KR100448041B1 - 반 투과형 프린지 필드 구동 액정표시장치 - Google Patents

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KR100448041B1
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Abstract

본 발명은 반 투과형 프린지 필드 구동 액정표시장치를 개시한다. 개시된 본 발명의 반 투과형 프린지 필드 구동 액정표시장치는, 이격해서 대향 배치된 하부 기판과 상부 기판; 상기 하부 기판과 상부 기판 사이에 삽입된 수 개의 액정분자들로 이루어진 액정층; 상기 하부 기판의 내측면 상에 상하로 배치되며 전압 인가시 프린지 필드를 형성하여 액정 분자들을 동작시키는 카운터 전극과 화소 전극; 상기 하부 기판과 액정층 사이 및 상기 상부 기판과 액정층 사이 각각에 개재된 하부 배향막과 상부 배향막; 및 상기 하부 기판과 상부 기판의 외측면 상에 각각 배치된 편광판을 포함하며, 상기 카운터 전극은 단위 화소 영역을 제1영역과 제2영역으로 이분하여 상기 제1영역에는 불투명 금속으로 이루어지고 상기 제2영역에는 투명 금속으로 이루어지도록 구성된 것을 특징으로 한다.

Description

반 투과형 프린지 필드 구동 액정표시장치{SEMITRANSMISSION TYPE FRINGE FIELD SWITCHING MODE LIQUID CRYSTAL DISPLAY}
본 발명은 반 투과형 액정표시장치에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 반사율과 투과율의 임의 조정이 가능한 반 투과형 프린지 필드 구동 액정표시장치에 관한 것이다.
주지된 바와 같이, 박막트랜지스터(Thin Film Transistor: 이하, TFT)로 스위칭되는 액정표시장치는 평판표시장치 가운데에서 그 활용성에서 주목받고 있다. 이러한 액정표시장치는 별도의 광원 사용 유,무에 따라 투과형과 반사형으로 구분되며, 이중 반사형 액정표시장치는 투과형 액정표시장치에 비해 별도의 광원, 즉, 백라이트를 사용하지 않기 때문에 상대적으로 소비전력이 낮고, 무게도 가볍다는 장점이 있으며, 그래서, 차세대 표시장치로서 많은 연구의 대상이 되고 있다.
한편, 종래의 액정표시장치는 구동 모드로서 TN(Twist Nematic) 모드를 사용해 왔다. 그런데, 이러한 TN 모드는 시야각 등에서 문제가 제기 되어 그 해결방안으로서 IPS(In Plan Switching) 모드가 제안되었고, 더 나아가, 상기 IPS 모드가 갖는 낮은 투과율 및 개구율의 문제를 개선하기 위해 FFS(Fringe Field Switching) 모드가 제안되었으며, 이러한 FFS 모드를 적용한 반사형 FFS 모드 LCD(이하, 반사형 FFS-LCD)의 개발이 활발하게 진행되고 있다.
도 1a는 종래 기술에 따른 슬릿형 카운터 전극이 구비된 FFS-LCD의 전극 구조를 도시한 단면도이고, 도 1b는 종래 기술에 따른 박스형 카운터 전극이 구비된 FFS-LCD에서의 전극 구조를 도시한 단면도이다.
도 1a를 참조하면, 상부 유리 기판(105)과 하부 유리 기판(106)이 대향하여 배치되어 있고, 상기 하부 유리 기판(106)상에는 화소 전극(107a)과 슬릿형의 카운터 전극(109a)이 일정 간격을 두고, 교대로 이격 배치되어 있다.
도 1b를 참조하면, 상부 유리 기판(105)과 대향, 배치된 하부 유리 기판(106)상에 박스형의 카운터 전극(109b)이 배치되어 있고, 상기 카운터 전극(109b) 상에는 절연체(103)가 형성되어 있으며, 상기 절연체(103) 상에는 화소 전극(107b)이 배치되어 있다.
그러나, 상기와 같은 구조의 FFS-LCD는 투과형으로 동작되는게 일반적인데, 이럴 경우 외부 광이 없으면, 동작이 불가능하다.
따라서, 외부 광이 없는 경우에도 동작이 가능한, 즉, 투과형이면서, 반사형으로도 동작 될 수 있는 반 투과형 FFS-LCD가 제안되었다.
도 2a 및 도 2b는 상술한 투과형으로 동작하는 FFS-LCD의 문제점을 해소한 반 투과형 FFS-LCD를 개략적으로 도시한 단면도로서, 여기서, 도 2a는 박스형 카운터 전극이 구비된 경우를, 그리고, 도 2b는 슬릿형 카운터 전극이 구비된 경우를 도시한 단면도이다.
