KR20090116082A - 액정 표시장치 - Google Patents

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KR20090116082A
KR20090116082A KR1020080041775A KR20080041775A KR20090116082A KR 20090116082 A KR20090116082 A KR 20090116082A KR 1020080041775 A KR1020080041775 A KR 1020080041775A KR 20080041775 A KR20080041775 A KR 20080041775A KR 20090116082 A KR20090116082 A KR 20090116082A
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이승희
정준호
박지웅
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Abstract

본 발명은 수평 전계 방식에 의해 액정을 구동하는 횡 전계 방식(IPS: In-Plane Switching Mode)에서 액정 표시 소자의 구동전압을 감소시켜 소비전력의 감소와 드라이버 집적회로(drive IC)에 걸리는 전압이 낮아져 소자 자체에서 발생하는 열을 크게 감소시킬 수 있는 IPS 모드의 액정 표시 소자 및 그 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 구성은 두 개의 박막 트랜지스터를 동일 기판에 형성하는 구조에서 수평 전계 방식에 의해 액정을 구동하는 방식으로 상하 기판이 소정거리를 두고 대향되고, 상하 기판 사이의 내측면에는 액정이 끼워진다. 하부 기판에 게이트선이 형성 되어 있고, 게이트선과 교차하도록 데이터선이 형성되어 있다. 게이트선과 데이터선은 서로 절연되어 있으며 이들이 교차하여 이루는 화소 영역에는 게이트 전극, 소스 전극 및 드레인 전극의 3단자를 가지는 박막 트랜지스터가 2개 형성되어 있고, 제 1 화소 전극과, 제 1 화소 전극과 함께 액정을 구동시키는 제 2 화소 전극이 각각 형성되어 있다. 이 때, 두 개의 박막 트랜지스터 중 제 1 박막 트랜지스터는 제 1 화소전극을 스위칭하기 위한 것이고, 제 2 박막 트랜지스터는 제 2 화소전극을 스위칭하기 위한 것이다. 이와 같은 방법은, 두 화소 전극의 화소 전압을 달리 하는 것이 가능해지며 결과적으로 구동전압을 낮출 수 있는 액정 표시 장치를 얻을 수 있다.
액정표시장치, 박막트랜지스터, 구동전압

