KR20040016571A - 프린지 필드 스위칭 모드 액정 디스플레이 장치 - Google Patents

프린지 필드 스위칭 모드 액정 디스플레이 장치 Download PDF

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KR20040016571A
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김향율
김진만
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비오이 하이디스 테크놀로지 주식회사
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Abstract

본 발명은 프린지 필드 스위칭 모드 액정 디스플레이 장치에 관한 것으로, 스페이서를 포함하는 액정층을 사이에 두고 하부 기판과 상부 기판이 합착되어 있는 프린지 필드 스위칭 모드 액정 디스플레이 장치에 있어서, 상기 하부 기판 내측면에는 상대 전극과 화소 전극이 절연층을 사이에 두고 순차로 형성되어 있고, 상기 절연층상에는 하부 배향막이 형성되어 있고, 신호 전달 라인이 상기 화소 전극과 동일층상에 형성되어 있으며, 상기 상부 기판 내측면에는 상부 배향막이 형성되어 있으며, 상기 하부 기판 외측면에는 상기 신호 전달 라인과 대응되는 위치에 블랙 매트릭스와 편광판이 형성되어 있으며, 상기 상부 기판 외측면에는 정전기 방지용 ITO와 검광판이 순차로 형성되어 있는 것을 특징으로 하며, 오정렬 마진을 고려하지 않아도 됨으로써 블랙 매트릭스의 폭을 줄일 수 있어서 고개구율에 의한 고투과 특성과, 오버 코팅층 제거에 의한 제조 원가 절감과, 상부 배향막의 균일 러빙에 의한 고품위 특성 효과가 있는 것이다.

Description

프린지 필드 스위칭 모드 액정 디스플레이 장치{FRINGE FIELD SWITCHING MODE LIQUID CRYSTAL DISPLAY DEVICE}
본 발명은 프린지 필드 스위칭 모드 액정 디스플레이 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 기판의 합착 오정렬이 없는 프린지 필드 스위칭 모드 액정 디스플레이 장치에 관한 것이다.
여러 다양한 액정 디스플레이 장치 중에서 의료용으로 사용되는 액정 디스플레이 장치는 RGB 컬러층을 포함하는 일반적인 디스플레이와는 달리 RGB 컬러층이 없고, 상하 기판과, 액정을 구동할 수 있는 전극, 전극부의 누설광을 차단하는 블랙매트릭스(BM), 상하 기판 각각의 외측면에 부착된 검광판과 편광판 등을 기본 구성으로 하고 있다.
이러한 의료용 디스플레이 장치는 정확한 진단(diagnosis), 검사(review), 분석(analysis) 등을 위해서 여러 가지 특성이 요구된다. 그 중의 몇가지를 예를 들면 해상도에 있어서 일반 촬영 및 디지털 필름 판독용의 경우 가로 ×세로가 14" ×17"에 대해 2048 ×2560 이상의 픽셀이 요구되며, 밝기(brightness)는 65fL 이상, 크기는 20" 이상의 제품이 요구된다.
따라서, 의료용 액정 디스플레이 장치의 패널은 기본적인 사양인 광시야각 특성과 고투과에 의한 고휘도 특성, 정밀한 분석을 위한 배향 균일성에 의한 고품위 특성, 그리고 제품 경쟁력을 위한 저가격 특성이 요구된다.
종래 기술에 따른 프린지 필드 스위칭 모드 액정 디스플레이 장치는, 도 1에 도시된 바와 같이, 액정층(30)을 사이에 두고 하부 기판(10)과 상부 기판(40)이 합착되어 있는 구조이다.
상기 하부 기판(10)에는 전기 신호를 전달하는 소정의 라인(20)이 배치되어 있고, 상기 액정층(30)내의 액정 분자(32)들을 구동시키기 위하여 프린지 필드를 형성하는 박스 모양으로 패터닝된 상대 전극(14)과 절연층(16)을 사이에 두고 슬릿으로 패터닝된 화소 전극(18)이 배치되어 있다.
상기 상부 기판(40)에는 필드 왜곡을 방지하기 위한 수지 블랙매트릭스(46)와 단차부를 평탄화시키는 오버 코팅층(48)이 형성되어 있고, 상기 상부 기판(40) 외측면에는 정전기를 방지하기 위한 외측면 ITO(44)가 배치되어 있다.
