KR20010076587A - 저온 동작 특성이 개선된 액정 표시장치 - Google Patents

Abstract

액정을 적절한 동작 온도로 유지하여 저온에서의 동작 특성을 개선한 액정 표시장치에 관한 것으로서, 액정 표시장치는 전면 및 후면 기판과, 상기 기판의 마주하는 안쪽 표면에 각각 형성되어 화소를 구성하며 각각의 절연막과 배향막에 의해 덮여지는 한쌍의 투명 전극과, 상기 두장의 기판 사이에 배향되는 액정과, 상기 기판의 바깥쪽 표면에 각각 부착되는 한쌍의 편광판과, 하부 기판의 바닥면 전체에 걸쳐 연속 배열되는 도전막 라인과, 도전막 라인의 양단에 연결되어 전압을 인가하는 전원부와, 외부 온도를 감지하여 도전막 라인과 전원부와의 연결을 제어하는 제어부를 포함한다. 이로서 외부 온도 하강시 제어부가 작동하여 도전막 라인에 전류를 흘려주면, 도전막 내부의 저항에 의해 주울 열(Joule Heat)이 발생하고, 상기 열은 기판을 통해 전도되어 액정을 적절한 동작 온도로 상승시킨다.

Description

저온 동작 특성이 개선된 액정 표시장치 {Liquid crystal display device having enhanced operation ability in relatively low temperature}

본 발명은 액정을 적절한 동작 온도로 유지하여 저온에서의 동작 특성을 개선한 액정 표시장치에 관한 것이다.

일반적으로 액정 표시장치는 인가 전압에 따라 비틀림각이 변화하는 액정 분자의 성질을 이용하여 화소별 광 투과율을 변화시킴으로써 화면을 구성하는 표시장치로서, 얇고 가벼우며 저전압으로 구동하는 장점으로 인해 디지털 카메라와 같은 휴대용 전자기기의 표시장치로부터 모니터와 같은 대화면 표시장치에 이르기까지 널리 사용되고 있다.

이러한 액정 표시장치는 사용 액정에 따라 크게 90°의 비틀림각을 갖는 트위스티드 네마틱(twisted nematic)형과 180∼270°의 비틀림각을 갖는 수퍼 트위스티드 네마틱(super twisted nematic, 이하 '에스티엔'이라 함)형으로 분류되며, 구동 방식에 따라 단순 매트릭스(matrix) 방식과 액티브(active) 매트릭스 방식으로 분류된다.

상기 단순 매트릭스 방식은 스트라이프 패턴의 화소 전극과 공통 전극을 수직으로 교차 배치하고, 각 화소에 인가되는 화소 전극과 공통 전극의 전압 차에 의한 전계 형성으로 액정을 구동하는 방식을 말하며, 상기 액티브 매트릭스 방식은 각 화소에 스위치 엘리먼트(switch element)를 구비하여 액정을 구동하는 방식으로서, 박막 트랜지스터를 구비한 티에프티(Thin Film Transistor) 액정 표시소자가 대표적이다.

여기서 액정 표시장치가 동영상을 구현하기 위해서는 액정의 높은 응답 특성이 요구되는데, 단순 매트릭스 방식과 액티브 매트릭스 방식 모두에서 특정 화소 내부에 위치하는 액정 분자들은 한 프레임 구동 후, 인가 전압의 변화에 따라 비틀림각이 신속하게 변화하여 다음 프레임을 구성해야 하며, 이러한 액정의 신속한 응답 특성은 특히 풀칼라 액정 표시장치에서 더욱 중요하다.

그러나 대부분의 액정은 온도의 영향을 받으며, 특히 저온으로 내려갈수록 액정의 응답 특성이 현저하게 저하되어 신속한 프레임의 변화가 일어나지 않게 된다. 따라서 액정 표시장치는 저온의 환경에서 표시 특성이 현저하게 저하되어 표시장치로서의 기능에 한계를 갖게 된다.

