KR100554405B1

KR100554405B1 - 쌍안정 카이랄 스플레이 네마틱 액정 표시 장치

Info

Publication number: KR100554405B1
Application number: KR1020030058482A
Authority: KR
Inventors: 김재창; 윤태훈; 이서헌
Original assignee: 김재창
Priority date: 2003-08-23
Filing date: 2003-08-23
Publication date: 2006-02-22
Also published as: KR20050020482A; JP2005070729A

Abstract

본 발명은 응용성이 높은 쌍안정 카이랄 스플레이 네마틱 액정표시장치에 관한 것으로서, 본 발명의 쌍안정 카이랄 스플레이 네마틱 액정표시장치는 상기와 같은 목적을 달성하기 위한 쌍안정 카이랄 스플레이 네마틱 액정표시장치로, 대향하는 상부 기판 및 하부 기판과, 상기 상부 기판 상에 형성된 제1 전극과, 상기 하부 기판 상에 형성된 제2 전극과, 상기 제2 전극이 형성된 상기 하부 기판 상에 형성된 보호막과, 상기 보호막이 형성된 제3 전극과, 상기 상부 기판 및 하부 기판 사이에 형성된 쌍안정 액정을 포함하여 구성되고, 상기 제1 투명 전극 및 제2 투명 전극을 이용하여 수직 스위칭하고, 제2 투명 전극 및 제3 투명 전극을 이용하여 수평 스위칭하기 때문에 상기 쌍안정 액정의 제어가 용이하다.

쌍안정 카이랄 스플레이(Bistable chiral splay) 액정, 액정표시장치, 수직스위칭, 수평 스위칭, ITO(Indium Tin Oxide)

Description

쌍안정 카이랄 스플레이 네마틱 액정 표시 장치{Bistable Chiral-Splay- Nematic Liquid Crystal Display device}

도1은 일반적인 액정 표시장치의 단면을 도시한 도면이다.

도2a 내지 도2c는 일반적인 액정 상의 구조를 도시한 도면이다.

도3a는 일반적인 쌍안정 네마틱 액정셀의 구동방법을 도시한 흐름도이다.

도3b 는 본 발명의 스위칭에 따른 액정의 동작을 나타낸 도면이다.

도4는 본 발명의 쌍안정 카이랄 스플레이 네마틱 액정표시장치의 개략적인 단면도이다.

도5a 내지 도5c는 본 발명의 쌍안정 카이랄 스플레이 네마틱 액정표시장치의 화소의 단면을 개략적으로 나타낸 도면이다.

도6은 도4의 도메인 사진을 나타낸 도면이다.

도7a는 본 발명에 따른 쌍안정 카이랄 스플레이 네마틱 액정 셀을 스위칭하기 위해 사용된 구동전압의 펄스를 나타낸 도면이고, 도7b는 시간의 함수에 따른 쌍안정 카이랄 스플레이 네마틱 액정 셀의 투과도를 나타낸 도면이다.

도8은 투과형 쌍안정 카이랄 스플레이 네마틱 액정표시장치의 구조를 개략적으로 도시한 도면이다.

도9 내지 도10은 쌍안정 카이랄 스플레이 네마틱 액정 셀을 갖는 쌍안정 액 정표시장치의 시뮬레이션 결과와 실험결과를 나타낸 그래프이다.

도11는 반사형 쌍안정 카이랄 스플레이 네마틱 액정 표시장치의 구조를 개략적으로 나타낸 도면이다.

도12 내지 도13은 각각 카이랄 스플레이 액정 셀을 가지는 반사형 쌍안정 액정 표시장치의 시뮬레이션 결과와 실험결과를 나타낸 그래프이다.

도면의 부호에 대한 설명

50 : 상부 기판 52 : 하부 기판

54 : 제1 투명 전극 56 : 제1 배향막

58 : 제2 투명 전극 60 : 보호막

62 : 제3 투명 전극 64 : 제2 배향막

66 : 쌍안정 카이랄 스플레이 액정

본 발명은 액정 표시장치에 관한 것으로서, 더 상세하게는, 쌍안정 카이랄 스플레이 네마틱 액정의 응용성을 높일 수 있는 쌍안정 카이랄 스플레이 네마틱 액정표시장치에 관한 것이다.

최근 정보화 사회로 시대가 급진전함에 따라, 대량의 정보를 처리하고 이를 표시하는 디스플레이(display)분야가 발전하고 있다. 근대까지 브라운관(cathode-ray tube ; CRT)이 표시장치의 주류를 이루고 발전을 거듭해 오고 있다. 그러나, 최근 들어 박형화, 경량화, 저 소비전력화 등의 시대상에 부응하기 위해 평판 표시장치(flat panel display)의 필요성이 대두되었다. 이에 따라 색 재현성이 우수하고 박형인 박막 트랜지스터형 액정 표시장치(Thin film transistor-liquid crystal display device)가 개발되었다.

