KR19990062890A - 액티브 매트릭스 액정 표시 장치 - Google Patents

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Abstract

액티브 매트릭스 LCD 장치는 화소 영역을 구획하고 TFT(16)를 갖는 화소 소자 및 공통 전극(15)의 일부와 관련하여 배치된 화소 전극(17)을 포함한다. 상기 공통 전극(15)은 블랙 매트릭스(19)로부터의 전계를 차폐하기 위하여 화소 영역을 둘러싸므로, 스트래이 전계가 화소 영역으로 유입되어 화질을 열화시키는 것을 방지한다.

Description

액티브 매트릭스 액정 표시 장치
본 발명은 액티브 매트릭스 액정 표시(LCD) 장치에 관한 것으로, 특히 액정이 기판과 거의 평행한 방향으로 전계에 의해 구동되는 액티브 매트릭스 LCD 장치에 관한 것이다.
LCD 장치는 구동 방법에 따라서 패시브 매트릭스 LCD 장치와 액티브 매트릭스 LCD 장치로 분류된다. 액티브 매트릭스 LCD 장치는 각 화소에 박막 트랜지스터(TFT) 또는 다이오드와 같은 능동 구동 소자를 구비하고 있어, 시분할 구조에서의 온-상태 동안 화소를 선택하며 커패시터를 신호 전압으로 충전한다. 커패시터는 화소에 대한 화상을 표시하기 위하여 구동 소자의 후속 오프-상태 동안에는 신호 전압을 보유한다. 시분할 매트릭스 구동 방식을 이용하여 신호 전압을 액정(LC)에 인가하는 패시브 매트릭스 LCD 장치와 비교해 보면, 액티브 매트릭스 LCD는 높은 콘트라스트와 큰 스크린을 특징으로 한다.
트위스티드-네마틱 모드(이하 TN 모드라 함)는 액티브 매트릭스 LCD 장치에 있어서 LC의 동작 모드로서 일반적으로 이용되어 왔으며, 여기서 LC 분자들의 장축의 배열 방향(이하 디렉터라 함)은 수직방향으로 디렉터를 회전시키기 위해 기판에 수직한 방향의 전계에 의해 투명 기판들 간에 약 90도 만큼 트위스트된다.
TN 모드 LCD 장치는 일반적으로 LCD 패널에 대한 시야각이 좁다는 결함, 즉 LCD 패널상의 화상이 특히 대형 스크린 LCD 패널의 경우에 광시야각 의존성을 갖는다는 문제점을 갖고 있다.
시야각 의존성의 문제를 해결하기 위해, 수평면내에서 디렉터를 회전시키기 위하여 기판에 평행한 방향으로 전계를 발생시키기 위한 면내(in-plane) 스위칭 모드(이하 IPS 모드라 함)가 개발되어 왔다. 제안된 IPS 모드 LCD에 있어서, 기판에 평행하게 작용하는 전계에 의한 LC 배향의 수평 배열은, 시점(視点)이 이동할 지라도 LC의 복굴절 특성이 거의 변하지 않으므로 TN 모드 LCD 장치에 비교해 광시야각을 성취할 수 있다는 장점을 제공한다.
도 1은 IPS 모드 액티브 매트릭스 LCD 장치의 제1 종래예의 평면도를 도시하고 있고, 도 2 및 3은 도 1의 선 II-II 및 III-III을 따라 취한 단면도를 도시하며, 도 4는 제1 종래예의 액티브 매트릭스 LCD 장치 내의 전극들 및 라인들의 전위에 대한 타이밍 차트를 도시하고 있다.
제1 종래예의 LCD 장치는 각각이 TFT(16) 및 화소 전극(17)을 포함하는 복수의 화소 전극, 화소의 각 로우에 배치된 복수의 주사선(13), 화소의 각 칼럼에 배치된 복수의 신호선(14), 및 투명 절연 기판(11, 이하 TFT 가판이라 함) 상에 형성되는 공통 전극(15)을 갖고 있다. 각각의 화소 전극(17) 및 공통 전극(15)은 서로 평행하게 연장되어 스트라이프 전극들(17 및 15)에 거의 수직하게 연장되는 주성분을 갖는 전계(100)를 발생시킨다.
도 3에 도시된 바와 같이, 액티브 매트릭스 LCD 장치는 LC 층(18)을 사이에 두고 TFT 기판(11)과 대향되게 배치된 투명 대향 기판(12)을 더 포함하고 있다. 대향 기판(12)은 블랙 매트릭스(19), 칼라 필터(20) 및 LC 배향층(21)을 갖고 있다.
