KR20050113086A - 액정표시장치 - Google Patents

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KR20050113086A
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류순성
손현호
장상민
백흠일
조흥렬
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엘지.필립스 엘시디 주식회사
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Abstract

본 발명은 횡전계 방식 액정표시장치의 화소 전극과 공통 전극간 거리를 좁혀 투과율을 향상시키면서, 소비전력을 줄일 수 있는 액정표시장치를 개시한다. 개시된 본 발명은 기판; 상기 기판 상에 교차 배열되어 단위 화소 영역을 정의하는 데이터 배선과 게이트 배선; 상기 게이트 배선과 데이터 배선이 교차하는 영역 상에 배치되어 있는 스위칭 소자; 상기 게이트 배선과 대향되면서 평행하게 배치되어 있는 공통 배선; 상기 공통 배선으로부터 상기 단위 화소 영역으로 분기되는 복수개의 공통 전극; 및 상기 스위칭 소자와 전기적으로 연결되면서 상기 공통 배선과 스토리지 커패시턴스를 형성하는 스토리지 전극; 상기 스토리지 전극으로부터 상기 단위 화소 영역으로 분기되면서, 상기 복수개의 공통 전극과 교대로 번갈아 배치되는 복수개의 화소 전극;을 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

액정표시장치{LIQUID CRYSTAL DISPLAY DEVICE}
본 발명은 액정표시장치에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 횡전계 방식 액정표시장치의 화소 전극과 공통 전극간 거리를 좁혀 투과율을 향상시키면서, 소비전력을 줄일 수 있는 액정표시장치에 관한 것이다.
일반적으로 현대사회가 정보 사회화로 변해 감에 따라 정보표시장치의 하나인 액정표시장치 모듈의 중요성이 점차로 증가되어 가고있다. 지금까지 가장 널리 사용되고 있는 CRT(cathode ray tube)는 성능이나 가격적인 측면에서 많은 장점을 갖고 있지만, 소형화 또는 휴대성 측면에서 많은 단점을 갖고 있다.
이와 같이 CRT의 단점을 보안하기 위하여 경박단소, 고휘도, 대화면, 저소비전력및 저가격화를 실현할 수 액정표시장치가 개발되었다.
상기 액정 표시 장치(LCD:Liquid Crystal Display)는 표시 해상도가 다른 평판 표시 장치보다 뛰어나고, 동화상을 구현할 때 그 품질이 브라운관에 비할 만큼 응답 속도가 빠른 특성을 나타내고 있다.
일반적으로 액정표시장치의 구동원리는 액정의 광학적 이방성과 분극성질을 이용한다.
상기 액정은 구조가 가늘고 길기 때문에 분자의 배열에 방향성을 가지고 있으며, 인위적으로 액정에 전기장을 인가하여 분자배열의 방향을 제어할 수 있다.
상기 액정의 분자배열 방향을 임의로 조절하면, 액정의 분자배열이 변하게 되고, 광학적 이방성에 의하여 편광된 빛이 임의로 변조되어 화상정보를 표현할 수 있다.
현재에는 박막트랜지스터와 상기 박막트랜지스터에 연결된 화소 전극이 행렬방식으로 배열된 능동행렬 액정표시장치(AM-LCD : Active Matrix LCD 이하, 액정표시장치로 약칭함)가 해상도 및 동영상 구현능력이 우수하여 가장 주목받고 있다.
상기 액정 표시 장치는 공통 전극이 형성된 컬러 필터 기판과 화소 전극이 형성된 어레이 기판과, 두 기판 사이에 충진된 액정으로 이루어지는데, 현재 주로 사용되고 있는 능동행렬 액정 표시 장치 중 하나로 트위스트 네마틱(TN : twisted nematic) 방식의 액정 표시 장치를 들 수 있다. 상기 트위스트 네마틱 방식은 두 기판에 각각 전극을 설치하고 액정 방향자가 90°트위스트 되도록 배열한 다음 전극에 전압을 가하여 액정 방향자를 구동하는 방식이다.