상기 하부 기판(10) 및 상부 기판(40) 각각의 최상층에는 액정 분자(32)를 배향하기 위한 배향막(22)(50)이 코팅되어 있고, 일정한 셀 갭을 유지하기 위하여 하부 기판(10) 및 상부 기판(40) 사이에 스페이서(60)가 형성되어 있으며, 상기 하부 기판(10) 및 상부 기판(40) 외측면 각각에는 편광판(12)과 검광판(42)이 배치되어 있다.
그러나, 종래 기술에 따른 프린지 필드 스위칭 모드 액정 디스플레이 장치에 있어서는 다음과 같은 문제점이 있다.
종래 기술에 있어서는, 도 2에 도시된 바와 같이, 하부 기판(10)과 상부 기판(40) 합착시 오정렬(miss align)에 의해서 투과광 간격이 L1 (도1참조)에서 L2로 감소되어 개구율이 감소되는 문제점이 있다. 또한, 오정렬에 의하여 암(dark) 상태시 광누설이 발생하고 결과적으로 콘트라스트 저하 문제점이 발생하게 된다.
종래 이의 해결을 위하여 수지 블랙 매트릭스 폭을 넓게 설계해야 했는데, 이는 개구율 감소에 의한 투과율 감소의 문제점을 안고 있었다.
또한, 수지 블랙 매트릭스에 따른 단차 형성과 단차에 따른 러빙 불균일 때문에 광누설이 발생하므로 이를 방지하기 위하여 반드시 오버 코팅층이 필요하였으므로 제조 비용이 상승하는 문제점이 있었다.
이에 본 발명은 상기한 종래 기술상의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 블랙 매트릭스를 하부 기판 외측면에 배치함으로써 오정렬 마진을 고려하지 않아도 되는 프린지 필드 스위칭 모드 액정 디스플레이 장치를 제공함에 있다.
도 1은 종래 기술에 따른 프린지 필드 스위칭 모드 액정 디스플레이 장치를 도시한 단면도.
도 2는 종래 기술에 따른 프린지 필드 스위칭 모드 액정 디스플레이 장치의 문제점을 설명하기 위한 단면도.
도 3은 본 발명의 실시예1에 따른 프린지 필드 스위칭 모드 액정 디스플레이 장치를 도시한 단면도.
도 4는 본 발명의 실시예2에 따른 프린지 필드 스위칭 모드 액정 디스플레이 장치를 도시한 단면도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *
100,105; 하부 기판120,125; 편광판
130,135; 블랙 매트릭스140,145; 상대 전극
160,165; 절연층180,185; 화소 전극
200,205; 신호 전달 라인220,225; 하부 배향막
300,305; 액정층320,335; 액정 분자
400,405; 상부 기판420,425; 검광판
500,505; 상부 배향막600; 구형 스페이서
605; 지주형 스페이서
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 프린지 필드 스위칭 모드 액정 디스플레이 장치는, 스페이서를 포함하는 액정층을 사이에 두고 하부 기판과 상부 기판이 합착되어 있는 프린지 필드 스위칭 모드 액정 디스플레이 장치에 있어서, 상기 하부 기판 내측면에는 상기 액정층내의 액정 분자들을 구동시키기 위하여 프린지 필드를 형성하는 상대 전극과 화소 전극이 절연층을 사이에 두고 순차로 형성되어 있고, 상기 절연층상에는 상기 액정 분자들을 일정한 방향으로 배향시키는 하부 배향막이 형성되어 있고, 전기적 신호를 전달하는 소정의 신호 전달 라인이 상기 화소 전극과 동일층상에 형성되어 있으며, 상기 상부 기판 내측면에는 상기 하부 배향막과 동일한 기능을 갖는 상부 배향막이 형성되어 있으며, 상기 하부 기판 외측면에는 상기 신호 전달 라인과 대응되는 위치에 블랙 매트릭스가 형성되어 있고, 외부 입사광을 편광된 출사광으로 변화시키는 편광판이 형성되어 있으며, 상기 상부 기판 외측면에는 정전기 방지용 ITO와 검광판이 순차로 형성되어 있는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의하면, 오정렬 마진을 고려하지 않아도 됨으로써 블랙 매트릭스의 폭을 줄일 수 있게 된다.
