KR20120058231A - 프린지 필드 스위칭 모드 액정표시장치용 어레이 기판 - Google Patents

프린지 필드 스위칭 모드 액정표시장치용 어레이 기판 Download PDF

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KR20120058231A
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엘지디스플레이 주식회사
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Abstract

본 발명은, 표시영역과 비표시영역의 정의된 투명한 기판 상에 저저항 금속물질로 서로 교차하여 다수의 화소영역을 정의하며 형성된 다수의 게이트 배선 및 데이터 배선과; 상기 게이트 배선 및 데이터 배선과 연결되며 각 화소영역 내에 형성된 박막트랜지스터와; 상기 박막트랜지스터의 드레인 전극과 접촉하며 상기 각 화소영역에 형성된 화소전극과; 상기 화소전극 위로 보호층을 개재하여 상기 표시영역 전면에 형성되며 각 화소전극에 대응하여 바(bar) 형태의 다수의 제 1 개구를 가지며 투명 도전성 물질로 이루어진 공통전극과; 상기 게이트 배선이 형성된 동일한 층에 상기 게이트 배선을 이루는 동일한 금속물질로 이루어지며 상기 게이트 배선과 나란하게 이격하며 형성된 공통배선을 포함하며, 상기 공통배선이 형성된 상기 화소영역에는 상기 공통배선을 노출시키는 공통 콘택홀이 구비되며, 상기 공통전극과 공통배선은 상기 공통 콘택홀을 통해 서로 접촉하는 것이 특징인 프린지 필드 스위칭 모드 액정표시장치용 어레이 기판을 제공한다.

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, 공통전압이 표시영역 전면에 고르게 인가되며 개구율을 향상시킬 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 80도?85도 방향에서도 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 투명 도전성 물질로 이루어진 공통전극이 표시영역 전면에 판 형태로 형성됨으로써 비표시영역에 실장된 구동회로기판으로부터 FPC 등을 통해 상기 공통전극과 접촉하여 공통전압을 입력하게 되면 상기 구동회로기판과 인접하는 부분에서는 정상적으로 공통전압이 인가되지만 표시영역의 중앙부에 대해서는 투명 도전성 물질로 이루어진 공통전극의 내부 저항에 의해 전압강하가 발생되어 인가되는 공통전압보다 작은 크기의 공통전압이 인가됨으로써 구동 오차를 발생시키는 문제가 발생하고 있다.
이러한 공통전압의 편차 발생은 표시영역이 넓은 대면적의 액정표시장치일수도 심하게 발생하고 있는 실정이다.
본 발명은 이러한 종래의 프린지 필드 스위칭 모드 액정표시장치용 어레이 기판의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 표시영역의 중앙부와 가장자리부에서 공통전압의 편차 발생을 저감시킬 수 있는 구조를 갖는 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, 표시영역과 비표시영역의 정의된 투명한 기판 상에 저저항 금속물질로 서로 교차하여 다수의 화소영역을 정의하며 형성된 다수의 게이트 배선 및 데이터 배선과; 상기 게이트 배선 및 데이터 배선과 연결되며 각 화소영역 내에 형성된 박막트랜지스터와; 상기 박막트랜지스터의 드레인 전극과 접촉하며 상기 각 화소영역에 형성된 화소전극과; 상기 화소전극 위로 보호층을 개재하여 상기 표시영역 전면에 형성되며 각 화소전극에 대응하여 바(bar) 형태의 다수의 제 1 개구를 가지며 투명 도전성 물질로 이루어진 공통전극과; 상기 게이트 배선이 형성된 동일한 층에 상기 게이트 배선을 이루는 동일한 금속물질로 이루어지며 상기 게이트 배선과 나란하게 이격하며 형성된 공통배선을 포함하며, 상기 공통배선이 형성된 상기 화소영역에는 상기 공통배선을 노출시키는 공통 콘택홀이 구비되며, 상기 공통전극과 공통배선은 상기 공통 콘택홀을 통해 서로 접촉하는 것이 특징이다.
