KR102210677B1 - 표시장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 표시장치에 관한 것으로, 이웃하는 동일 컬러의 서브 픽셀들은 동일 컬러의 컬러 필터를 공유한다. 블랙 매트릭스는 이웃하는 동일 컬러의 서브 픽셀들 간의 경계에 형성되지 않거나 최소 폭으로 형성된다.

Description

표시장치{DISPLAY DEVICE}
본 발명은 픽셀들 각각이 적색(Red : R) 서브 픽셀, 녹색(Green : G) 서브 픽셀, 청색(Blue : B) 서브 픽셀, 및 백색(White : W) 서브 픽셀로 나뉘어지는 표시장치에 관한 것이다.
액정표시장치(Liquid Crystal Display Device: LCD), 유기 발광 다이오드 표시장치(Organic Light Emitting Diode Display : OLED Display), 플라즈마 디스플레이 패널(Plasma Display Panel : PDP), 전기영동 표시장치(Electrophoretic Display Device: EPD) 등 각종 평판 표시장치가 개발되고 있다. 액정표시장치는 액정 분자에 인가되는 전계를 데이터 전압에 따라 제어하여 화상을 표시한다. 액티브 매트릭스(Active Matrix) 구동방식의 액정표시장치에는 픽셀 마다 박막트랜지스터(Thin Film Transistor : 이하 "TFT"라 함)가 형성되어 있다.
액정표시장치는 액정표시패널, 액정표시패널에 빛을 조사하는 백라이트 유닛, 액정표시패널의 데이터 라인들에 데이터전압을 공급하기 위한 소스 드라이브 집적회로(Integrated Circuit, 이하 "IC"라 함), 액정표시패널의 게이트 라인들(또는 스캔라인들)에 게이트 펄스(또는 스캔 펄스)를 공급하기 위한 게이트 드라이브 IC, 및 상기 IC들을 제어하는 제어회로, 백라이트 유닛의 광원을 구동하기 위한 광원 구동회로 등을 구비한다.
픽셀들 각각에 R(Red) 서브 픽셀, G(Green) 서브 픽셀, B(Blue) 서브 픽셀 이외에 W(White) 서브 픽셀을 추가한 액정표시장치가 개발되고 있다. 이하에서, 픽셀들이 RGBW 서브 픽셀들로 나뉘어진 표시장치를 "RGBW 타입 표시장치"라 한다. W 서브 픽셀은 픽셀들 각각의 휘도를 높임으로써 백라이트 유닛의 휘도를 낮추어 액정표시장치의 소비전력을 낮출 수 있다.
표시장치에는 블랙 매트릭스Black matrix)가 형성된다. 블랙 매트릭스는 픽셀들 간의 경계에서 배선들과 TFT를 가린다. 이러한 표시장치는 매 서브 픽셀마다 TFT가 형성되어 픽셀들의 개구율과 투과율을 높이는데 한계가 있다.
본 발명은 픽셀들의 개구율과 투과율을 향상시킬 수 있는 표시장치를 제공한다.
본 발명의 표시장치는 R 서브 픽셀, G 서브 픽셀, B 서브 픽셀, W 서브 픽셀, 서브 픽셀들에 연결된 TFT들, 및 서브 픽셀들 간의 경계에 블랙 매트릭스(BM)가 형성된 표시장치에 있어서, W 서브 픽셀에 다른 컬러의 서브 픽셀들과 연결되는 TFT들이 배치된다.
이웃하는 동일 컬러의 서브 픽셀들은 동일 컬러의 컬러 필터를 공유한다. 블랙 매트릭스(BM)는 이웃하는 동일 컬러의 서브 픽셀들 간의 경계에 형성되지 않거나 최소 폭으로 형성된다.
본 발명의 표시장치는 W 서브 픽셀들 제외한 RGB 서브 픽셀들 중에서 적어도 R 서브 픽셀들과 G 서브 픽셀들에서 TFT 개수를 줄여 그 서브 픽셀들의 개구율과 투과율을 향상시키고 색 표현력을 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 표시장치를 보여 주는 블록도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 픽셀 어레이를 보여 주는 도면들이다.
도 3은 도 2에서 하나의 픽셀을 상세히 보여 주는 평면도이다.
도 4는 이웃하는 동일 컬러의 서브 픽셀들에서 공유되는 컬러 필터를 보여 주는 평면도이다.
