KR100663286B1 - 프린지 필드 구동 액정 표시 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 투과율 및 개구율을 개선함과 동시에 응답 속도 및 화질 특성을 개선할 수 있는 프린지 필드 구동 액정 표시 장치를 개시한다. 개시된 본 발명은 소정 거리를 두고 대향하는 상하부 기판; 상기 상하부 기판 사이에 개재되며, 유전율 이방성이 음인 수개의 액정 분자를 포함하는 액정층; 상기 하부 기판의 상부에 형성되며, 프린지 필드를 형성하여 액정 분자를 대부분 동작시킬수 있도록 다수의 빗살을 포함하는 카운터 전극과 화소 전극; 상기 하부 기판 외측면에 배치되며, 소정의 편광축을 갖는 편광자; 상기 상부 기판 외측면에 배치되며, 상기 편광자의 편광축과 직교하는 흡수축을 갖는 분해자; 상기 상부 기판과 분해자 사이에 개재되는 위상 보상판; 및 상기 하부 기판 내측면 표면 또는 상부 기판 내측면 표면에 다수개가 등간격으로 배치되고, 상기 카운터 전극 및 화소 전극의 빗살 방향과 소정 각도를 이루도록 연장되며, 적어도 하나 이상의 경사면을 갖는 배향 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 DEVICE}
도 1은 본 발명에 따른 프린지 필드 구동 액정 표시 장치의 프린지 필드가 인가되기 시작할때의 하부 기판 평면도.
도 2는 본 발명에 따른 프린지 필드 구동 액정 표시 장치의 프린지 필드가 인가되기 시작할때의 하부 기판 사시도.
도 3은 본 발명에 따른 프린지 필드 구동 액정 표시 장치의 프린지 필드 인가후 하부 기판 평면도.
도 4는 본 발명에 따른 프린지 필드 구동 액정 표시 장치의 프린지 필드 인가후 하부 기판 사시도.
도 5는 본 발명에 따른 프린지 필드 구동 액정 표시 장치의 위상 지연값에 따른 투과율을 보여주는 도면.
도 6은 본 발명의 다른 실시예를 설명하기 위한 도면.
(도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명)
11 - 카운터 전극 13 - 화소 전극
15 - 배향 구조물 18a - 액정 분자
20 - 공통 전극
본 발명은 프린지 필드 구동 액정 표시 장치에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 고화질을 갖는 프린지 필드 구동 액정 표시 장치에 관한 것이다.
일반적으로 프린지 필드 구동 액정 표시 장치는 일반적인 IPS 모드 액정 표시 장치의 낮은 개구율 및 투과율 특성을 개선시키기 위하여 제안된 것으로, 이에 대하여 대한민국 특허출원 제98-9243호로 출원된 바 있다.
이러한 프린지 필드 구동 액정 표시 장치는 수평 배향 모드를 채용하면서, 카운터 전극과 화소 전극을 투명 전도체로 형성하고, 카운터 전극과 화소 전극과의 간격을 상하 기판 사이의 간격보다 좁게 형성하여, 카운터 전극과 화소 전극 상부에 프린지 필드(fringe field)가 형성되도록 한다.
그러나, 수평 배향 모드를 사용하는 프린지 필드 구동 액정 표시 장치는 액정 분자들이 수평 배향막에 의하여 누워있는 채로 동작하기 때문에 응답 속도가 낮다는 문제점이 있다.
아울러, 종래의 프린지 필드 구동 액정 표시 장치는 액정 분자들이 모두 동일한 방향으로 배열되어 있으므로, 보는 방향에 따라 컬러 쉬프트와 같은 화질 저하의 문제점이 발생된다.
