KR100364233B1 - 고개구율및고투과율을갖는액정표시장치 - Google Patents

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KR100364233B1 KR10-1998-0034246A KR19980034246A KR100364233B1 KR 100364233 B1 KR100364233 B1 KR 100364233B1 KR 19980034246 A KR19980034246 A KR 19980034246A KR 100364233 B1 KR100364233 B1 KR 100364233B1
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Abstract

본 발명은 프린지 필드를 이용하는 IPS 모드의 액정 표시 장치에서 투과율을 개선시킬 수 있는 고개구율 및 고투과율을 갖는 IPS 모드의 액정 표시 장치를 개시한다. 개시된 본 발명은, 소정 거리를 두고 대향, 배치되는 투명한 상하 기판, 상기 상하 기판 사이에 개재되는 액정, 상기 하부 기판의 대향면에 형성되고, 소정 폭을 갖으며 투명 물질로 된 카운터 전극, 상기 하부 기판의 대향면에, 카운터 전극과 소정 거리를 두고 이격되어 있고, 투명 물질로 형성되고, 소정 폭을 갖으며, 카운터 전극과 함께 전계를 형성하여 액정을 동작시키는 화소 전극을 포함하며, 상기 카운터 전극과 화소 전극간의 간격은 상기 상하 기판간의거리보다 작으며, 상기 카운터 전극과 화소 전극의 폭은 전극들의 각각 상부에 존재하는 액정분자들이 모두 서로 인접하는 카운터 전극과 화소 전극들 사이에 발생되는 전계에 의하여 동작될 수 있을 만큼이고, 상기 액정은 트위스트 탄성 계수에 대한 밴드 탄성 계수의 비가 2.5 이상인 것을 특징으로 한다.

Description

고개구율 및 고투과율을 갖는 아이피에스 모드의 액정 표시 장치{IPS Mode LCD having high aperture ratio and high transmittance ratio}
본 발명은 아이피에스(In Plane Switching, 이하 IPS) 모드의 액정 표시 장치에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 프린지 필드를 이용하는 IPS 모드의 액정 표시 장치에서 투과율을 개선시킬 수 있는 고개구율 및 고투과율을 갖는 IPS 모드의 액정 표시 장치에 관한 것이다.
IPS 모드의 액정 표시 장치는 TN 모드의 낮은 시야각 특성을 보상하기 위하여, 일본국 히다치사에서 제안된 모드이다.(M.oh-e,Mohta,S.Aratani, and K.Kondo, Proceeding of the 15th International Display Research Conference(Society for Information Display and the intrinsic of Television Engineer of Japan, hamamatsu, Japan 1995) p577)
이 IPS 모드의 액정 표시 장치는 도 1에 도시된 바와 같이, 대항하는 한 쌍의 기판(1,5)이 준비된다. 하부 기판(1) 상부에 일정한 폭을 갖는 카운터 전극(2)과 화소 전극(3)이 소정 거리(11)만큼 이격배치된다. 이때, 카운터 전극(2)과 화소 전극(3)간의 거리는 상하 기판(1,5)간의 거리(d1, 이하 셀갭)보다 크도록 하여 기판면에 평행한 전계를 형성하도록 한다. 이때, 카운터 전극(2)과 화소 전극(3)은 불투명한 금속막으로 형성되고, 전극(2,3)간에 일정한 세기의 전계를 얻기위하여, 소정의 폭을 갖는다. 상하 기판(1,5) 사이에는 수개의 액정 분자(8a)를 포함하는 액정(8)이 개재된다.
이러한 IPS 모드의 액정 표시 장치는 액정 분자(8a)를 구동시키는 전극(2,3)이 모두 동일한 기판(1)에 형성되므로, 기판에 평행한 전계(e1)가 형성된다.
그러나, 상기한 IPS 모드의 액정 표시 장치는 전극들이 불투명한 소재로 되어 있고, 비교적 넓은 폭을 지니고 있으므로, 개구율 및 투과율이 낮은 단점이 있다.
이러한 단점을 극복하기 위하여, 특허출원 98-9248호에 제시되어 있는바와 같이, 액정을 구동시키는 전극을 투명한 물질로 하고, 전극간의 간격을 셀갭보다 작게 하는 개량된 IPS모드의 액정 표시 장치(이하, 고개구율 액정 표시 장치)가 제안되었다.
