KR100258435B1

KR100258435B1 - 평면 구동 방식의 액정 표시 장치용 기판

Info

Publication number: KR100258435B1
Application number: KR1019960047507A
Authority: KR
Inventors: 김동규
Original assignee: 윤종용; 삼성전자주식회사
Priority date: 1996-10-22
Filing date: 1996-10-22
Publication date: 2000-06-01
Also published as: KR19980028450A; US6188459B1

Abstract

본 발명에 따른 평면 구동형 액정 표시 장치에서는 하나의 화소 내에서 세로 방향으로 서로 번갈아 가며 다수의 화소 전극을 형성하고 이들 사이에 각각 공통 전극을 형성하되, 공통 전극과 화소 전극의 간격의 크기가 둘 이상이 되도록 한다. 화소 전극 및 공통 전극의 최소폭, 화소 전극과 공통 전극 사이의 최대 간격, 데이터선의 적정 폭, 데이터선과 공통 전극 사이의 적정 간격은 여러 가지 조건에 따라 결정되고, 이에 따라 각 전극 및 데이터선 등을 화소 안에 배열한 다음, 여분의 공간에 공통 전극을 형성하되, 이웃하는 화소 전극과의 간격이 나머지 화소 전극과 공통 전극 사이의 간격보다는 작게 되도록 한다. 이렇게 함으로써 쓸모 없는 공간을 없애고 개구율을 증가시킨다.

Description

평면 구동 방식의 액정 표시 장치용 기판{A SUBSTRATE FOR LIQUID CRYSTAL DISPLAY OF IN-PLANE SWITCHING MODE}

본 발명은 액정 표시 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는, 평면 구동 방식(IPS mode : in-plane switching mode)의 액정 표시 장치에 관한 것이다.

액정 표시 장치는 최근 들어 가장 각광을 받고 있는 평판 표시 장치 중 하나로서 액정 물질의 전기 광학적(electro-optical) 효과를 이용한 표시 장치이며, 그 구동 방식은 크게 단순 행렬형(simple matrix type)과 능동 행렬형(active matrixtype)으로 나누어진다.

능동 행렬형 액정 표시 장치는 행렬의 형태로 배열된 각 화소에 비선형 특성을 가진 스위칭(switching) 소자를 부가하여 각 화소의 동작을 제어하는 것이다. 스위칭 소자로는 3단자형인 박막 트랜지스터(TFT : thin film transistor)가 일반적으로 사용되며, 2단자형인 MIM(metal insulator metal) 따위의 박막 다이오드(TFD : thin film diode)가 사용되기도 한다.

특히 현재 가장 활발하게 연구가 진행되고 있는 박막 트랜지스터 액정 표시 장치는 화소 전극(pixel electrode)이 형성되어 있는 한 기판과 공통 전극(common electrode)이 형성되어 있는 다른 기판, 그리고 그 사이에 삽입되어 있는 액정 물질로 이루어져 있다. 이러한 액정 표시 장치에서 액정 분자들을 구동하기 위해서는 화소 전극과 공통 전극에 각각 전압을 인가하는 방식을 취하는 것이 일반적이다. 그리고 이 경우 액정 분자들이 한 기판에서부터 다른 기판에 이르기까지 90°비틀리게 배열되어 있는 비틀린 네마틱 방식(TN: twisted-nematic)이 주로 이용된다.

그러나 이러한 액정 표시 장치, 특히 비틀린 네마틱 방식의 액정 물질을 이용하는 액정 표시 장치는 대비(contrast)가 보는 각도에 의존한다. 특히 이러한 대비의 각도 의존성은 상하 방향으로 매우 심하다.

뿐만 아니라 화소 전극과 공통 전극을 서로 다른 기판에 형성하여야 하며, 공통 전극에 전압을 인가하기 위하여 두 기판을 단락시켜야 하기 때문에 공정 수가 많다는 문제점이 있다.

이러한 문제들을 해결하기 위한 방법으로 평면 구동 방식을 이용한 액정 표시 장치가 제안되고 있다.