상기 각 게이트 배선과 연결된 다수의 화소영역을 하나의 화소라인이라 정의할 때, 상기 공통배선은 홀수 또는 짝수의 화소라인에 대응하여 형성되거나, 또는 3개 내지 5개의 화소라인 당 하나씩 형성되는 것이 특징이며, 상기 공통 콘택홀을 상기 공통배선이 형성되는 화소라인 내의 화소영역에 대해서 형성되는 것이 특징이다.
또한, 상기 비표시영역에 보조공통배선이 구비되며, 상기 각 공통배선은 그 일끝단이 상기 보조공통배선과 연결된 것이 특징이다.
또한, 상기 저저항 금속물질은 알루미늄(Al), 알루미늄 합금(AlNd), 구리(Cu), 구리합금, 몰리브덴(Mo), 몰리브덴합금(MoTi) 중 어느 하나인 것이 특징이다.
또한, 상기 게이트 전극과 게이트 배선 및 상기 공통배선을 덮으며 게이트 절연막이 형성되며, 상기 게이트 절연막 위로 상기 데이터 배선이 형성되며, 상기 공통 콘택홀은 상기 게이트 절연막과 상기 보호층이 제거됨으로써 형성된 것이 특징이다.
또한, 상기 공통전극은 상기 박막트랜지스터에 대응하여 이를 노출시키는 제 2 개구가 형성된 것이 특징이다.
본 발명에 따른 프린지 필드 스위칭 모드 액정표시장치용 어레이 기판은 게이트 배선을 이루는 저저항 금속물질로 이루어진 공통배선을 형성함으로써 표시영역의 중앙부와 가장자리부에서의 공통전압 크기 변화를 최소화하여 표시품질 저하를 억제하는 효과가 있다.
또한. 상기 공통배선을 각 화소라인 별로 형성하지 않고, 2개 이상의 화소라인 거리만큼 이격하여 형성함으로써 개구율 저하를 최소화하는 효과가 있다.
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 2 실시예에 따른 프린지 필드 스위칭 모드 액정표시장치용 어레이 기판의 데이터 배선의 연장 방향으로 연속된 5개의 화소영역에 대한 평면도.
도 6은 도 5를 절단선 Ⅵ-Ⅵ을 따라 절단한 부분에 대한 단면도.
도 7은 도 5를 절단선 Ⅶ-Ⅶ을 따라 절단한 부분에 대한 단면도.
도 8은 도 5를 절단선 Ⅷ-Ⅷ을 따라 절단한 부분에 대한 단면도.
도 9는 도 5를 절단선 Ⅸ-Ⅸ을 따라 절단한 부분에 대한 단면도.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명한다.
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 박막트랜지스터(Tr)가 형성되는 부분을 스위칭 영역이라 정의한다.
도시한 바와 같이, 본 발명의 제 1 실시예에 따른 프린지 필드 스위칭 모드 액정표시장치용 어레이 기판(101)에는 제 1 방향으로 연장하며 저저항 금속물질 예를들면 알루미늄(Al), 알루미늄 합금(AlNd), 구리(Cu), 구리합금, 몰리브덴(Mo), 몰리브덴합금(MoTi) 중 어느 하나 또는 둘 이상의 물질로 이루어진 다수의 게이트 배선(105)이 형성되어 있으며, 상기 저저항 물질로 이루어지며 제 2 방향으로 연장함으로써 상기 다수의 각 게이트 배선(105)과 교차하여 다수의 화소영역(P)을 정의하는 다수의 데이터 배선(130)이 형성되고 있다.
상기 다수의 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 이루어진 반도체층(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.
또한, 본 발명의 제 1 실시예에 따른 프린지 필드 스위칭 모드 액정표시장치용 어레이 기판(101)에 있어 가장 특징적인 것으로 상기 게이트 배선(105)이 형성된 동일한 층에 상기 게이트 배선(105)을 이루는 동일한 물질로서 상기 게이트 배선(105)과 이격하며 상기 화소영역(P)을 관통하며 공통배선(110)이 형성되어 있다. 이때, 상기 각 게이트 배선(105)과 연결된 다수의 화소영역(P)을 하나의 화소라인이라 정의하며, 상기 각 화소라인별로 형성된 상기 공통배선(110)은 그 끝단 모두 보조공통배선(미도시)에 의해 비표시영역에서 연결되고 있는 것이 특징이다.
