KR970002986B1 - 능동 배열구조의 액정표시소자 - Google Patents

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Abstract

내용없음.

Description

능동 배열구조의 액정표시소자
제1도는 공지의 능동 배열구조의 액정표시소자의 회로도.
제2도는 리던던시 구조를 갖는 공지의 능동 배일구조의 액정표시소자.
제3도는 제2도의 배열구조의 일부를 나타낸 회로도.
제4도는 제3도의 회로일부에서 나타나는 전압파형도.
제5도는 본 발명의 제1실시예에 따른 능동 배열구조의 액정표시소자의 회로도.
제6도는 일정 조건하의 제5도의 배열구조의 일부를 나타낸 회로도.
제7도는 다른 조건하의 제5도의 배열구조의 일부를 나타낸 회로도.
제8도는 제5도의 능동 배열구조의 LCD의 일부에 대한 배치의 평면도.
제9도는 제8도의 A-A' 선의 단면도.
제10도는 본 발명의 제2실시예에 따른 능동 배열구조의 액정표시소자의 회로도.
본 발명은 능동 배일구조의 액정표시소자에 관한 것으로, 특히 스위칭 트랜지스터에 의한 플리커효과(깜박거림현상)을 보상해줄 수 있는 능동 배열구조의 액정표시소자에 관한 것이다.
최근 컴퓨터와 가전제품에 적용되는 고화질 액정표시소자(Liquid Crystal Display:이하 LCD로 약칭한다)에 대한 요구가 증대되고 있다. 고화질을 제공하는 박막 트랜지스터(Thin Film Transister:이하 TET라 약칭한다)를 스위칭 소자로서 이용한 능동 배열구조를 갖는 LCD가 고화질을 제공하는 것이 알려지고 있다.
그러한 기술로써 예를 들면, 일본 공개특허 출원번호 N 60-192369, HOLL 29/78 등이 있다.
제1도를 참조하여 설명하면, 그러한 능동 배열구조의 LCD는 복수개의 어드레스 버스들 1-1,1-2,1-3,...,1-n과, 상기 어드레스 버스들과 수직하게 배치되는 복수개의 데이타 버스들 2-1,2-2,2-3, ..., 2-m과, n행 m열로 배열된 복수개의 화소들을 포함한다. 각각의 화소들은 한쌍의 인접 어드레스 버스 및 한쌍의 인접 데이타 버스에 의하여 둘러싸여있다. 각각의 화소는 TFT(3)와 표시전극(4)을 포함한다. 표시전극(4)은 TFT(3)을 통하여 해당 어드레스 버스와 데이타 버스에 연결된다. 좀더 구체적으로 설명하면 각각의 화소에 대하여 TFT(3)의 드레인은 인접 데이타 버스에 연결되고, 게이트는 인접 어드레스 버스에 연결되며, 소오스는 표시전극(4)에 연결된다. 그러한 능동 LCD는 제조 공정중에서 신호버스의 결함이 발생하여 화소가 제대로 제기능을 발휘하지 못하여 낮은 동작 신뢰성 및 낮은 화질을 가지게 된다. 능동 배열구조의 LCD의 동작 신뢰성을 향상시키기 위한 방법으로 능동 배열구조내의 회로소자에 리던던시 구조를 형성시키는 것이 알려져 있다. 디멘드 드 브레비트(Demand de brevet d')에 의한 특허번호 N 2582431 GO9F 3/20이 그 예이다.
제2도를 참조하여 설명하면, 신호버스의 결함에 의한 상기 오동작을 보정하기 위하여 능동 LCD 회로의 각 화소는 제1TFT(3)에 덧붙여 제2리던던시 구조의 TFT(5)를 포함하게 되며, 거기에서 표시전극(4)은 화소에 인접한 2개의 어드레스 버스에 연결되고, 2개의 어드레스 버스 중 제1어드레스 버스는 제1TET(3)을 통하여, 그리고 제2어드레스 버스는 제2TFT(5)를 통하여 표시전극(4)에 연결된다.