도 1의 IPS 모드 LCD 장치에 있어서, 그 내부에 발생된 전계는 신호선(14)과 인접 전극들 간에 불필요한 성분을 포함하고 있으므로 불필요한 화상 성분을 커버하기 위한 광 차폐가 필요하다. 예시된 LCD 장치에 있어서, 대향 기판(12) 상에 형성된 블랙 매트릭스(19)는 신호선(14)과 인접 전극들(예로, 공통 전극 15) 간의 공간에 대한 차폐층으로서 작용한다. 대향 기판(12)에 관해서 TFT 기판(11)의 배열은 일반적으로 본딩후에 약 7 내지 10㎛의 얼라인먼트 오차를 갖는다. 광차폐를 공고히 하기 위해서는, 블랙 매트릭스(19)의 에지(edge)는 도 3에서 참조 번호 200으로 가리키고 있는 바와 같이 공통 전극(15)의 에지로 부터 소정 마진(margin)을 두고 배치되야만 하는데, 이로인해 블랙 매트릭스(19)의 영역이 커지고 LCD 장치 내의 화소 영역의 개구율(opening rate)이 낮아지게 된다. 특허 공보 JP-A-9-80415는 개구율이 낮아지는 문제점을 해결하고자 하는 것을 목적으로 하고 있다.
도 5는 제안된 LCD 장치 또는 제2 종래예의 LCD 장치의 평면도이고, 도 6은 도 5의 선 VI-VI를 따라 취한 단면도이고, 도 7은 제2 종래예의 LCD 장치에서의 타이밍 차트를 도시하고 있다.
도 5에 도시된 제2 종래예의 LCD 장치에서, 신호선(14)은 기판에 대해 수직한 방향에서 볼때 공통 전극(15)과 부분적으로 중첩된다. 이는 신호선(14)에 대해 평행한 방향으로 연장되는 블랙 매트릭스(19)의 부분들이 그들의 마진과 함께 삭제될 수 있고 블랙 매트릭스(19)가 표시 패널 내의 주사선(13)에 대해 평행하게 연장되는 부분을 충분히 가질 수 있다는 장점을 제공한다. 이는 LCD 장치 내의 화소 영역의 개구율을 크게 해준다.
그러나, 제2 종래예의 LCD 장치에 있어서, 대향 기판(12) 상에 형성된 블랙 매트릭스(19)는 이하 설명되는 바와 같은 또 다른 문제점을 안고 있다.
TN 모드 액티브 매트릭스 LCD 장치에 있어서, 블랙 매트릭스(19)로부터의 전계는 대향 기판(12)의 거의 전 표면에 형성된 투명 공통 전극(15)에 의해서 차폐되기 때문에, 블랙 매트릭스(19)로부터의 전위는 LCD 패널상의 화질에 영향을 주지 않는다. 그러나, IPS 모드 액티브 매트릭스 LCD 장치의 경우에, 블랙 매트릭스(19)는 TN 모드 액티브 매트릭스 LCD 장치에 있어서의 블랙 매트릭스(19)와 LC 층(18) 간의 공통 전극과 같은 차폐 전극을 갖고 있지 않으므로, 블랙 매트릭스(19)의 전위는 변동되고, 그 결과 LCD 패널 상의 화질에 영향을 준다.
먼저 주목할 점은 블랙 매트릭스(19)의 전위가 IPS 모드 액티브 매트릭스 LCD 장치에서는 고정되지 않으며, 블랙 매트릭스(19)는 금속 또는 카본 블랙이 산재해 있는 블랙 저항과 같은 높은 전도도를 갖는 재료에 의해 구현된다는 것이다. 그래서, 블랙 매트릭스(19)의 전위는 일반적으로 블랙 매트릭스와 신호선들(14), 주사선들(3) 및 공통 전극(15) 사이에 작용하는 커패시티브 커플링에 근거해서 결정된다.
블랙 매트릭스(19)의 전위, 신호선(14), 주사선(13) 및 공통 전극(15)의 전압, 블랙 매트릭스(19)와 신호선(14)간, 블랙 매트릭스(19)와 주사선(13)간, 블랙 매트릭스(19)와 공통 전극(15)간의 커플링 커패시턴스는 각각 Vbm, Vd, Vg, Vcom, Cbm-d, Cbm-g, Cbm-com으로 표현되며, 블랙 매트릭스의 전위 Vbm은 수학식 1 및 2로 표현된다:
Vbm=Vb×Cbm-d/Ctotal+Vg×Cbm-g/Ctotal
+Vcom×Cbm-com/Ctotal
Ctotal=Cbm-d+Cbm-g+Cbm-com
주사선(13)의 전압 Vg는 TFT가 주사선(13)의 전압 Vg에 의해 턴온되는 선택된 작은 시간 간격 동안에는 신호선(14)의 전압 Vd와 화소 전극(17)의 전압 보다 크고, 나머지 시간 간격 동안에는 전압 Vd 및 화소 전극(17)의 전압 보다 낮다.
