KR20060083643A - 액정 표시 장치 - Google Patents

Abstract

제1 절연기판, 상기 제1 절연 기판 위에 형성되어 있는 게이트선, 상기 제1 절연 기판 위에 형성되어 있으며 상기 게이트선과 절연되어 교차하는 데이터선, 상기 게이트선과 상기 데이터선에 각각 제어 단자와 입력 단자가 연결되어 있는 박막 트랜지스터, 상기 박막 트랜지스터의 출력 단자에 연결되어 있는 화소 전극, 상기 제1 절연 기판과 대향하는 제2 절연 기판, 상기 제2 절연 기판 위에 형성되어 있는 공통 전극, 상기 제1 절연 기판과 상기 제2 절연 기판 사이에 협지되어 있는 액정층을 포함하고, 상기 액정층을 이루는 액정 물질의 점도는 115 이하, K11은 13.5 이상, K33은 15.4 이상인 액정 표시 장치를 마련한다.

액정, 오버슈팅구동, 탄성계수, 점도

Description

액정 표시 장치 {LIQUID CRYSTAL DISPLAY}

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 액정 표시 장치의 단면도이고,

도 2는 일반적인 액정 표시 장치에서 화이트 전압 인가에 따른 휘도의 변화를 나타내는 곡선이고,

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 액정 표시 장치와 비교예에 따른 액정 표시 장치의 화이트 전압에 따른 응답 시간 변화를 나타내는 그래프이고,

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 액정 표시 장치에서 여러 화이트 전압 인가에 따른 휘도의 변화를 나타내는 곡선이고,

도 5는 오버슈팅 구동 방법 중 SDCC1의 계조 전압 파형도이고,

도 6은 오버슈팅 구동 방버 중 DCC2의 계조 전압 파형도이다.

본 발명은 액정 표시 장치에 관한 것이다.

액정 표시 장치는 현재 가장 널리 사용되고 있는 평판 표시 장치 중 하나로서, 화소 전극과 공통 전극 등 전계 생성 전극이 형성되어 있는 두 장의 표시판과 그 사이에 삽입되어 있는 액정층으로 이루어지며, 전계 생성 전극에 전압을 인가하 여 액정층에 전계를 생성하고 이를 통하여 액정층의 액정 분자들의 배향을 결정하고 입사광의 편광을 제어함으로써 영상을 표시한다.

그런데 액정 표시 장치는 화상을 변화시키기 위하여 액정을 물리적으로 회전 시켜야 하기 때문에 화상의 변화에 일정한 시간이 소요된다. 화상 변화에 걸리는 시간이 소정 정도 이상이면 잔상이 남게 되어 화질이 저하된다. 이러한 화상 변화에 걸리는 시간은 액정의 전계에 대한 응답 속도에 크게 의존한다.

따라서 액정의 응답 속도를 향상하기 위한 다양한 방안이 연구되고 있다.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 액정의 응답 속도 개선를 향상하는 것이다.

이러한 기술적 과제를 해결하기 위하여 본 발명에서는 제1 절연기판, 상기 제1 절연 기판 위에 형성되어 있는 게이트선, 상기 제1 절연 기판 위에 형성되어 있으며 상기 게이트선과 절연되어 교차하는 데이터선, 상기 게이트선과 상기 데이터선에 각각 제어 단자와 입력 단자가 연결되어 있는 박막 트랜지스터, 상기 박막 트랜지스터의 출력 단자에 연결되어 있는 화소 전극, 상기 제1 절연 기판과 대향하는 제2 절연 기판, 상기 제2 절연 기판 위에 형성되어 있는 공통 전극, 상기 제1 절연 기판과 상기 제2 절연 기판 사이에 협지되어 있는 액정층을 포함하고, 상기 액정층을 이루는 액정 물질의 점도는 115 Ns/m² 이하, K11은 13.5 이상, K33은 15.4 이상인 액정 표시 장치를 마련한다.

이 때, 액정층을 이루는 액정 물질의 수평 방향 유전율(

)은 3.5 이하이고 수직 방향 유전율(

)은 7.0 이하일 수 있고, 상기 액정층을 이루는 액정 물질의 유전율 이방성(

)은 3.6 이하일 수 있으며, 상기 화소 전극과 상기 공통 전극에는 SDCC1에 의한 구동 전압이 인가될 수 있다. 이러한 액정층은 MAT-04-637 액정을 주성분으로 포함하는 것일 수 있다.

첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.

도면에서 여러 층 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 나타내었다. 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 동일한 도면 부호를 붙였다. 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "위에" 있다고 할 때, 이는 다른 부분 "바로 위에" 있는 경우뿐 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다.