따라서, 본 발명은 상기한 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 투과율 및 개구율을 개선함과 동시에 응답 속도 및 화질 특성을 개선할 수 있는 프린지 필 드 구동 액정 표시 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기한 본 발명의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 프린지 필드 구동 액정 표시 장치는 이격되어 대향하는 상부 및 하부 기판; 상기 상부 및 하부 기판 사이에 개재되며, 유전율 이방성이 음인 수개의 액정 분자를 포함하는 액정층; 상기 하부 기판의 상부에 형성되며, 프린지 필드를 형성하여 액정 분자를 대부분 동작시킬수 있도록 다수의 빗살을 포함하는 카운터 전극과 화소 전극; 상기 하부 기판 외측면에 배치되며 편광축을 갖는 편광자; 상기 상부 기판 외측면에 배치되며, 상기 편광자의 편광축과 직교하는 흡수축을 갖는 분해자; 상기 상부 기판과 분해자 사이에 개재되는 위상 보상판; 및 상기 하부 기판 내측면 표면 또는 상부 기판 내측면 표면에 다수개가 등간격으로 배치되고, 상기 카운터 전극 및 화소 전극의 빗살 방향과 10°∼ 90°의 각도를 이루도록 연장되며, 적어도 하나 이상의 경사면을 갖는 배향 구조물을 포함하며, 상기 하부 기판 및 상부 기판 내측 결과물 표면은 수직 배향 처리가 되어 있는 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 배향 구조물은 절연물로 형성되며, 삼각뿔 라인 형태로 되는 것을 특징으로 한다.
또한, 위상 보상판은 상기 액정층의 위상 지연값의 절대값과 동일하고, 그 위상은 반대인 것을 특징으로 하며, 액정층 및 위상 보상판의 위상 지연값은 0.4 내지 0.5㎛인 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 상부 기판 내측면에 공통 전극이 추가로 배치될 수도 있다.
본 발명에 의하면, 프린지 필드 구동 액정 표시 장치의 배향막으로 수직 배향막을 이용하고, 카운터 전극 및 화소 전극의 빗살 연장 방향과 소정 각도를 이루는 방향으로 경사면을 갖는 다수개의 배향 구조물을 형성한다. 이에따라, 수직 배향막 및 배향 구조물의 영향으로 액정 분자들은 초기에 비스듬하게 배열되어, 전계 인가시 빠르게 구동가능하므로, 응답 속도가 크게 개선된다. 아울러, 액정 분자들이 배향 구조물의 영향으로 대칭을 이루면서 배열되므로, 다중 도메인을 형성할 수 있어, 화질 특성이 크게 개선된다. 또한, 유전율 이방성이 음인 액정을 사용함에 따라, 배향 구조물을 형성하여도 디스클리네이션 라인의 발생을 줄일 수 있어, 고투과율을 얻을 수 있다.
(실시예)
이하 첨부한 도면에 의거하여 본 발명의 바람직한 실시예를 자세히 설명하도록 한다.
첨부한 도면 도 1은 본 발명에 따른 프린지 필드 구동 액정 표시 장치의 전계 인가전 하부 기판 평면도이고, 도 2는 본 발명에 따른 프린지 필드 구동 액정 표시 장치의 전계 인가전 하부 기판 사시도이다. 도 3은 본 발명에 따른 프린지 필드 구동 액정 표시 장치의 전계 인가후 하부 기판 평면도이고, 도 4는 본 발명에 따른 프린지 필드 구동 액정 표시 장치의 전계 인가후 하부 기판 사시도이다. 도 5는 본 발명에 따른 프린지 필드 구동 액정 표시 장치의 위상 지연값에 따른 투과율을 보여주는 도면이다. 아울러, 도 6은 본 발명의 다른 실시예를 설명하기 위한 도 면이다.
먼저, 도 1, 도 2, 도 3, 도 6 및 도 7은 본 발명의 프린지 필드 구동 액정 표시 장치의 전극 부분만을 보여주고 있으며, 그외의 부분은 일반적인 프린지 필드 구동 액정 표시 장치와 동일하다.
