KR20060083714A

KR20060083714A - 액정 표시 장치

Info

Publication number: KR20060083714A
Application number: KR1020050004630A
Authority: KR
Inventors: 문국철; 김일곤; 최필모; 박태형; 주승용
Original assignee: 삼성전자주식회사
Priority date: 2005-01-18
Filing date: 2005-01-18
Publication date: 2006-07-21

Abstract

액정 표시 장치가 제공된다. 액정 표시 장치는, 제1 절연 기판과, 제1 절연 기판 상에 형성되며, 소스 및 드레인 영역을 포함하는 반도체층과, 소스 영역과 드레인 영역 사이의 반도체층 상부에 형성된 게이트 전극으로 구성된 다수의 박막 트랜지스터와, 제1 절연 기판에 대향하여 형성된 제2 절연 기판과, 제2 절연 기판 상에 형성되며 화소행별로 각각 분리되어 형성된 다수의 공통 전극들과, 다수의 공통 전극들에 인가되는 각각의 공통 전압이 화소행별로 반전되도록 하는 공통 전압 구동부를 포함한다.

액정 표시 장치, 광차단막, 유지 용량

Description

액정 표시 장치{Liquid crystal display}

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 액정 표시 장치를 나타낸 개략도이다.

도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 액정 표시 장치용 박막 트랜지스터를 나타내는 단면도이다.

도 3은 화소행별로 분리되어 형성된 공통 전극을 설명하기 위한 도면이다.

도 4는 하부 기판에 형성된 공통 전압 구동부와 상부 기판에 형성된 공통 전극과의 연결 관계를 나타낸 도면이다.

도 5는 공통 전압 구동부로부터 각 화소행별 공통 전극에 제공되는 각각의 공통 전압을 화소행별 게이트 전압과 비교하여 나타낸 파형도이다.

본 발명은 액정 표시 장치(Liquid Crystal Displaly; LCD)에 관한 것이다.

최근에 텔레비전 등의 표시 장치의 대형화 추세에 따라 음극선관 표시 장치(Cathode Ray Tube; CRT) 대신에 액정 표시 장치(LCD), 플라즈마 표시 장치(Plasma Display Panel; PDP), 유기 이엘 표시 장치(Organic ElectroLuminiscent Display; OELD) 등과 같은 평판 패널형 표시 장치가 개발되고 있다. 이러한 평판 패널형 표 시 장치 중에서 경량화 및 박형화가 가능한 액정 표시 장치가 특히 주목 받고 있다.

액정 표시 장치는 공통 전극, 컬러 필터, 블랙 매트릭스 등이 형성되어 있는 상부 투명 절연 기판과 박막 트랜지스터, 화소 전극 등이 형성되어 있는 하부 투명 절연 기판 사이에 이방성 유전율을 갖는 액정 물질을 주입해 놓고, 화소 전극과 공통 전극에 서로 다른 전위를 인가함으로써 액정 물질에 형성되는 전계의 세기를 조정하여 액정 물질의 분자 배열을 변경시키고, 이를 통하여 투명 절연 기판에 투과되는 빛의 양을 조절함으로써 원하는 화상을 표현하는 표시 장치이다. 이러한 액정 표시 장치는 박막 트랜지스터(Thin Film Transistor; TFT)를 스위칭 소자로 이용하는 박막 트랜지스터 액정 표시 장치(TFT LCD)가 주로 사용되고 있다.

상기 박막 트랜지스터 소자로는 수소화된 비정질 실리콘이 주로 이용되었는데, 이는 저온 공정이 저가의 절연 기판을 사용할 수 있기 때문이다. 그러나 수소화된 비정질 실리콘은 원자 배열이 무질서하기 때문에 약한 결합 또는 댕글링 본드가 존재하여 빛 조사나 전계 인가시 준안정 상태(quasi-steady state)로 변화되어 수소화된 비정질 실리콘으로 제조된 박막 트랜지스터 소자는 안정성의 문제점이 대두되었다. 또한 전기적 특성(예를 들면, 이동도(mobility): 0.1 ∼ 1.0 ㎠/V·s)이 좋지 않아서 구동 회로(예를 들면, 게이트 구동 회로 또는 데이터 구동 회로)로 이용되기 어려웠다.

