KR100648217B1 - 수직 배향 모드 액정표시장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 수직 배향 모드 액정표지장치에 관한 것으로, 액정층을 사이에 두고 대향하는 상하부 기판; 상기 하부 기판상에 매트릭스 형태로 배열되어, 수 개의 단위화소를 한정하는 게이트 버스 라인과 데이터 버스 라인; 상기 하부 기판의 단위 화소 각각에 형성되고 공통 신호를 인가받는 제1 카운터 전극; 상기 하부 기판의 내측면에 형성되는 화소전극; 상기 상부 기판의 내측면에 형성되며, 상기 화소 전극과 함께 액정 분자를 동작시키는 전계를 형성하는 제2 카운터 전극을 포함하며, 상기 화소전극은 스트라이프 형태로 소정의 간격을 갖도록 형성되는 것을 특징으로 한다. 이에의해, 프린지 필드 또는 트위스트 네마틱(TN) 구조를 이용한 수직 배향 모드 액정표시장치를 형성할 수 있다.

Description

수직 배향 모드 액정표시장치{VERTICAL ALIGNMENT MODE LCD}

도 1은 본 발명에 따른 수직 배향 모드 액정 표시 장치의 개략적인 사시도.

도 2a 및 도 2b는 본 발명에 따른 수직 배향 모드의 전극 구조에 따른 액정배열을 나타낸 단면도.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호 설명 *

10 : 제1 카운터 전극 15 : 화소 전극

20 : 제2 카운터 전극 30 : 하부 기판

43a : 제1 배향막 43b : 제2 배향막

45a : 제1 편광판 45b : 제2 편광판

50 : 상부 기판 52 : 컬러 필터

100 : 슬릿

본 발명은 액정 표시 장치에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 시야각 특성이 개선된 수직 배향 모드 액정 표시 장치에 관한 것이다.

일반적으로 VA 모드 액정 표시 장치는, 내측면 각각에 전극이 구비된 상하 기판 사이에 유전율 이방성이 음인 액정이 협지되어 있으며, 상하 기판의 대향면에는 수직 배향막이 설치되어 있고, 상하 기판의 대향면 뒷면 각각에는 편광판이 부착되어 있는 구조를 갖는다. 이때, 상하 기판의 대향면 각각에는 액정 구동 전극이 구비되어 있으며, 상하 편광판의 편광축은 서로 크로스되도록 부착되어 있다.

이러한 VA 모드 액정 표시 장치는, 전계가 형성되기 이전에는 액정 분자들이 수직 배향막의 영향으로 기판에 수직으로 배열된다. 이때, 상하 편광판이 수직으로 교차되어 있는 관계로, 화면은 다크가 된다. 한편, 상하 기판의 구동 전극 사이에 전계가 형성되면 유전율 이방성이 음인 액정 성질에 따라, 액정 분자들은 전계의 형태와 수직이 되도록 틀어지게 된다. 이에 따라, 광이 틀어진 액정 분자를 통하여 누설되어, 화면은 화이트가 된다.

여기서, 상하 기판사이에 협지되는 액정내 분자들은 봉(棒) 형상이므로, 굴절율 이방성을 갖는다. 이에따라, 액정의 장축을 바라볼때의 화면상과 단축을 바라볼때의 화면 상이 서로 상이하게 된다. 특히, 상기와 같은 VA 모드 액정 표시 장치의 경우, 전계가 형성되기 이전, 액정 분자들이 모두 기판에 수직으로 늘어서 있으므로, 정면에는 완전한 다크를 이루지만, 측면에서는 광이 누설되어, 화질 저하를 초래한다. 이에, 종래에는 상기한 액정 분자의 굴절율 이방성을 보상하기 위하여, 액정 분자와 그 형태가 반대인 디스크(disk) 타입의 위상 보상 필름을 상부 기판과 상부 편광판 사이에 개재하였다.

한편, 전계 형성후에는 상술한 바와 같이, 전계 형태와 수직이 되도록 액정 분자들이 동일한 방향으로 틀어지게 된다. 이로 인하여, 정면에서 바라볼때와 측면 에서 바라볼때의 액정 분자의 각기 다른 축을 보게되므로, 시야각차가 발생된다.

이에따라, 종래에는 전계 형성시, 액정 분자들의 굴절율 이방성으로 인한 시야각차를 줄이기 위하여, 이중 러빙을 통하여, 액정층내에 이중 도메인을 형성하는 기술이 제안되었다.