액정 표시장치의 구동원리는 액정의 광학적 이방성과 분극을 이용한다. 액정은 구조가 가늘고 길기 때문에 분자의 배열에 방향성을 갖고 있으며, 인위적으로 액정에 전기장을 인가하여 분자배열의 방향을 제어할 수 있다.

따라서, 상기 액정의 분자배열 방향을 임의로 조절하면, 액정의 분자배열이 변하게 되고, 광학적 이방성에 의하여 상기 액정의 분자 배열 방향에 따라 빛의 굴절정도가 변하여 화상정보를 표현할 수 있다.

일반적으로 액정 표시장치를 구성하는 기본적인 부품인 액정 패널의 구조를 살펴보면 다음과 같다.

도1은 일반적인 액정 패널의 단면을 도시한 단면도이다.

액정 패널(20)은 여러 종류의 소자들이 형성된 두 장의 기판(2, 4)이 서로 대응되게 형성되어 있고, 상기 두 장의 기판(2, 4) 사이에 액정층(10)이 개재된 형태로 되어 있다.

상기 액정 패널(20)에는 색상을 표현하는 컬러필터가 형성된 상부 기판(4)과 상기 액정층(10)의 분자 배열방향을 변환시킬 수 있는 스위칭 회로가 내장된 하부 기판(2)으로 구성된다.

상기 상부 기판(4)에는 색을 구현하는 컬러필터층(8)과, 상기 컬러필터층(8) 을 덮는 공통전극(12)이 형성되어 있다. 상기 공통전극(12)은 액정(10)에 전압을 인가하는 한쪽전극의 역할을 한다. 상기 하부 기판(2)은 스위칭 역할을 하는 박막 트랜지스터(S)와, 상기 박막 트랜지스터(S)로부터 신호를 인가 받고 상기 액정(10)으로 전압을 인가하는 다른 한쪽의 전극역할을 하는 화소전극(14)으로 구성된다. 그리고, 상기 상부 기판(4)과 하부 기판(2)의 사이에 주입되는 액정(10)의 누설을 방지하기 위해, 상기 상부 기판(4)과 하부 기판(2)의 가장자리에는 실런트(sealant : 6)로 봉인되어 있다.

상술한 바와 같이 디스플레이 분야에서 가장 많이 응용되는 액정에는 네마틱(nematic)형, 스메틱(smectic)형, 콜레스테릭(cholesteric)형과 같은 종류가 있다.

도2a 내지 도2c는 상기 액정의 분자배열을 도시한 도면이다. 여기서, 화살표 방향은 액정배열 방향을 나타낸다.

도2a는 네마틱형 액정의 분자배열을 도시한 도면으로, 다수의 가느다란 실과 같은 배열을 하고 있다. 여기서, 상기 네마틱형 액정의 분자배열은 평행성을 가지며, 위치의 규칙성은 없고, 분자측 전체가 한 방향을 향하고 있다.

도2b는 스메틱형 액정의 분자배열을 도시한 도면으로, 점액과 같은 끈끈한 성질을 갖고 있다. 상기 스메틱형 상기 네마틱형 액정과 콜레스테릭형 액정에 비해 분자배열의 규칙성이 강하다. 또한, 도2b에 도시된 도면에서와 같이 다수의 층으로 형성되며, 각 층은 상호간에 평행 배열을 취하고 있다.

도2c는 콜레스테릭형 액정의 분자배열 상태를 도시한 도면으로, 분자의 축이 한 방향으로 비틀려있는 특성을 갖는다. 상기 콜레스테릭형 액정은 상기 스메틱형 액정과 같이 다수의 층으로 배열되며, 네마틱형 액정과 같이 각 층의 내부에서는 평행배열을 취한다.

상술한 각 액정 중에서, 배열이 흐트러져 있을 때, 빛을 가장 강하게 산란시키는 성질을 갖고 있는 네마틱형 액정이 디스플레이분야에서 가장 많은 응용범위를 갖고 있다. 이때, 상기 네마틱 액정으로 빛이 진행할 경우 진행 빛은 분자축 방향으로 편향된다.

상기와 같이 디스플레이 분야에서 응용되는 액정은 다음과 같은 조건이 필요하다.

즉, 1) 저온에서 고온까지의 온도범위에서 액정 상을 보이고, 폭넓은 온도범위영역에서 사용할 수 있을 것. 2) 화학적 안정성과 광학적 안정성이 뛰어나고, 수명이 길 것. 3) 점도가 낮고, 응답속도가 빠를 것. 4) 분자배열의 질서도가 높고, 표시콘트라스트(contrast)의 증대에 적절할 것. 5) 유전이방성이 크고, 저전압동작에 적절할 것. 등과 같은 조건이 만족되는 액정이 디스플레이분야에서 사용 가능한 액정인 것이다.

