KR20040061425A - 수직배향된 강유전성 액정의 프린지필드스위칭 모드 반사/반투과 디스플레이 장치 - Google Patents

수직배향된 강유전성 액정의 프린지필드스위칭 모드 반사/반투과 디스플레이 장치 Download PDF

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비오이 하이디스 테크놀로지 주식회사
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Abstract

본 발명은 수직배향된 강유전성 액정의 프린지필드스위칭 모드 디스플레이 장치로서, 하부 박막트랜지스터 기판내에 공통전극과 화소전극이 형성되어 있고, 공통전극은 통전극으로 화소전극은 빗살모양의 슬릿(slit)형으로 패시베이션 (passivation)층을 사이에 두고 이루어지며, 공통전극과 화소전극은 투명도체를 이용하여 형성되고, 강유전성 액정을 상,하부 기판사이에서 수직으로 배향시키며 한 화소내에서 화소전극과 공통전극사이의 프린지 필드 및 수평성분 전기장에 의해 구동되는 FFS 모드의 전극구조에 있어서, 박스형 FFS 전극구조는 화소전극을 반사가 잘되는 불투명 금속으로 하고, 슬릿형 FFS 전극구조는 화소와 상대전극의 한 종류 또는 모두를 반사전극으로 하여 반사와 투과가 가능한 전극구조를 갖는 것이다.