한편, 상기 각 화소영역(P) 내부에는 판 형태를 갖는 화소전극(155)이 상기 박막트랜지스터(Tr)의 드레인 전극(136)과 접촉하며 형성되고 있으며, 상기 다수의 화소영역(P)으로 이루어진 표시영역 전면에는 공통전극(170)이 형성되고 있다. 이때, 상기 공통전극(170)은 표시영역 전면에 형성됨으로써 하나의 화소영역(P)의 평면 형태만을 도시한 도 4에는 그 경계가 나타나지 않지만 설명의 편의를 위해 하나의 화소영역(P)에 대해 점선 형태로 도면부호 170을 부여하여 나타내었다.
한편, 상기 표시영역 전면에 형성된 공통전극(170)은 각 화소영역(P)에 대응하여 상기 데이터 배선(130)이 연장한 제 1 방향으로 장축을 갖는 바(bar) 형태의 개구(op)가 다수 형성되고 있는 것이 특징이다.
이때, 상기 공통전극(170)은 각 화소영역(P)에 구비된 상기 공통배선(110)을 노출시키는 공통 콘택홀(147)에 의해 상기 공통배선(110)과 접촉하는 것이 특징이다.
이러한 본 발명의 제 1 실시예에 따른 프린지 필드 스위칭 모드 액정표시장치용 어레이 기판(101)은 각 게이트 배선(105)과 연결된 각 화소라인 별로 저저항 금속물질로 이루어진 공통배선(110)이 형성되고, 이러한 공통배선(110)과 각 화소영역(P) 내에서 상기 공통배선(110)을 노출시키는 공통콘택홀(147)을 통해 표시영역 전면에 형성된 상기 공통전극(170)과 접촉하는 구성을 가짐으로써 구동회로기판(미도시)에서 인가되는 공통전압은 저저항 특성을 갖는 금속물질로 이루어진 보조공통배선(미도시) 및 공통배선(110)을 통해 주로 전달되며, 이러한 공통배선(110)은 각 화소영역(P)별로 공통전극(170)과 접촉함으로서 상기 공통전극(170)은 표시영역 전면에서 그 위치에 별 관계없이 거의 동일한 공통전압이 인가될 수 있다.
종래의 프린지 필드 스위칭 모드 액정표시장치용 어레이 기판에서와 같이, 투명 도전성 물질로 이루어진 공통전극만을 통해서 공통전압이 인가되는 경우 투명 도전성 물질은 그 단위 면적당 저항은 저저항 금속물질의 단위 면적당 저항보다 수 배 내지 수 십배 높은 수준이므로 그 내부저항에 의해 공통전압이 인가되는 부분과 인접하는 부분과 표시영역의 중앙부에서는 전압강하가 발생하여 공통전압의 크기 편차가 심하게 발생한다.
하지만, 본 발명의 제 1 실시예에 따른 프린지 필드 스위칭 모드 액정표시장치용 어레이 기판(101)의 경우, 투명 도전성 물질보다 그 단위 면적당 저항이 수배 내지 수 십배 작은 저저항 금속물질로 이루어진 공통배선(110)이 각 화소라인별로 동일한 화소라인에 형성된 화소영역(P)을 관통하며 형성되며, 이러한 공통배선(110)과 공통 콘택홀(147)을 통해 공통전극(170)이 접촉하는 구성을 가짐으로써 구동회로기판(미도시)으로부터 인가되는 공통전압은 상기 공통배선(110)의 일끝단을 연결시키는 보조공통배선(미도시) 및 상기 공통배선(110)을 통해 인가되므로 내부 저항에 의해 전압강하는 거의 발생되지 않으며, 이러한 상태에서 표시영역에 일정간격 이격하는 형태로 형성된 공통 콘택홀(147)을 통해 상기 공통배선(110)과 접촉하는 공통전극(170)에 공통전압이 인가됨으로써 실질적으로 표시영역 전면에서 그 위치에 관계없이 동일한 크기의 공통전압이 공통전극에 인가될 수 있다.
