KR20080056412A - 액정 표시 장치 및 그 제조 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 액정 표시 장치(LCD ; Liquid Crystal Display device)에 관한 것으로, 특히 광시야각 모드와 협시야각 모드로 전환이 가능한 액정 표시 장치 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
본 발명에 따른 액정 표시 장치는 제 1 기판과, 제 2 기판과, 그 사이에 개재된 액정층으로 이루어지며, 적색 서브픽셀(red sub-pixel; Pr), 녹색 서브픽셀(green sub-pixel; Pg), 청색 서브픽셀(blue sub-pixel; Pb), 시야제어용 서브픽셀(viewing angle controlling sub-pixel; Pv)을 구비하며, 상기 적색 서브픽셀(Pr), 녹색 서브픽셀(Pg), 청색 서브픽셀(Pb), 시야제어용 서브픽셀(Pv)은 VA(Vertical Alignment) 방식으로 구동된다. 본 발명에 따른 액정 표시 장치는 상기 적색 서브픽셀(Pr), 녹색 서브픽셀(Pg), 청색 서브픽셀(Pb)은 4도메인 구조를 가지며, 상기 시야제어용 서브픽셀(Pv)은 2도메인 구조를 가지는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 광시야각을 구현하는 멀티도메인 수직배향(VA) 모드 액정 표시 장치에서 광시야각 모드 또는 협시야각 모드를 선택하여 구현할 수 있어, 개인의 보안성을 확보할 수 있다.
Figure P1020060129288
수직배향, 멀티도메인, 시야제어

Description

액정 표시 장치 및 그 제조 방법{liquid crystal display device and method of fabricating the same}
도 1은 종래 광시야각 모드와 협시야각 모드로 동작할 수 있는 액정 표시 장치를 보여주는 단면도.
도 2는 본 발명에 따른 제 1 실시예로서, 액정 표시 장치의 픽셀을 보여주는 평면도.
도 3은 도 2의 액정 표시 장치의 픽셀에 대응하는 제 2 기판을 보여주는 평면도.
도 4는 도 2 및 도 3의 Ⅰ-Ⅰ'선을 따라 절단한 단면도.
도 5a 및 도 5b는 본 발명의 광시야각 모드에서의 투과 특성을 보여주는 그래프.
도 6은 본 발명에 따른 액정 표시 장치에서 광시야각모드시 시야제어용 서브픽셀(Pv)에서 시야각에 따른 색대비비(contrast-ratio)를 보여주는 그래프.
도 7a는 협시야각 모드에서 적색, 녹색, 청색 서브 픽셀(Pr, Pg, Pb)에 전압 무인가시와 전압 인가시의 투과 특성을 보여주는 그래프.
도 7b는 협시야각 모드에서 시야제어용 서브 픽셀(Pv)의 투과 특성을 보여주는 그래프.
도 8은 본 발명에 따른 액정 표시 장치에서 협시야각 모드시 시야제어용 서브 픽셀에서 시야각에 따른 색대비비(contrast-ratio)를 보여주는 그래프.
도 9는 본 발명에 따른 제 2 실시예로서, 액정 표시 장치의 픽셀을 보여주는 단면도.
도 10은 본 발명에 따른 액정 표시 장치에서, 시야제어용 서브픽셀의 셀갭 증가에 따른 휘도 곡선의 변화를 보여주는 그래프.
도 11은 본 발명에 따른 제 3 실시예로서, 액정 표시 장치의 픽셀을 보여주는 단면도.
도 12는 본 발명에 따른 제 4 실시예로서, 액정 표시 장치의 픽셀을 보여주는 평면도.
<도면의 주요부분에 대한 부호 설명>
100, 200, 300 : 제 1 기판 123 : 게이트 전극
125, 225, 325, 425 : 게이트 배선 129, 229, 329 : 게이트 절연막
131 : 반도체층 135 : 소스 전극
137 : 드레인 전극 139, 439 : 데이터 배선
145, 245, 345 : 보호막 161, 261, 361, 461 : 제 1 화소 전극
162, 262, 362, 462 : 제 2 화소 전극 170, 270, 370 : 액정층
180, 280, 380 : 제 2 기판 181, 281, 381 : 블랙 매트릭스
182, 282, 382 : 컬러필터층 185, 285, 385 : 공통 전극
191, 291, 391 : 제 1 편광판 192, 292, 392 : 제 2 편광판
383 : 백색 컬러필터층 488a : 리브 패턴
488b : 막대 패턴
본 발명은 액정 표시 장치(LCD ; Liquid Crystal Display device)에 관한 것으로, 특히 광시야각 모드와 협시야각 모드로 전환이 가능한 액정 표시 장치 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
최근, 계속해서 주목받고 있는 평판 표시 장치 중 하나인 액정 표시 장치는 액체의 유동성과 결정의 광학적 성질을 겸비하는 액정에 전계를 가하여 광학적 이방성을 변화시키는 장치로서, 종래 음극선관(Cathod Ray Tube)에 비해 소비전력이 낮고 부피가 작으며 대형화 및 고정세가 가능하여 널리 사용되고 있다.
상기 액정표시장치는 액정의 성질과 패턴의 구조에 따라서 여러 가지 다양한 모드가 있다.
구체적으로, 액정 방향자가 90°트위스트(twist) 되도록 배열한 후 전압을 가하여 액정 방향자를 제어하는 TN 모드(Twisted Nematic Mode)와, 한 화소를 여러 도메인으로 나눠 각각의 도메인의 주시야각 방향을 달리하여 광시야각을 구현하는 멀티도메인 모드(Multi-Domain Mode)와, 보상필름을 기판 외주면에 부착하여 빛의 진행방향에 따른 빛의 위상변화를 보상하는 OCB 모드(Optically Compensated Birefringence Mode)와, 한 기판 상에 두개의 전극을 형성하여 액정의 방향자가 배향막의 나란한 평면에서 꼬이게 하는 횡전계방식(In-Plane Switching Mode)과, 네가티브형 액정과 수직배향막을 이용하여 액정 분자의 장축이 배향막 평면에 수직 배열되도록 하는 VA 모드(Vertical Alignment) 등 다양하다.
최근까지 액정 표시 장치는 가능한 넓은 시야각을 가질 수 있도록 하는 연구가 활발히 진행되었으나, 발상을 전환하여 최근에는 넓은 시야각뿐 아니라 좁은 시야각을 가지는 액정 표시 장치에 대한 연구도 활발히 진행되고 있다.
예를 들어, 회사 기밀이나 국가 기밀, 사생활 보호를 위하여 액정 표시 장치를 사용할 경우 넓은 시야각만을 가진다면 인접한 위치에 있는 사람들에게 정보가 누출되거나 사생활을 침해받을 수 있다.
이런 이유로 최근에는 액정 표시 장치를 제어하여 원하는 때에 원하는 시야각으로 액정 표시 장치를 볼 수 있도록 하는 기술이 활발히 연구되고 있다.
도 1은 종래 광시야각 모드와 협시야각 모드로 동작할 수 있는 액정 표시 장치를 보여주는 단면도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 종래 광시야각 모드와 협시야각 모드로 구동되는 액정 표시 장치는 제 1 액정 패널(11)과 제 2 액정 패널(12)이 합착되어 형성된다.
상기 제 1 액정 패널(11)은 제 1 기판(10)과 제 2 기판(20)이 서로 대향하며 일정 간격 이격되어 합착되어 있고, 상기 제 1 기판(10) 및 제 2 기판(20) 사이에는 제 1 액정층(30)이 형성되어 있다.
도시하지는 않았지만, 제 1 기판(10)의 안쪽 면에는 박막 트랜지스터(TFT)와 화소 전극이 형성될 수 있고, 제 2 기판(20)의 안쪽 면에는 컬러 필터와 공통 전극이 형성될 수 있다.
상기 제 2 기판(20) 외측면에는 제 2 액정 패널(12)이 형성되어 있다.
상기 제 2 액정 패널(12)은 제 3 기판(50)과 제 4 기판(60)이 서로 대향하며 일정 간격 이격되어 합착되어 있고, 상기 제 3 기판(50) 및 제 4 기판(60) 사이에는 제 2 액정층(70)이 형성되어 있다.
도시하지는 않았지만, 제 3 및 4 기판(50, 60)의 안쪽 면에는 각각 제 1 및 2 전극이 형성되어 있으며, 상기 제 1 및 2 전극은 상기 제 2 액정층(70)에 전기장을 인가하기 위하여 소정의 제어부와 연결된다.
상기 제 2 액정층(70)은 인가된 전기장(electric field)에 의해 수평 혹은 수직으로 정렬된다.
상기 제 1 액정 패널(11)의 제 1 기판(10)의 외측면에는 제 1 편광판(81)이 형성되어 있고, 상기 제 2 액정 패널(12)의 제 4 기판(60)의 외측면에는 제 2 편광판(82)이 형성되어 있다.
상기 제 1 액정 패널(11)과 상기 제 2 액정 패널(12) 사이에 적어도 하나 이상의 편광판이 더 구비될 수 있다.
