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KR101900814B1 - 프린지 필드 스위칭 모드 액정표시장치용 어레이기판 - Google Patents

프린지 필드 스위칭 모드 액정표시장치용 어레이기판 Download PDF

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KR101900814B1
KR101900814B1 KR1020110126745A KR20110126745A KR101900814B1 KR 101900814 B1 KR101900814 B1 KR 101900814B1 KR 1020110126745 A KR1020110126745 A KR 1020110126745A KR 20110126745 A KR20110126745 A KR 20110126745A KR 101900814 B1 KR101900814 B1 KR 101900814B1
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엘지디스플레이 주식회사
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Abstract

본 발명은 프린지 필드 스위칭 모드 액정표시장치에 관한 것으로, 특히 데이터배선과 화소전극 간의 기생용량을 최소화한 프린지 필드 스위칭 모드 액정표시장치용 어레이기판에 관한 것이다.
본 발명의 특징은 데이터배선 상부로 쉴드금속패턴을 형성함으로써, 데이터배선과 화소전극 간의 기생용량을 최소화할 수 있어, 이를 통해, 수직 크로스토크(crosstalk)와 같은 불량을 야기되는 것을 방지할 수 있으며, 소비전류가 증가하게 되는 것을 방지할 수 있다.
또한, 화소전극과 데이터배선 간의 기생용량을 줄이기 위하여, 화소전극과 데이터배선 간의 이격간격을 넓게 형성하지 않아도 됨으로써, 프린지 필드 스위칭 모드 액정표시장치의 개구율을 저하되는 문제가 발생하는 것을 방지할 수 있다.

Description

프린지 필드 스위칭 모드 액정표시장치용 어레이기판{Array substrate for fringe field switching mode liquid crystal display device}
본 발명은 프린지 필드 스위칭 모드 액정표시장치에 관한 것으로, 특히 데이터배선과 화소전극 간의 기생용량을 최소화한 프린지 필드 스위칭 모드 액정표시장치용 어레이기판에 관한 것이다.
동화상 표시에 유리하고 콘트라스트비(contrast ratio)가 큰 특징을 보여 TV, 모니터 등에 활발하게 이용되는 액정표시장치(liquid crystal display device : LCD)는 액정의 광학적이방성(optical anisotropy)과 분극성질(polarization)에 의한 화상구현원리를 나타낸다.
이러한 액정표시장치는 나란한 두 기판(substrate) 사이로 액정층을 개재하여 합착시킨 액정패널(liquid crystal panel)을 필수 구성요소로 하며, 액정패널 내의 전기장으로 액정분자의 배열방향을 변화시켜 투과율 차이를 구현한다.
최근에는 상-하로 형성된 전기장으로 액정을 구동하는 능동행렬 액정표시장치가 해상도 및 동영상 구현능력이 우수하여 많이 사용되고 있으나, 상-하로 걸리는 전기장에 의한 액정구동은 시야각 특성이 떨어지는 단점을 가지고 있다.
이에, 시야각이 좁은 단점을 극복하기 위해 여러 가지 방법이 제시되고 있는데, 그 중 횡전계에 의한 액정 구동방법이 주목받고 있다.
도 1은 일반적인 횡전계방식 액정표시장치의 액정패널을 간략하게 나타낸 단면도이다.
도시한 바와 같이, 어레이기판인 하부기판(1)과 컬러필터기판인 상부기판(3)이 서로 이격되어 대향하고 있으며, 이 상부 및 하부기판(1, 3)사이에는 액정층(5)이 개재되어 있다.
하부기판(1) 상에는 공통전극(21) 및 화소전극(25)이 동일 평면상에 형성되어 있으며, 액정층(5)은 공통전극(21) 및 화소전극(25)에 의한 수평전계(L)에 의해 작동된다.
이와 같이 횡전계방식 액정표시장치는 하부기판(1) 상에 공통전극(21) 및 화소전극(25)을 형성하고, 두 전극(21, 25) 사이에 수평전계(L)를 생성하여 액정분자가 기판(1, 3)에 평행한 수평전계(L)와 나란하게 배열되도록 함으로써, 액정표시장치의 시야각을 넓게 할 수 있다.
한편, 이러한 횡전계형 액정표시장치는 시야각을 향상시키는 장점을 갖지만 개구율 및 투과율이 낮은 단점을 갖는다.
따라서 이러한 횡전계형 액정표시장치의 단점을 개선하기 위하여 프린지 필드(fringe field)에 의해 액정이 동작하는 것을 특징으로 하는 프린지 필드 스위칭 모드 액정표시장치(fringe field switching mode LCD)가 제안되었다.
프린지 필드 스위칭 모드 액정표시장치는 액정을 정밀하게 제어할 수 있어, 개구율 및 투과율이 향상된다.
