KR20030058765A - 액정표시소자 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 게이트 신호가 입력되는 게이트 라인의 시작점으로부터 멀어질수록 게이트 신호의 지연으로 인해 발생하는 화면의 밝기 차이를 감소시키기 위한 액정표시소자에 관한 것으로, 게이트 신호가 입력되는 시작점으로부터 멀어질수록 폭의 굵기가 증가하는 제 m 행의 게이트 라인(GL)과, 제 n 열의 데이터 라인(DL)과, 상기 게이트 라인(GL)과 데이터 라인(DL)에 의해 정의되며 매트릭스 형태로 배치되는 m×n 개의 화소와, 상기 게이트 라인(GL)과 데이터 라인(DL)의 교차부에 형성되는 박막트랜지스터로 구성되어 있다.

Description

액정표시소자{LIQUID CRYSTAL DISPLAY}
본 발명은 액정표시소자(Liquid Crystal Display)에 관한 것으로, 특히 게이트 라인의 저항으로 인한 게이트 라인의 마지막점에서 발생하는 게이트 신호지연을 방지하기 위한 액정표시소자에 관한 것이다.
통상의 액정표시장치는 전계를 이용하여 액정의 광투과율을 조절함으로써 화상을 표시하게 된다. 이를 위하여, 액정표시장치는 액정셀들이 매트릭스 형태로 배열되어진 액정패널과, 이 액정패널을 구동하기 위한 구동회로를 구비하게 된다.
실제로, 액정표시소자는 도 1에 도시된 바와 같이 게이트라인들(GL1 내지 GLm)과 데이터라인들(DL1 내지 DLn)이 교차되어 배열된 액정패널(2)을 구비한다. 이 액정패널에는 액정셀들 각각에 전계를 인가하기 위한 화소전극들과 기준전극, 즉 공통전극이 마련되게 된다. 여기서, 화소전극은 하부기판 상에 액정셀별로 형성되는 반면 공통전극은 상부기판의 전면에 일체화되어 형성되게 된다. 화소전극들 각각은 스위치 소자로 사용되는 박막 트랜지스터(Thin Film Transistor; 이하 “TFT″라 함)의 소오스 및 드레인 단자들을 경유하여 데이터 라인들(DL1 내지 DLn) 중 어느 하나에 접속되게 된다. TFT들 각각의 게이트 단자는 화소전압신호가 1라인분씩의 화소전극들에게 인가되게끔 하는 게이트 라인(12)들(GL1 내지 GLm) 중 어느 하나에 접속되게 된다. 또한, 도 1의 액정표시소자는 게이트라인들(GL1 내지 GLm)과 접속된 게이트 드라이버(4)와, 데이터라인들(DL1 내지 DLn)에 접속된 데이터드라이버(6)와, 공통전극에 접속되는 공통전압 발생부(8)를 구비한다. 게이트 드라이버(4)는 스캐닝신호, 즉 게이트신호를 게이트라인들(GL1 내지 GLm)에 순차적으로 공급하여 액정패널(2) 상의 화소들을 1라인분씩 순차적으로 구동하게 된다. 데이터 드라이버(6)는 게이트라인들(GL1 내지 GLm) 중 어느 하나에 게이트신호가 공급될 때마다 데이터 라인(14)들(DL1 내지 DLn) 각각에 데이터 전압신호를 공급하게 된다. 공통전압 발생부(8)는 공통전극에 공통전압신호를 공급하게 된다. 이러한 액정표시장치는 액정셀 별로 데이터 전압신호에 따라 화소전극과 공통전극 사이에 인가되는 전계에 의해 광투과율을 조절함으로써 화상을 표시하게 된다.
