KR100242225B1 - 고 픽셀 구경비를 갖는 액정 디스플레이 - Google Patents

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알. 사마 칼루리
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데이비드 에스. 호이리스
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Abstract

서브 픽셀들과 100% 광학적 액티브 픽셀을 구성하는 제어 커패시터를 갖는 반색조 픽셀. 서브 픽셀의 설계로 인해 픽셀이 서브 픽셀을 갖지 않을때 나타나는 최대 픽셀 구경비, 휘도 또는 콘트라스트에서의 감소가 없다. 상이한 번호의 서브 픽셀들과 서브 픽셀 턴온 시퀀스를 포함하는 다양한 서브 픽셀 레이 아웃이 실행될 수 있으며 전체 픽셀이 광학적 액티브에 있게 한다.

Description

고 픽셀 구경비를 갖는 액정 디스플레이
제1도는 종래 기술에 따른 반색조 픽셀의 레이 아웃을 도시한 도면.
제2(a)도 및 제2(b)도는 종래 기술의 반색조 픽셀의 레이아웃과 전기적 등가를 도시한 도면.
제3도는 본 발명에 따른 반색조 픽셀을 도시한 도면.
제4(a)도 및 제4(b)도는 본 발명의 반색조 픽셀의 레이아웃과 전기적 등가를 도시한 도면.
제5(a)도, 제5(b)도 및 제5(c)도는 균일 셀 공간에 대해 반색조 픽셀의 레이아웃을 도시한 도면.
제6(a)도, 제6(b)도 및 제6(c)도는 3개의 동심의 서브픽셀을 갖는 반색조 픽셀의 레이아웃을 도시한 도면.
제7(a)도, 제7(b)도 및 제7(c)도는 결합 커패시터를 갖는 동심형 반색조 픽셀의 레이아웃을 도시한 도면.
제8도는 제5도의 반색조 픽셀 구성과 결합하는 디스플레이의 단면도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
12 : 반색조 픽셀 14, 16, 18, 20 : 서브픽셀
27, 29, 31 : 제어 커패시터 34 : 비아(또는 통로)
36 : 공간
본 발명은 디스플레이, 특히 액정 디스플레이(LCD)에 관한 것이다. 더욱 구체적으로 말하자면, 본 발명은 반색조(half-tone) 그레이스케일과 고 픽셀 구경비를 갖는 액티브 매트릭스 LCD에 관한 것이다.
LCD 기술은 다방면에 대해 음극선관(CRT) 기술의 후속 기술로서 개발되고 있다. LCD 기술은 보다 높은 신뢰도와 감소된 전력, 사이즈 및 중량과 같은 중요한 장점을 제공한다 그러나, 현 상태의 개발에 있어서 LCD 영상 묘사 능력은 CRT의 사용으로부터 얻어질 수 있는 것보다 떨어진다. 본 발명은 그레이스케일모드로 동작되고 있을 때, LCD와 연관된 뷰잉 각도 및 휘도 제한을 포함하는 하나의 주요한 기술적 장애를 시사한다.
본 발명은 액티브 매트릭스 액정 디스플레이(AMLCD)에서 반색조 그레이스케일을 실행한다. 종래의 기술의 일예로서, 그레이스케일 디스플레이 기술은 4개의 서브픽셀이 결합된다. 인액티브 상태에 있어서 픽셀 구경비를 감소시키는 서브픽셀들간에는 공간이 존재한다. 본 발명의 그레이스케일 또는 반색조 픽셀에 있어서, 전체 픽셀은 본 발명의 제어 커패시터 어레이 설계로 인해 광학적으로 액티브 상태에 있게 된다. 본 발명은 반색조 픽셀을 균일한 셀 간격을 갖는 서브픽셀 또는 상이한 사이즈의 동심(concentric)의 서브픽셀을 갖는 반색조 픽셀과 결합시킬 수 있다.