평면 구동 방식은 한 기판에 화소 전극 및 공통 전극을 모두 형성하여 액정 표시 장치를 구동하는 방식으로서, 두 기판 사이의 전위차를 이용하는 일반적인 방식과는 달리, 한 기판 내에서 공통 전극과 화소 전극을 형성하고 전위차를 주어 액정 분자의 반응을 일으키는 것이다. 이의 대표적인 예로는 유럽 특허 출원 출원번호 제93307154.0호를 들 수 있다.

그러나, 이러한 종래의 평면 구동형 액정 표시 장치는 화소 전극 및 공통 전극이 동일한 기판 위에 배치되기 때문에 전극들이 차지하는 면적에 해당하는 만큼 개구율이 감소하는 문제점이 있다.

이러한 개구율 감소를 방지하기 위해서는 화소 전극과 공통 전극 사이의 간격을 증가시키거나, 전극의 폭을 감소시켜야 한다. 그런데, 전극 사이의 간격이 증가할수록 구동 전압이 증가하는 반면에, 현재의 박막 트랜지스터 액정 표시 장치에서는 구동 전압이 5-6 V 정도로 제한되어 있기 때문에, 이 구동 전압을 유지하고자 한다면, 전극 사이의 간격에는 적정한 상한선이 존재한다. 또, 화소 전극 및 공통 전극의 폭은 노광 공정의 최소 폭에 공정 여유 및 수율을 감안하여 최소값이 결정된다. 그리고, 데이터선의 폭이나, 데이터선과 이와 인접한 공통 전극 사이의 간격도 노광 공정의 최소 폭에 공정 여유 및 수율을 감안하고, 데이터선의 전기적인 저항을 최적 조건을 고려하여 결정한다.

그러면, 전극의 최소폭, 전극 간격의 최대값, 데이터선의 적정 폭 및 데이터선과 이와 인접한 공통 전극 사이의 간격 등 네 가지 요소를 위의 여러 가지 조건에 맞추어 결정하였다고 하자.

한편, 액정 표시 장치의 화소의 피치는 화면의 크기와 화소 수에 따라서 결정되며, 위의 네 가지 요소와는 관련이 없다.

그렇다면, 위와 같이 결정된 전극의 간격 및 폭은 화소의 피치와 대응되지 아니하는 경우가 발생할 수 있다. 이를 도 1을 참고로 하여 설명한다.

도 1에서 보면 가로로 게이트선(1)이, 세로로는 데이터선(2)이 형성되어 있다. 그리고 게이트선(1)과 평행한 두 공통 전극선(3)이 서로 평행하게 형성되어 있으며, 두 공통 전극선(3) 사이에는 사다리 모양으로 공통 전극(4, 5, 6)이 다수 형성되어 있다. 그리고, 박막 트랜지스터(TFT)의 드레인 전극과 연결되어 있는 화소 전극(7, 8, 9)이 공통 전극(4, 5, 6)의 사이사이에 형성되어 있으며, 화소의 가장 왼쪽에는 공통 전극(4)이, 가장 오른 쪽에는 화소 전극(9)이 형성되어 있다.

위에서 언급한 대로 데이터선(2), 공통 전극(4, 5, 6) 및 화소 전극(7, 8, 9)이 이미 결정되어 있는 최소 폭(D, W)으로, 공통 전극(4, 5, 6)과 화소 전극(7, 8, 9) 사이의 간격(S)은 이미 결정되어 있는 최대값으로 하여 왼쪽부터 차례로 배열되어 있다. 그런데, 이 폭(W) 및 간격(S)이 화소의 피치와 대응하지 않기 때문에, 화소의 오른쪽 부분에 빈 공간(M)이 생기는데, 이 부분은 표시에 영향을 미치는 부분이 아니기 때문에 유효한 표시 영역이 줄어들어 화질이 저하된다.

