KR20070021387A - 박막 트랜지스터 표시판 및 이를 포함하는 액정 표시 장치 - Google Patents

박막 트랜지스터 표시판 및 이를 포함하는 액정 표시 장치 Download PDF

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KR20070021387A
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이성영
전상익
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삼성전자주식회사
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Abstract

본 발명은 기판, 상기 기판 위에 형성되어 있는 게이트선, 상기 게이트선과 교차하는 데이터선, 상기 게이트선 및 상기 데이터선과 연결되어 있는 박막 트랜지스터, 그리고 상기 박막 트랜지스터와 연결되어 있는 화소 전극을 포함하며, 상기 화소 전극은 서로 나란한 한 쌍의 굴곡변을 가지고, 상기 화소 전극은 상기 게이트선과 빗각을 이루며 만나는 박막 트랜지스터 표시판 및 이를 포함하는 액정 표시 장치이다. 이와 같이 본 발명에서는 데이터선(171)이 직선으로 뻗으므로 대비비 측면에서 유리하며 저항을 줄일 수 있다. 또한 화소 전극과 데이터선 사이에 형성되는 기생 축전기의 용량의 균형을 맞추어 세로줄 얼룩 등을 방지할 수 있다.
Zcell, 화소전극, 고개구율, coupling, 액정, 유기막, 대비비

Description

박막 트랜지스터 표시판 및 이를 포함하는 액정 표시 장치{THIN FILM TRANSISTOR ARRAY PANEL AND LIQUID CRYSTAL DISPLAY INCLUDING THE SAME}
도 1은 본 발명의 한 실시예에 따른 액정 표시 장치의 한 화소에 대한 등가 회로도이고,
도 2는 본 발명의 한 실시예에 따른 액정 표시 장치용 하부 표시판의 배치도이고,
도 3은 본 발명의 한 실시예에 따른 상부 표시판의 배치도이고,
도 4는 도 2 및 도 3의 두 표시판을 포함하는 액정 표시 장치의 배치도이고,
도 5는 도 4의 액정 표시 장치를 IV-IV 선을 따라 잘라 도시한 단면도이다.
<도면부호의 설명>
12, 22: 편광판 11, 21: 배향막
71, 91: 절개부 81, 82: 접촉 보조 부재
110, 210: 기판 121, 129: 게이트선
124: 게이트 전극 131, 137: 유지 전극선
140: 게이트 절연막 154, 156, 158: 반도체
161, 163, 165, 166: 저항성 접촉 부재
171, 179: 데이터선 173: 소스 전극
175, 177: 드레인 전극 180: 보호막
181, 182, 185: 접촉 구멍 191: 화소 전극
220: 차광 부재 230: 색필터
250: 덮개막 270: 공통 전극
본 발명은 박막 트랜지스터 표시판 및 이를 포함하는 액정 표시 장치에 관한 것이다.
액정 표시 장치는 현재 가장 널리 사용되고 있는 평판 표시 장치 중 하나로서, 화소 전극과 공통 전극 등 전기장 생성 전극이 형성되어 있는 두 장의 표시판과 그 사이에 들어 있는 액정층으로 이루어지며, 전기장 생성 전극에 전압을 인가하여 액정층에 전기장을 생성하고 이를 통하여 액정층의 액정 분자들의 배향을 결정하고 입사광의 편광을 제어함으로써 영상을 표시한다.
액정 표시 장치는 또한 각 화소 전극에 연결되어 있는 스위칭 소자 및 스위칭 소자를 제어하여 화소 전극에 전압을 인가하기 위한 게이트선과 데이터선 등 다수의 신호선을 포함한다.
이러한 액정 표시 장치 중에서도, 전기장이 인가되지 않은 상태에서 액정 분자의 장축을 상하 표시판에 대하여 수직을 이루도록 배열한 수직 배향 방식(vertically aligned mode)의 액정 표시 장치는 대비비가 크고 기준 시야각이 넓어 서 각광받고 있다. 여기에서 기준 시야각이란 대비비가 1:10인 시야각 또는 계조간 휘도 반전 한계 각도를 의미한다.
수직 배향 모드 액정 표시 장치에서 광시야각을 구현하기 위한 수단으로는 전기장 생성 전극에 절개부를 형성하는 방법과 전기장 생성 전극 위에 돌기를 형성하는 방법 등이 있다. 절개부와 돌기로 액정 분자가 기우는 방향을 결정할 수 있으므로, 이들을 사용하여 액정 분자의 경사 방향을 여러 방향으로 분산시킴으로써 기준 시야각을 넓힐 수 있다.
