KR100293808B1 - 색띰방지용액정표시장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 색띰을 방지하기 위한 액정 표시 장치를 개시한다.
개시된 본 발명의 액정 표시 장치는, 단위 화소내에 전계가 미치는 공간의 폭을 서로 다르게 형성하여, 액정 분자의 회전각을 상이하게 한다. 이로써, 전계 형성시 액정의 배열이 부분적으로 상이해지므로, 액정 분자의 광학적 이방성을 보상하게 된다. 따라서, IPS 액정 표시 장치의 색띰 현상이 방지된다.

Description

색띰 방지용 액정 표시 장치
본 발명은 액정 표시 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 인 플랜 스위칭(in plane switching: 이하 IPS) 모드의 액정 표시 장치에 있어서, 색띰(color shift)을 방지할 수 있는 색띰 방지용 액정 표시 장치에 관한 것이다.
IPS 모드의 액정 표시 장치는, TN(twisted nematic) 액정 표시 장치의 시야각 특성을 보상하기 위하여, 일본국 히다찌사에서 개발한 횡전계 구동용 액정 표시 장치이다.(Principle and characteristic of electro-optical behviour with in-plane switching mode, Asia display 95, p577∼580)
이러한 IPS 액정 표시 장치는 도 1에 도시된 바와 같이, 액정 분자(3a)를 구동시키는 전극들(2a,2b)을 모두 하부 기판(1)에 설치하여, 하부 기판(1)면과 평행한 전계가 형성되도록 한다.
그러나, 상기와 같은 IPS 액정 표시 장치는 다음과 같은 문제점을 지닌다.
상기와 같은 IPS 액정 표시 장치는, 전극들(2a,2b) 사이에 전계가 형성되기 이전에는 액정 분자(3a)가 하부 기판상에 형성된 배향막(도시되지 않음)의 배향방향(A)에 따라 배열된다. 그후, 전극들(2a,2b) 사이에 전계가 형성되면, 액정 분자(3b)는 전계(F)의 형태와 평행(또는 수직)하도록 전부 시계 방향으로 회전하여 배열된다. 이때, 액정 분자들(3b)은 봉(棒)상으로서, 장축과 단축의 길이가 다르므로 광학 이방성의 차이가 생겨 일정 방향에서 색변화가 생긴다.
보다 구체적으로 설명하자면, 도면에서 X 방향에서 화면을 보았을 경우에는, 액정 분자(3a)의 단축을 보게되어, 화면은 흰색에서 파장이 짧은 블루(blue) 색상을 띠게 된다.
한편, 도면에서 Y 방향에서 화면을 보았을 경우에는, 액정 분자(3b)의 장축을 보게 되어, 흰색보다 파장이 긴 옐로우(yellow) 색상을 띠게 된다. 이로 인하여, 액정 화면의 화질이 저하된다. 상기 기술은 SID′97, page 929∼932에 자세히 개지되어 있다.
따라서, 본 발명은 전술한 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로, IPS 액정 표시 장치에 있어서, 액정 화면의 색띰 현상을 방지하여, 화질 저하를 개선할 수 있는 색띰 방지용 액정 표시 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
도 1은 종래의 IPS 액정 표시 장치의 구동 원리를 설명하기 위한 도면.
도 2는 본 발명에 따른 색띰 방지용 액정 표시 장치의 평면도.
(도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명)
11 : 하부 기판 12a,12b : 게이트 버스 라인
13a,13b : 데이터 버스 라인 14 : 카운터 전극
14a : 바
14b : 게이트 버스 라인과 평행한 카운터 전극 부분
14c : 데이터 버스 라인과 평행한 카운터 전극 부분
15 : 화소 전극 15a : 제 1 영역
15b : 제 2 영역 15c : 제 3 영역
16 : 액정 분자
상기와 같은 목적은, 수 개의 액정 분자들로 이루어진 액정층을 사이에 두고 대향, 배치되는 하부 기판과 상부 기판; 상기 하부 기판 상에 서로 절연되게 매트릭스 형태로 수직으로 교차 배설되어, 단위 화소 공간을 한정하는 게이트 버스 라인과 데이터 버스 라인; 상기 단위 화소 공간내에 형성되는 사각의 틀 형상으로서, 상기 틀 내부를 분할하는 적어도 하나 이상의 바를 포함하는 카운터 전극; 상기 카운터 전극이 형성된 단위 화소 공간에 형성되며, 상기 게이트 버스 라인과 평행하는 상기 카운터 전극의 서로 평행한 두변과 각각 포개어지는 제 1 및 제 2 영역과, 상기 제 1 및 제 2 영역간을 직교를 이루도록 연결하면서, 상기 카운터 전극의 바에 의해 분할된 영역을 비균등하게 재분할하도록 상기 분할된 영역의 소정 부분으로 치우쳐 형성되는 적어도 하나 이상의 제 3 영역으로 이루어진 화소 전극; 및 소정의 동작 영역이 상기 게이트 버스 라인과 데이터 버스 라인에 각각 연결되어 상기 화소 전극의 동작을 제어하는 박막 트랜지스터를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 본 발명의 색띰 방지용 액정 표시 장치에 의하여 달성된다.
