KR100667073B1 - 액정 표시 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 OCB 모드의 액정 표시 장치에서 액정의 복굴절율, 유전율 이방성, K11, K33 및 점도를 최적값으로 한정함으로서, 전이 전압, 신뢰성 및 구동 마진이 개선된 OCB 모드의 액정 표시 장치에 관한 것이다.
본 발명의 액정 표시 장치는 제1전극이 형성된 하부 기판; 상기 하부 기판에 대향하고, 제2전극이 형성된 상부 기판; 및 상기 제1전극 및 제2전극 사이에 충진되고, 복굴절율이 0.160 내지 0.180인 액정층을 포함하여 이루어진 액정 표시 장치에 기술적 특징이 있다.
따라서, 본 발명의 액정 표시 장치는 액정의 복굴절율, 유전율 이방성, K11, K33 및 점도의 최적화에 의해 전이 전압, 신뢰성 및 구동 마진이 개선되는 효과가 있다.
복굴절율, 유전율 이방성, 선경사각, K11, K33 및 점도

Description

액정 표시 장치{Liquid crystal display device}
도 1은 OCB 액정 모드를 이용한 FS-LCD의 단면도.
도 2a 내지 도 2c는 본 발명의 일실시예에 따른 액정의 복굴절율을 나타내는 그래프들.
도 3a 내지 도 3d는 본 발명의 일실시예에 따른 액정의 유전율 이방성을 나타내는 그래프들.
도 4a 및 도 4b는 본 발명의 일실시예에 따른 액정의 K11 및 K33을 나타내는 그래프들.
도 5a 내지 도 5c는 본 발명의 일실시예에 따른 액정의 선경사각을 나타내는 그래프들.
본 발명은 액정 표시 장치에 관한 것으로, 보다 자세하게는 복굴절율, 유전율 이방성, K11, K33 및 점도가 최적값의 범위를 갖는 액정으로 이루어진 OCB 모드 의 액정 표시 장치에 관한 것이다.
최근에 음극선관(cathode ray tube)과 같이 무겁고, 크기가 크다는 종래의 표시 장치의 단점을 해결하는 액정 표시 장치(liquid crystal display device)과 같은 평판형 표시 장치(plat panel display device)가 주목 받고 있다.
상기 액정 표시 장치는 해상도가 높고, 다양한 컬러의 표현이 가능하고, 고화질의 화상을 얻을 수 있고, 소비전력이 저전력이라는 장점을 갖고 있어, 다른 평판 표시 장치에 비해 사회 전반적으로 폭넓게 이용되고 있다.
상기 액정 표시 장치는 액정의 배열의 변화로 생기는 빛의 투과율의 차이를 이용하는 표시 장치로서 액정 표시 장치의 표시 모드는 빛의 이용 성질에 따라서 편광형, 산란형, 흡수형 및 반사형으로 나눌 수 있다.
이때, 상기 편광형에는 TN(Twisted Nematic)형 액정 표시 장치, 강유전성(Ferroelectric)형 액정 표시 장치 및 ECB(Electrical Controlled Birefringence) 형 액정 표시 장치로 구분할 수 있고, 상기 산란형에는 PDLC(Polymer Dispersed Liquid Crystal)형 액정 표시 장치, DS(Dynamic Scattering)형 액정 표시 장치 및 PSCT(Polymer Stabilized Cholesteric Texture)형 액정 표시 장치로 구분할 수 있고, 상기 흡수형에는 GH(Gust Host)형 액정 표시 장치가 있다.
이때, 상기 ECB형 액정 표시 장치 중에서 시야각 및 빠른 응답 속도를 개선하기 위해 OCB 모드의 액정 표시 장치가 제안되었다.
그러나, 상기의 OCB 모드의 액정 표시 장치는 액정의 복굴절율, 유전율 이방성, K11, K33 및 점도 등과 같은 물성이 최적화가 이루어지지 않아 전이 전압, 신 뢰성 및 구동 마진 등이 문제점을 일으킨다는 단점이 있다.
따라서, 본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 제반 단점과 문제점을 해결하기 위한 것으로, OCB 모드 액정의 복굴절율, 유전율 이방성, K11, K33 및 점도의 최적화된 값을 제공함에 본 발명의 목적이 있다.
본 발명의 상기 목적은 제1전극이 형성된 하부 기판; 상기 하부 기판에 대향하고, 제2전극이 형성된 상부 기판; 및 상기 제1전극 및 제2전극 사이에 충진되고, 복굴절율이 0.160 내지 0.180인 액정층으로 이루어진 액정 표시 장치에 의해 달성된다.
