KR100286590B1 - 쌍안정성 트위스티드 네마틱 액정표시장치 - Google Patents

쌍안정성 트위스티드 네마틱 액정표시장치 Download PDF

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Abstract

인접한 화소 영역으로의 액정의 흐름을 방지하여 표시 품질과 구동 성능을 향상시키기 위한 쌍안정성 트위스티드 네마틱 액정표시장치로서, 쌍안정성 트위스티드 네마틱 액정표시장치는 제 1 및 제 2기판과, 상기 제 1 및 제 2기판의 마주하는 안쪽 표면에 스트라이프 패턴으로 각각 형성되며 각각의 절연막과 배향막에 의해 덮여지는 한쌍의 투명 전극과, 상기 두장의 기판 사이에 배향되는 쌍안정성 트위스티드 네마틱 액정과, 상기 투명 전극 사이로 패턴화되며 전계 형성에 의해 액정 분자를 기판면에 수직하게 세워 액정의 흐름을 방지하는 보조 전극으로 이루어진다.

Description

쌍안정성 트위스티드 네마틱 액정표시장치 {A bistable twisted nematic liquid crystal display device}
본 발명은 쌍안정성 트위스티드 네마틱 액정표시장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 인접한 화소 영역으로의 액정의 흐름을 방지하여 표시 품질과 구동 성능을 향상시킬 수 있는 쌍안정성 트위스티드 네마틱 액정표시장치에 관한 것이다.
최근에 개발된 쌍안정성 트위스티드 네마틱(BTN; Bistable Twisted Nematic, 이하, '비티엔'이라 칭함) 액정표시장치는 생산 수율이 낮고 제조 단가가 높은 티에프티(TFT; Thin Film Transistor) 액정표시장치의 단점과, 느린 응답 속도에 의해 동화상 구현이 어려운 에스티엔(STN; Super Twisted Nematic) 액정표시장치의 단점을 보완할 수 있는 새로운 액정 표시 방식으로 기대되고 있다.
상기 비티엔 액정표시장치는 쌍안정 특성을 가지며, 저전력 동작이 가능하고 시야각이 넓을 뿐만 아니라 콘트라스트 비가 높고 스위칭 속도가 빨라 동화상 구현에 응용될 수 있다. 특히, 패널 제작시 이미 상용화된 에스티엔 액정표시장치의 제조 기술을 상당 부분 그대로 이용할 수 있으므로 제조 단가를 낮출 수 있을 것으로 여겨진다.
이러한 비티엔 액정표시장치는 네마틱 액정에 카이잘 물질을 첨가하여 원하는 꼬임각을 갖도록 한 액정표시장치로서, 동작 원리는 다음과 같다.
도 4(a)에서 도시하는 바와 같이, 전압을 인가하지 않은 초기 상태에서 액정 분자(1)들은 180°의 꼬임각(ψ)을 갖는 안정한 상태로 존재한다. 이러한 초기 상태에 전압을 인가하면 전계 방향으로 액정 분자(1)가 서게 되는데, 이 때의 전압을 프레데릭스(Fredericks) 전압이라고 한다.
프레데릭스 전압 이상의 리셋(reset) 전압을 인가하면, 도 4(b)와 같이 셀의 중앙 부분의 액정 분자(1)가 기판(3)면에 대해 거의 90°로 서게 되는 리셋 상태가 된다. 이러한 리셋 상태에서 다음에 인가해주는 선택 전압의 크기에 따라 서로 다른 2가지의 준안정 상태를 가지게 되며, 이 때 2가지 준안정 상태중 하나를 선택하기 위한 경계가 되는 전압을 임계 전압이라 한다.
리셋 펄스를 제거하면 도 4(c)와 같이 액정 분자(1)들은 일어설 때의 방향과 반대 방향으로 눕게 된다. 이후 임계 전압보다 큰 선택 전압을 인가하면 도 4(d)와 같이 액정 분자(1)들은 기판(3)면에 대해 90°로 다시 서게 되고, 선택 전압을 제거하면 도 4(e)와 같이 일어설 때의 방향으로 눕게 되며, 전체 꼬임각이 ψ-180°, 즉 0°인 준안정 상태로 전이한다. (도 4(f) 참고)
반면, 도 4(c) 상태에서 임계 전압보다 낮은 선택 전압을 인가하면 액정 분자(1)의 운동에 영향을 주지 못하므로 액정 분자(1)는 그대로 운동을 계속해 꼬임각이 ψ+180°, 즉 360°인 준안정 상태로 전이한다. (도 4(g) 참고)
이와 같은 방법으로 선택된 2가지의 준안정 상태는 오랜 시간 그 상태를 유지하는 메모리 효과를 가지며, 비티엔 액정표시장치는 이러한 2가지의 준안정 상태를 빠른 속도로 스위칭할 수 있으므로 응답속도가 느려 구동 라인수에 제한을 받는 에스티엔 액정표시장치의 단점을 극복할 수 있다.
그러나 비티엔 액정표시장치는 리셋 전압이 제거된 상태에서 액정의 탄성적 복원력에 의해 도 4(h)에서 도시하는 바와 같이 화살표 방향으로 힘을 받는 백 플로우 현상이 발생한다. 이러한 백 플로우 현상에 의해 러빙 방향과 수직한 방향으로 인접한 화소 영역에까지 액정이 흐르기 쉬우며, 액정의 흐름에 의해 부분적인 밀도 변화 등과 같은 액정의 구동 조건이 변하게 된다.
이에 따라 선택 전압을 선택/비선택의 중간 전압으로 인가하는 경우, 액정의 흐름에 의해 러빙 방향과 동일한 방향으로 다수개의 줄무늬가 발생하게 된다. 이러한 줄무늬 발생은 결과적으로 액정표시장치의 표시 품질을 떨어뜨리며, 선택/비선택 전압 차이를 넓게 하여 액정 구동시 표시 성능을 저하시키고, 선택/비선택의 중간 전압으로는 계조표시를 할 수 없게 한다.
종래에는 이와 같은 액정의 흐름을 방지하고자, 상하 기판중 적어도 어느 한쪽 기판에 격벽을 쌓아올린 구조를 제시하였다. 그러나 격벽 제작을 위해 성막 공정과 노광 공정 등 다수의 공정을 거쳐야 하므로 비티엔 액정표시장치의 생산 수율을 낮추고, 제조 비용을 상승시키는 등의 불리한 점이 있다.
