KR100890022B1 - 액정 표시 장치 및 그 구동 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 액정 표시 장치 및 그 구동 방법에 관한 것이다. 이 액정 표시 장치는 행렬의 형태로 배열되어 있는 복수의 화소, 행 방향으로 뻗어 있는 복수의 게이트선, 그리고 열 방향으로 뻗어 있는 복수의 데이터선을 포함하고, 상기 각 화소는 하나의 게이트선에 연결되어 있고, 적어도 한 열의 화소는 인접한 두 데이터선에 적어도 하나의 행을 단위로 번갈아 연결되어 있다. 상기 데이터선 하나는 상기 단위 별로 극성이 반전된 데이터 신호를 상기 화소에 공급함으로써, 상기 적어도 한 열의 화소에는 동일한 극성의 데이터 신호가 공급된다. 그로 인해, 액정 표시판의 화소에는 컬럼 반전 방식으로 전압이 인가되지만 각 데이터선에는 도트 반전 방식으로 전압이 인가되므로 도트 반전 방식으로 전압을 인가할 때보다 휘도가 증가하여 시인성이 향상되고, 플리커 현상도 줄어들어 화질이 개선된다. 또한 스위칭 소자의 오프 전류의 극성이 변하여 크로스토크 현상이 줄어들어 화질이 개선된다.
액정표시장치, LCD, 반전구동, 컬럼반전, 도트반전

Description

액정 표시 장치 및 그 구동 방법 {LIQUID CRYSTAL DISPLAY AND DRIVING METHOD THEREOF}
도 1은 본 발명의 한 실시예에 따른 액정 표시 장치의 블록도이다.
도 2는 본 발명의 한 실시예에 따른 액정 표시 장치의 등가 회로도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 액정 표시 장치의 구조도이다.
도 4는 본 발명의 한 실시예에 따른 액정 표시판 조립체의 화소와 데이터선의 연결 상태를 도시한 도면이다.
도 5의 (a)와 (b)는 본 발명의 한 실시예에 따른 액정 표시판 조립체의 이웃한 데이터선에 인가되는 데이터 신호의 파형도이다.
도 6은 본 발명의 한 실시예에 따라 신호 제어부로부터 데이터 구동부에 인가되는 계조 신호의 파형도이다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 액정 표시판 조립체의 화소와 데이터선의 연결 상태를 도시한 도면이다.
도 8의 (a)와 (b)는 본 발명의 다른 실시예에 따른 액정 표시판 조립체의 이웃한 데이터선에 인가되는 데이터 신호의 파형도이다.
도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따라 신호 제어부로부터 데이터 구동부에 인가되는 계조 신호의 신호 파형도이다.
도 10은 본 발명의 한 실시예에 따른 액정 표시판 조립체의 배치도이다.
도 11a는 도 10의 ⅩIb-ⅩIb'선을 따라 잘라 도시한 단면도이다.
도 11b는 도 11a에서 색필터 표시판과 편광판을 제외한 박막 트랜지스터 표시판의 단면도이다.
도 11c는 도 10의 ⅩIc-ⅩIc'선을 따라 잘라 도시한 박막 트랜지스터 표시판의 단면도이다.
도 12a 내지 도15c는 본 발명의 한 실시예에 따른 박막 트랜지스터 표시판을 제조하는 각 과정에서의 배치도 및 그 단면도이다.
도 16은 본 발명의 다른 실시예에 따른 액정 표시 장치의 배치도이다.
도 17a 내지 도 20c는 본 발명의 다른 실시예에 따른 박막 트랜지스터 표시판을 제조하는 각 과정에서의 배치도 및 그 단면도이다.
본 발명은 액정 표시 장치 및 그 구동 방법에 관한 것이다.
일반적인 액정 표시 장치는 두 표시판과 그 사이에 들어 있는 유전율 이방성(dielectric anisotropy)을 갖는 액정층을 포함한다. 액정층에 전기장을 인가하고, 이 전기장의 세기를 조절하여 액정층을 통과하는 빛의 투과율을 조절함으로써 원하는 화상을 얻는다. 이러한 액정 표시 장치는 휴대가 간편한 평판 표시 장치(flat panel display, FPD) 중에서 대표적인 것으로서, 이 중에서도 박막 트랜 지스터(thin film transistor, TFT)를 스위칭 소자로 이용한 TFT-LCD가 주로 이용되고 있다.
이러한 액정 표시 장치 중에서 TN(twisted nematic) 액정을 사용하는 액정 표시 장치(TN 모드 액정 표시 장치)는 여러 장점을 가지고 있지만, 시야각 문제 때문에 모니터나 TV 영역으로 그 범위를 넓히는데 한계를 가지고 있다. 이 때문에 TN 모드의 시야각을 개선하기 위해 다중 도메인 방법이나 새로운 보상 필름의 개발 등 많은 연구를 통하여 일련의 성과들이 나타나고 있다. 특히, WV(wide viewing) 필름을 적용하면 좌우 방향에서는 다른 광시야각 모드에 비하여도 거의 손색이 없는 특성을 보여 주고 있다. 그러나 상하 방향에서는 계조 반전(계조 전압을 올림에 따라 증가해야할 휘도가 오히려 감소하는 현상) 문제가 여전히 남아있고, 특히 하측의 계조 반전은 매우 심각한 문제이다.
특히, 다중 도메인 액정 표시 장치의 경우, 정면의 감마(gamma)곡선과 측면의 감마 곡선이 일치하지 않는 측면 감마 곡선 왜곡 현상이 발생하여 TN(twisted nematic) 모드 액정 표시 장치에 비하여도 좌우측면에서 열등한 시인성을 나타낸다. 예를 들어, 도메인 분할 수단으로 개구부를 형성하는 PVA(patterned vertically aligned) 모드의 경우에는 측면으로 갈수록 전체적으로 화면이 밝게 보이고 색은 흰색 쪽으로 이동하는 경향이 있으며, 심한 경우에는 밝은 계조 사이의 간격 차이가 없어져서 그림이 뭉그러져 보이는 경우도 발생한다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 액정 표시 장치의 시야각을 개선하 는 것이다. 특히, 액정 표시 장치를 화면 아래쪽(하측)에서 바라볼 때 발생하는 계조 반전을 제거하여 시야각을 개선하는 것이다.
본 발명이 이루고자 하는 다른 기술적 과제는 액정 표시 장치의 화질을 개선하여 시인성이 우수한 액정 표시 장치를 구현하는 것이다.
본 발명의 과제를 이루기 위한 한 액정 표시 장치는,
행렬의 형태로 배열되어 있는 복수의 화소,
행 방향으로 뻗어 있는 복수의 게이트선, 그리고
열 방향으로 뻗어 있는 복수의 데이터선
을 포함하며,
상기 각 화소는 하나의 게이트선에 연결되어 있고,
적어도 한 열의 화소는 인접한 두 데이터선에 적어도 하나의 행을 단위로 번갈아 연결되어 있으며,
상기 데이터선 하나는 상기 단위 별로 극성이 반전된 데이터 신호를 상기 화소에 공급함으로써, 상기 적어도 한 열의 화소에는 동일한 극성의 데이터 신호가 공급된다.
본 발명의 과제를 이루기 위한 다른 액정 표시 장치는,
행렬의 형태로 배열되어 있는 복수의 화소, 행 방향으로 뻗어 있는 복수의 게이트선, 그리고 열 방향으로 뻗어 있는 복수의 데이터선을 구비하는 액정 표시판 조립체를 포함하며,
상기 데이터선의 수효는 상기 화소 열의 수효보다 적어도 하나 더 많고,
상기 복수의 데이터선은 상기 액정 표시판 조립체 내에서 분리되어 있으며,
상기 각 화소는 하나의 게이트선에 연결되어 있고,
각 열의 화소는 인접한 두 데이터선에 적어도 하나의 행을 단위로 번갈아 연결되어 있다.
화소는 두 개의 부화소를 포함하고, 상기 부화소 각각은 하나의 스위칭 소자를 구비하는 것이 바람직하다.
본 발명의 한 실시예에 따르면, 열 방향으로 인접한 두 화소는 결합 축전기로 연결되어 있다.
본 발명의 한 실시예에 따르면, 적어도 두 개의 데이터선에는 동일한 데이터 신호가 공급된다.
적어도 두 개의 데이터선은 첫 번째 데이터선과 마지막 데이터선인 것이 바람직하다.
본 발명의 한 실시예에 따른 액정 표시 장치는 데이터선에 각각 연결된 복수의 출력 단자를 갖는 복수의 데이터 구동 IC를 더 포함하고, 상기 복수의 데이터 구동 IC 중 제1 데이터 구동 IC의 제1 출력 단자는 상기 첫 번째 데이터선과 상기 마지막 데이터선에 전기적으로 연결되어 있는 것이 좋다.
본 발명의 한 실시예에 따른 액정 표시 장치는 상기 복수의 데이터 구동 IC를 구동하는 회로 요소가 구비되어 있는 인쇄 회로 기판, 그리고
상기 인쇄 회로 기판과 상기 액정 표시판 조립체를 연결하며, 상기 복수의 데이터 구동 IC가 각각 장착되어 있는 복수의 가요성 인쇄 회로 기판을 더 포함한다.
