KR101272333B1 - 액정 표시 장치 및 그의 구동 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 액정 표시 장치, 특히 OCB(optically compensated bend) 액정 표시 장치에 관한 것으로서, 이 장치는 제1 기판, 상기 제1 기판 위에 형성되어 있는 제1 전극, 상기 제1 기판과 마주보고 있는 제2 기판, 상기 제2 기판 위에 형성되어 있으며 상기 제1 전극과 마주보는 제2 전극, 상기 제1 및 제2 전극 사이에 주입되어 있는 액정층, 상기 제1 전극으로 복수 회에 걸쳐 전하를 공급함으로써 상기 액정층의 액정 배향을 전이시키는 벤드 전압을 인가하는 복수의 전하 공급부를 포함한다. 따라서 OCB 액정 표시 장치에서 액정 축전기에 벤드 전압에 상응하는 전하를 반복적으로 공급하여 공통 전극 전체에 균일하게 벤드 전압을 인가함으로써 단시간에 액정층을 구부러짐 배향으로 전이시킬 수 있다.
구부러짐, OCB, 액정 표시 장치, 전하 공급

Description

액정 표시 장치 및 그의 구동 방법{LIQUID CRYSTAL DISPLAY and DRIVING MATHOD THEREOF}
도 1은 본 발명의 한 실시예에 따른 액정 표시 장치의 블록도이다.
도 2는 본 발명의 한 실시예에 따른 액정 표시 장치의 한 화소에 대한 등가 회로도이다.
도 3은 본 발명의 한 실시예에 따른 액정 표시판 조립체의 배치도이다.
도 4는 도 3의 액정 표시판 조립체를 IV-IV선을 따라 잘라 도시한 단면도이다.
도 5는 벤드 전압을 인가하기 전의 액정의 배향 상태를 도시한 도면이다.
도 6은 벤드 전압을 인가한 후의 액정의 배향 상태를 도시한 도면이다.
도 7은 본 발명의 한 실시예에 따른 전하 공급부를 도시한 회로도이다.
도 8은 본 발명의 한 실시예에 따른 액정 표시 장치의 동작을 나타내는 신호 파형도이다.
본 발명은 액정 표시 장치, 특히 OCB(optically compensated bend) 방식의 액정 표시 장치에 관한 것이다.
액정 표시 장치는 현재 가장 널리 사용되고 있는 평판 표시 장치 중 하나로서, 화소 전극과 공통 전극 등 전기장 생성 전극(field generating electrode)이 형성되어 있는 두 장의 표시판과 그 사이에 들어 있는 액정층을 포함한다. 액정 표시 장치는 전기장 생성 전극에 전압을 인가하여 액정층에 전기장을 생성하고, 이를 통하여 액정층의 액정 분자들의 방향을 결정하고 입사광의 편광을 제어함으로써 영상을 표시한다.
이러한 액정 표시 장치 중에서 응답 속도 및 기준 시야각을 개선하기 위해서 다양한 방법이 제시되었으며, 그 예로 OCB(optically compensated bend) 방식의 액정 표시 장치를 들 수 있다.
이러한 OCB 방식의 액정 표시 장치에서는 두 전기장 생성 전극에 전기장이 인가되었을 때 액정 분자가 두 기판 사이의 중심면에 대하여 대칭이면서 기판 면에서 중심면에 이르기까지 수평 배열에서 수직 배열로 변하므로 넓은 기준 시야각을 얻을 수 있다.
그러나 OCB 방식의 액정 표시 장치는 다른 액정 모드와 달리 안정된 상태가 아니며, 전압을 전혀 인가하지 않은 상태에서는 스플레이(splay) 배향을 가지며, 이를 구부러짐 배향으로 전이시켜야 한다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 전원 공급 시 단시간 동안 스플레이 배향에서 구부러짐 배향으로 전이시킬 수 있는 OCB 액정 표시 장치를 제공하는 것 이다.
이러한 기술적 과제를 위한 본 발명의 한 실시예에 따른 액정 표시 장치는 제1 기판, 상기 제1 기판 위에 형성되어 있는 제1 전극, 상기 제1 기판과 마주보고 있는 제2 기판, 상기 제2 기판 위에 형성되어 있으며 상기 제1 전극과 마주보는 제2 전극, 상기 제1 및 제2 전극 사이에 주입되어 있는 액정층, 상기 제1 전극으로 복수 회에 걸쳐 전하를 공급함으로써 상기 액정층의 액정 배향을 전이시키는 벤드 전압을 인가하는 복수의 전하 공급부를 포함한다.
상기 액정의 배향 전이에 의하여 상기 액정의 배향은 스플레이 배향에서 벤드 배향으로 변환할 수 있다.
상기 전하 공급부는 상기 표시판이 영상을 표시하기 전에 상기 벤드 전압을 상기 제1 전극에 인가할 수 있다.
상기 전하 공급부는 상기 표시판이 영상을 표시하는 동안 상기 제1 전극에 공통 전압을 인가할 수 있다.
상기 전하 공급부는 공통 전압원과 기준 절점 사이에 연결되어 있는 축전기, 벤드 전압원과 상기 기준 절점 사이에 연결되어 있는 제1 스위칭 소자, 그리고 상기 기준 절점과 상기 제1 전극 사이에 연결되어 있는 제2 스위칭 소자를 포함할 수 있다.
상기 제1 및 제2 스위칭 소자는 교대로 턴 온될 수 있다.
상기 벤드 전압은 상기 공통 전압 보다 높은 전압일 수 있다.
상기 전하 공급부는 상기 공통 전압과 상기 제1 전극 사이에 연결되어 있는 제3 스위칭 소자를 더 포함하며, 상기 제3 스위칭 소자는 상기 제1 전극이 상기 벤드 전압으로 충전된 후 턴 온될 수 있다.
