KR20000027766A - 고개구율 및 고투과율 액정 표시 장치 - Google Patents

고개구율 및 고투과율 액정 표시 장치 Download PDF

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KR20000027766A
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Abstract

본 발명은 화소 전극 단차 부분의 리버스 틸트 도메인을 방지하면서, 응답 속도의 저하를 방지할 수 있는 고개구율 및 고투과율을 갖는 액정 표시 장치를 개시한다. 개시된 본 발명은, 상하 기판은 액정을 사이에 두고 소정 거리 대향,대치되어 있다. 하부 기판의 내측면에는 투명한 카운터 전극이 배치되어 있으며, 카운터 전극과 상하 기판간의 거리보다 좁은 간격을 두고 카운터 전극과 함께 액정내 분자를 구동시키기 위한 프린지 필드를 형성하는 투명한 화소 전극이 배치된다. 또한, 카운터 전극 및 화소 전극이 형성된 하부 기판과 액정층 사이 및 상기 상부 기판과 액정층 사이에 각각에 배향막이 형성된다. 상기 카운터 전극과 화소 전극 사이에 전계가 형성되기 이전, 액정내의 액정 분자들은 기판 표면에 대하여 소정의 프리틸트각을 가지며 π형태로 배열된다. 여기서, 상기 프리틸트각은 1 내지 10°정도이다.

Description

고개구율 및 고투과율 액정 표시 장치
본 발명은 고개구율 및 투과율(Fringe Field swiching) 액정 표시 장치에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 화소 전극과 카운터 전극의 높이로 인하여 발생되는 배향 불량을 방지할 수 있는 고개구율 및 고투과율 액정 표시 장치에 관한 것이다.
일반적으로 고개구율 및 고투과율 액정 표시 장치는 일반적인 IPS 모드 액정 표시 장치의 낮은 개구율 및 투과율을 개선시키기 위하여 제안된 것으로, 대한 민국 특허출원 제98-9243호로 출원되었다.
이러한 고개구율 및 고투과율 액정 표시 장치는 카운터 전극과 화소 전극을 투명 전도체로 형성하면서, 카운터 전극과 화소 전극과의 간격을 상하 기판 사이의 간격보다 좁게 형성하여, 카운터 전극과 화소 전극 상부에 프린지 필드(frin ge filed)가 형성되도록 한다.
이러한 고개구율 및 고투과율 액정 표시 장치가 도 1에 도시되어 있다. 도면에서와 같이, 하부 기판(1)과 상부 기판(10)은 소정 거리를 두고 대향,대치되어 있다. 여기서, 하부 기판(1)과 상부 기판(10)의 이격된 거리를 이하 셀갭(d)이라 칭한다. 하부 기판(1)과 상부 기판(10) 사이에는 액정층(15)이 개재되어 있다. 하부 기판(1) 상에는 카운터 전극(3)이 소정 폭을 가지면서 일정 등간격으로 이격,배치되어 있다. 여기서, 카운터 전극(3)은 투명 전도체 예를들어, ITO(indium tin oxide)로 형성된다. 카운터 전극(3)이 형성된 하부 기판(1) 상부에는 게이트 절연막(5)이 형성되고, 게이트 절연막(5)상의 카운터 전극(3) 사이에 각각 화소 전극(7)이 형성된다. 이때, 화소 전극(7) 역시 투명 전도체로 형성되어 있으며, 화소 전극(5)과 카운터 전극(3)간의 간격(l)은 셀갭(d)보다 작다.
하부 기판(1)의 대향면 최상부 및 상부 기판(10)의 대향면 표면에는 액정층(15)내의 액정 분자들을 전계가 형성되기 이전 일률적으로 배열시키는 역할을 하는 배향막(8,11)이 형성되어 있다. 이때, 배향막(8,11)은 로우 프리틸트각(low pretilt angle: 약 2°이하)을 갖으며, 전계가 형성되는 방향과 소정 각도를 이루도록 비병렬(anti-parallel) 상태로 러빙되어 있다.
이와같은 구성을 갖는 고개구율 및 고투과율 액정 표시 장치는, 카운터 전극(3)과 화소 전극(7) 사이에 전계가 형성되기 이전에는, 배향막(8,11)의 영향으로 액정 분자가 기판에 거의 수평을 이루도록 배열된다.
한편, 카운터 전극(3)과 화소 전극(7) 사이에 전계가 형성되면, 액정 분자들은 그것의 광축과 전계가 수직 또는 수평이 되도록 틀어져서 광을 누설하게 된다.
