KR101326131B1 - 액정 표시 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 액정 표시 장치에 관한 것이다. 본 발명의 한 실시예에 따른 액정 표시 장치는 행렬로 배열되어 있는 복수의 화소를 포함하는 액정 표시 장치로서, 상기 화소에 게이트 신호를 전달하는 복수의 게이트선, 상기 게이트선과 교차하며, 상기 화소를 기준으로 서로 마주하는 복수 쌍의 제1 및 제2 데이터선을 포함하는 복수의 데이터선을 포함하고, 이웃하는 두 개의 게이트선은 서로 전기적으로 연결되어 있다.

0.5G2D, 데이터선, 게이트선, 데이터 구동부, 대면적

Description

액정 표시 장치{LIQUID CRYSTAL DISPLAY}

도 1은 본 발명의 한 실시예에 따른 액정 표시 장치의 블록도.

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

도 3은 본 발명의 한 실시예에 따른 액정 표시 장치의 화소 및 신호선의 공간적인 배열을 도시하는 도면.

도 4a는 본 발명의 한 실시예에 따른 액정 표시 장치의 신호선 및 구동부의 공간적인 배열을 도시하는 도면.

도 4b는 본 발명의 다른 실시예에 따른 액정 표시 장치의 신호선 및 구동부의 공간적인 배열을 도시하는 도면.

도 5는 본 발명의 한 실시예에 따른 액정 표시판 조립체의 배치도.

도 6 및 도 7은 각각 도 5에 도시한 액정 표시판 조립체를 Ⅵ-Ⅵ 및 Ⅶ-Ⅶ 선을 따라 잘라 도시한 단면도.

도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 액정 표시 장치의 한 화소에 대한 등가 회로도.

도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 액정 표시판 조립체의 배치도.

도 10은 도 9에 도시한 액정 표시판 조립체를 Ⅹ-Ⅹ 선을 따라 잘라 도시한 단면도.

도 11a 및 도 11b는 도 9에 도시한 액정 표시판 조립체의 화소 전극 전압을 유지 전극 전압과 함께 도시하는 파형도.

<도면 부호의 설명>

12, 22: 편광판 11, 21: 배향막

81, 82, 82a, 82b: 접촉 보조 부재

110, 210: 기판

121, 121a, 121b, 129: 게이트선

124: 게이트 전극

131, 131u, 131d: 유지 전극선

137, 137u, 137d: 유지 전극

140: 게이트 절연막 154, 154a, 154b: 반도체

163a, 165a, 163b, 165b: 저항성 접촉 부재

171, 171a, 171b, 179, 179a, 179b: 데이터선

173, 173a, 173b: 소스 전극

175, 175a, 175b, 177, 177a, 177b: 드레인 전극

180: 보호막

181, 181a, 181b, 182, 182a, 182b, 185, 185a, 185b: 접촉 구멍

191, 191a, 191b: 화소 전극

220: 차광 부재 230: 색필터

250: 덮개막 270: 공통 전극

300: 액정 표시판 조립체 400: 게이트 구동부

500: 데이터 구동부 600: 신호 제어부

700: 유지 전극 구동부 800: 계조 전압 생성부

본 발명은 액정 표시 장치에 관한 것이다.

액정 표시 장치는 현재 가장 널리 사용되고 있는 평판 표시 장치 중 하나로서, 화소 전극과 공통 전극 등 전기장 생성 전극이 형성되어 있는 두 장의 표시판과 그 사이에 삽입되어 있는 액정층으로 이루어지며, 전기장 생성 전극에 전압을 인가하여 액정층에 전기장을 생성하고 이를 통하여 액정층의 액정 분자들의 배향을 결정하고 입사광의 편광을 제어함으로써 영상을 표시한다.

액정 표시 장치는 또한 각 화소 전극에 연결되어 있는 스위칭 소자 및 스위칭 소자를 제어하여 화소 전극에 전압을 인가하기 위한 게이트선과 데이터선 등 다수의 신호선을 포함한다.

이러한 액정 표시 장치는 컴퓨터의 표시 장치뿐만 아니라 텔레비전 등의 표시 화면으로도 널리 사용됨에 따라 동영상을 표시할 필요가 높아지고 있다. 그러나 액정 표시 장치는 액정의 응답 속도가 느리므로 동영상을 표시하기 어렵다. 따라서 기존의 구동 속도보다 빠르게 구동하는 액정 표시 장치가 개발되고 있다.

한편 액정 표시 장치의 크기가 커짐에 따라 화소, 게이트선 및 데이터선 수가 늘어난다. 한 화소를 충전하는 시간은 전체 게이트수에 반비례하므로, 게이트선 수가 늘어나면 화소의 충전 시간은 짧아진다. 더구나 고속 구동을 하는 액정 표시 장치에서는 화소의 충분한 충전 시간을 확보하는데 어려움이 있다.

한편, 액정 표시 장치에서는 데이터선이 화소 전극 사이에 기생 용량이 생긴다. 이러한 기생 용량은 화소 전극 전압에 영향을 미치는데, 특히 저계조 전압이 인가될 때 부화소 중 높은 전압이 인가되는 부화소 전극 전압을 변화시켜 휘도가 달라진다. 이로 인해 수직 크로스 토크(vertical cross talk)가 발생하며, 수직 크로스 토크는 액정 표시 장치 화질을 악화시키는 요인으로 작용한다.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 액정 표시 장치가 대면적화되고 고속 구동을 하는 경우에도 충분한 충전 시간을 확보할 수 있는 액정 표시 장치를 제공하는 것이다.

또한 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 액정 표시 장치의 수직 크로스 토크 발생을 방지하는 것이다.

또한 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 액정 표시 장치의 신호선을 효율적으로 배열하는 것이다.

본 발명의 한 실시예에 따른 액정 표시 장치는 행렬로 배열되어 있는 복수의 화소를 포함하는 액정 표시 장치로서, 상기 화소에 게이트 신호를 전달하는 복수의 게이트선, 상기 게이트선과 교차하며, 상기 화소를 기준으로 서로 마주하는 복수 쌍의 제1 및 제2 데이터선을 포함하는 복수의 데이터선을 포함하고, 이웃하는 두 개의 게이트선은 서로 전기적으로 연결되어 있다.

상기 화소는, 화소 전극, 그리고 상기 화소 전극, 상기 게이트선 및 상기 데이터선과 연결되어 있는 스위칭 소자를 포함할 수 있다.

열 방향으로 이웃하는 화소의 상기 스위칭 소자는 상기 제1 및 제2 데이터선 중 서로 다른 데이터선에 연결되어 있을 수 있다.

행 방향으로 이웃하는 화소의 상기 스위칭 소자는 상기 제1 및 제2 데이터선 중 서로 다른 데이터선에 연결되어 있을 수 있다.

이웃하는 데이터선에 인가되는 데이터 전압의 극성은 서로 반대일 수 있다.

열 방향 또는 행 방향으로 이웃하는 화소 전극의 전압 극성은 서로 반대일 수있다.

상기 제1 및 제2 데이터선은 상기 화소 전극과 중첩할 수 있다.

상기 화소 전극과 중첩하는 유지 전극을 더 포함할 수 있다.

상기 화소 전극은 서로 분리되어 있는 제1 및 제2 부화소 전극을 더 포함할 수 있다.

상기 제1 부화소 전극의 면적은 상기 제2 부화소 전극의 면적보다 작을 수 있다.

상기 스위칭 소자는 상기 제1 부화소 전극과 연결되어 있는 제1 스위칭 소자 및 상기 제2 부화소 전극과 연결되어 있는 제2 스위칭 소자를 포함할 수 있다.

상기 제1 및 제2 스위칭 소자는 동일한 게이트선 및 데이터선에 연결되어 있을 수 있다.

주기 신호를 인가받는 제1 유지 전극선, 상기 제1 유지 전극선과는 다른 주기 신호를 인가 받는 제2 유지 전극선 및 일정한 전압을 인가 받는 제3 유지 전극선을 더 포함하고, 상기 제1 부화소 전극은 상기 제1 또는 제2 유지 전극선과 중첩하고, 상기 제2 부화소 전극은 상기 제3 유지 전극선과 중첩할 수 있다.

상기 제1 유지 전극선과 제2 유지 전극선에 인가되는 신호의 위상은 반대일 수 있다.

상기 제1 부화소 전극의 전압과 상기 제2 부화소 전극의 전압은 서로 다를 수있다.

상기 제1 부화소 전극의 전압은 상기 제2 부화소 전극의 전압보다 높을 수 l있다.

이웃하는 데이터선에 인가되는 데이터 전압의 극성은 서로 반대일 수 있다.

상기 제1 및 제2 데이터선은 상기 제2 부화소 전극과 중첩할 수 있다.

