KR20020091454A - 액정표시장치 - Google Patents

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KR20020091454A
KR20020091454A KR1020010030131A KR20010030131A KR20020091454A KR 20020091454 A KR20020091454 A KR 20020091454A KR 1020010030131 A KR1020010030131 A KR 1020010030131A KR 20010030131 A KR20010030131 A KR 20010030131A KR 20020091454 A KR20020091454 A KR 20020091454A
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crystal display
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홍승호
이승희
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주식회사 현대 디스플레이 테크놀로지
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Abstract

본 발명은 액정표시장치에 관한 것으로, 액정 셀갭에 상당하는 일정 간격을 두고 대향 배치되며, 그 외측면에 각각 분해자와 편광자가 부착되어 있는 상부기판과 하부기판; 상기 상부기판과 하부기판 사이에 개재된 액정; 상기 하부기판상에 일정 간격을 두고 이격 형성된 스트라이프 형태의 상대전극과 화소전극; 상기 상대전극과 화소전극이 형성된 하부기판상에 형성된 수직배향막; 상기 상부기판의 최인접 내측면에 배치된 플레이트 형태의 보조전극; 상기 보조전극 상면에 배치되며, 적녹청의 각 화소별로 그 두께를 달리하는 컬러필터층; 및 상기 컬러필터층 상면에 배치되는 수평배향막을 포함하여 구성되며, 종래 전계를 왜곡시키기 위하여 상부기판에 보조전극을 두고 절연막으로 덮은 구조와 하부기판에 인플레인 모드 전극 구조를 사용하고 액정배열은 HAN 모드를 사용하는 방식에 비해 투과율이 증가되고, 또한 색띰 현상까지 보상할 수 있어, 고투과율과 광시야각을 구현할 수 있는 것이다.

Description

액정표시장치{APPARATUS FOR LIQUID CRYSTAL DISPLAY}
본 발명은 액정표시장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 컬러필터층의 R,G,B별로 그 두께를 각각 달리하여 투과율을 향상시킨 액정표시장치에 관한 것이다.
일반적으로, 액정표시장치(Liquid Crystal Display: 이하, LCD)는 경량, 박형, 및 저소비전력등의 특성을 갖기 때문에 음극선관(CRT: Cathode Ray Tube)을 대신하여 각종 정보기기의 단말기 또는 비디오기기등에 사용되고 있다. 특히, 스위칭 소자로서 박막트랜지스(Thin Film Transistor: 이하, TFT)가 구비된 TFT-LCD는 응답특성이 우수하고 고화소수에 적합하기 때문에 고화질 및 대형표시장치를 실현할 수 있다.
여기서, 종래의 액정표시장치는 광학 특성이 우수하고, 흑백 표시가 선명하며, 액정의 응답 특성이 우수한 트위스트 네마틱(TWISTED NEMATIC; 이하, TN) 모드가 많이 이용된다.
그러나, 이러한 TN 모드는 시약각에 따른 빛의 투과가 심하게 차이가 나고, 또한 응답시간이 동영상을 구현하기에 다소 느리다는 특성을 가지고 있다. 따라서, 협소한 시야각과 느린 응답시간 때문에 대면적 표시장치에 적용하기에 어려움을 가지고 있어서, 이를 극복하기 위하여 인플레인 스위칭 또는 프린지 필드 스위칭 액정표시장치와 같은 횡전계 방식의 액정표시장치가 제안되었다.
한편, 위와 같은 횡전계 방식의 액정표시장치에 있어서, 액정의 고속 응답시간을 구현하기 위하여 상부기판에 수직배향막을 적용하고(HAN 모드), 고투과율과저구동전압을 구현하기 위하여 상부기판에도 공통라인과 동일한 전압을 지닌 보조전극을 배치한 방식이 제안되었다.
종래 수직배향막과 보조전극을 구비한 횡전계 방식의 액정표시장치는, 도 1에 도시된 바와 같이, 하부기판(1)과 상부기판(5)이 일정 간격을 두고 대향 배치되어 있고, 상기 하부기판(1)상에는 액정을 구동시키기 위한 화소전극(2a)과 상대전극(2b)이 일정 폭과 일정 간격을 두고 이격 배치되어 있다. 상기 전극(2a)(2b)이 형성된 하부기판(1) 내면에는 수평배향막(6a)이 형성되어 있고, 상기 상부기판(5) 내면에는 수직배향막(6b)이 형성되어 있다.
