KR100476597B1 - 박막 트랜지스터 액정 표시 장치 - Google Patents

박막 트랜지스터 액정 표시 장치 Download PDF

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Abstract

액정 축전기와 스위칭 소자를 가지고 있는 다수의 화소로 이루어진 액정 표시 장치에서 하나의 화소의 스위칭 소자에 한쪽 단자가 연결되어 있으며, 그 화소와 이웃하는 화소의 스위칭 소자에 나머지 한쪽 단자가 연결되어 있는 유지 축전기를 형성한다. 이렇게 하면 양쪽 가장자리에 있는 두 화소를 제외한 나머지 화소의 스위칭 소자에는 좌우로 두 개씩의 유지 축전기가 연결되게 되어 충분한 유지 용량을 확보할 수 있고, 개구율의 감소를 막으면서도 기생 용량을 줄일 수 있으며, 스위칭 소자에 불량이 있을 때 결함이 쉽게 수리될 수 있다. 그리고, 화소행의 양쪽 가장자리에는 화상을 표시하는 데 사용되지 않는 보조 화소를 하나씩 형성하여 화상을 표시하는 데 사용하는 화소 중 가장자리에 있는 화소의 한쪽 유지 축전기를 보조 화소의 스위칭 소자에 연결되도록 함으로써 화상을 표시하는 모든 화소가 스위칭 소자에 연결된 두 개씩의 유지 축전기를 갖도록 할 수 있어 화질을 개선시킬 수 있다. 유지 축전기의 한쪽 단자가 고립되어 있는 경우에는 고립된 단자를 전단의 게이트선에 연결할 수도 있다.

Description

박막 트랜지스터 액정 표시 장치
본 발명은 박막 트랜지스터 액정 표시 장치에 관한 것이다.
현재, 박막 트랜지스터를 스위칭 소자로 사용하는 액티브 매트릭스형 액정 표시 장치(active matrix liquid crystal display:AMLCD)는 그 휴대성과 우수한 화질로 해서 널리 각광을 받고 있다.
액정 표시 장치의 각 화소는 스위칭 소자를 통해 전달되는 화상 신호를 받아 다음 신호가 들어올 때까지 액정 축전기에 의해 그 신호를 유지하게 된다. 이 때, 액정의 전하 유지 능력을 보호해 주기 위해 통상 유지 축전기를 액정 축전기와 병렬로 연결한다.
유지 축전기를 형성하는 방법은 그 구조에 따라 독립 배선 방식과 전단 게이트 방식으로 나눌 수 있다.
그러면, 첨부된 도면을 참고로 하여 종래 기술에 따른 박막 트랜지스터 액정 표시 장치에 대하여 설명한다.
도 1은 종래의 독립 배선 방식의 박막 트랜지스터 액정 표시 장치의 단위 화소의 등가 회로도이다.
도 1에 나타난 바와 같이, 주사 신호를 전달하는 게이트선(GL)과 화상 신호를 전달하는 데이터선(DL)이 서로 교차하고 있으며, 게이트 전극은 게이트선(GL)에 연결되어 있고, 소스 전극은 데이터선(DL)에 연결되어 있는 박막 트랜지스터(TFT)가 있다. 박막 트랜지스터(TFT)의 드레인 전극은 액정 축전기(CLC)와 유지 축전기(Cst)의 한 단자와 연결되어 있다. 즉, 액정 축전기(CLC)와 유지 축전기(Cst)는 서로 병렬로 연결되어 있다. 액정 축전기(CLC)의 다른 단자에는 공통 전압으로 표시되는 일정 전압 Vcom이 인가되고, 유지 축전기(Cst)의 다른 단자는 게이트선(GL)과 별도로 형성되어 있는 유지 전극선(SL)에 연결되어 있다. 그러나, 이러한 방법은 별도의 유지 전극선을 형성하므로 배선의 수가 늘어나고, 개구율이 줄어드는 단점이 있다.
도 2는 종래의 전단 게이트 방식의 박막 트랜지스터 액정 표시 장치의 단위 화소의 등가 회로도이다.
전단 게이트 방식은 도 2에서 볼 수 있는 바와 같이, 전단의 게이트선(GL)을 유지 축전기(Cst)의 한쪽 단자로 활용하는 방법이다. 다른 구성은 도 1에 나타난 독립 배선 방식의 경우와 유사하다. 이 방법은 게이트선 외에 별도의 유지 전극선을 형성하지 않으므로 개구율을 높일 수 있는 장점이 있는 반면, 게이트선의 기생 용량이 늘어나는 단점이 있다.
