KR100658078B1 - 박막트랜지스터 액정표시장치 - Google Patents

박막트랜지스터 액정표시장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 박막트랜지스터 액정표시장치를 개시한다. 개시된 본 발명의 박막트랜지스터 액정표시장치는 어레이기판과, 상기 기판 상에 교차 배열되어 각각 R, G 및 B 각각의 색을 표시하는 단위 화소의 화소영역을 한정하는 M(M은 자연수)개의 게이트라인 및 N(N은 자연수)개의 데이터 라인과, 상기 게이트라인과 데이터라인의 교차부에 게이트, 소오스 및 드레인전극을 갖도록 형성되되 상기 R, G 및 B 각각의 색을 표시하는 각각의 단위 화소의 화소영역 마다 채널 길이 및/또는 채널 폭이 서로 다르게 형성되는 박막트랜지스터와, 상기 화소영역에 소오스전극과 접촉되게 형성된 화소전극을 구비한다. 본 발명에 따르면, 박막트랜지스터의 채널 길이 및 폭을 변화시켜 충전량을 변화시킴으로써 각각의 화소전극과 공통전극 사이의 전압 차이를 변화시켜 투광부의 면적을 감소시키지 않으면서 통과하는 광량을 변화시킬 수 있으며, 이에 따라, 휘도를 저하시키지 않으면서 표현 계조 수를 증가시킬 수 있다.

Description

박막트랜지스터 액정표시장치{Thin film transistor liquid crystal display}
도 1는 종래 기술에 따른 박막트랜지스터 액정표시장치의 평면도.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 박막트랜지스터 액정표시장치의 평면도.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 박막트랜지스터 액정표시장치의 평면도.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *
31 : 어레이기판 33 : 게이트라인
35 : 데이터라인 37 : 소오스전극
39 : 드레인전극 41 : 화소전극
T21, T22, T23, T3 : 박막트랜지스터
본 발명은 박막트랜지스터 액정표시장치에 관한 것으로, 특히, 휘도를 저하시키지 않으면서 표현 계조(gray) 수를 증가시킬 수 있는 박막트랜지스터 액정표시장치에 관한 것이다.
박막트랜지스터 액정표시장치(이하, TFT-LCD)는 경량, 박형 및 저소비 전력 등의 특성을 갖기 때문에 CRT를 대신하여 각종 정보 기기의 단말기 또는 비디오 기기 등에 사용되어 왔으며, 최근들어, CRT에 표시화면의 고화질화, 대형화 및 컬러화 등을 실현하였기에 노트북 PC 및 모니터 시장에서 크게 각광 받고 있고, 향후 TV 시장도 잠식할 것으로 예상되고 있다. 또한, 액정표시장치는 의료용 장비의 모니터, 자동차 및 비행기 항법장치의 모니터에 많이 사용되고 있다.
상기 TFT-LCD는 어레이기판과 컬러필터기판 사이에 액정층이 개재된 구조로 이루어져 있다. 이러한 TFT-LCD는 어레이기판에 형성된 박막트랜지스터에 의해 각 화소가 개별적으로 구동되는 것에 의해서 소정의 화상을 표시하며, 또한, 컬러필터를 통해 출력되는 광량에 따라 다양한 컬러 계조를 표현한다.
도 1은 종래 기술에 따른 TFT-LCD의 평면도이다.
종래의 박막트랜지스터 액정표시장치는 어레이기판(11) 상에 M(M은 자연수)개의 게이트라인(13)과 N(N은 자연수)개의 데이터 라인(15)이 교차 배열되어 화소영역을 한정한다. 그리고, 게이트라인(13)과 데이터라인(15)의 교차부에는 스위칭 소자인 박막트랜지스터(T1)가 매트릭스 형태(matrix type)로 형성된다. 상기에서 박막트랜지스터(T1)은 게이트라인(13)과, 이 게이트라인(13)을 사이에 두고 이격되는 소오스 및 드레인전극(17)(19)을 포함한다. 상기에서 소오스전극(17)은 데이터라인(15)과 연결되며, 드레인전극(19)은 화소영역에 형성되는 화소전극(21)과 접촉되어 전기적으로 연결되게 형성된다.
