KR20030058546A - Lcd device driving in spacer field switching mode - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 액정표시장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는, ITO 전극에 연결된 도전성 스페이서를 사용하여 광시야각을 구현한 스페이서 필드 스위칭(Spacer Field Switching) 모드로 구동하는 액정표시장치에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a liquid crystal display, and more particularly, to a liquid crystal display for driving in a spacer field switching mode in which a wide viewing angle is realized using a conductive spacer connected to an ITO electrode.
주지된 바와 같이, 액정표시장치는 CRT(Cathod-ray tube)를 대신하여 개발되어져 왔다. 특히, 박막트랜지스터 액정표시장치는 휴대형 단말기기의 정보표시기, 노트북 PC의 화면표시기, 랩탑 컴퓨터의 모니터 등에서 각광 받고 있는 바, 상기 CRT를 대체할 수 있는 표시장치로 산업상 그 활용도가 매우 높아져가고 있다.As is well known, liquid crystal displays have been developed in place of the CRT (Cathod-ray tube). In particular, the thin film transistor liquid crystal display device has been in the spotlight in the information display of a portable terminal device, the screen display of a notebook PC, the monitor of a laptop computer, etc., and thus, the utilization of the thin film transistor as a display device that can replace the CRT has been very high. .
이러한 박막트랜지스터 액정표시장치는 전형적으로 TN(Twist Nematic) 모드를 구동 모드로서 채택하여 왔는데, TN 모드는 시야각이 협소하다는 단점이 있는 바, 그 이용에 제약을 받게 되었다. 이에, 시야각을 개선시킬 수 있는 구동 모드로서 인-플레인 스위칭(In-Plain Switching : 이하, IPS) 모드가 제안되었는데, 상기 IPS 모드 액정표시장치는 광시야각은 구현하였지만, 개구율 및 투과율 측면에서 한계를 나타내었다.Such a thin film transistor liquid crystal display device has typically adopted TN (Twist Nematic) mode as a driving mode, but the TN mode has a disadvantage in that its viewing angle is narrow, and thus its use is limited. Accordingly, in-plane switching (IPS) mode has been proposed as a driving mode that can improve the viewing angle. Although the IPS mode liquid crystal display implements a wide viewing angle, it has limitations in terms of aperture ratio and transmittance. Indicated.
따라서, IPS 모드 액정표시장치가 갖는 광시야각의 특성을 유지하면서 개구율 및 투과율을 향상시킬 수 있는 프린지 필드 스위칭(Fringe Field Switching) 모드 액정표시장치(이하, FFS-LCD)가 본 출원인에 의해 제안되었고, 대한민국 특허출원 98-9243호로 출원되었다.Accordingly, a fringe field switching mode liquid crystal display (hereinafter referred to as FFS-LCD) capable of improving the aperture ratio and transmittance while maintaining the characteristics of the wide viewing angle of the IPS mode liquid crystal display has been proposed by the present applicant. And Korean Patent Application No. 98-9243.
상기 FFS-LCD는 카운터전극 및 화소전극이 ITO와 같은 투명 금속으로 형성되면서 상기 전극들간의 간격이 셀 갭(cell gap) 보다 작게 되도록 형성된 점이 구조적 특징이며, 상기 전극들 사이에서 발생되는 프린지 필드에 의해 전극들 상부에 존재하는 액정 분자들까지 모두 동작됨으로써 고개구율 및 고투과율은 물론 고휘도와 광시야각을 구현한다.The FFS-LCD has a structure in which a counter electrode and a pixel electrode are formed of a transparent metal such as ITO so that a gap between the electrodes is smaller than a cell gap, and a fringe field is generated between the electrodes. As a result, all of the liquid crystal molecules present on the electrodes are operated to realize high opening ratio and high transmittance, as well as high brightness and wide viewing angle.