Description

액정 표시장치{Liquid Crystal Display}
본 발명은 IPS(In-Plane Switching) 방식의 액정 표시 소자에 관한 것으로서, 종래의 IPS 모드의 전극 구조에서 화소 전극들을 두 종류로 나누고 각각의 화소전극에 박막 트랜지스터가 연결되어 있는 두개의 트랜지스터 구조를 갖는 액정 표시소자에 관한 내용이다. 상기와 같은 구조에서 각각의 화소 전극에 연결되어 있는 박막 트랜지스터를 통해서 화소 전극 사이에 서로 다른 극성 또는 크기의 전압을 인가시킬 수 있으며, 이로 인해서 화소 전극 간에 강한 인플레인 전기장이 발생해 종래의 IPS보다 낮은 구동전압 특성을 나타낸다.
본 발명은 액티브 액정 표시 소자에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 IPS 모드 액정 표시 소자의 화소 구조에 관한 것이다. 일반적으로, 액정 표시 소자는 박형, 저중량 및 저소비 전력 등의 장점으로 인하여 노트북 퍼스널 컴퓨터 등과 같은 포터블디스플레이(portable display) 소자에 널리 이용되고 있으며, 최근에는 카 네비게이션(car navigation) 등의 광범하게 이용되고 있다. 이러한 액정 표시 소자는, 투명한 한 쌍의 유리 기판, 적어도 하나의 기판에 형성되는 박막 트랜지스터와 픽셀 전극이 형성되고, 다른 하나의 기판에는 컬러 필터와 카운터 전극이 형성되 며, 한 쌍의 유리기판 사이에는 액정 물질이 봉입 되어 이루어진다. 현재 많이 이용되고 있는 액정 표시장치 모드로는, 광학 특성이 우수한 트위스트 네마틱 모드(twist nematic mode: 이하 TN) 액정이 이용되는데, 꼬인 네마틱 모드는 90도의 꼬임 각도를 가지고 있고, 액정 분자가 상하 유리기판면에 평행하게 배열되거나, 배열 방향이 양쪽 기판에서 90도 차이가 있으므로, 전체 액정 배열이 두 기판 사이에 연속적으로 90도 변화가 생기도록 배열되고, 액정 전압이 인가되었을 시, 전계는 대향하는 두 기판면에 수직으로 형성된다. 하지만 이러한 TN구조의 액정 표시 소자는 시야각이 협소하다는 고질적인 문제점을 지니고 있다.
이러한 TN모드의 좁은 시야각 특성을 향상시키기 위해서 일본국 히다찌사에서는 평행 전계 구동용 액정 표시장치 IPS 모드가 개발 되었다. 문헌] Asia Display '95, 707(1995). IPS 모드는 수평전기장에 의해 액정 분자가 기판에 평행하게 한쪽 방향으로 회전하기 때문에 TN 모드 보다 시야각이 우수하다. 하지만 IPS 모드의 경우는 전극의 윗부분에서 액정분자들이 회전하지 않아서 광효율이 떨어지고, 뿐만 아니라 광효율을 극대화 화기 위해서는 전극 간 간격이 넓어야 하는데 이는 소자의 구동전압이 높아진다. 구동전압 높고 광효율이 낮은 문제는 IPS모드의 최대의 단점으로 알려져 있다.
본 발명은 기존의 IPS 모드와 유사한 전극 구조를 가지면서 두 개의 트랜지스터를 적용하여 기존의 하부기판에 화소전극과 공통전극만 있는 개념이 아닌 화소 전극을 두 그룹으로 분리시켜 두 개의 화소 전극 간에 서로 다른 극성 또는 크기의 전압을 인가시킴으로써 구동 전압을 낮추고 이러한 전극 구조를 이용하여 전압 인가시 액정이 다중 도메인을 갖게 하여 시야각에 따른 색 띰 문제를 개선하고자 한다.
상기의 문제점을 해결하기 위해 본 발명은 화소 전극을 두 그룹으로 분리시켜 각각의 화소 전극에 박막 트랜지스터를 연결하고, 각각의 박막 트랜지스터에 연결된 데이터 라인을 통해 분리된 각각의 화소전극에 서로 다른 극성 또는 서로 다른 크기의 전압을 인가함으로써 종래의 IPS 모드에서 갖는 높은 구동전압을 낮추고, 상기의 화소 전극구조를 전극의 가로 방향 또는 세로 방향의 중심을 기점으로 상하 또는 좌우 방향으로 거울 대칭형태의 전극구조로 형성함으로써 종래의 IPS 모드에서 갖는 색 띰 문제를 좀 더 개선 시킬 수 있다
본 발명은 분리된 두 그룹의 화소 전극에 각각의 박막 트랜지스터가 연결되어 있는 구조로 종래의 IPS 모드와 마찬가지로 넓은 시야각 특성을 유지하고, 두 개의 박막 트랜지스터를 통해 두 화소 전극간에 서로 다른 극성 또는 크기의 전압 또는 세기가 다른 전압을 인가함으로써 종래의 IPS 모드보다 구동전압을 크게 감소 시켜 소비전력을 낮출 수 있다는 장점을 가지며, 낮은 소비전력을 이용하여 상대적으로 디스플레이의 면적이 작은 포터블 디스플레이(portable display)에서 응용이 가능하고 드라이버 집적회로(driver IC)에서 발생하는 열을 크게 감소 시켜줌으로써 고속응답 구동에서의 부담을 줄여 줄 수 있다. 또한 본 발명에서는 액정이 다중 도메인을 형성 하도록 함으로써 시야각에 따른 색 띰 문제를 개선하여 디스플레이 화면의 품위를 높여 줄 수 있다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
실시예
도 1은 본 발명에 따른 액정표시소자의 단위 화소를 나타내는 평면도이다.
도시한 바와 같이, 다수개의 게이트 버스라인(3, 3`)이 하부 절연기판(5,12) 상에 도면의 수평방향으로 서로 평행하게 배열되고, 다수개의 데이터 버스라인(1,1`)은 게이트 버스라인(3,3`) 방향과 수직인 방향으로 서로 평행하게 배열되어, 단위 화소 공간을 한정한다. 이때, 도면에서는 하나의 단위 화소 공간을 나타내기 위해서, 한 쌍의 게이트 버스라인(3,3`)과 한 쌍의 데이터 버스라인(1,1`)이 도시되어 있다. 여기서 게이트 버스라인(3,3`)과 데이터 버스라인(1,1`)은 절연막(도시되어 있지 않음)을 사이에 두고 절연되어 있다. 공통 신호선(4)은 게이트 버스라인(3,3`) 동일한 평면상에 배치되며 단위 화소 공간 내에 예를 들어 "ㅠ"의 형태로 존재하고 서로 분리되어 있는 두 개의 화소 전극(6,7)간에 서로 다른 극성 또 는 세기가 다른 전압을 인가하기 위해, 게이트 버스 라인(3)에 데이터 버스 라인(1,1`) 및 소스/드레인 층(2,2`)을 각각 두 쌍을 두고, 절연막을 형성하여, 절연막 위에 제 1화소 전극(6)과 제 2화소 전극(7)을 형성한다. 