KR100819951B1 - 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, 어레이 기판과, 상기 어레이 기판과 대향 배치된 컬러필터 기판과, 상기 컬러필터 기판 내측면에 형성된 블랙매트릭스와, 상기 어레이 기판 내측면 및 블랙매트릭스를 포함한 컬러필터 기판 내측면 각각에 형성된 화소전극 및 상대전극과, 상기 화소전극 및 상대전극 내측면 각각에 형성된 하부 배향막 및 상부 배향막과, 상기 어레이 기판과 컬러필터 기판 사이에 개재된 액정층과, 상기 어레이 기판과 컬러필터 기판의 외측면 각각에 배치되며, 투과축들이 서로 직교하는 하부 편광판 및 상부 편광판을 포함하며, 상기 상부 배향막은 컬러필터 기판의 외측면으로부터 조사된 자외선에 의해 블랙매트릭스로 가려지지 않은 부분은 수평배향 특성을 갖고 블랙매트릭스로 가려진 부분은 배향 특성을 갖지 않도록 하여, 상기 배향 특성을 갖지 않는 상부 배향막 부분에 대응하는 액정층 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 상부 배향막 형성방법을 설명하기 위한 모식도.
* 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 균일하고 빠르게 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 다른 방향 러빙처리에 의해 의해 이루어지기 때문에 정전기 및 이물질 등이 발생하여 제조 수율이 감소하고 전이 특성이 열화될 뿐만 아니라, 특정 영역 만을 다른 방향으로 러빙처리하는 것 자체가 쉽지 않고 그에 따른 소요 비용이 증가한다는 문제가 발생한다.
따라서, 본 발명은 상기한 바와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 개구율 감소, 제조 수율 감소 및 비용 증가 등의 문제 유발 없이 스플레이 배향 상태에서 밴드 배향 상태로의 균일하고 용이한 전이를 가능하게 한 OCB 모드 액정표시장치를 제공함에 그 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은, 어레이 기판; 상기 어레이 기판과 대향 배치된 컬러필터 기판; 상기 컬러필터 기판 내측면에 형성된 블랙매트릭스; 상기 어레이 기판 내측면 및 블랙매트릭스를 포함한 컬러필터 기판 내측면 각각에 형성된 화소전극 및 상대전극; 상기 화소전극 및 상대전극 내측면 각각에 형성된 하부 배향막 및 상부 배향막; 상기 어레이 기판과 컬러필터 기판 사이에 개재된 액정층; 및 상기 어레이 기판과 컬러필터 기판의 외측면 각각에 배치되며, 투과축들이 서로 직교하는 하부 편광판 및 상부 편광판;을 포함하며, 상기 상부 배향막은 컬러필터 기판의 외측면으로부터 조사된 자외선에 의해 블랙매트릭스로 가려지지 않은 부분은 수평배향 특성을 갖고 블랙매트릭스로 가려진 부분은 배향 특성을 갖지 않도록 하여, 상기 배향 특성을 갖지 않는 상부 배향막 부분에 대응하는 액정층 부분이 스플레이 배향에서 밴드 배향으로의 전이핵으로 기능하는 것을 특징으로 하는 OCB 모드 액정표시장치를 제공한다.
여기서, 상기 하부 배향막은 러빙처리에 의한 수평배향 특성을 갖는다.
(실시예)
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하도록 한다.
먼저, 본 발명의 기술적 원리를 간략히 설명하도록 한다.
본 발명은 OCB 모드 액정표시장치의 전이핵을 종래의 접촉식 러빙 방식이 아닌 비접촉식 광배향 방식으로 형성한다. 즉, 러빙이 아닌 빛의 선택적 조사에 의해 상부 배향막의 배향 방향을 부분적으로 달리하여 액정의 멀티 도메인을 구현한다. 이때, 사용하는 광원은 자외선(Ultraviolet : UV)이며, 전이핵 형성 영역을 한정하는 마스크(Mask)로는 컬러필터 기판에 형성된 블랙매트릭스를 활용한다.
이 경우, 전이핵이 블랙매트릭스에 의해 가려진 부분에 형성되기 때문에 개구율이 감소하는 문제가 발생하지 않을 뿐만 아니라, 별도의 마스크를 사용하지 않고 빛의 조사만으로 전이핵을 형성하기 때문에 공정 자체가 간단하고, 종래의 러빙처리에서와 같이 정전기 및 이물질 등이 발생하지 않는다.
그러므로, 본 발명은 OCB 모드 액정표시장치의 제조 공정을 단순화시켜 생산 비용을 절감할 수 있고, 전이 특성을 개선할 수 있으며, 불량율을 감소시켜 제조 수율을 높일 수 있다.