상기 복수의 가요성 인쇄 회로 기판 중 제1 및 제2 가요성 인쇄 회로 기판에는 각각 제1 및 제2 신호선이 구비되어 있고, 상기 인쇄 회로 기판에는 상기 제1 및 제2 신호선과 연결된 제3 신호선이 구비되어 있으며, 상기 제1 데이터 구동 IC의 상기 제1 출력 단자는 상기 제1 신호선에 연결되어 있고, 상기 첫 번째 데이터선은 상기 제2 신호선에 연결될 수 있다.
본 발명의 한 실시예에 따른 액정 표시 장치는 계조 신호와 상기 계조 신호를 제어하는 제어 입력 신호를 상기 데이터 구동IC에 공급하는 신호 제어부를 더 포함한다. 이 신호 제어부는 첫 번째 열의 화소 중 상기 첫 번째 데이터선에 연결되어 있는 화소에 대한 계조 신호는 맨 마지막에 공급하고, 첫 번째 열의 화소 중 두 번째 데이터선에 연결되어 있는 화소에 대한 계조 신호는 맨 처음에 공급하는 것이 좋다.
본 발명의 과제를 이루기 위한 다른 액정 표시 장치는 행렬의 형태로 배열되어 있는 복수의 화소, 행 방향으로 뻗어 있는 복수의 게이트선, 그리고 열 방향으로 뻗어 있는 복수의 데이터선을 포함하며, 상기 각 화소는 하나의 게이트선에 연결되어 있고, 적어도 한 열의 화소는 인접한 두 데이터선에 적어도 하나의 행을 단위로 번갈아 연결되어 있는 액정 표시 장치의 구동 방법으로서,
외부로부터 공급받은 계조 신호를 차례로 출력하는 단계,
외부로부터 공급받은 한 화소행에 대한 계조 신호 중 첫 번째 계조 신호를 저장하는 단계,
상기 외부로부터 공급받은 한 화소행에 대한 계조 신호 중 두 번째 계조 신호부터 차례로 출력하는 단계, 그리고
상기 저장된 첫 번째 계조 신호를 출력하는 단계
를 포함한다.
본 발명의 한 실시예에 따른 액정 표시 장치의 구동 방법은 상기 계조 신호를 데이터 신호로 변환하여 상기 데이터선에 공급하는 단계를 더 포함할 수 있다. 행 방향으로 인접한 화소에 인가되는 상기 데이터 신호의 극성은 서로 반대이고, 상기 열 방향으로 인접한 화소에 인가되는 데이터 신호의 극성은 동일한 것이 바람직하다.
첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.
도면에서 여러 층 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 나타내었다. 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 동일한 도면 부호를 붙였다. 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "위에" 있다고 할 때, 이는 다른 부분 "바로 위에" 있는 경우뿐 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다. 반대로 어떤 부분이 다른 부분 "바로 위에" 있다고 할 때에는 중간에 다른 부분이 없는 것을 뜻한다.
다음에 본 발명의 실시예에 따른 액정 표시 장치에 대하여 설명한다.
도 1은 본 발명의 한 실시예에 따른 액정 표시 장치의 블록도이고, 도 2는 본 발명의 한 실시예에 따른 액정 표시 장치의 등가 회로도이다. 도 3은 본 발명의 한 실시예에 따른 액정 표시 장치의 구조도이다.
도 1에 도시한 바와 같이, 본 발명에 따른 액정 표시 장치는 액정 표시판 조립체(liquid crystal panel assembly, 이하 줄여서 "액정 표시판"이라 한다)(300) 및 이에 연결된 게이트 구동부(gate driver)(400)와 데이터 구동부(data driver)(500), 게이트 구동부(400)에 연결된 구동 전압 생성부(driving voltage generator)(700)와 데이터 구동부(500)에 연결된 계조 전압 생성부(gray voltage generator)(800) 그리고 이들을 제어하는 신호 제어부(signal controller)(600)를 포함하고 있다.
액정 표시판(300)은 등가 회로로 볼 때 복수의 신호선(G1-Gn, D0-Dm , 131)과 이에 연결된 복수의 화소(pixel)를 포함한다.
신호선(G1-Gn, D0-Dm, 131)은 주사 신호(scanning signal) 또는 게이트 신호(gate signal)를 전달하며 행 방향으로 뻗어 있는 복수의 주사 신호선 또는 게이트선(G1-Gn)과 화상 신호(image signal) 또는 데이터 신호(data signal)를 전달하며 열 방향으로 뻗어 있는 데이터 신호선 또는 데이터선(D0-Dm)을 포함한다. 신호선(G1-Gn, D0-Dm)은 또한 공통 전압(common voltage, Vcom ) 또는 기준 전압(reference voltage)이 인가되고 게이트선(G1-Gn) 사이에, 그리고 화소와 화소 사이에 위치하는 유지 전극선(131)을 포함한다.
도 2에 도시한 바와 같이, 각 화소(Pi,j)(i= 1, 2, ..., n, j= 1, 2, ..., m)는 두 개의 부화소(
Figure 112002023131590-pat00001
,
Figure 112002023131590-pat00002
)로 이루어지며, 각 부화소(
Figure 112002023131590-pat00003
,
Figure 112002023131590-pat00004
)
는 신호선(G1-Gn, D0-Dm, 131)에 각각 연결된 스위칭 소자(switching element)(Q1, Q2)와 이에 연결된 액정 축전기(liquid crystal capacitor)(CLC1 , CLC2) 및 유지 축전기(storage capacitor)(CST1, CST2)를 포함한다. 그리고 아래 위로 이웃한 화소는 결합 축전기(Cpp)로 연결되어 있는데, 어떤 화소, 예를 들면 화소(Pi,j)의 위쪽 부화소(
Figure 112002023131590-pat00005
)는 위 화소(Pi-1, j)의 아래쪽 부화소(
Figure 112002023131590-pat00006
)와 결합 축전기(Cpp)로 연결되어 있고, 아래쪽 부화소(
Figure 112002023131590-pat00007
)는 아래 화소(Pi+1,j)의 위쪽 부화소(
Figure 112002023131590-pat00008
)와 결합 축전기(Cpp)로 연결되어 있다.
또한, 하나의 화소열의 화소는 열을 따라 양쪽에 위치한 두 개의 데이터선에 번갈아 가면서 연결되어 있다. 예를 들어, j번째 화소열의 화소 중 화소(Pi,j)는 (j-1)번째 데이터선(Dj-1)에 연결되어 있고, 화소(Pi+1,j)는 j번째 데이터선(Dj )에 연 결되어 있다. 반면, 하나의 화소행의 화소는 동일한 쪽의 데이터선과 연결되어 있다. 예를 들며, i번째 화소행의 화소는 모두 왼쪽 데이터선에 연결되어 있고, (i+1)번째 화소행의 화소는 모두 오른쪽 데이터선에 연결되어 있다.
한편, 본 발명의 다른 실시예에 따르면, 하나의 화소열의 화소는 모두 동일한 데이터선에 연결될 수 있다.
스위칭 소자(Q1, Q2)는 삼단자 소자로서, 그 제어 단자는 게이트선(G1-G n)에 연결되어 있고 입력 단자는 데이터선(D0-Dm)에 연결되어 있으며, 출력 단자는 액정 축전기(CLC1, CLC2), 유지 축전기(CST1, CST2) 및 결합 축전기(C pp)에 연결되어 있다. 액정 축전기(CLC1, CLC2)는 스위칭 소자(Q1, Q2)와 공통 전압(V com)의 사이에, 유지 축전기(CST1, CST2)는 스위칭 소자(Q1, Q2)와 유지 전극선(131)의 사이에 연결되어 있다.
화소를 두개의 부화소로 나누어 1개의 화소당 두개의 스위칭 소자와 두개의 액정 축전기를 형성하고, 결합 축전기를 사용하여 이웃하는 화소를 용량성으로 결합해 놓으면 액정 표시 장치를 하측에서 바라볼 때 계조 반전이 나타나는 것을 방지할 수 있고, 전방향에서의 시인성이 개선된다.
구동 전압 생성부(700)는 스위칭 소자(Q)를 턴온시키는 게이트 온 전압(Von)과 스위칭 소자(Q)를 턴오프시키는 게이트 오프 전압(Voff) 등을 생성한다.
계조 전압 생성부(800)는 액정 표시 장치의 휘도와 관련된 복수의 계조 전압(gray voltage)을 생성한다.
게이트 구동부(400)는 스캔 구동부(scan driver)라고도 하며, 액정 표시판 조립체(300)의 게이트선(G1-Gn)에 연결되어 구동 전압 생성부(700)로부터의 게이트 온 전압(Von)과 게이트 오프 전압(Voff)의 조합으로 이루어진 게이트 신호를 게이트선(G1-Gn)에 인가한다.
데이터 구동부(500)는 소스 구동부(source driver)라고도 하며, 표시판(300)의 데이터선(D0-Dm)에 연결되어 계조 전압 생성부(800)로부터의 계조 전압을 선택하여 데이터 신호로서 데이터선(D0-Dm)에 인가한다.
신호 제어부(600)는 게이트 구동부(400), 데이터 구동부(500) 및 구동 전압 생성부(700) 등의 동작을 제어하는 제어 신호를 생성하여, 각 장치(400, 500, 700)로 공급한다.