이하, 본 발명에 따른 프린지 필드 스위칭 모드 액정 디스플레이 장치를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 3은 본 발명의 실시예1에 따른 프린지 필드 스위칭 모드 액정 디스플레이 장치를 도시한 단면도이고, 도 4는 본 발명의 실시예2에 따른 프린지 필드 스위칭 모드 액정 디스플레이 장치를 도시한 단면도이다.
본 발명의 실시예1에 따른 프린지 필드 스위칭 모드 액정 디스플레이 장치는, 도 3에 도시된 바와 같이, 구형 스페이서(600)를 포함하는 액정층(300)을 사이에 두고 유리와 같은 투명성 절연체로 구성된 하부 기판(100)과 상부 기판(400)이 일정한 셀 갭을 유지하면서 합착되어 있는 것을 기본 구조로 한다.
상기 구형 스페이서(600)는 상기 하부 기판(100)과 상부 기판(400) 사이의 일정한 간격, 즉 셀 갭(cell gap)을 유지하는 역할을 담당한다. 그리고, 상기 액정층(300)은 양의 유전율 또는 음의 유전율 이방성 특성을 지닌 수개의 액정분자(320)로 채워져 있다.
여기서, 상기 하부 기판(100)과 상부 기판(400) 각각의 내측면과 외측면에는 다음과 같은 여러 구성요소를 포함한다.
먼저, 상기 하부 기판(100)과 상부 기판(400) 각각의 내측면에 형성된 것을 살펴보면 다음과 같다.
상기 하부 기판(100) 내측면에는 상기 액정층(300)내의 액정 분자(320)들을 구동시키기 위하여 포물선 형태의 횡전계인 프린지 필드(fringe field)를 형성하는 상대 전극(140)과 화소 전극(180)이 절연층(160)을 사이에 두고 순차로 형성되어 있다.
상기 상대 전극(140)은 박스(box) 모양으로 패터닝되어 있으며, 상기 화소 전극(180)은 색띰을 방지하기 위한 목적으로 꺽쇠(<) 모양을 지닌 슬릿 모양으로 패터닝되어 있다. 구체적으로, 상기 화소 전극(180)의 슬릿 폭(W1)은 약 4㎛ 정도이고, 슬릿간의 간격(W2)은 약 5㎛ 정도이다.
상기 절연층(160)상에는 상기 액정 분자(320)들을 일정한 방향으로 배향시키는 하부 배향막(220)이 형성되어 있고, 게이트 라인이나 데이터 라인과 같은 전기적 신호를 전달하는 소정의 신호 전달 라인(200)이 상기 화소 전극(180)과 동일층상에 형성되어 있다.
상기 상부 기판(400) 내측면에는 상기 하부 배향막(220)과 동일한 기능을 갖는 상부 배향막(500)이 형성되어 있다. 한편, 상기 상부 기판(400) 내측면에는 상부 배향막(500)에 단차를 형성할 구조물이 없기 때문에 균일한 러빙이 가능하고,오버 코팅층과 같은 평탄화를 위한 막이 필요없다.
상기 하부 기판(100)과 상부 기판(400) 각각의 외측면에는 다음과 같은 구성요소를 포함한다.
상기 하부 기판(100) 외측면에는 단층의 크롬(Cr)이나 다층의 크롬 등과 같이 불투명 금속, 또는 수지(resin) 등으로 구성된 블랙 매트릭스(130)가 상기 신호 전달 라인(200)과 대응되는 위치에 형성되어 있어 누설광을 차단하는 역할을 담당한다. 그리고, 상기 블랙 매트릭스(130)에는 게이트 라인과 같은 신호 전달 라인(200)과의 정렬을 위한 패턴 정렬키가 적어도 하나 이상은 포함하고 있다.
더욱이, 상기 하부 기판(100)과 상부 기판(400)과의 합착에 따른 오정렬을 고려하지 않아도 되므로 합착 마진을 ±α㎛ 라고 가정했을 때, "새로운 블랙 매트릭스 폭 = 기존의 블랙 매트릭스 폭 - 2α" 라는 설계가 가능하다. 예를 들어, 합착 마진이 약 ±6㎛ 정도라고 했을 때 상기 블랙 매트릭스(130) 폭은 상대적으로 12㎛씩 감소하고 개구율은 그만큼 증가하게 된다.
