KR20080002436A - 액정 패널 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 전기적 신호에 빠르게 응답할 수 있는 액정 패널 및 그 구동 장치에 관한 것이다.
액정 패널은, 서로 대응되는 제 1 및 제2 기판; 상기 제1 기판에 서로 교번하게 형성된 제1 및 제2 전극 패턴; 상기 제1 기판 상의 상기 전극 패턴들과 대면되게 상기 제2 기판에 형성된 제3 전극; 및 상기 제1 및 제2 기판에 주입된 액정물질을 포함한다.
수평 전계, 수직 전계, 응답 속도, 액정

Description

액정 패널{Liquid Crystal Panel}
도 1a은 본 발명의 실시 예에 따른 액정 패널의 어레이 기판의 평면 구조를 설명하는 도면이다.
도 1b는 본 발명의 실시 예에 따른 액정 패널의 블랙 매트릭스 기판의 전극 구조를 설명하는 도면이다.
도 2 는 본 발명의 실시 예에 따른 액정 패널의 구조를 설명하는 단면도이다.
도 3 은 도 3에 도시된 액정 패널의 구동을 위해 공급되는 신호의 파형을 도시하는 도면이다.
도 4 는 도 3의 액정 패널의 응답 특성을 설명하는 특성도이다.
도 5a 내지 도 5d 는 구동 상태에 따른 액정 패널에서의 전기장의 분포를 설명하는 도면이다.
<도면의 주요부분에 대한 부호 설명>
11 : 하부 기판 12 : 게이트 배선
13 : 절연막 14 : 반도체층
15 : 데이터 배선 16 : 하부 배향막
17 : 화소 전극 19 : 콘택
21 : 상부 기판 22 : 블랙 매트릭스
23 : 칼라 필터층 29 : 오버 코트층
30 : 제2 공통 전극 31 : 액정층
32 : 액정 분자
본 발명은 액정층을 포함하는 액정 패널에 관한 것으로, 특히 액정층을 다축의 전계로 구동하는 액정 패널 및 그 구동 장치에 관한 것이다.
일반적으로, 액정 패널은 전기적 신호에 응답하여 액정층을 통과하는 광량을 화소 영역별로 조절하여 화상을 표시한다. 액정층에 액정 분자들은 초기 배향 상태(예를 들면, 수평 또는 수직의 배향)에서 전기장의 형성 방향(예를 들면, 수직 또는 수평 방향)으로 재배열되어 투과되는 광량이 조절되게 한다. 전기장이 제거되면, 액정층의 액정 분자들은 재배열 상태에서 초기 배향 상태로 복귀하게 된다. 액정 분자들이 초기 배향 상태로의 복귀는 전기장에 의하기 보다는 액정 분자의 탄성력 및 회전 점도와 배향막 및 액정 분자간의 앤코링(Anchoring) 에너지에 의하여 진행된다.
그러나, 액정 분자의 초기 배향 상태로의 복귀 시에 작용하는 액정 분자의 탄성력 및 회전 점도와 배향막 및 액정 분자 간의 앤코링 에너지는 전기장에 비하여 현저하게 작다. 이로 인하여, 액정 분자의 초기 배향 상태로의 복귀 속도가 느릴 수밖에 없다. 이 결과, 액정 패널은 전기적 신호에 빠르게 응답하기 곤란하였다.
본 발명의 목적은 전기적 신호에 빠르게 응답할 수 있는 액정 패널 및 그 구동 장치를 제공함에 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일면의 실시 예에 따른 액정 패널은, 서로 대응되는 제 1 및 제2 기판; 상기 제1 기판에 서로 교번하게 형성된 제1 및 제2 전극 패턴; 상기 제1 기판 상의 상기 전극 패턴들과 대면되게 상기 제2 기판에 형성된 제3 전극; 및 상기 제1 및 제2 기판에 주입된 액정물질을 포함한다.
상기 목적 외에 본 발명의 다른 목적들, 다른 특징들 및 다른 이점들은 첨부한 도면과 결부된 실시 예의 상세한 설명을 통하여 명백하게 드러나게 될 것이다.
