KR19990030881A - 광시야각 액정 표시 장치 - Google Patents

Abstract

두 기판 중 하나에 평행한 두 전극을 배치하고, 수직 배향막을 형성한 다음, 양의 유전율 이방성을 가지는 액정 물질을 주입한다. 두 전극에 전압을 인가하면 포물선 모양의 전기장이 액정 분자들을 구동한다. 두 전극 사이 영역의 중심선에 대하여 양쪽의 전기장은 대칭이므로 액정 분자도 이에 따라 대칭으로 배열되고, 중심선 양쪽의 영역에서 광학적 특성이 서로 보상되어 넓은 시야각을 얻을 수 있다. 두 전극 사이의 영역 중심의 전기장은 기판에 평행하고 두 전극에 대하여 수직이므로 기판에 대하여 수직으로 배향되어 있는 액정 분자에 영향을 미치지 못한다. 이때, 한 기판에 부착되어 있는 편광판을 통과하여 선편광된 빛은 액정층을 통과하면서 편광 방향이 변화하고 이에 따라 빛의 일부분만 다른 쪽 편광판을 투과하게 된다. 두 전극에 가하는 전압의 세기를 조절하면 투과율을 변화시킬 수 있다. 화소 단위로 또는 화소 내부에서 전극을 톱니 모양으로 꺾어지는 형태로 형성함으로써 전극이 꺾인 부분의 양쪽에서 액정 분자의 배열 방향이 달라져 빛의 지연을 보상할 수 있으므로 시야각은 더욱 넓어진다.

Description

광시야각 액정 표시 장치

본 발명은 광시야각 액정 표시 장치에 관한 것이다.

일반적으로 액정 표시 장치는 전극이 형성되어 있는 두 장의 기판 사이에 액정을 주입하고, 전극에 가하는 전압의 세기를 조절하여 광 투과량을 조절하는 구조로 되어 있다.

그러면, 첨부한 도면을 참고로 하여 종래의 기술에 따른 액정 표시 장치에 대하여 상세히 설명한다.

도 1a 및 1b는 종래의 기술에 따른 TN(twisted-nematic) 방식의 액정 표시 장치의 구조를 개략적으로 도시한 단면도이다.

도 1a 및 1b에서 보는 바와 같이, TN 방식의 액정 표시 장치는, 안쪽 면에 각각 투명 전극(3, 4)이 형성되어 있는 한 쌍의 투명 유리 기판(1, 2), 두 유리 기판(1, 2) 사이의 액정층(7)을 포함하며, 각각의 유리 기판(1, 2)의 바깥 면에는 빛을 편광시키는 두 장의 편광판(5, 6)이 부착되어 있다. 여기서, 하부 기판(1)의 전극(3)은 화소 전극이고, 상부 기판(2)의 전극(4)은 공통 전극이며, 액정층(7)의 유전율 이방성 Δε은 0보다 크다.

전기장을 인가하지 않을 때에는, 도 1a에 도시한 바와 같이, 두 기판(1, 2) 사이에 채워진 액정층(7)의 액정 분자(8)들은 그 장축 방향이 두 기판(1, 2)에 평행하게 배열되어 있으며, 한 기판에서 다른 기판에 이르기까지 나선상으로 비틀린 구조를 가진다.

두 전극(3, 4)에 전원(V)을 연결하여 도 1b의 화살표 방향으로 액정층(7)에 충분한 크기의 전기장을 형성하였을 때에는, 도 1b에 도시한 것처럼, 액정 분자(8)의 장축이 전기장의 방향과 평행하게 된다.

이러한 TN 방식의 액정 표시 장치는 시야각이 좁고 계조 반전이 일어나는 문제점을 가지고 있다.

본 발명의 목적은 광시야각을 가지는 새로운 방식의 액정 표시 장치를 제공하기 위한 것이다.

도 1a 및 1b는 종래 기술에 따른 비틀린 네마틱(twisted-nematic : TN) 방식의 액정 표시 장치의 구조를 개략적으로 도시한 단면도이고,

도 2a 내지 2c 및 도 3a 내지 3c는 본 발명의 제1 및 제2 실시예에 따른 EOC(electrical induced optical compensation) 방식의 액정 표시 장치의 기본 구동 원리를 도시한 개략도이고,

도 4 내지 도 9는 본 발명의 실시예에 따른 액정 표시 장치에서 단위 화소에 형성된 전극의 구조를 도시한 평면도이고,

도 10은 도 9의 (a) 부분의 확대도이고,

도 11은 본 발명의 실시예에 따른 액정 표시 장치의 분해 사시도이고,

도 12a 및 도 12b는 본 발명의 실시예에 따른 EIMD 방식의 액정 표시 장치의 구동 원리를 도시한 개략도이다.

