KR20110066491A

KR20110066491A - 박막 트랜지스터 액정표시장치

Info

Publication number: KR20110066491A
Application number: KR1020090123171A
Authority: KR
Inventors: 김대규
Original assignee: 엘지디스플레이 주식회사
Priority date: 2009-12-11
Filing date: 2009-12-11
Publication date: 2011-06-17

Abstract

본 발명은 액정표시장치를 개시한다. 개시된 본 발명의 액정표시장치는, 화소 영역을 구획하기 위해 교차 배열된 게이트 라인과 데이터 라인; 상기 게이트 라인과 데이터 라인의 교차 영역에 배치된 스위칭 소자; 상기 화소 영역의 전 영역에 플레이트 형태로 형성된 화소 전극; 및 상기 화소 전극 상에 다수개의 슬릿들 형태로 배치되어 있는 공통 전극을 포함하고, 상기 공통 전극의 슬릿들과 상기 데이터 라인은 서로 평행하고, 상기 공통 전극의 슬릿들의 가장자리와 대응되는 화소 전극 상에는 복수개의 패턴홀들이 형성된 것을 특징으로 한다.

본 발명의 액정표시장치는 서브 화소 영역에서 발생되는 디스크리네이션 불량을 제거하여 화면 품위를 개선한 효과가 있다.

Description

박막 트랜지스터 액정표시장치{Thin Film Transistor Liquid Crystal Display Device}

본원 발명은 박막 트랜지스터 액정표시장치에 관한 것이다.

액정표시장치는 소형화, 경량화, 저 전력 소비화 등의 장점이 있어 CRT(Cathode-Ray Tube)의 단점을 극복할 수 있는 대체 수단으로 점차 주목받아 왔고, 현재는 디스플레이 장치를 필요로 하는 거의 모든 정보 처리 기기에 장착되고 있는 실정이다.

이러한 액정표시장치는 일반적으로 액정의 특정한 분자 배열에 전압을 인가하여, 다른 분자 배열로 변환시켜 광학적 성질의 변화를 시각 변화로 변환하는 것으로, 액정 셀에 의한 빛의 변조를 이용한 디스플레이 장치이다.

상기 액정표시장치는 크게 제 1 기판인 컬러필터(color filter)기판과 제 2 기판인 어레이(array)기판 및 상기 컬러필터기판과 어레이기판 사이에 형성된 액정층(liquid crystal layer)으로 구성된다.

이때, 상기 컬러필터기판은 적(Red; R), 녹(Green; G) 및 청(Blue; B)의 색 상을 구현하는 다수의 서브-컬러필터로 구성된 컬러필터와 상기 서브-컬러필터 사이를 구분하고 액정층을 투과하는 광을 차단하는 블랙매트릭스(black matrix), 그리고 상기 액정층에 전압을 인가하는 투명한 공통전극으로 이루어져 있다.

또한, 상기 어레이 기판은 종횡으로 배열되어 다수개의 화소영역을 정의하는 다수개의 게이트라인과 데이터라인, 상기 게이트라인과 데이터라인의 교차영역에 형성된 스위칭소자인 박막 트랜지스터(Thin Film Transistor; TFT) 및 상기 화소영역 위에 형성된 화소전극으로 이루어져 있다. 이와 같이 구성된 상기 컬러필터 기판과 어레이 기판은 화상표시 영역의 외곽에 형성된 실런트(sealant)에 의해 대향하도록 합착되어 액정표시패널을 구성하며, 상기 컬러필터기판과 어레이기판의 합착은 상기 컬러필터기판 또는 어레이기판에 형성된 합착키를 통해 이루어진다.

이때, 전술한 액정표시장치는 네마틱상의 액정분자를 기판에 대해 수직한 방향으로 구동시키는 트위스티드 네마틱(Twisted Nematic; TN)방식의 액정표시장치를 나타내며, 상기 방식의 액정표시장치는 시야각이 90도 정도로 좁다는 단점이 있다. 이것은 액정분자의 굴절률 이방성(refractive anisotropy)에 기인하는 것으로 기판과 수평하게 배향된 액정분자가 액정표시패널에 전압이 인가될 때 기판과 거의 수직방향으로 배향되기 때문이다.

