KR100256303B1 - Lcd - Google Patents

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    • G02F1/134363—Electrodes characterised by their geometrical arrangement for applying an electric field parallel to the substrate, i.e. in-plane switching [IPS]

Abstract

PURPOSE: A liquid crystal display is to prevent a color shift effect due to anisotropy of a liquid crystal molecule, which is not completely arranged horizontally or vertically to electric field upon driving the liquid crystal display, so as to improve picture quality. CONSTITUTION: A liquid crystal layer(12) is provided between an upper substrate(20) and a lower substrate(10). A counter electrode(11a) and a pixel electrode are provided on the lower substrate so as to drive the liquid crystal layer. Upper and lower alignment films, respectively are mounted on each face of the liquid crystal layer provided on the upper and lower substrate. A chiral dopant is mixed into the liquid crystal layer so as to rearrange a liquid crystal horizontally or vertically against an electric field. The alignment of alignment film on the lower substrate differs from the longitudinal direction of the counter electrode and the pixel electrode by 45 degrees. There is a difference in alignment between the alignment films on the upper and lower substrates by from 150 to 220 degrees or 180 degrees.

Description

액정 표시 장치Liquid crystal display

본 발명은 액정 표시 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 인 플랜 스위칭(in plane switching: 이하 IPS) 모드의 액정 표시 장치에 있어서, 색띰(color shift) 현상을 방지할 수 있는 액정 표시 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a liquid crystal display device, and more particularly, to a liquid crystal display device in which a color shift phenomenon can be prevented in a liquid crystal display device in an in plane switching (hereinafter referred to as IPS) mode. will be.

IPS 모드의 액정 표시 장치는, TN(twisted nematic) 액정 표시 장치의 시야각 특성을 보상하기 위하여, 일본국 히다찌사에서 개발된 횡전계 구동용 액정 표시 장치이다.(Principle and characteristic of electro-optical behviour with in-plane switching mode, Asia display 95, p577∼580)The liquid crystal display of the IPS mode is a transverse electric field driving liquid crystal display developed by Hitachi, Japan, in order to compensate for the viewing angle characteristic of a twisted nematic liquid crystal display. (Principle and characteristic of electro-optical behviour with in-plane switching mode, Asia display 95, p577 ~ 580)

이러한 IPS 액정 표시 장치는 액정 분자를 구동시키는 전극을 모두 하부 기판에 설치하여, 하부 기판면과 평행한 전계가 형성되도록 한다.In such an IPS liquid crystal display, all electrodes for driving liquid crystal molecules are disposed on a lower substrate so that an electric field parallel to the lower substrate surface is formed.

그러나, 상기와 같은 IPS 액정 표시 장치는 다음과 같은 문제점을 지닌다.However, the IPS liquid crystal display as described above has the following problems.

상기와 같은 IPS 액정 표시 장치는 최대 투과율(T=sin2(2χ)sin2(πΔnd/λ):여기서, χ는 액정 분자가 이동하는 각도, Δn은 액정의 굴절율, d는 액정층의 두께)을 만족할 수 있도록, 액정 표시 장치의 온(on)시, 액정 분자들이 π/4 만큼 이동되도록 설계되어 있다. 즉, 액정 표시 장치가 구동되지 않을때는, 이후 전계 방향과 π/4 만큼 차이를 갖도록 액정 분자가 배열되고, 구동시에는 전계와 평행(또는 수직)한 방향으로 액정 분자가 배열된다. 그러나, 상기한 IPS 액정 표시 장치의 액정 분자(2)들은 실제적으로는, 초기 배열상태를 결정하는 배향막의 구속력에 의하여, 구동시 전계(f)와 완전히 평행(또는 수직)하게 배열되지 못하고, 도 1에 도시된 것과 같이 약간의 각도차를 갖도록 배열된다.The above IPS liquid crystal display device has a maximum transmittance (T = sin 2 (2χ) sin 2 (πΔnd / λ): where χ is the angle at which the liquid crystal molecules move, Δn is the refractive index of the liquid crystal, and d is the thickness of the liquid crystal layer). In order to satisfy, the liquid crystal molecules are designed to move by π / 4 when the liquid crystal display device is turned on. That is, when the liquid crystal display is not driven, the liquid crystal molecules are arranged to have a difference by? / 4 from the electric field direction, and the liquid crystal molecules are arranged in a direction parallel to (or perpendicular to) the electric field during driving. However, the liquid crystal molecules 2 of the above-described IPS liquid crystal display device are not actually arranged in parallel (or vertically) with the electric field f during driving due to the restraining force of the alignment layer which determines the initial arrangement state. It is arranged to have a slight angle difference as shown in 1.

