KR20000005655A

KR20000005655A - 액정표시장치

Info

Publication number: KR20000005655A
Application number: KR1019990017259A
Authority: KR
Inventors: 시미즈히데히사; 구사후까가오루; 기무라신이찌
Original assignee: 포만 제프리 엘; 인터내셔널 비지네스 머신즈 코포레이션
Priority date: 1998-06-23
Filing date: 1999-05-14
Publication date: 2000-01-25
Also published as: JP2000019558A; TW420760B; KR100313071B1; US6317182B1; JP3495256B2

Abstract

IPS 구조의 TFT 구동 액정 표시 장치에 있어서, 역 트위스트를 억제하여 잔상의 발생을 방지하고, 그 결과 응답 속도의 개선 및 개구율의 향상을 꾀하는 것을 목적으로 한다. 한쪽 극의 스위칭 전극과 다른쪽 극의 스위칭 전극이 평행하게 배치되고, 또한 보조 용량이 스위칭 전극에 대해 비평행하게 배치되는 IPS 모드의 전극 구조에서 보조 용량의 상측 전극과 하측의 전극을 상이한 형상으로 한다. 특히, 역 트위스트를 발생시키는 영역에 근접하는 보조 용량에 있어서 상측 전극의 광투과 영역에 접하는 부분을 절결된 형상으로 하는 것이 바람직하다.

Description

액정 표시 장치{LIQUID CRYSTAL DISPLAY APPARATUS}

본 발명은 소위 IPS(In Plane Switching) 구조의 액티브 매트릭스형 액정 표시 장치의 전극 형상의 개량에 관한 것으로, 보다 상세하게는 역 트위스트(reverse twist)를 억제함으로써, 잔상이나 응답 속도를 개선하고, 개구율을 향상시키는 배선 구조에 관한 것이다.

액정 재료를 이용하는 표시 장치로서는 종래에서부터 네마틱 액정을 트위스트 배열시킨 액정층을 이용하여 전계를 기판에 대해 수직 방향으로 인가하는 방식이 널리 이용되고 있다. 이 방식에서는 통상, 액정층의 상하에 편광축이 직교하도록 2매의 편광판을 배치하여 전계 인가 시에는 액정 분자가 수직 방향으로 배향하기 때문에 화상 표시로서 흑색이 얻어진다. 그런데, 전계 인가 시에 액정 분자가 수직으로 배향하는 경우에 액정층을 비스듬하게 투과하는 광은 액정 분자에 의해 복굴절이 생겨 편광 방향이 회전하게 되므로, 표시 장치를 비스듬하게 본 경우에는 완전한 흑색 표시가 얻어지지 않으며, 콘트라스트가 저하하여 양호한 화상 표시를 관찰할 수 있는 시야각이 좁다고 하는 문제가 발생하였다.

이러한 문제를 해결하기 위해, 최근 액정에 인가하는 전계의 방향을 기판에 대해 평행인 방향으로 하는 IPS 모드에 의한 액정 표시 장치가 제안되고 있다. IPS 모드의 경우, 액정 분자는 주로 기판에 대해 평행한 면내에서 회전하므로, 비스듬하게 본 경우의 전계 인가시와 비인가시에서의 복굴절율의 비율의 차가 작아, 따라서 시야각이 넓어지는 것으로 알려져 있다.

횡전계로 액정 분자를 움직이게 하는 IPS 모드에서는 빗살형(interdigital) 전극쌍을 스위칭 전극으로서 이용하는 방법이 제안되고 있다(특공소 63-21907호 공보 등). 또한, 도 1과 같이, 전극 구조를 간소화하여 개구율의 저하를 방지하기 위해, 각 화소가 갖는 광투과 영역의 한쌍의 대변이 스위칭 전극으로 되어 있는 구조에서(또한, 도 3, 도 4와 같이 광투과 영역이 스위칭 전극에 의해 1화소가 복수의 광투과 영역으로 분할되어 있어도 좋다), 광투과 영역의 나머지 한쌍의 대변에 2개의 보조 용량 전극을 설치하여 그 전극 간에 절연체를 끼운 형태의 보조 용량을 설치하는 것도 제안되고 있다(Flat Panel Display' 96, 158페이지). 이와 같이 스위칭 전극과 보조 용량 전극을 일체화하고 광투과 영역의 한쌍의 대변에는 스위칭 전극을 배치하고, 다른 한쌍의 대변에는 보조 용량 전극을 배치하는 것은 전극 구조를 간소화하고, 개구율을 향상시킨다고 하는 이점을 갖는다. 전극 구조를 간소화하는 것은, 다음 2가지 이유로부터 IPS에서는 매우 중요한 문제이다. 첫째로, 종래부터 이용되고 있는 트위스티드·네마틱 배향의 화상 영역에서는 예를 들면 투명 전극을 기판의 양측에 사용하고 있기 때문에 전하 보유 용량에는 다소의 여유가 있는데 대해, IPS 모드에서는 전극 영역의 면적이 매우 좁기 때문에, 전극 구조를 간소화하여 보조 용량의 스페이스를 확보하는 것이 필요하다. 둘째로, IPS에서는 스위칭 전극의 바로 상측에서는 전계 방향이 안정되지 않고 화상이 열화하기 때문에, 스위칭 전극의 재료로서 투명 전극이 아니라 불투명한 전극을 이용하는 경우가 많아지며, 따라서 전극 구조가 복잡하면 개구율이 저하하게 된다. 이러한 전극 구조를 취하는 이점으로서는 전극 구조의 간소화 이외에도 보조 용량 전극에 의한 전자적 차폐 효과(electromagnetic shield effect)를 들 수 있다. 예를 들면, 도 1에서는 게이트 라인(4)에 의해 광투과 영역(20)의 액정 분자의 배향에 미치는 전기적인 영향이 보조 용량 전극(14)에 의해서 차단된다. 또한, 인접하는 화소의 게이트 라인(도시하지 않음)에 의해 제공되는 전기적인 영향이 보조 용량 전극(12)에 의해 차단된다. 이러한 전자적 차폐 효과에 의해 화상의 안정성이 향상한다.

