액정표시장치 document_id A220517002903

본 발명은 액정표시장치(liquid crystal display device)에 관한 것으로, 보다 자세하게는 다양한 온도 하에서도 공통전압과 화소전압의 전압차를 일정하게 유지시킴으로써, 화상품질 저하를 억제하도록 한 액정표시장치에 관한 것이다. 일반적으로, 액정 표시장치는 매트릭스(matrix) 형태로 배열된 화소들에 화상신호에 따른 화상신호를 개별적으로 공급하여, 그 화소들의 광투과율을 조절함으로써, 원하는 화상을 표시할 수 있도록 한 표시장치이다. 따라서, 액정 표시장치는 화상을 구현하는 최소 단위인 화소들이 액티브(active) 매트릭스 형태로 배열되는 액정 패널(liquid crystal display panel)과; 상기 액정 패널을 구동하기 위한 구동부를 구비한다. 상기 액정 패널은 서로 대향하는 컬러필터(color filter) 기판 및 박막 트랜지스터 어레이(thin film transistor array) 기판이 일정한 셀-갭(cell-gap)을 유지하도록 합착되고, 그 셀-갭 사이의 공간에 액정층을 충진하여 제작된다. 상기 컬러필터 기판 및 박막 트랜지스터 어레이 기판의 대향하는 내측 면에는 각각 공통전극과 화소전극이 형성되어 상기 액정층에 전계를 인가한다. 이때, 화소전극은 박막 트랜지스터 어레이 기판 상에 화소별로 형성되는 반면에 공통전극은 컬러필터 기판의 전면에 일체화되어 형성된다. 따라서, 공통전극에 전압을 인가한 상태에서 화소전극에 인가되는 전압을 제어함으로써, 화소들의 광투과율을 개별적으로 조절할 수 있게 된다. 상기 박막 트랜지스터 어레이 기판 상에는 종방향으로 일정하게 이격되도록 복수의 데이터 라인이 형성되고, 횡방향으로 일정하게 이격되도록 복수의 게이트 라인이 형성된다. 상기 게이트 라인들 및 데이터 라인들은 수직으로 교차하여 복수의 사각 영역들을 구획하는데, 이를 화소라 정의한다. 상기 화소들은 상기 게이트 라인 및 데이터 라인과 전기적으로 접속되어 상기 구동부로부터 상기 게이트 라인들 및 데이터 라인들로 공급되는 각종 제어신호 및 화상신호를 인가받는다. 즉, 상기 구동부는 상기 게이트 라인들에 순차적으로 주사신호를 공급함으로써, 매트릭스 형태로 배열된 화소들이 1개 수평라인씩 순차적으로 선택되도록 하고, 그 선택된 1개 라인의 화소들에는 상기 구동부로부터 상기 데이터 라인들을 통해 화상신호가 공급된다. 상기한 바와 같이, 화소전극에 인가되는 전압을 화소별로 제어하기 위하여 각각의 화소에는 스위칭 소자로 사용되는 박막 트랜지스터가 형성되며, 상기 게이트 라인들을 통하여 박막 트랜지스터의 게이트 전극(gate electrode)에 주사신호가 공급된 화소들에서는 그 박막 트랜지스터의 소스 전극(source electrode)과 드레인 전극(drain electrode) 사이에 도전채널이 형성되는데, 이때 상기 데이터 라인들을 통해 박막 트랜지스터의 소스 전극에 공급된 화상신호가 박막 트랜지스터의 드레인 전극을 경유하여 화소전극에 공급됨에 따라 해당 화소의 광투과율이 조절된다. 상기한 바와 같은 일반적인 액정 표시장치의 구동에 대해서 좀더 상세히 설명하면 다음과 같다. 먼저, 상기 구동부는 상기 게이트 라인들에 주사신호를 인가하는 게이트 구동부와, 상기 데이터 라인들에 화상신호를 인가하는 데이터 구동부로 이루어진다. 상기 컬러필터 기판의 전면에 일체화되어 형성된 공통전극에 공통전압이 공급되고, 상기 게이트 구동부에서 주사신호가 순차적으로 게이트 라인들에 공급되어 상기 화소들이 게이트 라인 단위로 순차적으로 선택된다. 상기 선택된 게이트 라인의 화소들에 공급된 주사신호는 화소들에 각각 구비된 박막 트랜지스터의 게이트 전극에 인가되므로, 그 박막 트랜지스터의 소스 전극과 드레인 전극 사이에는 도전채널이 형성된다. 