도 2a를 참조하면, 하부 유리 기판(215) 상에 박스형 카운터 전극(209a)이 배치되어 있고, 상기 카운터 전극(209a) 상에는 보호막(208)이 도포되어 있으며, 상기 보호막(208) 상에는 화소 전극(207a)이 배치되어 있다.
상기 상, 하 유리 기판(205, 215) 외측으로 빛의 방향을 편광시키는 상, 하 편광판(201, 211)이 대향 배치되어 있다. 상기 유리 기판(205, 215)과 상기 편광판(201, 211)사이에 선택적으로 개재할 수 있는 반 투과형 필름(203, 213)을 상, 하에 각각 배치되어 있다.
도 2b를 참조하면, 상기 도 2a에서 언급한 구조와 유사하지만, 상기 하부 유리 기판(215)상에는 슬릿형 카운터 전극(209b)과 화소 전극(207b)이 교대로 이격 배치되어 있다.
상기에서, 화소 전극(207b)또는 카운터 전극, 바람직하게는, 상기 화소 전극은 반사판으로 이용될 수 있으며, 외부 광이 있을 경우 상기 화소 전극(207b)으로 부터 반사된 빛을 이용해서 화상을 표시하게 된다. 반면, 외부 광이 없을 경우 에는 반사판으로 사용되지 않는 투명 전극을 통해 투과형으로 사용된다.
그러나, 전술한 전극 구조를 갖는 종래의 반투과형 FFS-LCD는 전극의 폭이나 간격이 액정의 광 효율을 위해 고정되어 있기 때문에 반사율과 투과율을 임의로 조절할 수 없는 문제점이 있다.
따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 화소를 임의 비율의 제 1영역과 제 2영역으로 이분하여 제 1영역에 배치되는 카운터 전극 부분은 반사율이 좋은 불투명 금속으로 이루어지도록 하고, 제2영역에 배치되는 카운터 전극 부분은 투명 금속으로 이루어지도록 하는 것에 의해 투과율 및 반사율의 임의 조절이 가능한 반투과형 FFS-LCD를 제공하는데, 그 목적이 있다.
도 1a는 종래 기술에 따른 슬릿형 카운터 전극이 구비된 프린지 필드 구동 액정표시장치의 전극 구조를 도시한 단면도.
도 1b는 종래 기술에 따른 박스형 카운터 전극이 구비된 프린지 필드 구동 액정표시장치의 전극 구조를 도시한 단면도.
도 2a는 종래의 박스형 카운터 전극이 구비된 반 투과형 프린지 필드 구동 액정표시장치를 개략적으로 도시한 단면도.
도 2b는 종래의 슬릿형 카운터 전극을 갖는 반 투과형 프린지 필드 구동 액정표시장치를 개략적으로 도시한 단면도.
도 3은 본 발명에 따른 반 투과형 프린지 필드 구동 액정표시장치를 도시한 평면도.
도 4는 본 발명에 따른 반 투과형 프린지 필드 구동 액정표시장치에서의 러빙 방향을 설명하기 위한 단면도.
( 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 )
201: 상부 편 광판 211: 하부 편 광판
203,213: 반투과형 필름 205: 상부 유리 기판
215: 하부 유리 기판 208: 절연막
301; 데이타 버스라인 303: 박막 트랜지스터
305: 게이트 버스라인 302: 공통 전극
306: 드레인 308: 소스
307: 카운터 전극 309: 화소 전극
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 반 투과형 FFS-LCD는, 이격해서 대향 배치된 하부 기판과 상부 기판; 상기 하부 기판과 상부 기판 사이에 삽입된 수 개의 액정 분자들로 이루어진 액정층; 상기 하부 기판의 내측면 상에 상하로 배치되며 전압 인가시 프린지 필드를 형성하여 액정 분자들을 동작시키는 카운터 전극과 화소 전극; 상기 하부 기판과 액정층 사이 및 상기 상부 기판과 액정층 사이 각각에 개재된 하부 배향막과 상부 배향막; 및 상기 하부 기판과 상부 기판의 외측면 상에 각각 배치된 편광판을 포함하며, 상기 카운터 전극은 단위 화소 영역을 제1영역과 제2영역으로 이분하여 상기 제1영역에는 불투명 금속으로 이루어지고 상기 제2영역에는 투명 금속으로 이루어지도록 구성된 것을 특징으로 한다.
(실시예)이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부 도면들을 참조하여 상세하게 설명하도록 한다.
도 3은 본 발명에 따른 반 투과형 FFS-LCD를 도시한 평면도이다.
도 3을 참조하면, 하부 유리 기판(도시안됨) 상에 게이트 버스 라인(305)과 데이타 버스 라인(301)이 교차 배열되어, 단위 화소가 한정되어 있고, 상기 게이트 버스 라인(305)과 데이타 버스 라인(301)의 교차점 부근에는 TFT(303)가 배치되어 있다.