그러나 돌기나 절개부가 있는 부분은 빛이 투과하기 어려우므로 이들이 많을수록 개구율이 떨어진다. 개구율을 높이기 위하여 화소 전극을 넓힌 초고개구율 구조가 제시되었다. 그러나 이 경우 화소 전극 사이의 거리가 가깝고 화소 전극과 데이터선 사이의 거리도 가까워서 화소 전극 가장자리 부근에 강한 측방향 전기장(lateral field)이 형성된다. 이러한 측방향 전기장으로 인하여 액정 분자들의 배향이 흐트러지고 이에 따라 텍스처(texture)나 빛샘이 생기며 응답 시간이 길어진다.
또한, 초고개구율을 확보하기 위해 화소 전극과 데이터선은 서로 중첩되어 있는데, 이들 사이에는 절연막이 개재되어 있더라도 화소 전극과 데이터선 사이에 형성되는 기생 용량은 커지게 된다. 이때, 서로 인접한 화소 전극과 데이터선 사이의 거리 또는 중첩하는 폭이 달라지면 데이터선과 화소 전극 사이에서 형성되는 기생 용량이 달라진다. 그래서, 화소 전극에 동일한 전압을 인가하더라도 기생 용 량의 차이로 인하여 실제로 화소 전극의 화소 전압은 달라져 화상이 표시될 때에는 얼룩 등으로 나타난다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 액정 표시 장치의 액정 배향을 안정화하면서 액정 제어력을 강화하며, 개구율을 높이고 투과율을 향상하는 것이다.
본 발명이 이루고자 하는 다른 기술적 과제는 데이터선과 화소 전극 사이의 기생 용량에 의한 얼룩을 방지하고 텍스처를 줄이는 것이다.
본 발명의 실시예에 따른 박막 트랜지스터 표시판은 기판, 상기 기판 위에 형성되어 있는 게이트선, 상기 게이트선과 교차하는 데이터선, 상기 게이트선 및 상기 데이터선과 연결되어 있는 박막 트랜지스터, 그리고 상기 박막 트랜지스터와 연결되어 있는 화소 전극을 포함하며, 상기 화소 전극은 서로 나란한 한 쌍의 굴곡변을 가지고, 상기 화소 전극은 상기 게이트선과 빗각을 이루며 만난다.
상기 굴곡변은 상기 게이트선과 만나는 빗변을 포함하며 상기 빗변은 상기 굴곡변의 굴곡점까지 직선으로 뻗어 있을 수 있다.
상기 화소 전극의 굴곡변은 한 번만 꺾여 있을 수 있다.
상기 화소 전극은 상기 굴곡변의 굴곡점을 연결하는 직선 상에 위치한 절개부를 가질 수 있다.
상기 데이터선은 상기 절개부와 만나지 않을 수 있다.
상기 데이터선은 직선으로 뻗어 있을 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 박막 트랜지스터 표시판은 기판, 상기 기판 위에 형성되어 있는 복수의 게이트선, 상기 게이트선과 교차하는 복수의 데이터선, 상기 게이트선 및 상기 데이터선과 연결되어 있는 복수의 박막 트랜지스터, 그리고 상기 박막 트랜지스터와 연결되어 있는 제1 및 제2 화소 전극을 포함하며, 상기 제1 및 제2 화소 전극은 각각 서로 나란한 한 쌍의 굴곡변을 가지고, 상기 데이터선은 상기 제1 화소 전극과 중첩하는 제1 부분 및 상기 제2 화소 전극과 중첩하는 제2 부분을 포함하며, 상기 데이터선의 제1 부분의 너비와 제2 부분의 너비가 서로 다르다.
상기 제1 부분의 길이는 상기 제2 부분의 길이보다 길고, 상기 제1 부분의 너비는 상기 제2 부분의 너비보다 좁을 수 있다.
상기 제1 부분과 상기 제2 부분의 면적은 서로 동일할 수 있다.
상기 제1 부분은 상기 제1 화소 전극의 위 부분과 중첩하는 제3 부분 및 상기 제1 화소 전극의 아래 부분과 중첩하며 상기 제3 부분과 떨어져 있는 제4 부분을 포함할 수 있다.
상기 데이터선은 직선으로 뻗어 있을 수 있다.
이웃하는 두 데이터선의 데이터 전압의 극성이 서로 반대일 수 있다.
상기 화소 전극의 굴곡변은 한 번만 꺾여 있을 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 액정 표시 장치는 기판, 상기 기판 위에 형성되어 있는 복수의 게이트선, 상기 게이트선과 교차하는 복수의 데이터선, 상기 게이트선 및 상기 데이터선과 연결되어 있는 복수의 박막 트랜지스터, 상기 박막 트랜지스터 위에 형성되어 있는 절연막, 상기 박막 트랜지스터와 연결되어 있는 화소 전극, 그 리고 상기 화소 전극과 마주하는 공통 전극을 포함하며, 상기 박막 트랜지스터는 게이트 전극, 소스 전극 및 드레인 전극을 포함하고, 상기 절연막은 상기 드레인 전극을 드러내는 접촉 구멍을 포함하며, 상기 화소 전극은 상기 접촉 구멍을 통하여 상기 드레인 전극과 연결되어 있고, 상기 화소 전극은 각각 서로 나란한 한 쌍의 굴곡변을 가지고, 상기 공통 전극은 상기 화소 전극의 굴곡변과 평행한 굴곡부를 가지는 절개부를 포함하며, 상기 접촉 구멍은 상기 절개부와 중첩한다.
