KR100674231B1 - 프린지 필드 구동 모드 액정 표시 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 프린지 필드 구동 액정 표시 장치를 개시한다. 개시된 본 발명은, 하부 기판; 하부 기판과 소정 거리를 두고 대향된 상부 기판; 상기 상,하부 기판 사이에 개재되며 다수개의 액정 분자를 포함하는 액정층; 상기 하부 기판 내측면에 형성되며 액정 분자를 구동시키는 프린지 필드를 형성하는 화소 전극과 카운터 전극; 상기 화소 전극과 카운터 전극이 형성된 하부 기판과 액정층 사이에 개재되는 제 1 수평 배향막; 상기 상부 기판과 액정층 사이에 개재되는 제 2 수평 배향막; 상기 하부 기판 외측면에 배치되며 소정의 편광축을 갖는 제 1 편광판; 및 상기 상부 기판 외측면에 배치되며, 소정의 편광축을 갖는 제 2 편광판을 포함하며, 상기 카운터 전극과 화소 전극 사이에 필드가 인가되지 전에는, 액정층내의 액정 분자들이 스플레이 상태로 배열되고, 상기 카운터 전극과 화소 전극 사이에 필드가 인가되면, 액정 분자들은 그 사이에 발생되는 필드의 형태로 재배열되는 것을 특징으로 한다.

Description

프린지 필드 구동 모드 액정 표시 장치{FRINGE FIELD SWITCHING MODE LCD}
도 1은 일반적인 프린지 필드 구동 모드 액정 표시 장치의 단면도.
도 2는 일반적인 프린지 필드 구동 모드 액정 표시 장치의 등콘트라스트비(iso contrast ratio)를 나타낸 그래프.
도 3은 본 발명에 따른 프린지 필드 구동 모드 액정 표시 장치의 단면도.
도 4는 본 발명에 따른 프린지 필드 구동 모드 액정 표시 장치의 등콘트라스트비를 나타낸 그래프.
(도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명)
21 - 하부 기판 22 - 카운터 전극
23 - 게이트 절연막 24 - 화소 전극
25 - 제 1 수평 배향막 30 - 상부 기판
32 - 제 2 수평 배향막 33a - 제 1 편광판
33b - 제 2 편광판
본 발명은 프린지 필드 구동 모드 액정 표시 장치(fringe field switching mode LCD, 이하 FFS-LCD)에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 콘트라스트비(contrast ratio)를 향상시킬 수 있는 FFS-LCD에 관한 것이다.
FFS-LCD는 IPS(in plane swiching)-LCD의 낮은 투과율 및 개구율을 확보하기 위하여 본 출원인들에 의하여 대한민국 특허 출원 제 98-9243호로 출원된 바 있다.
도 1은 일반적인 프린지 필드 구동 액정 표시 장치의 단면도로서, 본 도면에는 다수의 화소 영역 중 어느 한 영역이 도시되었고, 본 도면에서는 액티브 매트릭스 기본 요소인 게이트 버스 라인, 데이터 버스 라인 및 박막 트랜지스터는 생략되었다.
도 1을 참조하여, 하부 기판(1)과 상부 기판(10)은 소정 거리(d:이하 셀갭)을 두고 대향,대치된다. 하부 기판(1)의 내측 표면에는 카운터 전극(2)이 플레이트(plate) 형태로 각 단위 화소 당 형성된다. 카운터 전극(2)은 빗(comb) 형태로 형성될 수 있으며, 투명 도전체로 형성된다. 카운터 전극(2) 표면에는 게이트 절연막(3)이 덮혀지고, 게이트 절연막(3) 표면에는 다수개의 빗살을 포함하는 빗 형태로 된 화소 전극(4)이 형성된다. 이때, 화소 전극(4)의 빗살 사이를 통하여, 카운터 전극(2)의 소정 부분이 노출된다. 아울러, 화소 전극(4)의 빗살들은 도면의 y방향으로 연장되며, 화소 전극(4)과 카운터 전극(2) 사이에 형성되는 필드는 x방향으로 형성된다.
더불어, 화소 전극(4)과 카운터 전극(2)간의 거리 즉, 게이트 절연막(3)의 두께는 셀갭(d)보다 작게 설정하여, 화소 전극(4)과 카운터 전극(2) 사이에 프린지 필드가 형성되도록 한다. 화소 전극(4)은 카운터 전극(2)과 마찬가지로 투명한 도 전체로 형성된다.
이러한 하부 기판(1)의 결과물 표면에는 제 1 수평 배향막(5)이 덮혀지고, 상부 기판(10)의 내측 표면에는 제 2 수평 배향막(11)이 덮혀진다. 제 1 및 제 2 수평 배향막(5,11)은 서로 비병렬(anti-parallel)한 러빙축(ψ1,ψ2)을 갖고, 그중 어느 하나의 러빙축(ψ1 또는 ψ2)은 카운터 전극(2)과 화소 전극(4) 사이에 형성되는 필드와 소정 각도를 이룬다.
