KR102326370B1 - 액정 표시 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 화소 구조는 광전도성 소자를 이용하여 표시 구간에서 계조가 변화되는 서브화소를 구성하여 액정 표시 장치의 시야각을 개선할 수 있다.

Description

액정 표시 장치 {Liquid Crystal Display Device}
본 발명은 측면 시인성이 개선된 액정 표시 장치의 구조 및 그 구동 방법에 대한 것이다.
최근 정보화 사회로 시대가 급발전함에 따라 박형화, 경량화, 저 소비 전력화 등의 우수한 특성을 가지는 평판 표시 장치(Flat Panel Display)의 필요성이 대두되었다. 이 중, 액정 표시 장치(Liquid Crystal Display)가 해상도, 컬러 표시, 화질 등에서 우수하여 노트북이나 데스크탑 모니터에 활발하게 적용되고 있다.
일반적으로 액정 표시 장치는 전극이 각각 형성되어 있는 두 기판을 두 전극이 형성되어 있는 면이 마주 대하도록 배치하고 두 기판 사이에 액정 물질을 주입한 다음, 두 전극에 전압을 인가하여 생성되는 전기장에 의해 액정 분자를 움직이게 함으로써, 이에 따라 달라지는 빛의 투과율에 의해 화상을 표현하는 장치이다.
이러한 액정 표시 장치는 두 기판 사이에 액정이 주입되어 있는 액정 패널과 액정 패널 하부에 배치되고 광원으로 이용되는 백라이트, 그리고 액정 패널 외곽에 위치하며 액정 패널을 구동시키기 위한 구동부로 이루어진다.
액정 표시 장치의 시야각 특성을 개선하기 위하여, 액정의 배향방향을 수직으로 하는 피브이에이(Patterned Vertical Alignment: PVA) 모드, 한 화소 내에서 액정의 배향방향을 다양하게 하는 엠브이에이(Multi-domain Vertical Alignment: MVA) 모드 및 수퍼 피브이에이(Super-Patterned Vertical Alignment: S-PVA) 모드 등이 개발되고 있다.
이 중 S-PVA 모드 액정 표시 장치는 하나의 화소가 두 개의 서브화소를 포함하고, 두 개의 서브화소는 각각 서로 다른 전압으로 구동된다.
이에 본 발명의 목적은 두 개의 서브화소를 갖는 수직배향 모드의 액정 표시 장치에 있어서, 단일 게이트 라인 및 데이터 라인을 이용하여 두 개의 서브화소가 서로 다른 전압으로 구동할 수 있도록 하는 화소 구조를 제공하는데 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 액정 표시 장치는 제 1 기판, 제 1 기판과 대향하는 제 2 기판, 제 1 기판과 상기 제 2 기판에 개재된 액정층, 제 1 기판의 일면에 제 1 방향으로 연장되고 게이트 신호를 수신하는 게이트 라인, 제 1 방향과 교차하는 제 2 방향으로 연장되고 데이터 신호를 수신하는 데이터 라인; 및 게이트 라인 및 데이터 라인과 연결된 화소를 포함하고, 화소는 제 1 서브화소전극, 게이트 라인, 데이터 라인 및 제 1 서브화소전극에 연결되어 제 1 서브화소전극에 데이터 전압을 출력하는 제 1 트랜지스터, 제 2 서브화소전극, 게이트 라인과 데이터 라인 및 제 2 서브화소전극에 연결되어 제 2 서브화소전극에 데이터 전압을 출력하는 제 2 트랜지스터, 제 2 트랜지스터에 연결되고, 광량에 대응하여 저항값이 가변되는 광전도층을 포함하는 광전도 소자; 및 광전도 소자와 연결되고 기준 전위를 인가하는 전하 누설 전극을 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 액정 표시 장치의 광전도 소자는 박막 트랜지스터, 포토다이오드, 광전도성 저항, 저항 메모리 중 어느 하나이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 광전도 소자는 게이트 전극, 소스 전극, 데이터 전극, 액티브층을 포함하는 광전도 트랜지스터이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 광전도 트랜지스터의 게이트 전극은 액티브층의 하부에 위치한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 광전도 트랜지스터의 게이트 전극의 폭은 액티브층의 폭보다 좁다.
