KR20160141928A - 액정 표시 장치 - Google Patents

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Abstract

액정 표시 장치는 서로 다른 전압이 인가되는 제 1 부화소 전극과 제 2 부화소 전극이 제 1 방향을 따라 이격 형성된 제 1 기판: 상기 제 1 부화소 전극에 인가되는 전압을 제어하는 제 1 스위칭 소자; 상기 제 2 부화소 전극에 인가되는 전압을 제어하는 제 2 스위칭 소자; 상기 제 2 스위칭 소자의 출력 전압을 강하하여 상기 제 2 부화소 전극에 인가하는 가변 저항; 공통 전극이 형성된 제 2 기판; 및 상기 제 1 기판과 제 2 기판 사이에 배치된 액정층;을 포함한다.

Description

액정 표시 장치{Liquid crystal display device and method of manufacturing the same}
본 발명의 실시예들은 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 이루어진다.
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.
액정 표시 장치 중에는, 기판 상하 방향으로 형성되는 전기장을 이용하여 액정을 구동하는 수직 배향 방식(vertically aligned mode) 액정 표시 장치, 기판에 나란한 수평 전기장을 이용하는 횡전계 모드(in-plane switching mode) 액정 표시장치가 있다.
수직 배향 방식 액정 표시 장치는 명암비(contrast ratio)가 우수하고, 시야각이 넓다는 장점이 있어 널리 사용된다.
수직 배향 액정 표시 장치의 측면 시인성을 정면 시인성에 가깝게 하기 위하여, 하나의 화소를 두 개의 부화소로 분할하고 두 부화소의 전압을 달리 인가함으로써 투과율을 다르게 하는 방법이 제시되고 있다. 이 때, 두 부화소에 인가되는 전압을 다르게 하기 위해, 두 부화소 각각을 제어하는 두 스위치 소자 외에, 전압 분배용 스위치 소자를 더 사용하게 되며, 개구율 감소의 원인이 되고 있다.
본 발명의 실시예들은 하나의 화소 영역을 분할하여 투과율이 조절되고, 시인성, 개구율이 개선된 액정 표시 장치를 제공한다.
본 발명의 일 유형에 따른 액정 표시 장치는 서로 다른 전압이 인가되는 제 1 부화소 전극과 제 2 부화소 전극이 제 1 방향을 따라 이격 형성된 제 1 기판: 상기 제 1 부화소 전극에 인가되는 전압을 제어하는 제 1 스위칭 소자; 상기 제 2 부화소 전극에 인가되는 전압을 제어하는 제 2 스위칭 소자; 상기 제 2 스위칭 소자의 출력 전압을 강하하여 상기 제 2 부화소 전극에 인가하는 가변 저항; 공통 전극이 형성된 제 2 기판; 및 상기 제 1 기판과 제 2 기판 사이에 배치된 액정층;을 포함한다.
상기 가변 저항은 제어 전극; 상기 제어 전극을 덮는 절연층; 상기 절연층 상에 형성되고, 반도체 물질로 이루어진 채널층; 상기 반도체층 상에 이격 형성된 입력 전극 및 출력 전극;을 포함할 수 있다.
상기 제어 전극이 상기 채널층과 마주하는 면적은 상기 입력 전극 및 출력 전극이 상기 채널층과 마주하는 면적 이상일 수 있다.
상기 제어 전극은 상기 입력 전극 및 출력 전극에 각각 마주하며 상기 제 1 방향을 따라 서로 이격된 제 1 및 제 2 제어 전극을 포함하며, 상기 제 1 및 제 2 제어 전극의 상기 제 1 방향의 폭은 상기 입력 전극 및 출력 전극의 상기 제 1 방향의 폭 이상일 수 있다.
상기 제어 전극에는 상기 입력 전극에 인가되는 전압보다 큰 전압이 인가될 수 있다.
상기 가변 저항은 상기 제 1 및 제 2 스위칭 소자에 구비된 채널층을 공유할 수 있다.
상기 채널층과 상기 입력 전극 사이 및 상기 채널층과 상기 출력 전극 사이에는 고농도 반도체층이 더 형성될 수 있다.
상기 채널층은 비정질 실리콘(a-Si) 물질을 포함할 수 있다.
상기 가변 저항의 저항값은 0.1 MΩ 에서 1000 MΩ 사이에서 조절될 수 있다.
상기 액정 표시 장치는 상기 제 1 부화소 전극을 둘러싸는 형상을 가지는 유지 전극을 더 포함하며, 상기 제어 전극은 상기 유지 전극과 연결되게 형성될 수 있다.
상기 유지 전극과 상기 제 1 부화소 전극은 상기 유지 전극의 모서리부에서 적어도 일부가 오버랩되게 배치될 수 있다.
