KR101190439B1 - 혼합전계 수직형 액정표시소자 - Google Patents

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박민수
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Abstract

본 발명은 복수개의 공통전극을 이용하여 도메인의 크기를 향상시킴으로써 투과율을 더욱 더 향상시키기 위한 것으로, 제1기판과; 상기 제1기판과 이격되어 배치되는 제2기판과; 상기 제1기판 상에 수직교차되어 형성되는 게이트배선 및 데이터배선과; 상기 게이트배선 및 데이터배선의 교차부위에 형성된 박막트랜지스터와; 상기 제1기판의 내측에 위치하며 상기 박막트랜지스터와 연결되는 화소전극과; 상기 화소전극의 내측에 형성되는 제1절연층과; 상기 제1절연층의 내측에 위치하는 패턴전극인 제4공통전극과; 상기 제4공통전극의 내측면에 위치하는 제1수직배향막과; 상기 제2기판의 내측에 위치하며 도메인경계 슬릿과 전극경계슬릿이 양측에 형성되는 제1공통전극과; 상기 전극경계슬릿을 경계로 상기 제1공통전극과 인접하여 배치되는 제3공통전극과; 상기 제1,3공통전극의 내측면에 형성되는 제2절연층과; 상기 제2절연층의 내측면 중 상기 전극경계슬릿에 대응하는 위치에 형성되는 패턴전극인 제2공통전극과; 상기 제2공통전극의 내측에 위치하는 제2수직배향막과; 상기 제1수직배향막과 상기 제2수직배향막 사이에 위치하는 액정층을 포함하고, 상기 제1 내지 제3공통전극에 순차적으로 변화하는 전압을 각각 인가하는 혼합전계 액정표시소자를 제공한다.

Description

혼합전계 수직형 액정표시소자{Vertical aligned neomatic liquid crystal mode controlled by mixed-field}
본 발명은 혼합전계 수직형 액정표시소자에 관한 것으로, 더 상세하게는 수직전기장 및 수평자기장의 방향을 적절히 조절하여 성능을 개선한 혼합전계 수직형 액정표시소자에 관한 것이다.
근래, 핸드폰, PDA, 노트북컴퓨터와 같은 각종 휴대용 전자기기가 발전함에 따라 이에 적용하는 경박 단소용의 평판장치에 대한 요구가 점차로 증대되고 있다. 이러한 평판표시장치로는 LCD(Liquid Crystal Display), PDP(Plasma Display Panel) 등이 활발히 연구되고 있으나, 이 중 특히 구동수단의 용이성 및 고화질의 구현을 할 수 있는 액정표시소자(LCD)가 각광받고 있다.
상기 액정표시소자 중 하나로 비틀린 네마틱(TN:twisted neomatic)모드의 액정표시소자를 들 수 있다.
상기 TN 모드 액정표시소자는 오프 상태에서 빛이 완전히 차단되지 않기 때문에 콘트라스트비가 좋지 않을 뿐 아니라 콘트라스비가 각도에 따라 변하며, 각도가 변화함에 따라 중간조의 휘도가 반전하는 등 안정적인 화상을 얻기 어렵다.
상기 문제점을 해결하기 위하여 다양한 방법이 제시되었는데, 상기 해결방안으로서 필름보상형모드와, 화소를 여러 도메인으로 나눠 각각의 도메인의 주시야각 방향을 달리하여 시야각을 보상하는 멀티도메인 모드와, 동일 기판상에 두 개의 전극을 위치시켜 수평방향의 전계가 일어나도록 하는 횡전계 모드가 있다.
한편, 수직배향(VA: Vertical Alignment) 액정표시소자는 유전율 이방성이 음인 네가티브형 액정과 수직배향막을 이용하는 것으로써, 전압이 인가되지 않은 상태에서는 액정분자의 장축이 배향막 평면에 수직배열하고 기판에 부착되어 있는 편광판의 편광축을 상기 액정분자의 장축과 수직하게 배치하여 흑색바탕모드를 표시하도록 한다. 반면에 전압이 인가되면 네가티브형 액정분자는 전계에 대해 비스듬하게 배향하는 성질에 의해 액정분자의 장축이 배향막 평면의 수직방향에서 배향막 평면쪽으로 움직이게 되어 빛을 투과시킨다.
이와 같은 수직배향모드 액정표시소자를 도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다.
도 1은 종래 기술에 의한 PVA(PVA: Patterned Vertical Alignment) 모드 액정표시소자의 평면도이고, 도 2는 도 1 의 Ⅰ-Ⅰ선상의 절단면도이다.
박막트랜지스터(TFT,113)는 상기 게이트 배선(112)에서 분기된 게이트 전극과, 상기 게이트 전극 상부에 적층된 게이트 절연막과, 상기 게이트 전극 상부에 섬(island) 모양으로 형성된 반도체층과, 상기 데이터 배선(115)에서 분기되어 상기 반도체층 상부에 형성된 소스/드레인 전극으로 구성된다.
한편, 상부기판(121)에는 전계가 불안정하여 액정의 배향을 제어하기가 어려운 영역에서 발생하는 빛샘을 방지하기 위한 블랙 매트릭스층(122)과, 화면 상에 색상을 표현하기 위해 상기 블랙 매트릭스층(122) 사이에 형성되는 R,G,B의 컬러필터층(123)과, 상기 컬러필터층(123) 일측에 적층되어 하부기판(111)의 화소전극(117)에 대향하는 공통전극(124)과, 상기 공통전극(124)의 소정 부위에 형성되어 전계 왜곡으로 액정 방향자를 제어하는 복수개의 제 2 슬릿(131)과, 상기 제 2 슬릿(131)을 가지는 공통전극(124)을 포함한 전면에 형성되어 액정분자의 배열을 제어하는 제 2 수직배향막(130)이 구비되어 있다.
도 2에서의 미설명 부호인 160은 위상차 필름을 나타낸 것이고, 161은 편광필름을 나타낸 것이다. 위상차 필름 및 편광필름은 상,하부 기판(121,111)의 외측면에 각각 부착된다.
