KR100543040B1 - 광시야각 액정 표시 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명의 수직 배향 액정 표시 장치에서는 박막 트랜지스터와 컬러 필터 기판에 각각 액정 배향을 분할하기 위한 개구 패턴이 화소 전극 및 공통 전극에 각각 형성되어 있다. 컬러 필터 기판의 개구 패턴과 박막 트랜지스터의 개구 패턴의 끝부분이 모이는 부분에서, 컬러 필터 기판의 개구 패턴 좌측 또는 우측 가장자리로부터 박막 트랜지스터 기판에 형성되어 있는 개구 패턴의 우측 또는 좌측 끝단까지의 거리가 정합도 오차보다 크거나 같게 위치하고 있어서, 좌우 정합도 오차 발생시 개구 패턴의 경계가 만나는 일이 없다.

Description

광시야각 액정 표시 장치

본 발명은 광시야각 액정 표시 장치에 관한 것이다.

일반적으로 액정 표시 장치는 두 장의 기판 사이에 액정을 주입하고, 여기에 가하는 전장의 세기를 조절하여 광 투과량을 조절하는 구조로 되어 있다.

수직 배향 비틀린 네마틱(vertically aligned twisted nematic ; VATN) 방식의 액정 표시 장치는, 안쪽면에 투명 전극이 형성되어 있는 한 쌍의 투명 기판, 두 투명 기판 사이의 액정 물질, 각각의 투명 기판의 바깥면에 부착되어 빛을 편광시키는 두 장의 편광판으로 구성된다. 전기장을 인가하지 않은 상태에서는 액정 분자는 두 기판에 대하여 수직으로 배향되어 있고, 전기장을 인가하게 되면 두 기판 사이에 채워진 액정 분자들이 기판에 평행하며 일정한 피치(pitch)를 가지고 나선상으로 꼬이게 된다.

VATN 액정 표시 장치의 경우 전계가 인가되지 않은 상태에서 액정 분자가 기판에 대하여 수직으로 배향되어 있어, 직교하는 편광판을 사용할 경우 전계가 인가되지 않은 상태에서 완전히 빛을 차단할 수 있다. 즉, 노멀리 블랙 모드에서 오프(off) 상태의 휘도가 매우 낮으므로 종래의 비틀린 네마틱 액정 표시 장치에 비해 높은 대비비를 얻을 수 있다. 그러나, 전계가 인가된 상태, 특히 계조 전압이 인가된 상태에서는 통상의 비틀린 네마틱 모드와 마찬가지로 액정 표시 장치를 보는 방향에 따라 빛의 지연(retardation)에 큰 차이가 생겨 시야각이 좁다는 문제점이 있다.

시야각 특성을 향상시키기 위해서, 액정 표시 기판의 투명 전극에 개구 패턴을 형성하거나 기판 면에 돌기 패턴을 형성하여 패턴을 중심으로 액정 분자의 배향 방향이 반대가 되는 서로 다른 영역을 형성한다. 그러나, 상부 및 하부 기판의 패턴 사이에 오정합이 발생할 수 있고, 이러한 오정합은 빛샘 현상이나 두 기판의 단락 등과 같은 결함을 일으킨다.

이러한 문제를 해결하기 위한 본 발명의 과제는 액정 표시 장치의 시야각을 넓히는 것이다.

본 발명의 다른 과제는 상ㆍ하부 기판에 형성되어 있는 패턴간의 오정합을 방지하는 것이다.

위와 같은 과제를 해결하기 위하여 본 발명에 따른 액정 표시 장치에서는 액정을 분할 배향하기 위한 패턴이 상하부 기판에 각각 형성되어 있고, 이 상부 기판의 패턴과 하부 기판의 패턴의 인접한 끝부분은 상하부 기판의 정합도 오차 이상 간격이 떨어져 있거나, 정합도 오차 이상의 폭으로 중첩되어 있다.

이처럼, 상하판의 패턴을 이용하여 액정 분자의 배향 방향을 다양하게 함으로써 시야각을 넓힐 수 있고, 인접한 패턴의 끝 부분을 좌우 정합도 오차 이상의 간격을 가지고 형성하거나 정합도 오차 이상의 폭으로 중첩하도록 형성함으로써 두 기판의 정합 오차 발생에 따른 표시 화질 저하를 방지한다.

