KR100580383B1 - Wide viewing angle liquid crystal display device - Google Patents
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Abstract
액정 표시 장치의 공통 전극 또는 화소 전극 중 하나에 개구부를 형성하여, 전계 인가시 두 기판 사이에 프린지 필드를 형성하도록 하고 개구부가 형성되어 있는 위치의 박막 트랜지스터 기판에 유지 전극을 형성하여, 프린지 필드에 의해 발생하는 전경(disclination)으로 인하여 새는 빛을 차단한다. 이러한 개구부는 가로 방향이나 세로 방향 또는 사선 방향 등 여러 방향으로 형성할 수 있으며, 화소 영역을 단위로 다른 방향의 개구부가 반복되도록 형성하여 액정 분자의 배열 방향을 다양하게 하여 시야각을 확장한다.An opening is formed in one of the common electrode or the pixel electrode of the liquid crystal display to form a fringe field between the two substrates when an electric field is applied, and a sustain electrode is formed in the thin film transistor substrate at the position where the opening is formed. Due to the disclination generated by the bird, the leaking light is blocked. The openings may be formed in various directions such as a horizontal direction, a vertical direction, or an oblique direction, and the openings in different directions are repeated on the pixel area to expand the viewing angle by varying the arrangement direction of the liquid crystal molecules.
Description
본 발명은 광시야각 액정 표시 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a wide viewing angle liquid crystal display device.
일반적으로 액정 표시 장치는 두 장의 기판 사이에 액정을 주입하고, 여기에 가하는 전장의 세기를 조절하여 광 투과량을 조절하는 구조로 되어 있다. In general, a liquid crystal display device has a structure in which a liquid crystal is injected between two substrates, and the amount of light transmitted is controlled by adjusting the intensity of the electric field applied thereto.
비틀린 네마틱(twisted-nematic ; TN) 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 두 기판 사이에 채워진 액정 분자들이 기판에 평행하며 일정한 피치(pitch)를 가지고 나선상으로 꼬여 있어 액정 분자의 장축의 방향이 연속적으로 변화되는 비틀린 구조를 가진다. 이러한 구조의 비틀린 네마틱 방식의 액정 표시 장치에서는 액정 분자의 장축과 단축의 배열에 따라 시각 특성이 결정된다.A twisted-nematic (TN) type liquid crystal display device includes a pair of transparent substrates having transparent electrodes formed on an inner surface thereof, a liquid crystal material between two transparent substrates, and attached to an outer surface of each transparent substrate. It consists of two polarizers that polarize light. In the state in which no electric field is applied, the liquid crystal molecules filled between the two substrates are parallel to the substrate, twisted in a spiral with a constant pitch, and have a twisted structure in which the direction of the long axis of the liquid crystal molecules is continuously changed. In the twisted nematic liquid crystal display device having such a structure, visual characteristics are determined according to the arrangement of the long axis and the short axis of the liquid crystal molecules.
그러나, 이러한 TN 방식의 액정 표시 장치 중에서도 특히 노멀리 블랙 모드(normarly black mode)인 경우는 전기장이 인가되지 않은 상태에서 입사하는 빛이 완전히 차단되지 않기 때문에 대비비가 좋지 않다.However, in the TN type liquid crystal display device, especially in the normally black mode, the contrast ratio is not good because the incident light is not completely blocked while the electric field is not applied.
이러한 문제점을 개선하기 위하여, 수직 배향된 비틀린 네마틱(vertically-aligned twisted-nematic : VATN) 방식의 액정 표시 장치가 미국 특허 제3,914,022호에서 제안되었고, "Eurodisplay '93" pp.158 - 159"에서도 Takahashi 등에 의해 제안되었다.In order to remedy this problem, a vertically aligned twisted-nematic (VATN) type liquid crystal display device has been proposed in US Patent No. 3,914,022 and also in "Eurodisplay '93" pp. 158-159 Proposed by Takahashi et al.
수직 배향 액정 표시 장치에서 전기장이 인가되지 않은 상태의 액정 분자는 두 기판에 대하여 수직으로 배향되어 있으므로 노멀리 블랙 모드(normally black mode)에서 충분히 어두운 상태가 만들어진다.In the vertically aligned liquid crystal display, the liquid crystal molecules without an electric field are vertically aligned with respect to two substrates, so that a sufficiently dark state is normally generated in a normally black mode.
그러나, 시야각이 그다지 넓지 않다는 문제점이 있다. However, there is a problem that the viewing angle is not very wide.
한편, T. Yamamoto 등은 프린지 필드(fringe field)에 의한 수직 배향 방식의 단순 매트릭스 액정 표시 장치를 "SID '91, p.762 - 765"에서 발표하였으며, Lien은 "SID '92, p.33 - 35"에서 단순 매트릭스 다중 영역 수직 배향 액정 표시 장치가 온(ON) 상태에서의 광투과율이 낮은 문제점을 해결하기 위해서 화소 전극에 개구부를 형성하는 구조를 제안하였다. On the other hand, T. Yamamoto et al. Presented a simple matrix liquid crystal display device with a vertical alignment by fringe field in " SID '91, p.762-765 ", and Lien " SID '92, p.33. In order to solve the problem of the low light transmittance of the simple matrix multi-domain vertical alignment liquid crystal display device in the ON state at -35 ", a structure in which an opening is formed in the pixel electrode is proposed.