한편, 프린지 필드 스위칭 모드 액정표시장치의 경우, 데이터배선(미도시)과 화소전극(25) 사이에서 기생용량(capacitance)이 발생하게 된다.
이러한 기생용량은 저항체로 작용하여, 화소전극(25)에 충전된 픽셀전압의 레벨 시프트 전압(ㅿVp)에 영향을 주게 됨으로써, 기생용량이 증가하게 되면 화소전극(25)에 충전된 픽셀전압과 데이터배선(미도시)에 공급되는 데이터신호 사이의 간섭(coupling)이 발생하게 되고, 이로 인하여 수직 크로스토크(crosstalk)와 같은 불량을 야기하게 된다.
이는 소비전류를 증가시키게 되며, 이에 신뢰성에 영향을 주게 되는 단점이 있다.
이러한 화소전극(25)과 데이터배선(미도시)에 의해 발생하는 기생용량을 줄이기 위해, 화소전극(25)과 데이터배선(미도시) 간의 이격간격을 더욱 넓게 형성할 수도 있지만, 이 경우 화소영역 내의 화소전극(25)이 작아짐으로 인해 프린지 필드를 형성하는 영역이 작아지게 되어 결국 개구율을 저하시키는 문제가 발생하게 된다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 프린지 필드 스위칭 모드 액정표시장치의 개구율 저하 없이 화소전극과 데이터배선 간의 기생용량을 최소화하여 수직 크로스토크 발생을 억제하고자 하는 것을 제 1 목적으로 한다.
이를 통해, 소비전류가 증가하는 것을 방지하고자 하는 것을 제 2 목적으로 하며, 표시품질이 향상된 프린지 필드 스위칭 모드 액정표시장치를 제공하는 것을 제 3 목적으로 한다.
전술한 바와 같은 목적을 달성하기 위해, 본 발명은 기판 상에 게이트절연막을 사이에 두고 서로 교차하여 다수의 화소영역을 형성하는 게이트배선 및 데이터배선과; 상기 게이트배선과 상기 데이터배선과 연결된 박막트랜지스터와; 상기 데이터배선과 상기 박막트랜지스터를 덮는 제 1 보호층과; 상기 제 1 보호층 상부에 위치하며, 상기 박막트랜지스터와 연결되는 화소전극과; 상기 제 1 보호층 상부에 위치하며, 상기 데이터배선에 대응되는 쉴드금속패턴과; 상기 화소전극과 상기 쉴드금속패턴을 덮는 제 2 보호층과; 상기 제 2 보호층 상부에 위치하는 공통전극을 포함하는 프린지 필드 스위칭 모드 액정표시장치용 어레이기판을 제공한다.
그리고, 상기 쉴드금속패턴은 상기 데이터배선과 완전히 중첩되며, 상기 데이터배선의 폭보다 큰 폭을 가지며, 상기 쉴드금속패턴은 상기 공통전극과 동일한 전압이 인가된다.
또한, 상기 쉴드금속패턴은 상기 화소전극과 동일층에서 투명한 도전성 물질의 동일물질로 이루어지며, 상기 공통전극은 상기 데이터배선과 나란하게 상기 각 화소영역의 최외각에 형성된 최외각 공통전극과, 상기 게이트배선과 나란하게 형성되는 보조공통전극 그리고 상기 보조공통전극으로부터 분기하여 상기 최외각 공통전극과 나란하게 일정간격 이격하여 형성되는 다수의 중앙부 공통전극으로 이루어지며, 상기 화소전극은 판 형상을 갖는다.
그리고, 상기 화소전극은 상기 박막트랜지스터와 연결되는 보조화소패턴과, 상기 보조화소패턴으로부터 분기하는 다수의 중앙부 화소전극으로 이루어지며, 상기 공통전극은 판 형상을 가지며, 상기 박막트랜지스터는 폴리실리콘 반도체층을 포함한다.
또한, 상기 폴리실리콘 반도체층은 다결정실리콘으로 이루어지는 LTPS(low temperature poly-silicon, 저온폴리실리콘)형이며, 상기 박막트랜지스터는 비정질실리콘 반도체층을 포함한다.
위에 상술한 바와 같이, 본 발명에 따라 데이터배선 상부에 쉴드금속패턴을 형성함으로써, 데이터배선과 화소전극 간의 기생용량을 최소화할 수 있어, 이를 통해, 수직 크로스토크(crosstalk)와 같은 불량이 야기되는 것을 방지할 수 있는 효과가 있으며, 소비전류가 증가하게 되는 것을 방지할 수 있는 효과가 있다.