그러한 접근방법은 2개 중 어느 하나의 어드레스 버스에 결합이 발생할 때 나머지 결함없는 다른 어드레스 버스에 2개의 스위칭 트렌지스터 각각을 통하여 화소가 연결되어 있기 때문에 데이타 버스로 부터 화상신호를 얻을 수 있으므로 화소의 동작신뢰성을 향상시킨다.
그러나, 이러한 접근 방법은 스위칭 트랜지스터의 게이트와 소오스 사이에 원래부터 존재하는 커패시턴스(용량성)에 기인하는 플리커 효과가 표시전극(4)의 전압에 영향을 미치는 결함을 갖게 된다.
예를 들면, 제3도는 TET(3)의 회로도를 나타낸 것이다. 참조번호 1은 데이타 버스를 지지하고, U1은 상기 데이타 버스에 인가되는 화상신호이다. 2는 어드레스 버스이고 U2는 상기 어드레스 버스에 인가되는 어드레스 신호이다. 6은 제2도에 도시한 화소전극(4)과 LCD 공통전극(도시하지 않음) 사이에 존재하는 액정셀 용량(커패시턴스)을 나타낸다. 그리고 7은 TET(3)이 게이트와 소오스 사이에 형성되는 기생 커패시터를나타낸다. U0는 공통 접지전압(즉 OV)과 거의 동일하고 LCD 공통전극에 인가되는 전압을 나타낸다.
제4도는 U1, U2, Ud의 전압 파형이고, Ud는 표시전극(4)에 걸린 전압이다. T는 어드레스 신호 U2의 주기이고, t는 최대치 전압 U2m을 갖는 어드레스 신호 U2의 양의 펄스의 폭을 나타낸다.
어드레스 신호 U2의 양의 펄스가 TET(3)의 게이트에 인가되면 TFT(3)가 활성화되어 TET(3)의 드레인과 소오스 사이에 형성된 채널 저항이 표시전극이 데이타 버스로 부터 표시전극으로 공급되는 화상전압 U1의 전압 레벨까지 충전되는 범위까지 감소된다.
어드레스 신호 U2의 양의 펄스가 TET(3)에 인가되는 동안, 기생 커패시터(7)은 U1-U2의 전압차까지 충전되고 액정셀 용량(6)은 U1-U0의 전압차까지 충전된다. 그후 어드레스 신호가 양의 펄스의 "하이"상태(즉, U2m)에서 "로우"의 저전압 상태로 변할 때, TET(3)는 불활성화상태가 되고, 커패시터(6)과 (7)은 재충전되어 표시전극(4)에 걸린 화상신호전압은 아래와 같이 %U만큼 변하게 된다.
%U=(U2 * C7)/(C6+C7) (1)
여기에서 C6은 액정셀 커패시터(6)의 용량이고, C7은 기생 커패시터(7)의 용량다.
주기 T동안, 만약 데이타 버스신호 U1에 인가된 화상신호가 양이 극성을 갖는다면 표시전극에 걸린 절대 전압치(Ud)는 U1-%U가 된다. 그런데, 만약 비데오 신호 U1의 부의 극성을 갖는다면, 표시전극에 걸린 절대 전압치는 U1+%U가 된다.
따라서, 가령 동일 절대 전압치를 갖는 화상신호가 주기시간 T동안에 데이타 버스에 인가되더라도 LCD의 표시전극에 걸린 전압치(즉, 액정셀에 인가된 전압값)는 화상신호의 극성에 따라 화상신호(U1)의 전압치와 다르게 된다.
결과적으로, LCD화상의 휘도가 변하여 바람직하지 못한 화면이 깜박거림현상(플리커효과)이 일어나고 화질의 열화를 초래한다.