상기 제 1 부화소 전극은 십자 형상의 줄기 전극과 상기 줄기 전극에서 연장된 복수의 가지 전극을 포함할 수 있다.
상기 복수의 가지 전극 중에서, 상기 유지 전극의 모서리부를 향하는 가지 전극은 상기 유지 전극과 오버랩되도록 연장된 형상을 가질 수 있다.
상기 유지 전극의 모서리부는 상기 복수의 가지 전극 중 적어도 어느 하나를 향해 돌출된 형상을 가질 수 있다.
상기 액정 표시 장치는 상기 제 1 부화소 전극을 둘러싸는 형상을 가지는 유지 전극을 더 포함하며, 상기 제어 전극은 상기 유지 전극과 전기적으로 분리되게 형성될 수 있다.
본 발명의 실시예들에 따른 액정 표시 장치는 두 부화소에 서로 다른 전압을 인가함에 있어, 스위칭 소자의 출력 전압을 강하하는 가변 저항을 사용하며, 콘택홀의 개수를 줄여 개구율이 향상된다.
또한, 가변 저항을 구성하는 제어 전극 및 입, 출력 전극의 면적 설계를 통해, 입력 전압이나 채널층 두께 산포에 따른 저항 변화 안정성을 높이고 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 액정 표시 장치의 한 화소에 대한 등가 회로도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 액정 표시 장치의 한 화소의 구조를 보인 평면도이다.
도 3은 도 2의 평면도에서, 게이트 전극, 유지 전극, 분압용 전극이 배치된 층을 발췌하여 보인 평면도이다.
도 4는 도 3의 평면도에 표시한 A-A'선을 따라 절단한 액정 표시 장치의 단면도이다.
도 5은 본 발명의 실시예에 따른 액정 표시 장치에 채용되는 가변 저항을, 도 3의 평면도에 표시한 B-B'선을 따라 절단하여 보인 단면도이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 액정 표시 장치에 채용되는 가변 저항의 다른 예를, 도 3의 평면도에 표시한 B-B'선을 따라 절단하여 보인 단면도이다.
도 7은 비교예에 따른 액정 표시 장치에 채용되는 가변 저항을, 도 3의 평면도에 표시한 B-B'선을 따라 절단하여 보인 단면도이다.
도 8a 및 도 8b는 실시예에 따른 액정 표시 장치의 가변 저항에서 각각, 입력 전극에 인가되는 전압이 제어 전극에 인가되는 전압보다 큰 경우 및 제어 전극에 인가되는 전압이 입력 전극에 인가되는 전압보다 큰 경우의 에너지 밴드를 보인 그래프이다.
도 9는 데이터 라인에 인가되는 입력 전압, 제어 전극에 인가되는 전압에 따른 가변 저항의 변화를 보인 그래프이다.
도 10은 백라이트의 휘도, 하부 전극에 인가되는 전압에 따른 가변 저항의 변화를 보인 그래프이다.
도 11은 다른 실시예에 따른 액정 표시 장치의 화소 전극, 유지 전극이 오버랩된 형상을 평면도이다.
도 12는 또 다른 실시예에 따른 액정 표시 장치의 화소 전극, 유지 전극이 오버랩된 형상을 보인 평면도이다.
도 13은 또 다른 실시예에 따른 액정 표시 장치에서, 게이트 전극, 유지 전극, 분압용 전극이 배치된 층을 보인 평면도이다.
본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 본 발명의 효과 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 다양한 형태로 구현될 수 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 상세히 설명하기로 하며, 도면을 참조하여 설명할 때 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 도면부호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
이하의 실시예에서, 제1, 제2 등의 용어는 한정적인 의미가 아니라 하나의 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하는 목적으로 사용되었다.
이하의 실시예에서, 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
이하의 실시예에서, 포함하다 또는 가지다 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 또는 구성요소가 존재함을 의미하는 것이고, 하나 이상의 다른 특징들 또는 구성요소가 부가될 가능성을 미리 배제하는 것은 아니다.
이하의 실시예에서, 막, 영역, 구성 요소 등의 부분이 다른 부분 위에 또는 상에 있다고 할 때, 다른 부분의 바로 위에 있는 경우뿐만 아니라, 그 중간에 다른 막, 영역, 구성 요소 등이 개재되어 있는 경우도 포함한다.
도면에서는 설명의 편의를 위하여 구성 요소들이 그 크기가 과장 또는 축소될 수 있다. 예컨대, 도면에서 나타난 각 구성의 크기 및 두께는 설명의 편의를 위해 임의로 나타내었으므로, 본 발명이 반드시 도시된 바에 한정되지 않는다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 액정 표시 장치(1000)의 한 화소에 대한 등가 회로도이다.