그러나, 상기 TN방식(twisted nematic mode) 액정 표시 장치는 시야각이 좁다는 큰 단점이 있다.
그래서, 최근에 상기 협소한 시야각 문제를 해결하기 위하여 여러 가지 새로운 방식을 채용한 액정 표시 장치에 대한 연구가 활발하게 진행되고 있는데, 상기 방식으로 횡전계 방식(IPS:in-plane switching mode) 또는 OCB방식(optically compensated birefrigence mode) 등이 있다.
이 가운데 상기 횡전계 방식 액정 표시 장치는 액정 분자를 기판에 대해서 수평을 유지한 상태로 구동시키기 위하여 2개의 전극을 동일한 기판 상에 형성하고, 상기 2개의 전극 사이에 전압을 인가하여 기판에 대해서 수평방향으로 전계를 발생시킨다. 즉, 액정 분자의 장축이 기판에 대하여 일어서지 않게 된다.
이 때문에, 시각방향에 대한 액정의 복굴절율의 변화가 작아 종래의 TN방식 액정 표시 장치에 비해 시야각 특성이 월등하게 우수하다.
이하, 첨부된 도면을 참조로 하여 종래 기술에 따른 횡전계 방식 액정 표시 장치의 구조를 구체적으로 설명한다.
도 1은 일반적인 횡전계 방식 액정표시장치에서 액정 분자가 배열되는 모습을 도시한 도면이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 횡정계 방식 액정표시장치의 액정 패널은 컬러 필터가 형성된 컬러 필터 기판(10)과 박막 트랜지스터 어레이 기판(20) 사이에는 액정층(30)이 충진되어 있다.
이때, 박막 트랜지스터 어레이 기판(20) 상에는 공통 전극(22)과 화소 전극(24)이 동일 평면상에 수평적으로 형성되어 있고, 여기에 인가되는 전압에 따라 수평적 전기장(26)을 형성하게 되고, 이때 이러한 수평적 전기장(26) 사이에 액정 분자들은 수평으로 배열된다.
도 2a 및 도 2b는 일반적인 횡전계 방식 액정표시장치의 온(on), 오프(off) 상태에 따른 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 2a에 도시된 바와 같이, 오프(off) 상태의 횡전계 방식 액정표시장치는 인가되는 전압이 없으므로 공통 전극(22)과 화소 전극(24) 사이에 수평적 전기장이 형성되지 않아, 액정 분자(32)의 상변이가 일어나지 않는다.
이때, 특히 원내의 도면은 횡전계 방식 액정표시장치의 간략한 평면도를 나타낸 것으로, 도시한 바와 같이 공통 전극(22)과 화소 전극(24) 사이에 위치하는 액정 분자(32)들은 러빙 방향(R)에 따라 공통 전극(22)과 화소 전극(24)에 대해서 일정 정도 경사지게 위치하고 있다.
여기에 전압이 인가되어 공통 전극(22)과 화소 전극(24)사이에 수평적 자기장이 형성되면, 그 사이에 위치한 액정분자(32)가 회전력을 받아 회전하여 공통 전극(22)과 화소 전극(24)에 대칭이 되도록 회전하며, 상기 러빙방향(R)은 공통 전극(22) 및 화소 전극(24)의 장축방향과 10~20°정도의 각을 이루고 있다.
도 2b는 상술한 두 개의 전극에 각각 전압이 인가된, 온(on) 상태인 횡전계 방식 액정표시장치의 액정의 상변이를 도시한 도면으로, 공통 전극(22) 및 화소 전극(24)과 대응하는 위치의 액정분자(32a)의 상변이는 없지만, 공통 전극(22)과 화소 전극(24) 사이 구간에 위치한 액정분자(32b)는 공통 전극(22)과 화소 전극(24) 사이에 전압이 인가되므로써 형성되는 수평적 자기장(26)에 인해, 이러한 수평적 자기장(26)과 같은 방향으로 상변이가 이루어진다.
