KR100831298B1 - 액정표시장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 상, 하부 기판에 정전용량을 동일하게 설계하여 전하의 분포를 고르게 함으로써 안정된 구동이 가능할 수 있는 액정표시장치에 관한 것으로, 제 1 기판 및 제 2 기판과, 상기 제 1 기판 및 제 2 기판 상에 형성되어 액정층을 구동시키는 공통전극 및 화소전극과, 상기 공통전극 상에 형성되어 전기장을 왜곡시키는 다수 개의 제 1 유전막돌기와, 상기 화소전극 상에 상기 다수 개의 제 1 유전막 돌기와 동일한 정전 용량을 갖도록 형성된 제 2 유전막 및, 상기 제 1 유전막 돌기 및 제 2 유전막 상부에 각각 형성된 배향막을 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

액정표시장치{LIQUID CRYSTAL DISPLAY DEVICE}
도 1 및 도 2는 종래의 수직 배향 모드 액정표시장치를 설명하기 위한 단면도.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 액정표시장치를 설명하기 위한 단면도.
도 4는 도 3의 정전 용량을 설명하기 위한 구성도.
도 5는 본 발명의 다른 실시예를 설명하기 위한 단면도.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호 설명 *
100 : 하부 기판 103 : 화소전극
105 : 제 2 유전막 107 : 제 2 배향막
130 : 액정층 144 : 제 1 배향막
146 : 제 1 유전막 돌기 148 : 공통전극
150 : 상부 기판
본 발명은 액정표시장치에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 수직 배향 모드 액정표시장치에 관한 것이다.
일반적으로 수직 배향 모드 액정 표시 장치는, 상하 기판 사이에 유전율 이방성이 음인 액정이 개재되어 있으며, 상하 기판의 대향면에는 수직 배향막이 형성되어 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 직교되도록 부착되어 있다.
이러한 수직 배향 모드 액정 표시 장치는, 전계가 형성되기 이전에는 액정 분자들이 수직 배향막의 영향으로 기판에 수직으로 배열된다. 이때, 상하 편광판이 수직으로 교차되어 있는 관계로, 화면은 다크(dark)가 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, 액정 분자를 통하여 광이 투과되어, 화면은 화이트(white)가 된다.
이때, 액정 분자는 그 형태가 봉상인 관계로, 장축과 단축의 굴절율, 유전율등이 서로 상이하다. 이에따라, 액정 분자들을 보는 방향에 따라 굴절율이 상이하게 되어, 결국 화면의 정면에서 볼때와 측면에서 볼때의 시야각의 차가 발생된다. 따라서, 이러한 문제점을 해결하고자, 종래에는 하나의 단위 픽셀내에서도 상판에 슬릿을 형성하고, 하판의 액정 구동 전극을 슬릿 형상으로 형성하여, 전계형성시 2중 도메인을 형성한다. 즉, 화소 전극과 공통 전극 사이에 전계 형성시, 액정 분자들의 틀어지는 방향을 달리하도록 하여, 액정 분자의 장축과 단축에 대한 이방성을 보상하였다.
이하, 첨부된 도면을 통하여 종래의 수직 배향 모드의 액정표시장치를 간략 히 설명한다. 여기서, 도면은 하판에 형성된 화소 전극과 상판에 형성된 공통전극 및 액정 배향에 관련하여 설명하고, 나머지 구성에 대해서는 생략하였다.
도 1 및 도 2는 종래의 수직 배향 모드의 액정표시장치를 설명하기 위한 것으로 전계를 인가했을 때의 단면도이다.
도시된 바와같이, 하부 및 상부 기판(1,20)이 액정층(10)을 사이에 두고 대향 배치되어 있다. 하부 기판(1) 상에는, 도면에는 도시되지 않았지만, 게이트 버스 라인, 데이터 버스 라인, 및 스위칭 소자가 형성되어 있다. 그리고, 하부기판(1)상에 상기 스위칭 소자와 연결되는 슬릿(3) 형상을 구비하는 화소전극(5)이 구비되어 있고, 그 상부에는 수직 배향막(7)이 배치되어 있다.
