KR20060059092A - 액정 표시 장치 - Google Patents

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    • G02F1/1395—Optically compensated birefringence [OCB]- cells or PI- cells

Abstract

본 발명은 단위 픽셀 상에 서로 수직하는 배향 방향을 갖도록 형성된 두 영역이 적어도 한 쌍 이상이 되도록 제1배향막을 형성하고, 상기 제1배향막과 동일한 방법으로 제2배향막을 형성하여 상기 제1배향막과 제2배향막 사이에 OCB 모드의 액정층을 충진함으로서, 상기 액정층이 서로 수직하는 배열을 갖는 한 쌍의 영역이 적어도 하나 이상으로 형성되도록 함으로서, 상하 및 좌우 시야각을 개선하고, 상전이 전압을 낮출 수 있는 액정 표시 장치에 관한 것이다.
본 발명의 액정 표시 장치는 제1배향막 및 제1전극을 포함하는 제1기판; 상기 제1기판과 대응하며, 제2배향막 및 제2전극을 포함하는 제2기판; 및 상기 제1기판 및 제2기판 사이에 충진된 OCB 모드의 액정층을 포함하며, 상기 제1배향막 중 단위 픽셀상에 형성된 배향막은 서로 수직하는 배향 방향을 갖는 한 쌍의 영역이 적어도 하나 이상 존재하고, 상기 제2배향막은 상기 제1배향막과 동일하게 형성되어 있음을 포함하여 이루어진 액정 표시 장치에 기술적 특징이 있다.
따라서, 본 발명의 액정 표시 장치는 상하 및 좌우 시야각이 넓을 뿐만 아니라 단위 픽셀 내에 전경선이 형성됨으로서 밴드상으로의 전이가 용이하다는 효과가 있다.
배향막, OCB, 전경선

Description

액정 표시 장치{Liquid crystal display device}
도 1a 및 도 1b는 상기 액정 표시 장치들 중에서 가장 대표적인 TN(Twist Neumatic)의 작동 원리를 나타내는 사시도들.
도 2a 내지 도 2c는 OCB 모드의 액정 표시 장치의 동작 원리를 나타내는 사시도들.
도 3a 및 도 3b는 TN 모드의 액정 표시 장치와 OCB 모드의 액정 표시 장치의 시야각을 나타내는 도들.
도 4, 도 5a 및 도 5b 및 도 6은 본 발명의 일실시 예에 따른 OCB 모드의 액정 표시 장치의 평면도들 및 단면도.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
502 : 제1전극 503 : 제1배향막
602 : 제2전극 603 : 제2배향막
701 : 액정층
702a : 단위 픽셀 내부에 형성된 전경선
본 발명은 액정 표시 장치에 관한 것으로, 보다 자세하게는 상하 및 좌우 시야각이 개선되고, 초기 밴드상으로의 전이가 용이하도록 배열된 액정층을 형성하기 위한 제1배향막 및 제2배향막을 포함하는 액정 표시 장치에 관한 것이다.
최근에 음극선관(cathode ray tube)과 같이 무겁고, 크기가 크다는 종래의 표시 소자의 단점을 해결하는 액정 표시 장치(liquid crystal display device), 유기 전계 발광 장치(organic electroluminescence device) 또는 PDP(plasma display plane) 등과 같은 평판형 표시 장치(plat panel display device)가 주목 받고 있다.
이때, 상기 액정 표시 장치는 일반적으로 전기장을 생성하는 전극을 가지고 있는 두 기판 사이에 액정 물질을 주입해 놓고 상기 전극들에 서로 다른 전위를 인가함으로서 전계를 형성하여 액정 분자들의 배열을 변경시키고, 이를 통해 빛의 투과율을 조절함으로써, 화상을 표현하는 장치이다.
도 1a 및 도 1b는 상기 액정 표시 장치들 중에서 가장 대표적인 TN(Twist Neumatic)의 작동 원리를 나타내는 사시도들이다.
