KR20060077734A - 박막 트랜지스터 표시판 및 이를 이용한 액정 표시 장치 - Google Patents

박막 트랜지스터 표시판 및 이를 이용한 액정 표시 장치 Download PDF

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KR20060077734A
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장영주
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Abstract

저해상도 영역과 고해상도 영역을 포함하고, 상기 저해상도 영역의 화소의 면적은 상기 고해상도 영역의 화소의 면적에 비하여 넓고, 상기 저해상도 영역의 적어도 일부는 한 가지 색만을 표시하는 액정 표시 장치를 마련한다.
액정표시장치, 저해상도영역, 고해상도영역, 개구율, 선택반사

Description

박막 트랜지스터 표시판 및 이를 이용한 액정 표시 장치{THIN FILM TRANSISTOR ARRAY PANEL AND LIQUID CRYSTAL DISPLAY USING THE SAME}
도 1은 본 발명의 한 실시예에 따른 액정 표시 장치의 분해 사시도이다.
도 2는 본 발명의 한 실시예에 따른 액정 표시 장치의 배치도이다.
도 3은 본 발명의 한 실시예에 따른 액정 표시 장치의 저해상도 영역과 고해상도 영역의 화소 면적을 비교하는 도면이다.
도 4는 본 발명의 한 실시예에 따른 액정 표시 장치의 액정 표시 패널에서 개별 화소의 배치를 보여주는 도면이다.
도 5는 도 4의　V-V'선에 대한 단면도이다.
도 6은 본 발명의 한 실시예에 따른 액정 표시 장치의 배치도로서 구동 회로의 배치 상태를 나타낸다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 액정 표시 장치의 배치도로서 구동 회로의 배치 상태를 나타낸다.
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 액정 표시 장치의 액정 표시 패널에서 개별 화소의 배치를 보여주는 도면이다.
도 9는 도 8의　IX-IX'선에 대한 단면도이다.
도 10은 본 발명의 다른 실시예에 따른 액정 표시 장치의 액정 표시 패널의 배치도이다.
도 11은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 액정 표시 장치의 액정 표시 패널의 배치도이다.
도 12는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 액정 표시 장치의 액정 표시 패널의 배치도이다.
본 발명은 액정 표시 장치 및 액정 표시 장치용 박막 트랜지스터 표시판에 관한 것이다.
일반적인 액정 표시 장치는 전계 생성 전극이 구비된 두 표시판과 그 사이에 들어 있는 유전율 이방성(dielectric anisotropy)을 갖는 액정층을 포함한다. 전계 생성 전극에 전압을 인가하여 액정층에 전기장을 생성하고, 이 전기장의 세기를 조절함으로써 액정층을 통과하는 빛의 투과율을 조절하여 원하는 화상을 얻는다.
이때의 빛은 별도로 구비된 인공 광원이 제공하는 것일 수도 있고 자연광일 수도 있다.
액정 표시 장치용 인공 광원, 즉 백라이트(back light) 장치는 광원으로서 CCFL(cold cathode fluorescent lamp)나 EEFL(external electrode fluorescent) 등과 같은 여러 개의 형광 램프(fluorescent lamp)를 사용하거나 복수개의 발광 다이오드를 사용한다.
그런데 백라이트가 소비하는 전력은 액정 표시 장치의 전체 소비 전력의 상당 부분을 차지한다. 따라서 액정 표시 장치의 소비 전력을 낮추기 위해서는 백라이트의 전력 효율을 높이거나 그 사용 시간을 줄이는 방안이 가장 유력하다.
한편 휴대폰 등 모바일 기기의 경우 전원으로 전지를 사용하므로 전원의 공급량에 한계가 있다. 따라서 모바일 기기에 사용되는 액정 표시 장치의 전력 소모를 줄여 모바일 기기의 사용 시간을 연장하기 위한 방안이 다각도로 연구되고 있다.
본 발명의 기술적 과제는 액정 표시 장치의 소비 전력을 감소시키는 것이다.
본 발명의 또 다른 기술적 과제는 백라이트의 온오프 여부에 관계없이 상시 표시할 수 있는 영역을 가지는 액정 표시 장치를 마련하는 것이다.
이러한 기술적 과제를 이루기 위하여 저해상도 영역과 고해상도 영역을 포함하고, 상기 저해상도 영역의 화소의 면적은 상기 고해상도 영역의 화소의 면적에 비하여 넓고, 상기 저해상도 영역의 적어도 일부는 한 가지 색만을 표시하는 액정 표시 장치를 마련한다.
이 때, 상기 저해상도 영역의 화소는 상기 고해상도 영역의 화소 3개와 동일한 면적을 가지는 것이 바람직하고, 상기 저해상도 영역의 화소 배열은 상기 고해상도 영역에서 하나의 점(dot)을 표현하는 적색, 청색 및 녹색 화소를 묶어 이루어진 화소 그룹의 배열과 동일할 수 있으며, 상기 고해상도 영역의 녹색 화소에 화상 신호를 공급하는 데이터선이 연장되어 상기 저해상도 영역의 각 화소에 화상 신호를 공급할 수 있다.
또, 상기 저해상도 영역은 흑백 표시를 할 수도 있고, 상기 저해상도 영역은 한 가지 색만을 표시하는 복수의 단색 영역을 포함하고 상기 단색 영역 별로 표시하는 색이 다를 수도 있다. 상기 단색 영역 중 적어도 하나는 두 가지 색필터를 함께 가지는 화소로 이루어져 있을 수도 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.
먼저 본 발명의 실시예에 따른 표시 장치용 광원에 대하여 첨부한 도면을 참고로 하여 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 한 실시예에 따른 액정 표시 장치의 분해 사시도이다.
도 1에 나타낸 바와 같이, 본 발명에 따른 액정 표시 장치는 광을 이용하여 영상을 표시하는 액정 표시 패널 어셈블리(330), 광을 발생하는 백라이트 어셈블리 (340), 액정 표시 패널 어셈블리(330)와 백라이트 어셈블리(340) 사이에 배치되어 있는 선택 반사 필름(347), 액정 표시 패널 어셈블리(330), 선택 반사 필름(347) 및 백라이트 어셈블리(340)를 수납하는 몰드 프레임(364) 및 이들을 감싸 고정하는 상부 및 하부 새시(361, 362)를 포함한다.