그런데, 이러한 일체형의 보조 용량 전극을 도입한 경우, 후에 자세히 설명할 바와 같이, 전계를 인가할 때 광투과 영역의 단부에서는 전계 방향이 스위칭 전극에 대하여 반드시 직교하지 않기 때문에, 원래 예정되어 있는 액정 분자의 회전과는 역회전(역 트위스트)하는 분자가 생기게 되는 것을 아무리 해도 피할 수 없었다. 정(正)회전이나 역 트위스트하여도 완전히 분자가 배향하는 것이면 당초부터 예정되어 있던 액정 배향이 얻어지게 된다. 그러나, 정회전하는 영역과 역 트위스트하는 영역과의 경계 부분에서는 액정 분자의 배향에 시간이 걸리기 때문에, 응답 속도가 느려지며 또한 화상으로서도 잔상이 비칠 것 같은 문제점이 생긴다. 이러한 역 트위스트의 대부분은 광투과 영역의 단부에서 생기므로, 예를 들면 블랙 매트릭스를 설치하여 잔상이 화상 중에 생기지 않도록 하는 것도 가능하지만, 그 만큼 개구율이 저하하게 된다.

본 발명은 역 트위스트의 발생을 저감하여 응답 속도를 개선하고 개구율을 향상시키는 것을 목적으로 한다.

본 발명은 한쌍의 기판과, 적어도 1 이상의 제1 스위칭 전극, 상기 제1 스위칭 전극에 대해 평행하게 배치된 적어도 1 이상의 제2 스위칭 전극, 및 보조 용량이 상기 한쌍의 기판 중 한쪽의 기판 상에 각 화소에 대응하여 설치된 화소 전극과, 상기 제1 스위칭 전극 및 상기 제2 스위칭 전극에 의해 형성된 적어도 1 이상의 광투과 영역과, 한쌍의 기판 간에 샌드위치되어 있는 기판의 면내 방향으로 배향하는 액정 분자로 이루어지는 액정층으로 이루어지는 액정 표시 장치에 있어서 상기 보조 용량이 상기 제1 스위칭 전극에 대해 비평행하게 접합된 제1 보조 용량 전극, 상기 제1 보조 용량 전극 상에 설치된 절연층, 상기 절연층 상에 상기 제2 스위칭 전극에 대해 비평행하게 접합된 제2 보조 용량 전극으로 이루어지며, 상기제1 보조 용량 전극과 상기 제2 보조 용량 전극이 상기 광투과 영역에 인접하는 영역에서 상이한 크기를 갖는 액정 표시 장치에 관한 것이다.

또한, 본 발명은 상기 제1 보조 용량 전극이, 상기 제1 스위칭 전극에 대해 거의 수직으로 접합되어 있는 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치에 관한 것이다.

또한, 본 발명은 상기 액정 분자는 상기 제1 스위칭 전극과 상기 제2 스위칭 전극 간에서 발생하는 전계에 의해 소정의 면내 회전 방향으로 회전하고, 또한 상기 제1 스위칭 전극과 상기 제2 보조 용량 전극 간에서 발생하는 전계에 의해 상기 면내 회전 방향과는 역방향으로 회전하고, 상기 제2 보조 용량 전극에서의 상기 광투과 영역에 인접하는 영역의 형상이 상기 제1 보조 용량 전극의 형상보다도 작은 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치에 관한 것이다.

또한, 본 발명은 추가 보조 용량이 더 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치에 관한 것이다.

또한, 본 발명은 상기 추가 보조 용량이 상기 제1 스위칭 전극에 대해 거의 수직으로 접합되어 있는 제1 추가 보조 용량 전극, 상기 제2 스위칭 전극에 대해 거의 수직으로 접합되어 있는 제2 추가 보조 용량 전극, 및 절연층으로 이루어지며, 상기 제2 추가 보조 용량 전극에서의 상기 광투과 영역에 인접하는 영역의 형상이 상기 제1 추가 보조 용량 전극의 형상보다도 큰 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치에 관한 것이다.

또한, 본 발명은 상기 제1 스위칭 전극이 N개(단, N은 2 이상의 정수)이고 상기 제2 스위칭 전극이 (N-1)개, 또는 상기 제1 스위칭 전극이 (N-1)개이고 상기제2 스위칭 전극이 N개 이고, 상기 제1 스위칭 전극과 상기 제2 스위칭 전극은 교대로 배치되며 상기 광투과 영역이 (2N-2)개인 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치에 관한 것이다.

또한, 본 발명은 상접하는 2개의 광투과 영역의 상기 제2 보조 용량 전극에서의 상기 광투과 영역에 인접하는 영역의 형상이 상기 상접하는 2개의 광투과 영역의 경계를 정하는 상기 제1 스위칭 전극 또는 상기 제2 스위칭 전극을 중심축으로 하여 비선대칭인 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치에 관한 것이다.