상기 제 1 슬릿(133) 및 제 2 슬릿(131)은 서로 평행하는 사선모양으로 교번 배치되어 멀티도메인을 형성한다.
상기 화소전극(117) 및 공통전극(124) 내측면에는 액정 분자의 배열을 제어하기 위한 제1수직배향막(129)이 더 구비된다.
그리고, 상기 상, 하부 기판(111,121) 사이에는 액정층(100)이 더 형성되는데, VA 모드의 액정표시소자에는 유전율 이방성이 음인 네가티브 액정을 사용하여, 초기에 액정 분자의 장축이 기판 평면에 수직 배열되도록 한다.
이와 같이 형성된 액정표시소자는 하나의 단위 픽셀에 대해서, 하부기판(111)의 제 1 슬릿(133)과 상부기판(121)의 제 2 슬릿(131)에 의해 다수개의 영역으로 나뉘는 멀티-도메인(multi-domain)이 된다.
이러한 PVA 모드 액정표시소자에 일정한 전압을 걸어 온 시켜 주면, 도 2에 도시된 바와 같은 등전위면(110)이 형성되고, 액정층(100)의 액정분자가 등전위면(110)에 따라 일정한 방향으로 눕게 되며, 이에 따라 빛이 통과하게 된다.
그런데, 도 3a, b를 참조하면, 상기 액정표시소자에 전압을 걸어주었을 때 상기 제1슬릿(133)과 상기 제2슬릿(131)의 사이 중앙부(A)에는 거의 수직전계가 걸리므로, 상기 중앙부(A)부에 존재하는 액정소자는 수직전기장으로 인하여 응답속도가 저하되어 약한 디스클리네이션 라인(disclination line) 현상이 발생하고, 이러한 문제로 인하여 슬릿간의 간격을 일정 값 이상으로 넓히지 못한다는 한계를 가진다. 이에 따라 한 도메인의 크기는 폭이 30㎛ 정도로 한정되고, 또한 도메인이 변경되는 30㎛ 주기마다 액정의 디스클리네이션 현상으로 인한 투과율의 손실이 발생한다는 문제점을 가진다.
본 발명은 상기한 문제점을 감안하여 안출된 것으로서, 복수개의 공통전극을 이용하여 도메인의 크기를 향상시킴으로써 투과율을 더욱 더 향상시킨 혼합전계 수직형 액정표시소자를 제공하기 위한 것이다.
상기한 목적을 달성하기 위해 본 발명은, 제1기판과; 상기 제1기판과 이격되어 배치되는 제2기판과; 상기 제1기판 상에 수직교차되어 형성되는 게이트배선 및 데이터배선과; 상기 게이트배선 및 데이터배선의 교차부위에 형성된 박막트랜지스터와; 상기 제1기판의 내측에 위치하며 상기 박막트랜지스터와 연결되는 화소전극과; 상기 화소전극의 내측에 형성되는 제1절연층과; 상기 제1절연층의 내측에 위치하는 패턴전극인 제4공통전극과; 상기 제4공통전극의 내측면에 위치하는 제1수직배향막과; 상기 제2기판의 내측에 위치하며 도메인경계 슬릿과 전극경계슬릿이 양측에 형성되는 제1공통전극과; 상기 전극경계슬릿을 경계로 상기 제1공통전극과 인접하여 배치되는 제3공통전극과; 상기 제1,3공통전극의 내측면에 형성되는 제2절연층과; 상기 제2절연층의 내측면 중 상기 전극경계슬릿에 대응하는 위치에 형성되는 패턴전극인 제2공통전극과; 상기 제2공통전극의 내측에 위치하는 제2수직배향막과; 상기 제1수직배향막과 상기 제2수직배향막 사이에 위치하는 액정층을 포함하고, 상기 제1 내지 제3공통전극에 순차적으로 변화하는 전압을 각각 인가한다.
바람직하게는, 상기 화소전극에 (+)극성이 인가되는 경우에는 상기 제1공통전극에는 (+)극성, 상기 제2공통전극에는 0V, 상기 제3,4공통전극에는 (-)극성이 각각 인가되고, 상기 화소전극에 (-)극성이 인가되는 경우에는, 상기 제1공통전극에는 (-)극성, 상기 제2공통전극에는 0V, 상기 제3,4공통전극에는 (+)극성이 각각 인가된다.
다른 한편, 본 발명은, 제1기판과; 상기 제1기판과 이격되어 배치되는 제2기판과; 상기 제1기판 상에 수직 교차되어 형성되는 게이트배선 및 데이터배선과; 상기 게이트배선 및 데이터배선의 교차부위에 형성된 박막트랜지스터와; 상기 제1기판의 내측에 위치하며 상기 박막트랜지스터와 연결되며, 일정간격으로 도메인 경계를 형성하는 제1전계왜곡부가 형성되는 화소전극과; 상기 화소전극의 내측에 형성되는 제1절연층과; 상기 제1절연층의 내측면에 위치하는 제1수직배향막과; 상기 제2기판의 내측에 위치하며, 도메인 경계를 형성하는 제2전계왜곡부와 전극경계슬릿이 양측에 형성되는 제1공통전극과; 상기 전극경계슬릿을 경계로 상기 제1공통전극과 인접하여 배치되는 제3공통전극과; 상기 제1,3공통전극의 내측면에 형성되는 제2절연층과; 상기 제2절연층의 내측면 중 상기 전극경계슬릿에 대응하는 위치에 형성되는 패턴전극인 제2공통전극과; 상기 제2공통전극의 내측에 위치하는 제2수직배향막과; 상기 제1수직배향막과 상기 제2수직배향막 사이에 위치하는 액정층을 포함하고, 상기 제1 내지 제3공통전극에 순차적으로 변화하는 전압을 각각 인가한다.
바람직하게는, 상기 제1전계왜곡부는 상기 화소전극에 형성되는 슬릿 또는 상기 화소전극 내측에 형성되는 돌기이다.