그러나, Lien이 제안한 구조에서는 화소 전극이 오픈된 부분, 즉 분할된 화소 영역의 경계가 되는 부분에서 빛이 새는 현상을 보이고 있다. However, in the structure proposed by Lien, light leaks in the open part of the pixel electrode, that is, the boundary of the divided pixel region.
본 발명의 과제는 이러한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 광시야각을 가지는 액정 표시 장치를 제공하기 위한 것이다. 본 발명의 또 다른 과제는, 광시야각 액정 표시 장치에서 빛샘을 방지하기 위한 것이다. SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to solve such a problem, and to provide a liquid crystal display having a wide viewing angle. Another object of the present invention is to prevent light leakage in a wide viewing angle liquid crystal display device.
본 발명에 따른 액정 표시 장치는 공통 전극이 형성되어 있는 제1 기판과 공통 전극에 대응하는 위치에 화소 전극 및 이와 중첩되는 유지 전극이 형성되어 있는 제2 기판으로 이루어지며, 공통 전극과 화소 전극 중 하나에 개구부가 형성되어 있고, 유지 전극은 개구부에 대응하는 위치에 형성되어 있다.The liquid crystal display according to the present invention comprises a first substrate on which a common electrode is formed and a second substrate on which a pixel electrode and a sustain electrode overlapping the same are formed at a position corresponding to the common electrode. An opening is formed in one, and the sustain electrode is formed at a position corresponding to the opening.
이때, 유지 전극은 개구부로 인하여 형성되는 프린지 필드에 의해 발생하는 빛샘을 방지하는 역할을 한다.At this time, the sustain electrode serves to prevent light leakage caused by the fringe field formed by the opening.
여기서, 제1 기판과 상기 제2 기판 사이에는 음의 유전율 이방성을 가지는 액정 물질이 주입되어 있으며, 이 액정 물질은 카이럴 네마틱 액정 또는 카이럴 첨가제가 0.01 - 3.0 wt% 함유되어 있는 네마틱 액정이다.Here, a liquid crystal material having negative dielectric anisotropy is injected between the first substrate and the second substrate, and the liquid crystal material contains a chiral nematic liquid crystal or a nematic liquid crystal containing 0.01 to 3.0 wt% of a chiral additive. to be.
그리고, 제1 기판 및 제2 기판은 액정 물질의 분자축을 수직으로 배향하기 위한 배향막이 형성되어 있다. 이러한 배향막은 러빙 처리할 수도 있고 그렇지 않을 수도 있다.The first substrate and the second substrate are provided with alignment films for vertically aligning molecular axes of the liquid crystal material. Such an alignment film may or may not be subjected to a rubbing treatment.
그리고 유지 전극은 게이트선과 연결되어 있을 수 있으며, 둘 이상이 형성될 수도 있다.In addition, the storage electrode may be connected to the gate line, and two or more may be formed.
개구부의 폭은 3μm - 15μm인 것이 바람직하며, 개구부 사이의 폭은 8μm - 50μm으로 형성하는 것이 좋다.Preferably, the width of the openings is 3 μm -15 μm , and the width between the openings is preferably 8 μm -50 μm .
한편, 시야각을 확장하기 위하여 이웃하는 단위 화소 영역에 형성되는 선형의 개구부는 서로 다른 방향으로, 예를 들면 화소 영역을 단위로 가로 방향과 세로 방향으로 반복되게 형성한다. 이러한 배치를 통하여 액정 분자를 다양한 방향으로 비틀리게 한다.On the other hand, in order to extend the viewing angle, linear openings formed in neighboring unit pixel areas are repeatedly formed in different directions, for example, in the horizontal direction and the vertical direction for each pixel area. This arrangement causes the liquid crystal molecules to twist in various directions.
그러면 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명에 따른 수직 배향을 이용한 액정 표시 장치의 실시예를 상세히 설명한다.Next, embodiments of the liquid crystal display using the vertical alignment according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 1a 및 도 1b는 본 발명의 실시예에 따른 수직 배향을 이용한 액정 표시 장치에서 액정 분자의 배열을 블랙 상태 및 화이트 상태인 경우로 나누어 도시한 도면이고, 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 수직 배향을 이용한 액정 표시 장치에서 오픈된 화소 전극으로 인하여 발생하는 프린지 필드에 의한 액정 분자의 배열을 도시한 단면도이다.1A and 1B illustrate an arrangement of liquid crystal molecules divided into a black state and a white state in a liquid crystal display using vertical alignment according to an exemplary embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a diagram illustrating an embodiment of the present invention. A cross-sectional view illustrating an arrangement of liquid crystal molecules by a fringe field generated by an open pixel electrode in a liquid crystal display using vertical alignment.