하부기판(10)과 대향하는 상부기판(20) 내측면에는 도면에는 도시하지 않았지만, 광차단 역할을 수행하는 블랙 매트릭스와 색화소를 구성하는 컬러필터가 구비되어 있고, 그 상부에 공통전극(18)이 형성되어 있다. 그리고, 상기 공통전극(18) 상에 전기장 왜곡을 위한 유전막 돌기(16)가 형성되어 있으며, 그 상부에 수직 배향막(14)이 형성되어 있다. 여기서, 상부 기판(20) 상의 유전막 돌기(16)은 상기 화소전극(5)에 형성된 슬릿(3) 사이의 중간 위치에 형성되어 있다. 또한, 도면에는 도시하지 않았지만, 하부, 상부 기판(1)(20)의 외측면 각각에는 빛을 편광시키는 상, 하 편광판이 직교 상태로 구비되어 있다.
이와같은 종래의 수직 배향 모드 액정표시장치의 동작은 다음과 같다.
먼저, 전계가 형성되기 이전에는 액정 분자들이 수직 배향막(7)(14)의 영향으로 기판(1)(20)에 수직으로 배열된다. 이때, 일부 액정분자들은 유전막 돌기(16)의 영향으로 유전막 돌기(16) 표면에 대해 수직방향으로 배열된다. 따라서, 상하 편광판(미도시)이 수직으로 교차되어 있는 관계로, 화면은 다크 상태가 된다.
한편, 하부, 상부 기판(1)(20)의 화소전극(5)과 공통전극(18) 사이에 전계가 형성되면 도 2에 도시된 바와 같이, 유전율 이방성이 음인 액정 성질에 따라, 액정 분자들은 전계의 형태와 수직이 되도록 틀어지게 되는데, 상기 공통전극(18) 상의 유전막 돌기(16)과 화소전극(5)의 슬릿(3)으로 인하여 전기장이 왜곡되므로, 유전막 돌기(16)을 중심으로 멀티-도메인이 형성되었다. 이에 의해, 액정 분자들을 보는 방향에 따라 상이하게 되는 굴절율을 보상하여 시야각 특성을 향상시켰다.
그러나, 종래의 수직 배향 모드 액정표시장치는 다음과 같은 문제점이 있었다.
도 1의 구성을 갖는 종래의 액정표시장치를 캐패시턴스로 비교하면, 상부 기판(20) 쪽의 정전 용량이 하부 기판(1) 쪽의 정전 용량보다 크게 설계되어 있다. 즉, 공통전극(18)과 화소전극(5)을 기준으로 하여 살펴보면, 상, 하부의 수직 배향막(7)(14)과 액정층(10)에 대한 정전 용량은 동일하지만, 상부 기판(20) 쪽에는 유전막(16) 돌기가 형성되어 있어 상부 기판(20) 쪽의 정전 용량이 더 크게 설계되어 있다. 이에 의해, 상부 기판(20) 측에 대전(charging)되는 전하량이 많기 때문에 상부 기판(20) 측에 연결되어 있는 공통전극(18)에 영향을 주어, 공통전극(18)에 인가되는 공통전압(Vcom)이 변형되고, 이는 잔류 DC의 원인이 되어 화면의 잔상을 유발시켜 왔다.
