KR20100024140A - 액정 표시 장치 - Google Patents

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KR20100024140A
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voltage
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KR1020080082853A
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안순일
김동규
나혜석
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삼성전자주식회사
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Abstract

본 발명의 한 실시예에 따른 액정 표시 장치는, 제1 방향으로 뻗은 게이트선, 상기 게이트선과 교차하며 제2 방향으로 뻗은 데이터선, 상기 게이트선 및 상기 데이터선과 연결되어 있는 제1 스위칭 소자, 상기 게이트선 및 상기 데이터선과 연결되어 있는 제2 스위칭 소자, 상기 제1 스위칭 소자와 연결되어 있으며 제1 전압을 가지는 제1 부화소 전극, 그리고 상기 제2 스위칭 소자와 연결되어 있으며 제2 전압을 가지는 제2 부화소 전극을 포함하고, 상기 제1 전압과 공통 전압의 차이가 상기 제2 전압과 공통 전압의 차이보다 크며, 상기 제1 부화소 전극과 상기 데이터선 사이의 최단 거리가 상기 제2 부화소 전극과 상기 데이터선 사이의 최단 거리보다 멀다. 이와 같이 하면, 화소 전극과 데이터선의 기생 용량으로 인한 휘도 변화를 줄일 수 있으며, 개구율도 높일 수 있다.
가로 화소, 유지 축전기, 전압 변화, 유지 전압 스윙

Description

액정 표시 장치 {LIQUID CRYSTAL DISPLAY}
본 발명은 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 표시판에 대하여 수직을 이루도록 배열한 수직 배향 방식(vertically aligned mode)의 액정 표시 장치가 대비비가 크고 기준 시야각이 넓어서 각광받고 있다. 여기에서 기준 시야각이란 대비비가 1:10인 시야각 또는 계조간 휘도 반전 한계 각도를 의미한다.
이러한 방식의 액정 표시 장치의 경우에는 측면 시인성을 정면 시인성에 가깝게 하기 위하여, 하나의 화소를 두 개의 부화소로 분할하고 두 부화소의 전압을 달리 인가함으로써 투과율을 다르게 하는 방법이 제시되었다.
이러한 방법으로는 두 부화소의 전압을 유지 축전기를 이용하여 조절하는 방법이 있는데, 이러한 방법에서는 구조 및 구동 방법이 복잡해서 적용하기 어렵다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 간단한 구조와 방법으로 두 부화소의 전압을 조절하는 것이다.
본 발명이 이루고자 하는 다른 기술적 과제는 데이터선과 화소 전극 사이의 기생 용량으로 인한 휘도 변화를 줄이는 것이다.
본 발명이 이루고자 하는 다른 기술적 과제는 액정 표시 장치의 개구율을 높이는 것이다.
본 발명의 한 실시예에 따른 액정 표시 장치는, 제1 방향으로 뻗은 게이트선, 상기 게이트선과 교차하며 제2 방향으로 뻗은 데이터선, 상기 게이트선 및 상기 데이터선과 연결되어 있는 제1 스위칭 소자, 상기 게이트선 및 상기 데이터선과 연결되어 있는 제2 스위칭 소자, 상기 제1 스위칭 소자와 연결되어 있으며 제1 전압을 가지는 제1 부화소 전극, 그리고 상기 제2 스위칭 소자와 연결되어 있으며 제2 전압을 가지는 제2 부화소 전극을 포함하고, 상기 제1 전압과 공통 전압의 차이 가 상기 제2 전압과 공통 전압의 차이보다 크며, 상기 제1 부화소 전극과 상기 데이터선 사이의 최단 거리가 상기 제2 부화소 전극과 상기 데이터선 사이의 최단 거리보다 멀다.
상기 제1 부화소 전극과 상기 제2 부화소 전극을 합한 모양은 상기 제1 방향으로 긴 직사각형을 이룰 수 있다.
상기 액정 표시 장치는 상기 제1 및 제2 부화소 전극과 중첩하는 유지 전극선을 더 포함하며, 상기 제1 부화소 전극과 상기 유지 전극선의 중첩 면적이 상기 제2 부화소 전극과 상기 유지 전극선의 중첩 면적보다 작을 수 있다.
상기 데이터선은 상기 공통 전극에 대하여 정극성 또는 부극성인 데이터 전압을 전달하며, 상기 유지 전극선의 전압은 상기 제1 및 제2 부화소 전극에 상기 데이터 전압이 인가된 후 상기 데이터 전압의 극성과 동일한 방향으로 전압 값이 변화할 수 있다.
상기 제2 부화소 전극은 상기 데이터선과 중첩할 수 있다.
상기 데이터선과 상기 제2 부화소 전극의 거리가 변화하도록 상기 데이터선이 꺾여 있을 수 있다.
상기 데이터선은 상기 제2 부화소 전극과 중첩하는 제1 부분과 중첩하지 않는 제2 부분을 포함하며, 상기 데이터선의 제1 부분은 전체가 상기 제2 부화소 전극과 중첩할 수 있다.
상기 유지 전극선은 상기 제2 방향으로 뻗어 있을 수 있다.
상기 유지 전극선은 상기 제2 부화소 전극과 중첩하는 돌출부를 포함할 수 있다.
상기 제1 부화소 전극은 등변 사다리꼴이며, 상기 제2 부화소 전극은 상기 제1 부화소 전극의 두 빗변의 바깥 쪽에 위치하며 대칭으로 배열된 직각 사다리꼴의 두 개의 전극 조각을 포함할 수 있다.
상기 제1 부화소 전극과 상기 제2 부화소 전극 각각은 상기 유지 전극선에 대하여 대칭인 모양을 가질 수 있다.
