KR100488932B1 - 트위스트네마틱액정표시장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 시야각이 개선된 트위스트 네마틱 액정 표시 장치를 개시한다.
개시된 본 발명은, 매트릭스 형태로 수직으로 교차 배설되어, R, G, B 단위 화소 공간을 한정하는 게이트 버스 라인과 데이터 버스 라인과, 상기 게이트 버스 라인과 데이터 버스 라인의 교차부근에 형성되는 박막 트랜지스터 및 상기 박막 트랜치스터와 접속되며 상기 단위 화소 공간내에 형성되는 화소 전극을 포함하는 하부 기판과, 상기 하부 기판과 대향하며, 하부 기판과의 대향면에 구비된 컬러 필터, 상기 컬러 필터 상에 형성되는 공통 전극을 포함하는 상부 기판과, 상기 상하부 기판 사이에 개재되는 액정층 및 상기 상하 기판의 액정층과의 대향면 표면에 각각 설치되는 배향막을 포함하는 트위스트 네마틱 액정 표시 장치로서, 상기 하부 기판측의 배향막의 러빙 방향은 동일하고, 상부 기판측의 배향막의 러빙 방향은 각각의 R,G,B 단위 화소 공간별로 각기 상이하다.

Description

트위스트 네마틱 액정 표시 장치
본 발명은 액정 표시 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 시야각이 개선된 트위스트 네마틱(twisted-nematic:이하 TN) 액정 표시 장치에 관한 것이다.
일반적으로 액정 표시 장치는 한 쌍의 투광성 기판 사이에 액정 분자를 배향하여 개재시킨 것으로, 액정 분자의 배향 상태를 전기적으로 제어하는 빛을 투광 또는 차단하여 화상 표시를 행한다. 이러한 액정 표시 장치는 전자식 탁상 계산기나, 디지탈 시계등의 표시수단으로서 폭 넓게 실용화됨과 더불어, 오늘날 랩탑 컴퓨터, 텔레비젼 수상기 및 워드 프로세서등의 표시 수단으로 급속하게 보급되고 있다.
여기서, 종래의 액정 표시 장치는 광학 특성이 우수하고, 흑백 표시가 선명하며, 응답 특성이 우수한 TN 모드가 많이 이용된다. 이 TN 모드의 액정 표시 장치는, 대향하는 상하 기판과, 상하 기판 대향면 표면에 각각 형성되는 액정 구동 전극 및 배향막 그리고, 상하 기판의 대향면 배면에는 편광판이 구비된다.
상하 배향막은 수평 배향막이되, 러빙축이 90도 크로스되어 있으며, 상하 편광판 또한 2축이 서로 크로스 되는 방향으로 부착된다. 즉, 상부 배향막의 러빙축과 상부 편광판의 편광축이 동일한 방향으로 부착되고, 하부 배향막의 러빙축과 하부 편광판의 편광축은 동일한 방향으로 부착된다. 이에따라, 구동 전극에 전압이 인가되기 이전, 액정 분자들은 상하 배향막의 영향으로 좌선성으로 90도 트위스트 배열된다. 따라서, 하부 편광판을 통과한 빛은 좌선성으로 트위스트된 액정 분자를 통고하여, 상부 편광판을 통과하게 된다. 이에따라, 화면은 화이트 상태가 된다.
한편, 상하 기판의 대향면에 있는 구동 전극에 소정의 전압이 인가되었을때는 액정 분자들이 구동 전극들 사이에 형성되는 전계(기판과 수직으로 형성됨)와 평행하게 배열된다. 이에따라, 하부 편광판을 통과한 빛은 액정 분자가 수직으로 배열된 관계로, 선광 특성을 잃어 상부 편광판을 통과하지 못한다. 따라서, 화면은 다크 상태가 된다.
그러나, 상기와 같은 TN 액정 표시 장치는 상하 기판 사이에 개재되는 액정 분자의 형태가 봉(棒) 형상임에 따라 다음과 같은 문제점을 갖는다.
