KR20050016833A - 다중 도메인 액정 표시 장치 및 그 박막 트랜지스터 기판 - Google Patents

다중 도메인 액정 표시 장치 및 그 박막 트랜지스터 기판

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KR20050016833A
KR20050016833A KR1020030053736A KR20030053736A KR20050016833A KR 20050016833 A KR20050016833 A KR 20050016833A KR 1020030053736 A KR1020030053736 A KR 1020030053736A KR 20030053736 A KR20030053736 A KR 20030053736A KR 20050016833 A KR20050016833 A KR 20050016833A
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KR
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electrode
signal line
pixel electrode
line
liquid crystal
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KR1020030053736A
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김희섭
유두환
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삼성전자주식회사
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Abstract

절연 기판 위에 형성되어 있으며 게이트 전극과 게이트선을 포함하는 게이트 배선, 게이트 배선 위에 형성되어 있는 게이트 절연막, 게이트 절연막 위에 형성되어 있는 반도체층, 반도체층 위에 형성되어 있으며 굽은 부분과 상기 게이트선과 직교하는 부분을 가지는 데이터선, 데이터선과 연결되어 있는 소스 전극, 게이트 전극 상부에서 소스 전극과 각각 대향하고 있는 드레인 전극을 포함하는 데이터 배선, 드레인 전극과 연결되어 있는 결합 전극, 데이터 배선 및 결합 전극 위에 형성되어 있는 보호막, 보호막 위에 형성되어 있으며 드레인 전극과 전기적으로 연결되어 있고 데이터선과 인접한 변이 데이터선을 따라 굽어져 있는 제1 화소 전극, 보호막 위에 형성되어 있으며 결합 전극과 중첩되어 있고 데이터선과 인접한 변이 데이터선을 따라 굽어져 있는 제2 화소 전극을 포함하는 박막 트랜지스터 표시판.

Description

다중 도메인 액정 표시 장치 및 그 박막 트랜지스터 기판{MULTI-DOMAIN LIQUID CRYSTAL DISPLAY AND A THIN FILM TRANSISTOR SUBSTRATE OF THE SAME}
본 발명은 액정 표시 장치에 관한 것으로서, 특히 광시야각을 얻기 위하여 화소를 복수의 도메인으로 분할하는 수직 배향 액정 표시 장치에 관한 것이다.
액정 표시 장치는 일반적으로 공통 전극과 색 필터(color filter) 등이 형성되어 있는 상부 기판과 박막 트랜지스터와 화소 전극 등이 형성되어 있는 하부 기판 사이에 액정 물질을 주입해 놓고 화소 전극과 공통 전극에 서로 다른 전위를 인가함으로써 전계를 형성하여 액정 분자들의 배열을 변경시키고, 이를 통해 빛의 투과율을 조절함으로써 화상을 표현하는 장치이다.
그런데 액정 표시 장치는 시야각이 좁은 것이 중요한 단점이다. 이러한 단점을 극복하고자 시야각을 넓히기 위한 다양한 방안이 개발되고 있는데, 그 중에서도 액정 분자를 상하 기판에 대하여 수직으로 배향하고 화소 전극과 그 대향 전극인 공통 전극에 일정한 절개 패턴을 형성하거나 돌기를 형성하는 방법이 유력시되고 있다.
이러한 다중 도메인 액정 표시 장치는 1:10의 대비비를 기준으로 하는 대비비 기준 시야각이나 계조간의 휘도 반전의 한계 각도로 정의되는 계조 반전 기준 시야각은 전 방향 80°이상으로 매우 우수하다. 그러나 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 절개부를 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. 그런데 최근 액정 표시 장치가 멀티 미디어용으로 사용되면서 그림을 보거나 동영상을 보는 일이 증가하면서 시인성이 점점 더 중요시되고 있다.
한편, 돌기나 절개 패턴을 형성하는 방법에서는 돌기나 절개 패턴 부분으로 인하여 개구율이 떨어진다. 이를 보완하기 위하여 화소 전극을 최대한 넓게 형성하는 초고개구율 구조를 고안하였으나, 이러한 초고개구율 구조는 인접한 화소 전극 사이의 거리가 매우 가까워서 화소 전극 사이에 형성되는 측방향 전기장(lateral field)이 강하게 형성된다. 따라서 화소 전극 가장자리에 위치하는 액정들이 이 측방향 전기장에 영향을 받아 배향이 흐트러지고, 이로 인하여 텍스쳐나 빛샘이 발생하게 된다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 시인성이 우수한 다중 도메인 액정 표시 장치를 구현하는 것이다.
본 발명이 이루고자 하는 다른 기술적 과제는 안정한 다중 도메인을 형성하는 액정 표시 장치를 제공하는 것이다.
본 발명이 이루고자 하는 또 다른 기술적 과제는 다중 도메인 액정 표시 장치의 개구율을 향상하는 것이다.
이러한 과제를 해결하기 위하여 본 발명에서는 다음과 같은 박막 트랜지스터 표시판과 액정 표시 장치를 마련한다.
절연 기판, 상기 절연 기판 위에 형성되어 있으며 제1 방향으로 뻗어 있는 제1 신호선, 상기 절연 기판 위에 형성되어 있으며 상기 제1 신호선과 절연되어 교차하고 있으며 굽은 부분과 제2 방향으로 뻗어 있는 부분을 가지는 제2 신호선, 상기 제1 신호선과 상기 제2 신호선이 교차하여 정의하는 화소마다 형성되어 있는 제1 화소 전극, 상기 제1 신호선, 상기 제2 신호선 및 상기 제1 화소 전극과 연결되어 있는 박막 트랜지스터, 상기 화소마다 형성되어 있으며 상기 제1 화소 전극과 용량성으로 결합되어 있는 제2 화소 전극를 포함하는 박막 트랜지스터 표시판을 마련한다.