그러면 도 1을 참고하여 본 발명의 일 실시예에 따른 액정 표시 장치에 대하여 설명한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 액정 표시 장치의 단면도이다.

본 실시예에 따른 액정 표시 장치는 하부 표시판(100), 이와 마주보고 있는 상부 표시판(200), 이들 사이에 들어 있는 액정층(3), 상하 편광판(12, 22) 및 상 하 보상 필름(13, 23)을 포함한다.

먼저 하부 표시판(100)에 대하여 상세하게 설명한다.

투명한 유리 등으로 이루어진 절연 기판(110) 위에 복수의 게이트선(gate line)(도시하지 않음)과 복수의 데이터선(data line)(도시하지 않음)이 서로 절연되어 교차하여 행렬로 배열되어 있는 복수의 화소 영역을 정의하고 있다.

각 화소 영역에는 게이트선과 데이터선에 각각 제어 단자와 입력 단자가 연결되어 있는 박막 트랜지스터(TFT)와 박막 트랜지스터(TFT)의 출력 단자에 연결되어 있는 화소 전극(190)이 형성되어 있다.

박막 트랜지스터(TFT)는 게이트선을 통하여 전달되는 주사 신호에 의하여 온오프되어 데이터선을 통하여 전달되는 화상 신호를 화소 전극(190)에 인가하고 유지하는 역할을 한다. 화상 신호 전압이 인가된 화소 전극(190)은 상부 표시판(200)의 공통 전극(270)과 함께 전기장을 생성함으로써 두 전극 사이의 액정층(3)의 액정 분자들의 배열을 결정한다.

또한 각 화소 전극(190)과 공통 전극(270)은 액정 축전기를 이루어 박막 트랜지스터가 턴 오프된 후에도 인가된 전압을 유지하며, 액정 축전기와 병렬로 연결된 유지 축전기를 둠으로써 전압 유지 능력을 확충한다.

게이트선의 끝 부분 및 데이터선의 각 끝 부분과 외부 장치와의 접착성을 보완하고 이들을 보호하는 역할을 하는 접촉 보조 부재(도시하지 않음)를 화소 전극(190)과 같은 층에 같은 물질로 형성할 수 있다.

다음, 상부 표시판(200)에 대하여 설명한다.

투명한 유리 등으로 이루어진 절연 기판(210) 위에 빛샘을 방지하기 위한 블랙 매트릭스라고 하는 차광 부재(220)가 형성되어 있다. 차광 부재(220)는 화소 영역과 거의 동일한 모양을 가지는 복수의 개구부를 가지고 있다. 이와는 달리 차광 부재(220)는 데이터선에 대응하는 부분과 박막 트랜지스터에 대응하는 부분으로 이루어질 수도 있다. 그러나 차광 부재(220)는 화소 영역과 박막 트랜지스터 부근에서의 빛샘을 차단하기 위하여 다양한 모양을 가질 수 있다.

기판(210) 위에는 또한 복수의 색필터(230)가 형성되어 있다. 색필터(230)는 차광 부재(220)로 둘러싸인 영역 내의 대부분의 곳에 위치하며, 화소 영역을 따라서 세로 방향으로 길게 뻗을 수 있다. 색필터(230)는 적색, 녹색 및 청색 등의 원색 중 하나를 표시할 수 있다.

색필터(230) 및 차광 부재(220)의 위에는 색필터(230)가 노출되는 것을 방지하고 평탄면을 제공하기 위한 덮개막(250)이 형성되어 있다.

덮개막(250)의 위에는 ITO, IZO 등의 투명한 도전체 따위로 이루어진 공통 전극(270)이 형성되어 있다. 여기서 덮개막(250)은 생략할 수 있다.

공통 전극(270)에 소정의 공통 전압을 인가하고 화소 전극(190)에 화상 신호 전압을 인가하면 표시판(100, 200)의 표면에 거의 수직인 전계가 생성된다.

액정층(3)은 음의 유전율 이방성을 가지며 액정 분자는 전계가 없을 때 그 장축이 두 표시판(100, 200)의 표면에 대하여 실질적으로 수직을 이루도록 배향되어 있다. 여기서, 두 표시판(100, 200)의 위에는 배향막(도시하지 않음)이 형성되어 있을 수 있고, 액정층(3)의 액정은 배향막의 러빙 방향으로 기울어져 선경사각 을 가질 수 있다.