또한, 화소전극과 데이터배선 간의 기생용량을 줄이기 위하여, 화소전극과 데이터배선 간의 이격간격을 넓게 형성하지 않아도 됨으로써, 프린지 필드 스위칭 모드 액정표시장치의 개구율을 저하되는 문제가 발생하는 것을 방지할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 일반적인 횡전계방식 액정표시장치의 액정패널을 간략하게 나타낸 단면도.
도 2는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 프린지 필드 스위칭 모드 액정표시장치용 어레이기판을 개략적으로 도시한 단면도.
도 3은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 프린지 필드 스위칭 모드 액정표시장치용 어레이기판의 일부를 개략적으로 도시한 평면도.
도 4는 도 3의 절단선 Ⅳ-Ⅳ선을 따라 자른 단면도.
이하, 도면을 참조하여 본 발명에 따른 실시예를 상세히 설명한다.
도 2는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 프린지 필드 스위칭 모드 액정표시장치용 어레이기판을 개략적으로 도시한 단면도로서, 하나의 화소영역에 대한 단면도이다.
도시한 바와 같이, 프린지 필드 스위칭 모드 액정표시장치용 어레이기판(101) 상에는 다수의 게이트배선(미도시)과 게이트배선(미도시)과 교차하여 화소영역(P)을 정의하는 데이터배선(105)이 구성되어 있다.
이때, 화소영역(P)의 게이트배선(미도시)과 데이터배선(105)의 교차지점인 스위칭영역(TrA)에는 박막트랜지스터(Tr)가 형성되며, 실질적으로 화상이 구현되는 표시영역에는 화소전극(125)과 공통전극(121)이 형성되어 있다.
여기서, 박막트랜지스터(Tr)는 게이트전극(111), 게이트절연막(113), 액티브층(115a)과 오믹콘택층(115b)으로 이루어지는 반도체층(115), 소스 및 드레인전극(117, 119)으로 이루어진다.
그리고, 박막트랜지스터(Tr)를 포함하는 어레이기판(101)의 전면에는 제 1 보호층(116a)이 형성되어 있으며, 제 1 보호층(116a) 상부에는 화소전극(125)이 드레인콘택홀(118)을 통해 박막트랜지스터(Tr)의 드레인전극(119)과 전기적으로 연결되며 위치한다.
한편, 본 발명의 가장 특징적인 부분으로서, 제 1 보호층(116a) 상부로 데이터배선(105)과는 완전히 중첩하는 쉴드금속패턴(200)이 형성되는 것을 특징으로 한다.
이때, 본 발명의 프린지 필드 스위칭 모드 액정표시장치용 어레이기판(101)은 데이터배선(105) 자체가 소스전극(117)을 이룸으로써, 소스전극(117) 상부에도 쉴드금속패턴(200)이 형성된다.
이러한 쉴드금속패턴(200)은 투명 도전성 물질로 이루어지는데, 이러한 쉴드금속패턴(200)은 화소전극(125)과 동일한 층에서 동일한 물질로 이루어지는 것이 바람직하다.
쉴드금속패턴(200)으로는 소정의 전압이 인가되는 것이 특징이며, 나아가 공통전극(121)에 인가되는 공통전압과 동일한 전압이 인가되는 것이 바람직하다.
따라서, 쉴드금속패턴(200)과 화소전극(125) 사이에 수평전계가 형성되도록 하는 것이 바람직하다.
이러한 쉴드금속패턴(200)은 화소전극(125)과 데이터배선(105)에 의해 발생하는 기생용량(Cdp)을 최소화시키는 역할을 하게 된다.
이때, 쉴드금속패턴(200)은 데이터배선(105)의 폭(d1)보다 넓은 폭(d2)을 갖는 쉴드금속패턴(200)이 형성되는 것을 특징으로 한다.
따라서, 데이터배선(105)에 비해 쉴드금속패턴(200)이 화소전극(125)과 더욱 인접하게 위치하게 되어, 데이터배선(105)과 화소전극(125) 사이의 기생용량(Cdp)을 최소화하게 된다.
이때, 쉴드금속패턴(200)은 데이터배선(105) 보다 그 폭(d2)이 넓게 형성되므로, 화소영역(P)의 일부를 가리게 되지만 투명하므로 개구율에는 아무런 영향을 미치지 않는다.
즉, 화소전극(125)은 데이터배선(105)에 비해 더욱 근접하게 위치하는 쉴드금속패턴(200)과 소정의 커패시턴스(C)를 이루게 됨으로써, 데이터배선(105)과 화소전극(125) 사이에서 발생하는 기생용량(Cdp)을 최소화하게 된다.
또한, 데이터배선(105)을 기준으로 데이터배선(105)의 좌우에 형성된 공통전극(121)과 더불어 이와 가장 인접한 화소전극(125) 간에 형성되는 수평전계에의 간섭을 최소화시키게 된다.