그러면 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 수직 배향 액정 표시 장치에서 시야각을 보상하기 위해 제안된 구조 및 원리를 도시한 것으로서, 액정 표시 장치 기판에 분할 배향을 위한 돌기가 형성되어 있는 구조를 나타낸다.

도 1에 도시한 바와 같이, 아래쪽 및 위쪽 기판(1, 2)에 톱니 모양의 돌기(100)가 형성되어 있고, 이 돌기(100)는 서로 일정 거리 비껴 배열되어 있으며, 돌기(100)의 높이는 1∼2μm 정도이다. 또한, 돌기(100) 위에 수직 배향막(3, 4)이 각각 형성되어 있다.

돌기(100)는 배향막(3, 4)의 배향력에 의해 표면에 대해 수직으로 배열되려고 하기 때문에, 전계가 인가되지 않은 상태에서 돌기(100) 주변의 액정 분자(5)는 돌기(100) 표면에 수직인 방향으로 기울어지게 된다.

충분한 전계가 두 기판(1, 2) 사이에 인가되면, 액정 분자(5)는 전계의 방향에 대해 수직으로 배열되려고 하므로 비틀리면서 기판(1, 2)에 대해 평행하게 배열된다. 초기 상태에서 돌기(100) 양쪽의 액정 분자(5)는 서로 반대 방향으로 일정 각도만큼 기울어져 있기 때문에 초기에 기울어진 방향을 따라 눕게 되고, 이렇게 되면 돌기(100)의 양쪽에서 액정 분자(5)가 눕는 방향이 반대가 되도록 움직이므로 돌기(100)의 중심선을 기준으로 양쪽에서 액정 분자(5)의 기울어지는 방향이 반대로 되는 두 영역이 생기게 되고 두 영역의 광학적 특성이 서로 보상되어 시야각이 넓어지게 된다.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 수직 배향 액정 표시 장치에서 시야각을 보상하기 위해 제안된 구조 및 원리를 도시한 것으로서, 액정 표시 장치 기판의 투명 전극에 분할 배향을 위한 개구 패턴이 형성되어 있는 구조를 나타낸다.

도 2에 나타난 바와 같이, 아래쪽 기판(1) 위의 투명 화소 전극(20)과 위쪽 기판(2) 위의 투명 공통 전극(30)에는 그 일부가 제거되어 각각 개구 패턴(200)이 형성되어 있으며, 이 개구 패턴(200)은 서로 일정 거리 비껴 배열되어 있다.

화소 전극(20)과 공통 전극(30)에 전압이 인가되면, 전계가 구부러지는 프린지 필드(fringe field)가 개구 패턴(200) 근처에서 형성되어 액정 분자(5)가 개구 패턴(200)의 중심선을 기준으로 양쪽에서 서로 반대 방향으로 기울어지는 두 영역이 형성된다. 따라서, 광학적 특성이 보상되고 시야각이 넓어진다.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 수직 배향 액정 표시 장치에서 시야각을 보상하기 위해 제안된 구조 및 원리를 도시한 것이다.

도 3에 도시한 바와 같이, 아래쪽 기판(1)에는 투명 화소 전극(20)의 일부가 제거된 개구 패턴(200)이 형성되어 있고, 위쪽 기판(2)에는 개구 패턴(200)과 일정 거리 떨어진 지점에 돌기(100)가 형성되어 있다. 또한, 돌기(100)를 배향막(4)이 덮고 있다.

이처럼, 서로 상·하에서 형성되어 있는 패턴(200, 100) 사이에서 액정 분자(5)가 다른 방향으로 이분할 배향된다.

이와 같은 실시예들에서의 패턴(200, 100) 형성 방법을 이용하면, 러빙 등의 공정 없이 분할 배향이 가능하며, 액정 분자의 배열이 다른 영역을 매우 미세하게 조정하거나 여러 가지 다양한 모양으로 만들 수 있다는 이점이 있다.

그런데 분할 배향을 하게 되면, 배향의 형태에 따라 휘도나 응답 속도, 잔상 등 패널의 특성이 달라지게 된다. 따라서 분할 배향을 위한 패턴들을 어떠한 형태로 만드는가가 중요한 문제로 된다.

이러한 패턴 형태가 도 4 내지 도 6에 도시되어 있다.