상기 데이터선은 직선으로 뻗어 있을 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 한 실시예에 따른 박막 트랜지스터 표시판 및 이를 포함하는 액정 표시 장치에 대하여 도 1 내지 도 5를 참고하여 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 한 실시예에 따른 액정 표시 장치의 한 화소에 대한 등가 회로도이다.
도 1을 참고하면, 본 실시예에 따른 액정 표시 장치는 서로 마주하는 박막 트랜지스터 표시판(100) 및 공통 전극 표시판(200)과 그 사이에 들어 있는 액정층(3)을 포함한다.
박막 트랜지스터 표시판(100)에는 복수의 게이트선(GL), 복수의 데이터선(DL) 및 복수의 유지 전극선(SL)을 포함하는 신호선이 구비되어 있으며, 각 화소는 스위칭 소자(Q)와 이에 연결된 액정 축전기(Clc), 그리고 스위칭 소자(Q) 및 유지 전극선(SL)에 연결되어 있는 유지 축전기(Cst)를 포함한다.
스위칭 소자(Q) 또한 박막 트랜지스터 표시판(100)에 구비되어 있는 박막 트랜지스터 등의 삼단자 소자로서, 그 제어 단자는 게이트선(GL)과 연결되어 있고, 입력 단자는 데이터선(DL)과 연결되어 있으며, 출력 단자는 액정 축전기(Clc) 및 유지 축전기(Cst)와 연결되어 있다.
액정 축전기(Clc)는 박막 트랜지스터 표시판(100)의 화소 전극(PE)과 공통 전극 표시판(200)의 공통 전극(CE)을 두 단자로 하며 화소 전극(PE)과 공통 전극(CE) 사이의 액정층(3)은 유전체로서 기능한다. 공통 전극(CE)은 공통 전극 표시판(200)의 전면에 형성되어 있고 공통 전압(Vcom)을 인가 받는다. 액정층(3)은 음의 유전율 이방성을 가지며, 액정층(3)의 액정 분자는 전기장이 없는 상태에서 그 장축이 두 표시판의 표면에 대하여 수직을 이루도록 배향되어 있을 수 있다.
액정 축전기(Clc)의 보조적인 역할을 하는 유지 축전기(Cst)는 박막 트랜지스터 표시판(100)에 구비된 유지 전극선(SL)과 화소 전극(PE)이 절연체를 사이에 두고 중첩되어 이루어지며 유지 전극선(SL)에는 공통 전압 따위의 정해진 전압이 인가된다. 그러나 유지 축전기(Cst)는 화소 전극(PE)이 절연체를 매개로 바로 위의 전단 게이트선과 중첩되어 이루어질 수 있다.
그러면 도 1에 도시한 액정 표시 장치의 한 예에 대하여 도 2 내지 도 5를 참고하여 상세하게 설명한다.
도 2는 본 발명의 한 실시예에 따른 액정 표시 장치의 박막 트랜지스터 표시판의 배치도이고, 도 3은 본 발명의 한 실시예에 따른 공통 전극 표시판의 배치도이고, 도 4는 도 2 및 도 3의 두 표시판을 포함하는 액정 표시 장치의 배치도이고, 도 5는 도 4의 액정 표시 장치를 V-V 선을 따라 잘라 도시한 단면도이다.
도 2 내지 도 5를 참고하면, 본 발명의 한 실시예에 따른 액정 표시 장치는 서로 마주하는 박막 트랜지스터 표시판(100)과 공통 전극 표시판(200) 및 이들 두 표시판(100, 200) 사이에 들어 있는 액정층(3)을 포함한다.
먼저, 도 2 및 도 4, 그리고 도 5를 참고하여 박막 트랜지스터 표시판(100)에 대하여 설명한다.
투명한 유리 또는 플라스틱 따위로 만들어진 절연 기판(110) 위에 복수의 게이트선(gate line)(121) 및 복수의 유지 전극선(storage electrode lines)(131)이 형성되어 있다.
게이트선(121)은 게이트 신호를 전달하며 주로 가로 방향으로 뻗어 있다. 각 게이트선(121)은 아래로 돌출한 복수의 게이트 전극(gate electrode)(124)과 다른 층 또는 외부 구동 회로와의 접속을 위한 넓은 끝 부분(129)을 포함한다. 게이 트 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. 게이트 구동 회로가 기판(110) 위에 집적되어 있는 경우 게이트선(121)이 연장되어 이와 직접 연결될 수 있다.