카운터 전극(307)이 단위 화소 내에 박스 형상으로 배치된다. 상기 카운터 전극(307)은 화소를 소정 비율로 이분하고, 이분된 제 1영역 및 제 2영역 각각에 상이한 재질, 즉, 투명 금속(307a)과 불투명 금속(307b)으로 나누어 각각 형성된다. 또한, 상기 카운터 전극(307)은 상기 게이트 버스 라인(305)과 동일 평면상에 형성되는 공통 전극(302)과 전기적으로 콘택되며, 그래서, 상기 공통 전극(302)으로부터 지속적으로 공통 신호를 인가 받는다.
화소 전극(309)이 상기 카운터 전극(307)과 오버랩 되게 단위 화소 내에 배치된다. 상기 화소 전극(309)은 투명 금속으로 이루어지며, 게이트 절연막(도시안됨)에 의해 상기 카운터 전극(307)과 전기적으로 절연된다. 이러한 화소 전극(309)은 상기 데이타 버스 라인(301)과 평행하면서 등간격으로 배치되는 수 개의 빗살들을 갖는 구조이며, 또한, 상기 빗살들의 일단을 연결하면서 TFT(303)의 드레인 전극(306)과 콘택되는 바(bar)를 포함한다. 설명하지 않은 도면부호 308은 소스 전극을 나타낸다.
한편, 도시되지는 않았지만, 하부 유리기판과 대향하는 상부 유리기판은 상기 화소 전극(309)과 카운터 전극(307)사이에서 프린지 필드가 형성되도록 위하여 전극간 거리보다 넓은 간격으로 배치된다.
또한, 상기 하부 유리 기판과 상기 상부 유리 기판 사이에는 다수개의 액정 분자를 갖는 액정 층이 개재된다. 게다가, 이러한 액정 분자를 일정한 방향으로 배열시키기 위하여 기판 상에는 배향막이 형성된다. 아울러, 소정의 편광축을 갖는 편광판이 상기 상, 하 유리 기판의 외측에 각각 배치된다.
여기서, 상기 하부 편광판과 상부 편광판은 상호간에 투과축들이 수직하도록 배치되면서 상기 하부 편광판의 경우에는 그 투과축이 하부 배향막의 러빙축과 평행하거나 수직을 이루도록 배치되어 투과형인 경우에 노멀리 블랙 모드(Normally Black Mode)가 되도록 할 수 있다. 또한, 상기 하부 편광판과 상부 편광판은 상호간에 투과축들이 일치되도록 배치되면서 상기 하부 편광판의 투과축이 하부 배향막의 러빙축과 평행하거나 수직을 이루도록 배치되어 투과형의 경우에 노멀리 화이트 모드(Normally White Mode)가 되도록 할 수도 있다.
이러한 구성을 갖는 반 투과형 FFS-LCD는 카운터 전극에 의해서 하나의 화소가 투과영역과 반사영역으로 이분할된다. 이때, 투과 영역과 반사 영역의 비율, 즉, 카운터 전극(307)의 재질인 투명 금속과 불투명 금속의 비율은 반사형으로 우선시 사용할 것인지, 또는, 투과형으로 우선시 사용할 것인지에 따라 정해진다.
예컨데, 반사형으로 우선시 사용할 경우에는 불투명 금속 대 투명 금속의 비율을 8∼1 : 1 정도로 정하여 불투명 금속의 비율을 투명 금속 보다 최대 8배 까지 크게 하고, 투과형으로 우선시 사용할 경우에는 불투명 금속 대 투명 금속의 비율을 1 : 8∼1 정도로 정하여 투명 금속의 비율을 불투명 금속 보다 최대 8배 까지 크게 한다. 여기서, 투과형으로 사용할 경우 백라이트(Back Light)에 의해 광이 투과되기 때문에 불투명 반사 전극으로 구성된 반사형의 경우 빛의 투과가 없으므로 구동에서 자동으로 제외된다. 반사형으로 사용될 경우 역시 외부광에 의해서 반사가 되는 부분만 최종적으로 보이기 때문에 투과형 부분은 보이지 않게 된다.한편, 반사형의 경우 투과형과는 달리 항상 노르말 화이트 모드(Normally White Mode)로 구동되며, 이때, 액정의 위상지연 값(dΔn)은 반사형과 투과형 모두에서 광효율을 극대화할 수 있도록∼의 값 범위에서 정해지도록 선택한다. 여기서, d는 셀갭, dΔn은 액정 분자의 굴절율 이방성, λ는 입사광의 파장(R 광원=630nm, G 광원=550nm, B 광원=480nm), n은 정수를 각각 나타낸다.
또한, 상기 카운터 전극(307)에서의 불투명 금속으로는 Ag, Al, AlNd 또는 Cu 등과 같이 반사율이 우수한 물질을 이용하며, 그 두께는 FFS-LCD 제조시 카운터 전극의 두께로 통상 사용되는 300∼500Å 정도로 한다. 아울러, 상기 불투명 금속은 게이트 금속과 동일한 금속을 사용하여 형성 할 수 있으며, 이 경우, 게이트 버스 라인(305)의 형성시에 함께 형성할 수 있다.