그러나, 상기한 종래의 고개구율 및 고투과율 액정 표시 장치는 로우 프리틸트각을 갖는 배향막을 사용함에 따라, 다음과 같은 문제점을 지닌다.
즉, 배향막(8)은 하부 기판(1)의 평탄면 뿐만 아니라, 화소 전극(7)의 단차면에도 고르게 피복된다. 이에따라, 하부 기판(1)의 평탄면에서는, 전계가 형성되지 않을 때, 액정 분자(15a)들이 로우 프리틸트각을 갖도록 배열되지만, 화소 전극(7)의 단차면에서는 액정 분자들(15a)이 반대 방향으로 틸트되어, 리버스 틸트 도메인(reverse tilt domain)이 발생된다.
이러한 리버스 틸트 도메인은 전계 무인가시 화면의 누설광을 발생시키어, 액정 표시 장치의 콘트라스트비(contrast ratio)를 저하시키게 된다.
상기한 문제점을 해결하고자, 종래의 다른 방법으로는, 배향막(8,11)으로 하이 프리틸트각(high pretilt angle: 약 5∼10°)을 갖는 막을 사용하였다.
그러나, 하이 프리틸트각을 갖는 배향막을 사용하게 되면, 다이일렉트릭 토오크(dielectric torque)를 결정하는 유효 Δε가 작아져서 동일 전압 인가시, 쉽게 트위스트가 이루어지지 않는다. 따라서, 로우 프리틸트각을 갖는 배향막을 사용하였을 때 보다, 응답 시간이 저하된다. 또한, 하이 프리틸트각을 부여하였을 경우, 고질적으로 좌우 시야각 비대칭 문제가 발생된다.
따라서, 본 발명의 목적은 전극 단차로 인한 리버스 틸트 도메인을 제거하여, 화질을 개선할 수 있는 고개구율 및 고투과율 액정 표시 장치를 제공하는 것이다.
또한, 본 발명의 다른 목적은, 좌우 시야각을 일치시키고, 응답 시간을 향상시킬 수 있는 고개구율 및 고투과율 액정 표시 장치를 제공하는 것이다.
도 1은 종래의 고개구율 및 고투과율 액정 표시 장치의 단면도.
도 2는 본 발명에 따른 고개구율 및 고투과율 액정 표시 장치의 단면도.
도 3a는 종래 기술에 따른 로우 프리틸트각을 갖으며 비병렬하게 러빙한 액정 표시 장치의 단면도.
도 3b는 종래 기술에 따른 하이 프리틸트각을 갖으며 비병렬하게 러빙한 액정 표시 장치의 단면도.
도 3c는 본 발명에 따른 하이 프리틸트각을 갖으며 병렬하게 러빙한 액정 표시 장치의 단면도.
도 4a는 도 3a의 액정 표시 장치에서, 누설광이 3% 이상 지점을 나타낸 도면.
도 4b는 도 3b의 액정 표시 장치에서, 누설광이 3% 이상 지점을 나타낸 도면.
도 4c는 도 3c의 액정 표시 장치에서, 누설광이 3% 이상 지점을 나타낸 도면.
도 5a는 도 3a의 액정 표시 장치의 등-콘트라스트비 곡선을 나타낸 도면.
도 5b는 도 3b의 액정 표시 장치의 등-콘트라스트비 곡선을 나타낸 도면.
도 5c는 도 3c의 액정 표시 장치의 등-콘트라스트비 곡선을 나타낸 도면.
(도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명)
20-하부 기판 23-카운터 전극
25-게이트 절연막 27-화소 전극
29,32-배향막 30-상부 기판
35-액정 35a-액정 분자
상기한 본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 고개구율 및 고투과율 액정 표시 장치의 구성은 다음과 같다. 상하 기판은 액정을 사이에 두고 소정 거리 대향,대치되어 있다. 하부 기판의 내측면에는 투명한 카운터 전극이 배치되어 있으며, 카운터 전극과 상하 기판간의 거리보다 좁은 간격을 두고 카운터 전극과 함께 액정내 분자를 구동시키기 위한 프린지 필드를 형성하는 투명한 화소 전극이 배치된다. 또한, 카운터 전극 및 화소 전극이 형성된 하부 기판과 액정층 사이 및 상기 상부 기판과 액정층 사이에 각각에 배향막이 형성된다. 상기 카운터 전극과 화소 전극 사이에 전계가 형성되기 이전, 액정내의 액정 분자들은 기판 표면에 대하여 소정의 프리틸트각을 가지며 π형태로 배열된다.
여기서, 상기 프리틸트각은 1 내지 10°이고, 액정내 액정 분자의 굴절율 이방성과 셀갭의 곱(Δnd)은 0.2 내지 0.6㎛이다.