도 1을 참고하면, 본 실시예에 따른 액정 표시 장치(1000)의 한 화소는 게이트 신호를 전달하는 게이트 라인(GL) 및 데이터 신호를 전달하는 데이터 라인(DL), 게이트 라인(GL)과 데이터 라인(DL)에 연결된 제 1 스위칭 소자(TFT_A), 제 2 스위칭 소자(TFT_B)를 포함한다. 제 1 스위칭 소자(TFT_A)에는 제 1 액정 축전기(CLC_A)가 연결되며, 제 2 스위칭 소자(TFT_B)에는 가변 저항(R)이 연결되고, 가변 저항(R)에는 제 2 액정 축전기(CLC_B)가 연결되어 있다. 제 1 액정 축전기(CLC_A)의 양단 전극은 제 1 부화소 전극(190_A)과 공통 전극(320)이며, 제 1 부화소 전극(190_B)은 콘택홀을 통해 제 1 스위칭 소자(TFT_A)의 출력 단자와 연결된다. 또한, 제 2 액정 축전기(CLC_B)의 양단 전극은 제 2 부화소 전극(TFT_B)과 공통 전극(320)이며, 제 2 부화소 전극(190_B)은 콘택홀을 통해 가변 저항(E)의 출력 단자와 연결된다.
제 1 스위칭 소자(TFT_A) 및 제 2 스위칭 소자(TFT_B)는 박막 트랜지스터 등의 삼단자 소자로서, 그 제어 단자는 게이트 라인(GL)과 연결되어 있고, 입력 단자는 데이터 라인(DL)과 연결되어 있다. 제 1 스위칭 소자(TFT_A)의 출력 단자는 제 1 액정 축전기(CLC_A)에 연결되어 있고, 제 2 스위칭 소자(TFT_B)의 출력 단자는 가변 저항을 통해 제 2 액정 축전기(CLC_B) 의 입력 단자에 연결되어 있다.
게이트 라인(GL)에 게이트 온 신호가 인가되면, 이에 연결된 제 1 스위칭 소자(TFT_A), 제 2 스위칭 소자(TFT_B)가 턴 온된다. 이에 따라 데이터 라인(DL)에 인가된 데이터 전압은 턴 온 된 제 1 스위칭 소자(TFT_A)를 통하여 제 1 부화소 전극(190_A)에 인가된다. 또한, 데이터 라인(DL)에 인가된 데이터 전압은 턴 온된 제 2 스위칭 소자(TFT_B)를 통하여 가변 저항(R)의 입력 단자에 인가된다. 데이터 전압은 가변 저항(R)에 의해 전압 강하되어 제 2 부화소 전극(190_B)에 인가된다.
가변 저항(R)은 제 1 부화소 전극(190_A)과 제 2 부화소 전극(190_B)에 인가할 전압비를 고려하여 설계되어, 이에 따라, 두 부화소의 투과율이 달라진다. 가변 저항(R)의 자세한 구조는 후술할 것이다.
이처럼, 하나의 화소 영역이 서로 다른 크기의 전압이 충전되는 제 1 액정 축전기(CLC_A), 제 2 액정 축전기(CLC_B)를 포함하도록 함으로써, 제 1 액정 축전기(CLC_A), 제2 액정 축전기(CLC_B)에 대응하는 액정 분자들에 가해지는 전기장의 세기가 다르게 되어, 액정 분자들이 기울어지는 각도가 다르게 되고, 이에 따라 각 영역의 휘도가 달라진다. 하나의 화소 영역을 서로 다른 휘도를 가지는 복수의 영역으로 구분하여 계조에 따른 투과율의 변화를 완만하게 조절함으로써, 측면에서 계조 변화에 따라 투과율이 급격히 변화하는 것을 방지하고 측면 시인성을 정면 시인성에 가깝게 할 수 있다. 또한, 본 실시예에서는 콘택홀을 두 개 사용하여, 종래, 콘택홀을 세 개 사용하는 구조에 비해 개구율이 높다.
도 2 내지 도 4를 참조하여, 실시예에 따른 액정 표시 장치(1000)의 상세한 구조를 살펴보기로 한다. 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 액정 표시 장치(1000)의 한 화소의 구조를 보인 평면도이고, 도 3은 도 2의 평면도에서, 게이트 전극, 유지 전극, 분압용 전극이 배치된 층을 발췌하여 보인 평면도이며, 도 4는 도 3의 평면도에 표시한 A-A' 선을 따라 절단한 액정 표시 장치(1000)의 단면도이다.
액정 표시 장치(1000)는 서로 마주하는 하부 표시판(100)과 상부 표시판(3200), 이들 두 표시판(100, 300) 사이에 들어 있는 액정층(200)을 포함한다.
먼저, 하부 표시판(100)의 구성을 상세히 설명한다.
투명한 유리 또는 플라스틱 등으로 만들어진 제 1 기판(110) 위에 게이트 전극(120), 분압용 전극(132, 133)이 형성되어 있다. 또한, 제 1 및 제 2 유지 전극(131, 134)이 제 1 기판(110) 상에 형성되어 있다.