본 발명에 의하면, 단위 화소내에 전계가 미치는 공간의 폭을 서로 다르게 형성하여, 액정 분자의 회전각을 상이하게 한다. 이로써, 전계 형성시 액정 분자의 배열이 부분적으로 상이해지므로, 액정 분자의 광학적 이방성을 보상하게 된다. 따 라서, IPS 액정 표시 장치의 색띰 현상이 방지된다.
이하, 첨부한 도면에 의거하여 본 발명의 바람직한 실시예를 자세히 셜명하 도록 한다.
첨부한 도면 도 2는 본 발명에 따른 액정 표시 장치의 평면도이다.
도 2를 참조하여, 다수개의 게이트 버스 라인(12a,12b)과 다수개의 데이터 버스 라인(13a,13b)은 하부 절연 기판(11) 상에 매트릭스 상태로 교차 배설되어, 단위 화소 공간을 한정한다. 이때, 본 실시예에서는 한 쌍의 게이트 버스 라인과 데이터 버스 라인을 예를들어 설명한다. 아울러, 게이트 버스 라인(12a,12b)과 데 이터 버스 라인(13a,13b) 사이에는 이들 두 라인(12a,12b,13a,13b)을 절연시키기 위한 게이트 절연막(도시되지 않음)이 개재되어 있다. 또한, 상기 게이트 버스 라 인(12a, 12b)과 데이터 버스 라인(13a, 13b)은 전도 특성이 우수한 불투명한 금속 막으로 형성된다.
게이트 버스 라인(12a)과 데이터 버스 라인(13a)의 교차 부분 각각에는 박막 트랜지스터(TFT)가 구비된다. 이 박막 트랜지스터(TFT)는, 게이트 버스 라인(12a) 과, 그 상부에 적층된 채널층(도시되지 않음)과 에치 스톱퍼(E), 에치 스톱퍼(E)의 양측과 오버랩되는 소오스 전극(S)과 드레인 전극(D)을 포함한다. 이때, 드레인 전 극(D)은 상기 데이터 버스 라인(13a)으로부터 연장된 전극 라인이고, 소오스 전극(S)은 이후에 설명될 화소 전극으로부터 연장된 전극 라인이다.
그리고, 단위 화소 공간 각각에는 카운터 전극(14)이 각각 배치된다. 이 카운터 전극(14)은 사각의 틀 형상으로, 데이터 버스 라인(13a,13b)과 평행하면서 상기 카운터 전극(14)의 틀 내부를 장방향으로 분할하는 적어도 하나 이상의 바(bar:14a)를 포함한다. 본 실시예에 있어서, 상기 바(14a)는, 예를들어, 하나를 포함한다. 이러한 카운터 전극(14)에 있어서, 게이트 버스 라인(12a,12b)과 평행한 부분(14b)의 폭은 데이터 버스 라인(13a,13b)과 평행한 부분(14c)의 폭보다 다소 클 수 있다. 또한, 바(14a)의 폭은 카운터 전극(14)에서 데이터 버스 라인(13a, 13b)과 평행한 부분(14c)의 폭과 동일할 수 있다. 여기서, 도면에는 자세히 도시되지 않았지만, 이 카운터 전극(14)은 인접하는 단위 화소의 카운터 전극(도시되지 않음)과 전기적으로 연결되어 있어서, 모두 동일한 공통 전극 신호가 인가된다. 또한, 카운터 전극(14)은 게이트 버스 라인(12a,12b)과 동일한 물질로서, 게이트 버스 라인(12a,12b)과 함께 하부 기판(11) 표면에 형성된다.
