KR20120105694A - 광시야각 액정표시장치 - Google Patents
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Abstract
광시야각 액정표시장치가 개시된다. 본 발명에 따른 액정표시장치는 투과축이 방사형 또는 동심원형으로 형성되는 제 1 편광판; 상기 제 1 편광판의 상부에 형성되는 공통 전극, 상기 공통 전극의 상부에 형성되는 패시베이션층, 및 상기 패시베이션층의 상부에 형성되며, 가장자리에서 중심 방향으로 형성되는 복수 개의 전극 패턴을 포함하여 구성되는 픽셀 전극을 포함하는 투명 전극층; 상기 하부 배향막의 상부에 형성되며 방사형 또는 동심원형으로 수평 배향되는 복수 개의 액정 분자를 포함하는 액정층; 및 투과축이 상기 제 1 편광판의 투과축과 직교하도록 형성되는 제 2 편광판을 포함한다. 본 발명에 따를 경우 어떠한 방향에서 바라보더라도 액정표시소자 내부의 액정 배향이 동일하게 보이게 되는 바, 우수한 시야각 특성을 구현함과 동시에 경사면에서의 색감 또한 우수한 장점이 있다.
Description
본 발명은 광시야각 및 경사면에서의 우수한 색감을 구현가능한 액정표시장치에 관한 것이다.
최근 들어, 표시장치에 대한 다양한 형태의 요구가 증대되면서, 평판표시장치에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다. 이 중 액정표시장치(Liquid Crystal Display)는 고화질, 양산화의 용이성, 저전력 등의 이유로 각광을 받고 있다.
액정표시장치는 각각의 픽셀을 구성하는 각 액정표시소자의 형태에 따라 몇 가지 종류로 나뉘어진다. 이 중 가장 흔히 사용되는 것은 TN(twisted nematic) 모드의 액정표시장치이다. TN 모드의 경우 광효율이 높을 뿐만 아니라 제조 공정에서의 수율 또한 높은 편이어서 다양한 분야에 사용되지만, 시야각이 협소하다는 단점이 있다. 이를 해결하기 위하여 인-플레인 스위칭 모드(IPS) 및 프린지 필드 스위칭 모드(FFS)가 개발되었다. 그러나 이러한 액정표시장치 또한 시야각 및 경사면에서의 색감 등의 문제를 해결하는 데 한계가 있었다.
본 발명은 광시야각을 구현하면서도 경사면에서 우수한 색감을 구현할 수 있는 액정표시장치를 제공하기 위한 것이다.
1. 투과축이 방사형 또는 동심원형으로 형성되는 제 1 편광판; 상기 제 1 편광판의 상부에 형성되는 공통 전극, 상기 공통 전극의 상부에 형성되는 패시베이션층, 및 상기 패시베이션층의 상부에 형성되며, 가장자리에서 중심 방향으로 형성되는 복수 개의 전극 패턴을 포함하여 구성되는 픽셀 전극을 포함하는 투명 전극층; 상기 하부 배향막의 상부에 형성되며 방사형 또는 동심원형으로 수평 배향되는 복수 개의 액정 분자를 포함하는 액정층; 및 투과축이 상기 제 1 편광판의 투과축과 직교하도록 형성되는 제 2 편광판을 포함하는 액정표시장치.
2. 위 1 에 있어서, 상기 제 1 편광판 및 상기 제 2 편광판은 와이어 그리드 편광판(wire grid polarizer)인, 액정표시장치.
3. 위 1 에 있어서, 상기 액정 분자가 양(+)의 유전율 이방성을 가지는 경우 상기 하부 배향막 및 상기 상부 배향막의 액정 배향 패턴은 방사형으로 형성되고, 상기 액정 분자가 음(-)의 유전율 이방성을 가지는 경우 상기 하부 배향막 및 상기 상부 배향막의 액정 배향 패턴은 동심원형으로 형성되는, 액정표시장치.
4. 위 3 에 있어서, 상기 픽셀 전극에 포함되는 각각의 전극 패턴의 방향은, 상기 상기 액정 분자가 양(+)의 유전율 이방성을 가지는 경우 상기 액정 배향 방향과 5 내지 15도의 각도를 이루도록 구성되고, 상기 상기 액정 분자가 음(-)의 유전율 이방성을 가지는 경우 상기 액정 배향 방향과 75 내지 85도의 각도를 이루도록 구성되는, 액정표시장치.