즉, TN 액정 표시 장치는 상술된 바와 같이 전계가 형성되기 이전 화이트 상태를 띤다. 이때, 각각의 단위 화소내의 액정 분자들은 모두 동일한 방향으로 트위스트되어져 있어, 사용자는 액정 분자의 한 방향만을 보게 된다. 즉, 어느 부분에서는 액정 분자의 장축만 보게 되고, 어느 부분에서는 액정 분자의 단축만 보게 되는 것이다. 여기서, 공지된 바와 같이, 액정 분자는 그것의 장축과 단축의 굴절율이 각각 상이하므로, 소위 광학적 이방성이 발생되어, 시야각차가 발생된다.
이로 인하여, 화이트 상태라 할지라도, 액정 분자의 단축을 바라보게 되는 면에서는 일시적으로 화면이 다크로 보이게 되는 문제점이 발생된다. 이것은 TN 엑액정 표시 소자의 화질을 저하시키는 원인이 된다.
따라서, 본 발명의 목적은 전술한 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로, TN 액정 표시 장치에 있어서, 액정 분자의 광학적 이방성을 보상하여 시야각을 향상시킬 수 있는 TN 액정 표시 장치를 제공하는 것이다.
상기한 본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일견지에 있어서, 매트릭스 형태로 수직으로 교차 배설되어, R, G, B 단위 화소 공간을 한정하는 게이트 버스 라인과 데이터 버스 라인과, 상기 게이트 버스 라인과 데이터 버스 라인의 교차부근에 형성되는 박막 트랜지스터 및 상기 박막 트랜치스터와 접속되며 상기 단위 화소 공간내에 형성되는 화소 전극을 포함하는 하부 기판, 상기 하부 기판과 대향하며, 하부 기판과의 대향면에 구비된 컬러 필터, 상기 컬러 필터 상에 형성되는 공통 전극을 포함하는 상부 기판, 상기 상하부 기판 사이에 개재되는 액정층, 및 상기 상하 기판의 액정층과의 대향면 표면에 각각 설치되는 배향막을 포함하는 트위스트 네마틱 액정 표시 장치로서, 상기 하부 기판측의 배향막의 러빙 방향은 동일하고, 상부 기판측의 배향막의 러빙 방향은 각각의 R,G,B 단위 화소 공간별로 각기 상이한 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 다른 견지에 있어서, 매트릭스 형태로 수직으로 교차 배설되어, R, G, B 단위 화소 공간을 한정하는 게이트 버스 라인과 데이터 버스 라인과, 상기 게이트 버스 라인과 데이터 버스 라인의 교차부근에 형성되는 박막 트랜지스터 및 상기 박막 트랜치스터와 접속되며 상기 단위 화소 공간내에 형성되는 화소 전극을 포함하는 하부 기판과, 상기 하부 기판과 대향하며, 하부 기판과의 대향면에 구비된 컬러 필터, 상기 컬러 필터 상에 형성되는 공통 전극을 포함하는 상부 기판과, 상기 상하부 기판 사이에 개재되는 액정층 및 상기 상하 기판의 액정층과의 대향면 표면에 각각 설치되는 배향막을 포함하는 트위스트 네마틱 액정 표시 장치로서, 상기 하부 기판측의 배향막은 상기 게이트 버스 라인과 약 -45도 정도 각도차를 갖도록 러빙되고, 상기 R 단위 화소 공간의 상부 기판측 배향막은, 상기 하부 기판측 배향막의 러빙 방향으로 부터 60 내지 85도 만큼 각도차를 갖도록 배향되고, 상기 G 단위 화소 공간의 상부 기판측 배향막은 상기 하부 기판측 배향막의 러빙 방향과 약 90도 만큼 각도차를 갖도록 배향되며, 상기 B 단위 화소 공간의 상부 기판측 배향막은 상기 하부 기판측 배향막의 러빙 방향과 약 95 내지 120도 만큼 각도차를 갖도록 배향되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의하면, 3개의 단위 화소로 이루지는 메인 화소에 있어서, 상부 배향막의 러빙 방향을 각 단위 화소 별로 상이하게 하여, 전계 인가전 액정 분자들이 배열되는 각도가 단위 화소별로 상이하게 한다. 이에따라, 액정 분자들이 일렬로 동일한 방향을 취하지 않고 서로 다른 방향을 향하도록 배열되므로, 액정 분자의 광학적 이방성이 보상된다. 따라서, TN 모드의 액정 표시 장치의 시야각이 개선된다.
