KR102116943B1 - 액정 표시 장치 - Google Patents

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Abstract

액정 표시 장치는 액정 표시 패널과, 상기 액정 표시 패널에 광을 제공하는 백라이트 유닛을 포함한다. 상기 액정 표시 패널은 제1 기판, 상기 제1 기판에 대향하는 제2 기판, 및 상기 제1 기판과 상기 제2 기판 사이에 제공된 액정층을 포함하며, 상기 액정층은 네거티브 유전율 이방성을 갖는 액정 분자들을 포함하며 40도 이상 60도 이하의 온도에서 구동된다.

Description

액정 표시 장치{LIQUID CRYSTAL DISPLAY DEVICE}
본 발명은 액정 표시 장치에 관한 것이다.
일반적으로 액정 표시 장치는 복수 개의 화소전극들이 구비된 제1 기판, 공통전극이 구비된 제2 기판, 및 상기 제1 및 제2 기판 사이에 구비된 액정층을 포함한다. 상기 액정표시장치는 각각의 상기 화소전극들 및 상기 공통전극 사이에 형성된 전계에 따라 액정층의 광의 투과율을 변화시켜 영상을 표시한다. 상기 액정 표시 장치는 각각이 상기 화소 전극을 포함하는 복수 개의 화소를 포함한다.
최근, 액정 표시 장치는 이차원 영상뿐만 아니라, 3차원 영상을 구현하는 방향으로 개발되고 있는 등, 더 많은 영상 정보를 사용자에게 제공할 수 있는 구성이 요구되고 있다. 이에 따라, 기존의 화소 대비 더 빨리 구동될 수 있는 화소가 요구된다.
본 발명의 목적은 고온에서 구동이 가능한 액정 표시 장치를 제공하는 데 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 액정 표시 장치는 액정 표시 패널과, 상기 액정 표시 패널에 광을 제공하는 백라이트 유닛을 포함한다. 상기 액정 표시 패널은 제1 기판, 상기 제1 기판에 대향하는 제2 기판, 및 상기 제1 기판과 상기 제2 기판 사이에 제공된 액정층을 포함하며, 상기 액정층은 네거티브 유전율 이방성을 갖는 액정 분자들을 포함하며 40도 이상 60도 이하의 온도에서 구동된다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 액정층의 네마틱-등방상 전이 온도(Tni)는 110도 이상일 수 있으며, 상기 액정층은 알케닐계 액정 분자들을 포함하지 않을 수 있다. 또한, 상기 액정층은 20 ℃에서 190 이상의 회전점도를 가질 수 있으며, 상기 액정층은 17 이상의 스플레이 탄성 계수를 가지며, 19 이상의 벤딩 탄성 계수를 가질 수 있다.
상기 액정층은 하기 화학식 1으로 표시되는 액정을 1종 이상 포함할 수 있으며, 상기 화학식 1의 액정 분자는 길이 대 폭의 비가 6.6 이상일 수 있다.
[화학식 1]
Figure 112013083680519-pat00001
여기서, 상기 R 및 R'는 각각 독립적으로 탄소수가 1 내지 7인 알킬기이다.
상기 화학식 1의 액정은 하기 화학식 2의 액정 분자일 수 있다.
[화학식 2]
Figure 112013083680519-pat00002
상기 백라이트 유닛의 휘도는 1500니트 이상일 수 있다.
상기 액정층은 수직 배향 모드로 구동될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 액정 표시 장치는 고온 구동이 가능하면서도 기존의 액정 표시 장치와 동등한 수준의 표시 품질을 나타낸다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 액정 표시 장치를 개략적으로 나타낸 단면도이다.
도 2는 표 1의 액정층의 구동 온도에 따른 하강 속도를 도시한 그래프이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 액정 표시 장치를 구체적으로 도시한 분해 사시도이다.
도 4는 도 1의 I-I'선에 따른 단면도이다.
도 5은 본 발명의 일 실시예에 따른 액정 표시 패널의 평면도이다.
도 6는 도 5에 도시된 절단선 II-II'에 따라 절단한 단면도이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
본 명세서의 실시예들에 대해 참조된 도면은 도시된 형태로 한정하도록 의도된 것이 아니며, 그와는 달리, 청구항에 의해 정의된 본 발명의 원리 및 범위 내에 있는 모든 변형, 등가물, 및 대안들을 포함하도록 의도된 것이다. 도면에서는 여러 층 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 일부 구성요소의 스케일을 과장하거나 축소하여 나타내었다. 명세서 전체에 걸쳐 유사한 참조 부호는 유사한 구성 요소를 지칭한다. 또한, 설명의 편의를 위해 액정 표시 패널을 기준으로 사용자가 위치하며 영상이 표시되는 방향을 '상부' 또는 '전면 방향', 그 반대 방향을 '하부' 또는 '배면 방향'으로 하여 설명한다.
본 발명은 액정 표시 장치에 관한 것으로서, 본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 액정 표시 장치는 장소나 용도에 크게 한정됨이 없이 다양한 장소와 용도로 사용될 수 있다. 예를 들어, 상기 액정 표시 장치는 실내에서 사용되는 TV, 개인이 휴대할 수 있는 단말기, 옥외에서 사용되는 광고판, 자동차 내에 장착되는 내비게이션 등에 사용될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 액정 표시 장치를 개략적으로 나타낸 단면도이다.
도 1을 참조하면, 상기 액정 표시 장치는 액정 표시 패널(PNL) 및 백라이트 유닛(BLU)을 포함한다.