액정 표시 패널 어셈블리(330)는 영상을 표시하는 액정 표시 패널(300), 구동칩(510) 및 연성 회로 기판(550)을 포함한다.
액정 표시 패널(300)은 다시 박막 트랜지스터 표시판(Thin Film Transistor : 이하 TFT 표시판)(100), TFT 표시판(100)과 서로 대향하여 결합하는 색필터 표시판(200) 및 TFT 표시판(100)과 색필터 표시판(200)의 사이에 주입된 액정층(미도시)을 포함한다.
TFT 표시판(100)은 다수의 화소(미도시)가 매트릭스 형태로 구비된다. 각각의 화소는 제1 방향으로 연장된 게이트선(미도시), 제1 방향과 직교하는 제2 방향으로 연장되어 게이트선과 절연되어 교차하는 데이터선(미도시)에 의해 정의되며, 화소 전극을 구비한다. 또한, 각 화소에는 게이트선, 데이터선 및 화소 전극에 연결되어 있는 박막 트랜지스터(Thin Film Transistor; 이하, TFT)(미도시)가 형성되어 있다.
색필터 표시판(200)에는 백색광을 이용하여 소정의 색을 발현하는 적색, 녹색 및 청색 색필터(미도시)가 박막공정에 의해 형성되어 있으며, 화소 전극과 마주보는 공통 전극이 형성되어 있다.
액정층은 화소 전극 및 공통 전극에 인가되는 전압에 의해 배열됨으로써, 백 라이트 어셈블리(340)로부터 제공되는 광의 편광 상태를 변화시킨다.
TFT 표시판(100)의 제1 단부에는 데이터선 및 게이트선에 구동신호를 인가하기 위한 구동칩(510)이 실장된다. 상기 구동칩(510)은 데이터선용 칩과 게이트선용 칩으로 분리된 두 개 이상의 칩으로 구성되거나, 이들을 통합한 하나의 칩으로 구성될 수 있다. 구동칩(510)은 COG(Chip On Glass) 공정에 의하여 상기 TFT 표시판(100) 상에 실장된다.
TFT 표시판(100)의 제1 단부에는 구동칩(510)을 제어하기 위한 제어신호를 인가하는 연성 회로 기판(550)이 부착된다. 연성 회로 기판(550)에는 구동 신호의 타이밍을 조절하기 위한 타이밍 컨트롤러나 데이터 신호를 저장하기 위한 메모리 등이 실장되어 있다. 상기 연성 회로 기판(550)은 이방성 도전필름을 매개로 상기 TFT 표시판(100)과 전기적으로 연결된다.
액정 표시 패널 어셈블리(330)의 아래에는 액정 표시 패널(300)로 균일한 광을 제공하기 위한 백라이트 어셈블리(340)가 구비된다.
백라이트 어셈블리(340)는 광을 발생하는 광원(344), 광의 경로를 가이드하기 위한 도광판(342), 도광판(342)으로부터 출사된 광의 휘도를 균일하게 하는 광학 시트들(343), 도광판(342)으로부터 누설된 광을 반사하기 위한 반사판(341)을 포함한다.
광원(344)은 도광판(342)의 일측에 위치하고, 광을 도광판(342)으로 제공한다. 광원(344)으로는 CCFL, EEFL 등의 선형 등을 사용하거나 전력 소비가 적은 발광 다이오드(Light Emitting Diode)를 사용한다. 광원(344)의 일측에는 광원(344) 을 제어하기 위한 연성 회로기판(미도시)이 부착되어 있다. 본 실시예에서는 광원(344)이 도광판(342)의 일측에 배치되어 있으나 필요에 따라서 도광판(342)의 양측에 배치하거나 도광판(342)의 아래에 복수로 배치할 수 있고, 후자의 경우에는 도광판(342)을 생략할 수도 있다.
도광판(342)은 화상이 표시되는 액정 표시 패널(300)의 표시 영역으로 광을 가이드하기 위한 도광 패턴(미도시)을 가진다.
도광판(342)과 액정 표시 패널(300)의 사이에는 광학 시트들(343)이 개재된다. 광학 시트들(343)은 도광판(342)으로부터 제공된 광의 휘도를 균일하게 하여 액정 표시 패널(300)로 제공한다.
한편, 액정 표시 패널 어셈블리(330)와 백라이트 어셈블리(340)의 사이에는 백라이트 광원(344)을 끈 상태에서 외부 광을 반사하여 화상 표시하도록 하기 위한 선택 반사 필름(347)이 배치되어 있다. 선택 반사 필름(347)은 광을 일부는 반사하고 일부는 투과시킨다. 따라서 백라이트 광원(344)이 켜져 있을 때는 백라이트 광이 선택 반사 필름(347)을 투과하여 액정 표시 패널(300)로 입사하여 표시에 사용되고, 백라이트 광원(344)이 꺼져 있을 때는 액정 표시 패널(300)을 통하여 입사한 외부의 광이 선택 반사 필름(347)에서 반사하여 다시 액정 표시 패널(33)로 입사하여 표시에 사용된다.
도광판(342)의 아래에는 반사판(341)이 구비된다. 반사판(341)은 도광판(342)으로부터 누설된 광을 다시 도광판(342)으로 반사하여 광의 이용 효율을 향상시킨다.
몰드 프레임(252)은 반사판(341), 도광판(342), 광학 시트들(343) 및 액정 표시 패널(300)을 순차적으로 수납한다. 몰드 프레임(252)은 개구된 바닥면(251) 및 상기 바닥면(251)으로부터 연장된 측벽(252)을 포함하고, 합성수지 재질로 이루어진다.
연성 회로 기판(550)은 몰드 프레임(364)의 외측벽(252)을 따라 절곡된다. 몰드 프레임(364)의 측벽(252)에는 하부 새시(362)와 결합하기 위한 다수의 제1 결합 돌기(51)가 형성되어 있다.