게이트 전극(120)은 도 1에서 설명한 바와 같이, 게이트 라인(GL)과 연결되어 제 1 및 제 2 스위칭 소자(TFT_A)(TFT_B)에 제어 전압을 인가한다.
제 1 유지전극(131)은 분압용 전극(132, 133)과 연결되어 있다. 분압용 전극(132, 133)은 서로 나란하게 이격 배치되고, 연결 전극부(135)에 의해 연결되어 있다. 분압용 전극(132, 133)은 각각 세로 방향의 폭이 넓은 영역(132W, 133W)과 세로 방향의 폭이 좁은 영역(132N, 133N)을 포함한다. 여기서, 세로 방향은 도면 상의 세로 방향이며, 제 1 부화소 전극(190_A)의 중심에서 제 2 부화소 전극(190_B)의 중심을 향하는 방향을 의미한다. 분압용 전극(132,133)은 도 1에서 설명한 가변 저항(R)에 제어 전압을 인가할 수 있다. 즉, 분압용 전극(132, 133)에 인가되는 전압을 조절하여, 가변 저항(R)의 저항을 조절할 수 있다. 특히, 실시예에서는 분압용 전극(132)(133)의 면적을 적절히 조절하여 전압 분배에 요구되는 저항값을 구현하고 있다. 또는, 폭이 좁은 영역(132N)(133N)의 폭을 적절히 조절하여, 전압 분배에 필요한 저항값을 구현하고 있다. 이하, 가변 저항(R)의 설명에서는 상기 영역(132N)(133N)을 제어 전극(132N)(133N)이라고도 칭할 수 있다.
게이트 전극(120), 분압용 전극(132)(133), 제 1 및 제 2 유지 전극(131)(134) 위에는 게이트 절연막(140)이 형성되어 있다. 게이트 절연막(140)은 예를 들어, SiNx로 이루어질 수 있으며, 이에 한정되는 것은 아니며, 절연 물질, high-K 유전체로 이루어질 수 있다.
게이트 절연막(140) 위에는 반도체 물질로 이루어진 채널층(150)이 형성되어 있다. 반도체 물질은 비정질 실리콘을 포함할 수 있고, 예를 들어, a-Si:H 일 수 있다.
채널층(150) 위에는 SD-메탈층(161, 162, 163, 164)이 형성되며, 채널층(150)과 SD메탈층(161,162,163,164) 사이에는 오믹 콘택을 위한 고농도층이 형성될 수 있으며, 도면에서는 생략되었다.
게이트 전극(120), 채널층(150), SD-메탈층(161, 162)는 도 1에서 설명한 제 1 스위칭 소자(TFT_A)를 형성한다. SD-메탈층(162)이 입력 전극, SD-메탈층(161)이 출력 전극, 이 될 수 있다. SD-메탈층(161)은 제 1 부화소 전극(190_A)과의 콘택을 위한 확장부를 구비하고 있다.
게이트 전극(120), 채널층(150), SD-메탈층(162, 163)은 도 1에서 설명한 제 2 스위칭 소자(TFT_B)를 형성한다. SD-메탈층(162)이 입력 전극, SD-메탈층(163)이 출력 전극이 될 수 있다.
분압용 전극(132, 133), 채널층(150), SD-메탈층(163, 164)은 도 1에서 설명한 가변 저항(R)을 형성한다.
SD-메탈층(163)이 분압용 전극(132)의 폭이 좁은 영역(132N)과 마주하는 부분을 참조 부호 163a로 표시하고 있으며, 이하, 가변 저항(R)의 설명에서는 이를, 입력 전극(163a)으로도 칭할 수 있다. 또한, SD-메탈층(164)는 분압용 전극(133)의 폭이 좁은 영역(133N)과 마주하는 영역(164a)과, 제 2 부화소 전극(190_B)과의 콘택을 위한 확장부(164b)를 포함한다. 이하, 가변 저항(R)의 설명에서는 상기 영역(164a)을 출력 전극(164a)로도 칭할 수 있다.
또한, 게이트 절연막(140) 위에는 데이터 전극(180)이 형성되어, SD-메탈층(162)와 연결된다.
SD-메탈층(161,162,163,164) 위에는 보호층(170)이 형성되며, 보호층(170) 위에는 컬러 필터(180)가 형성될 수 있다.
보호층(170)은 질화규소 또는 산화규소 등의 무기절연막을 포함할 수 있다. 보호층(170)은 컬러 필터(180)의 안료가 채널층(150)으로 유입되는 것을 방지할 수 있다. 또한, 도시되지는 않았으나, 컬러 필터(180) 위에도 보호층이 더 형성될 수 있다. 이러한 보호층은 컬러 필터(180)가 들뜨는 것을 방지하고 컬러 필터(180)로부터 유입되는 용제(solvent)와 같은 유기물에 의한 액정층(200)의 오염을 억제하여 화면 구동 시 초래될 수 있는 잔상과 같은 불량을 방지한다.
