KR100494712B1 - 수직배향 모드 액정표시장치 - Google Patents

수직배향 모드 액정표시장치 Download PDF

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KR100494712B1
KR100494712B1 KR10-2002-0037306A KR20020037306A KR100494712B1 KR 100494712 B1 KR100494712 B1 KR 100494712B1 KR 20020037306 A KR20020037306 A KR 20020037306A KR 100494712 B1 KR100494712 B1 KR 100494712B1
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Abstract

본 발명은 상부기판의 컬러 레진층에 V자 홈을 구비시켜 멀티 도메인을 형성한 수직배향(Vertical Align) 모드 액정표시장치를 개시한다. 개시된 본 발명의 수직배향 모드 액정표시장치는, 소정 거리를 두고 대향 배치된 하부기판 및 상부기판; 상기 상하부 기판 사이에 협지되며 유전율 이방성이 음인 액정들로 구성된 액정층; 상기 하부기판의 내측면 상에 형성된 화소전극; 상기 상부기판의 내측면 상에 형성되며 V자 홈을 구비한 컬러 레진층; 상기 V자 홈을 포함한 컬러 레진층 상에 형성된 상대전극; 상기 상대전극을 포함한 상부기판의 내측면 전 영역에 평탄화 편차가 0.5㎛ 이하가 되도록 1㎛ 이상의 두께로 도포된 평탄화용 오버 코팅층; 상기 화소전극과 액정층 사이 및 상기 상대전극과 액정층 사이에 각각 개재된 수직 배향막; 및 상기 하부기판과 상부기판의 외측면 각각에 편광축이 상호 교차하도록 부착된 편광판을 포함하며, 본 발명에 따르면, 상부기판의 상대전극 상에 두껍게 오버 코팅층을 도포하여 평탄화를 이룸으로써 V자 홈 부분에서 액정 배향이 다른 부분과 차이가 나지 않도록 할 수 있으며, 그래서, 액정의 움직임을 안정적으로 조절할 수 있다.

Description

수직배향 모드 액정표시장치{VERTICAL ALIGN MODE LIQUID CRYSTAL DISPLAY}
본 발명은 액정표시장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 액정의 움직임을 안정적으로 조절할 수 있도록 한 V자 홈을 구비한 수직배향(Vertical Align) 모드 액정표시장치에 관한 것이다.
주지된 바와 같이, 수직배향(Vertical Align) 모드 액정표시장치는 트위스트 네메틱(Twist Nematic) 모드 액정표시장치의 낮은 시야각 및 응답속도 특성을 개선하기 위해 제안되었다.
이러한 수직배향 액정표시장치는, 도시하지는 않았으나, 액정구동전극이 구비된 상하부 기판 사이에 유전율 이방성이 음인 액정들로 구성된 액정층이 협지되고, 상기 상하부 기판의 대향면 각각에는 수직 배향막이 설치되며, 그리고, 상하부 기판의 대향면 뒷면 각각에는 편광축이 서로 교차하도록 편광판이 부착된 구조를 갖는다.
이와 같은 수직배향 모드 액정표시장치는 전계가 형성되기 이전에는 수직 배향막의 영향으로 액정들이 기판에 수직으로 배열되며, 이때, 상하 편광판이 수직으로 교차되어 있는 것과 관련해서 다크(dark)의 화면을 구현한다. 반면, 액정 구동 전극들 사이에 전계가 형성되면, 액정이 그의 장축이 전계 방향과 수직이 되도록 틀어지며, 이에 따라, 틀어진 액정을 통하여 광이 누설되어 화이트(white)의 화면을 구현한다.
한편, 상기 VA 모드 액정표시장치에 있어서, 액정은 봉(棒) 형상인 것과 관련해서 굴절율 이방성을 가지며, 이로 인해, 액정의 장축을 바라볼때의 화면 상과 액정의 단축을 바라볼때의 화면 상이 서로 상이하게 된다. 특히, 전계가 형성되기 이전, 액정들이 모두 기판에 수직으로 늘어서 있으므로, 화면의 정면에는 완전한 다크 상태를 이루지만, 측면에서는 광이 누설되어 화질 저하가 초래된다.
