KR19990086579A - 아이피에스 모드 액정 표시 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 컬러 쉬프트가 제거되고, 고개구율 및 고투과율을 갖는 액정 표시 장치를 개시한다.
개시된 본 발명의 액정 표시 장치는, 상하부 기판은 액정층을 사이에 두고 대향된다. 게이트 버스 라인과 데이터 버스 라인은 하부 기판상에 매트릭스 형태로 수직으로 교차 배설되어, 서브 화소 공간을 한정한다. 카운터 전극은 서브 화소 공간내의 형성되고, 화소 전극은 카운터 전극과 함께 전계를 형성하도록 서브 화소 공간내에 형성된다. 박막 트랜지스터는 게이트 버스 라인과 데이터 버스 라인의 교차점 부근에 형성되어, 상기 게이트 버스 라인 선택시 데이터 버스 라인의 신호를 화소 전극으로 스위칭하고, 수평 배향막은 상, 하부 기판의 내측면에 각각 형성된다. 게이트 절연막은 게이트 버스 라인과 데이터 버스 라인을 절연시키면서, 상기 카운터 전극과 화소 전극간을 절연시킨다. 여기서, 서브 화소 공간중 선택된 어느 하나의 서브 화소 공간에서, 화소 전극과 카운터 전극 사이에 형성되는 전계는 상기 게이트 버스 라인 및 데이터 버스 라인에 대하여 사선 형태를 취하며, 상기 선택된 서브 화소 공간의 상하좌우 인접한 서브 공간에 형성되는 전계는 상기 선택된 서브 화소 공간에 형성되는 전계와 대칭을 이루는 것을 특징으로 한다.

Description

아이피에스 모드 액정 표시 장치
본 발명은 액정 표시 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 인 플랜 스위칭(in plane switching: 이하 IPS) 모드의 액정 표시 장치에 있어서, 컬러 쉬프트가없는 IPS 모드의 액정 표시 장치에 관한 것이다.
IPS 모드의 액정 표시 장치는, TN(twisted nematic) 액정 표시 장치의 시야각 특성을 보상하기 위하여, 일본국 히다찌사에서 개발한 횡전계 구동용 액정 표시 장치이다.(Principle and characteristic of electro-optical behaviour with in-plane switching mode, Asia display 95, p577∼580)
이러한 IPS 액정 표시 장치는 도 1에 도시된 바와 같이, 액정 분자(3a)를 구동시키는 전극들(2a,2b)을 모두 하부 기판(1)에 설치하고, 하부 기판(1)과 상부 기판간의 거리보다 전극들(2a,2b)사이의 거리를 크게 하여, 하부 기판(1)면과 평행한 전계가 형성되도록 한다. 이때, 전극들(2a,2b)은 MoW, Al 등과 같은 불투명 금속막으로 형성된다. 여기서, 도면의 미설명 부호인 A는 배향막의 러빙 방향을 나타낸다.
상술한 바와 같이, IPS모드의 액정 표시 장치에서 액정 분자는 하부 기판 전역에서, 전계가 형성되기 이전에는 배향막의 러빙 상태에 의존하여 일률적으로 배열되다가, 전계가 형성되면, 전계와 그것의 광축이 평행하도록 일률적으로 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, 화이트 상태의 화면에 기울림각에서 보았을 때 시야각 방향에 따라 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 발생되는 것이다. 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.
따라서, 액정 분자의 단축을 바라보는 방향(α)에서는 Δn이 상대적으로 감소되므로, 최대 투과율에 이르기 위한 입사광의 파장 또한 상대적으로 짧아진다. 이에 따라, 화이트의 파장보다 더 짧은 파장을 갖는 파란색이 발현된다.
도면에서 액정 분자의 장축을 바라보는 방향(β)에서는 Δn이 상대적으로 증대되므로, 최대 투과율에 이르기 위한 입사광의 파장 또한 상대적으로 길어진다. 이에 따라, 화이트의 파장보다 더 긴 파장을 갖는 노란색이 발현된다.
이와같이 화이트 화면을 띠어야 할 때, 소정의 방위각에서 노란색 또는 파란색의 색상을 발현하는 것을 컬러 쉬프트라고 하며, 이러한 컬러 쉬프트 현상은 화면의 화질을 감소시킨다.
또한, IPS 모드의 액정 표시 장치는 전극(2a,2b)이 불투명 금속막으로 형성되므로 개구 면적이 감소되어, 투과율이 저하된다. 이 결과로 적정한 휘도를 얻기 위하여는 강한 백라이트를 사용하여야 하므로, 소비 전력이 커지는 문제점이 발생된다.
