KR100919187B1 - 정전기 방전이 방지된 액정표시소자 - Google Patents

Abstract

본 발명의 횡전계모드 액정표시소자는 복수의 게이트라인과 데이터라인이 배치되어 복수의 화소를 정의하고 상기 화소내에는 박막트랜지스터 및 횡전계를 생성하는 적어도 한쌍의 전극이 형성된 제1기판과, 컬러를 구현하는 컬러필터가 형성된 제2기판과, 상기 제1기판 및 제2기판 사이에 형성된 액정층과, 상기 제2기판 배면에 상기 제2기판 보다 작은 면적으로 형성된 정전기 제거용 도전층으로 구성된다.

Description

정전기 방전이 방지된 액정표시소자{LIQUID CRYSTAL DISPLAY DEVICE PREVENTING ELECTRO-STATIC DISCHARGE}

본 발명은 횡전계모드 액정표시소자에 관한 것으로, 특히 컬러필터기판의 배면에 배치되는 ITO를 화상표시영역에만 형성하여 정전기 제거실험시 방전에 의해 구동소자가 파손되어 불량이 발생하는 것을 방지할 수 있는 횡전계모드 액정표시소자에 관한 것이다.

근래, 핸드폰(Mobile Phone), PDA, 노트북컴퓨터와 같은 각종 휴대용 전자기기가 발전함에 따라 이에 적용할 수 있는 경박단소용의 평판표시장치(Flat Panel Display Device)에 대한 요구가 점차 증대되고 있다. 이러한 평판표시장치로는 LCD(Liquid Crystal Display), PDP(Plasma Display Panel), FED(Field Emission Display), VFD(Vacuum Fluorescent Display) 등이 활발히 연구되고 있지만, 양산화 기술, 구동수단의 용이성, 고화질의 구현이라는 이유로 인해 현재에는 액정표시소자(LCD)가 각광을 받고 있다.

이러한 액정표시소자는 액정분자의 배열에 따라 다양한 표시모드가 존재하지만, 현재에는 흑백표시가 용이하고 응답속도가 빠르며 구동전압이 낮다는 장점때문에 주로 TN모드의 액정표시소자가 사용되고 있다. 이러한 TN모드 액정표시소자에서는 기판과 수평하게 배향된 액정분자가 전압이 인가될 때 기판과 거의 수직으로 배향된다. 따라서, 액정분자의 굴절율 이방성(refractive anisotropy)에 의해 전압의 인가시 시야각이 좁아진다는 문제가 있었다.

이러한 시야각문제를 해결하기 위해, 근래 광시야각특성(wide viewing angle characteristic)을 갖는 각종 모드의 액정표시소자가 제안되고 있지만, 그중에서도 횡전계모드(In Plane Switching Mode)의 액정표시소자가 실제 양산에 적용되어 생산되고 있다. 상기 IPS모드 액정표시소자는 화소내에 평행으로 배열된 적어도 한쌍의 전극을 형성하여 기판과 실질적으로 평행한 횡전계를 형성함으로써 액정분자를 평면상으로 배향시키는 것이다.

도 1은 종래 IPS모드 액정표시소자의 구조를 나타내는 도면으로, 도 1(a)는 평면도이고 도 1(b)는 도 1(a)의 I-I'선 단면도이다. 도 1(a)에 도시된 바와 같이, 액정패널(1)의 화소는 종횡으로 배치된 게이트라인(3) 및 데이터라인(4)에 의해 정의된다. 도면에는 비록 (n,m)번째의 화소만을 도시하고 있지만 실제의 액정패널(1)에는 상기한 게이트라인(3)과 데이터라인(4)이 각각 N(>n)개 및 M(>m)개 배치되어 액정패널(1) 전체에 걸쳐서 N×M개의 화소를 형성한다. 상기 화소내의 게이트라인(3)과 데이터라인(4)의 교차영역에는 박막트랜지스터(10)가 형성되어 있다. 상기 박막트랜지스터(10)는 게이트라인(3)으로부터 주사신호가 인가되는 게이트전극(11)과, 상기 게이트전극(11) 위에 형성되어 주사신호가 인가됨에 따라 활성화되어 채널층을 형성하는 반도체층(12)과, 상기 반도체층(12) 위에 형성되어 데이터라인(4)을 통해 화상신호가 인가되는 소스전극(13) 및 드레인전극(14)으로 구성되어 외부로부터 입력되는 화상신호를 액정층에 인가한다.