여기서 액정층(3)을 이루는 액정 물질의 점도는 115 Ns/m²이하, K11(펼쳐짐에 대한 탄성 계수)은 13.5 X 10^-12N 이상, K33(구부러짐에 대한 탄성 계수)은 15.4 X 10^-12N 이상인 것이 바람직하다. 또, 액정층(3)을 이루는 액정 물질의 수평 방향 유전율(

)은 3.5 이하이고 수직 방향 유전율(

)은 7.0 이하이며 액정 물질의 유전율 이방성(

)은 3.0~8.0 사이인 것이 바람직하다. 이러한 액정 물질의 특성은 통상적인 액정 물질에 비하여 점도가 낮고, 탄성 계수가 크며, 유전율과 유전율 이방성이 낮은 것이다. 이러한 특성은 액정의 응답 속도 향상을 위하여 필요하다.

이러한 특성을 만족하는 액정으로는 MAT-04-637 이 있다.

또한 액정 표시 장치는 오버 슛 구동 방법에 의하여 구동된다.

도 5는 오버슈팅 구동 방법 중 SDCC1의 계조 전압 파형도이고, 도 6은 오버슈팅 구동 방버 중 DCC2의 계조 전압 파형도이다.

오버 슛 구동 방법에는 도 5와 같은 파형을 가지는 계조 전압을 인가하는 SDCC1(advanced dynamic capacitance compensation 1)과 도 6과 같은 파형을 가지는 계조 전압을 인가하는 DCC2(dynamic capacitance compensation 2) 등의 방법이 있다. SDCC1은 원래 표시하려는 계조 전압에 비하여 일정량만큼 높은 전압을 인가하여 액정을 오버슈팅(over-shooting)시켜 응답 속도를 향상시키는 방법으로써 최 고 계조인 64계조에서도 오버슈팅 전압을 인가하고, DCC2는 SDCC1과 마찬가지로 계조 전압에 비하여 일정량만큼 높은 전압을 인가하여 액정을 오버슈팅(over-shooting)시키되 그 이전에 낮은 선행 전압을 인가하여 선충전(pre-charge)시키는 방법이다. 또한, 최고 계조인 64계조에서는 오버슈팅을 하지 않고 그 이하의 전압에서만 오버슈팅하는 DCC1(dynamic capacitance compensation 1)을 사용할 수도 있다. 이상에서 64계조 전압은 화소의 밝기를 달리하기 위하여 화상 신호 전압을 64개의 계층으로 분류할 때 가장 높은 전압을 의미하는 것으로서 노멀리 블랙(normally black) 모드로 구동되는 것이 보통인 수직 배향 모드에서는 가장 밝은 경우이고, 노멀리 화이트(normally white) 모드로 구동되는 것이 보통인 트위스티드 네마틱(twisted nematic: TN) 모드에서는 가장 어두운 경우이다.

그러면 노멀리 블랙(normally black) 모드 액정 표시 장치에서 화이트(white) 전압 인가시 액정의 거동에 대하여 살펴본다.

도 2는 일반적인 액정 표시 장치에서 화이트 전압 인가에 따른 휘도의 변화를 나타내는 곡선이다.

수직 배향되어 있는 액정에서 화이트 전압이 인가되면 액정들이 일정한 방향성 없이 임의의 방향으로 회전을 시작한다(제1 단계). 그 후, 주가 되는 회전 방향이 결정되면 다른 방향으로 회전했던 액정들이 주가 되는 회전 방향으로 방향을 바꾸는 동작이 진행된다(제2 단계). 이와 같이, 액정은 2단계 동작으로 거동하는데 그 거동을 시간 및 휘도와 관련하여 살펴본다.

도 2에서 t1에서 t2까지가 제1 단계 동작에 따른 휘도 변화와 소요되는 시간 을 나타내고, t2에서 t3까지가 제2 단계 동작에 따른 휘도 변화와 소요되는 시간을 나타낸다.

도 2를 보면, 제2 단계 동작에 의한 휘도 변화량이 화이트 전압이 높을수록 커짐을 알 수 있다. 그런데 제2 단계 동작이 일어나는 시간이 길기 때문에 제2 단계 동작에 의한 휘도의 변화량이 클 경우 응답 속도를 측정하는 범위(최종 휘도의 10%에서 90% 사이의 범위)가 제2 단계 동작 부분에 많이 포함되어 응답 속도가 늦어지게 된다.

제2 단계 동작에 의한 휘도 변화를 낮추기 위해서는 임의의 방향으로 회전하는 회전 각도를 감소시켜야 한다. 이를 위하여 본 발명에서는 통상적인 액정 물질에 비하여 점도가 낮고, 탄성 계수가 크며, 유전율과 유전율 이방성이 낮은 액정을 사용한다.