신호선(14)의 전압 Vd는 연속해서 선택되는 화소 전극이 원하는 전압으로 충전되도록 수평 주사 기간의 주기로 변동한다. 공통 전극(15)의 전압 Vcom은 또한 전압 Vd와 유사한 주기로 변동하거나, LCD 장치 내의 구동 시스템에 따라서 정전압을 유지한다. 그러므로, 수학식 1 및 2로 부터 블랙 매트릭스가 공통 전극의 전위와는 다른 전위를 가지며 다른 주기로 변동한다는 것을 이해할 수 있을 것이다.
블랙 매트릭스(19)의 전위는 다음과 같이 화질을 떨어뜨린다. 화소 전극(17)과 공통 전극(15) 간에 발생된 원하는 전계(100)는 프레임 기간과 같은 작은 시간 기간에 그 극성을 반전시켜 불순물 이온들의 국부화 또는 절연체의 충전을 방지함으로써 표시 패널상에 연소 또는 얼룩과 같은 결함있는 화상이 방지된다.
도 1 및 5에 도시된 종래의 LCD 장치들에서, 블랙 매트릭스(19)의 전위는 화소 전극(17)의 전위 및 공통 전극(15)의 전위와 다르며, 서로 다른 시간 기간에서 변동한다. 이로 인해, 유해한 스트래이 전계들(101 및 102)이 화소 영역에서 작용하여, 표시 패널 상의 화질을 열화시키게 된다. 또한, 전계들의 서로 다른 타이밍 및 크기는 표시 패널에서의 전계의 유효 DC 성분의 원인이 되어, 패널 상에서 연소 또는 얼룩을 발생시킨다.
시뮬레이션의 결과가 도시되어 있는 도 4를 참조하면, 5V의 전압이 화소 전극(17)과 공통 전극(16) 사이에 인가되고, 480 개의 주사선들(13)이 도트-인벌젼 구동 시스템을 갖는 LCD 장치에 제공되는데, 여기서 인접한 화소들에서의 화소 전극들은 공통 전극에 대해 다른 전위 극성들을 갖는다. 주사선들(13)의 전압 Vg는 온-상태 및 오프-상태에서 각각 21V 및 -8V이며, 신호선들(14)의 전압 Vd는 정 전압 프레임 기간(positive voltage frame period) 및 부(negative) 전압 프레임 기간 동안 각각 12V 및 2V이고, 공통 전극(15)의 전압 Vcom은 6V로 고정된다.
주사선(13)이 오프일 때, 화소 전극(17) 내로 유입되는 TFT 채널 내의 전하 및 주사선(13)과 화소 전극(17) 사이의 커플링 커패시턴스에 기인하여, 화소 전극(17)의 전압은 신호선의 전압 Vd 아래로 떨어지게 된다. 화소 전극(17)과 신호선(14) 간의 전압차는 시뮬레이션에서는 약 1V인데, 이것은 화소 전극(17)과 공통 전극 간의 전압차가 5V 정도가 되게 한다. 블랙 매트릭스(19)는 신호선들(14) 및 주사선들(13)을 덮도록 배치되며, 초기 전위로 0 값을 갖는다.
도 4로부터 이해되는 바와 같이, 블랙 매트릭스(19)의 전위 Vbm은 화소 전극(17)이 오프 전압을 유지하는 시간 간격 동안 대략 3V 내외에서 변동한다. 블랙 매트릭스(19)의 전위 Vbm에 의해 발생된 전계는 블랙 매트릭스(19)의 배치에 기인하여 화소 영역으로 들어온다.
도 1에서, 블랙 매트릭스(19)의 전위에 의해 발생된 전계들(101 및 102)이 또한 도시된다. 정 전압 프레임 기간에, 도 4에 도시된 바와 같이, 공통 전극(15)의 전압 Vcom은 6V이고, 화소 전극(17)의 전압은 11V이고, 블랙 매트릭스(19)의 전압 Vbm은 대략 3V이다. 이와 같이,5V의 전위차가 공통 전극(15)과 화소 전극(17) 사이에 발생되고, 소망의 평행 전계(100)를 발생시킨다. 약 3V의 전위차는 블랙 매트릭스(19)와 블랙 매트릭스(19) 인근의 공통 전극(15) 간에도 또한 발생되어 전계(101)를 발생시킨다. 약 8V의 전위차는 블랙 매트릭스(19)와 화소 전극(17) 간에도 또한 발생되어, 전계(102)를 발생시킨다.
