KR100835112B1 - 프린지 필드 스위칭 액정 표시 소자 - Google Patents

Abstract

본 발명은 프린즈필드스위칭(FFS:Fringe-Field Switching) 모드를 이용한 액정표시소자(LCD: Liquid Crystal Display)에 관한 것으로, 이중도메인 FFS모드의 화소전극 구조에 있어서, 화소 수평 방향의 중앙을 중심으로 거울 대칭 형태로 배치되어 있는 전극 구조를 가질 때 전압인가시 두 영역의 액정이 회전되는 방향은 다르지만 회전되는 정도가 같아 시야각 방향에서의 어느 정도의 계조별 컬러 쉬프트(color shift)가 발생한다. 이는 시야각 방향에서의 색 특성의 저하를 가져오는데 본 발명에서는 화소 수평 방향의 중앙을 중심으로 화소 전극이 이루는 각에 있어서 방향뿐만 아니라 크기 또한 다르게 형성시킴으로써 전압인가시 두 영역의 액정이 회전되는 정도를 다르게 하여 시야각 방향에서 계조별 컬러 쉬프트를 작게 하는 것을 특징으로 한다.

fringe-field switching, 계조별 컬러 쉬프트, 시야각

Description

프린지 필드 스위칭 액정 표시 소자 {Fringe-field switching liquid crystal display}

도 1은 종래의 이중 도메인 FFS 모드 액정표시소자의 단위 화소를 나타낸 평면도.

도 2는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 이중 도메인 FFS 모드 액정표시소자의 단위 화소를 나타내는 평면도.

도 3a는 도2와 같은 전극구조를 갖는 FFS 모드 액정표시소자의 최대투과율의 80% 지점에서 화소 전극 구조가 거울 대칭일 때와 비대칭 구조일 때 방위각 45도에서 극각에 대한 컬러쉬프트 정도를 표현한 그래프.

도 3b는 도2와 같은 전극구조를 갖는 FFS 모드 액정표시소자의 최대투과율의 30% 지점에서 화소 전극 구조가 거울 대칭일 때와 비대칭 구조일 때 방위각 45도에서 극각에 대한 컬러쉬프트 정도를 표현한 그래프.

도 4a는 도2와 같은 전극구조를 갖는 FFS 모드 액정표시소자의 최대투과율의 80% 지점에서 화소 전극 구조가 거울 대칭일 때와 비대칭 구조일 때 극각 60도에서 방위각에 대한 컬러쉬프트 정도를 표현한 그래프.

도 4b는 도2와 같은 전극구조를 갖는 FFS 모드 액정표시소자의 최대투과율의 30% 지점에서 화소 전극 구조가 거울 대칭일 때와 비대칭 구조일 때 극각 60도 에서 방위각에 대한 컬러쉬프트 정도를 표현한 그래프.

도 5는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 이중 도메인 FFS 모드 액정표시소자의 단위 화소를 나타내는 평면도.

본 발명은 FFS 액정표시소자에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 기존의 이중도메인 FFS 모드의 시야각 방향에서의 컬러 쉬프트가 크게 발생하는 문제를 해결하기 위해 두 영역의 화소 수평 방향의 중앙을 중심으로 화소 전극이 이루는 각에 있어서 방향뿐만 아니라 크기 또한 다르게 형성시킴으로써 같은 전압 인가시 두 영역의 액정이 회전되는 정도를 다르게 하여 시야각 방향에서 계조별 컬러 쉬프트가 적게 발생하는 FFS 액정표시소자에 관한 것이다.

종래 액정표시장치로서 광시야각을 같은 대표적인 액정 모드에는 PVA(Patterned vertical alignment), MVA(Multi-domain vertical alignment), IPS (In-plane switching),FFS모드가 개발되었다. 이 중에서도 별도에 보상필름 없이도 광시야각특성을 나타내는 모드는 수평 전계장을 이용한 IPS 모드와 FFS 모드이다. 이 두 모드는 초기 수평배열되어 있어 어둠 상태를 나타내다가 전압 인가 시 액정의 회전에 의해 밝음 상태를 나타내는 구동원리는 비슷하나 투과율이나 색특성, 공정마진 등의 특성이 FFS 모드가 모두 우위를 차지하고 있다.