도 1a를 참조하면, 일측 표면에는 제1전극 및 제1배향막이 형성되어 있고, 타측 표면에는 제1편광판(102)이 형성된 제1기판(101), 일측 표면에는 제2전극 및 제2배향막이 형성되어 있고, 타측 표면에는 제2편광판(104)이 형성된 제2기판 (103), 상기 제2기판(105)의 타측 표면 상부에서 광(106)을 공급하는 광원 및 상기 제1기판(101)과 제2기판(103) 사이에 충진된 액정층(106)으로 구성되어 있다.
이때, 상기 제1편광판(102)의 편광축은 상기 제1기판(101)의 일측 표면상에 형성된 제1배향막의 러빙(Rubbing) 방향(107)과 같은 방향이 되도록 놓이고, 상기 제2기판의 제2배향막의 러빙 방향(108)은 상기 제1배향막의 러빙 방향(107)과는 수직하도록 형성되며, 상기 제2편광판(104)의 편광축은 상기 제2배향막의 러빙 방향(108)과 같은 방향이 되도록 놓여진다.
이때, 상기 제1기판(101)과 제2기판(105)사이에 충진된 액정층(106)의 액정 분자들은 상기 제1전극 및 제2전극에 전압이 인가되지 않은 비활성 상태에서는. 상기 제1배향막 및 제2배향막의 러빙 방향(107, 108)에 의해 상기 제1기판의 일측 표면에 가까운 액정 분자(106a)에서 상기 제2기판의 일측 표면에 가까운 액정 분자(106b)를 살펴보면 장축(즉, 국소 광축)이 연속적으로 비틀려있고(Twist), 최종적으로 도면 번호 106a 및 106b의 액정 분자는 90도로 비틀려 있는 것을 볼 수 있다. 이로 인해 광원에서 진행되는 광(105)는 제2편광판에 의해 선 편광된 광(105a)이 상기 액정층(106)의 액정 분자들에 의해 상기 선 편광된 광(105a)이 회전(105b)하고, 최종적으로 상기 제1편광판(104)과는 편광축이 90도가 되도록 부착된 제2편광판(102)을 통해 외부로 진행(105c)하게 된다.
도 1b를 참조하면, 도 1a의 비활성 상태에서 제1전극 및 제2전극에 전압을 인가하여 활성 상태가 되면 상기 액정층(106)의 액정 분자들은 상기 전압에 의해 발생하는 자기장에 평형하게 되어 비틀린 구조가 없어지게 되고, 이로 인해 상기 입사되는 광(105)은 선 편관된 광(105a)은 더 이상 회전하지 않게 되고, 제1편광판(102)에 모두 흡수된다.
그러나, 상기의 TN 모드의 액정 표시 장치는 좌우 및 상하 시야각이 좁고, 응답 속도가 느리다는 단점이 있어 이를 해결하기 위해 OCB(Optically Compensated Bend) 모드의 액정 표시 장치가 제안되어 응답 속도는 많이 개선되었으나, 좌우 및 상하 시야각은 만족할 만큼 개선되지는 않았다는 단점이 있다.
따라서, 본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 제반 단점과 문제점을 해결하기 위한 것으로, 상하 및 좌우 시야각이 개선되고, 초기 밴드상으로의 전이가 용이하도록 배열된 액정층을 형성하기 위한 제1배향막 및 제2배향막을 포함하는 액정 표시 장치를 제공함에 본 발명의 목적이 있다.
본 발명의 상기 목적은 제1배향막 및 제1전극을 포함하는 제1기판; 상기 제1기판과 대응하며, 제2배향막 및 제2전극을 포함하는 제2기판; 및 상기 제1기판 및 제2기판 사이에 충진된 OCB 모드의 액정층을 포함하며, 상기 제1배향막 중 단위 픽셀상에 형성된 배향막은 서로 수직하는 배향 방향을 갖는 한 쌍의 영역이 적어도 하나 이상 존재하고, 상기 제2배향막은 상기 제1배향막과 동일하게 형성되어 있음으로 이루어진 액정 표시 장치에 의해 달성된다.