유지 전극선(131)은 소정의 전압을 인가 받으며 게이트선(121)과 거의 나란하게 뻗는다. 각 유지 전극선(131)은 인접한 두 게이트선(121) 사이에 위치하며 두 게이트선(121) 중 아래쪽에 가깝다. 유지 전극선(131)은 직사각형 모양으로 위로 돌출한 유지 전극(storage electrode)(137)을 포함한다. 그러나 유지 전극선(131)의 모양 및 배치는 여러 가지로 변형될 수 있다.
게이트선(121) 및 유지 전극선(131)은 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 등으 로 만들어진다. 이러한 조합의 좋은 예로는 크롬 하부막과 알루미늄 (합금) 상부막 및 알루미늄 (합금) 하부막과 몰리브덴 (합금) 상부막을 들 수 있다. 그러나 게이트선(121) 및 유지 전극선(131)은 이외에도 여러 가지 다양한 금속 또는 도전체로 만들어질 수 있다.
게이트선(121) 및 유지 전극선(131)의 측면은 기판(110) 면에 대하여 경사져 있으며 그 경사각은 약 30˚ 내지 약 80˚인 것이 바람직하다.
게이트선(121) 및 유지 전극선(131) 위에는 질화규소(SiNx) 또는 산화규소(SiOx) 따위로 만들어진 게이트 절연막(gate insulating layer)(140)이 형성되어 있다.
게이트 절연막(140) 위에는 수소화 비정질 규소(hydrogenated amorphous silicon)(비정질 규소는 약칭 a-Si로 씀) 또는 다결정 규소(polysilicon) 등으로 만들어진 복수의 섬형 반도체(154, 156, 158)가 형성되어 있다. 반도체(154)는 게이트 전극(124) 위에 위치한다. 반도체(156, 158)는 게이트선(121) 및 유지 전극선(131)의 경계를 덮는다.
반도체(154, 156) 위에는 복수의 섬형 저항성 접촉 부재(ohmic contact)(163, 165, 166)가 형성되어 있으며 반도체(158) 위에도 섬형 저항성 접촉 부재(도시하지 않음)가 형성되어 있다. 저항성 접촉 부재(163, 165, 166)는 인 따위의 n형 불순물이 고농도로 도핑되어 있는 n+ 수소화 비정질 규소 따위의 물질로 만들어지거나 실리사이드(silicide)로 만들어질 수 있다. 저항성 접촉 부재(163, 165)는 쌍을 이루어 반도체(154) 위에 배치되어 있다.
반도체(154, 156, 158)와 저항성 접촉 부재(163, 165, 166)의 측면 역시 기판(110) 면에 대하여 경사져 있으며 경사각은 30˚ 내지 80˚ 정도이다.
저항성 접촉 부재(163, 165, 166) 및 게이트 절연막(140) 위에는 복수의 데이터선(data line)(171)과 복수의 드레인 전극(drain electrode)(175)이 형성되어 있다.
데이터선(171)은 데이터 전압을 전달하며 주로 세로 방향으로 뻗어 게이트선(121) 및 유지 전극선(131)과 교차한다. 데이터선(171)은 너비가 넓은 복수의 확장부(172)를 포함하며 확장부(172)는 주기적으로 배치되어 있다. 각 데이터선(171)은 게이트 전극(124)을 향하여 뻗은 복수의 소스 전극(source electrode)(173)과 다른 층 또는 외부 구동 회로와의 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.
데이터선(171)이 직선으로 뻗으므로 굴곡된 경우에 비해 대비비(contrast ratio) 측면에서 유리하며, 저항을 줄일 수 있다.
드레인 전극(175)은 데이터선(171)과 분리되어 있고 게이트 전극(124)을 중심으로 소스 전극(173)과 마주 본다. 각 드레인 전극(175)은 면적이 넓은 한 쪽 끝 부분과 막대형인 다른 쪽 끝 부분을 가지고 있다. 넓은 끝 부분은 유지 전극선 (131) 유지 전극(137)과 중첩하며, 막대형 끝 부분은 U자형으로 구부러진 소스 전극(173)으로 일부 둘러싸여 있다.
하나의 게이트 전극(124), 하나의 소스 전극(173) 및 하나의 드레인 전극(175)은 반도체(154)와 함께 하나의 박막 트랜지스터(thin film transistor, TFT)를 이루며, 박막 트랜지스터의 채널(channel)은 소스 전극(173)과 드레인 전극(175) 사이의 반도체(154)에 형성된다.