본 발명에 따른 액정 표시 장치에서는 제1 기판과 제2 기판 사이에 유전율 이방성을 가지는 액정 물질이 주입되어 있으며, 액정 분자는 두 기판에 대하여 수직으로 배열되어 있다. 그리고 두 기판 중 하나의 기판에 제1 전극과 제2 전극이 형성되어 있다.

제1 기판 및 제2 기판에는 액정 물질의 분자축을 수직으로 배향하기 위한 배향막이 형성되어 있을 수 있으며, 이러한 배향막은 러빙 처리할 수도 있고 그렇지 않을 수도 있다.

또한, 두 기판의 바깥쪽에 각각 부착되어 있는 편광판을 더 포함할 수 있으며, 이러한 편광판의 투과축은 서로 평행 또는 직교하도록 배치할 수 있다.

여기서 액정 물질의 유전율 이방성은 양 또는 음일 때 모두 가능하며, 순수한 네마틱 액정, 카이랄 네마틱 액정 또는 카이랄 첨가제를 포함하는 네마틱 액정 중 어느 하나를 사용하여도 무방하다.

이러한 액정 표시 장치의 두 전극에 전압을 인가하면 두 전극 사이에는 포물선 모양의 전기장이 형성되고 이 전기장에 의하여 액정 분자들이 구동된다.

여기에서, 이러한 구동 방식을 적용한 액정 표시 장치를 EOC(electrically-induced optical compensation) 방식의 액정 표시 장치라 한다.

이러한 EOC 방식의 액정 표시 장치에서는 두 전극 사이의 영역의 중심부를 기준으로 양쪽의 액정 분자의 배열이 대칭적으로 형성된다. 따라서, 투과되는 빛에 대한 위상 지연(phase retardation)도 대칭적으로 발생하여 넓은 시야각을 가질 수 있다.

이러한 액정 표시 장치에서 전극의 구조 및 배치는, 화소 단위로 또는 화소 내부에서 전극을 꺾어지는 형태로 형성함으로써 전극이 꺾인 부분의 양쪽에서 액정 분자의 배열 방향이 달라져 빛의 지연을 서로 보상할 수 있으므로 더욱 넓은 시야각을 얻을 수 있다.

편광판을 투과축이 서로 수직인 방향으로 부착할 경우, 편광판의 투과축은 전극의 일부와 평행하거나 수직을 이루는 경우를 제외한 모든 방향으로 부착할 수 있으며, 편광판의 투과축이 전극과 이루는 각도가 45도인 경우가 가장 바람직하다.

그리고, 전극의 꺾인 부분의 각도는 0도에서 180도 사이의 범위를 가질 수 있으며, 90도인 경우가 가장 좋다.

그러면 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명에 따른 액정 표시 장치의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 기술을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세히 설명한다.

도 2a 내지 2c 및 도 3a 내지 3c는 본 발명의 제1 및 제2 실시예에 따른 EOC 방식의 액정 표시 장치의 원리를 도시한 개략도이다.

이들 도면에서 알 수 있는 바와 같이, 배향막(90)이 각각 형성되어 있는 한 쌍의 투명 유리 기판(10, 20)이 서로 마주하고 있다. 두 기판(10, 20) 중 하부 기판(10)의 안쪽 면에는 두 개의 선형 전극(30, 40)이 서로 평행하게 형성되어 있다. 두 유리 기판(10, 20) 사이에는 액정 물질이 주입되어 액정층(70)을 이루고 있으며, 액정층(70)의 액정 분자(80)는 두 기판(10, 20)에 대하여 수직으로 배열되어 있다. 여기서, 액정 분자(80)들은 기판(10, 20)에 대하여 선경사각을 가질 수도 있으며, 두 개의 전극(30, 40)은 투명 또는 불투명 도전 물질일 수 있다. 각각의 유리 기판(10, 20)의 바깥 면에는 통과하는 빛을 편광시키는 두 장의 편광판(50, 60)이 각각 부착되어 있다.