따라서, 이러한 문제를 해결하기 위해서는 전극 폭을 확장하여 해결하는데, 즉, 도 2에 도시한 바와 같이, 전극의 폭(W)을 더 크게 하여 오른 쪽의 빈 공간(M)을 없앤다. 그런데, 도 2에서 유의할 것은 도 1에 비하여 화소 전극(9)이 하나 줄었다는 점이다. 이는 첫째, 데이터선(2)과 화소 전극(7, 8)이 동일한 공정으로 동일한 물질로 만들어지기 때문에 둘 사이의 간격이 어느 정도 이상 되어야 하며, 둘째로는 데이터선(2)과 화소 전극(9)의 거리가 가까워지는 경우 결합 용량(coupling capacitance)에 의한 화질 저하가 나타나기 때문이다.

그러나, 이렇게 하면 한 화소에서 전극 사이의 간격의 수가 4 개밖에 되지 않아 개구율이 줄어든다.

본 발명의 과제는 이러한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 공정 수를 증가하거나, 수율을 감소시키지 않고, 또 설계 규칙(design rule)을 변경하지 않고도 개구율을 증가시키기 위한 것이다.

도 1 및 도 2는 종래의 평면 구동 방식의 액정 표시 장치용 기판을 도시한 배치도이며,

도 3 및 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 평면 구동 방식의 액정 표시 장치용 기판을 도시한 배치도이다.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

1 : 게이트선 2 : 데이터선 3 : 공통 전극선

4, 5, 6, 10 : 공통 전극 7, 8, 9 : 화소 전극

이러한 과제를 해결하기 위한 본 발명에 따른 평면 구동형 액정 표시 장치에서는 화소 전극과 공통 전극 사이의 간격의 크기를 둘 이상으로 한다. 그 구체적인 방법으로는 각 전극의 폭을 최소로 하고 각 전극 사이의 간격을 최대로 유지하면서 이 때 생기는 쓸모 없는 빈 공간에 여분의 전극을 더 형성한다. 이 때 여분의 전극과 이웃하는 화소 전극 사이의 간격은 나머지 화소 전극과 공통 전극 사이의 간격보다 작게 된다.

이렇게 하면 쓸모 없는 공간은 줄어들고 개구율 또한 향상된다.

그러면, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 따른 평면 구동형액정 표시 장치의 실시예를 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다.

본 실시예에 따른 액정 표시 장치에서는, 도 1의 오른 쪽 빈 공간에 해당하는 부분에 공통 전극을 하나 더 형성하되, 가장 오른 쪽 전극간 간격만이 다른 전극간 간격과 크기가 다르게 형성하는 방법과, 가장 왼쪽 전극간 간격과 가장 오른쪽 전극간 간격이 다른 전극간 간격과 크기가 다르되 서로 대칭이 되도록 동일한 크기로 형성하는 방법이 있다. 이를 도 3도 및 도 4를 참고로 설명한다.

도 3에 도시한 바에 따르면, 도 1의 가장 오른쪽 화소 전극(9) 오른 쪽의 빈 공간에 공통 전극(10)을 하나 더 형성한다. 물론 이 공통 전극(10)과 데이터선(2) 사이의 간격은 정해진 최소값이 되도록 한다. 그러면, 공통 전극(10)과 화소 전극(9) 사이의 간격(L)은 다른 전극간 간격(S)보다 작은 값이 된다.

도 4에 나타낸 실시예에 따르면, 도 3에 도시한 바와 마찬가지로 일단 도 1의 가장 오른쪽 화소 전극(9) 오른 쪽의 빈 공간에 공통 전극(10)을 하나 더 형성한다. 이 공통 전극(10)과 데이터선(2) 사이의 간격은 정해진 최소값이 되도록 한 다음, 가장 왼쪽의 공통 전극(4)과 가장 왼쪽의 화소 전극(7) 사이의 간격과, 가장 오른쪽의 화소 전극(9)과 가장 오른쪽의 공통 전극(10) 사이의 간격(L1)이 동일하게 되도록 하여 전극간 간격이 좌우대칭이 되도록 배열한다. 물론 여기에서도 간격 L1은 간격 S보다 작다.

이렇게 하면, 두 경우 다 유효 표시 면적 및 개구율이 동일한 비율로 증가한다.

