KR20010051508A - 액정표시장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 액정표시장치에 관한 것으로서, 기판의 한쪽에 형성된 칼라 표시를 위한 색의 변이가 적어도 2종류이상의 칼라필터FIL과 각 칼라필터간에 개재시킨 블랙매트릭스BM과, 화소형성 전극ITO2와 배향막을 보유하고, 기판의 적어도 한쪽에 기판간의 소망의 갭에 거의같은 높이에서 고정적으로 형성한 기둥형 스페이서SOC와 기판간에 개재하여 평균입경이 기둥형 스페이서SOC의 높이보다 약간 커지는 수지재료의 입자형 스페이서BZ를 구비한 셀갭의 불균일에 의한 표시화면내의 휘도얼룩을 방지하여 고품질의 화상표시를 구할수 있는 기술이 제시된다.

Description

액정표시장치{LIQUID CRYSTAL DISPLAY DEVICE}

본 발명은 액정 표시장치에 의해, 특히 액정층을 구성하는 액정조성물을 봉지하는 한쌍의 기판간의 거리를 일정하게 보존하기 위한 신규 스페이서구성을 구비한 액정표시장치에 관한다.

노트형 컴퓨터와 컴퓨터 모니터용의 고정밀 혹은 칼라표시가 가능한 표시 디바이스로서 액정표시장치가 폭넓게 채용되어 있다.

이 종류의 액정표시장치는 기본적으로는 적어도 한쪽이 투명한 유리등으로 이루어진 적어도 2매의 기판의 대향간격에 액정조성물을 끼운 소위액정판넬을 구성하고, 상기 액정판넬의 기판에 형성산 화소형성용의 각종 전극에 선택적으로 전압을 인가하여 소정화소의 점등과 소등을 시행하는 액정판넬을 이용한 방식(단순 매트릭스 방식: STN 방식), 상기 각종 전극과 화소선택용의 액티브소자를 형성하여 이 액티브소자를 선택하는 것에 의해 소정화소의 점등과 소등을 시행하는 방식의 액정판넬을 이용한 방식(액티브 매트릭스 방식)으로 크게 분류된다.

액티브매트릭스형 액정표시장치는 그 액정 판넬을 구성하는 액티브소자로서 박막트랜지스터(TFT)를 이용한것이 대표적이다. 박막트랜지스터를 이용한 액정표시장치는 얇은 경량 또는 브라운관에 필적하는 고화질인것으로부터 OA기기의 표시단말용 모니터로서 보급되어 있다.

이 액티브 매트릭스형 액정 표시장치에 이용되는 액정판넬에는 액정 구동방법의 상이부터 크게구별하여 다음의 2종류가 있다. 그하나는, 투명전극이 구성된 2매의 기판에서 액정조성물을 끼워넣고 투명전극에 인가된 전압에서 동작시켜 투명전극을 투과하고 액정조성물층에 입사한 빛을 변조하여 표시하는 방식(TN방식)이다.

또한, 다른 하나는, 동일 기판상에 구성한 2개의 전극간의 기판면에 거의 평행하게 형성한 전계에 의해 액정을 동작시켜 2개의 전극간격으로부터 액정조성물층에 입사한 빛을 변조하여 표시하는 방식으로 시야각이 현저하게 넓은 특징을 가지고 액티브매트릭스형 액정표시장치로서 극히 유망한 방식이다. 이 방식의 특징에 관해서는 예를들면 일본국 특개평5-505247호공보, 일본국 특공소63-21907호공보, 일본국 특개평6-160878호공보등의 문헌에 기재되어 있다. 이하 이방식의 액정표시장치를 횡전계방식(IPS 방식)의 액정표시장치로 칭한다.

도 14는 TN방식의 액정판넬의 구성예를 설명하는 요부단면도이다. 도안에 SUB1과 SUB2는 투명한 유리기판이고, 한쪽의 기판(SUB1)의 내면에는 박막트랜지스터(TFT)를 갖고, 다른편의 기판SUB2의 내면에는 칼라필터 적, 녹, 청의 3색의 칼라필터FIL(FIL(R), FIL(G), FIL(G))가 형성하고 있다. 또한 청색의 필터 FIL(B)는 도시되지 않는다.

한쪽의 기판 SUB1의 박막 트랜지스터(TFT)는 게이트전극(GT), 게이트

절연막(GI), 절연막(AOF), 반도체층(AS), 드레인전극(SD2), 소스전극(SDI)에서 구성되고, 소스구성(SD1)에 화소전극(ITO1)이 접속되어 있다. 또한, 통상 박막트랜지스터(TFT)는 비율을 향상하도록 1화소별 2개 형성되어 있으나, 동도에서는 1개만(TFT1)을 표시하고 있다.

이 박막 트랜지스터(TFT)의 상층에는 보호막(PSV1)이 피복되어, 최상층에는 액정(액정층)(LC)와 접하는 배향막(배향제어막)(ORI1)이 형성되어 있다.

다른편의 기판(SUB2)의 내면에 형성한 3색의 필터FIL(FIL(R), FIL(G),FIL(G) )의 경계에는 차광막, 소위 블랙매트릭스(BM)을 갖고 그 상층에는 보호막(PSV2)가 또한 그 위에 공통전극(대향전극이라고도 함)(ITO2)가 형성되어, 최상층에는 액정(액정층)(LC)와 접하는 배향막(배향제어막)(ORI2)가 형성하고 있다. 그리고, 상기 각 기판의 표면에는 각각 편향판(POL1, POL2)가 적층되어 있다.

이 방식의 액정판넬은, 박막 트랜지스터(TFT)에서 구동되는 화소전극(ITO1)과 함께 공통전극(ITO2)간에 생성되는 전계에서 액정(LC)의 배향방식을 바꾸는 것에 의해 화소의 온/오프를 시행한다.