광시야각 모드 구동시에, 상기 제 2 액정 패널(12)은 상기 제 2 액정층(70)에 전기장이 인가되거나 무인가되어 상기 제 1 액정 패널(11)로부터 만들어진 이미지를 그대로 통과시킨다.
협시야각 모드 구동시에, 상기 제 2 액정 패널(12)은 소정의 전기장이 무인가되거나 인가되어 상기 제 2 액정 패널(12)로부터 가공된 빛을 일정한 방향으로만 통과시킨다. 따라서 상기 제 1 액정 패널(11)로부터 만들어져 상기 제 2 액정 패널(12)을 통과한 이미지는 특정 협시야에서만 볼 수 있게 된다.
이와 같이, 종래 액정 표시 장치의 시야각을 제어하기 위하여 시야각 제어용 액정 패널을 주 화상을 제공하는 메인 액정 패널 상에 부착하는 경우, 시야각 제어용 액정 패널을 추가로 제작해야될 뿐만 아니라, 제품의 두께 및 무게가 두 배 이상으로 증가하게 된다.
또한, 상기 시야각 제어용 액정 패널과 메인 액정 패널을 합착시에 오정렬(misalign)이 발생할 수 있으며, 광시야각 모드로 사용시 백라이트에서 입사된 광이 상기 시야각 제어용 액정 패널 항상 투과해야 하므로 전면 휘도가 현저히 떨어지는 문제점이 있다.
본 발명은 넓은 시야각에서도 우수한 화질의 화면을 볼 수 있고, 선택에 따라 좁은 시야각에서만 화면을 볼 수 있는 액정 표시 장치 및 그 제조 방법을 제공하는 데 목적이 있다.
상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 액정 표시 장치는, 제 1 내 지 제 4 서브픽셀 영역들이 정의된 제 1 기판 및 제 2 기판; 상기 제 1 기판과 상기 제 2 기판 사이에 개재되며 음의 유전율을 가지고 제 1 기판에 대하여 장축이 수직하게 배열된 액정 분자를 가지는 액정층; 상기 제 1 기판 상의 상기 제 1 내지 제 4 서브픽셀 영역들에 형성된 제 1 내지 제 4 박막 트랜지스터들; 상기 제 1 내지 제 4 박막 트랜지스터와 전기적으로 연결된 제 1 내지 제 4화소 전극들; 상기 제 1 내지 제 3 서브픽셀 영역들과 대응되는 제 2 기판의 영역 상에 형성된 컬러필터층; 상기 제 2 기판 전면에 형성된 공통 전극; 상기 제 1 내지 제 3 서브픽셀 영역의 상기 제 2 기판 상에 형성되며, 상기 액정 분자를 적어도 네 방향으로 틸트시키는 제 1 패턴; 및 상기 제 4 서브픽셀 영역의 상기 제 2 기판 상에 형성되며, 상기 액정 분자를 적어도 두 방향으로 틸트시키는 제 2 패턴을 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 액정 표시 장치의 제조 방법은, 제 1 내지 제 4 서브픽셀 영역들이 정의된 제 1 기판과 제 2 기판을 준비하는 단계; 상기 제 1 기판 상의 상기 제 1 내지 제 4 서브픽셀 영역들에 제 1 내지 제 4 박막 트랜지스터들을 형성하는 단계; 상기 제 1 내지 제 4 박막 트랜지스터와 전기적으로 연결된 제 1 내지 제 4화소 전극들을 형성하는 단계; 상기 제 1 내지 제 3 서브픽셀 영역들과 대응되는 제 2 기판의 영역 상에 컬러필터층을 형성하는 단계; 상기 제 1 내지 제 3 서브픽셀 영역의 상기 제 2 기판 상에 상기 액정 분자를 적어도 네 방향으로 틸트시키는 제 1 패턴을 형성하는 단계; 및 상기 제 4 서브픽셀 영역의 상기 제 2 기판 상에 상기 액정 분자를 적어도 두 방향으로 틸트시키는 제 2 패턴 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 액정 표시 장치는 제 1 기판과, 제 2 기판과, 그 사이에 개재된 액정층으로 이루어지며, 적색 서브픽셀(red sub-pixel; Pr), 녹색 서브픽셀(green sub-pixel; Pg), 청색 서브픽셀(blue sub-pixel; Pb), 시야제어용 서브픽셀(viewing angle controlling sub-pixel; Pv)을 구비하고 있다.
상기 적색 서브픽셀(Pr), 녹색 서브픽셀(Pg), 청색 서브픽셀(Pb)은 각각 적색, 녹색, 청색의 컬러필터를 구비하고 있으며, 상기 시야제어용 서브픽셀(Pv)은 컬러필터를 구비하지 않거나 백색(white color) 컬러필터를 구비한다.
상기 적색 서브픽셀(Pr), 녹색 서브픽셀(Pg), 청색 서브픽셀(Pb), 시야제어용 서브픽셀(Pv)은 VA(Vertical Alignment) 방식으로 구동된다.
본 발명에 따른 액정 표시 장치는 상기 적색 서브픽셀(Pr), 녹색 서브픽셀(Pg), 청색 서브픽셀(Pb)은 4도메인 구조를 가지며, 상기 시야제어용 서브픽셀(Pv)은 2도메인 구조를 가진다.
즉, 상기 적색, 녹색, 청색 서브픽셀은 광시야각을 위한 멀티도메인 구조를 가지는 수직배향형이며, 상기 시야제어용 서브픽셀은 좌, 우 측면시야에서 빛샘을 유발시키기 위하여 액정이 상, 하로 눕도록 기울이는 2도메인 구조를 가지는 수직배향형이다.
본 발명에 따른 액정 표시 장치는 상기 시야제어용 서브픽셀(Pv)을 온-상태(on-state)와 오프-상태(off-state)로 제어함으로써 협시야각 모드와 광시야각 모드로 상호 전환이 가능하다.
본 발명에 따른 액정 표시 장치는 적색, 녹색, 청색 서브 픽셀들(Pr, Pg, Pb)과 시야제어용 서브픽셀(Pv)의 배열 순서에 대해서 다양한 배열 형태를 가질 수 있으며, 일례로 상기 적색, 녹색, 청색 서브픽셀들(Pr, Pg, Pb) 및 시야제어용 서브픽셀(Pv)은 2행2열로 배치된 쿼드(quad) 타입 또는 일렬로 배치된 스트라이프(stirpe) 타입으로 배열될 수도 있다.
본 발명은 사용자에게 보안 범위에 대한 탄력성을 제공하며, 1인용으로 사용할 수 있을 뿐만 아니라, 1인 이상 사용할 경우에도 불편함 없이 고화질로 화면을 볼 수 있으며 보안성도 확보할 수 있다.
이하, 첨부한 도면을 참조로 하여 본 발명에 따른 액정 표시 장치에 대해서 구체적으로 설명한다.
도 2는 본 발명에 따른 제 1 실시예로서, 액정 표시 장치의 픽셀을 보여주는 평면도이고, 도 3은 도 2의 액정 표시 장치의 픽셀에 대응하는 제 2 기판을 보여주는 평면도이다. 그리고, 도 4는 도 2 및 도 3의 Ⅰ-Ⅰ'선을 따라 절단한 단면도이다.
도 2 내지 도 4를 참조하면, 본 발명에 따른 액정 표시 장치는 적색, 녹색, 청색 서브픽셀들(Pr, Pg, Pb)과 시야제어용 서브픽셀(Pv)을 구비하며, 상기 적색, 녹색, 청색 서브픽셀들(Pr, Pg, Pb) 및 시야제어용 서브픽셀(Pv)은 VA(Vertical Alignment) 방식으로 구동된다.
상기 적색, 녹색, 청색 서브픽셀들(Pr, Pg, Pb) 및 상기 시야제어용 서브픽셀(Pv)의 액정층은 전계가 인가되기 전에 액정 분자의 장축이 기판에 대하여 수직 하게 배향되어 있다.
상기 액정층(170)은 네마틱 액정으로 이루어지며, 유전율 이방성이 음인 액정 분자들로 이루어져 있다.
본 발명에 따른 액정 표시 장치는 상기 적색, 녹색, 청색 서브픽셀들(Pr, Pg, Pb)을 구동하기 위한 제 1 제어부와 상기 시야제어용 서브픽셀(Pv)을 구동하기 위한 제 2 제어부를 포함한다.
상기 제 2 제어부를 통하여 상기 시야제어용 서브픽셀(Pv)을 온 상태와 오프 상태로 구동함으로써 협시야각 모드와 광시야각 모드로 상호 전환할 수 있다.
상기 적색 서브픽셀(Pr), 녹색 서브픽셀(Pg), 청색 서브픽셀(Pb)은 4도메인 구조를 가지며, 상기 시야제어용 서브픽셀(Pv)은 2도메인 구조를 가진다.
상기 시야제어용 서브픽셀(Pv)의 셀갭(d2)은 상기 적색, 녹색, 청색 서브픽셀들(Pr, Pg, Pb)의 셀갭(d1)보다 클 수도 있다.