이를 통해, 수직 크로스토크(crosstalk)와 같은 불량을 야기되는 것을 방지할 수 있으며, 소비전류가 증가하게 되는 것을 방지할 수 있다.
그리고, 쉴드금속패턴(200) 상부로 제 2 보호층(116b)이 기판(101)의 전면에 형성되며, 제 2 보호층(116b) 상부로는 각 화소영역(P)에 대응하여 공통전극(121)이 위치한다.
따라서, 화소전극(125)과 공통전극(121)에 전압이 인가됨으로써 프린지 필드(Fringe field)를 형성하게 된다.
이와 같이 프린지 필드 스위칭 모드 액정표시장치용 어레이기판(101)은 액정분자가 기판(101)에 평행한 수평전계와 나란하게 배열되도록 함으로써, 액정표시장치의 시야각을 넓게 할 수 있다.
그리고, 화소전극(125)과 공통전극(121)이 프린지 필드를 형성함으로써, 공통전극(121)과 화소전극(125) 사이에는 수직 전기장과 수평 전기장이 복합적으로 작용하기 때문에 강력한 수평 및 수직 전기장을 형성하키게 된다.
따라서, 공통전극(121) 각각의 중심에 대응된 액정분자까지 손쉽게 제어할 수 있어, 개구율과 투과율을 개선시킬 수 있다.
특히, 데이터배선(105) 상부에 쉴드금속패턴(200)을 형성함으로써, 데이터배선(105)과 화소전극(125) 사이에서 발생하는 기생용량(Cdp)을 최소화하게 되어, 수직 크로스토크(crosstalk)와 같은 불량을 야기되는 것을 방지할 수 있으며, 소비전류가 증가하게 되는 것을 방지할 수 있다.
도 3은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 프린지 필드 스위칭 모드 액정표시장치용 어레이기판의 일부를 개략적으로 도시한 평면도이다.
이때, 보다 자세한 설명을 위하여, 스위칭 소자를 포함하는 하나의 화소영역(P)을 도시한 확대 도시하였다.
한편, 설명에 앞서 본 발명의 프린지 필드 스위칭 모드 액정표시장치용 어레이기판은 비정질실리콘 박막트랜지스터에 비해 이동도가 높아 고해상도 패널의 스위칭소자로 유리한 장점을 갖는 폴리실리콘 박막트랜지스터를 일예로 설명하며, 특히, 폴리실리콘 박막트랜지스터 중에서도 600℃ 이하의 온도로 제조되는 LTPS(low temperature poly-silicon, 저온폴리실리콘)형의 박막트랜지스터를 이용한 액티브 매트릭스 구동 방식의 액정표시장치용 어레이기판을 일예로 설명하도록 하겠다.
저온폴리실리콘은 레이저를 비정질실리콘에 조사하여 결정화하는 것으로 비정질 실리콘에 비하여 전계이동도가 수백배 가량 높으며 구동회로를 유리기판 위에 실장함으로써 생산원가를 줄이면서 경량박형도 가능하다는 장점을 가지고 있다.
즉, 본 발명의 액정표시장치용 어레이기판은 저온폴리실리콘형의 박막트랜지스터를 포함하는 프린지 필드 스위칭 모드 액정표시장치용 어레이기판으로, 전계이동도가 높으며, 액정을 정밀하게 제어할 수 있어, 개구율 및 투과율이 향상되는 효과를 갖는다.
도시한 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 프린지 필드 스위칭 모드 액정표시장치용 어레이기판(101)은 제 1 방향으로 연장되는 다수의 게이트배선(103)이 형성되어 있으며, 다수의 게이트배선(103)과 교차하도록 제 2 방향으로 연장되어 다수의 화소영역(P)을 정의하는 다수의 데이터배선(105)이 형성되어 있다.
그리고 각 화소영역(P)에는 게이트배선(103) 및 데이터배선(105)과 연결되며, 폴리실리콘으로 이루어진 반도체층(115)과, 게이트전극(111), 게이트절연막(113, 도 4 참조)과, 서로 이격하는 소스 및 드레인전극(117, 119)으로 구성된 LTPS 형 박막트랜지스터(Tr)가 형성되어 있다.
이때, 게이트전극(111)은 게이트배선(103)으로부터 분기되어 형성되며, 소스전극(117)은 데이터배선(105) 자체를 소스전극(117)으로 이용하여 형성된다.
여기서, 반도체층(115)은 게이트배선(103)과 교차하도록 대략 "ㄴ" 형상의 평면 형상을 갖도록 형성되는데, 이러한 반도체층(115)은 고농도 도핑된 소스 및 드레인영역(도 4의 115b, 115c)과, 상부의 게이트전극(111)에 대응하여 도핑되지 않은 액티브영역(도 4의 115a)으로 이루어지는 저온폴리실리콘으로 이루어진다.