본 발명의 일 실시예에 따른 광전도 트랜지스터의 게이트 전극은 불투명하다.
본 발명의 일 실시예에 따른 광전도 트랜지스터의 드레인 전극은 기준 라인과 전기적으로 연결된다.
본 발명의 일 실시예에 따른 광전도 트랜지스터의 게이트 전극과 드레인 전극은 전기적으로 연결된다.
본 발명의 일 실시예에 따른 액정 표시 장치의 화소는 제 1 및 제 2 서브화소전극의 적어도 한 변과 절연되며 중첩하는 유지 전극을 더 포함하고, 상기 유지 전극은 전하 누설 전극과 전기적으로 연결된다.
본 발명의 일 실시예에 따른 액정 표시 장치의 화소는 제 2 기판 상에 위치하고, 상기 제 1 및 제 2 서브화소전극과 대향하는 공통 전극을 더 포함하고, 공통 전극은 전하 누설 전극과 전기적으로 연결된다.
본 발명의 일 실시예에 따른 액정 표시 장치의 액정층은 수직배향 액정을 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 액정 표시 장치의 제 2 서브화소는 제 1 서브화소와 다른 면적을 갖는다.
본 발명의 일 실시예에 따른 액정 표시 장치는 게이트 라인 및 데이터 라인과 중첩하는 블랙 매트릭스를 더 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 액정 표시 장치의 블랙 매트릭스는 광전도 소자와 중첩하는 영역에 개구부를 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 액정 표시 장치의 블랙매트릭스는 상기 광전도 소자와 중첩하지 않은 영역보다 상기 광전도 소자와 중첩하는 영역에서 더 작은 두께를 갖는다.
본 발명의 일 실시예에 따른 액정 표시 장치의 블랙 매트릭스는 제 1 기판 또는 제 2 기판 상에 위치한다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 게이트 라인과 데이터 라인를 공유하여 구동되는 두 개의 서브화소가 서로 다른 전압으로 구동될 수 있도록 하여 액정 표시 장치의 시야각에 따른 화상 품질을 개선할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 액정 표시 장치 화소의 등가회로도이다.
도 2a 및 도 2b는 게이트 신호에 따른 도 1에 개시된 회로의 동작을 나타낸 회로도이다.
도 2c는 게이트 신호에 따른 제 1 및 제 2 화소전압의 변화를 나타낸 타이밍도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 화소의 평면도이다.
도 4a는 도 3에 도시된 절단선 I-I’에 따라 절단한 단면도이다.
도 4b는 도 3에 도시된 절단선 II- II’에 따라 절단한 단면도이다.
도 5는 광 누설 전류가 발생하는 트랜지스터의 단면도이다.
도 6은 광원에 따른 비정질 실리콘의 광 누설 현상을 보여주는 도면이다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 광전도 저항소자를 사용한 화소의 등가회로도이다.
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 블랙 매트릭스를 포함하는 화소의 평면도이다.
도 9는 도 8의 Ⅲ-Ⅲ’절단선을 따라 절단한 단면도이다.
도 10은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 블랙 매트릭스를 포함하는 화소의 단면도이다.
이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명한다.
본 발명은 다양한 변경이 가능하고, 여러 가지 형태로 실시될 수 있는 바, 특정의 실시예만을 도면에 예시하고 본문에는 이를 중심으로 설명한다. 그렇다고 하여 본 발명의 범위가 상기 특정한 실시예로 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 또는 대체물은 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 이해되어야 한다.
본 명세서에서 제 1, 제 2, 제 3 등의 용어는 다양한 구성 요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 이러한 구성 요소들은 상기 용어들에 의해 한정되는 것은 아니다. 상기 용어들은 하나의 구성 요소를 다른 구성 요소들로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위로부터 벗어나지 않고, 제 1 구성 요소가 제 2 또는 제 3 구성 요소 등으로 명명될 수 있으며, 유사하게 제 2 또는 제 3 구성 요소도 교호적으로 명명될 수 있다.
본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 붙인다.
이하 첨부된 도면들에 도시된 본 발명에 관한 실시예를 참조하여 본 발명의 구성 및 작용을 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 액정 표시 장치 화소의 등가회로도이다.
