KR101178913B1 - 액정표시장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 적, 녹, 청색 화소별로 스토리지 커패시터의 용량을 상이하게 구현함으로써, 적, 녹, 청색 광의 파장별 분산 특성 편차를 극복하여 계조별 색 편차를 제거함과 동시에 상기 분산 특성 편차에 의해 발생되는 광 손실을 제거하여 휘도를 상승시키는 액정표시장치를 제공한다.

Description

액정표시장치{Liquid Crystal Display device}
본 발명은 액정표시장치에 관한 것으로, 특히 적, 녹, 청색 화소별 휘도 편차를 보상하는 액정표시장치에 관한 것이다.
액정표시장치는 전계를 이용하여 액정의 광투과율을 조절함으로써 화상을 표시한다. 이와 같은 액정표시장치는 박막트랜지스터가 형성된 하부기판과 컬러필터가 형성된 상부기판에 서로 대향하게 배치된 화소전극과 공통전극 사이의 전계를 제어하여 액정을 구동한다.
이를 위해, 액정표시장치는 서로 대향되게 합착된 하부기판 및 상부기판과, 하부기판 및 상부기판 사이에서 셀갭을 일정하게 유지하기 위한 스페이서와, 셀갭에 채워진 액정을 구비한다.
상부기판은 컬러 구현을 위한 컬러필터, 빛샘 방지를 위한 블랙 매트릭스 및 전계를 제어하기 위한 공통전극과, 액정 배향을 위해 도포된 배향막으로 구성된다. 하부기판은 다수의 신호배선들 및 박막트랜지스터와, 박막트랜지스터와 접속된 화소전극과, 액정 배향을 위해 도포된 배향막으로 구성된다. 또한, 하부기판은 화소전극에 충전된 화소전압 신호가 다음 전압신호가 충전될 때까지 안정적으로 유지되도록 하는 스토리지 커패시터를 더 구비한다.
이와 같은 액정표시장치는 다양한 방식으로 구동되는데, VA(Vertical Alignment)모드, ECB(Electrically Controlled Birefringence)모드, TN(Twisted Nematic) 모드 등과 같은 Vertical switching 모드에서는 구동 시 계조 영역에서 컬러 쉬프트(color shift) 현상이 발생되는 문제가 있다.
상기 컬러 쉬프트 현상은 적, 녹, 청색 컬러필터를 투과하는 빛의 파장이 상이하여 파장 별로 분산 특성이 다르고, 이에 따라 파장별로 투과율의 차이가 발생됨을 그 원인으로 한다.
이를 극복하기 위해 화이트 상태의 분산 특성을 갖도록 액정패널의 광학설계를 조절하는 방안이 제시되었으나, 이에 의할 경우 청색 화소에 대해서는 거의 100%의 휘도를 확보할 수 있으나, 녹색 화소에서는 약 80%의 휘도, 적색 화소에서는 약 60%의 휘도 밖에 확보할 수 없게 되어, 전체적으로 휘도가 20% 정도 손실되는 단점이 있다.
본 발명은 적, 녹, 청색 화소별로 스토리지 커패시터의 용량을 상이하게 구현함으로써, 적, 녹, 청색 광의 파장별 분산 특성 편차를 극복하여 계조별 색 편차를 제거함과 동시에 상기 분산 특성 편차에 의해 발생되는 광 손실을 제거하여 휘도를 상승시키는 액정표시장치를 제공함에 그 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 실시예에 의한 액정표시장치는, 데이터 라인들, 게이트 라인들 및 스토리지 라인들이 배열되고, 상기 라인들과 각각 연결되는 복수의 화소들이 구비된 화소부와; 상기 각각의 화소들은, 각 화소에 대응되는 게이트 라인 및 데이터 라인에 연결된 박막트랜지스터와; 상기 박막트랜지스터에 연결된 액정 커패시터와; 상기 스토리지 라인 및 이와 중첩되는 스토리지 전극에 의해 구현되는 스토리지 커패시터를 포함하며, 상기 서로 다른 색을 표시하는 각 화소별로 상기 스토리지 라인과 중첩되는 스토리지 전극의 면적이 서로 상이하게 구현된다.
