KR20050076402A - 액정 표시 장치 및 이를 위한 박막 트랜지스터 표시판 - Google Patents

액정 표시 장치 및 이를 위한 박막 트랜지스터 표시판 Download PDF

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KR20050076402A
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전재홍
이정영
김희준
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삼성전자주식회사
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Abstract

본 발명에 따른 액정 표시 장치는 절연 기판 위에 형성되어 있으며 제1 방향으로 뻗어 있는 제1 신호선과 제1 신호선과 교차하며 굽은 부분과 제2 방향으로 뻗어 있는 부분을 가지는 제2 신호선, 제1 신호선과 제2 신호선이 교차하여 정의하는 화소 영역에 형성되어 있는 제1 화소 전극, 제1 화소 전극과 용량성 결합되어 있는 제2 화소 전극, 제1 신호선, 제2 신호선 및 제1 화소 전극과 연결되어 있는 박막 트랜지스터를 포함한다. 여기에서 제2 화소 전극은 제1 화소 전극과 박막 트랜지스터 사이에 위치한다.

Description

액정 표시 장치 및 이를 위한 박막 트랜지스터 표시판{LIQUID CRYSTAL DISPLAY AND THIN FILM TRANSISTOR ARRAY PANEL THEREFOR}
본 발명은 액정 표시 장치 및 이를 위한 박막 트랜지스터 표시판에 관한 것이다.
액정 표시 장치는 가장 널리 사용되는 평판 표시 중 하나로서, 전계 생성 전극이 구비된 두 표시판과 그 사이의 액정층을 포함한다. 이러한 액정 표시 장치는 전계 생성 전극에 서로 다른 전압을 인가하여 액정층에 전계를 형성하여 액정 분자들의 배열을 변경시키고 입사광의 편광을 조절함으로써 화상을 표시한다.
그런데 액정 표시 장치는 시야각이 좁은 것이 중요한 단점이다. 이러한 단점을 극복하고자 시야각을 넓히기 위한 다양한 방안이 개발되고 있는데, 그 중에서도 전압 무인가시 액정 분자를 상하 기판에 대하여 수직으로 배향시키고 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 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, 이러한 측면 시인성을 개선하는 한 방식으로서, 하나의 화소를 복수의 부화소들로 나누고, 각각의 부화소들이 소스 IC로부터 공급받은 데이터 전압에 대해 서로 다른 투과율 특성을 나타내는 것이 있다. 이러한 방식의 일례로서, 복수의 부화소들 중 하나에는 박막 트랜지스터를 통해 데이터 전압이 직접 인가되고, 이 부화소에 연결된 결합 전극과 나머지 부화소들 사이에 결합 용량이 형성되도록 하는 구조가 있다. 이러한 결합 용량 형성을 위한 전극은 통상 불투명 금속으로서 이를 통해 빛이 투과하기 어렵기 때문에 소위 개구율 저하의 한 요인이 될 수 있다.
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 위한 본 발명의 한 특징에 따른 박막 트랜지스터 표시판 및 액정 표시 장치는 절연 기판, 상기 절연 기판 위에 형성되어 있는 제1 신호선, 상기 절연 기판 위에 형성되어 있으며 상기 제1 신호선과 교차하는 제2 신호선, 상기 제1 신호선, 상기 제2 신호선 및 상기 제1 화소 전극과 연결되어 있는 박막 트랜지스터, 상기 박막 트랜지스터와 연결되어 있는 제1 화소 전극, 그리고 상기 제1 화소 전극과 용량성 결합되어 있는 제2 화소 전극을 포함한다. 상기 제1 화소 전극 및 상기 박막 트랜지스터 사이에 제2 화소 전극이 위치한다.
또한 본 발명에 다른 양태에 따른 박막 트랜지스터 표시판 및 액정 표시 장치는, 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 있는 제2 신호선, 상기 제1 신호선과 상기 제2 신호선이 교차하여 정의하는 화소마다 형성되어 있는 제1 화소 전극, 상기 화소마다 형성되어 있으며 상기 제1 화소 전극과 용량성 결합되어 있는 제2 화소 전극, 상기 제1 신호선, 상기 제2 신호선 및 상기 제1 화소 전극과 연결되어 있는 박막 트랜지스터, 그리고 상기 제1 화소 전극 및 제2 화소 전극의 경계 부분에 위치하는 유지 전극을 포함한다.
또한 본 발명의 또다른 양태에 따른 박막 트랜지스터 및 액정 표시 장치는, 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 있는 제2 신호선, 상기 제1 신호선과 상기 제2 신호선이 교차하여 정의하는 화소마다 형성되어 있는 제1 화소 전극, 상기 화소마다 형성되어 있으며 상기 제1 화소 전극과 용량성으로 결합되어 있는 제2 화소 전극, 및 상기 제1 신호선, 상기 제2 신호선 및 상기 제1 화소 전극과 연결되어 있는 박막 트랜지스터, 그리고 상기 제1 화소 전극 및 제2 화소 전극의 경계 부분에 위치하는 유지 전극을 포함하며, 상기 제1 화소 전극 및 상기 박막 트랜지스터 사이에 제2 화소 전극이 위치한다.