상기 백라이트 유닛(BLU)은 상기 액정 표시 패널(PNL)에 광을 제공하기 위한 것으로서, 상기 액정 표시 패널(PNL)의 하부에 제공된다. 상기 백라이트 유닛(BLU)은 광을 출사하는 광원(LS)을 포함한다. 도 1에 있어서, 상기 광원(LS)은 복수 개로, 상기 액정 표시 패널(PNL)의 바로 하부에 제공된 것을 도시하였으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 본 발명의 다른 실시예에 있어서 상기 광원(LS)은 단수 개로 제공될 수 있다. 또한 본 발명의 또 다른 실시예에 있어서 상기 광원(LS)은 상기 액정 표시 패널(PNL)의 일측에 제공될 수도 있다. 또한, 상기 광원(LS)은 점광원, 선광원, 또는 면광원 등이 다양하게 사용될 수 있으며 이에 한정되지는 않는다. 즉, 상기 백라이트 유닛(BLU)의 구조 및 형상은 특별히 한정되는 것은 아니며 다양한 구조와 형상을 갖도록 변경될 수 있다.
상기 액정 표시 패널(PNL)은 영상을 표시한다. 상기 액정 표시 패널(PNL)은 서로 평행한 두 쌍의 변들을 가지는 사각형의 판상으로 마련될 수 있다. 일 실시예에서 상기 액정 표시 패널(PNL)은 한 쌍의 장변과 한 쌍의 단변을 가지는 직사각형일 수 있다. 상기 액정 표시 패널(PNL)은 제1 기판(SUB1)과, 상기 제1 기판(SUB1)에 대향되는 제2 기판(SUB2), 및 상기 제1 기판(SUB1)과 상기 제2 기판(SUB2) 사이에 형성된 액정층(LCL)을 포함한다.
상기 제1 기판(SUB1)은 제1 베이스 기판(BS1)과 상기 제1 베이스 기판(BS1) 상에 제공된 화소 전극(PE)을 포함한다. 상기 제2 기판(SUB2)은 제2 베이스 기판(BS2)과 상기 제2 베이스 기판(BS2) 상에 제공된 공통 전극(CE)을 포함한다. 상기 화소 전극(PE)과 상기 공통 전극(CE)은 상기 액정층(LCL)에 전계를 제공한다. 본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 전계는 상기 제1 기판(SUB1)과 상기 제2 기판(SUB2)에 수직한 방향으로 형성될 수 있다. 그러나, 이에 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 다른 실시예에서는 상기 제1 기판(SUB1)과 상기 제2 기판(SUB2)에 수평한 방향으로 형성될 수도 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 액정 표시 장치는 고온 및 자외선에 노출될 가능성인 높은 환경에서 구동될 수 있다. 예를 들어, 본 발명의 실시예에 따른 상기 액정 표시 장치는 옥외 광고판이나 자동차용 내비게이션으로 사용될 수 있다. 이 경우, 상기 액정 표시 장치가 일시적으로 85도 이상의 고온에 노출될 수 있으나, 그럼에도 불구하고 본 발명의 일 실시예에 따른 액정 표시 장치는 잔상과 같은 결함이 감소되거나 방지된다. 이를 설명하면 다음과 같다.
상기 알케닐계 액정 분자들은 고온이나 자외선이 있는 환경에서 화학 반응을 일으킬 수 있으며, 이에 따라 변성의 가능성이 있다. 예를 들어 상기 알케닐 액정 분자들은 상기 액정층이 고온에 노출되거나 자외선에 노출되는 경우 라디컬이나 이온으로 변성될 수 있다. 상기 라디컬이나 이온은 상기 액정층 내의 다른 액정 분자들이나 불순물과 반응함으로써, 상기 다른 액정 분자들을 변성시키거나 또 다른 불순물을 생성시킬 수 있다. 그 결과, 상기 변성된 액정 분자들 및 또 다른 불순물 등에 의해 잔상 등의 결함이 발생할 수 있다. 그러나, 본 발명의 알케닐계 액정을 포함하지 않으므로 상기 알케닐계 액정 분자들로부터 기인한 결함이 감소되거나 방지된다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 액정 표시 장치가 고온 및 자외선에 노출될 가능성인 높은 환경에서 구동되는 경우에도 고온에서도 안정적으로 구동되도록 상기 액정 분자들을 포함하는 액정층은 110도 이상의 네마틱-등방상 전이 온도(Tni)를 가질 수 있다. 상기 액정층이 110도 미만의 네마틱-등방상 전이 온도를 갖는 경우, 고온 조건에서 액정 분자들이 이상(異常) 구동할 가능성이 높아지며 이에 따라 영상의 품질이 낮아진다. 예를 들어, 85도의 네마틱-등방상 전이 온도를 갖는 기존의 액정 분자들을 포함하는 액정 표시 장치의 경우, 옥외에서 장시간 구동할 경우 액정 분자들의 이상 구동에 의한 흑화 현상이 발생한다. 그러나, 110도 이상의 네마틱-등방상 전이 온도를 갖는 본 발명 일 실시예에 따른 액정층을 포함하는 액정 표시 장치의 경우, 네마틱-등방상 전이 온도가 기존 발명 대비 높기 때문에 흑화 현상이 발생하지 않는다.
상기한 범위의 네마틱-등방상 전이 온도를 구현하기 위해, 본 발명의 일 실시예에 따른 액정층(LCL)은 길이 대(對) 폭의 비가 6.3 이상인 액정 분자들을 포함할 수 있다. 각 액정 분자에 있어서 '길이'라 함은 액정 분자가 연장되는 방향으로 측정된 길이를 의미하며, '폭'이라 함은 상기 길이에 수직한 방향으로 측정된 길이를 의미한다. 상기 길이나 폭은 상기 액정 분자들의 평균적인 값을 의미한다.