도 3에 도시한 것처럼, 본 실시예에서 신호 제어부(600), 구동 전압 생성부(700) 및 계조 전압 생성부(800)는 인쇄 회로 기판(printed circuit board, PCB)(450, 550)에 구비되며, 게이트 구동부(400) 및 데이터 구동부(500)는 각각 복수의 게이트 구동 IC(integrated circuit)(440) 및 데이터 구동 IC(541, 543, 542)로 이루어진다.
이에 대하여 상세하게 설명한다.
본 실시예에 따르면 조립체(300)의 왼쪽과 위쪽에 각각 게이트 PCB(450)와 데이터 PCB(550)가 구비되어 있고, 이들은 각각 복수의 게이트 가요성 인쇄 회로(flexible printed circuit, FPC) 기판(410)과 데이터 FPC 기판(511, 513, 512)을 통하여 조립체(300)와 연결되어 있다. FPC 기판(410, 511, 513, 512) 상에는 복수의 게이트 구동 IC(440)와 복수의 데이터 구동 IC(541, 543, 542)가 각각 장착되어 있다. 그리고 데이터 PCB(550)과 게이트 PCB(450) 사이에는 또 하나의 FPC 기판(412)이 부착되어 있다. 이 FPC 기판(412)에는 데이터 PCB(550)와 게이트 PCB(450)의 전기적 연결을 위한 복수의 신호선(도시하지 않음)이 형성되어 있다.
데이터 FPC 기판(511-513)에는 복수의 신호선(521)이 형성되어 있어 데이터 구동 IC(541-543)의 출력 단자를 조립체(300)의 데이터선(D0-Dm)과 연결한다. 맨 오른쪽에 위치한 마지막 데이터 구동 IC(542)의 마지막 출력 단자는 또한 자신이 장착된 마지막 FPC 기판(512) 상에 형성된 신호선(522a), 데이터 PCB(550) 상에 형성된 신호선(552) 그리고 첫 번째 데이터 구동 IC(541)가 장착된 첫 번째 FPC 기판(511) 상에 형성된 신호선(522b)을 통해 첫 번째 데이터선 또는 더미 데이터선(D0)에 연결되어 있다. 이때, 데이터 PCB(550)의 신호선(552)의 중간 또는 끝에는 연산 증폭기 등과 같은 증폭기(도시하지 않음)가 구비되어 신호선(552)의 배선 저항 등으로 인하여 마지막 데이터 구동 IC(542)의 마지막 출력 단자로부터 더미 데이터선(D0)에 공급되는 전압이 강하되는 것을 보상할 수 있도록 한다.
본 실시예와는 달리 게이트 구동부(400) 및 데이터 구동부(500)는 칩 형태로 표시판(300) 위에 장착될 수도 있고, 신호선(G1-Gn, D0-Dm) 및 스위칭 소자(Q1, Q2)와 동일한 공정으로 조립체(300) 위에 형성될 수도 있다. 또한, 계조 전압 생성부(800)는 데이터 PCB(550)과 데이터 구동 IC(541, 542, 543)에 각각 일부분이 구비될 수도 있다.
그러면 이러한 액정 표시 장치의 동작에 대하여 상세하게 설명한다.
신호 제어부(600)는 외부의 그래픽 제어기(graphic controller)(도시하지 않음)로부터 RGB 데이터 신호(R, G, B) 및 이의 표시를 제어하는 제어 입력 신호(input control signal), 예를 들면 수직 동기 신호(vertical synchronizing signal, Vsync)와 수평 동기 신호(horizontal synchronizing signal, Hsync), 메인 클록(main clock, CLK), 데이터 인에이블 신호(data enable signal, DE) 등을 제공받는다. 신호 제어부(600)는 제어 입력 신호를 기초로 게이트 제어 신호 및 데이터 제어 신호를 생성하고 계조 신호(R, G, B)를 액정 표시판(300)의 동작 조건에 맞게 적절히 처리한 후, 게이트 제어 신호를 게이트 구동부(400)와 구동 전압 생성부(700)로 내보내고 데이터 제어 신호와 처리한 계조 신호(R', G', B')는 데이터 구동부(500)로 내보낸다.
게이트 제어 신호는 게이트 온 펄스(게이트 신호의 하이 구간)의 출력 시작을 지시하는 수직 동기 시작 신호(vertical synchronization start signal, STV), 게이트 온 펄스의 출력 시기를 제어하는 게이트 클록 신호(gate clock signal, CPV) 및 게이트 온 펄스의 폭을 한정하는 게이트 온 인에이블 신호(gate on enable signal, OE) 등을 포함한다. 이중에서 게이트 온 인에이블 신호(OE)와 게이트 클 록 신호(CPV)는 구동 전압 생성부(700)에 공급된다. 데이터 제어 신호는 계조 신호의 입력 시작을 지시하는 수평 동기 시작 신호(horizontal synchronization start signal, STH)와 데이터선(D0-Dm)에 해당 데이터 전압을 인가하라는 로드 신호(load signal, LOAD 또는 TP), 데이터 전압의 극성을 반전시키는 반전 제어 신호(RVS) 및 데이터 클록 신호(data clock signal, HCLK) 등을 포함한다.
게이트 구동부(400)는 신호 제어부(600)로부터의 게이트 제어 신호에 따라 게이트 온 펄스를 차례로 게이트선(G1-Gn)에 인가하여 이 게이트선(G1-G n)에 연결된 한 행의 스위칭 소자(Q1, Q2)를 턴온시킨다. 이와 동시에 데이터 구동부(500)는 신호 제어부(600)로부터의 데이터 제어 신호에 따라 턴온된 스위칭 소자(Q1, Q2)가 위치한 화소행에 계조 신호(R', G', B')에 대응하는 계조 전압 생성부(800)로부터의 아날로그 전압을 데이터 신호로서 해당 데이터선(D0-Dm)에 공급한다. 데이터선(D0 -Dm)에 공급된 데이터 신호는 턴온된 스위칭 소자(Q1, Q2)를 통해 해당 화소에 인가된다. 이러한 방식으로, 한 프레임(frame) 동안 모든 게이트선(G1-Gn)에 대하여 차례로 게이트 온 펄스를 인가하여 모든 화소행에 데이터 신호를 인가한다. 이때, 한 프레임에 해당하는 모든 행의 화소에 데이터 신호가 인가된 후 반전 제어 신호(RVS)가 공급되면 다음 프레임에 해당하는 모든 행의 데이터 신호의 극성이 바뀐다.
그러면, 도 4 내지 도 6을 참고로 하여, 본 발명의 한 실시예에 따라 액정 표시판 조립체에 데이터 신호를 인가하는 방법에 대하여 상세하게 설명한다.
도 4는 본 발명의 한 실시예에 따른 액정 표시판 조립체의 화소와 데이터선의 연결 상태를 도시한 도면이고, 도 5의 (a)와 (b)는 본 발명의 한 실시예에 따른 액정 표시판의 이웃한 데이터선에 인가되는 데이터 신호의 파형도이다. 도 6은 본 발명의 한 실시예에 따라 신호 제어부로부터 데이터 구동부에 인가되는 계조 신호(R', G', B')의 파형도이다.
도 4에 도시한 것처럼, 본 실시예의 액정 표시 장치에서 동일한 행의 화소들은 인접한 두 개의 데이터선 중 같은 쪽 데이터선에 연결되고 이웃한 행의 화소는 반대쪽 데이터선에 연결되어 있다. 특히, 본 실시예에 따르면 홀수 행의 j번째 화소는 그 오른쪽에 위치한 j번째 데이터선(Dj)에, 짝수 행의 j번째 화소는 그 왼쪽에 위치한 (j-1)번째 데이터선(Dj-1)에 연결되어 있다.
또한 행 방향으로 인접한 화소에 인가되는 데이터 신호의 극성은 서로 반대이고, 열 방향으로 인접한 화소에 인가되는 데이터 신호의 극성은 동일하다. 이러한 극성 배열을 얻으려면 도 5에 도시한 바와 같이 인접한 두 데이터선에 인가되는 두 데이터 신호(dj, dj+1)의 극성이 서로 반대이고, 각 데이터 신호(dj, dj+1)가 행이 바뀔 때마다 극성을 바꾸어야 한다.
이때, 신호 제어부(600)에서 데이터 구동부(500)에 공급하는 계조 신호(R', G', B')는 도 6과 같다. 먼저, 홀수 번째 행에 대해서는 첫 번째 열의 계조 신호(
Figure 112002023131590-pat00009
,
Figure 112002023131590-pat00010
,...)에서부터 마지막 m번째 열의 계조 신호(
Figure 112002023131590-pat00011
,
Figure 112002023131590-pat00012
,...)를 그대로 차례로 공급한다. 하지만, 짝수 번째 행에 대해서는 첫 번째 열의 화소가 마지막 데이터선(Dm)과 연결된 더미 데이터선(D0)에 연결되어 있으므로, 두 번째 열의 계조 신호(
Figure 112002023131590-pat00013
,
Figure 112002023131590-pat00014
,...)에서 시작하여 마지막 열의 계조 신호(
Figure 112002023131590-pat00015
,
Figure 112002023131590-pat00016
,...)를 차례로 공급하고 이어서 맨 마지막으로 첫 번째 열의 계조 신호(
Figure 112002023131590-pat00017
,
Figure 112002023131590-pat00018
,...)를 공급한다. 그러기 위해서 신호 제어부(600)는 첫 번째 열의 계조 신호(
Figure 112002023131590-pat00019
,
Figure 112002023131590-pat00020
,...)를 일시 저장했다가 맨 마지막에 출력한다.