또한, 본 발명의 상기 목적은 제1전극이 형성된 하부 기판; 상기 하부 기판에 대향하고, 제2전극이 형성된 상부 기판; 및 상기 제1전극 및 제2전극 사이에 충진되고, 유전율 이방성이 12 이상인 액정층으로 이루어진 액정 표시 장치에 의해서도 달성된다.
또한, 본 발명의 상기 목적은 제1전극이 형성된 하부 기판; 상기 하부 기판에 대향하고, 제2전극이 형성된 상부 기판; 및 상기 제1전극 및 제2전극 사이에 충진되고, K11이 14 이하이고, K33이 12 내지 16인 액정층으로 이루어진 액정 표시 장치에 의해서도 달성된다.
또한, 본 발명의 상기 목적은 제1전극이 형성된 하부 기판; 상기 하부 기판에 대향하고, 제2전극이 형성된 상부 기판; 및 상기 제1전극 및 제2전극 사이에 충진되고, 선경사각이 4 내지 10도인 액정층으로 이루어진 액정 표시 장치에 의해서도 달성된다.
본 발명의 상기 목적과 기술적 구성 및 그에 따른 작용효과에 관한 자세한 사항은 본 발명의 바람직한 실시예를 도시하고 있는 도면을 참조한 이하 상세한 설명에 의해 보다 명확하게 이해될 것이다. 또한 도면들에 있어서, 층 및 영역의 길이, 두께등은 편의를 위하여 과장되어 표현될 수도 있다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호들은 동일한 구성요소들을 나타낸다.
도 1를 참조하면(OCB 액정 모드를 이용한 액정 표시 장치의 일실시 예 중, OCB 액정 모드를 이용한 FS-LCD(Field Sequential-Liquid Crystal Display)의 단면도를 보여 주고 있다), 유리 또는 플라스틱과 같은 하부 기판(101)상에 제1전극(102) 및 제1배향막(103)이 위치하고, 상기 하부 기판(101)에 대향하는 상부 기판(111)상에 제2전극(112) 및 제2배향막(113)이 위치하고 있다. 이때, 상기 제1배향막(103)과 제2배향막(113)은 동일한 방향으로 러빙(rubbing)되어 있어 있다.
이때, 상기 하부 기판(101)과 상부 기판(111), 정확히는 상기 제1배향막(103)과 제2배향막(113)사이에 OCB 모드의 액정(121)이 충진되어 있다.
그리고, 상기 하부 기판(101)의 하부에 광원 장치(131)이 위치하여 상기 하부 기판(101) 방향으로 균일한 빛을 제공하게 된다. 이때, 상기 광원 장치(131)는 일반적으로 광원, 반사판, 도광판, 확산판 또는 프리즘판 등으로 구성되어 상기 광 원에서 발생하는 빛을 균일하게 공급하는 역할을 하게 된다.
그리고, 상기 하부 기판(101)과 광원 장치(131)사이에는 제1편광판(141)이 위치하여 상기 광원 장치(131)에서 나온 빛을 선편광시켜 하부 기판(101)으로 공급하는 역할을 하게된다.
그리고, 상기 상부 기판(111) 상부에는 이축 보상 필름(142)을 위치시키는데, 상기 이축 보상 필름(142)은 액정 물질의 분자의 장축 방향과 단축 방향으로의 굴절률이 서로 다른 복굴절성을 갖게 되는 특징에 의해 액정 표시 장치를 보는 위치에 따라 빛이 느끼는 굴절률이 차이가 생기게 되고, 이러한 굴절률의 차이에 의해 위상차가 발생하게 되는데, 이러한 위상차를 보상하기 위해 부착된다.
그리고, 상기 이축 보상 필름(142) 상부에 제2편광판(143)이 위치하는데, 상기 제1편광판(141)과 편광축이 서로 직교하도록 부착된다.
도 2a 내지 도 2c는 본 발명의 일실시예에 따른 액정의 복굴절율(Δn)을 나타내는 그래프들이다.
이때, 도 2a는 복굴절율에 대한 전이전압의 관계를 나타내고 있고, 도 2b는 복굴절율에 대한 액정 응답 속도 중 Td의 관계를 나타내고 있고, 도 2c는 복굴절율에 대한 액정 응답 속도 중 Tr의 관계를 나타내고 있다.
이때, 복굴절율은 액정분자의 장축방향으로 진동하는 빛과 장축방향에 수직하는 방향으로 진동하는 빛의 굴절율이 서로 다른것을, 즉, 굴절율 이방성을 수치화한 것을 의미한다. 따라서, 이러한 복굴절율은 액정을 통과하는 빛의 편광 상태나 편광의 진동방향이 변화하는 정도를 알 수 있는 값이다.