상기 적색, 녹색, 청색 서브픽셀들(Pr, Pg, Pb)은 광시야각 모드에서 광시야각을 구현할 수 있도록 PVA 방식, MVA 방식으로 형성될 수 있다.
상기 PVA(Patterned Vertical Alignment) 방식은 하나의 서브픽셀에 일정한 형태의 패턴을 가지는 공통 전극 또는 화소 전극을 형성하여 전기장을 왜곡시킴으로써 멀티 도메인을 구현하는 방법으로서, 액정 분자 배향을 기판에 수직으로 배열하고 화소 전극 및 공통 전극에 전압을 걸어 액정 분자를 여러 방향으로 자유롭게 눕히는 방식으로 어느 방향에서 보더라도 동일한 시야각 특성을 가지도록 하는 방법이다.
상기 MVA(Multidomain Vertical Alignment) 방식은 한쪽 기판에 유전체(dielectric) 돌기 또는 리브(rib)를 붙여서 수직 배향된 액정 분자를 미리 경사지게 하고 전압 인가시 액정 분자들이 경사진 방향으로 더 기울어지게 하는 방식이다.
본 발명에 따른 수직 배향 모드 액정 표시 장치는 상기 PVA 방식, 상기 MVA 방식 등에 모두 적용될 수 있다.
상기 시야제어용 서브픽셀(Pv)이 오프 상태(off-state)일때, 액정 표시 장치는 광시야각 모드로 구동되어 상기 적색, 녹색, 청색 서브픽셀들(Pr, Pg, Pb)에 의해 구현되는 이미지를 넓은 시야각에서 양질의 화질로 볼 수 있다.
여기서, 상기 시야제어용 서브픽셀(Pv)이 오프 상태라고 하는 것은 상기 시야제어용 서브픽셀(Pv)이 구동되지 않는 것을 말한다.
상기 시야제어용 서브픽셀(Pv)은 전계가 형성되기 이전에는 액정 분자들이 기판에 수직으로 배열되어 있으며, 제 1, 2 편광판이 수직으로 교차되어 있으므로, 상기 시야제어용 서브픽셀(Pv)은 다크(dark)가 되며, 화면 상에는 상기 적색, 녹색, 청색 서브픽셀들(Pr, Pg, Pb)의 구동에 의해 표시되는 화질에 영향을 미치지 않으므로 광시야각에서 화면을 볼 수 있다.
그리고, 상기 시야제어용 서브픽셀(Pv)이 온 상태(on-state)일때, 상기 액정 표시 장치는 협시야각 모드로 구동되며 상기 시야제어용 서브픽셀(Pv)을 통과하는 빛이 액정의 복굴절 효과에 의해 측면 시야각에서 빛샘으로 작용하므로 상기 적색, 녹색, 청색 서브픽셀들(Pr, Pg, Pb)에 의해 구현되는 이미지는 좁은 시야각 예를 들어, 정면 시야각에서만 양질의 화질로 볼 수 있게 된다.
상기 시야제어용 서브픽셀(Pv)이 온 상태라고 하는 것은 상기 시야제어용 서브픽셀(Pv)이 구동되는 것을 말한다.
상기 시야제어용 서브픽셀(Pv)은 상기 제 1, 2 기판의 화소 전극과 공통 전극 사이에 전계가 형성되면 유전율 이방성이 음인 액정의 성질에 따라, 액정 분자들은 전계의 형태와 수직이 되도록 틀어지게 된다. 액정 분자는 그 형태가 봉상인 관계로, 장축과 단축의 굴절율이 서로 상이하므로 상기 액정 분자가 전계에 수직하게 배열되면 액정 분자를 통하여 광이 측면으로 투과되어 측면 빛샘으로 작용하게 된다. 따라서, 화면 상에는 상기 적색, 녹색, 청색 서브픽셀들(Pr, Pg, Pb)의 구동에 의해 표시되는 화질에서 측면 화질에 크게 영향을 미치므로 정면의 협시야각에서만 우수한 화질로 화면을 볼 수 있다.
상기 시야제어용 서브픽셀(Pv)에 인가되는 전압을 조절하여 시야각 범위를 조절할 수도 있다.
상기 제 1 기판(100)의 외측면에는 제 1 투과축을 가지는 제 1 편광판(191)이 형성되어 있고, 상기 제 2 기판(180)의 외측면에는 제 2 투과축을 가지는 제 2 편광판(192)이 형성되어 있다.
상기 제 1 투과축과 제 2 투과축은 서로 직교하는 것이 바람직하다.
도 2 및 도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 액정 표시 장치의 제 1 기판(100)은, 일렬로 배치된 복수개의 게이트 배선(125)들과 상기 게이트 배선(125)들과 교차하는 복수개의 데이터 배선(139)들에 의해 서브픽셀(Pr, Pg, Pb, Pv)들이 정의된다.
상기 게이트 배선(125)은 구리(Cu), 알루미늄(Al), 알루미늄 합금(예를 들어, AlNd), 몰리브덴(Mo), 크롬(Cr), 티타늄(Ti), 탄탈륨(Ta) 및 몰리브덴-텅스텐(MoW)으로 이루어진 금속 그룹으로부터 선택된 적어도 하나를 포함한다.
상기 게이트 배선(125)은 적어도 하나 이상의 금속층이 적층된 다중 배선 구조로 이루어질 수도 있다.
상기 데이터 배선(139)은 구리(Cu), 알루미늄(Al), 알루미늄 합금(예를 들어, AlNd), 몰리브덴(Mo), 크롬(Cr), 티타늄(Ti), 탄탈륨(Ta) 및 몰리브덴-텅스텐(MoW)으로 이루어진 금속 그룹으로부터 선택된 적어도 하나를 포함한다.
상기 서브픽셀들 중에서 적색, 녹색, 청색 서브픽셀들(Pr, Pg, Pb)들 각각은 상기 게이트 배선(125)과 데이터 배선(139)의 교차 지점에 형성되어 전압을 스위칭하는 제 1 내지 제 3 박막 트랜지스터들(T1, T2, T3)과, 상기 박막 트랜지스터들(T1, T2, T3)에 연결된 제 1 화소 전극(161)들이 구비된다.
상기 서브픽셀들 중에서 시야제어용 서브픽셀(Pv)은 게이트 배선(125)과 데이터 배선(139)의 교차 지점에 형성되어 전압을 스위칭하는 제 4 박막 트랜지스터(T4)와, 상기 제 4 박막 트랜지스터와 연결되며 상기 시야제어용 서브픽셀(Pv) 내에 형성된 제 2 화소 전극(162)을 포함한다.
상기 제 2 화소 전극(162)은 소정 방향, 여기서는 제 1 방향으로 긴 슬릿(slit;s)을 가지고 있다.
상기 슬릿(s)은 수직 배향된 액정 분자들이 구동시에 일정한 방향으로 누워 지도록 하는 역할을 한다.
상기 제 1 화소 전극(161) 및 제 2 화소 전극(162)은 인듐-틴-옥사이드(Indium-Tin-Oxide : ITO) 및 인듐-징크-옥사이드(Indium-Zinc-Oxide : IZO)로 이루어진 투명 금속 그룹으로부터 선택된 적어도 하나를 포함한다.
상기 박막 트랜지스터는 상기 게이트 배선(125)에서 돌출된 게이트 전극(123)과, 상기 게이트 전극(123)이 형성된 제 1 기판(100) 전면에 형성된 게이트 절연막(129)과, 상기 게이트 전극(123) 상부의 게이트 절연막(129) 상에 비정질 실리콘(a-Si) 및 불순물을 이온 주입한 비정질 실리콘(n+a-Si)이 적층된 반도체층(131)과, 상기 데이터 배선(139)에서 분기되어 상기 반도체층(131)의 일단에 형성된 소스 전극(135)과 상기 소스 전극(135)으로부터 이격되어 상기 반도체층(131)의 다른 일단에 형성된 드레인 전극(137)으로 이루어진다.
상기 박막 트랜지스터를 덮으며 상기 제 1 기판(100) 상에 보호막(145)이 형성되어 있으며, 상기 보호막(145)은 상기 드레인 전극(137)의 일부를 노출시키는 제 1 콘택홀(153a) 및 제 2 콘택홀(153b)이 형성되어 있다.
그리고, 상기 제 1 화소 전극(161)은 상기 제 1 콘택홀(153a)을 통하여 상기 드레인 전극(137)과 접속되고, 상기 제 2 화소 전극(162)은 상기 제 2 콘택홀(153b)을 통하여 상기 드레인 전극(137)과 접속된다.
상기 게이트 배선(125) 및 데이터 배선(139) 사이에는 게이트 절연막(129)이 개재된다.
상기 게이트 절연막(129)은 실리콘 질화물(SiNx) 및 실리콘 산화물(SiOx)로 이루어지는 무기 절연물질 그룹으로부터 선택된 적어도 하나를 포함한다.
상기 보호막(145)은 실리콘 질화물(SiNx) 및 실리콘 산화물(SiOx)로 이루어지는 무기절연물질 그룹으로부터 선택된 적어도 하나를 포함한다.