한편, 상기 상부기판(5) 내면에는 수직배향막(6b)외에 컬러필터층(7), 보조전극(8) 및 절연막(9)이 순차적으로 배치되어 있다. 또한, 상기 기판(1)(5) 사이에는 액정층(3)이 개재되어 있다.
이러한 구조를 갖는 종래의 액정표시장치는, 전계가 인가되기 전에는 상기 액정층(3)내의 액정분자들이 수평배향막(6a)과 수직배향막(6b)의 영향으로 상기 하부기판(1)측에서는 누워있다가 상부기판(5)측으로 갈수록 서있는 형상으로 배열된다.
한편, 전계가 인가되면 상기 액정분자들이 전계방향에 따라 재배열되어 광을 누설하여 소정의 화상이 구현되는 것이다. 여기서, 상기 보조전극(8)은 전계를 왜곡시켜 개구부 중심에서의 디스클리네이션 라인(DISCLINATION LINE)에 의한 투과율 저하를 방지하는 역할을 담당한다.
그러나, 상기와 같은 구조를 갖는 종래의 액정표시장치는 다음과 같은 문제점이 있다.
종래의 액정표시장치는 상부기판 내면에 컬러필터층, 보조전극, 절연막, 수직배향막 등이 배치되어 있는 관계로 제조공정상 비용이 상승하며, 특히 액정층내의 액정분자는 비교적 높은 광학적 이방성(복굴절율)을 가져야 한다.
또한, 종래의 액정표시장치는 컬러필터의 높이를 조절하기 곤란하기 때문에 각 컬러 화소를 따로이 높이조절을 하지 않고, 특정 파장에서의 투과율만을 고려하여 일률적으로 컬러필터층의 높이를 정한다는 문제점이 있다.
이에, 본 발명에 따른 액정표시장치는 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 인플레인 전극구조와 HAN 모드 액정배열을 사용하되, 상부기판상의 절연막을 컬러필터층으로 대체하고, 그 두께를 R,G,B별로 각각 달리하여 투과율을 향상시킨 액정표시장치를 제공함에 있다.
도 1은 종래 액정표시장치의 단면도.
도 2는 본 발명에 따른 액정표시장치의 단면도.
도 3은 본 발명에 따른 액정표시장치에 있어서 파장별 위상지연값에 따른 투과율을 도시한 그래프.
도 4은 본 발명의 다른 실시예에 따른 액정표시장치의 단면도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *
10;하부기판20a;화소전극
20b;상대전극30;액정층
40;블랙매트릭스50;상부기판
60a;수직배향막60b;수평배향막
70a;편광자70b;분해자
80;보조전극90;컬러필터층
90a;적색화소90b;녹색화소
90c;청색화소
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 액정표시장치는, 액정 셀갭에 상당하는 일정 간격을 두고 대향 배치되며, 그 외측면에 각각 분해자와 편광자가 부착되어 있는 상부기판과 하부기판; 상기 상부기판과 하부기판 사이에 개재된 액정; 상기 하부기판상에 일정 간격을 두고 이격 형성된 스트라이프 형태의 상대전극과 화소전극; 상기 상대전극과 화소전극이 형성된 하부기판상에 형성된 수직배향막; 상기 상부기판의 최인접 내측면에 배치된 플레이트 형태의 보조전극; 상기 보조전극 상면에 배치되며, 적녹청의 각 화소별로 그 두께를 달리하는 컬러필터층; 및 상기 컬러필터층 상면에 배치되는 수평배향막을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
이하, 본 발명에 따른 액정표시장치를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 2는 본 발명에 따른 액정표시장치를 도시한 단면도이고, 도 3은 본 발명에 따른 액정표시장치에 있어서 각 파장별 위상지연값에 따른 투과율을 도시한 그래프이고, 도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 액정표시장치를 도시한 단면도.