상기 제1 및 제2 부화소 전극 중 적어도 하나는 제1 경사 방향 결정 부재를 가지고 있을 수 있다.

상기 제1 경상 방향 결정 부재는 절개부를 포함할 수 있다.

상기 제1 및 제2 부화소 전극과 마주보는 공통 전극을 더 포함하고, 상기 공통 전극은 제2 경사 방향 결정 부재를 포함할 수 있다.

제2 경사 방향 결정 부재는 절개부 또는 돌기를 포함할 수 있다.

상기 데이터선에 연결되어 있으며, 상기 데이터선에 데이터 전압을 전달하는 데이터 구동부를 더 포함하고, 상기 데이터 구동부는 상기 화소를 기준으로 마주하는 제1 및 제2 데이터 구동부를 포함하고, 상기 제1 및 제2 데이터선은 상기 제1 및 제2 데이터 구동부 중 서로 다른 데이터 구동부에 연결되어 있을 수 있다.

본 발명의 다른 실시예에 따른 액정 표시 장치는 복수의 화소를 포함하는 액정 표시 장치로서, 상기 화소에 게이트 신호를 전달하는 복수의 게이트선, 그리고 상기 게이트선과 교차하며, 상기 화소를 기준으로 서로 마주하는 복수 쌍의 제1 및 제2 데이터선을 포함하는 복수의 데이터선을 포함하고, 상기 각 화소는, 제1 및 제2 액정 축전기, 상기 제1 액정 축전기와 연결되어 있는 제1 단자 및 제1 유지 전극 신호 또는 상기 제1 유지 전극 신호와 위상이 반대인 제2 유지 전극 신호를 인가 받는 제2 단자를 각각 가지는 제1 유지 축전기, 상기 제2 액정 축전기와 연결되어 있는 제1 단자 및 일정한 전압을 인가 받는 제2 단자를 각각 가지는 제2 유지 축전기를 포함하며, 이웃하는 두 개의 게이트선은 각각 전기적으로 연결되어 있다.

상기 각 화소는 상기 게이트선, 상기 데이터선, 상기 제1 액정 축전기 및 상기 제1 유지 축전기와 연결되어 있는 제1 스위칭 소자, 그리고 상기 게이트선, 상기 데이터선, 상기 제2 액정 축전기 및 상기 제2 유지 축전기와 연결되어 있는 제2 스위칭 소자를 더 포함할 수 있다.

상기 제1 및 제2 액정 축전기는 제1 및 제2 부화소 전극과 공통 전극을 포함할 수 있다.

상기 제2 부화소 전극의 면적은 상기 제1 부화소 전극의 면적보다 클 수 있 다.

그러면 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.

그러면 도 1 및 도 2를 참고하여 본 발명의 한 실시예에 따른 액정 표시 장치에 대하여 설명한다.

도 1은 본 발명의 한 실시예에 따른 액정 표시 장치의 블록도이며, 도 2는 본 발명의 한 실시예에 따른 액정 표시 장치의 한 화소에 대한 등가 회로도이며, 도 3은 본 발명의 한 실시예에 따른 액정 표시 장치의 화소 및 신호선의 공간적인 배열을 나타내는 도면이다.

도 1 및 도 2를 참고하면, 본 발명의 한 실시예에 따른 액정 표시 장치는 액정 표시판 조립체(liquid crystal panel assembly)(300)와 이에 연결된 한 쌍의 게이트 구동부(400a, 400b) 및 데이터 구동부(500), 데이터 구동부(500)에 연결된 계 조 전압 생성부(800), 그리고 이들을 제어하는 신호 제어부(600)를 포함한다.

액정 표시판 조립체(300)는 등가 회로로 볼 때 복수의 신호선(G_i, G_i+1, D_j)과 이에 연결되어 있으며 대략 행렬의 형태로 배열된 복수의 화소(pixel)(PX)를 포함한다. 반면, 도 2에 도시한 구조로 볼 때 액정 표시판 조립체(300)는 서로 마주하는 하부 및 상부 표시판(100, 200)과 그 사이에 들어 있는 액정층(3)을 포함한다.

먼저 도 1 및 도 2를 참고하면, 신호선(G_i, G_i+1, D_j)은 게이트 신호("주사 신호"라고도 함)를 전달하는 복수의 게이트선(G_i, G_i+1)과 데이터 신호를 전달하는 복수의 데이터선(D_j)을 포함한다. 게이트선(G_i, G_i+1)은 대략 행 방향으로 뻗으며 서로가 거의 평행하고, 데이터선(D_j)은 대략 열 방향으로 뻗으며 서로가 거의 평행하다.

각 화소(PX)는 신호선(G_i, D_j)에 연결된 스위칭 소자(Q)와 이에 연결된 액정 축전기(liquid crystal capacitor)(Clc) 및 유지 축전기(storage capacitor)(Cst)를 포함한다. 유지 축전기(Cst)는 필요에 따라 생략할 수 있다.

스위칭 소자(Q)는 하부 표시판(100)에 구비되어 있는 박막 트랜지스터 등의 삼단자 소자로서, 그 제어 단자는 게이트선(G_i)과 연결되어 있고, 입력 단자는 데이터선(D_j)과 연결되어 있으며, 출력 단자는 액정 축전기(Clc) 및 유지 축전기(Cst)와 연결되어 있다.

액정 축전기(Clc)는 하부 표시판(100)의 화소 전극(191)과 상부 표시판(200) 의 공통 전극(270)을 두 단자로 하며 두 전극(191, 270) 사이의 액정층(3)은 유전체로서 기능한다. 화소 전극(191)은 스위칭 소자(Q)와 연결되며 공통 전극(270)은 상부 표시판(200)의 전면에 형성되어 있고 공통 전압(Vcom)을 인가받는다. 도 2에서와는 달리 공통 전극(270)이 하부 표시판(100)에 구비되는 경우도 있으며 이때에는 두 전극(191, 270) 중 적어도 하나가 선형 또는 막대형으로 만들어질 수 있다.

액정 축전기(Clc)의 보조적인 역할을 하는 유지 축전기(Cst)는 하부 표시판(100)에 구비된 별개의 신호선(도시하지 않음)과 화소 전극(191)이 절연체를 사이에 두고 중첩되어 이루어지며 이 별개의 신호선에는 공통 전압(Vcom) 따위의 정해진 전압이 인가된다. 그러나 유지 축전기(Cst)는 화소 전극(191)이 절연체를 매개로 바로 위의 전단 게이트선(G_i-1)과 중첩되어 이루어질 수 있다.

도 3을 참고하면, 본 발명의 액정 표시판 조립체(300)는 행렬로 배열된 복수의화소(PX)를 포함한다. 각각의 화소(PX)는 화소 전극(PE) 및 화소 전극(PE)에 연결되어 있는 스위칭 소자(Q)를 포함한다. 각 화소 행 행 사이에는 가로 방향으로 뻗어 있는 복수의 게이트선(G₁, G₂, G₃, G₄ …G_2n-1, G_2n)이 배열되며, 화소(PX)를 기준으로 왼쪽 및 오른쪽에는 세로 방향으로 뻗어 있는 복수 쌍의 데이터선(D₁, D₂, D₃, D₄, D₅, D₆, D₇, D₈…D_2m-3, D_2m-2, D_2m-1, D_2m)이 배열되어 있다. 스위칭 소자(Q)는 게이트선(G₁-G_2n) 및 데이터선(D₁-D_2m)과 연결되어 있다.

행 방향으로 이웃하는 화소(PX)의 각 스위칭 소자(Q)는 왼쪽 데이터선 및 오 른쪽 데이터선(D₁, D₂/D₃, D₄/D₅, D₆/D₇, D₈/…/D_2m-3, D_2m-2/D_2m-1, D_2m) 중 서로 다른 것에 연결되어 있다. 또한 열 방향으로 이웃하는 화소(PX)의 각 스위칭 소자(Q)는 왼쪽 데이터선 및 오른쪽 데이터선(D₁, D₂/D₃, D₄/D₅, D₆/D₇, D₈/…/D_2m-3, D_2m-2/D_2m-1, D_2m) 중 서로 다른 것에 연결되어 있다. 즉, 같은 행에 배치되어 있는 복수의 화소 전극(PE)을 기준으로 보면 스위칭 소자(Q)가 오른쪽 또는 왼쪽에 번갈아 위치하며, 같은 열에 배치되어 있는 복수의 화소 전극(PE)을 기준으로 보면 스위칭 소자(Q)가 오른쪽 또는 왼쪽에 번갈아 위치한다.

이웃하는 두 개의 게이트선(G₁, G₂/G₃, G₄ /…/G_2n-1, G_2n)은 서로 연결되어 있으며 동일한 게이트 신호를 인가 받는다.