상기 벤드 전압은 시간에 따라 전압 레벨이 상승할 수 있다.
또한, 본 발명의 한 실시예에 따른 액정 표시 장치의 구동 방법은 제1 기판, 상기 제1 기판 위에 형성되어 있는 제1 전극, 상기 제1 기판과 마주보고 있는 제2 기판, 상기 제2 기판 위에 형성되어 있으며 상기 제1 전극과 마주보는 제2 전극, 그리고 상기 제1 및 제2 전극 사이에 주입되어 있는 액정층을 포함하는 액정 표시 장치의 구동 방법에서, 상기 제1 전극으로 복수 회에 걸쳐 전하를 공급함으로써 상기 액정층의 액정 배향을 전이시키는 벤드 전압을 인가하는 단계, 상기 제1 전극으로 공통 전압을 인가하는 단계, 그리고 상기 제2 전극으로 데이터 전압을 인가하여 영상을 표시하는 단계를 포함한다.
상기 액정 표시 장치는 공통 전압원과 기준 절점 사이에 연결되어 있는 축전기, 벤드 전압원과 상기 기준 절점 사이에 연결되어 있는 제1 스위칭 소자, 그리고 상기 기준 절점과 상기 제1 전극 사이에 연결되어 있는 제2 스위칭 소자를 포함하며, 상기 전하 공급 단계는 상기 제1 스위칭 소자가 턴 온되어 축전기에 상기 벤드 전압을 공급하여 전하를 충전하는 단계, 그리고 상기 제2 스위칭 소자가 턴 온되어 충전된 전하를 상기 제1 전극으로 공급하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 벤드 전압은 상기 공통 전압보다 높은 전압 레벨을 가질 수 있다.
상기 벤드 전압은 시간에 따라 전압 레벨이 상승할 수 있다.
첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.
도면에서 여러 층 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 나타내었다. 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 동일한 도면 부호를 붙였다. 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "위에" 있다고 할 때, 이는 다른 부분 "바로 위에" 있는 경우뿐 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다. 반대로 어떤 부분이 다른 부분 "바로 위에" 있다고 할 때에는 중간에 다른 부분이 없는 것을 뜻한다.
먼저 본 발명의 한 실시예에 따른 액정 표시 장치에 대하여 도 1 및 도 2를 참고로 하여 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 한 실시예에 따른 액정 표시 장치의 블록도이고, 도 2는 본 발명의 한 실시예에 따른 액정 표시 장치에서 한 화소의 등가 회로도이다.
도 1에 도시한 바와 같이, 본 발명의 한 실시예에 따른 액정 표시 장치는 액정 표시판 조립체(liquid crystal panel assembly)(300) 및 이와 연결된 게이트 구동부(400) 및 데이터 구동부(500), 데이터 구동부(500)에 연결된 계조 전압 생성부(800), 전하 공급부(700) 그리고 이들을 제어하는 신호 제어부(600)를 포함한다.
액정 표시판 조립체(300)는 등가 회로로 볼 때 복수의 신호선(G1-Gn, D1-Dm) 과 이에 연결되어 있으며 대략 행렬의 형태로 배열된 복수의 화소(pixel)(PX)를 포함한다. 반면, 도 2에 도시한 구조로 볼 때 액정 표시판 조립체(300)는 서로 마주하는 하부 및 상부 표시판(100, 200)과 그 사이에 들어 있는 액정층(3)을 포함한다.
신호선(G1-Gn, D1-Dm)은 게이트 신호("주사 신호"라고도 함)를 전달하는 복수의 게이트선(G1-Gn)과 데이터 전압을 전달하는 복수의 데이터선(D1-Dm)을 포함한다. 게이트선(G1-Gn)은 대략 행 방향으로 뻗으며 서로가 거의 평행하고, 데이터선(D1-Dm)은 대략 열 방향으로 뻗으며 서로가 거의 평행하다.
각 화소(PX), 예를 들면 i번째(i=1, 2, …, n) 게이트선(Gi)과 j번째(j=1, 2, …, m) 데이터선(Dj)에 연결된 화소(PX)는 신호선(Gi, Dj)에 연결된 스위칭 소자(Q)와 이에 연결된 액정 축전기(liquid crystal capacitor)(Clc) 및 유지 축전기(storage capacitor)(Cst)를 포함한다. 유지 축전기(Cst)는 필요에 따라 생략할 수 있다.
스위칭 소자(Q)는 하부 표시판(100)에 구비되어 있는 박막 트랜지스터 등의 삼단자 소자로서, 그 제어 단자는 게이트선(Gi)과 연결되어 있고, 입력 단자는 데이터선(Dj)과 연결되어 있으며, 출력 단자는 액정 축전기(Clc) 및 유지 축전기(Cst)와 연결되어 있다. 박막 트랜지스터는 다결정 규소나 비정질 규소를 포함할 수 있다.
액정 축전기(Clc)는 하부 표시판(100)의 화소 전극(191)과 상부 표시판(200) 의 공통 전극(270)을 두 단자로 하며 두 전극(191, 270) 사이의 액정층(3)은 유전체로서 기능한다. 화소 전극(191)은 스위칭 소자(Q)와 연결되며 공통 전극(270)은 상부 표시판(200)의 전면에 형성되어 있고 공통 전압(Vcom)을 인가 받는다. 도 2에서와는 달리 공통 전극(270)이 하부 표시판(100)에 구비되는 경우도 있으며 이때에는 두 전극(191, 270) 중 적어도 하나가 선형 또는 막대형으로 만들어질 수 있다.
액정 축전기(Clc)의 보조적인 역할을 하는 유지 축전기(Cst)는 하부 표시판(100)에 구비된 별개의 신호선(도시하지 않음)과 화소 전극(191)이 절연체를 사이에 두고 중첩되어 이루어지며 이 별개의 신호선에는 공통 전압(Vcom) 따위의 정해진 전압이 인가된다. 그러나 유지 축전기(Cst)는 화소 전극(191)이 절연체를 매개로 바로 위의 전단 게이트선과 중첩되어 이루어질 수 있다.