이러한 액정패널에서는 게이트신호가 턴-오프되어 하강할 때 데이터 라인(14)(DL 내지 DLn)에 공급되어진 데이터전압(공통전극전압 기준)과 액정셀에 충전되어진 액정셀 전압과의 차전압에 해당하는 피드 트로우 전압(Feed Through Voltage, ΔVp)이 발생되게 된다. 이 피드 트로우 전압(ΔVp)은 TFT의 게이트단자와 액정셀 전극 사이에 박막트랜지스터의 구성상 존재하는 기생용량(Cgs)에 의해 발생되는 것으로서, 게이트 라인 및 데이터 라인의 저항에 따른 신호 지연에 의해 액정셀들에 동일한 크기의 데이터 전압이 공급되어질 경우에도 액정셀들의 위치에 따라 발생되는 피드 트로우 전압(ΔVp)의 크기가 다르게 된다. 상세히 설명하면, 액정패널 상의 화소들은 도 2와 같은 등가회로를 가지게 된다. 도 2에서 화소는 게이트 라인(GL), 데이터 라인(DL) 및 공통전극(CL)사이에 접속되어진 TFT와, TFT의 소오스 단자와 공통전극(CL) 사이에 접속되어진 액정셀(Clc)로 구성되게 된다. 상기 액정셀(Clc)은 게이트 라인(GL)상의 게이트 신호에 의해 TFT가 턴-온 되는 T0로부터 Toff 까지의 기간동안 데이터 라인(DL) 상의 데이터 전압과 공통전극(CL) 상의 기준전압과의 차전압을 충전하게 된다. 그러나, TFT의 게이트 단자에 인가되는 게이트 신호는 게이트 라인(GL)의 저항에 의해 게이트 신호지연이 발생하게 된다. 즉, 도면에 도시한 바와 같이 화소가 게이트 라인(GL)의 시작점으로부터 가까운 경우에는 게이트 신호의 지연이 거의 없는 반면에 화소가 게이트 라인(GL)의 시작점으로부터 멀리 떨어진 경우에는 게이트 신호가 전달되는 게이트 라인의 길이가 길어지기 때문에 게이트 라인의 배선 저항의 영향이 커지므로 게이트 신호의 지연이 커지게 된다. 이렇게, 게이트신호의 지연량이 게이트 라인(12)의 저항으로 인하여 화소들의 위치가 게이트라인(GL)의 시작점으로부터 멀어 질수록 커지게 된다면, 화소들의 위치가 게이트라인(GL)의 시작점으로부터 멀어짐에 따라 피드 트로우 전압(ΔVp)은 화소의 위치가 게이트 라인(GL)의 시작점으로부터 멀어질수록 커지게 된다. 다시 말하여, 피드 트로우 전압(ΔVp)은 게이트신호의 지연시간이 길어질수록 커지게 된다.
이와 같이, 피드 트로우 전압(ΔVp)은 게이트 라인(GL)의 배선 저항이 액정셀의 위치에 따라 달라지기 때문에 액정셀들의 위치에 따라 크기가 달라지는 피드 트로우 전압(ΔVp)으로 인하여 액정셀들의 광투과율 불균일해져 도 3에 도시한 바와 같이 게이트 라인(GL)의 시작점으로부터 가까운 화소와 게이트 라인(GL)의 시작점으로부터 멀리 떨어진 화소에 대하여 화면의 밝기차이가 발생하게 된다.
따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해서 이루어진 것으로,본 발명의 목적은 게이트 신호가 입력되는 게이트 라인(12)의 시작점으로부터 멀어질수록 게이트 라인(12)의 폭을 증가시켜 게이트 라인(12)의 배선 저항 감소시킴으로써, 화질이 향상된 액정표시소자를 제공하는데 있다.
기타 본 발명의 목적 및 특징은 이하의 발명의 구성 및 특허청구범위에서 상세히 기술될 것이다.
도 1은 종래의 액정표시소자를 도시한 평면도.
도 2는 종래의 액정표시소자에 있어서, 게이트 라인 저항에 의한 게이트 신호 지연을 도시한 도면.
도 3은 도 2에 도시한 게이트 신호 지연으로 인한 화면의 밝기 차이를 도시한 도면.
도 4는 본 발명에 따른 스토리지 온 게이트 방식의 액정표시소자를 도시한 평면도.
도 5는 게이트 전극에 공급되는 게이트 전압과, 박막 트랜지스터의 소오스 전극에 인가되는 신호 전압과 화소 전압의 상대적인 시간 관계를 나타내는 도면.