또한, 본 발명은 상접하는 2개의 광투과 영역의 상기 제2 보조 용량 전극에서의 상기 광투과 영역에 인접하는 영역의 형상이, 상기 상접하는 2개의 광투과 영역의 경계를 정하는 상기 제1 스위칭 전극 또는 상기 제2 스위칭 전극의 중심점에 대해 점대칭인 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치에 관한 것이다.

또한, 본 발명은 상기 제2 보조 용량 전극이 상기 제2 보조 용량 전극에 인접하는 상기 광투과 영역의 변(edge)길이의 0% 이상 50% 이하의 범위에서 상기 광투과 영역의 변에 접하고 있는 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치에 관한 것이다.

도 1은 종래 기술의 전극 구조를 나타내는 평면도.

도 2는 종래 기술의 전극 구조의 입체 배치를 나타내는 사시도.

도 3은 종래 기술의 전극 구조를 나타내는 평면도.

도 4는 종래 기술의 전극 구조를 나타내는 평면도.

도 5는 종래 기술의 전극 구조에서의 전계 방향을 나타내는 도면.

도 6은 종래 기술의 전극 구조에서의 전계 방향을 나타내는 도면.

도 7은 종래 기술의 전극 구조를 나타내는 확대도.

도 8은 액정 분자의 배향 방향을 나타내는 도면.

도 9는 액정 분자의 배향 방향을 나타내는 도면.

도 10은 액정 분자의 배향 방향을 나타내는 도면.

도 11은 액정 분자의 배향 방향을 나타내는 도면.

도 12는 액정 분자의 배향 방향을 나타내는 도면.

도 13은 액정 분자의 배향 방향을 나타내는 도면.

도 14는 종래 기술의 전극 구조에서의 전계 방향을 나타내는 도면.

도 15는 종래 기술의 전극 구조에서의 전계 방향을 나타내는 도면.

도 16은 본 발명의 전극 구조를 나타내는 확대도.

도 17은 본 발명의 전극 구조를 나타내는 확대도.

도 18은 본 발명의 전극 구조를 나타내는 평면도.

도 19는 본 발명의 전극 구조를 나타내는 평면도.

도 20은 본 발명의 전극 구조를 나타내는 평면도.

도 21은 본 발명의 전극 구조를 나타내는 평면도.

도 22는 본 발명의 전극 구조를 나타내는 평면도.

도 23은 시뮬레이션을 행한 전극 구조를 나타내는 도면.

도 24는 시뮬레이션 결과를 나타내는 그래프.

도 25는 시뮬레이션을 행한 전극 구조를 나타내는 도면.

도 26은 시뮬레이션 결과를 나타내는 그래프.

도 27은 시뮬레이션을 행한 전극 구조를 나타내는 도면.

도 28은 시뮬레이션 결과를 나타내는 그래프.

도 29는 종래 기술의 전극 구조에서의 광 투과를 나타내는 도면.

도 30은 본 발명의 전극 구조에서의 광 투과를 나타내는 도면.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

2 : TFT

4 : 게이트 라인

6 : 데이타 라인

10, 26, 43, 44, 54, 102, 113 : 제1 스위칭 전극

8, 22, 24, 40, 52, 100, 114, 116 : 제2 스위칭 전극

16, 18, 32, 34, 45, 46, 55, 103, 126, 128 : 제1 보조 용량 전극

12, 14, 28, 30, 41, 42, 53, 54, 101, 118, 120, 122, 124, 130, 132, 134, 136 : 제2 보조 용량 전극

15, 17 : 절연층

20, 106, 110, 112 : 광투과 영역

36, 38, 106 : 광투과 영역

50, 64, 65, 66, 67, 95, 96, 97, 98 : 영역

56, 57, 104, 105 : 전계

60, 74, 80, 94 : 배향 방향

61, 70, 72, 74, 82, 90, 92, 104, 105 : 전계 방향

130 : 축

이하에, 본 발명의 내용을 구체적으로 설명하기로 한다.

종래의 전극 구조에서 역 트위스트가 생기는 이유를 기술한다. 우선, 종래의 전극 구조에서는 횡방향으로 균일하게 전계가 분포하지 않은 영역이 생기는 것을 설명한다. 도 1은 게이트 라인(4)과 데이타 라인(6)에 접속하는 TFT(2)에 의해 1화소마다 액정의 배향을 제어하는 IPS 모드의 전극 구조를 나타내고 있다. 도 2는 도 1의 전극 구조의 입체적인 상하 관계를 나타낸 것이다. 도 1에서 제2 스위칭 전극(8)과 제1 스위칭 전극(10) 간에서 횡방향의 전계를 인가함으로써, 광투과 영역(20)에서 액정 분자의 배향을 회전시켜서 화상 표시를 제어할 수 있다. 제2 스위칭 전극(8)은 제2 보조 용량 전극(12) 및 제2 보조 용량 전극(14)과 일체화되어 있으며, 제2 보조 용량 전극(14)은 드레인 전극도 겸하고 있다. 또한, 제1 스위칭 전극(10)은 제1 보조 용량 전극(16) 및 제1 보조 용량 전극(18)과 일체화되어 있으며, 제1 보조 용량 전극(16)은 데이타 라인(6)과 접속하고 있다. 제2 보조 용량 전극(12)과 제1 보조 용량 전극(16) 사이 및 제2 보조 용량 전극(14)과 제1 보조 용량 전극(18) 사이에는 절연층(15, 17 ; 도 1)이 삽입되어 있으며 각각 보조 용량으로서 기능하고 있다.

