KR20070065075A - 액정 표시 장치 - Google Patents

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KR20070065075A
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전용제
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문상호
노성인
이성준
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Abstract

본 발명은 액정 표시 장치에 관한 것으로, 본 발명에 따른 액정 표시 장치는 제1 기판과 제2 기판에 형성되는 배향막의 러빙 처리가 소정 각도 어긋나므로, 액정 물질이 높이에 따라서 눕는 방향이 달라지게 되고, 이에 따라 액정 분자가 역방향으로 정렬되는 백플로우 문제가 완화된다. 또한, 액정 물질의 반응 속도가 빨라지며, 백플로우가 문제가 완화됨에 따라 화면을 깨끗하게 표시할 수 있다.
액정 표시 장치, 러빙 방향, 수직 배향, 카이랄 도펀트, 백플로우

Description

액정 표시 장치{Liquid Crystal Display}
도 1은 종래 기술에 따른 수직 배향 모드 액정 표시 장치의 개략 단면도이다.
도 2는 도 1에 도시된 액정 표시 장치에 계조 전압이 인가되었을 때의 액정 분자의 상태를 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 수직 배향 모드 액정 표시 장치의 개략 사시도이다.
도 4는 도 3에 도시된 액정 표시 장치의 개략 단면도이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 TFT 기판과 CF 기판의 러빙 방향을 도시한 개략도이다.
도 6은 도 5에 도시된 TFT 기판과 CF 기판 사이에 계조 전압이 인가되었을 때의 액정 분자의 상태를 나타낸 개략도이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
100: 제1 기판 110: 게이트 전극
120: 게이트 절연막 130: 활성층
140: 소스 전극 150: 드레인 전극
160: 보호층 170: 화소 전극
200: 제2 기판 210: 블랙 매트릭스
220: 컬러 필터 230: 오버 코트막
240: 공통 전극 310, 320: 배향막
400: 액정 물질
본 발명은 액정 표시 장치에 관한 것으로, 특히 상판과 하판의 배향막 표면에 형성되는 러빙 처리 방향을 소정 각도만큼 어긋나게 하여 액정의 백플로우 현상을 억제한 수직 배향 액정 표시 장치에 관한 것이다.
액정 표시 장치(LCD, Liquid Crystal Display)는 두 기판 사이에 주입되어 있는 이방성 유전율을 갖는 액정 물질에 전계를 인가하고, 이 전계의 세기를 조절하여 기판에 투과되는 광의 양을 조절함으로써 원하는 화상을 표시하는 장치이다.
일반적으로 액정 분자는 구조가 가늘고 길며, 방향에 따라서 유전율과 광투과 성질이 다르다. 액정 표시 장치는 이러한 액정 분자의 성질을 이용하여, 액정 분자에 전기장을 인가함으로써 액정 분자의 배열 방향을 제어하여 구동한다.
즉, 상기 액정 분자에 전기장을 인가하여 액정 분자의 배열이 변하면, 액정 분자의 광투과 성질에 의해 배열 방향으로 광투과 상태가 변화되어 화상를 표시할 수 있다.
이러한 액정 표시 장치는 광시야각을 확보하기 위한 다양한 기술이 개발되고 있다. 시야각을 넓히는 방법으로는 하나의 액정 화소를 여러 영역으로 나누어 각 영역마다 액정 분자의 배열을 다르게 하여 시야각을 확보하는 다중 영역(multi domain) 형성 방법, 위상차 필름을 사용하여 시야각의 변화에 대한 위상차의 변화를 줄이는 위상 보상 방법, 수평 방향 전기장(lateral electric field)을 걸어 주어 액정 분자의 방향자를 기판 평면 상에서 회전시켜서 시야각을 확보하는 수평 전극 스위칭(IPS, in-plane switching) 방법, 액정 분자를 수직으로 배향하기 위한 수직 배향막과 유전율 이방성이 음인 액정(negative Liquid Crystal)을 사용하는 수직 배향(Vertical Alignment, 이하 VA) 방법 등이 있다.