이러한 문제점을 해결하기 위하여, 전극(2a,2b)을 투명 재질로 형성하는 방법이 제안되었다. 그러나 이 방법은 개구율면에서는 약간 증대되었지만, 투과율 면에서는 그리 우수하지 못하다. 보다 구체적으로 설명하면, 인 플랜 전계(in-plane field)를 형성하기 위하여는, 상술한 바와 같이, 전극들(2a,2b) 사이의 거리(l)를 전극폭(w)에 비하여 상대적으로 크게 설정하여야 하고, 적정한 세기의 전계를 얻기 위하여, 전극들(2a,2b)을 비교적 넓은 폭, 예를들어, 10 내지 20㎛ 정도의 폭을 갖도록 형성하여야 한다. 그러나, 이러한 구조를 가지므로, 전극들(2a,2b) 사이에는 기판과 거의 평행한 전계가 형성되지만, 넓은 폭을 갖는 전극들(2a,2b)의 상부의 대부분의 영역에 있는 액정 분자에는 전계의 영향이 미치지 않아, 등전위면이 발생하게 된다. 이로 인하여, 전극 상부의 액정 분자들은 초기 배열 상태를 유지하므로, 투과율은 거의 개선되지 않는다.
따라서, 본 발명의 목적은 전술한 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 화이트 상태에서 소정의 색상이 발현되는 컬러 쉬프트를 방지하여, 화질 개선시킬 수 있는 액정 표시 장치를 제공하는 것이다.
또한, 본 발명의 다른 목적은 액정 표시 장치의 개구율 및 투과율을 향상시킬 수 있는 액정 표시 장치를 제공하는 것이다.
도 1은 종래의 IPS 액정 표시 장치의 구동 원리를 설명하기 위한 도면.
도 2a는 본 발명의 실시예 1에 따른 액정 표시 장치의 평면도로서, 액정을 유전율 이방성이 양인 물질을 사용하였을때의 액정 표시 장치의 평면도.
도 2b는 본 발명의 실시예 1에 따른 액정 표시 장치의 평면도로서, 액정을 유전율 이방성이 음인 물질을 사용하였을때의 액정 표시 장치의 평면도.
도 3은 본 발명의 실시예 2에 따른 액티브 매트릭스 방식 액정 표시 장치의 하부 기판 평면도.
도 4는 본 발명의 실시예 2에 따른 액정 표시 장치의 카운터 전극만을 도시한 평면도.
도 5는 본 발명의 실시예 4에 따른 액티브 매트릭스 방식 액정 표시 장치의 하부 기판 평면도이다.
(도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명)
20 : 하부 기판 21 : 게이트 버스 라인
22 : 데이터 버스 라인 23 : 카운터 전극
23a : 바디부 23b : 사선형 브렌치
24 : 화소 전극 24a : 제 1 전극부
24b : 제 2 전극부
상기한 본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 액정 표시 장치는 상하부 기판은 액정층을 사이에 두고 대향된다. 게이트 버스 라인과 데이터 버스 라인은 하부 기판상에 매트릭스 형태로 수직으로 교차 배설되어, 서브 화소 공간을 한정한다. 카운터 전극은 서브 화소 공간내의 형성되고, 화소 전극은 카운터 전극과 함께 전계를 형성하도록 서브 화소 공간내에 형성된다. 박막 트랜지스터는 게이트 버스 라인과 데이터 버스 라인의 교차점 부근에 형성되어, 상기 게이트 버스 라인 선택시 데이터 버스 라인의 신호를 화소 전극으로 스위칭하고, 수평 배향막은 상, 하부 기판의 내측면에 각각 형성된다. 게이트 절연막은 게이트 버스 라인과 데이터 버스 라인을 절연시키면서, 상기 카운터 전극과 화소 전극간을 절연시킨다. 여기서, 서브 화소 공간중 선택된 어느 하나의 서브 화소 공간에서, 화소 전극과 카운터 전극 사이에 형성되는 전계는 상기 게이트 버스 라인 및 데이터 버스 라인에 대하여 사선 형태를 취하며, 상기 선택된 서브 화소 공간의 상하좌우 인접한 서브 공간에 형성되는 전계는 상기 선택된 서브 화소 공간에 형성되는 전계와 대칭을 이루는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 액정 표시 장치의 상하부 기판은 액정층을 사이에 두고 대향되며, 게이트 버스 라인과 데이터 버스 라인은 하부 기판상에 매트릭스 형태로 수직으로 교차 배설되어, 서브 화소 공간을 한정한다. 카운터 전극은 화소 공간내의 형성되는 사각틀 형상의 바디부와, 상기 바디부로 둘러싸여진 부분을 분할하도록 연장된 사선형 브렌치를 포함한다. 화소 전극은 카운터 전극의 바디부의 소정 부분과 오버랩되도록 형성되는 제 1 전극부와, 상기 제 1 전극부로 부터 해당 사선형 브렌치와 평행되도록 배열되는 제 2 전극부를 포함한다. 박막 트랜지스터는 게이트 버스 라인과 데이터 버스 라인의 교차점 부근에 형성되어, 상기 게이트 버스 라인 선택시 데이터 버스 라인의 신호를 화소 전극으로 스위칭한다. 수평 배향막은 상기 상, 하부 기판의 내측면에 형성된다. 게이트 절연막은 게이트 버스 라인과 데이터 버스 라인을 절연시키면서, 상기 카운터 전극과 화소 전극간을 절연시킨다. 여기서, 선택된 하나의 서브 화소 공간의 사선형 브렌치와 제 2 전극부는 게이트 버스 라인 및 데이터 버스 라인과 사선을 이루는 방향으로 연장되고, 선택된 서브 화소 공간의 상하좌우 인접한 서브 화소 공간에 형성되는 사선형 브렌치와 제 2 전극부는, 상기 선택된 서브 화소 공간의 사선형 브렌치와 제 2 전극부와 대칭을 이루도록 배열되며, 상기 카운터 전극과 화소 전극은 투명한 전도체로 형성되며, 상기 사선형 브렌치와 제 2 전극부 사이의 거리는 전극폭 보다 좁다.
