KR20070017719A - 액정 표시 장치 - Google Patents

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KR20070017719A
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유두환
박인호
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삼성전자주식회사
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Abstract

본 발명의 액정 표시 장치에는 제1 및 제2 게이트선과 이들과 교차하는 데이터선이 형성되어 있으며, 화소 전극은 제1 내지 제4 전압을 가지는 제1 내지 제4 부화소 전극으로 분할되어 있다. 이때, 제1 및 제2 부화소 전극은 제1 및 제2 박막 트랜지스터를 통하여 제1 및 제2 게이트선과 데이터선에 연결되어 있으며, 제3 및 제4 부화소 전극은 제1 및 제2 부화소 전극과 연결되어 있는 결합 전극과 중첩되어 용량성으로 결합되어 있다.
시인성, 화소 분할, 투과율, 결합용량

Description

액정 표시 장치{LIQUID CRYSTAL DISPLAY INCLUDING THE SAME}
도 1a 내지 도 1c는 본 발명의 실시예에 따른 액정 표시 장치의 블록도이고,
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 액정 표시 장치의 한 화소에 대한 등가 회로도이고,
도 3은 본 발명의 한 실시예에 따른 액정 표시 장치의 한 부화소에 대한 등가 회로도이고,
도 4는 본 발명의 한 실시예에 따른 액정 표시 장치용 박막 트랜지스터 표시판의 배치도이고,
도 5는 본 발명의 한 실시예에 따른 공통 전극 표시판의 배치도이고,
도 6은 도 4 및 도 5의 두 표시판을 포함하는 액정 표시 장치의 배치도이고,
도 7 및 도 8은 각각 도 6의 액정 표시 장치를 VII-VII 선 및 VIII-VIII'-VIII＂ 선을 따라 잘라 도시한 단면도이다.
<도면부호의 설명>
12, 22: 편광판 11, 21: 배향막
81a, 81b, 82: 접촉 보조 부재 110, 210: 기판
121a, 121b, 129a, 129b: 게이트선 124a, 124b: 게이트 전극
131a, 131b: 유지 전극선 133a-133e: 유지 전극
140: 게이트 절연막 151, 154a, 154b: 반도체
161, 163a, 165a, 163b, 165b: 저항성 접촉 부재
171, 179: 데이터선 173a, 173b: 소스 전극
175a, 175b: 드레인 전극 180: 보호막
181a, 181b, 182, 185a, 185b: 접촉 구멍
191a, 191b, 191: 화소 전극 220: 차광 부재
230: 색필터 250: 덮개막
270: 공통 전극
본 발명은 액정 표시 장치에 관한 것이다.
액정 표시 장치는 현재 가장 널리 사용되고 있는 평판 표시 장치(flat panel display) 중 하나로서, 화소 전극과 공통 전극 등 전기장 생성 전극이 형성되어 있는 두 장의 표시판과 그 사이에 들어 있는 액정층을 포함한다. 액정 표시 장치는 전기장 생성 전극에 전압을 인가하여 액정층에 전기장을 생성하고 이를 통하여 액정층의 액정 분자들의 방향을 결정하고 입사광의 편광을 제어함으로써 영상을 표시한다.
그 중에서도 전계가 인가되지 않은 상태에서 액정 분자의 장축을 상하 표시판에 대하여 수직을 이루도록 배열한 수직 배향 모드 액정 표시 장치는 대비비가 크고 넓은 기준 시야각 구현이 용이하여 각광받고 있다. 여기에서 기준 시야각이란 대비비가 1:10인 시야각 또는 계조간 휘도 반전 한계 각도를 의미한다.
그러나, 수직 배향 방식의 액정 표시 장치는 전면 시인성에 비하여 측면 시인성이 떨어지는 문제점이 있다. 예를 들어, 절개부가 구비된 PVA(patterned vertically aligned) 방식 액정 표시 장치의 경우에는 측면으로 갈수록 영상이 밝아져서, 심한 경우에는 높은 계조 사이의 휘도 차이가 없어져 그림이 뭉그러져 보이는 경우도 발생한다.
이러한 문제점을 개선하기 위하여 하나의 화소 전극을 둘 이상의 부화소 전극으로 분할하고 부화소 전극을 용량성 결합시킨 후 한 쪽 부화소 전극에는 직접 전압을 인가하고 다른 쪽 부화소 전극에는 용량성 결합에 의한 전압 하강을 일으켜 부화소 전극들의 전압을 달리 함으로써 투과율을 다르게 하는 방법이 제시되었다.
그러나 이러한 방법은 다수의 부화소 전극의 투과율을 원하는 수준으로 정확하게 맞출 수 없는 문제점이 있고, 부화소 전극의 수가 증가할 때 용량성 결합에 의한 전압 강하로 인하여 투과율이 심하게 감소하는 문제가 있다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 개구율 손실 없이 시인성이 우수한 액정 표시 장치를 제공하는 것이다.
이러한 과제를 해결하기 위하여 본 발명에서는 화소 전극을 둘 이상의 부화소 전극으로 나누고 서로 다른 전위가 인가되도록 일부는 부화소 전극에 스위칭 소 자를 각각 연결하고 나머지는 부화소 전극을 용량성으로 결합시킨다.