이 때, 상기 제2 신호선은 제1 신호선에 대해 소정 각도 기울어진 직선 부분을 및/또는 서로 다른 각도로 기울어진 2 이상의 직선 부분을 포함할 수 있다.
상기 박막 트랜지스터는 상기 제1 신호선과 연결되어 있는 게이트 전극, 상기 제2 신호선과 연결되어 있는 소스 전극, 그리고 상기 제1 화소 전극과 연결되어 있는 드레인 전극을 포함하며, 상기 드레인 전극이 상기 제2 화소 전극과 중첩함으로써 상기 제1 화소 전극과 상기 제2 화소 전극의 용량성 결합이 이루어질 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. 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 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 박막 트랜지스터 표시판을 IV-IV'선을 따라 잘라 도시한 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 3 및 도 4를 참고로 하여 박막 트랜지스터 표시판(100)에 대하여 좀 더 상세히 설명한다.
절연 기판(110) 위에 복수의 게이트선(gate line)(121) 및 복수의 유지 전극선(storage electrode line)(131)이 형성되어 있다.
게이트 신호를 전달하는 게이트선(121)은 주로 가로 방향으로 뻗어 있으며 서로 분리되어 있다. 게이트선(121)의 일부는 복수의 게이트 전극(gate electrode)(124)을 이룬다. 게이트선(121)의 한쪽 끝부분(129)은 외부 회로와의 연결을 위하여 폭이 확장되어 있다.
유지 전극선(131)은 주로 가로 방향으로 뻗어 있으며 그 일부는 폭이 확장되어 유지 전극(133)을 이룬다. 유지 전극선(131)에는 액정 표시 장치의 다른 표시판(200)의 공통 전극(common electrode)에 인가되는 공통 전압(common voltage) 따위의 소정의 전압이 인가된다.
게이트선(121)과 유지 전극선(131)은 도 4에 도시한 것처럼 하나의 막으로 이루어질 수 있지만, 물리적 성질이 다른 두 개의 막, 즉 하부막(도시하지 않음)과 그 위의 상부막(도시하지 않음)을 포함할 수 있다. 하나의 도전막은 게이트선(121)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) 또는 은 합금 등 은 계열의 금속, 구리(Cu) 또는 구리 합금 등 구리 계열의 금속으로 이루어진다. 이와는 달리, 다른 도전막은 다른 물질, 특히 ITO(indium tin oxide) 및 IZO(indium zinc oxide)와의 접촉 특성이 우수한 물질, 이를테면 몰리브덴(Mo), 몰리브덴 합금[보기: 몰리브덴-텅스텐(MoW) 합금], 크롬(Cr) 등으로 이루어진다. 하부막과 상부막의 조합의 예로는 크롬/알루미늄-네오디뮴(Nd) 합금, 알루미늄/몰리브덴, 알루미늄-네오디뮴(Nd) 합금/몰리브덴을 들 수 있다. 또한 필요에 따라서는 3중층 이상으로 형성할 수도 있다.
게이트선(121)과 유지 전극선(131)의 측면은 경사져 있으며 그 경사각은 기판(110)의 표면에 대하여 약 20-80°이다.
게이트선(121) 및 유지 전극선(131)의 위에는 질화규소(SiNx) 따위로 이루어진 게이트 절연막(140)이 형성되어 있다.
게이트 절연막(140) 위에는 수소화 비정질 규소(hydrogenated amorphous silicon) 등으로 이루어진 복수의 선형 반도체(151)가 형성되어 있다. 선형 반도체(151)는 게이트 전극(123)을 향하여 뻗은 복수의 돌출부(extension)(154)를 포함한다.
반도체(151)의 위에는 실리사이드(silicide) 또는 n형 불순물이 고농도로 도핑되어 있는 n+ 수소화 비정질 규소 따위의 물질로 만들어진 복수의 선형 및 섬형 저항성 접촉 부재(161, 165)가 형성되어 있다. 선형 접촉 부재(161)은 복수의 돌출부(163)를 가지고 있으며 이 돌출부(163)와 섬형 접촉 부재(165)는 쌍을 이루어 반도체(151)의 돌출부(154) 위에 위치한다.
저항성 접촉 부재(161, 165) 위에는 복수의 데이터선(171)과 드레인 전극(175)이 형성되어 있다.
데이터선(171)은 주로 세로 방향으로 뻗어 게이트선(121) 및 유지 전극선(131)과 교차하며 데이터 전압(data voltage)을 전달한다. 각 데이터선(171)은 반복적으로 굽어 있고, 복수 쌍의 사선부(oblique portion)와 복수의 세로부(longitudinal portion)를 포함한다. 한 쌍을 이루는 사선부는 서로 연결되어 갈매기(chevron) 모양을 이루며 그 양 끝이 각 세로부에 연결되어 있다. 따라서, 게이트선(121)과 데이터선(171)이 교차하여 이루는 화소 영역은 꺾인 띠 모양이 된다. 데이터선(171)의 사선부는 게이트선(121)과 약 45°의 각을 이루며, 세로부는 게이트선(121)과 교차한다. 이때, 한 쌍의 사선부와 하나의 세로부의 길이의 비는 1:1 내지 9:1 사이이다. 즉, 한 쌍의 사선부와 하나의 세로부 전체 길이에서 한 쌍의 사선부가 차지하는 비율이 50%에서 90% 사이이다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 데이터선(171)이 굽지 않고 세로 방향으로 곧게 뻗어 있다.