이 때, 상기 각각의 화소들은 적, 녹, 청색의 화소들로 구성되며, 상기 청색 화소에 구비된 스토리지 커패시터의 용량이 가장 작도록 상기 스토리지 라인과 중첩되는 스토리지 전극의 면적을 상기 적색, 녹색 화소에 비해 작게 구현한다.
또한, 상기 각 화소별 액정 커패시터의 용량을 1로 가정할 때, 상기 청색 화소의 스토리지 커패시터의 용량은 1.67이 되도록 상기 스토리지 전극의 면적을 조절한다.
또한, 상기 각 화소별 액정 커패시터의 용량을 1로 가정할 때, 상기 녹색 화소의 스토리지 커패시터의 용량은 3.03이 되도록 상기 스토리지 전극의 면적을 조절한다.
또한, 상기 각 화소별 액정 커패시터의 용량을 1로 가정할 때, 상기 적색 화소의 스토리지 커패시터의 용량은 4.09가 되도록 상기 스토리지 전극의 면적을 조절한다.
또한, 상기 스토리지 라인들에 부스트 전압으로서의 유지 신호를 인가하는 유지 신호 생성부가 더 포함된다.
또한, 상기 스토리지 라인들은 상기 게이트 라인들과 교대로 배치되고, 상기 게이트 라인들 및 스토리지 라인들은 제1 방향으로 배열되며, 상기 데이터 라인들은 상기 제1 방향과 교차되도록 제2 방향으로 배열된다.
이와 같은 본 발명에 의하면, 적, 녹, 청색 화소별로 스토리지 커패시터의 용량을 상이하게 구현함으로써, 적, 녹, 청색 광의 파장별 분산 특성 편차를 극복하여 계조별 색 편차를 제거함과 동시에 상기 분산 특성 편차에 의해 발생되는 광 손실을 제거하여 휘도를 상승시키는 장점이 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 의한 액정표시장치의 구성 블록도.
도 2는 도 1에 도시된 화소의 등가 회로도.
도 3은 도 1의 액정표시장치의 동작을 설명하기 위한 회로도.
도 4는 본 발명의 실시예에 의한 적, 녹, 청색 화소의 스토리지 커패시터 영역에 대한 단면도.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 보다 상세히 설명하도록 한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 의한 액정표시장치의 구성 블록도이다.
또한, 도 2는 도 1에 도시된 화소의 등가 회로도이고, 도 3은 도 1의 액정표시장치의 동작을 설명하기 위한 회로도이다.
도 1을 참고하면, 본 발명의 실시예에 의한 액정표시장치는, 복수의 신호선들 즉, 데이터 라인들(D1-Dm), 게이트 라인들(G1-Gn) 및 스토리지 라인들(S1-Sn)과 복수의 화소(PX)(110)들이 구비된 화소부(100)와, 상기 게이트 라인들(G1-Gn) 각각에 게이트 신호를 인가하는 게이트 구동부(gate driver)(200)와, 상기 데이터 라인들(D1-Dm) 각각에 데이터 신호를 인가하는 데이터 구동부(data driver)(300)와, 상기 스토리지 라인들(S1-Sn) 각각에 부스트 전압(Vboost)으로서의 유지 신호를 인가하는 유지 신호 생성부(storage signal generator)(400) 및 상기 게이트 구동부(200), 데이터 구동부(300) 및 유지 신호 생성부(400)를 제어하는 타이밍 제어부(600)가 포함되어 구성된다.
상기 타이밍 제어부(600)는 상기 게이트 구동부(200), 데이터 구동부(300) 및 유지 신호 생성부(400)를 제어하기 위해 각각의 제어신호(CS1, CS2, CS3)를 인가하며, 데이터 구동부(300)로는 데이터 신호(DATA) 또한 인가한다.
이 때, 상기 화소부(100)는 도 2에 도시한 구조로 볼 때 서로 대면하는 제1, 2 기판(120, 150)과 그 사이에 들어 있는 액정층(160)을 포함하여 구성되며, 상기 데이터 라인들(D1-Dm), 게이트 라인들(G1-Gn) 및 스토리지 라인들(S1-Sn)은 제1 기판(120)에 형성된다.