도 1을 참조하면, 화소(100)는 게이트 라인(GL), 데이터 라인(DL), 제 1 서브화소(PX1), 제 2 서브화소(PX2), 제 1 트랜지스터(TR1), 제 2 트랜지스터(TR2), 제 1 액정 커패시터(Clc1), 제 2 액정 커패시터(Clc2) 및 광전도 트랜지스터(Tpl)를 포함한다.
제 1 트랜지스터(TR1) 및 제 2 트랜지스터(TR2)는 각각 게이트 라인(GL) 및 데이터 라인(DL)과 연결되고, 게이트 신호에 응답하여 데이터 전압을 출력한다. 제 1 액정 커패시터(Clc1)의 일단은 제 1 트랜지스터(TR1)에 연결된 제 1 서브화소(PX1)의 화소전극이고, 다른 일단은 공통 전압(COM)을 유지하는 공통 전극이다. 제 1 액정 커패시터(Clc1)는 제 1 트랜지스터(TR1)로부터 출력된 데이터 전압을 수신하여 제 1 화소전압(Vpx1)을 충전한다.
또한, 제 2 액정 커패시터(Clc2)의 일단은 제 2 트랜지스터(TR2)에 연결된 제 2 서브화소(PX2)의 화소전극이고 다른 일단은 공통 전극이다. 제 2 액정 커패시터(Clc2)는 제 2 트랜지스터(TR2)로부터 출력된 데이터 전압을 수신하여 제 2 화소전압(Vpx2)을 충전한다.
광전도 트랜지스터(Tpl)의 소스 전극은 제 2 트랜지스터(TR2)의 드레인 전극 및 제 2 액정 커패시터(Clc2)와 연결되고, 드레인 전극은 공통 전압(COM)과 전기적으로 연결된다. 광전도 트랜지스터(Tpl)의 드레인 전극(DE)은 또한 게이트 전극(GE)과도 전기적으로 연결되어 있다.
광전도 트랜지스터(Tpl)의 소스 전극(SE)과 드레인 전극(DE) 사이에 위치하는 액티브층(115)은 광에 노출되면 누설 전류가 흘러 저항값이 감소하여, 제 2 액정 커패시터(Clc2)에 충전된 제 2 화소전압(Vpx2)을 공통 전압(COM) 전위로 방전시킨다. 이때 공통 전압(COM)은 액정 커패시터를 유지하는 공통 전압(COM)의 전위와 같은 것이 바람직하다. 그러나, 도 1 에는 개시되지 않았으나, 별도의 전압원을 사용하여 누설 전류를 방전시키는 것도 가능하다.
도 2a 및 도 2b는 게이트 신호에 따른 도 1에 개시된 회로의 동작을 나타낸 회로도이고, 도 2c는 게이트 신호에 따른 제 1 및 제 2 화소전압의 변화를 나타낸 타이밍도이다.
도 2a를 참조하면, 게이트 신호(GATE)의 하이 구간(H) 동안 제 1 액정 커패시터(Clc1) 및 제 2 액정 커패시터(Clc2)들은 각각 데이터 전압을 수신하여 제 1 화소 전압(Vpx1) 및 제 2 화소 전압(Vpx2)으로 충전된다. 제 1 화소 전압(Vpx1) 및 제 2 화소 전압(Vpx2)은 같은 데이터 라인을 통해서 동일한 게이트 턴온 시간 동안 데이터 전압을 충전 받아 거의 동일한 전압이다. 다만, 데이터 전압이 수신되는 동안, 광전도 트랜지스터(Tpl)의 액티브층에 백라이트 광이 조사되어 누설 전류에 의한 방전에 의해서, 제 2 화소 전압(Vpx2)은 제 1 화소 전압(Vpx1)보다 낮을 수 있다.
도 2b를 참조하면, 게이트 신호(GATE)의 하이 구간(H)가 끝나고 로우(L)를 유지하는 구간에서, 제 1 트랜지스터(TR1)와 제 2 트랜지스터(TR2)는 게이트 신호(GATE)에 의해 턴온프되어 제 1 액정 커패시터(Clc1)와 제 2 액정 커패시터(Clc2)는 데이터 라인(DL)과 연결이 차단된다. 제 1 서브화소(PX1)와 제 2 서브화소(PX2)는 각 서브화소의 액정 커패시터에 저장된 화소 전압에 따라 백라이트광의 투과량을 제어하여 계조를 표시한다.
