KR100430804B1 - 개구율 향상구조 액정표시장치 - Google Patents

Abstract

본 발명에서는, 제 1 방향으로 형성된 다수 개의 게이트 배선 및 상기 게이트 배선과 교차되는 제 2 방향으로 형성되어 화소 영역을 정의하는 다수 개의 데이터 배선과; 상기 게이트 및 데이터 배선이 교차되는 위치에 형성된 스위칭 소자와; 상기 스위칭 소자와 연결되어 화소 영역에 위치하며, 상기 데이터 배선과 일정간격 이격되는 다수 개의 화소 전극과; 상기 화소 전극간 이격구간 및 상기 데이터 배선과 대향되는 위치에서 상기 데이터 배선의 양 화소 전극의 일부를 덮는 면적이 서로 비대칭적인 블랙매트릭스를 포함하는 개구율 향상구조 액정표시장치를 제공하므로써, 블랙매트릭스의 패턴을 빛샘 현상이 발생하는 부분에서만 선택적으로 연장형성하므로써, 데이터 배선 주변부에서 발생하는 빛샘 현상을 방지하면서도 개구율을 기존보다 향상시킬 수 있어 제품 경쟁력을 향상시킬 수 있고, 고 개구율 및 광 시야각 특성이 요구되는 제품에도 다양하게 적용할 수 있으며, 제품 특성에 따라 상부 기판 또는 하부 기판의 관련 패턴의 변경으로 개구율 향상효과를 얻을 수 있으므로, 공정의 효율 향상을 기대할 수 있다.

Description

개구율 향상구조 액정표시장치{Liquid Crystal Display Device having improved Aperture Ratio}

본 발명은 액정표시장치에 관한 것으로서, 특히 개구율 향상구조 액정표시장치에 관한 것이다.

액정표시장치는 소비전력이 낮고, 휴대성이 양호한 기술집약적이며 부가가치가 높은 차세대 첨단 표시장치 소자로 가장 각광받고 있다.

액정표시장치는 투명 전극이 형성된 두 기판 사이에 액정을 주입하여, 이 액정의 이방성에 따른 빛의 굴절률 차이를 이용해 영상효과를 얻는 방식으로 구동한다.

현재에는, 각 화소를 개폐하는 박막트랜지스터(Thin Film Transistor ; TFT)가 각 화소마다 위치하고, 이 박막트랜지스터가 스위치 역할을 하여, 제 1 전극은 화소 단위로 온/오프되고, 제 2 전극은 공통 전극으로 사용되는 능동행렬 액정표시장치(AM-LCD ; Active Matrix Liquid Crystal Display 이하, 액정표시장치로 약칭함)가 해상도 및 동영상 구현능력이 우수하여 가장 주목받고 있다.

도 1은 일반적인 액정표시장치의 일부영역에 대한 입체도이다.

도시한 바와 같이, 서로 일정간격 이격되어 상부 및 하부 기판(10, 30)이 대향하고 있고, 이 상부 및 하부 기판(10, 30) 사이에는 액정층(50)이 개재되어 있다.

상기 하부 기판(30) 상부에는 다수 개의 게이트 및 데이터 배선(32, 34)이 행렬을 이루며 교차되어 있고, 이 게이트 및 데이터 배선(32, 34)이 교차되는 지점에 스위칭 소자인 박막트랜지스터(T)가 형성되어 있고, 게이트 및 데이터 배선(32, 34)이 교차되는 영역으로 정의되는 화소 영역(P)에는 박막트랜지스터(T)와 연결되는 화소 전극(46)이 형성되어 있다.

그리고, 상부 기판(10) 하부에는 컬러필터층(12), 공통 전극(16)이 차례대로 형성되어 있다.

도면으로 상세히 도시하지 않았지만, 컬러필터층(12)은 특정한 파장대의 빛만을 투과시키는 컬러필터와, 컬러필터의 경계부에 위치하여 액정의 배열이 제어되지 않는 영역상의 빛을 차단하는 블랙매트릭스로 구성된다.

그리고, 상부 및 하부 기판(10, 30)의 각 외부면에는 편광축과 평행한 빛만을 투과시키는 상부 및 하부 편광판(52, 54)이 위치하고, 하부 편광판(54) 하부에는 별도의 광원인 백라이트(back light)가 배치되어 있다.

본 발명은 개구율 향상구조 액정표시장치에 관한 것으로, 액정표시장치에 있어서 개구율(Aperture Ratio)이란, 전체화면 면적에서 정보표시가 가능한 면적의 비를 말하는 것으로, 개구율이 클수록 화소 전극이 차지하고 있는 면적이 넓어지게 된다.

이와 관련되어, 기존의 액정표시장치에서의 상부 및 하부 기판의 주요 단면 구조에 대해서 도면을 참조하여 좀 더 상세히 설명하며, 설명의 편의상 상부 및 하부 편광판 및 백라이트에 대한 도시는 생략한다.

도 2a, 2b는 각각 박막트랜지스터부, 데이터 배선부와 대응되는 상부 및 하부 기판의 단면구조를 나타낸 도면이다.

도 2a에서는 도시한 바와 같이, 하부 기판(30)의 투명 기판(1) 상부에는 게이트 전극(31)이 형성되어 있고, 이 게이트 전극(31) 상부에는 게이트 절연막(33)이 형성되어 있고, 이 게이트 절연막(33) 상부의 게이트 전극(31)을 덮는 위치에는 액티브층(36a), 오믹콘택층(36b)이 차례대로 적층된 반도체층(36)이 형성되어 있고, 이 반도체층(36)의 상부에는 서로 일정간격 이격된 소스 및 드레인 전극(38, 40)이 형성되어 있고, 이 소스 및 드레인 전극(38, 40) 간의 이격구간에는 상기 액티브층(36a)의 일부를 노출시킨 채널(ch ; channel)이 형성되어 있고, 게이트 전극(31), 반도체층(36), 소스 및 드레인 전극(38, 40), 채널(ch)은 박막트랜지스터(T)를 이룬다.

