KR101143001B1 - 액정 표시 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 액정 표시 장치에 관한 것으로, 이 장치는 행렬 형태로 배열되어 있으며 화소 전극을 포함하는 복수의 화소, 화소에 연결되어 있으며 복수의 게이트 전극을 포함하는 복수의 게이트선, 게이트선과 교차하고 복수의 소스 전극을 포함하는 복수의 데이터선, 그리고 소스 전극과 마주보며 화소 전극에 연결되어 있는 복수의 드레인 전극을 포함한다. 이때, 게이트 전극, 소스 전극 및 드레인 전극으로 이루어진 스위칭 소자는 인접한 화소에서 서로 다른 위치에 배치되어 있으며, 화소의 개구부는 실질적으로 동일한 모양을 가진다.

액정 표시 장치, 화소, 더미 게이트 전극, 더미 드레인 전극, 대칭, 박막 트랜지스터

Description

액정 표시 장치 {LIQUID CRYSTAL DISPLAY}

도 1은 본 발명의 한 실시예에 따른 액정 표시 장치의 블록도이다.

도 2는 본 발명의 한 실시예에 따른 액정 표시 장치의 한 화소에 대한 등가 회로도이다.

도 3 및 도 4는 본 발명의 한 실시예에 따른 액정 표시 장치의 화소 배열을 보여주는 도면이다.

도 5는 본 발명의 한 실시예에 따른 액정 표시 장치의 박막 트랜지스터 표시판의 배치도이다.

도 6은 본 발명의 한 실시예에 따른 액정 표시 장치의 공통 전극 표시판의 배치도이다.

도 7은 도 5의 박막 트랜지스터 표시판과 도 6의 공통 전극 표시판으로 이루어진 액정 표시 장치의 배치도이다.

도 8은 도 7의 액정 표시 장치를 VIII-VIII'선을 따라 잘라 도시한 단면도이다.

도 9는 도 7의 액정 표시 장치의 화소 배열을 도시한 배치도이다.

본 발명은 액정 표시 장치(liquid crystal display, LCD)에 관한 것이다.

일반적인 액정 표시 장치는 화소 전극 및 공통 전극이 구비된 두 표시판과 그 사이에 들어 있는 유전율 이방성(dielectric anisotropy)을 갖는 액정층을 포함한다. 화소 전극은 행렬의 형태로 배열되어 있고 박막 트랜지스터(TFT) 등 스위칭 소자에 연결되어 한 행씩 차례로 데이터 전압을 인가 받는다. 공통 전극은 표시판의 전면에 걸쳐 형성되어 있으며 공통 전압을 인가 받는다. 화소 전극과 공통 전극 및 그 사이의 액정층은 회로적으로 볼 때 액정 축전기를 이루며, 액정 축전기는 이에 연결된 스위칭 소자와 함께 화소를 이루는 기본 단위가 된다.

이러한 액정 표시 장치에서는 두 전극에 전압을 인가하여 액정층에 전계를 생성하고, 이 전계의 세기를 조절하여 액정층을 통과하는 빛의 투과율을 조절함으로써 원하는 화상을 얻는다. 이때, 액정층에 한 방향의 전계가 오랫동안 인가됨으로써 발생하는 열화 현상을 방지하기 위하여 프레임별로, 행별로, 또는 화소별로 공통 전압에 대한 데이터 전압의 극성을 반전시킨다.

액정 표시 장치는 스위칭 소자를 제어하기 위한 게이트 신호를 전달하는 게이트선과 전계 생성 전극에 인가하기 위한 데이터 전압을 전달하는 데이터선, 그리고 게이트 신호와 데이터 전압을 생성하는 게이트 구동부와 데이터 구동부를 구비한다. 게이트 구동부와 데이터 구동부는 복수의 구동 집적 회로 칩으로 이루어지는 것이 보통인데 이러한 칩의 수효를 될 수 있으면 적게 하는 것이 생산 비용을 줄이는 데 중요한 요소이다. 특히 데이터 구동 집적 회로 칩은 게이트 구동 회로 칩에 비하여 가격이 높기 때문에 더욱더 그 수효를 줄일 필요가 있다.

데이터 구동 집적 회로 칩을 줄이기 위하여 하나의 데이터선이 동일한 화소행에서 두 개의 화소에 연결되어 이 두 개의 화소를 구동하게 된다. 이로 인하여 화소를 기준으로 스위칭 소자의 위치가 좌상/우상/좌하/우하 4곳의 위치에 존재하는 경우가 생기게 된다. 화소마다 서로 다른 곳에 스위칭 소자가 위치하는 경우 화소별로 개구부의 모양이 틀리게 된다. TN 모드의 화소의 경우 개구부의 면적 등이 일치하면 광학적 특성이 거의 동일하게 되어 서로 다른 개구부 모양을 갖더라도 화질에 영향을 미치지 않는다. 그러나 멀티 도메인을 갖는 VA와 같은 경우 서로 다른 개구부 모양을 갖는 화소들이 배치되는 경우 정면 및 측면의 각 시야각에서의 광학적 특성이 다르게 되어, 화질에 영향을 미친다.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 데이터 구동 회로 칩의 수효를 줄여 표시 장치의 제조 비용을 줄이면서도 액정 표시 장치의 화질을 향상시키는 것이다.

이러한 기술적 과제를 이루기 위한 본 발명의 한 특징에 따른 액정 표시 장치는, 행렬 형태로 배열되어 있으며 화소 전극을 포함하는 복수의 화소, 상기 화소에 연결되어 있으며 복수의 게이트 전극을 포함하는 복수의 게이트선, 상기 게이트선과 교차하고 복수의 소스 전극을 포함하는 복수의 데이터선, 그리고 상기 소스 전극과 마주보며 상기 화소 전극에 연결되어 있는 복수의 드레인 전극을 포함하며, 상기 게이트 전극, 상기 소스 전극 및 상기 드레인 전극으로 이루어진 스위칭 소자 는 인접한 화소에서 서로 다른 위치에 배치되어 있으며, 상기 화소의 개구부는 실질적으로 동일한 모양을 가진다.