데이터선(171)과 드레인 전극(175)은 몰리브덴, 크롬, 탄탈륨 및 티타늄 등 내화성 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 데이터선(171)과 드레인 전극(175)은 이외에도 여러 가지 다양한 금속 또는 도전체로 만들어질 수 있다.
데이터선(171)과 드레인 전극(175) 또한 그 측면이 기판(110) 면에 대하여 30˚ 내지 80˚ 정도의 경사각으로 기울어진 것이 바람직하다.
저항성 접촉 부재(163, 165, 166)는 그 아래의 반도체(154, 156, 158)와 그 위의 데이터선(171) 및 드레인 전극(175) 사이에만 존재하며 이들 사이의 접촉 저항을 낮추어 준다. 게이트선(121) 및 유지 전극선(131) 위에 위치한 반도체(156, 158)는 표면의 프로파일을 부드럽게 하여 데이터선(171)의 단선을 방지한다. 섬형 반도체(154)에는 소스 전극(173)과 드레인 전극(175) 사이를 비롯하여 데이터선(171) 및 드레인 전극(175)으로 가리지 않고 노출된 부분이 있다.
데이터선(171), 드레인 전극(175) 및 노출된 반도체(154) 부분 위에는 보호막(passivation layer)(180)이 형성되어 있다. 보호막(180)은 무기 절연물 또는 유기 절연물 따위로 만들어지며 표면이 평탄할 수 있다. 무기 절연물의 예로는 질화규소와 산화규소를 들 수 있다. 유기 절연물은 감광성(photosensitivity)을 가질 수 있으며 그 유전 상수(dielectric constant)는 약 4.0 이하인 것이 바람직하다. 그러나 보호막(180)은 유기막의 우수한 절연 특성을 살리면서도 노출된 반도체(151) 부분에 해가 가지 않도록 하부 무기막과 상부 유기막의 이중막 구조를 가질 수 있다.
보호막(180)에는 데이터선(171)의 끝 부분(179)과 드레인 전극(175)의 넓은 끝 부분을 각각 드러내는 복수의 접촉 구멍(contact hole)(182, 185)이 형성되어 있으며, 보호막(180)과 게이트 절연막(140)에는 게이트선(121)의 끝 부분(129)을 드러내는 복수의 접촉 구멍(181)이 형성되어 있다.
보호막(180) 위에는 복수의 화소 전극(pixel electrode)(191) 및 복수의 접촉 보조 부재(contact assistant)(81, 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(191)은 한 쌍의 굴곡변 및 게이트선(121)에 거의 나란한 한 쌍의 가로변을 가지며 대략 갈매기(chevron) 모양이다. 한 쌍의 굴곡변은 가로변과 예각, 예를 들면 약 45˚를 이루며 만나는 오목변 및 가로변과 둔각, 예를 들면 약 135˚를 이루며 만나는 볼록변을 포함한다. 굴곡변이 꺾인 각도는 대략 직각이다. 각 화소 전극(191)에는 오목변 상의 오목 꼭지점에서 볼록변 상의 볼록 꼭지점을 향하여 대략 화소 전극(191) 중심까지 뻗어 있는 절개부(91)가 형성되어 있다. 본 실시예에서 데이터선(171)은 화소 전극(191)의 절개부(91)와 만나지 않게 배치되어 있어 액정 분자 배열을 더 균일하게 할 수 있다.
도 4에 도시한 화소 전극(191)의 굴곡변은 게이트선(121)과 빗각, 예를 들면 45도를 이루며 만나며 오목 꼭지점 또는 볼록 꼭지점까지 직선으로 뻗어 있다. 따라서 게이트선(121)과 굴곡변이 직각을 이루며 만나는 구조에 비해 화소 전극의 너비가 넓어지지 않아 액정의 제어력을 강화할 수 있고 액정 배열을 균일하게 할 수 있으며 텍스처를 줄일 수 있다. 또한 외부 힘에 의해 눌렸을 때 액정 분자 배열의 복귀가 빠르다.
한편 인접한 화소 전극(191)과 데이터선(171)은 기생 축전기를 이루고 이 기생 축전기로 인하여 화소 전극(191)의 전압이 변동한다. 예를 들어 데이터선(171)의 전압이 올라가면 화소 전극(191)의 전압도 올라가고 반대로 데이터선(171)의 전압이 내려가면 화소 전극(191)의 전압도 올라간다. 따라서 인접한 데이터선에 흐르는 데이터 전압의 극성이 반대인 경우 각 데이터선의 전압이 정극성과 부극성을 계속하여 왕복하게 되므로 도 4에 도시한 바와 같이 하나의 화소 전극(191)이 두 개의 데이터선(171)과 중첩하는 경우, 한쪽 데이터선(171)과의 기생 축전기는 화소 전극(191)의 전압을 올리는 쪽으로 작용하고, 다른쪽 데이터선(171)과의 기생 축전 기는 화소 전극(191)의 전압을 내리는 쪽으로 작용한다.