한편, 색 표시를 구현하기 위해서는 각 화소(PX)가 기본색(primary color) 중 하나를 고유하게 표시하거나(공간 분할) 각 화소(PX)가 시간에 따라 번갈아 기본색을 표시하게(시간 분할) 하여 이들 기본색의 공간적, 시간적 합으로 원하는 색상이 인식되도록 한다. 기본색의 예로는 적색, 녹색, 청색 등 삼원색을 들 수 있다. 도 2는 공간 분할의 한 예로서 각 화소(PX)가 화소 전극(191)에 대응하는 상부 표시판(200)의 영역에 기본색 중 하나를 나타내는 색 필터(230)를 구비함을 보여주고 있다. 도 2와는 달리 색 필터(230)는 하부 표시판(100)의 화소 전극(191) 위 또는 아래에 둘 수도 있다.
액정 표시판 조립체(300)의 바깥 면에는 빛을 편광시키는 적어도 하나의 편 광자(도시하지 않음)가 부착되어 있다.
그러면, 이러한 액정 표시판 조립체(300)의 상세 구조에 대하여 도 3 및 도 4를 참고로 하여 상세하게 설명한다.
도 3은 본 발명의 한 실시예에 따른 액정 표시판 조립체의 배치도이고, 도 4는 도 3의 액정 표시판 조립체를 IV-IV선을 따라 잘라 도시한 단면도이다.
도 3에 도시한 바와 같이 본 발명의 한 실시예에 따른 액정 표시판 조립체는 하부 표시판(100)과 상부 표시판(200) 및 그 사이에 들어 있는 액정층(3)을 포함한다.
먼저, 하부 표시판(100)에 대하여 설명한다.
투명한 유리 또는 플라스틱 따위로 만들어진 절연 기판(110) 위에 복수의 게이트선(gate line)(121) 및 복수의 유지 전극선(storage electrode line)(131)이 형성되어 있다.
게이트선(121)은 게이트 신호를 전달하며 주로 가로 방향으로 뻗어 있다. 각 게이트선(121)은 아래로 돌출한 복수의 게이트 전극(gate electrode)(124)과 다른 층 또는 외부 구동 회로와의 접속을 위하여 면적이 넓은 끝 부분(도시하지 않음)을 포함한다. 게이트 신호를 생성하는 게이트 구동 회로(도시하지 않음)는 기판(110) 위에 부착되는 가요성 인쇄 회로막(flexible printed circuit film)(도시하지 않음) 위에 장착되거나, 기판(110) 위에 직접 장착되거나, 기판(110)에 집적될 수 있다. 게이트 구동 회로가 기판(110) 위에 집적되어 있는 경우 게이트선(121)이 연장되어 이와 직접 연결될 수 있다.
유지 전극선(131)은 소정의 전압을 인가 받으며, 게이트선(121)과 거의 나란하게 뻗은 줄기선과 이로부터 갈라진 복수 쌍의 유지 전극(133a, 133b)을 포함한다. 유지 전극선(131) 각각은 인접한 두 게이트선(121) 사이에 위치하며 줄기선은 두 게이트선(12) 중 아래쪽에 가깝다. 유지 전극(133a, 133b) 각각은 줄기선과 연결된 고정단과 그 반대쪽의 자유단을 가지고 있다. 그러나 유지 전극선(131)의 모양 및 배치는 여러 가지로 변형될 수 있다.
게이트선(121) 및 유지 전극선(131)은 알루미늄(Al)이나 알루미늄 합금 등 알루미늄 계열 금속, 은(Ag)이나 은 합금 등 은 계열 금속, 구리(Cu)나 구리 합금 등 구리 계열 금속, 몰리브덴(Mo)이나 몰리브덴 합금 등 몰리브덴 계열 금속, 크롬(Cr), 탄탈륨(Ta) 및 티타늄(Ti) 따위로 만들어질 수 있다. 그러나 이들은 물리적 성질이 다른 두 개의 도전막(도시하지 않음)을 포함하는 다중막 구조를 가질 수도 있다. 이 중 한 도전막은 신호 지연이나 전압 강하를 줄일 수 있도록 비저항(resistivity)이 낮은 금속, 예를 들면 알루미늄 계열 금속, 은 계열 금속, 구리 계열 금속 등으로 만들어진다. 이와는 달리, 다른 도전막은 다른 물질, 특히 ITO(indium tin oxide) 및 IZO(indium zinc oxide)와의 물리적, 화학적, 전기적 접촉 특성이 우수한 물질, 이를테면 몰리브덴 계열 금속, 크롬, 탄탈륨, 티타늄 등으로 만들어진다. 이러한 조합의 좋은 예로는 크롬 하부막과 알루미늄 (합금) 상부막 및 알루미늄 (합금) 하부막과 몰리브덴 (합금) 상부막을 들 수 있다. 그러나 게이트선(121) 및 유지 전극선(131)은 이외에도 여러 가지 다양한 금속 또는 도전체로 만들어질 수 있다.
게이트선(121) 및 유지 전극선(131)의 측면은 기판(110) 면에 대하여 경사져 있으며 그 경사각은 약 30° 내지 약 80°인 것이 바람직하다.
게이트선(121) 및 유지 전극선(131) 위에는 질화규소(SiNx) 또는 산화규소(SiOx) 따위로 만들어진 게이트 절연막(gate insulating layer)(140)이 형성되어 있다.
게이트 절연막(140) 위에는 수소화 비정질 규소(hydrogenated amorphous silicon)(비정질 규소는 약칭 a-Si로 씀) 또는 다결정 규소(polysilicon) 등으로 만들어진 복수의 섬형 반도체(154)가 형성되어 있다. 반도체(154)는 게이트 전극(124) 위에 위치한다.