도 3, 도 4는 1화소에 광투과 영역이 2영역 형성되어 있는 전극 구조를 나타내고 있다. 도 3에서는 제2 스위칭 전극(24)과 제1 스위칭 전극(26) 사이 및 제2 스위칭 전극(22)과 제1 스위칭 전극(26) 사이에서 횡방향의 전계를 인가함으로써, 광투과 영역(36) 및 광투과 영역(38)에서 액정 분자의 배향을 회전시켜서 화상 표시를 제어할 수 있다. 제2 보조 용량 전극(28)과 제1 보조 용량 전극(32) 사이 및 제2 보조 용량 전극(30)과 제1 보조 용량 전극(34) 사이에는 절연층(도시하지 않음)이 삽입되어 있으며 각각 보조 용량으로서 기능하고 있다. 도 4에서도 동일하게 기능하는 전극 구조를 나타내고 있다. 도 2와 같이 1개의 광투과 영역이 형성되어 있는 경우나 도 3 및 도 4와 같이 2개의 광투과 영역이 형성되어 있는 경우나 또한 그 이상의 광투과 영역이 형성되어 있는 경우에 있어서도 동일한 논리가 성립하므로, 이하 주로 2개의 광투과 영역이 형성되어 있는 경우를 예로 들어 설명하기로 한다.

보조 용량 전극은 원래, 대향하는 보조 용량 전극끼리 작용함으로써 보조 용량으로서 기능한다. 그러나, 상술한 바와 같이 공간 절약이나 전기적 차폐 등의 이유로부터, 스위칭 전극에 대해 직교하는 위치 관계로 보조 용량 전극을 설치하는 것도 필요해져 보조 용량 전극은 스위칭 전극과의 사이에서도 상호 작용을 생기게 한다. 그 때문에, 광투과 영역에서 횡방향의 전계뿐만 아니라 경사 방향의 전계가 생기게 된다. 도 5 및 도 6은 도 3 및 도 4의 전극 구조에서의 전계의 방향을 화살표에 의해서 나타내고 있다. 어느 경우에서도 보조 용량 전극의 부근에서는 전계 방향이 비스듬하게 기운 현상을 볼 수 있다.

도 7은 도 5의 영역(50)에서의 확대도로서, 영역(50)에서의 횡방향 이외의 전계의 방향에 대해 더 상세하게 설명하기로 한다. 영역(50)에 생기는 횡방향 이외의 전계로서는 상측의 제2 스위칭 전극(52)으로부터 하측의 제1 보조 용량 전극(55)으로 향하는 전계(56)와, 상측의 제2 보조 용량 전극(53)으로부터 하측의 제1 스위칭 전극(54)으로 향하는 전계(57)가 존재한다. 제2 스위칭 전극(52)과 제2 보조 용량 전극(53)은 일체이며 동일 극성이므로, 전계(56)는 보조 용량 전극(53)에 대해서는 반발한다. 따라서, 전계(56)과 전계(57)의 입체 관계로서는 전계(56)가 전계(57)의 하측으로 돌입하는 모양이 된다. 액정 분자는 이들의 전극의 상측에 존재하므로, 전계(56)의 영향은 거의 받지 않고 전계(57)의 영향을 강하게 받아 배향하게 된다. 도 5의 영역(50)에서의 전계의 방향은, 액정 분자가 실제로 영향을 받아서 배향하는 전계 즉, 도 7에서의 전계(57)의 방향을 나타내고 있다. 이상으로부터, 경사 방향의 전계가 생기는 것이 이해된다.

다음에, 이러한 경사 방향의 전계에 의해 역 트위스트가 생기는 것을 설명하기로 한다. 액정 분자에는 전계 방향을 따르는 방향으로 배향하고자 하는 특성을 갖는 P형 액정 분자와, 전계 방향으로 수직인 방향으로 배향하고자 하는 특성을 갖는 N형 액정 분자가 있다. 이하, P형 액정 분자를 이용하는 경우와 N형 액정 분자를 이용하는 경우를 나누어 설명하기로 한다.

도 8은 P형 액정 분자를 이용할 때의 무전계 시의 액정 분자의 배향 방향과, 통상의 횡방향 전계 방향의 관계를 나타내고 있다. 전계는 전계 방향(61)의 방향으로 향하고 있으며, 무전계시에서의 액정 분자는 배향 방향(60)으로 배향하고 있다. 전계 방향(61)과 액정의 배향 방향(60) 사이를 이루는 각은 θ₁이며, 0°< θ₁< 90°이다. 전계가 인가되면 도 8에서는 시계 방향으로 액정 분자가 회전한다. 일반적으로는 θ₁이 70° ∼ 75° 전후이고, 전계 인가 시에는 액정 분자가 회전하여 이상적으로는 θ₁= 0°가 되도록 배향하는 것과 같은 구성을 취하는 경우가 많지만, 반드시 이들의 각도가 되는 것에만 한정되지 않는다. 무전계시에 0°< θ₁< 90°이며, 전계 인가에 의해 회전하여 θ₁가 소정의 필요한 각도만큼 작아지면 액정층으로서 필요한 온·오프를 행하는 것은 가능하다.