데이터선(171)의 세로부는 반도체(151)의 돌출부(154) 위로 뻗은 소스 전극(173)을 포함하며, 데이터선(171)의 한쪽 끝부분(179)은 외부 회로와 연결하기 위하여 폭이 확장되어 있다.
드레인 전극(175)은 소스 전극(173)과 분리되어 있으며 소스 전극(173)과 마주 보고 있다. 드레인 전극(175)은 데이터선(171)의 사선부를 따라 인접한 두 데이터선(171) 사이로 연장되며, 데이터선(171)의 두 사선부가 만나는 지점보다 조금 위쪽에서 폭이 확장되면서 끝난다.
하나의 게이트 전극(124), 하나의 소스 전극(173) 및 하나의 드레인 전극(175)은 반도체(151)와 함께 한 쌍의 박막 트랜지스터(thin film transistor, TFT)를 이루며, 각 박막 트랜지스터의 채널(channel)은 소스 전극(173)과 드레인 전극(175) 사이의 돌출부(154)에 각각 형성된다.
데이터선(171) 및 드레인 전극(175) 또한 몰리브덴(Mo), 몰리브덴 합금, 크롬(Cr) 따위의 도전막과 그 아래 또는 위에 위치한 알루미늄 계열 금속인 도전막을 포함할 수 있으며, 그 측면이 약 30-80°의 각도로 각각 경사져 있다.
저항성 접촉 부재(161, 165)는 그 하부의 반도체(151)와 그 상부의 데이터선(171) 및 드레인 전극(175) 사이에만 존재하며 접촉 저항을 낮추어 주는 역할을 한다. 선형 반도체(151)는 소스 전극(173)과 드레인 전극(175) 사이 부근을 제외하면 데이터선(171), 드레인 전극(175) 및 그 하부의 저항성 접촉 부재(161, 165)와 실질적으로 동일한 평면 형태를 가지고 있다.
데이터선(171) 및 드레인 전극(175)과 노출된 반도체(151) 부분의 위에는 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 등의 저유전율 절연 물질 등으로 이루어진 보호막(passivation layer)(180)이 형성되어 있다. 특히, 유기 보호막(180)은 유전상수(?)가 약 2.5~3.5 이고 그 두께는 약 2um 인 것이 바람직하고, 질화규소 보호막(180)은 유전상수(?)가 약 6~7 사이이고 그 두께가 약 0.45um 인 것이 바람직하다. 또한 보호막(180)은 질화규소층 또는 a-Si:C:O, a-Si:O:F 등의 저유전율 절연층과 유기층의 조합으로 이루어질 수도 있다.
보호막(180)이 유기 물질인 경우 감광성 유기 물질로 만드는 것이 식각 과정을 생략할 수 있어 공정이 간편하다. 또한 보호막(180)이 유기층을 포함하는 경우 반도체(151)의 노출 부분에 유기 물질이 접하는 것을 방지하기 위해 질화규소 또는 산화규소로 이루어진 하부 무기 절연층과 상부 유기 절연층의 이중층 구조를 가질 수 있다.
보호막(180)에는 드레인 전극(175)의 연장된 끝부분을 드러내는 접촉 구멍(181)과 데이터선(171)의 끝부분(179)을 드러내는 복수의 접촉 구멍(182)이 형성되어 있으며, 또한 복수의 접촉 구멍(183)이 보호막(180)과 함께 게이트 절연막(140)을 관통하여 게이트선(121)의 끝부분(129)을 드러내고 있다. 드레인 전극(175), 데이터선(171) 및 게이트선(121)이 알루미늄 계열의 도전막을 포함하는 경우 다른 층과의 접촉 특성을 확보하기 위하여 알루미늄 계열 도전막이 드러나지 않도록 하는 것이 바람직하다.
이들 접촉 구멍(181, 182, 183)의 측벽은 기판(110) 면에 대하여 30도에서 85도 사이의 완만한 경사를 가지거나, 계단형 프로파일(profile)을 가지는 것이 바람직하다. 또, 이들 접촉 구멍(1810, 182, 183)는 다각형이나 원형 등의 다양한 모양으로 형성될 수 있으며, 면적은 2mm×60㎛를 넘지 않으며, 0.5mm×15㎛ 이상인 것이 바람직하다.
게이트선(121) 및 데이터선(171)의 끝 부분(129, 179)을 드러내는 접촉 구멍(181, 182)은 외부의 데이터 구동 회로를 이방성 도전막을 이용하여 게이트선(121) 및 데이터선(171)에 연결하기 위한 것이며, 게이트선(121) 및 데이터선(171)의 다른 부분보다 폭이 넓은 것은 접촉 면적을 크게 하기 위함이다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 게이트선(121) 및 데이터선(171)의 끝부분(129, 179)을 노출하는 접촉 구멍(182, 183) 중 적어도 한 쪽이 없으며, 이 경우 게이트 구동 회로 또는 데이터 구동 회로가 기판(110) 위에 직접 형성되고 이들 구동 회로의 출력단에 게이트선(121) 및 데이터선(171)의 끝 부분이(129, 179) 직접 연결된다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 보호막(180) 대신, 또는 보호막(180)의 위에 복수의 색필터(도시하지 않음)가 형성되어 보호막(180)의 역할을 대신하거나 보호막(180)의 기능을 강화할 수 있다.