따라서, 상기한 액정의 굴절율 이방성에 따른 화질 저하를 방지하기 위해, 전기장을 왜곡시켜 액정을 4개의 방향으로 배향시키는 구조가 제안되었다.
예컨데, 전기장을 왜곡시키기 위한 수단으로서 돌기(Protrusion)를 형성해주는 방법이 미국특허 6,288,762호로 제안되었고, 그 구조는 도 1과 같다.
도 1에 도시된 바와 같이, 하부기판(11)과 상부기판(12)은 액정(13)의 개재하에 대향 배치되어 있으며, 상기 하부기판(11)과 상부기판(12)의 대향면 각각에는 돌기(14)가 형성되어 있다.
이와 같은 구조에 있어서, 전계가 형성시에는 돌기(13) 부근에서 전기장의 왜곡이 일어나 액정(13)이 대칭되는 방향으로 배향되며, 이 결과, 액정의 멀티 도메인이 형성되어 액정의 굴절률 이방성에 기인하는 화질 저하가 보상된다.
또한, 전기장을 왜곡시키기 위한 다른 방법으로서, 돌기 대신에 슬릿 구조의 액정 구동 전극을 구비시키는 방법이 제안되었으며, 그 구조는 도 2와 같고, 그 원리는 돌기 구조와 동일하다.
도 2에서, 도면부호 21은 하부기판, 22는 상부기판, 23은 화소전극, 24는 상대전극, 그리고, 25는 슬릿을 각각 나타낸다.
그러나, 상기 돌기 또는 슬릿을 넣어주는 방법들은 기존의 TN 모드 액정표시장치와 비교해서 상기 돌기 및 상부기판의 슬릿을 만들기 위해 부가적인 공정이 추가되어야 하는 바, 공정 및 비용 측면에서 바람직하지 못하다.
이에, 상부기판의 제조시 컬러 레진층에 V자 홈(Valley)을 형성하여 공정 추가없이 전기장을 왜곡시키는 방법이 제안되었으며, 그 구조는 도 3과 같다.
도 3을 참조하면, 하부기판(31)과 상부기판(32)이 유전율 이방성이 음인 액정(36)의 개재하에 대향 배치되어 있고, 상기 하부기판(31)의 내측면 상에는 화소전극(33)이 형성되어 있으며, 상기 상부기판(32)의 내측면 상에는 컬러 레진층(34)과 상대전극(35)이 차례로 형성되어 있다.
여기서, 상기 컬러 레진층(34)에는 소정 각도의 V자 홈(37)이 형성되어 있으며, 아울러, 상기 상대전극(35)은 V자 홈(37) 표면을 포함한 컬러 레진층(34) 상에 형성되어진다. 상기 V자 홈(37)은 컬러 레진층의 형성시에 마스크 변경을 통해 형성해 준 것이며, 따라서, 별도의 마스크 및 공정 추가는 필요치 않다.
상기 V자 홈(37)은 돌기 또는 슬릿과 동일한 역할을 하므로, 전기장의 왜곡을 통해 액정의 굴절율 이방성에 기인하는 화질 저하를 보상해줄 수 있다.
그러나, 상기 컬러 레진층에 V자 홈을 형성해 주는 방법은 홈의 각도가 액정 배향에 영향을 미쳐 안정적인 액정 배향을 이룰 수 없는 문제점이 있다.
즉, 도 3에 도시된 바와 같이, V자 홈 부분에서 상대전극(35)의 경사에 의한 액정의 움직임과 상대전극(35)의 경사각에 수직 배향된 액정의 틸트(Tilt)각 사이에 불안정성이 유발됨으로써, 전계 방향이 A, B, C와 같은 미세한 차이에도 액정(36)이 Ⅰ 또는 Ⅱ 방향으로 누워버릴 수 있으며, 그래서, 액정 움직임을 안정적으로 제어하기가 어렵다.