이 때, 상기 제2 신호선의 굽은 부분은 2개의 직선 부분을 포함하고, 상기 2개의 직선 부분 중 하나는 상기 제1 신호선에 대하여 실질적으로 135도를 이루고 나머지 하나는 상기 제1 신호선에 대하여 실질적으로 45도를 이루는 것이 바람직하고, 상기 제1 화소 전극과 연결되어 있고, 상기 제2 화소 전극과 절연 상태로 중첩하고 있는 결합 전극을 더 포함하는 것이 바람직하다. 이 때, 상기 결합 전극은 상기 제1 박막 트랜지스터의 3단자 중 드레인 전극으로부터 연장되어 있을 수 있고, 상기 결합 전극은 상기 제2 화소 전극을 이등분하며 상기 제1 신호선에 대하여 실질적으로 135도를 이루는 부분과 상기 제1 신호선에 대하여 실질적으로 45도를 이루는 부분을 포함할 수 있다.
또, 상기 제1 화소 전극과 상기 제2 화소 전극은 실질적으로 동일한 모양을 가지며 제1 신호선을 따라 소정 거리 평행 이동함으로써 서로 일치할 수 있도록 하는 것이 바람직하고, 상기 제2 신호선의 굽은 부분의 길이는 상기 제2 신호선의 제2 방향으로 뻗어 있는 부분의 길이보다 작은 것이 바람직하다.
또는, 절연 기판, 상기 절연 기판 위에 형성되어 있으며 게이트 전극과 게이트선을 포함하는 게이트 배선, 상기 게이트 배선 위에 형성되어 있는 게이트 절연막, 상기 게이트 절연막 위에 형성되어 있는 반도체층, 상기 반도체층 위에 형성되어 있으며 굽은 부분과 상기 게이트선과 직교하는 부분을 가지는 데이터선, 상기 데이터선과 연결되어 있는 소스 전극, 상기 게이트 전극 상부에서 상기 소스 전극과 각각 대향하고 있는 드레인 전극을 포함하는 데이터 배선, 상기 소스 전극과 연결되어 있는 결합 전극, 상기 데이터 배선 및 상기 결합 전극 위에 형성되어 있는 보호막, 상기 보호막 위에 형성되어 있으며, 상기 드레인 전극과 전기적으로 연결되어 있고, 상기 데이터선과 인접한 변이 상기 데이터선을 따라 굽어져 있는 제1 화소 전극, 상기 보호막 위에 형성되어 있으며, 상기 결합 전극과 중첩되어 있고, 상기 데이터선과 인접한 변이 상기 데이터선을 따라 굽어져 있는 제2 화소 전극을 포함하는 박막 트랜지스터 표시판을 마련한다.
이 때, 상기 데이터선의 굽은 부분은 상기 게이트선과 135도를 이루는 제1 부분과 상기 게이트선과 45도를 이루는 제2 부분으로 이루어지는 것이 바람직하고, 상기 게이트선과 나란하게 형성되어 있는 유지 전극선 및 상기 유지 전극선에 연결되어 있으며 상기 제1 화소 전극과 중첩하고 있는 유지 전극을 더 포함하는 것이 바람직하다.
또는, 제1 절연 기판, 상기 제1 절연 기판 위에 형성되어 있는 제1 신호선, 상기 제1 절연 기판 위에 형성되어 있으며 상기 제1 신호선과 절연되어 교차하고 있고 굴절부를 가지는 제2 신호선, 상기 제1 신호선과 상기 제2 신호선이 교차하여 정의하는 화소마다 형성되어 있는 제1 화소 전극, 상기 제1 신호선, 상기 제2 신호선 및 상기 화소 전극과 연결되어 있는 박막 트랜지스터, 상기 화소마다 형성되어 있으며 상기 제1 화소 전극과 용량성으로 결합되어 있는 제2 화소 전극, 상기 제1 절연 기판과 대향하고 있는 제2 절연 기판, 상기 제2 절연 기판 위에 형성되어 있는 공통 전극, 상기 제2 절연 기판에 형성되어 있는 도메인 분할 수단, 상기 제1 절연 기판과 상기 제2 절연 기판 사이에 주입되어 있는 액정층을 포함하고, 상기 제1 및 제2 화소는 상기 도메인 분할 수단에 의하여 복수의 도메인으로 분할되고 상기 도메인의 장변 2개는 인접한 상기 제2 신호선의 굴절부와 실질적으로 나란한 액정 표시 장치를 마련한다.
이 때, 상기 액정층에 포함되어 있는 액정은 음의 유전율 이방성을 가지며 상기 액정은 그 장축이 상기 제1 및 제2 기판에 대하여 수직으로 배향되어 있는 것이 바람직하고, 상기 도메인 분할 수단은 상기 공통 전극이 가지는 절개부인 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.
그러면 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 따른 다중 도메인 액정 표시 장치에 대하여 설명한다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 액정 표시 장치용 박막 트랜지스터 표시판의 배치도이고, 도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 액정 표시 장치의 공통 전극 표시판의 배치도이고, 도 3 본 발명의 제1 실시예에 따른 액정 표시 장치의 배치도이고, 도 4는 도 3의 IV-IV'선에 대한 단면도이다.
본 발명의 제1 실시예에 따른 액정 표시 장치는 박막 트랜지스터 표시판(100)과 이와 마주보고 있는 공통 전극 표시판(200) 및 이들 두 표시판(100, 200) 사이에 주입되어 있고 그에 포함되어 있는 액정 분자의 장축이 이들 표시판(100, 200)에 대하여 수직으로 배향되어 있는 액정층(3)으로 이루어진다.
먼저, 도 1, 도 4 및 도 5를 참고로 하여 박막 트랜지스터 표시판(100)에 대하여 좀 더 상세히 설명한다.