몰드 프레임(364)은 금속 재질로 이루어진 하부 새시(362)에 수납된다. 하부 새시(362)는 바닥판(261) 및 바닥판(261)의 에지로부터 수납 공간을 형성하도록 연장된 측판(262)을 구비한다. 측판(262)에는 다수의 제1 결합돌기(51)에 대응하는 다수의 결합 홈(61)이 형성되어 있다.
몰드 프레임(364)과 하부 새시(362)는 결합 시, 하부 새시(362)의 측판(262)이 부분적으로 몰드 프레임(364)의 측벽(252)의 외측에 위치한다. 다수의 제1 결합돌기(51)는 다수의 결합 홈(61)에 삽입되어 몰드 프레임(364)과 하부 새시(362)를 결합한다. 이때, 몰드 프레임(364)은 액정 표시 장치의 전체 크기를 줄이기 위해 하부 새시(362)의 측판(262)과 접하는 부분이 부분적으로 하부 새시(362)의 측판(262)의 두께만큼 패여 있다.
한편, 액정 표시 패널(300)의 상부에는 상부 새시(361)가 구비되어 있다. 상부 새시(361)는 액정 표시 패널(300)을 영상이 표시되는 유효 표시 영역이 개구되도록 덮으면서 하부 새시(362)와 결합한다. 상부 새시(361)는 액정 표시 패널(300) 의 위치를 가이드하고, 액정 표시 패널(300)을 몰드 프레임(364) 안에 고정한다.
그러면, 본 발명의 일 실시예에 따른 액정 표시 장치의 액정 표시 패널(300)에 대하여 도 2 내지 도 3을 참고로 하여 상세히 설명한다.
도 2는 본 발명의 한 실시예에 따른 액정 표시 장치의 배치도이고, 도 3은 본 발명의 한 실시예에 따른 액정 표시 장치의 저해상도 영역과 고해상도 영역의 화소 면적을 비교하는 도면이다.
먼저 도 2를 보면, 액정 표시 패널(300)의 하부에 구동 칩(510)이 실장되어 있고, 액정 표시 패널(300)의 표시 영역은 저해상도 영역과 고해상도 영역으로 구분되어 있다.
저해상도 영역은 화소의 크기가 저해상도 영역의 화소 크기에 비하여 4배가 되도록 형성되어 있다. 이러한 저해상도 영역은 휴대폰 등에서 시간 표시, 안테나 감도 표시, 전지의 소모 정도 등 정형화된 표시를 하는 부분으로 해상도가 낮아도 표시에 지장이 적은 보조 표시부로 이용된다.
고해상도 영역은 정형화되지 않은 다양한 화상을 표시하는 영역으로 보다 세밀한 표시가 요구되는 화상을 표시하는 주 표시부로 이용된다.
도 3에 나타낸 바와 같이, 저해상도 영역의 화소는 고해상도 영역의 화소에 비하여 자치하는 면적이 4배이나 게이트선(121) 및 데이터선(171) 등의 배선이나 박막 트랜지스터(TFT)의 크기는 저해상도 영역과 고해상도 영역에서 동일하여 저해상도 영역의 개구율이 고해상도 영역에 비하여 월등히 높다. 예를 들어, 128 X 160의 1.8인치 액정 표시 패널의 경우 개구율이 53%이나 화소 면적을 4배로 할 경 우 개구율이 76%로 증가한다. 즉, 고해상도 영역 대비 저해상도 영역의 개구율 증가률이 43%에 이른다. 이와 같이, 개구율이 증가하면 백라이트의 광원(도 1의 344)을 끈 상태에서 선택 반사 필름(347)의 광반사를 이용하여 표시를 함에 있어서 광 이용 효율이 증가하여 표시 품질이 향상된다.
즉, 종래의 액정 표시 장치에서는 선택 반사 필름(347)을 적용한 경우라도 광의 이용 효율이 낮아서 백라이트 광원(344)을 꺼놓은 상태에서는 화상이 명확하게 표시되지 못했다. 그러나 본 발명과 같이 상시 표시를 해야 하는 부분의 화소 크기를 크게 형성하는 경우에는 전력 소모를 감소시키기 위하여 백라이트 광원(344)을 꺼놓은 상태에서도 선택 반사 필름(347)을 이용하여 필요한 표시를 할 수 있다.
예를 들어, 휴대폰에 적용하는 액정 표시 장치의 경우 전력 소모를 줄이기 위하여 백라이트는 휴대폰을 사용하는 경우에만 켜지도록 설정된다. 그러나 시간 표시나 전지의 소모 정도 등은 수시로 확인해야 하므로 상시 표시하는 것이 바람직하다. 따라서 액정 표시 패널에 저해상도 영역과 고해상도 영역을 형성해 두고 상시 표시해야 하는 정보는 저해상도 영역이 표시하도록 하고 휴대폰의 사용에 필요한 정보는 고해상도 영역이 표시하도록 하면 소비 전력 절감 효과와 필요한 정보의 상시 표시라는 효과를 동시에 얻을 수 있다.
본 발명의 실시예에서는 저해상도 영역의 화소 면적을 고해상도 영역의 2 X 2 행렬에 속하는 화소 4개를 합한 면적으로 제시하고 있으나 저해상도 영역의 화소 면적은 필요에 따라 증감될 수 있다.
그러면 액정 표시 패널(도 1에서 300)의 구조에 대하여 좀 더 구체적으로 살펴본다. 저해상도 영역의 화소와 고해상도 영역의 화소는 차지하는 면적을 제외하고는 동일한 구조를 가지므로 구별하지 않고 설명한다.
도 4는 본 발명의 한 실시예에 따른 액정 표시 장치의 액정 표시 패널에서 개별 화소의 배치를 보여주는 도면이다. 도 5는 도 4의　V-V'선에 대한 단면도이다.
먼저 박막 트랜지스터 표시판(100)에 대하여 설명한다.
절연 기판(110) 위에 게이트 신호를 전달하며, 주로 가로 방향으로 뻗어 있는 복수의 게이트선(121)이 형성되어 있다.