본 발명의 실시예에 따른 액정 표시 장치는 제1 신호선, 상기 제1 신호선과 교차하는 제2 신호선, 상기 제1 및 제2 신호선과 연결되어 있는 박막 트랜지스터, 그리고 상기 박막 트랜지스터와 연결되어 있으며 제1 내지 제4 전압을 가지는 제1 내지 제4 부화소 전극을 포함하는 화소 전극을 포함하는 제1 표시판, 상기 화소 전극과 마주하며 공통 전압을 인가 받는 공통 전극을 포함하는 제2 표시판, 그리고 상기 화소 전극과 상기 공통 전극 사이에 들어 있는 액정층을 포함한다. 이때, 상기 제1 신호선 및 상기 박막 트랜지스터는 쌍으로 이루어져 있으며, 상기 제1 및 제2 부화소 전극은 쌍의 상기 박막 트랜지스터와 직접 연결되어 있으며, 제3 및 제4 부화소 전극은 상기 제1 및 제2 부화소 전극과 용량성으로 결합되어 있다.
상기 제1 및 제2 부화소 전극과 연결되어 있는 상기 박막 트랜지스터의 드레인 전극은 상기 제3 및 제4 부화소 전극과 중첩하는 결합 전극을 가질 수 있다.
상기 제2 신호선은 굽은 부분을 포함하고, 상기 굽은 부분은 2개 이상의 직선 부분을 가지며, 상기 2개 이상의 직선 부분은 상기 제1 신호선에 대하여 시계 방향과 반시계 방향의 각도를 이루면서 교차로 배열되어 있는 것이 바람직하다.
상기 화소 전극은 두 번 이상 꺾인 띠 모양으로 이루어져 있고, 상기 제1 내지 제4 부화소 전극은 꺾인 부분을 경계로 하여 분할되어 있는 것이 바람직하다.
상기 화소 전극 및 상기 공통 전극은 경사 방향 결정 부재를 가지며, 상기 경사 방향 결정 부재는 상기 화소 전극의 모양을 따라 굽어 있는 것이 바람직하다.
상기 제1 신호선과 나란하게 뻗으며 상기 화소 전극과 중첩하는 유지 전극 을 포함하는 유지 전극선을 더 포함할 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.
이제 본 발명의 실시예에 따른 액정 표시 장치에 대하여 도면을 참고로 하여 상세하게 설명한다.
도 1a 내지 도 1c는 본 발명의 실시예에 따른 액정 표시 장치의 블록도이고, 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 액정 표시 장치의 한 화소에 대한 등가 회로도이고, 도 3은 본 발명의 한 실시예에 따른 액정 표시 장치의 한 부화소에 대한 등가 회로도이다.
도 1a 내지 도 1c를 참고하면, 본 발명의 한 실시예에 따른 액정 표시 장치는 액정 표시판 조립체(liquid crystal panel assembly)(300)와 이에 연결된 한 쌍 또는 하나의 게이트 구동부(400a, 400b, 400) 및 데이터 구동부(500), 데이터 구동 부(500)에 연결된 계조 전압 생성부(800), 그리고 이들을 제어하는 신호 제어부(600)를 포함한다.
액정 표시판 조립체(300)는 등가 회로로 볼 때 복수의 표시 신호선과 이에 연결되어 있으며 대략 행렬의 형태로 배열된 복수의 화소(PX)를 포함한다. 반면, 도 3에 도시한 구조로 볼 때, 액정 표시판 조립체(300)는 서로 마주하는 하부 및 상부 표시판(100, 200)과 둘 사이에 들어 있는 액정층(3)을 포함한다.
표시 신호선은 하부 표시판(100)에 구비되어 있으며, 게이트 신호("주사 신호"라고도 함)를 전달하는 복수 쌍의 게이트선(G1a- Gnb)과 데이터 신호를 전달하는 데이터선(D1-Dm)을 포함한다. 게이트선(G1a- Gnb)은 대략 행 방향으로 뻗어 있으며 서로가 거의 평행하고 데이터선(D1-Dm)은 대략 열 방향으로 뻗어 있으며 서로가 거의 평행하다.
도 2에는 표시 신호선과 화소의 등가 회로가 나타나 있는데, 도면 부호 GLa, GLb로 나타낸 한 쌍의 게이트선과 도면 부호 DL로 나타낸 데이터선 이외에도 표시 신호선은 게이트선(G1- G2b)과 거의 나란하게 뻗은 유지 전극선(SLa, SLb)을 포함한다.
도 2를 참조하면, 각 화소(PX)는 복수의 부화소를 포함하며, 각 부화소 중 일부는 해당 게이트선(GLa, GLb) 및 데이터선(DL)에 연결되어 있는 제1 및 제2 스위칭 소자(Qa, Qb)와 이에 연결된 제1 및 제2 액정 축전기(liquid crystal capacitor)(CLCa, CLCb)를 포함하며, 나머지 일부는 제1 및 제2 결합 축전기(Ccpb, Ccpc)를 통하여 각각 제1 및 제2 액정 축전기(liquid crystal capacitor)(CLCa, CLCb)와 각각 연결되어 있는 제3 및 제4 액정 축전기(CLCc, CLCd)를 포함한다. 그리고 부화소는 제1 및 제2 스위칭 소자(Qa, Qb) 및 제1 및 제2 유지 전극선(SLa, SLb)에 각각 연결되어 있는 제1 및 제2 유지 축전기(storage capacitor)(CSTac, CSTbd)를 포함한다.
제1 및 제2 스위칭 소자(Qa, Qb)는 제1 및 제2 게이트선(GLa, GLb)으로부터의 게이트 신호에 따라 데이터선(DL)으로부터의 데이터 전압을 제1 및 제2 액정 축전기(CLCa, CLCb) 및 제1 및 제2 결합 축전기(Ccpc, Ccpd)에 인가하고, 제1 및 제2 결합 축전기(Ccpc, Ccpd)는 이 전압을 그 크기를 바꾸어 제3 및 제4 액정 축전기(CLCc, CLCd)에 전달한다.
