KR19990074556A

KR19990074556A - 액정 표시 장치

Info

Publication number: KR19990074556A
Application number: KR1019980008233A
Authority: KR
Inventors: 김동규; 나병선
Original assignee: 윤종용; 삼성전자 주식회사
Priority date: 1998-03-12
Filing date: 1998-03-12
Publication date: 1999-10-05
Also published as: KR100670037B1

Abstract

적, 녹, 청색 단위 화소의 개구 면적을 다르게 하여 각 화소의 투과율을 조절한다. 즉, 적, 녹, 청색의 세 가지 색 화소 중 가장 낮은 투과율을 갖는 화소가 최대의 개구 면적을 갖도록 하고 가장 낮은 투과율을 갖는 화소를 기준으로 화소별 투과율의 차이에 따라 다른 화소의 개구 면적을 정한다. 블랙 매트릭스의 패턴을 화소별로 다른 개구 면적을 갖도록 형성함으로써 이러한 액정 표시 장치를 구현할 수 있다. 블랙 매트릭스의 개구부의 폭을 고정시킨 채로 개구부의 길이만을 변화시켜 개구 면적을 조절할 수 있다.

Description

액정 표시 장치

본 발명은 액정 표시 장치에 관한 것이다.

일반적으로 액정 표시 장치는 양 기판 또는 한 기판의 내면에 전극을 가지고 있으며, 광학적 스위칭 매개체로서 두 전극 사이에 액정 물질층을 둔 표시 장치로서, 양 전극에 전위차를 주면 그 전위차로 인하여 액정 분자들이 재배열되고, 재배열된 액정 분자들이 빛을 산란시키거나 빛의 투과 특성을 변화시킨다. 그리고 두 기판의 바깥면에는 편광판을 부착하여 편광판을 통과하는 빛의 양을 조절하여 화상을 표시한다.

종래의 액정 표시 장치의 한 예로서, 아래 위 두 기판의 내면에 각각 형성되어 있는 위 전극과 아래 전극 사이에 네마틱형 액정 물질이 삽입되어 있으며, 액정 분자들은 기판에 평행하게 비틀려 배향되어 있는 미국 특허 제5,576,861호에 개시된 비틀린 네마틱형 액정 표시 장치를 들 수 있다. 이 액정 표시 장치에서는 아래 위 전극에 전압을 인가하여 전위차를 주면 양 기판에 수직한 전기장이 형성되고, 액정 분자의 장축 방향을 전기장의 방향과 평행하게 배열시키려는 토크(torque)(이 토크의 크기는 전기장의 세기에 의존함), 즉 유전율 이방성으로 인한 토크와 러빙 등의 배향 처리를 통하여 발생하며 액정 분자의 장축 방향을 특정한 방향을 향하도록 배열시키려는 탄성 토크가 평형을 이루도록 액정 분자들이 재배열된다. 이 때 두 기판 사이의 액정 물질이 한쪽 기판에서 다른 기판에 이르기까지 그 장축의 비틀림 방향이 90도 바뀌도록 형성하고, 두 기판의 바깥면에 편광판의 투과축이 서로 직교하도록 두 개의 편광판을 부착하게 되면 두 전극에 전압을 인가하지 않은 상태에서는 빛이 액정층을 통과하면서 편광 방향이 바뀌어 반대쪽 편광판을 대부분 통과하여 명상태(white state)가 되고, 두 전극에 충분한 전압을 인가하면 직교하는 편광판에 의해 빛이 차단되어 암상태(black state)가 된다.