그러나 액정 표시 장치에서 화소들과 데이터선의 연결 위치가 본 실시예와 반대일 경우, 즉 홀수 행의 j번째 화소가 그 왼쪽에 위치한 (j-1)번째 데이터선(Dj-1)에, 짝수 행의 j번째 화소가 그 오른쪽에 위치한 j번째 데이터선(Dj)에 연되어 있는 경우에는, 신호 제어부(600)에서 데이터 구동부(500)에 공급하는 계조 신호(R', G', B')의 인가 방식도 변한다.
따라서 홀수 번째 행에 대해서는 두 번째 열의 계조 신호에서 시작하여 마지막 열의 계조 신호를 차례로 공급하고 이어서 맨 마지막으로 첫 번째 열의 계조 신호를 공급하고, 짝수 번째 행의 계조 신호(R', G', B')는 첫 번째 열의 계조 신호 에서부터 마지막 m번째 열의 계조 신호를 그대로 차례로 공급한다.
이와 같이 하면 액정 표시판 조립체(300)의 화소에는 컬럼 반전 방식으로 전압이 인가되지만 각 데이터선에는 도트 반전 방식으로 전압이 인가되는 셈이 된다.
한편, 하나의 화소열의 모든 화소가 동일한 데이터선에 연결되어 있을 경우, 행 방향으로 인접한 화소에 인가되는 데이터 신호의 극성은 서로 반대로 한다. 열 방향에 대해서는 인접한 화소에 인가되는 데이터 신호의 극성을 반대로 하는 도트 반전 방식과 극성을 동일하게 하는 컬럼 반전 방식을 취할 수 있다.
도트 반전 방식의 경우에는, 인접한 두 데이터선에 인가되는 두 데이터 신호의 극성이 서로 반대이고, 각 데이터 신호는 행이 바뀔 때마다 극성을 바꾸어야 한다.
한편, 컬럼 반전 방식의 경우에는, 인접한 두 데이터선에 인가되는 두 데이터 신호의 극성은 서로 반대이지만, 하나의 데이터선에 인가되는 데이터 신호의 극성은 모두 동일해야 한다.
이와 같은 도트 반전 방식이나 컬럼 반전 방식으로 데이터 신호를 인가할 경우, 신호 제어부(600)에서 데이터 구동부(500)에 공급되는 계조 신호는 다음과 같다. 즉, 모든 행에 대해서 첫 번째 열의 계조 신호에서부터 마지막 m번째 열의 계조 신호를 그대로 차례로 공급하면 된다.
하나의 화소열의 모든 화소가 동일한 데이터선에 연결되어 있을 경우와 하나의 화소열의 화소가 열을 따라 양쪽에 위치한 두 개의 데이터선에 번갈아 가면서 연결되어 있는 경우를 비교해보면 후자는 다음과 같은 장점이 있다.
액정 표시판 조립체(300)의 화소에 컬럼 반전 방식으로 전압을 인가하므로, 특히 한 화소에 두 개의 스위칭 소자를 가지면서 화소 사이가 결합 축전기로 연결되어 있는 액정 표시 장치에서, 도트 반전 방식 데이터 신호를 인가할 때보다 휘도가 증가하여 시인성이 향상되고, 플리커 현상도 줄어든다.
또한 하나의 데이터선에 연결된 스위칭 소자에 도트 반전 방식으로 전압을 인가하므로, 스위칭 소자의 오프 전류의 극성이 바뀌어 크로스토크 현상이 줄어든다.
다음에 도 7 내지 도 9를 참고로 하여, 본 발명의 다른 실시예에 따라 액정 표시판 조립체에 데이터 신호를 인가하는 방법에 대하여 상세하게 설명한다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 액정 표시판 조립체의 화소와 데이터선의 연결 상태를 도시한 도면이고, 도 8의 (a)와 (b)는 본 발명의 다른 실시예에 따른 액정 표시판 조립체의 이웃한 데이터선에 인가되는 데이터 신호의 파형도이다. 도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따라 신호 제어부로부터 데이터 구동부에 인가되는 계조 신호의 파형도이다.
본 발명의 다른 실시예는 도 4 내지 도 6에 도시한 실시예와 비교할 때, 두 개의 행마다 화소와 데이터선(D0-Dm)의 연결 위치가 바뀐다는 점이 상이하다. 즉, 이전 두 행의 j번째 화소가 j번째 데이터선(Dj)에 연결되어 있으면, 다음 두 행의 j번째 화소는 (j-1)번째 데이터선(Dj-1)에 연결되어 있다. 도 7에 도시한 바와 같이, 본 실시예에서는 (4k+1)(k=0, 1, 2, ...)번째 행과 (4k+2)번째 행의 j번째 화 소는 그 오른쪽에 위치한 j번째 데이터선(Dj)에 연결되고, (4k+3)번째 행과 (4k+4)번째 행의 j번째 화소는 그 왼쪽에 위치한 데이터선(Dj-1)에 연결되어 있다. 하지만 극성 배열은 도 4에 도시한 것과 동일하여, 행 방향으로 인접한 화소에 인가되는 데이터 신호의 극성은 서로 반대이며, 열 방향으로 인접한 화소에 인가되는 데이터 신호의 극성은 동일하다. 이러한 극성 배열을 얻으려면 도 8에 도시한 것처럼 인접한 두 데이터선에 인가되는 두 데이터 신호(dj, dj+1)의 극성은 서로 반대이고, 각 데이터 신호(dj, dj+1)는 두 행마다 극성을 바꾸어야 한다.
이러한 액정 표시 장치에서의 계조 신호(R', G', B') 인가 방법에 대하여 설명한다.
신호 제어부(600)에서 데이터 구동부(500)에 계조 신호(R', G', B')를 공급할 때, (4k+1)번째 행 및 (4k+2)번째 행, 즉 첫 번째, 두 번째, 다섯 번째, 여섯 번째 등의 행에 공급하는 계조 신호(R', G', B')는 첫 번째 열의 계조 신호(
Figure 112002023131590-pat00021
,
Figure 112002023131590-pat00022
)에서부터 마지막 m번째 열의 계조 신호(
Figure 112002023131590-pat00023
,
Figure 112002023131590-pat00024
)를 그대로 차례로 공급한다. 그 다음, (4k+1)번째 행 및 (4k+2)번째 행, 즉 세 번째, 네 번째, 일곱 번째, 여덟 번째 등의 행에 공급하는 계조 신호(R', G', B')는 두 번째 열의 계조 신호(
Figure 112002023131590-pat00025
,
Figure 112002023131590-pat00026
)에서 시작하여 마지막 열의 계조 신호(
Figure 112002023131590-pat00027
,
Figure 112002023131590-pat00028
)를 차례로 공급하고 맨 마지막으로 첫 번째 열의 계조 신호(
Figure 112002023131590-pat00029
,
Figure 112002023131590-pat00030
)를 이어서 공급한다.
그러나 액정 표시 장치에서 화소들과 데이터선의 연결 위치가 본 실시예와 반대일 경우, 즉 (4k+1)번째 행과 (4k+2)번째 행의 j번째 화소가 그 왼쪽에 위치한 (j-1)번째 데이터선(Dj-1)에, (4k+3)번째 행과 (4k+4)번째 행의 j번째 화소는 그 오른쪽에 위치한 j번째 데이터선(Dj)에 연결되어 있는 경우에는 신호 제어부(600)에서 데이터 구동부(500)에 공급하는 계조 신호(R', G', B')의 인가 방식도 본 실시예와 반대로 이루어진다.
즉, (4k+1)번째 행 및 (4k+2)번째 행에 공급하는 계조 신호(R', G', B')는 두 번째 열의 계조 신호에서 시작하여 마지막 열의 계조 신호를 차례로 공급하고 맨 마지막으로 첫 번째 열의 계조 신호를 이어서 공급하며, (4k+3)번째 행에서 (4k+4)번째 행에 공급하는 계조 신호(R', G', B')는 첫 번째 열의 계조 신호(
Figure 112002023131590-pat00031
,
Figure 112002023131590-pat00032
)에서부터 마지막 m번째 열의 계조 신호(
Figure 112002023131590-pat00033
,
Figure 112002023131590-pat00034
)를 그대로 차례로 공급한다.
이와 같이, 액정 표시판 조립체(300)의 화소 배치와 데이터선의 연결 상태에 맞게 계조 신호(R', G', B')를 공급함에 따라, 액정 표시판(300)의 화소에는 컬럼 반전 방식으로 전압이 인가되지만, 각 데이터선에는 실제로 2 도트 반전 방식으로 전압이 인가된다.
본 실시예에서는 화소와 데이터선의 연결 위치가 두 개의 행 단위로 바뀌지 만, 세 개 이상의 행 단위로 바뀔 수 있다.