이러한 화소 전극(191)의 전압 변동량은 화소 전극(191)과 데이터선(171) 사이의 기생 용량에 의존하며, 기생 용량은 화소 전극(191)과 데이터선(171)의 중첩 면적에 비례한다.
도 4에서 한 화소 전극(191)이 한 쪽은 오른쪽에 위치하는 데이터선(171)과 중첩하고, 다른 한 쪽은 왼쪽에 위치하는 데이터선(171)과 위 및 아래에서 중첩하므로 오른쪽에서 중첩하는 길이보다 왼쪽에서 중첩하는 길이가 더 길다. 그러나 오른쪽에서는 화소 전극(191)이 데이터선(171)의 확장부(172)와 중첩하므로 왼쪽과 오른쪽에서 중첩하는 면적은 대략 비슷하고 데이터선(171)과 화소 전극(191)과의 기생 축전기의 용량도 비슷하게 된다. 따라서 인접하는 데이터선(171)의 데이터 전압의 극성이 반대인 경우 기생 축전기로 인한 전압 상승분과 전압 하강분이 상쇄되어 화소 전극(191)의 전압 변동이 작다. 이렇게 기생 축전기의 용량의 균형을 맞추면 화상의 세로줄 얼룩 등을 방지할 수 있다.
화소 전극(191)은 접촉 구멍(185)을 통하여 드레인 전극(175)과 물리적ㅇ전기적으로 연결되어 있으며, 드레인 전극(175)으로부터 데이터 전압을 인가 받는다. 도 4에 도시한 바와 같이 접촉 구멍(185)이 공통 전극(270)의 절개부(71) 아래에 위치하므로 접촉 구멍(185) 부근에서 액정 분자 배열의 흐트러짐을 완화할 수 있으며 액정 배열의 불균일 정도를 최소화할 수 있다.
데이터 전압이 인가된 화소 전극(191)은 공통 전압(common voltage)을 인가 받는 공통 전극 표시판(200)의 공통 전극(common electrode)(200)과 함께 전기장을 생성함으로써 두 전극(191, 270) 사이의 액정층(3)의 액정 분자(31)의 방향을 결정한다. 이와 같이 결정된 액정 분자(31)의 방향에 따라 액정층(3)을 통과하는 빛의 편광이 달라진다. 화소 전극(191)과 공통 전극(270)은 축전기[이하 "액정 축전기(liquid crystal capacitor)"라 함]를 이루어 박막 트랜지스터가 턴 오프된 후에도 인가된 전압을 유지한다.
화소 전극(191) 및 이와 연결된 드레인 전극(175) 끝 부분(177)은 유지 전극(137)을 비롯한 유지 전극선(131)과 중첩한다. 화소 전극(191) 및 이와 전기적으로 연결된 드레인 전극(175)이 유지 전극선(131)과 중첩하여 이루는 축전기를 "유지 축전기(storage capacitor)"라 하며, 유지 축전기는 액정 축전기의 전압 유지 능력을 강화한다.
접촉 보조 부재(81, 82)는 각각 접촉 구멍(181, 182)을 통하여 게이트선(121)의 끝 부분(129) 및 데이터선(171)의 끝 부분(179)과 연결된다. 접촉 보조 부재(81, 82)는 게이트선(121)의 끝 부분(129) 및 데이터선(171)의 끝 부분(179)과 외부 장치와의 접착성을 보완하고 이들을 보호한다.
다음, 공통 전극 표시판(200)에 대하여 도 3 내지 도 5를 참고하여 설명한다.
투명한 유리 또는 플라스틱 등으로 만들어진 절연 기판(210) 위에 차광 부재(light blocking member)(220)가 형성되어 있다. 차광 부재(220)는 블랙 매트릭스(black matrix)라고도 하며 화소 전극(191) 사이의 빛샘을 막아준다. 차광 부재(220)는 화소 전극(191)의 경계에 대응하는 굴곡부와 박막 트랜지스터에 대응하는 면형 부분을 포함하며, 화소 전극(191)과 마주보며 화소 전극(191)과 거의 동일한 모양을 가지는 복수의 개구부(225)를 가진다.
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 또는 IZO 등의 투명한 도전체 따위로 만들어지며, 복수의 갈매기형 절개부(71)를 가지고 있다.