따라서 본 발명은 상기한 문제점을 해소하기 위하여 고안된 것으로서, 본 발명의 목적은 저온의 환경에서도 액정을 적절한 동작 온도로 유지하여 저온에서의 구동 특성을 향상시킬 수 있는 액정 표시장치를 제공하는데 있다.

도 1은 본 발명에 의한 액정 표시장치의 단면도.

도 2는 하부 기판의 저면도.

도 3은 본 발명의 다른 실시예에 의한 액정 표시장치의 단면도.

상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명은,

제 1 및 제 2기판과,

상기 제 1 및 제 2기판의 마주하는 안쪽 표면에 각각 형성되어 화소를 구성하며, 각각의 절연막과 배향막에 의해 덮여지는 한쌍의 투명 전극과,

상기 두장의 기판 사이에 배향되는 액정과,

상기 제 1 및 제 2기판의 바깥쪽 표면에 각각 부착되는 한쌍의 편광판과,

상기 두장의 기판중 어느 하나의 기판에 제공되며, 외부 온도 하강시 열을 발생하여 액정의 온도를 상승시키는 수단을 포함하는 액정 표시장치를 제공한다.

상기 수단은 기판의 전면에 걸쳐 연속 배열되는 도전막 라인과, 도전막 라인의 양단에 연결되어 전압을 인가하는 전원부와, 외부 온도를 감지하여 도전막 라인과 전원부와의 연결을 제어하는 제어부로 구성된다.

이로서 본 발명은, 외부 온도 하강시 제어부가 작동하여 도전막 라인에 전류를 흘려주면, 도전막 내부의 저항에 의해 주울 열(Joule Heat)이 발생하고, 상기 열은 기판을 통해 전도되어 액정을 적절한 동작 온도로 상승시킴으로써 저온에서의 동작 특성을 개선할 수 있다.

이하, 첨부한 도면을 참고하여 본 발명의 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 실시예에 의한 액정 표시장치의 단면도이고, 도 2는 하부 기판의 저면도로서, 단순 매트릭스 구동 방식의 에스티엔형 액정 표시장치를 기준으로 설명한다.

도시한 바와 같이, 본 실시예는 투명한 상부 기판(2)과 하부 기판(4)의 내부로 액정(6)을 주입하여 이루어지는 액정 셀(8)과, 상기 액정 셀(8)의 전면과 후면에 각기 부착되는 전면 편광판(10) 및 후면 편광판(12)과, 후면 편광판(12)의 저면에 위치하는 광원(14)을 포함한다.

상기 액정 셀(8)은 상부 기판(2)과 하부 기판(6)의 마주하는 안쪽 표면으로 도전막 코팅을 식각하여 서로 수직으로 교차하는 스트라이프 패턴의 공통 전극(16)과 화소 전극(18)을 각기 형성하며, 상기 전극이 형성된 기판의 안쪽 표면으로 절연막(20)과 배향막(22)을 도포하고, 상기 배향막(22)을 러빙 처리하여 액정 주입시 액정(6)이 일정한 프리 틸트각을 갖도록 한다.

상기 액정(6)은 에스티엔형으로서, 바람직하게 240∼260°의 비틀림각을 가지며, 상기 공통 전극(16)과 화소 전극(18)에 소정의 전압 패턴을 인가하면, 인가된 전압 차에 의한 전계 형성으로 배열 방향이 변화하여 각 화소에서의 광 투과율을 가변시킴으로써 소정의 도트 매트릭스 화상을 구현하게 된다.

상기한 구성으로 이루어지는 액정 셀(8)의 외면으로 각각 전면 편광판(10)과 후면 편광판(12)이 위치하는데, 상기 편광판은 여러 방향으로 진동하는 빛 가운데 자신의 편광축과 동일한 방향으로 진동하는 빛만을 선택적으로 투과시키는 역할을 한다.

