KR100502102B1 - 액정 표시 장치 - Google Patents

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Abstract

평면 구동 방식 액정 표시 장치에서, 공통 전극선을 별도로 형성하지 않고 단위 화소 내에 두 개의 화소 전극을 형성하고 두 화소 전극이 화소 양쪽의 데이터선을 통해 서로 다른 신호를 전달받도록 한다. 데이터선은 전체 화소열 수보다 하나 더 많은 수로 형성되고, 양쪽 가장자리에 형성되어 있는 데이터선을 제외한 나머지 데이터선은 좌우 양쪽 화소의 데이터선에 인접한 두 개의 화소 전극에 화상 신호를 전달한다. 이렇게 함으로써 배선의 수를 줄일 수 있고 따라서 배선간의 단락을 줄일 수 있다. 하나의 기판 위에 화소 전극과 공통 전극이 모두 형성되는 다른 방식의 액정 표시 장치에도 적용 가능하다.

Description

액정 표시 장치
이 발명은 액정 표시 장치에 관한 것이다.
일반적인 비틀린 네마틱 액정 표시 장치는 투명 전극이 형성되어 있는 두 장의 투명 기판과 그 사이에 주입되어 있는 액정 물질로 이루어져 있다. 두 전극에 전압이 인가되지 않은 상태에서 두 기판 사이의 액정 물질은 기판에 평행한 상태로 연속적으로 비틀려 있으며, 두 전극 사이에 일정한 전압이 인가되면 액정 분자의 장축은 기판에 수직인 방향으로 배열된다. 이와 같이, 액정 표시 장치는 기본적으로 두 전극 사이에 인가되는 전압을 조절하여 그 사이의 액정 분자의 움직임을 변화시켜 빛의 투과량을 조절한다.
그런데, 비틀린 네마틱 방식의 액정 표시 장치는 시야각이 좁고 계조 반전이 일어난다는 문제점이 있다.
이와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 평면 구동 방식(in-plane switing mode) 액정 표시 장치가 개발되었다. 평면 구동 방식 액정 표시 장치는 한쪽 기판에 형성되어 있는 평행한 두 선형 전극 사이에서 생성되는 본질적으로 기판에 평행한 전기장을 이용하여 액정 분자를 구동하며, 액정 분자는 기판과 평행한 면 내에서 회전하게 된다. 따라서 거시적으로 관찰되는 액정의 굴절률의 차이가 비틀린 네마틱 방식의 액정 표시 장치에 비해 작아서 넓은 시야각을 얻을 수 있다. 뿐만 아니라, 수직 단면 내에 액정 분자의 회전 방향이 반대가 되는 두 액정층이 존재하게 되어 액정층을 통과하는 빛의 위상차가 보상되기 때문에 시야각은 더욱 넓어진다.
이밖에도 비틀린 네마틱 방식 액정 표시 장치와는 달리 한쪽 기판에 두 전극을 형성하여 두 전극 사이의 전위차를 이용하여 액정 분자를 구동하는 여러 가지 방식의 액정 표시 장치들이 개발되고 있다.
그런데, 평면 구동 방식 액정 표시 장치와 같이 박막 트랜지스터 기판에 각 화소에 화상을 표시하기 위한 화상 신호를 전달하는 화소 전극과 각 화소에 기준이 되는 공통 신호를 전달하는 공통 전극이 함께 형성되는 경우는 공통 신호를 인가하기 위한 공통 전극선이 박막 트랜지스터 기판에 형성되어야 한다.
도 1은 평면 구동 방식 액정 표시 장치의 한 화소의 등가 회로도를 나타내고 있다. 도 1에 나타난 바와 같이, 화상 신호를 전달하는 데이터선(DL)과 주사 신호를 전달하는 게이트선(GLi, GLi-1)이 교차하고 있으며 게이트선(GLi, GLi-1)과 평행하게 공통 전극선(CL)이 별도로 형성되어 공통 신호를 전달한다. 각 화소를 스위칭하는 박막 트랜지스터(TFT)는 데이터선(DL)과 게이트선(GLi)에 소스 전극과 게이트 전극이 각각 연결되어 있으며, 드레인 전극은 화상을 표시하기 위한 화소 전극(P)과 연결되어 있다. 화상 신호를 받는 화소 전극(P)과 공통 신호를 받는 공통 전극(C)이 화소 내에 나란히 형성되어 있으며, 두 전극(P, C) 사이에 인가되는 전압에 의해 생성되는 전기장에 의해 액정 분자가 구동된다. 한편, 표시 전극(P)과 공통 전극선(CL) 사이에는 액정 용량을 보조하기 위한 유지 축전기(Cst)가 형성된다.