도 5 및 도 6은 본 발명의 실시예에 따른 블랙 매트릭스를 보여 주는 도면들이다.
도 7은 도 3에서 이웃하는 동일 컬러의 서브 픽셀들 간의 경계를 확대하여 보여 주는 평면도이다.
도 8은 도 7에서 선 A-B-B'-B"-A'을 따라 절취한 단면도이다.
본 발명의 표시장치는 액정표시장치(LCD), 유기 발광 다이오드 표시장치(OLED Display), 플라즈마 디스플레이 패널(Plasma Display Panel: PDP) 등 컬러 구현이 가능한 평판 표시장치로 구현될 수 있다. 이하에서, 액정표시장치를 중심으로 본 발명의 실시예들을 설명하나 액정표시장치에 한정되지 않는다는 것에 주의하여야 한다. 예를 들어, 본 발명의 서브 픽셀 배치는 유기 발광 다이오드 표시장치에도 적용 가능하다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예들을 상세히 설명한다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호들은 실질적으로 동일한 구성요소들을 의미한다. 이하의 설명에서, 본 발명과 관련된 공지 기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우, 그 상세한 설명을 생략한다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 표시장치는 픽셀 어레이가 형성된 표시패널(100)과, 표시패널(100)에 입력 영상의 데이터를 기입하기 위한 표시패널 구동회로를 구비한다. 표시패널(100)의 아래에는 표시패널(100)에 빛을 균일하게 조사하기 위한 백라이트 유닛이 배치될 수 있다.
표시패널(100)은 액정층을 사이에 두고 대향하는 상부 기판과 하부 기판을 포함한다. 표시패널(100)의 픽셀 어레이는 데이터 라인들(S1~Sm)과 게이트 라인들(G1~Gn)의 교차 구조에 의해 매트릭스 형태로 배열되는 픽셀들을 포함한다. 픽셀들 각각은 R 서브 픽셀, G 서브 픽셀, B 서브 픽셀, 및 W 서브 픽셀을 포함한다. 본 발명은 픽셀들의 개구율과 투과율을 높이기 위하여, R 서브 픽셀, G 서브 픽셀 및 B 서브 픽셀에 TFT를 배치하지 않고 이 서브 픽셀들에 연결된 TFT들을 W 서브 픽셀에 배치한다. W 서브 픽셀들 각각에는 도 2와 같이 2 개 또는 4 개의 TFT들을 포함한다. W 서브 픽셀들은 TFT들로 인하여 이웃한 다른 컬러의 서브 픽셀들에 비하여 개구율이 작다. 본 발명은 RGB 서브 픽셀들의 개구율과 투과율을 W 서브 픽셀 보다 높임으로써 픽셀들의 명도를 낮추고 채도를 높임으로써 픽셀들의 색 표현력을 향상시킬 수 있다.
표시패널(100)의 하부 기판에는 데이터 라인들(S1~Sm), 게이트 라인들(G1~Gn), TFT, TFT에 접속된 픽셀 전극(1), 및 픽셀 전극(1)에 접속된 스토리지 커패시터(Storage Capacitor, Cst) 등을 포함한다. TFT는 게이트 라인으로부터의 게이트 펄스에 응답하여 데이터 라인을 통해 인가되는 데이터 전압을 픽셀 전극(1)에 공급하는 스위치 소자이다. 서브 픽셀들 각각은 TFT를 통해 데이터전압을 충전하는 픽셀 전극(1)과 공통전압(Vcom)이 인가되는 공통 전극(2)의 전압차에 의해 구동되는 액정 분자들을 이용하여 빛의 투과양을 조정한다.
표시패널(100)의 하부 기판에 형성된 TFT들은 비정질 실리콘(amorphose Si, a-Si) TFT, LTPS(Low Temperature Poly Silicon) TFT, 산화물 TFT(Oxide TFT) 등으로 구현될 수 있다. TFT들은 서브 픽셀들의 화소 전극에 1:1로 연결된다.
