KR20090056205A - Liquid crystal display device and driving method thereof - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 액정표시장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 공정이 단순화되고 메모리특성을 갖는 액정표시장치 및 그 구동방법에 관한 것이다.The present invention relates to a liquid crystal display device, and more particularly, to a liquid crystal display device having a simplified process and memory characteristics and a driving method thereof.
최근까지 텔레비전이나 모니터와 같은 디스플레이 장치에는 음극선관(CRT; Cathode Ray Tube)이 주로 사용되어 왔지만, 이러한 음극선관은 무게와 부피가 크고 구동전압이 높은 단점을 가진다. Cathode Ray Tubes (CRTs) have been mainly used in display devices such as televisions and monitors until recently. However, these cathode ray tubes have disadvantages of high weight and volume and high driving voltage.
이에 경량화, 저 소비전력화 등의 우수한 특성을 가지는 평판표시장치(FPD)의 필요성이 대두되었으며, 액정표시장치(LCD Device) 또는 전계발광소자(ELD; Electroluminescent Device) 등이 개발된 바 있다. Accordingly, there is a need for a flat panel display (FPD) having excellent characteristics such as light weight and low power consumption, and a liquid crystal display (LCD device) or an electroluminescent device (ELD) has been developed.
일반적으로, 액정표시장치는 어레이 및 컬러 필터 기판 사이에 게재된 액정층의 광학적 이방성을 이용한 굴절률 차이에 의하여 화상을 구현하는 비발광소자이다. 여기서 액정층은, 배향막의 배향력과 전압인가에 따라 생성되는 전기장에 의하 여 구동된다. In general, a liquid crystal display device is a non-light emitting device that implements an image by using a refractive index difference using optical anisotropy of a liquid crystal layer interposed between an array and a color filter substrate. Here, the liquid crystal layer is driven by the electric field generated by applying the alignment force and the voltage of the alignment film.
도 1은 종래의 액정표시장치의 단면도이다. 1 is a cross-sectional view of a conventional liquid crystal display device.
도 1에 도시한 바와 같이, 액정표시장치(10)는 서로 마주보며 이격된 제1 및 제2기판(20, 50)과 제1 및 제2기판(20, 50) 사이에 형성된 액정층(70)을 포함한다.As shown in FIG. 1, the liquid
제1기판(20)에는 서로 교차하는 게이트배선(미도시)과 데이터배선(미도시)에 의하여 화소영역(P)이 정의된다.The pixel region P is defined in the
제1기판(20) 내면의 각 화소영역(P)에는 게이트전극(22)이 형성되고, 게이트전극(22) 상부에는 게이트절연막(24)이 형성된다. 게이트절연막(24) 상부의 게이트전극(22)에 대응되는 영역에는 액티브층(26)이 형성되고, 액티브층(26) 상부 양단에는 오믹콘택층(28)이 형성된다. 오믹콘택층(28) 상부에는 서로 이격된 소스전극(30) 및 드레인전극(32)이 형성된다. 게이트전극(22), 액티브층(26), 소스전극(30), 드레인전극(32)은 박막트랜지스터(T)를 이룬다. 소스전극(30) 및 드레인전극(32) 상부에는 보호층(34)이 형성되고, 보호층(34) 상부의 각 화소영역(P)에는 드레인전극(32)에 연결되는 화소전극(36)이 형성된다. 화소전극(36) 상부에는 제1배향막(38)이 형성된다.A
제2기판(50) 내면의 화소영역(P) 경계에는 블랙매트릭스(52)가 형성되고, 블랙매트릭스(52) 하부의 각 화소영역(P)에는 적, 녹, 청색 컬러필터를 포함하는 컬러필터층(54)이 형성된다. 컬러필터층(54) 하부에는 공통전극(56)이 형성되고, 공통전극(56) 하부에는 제2배향막(58)이 형성된다. The
제1 및 제2배향막(38, 58) 사이에는 액정층(70)이 형성된다. 제1 및 제2배향 막(38, 58)은 러빙공정을 통하여 형성되는데, 러빙공정에 의하여 액정층(70)의 액정분자와 제1 및 제2배향막(38, 58) 사이에 강한 표면 배향규제력(surface anchoring energy)을 통한 배향 복원력이 생성된다. The
액정층(70)은 이러한 제1 및 제2배향막(38, 58)의 배향 복원력과 화소전극(36) 및 공통전극(56) 사이의 전기력에 의하여 구동된다.The
즉, 화소전극(36) 및 공통전극(56)에 전압을 인가하면 전기장이 생성되고 생성된 전기장에 의한 전기력으로 액정층(70)의 액정분자가 재배열된다.That is, when voltage is applied to the
그리고, 화소전극(36) 및 공통전극(56)에 전압을 인가하지 않으면 재배열되었던 액정층(70)의 액정분자가 배향 복원력에 의하여 원래의 배열로 돌아간다. If no voltage is applied to the
그러므로, 액정층(70)은 서로 다른 투과율을 가지는 두 가지 상태를 가질 수 있으며, 액정표시장치(10)는 이를 이용하여 영상을 표시한다. Therefore, the
그런데, 제1 및 제2배향막(38, 58)은 폴리이미드(polyimide)와 같은 고분자 물질로 고분자 물질층을 형성한 후, 러빙천과 같은 섬유로 고분자 물질층을 문지르는 러빙에 의하여 완성된다. 따라서, 배향 복원력을 위한 제1 및 제2배향막(38, 58)의 형성은 복잡한 공정을 필요로 한다. However, the first and
또한, 러빙에 의하여 정전기가 발생할 수 있고, 정전기는 기판에 형성되어 있는 박막트랜지스터(T) 등의 소자에 악영향을 미칠 수 있다. In addition, static electricity may be generated by rubbing, and the static electricity may adversely affect devices such as the thin film transistor T formed on the substrate.
