KR101071252B1 - 다중 도메인 액정 표시 장치 - Google Patents

Abstract

제1 절연 기판, 제1 절연 기판 위에 형성되어 있는 제1 배선, 제1 절연 기판 위에 형성되어 있으며 제1 배선과 절연되어 교차하고 있는 제2 배선, 제1 배선과 상기 제2 배선이 교차하여 정의하는 화소 영역마다 형성되어 있으며 일반 화소 절개부와 제어 화소 절개부를 포함하는 화소 절개부를 가지는 화소 전극, 제1 배선과 제2 배선이 교차하여 정의하는 화소 영역마다 형성되어 있는 방향 제어 전극, 제2 배선과 절연되어 교차하고 있으며 공통 전위가 인가되는 제3 배선, 본단의 제1 배선, 본단의 제2 배선 및 화소 전극과 연결되어 있는 제1 박막 트랜지스터, 전단의 제1 배선, 제3 배선 및 방향 제어 전극과 연결되어 있는 제2 박막 트랜지스터를 포함하는 제1 표시판; 제1 표시판과 대향하고 있고, 제2 절연 기판 위에 형성되어 있으며 공통 절개부를 가지는 공통 전극을 포함하는 제2 표시판; 제1 표시판과 제2 표시판 사이에 주입되어 있는 액정층을 포함하며, 방향 제어 전극은 공통 절개부에 대응하는 제어 화소 절개부와 중첩하는 액정 표시 장치.

액정 표시 장치, 도메인, 방향 제어 전극, 프린지 필드

Description

다중 도메인 액정 표시 장치{MULTI-DOMAIN LIQUID CRYSTAL DISPLAY}

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 액정 표시 장치용 박막 트랜지스터 표시판의 회로도이고,

도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 액정 표시 장치의 정전 용량을 나타낸 도면이고,

도 3a는 본 발명의 제1 실시예에 따른 액정 표시 장치의 배치도이고,

도 3b는 도 3a의 Ⅲb-Ⅲb'선에 대한 단면도이고, 도 3c는 도 3a의 Ⅲc- Ⅲc'선에 대한 단면도이고,

도 4a 내지 도 4d는 본 발명의 제1 실시예에 따른 액정 표시 장치용 박막 트랜지스터 표시판을 제조하는 과정을 순서대로 나타낸 단면도이고,

도 5는 본 발명의 제2 실시예에 따른 액정 표시 장치용 박막 트랜지스터 표시판의 회로도이고,

도 6은 본 발명의 제3 실시예에 따른 액정 표시 장치용 박막 트랜지스터 표시판의 회로도이고,

도 7은 본 발명의 제3 실시예에 따른 액정 표시 장치의 배치도이고,

도 8은 본 발명의 제4 실시예에 따른 액정 표시 장치용 박막 트랜지스터 표시판의 배치도이고,

도 9는 본 발명의 제5 실시예에 따른 액정 표시 장치용 박막 트랜지스터 표시판의 회로도이고,

도 10은 본 발명의 제6 실시예에 따른 액정 표시 장치용 박막 트랜지스터 표시판의 회로도이고,

도 11은 본 발명의 제6 실시예에 따른 액정 표시 장치의 배치도이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

121 ; 게이트선 123 ; 게이트 전극

140 ; 게이트 절연막 150 ; 반도체층

178 ; 방향 제어 전극 190 ; 화소 전극

191 ; 제어 화소 절개부 192 ; 사선 방향 절개부

본 발명은 액정 표시 장치에 관한 것으로서, 특히 광시야각을 얻기 위하여 화소 영역을 다수의 소 도메인으로 분할하는 수직 배향형 액정 표시 장치에 관한 것이다.

일반적으로 액정 표시 장치는 공통 전극과 컬러 필터(color filter) 어레이 등이 형성되어 있는 상부 표시판과 복수의 박막 트랜지스터와 복수의 화소 전극 등이 형성되어 있는 하부 표시판 및 두 표시판 사이의 액정층을 포함한다. 화소 전극과 공통 전극에 전압을 인가하면 두 전극의 전위차에 의하여 전계가 생성된다. 전 계를 변화시키면 액정층의 액정 분자들의 배열이 바뀌고 이에 따라 액정층을 통과하는 빛의 편광 상태가 달라져 편광판을 통과하는 빛의 투과율이 변화한다. 그러므로 화소 전극과 공통 전극 사이의 전압을 조절함으로써 화상을 표시할 수 있다.

그런데 액정 표시 장치는 시야각이 좁은 것이 중요한 단점이다. 이러한 단점을 극복하고자 시야각을 넓히기 위한 다양한 방안이 개발되고 있는데, 그 중에서도 액정 분자를 상하 기판에 대하여 수직으로 배향하고 화소 전극과 공통 전극에 일정한 절개 패턴을 형성하거나 돌기를 형성하는 방법을 이용하는 수직 배향형 액정 표시 장치(PVA, MVA)가 유력시되고 있다.

절개 패턴을 형성하는 방법으로는 화소 전극과 공통 전극에 각각 절개 패턴을 형성하여 이들 절개 패턴으로 인하여 형성되는 프린지 필드(fringe field)를 이용하여 액정 분자들이 눕는 방향을 조절함으로써 시야각을 넓히는 방법이 있다.

돌기를 형성하는 방법은 상하 표시판에 형성되어 있는 화소 전극과 공통 전극 위에 각각 돌기를 형성해 둠으로써 돌기에 의하여 왜곡되는 전기장을 이용하여 액정 분자의 눕는 방향을 조절하는 방식이다.

또 다른 방법으로는, 하부 표시판에 형성되어 있는 화소 전극에는 절개 패턴을 형성하고 상부 표시판에 형성되어 있는 공통 전극 위에는 돌기를 형성하여 절개 패턴과 돌기에 의하여 형성되는 프린지 필드를 이용하여 액정의 눕는 방향을 조절함으로써 도메인을 형성하는 방식이 있다.

이러한 수직 배향형 액정 표시 장치의 절개 패턴이나 돌기에 의해 개구율이 감소한다. 특히, 이러한 수직 배향형 액정 표시 장치의 하부 표시판의 화소 전극에 형성되어 있는 화소 절개 패턴의 폭은 일반적으로 약 7mm이고, 상부 표시판의 공통 전극에 형성되어 있는 공통 절개 패턴의 폭은 약 11mm이다. 따라서, 화소 절개 패턴의 폭보다 공통 절개 패턴의 폭이 보다 더 크므로 개구율 감소의 주요한 원인은 공통 절개 패턴이다.

또한, 개구율 감소를 방지하기 위해, 공통 절개 패턴의 폭을 줄인다면 프린지 필드의 세기가 감소하므로 응답 속도가 느려지고, 이 경우 액정 패널을 손으로 문질렀을 때 자국이 남는 현상인 핑거 프린트(Finger print)현상이 나타나는 문제점이 있다.

본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 개구율 및 응답 속도가 향상된 수직 배향형 액정 표시 장치를 제공하는 데 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 액정 표시 장치는 제1 절연 기판, 상기 제1 절연 기판 위에 형성되어 있는 제1 배선, 상기 제1 절연 기판 위에 형성되어 있으며 상기 제1 배선과 절연되어 교차하고 있는 제2 배선, 상기 제1 배선과 상기 제2 배선이 교차하여 정의하는 화소 영역마다 형성되어 있으며 일반 화소 절개부와 제어 화소 절개부를 포함하는 화소 절개부를 가지는 화소 전극, 상기 제1 배선과 상기 제2 배선이 교차하여 정의하는 화소 영역마다 형성되어 있는 방향 제어 전극, 상기 제2 배선과 절연되어 교차하고 있으며 공통 전위가 인가되는 제3 배선, 본단의 상기 제1 배선, 본단의 상기 제2 배선 및 상기 화소 전극과 연결되어 있는 제1 박막 트랜지스터, 전단의 상기 제1 배선, 상기 제3 배선 및 상기 방향 제어 전극과 연결되어 있는 제2 박막 트랜지스터를 포함하는 제1 표시판; 상기 제1 표시판과 대향하고 있고, 제2 절연 기판 위에 형성되어 있으며 공통 절개부를 가지는 공통 전극을 포함하는 제2 표시판; 상기 제1 표시판과 상기 제2 표시판 사이에 주입되어 있는 액정층을 포함하며, 상기 방향 제어 전극은 상기 공통 절개부에 대응하는 제어 화소 절개부와 중첩하는 것이 바람직하다.