본 발명에 의하면, 3개의 단위 화소로 이루지는 메인 화소에 있어서, 각각의 서브 화소 별로 방향이 다른 전계가 형성되므로, 액정 분자가 틀어지는 방향이 다르도록 한다. 이에따라, 액정 분자들이 일률적으로 동일한 방향을 취하지 않고 서로 대칭적인 방향으로 틀어지므로, 액정 분자의 광학적 이방성이 보상된다. 따라서, IPS 액정 표시 장치의 색띰 현상이 방지된다.
또한, 카운터 전극과 화소 전극이 투명한 물질로 형성되고, 카운터 전극과 화소 전극사이의 거리를 화소 전극이나 상대 전극의 폭(w)상하 기판간의 거리보다 좁게하므로써, 전극 상부에서도 전계가 미치도록 한다. 이에따라, 액정 표시 장치의 개구율 및 투과율이 크게 개선된다.
이하 첨부한 도면에 의거하여 본 발명의 바람직한 실시예를 자세히 설명하도록 한다.
(실시예 1)
첨부한 도면 도 2a는 본 발명의 실시예 1에 따른 액정 표시 장치의 평면도로서, 액정을 유전율 이방성이 양인 물질을 사용하였을때의 액정 표시 장치의 평면도이고, 도 2b는 본 발명의 실시예 1에 따른 액정 표시 장치의 평면도로서, 액정을 유전율 이방성이 음인 물질을 사용하였을때의 액정 표시 장치의 평면도이다.
참고로 도 2a 및 도 2b는 전극들 사이의 전계 및 액정 분자의 동작을 개략적으로 나타내기 위한 도면으로, 게이트 버스 라인, 데이터 버스 라인의 배열은 생략하고, 카운터 전극과 화소 전극만을 개략적으로 나타내었다.
본 발명의 실시예들은 사람의 눈이 단위 화소를 식별할 수 없는 것에 착안하여, 전계 인가시 각각의 단위 화소 별로 액정 분자들이 대칭적으로 틀어지도록 한다.
도 2a를 참조하여, 하부 유리 기판(10) 상에 레드, 그린, 블루 서브 화소(R,G,B)가 한정된다. 서브 화소 공간(R,G,B) 각각에는 카운터 전극(11)이 형성된다. 이때, 카운터 전극(11)은 각각의 서브 화소 공간(R,G,B)에 대하여 사선 형태를 취한다. 여기서, 레드 및 블루 서브 화소 공간(R,B)의 카운터 전극(11a,11c)은 동일한 방향을 향하고, 그린 서브 화소 공간(G)의 카운터 전극(11b)은 카운터 전극(11a,11c)와 교차하는 방향을 취한다. 그리고, 카운터 전극(11)은 투명 금속막으로 형성되며, 소정 폭을 갖는다.
화소 전극(12)은 레드, 그린, 블루 서브 화소 공간(R,G,B)에 각각 형성된다.이때, 화소 전극(12a,12b,12c)은 해당 서브 화소 공간(R,G,B)내의 카운터 전극(11a,11b,11c)과 각각 소정거리만큼 이격되면서 평행하게 배열된다. 화소 전극(12) 역시 투명한 금속막으로 형성된다. 여기서, 카운터 전극(11a,11b,11c)과 화소 전극(12a,12b,12c)간의 간격(l)은 화소 전극이나 상대 전극의 폭(w)보다 좁게 형성되도록 한다. 카운터 전극(11a,11b,11c)과 화소 전극(12a,12b,12c)의 폭은 카운터 전극(11a,11b,11c)과 화소 전극(12a,12b,12c) 사이에 발생되는 전계가 전극(11,12) 상부까지 충분히 미칠만큼이다.