여기서 화소 전극(6,7)과 공통 신호선(4)는 투명 전극이나 불투명 금속막으로 형성시킨다. 보조 용량 캐패시터(Cst)는 공통신호선(4)와 화소전극(6,7)이 오버랩이되는 부분에서 형성된다. 또한 본 발명에 있어서 양의 유전율 이방성이나 음의 유전율 이방성을 갖는 액정을 사용할 수 있고, 제 1화소 전극의 폭(9)과 제 2화소 전극의 폭(9‘)은 1~10㎛이고, 제 1화소 전극과 제 2화소 전극 사이의 간격(8)은 2~50㎛이며, 양의 유전율 이방성을 갖는 액정을 사용할 경우, 도시한 바와 같이, 화소 전극(6,7)의 수직방향을 기준으로 임의의 각(θ)을 가지고 러빙 방향(B)을 설정할 수 있다. 바람직하게는 θ는 유전율 이방성이 양일 경우 1도에서 40도 사이고, 유전율 이방성이 음일 경우는 50도에서 89도 사이이다.
종래의 IPS모드와 같이, 액정층 내 분자들은 전계가 형성되기 전에는 기판 표면과 액정 분자의 장축이 평행하면서 러빙방향(B)에 장축이 일치되도록 배열된다. 이에 따라, 제 1편광판(도시되어 있지 않음) 및 액정층(10)을 통과한 빛은 제 2편광판(도시되어 있지 않음)을 통과하지 못하게 되어, 화면은 다크 상태가 된다. 한편, 전계가 형성되면, 액정 분자의 장축(또는 광축)이 전계와 평행하게 재배열되어, 입사된 빛이 제 2편광판을 통과하게 된다. 따라서 화면은 화이트 상태가 된다. 이때, 액정 분자는 전계에 따라 액정분자의 장축의 배열 방향만이 변화되고, 액정 분자 자체는 기판 표면에 평행하게 배열되므로, 사용자는 어느 방향에서나 액정 분 자의 장축을 보게 되어, 액정 표시 장치의 시야각이 개선된다. 뿐만 아니라 본 발명은 두 개의 박막 트랜지스터를 사용하여 극성 또는 크기의 다른 전압을 인가해줌으로써 구동전압을 낮출 수 있다는 장점을 가지고 있다.
도 2는 도 1의 액정들이 전계방향(field direction)에 따라 상하 거울상 대칭으로 배열을 하게 만들어 줌으로써 다중 도메인을 형성 시킬 수 있다.
종래의 횡전계방식 액정표시소자(IPS)의 문제점을 살펴보면, 종래 기술에 IPS 모드는 횡전계에 의해 액정분자가 한 방향으로만 회전하는데, 한 방향에서의 시야각은 우수하나 다른 방향에서의 시야각은 떨어져 넓은 시야각을 구현하는데 한계가 있었다. 또한 백색을 표현하고자 할 경우에 있어서 액정 분자들이 일괄적으로 한 방향으로만 배열되므로 액정분자의 단축방향으로 바라보게 되면 화면은 노란색을 띠게 되고 장축 방향을 보게 되면 화면은 파란색을 띠게 되어 컬러쉬프트가 발생하는 문제점이 발생하였다.
도 2는 본 발명이 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 액정이 전계 방향에 따라 상하 다른 방향으로 배열을 시키게 함으로써 멀티도메인을 구현하고 이로 인해 컬러쉬프트 현상과 개선된 광시야각을 가질 수 있도록 하기 위한 구조로써 초기 액정(10)이 상하 거울상 대칭을 이루고 있는 화소 전극 구조에 의해서 전계 방향(field direction) 또한 상하 거울상 대칭을 이루게 되어 전기장의 영향을 받은 후의 액정(10`) 역시 전계 방향으로 상하 거울상 대칭 배열하여 다중 도메인을 형성하는 것을 알 수 있다.
도 3은 도 1,2의 A에서 A`까지의 단면도로써, 공통신호선(4) 위의 제 1 화소 전극(6)과 제 2화소 전극(7)사이에서 보조용량 캐패시터(Cst)를 형성하는 것을 알 수 있고, 제 1화소 전극(6)와 제 2화소 전극(7)사이에 횡전계가 발생하는 것을 알 수 있다.
도 4는 본 발명의 또 다른 구조의 실시예로써 단위 화소의 좌우 방향으로 러빙을 할 수 있는 구조로써 화소 전극(6,7)을 중심으로 소정의 각(θ)를 가지고 러빙 방향(B)을 설정할 수 있다. 소정의 각(θ)는 상기 언급한 내용과 같다.
도 5는 도 4의 구조에서 좌우 방향(B)의 러빙으로 이중도메인을 형성시킬 수 있는 또 다른 실시예로 C에서 C`축을 중심으로 좌우 거울상 대칭으로 액정분자들이 배열하게 되어 이중 도메인을 형성하게 되고 이로 인해 상기 언급한 컬러 쉬프트 및 개선된 광시야각을 구현 할 수 있다.
도 6은 제 1화소 전극(6)의 세로축(C~C`) 중간을 기준으로 상하 대칭의 화소 전극(6,7)을 갖는 단위 화소 구조이다. 구조의 효과는 상기 언급한 내용과 같다.
도 7은 도 4,5,6의 C에서 C`까지의 단면도로써 제 1화소 전극(6)과 제 2화소전극(7) 사이 횡전계가 발생할 수 있다는 것을 알 수 있다.
본 발명은 상기 언급한 실시예에만 한정되는 것은 아니다. 본 실시예는 두 개의 박막 트랜지스터를 이용하여 제 1화소 전극과 제 2화소 전극에 서로 다른 극성 또는 크기의 전압을 인가하는 방식으로, 게이트 버스라인, 데이터 버스라인, 제 1화소 전극, 제 2화소 전극, 박막 트랜지스터의 위치 및 러빙 각도와 방향은 다르게 표현 될 수 있다. 즉, 제시한 실시예에 국한되지 않고 하나의 단위 화소에 두개의 박막 트랜지스터를 이용한 횡전계 방식(IPS)에 모두 적용 할 수 있다.
제 1도는 본 발명에 따른 액정표시소자의 단위 화소를 나타내는 대표 평면도.
제 2도는 본 발명에 따른 액정표시소자의 단위 화소에 이중도메인 형성을 나타내는 평면도.
제 3도는 본 방명에 따른 액정표시소자의 단면도(A ~ A`).
제 4도는 본 발명에 따른 또 다른 액정표시소자의 단위 화소를 나타내는 평면도.
제 5도는 제 4도에 따른 액정표시소자의 단위 화소에 이중도메인 형성을 나타내는 평면도.
제 6도는 제 4도에 따른 액정표시소자의 단위 화소에 이중도메인 형성을 나타내는 평면도.
제 7도는 제 4,5,6도에 따른 액정표시소자의 단면도(C ~ C`).
제 8도는 본 발명에 따른 액정표시소자의 전체적인 계략 블록도.

