KR20120050263A - 콜레스테릭 액정표시패널 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 액정표시패널을 개시한다. 특히 본 발명은 수동 매트릭스(passive matrix)방식으로 구동하는 액정표시패널에서 플래너 상태(planer state) 구동시 패널상에 국부적으로 발생하는 포컬 코닉 상태(focal conic state)에 의한 투명도(transparency) 저하현상을 개선한 쌍안정 특성을 가지는 콜레스테릭 액정표시패널에 관한 것이다.
본 발명의 실시예에 따른 콜레스테릭 액정표시패널은 일면에 일방향으로 복수의 제1 전극이 형성되는 상부기판; 상기 상부기판과 소정거리 이격되어 대향하며 상기 제1 전극과 직교하는 복수의 제2 전극이 형성되는 하부기판; 및, 상기 상부기판 및 하부기판사이에 개재되는 콜레스테릭 액정 셀을 포함하고, 상기 제1 및 제2 전극은, 중첩되는 영역인 화소부; 및, 상기 화소부 이외의 영역에 형성되는 슬릿형태의 개구부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
이에 따라, 본 발명은 쌍안정 특성을 가지는 액정표시패널의 구동시, 초기상태이후 쌍안정 모드에서 플래너 상태로의 전이시 화면상에 발생하는 투명도 저하현상을 최소화할 수 있는 효과가 있다.

Description

콜레스테릭 액정표시패널{CHOLESTERIC LCD PANEL}
본 발명은 액정표시패널에 관한 것으로, 특히 수동 매트릭스(passive matrix)방식으로 구동하는 액정표시패널에서 플래너 상태(planer state) 구동시 패널상에 국부적으로 발생하는 포컬 코닉 상태(focal conic state)에 의한 투명도(transparency) 저하현상을 개선한 쌍안정 특성을 가지는 콜레스테릭 액정표시패널에 관한 것이다.
주지된 액정표시패널은, 대향되는 두 개의 투명기판 상에 격자형을 이루도록 배열된 투명전극 라인들과 이 사이에 액정이 개재된 평판표시패널이다. 특히, 개재된 액정 셀에 다수의 얇은 분자층을 가지며 층 내에서 분자 배열이 장축방향이고 층의 면이 평행으로 전체적 나선구조를 이루는 콜레스테릭(Cholesteric) 액정을 적용하는 경우 빛을 선택적으로 반사 또는 투과하는 특성을 가짐으로서 투명 액정표시패널을 구현하는 데 용이하다.
도 1을 참조하면, 전술한 콜레스테릭 액정은 인가되는 전계에 따라 액정의 사선 축(Helical axis)이 기판면에 대하여 수직방향으로 배열되는 플래너(Planner) 상태(P), 액정의 사선 축이 방향이 기판면에 대하여 일정하지 않지만 거의 평행이 되는 포컬 코닉(focal conic) 상태(F) 및, 액정분자가 기판면에 대하여 수직이 되는 호메오트로픽(Homeotropic) 상태(H)가 되는 특성이 있다.
먼저 플래너 상태(P)에서는, 액정 셀의 분자들이 주기적인 나선 구조를 가지면서 나선 축(helical axis)이 기판면에 대하여 수직한 방향을 가진다. 이러한 플래너 상태(P)에서는 입사광에 대해 특정 파장의 빛을 선택적으로 반사하는 특성을 가진다. 예를 들면, 우원편광 나선구조를 가진 콜레스테릭 액정이 플래너 상태(P)인 경우, 원편광된 빛이 나선축에 평행하게 입사되면 나선구조와 같은 방향으로 원편광된 빛은 반사되고 반대 방향으로 원편광된 빛은 투과된다. 이러한 특성을 이용하면, 자외선, 가시광선 및 적외선을 선택적으로 투과 또는 반사할 수 있게 된다.