그러면 도면을 참고로 하여 본 발명의 한 실시예에 따른 액정 표시 장치의 액정 표시판 조립체(300)의 상세 구조에 대하여 설명한다.
도 10은 본 발명의 한 실시예에 따른 액정 표시판 조립체의 배치도이고, 도 11a는 도 10의 ⅩIb-ⅩIb'선을 따라 잘라 도시한 단면도이고, 도 11b는 도 11a에서 색필터 표시판과 편광판을 제외한 박막 트랜지스터 표시판의 단면도이다. 또한 도 11c는 도 10의 ⅩIc-ⅩIc'선을 따라 잘라 도시한 박막 트랜지스터 표시판의 단면도이다.
본 실시예에 따른 액정 표시판 조립체는 서로 대향하고 있는 박막 트랜지스터 표시판과 색필터 표시판 및 그 사이에 주입되어 있는 액정층으로 이루어진다. 박막 트랜지스터 기판에는 박막 트랜지스터와 절개부를 가지는 화소 전극이 매트릭스 모양으로 반복 배치되어 있고, 색필터 표시판에는 색필터와 절개부를 가지는 기준 전극이 형성되어 있다. 액정층의 액정 분자는 전계가 인가되지 않은 상태에서 두 표시판에 대하여 수직으로 이루도록 배향되어 있다. 이하에서는 이들 각각에 대하여 좀더 구체적으로 살펴본다.
먼저 박막 트랜지스터 표시판에 대하여 설명한다.
유리 등의 투명한 절연 기판(110) 위에 게이트 배선(121, 123, 125) 및 유지 전극선(131)이 형성되어 있다. 게이트 배선(121, 123, 125)은 가로 방향으로 뻗어 있는 게이트선(121)과 게이트선(121) 끝에 연결되어 외부로부터의 게이트 신호를 인가받아 게이트선(121)으로 전달하는 게이트 패드(125)를 포함하며, 게이트선(121)의 일부는 게이트 전극(123)을 이룬다.
유지 전극선(131)은 전체적으로 가로 방향으로 뻗어 있으나 부분적으로 굴곡을 이루고 있다.
게이트 배선(121, 123, 125)과 유지 전극선(131)은 게이트 절연막(140)으로 덮여 있고, 게이트 전극(123) 상부의 게이트 절연막(140) 위에는 비정질 규소 따위로 이루어진 반도체 패턴(154)이 형성되어 있다. 반도체 패턴(154)은 게이트 전극(123)과 중첩하여 박막 트랜지스터의 채널부를 이룬다. 반도체 패턴(154)의 위에는 인(P) 등의 N형 불순물이 고농도로 도핑되어 있는 비정질 규소로 이루어진 저항성 접촉층 패턴(163, 165a, 165b)이 형성되어 있다.
저항성 접촉층 패턴(163, 165a, 165b) 및 게이트 절연막(140) 위에는 데이터 배선(171, 173, 175a, 175b, 179) 및 결합 전극(174)이 형성되어 있다. 데이터 배선(171, 173, 175a, 175b, 179)은 세로 방향으로 뻗어 있는 데이터선(171)과 그 일부분인 소스 전극(173) 및 이들과 분리되어 있는 두 개의 드레인 전극(175a, 175b)을 포함한다. 데이터 배선은 또한 데이터선(171)의 한쪽 끝에 연결되어 외부로부터의 화상 신호를 인가받는 데이터 패드(179)를 포함한다.
소스 전극(173)은 게이트 전극(123) 상부에서 드레인 전극(175a, 175b)과 마주하고 있고, 드레인 전극(175a, 175b)의 한쪽 끝은 각각 게이트선(121)을 중심으로 하여 아래 위로 뻗어 있다. 소스 전극(173)과 드레인 전극(173)의 사이에는 반도체 패턴(154)이 노출되어 있다. 본 실시예에서 소스 전극(173)은 행별로 번갈아 가며 그 위치가 좌측 또는 우측으로 변한다. 따라서 소스 전극(173)의 위치는 그 전 행의 소스 전극(173)과 거의 좌우 대칭 관계를 갖는다.
결합 전극(174)은 유지 전극선(131)을 가로질러 세로 방향으로 뻗어 있다. 여기에서, 저항성 접촉층 패턴(163, 165a, 165b)은 반도체 패턴(151)과 데이터 배선(171, 173, 175a, 175b, 179)이 중첩하는 부분에만 위치한다.
데이터 배선(171, 173, 175a, 175b, 179)과 결합 전극(174) 및 노출된 반도체 패턴(151) 부분은 보호막(180)으로 덮여 있다. 이 때, 보호막(180)은 두 개의 드레인 전극(175a, 175b)의 한쪽 끝을 각각 노출하는 접촉 구멍(181, 182)과 데이터 패드(179)를 노출하는 접촉 구멍(185)을 가지고 있다. 보호막(180)과 게이트 절연막(140)은 또한 게이트 패드(125)를 노출하는 접촉 구멍(184)을 가지고 있다.
또한 보호막(180)은 결합 전극(174)을 노출하는 접촉 구멍(183)을 가지고 있다.
보호막(180) 위에는 접촉 구멍(181, 182)을 통하여 드레인 전극(175a, 175b)과 각각 연결되어 있는 두 개의 화소 전극(190a, 190b)이 형성되어 있다. 여기서, 위 화소 전극(190b)은 접촉 구멍(183)을 통하여 결합 전극(174)과 연결되어 있고 아래 화소 전극(190a)은 결합 전극(174)과 중첩되어 있어서, 위 화소의 아래 화소 전극(190a)과 아래 화소의 위 화소 전극(190b)이 전자기적으로 결합(용량성 축전기)되어 있다. 또한, 두 화소 전극(190a, 190b)은 각각 유지 전극선(131)과 중첩하여 유지 축전기를 이룬다. 화소 전극(190a, 190b)은 ITO(indium tin oxide) 또는 IZO(indium zinc oxide) 등의 투명한 도전 물질로 이루어진다.
한편, 아래 화소 전극(190a)은 세 개의 선형 절개부(191, 192, 193)를 가진 다. 중앙 절개부(193)는 화소 전극(190a)의 상하 중앙에 위치하며 좌에서 우로 파고 들어간 모양이고, 상부 및 하부 절개부(191, 192)는 각각 중앙 절개부(193)에 의하여 상하로 구분된 화소 전극(190a)의 상부 및 하부에 사선 방향으로 뻗어 있다. 상부 절개부(191)와 하부 절개부(192)는 중앙 절개부(193)를 중심으로 하여 서로 거의 대칭을 이루고 있다. 화소 전극(190a, 190b)이 인접하는 변은 V자 모양으로 꺾여 있다. 이 때, 화소 전극(190a)의 변은 볼록하고, 화소 전극(190b)의 변은 오목하다.
또한, 보호막(180) 위에는 접촉 구멍(184, 185)을 통하여 각각 게이트 패드(125) 및 데이터 패드(179)와 연결되어 있는 보조 게이트 패드(95) 및 보조 데이터 패드(97)가 형성되어 있다. 여기서, 보조 게이트 및 데이터 패드(95, 97)는 게이트 및 데이터 패드(125, 179)를 보호하기 위한 것이며, 필수적인 것은 아니다.
보조 게이트 패드 및 보조 데이터 패드(95, 97) 부근을 제외한 표시판(300) 전면에 배향막(11)이 형성되어 있다.
다음, 도 10 및 도 11a를 참조하여, 색필터 표시판에 대하여 설명한다.
유리 등의 투명한 절연 기판(210) 위에 블랙 매트릭스(220)가 형성되어 있고, 블랙 매트릭스(220)에 의하여 정의되는 각 화소 영역에는 적, 녹, 청색의 색필터(230)가 반복적으로 형성되어 있다. 색필터(230) 위에는 오버코트막(250)이 형성되어 있고, 오버코트막(250) 위에는 ITO 등의 투명한 도전 물질로 이루어진 기준 전극(270)이 형성되어 있다. 기준 전극(270)은 네 개의 선형 절개부(271, 272, 273, 274)를 가진다. 이중 세 개의 절개부(271, 272, 273)는 아래 화소 전극(190a)과 중첩하는 위치에 배치되어 절개부(191, 192, 193)와 함께 화소 전극(190a)을 복수의 소영역으로 구획하고 있고, 절개부(274)는 V자형으로 위 화소 전극(190b)을 상하로 양분하고 있다. 기준 전극(270)과 노출된 절개부(271, 272, 273, 274) 전면에 배향막(21)이 형성되어 있다.
이 때, 절개부(191, 192, 193)와 절개부(271, 272, 273)에 의하여 구획된 각 소영역은 실질적으로 4각형을 이루고, 그 장변 두 개는 게이트선(121)과 데이터선(171)에 대하여 약 45°를 이룬다. 위 화소 전극(190b)의 경계와 절개부(274)로 구획되는 소영역은 V자형이지만, 4각형 영역이 두 개가 연결된 것으로 보면 이 역시 4각형 영역으로 볼 수 있다.
두 기판(110, 210)의 바깥쪽에는 각각 편광판(12, 22)이 부착되어 있다. 이 때, 이들 편광판(12, 22)의 편광축은 게이트선(121) 또는 데이터선(171)과 평행하고, 서로간에는 직교하도록 배치된다.
