KR100612921B1 - 에프에스이에스 모드 액정표시장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 에프에스이에스(FSES : Fully Surrounded Electric Switching) 모드 액정표시장치를 개시한다. 개시된 본 발명의 에프에스이에스 모드 액정표시장치는, 컬러 필터 기판과, 상기 컬러 필터 기판의 내측면 상에 형성되며 한 화소를 다수개로 분할하는 사각 박스 형태의 전극 기둥들과, 상기 전극 기둥들의 표면 상에 형성된 공통전극과, 상기 컬러 필터 기판과 소정 거리를 두고 대향 배치된 박막트랜지스터 어레이 기판과, 상기 박막트랜지스터 어레이 기판의 내측면 상에 형성되며 상기 사각 박스 형태의 전극 기둥들 중심에 각각 배치되도록 형성된 다수개의 기둥 형태로된 화소전극과, 상기 컬러 필터 기판과 박막트랜지스터 어레이 기판 사이에 개재된 다수개의 액정분자들로 구성된 액정층을 포함하는 것을 특징으로 한다. 본 발명에 따르면, 스페이서가 필요 없는 에프에스이에스 모드로 완전 서라운디드 전기장에 의해 액정 분자들의 움직임을 제어하므로, 시야각 측면에서 우수하며, 스페이서를 사용하지 않아도 되어 공정 단계를 감소할 수 있으며, 에프에스이에스 모드는 상하 전극에 의한 수평 전기장을 형성하므로 유전율 이방성이 양인 액정을 사용할 수 있게 되어 저전압 구동, 고속 응답용 액정 모드에 응용할 수 있다.

액정 표시, 스위칭

Description

에프에스이에스 모드 액정표시장치{FSES MODE LIQUID CRYSTAL DISPLAY DEVICE}

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 에프에스이에스 모드 액정표시장치를 나타낸 측면도.

도 2는 도 1에 도시된 에프에스이에스 모드 액정표시장치의 정면도.

도 3은 도 1에 도시된 사각 박스 형태의 공통 전극의 일예를 나타낸 도면.

도 4는 도 1에 도시된 박막 트랜지스터 어레이 기판을 나타낸 도면.

도 5는 본 발명의 제1 실시예에 따른 에프에스이에스 모드 액정표시장치의 동작 원리를 설명하는 도면.

도 6은 본 발명의 제2 실시예에 따른 에프에스이에스 모드 액정표시장치의 동작 원리를 설명하는 도면.

도 7은 본 발명의 제3 실시예에 따른 에프에스이에스 모드 액정표시장치의 동작 원리를 설명하는 도면.

*도면의 주요 부분에 대한 부호 설명*

102 : 컬러 필터 기판 104 : 공통 전극

106 : 박막 트랜지스터 어레이 기판 108 : 화소 전극

본 발명은 에프에스이에스(FSES : Fully Surrounded Electric Switching) 모드 액정표시장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 상하 기판 모두에 전극을 두어 완전 서라운디드 전기장(Fully Surrounded Electric)을 형성하는 에프에스이에스 모드 액정표시장치에 관한 것이다.

기존의 트위스티드 네마틱(Twisted Nematic; TN) 모드는 광 효율이 우수한 장점이 있으나, 좁은 시야각 특성을 지녀 TV 또는 모니터 등의 광 시야각 제품에 적용하는데는 한계가 있다. 이에, 인-플레인 스위칭(In-Plaane Switching ; IPS) 또는 프린즈 전기장(Fringe Electric Field) 모드와 같은 새로운 광 시야각 디스플레이가 개발되었다. IPS 모드는 시야각 특성은 좋으나 광 효율 측면에는 기존의 TN 모드보다 매우 나쁘며 FFS 모드의 경우 IPS 모드보다 우수한 광 효율을 지니나 프린즈 전기장에 의해 액정들이 회전하기 때문에, 완벽한 수평장이 걸리지 않아 전극 위치 별 투과율에 차이가 있다.