본 발명의 상기 목적과 기술적 구성 및 그에 따른 작용효과에 관한 자세한 사항은 본 발명의 바람직한 실시예를 도시하고 있는 도면을 참조한 이하 상세한 설명에 의해 보다 명확하게 이해될 것이다. 또한 도면들에 있어서, 층 및 영역의 길이, 두께등은 편의를 위하여 과장되어 표현될 수도 있다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호들은 동일한 구성요소들을 나타낸다.
도 2a 내지 도 2c는 OCB 모드의 액정 표시 장치의 동작 원리를 나타내는 사시도들이다.
도 2a를 참조하면, 일측 표면상에 형성된 제1전극 및 제1배향막과 타측 표면상에 부착된 제1편광판(202)을 포함하는 제1기판(201), 상기 제1기판과 대응하고, 일측 표면상에 형성된 제2전극 및 제2배향막과 타측 표면상에 부착된 이축 보상판 및 제2편광판(204)을 포함하는 제2기판(203) 및 상기 제1기판(201)과 제1기판 사이에 충진된 OCB 모드의 액정층(205)을 도시하고 있다.
이때, 상기 제1편광판(202) 및 제2편광판(204)는 서로의 편광축이 수직하도록 형성된다.
이때, 상기 액정층의 두께(즉, 상기 제1기판(201)과 제2기판(203)의 간격)는 1.5 내지 2.5㎛이고, 상기 액정층은 유전율 이방성이 양인 경우가 일반적이다.
이때, 상기 제1배향막 및 제2배향막의 러빙 방향(206a, 206b)는 서로 같은 방향으로 형성된다. 이때, 상기 제1배향막 및 제2배향막은 상기 제1기판(201) 및 제2기판(203) 사이에 충진된 액정층(205)의 액정 분자들 중 각각 배향막에 가까운 액정 분자들이 선경사각(Pretilt)을 갖도록하는데, 5 내지 20°가 되도록 한다. 또 한, 상기 배향막들의 두께는 500 내지 1000Å으로 형성된다.
상기 제1전극 및 제2전극에는 전압이 인가되지 않음으로 상기 액정층(205)의 액정 분자들은 상기 제1배향막 및 제2배향막의 특성, 상기 액정층(205)의 두께 또는 상기 액정 분자들 자체의 특성에 의해 자연스럽게 스프레이상(Splay Phase)으로 배열된다.
도 2b를 참조하면, 상기 제1전극 및 제2전극에 밴드상(Bend phase)으로의 상전이 전압을 인가하게 되면, 액정층(205)의 액정 분자들은 상기 제1기판(201) 및 제2기판(203)의 수직선(207)에 비해 상기 액정 분자들의 중심을 연결한 선(208)이 상기 제1배향막 및 제2배향막의 러빙 방향(206a, 206b)에 영향을 받아 러빙 방향(206a, 206b)으로 볼록한 밴드상으로 배열하게 된다. 이때, 상기 상전이 전압은 25 내지 30V이 인가된다.
이때, 상기 밴드상으로 상전이한 액정층(205)은 하나의 도메인(일반적으로 액정 표시 장치의 단위 픽셀에는 하나의 도메인이 형성된다) 내부에서는 거의 동일한 형태를 유지하게 된다.
이때, 상기 제1기판(201)의 타측 표면 상에서 입사되는 광(209)이 상기 밴드상으로 상전이된 액정층(208)(이때, 상기 광(209)는 상기 제1편광판에서 선편광되고, 상기 액정층(208)에 의해 복굴절(birefringent)을 일으키게 된다)을 지나, 상기 제2기판(203) 및 제2편광판을 통과하여 외부로 빠져나게 된다.