유지 전극선(SLa)에 공통 전압(Vcom)이 인가되고 축전기(CLCa, CSTac, CLCc, Ccpc)와 그 정전 용량을 동일한 도면 부호로 나타낸다고 하면, 제1 액정 축전기(CLCa)에 충전된 전압(Va)과 제3 액정 축전기(CLCc)에 충전된 전압(Vc)은 다음과 같은 관계를 가진다.
Vc=Va×[Ccpc/(Ccpc+CLCc)]
Ccpc/(Ccpc+CLCc)의 값이 1보다 작기 때문에 제3 액정 축전기(CLCc)에 충전된 전압(Vc)은 제1 액정 축전기(CLCa)에 충전된 전압(Va)에 비하여 항상 작다. 이 관계는 유지 전극선(SLa)의 전압이 공통 전압(Vcom)이 아니라도 마찬가지로 성립하며, 제4 액정 축전기(CLCd)에 전달되는 전압도 제3 액정 축전기(CLCc)에 전달되는 전압(Vc)과 동일한 관계를 가진다.
제1 액정 축전기(CLCa) 전압(Va)과 제3 액정 축전기(CLCc) 전압(Vc)의 비율은 결합 축전기(Ccpc)의 정전 용량을 변화함으로써 조정할 수 있으며, 결합 축전기(Ccpc)의 정전 용량은 부화소 전극(도시하지 않음) 결합 전극(도시하지 않음)의 중첩 면적과 거리를 조정함으로써 바꿀 수 있다. 제3 액정 축전기(CLCc) 전압(Vc)은 제1 액정 축전기(CLCa) 전압(Va)의 0.6 내지 0.8배인 것이 바람직하다.
이와는 달리, 제3 액정 축전기(CLCc) 전압(Vc)을 제1 액정 축전기(CLCa)의 전압(Va)보다 높일 수도 있는데, 이는 제3 액정 축전기(CLCc)를 공통 전압 등과 같은 소정의 전압으로 사전 충전(precharging)함으로써 가능하다.
도 3을 참고하면, 부화소의 스위칭 소자는 하부 표시판(100)에 구비되어 있는 박막 트랜지스터 등으로 이루어지며, 게이트선(GL)에 연결되어 있는 제어 단자, 데이터선(DL)에 연결되어 있는 입력 단자, 그리고 액정 축전기(CLC) 및 유지 축전기(CST)에 연결되어 있는 출력 단자를 가지는 삼단자 소자이다.
액정 축전기(CLC)는 하부 표시판(100)의 부화소 전극(PE)과 상부 표시판 (200)의 공통 전극(CE)을 두 단자로 하며 두 전극(PE, CE) 사이의 액정층(3)은 유전체로서 기능한다. 공통 전극(CE)은 상부 표시판(200)의 전면에 형성되어 있고 공통 전압(Vcom)을 인가 받는다. 도 3에서와는 달리 공통 전극(CE)이 하부 표시판(100)에 구비되는 경우도 있으며 이때에는 두 전극(PE, CE) 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 유지 전극선(SL)과 부화소 전극(PE)이 절연체를 사이에 두고 중첩되어 이루어지며 유지 전극선(SL)에는 공통 전압(Vcom) 따위의 정해진 전압이 인가된다. 그러나 유지 축전기(CST)는 부화소 전극(PE)이 절연체를 매개로 바로 위의 전단 게이트선과 중첩되어 이루어질 수 있다.
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 삼원색을 표시하게(시간 분할) 하여 이들 삼원색의 공간적, 시간적 합으로 원하는 색상이 인식되도록 한다. 기본색의 예로는 적색, 녹색 및 청색을 들 수 있다. 도 3은 공간 분할의 한 예로서 각 화소(PX)가 상부 표시판(200)의 영역에 기본색 중 하나를 나타내는 색필터(CF)를 구비함을 보여주고 있다. 도 3과는 달리 색필터(CF)는 하부 표시판(100)의 부화소 전극(PE) 위 또는 아래에 형성할 수도 있다.
도 1a 내지 도 1c를 참고하면, 게이트 구동부(400a, 400b, 400)는 게이트선(G1a-Gnb)에 연결되어 외부로부터의 게이트 온 전압(Von)과 게이트 오프 전압(Voff) 의 조합으로 이루어진 게이트 신호를 게이트선(G1a-Gnb)에 인가한다. 도 1a에서는 한 쌍의 게이트 구동부(400a, 400b)가 각각 액정 표시판 조립체(300)의 좌우에 위치하며 홀수 번째 및 짝수 번째 게이트선(G1a-Gnb)에 각각 연결된다. 도 1b 및 도 1c에 도시한 하나의 게이트 구동부(400)는 액정 표시판 조립체(300)의 한 쪽에 위치하며 모든 게이트선(G1a-Gnb)에 연결되어 있는데, 도 1c의 경우 게이트 구동부(400) 내에 두 개의 구동 회로(401, 402)가 내장되어 있어 각각 홀수 번째 및 짝수 번째 게이트선(G1a-Gnb)에 연결된다.
계조 전압 생성부(gray voltage generator)(800)는 화소(PX)의 투과율과 관련된 두 개의 계조 전압 집합(또는 기준 계조 전압 집합)을 생성한다. 두 개의 계조 전압 집합은 하나의 화소(PX)를 이루는 두 부화소에 독립적으로 제공될 것으로서, 각 계조 전압 집합은 공통 전압(Vcom)에 대하여 양의 값을 가지는 것과 음의 값을 가지는 것을 포함한다. 그러나 두 개의 (기준) 계조 전압 집합 대신 하나의 (기준) 계조 전압 집합만을 생성할 수도 있다.