컬러 필터(180) 상에 제 1 및 제 2 부화소 전극(190_A)(190_B)이 형성된다. 제 1 및 제 2 부화소 전극(190_A)(190_B)은 도시된 바와 같이, 십자 형상의 줄기 전극과 상기 줄기 전극으로부터 연장된 복수의 가지 전극을 포함할 수 있다. 다만, 이에 한정되는 것은 아니다. 제 1 및 제 2 부화소 전극(190_A)(190_B)은 ITO나 IZO와 같은 투명 전도성 물질로 이루어질 수 있다. 제 1 및 제 2 부화소 전극(190_A)(190_B) 위에는 제1 배향막(미도시)이 형성되어 있을 수 있다.
제 1 및 제 2 콘택홀(CH1, CH2)이 보호층(170), 컬러 필터(180)를 관통하여 SD-메탈층(161)(164)를 노출한다. 제 1 부화소 전극(190_A)은 제 1 콘택홀(CH1)을 통해 SD-메탈층(161)과 연결된다. 즉, 제 1 부화소 전극(190_A)은 제 1 콘택홀(CH1)을 통해 SD-메탈층(161)과 물리적, 전기적으로 연결되어, 제 1 스위칭 소자(TFT_A)의 출력 전압을 인가 받는다. 또한, 제 2 부화소 전극(190_B)은 제 2 콘택홀(CH2)을 통해 SD-메탈층(164)와 연결된다. 즉, 제 2 부화소 전극(190_B)은 제 2 콘택홀(CH2)을 통해 SD-메탈층(164)과 물리적, 전기적으로 연결되어, 가변 저항(R)으로부터의 출력 전압을 인가 받는다.
도 1에서 설명한 바와 같이, 제 1 및 제 2 스위칭 소자(TFT_A)(TFT_B)는 각각 동일한 게이트 라인 및 데이터 라인에 연결되어 제어 전압 및 입력 전압이 인가되므로, 동일한 출력 전압을 갖는다. 한편, 제 2 스위칭 소자(TFT_B)의 출력은 가변 저항(R)에 의해 전압 강하된 후, 제 2 부화소 전극(190_B)에 인가된다. 따라서, 제 2 부화소 전극(190_B)에 인가되는 전압의 크기는 제 1 부화소 전극(190_A)에 인가되는 전압의 크기보다 작다.
도시하지는 않았지만, 하부 표시판(100)에는 차광 부재가 형성되어 있을 수 있다. 또한, 하부 표시판(100)의 외면에는 편광판(미도시)이 배치될 수 있다.
상부 표시판(300)은 제 2 기판(310)과, 제 2 기판(310) 상에 형성된 공통 전극(320)을 포함한다. 공통 전극(320 위에는 제2 배향막(미도시)이 형성되어 있다. 또한, 상부 표시판(300)의 외면에는 편광판(미도시)이 더 배치될 수 있다.
제1 배향막과 제2 배향막은 수직 배향막일 수 있다.
액정층(200)은 음의 유전율 이방성을 가지며, 액정층(200)의 액정 분자는 전기장이 없는 상태에서 그 장축이 두 표시판(100, 300)의 표면에 대하여 수직을 이루도록 배향되어 있다.
앞서 설명하였듯이, 본 발명의 실시예에 따른 액정 표시 장치에 따르면, 서로 다른 크기의 전압이 제 1 부화소 전극(190_A), 제 2 부화소 전극(190_B)에 인가된다. 이에 따라, 제 1 부화소 전극(190_A)과 공통 전극(320) 사이의 제 1 액정 영역(200_A)과 제 2 부화소 전극(190_B)과 공통 전극(320) 사이의 제 2 액정 영역(200_B)에는 서로 다른 전기장이 형성된다. 따라서, 제 1 및 제 2 액정 영역(200_A)(200_B)에서 액정 분자가 기울어진 방향은 달라지고, 제 1 액정 영역(200_A)과 제 2 액정 영역(200_B)의 투과율이 달라져 이를 통과하는 빛의 휘도가 달라진다.
이처럼, 하나의 화소 영역을 서로 다른 휘도를 가지는 복수의 영역으로 구분하여 계조에 따른 투과율의 변화를 완만하게 조절할 수 있다. 이에 따라, 측면에서 계조 변화에 따라 투과율이 급격히 변화하는 것을 방지함으로써, 측면 시인성을 정면 시인성에 가깝게 하면서도, 정확한 계조 표현이 가능하다.
도 5은 본 발명의 실시예에 따른 액정 표시 장치에 채용되는 가변 저항을, 도 3의 평면도에 표시한 B-B' 선을 따라 절단하여 보인 단면도이다.
