KR100724957B1 - 프린즈필드스위칭 액정표시소자 - Google Patents

Abstract

본 발명은 프린즈필드스위칭(FFS:Fringe-Field Switching) 모드를 이용한 액정표시소자(LCD: Liquid Crystal Display)에 관한 것으로서, FFS 모드의 두층의 투명전극 구조에 있어서, 하나의 구조가 플레인(plane)형태를 띠고 다른 하나의 구조가 닫힌 "日" 형태의 슬릿(slit) 또는 핑거(finger) 형태의 전극 구조를 가질 때 전극 구석 부분에서 리버스 트위스트(reverse twist)가 발생하고 이로 인하여 빛이 투과되지 않는 디스클리네이션 라인(disclination line)이 발생한다. 이는 투과율 저하와 구동전압의 상승을 가져오는데, 본 발명에서는 slit전극 구조를 열린 형태의 "ㄹ" 자 구조 형태를 채택하여 종래 디스클리네이션 라인(disclination line)의 발생율을 반으로 줄여 투과율 상승과 구동전압 저하 효과를 가져왔다.

액정디스플레이, fringe-field switching, 투과율, reverse twist

Description

프린즈필드스위칭 액정표시소자 {Fringe-field switching liquid crystal display }

도 1은 종래의 FFS 모드를 이용한 투과형 LCD의 화소 구조 및 disclination 발생 영역.

도 2는 종래의 FFS 모드의 LCD 측면도 (A - A' 및 B - B' ).

도 3은 본 발명에 따른 FFS 화소 구조 및 disclination 발생 영역.

도 4는 본 발명에 따른 FFS 모드의 LCD 측면도 (C - C' 및 D - D').

도 5는 본 발명에 따른 이중 도메인 FFS 화소 구조.

도 6은 본 발명에 따른 두 층의 투명 전극이 모두 기울어진 "ㄹ" 자 구조를 갖는 FFS 화소 구조.

본 발명은 고화질 FFS 모드 LCD 화소 구조에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 기존의 닫힌 사다리꼴 형태의 전극 구조를 열린 형태의 "ㄹ" 자 구조로 변경하여 종래 구조 보다 투과율 상승과 구동전압을 낮출 수 있는 LCD에 관한 것이다.

일반적으로 액정 표시 장치에는 여러 액정 모드가 존재한다. TN (Twisted nematic) 액정 모드는 광효율은 좋으나 전압 인가시 액정 분자가 한쪽으로 일어나기 때문에 시야각이 협소한 단점이 있다. 이를 극복하기 위해 IPS (In-plane switching) 모드가 개발되었다. 이 모드에서는 액정분자가 기판에 평행하게 한쪽 방향 회전하기 때문에 TN보다 시야각이 우수하나 전극 윗부분에서 광효율이 떨어지고, 구동전압이 높고, 시야각에 따라 색띰 문제가 존재한다. 투과율을 개선하기 위해 고개구율 IPS구조를 채택하였고 색띰 문제를 개선하기 위해서는 전극 구조를 쐐기 모양으로 하였다. IPS가 갖는 여러 문제를 개선하기 위해 FFS 모드가 제안되었다.

FFS 모드에서는 공통전극과 화소전극이 투명전극으로 되어 있어 마스크 수 면에는 종래 TN보다 하나 증가하는 단점이 있다. 하지만 전극위 전영역에서 액정분자들이 강한 fringe 전기장에 의해 기판에 거의 평행하기 회전되기 때문에 광시야각, 고투과율, 저 구동전압을 동시에 달성할 수 있었다.

FFS 한개의 화소내의 전극 구조를 좀더 자세히 살펴보면 도1에서 나타난 봐와 같이 일반적으로 공통전극이 plane(1)형태로 패턴되어 있고 절연막이(2) 코팅된 다음 화소전극(3)이 기울어진 "日" 자 형태로 구성되어 있다. 이러한 전극 구조시 화소의 중심부분의 전기장 방향(4)이 전극 구석의 전기장 방향(5)과 서로 다른 것을 알 수 있다. FFS 모드에서는 액정들이 초기에 수평방향으로 균일하게 배열되어 있는데 화소 중심부분에서는 전기장에 의해 시계방향으로 액정들이 꼬이게 되는 반면 전극구석 영역에서는 반시계 방향으로 꼬이게 되어 구석영역(6)에서 분자들간의 충돌이 일어나게 되고 빛이 투과되지 않는 disclination line들이 많은 구석영역에 서 발생하게 된다. 이러한 disclination line들은 LCD의 투과율을 저하 시킬 뿐만 아니라 응답속도의 지연, 구동전압의 상승 효과를 가져온다. 또한 액정분자들이 한방향으로 기울어진 "日" 전극 구조 채택시 한쪽 방향으로 회전되고 이는 각도에 따라 색띰 현상을 가져오게 되는데 전극 중앙을 중심으로 기울어진 각도가 미러 대칭형 형태를 갖게 하여 전압 인가시 액정 분자가 양방향으로 회전하게 하여 화질을 향상 시켰다. 하지만 이러한 전극구조의 경우에도 각 전극 구석 마다 diclination line들이 발생하여 화질 저하를 가져온다.