이와 같이 하나의 화소에 형성되어 있는 다수의 공통 전극 및 화소 전극 사이의 간격을 다르게 배치함으로써 공정 수를 증가하거나, 수율이 감소하거나, 설계 규칙을 변경하지 않고도 개구율을 증가시킬 수 있다.

Claims

가로로 형성되어 있는 게이트선,

세로로 형성되어 상기 게이트선과 교차하는 데이터선,

인접하는 두 줄의 상기 데이터선과 게이트선 사이에 상기 데이터선과 평행하게 형성되어 있는 다수의 화소 전극,

상기 다수의 화소 전극의 사이에 화소 전극과 평행하게 형성되어 있는 다수의 공통 전극,

상기 다수의 공통 전극을 연결하는 공통 전극 연결부를 포함하며,

상기 화소 전극과 상기 공통 전극 사이의 간격 중에서 상기 두 데이터선 중의 하나와 가장 인접한 간격인 제1 간격을 제외한 나머지 간격은 동일하고, 상기 공통 전극과 상기 화소 전극 중에서 상기 데이터선과 더 가까이에 배치되는 것은 상기 공통 전극이며, 상기 공통 전극과 상기 공통 전극 연결부가 결합하여 닫힌 다각형을 이루는 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치용 기판.
제1항에서,

상기 화소 전극과 상기 공통 전극 사이의 상기 제1 간격은 상기 나머지 간격보다 작은 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치용 기판.
제1항에서,

상기 공통 전극 연결부는 상기 다수의 공통 전극의 상단부를 연결하는 제1 공통 전극 연결부 및 상기 다수의 공통 전극의 하단부를 연결하는 제2 공통 전극 연결부를 포함하는 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치용 기판.
가로로 형성되어 있는 게이트선,

세로로 형성되어 상기 게이트선과 교차하는 데이터선,

인접하는 두 줄의 상기 데이터선과 게이트선 사이에 상기 데이터선과 평행하게 형성되어 있는 다수의 화소 전극,

상기 다수의 화소 전극의 사이에 상기 화소 전극과 평행하게 형성되어 있는 다수의 공통 전극,

상기 다수의 공통 전극을 연결하는 공통 전극 연결부를 포함하며,

상기 화소 전극과 상기 공통 전극 사이의 간격 중에서 상기 두 데이터선 중의 하나와 가장 인접한 간격인 제1 간격과 상기 두 데이터선 중의 나머지 하나와 가장 인접한 간격인 제2 간격을 제외한 나머지 간격은 동일하며, 상기 공통 전극과 상기 화소 전극 중에서 상기 데이터선과 더 가까이에 배치되는 것은 상기 공통 전극이고, 상기 공통 전극과 상기 공통 전극 연결부가 결합하여 닫힌 다각형을 이루는 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치용 기판.
제4항에서,

상기 화소 전극과 상기 공통 전극 사이의 상기 제1 간격 및 제2 간격은 상기나머지 간격보다 작은 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치용 기판.
제4항에서,

상기 공통 전극 연결부는 상기 다수의 공통 전극의 상단부를 연결하는 제1 공통 전극 연결부 및 상기 다수의 공통 전극의 하단부를 연결하는 제2 공통 전극 연결부를 포함하는 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치용 기판.
제1항 또는 제4항에서,

상기 다수의 화소 전극을 연결하는 화소 전극 연결부를 더 포함하며,

상기 화소 전극과 상기 화소 전극 연결부는 결합하여 닫힌 다각형을 이루는 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치용 기판.
제7항에서,

상기 화소 전극 연결부는 상기 공통 전극의 양끝을 연결하는 상측 및 하측의 공통 전극 연결선과 각각 중첩되어 유지 용량을 형성하는 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치용 기판.
제7항에서,

상기 화소 전극 연결부는 이웃하는 상기 두 데이터선 사이의 상기 화소 전극의 양 끝부분을 각각 연결하는 상측 화소 전극 연결부와 하측 화소 전극 연결부를포함하는 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치용 기판.