KR100658070B1 - 프린지 필드 구동 액정 표시 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 프린지 필드 구동 모드 액정 표시 장치를 개시한다. 개시된 본 발명의 프린지 필드 구동 모드 액정 표시 장치는, 이격해서 대향하는 상부 기판과 하부 기판; 상기 상부 기판과 하부 기판 사이에 개재되며, 수개의 액정 분자를 포함하는 액정층; 상기 하부 기판의 내측면에 형성되는 제 1 카운터 전극; 상기 제 1 카운터 전극과 오버랩되며, 상기 제 1 카운터 전극과 함께 대칭된 두 방향의 프린지 필드를 형성할 수 있도록 적어도 두 방향의 브렌치를 포함하는 화소 전극; 상기 상부 기판의 내측면에 형성되며, 상기 카운터 전극과 동일 신호를 인가받는 제 2 카운터 전극; 상기 하부 기판 외측면에 배치되는 편광자; 상기 상부 기판 외측면에 배치되며, 상기 편광자의 편광축과 직교하는 흡수축을 갖는 분해자; 및 상기 제 1 카운터 전극 및 화소 전극이 형성된 하부 기판 표면에 형성되며, 상기 프린지 필드를 일으키는 화소 전극의 브렌치들과 각각 직교하도록 배치되는 적어도 두 개 이상의 경사면을 갖는 경사 구조물을 포함하며, 상기 하부 기판 및 상부 기판 내측 결과물 표면은 수직 배향 처리가 되어 있는 것을 특징으로 한다.

Description

프린지 필드 구동 액정 표시 장치{FRINGE FIELD SWITCHING LCD}

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 FFS-LCD의 개략적인 도면.

도 2a는 본 발명의 일실시예에 따른 FFS-LCD에 전계가 형성되기 시작할때의 액정 분자 배열을 보여주는 평면도.

도 2b는 본 발명의 일실시예에 따른 FFS-LCD에 전계가 형성되기 시작할때의 액정 분자 배열을 보여주는 사시도.

도 3a는 본 발명의 일실시예에 따른 FFS-LCD의 화소 전극에 임계치 이상의 전압이 인가될때의 액정 분자의 배열을 보여주는 평면도.

도 3b는 본 발명의 일실시예에 따른 FFS-LCD의 화소 전극에 임계치 이상의 전압이 인가될때의 액정 분자의 배열을 보여주는 사시도.

도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 FFS-LCD의 도면.

(도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명)

5 : 제 1 카운터 전극 7 : 화소 전극

8a, 8b : 경사 구조물 15 : 제 2 카운터 전극

본 발명은 프린지 필드 구동 모드 액정 표시 장치(fringe field switching mode LCD : 이하 FFS-LCD)에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 응답 속도를 개선하면서 균일한 투과율을 갖는 FFS-LCD에 관한 것이다.

일반적으로 프린지 필드 구동 액정 표시 장치는 IPS(In-plane switching) 모드 액정 표시 장치의 낮은 개구율 및 투과율 특성을 개선시키기 위하여 제안된 것으로, 이에 대하여 대한민국 특허출원 제98-9243호로 출원된 바 있으며, 프린지 필드 구동 액정 표시 장치의 개략적인 구성은 다음과 같다.

상하부 기판이 소정 간격을 두고 대향되고, 상하부 기판 사이의 공간에 액정층이 개재된다. 하부 기판 상부에는 화소 전극과 카운터 전극이 투명한 물질로 형성되며, 각 전극 상부에서 전계가 형성될수 있도록, 상하부 기판간의 간격보다 좁은 간격으로 배치된다. 아울러, 상하부 기판과 액정층 사이 각각에는 수평 배향막이 개재된다. 이와같이, 화소 전극과 카운터 전극이 배치되면, 전극 사이 및 전극 상부에 프린지 필드가 형성되어, 개구 공간 대부분의 액정 분자가 동작되어, 투과율이 향상될 뿐만 아니라, 화소 전극과 카운터 전극이 투명한 물질로 형성되므로 개구율도 개선된다.