이로 인하여, 도면에서 A 방향에서 바라보았을때와 B 방향에서 바라보았을 때, 액정 분자의 각기 다른축을 보게 되고, 이 두 부분에서는 각기 다른 색상을 표현한다.For this reason, when viewed in the direction A and B in the drawing, the different axes of the liquid crystal molecules are seen, and these two parts express different colors.

즉, A 방향에서 화면을 보았을 경우에는, 액정 분자(2)의 단축을 보게되어, 화면은 단파장을 갖는 블루(blue) 색상을 띠게 된다.That is, when the screen is viewed in the A direction, the liquid crystal molecules 2 are shortened so that the screen has a blue color having a short wavelength.

한편, B 방향에서 화면을 보았을 경우에는, 액정 분자(2)의 장축을 보게 되어, 화면은 장파장을 갖는 옐로우(yellow) 색상을 띠게 되어, 액정 화면의 화질이 저하된다. 여기서, 미설명 부호 1a, 1b는 액정 구동 전극이고, C는 하부 배향막의 배향 방향이다.On the other hand, when the screen is viewed in the B direction, the long axis of the liquid crystal molecules 2 is viewed, and the screen has a yellow color having a long wavelength, and the image quality of the liquid crystal screen is deteriorated. Here, reference numerals 1a and 1b are liquid crystal driving electrodes, and C is an alignment direction of the lower alignment layer.

따라서, 본 발명의 목적은, IPS 액정 표시 장치에 있어서, 액정 분자의 이방성으로 인한 색띰 현상을 방지하여, 화질을 개선할 수 있는 액정 표시 장치를 제공하는 것이다.Accordingly, an object of the present invention is to provide a liquid crystal display device in which an IPS liquid crystal display device can prevent color shift due to anisotropy of liquid crystal molecules and improve image quality.

도 1은 종래의 IPS 액정 표시 장치의 구동 원리를 설명하기 위한 도면.1 is a view for explaining a driving principle of a conventional IPS liquid crystal display.

도 2 및 도 3는 본 발명에 따른 액정 표시 장치의 단면으로서,2 and 3 are cross-sectional views of the liquid crystal display device according to the present invention.

도 2는 액정 표시 장치에 전계 무인가시의 단면도.2 is a cross-sectional view of an electric field not applied to a liquid crystal display device.

도 3은 액정 표시 장치에 전계 인가시의 단면도.3 is a cross-sectional view when an electric field is applied to a liquid crystal display device.

(도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명)(Explanation of symbols for the main parts of the drawing)

10 : 하부 기판 11a : 카운터 전극10: lower substrate 11a: counter electrode

11b : 화소 전극 12 : 액정층11b: pixel electrode 12: liquid crystal layer

12a : 액정내 분자 13a,13b : 배향막12a: molecules in the liquid crystal 13a, 13b: alignment layer

20 : 상부 기판20: upper substrate

상기한 본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은, 액정층을 사이에 두고 대향하는 상하부 기판, 상기 하부 기판 상에 상기 액정층을 구동시키는 카운터 전극과, 화소 전극, 상기 상하 기판의 액정 대향면 각각에 설치되는 상하 배향막을 포함하며, 상기 액정층내에는 카이랄 도펀트가 혼합된 것을 특징으로 한다.In order to achieve the above object of the present invention, the present invention, the upper and lower substrates facing each other with a liquid crystal layer interposed therebetween, the counter electrode for driving the liquid crystal layer on the lower substrate, the pixel electrode, the liquid crystal facing of the upper and lower substrates It includes a vertical alignment film provided on each side, characterized in that the chiral dopant is mixed in the liquid crystal layer.