그리고, 상기 보호막(145)은 BCB(Benzocyclobutene) 및 아크릴(Acryl)계 물질로 이루어지는 유기절연물질 그룹으로부터 선택된 적어도 하나를 포함할 수도 있다.
상기 시야제어용 서브픽셀(Pv)은 컬러필터층이 형성되어 있지 않으므로 상기 시야제어용 서브픽셀의 셀갭(d2)은 상기 적색, 녹색, 청색 서브픽셀들(Pr, Pg, Pb)의 셀갭(d1)보다 컬러필터층만큼 더 클 수 있다.
도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 제 1 기판(100) 상에 블랙 매트릭스(181)와 컬러 필터층(182)이 형성되어 있는 제 2 기판(180)이 대향하고 있으며, 상기 제 2 기판(180)에는 공통 전극(185)이 형성되어 있다.
상기 제 2 기판(180)에는 박막 트랜지스터(TFT)영역과 게이트 배선(125), 데이터 배선(139) 및 그 주변의 빛샘 발생 영역을 차단하기 위하여 이들과 대응하는 영역에 블랙 매트릭스(181)를 형성한다.
상기 블랙 매트릭스(181)는 예를 들어, 광밀도(opticaldensity) 3.5 이상의 크롬산화물(CrOx) 또는 크롬(Cr) 등의 금속이나 카본(carbon) 계통의 유기물질을 이용하여 형성할 수 있다.
상기 제 2 기판(180) 상의 상기 적색 서브픽셀(Pr)에는 적색 색상을 구현하는 안료가 함유된 적색 컬러필터(182)가 형성되어 있다.
상기 제 2 기판(180) 상의 상기 녹색 서브픽셀(Pg)에는 녹색 색상을 구현하는 안료가 함유된 녹색 컬러필터(182)가 형성되어 있다.
상기 제 2 기판(180) 상의 상기 청색 서브픽셀(Pb)에는 청색 색상을 구현하는 안료가 함유된 청색 컬러필터(182)가 형성되어 있다.
상기 제 2 기판(180) 상의 상기 시야제어용 서브픽셀(Pv)에는 투명한 절연 물질로 이루어진 백색 컬러필터가 형성되어 있을 수도 있고, 상기 시야제어용 서브픽셀(Pv)에는 컬러필터가 형성되어 있지 않을 수도 있다.
상기 제 2 기판(180) 전면에는 표면을 평탄화하기 위한 오버코트층이 형성될 수도 있고 형성되지 않을 수도 있다.
상기 적색, 녹색, 청색 서브픽셀들(Pr, Pg, Pb) 및 상기 시야제어용 서브픽셀(Pv)을 포함하여 제 2 기판(180) 전면에는 공통 전극(185)이 형성되어 있다.
상기 공통전극(185)은 인듐-틴-옥사이드(Indium-Tin-Oxide : ITO) 및 인듐-징크-옥사이드(Indium-Zinc-Oxide : IZO)로 이루어지는 투명 금속 그룹으로부터 선택된 적어도 하나를 포함한다.
그리고, 상기 적색, 녹색, 청색 서브픽셀들(Pr, Pg, Pb)의 상기 공통 전극(185) 상에는 전계를 왜곡시켜 다중 도메인 효과를 구현하기 위한 돌기(protrusion)(188a)가 형성되어 있다. 상기 돌기(188a)는 유전체일 수 있다.
상기 돌기(188a)는 서브픽셀 내의 중앙부에 위치하여 수직하게 배향된 액정 분자(171)가 상기 돌기(188a)를 향하여 약간 틸트되어 배열되어 있으며, 전계가 발생되면 상기 액정 분자(171)는 상기 돌기(188a)를 향하여 기울어지면서 상기 전계 에 수직하게 재배열하게 된다.
즉, 상기 액정 분자(171)의 장축이 상기 돌기(188a)를 중심으로부터 방사 형태로 누움으로써 시야각특성이 좋아진다.
상기 돌기(188a)는 적색, 녹색, 청색 서브픽셀들(Pr, Pg, Pb)의 중앙에 대응하여 한 개씩 구비될 수 있으며, 서브픽셀 내에 일정 간격을 두고 적어도 하나 이상 형성될 수도 있다.
또한, 상기 돌기(188a)는 원형의 돌기뿐만 아니라, 다각형의 돌기를 형성하는 것도 가능하며, 전계 인가시 액정 분자(171)가 다양한 방향성을 가지고 누울 수 있도록 하는 리브(rib) 형상도 가능하다.
상기 시야제어용 서브픽셀(Pv)의 공통 전극(185) 상에는 시야제어 효과를 극대화하기 위하여 제 1 방향으로 긴 막대 패턴(188b)이 형성되어 있다.
상기 제 1 방향은 상기 제 1 편광판(191)의 제 1 투과축과 평행하거나 수직할 수 있다.
상기 제 1 방향은 상기 제 2 편광판(192)의 제 2 투과축과 평행하거나 수직할 수 있다.
이로써, 상기 시야제어용 서브픽셀(Pv)의 액정 분자는 상기 제 1 방향으로 형성된 막대 패턴(188b)에 의해 액정층(170)에 전계 인가시에 상기 제 1 방향과 수직인 방향으로 눕게 되므로 좌, 우 시야각에 빛샘을 유발시킬 수 있다.
예를 들어, 상기 제 1 방향으로 긴 막대 패턴(188b)이 정면 시야각에서 좌, 우로 형성된 것이라면, 상기 액정 분자는 전계 인가시에 정면 시야각에 대해서 상, 하로 눕게 되어 상, 하 시야각에 대해서 시야각 특성이 좋아지게 되나 좌, 우 시야각에 대해서는 리타데이션(retardation)이 크게 발생하게 되어 콘트라스트(contrast)가 감소하므로 시야각특성이 나빠지게 된다.
상기 적색, 녹색, 청색 서브픽셀들(Pr, Pg, Pb)은 상기 돌기(188a)에 의해서 액정 구동시에 액정 분자를 다양한 방향으로 구동시킬 수 있으므로 멀티도메인 효과를 구현할 수 있다.
상기 시야제어용 서브픽셀(Pv)은 제 1 기판(100)의 제 2 화소 전극(162)의 제 1 방향의 슬릿(s)과 상기 제 1 방향의 막대 패턴(188b)에 의해서 액정 구동시에 액정 분자를 제 1 방향과 수직한 방향으로 구동시킴으로써 좌, 우 시야각에서 빛샘을 유발시킬 수 있으므로, 상기 시야제어용 서브픽셀(Pv)의 구동을 제어함으로써 광시야각 모드와 협시야각 모드를 선택적으로 구현할 수 있다.
도 4를 참조하면, 액정 표시 장치의 제 1 기판(100)의 외측면에는 제 1 편광판(191)이 배치되어 있으며, 상기 제 2 기판(180)의 외측면에는 제 2 편광판(192)이 배치되어 있다.
상기 제 1 편광판(191)은 제 1 투과축을 가지고, 상기 제 2 편광판(192)은 제 2 투과축을 가지며 상기 제 1 투과축과 제 2 투과축의 방향은 서로 수직한 것이 바람직하다.
상기 제 1 편광판(191)의 제 1 투과축은 상기 시야제어용 서브픽셀(Pv)의 막대 패턴(188b)의 장방향인 제 1 방향과 평행하거나 수직하다.
광시야각 모드로 구동시, 상기 액정 표시 장치의 시야제어용 서브픽셀(Pv)은 구동되지 않으며, 상기 시야제어용 서브픽셀(Pv)의 제 2 화소 전극(162)에 블랙 전압이 인가되거나 전압이 무인가되어 블랙 상태가 된다.
즉, 상기 액정 분자(171)는 기판에 수직하게 배열된 상태이고 상기 제 1 편광판(191)의 제 1 투과축과 상기 제 2 편광판(192)의 제 2 투과축과 수직하므로, 상기 시야제어용 서브픽셀(Pv)이 구동되지 않을 때는 광이 상기 제 2 편광판(192)에서 차단되어 블랙 상태가 된다.
협시야각 모드로 구동시, 상기 액정 표시 장치의 시야제어용 서브픽셀(Pv)이 구동되며, 상기 시야제어용 서브픽셀(Pv)의 제 2 화소 전극(162)에 적정 전압이 인가되고 상기 시야제어용 서브픽셀(Pv)에 배치된 액정층(170)에 수직전계가 발생되어 수직으로 배열된 액정 분자(171)가 상기 막대 패턴(188b)의 제 1방향과 수직한 방향으로 누움에 따라 정면에서는 전압 인가에 상관없이 블랙 상태를 유지하고, 경사각에서는 액정 분자(171)의 복굴절에 의해 광의 위상지연이 발생하게 되므로 좌, 우 시야각에서 빛샘이 발생된다.