또한, 상기 선택된 게이트 라인의 화소들에는 상기 데이터 구동부로부터 상기 데이터 라인들을 통해 화상신호가 공급되고, 그 화상신호는 박막 트랜지스터의 소스 전극에 인가된다. 따라서, 상기 박막 트랜지스터의 소스 전극에 공급된 화상신호는 주사신호가 인가되는 기간동안 도전채널을 통해 드레인 전극에 공급된다. 상기 드레인 전극에 공급된 화상신호는 드레인 전극과 접속된 화소전극에 공급되어, 상기 공통전극에 공급된 공통전압과 함께 액정층에 전계를 인가한다. 상기 액정층에 전계가 인가되면, 액정은 유전 이방성에 의해 회전되어 백라이트에서 발광되는 빛을 박막 트랜지스터 어레이 기판으로부터 화소전극, 액정층, 그리고 공통전극을 통해 컬러필터 기판 쪽으로 투과시킨다. 이때, 화소전극에 인가되는 화상신호의 전압 크기에 따라 전계의 강약이 조절되며, 액정층의 광투과율이 그 전계의 강약에 의해 조절된다. 한편, 상기 화상신호의 전압값은 주사신호가 인가되는 기간 동안 각각의 화소에 구비된 스토리지 축전기에 충전된다. 상기 스토리지 축전기에 충전된 화상신호의 전압값은 주사신호가 인가되지 않는 박막 트랜지스터의 턴-오프 기간 동안 화소전극에 공급됨으로써, 액정의 구동이 유지되도록 한다. 또한, 상기 액정층에 지속적으로 일정한 방향의 전계가 인가될 경우에는 액정이 열화되고, 직류전압 성분에 의해 액정 패널에 잔상이 발생하는 결과를 초래한다. 따라서, 액정의 열화를 방지하고, 직류전압 성분을 제거하기 위해서 화상신호의 전압값을 공통전극을 기준으로 양극성 및 음극성(positive/negative)이 반복되도록 인가하는데, 이와같은 구동방식을 인버젼 구동방식이라 한다. 상기한 바와같은 액정 표시장치의 구동에 대하여 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다. 도1은 일반적인 액정 패널의 단위 액정 셀에 대한 등가회로도이다. 도1을 참조하면, 단위 화소는 게이트 전극이 게이트 라인(101)에 접속되고, 소스 전극이 데이터 라인(103)에 접속된 박막 트랜지스터(100)와, 그 박막 트랜지스터(100)의 드레인 전극과 공통전압(Vcom) 사이에 병렬 접속된 액정 축전기(102)와 스토리지 축전기(104)를 구비하며, 이와 같은 단위 화소의 등가회로를 갖는 액정 패널의 인버젼 구동방법을 도2의 전압파형도를 참조하여 상세히 설명한다. 상기 도1과 도2를 참조하면, 공통전압(Vcom)이 공통전극에 인가되고, 화상신호의 전압(Vdata)이 데이터 라인(103)을 통해 박막 트랜지스터(100)의 소스 전극에 인가되며, 주사신호(Vg)가 매 프레임(frame) 단위로 게이트 라인(101)을 통해 박막 트랜지스터(100)의 게이트 전극에 인가된다. 따라서, 먼저 제 n 프레임의 주사신호(Vg)가 고전위로 인가되는 박막 트랜지스터(100)의 턴-온 구간에서는 양(positive)의 화상신호 전압값(Vdata)이 소스 전극으로부터 드레인 전극을 통해 화소전극에 공급되어 액정을 구동하고, 스토리지 축전기(104)에 충전된다. 이때, 화소전극에 인가되는 양(positive)의 화상신호 전압값(Vdata)은 박막 트랜지스터(100)의 턴-온 구간에서 액정 용량(102) 및 스토리지 축전기(104)의 영향으로 인해 점차로 충전되며, 도2에 도시한 바와같이 화소전압(Vp) 파형으로 나타난다. 그리고, 상기 주사신호(Vg)가 고전위에서 저전위로 천이하여 박막 트랜지스터(100)가 턴-오프되는 경우에는 박막 트랜지스터(100)의 게이트 전극과 드레인 전극의 오버-랩에 의한 기생 용량으로 인해 게이트 전극의 전압변동이 드레인 전극과 접속된 화소전극에 영향을 줌으로써, 상기 충전된 화소전압(Vp)으로부터 전압강하가 발생하는데, 이를 화소전압의 변동분(△Vp)이라 지칭한다. 