또한, 방향 제어 전극 전압은 화소 전극 전압보다 소정의 값 이상인 것이 바람직하다.

또한, 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 액정 표시 장치는 제1 절연 기판, 상기 제1 절연 기판 위에 형성되어 있으며 제1 및 제2 게이트 전극과 게이트선을 포함하는 게이트 배선, 상기 게이트 배선 위에 형성되어 있는 게이트 절연막, 상기 게이트 절연막 위에 형성되어 있는 반도체층, 상기 반도체층 위에 형성되어 있으며 상기 게이트선과 교차하는 데이터선, 상기 데이터선과 연결되어 있는 제1 및 제2 소스 전극, 상기 제1 및 제2 게이트 전극 상부에서 상기 제1 내지 제2 소스 전극과 각각 대향하고 있는 제1 내지 제2 드레인 전극을 포함하는 데이터 배선, 공통 전위가 인가되는 유지 전극, 상기 유지 전극과 연결되어 있는 방향 제어 전극, 상기 데이터 배선 및 상기 방향 제어 전극 위에 형성되어 있고 접촉구를 가지는 보호막, 상기 보호막 위에 형성되어 있으며 일반 화소 절개부와 제어 화소 절개부를 포함하는 화소 절개부를 가지고 있고 상기 접촉구를 통하여 상기 제1 드레인 전극과 전기적으로 연결되어 있는 화소 전극을 포함하는 박막 트랜지스터 표시판; 상기 박막 트랜지스터 표시판과 대향하고 있고, 제2 절연 기판 위에 형성되어 있으며 공통 절개부를 가지는 공통 전극을 포함하는 색 필터 표시판; 상기 박막 트랜지스터 표시판과 상기 색 필터 표시판 사이에 주입되어 있는 액정층을 포함하며, 상기 방향 제어 전극은 상기 공통 절개부에 대응하는 제어 화소 절개부와 중첩하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 일반 화소 절개부는 상기 화소 전극을 상하로 양분하는 가로 방향 절개부와 가로 방향 절개부를 중심으로 하여 거울상 대칭을 이루는 사선 방향 절개부를 포함하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 방향 제어 전극은 상기 화소 전극의 가로 방향 절개부를 중심으로 하여 거울상 대칭을 이루는 것이 바람직하다.

또한, 상기 방향 제어 전극은 상기 데이터 배선과 동일한 층에 동일한 물질로 형성되어 있는 것이 바람직하다.

또한, 상기 방향 제어 전극은 상기 게이트 배선과 동일한 층에 동일한 물질로 형성되어 있는 것이 바람직하다.

또한, 상기 데이터 배선과 상기 방향 제어 전극은 반도체층과 금속층의 이중층으로 이루어진 것이 바람직하다.

또한, 상기 반도체층은 비정질 규소층과 저항성 접촉층의 이중층으로 이루어져 있는 것이 바람직하다.

또한, 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 액정 표시 장치는 제1 절연 기판, 상기 제1 절연 기판 위에 형성되어 있는 제1 배선, 상기 제1 절연 기판 위에 형성되어 있으며 상기 제1 배선과 절연되어 교차하고 있는 제2 배선, 상기 제1 배선과 상기 제2 배선이 교차하여 정의하는 화소 영역마다 형성되어 있으며 일반 화소 절개부와 제어 화소 절개부를 포함하는 화소 절개부를 가지는 화소 전극, 상기 제1 배선과 상기 제2 배선이 교차하여 정의하는 화소 영역마다 형성되어 있는 방향 제어 전극, 본단의 상기 제1 배선, 본단의 상기 제2 배선 및 상기 화소 전극과 연결되어 있는 제1 박막 트랜지스터, 전단의 상기 제1 배선, 본단의 상기 제2 배선 및 상기 방향 제어 전극과 연결되어 있는 제2 박막 트랜지스터를 포함하는 제1 표시판; 상기 제1 표시판과 대향하고 있고, 제2 절연 기판 위에 형성되어 있으며 공통 절개부를 가지는 공통 전극을 포함하는 제2 표시판; 상기 제1 표시판과 상기 제2 표시판 사이에 주입되어 있는 액정층을 포함하며, 상기 방향 제어 전극은 상기 공통 절개부에 대응하는 제어 화소 절개부와 중첩하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 액정 표시 장치는 제1 절연 기판, 상기 제1 절연 기판 위에 형성되어 있는 제1 배선, 상기 제1 절연 기판 위에 형성되어 있으며 상기 제1 배선과 절연되어 교차하고 있는 제2 배선, 상기 제1 배선과 상기 제2 배선이 교차하여 정의하는 화소 영역마다 형성되어 있으며 일반 화소 절개부와 제어 화소 절개부를 포함하는 화소 절개부를 가지는 화소 전극, 상기 제1 배선과 상기 제2 배선이 교차하여 정의하는 화소 영역마다 형성되어 있는 방향 제어 전극, 본단의 상기 제1 배선, 본단의 상기 제2 배선 및 상기 화소 전극과 연결되어 있는 제1 박막 트랜지스터, 전단의 상기 제1 배선, 전단의 상기 제2 배선 및 상기 방향 제어 전극과 연결되어 있는 제2 박막 트랜지스터를 포함하는 제1 표 시판; 상기 제1 표시판과 대향하고 있고, 제2 절연 기판 위에 형성되어 있으며 공통 절개부를 가지는 공통 전극을 포함하는 제2 표시판; 상기 제1 표시판과 상기 제2 표시판 사이에 주입되어 있는 액정층을 포함하며, 상기 방향 제어 전극은 상기 공통 절개부에 대응하는 제어 화소 절개부와 중첩하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 액정 표시 장치는 제1 절연 기판, 상기 제1 절연 기판 위에 형성되어 있는 제1 배선, 상기 제1 절연 기판 위에 형성되어 있으며 상기 제1 배선과 절연되어 교차하고 있는 제2 배선, 상기 제1 배선과 상기 제2 배선이 교차하여 정의하는 화소 영역마다 형성되어 있으며 화소 절개부를 가지는 화소 전극, 상기 제1 배선과 상기 제2 배선이 교차하여 정의하는 화소 영역마다 형성되어 있는 방향 제어 전극, 상기 제2 배선과 절연되어 교차하고 있으며 공통 전위가 인가되는 제3 배선, 본단의 상기 제1 배선, 본단의 상기 제2 배선 및 상기 화소 전극과 연결되어 있는 제1 박막 트랜지스터, 전단의 상기 제1 배선, 제3 배선 및 상기 방향 제어 전극과 연결되어 있는 제2 박막 트랜지스터, 전단의 상기 제1 배선, 본단의 상기 제2 배선 및 상기 화소 전극과 연결되어 있는 제3 박막 트랜지스터를 포함하는 제1 표시판; 상기 제1 표시판과 대향하고 있고, 제2 절연 기판 위에 형성되어 있으며 공통 절개부를 가지는 공통 전극을 포함하는 제2 표시판; 상기 제1 표시판과 상기 제2 표시판 사이에 주입되어 있는 액정층을 포함하며, 상기 방향 제어 전극은 상기 공통 절개부에 대응하는 제어 화소 절개부와 중첩하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 액정 표시 장치는 제1 절연 기 판, 상기 제1 절연 기판 위에 형성되어 있는 제1 배선, 상기 제1 절연 기판 위에 형성되어 있으며 상기 제1 배선과 절연되어 교차하고 있는 제2 배선, 상기 제1 배선과 상기 제2 배선이 교차하여 정의하는 화소 영역마다 형성되어 있으며 화소 절개부를 가지는 화소 전극, 상기 제1 배선과 상기 제2 배선이 교차하여 정의하는 화소 영역마다 형성되어 있는 방향 제어 전극, 본단의 상기 제1 배선, 본단의 상기 제2 배선 및 상기 화소 전극과 연결되어 있는 제1 박막 트랜지스터, 전단의 상기 제1 배선, 전단의 상기 제2 배선 및 상기 방향 제어 전극과 연결되어 있는 제2 박막 트랜지스터, 전단의 상기 제1 배선, 상기 제3 배선 및 상기 화소 전극과 연결되어 있는 제3 박막 트랜지스터를 포함하는 제1 표시판; 상기 제1 표시판과 대향하고 있고, 제2 절연 기판 위에 형성되어 있으며 공통 절개부를 가지는 공통 전극을 포함하는 제2 표시판; 상기 제1 표시판과 상기 제2 표시판 사이에 주입되어 있는 액정층을 포함하며, 상기 방향 제어 전극은 상기 공통 절개부에 대응하는 제어 화소 절개부와 중첩하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 액정 표시 장치는 제1 절연 기판, 상기 제1 절연 기판 위에 형성되어 있는 제1 배선, 상기 제1 절연 기판 위에 형성되어 있으며 상기 제1 배선과 절연되어 교차하고 있는 제2 배선, 상기 제1 배선과 상기 제2 배선이 교차하여 정의하는 화소 영역마다 형성되어 있으며 화소 절개부를 가지는 화소 전극, 상기 제1 배선과 상기 제2 배선이 교차하여 정의하는 화소 영역마다 형성되어 있는 방향 제어 전극, 본단의 상기 제1 배선, 본단의 상기 제2 배선 및 상기 화소 전극과 연결되어 있는 제1 박막 트랜지스터, 전단의 상기 제1 배선, 상기 제3 배선 및 상기 방향 제어 전극과 연결되어 있는 제2 박막 트랜지스터, 전단의 상기 제1 배선, 본단의 상기 제2 배선 및 상기 화소 전극과 연결되어 있는 제3 박막 트랜지스터를 포함하는 제1 표시판; 상기 제1 표시판과 대향하고 있고, 제2 절연 기판 위에 형성되어 있으며 공통 절개부를 가지는 공통 전극을 포함하는 제2 표시판; 상기 제1 표시판과 상기 제2 표시판 사이에 주입되어 있는 액정층을 포함하며, 상기 방향 제어 전극은 상기 공통 절개부에 대응하는 제어 화소 절개부와 중첩하는 것이 바람직하다.