먼저, 도 1 및 도 2를 참조하여, 하부 기판(도시되지 않음) 상부에 소정 방향으로 다수의 빗살 형태로 된 카운터 전극(11)이 배열되고, 카운터 전극(11)의 빗살(11a,11b) 사이에 다수의 빗살 형태로 된 화소 전극(13)이 배열된다. 이때, 도면에서는 한쌍의 카운터 전극(11)의 빗살(11a,11b)과 그 사이의 화소 전극(13)을 보인다. 여기서, 카운터 전극(11)의 빗살(11a,11b)과 화소 전극(13)의 빗살은 서로 평행하게 연장되며, 이들 사이의 간격은 상하 기판(도시되지 않음)간의 간격보다 좁음이 바람직하다. 아울러, 카운터 전극(11)의 빗살(11a,11b)과 화소 전극(13)의 빗살의 폭은 이 빗살들 상부에 있는 액정 분자들이 그들 사이에 형성되는 프린지 필드에 의하여 충분히 동작될 수 있을 정도로 설계됨이 바람직하다. 이와같이 카운터 전극(11) 및 화소 전극(12)이 배치된 하부 기판 상부에는 다수개의 배향 구조물(15)이 등간격으로 카운터 전극(11)의 빗살(11a,11b) 및 화소 전극(13)의 빗살과 소정 각도(0∼90°)를 이루는 방향으로 연장,배치된다. 배향 구조물(15)은 액정 분자의 초기 배열 방향에 영향을 주기 위한 것으로, 적어도 한쌍의 경사면을 가지며, 바람직하게는 삼각뿔 형태로 형성됨이 바람직하고, 본 실시예에서는 빗살 방향과 수직을 이루도록 배열된다. 아울러, 배향 구조물(15)은 전계에 영향을 미치지 않도록 절연막으로 형성됨이 바람직하다. 하부 기판 결과물 표면은 수직 배향 처리 가 된다. 즉, 카운터 전극(11), 화소 전극(13) 및 배향 구조물(15)이 형성된 하부 기판 상부에 수직 배향막(도시되지 않음)을 형성하거나, 카운터 전극(11) 및 화소 전극(13)이 형성된 하부 기판 표면과 배향 구조물 사이에 수직 배향막을 형성하여, 하부 기판 결과물 표면을 수직 배향 처리 할 수 있다.
이러한 하부 기판 상에는 컬러 필터(도시되지 않음)를 구비하는 상부 기판(도시되지 않음)이 소정 거리를 두고 대향되고, 하부 기판과 상부 기판사이에는 액정 분자(18a)를 포함하는 액정층(도시되지 않음)이 개재된다. 여기서, 상부 기판 역시, 하부 기판과 마찬가지로 수직 배향 처리됨이 바람직하다. 이때, 액정층의 위상 지연값 즉, 상하 기판간의 거리와 액정 분자의 굴절율 이방성의 곱은 도 5에 도시된 바와 같이, 0.4 내지 0.5㎛일때, 최대 투과율을 보이므로, 이 범위에 있는 위상 지연값을 갖는 액정층을 사용함이 바람직하며, 유전율 이방성이 음인 물질을 사용한다. 편광자(도시되지 않음)는 하부 기판 외측면에 편광축이 이후 형성될 프린지 필드(카운터 전극과 화소 전극 사이에 형성되는 전계)와 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 보상층(도시되지 않음)이 개재된다.
이러한 구성을 갖는 본 발명의 프린지 필드 구동 액정 표시 장치는 다음과 같이 동작한다.
카운터 전극(11)과 화소 전극(13) 사이에 전압차가 발생되지 않으면, 액정 분자(18a)들은 수직 배향막 및 배향 구조물(15)의 영향으로 기판 표면 및 배향 구 조물(15)의 표면에 대하여 수직으로 배열된다. 즉, 배향 구조물(15)이 경사면을 가지므로, 액정 분자들(18a)은 배향 구조물(15)의 경사면에 대하여 수직으로 배열된다. 이와같이 액정 분자들이 초기 배열되면, 편광자를 통과한 빛은 액정층을 지나면서 약간 위상이 변화되지만, 위상 보상판에 의하여 변화된 위상이 보상되어, 위상 보상판을 통과한 빛은 분해자를 통과하지 못하여, 화면은 다크가 된다.
한편, 카운터 전극(11)과 화소 전극(13) 사이에 전압차가 발생되면, 두 전극 사이에 프린지 필드가 형성된다. 그러면, 액정 분자들(18a)은 프린지 필드와 단축이 평행하도록 트위스트되기 시작한다. 이때, 액정 분자들(18a)은 배향 구조물(15)의 영향으로 대칭적으로 트위스트되며, 도 1 및 도 2는 프린지 필드 인가시 액정 분자(18a)가 움직이기 시작할때를 나타낸 도면이다. 그후, 소정 전압이 지속적으로 인가되어, 액정 분자(18a)들은 프린지 필드와 자신의 단축이 완전히 일치하도록 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이 배열된다. 이때, 액정 분자(18a)는 유전율 이방성이 음인 물질을 사용하였으므로, 배향 구조물(15)로 인한 디스클리네이션 라인이 발생되지 않는다. 따라서, 큰 투과율을 얻을 수 있다. 아울러, 액정 분자들(18a)들은 배향 구조물(15)의 경사면에 의하여 대칭되도록 배열되므로, 다중 도메인을 형성할 수 있다. 이에따라, 컬러 쉬프트와 같은 문제점을 해결할 수 있다.