이때, 상기 전이전압은 OCB 모드의 액정이 밴드상에서 스프레이상으로 전이되는데 필요한 전압을 정의한다. 또한 상기 응답 속도는 휘도가 10%에서 90%에 도달할 때까지의 상승시간을 Tr, 휘도가 90%에서 10%에 도달할 때까지의 하강시간을 Td이라 정의하면 (Tr+Td)/2의 시간을 정의한다.
도 2a를 참조하면, OCB 모드의 액정 표시 장치에서 전이 전압은 낮을 수록 유리한데, 이는 전이 전압이 스프레이상의 액정을 밴드상으로 전이시키는데 필요한 전압이기 때문이다. 도 2a의 그래프에서 복굴절율의 값이 특정한 영역에서 상기 전이 전압이 낮다는 것을 볼 수 있는데, 특히 0.159 내지 0.190 영역에서 상기 전이 전압은 10V 이하가 된다.
도 2b를 참조하면, OCB 모드의 액정 표시 장치에서 응답 속도는 빠를 수록 양질의 영상을 제공할 수 있는데, 응답 속도 중 Td는 액정이 다운 상태로 변화되는데 걸리는 시간을 나타내는 것으로 복굴절율이 0.160 이상일 때, Td가 2.7ms 이하가 된다.
도 2c를 참조하면, OCB 모드의 액정 표시 장치에서 응답 속도는 빠를 수록 양질의 영상을 제공할 수 있는데, 응답 속도 중 Tr은 액정이 라이징 상태로 변화되는데 걸리는 시간을 나타내는 것으로 복굴절율이 약 0.180 이하일 때, 낮은 Tr 값, 즉, 1.25ms 이하가 된다.
따라서, 도 2a 내지 도 2c를 참조하여 설명한 바와 같이 전이전압 및 응답속도(Td 및 Tr)의 관계를 고려해 볼 때, 복굴절율이 0.160 내지 0.180의 범위를 갖는 것이 가장 바람직하다.
도 3a 내지 도 3d는 본 발명의 일실시예에 따른 액정의 유전율 이방성(Δε)을 나타내는 그래프들이다.
이때, 도 3a는 유전율 이방성에 대한 밴드상과 스프레이상의 깁스 자유에너지(Gibbs Free Energy)의 차(Gb-Gs)의 관계를, 도 3b는 유전율 이방성에 대한 전이전압(Critical Voltage)과의 관계를, 도 3c는 유전율 이방성에 대한 임계 전압과의 관계를, 도 3d는 유전율 이방성에 대한 응답속도 중 Tr과의 관계를 나타내는 그래프들이다.
이때, 상기 유전율 이방성 값은 액정분자의 장축방향과 장축에 수직인 방향의 유전율(Dielectric Constant)이 다른 것을 수치화한 것을 의미한다. 이로 인해 액정층에 가해지는 전압의 세기에 따라 액정의 반응하는 방향이 달라지고, 광학적 이방성에 의해 투과되는 빛의 양이 조절된다. 또한, 상기 임계 전압은 밴드상의 액정이 스프레이상의 액정으로 변화되지 않도록 하는 최소한의 전압을 의미한다.
도 3a를 참조하면, 유전율 이방성이 증가함에 따라, 밴드상의 깁스 에너지와 스프레이상의 깁스 에너지 차는 계속적으로 감소한다. 즉, 유전율 이방성이 증가할 수록 밴드상이 스프레이상에 비해 안정화된다.
도 3b를 참조하면, 유전율 이방성이 12 이상인 경우, 전이 전압이 약 10V 이하로 계속 감소하는 것을 볼 수 있는데, 이는 유전율 이방성이 12 이상일 경우, OCB 모드의 액정의 스프레이상에서 밴드상으로의 전이에 필요한 전압이 낮아지는 것을 알 수 있다.
도 3c를 참조하면, 유전율 이방성이 10.8 이상인 경우, 임계 전압이 2V 미만인 것을 볼 수 있는데, 이는 밴드상으로 전이된 액정이 다시 스프레이상으로 전이되지 않도록 유지하는 전압을 2V 이상만 인가하면 된다는 것을 의미함으로 액정 표시 장치를 유지하는 전압 소모가 낮다는 것을 의미한다.