상기 제1 부화소 전극과 상기 제2 부화소 전극 중 적어도 하나는 상기 제1 및 제2 방향과 빗각을 이루는 방향으로 뻗은 절개부를 가질 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 액정 표시 장치는, 제1 방향으로 뻗은 게이트선, 상기 게이트선과 교차하며 제2 방향으로 뻗은 데이터선, 상기 제2 방향으로 뻗으며 전압 크기가 변화하는 유지 전극선, 상기 게이트선 및 상기 데이터선과 연결되어 있는 제1 스위칭 소자, 상기 게이트선 및 상기 데이터선과 연결되어 있는 제2 스위칭 소자, 상기 제1 스위칭 소자와 연결되어 있으며 제1 전압을 가지는 제1 액정 축전기, 상기 제2 스위칭 소자와 연결되어 있으며 제2 전압을 가지는 제2 액정 축전기, 상기 제1 스위칭 소자와 상기 유지 전극선 사이에 연결되어 있는 제1 유지 축전기, 상기 제2 스위칭 소자와 상기 유지 전극선 사이에 연결되어 있으며 상기 제1 유지 축전기보다 큰 정전 용량을 가지는 제2 유지 축전기를 포함하고, 상기 제1 액정 축전기는 상기 제1 스위칭 소자와 연결되어 있는 제1 부화소 전극을 포함하고, 상기 제2 액정 축전기는 상기 제2 스위칭 소자와 연결되어 있으며 상기 제1 부화소 전극과 간극을 두고 떨어져 있는 제2 부화소 전극을 포함하며, 상기 제1 부화 소 전극과 상기 데이터선 사이의 최단 거리가 상기 제2 부화소 전극과 상기 데이터선 사이의 최단 거리보다 멀다.
상기 제1 부화소 전극과 상기 제2 부화소 전극을 합한 모양은 상기 제1 방향으로 긴 직사각형을 이룰 수 있다.
상기 유지 전극선의 전압은 상기 제1 및 제2 액정 축전기의 전압 극성과 동일한 방향으로 전압 값이 변화할 수 있다.
상기 제2 부화소 전극은 상기 데이터선과 중첩할 수 있다.
상기 데이터선과 상기 제2 부화소 전극의 거리가 변화하도록 상기 데이터선이 꺾여 있을 수 있다.
상기 데이터선은 상기 제2 부화소 전극과 중첩하는 제1 부분과 중첩하지 않는 제2 부분을 포함하며, 상기 데이터선의 제1 부분은 전체가 상기 제2 부화소 전극과 중첩할 수 있다.
이와 같이 하면, 화소 전극과 데이터선의 기생 용량으로 인한 휘도 변화를 줄일 수 있으며, 개구율도 높일 수 있다.
그러면 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 액정 표시 장치에 대하여 도 1 내지 도 3을 참고하여 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 한 실시예에 따른 액정 표시 장치의 블록도이고, 도 2는 본 발명의 한 실시예에 따른 액정 표시 장치에서 한 화소의 구조를 개략적으로 나타낸 도면이며, 도 3은 본 발명의 한 실시예에 따른 액정 표시 장치에서 한 화소의 등가 회로도이다.
도 1에 도시한 바와 같이, 본 발명의 한 실시예에 따른 액정 표시 장치는 액정 표시판 조립체(liquid crystal panel assembly)(300), 게이트 구동부(400), 데이터 구동부(500), 계조 전압 생성부(800) 및 신호 제어부(600)를 포함한다.
액정 표시판 조립체(300)는 등가 회로로 볼 때 복수의 신호선(G1-Gn, D1-Dm)과 이에 연결되어 있으며 대략 행렬의 형태로 배열된 복수의 화소(pixel)(PX1, PX2, PX3)를 포함한다. 반면, 도 2에 도시한 구조로 볼 때 액정 표시판 조립체(300)는 서로 마주하는 하부 표시판(100)과 상부 표시판(200) 및 그 사이에 들어 있는 액정층(3)을 포함한다.
신호선(G1-Gn, D1-Dm)은 게이트 신호("주사 신호"라고도 함)를 전달하는 복수의 게이트선(G1-Gn)과 데이터 신호를 전달하는 복수의 데이터선(D1-Dm)을 포함한다. 게이트선(G1-Gn)은 대략 행 방향으로 뻗으며 서로가 거의 평행하고, 데이터선(D1-Dm)은 대략 열 방향으로 뻗으며 서로가 거의 평행하다.
각 화소(PX1, PX2, PX3)는 한 쌍의 부화소를 포함하며, 게이트선(G1-Gn) 및 데이터선(D1-Dm) 외에도 유지 전극선과 연결된다. 유지 전극선(SL)은 주기적으로 변화하는 유지 전극 신호를 전달하며, 유지 전극 신호는 따로 구비된 유지 전극 구동부(도시하지 않음)에서 생성될 수 있다.
예를 들어, 도 3을 참고하면, 화소(PX)는 게이트선(GL), 데이터선(DL) 및 유지 전극선(SL)과 연결되어 있으며 제1 및 제2 부화소(PXa, PXb)를 포함한다.
각 부화소(PXa, PXb)는 스위칭 소자(Qa, Qb), 액정 축전기(liquid crystal capacitor)(Clca, Clcb) 및 유지 축전기(Csta, Cstb)를 포함한다.
스위칭 소자(Qa/Qb)는 하부 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(Clca/Clcb) 및 유지 축전기(Csta/Cstb)와 연결되어 있다.