이러한 구조로 이루어진 박막 트랜지스터 기판과 색필터 기판 사이에는 액정 물질이 주입되어 액정층(3)을 이룬다.
다음, 도 11a 내지 도 15c를 참조하여 본 발명의 한 실시예에 따른 박막 트랜지스터 표시판의 제조 방법에 대하여 구체적으로 설명하기로 한다.
먼저, 도 12a 내지 도 12c에 도시한 바와 같이, 유리 기판(110) 상부에 게이트 배선(121, 123, 125) 및 유지 전극선(131)을 형성한다.
다음, 도 13a 내지 도 13c에 도시한 바와 같이, 질화 규소로 이루어진 게이트 절연막(140), 비정질 규소로 이루어진 반도체층, 도핑된 비정질 규소층의 삼층막을 연속하여 적층하고 마스크를 이용한 패터닝 공정으로 위의 두 층을 섬 모양(164, 154)으로 패터닝한다.
다음, 도 14a 내지 도 14c에 도시한 바와 같이, 결합 전극(174) 및 데이터 배선(171, 173, 175a, 175b, 179)을 형성한다.
이어, 데이터 배선(171, 173, 175a, 175b, 179)으로 덮이지 않고 노출된 비정질 규소층(164) 부분을 제거하여 반도체 패턴(154)의 일부를 노출시킨다. 이어, 노출된 반도체 패턴(154)의 표면을 안정화시키기 위하여 산소 플라스마를 실시하는 것이 바람직하다.
다음으로, 도 15a 내지 도 15c에서 보는 바와 같이, 질화 규소를 적층하거나 평탄화 특성이 우수하며 감광성을 가지는 유기 물질을 기판(110) 상부에 코팅(coating)하거나 PECVD(plasma enhanced chemical vapor deposition) 방법으로 증착하여 보호막(180)을 형성한다. 이어, 마스크를 이용한 사진 식각 공정으로 보호막(180)을 게이트 절연막(140)과 함께 패터닝하여, 드레인 전극(175a, 175b), 결합 전극(174), 게이트 패드(125) 및 데이터 패드(179)를 드러내는 접촉 구멍(181, 182, 183, 184, 185)을 형성한다.
다음, 도 10, 도 11b 및 도 11c에서 보는 바와 같이, 투명 도전 물질을 증착하고 마스크를 이용한 사진 식각 공정으로 패터닝하여 접촉 구멍(185)을 통하여 드레인 전극(175a, 175b) 및 결합 전극(174)과 연결되는 화소 전극(190a, 190b)과 접촉 구멍(184, 185)을 통하여 게이트 패드(125) 및 데이터 패드(179)와 각각 연결되는 보조 게이트 패드(95) 및 보조 데이터 패드(97)를 각각 형성한다.
다음, 도면을 참고로 하여 본 발명의 다른 실시예에 따른 액정 표시 장치용 박막 트랜지스터 표시판의 구조와 그 제조 방법에 대하여 설명한다.
먼저, 박막 트랜지스터 표시판에 대하여 설명한다.
도 16은 본 발명의 다른 실시예에 따른 액정 표시 장치용 박막 트랜지스터 표시판의 배치도이고, 도 17a 및 도 17b는 각각 도 16의 XⅦa-XⅦa'선과 XⅦb-XⅦb'선을 따라 잘라 도시한 단면도이다.
유리 등의 투명한 절연 기판(110) 위에 게이트 배선(121, 123, 125)과 유지 전극선(131)이 형성되어 있다.
게이트 배선(121, 123, 125)은 가로 방향으로 뻗어 있는 게이트선(121)을 포함하며 게이트선(121)의 일부는 상하로 돌출하여 게이트 전극(123)을 이룬다. 게이트선(121) 끝에는 외부로부터의 게이트 신호를 인가받아 게이트선(121)으로 전달하는 게이트 패드(125)가 연결되어 있다.
유지 전극선(131)은 게이트선(121)과 나란하게 뻗어 있고, 도시하지는 않았으나 가지선을 가질 수도 있다.
게이트 배선(121, 123, 125)과 유지 전극선(131)은 게이트 절연막(140)으로 덮여 있고, 게이트 절연막(140) 위에는 비정질 규소로 이루어진 반도체 패턴(151, 156, 157, 159)이 형성되어 있다. 반도체 패턴(156)의 일부(154a, 154b)는 게이트 전극(123)과 중첩하여 박막 트랜지스터의 채널부를 형성한다. 반도체 패턴(151, 156, 157, 159)의 위에는 인 등의 N형 불순물이 고농도로 도핑된 비정질 규소로 이루어진 저항성 접촉층 패턴(161, 163, 165a, 165b, 167, 169)이 형성되어 있다.
접촉층 패턴(161, 163, 165a, 165b, 167, 169) 위에는 데이터 배선(171, 173, 175a, 175b, 179) 및 결합 전극(177)이 형성되어 있다.
데이터 배선(171, 173, 175a, 175b, 179)은 반도체 패턴(161)을 따라 뻗은 데이터선(171)과 이에 연결된 소스 전극(173) 및 이들과 분리된 두 개의 드레인 전극(175a, 175b)을 포함한다. 데이터선(171)의 한쪽 끝에는 외부로부터의 화상 신호를 인가받는 데이터 패드(179)가 연결되어 있다. 소스 전극(173)은 게이트 전극(123) 상부에서 데이터선(171)으로부터 돌출해 있으며, 드레인 전극(175a, 175b)은 소스 전극(173) 양쪽에 각각 배치되어 있고 각각의 한쪽 끝은 게이트선(121)을 중심으로 하여 아래 위로 뻗어 있다.
결합 전극(177)은 유지 전극선(131)과 일부가 중첩되어 있다. 여기에서, 저항성 접촉층 패턴(161, 163, 165a, 165b, 167, 169)은 반도체 패턴(151, 156, 157, 159)과 데이터 배선(171, 173, 175a, 175b, 179)이 중첩하는 부분에만 위치한다. 데이터 배선(171, 173, 175a, 175b, 179) 및 결합 전극(177), 저항성 접촉층 패턴(161, 163, 165a, 165b, 167, 169), 그리고 반도체 패턴(151, 156, 157, 159)은 채널부(154a, 154b)를 제외하면 실질적으로 동일한 평면 모양을 가진다.
데이터 배선(171, 173, 175a, 175b, 179)의 위에는 보호막(180)이 형성되어 있다. 이 때, 보호막(180)은 두 드레인 전극(175a, 175b)의 한쪽 끝을 각각 노출하는 접촉 구멍(181, 182)과 결합 전극(177)의 한쪽 끝을 노출하는 접촉 구멍(183)을 가지고 있다. 보호막(180)은 게이트 패드(125)와 데이터 패드(179)를 노출하는 접촉 구멍(184, 185)을 가지고 있다.
보호막(180)의 위에는 접촉 구멍(181, 182)을 통하여 드레인 전극(175a, 175b)과 각각 연결되어 있는 두 개의 화소 전극(190a, 190b)이 형성되어 있다. 여기서 아래 화소 전극(190a)은 접촉 구멍(183)을 통하여 결합 전극(177)과 연결되어 있고, 위 화소 전극(190b)은 결합 전극(177)과 중첩되어 있다. 즉, 위 화소의 아래 화소 전극(190a)과 아래 화소의 위 화소 전극(190b)은 결합 전극(177)을 매개로 하여 용량성 축전기를 이루고 있다. 화소 전극(190a, 190b)은 ITO(indium tin oxide) 또는 IZO(indium zinc oxide) 등의 투명한 도전 물질로 이루어진다. 한편, 아래 화소 전극(190a)은 가로 방향으로 길게 뻗어 있는 하나의 가로 절개부(191)를 가지고 있다. 가로 절개부(191)의 수는 복수 개일 수 있고, 위 화소 전극(190b)에는 세로의 절개부가 형성될 수 있다. 아래 화소 전극(190a)이 전체 화소 전극 면적에서 차지하는 비율은 30%~70%가 되는 것이 바람직하다.
또한, 보호막(180) 위에는 접촉 구멍(184, 185)을 통하여 각각 게이트 패드(125) 및 데이터 패드(179)와 연결되어 있는 보조 게이트 패드(95) 및 보조 데이터 패드(97)가 형성되어 있다. 여기서, 보조 게이트 및 데이터 패드(95, 97)는 게이트 및 데이터 패드(125, 179)를 보호하기 위한 것이며, 필수적인 것은 아니다.
본 실시예에서 하나의 화소 열에 포함되어 있는 박막 트랜지스터와 화소 전극(190a, 190b)은 이웃한 두 개의 데이터선(171)에 번갈아 가면서 연결되어 있다.
유지 전극선(131)에는 화소 전극(190a, 190b)과 대향하는 공통 전극(도 2)의 전위가 인가되는 것이 보통이다.