가변 저항(R)은 제어 전극(132N)(133N), 제어 전극(132N)(133N)을 덮는 게이트 절연막(140), 반도체 물질로 이루어진 채널층(150), 오믹 콘택을 위한 고농도 반도체층(151), 입력 전극(163a), 출력 전극(164a)을 포함한다. 채널층(150)은 도 4에 도시된 바와 같이, 제 1 스위칭 소자(TFT_A), 제 2 스위칭 소자(TFT_B)에서 사용되는 채널층(150)을 공유할 수 있다.
실시예에서, 제어 전극(132N)(133N)이 채널층(150)과 마주하는 면적은 입력 전극(163a) 및 출력 전극(164a)이 채널층(150)과 면적 이상일 수 있다. 제어 전극(132N)이 채널층(150)과 마주하는 면적이 입력 전극(163a)이 채널층(150)과 마주하는 면적보다 크고, 제어 전극(133N)이 채널층(150)과 마주하는 면적이 출력 전극(164a)이 채널층(150)과 마주하는 면적과 같거나 이보다 클 수 있다. 또는, 제어 전극(132N)(133N) 각각이 채널층(150)과 마주하는 면적 합이, 입력 전극(163a), 출력 전극(164a) 각각이 채널층(150)과 마주하는 면적 합과 같거나, 이보다 클 수 있다.
예를 들어, 도시된 바와 같이, 제어 전극(132N)(133N)의 폭은 입력 전극(163a), 출력 전극(164a)의 폭과 같거나 또는 이보다 크게 형성될 수 있다.
도면에서는 W1으로 모두 동일하게 도시되었으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 제어 전극(132N)의 폭이 입력 전극(163a)의 폭 이상으로 형성될 수 있고, 제어 전극(133N)의 폭이 출력 전극(164a)의 폭 이상으로 형성될 수 있다. 도 3의 평면도에서 설명한 바와 같이, 상기 폭 방향은 제 1 부화소 전극(190_A)의 중심에서 제 2 부화소 전극(190_B)의 중심을 향하는 방향이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 액정 표시 장치에 채용되는 가변 저항의 다른 예를, 도 3의 평면도에 표시한 B-B' 선을 따라 절단하여 보인 단면도이다.
도시된 바와 같이, 입력 전극(163a), 출력 전극(164a)의 폭은 W1이며, 제어 전극(132N)(133N)의 폭은 W2로 W1보다 크다.
실시예에서, 이와 같이, 제어 전극(132N)(133N)의 폭을 입력 전극(163a), 출력 전극(164a)의 폭보다 크게 한 것은 제어 전극(132N)(133N)에 의한 저항 값의 가변 기능을 달성하고 또한, 타겟 저항 값의 달성을 보다 용이하게 하기 위한 것이다. 가변 저항의 저항값은 예를 들어, 약 0.1 MΩ 에서 1000 MΩ 사이에서 조절될 수 있다.
도 7은 비교예에 따른 액정 표시 장치에 채용되는 가변 저항을, 도 3의 평면도에 표시한 B-B' 선을 따라 절단하여 보인 단면도이다.
도시된 바와 같이, 비교예에서, 입력 전극(163a), 출력 전극(164a)의 폭은 W1이며, 제어 전극(132N)(133N)의 폭은 W3로 W1보다 작다.
도 5 내지 도 7과 같은 형태에 대해, 제어 전극(132N)(133N)에 인가되는 전압을 변화시키며 저항 값을 실험적으로 관찰한 결과, 도 7과 같이, 제어 전극(132N)(133N)의 폭이 입력 전극(163a), 출력 전극(164b)보다 작은 경우에는 저항 크기가 제어되지 않음이 확인되었다.
또한, 도 5 및 도 6과 같이, 제어 전극(132N)(133N)의 폭이 입력 전극(163a), 출력 전극(164a)의 폭과 같거나 이보다 큰 경우에는 채널층(150)의 두께 산포에 대한 저항 크기 변화에 있어 의미있는 저항 변화가 관측되지 않았다. 즉, 두께 산포에 대해 둔감한 경향을 나타내므로, 안정성이 있는 저항값이 달성된다.
도 8a 및 도 8b는 실시예에 따른 액정 표시 장치의 가변 저항에서 각각, 입력 전극에 인가되는 전압이 제어 전극에 인가되는 전압보다 큰 경우 및 제어 전극에 인가되는 전압이 입력 전극에 인가되는 전압보다 큰 경우의 에너지 밴드를 보인 그래프이다.
도 8a 및 도 8b에서, 채널층(150), 고농도층(151)의 반도체 물질은 a-Si:H로 가정하였다.
도면들을 참조하면, 제어 전극에 인가되는 전압이 입력 전극에 인가되는 전압보다 큰 도 8b의 경우, a-Si:H의 두께 산포에 의한 특성 산포가 안정화됨을 알 수 있다.
