KR19990086578A - 컬러 쉬프트가 없는 아이 피 에스 모드 액정 표시 장치 - Google Patents

컬러 쉬프트가 없는 아이 피 에스 모드 액정 표시 장치 Download PDF

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KR19990086578A
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Abstract

본 발명은 컬러 쉬프트가 없는 아이 피 에스 모드 액정 표시 장치를 개시한다. 개시된 본 발명의 액정 표시 장치는, 상하 기판이 소정 거리를 두고 대향되고, 상하 기판 사이의 내측면에는 액정이 끼워진다. 하부 기판 상부에는 제 1 전극과, 제 1 전극과 함께 액정을 구동시키는 제 2 전극이 형성된다. 그리고, 제 1 전극 및 제 2 전극이 형성된 하부 기판과 액정 사이 및 상부 기판과 액정 사이에는 수평 배향막이 각각 형성된다. 이때, 하부 기판에 형성되는 수평 배향막은 제 1 방향의 러빙축을 갖고, 상기 상부 기판에 형성되는 수평 배향막은 역 제 1 방향의 러빙축을 갖는다. 또한, 제 1 전극과 제 2 전극 사이에는 제 1 방향과 90-θ각 만큼의 각도차를 갖는 제 1 전계 및 제 1 방향과 -90+θ각 만큼의 각도차를 갖는 제 2 전계가 동시에 형성된다. 여기서, θ는 45도 이상 90도 미만이다.

Description

컬러 쉬프트가 없는 아이 피 에스 모드 액정 표시 장치
본 발명은 액정 표시 장치(liquid crystal display, 이하 LCD)에 관한 것으로, 보다 구체적으로는, 컬러 쉬프트(color shift)가 없는 아이피에스(IPS: in plan switching) 모드의 액정 표시 장치에 관한 것이다.
일반적으로 IPS-LCD(M.oh-e,Mohta,S.Aratani, and K.Kondo, Proceeding of the 15th International Display Research Conference(Society for Information Display and the intrinsic of Television Engineer of Japan, hamamatsu, Japan 1995) p577]는 TN(twist nematic)-LCD의 좁은 시야각 특성을 개선하기 위하여 제안된 모드이다.
즉, TN-LCD는 상부 기판에 형성된 카운터 전극과 하부 기판에 형성된 화소 전극 사이에서 기판에 수직인 전계가 형성되도록 하는데 반하여, IPS-LCD는 카운터 전극과 화소 전극이 모두 하부 기판상에 배치되므로, 기판에 대하여 수평한 전기장이 형성된다. 이때, 액정 분자들은 전계가 형성되기 이전, 기판과 장축이 평행하도록 배열되면서, 전계가 형성되면, 전계와 광축이 평행하도록 배열되어, TN-LCD보다 시야각이 크게 개선된다.
이러한 종래의 IPS-LCD는 도 1에 도시된 바와 같이, 하부 기판(10)의 상부에 다수개의 게이트 버스 라인이 제 1 방향, 즉 x 방향으로 서로 평행하게 배열되고, 다수개의 데이터 버스 라인이 제 2 방향, 즉 y 방향으로 서로 평행하게 배열되어, 매트릭스 배열을 이루고 있다. 이 매트릭스 배열은 각각 단위 화소 공간을 한정한다. 도 1은 LCD의 단위 셀을 보여주는 도면으로, 각각 한쌍의 게이트 버스 라인(11)과 한 쌍의 데이터 버스 라인(15)이 도시되어 있다. 게이트 버스 라인(11)과 데이터 버스 라인(15)은 게이트 절연막(도시되지 않음)을 사이에 두고 절연되어 있다.
카운터 전극(12)은 단위 화소 공간내에 예를들어, 사각틀 형태를 갖도록 각각 형성된다. 카운터 전극(12)은 게이트 버스 라인(11)과 같이 하부 기판(10)의 표면에 배치된다.
화소 전극(14)은 게이트 절연막(도시되지 않음)을 사이에 두고 카운터 전극(12)의 상부에 배열되어 있으며, 사각틀 형태의 카운터 전극(12)이 둘러싸고 있는 영역을 분할하도록 문자 "Ｉ”자의 형태로 배열된다. 화소 전극(14)은 카운터 전극(12)이 둘러싸는 영역을 분할하는 y 방향으로의 웹(web) 부분(14c)과, x 방향으로 카운터 전극(12)과 오버랩되는 제 1 플랜지 부분(14a) 및 제 2 플랜지 부분(14b)으로 이루어진다. 여기서, 제 1 플랜지 부분(14a)과 제 2 플랜지 부분(14b)은 서로 평행하게 배열되어 있다.
박막 트랜지스터(16)는 게이트 버스 라인(11)과 데이터 버스 라인(12)의 교차 부분에 설치된다. 이 박막 트랜지스터(15)는 게이트 버스 라인(11)으로부터 연장된 게이트 전극, 데이터 버스 라인(15)으로부터 연장되어 형성된 드레인 전극, 화소 전극(14)으로부터 연장된 소오스 전극 및 게이트 전극의 상부에 형성된 채널층(17)을 포함한다.
보조 용량 캐패시터(Cst)는 카운터 전극(12)과 화소 전극(14)이 오버랩되는 부분에서 형성된다.
그리고, 도 1에서는 도시되지 않았지만, 컬러 필터(도시되지 않음)를 구비한 상부 기판(도시되지 않음)은 하부 기판(10)상에 소정거리를 갖으며 대향, 배치된다.
또한, 하부 기판의 결과물 상에는 액정 분자들의 장축이 기판과 거의 평행하게 배열시키는 수평 배향막(도시되지 않음)이 형성되고, 도면에서 "R" 방향은 배향막의 러빙축 방향이다.
이와같이 구성된 하부 기판(10) 상에는 상부 기판(도시되지 않음)이 대향,배치되고, 하부 기판(10)과 상부 기판(도시되지 않음) 사이에는 액정 분자들을 포함하는 액정층이 개재되어, 액정 패널을 완성한다.
하부 기판(10)의 외측면에 편광자(도시되지 않음)가 부착되고, 상부 기판(도시되지 않음)의 외측면에 분해자(도시되지 않음)가 부착된다. 여기서, 편광자의 편광축은 도면에서 "P" 방향과 평행하도록 부착된다. 즉, 배향막의 러빙축 방향(R)과 편광축(P)이 일치되도록 부착된다.