즉, 상기 제 2 화소 전극(162)에 소정의 전압이 인가되어 상기 제 2 화소 전극(162)과 상기 공통 전극(185) 사이에 수직 전계가 발생되면 상기 액정 분자(171)가 일정한 방향으로 눕게 되고, 상기 제 1 편광판(191)의 제 1 투과축을 통과한 광이 상기 액정 분자에 의해 위상지연되어 상기 제 2 편광판(192)의 제 2 투과축을 통과하므로 측면 시야각에서 빛샘으로 관찰된다.
도시하지는 않았으나, 본 발명에 따른 액정 표시 장치는 , 상기 적색, 녹색, 청색 서브픽셀들(Pr, Pg, Pb)을 구동하여 원하는 이미지를 제공하기 위한 제 1 제 어부와 상기 시야제어용 서브픽셀(Pv)을 구동하여 원하는 시야각에서만 상기 이미지를 볼 수 있도록 하기 위한 제 2 제어부를 포함한다.
상기 제 2 제어부는 상기 시야제어용 서브픽셀(Pv)에 인가되는 전계의 세기를 조절하여 상기 시야각의 범위를 조절할 수 있다.
상기 적색, 녹색, 청색 서브픽셀(Pr, Pg, Pb)에 형성된 돌기(188a)와 상기 시야제어용 서브픽셀(Pv)에 형성된 막대 패턴(188b)은 동일한 공정에서 형성된다.
상기 시야각제어용 서브픽셀(Pv)에는 컬러필터층이 형성되어 있지 않으므로, 상기 제 1 기판(100)으로부터 상기 막대 패턴(188b)까지의 높이와 상기 제 1 기판(100)으로부터 상기 돌기(188a)까지의 높이가 동일해질 수 있다.
다른 예로서, 상기 막대 패턴(188b)과 상기 돌기(188a)는 상기 제 2 기판(180)으로부터의 높이가 동일할 수도 있다.
도 5a 및 도 5b는 본 발명의 광시야각 모드에서의 투과 특성을 보여주는 그래프이다.
그리고, 도 6은 본 발명에 따른 액정 표시 장치에서 광시야각모드시 시야제어용 서브픽셀(Pv)에서 시야각에 따른 색대비비(contrast-ratio)를 보여주는 그래프이다.
도 5a는 광시야각 모드에서 적색, 녹색, 청색 서브 픽셀(Pr, Pg, Pb)에 전압 무인가시와 전압 인가시의 투과 특성을 보여주는 그래프이고, 도 5b는 광시야각 모드에서 시야제어용 서브 픽셀(Pv)의 투과 특성을 보여주는 그래프이다.
도시된 바와 같이, 광시야각 모드에서 상기 시야제어용 서브픽셀(Pv)은 투과 율이 0%에 가까워 항상 블랙 상태가 되고, 상기 적색, 녹색, 청색 서브 픽셀(Pr, Pg, Pb)의 온-오프 상태의 투과 특성은 전압 무인가시 투과율이 0%에 가까워 블랙 상태(off-state)가 되고 전압 인가시에는 전(全) 시야에서 균일하게 화이트 상태(on-state)가 되어 화면을 볼 수 있다.
그리고, 상기 광시야각 모드에서는 색대비비(Contrast Ratio)도 전 시야에서 균일하고 양호한 특성을 가지며 이는 도 6에 도시된 그래프를 참조한다.
도 7a는 협시야각 모드에서 적색, 녹색, 청색 서브 픽셀(Pr, Pg, Pb)에 전압 무인가시와 전압 인가시의 투과 특성을 보여주는 그래프이고, 도 7b는 협시야각 모드에서 시야제어용 서브 픽셀(Pv)의 투과 특성을 보여주는 그래프이다.
그리고, 도 8은 본 발명에 따른 액정 표시 장치에서 협시야각 모드시 시야제어용 서브 픽셀에서 시야각에 따른 색대비비(contrast-ratio)를 보여주는 그래프이다.
협시야각 모드로 구동되는 액정표시장치는 시야제어용 서브픽셀(Pv)에서 공통전극과 제 2 화소 전극 사이에 수직 전계가 형성되며 초기에 수직하게 배열되어 있던 액정 분자는 전계에 수직하게 누우면서 배열된다.
상기 시야제어용 서브픽셀(Pv)에 형성된 슬릿(s) 및 막대 패턴(188b)은 제 1 투과축과 평행하거나 수직하게 형성되어 있으므로, 시야제어용 서브픽셀(Pv)을 통과하는 광은 측면에서 투과율이 높아지게 된다.
도 7a 및 도 7b에 도시된 바와 같이, 전압 무인가 상태(off-state)에서 적색, 녹색, 청색 서브픽셀들(Pr, Pg, Pb)의 공통 전극(185)과 제 1 화소 전극(161) 사이에는 전계가 형성되지 않으므로 상기 공통 전극(185)과 제 1 화소 전극(161) 사이에 배향된 액정 분자(171)는 초기 수직하게 배열된 상태에서 움직임이 없으므로 노멀리 블랙(Normally Black) 모드로 표현된다.
전압 인가 상태(on-state)에서 상기 적색, 녹색, 청색 서브픽셀들(Pr, Pg, Pb)에서는 공통 전극(185)과 제 1 화소 전극(161) 사이에 전계가 형성되므로 상기 공통 전극(185)과 제 1 화소 전극(161) 사이에 수직으로 배향된 액정 분자(171)의 장축이 전기장에 수직하게 배열된다.
따라서, 정면 시야각에서는 전체적으로 화이트 상태를 이루게 되지만, 좌, 우 시야각 방향에서는 시야제어용 서브픽셀(Pv)에서 누운 액정 분자(171)에 의해 리타데이션(retardation)이 크게 발생하게 되어 콘트라스트(contrast)가 감소하므로 좌, 우 시야각이 나빠져 협시야각을 가지게 된다.
도 8에 도시된 바와 같이, 본 발명에 액정 표시 장치는 협시야각 모드에서 좌, 우 시야각 방향에서는 시야제어용 서브픽셀(Pv)에서 액정 분자(171)에 의해 리타데이션(retardation)이 크게 발생하게 되어 색대비비가 감소하고 정면 시야각에서만 색대비비가 좋아지게 된다.
협시야각 구동시에 상기 시야 제어용 서브픽셀(Pv)에 인가되는 전압을 적절하게 조정하면, 상기 공통 전극(185)과 제 2 화소 전극(162) 사이에 형성되는 전계의 세기를 조절할 수 있으며, 이에 따른 액정 분자(171)의 좌, 우 시야각 방향에서의 리타데이션 값을 조절 할 수 있으므로 협시야각의 범위를 조절할 수 있다.
이는 액정 표시 장치의 사용자에게 보안 범위에 대한 탄력성을 제공하며, 1 인용으로 사용할 수 있을 뿐만 아니라, 1인 이상 사용할 경우에도 원하는 시야각 범위로 조정하여 불편함 없이 고화질로 화면을 볼 수 있으면서도 보안성도 확보할 수 있게 된다.
한편, 본 발명에 따른 액정 표시 장치는 적색, 녹색, 청색 서브 픽셀(Pr, Pg, Pb)과 시야제어용 서브 픽셀(Pv)의 배열 순서에 대해서 다양한 배열 형태를 가질 수 있으며, 일례로 상기 적색, 녹색, 청색 서브픽셀들(Pr, Pg, Pb) 및 시야제어용 서브픽셀(Pv)이 횡으로 배열될 수도 있으며, 배열 순서도 랜덤하게 배치될 수 있다.
도 9는 본 발명에 따른 제 2 실시예로서, 액정 표시 장치의 픽셀을 보여주는 단면도이다.
여기서, 본 발명의 제 2 실시예에 따른 액정 표시 장치의 녹색 서브픽셀(Pg)과 시야제어용 서브픽셀(Pv)의 구조를 보여주며, 도 4와 동일한 부분에 대해서 구체적인 설명은 생략하기로 한다.
도 9에 도시된 바와 같이, 녹색 서브픽셀(Pg)의 제 2 기판(280) 상의 컬러필터층(282)에는 중앙부에 홀(h)이 형성되어 있다.
즉, 상기 홀(h)은 상기 컬러필터층(282)에 형성되며, 기판에 수직하게 배향된 액정 분자(271)가 상기 홀(h)을 향하여 약간 틸트되어 배열되며, 전계가 발생되면 상기 액정 분자(271)는 상기 홀(h)을 향하여 기울어지면서 상기 전계에 수직하게 재배열하게 된다.
즉, 상기 액정 분자(271)의 장축이 상기 홀(h)을 중심으로부터 방사 형태로 누움으로써 시야각특성이 좋아진다.
상기 홀(h)은 적색, 녹색, 청색 서브픽셀들(Pr, Pg, Pb)의 중앙에 대응하여 한 개씩 구비될 수 있으며, 서브픽셀 내에 일정 간격을 두고 적어도 하나 이상 형성될 수도 있다.
또한, 상기 홀(h)은 원형으로 형성할 수 있을 뿐만 아니라, 다양한 형태로 형성할 수 있으며, 전계 인가시 액정 분자(271)가 다양한 방향성을 가지고 누울 수 있도록 길게 형성하는 것도 가능하다.