이에 대해서, 경사 방향의 전계가 생기는 영역에서는 회전 방향이 역이 되는 경우가 있다. 예를 들면, 경사 방향의 전계가 생기는 도 5의 영역(50)에서의 액정분자의 배향을 생각한다. 도 9는 경사진 전계 방향(72)과 무전계시의 액정의 배향 방향(74)의 관계를 나타내고 있다. 전계 방향(72)은 본래의 횡방향의 전계 방향(70)과는 φ만큼 어긋나 있다. θ₁+ φ > 90°가 되는 경우, 무전계시에는 배향 방향(74)으로 배향하고 있던 액정 분자는 반시계 방향으로 회전한다. 이것은 횡방향의 전계에 의해 회전하는 방향과는 역으로 역 트위스트가 생긴다. 도 5의 영역(51) 및 도 6의 영역(58)과 영역(59)에서도 동일한 기울기의 경사진 전계가 생겨, 동일하게 역 트위스트를 발생시키는 것으로 이해된다.

도 10은 N형 액정 분자를 이용할 때의 무전계시의 액정 분자의 배향 방향과 통상의 횡방향 전계 방향의 관계를 나타내고 있다. 전계 방향(82)에 대해 무전계 시에서의 액정 분자는 배향 방향(80)으로 배향하고 있다. 전계 방향(82)과 액정의 배향 방향(80) 사이를 이루는 각은 θ₂이며, 90°< θ₂< 180°이다. 전계가 인가되면 시계 방향으로 액정 분자가 회전한다. 일반적으로는, θ₂가 160° ∼ 165° 전후이고, 전계 인가시에는 액정 분자가 회전하여 이상적으로는, θ₂=90°가 되도록 배향하는 것과 같은 구성을 취하는 경우가 많지만, 반드시 이들의 각도가 되는 것에만 한정되지 않고 무전계시에 90°< θ₂< 180°이며, 전계 인가에 의해 회전하여 θ₂가 작아지면 족하다.

이에 대해서, 경사 방향의 전계가 생기는 영역에서는 N형 액정 분자의 경우라도 회전 방향이 역이 되는 경우가 있다. 예를 들면, 도 5의 영역(50)에 도시하는 경사 방향의 전계에 의한 액정 분자의 배향을 고려한다. 도 11은 경사진 전계 방향(92)와 무전계시의 액정의 배향 방향(94)의 관계를 나타내고 있다. 전계 방향(92)은 본래의 횡방향의 전계 방향(90)과는 φ만큼 어긋나 있다. θ₂+ φ > 180°가 되는 경우, 무전계시에는 배향 방향(94)으로 배향하고 있던 액정 분자는 반시계 방향으로 회전한다. 이것은 횡방향의 전계에 의해 회전하는 방향과는 역으로 역 트위스트를 발생시킨다. 도 5의 영역(51) 및 도 6의 영역(58)과 영역(59)에서도 동일한 기울기를 갖는 경사진 전계가 생겨 동일하게 역 트위스트를 발생시키는 것으로 이해된다. 결국, 이상에서 나타낸 바와 같은 무전계시의 배향 방향을 취하는 경우에는 P형이나 N형에서도 유사한 장소에 역 트위스트가 생기게 된다.

무전계 시의 액정의 배향 방향이 다르면, 역 트위스트가 생기는 영역도 다르다. 도 12, 도 13은 액정이 전술한 예와는 다른 배향 방향을 갖는 구체예를 나타내고 있으며, 도 12는 P형 액정 분자의 배향 방향, 도 13은 N형 액정 분자의 배향 방향을 나타내고 있다. 지금까지와 동일한 논리를 적용하면, 도 14에서는 영역(95) 및 영역(96), 도 15에서는 영역(97)과 영역(98) 즉, θ₁+ φ < 90°, θ₂+ φ < 0°이 되는 영역에서 역 트위스트가 생기는 것이 이해된다.

이상과 같은 역 트위스트를 저감시키기 위해, 본 발명자는 예의 검토를 행하여 역 트위스트가 생기는 원인이 되는 보조 용량 전극의 형상을 연구함으로써 본 발명을 완성하였다.

스위칭 전극에 대해 보조 용량 전극이 직교하고 있는 경우, 스위칭 전극 간에서 생기는 횡방향의 전계 이외에, 보조 용량 전극 근변에는 2방향의 전계가 존재한다. 2방향의 전계란, 도 7에서의 제2 스위칭 전극(52)과 제1 보조 용량 전극(55) 간에서 발생하는 전계(56)와, 제1 스위칭 전극(54)과 제2 보조 용량 전극(53) 간에서 발생하는 전계(57)이다. 무전계시의 액정 배향 방향에 따라서는 이러한 구성의 전극의 경우에, 전계(57)가 역 트위스트를 생기게 하는 경우가 있는 것은 이상에서 설명한 바와 같다. 본 발명자는 역 트위스트가 생기는 경우에, 전술한 2방향의 전계 중 역 트위스트가 생기는 방향의 전계가 액정의 배향에 미치는 영향을 약하게 하고, 다른 한쪽 방향의 전계가 액정에 미치는 영향을 강화함으로써, 역 트위스트를 크게 저감할 수 있는 점에 주목하였다. 예를 들면, 역 트위스트를 발생시키는 것에 대해 영향이 큰 전극[도 7의 예에서는 제2 보조 용량 전극(53)]의 형상을 대향하는 전극[도 7에서는 제1 보조 용량 전극(55)]의 형상보다도 작게함으로써 이 영역에서의 액정을 저감할 수 있다.