제 1 편광판(12a)은 하부 기판(1)의 외측면에 부착되고, 제 2 편광판(12b)은 상부 기판(10)의 외측면에 부착된다. 여기서, 제 1 편광판(12a)의 편광축(P)과 제 2 편광판(12b)의 편광축(A)은 서로 직교하고, 어느 하나의 편광축(P 또는 A)은 러빙축(ψ1 또는 ψ2)과 일치한다.
하부 기판(1)과 상부 기판(10) 사이에는 수개의 액정 분자를 갖는 액정층(15)이 개재된다. 이때 액정층은 유전율 이방성이 양 또는 음인 물질을 모두 사용할 수 있으나, 현재는 투과율 측면에서 우수한 음인 물질을 주로 사용한다.
이러한 구성을 갖는 FFS-LCD는 다음과 같이 동작된다.
먼저, 카운터 전극(2)과 화소 전극(4) 사이에 필드가 인가되기 전에는, 액정 분자(15a)들은 러빙축과 장축이 평행하도록 배열된다. 이에따라, 제 1 편광판(12a)을 통과한 광은 액정층(15)을 지나면서 그 편광 상태가 변화되지 않아, 제 2 편광판(12b)을 통과하지 못하여, 화면은 다크가 된다.
한편, 카운터 전극(2)과 화소 전극(4) 사이에 전압차가 발생되면, 카운터 전극(2)과 화소 전극(4) 사이에 프린지 필드가 형성된다. 이 프린지 필드에 의하여, 카운터 전극(2)과 화소 전극(4) 사이 및 전극(2,4) 상부에 있는 액정 분자들이 모두 트위스트된다. 이에따라, 제 1 편광판(12a)을 통과한 광은 액정층(15)을 통과하면서 그 편광 상태가 변화되어, 제 2 편광판(12b)을 통과한다. 따라서, 화면은 화이트 상태가 된다. 여기서, 프린지 필드 구동 액정 표시 장치는, 전극 사이 및 전극 상부에 있는 모든 액정 분자들이 모두 움직이게 되므로 기존의 IPS 모드 액정 표시 장치보다 투과율이 크게 개선된다.
그러나, 상술한 FFS-LCD는 도 2의 그래프에서도 나타난 바와 같이, 다크시 액정 분자의 장축 방향 및 화면의 특정 방향에서 위상 지연이 급격히 변화된다.
이는 종래의 FFS-LCD의 화소 전극과 카운터 전극 사이에 필드 인가전, 굴절율 이방성을 갖는 액정 분자들이 모두 동일한 방향으로 배열되어 있기 때문으로, 이러한 액정 분자들의 굴절율 이방성으로 인하여, 화면의 가장자리에서 광 누설이 발생된다.
이로 인하여, 도 2에 도시된 바와 같이, 화면의 우측 하부에서 광 누설이 발생되어, 화면의 특정 부분에서 콘트라스트비가 0.01 이하를 나타낸다.
따라서, 본 발명의 목적은 상술한 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 전 화면에서 콘트라스트비가 우수한 FFS-LCD를 제공하는 것이다.
상기한 본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은, 하부 기판; 하부 기판과 소정 거리를 두고 대향된 상부 기판; 상기 상,하부 기판 사이에 개재되며 다 수개의 액정 분자를 포함하는 액정층; 상기 하부 기판 내측면에 형성되며 액정 분자를 구동시키는 프린지 필드를 형성하는 화소 전극과 카운터 전극; 상기 화소 전극과 카운터 전극이 형성된 하부 기판과 액정층 사이에 개재되는 제 1 수평 배향막; 상기 상부 기판과 액정층 사이에 개재되는 제 2 수평 배향막; 상기 하부 기판 외측면에 배치되며 소정의 편광축을 갖는 제 1 편광판; 및 상기 상부 기판 외측면에 배치되며, 소정의 편광축을 갖는 제 2 편광판을 포함하며, 상기 카운터 전극과 화소 전극 사이에 필드가 인가되지 전에는, 액정층내의 액정 분자들이 스플레이 상태로 배열되고, 상기 카운터 전극과 화소 전극 사이에 필드가 인가되면, 액정 분자들은 그 사이에 발생되는 필드의 형태로 재배열되는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명은, 하부 기판; 하부 기판과 소정 거리를 두고 대향된 상부 기판; 상기 상,하부 기판 사이에 개재되며 다수개의 액정 분자를 포함하는 액정층; 상기 하부 기판 내측면에 형성되며 액정 분자를 구동시키는 프린지 필드를 형성하는 화소 전극과 카운터 전극; 상기 화소 전극과 카운터 전극이 형성된 하부 기판과 액정층 사이에 개재되며 소정의 제 1 러빙축을 갖는 제 1 수평 배향막; 상기 상부 기판과 액정층 사이에 개재되며, 제 1 러빙축과 평행한 제 2 러빙축을 갖는 제 2 수평 배향막; 및 상기 하부 기판 및 상기 상부 기판의 외측면에 각각 배치되어 서로 직교하는 제 1 및 제 2 편광축을 가지며, 상기 제 1 및 제 2 편광축 중 어느 하나가 상기 제 1 및 제 2 러빙축과 일치하는 제 1 및 제 2 편광판을 포함하는 것을 특징으로 한다.