이러한 IPS 모드의 액정 표시 장치는 게이트 버스 라인(11)중 어느 하나에 주사 신호가 인가되고, 데이터 버스 라인(15)에 디스플레이 신호가 인가되면, 신호가 인가된 게이트 버스 라인(11)과 데이터 버스 라인(15)의 교차부근에 위치하는 박막 트랜지스터(16)가 턴온된다. 그러면, 데이터 버스 라인(15)의 디스플레이 신호는 박막 트랜지스터(16)를 통하여 화소 전극(14)에 전달되고, 카운터 전극(12)에는 계속적으로 공통 신호가 인가된다. 따라서, 카운터 전극(12)과 화소 전극(14) 사이에서는 소정의 전압차에 의하여 전계(E)가 발생한다. 이때, 전계(E)는 러빙 방향(R)과는 소정의 각도를 이루며, 기판 표면과 거의 평행하게 형성된다. 이에 따라, 액정 분자는 전계가 형성되기 전에는 기판 표면과 액정 분자의 장축이 평행하면서 러빙 방향과도 일치하도록 배열되다가, 전계가 형성되면, 액정 분자들의 광축이 전계(E)와 평행하게 배열되도록 틀어지게 되므로써, 빛을 누설하게 된다.
이때, 액정 분자는 전계에 따라 액정분자의 장축의 방향만이 변화되고, 액정 분자 자체는 기판 표면에 평행하게 배열되므로, 사용자는 어느 방향에서나 액정 분자의 장축을 보게 되어, 액정 표시 장치의 시야각이 개선된다.
그러나, 상기한 IPS-LCD는 다음과 같은 문제점이 발생된다.
상술한 바와 같이, IPS-LCD에서 액정 분자는 하부 기판 전역에서, 전계가 형성되기 이전에는 배향막의 상태에 의존하여 일률적으로 배열되다가, 전계가 형성되면, 전계와 그것의 광축이 평행하도록 일률적으로 방향이 틀어지게 된다. 이때, 액정 분자들은 공지된 바와 같이, 장축과 단축의 길이가 상이하므로, 장축과 단축에서의 굴절율이 상이하다.
이와같이 액정 분자들이 방향에 따라 굴절율 이방성을 갖고, 액정 분자들이 전계 형성 여부에 따라 일률적으로 배열되므로, 전계 형성시 화면은 소정의 색상을 띤다.
이를 식 1을 참조하여 보다 자세히 설명하도록 한다.
T≒T0sin2(2χ)·sin2(π·Δnd/λ)..............(식 1)
T: 투과율
T0: 참조(reference)광에 대한 투과율
χ: 액정 분자의 광축과 편광자의 편광축이 이루는 각
Δn : 굴절율 이방성
d : 상하 기판사이의 거리 또는 갭(액정층의 두께)
λ: 입사되는 광 파장
상기 식 1에 의하면, Δnd가 변화되면, 최대 광투과율의 광파장(λ)이 변화되고, 이 Δnd가 변화됨에 따라, 화이트 상태에서 컬러 쉬프트가 발생된다. 즉, 액정 분자의 장축을 바라보는 방향(A)에서와, 액정 분자의 단축을 바라보는 방향(B)에서 Δn이 다르므로, 최대 투과율을 얻기 위한 광파장(λ) 변화되어, 변하여진 파장에 해당되는 색상이 발현되는 것이다.
도면에서 액정 분자의 장축을 바라보는 방향(A)에서는 Δn이 상대적으로 증대되므로, 최대 투과율에 이르기 위한 입사광의 파장 또한 상대적으로 길어진다. 이에 따라, 화이트의 파장보다 더 긴 파장을 갖는 노란색이 발현된다.
한편, 액정 분자의 단축을 바라보는 방향(B)에서는 Δn이 상대적으로 감소되므로, 최대 투과율에 이르기 위한 입사광의 파장 또한 상대적으로 짧아진다. 이에 따라, 화이트의 파장보다 더 짧은 파장을 갖는 파란색이 발현된다.
이와같이 화이트 화면을 띠어야 할 때, 모든 방위각에서 노란색 또는 파란색의 색상을 발현하는 것을 컬러 쉬프트라고 하며, 이러한 컬러 쉬프트 현상은 화면의 화질을 감소시킨다.
따라서, 본 발명은 상기한 종래의 문제점을 해결하기 위하여, 보는 방향에 따라 각기 다른 색상을 발현하게 되는 컬러 쉬프트 현상을 방지하여, 화질 특성을 개선시킬 수 있는 컬러 쉬프트 현상이 개선된 액정 표시 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
도 1은 종래의 IPS-LCD의 하부 기판 평면도.
도 2는 본 발명의 실시예 1에 따른 액정 패널의 사시도.
도 3은 본 발명의 실시예 1에 따른 하부 기판 평면도.
도 4는 본 발명의 실시예 1에 따른 카운터 전극의 평면도.
도 5a 및 도 5b는 본 발명의 실시예 1에 있어서, 전계에 따른 액정 분자의 동작을 설명하기 위한 도면.
도 6은 본 발명의 실시예 2에 따른 하부 기판의 평면도.
(도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명)
20 : 하부 기판 21 : 게이트 버스 라인
23 : 카운터 전극 23a-1,23a-2 : 카운터 전극의 바디부
23c : 카운터 전극의 횡형 브렌치
23e-1, 23e-2: 카운터 전극의 사선형 브렌치
23g,23gg : 카운터 전극의 리브 25 : 데이터 버스 라인
27 : 화소 전극 27a : 화소 전극의 바디부
27c : 화소 전극의 횡형 브렌치 27e-1, 27e-2 :화소 전극의 사선형 브렌치
27g : 화소 전극의 리브 28 : 박막 트랜지스터
29 : 하부 수평 배향막 30 : 상부 기판
32 : 컬러 필터 34 : 상부 수평 배향막
37 : 편광자 39 : 분해자
상기한 본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 액정 표시 장치는, 상하 기판이 소정 거리를 두고 대향되고, 상하 기판 사이의 내측면에는 액정이 끼워진다. 하부 기판 상부에는 제 1 전극과, 제 1 전극과 함께 액정을 구동시키는 제 2 전극이 형성된다. 그리고, 제 1 전극 및 제 2 전극이 형성된 하부 기판과 액정 사이 및 상부 기판과 액정 사이에는 수평 배향막이 각각 형성된다. 이때, 하부 기판에 형성되는 수평 배향막은 제 1 방향의 러빙축을 갖고, 상기 상부 기판에 형성되는 수평 배향막은 역 제 1 방향의 러빙축을 갖는다. 또한, 제 1 전극과 제 2 전극 사이에는 제 1 방향과 90-θ각 만큼의 각도차를 갖는 제 1 전계 및 제 1 방향과 -90+θ각 만큼의 각도차를 갖는 제 2 전계가 동시에 형성된다. 여기서, θ는 45도 이상 90도 미만이다.