화소내에는 데이터라인(4)과 실질적으로 평행하게 배열된 복수의 공통전극(5)과 화소전극(7)이 배치되어 있다. 또한, 화소의 중간에는 상기 공통전극(5)과 접속되는 공통라인(16)이 배치되어 있으며, 상기 공통라인(16) 위에는 화소전극(7)과 접속되는 화소전극라인(18)이 배치되어 상기 공통라인(16)과 오버랩되어 있다. 상기 공통라인(16)과 화소전극라인(18)의 오버랩에 의해 축적용량(storage capacitance)이 형성된다.

상기와 같이 구성된 IPS모드 액정표시소자에서 액정분자는 공통전극(5) 및 화소전극(7)과 실질적으로 평행하게 배향되어 있다. 박막트랜지스터(10)가 작동하여 화소전극(7)에 신호가 인가되면, 공통전극(5)과 화소전극(7) 사이에는 액정패널(1)과 실질적으로 평행한 횡전계가 발생하게 된다. 액정분자는 상기 횡전계를 따라 동일 평면상에서 회전하게 되므로, 액정분자의 굴절율 이방성에 의한 계조반전을 방지할 수 있게 된다.

상기한 구조의 종래 IPS모드 액정표시소자를 도 1(b)의 단면도를 참조하여 더욱 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 1(b)에 도시된 바와 같이, 제1기판(20) 위에는 게이트전극(11)이 형성되어 있으며, 상기 제1기판(20) 전체에 걸쳐 게이트절연층(22)이 적층되어 있다. 상기 게이트절연층(22) 위에는 반도체층(12)이 형성되어 있으며, 그 위에 소스전극(13) 및 드레인전극(14)이 형성되어 있다. 또한, 상기 제1기판(20) 전체에 걸쳐 보호층(passivation layer;24)이 형성되어 있다.

또한, 상기 제1기판(20) 위에는 복수의 공통전극(5)이 형성되어 있고 게이트절연층(22) 위에는 화소전극(7) 및 데이터라인(4)이 형성되어, 상기 공통전극(5)과 화소전극(7) 사이에 횡전계가 발생한다.

제2기판(30)에는 블랙매트릭스(32)와 컬러필터층(34)이 형성되어 있다. 상기 블랙매트릭스(32)는 액정분자가 동작하지 않는 영역으로 광이 누설되는 것을 방지하기 위한 것으로, 도면에 도시한 바와 같이 박막트랜지스터(10) 영역 및 화소와 화소 사이(즉, 게이트라인 및 데이터라인 영역)에 주로 형성된다. 컬러필터층(34)은 R(Red), B(Blue), G(Green)로 구성되어 실제 컬러를 구현하기 위한 것이다. 상기 제1기판(20) 및 제2기판(30) 사이에는 액정층(40)이 형성되어 액정패널(1)이 완성된다.

상기한 IPS모드 액정표시소자에서는 공통전극(3)과 화소전극(5)에 의해 액정패널(1)과 평행한 횡전계가 발생하게 되며, 액정분자는 상기 횡전계를 따라 동일 평면상에서 회전하게 된다. 따라서, 액정분자의 굴절율 이방성에 의한 계조반전을 방지할 수 있게 되며, 그 결과 시야각을 향상시킬 수 있게 된다.

그러나, 상기와 같은 IPS모드 액정표시소자에서는 액정패널(1)과 수직한(제1기판(20)에서 제2기판(30)으로의 방향) 전계가 생성되면, 액정층(40)의 횡전계에 영향을 미치게 되어 액정층(40)에는 액정패널(1)과 완전히 평행한 횡전계가 형성되지 않게 된다. 이와 같이 횡전계가 액정패널(1)과 평행하지 않게 되는 경우, 액정층(40)의 액정분자가 동일 평면상에서 회전하지 않게 되므로, 액정표시소자에 불량이 발생하게 된다.