각 게이트선(121)의 일부는 복수의 게이트 전극(124)을 이룬다. 또한 각 게이트선(121)은 외부 장치와의 접속을 위하여 폭이 확장되어 있는 확장부(125)를 포함한다. 게이트선(121)의 대부분은 표시 영역에 위치하지만, 게이트선(121)의 확장부(125)는 주변 영역에 위치한다. 여기서, 게이트 구동 회로를 TFT 표시판(도 1에서 100)에 직접 형성하는 경우에는 게이트선(121)의 확장부는 생략할 수도 있다.
게이트선(121)은 물리적 성질이 다른 두 개의 막, 즉 하부막(121p)과 그 위의 상부막(121q)을 포함한다. 상부막(121q)은 게이트 신호의 지연이나 전압 강하를 줄일 수 있도록 낮은 비저항의 금속, 예를 들면 알루미늄(Al)이나 알루미늄 합금 등 알루미늄 계열의 금속으로 이루어진다. 이와는 달리, 하부막(121p)은 다른 물질, 특히 ITO(indium tin oxide) 및 IZO(indium zinc oxide)와의 물리적, 화학적, 전기적 접촉 특성이 우수한 물질, 이를테면 몰리브덴(Mo), 몰리브덴 합금[보기: 몰 리브덴-텅스텐(MoW) 합금], 크롬(Cr), 탄탈륨(Ta), 티타늄(Ti) 등으로 이루어진다. 하부막(121p)과 상부막(121q)의 조합의 예로는 크롬/알루미늄-네오디뮴(Nd) 합금을 들 수 있다. 도 5에서 게이트 전극 (124)의 하부막과 상부막은 각각 도면 부호 124p, 124q로 표시되어 있다. 그리고 게이트선(121)의 확장부(125)도 상부막(125q)과 하부막(125p)을 포함한다.
또한 하부막(121p)과 상부막(121q)의 측면은 각각 경사져 있으며 그 경사각은 기판(110)의 표면에 대하여 약 30-80도를 이룬다.
게이트선(121) 위에는 질화규소(SiNx) 따위로 이루어진 게이트 절연막(140)이 형성되어 있다.
게이트 절연막(140) 상부에는 수소화 비정질 규소(hydrogenated amorphous silicon)(비정질 규소는 약칭 a-Si로 씀) 등으로 이루어진 복수의 반도체(150)가 형성되어 있다. 반도체(150)는 주로 게이트 전극(124)위에 형성되어 있으며, 반도체(150)는 게이트 전극(124) 보다 넓은 면적을 덮고 있다.
반도체(150)의 상부에는 실리사이드(silicide) 또는 n형 불순물이 고농도로 도핑되어 있는 n+ 수소화 비정질 규소 따위의 물질로 만들어진 복수의 섬형 저항성 접촉 부재(163, 165)가형성되어 있다. 섬형 저항성 접촉 부재는 둘로 나뉘어져 있으며, 서로 쌍을 이루어 반도체 위에 위치한다.
반도체(150)와 저항성 접촉 부재(163, 165)의 측면 역시 경사져 있으며 경사각은 30-80도를 이룬다.
저항성 접촉 부재(163, 165) 및 게이트 절연막(140) 위에는 각각 복수의 데 이터선(171)과 복수의 드레인 전극 (175)이 형성되어 있다.
데이터선(171)은 주로 세로 방향으로 뻗어 게이트선(121)과 교차하며 데이터 전압을 전달한다. 각 데이터선(171)은 외부 장치와의 접속을 위하여 폭이 확장되어 있는 확장부(179)를 포함한다. 데이터선(171)의 대부분은 표시 영역에 위치하지만, 데이터선(171)의 확장부(179)는 주변 영역에 위치한다.
각 데이터선(171)에서 드레인 전극(175)을 향하여 뻗은 복수의 가지가 소스 전극(173)을 이룬다. 한 쌍의 소스 전극(173)과 드레인 전극(175)은 서로 분리되어 있으며 게이트 전극(124)에 대하여 서로 반대쪽에 위치한다. 게이트 전극(124), 소스 전극(173) 및 드레인 전극 (175)은 반도체(150)와 함께 박막 트랜지스터(thin film transistor, TFT)를 이루며, 박막 트랜지스터의 채널은 소스 전극(173)과 드레인 전극(175)사이의 반도체(150)에 형성된다.
데이터선(171)과 드레인 전극(175) 또한 몰리브덴(Mo), 몰리브덴 합금, 크롬(Cr) 따위의 하부막(171p, 175p)과 그 위에 위치한 알루미늄 계열 또는 은 계열 금속인 상부막(71q, 175q)으로 이루어진다. 그리고 데이터선(171)의 확장부(179)도 상부막(179q)과 하부막(179p)을 포함한다.
데이터선(171) 및 드레인 전극(175)의 하부막(171p, 175p)과 상부막(171q, 175q)도 게이트선(121)과 마찬가지로 그 측면이 약 30-80도의 각도로 각각 경사져 있다.
저항성 접촉 부재(161, 165)는 그 하부의 반도체(150)와 그 상부의 데이터선(171) 및 드레인 전극(175) 사이에만 존재하며 접촉 저항을 낮추어 주는 역할을 한 다.
데이터선(171), 드레인 전극(175) 및 노출된 반도체(150) 부분의 위에는 평탄화 특성이 우수하며 감광성(photosensitivity)을 가지는 유기 물질, 플라스마 화학 기상 증착으로 형성되는 a-Si:C:O, a-Si:O:F 등 유전 상수 4.0 이하의 저유전율 절연 물질, 또는 무기 물질인 질화규소 따위로 이루어진 보호막(180)이 형성되어 있다.
보호막(180)에는 드레인 전극(175) 및 데이터선(171)의 확장부(179)를 각각 드러내는 복수의 접촉 구멍(185, 189)이 형성되어 있으며, 게이트선(121)의 확장부(125)를 드러내는 복수의 접촉 구멍(182)이 게이트 절연막(140)과 보호막(180)을 관통하여 형성되어 있다.