그리고, 상기 제2전계왜곡부(241)는 도메인경계를 형성하는 도메인경계슬릿 또는 상기 제1공통전극 내측에 형성되어 도메인경계를 형성하는 돌기이다.
상기 화소전극에 (+)극성의 전압이 인가되는 경우에는, 상기 제1공통전극에는 (+)극성, 상기 제2공통전극에는 0V, 상기 제3공통전극에는 (-)극성의 전압이 각각 인가되고, 상기 화소전극에 (-)극성의 전압이 인가되는 경우에는, 상기 제1공통전극에는 (-)극성, 상기 제2공통전극에는 0V, 상기 제3공통전극에는 (+)극성의 전압이 각각 인가된다.
또 다른 한편으로, 본 발명은, 제1기판과; 상기 제1기판과 이격되어 배치되는 제2기판과; 상기 제1기판 상에 수직교차되어 형성되는 게이트배선 및 데이터배선과; 상기 게이트배선 및 데이터배선의 교차부위에 형성된 박막트랜지스터와; 상기 제1기판의 내측에 위치하며 상기 박막트랜지스터와 연결되는 화소전극과; 상기 화소전극의 내측에 형성되는 제1절연층과; 상기 제1절연층의 내측에 위치하는 패턴전극인 제4공통전극과; 상기 제4공통전극의 내측면에 위치하는 제1수직배향막과; 상기 제2기판의 내측에 위치하며 도메인경계 슬릿과 제1전극경계슬릿이 양측에 형성되는 제1공통전극과; 상기 제1전극경계슬릿의 일측에 배치되며, 상기 제1전극경계슬릿의 반대측에는 제2전극경계슬릿이 배치되는 제3-1공통전극과; 제n전극경계슬릿과 제n+1전극경계슬릿이 양측에 형성되는 제3-n공통전극과; (n 은 2,3,4... , 2이상의 정수임) 상기 제1,제3-1 및 제3-n공통전극의 내측면에 형성되는 제2절연층과; 상기 제2절연층의 내측면 중 상기 제1전극경계슬릿 및 제n전극경계슬릿에 대응하는 위치에 형성되는 패턴전극인 제2공통전극과; 상기 제2공통전극의 내측에 위치하는 제2수직배향막과; 상기 제1수직배향막과 상기 제2수직배향막 사이에 위치하는 액정층을 포함하고, 상기 제1 내지 제3공통전극에 순차적으로 변화하는 전압을 각각 인가한다.
그리고, 또 다른 본 발명은, 제1기판과; 상기 제1기판과 이격되어 배치되는 제2기판과; 상기 제1기판 상에 수직교차되어 형성되는 게이트배선 및 데이터배선과; 상기 게이트배선 및 데이터배선의 교차부위에 형성된 박막트랜지스터와; 상기 제1기판의 내측에 위치하며 상기 박막트랜지스터와 연결되고, 일정간격으로 도메인 경계를 형성하는 제1전계왜곡부가 형성되는 화소전극과; 상기 화소전극의 내측에 형성되는 제1절연층과; 상기 제1절연층의 내측면에 위치하는 제1수직배향막과; 상기 제2기판의 내측에 위치하며 제2전계왜곡부와 제1전극경계슬릿이 양측에 형성되는 제1공통전극과; 상기 제1전극경계슬릿의 일측에 배치되며, 상기 제1전극경계슬릿의 반대측에는 제2전극경계슬릿이 배치되는 제3-1공통전극과; 제n전극경계슬릿과 제n+1전극경계슬릿이 양측에 형성되는 제3-n공통전극과; (n은 2,3,4... , 2이상의 정수임) 상기 제1, 제3-1 및 제3-n공통전극의 내측면에 형성되는 제2절연층과; 상기 제2절연층의 내측면 중 상기 제1전극경계슬릿 및 제n전극경계슬릿에 대응하는 위치에 형성되는 패턴전극인 제2공통전극과; 상기 제2공통전극의 내측에 위치하는 제2수직배향막과; 상기 제1수직배향막과 상기 제2수직배향막 사이에 위치하는 액정층을 포함하고, 상기 제1 내지 제3공통전극에 순차적으로 변화하는 전압을 각각 인가한다.
삭제
상술한 본 발명에 따르면, 복수개의 공통전극을 이용하여 응답속도의 저하를 방지하고 디스클리네이션 라인이 발생하는 것을 방지하여 한 도메인의 크기를 확장함으로써 전체적인 광투과율을 향상시킨다.
뿐만 아니라, 본 발명은 박막트랜지스터의 추가 없이 8개 이상의 도메인형태를 구현함으로써 보다 좋은 화질을 생성할 수 있다.
도 1은 종래의 액정표시소자의 평면도이다.
도 2는 도 1의 I-I 의 단면도이다.
도 3a는 도 1의 액정표시소자에 1V를 인가한 경우, 액정에서의 전기적 특성을 도시한 도면이다.
도 3b는 도 1의 액정표시소자에 3V를 인가한 경우, 액정에서의 전기적 특성을 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 제1실시예에 따른 액정표시소자의 평면도이다.
도 5는 도 4의 Ⅱ-Ⅱ 부의 단면도이다.
도 6a는 종래의 일반 PVA 구조의 최대투과율을 도시한 실험결과이다.
도 6b는 본 발명의 제1실시예에 따른 액정표시소자의 최대투과율을 도시한 실험결과이다.
도 7은 본 발명의 제1실시예에 따른 액정표시소자의 투과율 특성을 도시한 실험결과이다.
도 8a는 종래의 일반 PVA 구조의 전기적특성을 도시한 실험결과이다.
도 8b는 본 발명의 제1실시예에 따른 액정표시소자의 전기적특성을 도시한 실험결과이다.
도 9는 본 발명의 제2실시예에 따른 액정표시소자의 단면도이다.
도 10은 본 발명의 제2실시예에 따른 액정표시소자의 투과율 특성을 도시한 실험결과이다.
