KR19980028453A - 평면 구동 방식의 액정 표시 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 평면 구동 방식의 액정 표시 장치 및 그 제조 방법에 관한 것이다. 화소내에 공통 전극과 화소 전극을 배열시키는 평면 구동 방식의 액정 표시 장치에서 기판 사이의 간격을 크게 할 수 있어 수율을 높일 수 있게 되고 제조 비용도 줄일 수 있다. 투명한 두 기판, 두 기판 사이에 있는 액정, 두 기판 중 한 기판 위에 형성되어 있으며 전기장을 인가하기 위한 다수의 전극, 편광판을 포함하는 액정 표시 장치에서, 기판의 간격(d)은 4.5㎛이고, 기판의 간격(d)과 액정의 굴절율 이방성(Δn)의 곱(Δn·d)이 0.36㎛ 이상이고 0.45㎛ 이하이다.

Description

평면 구동 방식의 액정 표시 장치
본 발명은 액정 표시 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는, 평면 구동 방식(IPS mode : in-plane switching mode)의 액정 표시 장치에 관한 것이다.
액정 표시 장치는 최근 들어 가장 각광을 받고 있는 평판 표시 장치 중 하나로서 액정 물질의 전기 광학적 효과를 이용한 표시 장치이며, 그 구동 방식은 크게 단순 행렬형과 능동 행렬형으로 나누어진다.
능동 행렬형 액정 표시 장치는 행렬의 형태로 배열된 각 화소에 비선형 특성을 가진 스위칭 소자를 부가하여 각 화소의 동작을 제어하는 것이다. 스위칭 소자로는 3단형인 박막 트랜지스터가 일반적으로 사용된다.
특히 현재 가장 활발하게 연구가 진행되고 있는 박막 트랜지스터 액정 표시장치는 화소 전극이 형성되어 있는 한 기판과 공통 전극이 형성되어 있는 액정 물질로 이루어져 있다.
이러한 액정 표시 장치에서 액정 분자들을 구동하기 위해서는 화소 전극과 공통 전극에 각각 전압을 인가하는 방식을 취하는 것이 일반적이다. 그리고 이 경우 액정 분자들이 한 기판에서부터 다른 기판에 이르기까지 90°비틀리게 배열되어 있는 비틀린 네마틱 방식이 주로 이용된다.
그러나 이러한 액정 표시 장치는 특히 비틀린 네마틱 방식의 액정 물질을 이용하는 액정 표시 장치는 대비비가 보는 각도에 의존한다. 특히 이러한 대비의 각도 의존성은 상하 방향으로 매우 심하다. 뿐만 아니라 화소 전극과 공통 전극을 서로 다른 기판에 형성하여야 하며, 공통 전극에 전압을 인가하기 위하여 두 기판을 단락시켜야 하기 때문에 공 정 수가 많다는 문제점이 있다.
이러한 문제들을 해결하기 위한 방법으로 평면 구동 방식을 액정 표시 장치가 제안되고 있다.
평면 구동 방식은 한 기판에 화소 전극 및 공통 전극을 모두 형성하여 액정 표시 장치를 구동하는 방식으로서, 두 전극 사이에 전위차를 주어 액정 분자의 반응을 일으키는 것이다.
이에 대표적인 예로는 유럽 특허 출원 출원번호 제93307154.0호를 들 수 있다.
그러면, 첨부한 도면을 참고로 하여 종래의 평면 구동 방식의 액정 표시 장치에 대하여 상세히 설명한다.
제1도 (가)-(나)는 종래의 평면 구동 방식의 액정 표시 장치를 나타낸 것이다.