또한, 본 발명의 다른 실시예에 따르면, 상하 기판은 소정 거리를 두고 대향되며, 상기 상하 기판 사이의 내측면에는 유전율 이방성이 양인 액정이 끼워진다.하부 기판 상에는 게이트 버스 라인과 데이터 버스 라인이 매트릭스 형태로 배열되어, 상기 단위 화소 공간을 한정한다. 단위 화소 공간 각각에는 카운터 전극이 형성되는데, 이 카운터 전극은 직사각틀 형상을 갖는 바디부와, 바디부의 장축면을 연결하면서 상기 게이트 버스 라인과 평행하며 바디부의 공간을 제 1 공간 및 제 2 공간으로 한정하는 횡형 브렌치와, 상기 바디부 또는 횡형 브렌치로부터 제 1 공간 및 제 2 공간으로 사선 형태로 분기되는 수개의 사선형 브렌치를 포함한다. 또한, 단위 화소 공간에 각각 형성되면서 카운터 전극과 함께 전계를 형성하는 화소 전극으로서, 상기 화소 전극은 카운터 전극 바디부의 장축면중 어느 하나와 오버랩되면서 데이터 버스 라인과 평행한 바디부와, 바디부로 부터 분기되며 카운터 전극의 횡형 브렌치와 오버랩되는 횡형 브렌치와, 상기 바디부 또는 횡형 브렌치로 부터 제 1 공간과 제 2 공간으로 사선 형태로 분기된 수 개의 사선형 브렌치를 포함한다. 이때, 화소 전극의 사선형 브렌치는 카운터 전극의 사선형 브렌치 사이에 각각 배치된다. 게이트 버스 라인과 데이터 버스 라인의 교차점 부근에는 데이터 버스 라인의 신호를 화소 전극에 전달하는 스위칭 소자가 구비되며, 카운터 전극 및 화소 전극이 형성된 하부 기판과 액정 사이 및 상부 기판과 액정 사이에는 수평 배향막이 각각 형성된다. 여기서, 하부 기판에 형성되는 수평 배향막은 상기 게이트 버스 라인과 평행한 방향의 러빙축을 갖고, 상부 기판에 형성되는 수평 배향막은 역 제 1 방향의 러빙축을 갖는다. 여기서, 각 공간내의 사선형 브렌치들은 모두 평행하고, 상기 제 1 공간에 형성된 사선형 브렌치는 상기 횡형 브렌치와 θ각 만큼의 각도차를 갖고, 상기 제 2 공간에 형성된 사선형 브렌치는 상기 횡형 브렌치와 -θ각 만큼의 각도차를 갖으며, 상기 θ는 45도 이상 90도 미만인 것을 특징으로 한다.
이때, 카운터 전극과 화소 전극의 사선형 브렌치의 폭은 카운터 전극의 사선형 브렌치와 상기 화소 전극의 사선형 브렌치 간의 간격보다 좁다.
또한, 카운터 전극의 제 1 공간 및 제 2 공간의 모서리 부분중 선택되는 부분에 가장자리 전계 방지용 리브를 추가로 설치된다. 이때, 리브는 직각 삼각형 형상을 가지며, 리브의 빗변이 사선형 브렌치와 평행하게 배치될 수 있는 모서리 부분에 각각 설치된다. 아울러, 카운터 전극에서, 사선형 브렌치와 바디부 및 횡형 브렌치와 만나는 교점 부분 중 예각을 이루는 부분에 리브를 추가로 설치한다.
또한, 화소 전극의 사선형 브렌치의 양단 중 적어도 하나 이상의 부분 이상에도 가장자리 전계를 방지하기 위하여, 제 1 공간의 내측면을 따라서 소정 방향으로 절곡된다. 이때, 화소 전극의 사선형 브렌치의 양단은 화소 전극의 사선형 브렌치와 카운터 전극의 바디부 및 화소 전극의 횡형 브렌치와 만나는 교점에서 둔각을 이루는 영역 측으로 절곡된다. 아울러, 화소 전극의 사선형 브렌치와 카운터 전극의 바디부 및 화소 전극의 횡형 브렌치와 만나는 교점 부분에서 예각을 이루는 영역에 추가로 가장자리 전계 방지용 리브를 설치한다.
본 발명에 의하면, 하나의 단위 화소 공간에 서로 다른 방향을 가지며 대칭인 전계가 동시에 걸리도록 하여, 액정이 서로 다른 방향으로 틀어지면서 대칭되도록 배치된다. 이에 따라, 사용자는 액정 분자의 장축 및 단축을 동시에 보게 되어, 액정 분자의 색띰을 보상한다.
이하 첨부한 도면에 의거하여 본 발명의 바람직한 실시예를 자세히 설명하도록 한다.
(실시예 1)
첨부한 도면 도 2는 본 발명에 따른 액정 표시 패널의 사시도이고, 도 3은 본 발명의 실시예 1을 설명하기 위한 LCD 단위 화소의 평면도이고, 도 4는 본 발명의 실시예 1에서의 카운터 전극만을 도시한 평면도이다.
도 2를 참조하여, 액정 패널(100)은 하부 기판(20)과 상부 기판(30)이 대향 배치된다. 이때, 하부 기판(20)과 상부 기판(30)은 모두 투명한 재질로 된 절연 기판이다. 하부 기판(20)과 상부 기판(30) 사이에는 액정(35)이 봉입된다. 여기서, 액정(35)은 유전율 이방성이 양인 물질을 사용한다.