카운터 전극(14)과 함께 액정내의 분자(16)들을 구동시키는 화소 전극(15)은 단위셀 공간 각각에 배치된다. 이때, 화소 전극(15)은 카운터 전극(14)에서 게이트 버스 라인(12a,12b)과 평행한 부분(14b)과 게이트 절연막(도시되지 않음)을 사이에 두고 오버랩되는 제 1 및 제 2 영역(15a,15b)과, 제 1 및 제 2 영역(15a,15b)을 연결하는 적어도 하나 이상의 제 3 영역(15c)을 포함한다. 이때, 제 3 영역(15c)은 데이터 버스 라인(13a,13b)과 평행하면서, 적어도 하나 이상, 바람직하게는, 바(14a)의 수 보다 하나 많도록 형성되며, 본 실시예에서의 제 3 영역(15c)은 두 개이다. 또한, 제 1 영역(15a)과 제 2 영역(15b)은 서로 평행하게 배치된다. 여기서, 제 3 영역(15c)은 데이터 버스 라인(13a,13b)과 평행한 카운터 전극 부분(14c)과 바(14a) 사이에 배치되되, 상기 데이터 버스 라인(13a,13b)과 평행한 카운터 전극부분(14c) 보다는 바(14a)측과 더욱 가깝게 배치된다. 이때, 제 3 영역(15c)은 이와 반대로, 바(14a) 보다는 데이터 버스 라인(13a,13b)과 평행한 카운터 전극 부분(14c)과 가깝게 배치될 수 있다. 즉, 제 3 영역(15c)은 데이터 버스 라인(13a,13b)과 평행하는 카운터 전극 부분(14c)과 바(14a) 사이의 중앙에 배치되지 않고, 한쪽으로 치우치도록 형성된다. 이때, 본 액정 표시 장치에서, 액정 분자들을 실질적으로 구동시키는 부분은, 카운터 전극에서 바 부분(14a,14c)과 화소 전극에서 데이터 버스 라인(13a,13b)와 평행한 부분(15c)이다.
또한, 카운터 전극(14)과 포개어지는 화소 전극(15)의 제 1 및 제 2 영역(15a,15b)에서 보조 용량 캐패시터가 형성된다.
한편, 해당 단위 화소를 선택하는 게이트 버스 라인(12a)과 인접한 화소 전극 영역 즉, 제 2 영역(15b)은 박막 트랜지스터(TFT)를 향하여 소정 부분 인출되어, 소오스 전극(S)을 형성한다.
여기서, 제 3 영역(15c)과 바(14a) 사이의 공간을 제 1 공간(X1)이라 한정하고, 제 3 영역(15c)과 데이터 버스 라인(13a, 13b)과 평행한 카운터 전극 부분(14c) 사이의 공간을 제 2 공간(X2)으로 한정하여 설명한다.
이와같이 구성된 하부 기판(11) 표면에는 게이트 버스 라인(12a,12b) 및 데이터 버스 라인(13a,13b)과 이론상 약 ± 45°만큼의 각도차를 갖도록 러빙된 배향막(도시되지 않음)이 구비된다. 도면에서 R 방향은 러빙 방향(러빙축)을 나타내며, 또한, 상기 배향막은 수평 배향막이다. 여기서, 이론적으로는 배향막의 러빙 방향(R)은 게이트 버스 라인(12a,12b) 및 데이터 버스 라인(13a,l3b)과 이론상 약 ± 45°만큼의 각도차를 갖음이 바람직하지만, 실제적으로는 액정 분자의 유전율 이방성이 양일 경우, 데이터 버스 라인(13a,13b)과 러빙축이 이루는 각이 약 45°이하, 더욱 바람직하게는 12 내지 15°가 되도록 한다. 또한, 유전율 이방성이 음인 액정 분자를 사용할 경우, 데이터 버스 라인(13a,13b)과 러빙축이 이루는 각이 75 내지 78°정도가 되도록 함이 바람직하다. 또한, 상기 수평 배향막의 프리틸트각은 1 내지 1.5°정도가 되도록 한다. 그리고, 하부 기판(11)의 배면에는 하부 편광판(도시되지 않음)이 부착되는데, 이 하부 편광판의 편광축은 하부 기판의 러빙축과 일치하도록 부착되고, 상부 편광판(도시되지 않음)은 하부 편광판의 편광축과 크로스되도록 부착된다.