또한, 포컬 코닉 상태(F)에서는 액정의 나선축이 임의의 방향으로 배열된다. 따라서, 포컬 코닉 상태(F)에서는 입사광에 대해 약한 산란을 일으키며 빛을 투과하는 특성을 가진다.
마지막으로, 호메오트로픽 상태(P)는 액정의 분자들의 비틀림 구조가 완전히 풀려 모두 기판면에 대하여 수직으로 배열되게 된다. 이러한 상태에서는 모든 입사광은 반사나 산란을 일으키지 않고 투과하게 된다.
전술한 세 가지 상태는 인가하는 전계의 세기와 인가방법에 따라 제어할 수 있다. 배향 처리된 액정 셀에 콜레스테릭 액정을 주입하여 초기상태를 플래너 상태(P) 또는 포컬 코닉 상태(F)중 하나로 설정하고, 적절한 전계를 가하면 전술한 세가지 상태 중 하나로 액정분자의 배열을 변환시켜 액정표시패널이 원하는 투과율 가지도록 조절한다.
예를 들어, 초기상태가 플래너 상태(P)일 때, 이에 높은 전계를 인가하면 포컬 코닉 상태(F)로 전이하며, 전계를 더욱 증가시키면 호메오트로픽 상태(H)로 전이하게 된다. 또한 초기상태가 포컬 코닉 상태(F)이면, 전계의 인가에 따라 호메오트로픽 상태(H)가 된다.
또한, 호메오트로픽 상태(H)의 액정에 인가된 전계를 천천히 감소시키면 포컬 코닉 상태(F)를 얻을 수 있고, 전계를 빠르게 감소시키면 플래너 상태(P)를 얻을 수 있다. 이때, 플래너 상태(P) 및 포컬코닉 상태(F)는 전계를 제거한 후에도 그 상태를 계속 유지하려는 쌍안정(bistable) 특성이 있으며, 이는 콜레스테릭 액정의 메모리(memory) 특성에 기인한다.
도 2는 종래의 단순 매트릭스 콜레스테릭 액정표시패널의 전극형태를 개략적으로 도시한 도면이다.
도면을 참조하면, 스캔전극(10) 및 소스전극(20)이 격자형 형태를 이루는 단순 매트릭스(passive matrix)방식의 콜레스테릭 액정표시패널은, 초기상태에서 플래너 상태(P)로의 전이시 상하전극이 교차되어 화소를 이루는 부분(30)은 전극간에 형성되는 전계(E)에 의해 플래너 상태(P)가 되나, 상하전극이 교차되지 않는 부분, 즉 각 전극이 중첩되지 않은 부분(40)에서도 약한 전계(E1)가 형성되어 해당 부분이 원하지 않은 포컬 코닉 상태(F)가 된다. 이러한 포컬 코닉 상태(F)에 의해 빛이 산란됨으로서 해당부분(40)이 불투명상태가 되며, 만약 플래너 상태(P)를 통해 액정패널을 투명상태로 구동하고자 하는 경우, 해당부분(40)에서 예상치 못한 빛의 산란이 발생하게 되어, 관측자가 식별할 수 있을 정도의 불투명 영역이 화면상에 표시되는 문제점이 발생하게 된다.
본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 쌍안정 특성을 가지는 콜레스테릭 액정표시패널의 구동시 초기상태 이후, 플래너 상태로 전이시에 화면상에 국부적으로 발생하는 투명도 저하현상을 최소화하기 위한 콜레스테릭 액정표시패널을 제공하는 데 그 목적이 있다.
전술한 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 콜레스테릭 액정표시패널은, 일면에 일방향으로 복수의 제1 전극이 형성되는 상부기판; 상기 상부기판과 소정거리 이격되어 대향하며 상기 제1 전극과 직교하는 복수의 제2 전극이 형성되는 하부기판; 및, 상기 상부기판 및 하부기판사이에 개재되는 콜레스테릭 액정 셀을 포함하고, 상기 제1 및 제2 전극은, 중첩되는 영역인 화소부; 및, 상기 화소부 이외의 영역에 형성되는 슬릿형태의 개구부를 포함한다.