절연 기판(110) 위에 가로 방향으로 게이트선(121)이 형성되어 있고, 게이트선(121)에 게이트 전극(123)이 연결되어 있다. 게이트선(121)의 한쪽 끝부분(125)은 외부 회로와의 연결을 위하여 폭이 확장되어 있다.
또 절연 기판(110) 위에는 유지 전극선(131)과 유지 전극(133)이 형성되어 있다. 유지 전극선(131)은 가로 방향으로 뻗어 있고 유지 전극(133)은 유지 전극선(131)에 대하여 135도를 이루는 방향으로 뻗어나가다가 90도 꺾여서 소정 길이만큼 뻗어 있다.
게이트 배선(121, 123, 125) 및 유지 전극 배선(131, 133)은 물리 화학적 특성이 우수한 Cr 또는 Mo 합금 등으로 이루어지는 하부층과, 저항이 작은 Al 또는 Ag 합금 등으로 이루어지는 상부층의 이중층으로 형성하는 것이 바람직하다. 이들 게이트 배선(121, 123, 125) 및 유지 전극 배선(131, 133)은 필요에 따라서는 단일층으로 형성하거나 또는 3중층 이상으로 형성할 수도 있다.
게이트 배선(121, 123, 125) 및 유지 전극 배선(131, 133)의 위에는 게이트 절연막(140)이 형성되어 있다.
게이트 절연막(140) 위에는 비정질 규소 등의 반도체로 이루어진 반도체층(151, 154, 156)이 형성되어 있다. 반도체층(151, 154, 156)은 박막 트랜지스터의 채널을 형성하는 채널부 반도체층(154)과 데이터선(171) 아래에 위치하는 데이터선부 반도체층(151) 및 결합 전극(176)의 아래에 위치하는 결합 전극부 반도체층(156)을 포함한다.
반도체층(151, 154, 156)의 위에는 실리사이드 또는 n형 불순물이 고농도로 도핑되어 있는 n+ 수소화 비정질 규소 따위의 물질로 만들어진 저항성 접촉층(161, 163, 165, 166)이 형성되어 있다. 저항성 접촉층(161, 163, 165, 166)도 데이터선 아래에 위치하는 데이터선부 접촉층(161)과 소스 전극(173) 및 드레인 전극(175) 아래에 각각 위치하는 소스부 접촉층(163)과 드레인부 접촉층(165) 및 결합 전극부 반도체층(156) 을 포함한다.
저항성 접촉층(161, 163, 165) 및 게이트 절연막(140) 위에는 데이터 배선(171, 173, 175, 179)이 형성되어 있다. 데이터 배선(171, 173, 175, 179)은 길게 뻗어 있으며 게이트선(121)과 교차하여 화소를 정의하는 데이터선(171), 데이터선(171)의 분지이며 저항성 접촉층(163)의 상부까지 연장되어 있는 소스 전극(173), 소스 전극(173)과 분리되어 있으며 게이트 전극(123)에 대하여 소스 전극(173)의 반대쪽 저항성 접촉층(165) 상부에 형성되어 있는 드레인 전극(175)으로 이루어져 있다. 데이터선(171)의 한쪽 끝부분(179)은 외부 회로와 연결하기 위하여 폭이 확장되어 있다.
여기서, 데이터선(171)은 화소의 길이를 주기로 하여 반복적으로 굽은 부분과 세로로 뻗은 부분이 나타나도록 형성되어 있다. 이 때, 데이터선(171)의 굽은 부분은 두 개의 직선 부분으로 이루어지며, 이들 두 개의 직선 부분 중 하나는 게이트선(121)에 대하여 135도를 이루고, 다른 한 부분은 게이트선(121)에 대하여 45도를 이룬다. 데이터선(171)의 세로로 뻗은 부분에는 소스 전극(173)이 연결되어 있고, 이 부분이 게이트선(121) 및 유지 전극선(131)과 교차한다.
이 때, 데이터선(171)의 굽은 부분과 세로로 뻗은 부분의 길이의 비는 1:1 내지 9:1 사이(즉, 데이터선(171) 중 굽은 부분이 차지하는 비율이 50%에서 90% 사이)이다.
따라서, 게이트선(121)과 데이터선(171)이 교차하여 이루는 화소는 꺾인 띠 모양으로 형성된다.
한편, 드레인 전극(175)에는 드레인 전극(175)과 같은 층에 같은 물질로 이루어진 결합 전극(176)이 연결되어 있다. 결합 전극(176)은 드레인 전극(175)으로부터 가로 방향으로 뻗어 나오다가 구부러져 데이터선(171)의 굽은 부분과 나란하게 형성되어 있다. 즉, 드레인 전극(175)과 연결되는 부분에서는 게이트선(121)과 나란하다가 한번 구부러져 게이트선(121)에 대하여 135도를 이루는 방향으로 진행하고, 다시 한번 구부러져 게이트선(121)에 대하여 45도를 이루는 방향으로 소정 거리만큼 연장되어 있다.
데이터 배선(171, 173, 175, 179) 및 결합 전극(176) 위에는 유기 절연막으로 이루어진 보호막(180)이 형성되어 있다. 여기서 보호막(180)은 감광성 유기 물질을 노광 및 현상하여 형성한다. 필요에 따라서는 보호막(180)을 감광성이 없는 유기 물질을 도포하고 사진 식각 공정을 통하여 형성할 수도 있으나 감광성 유기 물질로 보호막(180)을 형성하는 것에 비하여 형성 공정이 복잡해진다.
보호막(180)에는 드레인 전극을 드러내는 접촉구(181)와 데이터선의 폭이 확장되어 있는 끝부분(179)을 드러내는 접촉구(182)가 형성되어 있다. 또, 접촉구(183)가 보호막(180)과 함께 게이트 절연막(140)을 관통하여 게이트선의 폭이 확장되어 있는 끝부분(129)을 드러내고 있다.
이때, 이들 접촉구(181, 182, 183)의 측벽은 기판 면에 대하여 30도에서 85도 사이의 완만한 경사를 가지거나, 계단형 프로파일(profile)을 가지는 것이 바람직하다.