즉, 도 2에 도시된 바와 같이, 대향하는 상하 기판(10,15)이 준비된다. 하부 기판(10) 상부에는 카운터 전극(11)이 일정 등간격으로 배치된다. 이때, 카운터 전극(11)은 투명한 물질로 형성되며, 종래의 IPS 모드의 액정 표시 장치의 카운터 전극보다 좁은 폭을 갖는다. 카운터 전극(11) 상부에 게이트 절연막(12)이 형성되고, 게이트 절연막(12) 상부에는 화소 전극(13)이 형성된다. 화소 전극(13) 역시 투명한 금속막으로 형성되고, 카운터 전극(11) 사이에 각각 배치된다.
이때, 카운터 전극(11)과 화소 전극(13)간의 간격(l2)은 셀갭(d2)보다 적다.
상하 기판(10,15)의 내측 표면에는 수평 배향막(14,16)이 배치되고, 상하 기판(10,15) 사이에는 액정(18), 예를들어 유전율 이방성이 음인 액정(18)이 주입된다. 이때, 수평 배향막(14,16)은 액정의 유전율 이방성 특성에 따라 전계와 배향축이 이루는 각을 달리한다. 예를들어, 유전율 이방성이 음인 경우에는, 상기 전계와 배향축이 이루는 각이 0∼45도로 하고, 유전율 이방성이 양인 경우에는, 전계와 배향축이 이루는 각이 45∼90로 한다.
이러한 개량된 IPS 모드의 액정 표시 장치의 카운터 전극(11)과 화소 전극(13)에 소정의 전압이 인가되면, 도면에서와 같이 타원 형상을 갖는 프린지 필드(e2)가 발생된다. 이 프린지 필드(e1)는 전극(11,13)의 가장자리에서 강한 전기장을 발생시킨다. 이 전기장에 의하여 가장자리 부분에 액정이 구동되고, 이 힘은 전극 상부의 액정 분자에도 전달되어, 전극 상부에 존재하는 액정 분자(도시되지 않음)들도 모두 동작한다. 따라서, 개구율 및 투과율이 개선된다.
상기한 고개구율 액정 표시 장치는, 전계(e2)가 형성되면, 액정 분자들(18a)은 그것의 유전율 이방성이 음인 경우, 전계와 액정 분자의 장축이 수직을 이루도록 틀어져서, 광을 누설하게 된다.
그러나, 전계 중심선 부근(전극 사이의 중심 부분)에 존재하는 액정 분자들(18b)은 전계와 광축(예를들어, 유전율 이방성이 음인 경우 단축)이 평행하게 배열되기 위하여 동작하게 되면, 액정 분자(18b)의 장축과 기판 표면이 거의 수직을 이루게 된다. 이에따라, 액정 분자(18b)가 기판 표면에 수직으로 배열된다. 이렇게 되면, 굴절율 이방성이 전기장에 수평인 액정 분자보다 적어지게되므로 최대 투과율을 나타내기 어렵다.
따라서, 본 발명의 목적은 상기한 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 프린지 필드에 의하여 동작되는 고개구율 액정 표시 장치에서 전계 중심부분에 존재하는 액정 분자들이 충분히 동작되도록 하여, 투과율을 향상시키는 것이다.
도 1은 종래의 IPS 모드의 액정 표시 장치의 단면도.
도 2는 종래의 고개구율 및 고투과율을 갖는 아이피에스 모드의 액정 표시 장치를 나타낸 단면도.
도 3은 본 발명에 따른 고개구율 및 고투과율을 갖는 아이피에스 모드의 액정 표시 장치를 나타낸 단면도.
도 4a는 일반적인 유전율 이방성이 양인 액정의 구조식을 나타낸 도면.
도 4b는 일반적인 유전율 이방성이 음인 액정의 구조식을 나타낸 도면.
도 5는 트위스트 탄성 계수(K22)에 대한 밴드 탄성 계수(K33)의 비(K33/K22)를 변화하였을 때, 시간에 따른 투과도 곡선을 나타낸 도면.
(도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명)
20 - 하부 기판 21 - 카운터 전극
22 - 게이트 절연막 23 - 화소 전극
24,26 - 수평 배향막 25 - 상부 기판
28 - 액정
상기한 본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 본 발명은, 소정 거리를 두고 대향, 배치되는 투명한 상하 기판, 상기 상하 기판 사이에 개재되는 액정, 상기 하부 기판의 대향면에 형성되고, 소정 폭을 갖으며 투명 물질로 된 카운터 전극, 상기 하부 기판의 대향면에, 카운터 전극과 소정 거리를 두고 이격되어 있고, 투명 물질로 형성되고, 소정 폭을 갖으며, 카운터 전극과 함께 전계를 형성하여 액정을 동작시키는 화소 전극을 포함하며, 상기 카운터 전극과 화소 전극간의 간격은 상기 상하 기판간의거리보다 작으며, 상기 카운터 전극과 화소 전극의 폭은 전극들의 각각 상부에 존재하는 액정분자들이 모두 서로 인접하는 카운터 전극과 화소 전극들 사이에 발생되는 전계에 의하여 동작될 수 있을 만큼이고, 상기 액정은 트위스트 탄성 계수에 대한 밴드 탄성 계수의 비가 2.5 이상인 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의하면, 고개구율 및 고투과율을 갖는 액정 표시 장치에서 액정의 밴드 탄성 계수를 증대시키어 프린지 필드 중심 부분에서의 투과율이 한층 더 개선된다.
