KR100737671B1 - Ｏｃｂ 모드 액정표시장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 OCB(Optically Compensated Bend) 모드 액정표시장치를 개시한다. 개시된 본 발명의 OCB 모드 액정표시장치는, 내측면에 화소전극을 구비한 어레이 기판과, 상기 어레이 기판과 대향 배치되며, 내측면에 블랙매트릭스 및 상대전극을 구비한 컬러필터 기판과, 상기 어레이 기판과 컬러필터 기판 사이에 개재된 액정층과, 상기 어레이 기판과 액정층 사이 및 컬러필터 기판과 액정층 사이 각각에 개재되며, 서로 다른 크기를 가지면서 컬러필터 기판 가장자리의 블랙매트릭스 형성 영역에 대응해서 비중첩영역을 갖는 하부 배향막 및 상부 배향막과, 상기 어레이 기판과 컬러필터 기판의 외측면 각각에 부착되며, 투과축들이 서로 직교하는 하부 편광판 및 상부 편광판을 포함하며, 상기 액정층은 하부 배향막 및 상부 배향막의 비중첩영역에 대응하는 부분이 스플레이 배향에서 밴드 배향으로의 전이핵으로 기능하는 것을 특징으로 한다.

Description

ＯＣＢ 모드 액정표시장치{OCB mode liquid crystal display}
도 1a 내지 도 1c는 종래의 OCB 모드 액정표시장치의 구조 및 구동을 설명하기 위한 단면도.
도 2는 본 발명에 따른 OCB 모드 액정표시장치의 단면도.
도 3은 본 발명의 하부 배향막과 상부 배향막의 위치관계를 도시한 평면도.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *
100 : 어레이 기판 120 : 화소전극
140 : 하부 배향막 200 : 컬러필터 기판
BM : 블랙매트릭스 CF : 컬러필터
220 : 상대전극 240 : 상부 배향막
300 : 액정층 320 : 액정분자
본 발명은 OCB 모드 액정표시장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 스플레이 배향 상태에서 밴드 배향 상태로의 전이가 용이하게 진행될 수 있도록 한 OCB 모드 액정표시장치에 관한 것이다.
액정표시장치(Liquid Crystal Display)는 경량, 박형 및 저소비 전력 등의 특성을 갖는 것으로 인해 CRT를 대신하여 각종 정보기기의 단말기 또는 비디오 기기 등에 사용되어 왔다. 특히, 각 화소마다 스위칭소자로서 박막트랜지스터(Thin Film Transistor)가 구비되는 박막트랜지스터 액정표시장치는 CRT에 필적할만한 표시화면의 고화질화 및 대형화를 실현하였기에, 노트북 PC 및 모니터 시장은 물론 TV 시장에서도 각광 받고 있다.
이러한 액정표시장치는, 전형적인 TN(Twist Nematic) 모드의 경우, 박막트랜지스터 및 화소전극이 형성된 어레이 기판(Array substrate)과 컬러필터 및 상대전극이 형성된 컬러필터 기판(Color filter substrate)이 액정층의 개재하에 합착된 구조를 가지며, 화이트(White) 및 다크(Dark)의 구현을 위해 상기 기판들의 외측면 각각에 편광판을 부착하고 있고, 상기 화소전극과 공통전극간 전계 크기에 따라 액정의 트위스트(twist) 정도가 결정된다.
그런데, 전형적인 TN 모드 액정표시장치는 높은 화상표시 콘트라스트를 갖지만, 시야각이 협소하고, 액정의 응답속도가 느리다는 문제가 있다.
이에, TN 모드 액정표시장치의 시야각 문제를 개선하기 위해서 액정층에 다중 도메인을 형성하는 등의 기술이 제안되었고, 또한, 구동 모드 측면에서 IPS(In Plane Switching) 모드 및 FFS(Fringe Field Switching) 모드 등이 제안되었다.