또한, 도시하지는 않았으나, 어레이기판(11) 상부에는 컬러필터기판이 대향 배치된다. 상기 컬러필터기판에는 블랙매트릭스가 형성되어 투광부를 한정하며, 블랙매트릭스에 의해 한정된 투광부에는 컬러필터가 형성되고, 그리고, 상기 컬러필터 및 블랙매트릭스 상에는 투명한 상부 공통전극이 형성된다.
그리고, 어레이기판(11)과 컬러필터기판 사이의 공간에는 액정이 채워진다.
상기에서 컬러필터기판 상에 형성된 블랙매트릭스는 어레이기판(11)의 화소 경계부와 중첩되어 광의 투과를 차단하며, 투광부는 화소영역과 대응되어 화상을 표시하는 광을 투과시킨다.
상기에서 투광부를 통과하는 광량을 다르게 하여 액정표시장치의 표현 계조 수를 증가시킬 수 있다. 액정표시장치의 표현 계조 수를 증가시키는 방법으로 블랙매트릭스의 면적을 변화시켜 화소영역에 대응하는 투광부의 면적을 다양하게 변화시킴으로써 각각의 투광부를 통과하는 광량을 변화시킬 수 있다.
그러나, 종래 기술에 따른 액정표시장치는 블랙매트릭스의 면적을 감소시킬 수 없으므로 투광부의 면적이 작아져 통과하는 광량이 감소되어 휘도가 저하되는 문제점이 있었다.
따라서, 본 발명의 목적은 휘도를 저하시키지 않으면서 표현 계조 수를 증가시킬 수 있는 TFT-LCD를 제공함에 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일실시예에 따른 TFT-LCD는, 어레이기판과, 상기 기판 상에 교차 배열되어 각각 R, G 및 B 각각의 색을 표시하는 단위 화소의 화소영역을 한정하는 M(M은 자연수)개의 게이트라인 및 N(N은 자연수)개의 데이터 라인과, 상기 게이트라인과 데이터라인의 교차부에 게이트, 소오스 및 드레인전극을 갖도록 형성되되 상기 R, G 및 B 각각의 색을 표시하는 각각의 단위 화소의 화소영역 마다 채널 길이 및/또는 채널 폭이 서로 다르게 형성되는 박막트랜지스터와, 상기 화소영역에 소오스전극과 접촉되게 형성된 화소전극을 구비한다.
또한, 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 실시예에 따른 TFT-LCD는, 어레이기판과, 상기 기판 상에 교차 배열되어 각각 R, G 및 B 각각의 색을 표시하는 단위 화소의 화소영역을 한정하는 M(M은 자연수)개의 게이트라인 및 N(N은 자연수)개의 데이터 라인과, 상기 게이트라인과 데이터라인의 교차부에 게이트, 소오스 및 드레인전극을 갖도록 형성되되 상기 R, G 및 B 각각의 색을 표시하는 각각의 단위 화소의 화소영역 마다 채널의 길이 및 폭이 동일한 1개 내지 3개가 드레인 전극이 동일한 데이터 라인과 전기적으로 연결되고 동일한 게이트에 의해 구동되는 박막트랜지스터와, 상기 화소영역에 1개 내지 3개의 소오스전극과 접촉되게 형성된 화소전극을 구비한다.
본 발명에 따르면, 박막트랜지스터의 채널 길이 및 폭을 변화시켜 충전량을 변화시킴으로써 각각의 화소전극과 공통전극 사이의 전압 차이를 변화시켜 투광부의 면적을 감소시키지 않으면서 통과하는 광량을 변화시킬 수 있으며, 이에 따라, 휘도를 저하시키지 않으면서 표현 계조 수를 증가시킬 수 있다.
(실시예)
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명하도록 한다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 TFT-LCD의 평면도이다.
본 발명의 일실시예에 따른 TFT-LCD는 어레이기판(31) 상에 M(M은 자연수)개의 게이트라인(33)과 N(N은 자연수)개의 데이터 라인(35)이 교차 배열되어 화소영역을 한정한다. 그리고, 게이트라인(33)과 데이터라인(35)의 교차부에는 스위칭 소자인 다수 개의 박막트랜지스터(T21)(T22)(T23)가 매트릭스 형태(matrix type)로 형성된다. 박막트랜지스터(T21)(T22)(T23)는 게이트라인(33)과, 이 게이트라인(33)을 사이에 두고 이격되며 데이터라인(35) 및 화소전극(41)과 접촉되어 전기적으로 연결되는 소오스 및 드레인전극(37)(39)을 포함한다.