제 1 서브화소(PX1)는 제 1 액정 커패시터(Clc1)에 충전된 제 1 화소 전압(Vpx1)에 따라 일정한 계조값을 표시한다.
반면, 제 2 서브화소(PX2)의 제 2 액정 커패시터(Clc2)와 연결된 광전도 트랜지스터(Tpl)는 백라이트의 외광에 노출되어 소스 전극과 드레인 전극의 사이에 누설 전류가 흐르게 된다. 이를 등가회로로 표시하면 저항 소자로 표시할 수 있다. 광전도 트랜지스터의 일단은 공통 전압(COM)과 연결되어 있다. 공통 전압(COM)은 제 2 화소 전압(Vpx2)보다 낮은 전압을 유지한다. 제 2 액정 커패시터(Clc2)에 충전된 전압은 광전도 트랜지스터에 의해 공통 전압(COM)으로 방전되어 계속 낮아진다. 따라서 제 2 서브화소(PX2)는 시간이 경과함에 따라 연속적으로 낮아지는 계조를 표시하게 된다.
도 2c를 참조하면 일 프레임 구간은 게이트의 전압이 하이 구간(H)으로 각 화소의 액정 커패시터가 충전되는 드라이빙(Driving) 구간과 계조를 표시하는 홀딩(Holding) 구간으로 나누어진다.
홀딩 구간 동안 제 1 서브화소의 제 1 액정 커패시터(Clc1)에 충전된 전압은 거의 변함 없이 제 1 화소 전압(Vpx1)을 유지한다. 반면, 제 2 서브화소의 제 2 액정 커패시터(Clc2)에 충전된 전압은 광전도 트랜지스터(Tpl)의 누설 전류에 의해 연속적으로 방전되어 제 2 화소 전압(Vpx2)부터 제 2 화소 누설 전압(Vpx2’)까지 감소한다. 이로 인해 프레임 구간 동안 제 2 서브화소(PX2)의 표시 계조도 연속적으로 낮아진다.
사용자는 제 2 서브화소(PX2)의 표시 계조를 프레임 구간 동안 표시된 계조의 평균값을 인식한다. 화소는 제 1 서브화소(PX1)와 제 2 서브화소(PX2)에서 하나의 게이트 라인(GL)과 데이터 라인(DL)을 이용하여 서로 다른 계조를 표시할 수 있다. 이러한 방법으로 수직 배향 액정 표시 장치에서 간단한 회로 구성을 통해서도 표시 패널의 측면 시인성을 향상 시킬 수 있다.
제 2 액정 커패시터(Clc2)에 충전된 전하에서 누설되는 전하량은 광전도 트랜지스터(Tpl)의 저항 값에 의해 결정된다. 광전도 트랜지스터(Tpl)의 저항 값은 액티브층에 조사되는 광량에 비례한다. 즉, 액티브층에 조사되는 광량을 제어함으로써 제 2 액정 커패시터(Clc2)의 충전 전압이 방전 시간을 조절할 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 화소의 평면도이고, 도 4a는 도 3에 도시된 절단선 I-I'에 따라 절단한 단면도, 도 4b는 도 3에 도시된 절단선 Ⅱ-Ⅱ'에 따라 절단한 단면도이다.
도 3, 도 4a, 도 4b를 참조하면, 액정 표시 장치는 제 1 기판, 제 1 기판과 제 2 기판(120) 및 제 1 기판(111)과 제 2 기판(121)의 사이에 개재되고 밀봉된 액정층(130)으로 이루어진다. 제 1 기판(111) 상에 게이트 라인(GL), 데이터 라인(DL), 박막트랜지스터(TFT), 화소전극 등이 위치한다. 제 2 기판(121) 상에 블랙 매트릭스(BM), 컬러필터(미도시), 공통 전극(123), 보호층(124)이 위치한다.
