KR101855985B1 - 비씨에스엔 모드 액정표시장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은, 표시영역과 이의 외측으로 비표시영역이 정의된 서로 마주하는 제 1 및 제 2 기판과; 상기 제 1 기판의 내측면에 형성된 판 형태의 제 1 전극과; 상기 제 1 전극을 덮으며 형성된 제 1 절연층과; 상기 제 1 절연층 내측면에 서로 이격하며 제 1 방향으로 나란하게 형성된 제 2 전극 및 제 3 전극과; 상기 제 2 기판의 내측면에 형성된 판 형태의 제 4 전극과; 상기 제 4 전극을 덮으며 형성된 제 2 절연층과; 상기 제 2 절연층 내측면에 서로 이격하며 상기 제 1 방향과 교차하는 제 2 방향으로 나란하게 형성된 제 5 전극 및 제 6 전극과; 상기 제 1 기판 및 제 2 기판 사이에 개재된 BCSN(bistable chiral splay nematic) 액정층을 포함하며, 메모리 구동 모드와 다이나믹 구동 모드를 가지며 상기 두 모드에서 스플레이 상이 블랙을 표현하는 것을 특징으로 하는 BCSN(bistable chiral splay nematic) 모드 액정표시장치를 제공한다.

Description

비씨에스엔 모드 액정표시장치{Bistable chiral splay nematic mode liquid crystal display device}
본 발명은 액정표시장치에 관한 것으로서, 더 상세하게는, 메모리 모드와 다이나믹 모드 전환이 가능한 BCSN(bistable chiral splay nematic) 액정표시장치에 관한 것이다.
최근 정보화 사회로 시대가 급발전함에 따라 박형화, 경량화, 저 소비전력화 등의 우수한 특성을 가지는 디스플레이 장치의 필요성이 대두되었고, 이에 따라 평판표시장치(flat panel display)에 대한 개발이 활발히 이루어지고 있으며, 특히 액정표시장치(liquid crystal display)가 해상도, 컬러표시, 화질 등에서 우수하여 노트북이나 데스크탑 컴퓨터의 모니터에 활발하게 적용되고 있다.
일반적으로 액정표시장치는 전극이 각각 형성되어 있는 두 기판을 두 전극이 형성되어 있는 면이 마주 대하도록 배치하고 두 기판 사이에 액정 물질을 주입한 다음, 두 전극에 전압을 인가하여 생성되는 전기장에 의해 액정 분자를 움직이게 함으로써, 이에 따라 달라지는 빛의 투과율에 의해 화상을 표현하는 장치이다.
좀 더 자세히, 일반적인 액정표시장치의 분해사시도인 도 1을 참조하여 그 구조에 대해 설명하면, 도시한 바와 같이, 액정표시장치는 액정층(30)을 사이에 두고 어레이 기판(10)과 컬러필터 기판(20)이 대면 합착된 구성을 갖는데, 이중 하부의 어레이 기판(10)은 투명한 기판(12)의 상면으로 종횡 교차 배열되어 다수의 화소영역(P)을 정의하는 복수개의 게이트 배선(14)과 데이터 배선(16)을 포함하며, 이들 두 배선(14, 16)의 교차지점에는 박막트랜지스터(T)가 구비되어 각 화소영역(P)에 마련된 화소전극(18)과 일대일 대응 접속되어 있다.
또한, 상기 어레이 기판(10)과 마주보는 상부의 컬러필터 기판(20)은 투명기판(22)의 배면으로 상기 게이트 배선(14)과 데이터 배선(16) 그리고 박막트랜지스터(Tr) 등의 비표시영역을 가리도록 각 화소영역(P)을 테두리하는 격자 형상의 블랙매트릭스(25)가 형성되어 있으며, 이들 격자 내부에서 각 화소영역(P)에 대응되게 순차적으로 반복 배열된 적(R), 녹(G), 청(B)색의 컬러필터 패턴(26a, 26b, 26c)을 포함하는 컬러필터층(26)이 형성되어 있으며, 상기 블랙매트릭스(25)와 컬러필터층(26)의 전면에 걸쳐 투명한 공통전극(28)이 구비되어 있다.
그리고, 도면상에 도시되지는 않았지만, 이들 두 기판(10, 20)은 그 사이로 개재된 액정층(30)의 누설을 방지하기 위하여 가장자리 따라 실링제(sealant) 등으로 봉함된 상태에서 각 기판(10, 20)과 액정층(30)의 경계부분에는 액정의 분자배열 방향에 신뢰성을 부여하는 상, 하부 배향막이 개재되며, 각 기판(10, 20)의 외측면에는 그 편광축이 서로 수직한 구조를 갖도록 제 1 및 제 2 편광판이 각각 구비되어 있다.
또한, 어레이 기판(10)의 외측면으로는 백라이트(back-light)가 구비되어 빛을 공급하는 바, 게이트 배선(14)으로 박막트랜지스터(Tr)의 온(on)/오프(off) 신호가 순차적으로 스캔 인가되어 선택된 화소영역(P)의 화소전극(18)에 데이터배선(16)의 화상신호가 전달되면 이들 사이의 수직전계에 의해 그 사이의 액정분자가 구동되고, 이에 따른 빛의 투과율 변화로 여러 가지 화상을 표시할 수 있다
이와 같은 액정표시장치에 있어서, 많이 이용되는 액정은 네마틱(nematic)형, 스멕틱(smectic)형, 콜레스테릭(cholesteric)형과 같은 종류가 있으며, 전술한 각 액정 중에서, 배열이 흐트러져 있을 때, 빛을 가장 강하게 산란시키는 성질을 갖고 있는 네마틱형 액정이 가장 많이 사용되고 있다.