데이터 구동부(500)는 액정 표시판 조립체(300)의 데이터선(D1-Dm)에 연결되어 계조 전압 생성부(800)로부터의 두 개의 계조 전압 집합 중 하나를 선택하고 선택된 계조 전압 집합에 속하는 하나의 계조 전압을 데이터 전압으로서 화소(PX)에 인가한다. 그러나 계조 전압 생성부(800)가 모든 계조에 대한 전압을 모두 제공하는 것이 아니라 기준 계조 전압만을 제공하는 경우에, 데이터 구동부(500)는 기준 계조 전압을 분압하여 전체 계조에 대한 계조 전압을 생성하고 이 중에서 데이터 전압을 선택한다.
게이트 구동부(400, 400a, 400b) 또는 데이터 구동부(500)는 하나 이상의 구동 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 부착될 수도 있다. 이와는 달리, 게이트 구동부(400, 400a, 400b) 또는 데이터 구동부(500)가 액정 표시판 조립체(300)에 집적될 수도 있다.
신호 제어부(600)는 게이트 구동부(400) 및 데이터 구동부(500) 등의 동작을 제어한다.
그러면, 이러한 액정 표시판 조립체(300)에 대하여 도 4 내지 도 8을 참고로 하여 상세하게 설명한다.
도 4는 본 발명의 한 실시예에 따른 액정 표시 장치용 박막 트랜지스터 표시판의 배치도이고, 도 5는 본 발명의 한 실시예에 따른 공통 전극 표시판의 배치도이고, 도 6은 도 4 및 도 5의 두 표시판을 포함하는 액정 표시판 조립체의 배치도이고, 도 7 및 도 8은 각각 도 6의 액정 표시판 조립체를 VII-VII 선 및 VIII-VIII'-VIII＂ 선을 따라 잘라 도시한 단면도이다.
도 4 내지 도 8을 참고하면, 본 발명의 한 실시예에 따른 액정 표시판 조립체는 박막 트랜지스터 표시판(100), 공통 전극 표시판(200), 이들 두 표시판(100, 200) 사이에 들어 있는 액정층(3)을 포함한다.
먼저, 도 4 내지 도 8을 참고로 하여 박막 트랜지스터 표시판(100)에 대하여 상세하게 설명한다.
투명한 유리 또는 플라스틱 따위로 만들어진 절연 기판(110) 위에 복수 쌍의 제1 및 제2 게이트선(gate line)(121a, 121b)과 복수 쌍의 제1 및 제2 유지 전극선(storage electrode lines)(131a, 131b)을 포함하는 복수의 게이트 도전체가 형성되어 있다.
제1 및 제2 게이트선(121a, 121b)은 게이트 신호를 전달하고 주로 가로 방향으로 뻗으며, 각각 중앙 및 아래쪽에 위치한다. 제1 및 제2 게이트선(121a, 121b) 각각은 위쪽 및 아래쪽에 위치할 수 있다.
제1 및 제2 게이트선(121a, 121b) 각각은 아래 위로 돌출한 복수의 제1 및 제2 게이트 전극(gate electrode)(124a, 124b)과 다른 층 또는 게이트 구동부(400)와의 접속을 위한 넓은 끝 부분(129a, 129b)을 포함한다. 이들 끝 부분(129a, 129b)은 서로 같은 쪽에 배치되어 있으나 그렇지 않을 수 있다. 게이트 신호를 생성하는 게이트 구동 회로(도시하지 않음)는 기판(110) 위에 부착되는 가요성 인쇄 회로막(flexible printed circuit film)(도시하지 않음) 위에 장착되거나, 기판(110) 위에 직접 장착되거나, 기판(110)에 집적될 수 있다.
제1 및 제2 유지 전극선(131a, 131b)은 공통 전압(Vcom) 등 소정의 전압을 인가 받으며, 주로 가로 방향으로 뻗어 있다. 제1 및 제2 유지 전극선(131a, 131b)은 제1 게이트선(121a)과 제2 게이트선(121a, 121b)과 교대로 위치하고, 두 게이트선(121a, 121b)으로부터 거의 동일한 거리를 두고 있다. 제1 및 제2 게이트 선(121a, 121b)이 위쪽 및 아래쪽에 위치할 때 제1 및 제2 유지 전극선(131a, 131b)은 제1 및 제2 게이트선(121a, 121b)의 중앙에 위치할 수 있으며, 하나로 대체할 수도 있다.
제1 및 제2 유지 전극선(131a, 131b)은 서로 평행하게 뻗은 쌍이 거의 수직으로 꺾여 있는 쌍의 제1 유지 전극(133a, 133b, 133c, 133d)과 제1 및 제2 유지 전극선(131a, 131b)과 평행하며, 서로 평행하게 제1 유지 전극(133a, 133b, 133c, 133d)을 연결하는 제2 유지 전극(133e)을 포함한다. 제1 유지 전극(133a, 133b, 133c, 133d) 중 평행한 각 쌍은 제1 및 제2 게이트선(121a, 121b)과 약 45°를 이루는 사선부를 포함한다.
게이트 도전체(121a, 121b, 131a, 131b)는 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) 상부 막 및 알루미늄 (합금) 하부막과 몰리브덴 (합금) 상부막을 들 수 있다. 그러나 게이트 도전체(121a, 121b, 131a, 131b)는 이외에도 여러 가지 다양한 금속 또는 도전체로 만들어질 수 있다.