반도체(154) 위에는 복수의 섬형 저항성 접촉 부재(ohmic contact)(163, 165)가 형성되어 있다. 저항성 접촉 부재(163, 165)는 인 따위의 n형 불순물이 고농도로 도핑되어 있는 n+ 수소화 비정질 규소 따위의 물질로 만들어지거나 실리사이드(silicide)로 만들어질 수 있다. 저항성 접촉 부재(163, 165)는 쌍을 이루어 반도체(154) 위에 배치되어 있다.
반도체(154)와 저항성 접촉 부재(163, 165)의 측면 역시 기판(110) 면에 대하여 경사져 있으며 경사각은 30° 내지 80° 정도이다.
저항성 접촉 부재(163, 165) 및 게이트 절연막(140) 위에는 복수의 데이터선(data line)(171)과 복수의 드레인 전극(drain electrode)(175)이 형성되어 있다.
데이터선(171)은 데이터 신호를 전달하며 주로 세로 방향으로 뻗어 게이트 선(121)과 교차한다. 각 데이터선(171)은 또한 유지 전극선(131)과 교차하며 인접한 유지 전극(133a, 133b) 집합 사이를 달린다. 각 데이터선(171)은 또한 유지 전극선(131)의 줄기선과 교차한다. 각 데이터선(171)은 게이트 전극(124)을 향하여 뻗은 복수의 소스 전극(source electrode)(173)과 다른 층 또는 외부 구동 회로와의 접속을 위하여 면적이 넓은 끝 부분(도시하지 않음)을 포함한다. 데이터 신호를 생성하는 데이터 구동 회로(도시하지 않음)는 기판(110) 위에 부착되는 가요성 인쇄 회로막(도시하지 않음) 위에 장착되거나, 기판(110) 위에 직접 장착되거나, 기판(110)에 집적될 수 있다. 데이터 구동 회로가 기판(110) 위에 집적되어 있는 경우, 데이터선(171)이 연장되어 이와 직접 연결될 수 있다.
드레인 전극(175)은 데이터선(171)과 분리되어 있고 게이트 전극(124)을 중심으로 소스 전극(173)과 마주 본다.
하나의 게이트 전극(124), 하나의 소스 전극(173) 및 하나의 드레인 전극(175)은 반도체(154)와 함께 하나의 박막 트랜지스터(thin film transistor, TFT)(Q)를 이루며, 박막 트랜지스터(Q)의 채널(channel)은 소스 전극(173)과 드레인 전극(175) 사이의 반도체(154)에 형성된다.
데이터선(171) 및 드레인 전극(175)은 몰리브덴, 크롬, 탄탈륨 및 티타늄 등 내화성 금속(refractory metal) 또는 이들의 합금으로 만들어지는 것이 바람직하며, 내화성 금속막(도시하지 않음)과 저저항 도전막(도시하지 않음)을 포함하는 다중막 구조를 가질 수 있다. 다중막 구조의 예로는 크롬 또는 몰리브덴 (합금) 하부막과 알루미늄 (합금) 상부막의 이중막, 몰리브덴 (합금) 하부막과 알루미늄 (합 금) 중간막과 몰리브덴 (합금) 상부막의 삼중막을 들 수 있다. 그러나 데이터선(171) 및 드레인 전극(175)은 이외에도 여러 가지 다양한 금속 또는 도전체로 만들어질 수 있다.
데이터선(171) 및 드레인 전극(175) 또한 그 측면이 기판(110) 면에 대하여 30° 내지 80° 정도의 경사각으로 기울어진 것이 바람직하다.
저항성 접촉 부재(163, 165)는 그 아래의 반도체(154)와 그 위의 데이터선(171) 및 드레인 전극(175) 사이에만 존재하며 이들 사이의 접촉 저항을 낮추어 준다.
데이터선(171), 드레인 전극(175) 및 노출된 반도체(154) 부분 위에는 보호막(passivation layer)(180)이 형성되어 있다. 보호막(180)은 무기 절연물 또는 유기 절연물 따위로 만들어지며 표면이 평탄할 수 있다. 무기 절연물의 예로는 질화규소와 산화규소를 들 수 있다. 유기 절연물은 감광성(photosensitivity)을 가질 수 있으며 그 유전 상수(dielectric constant)는 약 4.0 이하인 것이 바람직하다. 그러나 보호막(180)은 유기막의 우수한 절연 특성을 살리면서도 노출된 반도체(154) 부분에 해가 가지 않도록 하부 무기막과 상부 유기막의 이중막 구조를 가질 수 있다.
보호막(180)에는 데이터선(171)의 끝 부분(도시하지 않음)을 각각 드러내는 복수의 접촉 구멍(contact hole)(도시하지 않음)이 형성되어 있으며, 보호막(180)과 게이트 절연막(140)에는 게이트선(121)의 끝 부분(도시하지 않음)을 드러내는 복수의 접촉 구멍(도시하지 않음)이 형성되어 있다.
보호막(180) 위에는 복수의 화소 전극(pixel electrode)(191) 및 복수의 접촉 보조 부재(contact assistant)(도시하지 않음)가 형성되어 있다. 이들은 ITO 또는 IZO 등의 투명한 도전 물질이나 알루미늄, 은, 크롬 또는 그 합금 등의 반사성 금속으로 만들어질 수 있다.
화소 전극(191)은 접촉 구멍(185)을 통하여 드레인 전극(175)과 물리적·전기적으로 연결되어 있으며, 드레인 전극(175)으로부터 데이터 신호를 인가 받는다. 데이터 신호가 인가된 화소 전극(191)은 공통 전압(common voltage)을 인가 받는 다른 표시판(200)의 공통 전극(common electrode)(270)과 함께 전기장을 생성함으로써 두 전극(191, 270) 사이의 액정층(3)의 액정 분자(31)의 방향을 결정한다. 이와 같이 결정된 액정 분자(31)의 방향에 따라 액정층(3)을 통과하는 빛의 편광이 달라진다. 화소 전극(191)과 공통 전극(270)은 액정 축전기를 이루어 박막 트랜지스터가 턴 오프된 후에도 인가된 전압을 유지한다.