도 1a 및 1b에 도시된 바와 같이, 유리 등으로 만들어진 두 기판(1, 2)이 서로 마주보고 있으며, 두 기판(1, 2)의 안쪽면에는 ITO(indium tin oxide) 등의 투명 도전 물질로 이루어진 투명 전극(12, 120) 및 배향막(14, 140)이 차례로 형성되어 있다. 두 기판(1, 2) 사이에는 음의 유전율 이방성을 가지는 카이럴 네마틱 액정이나 좌선성 또는 우선성의 카이럴 첨가제가 0.01 - 0.3 wt% 첨가되어 있는 네마틱 액정 물질로 이루어진 액정층(100)이 있다. 각각의 기판(1, 2) 바깥면에는 액정층(100)으로 입사하는 빛 및 액정층(100)을 통과하여 나오는 빛을 편광시키는 편광판(13, 130)이 각각 부착되어 있으며, 하부 기판(1)에 부착된 편광판(13)의 편광축(→)은 상부 기판(2)에 부착된 편광판(130)의 편광축(↗)에 대하여 90°의 각을 이루고 있다. 배향막(14)은 러빙 처리할 수도 있고 그렇지 않을 수도 있다.1A and 1B, two
도 1a는 전계를 인가하지 않은 경우를 나타낸 것으로서, 액정층(100)의 액정 분자(3)들은 배향막(14)의 배향력에 의해 두 기판(1, 2)의 표면에 대하여 수직 방향으로 배열되어 있다.FIG. 1A illustrates a case where no electric field is applied, and the
이때, 하부 기판(1)에 부착되어 있는 편광판(13)을 통과한 빛은 편광 방향이 바뀌지 않고 액정층(100)을 통과한다. 다음, 이 빛은 상부 기판(2)에 부착되어 있는 편광판에 의해 차단되어 블랙 상태를 나타낸다.At this time, the light passing through the polarizing
도 1b는 전계를 충분히 인가한 경우를 나타낸 것으로서, 액정 분자(3)들은 하부 기판(1)에서 상부 기판(2)에 이르기까지 90°의 각도를 이루도록 나선상으로 꼬여 있어, 액정 분자(3)의 장축의 방향이 연속적으로 변화되는 비틀린 구조를 갖는다. 여기서, 두 기판(1, 2)에 인접한 부분에서는 가해진 전기장에 의한 힘보다는 배향막(14)의 배향력이 강하므로 액정 분자(3)들은 수직으로 배향된 원래의 상태를 유지한다.FIG. 1B illustrates a case where an electric field is sufficiently applied, and the
이때, 하부 기판(1)에 부착된 편광판(13)을 통과하여 편광된 빛은 액정층(100)을 통과하면서 그 편광축(↗)이 액정 분자(3)의 장축 방향의 비틀림을 따라 90° 회전하게 되고, 이에 따라, 반대편의 기판(2)에 부착되어 있는 편광판(13)을 통과하게 되어 화이트 상태가 된다.At this time, the polarized light passing through the polarizing
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 수직 배향을 이용한 액정 표시 장치에서 시야각을 보상하기 위해 제안된 구조 및 원리를 도시한 것이다. 상부 또는 하부 기판(1, 2)에 형성되어 있는 ITO 전극(4, 5) 중 상부 기판(2)의 전극(4)의 일부가 오픈되어 있다. 전계를 인가하지 않은 상태에서는, 도 1a에 도시한 바와 같이, 액정 분자(3)들은 두 기판(1, 2)에 수직하게 배열된 상태를 유지하므로 전극이 오픈되지 않았을 때와 동일한 블랙 상태를 나타낸다. 전계를 인가하면, 대부분의 곳에서는 기판(1, 2)에 수직인 전기장이 형성되지만 ITO 전극(4)의 오픈된 부분 부근에서의 전기장은 두 기판(1, 2)에 대하여 완전히 수직으로 형성되지 않는다. 이렇게 오픈된 부분 부근에서 형성되는 휘어진 전기장을 프린지 필드(fringe field)라고 한다. 액정이 음의 유전율 이방성을 가지므로 액정 분자(3)의 배열 방향은 전기장의 방향과 수직이 되고자 한다.2 illustrates a proposed structure and principle for compensating a viewing angle in a liquid crystal display using vertical alignment according to an exemplary embodiment of the present invention. A part of the
이러한 프린지 필드에 의해 오픈된 부분 부근의 액정 분자(3)의 장축은 두 기판(1, 2) 표면에 대하여 기울어진 채로 비틀리게 된다.The long axis of the
본 발명의 실시예에 따른 액정 표시 장치는 박막 트랜지스터 기판과 컬러 필터 기판으로 이루어진다. 박막 트랜지스터 기판에는 서로 교차하는 다수의 게이트선과 데이터선이 형성되어 있으며, 게이트선과 데이터선으로 정의되는 각 영역을 가리키는 단위 화소 영역에는 화소 전극 및 박막 트랜지스터가 형성되어 있다. 이에 마주하는 컬러 필터 기판에는 전면에 공통 전극이 형성되어 있으며, 박막 트랜지스터 기판의 단위 화소에 대응하는 영역인 단위 화소 영역을 정의하는 블랙 매트릭스가 형성되어 있다. The liquid crystal display according to the exemplary embodiment of the present invention includes a thin film transistor substrate and a color filter substrate. A plurality of gate lines and data lines intersecting with each other are formed on the thin film transistor substrate, and a pixel electrode and a thin film transistor are formed in a unit pixel region indicating each region defined by the gate line and the data line. A common electrode is formed on a front surface of the color filter substrate facing the black filter substrate, and a black matrix defining a unit pixel region, which is a region corresponding to the unit pixel of the thin film transistor substrate, is formed.
본 발명의 제1 내지 제4 실시예에서는 개구부가 형성된 부분에 유지 전극을 형성하여 빛샘을 방지하는 구조를 제시한다.In the first to fourth embodiments of the present invention, a structure for preventing light leakage is provided by forming sustain electrodes in portions where openings are formed.
먼저 도 3 내지 도 5를 참고로 본 발명의 제1 실시예에 대해 설명한다.First, a first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 3 to 5.
도 3은 본 실시예에 따른 액정 표시 장치에서 컬러 필터 기판을 도시한 평면도이다.3 is a plan view illustrating a color filter substrate in the liquid crystal display according to the present embodiment.