도 11은 본 발명의 제3실시예에 따른 액정표시소자의 단면도이다.
도 12는 본 발명의 제4실시예에 따른 액정표시소자의 단면도이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 간단한 설명>
10 : 제1기판 15: 제2기판
20 : 화소전극 30 : 제1절연층
40 : 제1공통전극 41 : 도메인 경계슬릿
42 : 전극경계슬릿 50 : 제2공통전극
60 : 제3공통전극 70 : 제4공통전극
80 : 액정층 90 : 편광판
이하, 첨부된 도면을 참조로 본 발명의 일 실시예에 따른 액정표시소자에 대해 상세하게 살펴본다.
도 4는 본 발명의 제1실시예에 따른 액정표시소자의 평면도이고, 도 5는 도 4의 Ⅱ-Ⅱ 부의 단면도이다.
본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고, 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들은 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
도 4,5를 참조하면, 본 발명의 제1실시예에 따른 액정표시소자는, 제1,2기판(10)(15), 게이트배선(11), 데이터배선(12), 박막트랜지스터(13), 화소전극(20), 제1,2절연층(30)(35), 제1 내지 4 공통전극(40)(50)(60)(70), 제1,2수직배향막(31)(36), 칼러필터(16), 액정층(80) 및 편광판(90)으로 이루어진다.
상기 제1기판(10)은 상기 제2기판(15)과 일정간격 이격되어 배치되며, 상기 제1,2기판(10)(15)은 유리재질로 이루어진다.
상기 게이트배선(11)은 외부의 구동회로로부터 주사신호가 인가되고, 상기 데이터배선(12)은 화상신호가 인가되며, 상기 게이트배선(11)과 상기 데이터배선(12)은 교차되어 형성된다.
그리고 상기 박막트랜지스터(13)는 상기 데이터배선(12)과 게이트배선(11)의 교차부위에 형성된다.
한편, 상기 제1기판(10)의 내측(도 5의 하측)에는 상기 박막트랜지스터(13)와 연결되는 화소전극(20)이 설치된다. 상기 화소전극(20)은 판형상으로 이루어지며 상기 박막트랜지스터(13)와 연결되어 액정을 동작시킨다.
상기 화소전극(20)의 내측에는 제1절연층(30)이 형성된다. 상기 제1절연층(30)은 이산화규소(SiO2) 또는 질화규소(SiNx)로 이루어진다. 상기 제1절연층(30)은 상기 화소전극(20)과 상기 제4공통전극(70) 사이를 절연시켜 양 전극 사이에서 단락이 발생하는 것을 방지한다.
그리고 상기 제1절연층(30)의 내측에는 제4공통전극(70)이 형성된다. 상기 제4공통전극(70)은 패턴화된 전극으로 형성되는데, 상기 패턴형상은 세브론 형태이다. 본 실시예에서는 세브론 형상으로 설명되었으나, 일자 형태 등의 다른 형상도 가능함은 물론이다.
상기 제4공통전극(70) 및 상기 제1절연층(30)의 내측 전면에는 제1수직배향막(31)이 형성되는데, 상기 제1수직배향막(31)은 액정분자를 배향하는 기능을 가진다.
한편, 상기 제2기판(15)의 내측(도 5의 상측)에는 제1,3공통전극(40)(60)이 형성된다. 상기 제1공통전극(40) 및 제3공통전극(60)에 인가되는 전압은 패턴 형성된 전극의 폭과 간격에 따라 달라질 수 있다.
상기 제1공통전극(40)은 도메인의 경계를 형성하는 도메인경계 슬릿(41)과 전극경계슬릿(42) 사이에 위치한다. 그리고 상기 제1공통전극의 전극경계슬릿(42) 측에는 제3공통전극(60)이 인접하여 위치한다.
상기 전극경계슬릿은 제1공통전극과 제3공통전극이 도통하는 것을 방지하는 역할을 하여 상기 제1공통전극과 제3공통전극에 상이한 전압이 인가될 수 있도록 한다.
상기 제2기판(15)과 상기 제1,3공통전극(40)(60)의 사이에는 칼라필터층(16)이 형성되고, 상기 제1공통전극(40)의 상측에는 제2절연층(35) 및 제2공통전극(50)이 순차적으로 위치한다. 상기 제2공통전극(50)은 패턴가공된 전극으로, 상기 제2절연측의 내측면 중 상기 전극경계슬릿(42)에 대응하는 위치에 형성된다.
상기 제1 내지 제4 공통전극(40)(50)(60)(70)은 ITO(Indium tin oxide) 또는 IZO(Indium zinc oxide)와 같은 투명도전물질로 이루어지는 것이 바람직하다.
그리고 상기 제1 내지 4공통전극(40)(50)(60)(70)은 일정한 전압으로 고정되고 화소전극은 신호에 따라 전압이 변화하여 화소의 다양한 밝기들을 표현한다. 본 실시예에서는 상기 화소전극에 (+)극성의 전압이 인가되고, 상기 제1공통전극에는 1.5V, 상기 제2공통전극에는 0V, 상기 제3,4공통전극에는 -1.5V의 전압이 각각 인가된다.
한편, 본 실시예와 달리 상기 화소전극에 (-)극성의 전압이 인가되는 경우에는, 상기 제1공통전극에는 (-)극성, 상기 제2공통전극에는 0V, 상기 제3,4공통전극에는 (+)극성의 전압이 각각 인가된다.
그리고, 본 실시예에서는 화소전극(20)에 직류가 인가되고 상기 제1 내지 제4공통전극(40)(50)(60)(70)의 전압이 고정되는 것으로 설명하였으나, 상기 화소전극(20)에 극성이 주기적으로 변화하는 전류가 인가되는 경우에는, 상기 화소전극에 인가되는 전류의 극성에 따라 상기 제1,3,4공통전극(40)(60)(70)에 인가되는 전압의 극성을 전환하여 공급하는 전압변환공급부(95)를 구비하여, 상기 화소전극에 인가되는 전압에 따라 제1,3,4공통전극(40)(60)(70)에 변환된 전압을 인가한다.
