KR100577798B1 - 액정표시장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 액정층을 항온으로 유지시켜 온도에 따른 굴절률 및 유전률의 변화를 최소화함으로써 Vcom을 조정하더라도 플리커 및 잔상이 발생하지 않는 고품위의 화질을 얻을 수 있는 액정표시장치를 제공하기 위한 것으로서, 본 발명의 액정표시장치는 제 1 기판과, 상기 제 1 기판에 대향되는 제 2 기판과, 상기 제 2 기판 상에 형성된 오버코트층과, 상기 오버코트층상에 매트릭스상으로 형성된 블랙매트릭스층과, 상기 블랙매트릭스상에 형성된 ITO층과, 상기 ITO층과 상기 블랙매트릭스층 상에 형성된 메탈층과, 상기 제 1 기판과 제 2 기판 사이에 형성된 액정층을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
플리커, ITO

Description

액정표시장치{LIQUID CRYSTAL DISPLAY}
도 1은 종래 기술에 따른 FFS 액정표시장치의 패널 단면을 도시한 단면도
도 2는 도 1과 같은 FFS 액정표시장치에서 백라이트의 위치에 따른 액정층의 부위별 온도 분포를 설명하기 위한 평면도
도 3은 액정의 굴절률에 대한 온도 의존성을 설명하기 위한 그래프
도 4는 액정의 유전률에 대한 온도 의존성을 설명하기 위한 그래프
도 5는 종래 액정표시장치에 따른 프레임 인버젼 구동시 픽셀의 파형을 설명하기 위한 도면
도 6은 본 발명에 따른 액정표시장치의 단면도
도 7은 본 발명에 따른 액정표시장치의 제 1 기판의 제 1 메탈층과 제 2 기판의 ITO층을 연결하는 바이메탈층을 설명하기 위한 도면
*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*
61: 제 1 기판 63: 제 2 기판
65: 액정층 67: 오버코트층
69: 블랙 매트릭스층 71 : ITO층
73: 제 2 메탈층 81: 바이메탈층
본 발명은 액정표시장치에 관한 것으로서, 특히 고화질 화면 구현에 있어서 플리커(Flicker) 및 잔상을 해결하여 고화질의 디스플레이이 가능하도록 하는데 적당한 액정표시장치에 관한 것이다.
일반적으로, 액정표시장치(Liquid Crystal Display; 이하, LCD)는 경량, 박형, 및 저소비 전력 등의 특성을 갖기 때문에 음극선관(CRT: Cathode Ray Tube)을 대신하여 각종 정보기기의 단말기 또는 비디오기기 등에 사용되고 있다. 특히, 박막트랜지스터(Thin Film Transister: 이하, TFT)가 구비된 TFT-LCD는 응답특성이 우수하고 고화소수에 적합하기 때문에 고화질 및 대형표시장치를 실현할 수 있다.
한편, 상기 TFT-LCD는 트위스트네마틱(TN: Twisted Nematic) 모드를 채택하여 왔기 때문에 시야각이 협소하다는 단점이 있었지만, 최근 인플레인 스위칭(In Plane Switching: 이하, IPS) 액정표시장치와 프린지 필드 스위칭(Fringe Field Switching: 이하, FFS) 액정표시장치와 같은 횡전계 방식의 액정표시장치가 제안되어 상기 협소한 시야각 문제를 어느 정도 해결하였다. 또한, FFS-LCD는 IPS-LCD의 단점인 낮은 개구율과 투과율을 향상시킨 개선된 액정표시장치이다.
통상, 상기와 같은 액정표시장치는 PDP(Plasma Display Panel), FED(Field Emission Display) 등과는 달리 그 자체가 비발광성이기 때문에 빛이 없는 곳에서는 사용이 불가능하다는 특징을 갖고 있다. 따라서, 패널의 하단에 백라이트를 설치하여 상기 백라이트에서 나오는 광원을 이용하여 화면을 디스플레이하고 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 종래 기술에 따른 액정표시장치를 설명하면 다음과 같다.
도 1은 종래 기술에 따른 FFS 액정표시장치의 패널 단면을 도시한 것이고, 도 2는 도 1과 같은 FFS 액정표시장치에서 백라이트의 위치에 따른 액정층의 부위별 온도 분포를 설명하기 위한 평면도이다.