여기서, 하부 기판(20) 상부에는 도 3에 도시된 바와 같이, 게이트 버스 라인(21)이 도면에서 x 방향으로 연장되고, 데이터 버스 라인(25)은 x방향과 실질적으로 수직인 y 방향으로 연장 배치되어, 단위 화소 공간(P)이 한정된다. 도면에서는 하나의 단위 화소 공간(P)를 나타내기 위하여, 한 쌍의 게이트 버스 라인(21)과 한 쌍의 데이터 버스 라인(25)을 도시하였다. 또한, 단위 화소 공간(P)은 가로 대 세로의 비가 거의 1 대 3 정도의 직사각형의 형상을 갖는다. 그리고, 게이트 버스 라인(21)과 데이터 버스 라인(25)은 그것들 사이에 게이트 절연막(도시되지 않음)이 개재되어 전기적으로 절연된다.
카운터 전극(23)은 단위 화소 공간(P)내에 각각 형성된다. 이때, 카운터 전극(24)은 게이트 버스 라인(22) 및 데이터 버스 라인(25)과 각각 소정 간격만큼 이격되어 배치된다. 여기서, 카운터 전극(23)은 도 4에 도시된 바와 같이, 전체적으로 사각틀 형상을 갖는 바디부(23a)를 포함한다. 이때, 바디부(23a)의 형상은 단위 화소 공간(P)을 소정 비율로 축소시킨 직사각틀 형상으로 형성된다. 도면에서 23a-1은 x 방향으로 연장된 바디부(23a)이고, 23a-2는 y 방향으로 연장된 바디부(23a)이다. 그리고, 카운터 전극(23)은 y 방향과 평행하는 바디부(23a-2)간을 연결하는 횡형 브렌치(23c)를 포함한다. 여기서, 횡형 브렌치(23c)는 x 방향과 평행하며, 바디부(23a)의 중앙에 배치되어, 바디부(23a)으로 둘러싸여지는 공간을 제 1 공간(AP1)과 제 2 공간(AP2)로 이분한다. 이때, 제 1 공간(AP1)과 제 2 공간(AP2)의 크기가 동일함이 바람직하다. 카운터 전극(23)은 횡형 브렌치(23c)를 중심으로 제 1 공간(AP1)과 제 2 공간(AP2)내로 사선 형태로 배치된 수개 예를들어, 3개의 사선형 브렌치(23e-1, 23e-2)를 포함한다. 사선형 브렌치(23e-1, 23e-2)는 제 1 공간(AP1) 및 제 2 공간(AP2)를 구획하여, 서브 공간(sub 1∼4, sub_1∼4)으로 분할한다. 이때, 사선형 브렌치(23e-1,23e-2)는 각 공간(AP1, AP2)에 한하여 서로 등간격으로 평행하게 배치될수 있으며, 또는 간격은 일정하지 않은채로 평행하게 배치될 수 있다. 또한, 제 1 공간(AP1)에 배치된 사선형 브렌치(23e-1)와 제 2 공간(AP2)에 배치된 사선형 브렌치(23e-2)는 대칭을 이루면서, 횡형 브렌치(23c)에 대하여 절대값이 동일한 각도(θ, 180-θ)로 경사진다. 본 실시예에서는 θ만큼의 각도차를 갖도록 사선형 브렌치(23e-1,23e-2)를 형성한다.
또한, 본 실시예에서는 카운터 전극(23)에 있어서, 제 1 공간(AP1)과 제 2 공간(AP2)의 모서리 부분에 원하지 않는 가장자리 전계의 발생을 방지하기 위하여, 모서리 부분 중 선택되는 소정 부분에 리브(23g:rib)를 형성한다. 가장자리 전계에 대하여는 본 출원인들에 의하여 기 출원된 97-66700호에 자세히 설명되어 있다. 여기서, 리브(23g)는 직각 삼각형 형상을 갖으며, 제 1 공간(AP1)에 형성되는 리브(23g)는 그것의 빗변이 제 1 공간(AP1)에 형성되는 사선형 브렌치(23e-1)와 평행을 이룰수 있는 위치 즉, 제 1 공간(AP1)의 서브 공간 1(sub1)과 서브 공간 4(sub 4)에서 모서리가 이루는 각이 90도가 되는 부분에 끼워진다. 또한, 제 2 공간(AP2)에 형성되는 리브(23g) 역시 그것의 빗변이 제 2 공간(AP2)에 형성되는 사선형 브렌치(23e-2)와 평행을 이루는 위치 즉, 제 2 공간(AP2)의 서브 공간 1(sub_1)과 서브 공간 4(sub_2)에 끼워진다.
화소 전극(27) 역시 단위 화소 공간(P)에 각각 배치된다. 이때, 화소 전극(27)은 공지된 바와 같이, 게이트 절연막을 사이에 두고 카운터 전극(23) 상부에 형성된다. 여기서, 화소 전극(27)또한 바디부(27a)를 갖는데, 이 화소 전극(27)의 바디부(27a)는 카운터 전극(23)의 바디부(23a-1, 23a-2) 더욱 바람직하게는, y 방향을 취하면서 해당 데이터 버스 라인(25)과 인접하는 카운터 전극(23)의 바디부(23a-2)와 오버랩되도록 배치된다. 또한, 화소 전극(27)의 바디부(27a)는 데이터 버스 라인(25)과 평행하며, 카운터 전극(23)의 바디부(23a-2)의 폭보다 같거나, 적은 폭을 갖을 수 있다. 그리고, 화소 전극(27)은 카운터 전극(23)의 횡형 브렌치(23c)와 오버랩되면서, 화소 전극(27)의 바디부(27a)로부터 연장되는 횡형 브렌치(27c)를 포함한다. 화소 전극(27)의 횡형 브렌치(27c)는 카운터 전극(23)의 횡형 브렌치(23c)의 폭보다 같거나 적은 폭을 갖으며, x방향으로 연장된다.