카운터 전극(11) 및 화소 전극(12)이 형성된 하부 유리 기판(10) 상부에는 액정 분자(13)의 초기 배열을 결정하는 배향막(도시되지 않음)이 형성된다. 배향막은 x축 방향으로 러빙처리되어, 전계가 형성되기 이전, 액정 분자(13)의 장축이 x축 방향을 향하도록 배열된다.
이와같이 배열된 카운터 전극(11)과 화소 전극(12) 사이에 전압차가 발생되면, 카운터 전극(11)의 배열과 화소 전극(12)의 배열에 의하여 전계(E1,E2)가 형성된다. 이때, 레드 및 블루 서브 화소 공간(R,B)에 x축과 180-θ1만큼의 각을 이루는 전계(E1)가 형성되고, 그린 서브 화소 공간(G)에는 θ1만큼의 각을 이루는 전계(E2)가 형성된다. 이때, θ1이 45도 내지 90도일 경우에는 유전율 이방성이 양인 물질을 사용하고, θ1이 0도 내지 45도일 경우에는 유전율 이방성이 음인 물질을 사용한다. 이와같이 전계의 방향에 따라 액정의 유전율 이방성 특성을 변화시키는 것은 IPS 모드 액정 표시 장치의 최대 투과율을 만족시키기 위함이다.
예를들어, θ1이 45도 내지 90도 이면 액정은 유전율 이방성이 음인 물질이 사용되어, 도 2a에서와 같이, 액정 분자(14)들이 전계(E1, E2)와 장축이 평행하도록 배열된다. 이때, 액정 분자(14)들은 45도 이상 틀어지므로, 최대 투과율을 보이며 틀어진다.
또한, θ2가 0도 내지 45도 이면 액정은 유전율 이방성이 양인 물질이 사용되어, 도 2b에서와 같이, 액정 분자(14)들이 전계(E1, E2)와 단축이 평행하도록 배열된다. 이때도 역시, 액정 분자(14)들이 45도 이상 틀어지므로, 최대 투과율을 보이며 틀어진다.
아울러, 상기한 전계가 형성되면, 도 2a(또는 도 2b)에서와 같이, R 및 B 서브 화소 공간(R,B)에서는 액정 분자(14)들이 시계 방향(도 2b에서는 반시계 방향)으로 틀어지고, G 서브 화소 공간(G)에서는 액정 분자(14)들이 반시계 방향(유전율 이방성이 음인 경우는 시계 방향)으로 틀어지게 되어, 액정 분자의 굴절율 이방성이 보상된다.
(실시예 2)
도 3은 본 발명의 실시예 2에 따른 액티브 매트릭스 방식 액정 표시 장치의 하부 기판 평면도이다.
도 3을 참조하여, 하부 기판(20) 상에 다수의 게이트 버스 라인(21)이 x축 방향으로 배열되고, 다수개의 데이터 버스 라인(22)은 x축 방향과 실질적으로 수직인 y축 방향으로 배열되어, 각각의 서브 화소 공간(R,G,B)을 한정한다. 이때, 도면에서는 3개의 서브 화소 공간(R,G,B)으로 이루어지는 하나의 메인 화소 공간을 나타내기 위하여, 한쌍의 게이트 버스 라인(21)과 3개의 데이터 버스 라인(22)만을 도시하였다.
여기서, 첫 번째 단위 화소 공간을 레드 서브 화소 공간(R)이라 하고, 두 번째 서브 화소 공간을 그린 서브 화소 공간(G)이라 하며, 세 번째 단위 화소 공간을 블루 화소 공간(B)이라 한다.
게이트 버스 라인(21)과 데이터 버스 라인(22) 사이에는 이들 두 라인을 절연시키기 위한 게이트 절연막(도시되지 않음)이 개재되어 있다. 또한, 상기 게이트 버스 라인(11)과 데이터 버스 라인(12a,12b,12c)은 전도 특성이 우수한 불투명한 금속막 예를들어, MoW, Al,Ta, Ti 중 선택되는 하나의 금속막으로 형성된다.