또한, 상기 박막트랜지스터(T) 상부에는 드레인 콘택홀(44)을 가지는 보호층(42)이 형성되어 있고, 화소 영역(도 1의 P)에는 드레인 콘택홀(44)을 통해 드레인 전극(40)과 연결되는 화소 전극(46)이 형성되어 있고, 상기 보호층(42) 및 화소 전극(46) 상부에는 액정층(50)의 배향을 용이하게 유도하기 위한 하부 배향막(48)이 형성되어 있다.

그리고, 상기 상부 기판(10)의 투명 기판(1) 하부에는 컬러필터층을 이루는 컬러필터(13)와 블랙매트릭스(14)가 서로 일정간격 중첩되어 형성되어 있고, 블랙매트릭스(14) 및 컬러필터(13) 하부에는 공통 전극(16), 상부 배향막(18)이 차례대로 적층되어 있다.

한편, 상기 하부 기판(30)의 반도체층(36)을 이루는 물질로는 저온 공정이 가능한 비정질 실리콘(a-Si)이 주로 이용되는데, 비정질 실리콘 박막트랜지스터는 빛에 의해 광누설 전류가 발생되기 쉬우므로, 이를 방지하기위해 블랙매트릭스(14)는 박막트랜지스터(T)를 덮는 영역에 위치한다.

한편, 도 2b의 데이터 배선부에서의 상부 및 하부 기판의 단면 구조를 살펴보면, 하부 기판(30) 상부에는 데이터 배선(34)과 화소 전극(46)이 전기적 간섭을 방지하기 위하여 서로 일정간격 이격되어 배치되어 있고, 상부 기판(10)의 하부에는 화소 전극(46)간의 이격구간과 대향되는 ①영역 및 두 기판의 합착마진(대략±5㎛)값에 의해 화소 전극(46)을 ②영역과 대응되는 폭을 가지는 블랙매트릭스(14)가 위치하고 있다.

이때, 블랙매트릭스(14)의 ②영역은 상부 및 하부 기판(10, 30)의 합착마진(대략 ±5㎛)을 고려하여, 미스 얼라인시 ①영역에서 빛이 외부로 누출되는 것을 방지하기 위해 화소 전극(46)과 일정부분 겹쳐지도록 연장형성된 부분이다.

도면으로 제시하지는 않았지만, ②영역은 화소 전극(46)의 테두리부를 일정면적 둘러싸는 영역이며, 특히 데이터 배선(34)은 화소 전극(46)의 장축과 동일방향으로 위치하므로, 데이터 배선(34)부에서의 ②영역은 액정표시장치의 개구율 특성에 많은 영향을 끼치게 된다.

일반적인 액정표시장치는 액정의 배열을 기판 전면에 걸쳐 일정하게 유지하는 모노도메인(mono domain) 구조를 이루는데, 이러한 구조외에도 최근에는 하나의 화소 영역을 전기적 또는 액정의 성질을 이용하여 분할하고, 분할된 영역 즉, 도메인 간의 서로 다른 액정배향 특성을 이용하여 시야각을 향상시키는 멀티도메인 구조 액정표시장치에 대한 연구가 활발히 이루어지고 있다.

이러한 멀티도메인 구조 액정표시장치에 있어서, 상부 및 하부 기판에 인접한 액정이 서로 90°트위스트된 방향으로 배열되는 TN(twisted nematic)액정모드에서의 빛샘부위에 대해서 하기 도면을 통해 설명한다.

도 3은 일반적인 2도메인 구조 액정표시장치에서, 하나의 화소 전극부를 기준으로 빛샘 발생영역을 개략적으로 나타낸 도면으로서, 좀 더 상세히 설명하면 노멀리 화이트 모드(normally white mode) TN 액정을 이용하여, 전압인가시 블랙 상태에서 투과도가 높은 빛샘 영역을 나타낸 것으로, 상부 및 하부 기판의 러빙방향은 각각 45°, 135°로 한 경우이다.

참고로, 노멀리 블랙 모드(normally black mode)로 구동하는 액정표시장치에서는 전압인가시 빛샘 영역이 밝은 상태의 휘선이 되므로 별도의 차광이 필요없고, 전압 무인가시에는 액정분자가 기판에 거의 평행하게 있기 때문에 화질 특성과 관련된 문제가 그리 크지 않으므로, 노멀리 화이트 모드를 전제로 하여 나타내었다.

도시한 바와 같이, "IIIa" 및 "IIIb"는 각각 화소 전극의 장축, 단축 방향에서 나타나는 빛샘 발생 영역을 나타낸 것으로, 장축 방향에서는 도메인 별로 서로 다른 방향에서 나타나고, 단축 방향에서는 도메인의 경계부에서 나타나는 것을 확인할 수 있다.

좀 더 상세히 설명하면, 전압인가시 데이터 배선과 화소 전극간에 발생하는 수평 전기장에 의해 데이터 배선 부근에서는 실제 액정의 배향 방향과 반대를 이루는 역틸트 도메인(reverse tilt domain)이 형성되므로, "IIIa" 영역은 역틸트 도메인과 노멀 도메인의 경계부에서 액정의 구동이 제어되지 않아 발생되는 빛샘 영역이 된다.