5. 위 1 에 있어서, 상기 제 1 편광판의 투과축이 방사형으로 형성되는 경우 상기 제 2 편광판의 투과축은 동심원형으로 형성되고, 상기 제 1 편광판의 투과축이 동심원형으로 형성되는 경우 상기 제 2 편광판의 투과축은 방사형으로 형성되는, 액정표시장치.
6. 위 1 에 있어서, 상기 제 1 편광판, 상기 투명 전극층, 상기 액정층 및 상기 제 2 편광판은 각각 정면에서 볼 때 원형 또는 다각형 형태를 가지도록 형성되는, 액정표시장치.
본 발명에 따를 경우 액정표시장치를 어떠한 방향에서 바라보더라도 액정표시소자 내부의 액정 배향이 동일하게 보이게 되는 바, 우수한 시야각 특성을 구현함과 동시에 경사면에서의 색감 또한 우수한 액정표시장치를 구현할 수 있는 장점이 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 액정표시장치를 설명하기 위한 도면이다.
도 2 및 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 복수 개의 액정표시소자(100)가 액정표시장치 내에서 배열된 상태를 나타낸 도면이다.
도 4a, 도 4b 및 도 4c는 본 발명의 일 실시예에 따른 제 1 편광판(104) 및 제 2 편광판(116)의 편광 패턴을 설명하기 위한 도면이다.
도 5a 및 도 5b는 본 발명에 따른 하부 배향막(108) 및 상부 배향막(112)의 액정 배향 패턴에 따른 액정 분자들의 배향 방향을 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 투명 전극층(106)을 설명하기 위한 분해 사시도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 픽셀 전극(604)을 좀 더 상세히 도시한 도면이다.
도 2 및 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 복수 개의 액정표시소자(100)가 액정표시장치 내에서 배열된 상태를 나타낸 도면이다.
도 4a, 도 4b 및 도 4c는 본 발명의 일 실시예에 따른 제 1 편광판(104) 및 제 2 편광판(116)의 편광 패턴을 설명하기 위한 도면이다.
도 5a 및 도 5b는 본 발명에 따른 하부 배향막(108) 및 상부 배향막(112)의 액정 배향 패턴에 따른 액정 분자들의 배향 방향을 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 투명 전극층(106)을 설명하기 위한 분해 사시도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 픽셀 전극(604)을 좀 더 상세히 도시한 도면이다.
본 발명은 투과축이 방사형 또는 동심원형으로 형성되는 제 1 편광판; 상기 제 1 편광판의 상부에 형성되며, 원판 형태로 형성되는 공통 전극, 상기 공통 전극의 상부에 형성되는 패시베이션층, 및 상기 패시베이션층의 상부에 형성되며, 상기 투명 전극층을 구성하는 원판의 가장자리에서 상기 원판의 중심 방향으로 형성되는 복수 개의 전극 패턴을 포함하여 구성되는 픽셀 전극을 포함하는 투명 전극층; 상기 하부 배향막의 상부에 형성되며 방사형 또는 동심원형으로 수평 배향되는 복수 개의 액정 분자를 포함하는 액정층; 및 투과축이 상기 제 1 편광판의 투과축과 직교하도록 형성되는 제 2 편광판을 포함함으로써, 어떠한 방향에서 바라보더라도 액정표시소자 내부의 액정 배향이 동일하게 보이게 되는 바, 우수한 시야각 특성을 구현함과 동시에 경사면에서의 색감 또한 우수한 액정표시장치에 관한 것이다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 구체적인 실시형태를 설명하기로 한다. 그러나 이는 예시에 불과하며 본 발명은 이에 제한되지 않는다.