이와 같이, 공통 전극선을 따로 형성하게 되는 경우 공통 전극선이 게이트 선이나 데이터선과 교차하는 부분에서 단락이 일어나는 등의 문제점이 있다.
본 발명의 과제는 이와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 공통 전극선이 없이도 구동이 가능한 액정 표시 장치를 제공하는 것이다.
이와 같은 과제를 해결하기 위하여 본 발명에서는 화소당 두 개의 서로 다른 전위를 가질 수 있는 두 화소 전극을 형성하고 두 개의 화소 전극은 각각 인접한 데이터선을 통해 화상 신호를 전달받도록 한다.
데이터선은 화소열의 양쪽에 두 개씩 형성하거나, 한 화소열 당 하나의 데이터선을 형성하고 맨 가장자리의 화소열에 추가로 하나의 데이터선을 더 형성하여 좌우 가장자리의 데이터선을 제외한 나머지 데이터선들이 해당 데이터선 좌우 두 개의 화소 전극에 신호를 인가하도록 할 수도 있다.
이제 본 발명의 실시예에 대하여 첨부한 도면을 참고로 하여 상세히 설명한다.
본 발명의 첫번째 실시예에서는 화소당 두 개의 화소 전극과 각각의 화소 전극을 스위칭하는 두 개의 박막 트랜지스터를 형성하고, 화소열의 양쪽에 데이터선을 두 개 형성하여 두 데이터선을 통해 인가되는 신호를 이용해 액정 분자를 구동한다.
도 2는 본 발명의 첫번째 실시예에 따른 액정 표시 장치의 한 화소의 등가 회로도이다.
도 2에 나타난 바와 같이, 가로로 게이트선(GLi, GLi-1)이 배열되어 있고, 세로로 데이터선(DLk1, DLk2)이 배열되어 있다. 두 박막 트랜지스터(Q1, Q2)의 게이트 단자는 동일한 게이트선(GLi)에 연결되어 있고, 소스 단자는 화소 양쪽의 데이터선(DLk1, DLk2)에 각각 연결되어 있으며, 드레인 단자는 두 개의 화소 전극(P1, P2)에 연결되어 있다. 두 개의 화소 전극(P1, P2)은 액정 축전기를 이루게 되고, 두 개의 화소 전극(P1, P2)에 한 단자가 연결되어 있는 유지 축전기(Cst)의 다른 단자는 전단의 게이트선(GLi-1)에 연결되어 있다. 이와 같은 액정 표시 장치에서는 게이트선(GLi)에 주사 신호가 인가되어 박막 트랜지스터(Q1, Q2)가 온(on) 상태로 되면, 두 데이터선(DLk1, DLk2)을 통해 전달된 화상 신호가 박막 트랜지스터(Q1, Q2)를 통해 두 화소 전극(P1, P2)으로 전달되고, 두 화소 전극(P1, P2) 사이에 인가되는 전압에 의해 생성되는 전기장에 의해 액정 분자가 구동된다.
그러나, 이와 같은 액정 표시 장치의 경우는 데이터선을 화소열 수의 2배만큼 형성해야 한다는 문제점이 있다.
본 발명의 두번째 실시예에서는 좌우 가장자리에 형성되어 있는 두 데이터선을 제외한 나머지 데이터선이 해당 데이터선의 좌우에 형성되어 있는 두 개의 화소 전극에 신호를 인가하도록 하여 액정 분자를 구동한다.
도 3은 본 발명의 두번째 실시예에 따른 액정 표시 장치의 등가 회로도이다.
