KR20020055783A - 횡전계 방식의 액정표시장치 - Google Patents

횡전계 방식의 액정표시장치 Download PDF

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Abstract

본 발명에 따른 액정 표시장치는 고 신뢰성을 가지는 IPS모드의 액정 표시장치를 제공하기 위한 것이다.
일반적으로, IPS모드는 노멀리 블랙모드(normally black)로 구동하기 때문에 전압이 온(on) 되었을 경우 화이트(white)를 표시하게 된다.
이때, 액정패널의 양측은 시각적으로 더욱 환하게 보이기 때문에, 마치 빛이 새는 것처럼 인지되는 문제가 있다.
따라서, 본 발명은 액정패널의 주변부에 구성된 데이터배선에 흐르는 전류를 낮추어 빛의 휘도를 줄이는 구조를 제안하여, 관찰자로 하여금 액정패널의 전 면적에 대해 균일한 휘도를 느낄 수 있도록 한다.

Description

횡전계 방식의 액정표시장치{IPS mode Liquid crystal display device}
본 발명은 화상 표시장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 횡전계방식(In-Plane Switching : 이하 "IPS" 모드라 칭함)으로 동작하는 액정표시장치에 관한 것이다.
특히, 본 발명은 IPS 모드 액정패널의 양측에서 발생하는 빛샘현상을 방지하기 위한 구조에 관한 것이다.
일반적으로 액정표시장치의 구동원리는 액정의 광학적 이방성과 분극성질을 이용한다. 상기 액정은 구조가 가늘고 길기 때문에 분자의 배열에 방향성을 갖고 있으며, 인위적으로 액정에 전기장을 인가하여 분자배열의 방향을 제어할 수 있다.
따라서, 상기 액정의 분자배열 방향을 임의로 조절하면, 액정의 분자배열이 변하게 되고, 광학적 이방성에 의하여 상기 액정의 분자 배열 방향으로 빛이 굴절하여 화상정보를 표현할 수 있다.
현재에는 박막 트랜지스터와 상기 박막 트랜지스터에 연결된 화소전극이 행렬 방식으로 배열된 능동행렬 액정표시장치(Active Matrix LCD : AM-LCD)가 해상도 및 동영상 구현능력이 우수하여 가장 주목받고 있다.
일반적으로 액정표시장치를 구성하는 기본적인 부품인 액정 패널의 구조를살펴보면 다음과 같다.
도 1은 일반적인 액정 패널을 개략적으로 도시한 도면이다.
도시한 바와 같이, 액정표시장치는 블랙매트릭스(6)와 서브컬러필터(적, 녹, 청)(8)를 포함한 컬러필터(7)와 컬러필터 상에 투명한 공통전극(18)이 형성된 상부기판(5)과, 화소영역(P)과 화소영역 상에 형성된 화소전극(17)과 스위칭소자(T)를 포함한 어레이배선이 형성된 하부기판(22)으로 구성되며, 상기 상부기판(5)과 하부기판(22) 사이에는 액정(14)이 충진 되어있다.
상기 하부기판(22)은 어레이기판이라고도 하며, 스위칭 소자인 박막트랜지스터(T)가 매트릭스형태(matrix type)로 위치하고, 이러한 다수의 박막트랜지스터를 교차하여 지나가는 게이트배선(13)과 데이터배선(15)이 형성된다.
상기 화소영역(P)은 상기 게이트배선(13)과 데이터배선(15)이 교차하여 정의되는 영역이다. 상기 화소영역(P)상에 형성되는 화소전극(17)은 인듐-틴-옥사이드(indium-tin-oxide : ITO)와 같이 빛의 투과율이 비교적 뛰어난 투명도전성 금속을 사용한다.
상기 액정패널의 동작을 설명하면, 상기 상부기판(5)에 형성된 공통전극(18)과, 상기 하부기판(22)에 형성된 화소전극(17)사이에 전압을 인가하여, 상기 두 기판 사이에 충진 되는 액정(14)의 배열상태에 따른 빛의 투과량을 달리 함으로써 화상을 표시하는 것이다.