따라서, 본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 상, 하부 기판에 정전용량을 동일하게 설계하여 전하의 분포를 고르게 함으로써, 안정된 구동이 가능할 수 있는 액정표시장치를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
상기 목적 달성을 위한 본 발명의 액정표시장치는, 제 1 기판 및 제 2 기판과, 상기 제 1 기판 및 제 2 기판 상에 형성되어 액정층을 구동시키는 공통전극 및 화소전극과, 상기 공통전극 상에 형성되어 전기장을 왜곡시키는 다수 개의 제 1 유전막 돌기 와, 상기 화소전극 상에 상기 다수 개의 제 1 유전막 돌기와 동일한 정전 용량을 갖도록 형성된 제 2 유전막 및, 상기 제 1유전막 돌기 및 제 2 유전막 상부에 각각 형성된 배향막을 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따르면, 제 1 기판 및 제 2 기판과, 상기 제 1 기판 및 제 2 기판 상에 형성되어 액정층을 구동시키는 공통전극 및 화소전극과, 상기 화소전극 상에 형성되어 전기장을 왜곡시키는 다수 개의 제 1 유전막 돌기와, 상기 공통전극 상에 상기 다수 개의 제 1 유전막 돌기와 동일한 정전 용량을 갖도록 형성된 제 2 유전막 및, 상기 제 1 유전막 돌기 및 제 2 유전막 상부에 각각 형성된 배향막을 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따르면, 제 1 기판 및 제 2 기판과, 상기 제 1 기판 및 제 2 기판 상에 형성되어 액정층을 구동시키는 공통전극 및 화소전극과, 상기 공통전극 상에 형성되어 전기장을 왜곡시키는 다수 개의 제 1 유전막 돌기와, 상기 제 1 유전막 상에 형성된 액정 배향을 위한 제 1 배향막과, 화소전극 상에 상기 제 1 유전막 돌기 및 상기 제 1 배향막의 정전 용량과 동일하게 형성된 제 2 배향막을 포함하는 것을 특징으로 한다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명하도록 한다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 액정표시장치를 설명하기 위한 단면도이고, 도 4는 도 3의 정전용량을 설명하기 위한 구성도이며, 도 4는 본 발명의 다른 실시예를 설명하기 위한 단면도이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 하부 기판(100) 및 상부 기판(150)이 액정층(130)을 사이에 두고 대향 배치된다. 상부 기판(150)의 대향면에는 도면에는 도시하지 않았지만, 이후에 형성되는 색 화소간을 분할하고, 단위 화소간의 경계면 역할을 하며, 하부 기판(100)으로부터의 광누설을 방지하는 역할을 하는 블랙 매트릭스와, 상기 블랙 매트릭스 사이에 적(Red), 녹(Green), 청(B)을 갖는 컬러필터가 구비된다. 상기 구조의 상부에는 액정층(130)을 구동시키는 공통전극(148)이 형성되고, 이 공통전극(148) 상부에는 전기장 왜곡을 위한 다수 개의 제 1 유전막 돌기(146)이 구비된다. 상기 제 1 유전막 돌기(146)는 이와 같은 돌기 형상의 영향으로 인해 일부 액정 분자가 그 표면에 수직이 되도록 배향된다. 그리고, 제 1 유전막 돌기(146) 상에는 액정을 배열하는 제 1 배향막(144)이 도포되어 있다.
상기 하부 기판(100) 상에는, 도면에는 도시되지 않았지만, 게이트 버스 라인, 데이터 버스 라인, 및 스위칭 소자가 형성되어 있으며, 상기 스위칭 소자와 접속되도록 하부 기판(100)상의 단위 셀 영역에 형성되어 공통전극(148)과 함께 액정 을 구동시키는 화소전극(103)을 구비한다.
이러한 화소전극(103)상에 상기 다수 개의 제 1 유전막 돌기(146)와 동일한 정전 용량을 갖는 제 2 유전막(105)이 형성되어 있다. 그리고, 제 2 유전막(105) 상에는 액정을 배열하는 제 2 배향막(107)이 도포되어 있다.
상기 제 2 유전막(105)은 상부 기판(150) 쪽의 정전 용량과 하부 기판(100) 쪽의 정전 용량을 동일하게 하기 위하여 형성된 것이다.
이를 구체적으로 설명하면 다음과 같다.
도 4에 도시된 바와 같이, 공통전극(148)과 화소전극(103) 사이에 다수 개의 정전 용량을 갖는 유전체가 배치되어 있다. 즉, 본 발명의 실시예인 액정표시장치의 정전 용량은 제 1, 제 2 배향막(144)(107)의 정전 용량을 나타내는 각각의 C144, C107과, 제 1 유전막 돌기, 제 2 유전막(146)(105)의 정전 용량을 나타내는 각각의 C146, C105 및, 상기 제1 유전막 돌기(146)와 그 사이의 액정층(130)의 정전 용량을 나타내는 C130-1, C130-2, C130-3으로 나타낼 수 있다.