아울러, 상기 전도성 블랙매트릭스(460)에 저반사 처리가 되어 있으면 주변광의 반사를 차단할 수 있다.
또한, 상기 하부 기판(100) 외측면에는 외부 입사광을 편광된 출사광으로 변화시키는 편광판(120)이 형성되어 있다.
상기 상부 기판(400)에는 전극이 형성되지 아니한 관계로 외부의 접촉 등으로 인해서 발생하기 쉬운 정전기를 방지하기 위하여 상기 상부 기판(400) 외측면에는 정전기 방지용 ITO(440)가 형성되어 있으며, 상기 정전기 방지용 ITO(440)상에는 검광판(420)이 형성되어 있다.
본 발명의 실시예2에 따른 프린지 필드 스위칭 모드 액정 디스플레이 장치는, 도 4에 도시된 바와 같이, 지주형 스페이서(605)를 포함하는 액정층(305)을 사이에 두고 유리와 같은 투명성 절연체로 구성된 하부 기판(105)과 상부 기판(405)이 일정한 셀 갭을 유지하면서 합착되어 있는 것을 기본 구조로 한다.
상기 구형 스페이서(605)는 상기 하부 기판(105)과 상부 기판(405) 사이의 일정한 간격, 즉 셀 갭(cell gap)을 유지하는 역할을 담당한다. 그리고, 상기 액정층(305)은 양의 유전율 또는 음의 유전율 이방성 특성을 지닌 수개의 액정 분자(325)로 채워져 있다.
여기서, 상기 하부 기판(105)과 상부 기판(405) 각각의 내측면과 외측면에는 다음과 같은 여러 구성요소를 포함한다.
먼저, 상기 하부 기판(105)과 상부 기판(405) 각각의 내측면에 형성된 것을 살펴보면 다음과 같다.
상기 하부 기판(105) 내측면에는 상기 액정층(305)내의 액정 분자(325)들을 구동시키기 위하여 포물선 형태의 횡전계인 프린지 필드(fringe field)를 형성하는 상대 전극(145)과 화소 전극(185)이 절연층(165)을 사이에 두고 순차로 형성되어 있다.
상기 상대 전극(145)은 박스(box) 모양으로 패터닝되어 있으며, 상기 화소 전극(185)은 색띰을 방지하기 위한 목적으로 꺽쇠(<) 모양을 지닌 슬릿 모양으로 패터닝되어 있다. 구체적으로, 상기 화소 전극(185)의 슬릿 폭(W1)은 약 4㎛ 정도이고, 슬릿간의 간격(W2)은 약 5㎛ 정도이다.
상기 절연층(165)상에는 상기 액정 분자(325)들을 일정한 방향으로 배향시키는 하부 배향막(225)이 형성되어 있고, 게이트 라인이나 데이터 라인과 같은 전기적 신호를 전달하는 소정의 신호 전달 라인(205)이 상기 화소 전극(185)과 동일층상에 형성되어 있다.
상기 상부 기판(405) 내측면에는 상기 하부 배향막(225)과 동일한 기능을 갖는 상부 배향막(505)이 형성되어 있다. 한편, 상기 상부 기판(405) 내측면에는 상부 배향막(505)에 단차를 형성할 구조물이 없기 때문에 균일한 러빙이 가능하고, 오버 코팅층과 같은 평탄화를 위한 막이 필요없다.
상기 하부 기판(105)과 상부 기판(405) 각각의 외측면에는 다음과 같은 구성요소를 포함한다.
상기 하부 기판(105) 외측면에는 단층의 크롬(Cr)이나 다층의 크롬 등과 같이 불투명 금속, 또는 수지(resin) 등으로 구성된 블랙 매트릭스(130)가 상기 신호 전달 라인(205)과 대응되는 위치에 형성되어 있어 누설광을 차단하는 역할을 담당한다. 그리고, 상기 블랙 매트릭스(135)에는 게이트 라인과 같은 신호 전달 라인(205)과의 정렬을 위한 패턴 정렬키가 적어도 하나 이상은 포함하고 있다.
더욱이, 상기 하부 기판(105)과 상부 기판(405)과의 합착에 따른 오정렬을 고려하지 않아도 되므로 합착 마진을 ±α㎛ 라고 가정했을 때, "새로운 블랙 매트릭스 폭 = 기존의 블랙 매트릭스 폭 - 2α" 라는 설계가 가능하다. 예를 들어, 합착 마진이 약 ±6㎛ 정도라고 했을 때 상기 블랙 매트릭스(135) 폭은 상대적으로12㎛씩 감소하고 개구율은 그만큼 증가하게 된다.