자세하게, 도 2는 본 발명의 OCB 모드 액정표시장치를 도시한 단면도로서, 이를 참조하면, 본 발명의 OCB 모드 액정표시장치는, 어레이 기판(100)과, 상기 어레이 기판(100)과 대향 배치된 컬러필터 기판(200)과, 상기 컬러필터 기판(200) 내측면에 형성된 블랙매트릭스(BM)와, 상기 어레이 기판(100) 내측면 및 블랙매트릭스(BM)를 포함한 컬러필터 기판(200) 내측면 각각에 형성된 화소전극(120) 및 상대전극(220)과, 상기 화소전극(120) 및 상대전극(220) 내측면 각각에 형성된 하부 배향막(140) 및 상부 배향막(240)과, 상기 어레이 기판(100)과 컬러필터 기판(200) 사이에 개재된 액정층(300)과, 상기 어레이 기판(100)과 컬러필터 기판(200)의 외측면 각각에 배치되며, 투과축들이 서로 직교하는 하부 편광판(미도시) 및 상부 편광판(미도시)을 포함하며, 상기 상부 배향막(240)은 컬러필터 기판(200)의 외측면 으로부터 조사된 자외선에 의해 블랙매트릭스(BM)로 가려지지 않은 부분은 수평배향 특성을 갖고 블랙매트릭스(BM)로 가려진 부분은 배향 특성을 갖지 않도록 하여, 상기 배향 특성을 갖지 않는 상부 배향막 부분에 대응하는 액정층 부분(A영역)이 스플레이 배향에서 밴드 배향으로의 전이핵으로 기능하는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 하부 배향막(140)은 러빙처리에 의한 수평배향 특성을 갖는다.
한편, 미설명된 도면부호 CF는 컬러필터를, 320은 액정분자를 나타낸다.
도 3은 상기 상부 배향막(240) 형성방법을 설명하기 위한 모식도로서, 이를 참조하면, 상기 블랙매트릭스(BM), 컬리필터(CF), 상대전극(220) 및 배향막 원판이 내측면에 차례로 형성된 컬러필터 기판(200)의 외측면으로부터 자외선을 조사하여 비투과성인 블랙매트릭스(BM)에 의해 가려지지 않는 부분은 수평배향 특성을 갖고, 블랙매트릭스(BM)에 의해 가려져 자외선을 받지 못한 부분은 배향 특성을 갖지 않는 상부 배향막(240)을 형성한다.
그런 다음, 상기 광배향 방식으로 특정 영역에만 수평배향 특성을 갖도록 형성된 상부 배향막(240)을 갖는 컬러필터 기판(200)을 액정층(300)의 개재하에 어레이 기판(100)과 합착하여, 도 2와 같은 구조를 갖는 본 발명의 OCB 모드 액정표시장치를 제조한다.
도 2와 같은 구조를 갖는 본 발명의 OCB 모드 액정표시장치에서는 블랙매트릭스(BM)에 의해 가려지지 않는 영역의 액정층(300) 부분은 종래의 OCB 모드 액정표시장치 동일한 배향 특성을 갖지만, 블랙매트릭스(BM)에 의해 가려진 영역의 액정층(300) 부분은 그 상단부가 일정한 배향 특성을 갖지 않고 흐트러지게 되어 전 이시 전이를 유발시키는 핵으로 작용하게 된다.
이와 같이, 본 발명은 OCB 모드 액정표시장치의 전이핵을 종래의 접촉식 러빙 방식이 아닌 블랙매트릭스를 마스크로 활용한 비접촉식 광배향 방식으로 형성함으로써, 개구율이 감소하는 문제점 및 러빙 처리에 따른 정전기 및 이물질 유발의 문제점 없이 매우 간단한 방법으로 우수한 전이 특성을 갖는 전이핵을 형성할 수 있다.
그러므로, 본 발명은 OCB 모드 액정표시장치의 전이 특성을 개선함은 물론 제조 공정을 단순화하고 생산 비용을 감소 시킬 수 있으며 제조 수율을 높일 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 OCB 모드 액정표시장치에서의 스플레이 배향 상태에서 밴드 배향 상태로의 용이한 전이를 위한 전이핵을 종래의 러빙 방식이 아닌 광배향 방식으로 형성하되, 블랙매트릭스를 마스크로 활용함으로써, 개구율 감소의 문제점 및 러빙 처리에 따른 정전기 및 이물질 유발의 문제점 없이 매우 간단한 방법으로 우수한 전이 특성을 갖는 전이핵을 형성할 수 있다.
따라서, 본 발명은 OCB 모드 액정표시장치의 전이 특성을 개선함은 물론 제 조 공정을 단순화하고 생산 비용을 감소 시킬 수 있으며 제조 수율을 높일 수 있다.

Claims (2)

  1. 어레이 기판;
    상기 어레이 기판과 대향 배치된 컬러필터 기판;
    상기 컬러필터 기판 내측면에 형성된 블랙매트릭스;
    상기 어레이 기판 내측면 및 블랙매트릭스를 포함한 컬러필터 기판 내측면 각각에 형성된 화소전극 및 상대전극;
    상기 화소전극 및 상대전극 내측면 각각에 형성된 하부 배향막 및 상부 배향막;
    상기 어레이 기판과 컬러필터 기판 사이에 개재된 액정층; 및
    상기 어레이 기판과 컬러필터 기판의 외측면 각각에 배치되며, 투과축들이 서로 직교하는 하부 편광판 및 상부 편광판;을 포함하며,
    상기 상부 배향막은 컬러필터 기판의 외측면으로부터 조사된 자외선에 의해 블랙매트릭스로 가려지지 않은 부분은 수평배향 특성을 갖고 블랙매트릭스로 가려진 부분은 배향 특성을 갖지 않도록 하여, 상기 배향 특성을 갖지 않는 상부 배향막 부분에 대응하는 액정층 부분이 스플레이 배향에서 밴드 배향으로의 전이핵으로 기능하는 것을 특징으로 하는 OCB 모드 액정표시장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 하부 배향막은 러빙처리에 의한 수평배향 특성을 갖는 것을 특징으로 하는 OCB 모드 액정표시장치.
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