도 3은 컬러 필터 기판의 공통 전극을 단위 화소 영역별로 오픈시킨 구조로서, 하나의 단위 화소 영역을 도시한 것이다.3 illustrates a structure in which a common electrode of a color filter substrate is opened for each unit pixel region, and illustrates one unit pixel region.
도 3에서 보는 바와 같이, 하나의 단위 화소 영역(P)의 경계에 블랙 매트릭스(7) 패턴이 형성되어 있고, 공통 전극(6)은 전면적으로 형성되어 있다. 이때, 공통 전극(6)에는 세로 방향으로 두 개의 선형 개구부(15)가 서로 평행하게 형성되어 있다.As shown in FIG. 3, the
여기서, 개구부(15)의 폭은 3 - 15μm의 범위이고, 개구부(15) 사이의 거리는 8 - 50μm의 범위인 것이 좋다. 개구부(15)의 폭이 3 - 12μm이고, 개구부 사이의 거리가 10 - 30μm인 것이 더욱 바람직하다.Here, the width of the
도 4는 본 발명의 제1 실시예에 따른 액정 표시 장치에서 박막 트랜지스터 기판을 도시한 배치도이고, 도 5는 도 4의 V - V'선을 따라 절단한 단면도이다.4 is a layout view illustrating a thin film transistor substrate in the liquid crystal display according to the first exemplary embodiment of the present invention, and FIG. 5 is a cross-sectional view taken along the line VV ′ of FIG. 4.
도 4 및 도 5에 도시한 바와 같이, 투명한 유리 기판(20) 위에 서로 평행한 제1 및 제2 게이트선(81, 82)이 가로 방향으로 형성되어 있으며, 제1 게이트선(81)과 제2 게이트선(82)을 연결하는 두 개의 유지 전극(11)이 세로 방향으로 서로 평행하게 형성되어 있다. 이 유지 전극(11)은 컬러 필터 기판의 공통 전극(6)에 형성되어 있는 개구부(15)에 해당하는 위치에 배치되어 프린지 필드로 인한 빛샘을 방지하는 역할을 한다.As shown in FIGS. 4 and 5, first and
게이트 절연막(30)이 유지 전극(11)과 제1 및 제2 게이트선(81, 82)을 덮고 있으며, 게이트 절연막(30)의 상부에는 데이터선(9)이 세로 방향으로 형성되어 있다. 두 게이트선(81, 82) 중 상부의 제1 게이트선(81)과 데이터선(9)이 교차하는 부분에는 박막 트랜지스터(thin film transistor ; TFT)가 형성되어 있으며, 이 위에는 평탄화된 보호막(40)이 덮여 있다. 보호막(40) 상부에는 가장자리 부분이 제1 및 제2 게이트선(82) 및 데이터선(9)과 중첩되는 화소 전극(10)이 형성되어 있으며, 그 위에는 화소 전극(10)을 덮는 배향막(50)이 형성되어 있다. 여기에서, 배향막(50)은 러빙 처리되어 있을 수도 있고, 그렇지 않을 수도 있다.The
공통 전극에 형성되는 선형 개구부는 가로 방향 또는 기울어진 방향으로 형성될 수도 있다.The linear openings formed in the common electrode may be formed in the horizontal direction or the inclined direction.
도 6 및 도 7은 개구부가 가로 방향으로 형성된 본 발명의 제2 실시예에 따른 구조를 나타내고 있다.6 and 7 show a structure according to a second embodiment of the present invention in which the opening is formed in the horizontal direction.
도 6에서 보는 바와 같이, 하나의 단위 화소 영역(P)의 경계에 블랙 매트릭스(7) 패턴이 형성되어 있고, 공통 전극(6)은 전면적으로 형성되어 있다. 여기서 공통 전극(6)에 형성된 개구부(15)는 가로 방향으로 다수가 형성되어 있다.As shown in FIG. 6, the
여기서, 개구부(15)의 폭과 개구부(15) 사이의 거리는 개구부를 세로 방향으로 형성한 본 발명의 제1 실시예의 경우와 동일하다.Here, the distance between the width of the
도 7은 본 발명의 제2 실시예에 따른 액정 표시 장치에서 박막 트랜지스터 기판을 도시한 배치도이다.7 is a layout view illustrating a thin film transistor substrate in a liquid crystal display according to a second exemplary embodiment of the present invention.
도 7에 도시한 바와 같이, 서로 평행한 제1 및 제2 게이트선(81, 82)이 가로 방향으로 형성되어 있으며, 화소 영역(P)에는 제1 게이트선(81)과 제2 게이트선(82)을 연결하는 하나의 분지(12)가 이웃하는 데이터선(9)과 평행하게 형성되어 있으며, 다수의 유지 전극(11)이 게이트선(81, 82)과 평행하게 분지(12)로부터 뻗어 있다. 이 유지 전극(11)은 본 발명의 제1 실시예에서와 마찬가지로 컬러 필터 기판의 공통 전극(6)에 형성되어 있는 개구부(15)에 해당하는 위치에 배치되어 프린지 필드로 인한 빛샘을 방지하는 역할을 한다.As shown in FIG. 7, first and
도 8 내지 도 11은 개구부가 사선 방향으로 형성된 본 발명의 제3 실시예 및 제4 실시예에 따른 구조를 나타내고 있다.8 to 11 show structures according to the third and fourth embodiments of the present invention in which the openings are formed in the diagonal direction.