본 발명에 의하면, 고개구율 및 고투과율 액정 표시 장치의 액정 분자 초기 배열을 하이 프리틸트각을 가지면서 병렬 러빙하여 부채살 형태(π 형태)로 한다.
이에따라, 고개구율 및 고투과율 액정 표시 장치의 전극 단차부에서 발생되는 누설광을 감소시킬 수 있다.
또한, 부채살 형태로 배열됨에 따라, 하이 프리틸트로 인한 응답 속도 저하를 방지할 수 있으며, 좌우 시야각 비대칭 문제를 해결할 수 있다.
(실시예)
이하 첨부한 도면에 의거하여 본 발명의 바람직한 실시예를 자세히 설명하도록 한다.
첨부한 도면 도 2는 본 발명에 따른 고개구율 및 고투과율 액정 표시 장치의 단면도이고, 도 3a는 종래 기술에 따른 로우 프리틸트각을 갖으며 비병렬하게 러빙한 액정 표시 장치의 단면도이며,도 3b는 종래 기술에 따른 하이 프리틸트각을 갖으며 비병렬하게 러빙한 액정 표시 장치의 단면도이고, 도 3c는 본 발명에 따른 하이 프리틸트각을 갖으며 병렬하게 러빙한 액정 표시 장치의 단면도이다. 또한, 도 4a는 도 3a의 액정 표시 장치에서, 누설광이 3% 이상 지점을 나타낸 도면이고, 도 4b는 도 3b의 액정 표시 장치에서, 누설광이 3% 이상 지점을 나타낸 도면이며, 도 4c는 도 3c의 액정 표시 장치에서, 누설광이 3% 이상 지점을 나타낸 도면이다. 도 5a는 도 3a의 액정 표시 장치의 등-콘트라스트비 곡선을 나타낸 도면이고,도 5b는 도 3b의 액정 표시 장치의 등-콘트라스트비 곡선을 나타낸 도면이며, 도 5c는 도 3c의 액정 표시 장치의 등-콘트라스트비 곡선을 나타낸 도면이다.
먼저, 본 발명에 따른 고개구율 및 고투과율 액정 표시 장치의 구성은 도 2에 도시되어 있는 바와 같이, 하부 기판(20)과 상부 기판(30)은 소정 거리를 두고 대향,대치되어 있고, 하부 기판(20)과 상부 기판(30) 사이에는 수개의 액정 분자(35a)를 포함하는 액정층(35)이 개재되어 있다. 여기서, 상하 기판(30,20)간의 거리(셀갭), 즉, 액정층(35)의 두께를 D라 한다. 또한, 액정층(35)은 유전율 이방성이 양 또는 음이 선택적으로 사용될 수 있으며, 액정 분자의 굴절율 이방성(Δn)이 약 0.0696인 MJ97359 제품이 이용될 수 있다. 이때, 액정 분자의 굴절율 이방성과 셀갭의 곱(Δnd)은 0.2 내지 0.6㎛ 정도로 하는것이 본 발명의 고개구율 및 고투과율 액정 표시 장치의 적정 화질을 구현하는데 적정하다.
하부 기판(20) 상에는 투명 전도체 예를들어, ITO로 된 카운터 전극(23)이 스트립(strip) 형태로, 소정 폭을 가지면서 일정 등간격으로 이격,배치되도록 형성된다. 카운터 전극(23)이 형성된 하부 기판(20) 상부에는 게이트 절연막(25)이 형성된다. 게이트 절연막(25)상의 카운터 전극(23) 사이에는 스트립 형상을 갖으며, 투명 전도체로 된 화소 전극(27)이 형성된다. 이때, 화소 전극(27)과 카운터 전극(23)간의 간격(L)은 셀갭(D)보다 작으며, 카운터 전극(23)과 화소 전극(27)의 폭은, 화소 전극(27)과 카운터 전극(23) 사이에 형성되는 전계가 각각의 전극(23,27) 상부에도 미칠수 있을 정도의 폭을 갖도록 형성된다.
