KR20110069401A - 프린지 필드 스위칭 모드 액정표시장치용 어레이 기판 - Google Patents

프린지 필드 스위칭 모드 액정표시장치용 어레이 기판 Download PDF

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Abstract

본 발명은, 중앙부에 제 1 폭의 도메인 경계영역과 상기 도메인 경계영역을 기준으로 그 상부 및 하부에 각각 제 1 도메인 영역과 제 2 도메인 영역을 갖는 화소영역이 정의된 투명한 기판 상에 서로 교차하여 상기 화소영역을 정의하며 형성된 게이트 및 데이터 배선과; 상기 게이트 및 데이터 배선과 연결되며 형성된 박막트랜지스터와; 상기 박막트랜지스터의 드레인 전극과 접촉하며 상기 화소영역에 형성된 화소전극과; 상기 화소전극 위로 상기 기판 전면에 절연층을 개재하여 형성된 공통전극을 포함하며, 상기 화소전극 또는 상기 공통전극 중 어느 하나의 전극 내부에 상기 각 화소영역에 대응하여 상기 제 1 도메인 영역에 상기 게이트 배선과 수직한 러빙방향에 대해 제 1 각도를 갖는 다수의 이격하는 제 1 개구가 형성되며, 상기 제 2 도메인 영역에 상기 러빙방향에 대해 음(-)의 제 1 각도를 갖는 다수의 제 2 개구가 형성되며, 다수의 상기 제 1 및 제 2 개구는 상기 도메인 경계영역의 중앙을 기준으로 대칭적으로 배치된 것을 특징으로 하는 프린지 필드 스위칭 모드 액정표시장치용 어레이 기판을 제공한다.
프린지필드, 액정표시장치, 컬러쉬프트, 외압, 얼룩불량, 도메인

Description

프린지 필드 스위칭 모드 액정표시장치용 어레이 기판{Array substrate for fringe field switching mode liquid crystal display device}
본 발명은 액정표시장치(Liquid Crystal Display Device)에 관한 것으로 특히, 화소영역이 멀티 도메인 구조를 갖도록 하여 컬러 쉬프트 발생을 억제함으로써 표시품질을 향상시키며, 외압이 가해질 경우 도메인 경계가 무너져 휘도가 감소함으로써 도메인 영역 내에 발생하는 화이트 얼룩 불량을 방지할 수 있는 프린지 필드 스위칭 모드 액정표시장치용 어레이 기판에 관한 것이다.
일반적으로, 액정표시장치는 액정의 광학적 이방성과 분극성질을 이용하여 구동된다. 상기 액정은 구조가 가늘고 길기 때문에 분자의 배열에 방향성을 가지고 있으며, 인위적으로 액정에 전기장을 인가하여 분자배열의 방향을 제어할 수 있다.
따라서, 상기 액정의 분자배열 방향을 임의로 조절하면, 액정의 분자배열이 변하게 되고, 광학적 이방성에 의해 상기 액정의 분자배열 방향으로 빛이 굴절하여 화상정보를 표현할 수 있다.
현재에는 박막트랜지스터와 상기 박막트랜지스터에 연결된 화소전극이 행렬방식으로 배열된 능동행렬 액정표시장치(AM-LCD : Active Matrix LCD 이하, 액정표시장치로 약칭함)가 해상도 및 동영상 구현능력이 우수하여 가장 주목받고 있다.
상기 액정표시장치는 공통전극이 형성된 컬러필터 기판과 화소전극이 형성된 어레이 기판과, 상기 두 기판 사이에 개재된 액정으로 이루어지는데, 이러한 액정표시장치에서는 공통전극과 화소전극이 상하로 걸리는 전기장에 의해 액정을 구동하는 방식으로 투과율과 개구율 등의 특성이 우수하다.
그러나, 상하로 걸리는 전기장에 의한 액정구동은 시야각 특성이 우수하지 못한 단점을 가지고 있다.
따라서, 상기의 단점을 극복하기 위해 시야각 특성이 우수한 횡전계형 액정표시장치가 제안되었다.
이하, 도 1을 참조하여 일반적인 횡전계형 액정표시장치에 관하여 상세히 설명한다.
도 1은 일반적인 횡전계형 액정표시장치의 단면을 도시한 도면이다.
도시한 바와 같이, 컬러필터 기판인 상부기판(9)과 어레이 기판인 하부기판(10)이 서로 이격되어 대향하고 있으며, 이 상부 및 하부기판(9, 10)사이에는 액정층(11)이 개재되어 있다.
상기 하부기판(10)상에는 공통전극(17)과 화소전극(30)이 동일 평면상에 형성되어 있으며, 이때, 상기 액정층(11)은 상기 공통전극(17)과 화소전극(30)에 의한 수평전계(L)에 의해 작동된다.
도 2a와 2b는 일반적인 횡전계형 액정표시장치의 온(on), 오프(off) 상태의 동작을 각각 도시한 단면도이다.
우선, 전압이 인가된 온(on)상태에서의 액정의 배열상태를 도시한 도 2a를 참조하면, 상기 공통전극(17) 및 화소전극(30)과 대응하는 위치의 액정(11a)의 상변이는 없지만 공통전극(17)과 화소전극(30)사이 구간에 위치한 액정(11b)은 이 공통전극(17)과 화소전극(30)사이에 전압이 인가됨으로써 형성되는 수평전계(L)에 의하여, 상기 수평전계(L)와 같은 방향으로 배열하게 된다. 즉, 상기 횡전계형 액정표시장치는 액정이 수평전계에 의해 이동하므로, 시야각이 넓어지는 특성을 띠게 된다.