그리고, 화소전극(36) 및 공통전극(56) 사이에 전기장이 생성되어 있지 않는 상태에서 액정층(70)은 배향 복원력에 의하여 원래의 상태로 돌아가므로, 동일한 영상을 표시하고자 할 때에도 동일한 영상데이터를 다시 입력하여 액정층(70)을 재배열하여야만 한다. 예를 들어, 60Hz에서 120Hz의 재생율(refresh rate)로 구동되는 액정표시장치의 경우 1/60초에서 1/120초 마다 영상데이터를 입력해야 하고, 이에 따라 소비전력이 높아지는 단점이 있다. In the state where no electric field is generated between the
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 고안된 것으로서, 액정분자를 전기력만으로 구동함으로써 공정이 단순화되고 소비전력이 개선되고 메모리특성을 갖는 액정표시장치 및 그 구동방법을 제공하는데 그 목적이 있다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been devised to solve the above problems, and an object thereof is to provide a liquid crystal display device and a method of driving the same, by simplifying a process, improving power consumption, and driving memory by driving liquid crystal molecules only with electric force.
본 발명은 상기 목적을 달성하기 위하여, 서로 마주보며 이격된 제1 및 제2기판과; 상기 제1기판 상부에 형성되며 서로 교차하여 화소영역을 정의하는 게이트배선 및 데이터배선과; 상기 게이트배선 및 데이터배선에 연결되는 박막트랜지스터와; 상기 제1기판 상부의 상기 화소영역에 형성되는 제1공통전극과; 상기 제1공통전극 상부의 상기 화소영역에 형성되며 상기 박막트랜지스터에 연결되는 화소전극과; 상기 제2기판 하부에 형성되는 제2공통전극과; 상기 화소전극 및 제2공통전극 사이에 형성되는 액정층을 포함하는 액정표시장치를 제공한다. The present invention, the first and second substrates facing each other and spaced apart to achieve the above object; A gate wiring and a data wiring formed on the first substrate and crossing each other to define a pixel area; A thin film transistor connected to the gate line and the data line; A first common electrode formed in the pixel area on the first substrate; A pixel electrode formed in the pixel region on the first common electrode and connected to the thin film transistor; A second common electrode formed under the second substrate; A liquid crystal display device including a liquid crystal layer formed between the pixel electrode and the second common electrode is provided.
상기 액정층은 배향막없이 상기 화소전극 및 제2공통전극에 직접 접촉한다. 또는, 상기 액정표시장치는 상기 액정층과 상기 화소전극 사이에 형성되는 제1배향억제층과, 상기 액정층과 상기 제2공통전극 사이에 형성되는 제2배향억제층을 더욱 포함하고, 상기 제1 및 제2배향억제층의 표면에너지는 각각 상기 화소전극 및 상기 제1공통전극의 표면에너지보다 낮다. The liquid crystal layer directly contacts the pixel electrode and the second common electrode without the alignment layer. The liquid crystal display may further include a first alignment suppression layer formed between the liquid crystal layer and the pixel electrode, and a second alignment suppression layer formed between the liquid crystal layer and the second common electrode. Surface energy of the first and second alignment suppression layers is lower than that of the pixel electrode and the first common electrode, respectively.
상기 제1공통전극은 상기 화소영역 전면에 형성되고, 상기 화소전극은 상기 박막트랜지스터에 연결되어 상기 게이트배선에 평행하게 연장되는 수평부와, 각각 상기 수평부로부터 상기 데이터배선에 평행하게 연장되는 다수의 수직부로 이루어지고, 상기 제2공통전극은 상기 제2기판 하부 전면에 형성된다. The first common electrode is formed on an entire surface of the pixel region, and the pixel electrode is connected to the thin film transistor and has a horizontal portion extending in parallel to the gate wiring, and a plurality of parallel portions extending from the horizontal portion in parallel with the data wiring. The second common electrode is formed on a lower front surface of the second substrate.
상기 액정표시장치는 상기 박막트랜지스터를 덮는 층간절연막과, 상기 제1공통전극을 덮는 보호층을 더욱 포함하고, 상기 제1공통전극은 상기 층간절연막 상부에 형성되고, 상기 화소전극은 상기 보호층 상부에 형성될 수 있다. The liquid crystal display further comprises an interlayer insulating film covering the thin film transistor and a protective layer covering the first common electrode, wherein the first common electrode is formed on the interlayer insulating film, and the pixel electrode is on the protective layer. Can be formed on.
그리고, 상기 액정표시장치는 상기 제1공통전극을 덮는 층간절연막과, 상기 박막트랜지스터를 덮는 보호층을 더욱 포함하고, 상기 제1공통전극은 상기 제1기판 상부에 형성되고, 상기 박막트랜지스터는 상기 층간절연막 상부에 형성되고, 상기 화소전극은 상기 보호층 상부에 형성될 수 있다. The liquid crystal display further includes an interlayer insulating layer covering the first common electrode and a protective layer covering the thin film transistor, wherein the first common electrode is formed on the first substrate, and the thin film transistor is disposed on the first substrate. The pixel electrode may be formed on the interlayer insulating layer, and the pixel electrode may be formed on the protective layer.
상기 제1 및 제2공통전극에는 각각 제1 및 제2공통전압이 인가되고, 상기 화소전극에는 상기 제1 및 제2공통전압 사이의 데이터전압이 인가된다. First and second common voltages are applied to the first and second common electrodes, respectively, and data voltages between the first and second common voltages are applied to the pixel electrodes.
상기 데이터전압은, 상기 제1 및 제2공통전압에 의하여 생성되는 전기장의 등전위면이 상기 화소전극과 동일하게 되도록 하는 등전위전압과 상기 제2공통전압 사이에서 변화하면서 계조를 표시한다. The data voltage is displayed while changing between the equipotential voltage and the second common voltage such that the equipotential surfaces of the electric field generated by the first and second common voltages are the same as the pixel electrodes.