블랙 매트릭스(19) 부근에 발생된 소망의 평행 전계(100) 이외의 다른 전계들(101 및 102)은 표시 패널의 화질을 저하시킨다. 부 전압 프레임 기간에서, 정 전압 프레임 기간에서의 극성과 다른 극성을 갖는 5V의 전위차가 공통 전극(15)과 화소 전극(17) 간에 발생되어 소망의 평행 전계(100)를 발생시킨다. 그러나, 블랙 매트릭스(19)의 부근에서는, 정 전압 프레임 기간에서와 같은 극성을 갖는 약 3V의 전위차가 블랙 매트릭스(19)와 공통 전극(15) 간에도 발생되어 전계(101)를 발생시킨다. 정 전압 프레임 기간에서 및 부 전압 프레임 기간에서 모두 동일한 극성을 갖는 전계는 블랙 매트릭스(19)로 인가되는 유효 DC 바이어스 전압을 의미한다. 유효 DC 바이어스 전압은 연소 또는 얼룩과 같은 결함을 발생시켜 표시 패널의 화질을 악화시킨다.
도 7은 도 4에 도시된 시뮬레이션에서와 동일한 조건을 갖는 제2 종래예의 LCD 장치에서의 시뮬레이션 결과를 도시한다. 도 7의 시뮬레이션에서, 블랙 매트릭스(19)의 어떠한 일부도 신호선들(14)과 겹치지 않으므로, 수학식 1 및 2에 표현된 블랙 매트릭스(19)와 신호선(14) 간의 더 작은 커패시턴스 Cbm-d를 일으킨다. 이와 같이, 블랙 매트릭스(19)의 전압 Vbm은 신호선들(14)의 전압 Vd에 의한 영향을 거의 받지 않는다. 신호선들(14)의 전압 Vd의 실효값이 공통 전극(15)의 전압 Vcom과 사실상 같고, 이것 보다 더 큰 차이는 블랙 매트릭스(19)의 전압 Vbm과 공통 전극(15)의 전압 Vcom 간에 발생된다.
따라서, 블랙 매트릭스(19)와 화소 전극(17) 간에 발생된 전계(101)뿐만 아니라 블랙 매트릭스(19)와 공통 전극(15) 간에 발생된 전계(102)도 이 경우에 더 크게 되며, 제1 종래예의 LCD 장치와 비교해 더 큰 DC 성분을 발생시킨다.
약술하면, 종래의 IPS 모드 액티브 매트릭스 LCD 장치에서, 대향 기판(12) 상에 형성된 블랙 매트릭스(19)의 전위는 표시 패널 내에 예기치 않은 전계들을 발생시켜 그 화질을 저하시킨다.
그러므로, 본 발명의 목적은 예기치 않은 전계들의 발생을 억제함으로써 고화질을 제공할 수 있는 IPS 모드 액티브 매트릭스 LCD 장치를 제공하는 데 있다.
본 발명의 액트브 매트릭스 LCD 장치는, 제1 및 제2 투명 기판(11, 12), 및 상기 제1 투명 기판(11)과 상기 제2 투명 기판(12) 사이에 샌드위치된 액정(18)을 포함하고, 상기 제1 투명 기판(11)은 매트릭스 형태로 배열되고, 각각이 화상 표시용 화소 영역을 구획하고 박막 트랜지스터(16, TFT) 및 상기 박막 트랜지스터(16)의 드레인에 접속된 화소 전극(17)을 갖는 복수의 화소 소자들, 상기 화소 소자들의 대응 로우(row)에서 상기 박막 트랜지스터들(16)의 게이트들에 각각 접속된 복수의 주사선들(13, scanning lines), 상기 화소 소자들의 대응 칼럼(column)에서 상기 박막 트랜지스터들(16)의 소스에 각각 접속된 복수의 신호선들(14, signal lines), 및 상기 화소 전극과 관련하여 상기 화소 소자들 각각에 대하여 배치된 전극부를 갖는 공통 전극(15)을 포함하고, 상기 제1 투명 기판(1)과 상기 제2 투명 기판(12) 중 하나는 상기 제1 및 제2 기판(11, 12)에 수직한 제1 방향에서 보았을 때 상기 화소 영역 이외의 영역을 덮기 위한 블랙 매트릭스(19)를 포함하고, 상기 공통 전극의 상기 전극부는 상기 제1 방향에서 보았을 때 상기 화소 영역을 둘러싼다.