일반적으로 두 개의 전극(30, 40) 중 하나는 각각의 단위 화소마다 다른 데이터 신호를 인가하기 위한 화소 전극이며, 나머지 하나는 전체 단위 화소에 공통된 신호를 인가하기 위한 공통 전극이다. 또한, 각각의 화소 전극은 각각의 화소에 형성되어 있는 박막 트랜지스터와 같은 스위칭 소자의 한 단자와 연결되어 있다.

이때, 액정층(70)의 액정 물질은 유전율 이방성 Δε이 0보다 큰 것이 좋지만, 유전율 이방성 Δε이 0보다 작을 수도 있다. 또한, 액정 물질은 네마틱, 카이랄 네마틱, 또는 좌선성 또는 우선성의 카이랄 첨가제가 혼합된 네마틱 액정 모두 가능하다.

또한, 각각의 배향막(90)은 액정 분자(80)가 누울 때 방향성을 가지도록 모두 러빙 처리할 수도 있고, 선택적으로 하나만 러빙 처리할 수도 있으며, 모두 러빙 처리하지 않을 수도 있다. 러빙 처리를 하는 경우에 러빙 방향은 두 전극(30, 40)의 방향에 대하여 임의 방향으로 할 수 있으며, 두 기판(10, 20)의 배향막(90)을 모두 러빙 처리하는 경우에는 러빙 방향이 서로 반대 방향으로 하며, 두 러빙 방향 중 한 방향은 전극과 수직 방향으로 하는 것이 바람직하다.

여기서, 두 편광판(50, 60)의 투과축은 서로 평행 또는 수직하게 배치할 수 있다.

또한, 두 전극(30, 40)의 폭은 각각 1 - 10μm의 범위, 두 전극(30, 40) 사이의 간격은 2 - 20μm의 범위, 액정층(70)의 두께는 1 - 15μm의 범위인 것이 바람직하다.

도 2a 내지 2c는 액정 물질이 유전율 이방성이 양인 순수한 네마틱 액정인 경우이고, 도 3a 내지 3c는 액정 물질이 카이럴 첨가제가 혼합된 유전율 이방성이 양인 네마틱 액정이거나 유전율 이방성이 양인 카이럴 네마틱 액정인 경우이다.

도 2a 및 도 3a에서 보는 바와 같이, 전기장을 인가하지 않을 때에는, 액정층(70)의 액정 분자(80)들은 배향막(90)의 배향력에 의해 두 기판(10, 20)에 수직으로 배열된 구조를 가진다.

이때, 하부 기판(10)에 부착되어 있는 편광판(50)을 통과한 빛은 편광 방향이 바뀌지 않고 액정층(70)을 통과한다. 여기서, 두 편광판(50, 60)의 투과축이 평행하다면, 이 빛은 상부 기판(2)에 부착되어 있는 편광판(60)을 통과하여 밝은 상태가 구현된다. 두 편광판(50, 60)의 투과축이 직교한다면, 하부 기판(10)의 편광판(50)을 통과한 빛은 상부 기판(20)의 편광판(60)에 의해 차단되어 어두운 상태가 된다.

도 2b 및 도 3b는 전계를 충분히 인가한 경우를 나타낸 것이고, 도 2c 및 도 3c는 각각 도2b 및 3b를 상부 기판 쪽에서 내려다 본 도면이다.

이 때, 전기장은 두 전극(30, 40) 사이 영역의 중앙 부분에서는 본질적으로 기판(10, 20)에 대하여 평행하고 전극(30, 40)에 대하여 수직이며, 전극(30, 40)으로 접근할수록 아래쪽으로 휘어진 포물선 모양이 된다.

이 때, 네마틱 액정 물질은 양의 유전율 이방성을 가지므로 액정 분자(80)들의 장축이 전기장의 방향을 따라 배열되려고 한다. 그러나, 두 기판(10, 20)에 인접한 부분에서는 가해진 전기장에 의한 힘보다는 배향막(90)의 배향력이 강하므로 액정 분자(80)들은 수직으로 배향된 원래의 상태를 유지한다. 따라서, 순수한 네마틱 액정 물질을 사용하는 경우에는 전기장에 의한 힘과 배향력이 균형을 이루도록 액정 방향자는 연속적으로 변화한다.

또한, 이 경우, 앞서 설명한 것처럼 두 전극(30, 40) 사이의 전기장은 전체적으로 포물선 모양으로 형성되므로 두 전극(30, 40) 사이 영역의 중심면을 기준으로 좌우의 액정 분자(80)는 대칭으로 배열된다.