도 9는 데이터 라인에 인가되는 입력 전압, 제어 전극(132N)(133N)에 인가되는 전압에 따른 가변 저항의 변화를 보인 그래프이다.
그래프에서 가로축은 데이터 라인에 인가되는 입력 전압을 나타내며, 그래프마다 표시된 Vcst는 제어 전극에 인가되는 전압을 나타낸다. 도 3에서 도시된 바와 같이, 제어 전극(132N)(133N)은 유지 전극(131)과 동일한 전압이 인가된다.
그래프를 참조하면, 제어 전극(132N)(133N)에 인가되는 전압이 높을수록 입력 전압에 따른 저항 변화가 완만하게 나타나며 안정성 있는 저항값이 구현됨을 알 수 있다.
도 10은 백라이트의 휘도, 제어 전극(132N)(133N)에 인가되는 전압에 따른 가변 저항의 변화를 보인 그래프이다.
그래프에서 가로축은 액정 표시 장치에 구비되는 백라이트(BLU)의 휘도를 나타낸다. 그래프마다 표시된 Vcst는 제어 전극(132N)(133N)에 인가되는 전압을 나타낸다. 도 3에서 도시된 바와 같이, 제어 전극(132N)(133N)은 유지 전극(131)과 동일한 전압이 인가된다. 백라이트로부터의 빛이 가변 저항에 영향을 줄 수 있으며, 그래프를 참조하면, 제어 전극(132N)(133N)에 인가되는 전압이 높을수록 백라이트 휘도에 따른 저항 변화가 완면하게 나타나며, 즉, 안정성 있는 저항값이 구현됨을 알 수 있다.
상술한 바와 같이, 가변 저항이 안정된 값을 위해, 제어 전극(132N)(133N)에 높은 전압이 인가된다. 한편, 제어 전극(132N)(133N)은 도 3에 도시한 바와 같이, 유지 전극(131)과 연결되기 때문에, 유지 전극(131)에 인가되는 고전압은 유지 전극(131)의 모서리 부분에 대응하는 액정 영역에서 빛샘 현상을 야기할 수 있다. 이러한 빛샘 현상을 방지하기 위해, 유지 전극(131)의 모서리 위치에서, 화소 전극(190_A, 190_B) 또는 유지 전극(131)의 형상을 변경할 수 있다.
도 11 및 도 12는 다른 실시예에 따른 액정 표시 장치의 화소 전극(PE), 유지 전극(SE)이 오버랩된 형상을 평면도이다.
도 11 및 도 12는 다른 실시예에 따른 액정 표시 장치의 화소 전극(PE), 유지 전극(SE)이 오버랩된 부분만을 발췌하여 보인 것이고, 다른 부분의 도면은 도 1 내지 도 4에서 설명한 것과 실질적으로 동일하다.
빛샘 현상은 상부 표시판(300)의 공통 전극(320)과 고전압이 인가된 유지 전극(SE)의 커플링에 의한 것이다.
도 11의 실시예에서는 유지 전극(SE)과 공통 전극간의 커플링을 차폐시키도록, 화소 전극(PE)에 유지 전극(SE)과의 오버랩 영역(PE_OV)을 형성하고 있다. 화소 전극(PE)은 도시된 바와 같이, 십자 형상의 줄기 전극과 상기 줄기 전극으로부터 연장된 복수의 가지 전극을 포함한다. 상기 복수의 가지 전극 중 적어도 어느 하나를 유지 전극(SE)의 모서리부를 향하는 방향으로 연장시켜, 오버랩 영역(PE_OV)을 형성한다.
도 12의 실시예에서는 유지 전극(SE)에 화소 전극(PE)과의 오버랩 영역(SE_OV)을 형성하고 있다. 실시예에서는 유지 전극(SE)의 모서리부 형상을 변화시켜 오버랩 영역(SE_OV)을 형성한다. 유지 전극(SE)의 모서리부를 화소 전극(PE)에 구비된 적어도 어느 하나의 가지 전극을 향하는 방향으로 돌출시켜 화소 전극(PE)과 오버랩된 오버랩 영역(SE_OV)을 형성하고 있다.
도 13은 또 다른 실시예에 따른 액정 표시 장치에서, 게이트 전극(120), 유지 전극(231, 134), 분압용 전극(230)이 배치된 층을 보인 평면도이다.
본 실시예에서, 도 3의 평면도에서 도시된 것과 달리, 분압용 전극(230)과 유지 전극(231)은 전기적으로 분리되어 있다. 분압용 전극(230)에 인가되는 고전압, 즉, 가변 저항의 제어 전압이 유지 전극(231)에는 영향을 주지 않으므로, 전술한 바와 같은 모서리부 빛샘 현상이 발생할 가능성을 줄일 수 있다.