본 발명에 따른 액정표시장치는, 도 2에 도시된 바와 같이, 액정 셀갭(d1,d2및 d3)에 상당하는 일정 간격을 두고 대향 배치되며, 그 외측면에 각각 분해자(70b)와 편광자(70a)가 부착되어 있는 상부기판(50)과 하부기판(10)이 배치되어 있다. 여기서, 상기 액정 셀갭(d1,d2및 d3)은 각 적색(Red), 녹색(Green) 및 청색(Blue) 각 화소별로 그 두께가 상이한 바, 이에 대하여는 후술한다.
상기 상부기판(50)과 하부기판(10) 사이에는 액정(30)이 개재되어 있다. 상기 액정(30)에는 인가된 전계방향에 그 장축(광축)이 0도로 배열되는 양의 액정, 즉 양의 광학적 이방성을 갖는 것과, 90도로 배열되는 음의 광학적 이방성을 갖는 것이 있는데, 본 실시예에서는 양의 광학적 이방성을 갖는 액정을 기준으로 한다.
상기 하부기판(10) 내측면에 일정 간격을 두고 이격 형성된 스트라이프 형태의 상대전극(20a)과 화소전극(20b)이 배치되어 있다. 상기 전극(20a,20b)은, 도면에는 도시되지는 않았지만, 박막트랜지스터를 형성하기 위한 게이트 메탈등의 불투명 금속으로 사용할 수 있고, 이와 달리 ITO와 같은 투명전도체로 이루어질 수 있는데, 전자의 경우는 제조공정상 마스크수를 감소시킬 수 있으며, 후자는 투과율을 향상시킬 수 있다.
또한, 상기 양 전극(20a,20b)에 있어서, 각 전극 폭(w1,w2)보다는 양 전극 사이의 간격(l)이 상대적으로 커서, 양 전극(20a)(20b)간에 전압 인가시 형성되는 횡전계로 인하여 시약각이 개선된다.
한편, 상기 상대전극(20a)과 화소전극(20b)이 형성된 하부기판(10) 내측면에는 수직배향막(60a)이 배치되어 있다. 상기 수직배향막(60a)은 러빙이 되어 있을 수 있고, 그렇지 않을 수도 있다.
상기 수평배향막(60a)에 대향하여 상기 상부기판(50)의 최인접 내측면에는 플레이트 형태의 보조전극(80)이 배치되어 있다. 상기 보조전극(80)은 상기 상대전극(20b)과 동일한 전압을 지니며, ITO와 같은 투명전도체로 구성되어 플레이트 형태를 취하고 있다.
상기 보조전극(80)과 상기 액정층(30) 사이에 유전율이 1 내지 6인 값을 갖는 절연층 역할을 하는 컬러필터층(90)을 두어 상기 하부기판(10)에서 형성된 횡전계, 자세하게는 인플레인 전계를 왜곡시켜 하부기판(10)의 양 전극(20a)(20b)간 영역에서 발생하는 디스클리네이션 라인을 저지하여 투과율이 저하하는 현상을 방지한다.
상기 컬러필터층(90)은 빛의 삼원색인 적색화소(90a), 녹색화소(90b) 및 청색화소(90c)로 구성되며, 각 화소 사이에는 빛의 누설을 차단하는블랙매트릭스(40)가 형성되어 있다. 상기 컬러필터층(90)은 절연층 역할을 겸하며, 상기 적색화소(90a), 녹색화소(90b) 및 청색화소(90c)는 각각 그 두께를 달리하여 투과율이 각 파장에 따라 최대값을 가질 수 있도록 한다.
각 화소의 두께는 다음과 같다. 상기 적색화소(90a) 두께는 (0.9 ±0.2)㎛/△n1이고, 녹색화소(90b) 두께는 (0.8 ±0.2)㎛/△n2이고, 청색화소(90c) 두께는 (0.2 ±0.2)㎛/△n3이다. 여기서, 상기 △n1은 섭씨 25도이며 파장의 길이가 630 ㎚인 경우일 때의 액정의 광학적 이방성이며, 상기 △n2는 섭씨 25도이며 파장의 길이가 550 ㎚인 경우일 때의 액정의 광학적 이방성이며, 상기 △n3은 섭씨 25도이며 파장의 길이가 450 ㎚인 경우일 때의 액정의 광학적 이방성을 나타낸다.