또한, 종래 기술에서와 같이, 유지 축전기를 형성하기 위해 전단의 게이트선을 활용하거나 별도의 유지 전극선을 활용하는 경우, 유지 축전기의 양 전극 사이에는 대개 6볼트 내지 12볼트 정도의 높은 전압이 인가되는데, 이 때 이 전압에 의하여 유지 축전기의 양 전극상의 절연막을 통한 누설 전류가 흐르게 되어 자체 방전이 일어나거나 절연막 내에 결함이 있을 경우 절연 파괴도 일어날 수 있어 수율 감소가 일어난다.
본 발명의 과제는 박막 트랜지스터 액정 표시 장치에서 개구율의 감소나 배선의 증가가 없는 유지 축전기를 형성하는 것이다.
본 발명의 다른 과제는 액정 표시 장치의 화질을 향상시키는 것이다.
이러한 과제를 이루기 위하여 본 발명에서는 하나의 화소의 스위칭 소자에 한쪽 단자가 연결되어 있으며, 그 화소와 이웃하는 화소의 스위칭 소자에 나머지 한쪽 단자가 연결되어 있는 유지 축전기를 형성한다.
화소행의 양쪽 가장자리에는 화상을 표시하는 데 사용되지 않는 보조 화소를 하나씩 형성하여 화상을 표시하는 데 사용하는 화소 중 가장자리에 있는 화소의 한쪽 유지 축전기를 보조 화소의 스위칭 소자에 연결되도록 함으로써 화상을 표시하는 모든 화소가 스위칭 소자에 연결된 두 개씩의 유지 축전기를 갖도록 할 수 있다.
유지 축전기의 한쪽 단자가 고립되어 있는 경우에는 고립된 단자를 전단의 게이트선에 연결할 수도 있다.
그러면, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 첨부된 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 상세히 설명한다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 박막 트랜지스터 액정 표시 장치의 등가 회로도이고, 도 4는 도 3에 나타낸 박막 트랜지스터 액정 표시 장치의 스위칭 소자에 결함이 있을 때의 수리 방법을 나타낸 것이다.
도 3에 나타낸 바와 같이, 가로로 게이트선(GL)이 배열되어 있고, 세로로 데이터선(DL)이 배열되어 있다. 박막 트랜지스터(Q)의 게이트 단자는 게이트선(GL)에, 소스 단자는 데이터선(DL)에 연결되어 있으며, 드레인 단자는 액정 축전기(CLC)에 연결되어 있다. 박막 트랜지스터(Q)의 드레인 단자에 한 단자가 연결되어 있는 유지 축전기(Cst)의 다른 단자는 같은 행의 이웃하는, 즉 같은 게이트선(GL)에 게이트 단자가 연결되어 있는 이웃 화소의 박막 트랜지스터(Q)의 드레인 단자에 연결되어 있다. 여기에서 액정 축전기의 다른 단자에는 공통 전압으로 표시되는 일정 전압 Vcom이 인가된다.
이 때, 왼쪽 끝에 위치하는 화소의 박막 트랜지스터의 드레인에 연결되는 유지 축전기 중 왼쪽에 형성되는 유지 축전기(CstL)의 다른쪽 단자는 고립되어 있으며, 가장 오른쪽에 위치하는 화소에는 유지 축전기가 형성되지 않는다. 결과적으로 각 화소는 두 개의 유지 축전기를 가지는 셈이 되고, 가장 오른쪽의 화소만이 하나의 유지 축전기를 가지는 것이 된다.
이러한 구조를 가진 화소에 있어서, 박막 트랜지스터 등의 스위칭 소자나 혹은 그 외에 구동의 목적으로 사용되는 능동 소자에 결함이 있을 때 도 4의 I 부분에 나타낸 것처럼, 결함이 있는 능동 소자(Q0)의 드레인 단자를 레이저 등을 사용하여 절단하여 다른 축전기들로부터 분리한다. 또는 결함에 의하여 단자가 전기적으로 절단된 경우에도 동일하다. 그러면, 데이터 신호가 해당 화소의 액정 축전기에 공급되지 않고, 해당 화소의 액정 축전기의 전압 Vp은 해당 화소의 왼쪽에 위치하는 화소의 화소 전압을 VL이라 하고, 오른쪽에 있는 화소의 화소 전압을 VR이라고 할 때 다음과 같은 식으로 주어진다.