도 8 및 도 10에서 보는 바와 같이, 하나의 단위 화소 영역(P)의 경계에 블랙 매트릭스(7) 패턴이 형성되어 있고, 공통 전극(6)은 전면적으로 형성되어 있다. 여기서 공통 전극(6)에 형성된 개구부(15)는 사선 방향으로 형성되어 있다. 도 8에 도시된 본 발명의 제3 실시예의 경우 화소의 오른쪽 위에서 시작하여 왼쪽 아래로 향하는 방향의 개구부 하나와 화소의 오른쪽 아래에서 시작하여 왼쪽 위로 향하는 방향의 개구부 하나가 형성되어 있다. 도 10에 도시된 본 발명의 제4 실시예의 경우는 두 개의 개구부가 모두 화소의 오른쪽 위에서 왼쪽 아래를 향하고 있으며 서로 평행하게 형성되어 있다.8 and 10, the
여기서, 개구부(15)의 폭과 개구부(15) 사이의 거리는 개구부를 세로 방향으로 형성한 본 발명의 제1 실시예의 경우와 동일하다.Here, the distance between the width of the
도 9 및 도 11은 각각 본 발명의 제3 및 제4 실시예에 따른 액정 표시 장치에서 박막 트랜지스터 기판을 도시한 배치도이다.9 and 11 are layout views illustrating thin film transistor substrates in the liquid crystal display according to the third and fourth embodiments of the present invention, respectively.
도 9에 도시한 바와 같이, 서로 평행한 제1 및 제2 게이트선(81, 82)이 가로 방향으로 형성되어 있으며, 화소 영역(P)에는 제1 게이트선(81)과 제2 게이트선(82)을 연결하는 하나의 분지(12)가 이웃하는 데이터선(9)과 평행하게 형성되어 있으며, 두 개의 유지 전극(11)이 분지의 게이트선과 인접한 아래 위 부분에서 사선 방향으로 화소의 가운데 부분을 향해 뻗어 있다. 도 11에 나타난 박막 트랜지스터 기판은 역시, 서로 평행한 제1 및 제2 게이트선(81, 82)이 가로 방향으로 형성되어 있으며, 화소 영역(P)에는 제1 게이트선(81)과 제2 게이트선(82)을 연결하는 하나의 분지(12)가 이웃하는 데이터선(9)과 평행하게 형성되어 있으며, 두 개의 유지 전극(11)이 오른쪽 위에서 왼쪽 아래 방향으로 서로 평행하게 형성되어 있다. 제3 및 제4 실시예에서 이 유지 전극(11)은 본 발명의 제1 실시예에서와 마찬가지로 컬러 필터 기판의 공통 전극(6)에 형성되어 있는 개구부(15)에 해당하는 위치에 배치되어 프린지 필드로 인한 빛샘을 방지하는 역할을 한다.As shown in FIG. 9, the first and
본 발명의 제3 및 제4 실시예에서 화소 전극 위에 형성되는 배향막은 러빙을 할 수도 있고, 그렇지 않을 수도 있다. 다만, 러빙 처리를 하는 경우 러빙의 방향은 개구부의 방향에 대해 0도에서 135도를 이루는 것이 바람직하다.In the third and fourth embodiments of the present invention, the alignment layer formed on the pixel electrode may or may not rub. However, when the rubbing treatment is performed, the direction of rubbing is preferably 0 to 135 degrees with respect to the direction of the opening.
다음, 본 발명의 제5 실시예에서는 인접한 화소에 형성되는 개구부의 모양을 다르게 하여 시야각을 확장하는 구조를 제시한다. 이를 도 12 내지 도 15를 참고로 설명한다.Next, a fifth embodiment of the present invention proposes a structure in which a viewing angle is extended by changing shapes of openings formed in adjacent pixels. This will be described with reference to FIGS. 12 to 15.
도 12는 본 발명에 따른 컬러 필터 기판을 도시한 도면이다.12 is a view showing a color filter substrate according to the present invention.