그리고, 2도메인 구조에서는 제 1 도메인과 제 2 도메인이 서로 다른 방향으로 액정의 배열을 유도하므로, 이 도메인간 경계부에서는 전경선(disclination line)이 생성되어, 이 전경선과 대응되는 "IIIb" 영역에서 빛샘 현상이 발생되는 것이다.

이와 같이, 멀티도메인 구조 액정표시장치에서는, 도메인간의 경계부를 포함하여 데이터 배선과 화소 전극간의 수평 전기장에 의한 빛샘 부위를 가릴 수 있는 블랙매트릭스 패턴이 추가로 요구된다.

도 4는 종래의 2도메인 구조 액정표시장치에서의 블랙매트릭스 형성범위를 나타낸 도면으로서, 상기 도 3의 빛샘 부위를 가지는 액정표시장치에서의 블랙매트릭스 패턴에 관한 것이다.

도시한 바와 같이, 일방향으로 다수 개의 데이터 배선(60)이 일정간격 이격되어 형성되어 있고, 이 데이터 배선(60)간 이격구간에는 상, 하로 배치된 2도메인 구조 화소 전극(62)이 위치하고 있다.

도면상에 빗금친 영역은 블랙매트릭스 주요 패턴을 나타낸 것으로, 데이터 배선부와 대응되는 위치에 형성된 제 1 블랙매트릭스(64)와, 제 1 블랙매트릭스(64)와 연결되어 화소 전극(62)의 도메인간 경계부(IVa)와 대응되는 위치에 형성된 제 2 블랙매트릭스(66)으로 구성된다.

도면상의 "IVa", "IVb"영역은 모두 화소 전극과 일부 중첩되는 블랙매트릭스 영역으로써, 이때 "IVa"영역은 빛샘 영역과 대응되는 영역이지만, "IVb"는 제 1 블랙매트릭스(64)을 스트라이프(stripe) 패턴으로 형성함에 따라 구성된 영역으로, 별도의 빛샘 차단 효과없이 개구율을 떨어뜨리는 영역이 된다.

더욱이, 멀티도메인 구조 액정표시장치에서는 도메인간 경계부에서 발생하는 빛샘 부위를 가리는 패턴을 포함하므로, 모노도메인 구조보다 개구율 특성이 떨어지게 된다.

상기 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명에서는 데이터 배선부와 대향하는 위치의 블랙매트릭스 패턴을 변경하여 콘트라스트비를 떨어뜨리지 않으면서 개구율 손실을 최소화할 수 있는 구조의 액정표시장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

이를 위하여, 본 발명에서는 액정의 배향방향과 빛샘의 발생영역의 상관관계를 일정조건 하에서 실험하였고, 그 실험결과 그래프를 하기 도면으로 제시한다.

이하, 도 5a, 5b는 각각 액정의 배열 상태를 도시한 모노도메인 구조 및 멀티도메인 구조 화소부를 개략적으로 나타낸 평면도로서, i) 모두 노멀리 화이트 모드인 것을 전제로 하고, ii) 도 5a는 상부 및 하부 기판의 러빙방향이 45°/135°TN 액정모드이고, iii) 도 5b는 45°/135°DDTN(dual domain TN) 액정모드이며, iv) 화소 전극과 데이터 배선간 이격거리가 3㎛, 데이터 배선폭이 8㎛로 설계된 액정표시장치를 일예로 하여 설명한다.

도 5a에서, 상부 기판의 공통 전극과 하부 기판의 화소 전극이 대향하는 영역으로 임의 정의되는 액정 구동부(Va)내 위치하는 액정분자(56)는 세가지 타입으로 배열되어 있는 제 1, 2, 3 액정분자(56a, 56b, 56c)를 포함한다.

제 1, 3 액정분자(56a, 56c)는 서로 직교하고, 제 2 액정분자(56b)는 제 1, 3 액정분자(56a, 56c) 사이에서 제 1, 3 액정분자(56a, 56c)와 각각 약 45°를 이루며 배열되어 있고, 전압인가시 한 예로 화살표 방향인 왼쪽방향으로 배향된다.

모노도메인 구조에서는 상기 액정분자(56)의 배향 방향이 전 액정 구동부(Va)에 걸쳐 모두 균일하게 이루어지는 것을 특징으로 한다.

도 5b에서는, 액정 구동부(Vb)는 상, 하로 배치된 제 1, 2 도메인(70a, 70b)으로 구성되어 있고, 제 1 도메인(70a)에 위치하는 액정분자(72)와 제 2 도메인(70b)의 액정분자(74)는 서로 역방향으로 배향되는 것을 특징으로 한다.

그리고, 제 1, 2 도메인(70a, 70b)은 각각 서로 다른 배열 상태를 가지는 제 1, 2, 3 액정분자(72a, 72b, 72c), (74a, 74b, 74c)를 가지는데, 특히 제 1 도메인(70a)의 제 1 액정분자(72a)와 제 2 도메인(70b)의 제 3 액정분자(72c)는 서로 대응되는 프리틸트각을 가지면서, 제 1 도메인(70a)의 제 3 액정분자(72c)와 제 2 도메인(70b)의 제 1 액정분자(74a)보다 큰 프리틸트각 값을 가짐에 따라, 두 도메인이 서로 다른 기판에서 큰 프리틸트값을 가지므로, 제 1 도메인(70a)의 액정분자(72)는 왼쪽 방향으로, 제 2 도메인(70b)의 액정분자(74)는 오른쪽 방향으로 배향된다.