그러나, 수평 배향막을 사용하는 FFS-LCD는 수평 배향막의 사용으로 액정 분자들이 누워있는 채로 동작하기 때문에, 응답 속도가 낮다는 고질적인 문제점을 갖는다.

이러한 문제점을 해결하기 위하여, 종래의 다른 방법으로는 FFS 액정 표시 장치에 수직 배향막을 적용하는 기술이 제안되었다.

그러나, FFS 액정 표시 장치에 수직 배향막을 적용한다 하더라도, 상부 기판에 전극이 형성되지 않은 구조적인 문제로 인하여, 상부 기판쪽으로 향할수록 액정 분자의 동작이 미약해진다. 이로 인하여, 투과율이 발생되는데 여전히 시간이 오래걸리고, 상부 기판쪽의 액정 분자를 대부분을 구동시키려면 높은 구동 전압이 요구된다는 문제점이 있다. 더욱이, 수직 배향막에는 방향성이 부여되어 있지 않으므로, 액정 분자들이 전계에 의하여 움직이는 방향이 일정하지 않아, 투과율이 부분적으로 상이하게 나타난다.

따라서, 본 발명의 목적은 상기한 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 응답 속도를 개선하면서 균일한 투과율을 실현할 수 있는 FFS-LCD를 제공하는 것이다.

상기한 본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은, 이격해서 대향하는 상부 기판과 하부 기판; 상기 상부 기판과 하부 기판 사이에 개재되며, 수개의 액정 분자를 포함하는 액정층; 상기 하부 기판의 내측면에 형성되는 제 1 카운터 전극; 상기 제 1 카운터 전극과 오버랩되며, 상기 제 1 카운터 전극과 함께 대칭된 두 방향의 프린지 필드를 형성할 수 있도록 적어도 두 방향의 브렌치를 포함하는 화소 전극; 상기 상부 기판의 내측면에 형성되며, 상기 카운터 전극과 동일 신호를 인가받는 제 2 카운터 전극; 상기 하부 기판 외측면에 배치되는 편광자; 상기 상부 기판 외측면에 배치되며, 상기 편광자의 편광축과 직교하는 흡수축을 갖는 분해자; 및 상기 제 1 카운터 전극 및 화소 전극이 형성된 하부 기판 표면에 형성되며, 상기 프린지 필드를 일으키는 화소 전극의 브렌치들과 각각 직교하도록 배치되는 적어도 두 개 이상의 경사면을 갖는 경사 구조물을 포함하며, 상기 하부 기판 및 상부 기판 내측 결과물 표면은 수직 배향 처리가 되어 있는 것을 특징으로 하는 FFS-LCD를 제공한다.

(실시예)

이하 첨부한 도면에 의거하여 본 발명의 바람직한 실시예를 자세히 설명하도록 한다.

첨부한 도면 도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 FFS-LCD의 개략적인 도면이고, 도 2a는 본 발명의 일실시예에 따른 FFS-LCD에 전계가 형성되기 시작할때의 액정 분자 배열을 보여주는 평면도이며, 도 2b는 본 발명의 일실시예에 따른 FFS-LCD에 전계가 형성되기 시작할때의 액정 분자 배열을 보여주는 사시도이다. 또한, 도 3a는 본 발명의 일실시예에 따른 FFS-LCD의 화소 전극에 임계치 이상의 전압이 인가될때의 액정 분자의 배열을 보여주는 평면도이고, 도 3b는 본 발명의 일실시예에 따른 FFS-LCD의 화소 전극에 임계치 이상의 전압이 인가될때의 액정 분자의 배열을 보여주는 사시도이다. 또한, 도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 FFS-LCD의 도면이다.