따라서, 공통전극(170) 내에서의 공통전압 크기 편차는 거의 발생되지 않음으로 공통전압의 크기 편차에 의한 표시품질 저하를 억제할 수 있는 것이 특징이다.
한편, 전술한 구조를 갖는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 프린지 필드 스위칭 모드 액정표시장치용 어레이 기판의 경우, 표시영역 전면에 형성되는 공통전극의 위치별 공통전압 편차를 없애기 위해 각 화소라인별로 공통배선을 형성하였지만, 이러한 구성의 경우 각 화소영역의 개구율이 저하됨을 알 수 있다.
본 발명의 제 2 실시예를 통해 공통전극의 위치별 공통전압의 편차를 없애면서도 개구율 저하를 최소화한 프린지 필드 스위칭 모드 액정표시장치용 어레이 기판을 제안한다.
도 5는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 프린지 필드 스위칭 모드 액정표시장치용 어레이 기판의 데이터 배선의 연장 방향으로 연속된 5개의 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 박막트랜지스터(Tr)가 형성되는 부분을 스위칭 영역, 하나의 동일한 게이트 배선과 연결된 화소영역이 형성된 영역을 화소라인이라 정의한다.
도시한 바와 같이, 본 발명의 제 1 실시예에 따른 프린지 필드 스위칭 모드 액정표시장치용 어레이 기판(201)에는 제 1 방향으로 연장하며 저저항 금속물질 예를들면 알루미늄(Al), 알루미늄 합금(AlNd), 구리(Cu), 구리합금, 몰리브덴(Mo), 몰리브덴합금(MoTi) 중 어느 하나 또는 둘 이상의 물질로 이루어진 다수의 게이트 배선(205)이 형성되어 있으며, 상기 저저항 물질로 이루어지며 제 2 방향으로 연장함으로써 상기 다수의 각 게이트 배선(205)과 교차하여 다수의 화소영역(P)을 정의하는 다수의 데이터 배선(230)이 형성되고 있다.
상기 다수의 각 화소영역(P)에는 상기 게이트 배선(205) 및 데이터 배선(230)과 연결되며, 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 구성된 박막트랜지스터(Tr)가 형성되고 있다.
한편, 상기 각 화소영역(P) 내부에는 판 형태를 갖는 화소전극(255)이 상기 박막트랜지스터(Tr)의 드레인 전극(236)과 접촉하며 형성되고 있다.
또한, 상기 화소전극(255)과 절연물질로 이루어진 보호층(미도시)을 개재하여 중첩하며 상기 표시영역 전면에 투명 도전성 물질로 이루어진 공통전극(270)이 형성되고 있다. 이때, 상기 공통전극(270)은 각 화소영역(P)에 대응하여 상기 데이터 배선(230)이 연장한 제 1 방향으로 장축을 갖는 바(bar) 형태의 개구(op)가 다수 형성되고 있는 것이 특징이다.
한편, 상기 공통전극(270)은 제 1 및 제 2 실시예의 경우, 각 화소영역(P)에 대응하여 바(bar) 형태의 다수의 개구(op)를 가지며 상기 표시영역 전면에 형성됨을 일례로 보이고 있지만, 상기 공통전극(270)에는 상기 바(bar) 형태의 다수의 개구(op) 이외에 상기 각 화소영역(P)에 구비된 박막트랜지스터(Tr)에 대응하여 이를 노출시키는 제 2 개구(미도시)가 구비되도록 구성될 수도 있다. 이는 액티브층(220a) 내에 채널이 형성되는 부분 즉, 소스 및 드레인 전극(233, 236)의 이격영역에 대응해서 상기 공통전극(270)과 게이트 전극(208)이 중첩됨으로써 기생용량을 형성하여 채널 형성에 영향을 줄 수 있으므로 이를 방지하기 위함이다.