본 발명의 목적은 상기한 바와 같은 종래 FFS 액정표시장치에서의 문제점 즉 disclination line의 발생 영역을 최소화하여 화질을 향상시키기 위한 것으로, 전극 구조를 최적화하여 disclination line을 발생시키는 전기장 발생을 최소화하기 위한 전극구조에 관한 것이다.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명에서는 종래 FFS 액정표시장치에서의 문제점 즉 disclination line의 발생 영역을 최소화하고 화질을 향상시키기 위한 것으로 slit전극구조를 열린형태의 "ㄹ" 자 구조 형태를 제안하였다.

- 실시예 1 -

실시예 1은 두 층의 투명전극 중 위층의 전극이 기울어진 "ㄹ" 자 전극 구조 를 포함하는 FFS 모드를 이용한 투과형 LCD이다. 투명 유리 기판 또는 플라스틱 기판위에 첫 번째 층의 투명전극(1)은 plane형태로 패턴하고 게이트 전극(9) 및 절연막 및 반도체 층(2), 신호선(11) 및 소스/드레인 층(10), 절연막 층, 기울어진 "ㄹ" 자 구조의 투명 전극(12)을 도 3에 도시한 바와 같이 형성한다. 상판은 총천연색을 구현하기 위해 red, blue, green색을 낼 수 있는 필터가 유리 또는 플라스틱 기판위에 형성되어 있는 기판을 사용한다. 양 기판에 수평 액정 배향막을 수천 Å이하로 코팅한 다음 서로 반대방향으로 러빙을 한다. 다음 상하판에 셀갭이 2 ~ 6 ㎛사이가 되도록 하고 액정을 dropping 방식 또는 진공주입 방식을 통해 합착된 기판에 들어가도록 한다. 이때 유전율 이방성이 음인 액정을 사용하면 러빙방향이 수직 방향 즉 신호선 전극 방향이 되고, 유전율 이방성이 양인 액정을 사용하면 주사선 전극 방향 즉 수평방향이 된다. 이때 액정 층의 위상지연값은 0.2 ~ 0.5 ㎛사의 값을 갖도록 한다. 상하판에 투과축이 교차된 편광판은 사용하며 두 축중의 하나는 액정 광축과 일치하게 한다.

이와 같은 액정셀은 전압 인가전에는 흑상태를 보여주고 전압이 인가되기 시작함에 따라 빛이 투과되기 시작한다. 종래의 구조와 다른 점은 본 발명에서 제시된 전극 구조를 채택할 시 전극 구석에서 액정의 reverse twist가 발생하여 disclination line(6)이 생기는 영역이 종래의 1/2로 감소하여 투과율상승을 가져왔다. 또 분자들간의 충돌이 줄어들기 때문에 이는 종래기술에 비해 구동전압 저하 효과의 응답속도의 향상을 가져온다.

기존 기술의 전극 측면인 도 2와 발명된 "ㄹ"전극 구조인 도 4를 비교해 보 면 도시된 바와 같이 수직방향의 단면도(C-C')는 일치하나 수평방향의 단면도(D-D')가 일치 하지 않음을 알 수 있다.

또한, 본 발명에 있어서, "ㄹ" 자 구조에서 각 전극의 폭(8) 은 8㎛ 이내 전극과 전극 사이의 간격(7)은 12㎛ 이하의 값에서 최적의 투과율을 보여준다.

또한, 본 발명에 있어서, 투명전극들의 두께는 1500 Å 이하, 전극 사이의 절연막은 1000 Å 이상이 되는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 있어서,"ㄹ" 자 구조 전극의 기울기(13)가 1도 이상 46도 이하가 되는 것을 특징으로 한다.