도 15는 IPS방식의 액정 판넬의 구성예를 설명하는 요부단면도이다. 도안에서 도 14와 동일부호는 동일 기능부분에 대응한다. 이 액정판넬은 한쪽의 기판(SUB1)상에 영상신호선(드레인선)(DL), 대향전극(도 14에 있어서 공통전극 ITO2에 상당)(CT), 화소전극(도 13에 있어서 화소전극(ITO1)에 상당)(PX)가 형성되어 이들의 상층에 성막된 보호막(PSV) 및 액정(LC)층과의 경계면에 형성된 배향제어층(ORI1)을 갖는다. 또한 다른편의 기판(SUB2)상에 블랙매트릭스(BM)에서 구획된 3색의 칼라필터FIL(각색에 공통부호로 나타냄), 이들의 상층을 덮어 칼라필터 (FIL)과 블랙 매트릭스의 구성재가 액정(LC)를 구성하는 액정조성물에 영향을 미치지 않도록 성막된 오버코트층(OC)(도 13의 보호막(PSV2)에 상당) 및 액정 LC층과의 경계면에 형성된 배향제어층(ORI2)를 갖고 있다.

한쪽의 기판(SUB1)상에 있는 게이트 절연막(GI와 AOF)는 절연막, 영상신호선(드레인선)(DL)은 도전막(d1, d2)의 2층으로 이루어지고, 대향전극(CT)는 도전막(G1)으로 이루어지고 화소전극(PX)는 도전막(G2)로 이루어진다.

이 IPS방식의 액정판넬은, 화소전극(PX)와 대향전극(CT)간에 생성되는 횡방향(기판과 평행한 방향)의 전계(도에는 전기력선으로 나타냄)에서 액정의 분자의 배향방향을 제어하여 화소의 온/오프를 시행한다.

또한, 한쌍의 기판(SUB1, SUB2)간의 거리(액정조성물층의 두께, 또는 간격 : 셀갭 또는 일반적으로 갭으로 말함)는 양기판간에 구형태의 스페이서 또는 기둥형 스페이서(도시없음)를 배치하여 소정치에 규제하는것이 일반적이다. 기판(SUB1)과 기판(SUB2)의 외면에는 각각 편광판(POL1, POL2)가 설치되어 있는 것은 도 14와 같은 양식이다.

또한, 횡전계방식의 액정표시장치와는 관련하지 않지만, 이와 같은 구형태의 스페이서 대신에 칼라필터 기판 보호막에 원추형태의 스페이서를 기판에 고정적으로 형성하고, 혹은 칼라필터층을 적층하여 원기둥형의 스페이서를 고정적으로 형성한 것이 일본국 특개평9-73088호 공보에 개시되어 있다.

상기 일본구 특개평9-73088호 공보에 개시발명에서는 구형태의 스페이서의 경우, 스페이서 주변부에서의 빛 누출에 의한 콘트라스트의 저하와 스페이서를 기판상에 산재시키는 공정에서 스페이서가 불균일하게 배치되어 표시불량을 일으키는 문제점을 해소하기 위해 스페이서를 기판에 고정적으로 형성하도록 한것이다.

또한, 기판간의 간격을 지지하는 스페이서의 형성방법으로서, 베이스 필름 감광성수지를 도포한 감광성 시트를 기판에 적층하고, 마스크를 개입한 노광과 현상을 포함하는 포트리소공정을 이용하는 것이 일본구 특개평7-325209호 공보에 개시되어 있다. 이것은 스페이서의 막두께를 균일하게하여 색얼룩을 방지하는 것이다.

상기와 같은 각종의 액정판넬을 이용한 액정표시장치에 있어서는 그 기판간의 갭을 폴리머제의 비즈(입자형비즈) 혹은 기둥형 비즈에서 규제하고 있다. 최근에는 액정표시장치를 노트형 퍼스컴등의 비교적 소형·경량의 전자기기에 관계없이, 소위 디스플레이 모니터에 채용되도록 되어 있어 그 화면 사이즈는 대형화하는 경향이다.

액정판넬 사이즈(화면의 크기)가 커지면, 특히 디스플레이 모니터와 같이 상시 종위치에서 사용하는것은 기판간에 끼운 액정이 자중에서 하강하고, 화면의 하측에 있어서 갭이 커져 표시얼룩이 발생하는 현상이 생기는 경우가 있다. 이와같은 현상은 IPS방식과 STN방식의 액정판넬에서 현저하다. 또한, 갭규제부재에 폴리머비즈를 이용한것에는 해당비즈가 밀집하여, 부분적으로 갭이 커지거나 일반적으로 투명인 폴리머비즈를 통하여 빛이 투과하는 소위 빛 누출이 발생하여 화질이 쇠화하는 경우가 있다.

이와같은 문제를 해결하는 것으로서, 폴리머비즈 대신 한쪽의 기판에 고정적으로 기둥형스페이서를 직립한것이 알려져 있다. 그러나, 이와같은 기둥형 스페이서를 이용한것에는 사용중에 온도상승(일반적에는 백라이트의 가열에 의함)에 의한 액정의 팽창이 일어나면, 기둥형의 스페이서의 갭규제능력이 갭의 확대에 추종불가능하게 대향하는 기판과 떨어져버리는 경우가 생긴다. 그 결과 갭얼룩이 발생하여 화질 얼룩을 일으키는 문제가 있다.

또한, 갭의 규제에 폴리머비즈를 이용한 것에는, 기판간에 다수의 폴리머비즈를 분산시킨 후 액정 판넬의 갭돌출공정에서 해당 폴리머비즈는 압축변형된 상태로 기판간에 개재시키는 것에 의해, 어느정도는 상기와 같은 갭의 확대에 추종가능하지만, 소요의 갭을 확보하기 위해서는 빛노출의 발생을 억제하는 것에는 한도가 있다. 그리고, 상기한바와 같이 액정 판넬의 열팽창을 반복으로 시간과 함께 자중으로 혹은 액정의 하강에 따라서 액정 판넬의 하측으로 하강하는 문제가 있다.