이러한 횡전계 방식 액정표시장치는 상술한 바와 같이, 액정이 수평적 자기장에 의해 구동하므로 횡전계 방식 액정표시장치를 통하여 표시된 화면을 사용자가가 정면에서 보았을 때, 상/하/좌/우 방향으로 약 80~85°방향까지 가시할 수 있는 시야각 특성을 가지고 있고, 또한 이러한 횡전계형 액정표시장치는 일반적으로 사용되는 액정표시장치에 비해 제작 공정이 간단하고, 시야각에 따란 색반전(color-shift)의 이동이 적은 장점이 있다.
도 3은 일반적인 횡전계 방식 액정표시장치의 화소 구조를 도시한 도면이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 구동신호를 인가하는 게이트 배선(111)과 데이터 신호를 인가하는 데이터 배선(113)이 수직으로 교차 배열되어 단위 화소 영역을 정의하고 있다.
상기 단위 화소 영역 상에는 공통 신호를 인가하는 공통 배선(103)으로부터 슬릿(slit) 형태로 분기된 복수개의 공통 전극(103a)과, 상기 공통 배선(103)과 함께 스토리지 커패시턴스를 형성하는 스토리지 전극(107)으로부터 슬릿 형태로 분기된 복수개의 화소 전극(107a)이 소정의 간격을 두고, 교대로 배치되어 있다.
상기 게이트 배선(111)과 데이터 배선(113)이 수직으로 교차하는 영역 상에는 스위칭 소자인 박막 트랜지스터(TFT)가 배치되어 있다.
상기 박막 트랜지스터는 상기 게이트 배선(111)으로부터 분기되는 게이트 전극(101)과, 상기 게이트 전극(101) 상부에 위치하면서, 상기 데이터 배선(113)으로 분기하는 소스 전극(105a)과, 상기 소스 전극(105a)에 대향하면서, 상기 화소 전극(107a)과 전기적으로 콘택되는 드레인 전극(105b)으로 구성되어 있다.
상기와 같은 구조를 갖는 IPS 모드 액정표시장치는 상기 슬릿 구조를 갖는 화소 전극(107a)과 공통 전극(103a)이 교대로 하부 기판 상에 배치되어, 횡전계를 형성하고, 상기 화소 전극(107a)과 공통 전극(103a) 사이에 형성된 횡전계 방향에 따라 액정 분자가 배열되어 시야각이 우수한 화상을 디스플레이 한다.
도 4는 상기 도 3의 A-A'를 절단한 단면도이다.
도 4에 도시된 바와 같이, 유리 기판 상에 공통 전극(Vcom)과 화소 전극(V pixel)이 교대로 배치되어 있고, 상기 공통 전극과 화소 전극간 거리는 10~12㎛이다.
일반적으로 횡전계 방식 액정표시장치에서는 포지티브(positive) 액정을 사용하는데, 상기 화소 전극과 공통 전극 사이에 형성된 전계에 따라 수직으로 배향되어 있는 액정 분자가 수평으로 배열되면서 광시야각을 구현한다.
도 5는 일반적인 횡전계 방식 액정표시장치에서 인가된 전압과 투과도 특성을 도시한 도면이다.
도 5에 도시된 바와 같이, 상기 도 4에서와 같이 화소 전극과 공통 전극의 간격을 넓히면 투과율은 향상되는 장점이 있다. 하지만, 이에 대응되게 두 전극 사이에 인가되는 전압은 크게 하여야 한다.
그렇기 때문에 도 5에서와 같이 투과 특성이 좋아질수록 화소 전극과 공통 전극 간의 거리가 넓게 형성되고, 아울러 두 전극 간에 인가되는 전압의 크기가 높아짐을 알 수 있다.
그러므로 화소 전극과 공통 전극 사이에 인가되는 전압이 커질수록 투과 특성은 매우 개선됨을 알 수 있다.
그러나, 상기와 같은 횡전계 방식 액정표시장치는 전극 간의 간격을 높이면 투과 특성이 좋아지지만, 이에 따라 전극 간에 인가되는 전압이 높아져서 소비전력이 커지는 단점이 있다.