먼저 도 4에 나타난 본 발명의 제1 실시예에 대하여 설명한다. 도 4에서는 하나의 화소 영역만을 도시하였으며, 박막 트랜지스터와 배선 등 기타의 구성 요소는 도시하지 않고 상부 및 하부 기판의 패턴들만을 도시하였다. 이러한 패턴들은 상부 및 하부 기판 모두에 돌기 형태로 형성되어 있거나 개구 패턴 형태로 형성되어 있을 수 있으며, 상부 기판에는 돌기 형태이고 하부 기판에는 개구 패턴 형태로 형성되어 있을 수 있는데, 본 설명에서는 상·하 기판 모두에 개구 패턴이 형성되어 있는 경우를 예를 들어 설명한다.

도 4는 본 발명의 제1 실시예에 따른 수직 배향 액정 표시 장치의 분할 배향을 위한 개구 패턴을 나타내는 평면도이다.

도 4에 나타난 바와 같이, 본 발명에 따른 액정 표시 장치는 하판인 박막 트랜지스터 기판(1)과 상판인 컬러 필터 기판(도시하지 않음)으로 이루어진다.

박막 트랜지스터 기판(1)의 화소 전극(20) 및 컬러 필터 기판의 공통 전극(도시하지 않음)의 일부가 제거된 개구 패턴(250, 150)이 각각 형성되어 있고 이에 따라 전계가 인가되면 개구 패턴(250, 150)에 의해 프린지 필드가 형성되도록 되어 있다. 개구 패턴(250, 150)은 상판(1)과 하판에서 교대로 나타난다.

개구 패턴(250, 150)의 형태를 살펴보면, 컬러 필터 기판에는 사각형 고리 모양의 개구 패턴(150)이 형성되고, 박막 트랜지스터 기판(1)에는 사각형 내부에 십자 모양의 개구 패턴(250)이 형성된다. 이렇게 되면 가로 방향으로나 세로 방향으로 모두 컬러 필터 기판과 박막 트랜지스터 기판에 형성된 개구 패턴이 교대로 나타나게 된다.

한편, 컬러 필터 기판에 형성된 사각형 고리 모양 개구 패턴(150)은 각 변의 가운데가 끊어진 형태로 형성되어 있지만, 이는 공통 전극에 신호가 전달되도록 하기 위해 이와 같이 형성한 것이고, 두 기판에 형성된 개구 패턴(150, 250)의 가장자리는 최대한 인접하도록 형성하여 액정 표시 장치를 위에서 바라볼 때 두 기판에 형성된 개구 패턴(150, 250)에 의해 정의되는 미소 영역이 닫힌 사각형에 가깝게 형성되도록 하는 것이 좋다.

개구 패턴(150, 250)의 폭은 개구 패턴(150)이 꺾어지도록 형성되어 있는 사각형 고리의 꼭지점으로부터 각 변의 가운데 쪽으로 가면서 좁아지고, 십자 모양 개구 패턴(250)의 가운데로부터 가장자리 쪽으로 가면서 역시 폭이 좁아진다. 이렇게 되면, 한쪽 기판에 형성된 개구 패턴은 꺾인 부분에서 90도보다 큰 각도를 갖고 위에서 바라볼 때 양쪽 기판에 형성된 개구 패턴이 만나는 부분에서는 90도보다 작은 각도를 갖게 되어 끝단부에서의 전경(disclination)이 줄어든다.

상하 기판에 이러한 개구 패턴(150, 250) 대신 돌기 패턴이 있거나 또는 개구 패턴 및 돌기 패턴이 상하 기판에 각각 형성되어 있는 경우에 적용할 수도 있으며, 이때 그 분할 배향의 원리 및 효과는 유사하다.

도 5a는 도 4의 A 부분의 확대도를 도시한 평면도로서, 영역 분할 경계가 만나는 부분에서 패턴들이 정합도 오차 이상의 범위만큼 벗어나 있는 경우를 보여준다.

도 5a에 도시한 바와 같이, 상하판 정합 오차가 발생하여 상부 컬러 필터 기판의 개구 패턴(250)이 한 방향으로 정합도 오차(Lx) 이상으로 이격(shift:S1)되면, 상부 컬러 필터 기판의 개구 패턴(250)의 끝부분이 하부 박막 트랜지스터 기판의 화소 전극(20)에 형성되어 있는 개구 패턴(250)의 끝부분을 크게 벗어나 화소 전극(20) 안쪽에서 개구 패턴(250)과 중첩하게 된다. 따라서, 이 중첩부로부터 개구 패턴(250) 끝부분 사이에서 액정 분자의 불규칙한 배열(texure)이 발생한다.

