KR20030003770A - 프린지 필드 구동 액정표시장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 액정 분자의 굴정율 이방성을 변화시킴으로써 구동 전압은 낮춘 프린지 필드 구동 액정표시장치를 개시한다. 개시된 본 발명은，소정 거리를 두고 대향하는 상하부 기판; 상기 상하부 기판 사이에 개재되며, 수개의 액정분자를 포함하는 액정층; 상기 하부 기판의 내측면에 전극폭이 전극간 간격보다 크거나 없도록 배치되며, 프린지 필드를 형성하여 상기 액정 분자를 대부분 동작시키는 제 1 ITO 전극과 제 2 ITO 전극; 상기 상하부 기판 외측면에 배치되며, 소정의 편광축을 갖는 제 1편광판과 제 2편광판; 및 상기 상하부 기판 내측면 표면에 각각 배치되며, 소정의 러빙축을 갖는 제 1 및 제 2 배향막을 포함하며, 상기 제 1 편광판과 제 2 편광판의 편광축은 서로 평행 또는 수직이고, 상기 액정 분자의 굴절율 이방성은 셀 갭이 2μm~4μm 일때, 25℃, 589nm에서 0.05~0.14로 하는 것을 특징으로 한다.

Description

프린지 필드 구동 액정표시장치{FRINGE FIELD SWITCHING LIQＵID CRYSTAL DISPLAY}

본 발명은 프린지 필드 구동(FRINGE FIELD SWITCHING: FFS) 액정표시장치에 관한 것으로, 액정 분자의 리타데이션(retardation), 즉 굴절율 이방성(Δn)을 조절하여 구동 전압을　낮출　수　있는 프린지 필드 구동 액정표시장치에 관한 것이다.

일반적으로 박막 트랜지스터(Thin Film Transistor: TFT)를 이용한 액정표시장치로서는 상하판의 액정 배열이 90°트위스트된 노말 TN(Twisted Nematic) 모드가 사용되어 왔다. 이러한 TN 모드를 이용한 액정표시장치는 디스 플레이를 구현함에 있어서, 기존에 사용되오던 CRT(cathode ray tube)에 비하여 부피면에서 소형화가 가능하고, 저 소비 전력을 사용할 수 있다.

그러나, 이러한 박막 트랜지스터 액정표시장치의 정면 시야각은 CRT에 필적할만 하나, 사선 방향에서는 시야각이 우수하지 않다. 따라서, TN모드는 협소한 시야각 때문에 대면적의 화면을 가진 액정표시장치로는 사용되지 못하는 단점이 있었다.

따라서, 상기와 같은 점을 개선하기 위하여 횡전계 방식을 이용한 IPS(In-Plane Switching) 모드와 프린지 필드 구동 모드가 제안되어 졌다.

상기의 IPS모드는 시야각면에서 TN 모드보다 우수하지만, 카운터 전극을 불투명 전극을 사용하기 때문에 투과율이 낮은 단점이 있었다. 이에 프린지 필드 구동 모드는 전극들을 모두 투명금속으로 사용하여 시야각과 투과율을 향상시켰다.

도 1a및 도 1b는 종래의 기술에 따른 박스형 및 슬릿형 FFS 액정표시장치의 구조를 도시한 단면도이다.

도 1a를 참조하면, 박스형 전극 구조를 갖는 FFS 액정표시장치로서, 상부 기판(1)과 대향하는 하부 유리기판(2) 상에 카운터 전극(7a)이 플랫(plate) 형태로 배치되어 있고, 상기 카운터 전극(7a) 상부에는 절연막(5)을 사이에두고 슬릿형 화소 전극(3a)이 배치되어 있다.

도 1b를 참조하면, 슬릿형 전극 구조를 갖는 FFS 액정표시장치로서, 상부 기판(1)과 대향하는 하부 유리기판(2) 상에 슬릿형 화소 전극(3b)과 슬릿형 카운터 전극(7b)이 일정한 간격으로 배치되어 있다.