본 발명을 설명함에 있어서, 본 발명과 관련된 공지기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략하기로 한다. 그리고, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
본 발명의 기술적 사상은 청구범위에 의해 결정되며, 이하의 실시예는 본 발명의 기술적 사상을 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 효율적으로 설명하기 위한 일 수단일 뿐이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 액정표시장치를 설명하기 위한 도면으로서, 상기 액정표시장치의 각 픽셀을 구성하는 액정표시소자(100)의 수직 단면도를 도시한 것이다. 또한 도 2 및 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 복수 개의 액정표시소자(100)가 액정표시장치 내에서 배열된 상태를 나타낸 도면이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 액정표시소자(100)는 하부 글래스(102), 제 1 편광판(104), 투명 전극층(106), 하부 배향막(108), 액정층(110), 상부 배향막(112), 컬러 필터(114), 제 2 편광판(116) 및 상부 글래스(118)가 차례로 적층되어 구성된다. 이때, 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 각각의 액정표시소자(100)들은 정면(액정표시소자(100)에서 빛이 방출되는 방향을 의미)에서 봤을 때 원형의 픽셀을 형성하도록 구성될 수 있다. 즉, 액정표시소자(100)를 구성하는 각각의 구성요소들은 각각 원판 형상으로 형성되어 적층되며, 이에 따라 전체적인 액정표시소자(100)의 형태 또한 정면에서 볼 때 원형을 가질 수 있다. 다만, 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니며, 액정표시소자(100)들은 원형이 아닌 다각형 형상, 예를 들어 정면에서 바라볼 때 팔각형, 육각형 또는 사각형 등의 형태를 가질 수도 있음을 유의한다. 액정표시소자(100)가 이와 같이 다각형 형태로 구성될 경우, 원 형상에 비해 시야각 내지 경사면 특성은 조금 달라질 수 있으나 형태에 따라 액정표시소자(100)의 액정표시장치 내에서의 밀집도를 높일 수 있는 등의 장점이 있다. 이하에서는 각 액정표시소자(100)들이 원형으로 구성되는 것으로 가정한다.
또한 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 후술할 컬러 필터(114)의 색상에 따라 각 액정표시소자(100)는 적색광, 녹색광 또는 청색광을 조사하도록 구성될 수 있으며, 각각 적색광, 녹색광 및 청색광을 조사하는 액정표시소자(100)들이 1자형(도 2) 또는 삼각형(도 3) 형태로 액정표시장치 내에 배열될 수 있다. 다만, 도 2 및 도 3에 도시된 액정표시소자(100)의 색상 및 배열 형태는 예시적인 것으로서, 필요에 따라 색상이 변경, 추가 또는 제거되거나 배열 형태가 달라질 수 있음에 유의한다.
이하에서는, 본 발명의 일 실시예에 따른 액정표시소자(100)를 구성하는 각 요소들을 설명한다.
먼저, 하부 글래스(102) 및 상부 글래스(118)는 각각 액정표시소자(100)의 최하단 및 최상단에 위치하여 액정표시소자(100)의 외곽을 구성한다.
제 1 편광판(104) 및 제 2 편광판(116)은 각각 하부 글래스(102)의 상단 및 상부 글래스(118)의 하단에 형성된다.
도 4a, 도 4b 및 도 4c는 본 발명의 일 실시예에 따른 제 1 편광판(104) 및 제 2 편광판(116)의 편광 패턴을 설명하기 위한 도면이다. 본 발명의 실시예에 있어 제 1 편광판(104)은 그 투과축(또는 흡수축)이 도 4a에 도시된 것과 같이 동심원형으로 형성되거나, 또는 도 4b, 도 4c에 도시된 것과 같이 방사형으로 형성된다. 도 4b는 각각의 편광 패턴(400b)이 원의 가장자리에서 중심부까지 연장된 실시예를, 도 4c는 도 4b와 동일한 편광 패턴(400b)의 사이에 중심부까지 연장되지 않는 짧은 편광 패턴(400c)을 추가로 구비한 실시예를 도시한 것이다. 도 4c에 도시된 편광 패턴은 원형의 편광판에 있어 각 편광 패턴간의 거리 차이가 최소가 되도록 하기 위한 것이다. 즉, 본 발명의 경우 액정표시소자(100)를 정면에서 봤을 때 원형을 이루는 바, 방사형으로 편광 패턴을 구성할 경우 바깥쪽으로 갈수록 각 패턴 간의 간격이 넓어지게 되므로 (즉, 픽셀 내부에서 편광 패턴 간의 간격이 균일하지 않으므로), 균일한 광학 특성을 가지기 어렵게 된다. 이와 같은 차이는 각 패턴간의 거리가 좁을 경우(즉, 패턴들이 촘촘히 형성될 경우)에는 두드러지게 나타나지 않으나, 각 패턴간의 거리가 넓을 경우에는 중심부와 주변부의 패턴간 거리 차이가 두드러지게 나타나게 된다. 따라서, 본 발명에서는 필요한 경우 도 4c와 같이 중심부까지 연장되는 편광 패턴(400b)의 사이에 짧은 편광 패턴(400c)을 삽입함으로써 액정표시소자(100)의 내부에서 편광 패턴 간 거리 차이가 최소가 되도록 구성할 수 있다. 본 발명에 있어, 방사형의 편광 패턴을 가진 편광판은 도 4b에 도시된 것과 같은 형태와 함께 도 4에 도시된 형태까지를 모두 포함하여 지칭하는 것으로 이해되어야 한다.