본 발명의 목적은 상기 종래 기술의 문제점을 해소하는 것이며, 액정판넬의 온도변화에 기인하는 갭얼룩을 삭제하여 품질의 높은 화상표시를 가능토록 한 액정표시장치를 제공하는 것이다.

상기 제 1의 목적을 달성하기 위해 본발명은 액정판넬을 구성하는 한쌍의 기판간의 갭을 규제하는 부재로서, 해당 기판의 적어도 한쪽에 고정적으로 형성한 기둥형의 스페이서와 소량의 폴리머비즈를 병행한것을 특징으로 한다.

본 발명의 구성은 액정 판넬의 구동방식(STN, TN, IPS)별로 약간의 상이는 있지만, 어느하나의 방식의 액정 판넬에 있어서도 기둥형의 스페이서와 소량의 폴리머 비즈를 병행하는 기본적인 구성에서는 공통하는 하는 것이다. 이하, 본발명의 대표적구성을 기술한다.

(1) : 적어도 한쪽의 투명한 한쌍의 기판과 상기 한쌍의 기판의 한쪽에 형성된 칼라 표시를 위한 색의변이 또는 2종류이상의 칼라필름 및 각 칼라필터간에 개재시킨 블랙매트릭스와, 상기 한쌍의 기판의 적어도 한쪽의 기판상에 형성된 화소형성전극과, 상기 한쌍의 기판간에 유전이방성을 갖는 액정층 및 이 액정층을 구성하는 액정조성물의 분자배열을 소정의 방향에 배열시키기 위한 배향제어층을 갖는 액정 판넬과, 상기 전극군에 구동전압을 인가하기위한 구동수단을 구비하고,

상기 한쌍의 기판의 적어도 한쪽에 상기 한쌍의 기판간의 소망갭에 거의 비등한 높이에서 고정적으로 형성한 기둥형의 스페이서와, 상기 한쌍의 기판간에 개재하여 평균정립경로가 상기 기둥형 스페이서의 높이보다 약간 커지는 수지재료의 입자형 스페이서를 구비하였다.

상기의 구성에 있어서, 한쌍의 기판간의 갭은 대부분이 기둥형의 스페이서의 높이에서 규제되지만, 사용중에 온도상승등에 의한 액정의 팽창으로 기둥형의 스페이서가 기판에서 떨어지고 갭이 확대할 때에는 입자형 스페이서의 압축변형이 해제되는 방향으로 복원하여 해당 갭을 규제한다. 이것에 의해 화면의 갭얼룩이 억제되고 또한 입자형 스페이서는 기판과 접한 상태를 유지하기 위하여 그 자중에서 이동과 하강하는 것이 방지됨과 함께 액정의 이동과 하강도 완화되어 표시품질을 극단으로 쇠화시키지 않는다.

(2) : (1)에 있어서 상기 기둥형 스페이서는 상기 블랙 매트릭스에서 덮히는 영역으로 형성하고, 상기 입자형 스페이서는 상기 화소형성 전극의 형성영역을 포함표시영역에 배치하였다.

기둥형 스페이서를 상기 블랙 매트릭스에 덮히는 영역에 형성한 것에 의해 백라이트의 빛의 투과에 영향을 미치지 않고 또한 입자형 스페이서도 소량으로 완료되어 빛 노출의 현상을 최소한으로 억제가능하고, 콘트라스트의 저하를 억제하는 것이 가능하다.

(3) : (1)에 있어서 상기 기둥형 스페이서가 상기 기판에 형성되는 보호막과의 접착성을 갖는 수지재료에서 형성하였다.

(4) : (3)에 있어서 상기 기둥형의 스페이서를, 해당 기둥형 스페이서를 형성하는측의 기판에 있는 보호막상에 직접형성한 것을 특징으로 하는 청구항 3기재의 액정표시장치.

(5) : (3)에 있어서 상기 기둥형 스페이서를 해당 기둥형 스페이서를 형성하는 측의 기판에 있는 전극상에 직접 형성함과 함께, 해당 전극으로 열린 개구를 통하여 해당 전극의 하층에 있는 보호막과 접속하였다.

기둥형 스페이서는 수지재료를 포트리소그래피기법으로 형성한다. 이 기둥형 스페이서를 상기 (4)이 구성과 같이 보호막상에 직접형성함으로써 해당 기둥형 스페이서를 형성하는 기판에 강고히 직립하는 것이 가능하다. 이 기둥형 스페이서를 형성하는 기판은 칼라필터를 보유하는 기판측에 한하지 않고 다른편의 기판(액티브매트릭스형에서는 박막트랜지스터를 형성한 기판측)에 형성할 수 도 있다.

또한, 상기 하층의 보호막상에 전극이 있는 경우에는, 해당 전극에 개구를 열어 이 개구를 통하여 상기 전극의 하층에 있는 보호막에 접속함으로써 해당 기둥형 스페이서를 형성하는 기판에 강고히 직립시키는 것이 가능하다.

또한, 본발명은 상기구성에 한정될 뿐아니라 한쌍의 기판 각각에 상대향하는것같이 소요갭의 절반에 상당하는 높이의 기둥형 스페이서를 구성하여도 좋다.

또한, 본 발명은 특허청구 범위에 기재된 기술사상을 일탈하지 않고 각종의 변경이 가능하다.

도 1 은 본 발명에 의한 액정표시장치의 제1 실시예를 설명하는 액정 판넬의 요부막식단면도이다.

도 2 는 본 발명에 의한 액정표시장치의 제2 실시예를 설명하는 액정 판넬의 요부막식단면도이다.

도 3 은 본 발명에 의한 액정표시장치의 제 2 실시예를 설명하기 위한 박막 트랜지스터형 TN방식의 액정 판넬의 일화소부근을 상기 도2에서 설명한 기판 SUB2측으로부터 기판 SUB1측을 투시한 평면도이다.

도 4 는 본 발명에 의한 액정표시장치의 제 3 실시예를 설명하는 액정 판넬의 요부막식 단면도이다.