따라서, 본 발명은 상기한 종래 기술의 제반 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 상부 기판에 사각 기둥의 공통 전극을, 하부 기판에 사각 기둥의 화소 전극을 두어 완전 서라운디드 전기장을 형성하는 광 효율 및 시야각 특성이 우수한 에프에스이에스 모드 액정표시장치를 제공함에 그 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 컬러 필터 기판; 상기 컬러 필터 기판의 내측면 상에 형성되며, 한 화소를 다수개로 분할하는 사각 박스 형태의 전극 기둥들; 상기 전극 기둥들의 표면 상에 형성된 공통전극; 상기 컬러 필터 기판과 소정 거리를 두고 대향 배치된 박막트랜지스터 어레이 기판; 상기 박막트랜지스터 어레이 기판의 내측면 상에 형성되며, 상기 사각 박스 형태의 전극 기둥들 중심에 각각 배치되도록 형성된 다수개의 기둥 형태로된 화소전극; 및 상기 컬러 필터 기판과 박막트랜지스터 어레이 기판 사이에 개재된 다수개의 액정분자들로 구성된 액정층을 포함한다.

여기에서, 상기 사각 박스 형태의 전극 기둥은 차광층의 기능을 갖는다.

상기 공통 전극이 마련된 사각 박스 형태의 전극 기둥은 셀 갭(Cell gap) 높이의 70 내지 90%의 높이로 형성된다.

삭제

상기 사각 박스 형태의 전극 기둥은 크롬 차광층 또는 수지 차광층의 증착 및 패터닝을 통해 형성된다.

상기 사각 박스 형태의 전극 기둥은 광반응성 폴리머의 도포, 노광 및 현상을 통해 형성된다.

상기 공통 전극 및 화소전극은 각각 3∼30㎛의 폭을 갖으며, 상기 공통 전극과 상기 화소전극은 3∼30㎛의 간격을 갖는다.

상기 기둥 형태로된 화소전극은 셀 갭의 높이와 동일한 높이로 형성된다.

상기 컬러 필터 기판 및 박막트랜지스터 어레이 기판은 그들 내측면 최상부 각각에 액정분자들을 수직으로 배향시키기 위한 수직 배향막이 설치된다.

상기 액정분자는 유전율 이방성의 범위가 5 이상인 양의 유전율 이방성을 갖으며, 상기 액정분자는 유전율 이방성의 범위가 3 이상인 음의 유전율 이방성(≤-3)을 갖는다.

상기 컬러 필터 기판 및 박막트랜지스터 어레이 기판은 그들 내측면 최상부 각각에 액정분자들을 수평으로 배향시키기 위한 수평 배향막이 설치된다.

상기 액정분자에 카이럴 기능을 갖는 도펀트를 첨가한다.

상기 화소전극 하단부에 설치되어 상기 화소전극에 신호를 인가하는 투명 화소전극 브랜치를 더 포함한다.

(실시예)

이하, 첨부된 도면에 의거하여 본 발명의 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명하도록 한다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 에프에스이에스 모드 액정표시장치를 나타낸 측면도이다. 도 2는 도 1에 도시된 에프에스이에스 모드 액정표시장치의 정면도이다.

본 발명의 실시예에 따른 에프에스이에스 모드 액정표시장치는 컬러 필터 기판(102), 한 화소를 다수개로 분할하는 사각 박스 형태의 전극 기둥들(104). 박막 트랜지스터 어레이 기판(106) 및 전극 기둥들 중심에 각각 배치되도록 형성된 다수개의 기둥 형태로 된 화소 전극(108)를 포함한다.

상기 컬러 필터 기판(102) 및 상기 박막 트랜지스터 어레이 기판(106)에 수직 배향제를 코팅하여 액정분자들을 수직으로 배향시킨다. 상기 액정분자들은 유전율 이방성의 범위가 5 이상인 양의 유전율 이방성을 갖거나, 유전율 이방성의 범위가 3 이상인 음의 유전율 이방성을 갖는 것이 바람직하다(즉, 음의 유전율 이방성≤-3). 다수개의 사각 박스 형태로 형성된 공통 전극(104)은 상기 컬러 필터 기판(102)의 표면에 한 화소(202)에 대해 설치된다.

