KR100446375B1 - 프린지 필드 스위칭 모드를 이용한 반투과형 액정표시장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 프린지 필드 스위칭 모드를 이용한 반투과형 액정표시장치에 관한 것으로, 프린지 필드 스위칭 모드를 사용하는 전극 구조에 있어서, 화소를 이분할 하여 상대전극의 한 부분을 반사형으로 구현하기 위해 불투명 금속으로 형성되어 반사가 잘되는 전극과, 투과형으로 투명전극을 사용하여 다른 상대전극 부분을 형성하여 반사와 투과의 전극 구조가 동시에 구현되는 전극 구조를 갖는 액정 표시 소자로서, 상기 액정표시소자는 반사와 투과형 부분의 러빙방향이 다르고, 투과형 부분의 하판 편광축은 하판 러빙방향과 일치 혹은 수직방향을 가리키고, 상판 편광축은 하판 편광축에 수직으로 하여 정규 암흑(Normally Dark)상태를 나타내며, 반사형 부분은 러빙방향을 상판 편광축과 틀리게 함으로써 정규 암흑상태가 되어 반사형과 투과형 모두 같은 구동조건을 갖도록 하여 광시야각을 갖는 액정표시 장치의 제작이 가능한 효과가 있고, 반사율과 투과율의 정도를 임의로 조절가능한 효과가 있고, 어두운 곳에서는 투과형으로 사용할 수 있는 제품제작이 가능한 효과가 있고, 기존의 공정을 그대로 사용가능하며, 반사형과 투과형을 구동하는데 있어서 같은 구동방법을 사용하는 유용한 발명이다.

Description

프린지 필드 스위칭 모드를 이용한 반투과형 액정표시장치{SEMI-TRANSMISSION TYPE LIQUID CRYSTAL DISPLAY USING FRINGE FILED SWITCHING MODE}

본 발명은 프린지 필드 스위칭 모드를 이용한 반투과형 액정표시장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 동일한 구동에 의하여 반사와 투과를 모두 가능하게 하는 프린지 필드 스위칭 모드를 이용한 반투과형 액정표시장치에 관한 것이다.

종래 투과형 액정 표시장치에서는 반드시 자체에 광원을 사용해야 하기 때문에 하부 기판 밑에 백라이트(backlight)를 배치시킴이 필수적이다. 이 때문에, 외부광원이 있을 경우에 이 광원을 이용하여 백라이트의 사용이 없이도 구동이 가능한 반사형 액정 표시장치가 주목받고 있다.

또한, 외부 광원이 있을 경우에는 반사형으로, 그리고, 외부 광원이 없을 경우에는 자체 백라이트를 사용하여 투과형으로 사용하는 반투과형 모드도 제안되어 사용되고 있는데, 이러한 반투과형 모드는 백라이트를 사용하지 않을 수 있기 때문에 저소비전력을 얻을 수 있다.

한편, 프린지 필드 스위칭(Fringe Field Switching:이하 FFS라 칭함) 모드라는 광시야각 모드를 사용한 반투과형 액정 표시 장치가 제시된 바 있다. 여기에서는 화소를 이분할하여 한쪽은 투과형으로 다른 한쪽은 반사형으로 사용하는 방법 또는 화소전극 내지는 상대전극등을 반사판으로 사용하여 투과와 반사 모두를 사용할 수 있는 방법 등이 제안되어 있다.

하지만 지금까지 제시된 FFS 모드를 이용한 반투과형 모드들은 반사와 투과의 구동 조건이 다르기 때문에 반사형 구동과 투과형 구동시 따로 따로 구동을 해야 하는 문제점이 있었다.

본 발명은 상기한 바와 같은 종래 액정표시장치에서의 문제점을 개선하기 위해 안출한 것으로, 동일한 구동에 의해 반사와 투과 모두를 가능하게 하는 프린지 필드 스위칭 모드를 이용한 반투과형 액정 표시 장치를 제공함에 그 목적이 있다.

도 1 은 본 발명에 따른 프린지 필드 스위칭 모드를 이용한 반투과형 액정표시장치의 전극 구조도.

도 2 는 본 발명에 따른 프린지 필드 스위칭 모드를 이용한 반투과형 액정표시장치의 전극 구조 및 러빙각을 나타낸 도면.