액정의 전기/광학적 효과(electro optic effect)는 액정셀의 광학적 성질이 바뀜으로써, 전기적인 광변조가 생기는 현상을 말하며, 이들은 액정분자가 어떠한 배열상태에서 전기장 인가로 다른 배열상태로 바뀌는 것에 기인한다.
상기 네마틱형 액정을 응용하는 액정표시장치는 상기 네마틱형 액정에 전기장 인가 시 연속적으로 분자배열이 바뀌는 것에 착안하여, 가장 일반적으로 TN모드(twisted nematic mode) 타입과 횡전계 모드(In-plane switching mode) 타입이 주로 사용된다.
상기 TN모드 타입은, 액정의 분자의 장축이 전극면에 평행이 되도록 배향 처리한 각각의 투명전극 상에 90도 각도를 가지도록 패널을 구성하고, 여기에 네마틱형 액정을 개재하면 일측 전극으로부터 타쪽의 전극면을 향하여 분자의 길이 축 방향으로 연속적으로 90도 꼬인 배열 상태를 갖게 되며, 이러한 액정 구조를 이용한 것이며, 횡전계 모드 타입은 공통전극과 화소전극이 동일한 기판상에 배열하고 횡전계에 의해 상기 액정분자를 회전시킴으로써 TN모드 대비 시야각 특성을 향상시킨 것이다.
한편, 최근 급속도로 다양화되는 소비자의 욕구를 충족시키기 위해 다양한 형태의 표시장치를 선보이고 있는 상황이다. 특히, 정보 이용 환경의 고도화 및 휴대화에 힘입어 경량, 박형, 에너지 고효율을 위해 다양한 제품이 선보이고 있다. 이러한 제품은 동영상 시청과 전자책의 기능 등 다양한 기능이 포함되도록 하고 있다.
이러한 추세에 맞추어 동영상 시청용의 다이나믹 모드와 소비전력을 최소화하며 전자 책(e-book)이나 전자 종이(e-paper)의 역할을 하는 메모리 모드를 모두 이용할 수 있도록 하는 즉, 듀얼모드가 가능한 액정표시장치가 필요로 되고 있다.
이에 부응하기 위해 BCSN(Bistable chiral splay nematic) 모드 액정표시장치가 개발되었다.
이러한 BCSN(Bistable chiral splay nematic) 모드 액정표시장치의 경우 메모리 모드는 스플레이 상과 π-트위스트 상의 쌍안정성을 이용하고, 다이나믹(dynamic) 모드의 경우 로우밴드(low bend) 상과 하이밴드( high bend) 상 사이의 스위칭을 이용하고 있다.
하지만 이러한 구동을 하는 종래의 BCSN(Bistable chiral splay nematic) 모드 액정표시장치는 메모리 모드와 다이나믹 모드의 블랙 상태가 서로 다르기 때문에 메모리 모드와 다이나믹 모드를 동시에 만족시키는 보상필름 설계가 어려운 문제가 있다.
즉, 메모리 모드 상태 또는 다이나믹 모드 상태 중 어느 한 상태에 대해 최적화된 블랙 특성만 구현이 가능하므로, 최적화되지 않은 모드로 구동시 블랙 특성이 저하되어 대비비 등이 저감됨으로써 최종적으로 우수한 표시품질을 제공하지 못하는 문제가 발생하고 있다.
따라서, 상술한 문제점을 해결하기 위해 본 발명에서는 메모리 모드 및 다이나믹 모드로 구동 시 모두 최적화된 블랙 상태를 갖도록 하여 다이나믹 모드 또는 메모리 모드 중 어느 모드에서나 대비비 등이 뛰어난 우수한 표시품질의 화상을 제공할 수 있는 BCSN(bistable chiral splay nematic) 모드 액정표시장치를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 BCSN(bistable chiral splay nematic) 모드 액정표시장치는, 표시영역과 이의 외측으로 비표시영역이 정의된 서로 마주하는 제 1 및 제 2 기판과; 상기 제 1 기판의 내측면에 형성된 판 형태의 제 1 전극과; 상기 제 1 전극을 덮으며 형성된 제 1 절연층과; 상기 제 1 절연층 내측면에 서로 이격하며 제 1 방향으로 나란하게 형성된 제 2 전극 및 제 3 전극과; 상기 제 2 기판의 내측면에 형성된 판 형태의 제 4 전극과; 상기 제 4 전극을 덮으며 형성된 제 2 절연층과; 상기 제 2 절연층 내측면에 서로 이격하며 상기 제 1 방향과 교차하는 제 2 방향으로 나란하게 형성된 제 5 전극 및 제 6 전극과; 상기 제 1 기판 및 제 2 기판 사이에 개재된 BCSN(bistable chiral splay nematic) 액정층을 포함하며, 메모리 구동 모드와 다이나믹 구동 모드를 가지며 상기 두 모드에서 스플레이 상이 블랙을 표현하는 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 제 2 기판의 외측면에 λ/2 위상차 보상필름 및 편광판이 구비되며, 상기 편광판의 광 투과축을 기준으로 상기 보상 필름의 광 투과축은 15도 틀어지도록 배치된 것이 특징이다.
또한, 상기 제 2, 3 전극을 덮으며 형성된 제 1 배향막과, 상기 제 5, 6 전극을 덮으며 형성된 제 2 배향막을 포함하며, 상기 제 1 및 제 2 배향막은 그 배향방향이 상기 편광판의 광 투과축을 기준으로 75도를 이루는 것이 특징이다.
또한, 상기 제 2 및 제 3 전극은 그 장축의 방향이 상기 편광판의 광 투과축과 165도의 각도를 이루며, 상기 제 5 및 제 6 전극은 그 장축이 방향이 상기 편광판의 광 투과축과 80도의 각도를 이루도록 배치된 것이 특징이다.