먼저, 도 1을 참조하여, 하부 기판(10) 상부에는 매트릭스(matrix) 형태로 게이트 버스 라인(1)과 데이타 버스 라인(3)이 교차 배열되어, 하부 기판에 수개의 단위 화소가 한정된다. 본 도면에서는 단수개의 게이트 버스 라인(1), 데이타 버스 라인(3) 및 단위 화소가 도시되었다. 게이트 버스 라인(1)과 데이타 버스 라인(3)의 교차점 부근에는 스위칭 소자로서의 박막 트랜지스터(TFT)가 배치된다.

제 1 카운터 전극(5)은 투명 도전 물질 예를들어, ITO 물질로 단위 화소 각각에 형성된다. 이때, 제 1 카운터 전극(5)은 플레이트(plate) 형태로 배치되며, 게이트 버스 라인(1) 및 데이타 버스 라인(3)과는 소정 거리만큼 이격된다.

공통 전극선(5a)은 제 1 카운터 전극(5)과 콘택되어 공통 신호를 지속적으로 공급한다. 이러한 공통 전극선(5a)은 제 1 카운터 전극(5)을 감싸도록 "∩"자 형태로 형성될 수 있다.

화소 전극(7) 역시 투명 도전 물질 예를들어, ITO 물질로 제 1 카운터 전극(5)과 프린지 필드를 형성할 수 있도록, 카운터 전극(5)과 오버랩되도록 배치된다. 이때, 화소 전극(7)과 제 1 카운터 전극(5) 사이에는 게이트 절연막(도시되지 않음)이 개재되어, 둘 사이를 절연시킨다. 이러한 화소 전극(7)은 게이트 버스 라인(1)과 평행하면서 제 1 카운터 전극(5) 영역을 A1 및 A2 영역으로 이등하는 제 1 바(7a)와, 제 1 바(7a)로 부터 A1 영역을 향하여 데이타 버스 라인과 평행하게 연장되는 다수개의 세로 브렌치(7b)와, A2 영역에 배치되며 제 1 바(7a) 즉, 게이트 버스 라인(1)과 평행하게 연장되는 다수개의 가로 브렌치(7c), 및 상기 가로 브렌치(7c)들의 일단간을 연결하면서 상기 제 1 바(7a) 콘택되는 제 2 바(7d)를 포함한다. 아울러, 세로 브렌치(7b)의 단부를 연결하는 제 4 바(7e)를 더 포함할 수 있다. 또한, 화소 전극(7)의 소정 부분은 박막 트랜지스터(TFT)와 소정 부분 콘택되어, 데이타 버스 라인(3)의 신호를 인가받는다. 여기서, 가로 브렌치(7b) 및 세로 브렌치(7c)는 등간격으로 배치됨이 바람직하다.

경사 구조물(8a,8b)은 제 1 카운터 전극(5) 및 화소 전극(7)이 형성된 하부 기판(10) 상부에 다수개의 스트라이프 형태로 형성된다. 이때, 경사 구조물(8a,8b)은 등간격으로 배치된다. 아울러, 경사 구조물(8a,8b)은 수직 브렌치(7b)가 형성되는 A1 영역에서는 수직 브렌치(7b)들과 소정 각도, 바람직하게는 직교하도록 배열되고, 수평 브렌치(7c)가 형성되는 A2 영역에서는 수평 브렌치(7c)들과 소정 각도, 바람직하게는 직교하도록 배열된다. 경사 구조물(8a,8b)은 액정 분자들이 필드 인가시 틸트되는 방향을 지정하는 역할을 하므로, 적어도 대칭을 이루는 한쌍의 경사면을 가짐이 바람직하고, 예를들어, 단면이 삼각형 또는 사다리꼴을 갖을 수 있다. 또한, 경사 구조물(8a,8b)은 전계에 영향을 미치지 않도록 절연막으로 형성됨이 바람직하다. 그후, 하부 기판 결과물 표면은 수직 배향 처리가 된다. 이때, 하부 기판 결과물의 수직 배향 처리는, 제 1 카운터 전극(5), 화소 전극(7) 및 경사 구조물(8a,8b)이 형성된 하부 기판(10) 결과물 상부에 수직 배향막(도시되지 않음)이 형성되거나, 카운터 전극(5) 및 화소 전극(7)이 형성된 하부 기판(10) 표면과 경사 구조물 사이에 수직 배향막이 형성된다.