본 발명에 의하면, 액정층내에 꼬임 특성을 갖는 카이랄 도펀트를 혼합하여, 액정 분자의 광학적 이방성을 보상하게 된다.According to the present invention, the chiral dopant having the twisting property is mixed in the liquid crystal layer, thereby compensating for the optical anisotropy of the liquid crystal molecules.

이하 첨부한 도면에 의거하여 본 발명의 바람직한 실시예를 자세히 설명하도록 한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

첨부한 도면 도 2 및 도 3는 본 발명에 따른 액정 표시 장치의 단면도로서, 도 2는 액정 표시 장치에 전계 무인가시의 단면도이고, 도 3은 액정 표시 장치에 전계 인가시의 단면도이다.2 and 3 are cross-sectional views of the liquid crystal display device according to the present invention. FIG. 2 is a cross-sectional view of the liquid crystal display device when no electric field is applied, and FIG. 3 is a cross-sectional view of the liquid crystal display device when an electric field is applied.

본 발명에 있어서, 액정 분자의 굴절율 이방성으로 인한 IPS 액정 표시 장치의 색띰을 방지하기 위하여, 액정내에 액정 분자를 꼬이도록 하는 카이랄(chiral) 도펀트를 첨가한다. 그러면 카이랄 도펀트에 의하여, 초기에 꼬여있던 액정 분자들이 전계의 형태로 배열되는 과정에서 색띰을 방지하게 된다.In the present invention, in order to prevent color blur of the IPS liquid crystal display device due to the refractive index anisotropy of the liquid crystal molecules, a chiral dopant for twisting the liquid crystal molecules in the liquid crystal is added. Then, by the chiral dopant, the twisted liquid crystal molecules are prevented from being colored in the process of being arranged in the form of an electric field.

즉, 보다 구체적으로 설명하면, 도 2를 참조하여, 대향하는 하부 및 상부 기판(10,20) 사이에 액정층(12)이 개재된다. 하부 기판(10) 상부에는 액정층(12)내의 액정 분자(12a)를 동작시키는 전극들 즉, 카운터 전극(11a)과 화소 전극(11b)이 형성된다. 여기서, 카운터 전극(11a)과 화소 전극(11b)의 폭은 2 내지 30㎛ 가 될 수 있고, 카운터 전극(11a)과 화소 전극(11b)의 간격은 3 내지 20㎛ 정도가 될 수 있다. 또한, 하부 및 상부 기판(10,20)의 각각의 대향면 표면에는 전계 무인가시 액정 분자의 초기 구동 상태를 결정하는 배향막(13a, 13b)이 설치된다. 이때, 상하 배향막(13a, 13b)은 수평 배향막으로, 상하 수평 배향막(13a, 13b)의 배향 방향은 서로 150 내지 220°, 더욱 바람직하게는 서로 180°차이가 나도록 배향된다. 또한, 상하 배향막(13a, 13b)의 배향 방향은 상기 전극들(11a,11b)의 장방향과 45°각도차를 갖는다.That is, referring to FIG. 2, the liquid crystal layer 12 is interposed between the lower and upper substrates 10 and 20 that face each other. Electrodes for operating the liquid crystal molecules 12a in the liquid crystal layer 12, that is, the counter electrode 11a and the pixel electrode 11b are formed on the lower substrate 10. Here, the width of the counter electrode 11a and the pixel electrode 11b may be 2 to 30 μm, and the interval between the counter electrode 11a and the pixel electrode 11b may be about 3 to 20 μm. In addition, alignment films 13a and 13b are disposed on the opposing surfaces of the lower and upper substrates 10 and 20 to determine the initial driving state of the liquid crystal molecules when no electric field is applied. At this time, the vertical alignment layers 13a and 13b are horizontal alignment layers, and the alignment directions of the vertical alignment layers 13a and 13b are 150 to 220 ° to each other, more preferably 180 ° to each other. In addition, the alignment direction of the vertical alignment layers 13a and 13b has a 45 ° angle difference with the long direction of the electrodes 11a and 11b.