액정의 전기/광학적효과(electro optic effect)는 전기적인 신호에 따라 액정셀의 광학적 성질이 바뀜으로써, 광변조가 생기는 현상을 말하며, 이들은 액정분자가 어떠한 배열상태에서 전기장 인가로 다른 배열상태로 바뀌는 것에 기인한다.

현재 디스플레이에 적용되는 액정 중 전술한 바 있는 네마틱형 액정이 가장 일반적이다. 상기 네마틱형 액정을 응용하는 디스플레이는 상기 네마틱형 액정에 전기장 인가시 연속적으로 분자배열이 바뀌는 것에 착안하여 디스플레이를 배열한 TN(twisted nematic)형과, STN(super twisted nematic)형이 주로 사용된다. 상기 TN효과는 액정의 분자 길이 축의 전극면에 평행이 되도록 배향 처리한 두 매의 투명전극 상에 90°각도를 가지도록 셀을 구성하고, 여기에 네마틱형 액정을 주입하면 한쪽 전극으로부터 다른 한쪽의 전극면을 향하여 분자의 길이축 방향으로 연속적으로 90° 꼬인 배열 상태이다. 상기 STN효과는 TN효과에 비해 연속적으로 꼬이는 각도를 말한다. 그러나, 소자가 고집적화되고 빠른 처리속도를 필요로 하게 되어 액정 표시장치의 시야각 확보, 고속응답속도및 고 콘트라스트비 등의 뛰어난 성능을 갖는 새로운 모드의 액정 표시장치를 필요로 하게 되었다. 상기와 같은 이유로 BTN-LCD(Bistable Twisted Nematic-LCD)와 같은 새로운 모드의 액정 표시장치를 필요로 하게 되었다. 상기 BTN(이하 쌍안정이라 칭함) 액정 셀은 일반적인 네마틱 액정에 카이랄 물질을 첨가한 액정셀을 의미한다. 종래 기술의 쌍안정 액정표시장치는 STN-LCD와 같은 기존의 단순 매트릭스 구동( simple matrix addressing ) 액정표시장치의 비해 넓은 시야각 특성 및 고속 응답 특성과 고 콘트라스트비 등의 뛰어난 성능을 갖는 새로운 모드의 액정 표시소자로서 동작 원리는 다음과 같다.

도3a 는 종래의 스위칭 동작을 흐름도로서 나타낸 도면으로, 초기 180°트위스트 상태로 배열하고 있는 쌍안정 액정 셀에 리셋전압(reset voltage ; VR)을 인가하면, 초기 스플레이 상태에 있는 쌍안정 액정 셀은 수직배열상태가 된다.

상기 리셋전압(VR)에 의해 수직배열 상태가 형성된 쌍안정 액정 셀에 선택전압(V)을 인가하면 선택 전압의 크기에 따라 360°트위스트 상태 또는 0°트위스트 의 준안정 상태로 전이하게 된다.

도3b 는 본 발명의 스위칭에 따른 액정의 동작을 나타낸 도면으로 초기 스플레이 배향된 액정에 수직으로 전압을 걸었다가 제거하면 벤드 상태로 전이 되었다가 180°트위스트 상태로 스위칭되어 안정한 상태로 머물러 있다. 이때 수평으로 전압을 인가하게 되면 180°트위스트 상태에서 초기 상태인 0° 스플레이 상태로 다시 돌아온다.

이와 같이 종래의 쌍안정 액정 셀은 단지 비틀림 각의 전이에 의해 스위칭되므로 TN-LCD나 STN-LCD에 비해 시야각 특성이 우수할 뿐만 아니라 응답 특성과 콘트라스트도우수한 액정표시소자로서, 단순 매트릭스 구동만으로도동작이 가능한 장점이 있다.

하지만, 종래 기술의 쌍안정 액정표시장치는 다음과 같은 문제점이 있었다.

360°트위스트 상태의 준안정 상태가 스플레이 상태에 비해 유지시간이 짧아 상기 360°트위스트 상태의 유지 시간을 연장하기 위한 방법이 필요하고, 상기 스플레이 상태 및 360°트위스트 상태를 이용하기 위한 응용적인 쌍안정 액정표시장치의 구조가 부족한 단점이 있었다.