제 2 편광판(116)은 그 투과축(또는 흡수축)이 제 1 편광판(104)의 투과축(또는 흡수축)과 직교하도록 형성된다. 예를 들어, 제 1 편광판(104)의 투과축(또는 흡수축)이 도 4a에 도시된 것과 같이 동심원형으로 형성되는 경우, 제 2 편광판(116)의 투과축(또는 흡수축)은 도 4b에 도시된 것과 같이 방사형으로 형성될 수 있다. 또는, 제 1 편광판(104)의 투과축(또는 흡수축)이 도 4b에 도시된 것과 같이 방사형으로 형성되는 경우, 제 2 편광판(116)의 투과축(또는 흡수축)은 도 4a에 도시된 것과 같이 동심원형으로 형성될 수 있다. 이와 같이 제 1 편광판(104) 및 제 2 편광판(116)이 형성될 경우, 본 발명에 따른 액정표시장치를 정면에서 바라볼 때 액정표시소자(100) 내의 모든 부분에서 제 1 편광판(104)의 편광 방향과 제 2 편광판(116)의 편광 방향이 직교하게 되므로, 제 1 편광판(104)의 하부로부터 유입된 빛은 액정층(110)에 의하여 그 편광이 변화되지 않는 한 제 2 편광판(116)을 통과하지 못하게 된다.
한편, 이와 같은 제 1 편광판(104) 및 제 2 편광판(116)은 와이어 그리드 편광판(wire grid polarizer)으로 구성될 수 있다. 와이어 그리드 편광판은 기판에 금속 와이어가 주기적으로 배열되는 형태의 편광판이다. 즉, 도 4a 및 도 4b에서 도면부호 400a 및 400b로 표시된 부분이 금속 와이어로 구성될 수 있다. 이와 같은 구조의 경우, 배열된 금속 와이어의 배열 주기가 입사광의 파장보다 작으면 회절이 일어나지 않기 때문에 편광자로서 작동이 가능하다. 구체적으로 와이어 그리드 편광판은 전기장이 금속 와이어에 수직한 편광(제1편광)은 투과하고, 평행한 편광(제2 편광)은 반사하도록 구성된다.
통상적으로 액정 디스플레이 장치에 사용되는 흡수형 편광판은 광원에서 공급되는 무편광의 광 중에서 일 편광의 광은 투과하고, 다른 편광의 광은 흡수한다. 따라서 적어도 절반의 광량이 손실되어 광 이용 효율이 저하된다. 반면, 와이어 그리드 편광판은 투과하지 않아야 할 편광을 흡수하지 않고 광원으로 되돌려 보냄으로써 재사용될 수 있도록 하므로, 일반적인 흡수형 편광판에 비해 높은 광 이용 효율을 가지는 장점이 있다.
또한, 전술한 제 1 편광판(104) 및 제 2 편광판(116)의 각 패턴 간의 간격은 본 발명에 따른 액정표시소자(100)에서의 빛의 파장에 따라 편광효율이 달라지게 된다. 즉, 장파장에서 높은 편광도를 구현하려면 상기 패턴간 간격 또한 커지며, 단파장에서 높은 편광도를 구현하려면 상기 패턴간 간격 또한 작아지게 된다. 이는 와이어 그리드 편광판의 경우 특정 파장에 대해서만 높은 편광도를 나타내기 때문이다. 예를 들어, 본 발명은 컬러 필터(114)의 색상에 따라 적색광, 녹색광 또는 청색광을 내도록 구성될 수 있으며, 이 경우 방출되는 빛의 파장은 청색광이 가장 낮고 적색광이 가장 높다. 따라서 제 1 편광판(104) 및 제 2 편광판(116)의 각 편광 패턴간 간격은 청색광일 경우 가장 좁아지며 적색광일 경우 가장 넓어지게 된다(즉, 청색<녹색<적색).