이하 첨부한 도면에 의거하여 본 발명의 바람직한 실시예를 자세히 설명하도록 한다.
첨부한 도면 도 1은 본 발명에 따른 TN모드 액정 표시 장치의 사시도이고, 도 2는 본 발명에 따른 액정 표시 장치를 개략적으로 나타낸 평면도이다. 본 실시예에서는 TN 액정 표시 장치에 있어서, 메인 픽셀을 구성하는 R,G,B 단위 픽셀 영역의 상부 배향막의 러빙 방향을 각기 다르게 한다. 이에따라, 전계 형성시에 액정 분자들이 틀어지는 방향이 다르게 되어, 액정 분자의 이방성을 보상한다.
도 1을 참조하여, 하부 기판 표면(10)에는 다수개의 게이트 버스 라인(11a,11b)과 다수개의 데이터 버스 라인(12a,12b,12c,12d)이 액티브 매트릭스 형태로 교차 배열되어, 단위 화소 공간(C1,C2,C3)을 한정한다. 이때, 본 실시예에서는 하나의 메인 픽셀을 예를들어 설명하기 위하여, 2 개의 게이트 버스 라인과 4개의 데이터 버스 라인만을 도시하였다. 여기서, 단위 화소 공간(C1)은 R(red) 화소 영역이고, 단위 화소 공간(C2)은 G(green) 화소 영역이며, 단위 화소 공간(C3)을 B(blue) 화소 영역이다. 이때, 메인 픽셀은 공지된 바와 같이, R,G,B 단위 화소가 조합되어 이루어진다. 게이트 버스 라인(11)과 데이터 버스 라인(12a,12b,12c) 사이에는 이들 두 라인을 절연시키기 위한 게이트 절연막(도시되지 않음)이 개재되어 있다.
게이트 버스 라인(11a)과 데이터 버스 라인(12a,12b,12c)의 교차 부분 각각에는 박막 트랜지스터(TFT)가 구비되어 있다. 그리고, 박막 트랜지스터(TFT)와 각각 접속되도록, 하부 기판(10)의 단위 화소 공간에, 화소 전극(13a,13b,13c)이 형성되어 있다.
이러한 하부 기판(10)과 대향하는 상부 기판(20)에는 컬러 필터(21a,21b,21c)가 구비되는데, 이 컬러 필터(21a,21b,21c)는 하부 기판(10)의 화소 전극(13a,13b,13c)과 대응되는 위치에 형성되어 있다. 그리고, 컬러 필터(21a,21b,21c)의 외곽에는 블랙 매트릭스(22)가 형성되어, 단위 화소간을 분리한다. 상부 기판(20)의 대향면에서 컬러 필터(21a,21b,21c)의 상부에는 화소 전극(13a,13b,13c)과 함께 액정 분자를 동작시키는 공통 전극(도시되지 않음)이 형성되어 있다. 하부 기판(10)과 상부 기판(20) 사이에 액정층(30)이 개재되어 있다.
또한, 하부 기판(10)과 상부 기판(20)의 대향면 표면 각각에는 액정 분자들의 초기 상태를 결정하는 배향막(도시되지 않음)이 형성되어 있다. 이때, 배향막은 수평 배향막이고, 이 수평 배향막은 소정의 방향으로 러빙되어 있다.