먼저, 도 1에 도시한 바와 같이, FFS 액정표시장치는 크게는 제 1 기판(1)과 제 2 기판(3), 그리고 그 사이에 봉합되는 액정층(5)으로 구성된다.
그리고, 도면에는 도시되지 않았지만, 백라이트와, 상기 백라이트의 광원을 상기 제 1 기판(1)로 빛을 편광시켜 전달하는 하판 편광판을 더 포함하며, 상기 제 1 기판(1)은 액정층(5)으로 전기적인 신호를 전달하고, 이에 상기 액정층(5)은 상기 제 1 기판(1)로부터 전달되는 전기적인 신호에 의해 광원의 양을 조절하여 상기 제 2 기판(3)로 전달한다.
참고로, 상기 제 2 기판(3)에는 R, G, B 칼라필터층이 형성되며, 상기 칼라 필터층의 위에는 투명한 전극층인 ITO층(7)이 형성되어 있는데, 상기 ITO층(7)은 정전기(ESC: Electrostatic Discharge)를 방지하기 위한 것이다. 도 1의 미설명 부호 "9"는 오버코트층을 지시한다.
이와 같은 종래 FFS 액정표시장치는 백라이트에서 광원이 출력되면 제 1 기판(1), 액정층(5)을 거쳐 제 2 기판(3)에 도달함으로써, 다양한 칼라의 화면이 디스플레이된다. 이때, 고화질의 화면을 디스플레이하기 위해서는 제 2 기판 전면에 걸쳐 균일한 화질을 유지해야 한다.
그러나, 종래의 FFS 액정표시장치는 백라이트의 광원이 도 2에 도시한 바와 같이, 패널의 모서리 부근에 위치하고 있기 때문에 상기 백라이트 인근의 액정층의 온도는 상기 백라이트에서 멀리 떨어져 있는 액정층에 비해 상대적으로 높아지게 된다.
통상, 액정이라 함은 장축방향과 단축방향이 다른 성질을 가지므로 그 방향으로의 굴절률(Δn)과 유전율(ε)을 가지고 있어 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 온도에 대한 의존이 매우 큼을 알 수 있다.
참고로, 도 3은 액정의 굴절률(Δn)에 대한 온도의 의존성을 그래프로 도시한 것이고, 도 4는 액정의 유전율(ε)에 대한 온도의 의존성을 그래프로 도시한 것이다.
상기 도 3 및 도 4로부터 알 수 있듯이 액정층이 부위마다 온도가 다르면, 굴절률(Δn)과 유전율(ε)이 변하여 액정의 커패시터 값이 달라지게 되고, 이에 따라 제 2 기판의 화면 구현에 있어서 플리커(Flicker) 및 잔상 현상을 유발하여 화면의 품위를 떨어뜨리게 되는 원인이 된다.
특히, 백라이트에 근접해 있는 액정층의 상기 백라이트에서 먼거리에 있는 액정층에 비해 온도가 높기 때문에 화면의 품위는 더욱 떨어지게 된다.
이와 같은 액정층의 온도 변화에 따른 화면의 품위가 떨어지는 현상에 대해 보다 구체적으로 설명하면 아래와 같다.
도 5는 액정표시장치가 프레임 인버젼으로 구동할 때 픽셀 파형을 도시한 것으로서, 게이트 드라이버 IC에서 신호가 인가되면 데이터 드라이버 IC에서 데이터 신호가 들어와 픽셀에 전압이 가해진다.
이때, 1프레임(Frame) 동작은 60Hz동안에 이루어지며, 이는 16.7ms후에 게이트 신호가 스위칭소자인 박막트랜지스터에 가해지는 것을 의미한다. 상기 16.7ms동안에 다음 신호가 인가되기 전까지 전하가 누설됨이 없이 유지되어야 하는데, 이 전하 보전 역할을 캐패시터라 한다.
도 5에 나타난 바와 같이, 게이트 전압이 On상태에서 신호선을 통해 TFT의 데이터 전극에 인가된 신호는 소스 전극을 통해서 액정 커패시터 및 스토리지 커패시터에 인가된다. 이때, 게이트 펄스와 함께 인가된 신호 전압이 Off된 후에도 계속 유지된다. 그러나 게이트 전극과 소스 전극 사이에 커패시턴스 때문에 화소전압은 ΔVp만큼의 전압 쉬프트가 생기는데, 이를 수식으로 나타내면 아래와 같다.