아울러, 상기 전도성 블랙매트릭스(465)에 저반사 처리가 되어 있으면 주변광의 반사를 차단할 수 있다.
여기서, 상기 지주형 스페이서(605)는 상기 블랙 매트릭스(465)와 대응되는 위치, 더욱 구체적으로는 게이트 라인과 같은 신호 전달 라인(205)에 대응하는 위치에 형성되어 있다. 따라서, 상기 블랙 매트릭스(465)와 지주형 스페이서(605) 및 신호 전달 라인(205)은 동일한 수직선상에 놓여 있다.
또한, 상기 하부 기판(105) 외측면에는 외부 입사광을 편광된 출사광으로 변화시키는 편광판(125)이 형성되어 있다.
상기 상부 기판(405)에는 전극이 형성되지 아니한 관계로 외부의 접촉 등으로 인해서 발생하기 쉬운 정전기를 방지하기 위하여 상기 상부 기판(405) 외측면에는 정전기 방지용 ITO(445)가 형성되어 있으며, 상기 정전기 방지용 ITO(445)상에는 검광판(425)이 형성되어 있다.
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 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 프린지 필드 스위칭 모드 액정 디스플레이 장치에 있어서는 다음과 같은 효과가 있다.
본 발명에 있어서는, 오정렬 마진을 고려하지 않아도 됨으로써 블랙 매트릭스의 폭을 줄일 수 있어서 고개구율에 의한 고투과 특성과, 오버 코팅층 제거에 의한 제조 원가 절감과, 상부 배향막의 균일 러빙에 의한 고품위 특성 효과가 있다.

Claims (8)

  1. 스페이서를 포함하는 액정층을 사이에 두고 하부 기판과 상부 기판이 합착되어 있는 프린지 필드 스위칭 모드 액정 디스플레이 장치에 있어서,
    상기 하부 기판 내측면에는 상기 액정층내의 액정 분자들을 구동시키기 위하여 프린지 필드를 형성하는 상대 전극과 화소 전극이 절연층을 사이에 두고 순차로 형성되어 있고, 상기 절연층상에는 상기 액정 분자들을 일정한 방향으로 배향시키는 하부 배향막이 형성되어 있고, 전기적 신호를 전달하는 소정의 신호 전달 라인이 상기 화소 전극과 동일층상에 형성되어 있으며,
    상기 상부 기판 내측면에는 상기 하부 배향막과 동일한 기능을 갖는 상부 배향막이 형성되어 있으며,
    상기 하부 기판 외측면에는 상기 신호 전달 라인과 대응되는 위치에 블랙 매트릭스가 형성되어 있고, 외부 입사광을 편광된 출사광으로 변화시키는 편광판이 형성되어 있으며,
    상기 상부 기판 외측면에는 정전기 방지용 ITO와 검광판이 순차로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 프린지 필드 스위칭 모드 액정 디스플레이 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 상대 전극은 박스 모양으로 패터닝되어 있는 것을 특징으로 하는 프린지 필드 스위칭 모드 액정 디스플레이 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 화소 전극은 슬릿 모양으로 패터닝되어 있는 것을 특징으로 하는 프린지 필드 스위칭 모드 액정 디스플레이 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 슬릿은 폭이 4㎛이고, 슬릿간의 간격은 5㎛인 것을 특징으로 하는 프린지 필드 스위칭 모드 액정 디스플레이 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 블랙 매트릭스는 수지와 불투명 금속 중에서 어느 하나로 이루어져 있는 것을 특징으로 하는 프린지 필드 스위칭 모드 액정 디스플레이 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 불투명 금속은 단층의 크롬이나 다층의 크롬인 것을 특징으로 하는 프린지 필드 스위칭 모드 액정 디스플레이 장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 블랙 매트릭스는 적어도 하나 이상의 정렬키를 포함하는 것을 특징으로 하는 프린지 필드 스위칭 모드 액정 디스플레이 장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 정렬키는 상기 신호 전달 라인의 패턴 정렬키인 것을 특징으로 하는 프린지 필드 스위칭 모드 액정 디스플레이 장치.
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