KR20110078896A - 고 투과율 액정표시장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 고 투과율을 갖는 액정표시장치에 관한 것이다. 본 발명에 의한 액정표시장치는 박막트랜지스터 기판; 상기 박막트랜지스터 기판과 대향하여 합착된 칼라필터 기판; 그리고 상기 박막트랜지스터 기판과 칼라필터 사이에 개재되며, 굴절율 이방성의 차이가 0.08~0.10인 액정층을 포함한다. 본 발명에 의한 액정표시장치는 가시광선 전 파장대에 걸쳐 고른 광 투과율을 갖는 액정층을 구비하여, 높은 광 투과율을 갖는 액정표시장치를 제공한다.

Description

고 투과율 액정표시장치{LIQUID CRYSTAL DISPLAY DEVICE HAVING HIGH LIGHT TRANSMITTANCE}

본 발명은 고 투과율을 갖는 액정표시장치에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 액정의 파장대별 분산특성을 균일하게 함으로써 높은 광 투과율을 갖는 액정표시장치에 관한 것이다.

액티브 매트릭스(Active Matrix) 구동방식의 액정표시장치는 스위칭 소자로서 박막트랜지스터(Thin Film Transistor: TFT)를 이용하여 화상을 표시하고 있다. 이 액정표시장치는 음극선관(Cathode Ray Tube: CRT)에 비하여 소형화가 가능하여 휴대용 정보기기, 사무기기, 컴퓨터 등에서 표시기에 응용됨은 물론, 텔레비젼에도 응용되어 빠르게 음극선관을 대체하고 있다.

도 1은 종래 수평 전계형 액정표시패널을 나타내는 평면도이다. 도 2는 도 1에서 절취선 I-I'으로 자른 액정표시패널의 구조를 나타내는 단면도이다.

도 1 및 2를 참조하면, 액정표시패널은 박막트랜지스터(TFT)가 형성된 박막트랜지스터 어레이 기판(10)와, 칼라필터(CF) 및 블랙 매트릭스(BM)가 형성된 칼라필터 기판(30)과, 그 사이에 개재된 액정층(20)을 포함한다. 수평 전계형 액정표 시패널의 박막트랜지스터 어레이 기판은 하부 투명 기판(SUBL) 상에 교차되게 형성된 게이트 라인(GL) 및 데이터 라인(DL)과, 그 교차부마다 형성된 박막 트랜지스터(TFT)와, 그 교차 구조로 마련된 화소 영역에 수평 전계를 이루도록 형성된 화소 전극(PXL) 및 공통 전극(COM)과, 공통 전극(COM)과 접속된 공통 라인(CL)을 구비한다.

박막트랜지스터(TFT)는 게이트 라인(GL)에서 분기된 게이트 전극(G)과, 게이트 전극(G)을 덮는 게이트 절연막(GI) 위에서 게이트 전극(G)과 중첩하도록 형성된 반도체 층(A)과, 데이터 라인(DL)에서 분기되며 반도체 층(A)의 일측단과 접촉하는 소스 전극(S)과, 소스 전극(S)과 대향하며 반도체 층(A)의 타측단과 접촉하는 드레인 전극(D)을 포함한다. 그리고, 박막트랜지스터(TFT) 위에는 보호막(PASSI)가 형성되어 박막트랜지스터(TFT)를 보호한다. 보호막(PASSI) 위에는 화소전극(PXL)이 형성된다.

게이트라인(GL)은 박막트랜지스터(TFT)의 게이트전극(G)에 게이트신호를 공급한다. 데이터라인(DL)은 박막트랜지스터(TFT)의 드레인전극(D)을 통해 화소전극(PXL)에 화소신호를 공급한다. 게이트라인(GL)과 데이터라인(DL)은 교차구조로 형성되어 화소영역을 정의한다. 공통라인(CL)은 화소영역을 사이에 두고 게이트라인(GL)과 나란하게 형성되며 액정 구동을 위한 기준전압을 공통전극(PXL)에 공급한다.