도 1은 종래의 FFS-LCD의 어레이 기판을 도시한 평면도로서, 도시된 바와 같이, 단위 화소가 한정되도록 게이트버스라인(2)과 데이터버스라인(6)이 교차 배열되어 있고, 상기 라인들(2, 6)간의 교차점 부근에는 스위칭 소자로서 박막트랜지스터(TFT)가 배치되어 있다.FIG. 1 is a plan view showing an array substrate of a conventional FFS-LCD. As shown in FIG. 1, a gate bus line 2 and a data bus line 6 are alternately arranged so that a unit pixel is defined. Near the intersection between 2 and 6, a thin film transistor (TFT) is arranged as a switching element.
플레이트(plate) 형상이면서 ITO와 같은 투명 도전막으로 이루어진 카운터전극(4)이 단위 화소 내에 배치되어 있고, 공통버스라인(3)이 게이트버스라인(2)과 최대한 이격된 단위 화소 내의 위치에 상기 게이트버스라인(2)과 평행하게 배치되어 있다. 상기 공통버스라인(3)은 카운터전극(4)에 지속적으로 공통 신호를 공급하기 위해 형성되는 것으로, 통상 게이트버스라인(2)과 동시에 형성되며, 아울러, 데이터버스라인(6)과 평행하게 연장되면서 카운터전극(4)의 양측 가장자리에 배치되는 차광수단을 포함한다.A counter electrode 4 having a plate shape and made of a transparent conductive film such as ITO is disposed in the unit pixel, and the common bus line 3 is located at a position in the unit pixel spaced apart from the gate bus line 2 as far as possible. It is arranged in parallel with the gate bus line (2). The common bus line 3 is formed to continuously supply a common signal to the counter electrode 4, and is formed at the same time as the gate bus line 2 and extends in parallel with the data bus line 6. And light blocking means disposed at both edges of the counter electrode 4.
슬릿(slit) 형상이면서 ITO와 같은 투명 도전막으로 이루어진 화소전극(8)이 단위 화소 내에 절연막(도시안됨)의 개재하에 카운터전극(4)과 오버랩되도록 배치되어 있고, 아울러, 그 일부분은 박막트랜지스터(TFT)와 콘택되어 있다.A pixel electrode 8 having a slit shape and made of a transparent conductive film such as ITO is arranged to overlap the counter electrode 4 in the unit pixel with an insulating film (not shown) interposed therebetween, and a part of the thin film transistor It is in contact with (TFT).
한편, 도시하지는 않았으나, 전술한 구조의 어레이 기판은 블랙매트릭스 및 컬러필터가 구비된 컬러필터 기판과, 예컨데, 음의 액정분자들로 구성된 액정층의 개재하에 합착된다. 이때, 어레이 기판과 컬러필터 기판은 상기 어레이 기판에 구비된 카운터전극과 화소전극간의 간격 보다는 큰 간격을 갖도록 합착된다.Although not shown, the array substrate having the above-described structure is bonded to the color filter substrate having the black matrix and the color filter and interposed between the liquid crystal layer composed of negative liquid crystal molecules. In this case, the array substrate and the color filter substrate are bonded to have a larger gap than the gap between the counter electrode and the pixel electrode provided in the array substrate.
이와 같은 FFS-LCD는 스토리지(storage) 및 공통전극(Vcom)의 역할을 하는 카운터전극(4)의 상부에서 화소전극(8)가 액정분자들에 전위차를 유발시킴으로써 음의 액정분자들이 회전을 하게 되고, 이에 따라, 편광판을 통과하여 진행해온 빛이 컬러필터 기판쪽으로 진행하여 소정의 화상을 표시하게 된다.In the FFS-LCD, negative liquid crystal molecules are rotated by causing the pixel electrode 8 to cause a potential difference between the liquid crystal molecules on the counter electrode 4 that serves as storage and the common electrode Vcom. As a result, the light that has advanced through the polarizing plate proceeds toward the color filter substrate to display a predetermined image.