다른 한편, 본 발명은, 제1기판 상부에 서로 교차하여 화소영역을 정의하는 게이트배선 및 데이터배선을 형성하는 단계와; 상기 게이트배선 및 데이터배선에 연결되는 박막트랜지스터를 형성하는 단계와; 상기 화소영역에 제1공통전극을 형성하는 단계와; 상기 제1공통전극 상부의 상기 화소영역에, 상기 박막트랜지스터에 연결되는 화소전극을 형성하는 단계와; 제2기판 상부에 제2공통전극을 형성하는 단계와; 상기 화소전극과 상기 제2공통전극이 마주보도록 상기 제1 및 제2기판을 합착하는 단계와; 상기 화소전극과 상기 제2공통전극 사이에 액정층을 형성하는 단계를 포함하는 액정표시장치의 제조방법을 제공한다.On the other hand, the present invention comprises the steps of forming a gate wiring and a data wiring on the first substrate to cross each other to define a pixel region; Forming a thin film transistor connected to the gate line and the data line; Forming a first common electrode in the pixel region; Forming a pixel electrode connected to the thin film transistor in the pixel area on the first common electrode; Forming a second common electrode on the second substrate; Bonding the first and second substrates to face the pixel electrode and the second common electrode; It provides a method of manufacturing a liquid crystal display device comprising the step of forming a liquid crystal layer between the pixel electrode and the second common electrode.
그리고, 상기 액정표시장치의 제조방법은 상기 화소전극 상부에 제1배향억제층을 형성하는 단계와, 상기 공통전극 상부에 제2배향억제층을 형성하는 단계를 더욱 포함하고, 상기 제1 및 제2배향억제층의 표면에너지는 각각 상기 화소전극 및 상기 제1공통전극의 표면에너지보다 낮다. The method of manufacturing the liquid crystal display may further include forming a first alignment suppression layer on the pixel electrode, and forming a second alignment suppression layer on the common electrode. Surface energy of the bidirectional suppression layer is lower than that of the pixel electrode and the first common electrode, respectively.
또 다른 한편, 본 발명은, 제1기판 상부의 제1공통전극에 제1공통전압을 인가하는 단계와; 상기 제1공통전극 상부의 화소전극에 데이터전압을 인가하는 단계와; 상기 제1기판과 마주보며 이격된 제2기판 하부의 제2공통전극에 제2공통전압을 인가하는 단계와; 상기 제1공통전압, 상기 데이터전압, 상기 제2공통전압에 의하여 생성된 전기장을 따라 상기 화소전극 및 제2공통전극 사이에 형성된 액정층의 액정분자를 배열하는 단계를 포함하는 액정표시장치의 구동방법을 제공한다.On the other hand, the present invention comprises the steps of applying a first common voltage to the first common electrode on the first substrate; Applying a data voltage to the pixel electrode on the first common electrode; Applying a second common voltage to a second common electrode below the second substrate facing the first substrate and spaced apart from the second substrate; Arranging liquid crystal molecules of a liquid crystal layer formed between the pixel electrode and the second common electrode according to the electric field generated by the first common voltage, the data voltage, and the second common voltage. Provide a method.
상기 데이터전압을 인가하는 단계는, 상기 제1 및 제2공통전압에 의하여 생성되는 전기장의 등전위면이 상기 화소전극과 동일하게 되도록 하는 등전위전압과 상기 제2공통전압 사이에서 변화하면서 계조를 표시하는 단계를 포함한다. The applying of the data voltage may include displaying grayscales while changing between the equipotential voltage and the second common voltage such that the equipotential surfaces of the electric field generated by the first and second common voltages are the same as the pixel electrodes. Steps.
그리고, 상기 데이터전압이 상기 등전위전압일 때 상기 액정표시장치는 블랙영상을 표시하고, 상기 데이터전압이 상기 제2공통전압일 때 상기 액정표시장치는 화이트영상을 표시한다. The liquid crystal display displays a black image when the data voltage is the equipotential voltage, and the liquid crystal display displays a white image when the data voltage is the second common voltage.
또한, 상기 액정표시장치의 구동방법은 상기 제1공통전극, 상기 화소전극, 상기 제2공통전극을 플로우팅하여 상기 액정층의 액정분자의 배열을 유지하는 단계를 더욱 포함한다. The method of driving the liquid crystal display device may further include maintaining the arrangement of liquid crystal molecules of the liquid crystal layer by floating the first common electrode, the pixel electrode, and the second common electrode.
본 발명에 의하면, 배향막을 형성하지 않으므로 러빙 공정 등을 생략할 수 있고, 그에 따라 액정표시장치의 제조 공정이 단순화되고 배향막 형성공정에 의한 불량이 방지된다. According to the present invention, since the alignment film is not formed, the rubbing process and the like can be omitted, thereby simplifying the manufacturing process of the liquid crystal display device and preventing the defect caused by the alignment film forming process.
또한, 전기력만으로 액정분자를 구동하므로, 액정표시장치가 메모리특성을 가지며, 소비전력이 감소된다. In addition, since the liquid crystal molecules are driven only by the electric force, the liquid crystal display has memory characteristics and power consumption is reduced.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명한다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
본 발명은 상기와 같은 목적을 달성하기 위해서, 배향막에 의한 배향 복원력 대신 3전극에 의한 수직, 수평 전기장의 전기력으로 액정분자를 구동한다. The present invention drives the liquid crystal molecules by the electric force of the vertical, horizontal electric field by the three electrodes instead of the orientation restoring force by the alignment film to achieve the above object.
본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명하기로 하며, 이때 동일한 부분에 대해서는 도면부호만 달리할 뿐 동일한 명칭을 사용하기로 한다.DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings, where only the same reference numerals are used for the same parts.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 액정표시장치의 어레이기판의 평면도이고, 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 액정표시장치의 단면도로서, 도 2의 절단선 III-III을 따라 절단한 면에 대응된다. 2 is a plan view of an array substrate of a liquid crystal display according to an exemplary embodiment of the present invention, and FIG. 3 is a cross-sectional view of the liquid crystal display according to an exemplary embodiment of the present invention, and is cut along the cutting line III-III of FIG. Corresponds to.