이하, 본 발명의 실시 예들이 첨부한 도면과 결부되어 상세하게 설명될 것이다.
도 1a 본 발명의 실시 예에 따른 액정 패널의 어레이 기판의 평면 구조를 설명하는 평면도이다. 도 1b는 본 발명의 실시 예에 따른 액정 패널의 블랙 매트릭 스 기판의 전극 구조를 설명하는 평면도이다.
도 1a를 참조하면, 어래이 기판은 하부 기판(11) 상에 서로 교차 배치된 게이트 배선(12) 및 데이터 배선(15)를 포함한다. 이들 게이트 배선(12) 및 데이터 배선(15)에 의하여 화소 영역(P)이 구분된다. 게이트 배선(12) 및 데이터 배선(15)의 교차 부위에는 박막트랜지스터(TFT)가 배치된다. 또한, 게이트 배선(12)과 평행하도록 화소 내에 배치된 공통배선(25)과, 상기 공통배선(25)에서 분기되어 상기 데이터 배선(15)에 평행하는 다수개의 제1 공통전극(24)과, 상기 박막트랜지스터(TFT)의 드레인 전극(15b)에 연결되어 상기 공통전극(24)사이에서 상기 공통전극과 평행하게 교차 배치된 다수개의 화소 전극(17)이 화소 영역(P)에 포함된다. 화소 전극(17)은 연장 형성되어 공통 배선(25) 상부에 오버랩된 커패시터 전극(26)에도 연결된다.
상기 박막트랜지스터(TFT)는 상기 게이트 배선(12)에서 분기되는 게이트 전극(12a)과, 상기 게이트 전극(12a)을 포함한 전면에 형성된 게이트 절연막(도시하지 않음)과, 상기 게이트 전극(12a) 상부의 게이트 절연막 상에 형성된 반도체층(14)과, 상기 데이터 배선(15)에서 분기되어 상기 반도체층(14) 양 끝에 각각 형성되는 소스 전극(15a) 및 드레인 전극(15b)으로 구성된다.
상기 화소 전극(17)은 드레인 콘택홀(19)을 통하여 상기 드레인 전극(15b)과 접속된다. 구체적으로, 상기 공통배선(25) 및 공통전극(24)은 일체형으로 형성되며, 상기 게이트 배선(12)과 동시에 형성되는데, 구리(Cu), 알루미늄(Al), 크롬(Cr), 몰리브덴(Mo), 티타늄(Ti) 등의 저저항 금속으로 형성된다. 또한, 상기 화소전극(17)은 상기 공통전극(24)과 교번하도록 형성하는데, 상기 데이터 배선(15)과 동시에 형성할 수도 있고 서로 다른층에 형성할 수도 있다. 다른 방법으로, 상기 공통전극(24) 및 화소전극(17)은 일직선 형태로 교차 형성되어도 무방하고 또는 지그재그(zigzag) 형태로 형성될 수도 있다. 상기 공통전극(24) 및 화소전극(17)을 인듐-틴-옥사이드(Indium-Tin-Oxide : ITO)와 같이 빛의 투과율이 뛰어난 투명도전성 금속을 재료로 사용하여 형성할 수도 있는데, 이러한 구조를 ITO-ITO 전극 횡전계방식 액정표시장치라 부르기도 한다.
상기 공통전극(24)과 화소전극(17) 사이에는 두 패턴을 분리하기 위해 도 2에 도시된 바와 같이, 절연막(13)이 더 구비된다. 이 절연막(13)은 실리콘 질화물 또는 실리콘 산화물 등으로 형성될 수 있다. 이렇게 공통전극(24)을 먼저 형성하고 화소전극(17)을 이후에 형성하여 그 사이를 절연막으로써 분리하는 방법과는 달이, 상기 화소전극(17)을 먼저 형성하고 공통전극(24)을 이후에 형성하고 그 사이를 절연막으로써 분리하여도 되고, 절연막을 형성하지 않고 상기 공통전극(24) 및 화소전극(17)을 동일층에 형성할 수도 있다. 상기 화소전극(17) 및 그에 의하여 노출되는 절연막(13)의 표면에는 하부 배향막(16)이 형성된다. 또한, 하부 배향막(16)의 하부에는 화소 전극(17)를 포함한 하부 기판(11)의 전면에 형성된 패턴들을 보호하기 위한 보호막(도시하지 않음)이 추가로 형성될 수 있다.