이 때, 도 2b 및 2c에서 보는 바와 같이, 전극(30, 40)에 대하여 수직인 방향의 시야각은 액정 분자(80)의 장축이 향하는 방향이 중심면을 기준으로 대칭이므로 액정층(70)을 통과하는 빛에 대한 위상 지연(phase retardation)이 대칭적으로 보상되는 효과가 발생하여 시야각이 넓어진다. 또한 액정 분자(80)의 단축 방향 즉, 전극(30, 40)에 대하여 수평 방향으로는 굴절률 변화율이 작으므로 시야각이 확장된다.

한편, 두 전극(30, 40) 사이 영역의 중앙 부분에서 전기장은 기판과 평행하다. 따라서, 이 전기장에 의한 힘은 기판에 대하여 수직으로 배열되어 있는 액정 분자(80)에 대하여 수직이므로 액정 분자(80)가 움직이지 않는 불연속면이 두 전극(30, 40)의 중심부에 형성된다.

다음, 도 3b 및 3c에서 보는 바와 같이, 액정 물질이 카이랄 네마틱 액정 또는 카이랄 첨가제가 혼합된 네마틱 액정인 경우에는 순수한 네마틱 액정인 경우와는 다른 점이 있다.

두 전극(30, 40) 사이 영역의 중심 부분에서 액정 분자(80)가 움직이지 않는 불연속면이 생기는 것은 도 2b 및 2c의 경우와 동일하다. 그러나, 그 외 부분에서 액정 분자(80)의 장축은 전기장에 의한 힘과 배향력에 의하여 변화할 뿐 아니라, 카이럴리티(chirality)에 의하여 비틀리게 되어 두 전극(30, 40) 사이의 영역의 중심면 양쪽 영역의 액정 분자(80)의 배열은 완전히 대칭을 이루지 않는다.

즉, 도 2c를 보면 상부 기판에서 볼 때 액정 분자(80)와 장축이 모두 전극(30, 40)에 대하여 수직으로 배열되지만, 도 3c에서 보면 중심면을 기준으로 양쪽 영역의 액정 분자(80)들은 반시계 방향으로 회전한다. 물론, 액정 분자(80)의 회전 방향은 반대일 수도 있다. 이 경우, 전극(30, 40)에 대하여 수직인 방향뿐 아니라 평행한 방향에 대해서도 시야각이 넓다.

위에서 설명한 바와 같은 상태에서, 하부 기판(10)에 부착되어 있는 편광판(50)을 통과하여 편광된 빛의 편광은 액정층(70)을 통과하면서 액정 방향자의 비틀림을 따라 회전하게 된다. 위의 두 경우에 유전율 이방성, 두 기판(10, 20) 사이의 간격이나 액정 분자(80)의 피치 따위를 조절하여 편광이 90° 회전하도록 만들 수 있다. 이 경우, 두 편광판(50, 60)의 투과축이 서로 평행하게 배치되었다면 이 빛은 상부 기판(20)에 부착되어 있는 편광판(60)에 의해 차단되어 어두운 상태가 구현된다. 두 편광판(50, 60)의 투과축이 서로 직교하도록 배치되었다면, 하부 기판(10)의 편광판(50)을 통과한 빛은 상부 기판(20)의 편광판(60)을 투과하여 밝은 상태가 된다.

다시 말하자면, 본 발명에 따른 EOC 방식의 액정 표시 장치에서 두 전극(30, 40) 사이의 중심면에 대하여 액정 분자(80)는 대칭적으로 배열된다. 이에 따라, 도 2b 및 도 3b에서 A 방향으로 투과되는 빛과 B 방향으로 투과되는 빛은 유사한 액정 분자(80)의 배열로 이루어진 경로를 통과하게 된다. 따라서, 통과하는 빛에 대한 지연(retardation)도 거의 동일하게 형성되므로 넓은 시야각을 가질 수 있다.

이러한 액정 표시 장치에서, 전극의 구조 및 배치는 다양하게 변화시킬 수 있으며, 도 4 내지 도 9에 나타난 바와 같이, 화소 단위로 또는 화소 내에서 꺾어져 톱니 모양을 이루도록 하는 경우 매우 좋은 표시 특성을 얻을 수 있다. 이에 대하여 상세히 설명한다.

도 4 및 도 5에서 보는 바와 같이, 각각의 화소에는 공통 전극선인 제1 전극선(32)과 화소 전극인 제2 전극선(42)이 서로 평행하게 마주 보도록 형성되어 있다.