그러나, 상기한 기술은 하나의 화소 영역에 이중 도메인을 형성하기 위하여는 배향막을 소정의 방향으로 러빙하여야 한다. 상기 배향막을 러빙하는 방법으로는 러빙포(布)로 배향막을 일정 방향으로 문지르는 공정 또는 마스크를 설치한 후 자외선을 쬐어주는 광 배향 공정등이 있는데, 러빙포로 배향막을 문질러주는 공정이 일반적이다. 이때, 러빙포로 문지르는 공정으로 이중 도메인을 형성하기 위하여는 하나의 기판당 적어도 2번 이상의 러빙 공정과 1번 이상의 포토리소그라피 공정이 요구되어야 한다. 그러므로, 상하 기판 모두에 2중 도메인을 형성하려면, 적어도 4번의 러빙 공정과 2번의 포토리소그라피 공정이 요구된다. 이로 인하여, 공정이 복잡하여 지고, 배향막에 손상이 발생될 소지가 높다.

또한, 공정자가 상하 좌우 정확하게 대칭이 되도록 러빙을 하였다 하더라도, 러빙 후, 상하 또는 좌우 러빙각이 정확이 대칭을 이루기 어렵다.

따라서, 상기 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은, 하부기판 상에 화소전극 형성 전, 미리 형성된 제1 카운터 전극과 상부 기판에 제2 카운터 전극을 형성하여 멀티 도메인을 형성할 수 있는 수직 배향 모드 액정표시장치를 제공하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 수직 배향 모드 액정표시장치는, 액정층을 사이에 두고 대향하는 상하부 기판; 상기 하부 기판상에 매트릭스 형태로 배열되어, 수 개의 단위화소를 한정하는 게이트 버스 라인과 데이터 버스 라인; 상기 하부 기판의 내측면에 형성되며 외부로부터 공통 신호를 인가받는 제1 카운터 전극; 상기 하부 기판의 내측면에 형성되어 게이트 버스라인의 온 신호에 의해 상기 데이터 버스 라인을 통해 입력되는 신호에 의해 상기 제 1 카운터 전극과 프린지 필드를 발생하는 화소전극; 상기 상부 기판의 내측면에 형성되며, 상기 화소 전극과 함께 액정 분자를 동작시키는 전계를 형성하는 제2 카운터 전극; 상기 화소 전극과 액정층 사이에 개재되는 제1 수직 배향막; 상기 제2 카운터 전극과 액정층 사이에 개재되는 제2 수직 배향막; 상기 하부 기판 외측면에 배치되며 제 1 편광축을 갖는 제1 편광판; 및 상기 상부 기판 외측면에 배치되며 상기 제 1 편광축과 직교하는 제 2 편광축을 갖는 제2 편광판을 포함하며, 상기 화소전극은 스트라이프 형태로 소정의 간격을 갖도록 형성되는 것을 특징으로 한다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면에 의거하여 상세히 설명한다.

첨부한 도면 도 1은 본 발명에 따른 수직 배향 모드 액정 표시 장치의 개략적인 사시도이고, 도 2a는 오프 상태에서의 수직 배향 모드의 전극 구조에 따른 액정배열을 나타낸 단면도이고, 도 2b는 턴 온 상태에서의 수직 배향 모드의 전극 구조에 따른 액정배열을 나타낸 단면도이다.

도 1에 도시된 바와같이, 하부 기판(30)과 상부 기판(50)은 소정 거리(d:이하 셀갭)를 두고 대향된다. 하부 기판(30)과 상부 기판(50)은 투명한 소재의 절연 기판이고, 셀갭(d)은 6㎛ 이하 정도이다. 하부 기판(30)과 상부 기판(50) 사이는 수개의 액정 분자(60a)를 포함하는 액정층(60)이 개재된다. 여기서, 액정층(60)내의 액정 분자(60a)은 유전율 이방성(Δε) 및 굴절율 이방성(Δn)을 지닌다. 본 발 명의 액정 표시 장치에는 유전율 이방성(Δε)이 음인 액정이 사용된다. 이때, 액정 분자의 굴절율 이방성(Δn)은 셀갭(d)을 고려하여 그 값이 선정된다.