카운터 전극(23)은 각각의 서브 공간에 형성된다. 카운터 전극(23)은 게이트 버스 라인(21) 및 데이터 버스 라인(22)과 각각 소정 간격만큼 이격되어 배치된다. 여기서, 각각의 카운터 전극(23)은 도 4에 도시된 바와 같이, 전체적으로 사각틀 형상을 갖는 바디부(23a)와, 바디부(23a)로 둘러싸여진 공간을 소정개로 분할하는 수개의 사선형태의 브렌치(23b)를 포함한다. 여기서, 사선형 브렌치(23b)의 연장 방향은 서브 화소 공간(R,G,B)별로 상이하지만, 각 화소 공간(R,G,B)내에서의 사선형 브렌치(23b)들은 모두 평행하다. 그리고, 어느 하나의 서브 화소 공간내의 사선형 브렌치(23b)의 연장 방향과 그 서브 화소 공간의 상하좌우 인접한 서브 화소 공간내 브렌치(23b)의 연장방향이 직교를 이룰수 있도록 배열됨이 바람직하다. 예를들어, 도면에서와 같이, 레드 및 블루 서브 화소 공간(R,G)내의 브렌치(23b)는 x축과 θ2만큼의 각을 이루는 ψ1축 방향으로 연장되도록 하고, 그린 서브 화소 공간(G)내의 브렌치(23b)는 y축에 대하여 대칭을 이루는 ψ2 방향(180-θ2)으로 연장된다. 그리고, 카운터 전극(23)의 사선형 브렌치(23b)들은 등간격으로 이격됨이 바람직하고, 그것들의 폭은 약 2 내지 4㎛ 정도가 되도록 한다.
화소 전극(24)은 카운터 전극(23)의 상부에 게이트 절연막(도시되지 않음)을 사이에 두고 형성된다. 화소 전극(24)은 카운터 전극(23)의 바디부(23a)의 소정 부분과 오버랩되는 제 1 전극부(24a)와, 제 1 전극부(24a)로부터 카운터 전극(23)의 사선형 브렌치(23b) 사이에 배치되도록 연장되는 사선 형태의 제 2 전극(24b)을 포함한다. 여기서, 제 2 전극(24b)은 카운터 전극(23)의 사선형 브렌치(23b)와 평행하게 배열된다.
이때, 화소 전극(24)의 제 1 전극부(24a)는 상기 제 2 전극부(24b)들과 콘택되면서, 카운터 전극(23)의 바디부(23a)와 소정 부분 또는 전 부분과 오버랩되도록 형성되며, 예를들어, 본 실시예에서 레드 및 블루 서브 화소 공간(R,B)에서는 "└"자 형상으로 형성되고, 그린 서브 화소 공간(G)에서는"┌"자 형상으로 형성된다. 여기서, 화소 전극(24)의 제 1 전극부(24a)의 폭은 카운터 전극(23)의 바디부(23a)의 폭과 동일하거나 좁을 수 있으며, 제 2 전극부(24b)의 폭은 카운터 전극(23)의 사선형 브렌치(23b)와 동일함이 바람직하다. 아울러, 사선형 브렌치(23b)와 제 2 전극부(24b) 사이의 거리는 약 0.5 내지 3㎛가 되도록 하고, 본 실시예에서는 1㎛로 한다.
화소 전극(24)의 제 2 전극부(24b)의 단부는 카운터 전극(23)의 바디부(23a)와 둔각을 이루는 부분을 향하여 절곡되도록 하여, 모서리 부분에 발생되는 가장자리 전계를 없앤다.
여기서, 카운터 전극(23)과 화소 전극(24)은 모두 투명 전도체 예를들어, ITO(indium tin oxide) 물질로 형성됨이 바람직하다.
게이트 버스 라인(21)과 데이터 버스 라인(22)의 교차점 부분에는 박막 트랜지스터(25)가 구비된다. 이때, 박막 트랜지스터(25)는 스위칭 소자로서, 게이트 버스 라인(21)의 선택시, 데이터 버스 라인(22)의 신호를 화소 전극(24)에 전달하는 역할을 한다. 즉, 박막 트랜지스터(25)의 게이트는 게이트 버스 라인(21)이 되고, 소오스는 화소 전극(24)이 되며, 드레인은 데이터 버스 라인이되고, 박막 트랜지스터(25)는 채널층(25a)을 포함한다.
공통 전극선(26)은 카운터 전극(23)의 소정 부분과 콘택되도록 배열된다. 이때, 공통 전극선(26)은 게이트 버스 라인(21)과 평행하게 배치된다. 여기서, 공통 전극선(26)은 신호지연이 발생되지 않도록, 전도성이 우수한 불투명 금속으로 이루어지어, 카운터 전극(23) 각각에 공통 신호를 전달한다.
배향막(도시되지 않음)은 하부 기판(20)의 결과물 상부에 도포된다. 이때, 배향막은 x축 방향으로 러빙된다. 여기서, 미설명 부호 27은 러빙축 방향을 나타낸다.