상기와 같은 구조를 갖는 FFS 액정표시장치는 프린지 필드를 발생시키기 위해서, 전극폭이 전극간 간격보다 크거나(도 1a), 없도록(도 1b)하여 기판사이에 개재된 액정분자를 대부분 동작 시킬 수 있도록 전계를 발생시킨다.

또한, 상기에서 설명한 FFS 액정표시장치는 화소 전극 및 카운터 전극을 모두 투명 ITO금속을 사용하므로, IPS 모드에 비하여 높은 투과율을 얻을 수 있다.

그러나, IPS 모드나 프린지 필드 구동 모드의 경우 기존의 노말 TN방식보다 다소 높은 구동전압을 갖는데, 특히 FFS 모드의 경우 액정 분자들은 음의 유전율 이방성을 가지고 있기 때문에 구동 전압이 다소 높은 값을 갖고 있었다.

또한, 유전율 이방성이 큰 액정을 사용할 경우 굴절율 이방성이 감소하여 낮은 구동 전압을 사용할 수 있게 되지만, 부가적으로 화면 품위 상의 불량이 발생하는 문제점이 있다.

따라서, 본 발명의 목적은 상기한 종래의 문제점을 해결하기 위하여 안출된것으로서, 액정분자의 굴절율 이방성을 조절하여 보다 낮을 구동 전압을 갖는 프린지 필드 액정표시장치를 제공하는 것이다.

도 1a는 종래의 기술에 따른 박스형 FFS 액정표시장치의 구조를 도시한 단면도.

도 1b는 종래의 기술에 따른 슬릿형 FFS 액정표시장치의 구조를 도시한 단면도.

도 2a는 본 발명에 따른 FFS 액정표시장치의 러빙방향을 설명하기 위한 도면.

도 2b는 본 발명에 따른 박스형 FFS 액정표시장치의 구조를 도시한 단면도.

도 3은 본 발명에 따른 FFS 액정표시장치에서 양의 유전율 이방성 액정을 갖는 경우의 구동전압 변화를 나타낸 그래프.

도 4는 본 발명에 따른 FFS 액정표시장치에서 음의 유전율 이방성 액정을 갖는 경우의 구동전압 변화를 나타낸 그래프.

*도면의 주요 부분에대한 부호의 설명*

1: 상부 유리기판 2: 하부 유리기판

3a,3b: 화소 전극 5,15: 절연막

7a,7b: 카운터 전극 13; 제 2 ITO전극

17: 제 1 ITO전극 20: 유리 기판

상기한 본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은, 소정 거리를 두고 대향하는 상하부 기판; 상기 상하부 기판 사이에 개재되며, 수개의 액정분자를 포함하는 액정층; 상기 하부 기판의 내측면에 전극폭이 전극간 간격보다 크거나 없도록 배치되며, 프린지 필드를 형성하여 상기 액정 분자를 대부분 동작시키는 제 1 ITO 전극과 제 2 ITO 전극; 상기 상하부 기판 외측면에 배치되며, 소정의 편광축을 갖는 제 1편광판과 제 2편광판; 및 상기 상하부 기판 내측면 표면에 각각 배치되며, 소정의 러빙축을 갖는 제 1 및 제 2 배향막을 포함하며, 상기 제 1 편광판과 제 2 편광판의 편광축은 서로 평행 또는 수직이고, 상기 액정 분자의 굴절율 이방성은 셀 갭이 2μm~4μm 일때, 25℃, 589nm에서 0.05~0.1５로 하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명은 상기 액정분자가 양의 유전율 이방성을 갖는 경우에는 굴절율 이방성이 0.07~0.14의 값을 갖고, 상기 액정분자의 굴절 이방성 값을 갖는 경우에는 액정표시장치의 구동 전압은 3.5~ 4.5.V값을 갖으며, 상기 액정분자가 음의 유전율 이방성을 갖는 경우에는 굴절율 이방성이 0.07~0.12의 값을 갖고, 상기 액정분자의 굴절 이방성 값을 갖는 경우에는 액정표시장치의 구동전압은 4 ~5.8V 값을 갖는 것을 특징으로 한다.