그러므로, 상기 횡전계형 액정표시장치를 정면에서 보았을 때, 상/하/좌/우 방향으로 약 80∼85o방향에서도 반전현상 없이 가시 할 수 있다.
다음, 도 2b를 참조하면, 상기 액정표시장치에 전압이 인가되지 않은 오프(off) 상태이므로 상기 공통전극과 화소전극 간에 수평전계가 형성되지 않으므로 액정층(11)의 배열 상태가 변하지 않는다.
하지만, 이러한 횡전계형 액정표시장치는 시야각을 향상시키는 장점을 갖지만 개구율 및 투과율이 낮은 단점을 갖는다.
따라서 이러한 횡전계형 액정표시장치의 단점을 개성하기 위하여 프린지 필드(Fringe field)에 의해 액정이 동작하는 것을 특징으로 하는 프린지 필드 스위칭 모드 액정표시장치(fringe field switching mode LCD)가 제안되었다.
도 3은 종래의 프린지 필드 스위칭 모드 액정표시장치의 어레이 기판에 있어 하나의 화소영역에 대한 평면도이다.
도시한 바와 같이, 일방향으로 다수의 게이트 배선(43)이 연장하며 구성되어 있으며, 이러한 다수의 게이트 배선(43)과 교차하여 다수의 화소영역(P)을 정의하며 다수의 데이터 배선(51)이 구성되고 있다.
또한 상기 다수의 화소영역(P) 각각에는 이를 정의한 상기 데이터 배선(51)및 게이트 배선(43)과 연결되며, 게이트 전극(45)과 게이트 절연막(미도시)과 반도체층(미도시)과 소스 및 드레인 전극(55, 58)을 포함하는 스위칭 소자인 박막트랜지스터(Tr)가 형성되어 있다.
또한, 각 화소영역(P)에는 상기 드레인 콘택홀(59)을 통해 상기 박막트랜지스터(Tr)의 드레인 전극(58)과 전기적으로 연결되며 다수의 바(bar) 형태의 개구부(op)를 갖는 판 형태의 화소전극(60)이 형성되어 있다.
또한, 상기 다수의 화소영역(P)이 형성된 표시영역 전면에는 각 화소영역(P)에 대응하여 상기 판 형태의 화소전극(60)과 중첩하며 공통전극(75)이 형성되고 있다. 이때 상기 공통전극(75)은 표시영역 전면에 형성되나 하나의 화소영역에 대응되는 부분을 점선으로 나타내었다.
이러한 구성을 갖는 프린지 필드 스위칭 모드 액정표시장치용 어레이 기판(41)은 상기 각 화소영역(P)별로 상기 다수의 바(bar) 형태의 개구부(op)를 갖는 화소전극(60)과 상기 공통전극(75)에 전압이 인가됨으로써 프린지 필드(Fringe field)를 형성하게 된다.
하지만 전술한 구조를 갖는 프린지 필드 스위칭 모드 액정표시장치용 어레이 기판을 구비한 액정표시장치는 각 화소영역이 단일 도메인을 이룸으로서 사용자가 상기 액정표시장치를 바라보는 방위각이 달라짐에 의해 특정 방위각 예를들면 0°, 90°, 180°, 270°부근에서 컬러 쉬프트 현상이 발생하여 표시품질을 저하시키는 요인이 되고 있다.
본 발명은 이러한 종래의 프린지 필드 스위칭 모드 액정표시장치용 어레이 기판의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 컬러 쉬프트 현상을 억제하여 표시품질을 향상시킨 프린지 필드 스위칭 모드 액정표시장치용 어레이 기판을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
전술한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 프린지 필드 스위칭 모드 액정표시장치용 어레이 기판은, 중앙부에 제 1 폭의 도메인 경계영역과 상기 도메인 경계영역을 기준으로 그 상부 및 하부에 각각 제 1 도메인 영역과 제 2 도메인 영역을 갖는 화소영역이 정의된 투명한 기판 상에 서로 교차하여 상기 화소영역을 정의하며 형성된 게이트 및 데이터 배선과; 상기 게이트 및 데이터 배선과 연결되며 형성된 박막트랜지스터와; 상기 박막트랜지스터의 드레인 전극과 접촉하며 상기 화소영역에 형성된 화소전극과; 상기 화소전극 위로 상기 기판 전면에 절연층을 개재하여 형성된 공통전극을 포함하며, 상기 화소전극 또는 상기 공통전극 중 어느 하나의 전극 내부에 상기 각 화소영역에 대응하여 상기 제 1 도메인 영역에 상기 게이트 배선과 수직한 러빙방향에 대해 제 1 각도를 갖는 다수의 이격하는 제 1 개구가 형성되며, 상기 제 2 도메인 영역에 상기 러빙방향에 대해 음(-)의 제 1 각도를 갖는 다수의 제 2 개구가 형성되며, 다수의 상기 제 1 및 제 2 개구는 상기 도메인 경계영역의 중앙을 기준으로 대칭적으로 배치된 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 다수의 제 1 및 제 2 개구는 각각 상기 도메인 경계영역에 제 1 거리에 제 1 꺾임부를 가지며, 상기 제 1 꺾임부를 기준으로 각각 제 1 영역과 제 2 영역으로 나뉘며, 상기 도메인 경계영역과 인접하는 상기 제 2 영역은 상기 러빙방향에 대해 상기 제 1 각도보다 더 큰 제 2 각도 또는 음의 제 2 각도를 가지며 형성된 것이 특징이다.