도 1은 종래의 이중 도메인 FFS 모드 액정표시소자의 단위 화소를 나타낸 평면도이다. 도시한 바와 같이, 공통 전극(1)이 플레인(plane) 형태로 형성되어 있고, 화소 전극(2)은 가운데를 중심으로 위아래고 일정한 각(θ)으로 기울어진 일자형으로 패턴 되어 있어 종래의 단일 도메인 FFS 모드 보다 시야각 방향에서의 색특성이 우수하지만 계조별 컬러 쉬프트의 정도를 살펴보면 아직까지도 저 계조에서 컬로 쉬프트가 크게 발생하는 문제점이 있다.

본 발명의 목적은 상기한 바와 같은 종래 이중도메인 FFS 액정표시장치에서의 문제점을 개선하기 위해 제안한 것으로, 시야각 방향에서의 색 특성을 개선하고자 두 영역의 화소 전극의 크기와 방향을 다르게 패턴 함으로써 시야각 방향에서의 컬러 쉬프트되는 정도를 최소화한 FFS 액정표시소자를 제공하는 데 있다.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명에서는 종래 이중 도메인 FFS 액정 표시 장치에서의 시야각 방향에서의 컬러 쉬프트를 최소화하기 위해 두 영의 화소 수평 방향의 중앙을 중심으로 화소 전극이 이루는 각을 다르게 한 전극 구조를 제안하였다.

- 실시예 1 -

먼저 본 발명의 실시예 1을 설명하기 위하여 도 2를 참조한다.

도 2는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 이중 도메인 FFS 모드 액정표시소자의 단위 화소를 나타내는 평면도이다.

실시예 1은 투명 유리 기판 또는 플라스틱 기판 위에 첫 번째 층의 공통전극(1)을 플레인 형태로 형성시키고 게이트 전극(7) 및 신호선(6), 소스/드레인 층(8), 절연막 층을 형성한 후 게이트 전극(8)에 대해 화소 전극(2) 구조가 화소 수평 방향의 중앙을 중심으로 위쪽으로 θ, 아래쪽으로 θ+α 만큼 기울어진 일자 형태로 도 2에 도시한 바와 같이 형성한다. 상판은 총천연색을 구현하기 위해 red, blue, green색을 낼 수 있는 필터가 유리 또는 플라스틱 기판 위에 형성되어 있는 기판을 사용한다. 양 기판에 수평 액정 배향막을 수천 Å이하로 코팅한 다음 서로 반대방향으로 러빙을 한다. 다음 상하판에 셀갭이 2 ~ 6 ㎛사이가 되도록 하고 액정을 dropping 방식 또는 진공주입 방식을 통해 합착된 기판에 들어가도록 한다. 이때 유전율 이방성이 음인 액정을 사용하면 러빙방향이 수직 방향 즉 신호선 전극 방향이 되고, 유전율 이방성이 양인 액정을 사용하면 주사선 전극 방향 즉 수평방향이 된다. 이때 액정 층의 위상지연값은 0.2 ~ 0.5 ㎛사이의 값을 갖도록 한다.

화소 전극이 도시한 바와 같이, 하나의 단위 화소에서 전기장 방향이 두 방향으로 존재하여, 액정 분자들이 한쪽은 시계 방향으로, 다른 한쪽은 반시계 방향으로 회전하고 회전하는 정도가 차이가 있어 우수한 시야각 특성을 지니게 하고, 시야각 방향에서 특히 계조별로 컬러 쉬프트가 적게 발생하여 색특성의 향상을 가져온다.

또한, 본 발명에 있어서, 두 영역 중 한 영역의 화소 수평 방향의 중앙을 중심으로 화소전극이 이루는 각 θ는 1~44도 사이이고, 나머지 영역의 화소 전극이 이루는 각 θ+α는 2~45도 사이의 값을 갖는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 있어서, 공통전극이 플레인 형태로 있거나 일부 패턴 되어있는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 있어서, 투명전극들의 두께는 1500 Å 이하, 전극 사이의 절연막은 1000 Å 이상이 되는 것을 특징으로 한다.

또한, 액정의 러빙방향은 유전율 이방성이 양인 액정을 사용하는 경우. 게이트 전극(7)에 대해 0°로 러빙하고, 유전율 이방성이 음인 액정을 사용한 경우에는 신호선(6)에 대해 0°로 러빙한다. 화소 전극의 폭은 2~10㎛, 두 화소 전극 사이의 거리는 3~15㎛ 사이에 있으며, 하부기판에 부착된 편광판의 편광축은 하부기판의 러빙방향과 일치시키고, 상부기판에 부착되는 편광판의 편광축은 상기 하부기판의 편광축과 교차하여 부착한다.