본 발명은 상기의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 카이랄 도펀트를 첨가한 쌍안정 액정 셀을 수직 스위칭 하여 180°트위스트 상태를 고정시키고, 상기 180°트위스트 상태의 상기 쌍안정 액정 셀을 수평 스위칭 하여 스플레이 상태를 만들어 응용성이 높은 쌍안정 카이랄 스플레이 네마틱 액정표시장치를 제공하는 데 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 쌍안정 카이랄 스플레이 네마틱 액정표시장치는, 대향하는 상부 기판 및 하부 기판과, 상기 상부 기판 상에 형성된 제1 전극과, 상기 하부 기판 상에 형성된 제2 전극과, 상기 제2 전극이 형성된 상기 하부 기판 상에 형성된 보호막과, 상기 보호막이 형성된 제3 전극과, 상기 상부 기판 및 하부 기판 사이에 형성된 쌍안정 카이랄 스플레이 네마틱 액정을 포함함을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 다른 목적은, 소정 간격을 두고 서로 대향하는 상부 기판 및 하부 기판과, 상기 상부 기판 상에 투명 도전성 금속으로 형성된 제1 투명 전극과, 상기 제1 투명 전극이 형성된 상기 상부 기판 상에 형성된 제1 배향막과, 상기 하부 기판 상에 형성된 제2 투명 전극과, 상기 제2 투명 전극이 형성된 상기 하부 기판 상에 형성된 보호막과, 상기 보호막이 형성된 상기 하부 기판 상에 형성된 제3 투명 전극과, 상기 제3 투명 전극이 형성된 상기 하부 기판 상에 형성된 제2 배향막과, 상기 제1 배향막 및 제2 배향막에 의해 초기 배향되고 상기 제1 투명 전극, 제2 투명 전극 및 제3 투명 전극에 인가되는 구동전압에 따라 스플레이 상태 및 180°트위스트 상태를 갖는 쌍안정 액정을 포함하는 쌍안정 카이랄 스플레이 네마틱 액정표시장치이다.

여기서, 상기 쌍안정 액정은 카이랄 도펀트를 더 포함함이 바람직하다.

즉, 카이랄 도펀트를 함유하는 쌍안정 액정의 초기 스플레이 상태에서 상기 제1 투명 전극 및 제2 투명 전극의 구동전압 인가에 의한 수직 스위칭을 이용하여 상기 쌍안정 180°트위스트 상태로 전이시키고 상기 180°트위스트 상태의 쌍안정 액정을 상기 제2 투명 전극 및 제3 투명 전극의 구동전압에 의한 수평 스위칭을 이용하여 스플레이 상태로 제어함으로써 쌍안정 카이랄 스플레이 네마틱 액정표시장치의 안정상태에서 유지시간을 높여 응용성을 높일 수 있다.

이하, 도면을 참조하여 본 발명의 쌍안정 카이랄 스플레이 네마틱 액정표시장치를 설명하면 다음과 같다. 여기서, 본 발명은 쌍안정 카이랄 스플레이 네마틱 액정표시장치에 대해서 설명하고 있지만, 본원 발명의 원리 및 구성은 광 모듈레이트에서 사용되어질 수도있다.

도4에 도시한 바와 같이, 본 발명의 쌍안정 카이랄 스플레이 네마틱 액정표시장치는 소정 간격을 두고 서로 대향하는 상부 기판(50) 및 하부 기판(52)과, 상기 하부 기판(52) 상에 ITO(Indium Tin Oxide)와 같은 투명 도전성 금속으로 형성된 제1 투명 전극(54)과, 상기 제1 투명 전극(54)이 형성된 상기 상부 기판(50) 상에 형성된 제1 배향막(56)과, 상기 하부 기판(52) 상에 상기 ITO와 같은 투명 도전성 금속으로 형성된 제2 투명 전극(58)과, 상기 제2 투명 전극(58)이 형성된 상기 하부 기판(52) 상에 실리콘 화합물 또는 BCB와 같은 절연물질로 형성된 보호막(60)과, 상기 보호막(60)이 형성된 상기 하부 기판(52) 상에 상기 ITO와 같은 투명 도전성 금속으로 형성된 적어도하나 이상의 제3 투명 전극(62)과, 상기 제3 투명 전 극(62)이 형성된 상기 하부 기판(52) 상에 상기 제1 배향막(56)과 동일한 방향으로 러빙된 제2 배향막(64)과, 상기 제1 배향막(56) 및 제2 배향막(64)에 의해 초기 배향되고 상기 제1 투명 전극(54), 제2 투명 전극(58) 및 제3 투명 전극(62)에 인가되는 구동전압에 따라 스플레이 상태 및 180°트위스트 상태를 갖는 쌍안정 카이랄 스플레이 네마틱 액정(66)을 포함하여 구성된다.

여기서, 상기 제1 투명 전극(54) 및 제2 투명 전극(58)에 상기 각각 서로 다른 상기 구동전압을 인가하여 두 전극에 전압차가 발생할 경우, 상기 제1 투명 전극(54) 및 제2 투명 전극(58) 사이에 수직 전기장이 유도되어 상기 쌍안정 카이랄 스플레이 네마틱 액정(66)을 수직 스위칭하고, 상기 제2 투명 전극(58) 및 제3 투명 전극(62)에 각각 서로 다른 상기 구동전압을 인가하여 두 전극에 전압차를 발생할 경우, 상기 제2 투명 전극(58) 및 제3 투명 전극(62) 사이에 수평 전기장이 유도되어 상기 쌍안정 카이랄 스플레이 네마틱 액정(66)을 수평 스위칭할 수 있다.