여기서, 하부 기판(10)에 형성되는 배향막은 모두, 게이트 버스 라인(11a)과 제 1 각도(θ1) 바람직하게는 약 -45도 정도의 각도를 이루도록 러빙되어 있다.
한편, 상부 기판(20)에 형성되는 배향막은 각 단위 화소 별로 각기 다른 방향으로 러빙되어 있다.
즉, R 화소 영역(C1)의 상부 배향막은 하부 배향막의 러빙 방향(R1)과 제 2 각도(θ2)차가 나도록 러빙된다. 이때, 제 2 각도(θ2)는 바람직하게는 약 60 내지 85도 이고, 더욱 바람직하게는 70도 정도이다. 따라서, R 화소 영역(C1)에 존재하는 액정 분자들은 기판(10,20)에 평행하게 누워있되, 하부 기판측 액정 분자(도시되지 않음)와 상부 기판측 액정 분자는 약 70도 정도의 트위스트각을 갖으며 꼬이도록 배열되어 있다.
G 화소 영역(C2)의 상부 배향막은 하부 배향막의 러빙 방향(R1)과 제 3 각도(θ3) 차가 나도록 러빙된다. 이때, 제 3 각도(θ3)는 바람직하게는 약 90 도 정도이다. 따라서, G 화소 영역(C2)에 존재하는 액정 분자들은 기판(10,20)에 평행하게 누워있되, 하부 기판측 액정 분자(도시되지 않음)와 상부 기판측 액정 분자는 약 90도 정도의 트위스트각을 갖으며 꼬이도록 배열된다.
B 화소 영역(C3)의 상부 배향막은 하부 배향막의 러빙 방향(R1)과 제 4 각도(θ4)차가 나도록 러빙된다. 이때, 제 4 각도(θ4)는 바람직하게는 약 95 내지 120도 정도, 더욱 바람직하게는 110도 정도이다. 따라서, B 화소 영역(C3)에 존재하는 액정 분자들은 기판(10,20)에 평행하게 누워있되, 하부 기판측 액정 분자(도시되지 않음)와 상부 기판측 액정 분자는 약 110도 정도의 트위스트각을 갖으며 꼬이도록 배열된다.
여기서, 상기와 같이 단위 화소(C1,C2,C3) 별로 각각 다른 방향으로 배향하기 위한 방법으로는 공지된 광 배향 기술이 이용된다.
상, 하부 기판의 대향면 뒷면 각각에는 편광판(도시되지 않음)이 설치된다. 하부 기판측 편광판은 하부 배향막의 러빙 방향(R1)과 편광축이 평행하도록 부착되고, 상부 기판측 편광판의 편광축은 하부 기판측 편광판의 편광축과 크로스되도록 부착된다.
이러한 구성을 갖는 액정 표시 장치는 전계가 형성되기 이전, 액정 분자들은 상기 배향막의 러빙 방향에 따라, 배열된다. 즉, R 화소 영역(C1)에서의 액정 분자들은 약 70도 정도로 트위스트 배열되고, G 화소 영역(C2)에서의 액정 분자들은 약 90도 정도로 트위스트 배열되며, B 화소 영역(C3)에서의 액정 분자들은 약 110도 정도로 트위스트 배열된다. 이에따라, 하부 편광판을 통하여 입사된 빛은 액정 분자들이 꼬여있는 관계로 상부 편광판을 통과하여 화면은 화이트 상태가 된다. 이때, 액정층(30)의 중앙 부분(middle layer)에 해당하는 액정 분자들은 상기 각기 다른 방향을 향하도록 배열된다. 이에 대하여는 도 2에 자세히 도시되어 있다.
즉, 도 2에서와 같이, R 화소 영역(C1)의 중앙 부분에서의 액정 분자(30a)는 제 2 각도(θ2)의 2분의 1정도 만큼, 예를들어 액정 분자의 장축이 하부 배향막의 러빙 방향(R1)으로부터 약 35도 정도 틀어져 있게 된다.