그리고, 상기 제 1 기판에는 서로 교차하는 제 1 게이트 배선과 제 1 데이터 배선이 구비되며, 상기 제 1 게이트 배선 및 제 1 데이터 배선과 연결되며 제 1 박막트랜지스터가 구비되며, 상기 제 2 기판에는 서로 교차하는 제 2 게이트 배선과 제 2 데이터 배선이 구비되며, 상기 제 2 게이트 배선 및 제 2 데이터 배선과 연결되며 제 2 박막트랜지스터가 구비된 것이 특징이다.
또한, 상기 제 1 박막트랜지스터의 드레인 전극과 상기 제 1 전극이 서로 연결되며, 상기 제 2 박막트랜지스터의 드레인 전극과 상기 제 5 전극이 서로 연결된 것이 특징이다.
또한, 상기 제 1 박막트랜지스터와 상기 제 1 전극 사이에 반사판이 구비되며, 이때, 상기 반사판은 그 표면이 올록볼록한 엠보싱 구조를 이루는 것이 특징이다.
또한, 상기 제 1 기판의 표시영역 양측의 비표시영역에는 서로 마주하는 형태로 제 1 및 제 2 보조배선이 구비되며, 상기 제 2 전극은 모두 그 일끝단이 상기 제 1 보조배선과 연결되며, 상기 제 3 전극은 모두 그 일끝단이 상기 제 2 보조배선과 연결되도록 형성된 것이 특징이다.
또한, 상기 제 2 기판과 상기 제 5 및 6 전극 사이에는 컬러필터층이 형성되며, 상기 제 4 전극은 상기 컬러필터층 하부 또는 상부에 형성된 것이 특징이다.
또한, 상기 BCSN(bistable chiral splay nematic) 액정층은 제 1, 2, 3, 4, 5, 6 전극에 전압이 인가되지 않을 경우, 블랙을 표시하는 스플레이(splay) 상태를 이루며, 상기 스플레이 상태에서 상기 제 1 및 제 4 전극에 전압이 인가되어 수직 전계가 발생되면 하이밴드 상태를 이루며, 상기 하이밴드 상태에서 수직 전계가 제거되면 π-트위스트 상태를 이루며, 상기 π-트위스트 상태에서 제 2 및 제 3 전극에 전압이 인가되어 하부 횡전계가 발생되면 상기 스플레이 상태를 이루며, 상기 스플레이 상태에서 상기 제 5 및 제 6 전극에 전압이 인가되어 상부 횡전계가 발생되면 트위스트 스플레이 상태를 이루며, 상기 트위스트 스플레이 상태에서 상기 상부 횡전계가 제거되면 상기 스플레이 상태를 이루며, 상기 BCSN(bistable chiral splay nematic) 액정층은 스플레이 상태와 π-트위스트 상태에서 각각 자유에너지가 최소가 되어 지속적으로 전계가 인가되지 않아도 상기 각 상태를 유지하는 것이 특징이다.
이때, 상기 메모리 모드 구동은 상기 스플레이 상태와 하이밴드 상태 및 π-트위스트 상태를 통해 구현되며, 상기 다이나믹 모드 구동은 상기 스플레이 상태와 트위스트 스플레이 상태를 통해 구현되는 것이 특징이다.
상술한 바와 같이 본 발명의 실시예에 따른 BCSN(bistable chiral splay nematic) 모드 액정표시장치는 선택적으로 메모리 모드와 다이나믹 모드로 구현될 수 있으며, 나아가 두 모드로 구현 시 블랙 상태가 모두 동일한 상을 이용함으로써 블랙 특성이 우수하며, 대비비가 크며 우수한 표시품질을 제공하는 장점이 있다.
본 발명의 실시예에 따른 BCSN(bistable chiral splay nematic) 모드 액정표시장치는 반사형 표시장치를 이룸으로써 백라이트 유닛을 필요로 하지 않으므로 소비전력을 최소화하며, 경략 박형을 구현하는 장점이 있다.
도 1은 일반적인 액정표시장치의 분해사시도.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 BCSN 모드 액정표시장치의 하나의 화소영역에 대한 평면도.
도 3은 도 2를 절단선 Ⅲ-Ⅲ을 따라 절단한 부분에 대한 단면도.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 BCSN(bistable chiral splay nematic) 모드 액정표시장치의 각 모드 구동 시 상태를 나타낸 도면.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 BCSN(bistable chiral splay nematic) 모드 액정표시장치에 있어 블랙 특성이 우수하며 큰 대비비를 갖도록 최적화된 각 구성요소의 배치 관계 간략히 도시한 도면.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 BCSN 모드 액정표시장치를 상세히 설명한다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 BCSN 모드 액정표시장치의 하나의 화소영역에 대한 평면도로서 제 1 기판을 위주로 도시하였으며, 도 3은 도 2를 절단선 Ⅲ-Ⅲ을 따라 절단한 부분에 대한 단면도이다.
도시한 바와 같이, 본 발명에 따른 BCSN(bistable chiral splay nematic) 모드 액정표시장치(100)는 다수의 화소영역(P)을 가지며 각 화소영역(P)에 스위칭 소자인 제 1 박막트랜지스터(Tr1)와 제 1, 2, 3 전극(166, 173, 175) 및 엠보싱 구조를 갖는 반사판(155)을 구비한 제 1 기판(101)과, 전면에 투명한 재질로서 이루어진 제 4 전극(266)과 제 2 박막트랜지스터(Tr2)와 제 5 및 6 전극(273, 275)을 갖는 제 2 기판(201) 및 이들 두 기판(101, 201) 사이에 개재된 BCSN(bistable chiral splay nematic) 액정층(190)과 보상필름(195) 및 편광판(197)을 구비하여 구성되고 있다.
우선, 제 1 박막트랜지스터(Tr)와 엠보싱 구조를 갖는 반사판(155)을 구비한 제 1 기판(101)의 구성에 대해 설명한다.