상기 게이트선은 상기 게이트 전극과 실질적으로 동일한 모양의 더미 게이트 전극을 더 포함할 수 있다.

상기 드레인 전극과 실질적으로 동일한 위치를 차지하거나 대칭으로 배치되어 있는 더미 드레인 전극을 더 포함할 수 있다.

인접한 두 데이터선 사이에 두 개의 화소가 배치될 수 있다.

상기 스위칭 소자는 상기 데이터선과 실질적으로 동일 선상에 위치할 수 있다.

상기 데이터선에서 인접한 소스 전극은 서로 다른 방향으로 향할 수 있다.

첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다.

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 또다른 부분이 있는 경우도 포함한다. 반대로 어떤 부분이 다른 부분 "바로 위에" 있다고 할 때에는 중간에 다른 부분이 없는 것을 뜻한다.

이제 본 발명의 실시예에 따른 액정 표시 장치에 대하여 도면을 참고로 하여 상세하게 설명한다.

도 1은 본 발명의 한 실시예에 따른 액정 표시 장치의 블록도이고, 도 2는 본 발명의 한 실시예에 따른 액정 표시 장치의 한 화소에 대한 등가 회로도이다.

도 1에 도시한 바와 같이, 본 발명의 한 실시예에 따른 액정 표시 장치는 액정 표시판 조립체(liquid crystal panel assembly)(300) 및 이에 연결된 게이트 구동부(400)와 데이터 구동부(500), 데이터 구동부(500)에 연결된 계조 전압 생성부(800), 그리고 이들을 제어하는 신호 제어부(600)를 포함한다.

액정 표시판 조립체(300)는 등가 회로로 볼 때 복수의 표시 신호선(G₁-G_2n, D₁-D_m)과 이에 연결되어 있으며 대략 행렬의 형태로 배열된 복수의 화소(pixel)를 포함한다.

표시 신호선(G₁-G_2n, D₁-D_m)은 게이트 신호("주사 신호"라고도 함)를 전달하는 복수의 게이트선(G₁-G_2n)과 데이터 신호를 전달하는 데이터선(D₁-D_m)을 포함한다. 게이트선(G₁-G_2n)은 대략 행 방향으로 뻗어 있으며 서로가 거의 평행하고 데이터선(D₁-D_m)은 대략 열 방향으로 뻗어 있으며 서로가 거의 평행하다.

각 화소는 표시 신호선(G₁-G_2n, D₁-D_m)에 연결된 스위칭 소자(Q)와 이에 연결된 액정 축전기(liquid crystal capacitor)(C_LC) 및 유지 축전기(storage capacitor)(C_ST)를 포함한다. 유지 축전기(C_ST)는 필요에 따라 생략할 수 있다.

박막 트랜지스터 등 스위칭 소자(Q)는 박막 트랜지스터 표시판인 하부 표시판(100)에 구비되어 있으며, 삼단자 소자로서 그 제어 단자 및 입력 단자는 각각 게이트선(G₁-G_2n) 및 데이터선(D-D_m)에 연결되어 있으며, 출력 단자는 액정 축전기(C_LC) 및 유지 축전기(C_ST)에 연결되어 있다.

액정 축전기(C_LC)는 하부 표시판(100)의 화소 전극(190)과 공통 전극 표시판인 상부 표시판(200)의 공통 전극(270)을 두 단자로 하며 두 전극(190, 270) 사이의 액정층(3)은 유전체로서 기능한다. 화소 전극(190)은 스위칭 소자(Q)에 연결되며 공통 전극(270)은 상부 표시판(200)의 전면에 형성되어 있고 공통 전압(V_com)을 인가받는다. 도 2에서와는 달리 공통 전극(270)이 하부 표시판(100)에 구비되는 경우도 있으며 이때에는 두 전극(190, 270) 중 적어도 하나가 선형 또는 막대형으로 만들어질 수 있다.

액정 축전기(C_LC)의 보조적인 역할을 하는 유지 축전기(C_ST)는 하부 표시판(100)에 구비된 별개의 신호선(도시하지 않음)과 화소 전극(190)이 절연체를 사이에 두고 중첩되어 이루어지며 이 별개의 신호선에는 공통 전압(V_com) 따위의 정해진 전압이 인가된다. 그러나 유지 축전기(C_ST)는 화소 전극(190)이 절연체를 매개로 바로 위의 전단 게이트선과 중첩되어 이루어질 수 있다.

한편, 색 표시를 구현하기 위해서는 각 화소가 삼원색 중 하나를 고유하게 표시하거나(공간 분할) 각 화소가 시간에 따라 번갈아 삼원색을 표시하게(시간 분 할) 하여 이들 삼원색의 공간적, 시간적 합으로 원하는 색상이 인식되도록 한다. 도 2는 공간 분할의 한 예로서 각 화소가 화소 전극(190)에 대응하는 영역에 적색, 녹색, 또는 청색의 색 필터(230)를 구비함을 보여주고 있다. 도 2와는 달리 색 필터(230)는 하부 표시판(100)의 화소 전극(190) 위 또는 아래에 형성할 수도 있다.

그러면 이러한 액정 표시 장치의 화소 배열에 대하여 도 3 및 도 4를 참고하여 상세하게 설명한다.

도 3 및 도 4는 본 발명의 한 실시예에 따른 액정 표시 장치의 화소 배열을 보여주는 도면이다.

먼저, 도 3에 도시한 바와 같이, 한 쌍의 게이트선(G_i 및 G_i+1, G_i+2 및 G_i+3,...)은 한 행의 화소 전극(190) 위아래에 배치되어 있다. 또한 데이터선(D₁-D_m)은 두 열의 화소 전극(190) 사이에 하나씩 배치되어 있다. 즉, 한 쌍의 화소열 사이에 하나의 데이터선이 배치되어 있다. 이들 게이트선(G₁-G_2n) 및 데이터선(D₁-D_m)과 화소 전극(190) 간의 연결을 좀더 자세히 설명한다.