그리고, 화소 전극(27)은 바디부(27a) 또는 횡형 브렌치(27c)로부터 연장되면서, 제 1 공간(AP1)과 제 2 공간(AP2) 공간을 향하여 각각 분기되어진 다수개 예를들어, 각 공간당 4개씩의 사선형 브렌치(27e-1, 27e-2)를 포함한다. 화소 전극의 사선형 브렌치 역시 상기 제 1 및 제 2 공간(AP1,AP2)을 구획한다. 화소 전극(27)의 사선형 브렌치(27e-1, 27e-2)는 명칭에서 내포하는 바와 같이, 게이트 버스 라인(21) 및 데이터 버스 라인(25)에 대하여 각각 사선 형태를 취하며, 각 공간 별로 카운터 전극(23)의 사선형 브렌치(23e-1, 23e-2)와 실질적으로 평행하면서, 카운터 전극(23)의 사선형 브렌치(23e-1, 23e-2) 사이사이에 배치된다. 바람직하게는, 화소 전극(27)의 사선형 브렌치(27e-1, 27e-2)가 카운터 전극(23)의 사선형 브렌치(23e-1, 23e-2)들 사이의 중앙에 배치되어, 화소 전극(27)의 사선형 브렌치(27e-1, 27e-2)와 카운터 전극(23)의 사선형 브렌치(23e-1, 23e-2) 사이에는 소정의 개구 영역이 존재한다. 이때, 화소 전극(27)의 사선형 브렌치(23e-1, 23e-2)의 양 단중 적어도 한 부분 이상, 바람직하게는 양단부 모두는 서브 공간(sub 1∼4, sub_1∼4)의 모서리 부분에 발생되는 가장자리 전계를 최소화하기 위하여 소정 방향으로 절곡되어 있다. 여기서, 화소 전극(27)의 사선형 브렌치(27e-1, 27e-2) 양단은 사선형 브렌치(27e-1, 27e-2)와 카운터 전극(23)의 바디부(23a) 또는 횡형 브렌치(23c)가 이루는 각 증 둔각을 이루는 부분을 향하면서, 카운터 전극(23)의 바디부(23a)의 내벽을 따라서 절곡된다. 부가하자면, 화소 전극(27)의 사선형 브렌치(27e-1, 27e-2)는 사선 형태이므로, 카운터 전극(23)의 바디부(23a)와 직교되지 않는다. 이에 따라, 예각인 영역과 둔각인 영역이 발생되고, 사선형 브렌치(27e-1,27e-2)의 양단은 둔각측에서 더욱 많이 발생되는 가장자리 전계를 없애고자, 둔각측을 향하여 절곡되는 것이다. 아울러, 화소 전극(27)의 사선형 브렌치(27e-1, 27e-2) 중 바디부(27a)와 횡형 브렌치(27c) 측에서 절곡되는 부분은 바디부(27a) 및 횡형 브렌치(27c)와 접한다.
그리고, 본 실시예에서는, 액정(35)으로 유전율 이방성이 양인 물질을 사용하였으므로, 최대 투과율을 얻기 위하여, 사선형 브렌치들(23e-1, 23e-2, 27e-1, 23-e2)과 횡형 브렌치(23c, 27c)가 이루는 각(θ)이 바람직하게는 45도 이상 또는 -45도 이하가 한다 되도록 하고, 사선형 브렌치들(23e-2, 27e-2)과 횡형 브렌치(23c, 27c)가 이루는 각(θ2)이 바람직하게는 -45도 이하가 되도록 한다.
이에 대하여 보다 자세히 설명하면, 일반적인 IPS-LCD의 투과율은 상술한 식 1과 같다. 이에 따라, 최대의 투과율은 액정 분자의 광축과 편광자의 편광축이 이루는 각(χ)이 45도 일 때 얻어진다. 이에따라, 최대 투과율을 얻기 위하여는 액정 분자가 틀어지는 각(θ)가 45도 구간을 포함하도록 설정되어야 한다. 이에 대하여는 본 출원인에 의하여 기출원된 98-9243호에 자세히 기재되어 있다.
또한, 카운터 전극(23)과 화소 전극(27)은 모두 불투명 금속막 또는 투명 금속막으로 형성될 수 있다. 그리고, 본 실시예서는, 상기 사선형 브렌치(23e-1, 23e-2, 27e-1, 27e-2)사이의 개구율을 늘리기 위하여, 카운터 전극(23) 및 화소 전극(27)의 사선형 브렌치(23e-1, 23e-2, 27e-1, 27e-2)의 폭보다 카운터 전극(23)의 사선형 브렌치(23e-1, 23e-2)와 화소 전극(27)의 사선형 브렌치(27e-1, 27e-2)간의 간격을 더욱 크게 함이 바람직하다.
그리고, 리브들을 포함하는 카운터 전극과 화소 전극은 투명한 전극으로 형성할 수도 있고, 불투명 금속막으로 형성할 수도 있다.
카운터 전극(23)과 화소 전극(27)이 오버랩되는 각 부분에서는 보조 용량 캐패시터가 형성된다. 즉, 카운터 전극(23)의 바디부(23a)와 화소 전극(27)의 바디부(27a), 카운터 전극(23)의 횡형 브렌치(23c)와 화소 전극(27)의 횡형 브렌치(27c) 및 카운터 전극(23)의 바디부(23a)와 화소 전극(27)의 사선형 브렌치(27e-1, 27e-2)의 절곡된 부분등에서 보조 용량 캐패시터가 형성된다.
게이트 버스 라인(21)과 데이터 버스 라인(25)의 교차점에는 스위칭 소자인 박막 트랜지스터(28)가 형성된다. 박막 트랜지스터(28)는 게이트 전극인 게이트 버스 라인(21), 소오스 전극인 화소 전극(27)의 바디부(27a), 드레인 전극인 데이터 버스 라인(25) 및 게이트 버스 라인(21)과 데이터 버스 라인(25)의 교차점 부근에 존재하는 채널층(28a)을 포함한다. 여기서, 박막 트랜지스터(28)는 공지된 바와 같이, 게이트 버스 라인(21)의 신호에 따라, 스위칭하는 역할을 한다.
이러한 구조물이 형성된 하부 기판(20)의 결과물 표면에는 도 2에 도시된 바와 같이, 제 1 배향막(29)이 형성된다. 이때, 제 1 배향막(29)은 프리틸트각이 약 5도 이하인 수평 배향막으로, 제 1 배향막(29)은 x 방향으로 러빙되어져 있다.