한 화소(PX)를 기준으로 왼쪽 및 오른쪽에 위치하는 데이터선(D₁, D₂/D₃, D₄/D₅, D₆/D₇, D₈/…/D_2m-3, D_2m-2/D_2m-1, D_2m)에 흐르는 데이터 전압의 극성은 서로 반대이다. 즉 화소 전극(PE)을 기준으로 왼쪽에 위치하는 데이터선(D₁, D₃, D₅, D₇ …D_2m-3, D_2m-1)에 흐르는 데이터 전압의 극성은 정극성(+)이며, 오른쪽에 위치하는 데이터선(D₂, D₄, D₈ …D_2m-2, D_2m)에 흐르는 데이터 전압의 극성은 부극성(-)이다.

이에 따라 행 방향으로 이웃하는 화소(PX)의 극성은 서로 반대이며, 열 방향으로 이웃하는 화소(PX)의 극성 역시 서로 반대이다.

한편, 색 표시를 구현하기 위해서는 각 화소(PX)가 기본색(primary color) 중 하나를 고유하게 표시하거나(공간 분할) 각 화소(PX)가 시간에 따라 번갈아 기본색을 표시하게(시간 분할) 하여 이들 기본색의 공간적, 시간적 합으로 원하는 색상이 인식되도록 한다. 기본색의 예로는 적색, 녹색, 청색 등 삼원색을 들 수 있다. 도 2는 공간 분할의 한 예로서 각 화소(PX)가 화소 전극(191)에 대응하는 상부 표시판(200)의 영역에 기본색 중 하나를 나타내는 색 필터(230)를 구비함을 보여주고 있다. 도 2와는 달리 색 필터(230)는 하부 표시판(100)의 화소 전극(191) 위 또는 아래에 형성할 수도 있다.

액정 표시판 조립체(300)의 바깥 면에는 빛을 편광시키는 적어도 하나의 편광자(도시하지 않음)가 부착되어 있다.

다시 도 1을 참고하면, 계조 전압 생성부(800)는 화소(PX)의 투과율과 관련된 전체 계조 전압 또는 한정된 수효의 계조 전압(앞으로 "기준 계조 전압"이라 한다)을 생성한다. (기준) 계조 전압은 공통 전압(Vcom)에 대하여 양의 값을 가지는 것과 음의 값을 가지는 것을 포함할 수 있다.

게이트 구동부(400)는 액정 표시판 조립체(300)의 게이트선(G₁-G_n)과 연결되어 게이트 온 전압(Von)과 게이트 오프 전압(Voff)의 조합으로 이루어진 게이트 신호를 게이트선(G₁-G_n)에 인가한다.

데이터 구동부(500)는 액정 표시판 조립체(300)의 데이터선(D₁-D_m)과 연결되어 있으며, 계조 전압 생성부(800)로부터의 계조 전압을 선택하고 이를 데이터 전압으로서 데이터선(D₁-D_m)에 인가한다. 그러나 계조 전압 생성부(800)가 계조 전압 을 모두 제공하는 것이 아니라 한정된 수효의 기준 계조 전압만을 제공하는 경우에, 데이터 구동부(500)는 기준 계조 전압을 분압하여 원하는 데이터 전압을 선택한다.

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

이러한 구동 장치(400, 500, 600, 800) 각각은 적어도 하나의 집적 회로 칩의 형태로 액정 표시판 조립체(300) 위에 직접 장착되거나, 가요성 인쇄 회로막(flexible printed circuit film)(도시하지 않음) 위에 장착되어 TCP(tape carrier package)의 형태로 액정 표시판 조립체(300)에 부착되거나, 별도의 인쇄 회로 기판(printed circuit board)(도시하지 않음) 위에 장착될 수도 있다. 이와는 달리, 이들 구동 장치(400, 500, 600, 800)가 신호선(G₁-G_n, D₁-D_2m) 및 박막 트랜지스터 스위칭 소자(Q) 따위와 함께 액정 표시판 조립체(300)에 집적될 수도 있다. 또한, 구동 장치(400, 500, 600, 800)는 단일 칩으로 집적될 수 있으며, 이 경우 이들 중 적어도 하나 또는 이들을 이루는 적어도 하나의 회로 소자가 단일 칩 바깥에 있을 수 있다.

이제 도 4a 및 도 4b를 참고하여 본 발명의 여러 가지 실시예에 따른 액정 표시 장치의 데이터선 및 구동부의 공간적인 배열에 대하여 설명한다.

도 4a는 본 발명의 한 실시예에 따른 액정 표시 장치의 데이터선 및 구동부의 배열을 도시하는 도면이며, 도 4b는 본 발명의 다른 실시예에 따른 액정 표시 장치의 데이터선 및 구동부의 배열을 도시하는 도면이다.

도 4a를 참고하면, 본 발명의 한 실시예에 따른 액정 표시 장치는 액정 표시판 조립체(300), 액정 표시판 조립체(300)의 왼쪽 또는 오른쪽에 부착되어 있는 게이트 구동부(400) 및 액정 표시판 조립체(300)의 상부에 부착되어 있는 데이터 구동부(500)를 포함한다.

데이터 구동부(500)는 가요성의 베이스 필름(510) 위에 실장되어 있는 구동 회로 칩(520)을 포함하며, 인쇄 회로 기판(900)과 액정 표시판 조립체(300)와 연결되어 있다.

도 4b를 참고하면, 본 실시예에 따른 액정 표시 장치 역시 액정 표시판 조립체(300), 액정 표시판 조립체(300)의 왼쪽 또는 오른쪽에 부착되어 있는 게이트 구동부(400) 및 액정 표시판 조립체(300)에 부착되어 있는 데이터 구동부(500)를 포함한다.

그러나 도 4a와는 달리 데이터 구동부(500)가 액정 표시판 조립체(300)의 상부에 장착된 제1 데이터 구동부(500a) 및 하부에 장착된 제2 데이터 구동부(500b)를 포함한다. 이에 따라 한 쌍의 데이터선(171a, 171b) 중 왼쪽 데이터선(171a)는 제1 데이터 구동부(500a)에 연결되어 데이터 전압을 인가받으며, 오른쪽 데이터선(171b)은 제2 데이터 구동부(500b)에 연결되어 데이터 전압을 인가받는다.

도 4a 및 도 4b에 따르면, 액정 표시판 조립체(300)의 크기에 구애 받지 않고 데이터선(171a, 171b) 사이의 간격을 유지하면서 복수 쌍의 데이터선(171a, 171b)을 형성할 수 있다.

그러면 이러한 액정 표시 장치의 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 신호를 수신한다. 입력 제어 신호의 예로는 수직 동기 신호(Vsync)와 수평 동기 신호(Hsync), 메인 클록(MCLK), 데이터 인에이블 신호(DE) 등이 있다.

신호 제어부(600)는 입력 영상 신호(R, G, B)와 입력 제어 신호를 기초로 입력 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.

게이트 제어 신호(CONT1)는 주사 시작을 지시하는 주사 시작 신호(STV)와 게이트 온 전압(Von)의 출력 주기를 제어하는 적어도 하나의 클록 신호를 포함한다.

데이터 제어 신호(CONT2)는 한 행[묶음]의 화소(PX)에 대한 영상 데이터의 전송 시작을 알리는 수평 동기 시작 신호(STH)와 데이터선(D₁-D_m)에 데이터 신호를 인가하라는 로드 신호(LOAD) 및 데이터 클록 신호(HCLK)를 포함한다. 데이터 제어 신호(CONT2)는 또한 공통 전압(Vcom)에 대한 데이터 신호의 전압 극성(이하 "공통 전압에 대한 데이터 신호의 전압 극성"을 줄여 "데이터 신호의 극성"이라 함)을 반전시키는 반전 신호(RVS)를 더 포함할 수 있다.

신호 제어부(600)로부터의 데이터 제어 신호(CONT2)에 따라, 데이터 구동 부(500)는 한 행[묶음]의 화소(PX)에 대한 디지털 영상 신호(DAT)를 수신하고, 각 디지털 영상 신호(DAT)에 대응하는 계조 전압을 선택함으로써 디지털 영상 신호(DAT)를 아날로그 데이터 신호로 변환한 다음, 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(Von)을 게이트선(G₁-G_2n)에 인가하여 이 게이트선(G₁-G_2n)에 연결된 스위칭 소자(Q)를 턴온시킨다. 이 때 이웃하는 두 개의 게이트선(G₁, G₂/G₃, G₄ /…/G_2n-1, G_2n)은 서로 연결되어 있으므로, 이웃하는 두 개의 게이트선(G₁, G₂/G₃, G₄ /…/G_2n-1, G_2n)에 연결되어 있는 두 스위칭 소자(Q)는 동시에 턴온된다. 그러면, 데이터선(D₁-D_2m)에 인가된 데이터 신호가 턴온된 스위칭 소자(Q)를 통하여 해당 화소(PX)에 인가된다.