상기 시야각을 넓히는 방법 중에서 수직 배향(Rubbing Vertical Alignment) 방법이 적용된 액정 표시 장치가 PDA 등의 휴대용 기기에 적용되고 있다.
도 1은 종래 기술에 따른 수직 배향 모드 액정 표시 장치의 개략 단면도이며, 도 2는 도 1에 도시된 액정 표시 장치에 계조 전압이 인가되었을 때의 액정 분자의 상태를 나타낸 도면이다.
도 1을 참조하면 종래 기술에 따른 수직 배향 모드 액정 표시 장치는, 기판(10), 기판에 형성되는 화소를 동작시키기 위한 박막 트랜지스터(미도시) 등을 포함하여 단차가 형성되는 단차부(11) 및 배향막(31)을 포함하는 박막 트랜지스터 기판과, 기판(20), 상기 기판(20) 상에 형성되는 컬러 필터(미도시)와 같은 물질로 인해 굴곡이 형성된 면을 평탄하게 하는 오버 코트막(21) 및 배향막(32)을 포함하는 컬러 필터 기판과, 상기 박막 트랜지스터 기판과 컬러 필터 기판 사이에 형성되는 액정 물질(40)을 포함한다.
상기 박막 트랜지스터 상에 형성되는 배향막(31)과, 컬러 필터 기판 상에 형성되는 배향막(32)은 소정 방향으로 러빙 처리된다.
이와 같은 구성의 액정 표시 장치는, 박막 트랜지스터 기판과 컬러 필터 기판 사이에 전계가 형성되면 형성된 전계의 세기에 따라서 액정 물질(40)이 눕게 된다. 여기서, 상기 액정 물질(40)이 눕는 방향은 러빙 처리된 방향이다.
예를 들어, 왼쪽 방향으로 박막 트랜지스터 기판을 러빙한 후에, 박막 트랜지스터 기판과 컬러 필터 기판 사이에 전계를 형성하면, 액정 물질(40)은 왼쪽 방향으로 눕게 된다.
그러나, 도 2에 도시된 바와 같이 액정 물질(40)의 일부는 단차부(11)의 기울기로 인하여 왼쪽 방향이 아닌 오른쪽으로 눕게 된다. 이로 인하여 액정 물질(40)의 반응 속도가 느려지거나, 액정 물질(40)이 역방향으로 정렬되는 백플로우 현상으로 인하여 화상이 깨끗하게 표시되지 않거나, 시야각이 제대로 확보되지 않는 등의 문제점이 발생한다.
본 발명은 상기의 문제점을 해결하기 위해 도출된 것으로서, 상판과 하판의 배향막에 형성되는 러빙 처리 방향을 소정 각도만큼 어긋나게 하여 액정의 백플로우 현상을 억제한 수직 배향 액정 표시 장치를 제공함을 그 목적으로 한다.
상기 본 발명의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 측면에 따르면, 박막 트랜지스터가 형성되는 제1 기판; 상기 제1 기판 상에 형성되며 일방향으로 러빙 처 리된 배향막; 상기 제1 기판에 대응하여 컬러 필터가 형성되는 제2 기판; 상기 제2 기판 상에 형성되며 상기 일방향의 축과 소정 각도 어긋나는 방향으로 러빙 처리된 배향막; 및 상기 제1 기판과 제2 기판 사이에 형성되는 액정 물질을 포함하되, 상기 액정 물질은 유전율 이방성이 음인 액정 물질인 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치가 제공된다.
상기 액정 물질에는 카이랄 도펀트가 포함된 것을 특징으로 한다.
상기 소정 각도는 1 내지 5도인 것을 특징으로 한다.
이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명한다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 수직 배향 모드 액정 표시 장치의 개략 사시도이며, 도 4는 도 3에 도시된 액정 표시 장치의 개략 단면도이다.
도 3과 도 4를 참조하면, 액정 표시 장치는 박막 트랜지스터 기판과 이와 대향하여 배치되는 컬러 필터 기판 및 이들 두 기판 사이에 형성되는 액정 물질(400)을 포함하여 이루어진다.
상기 액정 표시 장치에서, 박막 트랜지스터 기판과 컬러 필터 기판 사이에 형성되는 액정 물질(400)은 음의 유전율 이방성을 가진, 즉 길이 방향의 유전율보다 두께 방향의 유전율이 더 큰 액정 물질을 사용한다.
본 발명의 실시예에 따른 액정 표시 장치는 상기 액정 물질(400)에 카이랄 도펀트(chiral dopant)를 첨가하여 액정 물질(400)의 반응 속도를 높일 수 있다. 상기 액정 물질(400)에 카이랄 도펀트를 첨가하면, 카이랄 도펀트의 헬리컬 특성에 따라 액정 물질(400)이 꼬임(twist) 구조를 이루게 되며, 그에 따라 액정 물질의 반응 속도가 높아진다.