개구 패턴이 아닌 돌기 패턴인 경우, 앞서 언급한 바와 같이 돌기의 높이는 1∼2μm 정도이고 두 기판 사이의 간격은 3∼4μm 이므로 상하판 돌기가 단락되는 문제가 발생할 수 있다.

이러한 상하판 정합 오차가 발생하는 것을 막기 위해 도 5b에 도시한 것과 같이, 컬러 필터 기판에 세로 방향으로 형성되어 있는 개구 패턴(150)의 좌측 또는 우측 가장자리로부터 박막 트랜지스터 기판에 형성되어 있는 가로 방향의 개구 패턴(250)의 우측 또는 좌측 끝단까지의 거리가 정합도 오차(Lx)보다 크거나 같게 형성한다. 이러면 좌우 정합도 오차 발생시 개구 패턴(150, 250)의 경계가 만나는 일이 없다.

또는 도 5c에 도시한 바와 같이, 세로 방향의 개구 패턴(150)의 폭을 가로 방향의 개구 패턴(250)과 좌우에서 겹치는 정도가 정합도 오차(Lx)보다 크거나 같게 한다. 이러면 좌우 정합도 오차 발생하더라도 이격된 영역 분할 패턴의 경계가 만나는 일이 없다.

도 6은 본 발명의 제2 실시예에 따른 수직 배향 액정 표시 장치의 분할 배향을 위한 돌기 패턴을 나타내는 평면도이다.

본 발명의 제2 실시예에 따른 액정 표시 장치는 하판인 박막 트랜지스터 기판과 상판인 컬러 필터 기판으로 이루어진다.

하판의 화소 전극(20) 및 상판의 공통 전극 위에는 돌기(190, 180)가 형성되어 있다.

컬러 필터 기판에 형성된 돌기(180)와 박막 트랜지스터 기판에 형성된 돌기(190)는 모두 화소의 세로 방향 가운데 부분에서 톱니 모양으로 꺾인 형태로 형성되어 있으며 두 기판에 형성된 돌기(180, 190)는 서로 교대로 형성되어 있다. 그리고, 톱니 형태로 꺾인 부분의 가운데를 가로지르는 모양으로 가지 돌기(182)가 형성되어 있고, 화소 전극(20)의 경계와 컬러 필터 기판의 돌기(180)가 만나는 부분에서 박막 트랜지스터 기판의 돌기(190) 쪽으로 연장되는 가지 돌기(181)가 형성되어 있다. 이렇게 하면, 상하판의 돌기의 가장자리가 서로 가깝게 되고, 돌기가 둔각으로 형성되어 전경을 없앨 수 있다.

상하 기판의 돌기 패턴(180, 190) 대신 개구 패턴을 제2 실시예서와 같은 형태로 형성하거나 상판에는 돌기 패턴을 하판에는 개구 패턴을 동일 형태로 형성하는 것도 가능하다.

도 7a는 도 4의 B 부분의 확대도를 도시한 평면도이다.

도 7a에 도시한 바와 같이, 상하판 정합 오차가 발생하여 상부 컬러 필터 기판의 돌기(180)가 수직 방향으로 이격(shift:S2)되어 가지 돌기(181)와 하부 박막 트랜지스터 기판의 돌기(180)가 중첩된다. 앞서 언급한 바와 같이, 돌기(180, 181, 190)의 높이가 1∼2μm 이고, 두 기판 간격이 3∼4μm 이기 때문에 돌기 사이의 단락이 발생할 수 있다.

이를 방지하기 위해, 도 7b에 도시한 바와 같이, 가지 돌기(181)와 하판의 돌기(190)의 경계가 수직 정합도 오차(Ly)의 간격보다 크거나 같은 간격을 가지도록 형성한다. 이러면, 상하판 사이의 돌기의 단락의 발생을 막을 수 있다.

또한, 돌기가 이격되었을 때에 화소 전극(20)의 가장자리가 드러나 액정 분자의 불규칙한 배열이 발생하지 않도록 수평 정합도 오차(Lx)만큼 화소 전극(20) 안쪽에 위치하도록 한다.