(실시예)
이하 첨부한 도면에 의거하여 본 발명의 바람직한 실시예를 자세히 설명하도록 한다.
첨부한 도면 도 3은 본 발명에 따른 고개구율 및 고투과율을 갖는 액정 표시 장치의 단면도이고, 도 4a는 일반적인 유전율 이방성이 양인 액정의 구조식을 나타낸 도면이고, 도 4b는 일반적인 유전율 이방성이 음인 액정의 구조식을 나타낸 도면이다. 도 5는 트위스트 탄성 계수(K22)에 대한 밴드 탄성 계수(K33)의 비(K33/K22)를 변화하였을 때, 시간에 따른 투과도 곡선을 나타낸 도면이다.
먼저, 도 3을 참조하여, 대향하는 상하 기판(20,25)이 준비된다. 하부 기판(20) 상부에는 카운터 전극(21)이 일정 등간격으로 배치된다. 이때, 카운터 전극(21)은 다수개의 패턴의 형태로 형성되고, 투명 금속막 예를들어, ITO(indium tin oxide)한 물질로 형성된다. 카운터 전극(21) 상부에 게이트 절연막(22)이 형성되고, 게이트 절연막(22) 상부에는 화소 전극(23)이 형성된다. 화소 전극(23) 역시 투명한 금속막 예를들어, ITO막으로 형성되고, 패턴 형상을 가지며, 카운터 전극(11) 사이에 각각 배치된다.
이때, 카운터 전극(21)과 화소 전극(23)간의 간격(L)은 셀갭(D)보다 적다. 이에따라, 카운터 전극(21)과 화소 전극(23)에 전압이 인가되었을 때, 기판에 평행하기 보다는 타원형태의 프린지 필드가 형성된다.
또한, 카운터 전극(21)과 화소 전극(23)의 폭은, 인접하는 전극(21,23)들 사이에서 발생되는 프린지 필드가 전극 상부 전체에 미칠수 있을 정도로 형성한다. 이에따라, 전극(21,23) 상부에서 등전위 구간이 발생되지 않는다.
상하 기판(20,25)의 내측 표면에는 수평 배향막(24,26)이 형성된다. 이때, 하부 기판(20)면에 형성되는 수평 배향막(24)은 상기 프린지 필드를 기판에 투영시킨 투영선과 소정각도로를 이루도록 러빙되고, 상부 기판(25)에 형성되는 수평 배향막(26)은 하부 기판(20)의 수평 배향막(24)과 180도 각도차를 갖도록 러빙된다.본 실시예에서는 배향막(24)이 전계의 투영선과 20 내지 40도를 이루도록 러빙된다.
그리고 상하 기판(20,25) 사이에는 액정(28)이 충진된다. 이때, 액정은 상기 러빙각에 따라 다르며, 본 실시예에서는 러빙각이 20 내지 40도 정도 이므로, 최대 투과율을 고려하여, 유전율 이방성이 음인 물질을 사용한다. 이때, 러빙각이 45도 이상 90도 미만이면, 유전율 이방성이 양인 물질을 사용한다. 이에대하여는 기 출원된 98-9248호에 자세히 설명되어 있다.
그리고, 본 발명에서는 프린지 필드의 중심 부분에서 액정 분자의 장축이 기판면에서 수직을 배열되는 현상을 방지하기 위하여, 액정(28)내의 밴드 탄성 계수(K33)를 증대시킨다. 이때, 밴드 탄성 계수(K33)는 트위스트 탄성계수(K22_에 대하여 2.5배 이상, 바람직하게는 2.5배 내지 10배 정도가 되도록 한다.
여기서, 밴드 탄성 계수(K33)를 증대시키게 되면, 액정 분자들이 쉽게 휘어지지 않게 된다. 이에따라, 전계 중심선 부근에서 액정 분자들이 기판에 수직을 이루지 않고, 기판면에 대하여 소정의 각도를 갖으며 배열된다. ** 따라서, 전계 중심 부근에서 투과율이 개선된다.