*** 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 ***
12: 게이트 라인14: 데이터 라인
12a: 게이트 전극14a: 소오스 전극
14b: 드레인 전극15: 반도체층
18: 컨택홀20: 박막트랜지스터
21: 게이트 패드22: 데이터 패드
41: 신호 전압42: 화소 전압
43: 게이트 전압
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 액정표시소자는 게이트 신호가 입력되는 시작점으로부터 멀어질수록 그 폭이 굵게 형성된 제 m 행의 게이트 라인과, 제 n 열의 데이터 라인(14)과, 상기 게이트 라인과 데이터 라인에 의해 정의되며 매트릭스 형태로 배치되는 m×n 개의 화소와, 상기 게이트 라인과 데이터 라인의 교차부에 형성되는 박막트랜지스터로 구성되어 있으며, 상기 박막트랜지스터는 패널형태의 반도체층과, 게이트 라인으로부터 인출되어진 게이트 전극과, 데이터 라인으로부터 인출되어진 소오스 전극 및 화소에 형성된 화소 전극에 접속된 드레인 전극을 포함하고 있으며 상기 소오스 전극과 드레인 전극은 서로 대향하여 상기 반도체층과 소정 부분 오버랩(overlap)되도록 대치되어 있으며, 또한, 상기 박막트랜지스터의 게이트 전극에 게이트 신호가 인가되는 동안 게이트 전압을 충전한 후, 다음 게이트 라인 구동시 화소 전극에 데이터 전압이 공급되는 동안 충전된 전압을 방전하여 화소 전극의 전압 변동을 방지하는 역할을 하는 스토리지 커패시터를 추가로 포함한다.
상기 스토리지 커패시터는 게이트 신호가 입력되는 시작점으로부터 멀어질수록 그 폭이 굵게 형성된 게이트 라인과 화소에 형성된 화소전극과 보호막을 사이에 두고 중첩되는 영역에 의해서 형성된다.
상기 스토리지 전극의 폭은 게이트 라인의 폭에 비례하여 형성된다.
이하, 상기한 바와 같은 본 발명의 액정표시소자에 대하여 첨부한 도면을 통하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 4는 본 발명에 따른 스토리지 온 게이트 방식의 액정표시소자를 도시한 것이다.
도면에 도시한 바와 같이, 유리 기판(11) 상에 게이트 신호가 입력되는 시작점으로부터 멀어질수록 그 폭이 굵게 형성된 제 m 행의 게이트 라인(12)과, 제 n 열의 데이터 라인(14)이 서로 직교하여 배열되어 있으며, 상기 게이트 라인(12)과 데이터 라인(14)에 의해서 정의되는 화소와 상기 화소에 형성된 화소 전극(17)으로 이루어진다. 또한 상기 게이트 라인(12)과 중첩되는 화소 전극(17)은 스토리지 커패시터(Cst) 형성하며, 게이트 라인(12)의 폭이 증가할수록 스토리지 커패시터(Cst)도 같이 증가한다.
한편, 도시되지는 않았지만, 게이트 라인(12)과 데이터 라인(14) 사이에는 그들간의 전기적 절연을 목적으로 게이트 절연막이 개재되어 있다.
게이트 라인(12)의 한 단부 쪽에는 게이트 패드(21)가 형성되고, 데이터 라인(14)의 한 단부 쪽에는 데이터 패드(22)가 형성된다.
게이트 패드(21)는 게이트 드라이버 집적회로(미도시)로부터 공급되는 게이트 신호를 게이트 라인(12)들에 공급하고, 데이터 패드(22)는 데이터 드라이버 집적회로(미도시)로부터 공급되는 화상정보를 데이터 라인(14)에 공급한다.
게이트 라인(12)과 데이터 라인(14)의 교차점 부근에는 각 화소의 구동을 독립적으로 제어하기 위한 박막트랜지스터(20)가 형성되어 있으며, 여기서 박막트랜지스터(20)는 게이트 라인(12)의 일부분인 게이트 전극(12a)과, 상기 게이트 전극(12a)을 덮고 있는 게이트 절연막(미도시), 상기 게이트 절연막 상에 패턴의 형태로 형성된 반도체층(15), 및 상기 반도체층(15) 상에 소정간격 이격되어 배치된 소오스/드레인 전극(14a,14b)을 포함한다. 드레인 전극(14b)은 컨택홀(contact hole)(18)을 통하여 화소 전극(17)과 전기적으로 연결된다.