또한, 상기 제 1 각도는 7도 내지 10도이며, 상기 제 2 각도는 20도 내지 30도인 것이 특징이다.
또한, 상기 제 1 폭은 10㎛ 내지 20㎛이며, 상기 제 1 거리는 상기 제 1 폭의 1배 내지 1.5배인 것이 바람직하다.
또한, 상기 데이터 배선은 다수의 제 2 꺾임부를 가져 지그재그 형태를 이루며, 이때, 상기 다수의 제 2 꺾임부는 상기 게이트 배선과 교차하는 부분과 상기 도메인 경계영역에 위치하는 것이 특징이다.
본 발명에 따른 프린지 필드 스위칭 모드 액정표시장치용 어레이 기판은, 각 화소영역 내의 중앙부에 개구를 갖지 않는 제 1 폭의 도메인 경계영역을 구비하고, 공통전극 또는 화소전극에 상기 도메인 경계영역을 기준으로 그 상부 및 하부에 각각 구비되는 제 1 및 제 2 개구를 상기 도메인 경계영역의 중앙을 기준으로 대칭적으로 꺾인 형태를 갖도록 형성함으로써 각 화소영역이 멀티도메인을 구현하도록 하여 특정 각도에서의 컬러 쉬프트 현상을 방지하는 효과를 갖는다.
또한, 풀 화이트 구동 시 외압이 가해짐으로 인해 도메인 경계가 무너져 제 1 및 제 2 도메인 영역에서 부분적으로 휘도가 감소함으로써 발생하는 화이트 얼룩 불량을 억제함으로써 표시품질을 향상시키며 나아가 수율을 향상시키는 효과가 있다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명한다.
<제 1 실시예>
도 4는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 프린지 필드 스위칭 모드 액정표시장치용 어레이 기판의 하나의 화소영역에 대한 평면도이다. 설명의 편의를 위해 다수의 화소영역(P)이 형성된 영역을 표시영역, 그리고 상기 표시영역 외측의 영역을 비표시영역이라 정의한다. 또한, 각 화소영역(P)에 있어 스위칭 소자인 박막트랜지 스터(Tr)가 형성되는 부분을 스위칭 영역이라 정의한다.
도시한 바와 같이, 제 1 방향으로 연장하며 다수의 게이트 배선(105)이 형성되어 있으며, 제 2 방향으로 연장함으로써 상기 다수의 각 게이트 배선(105)과 교차하여 다수의 화소영역(P)을 정의하는 다수의 데이터 배선(130)이 형성되고 있다.
또한, 상기 각 화소영역(P)에는 상기 게이트 배선(105) 및 데이터 배선(130)과 연결되며, 게이트 전극(108)과, 게이트 절연막(미도시)과, 순수 비정질 실리콘의 액티브층(미도시)과 불순물 비정질 실리콘의 오믹콘택층(미도시)으로 이루어진반도체층(미도시)과, 서로 이격하는 소스 및 드레인 전극(133, 136)으로 구성된 박막트랜지스터(Tr)가 형성되고 있다. 이때, 도면에 있어서 상기 박막트랜지스터(Tr)는 채널을 이루는 영역이 'U'형태를 이루는 것을 일례로 보이고 있지만, 다양한 형태로 변형될 수 있다.
또한, 상기 박막트랜지스터(Tr)는 화소영역(P) 외측으로 게이트 배선(105) 상에 형성된 것을 보이고 있지만, 상기 화소영역(P) 내부에 형성될 수도 있다.
한편, 상기 각 화소영역(P) 내부에는 다수의 이격하는 꺽인 바(bar) 형태의 개구부(op)를 갖는 화소전극(155)이 상기 박막트랜지스터(Tr)의 드레인 전극(136)과 접촉하며 형성되고 있다. 또한, 상기 다수의 화소영역(P)으로 이루어진 표시영역 전면에는 공통전극(170)이 형성되고 있다. 이때, 상기 공통전극(170)은 표시영역 전면에 형성되며, 하나의 화소영역(P)의 평면 형태만을 도시한 도 4에서는 그 경계가 나타나지 않음으로써 표시되지 않지만, 설명의 편의를 위해 하나의 화소영 역(P)에 대해 점선 형태로 도면부호 170을 부여하여 나타내었다.
이때, 본 발명의 가장 특징적인 구성으로서, 상기 각 화소영역(P) 내에 형성된 각 화소전극(155) 내구에 구비된 다수의 상기 바(bar) 형태의 개구부(op) 각각은 각 화소영역(P)의 중앙부에서 상기 게이트 배선(105)과 나란하게 가상의 선을 그엇을 때, 상기 가상의 선을 기준으로 대칭적으로 꺾인 구조를 갖는 것이 특징이다. 이때 상기 가상의 선 또는 상기 게이트 배선(105)과 수직한 러빙방향(rb)을 기준으로 상기 각 개구부(op)가 꺾인 각도(θ1)는 시계방향('+'로 표시) 또는 반시계 방향('-'로 표시)으로 각각 7도 내지 10도인 것이 특징이다. 상기 다수의 개구부(op)가 러빙방향(rb)에 대해 ± 7도 내지 ± 10도보다 더 큰 각도를 가지고 꺾인 구조를 이루게 되면 하나의 화소영역(P) 내에서 더욱 확실한 도메인 분리가 가능하지만 구동전압이 높아지고 V-T 커브 특성 상 전체적인 화이트 휘도가 감소하게 되므로 게이트 배선(105)과 수직한 러빙방향(rb)에 대해 전술한 ±7도 내지 ±10도 정도의 각도를 가지며 꺽인 구조를 이루도록 상기 다수의 각 개구부(op)가 형성되는 것이 바람직하다.