상기 액정층(LCL)은 하기 화학식 1으로 표시되는 액정 분자를 1종 이상 포함할 수 있다. 하기 화학식 1에 있어서 상기 알킬기의 탄소수는 길이 대 폭의 비가 6.3 이상이 되도록 선택될 수 있다.
[화학식 1]
Figure 112013083680519-pat00003
상기 R 및 R'는 각각 독립적으로 탄소수가 1 내지 7인 알킬기이다.
하기 화학식 2 내지 4는 일반적인 액정 분자들 중 일부를 나타낸 것이다. 하기한 화학식 2 내지 4에 있어서, 하기한 화학식 2의 화합물은 길이 대 폭의 비가 6.0이고 네마틱-등방상 전이온도는 -5도이며, 하기한 화학식 3의 화합물은 길이 대 폭의 비가 6.28이고 네마틱-등방상 전이 온도는 35도이며, 하기 화학식 4의 액정은 길이 대 폭의 비가 6.6이고 네마틱-등방상 전이온도는 166도이다. 하기 화학식 2 내지 4를 참조하면 일반적으로 길이 대 폭의 비가 증가할수록 네마틱-등방상 전이 온도가 증가한다.
[화학식 2]
Figure 112013083680519-pat00004
[화학식 3]
Figure 112013083680519-pat00005
[화학식 4]
Figure 112013083680519-pat00006
본 발명의 일 실시예에 있어서, 액정층의 네마틱-등방상 전이 온도가 110도 이상일 것이 요구되는 바, 상기 알킬기의 탄소수는 길이 대 폭의 비가 6.6 이상이 되도록 선택될 수 있으며, 이 경우, 본 발명의 일 실시예에 따른 액정층(LCL)은 상기 화학식 4의 액정 분자를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 액정층(LCL)의 네마틱-등방상 전이 온도가 상기한 범위, 즉 110도 이상인 경우, 기존의 액정 분자들에 비해 회전 점도가 증가할 수 있다.
예를 들어, 85도의 네마틱-등방상 전이 온도를 갖는 기존의 액정층에 있어서, 액정 분자들이 135의 회전 점도를 가질 수 있다. 그러나, 110도의 네마틱-등방상 전이 온도를 갖는 본 발명의 일 실시예에 따른 액정층에 있어서, 액정 분자들이 190 이상, 예를 들어, 195의 회전 점도를 가질 수 있다.
상기 회전 점도의 증가는 응답 속도를 증가시킬 수 있는 바, 상기 액정 분자들이 전계에 의해 변형되는 시간을 상승 시간(rising time)이라고 하고, 상기 변형된 액정 분자들이 원 상태로 복원되는 시간을 하강 시간(falling time; Toff)이라고 하면, 상기 하강 시간과 회전 점도는 다음과 같은 식을 만족한다.
[식]
Figure 112013083680519-pat00007
여기서, γ1은 상기 액정 분자들의 회전 점도이고, d는 상기 제1 기판과 상기 제2 기판 사이의 간격, 즉 셀 갭이며, K33은 벤딩 탄성 계수를 나타낸다.
상기 식에서 알 수 있는 바와 같이, 상기 하강 시간은 상기 회전 점도에 비례한다. 따라서, 회전 점도가 커지면 하강 시간도 길어지며, 그 결과 전체적인 화소의 반응 속도가 느려진다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 액정 분자들은 19 이상의 벤딩 탄성 계수를 가짐으로써 상기 회전 점도에 대한 하강 시간의 증가를 보상한다. 즉, 상기 벤딩 탄성 계수가 커지면 하강 시간이 짧아지며, 상기 벤딩 탄성 계수에 의한 하강 시간의 감소는 상기 회전 점도에 의한 하강 시간의 증가분을 상쇄한다. 그 결과, 화소의 전체적인 반응 속도를 기존 발명에 상응하는 정도로 유지시킬 수 있다. 이에 더해, 본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 액정 분자들은 17 이상의 스플레이 탄성 계수(K11)를 가질 수 있다.
예를 들어, 85도의 네마틱-등방상 전이 온도를 갖는 기존 액정층의 액정 분자들의 경우 14.8의 스플레이 탄성 계수 및 15.7의 벤딩 탄성 계수를 가질 수 있다. 이에 비해, 110도의 네마틱-등방상 전이 온도를 갖는 본 발명의 일 실시예에 따른 액정층의 액정 분자들의 경우 17.5의 스플레이 탄성 계수 및 19.2의 벤딩 탄성 계수를 가질 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 있어서, 벤딩 탄성 계수가 기존 발명 대비 증가함으로써 하강 시간이 감소될 수 있다.
상기 액정 분자들의 탄성력이 증가함에 따라 상기 액정층의 투과율이 감소될 수 있다. 그러나, 본 발명의 일 실시예에 따르면 백라이트 유닛(BLU)에서 출사되는 광의 휘도를 증가시킴으로써 감소된 투과율을 보상할 수 있다. 예를 들어, 상기 백라이트 유닛(BLU)은 1500니트 이상의 휘도를 갖는 광을 액정 표시 패널(PNL)에 제공할 수 있다.
상기 액정 표시 장치는 40도 이상 60도 이하의 온도에서 구동될 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따른 액정 표시 장치에 있어서, 온도가 상승할수록 반응 속도, 특히 각 화소에 있어서의 하강 속도가 감소한다. 그러나, 60도를 초과하는 온도에서 액정층이 구동되는 경우 액정층을 지나는 광에 대한 지연값(Δnd)이 감소하며 이에 따라 투과율이 감소할 수 있다.