화소(101)는 제 1 방향으로 연장된 게이트 라인(GL) 및 제 1 방향과 교차하는 제 2 방향으로 연장된 데이터 라인(DL)을 포함한다. 게이트 라인(GL)과 데이터 라인(DL)은 게이트 절연막(112)에 의해 서로 절연되어 교차한다. 또한 화소(101)는 유지 전극(CL)을 더 포함할 수 있다. 유지 전극(CL)은 각 화소전극의 외곽 영역을 따라 절연되며 중첩한다. 유지 전극(CL)은 공통 전압(COM)을 유지하여 액정 커패시터의 충전 전압이 유지되도록 한다.
화소(101)는 제 1 및 제 2 트랜지스터(TR1, TR2), 제 1 화소전극(PE1), 제 2 화소전극(PE2) 및 광전도 트랜지스터(Tp1)를 포함한다.
제 1 트랜지스터(TR1)는 게이트 라인(GLj)과 연결된 제 1 게이트 전극(GE1), 데이터 라인(DLi)과 연결된 제 1 소스 전극(SE1) 및 제 1 소스 전극(SE1)과 소정의 간격으로 이격된 제 1 드레인 전극(DE1)을 포함한다. 제 1 게이트 전극(GE1)과 제 1 소스 전극(SE1) 및 제 1 드레인 전극(DE1)의 사이에는 액티브층(113)이 위치한다. 제 2 트랜지스터(TR2)도 마찬가지로 게이트 라인(GLj)과 연결된 제 2 게이트 전극(GE2), 데이터 라인(DLi)과 연결된 제 2 소스 전극(SE2) 및 제 2 소스 전극(SE2)과 소정의 간격으로 이격된 제 2 드레인 전극(DE2)을 포함한다. 제 2 게이트 전극(GE2)과 제 2 소스 전극(SE2) 및 제 2 드레인 전극(DE2)의 사이에는 액티브층(113)이 위치한다. 제 1 트랜지스터 및 제 2 트랜지스터의 액티브층(113)의 아래에는 게이트 전극(GE1, GE2)이 액티브층의 폭보다 넓은 폭을 갖고 위치하여, 제 1 트랜지스터 및 제 2 트랜지스터의 액티브층(113)은 백라이트로부터 입사되는 광에 직접적으로 노출되지 않는다.
제 1 화소전극(PE1) 및 제 2 화소전극(PE2)은 보호막(114) 상에 구비되고, 제 1 및 제 2 콘택홀(H1, H2)을 통해서 제 1 트랜지스터(TR1)의 드레인 전극(DE1) 및 제 2 트랜지스터(TR2)의 드레인 전극(DE2)과 각각 전기적으로 연결된다.
광전도 트랜지스터(Tpl)는 게이트 전극(GEp), 게이트 전극(GEp)의 상부에 위치하고 제 2 트랜지스터(TR2)의 드레인 전극(DE2)과 연결된 소스 전극(SEp), 소스 전극(SEp)과 이격되며 게이트 전극(GEp) 및 유지 전극(CL)과 연결된 드레인 전극(DEp), 게이트 전극(GEp)과 소스 전극(SEp) 및 드레인 전극(DEp)의 사이에 위치하는 액티브층(115)을 포함한다. 광전도 트랜지스터(Tpl)의 게이트 전극(GEp)은 액티브층(115)의 폭보다 좁은 폭을 가지며, 액티브층(115)의 일부 영역과 중첩되지 않는다. 광전도 트랜지스터(Tpl)의 액티브층(115)은 백라이트로부터 입사되는 광에 노출될 수 있다. 광전도 트랜지스터(Tpl)의 드레인 전극(GEp)은 제 3 및 제 4 콘택홀(H3, H4) 및 브릿지 전극(BE)에 의해서 게이트 전극(GEp)과 서로 연결되고, 게이트 전극(GE)은 전하 누설 전극(LE)과 연결된다. 전하 누설 전극(LE)은 광전도 트랜지스터(Tpl)에 기준 전위를 인가하는 전극으로 도 3의 화소는 전하 누설 전극(LE)과 유지 전극(CL)이 전기적으로 연결되어 있다. 전하 누설 전극(LE)은 제 2 기판 상에 위치하는 공통 전극과 전기적으로 연결될 수도 있고, 이외에 별도의 배선을 통해 외부의 회로와 연결되는 것도 가능하다.
도 5는 박막 트랜지스터의 단면도이고, 도 6은 광원에 따른 박막 트랜지스터의 누설 전류를 보여주는 그래프이다.