화소 전극(190)의 위쪽과 아래쪽에 연결된 복수 쌍의 게이트선(G₁-G_2n)은 각 화소 전극(190)의 위쪽 또는 아래쪽에 배치된 스위칭 소자(Q)를 통해 해당 화소 전극(190)에 연결된다.

즉, 홀수 번째 화소행에서, 데이터선(D₁-D_m)을 중심으로 좌측에 위치한 스위칭 소자(Q)는 위쪽에 위치한 게이트선(G₁, G₅, G₉,...)에 연결되어 있고, 데이터선 (D₁-D_m)을 중심으로 우측에 위치한 스위칭 소자(Q)는 아래쪽에 위치한 게이트선(G₂, G₆, G₁₀,...)에 연결되어 있다. 반면에 짝수 번째 화소행에서 위치한 위쪽 게이트선(G₃, G₇, G₁₁,...) 및 아래쪽 게이트선(G₄, G₈, G₁₂,...)과 스위칭 소자(Q)와의 연결은 홀수 번째 화소행과 반대이다. 즉, 데이터선(D₁-D_m)을 중심으로 우측에 위치한 스위칭 소자(Q)는 위쪽에 위치한 게이트선(G₃, G₇, G₁₁,...)에 연결되어 있고, 데이터선(D₁-D_m)을 중심으로 좌측에 위치한 스위칭 소자(Q)는 아래쪽에 위치한 게이트선(G₄, G₈, G₁₂,...)에 연결되어 있다.

홀수 번째 행의 화소 전극(190) 중 데이터선(D₁-D_m)을 중심으로 좌측에 위치한 화소 전극(190)은 스위칭 소자(Q)를 통해 바로 인접한 데이터선(D₁-D_m)에 연결되어 있고, 데이터선(D₁-D_m)을 중심으로 우측에 위치한 화소 전극(190)은 스위칭 소자(Q)를 통해 차인접한 데이터선에 연결되어 있다. 짝수 번째 행의 화소 전극(190) 중 데이터선(D₁-D_m)을 중심으로 좌측에 위치한 화소 전극(190)은 스위칭 소자(Q)를 통해 바로 이전의 데이터선에 연결되어 있고, 데이터선(D₁-D_m)을 중심으로 우측에 위치한 화소 전극(190)은 스위칭 소자(Q)를 통해 바로 인접한 데이터선에 연결되어 있다.

각 화소에 형성된 스위칭 소자(Q)는 연결된 데이터선(D₁-D_m)에 좀더 쉽게 연 결될 수 있게, 즉, 연결 길이를 가능한 한 짧게 할 수 있는 위치에 형성된다. 따라서 도 3에 도시한 배치에서 스위칭 소자(Q)의 위치는 매 화소행마다 바뀐다. 즉, 홀수 번째 행에 위치한 화소쌍 중 데이터선(D₁-D_m)의 왼쪽에 위치한 화소에는 우측 상단부에 스위칭 소자(Q)가 형성되어 있고, 데이터선(D₁-D_m)의 오른쪽에 위치한 화소에는 우측 하단부에 스위칭 소자(Q)가 형성되어 있다.

반면에 짝수 번째 행에 위치한 화소의 스위칭 소자(Q)의 형성 위치는 인접한 화소행의 형성 위치와 정반대이다. 즉, 짝수 번째 행에 위치한 화소쌍 중 데이터선(D₁-D_m)의 왼쪽에 위치한 화소에는 좌측 하단부에 스위칭 소자(Q)가 형성되어 있고, 데이터선(D₁-D_m)의 오른쪽에 위치한 화소에는 좌측 상단부에 스위칭 소자(Q)가 형성되어 있다.

도 3에 도시한 화소 전극(190)과 데이터선(D₁-D_m)의 연결을 정리하면, 각 화소행에서, 인접한 두 데이터선 사이에 위치한 두 화소의 스위칭 소자(Q)는 동일한 데이터선에 연결되어 있다. 즉, 홀수 번째 화소행에서 두 데이터선 사이에 형성된 두 화소의 스위칭 소자(Q)는 오른쪽에 위치한 데이터선에 연결되어 있고, 짝수 번째 화소행에서 두 데이터선 사이에 형성된 두 화소의 스위칭 소자(Q)는 왼쪽에 위치한 데이터선에 연결되어 있다.

다음으로, 도 4에 도시되어 있는 것처럼, 한 쌍의 게이트선(G_i 및 G_i+1, G_i+2 및 G_i+3,...)은 도 3에서와 마찬가지로 한 행의 화소 전극(190) 위아래에 배치되어 있 다. 또한 데이터선(D₁-D_m)은 두 열의 화소 전극(190) 사이에 하나씩 배치되어 있다. 즉, 한 쌍의 화소열 사이에 하나의 데이터선이 배치되어 있다.

도 4에 도시한 화소 전극(190)과 게이트선(G₁-G_2n) 및 데이터선(D₁-D_m)의 연결을 설명하면, 각 데이터선(D₁-D_m)은 이에 인접한 두 화소열에 위치하는 화소의 스위칭 소자(Q)에 연결되어 있다. 데이터선(D₁-D_m)을 중심으로 좌측 및 우측에 위치하는 두 화소의 스위칭 소자(Q) 중 하나는 위쪽에 위치한 게이트선에 연결되어 있고 다른 하나는 아래쪽에 위치한 게이트선에 연결되어 있다. 그리고 인접한 두 데이터선 사이에 위치하는 두 화소의 스위칭 소자(Q)는 동일한 쪽의 게이트선에 연결되어 있다. 한 화소행의 화소 구조는 인접한 화소행의 화소 구조와 게이트선을 중심으로 대칭이다.

각 화소에 형성된 스위칭 소자(Q)의 위치는 매 화소행마다 바뀐다. 즉, 홀수 번째 행에 위치한 화소는 우측 상단, 좌측 하단, 우측 하단 및 좌측 상단부에 차례대로 스위칭 소자(Q)가 형성되어 있고, 짝수 번째 행에 위치한 화소는 우측 하단, 좌측 상단, 우측 상단 및 좌측 하단부에 차례대로 스위칭 소자(Q)가 형성되어 있다.