표 1는 기존의 액정 표시 장치와 본 발명의 일 실시예에 따른 액정 표시 장치에 에 대해 각각 액정층의 구동 온도에 따른 하강 속도를 나타낸 것이며, 도 2는 표 1의 액정층의 구동 온도에 따른 하강 속도를 도시한 그래프이다. 여기서, 기존의 액정 표시 장치는 네마틱-등방상 전이 온도가 85도인 액정 분자들을 포함하는 경우이며, 본 발명의 일 실시예에 따른 액정 표시 장치는 네마틱-등방상 전이 온도가 110도인 액정 분자들을 포함하는 경우를 나타낸다. 상기 하강 속도는 동일한 조건 하에서 온도 및 네마틱-등방상 전이 온도만을 바꾸어가며 예측한 시뮬레이션의 결과이다.
　구동 온도 Toff [ms]
기존 액정 표시 장치 본 발명 실시예에 따른 액정 표시 장치
30℃ 4.46 4.72
40℃ 3.28 3.31
45℃ 2.82 2.83
50℃ 2.52 2.43
60℃ 2.10 1.83
표 1 및 도 2를 참조하면, 40도 미만의 온도에서 액정층이 구동되는 경우 반응 속도, 특히 각 화소에 있어서의 하강 속도가 약 3.5ms 이상으로 증가할 수 있다. 특히, 30도에서 액정층이 구동되는 경우, 본 네마틱-등방상 전이 온도가 110도 이상인 액정층에 대해서는 하강 속도가 4.72에 달하였다. 일반적인 표시 장치에 있어서의 적절한 하강 속도가 약 3ms임을 감안했을 때, 액정층이 40도 미만에서 구동되는 경우 적절한 영상을 표시할 수 없다.
표 2는 도 1에 도시된 구조를 갖는 기존의 액정 표시 장치와 본 발명의 일 실시예에 따른 액정 표시 장치에 대해 투과율, 상승 시간, 및 하강 시간을 나타낸 것이다. 여기서, 기존의 액정 표시 장치는 네마틱-등방상 전이 온도가 85도인 액정 분자들을 포함하는 경우이며, 본 발명의 일 실시예에 따른 액정 표시 장치는 네마틱-등방상 전이 온도가 110도인 액정 분자들을 포함하는 경우를 나타낸다.
기존 액정 표시 장치 본 발명 실시예에 따른 액정 표시 장치
투과율 [%] 4.89 4.78
Ton [ms] 25.91 24.73
Toff [ms] 4.46 4.72
표 2에서 확인할 수 있는 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 액정 표시 장치는 네마틱-등방상 전이 온도가 높은 액정 분자들을 사용하면서도 기존의 액정 표시 장치와 동등한 수준의 투과율, 상승 시간, 및 하강 시간을 나타내었다.
표 3은 도 1에 도시된 구조를 갖는 기존의 액정 표시 장치와 본 발명의 일 실시예에 따른 액정 표시 장치에 대해 잔상이 인지되지 않는 그레이 레벨과 잔상 정량화 지수(just noticeable difference; JND)를 나타낸 것이다. 상기 그레이 레벨은 블랙에서 화이트까지 0 내지 255레벨의 계조를 갖도록 설정되었을 때 잔상이 인지되지 않는 그레이 레벨을 나타낸 것이다.
　 잔상 미인지 그레이 레벨 잔상 정량화 지수
평균 표준 편차 평균 표준편차
기존 액정 표시 장치 119 119 3.6 0.3
본 발명 실시예에 따른 액정 표시 장치 121 121 3.4 0.1
표 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 액정 표시 장치는 네마틱-등방상 전이 온도가 높은 액정 분자들을 사용하면서도 기존의 액정 표시 장치와 동등한 수준의 잔상 미인지 그레이 레벨과 잔상 정량화 지수를 나타내었다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 액정층(LCL)은 다양한 모드, 예를 들어, 수직 배향 모드로 구동될 수 있으며, 이 경우, 상기 액정층(LCL)을 이루는 액정 분자들은 네거티브 타입 액정 분자들일 수 있다. 상기 액정 분자들이 네거티브 타입 액정 분자들인 경우, 상기 액정 분자들은 전계가 인가되지 않았을 때 상기 제1 기판(SUB1)과 상기 제2 기판(SUB2)의 표면에 실질적으로 수직인 방향으로 배열되고, 상기 전계가 인가될 때 상기 제1 기판(SUB1)과 상기 제2 기판(SUB2)의 표면에 실질적으로 수평인 방향으로 배열될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 본 발명의 일 실시예에 따른 액정 표시 장치는 수직 배향 액정을 사용하는 표시 장치에 적용될 수 있는 바, 도 3은 도 1에 도시된 본 발명의 일 실시예에 따른 액정 표시 장치가 VA(vertical alignment) 모드의 액정 표시 장치에 구체적으로 적용된 것을 일 예로서 도시한 분해 사시도이다. 도 4는 도 1의 I-I'선에 따른 단면도이다.
도 3 및 도 4를 참조하면, 상기 액정 표시 장치는 액정 표시 패널(PNL), 백라이트 유닛을 포함한다. 여기서, 설명의 편의를 위해, 상술한 내용과 다르거나, 설명되지 않은 점을 위주로 설명하며, 생략된 부분은 본 발명의 상술한 내용에 실시예에 따른다.