이러한 하부 기판 상에는 컬러 필터(도시되지 않음)를 구비하는 상부 기판(도시되지 않음)이 소정 거리를 두고 대향된다. 또한, 하부 기판과 대향되는 상부 기판의 내측면에는 상부 기판(도시되지 않음) 측에 위치하는 액정 분자들을 빠르게 동작시킬 수 있도록, 제 2 카운터 전극(15)이 제 1 카운터 전극(5)과 대응되도록 배치된다. 이때, 제 2 카운터 전극(15)은 하부 기판(10)의 제 1 카운터 전극(5)과 동일한 전압이 인가되도록 전기적으로 연결되어, 제 1 카운터 전극(5)과 화소 전극(7) 사이에 발생되는 프린지 필드의 형태를 변형시키지 않으면서, 상부 기판측의 응답 속도를 개선시키는 역할을 한다. 아울러, 제 2 카운터 전극(15)은 투명한 도전 물질로 형성되어, 개구율에 영향을 미치지 않도록 한다. 또한, 상부 기판 결과물 표면은 하부 기판과 마찬가지로 수직 배향 처리된다

하부 기판(20)과 상부 기판사이에는 수개의 액정 분자(18a)를 포함하는 액정층(도시되지 않음)이 개재된다. 여기서, 액정 분자는 최대 투과율을 얻을 수 있도록 위상 지연값(상하 기판간의 거리와 액정 분자의 굴절율 이방성의 곱:dΔn)이 0.4 내지 0.5㎛를 얻을 수 있는 물질을 사용한다. 아울러, 액정 분자는 유전율 이방성이 음 또는 양인 물질을 모두 사용할 수 있다.

편광자(도시되지 않음)는 하부 기판 외측면에 편광축이 이후 형성될 프린지 필드(카운터 전극과 화소 전극 사이에 형성되는 전계)와 약 30 내지 60°, 바람직하게는 약 45°를 이루도록 배치되고, 분해자(도시되지 않음)는 상부 기판 외측면에 흡수축이 편광축과 직교하도록 배치된다. 또한, 상부 기판과 분해자 사이에는 액정층과 절대값이 동일한 위상 지연값을 갖는 위상 보상판(도시되지 않음)이 개재될 수 있다.

이러한 구성을 갖는 본 발명의 프린지 필드 구동 액정 표시 장치는 다음과 같이 동작한다.

먼저, 제 1 카운터 전극(5) 및 제 2 카운터 전극(15)과 화소 전극(7), 특히 화소 전극(7)의 수직 및 수평 브렌치(7b,7c) 사이에 전압차가 발생되지 않으면, 액 정 분자(18a)들은 수직 배향막의 영향으로 기판 표면 및 경사 구조물(8a,8b)의 경사 표면에 장축이 수직을 이루도록 배열된다. 그러면, 하부 기판의 편광자를 통과한 광은 액정층을 통과하면서 위상이 변화되지 않아, 상부 기판의 분해자를 통과하지 못한다. 이에따라, 화면은 다크가 된다. 이때, 위상 보상판의 개재로 화면은 완전한 다크를 실현한다.