보호막(180) 위에는 ITO(indium tin oxide), IZO (indium zinc oxide) 따위로 이루어진 복수 쌍의 상부 및 하부 화소 전극(190a, 190b)과 복수의 접촉 보조 부재(contact assistant)(81, 82)가 형성되어 있다.
상부 및 하부 화소 전극(190a, 190b)은 데이터선(171)의 인접 세로부가 만나는 지점에서 각각 위쪽과 아래쪽에 위치하는 평행 사변형이며 게이트선(171)에 평행한 직선에 대하여 실질적으로 대칭이어서 거의 동일한 면적을 점유하고 있다.
상부 화소 전극(190a)은 접촉 구멍(181)를 통하여 드레인 전극(175)과 물리적, 전기적으로 연결되어 이로부터 데이터 전압을 인가 받으며, 하부 화소 전극(190b)은 드레인 전극(175)과 중첩하여 상부 화소 전극(190a)과 용량성 결합되어 있다. 이때, 접촉 구멍(181)은 상부 화소 전극(190a)과 하부 화소 전극(190b)의 경계 부근에 위치하므로, 하부 화소 전극(190b)과는 충분히 중첩되면서도 상부 화소 전극(190a)과 중첩되는 면적은 작다. 드레인 전극(175)은 불투명 금속으로 이루어지기 때문에 빛을 차단하는 역할을 하므로, 본 실시예에서와 같이 화소 전극이 상하로 분할된 구조에서 접촉 구멍(181)의 위치를 두 화소 전극(190a)의 경계 부근에 두면, 용량성 결합을 위한 드레인 전극(175)의 길이가 줄어들어 투과율이 향상된다.
이 때 보호막(180)의 두께가 충분히 두꺼워 화소 전극(190a, 190b)과 데이터선(171) 사이의 기생 용량이 매우 작은 경우, 화소 전극(190a, 190b)이 데이터선(171) 위로 확장되어 중첩될 수 있다. 이러한 경우 유효 표시 면적이 증가하여 투과율이 향상된다.
접촉 보조 부재(192, 199)는 접촉 구멍(182, 189)을 통하여 게이트선(121)의 끝 부분(125) 및 데이터선(171)의 끝 부분(179)과 각각 연결된다. 접촉 보조 부재(192, 199)는 게이트선(121) 및 데이터선(171)의 각 끝 부분(125, 179)과 외부 장치와의 접착성을 보완하고 이들을 보호하는 역할을 하는 것으로 필수적인 것은 아니며, 이들의 적용 여부는 선택적이다.
이제, 도 2, 도 3 및 도 4를 참고로 하여 공통 전극 표시판에 대하여 설명한다.
투명한 유리 등의 절연 물질로 이루어진 상부 기판(210)의 위에 빛샘을 방지하기 위한 블랙 매트릭스(220)가 형성되어 있다. 블랙 매트릭스(220)는 화소 전극(190a, 190b)과 마주 보며 이와 거의 동일한 모양을 가지는 복수의 개구부를 가지고 있다.
복수의 적색, 녹색, 청색 색필터(230)가 블랙 매트릭스(220)의 개구부 내에 거의 들어가도록 형성되어 있고, 색필터(230) 위에는 유기 물질로 이루어진 오버코트막(250)이 형성되어 있다. 색필터(230)가 스트라이프형으로 배열된 경우 세로로 길게 형성되어 있고 화소 전극의 모양을 따라 주기적으로 구부러져 있다.
오버코트막(250)의 위에는 ITO 또는 IZO 등의 투명한 도전 물질로 이루어져 있으며 복수의 절개부(271)를 가지는 공통 전극(270)이 형성되어 있다. 각 절개부(271)는 데이터선(271)의 사이에 위치하며 상부 및 하부 화소 전극(190a, 190b)을 좌우로 양분하는 지점에 위치하고 있다. 이 절개부(271)는 데이터선(171)의 사선부와 거의 평행하게 뻗어 있으며 서로 연결되어 갈매기 모양을 이루는 한 쌍의 사선부, 사선부의 양단에 연결되어 있으며 상부 화소 전극(190a)의 위쪽 경계선 및 하부 화소 전극(190b)의 아래쪽 경계선 부근에서 경계선과 평행하게 사선부와 둔각을 이루면서 구부러져서 게이트선(121)과 나란하게 소정 길이만큼 연장되어 있는 한 쌍의 가로부, 그리고 두 사선부가 만나는 지점 또는 상부 화소 전극(190a)과 하부 화소 전극(190b)의 경계 부근에서 이 경계선 또는 게이트선(121)과 거의 나란하게 사선부와 둔각을 이루면서 뻗어 나간 중앙부로 이루어진다. 절개부(271)의 사선부는 길게 뻗은 드레인 전극(175)과 정렬되어 있으며 화소 전극(190a, 190b)의 마주보는 가장자리와 평행한 주변(main edge)을 가지고 있다. 이때, 절개부(271)는 화소 전극(191a, 191b)의 가장자리와 중첩하며, 그렇지 않을 수도 있다. 이 때, 절개부(271)는 액정층(300)의 액정 분자들이 기울어지는 방향을 제어하기 위한 것이며 그 폭은 약 9㎛에서 약 12㎛ 사이인 것이 바람직하다.