본 발명의 목적은 상기의 문제점을 해결하기 위하여 안출한 것으로, 본 발명에 따른 능동 배열구조의 액정표시소자는 복수개의 화소와; '하이'레벨 및 안정한 '로우'레벨을 지닌 어드레스 신호가 인가되는 복수개의 어드레스 버스와; 상기 어드레스 버스에 수직하게 배열되는 복수개의 데이타 버스를 포함하며, 각각의 상기 화소는 적어도 하나의 표시전극수단과, 어드레스 버스들 중 각각의 제1어드레스 버스와, 데이타 버스들중의 어느 하나와, 상기 표시전극수단 사이에 연결되는 제1스위칭수단과, 어드레스 버스들중 각각의 제2어드레스 버스 및 상기 각 1데이타 버스와 상기 표시전극수단 사이에 연결되는 제2스위칭수단을 포함하고, 상기 제2스위칭수단은 표시전극의 방전을 방지하여 어드레스 버스신호가 하이레벨에서 로우레벨로 변하는 시간동안에 표시전극의 전압이 거의 일정한 전압으로 유지토록 하는 수단을 포함한다.
본 발명의 목적 및 장점은 후술되는 명세서의 기재에서 부분적으로 서술될 것이며, 그 서술에서 자명하게 나타날 것이며, 본 발명의 실시예에서 이를 습득하게 될 것다.
본 발명의 목적 및 장점은 첨부된 청구범위에서 특히 지적한 소자로 구성되는 수단, 또는 그것들의 조합으로 이루어진 수단에 의하여 구현되고 성취될 것이다. 본 명세서의 일부를 구성하거나, 본 명세서와 함께하는 도면은 본 발명의 동작을 설명하는데 도움을 주며 또한 실시예들을 명확히 나타내어 줄 것이다.
첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 더욱 상세히 설명한다.
도면 전체를 통하여 동일 부분은 동일 참조번호를 부여한다. 제5도는 본 발명의 제1실시예에 따른 능동 배열구조의 LCD의 회로도이다. 배열구조에는 다수개의 화소가 서로 수직하게 n행 m열로 배열되어 있다. 각각의 화소는 표시전극(4), 제1TET(3), 제2TET(5)와 다이오드(8)를 포함한다. 배열구조는 복수개의 어드레스 버스들 1-1,1-2,1-3, ..., 1-n,1-(n+1)과 데이타 버스들 2-1,2-2,2-3, ..., 2-(m+1)을 포함한다.
표시전극(4)은 2개의 인접 어드레스 버스에 연결되어 있다. 예를 들면, 표시전극은 제1TET(3)를 통하여 제1인접 어드레스 버스에, 제2TET(5)를 통하여 제2인접 어드레스 버스에 연결된다. 표시전극(4)은 제1 및 제2TET(3)(5)를 통하여 인접 데이타 버스(2-m)에 연결된다. 제5도의 구조는 표시전극(4)과 제2TET(5) 사이에 다이오드(8)가 위치한다는 것에서 제2도의 구조와 다르다.
특히, TET(3)와 TET(5)의 각각의 드레인은 데이타 버스(2-m)에 연결되고, 제1TET(3)의 게이트는 제1어드레스 버스(1-1)에, 제2TET(5)의 게이트는 제2어드레스 버스(1-2)에, 그리고 제1TET(3)의 소오스는 표시전극에 연결된다.
다이오드(8)는 제2TET(5)의 소오스와 표시전극 사이에 배치된다. 제1TET(3)와 제2TET(5)의 각각의 소오스와 드레인은 상호 바뀌어 위치할 수 있다.
본 발명의 능동 배열구조 LCD의 동작을 제4도를 참조하여 설명하면 다음과 같다.
주기 T를 갖는 어드레스 신호(U2)가 제4도에 나타낸 바와 같이 계속적으로 각 어드레스 버스에 인가되면, 제1주기(T)에서 어드레스 신호의 양의 펄스가 제1어드레스 버스(1-1)에 인가되는 지속시간(t) 동안에 표시전극(4)은 제1TET(3)를 통하여 데이타 버스(2-m)에 전기적으로 연결된다.