이러한 액정 표시 장치는, 카운터 전극(14)과 화소 전극(15)에 전압이 인가되기 이전에는 상기 배향 방향(R)으로 액정 분자들이 초기 배열된다.
그후, 게이트 버스 라인(12a)이 선택되고, 데이터 버스 라인(13a)에 소정의 전압이 인가되면, 데이터 버스 라인(13a)의 전압이 화소 전극(15)에 인가되어, 카운터 전극(14)과 화소 전극(15) 사이 즉, 제 1 공간(X1) 및 제 2 공간(X2)에는 소정의 전계가 형성된다. 이때, 제 1 공간(X1)의 폭이 제 2 공간(X2)의 폭보다 좁으므로, 제 1 공간(X1)에 상대적으로 강한 전계(E=V/d, E는 전계, V는 전압, d는 거리 또는 폭)가 형성되고, 제 2 공간(X2)에는 제 1 공간(X1) 보다는 상대적으로 약한 전계가 형성된다.
따라서, 도 2에 도시된 바와 같이, 제 1 공간(X1)에는 더욱 기판(11)에 평행한 전계가 형성되어, 이 전계의 형태로 액정 분자들이 배열된다. 이에따라, 초기 배향각과 전계에 의하여 배열된 액정 분자가 이루는 각 a 는 약 45°정도가 된다. 이때, α 는 약 45°가 되는 것은, 상기 전계 방향이 이상적인 경우, 게이트 버스 라인(12a,12b)과 평행하기 때문에, 상기 배향막의 배향 방향을 고려하여 약 45°정도가 되는 것이다. 그러나, a 는 배향막의 배향 조건, 프리틸트(pretilt)각 등에 의하여 45°이하가 될 수도 있다.
한편, 제 2 공간(X2)에는 제 1 공간(X1)보다는 약한 전계가 형성되어 , 이 전계의 형태로 액정 분자들이 배열된다. 이때, 이 액정 분자와 초기 배향각이 이루는 각 β 는 약 45도 미만이 즉, α 보다는 작은 회전각을 갖는다.
이로써, 하나의 단위 화소내에는 별도의 러빙 공정없이도, 두 방향으로 배열되는 듀얼 도메인(dual domain) 영역이 형성된다.
이에 따라, 하나의 단위 화소내에서 전계가 인가되었더라도, 부분적으로 전계의 세기가 상이하여, 액정 분자의 움직이는 각도가 상이하여 진다. 이에 따라, 일측면에서는 액정 분자의 단축을 바라보았더라도, 그와 인접하는 도메인에서는 이를 보상할 수 있는 액정 분자의 다른축이 보이게 되므로, 액정 분자의 광학적 이방성 보상으로 인한 색띰 현상이 방지된다.
본 실시예에서는 설명을 배재하였지만, 본 실시예에 따른 액정 표시 장치는 상기와 같은 하부 기판상에 컬러 필터가 형성된 상부 기판이 대향되어 있으며, 상, 하 기판 사이에는 액정층이 개재되어 있다. 아울러, 상기한 색띰 현상을 방지하기 위하여는, 상하 기판간의 거리와, 액정층의 굴절율 이방성의 곱이 0.2 내지 0.6㎛이 되도록 함이 바람직하다.
또한, 상기 상하 기판의 액정 대향면에는 배향막이 설치되어 있는데, 이들 상하 배향막의 배향각은 약 180°각도차를 갖도록 배향된다.
이상에서 자세히 설명한 바와 같이, 본 발명에 의하면, 단위 화소내에 전계 가 미치는 공간의 폭을 서로 다르게 형성하여, 액정 분자의 회전각을 상이하게 한 다. 이로써, 전계 형성시 액정 분자의 배열이 부분적으로 상이해지므로, 액정 분자 의 광학적 이방성을 보상하게 된다. 따라서, IPS 액정 표시 장치의 색띰 현상이 방 지된다.
기타, 본 발명은 그 요지를 일탈하지 않는 범위에서 다양하게 변경하여 실시 할 수 있다.