한편, 본 발명의 제 2 실시예에 따른 프린지 필드 스위칭 모드 액정표시장치용 어레이 기판(201)에 있어 가장 특징적인 것으로, 상기 게이트 배선(205)이 형성된 동일한 층에 상기 게이트 배선(205)을 이루는 동일한 물질로서 상기 게이트 배선(205)과 이격하는 형태로 선택되는 화소라인(L2, L4)에 대해서 공통배선(210)이 형성되어 있다. 이때, 선택되는 화소라인(L2, L4)에 형성된 상기 공통배선(210)은 그 끝단이 비표시영역에서 모두 보조공통배선(미도시)에 의해 연결되고 있는 것이 특징이다.
도면에 있어서는 일례로 짝수 화소라인(L2, L4)에 대해서 상기 공통배선(210)이 형성됨을 보이고 있지만, 상기 공통배선(210)은 홀수 화소라인(L1, L3, L5)에 대해서만 형성될 수도 있으며, 또는 3의 배수 내지 5의 배수의 화소라인에 대해서만 형성될 수도 있다.
또한, 본 발명의 제 2 실시예에 따른 프린지 필드 스위칭 모드 액정표시장치용 어레이 기판(201)은 상기 공통배선(210)이 형성된 2의 배수 내지 5의 배수의 화소라인에 위치하는 각 화소영역(P)에는 상기 공통배선(210)을 노출시키는 공통 콘택홀(247)이 구비되고 있으며, 상기 공통 콘택홀(247)을 구비한 각 화소영역(P) 내에서는 상기 각 공통 콘택홀(247)을 통해 상기 공통배선(210)과 공통전극(270)이 접촉하고 있는 것이 특징이다.
한편, 실험적으로 표시영역의 면적에 따라 조금씩의 차이는 있지만, 공통배선(210)이 제 1 실시예에서와 같이 각 화소라인별로 형성될 경우 대비 화소영역의 장축방향으로 5개의 화소영역 길이만큼 이격하며 형성될 경우 즉, 5의 배수의 화소라인에 대응해서 공통배선이 형성되는 경우, 표시영역에서 위치별 공통전압의 크기는 거의 변화가 없음을 알 수 있었다.
전술한 구성을 갖는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 프린지 필드 스위칭 모드 액정표시장치용 어레이 기판(201)은 2의 배수, 3의 배수, 4의 배선 또는 5의 배수의 화소라인에 대응해서만 공통배선(210)이 형성되고, 그 외의 화소라인에 대해서는 공통배선(210)이 형성되지 않음으로써 공통전극(270)의 표시영역 내의 위치별 공통전압의 편차를 없애는 동시에 공통배선(210) 형성에 의한 표시영역의 개구율 저하를 최소화 할 수 있는 것이 특징이다.
각 화소라인별로 공통배선을 형성한 본 발명의 제 1 실시예의 경우 64.5%의 개구율을 갖지만, 데이터 배선이 연장한 방향으로 각각 2개, 3개, 4개 또는 5개의 화소영역별로 이격하며 공통배선(210)을 형성하는 본 발명의 제 2 실시예의 경우 각각 66.5%, 67.2%, 67.5, 67.7%의 개구율을 갖게 됨으로써 제 1 실시예 대비 2% 내지 3.2%의 개구율이 향상됨을 알 수 있었다.
이후에는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 프린지 필드 스위칭 모드 액정표시장치용 어레이 기판의 단면 구성에 대해 설명한다.