제1주기에 곧바로 후속하는 제2주기 T에서 어드레스 신호의 다음 양의 펄스가 제1어드레스 버스(1-1)에 인가되는 지속시간(t) 동안 표시전극(4)은 제2TET(5)와 다이오드(8)을 통하여 데이타 버스(2-m)에 연결된다.
제1주기 T동안에 표시전극(4)은 제1TET(3)를 통하여 전압(U1-%U)까지 충전되고, 이어서 제2주기 T동안 표시전극은 제2TET(5)와 다이오드(8)을 통하여, 다이오드(8)이 커패시터(6)가 방전하지 못하도록 막아주기 때문에 전압(U1)까지 재충전을 하게 된다.
제6도는 어드레스 신호가 제2TET(5)의 게이트에 인가되는 시간 동안에 본 발명에 따른 능동 배열구조의 액정셀의 회로도를 보인 것이다.
액정셀의 커패시터의 충전과 방전의 동작을 제6도와 제7도를 참조하여 설명하면 다음과 같다. 참조번호 6은 액정셀의 커패시터이고, 7'은 제2TET(5)의 게이트와 소오스 사이에 형성되는 기생 커패시터이며, 9는제1TET(3)의 게이트와 소오스 사이에 형성되는 기생 커패시터이다.
10은 제2TET(5)의 드레인과 소오스 사이에 형성되는 저항이고, 11은 제1TET(3)의 드레인과 소오스 사이에 형성되는 저항이다. Ra는 관련 TFT가 활성화될때의 저항(5)의 저항값이다. Rb도 관련 TFT가 불활성화되었을때의 저항값이다.
제6도를 참조하여 설명하면, 어드레스 신호의 전압레셀(U2m)을 갖는 펄스가 제2TET(5)이 게이트에 공급되는 경우, 커패시터(6)(7')(9)는 화상신호 전압(U1)까지 충전되는데, 그 전압은 저항 10을 통하여 접점(a)와 (b)점에 나타난다. 왜냐하면 시정수(Ra)(C6)는 어드레스 신호의 펄스폭(t)보다 훨씬 더 작기 때문이다.
C6는 커패시터(6)의 용량을 나타낸다. 이러한 경우 커패시터(7')(즉, 제2TET(5)의 게이트와 소오스 사이의 기생 커패시터)는 U1-U2m의 전압까지 충전된다.
제7도를 참조하여 설명하면, 참조번호 12는 제2TET(5)가 불활성화 상태일때 저항값 Rb를 갖는 제2TET(5)의 드레인과 소오스 사이에 형성되는 저항을 나타낸다. 어드레스 신호의 전압이 U2m에서 정상상태의 로우전압으로 변할 때, 제7도의 접점(a)점에 걸린 전압은 U1-U2m값으로 감소하고, 다이오드(8)는 불활성화 되며 저항(12)의 저항값은 Rb까지 증가한다. 그때 접점(a)에서의 전압은 시정수(Rb)(C7')을 가지고 U1값까지 증가하는 반면, 접점(b)에서의 전압 U1은 실질적으로 그대로 유지되는데 그것은 다이오드(8)인 불통상태이기 때문이다.
C7'은 커패시터(7)의 용량값을 나타낸다. 표시전극(4)은 제2TET(5)와 다이오드(8)을 통하여 데이타 버스의 화상신호 전압값 U1까지 충전되며, 이 전압값은 주기 T의 나머지 기간동안에도 변하지 않는다. 제2TET(5)의 소오스와 표시전극(4) 사이에 다이오드(8)가 있기 때문에 커패시터(6)(9)의 재충전하지 못한다.
다이오드(8)를 대신하여 피아이엔(PIN) 다이오드, 쇼트키 다이오드, 그리고 게이트와 소오스가 상호 연결된 MIS 트랜지스터를 사용할 수 있다.