종래의 액정 표시 장치의 또다른 예로는, 한쪽 기판 위에 줄 모양의 두 전극을 서로 평행하게 배치하고 그 사이에 액정 물질층을 두며, 액정 분자들은 기판에 평행하게 배향한 미국 특허 제5,598,285호에 개시되어 있는 액정 표시 장치(이하 "평면 구동 방식 액정 표시 장치"라 한다)를 들 수 있다. 이 액정 표시 장치에서는 전극 사이에 전위차를 주어, 본질적으로 기판에 평행하고 두 전극에 수직한 방향으로 전기장을 형성하고, 액정 물질의 유전율 이방성으로 인한 토크와 배향 처리로 인한 탄성 토크가 평형을 이루도록 액정 분자들이 재배열한다. 이 때, 두 기판의 바깥면에 편광판의 투과축이 서로 직교하도록 두 개의 편광판을 부착하게 되면 두 전극에 전압을 인가하지 않은 상태에서는 직교하는 편광판에 의해 빛이 차단되어 암상태(black state)가 되고, 두 전극에 충분한 전압을 인가하면 빛이 액정층을 통과하면서 편광 방향이 바뀌어 반대쪽 편광판을 대부분 통과하여 명상태(white state)가 된다.

한편, 이러한 표시 장치로 컬러 화상을 표시하기 위해서는 백색 광원을 사용하고, 액정 분자들의 배열을 변화시켜 빛의 투과 특성을 조절함과 동시에, 적, 녹, 청의 빛의 3원색 필터를 사용하여 가법 혼색을 한다. 이를 위해 액정 표시 장치의 두 기판 중 하나에 적, 녹, 청 3색의 컬러 필터를 형성하고, 컬러 필터 사이에는 누설광을 차단하기 위한 블랙 매트릭스를 형성한다.

그런데, 광원으로부터 나온 빛이 액정층을 통과하면서 그 특성이 바뀌게 되어 동일한 개구부를 가지는 단위 화소에 대하여 적, 녹, 청색 화소간의 투과율의 차이가 발생하게 된다. 또한 이 투과율의 차이는 액정 표시 장치의 구동 방법에 따라 달라진다.

도 1 내지 도 2에는 종래 기술에 따른 비틀린 네마틱형 액정 표시 장치와 평면 구동 방식 액정 표시 장치를 정면에서 보았을 때의 투과율 그래프가 나타나 있다.

도 1에 나타난 바와 같이, 비틀린 네마틱형 액정 표시 장치의 경우 전압을 인가하지 않은 상태에서 적색과 녹색 필터의 투과율은 0.24 정도인데 비해, 청색 필터의 투과율은 0.22 정도로 10 % 정도의 차이가 있다. 평면 구동 방식 액정 표시 장치의 경우는 더 차이가 커서, 도 2에 나타난 바와 같이, 5 V의 전압을 인가하였을 때 적색 필터의 투과율은 0.15, 녹색 필터의 투과율은 0.13, 청색 필터의 투과율은 0.8 정도로 40% 이상의 차이를 보이고 있다.

이러한 투과율의 차이를 조절하기 위하여 종래에는 각 장치별로 필요한 특성을 갖는 후면광과 구동 회로를 사용하거나, 적, 녹, 청색의 컬러 필터의 높이를 조절함으로써 셀 간격을 색상별로 다르게 하여 투과율을 보정하는 방법을 주로 사용하였다. 그러나, 장치별로 다른 후면광과 구동 회로를 사용하는 경우, 비용의 증가나 공정의 증가를 가져오게 된다. 또한, 컬러 필터의 높이를 조절하는 방법의 경우,

본 발명의 목적은 액정 표시 장치의 적, 녹, 청 단위 화소가 동일한 투과율을 갖도록 하는 것이다.

도 1은 종래 기술에 따른 비틀린 네마틱형 액정 표시 장치의 적, 녹, 청색 화소별 투과율을 나타낸 그래프이고,

도 2는 종래 기술에 따른 평면 구동 방식 액정 표시 장치의 적, 녹, 청색 화소별 투과율을 나타낸 그래프이고,

도 3은 본 발명의 첫 번째 실시예에 따른 비틀린 네마틱형 액정 표시 장치의 블랙 매트릭스를 나타낸 평면도이고,

도 4는 본 발명의 두 번째 실시예에 따른 평면 구동 방식 액정 표시 장치의 블랙 매트릭스를 나타낸 평면도이고,

도 5는 본 발명의 세 번째 실시예에 따른 PLS 방식 액정 표시 장치의 전극을 나타내는 배치도이고,

도 6은 도 5에서 VI - VI'선을 잘라 도시한 단면도로서, 위 기판 및 아래 기판과 두 기판 사이의 등전위선 및 전기력선을 함께 도시한 도면이고,