도 4에 나타난 본 발명의 실시예에서는, 각각의 화소에 서로 평행하게 마주보는 제1 및 제2 전극선(32, 42)이 화소의 행을 따라 번갈아 가로와 세로 방향으로 형성되어 있으며, 화소의 열 방향으로는 동일한 방향으로 형성되어 있다. 그리고, 제1 및 제2 전극선(32, 42)과 각각 연결되어 있으며, 제1 및 제2 전극선(32, 42)과 각각 수직으로 뻗어 있는 제1 및 제2 전극(33, 43)이 서로 평행하게 교대로 형성되어 있다.

도 5에 나타난 본 발명의 실시예에서는, 각각의 화소에 서로 평행하게 마주보는 제1 및 제2 전극선(32, 42)이, 도 4에 나타난 본 발명의 실시예에서와는 달리, 화소의 행과 열을 따라 번갈아 가로와 세로 방향으로 형성되어 있다. 제1 및 제2 전극선(32, 42)과 각각 연결되어 있으며, 이들과 수직으로 각각 뻗어 있는 제1 및 제2 전극(33, 43)이 서로 평행하게 교대로 형성되어 있는 것은 도 4에 나타난 본 발명의 실시예의 경우와 동일하다.

도 6 및 도 7에는 공통 전극인 제1 전극과 화소 전극인 제2 전극이 화소의 대각선 방향으로 형성된 본 발명의 실시예가 나타나 있다.

도 6 및 도 7에서 보는 바와 같이, 각각의 화소에는 공통 전극선인 제1 전극선(32)이 화소의 한쪽 꼭지점을 중심으로 양쪽으로 형성되어 '┐'자 또는 '┌'자 모양을 이루고 있고, 이와 대각선 방향으로 마주보는 꼭지점을 중심으로 양쪽으로 형성되어 '└'자 또는 '┘'자 모양을 이루는 제2 전극선(42)이 형성되어 있다.

제1 전극선(32) 및 제2 전극선(42)과 각각 연결되어 있으며 서로 평행하게 교대로 형성되어 있는 제1 전극(33)과 제2 전극(43)은 화소의 대각선 방향으로 형성되어 있다. 도 6에 나타난 본 발명의 실시예에서는 제1 전극(33)과 제2 전극(43)의 방향이 화소의 행을 따라 서로 어긋나게 형성되어 있고 같은 열의 화소는 전극의 방향이 동일한 반면, 도 7에 나타난 본 발명의 실시예에서는 제1 전극(33)과 제2 전극(43)의 방향이 화소의 행과 열을 따라 서로 어긋나게 형성되어 있다.

도 8에는 도 4 내지 도 7의 경우와 달리 화소의 모양이 기울어진 평행 사변형으로 이루어져 있는 본 발명의 실시예가 나타나 있다.

도 8에 나타난 바와 같이, 각각의 화소에는 공통 전극선인 제1 전극선(32)과 화소 전극인 제2 전극선(42)이 서로 평행하게 마주 보도록 형성되어 있다. 그리고, 제1 전극선(32) 및 제2 전극선(42)과 각각 연결되어 있으며 서로 평행하게 교대로 형성되어 있는 제1 전극(33)과 제2 전극(43)이 제1 전극선(32) 및 제2 전극선(42)에 대해 경사 방향으로 형성되어 있다. 각각의 화소는 기울어진 평행 사변형으로 이루어져 있으며 화소의 기울어짐 방향이 열을 따라 반대로 형성되어 있어, 제1 전극(33)과 제2 전극(43)이 화소의 열을 따라 톱니 모양을 이루도록 형성되어 있다.

도 9에는 화소 자체의 모양이 톱니 모양으로 이루어져 있는 본 발명의 실시예가 나타나 있다.

도 9에 나타난 바와 같이, 각각의 화소는 가운데가 꺾어져 톱니 모양으로 형성되어 있고, 톱니 모양의 각 화소에는 공통 전극선인 제1 전극선(32)과 화소 전극인 제2 전극선(42)이 서로 평행하게 마주 보도록 형성되어 있다. 그리고, 제1 전극선(32) 및 제2 전극선(42)과 각각 연결되어 있으며 서로 평행하게 교대로 형성되어 있는 제1 전극(33)과 제2 전극(43)이 형성되어 있다. 여기서 제1 전극(33)과 제2 전극(43)의 형태는 화소의 가운데에서 꺾어져 톱니 모양을 이루고 있다.