그후, 제 1 카운터 전극(5) 및 제 2 카운터 전극(15)과 화소 전극(7), 특히 화소 전극(7)의 수직 및 수평 브렌치(7b,7c) 사이에 전압차가 발생되기 시작하면, 제 1 카운터 전극(5)과 수직 및 수평 브렌치(7b,7c) 사이에 게이트 버스 라인 및 데이터 버스 라인과 평행한 프린지 필드가 발생되기 시작함과 동시에 제 2 카운터 전극(15)과 화소 전극(7)의 수직 및 수평 브렌치(7b,7c) 사이에도 필드가 발생되기 시작한다. 이때, 액정 분자들(18a)은 장축이 기판면에 대하여 수직인 상태에서 도 2a 및 도 2b에 도시된 바와 같이, 서서히 프린지 필드와 장축이 수직을 이루도록 틀어지기 시작한다. 즉, 이 상태는 액정 분자들(18a)이 프린지 필드의 형태로 배열되기 위한 중간 상태이다. 이때, 액정 분자들(18a)은 프린지 필드의 형태로 배열되되, 경사 구조물(8a,8b)의 영향도 동시에 받게 되어, 경사 구조물(8a,8b)의 경사면에 수직을 이루는 방향으로 움직인다. 이와같이 액정 분자들이 초기 배열되면, 편광자를 통과한 빛은 액정층을 지나면서 위상이 점차 변화되어, 서서히 투과율이 발생된다.

그후, 제 1 카운터 전극(5)과 화소 전극(7)의 수직 및 수평 브렌치(7b,7c) 사이에 임계치 이상의 전압차가 발생되면, 제 1 카운터 전극(5)과 화소 전극(7)의 수직 및 수평 브렌치(7b,7c) 사이에 프린지 필드가 형성됨과 동시에, 제 2 카운터 전극(15)과 화소 전극(7)의 수직 및 수평 브렌치(7b,7c) 사이에도 필드가 된다. 이때, 제 2 카운터 전극(5)과 화소 전극(7)의 수직 및 수평 브렌치(7b,7c) 사이에 형성되는 필드는 프린지 필드의 접선의 형태로 형성되므로, 프린지 필드를 변형시키지 않고, 상부 기판쪽의 액정 분자(18a)들을 더욱 빠른 속도로 움직이게 한다. 그러면, 비스듬하게 배열되었던 액정 분자들(18a)은 프린지 필드의 형태로 완전히 트위스트되어, 프린지 필드와 장축이 수직을 이루도록 배열된다. 이때, 액정 분자들(18a)은 도 3a 및 도 3b에 도시된 바와 같이, 경사 구조물(8a,8b)의 경사면의 방향에 대하여도 수직으로 배열되어진다. 이에따라, 경사 구조물(8a,8b) 사이에 2중 도메인이 형성되고, 단위 화소의 측면에서는 4중 도메인이 형성된다. 이에따라, 대칭된 시야각 또한 얻을 수 있다. 이와같이, 액정 분자들이 배열됨에 따라, 편광자를 통과한 빛은 액정층을 통과하면서 위상이 변화되어, 분해자를 통과하게 되므로써, 화면은 화이트가 된다.

또한, 본 발명은 상술한 실시예에만 한정되는 것은 아니다.

본 실시예에서는 단위 화소내에 게이트 버스 라인과 평행하는 프린지 필드 및 데이터 버스 라인과 평행하는 프린지 필드가 형성되도록, 화소 전극(7)은 게이트 버스 라인과 수직인 수직 브렌치(7a)와 게이트 버스 라인과 평행인 수평 브렌치(7b)를 갖도록 형성되었다. 하지만, 이에 국한되지 않고, 도 4에서와 같이, 화소 전극(70)은 게이트 버스 라인(1)에 대하여 대각선 형태의 제 1 브렌치(70a)와 제 1 브렌치(70a)와 게이트 버스 라인(1)에 대하여 대칭을 이루는 제 2 브렌치(70b)를 포함하도록 형성되어, 단위 화소내에 게이트 버스 라인(1)에 대하여 대칭된 사선 형태의 프린지 필드가 형성되도록 하여도, 상술한 실시예와 동일한 효과를 거둘 수 있다.