도 3은 도 1에 도시된 사각 박스 형태의 공통 전극의 일예를 나타낸 도면이다.

도 3에 도시된 바와 같이, 하나의 화소를 다수개로 분할하는 사각 박스 형태의 전극 기둥들의 표면 상에 공통 전극(104)이 형성된다. 상기 사각 박스 형태의 전극 기둥들은 차광층의 기능을 갖는다. 상기 공통 전극(104)이 마련된 사각 박스 형태의 전극 기둥은 셀 갭(Cell gap) 높이의 70 내지 90 %의 높이로 형성하는 것이 바람직하다.
즉, 사각 박스 형태의 전극 기둥과 이 전극 기둥에 마련된 공통 전극(104)을 합친 전체 높이가 셀 갭 높이의 70% 내지 90%의 높이로 형성되는 것이 바람직하다.

상기 공통 전극(104)이 마련된 사각 박스 형태의 전극 기둥을 형성할 때에 셀 갭 높이 d와 동일하게 설치할 경우, 액정을 주입하는 방법에 어려움이 있을 수 있기 때문에 셀 갭 높이의 70 내지 90 % 정도로 작게 설치하여 액정 주입을 원활히 하도록 한다. 여기에서, 액정 주입은 적하 충전 방법을 이용하는 것이 바람직하다.

상기 사각 박스 형태의 전극 기둥은 크롬 차광층으로 형성하며, 크롬 차광층 또는 수지 차광층을 셀 갭 높이 보다 다소 낮게 형성한 후에 패터닝을 통해 형성한다.

상기 사각 박스 형태의 전극 기둥은 사각 형태의 광반응성 폴리머를 도포, 노광 및 현상을 통해 형성한다. 이때, 광반응성 폴리머는 UV 광을 이용하여 형성할 수 있다. 만일, 전극 기둥을 블랙 매트릭스로 이용하지 않는 경우에는 투명한 수지를 이용하여 기둥을 형성한 후에 ITO 전극을 패터닝하여 형성할 수도 있다.

상기 사각 박스 형태의 공통 전극은 투명한 유기 고분자 벽 및 투명한 유기 고분자 벽에 도포된 ITO 전극을 이용하여 형성할 수 있다. 유기 고분자 벽을 셀 갭의 70 내지 90%의 높이로 형성 및 패터닝하고, 그 위에 ITO 투명 전극을 도포하여 공통 전극으로 사용할 수 있다. 이때, 상기 공통 전극 및 화소 전극은 각각 3∼30 ㎛의 폭을 갖으며, 상기 공통 전극 및 화소 전극은 각각 3∼30 ㎛의 간격을 갖는 것이 바람직하다.

상기 박막 트랜지스터 어레이 기판(106)은 상기 컬러 필터 기판(104)과 소정 거리를 두고 대향 배치된다. 상기 화소 전극(108)들은 상기 박막트랜지스트 어레이 기판의 내측면 상에 형성되며, 상기 사각 박스 형태의 전극 기둥들 중심에 각각 배치되도록 형성된 다수개의 기둥 형태로 형성된다. 상기 화소 전극(108)들은 상기 공통 전극(106)과 함께 완전 서라운디드 필드를 형성한다.

도 4는 도 1에 도시된 박막 트랜지스터 어레이 기판을 나타낸 도면이다.

도 4에 도시된 바와 같이, 상기 사각 박스 형태의 전극 기둥들 중심에 각각 배치되도록 화소 전극(108)을 형성하며, 이 사각 박스 형태의 전극 기둥이 컬러 필터 기판(102)에 형성된 박스 형태로 패터닝된 공통 전극(104)들 사이의 정 중앙에 위치시켜, 완전한 수평장이 가능하도록 한다. 화소 전극 브랜치(402)는 상기 화소 전극(108) 하단부에 설치되어 상기 화소 전극(108)에 신호를 인가하는 투명 화소 전극 브랜치를 포함한다.