박막트랜지스터(TFT)는 게이트 라인(GL)의 게이트 신호에 응답하여 데이터 라인(DL)의 화소 신호가 화소 전극(PXL)에 충전되어 유지되게 한다. 화소 전 극(PXL)은 박막트랜지스터(TFT)의 드레인 전극(D)과 접속되어 화소 영역에 형성된다. 공통 전극(COM)은 공통 라인(CL)과 접속되어 화소 영역에 형성된다. 특히, 화소 전극(PXL)과 공통전극(COM)은 화소 영역 내에서, 서로 평행하도록 배치된다. 이를 위해, 공통전극(COM)은 화소 영역 내에서 수직 방향으로 일정 간격 떨어져 배열된 다수의 막대 모양을 구비하며, 화소전극(PXL)는 공통전극(COM)들 사이에서 배치되는 막대 모양을 다수개 구비한다.

이에 따라, 박막트랜지스터(TFT)를 통해 화소 신호가 공급된 화소 전극(PXL)과 공통 라인(CL)을 통해 기준 전압이 공급된 공통 전극(COM) 사이에 수평 전계가 형성된다. 특히, 수직 방향으로 배열된 막대 모양의 화소 전극(PXL)과 공통 전극(COM) 사이에 수평 전계가 형성된다.

이러한 수평 전계에 의해, 박막 트랜지스터 어레이 기판(10)과 칼라필터 기판(30) 사이에 개재된 액정층(20)의 수평 방향으로 배열된 액정 분자들이 유전 이방성에 의해 회전하게 된다. 화소 영역을 투과하는 광 투과율이 달라지게 됨으로써 화상을 구현하게 된다. 액정층(20)은 액정표시장치 평면을 이루는 수평면 상에서 제1 방향으로 배열되는 상태와, 제2 방향으로 배열되는 상태 사이에서, 액정 분자들의 회전 정도에 따라 화소 영역을 투과하는 광 투과율을 변화 시킴으로써 화상을 구현한다.

액정표시장치의 성능을 평가하는 항목중에서 액정의 투과율을 측정하여 판단하기도 한다. 수평 전계 방식의 액정표시장치에서, 액정 투과율은 다음 수식 1로 나타낸다.

초기 배향 상태일 때, 액정의 장축 방향이 45도(π/4)에서 최대 투과율 (Transmittance)를 갖는다. 또한, 상기 수학식 1에서 괄호안의 파장에 따른 위상지연에 의해서도 투과율이 결정된다. 일반적으로 파장별 투과율은, 도 3에 도시한 그래프와 같이, 액정물질의 고유 특성으로 녹색 파장대에서 최대이며, 적색 또는 청색 파장대로 가면서 투과율이 감소한다. 도 3은 가시광선 파장대별 액정의 투과율을 나타내는 그래프이다.

이와 같이 파장대별로 액정의 투과율에 차이가 있는 것은, 액정물질의 분산특성을 파장대에 따라 차이가 있기 때문이다. 도 4는 가시광선 파장대별 액정의 분산특성을 나타내는 그래프이다. 도 4를 참조하면, 적색 파장대에서의 (Δn)의 분산(dispersion) 특성은 약 0.12의 값을 갖고, 청색 파장대에서의 약 0.095의 값을 갖는다. 즉, 일반적으로 현재 상용화하고 있는 액정물질의 가시광선에 대한 분산특성은 0.12~0.095 범위 내에서 분포되어 있다.

액정표시장치의 투과율을 높이기 위해서는 가시광선 전 파장대에 걸친 광 투과율을 가급적 일정한 값을 갖도록 설계하는 것이 필요하다.

본 발명의 목적은 종래 기술에 의한 문제점을 극복하기 위해 안출된 것으로서, 높은 광 투과율을 갖는 액정층을 구비한 액정표시장치를 제공하는 데 있다. 본 발명의 다른 목적은, 가시광선 전 영역에서 균일한 투과율을 갖는 액정층을 구비한 액정표시장치를 제공하는 데 있다. 본 발명의 또 다른 목적은 가시광선 전 영역에서 균일한 분산특성을 갖는 액정층을 구비한 액정표시장치를 제공하는 데 있다.