또, 이들 접촉구(1810, 182, 183)는 다각형이나 원형 등의 다양한 모양으로 형성될 수 있으며, 면적은 2mm×60㎛를 넘지 않으며, 0.5mm×15㎛ 이상인 것이 바람직하다.
한편, 보호막(180)은 질화 규소 또는 산화 규소 등의 무기 절연 물질로 형성할 수도 있다.
보호막(180) 위에는 화소의 모양을 따라 꺾인 띠 모양을 하고 있으며 가로 방향의 절개부(191, 192)를 각각 가지는 제1 화소 전극(190a)과 제2 화소 전극(190b)이 형성되어 있다. 제1 화소 전극(190a)과 제2 화소 전극(190b)은 실질적으로 동일한 모양을 가지며 화소를 좌우로 양분하여 점유하고 있다. 따라서 제1 화소 전극(190a)을 게이트선(121)을 따라 소정 거리 평행 이동하면 제2 화소 전극(190b)과 일치한다.
이중 제1 화소 전극(190a)은 접촉구(181)를 통하여 드레인 전극(175)과 연결되어 있다. 제2 화소 전극(190b)은 전기적으로 부유 상태에 있으나, 드레인 전극(175)과 연결되어 있는 결합 전극(176)과 중첩하고 있어서 제1 화소 전극(190a)과 용량성으로 결합하고 있다. 즉, 제1 화소 전극(190a)에 인가되는 전압에 의하여 제2 화소 전극(190b)의 전압이 변동하는 상태에 놓여 있다. 이 때, 제2 화소 전극(190b)의 전압은 제1 화소 전극(190a)의 전압에 비하여 절대값이 항상 낮게 된다.
이와 같이, 하나의 화소 영역 내에서 전압이 다른 두 화소 전극을 배치하면 두 화소 전극이 서로 보상하여 감마 곡선의 왜곡을 줄일 수 있다. 제1 화소 전극(190a)과 제2 화소 전극(190b)의 결합 관계는 도 5를 참고로 하여 뒤에서 상술한다.
또 보호막(180) 위에는 접촉구(182b, 183b)를 통하여 게이트선의 끝부분(125)과 데이터선의 끝부분(179)과 각각 연결되어 있는 접촉 보조 부재(95, 97)가 형성되어 있다. 여기서, 화소 전극(190) 및 접촉 보조 부재(95, 97)는 ITO(indium tin oxide) 또는 IZO(indium zinc oxide)로 이루어져 있다.
이제, 도 2, 도 4 및 도 5를 참고로 하여 공통 전극 표시판에 대하여 설명한다.
유리 등의 투명한 절연 물질로 이루어진 상부 기판(210)의 아래 면에 빛샘을 방지하기 위한 블랙 매트릭스(220)와 적, 녹, 청색의 색필터(230)가 형성되어 있고, 색필터(230) 위에는 유기 물질로 이루어진 오버코트막(250)이 형성되어 있다. 오버코트막(250)의 위에는 ITO 또는 IZO 등의 투명한 도전 물질로 이루어져 있으며 절개부(271)를 가지는 공통 전극(270)이 형성되어 있다.
이 때, 절개부(271)는 도메인 규제 수단으로서 작용하며 그 폭은 9㎛에서 12㎛ 사이인 것이 바람직하다. 만약 도메인 규제 수단으로 절개부(271) 대신 유기물 돌기를 형성하는 경우에는 폭을 5㎛에서 10㎛ 사이로 하는 것이 바람직하다.
색필터(230)는 블랙 매트릭스(220)에 의하여 구획되는 화소 열을 따라 세로로 길게 형성되어 있고 화소의 모양을 따라 주기적으로 구부러져 있다.
공통 전극(270)의 절개부(271, 272)는 각 화소 별로 2개가 배치되어 있고, 화소의 모양을 따라 구부러져 있으며, 각각의 절개부(271, 272)가 제1 화소 전극(190a) 및 제2 화소 전극(190b)을 각각 좌우로 양분하는 위치에 형성되어 있다. 절개부(271, 272)의 양단은 한번 더 구부러져서 게이트선(121)과 나란하게 소정 길이만큼 연장되어 있다. 또, 절개부(271, 272)의 중앙부도 게이트선(121)과 나란하게 소정 길이만큼 연장되어 있으나, 절개부(271, 272)의 양단과는 반대 방향으로 연장되어 있다.
이상과 같은 구조의 박막 트랜지스터 표시판과 공통 전극 표시판을 결합하고 그 사이에 액정을 주입하여 액정층(3)을 형성하면 본 발명의 제1 실시예에 따른 액정 표시 장치의 기본 패널이 이루어진다.
액정층(3)에 포함되어 있는 액정 분자는 화소 전극(190a, 190b)과 공통 전극(270) 사이에 전계가 인가되지 않은 상태에서 그 방향자가 하부 기판(110)과 상부 기판(210)에 대하여 수직을 이루도록 배향되어 있고, 음의 유전율 이방성을 가진다. 하부 기판(110)과 상부 기판(210)은 화소 전극(190)이 색필터(230)와 대응하여 정확하게 중첩되도록 정렬된다. 이렇게 하면, 화소는 제1 및 제2 화소 전극(190a, 190b)과 절개부(271, 272)에 의하여 복수의 도메인으로 분할된다. 이 때, 제1 및 제2 화소 전극(190a, 190b)은 절개부(271, 272)에 의하여 각각 좌우로 양분됨과 동시에 상하로도 양분되어 4종류의 도메인으로 분할된다.
이 때, 도메인의 두 장변간 거리, 즉 도메인의 폭은 10㎛에서 30㎛ 사이인 것이 바람직하다.