도 6은 도 5를 절단선 Ⅵ-Ⅵ을 따라 절단한 부분에 대한 단면도이며, 도 7은 도 5를 절단선 Ⅶ-Ⅶ을 따라 절단한 부분에 대한 단면도이며, 도 8은 도 5를 절단선 Ⅷ-Ⅷ을 따라 절단한 부분에 대한 단면도이며, 도 9는 도 5를 절단선 Ⅸ-Ⅸ을 따라 절단한 부분에 대한 단면도이다. 이때, 설명의 편의를 위해 박막트랜지스터가 형성되는 영역을 스위칭 영역이라 정의하였으며, 공통배선이 형성되는 화소라인을 공통화소라인, 공통배선이 형성되지 않는 화소라인을 일반화소라인이라 정의하였다. 또한, 도 6과 도 7은 각각 화소라인만 달리하여 즉, 공통배선이 형성된 화소라인 내의 화소영역과 공통배선이 형성되지 않은 화소라인 내의 화소영역에서 동일한 부분을 절단한 도면이며, 도 8과 도 9 또한 공통배선이 형성된 화소라인 내의 화소영역과 공통배선이 형성되지 않은 화소라인 내의 화소영역에서 동일한 부분을 절단한 도면이다.
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, 몰리브덴(Mo), 몰리브덴 합금(MoTi) 중 선택되는 하나 또는 둘 이상의 물질로써 제 1 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. 또한, 상기 공통화소라인에 위치하는 각 화소영역(P)에는 상기 투명한 절연기판(201) 상에 상기 게이트 배선(미도시)을 이루는 동일한 저저항 금속물질로서 상기 게이트 배선(미도시)과 이격하여 상기 각 화소영역(P)을 관통하며 공통배선(210)이 형성되어 있다. 이때, 도면에 나타내지 않았지만 상기 공통화소라인에 형성된 각 공통배선(210)은 그 끝단이 모두 비표시영역에 형성된 보조공통배선(미도시)에 의해 연결되고 있는 것이 특징이다.
한편, 상기 일반화소라인을 이루는 화소영역에는 상기 공통배선은 형성되지 않은 것이 특징이다.
다음, 상기 게이트 배선(미도시)과 게이트 전극(208) 및 공통배선(210) 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)에는 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.
한편, 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 제 2 방향으로 연장하며 상기 박막트랜지스터(Tr)의 소스 전극(233)과 연결되며 형성되어 있다. 이때, 상기 데이터 배선(230) 하부에는 상기 액티브층(220a)과 오믹콘택층(220b)을 이루는 동일한 물질로 제 1 및 제 2 반도체 패턴(221a, 221b)으로 이루어진 더미패턴(221)이 형성됨을 보이고 있지만, 이는 일례를 보인 것이며 상기 더미패턴(221)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 있다.
다음, 상기 화소전극(255)을 덮으며 무기절연물질 예를들면 산화실리콘(SiO2) 또는 질화실리콘(SiNx) 중 선택되는 하나 또는 유기절연물질 예를들면 벤조사이클로부텐(BCB) 또는 포토아크릴(photo acryl)로서 기판(201) 전면에 보호층(260)이 형성되어 있다. 이때, 상기 보호층(260)과 상기 게이트 절연막(215)에는 상기 공통화소라인에 위치하는 각 화소영역(P)에 대응하여 상기 공통배선(210)을 노출시키는 공통 콘택홀(247)이 형성되고 있으며, 공통배선(210)이 형성되지 않은 일반화소라인 내의 각 화소영역(P)에는 상기 공통 콘택홀(247)은 형성되지 않은 것이 특징이다.
또한, 상기 공통화소라인에 대응하는 각 화소영역(P)에 공통 콘택홀(247)이 구비된 보호층(260) 위로 투명 도전성 물질 예를들면 예를들면 인듐-틴-옥사이드(ITO) 또는 인듐-징크-옥사이드(IZO)로써 바 형태의 다수의 개구(op)를 갖는 공통전극(270)이 표시영역 전면에 형성되어 있다.
이때, 상기 공통전극(270)은 상기 공통화소라인에 위치하는 각 화소영역(P) 내에 구비된 공통 콘택홀(247)을 통해 상기 공통배선(210)과 접촉하고 있는 것이 특징이다.