따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 액정 움직임을 안정적으로 제어할 수 있는 수직배향 모드 액정표시장치를 제공함에 그 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은, 소정 거리를 두고 대향 배치된 하부기판 및 상부기판; 상기 상하부 기판 사이에 협지되며 유전율 이방성이 음인 액정들로 구성된 액정층; 상기 하부기판의 내측면 상에 형성된 화소전극; 상기 상부기판의 내측면 상에 형성되며 V자 홈을 구비한 컬러 레진층; 상기 V자 홈을 포함한 컬러 레진층 상에 형성된 상대전극; 상기 상대전극을 포함한 상부기판의 내측면 전 영역에 평탄화 편차가 0.5㎛ 이하가 되도록 1㎛ 이상의 두께로 도포된 평탄화용 오버 코팅층; 상기 화소전극과 액정층 사이 및 상기 상대전극과 액정층 사이에 각각 개재된 수직 배향막; 및 상기 하부기판과 상부기판의 외측면 각각에 편광축이 상호 교차하도록 부착된 편광판을 포함하는 수직배향 모드 액정표시장치를 제공한다.
여기서, 상기 V자 홈은 단위화소를 적어도 2개 이상의 영역으로 분할하도록 구비되며, 예컨데, 중심부 각도가 45°인 지그-재그(jig-jag) 형상으로 구비된다.
삭제
상기 화소전극은 슬릿 구조로 이루어질 수 있으며, 상기 하부기판은 돌기를 구비할 수 있다.
상기 액정층의 두께는 2∼6㎛이며, 상기 액정의 유전율 이방성은 -2∼-10이고, 상기 액정층의 두께와 액정의 굴절율 이방성의 곱은 200∼500㎚ 정도이다.
또한, 본 발명의 수직배향 모드 액정표시장치는 상기 하부기판과 편광판 사이 및 상부기판과 편광판 사이에 설치된 위상 보상판을 더 포함하며, 상기 위상 보상판은 일축 또는 이축 위상 보상판으로서, 상기 일축 위상 보상판의 경우에는 위상지연값이 40∼800㎚ 영역을 포함하고, 이축 위상 보상판의 경우에는 위상지연값이 150∼250㎚의 영역을 포함한다.
본 발명에 따르면, 상대전극 상에 오버 코팅층을 형성하여 평탄화를 이룸으로써 V자 홈 부분에서의 액정 배향이 다른 부분과 차이가 나지 않도록 할 수 있으며, 이에 따라, 액정의 안정적인 배향을 이룰 수 있다.
(실시예)
이하, 첨부된 도면에 의거하여 본 발명의 바람직한 실시예를 자세히 설명하도록 한다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 수직배향 모드 액정표시장치를 도시한 단면도로서, 이를 설명하면 다음과 같다.
도시된 바와 같이, 본 발명의 수직배향 모드 액정표시장치는 화소전극(43)을 구비한 하부기판(41)과 상대전극(44)을 구비한 상부기판(42)이 대향 배치되어 있고, 상기 기판들(41, 42) 사이에는 유전율 이방성이 음인 액정들(46)로 구성된 액정층(46a)이 협지되어 있는 구조이다.
또한, 상기 상부기판(41)의 내측면 상에는 레드(R), 그린(G) 및 블루(B)의 컬러 레진층(45)이 형성되어 있으며, 상기 컬러 레진층(45)에는 V자 홈(47)이 형성되어 있다. 이러한 V자 홈(47)은 단위 화소를 적어도 2개 이상의 영역으로 분할하도록 형성되어지며, 또한, 멀티-도메인의 형성이 가능하도록 다양한 형상, 예컨데, 중심부 각도가 40∼50°, 바람직하게 45°인 지그-재그(jig-jag) 형상으로 형성되어진다.