본 발명은 액티브 매트릭스 액정 디스플레이에 반색조 방법을 결합시키는 것인데, 이는 액정 전기-광학 응답이 2-레벨 모드, 즉 완전 온 또는 완전 오프로 동작시 뷰잉 각도와는 실질상 독립적이라는 사실을 기초로하고 있다. 제어 커패시터는 반색조 그레이스케일을 얻기 위한 시도로 개발되어 왔다. 이러한 시도로는 픽셀을 다수의 서브픽셀로 세분하고 각 서브픽셀에 직렬로 제어 커패시터를 결합하는 것이 있다. 제1도는 4개의 서브픽셀(14, 16, 18, 20)을 갖는 반색조 픽셀(12)의 레이아웃을 도시한다. 서브픽셀들(14, 16, 18, 20)간의 음영 영역(shaded area)이 되는 공간(22)은 인액티브 상태에서 픽셀 구경비를 감소시킨다. 제2(a)도는 제1도의 반색조 픽셀의 구성의 상세도를 나타낸다. 제2(b)도는 제2(a)도에 도시된 픽셀의 전기적 등가의 개략도이다. 제어 커패시터(27, 29, 31)는 분압기로서 동작하고, 액정 서브픽셀들(14, 16, 18, 20) 양단에 걸친 전압을 제어함으로써 박막 트랜지스터(TFT)의 소스 전압(Vs)이 픽셀(12)의 전체 그레이 레벨을 변경하도록 변화될 때 턴온하는 서브픽셀의 수를 조절한다. 오프-노멀(off-normal) 뷰잉 각도에서 그레이스케일 에러를 최소화하기 위해 제어 커패시터 값은 많아야 한 개의 서프픽셀만이 액정의 임계 및 포화 전압 사이의 전압에 있도록 결정된다. 이 방법은 AMLCD의 뷰잉 각도의 움직임을 개선시킨다.
제어 커패시터들(27, 29, 31)은 액티브 매트릭스 기판 또는 공통 전극 기판상에 제조된다. 제어 커패시터(27, 29, 31)의 각각에 대한 커패시턴스는 그 커패스터들의 각각의 전극에 대한 영역에 따라 결정된다. 투명 및 도전성 산화물인 인듐 틴 옥사이드(ITO)는 제1층의 제어 커패시터(27, 29, 31)의 영역을 형성한다. 실리콘 니트라이드 또는 실리콘 디옥사이드와 같이 조절된 두께를 갖는 유전체막이 제어 커패시터 유전체로서 제공된다. 서브픽셀(14)에 대한 제어 커패시터를 제거하기 위해 유전체에 비아(34; 또는 통로)가 있다. ITO의 제2층은 서브픽셀들(14, 16, 18, 20)의 전극을 제공한다. 커패시터들(24, 26, 28, 30)은 서브픽셀들(14, 16, 18, 20)의 액정 디스플레이 커패시턴스를 각각 나타낸다. 제어 커패시터들(27, 29, 31)은 디스플레이 커패시턴스들(26, 28, 30)과 직렬로 있다.
전술한 방법의 문제점은 액정 디스플레이에서 얻어질 수 있는 최대 휘도 및 콘트라스트를 감소시키는 픽셀 구경비(픽셀 휘도)의 저하에 있다. 픽셀 구경비는 서브픽셀과 결합하는 총 픽셀 면적으로 나눈 액티브 서브픽셀 면적의 합산이 된다. 픽셀 구경비의 감소는 서브픽셀들(14, 16, 18, 20) 사이 또는 중에 광학적 동작 상태에 있지 않는 공간(36)에 기인한 것이다. 구경비를 증가시키기 위해 서브픽셀들(14, 16, 18, 20) 중에 있는 공간(36)이 감소되어야 한다. 그러나, 제품 수율의 고려는 서브픽셀 내부 공간(36)의 최소화를 저지하여 소정 레벨까지 구경비 손실을 감소시킨다. 그리고, 광학적 인액티브 공간(36)은 서브픽셀들(14, 16, 18, 20) 사이 또는 중의 다크(dark) 매트릭스나 병렬 폴러라이저(parallel polarizers)를 갖는 AMLCD 동작의 노멀다크 모드를 이용할 수 있다. 하지만 서브픽셀들(14, 16, 18, 20) 사이에 다크 매트릭스의 사용은 최소 배선폭의 감소로 인한 컬러 필터 레이 회로의 제조의 복잡성을 증가시킨다. 이와는 달리, AMLCD 패널 동작이 노멀 화이트 모드의 부족은 설계 유연성을 저하시키고 비실용성의 개선된 화질을 위한 최적화를 형성한다. 새로운 반색조 픽셀 설계에 부합하는 본 발명은 이러한 결합과 장애를 제거한다.