위와 같은 화소 전극 구조에서 대표적으로 θ가 7도이고 θ+α가 15로 패턴된 구조가 시야각 방향에서 컬러쉬프트 정도가 얼마나 개선됐는지를 알아보기 위해거울 대칭적으로 7도로 패턴 된 구조와 비교하여 알아보았다. 아래 결과들은 컴퓨터 시뮬레이션 LCD master를 이용하여 C.I.E. 1976 UCS color chromaticity diagram 방식으로 계산하였다.

도 3a는 도2와 같은 전극구조를 갖는 FFS 모드 액정표시소자의 최대투과율의 80% 지점에서 화소전극 구조가 거울 대칭일 때와 비대칭 구조일 때 방위각 45도에서 극각에 대한 컬러쉬프트 정도를 표현한 그래프이다. 보는 봐와 같이 화소 전극 비대칭적으로 패턴시킨 결과가 컬러쉬프트 되는 정도가 훨씬 적은 것을 알 수 있다.

도 3a는 도2와 같은 전극구조를 갖는 FFS 모드 액정표시소자의 최대투과율의 30% 지점에서 화소 전극 구조가 거울 대칭일 때와 비대칭 구조일 때 방위각 45도에서 극각에 대한 컬러쉬프트 정도를 표현한 그래프이다. 도 3a의 결과 마찬가지로 저계조에서 또한 화소 전극을 비대칭적으로 패턴 시킨 결과가 컬러쉬프트 되는 정도가 적은 것을 알 수 있다.

도 4a는 도2와 같은 전극구조를 갖는 FFS 모드 액정표시소자의 최대투과율의 80% 지점에서 화소 전극 구조가 거울 대칭일 때와 비대칭 구조일 때 극각 60도에서 방위각에 대한 컬러쉬프트 정도를 표현한 그래프이다. 보는 바와 같이 방위각별로도 화소 전극을 비대칭적으로 패턴 시킨 결과가 컬러쉬프트 되는 정도가 훨씬 적은 것을 알 수 있다.

도 4b는 도2와 같은 전극구조를 갖는 FFS 모드 액정표시소자의 최대투과율의 30% 지점에서 화소 전극 구조가 거울 대칭일 때와 비대칭 구조일 때 극각 60도에서 방위각에 대한 컬러쉬프트 정도를 표현한 그래프이다. 도 4a의 결과 마찬가지로 저계조에서 또한 화소 전극을 비대칭적으로 패턴 시킨 결과가 컬러쉬프트 되는 정도가 적은 것을 알 수 있다.

- 실시예 2 -

본 발명의 실시예 2는 실시예 1과는 달리 게이트 전극과 화소 전극이 이루는 각 θ와 θ+α가 두 영역에 방향만 다르게 번갈아가며 패턴 된 전극 구조이다.

도 7은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 이중 도메인 FFS 모드 액정표시소자의 단위 화소를 나타내는 평면도이다. 투명 유리 기판 또는 플라스틱 기판 위에 첫 번 째 층의 공통전극(1)을 플레인 형태로 형성시키고 게이트 전극(7) 및 신호선(6), 소스/드레인 층(8), 절연막 층을 형성한 후 화소 전극 구조가 화소 수평 방향의 중앙을 중심으로 위쪽으로는 θ부터 θ+α가 번갈아가며 패턴하고, 아래쪽으로는 θ+α부토 θ가 번갈아가며 패턴한 기울어진 일자 형태로 도 3에 도시한 바와 같이 형성한다. 상판은 red, green, blue 색을 낼 수 있는 칼라 필터가 유리 또는 플라스틱 기판 위에 형성되어 있는 기판을 사용한다. 상부 기판과 하부 기판에 수평 액정 배향막을 코팅한 후 서로 반대방향 또는 같은 방향으로 러빙을 한다. 액정의 러빙방향(A)은 유전율 이방성이 양인 액정을 사용하는 경우 게이트 전극(7)에 대해 0°로 러빙한다. 유전율 이방성이 음인 액정을 사용한 경우에는 신호선(6)에 대해 0°로 러빙한다. 상하판의 셀갭은 2~6㎛이며, 액정 층의 위상지연값은 0.2~0.5㎛ 사이의 값을 가지고, 하부기판에 부착된 편광판의 편광축은 하부기판의 러빙방향과 일치시키고, 상부기판에 부착되는 편광판의 편광축은 상기 하부기판의 편광축과 교차하여 부착한다.