제2스위칭 트랜지스터와 다이오드(8)의 조합구조에 대하여서는 쇼트키 다이오드를 갖는 박막 트랜지스터(TFT) 또는, 게이트와 드레인이 상호 연결된 MIS(Metal Insulator Semiconduct-or 금속 절연체 반도체)가 디자인 또는 적용 기술면에서 간편하다.
쇼트키 다이오드를 갖는 본 발명의 능동 배열구조의 LCD 제조 공정을 제8도 및 제9도를 참조하여 설명한다. 제8도는 화소에 대응하는 제5도의 능동 배열구조의 LCD의 일부의 배치도를 나타낸다.
참조부호 3,5는 각각 제1, 제2TFT를 나타내고, 4는 표시전극을 1-2과 1-3은 어드레스 버스들을 2-2와 2-3은 데이타 버스들을, 8은 쇼트키 다이오드를 나타낸다. 사선친 영역은 비정실 실리콘막을 나타낸다.
제9도는 제8도의 A-A'선의 단면도이다. 제9도를 참조하여 설명하면, 크롬막이 절연기판(12)사에 증착된다. 어드레스 버스(도시하지 않음) 그리고 스위칭 트랜지스터들의 게이트들(13)이 크롬막으로 부터 광식각법에 의하여 형성된다. 그 다음에 게이트 절연을 위해 실리콘질화막(14)이 증착된 다음에, N+a-SiH막과 크롬막이 증착되고, 스위칭 트랜지스터(5)의 소오스 접속층(15)이 광식각법에 의하여 형성된다.
소오스 접속층(15)은 동시에 쇼트키 다이오드용 접속층으로서 역할을 한다. 이어서 비정질 실리콘막(16)이 증착되었고 스위칭 트렌지스터의 반도체 영역들이 이막으로 부터 광식각법에 의하여 형성되었다. 이후, 투명도전막인 ITO막이 형성되고 이막으로 부터 광식각법에 의하여 표시전극들(3)이 형성된다.
다음에 N+a-SiH(18), 크롬(19)과 알루미늄(20)막이 증착된다. 데이타 버스들 및 표시전극들과 스위칭 트랜지스터들 사이의 연결선들이 광식각법에 의하여 형성된다.
제10도는 본 발명의 제2실시예에 따른 능동 배열구조의 LCD의 회로도이다. 제10도의 능동 배열구조는화소의 표시전극(4)이 제1TET(3)를 통하여 일조의 제1인접 어드레스 버스(1-1) 및 데이타 버스(2-m)에 연결됨과 아울러 제2TET(5) 및 다이오드(8)를 통하여 일조의 인접 어드레스(1-2) 및 데이타 버스(2-(m+1))에 연결된다는 점에서 제5도의 능동 배열구조와는 다르다.
제10도의 제2TET(5)의 드레인은 제5도에서 처럼 제1데이타 버스(2-m)에 연결되기 보다는 데이타 버스(2-(m+1))에 연결된다. 이는 동작신뢰성을 향상시키는데, 왜냐하면 만약 데이타 버스 2-m, 2-(m+1)중의 어느 하나에 결함이 생기더라도 관련 화소의 동작에 영향을 미치지 않게 하면서 결함 데이타 버스로 부터 거기에 연결되는 TFT를 제거할 수 있기 때문이다. 레이저 조사에 의하거나 화학적 식각, 기계적 공정에 의하여 분리할 수 있다.
제10도의 능동 배열구조는 제5도의 배열구조의 동작과 유사하게 동작하며, 제조공정은 제9도에 도시한 공정과 비슷하다. 본 발명의 능동 배일구조에 있어서는 표시전극과 제2스위칭 트랜지스터의 소오스(또는 드레인) 사이에 다이오드가 있는데, 즉 이 다이오드는 TFT의 게이트와 소오스 사이에 형성되는 기생 커패시터와 액정셀 커패시터 사이에 삽입되어 있다.