Vp = (VL + VR + VcomCLC/Cst)/(2 + CLC/Cst)
이 때 CLC/Cst는 1보다 작은 값으로 Cst가 클수록 CLC/Cst는 감소하게 되는데 이렇게 되면 화소 전압은 그 화소의 좌우에 위치한 화소의 액정 축전기의 전압의 산술 평균으로 접근한다. 따라서 이 화소의 밝기는 좌우 화면의 중간 밝기로 접근하므로 자동으로 보상될 수 있다.
이러한 구조는 특히 단색 액정 표시 장치에서 매우 유리하다. 세 가지 색상의 컬러 필터로 이루어지는 컬러 패널의 경우 이와 같은 자동 보상의 목적을 달성하기 위해서는 그 옆의 세 번째 인접한 화소, 즉 동일색을 나타내는 화소끼리 유지 축전기를 연결하는 것이 바람직하다. 그러나, 이와 같이 자동 보상을 목표로 하지 않았을 경우에는 컬러 패널이라도 그 좌우의 인접한 화소에 연결해도 무방하다.
도 5는 유지 축전기(Cst)의 한쪽 단자를 아래위의 화소 즉, 동일한 열의 이웃 화소의 박막 트랜지스터의 드레인 단자와 연결되도록 한 본 발명의 다른 실시예에 따른 박막 트랜지스터 액정 표시 장치의 등가 회로도이고, 도 6은 도 5에 나타낸 박막 트랜지스터 액정 표시 장치의 스위칭 소자에 결함이 있을 때의 수리 방법을 나타낸 것이다.
도 5에 나타낸 바와 같이, 가로로 게이트선(GL)이 배열되어 있고, 세로로 데이터선(DL)이 배열되어 있다. 박막 트랜지스터(Q)의 게이트 단자는 게이트선(GL)에, 소스 단자는 데이터선(DL)에 연결되어 있으며, 드레인 단자는 액정 축전기(CLC)에 연결되어 있다. 박막 트랜지스터(Q)의 드레인 단자에 한 단자가 연결되어 있는 유지 축전기(Cst)의 다른 단자는 같은 열, 즉 같은 데이터선(DL)에 소스 단자가 연결되어 있는 이웃 화소의 박막 트랜지스터(Q)의 드레인 단자에 연결되어 있다. 여기에서 액정 축전기의 다른 단자에는 공통 전압으로 표시되는 일정 전압 Vcom이 인가된다.
여기에서도, 한 화소의 박막 트랜지스터(Q0)에 결함이 생기면, 도 6의 II 부분에서와 같이, 불량인 박막 트랜지스터(Q0)의 드레인 단자를 레이저 등을 이용하여 전기적으로 절단하면, 불량인 박막 트랜지스터(Q0)가 있는 화소의 액정 축전기의 전압은 아래 위 화소의 액정 축전기 전압의 산술 평균에 근접한 값으로 주어지므로 자동 보상될 수 있으며, 이 경우, 흑백 패널뿐 아니라 컬러 패널에도 아래 위 화소가 동일색을 표시하는 경우라면 적용될 수 있다.
유지 축전기(Cst)의 한쪽 단자를 화소의 좌우 및 아래위 사방으로 모두 연결할 수도 있다. 도 7에는 유지 축전기(Cst)의 한쪽 단자를 왼쪽 또는 오른쪽 및 위 또는 아래의 인접 화소의 드레인 단자에 연결하여 하나의 화소가 2개씩의 유지 축전기를 갖도록 한 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 액정 표시 장치의 등가 회로도가 도시되어 있다.
여기에서, 하나의 화소에 형성되어 있는 두 유지 축전기(Cst)의 한 단자는 그 화소의 박막 트랜지스터(Q)의 드레인 단자에, 그리고 나머지 한 단자는 각각 아래 또는 위 화소와 왼쪽 또는 오른쪽 화소의 박막 트랜지스터(Q)의 드레인 단자에 연결되어 있다.
한편, 이와 같은 실시예에서 각 유지 축전기(Cst)의 기준 전압은 인접 화소의 전압이 되는데, 도 3에 도시한 실시예에서 볼 수 있는 바와 같이, 처음 시작하는 화소의 한쪽 유지 축전기는 기준 전압 없이 끊어져 고립(floating)되고, 마지막 단의 화소는 해당 화소의 스위칭 소자에 2개씩의 유지 축전기가 연결되어 있는 다른 화소와는 달리 1개의 유지 축전기만이 연결되게 된다. 이러한 문제점은 다음과 같은 방법으로 해결할 수 있다.
