버스 라인과 인접하게 배치되어 있으며, 상기 제 2배향막의 러빙축은 상기 프린지 필드는 액정 분자의 유전율 이방성이 음인 경우 0 에서 45도 사이의 각도차를 갖고, 액정 분자의 유전율 이방성이 양인 경우 45 에서 90도 사이의 각도차를 갖는 것을 특징으로 한다.

Description

프린지 필드 구동 액정표시장치{FRINGE FIELD SWITCHING MODE LCD}
본 발명은 프린지 필드 구동 액정표시장치(Fringe Field Swithching mode LCD: 이하,FFS-LCD)에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 고개구율, 고투과율 및 광시야각을 갖는 프린지 필드 구동 액정표시장치에 관한 것이다.
일반적으로, 일반적으로 FFS모드-LCD는 일반적인 IPS(In-Plane Switching) 모드 LCD의 낮은 개구율 및 투과율을 개선시키기 위해 제안된 것으로, 이와 관련하여 이미 대한민국 특허출원 제98-9243호로 출원되었다.
프린지 필드 스위칭 모드는 프린지 필드를 이용하기 때문에 구동 신호가 인가되지 않는 데이터 버스 라인과 인접한 화소에도 필드를 형성하여 액정을 동작시킨다. 이러한, 불필요한 전계에의하여 빛이 누설되는 문제(이를 수직 크로스 토크라고 함)가 있었다.
이러한, 문제점을 개선하기위하여 블랙 매트릭스의 폭을 확장시키고, 크로스 토크를 방지하기위하여 카운터 전극 가장자리, 즉 데이터 버스 라인과 인접하는 부분에 쉴딩 금속을 배치하였다.
도 1a은 종래 기술에 따른 프린지 필드 구동 액정표시장치를 도시한 평면도로서, 유리로된 하부 기판 상에 게이트 버스 라인(1)과 데이터 버스 라인(3)이 수직으로 교차되면서 단위 화소를 한정하고, 교차점 부근에는 스위칭 역할을 하는 박막 트랜지스터(13)가 배치되어 있다. 상기 단위 화소 영역 상에는 플레이트(plate) 형태의 카운터 전극(7)과 다수개의 브랜치를 갖는 화소 전극(5)이 서로 오버랩되게배치되어 있다. 상기 카운터 전극(7) 가장자리 부분과 콘텍되면서 주기적으로 공통 신호를 인가하는 공통 버스 라인(11)이 배치되어 있다. 상기 화소 전극(5) 가장자리에 대응되는 상부 기판(도시하지 않음) 상에는 블랙 매트릭스(9)가 배치되어 있다.
도 1b는 상기 도 1a의 A-A'를 절단한 단면도로서, 상기 하부 기판(10b) 상의 플레이트 형 카운터 전극(7) 가장자리에는 쉴딩(shielding) 금속(8)이 배치되어 있다. 상기 데이터 버스 라인(3)과 대응되게 배치된 블랙 매트릭스(9)는 상기 쉴딩 금속(8)뿐만 아니라, 상기 화소 전극(5)의 가장자리 부분까지 대응되도록 확장 배치되어 있다. 도면에 도시하였지만 설명하지 않은 6은 절연막을 나타낸다.
또한, 상기 상하부 기판(10a, 10b)의 내측면에는 제 1배향막과 제 2 배향막(도시하지 않음)을 도포되어 있는데, 상기 제 2 배향막의 러빙축은 상기 프린지 필드와 양의 유전율 이방성을 갖는 액정 분자인 경우에는 45도 에서 90도 사이의 각도를 이루고, 음의 유전율 이방성을 갖는 액정 분자의 경우에는 0도 에서 45도 사이의 각도를 이루도록 한다.
도 2는 종래 기술에 따른 전압인가 필드 분포도로서, 도시한 바와 같이, 게이트 버스 라인을 따라 구동신호가 인가되면, 데이터 버스 라인(3)의 데이터 신호에따라 상기 카운터 전극(7)과 화소 전극(5) 사이에는 강한 프린지 필드(13)가 형성된다. 상기 데이터 버스 라인(3)과 인접된 부분에서도 필드가 형성되지만, 상기 확장된 블랙 매트릭스(9)에의하여 빛샘은 차단된다.