또한, 상기 게이트 라인(12)은 게이트 패드(21)로부터 게이트 신호가 게이트 라인(12)에 입력되는 시작점으로부터 멀어질수록 그 폭이 굵게 형성되어 게이트 신호가 입력되는 시작점으로부터 멀어질수록 게이트 라인(12)의 저항 증가를 감소시킨다.
또한, 상기 게이트 라인(12)은 박막트랜지스터(20)의 게이트 전극(12a)이 형성된 반대쪽으로 그 폭이 증가하고 있다.
종래에는 도 2내지 도 3에서 설명한 바와 같이, 게이트 라인의 폭이 일정하게 형성된 액정표시소자에 있어서, 상기 게이트 라인의 길이가 길어짐에 따라 게이트 라인의 저항 증가로 인하여 게이트 신호가 입력되는 시작점으로부터 멀어질수록 게이트 신호 지연의 증가로 인하여 피드 스루 전압(△Vp)이 증가하여 화면의 밝기 차이가 발생하는 문제점이 있었다.
따라서, 본 발명은 게이트 신호 지연에 의해 화소의 위치에 따라 그 밝기가다르게 나타나는 것을 줄이기 위하여 게이트 패드에 인접하여 게이트 신호가 인가되는 시작점으로부터 멀어질수록 그 폭을 굵게 형성함으로써, 게이트 라인의 저항을 줄인 것이다.
또한, 게이트 패드(21)로부터 멀어질수록 게이트 라인(12)의 폭을 점점 증가시킴에 따라 스토리지 전극을 넓게 형성함으로써, 게이트 라인(12)과 화소 전극(17) 사이의 보호막을 사이에 발생하는 스토리지 패시터(Cst)를 게이트 라인(12)의 끝단으로 갈수록 증가시킬 수 있는 잇점이 있다.
따라서, 본 발명은 게이트 패드로부터 게이트 신호가 입력되는 게이트 라인의 시작점으로부터 멀어질수록 증가하는 게이트 신호 지연의 감소와 함께 스토리지 커패시터(Cst)를 증가시켜 피드 스루 전압(△Vp)값이 게이트 패드로부터 멀어질수록 증가하는 문제를 해결할 수 있다.
이하, 본 발명의 게이트 신호가 입력되는 시작점으로부터 멀어질수록 스토리지 커패시터(Cst)의 증가를 통한 밝기차이 감소에 대하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 5는 상기 게이트 라인을 거쳐서 박막트랜지스터의 게이트 전극에 공급되는 게이트 전압(43)과, 박막 트랜지스터의 소오스 전극에 인가되는 신호 전압(41)과 화소 전압(42)의 상대적인 시간 관계를 나타낸 것이다.
도면에 도시한 바와 같이, 선택된 게이트 라인의 게이트 신호에 의한 박막트랜지스터의 게이트 전압(43)이 온(ON) 상태로 되면, 신호 전압(41)이 박막트랜지스터를 거쳐 화소 전극에 공급된다. 한편, 게이트 전압(43)이 온(high)상태로부터 오프(low)상태로 변화할 때, 박막트랜지스터의 구성상 게이트/소오스 전극(14a)간에 중첩되는 영역에서 생기는 기생 용량(Cgs)과, 게이트/드레인 전극(14b)간에 중첩되는 영역에서 생기는 기생 용량(Cgd)에 의해 화소 전압(42)이 변화한다. 이때, 화소 전압의 변화 △Vp는 피드 스루 전압(feed through voltage)이라 하며 수학식 1 로 나타낼 수 있다.
△Vp=Cgd/(Cgs+Cgd+Cst+Clc)△Vg
()
여기에서, Clc는 액정층을 사이에 두고 화소 전극과 공통 전극을 사이에 생기는 액정 용량이고,는 게이트 전압이다.