따라서, 본 발명은 FFS 모드에서 구동 전압이 액정의 리타데이션값(dΔn)에 의존하는 것을 이용하여, 액정의 굴절율만 조절하여 낮은 구동전압, 저소비전력, 싼 구동IC를 갖는 FFS 액정표시장치를 구현할 수 있는 잇점이 있다.

(실시예)

이하 첨부한 도면에 의거하여 본 발명의 바람직한 실시예를 자세히 설명하도록 한다.

첨부한 도면 도 2a는 본 발명에 따른 FFS 액정표시장치의 러빙방향을 설명하기 위한 도면이고, 도 2b는 본 발명에 따른 박스형 FFS 액정표시장치의 구조를 도시한 단면도이다.

도 2a에 도시한 바와 같이, 박스형 전극 구조를 갖는 FFS 액정표시 장치로서, 플랫형 제 1 ITO 전극(17) 상부에 슬릿형 제 2 ITO 전극(13)이 배치되어 있고, 상기 슬릿형 제 2 ITO 전극(13)의 폭을 w, 전극간 거리를 l로 표시하였다. 상기 박스형 전극 구조의 상부에 표시된 화살표는 액정의 러빙 방향을 나타내며, 전계 형성 투과축과 이루는 각을 α로 표시하였다.

도 2b는 본 발명에 따른 박스형 FFS 액정표시장치의 구조를 도시한 단면도로서, 하부 유리기판(20) 상에 플랫형 제 1 ITO 전극(17)이 배치되어 있고, 상기 제 2 ITO 전극(13)의 상부에는 절연막(15)을 사이에 두고 슬릿형 제 2 ITO 전극이 배치된 구조이다.

상기에서 액정의 러빙 방향은, 양의 유전율 이방성을 갖는 액정의 경우 α의 값이 45~90˚의 값을 갖도록 상하판을 러빙하고, 음의 유전율 이방성을 갖는 액정의 경우 α값이 0~45°의 값을 갖도록 상하판을 러빙한다. 도시하지는 않았지만, 편광판은 상하판이 서로 수직인 투과축을 갖고, 그 방향은 어느 한쪽이라도 액정의 러빙 방향과 일치하도록하여 노말 블랙 모드(normally black mode)를 나타내도록 한다.

또한, 본 발명에 대한 설명은 박스형 전극구조를 갖는 FFS 모드에 대하여 설명하였지만, 동일한 방법이 슬릿형 전극구조를 갖는 FFS 모드에 적용된다.

도 3은 본 발명에 따른 FFS 액정표시장치에서 양의 유전율 이방성 액정을 갖는 경우의 구동전압 변화를 나타낸 그래프이고, 도 4는 본 발명에 따른 FFS 액정표시장치에서 음의 유전율 이방성 액정을 갖는 경우의 구동 전압 변화를 나타낸 그래프이다.(상기 시뮬레이션 그래프에서 나타난 액정 분자의 굴절율 이방성은 셀 갭이 2μm~4μm 일때, 25℃, 589nm와 제 2 ITO 전극의 폭(w)은 3μm, 제 2 ITO 전극간 거리(l)는 4.5μm 조건을 갖는 경우이다.)

도 3에 도시한 바와 같이, 양의 유전율 이방성을 갖는 액정 분자일 경우에는, 사용되는 액정의 유전율 이방성은 8이고, 굴절율 이방성(Δn)의 값은 0.15, 0.125, 0.1을 갖는 경우이다. 액정의 굴절율 이방성(Δn) 값이 0.15에서 0.1로 줄어들었을때 셀 갭이 3.5μm이면, 약 1.5V의 구동 전압 감소 효과가 있음을 알 수 있다. 그래프에서 나타난 곡선을 보면, 액정의 Δn은 0.05~0.15 사이의 값을 갖되, 바람직하게는 0.7~0.14를 갖도록 하여야, Δn의 조절에 의하여 낮은 구동 전압을선택할 수 있게 된다.