상기 제 1 기판(200) 상의 상기 시야제어용 서브픽셀(Pv)에 대응하는 상기 제 2 화소 전극(262)은 제 1 방향으로 긴 제 1 슬릿(S1)이 형성되어 상기 제 2 화소 전극(162)을 적어도 두개 이상의 영역으로 분할한다.
상기 제 2 기판(280) 상의 상기 시야제어용 서브픽셀(Pv)에 대응하는 상기 공통 전극(285)은 상기 제 1 방향으로 긴 제 2 슬릿(S2)이 형성되어 있다.
상기 제 2 슬릿(S2)은 상기 제 1 슬릿(S1)에 의해 분할된 제 2 화소 전극(262) 영역의 중앙을 따라 상기 제 1 슬릿(S1)에 평행하게 형성된다.
본 발명에 따른 시야제어용 서브픽셀(Pv)은 상기 제 2 화소 전극(262)의 제 1 슬릿(S1) 및 상기 공통 전극(285)의 제 2 슬릿(S2) 중 선택적으로 하나만 형성할 수 있다.
상기 제 1 방향은 상기 제 1 기판(200) 외측에 배치된 제 1 편광판(291)의 제 1 투과축과 평행하거나 수직할 수 있다.
상기 제 1 방향은 상기 제 2 기판(280) 외측에 배치된 제 2 편광판(292)의 제 2 투과축과 평행하거나 수직할 수 있다.
상기 제 1 편광판(291)의 제 1 투과축은 상기 시야제어용 서브픽셀(Pv)의 제1 슬릿(S1) 및 제 2 슬릿(S2)의 장방향인 제 1 방향과 평행하거나 수직하다.
이로써, 상기 시야제어용 서브픽셀(Pv)의 액정 분자는 상기 제 1 방향으로 형성된 제 2 슬릿(S2)에 의해 액정층(270)에 전계 인가시에 상기 제 1 방향과 수직인 방향으로 눕게 되므로 좌, 우 시야각에 빛샘을 유발시킬 수 있다.
본 발명의 제 2 실시예에 따르면, 돌기 또는 리브 패턴을 형성하기 위한 별도의 공정이 필요없으며, 컬러필터층의 소정 영역을 제거하여 홀을 형성하거나, 공통 전극의 소정 위치에 슬릿을 형성하여 수직 배향형 액정 분자에 방향성을 부여할 수 있다.
도 10은 본 발명에 따른 액정 표시 장치에서, 시야제어용 서브픽셀의 셀갭 증가에 따른 휘도 곡선의 변화를 보여주는 그래프이다.
여기서, 상기 제 2 기판(200) 상에 오버코트층이 형성되지 않으며, 제 2 기판(200) 상의 시야제어용 서브픽셀(Pv)에 대응하여 백색 컬러필터층이 형성되어 있지 않으므로, 상기 시야제어용 서브픽셀(Pv)의 셀갭(d2)은 상기 적색, 녹색, 청색 서브픽셀들(Pr, Pg, Pb)의 셀갭(d1)보다 크다.
예를 들어, 상기 시야제어용 서브픽셀(Pv)의 셀갭(d2)은 상기 적색, 녹색, 청색 서브픽셀들(Pr, Pg, Pb)의 셀갭(d1)보다 컬러필터층(282) 두께만큼 클 수도 있다.
상기 시야제어용 서브픽셀(Pv)의 셀갭(d2)이 증가함에 따라 그래프의 화살표 방향으로 휘도 곡선이 이동하게 된다.
즉, 상기 시야제어용 서브픽셀(Pv)을 구동하여 협시야각 모드일 때 상기 시야제어용 서브픽셀(Pv)의 셀갭(d2)이 적색, 녹색, 청색 서브픽셀(Pr, Pg, Pb)의 셀갭(d1)보다 커질 경우 좌, 우 시야각에서 휘도의 최대값이 더 증가하게 된다. 따라서, 좌, 우 시야각에서 화질은 더욱 악화되어 보안성이 향상되는 효과가 있다.
본 발명에 따른 수직 배향 모드 액정 표시 장치는 PVA 방식, MVA 방식 등에 모두 적용될 수 있다.
상기 시야제어용 서브픽셀(Pv)은 제 1 기판(200) 상에 형성된 제 2 화소 전극(262)의 제 1 방향의 제 1 슬릿(S1)과 상기 제 2 기판(280) 상에 형성된 공통 전극(285)의 제 1 방향의 제 2 슬릿(S2)에 의해서 액정 구동시에 액정 분자(271)를 상기 제 1 방향과 수직한 방향으로 구동시킴으로써 좌, 우 시야각에서 빛샘을 유발시킬 수 있으므로, 상기 시야제어용 서브픽셀(Pv)의 구동을 제어하여 광시야각 모드와 협시야각 모드를 선택적으로 구현할 수 있다.
광시야각 모드로 구동시, 상기 액정 표시 장치의 시야제어용 서브픽셀(Pv)은 구동되지 않으며, 상기 시야제어용 서브픽셀(Pv)의 제 2 화소 전극(262)에 블랙 전압이 인가되거나 전압이 무인가되어 블랙 상태가 된다.
즉, 상기 액정 분자(271)는 기판에 수직하게 배열된 상태이고 상기 제 1 편광판(291)의 제 1 투과축과 상기 제 2 편광판(292)의 제 2 투과축과 수직하므로, 상기 시야제어용 서브픽셀(Pv)이 구동되지 않을 때는 광이 상기 제 2 편광판(292)에서 차단되어 블랙 상태가 된다.
협시야각 모드로 구동시, 상기 액정 표시 장치의 시야제어용 서브픽셀(Pv)은 구동되며, 상기 시야제어용 서브픽셀(Pv)의 제 2 화소 전극(262)에 적정 전압이 인가되고 상기 시야제어용 서브픽셀(Pv)에 배치된 액정층(270)에 수직전계가 발생되어 수직으로 배열된 액정 분자(271)가 상기 제 2 슬릿(S2)의 제 1 방향과 수직한 방향으로 누움에 따라 정면에서는 전압 인가에 상관없이 블랙 상태를 유지하고, 경사각에서는 액정 분자(271)의 복굴절에 의해 광의 위상지연이 발생하게 되므로 좌, 우 시야각에서 빛샘이 발생된다.
즉, 상기 제 2 화소 전극(262)에 소정의 전압이 인가되어 상기 제 2 화소 전극(262)과 상기 공통 전극(285) 사이에 수직 전계가 발생되면 상기 액정 분자(271)가 일정한 방향으로 눕게 되고, 상기 제 1 편광판(291)의 제 1 투과축을 통과한 광이 상기 액정 분자(271)에 의해 위상지연되어 상기 제 2 편광판(292)의 제 2 투과축을 통과하므로 측면 시야각에서 빛샘으로 관찰된다.
도시하지는 않았으나, 본 발명에 따른 액정 표시 장치는 , 상기 적색, 녹색, 청색 서브픽셀들(Pr, Pg, Pb)을 구동하여 원하는 이미지를 제공하기 위한 제 1 제어부와 상기 시야제어용 서브픽셀(Pv)을 구동하여 원하는 시야각에서만 상기 이미지를 볼 수 있도록 하기 위한 제 2 제어부를 포함한다.
상기 제 2 제어부를 통하여 상기 시야제어용 서브픽셀(Pv)을 온 상태와 오프 상태로 구동함으로써 협시야각 모드와 광시야각 모드로 상호 전환할 수 있다.
상기 제 2 제어부는 상기 시야제어용 서브픽셀(Pv)에 인가되는 전계의 세기를 조절하여 상기 시야각의 범위를 조절할 수도 있다.
도 11은 본 발명에 따른 제 3 실시예로서, 액정 표시 장치의 픽셀을 보여주는 단면도이다.
여기서, 도 4 및 도 9와 동일한 부분에 대해서는 구체적인 설명은 생략하기로 한다.
도 11에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 액정 표시 장치의 상기 녹색 서브픽셀(Pg)의 제 2 기판(300) 상에는 녹색 컬러필터층(382)이 형성되어 있고, 상기 시야제어용 서브픽셀(Pv)의 제 2 기판(380) 상에는 백색 컬러필터층(383)이 형성되어 있다.
상기 녹색 서브픽셀(Pg)의 제 2 기판(380) 상에 형성된 녹색 컬러필터층(Pg)의 중앙부에는 액정 분자(371)에 다방향으로 틸트를 주기 위한 홀(h)이 형성되어 있다.
상기 홀(h)은 상기 녹색 서브픽셀(Pg)의 제 1 기판(300)과 제 2 기판(380) 사이에 배열된 액정 분자(371)가 상기 홀(h)을 중심으로 방사형으로 누우면서 구동될 수 있도록 한다.
상기 시야제어용 서브픽셀(Pv)의 제 1 기판(300) 상에 형성된 제 2 화소 전극(362)에는 제 1 슬릿(S1)이 형성되어 있다.