도 2 및 3에 도시한 바와 같이, 액정표시장치(110)는 서로 마주보며 이격된 제1 및 제2기판(120, 150)과, 제1 및 제2기판(120, 150) 사이에 형성된 액정층(170)을 포함한다.As shown in FIGS. 2 and 3, the liquid
어레이기판으로 불리는 제1기판(120) 내면 상부에는 게이트배선(142)과 게이트배선(142)에서 연장된 게이트전극(122)이 형성되고, 게이트배선(142) 및 게이트전극(122) 상부에는 게이트절연막인 제1절연층(124)이 형성된다.A
게이트전극(122)에 대응되는 제1절연층(124) 상부에는 순수 실리콘(intrinsic silicon)으로 이루어지는 액티브층(126)이 형성되고 액티브층(126) 상부에는 불순물 실리콘(impurity-doped silicon)으로 이루어지는 오믹콘택층(128)이 형성된다. An
오믹콘택층(128) 상부에는 서로 이격된 소스전극(130) 및 드레인전극(132)이 형성되고, 동시에 게이트배선(142)과 교차하여 화소영역(P)을 정의하는 데이터배선(144)이 제1절연층(124) 상부에 형성된다. 소스전극(130)은 데이터배선(144)에서 연장된다.A
게이트전극(122), 액티브층(126), 소스전극(130) 및 드레인전극(132)은 게이트배선 및 데이터배선(142, 144)에 연결되는 박막트랜지스터(T)를 이룬다. The
박막트랜지스터(T) 상부에는 층간절연막인 제2절연층(146)이 형성되고, 제2절연층(146) 상부의 화소영역(P) 전면에는 제1공통전극(140)이 형성된다. 제1공통전극은 인접 화소영역(P)의 제1공통전극과 공통전극연결부(140a)를 통하여 수평으로 서로 연결될 수 있다. 본 발명의 실시예에서는 동일한 게이트배선에 대응되는 수평방향의 제1공통전극에 동일한 공통전압을 인가하고 이를 주사(scan)할 수 있도록 수평방향의 인접화소영역의 제1공통전극이 서로 연결되고 수직방향의 인접화소영역의 제1공통전극은 서로 연결되지 않지만, 다른 실시예에서는 수평/수직방향의 인접화소영역의 제1공통전극이 모두 연결되거나, 혹은 수직방향의 인접화소영역의 제1공통전극이 연결되고 수평방향의 인접화소영역의 제1공통전극은 서로 연결되지 않을 수도 있다. The second
또한, 본 실시예에서는 제1공통전극(140)이 박막트랜지스터(T) 상부에 형성되지만, 다른 실시예에서는 제1공통전극이 박막트랜지스터 하부의 제1기판(120) 전면에 일체형으로 형성될 수도 있으며 이 경우 제2절연층은 제1공통전극과 박막트랜지스터 사이, 즉 제1공통전극과 게이트전극 사이에 형성되고, 제3절연층이 박막트랜지스터를 덮도록 형성될 수 있다. In addition, in the present exemplary embodiment, the first
제1공통전극(140) 상부에는 보호층인 제3절연층(148)이 형성되는데, 제2 및 제3절연층(146, 148)에는 드레인전극(132)을 노출하는 드레인콘택홀(CNT)이 형성된다. A third insulating
제3절연층(148) 상부의 화소영역(P)에는 드레인콘택홀(CNT)을 통하여 박막트랜지스터(T)의 드레인전극(132)에 연결되는 화소전극(136)이 형성된다.The
화소전극(136)은 드레인전극(132)에 연결되어 게이트배선(142)과 평행하게 연장된 수평부(136a)와, 수평부(136a)로부터 데이터배선(144)에 평행하게 연장된 다수의 수직부(136b)로 이루어진다. The
본 실시예에서, 다수의 수직부(136b)는 서로 평행하게 이격된 막대형상을 가지는데, 다른 실시예에서는 광시야각 특성을 확보하기 위하여 적어도 하나의 절곡부를 갖는 지그재그 형태의 막대형상을 가질 수도 있으며, 동심원 또는 나선형으로 형성될 수도 있다.In the present embodiment, the plurality of
컬러필터기판으로 불리는 제2기판(150) 내면 상부에는 제1기판(120)의 게이트배선(142), 데이터배선(144), 박막트랜지스터(T)에 대응되도록 배치되는 블랙매트릭스(152)가 형성된다. A
화소영역(P)에 대응되는 블랙매트릭스(152)의 개구부에는 적색, 녹색, 청색 컬러필터를 포함하는 컬러필터층(154)이 형성되고, 컬러필터층(154) 하부에는 제2공통전극(156)이 제2기판(150) 전면에 일체형으로 형성된다. A
그리고, 제1기판(120)의 화소전극(136)과 제2기판(150)의 제2공통전극(156) 사이에는 액정층(170)이 형성된다. The
여기서, 화소전극(136)과 액정층(170) 사이와, 제2공통전극(156)과 액정층(170) 사이에는 배향막이 형성되지 않으며, 액정층(170)은 화소전극(136) 및 제2공통전극(156) 각각과 직접 접촉한다. Here, an alignment layer is not formed between the
따라서 고분자물질층 형성, 러빙 등의 배향막 형성공정을 생략할 수 있어서 액정표시장치(110)의 제조공정을 단순화 할 수 있으며, 배향막 형성공정에 의한 불량을 방지할 수 있다. Therefore, the formation of the alignment layer such as the formation of the polymer material layer and rubbing can be omitted, thereby simplifying the manufacturing process of the
그런데, 본 발명의 다른 실시예에 따른 액정표시장치에서는, 액정층이 배향되지 않도록 배향막을 형성하지 않을 뿐만 아니라, 다른 어떠한 요인에 의해서도 액정층이 배향되지 않도록 하기 위하여 배향억제층을 형성할 수 있는데, 이를 도면으로 상세히 설명한다.By the way, in the liquid crystal display device according to another embodiment of the present invention, not only the alignment layer is formed so that the liquid crystal layer is not aligned, but also the alignment suppression layer may be formed so that the liquid crystal layer is not aligned by any other factor. This will be described in detail with reference to the drawings.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 액정표시장치의 단면도로서, 도 3과 동일한 부분은 동일한 부호를 부여하고 이에 대한 설명은 생략한다. 4 is a cross-sectional view of a liquid crystal display according to another exemplary embodiment of the present invention, in which the same parts as in FIG. 3 are assigned the same reference numerals and description thereof will be omitted.