상술한 액정표시장치는 상부 기판인 컬러필터 기판에 공통전극이 형성된 구조이다. 즉, 상기 공통전극이 상기 화소전극과 수직으로 형성된 구조의 액정표시장치는 상-하로 걸리는 전기장에 의해 액정을 구동하는 방식으로, 투과율과 개구율 등의 특성이 우수하며, 상판의 공통전극이 접지역할을 하게 되어 정전기로 인한 액정 셀의 파괴를 방지할 수 있다.
그러나, 상-하로 걸리는 전기장에 의한 액정 구동은 시야각 특성이 우수하지 못한 단점을 갖고 있다. 따라서, 상기의 단점을 극복하기 위해 새로운 기술이 제안되고 있다.
하기 기술될 액정표시장치는 횡전계에 의한 액정 구동방법으로 시야각 특성이 우수한 장점을 갖고 있다.
이하, 도 2를 참조하여 IPS 모드의 액정표시장치에 관해 상세히 설명한다.
기판(30) 상에 화소전극(34)과 공통전극(36)이 동일 평면상에 형성되어 있다. 즉, 액정(10)은 상기 동일 기판(1) 상에 상기 화소전극(34)과 공통전극(36)의 수평 전계(35)에 의해 작동한다. 상기 액정층(10) 상에는 컬러필터 기판(32)이 형성되어 있다.
상술한 바와 같이 IPS 모드를 사용하는 액정표시장치는 동일 평면상에 화소전극과 공통전극이 모두 존재하기 때문에 횡전계(35)를 이용한다는 특징이 있다.
도 3은 종래의 IPS 모드 액정표시장치의 평면도와 등가회로도를 도시한 도면이다.
도면에 도시된 바와 같이 가로방향으로 게이트 배선(50)과 공통 배선(54)이 평행을 이루며 형성되어 있고, 세로방향으로 데이터 배선(60)이 상기 게이트 배선(50)및 공통배선(54)과 수직을 이루며 형성되어 있다.
상기 게이트배선(50)의 끝단에는 게이트전압을 입력받는 게이트패드(51)가 구성되며, 상기 데이터배선(60)의 끝단에는 화상신호를 입력받는 데이터패드(61)가 구성된다.
등가 회로도에 도시한 바와 같이, 상기 각 배선과 패드를 잇는 중간영역에는 정전기 방지회로(67)가 구성된다.
그리고, 상기 게이트 배선(50)의 일 측에는 게이트 전극(52)이 형성되어 있으며, 상기 게이트 전극(52) 부근의 상기 데이터 배선(60)에는 소스전극(62)이 상기 게이트 전극(52)과 소정면적 겹쳐져서 형성되어 있고, 상기 소스전극(62)과 갭을 두고 대응되는 위치에 드레인 전극(64)이 형성되어 있다.
또한, 상기 공통배선(54)은 상기 공통배선(54)에서 분기된 다수개의 공통전극(54a)이 형성되어 있으며, 상기 드레인 전극(64)에는 인출배선(66)이 연결되어 있고, 상기 인출배선(66)은 인출배선(66)에서 분기된 다수개의 화소전극(66a)이 형성되어 있다.
전술한 구성에서 상기 공통전극(54a)과 상기 화소전극(66a)은 서로 엇갈리게 구성되어 있다.
이와 같은 구성에서, 상기 화소영역(P)에 구성된 공통전극(54a,54b)은 공통배선(54)에서 입력받은 공통전압이 항상 인가되는 상태이다.
이와는 다르게, 상기 화소전극(66,66a)에는 상기 게이트 전극(52)에 인가된 게이트 전압의 레벨에 따라, 상기 데이터배선(60)을 통해 다양한 레벨의 화상신호가 인가된다.
따라서, 상기 화소영역(P)에는 화소전극(66,66a)과 공통전극(54a,54b)에 인가된 전압에 의해 횡전계가 분포하게 되고, 전계의 세기에 따라 액정의 배열정도가 달라진다.
도 4는 종래의 IPS모드 액정표시장치용 어레이기판의 평면을 등가회로로 구성한 도면이다.
(도 4의 도면에서, 게이트배선과 데이터배선의 교차하여 정의된 단위 화소의 구성은 도 3의 등가회로와 같다.)