상기 피드 스루 전압(△Vp)은 게이트 라인(12)의 배선 저항으로 인하여 게이트 신호가 입력되는 시작점으로부터 멀어질수록 그 값이 증가하여 게이트 패드로부터 멀어질수록 화면의 밝기가 감소하게 되는데, 상기 게이트 패드로부터 게이트 신호가 입력되는 게이트 라인의 시작점으로부터 멀어질수록 게이트 라인의 폭을 굵게 형성하여 상기 게이트 라인과 스토리지 전극 사이의 게이트 절연막에 의해서 발생하는 스토리지 커패시터(Cst)를 증가시킴으로써 게이트 라인의 시작점으로 멀어질수록 피드 스루 전압(△Vp)이 증가하는 것을 방지 할 수 있다.
도 4에 도시한 바와 같이 상기 스토리지 커패시터(Cst)는 게이트 절연층을 사이에 두고 게이트 라인과 스토리지 전극의 중첩영역에 의해서 형성되기 때문에 게이트 라인의 폭을 증가시켜 스토리지 전극과의 중첩영역을 넓히게되면 스토리지커패시터(Cst)를 증가시킬 수 있다.
상술한 바와 같이 본 발명의 액정표시소자는 게이트 패드로부터 게이트 신호가 입력되는 게이트 라인(12)의 시작점으로부터 멀어질수록 게이트 라인(12)의 폭을 굵게 형성함으로써, 게이트 라인(12)의 저항 감소 및 스토리지 커패시터(Cst)의 증가를 통하여 게이트 라인(12)의 끝단으로 갈수록 피드 스루 전압(△Vp)이 증가하는 것을 막아 화소의 위치에 따른 밝기차이를 감속시킬 수 있는 효과가 있다.

Claims (7)

  1. 게이트 신호가 입력되는 시작점으로부터 멀어질수록 폭의 굵기가 증가하는 제 m 행의 게이트 라인과, 제 n 열의 데이터 라인과, 상기 게이트 라인과 데이터 라인의 절연을 위해서 형성된 게이트 절연막과, 상기 게이트 라인과 데이터 라인에 의해 정의되며 매트릭스 형태로 배치되는 m×n 개의 화소와, 상기 게이트 라인과 데이터 라인의 교차부에 형성되는 박막트랜지스터로 이루어진 것을 특징으로 하는 액정표시소자.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 게이트 라인의 한쪽 끝단부에는 게이트 라인에 게이트 신호를 입력하는 게이트 패드와 연결되어 상기 게이트 패드에 게이트 신호를 공급하는 게이트 드라이버 집적회로가 추가로 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 액정표시소자.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 데이터 라인(14)의 한쪽 끝단부에는 데이터 라인에 데이터 신호를 입력하는 데이터 패드와 연결되어 상기 데이터 패드에 데이터 신호를 공급하는 게이트 드라이버 집적회로가 추가로 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 액정표시소자.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 박막트랜지스터는 반도체층과, 상기 게이트 라인으로부터 인출되어진 게이트 전극과, 상기 데이터 라인으로부터 인출되어진 소오스 전극 및 화소에 형성된 화소 전극에 접속된 드레인 전극을 포함하고 있으며, 상기 소오스 전극과 드레인 전극은 서로 대향하여 상기 반도체층과 소정 부분 오버랩되도록 대치되어 있는 것을 특징으로 하는 액정표시소자.
  5. 제 1 항 또는 제 4 항에 있어서, 상기 게이트 라인은 게이트 전극이 형성되어 있는 반대편으로 그 폭이 증가하는 것을 특징으로 하는 액정표시소자.
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 게이트 라인과 게이트 절연막을 사이에 두고 중첩되어 형성된 스토리지 전극에 의하여 스토리지 커패시터가 형성되는 것을 특징으로 하는 액정표시소자.
  7. 제 6 항에 있어서, 상기 게이트 라인의 폭에 비례하여 스토리지 전극의 폭이 증가하는 것을 특징으로 하는 액정표시소자.
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