도 7은 본 발명의 세 번째 실시예에서 액정 분자들의 비틀림각 변화를 설명하기 위한 도면이고,

도 8은 본 발명의 세 번째 실시예에서 기판에 수평이고 줄무늬 전극에 수직인 선에 대한 액정 분자들의 비틀림각 변화를 도시한 그래프이고,

도 9는 본 발명의 세 번째 실시예에서 기판의 수직인 선에 대한 액정 분자들의 비틀림각 변화를 도시한 그래프이고,

도 10은 본 발명의 세 번째 실시예에서 액정 분자들의 경사각 변화를 설명하기 위한 도면이고,

도 11은 본 발명의 세 번째 실시예에서 기판의 수직인 선에 대한 액정 분자들의 비틀림각 변화를 도시한 그래프이고,

도 12는 본 발명의 세 번째 실시예에서 기판에 수평이고 줄무늬 전극에 수직인 선에 대한 액정 분자들의 경사각 변화를 도시한 그래프이고,

도 13은 본 발명의 세 번째 실시예에 따른 PLS 방식 액정 표시 장치의 적, 녹, 청색 화소별 투과율을 나타낸 그래프이고,

도 14는 본 발명의 세 번째 실시예에 따른 PLS 방식 액정 표시 장치의 블랙 매트릭스를 나타낸 평면도이다.

본 발명에 따른 액정 표시 장치에서는 적, 녹, 청색의 각 화소의 개구 면적을 다르게 한다. 즉, 적, 녹, 청색의 세 가지 색 화소 중 하나의 화소를 기준으로 하고, 화소별 투과율의 차이를 기준으로 화소의 개구 면적을 정한다. 따라서, 투과율이 높은 화소는 상대적으로 좁은 개구 면적을 갖고, 투과율이 낮은 화소는 상대적으로 넓은 개구 면적을 갖게 된다.

블랙 매트릭스의 개구 면적을 화소별로 달리 형성하여 이러한 액정 표시 장치를 구현할 수 있다. 블랙 매트릭스의 개구 면적을 달리 하기 위해서는 블랙 매트릭스의 개구부의 폭을 고정시킨 채로 개구부의 길이를 가변시킬 수 있다.

이제 본 발명의 실시예에 대하여 첨부한 도면을 참고로 하여 상세히 설명한다.

도 3에는 본 발명의 실시예에 따른 블랙 매트릭스의 평면도가 나타나 있다. 이와 같은 블랙 매트릭스는 액정 표시 장치의 위 아래 두 기판 중 어느 쪽에도 형성될 수 있다. 도 3의 블랙 매트릭스는 비틀린 네마틱형 액정 표시 장치에 적용되는 것이다.

도 3에서 R, G, B는 각각 적, 녹, 청색의 화소를 나타낸다. 적, 녹, 청색 화소의 투과율을 각각 T_R, T_G, T_B라 하고, 적, 녹, 청색 화소의 개구 면적을 각각 S_R, S_G, S_B라 하면, T_R* S_R= T_G* S_G= T_B* S_B가 되도록 개구 면적을 형성하면 된다. 도 3에서는 각 화소의 개구부는 가로의 길이가 세로의 길이보다 짧은 직사각형 모양으로 되어 있고, 각 개구부의 가로 길이(X)는 동일하므로 각 개구부의 세로 길이(Y_R, Y_G, Y_B)를 조절하면 된다.

도 3에 나타난 바와 같이, 가장 낮은 투과율을 갖는 청색 화소의 경우, 최대한의 개구 면적을 갖도록 블랙 매트릭스를 형성한다. 그리고, 이보다 높은 투과율을 갖는 적색과 녹색 화소의 경우 T_R* Y_R= T_G* Y_G= T_B* Y_B식에 의해 세로 길이를 정할 수 있다. 비틀린 네마틱형 액정 표시 장치에서 적색과 녹색 화소의 경우 거의 동일한 투과율을 나타내므로 적색과 녹색 화소의 개구부의 세로 길이 Y_R과 Y_G는 (T_{B /}T_G) * Y_B가 된다.