이에 액정분자를 기판에 대해 수평한 방향으로 구동시켜 시야각을 170도 이상으로 향상시킨 횡전계(In Plane Switching; IPS)방식 액정표시장치가 개발되었고, 이하 도면을 참조하여 상기 횡전계방식 액정표시장치에 대해 설명한다.

도 1은 종래 횡전계 방식 액정표시장치의 화소 구조를 도시한 도면이다.

도 1에 도시한 바와 같이, 서브 화소 영역을 구획하기 위해 게이트 라인(1)과 데이터 라인(3)이 교차 배열되어 있고, 상기 게이트 라인(1)과 데이터 라인(3)의 교차 영역에는 스위칭 소자인 TFT(Thin Film Transistor)가 배치되어 있다. 또한, 상기 서브 화소 영역에는 화소 전극(9)이 상기 서브 화소 영역과 동일한 플레이트(Plate) 구조로 형성된다.

상기 화소 전극(9) 상에는 보호층(미도시)을 사이에 두고 공통전극(14)이 형성되어 있다.

따라서, 상기와 같은 종래 횡전계 방식 액정표시장치는 하측에 배치되어 있는 화소 전극(9)과 상측에 형성된 공통 전극(14) 사이에서 수평 전계를 형성하여 액정분자들의 광투과율을 조절한다.

하지만, 상기와 같은 종래 횡전계 방식 액정표시장치는 데이터 라인(3)을 따라 서브 화소 영역의 하측(X-X'), 중앙측(Y-Y') 및 상측(Z-Z') 영역에서 디스크리네이션(disclination) 불량이 빈번하게 발생된다.

이것은 상기 서브 화소 영역의 화소전극(9)의 모서리와 슬릿 형태의 구조를 갖는 공통전극(14)의 끝단 사이에 전계 왜곡이 발생되어 액정분자들이 완전하게 회전되지 못하기 때문에 발생된다(X-X', Z-Z' 영역).

또한, 서브 화소 영역의 중심부는 Y-Y'선을 중심으로 상하 대칭적으로 공통전극(14)들이 경사져 있는데, Y-Y' 영역은 다른 영역과 달리 공통전극들의 대칭성이 정확하지 않아 전계 왜곡이 발생된다. 이로 인하여 Y-Y' 영역에서도 디스크리네이션 불량이 발생된다.

본 발명은 액정표시장치의 서브 화소 영역 중 디스크리네이션이 발생되는 영역과 대응되는 화소 전극 영역에 다수개의 패턴홀을 형성하여 휘도 저하 및 콘트라스트 비(contrast ratio) 저하를 방지할 수 있는 박막 트랜지스터 액정표시장치를 제공함에 있다.

상기와 같은 과제를 해결하기 위한 본 발명의 액정표시장치는, 화소 영역을 구획하기 위해 교차 배열된 게이트 라인과 데이터 라인; 상기 게이트 라인과 데이터 라인의 교차 영역에 배치된 스위칭 소자; 상기 화소 영역의 전 영역에 플레이트 형태로 형성된 화소 전극; 및 상기 화소 전극 상에 다수개의 슬릿들 형태로 배치되어 있는 공통 전극을 포함하고, 상기 공통 전극의 슬릿들과 상기 데이터 라인은 서로 평행하고, 상기 공통 전극의 슬릿들의 가장자리와 대응되는 화소 전극 상에는 복수개의 패턴홀들이 형성된 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 다른 실시예에 의한 액정표시장치는, 화소 영역을 구획하기 위해 교차 배열된 게이트 라인과 데이터 라인; 상기 게이트 라인과 데이터 라인의 교차 영역에 배치된 스위칭 소자; 상기 화소 영역의 전 영역에 플레이트 형태로 형성된 화소 전극; 및 상기 화소 전극 상에 다수개의 슬릿들 형태로 배치되어 있는 공통 전극을 포함하고, 상기 공통 전극의 슬릿들과 상기 게이트 라인은 서로 평행 하고, 상기 공통 전극의 슬릿들의 가장자리와 대응되는 화소 전극 상에는 복수개의 패턴홀들이 형성된 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 액정표장치는 서브 화소 영역 단위로 발생되는 휘도 저하 및 콘트라스트 비(contrast ratio) 저하를 방지할 수 있는 효과가 있다.