다이오드의 극성은 표시전극에 걸린 전압이 데이타 버스에 걸린 화상신호의 전압보다 작을때에 액정셀의 커패시터가 비디오 신호의 전압까지 충전되도록 선택된다. 그러나 액정셀의 커패시터는 TFT의 게이트와 소오스 사이의 용량과 연관된 전압까지 방전하는 것을 방지한다. 결과적으로, 표시전극에 걸린 화상신호의 전압은 비록 제2TFT가 불활성 상태에 있더라도 변하지 않게 된다.
본 발명에 따르면, 능동 배열구조의 액정표시소자는 관련화소의 동작에 영향을 주지 않고 데이타 버스중 결함있는 데이타 버스에 접속된 TFT를 제거함으로써 동작의 신뢰성을 향상시키고 고화질을 얻을 수있는 효과가 있다.

Claims (7)

  1. 복수개의 화소와, 고전압레벨과 정상 상태의 저전압레벨의 신호를 갖는 어드레스 신호가 인가되는 복수개의 어드레스 버스들과, 상기 어드레스 버스들에 수직으로 배치되는 복수개의 데이타 버스들을 가지며; 상기 각각의 화소들은 적어도 하나의 표시전극수단과, 상기 표시전극수단과 상기 어드레스 버스들 중 각 제1어드레스 버스와, 상기 데이타 버스들 중 각 하나의 데이타 버스 사이에 연결되는 제1스위칭수단과, 상기 표시전극수단과 상기 어드레스 버스들 중 제2어드레스 버스 및 상기 각 데이타 버스 사이에 연결되는 제2스위칭수단으로 구성되고, 상기 제2스위칭수단은 상기 표시전극수단이 방전하지 못하도록 하여 어드레스 신호가 하이레벨에서 로우레벨로 변하는 동안 표시전극에 걸린 전압이 거의 그대로 유지되도록 하는 수단을 포함하는 능동 배열구조의 액정표시소자.
  2. 제1항에 있어서, 상기 방전방지수단은 다이오드임을 특징으로 하는 능동 배열구조의 액정표시소자.
  3. 제2항에 있어서, 상기 다이오드는 쇼트키 다이오드임을 특징으로 하는 능동 배열구조의 액정표시소자.
  4. 제2항에 있어서, 상기 다이오드는 드레인과 게이트가 상호 접속되는 MS(Metal Insulator Semconductor:금속 부도체 반도체) 트랜지스터임을 포함함을 특징으로 하는 능동 배열구조의 액정표시소자.
  5. 제2항에 있어서, 상기 제2스위칭 수단은 상기 데이타 버스에 연결되는 드레인 제2어드레스 버스에 연결되는 게이트 및 상기 다이오드의 일측단에 연결되는 소오스를 갖는 박막 트랜지스터를 포함하고, 상기 다이오드의 타측단은 표시전극에 접속되어 표시전극이 방전하지 못하도록 하여 어드레스 신호가 하이레벨에서 로우레벨로 변화할때에 표시전극이 거의 동일한 전압을 유지하도록 하는 능동 배열구조의 액정표시자.
  6. 제2항에 있어서, 상기 제2스위칭 수단은 상기 데이타 버스에 연결되는 소오스, 상기 제2어드레스 버스에 연결되는 게이트 및 상기 다이오드의 일측단에 연결되는 드레인을 갖는 박막 트랜지스터를 포함하고, 상기 다이오드의 타측단은 표시전극에 접속되어 표시전극이 방전하지 못하도록 하여 어드레스 신호가 하이레벨에서 로우레벨로 변화할때에 표시전극이 거의 동일한 전압을 유지하도록 하는 능동배열구조의 액정표시소자.
  7. 제5항, 또는 제6항에 있어서, 상기 박막 트렌지스터는 MIS 트랜지스터임을 특징으로 하는 능동 배열구조의 액정표시소자.
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