화소(PX)에 인가된 데이터 신호의 전압과 공통 전압(Vcom)의 차이는 액정 축전기(Clc)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 조립체(300)에 부착된 편광자에 의하여 빛의 투과율 변화로 나타난다.

1 수평 주기["1H"라고도 쓰며, 수평 동기 신호(Hsync) 및 데이터 인에이블 신호(DE)의 한 주기와 동일함]를 단위로 하여 이러한 과정을 되풀이함으로써, 모든 게이트선(G₁-G_2n)에 대하여 차례로 게이트 온 전압(Von)을 인가하여 모든 화소(PX)에 데이터 신호를 인가하여 한 프레임(frame)의 영상을 표시한다.

한 프레임이 끝나면 다음 프레임이 시작되고 각 화소(PX)에 인가되는 데이터 신호의 극성이 이전 프레임에서의 극성과 반대가 되도록 데이터 구동부(500)에 인가되는 반전 신호(RVS)의 상태가 제어된다("프레임 반전"). 이때, 한 프레임 내에서도 반전 신호(RVS)의 특성에 따라 한 데이터선을 통하여 흐르는 데이터 신호의 극성이 바뀌거나(보기: 행 반전, 점 반전), 한 화소행에 인가되는 데이터 신호의 극성도 서로 다를 수 있다(보기: 열 반전, 점 반전).

이제 도 5 내지 도 7을 참고하여 본 발명의 한 실시예에 따른 액정 표시판 조립체에 대하여 상세하게 설명한다.

도 5는 본 발명의 한 실시예에 따른 액정 표시판 조립체의 배치도이며, 도 6 및 도 7은 각각 도 5에 도시한 액정 표시판 조립체를 Ⅵ-Ⅵ 및 Ⅶ-Ⅶ 선을 따라 잘라 도시한 단면도이다.

먼저 하부 표시판(100)에 대하여 설명한다.

투명한 유리 또는 플라스틱 따위로 만들어진 절연 기판(110) 위에 복수의 게이트선(gate line)(121) 및 복수의 유지 전극선(storage electrode line)(131)이 형성되어 있다.

게이트선(121)은 게이트 신호를 전달하며 주로 가로 방향으로 뻗어 있다. 각 게이트선(121)은 아래 위로 돌출한 복수의 게이트 전극(gate electrode)(124)과 다른 층 또는 외부 구동 회로와의 접속을 위하여 면적이 넓은 끝 부분(129)을 포함한다. 게이트 구동 회로가 기판(110) 위에 집적되어 있는 경우 게이트선(121)이 연장되어 이와 직접 연결될 수 있다.

유지 전극선(131)은 소정의 전압을 인가 받으며 게이트선(121)과 거의 나란하게 뻗는다. 각 유지 전극선(131)은 인접한 두 게이트선(121) 사이에 위치하며 두 게이트선(121) 중 아래쪽에 가깝다. 유지 전극선(131)은 아래위로 확장된 유지 전극(storage electrode)(137)을 포함한다. 그러나 유지 전극선(131)의 모양 및 배치는 여러 가지로 변형될 수 있다.

게이트선(121) 및 유지 전극선(131)은 알루미늄(Al)이나 알루미늄 합금 등 알루미늄 계열 금속, 은(Ag)이나 은 합금 등 은 계열 금속, 구리(Cu)나 구리 합금 등 구리 계열 금속, 몰리브덴(Mo)이나 몰리브덴 합금 등 몰리브덴 계열 금속, 크롬(Cr), 탄탈륨(Ta) 및 티타늄(Ti) 따위로 만들어질 수 있다. 그러나 이들은 물리적 성질이 다른 두 개의 도전막(도시하지 않음)을 포함하는 다중막 구조를 가질 수도 있다. 이 중 한 도전막은 신호 지연이나 전압 강하를 줄일 수 있도록 비저항(resistivity)이 낮은 금속, 예를 들면 알루미늄 계열 금속, 은 계열 금속, 구리 계열 금속 등으로 만들어진다. 이와는 달리, 다른 도전막은 다른 물질, 특히 ITO(indium tin oxide) 및 IZO(indium zinc oxide)와의 물리적, 화학적, 전기적 접촉 특성이 우수한 물질, 이를테면 몰리브덴 계열 금속, 크롬, 탄탈륨, 티타늄 등으로 만들어진다. 이러한 조합의 좋은 예로는 크롬 하부막과 알루미늄 (합금) 상부막 및 알루미늄 (합금) 하부막과 몰리브덴 (합금) 상부막을 들 수 있다. 그러나 게이트선(121) 및 유지 전극선(131)은 이외에도 여러 가지 다양한 금속 또는 도전체로 만들어질 수 있다.

게이트선(121) 및 유지 전극선(131)의 측면은 기판(110) 면에 대하여 경사져 있으며 그 경사각은 약 30° 내지 약 80°인 것이 바람직하다.

게이트선(121) 및 유지 전극선(131) 위에는 질화규소(SiNx) 또는 산화규소(SiOx) 따위로 만들어진 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(polysilicon) 등으로 만들어진 복수의 섬형 반도체(154) 가 형성되어 있다. 반도체(154)는 게이트 전극(124) 위에 위치한다.

반도체(154) 위에는 복수의 섬형 저항성 접촉 부재(ohmic contact)(163, 165)가 형성되어 있다. 저항성 접촉 부재(163, 165)는 인 따위의 n형 불순물이 고농도로 도핑되어 있는 n+ 수소화 비정질 규소 따위의 물질로 만들어지거나 실리사이드(silicide)로 만들어질 수 있다. 저항성 접촉 부재(163, 165)는 쌍을 이루어 반도체(154) 위에 배치되어 있다.

반도체(154)와 저항성 접촉 부재(163, 165)의 측면 역시 기판(110) 면에 대하여 경사져 있으며 경사각은 30° 내지 80° 정도이다.

저항성 접촉 부재(163, 165) 및 게이트 절연막(140) 위에는 복수 쌍의 제1 및제2 데이터선(data line)(171a, 171b)과 복수의 드레인 전극(drain electrode)(175)이 형성되어 있다.

데이터선(171a, 171b)은 데이터 신호를 전달하며 주로 세로 방향으로 뻗어 게이트선(121) 및 유지 전극선(131)과 교차한다. 각 데이터선(171a, 171b)은 게이트 전극(124)을 향하여 뻗은 복수의 소스 전극(source electrode)(173)과 다른 층 또는 외부 구동 회로와의 접속을 위하여 면적이 넓은 끝 부분(179a, 179b)을 포함한다. 데이터 구동 회로가 기판(110) 위에 집적되어 있는 경우, 데이터선(171)이 연장되어 이와 직접 연결될 수 있다.

드레인 전극(175)은 데이터선(171)과 분리되어 있으며 게이트 전극(124)을 중심으로 소스 전극(173)과 마주한다. 각 드레인 전극(175)은 넓은 한 쪽 끝 부분과 막대형인 다른 쪽 끝 부분을 포함한다. 넓은 끝 부분은 유지 전극(137)과 중첩하며, 막대형 끝 부분은 U자형으로 구부러진 소스 전극(173)으로 일부 둘러싸여 있다.

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

데이터선(171a, 171b) 및 드레인 전극(175)은 몰리브덴, 크롬, 탄탈륨 및 티타늄 등 내화성 금속(refractory metal) 또는 이들의 합금으로 만들어지는 것이 바람직하며, 내화성 금속막(도시하지 않음)과 저저항 도전막(도시하지 않음)을 포함하는 다중막 구조를 가질 수 있다. 다중막 구조의 예로는 크롬 또는 몰리브덴 (합 금) 하부막과 알루미늄 (합금) 상부막의 이중막, 몰리브덴 (합금) 하부막과 알루미늄 (합금) 중간막과 몰리브덴 (합금) 상부막의 삼중막을 들 수 있다. 그러나 데이터선(171a, 171b) 및 드레인 전극(175)은 이외에도 여러 가지 다양한 금속 또는 도전체로 만들어질 수 있다.

데이터선(171a, 171b) 및 드레인 전극(175) 또한 그 측면이 기판(110) 면에 대하여 30° 내지 80° 정도의 경사각으로 기울어진 것이 바람직하다.

저항성 접촉 부재(163, 165)는 그 아래의 반도체(154)와 그 위의 데이터선(171a, 171b) 및 드레인 전극(175) 사이에만 존재하며 이들 사이의 접촉 저항을 낮추어 준다.