액정 분자들의 경사 방향은 공통 전극(270) 위에 형성된 유기물 돌기를 사용해서도 제어할 수 있으므로 절개부(271)를 돌기로 대체하여도 무방하며, 이 경우에는 돌기의 폭을 약 5㎛에서 약 10㎛ 사이로 하는 것이 바람직하다.
공통 전극(270) 위에는 수평 또는 수직 배향막(도시하지 않음)이 형성되어 있다.
표시판(100, 200)의 바깥면에는 한 쌍의 편광판(12, 22)이 부착되어 있으며, 이들의 투과축은 직교하며 그 중 한 투과축은 게이트선(121)에 평행하다. 이와는 달리 두 편광판(12, 22)의 투과축이 서로 평행할 수도 있다.
편광판(12, 22)과 표시판(100, 200) 사이에는 각각 보상판(13, 23)이 구비되어 있다.
이외에도 표시판(100, 200) 및 액정층(300)에 빛을 공급하는 백라이트 유닛(도시하지 않음)이 구비될 수 있다.
액정층(300)의 액정 분자는 그 장축이 두 표시판(100, 200)의 표면에 대하여 수직을 이루도록 배향되어 있고, 액정층(300)은 음의 유전율 이방성을 가진다.
공통 전극(270)에 공통 전압을 인가하고 화소 전극(190a, 190b)에 데이터 전압을 인가하면 표시판(100, 200)의 표면에 거의 수직인 주 전계(primary electric field)가 생성된다. 액정 분자들은 전계에 응답하여 그 장축이 전계의 방향에 수직을 이루도록 방향을 바꾸고자 한다. 한편, 공통 전극(270)의 절개부(271)와 화소 전극(190a, 190b)의 가장자리는 주 전계를 왜곡하여 액정 분자들의 경사 방향을 결정하는 수평 성분을 만들어낸다. 주 전계의 수평 성분은 절개부(271)의 가장자리와 화소 전극(190a, 190b)의 가장자리에 수직이므로 액정층(300)에는 서로 다른 경사 방향을 가지는 네 개의 도메인이 형성된다. 이 때, 도메인 폭, 즉 절개부(271)의 가장자리와 화소 전극(190a, 190b)의 장변 사이의 거리는 약 10㎛에서 약 30㎛ 사이인 것이 바람직하다.
한편, 데이터선(171)을 사이에 둔 화소 전극(190a, 190b) 사이의 전압 차에 의하여 부차적으로 생성되는 부 전계(secondary electric field)의 방향은 절개부(271)의 가장자리 및 화소 전극(190a, 190b)의 가장자리와 수직이다. 따라서 부 전계의 방향과 주 전계의 수평 성분의 방향과 일치한다. 결국 화소 전극(190a, 190b) 사이의 부 전계는 액정 분자들의 경사 방향을 강화하는 쪽으로 작용한다.
액정 표시 장치는 점반전, 열반전 등의 반전 구동 방법을 일반적으로 사용하므로 데이터선(171)을 사이에 두고 이웃하는 화소 전극(190a, 190b)은 공통 전압에 대하여 극성이 반대인 전압을 인가 받는다. 그러므로 부 전계는 거의 항상 발생하고 그 방향은 도메인의 안정성을 돕는 방향이 된다.
한편, 액정 분자들의 경사 방향과 편광자의 투과축이 45도를 이루면 최고 휘도를 얻을 수 있는데, 본 실시예의 경우 모든 도메인에서 액정 분자들의 경사 방향이 게이트선(121)과 45°의 각을 이루며 게이트선(121)은 표시판(100, 200)의 가장자리와 수직 또는 수평이다. 따라서 본 실시예의 경우 편광자의 투과축을 표시판(100, 200)의 가장자리에 대하여 수직 또는 평행이 되도록 부착하면 최고 휘도를 얻을 수 있을 뿐 아니라 편광판을 저렴하게 제조할 수 있다.
데이터선(171)이 구부러짐으로써 늘어나는 배선의 저항은 데이터선(171)의 폭을 늘림으로써 보상할 수 있으며, 데이터선(171)의 폭이 증가함으로써 생기는 기생 용량의 증가나 전계의 왜곡 등은 화소 전극(191a, 191b)의 크기를 최대화하고 두꺼운 유기물 보호막(180)을 사용함으로써 보완할 수 있다.
화소 전극(190a, 190b)과 공통 전극(270)은 축전기[이하 “액정 축전기(liquid crystal capacitor)”라 함]를 이루어 박막 트랜지스터가 턴 오프된 후에도 인가된 전압을 유지하는데, 전압 유지 능력을 강화하기 위하여 액정 축전기와 병렬로 연결된 다른 축전기를 두며 이를 유지 축전기(storage electrode)라 한다. 유지 축전기는 화소 전극(190a)과 유지 전극선(131)의 중첩 등으로 만들어지며, 유지 축전기의 정전 용량, 즉 유지 용량을 늘리기 위하여, 유지 전극선(131)에 크기가 큰 유지 전극(133)을 두고 화소 전극(190a)에 연결된 드레인 전극(175)의 끝 부분을 확장시켜 중첩시킴으로써 단자 사이의 거리를 가깝게 하고 중첩 면적을 크게 한다. 드레인 전극(175)의 끝 부분의 폭을 크게 하는 것은 또한 화소 전극(190a)와의 접촉 면적을 확보하기 위한 것이다.