도 5 는 본 발명에 의한 액정표시장치의 제 3 실시예를 설명하기 위한 박막 트랜지스터형 IPS방식의 액정판넬의 일화소 부근을 상기 도4에서 설명한 기판 SUB2측으로부터 기판 SUB1측을 투시한 평면도이다.

도 6 은 도 본 발명에 의한 액정표시장치의 제 3 실시예의 효과를 설명하는 액정 판넬의 요부박막식 단면도이다.

도 7 은 본 발명에 의한 액정표시장치의 제 3 실시예의 효과를 설명하는 액정판넬의 요부막식 단면도이다.

도 8 은 본 발명을 적용한 액티브 매트릭스형 액정 표시장치의 구성과 구동시스템의 설명도이다.

도 9 는 액정판넬의 각 드라이버의 개략구성과 신호의 흐름을 나타내는 블럭도이다.

도 10 은 신호 소스(본체)로부터 표시제어장치에 입력되는 표시 데이터 및 표시제어 장치로부터 드레인 드라이버와 게이트 드라이버에 출력되는 신호를 나타내는 타이밍도이다.

도 11 은 본 발명에 의한 액정표시장치의 전체 구성을 설명하는 전개사시도이다.

도 12 는 본 발명에 의한 액정표시장치를 실장한 전자기기의 일례로서의 노트형 컴퓨터의 사시도이다.

도 13 은 본 발명에 의한 액정표시장치를 실장한 전자기기의 다른 예로서의 디스플레이 모니터의 정면도이다.

도 14 는 TN방식의 액정판넬의 구성예를 설명하는 요부단면도이다.

도 15 는 IPS방식의 액정판넬의 구성예를 설명하는 요부단면도이다.

〈도면의 주요부분에 대한 부호의 설명〉

SUB1, SUB2 : 기판 FIL : 칼라 필터

BM : 블랙 매트릭스 OC (PSV) : 보호막

ITO2 : 대향전극(공통전극) ORI2 : 배향막

SOC : 기둥스페이서 BZ : 입자형 스페이서(폴리머비즈)

DL : 영상신호선 (드레인선, 데이터라인)

SD2 : 드레인 전극 CL : 대향전압신호선

CT : 대향전극 PX : 화소전극

SD1 : 소스 전극 Cadd : 부가용량

Cstg : 축적용량 GL : 주사신호선(게이트라인, 게이트선)

GT : 게이트전극 TFT : 박막 트랜지스터

ORI1, ORI2 :배향막 LC : 액정층

GI : 게이트 절연막 POL1, POL2 : 편광판

이하, 본 발명의 실시형태에 대하여, 실시예의 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도 1은 본발명에 의한 액정표시장치의 제1실시예를 설명하는 액정 판넬의 요부막식단면도이고 기둥형 스페이서를 형성하는 측의 기판에 전극을 갖는 형식(TN방식, STN방식)에 본발명을 적용한 구성을 나타낸다. 또한, STN방식의 액정판넬에서는 TN방식에 있어서 화소전극과 공통전극 혹은 대향전극의 구별은 없고 한쌍의 기판 각각에 상호 교우하는 스트라이프형 전극을 갖고 있다. 따라서, STN에 적용하는 경우는, 화소전극과 공통전극의 각각을 상기 각 스트라이프전극으로 적용한다.

도 1에 있어서, SUB2는 액정판넬을 구성하는 한쌍의 기판의 한쪽의 기판(여기에서는 칼라필터 기판), BM은 블랙매트릭스, FIL은 칼라필터, OC는 보호막(페시베이션층PSV2라고도 칭함), ITO2는 도시하지 않는 다른편의 기판에 형성한 화소전극과 대향하는 공통정극, SOC는 기둥형 스페이서, ORI2는 배향막, BZ는 입자형 스페이서(이하, 폴리머비즈라고도 함), POL은 편광판이다.

기둥형 스페이서 SOC는 블랙 매트릭스(BM), 칼라필터(FIL) 및 보호막(OC)를 형성한 후, 이 보호막(OC)상에 직접형성된다. 이 블랙 매트릭스(BM), 칼라필터(FIL) 및 기둥형 스페이서(SOC)는 수지재료의 도포와 패턴노광/현상의 프로세스 즉 포토그래피기법으로 형성된다.

기둥형 스페이서(SOC)는 기판간의 소요갭에 거의비등한 높이(h)에 형성된다. 그 후 , 기둥형 스페이서(SOC)위에 공통전극(ITO)를 형성하고, 또한 그위층에 배향막(ORI2)를 도포하여 소위 칼라필터 기판을 구성한다.

이와같이 각종 기능막을 형성한 기판에 대하여, 액정을 사이에두고 화소전극을 보유하는 타편의 기판을 접합할 때에 소량의 폴리머비즈(BZ)를 산포한다. 이 폴리머비즈(BZ)의 평군입자경(d)는 기둥형 스페이서(SOC)의 높이(h)보다 약간 크다.

이 기판(SUB2)를 액정을 끼워 타펀의 기판과 접합시켜, 소요 갭을 내는 경우, 양기판을 프레스하여 SUB2의 기둥형 스페이서(SOC)의 정상면이 타편의 기판의 배향막에 접하도록 한다. 이때 기둥형 스페이서(SOC)의 높이h보다도 약간 커지는 평균 입자경(d)의 폴리머비즈(BZ)는 상기 타편의 기판과의 사이에서 압축변형되어 그 중심을 통하는 높이가 대부분 기둥형 스페이서(SOC)의 높이(h)에 비등한 BZ'에서 나타난 상태가된다.(즉, 도에서는 변형상태를 강조하여 나타나 있다).