상기 액정 표시 패널(PNL)은 영상을 표시한다. 상기 액정 표시 패널(PNL)은 제1 기판(SUB1)과, 상기 제1 기판(SUB1)에 대향되는 제2 기판(SUB2), 및 상기 제1 기판(SUB1)과 상기 제2 기판(SUB2) 사이에 형성된 액정층(미도시)을 포함한다. 여기서, 상기 제1 기판(SUB1)은 상기 제2 기판(SUB2)보다 더 큰 면적을 가질 수 있으며, 일측이 상기 제2 기판(SUB2)에 의해 중첩되지 않는다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 제1 기판(SUB1)은 다수의 화소 전극들(미도시) 및 상기 화소 전극들과 일대일 대응하여 전기적으로 연결된 다수의 박막 트랜지스터(미도시)들을 포함할 수 있다. 각 박막 트랜지스터는 대응하는 화소 전극 측으로 제공되는 구동 신호를 스위칭한다. 또한, 상기 제2 기판(SUB2)은 상기 화소 전극들과 함께 상기 액정의 배열을 제어하는 전계를 형성하는 공통 전극(미도시)을 포함할 수 있다. 상기 액정 표시 패널(PNL)은 상기 액정층을 구동하여 전방으로 영상을 표시하는 역할을 한다.
상기 액정 표시 패널(PNL)에는 테이프 캐리어 패키지(Tape Carrier Package, TCP) 및 상기 테이프 캐리어 패키지(TCP)를 통해 상기 액정 표시 패널(PNL)과 전기적으로 연결되는 인쇄 회로 기판(PCB)이 제공될 수 있다. 상기 테이프 캐리어 패키지(TCP) 상에는 드라이브 IC 등의 구동 회로가 실장될 수 있다.
상기 테이프 캐리어 패키지(TCP)는 상기 액정 표시 패널(PNL)에 있어서, 상기 제1 기판(SUB1)의 일측(상기 제2 기판(SUB2)이 제공되지 않는 영역)에 부착될 수 있다. 도 1에 있어서, 상기 인쇄 회로 기판(PCB)은 설명의 편의를 위해 상기 액정 표시 패널(PNL)과 동일 평면에 도시되었으나, 상기 인쇄 회로 기판(PCB)는 도 2와 같이 보텀 샤시(BC)의 외부면에 배치되며, 이 때, 상기 테이프 캐리어 패키지(TCP)가 상기 보텀 샤시(BC)의 외부면을 따라 구부러져 상기 액정 표시 패널(PNL)과 상기 인쇄 회로 기판(PCB)을 연결할 수 있다.
상기 백라이트 유닛은 상기 액정 표시 패널(PNL)에 광을 제공한다.
상기 백라이트 유닛은 상기 액정 표시 패널(PNL)을 지지하는 몰드 프레임(MF), 광을 출사하는 광원(LS), 상기 광을 인도하는 도광판(LGP), 상기 도광판(LGP) 상에 제공된 광학 시트들(OPS), 상기 도광판(LGP) 하부에 제공된 반사 시트(RS), 및 상기 반사 시트(RS) 하부에 제공된 보텀 샤시(BC)를 포함한다.
상기 몰드 프레임(MF)은 상기 액정 표시 패널(PNL)의 가장자리를 따라 제공되어 상기 액정 표시 패널(PNL)의 하부에서 상기 액정 표시 패널(PNL)을 지지한다. 상기 몰드 프레임(MF)은 상기 액정 표시 패널(PNL) 이외의 구성요소, 예를 들어 상기 광원(LS), 상기 광학 시트들(OPS) 등을 고정하거나 지지하도록 하는 고정 부재, 예를 들어, 걸림턱(미도시)을 가질 수 있다. 상기 몰드 프레임(MF)은 상기 액정 표시 패널(PNL)의 네 변에 대응하는 위치, 또는 상기 네 변의 적어도 일부에 대응하는 위치에 제공될 수 있다. 예를 들어, 상기 몰드 프레임(MF)은 상기 액정 표시 패널(PNL)의 네 변에 대응하는 사각의 고리 형상을 가질 수 있으며, 또는, 상기 액정 표시 패널(PNL)의 가장자리 중 세 변에 대응하는 ㄷ자 형상을 가질 수 있다. 상기 몰드 프레임(MF)은 단일 개수로 일체로 형성될 수 있으나 필요에 따라 복수로 형성되어 조립될 수 있다. 상기 몰드 프레임(MF)은 고분자 수지와 같은 유기 재료로 이루어질 수 있다. 그러나, 이에 한정되는 것은 아니며, 동일한 형상과 기능을 갖는다면 다른 재료로도 이루어질 수 있다.
상기 광원(LS)은 점광원, 선광원, 또는 면광원 등이 다양하게 사용될 수 있으며 이에 한정되지는 않는다.
상기 도광판(LGP)는 상기 광원(LS)과 상기 액정 표시 패널(PNL) 사이에는 상기 광원(LS)으로부터의 광을 상기 액정 표시 패널(PNL) 방향으로 인도한다.
상기 광학 시트(OPS)는 상기 도광판(LGP)과 상기 액정 표시 패널(PNL) 사이에 제공된다. 상기 광학 시트(OPS)는 상기 광원으로부터 나온 광을 제어하는 역할을 한다. 상기 광학 시트(OPS)는 상기 도광판(LGP) 상에 적층된 확산 시트(DS), 프리즘 시트(PS) 및 보호 시트(PRS)를 포함할 수 있다.
상기 반사 시트(RS)는 상기 액정 표시 패널(PNL) 방향으로 제공되지 않고 누설되는 광을 반사시켜 상기 액정 표시 패널(PNL) 방향으로 광의 경로를 변경시킨다.
상기 액정 표시 패널(PNL)의 상부에는 상기 탑 샤시(TC)가 제공될 수 있다. 상기 탑 샤시(TC)는 상기 액정 표시 패널(PNL)의 전면 가장자리를 지지하며, 상기 몰드 프레임(MF)의 측면 또는 상기 보텀 샤시(BC)의 측면을 커버할 수 있다. 상기 탑 샤시(TC)에는 상기 액정 표시 패널(PNL)에서 영상이 표시되는 부분을 노출시키는 표시창(WD)이 형성되어 있다.