상기와 같이 투과율을 개선하여 양질의 화상 품위를 구현하는 것은 액정표시장치의 기술 과제이지만, 투과율을 높이기 위해서 인가 전압을 높여 소비전력을 증가시키는 것은 액정표시장치의 개선 사항이다.
본 발명은, 횡전계 방식 액정표시장치에서 화소 전극과 공통 전극의 배치 간격을 줄이면서 투과율 특성을 향상시킨 액정표시장치를 제공함에 그 목적이 있다.
상기한 목적을 달성하기 위한, 본 발명에 따른 액정표시장치는,
기판;
상기 기판 상에 교차 배열되어 단위 화소 영역을 정의하는 데이터 배선과 게이트 배선;
상기 게이트 배선과 데이터 배선이 교차하는 영역 상에 배치되어 있는 스위칭 소자;
상기 게이트 배선과 대향되면서 평행하게 배치되어 있는 공통 배선;
상기 공통 배선으로부터 상기 단위 화소 영역으로 분기되는 복수개의 공통 전극; 및
상기 스위칭 소자와 전기적으로 연결되면서 상기 공통 배선과 스토리지 커패시턴스를 형성하는 스토리지 전극;
상기 스토리지 전극으로부터 상기 단위 화소 영역으로 분기되면서, 상기 복수개의 공통 전극과 교대로 번갈아 배치되는 복수개의 화소 전극;을 포함하는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 화소 전극과 공통 전극 간 사이는 1~6㎛이고, 상기 공통 전극은 상기 화소 전극과 동일한 금속이며, 상기 화소 전극과 공통 전극은 투명 금속으로 되어 있고, 상기 공통 전극은 불투명 금속으로 형성되어 있는 것을 특징으로 한다.
그리고 상기 화소 전극과 공통 전극이 형성된 기판을 사용한 액정표시장치에서는 포지티브 액정 또는 네가티브 액정을 사용하고, 상기 화소 전극과 공통 전극 간의 간격을 6㎛이하로 배치하여 투과율을 향상시키며, 상기 화소 전극과 공통 전극 간의 간격을 6㎛이하로 배치하여 낮은 구동 전압에 의해 구동되도록 하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의하면, 횡전계 방식 액정표시장치에서 화소 전극과 공통 전극의 배치 간격을 줄이면서 투과율 특성을 향상시켰다.
이하, 첨부한 도면에 의거하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 자세히 설명하도록 한다.
도 6은 본 발명에 따른 횡전계 방식 액정표시장치의 화소 구조를 도시한 도면이다.
도 6에 도시된 바와 같이, 구동신호를 인가하는 게이트 배선(211)과 데이터 신호를 인가하는 데이터 배선(213)이 수직으로 교차 배열되어 단위 화소 영역을 정의하고 있다.
상기 단위 화소 영역 상에는 공통 신호를 인가하는 공통 배선(203)으로부터 슬릿(slit) 형태로 분기된 복수개의 공통 전극(203a)과, 상기 공통 배선(203)과 함께 스토리지 커패시턴스를 형성하는 스토리지 전극(207)으로부터 슬릿 형태로 분기된 복수개의 화소 전극(207a)이 소정의 간격을 두고, 교대로 배치되어 있다.
여기서, 본 발명에서는 종래 기술에서와 달리 상기 화소 전극(207a)과 공통 전극(203a)의 전극간 거리를 10~12㎛에서 6㎛가 되도록 많은 수의 화소 전극(207a)과 공통 전극(203a)을 형성 배치하였다.
따라서, 화소 영역에서 동일한 거리 사이에 배치되어 있는 화소 전극과 공통 전극의 수는 종래 기술에서 보다 약 두배 이상의 전극들이 형성된다.
그리고 상기 게이트 배선(211)과 데이터 배선(213)이 수직으로 교차하는 영역 상에는 스위칭 소자인 박막 트랜지스터(TFT)가 배치되어 있다.