그러나, 상기한 FFS-LCD는 IPS 및 TN 모드 액정표시장치에 비해 우수한 시야각을 갖지만, 카운터전극과 화소전극간의 중첩에 따른 원치않는 기생 용량 발생으로 인해, 장시간 동일 영상의 구현시에는 잔상(Residual Image)이 심하게 남는 등의 화면품위 측면에서의 문제가 발생된다. 특히, 이러한 문제를 개선하기 위해서는 시스템 측면에서의 보완이 필요하겠지만, 무엇보다 패널의 구조적인 개선이 필요하다.However, the FFS-LCD has a superior viewing angle compared to the IPS and TN mode liquid crystal display devices, but due to unwanted parasitic capacitance due to overlapping of the counter electrode and the pixel electrode, the residual image is long when the same image is implemented for a long time. Problems in terms of the screen quality, such as the) remains badly. In particular, in order to improve such a problem, it is necessary to supplement the system, but above all, the structural improvement of the panel is necessary.
따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 잔상 문제를 해결하면서 광시야각을 구현할 수 있는 스페이서 필드 스위칭 모드로 구동하는 새로운 구동 방식의 액정표시장치를 제공함에 그 목적이 있다.Accordingly, an object of the present invention is to provide a liquid crystal display device of a novel driving method that is driven in a spacer field switching mode capable of realizing a wide viewing angle while solving the afterimage problem.
도 1은 종래의 프린지 필드 스위칭(Fringe Field Switching) 모드 액정표시장치를 도시한 평면도.1 is a plan view showing a conventional fringe field switching mode liquid crystal display device.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 스페이서 필드 스위칭(Spacer Field Switcing) 모드 액정표시장치를 도시한 단면도.2 is a cross-sectional view showing a spacer field switching mode liquid crystal display according to an embodiment of the present invention.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 스페이서 필드 스위칭 모드 액정표시장치의 동작 원리를 설명하기 위한 도면.3 is a view for explaining the operation principle of the spacer field switching mode liquid crystal display according to an embodiment of the present invention.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 스페이서 필드 스위칭 모드 액정표시장치를 도시한 단면도.4 is a cross-sectional view illustrating a spacer field switching mode liquid crystal display according to another exemplary embodiment of the present invention.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *Explanation of symbols on the main parts of the drawings
22 : 보호막 24 : 화소전극22: protective film 24: pixel electrode
30 : 어레이 기판 32 : 상대전극30: array substrate 32: counter electrode
34 : 오버코트층 40 : 컬러필터 기판34: overcoat layer 40: color filter substrate
42 : 스페이서 TFT : 박막트랜지스터42: spacer TFT: thin film transistor
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 액정표시장치는, 박막트랜지스터 및 ITO 재질의 화소전극이 구비된 어레이 기판; 상기 어레이 기판과 대향 배치되며, 컬러필터 및 ITO 재질의 상대전극이 구비된 컬러필터 기판; 상기 어레이 기판과 컬러필터 기판 사이의 공간에 개재되며, 수 개의 액정분자들을 포함하는 액정층; 및 상기 어레이 기판과 컬러필터 기판 사이에 셉 갭(cell gap) 유지를 위해 산포되며, 셀 갭과 동일 크기의 도전성 물질로 이루어지면서 상기 화소전극 또는 상대전극 중에서 어느 하나와 전기적으로 연결되는 스페이서를 포함하는 것을 특징으로 한다.According to an aspect of the present invention, there is provided a liquid crystal display device including: an array substrate including a thin film transistor and a pixel electrode made of ITO; A color filter substrate disposed to face the array substrate and having a color filter and a counter electrode made of ITO; A liquid crystal layer interposed in the space between the array substrate and the color filter substrate and including several liquid crystal molecules; And a spacer dispersed between the array substrate and the color filter substrate to maintain a cell gap, the spacer being electrically connected to any one of the pixel electrode and the counter electrode while being made of a conductive material having the same size as the cell gap. Characterized in that.
여기서, 상기 스페이서는 셀 갭 보다 작은 크기의 비도전성 스페이서를 더 포함하며, 그 표면에 실란 및 TMDS(Tetramethyldisilazane)의 중성, 알칼리성, 또는, 약산성의 유기물이 도포된다.Herein, the spacer further includes a non-conductive spacer having a smaller size than the cell gap, and a neutral, alkaline, or weakly acidic organic material of silane and tetramethyldisilazane (TMDS) is coated on the surface thereof.