상기 제1 및 제2 전극은, 인듐 주석산화물(Indium Tin Oxide, ITO) 또는 인듐 아연산화물(Indium Zinc Oxide, IZO) 중 하나로 형성되는 것을 특징으로 한다.
상기 제1 및 제2 전극의 폭이 240㎛(micro metre) 이상일 경우, 상기 화소부는 4㎛ 이하의 폭을 가지는 하나이상의 연장부를 통해 서로 연결되는 것을 특징으로 한다.
상기 액정 셀은, 초기상태가 플래너 상태(Planner)인 것을 특징으로 한다.
상기 화소부의 액정 셀이 호메오트로픽 상태(Homeotropic)가 되도록 상기 제1 및 제2 전극에 18V 이상의 전계를 형성하는 경우, 상기 개구부의 액정 셀은 플래너 상태(Planner)를 유지하는 것을 특징으로 한다.
상기 화소부의 액정 셀이 플래너 상태(Planner)가 되도록 상기 제1 및 제2 전극에 0V 의 전계를 형성하는 경우, 상기 개구부의 액정 셀은 플래너 상태(Planner)를 유지하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 쌍안정 특성을 가지는 액정표시패널의 구동시, 초기상태이후 쌍안정 모드에서 플래너 상태로의 전이시 화면상에 발생하는 투명도 저하현상을 최소화할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 콜레스테릭 액정의 배열형태를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 2는 종래의 패시브 매트릭스 액정표시패널의 전극형태를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 쌍안정 특성을 가지는 액정표시패널의 구조를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 4는 콜레스테릭 액정표시장치 전압(V)-투과율(T) 특성을 그래프 형태로 나타낸 도면이다.
도 5는 종래의 개구부가 없는 액정표시패널과 본 발명의 실시예에 따른 개구부를 구비한 액정표시패널의 쌍안정 상태에서의 액정 셀에 형성된 전계의 형태를 도시한 도면이다.
도 6은 도 3에 도시한 액정표시패널의 VI 부분을 확대한 도면이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 쌍안정 특성을 가지는 콜레스테릭 액정표시패널을 상세히 설명한다.
통상적으로, 액정표시장치의 구동방식 중 수동 매트릭스(passive matrix) 방식과 박막 트랜지스터(thin film transistor, TFT)를 이용한 능동 구동(active matrix) 방식이 있다. 단순 매트릭스 방식은 액정 셀과 수평방향으로 연결된 복수의 스캔전극과, 수직방향으로 연결되어 스캔전극과 격자형태로 직교하도록 형성되는 소스전극을 구비하고, 각 전극을 선택하여 구동하는 방식이다. 능동 구동 방식은 액정 셀에 TFT 및 저장 커패시터를 마련하여 커패시터에 저장된 용량에 의해 액정 셀에 인가되는 전계를 유지시키는 방식이다. 이하에서는, 전술한 구동방식 중 구조가 단순하여 투명 액정표시패널에 적합한 수동 매트릭스 방식을 적용한 일 예로서 본 발명의 실시예를 설명한다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 쌍안정 특성을 가지는 액정표시패널의 구조를 개략적으로 도시한 도면이다.
도시한 바와 같이, 본 발명의 쌍안정 특성을 가지는 액정표시패널은 투명전극인 ITO 또는 IZO로 형성되는 다수의 스캔전극(100)이 수평방향으로 배치되는 하부기판과, 다수의 소스전극(200)이 스캔전극(100)과 직교하는 방향으로 배치되어 하부기판과 소정거리 이격되어 대향하도록 합착되는 상부기판 및, 상/하부 기판사이에 개재되는 콜레스테릭상의 액정으로 구성된다. 이러한 구성을 통해 스캔전극(100)과 데이터전극(200)이 교차하여 중첩되는 부분에 화소부(P)를 형성하고, 각 화소부(P)에 인가되는 신호에 따라 액정 셀의 광 굴절율이 변화함으로서 광을 투과하거나 반사하여 화상을 표시하게 된다.