이렇게 화소전극(155) 내의 다수의 개구부(op)가 각 화소영역(P) 내에서 상기 각 화소영역(P)의 중앙부를 기준으로 대칭적으로 꺾인 구조를 이루게 되면, 상기 각 화소영역(P)의 중앙부를 기준으로 그 상부와 하부에서의 주 프린지 필드의 방향이 다르게 되므로 하나의 화소영역(P) 내에 2개의 도메인이 형성된다. 이 경우, 이러한 구조를 갖는 어레이 기판(101)을 구비하여 완성된 액정표시장치(미도시)는 하나의 화소영역(P) 내의 서로 다른 도메인에 위치하는 액정의 움직임이 달 라지며, 최종적으로 액정분자의 장축의 배치를 달리하게 됨으로써 특정 방위각에서의 컬러 쉬프트 현상을 저감시키게 된다.
즉, 설명의 편의상 각 화소영역(P) 내에서 그 중앙부를 기준으로 상부에 구성되는 영역을 제 1 도메인 영역(D1), 하부에 구성되는 영역을 제 2 도메인 영역(D2)이라 정의하면, 제 1 도메인 영역(D1)에서의 컬러 쉬프트가 발생하는 방위각과 제 2 도메인 영역(D2)에서의 컬러 쉬프트가 발생하는 방위각은 틀리므로 각각의 도메인 영역이 서로 컬러 쉬프트 현상 보상시키게 됨으로써 최종적으로 컬러 쉬프트 현상을 저감시킬 수 있는 것이다.
하지만, 전술한 바와같은 구조를 갖는 제 1 실시예에 따른 어레이 기판(101)을 구비한 액정표시장치(미도시)의 경우, 상기 다수의 각 개구부(op)의 러빙방향(rb)에 대해 꺾인 각도(θ1)가 ±7도 내지 ±10도 정도로 작은 각을 이룸으로써 이러한 외압이 가해지는 경우 도메인 경계가 무너져 부분적으로 제 1 도메인 영역(D1)과 제 2 도메인 영역(D2)에서의 액정 배열이 동일한 방향을 이루게 된다. 따라서 부분적인 휘도 저하가 발생하여 도 5에 도시한 바와 같이 제 1 도메인 영역 또는 제 2 도메인 영역 내에 화이트 얼룩(화이트 구동시 발생하는 얼룩)이 다량 발생하고 있는 실정이다. 이러한 외압에 의한 화이트 얼룩은 외압이 사라진 뒤에도 정상 상태로 복원되지 않고 장시간 동안 남아있게 됨으로써 문제가 되고 있다.
따라서, 컬러 쉬프트 문제를 해결하기 위해 제시한 본 발명의 제 1 실시예에 따른 프린지 필드 스위칭 모드 액정표시장치용 어레이 기판에 있어 새롭게 제기된 화이트 얼룩 불량의 문제를 해결하기 위해 개선된 구조를 갖는 제 2 실시예를 제시 한다.
<제 2 실시예>
도 6은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 프린지 필드 스위칭 모드 액정표시장치용 어레이 기판의 하나의 화소영역에 대한 평면도이다. 제 1 실시예와 동일한 구성요소에 대해서는 100을 더하여 도면부호를 부여하였다.
도시한 바와 같이, 일방향으로 연장하며 다수의 게이트 배선(205)이 형성되어 있으며, 상기 다수의 각 게이트 배선(205)과 수직으로 교차하여 다수의 화소영역(P)을 정의하며 표시영역에서 지그재그 형태를 가지는 다수의 데이터 배선(230)이 형성되고 있다. 따라서, 표시영역 내에서 지그재그 형태를 갖는 상기 데이터 배선(230)은 다수의 꺾임부(BP)를 갖는 것이 특징이며, 이때, 상기 꺾임부(BP)는 각 화소영역(P)의 중앙부와 게이트 배선(205)과 교차하는 영역에 존재하는 것이 특징이다.
또한, 상기 각 화소영역(P)에는 상기 게이트 배선(205) 및 데이터 배선(230)과 연결되며, 순차 적층된 형태로 게이트 전극(208)과, 게이트 절연막(미도시)과, 순수 비정질 실리콘의 액티브층(미도시)과 불순물 비정질 실리콘의 오믹콘택층(미도시)으로 이루어진 반도체층(미도시)과, 서로 이격하는 소스 및 드레인 전극(233, 236)으로 이루어진 박막트랜지스터(Tr)가 형성되고 있다. 이때 상기 박막트랜지스터(Tr)의 형태는 제 1 실시예에서 설명한 바와 같이 다양한 형태로 변형될 수 있으며, 그 형성 위치도 다양하게 변형될 수 있음은 자명하다.
또한, 상기 각 화소영역(P) 내부에는 판 형태의 화소전극(255)이 상기 박막트랜지스터(Tr)의 드레인 전극(236)과 접촉하며 형성되고 있다.