투명한 유리재질 또는 플렉서블(flexible)한 특성을 갖는 투명한 플라스틱 또는 필름으로 이루어진 제 1 기판(101)에는 게이트 절연막(112)을 개재하여 서로 교차하며 다수의 화소영역(P)을 정의하는 제 1 게이트 배선(103) 및 제 1 데이터 배선(130)이 형성되고 있다.
이때, 상기 제 1 기판(101)에는 상기 제 1 게이트 배선(103)과 나란하게 각 화소영역(P)을 관통하며 공통배선(106)이 형성되고 있다. 상기 공통배선(106)은 그 일부가 타영역 대비 두껍게 형성됨으로서 제 1 스토리지 전극(107)을 이루고 있다.
또한, 상기 제 1 게이트 및 데이터 배선(103, 130)과 교차하는 영역 부근에는 상기 제 1 게이트 및 데이터 배선(103, 130)과 연결되며 게이트 전극(109)과, 게이트 절연막(112)과, 순수 비정질 실리콘의 제 1 액티브층(120a)과 불순물 비정질 실리콘의 제 1 오믹콘택층(120b)으로 이루어진 제 1 반도체층(120)과, 서로 이격하는 제 1 소스 전극(133) 및 제 1 드레인 전극(136)으로 구성된 스위칭 소자인 제 1 박막트랜지스터(Tr1)가 형성되고 있다.
이때, 상기 제 1 박막트랜지스터(Tr)의 제 1 드레인 전극(136)이 연장하여 상기 제 1 스토리지 전극(107)과 중첩하도록 형성됨으로써 상기 제 1 스토리지 전극(107)과 중첩하는 부분이 제 2 스토리지 전극(137)을 이루며, 이들 서로 중첩하는 제 1 및 제 2 스토리지 전극(107, 137)과 이들 두 전극(107, 137) 사이에 개재된 상기 게이트 절연막(112)은 스토리지 커패시터(StgC)를 이루고 있다.
또한, 상기 제 1 박막트랜지스터(Tr1)와 상기 스토리지 커패시터(StgC) 및 상기 제 1 데이터 배선(130)을 덮으며 무기절연물질로서 제 1 보호층(140)이 형성되어 있으며, 상기 제 1 보호층(140) 위로 유기절연물질로서 제 2 보호층(145)이 전면에 형성되어 있다. 이때, 상기 제 2 보호층(145)은 그 표면에 올록볼록한 요철이 형성되고 있는 것이 특징이다.
또한, 상기 제 2 보호층(145) 위로는 무기절연물질로서 제 3 보호층(150)이 형성되어 있으며, 상기 제 3 보호층(150) 상부로 반사율이 좋은 금속물질 일례로서 알루미늄(Al) 또는 알루미늄 합금(AlNd)으로서 반사판(155)이 각 화소영역(P) 전면에 즉, 각 화소영역(P)을 정의하는 상기 제 1 게이트 및 데이터 배선(103, 130)과 중첩하며 형성되고 있다.
이때, 상기 제 3 보호층(150)과 상기 반사판(155)은 그 하부에 구성된 상기 제 2 보호층(145)의 영향으로 그 표면이 올록볼록한 엠보싱 구조를 이루고 있는 것이 특징이다. 이렇게 반사판(155)이 엠보싱 구조를 갖도록 형성한 것은 거울 반사를 억제하며 반사효율을 높여 사용자의 눈으로 반사광이 입사되도록 하여 시인성을 향상시키기 위함이다.
한편, 상기 반사판(155)에는 그 하부에 위치하는 상기 제 3 보호층(150)을 노출시키는 제 1 개구(op1)가 구비되고 있는 것이 특징이다. 이러한 제 1 개구(op1)는 상기 제 1 개구(op1)를 관통하며 상기 제 1 박막트랜지스터(Tr1)의 제 1 드레인 전극(136)을 노출시키는 제 1 드레인 콘택홀(163)이 구비되도록 하기 위함이다.
본 발명의 실시예에 있어서는 제 1 내지 제 3 보호층(140, 145, 150)이 형성되고 있음을 일례로 보이고 있지만, 이때, 상기 제 1 및 제 3 보호층(140, 150)은 생략될 수도 있다.
무기절연물질로 이루어진 상기 제 1 보호층(140)은 상기 액티브층(120a)과 접촉하게 되므로 유기절연물질이 상기 액티브층(120a)과 접촉함으로서 발생할 수 있는 채널 오염 및 박막트랜지스터(Tr)의 특성 저하를 방지하기 위해 형성한 것이며, 무기절연물질로 이루어진 상기 제 3 보호층(150)은 유기절연물질과 금속물질간의 접합력 약화의 문제를 해결하기 위해 금속물질로 이루어진 반사판(155)과 유기절연물질로 이루어진 상기 제 2 보호층(145) 사이에 형성된 것이다.
다음, 상기 반사판(155) 위로는 유기절연물질 또는 무기절연물질로서 1㎛ 이상의 두께를 갖도록 이루어짐으로써 그 하부의 단차의 영향없이 그 표면이 평탄한 상태를 갖는 제 4 보호층(160)이 형성되어 있는 것이 특징이다.
이렇게 본 발명의 제 1 실시예에 있어서 그 표면이 평탄한 상태의 상기 제 4 보호층(160)을 형성하는 것은 상기 반사판(155)에 형성된 요철에 의한 BCSN 액정층(190)의 두께 변동을 방지하기 위함이다.
한편, 상기 제 4 보호층(160)이 유기절연물질로 이루어지는 경우, 변형예로서 상기 반사판(155)과 상기 제 4 보호층(160) 사이에 접합력 향상을 위해 무기절연물질로 이루어진 제 5 보호층(미도시)이 더욱 형성될 수도 있다.