그러나, 이와 같은 기술들 모두는 TN 모드 액정표시장치의 좁은 시야각 문제는 어느 정도 개선하였지만, 응답속도가 낮은 문제는 여전히 해결하지 못하였고, 그래서, 동영상 표시용 액정표시장치를 구현하는데 한계를 갖게 되었다. 이것은 동 영상 표시를 위해서는 시야각이 좋아야 할 뿐만 아니라 액정의 응답속도가 16.7㎳ 정도로 빨라야 하는데, 상기한 기술들로는 고속 동영상을 표시할 수 있을 정도의 높은 응답속도를 확보하지 못하기 때문이다.
이에, 전 방향에서 고른 시야각 특성을 얻으면서 액정의 응답속도를 개선한 OCB(Optically Compensated Bend) 모드 액정표시장치가 제안되었다.
이하에서는 도 1a 내지 도 1c를 참조해서 기제안된 종래의 OCB 모드 액정표시장치의 구조 및 구동에 대해 간략하게 설명하도록 한다.
도시된 바와 같이, OCB 모드 액정표시장치는 화소전극(12) 및 하부 배향막(도시안됨)을 구비한 어레이 기판(10)과, 상대전극(22) 및 상부 배향막(도시안됨)을 구비한 컬러필터 기판(20)이 수 개의 액정분자(32)로 구성된 액정층(30)의 개재하에 합착되고, 상기 기판들(10, 20)의 외측면 각각에 편광판(도시안됨)이 부착된 구조이다.
이때, 하부 배향막과 상부 배향막은 배향 방향이 동일한 수평 배향막이고, 응답 속도를 개선시키기 위해 초기 프리틸트각(pretilt angle)이 5°정도가 되도록 러빙처리된다. 그리고, 하부 편광판과 상부 편광판은 상호간에는 투과축들이 직교하면서 상부 및 하부 배향막의 배향 방향과는 소정 각도, 예를 들어, 45°또는 135°의 각도를 이루도록 배치된다.
이와 같은 OCB 모드 액정표시장치에 있어서, 도 1a에 도시된 바와 같이, 화소전극(12) 및 상대전극(22)에 전압이 인가되지 않은 경우, 액정분자(32)들은 배향막의 배향 방향에 따라 초기 스플레이(splay) 배향 상태를 유지하게 된다.
그 다음, 상기 화소전극(12)과 상대전극(22) 사이에 임계 전압이상의 전압이 인가되면, 초기 스플레이 배향 상태였던 액정분자(32)들은, 도 1b에 도시된 바와 같이, 밴드(bend) 배향 상태로 전이된다.
즉, 임계 전압 이상의 전압이 인가되기 전에는 액정분자들이 상하부 배향막의 대칭성 때문에 스플레이 상태로 배열되지만, 소정 전압 이상의 전압이 인가되면 중앙부(middle layer)에 있는 액정분자들이 전계에 의한 힘을 견디지 못하고 전계와 장축이 평행하도록 움직이므로 밴드 배향 상태로 배열된다.
이때, 상기 임계 전압은 액정분자(32)들이 스플레이 배향 상태에서 밴드 배향 상태로 전이하기 시작하는데 필요한 전이 전압이다.
그리고 나서, 상기 화소전극(12)과 상대전극(22) 사이에 실질적인 구동전압이 인가되면, 도 1c에 도시된 바와 같이, 밴드 배향 상태였던 액정분자(32)들이 수직 배향 상태로 전이되어, 광을 선형적으로 투과시키게 된다. 이때, 상기 수직 배향 상태를 하이 밴드(High bend) 배향 상태라고도 하며, 이와 대응되게, 수직 배향 상태로 전이되기 이전의 밴드 배향 상태를 로우 밴드(Low bend) 배향 상태라고 한다.
이후, 상기 화소전극(12)과 상대전극(22)간에 전압이 인가되지 않으면, 수직 배향 상태였던 액정분자(32)들은 다시 스플레이 배향 상태로 전이된다.
이와 같이, OCB 모드 액정표시장치는 액정분자들이 하부 및 상대전극에 인가되는 전압에 의해 반복적으로 스플레이 배향 상태, 밴드 배향 상태 및 수직 배향 상태로 전이되어 소정의 화상을 표시하게 되는데, 액정층의 상단부와 하단부가 대 칭적으로 배향 상태를 바꾸면서 화상을 구현하게 되므로, 액정분자들의 흐름 특성 상 그 응답속도가 TN 모드의 그것 보다 상당히 빠르다.