각 절개부(71)는 굴곡점을 가지는 굴곡부, 굴곡부의 굴곡점에 연결되어 있는 중앙 가로부, 그리고 굴곡부의 양 끝에 연결되어 있는 한 쌍의 종단 가로부를 포함한다. 절개부(71)의 굴곡부는 화소 전극(191)의 굴곡변과 거의 평행하며 화소 전극(191)을 좌반부와 우반부로 이등분하고, 움푹 팬 적어도 하나의 노치(notch)가 있다. 절개부(71)의 중앙 가로부는 굴곡부와 둔각을 이루며, 대략 화소 전극(191) 오른쪽 변의 볼록 꼭지점을 향하여 뻗어 있다. 종단 가로부는 화소 전극(191)의 가로변과 정렬되어 있으며 굴곡부와 둔각을 이룬다.
표시판(100, 200)의 안쪽 면에는 배향막(alignment layer)(11, 21)이 도포되 어 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(121)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 지연을 보상하기 위한 위상 지연막(retardation film)(도시하지 않음)을 더 포함할 수 있다. 액정 표시 장치는 또한 편광자(12, 22), 위상 지연막, 표시판(100, 200) 및 액정층(3) 등에 빛을 공급하는 조명부(backlight unit)(도시하지 않음)를 포함할 수 있다.
액정층(3)은 음의 유전율 이방성을 가지며, 액정층(3)의 액정 분자(31)는 전기장이 없는 상태에서 그 장축이 두 표시판(100, 200)의 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 인가하면 표시판(100, 200)의 표면에 거의 수직인 주 전기장(전계)(primary electric field)가 생성된다. [앞으로는 화소 전극(191)과 공통 전극(271)을 통틀어 "전기장 생성 전극(field generating electrode)"이라 한다.] 액정 분자(31)들은 전기장에 응답하여 그 장축이 전기장의 방향에 수직을 이루도록 방향을 바꾸고자 한다.
공통 전극(270)의 절개부(71)와 화소 전극(191)의 변은 주 전기장을 왜곡하여 액정 분자(31)들의 경사 방향을 결정하는 수평 성분을 만들어낸다. 주 전기장의 수평 성분은 절개부(71)의 변과 화소 전극(191)의 변에 거의 수직이다.
도 4를 참고하면, 화소 전극(191) 굴곡변의 굴곡점을 연결하는 가상의 가로선과 절개부(71)는 화소 전극(191)을 네 개의 부영역(sub-area)으로 나누며, 각 부영역은 절개부(71)의 굴곡부 및 화소 전극(191)의 굴곡변에 의하여 정의되는 두 개의 주 변(major edge)을 가진다. 각 부영역 위의 액정 분자(31)는 대부분 주 변에 수직인 방향으로 기울어지므로, 기울어지는 방향을 추려보면 대략 네 방향이다. 이와 같이 액정 분자(31)가 기울어지는 방향을 다양하게 하면 액정 표시 장치의 기준 시야각이 커진다.
부영역의 수효는 8개 또는 6개 등일 수도 있는데, 이는 공통 전극(270)의 절개부(71)의 수효를 바꾸거나, 화소 전극(191)에 절개부를 두거나, 화소 전극(191) 변의 굴곡점의 수효를 바꿈으로써 가능하다.
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 분자(31)들의 경사 방향의 결정을 강화하는 쪽으로 작용한다.
공통 전극(270) 절개부(71)의 노치는 절개부(71) 위에 위치한 액정 분자들의 경사 방향을 결정한다. 노치는 화소 전극(191)의 절개부(91)에도 형성될 수 있다.
절개부(71, 91) 및 노치의 모양 및 배치는 다양하게 변형될 수 있다.
절개부(71)는 돌기(protrusion)(도시하지 않음)나 함몰부(depression)(도시하지 않음)로 대체할 수 있다. 돌기는 유기물 또는 무기물로 만들어질 수 있고 전 기장 생성 전극(191, 270)의 위 또는 아래에 배치될 수 있다.
본 실시예에 달리 화소 전극은 서로 분리되어 있는 제1 및 제2 부화소 전극을 포함할 수 있고, 각 부화소 전극은 서로 다른 전압을 인가 받을 수 있다. 이 경우 각 부화소 전극은 별개의 스위칭 소자와 연결되거나, 제1 부화소 전극은 스위칭 소자와 연결되고 제2 부화소 전극은 제1 부화소 전극과 용량성 결합되어 있을 수 있다.
이와 같이 본 발명에서는 데이터선(171)이 직선으로 뻗으므로 대비비 측면에서 유리하며 저항을 줄일 수 있다. 본 발명의 실시예와 같은 화소 전극은 투과율 및 개구율을 높일 수 있으며 액정 배열을 균일하게 할 수 있고 텍스처를 줄일 수 있다. 또한 화소 전극과 데이터선 사이에 형성되는 기생 축전기의 용량의 균형을 맞추어 세로줄 얼룩 등을 방지할 수 있다. 접촉 구멍 부근에서 액정 배열의 불균일 정도를 최소화할 수 있다.