Figure 112004004650216-pat00001
여기서, Cgs는 게이트 전극과 소스 전극 사이의 커패시턴스이고, Clc는 액정의 커패시턴스를 지시한다.
여기서, 데이터 신호가 포지티브일 때 즉, 데이터 신호가 고전압(High voltage)일 때의 커패시터에서 누설된 ΔVp와 데이터 전압이 네가티브일 때 즉, 데이터 신호가 저전압(Low Voltage)일 때의 커패시터에서 누설된 ΔVp는 동일해야 한다.
그러나 ΔVp가 동일하지 못하면 플리커(화면떨림) 현상 및 잔상과 같은 화질 저하요인이 발생하게 되는데, 지금까지는 공통전극으로 인가되는 Vcom을 조절하여 포지티브 ΔVp와 네가티브 ΔVp의 면적을 같게 하여 플리커를 해결하고 있다.
하지만, Vcom 조정시 화면 중앙을 기준으로 설정하면 백라이트 근접부근의 네가티브와 포지티브의 면적이 틀려져 상기와 같은 문제가 발생하게 되는다. Cgs와 Cst는 제 1 기판 설계시 제어가 가능하지만 Clc는 앞에서 설명한 바와 같이, 온도에 따라 굴절률과 유전률에 따라 다르기 때문에 제어하기가 어렵다는 문제점이 있었다.
이러한 현상은 백라이트 근접부근의 온도 상승으로 인하여 백라이트 근처의 액정층과 상기 백라이트에서 먼거리에 있는 액정층이 커패시턴스 값이 달라져서 나타나는 현상이다.
본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로서, 액정층을 항온으로 유지시켜 온도에 따른 액정의 굴절률 및 유전률의 변화를 최소화함으로써 Vcom을 조정하더라도 플리커 및 잔상이 발생하지 않는 고품위의 화질을 얻을 수 있는 액정표시장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 액정표시장치는 화소전극 및 공통전극을 포함하는 다수 개의 박막트랜지스터가 매트릭스 상으로 형성되며 비표시 영역인 외곽에 제 1 메탈층이 형성된 제 1 기판과; 상기 제 1 기판에 대향되는 제 2 기판과; 상기 제 2 기판 상에 형성된 오버코트층과; 상기 오버코트층 상에 상기 박막트랜지터와 중첩되게 매트릭스상으로 형성된 블랙매트릭스층과; 상기 블랙매트릭스층 사이에 각각 형성된 R, G, B 칼라필터층과, 상기 블랙매트릭스층 및 상기 R, G, B 칼라필터층을 덮도록 형성된 ITO층과; 상기 ITO층 상에 상기 블랙매트릭스층과 중첩되게 형성된 제 2 메탈층과; 상기 제 1 메탈층 상에 상기 ITO과 접촉되도록 형성되어 상기 제 1 메탈층과 상기 ITO층 사이를 선택적으로 전기적 연결 또는 차단하는 바이메탈층과; 상기 제 1 기판과 제 2 기판 사이에 형성된 액정층을 포함한다.
여기서, 상기 제 2 메탈층은 전기전도도가 높은 물질인 것이 바람직하며, 상기 전기전도도가 높은 물질은 MoW, Al-Nd 중 어느 하나를 이용한다.
삭제
또한, 상기 바이메탈층은 구리와 아연 합금으로 이루어진 제 1 합금과, 니켈과 철 합금으로 이루어진 제 2 합금층이 상호 맞붙어 형성되는 것이 좋다.
이와 같이, 바이메탈층을 형성하는 이유는 상기 ITO층에 전압을 인가하여 일정 수준의 온도까지 상승할 때까지는 바이메탈층이 수평을 유지하다가 일정 수준의 온도 이상이 되면 휘어져 제 1 메탈층과 상기 ITO간의 접촉이 떨어지게 함으로써 온도가 다시 내려가게 하고, 이로 인해 상기 ITO층의 온도를 항상 일정하게 유지하기 위함이다.
(실시예)
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 액정표시장치를 설명하기로 한다.