제3도는 본 발명에 따른 반색조 픽셀 어레이로서 서브픽셀들(41, 42, 43, 44, 45)을 갖는 픽셀 어레이를 도시한다. 제4(a)도는 제3도의 반색조 픽셀(40)의 상세도이다. 제4(b)도는 제4(a)도의 반색조 픽셀(40)의 전기적 등가의 개략도이다. 제1의 ITO 층(46)은 제어 커패시터(62, 63, 64, 65)용 영역을 형성한다. 제어 커패시터 영역의 형성에 추가하여, 제1의 ITO 층(46)은 서브픽셀들(42, 43, 44, 45) 사이의 공간이 되는 서브픽셀(41)의 영역을 형성한다. 망선 영역(48)은 통로를 나타내고 서브픽셀(41)에 대한 직렬 제어 커패시터를 제거하도록 제공된다. ITO 층(46, 50)은 유전체 층(38)에 의해 분리되기 때문에, 층(46, 50)은 제4(a)도에 도시된 바와 같이 작은 겹침을 가질 수 있다. 따라서, 이러한 설계에 있어서 종래의 기술 설계에서와 같이 사진 석판술의 공정으로 인한 서브픽셀 공간을 최소화 하는데 대한 제한은 없다. 제4도의 제어 커패시터 어레이의 제조 순서는 다음과 같다 : 1) 제1의 ITO 층(46)을 용착, 패턴 및 에칭, 2) 제어 커패시터 유전체(48)를 용착, 3) 제2의 ITO 층(50)을 용착, 패턴 및 에칭, 및 4) 서비픽셀(41)을 형성하기 위해 유전체(48) 내의 통로를 패턴 및 에칭, 반색조 픽셀(40)의 설계로 100%의 픽셀이 광학적으로 액티브 상태에 있게 된다. 그 결과로, 최대 픽셀 구경비, 휘도 및 콘트라스트의 감소가 없는 제어 커패시터 어프로치를 이용하는 반색조 그레이스케일을 실현한다.
제4(a)도 및 제4(b)도의 반색조 픽셀(40) 설계의 특징은 층들(46, 48, 50)의 레이아웃이 직렬 제어 커패시터가 없는 서브픽셀(41)이 되도록 서브픽셀 내 영역에서 위치된다는 것이다.
제3도, 제4(a)도 및 제4(b)도에서 5개의 서브픽셀을 도시하고 있지만, 소정수의 서브픽셀들이 본 발명에 이용될 수 있다. 전체 픽셀(40)이 광학적 액티브 상태에 있기 때문에, 여러 서브픽셀 레이아웃에 대한 유연성과 더불어 양호한 화질을 위한 서브픽셀 턴온 시퀀스가 있다.
제5(a)도, 제5(b)도 및 제5(c)도는 반색조 픽셀(70)의 다른 레이아웃을 나타낸다. 제5(a)도는 서브픽셀들(71, 72, 73, 74, 75, 76)을 갖는 6개의 서브픽셀 설계를 도시한다. 층(78)은 제5(a)도 및 제5(b)도에서 설명한 바와 같이 서브픽셀(71) 영역에 있는 작은 접촉 통로(80)를 제외하고 픽셀에 걸쳐서 연속되어있다. 층(78)의 연속성은 작은 접촉 통로 영역(80)를 제외한 전체 액정 셀 또는 픽셀(70)이 최대 콘트라스트를 위해 구치-태리(Gooch-Tarry) 최소 셀 공간에서 유지되도록 한다. 구치 및 태리는 최상 오프 상태로 되어 최대 콘트라스트에 있도록 하는 액정 셀 공간에 대한 최적치를 유도한다. ITO의 층(81, 82)은 제5(a)도에 도시되어 있다. 층(81, 78, 82)의 레이아웃은 그 영역이 ITO 층(81)에 의해 형성되어 서브픽셀(71)이 서브픽셀 내의 영역에 위치되도록 한다.
제6(a)도, 제6(b)도 및 제6(c)도는 3개의 동심의 서브픽셀들(91, 92, 93)을 갖는 반색조 픽셀(90)의 레이아웃을 도시한다. 제6(c)도는 픽셀(90)의 전기적 등가를 도시한다. 층(96)은 작은 접촉 통로 영역(100)을 제외하고는 픽셀(90)에서 연속적이다. ITO 층(94, 98)은 제어 커패시터 및 서브픽셀 영역의 윤곽을 각각 나타낸다.