상기 전압변환공급부(95)는 상기 화소전극에 (+)극성의 전압이 인가되는 경우에는, 상기 제1공통전극에 (+)극성, 상기 제3,4공통전극에는 (-)극성의 전압을 인가하고, 상기 화소전극에 (-)극성의 전압이 인가되는 경우에는, 상기 제1공통전극에 (-)극성, 상기 제3,4공통전극에는 (+)극성의 전압을 각각 인가한다.
그리고 상기 제1,3공통전극의 내측에는 제2절연층(35)이 형성된다. 상기 제2절연층(35)은 절연물질인 이산화규소(SiO2) 또는 질화규소(SiNx)로 이루어지며 상기 제2공통전극(50)과 상기 제1,3공통전극(40)(60)의 사이에 형성되어 상기 제2공통전극(50)과 상기 제1,3공통전극(40)(60) 사이에 단락이 일어나는 것을 방지한다.
상기 제2공통전극(50) 및 상기 제2절연층(35)의 내측에는 제2수직배향막(36)이 형성되어 상기 액정 분자를 배향한다.
그리고, 상기 제1,2수직배향막(45)(65)의 사이에는 유전율 이방성이 음인 네가티브액정으로 이루어진 액정층(80)이 형성되고, 상기 제1,2기판(10)(15)의 외측에는 편광판(90)이 설치된다.
이하, 전술한 바와 같이 구성되는 본 발명의 제1실시예에 따른 액정표시소자는 다음과 같이 작동된다.
상기 액정표시소자에 전압이 인가되지 아니하는 경우, 상기 액정층의 액정소자는 제1,2수직배향막(31)(36)에 의하여 수직방향으로 모두 위치하게 된다.
액정소자를 작동시키기 위하여, 상기 액정표시소자의 화소전극에는 +극성 전압을 인가하고, 상기 제1공통전극(40)에는 1.5V를 인가하며, 상기 제2공통전극(50)에는 상기 제1공통전극(40)보다 낮은 0V를 인가하고, 상기 제3공통전극(60)에는 상기 제2공통전극(50) 보다 전압이 낮으며 상기 제1공통전극과 반대극성인 -1.5V를 인가한다. 그리고, 상기 제4공통전극에도 상기 제1공통전극과 반대극성인 -1.5V를 인가한다.
본 실시예에서는 상기 화소전극에 +극성전압을 인가하는 것으로 설명되었으나, 상기 화소전극에 (-)극성전압이 인가되는 것도 가능하다. 상기 화소전극에 (-)극성 전압이 인가되는 경우에는, 상기 제1공통전극(40)에는 -1.5V가, 상기 제2공통전극(50)에는 상기 제1공통전극(40)보다 높은 0V가, 상기 제3공통전극(60)에는 상기 제2공통전극(50) 보다 전압이 높으며 상기 제1공통전극과 반대극성인 1.5V 전압이 인가된다. 그리고, 상기 제4공통전극에도 상기 제1공통전극과 반대극성인 1.5V 전압이 인가된다.
도 5를 참조하면, 각각의 전극에 상기한 전압을 각각 인가하는 경우, 상기 화소전극과 제1공통전극 사이에는 수직전계가 발생하고, 상기 제1공통전극과 제2공통전극사이에는 수평전계가 발생하며, 상기 제2공통전극과 상기 제3공통전극에도 수평전계가 발생하고, 또한 제4공통전극과 제2공통전극 사이에는 준수평전계가 발생한다. 상기 제1 내지 제4공통전극은 순차적으로 전압이 낮아지도록 형성되어 상기 도메인경계슬릿(41)과 제4공통전극(70) 사이의 구간에서는 모두 같은 방향의 경사진 전기장이 유도되며 이에 따라 액정은 같은 방향으로 경사지게 눕게 된다.
이에 따라, 화소전극(20)에 전압이 인가되었을 때 음의 액정이 전체적으로 빠르게 응답하여 응답성이 향상되고, 이에 따라 상기 도메인경계슬릿(41)과 제4공통전극(70)의 구간을 증가시킬수 있음으로써 투과율을 향상시킨다.
도 6a는 종래의 일반 PVA 구조의 최대투과율을 도시한 실험결과이고, 도 6b는 본 발명의 제1실시예에 따른 액정표시소자의 최대투과율을 도시한 실험결과이며, 도 7은 본 발명의 제1실시예에 따른 액정표시소자의 투과율 특성을 도시한 실험결과이다.
도 6a 및 도 6b를 참조하면, 본 발명의 제1실시예에 따른 액정표시소자는 일반 PVA 구조보다 훨씬 높은 최대투과율을 보이고 있음을 알 수 있다.
그리고 도 7을 참조하면, 본 발명의 제1실시예에 따른 액정표시소자는 기존 PVA구조보다 투과율이 대략 24%정도 증가됨을 알 수 있다.
도 8a는 종래의 일반 PVA 구조의 전기적특성을 도시한 실험결과이고, 도 8b는 본 발명의 제1실시예에 따른 액정표시소자의 전기적특성을 도시한 실험결과이다.
도 8a,b를 참조하면, 종래의 일반 세브론 타입의 PVA 구조에서는 4가지 형태의 도메인만이 가능하다. 일반적으로 보다 좋은 화질을 생성하기 위하여는 8가지 이상의 형태의 도메인을 형성하여야 하는데, 종래의 PVA구조는 4가지 형태의 도메인만을 구현하는 구조이므로 일반 세브론 타입의 PVA구조는 화상의 질이 비교적 떨어진다는 단점을 가진다.