이와같이 배열된 액정 분자들이 다중 도메인을 형성하면서 완전히 눕도록 배열되면, 편광자를 통과한 빛은 액정층을 통과하면서 위상이 변화되어, 분해자를 통과하게 되므로써, 화면은 화이트가 된다. 이때, 액정 분자들(18a)이 다중 도메인을 이루며 배열되므로, 화면에는 컬러 쉬프트 현상이 발생되지 않고, 배향 구조물(15) 로 인한 디스클리네이션이 발생되지 않아 화면 특성이 우수해진다.
아울러, 도 6과 같이, 배향 구조물(15)을 상부 기판의 대향면에 형성하여도 상기 실시예와 동일한 효과를 가질 수 있다.
이상에서 자세히 설명된 바와 같이, 본 발명에 의하면, 프린지 필드 구동 액정 표시 장치의 배향막으로 수직 배향막을 이용하고, 카운터 전극 및 화소 전극의 빗살 연장 방향과 소정 각도를 이루는 방향으로 경사면을 갖는 다수개의 배향 구조물을 형성한다. 이에따라, 수직 배향막 및 배향 구조물의 영향으로 액정 분자들은 초기에 비스듬하게 배열되어, 전계 인가시 빠르게 구동가능하므로, 응답 속도가 크게 개선된다. 아울러, 액정 분자들이 배향 구조물의 영향으로 대칭을 이루면서 배열되므로, 다중 도메인을 형성할 수 있어, 화질 특성이 크게 개선된다. 또한, 유전율 이방성이 음인 액정을 사용함에 따라, 배향 구조물을 형성하여도 디스클리네이션 라인의 발생을 줄일 수 있어, 고투과율을 얻을 수 있다.
기타, 본 발명은 그 요지를 일탈하지 않는 범위에서 다양하게 변경하여 실시할 수 있다.

Claims (7)

  1. 이격되어 대향하는 상부 및 하부 기판;
    상기 상부 및 하부 기판 사이에 개재되며, 유전율 이방성이 음인 수개의 액정 분자를 포함하는 액정층;
    상기 하부 기판의 상부에 형성되며, 프린지 필드를 형성하여 액정 분자를 대부분 동작시킬수 있도록 다수의 빗살을 포함하는 카운터 전극과 화소 전극;
    상기 하부 기판 외측면에 배치되며 편광축을 갖는 편광자;
    상기 상부 기판 외측면에 배치되며, 상기 편광자의 편광축과 직교하는 흡수축을 갖는 분해자;
    상기 상부 기판과 분해자 사이에 개재되는 위상 보상판; 및
    상기 하부 기판 내측면 표면 또는 상부 기판 내측면 표면에 다수개가 등간격으로 배치되고, 상기 카운터 전극 및 화소 전극의 빗살 방향과 10°∼ 90°의 각도를 이루도록 연장되며, 적어도 하나 이상의 경사면을 갖는 배향 구조물을 포함하며,
    상기 하부 기판 및 상부 기판 내측 결과물 표면은 수직 배향 처리가 되어 있는 것을 특징으로 하는 프린지 필드 구동 액정 표시 장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 배향 구조물은 절연물로 형성되는 것을 특징으로 하는 프린지 필드 구동 액정 표시 장치.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 배향 구조물은 삼각뿔 라인 형태로 되는 것을 특징으로 하는 프린지 필드 구동 액정 표시 장치.
  4. 삭제
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 위상 보상판은 상기 액정층의 위상 지연값의 절대값과 동일하고, 그 위상은 반대인 것을 특징으로 하는 프린지 필드 구동 액정 표시 장치.
  6. 제 5 항에 있어서, 상기 액정층의 위상 지연값은 0.4 내지 0.5㎛인 것을 특징으로 하는 프린지 필드 구동 액정 표시 장치.
  7. 제 1 항에 있어서, 상기 상부 기판 내측면에 공통 전극이 추가로 배치되는 것을 특징으로 프린지 필드 구동 액정 표시 장치.
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