도 12에서 보는 바와 같이, 적, 녹, 청색의 컬러 필터에 대응하는 다수의 화소 영역을 정의하는 블랙 매트릭스(7) 패턴이 형성되어 있으며, 선형의 개구부(15)가 형성되어 있는 ITO 전극(4)이 형성되어 있다. 여기서, 서로 이웃하는 화소 영역의 개구부(15)는 서로 다른 방향으로 형성되어 있다. 즉, 개구부(15)가 화소를 단위로 가로 방향과 세로 방향으로 반복하여 형성되어 있다. 예를 들어, 적색 화소 영역에는 개구부(15)가 세로 방향으로 형성되어 있고, 이에 이웃하는 녹색 화소 영역에는 개구부(15)가 가로 방향으로 형성되어 있다.As shown in FIG. 12, an
이러한 구조에서, 화면에 적색을 표시한다고 가정하자. 그러면, 청색과 녹색의 화소는 오프(OFF) 상태로 남게 되고, 적색의 화소만이 온(ON) 상태가 된다. 이때, 인접한 적색 화소의 ITO 전극(4)의 개구부는 각각 가로 방향과 세로 방향으로 형성되어 있다. 이 때, 액정 분자의 움직임을 도 13a 및 도 13b를 참고로 하여 설명한다.In this structure, assume that the screen displays red color. Then, the blue and green pixels remain in the OFF state, and only the red pixels are in the ON state. At this time, the openings of the
도 13a에서는 ITO 전극(4)의 선형 개구부(15)가 세로 방향으로 형성되어 있고, 도 13b에서는 ITO 전극(4)의 선형 개구부(15)가 가로 방향으로 형성되어 있다.In FIG. 13A, the
여기서, 가로 방향을 X축, 세로 방향을 Y축으로 하고, 두 전극(4) 사이의 액정 분자는 지면 하부에서 볼 때, 좌선성 액정이다.Here, the horizontal direction is the X axis and the vertical direction is the Y axis, and the liquid crystal molecules between the two
두 전극(4, 5)에 전계가 인가되면, 액정 분자들은 형성되는 전기장의 방향에 수직으로 기울어진다. 이와 동시에, 도 13a에서는 개구부(15)가 Y축으로 형성되어 상측 Y축에 위치한 액정 분자들은 X축의 우측으로, 하측 Y축에 위치한 액정 분자들은 X축의 좌측 방향으로 각각 비틀리게 된다. 또한, 도 13b에서는 개구부(15)가 X축으로 형성되어 우측 X축에 위치한 액정 분자들은 하측의 Y축 방향으로, 좌측 X축에 위치한 액정 분자들은 Y축의 상측으로 각각 비틀리게 된다.When an electric field is applied to the two
도 13a 및 도 13b에서 보는 바와 같이, 4개의 방향에서 액정 분자가 비틀리기 때문에 상하좌우 방향의 시야각이 동일하게 형성되며, 계조 반전도 나타나지 않게 된다. 따라서, 전체적으로 시야각이 확장된다.As shown in FIGS. 13A and 13B, since the liquid crystal molecules are twisted in four directions, viewing angles in the up, down, left, and right directions are formed in the same manner, and gray level inversion does not appear. Thus, the viewing angle as a whole is extended.
이제, 제5 실시예에 따른 컬러 필터 기판 및 박막 트랜지스터 기판의 구조를 상세히 설명한다.Now, structures of the color filter substrate and the thin film transistor substrate according to the fifth embodiment will be described in detail.
도 14는 컬러 필터 기판의 공통 전극을 단위 화소 영역별로 오픈시킨 구조이며, 서로 이웃하는 두 개의 단위 화소 영역을 도시한 것이다.FIG. 14 illustrates a structure in which a common electrode of a color filter substrate is opened for each unit pixel region, and illustrates two neighboring unit pixel regions.
도 14에서 보는 바와 같이, 도 3과 동일하게 각각의 단위 화소 영역(P1, P2)을 정의하는 블랙 매트릭스(7) 패턴이 형성되어 있고, 공통 전극(6)은 전면적으로 형성되어 있다.As shown in FIG. 14, similarly to FIG. 3, a
여기서, 화소 영역(P1)의 공통 전극(6)에는 세로 방향으로 두 개의 선형 개구부(15)가 서로 평행하게 형성되어 있으며, 이와 인접한 화소 영역(P2)의 공통 전극(6)에는 가로 방향으로 다수의 선형 개구부(15)가 서로 평행하게 형성되어 있다.Here, two
여기서, 개구부(15)의 폭 및 이 사이의 거리는 제1 실시예를 따르는 것이 바람직하다.Here, it is preferable that the width of the
도 15는 본 발명의 제2 실시예에 따른 박막 트랜지스터 기판의 구조를 도시한 것으로서, 도 12의 화소 영역(P1)에 대응하는 화소 영역(P1)에는 도 4와 동일하게 제1 게이트선(81)과 제2 게이트선(82)을 연결하는 두 개의 유지 전극(11)이 세로 방향으로 서로 평행하게 형성되어 있다. 화소 영역(P2)에는 도 7과 동일하게 제1 게이트선(81)과 제2 게이트선(82)을 연결하는 하나의 분지(12)가 이웃하는 데이터선(9)과 평행하게 형성되어 있으며, 다수의 유지 전극(11)이 게이트선(81, 82)과 평행하게 분지(12)로부터 뻗어있다.FIG. 15 illustrates a structure of a thin film transistor substrate according to a second exemplary embodiment of the present invention. In the pixel region P1 corresponding to the pixel region P1 of FIG. 12, the
앞서 설명된 모든 실시예에서와 마찬가지로, 유지 전극(11)은 도 14에서 공통 전극(6)에 형성되어 있는 개구부(15)에 대응하는 위치에 배치된다.As in all the embodiments described above, the sustain
이러한 유지 전극(11)은 화소 전극(10)과 중첩되어 유지 축전기를 형성하는 역할을 하는 동시에, 공통 전극(6)의 개구부(15)로 인하여 형성되는 전경(disclination)으로 인하여 새는 빛을 차단하는 블랙 매트릭스 역할을 한다.The sustain
이웃하는 화소의 개구부는 여러 가지 다른 모양으로 형성될 수 있다. 도 16 내지 도 19에 이웃하는 화소의 개구부를 다른 모양으로 형성한 본 발명의 제6 내지 제9 실시예에 따른 액정 표시 장치의 컬러 필터 기판의 구조가 도시되어 있다.The openings of the neighboring pixels may be formed in various other shapes. 16 to 19 illustrate structures of color filter substrates of the liquid crystal display according to the sixth to ninth embodiments of the present invention, in which openings of pixels adjacent to each other are formed in different shapes.