이하, 본 발명의 실시예들은 도면을 참고하여 상세하게 설명한다. 다음에 소개되는 실시예들은 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 예로서 제공되어지는 것이다. 따라서, 본 발명은 이하 설명되어지는 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 그리고 도면들에 있어서, 장치의 크기 및 두께 등은 편의를 위하여 과장되어 표현될 수도 있다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호들은 동일한 구성요소들을 나타낸다.

도 2는 본 발명에 따른 횡전계 방식 액정표시장치의 화소 구조를 도시한 도면이다.

도 2를 참조하면, 게이트 라인(101)과 데이터 라인(103)이 교차되어 서브 화 소 영역이 정의되어 있고, 그 교차 영역에 스위칭 소자인 박막 트랜지스터(Thin Film Transistor, 이하 "TFT"라 함)가 배치되어 있다.

또한, 상기 서브 화소 영역에는 화소 전극(109)이 상기 서브 화소 영역과 동일한 플레이트(Plate) 구조로 형성된다. 즉, 상기 화소 전극(109)은 상기 서브 화소 영역 내의 전 영역에 배치되어 있다.

상기 화소 전극(109) 상에는 보호층(미도시)을 사이에 두고 다수개의 공통전극(114)들이 슬릿 형태로 배열되어 있다.

상기 데이터 라인(103)과 상기 공통전극(114)은 상기 게이트 라인(101)과 평행하고 서브 화소 영역의 중앙을 통과하는 Y-Y'선을 기준으로 서로 대칭되도록 형성되어 있다. 즉, 상기 Y-Y'선을 기준으로 상측 방향과 하측 방향으로 소정의 경사각을 갖도록 형성되어 있다.

상기 공통전극(114)들은 상기 화소 전극(109)의 가장자리 내측까지는 슬릿 구조로 형성되어 있고, 상기 화소 전극(109)의 가장자리 외측부터는 플레이트 형태로 형성되어 있다. 즉, 상기 공통전극(114)은 화소 전극(109)과 TFT, 게이트 라인(101) 및 데이터 라인(103)이 형성되어 있는 기판의 전 영역에 형성되어 있고, 각각의 서브 화소 영역에는 슬릿 형태로 형성되어 있다.

종래 액정표시장치는 상기와 같은 전극구조로 인하여 서브 화소 영역의 X-X'선, Y-Y'선 및 Z-Z'선을 따라 디스크리네이션 불량이 발생하였다.

본 발명에서는 상기 디스크리네이션 불량이 발생되는 서브 화소 영역의 X-X'선, Y-Y'선 및 Z-Z'선을 따라 화소 전극(109)에 복수개의 패턴홀(200)을 형성하였 다.

도 2에서 도시한 패턴홀(200)은 사각형 구조이지만, 이것은 고정된 형태가 아니다. 따라서, 원형, 타원형, 삼각형, 슬릿 모양으로 패턴홀들을 형성할 수 있다.

상기 화소 전극(109)에 형성되어 있는 패턴홀(200)의 중앙은 화소전극이 존재하지 않고, 패턴홀(200)의 둘레를 따라 내측면 부분이 화소전극(109)이 된다. 따라서, 상기 공통 전극(114)과 패턴홀(200)의 내측면을 따라 종래 왜곡되거나 수평방향으로 형성되지 않았던 전계가 일정한 수평 방향을 갖게 된다.

이로 인하여 상기 공통전극(114)의 가장자리의 X-X'선 및 Z-Z'선 영역에서도 전계에 의해 액정분자들이 회전하여 투과 특성이 개선된다. 마찬가지의 원리에 따라 서브 화소 영역의 Y-Y'선 영역에서도 화소 전극(109)에 형성된 패턴홀(200)에 의해 투과 특성이 개선된다.