또한, 상기 데이터 버스 라인(3)과 인접한 상기 카운터 전극(7)의 가장자리에 배치된 쉴딩 금속(8)은 데이터 신호를 인가받지 않은 인접 화소와의 필드 형성(cross talk)에의한 빛샘을 방지하여 준다. 도면에는 도시하였지만 설명하지 않은 14는 액정 분자를 나타낸다.
그러나. 상기 프린지 필드 구동 액정표시장치는 크로스 토크(cross talk) 방지를 위한 쉴딩(shielding) 금속의 배치로 상부 기판의 블랙 매트릭스를 확장 형성하였는데, 이로인하여, 개구율 저하를 초래하였다.
따라서, 본 발명은 상기한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된것으로서, 크로스 토크를 방지하기 위해 기존처럼 블랙 매트릭스를 확장하지 않고, 쉴딩 금속을 없애면서도 투과율과 개구율을 향상 시킬 수 있도록 카운터 전극의 폭을 넓히고 화소전극을 기존 보다 더 추가시킨 프린지 필드 구동 액정표시장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
도 1a은 종래 기술에 따른 프린지 필드 구동 액정표시장치를 도시한 평면도.
도 1b는 종래 기술에 따른 프린지 필드 구동 액정표시장치의 전극구조를 설명하기 위한 도면.
도 2는 종래 기술에 따른 전압인가 필드 분포도.
도 3a은 본 발명에 따른 프린지 필드 구동 액정표시장치를 도시한 평면도.
도 3b는 본 발명에 따른 프린지 필드 구동 액정표시장치의 전극구조를 설명하기 위한 도면.
도 4a는 본 발명에 따른 전압인가 필드 분포도.
도 4b는 본 발며에 따른 인접 화소의 전계 분포도.
도 5a내지 도5b는 본 발명의 다른 실시예에 따른 화소 전극의 구조도.
*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*
1: 게이트 버스 라인 3: 데이터 버스 라인
11: 공통 버스 라인 13: 박막 트랜지스터(TFT)
15: 화소 전극 17: 카운터 전극
19: 블랙 매트릭스
상기한 본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은, 하부 기판 상에 교차 배열되어 단위 화소를 한정하는 데이터 버스 라인과 게이트 버스 라인; 상기 데이터 버스 라인과 게이트 버스 라인의 교차점 부근에 배치되며, 스위칭 역할을 하는 TFT; 상기 단위 화소 영역 상에 절연막을 사이에두고 오버랩되게 배치되어 프린지 필드를 발생시키는 플레이트형 카운터 전극과 다수개의 브랜치들로 이루어진 슬릿형 화소전극; 상기 하부 기판과 대향하여 배치되고, 다수개의 컬러 필터층과 블랙 매트릭스를 갖는 상부 기판; 상기 상하부 기판사이에 개재되며, 수개의 액정 분자를 포함하는 액정층; 및 상기 상하부 기판 내측면 표면에 각각 배치되며, 소정의 러빙축을 갖는 제 1 및 제 2 배향막을 포함하며, 상기 데이터 버스 라인과 인접하게 배치된 화소 전극을 추가 확장하여 상기 데이터 라인과 오버랩되게 배치되어 있고, 상기 카운터 전극도 확장하여 상기 데이터 버스 라인과 인접하게 배치되어 있으며, 상기 제 2배향막의 러빙축은 상기 프린지 필드는 액정 분자의 유전율 이방성이 음인 경우 0 에서 45도 사이의 각도차를 갖고, 액정 분자의 유전율 이방성이 양인 경우 45 에서 90도 사이의 각도차를 갖는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 카운터 전극과 데이터 버스 라인의 거리는 0∼3㎛ 이내 이며, 상기 카운터 전극과 데이터 버스 라인을 인접 혹은 중첩되도록 배치하며, 상기 추가 혹은 확장추가 화소 전극은 상기 데이터 버스 라인 폭의 2/3이하로 중첩되도록 하며, 상기 데이터 버스 라인과 대향하는 상부 기판 상의 블랙 