또한, 도시하지는 않았지만 액정표시패널의 외측으로 구비되고 전술한 스캔전극(100) 및 소스전극(200)과 전기적으로 연결되어 스캔신호 및 데이터신호를 제공하는 스캔드라이버 및 데이터드라이버가 더 구비될 수 있다.
이러한 액정표시패널은 선순차 구동방식 또는 멀티라인 방식으로 구동될 수 있다. 상세하게는, 선순차 구동방식은 하나의 스캔전극(100)마다 순차적으로 소정의 스캔신호를 인가하고, 각 행에 스캔신호가 인가될 때 복수의 소스전극(200)에 해당하는 데이터신호를 동시에 인가함으로서 영상을 표시하는 구동방식이다. 또한, 멀티라인 구동방식은 모든 스캔전극(100)을 복수의 서브그룹으로 분할 한 후에 서브그룹마다 소정의 스캔신호를 순차적으로 인가하고 각 서브그룹에 스캔신호가 인가될 때 복수의 데이터전극(200)에 해당하는 데이터신호를 동시에 인가함으로써 영상을 표시하는 구동방식이다.
도면을 참조하면, 본 발명의 액정표시패널에는 각 스캔전극(100)과 소스전극(200)이 격자형으로 중첩되며, 각 전극(100, 200)의 중첩되는 부분은 각각 하나의 화소영역을 형성하는 데, 일 전극(100)이 타 전극(200)과 중첩되지 않는 영역에 슬릿(slit)형태의 개구부(110, 210)가 형성된다. 이러한 개구부(210)는 전극(100, 200)의 비 중첩부분에 대하여 동일하게 형성되며, 각 전극(100, 200)의 패터닝시 동일 마스크를 통해 동시에 패터닝되는 방식으로 형성되는 것이 바람직하다.
또한, 전술한 화소부(P) 및 개구부(110, 210)를 제외한 부분은 전극이 배치되지 않아 전계가 형성되지 않는 화상이 표현되지 않는 부분이다.
전술한 구조의 본 발명의 콜레스테릭 액정표시패널은 해당 드라이버의 제어에 따라, 먼저 스캔전극(100)이 순차적으로 하나의 행 씩 스캔신호를 제공하고, 이와 동시에 데이터전극(200)이 데이터신호를 제공하면 각 전극의 전압차에 따라, 각 화소부(300)에 대응하는 액정 셀에는 액정상을 변환하는 전계가 형성되어 화상을 표시한다.
이러한 콜레스테릭 액정표시패널은 도 4에 도시한 전압(V)-투과율(T) 그래프의 특성을 가진다. 상세하게는, 콜레스테릭 액정은 각 전극에 인가된 전계가 약 0V 내지 8V에서 플래너 상태(P) 또는 포컬 코닉 상태(F) 중 하나인 초기상태를 유지하다가, 전계가 약 9V 내지 16V 사이에서 포컬 코닉(F)상태에 대응하는 투과율을 가지게 되며, 17V 이상에서 호메오트로픽 상태(H)에 대응하는 투과율을 가지게 된다. 이후, 쌍안성 모드의 진입을 위해 전계를 빠르게 제거하거나 또는 천천히 제거하는 경우, 각각 플래너 상태(P) 또는 포컬코닉 상태(F)로 전이된다.
이러한 액정상태를 표로 정리하면 다음과 같다.
Figure pat00001
표 1에 기재된 바와 같이, 액정 셀에 초기상태에서 8V이하, 9V 내지 16V 사이 및, 17V 이상의 전압차를 가지는 스캔 및 데이터신호를 인가하면, 액정 셀은 각각 초기상태 유지, 포컬 코닉 상태(F) 전환 및 호메오트로픽(H) 상태로 전환된다.