또한, 상기 쌍안정 카이랄 스플레이 네마틱 액정(66)은 소정 농도(예컨대 d/p가 약 0.25 % 미만)의 카이랄 도펀트를 포함하고 있기 때문에 상기 쌍안정 카이랄 스플레이 네마틱 액정(66)의 초기 배향이 상기 제1 배향막(56) 및 제2 배향막(64)의 표면 앵커링 에너지에 의해 스플레이 상태를 유지하지만, 상기 제1 투명 전극(54) 및 제2 투명 전극(58)에 소정전압(Vth) 이상의 상기 구동전압을 인가하고 상기 외부 전압을 제거할 경우 상기 쌍안정 카이랄 스플레이 네마틱 액정(66)이 준안정(bistable)한 180°트위스트 상태를 갖고 상기 카이랄 도펀트의 작용에 의해 상기 트위스트 상태를 계속하여 유지한다. 이때, 상기 상부 기판(50) 및 하부 기판(52)의 셀갭(Cell gap)을 줄여 준안정한 상기 180°트위스트 상태를 더욱 장기간 지속시킬 수 있다.

따라서, 본 발명의 쌍안정 카이랄 스플레이 네마틱 액정표시장치는 초기 배향에 의한 스플레이 상태와 상기 카이랄 도펀트에 의한 트위스트 상태의 두 안정적인 상태를 얻을 수 있다.

또한, 상기 제2 투명 전극(58) 및 제3 투명 전극(62)에 외부전압을 인가하여 전압차를 발생할 경우, 상기 전압차에 따른 수평 전기장에 의해 준안정한 180°트위스트 상태의 상기 쌍안정 카이랄 스플레이 네마틱 액정(66)의 액정 방향자가 0°의 스플레이 상태로 상기 수평 스위칭된다.

이때, 상기 소정전압(Vth) 이상의 상기 구동전압을 상기 제1 투명 전극(54) 및 제2 투명 전극(58)에 인가할 경우, 상기 상부 기판(50) 및 하부 기판(52)사이에 유도되는 수직 전기장에 의해 상기 쌍안정 카이랄 스플레이 네마틱 액정(66)의 액정 방향자가 수직배열(bend) 상태를 갖도록 수직 스위칭 된다.

이와 같은 수직 스위칭 및 수평 스위칭을 이용하여 각 화소에 인가되는 전압을 능동(active) 또는 수동(passive)으로 구동시킬 수가 있는데, 본 발명의 쌍안정 액정표시소자의 구동방법은 다음과 같이 설명할 수 있다.

도5a에 도시한 바와 같이, 제1 투명 전극(54)이 형성된 상부 기판(50)에 상기 제1 투명 전극(54)을 구동하는 제1 박막트랜지스터(T1)를 형성하고, 상기 상부 기판(50)에 대향하는 하부 기판(52)에 제3 투명 전극(62)을 구동하는 제2 박막트랜지스터(T2)를 형성하고, 제2 투명 전극(58)을 공통전극으로 사용하여 수직 스위칭 및 수평 스위칭을 능동으로 제어한다. 이때, 상기 제1 박막트랜지스터(T1)의 턴온 동작에 의해 상기 수직 스위칭을 제어하고, 상기 제2 박막트랜지스터(T2)의 턴온 동작에 의해 상기 수평 스위칭을 제어한다. 상기 제1 박막트랜지스터(T1) 및 제2 박막트랜지스터(T2)의 턴온 동작은 서로 배타적으로 제어된다. 반면, 도시하지는 않았지만, 상기 제1 투명 전극(54)이 형성된 상부 기판(50)에 상기 제1 투명 전극(54)을 구동하는 제1 박막트랜지스터(T1)를 형성하고, 상기 상부 기판(50)에 대향하는 하부 기판(52)에 제2 투명 전극(58)을 구동하는 제2 박막트랜지스터(T2)를 형성하고, 제3 투명 전극(62)을 공통전극으로 사용하여 수직 스위칭 및 수평 스위칭을 능동으로 제어한다.

도5b에 도시한 바와 같이, 제1 투명 전극(54)이 형성된 상부 기판(50)에 상기 제1 투명 전극(54)을 구동하는 박막트랜지스터(T)를 형성하여 제2 투명 전극(58)과 능동으로 구동하고, 상기 제2 투명 전극(58) 및 제3 투명 전극(62)은 각각 데이터 라인 및 스캔 라인에 연결하여 수동으로 구동한다. 이때, 상기 박막트랜지스터(T)의 턴온 동작 시 상기 제2 투명 전극(58)은 공통 전극에 연결됨으로써 수직 스위칭을 능동으로 제어하고, 상기 제2 투명 전극(58) 및 제3 투명 전극(62)은 인가되는 구동전압에 의해 수평 스위칭을 수동으로 제어한다.