표시패널(100)의 상부 기판 상에는 블랙 매트릭스(Black matrix, BM)와 컬러 필터(Color filter, CF)를 포함한 컬러 필터 어레이가 형성된다. 공통 전극(2)은 TN(Twisted Nematic) 모드와 VA(Vertical Alignment) 모드와 같은 수직 전계 구동방식의 경우에 상부 기판 상에 형성되며, IPS(In-Plane Switching) 모드와 FFS(Fringe Field Switching) 모드와 같은 수평 전계 구동방식의 경우에 픽셀 전극과 함께 하부 기판 상에 형성될 수 있다. 표시패널(100)의 상부 기판과 하부 기판 각각에는 편광판이 부착되고 액정의 프리틸트각(pre-tilt angle)을 설정하기 위한 배향막이 형성된다.
픽셀들 각각에서 적어도 하나의 서브 픽셀은 도 2의 점선 박스와 같이 다른 픽셀에 포함된 동일 컬러의 서브 픽셀과 이웃한다. 이하, 이러한 서브 픽셀들을 "이웃하는 동일 컬러의 서브 픽셀들"이라 한다. 이를 위하여, 본 발명은 도 2와 같이 이웃한 픽셀들에서 동일 컬러의 서브 픽셀들이 이웃하도록 픽셀들의 컬러 배치를 변경한다. 이웃하는 동일 컬러의 서브 픽셀들 간의 경계에서 블랙 매트릭스(BM)는 도 5와 같이 최소 폭으로 형성될 수 있다. 블랙 매트릭스(BM)는 이웃하는 동일 컬러의 서브 픽셀들 간의 경계를 제외하고 서로 다른 컬러의 서브 픽셀들 간의 경계에 형성될 수도 있다. 따라서, 본 발명의 표시장치는 동일 컬러의 컬러 필터를 공유하는 이웃한 서브 픽셀들에서 개구율과 투과율을 높일 수 있다.
본 발명의 표시장치는 투과형 액정표시장치, 반투과형 액정표시장치, 반사형 액정표시장치 등 어떠한 형태로도 구현될 수 있다. 투과형 액정표장치와 반투과형 액정표시장치에서는 백라이트 유닛이 필요하다. 백라이트 유닛은 직하형(direct type) 백라이트 유닛 또는, 에지형(edge type) 백라이트 유닛으로 구현될 수 있다.
표시패널 구동회로는 픽셀들에 입력 영상의 데이터를 기입한다. 픽셀들에 기입되는 데이터는 R 데이터, G 데이터, B 데이터 및 W 데이터를 포함한다. 표시패널 구동회로는 데이터 구동부(102), 게이트 구동부(104), 및 타이밍 콘트롤러(106)를 포함한다.
데이터 구동부(102)는 다수의 소스 드라이브 IC를 포함한다. 소스 드라이브 IC들의 데이터 출력 채널들은 픽셀 어레이의 데이터 라인들(S1~Sm)에 연결된다. 소스 드라이브 IC들은 타이밍 콘트롤러(106)로부터 입력 영상의 데이터를 입력 받는다. 소스 드라이브 IC들로 전송되는 디지털 비디오 데이터는 R 데이터, G 데이터, B 데이터, 및 W 데이터를 포함한다. 소스 드라이브 IC들은 타이밍 콘트롤러(106)의 제어 하에 입력 영상의 RGBW 디지털 비디오 데이터를 정극성/부극성 감마보상전압으로 변환하여 정극성/부극성 데이터전압을 출력한다. 소스 드라이브 IC들의 출력 전압은 데이터 라인들(S1~Sm)에 공급된다.
게이트 구동부(104)는 타이밍 콘트롤러(106)의 제어 하에 게이트 라인들(G1~Gn)에 게이트 펄스를 순차적으로 공급한다. 게이트 구동부(104)로부터 출력된 게이트 펄스는 데이터 전압에 동기된다. 게이트 구동부(104)는 IC 비용을 줄이기 위하여, 같은 제조 공정에서 픽셀 어레이와 함께 표시패널(100)의 하부 기판 상에 직접 형성될 수 있다.