이하, 상기 도 6은 상기 도 5a의 액정구동부와 데이터배선부간의 투과도 특성그래프를 나타낸 도면이고, 도 7a, 7b는 각각 상기 도 5b의 액정구동부와 데이터배선부간의 투과도 특성그래프를 나타낸 도면으로서, 상기 도 5a, 5b에 도시한 데이터 배선을 중심으로 하여 데이터 배선과 직교되는 위치에서 34㎛ 영역내에서의 데이터 배선과 화소 전극간이 투과도를 통해 빛샘 영역을 확인할 수 있는 시뮬레이션 그래프를 나타낸 도면이다.

참고로, 도 6, 7a, 7b의 X축선상에서 0 ㎛ ~ 10 ㎛ 구간은 좌측 화소 전극 일부영역이고, 10 ㎛ ~ 13 ㎛ 구간은 좌측 화소 전극과 중앙부에 위치하는 데이터 배선간의 이격 구간이고, 13 ㎛ ~ 21 ㎛ 구간은 데이터 배선 영역이고, 21 ㎛ ~ 24㎛ 구간은 데이터 배선과 우측 화소 전극간 이격구간이고, 24 ㎛ ~ 34 ㎛ 구간은 우측 화소 전극 일부영역에 해당한다.

도 6에서의 "VIa"구간은 화소 전극과 대응되는 영역에서 빛을 차단하는 방향으로 액정이 배열되어 투과도가 "0.000"에 가까운 값으로 완전한 블랙상태를 유지하는 구간이고, "VIb"는 데이터 배선부와 대응되는 구간에 위치하는 액정은 배열 방향에 변화를 가지지 않아 투과도 "1.000"에 가까운 화이트 상태를 유지하는 구간이며, "VIc"는 화소 전극 영역중 데이터 배선과 근접한 영역에서의 액정의 배열에 의해 빛샘 현상이 일어나는 영역이다.

즉, 그래프 상에서 23.75 ㎛ ~ 26.25 ㎛(△ 2.50 ㎛) 구간에 해당하는 "VIc"에서는 데이터 배선과 화소 전극간의 수평 전기장이 강하게 작용하여, 이로 인해 우측 화소 전극 가장자리부에서 빛샘 현상이 발생되었다.

더욱이, 이 빛샘 현상이 데이터 배선 양쪽의 화소 전극에서 동일하게 나타나는 것이 아니라, 액정이 배향방향에 따라 일부 영역에서만 두드러지게 나타나는 것을 확인할 수 있었다.

요컨대, 상기 도 5a에서 전술한 바와 같이 액정분자가 왼쪽방향으로 배향될 경우에, 데이터 배선을 기준으로 반대방향인 오른쪽 화소 전극 영역에서 빛샘 현상이 발생되었다.

다음, 2도메인 구조 화소에서의 투과도 특성 그래프에 대해서도 상세히 설명한다.

도 7a, 7b는 각각 상기 도 5b의 화소별 제 1, 2 도메인의 투과도 특성을 각각 나타낸 것으로서, 도 7a의 23.75 ㎛ ~ 32.50 ㎛(△ 8.75 ㎛) 구간인 "Ⅶa" 및 도 7c의 6.25 ㎛ ~ 11.25 ㎛(△ 5 ㎛) 구간인 "Ⅶb"에서 빛샘 현상이 나타났다.

즉, 상기 도 5b에서 제 1, 2 도메인에서의 액정분자들은 각각 왼쪽방향, 오른쪽 방향으로 배향되었으므로, 이에 따라 도 7a에서는 데이터 배선 기준으로 우측에 위치하는 화소 전극 영역에서, 도 7b에서는 왼쪽 화소 전극 영역에서 빛샘 현상이 나타났다.

이와 같이 본 발명에서는 상기 실험을 통하여, 액정 배향 방향과 빛샘 발생 영역에 대한 상관관계를 살펴본 결과, 빛샘 발생 영역은 데이터 배선을 기준으로 액정이 배향되는 방향과 반대되는 방향에 위치하는 화소 전극에서 발생되는 것을 알 수 있다.

예를 들어, 액정이 오른쪽 방향으로 배향되는 액정표시장치에서는 데이터 배선 기준으로 좌측에 위치하는 화소 전극에서 빛샘 현상이 심하게 나타나므로, 이 영역을 차단하는 블랙매트릭스를 선택적으로 연장형성함에 따라, 개구율 저하를 최소화하는 범위에서 빛샘 영역을 효과적으로 차단할 수 있게 된다.

즉, 본 발명에서는 개구율 향상구조 액정표시장치를 제공하기 위하여, 화소 전극간 이격구간과 대응하는 위치의 블랙매트릭스를 데이터 배선과 대응되는 위치에서 양측이 서로 비대칭적으로 형성되는 것을 특징으로 한다.

이때, 블랙매트릭스의 양측의 비대칭적인 패턴으로 구분하는 범위는 2 ㎛ ~ 8 ㎛로 한다.

이외에도, 본 발명에서는 데이터 배선 및 화소 전극의 형성범위 및 위치를조정하는 것으로 조절할 수 도 있다.

도 1은 일반적인 액정표시장치에 대한 입체도.

도 2a, 2b는 각각 박막트랜지스터부, 데이터 배선부와 대응되는 상부 및 하부 기판 단면구조를 나타낸 도면.

도 3은 일반적인 2도메인 구조 액정표시장치에 있어서, 전압인가시 빛샘이 발생하는 영역을 나타낸 도면.

도 4는 종래의 2도메인 구조 액정표시장치에서의 블랙매트릭스 형성범위를 나타낸 도면.