화소 전극(191)은 유지 전극(133a, 133b)을 비롯한 유지 전극선(131)과 중첩하며, 화소 전극(191)의 왼쪽 및 오른쪽 변은 유지 전극(133a, 133b)보다 데이터선(171)에 인접한다. 화소 전극(191) 및 이와 전기적으로 연결된 드레인 전극(175)이 유지 전극선(131)과 중첩하여 액정 축전기의 전압 유지 능력을 강화하는 유지 축전기(storage capacitor)를 이룬다.
접촉 보조 부재(도시하지 않음)는 각각 접촉 구멍(도시하지 않음)을 통하여 게이트선(121)의 끝 부분(도시하지 않음) 및 데이터선(171)의 끝 부분(도시하지 않음)과 연결된다. 접촉 보조 부재(도시하지 않음)는 게이트선(121)의 끝 부분(도시 하지 않음) 및 데이터선(171)의 끝 부분(도시하지 않음)과 외부 장치와의 접착성을 보완하고 이들을 보호한다.
다음 상부 표시판(200)에 대하여 설명한다.
투명한 유리 또는 플라스틱 등으로 만들어진 절연 기판(210) 위에 블랙 매트릭스(black matrix)(220)가 형성되어 있다. 블랙 매트릭스(220)는 데이터선(171)에 대응하는 선형 부분(도시하지 않음)과 박막 트랜지스터에 대응하는 면형 부분(도시하지 않음)을 포함하며, 화소 전극(191) 사이의 빛샘을 막아준다.
기판(210) 위에는 또한 복수의 색필터(230)가 형성되어 있다. 색필터(230)는 블랙 매트릭스(220)로 둘러싸인 영역 내에 대부분 존재하며, 화소 전극(191) 열을 따라서 세로 방향으로 길게 뻗을 수 있다. 각 색필터(230)는 적색, 녹색 및 청색의 삼원색 등 기본색(primary color) 중 하나를 표시할 수 있다.
색필터(230) 및 블랙 매트릭스(220) 위에는 덮개막(overcoat)이 형성될 수 있다. 덮개막은 유기 절연물로 만들어질 수 있으며, 색필터(230)가 노출되는 것을 방지하고 평탄면을 제공한다.
색필터(230)와 블랙 매트릭스(220) 위에는 공통 전극(270)이 형성되어 있다. 공통 전극(270)은 ITO, IZO 등의 투명한 도전체 따위로 만들어진다.
표시판(100, 200)의 안쪽 면에는 동일한 방향으로 러빙되어 있는 수평 배향막(alignment layer)(11, 21)이 도포되어 있다.
표시판(100, 200)의 바깥쪽 면에는 편광자(polarizer)(12, 22)가 구비되어 있는데, 두 편광자(12, 22)의 투과축은 직교하며 이중 한 투과축은 게이트선(121) 에 대하여 나란한 것이 바람직하다. 반사형 액정 표시 장치의 경우에는 두 개의 편광자(12, 22) 중 하나가 생략될 수 있다.
편광자(12, 22)와 표시판(100, 200)의 사이에는 보상 필름이 부착될 수 있으며, 보상 필름으로는 C 플레이트 보상 필름 또는 이축성 보상 필름 등이 사용된다.
액정층(3)은 유전율 이방성이 양인 네마틱 액정을 포함하며, 초기 스플레이 배향되어 있다가 벤드 전압에 의하여 도 4와 같이 구부러짐(bend) 배향으로 전환되고 이 상태에서 표시를 위한 구동이 이루어 진다. 일반적으로 OCB 액정 표시 장치는 노멀리 화이트, 즉, 전압을 인가하지 않은 상태에서 화이트를 표시한다.
다시 도 1을 참고하면, 계조 전압 생성부(800)는 화소(PX)의 투과율과 관련된 전체 계조 전압 또는 한정된 수효의 계조 전압(앞으로 "기준 계조 전압"이라 한다)을 생성한다. (기준) 계조 전압은 공통 전압(Vcom)에 대하여 양의 값을 가지는 것과 음의 값을 가지는 것을 포함할 수 있다.
게이트 구동부(400)는 액정 표시판 조립체(300)의 게이트선(G1-Gn)과 연결되어 게이트 온 전압(Von)과 게이트 오프 전압(Voff)의 조합으로 이루어진 게이트 신호를 게이트선(G1-Gn)에 인가한다.
데이터 구동부(500)는 액정 표시판 조립체(300)의 데이터선(D1-Dm)과 연결되어 있으며, 계조 전압 생성부(800)로부터의 계조 전압을 선택하고 이를 데이터 전압으로서 데이터선(D1-Dm)에 인가한다. 그러나 계조 전압 생성부(800)가 계조 전압을 모두 제공하는 것이 아니라 한정된 수효의 기준 계조 전압만을 제공하는 경우 에, 데이터 구동부(500)는 기준 계조 전압을 분압하여 원하는 데이터 전압을 생성한다.
전하 공급부(700)는 하부 표시판(100)의 가장자리 영역에 위치하는 복수의 전하 공급 회로(710)를 포함한다. 이러한 전하 공급부(700)는 하부 표시판(100)의 접점(short point)(도시하지 않음)을 통하여 상부 표시판(200)의 공통 전극(270)으로 공통 전압 또는 벤드 전압을 인가한다.
각각의 전하 공급 회로(710)에 대해서는 뒤에 상세하게 설명한다.
신호 제어부(600)는 게이트 구동부(400), 데이터 구동부(500) 및 전하 공급부(700) 등을 제어한다.