상기 시야제어용 서브픽셀(Pv)의 제 2 기판(380) 상에 형성된 백색 컬러필터층(383)의 중앙부에는 액정 분자(371)에 틸트를 주기 위한 제 2 슬릿(S2)이 형성되어 있다.
상기 제 2 슬릿(S2)은 상기 백색 컬러필터(383)가 제거되어 형성된다.
상기 제 2 슬릿(S2)은 상기 제 2 기판(380) 상의 상기 시야제어용 서브픽셀(Pv)을 적어도 하나 이상의 영역으로 분할한다.
상기 제 2 슬릿(S2)은 상기 제 2 기판(380) 상의 상기 시야제어용 서브픽셀(Pv)을 가로질러 길게 형성될 수도 있다.
상기 제 1 슬릿(S1)과 상기 제 2 슬릿(S2)은 동일한 방향으로 형성되어 있다.
상기 녹색 컬러필터층(382)에 형성된 홀(h)은 액정 분자(371)를 방사형으로 눕게 하여 시야각 특성을 좋게 하기 위한 것이다.
상기 시야제어용 서브픽셀(Pv)의 액정 분자(371)는 서브픽셀을 가로지르는 제 1 방향으로 형성된 제 1, 2 슬릿(S1, S2)에 의해 액정층(370)에 전계 인가시에 상기 제 1 방향과 수직인 방향으로 눕게 되므로 좌, 우 시야각에 빛샘을 유발시킬 수 있다.
상기 시야제어용 서브픽셀(Pv)은 제 1 기판(300)의 제 2 화소 전극(362)의 제 1 방향의 제 1 슬릿(S1)과 상기 제 2 기판(380)의 공통 전극(385)에 형성된 제 1 방향의 제 2 슬릿(S2)에 의해서 액정 구동시에 액정 분자(371)를 제 1 방향과 수직한 방향으로 구동시킴으로써 좌, 우 시야각에서 빛샘을 유발시킬 수 있으므로, 상기 시야제어용 서브픽셀(Pv)의 구동을 제어함으로써 광시야각 모드와 협시야각 모드를 선택적으로 구현할 수 있다.
도 12는 본 발명에 따른 제 4 실시예로서, 액정 표시 장치의 픽셀을 보여주는 단면도이다.
여기서, 도 4 및 도 9와 동일한 부분에 대해서는 구체적인 설명은 생략하기로 한다.
도 12에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 액정 표시 장치의 픽셀은, 게이트 배선(425)과 데이터 배선(439)이 교차하며 정의된 적색, 녹색, 청색 서브픽셀들(Pr, Pg, Pb)과 시야제어용 서브픽셀(Pv)을 포함하며, VA 방식으로 구동된다.
상기 적색, 녹색, 청색 서브픽셀(Pr, Pg, Pb)과 대응하는 제 1 기판의 제 1 화소 전극(461)에 꺽임 구조의 제 1 슬릿(S1)을 형성하고, 제 2 기판의 공통 전극상에 꺽임 구조의 리브 패턴(488a)을 형성하여 액정 분자의 구동 방향이 서로 다른 4 도메인(A, B, C, D) 구조로 형성한다.
상기 리브 패턴(488a) 대신에 상기 적색, 녹색, 청색 서브픽셀(Pr, Pg, Pb)과 대응하는 제 2 기판의 상기 공통 전극에 슬릿 패턴이 꺽임 구조로 형성될 수 있다.
또한, 상기 리브 패턴(488a) 대신 상기 시야제어용 서브픽셀(Pv)과 대응하는 제 2 기판 상에 백색 컬러필터층이 형성되고, 상기 백색 컬러필터층에 꺽임구조로 길게 홈이 파이거나 슬릿 패턴이 형성될 수도 있다.
상기 꺽임구조의 제 1 슬릿(S1)과 리브 패턴(488a)은 제 2 방향에서 제 3 방향으로 꺽어지며, 상기 제 2 방향과 제 3 방향은 서로 직교하는 방향인 것이 바람직하나 꼭 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 적색, 녹색, 청색 서브픽셀(Pr, Pg, Pb)과 대응하는 제 2 기판 상에는 적색, 녹색, 청색 컬러필터층이 형성된다.
상기 시야제어용 서브픽셀(Pv)과 대응하는 제 2 기판 상에는 백색 컬러필터층이 형성될 수도 있고 형성되지 않을 수도 있다.
그리고, 시야제어용 서브픽셀(Pv)과 대응하는 제 1 기판의 제 2 화소 전극(162)에는 상기 서브픽셀을 가로지르는 제 1 방향으로 적어도 하나 이상의 리브 패턴 또는 제 2 슬릿(S2)이 형성되고, 상기 시야제어용 서브픽셀(Pv)과 대응하는 제 2 기판의 공통 전극 상에는 상기 제 1 방향으로 적어도 하나 이상의 막대 패턴(488b)이 형성된다.
상기 시야제어용 서브픽셀(Pv)은 액정 분자의 구동 방향이 정반대인 2 도메인(E, F) 구조를 형성한다.
또한, 상기 막대 패턴(488b) 대신 상기 공통 전극(485)에 슬릿 패턴이 제 1 방향으로 길게 형성될 수 있다.
또한, 상기 막대 패턴(488b) 대신 상기 시야제어용 서브픽셀(Pv)과 대응하는 제 2 기판 상에 백색 컬러필터층이 형성되고, 상기 백색 컬러필터층에 상기 제 1 방향으로 길게 홈이 파이거나 슬릿 패턴이 형성될 수도 있다.
상기 제 1 방향은 정면 시야각에서 좌, 우 방향일 수 있다.
상기 제 1 방향은 상기 제 1 기판 외측에 배치된 제 1 편광판의 제 1 투과축과 평행하거나 수직할 수 있다.
상기 제 1 방향은 상기 제 2 기판 외측에 배치된 제 2 편광판의 제 2 투과축과 평행하거나 수직할 수 있다.
상기 제 1 편광판의 제 1 투과축은 상기 시야제어용 서브픽셀(Pv)의 제 2 슬 릿(S2) 또는 막대 패턴(488b)의 장방향인 제 1 방향과 평행하거나 수직하다.
이로써, 상기 시야제어용 서브픽셀(Pv)의 액정 분자는 액정층에 전계 인가시에 상기 제 1 방향으로 형성된 막대 패턴(488b)에 의해 상기 제 1 방향과 수직인 방향으로 눕게 되므로 좌, 우 시야각에 빛샘을 유발시킬 수 있다.
상기 리브 패턴(488a) 및 제 1 슬릿(S1)은 제 2 방향에서 제 3 방향으로, 제 3 방향에서 제 2 방향으로 꺽이면서 형성된다.
상기 제 2 방향은 상기 제 1 편광판의 제 1 투과축을 기준으로 45°경사를 이루고, 상기 제 3 방향은 상기 제 1 투과축을 기준으로 135°경사를 이룬다.
또한, 상기 제 2 방향은 상기 제 2 편광판의 제 2 투과축을 기준으로 45°경사를 이룰 수도 있고, 상기 제 3 방향은 상기 제 2 투과축을 기준으로 135°경사를 이룰 수도 있다.
상기 리브 패턴(488a) 및 제 1 슬릿(S1)은 서브픽셀 내에서 수직으로 배열된 액정 분자가 전계 인가시에 누워지는 방향을 결정하며, 4 도메인(A, B, ,C, D) 구조를 형성하여, 액정 분자가 4 도메인에서 서로 다른 방향으로 누우며 구동되어 광시야각을 구현한다.
협시야각 모드로 구동시, 상기 액정 표시 장치의 시야제어용 서브픽셀(Pv)은 구동되며, 상기 시야제어용 서브픽셀(Pv)의 제 2 화소 전극(462)에 적정 전압이 인가되고 상기 시야제어용 서브픽셀(Pv)에 배치된 액정층에 수직 전계가 발생되어 수직으로 배열된 액정 분자가 상기 막대 패턴(488b)의 제 1 방향과 수직한 방향으로 누움에 따라 정면에서는 전압 인가에 상관없이 블랙 상태를 유지하고, 경사각에서 는 액정 분자의 복굴절에 의해 광의 위상지연이 발생하게 되므로 좌, 우 시야각에서 빛샘이 발생된다.
즉, 상기 제 2 화소 전극(462)에 소정의 전압이 인가되어 상기 제 2 화소 전극(462)과 상기 공통 전극 사이에 수직 전계가 발생되면 상기 액정 분자가 일정한 방향으로 눕게 되고, 상기 제 1 편광판의 제 1 투과축을 통과한 광이 상기 액정 분자에 의해 위상지연되어 상기 제 2 편광판의 제 2 투과축을 통과하므로 측면 시야각에서 빛샘으로 관찰된다.
협시야각 구동시에 상기 시야 제어용 서브픽셀(Pv)에 인가되는 전압을 적절하게 조정하면, 상기 공통 전극과 제 2 화소 전극 사이에 형성되는 전계의 세기를 조절할 수 있으며, 이에 따른 액정 분자의 좌, 우 시야각 방향에서의 리타데이션 값을 조절 할 수 있으므로 협시야각의 범위를 조절할 수 있다.