Claims (5)

  1. 횡전계 방식(IPS) 액정표시소자에 있어서, 하부 투명기판 위에 투명 또는 불투명 공통신호선이 게이트 버스 라인과 같은 층에 형성되고, 상기 공통 신호선 위에 절연막을 덮은 후 절연막 위에 데이터 버스 라인을 형성시킨다. 화소 전극을 형성 시키는데 있어서, 제 1화소 전극와 제 2화소 전극으로 분리하여 각각의 화소 전극에 연결된 박막 트랜지스터를 통하여 제 1화소 전극과 제 2화소 전극에 서로 다른 극성의 전압을 인가 하는 것을 특징으로 하며, 분리된 두 그룹의 화소 전극간에 횡전계(in-plane electric field)가 형성되어 초기 수평 배열된 양의 유전율이방성이나 음의 유전율 이방성을 같는 액정을 기판에 평행하게 회전시키는 것을 특징으로 하는 두개의 박막 트랜지스터로 구동되는 횡전계방식(IPS) 액정표시 소자.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 공통 신호선은 한 단위 화소 내에 “ㅠ”의 형태로 형성되어 보조 용량 캐패시터를 형성하는 것을 특징으로 하는 횡전계 방식 액정 표시 소자.
  3. 제 1항에 있어서,
    제 1, 제 2 화소 전극은 한 화소 내의 상기 데이터 버스라인의 1/2지점을 중심으로 상하 대칭으로 전극 구조를 형성하여 러빙 방향을 데이터 버스라인과 평행하게 또는 게이트 버스라인과 평행하게 할 수 있는 구조와 한 화소 내의 상기 게이 트 버스라인의 1/2지점을 중심으로 좌우 대칭으로 제 1, 제 2 화소 전극이 대칭의 구조를 형성하여 러빙 방향을 게이트 버스라인과 평행하게 하는 구조로 다중 도메인을 형성하는 것을 특징으로 하는 횡전계 방식 액정 표시 소자.
  4. 제 1항에 있어서,
    제 1, 제 2 화소 전극의 전극폭은 1㎛ 이상 전극 사이 거리는 50㎛ 이하인 것을 특징으로 하는 횡전계 방식 액정 표시 소자.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 제 1박막 트랜지스터에 인가되는 전압과 제 2 박막 트랜지스터에 인가되는 전압의 크기가 다르거나 극성이 다른 전압을 인가하여 수평 전기장을 형성 하는 것을 특징으로 하는 횡전계 방식 액정 표시 소자.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR101320108B1 (ko) * 2010-10-26 2013-10-18 엘지디스플레이 주식회사 고투과 수평 전계형 액정표시장치

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