도 10은 도 9에 나타난 전극 구조에서 전극이 꺾여 있는 (a) 부분에 대한 확대도이다.

도 10에 나타난 바와 같이, 제1 전극(33)과 제2 전극(43)에 전압이 인가되면 포물선 모양의 전기장이 액정 분자(80)를 구동한다. 이 때, 액정 분자(80)는 그 장축을 투사한 방향이 전극과 수직을 이루고, 기울어짐 방향은 도 10의 화살표가 가리키는 방향이 위를 향하도록 배열된다. 즉, 제1 전극(33)과 제2 전극(43) 사이의 중심면을 기준으로 액정 분자의 배열 방향은 대칭으로 된다. 그런데 전극(33, 43)이 톱니 모양으로 꺾여 있으므로, 꺾인 부분의 양쪽에서 전극의 중심면을 기준으로 서로 대칭인 배열 방향을 갖는 두 개의 미소 영역으로 나누어진 영역이 두 조 생기게 되고, 이는 액정 분자의 배열 방향이 다른 네 개의 영역이 있는 것과 같은 효과를 가져오게 된다.

액정 셀의 양쪽 바깥면에 부착되는 편광판은 그 투과축이 톱니 모양으로 꺾인 제1 및 제2 전극의 일부와 평행하거나 수직을 이루는 방향을 제외한 모든 방향으로 부착할 수 있다. 다만, 편광판의 투과축이 전극과 이루는 각이 45도일 경우 가장 좋은 표시 성능을 나타낸다.

톱니 모양으로 형성된 제1 및 제2 전극의 꺾이는 각도는 0도에서 180도 사이의 값을 가질 수 있는데, 이는 편광판의 투과축의 방향과 관련된다. 편광판의 투과축과 전극이 이루는 각도가 45도가 될 때 가장 좋은 시야각 특성을 얻을 수 있는데, 편광판의 투과축과 전극이 이루는 각도가 45도가 되는 경우 전극이 꺾이는 각도는 90도가 되어야 한다.

빛의 지연에 대한 잔류 위상차를 보상하기 위해서 본 발명의 실시예에 따른 액정 표시 장치의 바깥쪽에 위상차 보상 필름을 부착할 수도 있다.

도 11에는 보상 필름을 부착한 본 발명의 실시예에 따른 액정 표시 장치의 분해 사시도가 나타나 있다.

도 11에 나타난 바와 같이, 액정 셀(100)과 편광판(50, 60)의 사이에 보상 필름(110)이 부착되어 있다. 도 11에 나타난 액정 표시 장치에서는 보상 필름이 액정 셀의 양쪽 면과 편광판 사이에 각각 1매씩 부착되어 있으나, 액정 셀의 한쪽면과 편광판 사이에만 부착할 수도 있으며, 액정 셀의 각 면과 편광판 사이에 2매 이상의 보상 필름이 부착될 수도 있다. 이 때 보상 필름으로는 일축성 또는 이축성 보상 필름을 사용할 수 있으며, 일축성 보상 필름과 이축성 보상 필름을 조합하여 사용할 수도 있다.

도 4 내지 도 9에 나타난 바와 같은 톱니 모양의 전극 배치는 서로 평행한 두 전극에 의해 액정 물질이 구동되는 다른 모드에도 동일하게 적용할 수 있다. 예를 들면 평면 구동 방식(in-plane switching mode)이나 평행한 두 전극이 양쪽 기판에 교대로 형성되어 있고, 이 두 전극 사이의 전기장에 의해 액정 물질이 구동되는 EIMD 방식(electrical induced multi domain mode) 등에 적용 가능하다. 이하에서 이에 대해 상세히 설명한다.

IPS 방식의 액정 표시 장치에서는, 앞서 설명한 EOC 모드에서와 마찬가지로 서로 평행하며 선형인 두 전극이 한쪽 기판에 모두 형성되어 있다. 여기서는, 액정물질의 유전율 이방성 Δε은 0보다 크거나 작은 것 모두가 사용될 수 있다.