먼저, 제1도 (가)에 도시된 구조를 설명한다 .게이트선(1)이 가로로 형성되어 있고 이와 직교하는 데이터선(11)이 세로로 형성되어 있다. 또 게이트선(1)과 평행한 공통 전극선(2)이 게이트선(1)과 동일한 물질로 형성되어 있으며, 공통 전극선(2)의 분지(3, 4)는, 게이트선(1)을 향하여 뻗은 세로부(3)와 게이트선(1) 부근에 위치하고 게이트선(1) 및 공통 전극선(2)과 평행한 가로부(4)로 이루어져 있다. 게이트선(1)과 데이터선(11)의 교차점 부근에는 박막 트랜지스터(TFT)가 형성되어 있는데, 박막 트랜지스터(TFT)의 게이트 전극은 게이트선(1)의 일부이고, 소스 전극은 데이터선(11)의 일부이다. 한편 박막 트랜지스터(TFT)의 드레인 전극(12)은 데이터선(11)과 동일한 물질로 형성되어 있으며, 연장되어 화소 전극(16)이 된다. 화소 전극(16)은, 데이터선(11)과 평행한 두 부분과 수직인 두 부분으로 이루어져 있는 직사각 고리 모양이며, 데이터선(11)에 평행한 한 부분은 데이터선(11)에 인접해 있고, 데이터선(11)과 수직인 두 부분은 공통 전극선(2) 및 그와 평행한 분지(4)와 각각 중첩되어 있다. 그리고, 화소 전극(16)의 직사각 고리 모양의 중앙에는 공통 전극선(2)의 분지(3)가 세로로 가로지르고 있다.
다음에 설명할 것은 제1도 (나)에 도시된 구조로서, 공통 전극선의 분지와 화소 전극의 구조가 제1도 (가)와는 반대이다. 이를 상세히 설명한다.
게이트선(1)이 가로로 형성되어 있고 이와 직교하는 데이터선(11)이 세로로 형성되어 있다. 또 게이트선(1)과 평행한 공통 전극선(2)이 게이트선(1)과 동일한 물질로 형성되어 있다. 공통 전극선(2)의 분지(6)는 데이터선(11)에 평행한 두 부분과 수직인 한 부분으로 이루어져 공통 전극선(2)과 함께 직사각 고리 모양을 이루며, 데이터선(11)에 평행한 한 부분은 데이터선(11)에 인접하여 있다. 게이트선(1)과 데이터선(11)의 교차점 부근에는 박막 트랜지스터(TFT)가 형성되어 있는데, 박막 트랜지스터(TFT)의 게이트 전극은 게이트선(1)의 일부이고, 소스 전극은 데이터선(11)의 일부이다. 한편 박막 트랜지스터(TFT)의 드레인 전극은 데이터선(11)과 동일한 물질로 형성되어 있으며 연장되어 화소 전극(13, 14)이 된다. 화소 전극(13, 14)은 데이터선(11)에 평행한 세로부(13)와 수직인 두 가로부(14)로 이루어져 있으며, 두 가로부(14)는 각각 공통 전극선(2) 및 공통 전극선(2)과 평행한 분지와 중첩되어 있다. 화소 전극(13)의 세로부(13)는 공통 전극선(2) 및 공통 전극선(2)의 분지(6)가 이루는 직사각 고리 모양의 중앙을 가로지른다.
이러한 액정 표시 장치에서는, 공통 전극선(2) 및 그 분지(3, 4; 6)와 화소 전극(16; 13, 14)의 전위 차, 특히 세로 방향의 공통 전극선 분지(3; 6)와 이에 평행한 화소 전극(16; 13)을 이용하여 액정 분자의 방향을 변화시키고 이에 따라 나타나는 빛의 투과율 변화를 이용하여 표시 동작을 한다.
이러한 액정 표시 장치를 이용하여 시야각 특성을 측정한 결과 종래의 액정 표시 장치에 비하여 우수한 것으로 이 논문에서는 보고하고 있다.
이와 같이, 평면 구동 방식의 액정 표시 장치의 액정셀에 횡방향의 전장을 인가하면 액정 분자의 광축이 회전하게 되고 액정 분자의 복굴절에 의해 빛이 통과하게 된다. 이때의 광투과량은 다음과 같다.
T = sin22θ· sin2π·(Δn·d) /λ
단, θ : 액정 분자의 장축과 편광자의 투과축이 이루는 각도
Δn :액정의 굴절율 이방성
λ :통과광의 파장
d :기판 사이의 간격
T : 광투과량
도2는 종래의 평면 구동 방식의 액정 표시 장치의 회전각(θ)이 45。일 때 광투과량(T)과 λ/(Δn·d)의 관계를 나타낸 그래프이다.