다음, 색필터 표시판에 대하여 설명한다. 색필터 표시판의 구조는 기본적으 로 도 11a에 도시한 것과 동일하다. 즉, 색필터 표시판에는 블랙 매트릭스, 색필터, 공통 전극, 배향막 등이 형성되어 있다. 다른 점이 있다면, 공통 전극에 구비된 절개부(271, 272, 273)의 모양과 위치이다. 세로 방향으로 길게 뻗어 있는 절개부(271)는 위 화소 전극(190b)을 좌우로 양분하여 두 개의 좌우 소영역으로 분할하고 있고, 가로 방향으로 길게 뻗어 있는 두 개의 절개부(272, 273)는 가로 절개부(191)의 양쪽에 위치하며, 아래 화소 전극(190a)을 상하로 4분하는 위치에 있다.
이와 같은 본 실시예에서는 결합 전극(177)을 데이터 배선(171, 173, 175a, 175b, 179)과 동일한 층에 두었으나, 이와 달리 게이트 배선(121, 123, 125)과 동일한 층에 둘 수도 있다. 이 경우에는 유지 전극선(131)이 결합 전극(177)과 닿지 않도록 유의하여야 한다.
그러면, 도 16 및 도 17a와 도 17b의 구조를 갖는 본 발명의 일 실시예에 따른 액정 표시 장치의 다른 박막 트랜지스터 표시판을 제조하는 방법에 대하여, 도 18a 내지 도 20c, 도 16, 도 17a 및 도 17b를 참고로 하여 설명한다.
먼저, 도 18a 내지 도 18c에 도시한 바와 같이, 투명한 절연 기판(110) 위에 게이트 배선(121, 123, 125)과 유지 전극선(131)을 형성한다.
다음, 도 19a 내지 도 19c에 도시한 바와 같이, 질화 규소로 이루어진 게이트 절연막(140), 도핑되지 않은 비정질 규소의 반도체층(150), 도핑된 비정질 규소층(160)을 화학 기상 증착법 등을 이용하여 각각 1,500 Å 내지 5,000 Å, 500 Å 내지 2,000 Å, 1400 Å 내지 600 Å의 두께로 연속 증착한다. 도전체층(170)을 스퍼터링 등의 방법으로 1,500 Å 내지 3,000 Å의 두께로 증착한 다음 그 위에 감 광막을 1 μm 내지 2 μm의 두께로 도포한다.
그 후, 마스크를 통하여 감광막에 빛을 조사한 후 현상하여 감광막 패턴(212, 214)을 형성한다. 이때, 감광막 패턴(212, 214) 중에서 박막 트랜지스터의 채널부(C), 즉 소스 전극(173)과 드레인 전극(175a, 175b) 사이에 위치한 제1 부분(214)은 데이터 배선부(A), 즉 데이터 배선(171, 173, 175a, 175b, 179) 및 결합 전극(177)이 형성될 부분에 위치한 제2 부분(212)보다 두께가 작게 되도록 하며, 기타 부분(B)의 감광막은 모두 제거하거나 아주 작은 두께로 남긴다. 이 때, 채널부(C)에 남아 있는 제1 부분(214)의 두께와 데이터 배선부(A)에 남아 있는 제2 부분(212)의 두께의 비는 후에 후술할 식각 공정에서의 공정 조건에 따라 다르게 하여야 하되, 제1 부분(214)의 두께를 제2 부분(212)의 두께의 1/2 이하로 하는 것이 바람직하며, 예를 들면, 4,000 Å 이하인 것이 좋다.
이와 같이, 위치에 따라 감광막의 두께를 달리하는 방법으로 여러 가지가 있을 수 있으며, A 영역의 빛 투과량을 조절하기 위하여 주로 슬릿(slit)이나 격자 형태의 패턴을 형성하거나 반투명막을 사용한다.
이때, 슬릿 사이에 위치한 패턴의 선 폭이나 패턴 사이의 간격, 즉 슬릿의 폭은 노광시 사용하는 노광기의 분해능보다 작은 것이 바람직하다. 반투명막을 이용하는 경우에는 마스크를 제작할 때 투과율을 조절하기 위하여 서로 다른 투과율을 가지는 박막을 이용하거나 두께가 서로 다른 박막을 이용할 수 있다.
이와 같은 마스크를 통하여 감광막에 빛을 조사하면 빛에 직접 노출되는 부분에서는 고분자들이 거의 완전히 분해되며, 슬릿 패턴이나 반투명막이 형성되어 있는 부분에서는 빛의 조사량이 적으므로 고분자들은 완전 분해되지 않은 상태이며, 마스크의 차광막으로 가려진 부분에서는 고분자가 거의 분해되지 않는다. 이어 감광막을 현상하면, 고분자 분자들이 분해되지 않은 부분만이 남고, 빛이 적게 조사된 중앙 부분에는 빛에 전혀 조사되지 않은 부분보다 얇은 두께의 감광막 패턴이 남는다. 이때, 노광 시간을 길게 하면 모든 분자들이 분해되므로 그렇게 되지 않도록 해야 한다.
이러한 얇은 두께의 감광막 부분(214)은 리플로우가 가능한 물질로 이루어진 감광막을 이용하고 빛이 완전히 투과할 수 있는 부분과 빛이 완전히 투과할 수 없는 부분으로 나뉘어진 통상적인 마스크로 노광한 다음 현상하고 리플로우시켜 감광막이 잔류하지 않는 부분으로 감광막의 일부가 흘러내리도록 함으로써 형성할 수도 있다.
이어, 감광막 패턴(212, 214) 및 그 하부의 막들, 즉 도전체층(170), 도핑된 비정질 규소층(160) 및 반도체층(150)에 대한 식각을 진행한다. 이때, 데이터 배선부(A)에는 데이터 배선(171, 173, 175a, 175b, 179) 및 그 하부의 막들이 그대로 남아 있고, 채널부(C)에는 반도체층만 남아 있어야 하며, 나머지 부분(B)에는 위의 3개 층(170, 160, 150)이 모두 제거되어 게이트 절연막(140)이 드러나야 한다.
먼저, 도 19d 및 19e에 도시한 것처럼, 기타 부분(B)의 노출되어 있는 도전체층(170)을 제거하여 그 하부의 도핑된 비정질 규소층(160)을 노출시킨다. 이 과정에서는 건식 식각 또는 습식 식각 방법을 모두 사용할 수 있으며, 이때 도전체층(170)은 식각되고 감광막 패턴(212, 214)은 거의 식각되지 않는 조건하에 서 행하는 것이 좋다. 그러나, 건식 식각의 경우 도전체층(170)만을 식각하고 감광막 패턴(212, 214)은 식각되지 않는 조건을 찾기가 어려우므로 감광막 패턴(212, 214)도 함께 식각되는 조건 하에서 행할 수 있다. 이 경우에는 습식 식각의 경우보다 제1 부분(214)의 두께를 두껍게 하여 이 과정에서 제1 부분(214)이 제거되어 하부의 도전체층(170)이 드러나는 일이 생기지 않도록 한다.
이렇게 하면, 도 19d 및 도 19e에 나타낸 것처럼, 채널부(C) 및 데이터 배선부(A)의 도전체층, 즉 소스/드레인용 도전체 패턴(176)과 결합 전극(177)만이 남고 기타 부분(B)의 도전체층(170)은 모두 제거되어 그 하부의 도핑된 비정질 규소층(160)이 드러난다. 이때 남은 도전체 패턴(176, 177)은 소스 및 드레인 전극(173, 175a, 175b)이 분리되지 않고 연결되어 있는 점을 제외하면 데이터 배선(171, 173, 175a, 175b, 176)의 형태와 동일하다. 또한 건식 식각을 사용한 경우 감광막 패턴(212, 214)도 어느 정도의 두께로 식각된다.
이어, 도 19f와 도 19g에 도시한 바와 같이, 기타 부분(B)의 노출된 도핑된 비정질 규소층(160) 및 그 하부의 반도체층(150)을 건식 식각 방법으로 제거한다. 이 때 감광막 패턴(212, 214)도 동시에 식각하여 제1 부분(214)을 제거할 수 도 있다. 이와는 달리 도핑된 비정질 규소층(160) 및 반도체층(150)을 먼저 제거한 후 감광막 패턴(212, 214)을 나중에 제거할 수도 있다.
이렇게 하면, 도 19f 및 도 19g에 나타낸 바와 같이, 채널부(C)의 제1 부분(214)이 제거되어 소스/드레인용 도전체 패턴(176)이 드러나고, 기타 부분(B)의 도핑된 비정질 규소층(160) 및 반도체층(150)이 제거되어 그 하부의 게이트 절 연막(140)이 드러난다. 한편, 데이터 배선부(A)의 제2 부분(212) 역시 식각되므로 두께가 얇아진다. 또한, 이 단계에서 반도체 패턴(151, 156, 159)이 완성된다. 도면 부호 166과 167은 각각 소스/드레인용 도전체 패턴(176) 하부의 도핑된 규소층 패턴과 결합 전극(177) 하부의 도핑된 규소층 패턴을 가리킨다.
이어 애싱(ashing)을 통하여 채널부(C)의 도전체 패턴(176) 표면에 남아 있는 감광막 찌꺼기를 제거한다.