도 3 은 본 발명에 따른 프린지 필드 스위칭 모드를 이용한 반투과형 액정표시장치에서 양의 액정을 사용한 경우의 α=0°일 때 A의 각도 및 구동전압을 나타낸 그래프.

도 4 는 본 발명에 따른 프린지 필드 스위칭 모드를 이용한 반투과형 액정표시장치에서 음의 액정을 사용한 경우의 α=0°일 때 A의 각도 및 구동전압을 나타낸 그래프.

도 5 는 본 발명에서 편광이 가능한 반사전극을 사용한 경우 프린지 필드 스위칭 모드를 이용한 반투과형 액정표시장치에서의 측면도와 각각의 성분들의 축방향을 나타낸 도면이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

10 : 반사형 전극 20 : 투과형 전극

32 : 상부 편광판 34 : 상부 유리

36 : 하부 화소전극 38 : 절연막

39, 40 : 하부 상대전극(투과, 반사전극)

42 : 하부 유리 44 : 하부 편광판

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 바람직한 일실시예에 따르면, 프린지 필드 스위칭 모드를 사용하는 전극 구조에 있어서, 화소를 이분할 하여 상대전극의 한 부분을 반사형으로 구현하기 위해 불투명 금속으로 형성되어 반사가 잘되는 전극과, 투과형으로 투명전극을 사용하여 다른 상대전극 부분을 형성하여 반사와 투과의 전극 구조가 동시에 구현되는 전극 구조를 갖는 액정 표시 소자로서, 상기 액정표시소자는 반사와 투과형 부분의 러빙방향이 다르고, 투과형 부분의 하판 편광축은 하판 러빙방향과 일치 혹은 수직방향을 가리키고, 상판 편광축은 하판 편광축에 수직으로 하여 정규 암흑(Normally Dark)상태를 나타내며, 반사형 부분은 러빙방향을 상판 편광축과 틀리게 함으로써 정규 암흑상태가 되어 반상형과 투과형 모두 같은 구동조건을 갖도록 하는 프린지 필드 스위칭 모드를 이용한 반투과형 액정 표시 장치가 제공된다.

또한 본 발명에 있어서, 상기 반사와 투과형의 러빙각도의 합이 축방향을 따라 ±45°이루고, 각각의 러빙방향의 합은 ±45°또는 ±135°인 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 있어서, 사용되는 액정의 dΔn의 값이 바람직하게는 λ(2n+1)/4,(λ = 550nm±10nm, n=0 또는 양의 정수)의 값을 가짐으로써, 반사형으로 사용되는 부분이 정규 암흑상태가 되는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 있어서, 반사각인 α와 β의 값을 각각 조절하여 반사형과 투과형의 구동전압이 비슷하거나 같은 값을 가지도록 하되, 양의 유전율 이방성을 가지는 액정을 사용할 경우 A와 α, B와 β의 차가 0°∼45°를 이루도록 하며, 음의 유전율 이방성을 가지는 액정을 사용할 경우 A와 α, B와 β의 차가 45°∼90°인 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 있어서, 반사판으로 사용되는 상대전극의 형성시 반사율이 80%이상인 도체를 사용하는 액정표시소자를 게이트 금속과 같은 금속을 사용하여 게이트 금속과 동시에 형성할 수 있는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 있어서, 반사형과 투과형 부분을 러빙할 때 광배향의 방법을 사용하거나 마스크를 이용한 이중 러빙방법을 사용하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 있어서, 반사판 형성시 일정방향으로 입자를 형성하여 특정방향으로 광을 형성시킬 수 있는 것을 특징으로 하여 반사와 투과형 부분의 러빙방향을 틀리게 하지 않아도 반사형 부분을 정규 암흑상태가 되도록 상판의 편광축의 투과축과 편광 반사판의 투과축을 수직으로 하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 있어서, 사용되는 액정이 dΔn이 0.27∼0.47μm의 값을 가지게 함으로써 반사율과 투과율 모두가 최대로 하는 것을 특징으로 한다.

이하, 본 발명에 따른 FFS 모드를 이용한 반투과형 액정 표시 장치에 관하여 첨부도면을 참조하여 상세하게 설명한다.