타이밍 콘트롤러(106)는 화이트 게인 산출 알고리즘을 이용하여 호스트 시스템(110)으로부터 수신된 입력 영상의 RGB 데이터를 RGBW 데이터로 변환하여 데이터 구동부(102)로 전송한다. 타이밍 콘트롤러(106)는 입력 영상의 데이터와 동기되는 타이밍 신호들을 수신한다. 타이밍 신호들은 수직 동기신호(Vsync), 수평 동기신호(Hsync), 데이터 인에이블 신호(DE), 메인 클럭(CLK) 등을 포함한다. 타이밍 콘트롤러(106)는 타이밍 신호들(Vsync, Hsync, DE, DCLK)을 바탕으로 데이터 구동부(102)와 게이트 구동부(104)의 동작 타이밍을 제어한다. 화이트 게인 산출 알고리즘은 본원 출원인에 의해 기출원된 대한민국 공개 특허 10-2006-0117025, 10-2006-0133194, 10-2007-0011830, 10-2007-0080140 등에서 제안된 화이트 게인 산출 알고리즘들로 적용될 수 있다.
호스트 시스템(110)은 TV(Television) 시스템, 셋톱박스, 네비게이션 시스템, DVD 플레이어, 블루레이 플레이어, 개인용 컴퓨터(PC), 홈 시어터 시스템, 폰 시스템(Phone system) 중 어느 하나일 수 있다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 픽셀 어레이를 보여 주는 도면들이다. 도 3은 도 2에서 하나의 픽셀을 상세히 보여 주는 평면도이다. 도 3에 도시된 픽셀은 FFS 모드의 픽셀 구조를 예시한 것이다. 픽셀은 FFS 모드 뿐 아니라 공지된 어떠한 구조의 픽셀로도 구현될 수 있다. 도 2 및 도 3에서 도면 부호 "S1~S5"와 "DL"은 데이터 라인이고, "Gi~Gi+3"과 "GL"은 게이트 라인이다. "P1~P4"는 픽셀 전극이다. "Pixel1" 및 "Pixel2"는 동일 컬러의 컬러 필터를 공유하는 이웃한 픽셀들이다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 픽셀들은 R 서브 픽셀, G 서브 픽셀, B 서브 픽셀, 및 W 서브 픽셀을 포함한다. 서브 픽셀들 각각에는 TFT(T1~T6)가 연결된다.
R 서브 픽셀, G 서브 픽셀, B 서브 픽셀 및 W 서브 픽셀에 연결된 TFT들은 W 서브 픽셀에 배치된다. 예를 들어, 제1 TFT(T1)는 W 서브 픽셀에 배치되어 R 서브 픽셀의 픽셀 전극(P1)에 연결된다. 제2 TFT(T2)는 W 서브 픽셀에 배치되어 G 서브 픽셀의 픽셀 전극(P2)에 연결된다. 제3 TFT(T3)는 W 서브 픽셀에 배치되어 B 서브 픽셀의 픽셀 전극(P3)에 연결된다. 제4 TFT(T4)는 W 서브 픽셀에 배치되어 W 서브 픽셀의 픽셀 전극(P4)에 연결된다. 도 2 및 도 4와 같이 이웃하는 동일 컬러의 서브 픽셀들에서 동일 컬러 필터가 공유된다.
도 5 및 도 6은 본 발명의 실시예에 따른 블랙 매트릭스를 보여 주는 도면들이다.
도 5를 참조하면, 이웃하는 동일 컬러의 서브 픽셀들 간의 경계에서 블랙 매트릭스(BM)는 최소 폭(W1)으로 형성될 수 있다. W 서브 픽셀과 이웃하지 않고 다른 컬러의 서브 픽셀과 이웃하는 서브 픽셀에 형성된 블랙 매트릭스의 폭(W2)은 비교적 작고, W 서브 픽셀에 형성된 블랙 매트릭스(B)의 폭(W3)은 TFT들을 가려야 하므로 가장 넓다. 블랙 매트릭스(BM)의 폭은 W1 < W2 < W3 이다.
도 6을 참조하면, 이웃하는 동일 컬러의 서브 픽셀들 간의 경계에는 블랙 매트릭스(BM)가 형성되지 않는다. W 서브 픽셀과 이웃하지 않고 다른 컬러의 서브 픽셀과 이웃하는 서브 픽셀에 형성된 블랙 매트릭스의 폭(W2)은 비교적 작고, W 서브 픽셀에 형성된 블랙 매트릭스(B)의 폭(W3)은 TFT들을 가려야 하므로 가장 넓다. 블랙 매트릭스(BM)의 폭은 < W2 < W3 이다. 도 7 및 도 8은 이웃하는 동일 컬러의 서브 픽셀들 간의 경계 A-B에서 블랙 매트릭스(BM)가 없는 예를 보여 준다.