G 화소 영역(C2)의 중앙 부분에서의 액정 분자(30b)는 제 3 각도(θ3)의 2분의 1정도, 예를들어 액정 분자의 장축이 하부 배향막의 러빙 방향(R1)으로부터 약 45도 정도 틀어져 있게 된다.
B 화소 영역(C3)의 중앙 부분에서의 액정 분자(30c)는 제 4 각도(θ4)의 2분의 1정도, 예를들어, 액정 분자의 장축이 하부 배향막의 러빙 방향(R1)으로부터 약 55도 정도 틀어져 있게 된다.
이와같이, 액정층(30)의 중심선(middle layer)에서의 액정 분자의 배열이 각기 다른축을 향하므로, 액정 분자의 광학적 이방성이 보상된다. 즉, 3개의 단위 화소들이 모여진 메인 화소 측면에서 바라볼 때, 단위 화소의 액정 분자들이 각기 상이한 방향으로 틀어지게 되어, 예를들어, R 화소 영역(C1)에서 액정 분자의 단축을 보게 되었더라도, G 또는 B 화소 영역(C2,C3)에서는 이를 보상할 수 있도록 액정 분자의 장축 또는 액정 분자의 사선축을 볼 수 있어 상기한 이방성의 문제점을 해결하게 된다.
그후, 화소 전극(13a,13b,13c)과 공통 전극 사이에 전계가 형성되면, 상기와 같이 배열되어 있는 액정 분자들이 전계와 평행하게 배열되어, 빛이 차단된다.
이상에서 자세히 설명한 바와 같이, 본 발명에 의하면, 3개의 단위 화소로 이루지는 메인 화소에 있어서, 상부 배향막의 러빙 방향을 각 단위 화소 별로 상이하게 하여, 전계 인가전 액정 분자들이 배열되는 각도가 단위 화소별로 상이하게 한다. 이에따라, 액정 분자들이 일렬로 동일한 방향을 취하지 않고 서로 다른 방향을 향하도록 배열되므로, 액정 분자의 광학적 이방성이 보상된다. 따라서, TN 모드의 액정 표시 장치의 시야각이 개선된다.
도 1은 본 발명에 따른 트위스트 네마틱 액정 표시 장치의 사시도.
도 2는 본 발명에 따른 러빙 방향과 액정 분자의 관계를 개략적으로 나타낸 도면.
(도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명)
10 - 하부 기판 11a,11b - 게이트 버스 라인
12a,12b,12c,12d - 데이터 버스 라인 13a,13b,13c - 화소 전극
20 - 상부 기판 21 - 컬러 필터
22 - 블랙 매트릭스 30 - 액정층
30a - 액정 분자

Claims (5)

  1. 매트릭스 형태로 수직으로 교차 배설되어, R, G, B 단위 화소 공간을 한정하는 게이트 버스 라인과 데이터 버스 라인과, 상기 게이트 버스 라인과 데이터 버스 라인의 교차부근에 형성되는 박막 트랜지스터 및 상기 박막 트랜치스터와 접속되며 상기 단위 화소 공간내에 형성되는 화소 전극을 포함하는 하부 기판;
    상기 하부 기판과 대향하며, 하부 기판과의 대향면에 구비된 컬러 필터, 상기 컬러 필터 상에 형성되는 공통 전극을 포함하는 상부 기판;
    상기 상하부 기판 사이에 개재되는 액정층;
    상기 상하 기판의 액정층과의 대향면 표면에 각각 설치되는 배향막을 포함하는 트위스트 네마틱 액정 표시 장치로서,
    상기 하부 기판측의 배향막의 러빙 방향은 동일하고, 상부 기판측의 배향막의 러빙 방향은 각각의 R,G,B 단위 화소 공간별로 각기 상이한 것을 특징으로 하는 트위스트 네마틱 액정 표시 장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 하부 기판측의 배향막은 상기 게이트 버스 라인과 약 -45도 정도 각도차를 갖도록 러빙되고,