도 4a는 일반적인 유전율 이방성이 양인 액정의 구조식을 나타낸 도면이고, 도 4b는 일반적인 유전율 이방성이 음인 액정의 구조식을 나타낸 도면이다.
이때, 액정 분자의 밴드 탄성 계수(K33)를 개선시키기 위하여, 도 4a 및 도 4b에 도시된 바와 같이, 각각의 탄소(C) 위치에 사이클릭 화합물(cyclic compound), 알킨(alkene)기를 연결한다. 또는 R1을 이중 결합이나 시아노(cyano)기로 하거나, R2의 알킬 체인의 길이를 조절하여, 밴드 탄성 계수(K33)를 향상시킨다.
도 5는 트위스트 탄성 계수(K22)에 대한 밴드 탄성 계수(K33)의 비(K33/K22)를 변화하였을 때, 시간에 따른 투과도 곡선으로서, 도면에서와 같이, 트위스트 탄성 계수(K22)에 대한 밴드 탄성 계수(K33)의 비(K33/K22)가 증대될수록, 투과율이 향상된다. 그러나, 트위스트 탄성 계수(K22)에 대한 밴드 탄성 계수(K33)의 비(K33/K22)가 너무 클 경우에는 액정의 안정도가 떨어지므로, 상술한 바와 같이, 트위스트 탄성 계수(K22)에 대한 밴드 탄성 계수(K33)의 비(K33/K22)가 2.5 내지 10 정도임이 바람직하다.
이상에서 자세히 설명된 바와 같이, 본 발명에 의하면, 고개구율 및 고투과율을 갖는 액정 표시 장치에서 액정의 밴드 탄성 계수를 증대시키어 프린지 필드 중심 부분에서의 투과율이 한층 더 개선된다.
기타, 본 발명은 그 요지를 일탈하지 않는 범위에서 다양하게 변경하여 실시할 수 있다.

Claims (3)

  1. 소정 거리를 두고 대향, 배치되는 투명한 상하부 기판;
    상기 상하부기판사이에 개재되는 액정;
    상기 하부기판의 대향면에 형성되고 소정 폭을 갖으며 투명 물질로 된 카운터 전극;
    상기 하부기판의 대향면에 카운터 전극과 소정거리를 두고 이격되어 있고, 투명 물질로 형성되며 소정 폭을 갖으며 카운터전극과 함께 전계를 형성하여 액정을 동작시키는 화소 전극을 포함하고, 상기 카운터 전극과 화소전극간의 간격은 상기 상하부기판간의 거리보다 작으며, 상기 카운터전극과 화소전극 각각의 폭은 상기 전극들의 각각 상부에 존재하는 액정분자들이 모두 서로 인접하는 카운터전극과 화소전극들사이에 발생되는 전계에 의하여 동작되도록 하는 길이인 액정표시장치에 있어서,
    상기 하부기판 내측면 표면과 액정 사이 및 상기 상부기판 내측면 표면과 액정 사이 각각에 수평 배향막이 형성되고, 상기 하부기판에 형성되는 수평 배향막은 상기 카운터전극과 화소전극사이에 발생되는 전계와 소정 각을 이루도록 러빙되어 있고, 상기 상부 기판에 형성되는 수평 배향막은 상기 하부 기판에 형성되는 수평 배향막의 러빙축과 180도 각도차를 갖도록 러빙되어 있으며, 상기 하부 기판의 러빙축과 상기 전계가 이루는 각이 0∼45도이면 상기 액정으로 유전율 이방성이 음인 물질을 사용하거나, 상기 하부 기판의 러빙축과 상기 전계가 이루는 각이 45∼90도이면 상기 액정으로 유전율 이방성이 양인 물질을 사용하며, 상기 액정은 트위스트 탄성 계수에 대한 밴드 탄성 계수의 비가 2.5 이상인 것을 특징으로 하는 고개구율 및 고투과율을 갖는 액정표시장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 카운터 전극과 화소 전극 사이에는 게이트 절연막이 개재되어, 두 전극간을 절연시키는 것을 특징으로 하는 고개구율 및 고투과율을 갖는 액정표시장치.
  3. 제1항 내지 제2항중 어느 한 항에 있어서, 상기 트위스트 탄성계수에 대한 밴드탄성계수의 비가 2.5 내지 10 인 것을 특징으로하는 고개구율 및 고투과율을 갖는 액정표시장치.
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