본 실시예에 의해, 액정표시장치의 사용중에 액정 판넬의 온도가 상승하고, 액정의 팽창으로 기둥스페이서가 기판으로부터 떨어져 갭이 확대할 때에 입자형 스페이서의 압축변형이 해제되는 방향으로 복원하여 해당 갭을 규제한다. 이것에 의해 화면의 갭얼룩이 억제되고 또한 입자형 스페이서는 기판과 접한 상태를 유지하기위하여 그 자중으로 이동과 하강하는 것이 방지됨과 함께, 액정의 이동과 하강도 완화되어 표시품질을 극단으로 쇠화하지 않는다.

도 2는 본발명에 의해 액정표시장치의 제2 실시예를 설명하는 액정 판넬의 요부막식단면도이다. 도 1에 나타난 전극(ITO2)위에 기둥형 스페이서(SOC)를 형성한것이며, 도 1과 동일부호는 동일기능부분에 대응하고, TH는 전극(ITO)로 열린개구를 나타낸다.

도 2에 있어서, 기둥형 스페이서(SOC)는 전극(ITO2)를 형성한 후에 형성된다. 이때, 전극(ITO2)의 기둥형 스페이서(SOC)형성부분에 개구TH를 열려둠으로써 전극(ITO2)의 하츠에 있는 수지재료로 이루어지는 보호막(OC)와 기둥형 스페이서(SOC)를 결합한다. 이것에 의해 기둥형 스페이서(SOC)는 기판(SUB2)에 고정된다. 또한, 기둥형 스페이서(SOC)와 폴리머비즈(BZ)의 작용은 제1실시예와 같다.

도 3은 본발명에 의한 액정표시장치의 제 2실시예를 다시 설명하기 위한 박막트랜지스터형 TN방식의 액정 판넬의 일화소부근을 상기 도 2에서 설명한 기판(SUB2)측으로부터 기판(SUB1)측을 투시한 평면도이다. 상기 도 14는 도 3의 A-A선에 따른 단면도에 상당한다.

이 액정 판넬을 구성하는 화소(단위색화소)는, 순접하는 2개의 게이트라인(주사신호선 또는 게이트신호선, 게이트선, 수평신호선으로도 말함)(GL)과, 순접하는 2개의 데이터라인 (영상신호선, 드레인 신호선 드레인선 또는 수직신호선으로도 말함)(DL)과의 교차영역내(4개의 신호선으로 둘러싸인 영역내)에 배치되어 있다.

각 화소는 박막 트랜지스터(TFT, TFT1, TFT2), 화소전극(ITO1) 및 지지용량소자(Cadd)를 포함. 게이트라인(GL)은 열방향으로 연장하고, 행방향으로 복수개 배치되어 있다. 데이터라인(DL)은 행방향으로 연장하고, 열방향으로 복수개 배치되어 있다.

도 15에서도 설명한 바와 같이, 액정(LC)를 기준 기판(SUB1)측에는 박막 트랜지스터(TFT) 및 화소전극(ITO1)이 형성되어, 기판(SUB2)측에는 칼라필터(FIL), 차광용 블랙매트릭스(BM)이 형성되어 있다. 상하부의 투명유리기판(SUB2), 1은 예를들면 1. 1mm정도, 또는 0.7mm정도의 두께를 갖고 있다.

본 실시예에서는 기둥형 스페이서(SOC)를 블랙매트릭스(BM)으로 덮어지는 영역으로 또한 데이터라인(DL)상 및 게이트라인상에 위치함과 같이 형성하고 있다. 이 액정 판넬의 갭은 주로 기둥형 주로 기둥형 스페이서(SOC)에서 규제되고, 폴리머비즈(BZ)는 주로 상기한 기둥형 스페이서(SOC)가 갭의 확대에 추종할수 없는 상황에서의 갭얼룩을 억제하기 위해 설치되어 있고, 화소영역(화소전극상)에 소수개 산포하여 있다.

또한, 기둥형 스페이서(SOC)의 형성장소, 그수, 형태는 도시한것에 한하지 않는다. 또한, 도 3에서는 기둥형 스페이서(SOC), 폴리머비즈(BZ)의 사이즈는 이해를 용이하게 하기 위해 나타낸 것으로 실제의 제품에 있어서 사이즈와는 그다지 일치하지 않는다.

본 실시예에 의해서도 액정표시장치의 사용중에 액정 판넬의 온도가 상승하고, 액정의 팽창으로 기둥형 스페이서가 기판으로부터 떨어져 갭이 확대할 때에는 입자형 스페이서의 압축변형이 해제되는 방향으로 복원하여 해당 갭을 규제한다. 이것에 의해 화면의 갭 얼룩이 억제되고, 또한 입자형 스페이서는 기판과 접한 상태를 유지하기 위하여 그 자중으로 이동과 하강하는 것이 방지됨과 함께 액정의 이동과 하강도 완화되고 표시품질을 극단으로 쇠화하지 않는다.

도 4는 본발명에 의한 액정표시장치의 제3실시예를 설명하는 액정 판넬의 요부막식 단면도이고 기둥형 페이서를 형성하는 측의 기판에 전극을 보유하지않는 횡전계형 액티브매트릭스방식(IPS방식)에 본발명을 적용한 구성을 나타낸다.

본 실시예는 칼라필터(FIL)를 형성한 측의 기판(SUB2)에는 ITO등의 전극을 보유하지 않기 때문에 이 기판(SUB2)의 내면에 형성한 보호막(OC)(이 경우는 칼라필터(FIL) 혹은 블랙매트릭스(BM)에 의한 액정의 오염방지, 및 기판(SUB2)의 내면 평탄화막으로서 기능한다)상에 기둥형 스페이서(SOC)를 형성하고 있다.

보호막(SOC)상에 기둥형 스페이서(SOC)를 형성후, 배향막(ORI2)를 도포하고, 래빈등에서 배향제어기능을 부여한다. 그리고, 이 기둥형 스페이서(SOC)를 형성한 기판(SUB2)의 화소영역에 있어서 배향막(ORI2)상에 폴리머비즈(BZ)를 산포하고, 액정을 주입 또는 떨어뜨려 타편의 기판(SUB1)을 적층한다.