한편, 이러한 구조의 액정 표시 장치에서 제1 화소 전극(190a)은 데이터 전압을 직접 인가 받음에 반하여, 제2 화소 전극(190b)은 제1 화소 전극(190b)과의 용량성 결합에 의하여 그 전압이 변동하게 되고, 제2 화소 전극(190b)의 전압은 제1 화소 전극(190a)의 전압에 비하여 일반적으로 절대값이 작게 된다. 이와 같이, 하나의 화소 내에 전압이 다른 두 화소 전극(190a, 190b)을 배치하면 두 화소 전극(190a, 190b)의 투과율 보상 효과로 인해 감마 곡선의 왜곡을 줄일 수 있다.
그러면 제1 화소 전극(190a)의 전압이 제2 화소 전극(190b)의 전압과 차이가 나게 되는 이유에 대하여 도 5를 참고로 하여 설명한다.
도 5는 도 1 내지 도 4에 도시한 액정 표시 장치의 등가 회로도이다.
도 5에서 Clca는 제1 화소 전극(190a)과 공통 전극(270) 사이에서 형성되는 액정 축전기 및 그 정전 용량을 나타내고, Cst는 제1 화소 전극(190a)과 유지 전극 배선(131, 133) 사이에서 형성되는 유지 축전기 및 그 정전 용량을 나타낸다. Clcb는 제2 화소 전극(190b)과 공통 전극(270) 사이에서 형성되는 액정 축전기 및 그 정전 용량을 나타내고, Ccp는 제1 화소 전극(190a)과 제2 화소 전극(190b) 사이에서 형성되는 결합 축전기 및 그 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,
Vb=Va×[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 드레인 전극(175)과 제2 화소 전극(190b)의 중첩 면적을 조정하거나 드레인 전극(175) 대신 다른 결합 전극을 이용하여 용량성 결합시킴으로써 제2 화소 전극(190b)과의 거리를 조정함으로써 가능하다. 중첩 면적은 드레인 전극(175)의 폭을 변화시킴으로써 용이하게 조정할 수 있다. 결합 전극과 제2 화소 전극(190b)의 거리는 예를 들면, 결합 전극을 게이트선(121)과 같은 층에 형성함으로써 증가시킬 수 있다.
다음으로, 도 6, 도 7, 도 8 및 도 9를 참조하여 본 발명의 다른 실시예에 따른 액정 표시 장치에 대하여 설명한다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 박막 트랜지스터 표시판의 배치도이고, 도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 공통 전극 표시판의 배치도이고, 도 8은 도 6 및 도 7에 도시한 표시판의 결합으로 이루어진 액정 표시 장치의 배치도이며, 도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 액정 표시 장치의 배치도이다.
본 실시예에 따른 액정 표시 장치용 박막 트랜지스터 표시판의 층상 구조는 대개 도 1 내지 도 4에 도시한 액정 표시 장치용 박막 트랜지스터 표시판의 층상 구조와 동일하므로 간략하게 설명하고 그 도시는 생략한다.
기판(110) 위에 복수의 게이트 전극(124)을 포함하는 복수의 게이트선(121) 및 유지 전극(133)을 포함하는 유지 전극선(131)이 형성되어 있고, 그 위에 게이트 절연막(140), 복수의 반도체(151), 복수의 저항성 접촉 부재(161, 165)가 차례로 형성되어 있다. 저항성 접촉 부재(161, 165) 위에는 복수의 소스 전극(173)을 포함하는 복수의 데이터선(171)과 복수의 드레인 전극(175)이 형성되어 있고 그 위에 보호막(180)이 형성되어 있다. 보호막(180) 및/또는 게이트 절연막(140)에는 복수의 접촉 구멍(181, 182, 183)이 형성되어 있으며, 보호막(180) 위에는 드레인 전극(175)으로 서로 용량성 결합된 복수 쌍의 상부 및 하부 화소 전극(190a, 190b)과 복수의 접촉 보조 부재(81, 82)가 형성되어 있다. 드레인 전극(175)과 상부 화소 전극(190a)을 연결하기 위한 접촉 구멍(181)의 위치는 상부 화소 전극(190a)과 하부 화소 전극(190b)의 경계 부근이다.
또한, 본 실시예에 따른 액정 표시 장치의 공통 전극 표시판의 층상 구조도 도 1 내지 도 4에 도시한 것과 거의 동일하다. 즉, 블랙 매트릭스(220), 오버코트막(250) 및 공통 전극(270)이 절연 기판(210) 위에 차례대로 형성되어 있다.
도 1 내지 도 4의 액정 표시 장치와는 달리, 본 실시예의 액정 표시 장치에서 데이터선(171)이 인접한 두 게이트선(121) 사이에 위치하는 두 쌍의 사선부를 포함한다. 한 쌍을 이루는 사선부는 서로 연결되어 갈매기 모양을 이루며 한쪽 끝은 다른 쌍의 사선부에 다른 쪽 끝은 세로부에 연결되어 있다. 따라서, 게이트선(121)과 데이터선(171)이 교차하여 이루는 화소 영역은 세 번 꺾인 띠 모양이 된다.