하부 기판(20)과 액정층(35)과의 경계 부분과 상부 기판(30)과 액정층(35) 사이 각각에는 액정 분자(35a)의 초기 배열을 결정하는 배향막(29,32)이 배치된다. 이때, 배향막(29,32)으로는 JSR사에서 제조된 JALS-146-R31 제품 또는 닛산사에서 제조된 SE-5291 제품이 이용될 수 있으며, 프리틸트각은 1 내지 10°정도, 바람직하게는 종래에 비하여 큰 5 내지 7°정도를 갖는다. 본 발명에서는 액정 분자(35a)들은 종래에 비하여 비교적 큰 프리틸트각(4 내지 6°)을 가지고 배열되지만, 좌우 시야각 대칭 문제 및 늦은 응답 특성을 보완하기 위하여, 전계가 인가되지 않을 경우 액정 분자(35a)가 "π" 형태, 즉 부채살 형태로 배열되도록 처리한다. 이러한 부채살 형태로 액정 분자(35a)들이 배열되도록 하는 것은, 배향막(29,32)을 종래와 달리 병렬로 즉, 동일한 방향으로 병렬 러빙함으로써 달성된다. 이때, 배향막(29,32)의 러빙 방향은 카운터 전극(23)과 화소 전극(27) 사이에 형성되는 전계의 투영면과 소정 각도를 이루도록 한다.
하부 기판(20)의 외주면 및 상부 기판(30)의 외주면에는 각각 하부 기판(20)의 저면으로부터 입사되는 광을 일정 방향으로 편광시키는 제 1 및 제 2 편광판(40a,40b)가 설치된다. 여기서, 제 1 및 제 2 편광판(40a,40b)의 편광축은 서로 크로스되도록 기판(20,30)에 부착되고, 제 1 및 제 2 편광판(40a,40b)의 편광축중 어느 하나는 상기 배향막(29,32)의 러빙 방향과 일치하도록 부착된다.
이와같은 구성을 갖는 고개구율 및 고투과율 액정 표시 장치는, 카운터 전극(23)과 화소 전극(27) 사이에 전계가 형성되기 이전에는, 배향막(29,32)의 영향으로 액정 분자(35a)들이 "π" 형태로 배열된다. 이때, 하부 기판(20) 근처에 배치된 액정 분자(35a)들은 기판(20) 표면에 대하여 비교적 하이 프리틸트각(θp)를 가지고 배열되기 때문에, 화소 전극(27)의 단차 부분에서 액정 분자(35a)들이 반대 방향으로 배열되지 않는다. 따라서, 리버스 틸트 도메인으로 인한 광 누설이 발생되지 않는다.
한편, 카운터 전극(23)과 화소 전극(27) 사이에 전계가 형성되면, 인접한 카운터 전극(23)과 화소 전극(27) 사이에 프린지 필드가 형성되어, 전극(23,27)들 사이에 위치하는 액정 분자(35a) 뿐만 아니라, 전극(23,27) 상부에 존재하는 액정 분자(35a)들이 모두 전계 영향권하에 있게되어, 모두 동작된다. 따라서, 투과율이 종래의 IPS 모드 보다 훨씬 증대된다.
이때, 본 발명에서와 같이, 하부 기판(20) 근처에서 하이 프리틸트각을 갖더라도, 종래의 일률적인 배열과 달리 도 2에서와 같이 액정 분자들(35a)이 부채살 형태로 배열되므로 대칭적인 시야각을 얻을 수 있다.
또한, 부채살 형태로 액정 분자(35a)를 배열시키게 되면, 비록 기판 근처에서는 하이 프리틸트각을 갖는다하더라도, 응답속도가 저하되지 않는다.
여기서, 도 3a는 프리틸트각(θp1)을 1.5°로 하여 비병렬로 러빙한 상태를 나타낸 도면이고, 도 3b는 프리틸트각(θp2)을 5°로 하여 비병렬로 러빙한 상태를 나타낸 도면이며, 도 3c는 본 발명에서와 같이 프리틸트각(θp3)을 5°로 하여 병렬로 러빙한 상태를 나타낸 도면으로, 도 3a를 케이스 1이라 하고, 도 3b를 케이스 2라 하며, 도 3c를 케이스 3이라 한다. 이때, 케이스 1은 로우 프리틸트각을 갖으며, 비병렬 러빙한 종래 발명이고, 케이스 2는 하이 프리틸트각을 갖으며, 비병렬 러빙한 종래의 다른 발명이며, 케이스 3은 하이 프리틸트각을 갖으며, 병렬 러빙한 본 발명이다.
각 케이스별 액정 표시 장치를 동작시켰을때, 온/오프 응답시간 및 투과율은 다음의 표와 같이 측정되었다.
(표)
케이스 1(종래) 케이스 2(종래) 케이스 3(본발명)
τ(온:오프)ms 29.3 :33.3 40.8:42.1 28.3:33.7
투과율(%) 1.97 2 1.89
상기 표에서와 같이, 본 발명에 따른 케이스 3(본발명)은 하이 프리틸트각을 갖고 비병렬 러빙된 종래의 케이스 2에 비하여는 온/오프 응답속도가 훨씬 우수하고, 케이스 1과 거의 비슷한 수준의 응답 속도를 갖는다. 투과율면에서도, 케이스 3은 케이스 1 및 케이스 2와 거의 유사하였다.