본 발명의 액티브 매트릭스 LCD 장치에 따르면, 화소 영역은 블랙 매트릭스로부터의 스트래이 전계에 대하여 화소 영역을 둘러싼 공통 전극에 의해 차폐되므로, 액티브 매트릭스 LCD 장치의 화질을 향상시킨다.
상술한 목적 및 그 이외의 목적, 특징 및 장점들은 첨부된 도면들과 관련하여 이하의 설명으로부터 분명해 질 것이다.
도 1은 종래의 액티브 매트릭스 LCD 장치의 평면도.
도 2는 도 1의 선 II-III을 따라 취한 단면도.
도 3은 도 1의 선 III-III을 따라 취한 단면도.
도 4는 도 1의 LCD 장치에서의 전위들의 타이밍 챠트.
도 5는 또 다른 종래의 액티브 매트릭스 LCD 장치의 평면도.
도 6은 도 5의 선 VI-VI을 따라 취한 단면도.
도 7은 도 5의 LCD 장치에서의 전위들의 타이밍 챠트.
도 8은 본 발명의 제1 실시예에 따른 액티브 매트릭스 LCD 장치의 평면도.
도 9는 도 8의 선 IX-IX을 따라 취한 단면도.
도 10은 도 8의 LCD 장치에서의 전위들의 타이밍 챠트.
도 11은 본 발명의 제2 실시예에 따른 액티브 매트릭스 LCD 장치의 평면도.
도 12는 도 11의 LCD 장치에서의 전위들의 타이밍 챠트.
도 13은 본 발명의 제3 실시예에 따른 액티브 매트릭스 LCD 장치의 평면도.
도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명
11 : TFT 기판
12 : 대향 기판
13 : 주사선
14 : 신호선
15 : 공통 전극
16 : TFT
17 : 화소 전극
18 : LC 층
19 : 블랙 매트릭스
이하에서는, 첨부된 도면과 관련하여 본 발명을 더 구체적으로 설명하는데, 전 도면에 걸쳐 동일한 구성 요소들에 대해서는 동일한 참조 부호를 사용한다.
제1 실시예
도 8 및 9를 참조하면, 본 발명의 제1 실시예에 따른 액티브 매트릭스 LCD 장치는 TFT 기판(11) 및 상기 기판(11)에 대향하는 대향 기판(12)을 포함하며, LC 층(18)이 그 사이에서 샌드위치된다. TFT 기판(11)은 TFT(16) 및 대응하는 TFT(16)의 드레인에 접속된 화소 전극(17)을 각각 갖는 복수의 화소 소자들, 상기 화소 소자들의 대응 로우의 TFT들(16)의 게이트에 각각 접속된 복수의 주사선들(13), 상기 화소 소자들의 대응 칼럼의 TFT들(16)의 소스에 각각 접속된 복수의 신호선들(13), 및 각각의 상기 화소 소자들에 대하여 공통 전극부를 갖는 공통 전극(15)을 포함한다.
공통 전극부는 각 화소 소자의 화소 영역의 외주로 연장되어 화소 영역을 둘러싼다. 공통 전극부는 또한 화소 영역의 중심을 지나는 중심 스트라이프(stripe)를 갖는다. 화소 전극은 공통 전극의 중심 스트라이프에 평행하게 연장된 한 쌍의 수직 스트라이프부들 및 공통 전극의 바닥 스트라이프에 평행하게 연장되는 화소 영역 외부의 수평 스트라이프부를 갖는다. 화소 전극(17)의 스트라이프부들 각각은 공통 전극(15)의 바닥 스트라이프를 지난 후, 바닥 스트라이프로부터 화소 영역으로 들어오도록 연장된다.
LCD는 또한 신호선들(14) 및 주사선들(13)을 덮고 평행하게 연장하기 위하여 화소 영역 외부의 대향 기판(12) 상에 배치된 블랙 매트릭스(19)를 포함한다. 블랙 매트릭스(19)는 또한 각 화소 영역을 둘러싸는 공통 전극(15)의 공통 전극부의 외주를 덮고 그 공통 전극부의 내주를 노출한다. 즉, 블랙 매트릭스의 에지는 화소 영역을 둘러싸는 공통 전극의 주변부의 중심과 사실상 일치한다.