    상기 R 단위 화소 공간의 상부 기판측 배향막은, 상기 하부 기판측 배향막의 러빙 방향으로 부터 60 내지 85도 만큼 각도차를 갖도록 배향되고,
    상기 G 단위 화소 공간의 상부 기판측 배향막은 상기 하부 기판측 배향막의 러빙 방향과 약 90도 만큼 각도차를 갖도록 배향되며,
    상기 B 단위 화소 공간의 상부 기판측 배향막은 상기 하부 기판측 배향막의 러빙 방향과 95 내지 120도 만큼 각도차를 갖도록 배향되는 것을 특징으로 하는 트위스트 네마틱 액정 표시 장치.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 R 단위 화소 공간의 상부 기판측 배향막은, 상기 하부 기판측 배향막의 러빙 방향으로부터 약 70도 만큼 각도차를 갖도록 배향되고,
    상기 G 단위 화소 공간의 상부 기판측 배향막은 상기 하부 기판측 배향막의 러빙 방향과 약 90도 만큼 각도차를 갖도록 배향되며,
    상기 B 단위 화소 공간의 상부 기판측 배향막은 상기 하부 기판측 배향막의 러빙 방향과 약 110도 만큼 각도차를 갖도록 배향되는 것을 특징으로 하는 트위스트 네마틱 액정 표시 장치.
  4. 매트릭스 형태로 수직으로 교차 배설되어, R, G, B 단위 화소 공간을 한정하는 게이트 버스 라인과 데이터 버스 라인과, 상기 게이트 버스 라인과 데이터 버스 라인의 교차부근에 형성되는 박막 트랜지스터 및 상기 박막 트랜치스터와 접속되며 상기 단위 화소 공간내에 형성되는 화소 전극을 포함하는 하부 기판; 상기 하부 기판과 대향하며, 하부 기판과의 대향면에 구비된 컬러 필터, 상기 컬러 필터 상에 형성되는 공통 전극을 포함하는 상부 기판; 상기 상하부 기판 사이에 개재되는 액정층; 및 상기 상하 기판의 액정층과의 대향면 표면에 각각 설치되는 배향막을 포함하는 트위스트 네마틱 액정 표시 장치로서,
    상기 하부 기판측의 배향막은 상기 게이트 버스 라인과 약 -45도 정도 각도차를 갖도록 러빙되고, 상기 R 단위 화소 공간의 상부 기판측 배향막은, 상기 하부 기판측 배향막의 러빙 방향으로 부터 60 내지 85도 만큼 각도차를 갖도록 배향되고, 상기 G 단위 화소 공간의 상부 기판측 배향막은 상기 하부 기판측 배향막의 러빙 방향과 약 90도 만큼 각도차를 갖도록 배향되며, 상기 B 단위 화소 공간의 상부 기판측 배향막은 상기 하부 기판측 배향막의 러빙 방향과 95 내지 120도 만큼 각도차를 갖도록 배향되는 것을 특징으로 하는 트위스트 네마틱 액정 표시 장치.
  5. 제 4 항에 있어서, 상기 R 단위 화소 공간의 상부 기판측 배향막은, 상기 하부 기판측 배향막의 러빙 방향으로부터 약 70도 만큼 각도차를 갖도록 배향되고,
    상기 G 단위 화소 공간의 상부 기판측 배향막은 상기 하부 기판측 배향막의 러빙 방향과 약 90도 만큼 각도차를 갖도록 배향되며,
    상기 B 단위 화소 공간의 상부 기판측 배향막은 상기 하부 기판측 배향막의 러빙 방향과 약 110도 만큼 각도차를 갖도록 배향되는 것을 특징으로 하는 트위스트 네마틱 액정 표시 장치.
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