다음, 도 19h와 도 19i에 도시한 바와 같이 채널부(C)의 도전체 패턴(176) 및 그 하부의 도핑된 규소층 패턴(166)을 식각하여 제거한다. 이때, 반도체 패턴(156)의 일부가 제거되어 두께가 작아질 수도 있으며 감광막 패턴의 제2 부분(212)도 이때 어느 정도의 두께로 식각된다. 이때의 식각은 게이트 절연막(140)이 식각되지 않는 조건으로 행하여야 하며, 제2 부분(212)이 식각되어 그 하부의 데이터 배선(171, 173, 175a, 175b, 176, 179)이 드러나는 일이 없도록 감광막 패턴이 두꺼운 것이 바람직함은 물론이다.
이렇게 하면, 소스 전극(173)과 드레인 전극(175a, 175b)이 분리되면서 데이터 배선(171, 173, 175a, 175b, 177, 179)과 그 하부의 접촉층 패턴(161, 163, 165a, 165b, 167, 169)이 완성된다.
마지막으로 데이터 배선부(A)에 남아 있는 감광막 제2 부분(212)을 제거한다. 그러나, 제2 부분(212)의 제거는 채널부(C)의 도전체 패턴(176)을 제거한 후 그 밑의 도핑된 비정질 규소층(166)을 제거하기 전에 이루어질 수도 있다.
이와 같이 하여 데이터 배선(171, 173, 175a, 175b, 177, 179)을 형성한 후, 도 20a 내지 도 20c에 도시한 바와 같이 제1 실시예와 같은 절연 물질을 적층하여 보호막(180)을 형성하고, 마스크를 이용하여 보호막(180)을 게이트 절연막(140)과 함께 식각하여 드레인 전극(175a, 175b), 결합 전극(177), 게이트 패드(125) 및 데이터 패드(179)를 각각 드러내는 접촉 구멍(181, 182, 183, 184, 185)을 형성한다.
이어, 도 16 내지 도 17b에 도시한 바와 같이, 500 Å 내지 1,000 Å 두께의 IZO 또는 ITO를 증착하고 마스크를 사용하여 식각하여 드레인 전극(175) 및 결합 전극(177)과 연결된 화소 전극(190a, 190b), 게이트 패드(125)와 연결된 보조 게이트 패드(95) 및 데이터 패드(179)와 연결된 보조 데이터 패드(97)를 형성한다.
이와 같이, 화소를 두개의 부화소로 나누어 1개의 화소당 두개의 스위칭 소자와 두개의 액정 축전기를 형성하고, 결합 축전기를 사용하여 이웃하는 화소를 용량성으로 결합해 놓으면 액정 표시 장치를 하측에서 바라볼 때 계조 반전이 나타나는 것을 방지할 수 있고, 전방향에서의 시인성이 개선된다.
또한 액정 표시판의 화소에는 컬럼 반전 방식으로 전압이 인가되지만 각 데이터선에는 도트 반전 방식으로 전압이 인가되므로 도트 반전 방식으로 전압을 인가할 때보다 휘도가 증가하여 시인성이 향상되고, 플리커 현상도 줄어들어 화질이 개선된다.
뿐만 아니라, 하나의 데이터선에 연결된 화소의 스위칭 소자에 도트 반전 방식으로 전압을 인가하므로, 스위칭 소자의 오프 전류의 극성이 변하여 크로스토크 현상이 줄어들어 화질이 개선된다.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.

Claims (13)

  1. 제1 방향으로 뻗어 있는 복수의 게이트선과 상기 게이트선과 서로 절연하여 교차하며 제2 방향으로 뻗어 있는 복수의 데이터선으로 정의되는 복수의 화소
    를 포함하며,
    상기 제1 방향으로 배치되어 있는 화소는 하나의 게이트선에 연결되어 있고,
    상기 제2 방향으로 배치되어 있는 복수의 화소는 적어도 하나의 화소를 단위로 하여, 서로 인접한 두 데이터선에 제2 방향을 따라 번갈아 연결되어 있으며,
    상기 데이터선은 상기 적어도 하나의 화소를 단위로 하여, 극성이 반전된 데이터 신호를 상기 화소에 공급함으로써, 상기 제1 방향으로 인접한 화소에는 서로 다른 극성의 데이터 신호가 공급되고, 상기 제2 방향으로 인접한 화소에는 동일한 극성의 데이터 신호가 공급되는
    액정 표시 장치.
  2. 제1항에서,
    상기 화소는 두 개의 부화소를 포함하고, 상기 부화소 각각은 하나의 스위칭 소자를 구비하는 액정 표시 장치.
  3. 제1항에서,
    상기 제2 방향으로 인접한 두 화소는 결합 축전기로 연결되어 있는 액정 표시 장치.
  4. 행렬의 형태로 배열되어 있는 복수의 화소, 제1 방향으로 뻗어 있는 복수의 게이트선과 상기 게이트선, 상기 게이트선과 절연하여 교차하며 제2 방향으로 뻗어 있는 복수의 데이터선을 구비하는 액정 표시판 조립체를 포함하며,
    상기 데이터선의 수효는 상기 열 방향으로 배열된 화소의 수효보다 적어도 하나 더 많고, 상기 복수의 데이터선 중 첫 번째 데이터선과 마지막 데이터선은 서로 전기적으로 연결되어 있고,
    상기 복수의 데이터선은 상기 액정 표시판 조립체 내에서 분리되어 있으며,
    상기 제1 방향으로 배치되어 있는 복수의 화소는 하나의 게이트선에 연결되어 있고,
    상기 제2 방향으로 배치되어 있는 복수의 화소는 적어도 하나의 화소를 단위로 하여, 서로 인접한 두 데이터선에 제2 방향을 따라 번갈아 연결되어 있는
    액정 표시 장치.
  5. 제4항에서,
    상기 화소는 두 개의 부화소를 포함하고, 상기 부화소 각각은 하나의 스위칭 소자를 구비하는 액정 표시 장치.
  6. 제4항에서,
    상기 제2 방향으로 인접한 두 화소는 결합 축전기로 연결되어 있는 액정 표시 장치.
  7. 제4항에서,
    상기 첫 번째 데이터선과 상기 마지막 데이터선에는 동일한 데이터 신호가 공급되는 액정 표시 장치.
  8. 삭제
  9. 제7항에서,
    상기 데이터선에 각각 연결된 복수의 출력 단자를 갖는 복수의 데이터 구동 IC를 더 포함하고,
    상기 복수의 데이터 구동 IC 중 제1 데이터 구동 IC의 제1 출력 단자는 상기 첫 번째 데이터선과 상기 마지막 데이터선에 전기적으로 연결되어 있는
    액정 표시 장치.
  10. 제9항에서,
    상기 복수의 데이터 구동 IC를 구동하는 회로 요소가 구비되어 있는 인쇄 회로 기판, 그리고
    상기 인쇄 회로 기판과 상기 액정 표시판 조립체를 연결하며, 상기 복수의 데이터 구동 IC가 각각 장착되어 있는 복수의 가요성 인쇄 회로 기판
    을 더 포함하고,
    상기 복수의 가요성 인쇄 회로 기판 중 제1 및 제2 가요성 인쇄 회로 기판에는 각각 제1 및 제2 신호선이 구비되어 있고,
    상기 인쇄 회로 기판에는 상기 제1 및 제2 신호선과 연결된 제3 신호선이 구비되어 있으며,
    상기 제1 데이터 구동 IC의 상기 제1 출력 단자는 상기 제1 신호선에 연결되어 있고,
    상기 첫 번째 데이터선은 상기 제2 신호선에 연결되어 있는
    액정 표시 장치.
  11. 제9항에서,
    계조 신호와 상기 계조 신호를 제어하는 제어 입력 신호를 상기 데이터 구동IC에 공급하는 신호 제어부를 더 포함하고,
    상기 신호 제어부는 첫 번째 열의 화소 중 상기 첫 번째 데이터선에 연결되어 있는 화소에 대한 계조 신호는 맨 마지막에 공급하고,
    첫 번째 열의 화소 중 두 번째 데이터선에 연결되어 있는 화소에 대한 계조 신호는 맨 처음에 공급하는
    액정 표시 장치.
  12. 행렬의 형태로 배열되어 있는 복수의 화소, 행 방향으로 뻗어 있는 복수의 게이트선, 그리고 열 방향으로 뻗어 있는 복수의 데이터선을 포함하며, 상기 각 화소는 하나의 게이트선에 연결되어 있고, 적어도 한 열의 화소는 인접한 두 데이터선에 적어도 하나의 행을 단위로 번갈아 연결되어 있는 액정 표시 장치의 구동 방법으로서,
    외부로부터 공급받은 계조 신호를 차례로 출력하는 단계,
    외부로부터 공급받은 한 화소행에 대한 계조 신호 중 첫 번째 계조 신호를 저장하는 단계,
    상기 외부로부터 공급받은 한 화소행에 대한 계조 신호 중 두 번째 계조 신호부터 차례로 출력하는 단계, 그리고
    상기 저장된 첫 번째 계조 신호를 출력하는 단계
    를 포함하는 액정 표시 장치의 구동 방법.
  13. 제12항에서,
    상기 계조 신호를 데이터 신호로 변환하여 상기 데이터선에 공급하는 단계를 더 포함하고,
    상기 행 방향으로 인접한 화소에 인가되는 상기 데이터 신호의 극성은 서로 반대이고, 상기 열 방향으로 인접한 화소에 인가되는 데이터 신호의 극성은 동일한
    액정 표시 장치의 구동 방법.
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