Claims (15)

  1. 수 개의 액정 분자들로 이루어진 액정층을 사이에 두고 대향, 배치되는 하부 기판과 상부기판; 상기 하부 기판 상에 서로 절연되게 매트릭스 형태로 수직으로 교차 배설되어, 단위 화소 공간을 한정하는 게이트 버스 라인과 데이터 버스 라인; 상기 단위 화소 공간내에 형성되는 사각의 틀 형상으로서, 상기 틀 내부를 분할하는 적어도 하나 이상의 바를 포함하는 카운터 전극; 상기 카운터 전극이 형성된 단위 화소 공간에 형성되며, 상기 게이트 버스 라인과 평행하는 상기 카운터 전극의 서로 평행한 두변과 각각 포개어지는 제 1 및 제 2 영역과, 상기 제 1 및 제 2 영 역간을 직교를 이루도록 연결하면서, 상기 카운터 전극의 바에 의해 분할된 영역을 비균등하게 재분할하도록 상기 분할된 영역의 소정 부분으로 치우쳐 배치되는 적어도 하나 이상의 제 3 영역으로 이루어진 화소 전극; 및 소정의 동작 영역이 상기 게이트 버스 라인과 데이터 버스 라인에 각각 연결되어 상기 화소 전극의 동작을 제어하는 박막 트랜지스터를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 색띰 방지용 액정 표시 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 화소전극의 제 3 영역은, 상기 카운터 전극의 사진 틀 부분 보다 상기 카운터 전극의 바에 인접하게 배치되는 것을 특징으로 하는 색띰 방지용 액정 표시 장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 화소전극의 제 3 영역은, 상기 카운터 전극의 바 보다 상기 카운터 전극의 사진 틀 부분에 인접하게 배치되는 것을 특징으로 하는 색띰 방지용 액정 표시 장치.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 화소전극의 제 3 영역은 상기 데이터 버스 라인과 평행한 것을 특징으로 하는 색띰 방지용 액정 표시 장치.
  5. 제1항에 있어서, 상기 하부 기판과 상부 기판은, 상기 액정층과의 대향면 표면에는 배향막을, 그리고, 상기 액정층과의 대향면의 이면에는 편광판을 각각 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 색띰 방지용 액정 표시 장치.
  6. 제5항에 있어서, 상기 배향막은 수평 배향막이고, 상부 기판측 배향막의 배향축과 하부 기판측의 배향축은 180°각도 차이를 갖는 것을 특징으로 하는 색띰 방지용 액정 표시 장치.
  7. 제6항에 있어서, 상기 배향막의 프리틸트각은 1 내지 1.5°인 것을 특징으로 하는 색띰 방지용 액정 표시 장치.
  8. 제5항에 있어서, 상기 액정층은 유전율 이방성이 음 또는 양인 액정 분자들로 이루어진 것을 특징으로 하는 색띰 방지용 액정 표시 장치.
  9. 제8항에 있어서, 상기 액정 분자의 유전율 이방성이 양인 경우, 배향막의 배향방향은 데이터 버스 라인과 배향축이 약 45도 이하를 이루는 것을 특징으로 하는 색띰 방지용 액정 표시 장치.
  10. 제9항에 있어서, 상기 액정 분자의 유전율 이방성이 양인 경우, 배향막의 배향방향은 데이터 버스 라인과 배향축이 이루는 각이 12 내지 15도인 것을 특징으로 하는 색띰 방지용 액정 표시 장치.
  11. 제8항에 있어서, 상기 액정 분자의 유전율 이방성이 음인 경우, 배향막의 배향 방향은 데이터 버스 라인과 배향축이 이루는 각이 45 내지 90도인 것을 특징으로 하는 색띰 방지용 액정 표시 장치.
  12. 제11항에 있어서, 상기 액정 분자의 유전율 이방성이 음인 경우, 배향막의 배향 방향은 데이터 버스 라인과 배향축이 이루는 각이 75 내지 78도인 것을 특징으로 하는 색띰 방지용 액정 표시 장치.
  13. 제1항에 있어서, 상기 바의 수는 1개이고, 상기 제 3 영역의 수는 2개 인 것을 특징으로 하는 색띰 방지용 액정 표시 장치.
  14. 제1항에 있어서, 상기 하부 기판과 상부 기판간의 거리와 액정 분자의 굴절율 이방성의 곱이 0.2 내지 0.6㎛인 것을 특징으로 하는 색띰 방지용 액정 표시 장치.
  15. 제1항에 있어서, 상기 제 1 및 제 2 영역은 상기 게이트 버스 라인과 평행하는 카운터 전극 부분과 오버랩되고, 상기 제 3 영역은 데이터 버스 라인과 평행하는 것을 특징으로 하는 색띰 방지용 액정 표시 장치.
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