이러한 데이터선(171)의 모양을 따라 드레인 전극(175)과 화소 전극(190a, 190b) 및 공통 전극(270) 절개부(271)의 모양도 결정된다. 즉, 드레인 전극(175)도 데이터선(171)의 모양을 따라 여러 번 꺾인 형태가 되며, 상부 화소 전극(190a)과 하부 화소 전극(190b) 또한 각각 한 번씩 꺾인 쐐기 형태가 된다.
상부 화소 전극(190a)과 하부 화소 전극(190b)은 각각 꺾인 부분에서 가장자리와 둔각을 이루며 가로 방향으로 뻗어 있는 절개부(191, 192)를 가진다.
공통 전극(270)의 절개부(271)도 데이터선(171)의 모양을 따라 여러 번 구부러져, 두 쌍의 사선부와 그 끝에 연결된 한 쌍의 가로부, 그리고 꺾인 지점 각각에서 사선부와 둔각을 이루며 게이트선(121)과 평행하게 뻗어 나온 돌출부를 포함한다.
이와 같이, 본 실시예와 같이 데이터선(171)을 여러 번 꺾는 구조에서는 화소의 공간적 분산도가 감소하여 비교적 낮은 해상도에서도 이미지가 깨지는 현상이 방지된다.
한편, 도 8에 도시한 박막 트랜지스터 표시판에서는 유지 전극선(131)이 상부 화소 전극(190a)과 하부 화소 전극(190b)의 경계선에서 벗어나 있지만 도 9에 도시한 예에서는 유지 전극선(131)이 상부 화소 전극(190a)과 하부 화소 전극(190b)의 경계선과 거의 일치한다. 따라서 도 9에 도시한 액정 표시 장치는 도 8에 도시한 액정 표시 장치에 비하여 유지 용량은 좀 작아질 수 있지만 개구율이 커진다.
도 1 내지 도 4에 도시한 박막 트랜지스터 표시판에서도 유지 전극선(131)이 두 화소 전극(190a)의 경계와 일치하도록 할 수 있음은 물론이다.
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.
가령, 본 발명의 제1 내지 제3 실시예에서는 데이터선이 꺾인 부분을 갖는 구조를 예시하고 있지만, 상하로 화소 전극이 분할되고 결합 전극을 통해 서로 다른 전압이 인가되는 모든 구조에 대해 본 발명이 적용될 수 있다.
또한, 본 발명의 경우 화소가 2 분할되는 구조를 예시하고 있지만, 3 분할 이상의 구조에 대해서도, 본 발명이 적용될 수 있음은 물론이다.
또한, 본 발명에서는 수직 배향형 액정을 예시하고 있지만 본 발명은 이에 한정하지 않으며 다른 종류의 액정 및 배향을 적용하는 모드의 경우에도 본 발명은 적용될 수 있다.
또한, 제1 내지 제3 실시예에서는 색필터가 상부 기판에 위치하는 것을 예시하고 있지만, 이러한 색필터는 하부 기판 즉 박막 트랜지스터 기판에 위치할 수도 있다. 이 경우 색필터는 보호막의 역할을 동시에 할 수도 있다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 따르면 화소 전극이 분할되어 시인성이 향상되는 구조에 있어서 상측 화소 전극에 접촉 구멍을 두고 결합 전극의 길이를 축소시킴으로써, 투과율을 향상할 수 있다.
또한, 유지 전극 배선의 일부를 화소 전극 절개부에 둠으로써 추가적인 개구율 및 투과율 향상 효과를 얻을 수 있다.
도 1은 본 발명의 한 실시예에 따른 박막 트랜지스터 표시판의 배치도이고,
도 2는 본 발명의 한 실시예에 따른 공통 전극 표시판의 배치도이고,
도 3은 도 1 및 도 2에 도시한 박막 트랜지스터 표시판 및 공통 전극 표시판으로 이루어진 액정 표시 장치의 배치도이고,
도 4는 도 3의 박막 트랜지스터 표시판을 IV-IV'선을 따라 잘라 도시한 단면도이고,
도 5는 도 3 및 도 4에 도시한 액정 표시 장치의 등가 회로도이고,
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 액정 표시 장치용 박막 트랜지스터 표시판의 배치도이고,
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 액정 표시 장치용 공통 전극 표시판의 배치도이고,
도 8은 도 6 및 도 7에 도시한 박막 트랜지스터 표시판 및 공통 전극 표시판으로 이루어진 액정 표시 장치의 배치도이며,
도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 액정 표시 장치용 박막 트랜지스터 표시판의 배치도이다.

Claims (11)

  1. 절연 기판,
    상기 절연 기판 위에 형성되어 있는 제1 신호선,
    상기 절연 기판 위에 형성되어 있으며 상기 제1 신호선과 교차하는 제2 신호선,
    상기 제1 신호선, 상기 제2 신호선 및 상기 제1 화소 전극과 연결되어 있는 박막 트랜지스터,
    상기 박막 트랜지스터와 연결되어 있는 제1 화소 전극, 그리고
    상기 제1 화소 전극과 용량성 결합되어 있는 제2 화소 전극
    를 포함하고,
    상기 제2 화소 전극은 상기 제1 화소 전극과 상기 박막 트랜지스터의 사이에 위치하는
    박막 트랜지스터 표시판.