게이트 도전체(121a, 121b, 131a, 131b)의 측면은 기판(110) 면에 대하여 경사져 있으며 그 경사각은 약 30° 내지 약 80°인 것이 바람직하다.
게이트 도전체(121a, 121b, 131a, 131b) 위에는 질화규소(SiNx) 또는 산화규소(SiOx) 따위로 만들어진 게이트 절연막(gate insulating layer)(140)이 형성되어 있다.
게이트 절연막(140) 상부에는 수소화 비정질 규소(hydrogenated amorphous silicon)(비정질 규소는 약칭 a-Si로 씀) 또는 다결정 규소 등으로 이루어진 복수의 선형 반도체(151)가 형성되어 있다. 제1 및 제2 게이트선(121a, 121b) 사이에서 각각의 선형 반도체(151)는 유지 전극(133a, 133b)과 거의 나란하게 뻗어 있으며 주기적으로 구부러져 있다. 선형 반도체(151) 각각은 제1 및 제2 게이트 전극(124a, 124b)을 향하여 돌출된 복수 쌍의 돌출부(154a, 154b)를 포함한다. 선형 반도체(151)는 제1 및 제2 게이트선(121a, 121b) 및 제1 및 제2 유지 전극선(131a, 131b) 부근에서 너비가 넓어져 이들을 폭넓게 덮고 있다.
반도체(151)의 상부에는 실리사이드(silicide) 또는 n형 불순물이 고농도로 도핑되어 있는 n+ 수소화 비정질 규소 따위의 물질로 만들어진 복수의 선형 및 섬형 저항성 접촉 부재(ohmic contact)(161, 165a, 165b)가 형성되어 있다. 선형 저항성 접촉 부재(161) 각각은 복수 쌍의 돌출부(163a, 163b)를 가지고 있으며, 이 쌍의 돌출부(163a, 163b)와 섬형 저항성 접촉 부재(165a, 165b)는 각각 쌍을 이루어 반도체(151)의 돌출부(154a, 154b) 위에 각각 배치되어 있다.
반도체(151)와 저항성 접촉 부재(161, 165a, 165b)의 측면 역시 기판(110) 면에 대하여 경사져 있으며 경사각은 30° 내지 80° 정도이다.
저항성 접촉 부재(161, 165a, 165b) 및 게이트 절연막(140) 위에는 복수의 데이터선(data line)(171)과 복수 쌍의 제1 및 제2 드레인 전극(drain electrode)(175a, 175b)을 포함하는 데이터 도전체가 형성되어 있다.
데이터선(171)은 데이터 신호를 전달하며 주로 세로 방향으로 뻗어 제1 및 제2 게이트선(121a, 121b) 및 유지 전극선(131)과 교차한다. 또한 각 데이터선(171)은 제1 및 제2 게이트 전극(124a, 124b)을 향하여 각각 뻗은 복수 쌍의 제1 및 제2 소스 전극(source electrode)(173a, 173b)과 다른 층 또는 데이터 구동부(500)와의 접속을 위하여 면적이 넓은 끝 부분(179)을 포함한다. 데이터 신호를 생성하는 데이터 구동 회로(도시하지 않음)는 기판(110) 위에 부착되는 가요성 인쇄 회로막(도시하지 않음) 위에 장착되거나, 기판(110) 위에 직접 장착되거나, 기판(110)에 집적될 수 있다. 데이터 구동 회로가 기판(110) 위에 집적되어 있는 경우, 데이터선(171)이 연장되어 이와 직접 연결될 수 있다. 또한, 데이터선(171)은 복수 쌍의 굴곡부(curved portion)와 복수의 세로부(longitudinal portion)를 포함하여 주기적으로 굽어 있다. 각 굴곡부는 제1 및 제2 게이트선(1211, 121b) 사이에서 서로 연결된 2개의 사선부를 포함하며 굴곡부의 그 양 끝은 각 세로부에 연결되어 있다. 데이터선(171)의 사선부는 게이트선(121a, 121b)과 약 45°의 각을 이 루며, 세로부는 제1 및 제2 게이트선(121a, 121b)과 교차한다. 이때, 굴곡부와 세로부의 길이의 비는 약 1:1 내지 약 9:1 사이이다. 즉, 굴곡부와 세로부 전체 길이에서 굴곡부가 차지하는 비율이 약 50%에서 약 90% 사이이다.
제1 및 제2 드레인 전극(175a, 175b)은 서로 분리되어 있고 데이터선(171)과도 분리되어 있다.
제1/제2 드레인 전극(175a/175b)은 제1/제2 게이트 전극(124a/124b)을 중심으로 제1/제2 소스 전극(173a/173b)과 마주하며, 넓은 면적으로 뻗은 확장부와 제1 유지 전극(133a, 133b, 133c, 133d)과 평행하게 뻗어 있으며 이들로부터 등간격을 이루는 굴곡부를 각각 포함한다. 확장부는 직사각형 모양을 이루며 일부는 유지 전극(133e)와 각각 중첩하며, 사선부는 확장부와 각각 연결되어 있는 제1 사선부(176a, 176b)와 제1 사선부(176a, 176b)에 각각 연결되어 있으며 제1 및 유지 전극선(131a, 131b)을 중심으로 제1 사선부(176a, 176b)와 대칭을 이루는 제2 사선부(176c, 176d)를 가진다. 제1 제2 및 사선부(176a, 176b, 176c, 176d)의 길이 및 폭은 달라질 수 있다.