제7(a)도, 제7(b)도 및 제7(c)도는 다른 반색조 서브픽셀 배치를 나타낸다. 제7(a)도는 3개의 동심의 서브픽셀(101, 102, 103)을 갖는 반색조 픽셀(104)을 도시한다. 제7(b)도는 반색조 픽셀(104)의 단면도이다. 제7(c)도는 픽셀(104)의 전기적 등가를 개략 도시한다. 이는 결합 커패시터 Cc(106)를 포함한다. 결합 커패시터(106)의 역할은 제어 커패시터(C2, C3)의 제조에 있어서 사용된 유전체 물질과 그 두께의 선택시 추가의 유연성을 제공하는 것이다.
제8도는 제5(a)도 내지 제5(c)도에 도시된 제어 커패시터 설계를 채용하는 디스플레이의 단면도이다. 제어 커패시터 어레이(84)는 동일 기판(88) 상의 TFT 어레이(86)와 함께 형성된다. TFT의 드레인 전극은 어레이(84)의 제어 커패시터 영역을 형성하는 제1의 ITO 전극(81)에 접속된다. 제어 커패시터 어레이(84)를 갖는 액티브 매트릭스 기판(88)이 형성된 후에, 디스플레이 조립체(110)는 통상의 액정 디스플레이 조립 기술을 이용하여 액티브 매트릭스 기판(88)과 공통 전극 기판(114) 사이에 액정을 끼워넣음으로써 제조된다.

Claims (8)

  1. 제1기판과 제2기판을 포함하고, 고 픽셀 구경비를 갖는 복수개의 픽셀을 구비한 그레이스케일 액정 디스플레이에 있어서, 상기 각 픽셀이 제1, 제2, 제3, 제4 및 제5서브픽셀과; 상기 제1기판 상에 배치된 제1전극과; 상기 제1기판 상에 배치된 제2전극과; 상기 제1기판 상에 배치된 제3전극과; 상기 제1기판 상에 배치된 제4전극과; 상기 제1기판 상에 배치되며 상기 제1, 제2, 제3 및 제4전극들 사이에 각각 배치된 제5전극과; 적어도 상기 제1, 제2, 제3, 제4 및 제5전극 상에 배치되고 상기 제5전극에 근접한 비아를 갖는 된 유전체층과; 상기 유전체층 상에 배치되고 상기 제1전극에 근접하여 상기 제1서브픽셀을 형성하는 제6전극과; 상기 유전체층 상에 배치되고 상기 제2전극에 근접하며 상기 제2서브픽셀을 형성하는 제7전극과; 상기 유전체층 상에 배치되고 상기 제3전극에 근접하여 상기 제3서브픽셀을 형성하는 제8전극과; 상기 유전체층 상에 배치되고 상기 제4전극에 근접하며 상기 제4서브픽셀을 형성하는 제9전극과; 상기 유전체 상에 배치되고 상기 유전체층의 비아를 통해 상기 제5전극에 접속되며 상기 제5서브픽셀을 형성하는 제10전극과; 상기 제6, 제7, 제8, 제9 및 제10전극 상에 배치된 액정층과; 상기 액정층 상에 배치된 제11전극과; 상기 제11전극을 지지하는 상기 제2기판을 포함하는 것을 특징으로 하는 그레이스케일 액정 디스플레이.
  2. 제1항에 있어서, 상기 제1, 제2, 제3, 제4 및 제5전극은 서로 접속되는 것을 특징으로 하는 그레이스케일 액정 디스플레이.
  3. 제2항에 있어서, 상기 제1, 제2, 제3, 제4 및 제5전극 중 적어도 한 개에 접속되는 트랜지스터를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 그레이스케일 액정 디스플레이.
  4. 제3항에 있어서, 상기 제1 및 제6전극은 제1케어 커패시턴스를 형성하며; 상기 제2 및 제7전극은 제2제어 커패시턴스를 형성하고; 상기 제3 및 제8전극은 제3제어 커패시턴스를 형성하며; 상기 제4 및 제9전극은 제4제어 커패시턴스를 형성하고; 상기 제11 및 제6전극은 상기 제1서브픽셀의 제1액정 커패시턴스를 형성하며; 상기 제11및 제7전극은 상기 제2서브픽셀의 제2액정 커패시턴스를 형성하고; 상기 제11 및 제8전극은 상기 제3서브픽셀의 제3액정 커패시턴스를 형성하며; 상기 제11 및 제9전극은 상기 제4서브픽셀의 제4액정 커패시턴스를 형성하고; 상기 제11 및 제5전극은 제5액정 커패시턴스를 형성하는 것을 특징으로 하는 그레이스케일 액정 디스플레이.