그리고, 각 화소영역(P) 내부에는 박막트랜지스터(Tr)의 드레인전극(119)과 연결되는 판 형태의 화소전극(125)이 형성되며, 화소전극(125)의 상부에는 보호막(116b, 도 4 참조)을 사이에 두고 공통전극(121)이 구성된다.
공통전극(121)은 데이터배선(105)과 나란하게 형성되는 최외각 공통전극(121a)과, 게이트배선(103)과 나란하게 형성되는 보조공통전극(121b) 그리고 보조공통전극(121b)으로부터 분기하여 최외각 공통전극(121a)과 나란하게 일정간격 이격하여 형성되는 다수의 중앙부 공통전극(121c)으로 이루어진다.
따라서, 화소전극(125)과 공통전극(121)에 전압이 인가됨으로써 프린지 필드(Fringe field)를 형성하게 된다.
이때, 도면에 있어서는 화소전극(125)이 판 형상을 갖도록 형성된 것을 보이고 있지만, 또 다른 변형예로서 공통전극(121)이 판 형상을 갖도록 형성하고, 화소전극(125)이 박막트랜지스터(Tr)의 드레인전극(119)과 연결되는 보조화소패턴(미도시)을 포함하고, 보조화소패턴(미도시)으로부터 다수의 중앙부 화소전극(미도시)이 분기되어 형성될 수도 있다.
한편, 본 발명의 가장 특징적인 부분으로서, 다수의 화소영역(P) 각각에는 데이터배선(105)과 완전히 중첩하며 데이터배선(105) 보다는 넓은 폭(d2)을 갖는 쉴드금속패턴(200)이 형성되어 있다.
쉴드금속패턴(200)으로는 소정의 전압이 인가됨으로써, 화소전극(125)과 데이터배선(105)에 의해 발생하는 기생용량(Cdp, 도 4 참조)을 최소화시키는 역할을 하게 된다.
이러한 본 발명의 특징적인 구성은 단면 구조를 통해 더욱 잘 표현될 수 있으므로, 이하 본 발명의 실시예에 따른 프린지 필드 스위칭 모드 액정표시장치용 어레이기판의 단면 구성을 참조하여 좀더 자세히 살펴보도록 하겠다.
도 4는 도 3의 절단선 Ⅳ-Ⅳ선을 따라 자른 단면도이다.
이때, 설명의 편의를 위하여 각 화소영역(P) 내의 박막트랜지스터(Tr)가 형성될 부분을 스위칭영역(TrA)이라 정의하도록 하겠다.
도시한 바와 같이, 프린지 필드 스위칭 모드 액정표시장치용 어레이기판(101)은 제 1 방향으로 연장되는 다수의 게이트배선(도 3의 103)이 형성되어 있으며, 다수의 게이트배선(도 3의 103)과 교차하도록 제 2 방향으로 연장되어 다수의 화소영역(P)을 정의하는 다수의 데이터배선(105)이 형성되어 있다.
또한, 각 화소영역(P)의 스위칭영역(TrA)에 대응해서는 폴리실리콘으로 이루어진 반도체층(115)과, 이러한 반도체층(115) 상부로는 게이트절연막(113)이 형성되어 있다.
게이트절연막(113) 상부로는 반도체층(115)의 액티브영역(115a)에 대응하여 게이트전극(111)과 일방향으로 연장하는 게이트배선(도 3의 103)이 형성되어 있다.
또한, 게이트전극(111)과 게이트배선(도 3의 103) 상부 전면에 층간절연막(112)이 형성되어 있으며, 이때 층간절연막(112)과 그 하부의 게이트절연막(113)은 액티브영역(115a) 양측면에 위치한 소스 및 드레인영역(115b, 115c)을 각각 노출시키는 제 1, 2 반도체층 콘택홀(111a, 111b)을 구비한다.　
다음으로, 제 1, 2 반도체층 콘택홀(111a, 111b)을 포함하는 층간절연막(112) 상부로는 서로 이격하며 제 1, 2 반도체층 콘택홀(111a, 111b)을 통해 노출된 소스 및 드레인영역(115b, 115c)과 각각 접촉하는 소스 및 드레인전극(117, 119)이 형성되어 있다.
이때, 소스전극(117)은 데이터배선(105) 자체를 소스전극(117)으로 이용하여 형성된다.
그리고, 소스 및 드레인전극(117, 119)과 이들 전극(117, 119)과 접촉하는 소스 및 드레인영역(115b, 115c)을 포함하는 반도체층(115)과 반도체층(115) 상부에 형성된 게이트전극(111)은 LTPS형 구동 박막트랜지스터(DTr)를 이루게 된다.