도2에 도시한 바와 같이 휘도를 증가시키기 위해서는 파장 의존성을 줄이기 위해 Δn·d를 약 0.27㎛ 정도로 해 주어야 한다.
그러나 식(1)은 액정의 모든 분자가 균일하게 회전되는 것을 가정할 때 성립하는 것이다.
실제 액정 분자는 기판과 근접한 부분과 셀 중앙 부분의 회전각이 다르다. 다시말해 기판과 근접한 면에서는 계면의 규제력이 강하여 회전각이 적은 반면, 셀 중앙 부분에서는 회전각이 크게되어 광투과량은 수학식1에서 벗어난다.
한편, 광투과량이 식(1)에서 벗어나는 것을 나타내기 위하여 예로 일본의 히티지사에서 특허 출원한 특개평 7-225388을 인용한다. 여기서 최적의 Δn· d는 0.21㎛이상에서 0.36㎛이하로 한정하고 있다. (단, Δn은 굴절율 이방성이고 d는 기판의 간격임.) 즉, 기판의 간격(d)이 6.2㎛에서 Δn· d의 값은 0.27㎛이고, 기판의 간격(d)이 4.7㎛에서 Δn· d의 값은 0.34㎛이고, 기판의 간격(d)이 3.8㎛에서 Δn· d의 값은 0.28㎛이다.
이러한 액정 표시 장치는 고속 응답에 유리하나, 기판 사이의 간격이 좁아야 하므로 이에 따른 제조 장치의 신설이 필요하고 비용이 많이 드는 단점이 있다. 또한 기판 사이의 간격이 좁아야 하므로 제조 공정시 불량율이 커지는 단점이 있다.
평면 구동 방식의 액정 표시 장치의 수율의 향상 및 기판 사이의 거리를 크게 하면서도 광투과율을 높일 수 있는 평면 구동 방식의 액정 표시 장치를 제공하기 위한 것이다.
도1의 (가)-(나)는 종래의 평면 구동 방식의 액정 표시 장치를 도시한 평면도이고,
도2는 종래의 평면 구동 방식의 액정 표시 장치의 회전각(θ)이 45。일 때 광투과량과 Δn·d의 관계를 나타낸 그래프이고,
도3의 (가)는 본 발명의 실시예에 따른 평면 구동 방식의 액정 표시 장치의 전압을 인가하지 않았을 때를 도시한 단면도이고,
도3의 (나)는 본 발명의 실시예에 따른 평면 구동 방식의 액정 표시 장치의 전압을 인가하였을 때를 도시한 단면도이고,
도4는 본 발명의 실시예에 따른 평면 구동 방식의 액정 표시 장치의 광투과성을 나타내는 그래프이다.
이러한 과제를 해결하기 위한 본 발명에 따른 평면 구동 방식의 액정 표시 장치는, 투명한 두 기판, 두 기판 사이에 있는 액정, 두 기판 중 한 기판 위에 형성되어 있으며 전기장을 인가하기 위한 다수의 전극, 편광판을 포함하는 액정 표시 장치에서, 상기 두 기판의 간격(d)과 상기 액정의 굴절율 이방성(Δn)의 곱(Δn·d)이 0.36㎛ 이상이고 0.45㎛ 이하인 것을 특징으로 한다.
그러면 첨부한 도면을 참고로 하여 실시예에 대하여 더욱 상세히 설명한다. 본 실시예에 따른 평면 구동 방식의 액정 표시 장치는 다음과 같다.
도3의 (가)는 본 발명의 실시예에 따른 평면 구동 방식의 액정 표시 장치의 전압을 인가하지 않았을 때를 도시한 단면도이다.
도3의 (나)는 본 발명의 실시예에 따른 평면 구동 방식의 액정 표시 장치의 전압을 인가하였을 때를 도시한 단면도이다.