반면, 폴리 실리콘은 비정질 실리콘에 비하여 이동도가 크기 때문에 폴리 실리콘으로 제조된 박막 트랜지스터 소자는 구동 회로로 이용될 수 있다. 이로 인해 서, 폴리 실리콘으로 제조된 박막 트랜지스터는 액정 표시 장치용 박막 트랜지스터로서 널리 이용되고 있다.

또한, 상기 수소화된 비정질 실리콘으로 제조된 박막 트랜지스터 소자의 경우, 상기 폴리 실리콘으로 제조된 박막 트랜지스터 소자보다 누설 전류의 절대량이 높기 때문에 한 프레임 시간 동안 전하를 유지하기 위해서 화소 내에 별도의 유지 용량을 형성해야 한다.

이때, 상기 유지 용량을 형성하기 위하여 각각의 화소 영역에 유지 용량용 배선이 차지하는 너비에 의해 액정 표시 장치의 개구율이 감소하는 문제점이 있다.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 유지 용량 배선이 형성되지 않아 개구율이 증대된 액정 표시 장치를 제공하는데 있다.

본 발명이 이루고자 하는 다른 기술적 과제는 박막 트랜지스터의 누설 전류를 최소화하여 별도의 유지 용량 없이 구동되는 액정 표시 장치를 제공하는데 있다.

본 발명이 이루고자 하는 또 다른 기술적 과제는 유지 용량이 별도로 설계되지 않고도 라인 반전 구동이 가능한 액정 표시 장치를 제공하는데 있다.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일실시예에 따른 액정 표시 장치는, 제1 절연 기판과, 상기 제1 절연 기판 상에 형성되며, 소스 및 드레인 영역을 포함하는 반도체층과, 상기 소스 영역과 드레인 영역 사이의 상기 반도체층 상부에 형성된 게이트 전극으로 구성된 다수의 박막 트랜지스터와, 상기 제1 절연 기판에 대향하여 형성된 제2 절연 기판과, 상기 제2 절연 기판 상에 형성되며 화소행별로 각각 분리되어 형성된 다수의 공통 전극들과, 상기 다수의 공통 전극들에 인가되는 각각의 공통 전압이 화소행별로 반전되도록 하는 공통 전압 구동부를 포함한다.

여기서, 상기 제1 절연 기판과 상기 반도체층 사이에 형성된 광차단막을 더 포함할 수 있다.

또한, 상기 공통 전압 구동부는 상기 제1 절연 기판 상에 형성되며, 상기 공통 전압 구동부는 상기 공통 전극들에 도전성 접착제에 의해 전기적으로 연결될 수 있다.

한편, 상기 공통 전압 구동부는 상기 화소행별로 대향하는 각각의 공통 전극에 제1 레벨과 제2 레벨의 신호를 번갈아 제공할 수 있다.

이때, 상기 공통 전압 구동부는 상기 화소행별로 게이트 온 전압이 인가되는 시간에 맞추어 상기 공통 전극들에 인가되는 제1 레벨 또는 제2 레벨의 신호를 각각 반전시킬 수 있다.

기타 실시예들의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.

먼저, 도 1을 참조하여 본 발명의 일실시예에 따른 액정 표시 장치에 대해서 설명한다.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 액정 표시 장치는, 액정 패널(100), 게이트 구동부(200), 데이터 구동부(300), 및 공통 전압 구동부(900)를 포함한다.