또한, 방향 제어 전극 전압은 화소 전극 전압보다 소정의 값 이상으로 큰 것이 바람직하다.

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 또다른 부분이 있는 경우도 포함한다. 반대로 어떤 부분이 다른 부분 "바로 위에" 있다고 할 때에는 중간에 다른 부분이 없는 것을 뜻한다.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 일 실시예를 상세하게 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 액정 표시 장치의 회로도이다.

본 발명의 제1 실시예에 따른 액정 표시 장치는 박막 트랜지스터 표시판과, 이와 대향하는 색필터 표시판 및 이들 사이에 주입되어 있는 액정층으로 이루어져 있다. 박막 트랜지스터 표시판에는 게이트선과 데이터선이 교차하여 화소 영역을 정의하고 있고, 공통 전위(Vcom)가 인가되는 유지 전극선이 게이트선과 나란하게 형성되어 있다. 이 때, 게이트선을 통하여는 주사 신호가 전달되고, 데이터선을 통하여는 화상 신호가 전달되며, 유지 전극선에는 공통 전위가 인가된다. 각 화소 영역에는 본단의 게이트선에 연결되어 있는 게이트 전극, 본단의 데이터선에 연결되어 있는 소스 전극 및 화소 전극에 연결되어 있는 드레인 전극을 포함하는 화소 전극용 박막 트랜지스터(Pixel TFT)와, 전단의 게이트선에 연결되어 있는 게이트 전극, 공통 전위가 인가되는 유지 전극선에 연결되어 있는 소스 전극 및 방향 제어 전극에 연결되어 있는 드레인 전극을 가지는 방향 제어 전극용 박막 트랜지스터(DCE TFT)가 하나씩 형성되어 있다.

도 2에 도시된 바와 같이, 방향 제어 전극은 화소 전극과 용량성 결합을 이루고 있고, 이들 사이의 정전 용량은 Cdce라고 표시한다. 화소 전극은 색 필터 표시판의 공통 전극과의 사이에 액정 축전기를 형성하고, 그 정전 용량은 Clc로 표시한다. 또, 화소 전극은 유지 전극선에 연결되어 있는 유지 전극과의 사이에 유지 축전기를 형성하고, 그 정전 용량은 Cst로 표시한다.

그리고, 방향 제어 전극과 화소 전극사이에 형성되는 정전 용량은 Clcd로 표시하고, 방향 제어 전극과 유지 전극 사이에 형성되는 정전 용량은 Cstd로 표시한다.

회로도에는 나타내지 못하였으나 본 발명에 따른 액정 표시 장치의 화소 전극은 제어 화소 절개부를 가지며, 이 절개부를 통하여 방향 제어 전극에 의한 전계 가 유출될 수 있도록 방향 제어 전극과 제어 화소 절개부가 중첩되어 있다. 제어 화소 절개부를 통하여 유출되는 방향 제어 전극의 전계에 의하여 액정 분자가 선경사(pretilt)를 갖게되고, 선경사를 가지는 액정 분자는 화소 전극의 전계가 인가되면 흐트러짐 없이 신속하게 선경사에 의하여 결정된 방향으로 배향된다.

그런데 방향 제어 전극의 전계에 의하여 액정 분자가 선경사를 가지려면 공통 전극에 대한 방향 제어 전극의 전위차(이하 "방향 제어 전극 전압"이라 한다.)가 공통 전극에 대한 화소 전극의 전위차(이하 "화소 전극 전압"이라 한다.)에 비하여 소정의 값 이상으로 더 커야 한다.

즉, 방향 제어 전극에 화소 전극보다 높은 전압을 인가한다. 따라서 공통 절개부에 의한 프린지필드와 동일한 방향의 프린지 필드가 형성된다. 이때 개구율 감소 및 공정 추가가 없다. 그리고, 공통 절개부 영역에는 공통 절개부에 의한 프린지 필드 외에 방향 제어 전극에 의한 프린지 필드가 추가되어 프린지 필드가 매우 강해진다.

본 발명에 따른 액정 표시 장치에서는 유지 전극선 전위를 방향 제어 전극에 인가한 후 화소 전극이 충전되는 시점부터는 방향 제어 전극을 부유 상태로 둠으로써 이러한 조건을 용이하게 만족시킬 수 있다. 그러면 그 이유에 대하여 설명한다.

주어진 화소 전극이 양의 전위로 리프레시(refresh)되는 순간을 생각해 보자. 리프레시 전에는 화소 전극이 음의 전위로 충전되어 있을 것이고, 전단의 게이트에 온(on) 신호가 인가되면 방향 제어 전극용 박막 트랜지스터(DCE TFT)가 턴 온되어 방향 제어 전극이 화소 전극보다 전위가 높은 공통 전위로 충전된다. 이 때, 화소 전극도 방향 제어 전극과 용량성 결합을 이루고 있으므로 따라서 전위가 올라간다. 이 시점에서 방향 제어 전극과 화소 전극 사이의 정전 용량 Cdce와 화소 전극과 공통 전극 사이의 정전 용량 Clc는 직렬로 연결되어 있는 상태가 된다. 화소 전극은 음의 전위를 가지고 있었으므로 방향 제어 전극용 박막 트랜지스터(DCE TFT)를 통한 직렬 충전시 방향 제어 전극보다 낮은 전위를 가지게 된다. 즉, Vdce > Vp 이다. 충전 후 방향 제어 전극용 박막 트랜지스터(DCE TFT)가 턴오프되면 방향 제어 전극은 부유(floating) 상태가 된다. 따라서 화소 전극 전위가 어떻게 변화하더라도 항상 방향 제어 전극 전위가 화소 전극 전위보다 높은 상태를 유지하게 된다. 즉, 화소 전극용 박막 트랜지스터(Pixel TFT)가 턴온되어서 화소 전극이 양의 전하로 충전되어 전위가 올라가면 방향 제어 전극의 전위도 화소 전극 전위와 일정한 전위차를 유지하며 동반 상승하게 된다. 이를 회로 관계식을 이용하여 설명하면 다음과 같다.

회로 내의 축전기 양단의 전압은

(1)

로 표현된다. 그런데 축전기의 한쪽 전극이 부유 상태에 있다는 것은

의 저항과 직렬로 연결되어 있는 것과 등가이며, 따라서 i=0이고 V_c = V_0 , 즉 축전기 양단의 초기 전압이 그대로 유지된다. 이는 부유 상태에 있는 전극의 전위는 나머지 전극에 인가되는 전위를 따라 상승 또는 하강함을 의미한다.

따라서 음의 전압으로 리프레시(refresh)되는 경우에는 방향 제어 전극이 화소 전극보다 항상 소정의 값만큼 낮은 전위를 유지하게 된다.