그리고, 소스 및 드레인전극(117, 119)을 포함하는 기판(101)의 전면에는 드레인전극(119)을 노출하는 제 1 보호층(116a)이 형성되고, 제 1 보호층(116a) 상부로는 드레인전극(119)과 드레인콘택홀(118)을 통해 접촉하는 판 형상의 화소전극(125)이 형성되어 있다.
또한, 제 1 보호층(116a) 상부로 데이터배선(105)과는 완전히 중첩하며, 데이터배선(105)의 폭(d1)보다 넓은 폭(d2)을 갖는 쉴드금속패턴(200)이 형성되는 것을 특징으로 한다.
이때, 본 발명의 프린지 필드 스위칭 모드 액정표시장치용 어레이기판(101)은 데이터배선(105) 자체가 소스전극(117)을 이룸으로써, 소스전극(117) 상부에도 쉴드금속패턴(200)이 형성된다.
이러한 쉴드금속패턴(200)은 투명 도전성 물질로 이루어지는데, 이러한 쉴드금속패턴(200)은 화소전극(125)과 동일한 층에서 동일한 물질로 이루어지는 것이 바람직하다.
쉴드금속패턴(200)으로는 소정의 전압이 인가되는 것이 특징이며, 나아가 공통전극(121)에 인가되는 공통전압과 동일한 전압이 인가되는 것이 바람직하다.
이때, 쉴드금속패턴(200)은 데이터배선(105) 보다 그 폭(d2)이 넓게 형성되므로, 화소영역(P)의 일부를 가리게 되지만 투명하므로 개구율에는 아무런 영향을 미치지 않는다.
그리고, 쉴드금속패턴(200) 상부로 제 2 보호층(116b)이 기판(101)의 전면에 형성되며, 제 2 보호층(116b) 상부로는 각 화소영역(P)에 대응하여 공통전극(121)이 위치한다.
공통전극(121)은 데이터배선(105)과 나란하게 형성되는 최외각 공통전극(121a)과, 게이트배선(도 3의 103)과 나란하게 형성되는 보조공통전극(121b) 그리고 보조공통전극(121b)으로부터 분기하여 최외각 공통전극(121a)과 나란하게 일정간격 이격하여 형성되는 다수의 중앙부 공통전극(121c)으로 이루어진다.
이러한 공통전극(121)은 화소전극(125)과 함께 프린지 필드(Fringe field)를 형성하게 된다.
전술한 본 발명의 프린지 필드 스위칭 모드 액정표시장치용 어레이기판(101)은 데이터배선(105) 상부에 쉴드금속패턴(200)을 더욱 형성함으로써, 데이터배선(105)과 화소전극(125) 사이에 발생하는 기생용량(Cdp)을 최소화할 수 있다.
즉, 일반적인 프린지 필드 스위칭 모드 액정표시장치용 어레이기판(101)은 데이터배선(105)과 화소전극(125)이 제 2 보호층(116b)을 사이에 두고 서로 다른 층에 형성됨에 따라, 데이터배선(105)과 화소전극(125) 사이에 위치하는 제 2 보호층(116b)을 유전체층으로 하여 기생용량(capacitance, Cdp)을 이루게 된다.
이러한 기생용량(Cdp)은 저항체로 작용하여, 화소전극(125)에 충전된 픽셀전압의 레벨 시프트 전압(ㅿVp)에 영향을 주게 됨으로써, 화소전극(125)과 데이터배선(105)의 신호지연을 발생시키고, 이로 인하여 수직 크로스토크와 같은 불량을 야기하게 된다. 또한, 소비전류를 증가시키게 된다. 이에 신뢰성에 영향을 주는 문제를 발생시키고 있다.
이에 대해 좀더 자세히 살펴보면, 기생 캐패시턴스는 식1과 같이 정의할 수 있는데,
(식 1)
Figure 112011095166935-pat00001
여기서, ㅿVp:레벨 시프트 전압, CLC:액정층에 의한 캐패시턴스, Cst:스토리지 커패시턴스, Cdp:화소전극 및 데이터배선 사이의 기생용량, Vgh:게이트 하이전압, Vgl:게이트 로우 전압을 나타낸다.
따라서, 데이터배선(105)과 화소전극(125) 사이에 발생하는 기생용량(Cdp)에 의해 화소전극(125)에 충전된 픽셀 전압의 레벨 시프트 전압(ㅿVp)에 영향을 주게 되고, 이에, 기생용량(Cdp)이 증가하게 되면 화소전극(125)에 충전된 픽셀 전압과 데이터배선(105)에 공급되는 데이터 신호 사이의 간섭(coupling)이 발생하게 되고, 이로 인하여 수직 크로스토크(crosstalk)와 같은 불량이 발생하게 되는 것이다.