도 3에 나타난 바와 같이, 가로로 게이트선(GLi, GLi-1)이 배열되어 있고, 세로로 데이터선(DLk1, DLk+1, DLk+2 …)이 배열되어 있다. 두 박막 트랜지스터(Q1, Q2)의 게이트 단자는 동일한 게이트선(GLi)에 연결되어 있고, 소스 단자는 화소 양쪽의 데이터선(DLk1, DLk+1)에 각각 연결되어 있는데, 인접한 두 화소 사이에 위치하는 하나의 데이터선(DLk+1)은 해당 데이터선(DLk+1) 양쪽에 형성되어 있으며 각각 다른 화소에 속하는 두 개의 박막 트랜지스터(Q2, Q1) 에 연결되어 있다. 박막 트랜지스터(Q1, Q2)의 드레인 단자는 두 개의 화소 전극(P1, P2)에 연결되어 있다. 첫번째 실시예에서와 마찬가지로 화소 영역 내의 두 개의 화소 전극(P1, P2)은 액정 축전기를 이루고, 두 개의 화소 전극(P1, P2)에 한 단자가 연결되어 있는 유지 축전기(Cst)의 다른 단자는 전단의 게이트선(GLi-1)에 연결되어 있다. 본 발명의 두번째 실시예에 따른 액정 표시 장치에서도 첫번째 실시예와 마찬가지로 화소 양쪽의 두 데이터선(DLk1, DLk+1)을 통해 전달된 화상 신호가 박막 트랜지스터(Q1, Q2)를 통해 두 화소 전극(P1, P2)으로 전달되고, 두 화소 전극(P1, P2) 사이에 인가되는 전압에 의해 생성되는 전기장에 의해 액정 분자가 구동된다.
본 발명의 두번째 실시예에 따른 액정 표시 장치에서는 화소행의 맨 오른쪽에 하나의 데이터선만 더 형성하면 각각의 화소가 양쪽에 형성되어 있는 하나씩의 데이터선으로부터 다른 신호를 전달받는 두 개의 화소 전극을 가질 수 있게 되므로 배선의 증가가 없이 액정 분자를 구동할 수 있게 된다.
본 발명의 실시예와 같은 화소 구조는 평면 구동 방식 액정 표시 장치 이외에도 박막 트랜지스터 기판에 화소 전극과 공통 전극이 함께 형성되는 EOC(electrically induced optical compensation) 방식 액정 표시 장치나 PLS(plane to line switching) 방식 액정 표시 장치에도 동일하게 적용될 수 있다. 이하에서 이에 대해 상세히 설명한다.
EOC 방식의 액정 표시 장치에서는, IPS 방식 액정 표시 장치와 마찬가지로 서로 평행하며 선형인 두 전극이 한쪽 기판에 모두 형성되어 있다.
도 4a와 도 4b는 본 발명의 실시예에 따른 EOC 방식 액정 표시 장치의 원리를 도시한 단면도이다.
도 4a 및 도 4b에 나타난 바와 같이, 배향막(90)이 각각 형성되어 있는 한 쌍의 투명 기판(10, 20)이 서로 마주하고 있으며, 아래 기판(10)의 안쪽 면에는 서로 평행하게 형성된 제1 및 제2 선형 전극(30, 40)이 교대로 형성되어 있다. 두 유리 기판(10, 20) 사이에는 양의 유전율 이방성을 갖는 액정 물질이 주입되어 액정층(70)을 이루고 있으며, 액정층(70)의 액정 분자(80)는 두 기판(10, 20)에 대하여 수직하게 배향되어 있다. 각각의 기판(10, 20)의 바깥면에는 편광판(50, 60)이 각각 부착되어 있다.
도 4a에서 보는 바와 같이, 전기장을 인가하지 않을 때에는, 액정층(70)의 액정 분자(80)들은 배향막(90)의 배향력에 의해 두 기판(10, 20)에 수직하게 배열된 구조를 가진다.
도 4b는 전계를 충분히 인가한 경우를 나타낸 것이다. 두 전극에 충분한 전압을 인가하면 아래쪽 기판(10)에 교대로 형성되어 있는 제1 및 제2 전극(30, 40)에 의해 포물선 모양의 전기장이 형성되고, 이 전기장은 두 전극(30, 40) 사이 영역의 중심면에 대하여 대칭을 이룬다. 양의 유전율 이방성을 갖는 네마틱 액정 물질이 주입되어 있는 경우 이러한 포물선 모양의 전기장에 의해 액정 분자(80)들의 장축이 전기장의 방향을 따라 배열되고, 두 전극(30, 40) 사이 영역의 중심면에 대하여 양쪽의 전기장은 대칭이므로 액정 분자(80)도 이에 따라 대칭으로 배열된다. 두 전극(30, 40) 사이의 영역 중심면의 전기장은 기판(10, 20)에 평행하고 두 전극(30, 40)에 대하여 수직이므로 기판(10, 20)에 대하여 수직으로 배향되어 있는 액정 분자(80)에 영향을 미치지 못한다.