도 8을 참조하면, 하부 기판(SUBS1) 상에 광차단 패턴(Light shield pattern, LS)이 형성되고, 그 위에 버퍼 절연막(BUF), 반도체 패턴(ACT) 및 게이트 절연막(GI)이 형성된다. 게이트 절연막(GI) 위에 게이트 금속 패턴(GM)이 형성된다. 층간 절연막(INT)은 게이트 금속 패턴(GM)을 덮고, 소스-드레인 금속 패턴(SDM)이 층간 절연막(INT) 상에 형성된다 게이트 금속 패턴(GM)은 게이트 라인(GL)과 TFT의 게이트를 포함한다. 소스-드레인 금속 패턴(SDM)은 데이터 라인(DL)과, TFT의 소스 및 드레인을 포함한다. 제1 보호막(PAS1)은 소스-드레인 금속 패턴(SDM)을 덮는다. 제1 보호막(PAS1) 위에 픽셀 전극(PXL), 제2 보호막(PAS2), 공통 전극(COM), 및 제3 보호막(PAS3)이 형성된다. 상부 기판(SUBS1)에는 컬러 필터(CF), 블랙 매트릭스(BM), 및 평탄화막(OC)이 형성된다.
이상 설명한 내용을 통해 당업자라면 본 발명의 기술사상을 일탈하지 아니하는 범위에서 다양한 변경 및 수정이 가능함을 알 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 기술적 범위는 명세서의 상세한 설명에 기재된 내용으로 한정되는 것이 아니라 특허 청구의 범위에 의해 정하여져야만 할 것이다.
100 : 표시패널 102 : 데이터 구동부
104 : 게이트 구동부 106 : 타이밍 콘트롤러
110 : 호스트 시스템

Claims (3)

  1. R 서브 픽셀, G 서브 픽셀, B 서브 픽셀, W 서브 픽셀, 상기 서브 픽셀들에 연결된 박막트랜지스터들, 및 상기 서브 픽셀들 간의 경계에 블랙 매트릭스가 형성된 표시장치에 있어서,
    상기 W 서브 픽셀에 다른 컬러의 서브 픽셀들과 연결되는 상기 박막트랜지스터들이 배치되고,
    이웃하는 동일 컬러의 서브 픽셀들은 동일 컬러의 컬러 필터를 공유하고,
    상기 블랙 매트릭스는 상기 동일 컬러의 서브 픽셀들간의 경계 위치에서 제1 폭을 갖고, 다른 컬러의 서브 픽셀들간의 경계 위치에서 제2 폭을 가지며, 상기 W 서브 픽셀과 다른 컬러의 경계 위치에서 제3 폭을 갖고,
    상기 제3 폭은 상기 제2 폭보다 크고, 상기 제2 폭은 상기 제1 폭보다 큰 표시장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 R 서브 픽셀, 상기 G 서브 픽셀, 및 상기 B 서브 픽셀들은 상기 박막트랜지스터를 포함하지 않고,
    상기 R 서브 픽셀, 상기 G 서브 픽셀, 및 상기 B 서브 픽셀들 각각의 개구율이 상기 W 서브 픽셀의 개구율 보다 큰 표시장치.

  3. 제1 항 또는 제2 항에 있어서,
    기판,
    상기 기판 상의 광차단 패턴,
    상기 광차단 패턴을 커버하도록 상기 기판 상에 형성되는 버퍼층,
    상기 광차단 패턴과 중첩되도록 상기 버퍼층 상에 형성되는 반도체층,
    상기 반도체층을 커버하는 게이트 절연막,
    상기 게이트 절연막 상에 형성되는 게이트 금속 패턴,
    상기 게이트 금속 패턴을 커버하도록 상기 게이트 절연막 상에 형성되는 층간 절연막,
    상기 층간 절연막 상에 형성되는 소스-드레인 금속 패턴,
    상기 소스-드레인 금속 패턴을 커버하도록 상기 층간 절연막 상에 형성되는 제1 보호막,
    상기 제1 보호막 상에 형성되는 픽셀 전극,
    상기 픽셀 전극을 노출시키도록 상기 제1 보호막 상에 형성되는 제2 보호막, 및
    상기 제2 보호막 상에 형성되는 공통전극을 포함하는 표시장치.
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