도 5a, 5b는 각각 액정의 배열 상태를 도시한 모노도메인 구조 및 멀티도메인 구조 화소부를 개략적으로 나타낸 평면도.

상기 도 6은 상기 도 5a의 액정구동부와 데이터 배선부간의 투과도 특성그래프를 나타낸 도면.

도 7a, 7b는 각각 상기 도 5b의 액정구동부와 데이터배선부간의 도메인별 투과도 특성그래프를 나타낸 도면.

도 8은 본 발명의 실시예 1에 따른 개구율 향상구조 액정표시장치에 대한 평면도.

도 9는 상기 도 8의 절단선 IV-IV에 따라 절단된 단면을 도시한 도면.

도 10은 본 발명의 실시예 2에 따른 개구율 향상구조 액정표시장치에 대한 평면도.

도 11은 본 발명의 실시예 3에 따른 개구율 향상구조 액정표시장치에 대한 평면도.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

102 : 게이트 전극 104 : 게이트 배선

105 : 반도체층 106 : 소스 전극

108 : 드레인 전극 110 : 데이터 배선

112 : 화소 전극 120 : 블랙매트릭스

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 제 1 특징에서는 제 1 방향으로 형성된 다수 개의 게이트 배선 및 상기 게이트 배선과 교차되는 제 2 방향으로 형성되어 화소 영역을 정의하는 다수 개의 데이터 배선과; 상기 게이트 및 데이터 배선이 교차되는 위치에 형성된 스위칭 소자와; 상기 스위칭 소자와 연결되어 화소 영역별로 위치하며, 상기 데이터 배선과 일정간격 이격되고, 개구부가 정의된 다수 개의 화소 전극과; 상기 개구부 이외의 영역를 덮음에 있어서, 상기 데이터 배선의 길이방향 중심선과 대응되는 위치에서 좌측 화소 전극까지의 거리와 우측 화소 전극까지의 거리가 서로 다른 블랙매트릭스를 포함하는 개구율 향상구조 액정표시장치를 제공한다. 상기 액정표시장치는 액정층이 개재된 제 1, 2 기판으로 구성되며, 상기 블랙매트릭스는 상기 화소 전극과 서로 다른 기판 상에 위치하고, 상기 액정표시장치는 액정층의 배향방향이 전 화소 영역에서 균일한 모노도메인 구조 액정표시장치인 것을 특징으로 한다.

상기 제 1, 2 기판과 액정층의 접촉면에는 각각 제 1, 2 배향막을 더욱 포함하며, 상기 액정층은 수평방향으로 배향처리된 TN(Twisted Nematic), ECB(Electrically Controlled Birefringence) 노멀리 화이트 모드(normally white mode) 중 어느 하나인 것을 특징으로 한다.

본 발명의 제 2 특징에서는, 제 1 기판과; 상기 제 1 기판 상에 제 1 방향으로 형성된 다수 개의 게이트 배선 및 상기 게이트 배선과 교차되는 제 2 방향으로 형성되어 화소 영역을 정의하는 다수 개의 데이터 배선과; 상기 게이트 및 데이터 배선이 교차되는 위치에 형성된 스위칭 소자와; 상기 스위칭 소자와 연결되어 화소 영역별로 위치하며, 상기 데이터 배선과 일정간격 이격되고, 적어도 두 개 이상의 영역을 가지는 개구부가 정의된 다수 개의 화소 전극과; 제 2 기판과; 상기 제 2 기판의 하부에 위치하여 상기 개구부 이외의 영역을 덮음에 있어서, 상기 데이터 배선의 길이방향 중심선과 대응되는 위치에서 상기 영역별로 좌측 화소 전극까지의 거리와 우측 화소전극까지의 거리가 서로 다른 블랙매트릭스와; 상기 영역별로 서로 다른 배향방향을 가지는 액정층을 포함하는 개구율 향상구조 액정표시장치인 것을 특징으로 한다. 상기 화소 전극과 데이터 배선은 스트라이프 타입이며, 상기 화소 전극은 상기 영역별로 서로 반대되는 위치에서 일정간격 돌출부를 가지고, 상기 블랙매트릭스의 데이터 배선과 대응되는 영역부는 양쪽 화소 전극을 스트라이프 타입 패턴으로 덮는 것을 특징으로 한다. 그리고, 상기 액정표시장치는 2도메인 구조 액정표시장치이며, 본 발명의 제 1, 2 특징에 따른 상기 블랙매트릭스의 비대칭 범위는 2 ㎛ ~ 8 ㎛인 것을 특징으로 한다.

이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

<실시예 1>

실시예 1은 모노도메인 구조 액정표시장치에서 개구율 손실을 최소화한 구조의 블랙매트릭스 패턴에 대한 것이다.

도 8은 본 발명에 따른 개구율 향상구조 액정표시장치에 대한 평면도로서, 설명의 편의상 개구율과 관련된 화소 영역을 중심으로 설명한다.

도시한 바와 같이, 제 1 방향으로 게이트 배선(104)이 형성되어 있고, 이 게이트 배선(104)과 교차되는 제 2 방향으로 데이터 배선(110)이 형성되어 있으며, 게이트 및 데이터 배선(104, 110)의 교차지점에는 박막트랜지스터(T)가 형성되어 있고, 게이트 및 데이터 배선(104, 110)이 교차되는 영역으로 정의되는 화소 영역에는 박막트랜지스터(T)와 연결되어 화소 전극(112)이 형성되어 있다.