(실시예)
이하, 첨부한 도면에 의거하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하도록 한 다.
첨부한 도면 도 3은 본 발명에 따른 프린지 필드 구동 모드 액정 표시 장치의 단면도이고, 도 4는 본 발명에 따른 프린지 필드 구동 모드 액정 표시 장치의 등콘트라스트비를 나타낸 그래프이다.
먼저, 도 2를 참조하여, 하부 기판(21)과 상부 기판(30)은 소정 셀갭(d)을 두고 대향된다. 하부 기판(21)의 내측 표면에는 종래와 마찬가지로 카운터 전극(22)이 플레이트 형태 또는 빗 형태로 각 단위 화소 당 하나씩 형성된다. 본 실시예에서는 카운터 전극(22)을 플레이트 형태로 형성하였으며, 개구율 및 투과율을 개선하기 위하여, 투명 도전체 예를들어 ITO(indium tin oxide)로 형성한다. 이 카운터 전극(22)은 지속적으로 공통 신호를 인가받는다. 카운터 전극(22) 표면에는 게이트 절연막(23)이 덮혀진다. 게이트 절연막(23) 표면에는 다수개의 빗살을 포함하는 빗 형태로 된 화소 전극(24)이 형성된다. 이때, 화소 전극(24)의 빗살 사이를 통하여, 카운터 전극(22)의 소정 부분이 노출되며, 화소 전극(24)의 빗살과 노출된 카운터 전극(22) 부분 사이에서 필드가 형성된다. 아울러, 화소 전극(24)의 빗살들은 도면의 y방향으로 연장되며, 화소 전극(24)과 카운터 전극(22) 사이에 형성되는 필드는 x 방향으로 형성된다. 여기서, 화소 전극(24)과 카운터 전극(22)간의 거리 예를들어, 카운터 전극(22)이 플레이트 형태로 형성되는 경우, 게이트 절연막(3)의 두께는 셀갭(d)보다 작게 설정하여, 화소 전극(24)과 카운터 전극(22) 사이에 프린지 필드가 형성되도록 한다. 또한, 화소 전극(24)은 카운터 전극(22)과 마찬가지로 투명한 도전체 즉, ITO로 형성된다.
하부 기판(21)과 상부 기판(30) 사이에 수개의 액정 분자(35a)를 갖는 액정층(15)이 개재된다. 액정층(35)은 유전율 이방성이 양 또는 음이 모두 사용될 수 있으며, 액정 분자(35a)의 굴절율 이방성은 셀갭(d)과 굴절율 이방성(Δn)의 곱으로 나타내어지는 위상 지연(phase retardation)이 0.29 내지 0.3㎛ 범위가 될 수 있도록 조절한다.
이러한 하부 기판(21)의 결과물 표면과 액정층(35) 사이에 제 1 수평 배향막(25)이 개재되고, 상부 기판(30)과 액정층(35) 사이에 제 2 수평 배향막(32)이 개재된다. 제 1 및 제 2 수평 배향막(25,32)은 서로 평행한(parallel) 러빙축(ψ1, ψ2)을 갖고, 이 러빙축(ψ1, ψ2)은 카운터 전극(22)과 화소 전극(24) 사이에 형성되는 필드(x 방향)와 소정 각도를 이룬다. 바람직하게는, 최대 투과율을 만족시킬 수 있도록, 유전율 이방성이 양인 액정을 사용할 경우, 러빙축(ψ1,ψ2)은 필드 방향(x 방향)과 45°이상을 이루도록 한다. 한편, 유전율 이방성이 음인 액정을 사용할 경우, 러빙축(ψ1,ψ2)은 필드 방향(x 방향)과 45°이하를 이루도록 한다.
하부 기판(21)의 외측면에는 제 1 편광판(33a)이 부착되고, 상부 기판(30)의 외측면에는 제 2 편광판(33b)이 부착된다. 여기서, 제 1 편광판(33a)의 편광축(P)과 제 2 편광판(12b)의 편광축(A)은, 액정 표시 장치가 노말리 블랙으로 구동할 수 있도록, 서로 직교되도록 부착되고, 어느 하나의 편광축(P 또는 A)은 러빙축(ψ1,ψ2)과 일치함이 바람직하다.