기판(SUB1)에는 박막 트랜지스터와 화소 전극, 대향전극, 그외의 배선등이 형성되어 있다.

한쌍의 기판(SUB1, SUB2)를 액정을 사이에두고 접합시킨 GN, 양기판의 상하로부터 프레스하여 소요 갭돌출을 시행한다. 이때, 소요갭은 주로 기둥형 스페이서(SOC)의 높이(h)에서 규제하고, 폴리버비즈(BZ)는 도안에 BZ'에서 나탄난것과 같이 원래의 입경9d0보다 높이가 단축되어 압축변형된 상태가 된다. 이폴리머비즈(BZ)의 작용은 상기한 실시예와 동일하여 다시 설명하지 않는다.

도 5는 본발명에 의한 액정표시장치의 제 3 실시예를 다시 설명하기 위한 박막 트랜지스터형(IPS)방식의 액정 판넬의 일화소 부근을 상기 도 4에서 설명한 기판(SUB2)측으로부터 기판(SUB1)측을 투시한 평면도이다.

각화소는 주사신호선(게이트신호선, 게이트선 또는 수평신호선)(GL)과, 대향전압신호선 (대향전극배선)CL과 순접하는 2개의 영상신호선 (드레인신호선, 드레인선 또는 수직신호선)DL과의 교차영역내(4개의 신호선으로 둘러싸인 영역내)에 배치되어 있다.

각 화소는 박막 트랜지스터 TFT, 축적용량 Cstg, 화소전극 PX 및 대향전극 CT를 포함. 주사신호선 GL, 대향전압신호선 CL은 도5에서는 좌우방향으로 연장하고, 상하방향으로 복수개 배치되어 있다.

또한, 영상신호선(CL)은 상하방향으로 연장하고, 좌우방향으로 복수개배치되어, 화소전극(PX)는 소스전극(SDI)를 사이에두고 박막 트랜지스터(TFT)와 전기적으로 접속된다. 대향 전극(CT)는 대향전압신호선(CL)과 전기적으로 접속되어 있다.

그리고, 화소전극(PX)와 대향전극(CT)는 상호 대향하고, 화소전극(PX)와 대향전극(CT)는 촘촘히 나열된 상태로 구성되고, 각화소전극(PX)와 대향전극(CT)와의 사이의 전계에 의한 액정의 광학적 상태를 제어하고, 표시를 제어한다.

본 실시예에서는 기둥형 스페이서(SOC)는 블랙 매트릭스(BM)에서 덮는 영상신호선(DL)상, 주사신호선(GL)상, 혹은 대향전압신호선(CL)상에 형성하고 있다. 그리고, 폴리머비즈는 주로 블랙매트릭스(BM)의 영역외 특화소영역에 소수개 산포되어 있다.

또한, 기둥형 스페이서(SOC)의 형성장소, 그 수 형태는 도시한것에 한하지 않는다. 또한 도 5에서는 기둥형 스페이서(SOC) 폴리머비즈(BZ)의 사이즈는 이해를 용이하게 하기 위해 나타낸 것으로 실제 제품에 있어서 사이즈와는 그다지 일치하지 않는다.

본 실시예에 의해서도 액정표시장치의 사용중에 액정 판넬의 온도가 상승하고, 액정의 팽창으로 기둥형 스페이서가 기판으로부터 떨어져 갭이 확대할 때에는 입자형 스페이서의 압축변형이 해제되는 방향으로 복원하여 해당 갭을 규제한다. 이것에 의해 화면의 갭 얼룩이 억제되고, 또한 입자형 스페이서는 기판과 접한 상태를 유지하기 위하여 그 자중으로 이동과 하강하는 것이 방지됨과 함께, 액정의 이동과 하강도 완화되고 표시품질을 극단으로 쇠화되지 않는다.

도 6 및 도 7은 본발명에 의한 액정표시장치의 제 3실시예를 설명하는 액정 판넬의 요부막식 단면도이고 박막 트랜지스터 화소전극, 각종 배선을 형성한 기판 (SUB1)과 기둥형 스페이서(SOC)를 형성한 기판(SUB2)를 액정(LC)를 사이에두고 접합시켜, 프레스에 의한 소요 갭을 돌출한 상태를 나타낸다.

기판(SUB1)의 구성에 있어서 각부재는 상기 도 5에서 설명한것과 동일부호로 나타나 있다, 또한, 기판(SUB2)의 구성에 있어서 각부재는 상기 도 4에서 설명한것과 동일 부호로 나타난다.

도 6에 나타낸 갭돌출을 시행한 상태에서는 기둥상 스페이서(SOC)의 상위면은 기판(SUB1)과 당접해있으며, 폴리머비즈(BZ)은 표시 A에서 나타난것과 같이 압축변형되어 있다.

이 상태로부터, 도 7에 나타난 것과 같이 백라이트등으로부터의 열에서 액정 (LC)가 팽창하여 기판(SUB1, SUB2)의 갭이 확대한 경우, 기둥형 스페이서(SOC)의 정상면은 표시 B에서 나타난바와 같이 기판(SUB1)로부터 떨어져 갭규제능력이 상실하는 경우가 있다. 그러나, 이 때 폴리머(BZ)는 표시 C에서 나타난 원래의 입역에 복원하는 경향이 되고 갭의 확대에 추종하여 양기판간의 갭을 규제한다.

따라서, 액정판넬의 화면에서의 갭얼룩의 발생을 억제하고, 고품질의 화상표시를 유지하는 것이 가능하다. 또한 기둥형 스페이서(SOC)와 폴리머(BZ)의 움직임은 상기 타실시예에 있어서도 같다.

다음으로 상기 각 실시예를 적용한 본발명에 의한 액정표시장치의 구동 및 제품구성예에 대하여 설명한다. 또한, STN방식의 액정 판넬을 이용한것에 대해서는 생략한다.