도 1 은 본 발명에 따른 프린지 필드 스위칭 모드를 이용한 반투과형 액정표시장치의 전극 구조도이고, 도 2 는 본 발명에 따른 프린지 필드 스위칭 모드를 이용한 반투과형 액정표시장치에서의 러빙 각도를 나타낸 전극 구조도로서, 이에 도시한 바와 같이, 프린지 필드 스위칭 모드를 이용한 반사형 전극(10)의 경우 상판의 편광판(polarizer)(32)(도 5참조)과 액정의 러빙(rubbing)축, 그리고 사용되는 액정의 dΔn(단, 셀갭(cell gap) d, Δn은 액정의 굴절율 이방성)을 조절하면 정규 블랙 모드(Normally Black Mode)로 사용할 수 있다는 것이 이미 제시되어 있다. 이때 러빙각은 상판의 편광판축과 45°값을 갖도록 하는 것이 이상적인데, 투과형 전극(20)의 경우 편광판과 러빙각도가 45°를 이루게 될 경우 광이 누설되기 때문에 반사형과 동시에 같은 구동이 어렵게 된다.

따라서 화소를 이분할 하여 각각의 러빙방향을 다르게 하면 반사와 투과를 동시에 구현할 수 있다. 한편 전압인가에 따른 투과율과 반사율 각각의 경우 정규 블랙 모드(Normally Black Mode)일 때 전압인가 정도에 따라 그 증가율이 틀리게 되는데, 이 같은 문제는 이 분할된 화소의 전극의 각도를 서로 다르게 조절함으로써 전압과 액정 방향자(director)의 방향과의 각도를 조절함으로써 전압인가에 따른 반사율과 투과율의 증가율을 비슷하게 함으로써 해결할 수 있다.

한편, 본 발명에서는 상기 도 1 에서와 같이 화소를 2 분할하여 한 쪽은 상대 전극 부분을 투명전극을 사용하고, 다른 한 쪽은 반사율이 큰 불투명전극을 배치시켜 반사판 대용으로 사용한다.

하부 상대전극(40)(도 5 참조)을 이분할하는 비율은 반사형과 투과형의 사용목적에 따라 반사형 사용을 우선시 할 경우 불투명 금속과 투명금속의 비율을 8∼1:1 사이에서 정하고 투과형 사용을 우선시 할 경우 반대로 투명금속대 불투명금속의 비율을 8∼1:1정도로 한다. 불투명 금속의 경우 게이트 금속(gate metal)과 동일한 금속을 사용할 경우 게이트 라인 형성때 동시에 형성시킬 수 있으며, 투명금속은 종래에 상대전극을 형성시키는 과정과 동일하게 형성하면 기존의 공정을 그대로 사용할 수 있다.

이때 화소전극은 투명전극을 사용하여 투과율 내지 반사율을 최대로 이용할 수 있도록 형성하되, 분할된 각 부분의 전극 형성방향이 다르게 형성한다. 즉 도 1에서 반사형과 투과형에서의 각각의 반사각인 α°와 β°의 값이 서로 다른 값을 갖도록 하되, 바람직한 값은 도 2에 도시한 바와 같은 반사형과 투과형에서의 각각의 러빙각(rubbing angle)인 A°와 B°를 고려하여 선택한다.

러빙각은 이분할된 각각의 부분이 다른 러빙각을 갖도록 광배향이나 마스크를 이용한 이중 러빙을 하는 방법을 사용한다. 상하판 안티 패러렐(Anti-Parallel)혹은 Parallel하게 러빙을 하되 도 2 에 러빙각 A와 B가 나타나 있는 것과 같이 러빙을 하되 바람직하게는 A+B=45°를 이루도록 한다. 상기 기술된 내용을 바탕으로 구동방법을 간단히 기술하면, 우선 이분할된 부분 중 투과형의 경우 도 1 의 α와 도 2의 A와의 차는 양의 액정을 사용할 경우 0°∼45°사이의 값을 갖도록 하고, 다시 도 1의 β와 도 2 의 B의 차 역시 0°∼45°사이의 값을 갖도록 한다. 음의 액정의 경우는 두 경우 모두 45°∼90°값을 갖도록 한다. 한편, A와 B의 합은 위에서 기술했듯이 45°값을 갖는 것이 바람직하며, 이때 투과형에서 편광판과 분석기(analyzer)를 수직으로 놓고, 편광판의 투과축을 하판의 러빙축과 일치하거나 수직으로 했을 때 정규 암흑(Normally Dark)상태가 된다. 동시에 반사형에서 액정의 dΔn을 조절하면 투과형과 동시에 정규 암흑모드(Normally Dark Mode)를 만들 수 있다. 이때 액정의 dΔn은 λ(2n+1)/4의 값을 갖도록 하여 암흑상태를 만든다(단 n은 정수).