도 5를 참조하면, 박막 트랜지스터는 제 1 기판(111) 상에 게이트 전극(GE), 게이트 전극(GE)을 절연하는 게이트 절연막(112), 게이트 절연막(112) 상에 위치하는 액티브층(115), 액티브층(115) 상에 위치하고 서로 이격된 소스 전극(SE)과 드레인 전극(DE)을 포함한다. 소스 전극(SE)과 드레인 전극(DE)은 같은 재료로 형성된다.
액티브층(115)으로는 수소가 주입된 비정질 실리콘(A-Si:H)이 널리 사용되고 있다. 비정질 실리콘 트랜지스터는 광흡수 계수가 높아 광원에 노출되면 오프 스테이트(off state) 광 누설 전류가 높게 흐르는 특징이 있다. 도 5의 박막 트랜지스터는 인버티드 스태거드(Inverted Staggered) 타입으로 게이트 전극(GE)이 액티브층(115)과 백라이트 광원의 사이에 위치한다. 박막 트랜지스터는 액티브층(115)보다 좁은 폭을 갖는 게이트 전극(GE)을 포함한다. 액티브층은 A, B, C 영역으로 나누어 진다. A 영역과 C 영역은 게이트 전극(GE)의 폭이 좁아 액티브층이 백라이트 광원에 노출된 영역이고, B 영역은 게이트 전극(GE)에 의해서 백라이트 광원이 가려진 영역이다. A 영역과 C 영역의 면적 및 광원의 종류와 휘도에 따라서 광전도 트랜지스터(Tpl)의 오프 스테이트(Off State) 누설 전류가 변화된다.
또한 인버티드 스태거드(Inverted Staggered) 타입의 박막 트랜지스터는 게이트 전극(GE)이 액티브층(115)의 하부에 위치하는 구조로서, 게이트 전극(GE)의 면적을 확대하여 백라이트로부터 입사되는 광을 차단할 수 있다. 따라서, 별도의 액티브층(115)의 하부에 별도의 차광 부재를 구비할 필요가 없다. 그러나, 액티브층(115)의 상부는 대향 기판으로부터 반사 또는 산란되는 반사광에 의해 노출될 수 있다. 이 반사광에 의해 박막 트랜지스터에는 누설 전류가 흐를 수 있다. 이를 방지하기 위하여, 박막 트랜지스터의 상부에 블랙 매트릭스를 개재하여 반사광을 억제하는 것도 가능하다.
도 6은 조사된 광량과 박막 트랜지스터의 누설 전류량을 보여주는 그래프이다.
도 6의 그래프를 참조하면, x축은 박막 트랜지스터의 게이트 전압을, y축은 드레인 전류를 나타낸다. 각 그래프는 박막 트랜지스터에 조사되는 광량을 의미한다. 광이 조사되지 않는 암상태(Dark)일 때 누설 전류가 가장 작다. 반면 조사되는 광량이 증가할 수록 게이트 전압에 따라서 오프 스테이트(off state)이 구간에서도 드레인 전극으로 흐르는 누설 전류가 증가하는 것을 나타낸다.
도 6은 수소가 주입된 비정질 실리콘(A-Si:H)을 액티브층으로 사용하는 박막 트랜지스터를 참조하여 작성된 것으로, 박막 트랜지스터의 액티브층이 광원에 노출되지 않은 경우(Dark)와 광원에 노출된 경우의 누설 전류는 100nA 이상의 차이를 갖는다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 광전도 소자를 사용한 화소의 등가회로도이다.
도 7을 참조하면, 게이트 라인(GL), 데이터 라인(DL), 제 1 및 제 2 트랜지스터(TR1, TR2), 화소 액정 커패시터(Clc) 등의 구성은 앞서 설명한 실시예 구성과 동일하여 구체적인 설명은 생략한다. 도 7의 광전도 소자는 광을 흡수함에 따라 도전율이 증가하는 광전도 효과를 갖는 소자이다. 예를 들어 광저항(Photo Resistor), 광다이오드(Photo Diode), 황화카드뮴(Cadmium Sulfide:CdS), 트랜지스터(TFT), 징크 옥사이드(ZnO) 광전도 소자 등이 이에 해당된다.
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 블랙 매트릭스를 포함하는 화소의 평면도이다.