상기 보텀 샤시(BC)는 상기 반사 시트(RS)의 하부에 제공되어 상기 액정 표시 패널(PNL), 상기 몰드 프레임(MF), 상기 광원(LS), 상기 도광판(LGP), 상기 광학 시트들(OPS), 및 상기 반사 시트(RS)를 수납한다.
도 5은 본 발명의 일 실시예에 따른 액정 표시 패널(PNL)의 평면도이고, 도 6는 도 5에 도시된 절단선 II-II'에 따라 절단한 단면도이다.
도 5 및 도 6를 참조하면, 상기 액정 표시 장치는 제1 기판(SUB1)과 상기 제1 기판(SUB1)에 대향하는 제2 기판(SUB2), 및 상기 제1 기판(SUB1)과 상기 제2 기판(SUB2) 사이에 형성된 액정층(LCL)을 포함한다.
상기 제1 기판(SUB1)은 제1 베이스 기판(BS1), 복수의 게이트 라인들(GLn)과, 복수의 데이터 라인들(DLm), 복수의 화소들(PXL), 및 제1 배향막(ALN1)을 포함한다.
상기 제1 기판(SUB1)은 매트릭스 형상으로 배열된 복수의 화소 영역을 구비하며, 복수의 화소들이 각 화소 영역에 대응하여 제공된다. 도 5 및 도 6에서는 설명의 편의를 위하여, 하나의 화소 영역이 다수의 게이트 라인들 중 n번째 게이트 라인(GLn)과 다수의 데이터 라인들 중 m번째 데이터 라인(DLm)과 함께 도시되었다. 그러나, 본 발명의 일 실시예에 따른 액정 표시 장치에 있어서, 나머지 화소들도 이와 유사한 구조를 가지며, 이하에서는 n번째 게이트 라인(GLn)과 m번째 데이터 라인(DLm)을 각각 데이터 라인과 데이터 라인으로 지칭한다.
상기 게이트 라인(GLn)은 상기 제1 베이스 기판(BS1) 상에 제1 방향(D1)으로 연장되어 형성된다. 상기 데이터 라인(DLm)은 상기 게이트 라인(GLn)과 게이트 절연막(GI)을 사이에 두고 상기 제1 방향(D1)에 교차하는 제2 방향(D2)으로 연장되어 제공된다. 상기 게이트 절연막(GI)은 상기 제1 베이스 기판(BS1)의 전면에 제공되며, 상기 게이트 라인(GLn)을 커버한다.
상기 각 화소(PXL)는 상기 게이트 라인들 중 대응하는 게이트 라인(GLn)과 상기 데이터 라인들 중 대응하는 데이터 라인(DLm)에 연결된다.
상기 각 화소(PXL)는 박막 트랜지스터(Tr)와 상기 박막 트랜지스터(Tr)에 연결된 화소 전극(PE), 및 스토리지 전극부를 포함한다.
상기 박막 트랜지스터(Tr)는 게이트 전극(GE),, 반도체 패턴(SM), 소스 전극(SE), 및 드레인 전극(DE)을 포함한다.
상기 게이트 전극(GE)은 상기 게이트 라인(GLn)으로부터 돌출되거나 상기 게이트 라인(GLn)의 일부 영역 상에 제공된다.
상기 게이트 전극(GE)은 금속으로 이루어질 수 있다. 상기 게이트 전극(GE)은 니켈, 크롬, 몰리브덴, 알루미늄, 티타늄, 구리, 텅스텐, 및 이들을 포함하는 합금으로 이루어질 수 있다. 상기 게이트 전극(GE)은 상기 금속을 이용한 단일막 또는 다중막으로 형성될 수 있다. 예를 들어, 상기 게이트 전극(GE)은 몰리브덴, 알루미늄, 및 몰리브덴이 순차적으로 적층된 삼중막이거나, 티타늄과 구리가 순차적으로 적층된 이중막일 수 있다. 또는 티타늄과 구리의 합금으로 된 단일막일 수 있다.
상기 게이트 전극(GE) 상에는 게이트 절연막(GI)이 제공된다.
상기 반도체 패턴(SM)은 상기 게이트 절연막(GI)상에 제공된다. 상기 반도체층(SM)은 상기 게이트 절연막(GI)을 사이에 두고 상기 게이트 전극(GE) 상에 제공된다. 상기 반도체 패턴(SM)은 일부 영역이 상기 게이트 전극(GE)과 중첩된다. 상기 반도체층(SM)은 상기 게이트 절연막(GI) 상에 제공된 액티브 패턴(미도시)과 상기 액티브 패턴 상에 형성된 오믹 콘택층(미도시)을 포함할 수 있다. 상기 액티브 패턴은 비정질 실리콘 박막으로 이루어질 수 있으며, 상기 오믹 콘택층은 n+ 비정질 실리콘 박막으로 이루어질 수 있다. 상기 오믹 콘택층은 상기 액티브 패턴과 상기 소스 전극(SE) 및 드레인 전극(DE) 사이를 각각 오믹 콘택(ohmic contact)시킨다.
상기 소스 전극(SE)은 상기 데이터 라인(DLm)에서 분지되어 제공된다. 상기 소스 전극(SE)은 상기 오믹 콘택층 상에 형성되며 일부 영역이 상기 게이트 전극(GE)과 중첩한다.
상기 드레인 전극(DE)은 상기 반도체 패턴(SM)을 사이에 두고 상기 소스 전극(SE)으로부터 이격되어 제공된다. 상기 드레인 전극(DE)은 상기 오믹 콘택층 상에 형성되며 일부 영역이 상기 게이트 전극(GE)과 중첩하도록 제공된다.