도3의 (가)-(나)에 도시한 바와 같이, 본 발명에 따른 평면 구동 방식의 액정 표시 장치는 투명한 두 기판(100)이 형성되어 있으며, 두 기판(100) 사이에는 액정(LC)이 주입되어 있으며, 기판(100) 위에는 전기장을 인가하기 위한 다수의 전극(104)이 형성되어 있다.
여기서, 기판의 간격(d)은 4.0㎛이상에서 5㎛이하의 크기로 형성하며, 바람직하기로는 4.5㎛로 한다. 또한 이때 액정의 굴절율 이방성(Δn)은 1.1016, 0.067, 0.077인 액정을 사용한다.
도3의 (가)는 액정 표시 장치에 전압이 인가되지 않았을 때의 액정에 상태를 나타내고 있으며, 도3의 (나)는 액정 표시 장치에 전압이 인가되었을 때의 액정의 상태를 도시한 단면도이다.
액정 표시 장치에 전압이 인가되지 않았을 때에는 액정은 배향막에 따라 모든 액정 분자(LC)가 일정한 방향으로 배열되어 있다. 도3의 (가)에 도시한 바와 같이, 액정 표시 장치에 전압이 인가되지 않았을 때는 기판 사이의 모든 액정(LC)의 상태는 동일한 각도로 형성되어 있다.
그러나 액정 표시 장치에 전압이 걸리면 액정은 배열을 달리한다. 즉, 기판에 가까운 부분의 액정은 기판 위에 형성되어 있는 배향막에 의해 전기장의 영향을 거의 받지 않아 액정의 각도가 바뀌지 않으나 배향막이 형성되어 있는 기판에서 멀어질수록 전기장에 의해 액정의 상태가 달라진다. 제3도의 (나)에 도시한 바와 같이, 배향막이 형성되어 있는 기판에 가까운 제1 액정 분자(L1)와 제1 액정 분자(L1)보다 기판으로부터 더 멀리 떨어져 있는 제2 액정(L2) 분자와 제2 액정 분자(L2) 보다 기판으로부터 더 멀리떨어져 있는 제3 액정 분자(L3)는 각기 서로 다른 각도를 갖게 된다.
도4는 본 발명의 실시예에 따른 평면 구동 방식의 액정 표시 장치의 광투과성을 나타내는 그래프이다.
도4에 도시한 바와 같이, 가로축은 기판의 간격(d)과 액정의 굴절율 이방성(Δn)의 곱(Δn·d)을 나타내고 세로축은 광투과율을 나타낸다. 여기서, 기판의 간격(d)과 액정의 굴절율 이방성(Δn)의 곱(Δn·d)이 0.36㎛일 때 광투과율이 최고치(p1)를 나타낸다.
그러므로 본 발명은 화소내에 공통 전극과 화소 전극을 배열시키는 평면 구동 방식의 액정 표시 장치에서 기판 사이의 간격을 크게 할 수 있어 수율을 높일 수 있게 되고 제조 비용도 줄일 수 있게 되었다.

Claims (7)

  1. 투명한 두 기판,
    상기 두 기판 사이에 있는 액정,
    상기 두 기판 중 한 기판 위에 형성되어 있으며 전기장을 인가하기 위한 다수의 전극을 포함하는 액정 표시 장치에서,
    상기 두 기판의 간격(d)과 상기 액정의 굴절율 이방성(Δn)의 곱(Δn·d)이 0.36㎛ 이상이고 0.45㎛ 이하인 액정 표시 장치.
  2. 제1항에서, 상기 두 기판 사이의 간격(d)은 4.0㎛이상에서 5㎛이하의 크기인 액정 표시 장치.
  3. 제2항에서, 상기 기판의 간격(d)은 4.5㎛인 액정 표시 장치.
  4. 제1항 또는 제2항에서, 상기 액정의 굴절율 이방성(Δn)은 1.1016인 액정 표시 장치.
  5. 제1항 또는 제2항에서, 상기 액정의 굴절율 이방성(Δn)은 0.067인 액정 표시 장치.
  6. 제1항 또는 제2항에서, 상기 액정의 굴절율 이방성(Δn)은 0.077인 액정 표시 장치.
  7. 제1항에서, 편광판을 더 포함하는 액정 표시 장치.
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