본 발명은 도면에 도시된 실시 예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시 예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.
1000: 액정 표시 장치
100: 하부 표시판 110: 제 1 기판
120 : 게이트 전극 131: 제 1 유지 전극
132, 133: 분압용 전극 132N, 133N: 제어 전극
140: 게이트 절연막 150: 채널층
151: 고농도 반도체층 161,162,163,164: SD-메탈층
170: 보호층 180: 컬러 필터
190_A: 제 1 부화소 전극 190_B: 제 2 부화소 전극
200: 액정층 200_A: 제 1 액정 영역
200_B: 제 2 액정 영역 300: 상부 표시판
310: 제 2 기판 320: 공통 전극
TFT_A: 제 1 스위칭 소자 TFT_B: 제 2 스위칭 소자
R: 가변 저항 CLC_A: 제 1 액정 축전기
CLC_B: 제 2 액정 축전기 PE: 화소 전극
SE: 유지 전극 PE_OV, SE_OV: 오버랩 영역

Claims (15)

  1. 서로 다른 전압이 인가되는 제 1 부화소 전극과 제 2 부화소 전극이 제 1 방향을 따라 이격 형성된 제 1 기판:
    상기 제 1 부화소 전극에 인가되는 전압을 제어하는 제 1 스위칭 소자;
    상기 제 2 부화소 전극에 인가되는 전압을 제어하는 제 2 스위칭 소자;
    상기 제 2 스위칭 소자의 출력 전압을 강하하여 상기 제 2 부화소 전극에 인가하는 가변 저항;
    공통 전극이 형성된 제 2 기판; 및
    상기 제 1 기판과 제 2 기판 사이에 배치된 액정층;을 포함하는 액정 표시 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 가변 저항은
    제어 전극;
    상기 제어 전극을 덮는 절연층;
    상기 절연층 상에 형성되고, 반도체 물질로 이루어진 채널층;
    상기 반도체층 상에 이격 형성된 입력 전극 및 출력 전극;을 포함하는 액정 표시 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 제어 전극이 상기 채널층과 마주하는 면적은 상기 입력 전극 및 출력 전극이 상기 채널층과 마주하는 면적 이상인, 액정 표시 장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 제어 전극은
    상기 입력 전극 및 출력 전극에 각각 마주하며 상기 제 1 방향을 따라 서로 이격된 제 1 및 제 2 제어 전극을 포함하며,
    상기 제 1 및 제 2 제어 전극의 상기 제 1 방향의 폭은 상기 입력 전극 및 출력 전극의 상기 제 1 방향의 폭 이상인, 액정 표시 장치.
  5. 제 2 항에 있어서,
    상기 제어 전극에는 상기 입력 전극에 인가되는 전압보다 큰 전압이 인가되는, 액정 표시 장치.
  6. 제 2 항에 있어서,
    상기 가변 저항은 상기 제 1 및 제 2 스위칭 소자에 구비된 채널층을 공유하는, 액정 표시 장치.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 채널층과 상기 입력 전극 사이 및 상기 채널층과 상기 출력 전극 사이에는 고농도 반도체층이 더 형성된, 액정 표시 장치.
  8. 제 2 항에 있어서,
    상기 반도체층은 비정질 실리콘(a-Si) 물질을 포함하는, 액정 표시 장치.
  9. 제 2 항에 있어서,
    상기 가변 저항의 저항값은 0.1 MΩ 에서 1000 MΩ 사이에서 조절되는, 액정 표시 장치.
  10. 제 2 항에 있어서,
    상기 제 1 부화소 전극을 둘러싸는 형상을 가지는 유지 전극을 더 포함하며,
    상기 제어 전극은 상기 유지 전극과 연결되게 형성된, 액정 표시 장치.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 유지 전극과 상기 제 1 부화소 전극은
    상기 유지 전극의 모서리부에서 적어도 일부가 오버랩되게 배치된, 액정 표시 장치.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 제 1 부화소 전극은
    십자 형상의 줄기 전극과 상기 줄기 전극에서 연장된 복수의 가지 전극을 포함하는, 액정 표시 장치.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 복수의 가지 전극 중에서, 상기 유지 전극의 모서리부를 향하는 가지 전극은 상기 유지 전극과 오버랩되도록 연장된 형상을 가지는, 액정 표시 장치.
  14. 제 12 항에 있어서,
    상기 유지 전극의 모서리부는 상기 복수의 가지 전극 중 적어도 어느 하나를 향해 돌출된 형상을 가지는. 액정 표시 장치.
  15. 제 2 항에 있어서,
    상기 제 1 부화소 전극을 둘러싸는 형상을 가지는 유지 전극을 더 포함하며,
    상기 제어 전극은 상기 유지 전극과 전기적으로 분리되게 형성된, 액정 표시 장치.
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