그리고, 상기 액정층(12)내에는 전계 인가전에 액정 분자들(12a)이 소정 각도로 스스로 꼬임을 갖을 수 있도록, 카이랄 도펀트가 첨가되어 있다. 이때, 카이랄 도펀트는 공지된 바와 같이, 액정 분자의 장축이 꼬이도록 하는 특성을 지닌다. 이에따라, 도 2에 도시된 바와 같이, 액정 분자들은 상하 배향막(13a, 13b)의 배향 방향에 따라 배열되면서, 카이랄 도펀트의 영향으로 180° 꼬임을 갖으며 배열된다. 상기와 같이 90도 이상의 꼬임각을 갖으며, 이후 전계 인가시 90도 이상 회전하는 액정 모드를 STN(super twistted mode)라 한다. 이때, 액정층(12)의 중앙 부분(middle layer) 부분에 존재하는 액정 분자(12a)의 배열은, 하부 기판(10) 표면 및 상부 기판(20)의 표면에 배열된 액정 분자(12a)와 각각 90°만큼 꼬이도록 배열된다. 여기서, 카이랄 도펀트는 전체 꼬임 주기에 대한 셀갭의 비인 디피비(d/p ratio)가 0.4 이상이 될 수 있도록 주입된다. 또한, 액정층(12)으로, 두께(d)와 굴절율 이방성(Δn)의 곱이 0.05 내지 2㎛인 액정을 사용함이 바람직하다.In addition, a chiral dopant is added to the liquid crystal layer 12 so that the liquid crystal molecules 12a may twist themselves at a predetermined angle before application of an electric field. At this time, the chiral dopant, as is known, has a characteristic that the long axis of the liquid crystal molecules are twisted. Accordingly, as shown in FIG. 2, the liquid crystal molecules are arranged along the alignment direction of the vertical alignment layers 13a and 13b and are arranged with a twist of 180 ° under the influence of the chiral dopant. The liquid crystal mode having a twist angle of 90 degrees or more as described above and then rotating 90 degrees or more when an electric field is applied is referred to as a super twistted mode (STN). At this time, the arrangement of the liquid crystal molecules 12a present in the middle layer portion of the liquid crystal layer 12 may include liquid crystal molecules 12a arranged on the surface of the lower substrate 10 and the surface of the upper substrate 20. Each is arranged to twist by 90 °. Here, the chiral dopant is implanted such that the ratio d / p, which is the ratio of the cell gap to the total twist period, may be 0.4 or more. In addition, as the liquid crystal layer 12, it is preferable to use a liquid crystal whose product of thickness d and refractive index anisotropy ((DELTA) n) is 0.05-2 micrometers.

이와같은 구성을 갖는 액정 표시 장치는, 카운터 전극(11a)과 화소 전극(11b)에 전계가 인가되었을 때, 도 3에 도시된 바와 같이, 이 액정 표시 장치에는 하부 기판면과 수평한 전계가 형성된다. 이때, 이 전계의 방향은 상부 기판의 배향 방향 및 하부 기판의 배향 방향과 약 45°만큼의 각도차를 갖는다. 이에 따라, 액정 분자(12a)는 전계 인가시, 전계의 방향과 수평(또는 수직)이 되도록 배열된다. 이러한 가운데 액정층(12)내에는 카이랄 도펀트가 포함되어 있으므로, 전계 인가전에 180°꼬여있던 액정 분자(12a)들이 전계와 수평 또는 수직이 되도록 재배치된다. 이때, 액정층(12)의 중앙 부분에 존재하는 액정을 중심으로, 서로 대칭적으로 반대 방향으로 회전되므로, 액정층(12)의 중앙 부분을 경계로 하부 영역과 상부 영역의 액정 분자들이 회전하는 방향이 상이하게 된다. 이와같이 회전하는 가운데, 하부 영역에서 액정 분자의 단축을 보는 경우에도, 상부 영역에는 액정 분자의 장축을 볼 수 있어, 광학적 이방성이 보상된다.In the liquid crystal display device having such a configuration, when an electric field is applied to the counter electrode 11a and the pixel electrode 11b, as shown in FIG. 3, an electric field horizontal to the lower substrate surface is formed in the liquid crystal display device. do. At this time, the direction of the electric field has an angle difference of about 45 ° with the orientation direction of the upper substrate and the orientation direction of the lower substrate. Accordingly, the liquid crystal molecules 12a are arranged to be horizontal (or vertical) with the direction of the electric field when the electric field is applied. Among these, since the chiral dopant is included in the liquid crystal layer 12, the liquid crystal molecules 12a twisted 180 ° before the electric field are rearranged to be horizontal or vertical to the electric field. At this time, the liquid crystal molecules in the lower region and the upper region rotate around the liquid crystal layer 12 in the center of the liquid crystal layer 12 in a symmetrical opposite direction. The direction is different. While rotating in this way, even when the short axis of the liquid crystal molecules is seen in the lower region, the long axis of the liquid crystal molecules can be seen in the upper region, and optical anisotropy is compensated for.