도 3d를 참조하면, 유전율 이방성이 11 이상인 경우, 응답 속도 중 Tr이 약 1.25ms 이하로 계속적으로 감소하는 것을 보여 주는 것으로 유전율 이방성이 11 이상인 경우 계조 표시의 속도가 빨라지는 것을 보여 주고 있다. 이때, 상기 Tr은 액정의 응답 속도 중 액정의 라이징 타임을 수치화한 데이터로서 신호 주입시 휘도가 10 에서 90%까지 도달하는 시간을 나타냄으로 상기 Tr가 낮아질 수록 계조 표시는 용이해지지만, 무한정 낮출 수는 없다. 사람의 눈으로 휘도가 변화하는 것을 인지하는 것은 개인별로 차이가 있으나, 일반적으로 Tr이 1.25ms 이하인 경우에는 휘도의 변화를 거의 인식하지 못하게 된다.
따라서, 액정분자의 장축방향과 장축에 수직인 방향의 유전율이 서로 다른 것을 나타내는 유전율 이방성이 12 이상을 유지하는 경우, 밴드상과 스프레이상의 깁스 에너지차, 전이전압, 임계전압 및 응답속도 측면에서 우수한 특성을 나타내게 된다.
도 4a 및 도 4b는 본 발명의 일실시예에 따른 액정의 K11 및 K33을 나타내는 그래프들이다.
이때, 도 4a는 K11 및 K33에 대한 전이전압의 관계를, 도 4b는 K11 및 K33에 대한 응답 속도 중 Tr의 관계를 나타낸다.
이때, 상기 K11은 스프레이상의 탄성 계수를 나타내고, K33은 밴드상의 탄성 계수를 나타내는 것을 각각의 탄성 계수가 높다는 것은 각자의 상을 유지하는 경향이 강하다는 것을 의미한다.
도 4a를 참조하면, OCB 모드 액정의 K11 값이 14 이하까지는 약 11V 이하의 전이전압을 갖다가 14 이상에서는 전이전압이 급격히 증가하는 것을 볼 수 있고, OCB 모드 액정의 K33 값이 12 내지 16 이내의 값을 가질 때에는 전이전압이 약 11V 이하의 값을 갖는 것을 볼 수 있고, 상기 구간을 벗어나게 되면 전이전압이 급격하게 증가하는 것을 볼 수 있다. 따라서, 전이전압 측면에서는 K11 값은 14 이하의 값을 갖고, K33 값은 12 내지 16의 값을 갖는 것이 바람직하다.
도 4b를 참조하면, OCB 모드 액정의 K11 값이 14 이하까지는 Tr이 약 1.2ms 이하이다가 14 이후부터는 Tr 시간이 급격하게 증가하게 되는데 이는 액정의 응답 속도를 느리게 하여 액정 표시 장치의 계조 특성을 나쁘게 한다. 또한, OCB 모드 액정의 K33 값이 12 내지 16 이내의 값을 가질 때에는 Tr이 약 1.25ms 이하이다가 상기 구간 이외의 영역에서는 Tr 시간이 급격히 증가하는 것을 볼 수 있는데, 이 역시 액정의 응답 속도를 느리게 한다.
따라서, 전이전압 및 액정의 응답 속도 중 Tr을 교려할 때, K11 값이 14 이하인 것이 바람직하고, K33 값은 12 내지 16인 것이 바람직하다.
도 5a 내지 도 5c는 본 발명의 일실시예에 따른 액정의 선경사각를 나타내는 그래프들이다.
이때, 도 5a는 선경사각에 대한 임계전압 및 밴드상과 스프레이상의 깁스 에 너지차의 관계를, 도 5b는 선경사각에 대한 전이전압의 관계를, 도 5c는 선경사각에 대한 응답속도의 Tr의 관계를 나타낸다.
이때, 상기 선경사각(pretilt angle)은 액정 표시 장치에서 배향막의 특성에 의해 액정의 배향이 전극에 대해 일정한 각을 갖는 것을 의미한다.
도 5a를 참조하면, OCB 모드 액정의 선경사각이 커질 수록 밴드상과 스프레이상의 깁스 에너지차가 작아지고, 임계전압의 크기가 작아지는 것을 볼 수 있는데, 이는 상기 선경사각이 커질 수록 밴드상을 유지하도록 하는 임계전압은 작아지는 것을 볼 수 있다.
도 5b를 참조하면, OCB 모드 액정의 선경사각이 4도에서 8도로 증가함에 따라 액정을 스프레이상에서 밴드상으로 전이시키는데 필요한 전압인 전이전압이 11.5V에서 8.5V로 점점 낮아지는 것을 볼 수 있다.