따라서 본 발명은 상기한 문제점을 해소하기 위하여 고안된 것으로서, 본 발명의 목적은 인접한 화소 영역으로의 액정의 흐름을 방지하여 표시 품질과 구동 성능을 향상시킬 수 있는 비티엔 액정표시장치를 제공하는데 있다.
도 1은 일반적인 비티엔 액정표시장치의 단면도.
도 2는 비티엔 액정표시장치중 하부 기판의 부분 확대도.
도 3은 비티엔 액정표시장치의 부분 확대 단면도.
도 4(a)∼(h)는 액정 분자들의 배향 상태를 나타낸 개략도.
상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명은,
일정한 간격을 두고 대향 배치되는 제 1 및 제 2기판과,
상기 제 1 및 제 2기판의 마주하는 안쪽 표면에 스트라이프 패턴으로 각각 형성되며, 각각의 절연막과 배향막에 의해 덮여지는 한쌍의 투명 전극과,
상기 두장의 기판 사이에 배향되는 쌍안정성 트위스티드 네마틱 액정과,
상기 두장의 기판중 적어도 어느 하나의 기판에 제공되며, 전계 형성에 의해 액정 분자를 실질적으로 기판면에 수직하게 세워 액정의 흐름을 방지하는 액정 흐름 방지수단을 포함하는 쌍안정성 트위스티드 네마틱 액정표시장치를 제공한다.
상기 액정 흐름 방지수단은 투명 전극 사이로 패턴화된 보조 전극으로 이루어지며, 인가 전압에 의해 보조 전극 근방의 액정 분자들을 기판면에 수직하게 세워 액정의 흐름을 방지하게 된다.
이하, 첨부한 도면을 참고하여 본 발명의 바람직한 일실시예를 보다 상세하게 설명하면 다음과 같다.
도 1은 일반적인 비티엔 액정표시장치의 단면도이다. 도시하는 바와 같이 비티엔 액정표시장치는 투명한 상부 기판(2)과 하부 기판(4)이 일정한 간격을 두고 대향 배치되며, 상부 기판(2)과 마주하는 하부 기판(4)의 표면으로 스트라이프 패턴의 제 1투명 전극(6)과, 하부 기판(4) 전체에 걸쳐 절연막(8)과 배향막(10)이 위치한다.
그리고 하부 기판(4)과 마주하는 상부 기판(2)의 표면에는 제 1투명 전극(6)과 수직으로 교차하는 스트라이프 패턴의 제 2투명 전극(12)과, 상부 기판(2) 전체에 걸쳐 절연막(8)과 배향막(10)이 위치한다.
상기 제 1 및 제 2투명 전극(6, 12)은 일반적인 인튬 틴 옥사이드막으로 이루어지며, 서로 교차하는 부분이 하나의 화소 영역을 이루어 전압 펄스에 의해 액정(14)을 화소별 구동시킨다.
그리고 상기 액정(14)은 꼬임각(ψ)이 180°가 되도록 카이잘 물질이 첨가된 네마틱 액정으로 이루어지며, 상기 배향막(10)은 액정(14)이 초기 상태에서 180°의 꼬임각(ψ)을 갖도록 서로 반대 방향으로 러빙 처리된 폴리이미드막으로 이루어진다.
이와 같은 구성으로 이루어지는 비티엔 액정표시장치는 상술한 바와 같이 백 플로우 현상에 의해 액정(14)이 인접한 화소 영역으로 흐르기 쉬우므로, 본 발명에 의한 비티엔 액정표시장치는 액정(14)의 흐름을 방지할 수 있는 액정 흐름 방지수단을 갖는다.
도 2는 하부 기판의 부분 확대도로서, 상기 액정 흐름 방지수단은 제 1투명 전극(6)의 스트라이프 패턴 사이로 형성되는 보조 전극(16)으로 이루어진다. 상기 보조 전극(16)은 제 1투명 전극(6)과 동일한 인듐 틴 옥사이드막으로 이루어질 수 있으며, 제 1투명 전극(6)과 일정한 거리를 두고 제 1투명 전극(6)과 동일한 스트라이프 패턴으로 형성된다. 이로서 보조 전극(16)은 각각의 화소 영역을 구분짓는 경계에 위치하게 된다.
상기 보조 전극(6)은 도 3에서 도시하는 바와 같이 보조 전극(16) 근방의 액정 분자들을 하부 기판(4)면에 대하여 실질적으로 수직하게 세울 수 있도록 특정의 전압 펄스가 지속적으로 인가된다. 상기 보조 전극(16)에 인가되는 전압은 일례로 리셋 전압이 될 수 있으나, 보조 전극(16) 근방의 액정 분자들을 수직하게 세울 수 있는 어떠한 전압도 사용 가능하다.
이와 같이 보조 전극(16)에 의한 전계 형성으로 화소 영역의 경계 부분으로 액정 분자를 이용하여 벽을 형성하게 된다. 이로서 화소 영역내의 액정 분자들은 좌우 방향으로 인접한 화소 영역으로의 흐름이 방지되어 액정 구동 환경을 그대로 유지할 수 있는 것이다.
상기 보조 전극(16)은 하부 기판(4) 이외에 상부 기판(2)에 형성된 제 2투명 전극(12) 패턴 사이로 형성될 수 있으며, 상부 기판(2)과 하부 기판(4) 모두에 제 1 및 제 2투명 전극(6, 12) 패턴 사이로 형성될 수 있다.
이 때, 백 플로우 현상에 의한 액정의 흐름은 주로 배향 방향과 수직한 방향으로 발생하므로, 상기 보조 전극(16)은 배향 방향으로 패턴화될 수 있는 기판에 제공되어 액정의 흐름을 방지하는 것이 효과적이다.
또한 상기 보조 전극(16)은 상부 기판(2)과 하부 기판(4) 모두에 제공되어 모든 화소 영역의 경계 부분으로 액정 분자들을 이용한 벽을 세움으로써 인접한 화소 영역으로 액정이 흐르는 것을 보다 효과적으로 방지할 수 있다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고 이 또한 본 발명의 범위에 속하는 것은 당연하다.
이와 같이 본 발명에 의한 비티엔 액정표시장치는 투명 전극의 패턴 사이로 보조 전극 패턴을 형성하여 액정 분자들의 벽을 형성함으로써 액정의 흐름을 효과적으로 방지할 수 있다. 이로서 액정의 흐름에 의한 줄무늬 현상을 방지하여 표시 품질을 향상시키며, 균일한 액정 구동 환경으로 액정표시장치의 구동 성능을 향상시킬 수 있다.
또한 상기 보조 전극은 별도의 공정 없이 투명 전극의 제조 공정을 이용하여 투명 전극과 동시에 형성될 수 있으므로, 격벽 형성시 발생하는 수율 저하 및 제조 비용 상승 등을 유발하지 않는다.