도 3 은 본 발명에 따른 프린지 필드 스위칭 모드를 이용한 반투과형 액정표시장치에서 양의 액정을 사용한 경우의 α=0°일 때 A의 각도 및 구동전압을 나타낸 그래프, 도 4 는 본 발명에 따른 프린지 필드 스위칭 모드를 이용한 반투과형 액정표시장치에서 음의 액정을 사용한 경우의 α=0°일 때 A의 각도 및 구동전압을 나타낸 그래프로서, 이에 도시한 바와 같이, 한편, 구동 전압은 상기에서 명시한 대로 러빙과 전극 사이의 값을 조절하여 얻을 수 있다. 도 3 과 도 4 는 각각 양의 유전율 이방성을 사용했을 경우와 음의 유전율 이방성을 사용했을 경우 투과형에서 러빙각도에 따른 구동전압의 변화를 보여주는 도면이다. 반사형도 마찬가지 경향을 보여주는데, 이것을 이용하면 A와 α, B와 β의 각도를 조절하여 반사형과 투과형의 구동전압을 일치시키거나 비슷한 정도로 유지시킬 수 있다.

상기 기술한 대로 패널을 제작하면 전압인가전 투과형과 반사형 모두 암흑상태를 이루고, 전압을 인가함에 따라 광이 누설되기 시작하여 같은 전압에서 각각 투과율과 반사율이 최대를 이루는 구동 조건을 갖도록 할 수 있다. 따라서 투과형이나 반사형 어느 쪽으로 사용하더라도 동일한 구동조건을 갖도록 할 수 있다.

본 발명의 다른 실시예에 있어서, 상대전극(44)으로 반사판 구성시 광을 편광시킬 수 있도록 입자를 일정방향으로 규칙적으로 배열시킨 후 전도성 물질로 코팅(Coating)하면 반사판으로 사용되는 상대전극(44)이 편광판의 역할을 할 수 있다.

따라서 이 편광판 대용 반사판의 투과축을 투과형의 하판 편광판의 투과축과 일치되도록 배치하면 투과와 반사 모두 정규 암흑(Normally Dark)상태를 얻을 수 있고, 본 발명에서 편광이 가능한 반사전극을 사용한 경우 프린지 필드 스위칭 모드를 이용한 반투과형 액정표시장치에서의 측면도와 각각의 성분들의 축방향을 나타낸 도면인 도 5에서와 같이, 전극 방향만 조절함으로써 둘 사이의 구동전압을 일치시킬 수 있다. 참조부호 34 및 42는 상,하부 유리를 나타내고, 44는 하부 편광판을 나타내고, 36은 하부 화소전극을 나타내며, 38은 절연막을 나타낸다. 참조부호 39 및 40은 하부 상대전극을 이루는 투과전극과 반사전극을 나타낸다.

따라서, 상기한 본 발명에 따른 프린지 필드 스위칭 모드를 이용한 반투과형 액정 표시 장치에 의하면, 광시야각을 갖는 액정표시 장치의 제작이 가능한 효과가있고, 반사율과 투과율의 정도를 임의로 조절가능한 효과가 있고, 어두운 곳에서는 투과형으로 사용할 수 있는 제품제작이 가능한 효과가 있고, 기존의 공정을 그대로 사용가능하며, 반사형과 투과형을 구동하는데 있어서 같은 구동방법을 사용한다.