도 3 및 도 4에 도시한 배치는 단지 하나의 예이고, 화소 전극(190)과 데이터선(D₁-D_m) 및 게이트선(G₁-G_2n)의 연결은 서로 바뀔 수 있으며, 또한 다른 연결 관계를 가질 수 있다.

다시 도 1을 참고하면, 계조 전압 생성부(800)는 화소의 투과율과 관련된 두 벌의 복수 계조 전압을 생성한다. 두 벌 중 한 벌은 공통 전압(V_com)에 대하여 양의 값을 가지고 다른 한 벌은 음의 값을 가진다.

게이트 구동부(400)는 액정 표시판 조립체(300)의 게이트선(G₁-G_2n)에 연결되어 외부로부터의 게이트 온 전압(V_on)과 게이트 오프 전압(V_off)의 조합으로 이루어진 게이트 신호를 게이트선(G₁-G_2n)에 인가하며 복수의 집적 회로로 이루어진다.

데이터 구동부(500)는 액정 표시판 조립체(300)의 데이터선(D₁-D_m)에 연결되어 계조 전압 생성부(800)로부터의 계조 전압을 선택하여 데이터 신호로서 화소에 인가한다.

복수의 게이트 구동 집적 회로 또는 데이터 구동 집적 회로는 칩의 형태로 FPC 기판에 실장하여 FPC 기판을 액정 표시판 조립체(300)에 부착할 수도 있고, FPC 기판을 사용하지 않고 유리 기판 위에 이들 집적 회로를 직접 부착할 수도 있으며(chip on glass, COG 실장 방식), 이들 집적 회로와 같은 기능을 수행하는 회로를 화소의 박막 트랜지스터와 함께 액정 표시판 조립체(300)에 직접 형성할 수도 있다.

신호 제어부(600)는 게이트 구동부(400) 및 데이터 구동부(500) 등의 동작을 제어한다.

그러면 이러한 액정 표시 장치의 표시 동작에 대하여 상세하게 설명한다.

신호 제어부(600)는 외부의 그래픽 제어기(도시하지 않음)로부터 입력 영상 신호(R, G, B) 및 이의 표시를 제어하는 입력 제어 신호, 예를 들면 수직 동기 신호(Vsync)와 수평 동기 신호(Hsync), 메인 클록(MCLK), 데이터 인에이블 신호(DE) 등을 제공받는다. 신호 제어부(600)의 입력 영상 신호(R, G, B)와 입력 제어 신호를 기초로 영상 신호(R, G, B)를 액정 표시판 조립체(300)의 동작 조건에 맞게 적절히 처리하고 게이트 제어 신호(CONT1) 및 데이터 제어 신호(CONT2) 등을 생성한 후, 게이트 제어 신호(CONT1)를 게이트 구동부(400)로 내보내고 데이터 제어 신호(CONT2)와 처리한 영상 신호(DAT)를 데이터 구동부(500)로 내보낸다. 여기에서 영상 신호(R, G, B)의 처리는 도 3 및 도 4에 도시한 액정 표시판 조립체(300)의 화소 배열에 따라 영상 데이터(R, G, B)를 재배열하는 동작을 포함한다.

게이트 제어 신호(CONT1)는 게이트 온 전압(V_on)의 출력 시작을 지시하는 주사 시작 신호(STV) 및 게이트 온 전압(V_on)의 출력 시기 및 출력 전압을 제어하는 적어도 하나의 클록 신호 등을 포함한다.

데이터 제어 신호(CONT2)는 영상 데이터(DAT)의 전송 시작을 알리는 수평 동기 시작 신호(STH), 데이터선(D₁-D_m)에 해당 데이터 전압을 인가하라는 로드 신호(TP), 공통 전압(V_com)에 대한 데이터 전압의 극성(이하 "공통 전압에 대한 데이터 전압의 극성"을 줄여 "데이터 전압의 극성"이라 함)을 반전시키는 반전 신호(RVS) 및 데이터 클록 신호(HCLK) 등을 포함한다.

데이터 구동부(500)는 신호 제어부(600)로부터의 데이터 제어 신호(CONT2)에 따라 한 행의 화소 중 반에 대한 영상 데이터(DAT) 집합을 차례로 수신하고 계조 전압 생성부(800)로부터의 계조 전압 중 각 영상 데이터(DAT)에 대응하는 계조 전압을 선택함으로써 영상 데이터(DAT)를 해당 데이터 전압으로 변환한 후, 이를 해당 데이터선(D₁-D_m)에 인가한다.

게이트 구동부(400)는 신호 제어부(600)로부터의 게이트 제어 신호(CONT1)에 따라 게이트 온 전압(V_on)을 게이트선(G₁-G_2n)에 차례로 인가하여 이 게이트선(G₁-G_2n)에 연결된 스위칭 소자(Q)를 턴온시키며 이에 따라 데이터선(D₁-D_m)에 인가된 데이터 전압이 턴온된 스위칭 소자(Q)를 통하여 해당 화소에 인가된다.

화소에 인가된 데이터 전압과 공통 전압(V_com)의 차이는 액정 축전기(C_LC)의 충전 전압, 즉 화소 전압으로서 나타난다. 액정 분자들은 화소 전압의 크기에 따라 그 배열을 달리하며 이에 따라 액정층(3)을 통과하는 빛의 편광이 변화한다. 이러한 편광의 변화는 표시판(100, 200)에 부착된 편광자(도시하지 않음)에 의하여 빛의 투과율 변화로 나타난다.

1/2 수평 주기(또는 "1/2H")[수평 동기 신호(Hsync)의 한 주기]를 단위로 하여 데이터 구동부(500)와 게이트 구동부(400)는 동일한 동작을 반복한다. 이러한 방식으로, 한 프레임(frame) 동안 모든 게이트선(G₁-G_2n)에 대하여 차례로 게이트 온 전압(V_on)을 인가하여 모든 화소에 데이터 전압을 인가한다. 한 프레임이 끝나면 다음 프레임이 시작되고 각 화소에 인가되는 데이터 전압의 극성이 이전 프레임 에서의 극성과 반대가 되도록 데이터 구동부(500)에 인가되는 반전 신호(RVS)의 상태가 제어된다("프레임 반전").