데이터선(171a, 171b), 드레인 전극(175) 및 노출된 반도체(154) 부분 위에는 보호막(passivation layer)(180)이 형성되어 있다. 보호막(180)은 무기 절연물 또는 유기 절연물 따위로 만들어지며 표면이 평탄할 수 있다. 무기 절연물의 예로는 질화규소와 산화규소를 들 수 있다. 유기 절연물은 감광성(photosensitivity)을 가질 수 있으며 그 유전 상수(dielectric constant)는 약 4.0 이하인 것이 바람직하다. 그러나 보호막(180)은 유기막의 우수한 절연 특성을 살리면서도 노출된 반도체(154) 부분에 해가 가지 않도록 하부 무기막과 상부 유기막의 이중막 구조를 가질 수 있다.

보호막(180)에는 데이터선(171)의 끝 부분(179)과 드레인 전극(175)을 각각 드러내는 복수의 접촉 구멍(contact hole)(182a, 182b, 185)이 형성되어 있으며, 보호막(180)과 게이트 절연막(140)에는 게이트선(121)의 끝 부분(129)을 드러내는 복수의 접촉 구멍(181)이 형성되어 있다.

보호막(180) 위에는 복수의 화소 전극(pixel electrode)(191) 및 복수의 접촉 보조 부재(contact assistant)(81, 82)가 형성되어 있다. 이들은 ITO 또는 IZO 등의 투명한 도전 물질이나 알루미늄, 은, 크롬 또는 그 합금 등의 반사성 금속으로 만들어질 수 있다.

화소 전극(191)은 접촉 구멍(185)을 통하여 드레인 전극(175)과 물리적ㅇ전기적으로 연결되어 있으며, 드레인 전극(175)으로부터 데이터 전압을 인가 받는다. 데이터 전압이 인가된 화소 전극(191)은 공통 전압(common voltage)을 인가 받는 다른 표시판 (200)의 공통 전극(common electrode) (270)과 함께 전기장을 생성함으로써 두 전극(191, 270) 사이의 액정층(3)]의 액정 분자의 방향을 결정한다. 이와 같이 결정된 액정 분자의 방향에 따라 액정층(3)을 통과하는 빛의 편광이 달라진다. 화소 전극(191)과 공통 전극(270)은 축전기[이하 "액정 축전기(liquid crystal capacitor)"라 함]를 이루어 박막 트랜지스터가 턴 오프된 후에도 인가된 전압을 유지한다.

화소 전극(191) 및 이와 연결된 드레인 전극(175)은 유지 전극(137)을 비롯한 유지 전극선(131)과 중첩한다. 화소 전극(191) 및 이와 전기적으로 연결된 드레인 전극(175)이 유지 전극선(131)과 중첩하여 이루는 축전기를 "유지 축전기(storage capacitor)"라 하며, 유지 축전기는 액정 축전기의 전압 유지 능력을 강화한다.

화소 전극(191)은 제1 및 제2 데이터선(171a, 171b)과 중첩한다. 이 때 화 소전극(191)과 각 데이터선(171a, 171b) 사이에는 기생 용량이 발생할 수 있다. 그러나 앞서 설명한 바와 같이 제1 및 제2 데이터선(171a, 171b)에는 서로 다른 극성의 데이터 전압이 흐르므로 화소 전극(191)과 각 데이터선(171a, 171b) 사이에 기생 용량이 생겨도 각 기생 용량은 서로 상쇄된다. 따라서 수직 크로스 토크가 발생하는 것을 방지하면서 표시판의 개구율을 향상시킬 수 있다.

접촉 보조 부재(81, 82)는 각각 접촉 구멍(181, 182)을 통하여 게이트선(121)의 끝 부분(129) 및 데이터선(171)의 끝 부분(179)과 연결된다. 접촉 보조 부재(81, 82)는 게이트선(121)의 끝 부분(129) 및 데이터선(171)의 끝 부분(179)과 외부 장치와의 접착성을 보완하고 이들을 보호한다.

이제 상부 표시판(200)에 대하여 설명한다.

투명한 유리 또는 플라스틱 등으로 만들어진 절연 기판(210) 위에 차광 부재(light blocking member)(220)가 형성되어 있다. 차광 부재(220)는 블랙 매트릭스(black matrix)라고도 하며 빛샘을 막아준다. 차광 부재(220)는 데이터선(171l, 171r)에 대응하는 선형 부분(221)과 박막 트랜지스터에 대응하는 면형 부분을 포함하며, 화소 전극(191) 사이의 빛샘을 막고 화소 전극(191)과 마주하는 개구 영역을 정의한다. 그러나 차광 부재(220)는 화소 전극(191)과 마주보며 화소 전극(191)과 거의 동일한 모양을 가지는 복수의 개구부(도시하지 않음)를 가질 수도 있다.

기판(210) 위에는 또한 복수의 색필터(230)가 형성되어 있다. 색필터(230)는 차광 부재(230)로 둘러싸인 영역 내에 대부분 존재하며, 화소 전극(191) 열을 따라서 세로 방향으로 길게 뻗을 수 있다. 각 색필터(230)는 적색, 녹색 및 청색 의 삼원색 등 기본색(primary color) 중 하나를 표시할 수 있다.

색필터(230) 및 차광 부재(220) 위에는 덮개막(overcoat)(250)이 형성되어 있다. 덮개막(250)은 (유기) 절연물로 만들어질 수 있으며, 색필터(230)가 노출되는 것을 방지하고 평탄면을 제공한다. 덮개막(250)은 생략할 수 있다.

덮개막(250) 위에는 공통 전극(270)이 형성되어 있다. 공통 전극(270)은 ITO, IZO 등의 투명한 도전체 따위로 만들어진다.

표시판(100, 200)의 안쪽 면에는 배향막(alignment layer)(11, 21)이 도포되어 있으며 수평 배향막일 수 있다.

표시판(100, 200)의 바깥쪽 면에는 편광자(polarizer)(12, 22)가 구비되어 있는데, 두 편광자(12, 22)의 투과축은 직교하며 이중 한 투과축은 게이트선(121d, 121u)에 대하여 나란한 것이 바람직하다.

액정 표시 장치는 편광자(12, 22), 표시판(100, 200) 및 액정층(3)에 빛을 공급하는 조명부(backlight unit)(도시하지 않음)를 포함할 수 있다.

액정층(3)은 음의 유전율 이방성을 가지며, 액정층(3)의 액정 분자는 전기장이 없는 상태에서 그 장축이 두 표시판(100, 200)의 표면에 대하여 수평을 이루도록 배향되어 있다. 따라서 입사광은 직교 편광자(12, 22)를 통과하지 못하고 차단된다.

이제 도 8 내지 도 10을 참고하여 본 발명의 다른 실시예에 따른 액정 표시판 조립체에 대하여 상세하게 설명한다.

도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 액정 표시판 조립체의 한 화소에 대한 등가 회로도이다.

도 8을 참고하면, 본 실시예에 따른 액정 표시판 조립체(300)은 신호선(G, D, S)과 이에 연결되어 있으며 대략 행렬 형태로 배열도니 복수의 화소(PX)를 포함한다. 반면, 도 8에 도시한 구조로 볼 때 액정 표시판 조립체(300)는 서로 마주하는 하부 및 상부 표시판(100, 200)과 그 사이에 들어 있는 액정층(3)을 포함한다.

신호선은 게이트 신호("주사 신호"라고도 함) 를 전달하는 복수의 게이트선(G)과 데이터 신호를 전달하는 복수의 데이터선(D)을 포함한다. 게이트선(G)은 대략 행 방향으로 뻗으며 서로가 거의 평행하고, 데이터선(D)은 대략 열 방향으로 뻗으며 서로가 거의 평행하다.

신호선은 또한 제1 유지 전극 신호를 전달하는 제1 유지 전극선(S)과 제2 유지 전극 신호를 전달하는 제2 유지 전극선(도시하지 않음)을 포함한다. 제1 유지 전극 신호와 제2 유지 전극 신호의 위상은 서로 반대이다.

각 화소(PX)는 제1 및 제2 부화소(PX1, PX2)를 포함하며, 각 부화소(PX1, PX2)는 스위칭 소자(Q1, Q2), 액정 축전기(liquid crystal capacitor)(Clc1, Clc2) 및 유지 축전기(Cst1, Cst2)를 포함한다. 제1 부화소(PX1)는 제1 유지 축전기(Cst1)을 포함하며, 제2 부화소(PX2)는 제2 유지 축전기(Cst2)를 포함한다.