도 4에는 본 발명의 두 번째 실시예로서 평면 구동 방식 액정 표시 장치에 적용되는 블랙 매트릭스의 패턴이 나타나 있다.

평면 구동 방식 액정 표시 장치의 경우도 본 발명의 첫 번째 실시예에서와 마찬가지의 식이 적용된다.

평면 구동 방식 액정 표시 장치의 경우도 청색 화소가 가장 낮은 투과율을 나타내고 다음으로 녹색 화소, 적색 화소의 순서로 높은 투과율을 나타낸다. 도 4에 나타난 바와 같이, 청색 화소가 가장 큰 개구 면적을 가지며, 녹색 화소, 적색 화소의 순으로 개구 면적이 점점 줄어들도록 형성한다.

한편, 이러한 방식으로 투과율을 조정하는 방법은 비틀린 네마틱형 액정 표시 장치와 평면 구동 방식 액정 표시 장치 외에 다른 방식의 액정 표시 장치에서도 사용가능하다. 예를 들면 PLS(plane to line switching) 방식 액정 표시 장치에서도 동일하게 적용될 수 있다. 이하에서는 이에 대해 상세히 설명한다.

도 5는 본 발명의 세번째 실시예에 따른 액정 표시 장치에서 전극의 배치를 도시한 도면이고, 도 6은 도 5에서 VI - VI'선을 잘라 도시한 단면도로서 위 기판과 아래 기판 모두를 도시한 것이며 전기력선 및 등전위선을 함께 도시하였다.

먼저, 전극이 형성되어 있는 아래 기판의 구조에 대하여 설명한다.

유리나 석영 따위의 투명한 절연 물질로 이루어진 아래 기판(10) 안쪽 면 위에 ITO(indium tin oxide) 따위의 투명한 도전 물질로 이루어져 있으며 일정 폭을 가지는 면형 전극(2)이 가로 방향으로 길게 형성되어 있다. 면형 전극(2) 위를 절연막(3)이 덮고 있으며, 그 위에는 폭이 좁은 다수의 줄무늬 전극(1)이 세로 방향으로 서로 평행하게 형성되어 있다. 줄무늬 전극(1)은 투명 또는 불투명 물질로 사용될 수 있으며, 그 폭은 줄무늬 전극(1) 사이의 간격, 즉 인접한 두 줄무늬 전극(1)의 인접 경계선 사이의 거리보다 작다. 줄무늬 전극(1)의 위에는 폴리이미드(polyimide) 따위의 물질로 만들어진 배향막(30)이 도포되어 있다. 한편, 아래 기판(10)의 바깥면에는 편광판(20)이 부착되어 있다.

유리나 석영 따위의 투명한 절연 물질로 이루어진 위 기판(11) 안쪽 면에는 폴리이미드 따위의 물질로 만들어진 배향막(31)이 형성되어 있고, 바깥면에는 편광판(21)이 부착되어 있다.

마지막으로, 두 기판(10, 11)의 배향막(30, 31) 사이에는 광학 이방성을 가지는 액정 물질층이 삽입되어 있다.

이 액정 표시 장치는 아래 기판(10)의 하부에 위치하는 백라이트 유닛(backlight unit)(도시하지 않음)으로부터의 빛의 투과율을 조절하여 표시 동작을 할 수도 있지만, 위 기판(11)의 상부로부터 들어오는 자연광을 이용하여 표시 동작을 할 수도 있으며 이 경우에는 아래 편광판(20)은 필요하지 않다. 자연광을 이용한 반사형 액정 표시 장치의 경우에는 줄무늬 전극(1)과 면형 전극(2) 모두를 불투명하고 반사율이 높은 물질, 예를 들면 알루미늄(Al) 등의 물질로 만드는 것이 바람직하다.

그러면, 이러한 액정 표시 장치의 전기장의 개괄적인 형태에 대하여 도 6을 통하여 상세히 설명한다.