Claims (5)

  1. 일정한 간격을 두고 대향 배치되는 제 1 및 제 2기판과;
    상기 제 1 및 제 2기판의 마주하는 안쪽 표면에 스트라이프 패턴으로 각각 형성되며, 각각의 절연막과 배향막에 의해 덮여지는 한쌍의 투명 전극과;
    상기 두장의 기판 사이에 배향되는 쌍안정성 트위스티드 네마틱 액정과;
    상기 두장의 기판중 적어도 어느 하나의 기판에 제공되며, 전계 형성에 의해 액정 분자를 실질적으로 기판면에 수직하게 세워 액정의 흐름을 방지하는 액정 흐름 방지수단을 포함하는 쌍안정성 트위스티드 네마틱 액정표시장치.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 액정 흐름 방지수단은 투명 전극 사이로 패턴화된 보조 전극으로 이루어져 전압 인가에 따라 전계를 형성하는 쌍안정성 트위스티드 네마틱 액정표시장치.
  3. 제 2항에 있어서, 상기 보조 전극은 제 1기판에 형성된 투명 전극 사이에 위치하는 쌍안정성 트위스티드 네마틱 액정표시장치.
  4. 제 2항에 있어서, 상기 보조 전극은 제 2기판에 형성된 투명 전극 사이에 위치하는 쌍안정성 트위스티드 네마틱 액정표시장치.
  5. 제 2항에 있어서, 상기 보조 전극은 제 1기판에 형성된 투명 전극 사이와, 제 2기판에 형성된 투명 전극 사이에 위치하는 쌍안정성 트위스티드 네마틱 액정표시장치.
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