또한, 본 발명에 있어서, 수평방향을 중심으로 화소 전극이 이루는 각 θ는 1~44도 사이이고, θ+α는 2~45도 사이의 값을 갖는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 있어서, 투명전극들의 두께는 1500 Å 이하, 전극 사이의 절연막은 1000 Å 이상이 되는 것을 특징으로 한다.

또한, 화소 전극의 폭은 기울어진 정도가 다른 두 개의 다른 각을 이룬 전극이 번갈아가며 패턴 되기 때문에 위치별로 다르고, 두 화소 전극 사이의 거리는 3~15㎛ 사이에 있는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 있어서, 공통전극이 플레인 형태로 있거나 일부 패턴 되어있는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 FFS 액정 표시 소자에 의하면, 종래의 이중도메인 FFS 액정표시소자보다 시야각 방향에서의 컬러가 쉬프트 되는 정도가 작아졌고 특히 저 계조에서 그 정도가 크게 개선된 효과가 있다. 이는 이중 도메인 FFS 액정표시소자의 화소 전극(2)을 화소 수평 방향의 중앙을 중심으로 위쪽 방향과 아래쪽 방향에서 기울어진 각을 각각 다르게 패턴 하여 전기장 방향과 액정이 도는 정도를 다르게 하여 시야각 방향에서의 컬러 쉬프트를 최소화시킴으로써 화면의 색 특성을 향상시켜 화질을 개선하는데 기여하는 유용한 발명이다.

Claims (2)

1. 한쪽기판에 두 층의 투명 전극 구조를 패턴하는 FFS모드에 있어서,

   투명 유리 기판 또는 플라스틱 기판을 사용하는 하부기판과;

   상기 하부기판 상부에 위치한 첫 번째 층의 투명전극을 플레인 형태로 패턴한 공통전극과;

   절연층을 사이에 두고 상기 공통전극 위에 두 번째 투명전극이 화소 수평 방향의 중앙을 중심으로 다른 각과 방향을 갖도록 패턴 되어 있는 화소 전극과;

   상기 화소 전극의 기울임 각은 한쪽 도메인은 게이트 버스라인을 기준으로 1°이상 44°이하가 되게 하는 것과;

   다른 한쪽 도메인의 화소 전극의 기울임 각이 -2°이상 -45°이하가 되게 하는 것과;

   상기 두 도메인의 화소전극의 기울임 각은 대칭적이지 않고 절대 값이 서로 다르게 패턴되어 있는 것과:

   투명 유리 기판 또는 플라스틱 기판을 사용하는 상부기판과;

   양 기판에 수평 액정 배향막을 코팅한 후 서로 반대방향 또는 같은 방향으로 러빙을 한 것과;

   상기 상, 하판에 셀갭이 2~6㎛ 사이가 되도록 하는 것과;

   액정의 위상지연값은 0.2~0.5㎛ 사이의 값을 갖도록 하는 것과;

   화소 전극의 폭이 2~10㎛ 사이가 되도록 하고 화소 전극 사이의 거리가 3~15㎛ 사이가 되도록 하는 것과;

   투명 전극의 두께는 2000Å 이하, 전극 사이의 절연막은 1000Å 이상이 되는 값을 갖게 하고;

   상, 하판에 투과축이 교차된 편광판을 사용하며 두 축 중의 하나는 액정의 광축과 일치하는 프린지 필드 스위칭 액정 표시 소자
2. 제 1항에 있어서,

   한쪽 도메인의 화소 전극의 기울임 각이 게이트 버스라인을 기준으로 1°이상 44°이하인 것과 2°이상 45°이하인 값이 번갈아 가며 패턴된 것과

   나머지 한쪽 도메인의 화소전극 기울임 각은 게이트 버스라인을 가쥰으로-2°이상 -45°이하인 것과 -1°이상 -44°이하인 값이 번갈아 가며 패턴 되어 있어 화소 전극의 폭은 위치마다 그 크기가 다르지만 화소 전극 간 거리는 같게 형성되어 있는 프린지 필드 스위칭 액정 표시 소자

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