제1 및 제2 스위칭 소자(Q1, Q2)는 게이트선(G)과 연결되어 있는 제어 단자, 데이터선(D)과 연결되어 있는 입력 단자, 그리고 액정 축전기(Clc1, Clc2) 및 유지 축전기(Cst1, Cst2)와 연결되어 있는 출력 전극을 가진다.

액정 축전기(Clc1/Clc2)는 하부 표시판(100)의 부화소 전극(191a/191b)과 상 부 표시판(200)의 공통 전극(270)을 두 단자로 하며 부화소 전극(191a/191b)과 공통 전극(270) 사이의 액정층(3)은 유전체로서 기능한다. 한 쌍의 부화소 전극(191a/191b)은 서로 분리되어 있으며 하나의 화소 전극(191)을 이룬다. 공통 전극(270)은 상부 표시판(200)의 전면에 형성되어 있고 공통 전압(Vcom)을 인가 받는다. 액정층(3)은 음의 유전율 이방성을 가지며, 액정층(3)의 액정 분자는 전기장이 없는 상태에서 그 장축이 두 표시판의 표면에 대하여 수직을 이루도록 배향되어 있을 수 있다.

제1 부화소(PX1)의 유지 축전기(Cst1)는 스위칭 소자(Q1)와 제1 유지 전극선(S)에 연결되어 있고, 제2 부화소(PX2)의 유지 축전기(Cst2)는 스위칭 소자(Q2)와 별도의 신호선(도시하지 않음)에 연결되어 있다.

이제 도 9 및 도 10을 참고하여 도 8에 도시한 액정 표시판 조립체에 대하여 더욱 상세하게 설명한다.

도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 액정 표시판 조립체의 배치도이며, 도 10은 도 9에 도시한 액정 표시판 조립체를 Ⅹ-Ⅹ 선을 따라 잘라 도시한 단면도이다.

도 9 및 도 10에 도시한 바와 같이, 본 실시예에 따른 액정 표시판 조립체는 서로 마주하는 하부 표시판(100)과 상부 표시판(200), 이들 두 표시판 사이에 들어 있는 액정층(3) 및 표시판(100, 200) 바깥 면에 부착되어 있는 한 쌍의 편광자(12, 22)를 포함한다.

본 실시예에 따른 액정 표시판 조립체의 층상 구조는 대개 도 5 내지 도 7에 도시한 액정 표시판 조립체의 층상 구조와 동일하다.

하부 표시판(100)에 대하여 설명하자면, 절연 기판(100) 위에 복수의 게이트선(121a, 121b)과 복수 쌍의 제1, 제2 및 제3 유지 전극선(131u, 131d, 131l)을 포함하는 복수의 게이트 도전체가 형성되어 있다. 각 게이트선(121a, 121b)은 복수의 게이트 전극(124)을 포함한다. 이웃하는 두 개의 게이트선(121a, 121b)의 한 쪽 끝은 서로 연결되어 끝 부분(129)을 이룬다. 제1, 제2 및 제3 유지 전극선(131u, 131d, 131l)은 각각 복수의 제1, 제2 및 제3 유지 전극(137u, 137d, 137l)을 포함한다. 게이트 도전체(121a, 121b, 131u, 131d, 131l) 위에는 게이트 절연막(140)이 형성되어 있다.

게이트 절연막(140) 위에는 돌출부(154)를 포함하는 복수의 선형 반도체(도시하지 않음)가 형성되어 있고, 그 위에는 돌출부(163)를 가지는 복수의 선형 저항성 접촉 부재(도시하지 않음) 및 복수의 섬형 저항성 접촉 부재(165)가 형성되어 있다.

저항성 접촉 부재(163, 165) 위에는 복수 쌍의 제1 및 제2 데이터선(171a, 171b)과 복수의 제1 및 제2 드레인 전극(175a, 175b)을 포함하는 데이터 도전체가 형성되어 있다. 제1 및 제2 데이터선(171a, 171b)은 각각 복수의 소스 전극(173)과 끝 부분(179a, 179b)을 포함하며, 제1 드레인 전극(175a)은 확장부(177a)를 포함하고, 제2 드레인 전극(175b)은 확장부(177b)을 포함한다.

게이트 전극(124), 소스 전극(173) 및 제1 드레인 전극(175a)은 반도체(154)와 함께 제1 박막 트랜지스터(thin film transistor, TFT)(Qa)를 이루며, 박막 트 랜지스터(Qa)의 채널(channel)은 소스 전극(173)과 제1 드레인 전극(175a) 사이의 반도체(154)에 형성된다. 또한 게이트 전극(124), 소스 전극(173) 및 제2 드레인 전극(175b)은 반도체(154)와 함께 제2 박막 트랜지스터(thin film transistor, TFT)(Qb)를 이루며, 박막 트랜지스터(Qb)의 채널(channel)은 소스 전극(173)과 제2 드레인 전극(175b) 사이의 반도체(154)에 형성된다.

데이터 도전체(171a, 171b, 175a, 175b) 및 노출된 반도체(154) 부분 위에는 보호막(180)이 형성되어 있고, 보호막(180) 및 게이트 절연막(140)에는 복수의 접촉 구멍(181, 182a, 182b, 185a, 185b)이 형성되어 있다.

보호막(180) 위에는 제1 및 제2 부화소 전극(191a, 191b)을 포함하는 복수의 화소 전극(191)과 복수의 접촉 보조 부재(81, 82a, 82b)가 형성되어 있다.

각 화소 전극(191)은 게이트선(121a, 121b) 또는 데이터선(171)과 거의 평행한 네 개의 주 변을 가지며 왼쪽 모퉁이가 모따기되어 있는(chamfered) 대략 사각형 모양이다. 화소 전극(191)의 모딴 빗변은 게이트선(121)에 대하여 약 45°의 각도를 이룬다.

하나의 화소 전극(191)을 이루는 한 쌍의 제1 및 제2 부화소 전극(191a, 191b)은 간극(gap)(94)을 사이에 두고 서로 맞물려 있으며, 제1 부화소 전극(191a)은 제2 부화소 전극(191b)의 중앙에 삽입되어 있다. 제2 부화소 전극(191b)은 제1 부화소 전극(191a)보다 면적이 크다.

제1/제2 부화소 전극(191a/191b)은 접촉 구멍(185a/185b)을 통하여 제1/제2 드레인 전극(175a/175b)과 물리적, 전기적으로 연결되어 제1/제2 드레인 전 극(175a/175b)으로부터 데이터 전압을 인가 받는다.

데이터 전압이 인가된 부화소 전극(191a, 191b)은 공통 전극(270)과 함께 전기장을 생성함으로써 두 전극(191a/191b, 270) 사이의 액정층(3)의 액정 분자들의 배열을 결정한다.

또한 앞서 설명했듯이, 각 부화소 전극(191a, 191b)과 공통 전극(270)은 액정 축전기(Clc1, Clc2)를 이루어 박막 트랜지스터(Qa, Qb)가 턴 오프된 후에도 인가된 전압을 유지한다. 전압 유지 능력을 강화하기 위하여 액정 축전기(Clca, Clcb)와 병렬로 연결된 유지 축전기(Cst1. Cst2)는 제1 및 제2 부화소 전극(191a, 191b) 및 이에 연결되어 있는 드레인 전극(175a, 175b)의 끝 부분(177a, 177b)과 유지 전극(137u, 137d, 137l)의 중첩 등으로 만들어진다. 더욱 상세하게 설명하면, 제1 드레인 전극(175a)의 끝 부분(177a)은 제1 유지 전극선(131u) 및 제1 유지 전극(137u)과 중첩하며, 제2 드레인 전극(175b)의 끝 부분(177b)은 제3 유지 전극선(131l) 및 제3 유지 전극(137l)과 중첩한다. 한편, 이웃하는 다른 화소의 제1 드레인 전극(175a)은 제2 유지 전극선(131d) 및 제2 유지 전극(137d)과 중첩한다.

화소 전극(191), 접촉 보조 부재(81a, 81b, 82) 및 보호막(180) 위에는 배향막(11)이 형성되어 있다.

한편, 반도체(154)는 데이터선(171a, 171b) 및 드레인 전극(175a, 175b)을 따라 연장되어 선형 반도체(도시하지 않음)를 이루며, 저항성 접촉 부재(163)는 데이터선(171a, 171b)을 따라 연장되어 선형 저항성 접촉 부재(도시하지 않음)를 이룬다. 선형 반도체는 데이터 도전체(171a, 171b, 175a, 175b) 및 그 하부의 저항 성 접촉 부재(163, 165)와 실질적으로 동일한 평면 모양을 가지고 있다.

이러한 박막 트랜지스터 표시판을 본 발명의 한 실시예에 따라 제조하는 방법에서는 데이터선(171a, 171b)과 드레인 전극(175a, 175b), 반도체(154) 및 저항성 접촉 부재(163, 165)를 한 번의 사진 공정으로 형성한다.

