KR100237674B1 - 시야각을 향상시키는 액정 표시 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 시야각을 개선하는 액정 표시 장치로서, 기판의 일부에 절연층이 형성되어 있고 그 위에 화소 전극이 도포되어 있다. 이 기판과 대응되도록 다른 기판이 접착되며 이 기판의 전면에는 공통 전극이 형성되어 있다. 여기서, 절연층은 각 화소 영역의 중앙 부분에만 형성되어 있거나 중앙 부분만 제거되어 있는 형태를 갖는다. 본 발명에 따른 이러한 액정 표시 장치에서, 절연층에 의해 화소 전극에 단차가 형성되면 화소 전극 내의 전계 밀도가 부분적으로 달라져 전계에 따른 액정 분자의 배열도 달라진다. 따라서, 위상차의 보상 효과를 얻을 수 있는 영역이 비교적 넓게 형성되어 시야각이 개선되는 효과가 있다.

Description

시야각을 향상시키는 액정 표시 장치
본 발명은 액정 표시 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 시야각을 개선하는 액정 표시 장치에 관한 것이다.
일반적으로 액정 분자는 가늘고 긴 모양을 갖고 있기 때문에 분자의 장축과 단축의 방향에서의 물성이 서로 다른 이방성을 가진다. 이러한 이방성은 입사광의 진행 방향을 분자의 장축 방향으로 회전시키며 입사광의 편광 상태나 편광 방향을 바꾼다. 또한, 액정은 외부의 전·자장에 의해 그 방향이 쉽게 변하는 특성 또한 가지고 있다.
이러한 액정의 전기-광학적 특성을 이용한 광학 소자가 액정 표시 장치이다.
그 중 비틀린 네마틱(twisted-nematic : TN) 방식의 액정 표시 장치는 한 쌍의 투명 유리 기판과 유리 기판 사이의 비틀린 네마틱 액정, 그 액정을 구동시킬 수 있는 투명 전극, 유리 기판에 입사하는 빛을 편광시키는 기능을 하는 2장의 편광판으로 구성된다. 유리 기판 사이에 채워지는 액정 분자들은 가늘고 긴 막대 모양을 가지며 일정한 피치(pitch)를 가지고 나선상으로 꼬여 있어 액정 분자의 장축의 배열 방위가 연속적으로 변화되는 뒤틀린 구조를 갖는다. 이러한 비틀린 네마틱 방식의 경우, 전기장이 인가되지 않으면 액정 분자의 장축이 기판 사이에서 90°비틀려 있기 때문에 수평 시야각은 약 90°범위에서 형성되며 수직 방향의 시야각은 그보다도 좁게 형성된다.
이러한 좁은 시야각을 개선하기 위해서 화소를 분할하여 러빙하거나 보상 필름을 사용하기도 한다.
그러면 첨부한 도면을 참고로 하여 종래의 기술에 따른 액정 표시 장치에 대하여 더욱 상세하게 설명한다.
도1은 SID 94 DIGEST의 "33cm diagonal full color wide viewing angle C-TN LCDs for use in a workstation"에 제시된 보상 비틀린 네마틱(complementary TN) 방식 액정 표시 장치의 평면도이고, 도2는 도1의 액정 분자의 배향을 나타낸 단면도이다.
도1에 도시한 바와 같이, 각 화소(PX)에 다른 방향으로 배향 처리가 된 두 개의 영역(DOMAIN 1, DOMAIN 2)이 형성되어 있고 이러한 각각의 화소에는 RGB 컬러 패턴이 반복적으로 형성되어 있으며 화소(PX)의 경계에는 광차단막(100)이 형성되어 있다. 이러한 보상 비틀린 네마틱 구조에서 액정 분자가 가지는 배향 방향은 도2에 개략적으로 나타나 있다. 한 화소(PX) 내에 두 개로 나뉜 영역(DOMAIN 1, DOMAIN 2)의 액정 분자(200)는 서로 대칭적으로 배열되어 있다. 전압이 인가되면 각 영역의 액정 분자(200)가 순간적으로 일어나 두 영역의 광학적 보상이 일어난다.
이처럼, 한 화소 내에 배열이 서로 다른 두 영역이 형성되어 있는 경우, 두 영역(DOMAIN 1, 2)의 경계면에서 디스클리네이션(disclination)이 발생하여 빛의 누설이 생겨 대비비가 감소한다. 그러나 대비비의 감소를 막기 위해 영역의 경계면 부위에 광차단막을 형성하면 휘도가 감소된다.
보상 비틀린 네마틱 구조처럼 액정 배향 방향이 대칭적인 영역을 형성하여 시야각을 향상시키면서도 대비비의 감소와 휘도의 감소를 줄이는 구조가 도3에 나타나 있다.