박막 트랜지스터 기판은 투명 기판인 제1 기판(100) 상에, 게이트 신호를 전달하며 일방향으로 연장되는 게이트 라인(110)과, 상기 게이트 라인(110)에 교차하는 방향으로 형성된 데이터 라인(140)과, 게이트 라인(110) 및 데이터 라인(140)과 연결되는 박막 트랜지스터(TFT, Thin Film Transistor)를 포함한다.
박막 트랜지스터는 게이트 라인(110)에 연결된 게이트 전극과, 데이터 라인(140)에 연결된 소스 전극과, 화소 전극(170)에 접속된 드레인 전극(150)과, 게이트 전극과 소스 전극 및 드레인 전극(150) 사이에 순차적으로 형성된 게이트 절연막(120) 및 활성층(130)을 포함한다.
제1 라인인 게이트 라인(110)은 가로 방향으로 연장되고, 또한, 게이트 라인(110)의 일부가 상부 또는 하부로 돌출하여 상술한 박막 트랜지스터의 게이트 전극을 이룬다.
제2 라인인 데이터 라인(140)은 세로 방향으로 연장되고, 그 일부가 돌출하여 상술한 박막 트랜지스터의 소스 전극을 이룬다. 여기서, 데이터 라인(140)은 도 3에 도시된 바와 같이 게이트 라인(110)이 형성된 방향과 교차하는 방향으로 형성되어 있다.
데이터 라인(140) 및 드레인 전극(150) 상에는 유기 절연막으로 이루어진 보호막(160)이 형성되어 있다. 여기서 보호막(160)은 감광성 유기 물질을 노광 및 현상하여 현상할 수 있다. 유기 절연 보호막(160)의 하부에는 질화 규소 또는 산화 규소로 이루어진 무기 물질의 절연막이 추가될 수 있으며, 보호막 전체를 질화 규 소 또는 산화 규소 등의 무기 절연 물질로 형성할 수도 있다.
또한, 게이트 라인(110) 사이에 상기 게이트 라인(110)과 동일한 방향으로 유지 전극 라인(미도시)이 연장된다. 이때, 유지 전극 라인은 충분한 스토리지 용량(storage capacitance)을 확보하기 위해 폭, 길이 등의 형상이 다양하게 변경될 수 있다.
게이트 라인(110) 및 유지 전극 라인은 Al, Al 합금, Ag, Ag 합금, Cr, Ti, Ta, Mo 등의 금속 등으로 형성될 수 있다. 게이트 라인(110) 및 유지 전극 라인은 단일층으로 이루어질 수 있고, 물리 화학적 특성이 우수한 Cr, Mo, Ti, Ta 등의 금속층과 비저항이 작은 Al 계열 또는 Ag 계열의 금속층을 포함하는 이중층 이상의 다중층으로 이루어질 수도 있다. 이외에도 다양한 금속 또는 도전체로 게이트 라인(110) 및 유지 전극 라인을 만들 수 있다. 또한 게이트 라인(110) 및 유지 전극 라인은 측면이 경사질 수 있으며 수평면에 대한 경사각은 30 내지 80도인 것이 바람직하다.
게이트 라인(110) 및 유지 전극 라인의 위에는 질화 규소(SiNx) 등으로 이루어진 게이트 절연막(120)이 형성되어 있다. 게이트 절연막(120) 위에는 게이트 전극에 전압이 인가될 때에 채널을 형성하는 활성층(130)이 형성되고, 상기 활성층(130) 위에는 데이터 라인(140) 및 드레인 전극(150)이 형성되어 있다.
상기 박막 트랜지스터 기판은, 상기 게이트 라인(110)들 사이에 형성되는 복수의 화소 전극(170)을 포함한다. 여기서, 상기 화소 전극(170)은 일반적으로 투명한 전도성 재질의 인듐 틴 옥사이드(indium tin oxide: ITO) 또는 인듐 징크 옥사 이드(indium zinc oxide: IZO)를 사용한다.
한편, 도 4를 참조하여 박막 트랜지스터 기판과 마주하는 상부의 컬러 필터 기판에 대하여 상세하게 설명한다.
투명 기판인 제2 기판(200) 상에는 블랙 매트릭스(210)와 컬러 필터(220)가 형성되어 있고, 컬러 필터(220) 위에는 유기 물질로 이루어진 오버코트막(230)이 형성되어 있다. 오버코트막(230)의 위에는 ITO 또는 IZO 등의 투명한 도전 물질로 이루어진 공통 전극(240)이 형성되어 있다.
또한, 박막 트랜지스터 기판과 컬러 필터 기판 상에는 액정 물질(400)의 배향을 위한 배향막(310, 320)이 형성된다. 상기 배향막(310, 320)에는 액정 물질(400)을 원하는 방향으로 배향하기 위하여 러빙 처리된다.
본 발명의 실시예에 따른 액정 표시 장치는, 제1 기판에 형성되는 배향막(310)과 제2 기판에 형성되는 배향막(320)의 러빙 처리 방향축을 소정 각도만큼 어긋나게 한다.