액정 표시 장치는 이러한 기본 패널 양측에 편광판(12, 22), 백라이트, 보상판(13, 23) 등의 요소들을 배치하여 이루어진다. 이 때 편광판(12, 22)은 기본 패널 양측에 각각 하나씩 배치되며 그 투과축은 게이트선(121)에 대하여 둘 중 하나는 나란하고 나머지 하나는 수직을 이루도록 배치한다.
이상과 같은 구조로 액정 표시 장치를 형성하면 액정에 전계가 인가되었을 때 각 도메인 내의 액정이 도메인의 장변에 대하여 수직을 이루는 방향으로 기울어지게 된다. 그런데 이 방향은 데이터선(171)에 대하여 수직을 이루는 방향이므로 데이터선(171)을 사이에 두고 인접하는 두 화소 전극(190) 사이에서 형성되는 측방향 전계에 의하여 액정이 기울어지는 방향과 일치하는 것으로서 측방향 전계가 각 도메인의 액정 배향을 도와주게 된다.
액정 표시 장치는 데이터선(171) 양측에 위치하는 화소 전극에 극성이 반대인 전압을 인가하는 점반전 구동, 열반전 구동, 2점 반전 구동 등의 반전 구동 방법을 일반적으로 사용하므로 측방향 전계는 거의 항상 발생하고 그 방향은 도메인의 액정 배향을 돕는 방향이 된다.
또한, 편광판의 투과축을 게이트선(121)에 대하여 수직 또는 나란한 방향으로 배치하므로 편광판을 저렴하게 제조할 수 있으면서도 모든 도메인에서 액정의 배향 방향이 편광판의 투과축과 45도를 이루게 되어 최고 휘도를 얻을 수 있다.
다만, 데이터선(171)이 구부러지므로 배선의 길이가 증가하게 되는데, 데이터선(171)에서 굽은 부분이 50%를 차지할 경우 배선의 길이는 약 20% 증가하게 된다. 데이터선(171)의 길이가 증가할 경우 배선의 저항과 부하가 증가하게 되어 신호 왜곡이 증가하는 문제점이 있다. 그러나 초고개구율 구조에서는 데이터선(171)의 폭을 충분히 넓게 형성할 수 있고, 두꺼운 유기물 보호막(180)을 사용하므로 배선의 부하도 충분히 작아서 데이터선(171)의 길이 증가에 따른 신호 왜곡 문제는 무시할 수 있다.
한편, 이러한 구조의 액정 표시 장치에서 제1 화소 전극(190a)은 박막 트랜지스터를 통하여 화상 신호 전압을 인가 받음에 반하여 제2 화소 전극(190b)은 결합 전극(176)과의 용량성 결합에 의하여 전압이 변동하게 되므로 제2 화소 전극(190b)의 전압은 제1 화소 전극(190a)의 전압에 비하여 절대값이 항상 낮게 된다. 이와 같이, 하나의 화소 내에 전압이 다른 두 화소 전극(190a, 190b)을 배치하면 두 화소 전극(190a, 190b)이 서로 보상하여 감마 곡선의 왜곡을 줄일 수 있다.
그러면 제1 화소 전극(190a)의 전압이 제2 화소 전극(190b)의 전압보다 낮게 유지되는 이유를 도 5를 참고로 하여 설명한다.
도 5는 본 발명의 제1 실시예에 따른 액정 표시 장치를 회로도로써 표현한 것이다.
도 5에서 Clca는 제1 화소 전극(190a)과 공통 전극(270) 사이에서 형성되는 액정 용량을 나타내고, Cst는 제1 화소 전극(190a)과 유지 전극 배선(131, 133) 사이에서 형성되는 유지 용량을 나타낸다. Clcb는 제2 화소 전극(190b)과 공통 전극(270) 사이에서 형성되는 액정 용량을 나타내고, Ccp는 제1 화소 전극(190a)과 제2 화소 전극(190b) 사이에서 형성되는 결합 용량을 나타낸다.
공통 전극(270) 전압에 대한 제1 화소 전극(190a)의 전압을 Va라 하고, 제2 화소 전극(190b)의 전압을 Vb라 하면, 전압 분배 법칙에 의하여,
Va=Vb×[Ccp/(Ccp+Clcb)]
이고, Ccp/(Ccp+Clcb)는 항상 1보다 작으므로 Vb는 Va에 비하여 항상 작다. 그리고 Ccp를 조절함으로써 Va에 대한 Vb의 비율을 조정할 수 있다. Ccp의 조절은 결합 전극(176)과 제2 화소 전극(190b)의 중첩 면적 또는 거리를 조정함으로써 가능하다. 중첩 면적은 결합 전극(176)의 폭을 변화시킴으로써 용이하게 조정할 수 있고, 거리는 결합 전극(176)의 형성 위치를 변화시킴으로써 조정할 수 있다. 즉, 본 발명의 실시예에서는 결합 전극(176)을 데이터선(171)과 같은 층에 형성하였으나, 게이트선(121)과 같은 층에 형성함으로써 결합 전극(176)과 제2 화소 전극(190b) 사이의 거리를 증가시킬 수 있다.
결합 전극(176)의 배치는 다양하게 변형될 수 있다. 그 한 예를 제2 실시예로써 설명한다.
이하에서는 제1 실시예와 구별되는 특징에 대하여만 설명하고 나머지 부분에 대하여는 설명을 생략한다.
도 6은 본 발명의 제2 실시예에 따른 액정 표시 장치의 배치도이다.
제1 실시예에 비하여 제2 실시예에서는 제1 화소 전극(190a)과 제2 화소 전극(190b)의 위치가 서로 교환되어 있고, 이에 따라서 결합 전극(176)과 유지 전극(133)의 위치도 서로 교환되어 있다. 즉, 제1 실시예에서 화소 오른쪽에 위치하던 제1 화소 전극(190a)과 유지 전극(133)이 화소 왼쪽으로 이동하였고, 반대로 제2 화소 전극(190b)과 결합 전극(176)은 화소의 왼쪽에서 오른쪽으로 이동하였다.