상기 박막트랜지스터(T)는 게이트 배선(104)에서 분기된 게이트 전극(102)과, 게이트 전극(102)을 덮는 반도체층(105)과, 데이터 배선(110)에서 분기된 소스 전극(106)과, 소스 전극(106)과 일정간격 이격되어 화소 전극(112)과 박막트랜지스터(T)를 접촉시키는 드레인 전극(108)으로 이루어진다.

상기 도면에서 빗금친 영역은 블랙매트릭스(120) 형성범위를 나타낸 것으로, 게이트 및 데이터 배선(104, 110) 그리고 박막트랜지스터(T)을 포함하는 화소 전극(112)간 이격구간을 덮는 영역 및 합착마진에 의해 화소 전극(112)의 테두리부와 일정면적을 덮는 영역으로 구성된다.

좀 더 상세히 설명하면, 상기 블랙매트릭스(120)은 데이터 배선(110)과 대응되는 부분을 기준으로 좌, 우측 영역(VIIa, VIIb)이 서로 비대칭적인 면적을 가지는데, 특히 기존의 블랙매트릭스 패턴보다 우측 영역이 "VIIc"부분만큼 생략된 것을 특징으로 한다.

본 발명에서는, 상기 도 6, 7a, 7b를 통해 전술한 바와 같이 액정의 배향방향에 따라 화소 전극(112)과 데이터 배선(110)간의 빛샘 발생 영역이 달라지기 때문에, 화소 전극(112) 영역을 덮게 되는 블랙매트릭스(120) 영역을 선택적으로 연장형성한 것이다.

즉, 상기 실시예에 따른 액정표시장치에서는 액정이 좌측방향으로 배향되기 때문에 데이터 배선(110)을 중심으로 우측 화소 전극부에서만 빛샘 부위를 가지므로 이 부분에 블랙매트릭스(120) 패턴을 넓게 형성한 것이다. 즉, 블랙매트릭스(120)에 의해 가려지지 않은 화소 전극(112)을 영역으로 정의되는 개구부가 기존보다 넓혀져 개구율이 향상될 수 있다.

이하, 데이터 배선부에서 상부 및 하부 기판의 단면 구조에 대하여 좀 더 상세히 설명한다.

도 9에서 도시한 바와 같이, 상부 및 하부 기판(130, 150)이 일정간격 이격되어 형성되어 있고, 이 상부 및 하부 기판(130, 150) 사이에 액정층(170)이 개재된 구조에 있어서, 하부 기판(150) 상의 중앙부에 배치된 데이터 배선(110)의 양쪽에는 일정간격 이격되어 화소 전극(112)이 위치하고, 데이터 배선(110)과 대향된 위치에서 상부 기판(130)의 하부에는 블랙매트릭스(120)가 형성되어 있는데, 이 블랙매트릭스(120)는 데이터 배선(110)과 대응되는 위치에서 화소 전극(112)과 중첩되는 면적이 서로 비대칭적으로 구성되어 있다.

즉, 본 발명에서는 블랙매트릭스(120)를 빛샘 부위에서만 선택적으로 연장형성함에 따라, "VIIc"만큼 화소 전극(112)을 가리는 면적을 줄일 수 있으므로, 기존보다 상당한 개구율 향상효과를 얻을 수 있다.

예를 들어, 컬러별 화소로 정의되는 부화소가 93×279㎛의 사이즈를 갖는다면, 이러한 부화소에서 화소 전극을 가리는 블랙매트릭스 폭이 1㎛ 감소한다면, 개구율 값은 1% 이상 증가될 수 있다.

상기 액정층(170)을 이루는 액정모드로는 수평방향으로 배향처리되는 TN, ECB(Electrically Controlled Birefringence) 노멀리 화이트 모드에서 선택되는 것이 바람직하다.

또한, 상기 ECB 액정모드 중에서 OCB(Optically Compensated Birefringence)로 하는 것이 더욱 바람직하다.

그러나, 본 발명에서는 블랙매트릭스(120)가 형성되는 기판을 상부 기판으로 한정하지는 않는다.

예를 들어, 본 발명에 따른 블랙매트릭스(120) 패턴구조는 하부 기판의 어레이 소자 상부 또는 하부에 형성될 수도 있고, 컬러필터와 어레이 소자를 동일 기판에 형성하는 방식의 액정표시장치에도 적용될 수 있다.

이하, 멀티도메인 구조 액정표시장치에서의 개구율 향상구조에 대한 실시예들에 대해서 설명하며, 설명의 편의상 본 발명에 따라 개구율 향상구조의 주요부분인 화소부와 데이터 배선부와 블랙매트릭스 형성부에 대해서만 도시하였다.

<실시예 2>

실시예 2에서는, 멀티도메인 구조 중에서 2도메인 구조 액정표시장치를 일예로 하여 설명한다.

도 10은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 개구율 향상구조 액정표시장치에 대한 것이다.

도시한 바와 같이, 일방향으로 데이터 배선(202)들이 일정간격 이격되어 형성되어 있고, 이 데이터 배선(202) 간의 이격 구간에 동일방향으로 화소 전극(204)들이 배치되어 있다.

상기 화소 전극(204)은 각각 제 1, 2 도메인으로 분할되는 멀티도메인 구조를 가지는 것을 특징으로 한다.

멀티도메인을 형성하는 대표적인 방법으로는, 기계적인 마찰을 이용하는 러빙법이나 자외선 조사를 통해 프리틸트각(pretilt angle)의 크기를 상부 및 하부 기판간에 다르게 조정하는 광배향법을 들 수 있다.