투명 금속 부분은 기존의 공정을 그대로 사용하여 종래의 카운터 전극(307)을 형성시키는 공정을 통해 형성한다.
도 4는 본 발명에 따른 반 투과형 FFS-LCD에서의 배향막의 러빙 방향을 설명하기 위한 단면도로서, 도면부호 403은 배향막의 러빙 방향을 나타내고, 404는 편광판의 투과축 방향을 나타내며, 307과 309는 각각 카운터 전극 및 화소 전극을 나타낸다.도 4에서, 배향막의 러빙 방향은, 즉, 도면에서의 α값은 최대의 광효율을 얻기 위해 양의 유전율 이방성을 갖는 액정을 사용하는 경우에는 45°∼ 90°를 갖도록 하고, 음의 유전율 이방성을 갖는 액정을 사용하는 경우에는 0°∼ 45°를 갖도록 함이 바람직하다.한편, 본 발명은 박스형 카운터 전극에 대해 설명하고, 도시하였으나, 본 발명은 슬릿형 카운터 전극에 대해서도 적용 가능하여, 동일한 효과를 얻을 수 있다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 반 투과형 FFS-LCD에 있어서는 다음과 같은 효과가 있다.
화소를 소정 비율로 이분할하여 카운터 전극의 한 부분은 반사가 잘되는 불투명 금속으로 하고, 다른 한 부분은 투과가 잘되는 투명 금속으로 형성하여, 반사율과 투과율을 임의로 조정 할 수 있다.
또한, 상기 카운터 전극의 일부분에 형성되는 불투명 금속은 게이트 라인을 형성하기 위하여 사용하는 게이트 메탈을 사용하여 상기 게이트 라인 형성시 동시에 패턴하고, 투명 금속은 게이트 라인 형성 후 패턴하면 기존의 FFS 공정과 동일한 공정을 사용하게 되어 부가적인 공정과정을 덧붙이지 않아도 되는 효과가 있다.
본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 않고, 이하 청구 범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변경 실시가 가능할 것이다.

Claims (7)

  1. 이격해서 대향 배치된 하부 기판과 상부 기판;
    상기 하부 기판과 상부 기판 사이에 삽입된 수 개의 액정 분자들로 이루어진 액정층;
    상기 하부 기판의 내측면 상에 상하로 배치되며 전압 인가시 프린지 필드를 형성하여 액정 분자들을 동작시키는 카운터 전극과 화소 전극;
    상기 하부 기판과 액정층 사이 및 상기 상부 기판과 액정층 사이 각각에 개재된 하부 배향막과 상부 배향막; 및
    상기 하부 기판과 상부 기판의 외측면 상에 각각 배치된 편광판을 포함하며,
    상기 카운터 전극은 단위 화소 영역을 제1영역과 제2영역으로 이분하여 상기 제1영역에는 불투명 금속으로 이루어지고 상기 제2영역에는 투명 금속으로 이루어지도록 구성된 것을 특징으로 하는 반 투과형 프린지 필드 구동 액정표시장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 카운터 전극은, 반사형이 우선시되는 경우에는 불투명금속 대 투명금속의 비율을 8∼1 : 1 이 되도록 구성되고, 투과형이 우선시되는 경우에는 불투명금속 대 투명금속의 비율을 1 : 8∼1 이 되도록 구성된 것을 특징으로 하는 반 투과형 프린지 필드 구동 액정표시장치.
  3. 삭제
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 불투명 금속은 Ag, Al, AlNd 및 Cu로 구성된 그룹으로부터 선택되는 어느 하나인 것을 특징으로 하는 반 투과형 프린지 필드 구동 액정표시장치.
  5. 삭제
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 액정분자의 위상 지연 값()은~의 값을 갖도록 하여 반사와 투과형 모두 광효율을 극대화할 수 있는 지점에서을 선택하는 것을 특징으로 하는 반 투과형 프린지 필드 구동 액정표시장치.
  7. 제 1 항에 있어서, 상기 배향막은 최대의 광효율이 얻어지도록 양의 유전율 이방성을 갖는 액정을 사용하는 경우는 편광판의 투과축 방향에 대해 45°∼ 90°의 러빙 각도를 갖도록 하고, 음의 유전율 이방성을 갖는 액정을 사용하는 경우는 수평 방향에 대해 0°∼ 45°의 러빙 각도를 갖도록 하며, 상기 하부 배향막과 상부 배향막은 각 투과축이 상호간 수직 또는 평행하도록 배치된 것을 특징으로 하는 반 투과형 프린지 필드 구동 액정표시장치.
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