또한, 대향 기판(12)은 칼라 화상 표시용 칼라 필터(20) 및 블랙 매트릭스(19) 상에 연속적으로 형성된 오버코트층(22)을 갖는다. LC 층(18)과 관련 배향막들(21)을 TFT 기판(11)과 대향 기판(12) 사이에서 샌드위치된다.
도 8의 LCD의 제조에서, 크롬으로 만들어진 주사선들(13) 및 공통 전극(15)은 TFT 기판(11) 상에 첫번째로 형성된다. 다음으로, 게이트 절연막(24)이 산화 실리콘으로 만들어지고, 비정질 실리콘(a-Si)층 및 n+형 a-Si 층이 주사선들(13) 및 공통 전극(15) 상에 형성된 다음 패터닝되어, 신호선들(14) 및 화소 전극들(17)을 형성한다. 화소 전극(17)의 스트라이프들 및 공통 전극(15)의 수직 스트라이프들은 도 8에 도시된 바와 같이 화소 영역에서 서로 평행하게 배치되어, 기판들에 평행하게 연장되고 화소 영역에서의 양(both) 전극들(17 및 15)에 수직하게 연장되는 주성분을 갖는 전계(100)를 발생시킨다.
또 다른 크롬막이 대향 기판(12) 상에 형성된 다음 패터닝되어, 화소 영역 이외의 사실상 전체 영역을 덮기 위한 블랙 매트릭스(19)를 형성한다. 칼라 필터(20)는 폴리이미드계 층에 대하여 3회의 포토리소그래픽 공정을 사용하여 감광성 폴리머에서 R-G-B 안료들(pigments)을 분산함으로써 그 위에 형성된다. 다음으로, 오버코트층(22)이 폴리이미드의 스핀-코팅 및 계속된 패터닝에 의해 형성된다. 오버코트층(22)은 칼라 필터(20)로부터 용출된 불순물 이온들이 LC 층(18)으로 혼합되는 것을 방지한다. 오버코트층(12)은 또한 대향 기판(12)의 표면을 평탄화하고, LC 층(18)의 두께를 제어하고, 디스클리네이션(disclination)을 억제하여 양호한 화질을 얻게 한다.
다음으로, 폴리이미드로 만들어진 배향층들(21)은 TFT 기판(11) 및 대향 기판(12)의 내면들 상에 형성된다. 두 배향층들(21)의 러빙(rubbing) 처리 후에, 상기 기판들(11 및 12) 간의 간격에 대응하는 지름을 갖는 폴리머 비드들(polymer beads)이 분산된 다음, 대향 관계의 기판들(11 및 12)을 결합함으로써, 그들 사이에 네마틱(nematic) LC 층(18)이 배치된다. 다음으로, 한 쌍의 편광판들(도시 생략)이 기판들(11 및 12)을 샌드위치하기 위하여 배치되는데, 여기서 편광판들 중 하나의 편광축은 네마틱 LC 층(18)의 배향 방향과 동일하며, 다른 하나의 편광축은 그 배향 방향과 수직이다.
도 10은 제1 실시예에 대한 시뮬레이션 결과를 도시하는데, 여기서는 480 개의 주사선들(13)이 도트-인벌젼 구동 시스템에 의해 구동되는 LCD 장치에 구비되며, 화소 전극(17)과 공통 전극(15) 간의 전위차는 5V이다. 도 10에서, 주사선(13)의 전압 Vd 가 온 상태에서 21V이고 오프 상태에서 -8V이며, 신호선(14)의 전압 Vd 가 정 전압 프레임 기간에는 12V이고 부 전압 프레임 기간에는 2V이며, 공통 전극(15)의 전압 Vcom 이 6V로 고정된 경우에 대하여, 전극들의 전압이 각각 계산된다.
주사선(13)의 전압 Vg 가 턴 오프될 때, TFT 채널 내의 전하는 화소 전극(17) 내로 유입되고, 화소 전극(17)의 전압은 그 전하뿐만 아니라 주사선들(13)과 화소 전극(17) 사이의 커플링 커패시턴스에 기인하여 변동하게 되는데, 이 때문에 화소 전극의 전압 강하가 일어나게 된다. 전압 강하는 화소 전극의 전압이 신호선(14)의 전압 Vd 보다 대략 1V 정도 낮아지도록 하여 화소 전극(17)의 전압과 공통 전극(15)의 전압 Vcom 간에 약 5V의 전압차를 발생하게 한다.