다음으로, 투명 전극층(106)은 제 1 편광판(104)의 상부에 형성되며, 공통 전극 및 픽셀 전극을 포함하여 구성된다. 이와 같은 투명 전극층(106) 내부의 상기 공통 전극 및 상기 픽셀 전극의 상세 구성에 대해서는 후술하기로 한다.
하부 배향막(108) 및 상부 배향막(112)은 각각 액정층(110)의 하부 및 상부에 형성되며, 액정층(110)의 액정 분자와 접하여 상기 액정 분자를 균일하게 배향시킨다. 본 발명의 실시예에서, 하부 배향막(108) 및 상부 배향막(112)의 배향 패턴은 액정층(110)에 형성되는 액정 분자의 성질에 따라 달라진다.
도 5a 및 도 5b는 본 발명에 따른 하부 배향막(108) 및 상부 배향막(112)의 액정 배향 패턴에 따른 액정 분자들의 배향 방향을 설명하기 위한 도면이다. 도면에서 400a, 400b로 표시된 부분은 전술한 바와 같이 각각 직교하도록 형성된 제 1 편광판(104) 및 제 2 편광판(116)의 투과축(또는 흡수축)을 나타낸다.
먼저, 상기 액정 분자가 양(+)의 유전율 이방성을 가지는 경우, 하부 배향막(108) 및 상부 배향막(112)의 액정 배향 패턴은 방사형으로 형성되며, 이에 따라 상기 액정 분자의 장축 또한 도 5a에 도시된 바와 같이 방사형으로 배열된다(식별번호 500a 참조). 즉, 상기 액정 분자의 장축의 일단은 액정층(110)의 중심을 향하고, 타단은 액정층(110)의 가장자리를 향하게 된다. 또한, 상기 액정 분자가 음(-)의 유전율 이방성을 가지는 경우, 하부 배향막(108) 및 상부 배향막(112)의 액정 배향 패턴은 동심원형으로 형성되며, 이에 따라 상기 액정 분자의 장축 또한 도 5b에 도시된 바와 같이 동심원형으로 배열된다(식별번호 500b 참조).
배향막을 형성하기 위한 일반적인 방법으로는 기판 표면을 천으로 문지르는 러빙(rubbing)법이 있다. 러빙법은 글래스 기판을 종이 등으로 일정방향으로 문지르면, 문지르는 방향에 따라 액정 분자의 장축이 가지런하게 배열되는 것을 이용하는 방법이다. 그러나 본 발명의 경우 배향 패턴이 직선이 아닌 방사형 또는 동심원형이므로, 러빙을 통해서는 배향막 형성이 어렵다. 따라서 본 발명에서는 러빙법이 아닌 광배향법 또는 이온빔 조사법 등의 방법을 이용하여 배향막을 형성하게 된다. 예를 들어, 하부 배향막(108) 또는 상부 배향막(112)의 상면에 원하는 배향 형태에 따라 제 1 편광판(104) 또는 제 2 편광판(116)을 위치시키고 그 위로 광을 조사하게 되면, 제 1 편광판(104) 또는 제 2 편광판(116)의 편광 패턴이 그대로 하부 배향막(108) 또는 상부 배향막(112)의 배향 패턴으로 형성되도록 할 수 있다. 그러나 본 발명은 하부 배향막(108) 또는 상부 배향막(112)을 형성하기 위한 특정의 배향 패턴 형성 방법에 한정되는 것은 아니며, 본 발명에서 기술하고 있는 배향 패턴을 형성할 수 있는 방법이라면 어떠한 방법이든 적용 가능함은 자명하다.