이러한 특성을 만족하는 액정인 MAT-04-637을 적용한 본 발명의 실시예에 따른 액정 표시 장치와 위의 특성을 만족하지 못하는 액정인 MJ961213을 적용한 비교예의 화이트 전압에 따른 응답 시간 및 투과율을 살펴본다.

표 1은 MJ961213과 MAT-04-637의 특성표이다.

[표 1]

표 2는 MAT-04-637을 적용한 본 발명의 실시예에 따른 액정 표시 장치와 위의 특성을 만족하지 못하는 액정인 MJ961213을 적용한 비교예의 화이트 전압에 따른 응답 시간 및 투과율 표이다. 표 2에서 d는 셀갭, Vw는 화이트 전압, Tr은 응답 시간이다.

[표 2]

도 3은 표 2로 나타낸 본 발명의 실시예에 따른 액정 표시 장치와 비교예에 따른 액정 표시 장치의 화이트 전압에 따른 응답 시간 변화를 나타내는 그래프이다.

도 3에 의하면, 비교예의 경우 화이트 전압이 6V를 넘는 시점부터 크게 증가하나 본 발명의 실시예에 따른 액정 표시 장치의 경우에는 큰 변동없이 15ms 부근에 머무른다.

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 액정 표시 장치에서 여러 화이트 전압 인가에 따른 휘도의 변화를 나타내는 곡선이다.

도 4에 의하면, 화이트 전압이 높아지더라도 액정의 제2 단계 동작에 의한 휘도 변화(도 2에서 t2부터 t3까지)량이 크게 증가하지 않음을 알 수 있다. 따라서 높은 화이트 전압 하에서도 빠른 응답 속도를 얻을 수 있다.

표 3은 MAT-04-637을 적용한 본 발명의 실시예에 따른 액정 표시 장치와 위의 특성을 만족하지 못하는 액정인 MJ961213을 적용한 비교예에 따른 액정 표시 장치를 SDCC1을 사용하여 구동할 경우 각 블랙 전압(Vb)과 오버슈팅 전압(V_over) 및 화이트 전압(Vw)에 따른 응답 시간(Tr)을 보여주는 표이다.

[표 3]

표 3에 따르면 MAT-04-637을 적용한 본 발명의 실시예의 경우에는 화이트 전압으로 5.95V를 인가하는 경우에도 오버슈팅 전압을 7.35V로 하면 10ms 이하의 응답 시간을 얻을 수 있다. 이는 4.36%의 투과율에 빠르게 도달할 수 있음을 의미하며 이는 양산에 적용할 수 있는 수준이다.

이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.

이상과 같이, 본 발명에서는 통상적인 액정 물질에 비하여 점도가 낮고, 탄성 계수가 크며, 유전율과 유전율 이방성이 낮은 액정을 사용하여 응답 속도를 개선한다.

Claims (5)

1. 제1 절연기판,

   상기 제1 절연 기판 위에 형성되어 있는 게이트선,

   상기 제1 절연 기판 위에 형성되어 있으며 상기 게이트선과 절연되어 교차하는 데이터선,

   상기 게이트선과 상기 데이터선에 각각 제어 단자와 입력 단자가 연결되어 있는 박막 트랜지스터,

   상기 박막 트랜지스터의 출력 단자에 연결되어 있는 화소 전극,

   상기 제1 절연 기판과 대향하는 제2 절연 기판,

   상기 제2 절연 기판 위에 형성되어 있는 공통 전극,

   상기 제1 절연 기판과 상기 제2 절연 기판 사이에 협지되어 있는 액정층

   을 포함하고, 상기 액정층을 이루는 액정 물질의 점도는 115 Ns/m² 이하, K11은 13.5 이상, K33은 15.4 이상인 액정 표시 장치.
2. 제1항에서,

   상기 액정층을 이루는 액정 물질의 수평 방향 유전율(

   

   )은 3.5 이하이고 수직 방향 유전율(

   

   )은 7.0 이하인 액정 표시 장치.
3. 제2항에서,

   상기 액정층을 이루는 액정 물질의 유전율 이방성(

   

   )은 3.0~8.0 사이인 액정 표시 장치.
4. 제1항에서,

   상기 화소 전극과 상기 공통 전극에는 오버 슛 구동 전압이 인가되는 액정 표시 장치.
5. 제1항에서,

   상기 액정층은 MAT-04-637 액정을 주성분으로 포함하는 액정 표시 장치.

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