액정 패널(100)은 다수의 게이트 라인(G1 내지 Gn)과 다수의 데이터 라인(D1 내지 Dm)에 연결되어 있는 다수의 화소들을 포함하며, 각 화소는 다수의 게이트 라인(G1 내지 Gn)과 다수의 데이터 라인(D1 내지 Dm)에 연결된 스위칭 소자(M)와 이에 연결된 액정 용량(Clc)을 포함한다.

행 방향으로 형성되어 있는 다수의 게이트 라인(G1 내지 Gn)은 스위칭 소자(M)에 게이트 신호를 전달하며 열 방향으로 형성되어 있는 다수의 데이터 라인(D1 내지 Dm)은 스위칭 소자(M)에 데이터 신호에 해당되는 계조 전압을 전달한다. 그리 고 스위칭 소자(M)는 삼단자 소자로서, 제어 단자는 게이트 라인(G1 내지 Gn)에 연결되어 있고, 입력 단자는 데이터 라인(D1 내지 Dm)에 연결되어 있으며, 출력 단자는 액정 용량(Clc)의 한 단자에 연결되어 있다. 액정 용량(Clc)은 화소행별로 분리되어 형성된 라인별 공통 전극(501 내지 50n)과 스위칭 소자(M)의 출력 단자 사이에 화소행별로 각각 연결된다.

게이트 구동부(200)는 다수의 게이트 라인(G1 내지 Gn)에 연결되어 있고, 스위칭 소자(M)를 활성화시키는 게이트 신호를 다수의 게이트 라인(G1 내지 Gn)으로 제공하며, 데이터 구동부(300)는 다수의 데이터 라인(D1 내지 Dm)에 연결되어 있다.

공통 전압 구동부(900)는 상기 화소행별로 분리되어 형성된 라인별 공통 전극(501 내지 50n)에 각각 라인별 반전 구동을 위한 신호를 제공하는 것으로 자세한 설명은 후술한다.

한편, 상기 스위칭 소자(M)는 모스 트랜지스터가 이용되며, 이러한 모스 트랜지스터는 폴리 실리콘을 채널 영역으로 하는 박막 트랜지스터로 구현될 수 있다. 그리고 게이트 구동부(200)나 데이터 구동부(300)도 모스 트랜지스터로 구성되며, 이러한 모스 트랜지스터는 폴리 실리콘을 채널 영역으로 하는 박막 트랜지스터로 구현될 수 있다.

또한, 본 발명의 일실시예에 따르면, 별도의 유지 용량이 형성되지 않는다. 상기 유지 용량이 형성되지 않고도, 한 프레임 시간동안 액정의 충전 전하를 유지하기 위해서는 박막 트랜지스터의 누설 전류를 최소화 해야 하는 과제가 있다. 이 하에서는, 이와 같이 누설 전류가 최소화된 박막 트랜지스터 소자에 대해서 설명한다.

이하, 도 2를 참조하여, 본 발명의 일실시예에 따른 액정 표시 장치용 박막 트랜지스터에 대하여 상세히 설명한다.

도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 박막 트랜지스터는 투명 절연 기판(400)의 상부에 산화 규소 또는 질화 규소 등의 절연막으로 이루어진 버퍼층(410)이 투명 절연 기판(400)의 전면에 걸쳐 형성되어 있다. 상기 버퍼층(410)의 상부에는 채널 영역(421) 및 LDD 영역(422, 423), 소스 영역(424) 및 드레인 영역(425)을 포함하는 반도체층(420)이 형성되어 있다.

이때, 상기 반도체층(420)은 비정질 규소 보다 빛 조사에 따른 누설 전류 발생이 양호한 폴리 실리콘으로 형성하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 반도체층(420) 하부에는 블랙 매트릭스 재질의 광차단막(490)이 형성되어 있어, 외부의 빛이 상기 반도체층(420)에 조사되었을 때 빛 조사에 의한 누설 전류 발생을 더욱 최소화하는 역할을 수행한다.