여기서, 상부 기판(150) 쪽의 정전 용량과 하부 기판(100) 쪽의 정전 용량을 동일하게 하기 위하여 형성된 제 2 유전막(105)을 형성함에 있어서, 공통전극(148)과 화소전극(103)에 전압을 인가하였을 때, V1과 V2 전압이 인가되도록 제 2 유전막(105)의 두께나 유전율을 조정한다.
즉, 제 2 유전막(105)의 유전율 및 두께는 다음과 같은 식에 의해 정의할 수 있다.
Figure 112001032677347-pat00001
,
Figure 112001032677347-pat00002
여기서, C(V1) = C(V2)로 정전 용량을 동일하게 하면 제 2 유전막(105)의 유전율 및 두께를 유도할 수 있다. 예를들면, 제 2 유전막(105)의 유전율은 2.5 ~ 4.0 정도이고, 두께는 2Å ~2㎛ 정도이며, 배향막의 유전율은 2.5 ~ 4.0이고, 두께는 800Å ~10000Å 정도로 될 수 있다.
이에 따라, 상, 하부 기판(150)(100)에 정전용량을 동일하게 설계하여 전하의 분포를 고르게 함으로써, 액정표시장치의 안정된 구동이 가능하다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예를 설명하기 위해 도시한 것으로, 도 3의 구성과 동일 구성을 동일 부호로서 나타낸다.
도시된 바와 같이, 하부 기판(100) 및 상부 기판(150)이 액정층(130)을 사이에 두고 대향 배치되어 있다. 상기 하부 기판(100) 상에는, 도면에는 도시되지 않았지만, 게이트 버스 라인, 데이터 버스 라인, 및 스위칭 소자가 형성되어 있으며, 상기 스위칭 소자와 접속되도록 하부 기판(100)상의 단위 셀 영역에 형성되어 공통전극(148)과 함께 액정을 구동시키는 화소전극(103)을 구비한다.
이러한 화소전극(103)상에 전기장 왜곡을 위한 다수 개의 제 1 유전막 돌기(146)가 형성되어 있다. 이와 같은 제1 유전막 돌기(146)는 돌기 형상의 영향으로 인해 일부 액정 분자가 그 표면에 수직이 되도록 배향된다. 그리고, 제 1 유전막 돌기(146) 상에는 액정을 배열하는 제 2 배향막(107)이 도포되어 있다.
상부 기판(150)의 대향면에는 도면에는 도시하지 않았지만, 광 누설 방지를 위한 블랙 매트릭스와, 상기 블랙 매트릭스 사이에 적(Red), 녹(Green), 청(B)을 갖는 컬러필터가 구비된다. 그리고, 상기 구조 상부에는 액정층(130)을 구동시키는 공통전극(148)이 형성되고, 이 공통전극(148) 상부에는 제 1 유전막 돌기(146)과 동일한 정전 용량을 갖는 제 2 유전막(105)이 형성되어 있다. 그리고, 제 2 유전막(105) 상에는 액정을 배열하는 제 1 배향막(144)이 도포되어 있다.
상기 제 2 유전막(105)은 상부 기판(150) 쪽의 정전 용량과 하부 기판(100) 쪽의 정전 용량을 동일하게 하기 위하여 형성된 것으로, 전술한 바와 같은 식에 의해 그 유전율 및 두께를 구할 수 있다.
상기 제 1, 제 2 배향막(144)(107)은 적어도 하나의 기판에 러빙처리나 광배향 처리인 배향 처리를 할 수도 있고, 배향 처리를 하지 않을 수도 있다.