매트릭스는 상기 화소 전극과 데이터 버스 라인이 겹치는 만큼 줄여서 배치할 수 있는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 다른 목적은 하부 기판 상에 교차 배열되어 단위 화소를 한정하는 데이터 버스 라인과 게이트 버스 라인; 상기 데이터 버스 라인과 게이트 버스 라인의 교차점 부근에 배치되며, 스위칭 역할을 하는 TFT; 상기 단위 화소 영역 상에 절연막을 사이에두고 오버랩되게 배치되어 프린지 필드를 발생시키는 플레이트형 카운터 전극; 상기 데이터 버스 라인과 평행한 단위 화소 중심축을 따라 서로 대응되는 브랜치들을 갖는 화소전극; 상기 하부 기판과 대향하여 배치되고, 다수개의 컬러 필터층과 블랙 매트릭스를 갖는 상부 기판; 상기 상하부 기판사이에 개재되며, 수개의 액정 분자를 포함하는 액정층; 상기 상하부 기판 내측면 표면에 각각 배치되며, 소정의 러빙축을 갖는 제 1 및 제 2 배향막을 포함하며, 상기 데이터 버스 라인과 인접하게 배치된 화소 전극은 상기 데이터 버스 라인과 오버랩되게 확장 배치되어 있고, 상기 카운터 전극도 상기 데이터 버스 라인과 인접하게 확장 배치되어 있으며, 상기 제 2 배향막의 러빙축은 상기 프린지 필드와 액정 분자의 유전율 이방성이 음인 경우 0 내지 25도 정도의 각도차를 갖고, 액정 분자의 유전율 이방성이 양인 경우 45 내지 70 정도의 각도차를 갖는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의하면, 단위 화소 영역의 가장자리에 배치된 브랜치 형태의 화소 전극을 데이터 버스 라인까지 오버랩시키고, 카운터 전극을 데이터 버스 라인에 인접하게 배치하면, 크로스 토크 방지와 개구율을 향상시킬수 있다.
도 3a은 본 발명에 따른 프린지 필드 구동 액정표시장치를 도시한 평면도로서, 유리로된 하부 기판 상에 게이트 버스 라인(1)과 데이터 버스 라인(3)이 수직으로 교차되면서 단위 화소를 한정하고, 상기 게이트 버스 라인(1)과 데이터 버스 라인(3)의 교차점 부근에는 스위칭 역할을 하는 박막 트랜지스터(13)가 배치되어 있다. 상기 단위 화소 영역 상에는 플레이트(plate) 형태의 카운터 전극(17)은 상기 데이터 버스 라인(3)과 인접하도록 확장 배치되었다. 상기 카운터 전극(3) 상부에 오버랩되게 배치된 다수개의 브랜치를 갖는 화소 전극(15)은 종래의 쉴딩 영역에 추가적으로 배치되어 상기 데이터 버스 라인(3)과 인접하거나, 중첩되도록 배치되었다. 상기 데이터 버스 라인(3)에 대응되게 배치된 상부 기판 상의 블랙 매트릭스(19)는 상기 확장된 화소 전극(15) 부분과 대응되도록 축소 배치되었다.
도 3b는 본 발명에 따른 프린지 필드 구동 액정표시장치의 전극구조를 설명하기 위한 도면로서, 상기 하부 기판 상의 플레이트 형 카운터 전극(17)은 상기 데이터 버스 라인(3)에 인접하게 배치되어 있다. 상기 단위 화소의 가장자리, 즉 상기 데이터 버스 라인(3)과 인접하는 부분까지 화소 전극(15)을 확장 배치하였다. 상기 데이터 버스 라인(3)과 화소 전극(15)간의 거리는 대략 0∼6㎛ 사이이고, 바람직하게는 0~3㎛이다. 상기 데이터 버스 라인(3)과 대응되는 상부 기판의 블랙 매트릭스(19)는 데이터 버스 라인(3) 부근과 대응되도록 축소하여 형성시켰다.
또한, 도시하지는 않았지만, 상기 상하부 기판(10a, 10b)의 내측면에는 제 1배향막과 제 2 배향막을 도포하고, 러빙하는데, 러빙축은 상기 프린지 필드와 양의 유전율 이방성을 갖는 액정 분자인 경우에는 45 에서 90도 사이의 각도를 이루고, 음의 유전율 이방성을 갖는 액정 분자의 경우에는 0도에서 45도 사이의 각도를 이룬다.