상기 박막 트랜지스터는 상기 게이트 배선(211)으로부터 분기되는 게이트 전극(201)과, 상기 게이트 전극(201) 상부에 위치하면서, 상기 데이터 배선(213)으로부터 분기하는 소스 전극(205a)과, 상기 소스 전극(205a)에 대향하면서, 상기 화소 전극(207a)과 전기적으로 콘택되는 드레인 전극(205b)으로 구성되어 있다.
상기와 같은 구조를 갖는 횡전계 방식 액정표시장치는 전극 간 거리가 짧기 때문에 두 전극 사이에 형성되는 전계의 그래프는 매우 가파른 경사를 이루게 되어 시야각 특성이 개선된다.
아울러 각각의 전극들을 협소하게 배치함으로써, 종래 기술에서는 전극 상부에 배열되어 있는 액정 분자들은 전계 방향에 따라 회전하지 않았지만, 본 발명에서는 각각의 전극 상부에 배열되어 있는 액정 분자들도 함께 회전하여 투과율을 향상시켰다.
도 7은 상기 도 6의 B-B'를 절단한 단면도이다.
도 7에 도시된 바와 같이, 유리 기판 상에 공통 전극(Vcom)과 화소 전극(V pixel) 전극이 교대로 배치되어 있고, 상기 공통 전극과 화소 전극간 거리는 6㎛ 이하로 하였다.
따라서, 종래 기술에 따른 횡전계 방식 액정표시장치에서 동일한 거리내의 전극 수는 본 발명에서 약 두배 정도 많은 전극이 형성된다.
즉, 본 발명에서는 단위 화소 영역 상에 배치되는 화소 전극과 공통 전극의 수는 종래에 비해서 약 2배 이상의 전극이 배치된다.
상기 공통 전극의 경우에는 불투명 전극과 투명 전극을 사용할 수 있고, 투과율을 더욱 향상시키기 위해서는 투명 전극을 사용하는 것이 바람직하다.
본 발명에서는 화소 전극과 공통 전극 간의 거리가 짧게 배치되어 있으므로, 두 전극 사이에 전계가 발생할 경우에는 매우 가파른 곡선의 전계가 형성된다.
또한, 상기 화소 전극과 공통 전극 사이에 형성된 전계에 의해서 액정 분자들이 수평으로 배열될 경우에는 상기 전극 상부에 수직으로 배열되어 있는 액정 분자들(포지티브 액정의 경우)도 함께 회전(수평으로 배열)하여 투과율이 향상된다.
본 발명에서는 포지티브(positive) 액정을 사용하는 경우와 네가티브(negative) 액정을 사용하는 경우 모두 단위 화소 영역의 전 영역에서 투과율이 고르게 투과율이 형성한다.
특히, 네가티브 액정을 사용하는 경우에는 액정 분자들의 배열이 포지티브 액정과 달리 기판을 중심으로 단축 방향이 수직이 되도록(액정분자의 장축 방향이 기판에 평행이 되도록) 배열되어 있다.
이때, 상기 화소 전극과 공통 전극 사이에 횡전계가 형성될 경우에는 상기 네가티브 액정 분자들이 유리 기판과 대응되는 평면을 중심으로 회전하게 되는데, 이때, 상기 화소 전극과 공통 전극 상부에 배열되어 있는 네가티브 액정 분자도 따라서 회전하게 되어 투과율이 향상된다.
따라서, 본 발명에서는 네가티브 액정을 사용하는 경우에는 포지티브 액정을 사용하는 경우보다 단위 화소 영역 상에서의 투과율이 더욱 고르고, 높게 나타난다.
하지만, 본 발명은 포지티브 액정 또는 네가티브 액정에 따라 투과율이 다소 다르게 나타나지만, 어떤 액정에도 모두 적용 가능하다.
도 8은 종래 기술과 본 발명에서 전압에 따른 투과율 차이를 설명하기 위한 도면이다.
도 8에 도시된 바와 같이, 먼저 본 발명에서는 화소 전극과 공통 전극 간의 거리를 6㎛ 이하로 좁게 배치하였기 때문에 전계를 형성하기 위한 인가 전압을 낮출 수 있는 이점이 있다.