도3은 U.S. Patent 5,249,070에 발표된 액정 표시 장치에서의 액정 분자의 배열을 나타낸 단면도이다.
도3에 도시한 바와 같이, 투명한 기판(210) 위에 화소 전극(220)이 형성되어 있고 기판(210)과 마주보도록 대향 기판(230)이 배치되어 있다. 대향 기판(230)의 한쪽 면에는 대향 전극(240)이 전면적으로 형성되어 있으며 기판(210, 230) 사이에는 액정 물질(200)이 주입되어 있다. 이때, 같은 선경사각(pretilt angle)을 갖도록 배향 처리된 기판(210, 230)이 서로 마주보도록 접착되어 있으므로 그 사이에 주입되어 있는 액정 물질(200)은 선경사각(pritilt)이 0°가 되는 액정 중간층을 기준으로 대칭적으로 배열되어 있다.
이러한 액정 표시 소자에 전압이 인가되면, 기판(210, 230) 사이에서의 전계는 화소 전극(220)의 가운데 부분에서는 기판(210, 230) 면에 수직한 방향으로 균일하게 형성되며, 화소 전극(220)의 가장자리에서는 전계의 밀도 즉 전기장의 크기가 줄어들어 전계의 방향이 방사형으로 형성된다.
액정 분자(200)의 방향은 화소 전극(220)과 대향 전극(240) 사이의 전계의 방향을 향하는데 전계가 방사형으로 형성되는 화소 전극(220)의 가장자리 부근에서는 액정 분자(200)의 방향이 서로 대칭적이기 때문에 광학적 보상이 일어나 시야각이 향상된다. 그러나, 액정 분자(200)가 대칭 적으로 배열되는 영역이 화소 전극(220)의 가장자리 부근으로 한정되기 때문에 그 보상 효과가 크지 않다.
본 발명의 과제는 이러한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 화소 전극의 단차를 달리하여 시야각을 확장시키는 것이다.
도1은 보상 비틀린 네마틱(complementary TN) 방식의 액정 표시 장치의 평면도이고,
도2는 도1의 액정 분자의 배향을 개략적으로 나타낸 단면도이고,
도3은 종래의 기술에 따른 액정 표시 장치에서의 액정 분자의 배열을 나타낸 단면도이고,
도4a 및 도4b는 본 발명의 실시예에 따른 액정 표시 장치에서의 액정 분자의 배열을 나탄낸 단면도이고,
도5a 및 도5b는 본 발명의 다른 실시예에 따른 액정 표시 장치에서의 액정 분자의 배열을 나타낸 단면도이고,
도6a 및 도6b는 도5의 A-A 선에 대한 단면도이다.
이러한 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따른 액정 표시 장치는, 기판의 일부에 절연층이 형성되어 있고 그 위에 화소 전극이 도포되어 있다. 이 기판과 대응되도록 다른 기판이 접착되며 이 기판의 전면에는 공통 전극이 형성되어 있다. 여기서, 절연층은 각 화소 영역의 중앙 부분에만 형성되어 있거나 중앙 부분만 제거되어 있는 형태를 갖는다.
본 발명에 따른 이러한 액정 표시 장치에서, 절연층에 의해 화소 전극에 단차가 형성되면 화소 전극 내의 전계 밀도가 부분적으로 달라져 전계에 따른 액정 분자의 배열도 달라진다. 따라서, 위상차의 보상 효과를 얻을 수 있는 영역이 비교적 넓게 형성되어 시야각이 개선되는 효과가 있다.
그러면, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명에 따른 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세히 설명한다.
도 4a및 도 4b는 본 발명의 실시예에 따른 액정 표시 장치에서의 액정 분자의 배열을 나타낸 도면이다.
하부 기판(210)의 각 화소(도시하지 않음)의 중앙부에는 질화 규소 등의 물질로 이루어진 500nm-1500nm 두께의 절연층(250)이 형성되어 있고 그 위에 화소 전극(220)이 덮여 있어 절연층(250)이 있는 부분에 단차가 형성되어 있다. 다수 개의 화소(도시하지 않음)가 형성되어 있는 이러한 하부 기판(210)과 마주보도록 대향 기판(230)이 배치되어 있고 대향 기판(230)의 전면에는 대향 전극(240)이 형성되어 있으며 기판(210, 230)의 사이에는 액정 분자(200)가 주입되어 있다.
두 기판(210, 230)은 배향 방향이 90°어긋나도록 대응되므로, 전압이 인가되지 않았을 때 기판(210, 230) 면에 평행하게 놓인 액정 분자(200)들은 하부 기판(210)에서 상부 기판(230)에 이르기까지 90°연속적으로 비틀려 있는 구조를 갖는다[도 4a 참조].