본 발명의 제1 실시예에서는 DCE TFT를 유지 전극선에 연결하여 공통 전위가 방향 제어 전극에 인가될 수 있도록 한다. 따라서 다음 프레임에 화소 전극에 인가되는 전위의 극성이 무엇이냐에 관계없이 항상 두 전극의 전위가 동일한 극성으로 상승 또는 하강한다. 결국 본 발명은 선 반전 또는 점 반전 등의 구동 방식에 구애받지 않고 적용할 수 있다.

특히, 점 반전 구동의 경우에 Vdce는 수학식 1과 같이 표시된다.

여기서, Vd1은 본단의 게이트선의 온 신호에 의해 본단의 화소 전극에 인가되는 계조 전압이다.

이때, 다른 캐패시턴스에 비해서 게이트 전극과 소스 전극간의 캐패시턴스인 Cgs는 크기가 작으므로 고려하지 않았다. 또한, 식을 간단히 하기 위해서 아래와 같이 치환하였다.

C1=Clc + Cst ,C2=Cdce, C3=Clcd + Cstd

이러한 구조의 경우에도 Vdce 가 Vp, 즉 Vd1보다 커지므로 프린지 필드가 향상되고, 응답 속도가 향상된다.

또한 동일한 계조에서는 전후 프레임의 계조에 관계없이 방향 제어 전극과 화소 전극 사이의 전위차의 편차가 없어서 화질의 안정성이 높다.

DCE TFT가 데이터선에 연결되지 않기 때문에 방향 제어 전극으로 인하여 데이터선의 부하가 증가하는 것을 방지할 수 있다.

그러면, 본 발명의 좀 더 구체적인 실시예를 도 3a 내지 3c를 이용하여 설명한다.

도 3a는 본 발명의 제1 실시예에 따른 액정 표시 장치의 배치도이고, 도 3b는 도 3a의 Ⅲb-Ⅲb'선에 대한 단면도이고, 도 3c는 도 3a의 Ⅲc- Ⅲc'선에 대한 단면도이다.

본 발명의 제1 실시예에 따른 액정 표시 장치는 박막 트랜지스터 표시판(100)과 이와 마주보고 있는 색 필터 표시판(200) 및 박막 트랜지스터 표시판(100)과 색 필터 표시판(200) 사이에 주입되어 표시판(100, 200)에 수직으로 배향되어 있는 액정층(3)으로 이루어진다.

그러면, 박막 트랜지스터 표시판(100)에 대하여 좀 더 상세히 설명한다.

절연 기판(110) 위에 게이트선(121)이 형성되어 있고, 게이트선(121)과 교차하도록 데이터선(171)이 형성되어 있다. 게이트선(121)과 데이터선(171)은 서로 절연되어 있으며 이들이 교차하여 이루는 화소 영역에는 제1 게이트 전극(123a), 제1 소스 전극(173a) 및 제1 드레인 전극(175a)의 3단자를 가지는 화소 전극용 박막 트랜지스터와 제2 게이트 전극(123b), 제2 소스 전극(173b) 및 제2 드레인 전극(175b)의 3단자를 가지는 방향 제어 전극용 박막 트랜지스터가 하나씩 형성되어 있고, 방향 제어 전극(178)과 화소 전극(190)이 각각 형성되어 있다. 이 때, 화소 전극용 박막 트랜지스터는 화소 전극(190)을 스위칭하기 위한 것이고, 방향 제어 전극용 박막 트랜지스터는 방향 제어 전극(178)을 스위칭하기 위한 것이다. 화소 전극용 박막 트랜지스터의 게이트 전극(123a), 소스 전극(173a) 및 드레인 전극(175a)은 각각 해당 화소단의 게이트선(121), 데이터선(171) 및 화소 전극(190)에 연결되어 있다. 방향 제어 전극용 박막 트랜지스터의 게이트 전극(123b), 소스 전극(173b) 및 드레인 전극(175b)은 각각 전단의 게이트선(121), 해당 화소단의 유지 전극선(131) 및 방향 제어 전극(178)에 연결되어 있다. 방향 제어 전극(178)은 액정 분자의 선경사(pre-tilt)를 제어하기 위한 방향 제어 전압을 인가받아 공통 전극(270)과의 사이에 방향 제어 전계를 형성한다. 여기서 방향 제어 전극(178)은 데이터선(171)을 형성하는 단계에서 형성한다. 이러한 방향 제어 전극(178)은 후술할 공통 절개부(271, 272, 273)에 대응하는 제어 화소 절개부(191, 194)와 중첩하도록 형성한다.

박막 트랜지스터 표시판(100)에 대하여 각 층 구조까지 고려하여 상세히 설명한다.

절연 기판(110) 위에 가로 방향으로 게이트선(121)이 형성되어 있고, 제1 및 제2 게이트 전극(123a, 123b)이 게이트선(121)에 연결되어 있다. 또 절연 기판(110) 위에는 유지 전극선(131)과 유지 전극(133a, 133b, 133c, 133d)이 형성되어 있다. 유지 전극선(131)은 가로 방향으로 뻗어 있고 제1 및 제2 유지 전극(133a, 133b)은 유지 전극선(131)으로부터 세로 방향으로 뻗어 있다. 제3 및 제4 유지 전극(133c, 133d)은 사선 방향으로 형성되어 있고 제1 유지 전극(133a)과 제2 유지 전극(133b)을 연결하고 있다. 게이트 배선(121, 123a, 123b) 및 유지 전극 배선(131, 133a, 133b, 133c, 133d)은 알루미늄 또는 그 합금, 크롬 또는 그 합금, 몰리브덴 또는 그 합금 등으로 이루어져 있으며, 필요에 따라서는 물리 화학적 특성이 우수한 Cr 또는 Mo 합금 등으로 이루어지는 제1층과, 저항이 작은 Al 또는 Ag 합금 등으로 이루어지는 제2층의 이중층으로 형성할 수도 있다.

게이트 배선(121, 123a, 123b) 및 유지 전극 배선(131, 133a, 133b, 133c, 133d)의 위에는 게이트 절연막(140)이 형성되어 있다.

게이트 절연막(140) 위에는 비정질 규소 등의 반도체로 이루어진 반도체층(151, 154a, 154b)이 형성되어 있다. 반도체층(151, 154a, 154b)은 박막 트랜지스터의 채널을 형성하는 제1 및 제2 채널부 반도체층(154a, 154b)과 데이터선(171) 아래에 위치하는 데이터선부 반도체층(151)을 포함한다. 반도체층(151, 154a, 154b)의 상부에는 실리사이드 또는 n형 불순물이 고농도로 도핑되어 있는 n+ 수소화 비정질 규소 따위의 물질로 만들어진 저항성 접촉층(163a, 165a)이 각각 형성되어 있다.

저항성 접촉층(163a, 165a) 및 게이트 절연막(140) 위에는 데이터 배선(171, 173a, 173b, 175a, 175b)이 형성되어 있다. 데이터 배선(171, 173a, 173b, 175a, 175b)은 세로 방향으로 형성되어 있으며 게이트선(121)과 교차하여 화소를 정의하는 데이터선(171), 데이터선(171)의 분지이며 저항성 접촉층(163a)의 상부까지 연장되어 있는 제1 소스 전극(173a), 제1 소스 전극(173a)과 분리되어 있으며 제1 게이트 전극(123a)에 대하여 제1 소스 전극(173a)의 반대쪽 저항성 접촉층(165a) 상 부에 형성되어 있는 제1 드레인 전극(175a), 제2 게이트 전극(123b) 상부에서 대향하고 있는 저항성 접촉층(163b, 165b) 위에 형성되어 있는 제2 소스 전극(173b) 및 제2 드레인 전극(175b)이 형성되어 있다. 이 때, 데이터선(171)의 한쪽 끝부분(179)은 외부 회로와 연결하기 위하여 폭이 확장되어 있다.

또한, 게이트선(121)과 데이터선(171)이 교차하여 이루는 화소 영역 내에는 화소 전극의 사선 방향 절개부(192)와 평행한 제어 화소 절개부(191, 194)와 중첩되어 이루어진 방향 제어 전극(178)이 형성되어 있다. 이 때, 방향 제어 전극(178)은 제2 드레인 전극(175b)과 연결되어 있다. 데이터 배선(171, 173a, 173b, 175a, 175b) 및 방향 제어 전극(178)은 알루미늄 또는 그 합금, 크롬 또는 그 합금, 몰리브덴 또는 그 합금 등으로 이루어져 있으며, 필요에 따라서는 물리 화학적 특성이 우수한 Cr 또는 Mo 합금 등으로 이루어지는 제1층과, 저항이 작은 Al 또는 Ag 합금 등으로 이루어지는 제2층의 이중층으로 형성할 수도 있다.