IPS모드 액정표시장치는 일반적으로 스위칭 소자가 온(on)상태가 되면 화이트(white)를 표시하는 노멀리 블랙모드(normally black mode)로 동작하게된다.
이때, 관찰자는 액정표시장치의 중앙부(A)에 비해 양측(B)의 외곽 데이터배선(61a, 61b)에 연결된 화소가 더 환하게 보이는 시감의 차이를 느끼게 된다.
따라서, 전술한 바와 같은 어레이기판(30)의 외곽에서 보이는 빛샘현상을 가리기 위해 통상, 상부기판 중 빛샘영역에 대응하는 위치에 블랙매트릭스(미도시)를 형성한다.
그러나, 전술한 구성은 상기 블랙매트릭스의 면적만큼 액정패널의 개구율이 감소하는 문제가 있다.
상기 액정표시장치 외곽의 빛샘현상을 방지하기 위한 또 다른 방법으로는 어레이기판의 양측에 구성되는 배선의 저항을 달리하여, 인위적으로 휘도를 낮추는 방법이 제안되었다.
그러나, 이러한 방법은 상기 어레이기판(30)의 양측에 위치하는데이터배선(61a,61b)의 저항만을 달리하는 것은 공정적인 제어가 불가능한 문제가 있다.
따라서, 전술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위해, 본 발명에서는 상기 액정패널의 양측에 위치하는 데이터배선에 흐르는 전류의 양을 분배하는 구조를 제안한다.
이와 같은 본 발명의 구조는, 액정패널의 전 면적에 대해 관찰자가 고른 휘도를 느낄수 있도록 하는 것을 목적으로 한다.
도 1은 일반적인 액정표시장치를 개략적으로 도시한 도면이고,
도 2는 IPS모드 액정표시장치의 일부를 개략적으로 도시한 단면도이고,
도 3은 IPS모드 액정표시장치용 어레이기판의 일부를 개략적으로 도시한 단면도이고,
도 4는 종래의 IPS모드 액정표시장치용 어레이기판의 등가회로를 도시한 도면이고,
도 5는 본 발명의 제 1 예에 따른 IPS모드 액정표시장치용 어레이기판의 등가회로를 도시한 도면이고,
도 6은 본 발명의 제 2 예에 따른 IPS모드 액정표시장치용 어레이기판의 등가회로를 도시한 도면이고,
도 7은 본 발명의 제 3 예에 따른 IPS모드 액정표시장치용 어레이기판의 등가회로를 도시한 도면이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
150 : 게이트 160a : 데이터 배선
164 : 더미배선 168 : 데이터 패드
본 발명의 목적을 달성하기 위한 액정표시장치용 어레이기판은 표시영역과 비표시 영역이 정의된 기판; 상기 기판의 일 측 비표시 영역에 구성되는 게이트패드와; 상기 게이트패드와 평행하지 않은 일 측에 구성된 데이터 패드와; 상기 표시영역에 구성하고, 게이트패드에 연결된 다수의 게이트배선과; 상기 게이트 배선과 소정간격 이격하여 평행하게 구성된 공통배선과; 상기 표시영역에 구성하고 게이트배선과 교차하여 화소영역을 정의하고, 상기 데이터패드에 연결된 다수의 데이터배선과; 상기 데이터 배선을 정전기 방지회로를 사이에 두고 모두 연결하는 제 1 정전기 방지배선과; 상기 게이트 배선을 정전기 방지회로를 사이에 두고 모두 연결하는 제 2 정전기 방지배선을 포함한다.
상기 더미배선은 상기 제 1 정전기 방지회로에 연결되는 것을 특징으로 한다.
상기 더미배선에 스위칭 소자를 더욱 구성하는 것을 특징으로 한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다.
-- 실시예--
도 5는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 IPS모드 어레이기판의 등가회로를 도시한 도면이다.