예를 들면, 도 3의 그래프에 도시된 바와 같이, 파장이 550㎚에서의 액정의 위상 지연값은 0.8에서 최대값을 나타내지만 다른 파장에서는 그렇지 않다는 것을 알 수 있다. 따라서, 상기 컬러필터층(90)의 두께를 동일하게 하면 그만큼 투과율이 감소된다.
그러나, 상기 적색화소(90a)의 두께에 있어서, 액정의 광학적 이방성(△n)을 0.16이라 했을 때, 상기 녹색화소(90b) 두께 대비 0.625㎛정도를 줄이면 액정층(30)의 위상 지연값은 0.9정도가 되어 상기 적색화소(90a)에서 최대의 투과율을 얻을 수 있다. 마찬가지로, 상기 청색화소(90c)의 두께에 있어서, 상기 녹색화소(90b) 두께 대비 0.625㎛정도를 두껍게 하면 투과율이 최대가 된다. 한편, 본 실시예에 있어서는 상기 액정의 위상 지연값(Retardation)은 0.5 내지 1.2㎛, 바람직하게는 0.7 내지 0.9㎛이다.
상기 컬러필터층(90) 상면에는,상기 하부기판(10) 내측면에 수직배향막(60a)이 배치되어 있는 것과는 달리, 수평배향막(60b)이 배치되어 있다. 상기 수평배향막(60b)은 상기 화소전극(20a)과 상대전극(20b)의 스트라이프 길이방향과 실질적으로 일치하는 방향으로 러빙되어 있다.
상기 하부기판(10) 외측면에는 편광판(70a), 상부기판(50) 외측면에는 분해자(70b)가 부착되어 있다. 여기서, 상기 분해자(70b)의 투과축은 상기 수평배향막(60b)의 러빙축과 실질적으로 일치하거나 또는 직교하도록 배치되어 있고, 상기 편광자(70a)의 투과축은 상기 분해자(70b)의 투과축과 상호 직교하여 전압 인가전에는 투과율이 없기 때문에, 본 실시예는 노말리 블랙 모드(Normally Black Mode)이다.
본 실시예에서 사용되는 액정층(30)은 2 내지 15사이에서 임의적으로 선택된 양의 유전율 이방성값을 가지는 액정으로 구성되어 있으며, 광학적 이방성은 조절된 컬러에 해당하는 위상 지연값이 최대가 되는 값이다.
한편, 본 실시예에 있어서, 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 상부기판(50)과 분해자(70b) 사이, 또는 상기 하부기판(10)과 편광자(70a) 사이에 위상보상판(100)이 더 포함될 수 있다. 상기 위상보상판(100)은 액정의 광학적 이방성을 보상하기 위한 것으로, 봉상의 액정과 달리, 디스크(Disk)형으로 음의 광학적 이방성을 갖는 액정으로 구성된다. 여기서, 상기 위상보상판(100)내의 액정은 상기 액정층(30)내의 액정의 초기 배열상태와 90도 대칭을 이루도록 배치된다. 또한, 상기 위상보상판(100)의 위상 지연값은 상기 액정층(30)의 위상지연값의 절대값과 실질적으로 동일하고, 음의 부호를 갖는다.
상기와 같은 구조를 갖는 본 발명에 따른 액정표시장치는, 전압이 인가되기 시작하면 상기 하부기판(10)의 횡전계가 상부기판(50)상의 보조전극(80)과 절연막 역할을 하는 컬러필터층(90)에 의해 왜곡되어, 상기 하부기판(10)상의 화소전극(20a)과 상대전극(20b) 사이에 생기는 액정의 디스클리네이션 라인을 전극(20a)(20b) 위부분으로 이동시키는 역할을 하게 된다.
따라서, 하부기판에만 전극이 있는 경우에 발생하는 전극 윗부분과 전극 사이 부분의 디스클리네이션 라인이 전극 윗부분에만 생성되어 투과율이 증가하게 되고, 특히 불투명 금속 전극인 경우에는 이부분의 디스클리네이션 라인은 보이지 않게 된다.