상기 광배향법에 대해서 좀 더 상세하게 설명하면, 예를 들어 제 1 도메인 영역에서는 배향막을 이루는 재질을 폴리이미드계 물질로 형성한 후, 자외선 조사를 통해 폴리이미드계 물질을 해중합반응(depolymerization)을 통해 프리틸트각을 낮추는 방법으로 상부 기판보다 하부 기판쪽의 프리틸트각을 작게 구성하고, 제 2 도메인에서는 하부 기판보다 상부 기판쪽의 프리틸트각을 작게 구성하도록 하는 방법에 의해 형성할 수 있다.

또한, 상기 배향막을 이루는 물질은 자외선 조사에 의해 분해(decomposition), 이합체화 반응(dimerization), 이성질체화 반응(isomerization) 중 적어도 하나의 반응이 일어나는 고분자 물질에서 선택될 수도 있다.

상기 도면에서 빗금친 영역은 블랙매트릭스의 주요 형성범위를 나타낸 것으로, 데이터 배선(206)과 대응되는 방향으로 형성된 제 1 블랙매트릭스(206)와, 제 1, 2 도메인간 경계부를 가리는 제 2 블랙매트릭스(208)로 이루어진다.

본 발명에서는, 제 1 블랙매트릭스(206)이 데이터 배선(202)과 대응되는 부분의 양측이 서로 비대칭적으로 이루어지며, 비대칭되어 넓은 면적이 서로 다른 방향인 것을 특징으로 한다.

상기 제 1 블랙매트릭스(206)의 형성범위를 좀 더 상세히 설명하면, ㉠ 영역은 데이터 배선(202)을 포함하는 화소 전극(204)간의 이격구간을 가리는 영역이고, ㉡은 합착마진에 의해 화소 전극과 일부 중첩되는 영역이며, ㉢은 액정의 배향방향에 따라 선택적으로 빛샘이 발생되는 영역을 가리는 영역이고, ㉣은 별도의 블랙매트릭스 패턴이 생략된 영역이다.

즉, 본 발명에서는 기존 구조와 비교시 ㉣영역만큼 개구율을 향상시킬 수 있게 된다.

한편, 제 2 블랙매트릭스(208)의 형성범위는 도메인 갯수에 따라 형성범위 나 그 위치가 변경될 수 있다.

또한, 제 2 블랙매트릭스(208)의 위치에는 블랙매트릭스 물질외에 게이트 배선 또는 데이터 배선을 이루는 금속물질을 이용하여 하부 기판에 별도의 패턴으로 형성할 수 있다.

<실시예 3>

실시예 3은, 실시예 2와 같은 2도메인 구조 액정표시장치에서, 개구율 향상구조를 제공함에 있어서, 블랙매트릭스 패턴은 기존과 같이 스트라이프 타입으로 형성하고, 데이터 배선과 화소 전극 패턴을 변경하는 실시예에 관한 것이다.

도 11은 본 발명의 제 3 실시예에 따른 개구율 향상구조 액정표시장치에 대한 것으로, 상기 실시예 2와 중복되는 부분에 대한 설명은 생략한다.

도시한 바와 같이, 도메인간에 비대칭적인 면적비를 가지는 화소 전극(302) 및 데이터 배선(304)이 서로 일정간격(d) 이격되어 배치되어 있다.

그리고, 도면 상에 빗금친 영역으로 도시한 바와 같이, 화소 전극(302) 간 이격 구간 및 데이터 배선(304)을 기준으로 서로 다른 면적을 가지는 "XIa", "XIb"만큼 양쪽 화소 전극(302)과 각각 중첩되는 제 1 블랙매트릭스(306) 및 제 1 블랙매트릭스(306)와 연결되며, 도메인간 경계부를 일정면적 가리는 제 2 블랙매트릭스(308)가 각각 스트라이트 타입으로 형성되어 있다.

상기 실시예 1, 2 에서는 블랙매트릭스의 패턴을 변경하여 화소 전극별 중첩되는 면적을 조절하였으나, 본 실시예에서는 데이터 배선(304)과 화소 전극(302)간에 빛샘이 발생되는 화소 전극(302) 영역은 돌출부(XIc)로 구성함에 따라, 블랙매트릭스(306)는 스트라이프 타입으로 구성되어 있다.

상기 실시예 3에 따른 개구율 향상 패턴은 멀티도메인 액정표시장치외에 모노도메인 구조에도 적용할 수 있다.

이때, 모노도메인 구조 액정표시장치에서는 멀티도메인 구조의 제 2 블랙매트릭스 패턴은 생략된다.

이와 같이 본 발명에 따른 개구율 향상구조 액정표시장치에서는, 화질 특성의 저하없이 개구율이 향상된 구조를 제공함에 있어서, 블랙매트릭스의 패턴 변경으로 한정하지 않고, 화소 전극(302) 및 데이터 배선(304)의 패턴 변경으로도 실시할 수 있다.

한편, 본 발명에 따른 멀티도메인 구조 액정표시장치에서는, 도메인간 영역이 서로 다른 구조도 포함하는 것을 특징으로 한다.

즉, 도메인의 면적비는 시야각 특성과 관련되므로, 멀티도메인 구조에서 도메인간 비율이 1 : 1인 구조로 한정하지 않으며, 도메인간 면적비가 다른 액정표시장치에는 본 발명의 취지에 어긋나지 않는 범위에서 블랙매트릭스 또는 데이터 배선 및 화소 전극의 패턴을 변경하여 실시할 수 있다.

이상과 같이, 본 발명에 따른 개구율 향상구조 액정표시장치에 의하면 다음과 같은 장점을 가진다.

첫째, 모노도메인 구조 뿐만 아니라, 개구율 향상이 요구되는 멀티도메인 구조에서도 폭넓게 적용할 수 있다.