도 4에 도시한 바와 같이, 본 발명의 다른 실시예에 따른 액정표시장치(110)의 화소전극(136) 상부에는 제1배향억제층(160)이 형성되고 제2공통전극(156) 하부에는 제2배향억제층(162)이 형성된다.As shown in FIG. 4, a first
따라서, 액정층(170)은 화소전극(136) 및 제2공통전극(156)과 직접 접촉하는 대신 제1 및 제2배향억제층(160, 162)과 접촉하여 그 사이에 형성된다. Therefore, the
배향막이 존재하지 않는 경우에도, 액정층(170) 형성을 위한 액정 주입시의 액정흐름(flow)조건이나, 화소전극 또는 제2공통전극 등의 전극 형성조건이나, 하부의 절연막 형성조건에 따라 액정층(170)이 배향될 수도 있는데, 액정층(170)이 배향된다면 액정표시장치가 전기력과 배향 복원력에 의하여 구동되고 따라서 메모리 특성을 갖지 못하게 된다. Even when the alignment film does not exist, the liquid crystal may be formed according to the liquid crystal flow conditions at the time of liquid crystal injection for forming the
따라서, 본 발명의 다른 실시예에 따른 액정표시장치에서는 액정층이 원치 않게 배향되는 것을 방지하기 위하여, 화소전극(136)과 액정층(170) 사이 및 제2공통전극(156)과 액정층(170) 사이에 각각 제1 및 제2배향억제층(160, 162)을 형성한다. Therefore, in the liquid crystal display according to another exemplary embodiment of the present invention, in order to prevent an undesired alignment of the liquid crystal layer, between the
제1 및 제2배향억제층(160, 162)은 액정층(170)의 액정분자와의 관계에서 표면 에너지가 충분히 낮아서 서로 상호작용을 하지 않는 물질로 이루어질 수 있는데, 예를 들어 제1 및 제2배향억제층(160, 162)은 화소전극(136) 또는 제2공통전극(156)보다 낮은 표면 에너지를 갖도록 형성될 수 있다. The first and second alignment suppression layers 160 and 162 may be made of a material that does not interact with each other because the surface energy is sufficiently low in relation to the liquid crystal molecules of the
제1 및 제2배향억제층(160, 162)을 형성함으로써, 액정층(170)은 배향되지 않고, 그 결과 액정층(170)의 배향 복원력 생성이 방지된다. By forming the first and second alignment suppression layers 160 and 162, the
한편, 본 발명의 실시예에 따른 액정표시장치는 화소전극과 제1 및 제2공통전극에 전압을 인가하여 수직 또는 수평 전기장을 생성하고, 생성된 전기장에 의한 전기력으로 액정분자의 배열을 제어하는데, 이를 도면을 참조하여 상세히 설명한다.Meanwhile, the liquid crystal display according to the exemplary embodiment of the present invention generates a vertical or horizontal electric field by applying a voltage to the pixel electrode and the first and second common electrodes, and controls the arrangement of the liquid crystal molecules by the electric force generated by the generated electric field. This will be described in detail with reference to the drawings.
도 5a 내지 5d는 본 발명의 실시예에 따른 액정표시장치의 동작 상태를 도시 한 도면으로, 각각 준비상태, 제1동작상태, 제2동작상태, 메모리상태를 도시한다. 편의상 화소영역(P)의 액정층(170)과 전압이 인가되는 제1공통전극(140), 화소전극(136), 제2공통전극(156)만을 개략적으로 도시하였다. 5A to 5D are diagrams illustrating an operating state of the liquid crystal display according to the exemplary embodiment of the present invention, and show a ready state, a first operating state, a second operating state, and a memory state, respectively. For convenience, only the first
전압인가에 의한 액정분자의 구동상태를 도시한 도 4a 내지 4c에서는, 액정표시장치(110)의 제1 및 제2공통전극(140, 156)에는 제1 및 제2공통전압(Vcom1, Vcom2)이 인가되고, 화소전극(136)에는 데이터전압(Vdata)이 인가되는 반면, 전압인가 없이 액정분자의 배열을 유지하는 상태를 도시한 도 4d에서는, 제1 및 제2공통전극(140, 156)과 화소전극(136)이 플로우팅(floating)된다. 4A to 4C illustrating driving states of liquid crystal molecules by applying voltage, first and second common voltages Vcom1 and Vcom2 are applied to the first and second
구체적으로, 액정표시장치(110)의 준비상태인 도 4a에서는, 제1공통전극(140)에는 제1공통전압(Vcom1), 예를 들어 0V가 인가되고, 화소전극(136)에는 제1데이터전압(Vdata1), 예를 들어 0V가 인가되고, 제2공통전극(156)에는 제2공통전압(Vcom2), 예를 들어 10V가 인가된다. Specifically, in FIG. 4A, in which the liquid
이 상태에서는 제1공통전극(140)과 제2공통전극(156)에 의하여, 또한 화소전극(136)과 제2공통전극(156)에 의하여 각각 제1 및 제2기판(120, 150)에 수직한 방향의 수직 전기장(E)이 생성되고, 생성된 수직 전기장에 의하여 액정층(170)의 액정분자(170a)가 배열되어, 액정표시장치(110)는 블랙영상(black image)을 표시한다. In this state, the first and
그런데, 이때 제1공통전극(140)과 화소전극(136)은 동일한 전위를 가지므로, 제1공통전극(140)과 제2공통전극(156)에 의한 수직 전기장과 화소전극(136)과 제2 공통전극(156)에 의한 수직 전기장은 화소전극 (136) 주위에서 서로 상이한 등전위면을 형성하게 되고, 그 결과 수직 전기장은 화소전극(136) 주위에서 부분적으로 왜곡된다. 따라서, 액정표시장치(110)의 블랙영상에는 빛샘이 존재하게 된다. 여기서, 등전위면이란 전기장의 방향에 수직이고 동일한 전위를 갖는 면을 말하는 것으로, 제1 및 제2기판(120, 150)에 수직한 수직 전기장의 경우 제1 및 제2기판(120, 150)에 평행한 다수의 등전위면이 형성된다.However, at this time, since the first
액정표시장치(110)의 제1동작상태인 도 4b에서는, 제1공통전극(140)에는 제1공통전압(Vcom1), 예를 들어 0V가 인가되고, 화소전극(136)에는 제2데이터전압(Vdata2), 예를 들어 2V~3V가 인가되고, 제2공통전극(156)에는 제2공통전압(Vcom2), 예를 들어 10V가 인가된다. In FIG. 4B, the first operating state of the liquid