도 2c를 참조하면, 상기 제1전극 및 제2전극에 구동 전압을 인가하게 되면, 상기 액정층(205)의 액정 분자들은 재배열을 하게 되는데 상기 수직선(207)과 상기 액정층(205)의 액정 분자들의 중심선은 거의 일치하는 형태로 재배열이 일어나게 되고, 상기 광(209)은 복굴절 현상을 일으키지 못하게 되어 상기 제2편광판(204)을 통과하지 못하게 된다.
이어서, 상기 구동 전압을 인가하지 않게 되면 도 2b를 참조하여 설명한 밴드상으로 액정층(205)가 플로우(flow)되어 광이 다시 통과할 수 있게 된다.
도 3a 및 도 3b는 상기 도 1a 및 도 1b를 참조하여 설명한 TN 모드의 액정 표시 장치와 도 2a 및 도 2b를 참조하여 설명한 OCB 모드의 액정 표시 장치의 시야각을 나타내는 것으로 도 3a는 컬러 시프트(Color Shift)를, 도 3b는 콘트라스트 비(Contrast ratio)를 나타낸다.
이때, 상기 TN 모드의 액정 표시 장치와 OCB 모드의 액정 표시 장치는 854×480 픽셀, 0.2865×0.2865mm의 픽세 피치(Pitch) 및 400:1의 콘트라스트 비를 갖는다.
도 3a 및 도 3b를 참조하면, 각각 TN 모드의 액정 표시 장치의 컬러 시프트(301a) 및 콘트라스트 비(301b)와 OCB 모드의 액정 표시 장치의 컬러 시프트(302a) 및 콘트라스트 비(302b)을 비교하여 보면 OCB 모드의 액정 표시 장치의 특성이 더 우수한 것을 볼 수 있다.
다만, OCB 모드의 액정 표시 장치의 컬러 시프트(302a) 및 콘트라스트 비(302b)만을 보면 좌우는 우수하나 상하(303a, 303b)의 특성(좌우 시야각은 160도, 상하 시야각은 140도이다)은 좌우에 비해 나쁘다는 것을 알 수 있다.
도 4, 도 5a 및 도 5b 및 도 6은 본 발명의 일실시 예에 따른 OCB 모드의 액 정 표시 장치의 평면도들 및 단면도이다. 이때, 상기 도 5a 및 도 5b는 도 4의 3개의 단위 픽셀을 확대한 평면도들이고, 도 6은 도 4의 Ⅰ-Ⅰ'선의 단면도이다.
도 4를 참조하면, 유리 또는 플라스틱과 같은 기판(401)상에는 게이트 라인(402) 및 데이터 라인(403)에 의해 정의 되어지는 단위 픽셀(404)를 포함하는 발광부와 게이트 드라이브(405) 및 데이터 드라이브(406)를 포함하는 주변부를 포함하는 OCB 모드의 액정 표시 장치를 형성한다. 이때, 상기 단위 픽셀(404)은 R, G 및 B 중 어느 하나의 픽셀이다.
이때, 상기 발광부의 단위 픽셀(404)에는 도에는 도시하지 않았지만, 제1전극 및 제1배향막이 형성되어 있다. 또한 상기 발광부의 단위 픽셀(404)에는 박막트랜지스터 및 캐패시터가 형성될 수 있다.
도 5a 및 도 5b를 참조하면, 도 4의 A 영역(세 개의 단위 픽셀, 즉, R, G 및 B)의 제1배향막의 배향 방향을 묘사한 평면도로서, 각각의 단위 픽셀(404) 즉, R(404r), G(404g) 및 B(404b)에 형성된 각각의 제1배향막은 각기 러빙된 방향이 다른 두 영역, 즉, 제1영역(450a) 및 제2영역(450b)을 형성한다. 즉, 제1영역(450a)은 단위 픽셀의 상단 좌측에서 하단 우측 방향으로 러빙하는 제1러빙(451a), 하단 좌측에서 상단 우측 방향으로 러빙하는 제2러빙(451b), 상단 우측에서 하단 좌측 방향으로 러빙하는 제3러빙(451c) 및 하단 우측에서 상단 좌측 방향으로 러빙하는 제4러빙(451d) 중 어느 하나를 제2영역(450b)는 상기 제1영역(450a)에 형성된 러빙을 제외한 것 중 어느 하나를 이용하여 형성한다. 그러나 반드시 상기 제1영역(450a) 및 제2영역(450b)의 러빙 방향은 서로 수직하게 형성해야 한다.