보다 구체적으로, 상기 광원(14)에서 빛을 방출하면, 광원(14)과 마주하는 후면 편광판(12)은 광원(14)이 발생하는 빛 가운데 자신의 편광축과 동일한 방향으로 진동하는 빛만을 투과시키는 직선 편광을 행하며, 투과된 직선 편광판은 액정 셀(8)의 화소별 온/오프에 따라 편광되는 기울기를 달리하며 타원 편광되고, 타원 편광된 빛은 전면 편광판(10)에 의해 다시 직선 편광되어 결과적으로 사용자에게 도달하는 빛의 양을 화소별로 제어하게 된다.

그런데 상기 에스티엔형 액정을 포함하는 대부분의 액정은 온도 저하에 따라 응답 특성이 급격하게 저하되는 경향을 나타내므로, 이를 극복하기 위하여 본 발명은 온도 하강시 열을 발생하여 액정(6)을 적절한 동작 온도로 유지시키는 수단을 제공한다.

도 2에서 도시한 바와 같이, 상기 수단은 하부 기판(4)의 바닥면 전체에 걸쳐 연속 배열되는 도전막 라인(24)과, 도전막 라인(24)의 양단과 연결되어 전압을 인가하는 전원부(26)와, 외부 온도를 감지하여 도전막 라인(24)과 전원부(26)의 연결을 제어하는 제어부(28)로 구성된다.

상기 도전막 라인(24)은 광원(14)에서 방출된 빛의 손실을 최소화하기 위하여 투명체로 이루어지며, 패턴 형성이 용이하고 높은 투명도를 갖는 인듐 틴 옥사이드막으로 이루어지는 것이 바람직하다. 그리고 표시 영역 전체에 분포된 액정에 균일한 영향을 미칠 수 있도록 도시한 바와 같이 하부 기판(4)의 전면에 걸쳐 지그재그 방식으로 연속 배열되는 것이 바람직하다.

이 때 상기 도전막 라인(24)은 전극 패턴과 일치하거나 수직으로 교차하도록배열될 수 있으며, 다른 실시예로서 전극 패턴 사이로도 형성될 수 있다.

그리고 상기 제어부(28)는 외부의 온도를 측정하는 온도 감지 센서 및 도전막 라인과 전원부의 연결을 온/오프(on/off)시키는 스위치로 이루어진다. 상기 스위치는 상온에서 오프 상태를 유지하여 도전막 라인과 전원부의 연결을 차단시키다가, 외부 온도가 온도 감지 센서에 설정된 값 이하로 내려가면 전기 신호에 의해 온 상태로 전환되어 도전막 라인과 전원부를 전기적으로 연결시킨다.

상기한 구성의 도전막 라인(24)과 전원부(26) 및 제어부(28)를 구비함에 따라, 외부 온도가 설정 온도 이하로 하강하면 상기 제어부(28)가 작동하여 도전막 라인(24)의 양단에 설정 전압을 인가하도록 함으로써 도전막 라인(24) 내부에 소정의 전류가 흐르도록 한다.

이와 같이 도전막 라인(24) 내부에 전류가 흐르면 내부 저항에 의해 주울 열이 발생하는데, 상기 주울 열은 저항에 전류가 흐를 때 발생하는 열로서, 도전체에 매초 발생하는 주울 열을 아래의 수학식 1에 나타내었고, 주울의 법칙에 따라 I [A]의 전류가 R [Ω]의 저항에 t 초간 흘렀을 때 그 저항에 발생하는 열량을 다음의 수학식 2에 나타내었다.

주울 열 = RI²[J]

열량 = RI²t [J]

= 0.24 RI²t [cal]

상기 수학식에서 보는 바와 같이, 도전막 라인(24)에 흐르는 전류값이 크고 저항이 클수록 발생하는 주울 열이 증가하며, 도전막 라인(24)에 발생하는 열량은 전압 인가 시간에 비례한다.