제1/제2 게이트 전극(124a/124b), 제1/제2 소스 전극(173a/173b) 및 제1/제2 드레인 전극(175a/175b)은 제1/제2 반도체(154a, 154b)와 함께 제1/제2 박막 트랜지스터(thin film transistor, TFT)(Qa/Qb)를 이루며, 제1/제2 박막 트랜지스터(Qa/Qb)의 채널(channel)은 제1/제2 소스 전극(173a/173b)과 제1/제2 드레인 전극(175a/175b) 사이의 반도체(154a/154b)에 형성된다.
데이터 도전체(171, 175a, 175b)는 몰리브덴, 크롬, 탄탈륨 및 티타늄 등 내 화성 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 (합금) 하부막과 알루미늄 (합금) 상부막의 이중막, 몰리브덴 (합금) 하부막과 알루미늄 (합금) 중간막과 몰리브덴 (합금) 상부막의 삼중막을 들 수 있다. 그러나 데이터 도전체(171, 175a, 175b)는 이외에도 여러 가지 다양한 금속 또는 도전체로 만들어질 수 있다.
데이터 도전체(171, 175a, 175b) 또한 그 측면이 기판(110) 면에 대하여 30° 내지 80° 정도의 경사각으로 기울어진 것이 바람직하다.
저항성 접촉 부재(161, 165a, 165b)는 그 아래의 반도체(151)와 그 위의 데이터 도전체(171, 175a, 175b) 사이에만 존재하며 이들 사이의 접촉 저항을 낮추어 준다. 반도체(151)에는 소스 전극(173a, 173b)과 드레인 전극(175a, 175b) 사이를 비롯하여 데이터 도전체(171, 175a, 175b)로 가리지 않고 노출된 부분이 있다.
데이터 도전체(171, 175a, 175b) 및 노출된 반도체(151) 부분 위에는 보호막(passivation layer)(180)이 형성되어 있다. 보호막(180)은 무기 절연물 또는 유기 절연물 따위로 만들어지며 표면이 평탄할 수 있다. 유기 절연물은 4.0 이하의 유전 상수를 가지는 것이 바람직하고, 감광성(photosensitivity)을 가질 수도 있다. 그러나 보호막(180)은 유기막의 우수한 절연 특성을 살리면서도 노출된 반도체(151)의 돌출부(154a, 154b) 부분에 해가 가지 않도록 하부 무기막과 상부 유기막의 이중막 구조를 가질 수 있다.
보호막(180)에는 데이터선(171)의 끝 부분(179)과 제1 및 제2 드레인 전극(175a, 175b)의 확장부를 각각 드러내는 복수의 접촉 구멍(contact hole)(182, 185a, 185b)이 형성되어 있으며, 보호막(180)과 게이트 절연막(140)에는 게이트선(121a, 121b)의 끝 부분(129a, 129b)을 각각 드러내는 복수의 접촉 구멍(181a, 181b)이 형성되어 있다.
보호막(180) 위에는 복수의 화소 전극(pixel electrode)(191) 및 복수의 접촉 보조 부재(contact assistant)(81a, 81b, 82)가 형성되어 있다. 이들은 ITO 또는 IZO 등의 투명한 도전 물질이나 알루미늄, 은, 크롬 또는 그 합금 등의 반사성 금속으로 만들어질 수 있다.
각 화소 전극(190)은 간극을 통하여 분리된 제1 내지 제4 부화소 전극(191a, 191b, 191c, 191d)을 포함하는데, 제1 내지 제4 부화소 전극(191a, 191b, 191c, 190d)은 제1 및 제2 유지 전극(133a, 133b, 133c, 133d, 133e)과 평행한 변을 가지고 있어 대략 평행사변형이고, 제1 및 제2 부화소 전극(191a, 191b)과 제3 및 제4 부화소 전극(191c, 191d) 각각은 제1 및 제2 유지 전극선(131a, 131b)을 중심에 대하여 서로 대칭이다. 제1 내지 제4 부화소 전극(191a, 191b, 191c, 190d)의 가장자리는 제1 및 제2 유지 전극(133a, 133b, 133c, 133d, 133e)과 중첩하며 제1 및 제2 사선부(176a, 176b, 176c, 176d)는 제1 내지 제4 부화소 전극(191a, 191b, 191c, 191d)을 이등분하는 위치에 거의 위치한다.
제1 및 제2 부화소 전극(191a, 191b)은 각각 접촉 구멍(185a, 185b)을 통하여 제1및 제2 드레인 전극(175a, 175b)과 연결되어 있으며, 제1 및 제2 드레인 전 극(175a, 175b))으로부터 데이터 전압을 인가 받는다. 제1 및 제2 부화소 전극(191a, 191b)에는 하나의 입력 영상 신호에 대하여 미리 설정되어 있는 서로 다른 데이터 전압이 인가되는데, 그 크기는 제1 및 제2 부화소 전극(191a, 191b)의 크기 및 모양에 따라 설정될 수 있다.
제3 및 제4 부화소 전극(191c, 191d)은 결합 전극인 드레인 전극(175a, 175b)의 제2 사선부(176c, 176d)와 중첩하여 결합 축전기(Ccpc, Ccpd)를 이루어 제3 및 제4 부화소 전극(191c, 191d)는 제1 및 제2 부화소 전극(191a, 191b)과 용량성 결합된다. 보호막(180)의 두께와 결합 전극(176c, 176d)의 너비를 바꾸어 제1 및 제2 부화소 전극(191a, 191b)과 제3 및 제4 부화소 전극(191c, 191d) 사이 각각의 결합 용량을 조절할 수 있다.