이때, 상기 제1배향막 및 제2배향막은 스핀법(Spining), 디핑법(Dipping) 또는 롤러 코팅법(Roller coating) 등과 같은 방법을 이용하여 형성할 수 있는데, 바람직하게는 롤러 코팅법으로 형성된다. 즉, 상기 제1배향막 및 제2배향막을 형성할 때, 각 배향막에서 서로 러빙 방향이 다른 경우, 같은 방향의 영역만 오픈시키는 패턴 마스크를 형성한 후, 배향막을 러빙하고, 상기 패턴 마스크를 제거한 후, 다른 방향의 영역을 상기에서 설명한 방법과 같이 패턴 마스크를 이용하여 러빙하는 방법을 이용하여 형성할 수 있다.
상기 러빙 방향이 서로 수직하는 제1영역(450a) 및 제2영역(450b)이 형성된 단위 픽셀을 형성하는 이유는 상기 도 3a 및 도 3b를 참조하여 설명한 상하 시야각을 개선할 수 있기 때문인데, 이는 상기 러빙 방향이 다른 영역이 하나의 단위 픽셀에 형성되는 경우, 어느 한 방향으로 러빙된 배향막의 다른 한 방향으로 형성된 배향막이 보안해 주기 때문이다.
상기 러빙 방향이 서로 다른 제1영역(450a) 및 제2영역(450b)이 만나는 곳에는 전경선(452)이 발생하게 되는데, 상기 단위 픽셀 내에 존재하는 전경선(452)은 상전이 전압을 낮추는 역할을 하게된다. 이는 단위 픽셀 사이에 형성된 전경선들과 마찬가지의 역할을 하기 때문이다.
이때, 상기 도 5a 및 도 5b는 상기 제1러빙(451a), 제2러빙(451b), 제3러빙(451c) 및 제4러빙(451d)을 조합하여 R(404r), G(404g) 및 B(404b)의 화소를 형성할 수 있는 실시 예 중 두 가지를 선택하여 도시한 것이다. 이때, 상기 도 5a 및 도 5b에서는 하나의 단위 픽셀이 두 영역만을 갖도록 도시 하였으나, 4개의 영역, 6개의 영역 또는 8개의 영역과 같이 짝수 개의 영역을 갖도록 형성할 수 있다.
도 6를 참조하면, 유리 또는 플라스틱과 같은 제1기판(501)의 일측 표면에 제1전극들(502a, 502b)을 형성한 후, 상기 기판상에 제1배향막(503)을 형성한다.
이때, 상기 제1배향막(503)은 도 5a 및 도 5b를 참조하여 설명한 바와 같이 러빙 방향이 서로 수직하여 도메인이 두 영역인, 즉, 제1영역 및 제2영역인 배향막이 상기 제1전극상에 위치하도록 형성한다.
이어서, 유리 또는 플라스틱과 같은 제2기판(601)상에 제2전극(602) 및 상기 제1배향막과 대응되도록, 즉, 마주보는 영역에는 같은 방향으로 배향된 영역이 위치하도록 제2배향막(603)을 형성한다.
이때, 상기 제1전극들(502a, 502b) 및 제2전극(602)는 ITO(Indium-Tin Oxide) 또는 IZO(Indium Zinc Oxide)와 같은 투명한 전도성 절연물을 이용하여 형성한다. 이때, 상기 제1전극들(502a. 502b)의 두께는 1000 내지 3000Å이고, 상기 제1전극들(502a. 502b)의 간격은 5 내지 15㎛이고, 제1전극들(502a. 502b)의 너비는 30 내지 60㎛이다.
이때, 상기 제2전극(602)와 제2기판(601)사이에는 BM(Black Matrix)(604)을 포함하는 컬러 필터(605)를 형성할 수 있다.