이러한 프레임 반전 외에도 데이터 구동부(500)는 한 프레임 내에서 이웃하는 데이터선(D₁-D_m)을 타고 내려가는 데이터 전압의 극성을 반전시키며 이에 따라 데이터 전압을 인가받은 화소 전압의 극성 역시 변화한다. 그런데 도 3 및 도 4에 도시한 바와 같이 화소와 데이터선(D₁-D_m)의 연결이 다양하므로 데이터 구동부(500)에서의 극성 반전 패턴과 액정 표시판 조립체(300)의 화면에 나타나는 화소 전압의 극성 반전 패턴이 다르게 나타난다. 아래에서는 데이터 구동부(500)에서의 반전을 구동부 반전(driver inversion)이라고 하고, 화면에 나타나는 반전을 겉보기 반전(apparent inversion)이라 한다.

다시 도 3 및 도 4를 참고로 하여, 본 발명의 한 실시예에 따른 반전 형태에 대하여 상세하게 설명한다.

도 3에서 구동부 반전은 열 반전으로서 하나의 데이터선에 흐르는 데이터 전압은 항상 동일 극성이고 이웃한 두 데이터선에 흐르는 데이터 전압은 반대 극성이며, 겉보기 반전은 1×2 도트 반전이다.

도 4에서 구동부 반전은 행 반전 및 열 반전으로서 하나의 데이터선에 흐르는 데이터 전압은 행마다 극성이 반전되고, 이웃한 두 데이터선에 흐르는 데이터 전압도 반대 극성이며, 겉보기 반전은 1×1 도트 반전이다.

이처럼, 겉보기 반전이 도트 반전이 되면 화소 전압이 정극성일 때와 부극성 일 때에 킥백 전압으로 인해서 나타나는 휘도의 차가 분산되어 나타나므로 세로줄 불량이 줄어든다.

그러면, 이러한 액정 표시판 조립체(300)의 박막 트랜지스터 표시판(100) 및 공통 전극 표시판(200)의 구조에 대하여 도 5 내지 도 9를 참고로 하여 상세하게 설명한다.

도 5는 본 발명의 한 실시예에 따른 액정 표시 장치의 박막 트랜지스터 표시판의 배치도이고, 도 6은 본 발명의 한 실시예에 따른 액정 표시 장치의 공통 전극 표시판의 배치도이며, 도 7은 도 5의 박막 트랜지스터 표시판과 도 6의 공통 전극 표시판으로 이루어진 액정 표시 장치의 배치도이다. 도 8은 도 7의 액정 표시 장치를 VIII-VIII'선을 따라 잘라 도시한 단면도이고, 도 9는 도 7의 액정 표시 장치의 화소 배열을 도시한 배치도이다.

이미 설명한 바와 같이, 본 발명의 한 실시예에 따른 액정 표시 장치는 박막 트랜지스터 표시판(100)과 이와 마주보는 공통 전극 표시판(200), 그리고 박막 트랜지스터 표시판(100)과 공통 전극 표시판(200) 사이에 들어 있는 액정층(3)을 포함한다.

먼저, 박막 트랜지스터 표시판(100)에 대하여 상세하게 설명한다.

투명한 유리 등의 절연 기판(110) 위에 복수의 게이트선(gate line)(121a, 121b)과 복수의 유지 전극선(storage electrode)(131)이 형성되어 있다.

게이트선(121a, 121b)은 주로 가로 방향으로 뻗어 있고, 게이트선(121a)의 일부는 아래로 돌출하여 게이트 전극(gate electrode)(124a) 및 더미 게이트 전극 (dummy gate electrode)(126a)을 이루며, 게이트선(121b)의 일부는 위로 돌출하여 게이트 전극(124b) 및 더미 게이트 전극(126b)을 이룬다. 두 개의 게이트선(121a, 121b)은 서로 인접하여 쌍을 이룬다.

각 유지 전극선(131)은 주로 가로 방향으로 뻗어 있으며, 세로 방향으로 뻗어 있는 제1 내지 제4 유지 전극(133a, 133b, 134a, 134b)을 이루는 복수 벌의 가지 집합을 포함한다.

유지 전극선(131)에는 액정 표시 장치의 공통 전극 표시판(200)의 공통 전극(270)에 인가되는 공통 전압 등 소정의 전압이 인가된다.

게이트선(121a, 121b)과 유지 전극선(131)은 알루미늄(Al)이나 알루미늄 합금 등 알루미늄 계열의 금속, 은(Ag)이나 은 합금 등 은 계열의 금속, 구리(Cu)나 구리 합금 등 구리 계열의 금속, 몰리브덴(Mo)이나 몰리브덴 합금 등 몰리브덴 계열의 금속, 크롬(Cr), 탄탈륨(Ta) 및 티타늄(Ti) 따위로 이루어진다. 그러나 게이트선(121a, 121b)과 유지 전극선(131)은 물리적 성질이 다른 두 개의 막, 즉 하부막(도시하지 않음)과 그 위의 상부막(도시하지 않음)을 포함할 수도 있다. 상부막은 게이트선(121a, 121b)과 유지 전극선(131)의 신호 지연이나 전압 강하를 줄일 수 있도록 낮은 비저항(resistivity)의 금속, 예를 들면 알루미늄(Al)이나 알루미늄 합금 등 알루미늄 계열의 금속, 은(Ag)이나 은 합금 등 은 계열의 금속, 구리(Cu)나 구리 합금 등 구리 계열의 금속으로 이루어질 수 있다. 이와는 달리, 하부막은 다른 물질, 특히 ITO(indium tin oxide) 및 IZO(indium zinc oxide)와의 접촉 특성이 우수한 물질, 이를테면 크롬, 몰리브덴(Mo), 몰리브덴 합금, 탄탈륨(Ta), 또는 티타늄(Ti) 등으로 이루어질 수 있다. 하부막과 상부막의 조합의 좋은 예로는 크롬/알루미늄-네오디뮴(Nd) 합금을 들 수 있다.