Description

수직배향된 강유전성 액정의 프린지필드스위칭 모드 디스플레이 장치{FFS mode LCD vertical aligned feroelectric liquid}
본 발명은 수직배향된 강유전성 액정의 프린지필드스위칭 모드 디스플레이 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 네마틱 액정에 의한 디스플레이 장치보다 넓은 시야각과 응답속도의 고속화를 구현할 수 있도록 한 수직배향된 강유전성 액정의 프린지필드스위칭 모드 디스플레이 장치에 관한 것이다.
주지된 바와 같이, 반사형 TFT LCD은 백라이트를 사용하지 않아 소비전력이 적고 휴대가 용이한 장점을 가지고 있지만, TN(Twisted Mode) 등과 같이 늦은 응답속도와 셀 내의 액정방향이 보는 방향에 서로 달라 시야각이 협소한 문제점이 있었고, 반사형 LCD는 외부로부터 광이 없으면 동작할 수 없는 문제점이 대두되었다.
그래서, 반사와 투과가 모두 가능한 필름을 사용한 반투과형 LCD가 개발되었다.
그러나, 반투과형 LCD도 상기한 반사형 TFT LCD나 반사형 LCD가 가지는 특성이 그대로 존재하여 특성에 한계를 가지고 있어, 응답특성이 느리고 협소한 시야각이 개선되지 못하는 문제점이 있었다.
이에 본 발명은 상기 종래기술의 제반 문제점을 해결하기 위하여 안출한 것으로서, 광시야각을 가지면서도 고 반사율을 가지는 프린지 필드 스위칭 모드에서와 같은 전극 구조로 강한 프린지 필드 또는 수평 전기장을 이용하여 응답속도가 개선되고 시야각 특성이 개선된 수직배향된 강유전성 액정의 프린지필드스위칭 모드 디스플레이 장치를 제공함에 그 목적이 있다.
도 1 은 본 발명의 액정셀의 일실시예에서 전기장이 없는 경우의 측면도.
도 2 는 도 1 의 액정셀에서 전기장이 있는경우의 측면도.
도 3 은 본 발명의 액정셀의 다른 실시예에서 전기장이 없는 경우의 측면도.
도 4 는 도 3 의 액정셀에서 전기장이 있는 경우의 측면도.
도 5 및 도 6은 본 발명의 액정셀의 일실시예에서 전기장이 없는 경우와 전기장이 인가된 경우의 정면도.
도 7a 및 도 7b는 본 발명에 따라 박스형 FFS 모드와 슬릿형 FFS 모드의 전극구조를 나타내고 있는 도면.
도 8a 및 도 8b는 도 7a 와 도 7b에 도시된 각각의 반투과형 FFS 모드의 전체적인 구성도.
[도면부호의설명]
100, 120 : 공통전극 110 : 화소전극
112, 122 : 액정셀
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 프린지필드스위칭 모드 디스플레이 장치는, 하부 박막트랜지스터 기판내에 공통전극과 화소전극이 형성되어 있고, 공통전극은 통전극으로 화소전극은 빗살모양의 슬릿(slit)형으로 패시베이션(passivation)층을 사이에 두고 이루어지며, 공통전극과 화소전극은 투명도체를 이용하여 형성되고, 강유전성 액정을 상,하부 기판사이에서 수직으로 배향시키며 한 화소내에서 화소전극과 공통전극사이의 프린지 필드 및 수평성분 전기장에 의해 구동되는 FFS 모드의 전극구조에 있어서, 박스형 FFS 전극구조는 화소전극을 반사가 잘되는 불투명 금속으로 하고, 슬릿형 FFS 전극구조는 화소와 상대전극의 한 종류 또는 모두를 반사전극으로 하여 반사와 투과가 가능한 전극구조를 갖는 것을 특징으로 한다.
(실시예)
이하, 본 발명에 따른 수직배향된 강유전성 액정의 프린지필드스위칭 모드 디스플레이 장치를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 1 은 본 발명의 액정셀의 일실시예에서 전기장이 없는 경우의 측면도이다.
도 2 는 도 1 의 액정셀에서 전기장이 있는경우의 측면도이다.
도 3 은 본 발명의 액정셀의 다른 실시예에서 전기장이 없는 경우의 측면도이다.
도 4 는 도 3 의 액정셀에서 전기장이 있는 경우의 측면도이다.
도 5 및 도 6은 본 발명의 액정셀의 일실시예에서 전기장이 없는 경우와 전기장이 인가된 경우의 정면도이다.
도 7a 및 도 7b는 본 발명에 따라 박스형 FFS 모드와 슬릿형 FFS 모드의 전극구조를 나타내고 있는 도면이다.
도 8a 및 도 8b는 도 7a 와 도 7b에 도시된 각각의 반투과형 FFS 모드의 전체적인 구성도이다.
먼저, 본 발명의 실시예에 따른 프린지필드스위칭 모드 디스플레이 장치는, 도 1에 도시된 바와 같이 수직으로 배향된 강유전성 액정을 구동하기 위해 강한 수평 전기장을 형성할 수 있는 구조로 패시베이션층(passivation layer)(102)을 사이에 두고 화소전극(110)과 공통전극(100)이 수평면에서 서로 가까이 형성되어 있고, 투명전극으로 이루어져 있으며, 공통 전극(100)은 통전극으로 화소전극(110)은 빗살형으로 형성되어있다. 액정셀의 구조는 기존의 FFS 모드에서와 같이 형성한다.
또한 도 3에 도시된 바와 같이, 공통전극(120)과 화소전극(110)이 모두 같은 평면에 빗살형으로 형성된다. 이 경우 전극간격(L)이 전극폭(W)에 비해 동등하거나 바람직하게는 좁게 형성되어 있다.
그리고 강유전성 액정이 받는 강한 전기장은 공통전극(120)과 화소전극(110)간의 폭(L)과 전극에 인가된 전압(V)의 크기에 의해 E=V/L로 전극간의 간격이 작아질수록 커지게 된다.