전기장을 인가하지 않을 때에는 액정 분자의 장축은 기판에 평행하며 전극과 평행하거나 일정 각도를 이루는 방향으로 배열되어 있고, 충분한 크기의 전기장을 인가하였을 때에는 본질적으로 기판에 평행한 전기장이 생성되며, 이에 따라 액정층의 중앙에 위치한 액정 분자들의 장축이 전기장에 평행하게 배열된다. 그러나, 기판 부근의 액정 분자들은 배향력에 의해 초기 상태를 유지하므로 기판으로부터 중앙에 이르는 영역의 액정 분자들은 나선상으로 비틀린 구조를 갖는다.

EIMD 방식의 액정 표시 장치에서는, 서로 평행하며 두 기판의 각각에 교대로 배치되도록 다수의 제1 전극과 제2 전극이 형성되어 있다.

도 12a 및 도 12b는 본 발명의 실시예에 따른 EIMD 방식의 액정 표시 장치의 원리를 도시한 개략도이다.

도 12a 및 도 12b에 나타난 바와 같이, 배향막(90)이 각각 형성되어 있는 한 쌍의 투명 기판(10, 20)이 서로 마주하고 있으며, 두 기판(10, 20)의 안쪽 면에는 서로 평행하게 형성된 제1 및 제2 선형 전극(30, 40)이 교대로 형성되어 있다. 두 유리 기판(10, 20) 사이에는 액정 물질이 주입되어 액정층(70)을 이루고 있으며, 액정층(70)의 액정 분자(80)는 두 기판(10, 20)에 대하여 수직하게 배향되어 있다. 각각의 기판(10, 20)의 바깥면에는 편광판(50, 60)이 각각 부착되어 있다.

이때, 액정층(70)의 액정 물질은 유전율 이방성 Δε이 0보다 큰 것이 좋지만, 유전율 이방성 Δε이 0보다 작을 수도 있다.

도 12a에서 보는 바와 같이, 전기장을 인가하지 않을 때에는, 액정층(70)의 액정 분자(80)들은 배향막(90)의 배향력에 의해 두 기판(10, 20)에 수직하게 배열된 구조를 가진다.

도 12b는 전계를 충분히 인가한 경우를 나타낸 것이다. 두 전극에 충분한 전압을 인가하면 상하 기판(10, 20)에 교대로 배치된 제1 및 제2 전극(30, 40)에 의해 두 기판(10, 20)에 수직인 방향에 대하여 경사각을 가지는 전기장이 형성되고 이 전기장은 두 기판(10, 20)에 수직인 평면 또는 전극(30, 40)을 지나는 중심면에 대하여 대칭을 이룬다. 양의 유전율 이방성을 갖는 네마틱 액정 물질의 경우 이러한 경사 방향의 전기장에 의해 액정 분자(80)들의 장축이 전기장의 방향을 따라 배열된다.

이러한 두 가지 방식의 액정 표시 장치에서도 EOC 모드의 경우와 마찬가지로 전극을 톱니 모양으로 형성하여 전극이 꺾어진 부분을 중심으로 양쪽에서 액정 분자의 기울어짐 방향이 서로 다른 영역에 의해 빛의 지연이 보상되어 넓은 시야각을 얻을 수 있게 된다.

본 발명에 따른 액정 표시 장치는 두 기판 중 하나에 두 전극을 형성하고 액정 분자들을 수직으로 배향한 다음, 두 전극 사이에 포물선 모양으로 형성되는 전기장으로 액정 방향자를 구동하는 것이다. 여기서, 두 전극의 중심면에 대하여 양쪽의 액정층은 액정 분자의 배열이 대칭적으로 형성된다. 따라서, 투과되는 빛에 대한 지연(retardation)도 대칭적으로 보상되어 넓은 시야각을 가질 수 있다. 그리고, 전극의 구조를 톱니 모양으로 형성함으로써 액정 분자의 배열이 다른 네 개의 영역을 얻을 수 있게 되어 더욱 넓은 시야각을 얻을 수 있다.

Claims (29)

1. 서로 마주보고 있는 제1 기판 및 제2 기판,

   상기 제1 기판 및 제2 기판 사이에 주입되어 있는 액정 물질층,

   상기 제1 기판 또는 제2 기판에 형성되어 있으며, 서로 평행한 적어도 둘 이상의 선형 전극을 포함하며,

   상기 각 전극은 서로 평행하지 않은 제1 부분과 제2 부분으로 이루어져 있는 액정 표시 장치.
2. 제1항에서,

   상기 전극은 상기 제1 또는 제2 기판 중 한쪽 기판에만 모두 형성되어 있는 액정 표시 장치.
3. 제2항에서,

   상기 액정 물질층은 상기 제1 및 제2 기판에 대하여 수직으로 배향되어 있는 액정 표시 장치.
4. 제3항에서,

   상기 액정 물질층은 양의 유전율 이방성을 가지는 액정 표시 장치.
5. 제4항에서,

   상기 액정 물질층은 카이랄 네마틱 액정, 네마틱 액정 및 카이랄 첨가제가 혼합된 네마틱 액정 중 하나를 포함하는 액정 표시 장치.
6. 제5항에서,