따라서 도전막 라인(24)의 단면적을 최소로 하면서 전체 길이를 연장시키도록 패턴화하여 도전막 라인(24)의 저항을 크게 하는 것이 바람직하다. 그러나 도전막 라인(24)의 저항이 커질수록 동일한 인가 전압에서 도전막 라인(24)의 내부에 흐르는 전류값이 저하되므로 도전막 라인(24)의 패턴 형상을 적절하게 설계하는 것이 바람직하다.

이와 같이 상기 도전막 라인(24)에서 주열 열이 발생하면, 발생된 열은 하부 기판(4)을 통해 전도되어 액정(6)의 온도를 높이며, 전압 인가 시간을 조절하여 액정을 적절한 동작 온도로 유지시킨다. 따라서 액정은 저온에서도 높은 응답 특성을 유지할 수 있으므로 본 실시예에 의한 액정 표시장치는 저온에서의 구동 특성이 개선되는 장점을 갖는다.

이 때, 본 실시예에서 상기 도전막 라인(24)은 하부 기판(4)의 저면에 배열되었으나, 하부 기판(4) 이외에 다른 곳에서의 형성도 가능하며, 도 3에서 도시한 바와 같이, 후면 편광판(12)의 저면에 광원 대신 반사판(30)을 구비한 반사형 액정 표시장치에도 적용될 수 있다.

상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은이에 한정되는 것이 아니고 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고 이 또한 본 발명의 범위에 속하는 것은 당연하다.

이와 같이 본 발명은 하부 기판의 저면에 도전막 라인을 형성하여 열선으로 사용함으로써 외부 온도 하강시에도 액정을 적절한 동작 온도로 유지할 수 있으므로 저온에서의 동작 특성을 효과적으로 개선할 수 있으며, 외부 온도 변화에 영향을 받지 않게 되어 표시장치로서의 기능성을 향상시킬 수 있다.

Claims (9)

1. 제 1 및 제 2기판과;

   상기 제 1 및 제 2기판의 마주하는 안쪽 표면에 각각 형성되어 화소를 구성하며, 각각의 절연막과 배향막에 의해 덮여지는 한쌍의 투명 전극과;

   상기 두장의 기판 사이에 배향되는 액정과;

   상기 제 1 및 제 2기판의 바깥쪽 표면에 각각 부착되는 한쌍의 편광판과;

   상기 두장의 기판중 어느 하나의 기판에 제공되며, 외부 온도 하강시 열을 발생하여 액정의 온도를 상승시키는 수단을 포함하는 액정 표시장치.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 수단이 기판의 전면에 걸쳐 연속 배열되는 도전막 라인과;

   상기 도전막 라인의 양단에 연결되어 전압을 인가하는 전원부와;

   외부 온도를 감지하는 온도 감지 센서 및 상기 도전막 라인과 전원부의 연결을 제어하는 스위치로 구성된 제어부를 포함하는 액정 표시장치.
3. 제 2항에 있어서,

   상기 도전막 라인이 투명체로 이루어지는 액정 표시장치.
4. 제 2항에 있어서,

   상기 도전막 라인이 인듐 틴 옥사이드막으로 이루어지는 액정 표시장치.
5. 제 2항에 있어서,

   상기 도전막 라인이 두장의 기판 가운데 액정의 저면에 위치하는 기판의 바깥쪽 표면에 형성되는 액정 표시장치.
6. 제 2항에 있어서,

   상기 도전막 라인이 기판 전면에 걸쳐 지그재그 방식으로 연속 배열되는 액정 표시장치.
7. 제 6항에 있어서,

   상기 도전막 라인이 투명 전극과 동일한 패턴으로 배열되는 액정 표시장치.
8. 제 6항에 있어서,

   상기 도전막 라인이 투명 전극과 수직으로 교차하도록 배열되는 액정 표시장치.
9. 제 6항에 있어서,

   상기 도전막 라인이 투명 전극 패턴 사이로 배열되는 액정 표시장치.