두 전극(1, 2)에 전압을 인가하여 두 전극(1, 2) 사이에 전위차를 주면 도 6에 도시한 바와 같은 전기장이 생성된다. 도 6에 실선으로 도시한 것은 등전위선을 나타낸 것이고, 점선으로 도시한 것은 전기력선을 나타낸 것이다.

도 6에서 알 수 있듯이, 전기장의 형태는 줄무늬 전극(1) 위의 좁은 영역(NR)의 세로 방향 중앙선(C)(실제로는 면에 해당함) 및 줄무늬 전극(1) 사이의 넓은 영역(WR)의 세로 방향 중앙선(B)(실제로는 면에 해당함)에 대하여 대칭이다. 좁은 영역(NR)의 중앙선(C)으로부터 넓은 영역(WR)의 중앙선(B)까지의 영역에는 좁은 영역(NR)과 넓은 영역(WR)의 경계선(A)(실제로는 면에 해당함)에 정점을 두고 있는 반타원 모양 또는 포물선 모양(이하에서는 편의상 반타원 모양인 것으로 설명한다)의 전기력선 형태를 가지는 전기장이 생성된다. 전기력선의 접선은 좁은 영역(NR)과 넓은 영역(WR)의 경계선(A) 상에서 기판(10)에 대하여 거의 평행하고, 좁은 영역(NR) 및 넓은 영역(WR)의 중앙 위치에서는 기판(10)에 대하여 거의 수직이 된다. 또한, 타원의 중심 및 세로 방향 정점은 좁은 영역(NR)과 넓은 영역(WR)의 경계선(A) 상에 위치하고, 가로 방향의 두 정점은 각각 넓은 영역(WR) 및 좁은 영역(NR)에 위치한다. 이때, 좁은 영역(NR)에 위치하는 가로 방향 정점은 넓은 영역(WR)에 위치하는 가로 방향 정점에 비하여 타원의 중심으로부터의 거리가 짧기 때문에 타원은 경계선(A)에 대하여 대칭을 이루지 않는다. 또한, 전기력선의 밀도가 위치에 따라 달라지고 전기장의 세기도 이에 비례하여 달라진다. 따라서, 좁은 영역(NR)과 넓은 영역(WR) 사이의 경계선(A-A) 상에서 전기장의 세기가 가장 크고, 좁은 영역(NR) 및 넓은 영역(WR)의 중앙선(C-C, B-B)으로 갈수록, 그리고 위 기판(11)으로 갈수록 작아진다.

그러면, 이러한 전기장에 의하여 액정 분자가 재배열된 상태를 기판에 수평인 성분과 이에 수직인 성분으로 나누어 살펴본다.

먼저, 초기 상태를 설명한다.

두 배향막(30, 31)은 러빙 또는 자외선 조사법으로 배향 처리되어, 액정 분자들이 모두 한 방향으로 배열하되, 기판(10, 11)에 대하여 약간의 선경사각을 가지지만 거의 수평이 되고, 기판(10, 11)에 평행한 면상에서 볼 때 줄무늬 전극(1) 방향 및 이에 수직인 방향에 대하여 일정 각을 이루도록 배열되어 있다. 편광판(20, 21)의 편광축은 서로 직교하도록 배치하며, 아래 편광판(20)의 편광축은 러빙 방향과 거의 일치한다. 두 배향막(30, 31) 사이에 들어 있는 액정 물질은 유전율 이방성이 양인 네마틱 액정이다.

다음, 줄무늬 전극(1) 및 면형 전극(2)에 각각 전압을 인가하되, 줄무늬 전극(1)에 높은 전압을 인가한다. 이 때 액정 분자의 배열은 전기장에 의한 힘(전기장의 방향과 세기에 의존)과 배향 처리로 인하여 발생하는 탄성 복원력이 평형을 이룸으로써 결정된다.