도 2를 참고하면, 액정 축전기(Clca/Clcb)는 하부 표시판(100)의 부화소 전극(PEa/PEb)과 상부 표시판(200)의 공통 전극(270)을 두 단자로 하며, 부화소 전극(PEa/PEb)과 공통 전극(270) 사이의 액정층(3)은 유전체로서 기능한다. 두 개의 부화소 전극(PEa, PEb)은 서로 분리되어 있으며 하나의 화소 전극(PE)을 이룬다. 공통 전극(270)은 상부 표시판(200)의 전면에 형성되어 있고 공통 전압(Vcom)을 인가 받는다. 액정층(3)은 음의 유전율 이방성을 가질 수 있으며, 액정층(3)의 액정 분자는 전기장이 없는 상태에서 그 장축이 두 표시판의 표면에 대하여 수직을 이루도록 배향되어 있을 수 있다.
제1 부화소(PXa)의 액정 축전기(Clca) 양단에 걸린 전압은 대체로 제2 부화소(PXb)의 액정 축전기(Clcb) 양단에 걸린 전압보다 높다.
유지 축전기(Csta/Cstb)는 스위칭 소자(Qa/Qb) 및 유지 전극선(SL)에 연결되어 있으며, 하부 표시판(100)에 구비된 유지 전극선(SL)과 부화소 전극(PEa/PEb)이 절연체를 사이에 두고 중첩되어 이루어진다. 제1 부화소(PXa)의 유지 축전기(Csta)의 정전 용량은 제2 부화소(PXb)의 유지 축전기(Cstb)의 정전 용량보다 작다.
한편, 색 표시를 구현하기 위해서는 각 화소(PX1, PX2, PX3)가 기본색(primary color) 중 하나를 고유하게 표시하거나(공간 분할) 각 화소(PX1, PX2, PX3)가 시간에 따라 번갈아 기본색을 표시하게(시간 분할) 하여 이들 기본색의 공간적, 시간적 합으로 원하는 색상이 인식되도록 한다. 기본색의 예로는 적색, 녹색, 청색 등 삼원색을 들 수 있다. 도 2는 공간 분할의 한 예로서 각 화소(PX1, PX2, PX3)가 상부 표시판(200)의 영역에 기본색 중 하나를 나타내는 색 필터(230)를 구비함을 보여주고 있다. 도 2와는 달리 색 필터(230)는 하부 표시판(100)의 부화소 전극(PEa, PEb) 위 또는 아래에 형성할 수도 있다.
앞으로는 각 색필터(230)가 적색, 녹색, 청색 중 어느 하나를 나타내는 것으 로 가정하며, 적색 색필터(230)를 구비한 화소를 적색 화소, 녹색 색필터(230)를 구비한 화소를 녹색 화소, 청색 색필터(230)를 구비한 화소를 청색 화소라 한다. 적색 화소, 청색 화소, 녹색 화소는 열 방향으로 차례대로 배열되어 있다.
도 1을 참고하면, 각 화소(PX1, PX2, PX3)는 열 방향보다 행 방향으로 긴 구조를 가지며, 삼원색의 화소(PX1, PX2, PX3)는 영상 표시의 기본 단위인 하나의 도트(DT)를 이룬다.
표시판(100, 200)의 바깥 면에는 편광자(polarizer)(도시하지 않음)가 구비되어 있는데, 두 편광자의 편광축은 직교할 수 있다. 반사형 액정 표시 장치의 경우에는 두 개의 편광자(12, 22) 중 하나가 생략될 수 있다. 직교 편광자인 경우 전기장이 없는 액정층(3)에 들어온 입사광을 차단한다.
다시 도 1을 참고하면, 계조 전압 생성부(800)는 화소(PX)의 투과율과 관련된 복수의 계조 전압(또는 기준 계조 전압)을 생성한다.
게이트 구동부(400)는 액정 표시판 조립체(300)의 게이트선(G1-Gn)과 연결되어 게이트 온 전압과 게이트 오프 전압의 조합으로 이루어진 게이트 신호를 게이트선(G1-Gn)에 인가한다.
데이터 구동부(500)는 액정 표시판 조립체(300)의 데이터선(D1-Dm)과 연결되어 있으며, 계조 전압 생성부(800)로부터의 계조 전압을 선택하고 이를 데이터 전압(Vd)로서 데이터선(D1-Dm)에 인가한다. 그러나 계조 전압 생성부(800)가 모든 계조에 대한 전압을 모두 제공하는 것이 아니라 정해진 수의 기준 계조 전압만을 제공하는 경우에, 데이터 구동부(500)는 기준 계조 전압을 분압하여 전체 계조에 대한 계조 전압을 생성하고 이 중에서 데이터 전압을 선택한다.
신호 제어부(600)는 게이트 구동부(400) 및 데이터 구동부(500) 등을 제어한다.
이러한 구동 장치(400, 500, 600, 800) 각각은 적어도 하나의 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 부착되거나, 별도의 인쇄 회로 기판(printed circuit board)(도시하지 않음) 위에 장착될 수도 있다. 이와는 달리, 이들 구동 장치(400, 500, 600, 800)가 액정 표시판 조립체(300)에 집적될 수도 있다. 또한, 구동 장치(400, 500, 600, 800)는 단일 칩으로 집적될 수 있으며, 이 경우 이들 중 적어도 하나 또는 이들을 이루는 적어도 하나의 회로 소자가 단일 칩 바깥에 있을 수 있다.
그러면, 본 발명의 한 실시예에 따른 액정 표시판 조립체의 구체적인 구조에 대하여 도 4 및 도 5를 상세하게 설명한다.
도 4는 본 발명의 한 실시예에 따른 액정 표시판 조립체의 배치도이고, 도 5는 도 4의 액정 표시판 조립체를 V-V 선을 따라 절단한 단면도이다.
도 5에 도시한 바와 같이 본 실시예에 따른 액정 표시판 조립체는 하부 표시판(100), 상부 표시판(200) 및 그 사이의 액정층(3)을 포함한다.