도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 횡전계 방식 액정표시장치의 화소 구조를 도시한 도면이다.

도 3을 참조하면, 게이트 라인(201)과 데이터 라인(203)이 교차되어 서브 화소 영역이 정의되어 있고, 그 교차 영역에 스위칭 소자인 TFT가 배치되어 있다.

또한, 상기 서브 화소 영역에는 화소 전극(209)이 상기 서브 화소 영역과 동일한 플레이트(Plate) 구조로 형성되고, 상기 화소 전극(209) 상에는 공통 전극(214)이 배치되어 있다.

상기 데이터 라인(203)은 상기 게이트 라인(201)과 평행하고 서브 화소 영역의 중앙을 통과하는 Y-Y'선을 기준으로 서로 대칭되도록 형성되어 있지만, 상기 공통 전극(214)들은 도 2와 달리 상기 Y-Y'선을 기준으로 상측과 하측 방향으로 상기 게이트 라인(201)과 평행하게 배치되어 있다.

즉, 상기 공통 전극(214)들은 서브 화소 영역에서 다수개의 슬릿 형태로 형성되며, 상기 Y-Y'선을 기준으로 상기 Y-Y'선과 나란하면서 상하측 방향으로 서로 대칭되게 배치되어 있다.

상기 공통전극(214)들은 서브 화소 영역에서 상기 데이터 라인(203)과 인접한 상기 화소 전극(209)의 가장자리 내측까지 상기 Y-Y'선과 나란하게 배치되어 있다.

따라서, 상기 도 2와 달리 도 3의 화소 구조에서는 서브 화소 영역 중 상기 데이터 라인(203)과 인접한 영역을 따라 디스크리네이션 불량이 발생한다.

본 발명에서는 디스크리네이션 불량이 발생되는 상기 데이터 라인(203)의 인접 영역에 대응되는 화소 전극(209)에 다수개의 패턴홀(300)을 형성하였다. 또한, Y-Y' 선을 따라 상기 화소 전극(209) 상에 다수개의 패턴홀(300)을 형성하였다.

도 3에서의 패턴홀(300)은 사각형 구조를 하고 있지만, 이것은 고정된 형태가 아니다. 따라서, 원형, 타원형, 삼각형, 슬릿 모양으로 패턴홀들을 형성할 수 있다.

상기 화소 전극(209)에 형성되어 있는 패턴홀(300)의 중앙은 화소전극이 존재하지 않고, 패턴홀(300)의 내측면이 화소전극(209)이 된다. 따라서, 상기 공통 전극(214)과 패턴홀(300)의 내측면을 따라 종래 왜곡되거나 수평방향으로 형성되지 않았던 전계가 일정한 수평 방향을 갖게 된다.

이로 인하여 상기 공통전극(214)의 가장자리인 데이터 라인(203) 인접 영역에서도 전계에 의해 액정분자들이 회전하여 투과 특성이 개선된다. 마찬가지의 원리에 따라 서브 화소 영역의 Y-Y'선 영역에서도 액정분자들이 회전하여 투과 특성이 개선된다.

도 4a는 종래 액정표시장치의 화소 구조에서 디스크리네이션 불량이 발생되는 영역의 전계와 투과율 특성을 도시한 도면이고, 도 4b는 본 발명의 액정표시장치의 화소 구조에서 패턴홀들이 형성된 영역의 전계와 투과율 특성을 도시한 도면이다.

도 4a를 참조하면, 절연막(10) 상에 화소 전극(9)이 플레이트 구조로 끊기지 않고 형성되어 있고, 상기 화소 전극(9) 상에는 보호층(19)과 공통 전극(14)이 배치되어 있다.

도면에 도시한 바와 같이, 공통 전극(14)의 가장자리와 플레이트 형태의 화소 전극 사이에서는 액정분자들의 회전이 균일하지 않음을 볼 수 있다. 이것은 공통 전극(14)의 가장자리 영역에서는 균일한 횡전계가 발생되지 않는 것을 의미한다.