한편, 전술한 바와 같이, 형성된 상기 제 1, 2, 3, 4 보호층(140, 145, 150, 160)(제 5 보호층(미도시)이 형성된 경우, 상기 제 5 보호층(미도시)포함)에는 상기 반사판(155)에 구비된 상기 제 1 개구(op1)를 관통하며 상기 제 1 드레인 전극(136) 더욱 정확히는 상기 드레인 전극(136)의 연장부인 제 2 스토리지 전극(137)을 노출시키는 제 1 드레인 콘택홀(163)이 구비되고 있는 것이 특징이다.
다음, 상기 제 4 보호층(160) 위로는 상기 제 1 드레인 콘택홀(163)을 통해 노출된 상기 제 2 스토리지 전극(137)과 접촉하며 각 화소영역(P) 내에서 판 형태를 가지며 투명 도전성 물질 예를들면 인듐-틴-옥사이드(ITO) 또는 인듐-징크-옥사이드(IZO)로서 상기 각 반사판(155)과 완전 중첩하는 형태로서 제 1 전극(166)이 형성되어 있다.
다음, 상기 제 1 전극(166) 위로 상기 표시영역 전면에 무기절연물질로서 제 6 보호층(170)이 형성되어 있으며, 상기 제 6 보호층(170) 위로 배선 형태로서 상기 게이트 배선(103)과 나란하게 상기 각 화소영역(P)을 관통하여 서로 이격하며 제 2 및 제 3 전극(173, 175)이 형성됨으로써 제 1 기판(101)이 완성되고 있다.
이때, 상기 제 2 및 제 3 전극(173, 175)은 투명 도전성 물질 예를들면 인듐-틴-옥사이드(ITO) 또는 인듐-징크-옥사이드(IZO)로서 이루어지고 있는 것이 특징이다.
한편, 도면에 있어서는 상기 제 2 및 제 3 전극(173, 175)은 서로 이격하는 형태로 각 화소영역(P)에 하나씩 형성됨을 보이고 있지만, 서로 이격하는 상기 제 2 전극(173) 및 제 3 전극(175)은 서로 교대하는 형태로 다수개 형성될 수도 있다.
예를들어 상기 제 2 전극(173) 및 제 3 전극(175)은 각 화소영역(P) 내에 제 2 전극(173)/제 3 전극(175)/제 2 전극(173)/제 3 전극(175)이 배치되어 총 4개로 구성될 수도 있으며, 또는 6개, 8개, 10개로 이루어질 수도 있다.
이때, 상기 표시영역에 형성된 모든 제 2 전극(173)은 그 끝단이 상기 표시영역 일 외측에 형성된 제 1 보조배선(미도시)과 모두 연결되고 있으며, 상기 제 1 보조배선(미도시)을 통해 동시에 제 1 전압을 입력받는 것이 특징이다.
또한, 상기 표시영역에 형성된 모든 제 3 전극(175) 또한 그 끝단이 상기 표시영역 타 외측에 형성된 제 2 보조배선(미도시)과 모두 연결되고 있으며, 상기 제 2 보조배선(미도시)을 통해 동시에 상기 제 1 전압과 다른 제 2 전압을 입력받는 것이 특징이다.
한편, 도면에 나타내지 않았지만, 상기 제 2 및 제 3 전극(173, 175)과 이들 두 전극(173, 175) 사이로 노출된 제 6 보호층(170) 상부로 표시영역 전면에는 제 1 배향막(미도시)이 형성되고 있다.
전술한 바와 같은 구성을 갖는 제 1 기판(101)에 대응하여 이와 대향하여 위치한 제 2 기판(201)의 내측면의 각 화소영역(P)에는 상기 제 1 기판(101)에 구비된 것과 동일한 구성 즉, 제 1 게이트 전극(209), 제 2 게이트 절연막(212), 비정질 실리콘의 제 2 액티브층(220a) 및 불순물 비정질 실리콘의 제 2 오믹콘택층(220b)으로 구성된 제 2 반도체층(220), 서로 이격하는 제 2 소스 전극(233) 및 제 2 드레인 전극(236)으로 구성된 제 2 박막트랜지스터(Tr2)가 구비되고 있다.
또한, 상기 제 1 게이트 및 데이터 배선(미도시, 130)에 대응하여 제 2 게이트 및 데이터 배선(미도시, 230)이 상기 제 2 게이트 절연막(212)을 개재하여 교차하며 형성되어 있다.
또한, 상기 제 2 박막트랜지스터(Tr2)와 상기 제 2 데이터 배선(230)을 덮으며 평탄화층(245)이 구비되고 있다.
한편, 상기 제 2 박막트랜지스터(Tr2)의 하부와 상기 제 2 기판(201) 사이에는 각 화소영역(P)에 대응하여 적, 녹, 청색 컬러필터 패턴(R, G, B)이 순차 반복되는 형태로서 컬러필터층(183)이 구비될 수 있으며, 나아가 상기 각 화소영역(P)의 경계 즉, 상기 제 2 게이트 배선(미도시)과 제 2 데이터 배선(230)에 대응하여 블랙매트릭스(181)가 구비될 수도 있다.
또한, 상기 평탄화층(245)의 내측면에는 전면에 투명 도전성 물질로서 그 표면이 평탄한 구조를 갖는 제 4 전극(266)이 형성되고 있다. 이때, 상기 제 4 전극(266)은 상기 각 제 2 박막트랜지스터(Tr2)의 제 2 드레인 전극(236)에 대응해서는 제 2 개구(op2)를 갖도록 형성되고 있는 것이 특징이다.
한편, 도면에서는 상기 제 4 전극(266)은 제 2 개구(op2)를 가지며 상기 평탄화층(245) 상부에 형성된 것을 일례로 보이고 있지만, 상기 제 2 박막트랜지스터(Tr2) 하부로 상기 제 2 기판(201)의 내측면에 형성될 수도 있다.