도 10에 도시된 블랙 매트릭스(19)의 전위 자체는 도 4에 도시된 것과 동일하다. 그러나, 본 실시예의 구조에서, 블랙 매트릭스(19)로부터의 전계는 사실상 인접한 공통 전극(15) 방향으로만 향하므로, 화소 영역으로 들어오는 스트래이 전계를 방지한다. 그 결과, 종래의 LCD 장치에서 관찰되는 연소와 얼룩 같은 결함이 본 실시예의 LCD 장치의 표시 패널에서는 발생되지 않는다.
본 실시예에서 상술한 바와 같이, 화소 전극(17)은 화소 영역 내의 공통 전극(15)의 수직 스트라이프들에 평행하게 연장되는 한 쌍의 스트라이프부들을 갖는다. 그러나, 공통 전극(15)이 블랙 매트릭스(19)로부터의 전계에 대하여 화소 영역을 차폐하기 위하여 화소 영역을 둘러싸는 한, 그 모양과 방향은 그것에 제한되지 않는다. 또한, 라인들 또는 전극들(13, 14, 15 및 17)용 재료는 알루미늄과 몰리브덴과 같은 저저항 재료가 될 수 있다.
제2 실시예
도 11을 참조하면, 제2 실시예에 따른 액티브 매트릭스 LCD 장치는 블랙 매트릭스(19)가 수평 방향으로만 연장되고, 공통 전극의 구성이 블랙 매트릭스(19) 대신에 신호선들(14)을 사실상 덮는 넓은 수직부를 갖는다는 점을 제외하고는 제1 실시예와 동일하다.
도 12를 참조하면, 블랙 매트릭스(19)의 전압 Vbm은 제1 실시예와 비교해 낮은데, 그것은 블랙 매트릭스(19)와 신호선들(14) 사이의 커플링 커패시턴스 Cbm-d 가 더 작은 것에 기인한다. 신호선(14)의 전압 Vd의 실효값은 공통 전극의 전압 Vcom 과 사실상 같은데, 이것은 블랙 매트릭스(19)의 전압 Vbm과 공통 전극의 전압 Vcom 간의 차이가 제1 실시예와 비교해 더 크다는 것을 의미한다. 그러나, 블랙 매트릭스(19)로부터의 전계는 인접한 공통 전극(15) 방향으로 사실상 직접 향하고 있으며, 스트래이 전계는 화소 영역으로 유입되지 않는다.
신호선들(14)에 인접한 블랙 매트릭스(19) 부분이 없다는 것은 얼라인먼트 마진이 기판들의 배치에 대하여 덜 필요하여 화소 영역의 더 큰 개구율을 보증한다는 장점을 제공한다.
제3 실시예
도 13을 참조하면, 본 발명의 제3 실시예에 따른 액티브 매트릭스 LCD 장치는 블랙 매트릭스(19)가 표시 패널의 외주에 제공된 복수의 커플링 섹션들(30)을 통해 공통 전극(15)에 전기 접속된다는 점을 제외하고는 제1 실시예와 동일하다. 블랙 매트릭스(19)는 또한 커플링 섹션(30)에 대응하는 표시 패널의 외주를 따라서 연장되는 부분을 갖는다. 공통 전극(15)의 부분을 노출시키기 위한 스루홀들을 형성하도록, 게이트 절연체(도 9에 도시된 24와 같은), 패시베이션막(도 9에 도시된 27과 같은) 및 배향막(도 9에 도시된 21과 같은)을 선택적으로 에칭하고, 그 스루홀들을 도전 재료로서 채움으로써, 커플링 섹션(30)은 다른 접촉부(31)와 함께 형성될 수 있다. 모든 기판들(11 및 12)을 커플링하기 전에, 은 페이스트(silver paste)가 도전 재료를 전기적으로 블랙 매트릭스(19)에 접속하기 위해 사용된다. 제3 실시예에서, 블랙 매트릭스(19)로부터의 스트래이 전계는 블랙 매트릭스(19)와 공통 전극(15)의 등전위에 기인하여 화소 영역으로 유입되지 않는다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 예기치 않은 전계들의 발생을 억제함으로써 고화질을 제공할 수 있는 IPS 모드 액티브 매트릭스 LCD 장치를 제공할 수 있다.
상술한 실시예들은 본 발명에 대한 예로서만 기술되었을 뿐이므로, 본 발명은 상술한 실시예들에 한정되지는 않으며, 다양한 변경이나 수정들이 본 발명의 범위로부터 벗어남이 없이 본 분야의 숙련된 기술자들에 의해 용이하게 실시될 수 있다. 예를 들어, 블랙 매트릭스는 TFT 기판 상에 형성될 수 있다.