도 8a는 도 4의 C 부분의 확대도를 도시한 평면도이다.

도 8a에 도시한 바와 같이, 상하판 정합 오차가 발생하여 톱니 형태로 꺾인 부분의 가운데를 가로지르는 모양으로 형성되어 있는 가지 돌기(182)가 박막 트랜지스터 기판의 돌기(190) 쪽으로 이격(shift:S3)되면, 두 돌기(182, 190)가 단락되어 상하 기판의 단락이 발생한다.

돌기 패턴이 아닌 개구 패턴인 경우에는, 겹치는 부분에서 액정 분자의 불규칙한 배열 조직이 발생한다.

이를 방지하기 위해 도 8b에서와 같이, 가지 돌기(182)가 박막 트랜지스터 기판의 돌기(190)와는 수직 및 수평 정합 오차(Ly, Lx)와 같거나 그 이상의 간격을 가지고 형성되도록 한다.

또는 도 8c에 도시한 바와 같이, 두 돌기(182, 190)가 수평 정합 오차(Lx) 이상의 폭으로 겹치도록 한다.

이상에서와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 분할 배향을 이용한 수직 배향 액정 표시 장치에서는 다양한 돌기 패턴을 이용하여 액정 분자의 배향 방향을 다양하게 함으로써 시야각을 넓힐 수 있고, 돌기 또는 개구 패턴의 끝부분을 좌우 정합도 오차 이상의 간격을 가지고 형성하거나 정합도 오차 이상의 폭으로 중첩하도록 형성함으로써 두 기판의 정합 오차 발생에 따른 표시 화질 저하를 방지한다.

도 1 내지 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 수직 배향 액정 표시 장치의 분할 배향의 원리를 도시한 단면도이고,

도 4는 본 발명의 제1 실시예에 따른 수직 배향 액정 표시 장치의 분할 배향을 위한 패턴을 도시한 평면도이고,

도 5a 내지 도 5c는 도 4의 A 부분의 확대도이고,

도 6은 본 발명의 제2 실시예에 따른 수직 배향 액정 표시 장치의 분할 배향을 위한 패턴을 도시한 평면도이고,

도 7a 내지 도 7c는 도 6의 B 부분의 확대도이고,

도 8a 내지 도 8c는 도 6의 C 부분의 확대도이다.

Claims (3)

1. 제1 기판,

   상기 제1 기판에 형성되어 있으며 액정을 분할 배향하기 위한 제1 개구 패턴을 가지고 있는 공통 전극,

   상기 제1 기판과 마주보도록 대응되는 제2 기판,

   상기 제2 기판에 형성되어 있으며 액정을 분할 배향하기 위한 제2 개구 패턴을 가지는 화소 전극을 포함하며,

   상기 제1 및 제2 개구 패턴의 인접한 끝부분은 상기 제1 기판 및 상기 제2 기판의 정합도 오차 이상 간격이 떨어져 있거나, 상기 정합도 오차 이상의 폭으로 중첩되어 있는 광시야각 액정 표시 장치.
2. 제1 기판,

   상기 제1 기판에 형성되어 있으며 액정을 분할 배향하기 위한 제1 돌기,

   상기 제1 기판과 마주보도록 대응되는 제2 기판,

   상기 제2 기판에 형성되어 있으며 액정을 분할 배향하기 위한 제2 돌기를 포함하며,

   상기 제1 및 제2 돌기의 인접한 끝부분은 상기 제1 기판 및 상기 제2 기판의 정합도 오차 이상 간격이 떨어져 있거나, 상기 정합도 오차 이상의 폭으로 중첩되어 있는 광시야각 액정 표시 장치.
3. 제1 기판,

   상기 제1 기판에 형성되어 있으며 액정을 분할 배향하기 위한 돌기,

   상기 제1 기판과 마주보도록 대응되는 제2 기판,

   상기 제2 기판에 형성되어 있으며 액정을 분할 배향하기 위한 개구 패턴을 가지는 화소 전극을 포함하며,

   상기 돌기 및 개구 패턴의 인접한 끝부분은 상기 제1 기판 및 상기 제2 기판의 정합도 오차 이상 간격이 떨어져 있거나, 상기 정합도 오차 이상의 폭으로 중첩되어 있는 광시야각 액정 표시 장치.