상기 소스 전극(SE)과 상기 드레인 전극(DE)은 니켈, 크롬, 몰리브덴, 알루미늄, 티타늄, 구리, 텅스텐, 및 이들을 포함하는 합금으로 이루어질 수 있다. 상기 소스 전극(SE)과 상기 드레인 전극(DE)은 상기 금속을 이용한 단일막 또는 다중막으로 형성될 수 있다. 예를 들어, 상기 소스 전극(SE)과 상기 드레인 전극(DE)은 티타늄과 구리가 순차적으로 적층된 이중막일 수 있다. 또는 티타늄과 구리의 합금으로 이루어진 단일막일 수 있다.
이에 따라 상기 소스 전극(SE)과 상기 드레인 전극(DE) 사이의 상기 액티브 패턴의 상면이 노출되며, 상기 게이트 전극(GE)의 전압 인가 여부에 따라 상기 소스 전극(SE)과 상기 드레인 전극(DE) 사이에서 전도 채널(conductive channel)을 이루는 채널부가 된다. 상기 소스 전극(SE)과 상기 드레인 전극(DE)은 상기 소스 전극(SE)과 상기 드레인 전극(DE) 사이의 이격되어 형성된 채널부를 제외한 영역에서 상기 반도체층(SM)의 일부와 중첩한다.
상기 스토리지 전극부는 상기 제1 방향(D1)으로 연장된 스토리지 라인(SLn)과, 상기 스토리지 라인(SLn)으로부터 분기되어 상기 제2 방향(D2)으로 연장된 제1 및 제2 분기 전극(LSLn, RSLn)을 더 포함한다.
상기 화소 전극(PE)은 보호막(PSV)을 사이에 두고 상기 드레인 전극(DE)에 연결된다. 상기 화소 전극(PE)은 상기 스토리지 라인(SLn), 제1 및 제2 분기 전극(LSLn, RSLn)과 부분적으로 오버랩되어 스토리지 커패시터를 형성한다.
상기 보호막(PSV)은 상기 소스 전극(SE), 상기 드레인 전극(DE), 상기 채널부, 및 상기 게이트 절연막(GI)을 커버하며, 상기 드레인 전극(DE)의 일부를 노출하는 콘택홀(CH)을 갖는다. 상기 보호막(PSV)은 예를 들어, 실리콘 질화물이나, 실리콘 산화물을 포함할 수 있다.
상기 화소 전극(PE)은 상기 보호막(PSV)에 형성된 상기 콘택홀(CH)을 통해 상기 드레인 전극(DE)에 연결된다.
상기 화소 전극(PE)은 상기 화소(PXL)를 복수의 도메인으로 분할하는 제1 도메인 분할 수단(PEDD)을 가질 수 있다. 상기 제1 도메인 분할 수단(PEDD)은 화소 전극을 패터닝하여 형성된 절개부나 돌기일 수 있다. 상기 절개부는 상기 화소 전극(PE)의 일부가 제거되어 형성된 개구(aperture) 또는 슬릿(slit)일 있다. 상기 제1 도메인 분할 수단(PEDD)은 연장되어 상기 화소(PXL)의 길이 방향을 양분하도록 제1 방향(D1) 또는 제2 방향(D2)을 따라 평행하게 된 가로부와 상기 제1 방향(D1) 또는 제2 방향(D2)에 대해 경사진 사선부를 포함할 수 있다. 상기 사선부는 상기 가로부를 기준으로 실질적으로 서로 선대칭될 수 있다.
상기 화소 전극(PE)은 투명한 도전성 물질로 형성될 수 있다. 특히, 상기 화소 전극(PE)은 투명 도전성 산화물(Transparent Conductive Oxide)로 형성된다. 상기 투명 도전성 산화물은 ITO(indium tin oxide), IZO(indium zinc oxide), ITZO(indium tin zinc oxide) 등이 있다.
상기 제1 배향막(ALN1)은 상기 화소 전극(PE) 상에 제공되어 후술할 액정층(LCL)의 액정 분자들을 배향시킨다.
상기 제2 기판(SUB2)은 제2 베이스 기판(BS2), 공통 전극(CE), 및 제2 배향막(ALN2)을 포함한다.
상기 공통 전극(CE)은 상기 제2 베이스 기판(BS2) 상에 형성되며, 상기 화소 전극(PE) 함께 전계를 형성함으로써 상기 액정층(LCL)을 구동한다. 상기 공통 전극(CE)은 투명 도전성 물질로 형성될 수 있다. 상기 공통 전극(CE)은 상기 공통 전극(CE)은 예를 들어, ITO(indium tin oxide), IZO(indium zinc oxide), ITZO(indium tin zinc oxide) 등의 도전성 금속 산화물로 형성될 수 있다.
상기 공통 전극(CE)은 상기 화소(PXL)를 복수의 도메인으로 분할하는 제2 도메인 분할 수단(CEDD)을 갖는다. 상기 제2 도메인 분할 수단(CEDD)은 상기 공통 전극(CE)을 패터닝하여 형성된 절개부나 돌기일 수 있다. 상기 절개부는 상기 공통 전극(CE)의 일부가 제거되어 형성된 개구(aperture)일 있다. 상기 제2 도메인 분할 수단(CEDD)은 연장되어 상기 화소(PE)의 길이 방향을 양분하도록 제1 방향(D1) 또는 제2 방향(D2)을 따라 평행하게 된 가로부 및/또는 세로부와 상기 제1 방향 또는 제2 방향에 대해 경사진 사선부를 포함할 수 있다. 상기 사선부는 상기 가로부를 기준으로 실질적으로 서로 선대칭될 수 있다.