이후, 설정자는 OV 로의 전압 인가방법을 달리하여 선택적으로 액정표시패널을 플래너 상태(P) 또는 포컬 코닉 상태(F)로 구동할 수 있으며 원하는 액정상을 얻을 수 있다. 즉, 이하의 표 2를 참조하면,
Figure pat00002
액정표시패널을 쌍안정 모드의 플래너 상태(P)로 구동하고자 하는 경우, 먼저 스캔전극(100) 및 데이터전극(200)을 통해 화소부(300)에 구동을 위한 스캔신호 및 데이터신호를 입력하여 액정 셀에 18V 이상의 전계를 형성하여 화소부(300)의 액정은 18V 이상의 전계에 따른 호메오트로픽(H) 상태로 전환한다.
이때, 각 전극에 형성된 개구부(100, 210) 영역에는 상하부로 전극이 존재하지 않으며, 이에 따라 개구부(100, 210)의 액정 셀에는 0V 내지 8V의 전계가 미약하게 형성되어 표 1에 기재된 바와 같이 초기상태가 유지된다.
이후, 각 전극에 입력되는 신호를 조절하여 액정 셀에 인가된 전계를 0V 로 빠르게 제거하면, 화소부(300)에 대응하는 부분의 액정은 호메오트로픽(H) 상태에서 쌍안정 모드의 진입에 따라 플래너 상태(P)로 전환되며, 개구부(100, 210)에 해당하는 부분은 표 2에 기재된 바와 같이 이전상태인 초기상태를 유지하게 된다.
다시 말하면, 초기상태가 플래너 상태(P)로 배향된 액정표시패널을 쌍안정 모드로 구동하기 위해 각 전극에 18V 이상의 전압차를 가지는 신호를 인가하면 화소부의 액정 셀은 호메오트로픽 상태로 변환되며, 이와 동시에 개구부(100, 210)의 액정 셀은 0V 내지 8V의 전계가 형성되어 초기상태인 플래너 상태(P)가 유지되며, 이후, 각 전극의 전압차를 0V로 천천히 낮추면 화소부(300)는 플래너 상태(P)로 전환되며, 개구부(100, 210)의 액정 셀은 이전 상태가 플래너 상태(P)이므로, 0V 에서도 포컬 코닉(F)상태가 아닌 플래너 상태(P)가 유지되게 된다.
도 5는 종래의 개구부가 없는 액정표시패널과 본 발명의 실시예에 따른 개구부를 구비한 액정표시패널의 쌍안정 상태에서의 액정 셀에 형성된 전계의 형태를 도시한 도면으로서, 도시한 바와 같이 개구부가 없는 종래의 액정표시패널(A)의 쌍안정 모드에서 화소부 부분은 플래너 상태(P)가 유지되나, 화소부를 제외한 전극이 중첩되지 않은 부분에서는 포컬 코닉 상태(F)가 유지된다. 반면, 본 발명의 개구부를 구비한 본 발명의 액정표시패널(B)에서 화소부 부분은 플래너 상태(P)이며 또한 개구부 부분은 초기상태가 계속 유지된다.
포컬 코닉 상태(F)로의 전환을 위한 9V~15V의 전압을 인가한다. 이에 따라, 화소부(300)를 이루는 양 전극(100, 200)에는 인가된 전압에 대응하는 레벨의 전계가 형성되어 이에 대응하는 위치의 액정 셀은 플래너 상태(P) 또는 포컬 코닉 상태로 전환된다. 이때, 화소부(300)를 제외한 개구부(110, 210)에 대응하는 액정 셀에는 근접한 화소부(300)의 에지부분에서 형성되는 6V 내지 9V 전압이 인가되어 이전 초기상태를 그대로 유지하게 된다.
현재 상태에서 액정 셀을 쌍안정 모드로 전환하기 위해, 각 전극(100, 200)이 화소부(300)에 인가하는 전압을 빠르게 또는 천천히 0V로 낮추면, 이에 대응하는 액정셀은 쌍안정 모드로서 콜레스테릭 액정의 특성에 따라 소정기간 동안 이전상태를 유지하게 된다.