이는 액정 표시 장치의 사용자에게 보안 범위에 대한 탄력성을 제공하며, 1인용으로 사용할 수 있을 뿐만 아니라, 1인 이상 사용할 경우에도 원하는 시야각 범위로 조정하여 불편함 없이 고화질로 화면을 볼 수 있으면서도 보안성도 확보할 수 있게 된다.
한편, 본 발명에 따른 액정 표시 장치는 적색, 녹색, 청색 서브 픽셀(Pr, Pg, Pb)과 시야제어용 서브 픽셀(Pv)의 배열 순서에 대해서 다양한 배열 형태를 가질 수 있으며, 일례로 상기 적색, 녹색, 청색 서브픽셀들(Pr, Pg, Pb) 및 시야제어용 서브픽셀(Pv)이 횡으로 배열될 수도 있으며, 배열 순서도 랜덤하게 배치될 수 있다.
본 발명을 구체적인 실시예들을 통하여 상세히 설명하였으나, 이는 본 발명을 구체적으로 설명하기 위한 것으로, 본 발명에 따른 액정 표시 장치 및 그의 제조 방법은 이에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상 내에서 당 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 그 변형이나 개량이 가능함이 명백하다.
본 발명은 광시야각을 구현하는 멀티도메인 수직배향(VA) 모드 액정 표시 장치에서 광시야각 모드 또는 협시야각 모드를 선택하여 구현할 수 있어, 개인의 보안성을 확보할 수 있는 제 1의 효과가 있다.
또한, 본 발명은 액정 패널 내에 시야제어용 서프픽셀을 추가하여 시야각 제어를 함으로써 공정이 단순한 제 2의 효과가 있다.
또한, 본 발명은 별도의 시야제어 레이어를 추가할 필요가 없어 광효율이 우수하고 얇고 가벼운 액정 표시 장치를 제공할 수 있는 제 3의 효과가 있다.
또한, 본 발명은 사용자에게 보안 범위에 대한 탄력성을 제공하며, 1인용으로 사용할 수 있을 뿐만 아니라, 1인 이상 사용할 경우에도 불편함 없이 고화질로 화면을 볼 수 있으며 보안성도 확보할 수 있는 제 4의 효과가 있다.

Claims (23)

  1. 제 1 내지 제 4 서브픽셀 영역들이 정의된 제 1 기판 및 제 2 기판;
    상기 제 1 기판과 상기 제 2 기판 사이에 개재되며 음의 유전율을 가지고 제 1 기판에 대하여 장축이 수직하게 배열된 액정 분자를 가지는 액정층;
    상기 제 1 기판 상의 상기 제 1 내지 제 4 서브픽셀 영역들에 형성된 제 1 내지 제 4 박막 트랜지스터들;
    상기 제 1 내지 제 4 박막 트랜지스터와 전기적으로 연결된 제 1 내지 제 4화소 전극들;
    상기 제 1 내지 제 3 서브픽셀 영역들과 대응되는 제 2 기판의 영역 상에 형성된 컬러필터층;
    상기 제 2 기판 전면에 형성된 공통 전극;
    상기 제 1 내지 제 3 서브픽셀 영역의 상기 제 2 기판 상에 형성되며, 상기 액정 분자를 적어도 네 방향으로 틸트시키는 제 1 패턴; 및
    상기 제 4 서브픽셀 영역의 상기 제 2 기판 상에 형성되며, 상기 액정 분자를 적어도 두 방향으로 틸트시키는 제 2 패턴을 포함하는 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 제 1 패턴은 상기 컬러필터층에 형성된 홀 패턴인 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 제 1 패턴은 유전체 돌기인 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 제 1 패턴은 상기 제 1 내지 제 3 서브픽셀 영역 내에서 적어도 한 번의 꺽임 구조를 가지는 적어도 하나 이상의 리브 패턴인 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 제 2 패턴은 상기 제 4 서브픽셀 영역을 가로지르는 적어도 하나 이상의 막대 패턴인 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 제 2 패턴은 상기 공통 전극에 형성되며, 상기 제 4 서브픽셀 영역을 가로지르는 적어도 하나 이상의 슬릿 패턴인 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 제 2 기판 상에는 상기 제 4 서브픽셀 영역에 대응하여 백색 컬러필터층이 더 형성된 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
  8. 제 1항에 있어서,
    상기 제 2 패턴은 상기 백색 컬러필터층에서 상기 제 4 서브픽셀 영역을 가로지르는 적어도 하나 이상의 슬릿 패턴인 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
  9. 제 1항에 있어서,
    상기 제 4 화소 전극은 상기 제 2 패턴의 장방향을 따라 적어도 하나 이상의 슬릿 패턴을 가지는 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
  10. 제 1항에 있어서,
    상기 제 1 기판의 외측면에 배치된 제 1 편광판;및
    상기 제 2 기판의 외측면에 배치된 제 2 편광판을 더 포함하며,
    상기 제 1 편광판의 제 1 투과축과 상기 제 2 편광판의 제 2 투과축은 서로 직교하는 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
  11. 제 10항에 있어서,
    상기 제 1 투과축은 상기 제 2 패턴의 장방향과 일치하는 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
  12. 제 10항에 있어서,
    상기 제 1 투과축은 상기 제 2 패턴의 장방향과 수직한 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
  13. 제 1항에 있어서,
    상기 제 4 서브픽셀 영역의 셀갭은 상기 제 1 내지 제 3 서브픽셀 영역들의 셀갭보다 상기 컬러필터층 두께만큼 큰 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
  14. 제 1 내지 제 4 서브픽셀 영역들이 정의된 제 1 기판과 제 2 기판을 준비하는 단계;
    상기 제 1 기판 상의 상기 제 1 내지 제 4 서브픽셀 영역들에 제 1 내지 제 4 박막 트랜지스터들을 형성하는 단계;
    상기 제 1 내지 제 4 박막 트랜지스터와 전기적으로 연결된 제 1 내지 제 4화소 전극들을 형성하는 단계;
    상기 제 1 내지 제 3 서브픽셀 영역들과 대응되는 제 2 기판의 영역 상에 컬러필터층을 형성하는 단계;
    상기 제 1 내지 제 3 서브픽셀 영역의 상기 제 2 기판 상에 상기 액정 분자를 적어도 네 방향으로 틸트시키는 제 1 패턴을 형성하는 단계; 및
    상기 제 4 서브픽셀 영역의 상기 제 2 기판 상에 상기 액정 분자를 적어도 두 방향으로 틸트시키는 제 2 패턴 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치의 제조 방법.
  15. 제 14항에 있어서,
    상기 제 1 기판과 상기 제 2 기판 사이에 음의 유전율을 가지고 제 1 기판에 대하여 장축이 수직하게 배열된 액정 분자를 가지는 액정층 개재하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치의 제조 방법.
  16. 제 14항에 있어서,
    상기 제 1 패턴을 형성하는 단계에 있어서,
    상기 컬러필터층에 홀 패턴을 형성하는 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치의 제조 방법.
  17. 제 14항에 있어서,
    상기 제 1 패턴을 형성하는 단계에 있어서,
    상기 제 2 기판 상에 유전체 돌기를 형성하는 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치의 제조 방법.
  18. 제 14항에 있어서,
    상기 제 1 패턴을 형성하는 단계에 있어서,
    상기 제 1 내지 제 3 서브픽셀 영역 내에서 적어도 한 번의 꺽임 구조를 가지는 적어도 하나 이상의 리브 패턴을 형성하는 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치의 제조 방법.
  19. 제 14항에 있어서,
    상기 제 2 패턴을 형성하는 단계에 있어서,
    상기 제 4 서브픽셀 영역을 가로지르는 적어도 하나 이상의 막대 패턴을 형성하는 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치의 제조 방법.
  20. 제 14항에 있어서,
    상기 제 2 패턴을 형성하는 단계에 있어서,
    상기 제 2 기판 상에 상기 제 4 서브픽셀 영역을 가로지르는 적어도 하나 이상의 슬릿 패턴을 가지는 공통 전극을 형성하는 것을 액정 표시 장치의 제조 방법.
  21. 제 14항에 있어서,
    상기 제 2 기판 상에 상기 제 4 서브픽셀 영역에 대응하여 백색 컬러필터층을 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치의 제조 방법.
  22. 제 14항에 있어서,
    상기 제 2 패턴을 형성하는 단계에 있어서,
    상기 제 2 기판 상의 상기 제 4 서브픽셀 영역에 대응하는 영역에 상기 제 4 서브픽셀 영역을 가로지르는 적어도 하나 이상의 슬릿 패턴을 가지는 백색 컬러필터층을 형성하는 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치의 제조 방법.
  23. 제 14항에 있어서,
    상기 제 4 화소 전극을 형성하는 단계에 있어서,
    상기 제 4 화소 전극에 상기 제 2 패턴의 장방향을 따라 적어도 하나 이상의 슬릿 패턴을 형성하는 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치의 제조 방법.
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