이와같은 본 발명의 FFS-LCD는 다음과 같은 동작을 한다.
먼저, 카운터 전극(22)과 화소 전극(24) 사이에 전압차가 발생되지 않는 경우, 서로 평행한 러빙축(ψ1,ψ2)의 영향으로, 액정 분자(35a)들은 스플레이(splay) 형태, 즉, 90°회전된 π형태로 배열된다. 이렇게 배열된 액정 분자(35a)들은 액정층(35)의 미들레이어(middle layer)를 중심으로 상하로 대칭되도록 배열되어져 있으므로, 어떠한 시야각 방향에서도 액정 분자(35a)의 굴절율 이방성이 보상된다. 또한, 제 1 편광판(33a)을 통과한 광은 스플레이 형태로 액정 분자(35a)들이 배열된 액정층(35)을 지나면서 그 편광 상태가 변화되지 아니하여, 제 2 편광판(33b)을 통과하지 못한다. 따라서, 화면은 다크가 된다. 이때, 상술한 바와 같이, 액정 분자(35a)들이 상하 대칭적으로 배열되어 있으므로, 측면 시야각 방향에서 광 누설이 발생되지 않고, 화면은 완벽한 다크를 이룬다.
한편, 카운터 전극(22)과 화소 전극(24) 사이에 전압차가 발생되면, 카운터 전극(22)의 노출된 부위와 화소 전극(24)의 빗살 사이에 프린지 필드가 발생된다. 이에따라, 액정 분자(35a)들은 프린지 필드의 형태로 재배열된다. 제 1 편광판(33a)을 통과한 광은 액정층(35)을 통과하면서 그 편광 상태가 변화되어, 제 2 편광판(33b)을 통과한다.
이러한 본 발명의 FFS-LCD는 다크시 액정 분자들이 자연스럽게 위상이 보상되므로, 광 누설이 거의 발생되지 않음에 따라, 완벽한 다크를 실현할 수 있다. 따라서, 콘트라스트비가 개선된다.
즉, 도 4에서와 같이, 본 발명과 같이 LCD를 구성하면, 화면의 대부분의 영역에서 0.001 이상의 콘트라스트비를 보이며, 콘트라스트비가 0.001 이하의 영역은 존재하지 않는다. 따라서, 도 2와 비교하여 볼 때, 콘트라스트비가 훨씬 우수해짐을 알 수 있다.
이상에서 자세히 설명한 바와 같이, 본 발명에 의하면, FFS-LCD에 있어서, 제 1 및 제 2 수평 배향막이 서로 평행한 러빙축을 갖도록 하여, 필드 인가전, 액정 분자들이 스플레이 형태로 배열되도록 한다. 이에따라, 필드 인가전 액정 분자들이 상하 방향으로 위상이 자연스럽게 보상되어, 화면은 완벽한 다크를 띤다. 따라서, 콘트라스트비가 크게 개선되어, FFS-LCD의 화질 특성이 개선된다.
기타, 본 발명의 요지를 벗어나지 않는 범위에서 다양하게 변경하여 실시할 수 있다.

Claims (5)

  1. 삭제
  2. 하부 기판;
    하부 기판과 소정 거리를 두고 대향된 상부 기판;
    상기 상,하부 기판 사이에 개재되며 다수개의 액정 분자를 포함하는 액정층;
    상기 하부 기판 내측면에 형성되며 액정 분자를 구동시키는 프린지 필드를 형성하는 화소 전극과 카운터 전극;
    상기 화소 전극과 카운터 전극이 형성된 하부 기판과 액정층 사이에 개재되며 소정의 제 1 러빙축을 갖는 제 1 수평 배향막;
    상기 상부 기판과 액정층 사이에 개재되며 상기 제 1 러빙축과 평행한 제 2 러빙축을 갖는 제 2 수평 배향막;
    상기 하부 기판 및 상기 상부 기판의 외측면에 각각 배치되어 서로 직교하는 제 1 및 제 2 편광축을 가지며, 상기 제 1 및 제 2 편광축 중 어느 하나가 상기 제 1 및 제 2 러빙축과 일치하는 제 1 및 제 2 편광판을 포함하는 것을 특징으로 하는 FFS-LCD.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 액정층의 유전율 이방성이 양인 경우, 제 1 및 제 2 러빙축과 프린지 필드 방향은 45°이상을 이루는 것을 특징으로 하는 FFS-LCD.
  4. 제 2 항에 있어서, 상기 액정층의 유전율 이방성이 음인 경우, 제 1 및 제 2 러빙축과 프린지 필드 방향은 45°이하를 이루는 것을 특징으로 하는 FFS-LCD.
  5. 삭제
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