전기장이 없는 경우 도 1 과 도 3에 도시한 바와 같이, 액정 분자들이 전극면에 수직한 축을 따라 나선(helix)구조로 꼬여있어 평균적 방향이 전극면에 수직인 축과 평행하다. 이는 FLC(Ferroelectric Liquid Crystal)의 나선 피치가 가시광의 파장보다 짧기 때문에 평균적인 광축은 나선축과 평행하다. 이 경우 수직한 편광판 사이에서는 암흑(dark)상태를 얻을 수 있으며, 도 2 및 도 4에서처럼 전기장이 인가된 경우 전기장의 방향에 따라 수평하게 액정분자(112)(122)들이 원추상에서 회전하여 자발분극값이 전기장의 극성에 일치하게 배열한다.
즉 전기장의 방향이 반대인 영역에서 서로 반대방향으로 회전하게 되어 액정분자의 장축방향은 각 영역에서 전극의 장축방향과 일치하는 방향-자발분극과는 수직-으로 회전하게 된다.
이 경우 두 영역의 광축은 각 영역에서 전극방향에 일치하는 방향으로 기울게 되고 전기장이 커짐에 따라 스멕틱상의 원추각(cone angle)의 최대경사각까지 점차 기울게 된다.
전극과 45°로 수직은 두 편광자를 상하판에 둔 경우 전기장이 커짐에 따라 연속적인 계조가 가능하며 광축이 전극과 일치하는 전기장에서 최대의 투과도를 얻게 된다.
또한 액정들이 수직으로 배향하게 되므로 인해 스멕틱층들이 기판에 평행하게 정렬하기 때문에 대면적에서도 분자들의 균일한 배향이 쉽게 얻어질 수 있어 수평배향을 이용한 강유전성 액정 모드에서의 배향의 어려움을 해결할 수 있다.
도 5 및 도 6은 본 발명의 액정셀의 일실시예에서 전기장이 없는 경우와 전기장이 경우의 정면도를 나타낸 도면으로서, 전기장인가가 없는 경우 액정분자의 평균광축(130)이 전극(110)면과 수직이 되고 있음을 보여주고 또한 인가 전기장이최대가 될 때 전극(110)과 전극(110)사이에서 장축(130) 방향이 서로 반대방향으로 멀티도메인(multidomain)이 형성되어 있다. 이렇게 전기장인가에 의해 자연적으로 멀티도메인이 형성되므로 넓은 시야각을 얻을 수 있다.
그리고, 도 7a 및 도 7b는 본 발명에 따라 박스형 FFS 모드와 슬릿형 FFS 모드의 전극구조를 나타내고 있는 도면이고, 도 8a 및 도 8b는 도 7a 와 도 7b에 도시된 각각의 반투과형 FFS 모드의 전체적인 구성도이다.
여기에서 도면부호 10과 22는 폴라라이저(Polarizer), 12는 차폐필름, 14는 반사판 화소전극, 16은 패시베이션(Passivation), 18은 투명 상대전극, 20은 글래스(glass), 22는 반투과형 필름이다.
이와 같이, 도 7a와 도 8a에 나타난 바와 같이 박스형 FFS 모드에 있어서 반사형을 구현하기 위해서는 공통전극을 금속으로 하고, 화소전극은 투명전극으로 형성하는 방법과 공통전극과 화소전극을 모두 금속으로 형성하는 방법이 있으며, 반투과형을 구현하기 위해서는 공통전극과 화소전극을 모두 반사전극으로 형성하여 전극상에서는 반사형을 전극과 전극간의 영역에서는 투과형으로 형성할 수 있으며, 화소전극 또는 투명전극 중의 한쪽을 반사전극으로 하고 다른 한 쪽은 투명전극으로 형성하여 투과부의 영역을 조절할 수 있다.
또한, 도 7b와 도 8b에 나타난 바와 같이 슬릿형 FFS 모드에 있어서 반투과형을 형성하는 방법으로는 박스형의 공통전극은 투명전극으로 하고 슬릿형의 화소전극은 반사전극으로 형성한다. 그리고 반사형을 형성하기 위해서는 하부 기판의 뒷면에 반사판을 별도로 붙여서 사용할 수 있다
그리고, 상기 박스형 FFS 모드에서 화소전극을 반사가 잘되는 불투명 금속으로 할 수 있는데, 이때 불투명 반사전극은 Ag, Al, AlNd, Cu 등 반사율이 입사되는 광의 80% 이상을 반사시키는 물질로 그 두께는 300-500Å으로 증착하는 것이 바람직하다.
그리고, 상판에 λ/2 또는 그 외의 차폐막을 가지는 위상차판을 놓고, 위상차판 축의 각과 편광판, 화소전극 또는 화소전극 및 공통전극의 각을 조절함으로써, 블랙(Black)&화이트(White) 상태를 향상시킬 수 있다.
다시말해 본 발명의 FFS 모드는 전극을 반사판으로 사용하여 구동할 수 있으며, 화소전극에 슬릿(Slit)형태의 화소전극 또는 화소전극과 상대전극을 사용하기 때문에 전극을 반사판으로 사용하면 전극이 없는 부분은 그냥 투과형으로 사용할 수 있어, 반사형과 투과형을 모두 구동할 수 있다. 뿐만 아니라 화소전극을 투명전극을 사용하지 않고 게이트 또는 데이터 금속 그대로 사용할 수 있어 별도의 마스크를 필요로 하지 않게 된다.
상기에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 수직배향된 강유전성 액정의 프린지필드스위칭 모드 디스플레이장치는 다음과 같은 효과가 있다.
본 발명에 따르면 강유전성 액정의 자발분극이 전기장과 직접 반응함으로 인해 빠른 응답특성과 수직 배향된 강유전성 액정에 수평전기장 인가시 액정분자들이 전극방향과 평행하고 서로 반대방향으로 기울어져 멀티도메인이 형성되기 때문에, 우수한 시야각 특성을 얻을 수 있다.
또한, FFS 모드의 전극 패턴을 반사율이 높은 금속으로 형성하여 추가의 공정없이 반사형/반투과형으로 디스플레이를 구현할 수 있으며, 강유전성 액정을 수직으로 배향하게 되므로 러빙 공정을 생략할 수 있다.
한편, 본 발명은 상술한 특정의 바람직한 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변경 실시가 가능할 것이다.