다음, 상기 제 4 전극(266) 위로 제 1 절연층(270)이 구비되고 있으며, 상기 제 1 절연층(270) 위로 각 화소영역(P)에는 상기 제 2 박막트랜지스터(Tr2)의 제 2 드레인 전극(236)과 접촉하며 상기 제 1 기판(101)의 제 2 및 3 전극(173, 175)과 교차하는 방향으로 제 5 전극(273)이 구비되고 있으며, 상기 제 5 전극(273)과 나란하게 제 6 전극(275)이 형성되고 있다.
이때, 상기 제 6 전극(273)의 경우, 상기 제 2 기판(201) 내에서 기준 전극의 역할을 하는 것이므로 각 화소영역(P)을 관통하는 형태로 형성될 수도 있으며, 또는 상기 제 2 게이트 배선(미도시) 또는 제 2 데이터 배선(230)과 나란하게 이격하며 제 3 보조배선(미도시)이 형성되며 이러한 제 3 보조배선(미도시)에서 각 화소영역(P)으로 분기한 형태로 상기 제 5 전극(273)과 나라하게 형성될 수도 있다.
또한, 도면에 나타내지 않았지만, 상기 제 5 및 6 전극(273, 275)을 덮으며 표시영역 전면에 제 2 배향막(미도시)이 형성되고 있다.
한편, 전술한 구성을 갖는 상기 제 1 기판(101)과 제 2 기판(201)의 사이에 액정 분자가 트위스트 하도록 하는 성질을 부여하는 카이랄 도펀트가 첨가된 네마틱 액정으로 구성된 BCSN 액정층(190)이 구비되며, 상기 제 2 기판(201)의 외측면에 보상필름(195)이 부착되고 있다. 이때, 상기 보상필름(195)은 λ/2 위상차 필름인 것이 특징이다.
또한, 상기 보상필름(195)의 외측면에 편광판(197)이 구비됨으로서 본 발명의 실시예에 따른 BCSN 모드 액정표시장치(100)가 완성되고 있다.
이후에는 전술한 구성을 본 발명의 실시예에 따른 반사형 BCSN 모드 액정표시장치(100)의 구동에 대해 간단히 설명한다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 BCSN(bistable chiral splay nematic) 모드 액정표시장치의 각 모드 구동 시 상태를 나타낸 도면으로서, 제 1, 2 기판과 제 1, 2, 3, 4, 5, 6 전극 및 BCSN 액정층 내의 액정분자만을 간략히 도시하였다.
우선, 본 발명의 실시예에 따른 BCSN 모드 액정표시장치는 상기 제 1 기판(101)에 구비된 제 1 배향막(미도시)과 상기 제 2 기판(201)에 구비된 제 2 배향막(미도시)의 배향 방향이 동일한 방향이 되고 있다.
이때, 각 제 1 및 제 2 배향막(미도시)의 배향방향은 제 1 기판(101)에 서로 나란하게 이격하며 배치된 제 2 및 제 3 전극(173, 175)의 길이방향과 수직한 방향이 되는 것이 특징이다.
한편, 제 1 및 제 2 기판(101, 201) 상에서의 초기 틸트각을 갖는 구성에 의해 상기 BCSN 액정층(190) 내의 액정분자(192)의 초기 배열 상태는 도 4의 (a)에 도시한 바와 같이, 상기 제 1 및 제 2 배향막(미도시)의 배향 방향으로 액정분자(192)의 장축이 배열되며 각 기판(101, 201)의 내측면에 대해 수평한 상태가 아닌 소정의 각도로 틸트된 형태의 스플레이(splay) 상태를 이루고 있다.
이러한 스플레이 상태는 본 발명의 실시예의 특성 상 메모리 모드와 다이나믹 모드에 있어 블랙을 표시하게 되는 것이 특징이다.
한편, 본 발명의 실시예에 따른 BCSN 모드 액정표시장치(100)가 메모리 모드로 동작하는 경우, 스플레이 상태에서 제 1 기판(101)에 구비된 상기 제 1 전극(166)과 상기 제 2 기판(201)에 구비된 제 4 전극(266)에 전압차를 갖도록 서로 다른 전압을 인가하면 상기 스플레이 상태를 이루는 액정분자(192)는 도 1의 (b)와 같이 방위각의 변화없이 틸트각이 변경되며 하이밴드 상태를 이루게 된다.
이렇게 하이 밴드 상태를 이룬 BCSN 액정층(190)에 대해 상기 제 1 및 제 4 전극(166, 266) 간의 수직전계를 오프(off)시키면 도 4의 (c)에 도시한 바와 같이, 상기 액정분자(192)가 상기 제 1 배향막(미도시)에 인접한 액정분자(192)를 기준으로 점진적으로 상기 제 2 배향막(미도시)에 인접한 액정분자(192) 사이에서 180도 회전한 형태로 배열되는 π-트위스트 상태를 이루게 된다. 이때, 상기 BCSN 액정층(190)이 π-트위스트 상태를 이루게 되면 쌍안정 특성을 갖는 액정 특성상 메모리 특성을 갖는다.
본 발명에 사용되는 카이럴 도펀트가 첨가된 네마틱 액정은 스플레이(splay) 상태와 π-트위스트 상태에서 매우 안정적이므로 이후 이러한 상태를 계속 유지할 수 있음으로서 준 영구적인 메모리 특성을 갖는 것이다.
한편, 이러한 π-트위스트 상태에서 서로 동일한 층에 일정간격 이격하여 형성된 제 2 및 제 3 전극(173, 175)에 서로 다른 전압을 인가하여 횡전계를 생성시키면 도 4의 (a)에 도시한 바와 같이, 스플레이(splay) 상태로 전이되게 된다.