도5c에 도시한 바와 같이, 상부 기판(50)에 형성된 제1 투명 전극(54)을 스캔 라인에 연결하고, 상기 상부 기판(50)에 대향하는 하부 기판(52)에 형성된 제2 투명 전극(58)을 데이터 라인에 연결하여 수직 스위칭을 수동으로 제어하고, 상기 하부 기판(52)에 형성된 박막트랜지스터(T)에 제3 투명 전극(62)을 연결하고, 상기 박막트랜지스터(T)의 턴온 동작시 상기 제2 투명 전극(58)을 공통 전극으로 사용하여 수평 스위칭을 능동으로 제어한다.

도6은 도4의 도메인 사진을 나타낸 도면으로, 제2 투명 전극(58) 및 제3 투명 전극(62)을 이용한 수평 스위칭한 후에 쌍안정 카이랄 스플레이 네마틱 액정(66)의 상태를 살펴보면 제3 투명 전극(62)의 패턴에 기인하여 주기적으로 나타나는 두 개의 도메인이 각각 180°트위스트 상태 및 스플레이 상태를 갖는 쌍안정 카이랄 스플레이 네마틱 액정(66)의 상태임을 알 수 있다.

도7a를 참조하면, 'Vst'와 'Vts'는 각각 0°스플레이 상태에서 준안정한 180°트위스트 상태로 변환하기 위한 수직 전압과, 그와는 반대로 상기 180°트위스트 상태에서 0°스플레이 상태로 변환하기 위한 수평 전압을 나타내는 것으로, 상기 Vst와 Vts가 각각 5.5초를 주기로 바뀌어 쌍안정 카이랄 스플레이 네마틱 액정표시장치에 공급된다. 도7b에 도시한 바와 같이, 상기 Vst와 Vts가 각각 약 20V정도의 구동전압에서 상기 0°스플레이 상태와 180°트위스트 상태로 각각 스위치된다. 또한, 구동 펄스 폭은 각각 Vst에 대하여 150ms이고, Vts에 대하여 700ms이면, 구동 펄스 폭이 짧아지면 구동전압은 높아지고, 상기 구동 펄스 폭이 길어지면 구동전압 은 낮아짐을 알 수 있었다.

한편, 광학보상벤드(Optical Compensated Bend : 이하 OCB라 칭함)를 구현하기 위해 제1 및 제2 배향막(64)이 대칭으로 경사진 벤드배향이 형성되도록 배향처리 되어 있다. 보다 구체적으로는 상기 제1 및 제2 배향막(64)의 표면은 프리틸트각이 수° ∼ 10° 정도가 되도록 서로 평행이고 동일한 방향으로 러빙이 되어 있다.

이때, 상기 벤드배향은 상기 쌍안정 카이랄 네마틱 액정(66)층의 중심부분에서 액정분자가 X-Z 축의 평면으로 비틀릴 수도있다. 또한, 상기 상부 기판(50) 또는 하부 기판(52)의 외부에 상기 쌍안정 카이랄 스플레이 네마틱 액정(66)의 배향을 광학적으로 보상하기 위해 위상 지연판이 더 설치된다.

따라서, OCB모드를 갖는 쌍안정 카이랄 스플레이 네마틱 액정표시장치는 상기 상부 기판(50) 및 하부 기판(52)에 각각 형성된 제1 투명 전극(54)과 제2 투명 전극(58) 사이에 벤드배향이 형성되어 있어면 인가된 구동전압의 변화에 대한 액정분자의 변화가 빠르므로, 응답속도의 고속화가 얻어진다.

도8은 투과형 쌍안정 카이랄 스플레이 네마틱 액정표시장치의 구조를 개략적으로 도시한 도면으로서, 본 발명의 투과형 쌍안정 카이랄 스플레이 네마틱 액정 장치는 광원을 통해 유입되는 빛을 일정한 방향으로 편광시키는 제 1 편광판과, 상기 제 1 편광판의 투과축에 광축 방향이 22.5°의 각도가 되도록 위치하고, λ/2의 위상지연값을 갖는 제1 위상 지연판과, 상기 제 1 편광판의 투과축에 광축 방향이 67.5°의 각도가 되도록 위치하고, λ/2의 위상지연값을 갖는 쌍안정 카이랄 스플 레이 네마틱 액정(66) 셀과, 상기 제 1 편광판의 투과축과 서로 수직인 투과축을 가지도록 위치되는 제 2 편광판을 포함하여 이루어진다.