상기 V자 홈(47)을 구비한 컬러 레진층(45) 상에는 그 표면을 따라 상대전극(44)이 형성되어 있으며, 상대전극(44) 상에는 두껍게 오버 코팅층(over coating Layer : 48)이 형성되어 있다. 여기서, 상기 오버 코팅층(48)은, 전계 형성 전, 상기 V자 홈(47)의 형성에 관계없이 액정(46)이 기판(41, 42)에 수직으로 배향되도록 하기 위한 것으로, 그 목적 달성을 위해 적어도 1㎛ 이상의 두께로 코팅되어 평탄화의 편차가 0.5㎛를 넘지 않도록 함이 바람직하다.
한편, 도시하지는 않았으나, 본 발명의 수직배향 모드 액정표시장치에 있어서, 상기 하부기판(41)과 상부기판(42)의 대향면 각각에는 전계 형성 전의 액정 배향을 위한 수직 배향막이 설치되며, 대향면 뒷면 각각에는 편광축이 서로 교차하도록 편광판이 부착된다.
또한, 상기 하부기판(41)의 화소전극(43)은 상부기판(42)의 V자 홈(47)에 의한 액정의 움직임을 보상할 수 있도록 플레이트 구조 이외에 슬릿 구조로 형성되 수 있으며, 또한, 상기 하부기판(41)에 돌기를 형성한 후 화소전극(43)을 형성할 수도 있다.
게다가, 하부 편광판과 하부기판(41) 사이 및 상부기판과 상부 편광판 사이에 위상 보상판(phase compensation plate)이 설치될 수 있으며, 이러한 위상 보상판의 x, y, z 방향에 대한 위상지연 값(Rth)은 하기의 식 1로부터 구한다.
Rth = [(nx+ny)/2-nz]×d ------------------- (식 1)
여기서, 일축 위상 보상판을 사용하였을 경우 바람직하게 위상지연 값(Rth)은 40∼800㎚의 영역을 포함하며, 이축 위상 보상판을 사용하였을 경우 바람직하게 위상지연 값(Rth)은 150∼250㎚의 영역을 포함한다.
부가해서, 액정층의 두께는 2∼6㎛로 설정함이 바람직하며, 액정층의 굴절율 이방성과 두께의 곱(d*Δn)은 200∼500㎚가 되도록 함이 바람직하다.
이와 같은 본 발명의 수직배향 모드 액정표시장치에 따르면, 화소전극과 상대전극 사이에서의 전계 형성 전에는 액정이 수직 배향막들의 영향으로 인해 기판에 수직하게 배열된다. 이후, 상기 화소전극과 상대전극 사이에 전계가 형성되면, 액정은 그들의 장축이 전계 방향과 수직이 되도록 틀어져 광을 누설하게 되며, 이때, V자 홈(15) 부근에서 전기장의 왜곡이 일어나, 단위 화소 내에서 적어도 2개의 이상의 액정 도메인을 형성하게 되고, 이에 따라, 액정의 굴절율 이방성에 기인하는 경사진 시야각에서의 위상지연을 보상하게 된다.
특히, 상부기판에 두껍게 오버 코팅층이 도포된 것과 관련해서, 전계 형성 전, 액정은 전 영역에 걸쳐 기판과 수직으로 배향되고, 전계 형성시에는 단지 V자 홈에 의한 전기장의 왜곡만이 발생되므로 액정을 원하는 방향으로 안정적으로 배향시킬 수 있게 되며, 그래서, 안정적인 액정 배향을 이룰 수 있게 된다.
이상에서와 같이, 본 발명은 상부기판의 컬러 레진층에 V자 홈을 형성하면서 기판 전체에 두껍게 오버 코팅층을 도포하여 평탄화를 이룸으로써 액정의 움직임을 안정적으로 제어할 수 있으며, 이에 따라, 액정 배향의 안정화를 얻을 수 있게 되어 광시야각, 고휘도, 고속응답 및 고화질의 표시화면을 구현할 수 있다.