이상에서 자세히 설명한 바와 같이, 본 발명에 의하면, 액정층내에 꼬임 특성을 갖는 카이랄 도펀트를 혼합하여, 액정 분자의 광학적 이방성을 보상하게 된다.As described in detail above, according to the present invention, the chiral dopant having the twisting property is mixed in the liquid crystal layer, thereby compensating for the optical anisotropy of the liquid crystal molecules.

따라서, IPS 모드의 액정 표시 장치의 색띰 현상이 방지된다.Accordingly, color phenomena in the liquid crystal display of the IPS mode are prevented.

기타, 본 발명은 그 요지를 일탈하지 않는 범위에서 다양하게 변경하여 실시할 수 있다.In addition, this invention can be implemented in various changes within the range which does not deviate from the summary.

Claims (6)

액정층을 사이에 두고 대향하는 상하부 기판;Upper and lower substrates facing each other with the liquid crystal layer interposed therebetween; 상기 하부 기판 상에 상기 액정층을 구동시키는 카운터 전극과, 화소 전극;A counter electrode and a pixel electrode driving the liquid crystal layer on the lower substrate; 상기 상하 기판의 액정층 대향면 각각에 설치되는 상하 배향막을 포함하며,A vertical alignment layer disposed on each of the liquid crystal layer facing surfaces of the upper and lower substrates; 상기 액정층내에는 카이랄 도펀트가 혼합된 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치.A chiral dopant is mixed in the liquid crystal layer. 제 1 항에 있어서, 상기 하부 기판의 배향막의 배향 방향과, 상기 카운터 전극 및 화소 전극의 장방향과는 45° 각도차를 갖는 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치.The liquid crystal display device according to claim 1, wherein the liquid crystal display device has a 45 degree angle difference between the alignment direction of the alignment layer of the lower substrate and the long direction of the counter electrode and the pixel electrode. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 상부 기판의 배향막과 하부 기판의 배향막은 서로 150 내지 220° 각도차를 갖도록 배향되는 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치.The liquid crystal display device of claim 1, wherein the alignment layer of the upper substrate and the alignment layer of the lower substrate are aligned to have an angle difference of 150 ° to 220 °. 제 3 항에 있어서, 상기 상부 기판의 배향막과 하부 기판의 배향막은 서로 180° 각도차를 갖도록 배향되는 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치.The liquid crystal display of claim 3, wherein the alignment layer of the upper substrate and the alignment layer of the lower substrate are aligned to have a 180 ° angle difference from each other. 제 1 항에 있어서, 상기 카이랄 도펀트는 전체 꼬임 주기에 대한 상하 기판의 거리의 비인 디피비(d/p ratio)가 0.4 이상이 될 만큼 혼합되는 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치.The liquid crystal display of claim 1, wherein the chiral dopant is mixed such that a ratio of d / p, which is a ratio of the distance between the upper and lower substrates with respect to the entire twisting period, is 0.4 or more. 제 1 항에 있어서, 상기 상, 하 배향막은 수평 배향막인 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치.The liquid crystal display of claim 1, wherein the upper and lower alignment layers are horizontal alignment layers.
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