도9 내지 도10은 쌍안정 카이랄 스플레이 네마틱 액정 셀을 갖는 쌍안정 액정표시장치의 시뮬레이션 결과와 실험결과를 나타낸 그래프이다. 여기서, 가로축은 파장(wave length)이고, 세로축은 광투과율(transmittance)이다.

도9 내지 도10에 도시한 바와 같이, 쌍안정 카이랄 스플레이 네마틱 액정표시장치의 시뮬레이션 결과 및 실험결과, 파장에 관계없이 광투과율이 거의 일정하다는 것을 알 수 있고, 이로부터 파장에 따른 분산이 적다는 것을 알 수 있다. 이때, 각각의 위쪽 그래프는 밝은 상태에서의 광투과율을 나타내고, 아래쪽 그래프는 어두운 상태에서의 광투과율을 나타낸다. 또한, 시뮬레이션은 DIMOS란 프로그램을 사용하여 실시하였으며, 실험은 분광기를 이용하여 실시하였다.

도11는 반사형 쌍안정 카이랄 스플레이 네마틱 액정 표시장치의 구조를 개략적으로 나타낸 도면으로서, 본 발명의 반사형 쌍안정 카이랄 스플레이 네마틱 액정표시장치는 광원을 통해 유입되는 빛을 일정한 방향으로 편광시키는 제 1 편광판과, 상기 제1 편광판의 투과축에 광축 방향이 15°의 각도가 되도록 위치하고, λ/2의 위상지연값을 갖는 위상 지연판과, 상기 제1 편광판의 투과축에 광축 방향이 75°의 각도가 되도록 위치하고, λ/4의 위상 지연값을 갖는 쌍안정 카이랄 스플레이 네마틱 액정(66) 셀과, 입사광을 반사시키는 반사판을 포함한다.

도12 내지 도13는 각각 카이랄 스플레이 액정 셀을 가지는 반사형 쌍안정 액정 표시장치의 시뮬레이션 결과와 실험결과를 나타낸 그래프이다. 여기서, 가로축 은 파장(wave length)이고, 세로축은 광투과율(transmittance)이다.

도12 내지 도13에 도시한 바와 같이, 쌍안정 카이랄 스플레이 네마틱 액정표시장치의 시뮬레이션 결과 및 실험결과, 파장에 관계없이 광투과율이 거의 일정하다는 것을 알 수 있고, 이로부터 파장에 따른 분산이 적다는 것을 알 수 있다. 이때, 각각의 위쪽 그래프는 밝은 상태에서의 광투과율을 나타내고, 아래쪽 그래프는 어두운 상태에서의 광투과율을 나타낸다. 또한, 시뮬레이션은 DIMOS란 프로그램을 사용하여 실시하였으며, 실험은 분광기를 이용하여 실시하였다.

전술한 내용은 후술할 발명의 특허청구범위를 보다 잘 이해할 수 있도록 본 발명의 특징과 기술적 장점을 다소 폭넓게 개설하였다. 본 발명의 특허청구범위를 구성하는 부가적인 특징과 장점들이 이하에서 상술될 것이다. 개시된 본 발명의 개념과 특정 실시예는 본 발명과 유사 목적을 수행하기 위한 다른 구조의 설계나 수정의 기본으로서 즉시 사용될 수 있음이 당해 기술분야의 숙련된 사람들에 의해 인식되어야 한다.

또한, 본 발명에서 개시된 발명 개념과 실시예가 본 발명의 동일 목적을 수행하기 위하여 다른 구조로 수정하거나 설계하기 위한 기초로서 당해 기술 분야의 숙련된 사람들에 의해 사용되어질 수 있을 것이다. 또한, 당해 기술분야의 숙련된 사람에 의한 그와 같은 수정 또는 변경된 등가 구조는 특허청구범위에서 기술한 발명의 사상이나 범위를 벗어나지 않는 한도내에서 다양한 변화, 치환 및 변경이 가능하다.

이상에서 상술한 바와 같이 본 발명의 쌍안정 카이랄 스플레이 네마틱 액정표시장치는 다음과 같은 효과가 있다.

본 발명의 쌍안정 카이랄 네마틱 스플레이 액정표시장치는 카이랄 도펀트를 첨가한 쌍안정 액정 셀을 수직 스위칭 하여 180°트위스트 상태를 고정시키고, 상기 180°트위스트 상태의 상기 쌍안정 액정 셀을 수평 스위칭 하여 스플레이 상태를 만들어 응용성을 높일 수 있다.