   상기 제1 기판 및 제2 기판은 각각 상기 액정 물질층의 액정 분자축을 수직으로 배향하는 배향막을 더 포함하는 액정 표시 장치.
7. 제6항에서,

   상기 배향막은 한쪽만 러빙되어 있는 수직 배향 액정 표시 장치.
8. 제7항에서,

   상기 배향막은 양쪽 모두 러빙되어 있는 수직 배향 액정 표시 장치.
9. 제2항에서,

   상기 액정 물질층은 상기 제1 및 제2 기판에 대하여 평행하게 배향되어 있는 액정 표시 장치.
10. 제9항에서,

    상기 제1 기판 및 제2 기판은 각각 상기 액정 물질층의 액정 분자축을 수평으로 배향하는 배향막을 더 포함하는 액정 표시 장치.
11. 제1항에서,

    상기 전극은 상기 제1 기판 및 제2 기판에 교대로 형성되어 있는 액정 표시 장치.
12. 제11항에서,

    상기 액정 물질층은 상기 제1 및 제2 기판에 대하여 수직으로 배향되어 있는 액정 표시 장치.
13. 제12항에서,

    상기 액정 물질층은 양의 유전율 이방성을 갖는 액정 표시 장치.
14. 제13항에서,

    상기 제1 기판 및 제2 기판은 각각 상기 액정 물질층의 액정 분자축을 수직으로 배향하는 배향막을 더 포함하는 액정 표시 장치.
15. 제1항 내지 제14항 중 어느 한 항에서,

    상기 제1 기판 및 제2 기판의 바깥쪽에 각각 부착되어 있는 편광판을 더 포함하는 액정 표시 장치.
16. 제15항에서,

    상기 편광판의 투과축은 서로 수직 또는 수평으로 배치되어 있는 액정 표시 장치.
17. 제16항에서,

    상기 편광판의 투과축은 상기 전극의 제1 부분 및 제2 부분의 방향과 평행하지도 않고 수직하지도 않은 액정 표시 장치.
18. 제17항에서,

    상기 편광판의 투과축은 상기 전극의 제1 부분 및 제2 부분의 방향과 45도를 이루는 액정 표시 장치.
19. 제18항에서,

    상기 제1 및 제2 기판과 상기 편광판의 사이 한쪽 또는 양쪽에 부착되어 있는 1개 이상의 보상 필름을 더 포함하는 액정 표시 장치.
20. 제19항에서,

    상기 보상 필름은 양의 일축성, 음의 일축성 또는 이축성의 보상 필름인 액정 표시 장치.
21. 제1항 내지 제14항 중 어느 한 항에서,

    상기 전극의 제1 부분과 제2 부분이 이루는 각은 0도에서 180도 사이인 액정 표시 장치.
22. 제21항에서,

    상기 전극의 제1 부분과 제2 부분이 이루는 각은 90도인 액정 표시 장치.
23. 제1항 내지 제14항 중 어느 한 항에서,

    상기 전극의 너비는 1 - 10μm인 액정 표시 장치.
24. 제23항에서,

    다수의 상기 전극 사이의 간격은 2 - 20μm인 액정 표시 장치.
25. 제24항에서,

    상기 전극의 제1 부분과 제2 부분은 각각 서로 인접하는 화소 내에 형성되어 있는 액정 표시 장치.
26. 제24항에서,

    상기 전극의 제1 부분과 제2 부분은 하나의 화소 내에 형성되어 있는 액정 표시 장치.
27. 제25항 또는 제26항에서,

    상기 전극의 제1 부분과 제2 부분은 서로 연결되어 있는 액정 표시 장치.
28. 제25항 또는 제26항에서,

    상기 전극의 제1 부분과 제2 부분은 서로 연결되어 있지 않은 액정 표시 장치.
29. 제1항 내지 제14항 중 어느 한 항에서,

    상기 제1 기판과 제2 기판의 상기 기판 사이의 간격은 1 - 15μm인 액정 표시 장치.