이때, 제 1 배향막(29)의 러빙 방향을 x로 하는 것은 이후에 형성될 전계를 고려하여, 최대 투과율을 얻기 위함이다.
상부 기판(30)의 액정(35) 대향면에는 컬러 필터(32)가 설치되고, 컬러 필터의 표면에는 제 2 배향막(34)이 형성된다. 제 2 배향막(34) 역시 수평 배향막으로서, -x 방향으로 러빙되어져 있다. 도면에서 R1, R2는 제 1 배향막(29)과 제 2 배향막(34)의 러빙 방향을 나타낸다.
그리고, 하부 기판(20)의 외측 표면에는 편광자(37)가 배치되고, 상부 기판(30)의 외측 표면에는 분해자(39)가 배치된다. 여기서, 편광자(37)의 편광축(P)은 제 1 배향막(29)의 러빙축(R1)과 동일한 방향인 x 방향이고, 분해자(39)의 흡수축(A)은 편광자(37)의 편광축(P)과 수직인 y 방향이다.
이러한 구성을 갖는 IPS-LCD는 다음과 같이 동작된다.
먼저, 게이트 버스 라인(21)이 선택되지 않으면, 화소 전극(27)에는 신호가 인가되지 않아, 카운터 전극(23)과 화소 전극(27) 사이에 전계가 형성되지 않는다. 그러면, 편광자(58)를 통과하여 직선 편광된 광의 진행 방향은 제 1 배향막(29)의 러빙축(R1)에 따라 배열된 액정 분자의 장축과 일치되므로, 광은 편광 상태의 변화없이, 액정(35)을 통과하게 된다. 그리고, 액정(57)을 통과한 광은 편광축(P)과 수직인 흡수축(A)을 갖는 분해자(39)에 의하여 차단되어, 화면은 다크 상태가 된다.
한편, 게이트 버스 라인(21)에 주사 신호가 인가되고, 데이터 버스 라인(25)에 디스플레이 신호가 인가되면, 게이트 버스 라인(21)과 데이터 버스 라인(25)의 교차점 부근에 형성되는 박막 트랜지스터(28)가 턴온되어, 디스플레이 신호가 화소 전극(27)에 전달된다. 이때, 카운터 전극(23)에는 디스플레이 신호와 소정의 전압차를 갖는 공통 신호가 계속적으로 인가되고 있는 상태이므로, 카운터 전극(23)과 화소 전극(27) 사이에 전계(E1,E2)가 형성된다. 이때, 실질적으로 전계가 형성되는 부분은 카운터 전극(23)의 사선형 브렌치(23e-1, 23e-2)과 화소 전극(27)의 사선형 브렌치(27e-1, 27e-2) 사이의 공간이고, E1은 제 1 공간(AP1)에서 발생되는 전계이고, E2는 제 2 공간(AP2)에서 발생되는 전계를 나타낸다. 이때, 전계(E1, E2)는 각각의 공간별로 사선형 브렌치(23e-1, 23e-2, 27e-1, 27e-2)의 법선의 형태로 형성되므로, 횡형 브렌치(23c, 27c)를 기준으로, 상하 대칭적인 사선 형태를 갖는다.
이러한 전계(E1, E2)의 발생에 따라, 장축이 x 방향과 평행하게 배열되어 있던 액정 분자들은 각각 해당 전계(E1, E2)와 그것의 장축이 평행하도록 틀어진다. 이때, 하나의 단위 화소 공간(P)에서는 서로 다른 두 방향을 갖는 전계(E1, E2)가 형성되므로, 액정 분자들은 서로 다른 두 방향으로 틀어지면서 대칭,배열된다. 즉, 도 5a에 도시된 바와 같이, 제 1 공간(AP1)에 있는 액정 분자(35a)는 전계(E1)과 그것의 장축을 일치시키기 위하여 시계 방향으로 틀어진다. 이때, 액정 분자(35a)가 틀어지는 각(χ)은 45도 이상이 된다. 또한, 도 5b에 도시된 바와 같이, 제 2 공간(AP2)에 있는 액정 분자(35a)는 전계(E2)와 그것의 장축을 일치시키기 위하여 반시계 방향으로 틀어진다. 아울러, 45도 구간을 지나므로 최대 투과율을 얻게된다.
이에 따라, 하나의 단위 화소 공간(P)은 액정 분자들이 전계(E1)의 형태로 배열되는 제 1 도메인 영역과, 전계(E2)의 형태로 배열되는 제 2 도메인 영역으로 나뉘어져, 이중 도메인이 형성된다. 이와같이, 액정 분자들이 배열되면, 사용자가 모든 방위각에서 화면을 볼 때, 액정 분자의 장축과 단축이 동시에 보이게 되어, 액정 분자의 굴절율 이방성이 보상된다. 그러므로, 컬러 쉬프트 현상이 발생되지 않는다.
따라서, 편광자(37)를 통과하여 직선 편광된 광은 액정 분자의 장축(35a)과 약 45도 정도의 각을 이루는 액정(35)을 통과하면서 타원 편광되고, 타원 편광된 광은 분해자(39)의 흡수축(A) 통과하게 된다. 따라서, 화면은 화이트 상태가 된다.
(실시예 2)
도 6은 본 발명의 실시예 2에 따른 IPS-LCD의 하부 기판 평면도이다.
본 실시예는 상기 실시예 1과 거의 동일한 구성 및 동일한 동작을 하고, 실시예 1의 개구공간의 모서리 부분에 발생되는 가장자리 전계를 더욱 줄이고자, 카운터 전극(23)과 화소 전극(27)의 모서리 중 선택된 부분에 추가적으로 리브를 설치한다.
즉, 도 6에서와 같이, 우선 카운터 전극(23)에서는 바디부(23a-1,23a-2)와 사선형 브렌치(23e-1, 23e-2)가 만나는 교점 부분중 예각을 이루는 부분과 횡형 브렌치(23c)와 사선형 브렌치(23e-1,23e-2)가 만나는 교점 부분중 예각을 이루는 부분 각각에 삼각형 형상의 리브(23gg)를 삽입, 설치한다. 이에따라, 개구 공간의 모서리 부분 즉, 리브(23gg)와 화소 전극(27)의 사선형 브렌치(27e-1, 27e-2)의 절곡된 부분 사이에는 주된 전계와 거의 평행한 전계를 형성하게 된다.