이러한 액정 분자의 재배열 상태를 기판에 평행한 성분과 수직인 성분으로 나누어 살펴본다. 설명의 편의상 기판에 수직인 방향을 z축, 기판에 수직이고 줄무늬 전극(1) 방향에도 수직인 방향을 x축, 줄무늬 전극(1)의 방향에 평행한 방향을 y축으로 잡자. 즉, 도 5에서 왼쪽에서 오른쪽을 향하는 방향을 x축, 줄무늬 전극(1)을 따라 아래에서 위로 향하는 방향을 y축, 도 2에서 아래 기판(11)에서 위 기판(10)을 향하는 방향을 z축으로 잡자.

먼저, 액정 분자의 비틀림각, 즉, x축 또는 초기 배열 방향에 대하여 액정 분자의 장축이 기판에 평행한 면, 즉 xy 평면 위에서 이루는 각의 변화를 도 7, 도 8 및 도 9를 참고로 설명한다.

도 7에 도시한 바와 같이, 러빙 방향은 벡터 로, 전기장의 x-y 평면 성분은 벡터 로, 아래 편광판(20)의 광축은 벡터 로 나타내었으며, 러빙 방향이 x축과 이루는 각은 ψ_R로, 액정 분자의 장축이 x축과 이루는 각을 ψ_LC로 나타내었다. 그런데 여기에서 아래 편광판(20)의 광축은 러빙 방향과 일치하므로 아래 편광판(20)의 광축이 x축과 이루는 각 ψ_P=ψ_R이다.

전기장의 x-y 평면 성분( )의 방향은 경계선(A)으로부터 넓은 영역(WR)의 중앙선(B)에 이르기까지는 양의 x 방향이고, 넓은 영역(WR)의 중앙선(B)으로부터 다음 경계선(D)까지는 음의 x 방향이다. 전기장 성분의 세기는 경계선(A, D) 상에서 가장 크고 중앙선(B-B) 쪽으로 갈수록 작아져 중앙선(B-B) 상에서는 0이 된다.

배향 처리에 의한 탄성적 복원력의 크기는 xy 평면상에서는 위치에 관계없이 일정하다.

액정 분자들은 이러한 두 가지 힘이 평형을 이루도록 배열하여야 하므로, 도 8에 도시한 바와 같이, 경계선(A, D)에서는 액정 분자의 장축 방향이 전기장 성분( )에 대하여 거의 평행하고 러빙 방향에 대해서는 큰 각도를 가지지만, 영역(NR, WR)의 중심선(C, B)으로 갈수록 액정 분자의 장축이 러빙 방향에 대하여 이루는 각(

|ψ_R-ψ_LC|

)이 작아지고, 중심선(B, C)에서는 액정 분자의 장축과 러빙 방향이 동일해진다. 아래 편광판(20)의 광축은 러빙 방향과 평행하므로, 아래 편광판(20)의 광축과 액정 분자의 장축이 이루는 각도도 이와 동일한 분포를 가지며, 이 값은 빛의 투과율과 밀접한 관련이 있다.

좁은 영역(NR)과 넓은 영역(WR)의 폭의 비를 변화시켜 다양한 형태의 전기장을 만들어 낼 수 있다. 줄무늬 전극(1)을 불투명 전극으로 하는 경우에는 줄무늬 전극(1) 위의 좁은 영역(NR)을 표시 영역으로 사용할 수 없으나, 투명한 물질로 만드는 경우에는 좁은 영역(NR) 또한 표시 영역으로 사용할 수 있다.

한편, 전기장의 xy 평면 성분( )은 아래 배향막(30)으로부터 위 배향막(31)에 이르기까지, 즉 z축을 따라가며 점점 작아지며, 배향에 의한 탄성적 복원력은 배향막(30, 31)의 표면에서 가장 크고, 두 배향막(30, 31) 사이 액정층의 중앙으로 갈수록 점점 작아진다.

아래 배향막(30)으로부터 위 배향막(31)에 이르는 위치에서, 즉 z축을 따라가며 액정 분자의 장축 방향이 x축과 이루는 비틀림각을 도시하면, 도 9와 같이 나타나는데, 두 배향막 사이의 간격, 즉 셀 간격이 d인 경우를 도시한 것이다. 여기에서 가로축은 아래 배향막(30)으로부터의 높이를 뜻하고, 세로축은 비틀림각을 나타낸다.