상기 게이트 라인들(G1-Gn)은 게이트 신호를 전달하고, 스토리지 라인들(S1-Sn)은 상기 게이트 라인들(G1-G2n)과 교대로 배치되어 유지 신호(storage signal) 즉, 부스트 전압(Vboost)을 전달하며, 데이터 라인들(D1-Dm)은 데이터 전압을 전달한다.
도시된 바와 같이 상기 게이트 라인들 및 스토리지 라인들은 제1 방향으로 배열되며, 상기 데이터 라인들은 상기 제1 방향과 교차되도록 제2 방향으로 배열된다.
또한, 상기 복수의 화소들 각각은 상기 데이터 라인들(D1-Dm), 게이트 라인들(G1-Gn) 및 스토리지 라인들(S1-Sn)과 연결되며, 매트릭스 형태로 배열된다.
도 2를 참조하면, 일 예로 i번째 게이트 라인(Gi)과 j번째 데이터 라인(Dj)에 연결된 화소(PX)는, 상기 게이트 라인 및 데이터 라인(Gi, Dj)에 연결된 스위칭 소자(Q)로서의 박막트랜지스터 및 이에 연결된 액정 커패시터(liquid crystal capacitor)(Clc), 그리고 상기 스위칭 소자(TFT)와 i 번째 스토리지 라인(Si)에 연결된 스토리지 커패시터(storage capacitor)(Cst)를 포함한다.
상기 스위칭 소자(TFT)는 도시된 바와 같이 박막트랜지스터로 구현될 수 있으며, 박막트랜지스터의 게이트 전극은 상기 게이트 라인에 연결되고, 소스 전극은 데이터 라인에 연결되며, 드레인 전극은 액정 커패시터(Clc) 및 스토리지 커패시터(Cst)에 연결된다.
상기 액정 커패시터(Clc)는 제1 기판(120)의 화소전극(122)과 제2 기판(150)의 공통 전극(152)을 두 단자로 하며 두 전극(122, 152) 사이의 액정층(160)은 유전체로서 기능한다. 화소전극(122)은 스위칭 소자(TFT)와 연결되며, 공통 전극(152)은 제2 기판(150)의 전면에 형성되어 있고 공통 전압(Vcom)을 인가받는다. 공통전압(Vcom)은 일정 크기를 갖는 직류(DC) 전압일 수 있다. 단, 도 2에서와는 달리 공통 전극(152)이 제1 기판(120)에 구비되는 경우도 있으며 이때에는 두 전극(122, 152) 중 적어도 하나가 선형 또는 막대형으로 구현될 수 있다.
또한, 상기 스토리지 커패시터(Cst)는 제 1, 2전극 및 그 사이에 구비된 절연층으로 형성되며, 이 때, 상기 제 1전극 또는 제 2전극은 상기 스토리지 라인(Si)으로 구현되거나, 상기 스토리지 라인(Si)과 전기적으로 연결된다.
상기 게이트 구동부(200)는 게이트 온 전압(Von)과 게이트 오프 전압(Voff)의 조합으로 이루어진 게이트 신호를 이에 연결된 게이트 라인들(G1-G2n)에 순차적으로 인가하는 역할을 한다.
또한, 상기 유지 신호 생성부(400)는 상기 게이트 구동부(200)와 인접하게 배치되어 상기 게이트 구동부(200)로부터 게이트 신호를 인가 받아 각 게이트 신호에 대응하는 부스트 제어신호에 응답하여 유지 신호 즉, 부스트 전압을 각 화소에 인가한다. 이 때, 상기 부스트 전압은 상기 화소부(100)에 배열된 각각의 스토리지 라인을 통해 각 화소에 인가된다.
도 3을 참조하면, 제(i-1) 내지 (i+1) 게이트 라인(G(i-1)~G(i+1))과, 제(i-1) 내지 (i+1) 스토리지 라인(S(i-1)~S(i+1))과, 이들과 연결된 화소(PX)가 도시되어 있다. 한 화소(PX)는, 상술한 바와 같이, 액정 커패시터(Clc)와 스토리지 커패시터(Cst)를 포함한다. 액정 커패시터(Clc)의 일단은 화소 스위칭 소자(TFT)와 커플링되고, 타단에는 공통 전압(Vcom)이 인가된다. 스토리지 커패시터(Cst)의 일단은 액정 커패시터(Clc)와 커플링되고, 타단은 스토리지 라인(Si)과 커플링된다.