상부 기판(도시되지 않음)은 하부 기판(20)과 소정거리를 두고 대향되도록 설치되며, 상부 기판과 하부 기판(20) 사이에는 액정이 개재된다. 여기서, 상부 기판과 하부 기판(20)간의 셀갭은 3.5 내지 6㎛ 정도로 형성된다. 또한, 액정은 전극(23,24) 구조에 따른 전계의 방향에 따라 형성되는데, 본 실시예에서 전계와 x축이 이루는 각이 45도 이하가 되도록 하여, 유전율 이방성이 음인 물질을 사용한다. 여기서, 상부 기판(도시되지 않음)의 내측 표면에도 배향막(도시되지 않음)이 형성되는데, 이 상부 기판측 배향막(이하, 상부 배향막이라 칭함)은 상기 하부 기판측 배향막(이하, 하부 배향막이라 칭함)의 러빙축과 비병렬(anti-parallel)한 러빙축을 갖는다.
편광자(도시되지 않음)는 하부 기판(20)의 외측면에 부착되며, 검광자(도시되지 않음)는 상부 기판의 외측면에 부착된다. 여기서, 편광자의 편광축은 하부 기판의 배향막의 러빙축과 일치되도록 부착되고, 검광자의 편광축은 하부 편광판의 편광축과 교차되는 방향으로 부착된다.
이와같은 액정 표시 장치의 동작은 다음과 같다.
먼저, 카운터 전극(23)과 화소 전극(24)사이에 전계가 형성되지 않는 경우에는, 액정 분자들의 장축이 일률적으로 러빙축을 따라서 배열 된다. 그러면, 편광자를 통과한 빛은 액정을 통과하게 되면서, 편광상태가 변화되지 않는다. 이에따라, 액정을 통과한 빛은 편광축과 교차배치된 편광축을 갖는 검광자를 통과하지 못하게 되므로, 화면은 다크 상태가 된다.
한편, 카운터 전극(23)과 화소 전극(24) 사이에 소정의 전압차가 발생되면, 카운터 전극(23)의 브렌치(23b)와 화소 전극(24)의 제 2 전극(24b) 사이에 전계가 형성된다. 이때, 전계(E1,E2)는 해당 서브 화소 공간의 브렌치(23b) 및 제 2 전극(24b)과 법선 형태로 형성된다. 즉, 레드 및 블루 서브 화소 공간(R,B)에는 x축과 θ2 만큼의 각을 이루는 전계(E1)가 형성되고, 그린 서브 화소 공간(G)에는 x축과 180-θ2 만큼의 각을 이루는 전계(E2)가 형성된다. 이에따라, 레드 서브 화소 공간(R)과 그린 서브 화소 공간(G)에는 y축을 중심으로 좌우 대칭인 전계가 형성되고, 그린 서브 화소 공간(G)과 블루 서브 화소 공간(B) 역시 y축을 중심으로 좌우 대칭인 전계가 형성된다. 여기서, θ2가 0 내지 45도 정도의 각을 가지고, 유전율 이방성이 음인 액정이 개재됨에 따라, x축 방향으로 장축이 배열되었던 액정 분자들은 전계와 액정 분자의 단축이 평행하게 틀어진다. 여기서, 레드 및 블루 서브 화소 공간(R,B)의 액정 분자들은 반시계 방향으로 틀어지게 되고, 그린 서브 화소 공간(G)의 액정 분자들은 시계 방향으로 틀어지게 된다. 이때, 전계와 단축이 평행하게 틀어지는 가운데, 액정 분자들은 편광판의 편광축과 45도를 이루게 되어, 최대 투과율을 보이며 광을 누설하게 된다. 따라서, 화면은 화이트 상태가 된다.
이때, 각각의 서브 화소 별로 볼때에는 액정 분자들이 일률적으로 한 방향으로 움직이지만, 인간이 눈이 단위 서브 화소를 식별할만큼 민감하지 못하므로, R,G,B 메인 화소로 측면에서 볼 때, 액정 분자들의 틀어지는 방향이 상이하므로, 액정 분자의 굴절율 이방성이 보상된다. 이에따라, 측면 방위각에서 화면을 바라볼때의 컬러 쉬프트 현상이 보상된다.
또한, 카운터 전극(23)과 화소 전극(24)이 투명한 금속으로 형성됨에 따라, 프린지 필드가 발생되어, 투과율이 7% 정도가 된다. 이에따라, 투과율이 4%인 기존의 IPS 모드 보다 투과율이 상당히 개선된다.
또한, 실질적으로 전계가 형성되는 카운터 전극(23)의 브렌치(23b)와 화소 전극(24)의 제 2 전극부(24b) 사이의 거리가 전극폭에 비하여 좁고, 브렌치(23b) 및 제 2 전극부(24b)는 브렌치(23b) 및 제 2 전극부(24b) 상부에 있는 액정 분자들이 상기 전계(E1,E2)에 의하여 충분히 동작될만큼의 폭을 가지므로, 투과율이 증대된다.
(실시예 3)
도 5는 본 발명의 실시예 3에 따른 액티브 매트릭스 방식 액정 표시 장치의 하부 기판 평면도이다.