둘째, 블랙매트릭스의 패턴을 빛샘 현상이 발생하는 부분에서만 선택적으로 연장형성하므로써, 데이터 배선 주변부에서 발생하는 빛샘 현상을 방지하면서도 개구율을 기존보다 향상시킬 수 있어 제품 경쟁력을 향상시킬 수 있다.

세째, 고 개구율 및 광 시야각 특성이 요구되는 제품에도 다양하게 적용할 수 있다.

네째, 제품 특성에 따라 상부 기판 또는 하부 기판의 관련 패턴의 변경으로 개구율 향상효과를 얻을 수 있으므로, 공정의 효율 향상을 기대할 수 있다.

Claims (12)

1. 제 1 기판 상에 제 1 방향으로 형성된 다수 개의 게이트 배선 및 상기 게이트 배선과 교차되는 제 2 방향으로 형성되어 화소 영역을 정의하는 다수 개의 데이터 배선과;

   상기 게이트 및 데이터 배선이 교차되는 위치에 형성된 스위칭 소자와;

   상기 스위칭 소자와 연결되어 화소 영역별로 위치하며, 상기 데이터 배선과 일정간격 이격되고, 개구부가 정의된 다수 개의 화소 전극과;

   상기 제 1 기판과 대향되게 배치된 제 2 기판과;

   상기 제 1, 2 기판 사이에 개재된 액정층과;

   상기 제 1, 2 기판 중 어느 한 기판에 형성되며, 상기 개구부 이외의 영역을 덮음에 있어서, 상기 데이터 배선의 길이방향 중심선에서 좌측 화소 전극까지의 거리와 우측 화소전극까지의 거리가 서로 다르고, 상기 액정층의 배향방향과 반대되는 방향과 대응된 위치의 형성폭이 다른 방향의 형성폭보다 큰 것을 특징으로 하는 블랙매트릭스

   를 포함하는 개구율 향상구조 액정표시장치.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 블랙매트릭스는, 상기 화소 전극과 서로 다른 기판 상에 위치하는 개구율 향상구조 액정표시장치.
3. 제 2 항에 있어서,

   상기 액정표시장치는 액정층의 배향방향이 전 화소 영역에서 균일한 모노도메인 구조 액정표시장치인 개구율 향상구조 액정표시장치.
4. 제 2 항에 있어서,

   상기 제 1, 2 기판과 액정층의 접촉면에는 각각 제 1, 2 배향막을 더욱 포함하는 개구율 향상구조 액정표시장치.
5. 제 4 항에 있어서,

   상기 액정층은 수평방향으로 배향처리된 TN(Twisted Nematic), ECB(Electrically Controlled Birefringence) 노멀리 화이트 모드(normally white mode) 중 어느 하나인 개구율 향상구조 액정표시장치.
6. 제 1 기판과;

   상기 제 1 기판 상에 제 1 방향으로 형성된 다수 개의 게이트 배선 및 상기 게이트 배선과 교차되는 제 2 방향으로 형성되어 화소 영역을 정의하는 다수 개의 데이터 배선과;

   상기 게이트 및 데이터 배선이 교차되는 위치에 형성된 스위칭 소자와;

   상기 스위칭 소자와 연결되어 화소 영역별로 위치하며, 상기 데이터 배선과 일정간격 이격되고, 적어도 두 개 이상의 영역을 가지는 개구부가 정의된 다수 개의 화소 전극과;

   제 2 기판과;

   상기 제 1, 2 기판 사이에 개재되고, 상기 영역별로 서로 다른 배향방향을 가지는 액정층과;

   상기 제 1, 2 기판 중 어느 한 기판에 형성되고, 상기 개구부 이외의 영역과 중첩되게 위치하는 블랙매트릭스

   를 포함하고, 상기 화소 전극 및 데이터 배선은 서로 간의 이격거리를 일정하게 유지하며 상기 영역별로 서로 동일 방향에서 돌출부를 가지고, 상기 영역 간 돌출부는 서로 반대 방향에 위치하고, 상기 블랙매트릭스와 화소 전극간 중첩폭은 액정의 배향방향과 반대되는 방향과 대응된 영역이 더 큰 것을 특징으로 하는 개구율 향상구조 액정표시장치.
7. 제 6 항에 있어서,

   상기 화소 전극과 데이터 배선은 스트라이프 타입인 개구율 향상구조 액정표시장치.
8. 제 6 항에 있어서,

   상기 블랙매트릭스의 데이터 배선과 대응되는 영역부는 양쪽 화소 전극을 스트라이프 타입 패턴으로 덮는 개구율 향상구조 액정표시장치.
9. 제 6 항에 있어서,

   상기 액정표시장치는 2도메인 구조 액정표시장치인 개구율 향상구조 액정표시장치.
10. 제 1 항 또는 제 6 항 중 어느 하나의 항에 있어서,

    상기 데이터 배선의 중심선과 대응되는 위치에서, 상기 블랙매트릭스는 좌, 우측으로 서로 다른 크기의 제 1, 2 형성폭을 가지며, 상기 제 1, 2 형성폭 간의 차이값의 범위는 2 ㎛ ~ 8 ㎛인 개구율 향상구조 액정표시장치.
11. 제 6 항에 있어서,

    상기 블랙매트릭스는, 상기 제 2 기판 하부에 형성되는 개구율 향상구조 액정표시장치.
12. 제 1 항에 있어서,

    상기 액정표시장치는 액정층의 배향방향이 영역별로 서로 다른 멀티도메인 구조 액정표시장치인 개구율 향상구조 액정표시장치.