한편, 데이터선(171)의 굽은 부분과 세로로 뻗은 부분의 길이의 비가 달라지면 화소의 모양도 달라지게 되는데, 세로로 뻗은 부분의 길이가 상당량 증가한 경우를 제3 실시예로서 설명한다.
도 7은 본 발명의 제3 실시예에 따른 액정 표시 장치용 박막 트랜지스터 표시판의 배치도이고, 도 8은 본 발명의 제3 실시예에 따른 액정 표시 장치용 공통 전극 표시판의 배치도이고, 도 9는 본 발명의 제3 실시예에 따른 액정 표시 장치의 배치도이다.
제3 실시예에서는 데이터선(171)의 세로로 뻗은 부분의 길이가 증가하여 화소가 꺾인 띠 부분과 꺾인 띠 부분의 상하단에 연결되는 직사각형 부분을 가진다. 이 때, 세로로 뻗은 부분의 길이가 굽은 부분의 길이보다 큰 것이 바람직하다. 따라서, 화소 전극(190a, 190b)의 모양도 화소의 면적을 최대로 이용할 수 있도록 변형되어 있다. 즉, 제1 화소 전극(190a)의 양단변은 데이터선(171)의 세로로 뻗은 부분과 나란하게 인접하고, 제2 화소 전극(190b)의 양단변은 게이트선(121)과 나란하게 인접한다. 또, 제2 화소 전극(190b)은 화소의 남는 영역을 채우기 위하여 상하 양단의 폭이 확장되어 있다.
유지 전극(133)과 결합 전극(176)은 각각 제1 화소 전극(190a)과 제2 화소 전극(190b)의 중앙부와 중첩할 수 있도록 위치가 조정되어 있다.
공통 전극(270)의 절개부(271, 272)는 유지 전극(133) 및 결합 전극(176)과 중첩할 수 있도록 형성되어 있다. 이 때, 절개부(271)의 양단은 한번 더 구부러져서 게이트선(121)과 나란하게 소정 길이만큼 연장되어 있고, 절개부(272)의 양단은 한번 더 구부러져서 데이터선(171)과 나란하게 소정 길이만큼 연장되어 있다. 또, 두 절개부(271, 272)의 중앙부도 게이트선(121)과 나란하게 소정 길이만큼 연장되어 있으나, 절개부(271)의 양단과는 반대 방향으로 연장되어 있다.
이러한 구조는 화소가 꺾인 띠 모양으로 형성됨으로 인하여 문자 등을 표시할 때 문자 등이 깨져 보이는 현상을 완화하기 위한 것이다.
이상에서 설명한 제1 내지 제3 실시예에서는 데이터 배선(171, 173, 175, 179) 및 결합 전극(176)의 하부에 저항성 접촉층(161, 163, 165, 166)이 데이터 배선(171, 173, 175, 179) 및 결합 전극(176)과 실질적으로 동일한 평면 패턴으로 형성되어 있고, 비정질 규소층(151, 154, 156)도 채널부(154)를 제외한 영역에서는 데이터 배선(171, 173, 175, 179) 및 결합 전극(176)과 실질적으로 동일한 평면 패턴으로 형성되어 있다.
이러한 구조적 특징은 비정질 규소층(151, 154, 156), 저항성 접촉층(161, 163, 165, 166) 및 데이터 배선(171, 173, 175, 179)과 결합 전극(176)을 두께가 3단계로 구분되어 있는 하나의 감광막 패턴을 이용하여 함께 패터닝하여 형성하는 데서 오는 것이다.
이러한 방법을 사용하면 4장의 광마스크만으로 액정 표시 장치의 박막 트랜지스터 표시판을 제조할 수 있다. 즉, 게이트 배선 및 유지 전극 배선을 형성할 때 제1매, 게이트 절연막, 비정질 규소층, 저항성 접촉층 및 데이터 금속층 증착 후 비정질 규소층, 저항성 접촉층 및 데이터 금속층을 패터닝할 때 제2매, 보호막에 접촉구 형성할 때 제3매, 화소 전극 및 접촉 보조 부재를 형성할 때 제4매가 소요된다. 여기서 제2매째 광마스크는 빛을 모두 투과시키는 부분과 빛을 차단하는 부분 외에 빛을 일부만 투과시키는 부분(슬릿 패턴 또는 반투명막을 이용함)을 포함하며, 빛을 일부만 투과시키는 부분은 채널부에 위치한다.
그러나 본 발명에 따른 액정 표시 장치용 박막 트랜지스터 표시판은 5매의 광마스크를 사용하여 제조할 수도 있다. 이하에서는 5매의 광마스크를 사용하여 제조한 박막 트랜지스터 표시판을 이용하는 액정 표시 장치에 대하여 제4 내지 제6 실시예로써 설명한다.
도 10은 본 발명의 제4 실시예에 따른 액정 표시 장치의 배치도이고, 도 11은 도 10의 XI-XI'선에 대한 단면도이다.
본 발명의 제4 실시예에 따른 액정 표시 장치는 반도체층(151, 154)과 저항성 접촉층(161, 163, 165)의 패턴이 데이터 배선(171, 173, 175, 179) 및 결합 전극(176)과 일치하지 않는다는 점에서 제1 실시예에 따른 액정 표시 장치와 구별된다.
즉, 데이터선(171) 하부에 형성되어 있는 데이터선부 반도체층(151)은 데이터선(171)보다 폭이 좁게 형성되어 있고, 결합 전극(176) 아래에는 반도체층이 형성되어 있지 않다. 데이터선부 접촉층(161)도 반도체층(151)과 마찬가지로 데이터선(171)보다 폭이 좁게 형성되어 있고, 결합 전극(176) 아래에는 형성되어 있지 않다.