이 상태에서는 제1공통전극(140)과 제2공통전극(156)에 의하여, 또한 화소전극(136)과 제2공통전극(156)에 의하여 각각 수직 전기장(E)이 생성되고, 생성된 수직 전기장을 따라 액정층(170)의 액정분자(170a)가 배열되어, 액정표시장치(110)는 블랙영상(black image)을 표시한다. In this state, a vertical electric field E is generated by the first
그리고, 제1공통전극(140) 및 화소전극(136)에는 서로 상이한 제1공통전압(Vcom1) 및 제2데이터전압(Vdata2)이 인가되어 서로 상이한 전위를 가지는데, 제1공통전극(140)과 제2공통전극(156)에 의하여 생성된 수직 전기장의 등전위면이 화소전극(136)이 동일면을 이루도록 제2데이터전압(Vdata2)을 결정할 수 있으며, 이러한 조건을 만족하는 제2데이터전압(Vdata2)을 등전위전압이라 부른다. In addition, different first common voltages Vcom1 and second data voltages Vdata2 are applied to the first
여기서 제1공통전극(140)과 화소전극(136) 사이의 거리 및 매질의 유전율과, 화소전극(136)과 제2공통전극(156) 사이의 거리 및 매질의 유전율이 적정 제2데이터전압(Vdata2: 등전위전압)을 결정하는 요소라고 할 수 있는데, 제1공통전극(140)과 화소전극(136) 사이에는 제2절연층(146)이 존재하고 화소전극(136)과 제2공통전극(156) 사이에는 액정층(170)이 존재하므로, 결국 제2절연층(146)의 유전율 및 두께와, 액정층(170)의 유전율 및 두께(즉, 셀갭)에 의하여 적정 제2데이터전압(Vdata2: 등전위전압)이 결정된다. Here, the distance between the first
따라서, 이러한 조건을 만족하는 제2데이터전압(Vdata2: 등전위전압)이 화소전극(136)에 인가된 상태에서는 제1공통전극(140)과 제2공통전극(156)에 의하여 생성된 수직 전기장과 화소전극(136)과 제2공통전극(156)에 의하여 생성된 수직 전기장이 완전히 일치하게 되고, 결국 액정층(170)의 액정분자(170a)는, 왜곡되지 않고 완벽한 수직 전기장에 의하여 배열되어 액정표시장치(110)는 완벽한 블랙영상을 표시한다. Accordingly, when the second data voltage Vdata2 (equal potential voltage) that satisfies this condition is applied to the
액정표시장치(110)의 제2동작상태인 도 4c에서는, 제1공통전극(140)에는 제1공통전압(Vcom1), 예를 들어 0V가 인가되고, 화소전극(136)에는 제3데이터전압(Vdata3), 예를 들어 10V가 인가되고, 제2공통전극(156)에는 제2공통전압(Vcom2), 예를 들어 10V가 인가된다. In FIG. 4C, which is a second operation state of the liquid
이 상태에서는 제1공통전극(140)과 제2공통전극(156)에 의하여 수직 전기장이 생성되고, 화소전극(136)과 제1공통전극(140)에 의하여 수평 전기장이 생성된 다. 더 상세히 설명하면, 화소전극(136)과 제1공통전극(140)에 의하여 화소전극(136)에서 수직으로 상향하다가 화소전극(136) 사이에서는 수평으로 굽어진 후 하부의 제1공통전극(140)으로 향하는 U자 형상의 전기장(E)이 생성된다. 그런데, 액정층(170)의 액정분자(170a)의 구동에 이용되는 것은 화소전극(136) 사이의 수평성분이므로, 화소전극(136)과 제1공통전극(140)에 의하여 생성된 전기장의 수평성분이 액정분자(170a)를 배열하는 것으로 이해할 수 있으며, 이를 화소전극(136)과 제1공통전극(140)에 의하여 수평 전기장이 생성되는 것으로 설명할 수 있다. In this state, a vertical electric field is generated by the first
한편, 화소전극(136)과 제2공통전극(156)은 동일한 전위를 가지므로 화소전극(136)과 제2공통전극(156)에 의해서는 전기장이 생성되지 않는다. 그리고, 제1공통전극(140)과 제2공통전극(156) 사이의 거리는 제1공통전극(140)과 화소전극(136) 사이의 거리에 비하여 매우 크다고 할 수 있으므로, 제1공통전극(140)과 제2공통전극(156)에 의한 수직 전기장의 크기는 제1공통전극(140)과 화소전극(136)에 의한 수평 전기장의 크기에 비해 무시할 수 있을 만큼 작다고 할 수 있다. Meanwhile, since the
따라서, 액정표시장치(110)의 제2동작상태에서는, 제1공통전극(140)과 화소전극(136)에 의한 수평 전기장을 따라 액정층(170)의 액정분자(170a)가 배열되고, 액정표시장치(110)는 화이트영상(white image)를 표시한다. Therefore, in the second operation state of the liquid
그리고, 액정표시장치(110)의 메모리상태인 도 4d에서는, 제1공통전극(140), 화소전극(136) 및 제2공통전극(156)이 플로우팅된다. In FIG. 4D, the memory state of the liquid
따라서, 제1공통전극(140), 화소전극(136) 및 제2공통전극(156)에 의하여 생 성되는 전기장이 없으며, 이에 따라 액정층(170)의 액정분자(170a)는 재배열되지 않고 이전의 배열상태를 유지한다. Therefore, there is no electric field generated by the first
종래의 액정표시장치에서는 액정층 양단의 전극을 플로우팅할 경우 액정층과 배향막 사이의 배향 복원력에 의하여 액정층의 액정분자가 최초의 배열상태로 돌아가서 이전의 배열상태를 유지하지 못하지만, 본 발명의 실시예에 따른 액정표시장치(110)의 경우에는 배향막을 형성하지 않으므로, 액정층(170)의 액정분자(170a)에 배향 복원력이 작용하지 않는다. In the conventional liquid crystal display device, when the electrodes on both sides of the liquid crystal layer are floated, the liquid crystal molecules of the liquid crystal layer return to the original arrangement state due to the orientation restoring force between the liquid crystal layer and the alignment layer, but do not maintain the previous arrangement state. In the case of the liquid
그러므로, 제1공통전극(140), 화소전극(136) 및 제2공통전극(156)을 플로우팅시켜 전기장의 생성을 중지하면, 액정층(170)의 액정분자(170a)는 최초의 배열상태로 돌아가지 않고 이전의 배열상태, 즉, 플로우팅 직전의 전기장을 따른 배열상태를 그대로 유지하게 된다. Therefore, when the first
이러한 상태는 새로운 전기장의 생성 시까지 유지되므로, 액정표시장치(110)는 주기적인 영상데이터의 재입력 없이도 영상표시가 가능하여 소비전력을 개선할 수 있다. 특히, 정지영상과 같이 영상데이터의 변화가 없거나 일부분에만 변화가 있는 영상의 경우 변화가 있는 부분에만 선택적으로 전압을 인가함으로써 영상을 표시하는 것이 가능하며, 이 경우 재생율(refresh rate)를 최소화할 수 있어서 저소비전력 구동이 가능하다. Since this state is maintained until the generation of a new electric field, the