도 1에 도시된 바와 같이, 박막트랜지스터 어레이 기판(106)은 전극의 가운데 부분만 남기고 나머지 부분에는 전극이 존재하지 않게 되어 전체적으로 상하판에 전극이 존재하나 완전 서라운디드 전기장이 형성된다. 이 때, 상판의 전극은 블랙 매트릭스의 역할을 하게 된다.

기둥 형태로 된 화소 전극(108)의 높이는 셀 갭과 동일하게 마련될 수 있으며, 이 경우 기둥 형태로 된 화소 전극(108)은 일반의 액정표시장치에서 셀 갭을 유지시키기 위한 스페이서의 역할을 할 수 있다. 또한, 화소 전극(108)에 신호를 인가하기 위하여 ITO 브랜치(402)를 제작하여 이러한 부분은 실제로 블랙 매트릭스에 가려 보이지 않게 된다.

상기 사각 박스 형태의 전극 기둥 형성 후 상하판에 수직 배향막을 코팅하여 교차된 편광판에서 액정분자들이 기판에 수직으로 배열하기 때문에 전압을 인가하기 전에 어두운(Dark) 상태를 구현한다. 그리고, 전압을 인가하는 경우에는 완전 서라운디드 전기장이 형성되면서 양의 유전율 이방성을 갖는 액정분자들이 전기장의 방향에 따라 재정렬하면서 360° 전 방향으로 누워 화이트(White) 상태를 만든다.

도 5는 본 발명의 제1 실시예에 따른 에프에스이에스 모드 액정표시장치의 동작 원리를 설명하는 도면이다. 도 6은 본 발명의 제2 실시예에 따른 에프에스이에스 모드 액정표시장치의 동작 원리를 설명하는 도면이다.

도 6에 도시된 바와 같이, 전극 구조에 수평 배향막을 코팅하여 음의 유전율 이방성을 갖는 액정분자에 카이럴 기능을 갖는 도펀트를 첨가하여 전압을 인가하기 전에 액정분자들이 한쪽 방향으로 틀어지게 하면서 교차된 편광판에서 순수 화이트를 구현하게 된다. 또한, 전압을 인가하는 경우에는 전기장에 수직으로 정렬하는 음의 유전율 이방성을 갖는 액정분자들이 기판에 수직방향으로 서면서 어두운 상태를 구현하게 된다.

도 7은 본 발명의 제3 실시예에 따른 에프에스이에스 모드 액정표시장치의 동작 원리를 설명하는 도면이다.

도 7에 도시된 바와 같이, 동일한 전극 구조에 수직 배향막을 코팅한 후, 고분자 액정 모드를 제작하여 전압을 인가하기 전에는 화이트 상태, 전압을 인가하는 경우에는 양의 유전율 이방성을 갖는 액정분자들이 전기장의 방향을 따라 전 방향으로 누우면서 산란 상태를 구현할 수 있다.

이상에서는 본 발명을 특정의 바람직한 실시예로서 설명하였으나, 본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 아니하며, 특허 청구의 범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형이 가능할 것이다.

따라서, 본 발명은 상기한 바와 같이, 스페이서가 필요 없는 FSES 모드로 완전 서라운디드 전기장에 의해 액정분자들의 움직임을 제어하므로, 시야각 측면에서 우수하며, 스페이서를 사용하지 않아도 되어 공정 단계를 감소시킬 수 있다. 이에 따라 볼 스페이서 사용시 나타나는 빛 샘과 포스트 스페이서 사용 시 나타나는 중력 무라 등을 개선시킬 수 있다.