도시한 바와 같이, 교차하여 단위화소(P)를 정의하는 게이트배선(150)과 데이터배선(160)을 구성한다.
이때, 상기 게이트배선(150)과 게이트배선(150)의 사이에는 공통배선(151)이 구성된다.
상기 데이터배선(160)과 게이트배선(150)의 교차지점에는 스위칭 소자(T)가 구성되며, 단위화소(P)를 구동하는 역할을 한다.
전술한 구성에서, 본 발명의 특징은 상기 액정패널의 양측의 최 외곽에 구성한 데이터배선(160a, 160b)에 더미배선(164)을 더욱 구성하는 것이다.
이러한 구성은, 단일 데이터패드(168)에 입력된 전류(i)가, 주 데이터배선(160a,160b)과 보조 데이터배선(164)에 각각 i1과 i2로 나누어져 흐르게 되는 결과가 되므로, 상기 주 데이터배선(160a,160b)에 흐르는 신호가 약해지므로, 주 데이터배선(160)에 연결된 다수 화소(P1)의 휘도가 감소된다.
도 6은 도 5의 좀더 개선된 구조이다.
도 6의 구조는 상기 더미배선(164)만으로 전류의 양분효과를 충분히 거둘 수 없을 경우를 위한 개선된 구조로서, 상기 더미배선(164)을 하부의 정전기 배선(170)에 연결하지 않고, 그라운드 배선(172)에 연결하여 전류의 소비를 증가하도록 한 구조이다.
상기 더미배선(164)으로 흐르는 전류의 양을 더욱 늘리기 위한 또 다른 구조는, 도 7에 도시한 바와 같이, 상기 더미 데이터배선(164)에 스위칭 소자(T)를 연결하는 구조이다.
스위칭 소자(T)를 연결하면 소비하는 전류의 양을 증가시키는 효과가 더 크다.
더욱 바람직하게는 상기 스위칭 소자(T)가 연결된 더미배선(164)을 그라운드 배선(172)에 연결하면, 양분된 전류의 소비를 증가시키는 효과를 크게 할 수 있다.
전술한 바와 같은 본 발명에 따른 어레이기판 구조는, IPS모드 액정표시장치 외에도 일반적인 모드(TN모드)로 구동되는 액정표시장치용에도 적용할 수 있다.
이때, 상기 TN 모드는 상기 IPS모드와는 달리 전압을 인가하지 않았을 경우에 백색을 표시하는 경우이기 때문에, 이에 따른 약간의 구성상 변경이 있으면 적용 가능하다.
본 발명에 따른 액정 표시장치는 관찰자로 하여금 액정표시장치의 양측과 중앙부분의 휘도가 균일하게 느껴지도록 하는 화질개선 효과가 있다.

Claims (3)

  1. 표시영역과 비표시 영역이 정의된 기판;
    상기 기판의 일 측 비표시 영역에 구성되는 게이트패드와;
    상기 게이트패드와 평행하지 않은 일 측에 구성된 데이터 패드와;
    상기 표시영역에 구성하고, 게이트패드에 연결된 다수의 게이트배선과;
    상기 게이트배선과 소정간격 이격하여 평행하게 구성된 공통배선과;
    상기 표시영역에 구성하고 게이트배선과 교차하여 화소영역을 정의하고, 상기 데이터패드에 연결된 다수의 데이터배선과;
    상기 데이터 배선을 정전기 방지회로를 사이에 두고 모두 연결하는 제 1 정전기 방지배선과;
    상기 게이트 배선을 정전기 방지회로를 사이에 두고 모두 연결하는 제 2 정전기 방지배선
    을 포함하는 액정표시장치용 어레이기판.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 더미배선은 상기 제 1 정전기 방지회로에 연결되는 액정표시장치용 어레이기판.
  3. 제 1 항 내지 제 2 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 더미배선에 스위칭 소자를 더욱 구성한 액정표시장치용 어레이기판.
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