먼저, 본 발명의 액정표시장치는 액정층을 항온으로 유지시킴으로써, 온도에 따른 굴절률과 유전률의 변화를 최소화하는데 그 특징이 있다.
상기 액정층을 항온으로 유지하면 Clc가 일정하게 유지되고, 그에 따라 포지티브 ΔVp와 네가티브 ΔVp의 면적을 동일하게 가져갈 수 있어 Vcom 조정시 패널의 어느 부분을 기준으로 하여 조정하더라도 일정하게 유지되어 플리커(Flicker) 및 잔상이 사라지는 효과를 얻을 수 있다.
또한, 패널 전체의 온도를 백라이트의 온도를 기준으로 유지하게 되면, 온도 상응으로 인한 액정의 점도가 낮아져 응답속도를 좀 더 빠르게 할 수 있는 효과도 얻을 수 있게 된다.
그리고 블랙매트릭스 위에 상기 액정층의 항온을 위해서 메탈을 증착하므로 화면구현시 흑(Dark)와 백(White)의 상태가 더욱 좋아져 결과적으로 콘트라스트의 상승도 기대할 수가 있게 된다.
이와 같은 본 발명의 액정표시장치를 보다 구체적으로 설명하면 다음과 같다.
먼저, 본 발명은 제 1 기판과, 상기 제 1 기판과 대향되게 설치되는 제 2 기판 및 상기 제 1 기판과 제 2 기판 사이에 형성된 액정층으로 이루어지는 액정표시장치에 있어서, 상기 제 2 기판 상에 ITO층을 형성하고, 그 위에 액정층의 항온 유지를 위한 메탈층을 형성한다.
이와 같은 본 발명의 액정표시장치의 단면을 도 6에 도시하였다.
도 6에 도시한 바와 같이, 제 1 기판(61)과 제 2 기판(63) 사이에 액정층(65)이 형성된다. 상기에서 제 1 기판(61) 상에 화소전극(도시되지 않음) 및 공통전극(도시되지 않음)을 갖는 매트릭스 형상의 다 수 개의 박막트랜지스터(도시되지 않음)가 형성되고, 또한, 비표시 영역인 외곽에 별도의 ITO로 형성되어 외부로 부터 별도의 전압이 인가되는 제 1 메탈층(도시되지 않음)이 형성된다. 그리고, 제 2 기판(63)상의 전면에는 오버코트층(67)이 형성되고, 상기 오버코트층(67) 상에는 매트릭스 형상의 블랙 매트릭스층(69)이 형성된다.
상기 블랙 매트릭스층(69) 사이사이에는 R, G, B칼라필터층이 형성되고, 상 기 R, G, B칼라필터층 상에는 ITO층(71)이 형성된다.
그리고 상기 ITO층(71)상에는 상기 액정층(65)의 항온을 유지하기 위한 제 2 메탈층(73)이 형성되는데, 상기 제 2 메탈층(73)은 투과율에 영향을 미치지 않도록 블랙 매트릭스층(69)과 오버랩되도록 형성한다. 또한, ITO층(71)과 제 1 기판(61)에 형성된 제 1 메탈층(도시되지 않음) 사이를 전기적으로 연결하는 바이메탈층(81)이 형성된다.
상기에서 바이메탈층(81)은 제 1 기판(61)의 비표시 영역인 외곽에 형성된 제 1 메탈층으로부터 인가되는 전압을 ITO층(71)으로 전달한다. 상기에서 ITO층(71)에 전압을 계속해서 인가하면 ITO층(71)의 온도가 계속 상승하여 액정의 특성이 변하게 되므로 이를 제어할 장치가 필요한데, 바이메탈(81)은 이러한 기능을 수행한다. 바이메탈층(81)은 구리와 아연 합금으로 구성된 제 1 합금(81a)과 니켈과 철 합금으로 구성된 제 2 합금(81b)과 같이 열팽창 계수가 서로 다른 금속을 맞붙어 있는 형태로 형성된다. 상기에서 바이메탈층(81)은 ITO층(71)의 온도가 일정 온도 이하이면 전극 단자와 메탈층(73) 사이를 전기적으로 연결하다가 일정 온도 이상이 되면 휘어져 전기적으로 차단하여 제 2 기판(83)의 온도가 과도하게 상승되는 것을 방지한다.