도 9에서 보면, 비틀림각은 배향막(30, 31)의 표면에서는 배향력에 의한 힘이 강하기 때문에 크고, 액정층의 중앙으로 갈수록 작아져 전기장의 방향에 가깝게 되는 것을 알 수 있으며, 배향막(30, 31) 바로 위에서는 액정 분자의 장축이 러빙 방향과 동일한 방향으로 배열한다. 여기에서 인접한 액정 분자의 비틀림각의 차이를 비틀림(twist)이라고 하면, 도 9에서 비틀림은 곡선의 기울기에 해당되고, 이는 배향막(30, 31)의 표면에서는 크고 액정층의 중앙으로 갈수록 작아진다.

다음, 액정 분자의 경사각, 즉, x축 또는 초기 배열 방향에 대하여 액정 분자의 장축이 기판에 수직인 면, 예를 들면 zx 평면 위에서 이루는 각의 변화를 도 10, 도 11 및 도 12를 참고로 설명한다. 도 10에서는 편의상 기판(10, 11)만을 도시한 것이며, 도 7에서 도시한 러빙 방향을 나타내는 벡터 의 zx 평면에 대한 성분을 벡터 로, 전기장의 zx 평면 성분은 벡터 로 나타내었으며, 전기장의 zx 평면 성분 가 x축과 이루는 각은 θ_E로, 액정 분자의 장축이 x축과 이루는 경사각을 θ_LC로 나타내었다. 그런데, 여기에서 벡터 은 xy 평면상에 존재하므로(선경사각은 무시) 는 x 방향이 된다.

전기장의 zx 평면 성분( )의 크기는 아래 기판(10)에서 위 기판(11)으로 갈수록 작아지고, 각도 θ_E또한 아래 기판(10)에서 위 기판(11)으로 갈수록 작아진다.

앞서 설명한 것처럼 배향 처리에 의한 탄성적 복원력의 크기는 두 기판(10, 11)의 표면에서 가장 크고, 액정층의 중앙으로 갈수록 작아진다.

액정 분자들은 이러한 두 가지 힘이 평형을 이루도록 배열하여야 한다. 도 11에 나타낸 것처럼, 아래 기판(10) 표면에서는 배향력이 강하므로 액정 분자들이 x축과 평행하게 배열하지만, 위로 올라갈수록 전기장에 의한 힘이 상대적으로 커지므로 경사각(θ_LC)의 크기가 어느 정도 지점까지는 계속해서 증가하다가 다시 감소하여 위 기판(11) 표면에서는 다시 x축과 평행하게 배열한다. 이때, 곡선의 정점은 아래 기판(10)에 가까운 위치에서 나타난다.

한편, 전기장의 zx 평면 성분( )이 x축에 대하여 이루는 각 θ_E는 경계선(A, D) 상에서는 0에 가깝고 중앙선(B-B) 쪽으로 갈수록 커지며, 전기장의 zx 평면 성분( )의 크기는 경계선(A, D) 상에서 가장 크고 중앙선(B-B) 쪽으로 갈수록 작아진다.

배향 처리에 의한 탄성적 복원력의 크기는 x 축 상에서는 위치에 관계없이 일정하다.

따라서, 도 12에 도시한 바와 같이, 경계선(A, D)에서는 액정 분자의 경사각이 거의 0에 가깝지만 중심선(C, B)으로 갈수록 커져 전기장의 zx 평면 성분( )이 x축과 이루는 각(θ_E)과 유사한 분포를 가진다. 그러나, θ_E보다는 완만하게 변화한다.

이와 같이 두 전극(1, 2)에 전압이 인가되면 액정 분자들은 비틀림각 및 경사각을 가지며 재배열하는데, 그 비틀림각 및 경사각의 변화로 인하여 빛의 투과율이 변화한다. 경계선(A, D) 상에서는 z축을 따라 볼 때 경사각의 변화는 거의 없지만 비틀림각의 변화는 크다. 반면에, 중앙선(B, C) 상에서는 z축을 따라 볼 때 비틀림각의 변화는 거의 없지만 경사각은 약간 변화한다. 따라서, 경계선(A, D)과 중앙선(B, C) 사이의 영역에서는 비틀림각과 경사각이 모두 변화하는 영역이 된다. 결국, 위치에 따른 투과율 곡선은 전기력선의 형태와 유사한 형태가 된다.