먼저, 하부 표시판(100)에 대하여 설명한다.
투명한 유리 또는 플라스틱 따위로 만들어진 절연 기판(110) 위에 게이트 선(121)이 형성되어 있다. 게이트선(121)은 아래위로 돌출한 복수의 게이트 전극(gate electrode)(124)을 포함한다.
게이트선(121) 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 섬형 반도체(154)가 형성되어 있다. 반도체(154)는 게이트 전극(124) 위에 위치한다.
반도체(154) 위에는 섬형 저항성 접촉 부재(ohmic contact)(163, 165)가 형성되어 있다. 저항성 접촉 부재(163, 165b)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, 165b) 및 게이트 절연막(140) 위에는 데이터선(data line)(171)과 제1 및 제2 드레인 전극(drain electrode)(175a, 175b), 그리고 유지 전극선(131)이 형성되어 있다.
데이터선(171)은 게이트선(121)과 교차하며, 인접한 두 게이트선(121) 사이에서 적어도 한 번 꺾인다. 데이터선(171)은 게이트 전극(124)을 향하여 왼쪽 또는 오른쪽으로 뻗어 W자형으로 굽은 소스 전극(source electrode)(173)을 포함한다. 데이터선(171)은 소스 전극(173) 부근에서 휘어져 있다.
제1 및 제2 드레인 전극(175a, 175b)은 데이터선(171)과 분리되어 있으며 게 이트 전극(124)을 중심으로 소스 전극(173)과 마주한다. 각 드레인 전극(175a, 175b)은 넓은 한 쪽 끝 부분과 막대형인 다른 쪽 끝 부분을 가지고 있으며, 막대형 끝 부분은 소스 전극(173)으로 일부 둘러싸여 있다.
하나의 게이트 전극(124), 하나의 소스 전극(173) 및 하나의 드레인 전극(175a/175b)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(175a/175b) 사이의 반도체(154)에 형성된다.
유지 전극선(131)은 데이터선(171)과 거의 나란하게 뻗으며 인접한 두 데이터선(171)으로부터 거의 동일한 거리를 유지한다. 유지 전극선(131)은 한쪽 방향으로 뻗으며 끝 부분이 넓은 돌출부(137)를 포함한다.
저항성 접촉 부재(163, 165a)는 그 아래의 반도체(154)와 그 위의 데이터선(171) 및 드레인 전극(175a, 175b) 사이에만 존재하며 이들 사이의 접촉 저항을 낮추어 준다. 반도체(154)에는 소스 전극(173)과 드레인 전극(175a, 175b) 사이를 비롯하여 데이터선(171) 및 드레인 전극(175a, 175b)으로 가리지 않고 노출된 부분이 있다.
데이터선(171), 드레인 전극(175), 유지 전극선(131) 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. 보호막(180)에는 드레인 전극(175a, 175b)을 각각 드러내는 복수의 접촉 구멍(contact hole)(185a, 185b)이 형성되어 있다. 접촉 구멍(185a, 185b)은 유지 전극선(131)을 중심으로 유지 전극선(131)의 돌출부(137)와 반대 쪽에 위치하는데 이는 화소 왼쪽과 오른쪽의 개구율 및시인성이 균형을 이루도록 하기 위해서이다.
보호막(180) 위에는 화소 전극(pixel electrode)(191)이 형성되어 있다. 화소 전극(191)은 ITO 또는 IZO 등의 투명한 도전 물질이나 알루미늄, 은, 크롬 또는 그 합금 등의 반사성 금속으로 만들어질 수 있다.
화소 전극(191)은 네 모퉁이가 모따기되어 있는(chamfered) 대략 사각형 모양이며, 모딴 빗변은 게이트선(121)에 대하여 약 45ㅀ의 각도를 이룬다.
화소 전극(191)은 간극(91)을 사이에 두고 나뉜 제1 및 제2 부화소 전극(191a, 191b)을 포함한다.
제1 부화소 전극(191a)은 대략 이등변 사다리꼴이며, 아랫 변 중앙 일부가 안쪽으로 들어가 있다. 제1 부화소 전극(191a)은 유지 전극선(131)과 중첩하며, 유지 전극선(131)을 중심으로 대칭인 모양이다.
제2 부화소 전극(191b)은 제1 부화소 전극(191a)의 빗변 바깥에 위치한 두 개의 전극 조각과 이를 연결하는 연결부를 포함한다. 전극 조각은 대략 직각 사다리꼴이고 연결부는 선형으로서 유지 전극선(131)과 교차한다. 두 전극 조각 중 하나는 유지 전극선(131)의 돌출부(137)의 넓은 부분과 중첩한다. 제2 부화소 전극(191b)은 또한 유지 전극선(131)에 대하여 대략 대칭인 모양이다.
제1 부화소 전극(191a)의 전압과 공통 전압의 차이(앞으로 "제1 화소 전압"이라 함)보다 제2 부화소 전극(191b)의 전압과 공통 전압의 차이의 절대값(앞으로 "제2 화소 전압"이라 함)보다 크다.
제2 부화소 전극(191b)과 유지 전극선(131)의 중첩 면적은 제1 부화소 전극(191a)과 유지 전극선(131)의 중첩 면적보다 넓으며, 이에 따라 제2 부화소 전극(191b)과 유지 전극선(131)이 중첩하여 이루는 유지 축전기의 정전 용량이 제1 부화소 전극(191a)과 유지 전극선(131)이 중첩하여 이루는 정전 용량보다 크다.