이러한 EOC 방식의 액정 표시 장치에서도 통상 평행한 두 전극(30, 40) 중 하나는 화상 신호를 전달받는 화소 전극이고, 다른 하나는 모든 화소에 공통적인 신호를 전달하는 공통 전극이며, 공통 신호를 전달하기 위한 공통 전극선을 따로 형성하는데, 그 대신 본 발명의 실시예에서와 같이, 한 화소 내에 있는 두 전극(30, 40)이 다른 데이터선에 의해 서로 다른 화상 신호를 전달받도록 하여 배선의 수를 줄일 수 있다.
다음으로 본 발명의 실시예에 따른 PLS 방식의 액정 표시 장치에 대해 설명한다. PLS 방식의 액정 표시 장치에서는, 선형의 제1 전극과 면형의 제2 전극을 한쪽 기판에 모두 형성한다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 PLS 방식의 액정 표시 장치의 원리를 도시한 개략도이다.
도 5에 나타난 바와 같이, 배향막(30, 31)이 각각 형성되어 있는 한 쌍의 투명 기판(10, 11)이 서로 마주하고 있으며, 아래쪽 기판(10)의 안쪽 면 위에 ITO(indium tin oxide) 따위의 투명한 도전 물질로 이루어져 있으며 일정 폭을 가지는 면형 전극(2)이 가로 방향으로 길게 형성되어 있다. 면형 전극(2) 위를 절연막(3)이 덮고 있으며, 그 위에는 폭이 좁은 다수의 선형 전극(1)이 세로 방향으로 서로 평행하게 형성되어 있다. 선형 전극(1)은 투명 또는 불투명 물질로 사용될 수 있으며, 그 폭은 선형 전극(1) 사이의 간격, 즉 인접한 두 선형 전극(1)의 인접 경계선 사이의 거리보다 작다. 두 기판(10, 11)의 바깥면에는 편광판(20, 21)이 부착되어 있고, 두 기판(10, 11)의 배향막(30, 31) 사이에는 광학 이방성을 가지는 액정 물질층이 삽입되어 있다. 두 기판(10, 11) 사이에 삽입된 액정 물질은 양 또는 음의 유전율 이방성을 가지고 있을 수 있으며, 두 기판(10, 11)에 대해 수직 또는 수평으로 배향되어 있다.
두 전극(1, 2)에 전압을 인가하여 두 전극(1, 2) 사이에 전위차를 주면 선형 전극(1) 위의 세로 방향 중앙선(C) 및 선형 전극(1) 사이 영역의 세로 방향 중앙선(B)에 대하여 대칭이며, 두 전극(1, 2) 사이의 경계선(A, D)에 중심을 둔 포물선 또는 반타원형의 전기력선을 가지는 전기장이 형성된다. 이러한 전기력선은 두 전극(1, 2) 위와 두 전극(1, 2) 사이의 경계선 상에서 수직 및 수평 성분을 가지며, 이러한 전기장에 의하여 액정 분자들은 비틀림각 및 경사각을 가지면서 재배열된다. 이러한 액정 분자의 재배열로 인하여 입사된 빛의 편광이 변화하고 이에 따라 표시 동작이 가능해진다.
이와 같은 PLS 방식의 액정 표시 장치에서는 통상 선형 전극(1)은 화상 신호를 전달받는 화소 전극이고, 면형 전극(2)은 모든 화소에 공통적인 신호를 전달하는 공통 전극이며, 공통 신호를 전달하기 위한 공통 전극선을 따로 형성하는데, 그 대신 본 발명의 실시예에서와 같이, 한 화소 내에 있는 두 전극(1, 2)이 다른 데이터선에 의해 서로 다른 화상 신호를 전달받도록 하여 배선의 수를 줄일 수 있다.
본 발명의 실시예에서와 같이, 공통 전극선을 별도로 형성하지 않고 화소 양쪽의 데이터선을 통해 서로 다른 신호를 전달받는 두 개의 화소 전극에 의하여 액정 분자를 구동함으로써 배선의 수를 줄일 수 있고, 따라서 배선간의 단락을 줄일 수 있다.