  2. 제1항에서,
    상기 제1 신호선은 소정의 방향으로 뻗어 있으며, 상기 제2 신호선은 제1 신호선에 대하여 소정 각도 기울어진 직선 부분을 포함하는 박막 트랜지스터 표시판.
  3. 제1항에서,
    상기 제2 신호선은 서로 다른 각도로 기울어진 2 이상의 직선 부분을 포함하는 박막 트랜지스터 표시판.
  4. 제1항에서,
    상기 박막 트랜지스터는 상기 제1 신호선과 연결되어 있는 게이트 전극, 상기 제2 신호선과 연결되어 있는 소스 전극, 그리고 상기 제1 화소 전극과 연결되어 있는 드레인 전극을 포함하며, 상기 드레인 전극이 상기 제2 화소 전극과 중첩함으로써 상기 제1 화소 전극과 상기 제2 화소 전극의 용량성 결합이 이루어지는 박막 트랜지스터 표시판.
  5. 절연 기판,
    상기 절연 기판 위에 형성되어 있으며 제1 방향으로 뻗어 있는 복수의 제1 신호선,
    상기 절연 기판 위에 형성되어 있으며 상기 제1 신호선과 교차하는 복수의 제2 신호선,
    상기 제1 신호선과 상기 제2 신호선이 교차하여 정의하는 화소 영역에 형성되어 있는 제1 화소 전극,
    상기 화소 영역에 형성되어 있으며 상기 제1 화소 전극과 용량성 결합되어 있는 제2 화소 전극,
    상기 제1 신호선, 상기 제2 신호선 및 상기 제1 화소 전극과 연결되어 있는 박막 트랜지스터, 그리고
    상기 화소에 대응하는 기준 전압이 인가되는 공통 전극
    을 포함하고,
    상기 제1 화소 전극과 상기 박막 트랜지스터 사이에 상기 제2 화소 전극이 위치하는
    액정 표시 장치.
  6. 제5항에서,
    상기 제2 신호선은 상기 제1 신호선에 대하여 비스듬하게 기울어진 직선 부분을 포함하는 액정 표시 장치.
  7. 제5항에서,
    상기 제2 신호선은 서로 다른 각도로 기울어진 2 이상의 직선 부분을 포함하는 액정 표시 장치.
  8. 절연 기판,
    상기 절연 기판 위에 형성되어 있으며 제1 방향으로 뻗어 있는 복수의 제1 신호선,
    상기 절연 기판 위에 형성되어 있으며 상기 제1 신호선과 교차하는 복수의 제2 신호선,
    상기 제1 신호선과 상기 제2 신호선이 교차하여 정의하는 화소 영역에 형성되어 있는 제1 화소 전극,
    상기 화소 영역에 형성되어 있으며 상기 제1 화소 전극과 용량성 결합되어 있는 제2 화소 전극,
    상기 제1 신호선, 상기 제2 신호선 및 상기 제1 화소 전극과 연결되어 있는 박막 트랜지스터, 그리고
    상기 제1 화소 전극과 상기 제2 화소 전극의 경계 부분에 위치하는 유지 전극
    을 포함하는 박막 트랜지스터 표시판.
  9. 제8항에서,
    상기 제2 신호선은 상기 제1 신호선에 대해 소정 각도 기울어진 직선 부분을 포함하는 박막 트랜지스터 표시판.
  10. 제8항에서,
    상기 제2 신호선은 서로 다른 각도로 기울어진 2 이상의 직선 부분을 포함하는 박막 트랜지스터 표시판.
  11. 절연 기판,
    상기 절연 기판 위에 형성되어 있으며 제1 방향으로 뻗어 있는 제1 신호선,
    상기 절연 기판 위에 형성되어 있으며 상기 제1 신호선과 교차하는 제2 신호선,
    상기 제1 신호선과 상기 제2 신호선이 교차하여 정의하는 화소 영역에 형성되어 있는 제1 화소 전극,
    상기 화소 영역에 형성되어 있으며 상기 제1 화소 전극과 용량성 결합되어 있는 제2 화소 전극,
    상기 제1 신호선, 상기 제2 신호선 및 상기 제1 화소 전극과 연결되어 있는 박막 트랜지스터, 그리고
    상기 제1 화소 전극 및 제2 화소 전극의 경계 부분에 위치하는 유지 전극
    을 포함하며,
    상기 제1 화소 전극 및 상기 박막 트랜지스터 사이에 제2 화소 전극이 위치하는
    액정 표시 장치.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR101358828B1 (ko) * 2006-05-30 2014-02-10 삼성디스플레이 주식회사 액정 표시 장치
KR101402913B1 (ko) * 2007-07-04 2014-06-03 삼성디스플레이 주식회사 박막 트랜지스터 표시판 및 이를 포함하는 표시 장치

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KR101358828B1 (ko) * 2006-05-30 2014-02-10 삼성디스플레이 주식회사 액정 표시 장치
KR101402913B1 (ko) * 2007-07-04 2014-06-03 삼성디스플레이 주식회사 박막 트랜지스터 표시판 및 이를 포함하는 표시 장치

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