제2 부화소 전극(191b)과 데이터선(171) 사이의 최단 거리는 제1 부화소 전극(191a)과 데이터선(171) 사이의 최단 거리보다 짧다. 또한 데이터선(171)의 일부는 전체가 제2 부화소 전극(191b)과 중첩한다.
이와 같이 공통 전압에 대한 상대 전압이 낮은 부화소 전극을 바깥 쪽에 배치하면, 데이터선(171)과 부화소 전극의 기생 용량으로 인한 부화소의 휘도 변동량을 줄일 수 있다. 이는 저계조와 고계조에서의 계조 간 전압 차이가 다르다는 점에 주목한 것으로서, 예를 들면 인접한 저계조 사이의 전압 차이는 인접한 고계조 사이의 전압 차이보다 훨씬 크다. 데이터선(171)과의 기생 용량으로 인한 부화소 전극의 전압 변동량 자체는 동일하더라도 그 부화소 전극이 저계조를 표시하고 있을 때의 휘도 변화량이 고계조를 표시하고 있을 때의 휘도 변화량보다 훨씬 작다.
또한, 이와 같이 배치하면 데이터선(171)과 부화소 전극 사이의 기생 용량으로 인하여 동일한 휘도 변화량이 더 크게 하지 않으면서도 화소 전극(191)의 면적을 더 넓혀서 개구율을 더 높일 수 있다. 이는 화소 전극(191)의 면적을 더 넓히면 부화소 전극과 데이터선(171) 사이의 거리가 가까워져서 기생 용량으로 인한 전압 변동량은 더 커지겠지만 해당하는 부화소 전극이 고계조 대신 저계조를 표시하 므로 단위 전압 변동량 당 휘도 변화량은 줄어든다.
제1 및 제2 부화소 전극(191a, 191b)에는 각각 게이트선(121) 및 데이터선(171)과 빗각을 이루는 절개부(92, 93)가 형성되어 있으며, 간극(92)은 이들 절개부(92, 93)과 실질적으로 평행한 사선부를 포함한다.
다음, 상부 표시판(200)에 대하여 상세하게 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 막는다.
기판(210) 위에는 또한 색필터(230)가 형성되어 있다. 색필터(230)는 차광 부재(230)로 둘러싸인 영역 내에 대부분 존재하며, 화소 전극(191) 열을 따라서 세로 방향으로 길게 뻗을 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 공통 전극(270)에는 복수의 절개부(71)가 형성되어 있다. 공통 전극(270)의 절개부(71)는 화소 전극(191)의 절개부(92, 93) 또는 간극(91)과 나란한 부분을 포함하며, 이들과 서로 교대로 배치되어 있다.
이러한 액정 표시 장치에서 드레인 전극(175a, 175b), 접촉 구멍(185a, 185b), 유지 전극선(131) 및 돌출부(137), 절개부(91-93, 71) 등이 개구율을 감소시키는 부분들인데, 화소 좌우의 개구율 및 시인성을 동일하게 유지하기 위하여 앞서 설명한 것처럼 돌출부(137)와 드레인 전극(175a, 175b) 및 접촉 구멍(185a, 185b)을 서로 반대 쪽에 우선 배치하고, 여기에 더하여 좌우의 절개부(91-93, 71) 너비 등을 조절할 수 있다. 예를 들어 돌출부(137)와 드레인 전극(175a, 175b) 및 접촉 구멍(185a, 185b)을 서로 반대 쪽에 배치한 상태에서 화소 오른 쪽의 개구율이 작으면 오른쪽의 절개부 너비를 작게 함으로써 개구율이 균형을 이루도록 할 수 있다.
그러면 이러한 액정 표시 장치의 동작에 대하여 도 6 및 앞서 설명한 도 1 내지 도 5를 참고하여 상세하게 설명한다.
도 6은 본 발명의 한 실시예에 따른 액정 표시 장치의 전압들을 도시한 파형도이다.
먼저 도 1을 참고하면, 신호 제어부(600)는 외부의 그래픽 제어기(도시하지 않음)로부터 입력 영상 신호(Din) 및 이의 표시를 제어하는 입력 제어 신호(ICON)를 수신한다. 입력 영상 신호(Din)는 각 화소(PX)의 휘도(luminance) 정보를 담고 있으며 휘도는 정해진 수효, 예를 들면 1024(=210), 256(=28) 또는 64(=26) 개의 계조(gray)를가지고 있다. 입력 제어 신호(ICON)의 예로는 수직 동기 신호와 수평 동기 신호, 메인 클록 신호, 데이터 인에이블 신호 등이 있다.
신호 제어부(600)는 입력 영상 신호(Din)와 입력 제어 신호(ICON)를 기초로 입력 영상 신호(Din)를 액정 표시판 조립체(300)의 동작 조건에 맞게 적절히 처리 하고 게이트 제어 신호(CONT1) 및 데이터 제어 신호(CONT2) 등을 생성한 후, 게이트 제어 신호(CONT1)를 게이트 구동부(400)로 내보내고 데이터 제어 신호(CONT2)와 처리한 영상 신호(Dout)를 데이터 구동부(500)로 내보낸다. 출력 영상 신호(Dout)는 디지털 신호로서 정해진 수효의 값(또는 계조)을 가진다.
신호 제어부(600)로부터의 데이터 제어 신호(CONT2)에 따라, 데이터 구동부(500)는 한 행의 화소(PX)에 대한 디지털 영상 신호(Dout)를 수신하고, 각 디지털 영상 신호(Dout)에 대응하는 계조 전압을 선택함으로써 디지털 영상 신호(Dout)를 아날로그 데이터 전압으로 변환한 다음, 이를 해당 데이터선(D1-Dm)에 인가한다.