또한, 본 발명은 공통 전극이 마련되는 사각 박스 형태의 전극 기둥들은 불투명 금속이나 수지에 의하여 마련되므로, 이를 BM 차광층으로 사용할 수 있는 장점이 있으며, FSES 모드는 상하 전극에 의한 수평 전기장을 형성하므로 양의 유전율 이방성을 갖는 액정을 사용할 수 있게 되어 저 전압 구동 및 고속 응답용 액정 모드에 응용할 수 있다. 이에 따라 소형 LCD 부터 대형 TV, 모니터까지 다양한 분야에 적용이 가능한 광 시야각 모드를 구현할 수 있다.

Claims (15)

1. 컬러 필터 기판;

   상기 컬러 필터 기판의 내측면 상에 형성되며, 한 화소를 다수개로 분할하는 사각 박스 형태의 전극 기둥들;

   상기 전극 기둥들의 표면 상에 형성된 공통전극;

   상기 컬러 필터 기판과 소정 거리를 두고 대향 배치된 박막트랜지스터 어레이 기판;

   상기 박막트랜지스터 어레이 기판의 내측면 상에 형성되며, 상기 사각 박스 형태의 전극 기둥들 중심에 각각 배치되도록 형성된 다수개의 기둥 형태로된 화소전극; 및

   상기 컬러 필터 기판과 박막트랜지스터 어레이 기판 사이에 개재된 다수개의 액정분자들로 구성된 액정층을 포함하는 것을 특징으로 하는 에프에스이에스 모드 액정표시장치.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 사각 박스 형태의 전극 기둥은 차광층의 기능을 갖는 것을 특징으로 하는 에프에스이에스 모드 액정표시장치.
3. 제 1 항 또는 제2항에 있어서, 상기 공통 전극이 마련된 사각 박스 형태의 전극 기둥은 셀 갭(Cell gap) 높이의 70 내지 90%의 높이로 형성된 것을 특징으로 하는 에프에스이에스 모드 액정표시장치.
4. 삭제
5. 삭제
6. 삭제
7. 제 1 항에 있어서, 상기 공통 전극 및 화소전극은 각각 3∼30㎛의 폭을 갖는 것을 특징으로 하는 에프에스이에스 모드 액정표시장치.
8. 제 1 항에 있어서, 상기 공통 전극과 상기 화소전극은 3∼30㎛의 간격을 갖는 것을 특징으로 하는 에프에스이에스 모드 액정표시장치.
9. 제 1 항에 있어서, 상기 기둥 형태로된 화소전극은 셀 갭의 높이와 동일한 높이로 형성된 것을 특징으로 하는 에프에스이에스 모드 액정표시장치.
10. 제 1 항에 있어서, 상기 컬러 필터 기판 및 박막트랜지스터 어레이 기판은 그들 내측면 최상부 각각에 액정분자들을 수직으로 배향시키기 위한 수직 배향막이 설치된 것을 특징으로 하는 에프에스이에스 모드 액정표시장치.
11. 제 10 항에 있어서, 상기 액정분자는 유전율 이방성의 범위가 5 이상인 양의 유전율 이방성을 갖는 것을 특징으로 하는 에프에스이에스 모드 액정표시장치.
12. 제 1 항에 있어서, 상기 컬러 필터 기판 및 박막트랜지스터 어레이 기판은 그들 내측면 최상부 각각에 액정분자들을 수평으로 배향시키기 위한 수평 배향막이 설치된 것을 특징으로 하는 에프에스이에스 모드 액정표시장치.
13. 제 12 항에 있어서, 상기 액정분자는 음의 유전율 이방성을 가지며, 상기 음의 유전율 이방성은 ≤-3인 것을 특징으로 하는 에프에스이에스 모드 액정표시장치.
14. 제 13 항에 있어서, 상기 액정분자에 카이럴 기능을 갖는 도펀트가 첨가된 것을 특징으로 하는 에프에스이에스 모드 액정표시장치.
15. 제 1 항에 있어서, 상기 화소전극 하단부에 설치되어 상기 화소전극에 신호를 인가하는 투명 화소전극 브랜치를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 에프에스이에스 모드 액정표시장치.

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