도 8은 본 발명을 적용한 액티브 매트릭스형 액정표시장치의 구성과 구동 시스템의 설명도이다. 이 액정표시장치는 상기 실시예 중의 액티브매트릭스형 액정 판넬에 관한것 중 어느 하나를 이용한 것이다. 이 액정 판넬 PNL의 주변에 데이터선(드레인 신호선, 드레인선, 또는 영상신호선) 구동회로(IC칩) 즉, 드레이 드라이버(DDR), 주사선(게이트신호선 또는 게이트선이라고도 말함) 구동회로(IC칩) 즉, 게이트 드라이버(GDR)을 가지고 이들의 드레이 드라이버(DDR)과 게이트 드라이버( GDR)에 화상표시를 위한 표시데이터와 클록신호, 계조전압등을 공급하는 표시제어수단인 표시제어장치(도 8에서는 콘트롤러로 표기)(CRL), 전원회로(도 8에서는 전원부로 표기)(PWU)를 구비하고 있다.

컴퓨터, 퍼스컴과 텔레비젼 수상회로등의 외부신호 소스로부터의 표시데이터와 제어신호 클록, 표시타이밍신호, 동기신호는 표시제어장치(CRL)에 입력한다. 표시제어장치(CRL)은 계조기준전압생성부, 타이밍콘트롤러(TCON)등이 구비되어 있고, 외부로부터의 표시데이터를 액정 판넬(PNL)에서의 표시에 적합한 형식의 데이터로 변환한다.

게이트드라이버(GDR)과 드레인드라이버(DDR)에 대한 표시데이터 클록신호는 도시한바와 같이 공급된다. 드레인 드라이버(DDR)의 전단 캐리의 출력은 그대로 다음단계의 드레이 드라이버의 캐리입력에 전달된다.

도 9는 액정판넬의 각 드라이버의 개략구성과 신호의 흐름을 나타내는 블럭도이다. 드레인 드라이버(DDR)은 영상(화상)신호등의 표시데이터의 데이터래치부와 출력전압발생회로에서 구성된다. 또한, 계조기준전압생성부(HTV), 멀티플랙서(MPX), 코먼전압생성부(CVD), 코먼드라이버(CCD), 레벨시프트회로(LST), 게이트온전압생성부(GOV), 게이트오프전압생성부(GFD) 및 DC-DC컴버터D/D는 도 17의 전원회로(PWU)에 설치되어진다.

도 10은 신호소스(본체)로부터 표시제어장치에 입력되는 표시데이터 및 표시제어장치로부터 드레인 드라이버와 게이트 드라이버에 출력되는 신호를 나타내는 타이밍도이다. 표시제어장치(CRL)은 신호소스로부터 제어신호(클록신호, 표시타이밍신호, 동기신호)를 받아서, 드레인 드라이버(DDR)의 제어신호로서 클록D1(CL1), 시프트클록D2(CL2) 및 표시데이터를 생성하고, 동시에 게이트 드라이버(GDR)의 제어신호로서 프레임개시지시신호(FLM), 클록G(CL3) 및 표시데이터를 생성한다.

신호소스에서의 표시데이터의 전송에 저전압차동신호(LVDS 신호)를 이용하는 방식에서는 해당 신호소스에서의 LVDS신호를 상기 표시제어장치를 탑재하는 기판(인터페이스기판)에 탑재한 LVDS수신회로에서 본래의 신호로 변환하고나서 게이트 드라이버(GDR) 및 드레이 드라이버(DDR)에 공급한다.

도 10에서 밝혔듯이 드레인드라이버의 시프트용 클록 신호D2(CL2)는 본체 컴퓨터등에서 입력되는 클록 신호(DCLK) 및 표시데이터의 주파수와 같고, XGA표시소자에서는 약40MHz의 고주파가 된다.

도 11은 본 발명에 의한 액정표시장치의 전체구성을 설명하는 전개사시도이고, 액정표시장치(이하, 2매의 기판(SUB1, SUB2)를 접합시켜 이루는 액정 판넬, 구동수단, 백라이트 그외의 구성부재를 일체화한 액정표시모듈:MDL로 칭함)의 구체적 구조를 설명하는 것이다.

SHD는 금속판으로 이루어진 씰드케이스(메탈프레임이라고도 하며, WD는 표시창, INS1~3은 절연씨트, PCB1~3은 구동수단을 구성하는 회로기판(PCB1은 드레인측 회로기판: 영상신호선 구동용 회로기판, PCB2는 게이트측 회로기판, PCB3은 인터페이스회로기판), JN1~3은 회로기판 PCB1~3동사를 전기적으로 접속하는 죠이너, TCP1, TCP2는 테이프 캐리어 패키지, PNL은 액정판넬, GC는 고무쿠션, ILS는 차광스페이서, PRS는 프리즘씨트, SPS는 확산씨트, GLB는 도광판, RFS는 반사씨트, MCA는 일체화성형에 의해 형성된 하측케이스(몰드프레임), MO는 MCA의 개구, LP는 형광관, LPC는 램프 케이블, GB는 형광관LP를 지지하는 고무누름, BAT는 양면점착테이프, BL은 형광관과 도광판등으로 이루어지는 백라이트를 나타내고, 도시의 배치관계에서 확산판 부재를 적층하여 액정표시모듈(MDL)이 조립되어진다.

영상신호 구동용 회로기판(PCB1)에는 액정 판넬(PNL)의 각화소를 구동하기 위한 집적회로 칩이 탑재되고 또한 인터페이스회로기판(PCB3)에는 외부회로 호스트에서의 영상신호의 반입, 타이밍신호등의 제어신호를 반입하는 집적회로 칩 및 타이밍을 가공하여 클록신호를 생성하는 타이밍컴버터(TCON)등이 탑재된다.

상기 타이밍컴버터에서 생성된 클록신호는 인터페이스회로기판(PCB3) 및 영상신호선 구동용 회로기판(PCB1)에 부설된 클록신호라인(CLL)을 사이에두고사이에두고선 구동용 회로기판(PCB1)에 탑재된 집적회로칩에 공급되는것은 상기한 바와 같다.