이상에서 자세히 설명된 바와 같이, 본 발명에 의하면, FFS-LCD에 있어서, 단위 화소내에 두 방향의 대칭된 프린지 필드가 형성되도록 제 1 카운터 전극 및 화소 전극이 구성되고, 배향막으로 수직 배향막이 이용되며, 화소 전극의 브렌치와 소정 각도를 이루는 경사 구조물이 하부 기판 결과물 상부에 형성된다. 아울러, 상부 기판 내측면에 제 1 카운터 전극과 동일 전압이 인가되는 제 2 카운터 전극이 형성된다.

이에따라, 수직 배향막 및 경사 구조물의 영향으로 액정 분자들은 프린지 필드의 형태로 배열되면서 경사 구조물의 경사면에 대하여 대칭을 이루도록 배열되어, 액정층내에 4중 도메인이 형성된다. 따라서, 화질 특성이 크게 개선된다. 또한, 경사 구조물의 형성으로, 카운터 전극과 화소 전극 사이의 전계 형성 공간에 디스클리네이션 라인이 발생되지 않는다. 이에따라, 투과율이 개선된다.

아울러, 상부 기판의 제 2 카운터 전극의 형성으로, 상부 기판 측의 액정 분자들이 고전압의 인가없이 빠르게 동작되어, 투과율을 한층 더 개선시킬 수 있으며, 응답 속도도 크게 개선된다.

기타, 본 발명은 그 요지를 일탈하지 않는 범위에서 다양하게 변경하여 실시할 수 있다.

Claims (8)

1. 이격해서 대향하는 상부 기판과 하부 기판;

   상기 상부 기판과 하부 기판 사이에 개재되며, 수개의 액정 분자를 포함하는 액정층;

   상기 하부 기판의 내측면에 형성되는 제 1 카운터 전극;

   상기 제 1 카운터 전극과 오버랩되며, 상기 제 1 카운터 전극과 함께 대칭된 두 방향의 프린지 필드를 형성할 수 있도록 적어도 두 방향의 브렌치를 포함하는 화소 전극;

   상기 상부 기판의 내측면에 형성되며, 상기 카운터 전극과 동일 신호를 인가받는 제 2 카운터 전극;

   상기 하부 기판 외측면에 배치되는 편광자;

   상기 상부 기판 외측면에 배치되며, 상기 편광자의 편광축과 직교하는 흡수축을 갖는 분해자; 및

   상기 제 1 카운터 전극 및 화소 전극이 형성된 하부 기판 표면에 형성되며, 상기 프린지 필드를 일으키는 화소 전극의 브렌치들과 각각 직교하도록 배치되는 적어도 두 개 이상의 경사면을 갖는 경사 구조물을 포함하며,

   상기 하부 기판 및 상부 기판 내측 결과물 표면은 수직 배향 처리가 되어 있는 것을 특징으로 하는 FFS-LCD.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 경사 구조물은 절연물로 형성되는 것을 특징으로 하 는 FFS-LCD.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 경사 구조물은 단면이 삼각형 또는 사다리꼴 형태인 것을 특징으로 하는 FFS-LCD.
4. 제 1 항에 있어서, 상기 상부 기판과 분해자 사이에 위상 보상판이 더 개재되는 것을 특징으로 하는 FFS-LCD.
5. 제 1 항에 있어서, 상기 액정층의 위상 지연값은 0.4 내지 0.5㎛인 것을 특징으로 하는 FFS-LCD.
6. 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 카운터 전극은 플레이트 형태를 갖고, 상기 화소 전극은 게이트 버스 라인과 수직인 브렌치와 게이트 버스 라인과 평행한 브렌치를 포함하는 것을 특징으로 하는 FFS-LCD.
7. 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 카운터 전극은 플레이트 형태를 갖고, 상기 화소 전극은 게이트 버스 라인에 대하여 대각선 방향의 제 1 브렌치와, 제 1 브렌치와 게이트 버스 라인에 대하여 대칭인 제 2 브렌치를 포함하는 것을 특징으로 하는 FFS-LCD.
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