도 8에 도시한 바와 같이, 먼저, 필요한 화소열 수 외에 좌우에 1열씩의 화소(P10, P20, P1f, P2f)를 더 형성하여 화상을 표시하는 데 사용되는 화소(P11, P12, P21, P22)에는 항상 2개의 유지 축전기가 연결되어 있도록 하고, 연결되어 있는 두 유지 축전기 중 하나의 한 전극이 고립되어 있는 맨 왼쪽의 화소(P10, P20)와 1개의 유지 축전기만이 연결되어 있는 맨 오른쪽의 화소(P1f, P2f)는 화상을 표시하는 데 사용하지 않는 보조 화소가 되도록 한다.
또 다른 방법은 도 9의 오른쪽과 같이 화소의 스위칭 소자에 유지 축전기가 1개밖에 연결되지 않은 쪽은 보조 화소(P1f, P2f)를 1열 이상 두고, 왼쪽과 같이 유지 축전기(Cst)의 한쪽 단자를 고립시키지 않고 전단의 게이트선에 연결하는 것이다.
또 다른 방법은 도 10에서 볼 수 있는 바와 같이, 첫 열 및 마지막 열의 양쪽에 보조 화소(P10, P20, P1f, P2f)를 1열 이상 형성하고 맨 왼쪽에 형성되어 있는 보조 화소(P10, P20)에 한 쪽 단자가 연결되어 있고, 한쪽 단자는 전단의 게이트선에 연결된 유지 축전기(Cst)를 형성하는 것이다.
도 5에 나타난 본 발명의 실시예에서와 같이, 유지 축전기를 상하의 인접한 화소의 스위칭 소자와 연결하여 형성하는 경우에는 전체 화소의 위 아래쪽에 화상 표시에 필요한 화소행 수보다 1행씩의 화소를 더 형성하여 끊어진 유지 축전기나 1개의 유지 축전기를 가지는 화소는 화상을 표시하는 데 사용되지 않는 보조 화소가 되도록 한다.
또한, 도 7에 나타난 실시예에서와 같이, 유지 축전기를 상하 좌우 화소의 스위칭 소자에 연결하여 형성하는 경우에는 위와 같은 방법으로 상하 좌우에 1열 및 1행씩의 보조 화소를 더 형성할 수 있다.
본 발명의 실시예에서와 같이 한 화소의 유지 축전기의 한쪽 전극은 해당 화소의 스위칭 소자에 연결하고 다른 한쪽 전극은 인접 화소의 스위칭 소자에 연결하여 유지 축전기를 형성함으로써 개구율의 감소를 막으면서 기생 용량을 줄일 수 있고, 스위칭 소자에 불량이 있을 때 결함이 쉽게 수리될 수 있으며, 화상을 표시하는 데 사용되지 않는 보조 화소를 형성하여 이러한 화소 구조에서 발생할 수 있는 양 끝단 화소의 문제점을 보완할 수 있어 개선된 화질을 얻을 수 있다.
도 1은 종래의 독립 배선 방식의 박막 트랜지스터 액정 표시 장치의 단위 화소의 등가 회로도이고,
도 2는 종래의 전단 게이트 방식의 박막 트랜지스터 액정 표시 장치의 단위 화소의 등가 회로도이고,
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 박막 트랜지스터 액정 표시 장치의 등가 회로도이고,
도 4는 도 3에 나타난 액정 표시 장치에서 불량 화소의 수리 방법을 나타낸 회로도이고,
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 박막 트랜지스터 액정 표시 장치의 등가 회로도이고,
도 6은 도 5에 나타난 액정 표시 장치에서 불량 화소의 수리 방법을 나타낸 회로도이고,
도 7 내지 도 10은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 박막 트랜지스터 액정 표시 장치의 등가 회로도이다.

Claims (12)

  1. 제1 유지 축전기와 액정 축전기와 스위칭 소자를 포함하는 다수의 화소를 포함하는 액정 표시 장치에서,
    한쪽 끝에 위치한 제1 화소를 제외한 나머지 화소의 제1 유지 축전기의 제1 단자는 그 화소의 스위칭 소자에 연결되어 있고 제2 단자는 다른 화소의 스위칭 소자와 연결되어 있어, 상기 제1 화소와 상기 제1 화소의 반대쪽 끝에 위치한 제2 화소를 제외한 나머지 화소의 스위칭 소자에 연결된 제1 유지 축전기가 둘 이상인 구조를 이루며, 상기 제2 화소는 화상을 표시하는 데 사용되지 않는 액정 표시 장치.