또한, 부스트 스위칭 소자(Qb)는 부스트 제어 신호(CONT3(i))에 응답하여 부스트 전압(Vboost)을 스토리지 라인(Si)에 인가한다. 즉, 스토리지 커패시터(Cst)는 부스트 제어 신호(CONT3(i))에 의해 제어되는 부스트 스위칭 소자(Qb)의 온/오프 상태에 따라 부스트 전압(Vboost)을 인가 받는다. 이 때, 상기 부스트 스위칭 소자(Qb)는 상기 유지 신호 생성부(storage signal generator)(400)에 포함되어 구성될 수 있다.
상기 도 1 내지 도 3에 도시된 액정표시장치의 경우 각 화소에서의 화소 전압은 상기 데이터 라인을 통해 인가된 데이터 전압이 상기 부스팅 전압에 의해 부스팅되어 최종 결정되는데, 이 때 상기 부스팅의 비율은 액정 커패시터(Clc) 및 스토리지 커패시터(Cst)의 비율에 의해 결정된다.
한편, 앞서 언급한 바와 같이 적, 녹, 청의 각 화소를 투과하는 빛의 파장은 각각 상이하므로 각 파장 별로 분산 특성이 다르고, 이에 따라 상기 각 파장별로 투과율의 차이가 발생된다.
따라서, 상기 각 화소의 화소 전압을 결정함에 있어서, 적, 녹, 청색을 투과하는 빛의 파장별 분산 특성이 상이함을 고려하지 않고 각 화소별로 인가되는 데이터 전압 및 부스팅 전압에 의해 일괄적으로 이를 결정할 경우 각 파장별 즉, 적, 녹, 청색 화소별로 투과율 차이가 발생됨을 방지할 수 없게 된다.
이에 본 발명의 실시예에서는 적, 녹, 청색 화소별로 스토리지 커패시터의 용량을 상이하게 구현함으로써, 적, 녹, 청색 광의 파장별 분산 특성 편차를 극복하여 계조별 색 편차를 제거함과 동시에 상기 분산 특성 편차에 의해 발생되는 광 손실을 제거하여 휘도를 상승시킬 수 있음을 특징으로 한다.
도 4는 본 발명의 실시예에 의한 적, 녹, 청색 화소의 스토리지 커패시터 영역에 대한 단면도이다.
도 4를 참조하면, 각 화소별 스토리지 커패시터(Cst(R), Cst(G), Cst(B))는 기판(120) 상에 형성된 스토리지 라인(400)과 상기 스토리지 라인(400)과 중첩되는 각각의 적(R), 녹(G), 청색 화소(B)별 영역에 형성된 스토리지 전극(412, 414, 416)에 의해 구현된다.
상기 각 화소(R, G, B)에는 상기 스토리지 커패시터(Cst(R), Cst(G), Cst(B))와 전기적으로 연결되는 박막트랜지스터(미도시) 및 상기 박막트랜지스터를 통해 제공되는 화소 전압이 인가되는 화소 전극(미도시)이 더 포함되어 있으나, 도 4에서는 설명의 편의를 위하여 상기 화소의 스토리지 커패시터 영역에 대해서만 도시되어 있다.
상기 스토리지 커패시터(Cst(R), Cst(G), Cst(B))는 상기 스토리지 라인(400)이 제 1전극, 상기 스토리지 전극(412, 414, 416)이 제 2전극으로서의 역할을 수행하며, 상기 스토리지 라인(400)과 스토리지 전극(412, 414, 416) 사이에 형성된 절연막(420)이 스토리지 커패시터의 유전체로서의 역할을 수행한다. 이에 따라 각 화소에 형성된 스토리지 캐패시터(Cst(R), Cst(G), Cst(B))의 용량은 상기 스토리지 라인(400)과 스토리지 전극(412, 414, 416)이 중첩되는 면적에 의해 결정된다.