상기 다수의 화소영역(P)으로 이루어진 표시영역 전면에는 각 화소영역(P)별로 서로 일정간격 이격하는 다수의 바(bar) 형태의 제 1 및 제 2 개구(op1, op2)를 갖는 공통전극(270)이 형성되고 있다. 이때, 상기 공통전극(270)은 하나의 화소영역(P)의 평면 형태만을 도시한 도 6에서는 그 경계가 나타나지 않음으로써 표시되지 않지만, 설명의 편의를 위해 하나의 화소영역(P)에 대해 점선 형태로 도면부호 270을 부여하여 나타내었다.
이러한 구성을 갖는 제 2 실시예에 있어 가장 특징적인 것은, 상기 공통전극(270) 내에 상기 각 화소영역(P)에 대응하여 구비되는 다수의 제 1 및 제 2 개구(op1, op2)의 형태에 있다.
제 1 실시예에 있어서 각 개구는 화소영역의 중앙부를 기준으로 그 도메인을 달리하도록 꺾임부가 존재하였지만, 제 2 실시예에 있어서는 화소영역(P)의 중앙부의 소정폭(이하 도메인 경계영역(CA)이라 칭함)에 대해서는 실질적으로 개구가 형성되지 않아 개구 자체에는 꺾임부가 존재하지 않는 것이 특징이다. 이때, 상기 화소영역(P)의 중앙부 즉 도메인 경계영역(CA)의 소정폭(w1)은 10㎛ 내지 20㎛정도인 것이 바람직하다.
한편, 각 화소영역(P) 내부에 있어서는 상기 각 화소영역(P)의 중앙부 즉, 도메인 경계영역(CA)을 기준으로 그 상부 즉, 제 1 도메인 영역(D1)에는 다수의 제 1 개구(op1)가 상기 게이트 배선(205)과 수직한 러빙방향(rb)에 대해 제 1 각도(θ 1)인 ±7도 내지 ±10도 정도 각도를 갖도록 형성되고 있으며, 제 2 도메인 영역(D2)에는 다수의 제 2 개구(op2)가 상기 러빙방향(rb)에 대해 상기 제 2 각도(θ2)인 ± 7도 내지 ± 10도 정도 각도를 갖도록 형성되고 있는 것이 특징이다.
이때, 상기 제 1 및 제 2 각도(θ1, θ2)는 그 절대값이 같으며 부호는 반대가 된다. 따라서, 서로 각 화소영역(P) 내에 구비된 다수의 상기 제 1 개구(op1)와 제 2 개구(op2)는 상기 각 화소영역(P) 내의 도메인 경계영역(CA)을 기준으로 대칭적으로 배치되고 있는 것이 특징이다.
이러한 구성에 의해 각 화소영역(P)의 중앙부에 대해서는 프리지 필드가 형성되지 않음으로 상기 부분에 대응해서는 액정분자들이 유동하지 않고 초기 배향된 방향을 유지한 상태가 되며, 상기 도메인 경계영역(CA)에서는 액정분자들이 서로 대칭적인 배치가 되지 않으므로 이 부분에 외압이 가해진다 하더라도 대칭적인 배치에 의해 액정분자간의 꼬임이 발생하지 않으므로 외압이 사라진 다음에는 바로 러빙 방향에 따른 초기 배향된 위치로 되돌아오기 때문에 화이트 얼룩 불량이 개선되는 것이 특징이다.
제 1 실시예에 있어서는 도메인 경계를 기준으로 서로 대칭적으로 형성된 개구(도 4의 op)간의 사이각은 최대 160도를 이루게 됨으로써 이들 개구부(도 4의 op)에서 초기 배열되는 액정분자의 배열방향이 20도 정도 밖에 차이가 않지만 이들 영역에 각각 위치하는 액정분자들은 서로 대칭적으로 배치되며, 화이트 구동을 위해 인가되는 전압에 의해 발생된 프린지 필드에 반응하여 특정 방향으로 배치된 상태에서 외압이 가해지는 경우 액정분자가 비정상적인 상태에서 정상상태로 돌아오 기 위한 회전운동 시 회전 방향이 반대가 되어 회전 꼬임이 발생한다. 따라서, 이 경우 외압에 의해 가해진 토크가 액정분자의 회전토크보다 커서 정상적 회전이 이루어지지 않게 되어 특히, 화이트 구동 시 휘도저하가 발생하는 화이트 얼룩을 발생시켰다.
하지만, 제 2 실시예의 경우, 각 화소영역(P)의 중앙부에는 실질적으로 프린지 필드가 생성되지 않으므로 외압이 가해지는 경우 제 1 도메인 영역에 배치된 액정분자와 도메인 경계영역(CA)에 형성된 분자가 대칭적 배치가 아니므로 외압이 가해지는 경우, 액정분자간의 회전 방향을 달리하게 되는 꼬임이 발생하지 않는다. 따라서, 액정분자의 회전 엇갈림에 의한 저항력이 제 1 실시예보다 작으며, 초기 배향 방향 즉, 러빙방향(rb)과 액정분자의 장축의 방향이 일치되도록 돌아오려는 회귀력이 강하게 발생됨으로써 외력이 제거된 후에는 상기 도메인 경계영역(CA)에서 바로 초기 배향된 위치로 돌아오게 됨으로써 제 1 실시예와 같은 화이트 구동 시 외압이 가해질 경우 발생되는 화이트 얼룩불량 발생을 억제시킬 수 있다.