보호막(180) 위에는 ITO(indium tin oxide) 또는 IZO(indium zinc oxide) 등의 투명한 도전 물질로 이루어진 복수의 화소 전극(190)과 복수의 접촉 보조 부재(906, 908)가 형성되어 있다.
화소 전극(190)은 접촉 구멍(185)을 통하여 드레인 전극(175)과 물리적, 전기적으로 연결되어 드레인 전극(175)으로부터 데이터 전압을 인가 받는다.
화소 전극(190)은 또한 이웃하는 게이트선(121) 및 데이터선(171)과 중첩되어 개구율을 높이고 있으나, 중첩되지 않을 수도 있다.
접촉 보조 부재(906, 908)는 접촉 구멍(182, 189)을 통하여 게이트선의 확장부(125) 및 데이터선의 확장부(179)와 각각 연결된다. 접촉 보조 부재(906, 908)는 게이트선(121) 및 데이터선(171)의 각 확장부(125, 179)와 외부 장치와의 접착성을 보완하고 이들을 보호하는 역할을 하는 것으로 필수적인 것은 아니며, 이들의 적용여부는 선택적이다
다음 색필터 표시판(200)에 대하여 설명한다.
절연 기판(210) 위에 블랙 매트릭스(220)가 형성되어 있고 블랙 매트릭스(220) 위에 색필터(230)가 형성되어 있다. 색필터(230)는 블랙 매트릭스(220)가 구획하는 각 화소 영역마다 형성되어 있고, 적색, 녹색, 및 청색의 3원색 색필터를 포함하는 것이 보통이다. 때에 따라서는 색필터(230)를 형성하지 않은 영역을 두거나 또는 투명한 수지로 이루어진 백색 색필터를 포함할 수도 있다.
색필터(230) 위에는 ITO 또는 IZO 등의 투명한 도전 물질로 이루어진 공통 전극(270)이 형성되어 있다.
박막 트랜지스터 표시판(100)과 색필터 표시판(200)의 사이에는 액정층(3)이 형성되어 있다. 액정층(3)은 비틀림 배향된 액정을 포함한다.
본 실시예에서는 액정층(3)의 액정들이 비틀림 배향되어 있는 것으로 예시하고 있으나 액정들이 두 표시판(100, 200)에 대하여 수직으로 배향되거나 두 표시판(100, 200)에 대하여 평행을 이루면서 액정 분자 상호간에도 평행한 배향을 할 수도 있다.
박막 트랜지스터 표시판(100)과 색필터 표시판(200)의 바깥쪽 면에는 하부 편광판(12) 및 상부 편광판(22)이 각각 배치되어 있다.
이러한 액정 표시 패널에서 데이터선(171)을 통하여 화상 신호 전압이 인가된 화소 전극(190)은 공통 전압을 인가 받는 색필터 표시판(200)의 공통 전극(270) 과 함께 전기장을 생성함으로써 두 전극 사이의 액정층(3)의 액정 분자들을 재배열시킨다.
또한 화소 전극(190)과 공통 전극(270)은 축전기[이하 "액정 축전기"라 함]를 이루어 박막 트랜지스터가 턴 오프된 후에도 인가된 전압을 유지하는데, 액정 축전기의 전압 유지 능력을 강화하기 위해서 액정 축전기와 병렬로 연결된 유지 축전기를 두는 경우도 있다. 이러한 유지 축전기를 형성하기 위하여 게이트선(121)과 같은 층으로 유지 전극선(도시하지 않음)을 형성할 수도 있다.
본 발명에서는 액정 표시 패널(300)의 표시 영역을 고해상도 영역과 저해상도 영역으로 구분하여 형성한다. 이들 두 영역의 구동 방법에 대하여 살펴본다.
도 6은 본 발명의 한 실시예에 따른 액정 표시 장치의 배치도로서 구동 회로의 배치 상태를 나타내고, 도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 액정 표시 장치의 배치도로서 구동 회로의 배치 상태를 나타낸다.
먼저, 도 6을 보면, 액정 표시 패널(300) 위에 데이터 구동칩(510)이 실장되어 있고, 저해상도 영역의 왼쪽에 저해상도 영역 구동용 게이트 구동 회로(411)가 형성되어 있으며, 고해상도 영역의 오른쪽에 고해상도 영역 구동용 게이트 구동 회로(412)가 형성되어 있다. 여기서 게이트 구동 회로(411, 412)는 칩의 형태로 실장하거나 박막 트랜지스터 표시판(100) 위에 직접 형성할 수도 있다.
액정 표시 패널(300)의 박막 트랜지스터 표시판(100)에는 저해상도 영역 게이트선(121a)과 고해상도 영역 게이트선(121b)이 형성되어 있고, 저해상도 영역 게이트선(121a) 및 고해상도 영역 게이트선(121b) 모두와 절연되어 교차하는 짝수 데 이터선(171a)과 고해상도 영역 게이트선(121b)과만 절연되어 교차하는 홀수 데이터선(171b)이 형성되어 있다. 여기서 저해상도 영역 게이트선(121a) 사이의 간격은 고해상도 영역 게이트선(121b) 사이의 간격의 2배이다.
이러한 구조의 액정 표시 장치에서 저해상도 영역에만 화상을 표시하고자 하는 경우에는 저해상도 구동용 게이트 구동 회로(411)에만 동작 신호를 공급하고, 고해상도 구동용 게이트 구동 회로(412)에는 동작 신호를 공급하지 않을 수 있다. 이 때, 데이터선(171)은 저해상도 영역까지 연장되어 있는 짝수 번째 데이터선(171a)에만 필요한 화상 신호를 공급하면 된다.
다음, 도 7을 보면, 저해상도 영역과 고해상도 영역의 왼쪽에 이들 두 영역 모두에 걸쳐있는 게이트 구동 회로(410)가 형성되어 있다. 여기서 게이트 구동 회로(411, 412)는 칩의 형태로 실장하거나 박막 트랜지스터 표시판(100) 위에 직접 형성할 수도 있다.