한편, 본 발명의 일실시예에서는 상기 광차단막(490)이 버퍼층(410) 상부에 형성된 것을 예로 들어 설명하였지만, 상기 광차단막(490)이 투명 절연 기판(400) 상에 먼저 형성되고, 이어 버퍼층(410)이 형성된 경우에도 적용될 수 있음은 물론이다.

이러한 상기 반도체층(420)의 상부에는 게이트 절연막(430)이 형성되어 있으며, 상기 게이트 절연막(430)의 상부에는 게이트 전극(440)이 형성되어 있다. 상기 게이트 전극(440)의 상부에는 콘택홀(454, 455)들을 포함하는 층간 절연막(451, 452, 453)이 형성되어 있다. 또한, 상기 콘택홀(454, 455)을 통해서 소스 영역(424) 및 드레인 영역(425)과 각각 연결되며, 게이트 전극(440)과 소정의 간격으로 각각 이격되는 소스 전극(461) 및 드레인 전극(462)이 형성되어 있다. 그리고 상기 소스 전극(461) 및 드레인 전극(462)의 상부에는 보호층(470)이 형성되어 있다.

한편, 상기 반도체층(420)을 구성하는 상기 채널 영역(421) 및 LDD 영역(422, 423)은 게이트 전극(440)과 대향하여 형성되어 있고, 상기 소스 영역(424) 및 드레인 영역(425)은 상기 콘택홀(454, 455)을 통해 상기 소스 전극(461) 및 상기 드레인 전극(462)에 각각 연결되어 있다.

이때, 상기 LDD 영역(422, 423)은, 게이트 전극(440)에 오버랩되어 형성되어 있고, 소스 영역(424) 및 드레인 영역(425)의 제1 불순물(예를 들면, n 형 불순물)의 도핑 농도보다 낮은 농도의 제1 불순물로 도핑되어 형성되어 있다.

다음은, 도 3 및 도 4를 참조하여, 본 발명의 일실시예에 따른 액정 표시 장치의 상부 기판 상에 화소행별로 분리되어 형성된 공통 전극과, 이에 대해 각각의 공통 전압을 인가하도록 구성되며 하부 기판 상에 설계된 공통 전압 구동부의 연결 관계를 좀더 자세히 설명한다.

도 3은 화소행별로 분리되어 형성된 공통 전극을 설명하기 위한 도면이고, 도 4는 하부 기판에 형성된 공통 전압 구동부와 상부 기판에 형성된 공통 전극과의 연결 관계를 나타낸 도면이다.

도 3에 도시된 바와 같이, 상부 기판(미도시) 상에는 화소행별로 각각 분리되어진 다수의 공통 전극들(501, 502, ..., 50n)이 형성되어 있다.

이에 따라 상기 다수의 공통 전극들(501, 502, ..., 50n)은 각각 상기 공통 전압 구동부(900)로부터 해당 공통 전압(Vcom1, Vcom2, ..., Vcomn)을 제공받는다.

이때, 도 4에 도시된 바와 같이, 하부 기판(400) 상에 설계된 상기 공통 전압 구동부(900)는 상기 다수의 공통 전극들(501, 502, ..., 50n)에 해당 공통 전압(Vcom1, Vcom2, ..., Vcomn)을 인가하도록 도전성 접착제에 의해 상기 다수의 공통 전극들(501, 502, ..., 50n)에 각각 전기적으로 연결된다.

상기 도전성 접착제는 구체적으로 이방성 도전 필름(Anisotropic Conductive Film; ACF)이 이용될 수 있다.

다음은, 도 5를 참조하여, 상기 공통 전압 구동부(900)의 구동에 따라 상기 공통 전극에 인가되는 각각의 공통 전압과 화소행별 게이트 전압과의 관계를 설명한다.

도 5에 도시된 바와 같이, 상기 공통 전압 구동부(900)로부터 상기 화소행별 공통 전극(501, 502, ..., 50n)에 제공되는 각각의 공통 전압(Vcom1, Vcom2, ..., Vcomn)은 상기 게이트 라인(G1, G2, ..., Gn)에 인가되는 게이트 온 전압(Von1, Von2, ..., Vonn)이 인가되는 시간에 맞추어 그 전압 레벨이 반전된다.