도 9는 도 8의 Ⅲ-Ⅲ' 절단선을 따라 절단한 단면도이다.
도 8 및 도 9를 참조하면, 게이트 라인(GL), 데이터 라인(DL), 제 1 트랜지스터, 제 2 트랜지스터 및 광전도 트랜지스터(Tpl)와 중첩한 영역에 블랙 매트릭스(BM)가 위치한다.
블랙 매트릭스(BM)는 유기 잉크를 분사하여 형성하거나, 금속층을 사진 식각 공정을 통해 패터닝하여 형성될 수 있다. 블랙 매트릭스(BM)는 크롬(Cr), 크롬 산화막(CrOx) 또는 수지 재질의 유기 차광층으로 이루어질 수 있다. 유기 차광층으로는 예를 들면, 카본 블랙(carbon black)이나 흑색 안료 중 어느 하나를 포함한 아크릴(Acryl), 에폭시(Epoxy) 또는 폴리이미드(Polyimide) 수지 등의 착색된 유기계 수지 등을 적용할 수도 있다.
블랙 매트릭스(BM)는 게이트 라인(GL), 데이터 라인(DL) 등 표시 패널의 비표시 영역에서 반사되는 반사광을 차단하여 표시 품질을 높이는 기능을 한다. 또한 백라이트의 광이 제 1 기판에서 반사되어 제 2 기판에 위치한 박막 트랜지스터의 액티브층에 조사되는 것을 방지하는 기능도 한다.
본 발명의 실시예에 따른 블랙 매트릭스(BM)는 표시 패널의 후면에서 조사된 백라이트광의 일부를 광전도 트랜지스터(Tpl)의 액티브층(115)으로 반사하는 기능을 갖는다. 반사광에 노출된 광전도 트랜지스터(Tpl)는 누설 전류를 통해 제 2 액정 커패시터(Clc2)에 충전된 제 2 화소 전압(Vpx2)을 유지 전극(CL)으로 방전시킨다.
광전도 트랜지스터(Tpl)의 상부 영역에서 블랙 매트릭스(BM)는 투명한 개구부(125)를 포함한다. 개구부(125)는 복수로 구성되는 것도 가능하다. 블랙 매트릭스(BM)의 개구부 개수 및 형태는 광전도 트랜지스터(Tpl)의 누설 전류량에 따라서 결정된다.
도 10은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 블랙 매트릭스의 단면도이다.
광전도 트랜지스터(Tpl)와 중첩한 영역의 블랙 매트릭스(126)는 중첩하지 않은 영역의 블랙 매트릭스(BM)보다 더 작은 두께를 갖는다. 블랙 매트릭스(126)의 두께가 감소함에 따라서 반사광의 차단 능력이 저하되며, 광전도 트랜지스터(Tpl)에 더 많은 반사광이 조사될 수 있다. 또한 광전도 트랜지스터(Tpl)와 중첩한 영역의 블랙 매트릭스(126)는 개구부(125)를 더 포함할 수도 있다.
블랙 매트릭스(BM)는 단일 공정에서 영역에 따라 두께가 서로 다르게 형성될 수도 있다. 블랙 매트릭스(BM) 제조 공정에서 마스크를 이용한 노광, 에칭을 통해 패턴을 형성할 때 두께가 얇은 부분에만 하프톤 마스크 등을 이용하여 노광량을 조정하여 에칭 후 블랙 매트릭스(BM)의 두께가 서로 다르게 형성될 수 있다.
이상에서와 같이 도면과 명세서에서 최적 실시예가 개시되었다. 여기서 특정한 용어들이 사용되었으나, 이는 단지 본 발명을 설명하기 위한 목적에서 사용된 것이지 의미 한정이나 특허청구범위에 기재된 본 발명의 범위를 제한하기 위하여 사용된 것은 아니다. 그러므로 본 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.