본 발명의 제1실시예에 따른 액정표시소자는 도 8b에서 도시된 바와 같이, 8가지 형태 이상의 도메인 형성이 가능하다. 도 8b의 "A"부는 화소전극의 전압(5V)과 제1공통전극의 전압(1.5V)의 차이가 3.5V인 반면 "B"부는 화소전극의 전압(5V)과 제3공통전극의 전압(-1.5V)의 차이가 6.5V이므로, 양 부분의 액정의 눕는 경사도가 차이가 발생하게 되며, 이에 따라 각각 다른 형상의 도메인 형태가 발생한다. 따라서 본 발명의 제1실시예에 따른 액정표시소자는 8가지 형태의 도메인형상(제4공통전극의 좌측부분도 포함)을 가지게 되므로, 전체적으로 좋은 화질을 실현할 수 있다.
도 9는 본 발명의 제2실시예에 따른 액정표시소자의 단면도이다.
도 9를 참조하면, 본 발명의 제2실시예에 따른 액정표시소자는, 제1실시예의 액정표시소자의 제4공통전극 대신 전계왜곡부(270)를 구비하고, 상기 전계왜곡부(270)로서 슬릿을 형성한 것이며, 나머지 구성은 제1실시예의 액정표시소자와 동일하다.
본 발명의 제2실시예에 따른 액정표시소자를 작동시키기 위하여, 상기 액정표시소자의 화소전극에는 +극성 전압을 인가하고, 상기 제1공통전극(240)에는 1.5V를 인가하며, 상기 제2공통전극(250)에는 상기 제1공통전극(240)보다 낮은 0V를 인가하고, 상기 제3공통전극(260)에는 상기 제2공통전극(250) 보다 전압이 낮으며 상기 제1공통전극과 반대극성인 -1.5V를 인가한다.
도 9를 참조하면, 각각의 공통전극에 상기한 전압을 각각 인가하는 경우, 상기 화소전극과 제1공통전극 사이에는 수직전계가 발생하고, 상기 제1공통전극과 제2공통전극사이에는 수평전계가 발생하며, 상기 제2공통전극과 상기 제3공통전극에도 수평전계가 발생한다. 상기 제1 내지 제3공통전극은 순차적으로 전압이 낮아지도록 형성되어 상기 도메인경계슬릿(241)과 제1전계왜곡부(270) 사이의 구간에서는 모두 같은 방향의 경사진 전기장이 유도되며 이에 따라 액정은 같은 방향으로 경사지게 눕게 된다.
이에 따라, 화소전극(220)에 전압이 인가되었을 때 음의 액정이 전체적으로 빠르게 응답하여 응답성이 향상되고, 이에 따라 상기 도메인경계슬릿(241)과 제1전계왜곡부(270)의 구간을 증가시킴으로써 투과율을 향상시킨다.
도 10은 본 발명의 제2실시예에 따른 액정표시소자의 투과율 특성을 도시한 실험결과이다. 도 10을 참조하면, 본 발명의 제2실시예에 따른 액정표시소자는 기존 PVA구조보다 투과율이 대략 21%정도 증가됨을 알 수 있다.
도 11은 본 발명의 제3실시예에 따른 액정표시소자의 단면도이다.
도 11을 참조하면, 본 발명의 제3실시예에 따른 액정표시소자는, 본 발명의 제2실시예에 따른 액정표시소자의 제1,2전계왜곡부(270)(241)로서의 슬릿 대신 돌기(370)(341)를 형성한 것이며, 나머지 구성은 제1실시예의 액정표시소자와 동일하다.
이와 같이, 상기 제1,2전계왜곡부로서 슬릿 또는 돌기를 각각 선택적으로 치환, 변경하는 것은 가능하다.
도 12는 본 발명의 제4실시예에 따른 액정표시소자의 단면도이다.
도 12를 참조하면, 본 발명의 제4실시예에 따른 액정표시소자는, 본 발명의 제1실시예에 따른 액정표시소자의 전극경계슬릿 및 제3공통전극을 다수개 형성한 것이며, 나머지 구성은 본 발명의 제1실시예에 따른 액정표시소자와 동일하다.
그러므로, 상기 제1실시예와 동일한 구성에 관한 설명은 생략하고, 차이 구성을 위주로 설명하기로 한다.
본 발명의 제4실시예에 따른 액정표시소자는, 제1공통전극(440)의 일측에 도메인 경계 슬릿(441)이 형성되고, 상기 제1공통전극(440)의 타측에는 제1전극경계슬릿(442a)이 형성된다. 그리고 상기 제1공통전극(440)의 제1전극경계슬릿(442a)측에는 상기 제1전극경계슬릿(442a)을 경계로 제3-1공통전극(460a)이 형성된다. 상기 제3-1공통전극(460a)의 타측에는 제2전극경계슬릿(442b) 및 제3-2 공통전극(460b)이 형성된다. 본 실시예에서는 제3-2공통전극까지만 설명되었으나, 제3-n 공통전극까지 확장 형성하는 것도 물론 가능하다.
상기 제1,2전극경계슬릿(442a)(442b)은 제1공통전극(440)과 제3-1,3-2공통전극(460a)(460b)이 도통하는 것을 방지하는 역할을 하여 상기 제1공통전극과 제3-1,3-2공통전극에 상이한 전압이 인가될 수 있도록 한다.
상기 제1공통전극(440) 및 제3-1,3-2공통전극(460a)(460b)의 상측에는 제2절연층(435) 및 제2공통전극(450)이 순차적으로 위치한다. 상기 제2공통전극(450)은 패턴가공된 전극으로, 상기 제2절연층의 내측면 중 제1,2전극경계슬릿(442a)(442b)에 대응하는 위치에 형성된다.
이하, 전술한 바와 같이 구성되는 본 발명의 제4실시예에 따른 액정표시소자는 다음과 같이 작동된다.
본 발명의 제4실시예에 따른 상기 액정표시소자에 전압이 인가되지 아니하는 경우, 상기 액정층의 액정소자는 제1,2수직배향막(431)(436)에 의하여 수직방향으로 모두 위치하게 된다.