현재, 액정패널(1)과 수직한 전계가 발생되는 원인에 대한 연구가 활발이 진행되고 있는데, 여러가지 원인중에서 제2기판(30)의 배면(액정층과 닿지 않고 외부로 노출되는 면)에 형성되는 정전기에 의해 수직전계가 생성된다는 사실이 알려져 있다. 이러한 정전기는 액정패널(1)의 완성 후 사람의 손과의 접촉 등에 의해 발생하는 것이다.

이와 같은 정전기를 제거하기 위해, 종래 IPS모드 액정표시소자에서는 도 2에 도시된 바와 같이 제2기판(30)의 배면 전체에 걸쳐 ITO(Indium Tnn Oxide)와 같이 투명한 도전물질로 이루어진 정전기 제거용 도전층(56)을 형성하였다. 상기 도전층(56)은 제2기판(30)에 제2편광판(58)이 부착되기 전에 형성되며, 도면표시하지 않았지만 접지(ground)되어 제2기판(30)에 생성되는 정전기를 제거한다. 이때, 상기 도전층(56)은 액정표시소자의 외부 케이스(도면표시되지 않음) 등에 연결되어 접지된다.

한편, 도 2에 도시된 바와 같이, IPS모드 액정표시소자의 제1기판(20)에는 제1편광판(52)이 부착되어 있고 제1기판(20)의 하부에는 광을 발산하는 백라이트(54)가 설치되어, 상기 백라이트(54)로부터 발산되는 광이 제1편광판(52)에서 편광된 후 액정층(40)으로 입력된다.

상기 액정패널(1)은 TCP(Tape Carrier Package;70)를 통해 구동회로 및 전기소자가 실장되는 외부의 인쇄회로기판(Printed Circuit Board;60)에 연결되어 있다. 상기 TCP(70)에는 게이트라인(3) 및 데이터라인(5)과 각각 연결되어 게이트구동신호 및 데이터구동신호를 인가하는 구동소자(driver IC;75)가 실장되어 있다. 상기 TCP(70)는 패드(72)와 PCB(60)의 패드(73)에 접속된다.

상기 구조의 IPS모드 액정표시소자를 제작할 때, 제2기판(30) 배면에 형성된 도전층(56)에 의해 정전기가 완전히 제거되는지를 확인하기 위해 정전기 제거실험을 실시한다. 즉, 도면에 도시된 바와 같이, 제2기판(30)의 배면에 약 10KV의 정전기방전(Elctro-Static Discharge)을 인가한 후 제2기판(30)의 정전기가 완전히 제거되는지를 실험하는 것이다. 그러나, 이러한 실험시 제2기판(30)의 배면에 형성되는 도전층은 약 20∼100Ω의 저항을 갖는 ITO로 이루어지기 때문에, 일순간에 접지를 통해 제2기판(30)의 정전기가 제거되는 것은 불가능하였다. 따라서, 제거되지 않은 정전기에 의해 도전층(56)과 TCP(70) 사이, 또는 도전층(56)과 도면표시하지 않은 구동소자의 리드(lead) 사이에 2차 방전이 발생하게 되며, 결국 상기 방전에 기인하여 발생하는 과전류에 의해 구동소자(75)가 파손되는 문제가 있었다.

본 발명은 상기한 문제를 해결하기 위한 것으로, 컬러필터층이 형성된 기판의 배면에 도전층을 형성하여 기판에 발생하는 정전기를 제거함으로써 불량을 방지할 수 있는 횡전계모드 액정표시소자를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 다른 목적은 컬러필터기판의 외곽 영역을 제외한 화상표시영역에 도전층을 형성하여 정전기 실험시 ESD에 의한 방전을 방지함으로써 구동소자가 파손되는 것을 방지할 수 있는 횡전계모드 액정표시소자를 제공하는 것이다.