게이트 구동부(400)는 신호 제어부(600)로부터의 게이트 제어 신호(CONT1)에 따라 게이트 신호(gi)를 게이트 오프 전압(Voff)에서 게이트 온 전압(Von) 게이트선(G1-Gn)에 인가하여 이 게이트선(G1-Gn)에 연결된 스위칭 소자(Qa, Qb)를 턴온시킨다. 그러면, 데이터선(D1-Dm)에 인가된 데이터 전압이 턴온된 스위칭 소자(Qa, Qb)를 통하여 해당 부화소(PXa, PXb)에 인가된다.
이때, 한 화소(PX)를 이루는 두 부화소(PXa, PXb)는 같은 시간에 동일한 데이터선(D1-Dm)을 통하여 동일한 데이터 전압을 인가 받는다.
설명의 편의상 각 축전기(Clca, Clcb, Csta, Cstb)의 두 단자 중에서 스위칭 소자(Qa, Qb)에 연결된 것을 제1 단자라 하고 그 반대 쪽을 제2 단자라 하자. 앞서 설명했듯이, 액정 축전기(Clca, Clcb)와 해당 유지 축전기(Csta, Cstb)의 제1 단자는 서로 연결되어 있다.
도 6을 참고하면, 각 축전기(Clca, Csta, Clcb, Cstb)의 제1 단자 전압(Pa, Pb)은 일정 수준까지 거의 동일하게 상승한다.
그 후 스위칭 소자(Qa, Qb)가 턴 오프되면, 각 축전기(Clca, Clcb, Csta, Cstb)의 제1 단자가 고립(floating) 상태가 된다. 이 때 게이트 신호(gi)가 게이트 온 전압(Von)에서 게이트 오프 전압(Voff)으로 바뀌므로 제1 단자 전압(Pa, Pb)은 모두 킥백 전압(도시하지 않음)만큼 하강한다.
한편, 유지 축전기(Csta, Cstb)의 제2 단자에 연결된 유지 전극선(SL)의 유지 전압(Vst)은도 6에서와 같이 게이트 온 전압(Von)의 약 2배의 주기로 변화하고 이 변화에 따라 제1 단자 전압(Pa, Pb)도 변화한다. 예를 들어 도 6에서처럼 각 축전기(Clca, Clcb, Csta, Cstb)가 공통 전압(Vcom)에 대하여 정극성의 전압으로 충전을 마친 직후에, 유지 전압(Vst)은 위로 상승하며 이에 따라 되는 경우 제1 단자 전압(Pa, Pb)도 상승한다. 제1 단자 전압(Pa)과 제2 단자 전압(Pb)이 상승하는 폭은 서로 다르며 이는 두 유지 축전기(Csta, Cstb)의 정전 용량이 서로 다르기 때문이다.
제1 단자 전압(Pk)(k=a,b)의 변화량(ΔPk)은 Cstk/(Ct+Cstk)(단, Ct는 제1 단자에 연결된 다른 축전기의 정전 용량)에 비례한다. 예를 들어 Csta > Cstb라고 하면, Csta/(Ct+Csta) > Cstb/(Ct+Cstb)이므로 ΔPa > ΔPb가 되어 도 6에 도시한 것과 같은 상태가 된다.
유지 전압(Vst)은 한 프레임 동안 상승과 하강을 반복하므로 제2 단자 전압(Pa, Pb) 또한 상승과 하강을 반복한다. 따라서 제2 단자 전압(Pa, Pb)은 한 프 레임 동안 평균적으로 ΔPa/2, ΔPb/2만큼 상승한 셈이 된다. 이와 같은 과정을 거쳐 결국 액정 축전기(Clca, Clcb)의 전압(Pa, Pb)이 달라진다.
이렇게 액정 축전기(Clca, Clcb)의 양단에 전위차가 생기면 액정층(3)에 전기장이 생성된다. 그러면 액정층(3)의 액정 분자들은 전기장에 응답하여 그 장축이 기울어지며, 액정 분자가 기울어진 정도에 따라 액정층(3)에 입사된 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, 두 액정 축전기(Clca, Clcb)의 전압이 서로 다르므로 액정 분자들이 기울어진 각도가 다르고 이에 따라 두 부화소(PXa, PXb)의 휘도가 다르다. 따라서 두 유지 축전기(Csta, Cstb)의 정전 용량을 적절하게 맞추면 측면에서 바라보는 영상이 정면에서 바라보는 영상에 최대한 가깝게 할 수 있으며, 즉 측면 감마 곡선을 정면 감마 곡선에 최대한 가깝게 할 수 있으며, 이렇게 함으로써 측면 시인성을 향상할 수 있다.
1 수평 주기["1H"라고도 쓰며, 수평 동기 신호(Hsync) 및 데이터 인에이블 신호(DE)의 한 주기와 동일함]를 단위로 하여 이러한 과정을 되풀이함으로써, 모든 화소(PX)에 데이터 전압(Vd)을 인가하여 한 프레임(frame)의 영상을 표시한다.
한 프레임이 끝나면 다음 프레임이 시작되고 각 화소(PX)에 인가되는 데이터 전압(Vd)의 극성이 이전 프레임에서의 극성과 반대가 되도록 데이터 구동부(500)에 인가되는 반전 신호(RVS)의 상태가 제어된다.
다음 프레임에서 각 화소(PX)에 인가되는 데이터 전압의 극성이 반대로 변하고, 유지 전극 신호의 극성도 반대로 변하므로, 전압 변화(ΔPa, ΔPb)의 방향 또한 반대가 된다.
이와 같이 하면, 한 화소에 들어 있는 두 개의 부화소의 유지 축전기에 동일한 전압을 주면서도 두 부화소의 휘도를 다르게 할 수가 있다.