컬러 필터(52)는 상부 기판(50)과 액정층(60) 사이에 개재된다. 제 1 배향막(43a)은 하부 기판(30)과 액정층(60) 사이에 개재되고, 제 2 배향막(43b)은 상부 기판(50)과 액정층(60) 사이에 개재된다. 제 1 및 제 2 배향막(43a,43b)은 프리틸트각이 85 내지 95°바람직하게는 90°인 수직 배향막이다. 여기서, 수직 배향막인 제 1 및 제 2 배향막(43a,43b)은 별도의 러빙 공정이 요구되지 않는다.

제 1 편광판(45a)은 하부 기판(30)의 외측면에 배치되고, 제 2 편광판(45b) 상부 기판(50)의 외측면에 각각 배치된다. 제 1 편광판(45a)의 편광축은 도 2의 x축 또는 y축과 평행을 이루고, 제 2 편광판(45b)의 편광축은 제 1 편광판(45a)의 편광축과 직교를 이룬다.

도 2a 및 도 2b에 도시된 바와같이, 도면에는 도시되지 않았지만, 하부기판(30) 상에 게이트 버스라인과 데이터 버스라인으로 한정되는 매트릭스 형태의 단위화소가 수 개의 형태로 한정된다. 이러한 하부기판(30)의 단위 화소 각각에는 외부로부터 공통 신호를 인가받는 제1 카운터 전극(10)이 형성되고, 그 다음, 상기 하부 기판의 내측면의 제1 카운터 전극(10) 상부에 게이트 버스라인의 온 신호에 의해 데이터 버스라인을 통해 신호가 인가되는 화소전극(15)이 형성된다.

이 때, 상기 화소전극(15)은 하부 기판(30)의 단위 화소내에 스트라이프(stripe : 줄무늬) 형태로 형성되는데 소정의 슬릿(slit, 100)을 갖으며. 상기 제1 카운터 전극(10)은 화소 전체에 걸쳐 형성된다. 상기 화소전극(15) 및 제1 카운터 전극(10)은 ITO(Indium Thin Oxide)막으로 형성된다.

상부기판(50)의 내측면에는 상기 화소 전극(15)과 함께 액정 분자를 동작시키는 전계를 형성하는 제2 카운터 전극(20)을 형성한다. 또한, 제1 배향막(43a)은 하부 기판(30)과 액정층(60) 사이에 개재되고, 제 2 배향막(43b)은 상부 기판(50)과 액정층(60) 사이에 개재된다.

이하, 본 발명의 수직 배향 모드의 액정표시장치의 액정배열에 대해 설명하면 다음과 같다.

상기 액정분자(60a)는 컬러필터(52), 하부 기판(30)에 증착된 수직배향제에 의한 수직(Homeotropic)한 배열을 이룬다. 오프(Off) 상태에서는 전체적으로 이 배열 상태가 유지되어 액정층(60)을 통과하는 빛의 리타데이션(Retardation) 이 일어나지 않으므로, 직각으로 배열된 두 장의 편광판(45a, 45b) 사이에서는 다크(Dark)상태가 된다.

오프 상태에서 화소 전극(15)과 하부 기판(30)상의 제1 카운터 전극(10) 사이에 V_off(<V_th)의 전압이 인가되면, 도 2a에 도시된 바와 같이 화소전극(15)의 가장자리에는 액정분자(60)의 축방향으로 대칭하는 프린지 필드(Fringe Field)가 발생하고, 이 프린지 필드로 인해 액정분자(60)은 축방향으로 틀어져 대칭한 틸트(Tilt)를 갖는다.
또한, 화소 전극(15)을 스트라이프(Stripe)형태로 만듦으로써, 화소 전극(15)의 가장자리에서 발생한 액정의 틸트 상태가, 액정 분자간의 얼라이닝 에너지(Aligning Force)에 의해 화소 전극(15)의 가장자리에서 먼 곳까지 비교적 균일하게 전파된다.(이 부분은 심사관의 거절이유 1-3에 해당하는 것으로 발명자(전진영 과장)과 통화한 결과, 본인도 이 부분에 해당되는 부분이 이해되지 않을 뿐만 아니라 별 의미도 없다고 하면서 삭제하라고 함.)

삭제

이로 인해 오프 상태에서는, 화소 전체가 축 대칭으로 균일한 틸트를 갖는다. 즉, 멀티 도메인(Multi-Domain)화 된 것과 같은 광학적 특성을 갖는다. 또한, 대칭적이면서 연속적으로 변하는 액정분자(60a) 배열 때문에 디스클리네이션 (Disclination) 영역도 발생하지 않는다. 이상과 같은 이유로 액정분자의 균일한 배열을 위한 러빙 공정이 필요없다.