게이트선(121a, 121b)과 유지 전극선(131)의 측면은 기판(110)의 표면에 대하여 경사져 있으며 그 경사각은 약 30-80°인 것이 바람직하다.

게이트선(121a, 121b) 및 유지 전극선(131) 위에는 질화규소(SiNx) 따위로 이루어진 게이트 절연막(gate insulating layer)(140)이 형성되어 있다.

게이트 절연막(140) 위에는 수소화 비정질 규소(hydrogenated amorphous silicon)(비정질 규소는 약칭 a-Si로 씀) 또는 다결정 규소 등으로 이루어진 복수의 섬형 반도체(154a, 154b, 156a, 156b)가 형성되어 있다. 반도체(154a, 154b)는 각각 게이트 전극(124a, 124b) 위에 위치하며, 반도체(156a, 156b)는 각각 더미 게이트 전극(126a, 126b) 위에 위치한다.

반도체(154a, 154b, 156a, 156b)의 상부에는 실리사이드(silicide) 또는 n형 불순물이 고농도로 도핑되어 있는 n+ 수소화 비정질 규소 따위의 물질로 만들어진 복수의 섬형 저항성 접촉 부재(ohmic contact)(163a, 163b, 165a, 165b, 166)가 형성되어 있다. 접촉 부재(163a/163b)와 접촉 부재(165a/165b)는 쌍을 이루어 섬형 반도체(154a/154b) 위에 위치한다.

반도체(154a, 154b, 156a, 156b)와 저항성 접촉 부재(163a, 163b, 165a, 165b, 166)의 측면 역시 기판(110)의 표면에 대하여 경사져 있으며 경사각은 30-80°이다.

저항성 접촉 부재(163a, 163b, 165a, 165b, 166) 및 게이트 절연막(140) 위 에는 각각 복수의 데이터선(data line)(171)과 복수의 드레인 전극(drain electrode)(175a, 175b) 및 복수의 더미 드레인 전극(dummy drain electrode)(176a, 176b)이 형성되어 있다.

데이터선(171)은 주로 세로 방향으로 뻗어 게이트선(121a, 121b) 및 유지 전극선(131)과 교차하며 데이터 전압(data voltage)을 전달한다. 각 데이터선(171) 위에는 드레인 전극(175a, 175b)을 향하여 왼쪽 방향 및 오른쪽 방향으로 각각 뻗은 복수의 가지가 소스 전극(source electrode)(173a, 173b)을 이룬다. 드레인 전극(175a, 175b)은 소스 전극(173a, 173b)이 감싸고 있는 막대형 끝 부분에서 출발하며 가로 방향으로 뻗어 있다. 소스 전극(173a, 173b)은 드레인 전극(175a, 175b)의 선형 끝 부분을 일부 감싸도록 휘어져 있다. 더미 드레인 전극(176a, 176b)은 각각 각 화소에서 드레인 전극(175a, 175b)이 차지하는 위치와 실질적으로 동일한 위치를 차지하고 있다.

게이트 전극(124a/124b), 소스 전극(173a/173b) 및 드레인 전극(175a/175b)은 섬형 반도체(154a/154b)와 함께 박막 트랜지스터(thin film transistor, TFT)를 이루며, 박막 트랜지스터의 채널(channel)은 소스 전극(173a/173b)과 드레인 전극(175a/175b) 사이의 섬형 반도체(154a/154b)에 형성된다.

데이터선(171)과 드레인 전극(175a, 175b) 및 더미 드레인 전극(176a, 176b)은 몰리브덴 계열 금속, 크롬, 탄탈륨, 티타늄 따위의 내화성 금속(refractory metal)으로 이루어지는 것이 바람직하며, 저항이 낮은 상부막과 접촉 특성이 좋은 하부막을 포함하는 다층막 구조를 가질 수 있다.

데이터선(171)과 드레인 전극(175a, 175b) 및 더미 드레인 전극(176a, 176b)도 게이트선(121)과 마찬가지로 그 측면이 약 30-80°의 각도로 각각 경사져 있다.

저항성 접촉 부재(163a, 163b, 165a, 165b)는 그 하부의 반도체(154a, 154b)와 그 상부의 데이터선(171) 및 드레인 전극(175a, 175b) 사이에만 존재하며 접촉 저항을 낮추어 주는 역할을 한다.

데이터선(171), 드레인 전극(175a, 175b) 및 더미 드레인 전극(176a, 176b)과 노출된 반도체(154a, 154b) 부분의 위에는 보호막(passivation layer)(180)이 형성되어 있다. 보호막(180)은 평탄화 특성이 우수하며 감광성(photosensitivity)을 가지는 유기 물질, 또는 플라스마 화학 기상 증착(plasma enhanced chemical vapor deposition, PECVD)으로 형성되는 a-Si:C:O, a-Si:O:F 등 유전율 4.0 이하의 저유전율 절연 물질, 또는 무기 물질인 질화규소 따위로 이루어진다. 이와는 달리 보호막(180)은 유기물과 질화규소의 이중층으로 이루어질 수 있다.

보호막(180)에는 드레인 전극(175a, 175b) 및 더미 드레인 전극(176a, 176b)을 각각 드러내는 복수의 접촉 구멍(contact hole)(185a, 185b, 186a, 186b)이 형성되어 있다. 접촉 구멍(186a, 186b)은 더미 접촉 구멍으로서 생략할 수 있다.

보호막(180) 위에는 ITO 또는 IZO로 이루어진 복수의 화소 전극(pixel electrode)(190a, 190b)이 형성되어 있다.

화소 전극(190a, 190b)은 각각 접촉 구멍(185a, 185b)을 통하여 드레인 전극(175a, 175b)과 물리적?전기적으로 연결되어 드레인 전극(175a, 175b)으로부터 데이터 전압을 인가 받는다. 데이터 전압이 인가된 화소 전극(190a, 190b)은 공통 전압(V_com)을 인가 받는 다른 표시판(200)의 공통 전극(270)과 함께 전기장을 생성함으로써 두 전극(190, 270) 사이의 액정층(3)의 액정 분자들을 재배열시킨다.