전술한 목적을 달성하기 위해, 본 발명에 의한 액정표시장치는 박막트랜지스터 기판; 상기 박막트랜지스터 기판과 대향하여 합착된 칼라필터 기판; 그리고 상기 박막트랜지스터 기판과 칼라필터 사이에 개재되며, 굴절율 이방성의 차이가 0.08~0.10인 액정층을 포함한다.

상기 액정층은 싸이클로헥산(cyclohexan)을 코어로 하는 액정 물질의 함량비가 80% 이상 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 액정층은 2 ring 이하의 고리수를 갖는 액정 물질의 함량비가 50% 이상 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 액정층은 장축 방향의 굴절율이 1.59 이하이고, 단축 방향의 굴절율이 1.48 이상인 액정 물질을 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 박막트랜지스터 기판은, 서로 직교하여 게이트 라인과 데이터 라인; 상 기 게이트 라인과 데이터 라인이 형성한 매트릭스 배열을 갖는 화소 영역; 상기 화소 영역 내에 형성된 박막트랜지스터; 상기 박막트랜지스터에 접속하며 상기 화소 영역 내에 형성된 화소전극; 그리고 상기 화소 영역 내에서 화소 전극과 평행하게 배열되어 수평전계를 형성하는 공통전극을 더 포함한다.

본 발명에 의한 액정표시장치는 가시광선 전 파장대에 걸쳐 고른 광 투과율을 갖는 액정층을 구비한다. 또한, 가시광선 전 파장대에 걸쳐 균일한 분산특성을 갖는 액정층을 구비한다. 따라서, 본 발명에 의한 액정표시장치는 높은 광 투과율을 갖는 액정표시장치를 제공한다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시 예에 대하여 설명한다. 도 5는 본 발명에 의한 액정층을 구성하는 액정물질의 가시광선 영역에서의 분산특성을 나타내는 그래프이다. 도 5에서 점선은 종래 기술에 의한 액정물질의 가시광선 영역에서의 분산특성을 나타내는 곡선(도 4의 그래프와 동일함)이다. 도 6은 본 발명에 의한 액정층을 구성하는 액정물질의 가시광선 영역에서의 광 투과율을 나타내는 그래프이다. 도 6에서 수평선을 가장 이상적인 액정의 파장대별 광 투과율을 나타낸다. 도 6에서 점선은 종래 기술에 의한 액정층을 구성하는 액정물질의 가시광선 영역에서의 광 투과율을 나타내는 곡선이다(도 5의 그래프와 동일함).

본 발명에 의한 액정층은 액정의 장축 방향의 굴절율(ne)와 단축방향의 굴절율(no)의 차이인 굴절율 이방성의 차이(Δn)가 0.08~0.10 사이의 값을 갖는 액정물질을 포함하는 것을 특징으로 한다. 특히, 장축 방향의 굴절율은 1.58 이하의 값을 갖고, 단축 방향의 굴절율은 1.49 이상의 값을 갖는 액정 물질을 포함하는 것을 특징으로 한다.

이를 위해 액정층을 구성하는 액정 물질은 약 10~15 종류의 액정물질들을 혼합해서 사용한다. 이들 여러 종류의 액정 물질들은 코어(core) 물질이 싸이클로헥산(cyclohexan) 혹은 벤젠(benzen)을 포함한다. 본 발명에 의한 액정 물질은 코어를 싸이클로헥산을 포함하는 액정 물질의 함량비를 높인다. 예를 들어, 싸이클로헥산을 코어로 하는 액정 물질을 80% 이상(8~12종류)를 포함하도록 하고, 벤젠을 코어로 하는 액정 물질들은 20% 이하(2~3 종류)를 포함하도록 함량비를 조정한다.