또한, 화소 전극(27)에서도 상기 카운터 전극(23)과 마찬가지로 가장자리 전계를 최소화하기 위하여, 사선형 브렌치(27e-1,27e-2)의 절곡부위 반대편에 각각 리브(27g)를 설치한다. 즉, 사선형 브렌치(27e-1,27e-2)와 바디부(27a)가 만나는 교점 부분중 예각을 이루는 부분과, 사선형 브렌치(27e-1,27e-2)와 횡형 브렌치(27c) 만나는 교점 부분중 예각을 이루는 부분 각각에 삼각형 형상의 리브(27g)를 삽입 설치한다. 이에따르면, 개구 영역의 모서리 부분에서 주된 전계와 거의 평행한 전계가 형성된다.
이상에서 자세히 설명된 바와 같이, 본 발명에 의하면, 하나의 단위 화소 공간에 방향을 달리하며, 대칭을 이루는 두 개의 사선형 전계가 형성된다. 이에따라, LCD에 전계 인가시, 하나의 단위 화소 공간에서 액정분자들이 서로 다른 방향으로 틀어져서, 이중 도메인이 형성된다. 이에 따라, 사용자는 어떠한 방위각에서 보더라도 액정 분자의 장축 및 단축이 동시에 보이게 되므로, IPS-LCD의 컬러 쉬프트 현상을 방지하게 된다.
기타, 본 발명은 그 요지를 일탈하지 않는 범위에서 다양하게 변경하여 실시할 수 있다.

Claims (21)

  1. 소정거리만큼 이격,대향되는 상하 기판;
    상기 상하 기판 사이의 내측면에 협지되는 액정 분자를 포함하는 액정;
    상기 하부 기판의 내측면에 형성되는 제 1 전극;
    상기 하부 기판의 내측면에 형성되며, 제 1 전극과 함께 전계를 형성하여, 액정을 구동시키는 제 2 전극;
    상기 제 1 전극과 제 2 전극 사이에 전계가 형성되기 이전에, 액정내의 액정 분자들은 기판의 표면과 장축이 거의 평행하면서, 상기 액정 분자의 장축들이 제 1 방향을 향하도록 배열되고,
    상기 제 1 전극과 제 2 전극 사이에 소정의 전압이 인가되면, 상기 제 1 방향과 90-θ각만큼의 각도차를 갖는 제 1 전계 및 제 1 방향과 -90+θ각 만큼의 각도차를 갖는 제 2 전계가 동시에 형성되고,
    상기 θ는 45도 이상 90도 미만인 것을 특징으로 하는 컬러 쉬프트가 없는 아이 피 에스 모드 액정 표시 장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 전극은 상기 제 1 방향과 θ각 만큼의 각도차를 갖는 수개의 사선형 브렌치와, 상기 제 1 방향과 -θ각 만큼의 각도차를 갖는 수개의 사선형 브렌치를 포함하고,
    상기 제 2 전극은 상기 제 1 방향과 θ각 만큼의 각도차를 갖는 수개의 사선형 브렌치와, 상기 제 1 방향과 -θ각 만큼의 각도차를 갖는 수개의 사선형 브렌치를 포함하며,
    상기 제 2 전극의 사선형 브렌치는 제 1 전극의 사선형 브렌치 사이에 각각 설치되는 것을 특징으로 하는 컬러 쉬프트가 없는 아이 피 에스 모드 액정 표시 장치.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 하부 기판의 외측면에는 편광자가 배치되고, 상기 상부 기판의 외측면에는 분해자가 배치되며,
    상기 편광자의 편광축은 제 1 방향과 일치하고, 상기 분해자의 흡수축은 상기 편광축과 수직인 방향인 것을 특징으로 하는 컬러 쉬프트가 없는 아이 피 에스 모드 액정 표시 장치.
  4. 제 3 항에 있어서, 상기 액정은 유전율 이방성이 양인 액정인 것을 특징으로 하는 컬러 쉬프트가 없는 아이 피 에스 모드 액정 표시 장치.
  5. 제 4 항에 있어서, 상기 제 1 전극의 사선형 브렌치와 상기 제 2 전극의 사선형 브렌치의 폭은, 상기 제 1 전극의 사선형 브렌치와 상기 제 2 전극의 사선형 브렌치 사이의 간격보다 좁은 것을 특징으로 하는 컬러 쉬프트가 없는 아이 피 에스 모드 액정 표시 장치.
  6. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 제 1 및 제 2 전극은 투명한 재질로 된 것을 특징으로 하는 컬러 쉬프트가 없는 아이 피 에스 모드 액정 표시 장치.
  7. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 제 1 및 제 2 전극이 형성된 하부 기판과 액정 사이와 상부 기판과 액정 사이에는 수평 배향막이 개재되고,
    상기 하부 기판에 형성되는 수평 배향막은 제 1 방향으로의 러빙축을 갖으며, 상기 상부 기판에 형성되는 수평 배향막은 역 제 1 방향으로의 러빙축을 갖는 것을 특징으로 하는 컬러 쉬프트가 없는 아이 피 에스 모드 액정 표시 장치.