또한, 상기 도전성 스페이서가 연결되는 화소전극 또는 상대전극 중 어느 하나는 플레이트형(plate type) 이외에 스트라이프형(stripe type)으로 구비될 수 있다.In addition, any one of the pixel electrode and the counter electrode to which the conductive spacer is connected may be provided in a stripe type in addition to the plate type.
본 발명에 따르면, 도전성 스페이서를 이용한 수직 횡전계에 의해 액정이 구동되므로, 광시야각을 구현할 수 있고, 아울러, FFS-LCD에서의 잔상 문제를 해결할 수 있다.According to the present invention, since the liquid crystal is driven by the vertical transverse electric field using the conductive spacer, it is possible to implement a wide viewing angle, and also to solve the afterimage problem in the FFS-LCD.
(실시예)(Example)
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명하도록 한다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 스페이서 필드 스위칭 모드 액정표시장치를 도시한 단면도로서, 여기서, 도면부호 22은 보호막, 24는 화소전극, 30은 어레이 기판, 32는 상대전극, 34는 오버코트층, 40은 컬러필터기판, 42는 도전성 스페이서를, 그리고, TFT는 박막트랜지스터를 각각 나타낸다.2 is a cross-sectional view illustrating a spacer field switching mode liquid crystal display device according to an exemplary embodiment of the present invention, wherein reference numeral 22 denotes a protective film, 24 a pixel electrode, 30 an array substrate, 32 a counter electrode, and 34 an overcoat layer. 40 denotes a color filter substrate, 42 denotes a conductive spacer, and TFT denotes a thin film transistor.
도시된 바와 같이, 본 발명의 스페이서 필드 스위칭 모드 액정표시장치는, 전형적인 TN 모드 액정표시장치와 마찬가지로, 박막트랜지스터(TFT) 및 ITO 재질의 화소전극(24)이 구비된 어레이 기판(30)과, 컬러필터(도시안됨) 및 ITO 재질의 상대전극(32)이 구비된 컬러필터 기판(40)이 수 개의 액정분자들을 포함한 액정층(도시안됨)의 개재하에 합착되고, 그리고, 상기 기판들(30, 40) 사이에 그들간의 간격, 즉, 셀 갭(Cell gap) 유지를 위해 스페이(42)서가 개재된 구조이다.As shown, the spacer field switching mode liquid crystal display device of the present invention, like the typical TN mode liquid crystal display device, the array substrate 30 is provided with a thin film transistor (TFT) and pixel electrode 24 of ITO material, The color filter substrate 40 including the color filter (not shown) and the counter electrode 32 made of ITO is bonded under the interposition of the liquid crystal layer (not shown) including several liquid crystal molecules, and the substrates 30 , 40 is interposed between the spaces, that is, the structure in which the space 42 is interposed to maintain the cell gap (Cell gap).
이와 같은 스페이서 필드 스위칭 모드 액정표시장치에 있어서, 상기 스페이서(42)는 종래와는 달리 도전성 물질로 이루어지며, 이러한 도전성 스페이서(42)는 어레이 기판(30)의 최상부에 배치된 화소전극(24)과 전기적으로 연결된다. 또한, 이후에 설명되기는 하겠지만, 상기 스페이서(42)는 어레이 기판(30)과 컬러필터 기판(40)의 구조 변경을 통해 상기 컬러필터 기판(40)의 상대전극(32)과 전기적을 연결될 수 있다.In the spacer field switching mode liquid crystal display device as described above, the spacer 42 is made of a conductive material unlike the conventional art. The conductive spacer 42 is the pixel electrode 24 disposed on the top of the array substrate 30. Is electrically connected to the In addition, as will be described later, the spacer 42 may be electrically connected to the counter electrode 32 of the color filter substrate 40 by changing the structure of the array substrate 30 and the color filter substrate 40. .