본 실시예는 실시예 2의 카운터 전극 구조를 제외한 다른 부분은 모두 동일하며, 카운터 전극만을 다르게 구성하였다.
즉, 도 5에 도시된 바와 같이, 본 실시예에서의 카운터 전극(230)은 플레이트 형상으로 형성된다. 카운터 전극(230)은 투명한 금속막 예를들어, ITO 금속막을 형성된다.
화소 전극(24)은 카운터 전극(230) 상부에 게이트 절연막(도시되지 않음)을 사이에 두고 형성된다. 화소 전극(24)은 상술한 실시예 2와 동일하게 카운터 전극(230)의 가장자리 부분의 소정 부분을 따라서 형성되는 제 1 전극부(24a)와 제 1 전극부(24a)로부터 사선 형태로 연장되는 수개의 제 2 전극부(24b)를 포함한다. 이때, 제 2 전극부(24b)는 등간격으로 배치되며, 예를들어, 1 내지 4㎛ 이하만큼의 간격으로 배치된다. 이때, 사선형 제 2 전극부(24b)는 본 실시예 역시 θ2를 2 내지 30도로 하고, 액정으로는 유전율 이방성이 음인 물질을 사용한다.
본 실시예에서, 카운터 전극(230)과 화소 전극(24)간의 간격은 게이트 절연막(도시되지 않음) 두께만큼이 되고, 게이트 절연막의 두께는 전극폭에 비하여 작다.
또한, 전계는 화소 전극(24)의 제 2 전극부(24b)와 화소 전극(24)의 제 2 전극부(24b)에 의하여 노출된 카운터 전극(23) 사이에서 형성된다.
이상에서 자세히 설명한 바와 같이, 본 발명에 의하면, 3개의 단위 화소로 이루지는 메인 화소에 있어서, 각각의 서브 화소 별로 방향이 다른 전계가 형성되므로, 액정 분자가 틀어지는 방향이 다르도록 한다. 이에따라, 액정 분자들이 일률적으로 동일한 방향을 취하지 않고 서로 대칭적인 방향으로 틀어지므로, 액정 분자의 광학적 이방성이 보상된다. 따라서, IPS 액정 표시 장치의 색띰 현상이 방지된다.
또한, 카운터 전극과 화소 전극이 투명한 물질로 형성되고, 카운터 전극과 화소 전극사이의 거리를 상대 전극이나 화소 전극의 전극폭보다 좁게하므로써, 전극 상부에서도 전계가 미치도록 한다. 이에따라, 액정 표시 장치의 개구율 및 투과율이 크게 개선된다.
기타, 본 발명은 그 요지를 일탈하지 않는 범위에서 다양하게 변경하여 실시할 수 있다.

Claims (15)

  1. 액정층을 사이에 두고 대향하는 상하부 기판;
    상기 하부 기판상에 매트릭스 형태로 수직으로 교차 배설되어, 서브 화소 공간을 한정하는 게이트 버스 라인과 데이터 버스 라인;
    상기 단위 화소 공간내의 하부 기판상에 형성되는 카운터 전극;
    상기 하부 기판상에 형성되고, 카운터 전극과 함께 전계를 형성하는 화소 전극;
    상기 게이트 버스 라인과 데이터 버스 라인의 교차점 부근에 형성되어, 상기 게이트 버스 라인 선택시 데이터 버스 라인의 신호를 화소 전극으로 스위칭하는 박막 트랜지스터;
    상기 상, 하부 기판의 내측면에 형성되는 수평 배향막; 및
    상기 게이트 버스 라인과 데이터 버스 라인을 절연시키면서, 상기 카운터 전극과 화소 전극간을 절연시키는 게이트 절연막을 포함하며,
    상기 서브 화소 공간중 선택된 어느 하나의 서브 화소 공간에서, 화소 전극과 카운터 전극 사이에 형성되는 전계는 상기 게이트 버스 라인 및 데이터 버스 라인에 대하여 사선 형태를 취하며,
    상기 선택된 서브 화소 공간의 상하좌우 인접한 서브 공간에 형성되는 전계는 상기 선택된 서브 화소 공간에 형성되는 전계와 대칭을 이루는 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 각각의 서브 화소 공간내의 카운터 전극은 상기 전계와 직교되는 방향으로의 연장되는 부분을 포함하며, 상기 화소 전극도, 상기 전계와 직교되는 방향으로의 연장 부분을 포함하는 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 카운터 전극과 화소 전극은 투명한 전도체로 형성되는 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치..