액정층(110)은 하부 배향막(108) 및 상부 배향막(112)의 사이에 형성되며, 각각 수평 배향되는 복수 개의 액정 분자를 포함한다. 상기 액정 분자들은 하부 배향막(108) 및 상부 배향막(112)에 형성된 배향 패턴에 따라 방사형 또는 동심원형으로 배향되며, 투명 전극층(106)에 전압이 인가되는 경우 형성되는 전기장에 의하여 그 배향 방향이 변화된다.
컬러 필터(114)는 액정표시소자(100)에서 방출되는 빛을 특정 색상으로 변화시키기 위한 필터이다. 예를 들어, 본 발명에 따른 액정표시소자(100)는 전술한 바와 같이 적색, 녹색 및 청색의 3가지 색을 가지도록 구성될 수 있으며, 이와 같은 색상 변화는 컬러 필터(114)에 의하여 이루어진다. 즉, 컬러 필터(114)가 적색을 띨 경우 액정표시소자(100)에서 방출되는 빛 또한 적색광이 되며, 녹색 또는 청색을 띨 경우 액정표시소자(100)에서 방출되는 빛은 녹색광 또는 청색광이 된다. 또한, 본 발명의 실시예에서 액정표시소자(100)가 백색광을 조사할 경우, 컬러 필터(114)는 생략될 수 있다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 투명 전극층(106)을 설명하기 위한 분해 사시도이다.
도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 투명 전극층(106)은 공통 전극(600), 패시베이션층(passivation layer; 602) 및 픽셀 전극(604)을 포함한다.
공통 전극(600)은 투명 전극층(106)의 하부 면에 위치하며 원판 형태로 형성되어 본 발명에 따른 액정표시장치의 공통 라인(미도시)에 접속된다.
패시베이션층(602)은 공통 전극(600)의 상부에 형성되며 공통 전극(600)과 픽셀 전극(602)의 사이에서 절연층을 구성한다. 패시베이션층(602)은 예를 들어 SiO2로 구성될 수 있으며, 화학기상증착(chemical vapor deposition) 등의 방법으로 형성될 수 있다.
픽셀 전극(604)은 패시베이션층(602)의 상부에 형성되며, 상기 액정표시장치의 데이터라인(미도시)에 형성된 박막 트랜지스터(미도시)의 드레인과 접속된다. 이와 같은 공통 전극(600) 및 픽셀 전극(604)의 연결 형태는 본 발명이 속하는 기술분야에서 주지된 것인 바, 여기서는 그 상세한 설명을 생략한다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 픽셀 전극(604)을 좀 더 상세히 도시한 도면이다.
도시된 바와 같이, 픽셀 전극(604)은 투명 전극층(106)을 구성하는 원판의 가장자리에서 상기 원판의 중심 방향으로 형성되는 복수 개의 전극 패턴(700, 702)을 포함한다. 즉, 픽셀 전극(604)에서 각각의 전극 패턴들은 가장자리에서 중심 방향으로 이어지는 방사형 형태를 가진다. 도면에서 알 수 있는 바와 같이, 전극 패턴 700은 픽셀 전극(604)의 가장자리에서 중심부까지 연장되고, 전극 패턴 702는 픽셀 전극(604)의 중심부까지 연장되지 않는 것을 알 수 있다. 이와 같이 전극 패턴들이 구성되는 이유는 다음과 같다. 본 발명의 경우 액정표시소자(100)를 정면에서 봤을 때 원형을 이루는 바, 방사형으로 픽셀 전극들을 구성할 경우 바깥쪽으로 갈수록 픽셀 전극 간의 간격이 넓어지게 되므로 (즉, 픽셀 내부에서 픽셀 전극 간의 간격이 균일하지 않으므로), 균일한 광학 특성을 가지기 어렵게 된다. 따라서 본 발명에서는 중심부까지 연장되는 전극 패턴(700)의 사이에 짧은 전극 패턴(702)을 삽입함으로써 액정표시소자(100)의 내부에서 픽셀 전극 간의 간격의 차이가 최소화되도록 구성한 것이다.