따라서, 화소부(300)의 액정셀이 전 단계에서 플래너 상태(P)인 경우 계속 플래너 상태(P)가 된다. 이때, 각 전극(100, 200)에서 화소부(300)를 제외한 슬릿형태의 개구부(110, 210)에 대응하는 액정셀에는 이전 상태인 초기상태가 그대로 유지된다.
도 6은 도 3에 도시한 액정표시패널의 VI 부분을 확대한 도면이다.
도면을 참조하면, 본 발명의 액정표시패널은 복수의 스캔전극(100) 및 데이터전극(200)의 일부가 직교하며, 중첩되는 영역에 화소부(P)를 정의하고, 스캔전극(100) 또는 데이터전극(200) 중 하나가 배치되지 않은 영역 즉, 각 전극에서 화소부(P)를 제외한 영역에는 개구부(110, 210)가 형성된다. 또한, 각 전극 모두 배치되지 않는 영역에는 비표시부(N)가 형성된다.
이러한 구조에서, 3.2인치 이하 소형 액정표시패널을 기준으로 스캔전극(100) 및 데이터전극(200)의 폭은 240㎛(micro metre)인 것이 바람직하며, 이 경우 각 화소부를 연결하는 연결부(130, 230)는 적어도 4㎛보다 작은 폭을 가지도록 형성하는 것이 바람직하다.
전술한 구조에 따라, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 쌍안정 특성을 가지는 액정표시패널은 스캔전극 및 데이터전극이 중첩되지 않는 부분에 개구부에 의해 원치 않는 전계형성을 방지함으로서, 액정표시패널의 쌍안정 모드에서 플래너 상태로 전이시에 화면상에 국부적으로 발생하는 투명도 저하현상을 제거할 수 있다.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만, 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 수 있을 것이다.
100 : 스캔전극 200 : 데이터전극
110, 210 : 개구부 130, 230 : 연결부
300 : 화소부

Claims (6)

  1. 일면에 일방향으로 복수의 제1 전극이 형성되는 상부기판;
    상기 상부기판과 소정거리 이격되어 대향하며 상기 제1 전극과 직교하는 복수의 제2 전극이 형성되는 하부기판; 및,
    상기 상부기판 및 하부기판사이에 개재되는 콜레스테릭 액정 셀을 포함하고,
    상기 제1 및 제2 전극은,
    중첩되는 영역인 화소부; 및,
    상기 화소부 이외의 영역에 형성되는 슬릿형태의 개구부
    를 포함하는 콜레스테릭 액정표시패널.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 전극은, 인듐 주석산화물(Indium Tin Oxide, ITO) 또는 인듐 아연산화물(Indium Zinc Oxide, IZO) 중 하나로 형성되는 것을 특징으로 하는 콜레스테릭 액정표시패널.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 전극의 폭이 240㎛(micro metre) 이상일 경우, 상기 화소부는 4㎛ 이하의 폭을 가지는 하나이상의 연장부를 통해 서로 연결되는 것을 특징으로 하는 콜레스테릭 액정표시패널.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 액정 셀은,
    초기상태가 플래너 상태(Planner)인 것을 특징으로 하는 콜레스테릭 액정표시패널.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 화소부의 액정 셀이 호메오트로픽 상태(Homeotropic)가 되도록 상기 제1 및 제2 전극에 18V 이상의 전계를 형성하는 경우, 상기 개구부의 액정 셀은 플래너 상태(Planner)인 것을 특징으로 하는 콜레스테릭 액정표시패널.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 화소부의 액정 셀이 플래너 상태(Planner)가 되도록 상기 제1 및 제2 전극에 0V의 전계를 형성하는 경우, 상기 개구부의 액정 셀은 플래너 상태(Planner)를 유지하는 것을 특징으로 하는 콜레스테릭 액정표시패널.
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