삭제
상기 ITO층(71) 위에 메탈층(73)을 증착할 때, 제 2 기판(63)에 위치한 빛을 차단하는 블랙 매트릭스층(69)의 위치와 오버랩(Overlap)되도록 증착한다. 그래야만 빛이 통과하는 개구부 영역인 화소영역(R, G, B)에 영향을 미치지 않아 투과율에 영향을 주지 않게 된다.
삭제
삭제
도 7에 도시한 바와 같이, 바이메탈층(81)의 원리는 팽창계수가 다른 두 금속을 접촉시키면 온도가 어느 정도까지 상승할 때까지는 수평을 유지하다가 일정 온도 이상이 되면 휘어지게 된다.
즉, 이 원리를 이용하여 제 1 기판(61)의 비표시 영역인 외곽에 형성된 제 1 메탈층으로부터 별도로 인가되는 전압이 바이메탈층(81)을 통해 제 2 기판(63)에 위치하고 있는 ITO층(71)에 인가되는데, 일정온도까지는 전압이 인가되다가 일정 온도 이상이 되면 ITO층에 있는 바이메탈층(81)이 휘어져 제 1 메탈층과 ITO층(71) 사이의 전기적 연결이 끊어지게 된다.
이후, 온도가 내려가면 다시 수평으로 돌아와 제 1 메탈층와 ITO층(71) 사이를 전기적으로 연결하므로 ITO층(71)의 온도를 상승시키게 된다.
이러한 동작을 반복해서 상기 ITO층(71)은 항상 균일한 온도를 유지하게 되어 결과적으로 셀의 온도도 균일하게 유지시켜 주게 된다.
이상에서 상술한 바와 같이, 본 발명의 액정표시장치는 다음과 같은 효과가 있다.
첫째, 온도에 따른 굴절률과 유전률의 변화를 최소화하는데 그 특징이 있다.
첫째, 액정층을 항온으로 유지하여 포지티브 ΔVp와 네가티브 ΔVp의 면적을 동일하게 가져감으로써 Vcom 조정시 패널의 어느 부분을 기준으로 조정하더라도 일 정하게 유지되어 플리커 및 잔상 현상을 제거할 수가 있다.
둘째, 패널 전체의 온도를 백라이트의 온도를 기준으로 유지함으로써, 온도 상승으로인한 액정의 점도를 낮추어 응답속도를 그 만큼 빨리 가져갈 수 있다.
셋째, 블랙매트릭스층 위에 액정층의 항온을 위한 메탈층을 형성하므로 화면 구현시 흑(Dark)와 백(White)의 상태가 더욱 좋아져 콘트라스트의 상승 효과를 얻을 수 있다.

Claims (6)

  1. 화소전극 및 공통전극을 포함하는 다수 개의 박막트랜지스터가 매트릭스 상으로 형성되며 비표시 영역인 외곽에 제 1 메탈층이 형성된 제 1 기판과;
    상기 제 1 기판에 대향되는 제 2 기판과;
    상기 제 2 기판 상에 형성된 오버코트층과;
    상기 오버코트층 상에 상기 박막트랜지터와 중첩되게 매트릭스상으로 형성된 블랙매트릭스층과;
    상기 블랙매트릭스층 사이에 각각 형성된 R, G, B 칼라필터층과,
    상기 블랙매트릭스층 및 상기 R, G, B 칼라필터층을 덮도록 형성된 ITO층과;
    상기 ITO층 상에 상기 블랙매트릭스층과 중첩되게 형성된 제 2 메탈층과;
    상기 제 1 메탈층 상에 상기 ITO층과 접촉되도록 형성되어 상기 제 1 메탈층와 ITO층 사이를 선택적으로 전기적 연결 또는 차단하는 바이메탈층과;
    상기 제 1 기판과 제 2 기판 사이에 형성된 액정층을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 메탈층은 전기전도도가 높은 물질로 형성된 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 메탈층은 MoW, Al-Nd 중 어느 하나로 구성되는 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 바이메탈층은 구리와 아연 합금으로 이루어진 제 1 합금과, 니켈과 철 합금으로 이루어진 제 2 합금층이 상호 맞붙어 형성된 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
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