따라서, 본 발명과 같이, 고개구율 및 고투과율 액정 표시 장치에서 액정 분자의 초기 배열을 부채살 형태로 배열시키면, 리버스 틸트 도메인이 감소되면서도 응답속도가 저하되지 않음을 알 수 있다.
도 4a 내지 도 4c는 상기의 케이스의 액정 표시 장치를 오프시켰을 때 누설광이 발생되는 부분을 표시한 도면으로, 케이스 1의 경우(도 4a)는 3사분면의 방위각(azimuthal angle) 27 내지 37°근방, 4사분면의 방위각 13 내지 43°근방에서 누설광이 발생되었다. 한편, 케이스 2의 경우(도 4b)에는 3사분면의 방위각 18 내지 61°근방 및 4사분면의 18 내지 51°근방에서 케이스 1의 경우보다 넓게 누설광이 발생되었으며, 케이스 3의 경우(도 4c)는 케이스 1의 경우가 180° 반전된 상태로 누설광이 분포된다.
상기 결과에 따르면, 케이스 1과 케이스 3의 경우는 누설광이 비교적 좁은 영역에 걸쳐 나타나지만, 하이 프리틸트각을 부여하고 비병렬하게 러빙한 케이스 2의 경우 누설광 분포 영역이 넓음을 알 수 있다.
다음으로, 콘트라스트비를 살펴보면, 도 5a 내지 도 5c는 콘트라스트비가 30이상인 부분을 나타낸 것으로, 케이스 1(도 5a) 및 케이스 3(도 5c)에 비하여, 케이스 2의 경우가 콘트라스트 30이상인 부분이 훨씬 좁음을 도면을 통하여 알 수 있다.
이와같이, 하이 프리틸트각을 부여하면서, 액정 분자(35a)들을 부채살 형상으로 배열시키게 되면, 하부 기판(20) 근처에서 기판 표면에 대하여 하이 프리틸트각을 가지므로, 화소 전극(27)의 단차 부분에서 리버스 틸트 도메인 현상이 방지된다. 이에따라, 누설광이 적게 발생된다.
또한, 액정 분자들이 부채살 형태로 배열됨에 따라, 하이 프리틸트각을 가질지라도, 응답 속도가 저하되지 않는다.
이상에서 자세히 설명된 바와 같이, 본 발명에 의하면, 고개구율 및 고투과율 액정 표시 장치의 액정 분자 초기 배열을 하이 프리틸트각을 가지면서 병렬 러빙하여 부채살 형태(π 형태)로 한다.
이에따라, 고개구율 및 고투과율 액정 표시 장치의 전극 단차부에서 발생되는 누설광을 감소시킬 수 있다.
또한, 부채살 형태로 배열됨에 따라, 하이 프리틸트로 인한 응답 속도 저하를 방지할 수 있으며, 좌우 시야각 비대칭 문제를 해결할 수 있다.
기타, 본 발명은 그 요지를 일탈하지 않는 범위에서 다양하게 변경하여 실시할 수 있다.

Claims (3)

  1. 액정을 사이에 두고 소정 거리 대향,대치되어 있는 상,하 기판과; 상기 하부 기판의 내측면에 형성되는 투명한 카운터 전극과; 상기 카운터 전극과 상하 기판간의 거리보다 좁은 간격을 두고 이격되면서, 카운터 전극과 함께 액정내 분자를 구동시키기 위한 프린지 필드를 형성하는 투명한 화소 전극과; 상기 카운터 전극 및 화소 전극이 형성된 하부 기판과 액정층 사이 및 상기 상부 기판과 액정층 사이에 각각 형성된 배향막을 포함하는 고개구율 및 고투과율 액정 표시 장치에 있어서,
    상기 카운터 전극과 화소 전극 사이에 전계가 형성되기 이전, 액정내의 액정 분자들은 기판 표면에 대하여 소정의 프리틸트각을 가지며 π형태로 배열되는 것을 특징으로 하는 고개구율 및 고투과율 액정 표시 장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 프리틸트각은 1 내지 10°인 것을 특징으로 하는 고개구율 및 고투과율 액정 표시 장치.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 액정내 액정 분자의 굴절율 이방성과 셀갭의 곱(Δnd)은 0.2 내지 0.6㎛인 것을 특징으로 하는 고개구율 및 고투과율 액정 표시 장치.
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