한편, 도 7은 본 발명의 제 2 실시예의 변형예에 따른 프린지 필드 스위칭 모드 액정표시장치용 어레이 기판의 하나의 화소영역에 대한 평면도이다. 제 2 실시예와 동일한 구성요소에 대해서는 100을 더하여 도면부호를 부여하였으며, 제 2 실시예와 차별점이 있는 부분에 대해서만 설명한다.
제 2 실시예에 따른 변형예에 있어서 제 2 실시예와 차별되는 구성은 화소영역(P)의 중앙부 즉, 도메인 경계영역(CA)과 인접하는 부근의 소정폭에 대응해서 상기 제 1 도메인 영역(D1)에 형성되는 다수의 제 1 개구(op1)가 상기 러빙방향(rb) 에 대응하여 상기 제 1 각도(θ1)보다 더 큰 제 3 각도(θ3)를 가지며 형성되며, 상기 제 2 도메인 영역(D2)에 형성되는 다수의 제 2 개구(op2)가 상기 러빙방향(rb)에 대응하여 상기 제 2 각도(θ2)보다 더 큰 제 4 각도(θ4)를 가지며 형성되고 있다는 것이다. 이때, 다수의 상기 제 1 및 제 2 개구(op1, op2)는 상기 각 화소영역(P)의 중앙부를 기준으로 대칭을 이루고 있는 것이 특징이다.
도 7의 A영역을 확대한 도 8을 참조하여 조금 더 상세히 설명하면, 다수의 상기 제 1 개구(op1) 및 제 2 개구(op2)는 상기 도메인 경계영역(CA)과 인접하는 부분에서 각각 제 1 및 제 2 꺾임부(BP1, BP2)를 가져 상기 러빙방향(rb)에 대해 기울어진 각도를 달리하고 있는 것이 특징이다. 설명의 편의를 위해 상기 다수의 각 제 1 개구(op1)에 있어 상기 제 1 꺾임부(BP1)를 기준으로 그 상측부를 제 1 영역(A1), 상기 도메인 경계영역(CA)과 인접한 하측부를 제 2 영역(A2)이라 칭하며, 상기 다수의 각 제 2 개구(op2)에 있어 상기 제 2 꺾임부(BP2)를 기준으로 그 하측부를 제 3 영역(A3), 상기 도메인 경계영역(CA)과 인접한 상측부를 제 4 영역(A4)이라 칭한다.
이때, 상기 제 1 영역(A1)과 제 3 영역(A3)은 전술한 제 2 실시예와 동일하게 상기 러빙방향(rb)에 대해 각각 ± 7도 내지 ± 10도 정도의 크기를 갖는 제 1 및 제 2 각도(θ1, θ2)를 가지며 형성되고 있으며, 상기 제 2 영역(A2)과 상기 제 4 영역(A4)은 상기 러빙방향(rb)에 대해 상기 제 1 및 제 2 각도(θ1, θ2)보다 큰 ± 15도 내지 ± 30도 정도의 크기를 갖는 제 3 및 제 4 각도(θ3, θ4)를 가지며 형성되고 있는 것이 특징이다.
이때, 상기 도메인 경계영역(CA)과 인접하는 상기 제 2 및 제 4 영역(A2, A3)의 폭(w2)은 비록 도면에 있어서는 설명의 편의를 위해 작게 도시되었지만, 실질적으로 상기 도메인 경계영역(CA)의 폭(w1)의 1배 내지 1.5배 정도의 범위를 갖는 것이 바람직하다.
이렇게, 도메인 경계영역(CA)을 기준으로 이와 인접하는 제 1 및 제 2 도메인 영역(D1, D2)의 소정폭(w2)에 대응하여 상기 러빙방향(rb)에 대해 제 1 및 제 2 각도(θ1, θ2)보다 더 큰 제 3 및 제 4 각도(θ3, θ4)를 가지며 기울어지도록 상기 제 2 및 제 4 영역(A2, A4)을 형성한 것은 도메인 경계영역(CA)을 사이에 두고 형성된 상기 제 2 및 제 4 영역(A2, A4)간의 액정분자의 초기 배열각도가 대칭적으로 현저히 차이가 나도록 하기 위함이며, 나아가 화이트 구동 시 프린지 필드에 의해 배치된 액정분자의 장축 방향과 상기 도메인 경계영역(CA)에 위치하여 프린지 필드가 생성되지 않고 초기 배열된 상태를 유지하는 액정분자의 장축 방향과의 각도를 줄여 도메인 경계에서의 액정배열 차이에 의한 휘도 저감을 억제하기 위함이다.
전술한 바와 같은 구성을 갖는 어레이 기판(201)의 경우, 각 화소영역(P) 내의 도메인 경계영역(CA)에 있어서는 화이트 구동 시 휘도 저감이 나타날 수 있지만, 제 1 도메인 영역(D1)과 제 2 도메인 영역(D2)에서 외압이 가해지는 경우 제 1 실시예에서와 같이 도메인 경계에서 비롯되는 화이트 얼룩 불량은 억제할 수 있다.
한편, 전술한 제 2 실시예 및 그 변형예에 있어서는 공통전극 내에 제 1 및 제 2 개구(op1, op2)가 형성된 것을 일례로 보이고 있지만, 상기 다수의 제 1 및 제 2 개구(op1, op2)는 상기 공통전극(270)에 형성되지 않고 상기 화소전극(255) 내에 형성될 수도 있다.