상기 데이터 버스 라인(3)과 화소 전극(15)은 0㎛이하로 서로 오버랩되도록 배치할 수 있는데, 데이터 버스 라인(3) 폭의 2/3이내에서 오버랩을 실시한다.
도 4a는 본 발명에 따른 전압인가 필드 분포도로서, 상기 화소 전극(15)을 통하여 데이터 신호가 인가되면, 상기 화소 전극(15)과 카운터 전극(17)에서는 강한 프린지 필드가(13) 형성되어 액정 분자(14)들을 동작시킨다. 상기 데이터 버스 라인(3) 부근에서 발생하여 빛샘을 유발하였던 전계들은 새로이 추가되어 오버랩된 화소 전극(15)에 의하여 차단된다.
도 4b는 본 발명에 따른 인접 화소의 전계 분포도로서, 도시한 바와 같이,신호가 인가되지 않은 화소에서 크로스 토크(cross talk)를 발생시키는 필드도 종래 쉴딩 전극의 위치를 대신하여 추가 확장된 화소 전극(15)에 의하여 차단되어 빛샘이 발생하지 않는다. 또한, 상부 기판의 블랙 매트릭스(19) 재질을 레진(resin)이 아닌 크롬(Cr)같은 금속 재질로 하여 하부 기판(10b)의 카운터 전극(17)과 전기적으로 연결(floating)시키면 인가되지 않는 화소 전극과 인가된 상태의 데이터 버스 전극 사이에서의 필드 왜곡에 의한 액정 구동은 줄일 수 있기 때문에 좀더 확실하게 빛 누설을 감소시킬 수 있다.
도 5a내지 도 5b는 본 발명의 다른 실시예에 따른 화소 전극의 구조도로서, 도시한 바와 같이 화소 전극의 구조를 데이터 버스 라인(3)과 평행한 단위 화소의 중심축을 중심으로 상기 화소 전극(25a)의 브랜치들을 일정한 각도를 이루며 대응되도록한 '∧' 형태 갖도록 했다. 동일한 방법으로 도 5b에서는 게이트 버스 라인(1)과 평행한 단위 화소의 중심축을 중심으로 상기 화소 전극(25b)의 브랜치들이 상기 게이트 버스 라인(1)과 일정한 각도를 이루며 대응되도록 '<'형태를 갖도록 했다.
상기의 화소 전극의 구조는 컬러 시프트를 제거하여 광시야각을 이룰수 있는 구조로서, 상기한 본 발명의 전극 구조와 동일하지만, 액정 배열의 러빙축이 다르다.
도시하지는 않았지만, 상기 상하부 기판 내측면에 배치하는 제 1 및 제 2 배향막의 러빙축과 프린지 필드와 이루는 각도는 액정 분자가 양의 유전율 이방성을 갖는 경우에는 45 에서 70도 사이의 각을 를 이루며, 액정 분자가 음의 유전율 이방성을 갖는 경우에는 0 에서 25도 사이의 각도를 가져야 한다.
본 발명은 화소 전극을 데이터 버스 라인의 소정 부분까지 오버랩하게 배치시키고, 카운터 전극도 데이터 버스 라인과 근접하게 배치시켜 블랙 매트릭스를 확장할 필요도 없고, 쉴딩 금속을 배치할 필요도 없이 크로스 토크와 개구율을 향상시킬수 있는 프린지 필드 구동 액정표시장치이다.
이상에서 자세히 설명된 바와 같이, 본 발명에 의하면, 다음과 같은 효과가 있다.
화소 전극을 데이터 버스 라인과 오버랩되도록 확장시키고, 카운터 전극도 데이터 버스 라인과 인접하도록 확장시켜 개구율과 크로스 토크를 방지할 수 있다.
본 발명의 원리와 정신에 위배되지 않는 범위에서 여러 실시예는 이 기술에 속하는 당업자에게 자명할 뿐만 아니라 용이하게 발명해낼 수 있다. 따라서 여기에 첨부된 청구 범위는 앞서 설명되 것에 한정하지 않고, 상기의 청구범위는 이 발명에 내제되어 있는 특허성 있는 신규한 모든 것을 포함하며, 아울러 이 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진자에 의해서 균등하게 처리되는 모든 특징을 포함한다.