Claims (4)

  1. 하부 박막트랜지스터 기판내에 공통전극과 화소전극이 형성되어 있고, 공통전극은 통전극으로 화소전극은 빗살모양의 슬릿(slit)형으로 패시베이션 (passivation)층을 사이에 두고 이루어지며, 공통전극과 화소전극은 투명도체를 이용하여 형성되고, 강유전성 액정을 상,하부 기판사이에서 수직으로 배향시키며 한 화소내에서 화소전극과 공통전극사이의 프린지 필드 및 수평성분 전기장에 의해 구동되는 FFS 모드의 전극구조에 있어서,
    박스형 FFS 전극구조는 화소전극을 반사가 잘되는 불투명 금속으로 하고, 슬릿형 FFS 전극구조는 화소와 상대전극의 한 종류 또는 모두를 반사전극으로 하여 반사와 투과가 가능한 전극구조를 갖는 것을 특징으로 하는 수직배향된 강유전성 액정의 프린지필드스위칭 모드 디스플레이 장치.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 공통전극이 통전극인 경우 화소 전극간의 간격을 좁게 형성함과 아울러, 화소전극간의 간격 및 전극폭을 인가전압과 반사/투과부의 비율조절에 이용할 수 있는 것을 특징으로 하는 수직배향된 강유전성 액정의 프린지필드스위칭 모드 디스플레이 장치.
  3. 제 1항에 있어서, 상기 불투명 반사전극은 Ag, Al, AlNd, Cu 등 반사율이 입사되는 광의 80% 이상을 반사시키는 물질로 그 두께는 300-500Å으로 증착하는 것을 특징으로 하는 수직배향된 강유전성 액정의 프린지필드스위칭 모드 디스플레이 장치.
  4. 제 1항에 있어서, 상기 액정의 상판과 상판의 폴라라이저 사이에 λ/2 또는 그 외의 차폐막을 가지는 위상차판을 제공하여 블랙(Black)&화이트(White) 상태를 향상시키는 것을 특징으로 하는 수직배향된 강유전성 액정의 프린지필드스위칭 모드 디스플레이 장치.
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KR20130115897A (ko) * 2012-04-13 2013-10-22 삼성디스플레이 주식회사 액정표시장치 및 그 제조방법

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