구체적으로, 상기 공통 전압(Vcom1, Vcom2, ..., Vcomn)은 상기 게이트 라인(G1, G2, ..., Gn)에 상기 게이트 온 전압이 순차적으로 인가되는 시간에 맞추어 인가되며, 화소행별로 전압 레벨이 반대가 되는 신호를 제공하여 액정 표시 장치의 라인 반전 구동이 가능하도록 한다.

예를 들어, 상기 공통 전압 구동부(900)는 첫번째 화소행의 공통 전극(501)에는 제1 게이트 온 전압(Von1)의 인가에 맞추어 로우 레벨인 제1 공통 전압(Vcom1)을 인가하고, 두번째 화소행의 공통 전극(502)에는 제2 게이트 온 전압(Von2)의 인가에 맞추어 하이 레벨인 제2 공통 전압(Vcom2)을 인가하는 방식으로 구동시킨다.

이때, 상기 각각의 공통 전압(Vcom1, Vcom2, ..., Vcomn)은 상부 및 하부 기판의 로드에 따른 신호 지연을 고려하여 각각의 게이트 온 전압(Von1, Von2, ..., Vonn)이 인가되는 시간보다 소정 시간 먼저 반전되도록 할 수 있다.

따라서, 본 발명의 일실시예에 따르면, 유지 용량 배선을 별도로 설계하지 않고도 라인 반전 구동이 가능하며, 전력 소모를 최소화할 수 있다.

이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않고 본 발명의 기술적 요지를 벗어나지 않는 범위 내에서 당업자에 의해 다양하게 변형 실시될 수 있다.

상술한 바와 같이 본 발명에 따르면, 박막 트랜지스터의 누설 전류를 최소화하여 별도의 유지 용량 없이 액정 표시 장치를 설계할 수 있으며, 이에 따라 액정 표시 장치의 개구율을 증대시킬 수 있다. 또한, 유지 용량이 별도로 설계되지 않아도 액정 표시 장치의 라인 반전 구동이 가능하다.

Claims

제1 절연 기판;

상기 제1 절연 기판 상에 형성되며, 소스 및 드레인 영역을 포함하는 반도체층과, 상기 소스 영역과 드레인 영역 사이의 상기 반도체층 상부에 형성된 게이트 전극으로 구성된 다수의 박막 트랜지스터;

상기 제1 절연 기판에 대향하여 형성된 제2 절연 기판;

상기 제2 절연 기판 상에 형성되며 화소행별로 각각 분리되어 형성된 다수의 공통 전극들; 및

상기 다수의 공통 전극들에 인가되는 각각의 공통 전압이 화소행별로 반전되도록 하는 공통 전압 구동부를 포함하는 액정 표시 장치.
제1항에서,

상기 제1 절연 기판과 상기 반도체층 사이에 형성된 광차단막을 더 포함하는 액정 표시 장치.
제1항에서,

상기 공통 전압 구동부는 상기 제1 절연 기판 상에 형성된 액정 표시 장치.
제3항에서,

상기 공통 전압 구동부는 상기 공통 전극들에 도전성 접착제에 의해 전기적으로 연결되는 액정 표시 장치.
제4항에서,

상기 도전성 접착제는 이방성 도전 필름인 액정 표시 장치.
제1항에서,

상기 공통 전압 구동부는 상기 화소행별로 대향하는 각각의 공통 전극에 제1 레벨과 제2 레벨의 신호를 번갈아 제공하는 액정 표시 장치.
제6항에서,

상기 공통 전압 구동부는 상기 화소행별로 게이트 온 전압이 인가되는 시간에 맞추어 상기 공통 전극들에 인가되는 제1 레벨 또는 제2 레벨의 신호를 각각 반전시키는 액정 표시 장치.