이러한 구조는 반도체층(151, 154)과 저항성 접촉층(161, 163, 165)을 사진 식각 공정으로 함께 형성하고, 그 위에 데이터 배선(171, 173, 175) 및 결합 전극(176)을 별도의 사진 식각 공정으로 형성하기 때문에 나타나는 것이다. 즉, 제1 실시예에서는 1매의 광마스크만을 사용하여 형성하는 반도체층, 저항성 접촉층 및 데이터 배선과 결합 전극을 제4 실시예에서는 2매의 광마스크를 사용하여 형성하기 때문에 나타나는 구조적 차이이다.
도 12는 본 발명의 제5 실시예에 따른 액정 표시 장치의 배치도이다.
본 발명의 제5 실시예에 따른 액정 표시 장치는 반도체층(151, 154)과 저항성 접촉층(161, 163, 165)의 패턴이 데이터 배선(171, 173, 175, 179) 및 결합 전극(176)과 일치하지 않는다는 점에서 제2 실시예에 따른 액정 표시 장치와 구별된다.
즉, 데이터선(171) 하부에 형성되어 있는 데이터선부 반도체층(151)은 데이터선(171)보다 폭이 좁게 형성되어 있고, 결합 전극(176) 아래에는 반도체층이 형성되어 있지 않다. 데이터선부 접촉층(161)도 반도체층(151)과 마찬가지로 데이터선(171)보다 폭이 좁게 형성되어 있고, 결합 전극(176) 아래에는 형성되어 있지 않다.
이는, 제2 실시예에서는 1매의 광마스크만을 사용하여 형성하는 반도체층, 저항성 접촉층 및 데이터 배선과 결합 전극을 제5 실시예에서는 2매의 광마스크를 사용하여 형성하기 때문에 나타나는 구조적 차이이다.
도 13은 본 발명의 제6 실시예에 따른 액정 표시 장치의 배치도이다.
본 발명의 제6 실시예에 따른 액정 표시 장치는 반도체층(151, 154)과 저항성 접촉층(161, 163, 165)의 패턴이 데이터 배선(171, 173, 175, 179) 및 결합 전극(176)과 일치하지 않는다는 점에서 제3 실시예에 따른 액정 표시 장치와 구별된다.
즉, 데이터선(171) 하부에 형성되어 있는 데이터선부 반도체층(151)은 데이터선(171)보다 폭이 좁게 형성되어 있고, 결합 전극(176) 아래에는 반도체층이 형성되어 있지 않다. 데이터선부 접촉층(161)도 반도체층(151)과 마찬가지로 데이터선(171)보다 폭이 좁게 형성되어 있고, 결합 전극(176) 아래에는 형성되어 있지 않다.
이는, 제3 실시예에서는 1매의 광마스크만을 사용하여 형성하는 반도체층, 저항성 접촉층 및 데이터 배선과 결합 전극을 제6 실시예에서는 2매의 광마스크를 사용하여 형성하기 때문에 나타나는 구조적 차이이다.
이상의 제1 내지 제6 실시예에서는 본 발명에 따른 액정 표시 장치의 예로써 공통 전극에 절개부를 형성하여 도메인을 분할하는 것을 들고 있으나 이와 달리 공통 전극 위에 유기막 돌기를 형성하여 도메인을 분할하는 것도 가능하다. 즉, 도메인 분할 수단으로 절개부 대신 유기막 돌기를 사용할 수 있다. 이 경우에 유기막 돌기의 평면 패턴은 절개부의 평면 패턴과 동일하게 형성할 수 있다.
또한 이상의 제1 내지 제6 실시예에서는 본 발명에 따른 액정 표시 장치의 예로서 색필터가 공통 전극 기판에 형성되어 있는 것을 들고 있으나 이와 달리 박막 트랜지스터 기판의 보호막과 화소 전극 사이에 색필터를 형성할 수도 있다.
이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
이상과 같이, 데이터선을 굴절시켜 화소를 꺾인 띠 모양으로 형성하면 인접한 화소 사이의 측방향 전계가 도메인의 형성을 돕는 방향으로 작용하여 도메인이 안정하게 형성되고, 또한, 편광판의 투과축을 게이트선에 대하여 수직 또는 나란한 방향으로 배치하므로 편광판을 저렴하게 제조할 수 있으면서도 모든 도메인에서 액정의 배향 방향이 편광판의 투과축과 45도를 이루게 되어 최고 휘도를 얻을 수 있다.
또한, 이상과 같은 구성을 통하여 액정 표시 장치의 측면 시인성을 향상시켜 시야각을 확장할 수 있다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 액정 표시 장치용 박막 트랜지스터 표시판의 배치도이고,
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 액정 표시 장치의 공통 전극 표시판의 배치도이고,
도 3 본 발명의 제1 실시예에 따른 액정 표시 장치의 배치도이고,
도 4는 도 3의 IV-IV'선에 대한 단면도이고,
도 5는 본 발명의 제1 실시예에 따른 액정 표시 장치의 회로도이고,
도 6은 본 발명의 제2 실시예에 따른 액정 표시 장치의 배치도이고,
도 7은 본 발명의 제3 실시예에 따른 액정 표시 장치용 박막 트랜지스터 표시판의 배치도이고,
도 8은 본 발명의 제3 실시예에 따른 액정 표시 장치용 공통 전극 표시판의 배치도이고,
도 9는 본 발명의 제3 실시예에 따른 액정 표시 장치의 배치도이고,
도 10은 본 발명의 제4 실시예에 따른 액정 표시 장치의 배치도이고,
도 11은 도 10의 XI-XI'선에 대한 단면도이고,
도 12는 본 발명의 제5 실시예에 따른 액정 표시 장치의 배치도이고,
도 13은 본 발명의 제6 실시예에 따른 액정 표시 장치의 배치도이다.