데이터 배선(171, 173a, 173b, 175a, 175b) 위에는 질화 규소 또는 유기 절연막으로 이루어진 보호막(180)이 형성되어 있다.

보호막(180)에는 제1 드레인 전극을 드러내는 접촉구(181), 게이트 절연막(140)에도 걸쳐 형성되어 있으며 유지 전극선(131)을 드러내는 접촉구(182), 데이터선의 끝부분을 드러내는 접촉구(도시하지 않음), 게이트 절연막(140)에도 걸쳐 형성되어 있으며 게이트선의 끝부분(125)을 드러내는 접촉구(185)가 형성되어 있다. 이러한 접촉구는 각을 가지거나 원형의 다양한 모양으로 형성될 수 있으며, 면적은 2mm×60㎛를 넘지 않으며, 0.5mm×15㎛ 이상인 것이 바람직하다.

보호막(180) 위에는 접촉구(181)를 통하여 제1 드레인 전극(175a)과 연결되어 있으며 일반 화소 절개부(192, 193)와 제어 화소 절개부(191, 194)를 가지는 화소 전극(190)이 형성되어 있다. 이 때, 일반 화소 절개부(192, 193)는 가로 방향 절개부(193)와 사선 방향 절개부(192)를 포함한다. 제어 화소 절개부(191, 194)는 방향 제어 전극(178)과 중첩하고, 사선 방향 절개부(192)는 제3 및 제4 유지 전극(133c, 133d)과 중첩한다. 방향 제어 전극(178)은 제어 화소 절개부(191, 194)뿐만 아니라 화소 전극(190)의 절개부(191, 194) 주변부와 넓게 중첩하고 있어서 화소 전극(190)과의 사이에 소정의 정전 용량을 가지는 축전기를 형성한다. 또한, 보호막(180) 위에는 접촉구(185, 186)를 통하여 각각 게이트선의 끝부분(125) 및 데이터선의 끝부분(179)과 연결되어 있는 게이트 접촉 보조 부재(95) 및 데이터 접촉 보조 부재(97)가 형성되어 있다. 여기서, 화소 전극(190) 및 접촉 보조 부재(95, 97)는 IZO(indium zinc oxide)로 이루어져 있다. 화소 전극(190) 및 접촉 보조 부재(95, 97)는 ITO로 형성할 수도 있다.

이상에서, 화소 전극(190)은 화소 영역을 다수의 소도메인으로 분할하기 위한 절개부 패턴(191, 192, 193, 194)을 가지며, 이중 제어 화소 절개부(191, 194)는 방향 제어 전극(178)과 중첩되어 있고, 사선 방향 절개부(192)는 유지 전극(133c, 133d)과 중첩되어 있다. 즉, 액정 표시 장치를 위에서 바라볼 때 방향 제어 전극(178)이 제어 화소 절개부(191, 194)를 통하여 노출되어 보이도록 방향 제어 전극(178)과 제어 화소 절개부(191, 194)를 배열한다. 또, 유지 전극선(131)과 방향 제어 전극(178) 사이에 방향 제어 전극용 박막 트랜지스터를 연결하고, 데 이터선(171)과 화소 전극(190) 사이에 화소 전극용 박막 트랜지스터를 연결하며, 화소 전극(190)과 방향 제어 전극(178)은 용량성 결합을 이루도록 배치한다.

한편, 방향 제어 전극(178)은 게이트 배선(121, 123a, 123b)과 같은 층에 형성할 수도 있다.

색 필터 표시판(200)에 대하여 좀 더 상세히 설명한다.

유리 등의 투명한 절연 물질로 이루어진 상부 기판(210)의 아래 면에 빛샘을 방지하기 위한 블랙 매트릭스(220)와 적, 녹, 청의 색필터(230) 및 ITO 또는 IZO 등의 투명한 도전 물질로 이루어져 있고, 절개부(271, 272)는 공통 전극(270)이 형성되어 있다.

이 때, 절개부(271, 272)는 꺾쇠형 절개부(271)와 갈매기형 절개부(272)를 포함한다. 꺾쇠형 절개부(271)는 화소의 상하에 각각 하나씩 2개 형성되어 있고, 이 둘은 서로 반전 대칭에 가까운 형태를 가진다. 꺾쇠형 절개부(271)의 중앙은 사선 방향으로 뻗어 있고, 양 단부는 구부러져서 한쪽은 세로 방향으로 뻗어있고, 다른 한쪽은 가로 방향으로 뻗어있다. 갈매기형 절개부(272)는 두 개의 꺾쇠형 절개부(271) 사이에 형성되어 있고, 화소의 중앙에 위치하는 가로 방향 부분과 여기서 서로 직각을 이루며 뻗어나간 두 개의 사선 방향 부분 및 두 개의 사선 방향 부분에서 각각 뻗어나간 세로 방향 부분을 포함한다.

액정층(3)에 포함되어 있는 액정 분자는 화소 전극(190)과 공통 전극(270) 사이에 전계가 인가되지 않은 상태에서 그 방향자가 하부 기판(110)과 상부 기판(210)에 대하여 수직을 이루도록 배향되어 있고, 음의 유전율 이방성을 가진 다. 하부 기판(110)과 상부 기판(210)은 화소 전극(190)이 색필터(230)와 대응하여 정확하게 중첩되도록 정렬된다. 이 때, 공통 전극(270)의 절개부(271, 272)는 제어 화소 절개부(191, 194)와 중첩하도록 배치된다.

이렇게 하면, 화소는 화소 전극(190)의 절개부(192, 193)와 공통 전극(270)의 절개부(271, 272)에 의하여 다수의 소도메인으로 분할된다. 또, 제어 화소 절개부(191, 194)를 통하여 노출되는 방향 제어 전극(178)에 의하여 분할된 도메인 내에서 액정의 배향이 더욱 안정해진다.

위에서는 액정 분자가 음의 유전율 이방성을 가지며 기판(110, 210)에 대하여 수직 배향되어 있는 경우를 예로 들었으나, 양의 유전율 이방성을 가지는 액정 분자를 기판(110, 210)에 대하여 수평 배향하여 액정층(3)을 형성할 수도 있다.

이러한 구조의 액정 표시 장치에 있어서 박막 트랜지스터 표시판을 제조하는 방법에 대하여 설명한다.

도 4a 내지 도 4d는 본 발명의 제1 실시예에 따른 액정 표시 장치용 박막 트랜지스터 표시판을 제조하는 과정을 순서대로 나타낸 단면도이다.

먼저, 도 4a에 도시한 바와 같이, 금속 따위의 도전체층을 스퍼터링 따위의 방법으로 적층하고 마스크를 이용한 첫 번째 사진 식각 공정으로 건식 또는 습식 식각하여, 기판(110) 위에 게이트선(121), 게이트선의 끝부분(도시하지 않음) 및 게이트 전극(123)을 포함하는 게이트 배선과 유지 전극선(131) 및 유지 전극(133a, 133b, 133c, 133d)을 포함하는 유지 배선을 형성한다.

다음, 도 4b에 도시한 바와 같이, 게이트 절연막(140), 수소화 비정질 규소 층 및 인(P) 따위의 n형 불순물이 고농도로 도핑되어 있는 비정질 규소층을 화학 기상 증착법을 이용하여 각각 1,500 Å 내지 5,000 Å, 500 Å 내지 2,000 Å, 300 Å 내지 600 Å의 두께로 연속 증착하고, 마스크를 이용한 사진 식각 공정으로 도핑된 비정질 규소층과 비정질 규소층을 차례로 패터닝하여 저항성 접촉층(160a, 160b, 161)과 비정질 규소층(151, 154a, 154b)을 형성한다.