이 때, 본 발명의 실시예에서는 도시된 바와 같이 적, 녹, 청색 화소(R, G, B)별로 상기 스토리지 라인(400)과 중첩되는 스토리지 전극(412, 414, 416)의 면적이 서로 상이하게 구현됨을 그 특징으로 한다.
특히 본 발명의 실시예에서는 청색 화소(B)에 구비된 스토리지 캐패시터(Cst(B))의 용량이 가장 작도록 스토리지 라인(400)과 중첩되는 스토리지 전극(416)의 면적을 작게 구현한다.
일 예로 각 화소별 액정 커패시터(Clc)의 용량을 1로 가정할 때, 상기 청색 화소(B)의 스토리지 커패시터(Cst(B))의 용량은 약 1.67이 되도록 상기 스토리지 전극(416)의 면적을 조절하고, 녹색 화소(G)의 스토리지 커패시터(Cst(G))의 용량은 약 3.03이 되도록 상기 스토리지 전극(414)의 면적을 조절하며, 적색 화소(R)의 스토리지 커패시터(Cst(R))의 용량은 약 4.09가 되도록 상기 스토리지 전극(412)의 면적을 조절한다.
종래의 경우 적, 녹, 청색 화소(R, G, B)에 대하여 액정 커패시터(Clc)의 용량과 스토리지 커패시터(Cst)의 용량의 비율을 모두 동일(일 예로 1 : 3.03)하게 구현하였다.
이 경우 스토리지 커패시터(Cst)의 제 1전극으로서 역할을 하는 스토리지 라인에 부스팅 전압이 인가됨에 의해 생성되는 각 화소별 화소 전압은 동일한 목표 전압에 대하여 적, 녹, 청색 화소에 모두 동일하게 적용된다.
즉, 종래의 경우에는 적, 녹, 청의 각 화소를 투과하는 빛의 파장별 분산 특성의 상이함에 의해 발생되는 파장별 투과율 차이가 발생되는 것을 고려하지 못하였다.
다만, 상기 단점을 극복하기 위해 화이트 상태의 분산 특성을 갖도록 액정패널의 광학설계를 조절하는 방안이 제시되었으나, 이에 의할 경우 청색 화소에 대해서는 거의 100%의 휘도를 확보할 수 있으나, 녹색 화소에서는 약 80%의 휘도, 적색 화소에서는 약 60%의 휘도 밖에 확보할 수 없게 되어, 전체적으로 휘도가 20% 정도 손실되는 단점이 있었다.
이에 본 발명의 실시예는 적, 녹, 청색 화소(R, G, B) 별로 상기 스토리지 라인(400)과 중첩되는 스토리지 전극(412, 414, 416)의 면적을 상이하게 구현하여 각 화소별 스토리지 커패시터(Cst(R), Cst(G), Cst(B))의 용량을 차별화함을 통해 상기 단점을 극복할 수 있다.
일 예로 적, 녹, 청색 화소(R, G, B)에 대하여 액정 커패시터(Clc)의 용량과 스토리지 커패시터(Cst)의 용량의 비율을 각각 1 : 4.09, 1 : 3.03, 1 : 1.67이 되도록 각 화소별 스토리지 전극(412, 414, 416)의 면적을 조절한 경우를 가정하면, 스토리지 커패시터(Cst)의 제 1전극으로서 역할을 하는 스토리지 라인(400)에 부스팅 전압이 인가됨에 의해 생성되는 각 화소별 화소 전압은 동일한 목표 전압에 대하여 적, 녹, 청색 화소(R, G, B)에 각각 상이하게 적용된다.
즉, 청색 화소(B)의 경우 스토리지 용량이 가장 작으므로 부스팅되는 전압이 작고, 적색 화소(R)의 스토리지 용량이 가장 크므로 부스팅되는 전압이 크게 된다.
이를 통해 상기 적색 화소(R)에 인가되는 최종 화소 전압이 동일한 목표 전압에 대하여 상대적으로 상기 청색 화소(B)에 인가되는 최종 화소 전압보다 높게 된다.
따라서, 앞서 언급한 종래의 단점 즉, 적색 화소(R)에서 약 60%의 휘도만이 확보되는 단점을 극복할 수 있게 되는 것이다.