이때, 상기 제1기판(501)의 타측 표면에는 제1편광판(504)을 부착할 수 있다. 또한, 상기 제1편광판(504) 상에 R, G 및 B의 LED 또는 W(백색)의 LED로 구성된 광원, 반사판 및 확산판을 포함하는 광원 장치를 을 부착할 수 있다.
이때, 상기 제2기판(601)의 타측 표면에는 이축 보상 필름(606) 및 상기 제1 편광판(504)와 편광축이 서로 수직인 방향의 편광축을 갖는 제2편광판(607)을 형성할 수 있다.
이어서, 상기 두 기판사이에 OCB 모드의 액정층(701)을 주입하여 OCB 모드의 액정 표시 장치를 완성한다.
상기 완성된 OCB 모드의 액정 표시 장치의 제1전극(502a, 502b) 및 제2전극(602)에 상전이 전압을 인가해주게 되면, 상기 액정층(701)은 상기 제1배향막(503) 및 제2배향막(603)에 의해 하나의 단위 픽셀(즉, 하나의 제1전극 상부의 액정층(701a 또는 701b)은 단위 픽셀 내부에 형성된 전경선(702a)을 기준으로 두 도메인(703a, 703b)가 서로 대칭이 되는 배열로 정렬된다. 또한 상기 두 도메인(703a, 703b) 내에 있는 액정 분자들의 액정 배열 방향을 서로 수직하게 된다.
본 발명은 이상에서 살펴본 바와 같이 바람직한 실시예를 들어 도시하고 설명하였으나, 상기한 실시 예에 한정되지 아니하며 본 발명의 정신을 벗어나지 않는 범위 내에서 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변경과 수정이 가능할 것이다.
따라서, 본 발명의 액정 표시 장치은 상하 및 좌우 시야각이 넓을 뿐만 아니라 단위 픽셀 내에 전경선이 형성됨으로서 밴드상으로의 전이가 용이하다는 효과가 있다.

Claims (17)

  1. 제1배향막 및 제1전극을 포함하는 제1기판;
    상기 제1기판과 대응하며, 제2배향막 및 제2전극을 포함하는 제2기판; 및
    상기 제1기판 및 제2기판 사이에 충진된 OCB 모드의 액정층을 포함하며,
    상기 제1배향막 중 단위 픽셀상에 형성된 배향막은 서로 수직하는 배향 방향을 갖는 한 쌍의 영역이 적어도 하나 이상 존재하고, 상기 제2배향막은 상기 제1배향막과 동일하게 형성되어 있음
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1배향막 및 제2배향막 중 서로 대응하는 영역은 동일한 방향으로 러빙되어 있음을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1배향막 및 제2배향막의 선경사각이 5 내지 20˚임을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1배향막 및 제2배향막의 두께는 500 내지 1000Å임을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1기판의 타측 표면상에 형성된 제1편광판, 상기 제2기판의 타측 표면상에 형성된 이축 보상 필름 및 제2편광판을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 제1편광판 및 제2편광판은 편광축이 서로 수직함을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 액정층의 두께는 1.5 내지 2.5㎛임을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 액정층은 유전율 이방성이 양인 액정임을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1전극은 투명한 도전성 절연물임을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1전극은 ITO 및 IZO 중 어느 하나임을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1전극의 두께는 1000 내지 3000Å임을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
  12. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1기판의 타측 표면상에 광원 장치를 더 포함함을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 광원 장치는 반사판, 확산판 및 LED로 구성되어 있음을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 LED는 R, G 및 B의 LED임을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
  15. 제 13 항에 있어서,
    상기 LED는 백색 LED임을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
  16. 제 1 항에 있어서,
    상기 제2전극과 제2기판 사이에 컬러 필터를 더 포함하는 것을 특징으로 하 는 액정 표시 장치.
  17. 제 1 항에 있어서,
    상기 액정층은 OCB형 액정으로 이루어져 있임을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
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