인터페이스회로기판(PCB3) 및 영상신호선 구동용 회로기판(PCB1)은 다층배선기판이며 상기 클록신호라인(CLL)은 인터페이스 회로기판(PCB3) 및 영상신호선 구동용 회로기판(PCB1)의 내층배선으로서 형성된다.

또한, 액정판넬(PNL)에는 TFT를 구동하기 위한 드레인측회로기판(PCB1), 게이트측회로기판(PCB2) 및 인터페이스 회로기판(PCB3)가 테이프캐리어패키지(TCP1, TCP2)에서 접속되고, 각회로기판간은 죠이너JN1, 2, 3에서 접속되어 있다. 액정판넬(PNL)은 상기한 본 발명에 의한 액티브매트릭스형 액정표시장치이며, 그 2매의 기판간격을 소정치로 유지하기위하여 상기 실시예에서 설명한 입자포함의 기둥형스페이서와 폴리머비즈를 구비하고 있다.

또한, 각 구동회로(드레인드라이버, 게이트드라이버)를 액정판넬의 한쪽의 기판, 일반적으로는 기판(SUB1)의 주변에 직접탑재한 글래스·온·오프방식(FCA방식으로도 칭함)을 채용한것에도 본 발명은 동일하게 적용된다.

액정판넬(PNL)은 상기한 본 발명에 의한 액티브매트릭스형 액정표시장치이며, 그 2매의 기판간격을 소정치로 유지하기위해 상기 실시예에서 설명한 입자포함의 기둥형 스페이서와 폴리머비즈를 구비하고 있다.

도 12는 본 발명에 의한 액정표시장치를 실장한 전자기기의 일례로서 노트형 컴퓨터의 사시도이다.

이 노트형 컴퓨터는 키보드부(본체부)와, 이 키보드부에 힌지로 결합한 표시부에서 구성된다. 키보드부에는 키보드와 호스트(호스트컴퓨터), CPU등의 신호생성기능을 수납하고, 표시부에는 액정 판넬PNL을 보유하며, 그 주변에 구동회로기판(PCB1, PCB2) 콘트롤칩(TCON)을 탑재한 PCB3 및 백라이트 전원인 인버터 전원기판등이 실장된다.

그리고, 상기액정표시 판넬(PNL), 각종회로기판(PCB1, PCB2, PCB3), 인버터전원기판, 및 백라이트를 일체화한 도 12에서 설명한 액정표시모듈을 실장하고 있다.

도 13은 본 발명에 의한 액정표시장치를 실장한 전자기기의 다른예로서의 디바이스모니터의 정면도이다. 이 다바이스플레이모니터는 표시부와 스탠드부에서 구성되고, 표시부에는 상기한 본 발명에 의한 액정 판넬(PNL)을 갖는 액정표시장치가 실장되어 있다. 또한, 이와같은 디스플레이모니터의 스탠드부에 호스트 컴퓨터, 혹은 텔레비젼 수상회로를 내장하여도 좋다.

본 발명은 상기의 실시예에 한하지 않고, 본 발명의 기술사상을 일탈하지않으며 각종의 변경이 가능함은 상기한바와 같다.

이상 설명한바와 같이 본 발명에 의하면 액정판넬의 기판간의 갭을 규제하는 부재로서 한쪽의 기판에 고정적으로 형성한 기둥형 스페이서와 폴리머비즈를 병용한것에 의해, 기둥형 스페이서가 추종할수 없는 갭규제를 폴리머비즈에서 보완가능하며, 표시영역내의 갭얼룩의 발생이 억제된다. 또한, 폴리머비즈의 산포량을 필요최소한으로 함으로써 표시영역에서의 빛 노출량을 억제한 고품질의 화상표시의 액정표시장치를 얻을 수 있다.

Claims (5)

1. 적어도 한쪽이 투명한 한쌍의 기판과 상기 한쌍의 기판의 한쪽에 형성된 칼라표시를 위한 색의 변이가 적어도 2종류이상의 칼라필터 및 각 칼라필터간에 개재시킨 블랙매트릭스와, 상기 한쌍의 기판의 적어도 한쪽의 기판상에 형성된 화소형성전극과, 상기 한쌍의 기판간에 유전이방성을 갖는 액정층 및 이 액정층을 구성하는 액정조성물의 분자배열을 소정의 방향으로 배열시키기 위한 배향 제어층을 갖는 액정판넬과, 상기 전극군에 구동전압을 인가하기 위한 구동수단을 구비하고,

   상기 한쌍의 기판의 적어도 일방에 한쌍의 기판간의 소망의 갭에 거의같은 높이로 고정적으로 형성한 기둥형 스페이서와, 상기 한쌍의 기판간에 개재하여 평균입경이 상기 기둥형 스페이서의 높이보다 약간 커지는 수지재료의 입자형 스페이서를 구비한 것을 특징으로 하는 액정 표시장치.
2. 청구항 1에 있어서,

   상기 기둥형 스페이서를 상기 블랙매트릭스에 덮히는 영역에 형성하고, 상기 입자형 스페이서를 상기 화소형성전극의 형성영역을 포함하는 표시영역에 배치한 것을 특징으로하는 액정표시장치.
3. 청구항 1에 있어서,

   상기 기둥형 스페이서를 상기 기판에 형성되는 보호막과의 접착성를 갖는 수지재료로 형성한 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
4. 청구항 3에 있어서,

   상기 기둥형 스페이서를 당해 기둥형 스페이서를 형성하는 측의 기판에 있는 보호막상에 직접형성한 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
5. 청구항 3에 있어서,

   상기 기둥형 스페이서를 당해 기둥형 스페이서를 형성하는 측의 기판에 있는 전극상에 직접 형성하고 해당 전극으로 열린 개구를 통하여 해당 전극의 하층에 있는 보호막과 접속한 것을 특징으로 하는 액정표시장치.