- 실시예 2 -

실시예 2는 실시예 1에서와는 달리 두 층의 투명전극 중 위층의 전극이 기울어진 화소 수평방향의 중앙을 중심으로 기울어진 "ㄹ" 자 전극 구조가 거울 대칭형태로 배치되어 있는 것을 포함하는 FFS 모드를 이용한 투과형 LCD이다.

도 5는 본 발명의 제 2 실시 예에 따른 FFS 투과형 LCD의 화소 구조 단면도이다. 도시한 바와 같이, 투명 유리 기판 또는 플라스틱 기판 위에 첫 번째 층의 투명 전극(1)은 plane형태로 패턴하고 게이트 전극(9) 및 절연막 및 반도체 층(2), 신호선 (11)및 소스/드레인 층(10), 기울어진 "ㄹ" 자 구조의 투명 전극(14)이 도 5에 서와 같이 화소 수평방향의 중앙을 중심으로 거울 대칭형태로 배치되어 있다.

- 실시예 3 -

실시예 3은 실시 예 1에 있어서 두 층의 투명 전극 중에 위층의 투명 전극만이 기울어진 "ㄹ" 자 전극 구조를 갖는 것과는 달리 양쪽 모두의 투명 전극이 기울 어진 "ㄹ" 자 전극 구조로 배치되어 있는 FFS 모드를 이용한 투과형 LCD이다.

도 6은 본 발명의 제 3 실시 예에 따른 FFS 투과형 LCD의 화소 구조 단면도이다. 도시한 바와 같이, 위층의 투명 전극이 기울어진 "ㄹ" 자 구조의 투명 전극(12)으로 배치되어 있고, 밑층의 투명 전극 또한 동일한 구조의 투명 전극(15)으로 배치되어 있다. 전극 사이에는 실시예 1과 동일하게 절연막 및 반도체 층(2)이 존재하고 게이트 전극(9), 신호선 (11)및 소스/드레인 층(10)이 배치되어 있다.

본 발명에 따른 FFS 모드 전극구조를 이용한 투과형 또는 반투과형 LCD에 의하면 종래 FFS모드 LCD보다 투과율이 향상되고 구동전압이 낮아지고 응답속가 빨라지는 효과가 있다. 이는 종래의 공정을 그대로 사용하면서 액정 방향자의 제어를 좀 더 정밀하게 할 수 있는 기술로써 비용은 종래 그대로 유지하면서 화질개선에 큰 기여를 할 것이다.

Claims (3)

1. FFS 모드를 사용하는 박막 트랜지스터의 두 층의 투명 전극 구조에 있어서,

   투명 유리 기판 또는 플라스틱 기판 위에 첫 번째 층의 투명전극을 플레인(plane) 형태로 패턴하고;

   절연막을 사이에 두고 두 번째 층의 투명전극을 기울어진 "ㄹ"자 구조의 형태로 형성하고;

   양 기판에 수평 액정 배향막을 500∼6000 Å사이로 코팅한 후 서로 반대방향으로 러빙을 하고;

   상기 상, 하판에 셀갭이 2∼6㎛사이가 되도록 하고 액정을 드라핑(dropping) 방식 또는 진공 주입 방식을 통해 합착된 기판에 들어가도록 하고;

   이때 액정층의 위상지연값 (셀갭과 액정 굴절율의 곱)은 0.2∼0.5㎛ 사이의 값을 갖도록 하고;

   상, 하판에 투과축이 교차된 편광판을 사용하며 두 축 중의 하나는 액정 광축과 일치한 Fringe-field switching 액정표시소자.
2. 제 1항에 있어서,"ㄹ" 자 구조에서 각 전극의 폭은 8㎛ 이내로 하고 전극과 전극사이의 간격은 12㎛ 이하의 값을 갖게 하고;

   투명전극들의 두께는 2000 Å 이하, 전극 사이의 절연막은 1000 Å 이상이 되는 값을 갖게 하고;

   "ㄹ" 자 구조 전극의 기울기가 1도 이상 46도 이하가 되는 것을 특징으로 하는 Fringe-field switching 액정표시소자.
3. 제 1항에 있어서, 첫 번째 층이 plane형태인 거와는 달리 기울어진 "ㄹ" 자 전극 모양으로 패턴하고;

   절연막을 사이에 두고 두 번째 층의 투명전극 역시 기울어진 "ㄹ" 자 전극 모양으로 패턴되어 있는 Fringe-field switching 액정표시소자.

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