본 실시예에서는 메모리 상태를 위하여 제1공통전극(140), 화소전극(136) 및 제2공통전극(156)이 플로우팅되지만, 다른 실시예에서는 제1공통전극(140)은 접지 시키고, 화소전극(136) 및 제2공통전극(156)만 플로우팅 함으로써 메모리 상태를 확보할 수도 있다. In the present embodiment, the first
도 6a 내지 6c는 본 발명의 실시예에 따른 액정표시장치의 전기장 및 등전위면을 도시한 도면으로, 각각 준비상태, 제1동작상태, 제2동작상태를 도시한다. 도 6a 내지 6c에서 점선은 전기장의 전기력선(즉, 전기장의 방향)을 나타내고, 실선은 전기장의 등전위면(또는 등전위선)을 나타낸다. 6A to 6C are diagrams illustrating an electric field and an equipotential surface of a liquid crystal display according to an exemplary embodiment of the present invention, and show a ready state, a first operating state, and a second operating state, respectively. 6A to 6C, dotted lines represent electric field lines of electric fields (ie, directions of electric fields), and solid lines represent equipotential surfaces (or equipotential lines) of electric fields.
도 6a에 도시한 바와 같이, 액정표시장치의 준비상태에서는 제1공통전극(140), 화소전극(136), 제2공통전극(156)에 각각 제1공통전압(Vcom1), 제1데이터전압(Vdata1), 제2공통전압(Vcom2)이 인가되는데, 예를 들어 각각 약 0V, 약 0V, 약 10V가 인가될 수 있다. As shown in FIG. 6A, in the ready state of the liquid crystal display, the first common voltage Vcom1 and the first data voltage are respectively applied to the first
제1공통전극(140), 화소전극(136), 제2공통전극(156)에 전압을 인가함으로써 전기장이 생성되는데, 전기장의 전기력선은 화소전극(136) 상부에서 수직으로 제2공통전극(156)을 향하고, 화소전극(136) 사이에서는 왜곡되어 화소전극(136) 사이 중앙부를 향하는 성분을 가진다. An electric field is generated by applying a voltage to the first
그리고, 전기력선에 수직인 등전위면은 화소전극(136) 상부에서는 수평으로 형성되나, 화소전극(136) 사이에서는 하부의 제1공통전극(140)으로 처진 형상을 갖는데, 이것은 제1공통전극(140)과 화소전극(136)에 동일한 전압이 인가됨으로 인하여 발생하는 전기장의 왜곡으로 볼 수 있다. The equipotential surface perpendicular to the electric field lines is horizontally formed above the
이 경우 액정표시장치(110)는 블랙영상을 표시하는데, 이러한 준비상태를 이 용하여 영상을 표시할 수도 있으나, 빛샘이 존재하므로 직접 영상표시에는 사용하지 않을 수도 있다.In this case, the
도 6b에 도시한 바와 같이, 액정표시장치의 제1동작상태에서는 제1공통전극(140), 화소전극(136), 제2공통전극(156)에 각각 제1공통전압(Vcom1), 제2데이터전압(Vdata2), 제2공통전압(Vcom2)이 인가되는데, 예를 들어 각각 약 0V, 약 2V~3V, 약 10V가 인가될 수 있다. As shown in FIG. 6B, in the first operation state of the liquid crystal display, the first common voltage Vcom1 and the second
제1공통전극(140), 화소전극(136), 제2공통전극(156)에 전압을 인가함으로써 전기장이 생성되는데, 전기장의 전기력선은 화소전극(136)과 제2공통전극(156) 사이의 전 영역에서 균일하게 수직으로 생성되고, 등전위면은 화소전극(136)과 제2공통전극(156) 사이의 전 영역에서 제1 및 제2기판과 평행하게 수평으로 생성된다. An electric field is generated by applying a voltage to the first
이것은 화소전극(136)이 제1 및 제2공통전극(140, 156)에 의하여 생성된 전기장의 등전위면이 되도록 하는 제2데이터전압(Vdata2)을 화소전극(136)에 인가함으로써 가능한데, 그 결과 화소전극(136)이 제1 및 제2공통전극(140, 156) 사이에 존재하지 않을 경우와 동일한 전기장을 생성할 수 있다. This is possible by applying a second data voltage Vdata2 to the
그리고, 제1 및 제2공통전극(140, 156)에 의하여 생성된 수직 전기장을 따라 액정층(170)의 액정분자(170a)가 배열됨으로써 액정표시장치는 완벽한 블랙영상을 표시한다. In addition, the
도 6c에 도시한 바와 같이, 액정표시장치의 제2동작상태에서는 제1공통전 극(140), 화소전극(136), 제2공통전극(156)에 각각 제1공통전압(Vcom1), 제3데이터전압(Vdata3), 제2공통전압(Vcom2)이 인가되는데, 예를 들어 각각 약 0V, 약 10V, 약 10V가 인가될 수 있다. As illustrated in FIG. 6C, in the second operation state of the liquid crystal display, the first common voltage Vcom1 and the first
제1공통전극(140), 화소전극(136), 제2공통전극(156)에 전압을 인가함으로써 전기장이 생성되는데, 전기장의 전기력선은 화소전극(136) 상부에서는 수직으로 제2공통전극(156)을 향하고, 화소전극(136) 사이에서는 수평으로 형성된다. An electric field is generated by applying a voltage to the first
그리고, 전기력선에 수직인 등전위면은 화소전극(136)을 중심으로 동심원 형상으로 생성된다. In addition, an equipotential surface perpendicular to the electric line of force is generated in a concentric shape around the
이 경우, 제1공통전극(140)과 화소전극(136)에 의하여 화소전극(136) 사이에서 생성된 수평 전기장을 따라 액정층(170)의 액정분자(170a)가 배열됨으로써 액정표시장치(110)는 화이트영상을 표시한다.In this case, the
액정표시장치(110)를 제1 및 제2동작상태 사이에서 구동함으로써 블랙과 화이트 사이의 휘도를 갖는 그레이영상을 표시할 수 있는데, 이를 도면을 참조하여 상세히 설명한다.By driving the
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 액정표시장치의 투과율-전압 곡선(TV curve)이다.7 is a transmittance-voltage curve (TV curve) of the liquid crystal display according to the exemplary embodiment of the present invention.