  4. 제 3 항에 있어서, 상기 카운터 전극에서 전계와 직교하는 방향으로 연장되는 부분과, 화소 전극에서 전계와 직교하는 방향으로 연장되는 부분 사이의 거리는 상기 전극폭보다 큰 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
  5. 제 4 항에 있어서, 상기 카운터 전극에서 전계와 직교하는 방향으로 연장되는 부분과, 화소 전극에서 전계와 직교하는 방향으로 연장되는 부분은 상기 전계와 직교되는 방향으로 연장되는 부분들 상부에 존재하는 액정 분자들이 충분히 동작할 수 있을 정도의 폭을 갖는 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 하부 기판상의 수평 배향막은 게이트 버스 라인과 평행한 방향으로 러빙되고, 상기 상부 기판상의 수평 배향막은 하부 기판의 수평 배향막과 비병렬하게 러빙되는 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
  7. 제 1 항 또는 제 6 항에 있어서, 상기 하부 기판의 외측면에는 편광자가 더 배치되고, 상기 상부 기판의 외측면에는 검광자가 더 배치되는 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
  8. 제 7 항에 있어서, 상기 편광자의 편광축은 상기 하부 배향막의 러빙축과 일치되도록 배치되는 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
  9. 제 8 항에 있어서, 상기 전계와 편광축이 이루는 각이 45 내지 90이면 액정은 유전율 이방성이 양인 물질을 사용하고, 전계와 편광축이 이루는 각이 0도 내지 45도 이면 액정은 유전율 이방성이 음인 물질을 사용하는 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
  10. 액정층을 사이에 두고 대향하는 상하부 기판;
    상기 하부 기판상에 매트릭스 형태로 수직으로 교차 배설되어, 서브 화소 공간을 한정하는 게이트 버스 라인과 데이터 버스 라인;
    상기 단위 화소 공간내의 형성되는 사각틀 형상의 바디부와, 상기 바디부로 둘러싸여진 부분을 분할하도록 연장된 사선형 브렌치를 포함하는 카운터 전극;
    상기 카운터 전극의 바디부의 소정 부분과 오버랩되도록 형성되는 제 1 전극부와, 상기 제 1 전극부로 부터 해당 사선형 브렌치와 평행되도록 배열되는 제 2 전극부를 포함하는 화소 전극;
    상기 게이트 버스 라인과 데이터 버스 라인의 교차점 부근에 형성되어, 상기 게이트 버스 라인 선택시 데이터 버스 라인의 신호를 화소 전극으로 스위칭하는 박막 트랜지스터;
    상기 상, 하부 기판의 내측면에 형성되는 수평 배향막; 및
    상기 게이트 버스 라인과 데이터 버스 라인을 절연시키면서, 상기 카운터 전극과 화소 전극간을 절연시키는 게이트 절연막을 포함하며,
    상기 선택된 하나의 서브 화소 공간의 사선형 브렌치와 제 2 전극부는 게이트 버스 라인 및 데이터 버스 라인과 사선을 이루는 방향으로 연장되고,
    상기 선택된 서브 화소 공간의 상하좌우 인접한 서브 화소 공간에 형성되는 사선형 브렌치와 제 2 전극부는, 상기 선택된 서브 화소 공간의 사선형 브렌치와 제 2 전극부와 대칭을 이루도록 배열되며,
    상기 카운터 전극과 화소 전극은 투명한 전도체로 형성되며, 상기 사선형 브렌치와 제 2 전극부 사이의 거리는 전극폭 보다 좁은 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
  11. 제 10 항에 있어서, 상기 카운터 전극의 사선형 브렌치와 상기 화소 전극의 제 2 전극부의 폭은 그들 상부의 액정 분자들이 그들 사이에서 형성되는 전계에 의하여 동작될 수 있을만큼 인 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
  12. 제 10 항에 있어서, 상기 하부 기판상의 수평 배향막은 게이트 버스 라인과 평행한 방향으로 러빙되고, 상기 상부 기판상의 수평 배향막은 하부 기판의 수평 배향막과 비병렬하게 러빙되는 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
  13. 제 10 항 또는 제 12 항에 있어서, 상기 하부 기판의 외측면에는 편광자가 더 배치되고, 상기 상부 기판의 외측면에는 검광자가 더 배치되는 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
  14. 제 13 항에 있어서, 상기 편광자의 편광축은 상기 하부 배향막의 러빙축과 일치되도록 배치되는 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
  15. 제 13 항에 있어서, 상기 선택된 서브 화소 공간의 카운터 전극의 브렌치와 상기 화소 전극의 제 2 전극부 사이에 형성되는 전계와 편광축이 이루는 각이 45도 내지 90도 이면 액정은 유전율 이방성이 양인 물질을 사용하고, 상기 선택된 서브 화소 공간의 카운터 전극의 브렌치와 상기 화소 전극의 제 2 전극부 사이에 형성되는 전계와 편광축이 이루는 각이 0도 내지 45도 이면 액정은 유전율 이방성이 음인 물질을 사용하는 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
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