이러한 사진 공정에서 사용하는 감광막은 위치에 따라 두께가 다르며, 특히 두께가 작아지는 순서로 제1 부분과 제2 부분을 포함한다. 제1 부분은 데이터선(171a, 171b)과 드레인 전극(175a, 175b)이 차지하는 배선 영역에 위치하며, 제2 부분은 박막 트랜지스터의 채널 영역에 위치한다.

위치에 따라 감광막의 두께를 달리하는 방법으로 여러 가지가 있을 수 있는데, 예를 들면 광마스크에 투광 영역(light transmitting area) 및 차광 영역(light blocking area) 외에 반투명 영역(translucent area)을 두는 방법이 있다. 반투명 영역에는 슬릿 패턴(slit pattern), 격자 패턴(lattice pattern) 또는 투과율이 중간이거나 두께가 중간인 박막이 구비된다. 슬릿 패턴을 사용할 때에는, 슬릿의 폭이나 슬릿 사이의 간격이 사진 공정에 사용하는 노광기의 분해능(resolution)보다 작은 것이 바람직하다. 다른 예로는 리플로우가 가능한 감광막을 사용하는 방법이 있다. 즉, 투광 영역과 차광 영역만을 지닌 통상의 노광 마스크로 리플로우 가능한 감광막을 형성한 다음 리플로우시켜 감광막이 잔류하지 않은 영역으로 흘러내리도록 함으로써 얇은 부분을 형성하는 것이다.

이와 같이 하면 한 번의 사진 공정을 줄일 수 있으므로 제조 방법이 간단해진다.

상부 표시판(200)에 대하여 설명하자면, 절연 기판(210) 위에 차광 부재(220), 복수의 색필터(230), 덮개막(250), 절개부(71, 72a, 72b)를 가지는 공통 전극(270), 그리고 배향막(21)이 형성되어 있다.

공통 전극(270)은 중앙 절개부(71), 상부 절개부(72a) 및 하부 절개부(72b)가 형성되어 있으며 화소 전극(191)은 이들 절개부(71, 72a, 72b)에 의하여 복수의 영역(partition)으로 분할된다. 절개부(71, 72a, 72b)는 유지 전극선(131u, 131d) 에 대하여 거의 반전 대칭을 이룬다.

하부 및 상부 절개부(72a, 72b)는 대략 화소 전극(191)의 오른쪽 변에서부터 왼쪽 변, 위쪽 변 또는 아래쪽 변으로 비스듬하게 뻗어 있다. 하부 및 상부 절개부(72a, 72b)는 유지 전극선(131u, 131d) 에 대하여 하반부와 상반부에 각각 위치하고 있다. 하부 및 상부 절개부(72a, 72b)는 게이트선(121a, 121b)에 대하여 약 45°의 각도를 이루며 서로 수직으로 뻗어 있다.

중앙 절개부(71)는 중앙 세로부 및 한 쌍의 사선부를 포함한다. 중앙 세로부는 유지 전극선(131u, 131d)에 수직하게 뻗으며, 한 쌍의 사선부는 중앙 세로부의 끝에서 화소 전극(191)의 왼쪽 변을 향하여 각각 뻗는다.

공통 전극(270)에 공통 전압을 인가하고 화소 전극(191)에 데이터 전압을 인가하면 표시판(100, 200)의 표면에 거의 수직인 전기장(전계)이 생성된다. 액정 분자들은 전기장에 응답하여 그 장축이 전기장의 방향에 수직을 이루도록 방향을 바꾸고자 한다. 앞으로는 화소 전극(191)과 공통 전극(271)을 통틀어 전기장 생성 전극이라 한다.

한편, 전기장 생성 전극(191, 270)의 화소 전극의 간극(94) 및 공통 전극의 절개부(71~72b)와 이들과 평행한 화소 전극(191)의 빗변은 전기장을 왜곡하여 액정 분자들의 경사 방향을 결정하는 수평 성분을 만들어낸다. 전기장의 수평 성분은 절개부(94, 71~72b)의 빗변과 화소 전극(191)의 빗변에 수직이다.

하나의 공통 전극 절개부 집합(71~72b) 및 화소 전극 간극(94)은 화소 전극(191)을 복수의 부영역(sub-area)으로 나누며, 각 부영역은 화소 전극(191)의 주 변과 빗각을 이루는 두 개의 주 변(major edge)을 가진다. 각 부영역 위의 액정 분자들은 대부분 주 변에 수직인 방향으로 기울어지므로, 기울어지는 방향을 추려보면 대략 네 방향이다. 이와 같이 액정 분자가 기울어지는 방향을 다양하게 하면 액정 표시 장치의 기준 시야각이 커진다.

적어도 하나의 절개부(94, 71~72b)는 돌기나 함몰부로 대체할 수 있으며, 절개부(94, 71~72b)의 모양 및 배치는 변형될 수 있다.

도 5 내지 도 7에 도시한 액정 표시판 조립체의 많은 특징들이 도 9 및 도 10에 도시한 액정 표시판 조립체에도 적용될 수 있다.

그러면 도 11a 및 도 11b를 참고하여 도 8 내지 도 10에 도시한 액정 표시 장치의 동작에 대하여 상세히 설명한다.

도 11a는 각각 도 8 내지 도 10에 도시한 액정 표시 장치에서 화소 전극 전압이 부극성(-)에서 정극성(+)으로 변화할 때 유지 전극 신호 및 화소 전극 전압을 도시하는 파형도이며, 도 11b는 각각 도 8 내지 도 10에 도시한 액정 표시 장치에서 화소 전극 전압이 정극성(+)에서 부극성(-)으로 변화할 때 유지 전극 신호 및 화소 전극 전압을 도시하는 파형도이다.

제1 유지 전극선(131u)과 제2 유지 전극선(131d)에는 위상이 반대인 제1 및 제2 유지 전극 신호(Vcstu, Vcstd)가 각각 인가되는데, 스위칭 소자(Q1, Q2)가 턴오프된 후 제1 및 제2 유지 전극 신호(Vcstu, Vcstd)의 전압 레벨을 각각 반전시킨다. 제3 유지 전극선(131l)에는 일정한 전압, 예를 들어 공통 전압(Vcom)이 인가된다.

도 11a을 참고하면 제3 유지 전극 신호를 인가 받는 제2 부화소(PX2)의 부화소 전극(191b)은 스위칭 소자(Q)가 턴 오프된 후에 충전이 이루어져 전압이 부극성(-)에서 정극성(+)으로 변한 후 전압 변화가 거의 없다. 이 때 충전이 이루어지면서, 제1 유지 전극 신호(Vcstu)를 인가 받는 제1 부화소(PX1)의 부화소 전극(191a)의 전압이 부극성(-)에서 정극성(+)으로 변한 후에 제1 유지 전극 신호(Vcstu)는 상승한다. 그 후 제1 부화소(PX1)의 부화소 전극(191a)의 전압은 제1 유지 전극 신호(Vcstu)에 따라 스윙한다. 이와 같이 하면 제1 부화소 전극(191a)의 전압이 제2 부화소 전극(191b)의 전압보다 일정 정도(ΔVp) 높아지며, 이에 따라 제1 액정 축전기(Clc1) 양단의 전압이 제2 액정 축전기(Clc2) 양단의 전압보다 높아진다.

도 11b을 참고하면, 제3 유지 전극 신호를 인가 받는 제2 부화소(PX2)의 부화소 전극(191b)은 스위칭 소자(Q)가 턴 오프된 후에 충전이 이루어져 전압이 정극성(+)에서 부극성(-)으로 변한 후 전압 변화가 거의 없다. 이 때 충전이 이루어짐에 따라 제1 유지 전극 신호(Vcstu)를 인가 받는 제1 부화소(PX1)의 부화소 전 극(191a)의 전압이 정극성(+)에서 부극성(-)으로 변한 후에, 제2 유지 전극 신호(Vcstd)는 하강한다. 그 후 제1 부화소(PX1)의 부화소 전극(191a)의 전압은 제2 유지 전극 신호(Vcstd)에 따라 스윙한다. 이와 같이 하면 제1 부화소 전극(191a)의 전압이 제2 부화소 전극(191b)의 전압보다 일정 정도(ΔVp) 낮아지며, 이에 따라 제1 액정 축전기(Clc1) 양단의 전압이 제2 액정 축전기(Clc2) 양단의 전압보다 높아진다.