제1 내지 제4 부화소 전극(191a, 191b, 191c, 191d)과 공통 전극 표시판(200)의 공통 전극(270)은 그 사이의 액정층(3) 부분과 함께 제1 내지 제4 액정 축전기(CLCa, CLCb, CLCc, CLCd)를 이루어 박막 트랜지스터(Qa/Qb)가 턴 오프된 후에도 인가된 전압을 유지한다.
제1 내지 제4 부화소 전극(191a, 191c, 191d, 191b) 및 이와 연결된 제1/제2 드레인 전극(175a/175b)과 게이트 절연막(140) 또는 보호막(180)을 사이에 두고 제1 및 제2 유지 전극선(131a, 131b)과 중첩하여 제1/제2 유지 축전기(CSTac/CSTbd)를 이루며, 제1/제2 유지 축전기(CSTac/CSTbd)는 액정 축전기(CLCa, CLCb, CLCc, CLCd)의 전압 유지 능력을 강화한다.
접촉 보조 부재(81a, 81b, 82)는 각각 접촉 구멍(181a, 181b, 182)을 통하여 게이트선(121a, 121b)의 끝 부분(129a, 129b) 및 데이터선(171)의 끝 부분(179)과 연결된다. 접촉 보조 부재(81a, 81b, 82)는 게이트선(121a, 121b)의 끝 부분(129a, 129b) 및 데이터선(171)의 끝 부분(179)과 외부 장치와의 접착성을 보완하고 이들을 보호한다.
다음, 도 5 내지 도 8을 참고로 하여, 공통 전극 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 화소 전극(191)과 마주보며 화소 전극(191)과 거의 동일한 모양을 가지는 복수의 개구부(도시하지 않음)를 가진다. 그러나, 차광 부재(220)는 서로 이웃하는 화소 전극(191)의 사이에 대응하는 부분과 박막 트랜지스터 또는 유지 축전기에 대응하는 부분을 포함할 수 있다.
기판(210) 및 차광 부재(220) 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 길게 뻗을 수 있다. 각 색필터(230)는 적색, 녹색 및 청색의 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 만들어지며 화소 전극(191)과 각각 마주하는 V자형의 복수 쌍의 절개부(271a, 271b)를 가지고 있다. 절개부(271a, 271b)는 드레인 전극(175a, 175b)의 제1 및 제2 사선부(176a, 176b, 176c, 176d)와 중첩하는 굴곡부, 굴곡부의 상하 중심에서 가로 방향으로 뻗으며 굴곡부와 둔각을 이루는 중간 가로부, 그리고 굴곡부의 해당 끝 부분에 굴곡부와 둔각을 이루면서 연결되어 있는 한 쌍의 종단 가로부를 포함한다.
쌍의 절개부(271a, 271b)의 굴곡부는 화소 전극(191)을 좌반부 및 우반부로 이등분하며, 번갈아 연결되며 오목한 노치 쌍(273)을 가지는 네 개의 직선형 사선부를 포함한다. 각 노치 쌍(273)은 서로 마주하며 직선형 사선부의 중심에 위치한다.
절개부(271)의 가로부는 제1 내지 제4 화소 전극(191a, 191b, 191c, 191d)의 가로 변과 정렬되어 있으며 절개부(271)의 너비(W)는 약 6㎛에서 약 20㎛ 사이인 것이 바람직하다.
차광 부재(220)는 절개부(271a, 271b)와 중첩하여 절개부(271a, 271b) 에서의 빛샘을 차단할 수 있다.
표시판(100, 200)의 안쪽 면에는 배향막(alignment layer)(11, 21)이 도포되어 있으며 이들은 수직 배향막일 수 있다.
표시판(100, 200)의 바깥쪽 면에는 편광자(polarizer)(12, 22)가 구비되어 있는데, 두 편광자(12, 22)의 편광축은 직교하며 이중 한 편광축은 게이트선(121a, 121b)에 대하여 나란한 것이 바람직하다. 반사형 액정 표시 장치의 경우에는 두 개의 편광자(12, 22) 중 하나가 생략될 수 있다.
본 실시예에 따른 액정 표시 장치는 액정층(3)의 지연값을 보상하기 위한 위상 지연막(retardation film)(도시하지 않음)을 더 포함할 수 있다. 위상 지연막은 복굴절성(birefringence)을 가지며 액정층(3)의 위상 지연을 역으로 보상한다.
액정 표시 장치는 편광자(12, 22), 위상 지연막, 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 표시판의 표면에 대하여 수직을 이루도록 배향되어 있다. 따라서 입사광은 직교 편광자(12, 22)를 통과하지 못하고 차단된다.
공통 전극(270)에 공통 전압을 인가하고 화소 전극(191)에 데이터 전압을 인가하여 제1 또는 제2 액정 축전기(CLCa, CLCb)의 양단에 전위차가 생기면 표시판(100, 200)의 표면에 거의 수직인 주 전기장(전계)(primary electric field)이 액정층(3)에 생성된다. [앞으로 화소 전극(PE) 및 공통 전극(CE)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, 제1 내지 제4 액정 축전기(CLCa, CLCb, CLCc, CLCd)의 전압이 서로 다르므로 액정 분자들이 기울어진 각도가 다르고 이에 따라 네 부화소의 휘도가 다르다. 따라서 제1 내지 제4 액정 축전기(CLCa, CLCb, CLCc, CLCd)의 전압을 적절하게 맞추면 측면에서 바라보는 영상이 정면에서 바라보는 영상에 최대한 가깝게 할 수 있으며 이렇게 함으로써 측면 시인성을 향상할 수 있다.