또한, 액정의 고리수는 1~3개를 갖는데, 고리수가 낮은 액정물질의 함량비를 50%이상으로 늘린다. 예를 들어, 고리수가 1~2개인(2 ring 이하) 액정물질의 함량을 50% 이상 포함하도록 하고, 3개의 고리수를 갖는 액정 물질의 함량비를 50% 이하로 조정한다.

상기와 같이 액정층을 구성하는 액정 물질의 조성 함량비를 싸이클로헥산을 코어로 하는 액정 물질의 함량비를 80% 이상으로 또는 2 ring 이하의 고리수를 갖는 액정 물질의 함량을 50%이상으로 조절하여 고 투과율을 갖는 액정층을 구성할 수 있다. 즉, 도 5에서와 같이, 본 발명에 의한 액정물질 함량비를 갖는 액정층은 가시영역에서 분산특성이 0.115 내지 0.098 사이에서 유지되는 특성을 갖는다. 또 한, 도 6에서와 같이, 본 발명에 의한 액정물질 함량비를 갖는 액정층은 가시영역에서 광 투과율이 거의 균일한 특성을 갖는다.

이상 설명한 내용을 통해 당업자라면 본 발명의 기술사상을 일탈하지 아니하는 범위에서 다양한 변경 및 수정이 가능함을 알 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 기술적 범위는 명세서의 상세한 설명에 기재된 내용으로 한정되는 것이 아니라 특허 청구의 범위에 의해 정하여져야만 할 것이다.

도 1은 종래 수평 전계형 액정표시패널을 나타내는 평면도.

도 2는 도 1에서 절취선 I-I'으로 자른 액정표시패널의 구조를 나타내는 단면도.

도 3은 종래 기술에 의한 액정층의 가시광선 파장대별 투과율을 나타내는 그래프.

도 4는 종래 기술에 의한 액정층의 가시광선 파장대별 분산특성을 나타내는 그래프.

도 5는 본 발명에 의한 액정층을 구성하는 액정물질의 가시광선 영역에서의 분산특성을 나타내는 그래프.

도 6은 본 발명에 의한 액정층을 구성하는 액정물질의 가시광선 영역에서의 광 투과율을 나타내는 그래프.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

SUBL: 하부 투명 기판 SUBU: 상부 투명 기판

TFT: 박막트랜지스터

BM: 블랙 매트릭스 CF: 칼라필터

SUB: 투명 기판 GL: 게이트 배선

DL: 데이터 배선 CL: 공통배선

G: 게이트 전극 COM: 공통전극

GI: 게이트 절연막 A: 반도체 층

S: 소스 전극 D: 드레인 전극

PASSI: 보호막 PXL: 화소전극

10: 박막트랜지스터 기판 30: 칼라필터 기판

20: 액정층

Claims (5)

1. 박막트랜지스터 기판;

   상기 박막트랜지스터 기판과 대향하여 합착된 칼라필터 기판; 그리고

   상기 박막트랜지스터 기판과 칼라필터 사이에 개재되며, 굴절율 이방성의 차이가 0.08~0.10인 액정층을 포함하는 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 액정층은 싸이클로헥산(cyclohexan)을 코어로 하는 액정 물질의 함량비가 80% 이상 포함하는 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 액정층은 2 ring 이하의 고리수를 갖는 액정 물질의 함량비가 50% 이상 포함하는 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
4. 제 1 항에 있어서,

   상기 액정층은 장축 방향의 굴절율이 1.59 이하이고, 단축 방향의 굴절율이 1.48 이상인 액정 물질을 포함하는 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
5. 제 1 항에 있어서,

   상기 박막트랜지스터 기판은,

   서로 직교하여 게이트 라인과 데이터 라인;

   상기 게이트 라인과 데이터 라인이 형성한 매트릭스 배열을 갖는 화소 영역;

   상기 화소 영역 내에 형성된 박막트랜지스터;

   상기 박막트랜지스터에 접속하며 상기 화소 영역 내에 형성된 화소전극; 그리고

   상기 화소 영역 내에서 화소 전극과 평행하게 배열되어 수평전계를 형성하는 공통전극을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 액정표시장치.

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