101 화소 111 제 1 기판
112 게이트 절연막 113 액티브층
114 보호막 115 액티브층
121 제 2 기판 123 공통 전극
124 보호층 125 개구부
126 블랙 매트릭스 130 액정층
GL 게이트 라인 DL 데이터 라인
CL 유지 전극 LE 전하 누설 전극
SE 소스 전극 DE 데이터 전극
GE 게이트 전극 Clc1, Clc2 액정 커패시터
BM 블랙 매트릭스

Claims (17)

  1. 제 1 기판;
    상기 제 1 기판과 대향하는 제 2 기판;
    상기 제 1 기판과 상기 제 2 기판에 개재된 액정층;
    상기 제 1 기판의 일면에 제 1 방향으로 연장되고 게이트 신호를 수신하는 게이트 라인;
    상기 제 1 방향과 교차하는 제 2 방향으로 연장되고 데이터 신호를 수신하는 데이터 라인;
    상기 게이트 라인 및 상기 데이터 라인과 연결된 화소; 및
    상기 게이트 라인 및 상기 데이터 라인과 중첩하는 블랙 매트릭스를 포함하고,
    상기 화소는
    제 1 서브화소전극;
    상기 게이트 라인, 상기 데이터 라인 및 상기 제 1 서브화소전극에 연결되어 상기 제 1 서브화소전극에 제1 데이터 전압을 출력하는 제 1 트랜지스터;
    제 2 서브화소전극;
    상기 게이트 라인과 상기 데이터 라인 및 상기 제 2 서브화소전극에 연결되어 상기 제 2 서브화소전극에 제2 데이터 전압을 출력하는 제 2 트랜지스터;
    상기 제 2 트랜지스터에 연결되고, 광량에 대응하여 저항값이 가변되는 광전도층을 포함하는 광전도 능동 소자; 및
    상기 광전도 능동 소자와 연결되고 기준 전위를 인가하는 전하 누설 전극을 포함하고,
    상기 블랙 매트릭스는 상기 광전도 능동 소자와 중첩하지 않은 영역보다 상기 광전도 능동 소자와 중첩하는 영역에서 더 작은 두께를 갖는 액정 표시 장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 광전도 능동 소자는 박막 트랜지스터, 포토다이오드 중 어느 하나인 액정 표시 장치.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 광전도 능동 소자는 게이트 전극, 소스 전극, 데이터 전극 및 액티브층을 포함하는 광전도 트랜지스터인 액정 표시 장치.
  4. 제 3 항에 있어서, 상기 광전도 트랜지스터의 게이트 전극은 액티브층의 하부에 위치하는 액정 표시 장치.
  5. 제 4 항에 있어서, 상기 광전도 트랜지스터의 게이트 전극의 폭은 상기 액티브층의 폭보다 좁은 액정 표시 장치.
  6. 제 4 항에 있어서, 상기 광전도 트랜지스터의 게이트 전극은 불투명한 액정 표시 장치.
  7. 제 4 항에 있어서, 상기 광전도 트랜지스터의 드레인 전극은 상기 전하 누설 전극과 연결되는 액정 표시 장치.
  8. 제 7 항에 있어서, 상기 광전도 트랜지스터의 게이트 전극과 드레인 전극은 전기적으로 연결되는 액정 표시 장치.
  9. 제 7 항에 있어서, 상기 화소는 상기 제 1 또는 제 2 서브화소전극의 적어도 한 변과 절연되며 중첩하는 유지 전극을 더 포함하고,
    상기 유지 전극은 상기 전하 누설 전극과 전기적으로 연결되는 액정 표시 장치.
  10. 제 7 항에 있어서, 상기 화소는 제 2 기판 상에 위치하고, 상기 제 1 또는 제 2 서브화소전극과 대향하는 공통 전극을 더 포함하고,
    상기 공통 전극은 상기 전하 누설 전극과 전기적으로 연결되는 액정 표시 장치.
  11. 제 2 항에 있어서, 상기 액정층은 수직배향 액정을 포함하는 액정 표시 장치.
  12. 제 11 항에 있어서, 상기 제 2 서브화소는 상기 제 1 서브화소와 다른 면적을 갖는 액정 표시 장치.
  13. 삭제
  14. 제 1 항에 있어서, 상기 블랙 매트릭스는 상기 광전도 능동 소자와 중첩하는 영역에 개구부를 포함하는 액정 표시 장치.
  15. 삭제
  16. 제 1 항에 있어서, 상기 블랙 매트릭스는 상기 제 1 기판 또는 제 2 기판 상에 위치하는 액정 표시 장치.
  17. 삭제
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