이러한 구조의 액정 표시 장치에서 저해상도 영역에만 화상을 표시하고자 하는 경우에는 고해상도 영역에는 오프(off) 신호만을 지속적으로 인가하도록 하고 저해상도 영역에는 정상적인 게이트 온-오프(on-off) 신호를 인가한다. 데이터선(171)은 저해상도 영역까지 연장되어 있는 짝수 번째 데이터선(171a)에만 필요한 화상 신호를 공급한다.
위에서는 저해상도 영역에만 화상을 표시하는 경우 고해상도 영역에는 신호를 공급하지 않거나 오프 신호만을 인가하는 것을 예시하였으나 저해상도 영역에만 화상을 표시하는 경우에 고해상도 영역에도 정상적인 구동 신호를 공급할 수도 있 다.
본 발명은 반투과형 액정 표시 장치에도 적용할 수 있다.
본 발명을 적용한 반투과형 액정 표시 장치의 경우, 도 1에서 선택 반사 필름(347)을 제거한 형태의 구성을 가진다.
액정 표시 패널(300)이 저해상도 영역과 고해상도 영역을 가지며, 저해상도 영역에 속한 화소의 면적이 고해상도 영역에 속한 화소의 면적보다 넓은 것은 도 2 및 도 3에 도시한 바와 같다.
본 발명을 적용한 반투과형 액정 표시 장치의 구조에 대하여 도 8과 도 9를 참조로 하여 구체적으로 설명한다.
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 액정 표시 장치의 액정 표시 패널에서 개별 화소의 배치를 보여주는 도면이고, 도 9는 도 8의　IX-IX'선에 대한 단면도이다.
먼저 박막 트랜지스터 표시판(100)에 대하여 설명한다.
절연 기판(110) 위에 게이트 신호를 전달하며, 주로 가로 방향으로 뻗어 있는 복수의 게이트선(121)이 형성되어 있다.
각 게이트선(121)의 일부는 복수의 게이트 전극(124)을 이룬다. 또한 각 게이트선(121)은 외부 장치와의 접속을 위하여 폭이 확장되어 있는 확장부(125)를 포함한다. 게이트선(121)의 대부분은 표시 영역에 위치하지만, 게이트선(121)의 확장부(125)는 주변 영역에 위치한다. 여기서, 게이트 구동 회로를 TFT 표시판(도 1에서 100)에 직접 형성하는 경우에는 게이트선(121)의 확장부는 생략할 수도 있다.
게이트선(121)은 물리적 성질이 다른 두 개의 막, 즉 하부막(121p)과 그 위의 상부막(121q)을 포함한다. 상부막(121q)은 게이트 신호의 지연이나 전압 강하를 줄일 수 있도록 낮은 비저항의 금속, 예를 들면 알루미늄(Al)이나 알루미늄 합금 등 알루미늄 계열의 금속으로 이루어진다. 이와는 달리, 하부막(121p)은 다른 물질, 특히 ITO(indium tin oxide) 및 IZO(indium zinc oxide)와의 물리적, 화학적, 전기적 접촉 특성이 우수한 물질, 이를테면 몰리브덴(Mo), 몰리브덴 합금[보기: 몰리브덴-텅스텐(MoW) 합금], 크롬(Cr), 탄탈륨(Ta), 티타늄(Ti) 등으로 이루어진다. 하부막(121p)과 상부막(121q)의 조합의 예로는 크롬/알루미늄-네오디뮴(Nd) 합금을 들 수 있다. 도 5에서 게이트 전극 (124)의 하부막과 상부막은 각각 도면 부호 124p, 124q로 표시되어 있다. 그리고 게이트선(121)의 확장부(125)도 상부막(125q)과 하부막(125p)을 포함한다.
또한 하부막(121p)과 상부막(121q)의 측면은 각각 경사져 있으며 그 경사각은 기판(110)의 표면에 대하여 약 30-80도를 이룬다.
게이트선(121) 위에는 질화규소(SiNx) 따위로 이루어진 게이트 절연막(140)이 형성되어 있다.
게이트 절연막(140) 상부에는 수소화 비정질 규소(hydrogenated amorphous silicon)(비정질 규소는 약칭 a-Si로 씀) 등으로 이루어진 복수의 반도체(150)가 형성되어 있다. 반도체(150)는 주로 게이트 전극(124)위에 형성되어 있으며, 반도체(150)는 게이트 전극(124) 보다 넓은 면적을 덮고 있다.
반도체(150)의 상부에는 실리사이드(silicide) 또는 n형 불순물이 고농도로 도핑되어 있는 n+ 수소화 비정질 규소 따위의 물질로 만들어진 복수의 섬형 저항성 접촉 부재(163, 165)가형성되어 있다. 섬형 저항성 접촉 부재는 둘로 나뉘어져 있으며, 서로 쌍을 이루어 반도체 위에 위치한다.
반도체(150)와 저항성 접촉 부재(163, 165)의 측면 역시 경사져 있으며 경사각은 30-80도를 이룬다.
저항성 접촉 부재(163, 165) 및 게이트 절연막(140) 위에는 각각 복수의 데이터선(171)과 복수의 드레인 전극 (175)이 형성되어 있다.
데이터선(171)은 주로 세로 방향으로 뻗어 게이트선(121)과 교차하며 데이터 전압을 전달한다. 각 데이터선(171)은 외부 장치와의 접속을 위하여 폭이 확장되어 있는 확장부(179)를 포함한다. 데이터선(171)의 대부분은 표시 영역에 위치하지만, 데이터선(171)의 확장부(179)는 주변 영역에 위치한다.
각 데이터선(171)에서 드레인 전극(175)을 향하여 뻗은 복수의 가지가 소스 전극(173)을 이룬다. 한 쌍의 소스 전극(173)과 드레인 전극(175)은 서로 분리되어 있으며 게이트 전극(124)에 대하여 서로 반대쪽에 위치한다. 게이트 전극(124), 소스 전극(173) 및 드레인 전극 (175)은 반도체(150)와 함께 박막 트랜지스터(thin film transistor, TFT)를 이루며, 박막 트랜지스터의 채널은 소스 전극(173)과 드레인 전극(175)사이의 반도체(150)에 형성된다.