상기에서 박막트랜지스터(T21)(T22)(T23)는 동일한 채널 길이(L1)를 가지며 소오스 및 드레인전극(37)(39)의 크기를 다르게 형성하여 각각 다른 채널 폭(W1)(W2)(W3)을 갖도록 한다. 박막트랜지스터(T21)(T22)(T23)는 채널 길이(L1)와 채널 폭(W1)(W2)(W3)을 변화시키면 동일한 게이트라인(33)에 동일한 구동 전압이 인가되어도 채널을 통해 화소전극(41)으로 흐르는 충전량(on current : Ion)이 변하게 된다. 즉, 채널 길이(L1)가 일정하고 채널 폭(W1)(W2)(W3)이 변화될 경우, 채널 폭이 커질수록 화소전극(41)으로 흐르는 충전량(Ion)은 증가된다.
또한, 박막트랜지스터(T21)(T22)(T23)는 서로 다른 채널 길이를 가질 수도 있다. 이러한 경우 충전량(Ion)은 채널 길이가 짧을수록 증가되고, 채널 길이가 길수록 감소된다.
아래 표는 채널 길이 및 채널 폭의 변화에 따른 충전량의 변화를 나타낸다.
(표)
채널 길이(㎛) 충전량 광의 구분 채널 폭(㎛)
22 24 26 28 30
3.5 Ion(㎂) dark 2.23 2.25 2.47 2.66 2.85
photo 3.42 3.55 3.74 4.05 4.31
4.0 Ion(㎂) dark 1.93 1.98 2.11 2.29 2.45
photo 2.96 3.09 3.31 3.57 3.81
상기 표를 참조하면 채널 길이가 3.5㎛로 일정하고 채널 폭이 22㎛에서 30㎛로 변화되면 충전량(Ion)은 광이 다크(dark) 상태일 때는 2.23㎂에서 2.85㎂로 증가되고, 포토(photo) 상태일 때는 3.42㎂에서 4.31㎂로 증가됨을 알 수 있다. 채널 길이가 4.0㎛로 일정한 상태에서도 채널 폭이 증가되면 충전량(Ion)도 증가됨을 알 수 있다. 또한, 채널 폭이 일정하다면 채널 길이가 증가될 수록 충전량(Ion)이 감소됨을 알 수 있다.
또한, 도시하지는 않았으나, 본 발명에 따른 TFT-LCD는 어레이기판(11) 상부에 블랙매트릭스이 형성되어 투광부를 한정하고, 한정된 투광부에는 컬러필터가 형성되며, 상기 컬러필터 및 블랙매트릭스 상에 투명한 상부 공통전극이 형성된 컬러필터기판이 대향 배치된다. 상기에서 필터기판 상에 형성된 블랙매트릭스는 어레이기판(11)의 화소 경계부와 중첩되어 광의 투과를 차단하며, 투광부는 서로 동일한 면적을 갖고 화소영역과 대응되어 화상을 표시하는 광을 투과시킨다.
그리고, 상기한 어레이기판(31)과 컬러필터기판 사이의 공간에는 액정이 채워져 TFT-LCD를 구성하게 되는데, 이 액정은 화소전극(41)의 충전량(Ion)에 비례하여 틸트 각이 변하도록 구동되어 투과되는 광량을 조절하며, 이에 따라, 휘도를 저하시키지 않으면서 표현 계조 수를 증가시키게 된다.
상기에서 박막트랜지스터(T21)(T22)(T23)는 채널 길이(L1) 및/또는 채널 길이(W1)(W2)(W3)의 변화 따라 달라진 각각의 충전량(Ion)에 의해 화소전극(41) 각각과 필터기판의 공통전극 사이의 전압을 서로 다르게 된다. 그러므로, 각각의 화소는 액정이 서로 다르게 변화되므로 동일한 면적을 갖는 투광부를 통과하는 광량이 서로 다르게 된다. 따라서, 투광부의 면적을 변화시키지 않고 통과하는 광량을 조절할 수 있으므로 휘도를 저하시키지 않으면서 표현 계조 수를 증가시킬 수 있다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 TFT-LCD의 평면도이다.