또한 화소 전극(190a, 190b)과 공통 전극(270)은 액정 축전기(C_LC)를 이루어 박막 트랜지스터가 턴 오프된 후에도 인가된 전압을 유지하는데, 전압 유지 능력을 강화하기 위하여 액정 축전기(C_LC)와 병렬로 연결된 유지 축전기(C_ST)는 화소 전극(190a, 190b) 및 유지 전극(133a, 133b, 134a, 134b)을 포함하는 유지 전극선(131)의 중첩 등으로 만들어진다.

화소 전극(190a, 190b)은 게이트선(121a, 121b), 게이트 전극(124a, 124b), 더미 게이트 전극(126a, 126b) 및 유지 전극(133a, 133b, 134a, 134b)을 따라 바깥 경계가 이루어져 있으며, 각각 중앙 절개부(91a, 91b), 하부 절개부(92a, 92b) 및 상부 절개부(93a, 93b)를 포함한다. 화소 전극(190a, 190b)은 이들 절개부(91a-93b)에 의하여 복수의 영역(domain)으로 분할된다. 절개부(91a-93b)는 유지 전극선(131)에 대하여 거의 반전 대칭(inversion symmetry)을 이루고 있다.

하부 및 상부 절개부(92a, 92b, 93a, 93b)는 대략 화소 전극(190a, 190b)의 왼쪽 변에서부터 오른쪽 변으로 비스듬하게 뻗어 있다. 이들 하부 절개부(92a, 92b) 및 상부 절개부(93a, 93b)는 유지 전극선(131)으로 나뉘는 화소 전극(190a, 190b)의 하반부와 상반부에 각각 위치하고 있으며, 게이트선(121a, 121b)에 대하여 약 45도의 각도를 이루며 서로 수직하게 뻗어 있다.

중앙 절개부(91a, 91b)는 유지 전극선(131)으로부터 오른쪽 변으로 비스듬하 게 뻗어 있으며 하부 절개부(92a, 92b) 및 상부 절개부(93a, 93b)에 각각 거의 평행한 한 쌍의 빗변을 가지고 있다. 이들 빗변도 게이트선(121a, 121b)에 대하여 약 45도의 각도를 이루며 서로 수직하게 뻗어 있다.

따라서, 화소 전극(190a/190b)의 상반부와 하반부는 절개부(91a-93a/91b-93b)에 의하여 각각 세 개의 영역으로 나누어진다. 이때, 영역의 수효 또는 절개부의 수효는 화소의 크기, 화소 전극(190a/190b)의 가로 변과 세로 변의 길이 비, 액정층(3)의 종류나 특성 등 설계 요소에 따라서 달라진다.

화소 전극(190a, 190b)은 실질적으로 동일한 개구부를 가진다. 즉, 더미 게이트 전극(126a, 126b)은 각각 게이트 전극(124a, 124b)과 실질적으로 동일한 모양을 가지며, 더미 드레인 전극(176a, 176b)도 각각 드레인 전극(175a, 175b)이 위치하는 자리를 차지하고 있다. 또한 화소 전극(190a, 190b)의 절개부(91a-93a, 91b-93b)도 실질적으로 동일한 모양을 가지고 있다. 그리고 화소 전극(190a, 190b)의 개구부 안에 있는 패턴들도 실질적으로 상하 대칭이다. 이와 같이 화소 전극(190a, 190b)의 형태 및 개구부가 동일하면 각 화소의 스위칭 소자의 위치가 서로 다르더라도 모든 화소의 광학적 특성이 동일하게 되어 화질 열화를 막을 수 있다.

본 발명의 다른 실시예에 따르면 화소 전극(190a, 190b)의 재료로 투명한 도전성 폴리머(polymer) 등을 사용하며, 반사형(reflective) 액정 표시 장치의 경우 불투명한 반사성 금속을 사용하여도 무방하다.

화소 전극(190) 위에는 액정층(3)을 배향할 수 있는 배향막(도시하지 않음)이 도포되어 있다.

이제, 공통 전극 표시판(200)에 대하여 상세하게 설명한다.

투명한 유리 등의 절연 기판(210) 위에 블랙 매트릭스(black matrix)라고 하는 차광 부재(220)가 형성되어 있다. 차광 부재(220)는 화소 전극(190a, 190b)과 마주보며 화소 전극(190a, 190b)과 거의 동일한 모양을 가지는 복수의 개구부(225a, 225b)를 가지고 있다. 이와는 달리 차광 부재(220)는 데이터선(171)에 대응하는 부분과 박막 트랜지스터(Q)에 대응하는 부분으로 이루어질 수도 있다. 그러나 차광 부재(220)는 화소 전극(190a, 190b)과 박막 트랜지스터(Q) 부근에서의 빛샘을 차단하기 위하여 다양한 모양을 가질 수 있다.

기판(210)과 차광 부재(220) 위에는 복수의 색필터(230)가 형성되어 있다. 색필터(230)는 차광 부재(220)가 정의하는 개구 영역 내에 거의 들어가도록 배치되어 있다. 이웃하는 두 데이터선(171) 사이에 위치하며 세로 방향으로 배열된 색필터(230)들은 서로 연결되어 하나의 띠를 이룰 수 있다. 각 색필터(230)는 적색, 녹색 및 청색 등 삼원색 중 하나를 나타낼 수 있다.

색필터(230) 및 차광 부재(220) 위에는 유기 물질 따위로 이루어진 덮개막(overcoat)(250)이 형성되어 색필터(230)를 보호하고 표면을 평탄하게 한다.

덮개막(250)의 위에는 ITO 또는 IZO 등의 투명한 도전 물질 따위로 이루어진 공통 전극(270)이 형성되어 있다.