도 1b의 블랙 매트릭스 기판은 상부 기판(21) 상에 형성된 제2 공통 전극(30)을 구비한다. 이 제2 공통 전극(30)은 도 1a에서의 게이트 배선(12)와 나란하게 신장됨과 아울러 상기 화소 전극(17)의 길이에 해당하는 폭을 가지게끔 형성 된다. 이에 따라, 블랙 매트릭스 기판(즉, 상부 기판(21)) 상에는 하부 기판(11) 상에 형성된 게이트 배선의 수와 동일한 제2 공통 전극들(30)이 형성된다.
이러한 제2 공통 전극들(30)을 포함하는 상부 기판(21) 상에는, 도 2에 도시된 바와 같이, 빛의 누설을 방지하는 블랙 매트릭스(22)가 있고, 상기 블랙 매트릭스(22) 사이에는 R,G,B의 컬러 레지스트로 이루어진 컬러필터층(23)이 있으며, 상기 컬러필터층(23) 상부에는 상기 컬러필터층(23)을 보호하고 컬러필터층(23)의 표면을 평탄화하기 위한 오버코트층(29)이 형성되어 있다. 이 오버 코트층(29) 상에 상기의 제2 공통 전극들(30)가 형성된다. 이 제2 공통 전극들(30) 및 그들에 의하여 노출된 오버 코트 층(29)의 표면에는 상부 배향막(도시하지 않음)이 형성된다. 이 상부 배향막은 상기 하부 기판(11) 상의 하부 배향막(16)과 함께 수직 방향으로 작용하는 배향력을 가지게끔 러빙된다.
블랙 매트릭스(23)는 게이트 배선(12) 및 데이터 배선(15)가 교차하는 매트릭스 형태로 형성되어 화소 영역(P)이 구분되게 한다. 이 블랙 매트릭스(22)에 의하여 화소 영역(P)의 가장자리에서의 빛샘 현상이 방지된다.
이렇게 블랙 매트릭스(22), 칼라 필터층(23) 및 제2 공통 전극들(30)을 포함하는 상부 기판(21)은 접착특성을 가지는 씨일제(도시하지 않음)에 의해 하부 기판(11)와 대향 합착되다. 이렇게 합착된 하부 및 상부 기판(11,21)의 사이에는, 도 2에 도시된 바와 같이, 액정 물질의 주입에 의하여 액정층(31)이 형성된다. 액정층(31)을 구성하는 액정 물질로는 정의 유전율 이방성을 가지는 것이 사용된다. 액정층(31)의 액정 분자(32)는 수직 방향으로 작용하는 상부 배향막 및 하부 배향 막(16)의 배향력에 의하여 수직 방향으로 초기 배향된다.
이러한 구조의 화소들을 포함하는 본 발명의 액정 패널은 도 3에 도시된 바와 같은 화소 구동 신호(PDS), 제1 공통 전압(Vcom1) 및 제2 공통 전압(Vcom)에 의하여 구동된다.
화소 전극(17)과 교번되게 평면을 이루게 배열된 제1 공통 전극(24)에는 일정한 레벨(예를 들면, "0"V)을 유지하는 제1 공통 전압(Vcom1)이 공급된다. 박막 트랜지스터(TFT)를 경유하여 화소 전극(17)에 공급될 화소 구동 신호(PDS)는 화소 데이터의 계조값에 따라 일정한 범위의 레벨 전압(예를 들면, "0~4.5"V) 중 어느 한 레벨의 전압을 가진다. 이 화소 구동 신호는 화소를 구동하기 위해(턴-온시키기 위해) 사용된다. 제2 공통 전극(30)에는, 화소 구동 신호(PDS)가 가질 수 있는 최대 레벨(예를 들면, "4.5"V) 보다 2배 이상 높은 고전위(예를 들면, "10"V)의 펄스를 가지는 제2 공동 전압 신호(Vcom2) 공급된다. 고전위 펄스의 제2 공통 전압 신호(Vcom2)는 화소를 턴-오프 시키기 위해 사용된다.