상기 제1 도메인 분할 수단(PEDD)의 가로부와 상기 제2 도메인 분할 수단(CEDD)의 가로부는 실질적으로 동일한 선상에 위치할 수 있다. 상기 제1 도메인 분할 수단(PEDD)의 사선부와 상기 제2 도메인 분할 수단(CEDD)의 사선부는 서로 동일한 방향으로 나란하게 배열될 수 있다. 또한, 상기 제1 도메인 분할 수단(PEDD)의 사선부와 상기 제2 도메인 분할 수단(CEDD)의 사선부는 서로 교번하여 위치할 수 있다.
상기 제2 배향막(ALN2)은 상기 공통 전극(CE) 상에 형성된다. 상기 제2 배향막(ALN2)은 상기 공통 전극(CE) 상에 제공되어 상기 액정층의 액정 분자들을 배향시킨다.
상기 제1 기판(SUB1)과 상기 제2 기판(SUB2) 사이에는 액정 분자들을 포함하는 상기 액정층(LCL)이 제공된다.
상기 액정 표시 장치에 있어서, 상기 게이트 라인(GLn)에 게이트 신호가 인가되면, 상기 박막 트랜지스터(Tr)가 턴-온된다. 따라서, 상기 데이터 라인(DLm)으로 인가된 상기 데이터 신호는 상기 박막 트랜지스터(Tr)를 통해 상기 화소 전극 (PE)으로 인가된다. 상기 박막 트랜지스터(Tr)가 온 상태가 되어 화소 전극(PE)에 데이터 신호가 인가되면, 상기 화소 전극(PE)과 상기 공통 전극(CE) 사이에 전계가 형성된다. 상기 공통 전극(CE)과 상기 화소 전극(PE)에 인가되는 전압의 차이에 의해 생성된 전계에 의해 상기 액정 분자들이 구동된다. 이에 따라, 상기 액정층(LCL)을 투과하는 광량이 변화되어 영상이 표시된다.
이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자 또는 해당 기술 분야에 통상의 지식을 갖는 자라면, 후술될 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 기술 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
예를 들어, 본 발명의 구체적인 액정 표시 장치 실시예로서, 복수의 도메인 분할 수단을 가지는 수직 배향 모드의 액정 표시 장치를 설명하였으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 일 영역에 슬릿이 형성된 전극을 가지는 수직 배향 모드 액정 표시 장치나, 복수 개의 서로 평행한 마이크로 슬릿들이 형성된 전극을 가지는 수직 배향 모드의 액정 표시 장치에도 적용될 수 있음은 물론이다.
따라서, 본 발명의 기술적 범위는 명세서의 상세한 설명에 기재된 내용으로 한정되는 것이 아니라 특허청구범위에 의해 정하여져야만 할 것이다.
ALN1 : 제1 배향막 ALN2 : 제2 배향막
CE : 공통 전극 LCL : 액정층
PE : 화소 전극 SUB1 : 제1 기판
SUB2 : 제2 기판

Claims (15)

  1. 제1 기판, 상기 제1 기판에 대향하는 제2 기판, 및 상기 제1 기판과 상기 제2 기판 사이에 제공된 액정층을 포함하는 액정 표시 패널; 및
    상기 액정 표시 패널에 광을 제공하는 백라이트 유닛을 포함하며,
    상기 액정층은 네거티브 유전율 이방성을 갖는 액정 분자들을 포함하며 40도 이상 60도 이하의 온도에서 구동되며, 알케닐계 액정 분자들을 포함하지 않는 액정 표시 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 액정층의 네마틱-등방상 전이 온도(Tni)는 110도 이상인 액정 표시 장치.
  3. 삭제
  4. 제2항에 있어서,
    상기 백라이트 유닛의 휘도는 1500니트 이상인 액정 표시 장치.
  5. 제2항에 있어서,
    상기 액정층은 하기 화학식 1으로 표시되는 액정 분자들을 1종 이상 포함하는 액정 표시 장치.
    [화학식 1]
    Figure 112013083680519-pat00008

    상기 R 및 R'는 각각 독립적으로 탄소수가 1 내지 7인 알킬기인 액정 표시 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 화학식 1의 액정 분자들 각각은 길이 대 폭의 비가 6.6 이상인 액정 표시 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 화학식 1의 액정 분자는 하기 화학식 2의 액정인 액정 표시 장치.
    [화학식 2]
    Figure 112013083680519-pat00009
  8. 제2항에 있어서,
    상기 액정층은 20 ℃에서 190 이상의 회전점도를 갖는 액정 표시 장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 액정층은 17 이상의 스플레이 탄성 계수를 가지며, 19 이상의 벤딩 탄성 계수를 갖는 액정 표시 장치.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 액정층은 수직 배향 모드로 구동되는 액정 표시 장치.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 제1 기판은 제1 전극을 포함하며,
    상기 제2 기판은 상기 제1 전극과 전계를 형성하는 제2 전극을 포함하는 액정 표시 장치.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 제1 전극은 상기 제1 전극을 복수의 도메인으로 분할하는 제1 도메인 분할 수단을 가지며, 상기 제2 전극을 상기 제2 전극을 복수의 도메인으로 분할하는 제2 도메인 분할 수단을 갖는 액정 표시 장치.
  13. 제12항에 있어서,
    평면 상에서 볼 때 상기 제1 도메인 분할 수단의 일부와 상기 제2 도메인 분할 수단의 일부는 서로 교번하는 액정 표시 장치.
  14. 제12항에 있어서
    상기 제1 도메인 분할 수단 및 상기 제2 도메인 분할 수단 각각은 절개부 또는 돌기인 액정 표시 장치.
  15. 제12항에 있어서,
    상기 제1 도메인 분할 수단 및 상기 제2 도메인 분할 수단 각각은 일 방향으로 연장된 가로부와 상기 가로부에 경사진 사선부를 포함하는 액정 표시 장치.
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