데이터선(171)과 드레인 전극(175) 또한 몰리브덴(Mo), 몰리브덴 합금, 크롬(Cr) 따위의 하부막(171p, 175p)과 그 위에 위치한 알루미늄 계열 또는 은 계열 금속인 상부막(71q, 175q)으로 이루어진다. 그리고 데이터선(171)의 확장부(179)도 상부막(179q)과 하부막(179p)을 포함한다.
데이터선(171) 및 드레인 전극(175)의 하부막(171p, 175p)과 상부막(171q, 175q)도 게이트선(121)과 마찬가지로 그 측면이 약 30-80도의 각도로 각각 경사져 있다.
저항성 접촉 부재(161, 165)는 그 하부의 반도체(150)와 그 상부의 데이터선(171) 및 드레인 전극(175) 사이에만 존재하며 접촉 저항을 낮추어 주는 역할을 한다.
데이터선(171), 드레인 전극(175) 및 노출된 반도체(150) 부분의 위에는 평탄화 특성이 우수하며 감광성(photosensitivity)을 가지는 유기 물질, 플라스마 화학 기상 증착으로 형성되는 a-Si:C:O, a-Si:O:F 등 유전 상수 4.0 이하의 저유전율 절연 물질, 또는 무기 물질인 질화규소 따위로 이루어진 보호막(180)이 형성되어 있다.
보호막(180)에는 드레인 전극(175) 및 데이터선(171)의 확장부(179)를 각각 드러내는 복수의 접촉 구멍(185, 189)이 형성되어 있으며, 게이트선(121)의 확장부(125)를 드러내는 복수의 접촉 구멍(182)이 게이트 절연막(140)과 보호막(180)을 관통하여 형성되어 있다.
보호막(180) 위에는 ITO(indium tin oxide) 또는 IZO(indium zinc oxide) 등의 투명한 도전 물질로 이루어진 투과 전극(192)과 접촉 보조 부재(906, 908)가 형성되어 있다.
투과 전극(192) 위에는 은(Al) 등의 반사 특성이 좋은 도전체로 이루어진 반 사 전극(194)이 형성되어 있다. 반사 전극(194)은 빛이 투과할 수 있는 투과창(195)을 가진다.
투과 전극(192)과 반사 전극(194)이 모드에 따라서 화소 전극(190)으로 기능하며, 반사 전극(194)은 빛을 반사하는 역할도 겸한다.
투과 전극(192)은 접촉 구멍(185)을 통하여 드레인 전극(175)과 물리적, 전기적으로 연결되어 드레인 전극(175)으로부터 데이터 전압을 인가 받는다.
접촉 보조 부재(906, 908)는 접촉 구멍(182, 189)을 통하여 게이트선의 확장부(125) 및 데이터선의 확장부(179)와 각각 연결된다. 접촉 보조 부재(906, 908)는 게이트선(121) 및 데이터선(171)의 각 확장부(125, 179)와 외부 장치와의 접착성을 보완하고 이들을 보호하는 역할을 하는 것으로 필수적인 것은 아니며, 이들의 적용여부는 선택적이다
다음 색필터 표시판(200)에 대하여 설명한다.
절연 기판(210) 위에 블랙 매트릭스(220)가 형성되어 있고 블랙 매트릭스(220) 위에 색필터(230)가 형성되어 있다. 색필터(230)는 블랙 매트릭스(220)가 구획하는 각 화소 영역마다 형성되어 있고, 적색, 녹색, 및 청색의 3원색 색필터를 포함하는 것이 보통이다. 때에 따라서는 색필터(230)를 형성하지 않은 영역을 두거나 또는 투명한 수지로 이루어진 백색 색필터를 포함할 수도 있다.
색필터(230) 위에는 ITO 또는 IZO 등의 투명한 도전 물질로 이루어진 공통 전극(270)이 형성되어 있다.
박막 트랜지스터 표시판(100)과 색필터 표시판(200)의 사이에는 액정층(3)이 형성되어 있다. 액정층(3)은 비틀림 배향된 액정을 포함한다.
본 실시예에서는 액정층(3)의 액정들이 비틀림 배향되어 있는 것으로 예시하고 있으나 액정들이 두 표시판(100, 200)에 대하여 수직으로 배향되거나 두 표시판(100, 200)에 대하여 평행을 이루면서 액정 분자 상호간에도 평행한 배향을 할 수도 있다.
박막 트랜지스터 표시판(100)과 색필터 표시판(200)의 바깥쪽 면에는 하부 편광판(12) 및 상부 편광판(22)이 각각 배치되어 있다.
반투과형 액정 표시 장치는 외부 광이 강한 경우에는 외부 광을 반사하여 화상 표시에 사용하는 반사형 모드로 사용하고, 외부 광이 약한 경우에는 백라이트 광을 이용하여 화상을 표시하는 투과형 모드로 사용한다.
이러한 반투과형 액정 표시 장치에서 절전을 위하여 백라이트를 꺼놓은 경우 저해상도 영역을 반사형 모드로 구동함으로써 필요한 정보를 상시 표시할 수 있다.
저해상도 영역과 고해상도 영역을 가지는 반투과형 액정 표시 장치의 구동 회로 또는 구동칩의 배치도 도 6 및 도 7에 나타낸 바와 같으며 구동 방법도 앞서 설명한 내용과 동일하게 할 수 있다.
도 10은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 액정 표시 장치의 액정 표시 패널의 배치도이다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 액정 표시 장치는, 도 10에 나타낸 바와 같이, 고해상도 영역에는 적색, 녹색 및 청색 색필터(R, G, B)가 각 화소마다 형성되어 있어서 색표시를 할 수 있도록 되어 있고, 저해상도 영역에는 색필터가 없거나 또는 투명한 감광막 등으로 이루어진 백색 색필터(W)가 형성되어 있어서 흑백 표시를 할 수 있도록 되어 있다. 이 때, 저해상도 영역의 화소 하나는 고해상도 영역의 화소 3개를 합한 것과 같은 면적을 차지한다.