이와 같이 형성한 PLS 방식 액정 표시 장치는 평면 구동 방식 액정 표시 장치와 유사한 표시 특성을 나타낸다.

도 13에는 PLS 방식 액정 표시 장치를 정면에서 보았을 때의 투과율 그래프가 나타나 있으며, 도 14는 본 발명의 세 번째 실시예인 PLS 방식 액정 표시 장치에 적용되는 블랙 매트릭스를 나타내는 평면도이다.

도 13에 나타난 바와 같이, PLS 방식 액정 표시 장치의 경우 5 V의 전압을 인가했을 때, 적색과 녹색 화소의 경우 투과율은 각각 0.1 정도로 비슷한 정도의 높은 투과율을 나타내고, 청색 화소는 이에 비해 20% 정도 낮은 0.08 정도의 투과율을 나타낸다. 따라서, 블랙 매트릭스의 개구부는, 도 14에 나타난 바와 같이, 청색 화소에서 최대의 면적을 갖도록 형성하고, 적색 및 녹색 화소의 경우는 세로 길이가 (T_{B /}T_G) * Y_B가 되도록 형성한다.

본 발명의 실시예에서는 블랙 매트릭스의 개구부가 세로 방향으로 긴 직사각형 모양으로 형성되는 경우만을 설명하였지만, 그밖에 블랙 매트릭스가 다른 모양의 개구부를 갖더라도 개구부의 전체 면적과 투과율의 곱이 일정하도록 개구부를 형성하면 본 발명의 실시예에서와 동일한 효과를 얻을 수 있다.

본 발명의 실시예에서와 같이, 각 화소의 개구부의 면적을 투과율에 따라 다르게 형성함으로써 적, 녹, 청색의 단위 화소가 동일한 투과율을 갖도록 할 수 있고, 이에 따라 동일한 후면광과 구동 회로를 여러 가지 구동 방식을 갖는 액정 표시 장치에 적용할 수 있다.

Claims

각각 적, 녹, 청색을 표시하는 화소를 포함하며,

상기 적, 녹, 청색을 표시하는 화소의 개구 면적이 서로 다른 액정 표시 장치.
제1항에서,

상기 적, 녹, 청색을 표시하는 화소의 투과율을 각각 T_R, T_G, T_B라 하고, 상기 적, 녹, 청색 화소의 개구 면적을 각각 S_R, S_G, S_B라 할 때,

상기 적, 녹, 청색 화소의 개구 면적은 T_R* S_R= T_G* S_G= T_B* S_B의 식을 만족하는 액정 표시 장치.
각각 적, 녹, 청색을 표시하는 화소,

상기 적, 녹, 청색을 표시하는 화소를 노출시키는 개구부를 가지고 있는 블랙 매트릭스를 포함하는 액정 표시 장치.
제3항에서,

상기 적, 녹, 청색을 표시하는 화소의 투과율을 각각 T_R, T_G, T_B라 하고, 상기 블랙 매트릭스의 상기 적, 녹, 청색 화소를 노출시키는 개구부의 면적을 각각 S_R, S_G, S_B라 할 때,

상기 블랙 매트릭스의 개구부의 면적은 T_R* S_R= T_G* S_G= T_B* S_B의 식을 만족하는 액정 표시 장치.
제4항에서,

상기 블랙 매트릭스의 개구부는 가로의 길이가 세로의 길이보다 짧은 직사각형으로 형성되어 있으며, 상기 적, 녹, 청색 화소를 노출시키는 개구부의 가로 길이는 서로 같고, 개구부의 세로 길이를 각각 Y_R, Y_G, Y_B라고 할 때,

상기 블랙 매트릭스의 개구부는 T_R* Y_R= T_G* Y_G= T_B* Y_B의식을 만족하는 액정 표시 장치.