도 7은 제1 및 제2공통전극(140, 156)에 각각 제1 및 제2공통전압(Vcom1, Vcom2)을 인가하고 화소전극(136)에 인가되는 전압을 제1데이터전압(Vdata1)에서 제2데이터전압(Vdata2)을 거쳐 제3데이터전압(Vdata3)까지 변화시킬 때 나타나는 액정표시장치의 투과율(transmittance)을 시뮬레이션(simulation)한 결과이다. FIG. 7 illustrates first and second common voltages Vcom1 and Vcom2 applied to the first and second
예를 들어, 제1 및 제2공통전극(140, 156)에 각각 약 0V, 약 10V가 인가된 상태에서 데이터전압을 약 0V에서 약 10V까지 변화시키면서 액정표시장치의 투과율 변화를 살펴본 결과이다. For example, the change in transmittance of the liquid crystal display is described by changing the data voltage from about 0V to about 10V while the first and second
도 7에 도시된 바와 같이, 화소전극(136)에 인가되는 데이터전압이 약 0.4V인 경우 액정표시장치의 투과율은 0%가 되지 않고 더 큰 값을 가지는데, 이것은 액정표시장치가 도 4a 및 5a의 준비상태에서 빛샘이 존재하는 것을 나타낸다.As shown in FIG. 7, when the data voltage applied to the
그리고, 데이터전압이 약 5V가 될 때까지 투과율은 거의 0%를 유지하다가 약 5.5V에서 투과율이 점차 증가한다. 그 후 데이터전압이 약 9.5V에서 투과율은 최대값이 되고 그 후에는 다시 감소한다. The transmittance is maintained at about 0% until the data voltage reaches about 5V, and then gradually increases at about 5.5V. Thereafter, at a data voltage of about 9.5V, the transmittance becomes a maximum value and then decreases again.
따라서, 화소전극에 인가되는 데이터전압을 약 5.5V에서 약 9.5V 사이에서 변화시킴으로써 액정표시장치가 다양한 계조의 영상을 표시하도록 할 수 있다. Accordingly, the liquid crystal display may display images of various gray levels by changing the data voltage applied to the pixel electrode between about 5.5V and about 9.5V.
이상과 같이, 본 발명의 실시예에 따른 액정표시장치에서는, 배향막 형성 없이 제1 및 제2공통전극과 화소전극의 3개의 전극에 전압을 인가함으로써, 액정분자를 수직 전기장 및 수평 전기장으로 구동한다. As described above, in the liquid crystal display according to the exemplary embodiment of the present invention, the liquid crystal molecules are driven by the vertical electric field and the horizontal electric field by applying voltage to three electrodes of the first and second common electrodes and the pixel electrode without forming the alignment layer. .
이에 따라 액정표시장치의 제조공정이 단순화되고, 배향막 형성공정에 의한 불량이 방지된다. This simplifies the manufacturing process of the liquid crystal display device and prevents defects caused by the alignment film forming process.
또한, 액정분자를 배향 복원력 대신 전기력으로 구동하므로, 액정표시장치가 메모리 특성을 가질 수 있으며, 이에 따라 주기적인 데이터전압의 입력을 최소화하 여 소비전력을 개선할 수 있다. In addition, since the liquid crystal molecules are driven by electric force instead of orientation restoring force, the liquid crystal display may have memory characteristics, thereby minimizing the input of periodic data voltages, thereby improving power consumption.
도 1은 종래의 액정표시장치의 단면도1 is a cross-sectional view of a conventional liquid crystal display device
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 액정표시장치의 어레이기판의 평면도2 is a plan view of an array substrate of a liquid crystal display according to an exemplary embodiment of the present invention.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 액정표시장치의 단면도 3 is a cross-sectional view of a liquid crystal display according to an exemplary embodiment of the present invention.
도 4a 내지 4d는 본 발명의 실시예에 따른 액정표시장치의 동작 상태를 도시한 도면4A to 4D are diagrams showing operating states of the liquid crystal display according to the exemplary embodiment of the present invention.
도 5a 내지 5c는 본 발명의 실시예에 따른 액정표시장치의 전기장 및 등전위면을 도시한 도면5A to 5C are diagrams illustrating electric fields and equipotential surfaces of a liquid crystal display according to an exemplary embodiment of the present invention.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 액정표시장치의 투과율-전압 곡선6 is a transmittance-voltage curve of a liquid crystal display according to an exemplary embodiment of the present invention.
*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명* * Description of the symbols for the main parts of the drawings *
110: 액정표시장치 120: 제1기판110: liquid crystal display device 120: first substrate
150: 제2기판 136: 화소전극150: second substrate 136: pixel electrode
140: 제1공통전극 156: 제2공통전극140: first common electrode 156: second common electrode
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