Claims (8)

  1. 액티브 매트릭스 액정 표시(LCD) 장치에 있어서,
    상기 액티브 매트릭스 액정 표시 장치는:
    제1 및 제2 투명 기판(11, 12); 및
    상기 제1 투명 기판(11)과 상기 제2 투명 기판(12) 사이에 샌드위치된 액정(18)
    을 포함하고,
    상기 제1 투명 기판(11)은:
    매트릭스 형태로 배열되고, 각각이 화상 표시용 화소 영역을 구획하고 박막 트랜지스터(16, TFT) 및 상기 박막 트랜지스터(16)의 드레인에 접속된 화소 전극(17)을 갖는 복수의 화소 소자들;
    상기 화소 소자들의 대응 로우(row)에서 상기 박막 트랜지스터들(16)의 게이트들에 각각 접속된 복수의 주사선들(13, scanning lines);
    상기 화소 소자들의 대응 칼럼(column)에서 상기 박막 트랜지스터들(16)의 소스에 각각 접속된 복수의 신호선들(14, signal lines); 및
    상기 화소 전극과 관련하여 상기 화소 소자들 각각에 대하여 배치된 전극부를 갖는 공통 전극(15)을 포함하고,
    상기 제1 투명 기판(1)과 상기 제2 투명 기판(12) 중 하나는 상기 제1 및 제2 기판(11, 12)에 수직한 제1 방향에서 보았을 때 상기 화소 영역 이외의 영역을 덮기 위한 블랙 매트릭스(19)를 포함하고,
    상기 공통 전극의 상기 전극부는 상기 제1 방향에서 보았을 때 상기 화소 영역을 둘러싸는
    액티브 매트릭스 액정 표시 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 블랙 매트릭스(19)는 상기 제1 방향에서 보았을 때 상기 주사선들(13) 및 상기 신호선들(14)의 사실상 전부와 중첩되는 액티브 매트릭스 액정 표시 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 블랙 매트릭스(19)는 상기 제1 방향에서 보았을 때 상기 신호선들(14)의 제1 부분들 및 상기 주사선들(13)의 사실상 전부와 중첩되는 액티브 매트릭스 액정 표시 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 공통 전극(15)은 상기 신호선들(14)의 상기 제1 부분들 이외의 사실상 모든 부분들과 중첩되는 액티브 매트릭스 액정 표시 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 블랙 매트릭스(19)는 상기 제1 방향에서 보았을 때 상기 화소 영역을 둘러싸는 상기 공통 전극(15)의 상기 전극부의 외주와 중첩되고, 상기 전극부의 내주를 노출하는 액티브 매트릭스 액정 표시 장치.
  6. 제1항에 있어서, 상기 블랙 매트릭스(19)는 상기 공통 전극에 전기적으로 접속되는 액티브 매트릭스 액정 표시 장치.
  7. 제1항에 있어서, 상기 전극부는 상기 화소 영역 내에 중심 스트라이프를 더 포함하는 액티브 매트릭스 액정 표시 장치.
  8. 액티브 매트릭스 액정 표시(LCD) 장치에 있어서,
    상기 액티브 매트릭스 액정 표시 장치는:
    제1 및 제2 투명 기판들(11, 12);
    상기 제1 투명 기판(11)과 상기 제2 투명 기판(12) 사이에 샌드위치된 액정(18)
    을 포함하고,
    상기 제1 투명 기판(11)은:
    매트릭스 형태로 배열되고, 각각이 화상 표시용 화소 영역을 구획하고 박막 트랜지스터(16, TFT) 및 상기 박막 트랜지스터(16)의 드레인에 접속된 화소 전극(17)을 갖는 복수의 화소 소자들;
    상기 화소 소자들의 대응 로우에서 상기 박막 트랜지스터들(16)의 게이트들에 각각 접속된 복수의 주사선들(13);
    상기 화소 소자들의 대응 칼럼에서 상기 박막 트랜지스터들(16)의 소스에 각각 접속된 복수의 신호선들(14); 및
    상기 화소 전극과 관련하여 상기 화소 소자들 각각에 대하여 배치된 전극부를 갖는 공통 전극(15)을 포함하고,
    상기 제1 투명 기판(1)과 상기 제2 투명 기판(12) 중 하나는 상기 제1 및 제2 기판(11, 12)에 수직한 제1 방향에서 보았을 때 상기 화소 영역 이외의 영역을 덮기 위한 블랙 매트릭스(19)를 포함하고,
    상기 블랙 매트릭스는 상기 공통 전극에 전기적으로 접속되는
    액티브 매트릭스 액정 표시 장치.
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