또한, 상기 스페이서(42)의 표면에는, 액정표시장치의 구동시, 불순 이온들이 흡착되는 것을 방지하기 위해 실란 및 TMDS(Tetramethyldisilazane)의 중성, 알칼리성, 또는, 약산성의 유기물(도시안됨)이 도포되며, 이러한 유기물은, 예컨데, 어레이 기판(30) 상에 도전성 스페이서를 산포시킨 후에 도포하거나, 또는, 컬러필터 기판(40) 상에 도전성 스페이서를 산포시킨 후에 도포한다.In addition, a neutral, alkaline, or slightly acidic organic material (not shown) of silane and TMDS (Tetramethyldisilazane) is coated on the surface of the spacer 42 to prevent impurities from adsorbing when the liquid crystal display is driven. For example, such an organic substance is applied after the conductive spacers are scattered on the array substrate 30, or after the conductive spacers are scattered on the color filter substrate 40.
아울러, 상기 스페이서(42)는 셀 갭과 동일한 크기의 도전성 물질로 이루어짐은 물론, 셀 갭 보다 작은 크기의 비도전성 물질로 이루어진 비도전성 스페이서도 포함할 수 있다.In addition, the spacer 42 may be made of a conductive material having the same size as the cell gap, and may also include a non-conductive spacer made of a non-conductive material having a smaller size than the cell gap.
부가해서, 본 발명은 화소전극(24) 또는 상대전극(32) 중에서 어느 하나, 예컨데, 스페이서(42)와 전기적으로 연결되지 않는 전극을 플레이트형(plate type) 이외에 스트라이프형(stripe type)으로 구비시킬 수 있으며, 이 경우, 시야각이 더욱 향상된다.In addition, the present invention includes any one of the pixel electrode 24 and the counter electrode 32, for example, an electrode that is not electrically connected to the spacer 42 in a stripe type other than a plate type. In this case, the viewing angle is further improved.
이와 같은 본 발명의 액정표시장치는 도전성 스페이서가 개재되고, 이러한 도전성 스페이서가 화소전극 또는 상대전극과 전기적으로 연결되는 것에 의해 상기 화소전극과 상대전극 사이에 수직 횡전계가 발생되어 온/오프(On/Off) 동작이 이루어진다.In the liquid crystal display of the present invention, a conductive spacer is interposed, and a vertical transverse electric field is generated between the pixel electrode and the counter electrode by electrically connecting the conductive spacer to the pixel electrode or the counter electrode. / Off) operation is performed.
자세하게, 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 스페이서 필드 스위칭 모드 액정표시장치의 동작 원리를 설명하기 위한 도면으로서, 도시된 바와 같이, 도전성 물질로 이루어진 스페이서(42)가 기판들(30, 40) 사이에 개재되면서 화소전극(24)과 전기적으로 연결됨에 따라, 상기 화소전극(24)에 "+"의 전압을, 그리고, 상대전극(32)에 "-"의 전압을 인가하는 경우, 도전성의 스페이서(42)는 "+"의 전위를 띄게 되고, 이에 따라, 화소전극(24)과 상대전극(32) 사이에서 수직 전계가 형성됨은 물론, 도전성 스페이서(42)와 상대전극(32) 사이에서 횡전계가 형성된다.In detail, FIG. 3 is a view for explaining a principle of operation of a spacer field switching mode liquid crystal display according to an exemplary embodiment of the present invention. As shown in FIG. 3, a spacer 42 made of a conductive material is used to form substrates 30 and 40. In the case where a voltage of "+" is applied to the pixel electrode 24 and a voltage of "-" is applied to the counter electrode 32 as it is electrically connected to the pixel electrode 24 while being interposed therebetween, The spacer 42 has a potential of "+", whereby a vertical electric field is formed between the pixel electrode 24 and the counter electrode 32, and between the conductive spacer 42 and the counter electrode 32. The transverse electric field is formed.