다음으로, 도 5와 도 6을 참조하여 러빙 방향에 따른 액정의 배향에 대하여 상세하게 설명한다. 도 5는 본 발명의 실시예에 따른 TFT 기판과 CF 기판의 러빙 방향을 도시한 개략도이다.
도 5에 도시된 본 발명의 실시예에 따른 액정 표시 장치는, 제1 기판(100) 상에 형성되는 배향막의 러빙 처리 방향 축과, 제2 기판(200) 상에 형성되는 배향막의 러빙 처리 방향 축이 소정 각도만큼 어긋난다.
보다 상세하게는, 상기 액정 표시 장치에서 제1 기판(100) 상에 형성되는 배 향막의 러빙 처리 방향과, 제2 기판(200) 상에 형성되는 배향막의 러빙 처리 방향을 소정 각도, 예를 들어 1 ~ 5도 정도 어긋나게 형성한다.
다음으로, 액정 표시 장치의 제1 기판(100)과 제2 기판(200) 상에 형성된 배향막의 러빙 처리를 소정 각도 어긋나게 한 경우에, 제1 기판(100)과 제2 기판(200) 사이에 계조 전압이 인가되었을 때의 액정 물질(400)의 정렬에 대하여 도 6을 참조하여 상세히 설명한다.
도 6은 도 5에 도시된 TFT 기판과 CF 기판 사이에 계조 전압이 인가되었을 때의 액정 분자의 상태를 나타낸 개략도이다.
도 6에 도시된 액정 분자(400a), 액정 분자(400b), 액정 분자(400c), 액정 분자(400d)는 높이 순으로 정렬되어 있다. 즉, 본 발명의 실시예에 따른 액정 표시 장치는, 제2 기판(200), 액정 분자(400a), 액정 분자(400b), 액정 분자(400c), 액정 분자(400d), 제1 기판(100)의 순으로 적층된다.
즉, 액정 표시 장치에서 제1 기판과 제2 기판에 형성되는 배향막의 러빙 처리가 소정 각도 어긋나면, 도 6에 도시된 바와 같이 액정 물질이 높이에 따라서 눕는 방향이 달라지게 된다. 따라서, 액정 분자(400a, 400b, 400c, 400d)가 역방향으로 정렬되는 백플로우 문제가 완화된다. 그에 따라, 액정 물질의 반응 속도가 빨라지며, 백플로우가 문제가 완화됨에 따라 화면을 깨끗하게 표시할 수 있다.
본 발명의 권리 범위는 앞에서 설명한 각 실시예에 한정되는 것이 아니라, 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자에 의한 모든 변경 및 개량도 본 발명의 권리 범위에 속한다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 액정 표시 장치는 제1 기판과 제2 기판에 형성되는 배향막의 러빙 처리가 소정 각도 어긋나므로, 액정 물질이 높이에 따라서 눕는 방향이 달라지게 되고, 이에 따라 액정 분자가 역방향으로 정렬되는 백플로우 문제가 완화된다. 또한, 액정 물질의 반응 속도가 빨라지며, 백플로우가 문제가 완화됨에 따라 화면을 깨끗하게 표시할 수 있다.

Claims (3)

  1. 박막 트랜지스터가 형성되는 제1 기판;
    상기 제1 기판 상에 형성되며 일방향으로 러빙 처리된 배향막;
    상기 제1 기판에 대응하여 컬러 필터가 형성되는 제2 기판;
    상기 제2 기판 상에 형성되며 상기 일방향의 축과 소정 각도 어긋나는 방향으로 러빙 처리된 배향막; 및
    상기 제1 기판과 제2 기판 사이에 형성되는 액정 물질을 포함하되,
    상기 액정 물질은 유전율 이방성이 음인 액정 물질인 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 액정 물질에는 카이랄 도펀트가 포함된 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
  3. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 소정 각도는 1 내지 5도인 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9341895B2 (en) 2012-03-05 2016-05-17 Samsung Display Co., Ltd. Liquid crystal display and method of manufacturing the same

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