한편, 상기 각 전극 패턴(700, 702)들은 픽셀 전극(604)의 가장자리에서 곧바로 원판의 중심 방향을 향하는 것이 아니라 일정 각도만큼 틀어지도록 구성된다. 도 7에서 픽셀 전극(604)의 중심에서 가장자리를 연결하는 선분(실선)을 선분 AB, 상기 선분 AB가 지나는 위치에 형성된 전극 패턴(700, 702)과 평행하도록 그은 선분(일점쇄선)을 선분 A'B', 선분 AB와 선분 A'B'가 이루는 각도를 α라 하자. 만약 액정층(110)액정 분자들이 양(+)의 유전율 이방성을 가지는 경우, 상기 선분 AB가 지나는 위치에 형성되는 액정 분자들은 상기 선분 AB와 평행하게 배향되며, 액정 분자들이 음(-)의 유전율 이방성을 가지는 경우, 상기 선분 AB가 지나는 위치에 형성되는 액정 분자들은 상기 선분 AB와 직교하도록 배향된다. 즉, 액정 분자가 양(+)의 유전율 이방성을 가지는 경우, 액정 분자의 초기 배향 방향과 각 전극 패턴(700, 702)의 형성 방향이 이루는 각도는 α가 되며, 액정 분자가 음(-)의 유전율 이방성을 가지는 경우, 액정 분자의 초기 배향 방향과 각 전극 패턴(700, 702)의 형성 방향이 이루는 각도는 90-α가 됨을 알 수 있다.
본 발명의 실시예에서 상기 α는 5도 내지 15도 사이를 유지하도록 구성된다. 다시 말해, 액정 분자가 양(+)의 유전율 이방성을 가질 경우, 액정 분자의 초기 배향 방향과 각 전극 패턴(700, 702)의 각도 차이는 5 내지 15도가 되며, 액정 분자가 음(-)의 유전율 이방성을 가질 경우라면, 액정 분자의 초기 배향 방향과 각 전극 패턴(700, 702)의 각도 차이는 75 내지 85도가 된다. 도면에서는 각 전극 패턴(700, 702)들이 오른쪽으로 틀어진 형태만을 도시하였으나, 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니며 왼쪽으로 상기 각도만큼 틀어진 형태 또한 가능함은 자명하다.
상기와 같이 구성되는 본 발명의 일 실시예에 따른 액정표시소자(100)의 동작을 설명하면 다음과 같다. 먼저, 픽셀 전극(604)에 전압이 걸리지 않은 경우, 액정층(110)의 액정 분자들은 초기 배향 상태를 유지하며, 제 1 편광판(104) 및 제 2 편광판(116)의 편광 방향이 서로 직교하므로 광원으로부터 하부 글래스(102)로 입사된 빛은 외부로 투과되지 못하게 된다(즉, 노멀 블랙 모드(normal black mode)). 다음으로, 픽셀 전극(604)에 전압이 인가되는 경우 공통 전극(600)과 픽셀 전극(604) 간에 강한 프린지 전기장(fringe field)가 형성되며, 이에 따라 상기 액정 분자들이 회전되는 바, 하부 글래스(102)로 입사된 빛이 상부로 투과되게 된다.
일반적인 프린지 필드 스위칭 액정표시소자에서, 액정의 초기 배향 방향이 직교되어 있는 한 쌍의 편광판 중 하나의 투과축과 일치되어 있는 경우의 투과율 공식은 다음과 같다.
(이때, T는 투과율, T0는 한 쌍의 편광판의 편광축이 서로 평행한 경우의 투과율, φ는 액정 분자의 광축과 편광판의 투과축이 이루는 각, △n은 굴절율 이방성, d는 액정층의 두께, λ는 입사광의 파장)
상기 수학식에 의할 때, 이론적으로 투과율은 φ 값이 45도일 때 가장 높아지게 되며, 따라서 상기 α값 또한 이론적으로는 45도인 것이 가장 높은 투과율을 보여주게 된다. 본 발명의 경우 액정표시소자(100)가 정면에서 볼 때 원형의 형태를 가지고, 픽셀 전극(604) 또한 평행하게 배열되는 것이 아니라 방사형의 형태를 가지므로, 실제로는 45도가 아니라 5에서 15도(양의 유전율 이방성을 가지는 경우) 또는 75도에서 85도(음의 유전율 이방성을 가지는 경우)를 유지할 때 가장 높은 투과율을 가지게 된다.