액정소자를 작동시키기 위하여, 상기 액정표시소자의 화소전극에 +극성 전압을 인가하고, 상기 제1공통전극(440)에는 1.5V를 인가하며, 상기 제2공통전극(450a)에는 상기 제1공통전극(440)보다 낮은 0.75V를 인가하고, 상기 제3-1공통전극(460a)에는 상기 제2공통전극(450a) 보다 전압이 낮은 0V를 인가하며, 상기 제2공통전극(460b)에는 상기 제3-1공통전극보다 낮은 -0.75V를 인가하고, 상기 제3-2공통전극에는 -1.5V를 인가한다. 그리고, 상기 제4공통전극에도 상기 제1공통전극과 반대극성인 -1.5V를 인가한다.
본 발명의 제4실시예에 따른 액정표시소자는 다수개의 공통전극을 더 추가하여 상기 도메인 경계슬릿(441)과 상기 제4공통전극(470)사이의 구간 사이에 일정방향의 전기장을 다양하게 형성함으로써 도메인의 크기(상기 도메인 경계슬릿과 상기 제4공통전극사이의 구간)을 더 넓힐 수 있다는 장점을 가진다.
또한, 이와 같이 다수개의 제3공통전극을 형성하는 구성은 본 발명의 제2,3실시예와 같이 제4공통전극 대신에 제1,2전계왜곡부를 이용하는 형태에도 적용될 수 있다.
이상과 같이, 본 발명은 비록 패턴전극을 이용하는 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술 사상과 아래에 기재될 특허 청구범위의 균등 범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.

Claims (16)

  1. 제1기판(10)과;
    상기 제1기판과 이격되어 배치되는 제2기판(15)과;
    상기 제1기판(10) 상에 수직교차되어 형성되는 게이트배선(11) 및 데이터배선(12)과; 상기 게이트배선 및 데이터배선의 교차부위에 형성된 박막트랜지스터(13)와;
    상기 제1기판(10)의 내측에 위치하며 상기 박막트랜지스터(13)와 연결되는 화소전극(20)과;
    상기 화소전극의 내측에 형성되는 제1절연층(30)과; 상기 제1절연층의 내측에 위치하는 패턴전극인 제4공통전극(70)과;
    상기 제4공통전극(70)의 내측면에 위치하는 제1수직배향막(31)과;
    상기 제2기판(15)의 내측에 위치하며 도메인경계 슬릿(41)과 전극경계슬릿(42)이 양측에 형성되는 제1공통전극(40)과; 상기 전극경계슬릿을 경계로 상기 제1공통전극과 인접하여 배치되는 제3공통전극(60)과;
    상기 제1,3공통전극(40)(60)의 내측면에 형성되는 제2절연층(35)과;
    상기 제2절연층(35)의 내측면 중 상기 전극경계슬릿에 대응하는 위치에 형성되는 패턴전극인 제2공통전극(50)과;
    상기 제2공통전극(50)의 내측에 위치하는 제2수직배향막(36)과;
    상기 제1수직배향막(31)과 상기 제2수직배향막(36) 사이에 위치하는 액정층(80)을 포함하고,
    상기 제1 내지 제3공통전극(40)(50)(60)에 순차적으로 변화하는 전압을 각각 인가하는 혼합전계 수직형 액정표시소자
  2. 청구항 1에 있어서, 상기 화소전극에 (+)극성의 전압이 인가되는 경우, 상기 제1공통전극에는 (+)극성의 전압, 상기 제2공통전극에는 0V, 상기 제3,4공통전극에는 (-)극성의 전압이 각각 인가되는 혼합전계 수직형 액정표시소자.
  3. 청구항 1에 있어서, 상기 화소전극에 (-)극성의 전압이 인가되는 경우, 상기 제1공통전극에는 (-)극성의 전압, 상기 제2공통전극에는 0V, 상기 제3,4공통전극에는 (+)극성의 전압이 각각 인가되는 혼합전계 수직형 액정표시소자.
  4. 제1기판(210)과;
    상기 제1기판과 이격되어 배치되는 제2기판(215)과;
    상기 제1기판(210) 상에 수직 교차되어 형성되는 게이트배선 및 데이터배선과; 상기 게이트배선 및 데이터배선의 교차부위에 형성된 박막트랜지스터와;
    상기 제1기판(210)의 내측에 위치하며 상기 박막트랜지스터와 연결되며, 일정간격으로 도메인 경계를 형성하는 제1전계왜곡부(270)가 형성되는 화소전극(220)과;
    상기 화소전극의 내측에 형성되는 제1절연층(230)과;
    상기 제1절연층(230)의 내측면에 위치하는 제1수직배향막(231)과;
    상기 제2기판(215)의 내측에 위치하며, 도메인 경계를 형성하는 제2전계왜곡부(241)와 전극경계슬릿(242)이 양측에 형성되는 제1공통전극(240)과; 상기 전극경계슬릿(242)을 경계로 상기 제1공통전극과 인접하여 배치되는 제3공통전극(260)과;
    상기 제1,3공통전극(240)(260)의 내측면에 형성되는 제2절연층(235)과;
    상기 제2절연층(235)의 내측면 중 상기 전극경계슬릿(242)에 대응하는 위치에 형성되는 패턴전극인 제2공통전극(250)과;
    상기 제2공통전극(250)의 내측에 위치하는 제2수직배향막(236)과;
    상기 제1수직배향막(231)과 상기 제2수직배향막(236) 사이에 위치하는 액정층(280)을 포함하고,
    상기 제1 내지 제3공통전극(240)(250)(260)에 순차적으로 변화하는 전압을 각각 인가하는 혼합전계 수직형 액정표시소자
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 제1전계왜곡부(270)는, 상기 화소전극에 형성되는 슬릿형상으로 이루어지는 혼합전계 수직형 액정표시소자.
  6. 청구항 4에 있어서,
    상기 제1전계왜곡부는 상기 화소전극 내측에 형성되는 돌기인 혼합전계 수직형 액정표시소자.