Claims (7)

  1. 하부 기판 상에 교차 배열되어 단위 화소를 한정하는 데이터 버스 라인과 게이트 버스 라인;
    상기 데이터 버스 라인과 게이트 버스 라인의 교차점 부근에 배치되며, 스위칭 역할을 하는 TFT;
    상기 단위 화소 영역 상에 절연막을 사이에두고 오버랩되게 배치되어 프린지 필드를 발생시키는 플레이트형 카운터 전극과 다수개의 브랜치들로 이루어진 슬릿형 화소전극;
    상기 하부 기판과 대향하여 배치되고, 다수개의 컬러 필터층과 블랙 매트릭스를 갖는 상부 기판;
    상기 상하부 기판사이에 개재되며, 수개의 액정 분자를 포함하는 액정층; 및
    상기 상하부 기판 내측면 표면에 각각 배치되며, 소정의 러빙축을 갖는 제 1 및 제 2 배향막을 포함하며,
    상기 데이터 버스 라인과 인접하게 배치된 화소 전극을 추가 확장하여 상기 데이터 라인과 오버랩되게 배치되어 있고, 상기 카운터 전극도 확장하여 상기 데이터 버스 라인과 인접하게 배치되어 있으며,
    상기 제 2배향막의 러빙축은 상기 프린지 필드는 액정 분자의 유전율 이방성이 음인 경우 0 에서 45도 사이의 각도차를 갖고, 액정 분자의 유전율 이방성이 양인 경우 45 에서 90도 사이의 각도차를 갖는 것을 특징으로 하는 프린지 필드 구동액정표시장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 카운터 전극과 데이터 버스 라인의 거리는 0∼3㎛인 것을 특징으로 하는 프린지 필드 구동 액정표시장치.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 카운터 전극과 데이터 버스 라인을 오버랩되도록 배치하는 것을 특징으로 하는 프린지 필드 구동 액정표시장치.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 확장된 화소 전극은 상기 데이터 버스 라인 폭의 2/3이하로 오버랩되는 것을 특징으로 하는 프린지 필드 구동 액정표시장치.
  5. 제 1항 또는 제 4항에 있어서,
    상기 데이터 버스 라인과 대향하는 상부 기판 상의 블랙 매트릭스는 상기 화소 전극과 데이터 버스 라인이 오버랩되는 만큼줄여서 배치할 수 있는 것을 특징으로 하는 프린지 필드 구동 액정표시장치.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 카운터 전극과 블랙 매트릭스를 전기적으로 연결시키는 것을 특징으로 하는 프린지 필드 구동 액정표시장치.
  7. 하부 기판 상에 교차 배열되어 단위 화소를 한정하는 데이터 버스 라인과 게이트 버스 라인;
    상기 데이터 버스 라인과 게이트 버스 라인의 교차점 부근에 배치되며, 스위칭 역할을 하는 TFT;
    상기 단위 화소 영역 상에 절연막을 사이에두고 오버랩되게 배치되어 프린지 필드를 발생시키는 플레이트형 카운터 전극;
    상기 데이터 버스 라인과 평행한 단위 화소 중심축을 따라 서로 대응되는 브랜치들을 갖는 화소전극;
    상기 하부 기판과 대향하여 배치되고, 다수개의 컬러 필터층과 블랙 매트릭스를 갖는 상부 기판;
    상기 상하부 기판사이에 개재되며, 수개의 액정 분자를 포함하는 액정층; 및
    상기 상하부 기판 내측면 표면에 각각 배치되며, 소정의 러빙축을 갖는 제 1 및 제 2 배향막을 포함하며,
    상기 데이터 버스 라인과 인접하게 배치된 화소 전극은 상기 데이터 버스 라인과 오버랩되게 확장 배치되어 있고, 상기 카운터 전극도 상기 데이터 버스 라인과 인접하게 확장 배치되어 있으며,
    상기 제 2 배향막의 러빙축은 상기 프린지 필드와 액정 분자의 유전율 이방성이 음인 경우 0 에서 25도 사이의 각도차를 갖고, 액정 분자의 유전율 이방성이 양인 경우 45에서 70 사이의 각도차를 갖는 것을 특징으로 하는 프린지 필드 구동 액정표시장치.
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