이어, 도 4c에 도시한 바와 같이, 금속 따위의 도전체층을 스퍼터링 등의 방법으로 1,500 Å 내지 3,000 Å의 두께로 증착한 다음 마스크를 이용한 사진 식각 공정으로 패터닝하여 데이터선(171), 소스 전극(173a, 173b), 드레인 전극(175a, 175b) 및 데이터선의 끝부분(도시하지 않음)을 포함하는 데이터 배선과 방향 제어 전극(178)을 형성한다. 이어, 소스 전극(173a, 173b)과 드레인 전극(175a, 175b)으로 가려지지 않은 저항성 접촉층(160a, 160b)을 식각하여 소스 전극(173a, 173b)과 드레인 전극(175a, 175b) 사이의 반도체층(151)을 드러내고 양쪽으로 분리된 저항성 접촉층(163a, 163b, 165a, 165b)을 형성한다.

이어, 도 4d에 나타낸 바와 같이, 낮은 유전율을 가지며, 평탄화 특성이 우수한 유기 절연 물질을 도포하거나 또는 4.0 이하의 낮은 유전율을 가지는 SiOF, SiOC 등과 같은 저유전율 절연 물질을 화학 기상 증착으로 적층하여 보호막(180)을 형성하고, 마스크를 이용한 사진 식각 공정으로 게이트 절연막(140)과 함께 패터닝하여, 접촉 구멍(181, 182)을 형성한다.

마지막으로, 도 3a에 도시한 바와 같이, 400 Å 내지 500 Å 두께의 ITO 또는 IZO층을 증착하고 마스크를 이용한 사진 식각 공정으로 식각하여 화소 전극(190), 가로 방향 절개부(193), 사선 방향 절개부(192), 제어 화소 절개부(191, 194), 게이트 접촉 보조 부재(도시하지 않음) 및 데이터 접촉 보조 부재(도시하지 않음)를 형성한다.

이러한 방법은 앞에서 설명한 바와 같이, 5매의 마스크를 이용하는 제조 방법에 적용할 수 있지만, 4매 마스크를 이용하는 액정 표시 장치용 박막 트랜지스터 표시판의 제조 방법에서도 동일하게 적용할 수 있다.

본 발명의 제1 실시예에서는 방향 제어 전극용 박막 트랜지스터의 소스 전극이 유지 전극선에 연결되어 있으나 이와 달리 전단의 데이터선이나 본단의 데이터선에 연결될 수도 있다.

도 5에는 제2 실시예로서, 방향 제어 전극용 박막 트랜지스터(DCE TFT)의 소스 전극이 전단의 데이터선에 연결되어 있는 구조의 회로도가 도시되어 있다.

이러한 구조의 경우에 Vdce는 수학식 2와 같이 표시된다.

여기서, Vd1은 본단의 게이트선의 온 신호에 동기되어 본단의 데이터선에 인가되는 계조 전압이고, Vd2는 전단의 게이트선의 온 신호에 동기되어 본단의 데이터선에 인가되는 계조 전압이다.

이때, 다른 캐패시턴스에 비해서 게이트 전극과 소스 전극간의 캐패시턴스인 Cgs는 크기가 작으므로 고려하지 않았다. 또한, 식을 간단히 하기 위해서 아래와 같이 치환하였다.

C1=Clc + Cst, C2=Cdce, C3=Clcd + Cstd

이러한 구조의 경우에도 Vdce 가 Vp 보다 커지므로 프린지 필드가 향상되고, 응답 속도가 향상된다.

도 6에는 제3 실시예로서, 방향 제어 전극용 박막 트랜지스터(DCE TFT)의 소스 전극이 본단의 데이터선에 연결되어 있는 구조의 회로도가 도시되어 있다. 이러한 구조의 경우에 Vdce는 상기의 수학식 2와 같이 표시된다.

도 7은 본 발명의 제3 실시예에 따른 액정 표시 장치의 배치도로써 도 6의 회로를 구현하는 구체적인 구조이다.

도 7에 도시된 본 발명의 제3 실시예에 따른 액정 표시 장치는 도 3a에 도시된 제1 실시예와 동일한 참조부호는 동일한 기능을 하는 동일한 부재를 가리킨다.

그러면, 박막 트랜지스터 표시판(100)에 대하여 좀 더 상세히 설명한다.

절연 기판(110) 위에 게이트선(121)이 형성되어 있고, 게이트선(121)과 교차하도록 데이터선(171)이 형성되어 있다. 게이트선(121)과 데이터선(171)은 서로 절연되어 있으며 이들이 교차하여 이루는 화소 영역에는 제1 게이트 전극(123a), 제1 소스 전극(173a) 및 제1 드레인 전극(175a)의 3단자를 가지는 화소 전극용 박막 트랜지스터와 제2 게이트 전극(123b), 제2 소스 전극(173b) 및 제2 드레인 전극(175b)의 3단자를 가지는 방향 제어 전극용 박막 트랜지스터가 하나씩 형성되어 있고, 방향 제어 전극(178)과 화소 전극(190)이 각각 형성되어 있다. 이 때, 화소 전극용 박막 트랜지스터는 화소 전극(190)을 스위칭하기 위한 것이고, 방향 제어 전극용 박막 트랜지스터는 방향 제어 전극(178)을 스위칭하기 위한 것이다. 화소 전극용 박막 트랜지스터의 게이트 전극(123a), 소스 전극(173a) 및 드레인 전극(175a)은 각각 해당 화소단의 게이트선(121), 데이터선(171) 및 화소 전극(190)에 연결되어 있다. 방향 제어 전극용 박막 트랜지스터의 게이트 전극(123b), 소스 전극(173b) 및 드레인 전극(175b)은 각각 전단의 게이트선(121), 본단의 데이터선(171) 및 방향 제어 전극(178)에 연결되어 있다. 방향 제어 전극(178)은 액정 분자의 선경사(pre-tilt)를 제어하기 위한 방향 제어 전압을 인가받아 공통 전극(270)과의 사이에 방향 제어 전계를 형성한다. 여기서 방향 제어 전극(178)은 데이터선(171)을 형성하는 단계에서 형성한다. 이러한 방향 제어 전극(178)은 후술할 공통 절개부(271, 272, 273)에 대응하는 제어 화소 절개부(191, 194)와 중첩하도록 형성한다.

본 발명의 제4 실시예에 따른 액정 표시 장치의 회로도가 도 8에 도시되어 있다. 여기서, 앞서 도시된 도면에서와 동일한 참조부호는 동일한 기능을 하는 동일한 부재를 가리킨다.

본 발명의 제4 실시예에 따른 액정 표시 장치는 박막 트랜지스터 표시판과, 이와 대향하는 색 필터 표시판 및 이들 사이에 주입되어 있는 액정층으로 이루어져 있다. 박막 트랜지스터 표시판에는 게이트선과 데이터선이 교차하여 화소 영역을 정의하고 있고, 기준 전위(Vcom)가 인가되는 유지 전극선이 게이트선과 나란하게 형성되어 있다. 이 때, 게이트선을 통하여는 주사 신호가 전달되고, 데이터선을 통하여는 화상 신호가 전달되며, 유지 전극선에는 기준 전위가 인가된다. 각 화소 영역에는 게이트선에 연결되어 있는 게이트 전극, 데이터선에 연결되어 있는 소스 전극 및 화소 전극에 드레인 전극이 연결되어 있는 제2 화소 전극용 박막 트랜지스터(Pixel TFT1), 전단의 게이트선에 연결되어 있는 게이트 전극, 전단의 데이터선에 연결되어 있는 소스 전극 및 방향 제어 전극에 연결되어 있는 드레인 전극을 가지는 방향 제어용 박막 트랜지스터(DCE TFT) 및 전단의 게이트선에 연결되어 있는 게이트 전극, 자기 단의 데이터선에 연결되어 있는 소스 전극 및 화소 전극에 연결되어 있는 드레인 전극을 가지는 제2 화소 전극용 박막 트랜지스터(PIXEL TFT2)가 각각 하나씩 형성되어 있다. 방향 제어 전극은 화소 전극과 용량성 결합을 이루고 있고, 이들 사이의 정전 용량은 Cdce고 표시한다. 화소 전극은 색 필터 표시판의 공통 전극과의 사이에 액정 축전기를 형성하고, 그 정전 용량은 Clc로 표시한다. 또, 화소 전극은 유지 전극선에 연결되어 있는 유지 전극과의 사이에 유지 축전기를 형성하고, 그 정전 용량은 Cst로 표시한다.

회로도에는 나타내지 못하였으나 본 발명에 따른 액정 표시 장치의 화소 전극은 절개부를 가지며, 이 절개부를 통하여 방향 제어 전극에 의한 전계가 유출될 수 있도록 방향 제어 전극과 절개부가 중첩되어 있다. 절개부를 통하여 유출되는 방향 제어 전극의 전계에 의하여 액정 분자가 선경사(pretilt)를 갖게되고, 선경사를 가지는 액정 분자는 화소 전극의 전계가 인가되면 흐트러짐 없이 신속하게 선경사에 의하여 결정된 방향으로 배향된다.