한편, 한 프레임 내에서도 반전 신호(RVS)의 특성에 따라 한 데이터선을 통하여 흐르는 데이터 전압의 극성이 주기적으로 바뀌거나(보기: 행 반전, 점 반전), 한 화소행에 인가되는 데이터 전압의 극성도 서로 다를 수 있다(보기: 열 반전, 점 반전).
특히, 점 반전의 경우에는 같은 행에서 인접한 두 화소의 극성이 반대이므로 두 화소에 인가되는 유지 전압이 서로 반전된 형태가 되어야 한다. 이를 고려한 실시예에 대하여 도 7 및 도 8을 참고하여 상세하게 설명한다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 액정 표시 장치에서 두 화소의 등가 회로도이고, 도 8은 도 7에 도시한 액정 표시 장치의 전압들을 도시한 파형도이다.
도 7을 참고하면, 인접한 두 화소(PX1, PX2)의 유지 축전기(Cst1a, Cst1b, Cst2a, Cst2b)는 서로 다른 유지 전극선(SL1, SL2)에 연결되어 있다. 도 8을 참고하면, 두 유지 전극선(SL1, SL2)에 흐르는 유지 전압(Vst1, Vst2)은 서로 극성이 반대이고 주기가 1 수평 주기의 2배인 신호이다. 따라서 인접한 두 화소(PX1, PX2)는 전압 변화 방향이 서로 반대가 된다. 예를 들어, 정극성으로 충전된 한쪽 화소(PX1)의 전압(P1a, P1b)이 상승하면, 부극성으로 충전된 다른 화소(PX2)의 전 압(P2a, P2b)은 하강한다. 도 8에서ΔP1a, ΔP1b, ΔP2a, ΔP2b는 액정 축전기(Clc1a, Clc1b, Clc2a, Clc2b)의 전압 변화 진폭이고, V1pa, V1pb, V2pa, V2pb는 액정 축전기(Clc1a, Clc1b, Clc2a, Clc2b) 전압의 평균 상승/하강 폭이다.
한편, 도 1을 참고하면, 화소(PX)의 장변이 행 방향과 평행하므로 화소 행의 수효가 많고, 이에 따라 주어진 한 프레임의 시간 동안 많은 화소 행을 차례로 충분히 충전시키기 어렵다. 따라서 도 8에 도시한 바와 같이 사전 충전(precharging)의 개념으로 두 개의 연속한 게이트 신호(gi-1, gi, gi+1)의 게이트 온 전압(Von) 구간을 중첩한다. 이와 같이 하면, 각 화소(PX1, PX2)는 게이트 온 전압(Von) 구간의 전반부 동안은 이전 화소 행의 데이터 전압을 받고 후반부에 와서야 비로소 자신의 데이터 전압을 받는다.
데이터 전압은 1 수평 주기마다 바뀌는데 바뀌는 시점은 유지 전압(Vst1, Vst2)이 상승 또는 하강하는 시기와 대략 일치한다. 다음 화소 행의 데이터 전압이 들어오는 것을 막기 위하여 다음 화소 행의 데이터 전압이 들어오기 조금 전에 게이트 신호(gi)가게이트 오프 전압(Voff)으로 바뀐다. 따라서 게이트 신호(gi)의 변화 시점과 유지 전압(Vst1, Vst2)의 변화 시점에 약간의 불일치가 있으며 그 사이 동안 액정 축전기(Clc1a, Clc1b, Clc2a, Clc2b) 및 유지 축전기(Cst1a, Cst1b, Cst2a, Cst2b)에 충전된 전압은 킥백 전압(Vkb)만큼 하락한 상태를 유지한다.
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.
도 1은 본 발명의 한 실시예에 따른 액정 표시 장치의 블록도이다.
도 2는 본 발명의 한 실시예에 따른 액정 표시 장치의 구조와 세 부화소에 대한 등가 회로를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 한 실시예에 따른 액정 표시 장치의 두 화소에 대한 등가 회로도이다.
도 4는 본 발명의 한 실시예에 따른 액정 표시 장치의 구동 전압을 도시한 파형도이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 액정 표시 장치의 두 화소에 대한 등가 회로도이다.
도 6은 도 5에 도시한 액정 표시 장치의 구동 전압을 도시한 파형도이다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 액정 표시 장치에서 두 화소의 등가 회로도이다.
도 8은 도 7에 도시한 액정 표시 장치의 전압들을 도시한 파형도이다.
* 도면 부호의 설명 *
3: 액정층
100, 200: 표시판
300: 액정 표시판 조립체
400: 게이트 구동부
500: 데이터 구동부
600: 신호 제어부
800: 계조 전압 생성부

Claims (20)

  1. 제1 방향으로 뻗은 게이트선,
    상기 게이트선과 교차하며 제2 방향으로 뻗은 데이터선,
    상기 게이트선 및 상기 데이터선과 연결되어 있는 제1 스위칭 소자,
    상기 게이트선 및 상기 데이터선과 연결되어 있는 제2 스위칭 소자,
    상기 제1 스위칭 소자와 연결되어 있으며 제1 전압을 가지는 제1 부화소 전극, 그리고
    상기 제2 스위칭 소자와 연결되어 있으며 제2 전압을 가지는 제2 부화소 전극
    을 포함하고,
    상기 제1 전압과 공통 전압의 차이가 상기 제2 전압과 공통 전압의 차이보다 크며,
    상기 제1 부화소 전극과 상기 데이터선 사이의 최단 거리가 상기 제2 부화소 전극과 상기 데이터선 사이의 최단 거리보다 먼
    액정 표시 장치.
  2. 제1항에서,
    상기 제1 부화소 전극과 상기 제2 부화소 전극을 합한 모양은 상기 제1 방향으로 긴 직사각형을 이루는 액정 표시 장치.