아울러 상기한 본 발명의 바람직한 실시예는 예시의 목적을 위해 개시된 것이며, 당업자라면 본 발명의 사상과 범위 안에서 다양한 수정, 변경, 부가 등이 가능할 것이며, 이러한 수정 변경 등은 이하의 특허청구의 범위에 속하는 것으로 보아야 할 것이다.

Claims (8)

1. 프린지 필드 스위칭 모드를 사용하는 전극 구조에 있어서,

   화소를 이분할 하여 상대전극의 한 부분을 반사형으로 구현하기 위해 불투명 금속으로 형성되어 반사가 잘되는 전극과, 투과형으로 투명전극을 사용하여 다른 상대전극 부분을 형성하여 반사와 투과의 전극 구조가 동시에 구현되는 전극 구조를 갖는 액정 표시 소자로서,

   상기 액정표시소자는 반사와 투과형 부분의 러빙방향이 다르고,

   투과형 부분의 하판 편광축은 하판 러빙방향과 일치 혹은 수직방향을 가리키고,

   상판 편광축은 하판 편광축에 수직으로 하여 정규 암흑(Normally Dark)상태를 나타내며, 반사형 부분은 러빙방향을 상판 편광축과 틀리게 함으로써 정규 암흑상태가 되어 반상형과 투과형 모두 같은 구동조건을 갖도록 하는 프린지 필드 스위칭 모드를 이용한 반투과형 액정 표시 장치.
2. 제 1항에 있어서, 상기 반사와 투과형의 러빙각도의 합이 축방향을 따라 ±45°이루고, 각각의 러빙방향의 합은 ±45°또는 ±135°인 것을 특징으로 하는 프린지 필드 스위칭 모드를 이용한 반투과형 액정 표시 장치.
3. 제 1항 또는 제 2 항에 있어서, 사용되는 액정의 dΔn의 값이 λ(2n+1)/4,(λ = 550nm±10nm, n=0 또는 양의 정수)의 값을 가짐으로써, 반사형으로 사용되는 부분이 정규 암흑상태가 되는 것을 특징으로 하는 프린지 필드 스위칭 모드를 이용한 반투과형 액정 표시 장치.
4. 제 1항에 있어서, 반사각인 α와 β의 값을 각각 조절하여 반사형과 투과형의 구동전압이 비슷하거나 같은 값을 가지도록 하되, 양의 유전율 이방성을 가지는 액정을 사용할 경우 A와 α, B와 β의 차가 0°∼45°를 이루도록 하며, 음의 유전율 이방성을 가지는 액정을 사용할 경우 A와 α, B와 β의 차가 45°∼90°인 것을 특징으로 하는 프린지 필드 스위칭 모드를 이용한 반투과형 액정 표시 장치.
5. 제 1 항에 있어서, 반사판으로 사용되는 상대전극의 형성시 반사율이 80%이상인 도체를 사용하는 액정표시소자를 게이트 금속과 같은 금속을 사용하여 게이트 금속과 동시에 형성할 수 있는 것을 특징으로 하는 프린지 필드 스위칭 모드를 이용한 반투과형 액정 표시 장치.
6. 제 1 항에 있어서, 반사형과 투과형 부분을 러빙할 때 광배향의 방법을 사용하거나 마스크를 이용한 이중 러빙방법을 사용하는 것을 특징으로 하는 프린지 필드 스위칭 모드를 이용한 반투과형 액정 표시 장치.
7. 프린지 필드 스위칭 모드를 사용하는 전극 구조에 있어서, 반사판 형성시 일정방향으로 입자를 형성하여 특정방향으로 광을 형성시킬 수 있는 것을 특징으로 하여 반사와 투과형 부분의 러빙방향을 틀리게 하지 않아도 반사형 부분을 정규 암흑상태가 되도록 상판의 편광축의 투과축과 편광 반사판의 투과축을 수직으로 하는 것을 특징으로 하는 프린지 필드 스위칭 모드를 이용한 반투과형 액정 표시 장치.
8. 제 7 항에 있어서, 사용되는 액정이 dΔn이 0.27∼0.47μm의 값을 가지게 함으로써 반사율과 투과율 모두가 최대로 하는 것을 특징으로 하는 프린지 필드 스위칭 모드를 이용한 반투과형 액정 표시 장치.