따라서, 본 발명의 스페이서 필드 스위칭 모드 액정표시장치는 수직 및 수평 전계 모두가 일어나는 것에 의해 시야각이 더욱 향상될 수 있으며, 아울러, 스페이서들 사이에서의 액정분자들은 수직으로 이동하고, 스페이서 근처에서의 액정분자들은 수평 회전을 하기 때문에 수직 온/오프(Vertical On/Off) 및 회전 온/오프(rotational On/Off) 구동을 동시에 하게 되고, 그래서, 수평 온/오프 구동만이 이루어지는 FFS-LCD에서의 잔상 문제는 해결될 수 있다.Therefore, in the spacer field switching mode liquid crystal display of the present invention, the viewing angle can be further improved by generating both vertical and horizontal electric fields, and the liquid crystal molecules between the spacers move vertically, and the liquid crystal near the spacer is moved. Since the molecules rotate horizontally, they perform vertical on / off and rotational on / off driving simultaneously, so that afterimages in the FFS-LCD only perform horizontal on / off driving. The problem can be solved.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 스페이서 필드 스위칭 모드 액정표시장치를 개략적으로 도시한 단면도로서, 도시된 바와 같이, 이 실시예에서의 액정표시장치는 도전성의 스페이서(42)가 컬러필터 기판(40)의 상대전극(32)과 전기적으로 연결된 구조를 갖는다.4 is a cross-sectional view schematically showing a spacer field switching mode liquid crystal display device according to another embodiment of the present invention. As shown, the liquid crystal display device in this embodiment has a conductive spacer 42 having a color filter substrate. It has a structure electrically connected to the counter electrode 32 of the (40).
이를 위해, 어레이 기판(30)은 화소전극(24)이 보호막(22)으로 덮혀진 구조로 제조되며, 그리고, 컬러필터 기판(40)은 상대전극(32)이 오버코트층(34) 상에 배치되는 구조로 제조된다.To this end, the array substrate 30 is manufactured in a structure in which the pixel electrode 24 is covered with the protective film 22, and the color filter substrate 40 has the counter electrode 32 disposed on the overcoat layer 34. It is manufactured by the structure.
그 이외의 나머지 구성 요소들은 전술한 실시예에서의 그것들과 동일한 구조를 갖는다.The other remaining components have the same structure as those in the above-described embodiment.
이 실시예에서의 액정표시장치도 이전 실시예에서의 그것과 마찬가지로 도전성 스페이서의 개재에 의해 수직 및 수평 전계가 동시에 일어나며, 이에 따라, 시야각이 개선됨은 물론, 잔상 문제를 해결할 수 있다.Similar to that of the previous embodiment, the liquid crystal display in this embodiment also generates vertical and horizontal electric fields at the same time by interposing conductive spacers, thereby improving the viewing angle and solving the afterimage problem.
한편, 전술한 실시예들에 있어서, 도전성 물질로 이루어진 스페이서의 크기 및 디자인을 조절함으로써, 액정표시장치의 투과율을 향상시킬 수 있으며, 아울러, 스페이서에 기인하는 빛샘 현상을 현저하게 감소시킬 수 있다.On the other hand, in the above embodiments, by adjusting the size and design of the spacer made of a conductive material, it is possible to improve the transmittance of the liquid crystal display device, and also to significantly reduce the light leakage caused by the spacer.
이상에서와 같이, 본 발명은 셀 갭 유지를 위한 스페이서를 도전성 물질로 구성하면서 어레이 기판의 화소전극 또는 컬러필터 기판의 상대전극과 전기적으로 연결시킴으로써, 화소전극과 상대전극 사이에서 수직 전계를 형성함은 물론, 스페이서와 화소전극 또는 상대전극 사이에서 수평 전계를 형성할 수 있다.As described above, the present invention forms a vertical electric field between the pixel electrode and the counter electrode by electrically connecting the spacer for maintaining the cell gap with the counter electrode of the pixel electrode or the color filter substrate of the array substrate while forming a conductive material. Of course, a horizontal electric field may be formed between the spacer and the pixel electrode or the counter electrode.
따라서, 수직 및 수평 온/오프 구동이 모두 가능한 것과 관련하여, 시야각을 개선시킬 수 있으며, 아울러, 잔상 발생을 방지할 수 있다.Therefore, with regard to both vertical and horizontal on / off driving, the viewing angle can be improved, and the afterimage can be prevented.
기타, 본 발명은 그 요지가 일탈하지 않는 범위에서 다양하게 변경하여 실시할 수 있다.In addition, this invention can be implemented in various changes in the range which does not deviate from the summary.
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