이러한 구조의 액정 표시 장치에 점 반전 구동을 적용하면, 전단 게이트선(Gate N-1)의 온 신호에 의하여 DCE TFT과 PIXEL TFT2가 함께 온되어 방향 제어 전극에는 양(+)극성의 계조 전압이 충전되고, 화소 전극에는 음(-)극성의 계조 전압이 충전된다. 따라서 방향 제어 전극의 초기 전압(Vdce)은 Data N-1과 Data N으로부터 인가되는 양극성 계조 전압과 음극성 계조 전압 간의 차가 되므로 PIXEL TFT2를 형성하지 않은 경우에 비하여 적어도 2배 이상 높은 Vdce를 얻을 수 있다.

이후, 자기 단의 게이트선(Gate N)에 온 신호가 인가되어 Pixel TFT1이 온될 때는 DCE TFT와 PIXEL TFT2는 모두 오프되어 방향 제어 전극이 부유 상태에 있게 되므로 방향 제어 전극 전압은 화소 전극에 충전되는 전압과 Vdce만큼의 차를 유지하며 함께 상승하게 된다. 이와 같은 구조는 보다 높은 Vdce를 확보함으로써 액정 배열의 안정성을 높여 텍스쳐를 안정화할 수 있다.

즉, 점반전 구동시 수학식 3와 같이 Vdce가 표시된다.

여기서, Vd1은 본단의 게이트선의 온 신호에 동기되어 본단의 데이터선에 인가되는 계조 전압이고, Vd2는 전단의 게이트선의 온 신호에 동기되어 전단의 데이터선에 인가되는 계조 전압이고, Vd3는 전단의 게이트선의 온 신호에 동기되어 본단의 데이터선에 인가되는 계조 전압이다.

또, Vdce가 인접한 두 개의 전단 화소의 계조 전압에 의하여 결정되고, Cdce 의 크기에 별로 영향을 받지 않기 때문에 Vdce를 키우기 위하여 Cdce를 작게 할 필요가 없어서 방향 제어 전극을 화소 전극과 중첩하도록 충분히 넓게 형성할 수 있다. 따라서 방향 제어 전극 주변에서 발생하는 빛샘을 차단할 수 있으며, 제조 공정에서 발생하는 마스크 오정렬에 크게 영향받지 않는다.

또한, Vdce가 커지므로 응답 속도가 향상되어 잔상도 개선된다.

도 8의 구조는 점반전 구동과 선반전 구동 방식에 적용할 수 있고, 기타의 구동 방식에서는 3개의 TFT의 연결을 적절히 변경하여 사용하면 된다.

즉, 도 9에는 제5 실시예로서, DCE TFT의 소스 전극이 전단의 데이터선에 연결되어 있고, PIXEL TFT2의 소스 전극이 유지 전극선에 연결되어 있는 구조가 도시되어 있고, 도 10에는 제6 실시예로서, DCE TFT의 소스 전극이 유지 전극선에 연결되어 있고, PIXEL TFT2의 소스 전극이 본단의 데이터선에 연결되어 있는 구조가 도시되어 있다.

도 9의 구조의 경우에 Vdce는 수학식 4와 같이 표시된다.

그리고, 도 10의 구조의 경우에 Vdce는 수학식 5와 같이 표시된다.

여기서, Vd1은 본단의 게이트선의 온 신호에 동기되어 본단의 데이터선에 인 가되는 계조 전압이고, Vd2는 전단의 게이트선의 온 신호에 동기되어 전단의 데이터선에 인가되는 계조 전압이고, Vd3는 전단의 게이트선의 온 신호에 동기되어 본단의 데이터선에 인가되는 계조 전압이다.

이러한 구조의 경우에도 Vdce 가 Vp 보다 커지므로 프린지 필드가 향상되고, 응답 속도가 향상된다.

도 11은 본 발명의 제6 실시예에 따른 액정 표시 장치의 배치도이다. 즉, 도 10의 회로를 구현하는 구체적인 액정 표시 장치의 배치를 나타낸다.

도 11에 도시된 본 발명의 제6 실시예에 따른 액정 표시 장치는 도 3a에 도시된 제1 실시예와 동일한 참조부호는 동일한 기능을 하는 동일한 부재를 가리킨다.

그러면, 박막 트랜지스터 표시판(100)에 대하여 좀 더 상세히 설명한다.

절연 기판(110) 위에 게이트선(121)이 형성되어 있고, 게이트선(121)과 교차하도록 데이터선(171)이 형성되어 있다. 게이트선(121)과 데이터선(171)은 서로 절연되어 있으며 이들이 교차하여 이루는 화소 영역에는 제1 게이트 전극(123a), 제1 소스 전극(173a) 및 제1 드레인 전극(175a)의 3단자를 가지는 제1 화소 전극용 박막 트랜지스터와 제2 게이트 전극(123b), 제2 소스 전극(173b) 및 제2 드레인 전극(175b)의 3단자를 가지는 방향 제어 전극용 박막 트랜지스터가 하나씩 형성되어 있고, 방향 제어 전극(178)과 화소 전극(190)이 각각 형성되어 있다. 그리고, 제3 게이트 전극(123c), 제3 소스 전극(173c) 및 제3 드레인 전극(175c)의 3단자를 가 지는 제2 화소 전극용 박막 트랜지스터도 형성되어 있다. 이 때, 제1 및 제2 화소 전극용 박막 트랜지스터는 화소 전극(190)을 스위칭하기 위한 것이고, 방향 제어 전극용 박막 트랜지스터는 방향 제어 전극(178)을 스위칭하기 위한 것이다. 제1 화소 전극용 박막 트랜지스터의 게이트 전극(123a), 소스 전극(173a) 및 드레인 전극(175a)은 각각 해당 화소단의 게이트선(121), 데이터선(171) 및 화소 전극(190)에 연결되어 있다. 방향 제어 전극용 박막 트랜지스터의 게이트 전극(123b), 소스 전극(173b) 및 드레인 전극(175b)은 각각 전단의 게이트선(121), 해당 화소단의 유지 전극선(131) 및 방향 제어 전극(178)에 연결되어 있다. 제2 화소 전극용 박막 트랜지스터의 게이트 전극(123c), 소스 전극(173c) 및 드레인 전극(175c)은 각각 전단의 게이트선(121), 해당 화소단의 데이터선(171) 및 화소 전극(190)에 연결되어 있다. 방향 제어 전극(178)은 액정 분자의 선경사(pre-tilt)를 제어하기 위한 방향 제어 전압을 인가받아 공통 전극(270)과의 사이에 방향 제어 전계를 형성한다. 여기서 방향 제어 전극(178)은 데이터선(171)을 형성하는 단계에서 형성한다. 이러한 방향 제어 전극(178)은 후술할 공통 절개부(271, 272, 273)에 대응하는 제어 화소 절개부(191, 194)와 중첩하도록 형성한다.

본 발명은 첨부된 도면에 도시된 일 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 보호범위는 첨부된 청구범위에 의해서만 정해져야 할 것이다.

본 발명에 따른 액정 표시 장치는 방향 제어 전극을 공통 절개부에 대응하도록 형성함으로써 공통 절개부 영역의 프린지 필드가 강해지고, 따라서, 공통 절개 부의 폭을 줄일 수 있다는 장점이 있다. 따라서, 개구율이 향상되어 투과율이 향상된다.

또한, 공통 절개부 영역의 프린지 필드가 강해지므로 응답 속도가 향상된다는 장점이 있다.