그 다음, 턴 온 상태에서는 상기 화소 전극(15)과 컬러필드(52)상의 제2 카운터전극(20)에 V_on ( > V_th )의 전압이 걸리고, 이로 인한 수직방향의 전기장에 의해 액정은 평행(Homogeneous)한 배열로 변하기 시작한다.

이 때, 빛이 리타데이션(Retardation)이 발생하며, 셀 갭을 조절함으로써 액정층(60)을 통과하는 선형적으로 극성을 갖는 빛의 편광 상태가 90°회전하여 편광판(45b)을 통과하도록 할 수 있다.

여기서, 턴 온 상태에서의 액정분자(60a) 배열도 축 대칭한 상태를 유지하는데 이것은, 화소 전극(15)과 하부기판(30)상의 제1 카운터전극(10) 사이의 프린지 필드가 대칭적이고, 오프 상태에서의 틸트가 대칭적이었으므로, 이 상태에서 부터 배열의 천이가 시작되기 때문이다.

상술한 실시예에서는 제1 카운터 전극을 ITO막으로 형성하여 프린지 필드를 발생하는 FFS 모드를 이용하였지만, 박막트랜지스터 형성시 게이트용 도전막으로 제1 카운터 전극을 형성하여 TN 모드를 이용할 수도 있다.

또한, 상술한 실시예에서는 제1 카운터 전극(10)이 화소 전체에 걸쳐 형성되 었지만, 상기 화소전극(15)의 소정의 슬릿(100) 하부에만 형성하여 동일한 효과를 나타낼 수 있다.

상기한 바와같은 본 발명에 따른 수직 배향 모드 액정표시장치는 다음과 같은 효과가 있다.

상기 화소전극을 하부 기판상에 스프라이프 형태의 소정 슬릿을 갖는 형태로 형성하고, 또한 하부 기판상에 제1 카운터 전극을 형성하므로서, FFS 모드 또는 TN모드의 장점을 확보하였다.

또한, 종래의 멀티 도메인을 갖는 VA 모드의 장점을 모두 갖는다. 즉, 넓은 광시야각, 높은 콘트라스트비, 짧은 응답시간, 및 컬러 쉬프트가 없고, 투과율을 떨어뜨리는 디스클리네이션(Disclination)이 발생하지 않으므로 높은 투과율을 갖는다.

한편, 본 발명의 요지를 벗어나지 않는 범위내에서 다양하게 변경하여 실시할 수 있다.

Claims (4)

1. 액정층을 사이에 두고 대향하는 상부 및 하부 기판;

   상기 하부 기판상에 매트릭스 형태로 배열되어, 수 개의 단위 화소를 한정하는 게이트 버스 라인과 데이터 버스 라인;

   상기 하부 기판의 단위 화소 각각에 형성되고 외부로부터 공통 신호를 인가받는 제1 카운터 전극;

   상기 하부 기판의 내측면에 형성되어 상기 데이터 버스 라인을 통해 입력되는 신호에 의해 상기 제 1 카운터 전극과 프린지 필드를 발생하는 화소전극;

   상기 상부 기판의 내측면에 형성되며, 상기 화소 전극과 함께 액정 분자를 동작시키는 전계를 형성하는 제2 카운터 전극;

   상기 화소 전극과 액정층 사이에 개재되는 제1 수직 배향막;

   상기 제2 카운터 전극과 액정층 사이에 개재되는 제2 수직 배향막;

   상기 하부 기판 외측면에 배치되며 제 1 편광축을 갖는 제1 편광판; 및

   상기 상부 기판 외측면에 배치되며 상기 제 1 편광축과 직교하는 제 2 편광축을 갖는 제2 편광판을 포함하며,

   상기 화소전극은 스트라이프 형태로 소정의 슬릿(slit)을 갖도록 형성되는 것을 특징으로 하는 수직 배향 모드 액정표시장치.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 제1 카운터 전극은 게이트용 도전막 및 ITO막 중 어느 하나인 것을 특 징으로 하는 수직 배향 모드 액정표시장치.
3. 제 1항에 있어서,

   상기 제1 카운터 전극은 화소 전체에 걸쳐 형성되는 것을 특징으로 하는 수직 배향 모드 액정표시장치.
4. 제 1항에 있어서,

   상기 제1 카운터 전극은 상기 화소 전극간의 슬릿 하부에만 형성되는 것을 특징으로 하는 수직 배향 모드 액정표시장치.

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