이렇게 제1 또는 제2 액정 축전기(Clc1, Clc2)의 양단에 전위차가 생기면 표시판(100, 200)의 표면에 거의 수직인 주 전기장(primary electric field)이 액정층(3)에 생성된다. [앞으로 화소 전극(190) 및 공통 전극(270)을 아울러 "전기장 생성 전극(field generating electrode)"라 한다.] 그러면 액정층(3)의 액정 분자들은 전기장에 응답하여 그 장축이 전기장의 방향에 수직을 이루도록 기울어지며, 액정 분자가 기울어진 정도에 따라 액정층(3)에 입사광의 편광의 변화 정도가 달라진다. 이러한 편광의 변화는 편광자에 의하여 투과율 변화로 나타나며 이를 통하여 액정 표시 장치는 영상을 표시한다.

액정 분자가 기울어지는 각도는 전기장의 세기에 따라 달라지는데, 두 액정 축전기(Clc1, Clc2)의 전압이 서로 다르므로 액정 분자들이 기울어진 각도가 다르고 이에 따라 두 부화소(PX1, PX2)의 휘도가 다르다. 따라서 제1 액정 축전기(Clc1)의 전압과 제2 액정 축전기(Clc2)의 전압을 적절하게 맞추면 측면에서 바라보는 영상이 정면에서 바라보는 영상에 최대한 가깝게 할 수 있으며, 즉 측면 감마 곡선을 정면 감마 곡선에 최대한 가깝게 할 수 있으며, 이렇게 함으로써 측면 시인성을 향상할 수 있다.

또한 전압이 높은 제1 부화소 전극(191a)의 면적을 제2 부화소 전극(191b)의 면적보다 작게 하면 측면 감마 곡선을 정면 감마 곡선에 더욱 가깝게 할 수 있다.

본 발명에 따르면, 액정 표시 장치의 충분한 충전 시간을 확보할 수 있으며 수직 크로스 토크 발생을 방지할 수 있다. 또한 액정 표시 장치의 신호선을 효율적으로 배열할 수 있다.

Claims (27)

1. 행렬로 배열되어 있는 복수의 화소를 포함하는 액정 표시 장치로서,

   상기 화소에 게이트 신호를 전달하는 복수의 게이트선,

   상기 게이트선과 교차하며, 상기 화소를 기준으로 서로 마주하는 복수 쌍의 제1 및 제2 데이터선을 포함하는 복수의 데이터선,

   을 포함하고,

   상기 화소는,

   화소 전극, 그리고

   상기 화소 전극, 상기 게이트선 및 상기 데이터선과 연결되어 있는 스위칭 소자

   를 포함하고,

   열 방향으로 이웃하는 화소의 상기 스위칭 소자는 상기 제1 및 제2 데이터선 중 서로 다른 데이터선에 연결되어 있고,

   이웃하는 두 개의 게이트선은 서로 전기적으로 연결되어 있고,

   하나의 데이터선에 인가되는 데이터 전압의 극성은 동일하고, 이웃하는 데이터선에 인가되는 데이터 전압의 극성은 서로 반대인 액정 표시 장치.
2. 삭제
3. 삭제
4. 제1항에서,

   행 방향으로 이웃하는 화소의 상기 스위칭 소자는 상기 제1 및 제2 데이터선 중 서로 다른 데이터선에 연결되어 있는 액정 표시 장치.
5. 삭제
6. 제1항에서,

   열 방향 또는 행 방향으로 이웃하는 화소 전극의 전압 극성은 서로 반대인 액정 표시 장치.
7. 제1항에서,

   상기 제1 및 제2 데이터선은 상기 화소 전극과 중첩하는 액정 표시 장치.
8. 제1항에서,

   상기 화소 전극과 중첩하는 유지 전극을 더 포함하는 액정 표시 장치.
9. 제1항에서,

   상기 화소 전극은 서로 분리되어 있는 제1 및 제2 부화소 전극을 더 포함하는 액정 표시 장치.
10. 제9항에서,

    상기 제1 부화소 전극의 면적은 상기 제2 부화소 전극의 면적보다 작은 액정 표시 장치.
11. 제9항에서,

    상기 스위칭 소자는 상기 제1 부화소 전극과 연결되어 있는 제1 스위칭 소자 및 상기 제2 부화소 전극과 연결되어 있는 제2 스위칭 소자를 포함하는 액정 표시 장치.
12. 제11항에서,

    상기 제1 및 제2 스위칭 소자는 동일한 게이트선 및 데이터선에 연결되어 있는 액정 표시 장치.
13. 제12항에서,

    주기 신호를 인가받는 제1 유지 전극선, 상기 제1 유지 전극선과는 다른 주기 신호를 인가 받는 제2 유지 전극선 및 일정한 전압을 인가 받는 제3 유지 전극 선을 더 포함하고,

    상기 제1 부화소 전극은 상기 제1 또는 제2 유지 전극선과 중첩하고, 상기 제2 부화소 전극은 상기 제3 유지 전극선과 중첩하는 액정 표시 장치.
14. 제13항에서,

    상기 제1 유지 전극선과 제2 유지 전극선에 인가되는 신호의 위상은 반대인 액정 표시 장치.
15. 제14항에서,

    상기 제1 부화소 전극의 전압과 상기 제2 부화소 전극의 전압은 서로 다른 액정 표시 장치.
16. 제15항에서,

    상기 제1 부화소 전극의 전압은 상기 제2 부화소 전극의 전압보다 높은 액정 표시 장치.
17. 제9항에서,

    이웃하는 데이터선에 인가되는 데이터 전압의 극성은 서로 반대인 액정 표시 장치.
18. 제17항에서,

    상기 제1 및 제2 데이터선은 상기 제2 부화소 전극과 중첩하는 액정 표시 장치.
19. 제9항에서,

    상기 제1 및 제2 부화소 전극 중 적어도 하나는 제1 경사 방향 결정 부재를 가지고 있는 액정 표시 장치.
20. 제19항에서,

    상기 제1 경상 방향 결정 부재는 절개부를 포함하는 액정 표시 장치.
21. 제9항에서,

    상기 제1 및 제2 부화소 전극과 마주보는 공통 전극을 더 포함하고,

    상기 공통 전극은 제2 경사 방향 결정 부재를 포함하는 액정 표시 장치.
22. 제21항에서,

    상기 제2 경사 방향 결정 부재는 절개부 또는 돌기를 포함하는 액정 표시 장치.
23. 제1항에서,

    상기 데이터선에 연결되어 있으며, 상기 데이터선에 데이터 전압을 전달하는 데이터 구동부를 더 포함하고,

    상기 데이터 구동부는 상기 화소를 기준으로 마주하는 제1 및 제2 데이터 구동부를 포함하고, 상기 제1 및 제2 데이터선은 상기 제1 및 제2 데이터 구동부 중 서로 다른 데이터 구동부에 연결되어 있는 액정 표시 장치.
24. 복수의 화소를 포함하는 액정 표시 장치로서,

    상기 화소에 게이트 신호를 전달하는 복수의 게이트선, 그리고

    상기 게이트선과 교차하며, 상기 화소를 기준으로 서로 마주하는 복수 쌍의 제1 및 제2 데이터선을 포함하는 복수의 데이터선

    을 포함하고,

    상기 각 화소는,

    제1 및 제2 액정 축전기,

    상기 제1 액정 축전기와 연결되어 있는 제1 단자 및 제1 유지 전극 신호 또는 상기 제1 유지 전극 신호와 위상이 반대인 제2 유지 전극 신호를 인가 받는 제2 단자를 각각 가지는 제1 유지 축전기,

    상기 제2 액정 축전기와 연결되어 있는 제1 단자 및 일정한 전압을 인가 받는 제2 단자를 각각 가지는 제2 유지 축전기,

    상기 게이트선, 상기 데이터선, 상기 제1 액정 축전기 및 상기 제1 유지 축전기와 연결되어 있는 제1 스위칭 소자, 그리고

    상기 게이트선, 상기 데이터선, 상기 제2 액정 축전기 및 상기 제2 유지 축전기와 연결되어 있는 제2 스위칭 소자

    를 포함하며,

    열 방향으로 이웃하는 화소의 상기 제1 및 제2 스위칭 소자는 상기 제1 및 제2 데이터선 중 서로 다른 데이터선에 연결되어 있고,

    이웃하는 두 개의 게이트선은 각각 전기적으로 연결되어 있고,

    하나의 데이터선에 인가되는 데이터 전압의 극성은 동일하고, 이웃하는 데이터선에 인가되는 데이터 전압의 극성은 서로 반대인 액정 표시 장치.
25. 삭제
26. 제24항에서,

    상기 제1 및 제2 액정 축전기는 제1 및 제2 부화소 전극과 공통 전극을 포함하는 액정 표시 장치.
27. 제26항에서,

    상기 제2 부화소 전극의 면적은 상기 제1 부화소 전극의 면적보다 큰 액정 표시 장치.

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