도 5c를 참조하면, OCB 모드 액정의 선경사각이 4도에서 8도로 증가함에 따라 액정 표시 장치의 응답속도 중 Tr이 점점 감소하는 것을 알 수 있는데, 이는 선경사각이 커질 수록 액정 표시 장치의 응답속도는 빨라진다는 것을 의미한다.
따라서, 도 5a 내지 도 5c를 종합하면 선경사각이 커질 수록 임계전압 및 전이전압은 낮아지고, 응답속도는 높아진다. 또한 비록 그래프에서 선경사각이 8도인 경우만을 나타내고, 그 이상의 경우에는 표시하고 있지는 않지만, 그래프의 경향을 유추하여 볼 때, 선경사각이 증가할 수록, 전이전압 및 Tr은 감소하는 경향을 보임을 쉽게 유추할 수 있다. 상기와 같은 결과로 볼 때, 선경사각은 높을 수록 본 발명의 액정 표시 소자의 특성은 우수해지는 것은 분명하나 현재의 공정 수준 및 재 료의 안정적인 측면에서는 10도 이상의 선경사각을 갖도록 하는 배향막을 형성하기는 공정적인 측면(전체 면적에 균일하게 배향하는 공정)에서 힘들기 때문에 선경사각은 10도 이하로 하는 것이 바람직하다. 따라서, 상기 선경사각은 4 이상 10도 이하인 것이 바람직하다.
또한, 상기 액정의 점도는 0.2Pa 이하를 유지하는 것이 바람직한데, 이는 액정의 점도가 0.2Pa 이상일 경우에는 응답 속도가 10ms 이상이 되어 응답 속도가 너무 느린 반면 0.2Pa 이하인 경우에는 응답 속도가 7ms 이하를 유지하여 빠른 응답 속도를 얻을 수 있기 때문이다.
따라서, 본 발명의 액정 표시 장치는 액정의 복굴절율, 유전율 이방성, K11, K33 및 점도의 최적화에 의해 전이 전압, 신뢰성 및 구동 마진이 개선되는 효과가 있다.
본 발명은 이상에서 살펴본 바와 같이 바람직한 실시예를 들어 도시하고 설명하였으나, 상기한 실시 예에 한정되지 아니하며 본 발명의 정신을 벗어나지 않는 범위 내에서 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변경과 수정이 가능할 것이다.

Claims (14)

  1. 제1전극이 형성된 하부 기판;
    상기 하부 기판에 대향하고, 제2전극이 형성된 상부 기판; 및
    상기 제1전극 및 제2전극 사이에 충진되고, 복굴절율이 0.160 내지 0.180인 액정층을 포함하는 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 액정층의 유전율 이방성은 12 이상인 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 액정층의 K11은 14 이하이고, K33은 12 내지 16인 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 액정층의 선경사각은 4 내지 10도인 것을 특징으로 하는 액정 표시 장 치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 액정층의 점도는 0.2 이하인 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 액정층의 유전율 이방성은 12 이상이고, K11은 14 이하이고, K33은 12 내지 16이고, 선경사각은 4 내지 10도인 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
  7. 제1전극이 형성된 하부 기판;
    상기 하부 기판에 대향하고, 제2전극이 형성된 상부 기판; 및
    상기 제1전극 및 제2전극 사이에 충진되고, 유전율 이방성이 12 이상인 액정층을 포함하는 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
  8. 제1전극이 형성된 하부 기판;
    상기 하부 기판에 대향하고, 제2전극이 형성된 상부 기판; 및
    상기 제1전극 및 제2전극 사이에 충진되고, K11이 14 이하이고, K33이 12 내지 16인 액정층을 포함하는 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
  9. 제1전극이 형성된 하부 기판;
    상기 하부 기판에 대향하고, 제2전극이 형성된 상부 기판; 및
    상기 제1전극 및 제2전극 사이에 충진되고, 선경사각이 4 내지 10도인 액정층을 포함하는 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
  10. 제 1 항, 제 7 항, 제 8 항 및 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 액정층은 OCB 모드의 액정층인 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
  11. 제 1 항, 제 7 항, 제 8 항 및 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1전극 상에 형성된 제1배향막 및 제2전극상에 형성된 제2배향막을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
  12. 제 1 항, 제 7 항, 제 8 항 및 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1배향막 및 상기 제2배향막은 동일한 방향으로 러빙되어 있음을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
  13. 제 1 항, 제 7 항, 제 8 항 및 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 하부 기판의 하부에 위치하는 제1편광판 및 상기 상부 기판의 상부에 위치하는 이축 보상판 및 제2편광판을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 제1편광판의 하부에 위치하는 백라이트 유닛을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
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