아울러, 상기 OCB 모드 액정표시장치는 전계 형성시 액정층의 중앙부를 기준으로 상하 대칭적으로 액정분자(32)들이 배열 되어 있으므로, 광이 어레이 기판(10)으로부터 컬러필터 기판(20)을 통과하는 가운데 위상(phase)이 자연스럽게 보상(compansate)되므로 TN 모드 보다 개선된 시야각 특성을 갖는다.
그런데, 이러한 OCB 모드 액정표시장치는 초기 스플레이 배향 상태에서 밴드 배향 상태로의 균일하고 용이한 전이를 위해 전이핵(transition seed)을 별도로 설치해주어야 한다.
좀더 자세히 설명하면, 스플레이 배향 상태와 밴드 배향 상태 간에는 에너지 장벽이 존재하는데, 이러한 에너지 장벽의 크기는 액정 배향이 흐트러져 있는 장소가 그렇지 않는 장소 보다 낮다. 액정의 배향은 어레이 기판과 컬러필터 기판간 일정 간격 유지를 위해 액정층과 함께 개재되는 스페이서 근방 및 러빙시에 생긴 결함(defect) 등이 존재하는 곳에서 흐트러지게 되는데, 이러한 결함 영역은 에너지 장벽이 낮아 전이의 핵으로서 작용한다.
그러나, 상기 결함 영역은 불균일하게 배치되어 있을 뿐만 아니라 그 수가 제한적이기 때문에 빠르고 재현성 있는 전이를 보장해주지 못하므로, 액정 패널의 전체 화소 영역을 고속으로 균일하게 전이시키기 위해서는 하나의 화소 영역 내에 적어도 하나 이상의 인위적인 전이핵을 별도로 설치해 주어야 한다. 이하에서는, 종래의 전위핵 형성방법에 대해 설명하도록 한다.
종래에는, 전이핵으로 작용할 부분의 화소전극 부분을 그 외의 영역과는 다른 모양으로 형성하여 그 부분에서 트위스트 전계(twist electric field)를 발생시킴으로써, 전이를 유도하였다. 그러나, 이 경우 상기 트위스트 전계가 발생되는 부분이 기존의 컬러필터 기판의 블랙매트릭스에 의해 가려지는 부분이 아니기 때문에 액정표시장치의 개구율이 감소한다는 문제가 발생한다.
이러한, 개구율 감소의 문제점을 해결하기 위해 상부 배향막의 특정 부분, 즉, 전이핵을 형성시킬 부분을 그 외의 부분과는 다른 방향으로 러빙처리하여 그 부분의 액정분자들이 다른 부분의 액정분자들과 다르게 배향되도록 하는 멀티 도메인(multi domain) 형성방법이 제안되었다. 이 경우, 기존의 블랙매트릭스에 의해 가려지는 영역의 상부 배향막 부분을 다른 방향으로 러빙처리하여 전이핵을 형성시킬 수 있기 때문에 개구율이 감소하는 문제를 방지할 수 있다.
그러나, 상기 종래의 멀티 도메인 형성방법은 특정 영역 만을 다른 방향으로 러빙처리하는 기술 자체가 쉽지 않아 그에 따른 공정 소요 시간 및 비용이 증가할 뿐 아니라, 도메인간 경계부의 결함으로 인해 빛샘과 같은 문제가 발생된다. 또한, 다른 방향 러빙처리시 정전기 및 이물질이 발생할 수 있어서 액정표시장치의 특성이 저하되고 제조 수율이 감소한다.