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 (15)

  1. 기판,
    상기 기판 위에 형성되어 있는 게이트선,
    상기 게이트선과 교차하는 데이터선,
    상기 게이트선 및 상기 데이터선과 연결되어 있는 박막 트랜지스터, 그리고
    상기 박막 트랜지스터와 연결되어 있는 화소 전극
    을 포함하며,
    상기 화소 전극은 서로 나란한 한 쌍의 굴곡변을 가지고,
    상기 화소 전극은 상기 게이트선과 빗각을 이루며 만나는
    박막 트랜지스터 표시판.
  2. 제1항에서,
    상기 굴곡변은 상기 게이트선과 만나는 빗변을 포함하며 상기 빗변은 상기 굴곡변의 굴곡점까지 직선으로 뻗어 있는 박막 트랜지스터 표시판.
  3. 제1항에서,
    상기 화소 전극의 굴곡변은 한 번만 꺾인 박막 트랜지스터 표시판.
  4. 제1항에서,
    상기 화소 전극은 상기 굴곡변의 굴곡점을 연결하는 직선 상에 위치한 절개부를 가지는 박막 트랜지스터 표시판.
  5. 제4항에서,
    상기 데이터선은 상기 절개부와 만나지 않는 박막 트랜지스터 표시판.
  6. 제5항에서,
    상기 데이터선은 직선으로 뻗어 있는 박막 트랜지스터 표시판.
  7. 기판,
    상기 기판 위에 형성되어 있는 복수의 게이트선,
    상기 게이트선과 교차하는 복수의 데이터선,
    상기 게이트선 및 상기 데이터선과 연결되어 있는 복수의 박막 트랜지스터, 그리고
    상기 박막 트랜지스터와 연결되어 있는 제1 및 제2 화소 전극
    을 포함하며,
    상기 제1 및 제2 화소 전극은 각각 서로 나란한 한 쌍의 굴곡변을 가지고,
    상기 데이터선은 상기 제1 화소 전극과 중첩하는 제1 부분 및 상기 제2 화소 전극과 중첩하는 제2 부분을 포함하며,
    상기 데이터선의 제1 부분의 너비와 제2 부분의 너비가 서로 다른
    박막 트랜지스터 표시판.
  8. 제7항에서,
    상기 제1 부분의 길이는 상기 제2 부분의 길이보다 길고, 상기 제1 부분의 너비는 상기 제2 부분의 너비보다 좁은 박막 트랜지스터 표시판.
  9. 제7항에서,
    상기 제1 부분과 상기 제2 부분의 면적은 서로 동일한 박막 트랜지스터 표시판.
  10. 제7항에서,
    상기 제1 부분은 상기 제1 화소 전극의 위 부분과 중첩하는 제3 부분 및 상기 제1 화소 전극의 아래 부분과 중첩하며 상기 제3 부분과 떨어져 있는 제4 부분을 포함하는 박막 트랜지스터 표시판.
  11. 제10항에서,
    상기 데이터선은 직선으로 뻗어 있는 박막 트랜지스터 표시판.
  12. 제7항에서,
    이웃하는 두 데이터선의 데이터 전압의 극성이 서로 반대인 박막 트랜지스터 표시판.
  13. 제7항에서,
    상기 화소 전극의 굴곡변은 한 번만 꺾인 박막 트랜지스터 표시판.
  14. 기판,
    상기 기판 위에 형성되어 있는 복수의 게이트선,
    상기 게이트선과 교차하는 복수의 데이터선,
    상기 게이트선 및 상기 데이터선과 연결되어 있는 복수의 박막 트랜지스터,
    상기 박막 트랜지스터 위에 형성되어 있는 절연막,
    상기 박막 트랜지스터와 연결되어 있는 화소 전극, 그리고
    상기 화소 전극과 마주하는 공통 전극
    을 포함하며,
    상기 박막 트랜지스터는 게이트 전극, 소스 전극 및 드레인 전극을 포함하고,
    상기 절연막은 상기 드레인 전극을 드러내는 접촉 구멍을 포함하며,
    상기 화소 전극은 상기 접촉 구멍을 통하여 상기 드레인 전극과 연결되어 있고,
    상기 화소 전극은 각각 서로 나란한 한 쌍의 굴곡변을 가지고,
    상기 공통 전극은 상기 화소 전극의 굴곡변과 평행한 굴곡부를 가지는 절개 부를 포함하며,
    상기 접촉 구멍은 상기 절개부와 중첩하는
    액정 표시 장치.
  15. 제14항에서,
    상기 데이터선은 직선으로 뻗어 있는 박막 트랜지스터 표시판.
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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20160132245A (ko) * 2015-05-08 2016-11-17 삼성디스플레이 주식회사 표시장치
CN116594230A (zh) * 2023-06-07 2023-08-15 北京视延科技有限公司 显示基板和显示装置

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