  3. 제2항에서,
    상기 제1 및 제2 부화소 전극과 중첩하는 유지 전극선을 더 포함하며,
    상기 제1 부화소 전극과 상기 유지 전극선의 중첩 면적이 상기 제2 부화소 전극과 상기 유지 전극선의 중첩 면적보다 작은
    액정 표시 장치.
  4. 제3항에서,
    상기 데이터선은 상기 공통 전극에 대하여 정극성 또는 부극성인 데이터 전압을 전달하며,
    상기 유지 전극선의 전압은 주기적으로 상승과 하강을 반복하며, 상기 제1 및 제2 부화소 전극에 상기 데이터 전압이 인가된 후 상기 데이터 전압의 극성과 동일한 방향으로 전압 값이 변화하는
    액정 표시 장치.
  5. 제4항에서,
    상기 제2 부화소 전극은 상기 데이터선과 중첩하는 액정 표시 장치.
  6. 제5항에서,
    상기 데이터선과 상기 제2 부화소 전극의 거리가 변화하도록 상기 데이터선 이 꺾여 있는 액정 표시 장치.
  7. 제6항에서,
    상기 데이터선은 상기 제2 부화소 전극과 중첩하는 제1 부분과 중첩하지 않는 제2 부분을 포함하며,
    상기 데이터선의 제1 부분은 전체가 상기 제2 부화소 전극과 중첩하는
    액정 표시 장치.
  8. 제4항에서,
    상기 유지 전극선은 상기 제2 방향으로 뻗어 있는 액정 표시 장치.
  9. 제8항에서,
    상기 유지 전극선은 상기 제2 부화소 전극과 중첩하는 돌출부를 포함하는 액정 표시 장치.
  10. 제9항에서,
    상기 제1 및 제2 스위칭 소자와 상기 제1 및 제2 부화소 전극의 연결을 위한 접촉부를 더 포함하며,
    상기 접촉부와 상기 돌출부는 상기 유지 전극선을 중심으로 서로 반대쪽에 배치되어 있는
    액정 표시 장치.
  11. 제9항에서,
    상기 제1 부화소 전극은 등변 사다리꼴이며,
    상기 제2 부화소 전극은 상기 제1 부화소 전극의 두 빗변의 바깥 쪽에 위치하며 대칭으로 배열된 직각 사다리꼴의 두 개의 전극 조각을 포함하는
    액정 표시 장치.
  12. 제11항에서,
    상기 제1 부화소 전극과 상기 제2 부화소 전극 각각은 상기 유지 전극선에 대하여 대칭인 모양을 가지는 액정 표시 장치.
  13. 제12항에서,
    상기 제1 부화소 전극과 상기 제2 부화소 전극 중 적어도 하나는 상기 제1 및 제2 방향과 빗각을 이루는 방향으로 뻗은 절개부를 가지는 액정 표시 장치.
  14. 제13항에서,
    상기 절개부의 너비는 상기 유지 전극선을 중심으로 좌우가 서로 다른 액정 표시 장치.
  15. 제1 방향으로 뻗은 게이트선,
    상기 게이트선과 교차하며 제2 방향으로 뻗은 데이터선,
    상기 제2 방향으로 뻗으며 전압 크기가 변화하는 유지 전극선,
    상기 게이트선 및 상기 데이터선과 연결되어 있는 제1 스위칭 소자,
    상기 게이트선 및 상기 데이터선과 연결되어 있는 제2 스위칭 소자,
    상기 제1 스위칭 소자와 연결되어 있으며 제1 전압을 가지는 제1 액정 축전기,
    상기 제2 스위칭 소자와 연결되어 있으며 제2 전압을 가지는 제2 액정 축전기,
    상기 제1 스위칭 소자와 상기 유지 전극선 사이에 연결되어 있는 제1 유지 축전기, 그리고
    상기 제2 스위칭 소자와 상기 유지 전극선 사이에 연결되어 있으며 상기 제1 유지 축전기보다 큰 정전 용량을 가지는 제2 유지 축전기
    를 포함하고,
    상기 제1 액정 축전기는 상기 제1 스위칭 소자와 연결되어 있는 제1 부화소 전극을 포함하고,
    상기 제2 액정 축전기는 상기 제2 스위칭 소자와 연결되어 있으며 상기 제1 부화소 전극과 간극을 두고 떨어져 있는 제2 부화소 전극을 포함하며,
    상기 제1 부화소 전극과 상기 데이터선 사이의 최단 거리가 상기 제2 부화소 전극과 상기 데이터선 사이의 최단 거리보다 먼
    액정 표시 장치.
  16. 제15항에서,
    상기 제1 부화소 전극과 상기 제2 부화소 전극을 합한 모양은 상기 제1 방향으로 긴 직사각형을 이루는 액정 표시 장치.
  17. 제16항에서,
    상기 유지 전극선의 전압은 주기적으로 변화하며 상기 제1 및 제2 액정 축전기가 충전된 직후 상기 제1 및 제2 액정 축전기의 전압 극성과 동일한 방향으로 전압 값이 변화하는 액정 표시 장치.
  18. 제17항에서,
    상기 제2 부화소 전극은 상기 데이터선과 중첩하는 액정 표시 장치.
  19. 제18항에서,
    상기 데이터선과 상기 제2 부화소 전극의 거리가 변화하도록 상기 데이터선이 꺾여 있는 액정 표시 장치.
  20. 제19항에서,
    상기 데이터선은 상기 제2 부화소 전극과 중첩하는 제1 부분과 중첩하지 않 는 제2 부분을 포함하며,
    상기 데이터선의 제1 부분은 전체가 상기 제2 부화소 전극과 중첩하는
    액정 표시 장치.
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