상기한 목적을 달성하기 위해, 본 발명에 따른 횡전계모드 액정표시소자는 복수의 게이트라인과 데이터라인이 배치되고 박막트랜지스터 및 횡전계를 생성하는 적어도 한쌍의 전극이 형성된 제1기판과, 화상표시영역과 화상비표시영역으로 분할되며, 컬러를 구현하는 컬러필터가 형성된 제2기판과, 상기 제1기판 및 제2기판 사이에 형성된 액정층과, 상기 제2기판 배면의 화상표시영역에 형성된 정전기 제거용 도전층으로 구성된다.

상기 도전층은 투명한 도전층으로, 주로 ITO(Indium Tin Oxdie) 또는 IZO(Indium Zinc Oxide)로 이루어진다.

본 발명에서는 정전기를 효율적으로 게거할 수 있는 IPS모드 액정표시소자를 제공한다. 특히, 본 발명에서는 정전기를 효율적으로 제거하면서도 정전기 제거실험시 방전에 의한 구동소자의 파손을 방지할 수 있는 IPS모드 액정표시소자를 제공한다.

정전기의 방전에 의한 구동소자의 파괴는 주로 정전기 제거실험에서 발생한다. 통상의 경우 액정표시소자의 표면, 즉 제2기판의 배면에 정전기가 발생하는 것은 사람이 기판을 만지거나 기판과 다른 물체와의 접촉 등에 의해 발생한다. 그러나. 이경우 발생하는 정전기는 구동소자를 파괴시킬 정도의 크기는 아니다. 하지만, 이 정도 크기의 정전기에 의해서도 전계(특히, IPS모드 액정표시소자의 횡전계)가 영향을 받아 액정표시소자에 불량이 발생할 수 있기 때문에, 제2기판에 형성된 도전층에 의해 정전기가 제거되는지를 실험해야만 하며, 이 실험과정에서 2차 방전이 발생하는 것이다.

실험시 발생하는 2차 방전을 방지하기 위한 가장 효율적인 방법은 방전이 일어나는 대상인 정전기 제거용 도전층과 TCP(또는 구동소자의 리드)의 간격을 크게 하는 것이다. 본 발명은 이러한 관점에 따라 제안된 것으로, 제2기판의 배면에 형성되는 도전층을 제2기판 전체가 아니라 실제 화상이 구현되는 표시영역에만 형성하는 것이다. 물론, 상기 도전층의 면적은 특정 값으로 한정되는 것은 아니다. 본 발명에서는 도전층이 TCP와 일정 거리 이상 이격되어 방전만 방지할 수 있다면 어떠한 크기로 형성될 수 있다. 그러나, 실제 제2기판에 정전기가 발생하여 문제가 되는 곳은 화상표시영역이다(왜냐하면, 이 영역에서 공통전극과 화소전극에 의해 횡전계가 형성되므로). 따라서, 도전층을 화상표시영역에 대응하여 형성하는 것이 바람직할 것이다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명에 따른 횡전계 액정표시소자에 대해 더욱 상세히 설명한다.

도 3은 본 발명에 따른 액정표시소자의 구조를 나타내는 도면이다. 도면에 도시된 바와 같이, 액정패널은 제1기판(120) 및 제2기판(130)이 합착되어 형성된다. 상기 제1기판(120)은 박막트랜지스터가 형성되는 박막트랜지스터기판이고, 제2기판(130)은 컬러필터층이 형성되는 컬러필터기판이다. 상기 박막트랜지스터기판과 컬러필터기판은 도 1(a) 및 도 1(b)에 도시된 종래 액정표시소자의 박막트랜지스터기판 및 컬러필터기판과 동일한 구조로 되어 있으므로, 그 상세한 설명은 생략하였다. 이때의 액정표시소자는 IPS모드 액정표시소자이다. 따라서, 제1기판(120)에는 제1기판(120)의 표면과 평행한 횡전계를 생성하는 적어도 하나의 공통전극과 화소전극이 실질적으로 평행하게 배열되어 있다.

상기 제1기판(120)에는 제1편광판(152)이 부착되어 있고, 그 하부에 백라이트(154)가 설치되어 있다. 상기 백라이트(154)는 광을 발산하는 것으로, 도면에는 도시하지 않았지만 램프와, 상기 램프로부터 발산되는 광을 면발광시키는 도광판과, 상기 램프로부터 발산된 광을 도광판쪽으로 반사시키는 반사판 등으로 구성되어 있다.