도 16은 종래 기술인 도 7의 구조를 개량한 본 발명의 전극 구조를 나타낸 것이다. 도 16에서도 전계(105)가 역 트위스트가 생기도록 액정 분자가 배향되어 있다. 제2 보조 용량 전극(101)의 전극의 형상이 대향하는 제1 보조 용량 전극(103)의 형상보다 작은 것으로 인해, 전계(105)의 영향이 작아지며 전계(104)의 영향이 커지므로, 액정 분자는 전계(104)에 대한 영향을 받기 쉽다. 도 16에 도시한 바와 같이, 제2 보조 용량 전극(101)의 광투과 영역(106)에 면하고 있는 측을 잘라낸 것 즉, 제2 보조 용량 전극(101)에서의 광투과 영역(106)의 측의 단변이 대향하는 보조 용량 전극(103)에서의 광투과 영역(106)의 측의 단변보다도 내측[광투과 영역(106)으로부터 떨어진 측]에 위치하는 관계가 성립하는 것이 특히 바람직하다. 제2 스위칭 전극(100)으로부터 제1 보조 용량 전극(103)으로 향하는 전계(104)는 제2 보조 용량 전극(101)의 반발을 받기 어려우므로 기판 표면을 따라 전계가 돌입하는 정도가 감소한다. 반대로, 제2 보조 용량 전극(101)으로부터 제1 스위칭 전극(102)으로 향하는 전계(105)는 제1 보조 용량 전극(103)에 의해 끌어 당겨지므로, 기판측으로 돌입하는 정도가 증가한다. 따라서, 전계(105)가 전계(104) 하부로 돌입하는 경향이 강해지므로, 전계(104)가 액정 분자의 배향에 미치는 영향이 증가하고, 그 결과 역 트위스트가 감소한다.

도 16과 같이 보조 용량 전극의 일부를 절결한 것과 같은 형상을 채용하면 그만큼 보조 용량을 축적할 수 있는 전하가 작아진다. 따라서, 절결량, 형상, 위치는 필요로 되는 보조 용량의 크기와 저감해야 할 역 트위스트의 정도를 감안하여 정해야만 한다. 예를 들면, 전계(104)가 기판 표면을 따라 돌입하는 정도를 감소시킴으로써 효과가 크면, 제2 보조 용량 전극(101)에서 제2 스위칭 전극(100)에 가까운 측만을 절결해도 좋고(도 17) 한편, 전계(105)가 기판 표면을 따라 돌입하는 정도를 증가시킴으로써 효과가 크면, 제2 보조 용량 전극(101)에서 제1 스위칭 전극(102)에 가까운 측만을 절결해도 좋다(도시하지 않음).

도 18, 도 19, 도 20, 도 21은 각각 도 5, 도 6, 도 14, 도 15를 개량한 본 발명의 전극 구조를 나타내고 있다. 도 18, 도 20은 역 트위스트가 생기는 보조 용량 전극의 일부를 절결한 형상을 갖고 있다. 도 19, 도 21과 같이 역 트위스트를 발생시키는 보조 용량 전극(도 19에서는 우측 상부, 도 21에서는 좌측 상부과우측 하부)을 전부 절결해도 된다.

역 트위스트는 광투과 영역의 한쪽 보조 용량 전극측의 영역에서 크게 생기지만, 그 광투과 영역에서의 반대측의 영역에서도 약간 생기는 경우가 많다. 구체적으로는, 도 5의 영역(65), 영역(66)에서도 약간의 역 트위스트가 생기는 경우가 있다. 이들의 영역에서는 투과율이 크게 저하하는 현상이 관찰된다. 크게 역 트위스트가 생기는 전자(前者)의 영역에서는 스위칭 전극과 보조 용량 전극 간에서 생기는 전계가 역 트위스트를 발생시키고 있다. 약간의 역 트위스트가 생길 수 있는 후자의 영역에서는 명확하게 역 트위스트를 발생시키는 원인을 정확히 설명할 수 없다. 스위칭 전극과 보조 용량 전극 간에서 생기는 전계나 보조 용량 전극끼리의 사이에서 생기는 전계의 영향으로, 두께 방향에서 전계가 어느 정도의 불규칙성을 갖고 분포하고 있으며, 어느 방향의 전계 성분이 역 트위스트를 생기게 하는 것으로 생각된다. 실험적으로는, 후자의 영역에서는 전자의 영역과는 반대로, 상측(액정층측)의 보조 용량 전극 쪽이 하측(기판측)의 보조 용량 전극보다도 큰 쪽이 역 트위스트의 발생이 적다고 하는 결과가 얻어지고 있다. 구체적으로는, 도 19의 좌측 상부과 우측 하부, 도 21의 우측 상부과 좌측 하부와 같이, 상측의 보조 용량 전극 쪽이 하측의 보조 용량 전극보다도 광투과 영역측으로 돌출한 형상으로 되어 있을 때 역 트위스트의 발생이 적다.