이에, 본 발명의 실시예에 따른 프린지 필드 스위칭 모드 액정표시장치용 어레이기판(101)은 데이터배선(105) 상부로 쉴드금속패턴(200)을 위치시킴으로써, 쉴드금속패턴(200)을 통해 데이터배선(105)과 화소전극(125) 사이에 발생하는 전계를 차단하게 된다.
즉, 화소전극(125)은 데이터배선(105)에 비해 더욱 근접하게 위치하는 쉴드금속패턴(200)과 소정의 커패시턴스(C)를 이루게 됨으로써, 데이터배선(105)과 화소전극(125) 사이에서 발생하는 기생용량(Cdp)을 최소화하게 된다.
또한, 데이터배선(105)을 기준으로 데이터배선(105)의 좌우에 형성된 각 화소영역(P)내 최외각 공통전극(121a)과 더불어 이와 가장 인접한 화소전극(125) 간에 형성되는 수평전계에의 간섭을 최소화시키게 된다.
이를 통해, 수직 크로스토크(crosstalk)와 같은 불량을 야기되는 것을 방지할 수 있으며, 소비전류가 증가하게 되는 것을 방지할 수 있다.
또한, 화소전극(125)과 데이터배선(105) 간의 기생용량(Cdp)을 줄이기 위하여, 화소전극(125)과 데이터배선(105) 간의 이격간격을 넓게 형성하지 않아도 됨으로써, 프린지 필드 스위칭 모드 액정표시장치의 개구율을 저하되는 문제가 발생하는 것을 방지할 수도 있다.
아래 표(1)은 일반적인 데이터배선과 화소전극 간의 기생용량과 본 발명의 실시예에 따른 데이터배선과 화소전극 간의 기생용량을 비교 측정한 시뮬레이션 결과이다.
Sample 1 Sample 2
데이터배선과 화소전극 간의 기생용량(Cdp) 1.82 1.80
여기서, Sample 1은 기존의 일반적인 프린지 필드 스위칭 모드 액정표시장치용 어레이기판에서 데이터배선과 화소전극 간의 기생용량 값을 측정한 시뮬레이션 결과이며, Sample 2는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 프린지 필드 스위칭 모드 액정표시장치용 어레이기판에서 데이터배선과 화소전극 간의 기생용량 값을 측정한 시뮬레이션 결과이다.
표(1)을 참조하면, 본 발명의 제 2 실시예에 따라 데이터배선의 상부에 공통전극과 동일한 전압이 인가되는 쉴드금속패턴을 형성함으로써, 쉴드금속패턴이 형성되지 않은 기존에 비해 데이터배선과 화소전극 간의 기생용량이 줄어드는 것을 확인할 수 있다.
이는 쉴드금속패턴이 화소전극과 소정의 커패시턴스를 이루게 됨으로써, 데이터배선과 화소전극 사이에서 발생하는 기생용량을 줄이게 되며, 또한, 쉴드금속패턴으로 공통전극과 동일한 전압이 인가됨으로써, 데이터배선과 화소전극 사이에 발생하는 기생용량이 직렬 연결된 두개로 나뉘게 되어, 이를 통해서도 기생용량을 줄이게 됨을 알 수 있다.
아래 표(2)는 데이터배선과 화소전극 간의 기생용량에 따라 수직 크로스토크의 발생 여부를 시뮬레이션한 결과이다.
Figure 112011095166935-pat00002
여기서, Sample 1은 기존의 일반적인 프린지 필드 스위칭 모드 액정표시장치용 어레이기판에서 데이터배선과 화소전극 간의 기생용량 값을 측정한 시뮬레이션 결과이며, Sample 2는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 프린지 필드 스위칭 모드 액정표시장치용 어레이기판에서 데이터배선과 화소전극 간의 기생용량 값을 측정한 시뮬레이션 결과이다.
여기서, 측정값은 패턴과 패턴 사이의 영역(그레이)의 휘도가 100%일 경우, 수직 크로스토크에 의한 휘도 변동 여부를 측정한 값이다.
즉, Sample 1의 검은색 패턴 사이의 영역의 휘도가 100.22%로 측정되었으며, 파랑색 패턴 사이의 영역의 휘도는 101.23%로 측정되었다.
표(2)를 참조하면, Sample 1은 패턴 사이의 휘도 측정값이 최대 2%까지 변동됨을 확인할 수 있다.
이에 반해, Sample 2의 패턴 사이의 휘도 측정값이 1% 이내에서 변동됨을 확인할 수 있다.
이는 본 발명의 본 발명의 제 2 실시예에 따라 데이터배선의 상부에 공통전극과 동일한 전압이 인가되는 쉴드금속패턴을 형성함으로써, 쉴드금속패턴이 형성되지 않은 기존에 비해 데이터배선과 화소전극 간의 기생용량이 줄어듦으로써, 이를 통해 수직 크로스토크의 발생을 최소화할 수 있음을 알 수 있다.