또한, 제2기판(130)의 배면에는 ITO(Indium Tin Oxide)나 IZO(Indium Zinc Oxide)와 같은 투명한 도전물질로 이루어진 도전층(156)이 형성되어 있으며, 그 위에 제2편광판(158)이 부착되어 있다.

한편, 제1기판(120)과 제2기판(130)의 합착시 외부로 노출되는 제1기판(120)의 패드영역에는 패드(172)가 형성되어 TCP(170)와 접속된다. 상기 TCP(170)는 외부 구동회로나 소자가 형성(또는 장착)된 PCB(160)의 패드(173)에 접속되어, 상기 액정패널과 PCB(160)를 전기적으로 연결시킨다. 상기 TCP(170)에는 게이트구동소자나 데이터구동소자와 같은 구동소자(175)가 실장되어 액정패널 내부의 박막트랜지스터, 화소전극 및 공통전극에 신호를 인가한다.

도면에 도시된 바와 같이, 도전층(156)은 제2기판(130) 보다는 작은 면적으로 형성된다. 도 4는 액정패널에 도전층(156)이 형성된 것을 나타내는 평면도이다. 도면에, 도시된 바와 같이, 제1기판(120) 및 제2기판(130)은 합착되어 액정패널을 형성하며, 제1기판(120)은 제2기판(130) 보다 넓은 면적으로 이루어져 제1기판(120)의 외곽영역에는 패드영역이 형성된다. 사기 도전층(156)은 상기 패드영역을 마스킹한 후 화상표시영역에 형성되는 것이다.

한편, 합착된 제1기판(120)과 제2기판(130)의 외곽에는 실링부(181)가 형성되어 있다. 상기 실링부(181)는 실링재(sealing material)가 도포되는 영역으로, 제1기판(120)과 제2기판(130)이 실제 합착되는 영역이다. 따라서, 상기 실링부(181)는 공통전극과 화소전극이 형성되지 않는 영역으로서, 화상이 표시되지 않는 영역이다. 실링부(181)의 안쪽에는 화소부(182)가 형성된다. 상기 화소부(182)는 박막트랜지스터, 게이트라인, 데이터라인, 공통전극, 화소전극 등이 배치되고 액정이 주입되어 액정층이 형성되는 영역으로, 실제 화상이 구현되는 영역이다. 따라서, 제2기판(130)에 정전기가 발생하는 경우 실제 영향을 받는 영역은 상기 화소부(182)이다.

도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 정전기 제거용 도전층(156)은 제2기판(130) 보다는 작은 면적으로 형성된다. 즉, 제2기판(130)의 변으로부터는 일정 거리 이격되어 있다. 따라서, 종래 액정표시소자에 비해, 도전층(156)과 TCP(170) 사이의 이격거리 또는 도전층(156)과 구동소자(175)의 리드 사이의 이격거리는 더 커지게 되며, 따라서 도전층(156)에 10KV의 ESD를 인가하여 정전기 제거실험을 할 때 도전층(156)과 TCP(또는 구동소자의 리드) 사이에 2차 방전이 발생하는 것을 방지할 수 있게 된다.

2차 방전 발생의 관점에서 본다면, 상기 이격 거리는 커질 수록 좋다. 즉, 도전층(156)의 면적이 작을 수록 좋다. 그러나, 도전층(156)이 작아져서, 화소부(182)의 면적 보다 작아지게 되면, 상기 크기의 도전층(156)으로는 화소부(182)의 정전기를 완전하게 제거할 수 없게 되며, 따라서 정전기에 의한 불량이 발생하게 된다. 그러므로, 본 발명에서는 상기 정전기 제거용 도전층(156)을 2차 방전이 발생하지 않는다면 어떠한 크기로도 형성할 수 있지만, 실제 화상이 표시되는 영역, 즉 화소부(182)와 동일한 크기로 형성하는 것이 바람직할 것이다.

상기와 같이 도전층(156)을 구성함으로써, 정전기 제거 실험시 구동소자가 파괴되지 않게 되며, 동시에 액정표시소자를 완성했을 때 정전기를 완벽하게 제거할 수 있게 된다.