이후에는 전술한 제 2 실시예 및 이의 변형예에 따른 프린지 필드 스위칭 모등 액정표시장치용 어레이 기판의 단면 구조에 대해 설명한다. 제 2 실시예의 변형예의 경우, 그 평면 형태만이 차이가 있을 뿐 단면 형태는 동일하므로 제 2 실시예의 단면구조만을 설명한다.
도 9와 도 10은 각각 도 6을 절단선 Ⅸ-Ⅸ, Ⅹ-Ⅹ를 따라 절단한 부분에 대한 단면도이다. 설명의 편의를 위해 스위칭 소자인 박막트랜지스터(Tr)가 형성된 부분을 스위칭 영역(TrA)이라 정의한다.
도시한 바와 같이, 본 발명의 제 2 실시예에 따른 프린지 필드 스위칭 모드 액정표시장치용 어레이 기판(201)은, 투명한 절연기판(201) 상에 저저항 특성을 갖는 금속물질 예를들면 알루미늄(Al), 알루미늄 합금(AlNd), 구리(Cu), 구리합금, 크롬(Cr), 몰리브덴(Mo) 중 선택되는 하나의 금속물질로써 일 방향으로 연장하는 게이트 배선(미도시)이 형성되어 있으며, 상기 스위칭 영역(TrA)에 상기 게이트 배선(미도시)과 연결되며 게이트 전극(208)이 형성되어 있다.
상기 게이트 배선(미도시) 및 게이트 전극(208) 위로 상기 기판(201) 전면에 무기절연물질 예를들면 산화실리콘(SiO2) 또는 질화실리콘(SiNx)으로서 게이트 절연막(215)이 형성되어 있다.
또한 상기 게이트 절연막(215) 위로 상기 스위칭 영역(TrA)에 있어 상기 게이트 전극(208)에 대응하여 순수 비정질 실리콘의 액티브층(220a)과 불순물 비정질 실리콘의 오믹콘택층(220b)으로 이루어진 반도체층(220)이 형성되어 있으며, 상기 반도체층(220) 상부로 서로 이격하며 소스 및 드레인 전극(233, 236)이 형성되어 있다. 이때, 상기 서로 이격하는 소스 및 드레인 전극(233, 236) 사이로는 상기 액티브층(220a)이 노출되고 있다.
상기 스위칭 영역(TrA)에 순차 적층된 상기 게이트 전극(208)과 게이트 절연막(215)과 반도체층(220)과 소스 및 드레인 전극(233, 236)은 박막트랜지스터(Tr)를 이룬다.
또한, 상기 게이트 절연막(115) 상부에는 상기 게이트 배선(미도시)과 교차하여 화소영역(P)을 정의하는 데이터 배선(230)이 상기 박막트랜지스터(Tr)의 소스 전극(233)과 연결되며 형성되어 있다. 이때, 상기 데이터 배선(233) 하부에는 상기 액티브층(220a)과 오믹콘택층(220b)을 이루는 동일한 물질로 제 1 및 제 2 반도체 패턴(221a, 221b)이 형성됨을 보이고 있지만, 이는 일례를 보인 것이며 상기 제 1 및 제 2 반도체 패턴(221a, 221b)은 생략될 수도 있다.
또한, 각 화소영역(P)에는 상기 박막트랜지스터(Tr)의 드레인 전극(236)과 접촉하며 투명 도전성 물질 예를들면 인듐-틴-옥사이드(ITO) 또는 인듐-징크-옥사이드(IZO)로써 판 형태의 화소전극(255)이 형성되어 있으며, 상기 화소전극(255)을 덮으며 무기절연물질 예를들면 산화실리콘(SiO2) 또는 질화실리콘(SiNx) 중 선택되 는 하나 또는 유기절연물질 예를들면 벤조사이클로부텐(BCB) 또는 포토아크릴(photo acryl)로서 기판(201) 전면에 보호층(260)이 형성되어 있다.
또한, 상기 보호층(260) 위로 투명 도전성 물질 예를들면 예를들면 인듐-틴-옥사이드(ITO) 또는 인듐-징크-옥사이드(IZO)로써 그 내부에 도 6과 도 7을 통해 설명한 바와같은 형태의 다수의 제 1 및 제 2 개구(op1, op2)를 갖는 공통전극(270)이 기판(201) 전면에 형성되어 있다.
한편, 전술한 단면 구조를 갖는 제 2 실시예 및 그 변형예 경우, 도면에 있어서는 각 화소영역(P)별로 상기 공통전극(270) 내에 바(bar) 형태의 제 1 개구(op1) 및 제 2 개구(op2)가 각각 제 1 및 제 2 도메인 영역(D1, D2)에서 서로 동일 간격으로 이격하며 5개 구성되어 있는 것으로 도시되고 있지만, 효율적인 프린지 필드 형성을 위해 상기 각 영역내의 제 1 및 제 2 개구(op1, op2)는 2개 내지 10개 정도의 범위 내에서 적당한 개수로 다양하게 변형되며 형성될 수 있다.