이러한 구동 장치(400, 500, 600, 700, 800) 각각은 적어도 하나의 집적 회로 칩의 형태로 액정 표시판 조립체(300) 위에 직접 장착되거나, 가요성 인쇄 회로막(flexible printed circuit film)(도시하지 않음) 위에 장착되어 TCP(tape carrier package)의 형태로 액정 표시판 조립체(300)에 부착되거나, 별도의 인쇄 회로 기판(printed circuit board)(도시하지 않음) 위에 장착될 수도 있다. 이와는 달리, 이들 구동 장치(400, 500, 600, 700, 800)가 신호선(G1-Gn, D1-Dm) 및 박막 트랜지스터 스위칭 소자(Q) 따위와 함께 액정 표시판 조립체(300)에 집적될 수도 있다. 또한, 구동 장치(400, 500, 600, 700, 800)는 단일 칩으로 집적될 수 있으며, 이 경우 이들 중 적어도 하나 또는 이들을 이루는 적어도 하나의 회로 소자가 단일 칩 바깥에 있을 수 있다.
이하에서는 도 5 내지 도 8을 참조하여 전하 공급부(700)를 이용한 액정층(3)의 배향 전이를 살펴본다.
도 5는 벤드 전압을 인가하기 전의 액정의 배향 상태를 도시한 도면이며, 도 6은 벤드 전압을 인가한 후의 액정의 배향 상태를 도시한 도면이다.
도 5를 참조하면, 벤드 전압을 인가하지 않은 상태에서, 두 배향막(11, 21) 부근의 액정 분자(31)는 러빙 방향을 향하여 한쪽 끝이 일어선 형태의 선경사각(??)을 가지고 수평 배향되어 있다. 따라서 액정 분자(31)의 배열은 기판(110, 210) 면과 평행하며 두 배향막(11, 21)의 표면으로부터 대략 같은 거리에 있는 면(앞으로 "중심면"이라 함)을 중심으로 대칭을 이루게 된다. 이러한 배향을 스플레이(splay) 배향이라고 한다.
이와 같은 상태에서 액정층(3)에 전기장이 인가되면 액정 분자(31)가 스플레이 배향에서 다른 배향으로 바뀌게 된다.
두 표시판(100, 200)의 전극(도시하지 않음)에 전압을 인가하기 시작하여 두 표시판(100, 200)의 면에 수직인 전기장이 액정층(3)에 생기면, 배향막(11, 21) 부근의 액정 분자(31)들이 전기장에 반응하여 일어선다. 그런데 두 배향막(11, 21) 표면에서 일어서는 방향이 동일하므로 액정층(3)의 중간 부분에서는 액정 분자(31)들이 일어서는 방향이 충돌을 일으켜 큰 스트레스가 생기며 이에 따라 에너지적으로 안정한 비틀림(twist) 배향으로 전이된다. 이를 전이 스플레이(transient splay) 배향이라 한다.
이 상태에서, 전기장을 더 세게 하면 도 6에서와 같이, 액정은 구부러 짐(bend) 배향을 하게 된다. 이와 같은 배향 전이는 액정 표시판 조립체(300) 전체의 액정 축전기(Clc)에서 균일하게 발생하여야 한다.
도 7은 본 발명의 한 실시예에 따른 전하 공급 회로를 도시한 회로도이고, 도 8은 본 발명의 한 실시예에 따른 액정 표시 장치의 동작을 나타내는 신호 파형도이다.
도 7을 참조하면, 각각의 전하 공급 회로(710)는 축전기(C) 및 복수의 스위칭 소자(S1, S2, S3)를 포함한다.
스위칭 소자(S1)는 삼단자 소자로서, 제1 제어 신호(G1)와 연결되어 있는 제어 단자, 공통 전압(Vcom)과 연결되어 있는 입력 단자 및 출력단(OUT)과 연결되어 있는 출력 단자를 포함한다.
스위칭 소자(S2)는 또한 삼단자 소자로서, 제2 제어 신호(G2)와 연결되어 있는 제어 단자, 벤드 전압(Vbend)과 연결되어 있는 입력 단자 및 절점(n1)과 연결되어 있는 출력 단자를 포함한다.
스위칭 소자(S3)는 또한 삼단자 소자로서, 제3 제어 신호(G3)와 연결되어 있는 제어 단자, 절점(n1)과 연결되어 있는 입력 단자 및 출력단(OUT)과 연결되어 있는 출력 단자를 포함한다.
축전기(C)는 공통 전압(Vcom)과 절점(n1) 사이에 연결되어 있다.
복수의 전하 공급 회로(710)의 출력단(OUT)은 하부 표시판(100)의 접점(short point)을 통하여 상부 표시판(200)의 공통 전극(270)과 연결되어 있다.
그러면 도 7을 참조하여 이러한 액정 표시 장치의 동작에 대하여 상세하게 설명한다.
외부로부터 전원 입력 신호(도시하지 않음)가 인식되면, 신호 제어부(600)는 배향 제어 신호(CONT3)를 전하 공급부(700)로 출력한다.
이러한 배향 제어 신호(CONT3)는 제1 내지 제3 제어 신호(G1, G2, G3)를 포함한다.
먼저, 하이 레벨의 제2 제어 신호(G2)가 인가되면, 각 전하 공급 회로(710)의 스위칭 소자(S2)가 턴 온되어 절점(n1)으로 벤드 전압(Vbend)을 전달한다. 벤드 전압(Vbend)은 직류 전압으로서 공통 전압(Vcom)보다 높은 레벨을 가진다.
축전기(C)는 공통 전압(Vcom)과 벤드 전압(Vbend)의 차 전압에 상응하는 전하를 충전한다.
다음으로, 하이 레벨의 제3 제어 신호(G3)가 인가되고, 제2 제어 신호(G2)가 로우 레벨로 천이하면, 스위칭 소자(S2)가 턴 오프되고 스위칭 소자(S3)가 턴 온된다.