전압이 인가되면 액정 분자(200)는 절연층(250)이 형성되어 있는 중앙에는 기판(210, 230) 면에 수직한 전계가 형성되고, 단차가 형성되는 부분으로부터 화소 전극(220)의 가장자리에 이르는 부분에는 방사형 전계가 대칭적으로 형성된다. 액정 분자(200)의 장축은 전계 방향과 평행하게 배열되므로 절연층(250)이 형성되어 있는 영역에서는 액정 분자(200)가 기판(210, 230) 면에 수직으로 배열되며, 절연충(250)이 형성되어 있지 않은 나머지 부분에서는 액정 분자(200)가 방사형으로 배열한다. 따라서, 액정 분자(200)가 방사형 전계에 따라 대칭적으로 배열된 영역에서 광학적 보상이 일어난다. 즉, 화소 전극(220)이 단차를 형성하고 있기 때문에 종래의 액정 표시 장치의 경우보다 보상 영역이 넓어지며, 결과적으로 시야각이 향상된다[도 4b 참조].
도 5a 및 도 5b는 본 발명의 다른 실시예에 따른 액정 표시 장치에서의 액정 배열을 나타낸 도면이고, 도6은 도5의 A-A선에 대한 단면도이다.
도5에 도시한 바와 같이, 기판(210) 위에 형성되어 있는 절연층(250)은 화소(도시하지 않음)의 중앙 부위만 제거되어 있고 그 위에 화소 전극(220)이 도포되어 있어 화소(도시되지 않음)의 가장자리 부분에서 단차가 생기는 형태이다. 이점을 제외하면 도4의 구조와 다르지 않다.
전압이 인가되지 않을 때, 도 4a에서와 같이 기판(210, 230) 면에 평행하게 놓인 액정 분자(200)가 두 기판(210, 230) 사이에서 90°연속적으로 비틀려 있다[도 5a 참조].
전압이 인가되면, 절연층(250)이 있는 부분에서는 액정 분자(200)가 기판(210, 230) 면에 수직하게 배열되며 이를 중심으로 액정 분자(200)의 배열이 방사형으로 형성된다. 즉, 각 화소(도시하지 않음)의 가장자리부의 환형 절연층(250)과 상부 기판(230)을 수직축으로 하여 대칭적인 방사형 전계가 형성된다.
이러한 구조에서는 액정 분자(200)가 대칭을 이루는 영역이 도4에서보다 넓기 때문에 광학적 보상 효과가 커져 시야각이 확대된다.
화소 전극(220)의 하층에 형성되어 있는 환형 절연층(250) 내부의 액정 분자(200)의 단면적 배열 구조가 도6에 나타나 있다.
전계가 인가되지 않았을 때에는 액정 분자(200)들이 기판(도5의 도면 부호 210 참조) 및 화소 전극(220) 면에 평행하게 한 방향으로 잘 정렬된다. 전계가 인가되면, 액정 분자(200)들은 절연층(250)이 형성되어 있지 않은 화소 전극(220)의 중앙부에서는 기판(210, 230)에 수직으로 배열되고 화소 전극(220)의 가장자리부, 즉 절연층이 형성되어 있는 화소 전극부(220')를 경계로 하여 액정 분자(200)의 경사각이 대칭적으로 배열된다. 따라서, 시야각이 향상된다.
이상에서와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 액정 표시 장치에서는 화소 영역의 일부에 절연층을 형성하여 화소 전극에 단차를 형성함으로써 광학적 보상을 일으키어 시야각을 확대하는 효과가 있다.

Claims (5)

  1. 다수의 화소 영역을 가지고 있는 제1 기판,
    상기 화소 영역의 일부에 형성되는 절연돌기,
    상기 화소 영역에 형성되어 있으며 상기 절연 돌기를 덮고 있는 화소 전극,
    상기 제1 기판과 마주보도록 대응되는 제2 기판,
    상기 제2 기판의 전면에 형성되어 있는 공통 전극
    을 포함하는 액정 표시 장치.
  2. 제1항에서, 상기 절연 돌기는 상기 화소 영역의 가장자리 부분에 형성되어 있는 액정 표시 장치.
  3. 제2항에서, 상기 절연 돌기는 환형으로 형성되어 있는 액정 표시 장치.
  4. 제1항에서, 상기 절연 돌기는 질화 규소막으로 형성되어 있는 액정 표시 장치.
  5. 제4항에서, 상기 절연 돌기는 두께는 500 - 1,500nm인 액정표시 장치.
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