한편, 상, 하부 기판(150)(100)의 화소전극(103)과 공통전극(148) 사이에 전계가 형성되면 도면에는 도시하지 않았지만, 유전율 이방성이 음인 액정 성질에 따라, 액정 분자들은 전계의 형태와 수직이 되도록 틀어지게 된다. 즉, 돌기 형상의 제 1 유전막 돌기(146)로 인하여 전기장이 왜곡되므로, 제 1 유전막 돌기(146)를 중심으로 멀티-도메인이 형성된다. 이에 의해, 액정 분자들을 보는 방향에 따라 상이하게 되는 굴절율을 보상하여 시야각 특성을 향상시킨다.
상술한 실시예에서는 액정층(130)을 중심으로 상하 대칭적인 구조로 상, 하부 기판(150)(100)의 정전 용량을 동일하게 설계하였지만, 정전 용량을 동일하게 하기 위한 제 2 유전막(105)을 형성하지 않고, 도 3 및 도 5의 제 2 유전막(105) 상부에 있는 각각의 제 1 배향막(107) 및 제 2 배향막(144)의 유전율 및 두께를 조정하여 정전 용량을 조정할 수도 있다.
또한, 본 발명의 실시예에서는 시야각을 더 개선하기 위해서, 적어도 하나의 기판에 위상차 필름을 형성할 수도 있다. 상기 위상차 필름은 음성 일축성 또는 이축성 필름을 사용할 수 있으며, 편광자와 일체로 구성하여 형성할 수도 있다. 그리고, 상기 액정층에는 카이랄도펀트(chiral dopant)를 첨가할 수도 있다.
이상에서 설명한 본 발명은 상술한 실시예 및 첨부된 도면에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것이 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.
상술한 본 발명의 액정표시장치는 다음과 같은 효과가 있다.
본 발명의 액정표시장치는 상, 하부 기판(150)(100)에 정전 용량을 동일하게 설계하여 상, 하부 기판(150)(100) 측에 대전(charging)되는 전하량을 동일하게 함으로써, 상부 기판(150) 측에 연결되어 있는 공통전극(148)에 일정한 전압을 인가할 수 있도록 하여 안정된 구동을 가능하게 한다.
이에 의해, 잔류 DC의 원인을 줄임으로써, 화면의 잔상을 억제시킬 수 있다.

Claims (4)

  1. 제 1 기판 및 제 2 기판과,
    상기 제 1 기판 및 제 2 기판 상에 형성되어 액정층을 구동시키는 공통전극 및 화소전극과,
    상기 공통전극 상에 형성되어 전기장을 왜곡시키는 다수 개의 제 1 유전막 돌기와,
    상기 화소전극 상에 상기 다수 개의 제 1 유전막 돌기와 동일한 정전 용량을 갖도록 형성된 제 2 유전막 및,
    상기 제 1 유전막 돌기 및 제 2 유전막 상부에 각각 형성된 배향막을 포함하는 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
  2. 제 1 기판 및 제 2 기판과,
    상기 제 1 기판 및 제 2 기판 상에 형성되어 액정층을 구동시키는 공통전극 및 화소전극과,
    상기 화소전극 상에 형성되어 전기장을 왜곡시키는 다수 개의 제 1 유전막 돌기와,
    상기 공통전극 상에 상기 다수 개의 제 1 유전막 돌기와 동일한 정전 용량을 갖도록 형성된 제 2 유전막 및,
    상기 제 1 유전막 돌기 및 제 2 유전막 상부에 각각 형성된 배향막을 포함하는 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
  3. 제 1 기판 및 제 2 기판과,
    상기 제 1 기판 및 제 2 기판 상에 형성되어 액정층을 구동시키는 공통전극 및 화소전극과,
    상기 공통전극 상에 형성되어 전기장을 왜곡시키는 다수 개의 제 1 유전막 돌기와,
    상기 제 1 유전막 상에 형성된 액정 배향을 위한 제 1 배향막과,
    화소전극 상에 상기 제 1 유전막 돌기 및 상기 제 1 배향막의 정전 용량과 동일하게 형성된 제 2 배향막을 포함하는 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
  4. 삭제
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