도 1은 종래 기술에 따른 평면 구동 방식 액정 표시 장치의 단위 화소의 등가 회로도이고,
도 2는 본 발명의 첫번째 실시예에 따른 액정 표시 장치의 단위 화소의 등가 회로도이고,
도 3은 본 발명의 두번째 실시예에 따른 액정 표시 장치의 등가 회로도이고,
도 4a와 도 4b는 본 발명의 실시예에 따른 EOC 방식의 액정 표시 장치의 구동 원리를 나타낸 단면도이고,
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 PLS 방식의 액정 표시 장치의 구동 원리를 나타낸 단면도이다.

Claims (10)

  1. 주사 신호를 전달하는 다수의 게이트선,
    화상 신호를 전달하는 다수의 데이터선,
    상기 게이트선과 데이터선의 교차로 정의되는 화소 영역에 나뉘어 형성되어 있는 제1 및 제2 화소 전극을 포함하며,
    상기 제1 및 제2 화소 전극은 각각 서로 이웃하는 두 상기 데이터선에 각각 연결되어 서로 다른 신호를 인가 받는 액정 표시 장치용 박막 트랜지스터 기판.
  2. 제1항에서,
    상기 데이터선의 수는 상기 화소 영역의 열수보다 하나 더 많은 액정 표시 장치용 박막 트랜지스터 기판.
  3. 제2항에서,
    양쪽 가장자리에 위치한 상기 데이터선을 제외한 나머지 상기 데이터선은 상기 데이터선과 인접한 한쪽 상기 화소 영역 내의 상기 제1 화소 전극과 상기 데이터선과 인접한 다른쪽 상기 화소 영역 내의 상기 제2 화소 전극에 신호를 인가할 수 있는 액정 표시 장치용 박막 트랜지스터 기판.
  4. 제3항에서,
    상기 제1 및 제2 화소 전극은 선형이며 서로 평행하게 형성되어 있는 액정 표시 장치용 박막 트랜지스터 기판.
  5. 제3항에서,
    상기 제1 및 제2 화소 전극 중 하나는 선형이고, 다른 하나는 면형이며, 상기 제1 및 제2 화소 전극은 서로 절연되어 일부 중첩되도록 형성되어 있는 액정 표시 장치용 박막 트랜지스터 기판.
  6. 제3항에서,
    상기 임의의 화소 영역의 화소 전극에 한 단자가 연결되어 있고, 상기 임의의 화소 영역과 인접한 화소 영역의 스위칭 소자에 주사 신호를 전달하는 게이트선에 나머지 단자가 연결되어 있는 유지 축전기를 더 포함하는 액정 표시 장치용 박막 트랜지스터 기판.
  7. 주사 신호를 전달하는 게이트선과 화상 신호를 전달하는 데이터선의 교차로 정의되며 제1 및 제2 화소 전극과 제1 및 제2 스위칭 소자를 포함하는 다수의 화소를 포함하는 액정 표시 장치에서,
    상기 제1 및 제2 화소 전극은 각각 상기 제1 및 제2 스위칭 소자의 드레인 단자에 연결되어 있고, 상기 제1 및 제2 스위칭 소자의 소스 단자는 각각 서로 이웃하는 두 상기 데이터선에 연결되어 있으며, 상기 제1 및 제2 화소 전극은 상기 제1 및 제2 스위칭 소자를 통하여 서로 다른 전압을 인가 받는 액정 표시 장치.
  8. 제7항에서,
    상기 데이터선의 수는 상기 화소열의 수보다 하나 더 많은 액정 표시 장치.
  9. 제8항에서,
    양쪽 가장자리에 위치한 상기 데이터선을 제외한 상기 데이터선은 상기 데이터선과 인접한 한쪽 화소의 상기 제1 스위칭 소자의 소스 단자 및 상기 데이터선과 인접한 다른쪽 화소의 상기 제2 스위칭 소자의 소스 단자에 연결되어 있는 액정 표시 장치.
  10. 제9항에서,
    상기 제1 및 제2 화소 전극을 한 단자로 하며, 임의의 상기 화소가 속하는 화소행에 대하여 이웃하는 전단의 화소행에 주사 신호를 전달하는 상기 게이트선에 나머지 한 단자인 유지 축전기를 더 포함하는 액정 표시 장치.
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