이렇게 스플레이(splay) 상태를 이룬 BCSN 액정층(190) 또한 매우 안정적이므로 제 1 및 제 4 전극(166, 266)을 통한 수직전계가 인가되지 않는 한 상기 BCSN 액정층(190)은 스플레이(splay) 상태를 유지하게 된다.
따라서, 액정분자(192)에 지속적으로 전계를 형성하지 않은 상태에서 움직임이 없이 스플레이(splay) 상태를 노말리 블랙으로 하여 구동함으로써 메모리 모드로 동작하게 되며, 지속적인 전압을 인가함 없이 동일한 화상 및 문자 등을 오랜 시간동안 표시할 수 있으며, 이로인해 소비전력을 최소화 할 수 있는 것이다.
따라서, 이러한 메모리 모드 구동을 하는 본 발명의 실시예에 따른 BCSN 모드 액정표시장치(100)를 이용하여 동일한 문자를 짧게는 수 미리 초에서 길게는 수 시간 동안 표시하는 것을 특징으로 하는 응용제품 예를들면 전자 책(e-book) 또는 전자 종이(e-paper)로 제품화함으로써 메모리 기능에 의해 전압을 지속적으로 공급하지 않은 상태에서 동일한 상태를 유지하는 특성에 의해 전력소비 없이 문자를 구현할 수 있으므로 장시간 동안 충전없이 휴대가 가능한 장점을 갖는다.
한편, 본 발명의 실시예에 따른 BCSN 모드 액정표시장치(100)가 다이나믹 모드 구동을 하는 경우, 전술한 블랙을 표시하는 스플레이 상태에서 제 2 기판(201)에 서로 나란하게 이격하며 구비된 제 5 및 제 6 전극(273, 275)에 서로 다른 전압을 인가하여 횡전계를 생성시키면, 스플레이 상태에 있어 배향 방향 특성 상 액정분자의 장축의 방향은 제 2 기판(201)에 상기 제 5 및 제 6 전극(273, 275)에 의해 발현된 횡전계의 방향과 평행하지 않으므로 상기 제 5 및 제 6 전극(273, 2785)에 의해 발현된 횡전계의 세기 변화에 의해 상기 액정분자(192)의 회전이 발생하여 도 4의 (d)에 도시한 바와같은 트위스트 스플레이 상태로 전이하게 된다.
이때, 상기 제 5 및 제 6 전극(273, 275) 사이에 인가되는 전압차에 의해 액정분자(192)의 회전각도 차이가 발생하며 이로 인해 화이트와 그레이를 표현할 수 있다.
전술한 바와같이, 본 발명의 실시예에 따른 BCSN(bistable chiral splay nematic) 모드 액정표시장치(100)는 메모리 구동 모드와 다이나믹 구동 모드로 각각 동작 시 액정분자(192)들이 스플레이 상태를 이루는 스플레이 상이 블랙을 표시하도록 함으로써 두 가지 서로 다른 모드에서 하나의 블랙 상태를 갖게 된다.
따라서 구동 모드 구분없이 하나의 블랙 상태를 갖는 본 발명의 실시예에 따른 BCSN(bistable chiral splay nematic) 모드 액정표시장치(100)는 하나의 블랙 상태를 기준으로 보상필름을 설계함으로써 메모리 모드와 다이나믹 모드 중 어느 모드로 구동되어도 최적화된 블랙과 이와 대비하여 큰 대비비를 갖는 화이트를 표시할 수 있으므로 표시품질이 향상되는 장점을 갖는다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 BCSN(bistable chiral splay nematic) 모드 액정표시장치에 있어 블랙 특성이 우수하며 큰 대비비를 갖도록 최적화된 각 구성요소의 배치 관계 간략히 도시한 도면이다. 설명의 편의를 위해 제 2 기판의 외측면에 구비되는 제 2 편광판의 투과축을 기준으로 하였으며, 상기 제 2 편광판의 투과축을 기준축이라 명명하였다.
본 발명의 실시예에 따른 BCSN(bistable chiral splay nematic) 모드 액정표시장치는 일례로 상기 제 1 기판의 내측면에 서로 이격하여 나란하게 구비된 제 2 및 제 3 전극의 길이방향이 상기 기준축을 기준으로 165도의 각도를 이루도록 배치하였으며, 상기 제 1 및 제 2 기판 내측면에 형성되는 제 1 및 제 2 배향막의 배향방향(러빙 방향)은 상기 기준축을 기준으로 75의 각도를 이루도록 형성 하였다.
또한, 제 2 기판의 내측면에 서로 이격하여 나란하게 구비된 제 5 및 제 6 전극은 그 길이방향이 상기 기준축을 기준으로 80도의 각도를 이루도록 배치하였다.
그리고, 상기 보상필름은 λ/2 위상차 필름으로써 그 광 투과축이 상기 기준축을 기준으로 15도의 각도를 이루도록 배치하였다.
전술한 바와같이 각 구성요소 들이 상기 기준축을 기준으로 배치되는 경우 메모리 모드와 다이나믹 모드 모두에서 최적화된 블랙 특성이 구현되었다.
반사 대비비의 경우, 다이나믹 모드와 메모리 모드로 구현 시 모두 1000:1 정도의 값을 가짐을 실험적으로 알 수 있었다.