한편, 전술한 단면 구조를 갖는 제 2 실시예 경우, 도면에 있어서는 각 화소영역(P)별로 상기 공통전극(270) 내에 상기 바(bar) 형태의 개구부(op)가 서로 동일 간격으로 이격하며 4개 구성되어 있는 것으로 도시되고 있지만, 효율적인 프린지 필드 형성을 위해 상기 각 화소영역(P)에 대응되는 상기 개구(op)는 2개 내지 10개 정도의 범위 내에서 적당한 개수로 다양하게 변형되며 형성될 수 있다. 본 발명은 전술한 실시예에 한정되지 아니하며, 본 발명의 정신을 벗어나지 않는 이상 다양한 변화와 변형이 가능하다.
201 : 어레이 기판 205 : 게이트 배선
208 : 게이트 전극 210 : 공통배선
230 : 데이터 배선 233 : 소스 전극
236 : 드레인 전극 247 : 공통 콘택홀
255 : 화소전극 270 : 공통전극
L1, L2, L3, L4, L5 : 화소라인 op : 개구
P : 화소영역 Tr : 박막트랜지스터

Claims (7)

  1. 표시영역과 비표시영역의 정의된 투명한 기판 상에 저저항 금속물질로 서로 교차하여 다수의 화소영역을 정의하며 형성된 다수의 게이트 배선 및 데이터 배선과;
    상기 게이트 배선 및 데이터 배선과 연결되며 각 화소영역 내에 형성된 박막트랜지스터와;
    상기 박막트랜지스터의 드레인 전극과 접촉하며 상기 각 화소영역에 형성된 화소전극과;
    상기 화소전극 위로 보호층을 개재하여 상기 표시영역 전면에 형성되며 각 화소전극에 대응하여 바(bar) 형태의 다수의 제 1 개구를 가지며 투명 도전성 물질로 이루어진 공통전극과;
    상기 게이트 배선이 형성된 동일한 층에 상기 게이트 배선을 이루는 동일한 금속물질로 이루어지며 상기 게이트 배선과 나란하게 이격하며 형성된 공통배선
    을 포함하며, 상기 공통배선이 형성된 상기 화소영역에는 상기 공통배선을 노출시키는 공통 콘택홀이 구비되며, 상기 공통전극과 공통배선은 상기 공통 콘택홀을 통해 서로 접촉하는 것이 특징인 프린지 필드 스위칭 모드 액정표시장치용 어레이 기판.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 각 게이트 배선과 연결된 다수의 화소영역을 하나의 화소라인이라 정의할 때, 상기 공통배선은 홀수 또는 짝수의 화소라인에 대응하여 형성되거나, 또는 3개 내지 5개의 화소라인 당 하나씩 형성되는 것이 특징인 프린지 필드 스위칭 모드 액정표시장치용 어레이 기판.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 공통 콘택홀을 상기 공통배선이 형성되는 화소라인 내의 화소영역에 대해서 형성되는 것이 특징인 프린지 필드 스위칭 모드 액정표시장치용 어레이 기판.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 비표시영역에 보조공통배선이 구비되며, 상기 각 공통배선은 그 일끝단이 상기 보조공통배선과 연결된 것이 특징인 프린지 필드 스위칭 모드 액정표시장치용 어레이 기판.
  5. 제 2 항에 있어서,
    상기 저저항 금속물질은 알루미늄(Al), 알루미늄 합금(AlNd), 구리(Cu), 구리합금, 몰리브덴(Mo), 몰리브덴합금(MoTi) 중 어느 하나인 것이 특징인 프린지 필드 스위칭 모드 액정표시장치용 어레이 기판.
  6. 제 2 항에 있어서,
    상기 게이트 전극과 게이트 배선 및 상기 공통배선을 덮으며 게이트 절연막이 형성되며,
    상기 게이트 절연막 위로 상기 데이터 배선이 형성되며,
    상기 공통 콘택홀은 상기 게이트 절연막과 상기 보호층이 제거됨으로써 형성된 것이 특징인 프린지 필드 스위칭 모드 액정표시장치용 어레이 기판.
  7. 제 2 항에 있어서,
    상기 공통전극은 상기 박막트랜지스터에 대응하여 이를 노출시키는 제 2 개구가 형성된 것이 특징인 프린지 필드 스위칭 모드 액정표시장치용 어레이 기판.
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