도 18 내지 도 21의 전극을 관찰하면, 이하와 같은 공통점을 발견할 수도 있다. 도 18에서는 제1 스위칭 전극(113)이 중앙에 있으며, 제2 스위칭 전극(114, 116)이 좌우에 있으며, 제1 스위칭 전극(113)에 접속하는 제1 보조 용량 전극(126,128), 제2 스위칭 전극(114, 116)에 접속하는 제2 보조 용량 전극(118, 120, 122, 124)이 설치되고 있다. 한가운데의 제1 스위칭 전극(113)을 축으로서 생각하면, 그 좌우에 배치되어 있는 보조 용량 전극, 예를 들면 제2 보조 용량 전극(118)과 제2 보조 용량 전극(120)은 그 크기, 형상이 비대칭이다. 또한, 제1 보조 용량 전극(126)과 제1 보조 용량 전극(128)과의 중심에 축(130)을 가상하면, 그 상하에 배치되어 있는 보조 용량 전극, 예를 들면 제2 보조 용량 전극(118)과 제2 보조 용량 전극(122)은 비대칭이다. 이에 대해서, 대각 관계에 있는 전극, 예를 들면 제2 보조 용량 전극(118과 128 또는 120과 122)은 동일한 것이나 다른 것이라도 좋다. 도 18, 도 20, 도 21과 같이, 대각 관계에 있는 보조 용량 전극이 각각 동일한 형상이라고 하면, 전체적으로는 점대칭인 전극 배치가 된다. 복수의 광투과 영역의 특성을 동등하게 하기 위해서는 점대칭인 전극 배치가 유리한 경우도 많다. 도 19는 점대칭이 아닌 예를 나타내고 있다.

지금까지에서는 보조 용량 전극의 형상으로서, 상측의 보조 용량 전극의 구조의 내측(광투과 영역에 인접하는 측)의 형상만을 논의해왔다. 그러나, 상하부의 보조 용량 전극의 상대적인 대소가 마찬가지이면, 상측의 보조 용량 전극을 크기는 바꾸지 않고서 하측의 보조 용량 전극만을 바꿔도 좋으며 또한 상하 모두 크기를 변화시켜도 되는 것은 물론이다. 또한, 전극의 외측(광투과 영역의 반대측 즉 인접하는 화소측)의 형상은 전부 동일해지는 즉, 상하 전극의 외측의 모서리가 동일해지도록 설명해왔지만, 외측 형상을 바꿈으로써 전계의 방향이나 크기를 변화시킬 수 있는 경우에는 상하 전극의 외측 형상이 다르도록 전극을 설치하여도 되는 것은물론이다.

또한, 보조 용량 전극으로서는 스위칭 전극에 대하여 수직으로 2조의 보조 용량 전극이 설치되고 있는 경우에 대해 논의해왔다. 그러나, 가령 보조 용량 전극이 엄밀하게 수직이 아니고 스위칭 전극에 대하여 평행하지 않은 위치 관계에 있는 경우에는 경사 방향의 전계가 생기는 것은 이해될 수 있다. 따라서, 스위칭 전극과 보조 용량 전극이 비스듬하게 배치되어 있는 경우에 있어서도, 본 발명의 수법을 이용하여 경사 방향의 전계의 영향을 최소한으로 억제하고, 역 트위스트의 영향을 저감시키는 것이 가능한 것은 물론이다. 또한, 게이트 라인으로부터의 차폐나 필요로 되는 보조 용량의 크기를 고려하여, 2조의 보조 용량 전극을 이용한 예에 대해 설명했지만, 1조의 보조 용량 전극을 이용한 구성이나 3조 이상의 보조 용량 전극을 이용한 구성에서 그 보조 용량 전극이 역 트위스트를 발생시키는 것이면, 본 발명의 수법을 이용하여 역 트위스트의 저감을 달성할 수 있는 것도 물론이다.

도 22는 본 발명의 다른 구체예를 나타내고 있다. 보조 용량 전극은 종방향이 짧아지도록 절결해도 좋으며[제2 보조 용량 전극(130)], 횡방향으로 잘라내도 좋으며[제2 보조 용량 전극(134, 136)], 종횡으로 잘라내도 좋다[제2 보조 용량 전극(132)]. 도 22는 더 효과적으로 전계 방향을 제어하기 위해 하측 전극을 절결한 예를 나타내고 있다(우측 하부, 좌측 하부).

전극 형상을 바꿈으로써 상하 전극의 중첩을 바꿔서, 표시 영역에 대한 역 트위스트가 차지하는 비율(Reverse Twist Rate)을 시뮬레이션 툴(LCD Master 3D)에의해 구하였다. 도 23은 상측 전극과 하측 전극의 중첩량을 바꾸는 시뮬레이션을 위한 전극도이다. 전극 A와 전극 B 간에는 쇼트하지 않도록 절연체를 끼우고 있다. 도 24는 절결량과 역 트위스트 비율과의 관계를 나타내고 있다. 전극 A, B가 중첩되지 않은 부분이 클수록 역 트위스트가 생기기 어렵게 되어 있는 것을 알 수 있다. 전극에 어떤 것도 실시하지 않을 때 생기는 역 트위스트에 비해 절반 이하로 하기 위해서는 적어도 중첩되지 않은 부분은 1.5㎛는 필요한 것을 알 수 있다.

도 25는 중앙의 스위칭 전극의 폭을 바꾸는 시뮬레이션을 위한 전극도이다. 도 26에 도시한 바와 같이, 스위칭 전극의 폭을 바꾸어도 역 트위스트를 발생하는 비율은 변하지 않았다.