  7. 청구항 4에 있어서,
    상기 제2전계왜곡부는, 도메인경계를 형성하는 도메인경계 슬릿형상으로 이루어지는 혼합전계 수직형 액정표시소자.
  8. 청구항 4에 있어서,
    상기 제2전계왜곡부(241)는 상기 제1공통전극 내측에 형성되어 도메인경계를 형성하는 돌기인 혼합전계 수직형 액정표시소자.
  9. 청구항 4에 있어서,
    상기 화소전극에 (+)극성의 전압이 인가되는 경우, 상기 제1공통전극에는 (+)극성의 전압, 상기 제2공통전극에는 0V, 상기 제3공통전극에는 (-)극성의 전압이 각각 인가되는 혼합전계 수직형 액정표시소자.
  10. 청구항 4에 있어서, 상기 화소전극에 (-)극성의 전압이 인가되는 경우, 상기 제1공통전극에는 (-)극성의 전압, 상기 제2공통전극에는 0V, 상기 제3공통전극에는 (+)극성의 전압이 각각 인가되는 혼합전계 수직형 액정표시소자.
  11. 청구항 1 또는 청구항 4에 있어서,
    상기 제1,2기판의 외측에 각각 위치하는 제1,2편광판을 더 포함하는 혼합전계 수직형 액정표시소자.
  12. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1 내지 제4공통전극은 투명도전물질로 이루어지는 혼합전계 수직형 액정표시소자.
  13. 청구항 1 또는 청구항 4에 있어서,
    상기 화소전극에는 극성이 변화하는 전압이 인가되고, 상기 화소전극에 인가되는 전압의 극성에 따라 상기 제1 내지 제3공통전극에 인가되는 전압의 극성을 전환하여 공급하는 전압변환공급부를 더 포함하는 혼합전계 수직형 액정표시소자.
  14. 청구항 13에 있어서,
    상기 제1 내지 제3 공통전극에 인가되는 전압의 극성 전환 시, 상기 화소전극과 상기 제1공통전극에는 동일한 극성의 전압을 인가하고, 상기 제3공통전극과 상기 제1공통전극에는 서로 반대인 극성의 전압을 인가하는 혼합전계 수직형 액정표시소자.
  15. 제1기판(410)과;
    상기 제1기판과 이격되어 배치되는 제2기판(415)과;
    상기 제1기판 상에 수직교차되어 형성되는 게이트배선 및 데이터배선과; 상기 게이트배선 및 데이터배선의 교차부위에 형성된 박막트랜지스터와;
    상기 제1기판의 내측에 위치하며 상기 박막트랜지스터와 연결되는 화소전극(420)과;
    상기 화소전극의 내측에 형성되는 제1절연층(430)과; 상기 제1절연층의 내측에 위치하는 패턴전극인 제4공통전극(470)과;
    상기 제4공통전극(470)의 내측면에 위치하는 제1수직배향막(431)과;
    상기 제2기판(415)의 내측에 위치하며 도메인경계 슬릿과 제1전극경계슬릿이 양측에 형성되는 제1공통전극(440)과;
    상기 제1전극경계슬릿의 일측에 배치되며, 상기 제1전극경계슬릿의 반대측에는 제2전극경계슬릿이 배치되는 제3-1공통전극과;
    제n전극경계슬릿과 제n+1전극경계슬릿이 양측에 형성되는 제3-n공통전극과; (n 은 2,3,4... , 2이상의 정수임)
    상기 제1,제3-1 및 제3-n공통전극의 내측면에 형성되는 제2절연층(435)과;
    상기 제2절연층(435)의 내측면 중 상기 제1전극경계슬릿 및 제n전극경계슬릿에 대응하는 위치에 형성되는 패턴전극인 제2공통전극(450)과;
    상기 제2공통전극(450)의 내측에 위치하는 제2수직배향막(436)과;
    상기 제1수직배향막(431)과 상기 제2수직배향막(436) 사이에 위치하는 액정층(80)을 포함하고,
    상기 제1공통전극(440), 상기 제2공통전극(450), 상기 제3-1공통전극 및 제3-n공통전극에 순차적으로 변화하는 전압을 각각 인가하는 혼합전계 수직형 액정표시소자
  16. 제1기판과;
    상기 제1기판과 이격되어 배치되는 제2기판과;
    상기 제1기판 상에 수직교차되어 형성되는 게이트배선 및 데이터배선과; 상기 게이트배선 및 데이터배선의 교차부위에 형성된 박막트랜지스터와;
    상기 제1기판의 내측에 위치하며 상기 박막트랜지스터와 연결되고, 일정간격으로 도메인 경계를 형성하는 제1전계왜곡부가 형성되는 화소전극과;
    상기 화소전극의 내측에 형성되는 제1절연층과;
    상기 제1절연층의 내측면에 위치하는 제1수직배향막과;
    상기 제2기판의 내측에 위치하며 제2전계왜곡부와 제1전극경계슬릿이 양측에 형성되는 제1공통전극(440)과;
    상기 제1전극경계슬릿의 일측에 배치되며, 상기 제1전극경계슬릿의 반대측에는 제2전극경계슬릿이 배치되는 제3-1공통전극과;
    제n전극경계슬릿과 제n+1전극경계슬릿이 양측에 형성되는 제3-n공통전극과; (n은 2,3,4... , 2이상의 정수임)
    상기 제1, 제3-1 및 제3-n공통전극의 내측면에 형성되는 제2절연층과;
    상기 제2절연층의 내측면 중 상기 제1전극경계슬릿 및 제n전극경계슬릿에 대응하는 위치에 형성되는 패턴전극인 제2공통전극과;
    상기 제2공통전극의 내측에 위치하는 제2수직배향막과;
    상기 제1수직배향막과 상기 제2수직배향막 사이에 위치하는 액정층을 포함하고,
    상기 제1공통전극, 상기 제2공통전극, 상기 제3-1공통전극 및 제3-n공통전극에 순차적으로 변화하는 전압을 각각 인가하는 혼합전계 수직형 액정표시소자
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