도 16에 나타난 본 발명의 제6 실시예에 따른 액정 표시 장치의 구조는 도 10에 나타난 본 발명의 제4 실시예에 따른 모양의 개구부가 형성된 화소와 이를 180도 회전시킨 모양의 화소를 가로 방향으로 교대로 배치하고, 세로 방향으로는 같은 열에 같은 모양의 화소가 배열되도록 형성한 것이다. 도 17에 나타난 본 발명의 제7 실시예에 따른 액정 표시 장치의 구조는 가로 방향의 배열은 제7 실시예와 동일하지만 세로 방향으로도 화소의 모양이 교대로 반복되도록 배치한 것이다. 도 18에 나타난 본 발명의 제8 실시예에 따른 액정 표시 장치의 구조는 도 8에 나타난 본 발명의 제3 실시예에 따른 모양으로 개구부가 형성된 화소와 이를 180도 회전시킨 모양의 화소를 가로 방향으로 교대로 배치하고, 세로 방향으로는 같은 열에 같은 모양의 화소가 배열되도록 형성한 것이다. 도 19에 나타난 본 발명의 제9 실시예에 따른 액정 표시 장치의 구조는 가로 방향의 배열은 제8 실시예와 동일하지만 세로 방향으로도 화소의 모양이 교대로 반복되도록 배치한 것이다.The structure of the liquid crystal display according to the sixth embodiment of the present invention shown in FIG. 16 is a horizontal direction of a pixel in which an opening having a shape according to the fourth embodiment of the present invention shown in FIG. They are arranged alternately, and in the vertical direction, pixels of the same shape are arranged in the same column. In the structure of the liquid crystal display according to the seventh exemplary embodiment of the present invention illustrated in FIG. 17, the horizontal array is the same as the seventh exemplary embodiment, but the pixels are alternately arranged in the vertical direction. The structure of the liquid crystal display according to the eighth embodiment of the present invention illustrated in FIG. 18 is a cross-sectional view of a pixel in which an opening is formed in a shape according to the third embodiment of the present invention illustrated in FIG. They are arranged alternately, and in the vertical direction, pixels of the same shape are arranged in the same column. In the structure of the liquid crystal display according to the ninth embodiment of the present invention illustrated in FIG. 19, the horizontal arrangement is the same as the eighth embodiment, but the pixels are alternately arranged in the vertical direction.
본 발명의 실시예에 따른 액정 표시 장치에서는, 구형의 기판 간격제를 사용할 경우 기판 간격제에 의한 액정 배향의 불량이 생겨 빛샘이 발생할 수 있으므로, 금속이나 유기 재료를 이용한 기둥 형태의 기판 간격제를 사용하는 것이 좋다.In the liquid crystal display according to the exemplary embodiment of the present invention, when a spherical substrate spacer is used, a liquid crystal alignment may be caused by the substrate spacer and light leakage may occur. Therefore, a column spacer substrate using a metal or an organic material may be used. It is good to use.
도 20은 본 발명의 실시예에 따른 기판 간격제가 포함된 액정 표시 장치의 단면도이다. 박막 트랜지스터(30)가 형성되어 있는 기판(10)과 컬러 필터(도시하지 않음)가 형성되어 있는 기판(20) 사이에 액정 물질(40)이 주입되어 있다. 아래쪽 기판(10)에 형성되어 있는 박막 트랜지스터(30)는 게이트 전극(31)과 그 위를 덮고 있는 게이트 절연막(32), 게이트 전극(31) 위의 게이트 절연막(32) 위에 형성되어 있는 반도체층(33) 및 게이트 전극(31)을 중심으로 양쪽으로 형성되어 있는 소스/드레인 전극(341, 342)으로 이루어져 있다. 박막 트랜지스터가 형성되어 있는 기판(10)의 전면에 보호막(50)이 형성되어 있고, 화소 영역에는 화소 전극(60)이 형성되어 보호막(50)에 뚫린 접촉 구멍을 통하여 드레인 전극(342)과 접촉되어 있다. 기판 간격제(100)는 박막 트랜지스터 위쪽에 형성되어 있으며 금속 또는 유기 재료로 이루어진다. 이는 박막 트랜지스터 기판을 형성할 때 사용되는 재료를 이용하여 형성될 수 있다.20 is a cross-sectional view of a liquid crystal display including a substrate spacer according to an embodiment of the present invention. The
본 발명의 실시예에서는 모두 공통 전극(6)에 개구부를 형성하였지만 대신 화소 전극(10)에 이를 형성할 수도 있다. 그러나, 이 경우에는 화소 전극(10)과 공통 전극(6) 사이에 형성되는 프린지 필드가 데이터선(9), 게이트선(81, 82) 및 유지 전극(11)에 인가되는 전압의 영향을 받게 된다. 이러한 신호선에 인가되는 전압에 의해 형성되는 전기장의 영향을 제거하기 위해 3μm 이상의 유기 절연막으로 보호막(40)을 충분히 두껍게 형성하는 것이 바람직하다.In the exemplary embodiment of the present invention, all of the openings are formed in the
또한, 본 발명의 실시예에서는 유지 전극(11)이 게이트선(81, 82)에 연결되어 있는 구조를 도시하였지만, 독립 배선 방식을 적용하는 경우에는 유지 전극(11)이 게이트선과 연결되지 않는다.In addition, although the structure in which the sustain
따라서 본 발명에 따른 수직 배향을 이용한 액정 표시 장치는 전계 인가시 프린지 필드를 이용하여 액정 분자의 장축 방향을 다양하게 하여 광 시야각을 가지는 동시에, 유지 전극을 이용하여 프린지 필드가 형성되는 부분에서 새는 빛을 방지할 수 있다.Therefore, the liquid crystal display using the vertical alignment according to the present invention has a wide viewing angle by varying the long axis direction of the liquid crystal molecules by using a fringe field when an electric field is applied, and light leaking from a portion where the fringe field is formed by using a sustain electrode. Can be prevented.