이로 인하여, 공통전극(14)의 가장자리 끝단 영역에서만 소저의 투과율을 갖고 다른 영역에서는 투과율이 현저히 떨어지는 것을 볼 수 있다.

하지만, 도 4b를 참조하면, 절연막(200) 상에 화소 전극(109)이 배치되어 있고, 화소 전극(109) 전체가 플레이트 구조가 아니라 공통 전극(114)의 가장자리 영역에서 소정의 패턴홀(200)이 형성되어 있다. 따라서, 화소 전극(109)은 상기 공통 전극(114)의 가장자리 영역에서 일정 부분 형성되어 있지 않아, 상기 패턴홀(200)이 형성된 화소 전극(109)의 측면부와 공통 전극(114)의 가장자리에서 새로운 전계가 발생된다.

도면에 도시된 바와 같이, 화소 전극(109)에 형성된 패턴홀(200)의 전 영역에 대응되게 액정분자들이 소정의 각도로 회전하고 있음을 볼 수 있다. 이로 인하여 투과율 특성도 종래 도 4b와 달리 패턴홀(200)이 형성된 전 영역에서 개선되고 있음을 볼 수 있다.

도 4a는 종래 액정표시장치의 화소 구조에서 디스크리네이션 불량이 발생되는 영역의 전계와 투과율 특성을 도시한 도면이다.

도 4b는 본 발명의 액정표시장치의 화소 구조에서 패턴홀들이 형성된 영역의 전계와 투과율 특성을 도시한 도면이다.

(도면의 주요 부분에 대한 참조 부호의 설명)

101: 게이트 라인 103: 데이터 라인

109: 화소 전극 114: 공통 전극

200,300: 패턴홀

Claims

화소 영역을 구획하기 위해 교차 배열된 게이트 라인과 데이터 라인;

상기 게이트 라인과 데이터 라인의 교차 영역에 배치된 스위칭 소자;

상기 화소 영역의 전 영역에 플레이트 형태로 형성된 화소 전극; 및

상기 화소 전극 상에 다수개의 슬릿들 형태로 배치되어 있는 공통 전극을 포함하고,

상기 공통 전극의 슬릿들과 상기 데이터 라인은 서로 평행하고, 상기 공통 전극의 슬릿들의 가장자리와 대응되는 화소 전극 상에는 복수개의 패턴홀들이 형성된 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
제1항에 있어서, 상기 데이터 라인과 상기 공통 전극은 상기 게이트 라인과 평행한 화소의 중앙선을 기준으로 서로 대칭되게 경사각을 갖는 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
제2항에 있어서, 상기 패턴홀들은 상기 게이트 라인과 평행한 상기 화소 영역의 중앙선을 따라 화소 전극에 형성되는 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
화소 영역을 구획하기 위해 교차 배열된 게이트 라인과 데이터 라인;

상기 게이트 라인과 데이터 라인의 교차 영역에 배치된 스위칭 소자;

상기 화소 영역의 전 영역에 플레이트 형태로 형성된 화소 전극; 및

상기 화소 전극 상에 다수개의 슬릿들 형태로 배치되어 있는 공통 전극을 포함하고,

상기 공통 전극의 슬릿들과 상기 게이트 라인은 서로 평행하고, 상기 공통 전극의 슬릿들의 가장자리와 대응되는 화소 전극 상에는 복수개의 패턴홀들이 형성된 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
제4항에 있어서, 상기 공통 전극의 슬릿들은 상기 게이트 라인과 평행한 화소의 중앙선을 기준으로 서로 대칭되게 형성된 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
제5항에 있어서, 상기 패턴홀들은 상기 게이트 라인과 평행한 화소 영역의 중앙선을 따라 상기 화소 전극에 형성되는 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
제4항에 있어서, 상기 패턴홀들은 상기 공통전극의 가장자리에 대응되는 데 이터 라인의 인접 영역을 따라 형성된 것을 특징으로 하는 액정표시장치.