따라서, 상기에 도시된 그래프를 볼 때, 양의 유전율 이방성을 갖는 액정을 사용했을 경우에는 동일한 셀 갭에서 굴절율의 이방성 값이 작은 값을 가질수록 FFS 액정표시장치의 구동전압이 작아지는 것을 알 수 있다.

도 4에 도시한 바와 같이, 음의 유전율 이방성을 갖는 액정 분자일 경우에는, 사용되는 액정의 유전율 이방성값은 8이고, 굴절율 이방성(Δn)의 값은 0.1, 0.08을 갖는 경우이다. 액정의 굴절율 이방성(Δn) 값이 0.08에서 0.1로 증가 했을때 셀 갭이 3.5μm이면 약 0.2V의 구동 전압이 감소 효과가 있다. 그래프에서 나타난 곡선을 보면, 액정의 Δn은 0.05~0.15사이의 값을 갖되, 바람직하게는 0.7~0.14를 갖도록 하여야, Δn의 조절에 의하여 낮은 구동 전압을 선택할 수 있게 된다.

따라서, 상기에 도시된 그래프를 볼때, 음의 유전율 이방성을 갖는 액정을 사용했을 경우에는 동일한 셀 갭에서 굴절율의 이방성 값이 큰 값을 가질수록 FFS 액정표시장치의 구동전압이 작아지는 것을 알 수 있다.

따라서，상기와　같은　본　발명은　기존의　액정표시장치에서　액정분자의　리타데이션값（dΔn）만을　조절하고，다른　기존의　전극　구조의　변화　없이　프린지　필드　구동　액정표시장치의　구동　전압을　낯추어　저소비전력，　낮은　구동 IC를　사용할　수　있는　잇점이　있다．

이상에서 자세히 설명된 바와 같이, 본 발명에 의하면, FFS 모드에서　사용되는　액정　분자의　리타데이션 값과 구동전압　간의 관계를 이용하여,　적당한　굴절율　이방성　값을　선택하여　낮은　구동　전압에서　동작하는　저소비전력　액정표시장치를　구현할　수　있는　효과가　있다．

Claims (5)

1. 소정 거리를 두고 대향하는 상하부 기판;

   상기 상하부 기판 사이에 개재되며, 수개의 액정분자를 포함하는 액정층;

   상기 하부 기판의 내측면에 전극폭이 전극간 간격보다 크거나 없도록 배치되며, 프린지 필드를 형성하여 상기 액정 분자를 대부분 동작시키는 제 1 ITO 전극과 제 2 ITO 전극;

   상기 상하부 기판 외측면에 배치되며, 소정의 편광축을 갖는 제 1편광판과 제 2편광판; 및

   상기 상하부 기판 내측면 표면에 각각 배치되며, 소정의 러빙축을 갖는 제 1 및 제 2 배향막을 포함하며,

   상기 제 1 편광판과 제 2 편광판의 편광축은 서로 평행 또는 수직이고, 상기 액정 분자의 굴절율 이방성은 셀 갭이 2μm~4μm 일때, 25℃, 589nm에서 0.05~0.15로 하는 것을 특징으로 하는 프린지 필드 구동 액정표시장치.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 액정분자가 양의 유전율 이방성을 갖는 경우에는 굴절율 이방성이 0.07~0.14의 값을 갖는 것을 특징으로 하는 프린지 필드 구동 액정표시장치.
3. 제 2항에 있어서,

   상기 액정분자의 굴절 이방성 값을 갖는 경우에는 액정표시장치의 구동전압은 3.5~ 4.5.V값을 갖는 것을 특징으로 하는 프린지 필드 구동 액정표시장치.
4. 제 1항에 있어서,

   상기 액정분자가 음의 유전율 이방성을 갖는 경우에는 굴절율 이방성이 0.07~0.12의 값을 갖는 것을 특징으로 하는 프린지 필드 구동 액정표시장치.
5. 제 2항에 있어서,

   상기 상기 액정분자의 굴절 이방성 값을 갖는 경우에는 액정표시장치의 구동전압은 4 ~5.8V 값을 갖는 것을 특징으로 하는 프린지 필드 구동 액정표시장치.