공통 전극(270)은 복수 벌의 절개부(71a-74a, 71b-74b) 집합을 가진다. 절개부(71b-74b)는 절개부(71a-74a)와 동일한 모양을 가지므로 이하 절개부(71a-74a)에 대하여만 설명한다.

한 벌의 절개부(71a-74a)는 하나의 화소 전극(190a)과 마주 보며 중앙 절개부(71a, 72a), 하부 절개부(73a) 및 상부 절개부(74a)를 포함한다. 절개부(71a-74a)는 인접한 화소 전극(190a)의 절개부(91a-93a) 사이 및 가장자리 절개부(92a, 93a)와 화소 전극(190a)의 모퉁이 사이에 배치되어 있다. 또한, 각 절개부(71a-74a)는 화소 전극(190a)의 절개부(91a-93a)와 평행하게 뻗은 적어도 하나의 사선부를 포함한다.

하부 및 상부 절개부(72a, 73a)는 대략 화소 전극(190a)의 왼쪽 변에서 아래쪽 또는 위쪽 변을 향하여 뻗은 사선부, 그리고 사선부의 각 끝에서부터 화소 전극(190a)의 변을 따라 변과 중첩하면서 뻗으며 사선부와 둔각을 이루는 가로부 및 세로부를 포함한다.

중앙 절개부(71a)는 화소 전극(190a)의 왼쪽 변을 따라 왼쪽 변과 중첩하면서 뻗어 있는 세로부, 세로부의 각 끝에서 화소 전극(190a)의 오른쪽 변을 향하여 뻗은 한 쌍의 사선부, 그리고 사선부의 각 끝에서부터 화소 전극(190a)의 오른쪽 변을 따라 오른쪽 변과 중첩하면서 뻗으며 사선부와 둔각을 이루는 종단 세로부를 포함한다. 중앙 절개부(72a)는 대략 유지 전극선(131)으로부터 유지 전극선(131)과 빗각을 이루며 화소 전극(190a)의 오른쪽 변을 향하여 뻗은 한 쌍의 사선부와 사선부의 각 끝에서부터 화소 전극(190a)의 오른쪽 변을 따라 오른쪽 변과 중첩하면서 뻗으며 사선부와 둔각을 이루는 종단 세로부를 포함한다.

절개부(71a, 73a, 74a)의 사선부에는 삼각형 모양의 노치(notch)가 형성되어 있다. 이러한 노치는 사각형, 사다리꼴 또는 반원형의 모양을 가질 수도 있으며, 볼록하게 또는 오목하게 이루어질 수 있다. 이러한 노치는 절개부(71a, 73a, 74a)에 대응하는 영역 경계에 위치하는 액정 분자(3)의 배열 방향을 결정해준다.

절개부(71a-74b)의 수효는 설계 요소에 따라 달라질 수 있으며, 차광 부재(220)가 절개부(71a-74a)와 중첩하여 절개부(71a-74a) 부근의 빛샘을 차단할 수 있다.

한편 도 9에 도시한 복수의 화소는 도 7에 도시한 화소를 도 4의 화소 배치로 배열한 것으로서, 상부 및 하부 각 4개 화소의 박막 트랜지스터의 모양, 게이트선 및 데이터선의 위치가 서로 다르다. 상부 4개의 화소에서 박막 트랜지스터는 차례로 우측 상단, 좌측 하단, 우측 하단, 그리고 좌측 상단에 위치한다. 이에 따라 게이트 전극 및 드레인 전극도 서로 다른 자리에 위치한다. 그러나 더미 게이트 전극 및 더미 드레인 전극으로 인하여 각 화소의 개구부는 실질적으로 동일하게 된다. 따라서 각 화소의 광학적 특성을 동일하게 할 수 있으므로 표시 품위를 향상시킬 수 있다.

본 발명의 실시예에서는 데이터 구동 집적 회로 칩을 줄이기 위한 화소 배치를 가지는 액정 표시 장치를 일례로 설명하였으나 이에 한정되지 않으며 액정 표시판 조립체 내부에 서로 다른 모양을 갖는 화소가 배치되는 경우에 적용할 수 있으며 특히 VA 모드와 같이 복수의 도메인을 형성하는 구조에서 더욱 유용하게 적용할 수 있다.

이상에서 기술한 바와 같이, 본 발명에 의하면 복수의 더미 게이트 전극 및 더미 드레인 전극을 형성함으로써 액정 표시 장치의 화질 저하를 방지할 수 있다.

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 (6)

1. 행렬 형태로 배열되어 있으며 화소 전극을 포함하는 복수의 화소,

   상기 화소에 연결되어 있으며 복수의 게이트 전극을 포함하는 복수의 게이트선,

   상기 게이트선과 교차하고 복수의 소스 전극을 포함하는 복수의 데이터선, 그리고

   상기 소스 전극과 마주보며 상기 화소 전극에 연결되어 있는 복수의 드레인 전극

   을 포함하며,

   상기 게이트 전극, 상기 소스 전극 및 상기 드레인 전극으로 이루어진 스위칭 소자는 인접한 화소에서 서로 다른 위치에 배치되어 있으며, 상기 인접한 화소의 상기 스위칭 소자의 위치가 서로 다른 상태에서 상기 화소의 개구부는 실질적으로 동일한 모양을 가지는

   액정 표시 장치.
2. 제1항에서,

   상기 게이트선은 상기 게이트 전극과 실질적으로 동일한 모양의 더미 게이트 전극을 더 포함하는 액정 표시 장치.
3. 제1항에서,

   상기 드레인 전극과 실질적으로 동일한 위치를 차지하거나 대칭으로 배치되어 있는 더미 드레인 전극을 더 포함하는 액정 표시 장치.
4. 제1항에서,

   인접한 두 데이터선 사이에 두 개의 화소가 배치되어 있는 액정 표시 장치.
5. 제1항에서,

   상기 스위칭 소자는 상기 데이터선과 실질적으로 동일 선상에 위치하는 액정 표시 장치.
6. 제1항에서,

   상기 데이터선에서 인접한 소스 전극은 서로 다른 방향으로 향해 있는 액정 표시 장치.

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