또한, 한편, 본 발명의 제 2 실시예 및 그 변형예에 있어서는 전면에 형성된 공통전극 내에 각 화소영역(P)에 대응하여 다수의 제 1 및 제 2 개구(op1, op2)가 형성된 것을 보이고 있지만, 또 다른 변형예로서 상기 공통전극 내부에는 상기 제 1 및 제 2 개구를 형성하지 않고, 상기 공통전극 하부에 위치한 판 형태의 화소전극의 내부에 전술한 바와 동일한 형태를 갖는 다수의 제 1 및 제 2 개구가 형성될 수도 있다.
본 발명은 전술한 실시예에 한정되지 아니하며, 본 발명의 정신을 벗어나지 않는 이상 다양한 변화와 변형이 가능하다.
도 1은 일반적인 횡전계형 액정표시장치의 일부를 개략적으로 도시한 단면도.
도 2a, 2b는 일반적인 횡전계형 액정표시장치의 온(on), 오프(off) 상태의 동작을 각각 도시한 단면도.
도 3은 종래의 프린지 필드 스위칭 모드 액정표시장치의 어레이 기판의 하나의 화소영역에 대한 평면도.
도 4는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 프린지 필드 스위칭 모드 액정표시장치용 어레이 기판의 하나의 화소영역에 대한 평면도.
도 5는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 어레이 기판을 구비한 프린지 필드 스위칭 모드 액정표시장치에 있어 외압에 의해 휘도 불량이 발생한 것을 나타낸 사진.
도 6은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 프린지 필드 스위칭 모드 액정표시장치용 어레이 기판의 하나의 화소영역에 대한 평면도.
도 7은 본 발명의 제 2 실시예의 변형예에 따른 프린지 필드 스위칭 모드 액정표시장치용 어레이 기판의 하나의 화소영역에 대한 평면도.
도 8은 도 7의 A영역에 대한 확대도.
도 9는 도 6을 절단선 Ⅸ-Ⅸ를 따라 절단한 부분에 대한 단면도.
도 10은 도 6을 절단선 Ⅹ-Ⅹ를 따라 절단한 부분에 대한 단면도.
<도면의 주요부분에 대한 간단한 설명>
201 : 어레이 기판 205 : 게이트 배선
208 : 게이트 전극 230 : 데이터 배선
233 : 소스 전극 236 : 드레인 전극
255 : 화소전극 270 : 공통전극
CA : 도메인 경계영역 D1 : 제 1 도메인 영역
D2 : 제 2 도메인 영역 P : 화소영역
op1, op2 : 제 1 및 제 2 개구 rb : 러빙방향
Tr : 박막트랜지스터 θ1, θ2 : 제 1 및 제 2 각도

Claims (6)

  1. 중앙부에 제 1 폭의 도메인 경계영역과 상기 도메인 경계영역을 기준으로 그 상부 및 하부에 각각 제 1 도메인 영역과 제 2 도메인 영역을 갖는 화소영역이 정의된 투명한 기판 상에 서로 교차하여 상기 화소영역을 정의하며 형성된 게이트 및 데이터 배선과;
    상기 게이트 및 데이터 배선과 연결되며 형성된 박막트랜지스터와;
    상기 박막트랜지스터의 드레인 전극과 접촉하며 상기 화소영역에 형성된 화소전극과;
    상기 화소전극 위로 상기 기판 전면에 절연층을 개재하여 형성된 공통전극
    을 포함하며, 상기 화소전극 또는 상기 공통전극 중 어느 하나의 전극 내부에 상기 각 화소영역에 대응하여 상기 제 1 도메인 영역에 상기 게이트 배선과 수직한 러빙방향에 대해 제 1 각도를 갖는 다수의 이격하는 제 1 개구가 형성되며, 상기 제 2 도메인 영역에 상기 러빙방향에 대해 음(-)의 제 1 각도를 갖는 다수의 제 2 개구가 형성되며, 다수의 상기 제 1 및 제 2 개구는 상기 도메인 경계영역의 중앙을 기준으로 대칭적으로 배치된 것을 특징으로 하는 프린지 필드 스위칭 모드 액정표시장치용 어레이 기판.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 다수의 제 1 및 제 2 개구는 각각 상기 도메인 경계영역에 제 1 거리에 제 1 꺾임부를 가지며, 상기 제 1 꺾임부를 기준으로 각각 제 1 영역과 제 2 영역으로 나뉘며, 상기 도메인 경계영역과 인접하는 상기 제 2 영역은 상기 러빙방향에 대해 상기 제 1 각도보다 더 큰 제 2 각도 또는 음의 제 2 각도를 가지며 형성된 것이 특징인 하는 프린지 필드 스위칭 모드 액정표시장치용 어레이 기판.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 제 1 각도는 7도 내지 10도이며, 상기 제 2 각도는 20도 내지 30도인 것이 특징인 프린지 필드 스위칭 모드 액정표시장치용 어레이 기판.
  4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 제 1 폭은 10㎛ 내지 20㎛이며, 상기 제 1 거리는 상기 제 1 폭의 1배 내지 1.5배인 것이 특징인 프린지 필드 스위칭 모드 액정표시장치용 어레이 기판.
  5. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 데이터 배선은 다수의 제 2 꺾임부를 가져 지그재그 형태를 이루는 것이 특징인 프린지 필드 스위칭 모드 액정표시장치용 어레이 기판.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 다수의 제 2 꺾임부는 상기 게이트 배선과 교차하는 부분과 상기 도메인 경계영역에 위치하는 것이 특징인 프린지 필드 스위칭 모드 액정표시장치용 어레이 기판.
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