기타, 본 발명은 그 요지를 일탈하지 않는 범위에서 다양하게 변경하여 실시할 수 있다.
도 1은 수직배향 모드 액정표시장치에서의 액정의 굴절율 이방성에 기인된 화질 저하를 방지하기 위한 종래의 돌기 구조를 설명하기 위한 도면.
도 2는 수직배향 모드 액정표시장치에서의 액정의 굴절율 이방성에 기인된 화질 저하를 방지하기 위한 종래의 슬릿 구조를 설명하기 위한 도면.
도 3은 수직배향 모드 액정표시장치에서의 액정의 굴절율 이방성에 기인된 화질 저하를 방지하기 위한 종래의 V자 홈 구조를 설명하기 위한 도면.
도 4는 본 발명에 따른 수직배향 모드 액정표시장치를 도시한 도면.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *
41 : 하부기판 42 : 상부기판
43 : 화소전극 44 : 상대전극
45 : 컬러 레진층 46 : 액정
46a : 액정층 47 : V자 홈
48 : 오버 코팅층

Claims (11)

  1. 소정 거리를 두고 대향 배치된 하부기판 및 상부기판;
    상기 상하부 기판 사이에 협지되며 유전율 이방성이 음인 액정들로 구성된 액정층;
    상기 하부기판의 내측면 상에 형성된 화소전극;
    상기 상부기판의 내측면 상에 형성되며 V자 홈을 구비한 컬러 레진층;
    상기 V자 홈을 포함한 컬러 레진층 상에 형성된 상대전극;
    상기 상대전극을 포함한 상부기판의 내측면 전 영역에 평탄화 편차가 0.5㎛ 이하가 되도록 1㎛ 이상의 두께로 도포된 평탄화용 오버 코팅층;
    상기 화소전극과 액정층 사이 및 상기 상대전극과 액정층 사이에 각각 개재된 수직 배향막; 및
    상기 하부기판과 상부기판의 외측면 각각에 편광축이 상호 교차하도록 부착된 편광판을 포함하는 것을 특징으로 하는 수직배향 모드 액정표시장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 V자 홈은 단위 화소를 적어도 2개 이상의 영역으로 분할하도록 구비된 것을 특징으로 하는 수직배향 모드 액정표시장치.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 V자 홈은
    중심부 각도가 40∼50°인 지그-재그(jig-jag) 형상으로 구비된 것을 특징으로 하는 수직배향 모드 액정표시장치.
  4. 삭제
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 화소전극은 슬릿 구조로 이루어진 것을 특징으로 하는 수직배향 모드 액정표시장치.
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 하부기판과 화소전극 사이에 돌기가 형성된 것을 특징으로 하는 수직배향 모드 액정표시장치.
  7. 제 1 항에 있어서, 상기 하부 편광판과 하부기판 사이 및 상부기판과 상부 편광판 사이에 설치된 위상 보상판을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 수직배향 모드 액정표시장치.
  8. 제 7 항에 있어서, 상기 위상 보상판은 일축 또는 이축 위상 보상판이며, 상기 일축 위상 보상판의 경우에는 위상지연값이 40∼800㎚ 영역을 포함하고, 이축 위상 보상판의 경우에는 위상지연값이 150∼250㎚의 영역을 포함하는 것을 특징으로 하는 수직배향 모드 액정표시장치.
  9. 제 1 항에 있어서, 상기 액정층의 두께는 2∼6㎛인 것을 특징으로 하는 수직배향 모드 액정표시장치.
  10. 제 1 항에 있어서, 상기 액정의 유전율 이방성이 -2∼-10인 것을 특징으로 하는 수직배향 모드 액정표시장치.
  11. 제 1 항에 있어서, 상기 액정층의 두께와 액정의 굴절율 이방성의 곱이 200∼500㎚인 것을 특징으로 하는 수직배향 모드 액정표시장치.
KR10-2002-0037306A 2002-06-29 2002-06-29 수직배향 모드 액정표시장치 KR100494712B1 (ko)

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