Claims (19)

1. 제1 절연 기판,

   상기 제1 절연 기판 위에 형성되어 있는 게이트선,

   상기 제1 절연 기판 위에 형성되어 있으며 상기 게이트선과 절연되어 교차하고 있는 데이터선, 상기 게이트선과 상기 데이터선이 교차하여 정의하는 화소 영역마다 형성되어 있으며 일반 화소 절개부와 제어 화소 절개부를 포함하는 화소 절개부를 가지는 화소 전극,

   상기 화소 영역마다 형성되어 있는 방향 제어 전극, 상기 데이터선과 절연되어 교차하고 있으며 공통 전위가 인가되는 유지 전극선, 본단의 상기 게이트선, 본단의 상기 데이터선 및 상기 화소 전극과 연결되어 있는 제1 박막 트랜지스터, 전단의 상기 게이트선, 상기 유지 전극선 및 상기 방향 제어 전극과 연결되어 있는 제2 박막 트랜지스터를 포함하는 제1 표시판;

   상기 제1 표시판과 대향하고 있고, 제2 절연 기판 위에 형성되어 있으며 공통 절개부를 가지는 공통 전극을 포함하는 제2 표시판;

   상기 제1 표시판과 상기 제2 표시판 사이에 주입되어 있는 액정층

   을 포함하며,

   상기 일반 화소 절개부와 상기 제어 화소 절개부는 교대로 배치되어 있으며,

   상기 방향 제어 전극은 상기 공통 절개부에 대응하는 제어 화소 절개부와 중첩하는 액정 표시 장치.
2. 제1항에서,

   방향 제어 전극 전압은 화소 전극 전압보다 소정의 값 이상으로 큰 액정 표시 장치.
3. 삭제
4. 삭제
5. 삭제
6. 삭제
7. 삭제
8. 삭제
9. 삭제
10. 제1 절연 기판,

    상기 제1 절연 기판 위에 형성되어 있는 게이트선, 상기 제1 절연 기판 위에 형성되어 있으며 상기 게이트선과 절연되어 교차하고 있는 데이터선, 상기 게이트선과 상기 데이터선이 교차하여 정의하는 화소 영역마다 형성되어 있으며 일반 화소 절개부와 제어 화소 절개부를 포함하는 화소 절개부를 가지는 화소 전극,

    상기 화소 영역마다 형성되어 있는 방향 제어 전극, 본단의 상기 게이트선, 본단의 상기 데이터선 및 상기 화소 전극과 연결되어 있는 제1 박막 트랜지스터, 전단의 상기 게이트선, 본단의 상기 데이터선 및 상기 방향 제어 전극과 연결되어 있는 제2 박막 트랜지스터를 포함하는 제1 표시판;

    상기 제1 표시판과 대향하고 있고, 제2 절연 기판 위에 형성되어 있으며 공통 절개부를 가지는 공통 전극을 포함하는 제2 표시판;

    상기 제1 표시판과 상기 제2 표시판 사이에 주입되어 있는 액정층

    을 포함하며,

    상기 일반 화소 절개부와 상기 제어 화소 절개부는 교대로 배치되어 있으며,

    상기 방향 제어 전극은 상기 공통 절개부에 대응하는 제어 화소 절개부와 중첩하는 액정 표시 장치.
11. 제1 절연 기판, 상기 제1 절연 기판 위에 형성되어 있는 게이트선, 상기 제1 절연 기판 위에 형성되어 있으며 상기 게이트선과 절연되어 교차하고 있는 데이터선, 상기 게이트선과 상기 데이터선이 교차하여 정의하는 화소 영역마다 형성되어 있으며 일반 화소 절개부와 제어 화소 절개부를 포함하는 화소 절개부를 가지는 화소 전극, 상기 화소 영역마다 형성되어 있는 방향 제어 전극, 본단의 상기 게이트선, 본단의 상기 데이터선 및 상기 화소 전극과 연결되어 있는 제1 박막 트랜지스터, 전단의 상기 게이트선, 전단의 상기 데이터선 및 상기 방향 제어 전극과 연결되어 있는 제2 박막 트랜지스터를 포함하는 제1 표시판;

    상기 제1 표시판과 대향하고 있고, 제2 절연 기판 위에 형성되어 있으며 공통 절개부를 가지는 공통 전극을 포함하는 제2 표시판;

    상기 제1 표시판과 상기 제2 표시판 사이에 주입되어 있는 액정층

    을 포함하며,

    상기 일반 화소 절개부와 상기 제어 화소 절개부는 교대로 배치되어 있으며,

    상기 방향 제어 전극은 상기 공통 절개부에 대응하는 제어 화소 절개부와 중첩하는 액정 표시 장치.
12. 제1 절연 기판, 상기 제1 절연 기판 위에 형성되어 있는 게이트선, 상기 제1 절연 기판 위에 형성되어 있으며 상기 게이트선과 절연되어 교차하고 있는 데이터선, 상기 게이트선과 상기 데이터선이 교차하여 정의하는 화소 영역마다 형성되어 있으며 일반 화소 절개부와 제어 화소 절개부를 포함하는 화소 절개부를 가지는 화소 전극, 상기 화소 영역마다 형성되어 있는 방향 제어 전극, 상기 데이터선과 절연되어 교차하고 있으며 공통 전위가 인가되는 유지 전극선, 본단의 상기 게이트선, 본단의 상기 데이터선 및 상기 화소 전극과 연결되어 있는 제1 박막 트랜지스터, 전단의 상기 게이트선, 유지 전극선 및 상기 방향 제어 전극과 연결되어 있는 제2 박막 트랜지스터, 전단의 상기 게이트선, 본단의 상기 데이터선 및 상기 화소 전극과 연결되어 있는 제3 박막 트랜지스터를 포함하는 제1 표시판;

    상기 제1 표시판과 대향하고 있고, 제2 절연 기판 위에 형성되어 있으며 공통 절개부를 가지는 공통 전극을 포함하는 제2 표시판;

    상기 제1 표시판과 상기 제2 표시판 사이에 주입되어 있는 액정층

    을 포함하며,

    상기 일반 화소 절개부와 상기 제어 화소 절개부는 교대로 배치되어 있으며,

    상기 방향 제어 전극은 상기 공통 절개부에 대응하는 제어 화소 절개부와 중첩하는 액정 표시 장치.
13. 제1 절연 기판, 상기 제1 절연 기판 위에 형성되어 있는 게이트선, 상기 절연 기판 위에 형성되어 있으며 상기 게이트선과 절연되어 교차하고 있는 데이터선, 상기 게이트선과 상기 데이터선이 교차하여 정의하는 화소 영역마다 형성되어 있으며 일반 화소 절개부와 제어 화소 절개부를 포함하는 화소 절개부를 가지는 화소 전극, 상기 화소 영역마다 형성되어 있는 방향 제어 전극, 상기 데이터선과 절연되어 교차하고 있으며 공통 전위가 인가되는 유지 전극선, 본단의 상기 게이트선, 본단의 상기 데이터선 및 상기 화소 전극과 연결되어 있는 제1 박막 트랜지스터, 전단의 상기 게이트선, 전단의 상기 데이터선 및 상기 방향 제어 전극과 연결되어 있는 제2 박막 트랜지스터, 전단의 상기 게이트선, 상기 유지 전극선 및 상기 화소 전극과 연결되어 있는 제3 박막 트랜지스터를 포함하는 제1 표시판;

    상기 제1 표시판과 대향하고 있고, 제2 절연 기판 위에 형성되어 있으며 공통 절개부를 가지는 공통 전극을 포함하는 제2 표시판;

    상기 제1 표시판과 상기 제2 표시판 사이에 주입되어 있는 액정층

    을 포함하며,

    상기 일반 화소 절개부와 상기 제어 화소 절개부는 교대로 배치되어 있으며,

    상기 방향 제어 전극은 상기 공통 절개부에 대응하는 제어 화소 절개부와 중첩하는 액정 표시 장치.
14. 삭제
15. 제10항 내지 제13항 중 어느 한 항에서,

    방향 제어 전극 전압은 화소 전극 전압보다 소정의 값 이상으로 큰 액정 표시 장치.
16. 제10항 내지 제13항 중 어느 한 항에서,

    상기 일반 화소 절개부는 상기 화소 전극을 상하로 양분하는 가로 방향 절개부와 가로 방향 절개부를 중심으로 하여 거울상 대칭을 이루는 사선 방향 절개부를 포함하는 액정 표시 장치.
17. 제10항 내지 제13항 중 어느 한 항에서,

    상기 방향 제어 전극은 상기 화소 전극의 가로 방향 절개부를 중심으로 하여 거울상 대칭을 이루는 액정 표시 장치.
18. 제10항 내지 제13항 중 어느 한 항에서,

    상기 방향 제어 전극은 상기 데이터선과 동일한 층에 동일한 물질로 형성되어 있는 액정 표시 장치.
19. 제10항 내지 제13항 중 어느 한 항에서,

    상기 방향 제어 전극은 상기 게이트선과 동일한 층에 동일한 물질로 형성되어 있는 액정 표시 장치.

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