100 : BCSN 액정표시장치 101 : 제 1 기판
166 : 제 1 전극 170 : 제 6 보호층
173 : 제 2 전극 175 : 제 3 전극
190 : BCSN 액정층 192 : 액정분자
201 : 제 2 기판 266 : 제 4 전극
270 : 제 1 절연층 273 : 제 5 전극
275 : 제 6 전극

Claims (12)

  1. 표시영역과 이의 외측으로 비표시영역이 정의된 서로 마주하는 제 1 및 제 2 기판과;
    상기 제 1 기판의 내측면에 형성된 판 형태의 제 1 전극과;
    상기 제 1 전극을 덮으며 형성된 제 1 절연층과;
    상기 제 1 절연층 내측면에 서로 이격하며 제 1 방향으로 나란하게 형성된 제 2 전극 및 제 3 전극과;
    상기 제 2 기판의 내측면에 형성된 판 형태의 제 4 전극과;
    상기 제 4 전극을 덮으며 형성된 제 2 절연층과;
    상기 제 2 절연층 내측면에 서로 이격하며 상기 제 1 방향과 교차하는 제 2 방향으로 나란하게 형성된 제 5 전극 및 제 6 전극과;
    상기 제 1 기판 및 제 2 기판 사이에 개재된 BCSN(bistable chiral splay nematic) 액정층
    을 포함하며, 메모리 구동 모드와 다이나믹 구동 모드를 가지며 상기 두 모드에서 스플레이 상이 블랙을 표현하며,
    상기 제 2 및 제 3 전극은 전기적으로 서로 분리되어 위치하고, 상기 제 5 및 제 6 전극은 전기적으로 서로 분리되어 위치하는 것을 특징으로 하는 BCSN(bistable chiral splay nematic) 모드 액정표시장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 2 기판의 외측면에 λ/2 위상차 보상필름 및 편광판이 구비되며, 상기 편광판의 광 투과축을 기준으로 상기 보상 필름의 광 투과축은 15도 틀어지도록 배치된 것이 특징인 BCSN(bistable chiral splay nematic) 모드 액정표시장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 제 2, 3 전극을 덮으며 형성된 제 1 배향막과, 상기 제 5, 6 전극을 덮으며 형성된 제 2 배향막을 포함하며, 상기 제 1 및 제 2 배향막은 그 배향방향이 상기 편광판의 광 투과축을 기준으로 75도를 이루는 것이 특징인 BCSN(bistable chiral splay nematic) 모드 액정표시장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 제 2 및 제 3 전극은 그 장축의 방향이 상기 편광판의 광 투과축과 165도의 각도를 이루며,
    상기 제 5 및 제 6 전극은 그 장축의 방향이 상기 편광판의 광 투과축과 80도의 각도를 이루도록 배치된 것이 특징인 BCSN(bistable chiral splay nematic) 모드 액정표시장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 기판에는 서로 교차하는 제 1 게이트 배선과 제 1 데이터 배선이 구비되며, 상기 제 1 전극, 상기 제 1 게이트 배선 및 제 1 데이터 배선과 연결되며 제 1 박막트랜지스터가 구비되며,
    상기 제 2 기판에는 서로 교차하는 제 2 게이트 배선과 제 2 데이터 배선이 구비되며, 상기 제 5 전극, 상기 제 2 게이트 배선 및 제 2 데이터 배선과 연결되며 제 2 박막트랜지스터가 구비된 것이 특징인 BCSN(bistable chiral splay nematic) 모드 액정표시장치.
  6. 삭제
  7. 제 5 항에 있어서,
    상기 제 1 박막트랜지스터와 상기 제 1 전극 사이에 반사판이 구비된 것이 특징인 BCSN(bistable chiral splay nematic) 모드 액정표시장치.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 반사판은 그 표면이 올록볼록한 엠보싱 구조를 이루는 것이 특징인 BCSN(bistable chiral splay nematic) 모드 액정표시장치.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 기판의 표시영역 양측의 비표시영역에는 서로 마주하는 형태로 제 1 및 제 2 보조배선이 구비되며,
    상기 제 2 전극은 모두 그 일끝단이 상기 제 1 보조배선과 연결되며, 상기 제 3 전극은 모두 그 일끝단이 상기 제 2 보조배선과 연결되도록 형성된 것이 특징인 BCSN(bistable chiral splay nematic) 모드 액정표시장치.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 2 기판과 상기 제 5 및 6 전극 사이에는 컬러필터층이 형성되며,
    상기 제 4 전극은 상기 컬러필터층 하부 또는 상부에 형성된 것이 특징인 BCSN(bistable chiral splay nematic) 모드 액정표시장치.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 BCSN(bistable chiral splay nematic) 액정층은 제 1, 2, 3, 4, 5, 6 전극에 전압이 인가되지 않을 경우, 블랙을 표시하는 스플레이(splay) 상태를 이루며,
    상기 스플레이 상태에서 상기 제 1 및 제 4 전극에 전압이 인가되어 수직 전계가 발생되면 하이밴드 상태를 이루며,
    상기 하이밴드 상태에서 수직 전계가 제거되면 π-트위스트 상태를 이루며,
    상기 π-트위스트 상태에서 제 2 및 제 3 전극에 전압이 인가되어 하부 횡전계가 발생되면 상기 스플레이 상태를 이루며,
    상기 스플레이 상태에서 상기 제 5 및 제 6 전극에 전압이 인가되어 상부 횡전계가 발생되면 트위스트 스플레이 상태를 이루며,
    상기 트위스트 스플레이 상태에서 상기 상부 횡전계가 제거되면 상기 스플레이 상태를 이루며,
    상기 BCSN(bistable chiral splay nematic) 액정층은 스플레이 상태와 π-트위스트 상태에서 각각 자유에너지가 최소가 되어 지속적으로 전계가 인가되지 않아도 상기 각 상태를 유지하는 것이 특징인 BCSN(bistable chiral splay nematic) 모드 액정표시장치.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 메모리 구동 모드는 상기 스플레이 상태와 하이밴드 상태 및 π-트위스트 상태를 통해 구현되며,
    상기 다이나믹 구동 모드는 상기 스플레이 상태와 트위스트 스플레이 상태를 통해 구현되는 것이 특징인 BCSN(bistable chiral splay nematic) 모드 액정표시장치.
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