도 3는 각각의 화소에 각각 다른 갯수의 박막트랜지스터(T3)가 형성되는 것을 제외하고 도 2와 동일하다. 상기에서 각각의 단위 화소는 채널 길이와 채널 폭이 동일한 박막트랜지스터(T3)가 1∼3개가 형성되는데, 동일한 화소 내에서 1∼3개의 박막트랜지스터(T3)를 이루는 각각의 소오스 및 드레인 전극(37)(39)은 데이터라인(35) 및 화소전극(41)에 공통으로 연결된다. 즉, 동일한 화소 내에서 1∼3개의 박막트랜지스터(T3)에 의해 동일한 채널 길이를 갖지만 박막트랜지스터의 갯수에 따라 채널 폭이 변하는 것과 같은 효과를 갖는다.
상기에서 각각의 박막트랜지스터(T3)는 채널 길이와 채널 폭이 동일하므로 동일한 충전량(Ion)이 흐르게 된다. 그러므로, 각각의 화소전극(41)에는 박막트랜지스터(T3)의 갯수와 비례하는 충전량(Ion)이 흐르게 된다. 따라서, 본 발명의 다른 실시예에 따른 박막트랜지스터 액정표시장치도 투광부의 면적을 변화시키지 않고 통과하는 광량을 조절할 수 있으므로 휘도를 저하시키지 않으면서 표현 계조 수를 증가시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 다른 실시예에 따른 TFT-LCD는 화소에 따라 다수 개의 박막트랜지스터가 형성되므로, 불량소자 발생시 레이저 커팅(laser cutting)에 의해 쉽게 리페어(repair)할 수 있다.
상술한 바와 같이 박막트랜지스터의 채널 길이 및 폭을 변화시키거나, 또는, 각각의 화소에 서로 다른 갯수의 박막트랜지스터를 형성하므로 충전량을 변화시켜 각각의 화소전극과 공통전극 사이의 전압 차이를 변화시켜 투광부의 면적을 감소시키지 않으면서 통과하는 광량을 변화시킨다.
이상에서와 같이, 본 발명은 박막트랜지스터의 채널 길이 및 폭을 변화시켜 충전량을 변화시켜 투광부의 면적을 감소시키지 않으면서도 통과하는 광량을 변화시킬 수 있으며, 이에 따라, 휘도를 저하시키지 않으면서 표현 계조 수를 증가시킬 수 있다.
기타, 본 발명은 그 요지를 일탈하지 않는 범위에서 다양하게 변경하여 실시할 수 있다.

Claims (2)

  1. 어레이기판과,
    상기 기판 상에 교차 배열되어 각각 R, G 및 B 각각의 색을 표시하는 단위 화소의 화소영역을 한정하는 M(M은 자연수)개의 게이트라인 및 N(N은 자연수)개의 데이터 라인과,
    상기 게이트라인과 데이터라인의 교차부에 게이트, 소오스 및 드레인전극을 갖도록 형성되되 상기 R, G 및 B 각각의 색을 표시하는 각각의 단위 화소의 화소영역 마다 채널 길이 및/또는 채널 폭이 서로 다르게 형성되는 박막트랜지스터와,
    상기 화소영역에 소오스전극과 접촉되게 형성된 화소전극을 구비하는 박막트랜지스터 액정표시장치.
  2. 어레이기판과,
    상기 기판 상에 교차 배열되어 각각 R, G 및 B 각각의 색을 표시하는 단위 화소의 화소영역을 한정하는 M(M은 자연수)개의 게이트라인 및 N(N은 자연수)개의 데이터 라인과,
    상기 게이트라인과 데이터라인의 교차부에 게이트, 소오스 및 드레인전극을 갖도록 형성되되 상기 R, G 및 B 각각의 색을 표시하는 각각의 단위 화소의 화소영역 마다 채널의 길이 및 폭이 동일한 1개 내지 3개가 드레인 전극이 동일한 데이터 라인과 전기적으로 연결되고 동일한 게이트에 의해 구동되는 박막트랜지스터와,
    상기 화소영역에 1개 내지 3개의 소오스 전극과 접촉되게 형성된 화소 전극을 구비하는 박막트랜지스터 액정표시장치.
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