따라서, 본 발명은 상기한 바와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 개구율 감소, 공정의 어려움, 제조 수율 감소 및 비용 증가 등의 문제 유발 없이 스플레이 배향 상태에서 밴드 배향 상태로의 균일하고 용이한 전이 를 가능하게 한 OCB 모드 액정표시장치를 제공함에 그 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은, 내측면에 화소전극을 구비한 어레이 기판; 상기 어레이 기판과 대향 배치되며, 내측면에 블랙매트릭스 및 상대전극을 구비한 컬러필터 기판; 상기 어레이 기판과 컬러필터 기판 사이에 개재된 액정층; 상기 어레이 기판과 액정층 사이 및 컬러필터 기판과 액정층 사이 각각에 개재되며, 서로 다른 크기를 가지면서 컬러필터 기판 가장자리의 블랙매트릭스 형성 영역에 대응해서 비중첩영역을 갖는 하부 배향막 및 상부 배향막; 및 상기 어레이 기판과 컬러필터 기판의 외측면 각각에 부착되며, 투과축들이 서로 직교하는 하부 편광판 및 상부 편광판;을 포함하며, 상기 액정층은 하부 배향막 및 상부 배향막의 비중첩영역에 대응하는 부분이 스플레이 배향에서 밴드 배향으로의 전이핵으로 기능하는 것을 특징으로 하는 OCB 모드 액정표시장치를 제공한다.
여기서, 상기 하부 배향막이 상부 배향막 보다 상대적으로 작은 크기를 갖고 상부 배향막의 가장자리 부분을 노출시키도록 배치되거나, 또는, 상기 상부 배향막이 하부 배향막 보다 상대적으로 작은 크기를 갖고 하부 배향막의 가장자리 부분을 노출시키도록 배치된다.
(실시예)
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하도록 한다.
먼저, 본 발명의 기술적 원리를 간략히 설명하도록 한다.
본 발명은 OCB 모드 액정표시장치에서 상부 배향막과 하부 배향막의 크기를 달리하여 가장자리 부분에서 서로 중첩되지 않는 영역을 갖도록 함으로써, 상기 상부 배향막과 하부 배향막이 중첩되지 않는 영역에 대응하는 액정층에서 액정분자들의 흐트러진 배향을 유도한다. 이때, 상기 상부 배향막과 하부 배향막의 비중첩영역은 컬러필터 기판 가장자리의 블랙매트릭스 형성 영역에 존재하며, 상기 비중첩영역에 대응하여 흐트러진 배향 특성을 갖는 액정층은 전이 에너지 장벽이 낮기 때문에 스플레이 배향에서 밴드 배향으로의 전이핵으로 기능하게 된다.
즉, 본 발명은 하부 배향막과 상부 배향막의 크기만을 달리하는 매우 단순하고 간단한 방법으로 스플레이 배향에서 밴드 배향으로의 용이한 전이를 가능하게 하는 전이핵을 형성한다.
자세하게, 도 2는 본 발명의 OCB 모드 액정표시장치를 도시한 단면도로서, 이를 참조하면, 본 발명의 OCB 모드 액정표시장치는, 내측면에 화소전극(120)을 구비한 어레이 기판(100)과, 상기 어레이 기판(100)과 대향 배치되며, 내측면에 블랙매트릭스(BM) 및 상대전극(220)을 구비한 컬러필터 기판(200)과, 상기 어레이 기판(100)과 컬러필터 기판(200) 사이에 개재된 액정층(300)과, 상기 어레이 기판(100)과 액정층(300) 사이 및 컬러필터 기판(200)과 액정층(300) 사이 각각에 개재되며, 서로 다른 크기를 가져 컬러필터 기판(200) 가장자리의 블랙매트릭스(BM) 형성 영역에 대응해서 비중첩영역을 갖는 하부 배향막(140) 및 상부 배향막(240)과, 상기 어레이 기판(100)과 컬러필터 기판(200)의 외측면 각각에 부착되며, 투과축들이 서로 직교하는 하부 편광판(미도시) 및 상부 편광판(미도시)을 포함한다.
여기서, 상기 상부 배향막(240)은, 도 3에 도시된 바와 같이, 하부 배향막(140) 보다 상대적으로 작은 크기를 갖고 하부 배향막(140)의 가장자리 부분을 노출시키도록 배치된다. 반대로, 도시하지는 않았지만, 상기 하부 배향막이 상부 배향막 보다 상대적으로 작은 크기를 갖고 상부 배향막의 가장자리 부분을 노출시키도록 배치될 수도 있다.