Claims (13)

  1. 절연 기판,
    상기 절연 기판 위에 형성되어 있으며 제1 방향으로 뻗어 있는 제1 신호선,
    상기 절연 기판 위에 형성되어 있으며 상기 제1 신호선과 절연되어 교차하고 있으며 굽은 부분과 제2 방향으로 뻗어 있는 부분을 가지는 제2 신호선,
    상기 제1 신호선과 상기 제2 신호선이 교차하여 정의하는 화소마다 형성되어 있는 제1 화소 전극,
    상기 제1 신호선, 상기 제2 신호선 및 상기 제1 화소 전극과 연결되어 있는 박막 트랜지스터,
    상기 화소마다 형성되어 있으며 상기 제1 화소 전극과 용량성으로 결합되어 있는 제2 화소 전극
    를 포함하는 박막 트랜지스터 표시판.
  2. 제1항에서,
    상기 제2 신호선의 굽은 부분은 2개의 직선 부분을 포함하고, 상기 2개의 직선 부분 중 하나는 상기 제1 신호선에 대하여 실질적으로 135도를 이루고 나머지 하나는 상기 제1 신호선에 대하여 실질적으로 45도를 이루는 박막 트랜지스터 표시판.
  3. 제1항에서,
    상기 제1 화소 전극과 연결되어 있고, 상기 제2 화소 전극과 절연 상태로 중첩하고 있는 결합 전극을 더 포함하는 박막 트랜지스터 표시판.
  4. 제3항에서,
    상기 결합 전극은 상기 제1 박막 트랜지스터의 3단자 중 드레인 전극으로부터 연장되어 있는 박막 트랜지스터 표시판.
  5. 제4항에서,
    상기 결합 전극은 상기 제2 화소 전극을 이등분하며 상기 제1 신호선에 대하여 실질적으로 135도를 이루는 부분과 상기 제1 신호선에 대하여 실질적으로 45도를 이루는 부분을 포함하는 박막 트랜지스터 표시판.
  6. 제1항에서,
    상기 제1 화소 전극과 상기 제2 화소 전극은 실질적으로 동일한 모양을 가지며 제1 신호선을 따라 소정 거리 평행 이동함으로써 서로 일치할 수 있는 박막 트랜지스터 표시판.
  7. 제1항에서,
    상기 제2 신호선의 굽은 부분의 길이는 상기 제2 신호선의 제2 방향으로 뻗어 있는 부분의 길이보다 작은 박막 트랜지스터 기판.
  8. 절연 기판,
    상기 절연 기판 위에 형성되어 있으며 게이트 전극과 게이트선을 포함하는 게이트 배선,
    상기 게이트 배선 위에 형성되어 있는 게이트 절연막,
    상기 게이트 절연막 위에 형성되어 있는 반도체층,
    상기 반도체층 위에 형성되어 있으며 굽은 부분과 상기 게이트선과 직교하는 부분을 가지는 데이터선, 상기 데이터선과 연결되어 있는 소스 전극, 상기 게이트 전극 상부에서 상기 소스 전극과 각각 대향하고 있는 드레인 전극을 포함하는 데이터 배선,
    상기 소스 전극과 연결되어 있는 결합 전극,
    상기 데이터 배선 및 상기 결합 전극 위에 형성되어 있는 보호막,
    상기 보호막 위에 형성되어 있으며, 상기 드레인 전극과 전기적으로 연결되어 있고, 상기 데이터선과 인접한 변이 상기 데이터선을 따라 굽어져 있는 제1 화소 전극,
    상기 보호막 위에 형성되어 있으며, 상기 결합 전극과 중첩되어 있고, 상기 데이터선과 인접한 변이 상기 데이터선을 따라 굽어져 있는 제2 화소 전극
    을 포함하는 박막 트랜지스터 표시판.
  9. 제8항에서,
    상기 데이터선의 굽은 부분은 상기 게이트선과 135도를 이루는 제1 부분과 상기 게이트선과 45도를 이루는 제2 부분으로 이루어져 있는 박막 트랜지스터 표시판.
  10. 제8항에서,
    상기 게이트선과 나란하게 형성되어 있는 유지 전극선 및 상기 유지 전극선에 연결되어 있으며 상기 제1 화소 전극과 중첩하고 있는 유지 전극을 더 포함하는 박막 트랜지스터 표시판.
  11. 제1 절연 기판,
    상기 제1 절연 기판 위에 형성되어 있는 제1 신호선,
    상기 제1 절연 기판 위에 형성되어 있으며 상기 제1 신호선과 절연되어 교차하고 있고 굴절부를 가지는 제2 신호선,
    상기 제1 신호선과 상기 제2 신호선이 교차하여 정의하는 화소마다 형성되어 있는 제1 화소 전극,
    상기 제1 신호선, 상기 제2 신호선 및 상기 화소 전극과 연결되어 있는 박막 트랜지스터,
    상기 화소마다 형성되어 있으며 상기 제1 화소 전극과 용량성으로 결합되어 있는 제2 화소 전극,
    상기 제1 절연 기판과 대향하고 있는 제2 절연 기판,
    상기 제2 절연 기판 위에 형성되어 있는 공통 전극,
    상기 제2 절연 기판에 형성되어 있는 도메인 분할 수단,
    상기 제1 절연 기판과 상기 제2 절연 기판 사이에 주입되어 있는 액정층
    을 포함하고, 상기 제1 및 제2 화소는 상기 도메인 분할 수단에 의하여 복수의 도메인으로 분할되고 상기 도메인의 장변 2개는 인접한 상기 제2 신호선의 굴절부와 실질적으로 나란한 액정 표시 장치.
  12. 제11항에서,
    상기 액정층에 포함되어 있는 액정은 음의 유전율 이방성을 가지며 상기 액정은 그 장축이 상기 제1 및 제2 기판에 대하여 수직으로 배향되어 있는 액정 표시 장치.
  13. 제11항에서,
    상기 도메인 분할 수단은 상기 공통 전극이 가지는 절개부인 액정 표시 장치.
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