  5. 고 픽셀 구경비를 갖는 그레이스케일 액정 디스플레이에 있어서, A. 대략 평평한 표면을 갖는 매트릭스 기판과; B. 복수개의 픽셀을 포함하며, 이 픽셀은 각각, a. 상기 매트릭스 기판의 평평한 표면 상에 배치된 제1전극, 상기 제1전극 상에 배치된 유전체층 및, 상기 유전체층이 상기 제1전극과 제2전극 사이에 배치되고 상기 제2전극이 주 서브픽셀의 영역을 형성 및 묘사하도록 상기 유전체층 상에 배치된 상기 제2전극을 각각 구비하는 복수개의 주 서브픽셀과, b. 상기 매트릭스 기판 상에 배치된 제1전극을 구비하는 적어도 한 개의 부 서브픽셀을 포함하는데, 상기 제1전극은 상기 부 서브픽셀의 영역을 형성 및 묘사하며, 상기 부 서브픽셀은 상기 주 서브픽셀에 의해 형성 및 묘사되지 않는 상기 픽셀의 영역 내에 배치되고, 상기 픽셀의 상기 주 서브픽셀의 상기 제1전극들은 서로 접속되며, 상기 픽셀 중 적어도 한 개의 부 서브픽셀의 상기 제1전극은 상기 픽셀 중 적어도 한 개의 주 서브픽셀의 상기 제1전극에 접속되고, 상기 픽셀 중 상기 주 서브픽셀의 각각의 상기 제1전극은 상기 픽셀 중 상기 주 서브픽셀의 상기 제1전극 외의 다른 전극의 표면 영역 사이즈와 상이한 표면 영역 사이즈를 가지며, C. 상기 복수개의 픽셀 중 상기 주 및 부 서브픽셀 각각의 상기 제2전극에 근접하고 상기 매트릭스 기판의 상기 평평한 표면에 평행한 대략 평평한 표면을 갖는 공통 전극으로 이루어진 공통 전극 기판과; D. 상기 공통 전극과 상기 복수개의 픽셀 중 상기 주 및 부 서브픽셀 각각의 상기 제2전극 사이에 배치된 액정층을 포함하는 것을 특징으로 하는 그레이스케일 액정 디스플레이.
  6. 제5항에 있어서, 상기 각각의 주 서브픽셀의 제1 및 제2전극은 상기 제1전극이 상기 표면 영역 사이즈에 비례하는 제어 커패시턴스값을 가지며; 상기 픽셀의 각각의 주 서브픽셀은 각각의 제1전극과 상기 공통 전극으로의 특정 전압의 적용에 의해 액티브되고, 상기 특정 전압은 상기 주 서브픽셀이 액티브되도록 상기 주 서브픽셀의 임계 전압값을 초과하는 값을 가지며, 상기 주 서브픽셀의 상기 임계값은 상기 주 서브픽셀의 상기 제1 및 제2전극의 상기 제어 커패시턴스값에 반비례하고; 상기 각 픽셀의 상기 부 서브픽셀은 직접 접속을 가지며 상기 부 서브픽셀의 상기 임계 전압값을 초과하는 특정 전압의 적용에 의해 액티브되는 것을 특징으로 하는 그레이스케일 액정 디스플레이.
  7. 제6항에 있어서, 상기 복수개의 픽셀의 각각의 상기 주 서브픽셀은 상기 부 서브픽셀과 동심(concentric)인 것을 특징으로 하는 그레이스케일 액정 디스플레이.
  8. 제7항에 있어서, 결합 커패시터를 더 포함하며, 이 결합 커패시터는, 상기 각 픽셀의 적어도 한 개의 상기 주 서브픽셀의 상기 제1전극에 접속된 제1전극과; 상기 각 픽셀의 상기 부 서브픽셀이 상기 제1전극에 접속된 제2전극을 포함하며, 상기 각 픽셀의 상기 부 서브픽셀의 상기 제1전극은 상기 각 픽셀의 상기 주 서브픽셀의 상기 제1전극과 단절되는 것을 특징으로 하는 그레이스케일 액정 디스플레이.
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