또한, 종래 기술에서와 같이 화소 전극과 공통 전극의 사이를 11㎛로 형성하였을 경우와, 본 발명에서와 같이 화소 전극과 공통 전극의 사이를 3㎛로 형성하였을 경우를 비교해보면, 인가된 전압의 범위에서 전극 간 간격을 3㎛로 좁힌 본 발명이 투과율이 높게 나타남을 볼 수 있다.
특히, 액정표시장치의 일반적인 구동 전압 범위인 3V에서 6V 사이에서는 종래 기술에 비해서 본 발명에서의 투과율이 훨씬 높게 나타나고 있다.
즉, 본 발명에서는 화소 전극과 공통 전극 간의 간격을 좁힘으로써, 높은 투과율을 유지하면서, 구동 전압의 크기를 낮추어 소비전력을 줄일 수 있도록 하였다.
이상에서 자세히 설명된 바와 같이, 본 발명은 횡전계 방식 액정표시장치에서 화소 전극과 공통 전극의 배치 간격을 줄이면서 투과율 특성을 향상시킨 효과가 있다.
본 발명은 상기한 실시 예에 한정되지 않고, 이하 청구 범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변경 실시가 가능할 것이다.
도 1은 일반적인 횡전계 방식 액정표시장치에서 액정 분자가 배열되는 모습을 도시한 도면.
도 2a 및 도 2b는 일반적인 횡전계 방식 액정표시장치의 온(on), 오프(off) 상태에 따른 동작을 설명하기 위한 도면.
도 3은 일반적인 횡전계 방식 액정표시장치의 화소 구조를 도시한 도면.
도 4는 상기 도 3의 A-A'를 절단한 단면도.
도 5는 일반적인 횡전계 방식 액정표시장치에서 인가된 전압과 투과도 특성을 도시한 도면.
도 6은 본 발명에 따른 횡전계 방식 액정표시장치의 화소 구조를 도시한 도면.
도 7은 상기 도 6의 B-B'를 절단한 단면도.
도 8은 종래 기술과 본 발명에서 전압에 따른 투과율 차이를 설명하기 위한 도면.
*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*
201: 게이트 전극 203: 공통 배선
203a: 공통 전극 205a: 소스 전극
205b: 드레인 전극 207: 스토리지 전극
207a: 화소 전극 211: 게이트 배선
213: 데이터 배선

Claims (8)

  1. 기판;
    상기 기판 상에 교차 배열되어 단위 화소 영역을 정의하는 데이터 배선과 게이트 배선;
    상기 게이트 배선과 데이터 배선이 교차하는 영역 상에 배치되어 있는 스위칭 소자;
    상기 게이트 배선과 대향되면서 평행하게 배치되어 있는 공통 배선;
    상기 공통 배선으로부터 상기 단위 화소 영역으로 분기되는 복수개의 공통 전극; 및
    상기 스위칭 소자와 전기적으로 연결되면서 상기 공통 배선과 스토리지 커패시턴스를 형성하는 스토리지 전극;
    상기 스토리지 전극으로부터 상기 단위 화소 영역으로 분기되면서, 상기 복수개의 공통 전극과 교대로 번갈아 배치되는 복수개의 화소 전극;을 포함하는 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 화소 전극과 공통 전극 간 사이는 1~6㎛인 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 공통 전극은 상기 화소 전극과 동일한 금속인 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 화소 전극과 공통 전극은 투명 금속인 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 공통 전극은 불투명 금속으로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 화소 전극과 공통 전극이 형성된 기판을 사용한 액정표시장치에서는 포지티브 액정 또는 네가티브 액정을 사용하는 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 화소 전극과 공통 전극 간의 간격을 6㎛ 이하로 배치하여 투과율을 향상시키는 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 화소 전극과 공통 전극 간의 간격을 6㎛ 이하로 배치하여 낮은 구동 전압에 의해 구동되도록 하는 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
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