본 발명의 원리와 정신에 위배되지 않는 범위에서 여러 실시예는 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명할 뿐만 아니라 용이하게 실시할 수 있다. 따라서, 본원에 첨부된 특허청구범위는 이미 상술된 것에 한정되지 않으며, 하기 특허청구범위는 당해 발명에 내재되어 있는 특허성 있는 신규한 모든 사항을 포함하며, 아울러 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해서 균등하게 처리되는 모든 특징을 포함한다.
이상에서 살펴 본 바와 같이, 본 발명에 따른 액정표시장치는 다음과 같은 효과가 있다.
본 발명에 있어서는 종래 전계를 왜곡시키기 위하여 상부기판에 보조전극을 두고 절연막으로 덮은 구조와 하부기판에 인플레인 모드 전극 구조를 사용하고 액정배열은 HAN 모드를 사용하는 방식에 비해 투과율이 증가되고, 또한 색띰 현상까지 보상할 수 있어, 고투과율과 광시야각을 구현할 수 있다.

Claims (14)

  1. 액정 셀갭에 상당하는 일정 간격을 두고 대향 배치되며, 그 외측면에 각각 분해자와 편광자가 부착되어 있는 상부기판과 하부기판;
    상기 상부기판과 하부기판 사이에 개재된 액정;
    상기 하부기판상에 일정 간격을 두고 이격 형성된 스트라이프 형태의 상대전극과 화소전극;
    상기 상대전극과 화소전극이 형성된 하부기판상에 형성된 수직배향막;
    상기 상부기판의 내측면에 배치된 플레이트 형태의 보조전극;
    상기 보조전극 상면에 배치되며, 적녹청의 각 화소별로 그 두께를 달리하는 컬러필터층; 및
    상기 컬러필터층 상면에 배치되는 수평배향막을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 컬러필터층의 유전율은 1 내지 6인 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 컬러필터층의 적색화소 두께는 (0.9 ±0.2)㎛/△n1이고, 녹색화소 두께는 (0.8 ±0.2)㎛/△n2이고, 청색화소 두께는 (0.2 ±0.2)㎛/△n3인 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 △n1은 섭씨 25도이며 파장의 길이가 630 ㎚인 경우일 때의 액정의 광학적 이방성이며, 상기 △n2는 섭씨 25도이며 파장의 길이가 550 ㎚인 경우일 때의 액정의 광학적 이방성이며, 상기 △n3은 섭씨 25도이며 파장의 길이가 450 ㎚인 경우일 때의 액정의 광학적 이방성인 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 액정의 위상 지연값은 0.5 내지 1.2㎛인 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
  6. 제 5항에 있어서,
    상기 바람직한 액정의 위상 지연값은 0.7 내지 0.9㎛인 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 액정은 2 내지 15사이에서 임의적으로 선택된 양의 유전율 이방성값을가지는 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
  8. 제 1항에 있어서,
    상기 상대전극과 화소전극은 투명전도체, 또는 불투명전도체인 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
  9. 제 1항에 있어서,
    상기 보조전극은 투명전도체인 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
  10. 제 1항에 있어서,
    상기 수평배향막은 상기 상대전극과 화소전극의 스트라이프 방향과 실질적으로 일치하는 방향으로 러빙되어 있는 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
  11. 제 1항에 있어서,
    상기 분해자의 투과축은 상기 수평배향막의 러빙방향과 실질적으로 일치하거나 직교하며, 상기 편광자의 투과축은 상기 분해자의 투과축과 상호 직교하는 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
  12. 제 1항에 있어서,
    상기 상부기판과 분해자 사이, 또는 상기 하부기판과 편광자 사이에 위상보상판이 더 포함되어 배치된 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
  13. 제 12항에 있어서,
    상기 위상보상판은 음의 광학적 이방성을 가지며 디스크형의 액정으로 구성되는 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
  14. 제 12항에 있어서,
    상기 위상보상판은 상기 액정의 위상지연값의 절대값과 실질적으로 동일하며, 부호가 음인 위상지연값을 갖는 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
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