화소 구동 신호(PDS)가 화소 전극(17)에 초기 시점(t0)에 공급된 후 50 ms가 경과된 제1 시점(t1)에서 고전위 펄스의 제2 공통 전압 신호(Vcom2)가 제2 공통 전극(30)에 공급된 경우, 본 발명에 따른 액정 패널은 도 4에서의 VR와 같은 투과율 특성을 보인다. 기존의 횡전계 방식의 액정 패널은 도 4의 FFS와 같은 투과율 특성을 보인다. 도 4에서 알 수 있듯이, 본 발명의 실시 예에 따른 액정 패널은 기존의 횡전계 방식의 액정 패널에 비하여 투광율이 급격하게 변하여 현저하게 빠른 응답속도를 가짐을 알 수 있다. 화소 구동 신호(PDS)가 공급되지 않은 초기 시 점(t0, 또는 A 시점)에서는, 상부 및 하부 기판(21,11) 사이에서 전기장이 도 5a와 같이 전혀 나타나지 않는다. 화소 구동 신호(PDS)가 화소 전극(17)과 제1 공통 전극(24) 사이에 충전되어 있고 고전위 펄스의 제2 공통 전압 신호(Vcom2) 공급되지 않은 초기 시점(t0)에서 제1 시점(t1) 까지의 기간(예를 들면, B의 시점)에서는, 도 5b와 같은 수평 방향의 전기장이 하부 기판(24) 쪽에 집중되게 분포된다. 고전위 펄스의 제2 공통 전압 신호(Vcom2)가 제2 공통 전극(30)에 인가된 직후의 시점(즉, C의 시점)에서는, 수직 방향의 전기장이 상부 및 하부 기판(21,11) 사이의 하반부에 분포한다. 고전위 펄스의 제2 공통 전압 신호(Vcom2)가 인가된 후 일정 시간(예를 들면, 10ms)이 경과된 시점(즉, D의 시점)에서는 전기장이 상부 기판(21) 쪽으로 전이되면서 소멸되는 형태로 분포한다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 액정 패널은 액정층이 수평 전계에 응답하여 구동되고 광투광율이 급격하게 높아지게 한다. 또한, 본 발명에 따른 액정 패널은 수직 전계에 응답하여서는 턴-오프되어 광투과율이 급격하게 낮아지게 한다. 이에 따라, 본 발명에 따른 액정 패널은 전기적 신호에 빠른 속도로 응답하는 이점을 제공한다.
이상과 같이, 본 발명이 첨부된 도면에 도시된 실시 예들로 국한되게 설명되었으나, 이는 예시적인 것들에 불과하며, 본 발명이 속하는 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 기술적 사상 및 범위를 벗어나지 않으면서도 다양한 변형, 변경 및 균등한 타 실시 예들이 가능하다는 것을 명백하게 알 수 있을 것이다. 따라서, 보호되어야 할 본 발명의 기술적 사상 및 범위는 첨부된 특허청구의 범위에 의하여 정해져야만 할 것이다.

Claims (4)

  1. 서로 대응되는 제 1 및 제2 기판;
    상기 제1 기판에 서로 교번하게 형성된 제1 및 제2 전극 패턴;
    상기 제1 기판 상의 상기 전극 패턴들과 대면되게 상기 제2 기판에 형성된 제3 전극; 및
    상기 제1 및 제2 기판에 주입된 액정물질을 포함하는 하는 것을 특징으로 하는 액정 패널.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 액정 물질은 상기 제1 및 제2 전극 패턴 사이의 전압에 응답하여 투과율을 조절하는 것을 특징으로 하는 액정 패널.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 액정 물질은 상기 제1 및 제2 전극 패턴 중 어느 하나와 상기 제3 전극 사이의 전압에 의하여 초기 배향 상태로 복귀하는 것을 특징으로 하는 액정 패널.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 제3 전극에는 상기 제1 및 제2 전극 패턴에 인가될 수 있는 전압보다 높은 전압의 펄스가 인가되는 것을 특징으로 하는 액정 패널.
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