이와 같이, 고해상도 영역의 3개 화소의 면적과 같은 면적을 가지도록 저해상도 영역의 화소를 형성하고 색필터를 생략하거나 백색 색필터를 형성하면 화소의 개구율 증가와 함께 색필터에 의한 광흡수가 사라지므로 광 이용 효율이 크게 증가한다. 색필터가 없을 경우 색필터가 있는 경우에 비하여 3배 가까이 광 투과율이 증가하고 개구율도 증가하므로 저해상도 영역의 광 이용 효율은 고해상도 영역에 비하여 4배 이상이 된다.
저해상도 영역의 화소 배열은 고해상도 영역에서 하나의 점(dot)을 표현하는 적색, 청색 및 녹색 화소를 묶어 이루어진 화소 그룹의 배열과 같다. 따라서 고해상도 영역의 녹색 화소에 화상 신호를 공급하는 데이터선이 연장되어 저해상도 영역의 각 화소에 화상 신호를 공급한다.
이와 같이, 고해상도 영역의 녹색 화소와 연결되는 데이터선을 저해상도 영역의 화소와 연결할 경우 특별한 구동 방법의 변경이나 이미지 프로세싱을 거치지 않고도 저해상도 영역을 흑백으로 표시할 수 있다.
또한, 도 6과 같이 게이트 구동 회로를 고해상도 영역용과 저해상도 영역용으로 분리하여 사용하고, 저해상도 영역만을 구동할 경우 데이터 구동 회로는 정지 화상 모드(still mode)로 구동하도록 하면 90% 정도의 소비 전력 감소 효과를 얻을 수 있다.
도 11은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 액정 표시 장치의 액정 표시 패널의 배치도이다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따른 액정 표시 장치는, 도 11에 나타낸 바와 같이, 저해상도 영역이 두 부분으로 나뉘어 한 부분에는 적색 색필터(R)가 형성되어 있고 다른 한 부분에는 청색 색필터(B)가 형성되어 있다. 고해상도 영역에는 적색, 녹색 및 청색 색필터(R, G, B)가 각 화소마다 형성되어 있어서 색표시를 할 수 있도록 되어 있다. 이 때, 저해상도 영역의 화소 하나는 고해상도 영역의 화소 3개를 합한 것과 같은 면적을 차지한다.
이 때, 저해상도 영역에 형성되는 색필터는 적색, 녹색 및 청색 색필터(R, G, B) 중의 어느 하나가 저해상도 영역 전체에 형성될 수도 있고, 도 11에 나타낸 바와 같이 저해상도 영역을 몇 개의 부분으로 나누어 각 부분에 다른 색필터를 형성할 수도 있다.
이렇게 하면 저해상도 영역에 표시되는 화상이 색을 가지도록 할 수 있다. 예들 들어, 시간 표시는 청색으로 하고, 안테나 표시는 녹색으로 하며, 전지 충전량 표시는 빨간색으로 하는 등 저해상도 영역에 표시하려는 정보의 종류에 따라 색을 달리하여 표시할 수 있다.
도 12는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 액정 표시 장치의 액정 표시 패널의 배치도이다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따른 액정 표시 장치는, 도 11에 나타낸 바와 같이, 저해상도 영역이 두 부분으로 나뉘어 한 부분의 화소에는 적색 색필터(R)와 청색 색필터(B)가 반반씩 형성되어 있고 다른 한 부분의 화소에는 녹색 색필터(G)와 청색 색필터(B)가 반반씩 형성되어 있다. 고해상도 영역에는 적색, 녹색 및 청색 색필터(R, G, B)가 각 화소마다 형성되어 있어서 색표시를 할 수 있도록 되어 있다. 이 때, 저해상도 영역의 화소 하나는 고해상도 영역의 화소 3개를 합한 것과 같은 면적을 차지한다.
여기서 저해상도 영역을 3개 이상의 부분으로 나누어 각 부분이 서로 다른 색을 나타내도록 하거나 저해상도 영역 전체가 하나의 색만을 표시하도록 할 수도 있다. 또한, 도 11에서와 같이 단색 영역을 둘 수도 있다.
이렇게 하면, 저해상도 영역에 표시되는 화상이 3원색 이외의 색을 가지도록 할 수 있다. 도 12와 같이 색필터를 형성한 경우 왼쪽 저해상도 영역은 보라색(V)을 나타내고, 오른쪽 저해상도 영역은 하늘색(S)을 나타낸다.
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.
본 발명에 따르면 액정 표시 패널에 저해상도 영역과 고해상도 영역을 형성해 두고 상시 표시해야 하는 정보를 저해상도 영역이 표시하도록 함으로써 소비 전력 절감 효과와 필요한 정보의 상시 표시라는 효과를 동시에 얻을 수 있다.

Claims (7)

  1. 저해상도 영역과 고해상도 영역을 포함하고, 상기 저해상도 영역의 화소의 면적은 상기 고해상도 영역의 화소의 면적에 비하여 넓고, 상기 저해상도 영역의 적어도 일부는 한 가지 색만을 표시하는 액정 표시 장치.
  2. 제1항에서,
    상기 저해상도 영역의 화소는 상기 고해상도 영역의 화소 3개와 동일한 면적을 가지는 액정 표시 장치.
  3. 제2항에서,
    상기 저해상도 영역의 화소 배열은 상기 고해상도 영역에서 하나의 점(dot)을 표현하는 적색, 청색 및 녹색 화소를 묶어 이루어진 화소 그룹의 배열과 동일한 액정 표시 장치.
  4. 제3항에서,
    상기 고해상도 영역의 녹색 화소에 화상 신호를 공급하는 데이터선이 연장되어 상기 저해상도 영역의 각 화소에 화상 신호를 공급하는 액정 표시 장치.
  5. 제1항에서,
    상기 저해상도 영역은 흑백 표시를 하는 액정 표시 장치.
  6. 제1항에서,
    상기 저해상도 영역은 한 가지 색만을 표시하는 복수의 단색 영역을 포함하고 상기 단색 영역 별로 표시하는 색이 다른 액정 표시 장치.
  7. 제6항에서,
    상기 단색 영역 중 적어도 하나는 두 가지 색필터를 함께 가지는 화소로 이루어져 있는 액정 표시 장치.
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