이에 따라 축전기(C)와 액정 축전기(Clc) 사이에 전류가 흘러 축전기(C)에 충전되어 있던 전하가 출력단(OUT)을 통하여 공통 전극(270)으로 전달되어 액정 축전기(Clc)에 충전된다.
이와 같은 스위칭 소자들(S2, S3)의 동작이 복수 회에 걸쳐 반복되면 액정 축전기(Clc)에는 많은 전하가 충전되어 공통 전극(270) 전체가 균일하게 벤드 전압(Vbend)과 같은 레벨의 전압을 가진다. 따라서 액정층(3)은 벤드 전압(Vbend)에 상응하는 전기장에 따라 구부러짐 배향으로 전이한다.
이때, 공통 전극(270)의 전압(Vcomreal)이 벤드 전압(Vbend)과 가까워짐에 따라 양 축전기(C, Clc)의 전류 피크(current peak)는 점차 낮아지며, 이에 따라 축전기(C)에서 액정 축전기(Clc)에 전달되는 전하량이 줄어든다. 따라서 스위칭 소자(S2, S3)의 온/오프가 반복됨에 따라 벤드 전압(Vbend)의 레벨을 상승시킴으로써 양 축전기(C, Clc) 사이의 이동 전하량을 늘릴 수 있으며, 단시간 동안 액정 축전기(Clc)를 균일하게 충전시킬 수 있다.
한편, 스위칭 소자(S2, S3)가 턴 온/오프를 반복하는 동안 스위칭 소자(S1)는 턴 오프 상태를 유지한다.
액정층(3)이 배향 전이를 마치면, 제1 및 제2 제어 신호(G1, G2)가 로우 레벨로 천이하고, 제3 제어 신호(G3)가 하이 레벨로 천이한다.
따라서 스위칭 소자(S2, S3)가 턴 오프되고, 스위칭 소자(S1)가 턴 온되어 출력단(OUT)을 통하여 공통 전극(270)으로 공통 전압(Vcom)이 인가된다.
공통 전극(270)에 공통 전압(Vcom)이 인가된 상태에서, 신호 제어부(600)는 외부의 그래픽 제어기(도시하지 않음)로부터 입력 영상 신호(R, G, B) 및 이의 표시를 제어하는 입력 제어 신호를 수신한다. 입력 영상 신호(R, G, B)는 각 화소(PX)의 휘도(luminance) 정보를 담고 있으며 휘도는 정해진 수효, 예를 들면 1024(=210), 256(=28) 또는 64(=26) 개의 계조(gray)를 가지고 있다. 입력 제어 신호의 예로는 수직 동기 신호(Vsync)와 수평 동기 신호(Hsync), 메인 클록(MCLK), 데이터 인에이블 신호(DE) 등이 있다.
신호 제어부(600)는 입력 영상 신호(R, G, B)와 입력 제어 신호를 기초로 입력 영상 신호(R, G, B)를 액정 표시판 조립체(300)의 동작 조건에 맞게 적절히 처리하고 게이트 제어 신호(CONT1) 및 데이터 제어 신호(CONT2) 등을 생성한 후, 게이트 제어 신호(CONT1)를 게이트 구동부(400)로 내보내고 데이터 제어 신호(CONT2)와 처리한 영상 신호(DAT)를 데이터 구동부(500)로 내보낸다.
게이트 제어 신호(CONT1)는 주사 시작을 지시하는 주사 시작 신호(STV)와 게이트 온 전압(Von)의 출력 주기를 제어하는 적어도 하나의 클록 신호를 포함한다. 게이트 제어 신호(CONT1)는 또한 게이트 온 전압(Von)의 지속 시간을 한정하는 출력 인에이블 신호(OE)를 더 포함할 수 있다.
데이터 제어 신호(CONT2)는 한 행의 화소(PX)에 대한 디지털 영상 신호(DAT)의 전송 시작을 알리는 수평 동기 시작 신호(STH)와 데이터선(D1-Dm)에 아날로그 데이터 전압을 인가하라는 로드 신호(LOAD) 및 데이터 클록 신호(HCLK)를 포함한다. 데이터 제어 신호(CONT2)는 또한 공통 전압(Vcom)에 대한 아날로그 데이터 전압의 전압 극성(이하 "공통 전압에 대한 데이터 전압의 극성"을 줄여 "데이터 전압의 극성"이라 함)을 반전시키는 반전 신호(RVS)를 더 포함할 수 있다.
신호 제어부(600)로부터의 데이터 제어 신호(CONT2)에 따라, 데이터 구동부(500)는 한 행의 화소(PX)에 대한 디지털 영상 신호(DAT)를 수신하고, 각 디지털 영상 신호(DAT)에 대응하는 계조 전압을 선택함으로써 디지털 영상 신호(DAT)를 아날로그 데이터 전압으로 변환한 다음, 이를 해당 데이터선(D1-Dm)에 인가한다.
게이트 구동부(400)는 신호 제어부(600)로부터의 게이트 제어 신호(CONT1)에 따라 게이트 온 전압(Von)을 게이트선(G1-Gn)에 인가하여 이 게이트선(G1-Gn)에 연결된 스위칭 소자(Q)를 턴 온시킨다. 그러면, 데이터선(D1-Dm)에 인가된 데이터 전압이 턴 온된 스위칭 소자(Q)를 통하여 해당 화소(PX)에 인가된다.
화소(PX)에 인가된 데이터 전압과 공통 전압(Vcom)의 차이는 액정 축전기(Clc)의 충전 전압, 즉 화소 전압으로서 나타난다. 액정 분자들은 화소 전압의 크기에 따라 그 배열을 달리하며 이에 따라 액정층(3)을 통과하는 빛의 편광이 변화한다. 이러한 편광의 변화는 표시판 조립체(300)에 부착된 편광자에 의하여 빛의 투과율 변화로 나타나며, 이를 통해 화소(PX)는 영상 신호(DAT)의 계조가 나타내는 휘도를 표시한다.