Claims

삭제
소정 간격을 두고 서로 대향하는 상부 기판 및 하부 기판;

상기 상부 기판 상에 투명 도전성 금속으로 형성된 제1 투명 전극;

상기 제1 투명 전극이 형성된 상기 상부 기판 상에 형성된 제1 배향막;

상기 하부 기판 상에 형성된 제2 투명 전극;

상기 제2 투명 전극이 형성된 상기 하부 기판 상에 형성된 보호막;

상기 보호막이 형성된 상기 하부 기판 상에 형성된 제3 투명 전극;

상기 제3 투명 전극이 형성된 상기 하부 기판 상에 형성된 제2 배향막; 및

상기 제1 배향막 및 제2 배향막에 의해 초기 배향되어 있으며, 상기 제1 투명 전극, 제2 투명 전극 및 제3 투명 전극에 인가되는 구동전압에 따라 스플레이 상태 및 180°트위스트 상태를 갖는 쌍안정 액정을 포함하고,

상기 상부 기판과 하부 기판에 각각 박막트랜지스터를 형성하거나, 상기 상부 기판과 하부 기판중 어느 하나에 박막트랜지스터를 형성하여 액티브 구동을 수행하며,

상기 박막트랜지스터가 형성된 상기 상부 기판과 하부 기판중 어느 하나의 기판에 대향되는 기판에는 박막트랜지스터를 형성하지 않고 패시브 구동을 수행하는 것을 특징으로 하는 쌍안정 카이랄 스플레이 네마틱 액정표시장치.
제2 항에 있어서,

상기 제1 투명 전극 또는 제2 투명 전극 또는 제3 투명 전극 중 적어도하나 이상은 ITO(Indium Tin Oxide)로 이루어짐을 특징으로 하는 쌍안정 카이랄 스플레이 네마틱 액정표시장치.
제2 항에 있어서,

상기 액정셀은 카이랄 첨가제를 더 포함함을 특징으로 하는 쌍안정 카이랄 스플레이 네마틱 액정표시장치.
제2 항에 있어서,

상기 제1 투명 전극 및 제2 투명 전극은 전압차가 발생할 경우 수직 전기장을 유도함을 특징으로 하는 쌍안정 카이랄 스플레이 네마틱 액정표시장치.
제2 항에 있어서,

상기 제2 투명 전극 및 제3 투명 전극에 전압차가 발생할 경우, 수평 전기장을 유도함을 특징으로 하는 쌍안정 액정표시장치.
제2 항에 있어서,

상기 제1 및 제2 배향막은 동일한 방향으로 러빙함을 특징으로 하는 쌍안정 카이랄 스플레이 네마틱 액정표시장치.
제2 항에 있어서,

상기 제1 및 제2 배향막의 프리틸트각은 각각 0도 내지 20도의 범위를 특징으로 하는 쌍안정 액정표시장치.
제2 항에 있어서,

상기 보호막은 실리콘 화합물 또는 BCB로 이루어짐을 특징으로 하는 쌍안정 카이랄 스플레이 네마틱 액정표시장치.
삭제
제2 항에 있어서,

상기 박막트랜지스터는,

상기 상부 기판 상에 형성되어 상기 제1 투명 전극을 구동하는 제1 박막트랜지스터; 및

상기 하부 기판 상에 형성되어 제2 투명 전극 또는 제3 투명 전극을 구동하는 제2 박막트랜지스터로 구성된 것을 특징으로 하는 쌍안정 카이랄 스플레이 네마틱 액정표시장치.
제11 항에 있어서,

상기 제2 박막트랜지스터에 연결되지 않는 제2 투명 전극 또는 제3 투명 전극은 공통전극으로 사용함을 특징으로 하는 쌍안정 카이랄 스플레이 네마틱 액정표시장치.
제2 항에 있어서,

상기 박막트랜지스터는 상기 상부 기판 상에 형성되어 상기 제1 투명 전극을 구동하며,

상기 제2 투명 전극 및 제3 투명 전극은 스캔라인 및 데이터 라인에 각각 연결한 것을 특징으로 하는 쌍안정 카이랄 스플레이 네마틱 액정표시장치.
제2 항에 있어서,

상기 박막트랜지스터는 상기 하부 기판 상에 형성되어 상기 제3 투명 전극을 구동하며,

상기 제1 투명 전극 및 제2 투명 전극은 스캔라인 및 데이터 라인에 각각 연결한 것을 특징으로 하는 쌍안정 카이랄 스플레이 네마틱 액정표시장치.
제2 항에 있어서,

상기 상부 기판과 하부 기판중 어느 하나의 외부에 상기 쌍안정 액정의 배향을 광학적으로 보상하는 위상 지연판을 더 포함함을 특징으로 하는 쌍안정 카이랄 스플레이 네마틱 액정표시장치.
제2 항에 있어서,

유리기판 및 플라스틱기판을 상기 상부 기판 또는 하부 기판으로 적용할 수 있는 쌍안정 카이랄 스플레이 네마틱 액정표시장치.
제2 항에 있어서,

2%이하의 카이랄 첨가제를 액정에 혼합하여 0.25이하의 d/p를 갖는 쌍안정 카이랄 스플레이 네마틱 액정표시장치.