한편, 미설명된 도면부호 CF는 블랙매트릭스(BM)와 동일층에 형성되는 컬러필터를 나타내고, 320은 액정층(300)을 구성하는 액정분자를 나타낸다.
도 2와 같은 구조를 갖는 본 발명의 OCB 모드 액정표시장치에서는, 상기 하부 배향막(140) 및 수평배향막(240)의 비중첩영역에 대응하는 액정층 부분(A영역)이 특정 배향 상태를 갖지 못하고 흐트러진 배향 상태를 갖기 때문에, 스플레이 배향에서 밴드 배향으로의 전이핵으로 작용하게 된다. 상기 비중첩영역 이외의 부분에 대응하는 액정층 부분은 OCB 모드 액정표시장치 고유의 배향 특성을 나타낸다.
이와 같이, 본 발명은 하부 배향막(140) 및 상부 배향막(240)의 크기를 달리하여 컬러필터 기판(200) 가장자리의 블랙매트릭스(BM) 형성 영역에 대응하는 비중첩영역을 만들어줌으로써, 스플레이 배향 상태에서 밴드 배향 상태로의 용이한 전이를 유도하는 바, 개구율 감소의 문제점 없이 단순하고 불량 발생 가능성이 적은 공정으로 용이한 전이가 가능한 OCB 모드 액정표시장치를 제조할 수 있다.
그러므로, 본 발명은 OCB 모드 액정표시장치의 전이핵 형성에 따른 개구율 감소, 공정의 복잡화, 비용 증가 및 수율 감소 등의 문제를 개선할 수 있다.
이상, 여기에서는 본 발명의 특정 실시예에 대하여 설명하고 도시하였지만, 당업자에 의하여 이에 대한 수정과 변형을 할 수 있다. 따라서, 이하, 특허청구의 범위는 본 발명의 진정한 사상과 범위에 속하는 한 모든 수정과 변형을 포함하는 것으로 이해할 수 있다.
이상에서와 같이, 본 발명은 상부 배향막과 하부 배향막의 크기를 달리하여 컬러필터 기판 가장자리의 블랙매트릭스 형성 영역에 대응하는 액정층 부분을 스플레이 배향에서 밴드 배향으로의 용이한 전이를 위한 전이핵으로 기능하게 함으로써, 개구율 감소의 문제점 없이 종래 보다 매우 단순한 공정으로 용이한 전이를 가능하게 한 OCB 모드 액정표시장치를 구현할 수 있다.
그러므로, 본 발명은 OCB 모드 액정표시장치에서의 전이핵 형성에 따른 개구율 감소, 공정의 복잡화, 비용 증가 및 수율 감소 등의 문제를 개선할 수 있다.

Claims (3)

  1. 내측면에 화소전극을 구비한 어레이 기판;
    상기 어레이 기판과 대향 배치되며, 내측면에 블랙매트릭스 및 상대전극을 구비한 컬러필터 기판;
    상기 어레이 기판과 컬러필터 기판 사이에 개재된 액정층;
    상기 어레이 기판과 액정층 사이 및 컬러필터 기판과 액정층 사이 각각에 개재되며, 서로 다른 크기를 가지면서 컬러필터 기판 가장자리의 블랙매트릭스 형성 영역에 대응해서 비중첩영역을 갖는 하부 배향막 및 상부 배향막; 및
    상기 어레이 기판과 컬러필터 기판의 외측면 각각에 부착되며, 투과축들이 서로 직교하는 하부 편광판 및 상부 편광판;을 포함하며,
    상기 액정층은 하부 배향막 및 상부 배향막의 비중첩영역에 대응하는 부분이 스플레이 배향에서 밴드 배향으로의 전이핵으로 기능하는 것을 특징으로 하는 OCB 모드 액정표시장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 하부 배향막은 상부 배향막 보다 상대적으로 작은 크기를 갖고 상부 배향막의 가장자리 부분을 노출시키도록 배치된 것을 특징으로 하는 OCB 모드 액정표시장치.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 상부 배향막은 하부 배향막 보다 상대적으로 작은 크기를 갖고 하부 배향막의 가장자리 부분을 노출시키도록 배치된 것을 특징으로 하는 OCB 모드 액정표시장치.
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