1 수평 주기["1H"라고도 쓰며, 수평 동기 신호(Hsync) 및 데이터 인에이블 신호(DE)의 한 주기와 동일함]를 단위로 하여 이러한 과정을 되풀이함으로써, 모든 게이트선(G1-Gn)에 대하여 차례로 게이트 온 전압(Von)을 인가하고 모든 화소(PX)에 데이터 전압을 인가하여 한 프레임(frame)의 영상을 표시한다.
한 프레임이 끝나면 다음 프레임이 시작되고 각 화소(PX)에 인가되는 데이터 전압의 극성이 이전 프레임에서의 극성과 반대가 되도록 데이터 구동부(500)에 인가되는 반전 신호(RVS)의 상태가 제어된다("프레임 반전"). 이때, 한 프레임 내에서도 반전 신호(RVS)의 특성에 따라 한 데이터선을 통하여 흐르는 데이터 전압의 극성이 바뀌거나(보기: 행 반전, 점 반전), 한 화소행에 인가되는 데이터 전압의 극성도 서로 다를 수 있다(보기: 열 반전, 점 반전).
이상에서 살펴본 바와 같이, OCB 액정 표시 장치에서 액정 축전기에 벤드 전압에 상응하는 전하를 반복적으로 공급하여 공통 전극 전체에 균일하게 벤드 전압을 인가함으로써 단시간에 액정층을 구부러짐 배향으로 전이시킬 수 있다.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.

Claims (13)

  1. 제1 기판,
    상기 제1 기판 위에 형성되어 있는 제1 전극,
    상기 제1 기판과 마주보고 있는 제2 기판,
    상기 제2 기판 위에 형성되어 있으며 상기 제1 전극과 마주보는 제2 전극,
    상기 제1 및 제2 전극 사이에 주입되어 있는 액정층,
    상기 제1 전극으로 복수 회에 걸쳐 전하를 공급함으로써 상기 액정층의 액정 배향을 전이시키는 벤드 전압을 인가하는 복수의 전하 공급부
    를 포함하고,
    상기 전하 공급부는
    공통 전압원과 기준 절점 사이에 연결되어 있는 축전기,
    벤드 전압원과 상기 기준 절점 사이에 연결되어 있는 제1 스위칭 소자, 그리고
    상기 기준 절점과 상기 제1 전극 사이에 연결되어 있는 제2 스위칭 소자
    를 포함하는 액정 표시 장치.
  2. 제1항에서,
    상기 액정의 배향 전이에 의하여 상기 액정의 배향은 스플레이 배향에서 벤드 배향으로 변환하는 액정 표시 장치.
  3. 제2항에서,
    상기 전하 공급부는 상기 액정 표시 장치가 영상을 표시하기 전에 상기 벤드 전압을 상기 제1 전극에 인가하는 액정 표시 장치.
  4. 제3항에서,
    상기 전하 공급부는 상기 액정 표시 장치가 영상을 표시하는 동안 상기 제1 전극에 공통 전압을 인가하는 액정 표시 장치.
  5. 삭제
  6. 제1항에서,
    상기 제1 및 제2 스위칭 소자는 교대로 턴 온되는 액정 표시 장치.
  7. 제6항에서,
    상기 벤드 전압은 상기 공통 전압보다 높은 전압인 액정 표시 장치.
  8. 제7항에서,
    상기 전하 공급부는 상기 공통 전압과 상기 제1 전극 사이에 연결되어 있는 제3 스위칭 소자를 더 포함하며,
    상기 제3 스위칭 소자는 상기 제1 전극이 상기 벤드 전압으로 충전된 후 턴 온되는 액정 표시 장치.
  9. 제8항에서,
    상기 벤드 전압은 시간에 따라 전압 레벨이 상승하는 액정 표시 장치.
  10. 제1 기판, 상기 제1 기판 위에 형성되어 있는 제1 전극, 상기 제1 기판과 마주보고 있는 제2 기판, 상기 제2 기판 위에 형성되어 있으며 상기 제1 전극과 마주보는 제2 전극, 그리고 상기 제1 및 제2 전극 사이에 주입되어 있는 액정층을 포함하는 액정 표시 장치의 구동 방법에서,
    상기 제1 전극으로 복수 회에 걸쳐 전하를 공급함으로써 상기 액정층의 액정 배향을 전이시키는 벤드 전압을 인가하는 단계,
    상기 제1 전극으로 공통 전압을 인가하는 단계, 그리고
    상기 제2 전극으로 데이터 전압을 인가하여 영상을 표시하는 단계
    를 포함하고,
    상기 액정 표시 장치는 공통 전압원과 기준 절점 사이에 연결되어 있는 축전기,
    벤드 전압원과 상기 기준 절점 사이에 연결되어 있는 제1 스위칭 소자, 그리고
    상기 기준 절점과 상기 제1 전극 사이에 연결되어 있는 제2 스위칭 소자를 포함하며,
    상기 전하 공급 단계는
    상기 제1 스위칭 소자가 턴 온되어 축전기에 상기 벤드 전압을 공급하여 전하를 충전하는 단계, 그리고
    상기 제2 스위칭 소자가 턴 온되어 충전된 전하를 상기 제1 전극으로 공급하는 단계
    를 포함하는 액정 표시 장치의 구동 방법.
  11. 삭제
  12. 제10항에서,
    상기 벤드 전압은 상기 공통 전압보다 높은 전압 레벨을 가지는 액정 표시 장치의 구동 방법.
  13. 제12항에서,
    상기 벤드 전압은 시간에 따라 전압 레벨이 상승하는 액정 표시 장치의 구동 방법.
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