상기 구성의 도전층(156)은 외부케이스 등에 접지되어 있다. 따라서, 액정표시소자가 완성된 후(즉, 정전기 제거실험을 통과된 후), 액정표시소자의 사용중 발생하는 정전기는 상기 도전층(156)에 의해 접지를 통해 제거되는 것이다.

상기 설명에서는 주로 IPS모드 액정표시소자에 대해 설명하였다. 본 발명의 정전기 제거용 도전층은 물론 IPS모드 액정표시소자에 한정되는 것이 아니라 어떠한 모드이 액정표시소자에도 적용될 수 있다. 상기 설명에 개시된 IPS모드 액정표시소자는 본 발명을 효율적으로 설명하기 위한 하나의 예에 불과한 것으로, 본 발명의 범위를 한정하는 것은 아니다. 따라서, 본 발명의 권리의 범위는 상술한 상세한 설명에 의해 결정되는 것이 아니라, 첨부한 특허청구범위에 의해 결정되어야만 할 것이다.

상술한 바와 같이, 본 발명의 IPS모드 액정표시소자에서는 제2기판의 배면에 형성되는 투명한 도전층을 제2기판의 크기 보다는 작게, 그러나 화소부(또는 화상표시영역)와는 동일하게 형성함으로써 정전기 제거 실험시 ESD의 인가에 의한 2차방전이 발생하는 것을 방지할 수 있게 된다. 따라서, 과전류에 의해 구동소자가 파괴되는 것을 방지할 수 있게 된다. 또한, 실제 화상이 표시되는 영역에는 정전기 제거용 도전층이 형성되어 있으므로, 정전기를 효과적으로 제거할 수 있게 된다.

도 1(a)는 종래 횡전계모드 액정표시소자의 구조를 나타내는 평면도.

도 1(b)는 도 1(a)의 I-I'선 단면도.

도 2는 종래 횡전계모드 액정표시소자 모듈을 나타내는 도면.

도 3은 본 발명에 따른 횡전계모드 액정표시소자의 모듈을 나타내는 도면.

도 4는 본 발명에 따른 횡전계모드 액정표시소자의 평면도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *

120,130 : 기판 152,158 : 편광판

154 : 백라이트 156 : 도전층

160 : PCB 170 : TCP

172,173 : 패드 175 : 구동소자

181 : 실링부 182 : 화소부

Claims (10)

1. 복수의 게이트라인과 데이터라인이 배치되고 박막트랜지스터 및 횡전계를 생성하는 적어도 한쌍의 전극이 형성된 제1기판;

   화상표시영역과 화상비표시영역으로 분할되며, 컬러를 구현하는 컬러필터가 형성된 제2기판;

   상기 제1기판 및 제2기판 사이에 형성된 액정층;

   상기 제2기판 배면의 화상표시영역에 형성된 정전기 제거용 도전층;

   TCP(Tape Carrier Package)를 통해 상기 제1기판과 전기적으로 접속되는 인쇄회로기판; 및

   상기 TCP에 실장된 구동소자로 구성되며,

   상기 정전기 제거용 도전층은 인쇄회로기판이 배치된 측의 제2기판의 변으로부터 이격되어 형성되며, 상기 이격거리는 정전기 제거실험시 상기 정전기 제거용 도전층과 구동소자 사이에 2차 방전이 발생하지 않는 거리인 것을 특징으로 하는 액정표시소자.
2. 제1항에 있어서, 상기 정전기 제거용 도전층은 투명한 도전층인 것을 특징으로 하는 액정표시소자.
3. 제2항에 있어서, 상기 정전기 제거용 도전층은 ITO(Indium Tin Oxdie)와 IZO(Indium Zinc Oxide)로 구성된 일군으로부터 선택된 물질로 이루어진 것을 특징으로 하는 액정표시소자.
4. 삭제
5. 제1항에 있어서, 상기 정전기 제거용 도전층의 면적은 제2기판 보다는 작고 화상표시영역의 면적과는 동일한 것을 특징으로 하는 액정표시소자.
6. 삭제
7. 삭제
8. 삭제
9. 삭제
10. 삭제