  8. 소정거리 만큼 이격,대향되는 상하 기판;
    상기 상하 기판 사이의 내측면에 끼워지는 액정;
    상기 하부 기판에 형성되고, 매트릭스 형태로 배열되며, 상기 단위 화소 공간을 한정하는 게이트 버스 라인과 데이터 버스 라인;
    상기 하부 기판의 단위 화소 공간 각각에 형성되고, 직사각틀 형상을 갖는 바디부와, 바디부의 장축 변들을 연결하면서 상기 게이트 버스 라인과 평행하며 바디부로 둘러싸인 공간을 제 1 공간 및 제 2 공간으로 한정하는 횡형 브렌치와, 상기 바디부 또는 횡형 브렌치로부터 제 1 공간 및 제 2 공간으로 사선 형태로 분기되는 수개의 사선형 브렌치를 포함하는 카운터 전극;
    상기 하부 기판의 단위 화소 공간에 각각 형성되면서 상기 카운터 전극과 함께 전계를 형성하고, 상기 카운터 전극 바디부의 장축면중 어느 하나와 오버랩되면서 데이터 버스 라인과 평행한 바디부와, 상기 바디부로부터 분기되며 상기 카운터 전극의 횡형 브렌치와 오버랩되는 횡형 브렌치와, 상기 바디부 또는 횡형 브렌치로부터 제 1 공간과 제 2 공간으로 사선형태로 분기된 수개의 사선형 브렌치를 포함하고, 상기 사선형 브렌치는 상기 카운터 전극의 사선형 브렌치 사이에 각각 배치되는 화소 전극;
    상기 게이트 버스 라인과 데이터 버스 라인의 교차점 부근에 형성되며, 상기 데이터 버스 라인의 신호를 화소 전극에 전달하는 스위칭 소자;
    상기 카운터 전극 및 화소 전극이 형성된 하부 기판과 액정 사이 및 상부 기판과 액정 사이에 각각 끼워지는 수평 배향막을 포함하며,
    상기 하부 기판에 형성되는 수평 배향막은 상기 게이트 버스 라인과 평행한 방향의 러빙축을 갖고, 상부 기판에 형성되는 수평 배향막은 역 제 1 방향의 러빙축을 갖으며,
    상기 각 공간에 배치된 사선형 브렌치들은 모두 평행하고, 상기 제 1 공간에 형성된 사선형 브렌치는 상기 횡형 브렌치와 θ각 만큼의 각도차를 갖고, 상기 제 2 공간에 형성된 사선형 브렌치는 상기 횡형 브렌치와 -θ각 만큼의 각도차를 갖으며,
    상기 θ는 45도 이상 90도 미만인 것을 특징으로 하는 컬러 쉬프트가 없는 아이 피 에스 모드 액정 표시 장치.
  9. 제 8 항에 있어서, 상기 하부 기판의 외측면에는 편광자가 배치되고, 상기 상부 기판의 외측면에는 분해자가 배치되며,
    상기 편광자의 편광축은 상기 하부 기판의 러빙축과 일치하고, 상기 분해자의 흡수축은 편광축과 수직인 방향으로 배치되는 것을 특징으로 하는 컬러 쉬프트가 없는 아이 피 에스 모드 액정 표시 장치.
  10. 제 8 항 또는 제 9 항에 있어서, 상기 액정은 유전율 이방성이 양인 물질인 것을 특징으로 하는 컬러 쉬프트가 없는 아이 피 에스 모드 액정 표시 장치..
  11. 제 10 항에 있어서, 상기 카운터 전극과 화소 전극의 사선형 브렌치의 폭은 상기 카운터 전극의 사선형 브렌치와 상기 화소 전극의 사선형 브렌치 간의 간격보다 좁은 것을 특징으로 하는 컬러 쉬프트가 없는 아이 피 에스 모드 액정 표시 장치.
  12. 제 8 항에 있어서, 상기 카운터 전극의 횡형 브렌치는 카운터 전극의 바디부의 중앙에 설치되는 것을 특징으로 하는 컬러 쉬프트가 없는 아이 피 에스 모드 액정 표시 장치.
  13. 제 12 항에 있어서, 상기 카운터 전극의 사선형 브렌치와 상기 화소 전극의 사선형 브렌치는 바디부의 공간을 구획할 수 있을 정도의 길이를 갖는 것을 특징으로 하는 컬러 쉬프트가 없는 아이 피 에스 모드 액정 표시 장치.
  14. 제 13 항에 있어서, 상기 카운터 전극의 제 1 공간 및 제 2 공간의 모서리 부분중 선택되는 부분에 가장자리 전계 방지용 리브를 추가로 설치하는 것을 특징으로 하는 컬러 쉬프트가 없는 아이 피 에스 모드 액정 표시 장치.
  15. 제 14 항에 있어서, 상기 리브는 직각 삼각형 형상을 가지며, 상기 리브의 빗변이 사선형 브렌치와 평행하게 배치될 수 있는 모서리 부분에 각각 설치되는 것을 특징으로 하는 컬러 쉬프트가 없는 아이 피 에스 모드 액정 표시 장치.
  16. 제 15 항에 있어서, 상기 카운터 전극에서, 사선형 브렌치와 바디부 및 횡형 브렌치와 만나는 교점 부분에서 예각을 이루는 부분에 리브를 추가로 설치하는 것을 특징으로 하는 컬러 쉬프트가 없는 아이 피 에스 모드 액정 표시 장치.
  17. 제 15 항 또는 제 16 항에 있어서, 상기 화소 전극의 사선형 브렌치의 양단 중 적어도 하나 이상의 부분은 제 1 공간의 내측면을 따라서, 소정 방향으로 절곡된 것을 특징으로 하는 컬러 쉬프트가 없는 아이 피 에스 모드 액정 표시 장치.
  18. 제 17 항에 있어서, 상기 화소 전극의 사선형 브렌치의 양단 중 적어도 하나 이상의 부분은, 상기 사선형 브렌치와 카운터 전극의 바디부 및 화소 전극의 횡형 브렌치와 만나는 교점에서 둔각을 이루는 영역 측으로 절곡되는 것을 특징으로 하는 컬러 쉬프트가 없는 아이 피 에스 모드 액정 표시 장치.
  19. 제 16 항 또는 제 18 항에 있어서, 상기 화소 전극의 사선형 브렌치와 카운터 전극의 바디부 및 화소 전극의 횡형 브렌치와 만나는 교점 부분에서 예각을 이루는 영역에 추가로 가장자리 전계 방지용 리브를 설치하는 것을 특징으로 하는 컬러 쉬프트가 없는 아이 피 에스 모드 액정 표시 장치.
  20. 제 8 항에 있어서, 상기 카운터 전극과 화소 전극은 투명한 재질로 된 것을 특징으로 하는 컬러 쉬프트가 없는 아이 피 에스 모드 액정 표시 장치.
  21. 제 8 항에 있어서, 상기 카운터 전극과 화소 전극이 오버랩되는 부분에서 스토리지 캐패시터가 형성되는 것을 특징으로 하는 컬러 쉬프트가 없는 아이 피 에스 모드 액정 표시 장치.
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