도 1a 및 1b는 본 발명의 실시예에 따른 수직 배향을 이용한 액정 표시 장치에서 액정 분자의 배향을 블랙 모드 및 화이트 모드에 따라 도시한 개념도이고,1A and 1B are conceptual views illustrating alignment of liquid crystal molecules according to a black mode and a white mode in a liquid crystal display using vertical alignment according to an exemplary embodiment of the present invention.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 수직 배향을 이용한 액정 표시 장치에서 오픈된 화소 전극 및 액정 분자의 배향을 도시한 단면도이고,2 is a cross-sectional view illustrating the alignment of an open pixel electrode and liquid crystal molecules in a liquid crystal display using vertical alignment according to an exemplary embodiment of the present invention.
도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 수직 배향을 이용한 액정 표시 장치에서 컬러 필터 기판을 도시한 평면도이고,3 is a plan view illustrating a color filter substrate in a liquid crystal display using vertical alignment according to a first embodiment of the present invention;
도 4는 본 발명의 제1 실시예에 따른 수직 배향을 이용한 액정 표시 장치에서 박막 트랜지스터 기판을 도시한 평면도이고,4 is a plan view illustrating a thin film transistor substrate in a liquid crystal display using vertical alignment according to a first embodiment of the present invention;
도 5는 도 4에서 V - V'선을 따라 도시한 단면도이고,5 is a cross-sectional view taken along the line V-V 'in FIG.
도 6은 본 발명의 제2 실시예에 따른 수직 배향을 이용한 액정 표시 장치에서 컬러 필터 기판을 도시한 평면도이고,6 is a plan view illustrating a color filter substrate in a liquid crystal display using vertical alignment according to a second exemplary embodiment of the present invention.
도 7은 본 발명의 제2 실시예에 따른 수직 배향을 이용한 액정 표시 장치에서 박막 트랜지스터 기판을 도시한 평면도이고,7 is a plan view illustrating a thin film transistor substrate in a liquid crystal display using vertical alignment according to a second embodiment of the present invention.
도 8은 본 발명의 제3 실시예에 따른 수직 배향을 이용한 액정 표시 장치에서 컬러 필터 기판을 도시한 평면도이고,8 is a plan view illustrating a color filter substrate in a liquid crystal display using vertical alignment according to a third exemplary embodiment of the present invention.
도 9는 본 발명의 제3 실시예에 따른 수직 배향을 이용한 액정 표시 장치에서 박막 트랜지스터 기판을 도시한 평면도이고,FIG. 9 is a plan view illustrating a thin film transistor substrate in a liquid crystal display using vertical alignment according to a third exemplary embodiment of the present invention.
도 10은 본 발명의 제4 실시예에 따른 수직 배향을 이용한 액정 표시 장치에서 컬러 필터 기판을 도시한 평면도이고,10 is a plan view illustrating a color filter substrate in a liquid crystal display using vertical alignment according to a fourth embodiment of the present invention;
도 11은 본 발명의 제4 실시예에 따른 수직 배향을 이용한 액정 표시 장치에서 박막 트랜지스터 기판을 도시한 평면도이고,FIG. 11 is a plan view illustrating a thin film transistor substrate in a liquid crystal display using vertical alignment according to a fourth exemplary embodiment of the present invention.
도 12는 본 발명의 제5 실시예에 따른 액정 표시 장치의 적, 녹, 청색의 컬러 필터에 대응하는 다수의 화소 영역을 도시한 도면이고,12 is a diagram illustrating a plurality of pixel areas corresponding to red, green, and blue color filters of a liquid crystal display according to a fifth exemplary embodiment of the present invention.
도 13a 및 도 13b는 본 발명의 제5 실시예에 따른 수직 배향을 이용한 액정 표시 장치에서 비틀리는 액정 분자의 배열 방향을 도시한 도면이고,13A and 13B illustrate alignment directions of liquid crystal molecules twisted in the liquid crystal display using the vertical alignment according to the fifth embodiment of the present invention.
도 14는 본 발명의 제5 실시예에 따른 수직 배향을 이용한 액정 표시 장치에서 컬러 필터 기판을 도시한 평면도이고,FIG. 14 is a plan view illustrating a color filter substrate in a liquid crystal display using vertical alignment according to a fifth exemplary embodiment of the present invention.
도 15는 본 발명의 제5 실시예에 따른 수직 배향을 이용한 액정 표시 장치에서 박막 트랜지스터 기판을 도시한 평면도이고,FIG. 15 is a plan view illustrating a thin film transistor substrate in a liquid crystal display using vertical alignment according to a fifth exemplary embodiment of the present invention.
도 16 내지 도 19는 본 발명의 제6 내지 제9 실시예에 따른 액정 표시 장치의 적, 녹, 청색의 컬러 필터에 대응하는 다수의 화소 영역을 도시한 것이고,16 to 19 illustrate a plurality of pixel areas corresponding to red, green, and blue color filters of the liquid crystal display according to the sixth to ninth embodiments of the present invention.
도 20은 본 발명의 실시예에 따른 액정 표시 장치의 단면도이다.20 is a cross-sectional view of a liquid crystal display according to an exemplary embodiment of the present invention.
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