한편, 상기 주사신호(Vg)가 저전위로 인가되는 박막 트랜지스터(100)의 턴-오프 구간에서는 상기 스토리지 축전기(104)에 충전된 화소전압(Vp)이 화소전극에 지속적으로 공급되어 액정의 구동을 유지시키게 된다. 반면에, 제 n+1 프레임에서는 상술한 인버젼 구동방식이 적용되기 때문에 음(negative)의 화상신호 전압값(Vdata)이 소스 전극으로부터 드레인 전극을 통해 화소전극에 공급되고, 스토리지 축전기(104)에 충전된다. 따라서, 제n+1 프레임의 화소전압(Vp)은 이상적으로 공통전압(Vcom)을 기준으로 박막 트랜지스터(100)의 턴-온, 천이, 그리고 턴-오프 구간에서 제 n프레임의 화소전압(Vp)과 대칭되는 전압 파형을 나타내야 한다. 즉, 화소전압(Vp)은 공통전압(Vcom)을 기준으로 음극성 및 양극성의 극성 변화는 있지만, 공통전압(Vcom)을 기준으로 크기는 동일하게 유지된다. 만일, 제 n프레임과 제 n+1프레임에서 각각의 화소전압(Vp)과 공통전압(Vcom)의 차가 다르다면, 각각의 전압차는 서로 상쇄되지 못하고, 일부의 전압이 잔류하게 되어 액정을 열화시키고, 화상 품질을 저하시킨다. 따라서, 상기 공통전압(Vp)을 기준으로 동일한 크기의 전압차를 설정해주어야 한다. 최근, 액정 패널은 액정 텔레비젼, 모니터, 핸드폰 또는 개인용 단말기(personnel digital assistant: PDA)에 이르기까지 다양한 제품에 적용되고 있다. 특히, 핸드폰이나 개인용 단말기와 같은 소형기기는 액정 텔레비젼이나 모니터와 같이 일정 공간 내에서 사용되는 것이 아니라 이동중 또는 건물의 내부 및 외부 등 다양한 장소에서 사용되기 때문에 다양한 온도범위에 대한 내성을 갖도록 설계되어야 한다. 즉, 액정 패널에 충진되는 액정이 갖는 유전율(permittivity)은 온도변화에 따라 민감하게 반응하여 변화하는 요소이므로, 상온의 사무실에서 사용하는 경우와, 추운 실외에서 사용하는 경우 액정 패널에 표시되는 화상의 품질이 크게 차이날 수 있다. 상기와 같은 문제는 일반 액정표시장치에서 공통적으로 나타나는 것이지만, 특히, 컬러필터를 적용하지 않고 화상의 한 프레임(frame)에 대해서 적색, 녹색 및 청색광의 램프를 통해 적색, 녹색, 청색 광원이 일정한 시간 간격으로 점등되도록 하여 컬러 화상을 표시하는 시-분할 방식(field sequence color) 액정표시장치에서 화질 저하가 크게 나타난다. 따라서, 이러한 기온에 따른 화질 차이를 크게 보이는 시-분할 방식 액정표시장치에서의 여러 기온 상태에서의 화질의 예를 첨부된 도면을 통해 살펴보도록 하겠다. 도3a는 상온상태에서 액정표시장치에 표시되는 화상을 보인 도면이고, 도3b는 저온상태에서 액정표시장치에 표시되는 화상을 보인 도면이다. 도면을 참조하면, 상온 상태에서는 화상이 색감과 휘도에 있어서 정확하게 표시되지만, 저온 상태에서는 화상이 선명하게 표시되지 않는다. 전술한 바와 같이, 액정의 유전율은 온도의 변화에 따라 변화된다. 그리고, 상기 액정의 유전율의 변화는 액정용량에 영향을 미치고, 상기 액정용량은 화소전압의 변동분(△Vp)과 반비례의 관계가 있다. 즉, 외부의 온도변화에 의해 화소전압의 변동분(△Vp)까지 변화하게 된다. 이와 같이, 화소전압의 변동분(△Vp)이 변화할 경우, 공통전압을 기준으로 화소전압 파형도 변하기 때문에 화소전압과 공통전압 사이의 전압차가 변화되어 화면에 표시되는 화상의 계조에도 변화를 가져온다. 따라서, 화상이 전반적으로 원래 계조에 비해 어둡게 표시되거나 밝게 표시된다. 특히, 공통전압과 화소전압의 미세한 전압차에 의해 표시되는 저계조 화상, 즉, 블랙화상을 표시함에 있어서, 화소전압의 변화에 따라 화소전압과 공통전압과의 전압차가 달라지게 되어 정확한 저계조 화상을 표시해 줄 수 없게되므로, 전체적으로 대조비(contrast ratio : C/R)가 떨어지게 된다.