도 27은 종방향으로 전극을 짧게한 폭을 5㎛로 고정하고, 횡방향의 전극의 길이를 바꾸는 시뮬레이션을 위한 전극도이다. 횡방향으로 전극을 짧게하는 폭을 0 ∼ 15㎛로 변화시켜서 역 트위스트의 비율을 구하였다. 도 28에 도시한 바와 같이, 역 트위스트의 비율이 절반 이하가 되기 위해서는 적어도 수평 방향의 전극의 길이를 10㎛ 이상 즉, 전극 간격의 2/3 이상의 길이가 필요한 것을 알 수 있다.

도 29는 종래 기술인 도 5의 전극 배치 경우의 광투과를 나타내고 있다. 좌측 영역 상부의 부분과 우측 영역의 하부에서 역 트위스트가 생기고 있는 것을 알 수 있다. 도 30은 본 발명인 도 20의 전극 배치 경우의 광투과를 나타내고 있다. 역 트위스트가 거의 소멸하고 또한 좌측 영역의 하부의 부분과 우측 영역 상부의 부분에서 투과율이 향상하고 있는 것을 알 수 있다.

본 발명은 IPS 모드에서 역 트위스트를 생기는 보조 용량 전극의 구조를 규정하는 것이며, 역 트위스트의 발생을 저감시키는 것이 가능해져 응답 속도의 개선, 개구율의 향상을 꾀할 수 있게 되었다.

Claims

한쌍의 기판과,

적어도 1 이상의 제1 스위칭 전극, 상기 제1 스위칭 전극에 대해 평행하게 배치된 적어도 1 이상의 제2 스위칭 전극, 및 보조 용량이 상기 한쌍의 기판 중 한쪽 기판 상에 각 화소에 대응하여 설치된 화소 전극과,

상기 제1 스위칭 전극 및 상기 제2 스위칭 전극에 의해서 형성된 적어도 1 이상의 광투과 영역과,

한쌍의 기판 간에 샌드위치되어 있는, 기판의 면내 방향으로 배향하는 액정 분자로 이루어지는 액정층으로 이루어지는 액정 표시 장치에 있어서,

상기 보조 용량은 상기 제1 스위칭 전극에 대해 비평행하게 접합된 제1 보조 용량 전극, 상기 제1 보조 용량 전극 상에 설치된 절연층, 상기 절연층 상에 상기 제2 스위칭 전극에 대하여 비평행하게 접합된 제2 보조 용량 전극으로 이루어지며,

상기 제1 보조 용량 전극과 상기 제2 보조 용량 전극은 상기 광투과 영역에 인접하는 영역에서 상이한 크기를 갖는 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
제1항에 있어서, 상기 제1 보조 용량 전극은 상기 제1 스위칭 전극에 대해 거의 수직으로 접합되어 있는 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
제1항에 있어서, 상기 액정 분자는 상기 제1 스위칭 전극과 상기 제2 스위칭전극 간에서 발생하는 전계에 의해 소정의 면내 회전 방향으로 회전하고, 또한 상기 제1 스위칭 전극과 상기 제2 보조 용량 전극 간에서 발생하는 전계에 의해 상기 면내 회전 방향과는 역방향으로 회전하고,

상기 제2 보조 용량 전극에서의 상기 광투과 영역에 인접하는 영역의 형상은 상기 제1 보조 용량 전극의 형상보다도 작은 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
제3항에 있어서, 추가 보조 용량이 더 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
제4항에 있어서, 상기 추가 보조 용량은 상기 제1 스위칭 전극에 대해 거의 수직으로 접합되어 있는 제1 추가 보조 용량 전극, 상기 제2 스위칭 전극에 대해 거의 수직으로 접합되어 있는 제2 추가 보조 용량 전극 및 절연층으로 이루어지며, 상기 제2 추가 보조 용량 전극에서의 상기 광투과 영역에 인접하는 영역의 형상은 상기 제1 추가 보조 용량 전극의 형상보다도 큰 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
제1항에 있어서, 상기 제1 스위칭 전극이 N개(단, N은 2 이상의 정수)이고 상기 제2 스위칭 전극은 (N-1)개, 또는 상기 제1 스위칭 전극은 (N-1)개이고 상기 제2 스위칭 전극은 N개이며, 상기 제1 스위칭 전극과 상기 제2 스위칭 전극은 교대로 배치되며 상기 광투과 영역이 (2N-2)개 있는 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
제6항에 있어서, 상접하는 2개의 광투과 영역의 상기 제2 보조 용량 전극에서의 상기 광투과 영역에 인접하는 영역의 형상은 상기 상접하는 2개의 광투과 영역의 경계를 정하는 상기 제1 스위칭 전극 또는 상기 제2 스위칭 전극을 중심축으로 하여 비선대칭인 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
제6항에 있어서, 상접하는 2개의 광투과 영역의 상기 제2 보조 용량 전극에서의 상기 광투과 영역에 인접하는 영역의 형상은 상기 상접하는 2개의 광투과 영역의 경계를 정하는 상기 제1 스위칭 전극 또는 상기 제2 스위칭 전극의 중심점에 대해 점대칭인 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
제1항에 있어서, 상기 제2 보조 용량 전극은 상기 제2 보조 용량 전극에 인접하는 상기 광투과 영역의 변(edge) 길이의 0% 이상 50% 이하의 범위에서 상기 광투과 영역의 변에 접하고 있는 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치.