또한, 이와 같은 본 발명의 실시예에 의하면, 중간 계조들도 적, 녹, 청색 화소의 스토리지 커패시터(Cst(R), Cst(G), Cst(B))의 용량 비율에 따라 서로 상이하게 부스팅되므로 최종적으로 모든 계조에 있어서, 각각의 목표 전압에 대해 적, 녹, 청색별로 상이한 전압을 자동적으로 구현할 수 있게 되며, 이를 통해 적색, 녹색 화소에서의 휘도 손실 분을 제거할 수 있는 것이다.
120: 기판 400: 스토리지 라인
412: 적색화소의 스토리지 전극 414: 녹색화소의 스토리지 전극
416: 청색화소의 스토리지 전극 420: 절연막

Claims (9)

  1. 데이터 라인들, 게이트 라인들 및 스토리지 라인들이 배열되고, 상기 라인들과 각각 연결되는 복수의 화소들이 구비된 화소부와;
    상기 게이트 라인들 각각에 게이트 신호를 인가하는 게이트 구동부와;
    상기 스토리지 라인들 각각에 부스트 전압으로서의 유지 신호를 인가하는 유지 신호 생성부와;
    상기 각각의 화소들은, 각 화소에 대응되는 게이트 라인 및 데이터 라인에 연결된 박막트랜지스터와; 상기 박막트랜지스터에 연결되는 화소전극, 상기 화소전극 상에 형성된 공통전극 및 상기 화소전극과 공통전극 사이에 형성된 액정층으로 구현되는 액정 커패시터와; 상기 스토리지 라인, 상기 스토리지 라인과 중첩되는 영역 상에 형성된 스토리지 전극 및 상기 스토리지 라인과 스토리지 전극 사이에 형성된 절연막으로 구현되는 스토리지 커패시터를 포함하며,
    상기 서로 다른 색을 표시하는 각 화소별로 상기 스토리지 라인과 중첩되는 스토리지 전극의 면적이 서로 상이하게 구현되고,
    상기 유지 신호 생성부는 상기 게이트 구동부로부터 게이트 신호를 인가받아 각 게이트 신호에 대응하는 부스트 제어신호에 응답하여 상기 유지 신호를 상기 스토리지 라인들을 통해 각 화소에 인가하고,
    상기 화소전극과 스토리지 라인 및 스토리지 전극은 각각 분리되어 구현됨을 특징으로 하는 액정표시장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 각각의 화소들은 적색과, 녹색과, 청색의 화소들로 구성됨을 특징으로 하는 액정표시장치.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 청색 화소에 구비된 스토리지 커패시터의 용량이 가장 작도록 상기 스토리지 라인과 중첩되는 스토리지 전극의 면적을 상기 적색 및 녹색 화소에 비해 작게 구현함을 특징으로 하는 액정표시장치.
  4. 제 2항에 있어서,
    상기 각 화소별 액정 커패시터의 용량을 1로 가정할 때, 상기 청색 화소의 스토리지 커패시터의 용량은 1.67이 되도록 상기 스토리지 전극의 면적을 조절함을 특징으로 하는 액정표시장치.
  5. 제 2항에 있어서,
    상기 각 화소별 액정 커패시터의 용량을 1로 가정할 때, 상기 녹색 화소의 스토리지 커패시터의 용량은 3.03이 되도록 상기 스토리지 전극의 면적을 조절함을 특징으로 하는 액정표시장치.
  6. 제 2항에 있어서,
    상기 각 화소별 액정 커패시터의 용량을 1로 가정할 때, 상기 적색 화소의 스토리지 커패시터의 용량은 4.09가 되도록 상기 스토리지 전극의 면적을 조절함을 특징으로 하는 액정표시장치.
  7. 삭제
  8. 제 1항에 있어서,
    상기 스토리지 라인들은 상기 게이트 라인들과 교대로 배치됨을 특징으로 하는 액정표시장치.
  9. 제 1항에 있어서,
    상기 게이트 라인들 및 스토리지 라인들은 제1 방향으로 배열되며, 상기 데이터 라인들은 상기 제1 방향과 교차되도록 제2 방향으로 배열됨을 특징으로 하는 액정표시장치.
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