  2. 제1항에서,
    상기 제1 유지 축전기의 제2 단자와 연결되어 있는 스위칭 소자는 이웃하는 화소의 스위칭 소자인 액정 표시 장치.
  3. 제2항에서,
    상기 제2 화소의 스위칭 소자에 한 단자가 연결되어 있으며 다른 한 단자는 고립되어 있는 제2 유지 축전기를 더 포함하는 액정 표시 장치.
  4. 제3항에서,
    상기 제1 화소에 인접하며 액정 축전기와 스위칭 소자를 포함하는 보조 화소를 더 포함하며, 상기 보조 화소의 스위칭 소자는 상기 제1 화소의 제1 유지 축전기와 연결되어 있는 액정 표시 장치.
  5. 제4항에서,
    상기 보조 화소는 화상을 표시하는 데 사용되지 않는 액정 표시 장치.
  6. 제1 유지 축전기와 액정 축전기와 스위칭 소자를 포함하는 다수의 제1 화소,
    액정 축전기와 스위칭 소자를 포함하며 한쪽 끝에 위치하는 제2 화소를 포함하며,
    상기 제1 화소의 제1 유지 축전기의 제1 단자는 그 제1 화소의 스위칭 소자에 연결되어 있고 제2 단자는 다른 제1 또는 제2 화소의 스위칭 소자에 연결되어 있어, 상기 제2 화소의 반대쪽 끝에 위치한 제3 화소를 제외한 나머지 제1 화소의 스위칭 소자에 연결된 유지 축전기는 둘 이상이고 상기 제2 화소의 스위칭 소자에 연결된 제1 유지 축전기는 하나이며, 상기 제2 화소는 화상을 표시하는 데 사용되지 않는 액정 표시 장치.
  7. 제6항에서,
    상기 제1 유지 축전기에 연결된 스위칭 소자는 이웃하는 제1 또는 제2 화소의 스위칭 소자인 액정 표시 장치.
  8. 제7항에서,
    상기 제3 화소의 스위칭 소자에 한 단자가 연결되어 있으며 다른 한 단자는 고립되어 있는 제2 유지 축전기를 더 포함하는 액정 표시 장치.
  9. 액정 축전기, 게이트, 소스 및 드레인 단자를 가지고 있으며 상기 액정 축전기의 제1 단자에 상기 드레인 단자가 연결되어 있는 박막 트랜지스터를 포함하며 행렬의 형태로 배열되어 있는 다수의 화소,
    한 행의 화소의 게이트 단자에 각각 연결되어 있는 다수의 게이트선,
    한 행의 화소의 소스 단자에 각각 연결되어 있는 다수의 데이터선,
    상기 화소 중 한 화소의 드레인 단자에 제1 단자가 연결되어 있고 동일한 행의 이웃하는 화소의 드레인 단자에 제2 단자가 연결되어 있는 다수의 제1 유지 축전기,
    제1 단자, 그리고 상기 화소 중 한쪽 끝에 위치하는 제1열의 화소의 드레인 단자에 연결되어 있는 제2 단자를 가지고 있는 다수의 제2 유지 축전기를 포함하며,
    상기 제1열의 화소의 드레인 단자는 하나의 제1 유지 축전기 및 하나의 제2 유지 축전기와 연결되어 있고, 상기 제1열의 반대쪽 끝에 위치하는 제2열의 화소의 드레인 단자는 하나의 제1 유지 축전기와만 연결되어 있고, 나머지 열의 화소의 드레인 단자는 두 개의 제1 유지 축전기와 연결되어 있으며, 상기 제1열 및 제2열 중 한 열의 화소는 화상 표시에 사용되지 않는 액정 표시 장치.
  10. 제9항에서,
    상기 제1열 및 제2열의 화소 모두가 화상 표시에 사용되지 않는 액정 표시 장치.
  11. 제9항 또는 제10항에서,
    상기 제2 유지 축전기의 제1 단자는 고립되어 있는 액정 표시 장치.
  12. 제9항 또는 제10항에서,
    상기 제2 유지 축전기의 제1 단자는 상기 제2 유지 축전기의 제2 단자와 연결된 화소가 속하는 행에 이웃하는 행의 화소의 게이트 단자와 연결된 게이트선과 연결되어 있는 액정 표시 장치.
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