전술한 바와 같이, 본 발명의 프린지 필드 스위칭 모드 액정표시장치용 어레이기판은 데이터배선 상부에 쉴드금속패턴을 형성함으로써, 데이터배선과 화소전극 간의 기생용량을 최소화할 수 있다.
이를 통해, 수직 크로스토크(crosstalk)와 같은 불량을 야기되는 것을 방지할 수 있으며, 소비전류가 증가하게 되는 것을 방지할 수 있다.
또한, 화소전극과 데이터배선 간의 기생용량을 줄이기 위하여, 화소전극과 데이터배선 간의 이격간격을 넓게 형성하지 않아도 됨으로써, 프린지 필드 스위칭 모드 액정표시장치의 개구율을 저하되는 문제가 발생하는 것을 방지할 수도 있다.
본 발명은 상기 실시예로 한정되지 않고, 본 발명의 취지를 벗어나지 않는 한도 내에서 다양하게 변경하여 실시할 수 있다.
101 : 어레이기판, 105 : 데이터배선
111 : 게이트전극, 111a, 111b : 제 1, 2 반도체층 콘택홀
113 : 게이트절연막, 115 : 반도체층(115a : 액티브영역, 115b, 115c : 소스 및 드레인영역)
116a, 116b : 제 1 및 제 2 보호층
117 : 소스전극, 118 : 드레인콘택홀, 119 : 드레인전극
121a : 최외각 공통전극, 121b : 보조공통전극, 121c : 중앙부 공통전극
125 : 화소전극
200 : 쉴드금속패턴
P : 화소영역, Tr : 박막트랜지스터, TrA : 스위칭영역

Claims (9)

  1. 기판 상에 게이트절연막을 사이에 두고 서로 교차하여 다수의 화소영역을 형성하는 게이트배선 및 데이터배선과;
    상기 게이트배선과 상기 데이터배선과 연결된 박막트랜지스터와;
    상기 데이터배선과 상기 박막트랜지스터를 덮는 제 1 보호층과;
    상기 제 1 보호층 상부의 상기 화소영역 상에 위치하며, 상기 박막트랜지스터와 연결되는 화소전극과;
    상기 제 1 보호층 상부로 상기 데이터배선에 대응하여 위치하여, 상기 데이터배선과 중첩되는 쉴드금속패턴과;
    상기 화소전극과 상기 쉴드금속패턴을 덮는 제 2 보호층과;
    상기 제 2 보호층 상부에 위치하는 공통전극
    을 포함하며, 상기 쉴드금속패턴은 상기 화소전극과 동일층 동일물질로 이루어지며,
    상기 쉴드금속패턴은 상기 화소전극과 중첩되지 않고, 상기 공통전극과는 가장자리 일부가 중첩되는 프린지 필드 스위칭 모드 액정표시장치용 어레이기판.

  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 쉴드금속패턴은 상기 데이터배선과 완전히 중첩되며, 상기 데이터배선의 폭보다 큰 폭을 갖는 프린지 필드 스위칭 모드 액정표시장치용 어레이기판.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 쉴드금속패턴은 상기 공통전극과 동일한 전압이 인가되는 프린지 필드 스위칭 모드 액정표시장치용 어레이기판.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 쉴드금속패턴은 투명한 도전성 물질로 이루어지는 프린지 필드 스위칭 모드 액정표시장치용 어레이기판.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 공통전극은 상기 데이터배선과 나란하게 상기 각 화소영역의 최외각에 형성된 최외각 공통전극과, 상기 게이트배선과 나란하게 형성되는 보조공통전극 그리고 상기 보조공통전극으로부터 분기하여 상기 최외각 공통전극과 나란하게 일정간격 이격하여 형성되는 다수의 중앙부 공통전극으로 이루어지며, 상기 화소전극은 상기 화소영역 내에서 판 형상을 갖는 프린지 필드 스위칭 모드 액정표시장치용 어레이기판.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 화소전극은 상기 박막트랜지스터와 연결되는 보조화소패턴과, 상기 보조화소패턴으로부터 분기하는 다수의 중앙부 화소전극으로 이루어지며, 상기 공통전극은 판 형상을 갖는 프린지 필드 스위칭 모드 액정표시장치용 어레이기판.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 박막트랜지스터는 폴리실리콘 반도체층을 포함하는 프린지 필드 스위칭 모드 액정표시장치용 어레이기판.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 폴리실리콘 반도체층은 다결정실리콘으로 이루어지는 LTPS(low temperature poly-silicon, 저온폴리실리콘)형인 프린지 필드 스위칭 모드 액정표시장치용 어레이기판.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 박막트랜지스터는 비정질실리콘 반도체층을 포함하는 프린지 필드 스위칭 모드 액정표시장치용 어레이기판.
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