또한, 다수의 부화소 전극 전압을 서로 달리하더라도 용량성으로 결합하는 부화소 전극을 스위칭 소자와 연결되어 있는 부화소 전극에 연결함으로써 부화소 전극의 투과율을 원하는 수준으로 정확하게 맞출 수 있으며, 용량성 결합에 의한 전압 강하로 투과율이 심하게 감소하는 것을 방지할 수 있다.
공통 전극(270)에 공통 전압을 인가하고 화소 전극(191)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, 화소 전극(191) 및 공통 전극(270)의 절개부(271a, 271b)와 화소 전극(191)의 빗변은 주 전계를 왜곡하여 액정 분자(310)들의 경사 방향을 결정하는 수평 성분을 만들어낸다. 주 전계의 수평 성분은 절개부(271)의 변과 화소 전극(190)의 빗변에 수직이다. 주 전계의 수평 성분은 화소 전극(191) 상의 위치에 따라 다르다.
따라서, 화소 전극(191)의 외곽선, 공통 전극(270)의 절개부(271a, 271b) 로 구획되며 경사 방향이 다른 여러 개의 부영역(sub-region)이 화소 전극(191) 위에 위치한 액정층(3)의 한 화소 영역에 만들어진다. 각 부영역은 절개부(271)와 부화소 전극(191a, 191b, 191c, 191d)의 외곽 빗변으로 정의 되는 두 개의 주변을 가진다. 부영역은 경사 방향에 따라 복수, 특히 4개의 도메인으로 분류된다. 이와 같이 액정 분자가 기울어지는 방향을 다양하게 하면 액정 표시 장치의 기준 시야각이 커진다.
한편, 화소 전극(191) 사이의 전압 차에 의하여 부차적으로 생성되는 부 전기장(secondary electric field)의 방향은 부영역의 주 변과 수직이다. 따라서 부 전기장의 방향과 주 전기장의 수평 성분의 방향과 일치한다. 결국 화소 전극(191) 사이의 부 전기장은 액정 분자들의 경사 방향의 결정을 강화하는 쪽으로 작용하고, 이를 통하여 투과율 및 액정 분자들의 응답 속도를 향상시킬 수 있다.
액정 분자들의 경사 방향을 결정하기 위해 절개부, 돌기(protrusion)(도시하지 않음) 또는 함몰부(depression)(도시하지 않음)를 추가할 수 있다. 돌기는 유기물 또는 무기물로 만들어질 수 있고 전기장 생성 전극(191, 270)의 위 또는 아래에 배치될 수 있다.
이와 같이 화소 전극을 구성하면 화소 전극이 꺾이는 구조이므로 개구율도 좋다. 또한 화소 전극 사이의 전압 차에 의하여 부차적으로 생성되는 부 전기장을 이용할 수 있어서 투과율 및 액정 분자들의 응답 속도를 향상시킬 수 있다. 액정 분자가 기울어지는 방향을 다양하게 하여 액정 표시 장치의 기준 시야각이 커지고 복수의 부화소 전압을 다르게 하면서 적절하게 맞추어 측면 시인성을 향상시킨다.
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.

Claims (6)

  1. 제1 신호선, 상기 제1 신호선과 교차하는 제2 신호선, 상기 제1 및 제2 신호선과 연결되어 있는 박막 트랜지스터, 그리고 상기 박막 트랜지스터와 연결되어 있으며 제1 내지 제4 전압을 가지는 제1 내지 제4 부화소 전극을 포함하는 화소 전극을 포함하는 제1 표시판,
    상기 화소 전극과 마주하며 공통 전압을 인가 받는 공통 전극을 포함하는 제2 표시판, 그리고
    상기 화소 전극과 상기 공통 전극 사이에 들어 있는 액정층
    을 포함하며,
    상기 제1 신호선 및 상기 박막 트랜지스터는 쌍으로 이루어져 있으며, 상기 제1 및 제2 부화소 전극은 쌍의 상기 박막 트랜지스터와 직접 연결되어 있으며, 제3 및 제4 부화소 전극은 상기 제1 및 제2 부화소 전극과 용량성으로 결합되어 있는
    액정 표시 장치.
  2. 제1항에서,
    상기 제1 및 제2 부화소 전극과 연결되어 있는 상기 박막 트랜지스터의 드레인 전극은 상기 제3 및 제4 부화소 전극과 중첩하는 결합 전극을 가지는 액정 표시 장치.
  3. 제1항에서,
    상기 제2 신호선은 굽은 부분을 포함하고, 상기 굽은 부분은 2개 이상의 직선 부분을 가지며, 상기 2개 이상의 직선 부분은 상기 제1 신호선에 대하여 시계 방향과 반시계 방향의 각도를 이루면서 교차로 배열되어 있는 액정 표시 장치.
  4. 제1항에서,
    상기 화소 전극은 두 번 이상 꺾인 띠 모양으로 이루어져 있고, 상기 제1 내지 제4 부화소 전극은 꺾인 부분을 경계로 하여 분할되어 있는 액정 표시 장치.
  5. 제1항에서,
    상기 화소 전극 및 상기 공통 전극은 경사 방향 결정 부재를 가지며, 상기 경사 방향 결정 부재는 상기 화소 전극의 모양을 따라 굽어 있는 액정 표시 장치.
  6. 제1항에서,
    상기 제1 신호선과 나란하게 뻗으며 상기 화소 전극과 중첩하는 유지 전극을 포함하는 유지 전극선을 더 포함하는 액정 표시 장치.
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