상술한 바와 같이 액정표시장치를 구성하는 각 액정표시소자(100)들이 원형으로 구성되는 경우, 액정표시소자(100)를 어떠한 방향에서 바라보더라도 내부의 액정 배향이 동일하게 보이게 된다. 따라서 본 발명에 따를 경우 시야각 또는 방향에 따른 액정의 시각 특성 변화가 나타나지 않게 되므로 우수한 시야각 특성을 가지게 되며, 경사면에서의 색감 또한 우수하게 된다.
이상에서 대표적인 실시예를 통하여 본 발명에 대하여 상세하게 설명하였으나, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 상술한 실시예에 대하여 본 발명의 범주에서 벗어나지 않는 한도 내에서 다양한 변형이 가능함을 이해할 것이다.
그러므로 본 발명의 권리범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 안 되며, 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
100 : 액정표시소자 102 : 하부 글래스
104 : 제 1 편광판 106 : 투명 전극층
108 : 하부 배향막 110 : 액정층
112 ; 상부 배향막 114 : 컬러 필터
116 : 제 2 편광판 118 : 상부 글래스
400a, 400b, 400c : 와이어 500a, 500b : 액정 분자
600 : 공통 전극 602 : 패시베이션층
604 : 픽셀 전극 700, 702 : 픽셀 전극 패턴
104 : 제 1 편광판 106 : 투명 전극층
108 : 하부 배향막 110 : 액정층
112 ; 상부 배향막 114 : 컬러 필터
116 : 제 2 편광판 118 : 상부 글래스
400a, 400b, 400c : 와이어 500a, 500b : 액정 분자
600 : 공통 전극 602 : 패시베이션층
604 : 픽셀 전극 700, 702 : 픽셀 전극 패턴
Claims (6)
- 투과축이 방사형 또는 동심원형으로 형성되는 제 1 편광판;
상기 제 1 편광판의 상부에 형성되는 공통 전극, 상기 공통 전극의 상부에 형성되는 패시베이션층, 및 상기 패시베이션층의 상부에 형성되며, 가장자리에서 중심 방향으로 형성되는 복수 개의 전극 패턴을 포함하여 구성되는 픽셀 전극을 포함하는 투명 전극층;
상기 하부 배향막의 상부에 형성되며 방사형 또는 동심원형으로 수평 배향되는 복수 개의 액정 분자를 포함하는 액정층; 및
투과축이 상기 제 1 편광판의 투과축과 직교하도록 형성되는 제 2 편광판을 포함하는 액정표시장치.
- 청구항 1 에 있어서,
상기 제 1 편광판 및 상기 제 2 편광판은 와이어 그리드 편광판(wire grid polarizer)인, 액정표시장치.
- 청구항 1 에 있어서,
상기 액정 분자가 양(+)의 유전율 이방성을 가지는 경우 상기 하부 배향막 및 상기 상부 배향막의 액정 배향 패턴은 방사형으로 형성되고,
상기 액정 분자가 음(-)의 유전율 이방성을 가지는 경우 상기 하부 배향막 및 상기 상부 배향막의 액정 배향 패턴은 동심원형으로 형성되는, 액정표시장치.
- 청구항 3 에 있어서,
상기 픽셀 전극에 포함되는 각각의 전극 패턴의 방향은,
상기 상기 액정 분자가 양(+)의 유전율 이방성을 가지는 경우 상기 액정 배향 방향과 5 내지 15도의 각도를 이루도록 구성되고,
상기 상기 액정 분자가 음(-)의 유전율 이방성을 가지는 경우 상기 액정 배향 방향과 75 내지 85도의 각도를 이루도록 구성되는, 액정표시장치.
- 청구항 1 에 있어서,
상기 제 1 편광판의 투과축이 방사형으로 형성되는 경우 상기 제 2 편광판의 투과축은 동심원형으로 형성되고,
상기 제 1 편광판의 투과축이 동심원형으로 형성되는 경우 상기 제 2 편광판의 투과축은 방사형으로 형성되는, 액정표시장치.
- 청구항 1 에 있어서,
상기 제 1 편광판, 상기 투명 전극층, 상기 액정층 및 상기 제 2 편광판은 각각 정면에서 볼 때 원형 또는 다각형 형태를 가지도록 형성되는, 액정표시장치.
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- 2011-03-16 KR KR1020110023293A patent/KR20120105694A/ko not_active Application Discontinuation
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