WO2012015111A1 - 프린지 필드 스위칭 방식의 액정표시소자 - Google Patents

프린지 필드 스위칭 방식의 액정표시소자 Download PDF

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WO2012015111A1
WO2012015111A1 PCT/KR2010/008694 KR2010008694W WO2012015111A1 WO 2012015111 A1 WO2012015111 A1 WO 2012015111A1 KR 2010008694 W KR2010008694 W KR 2010008694W WO 2012015111 A1 WO2012015111 A1 WO 2012015111A1
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WO
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liquid crystal
region
area
crystal display
display device
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Application number
PCT/KR2010/008694
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English (en)
French (fr)
Inventor
이승희
하경수
우창우
임영진
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전북대학교산학협력단
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Publication date
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    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
    • G02F1/00—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
    • G02F1/01—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour 
    • G02F1/13—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour  based on liquid crystals, e.g. single liquid crystal display cells
    • G02F1/133—Constructional arrangements; Operation of liquid crystal cells; Circuit arrangements
    • G02F1/1333—Constructional arrangements; Manufacturing methods
    • G02F1/1343—Electrodes
    • G02F1/134309—Electrodes characterised by their geometrical arrangement
    • G02F1/134363—Electrodes characterised by their geometrical arrangement for applying an electric field parallel to the substrate, i.e. in-plane switching [IPS]

Definitions

  • the present invention relates to a fringe-field switching (FFS) type liquid crystal display device.
  • FFS fringe-field switching
  • multiple domains are formed in a unit pixel to minimize color shift according to a viewing angle and to eliminate disclination lines.
  • the present invention relates to a liquid crystal display device for minimizing a decrease in transmittance due to lines.
  • liquid crystal mode which is widely used in small and medium-sized liquid crystal display devices such as a monitor, a notebook, and a mobile phone, is a twisted nematic (TN) mode.
  • TN mode has been widely applied to high process yield as well as high light efficiency, but has a disadvantage in that the viewing angle is narrow because the liquid crystal molecules move in the vertical direction when voltage is applied.
  • In-Plane Switching (IPS) and Fringe Field Switching (FFS) modes have been developed to solve the narrow viewing angle problem.
  • the FFS mode has been proposed.
  • the common electrode and the pixel electrode form a transparent electrode structure with an insulating layer therebetween, and the horizontal gap between the common electrode and the pixel electrode is maintained. It is formed narrower than the cell gap, which is the gap between the upper and lower substrates, so that a strong fringe electric field is formed between the common electrode and the pixel electrode.
  • the liquid crystal molecules are rotated in the upper part of the pixel electrode, thereby showing high light efficiency, low voltage driving, and wide viewing angle.
  • the liquid crystal molecules are rotated in the upper part of the pixel electrode, thereby showing high light efficiency, low voltage driving, and wide viewing angle.
  • the dual domain pixel structure solves the color shift problem according to the viewing angle, but there is a problem in that the transmittance is reduced because a disclination line is formed due to the liquid crystal collision caused by the rotation of the liquid crystal in the upper and lower boundary regions.
  • an object of the present invention is to improve image quality by minimizing color shift according to a viewing angle in an FFS mode.
  • the present invention provides a fringe field switching type liquid crystal display device, wherein a unit pixel includes a main region and an auxiliary region, wherein the main region and the auxiliary region are applied to the liquid crystal with respect to the rubbing direction of the liquid crystal.
  • the direction of the horizontal electric field is different, the main area and the auxiliary area is characterized in that the area is different.
  • the unit pixel includes a main region and an auxiliary region, and the slit direction of the pixel electrode with respect to the rubbing direction of the liquid crystal in the main region and the auxiliary region is different. It is another feature that the area of the main area and the auxiliary area is different.
  • the unit pixel includes a main region and an auxiliary region, and the slit direction of the common electrode with respect to the rubbing direction of the liquid crystal in the main region and the auxiliary region is different. Another feature is that the area of the main area and the auxiliary area are different.
  • the present invention while maintaining the characteristics of the high optical efficiency and low drive voltage of the FFS mode, it is possible to improve the image quality by minimizing the problem of color shift according to the viewing angle, and also to improve the problem of reduced transmittance due to the disclination line The light efficiency can be maximized.
  • FIG. 1 is a plan view illustrating a unit pixel of a conventional FFS mode liquid crystal display device.
  • FIG. 2 is a plan view of a structure in which a double domain is formed in a unit pixel in a conventional FFS mode liquid crystal display device.
  • FIG. 3 is a plan view illustrating a unit pixel of an FFS mode liquid crystal display device according to a first exemplary embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is a plan view illustrating an FFS mode liquid crystal display device according to a second exemplary embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 is a diagram illustrating an arrangement state of initial liquid crystals and an arrangement state of liquid crystal molecules during driving in the liquid crystal display device illustrated in FIG. 4.
  • FIG. 6 is a plan view illustrating an FFS mode liquid crystal display device according to a third exemplary embodiment of the present invention.
  • FIG. 7 is a plan view illustrating an FFS mode liquid crystal display device according to a fourth embodiment of the present invention.
  • TFT thin film transistor
  • FIG. 1 shows a single domain pixel structure of a conventional FFS mode liquid crystal display.
  • "R” indicates the rubbing direction of the liquid crystal.
  • the common electrode 105 is formed in a planar shape in the limited unit pixel, and the pixel electrode 106 separated through an insulating film (not shown) is formed in a slit pattern.
  • the source / drain 102 is formed on the gate bus line 104 to form a potential difference with the pixel electrode 106 based on the common electrode 105 to form the thin film transistor 103.
  • the liquid crystal display shown in FIG. 1 is a structure having excellent transmission characteristics but having a color shift problem according to a viewing angle.
  • FIG. 2 illustrates a liquid crystal display device having a dual domain pixel structure proposed to solve a color shift problem according to a viewing angle of the single domain pixel structure of FIG. 1.
  • the data bus line 201 and the gate bus line 204 are insulated from each other and formed on the lower substrate, thereby defining a unit pixel space.
  • the common electrode 205 is formed in a planar shape in the limited unit pixel, and the pixel electrode 206 separated through an insulating film (not shown) is formed in a slit pattern.
  • a source / drain 202 is formed in the gate bus line 204 to form a thin film transistor 203.
  • the slit of the pixel electrode 206 is formed to be inclined in a direction opposite to the rubbing direction R in the upper and lower portions.
  • the directions of the liquid crystals in the upper and lower parts of the pixel are different from each other.
  • the liquid crystal display shown in FIG. 2 solves the color shift problem according to the viewing angle through the liquid crystal director having the compensation structure during driving.
  • the slit direction of the pixel electrode 206 is Since the angle formed with respect to the rubbing direction R is symmetrical, and the area of the upper region and the lower region is the same, the liquid crystals in the upper region and the lower region have different rotational directions and the same magnitude of force. Thus, a disclination line is formed due to the liquid crystal collision due to the rotation of the liquid crystal in the boundary region.
  • T is the transmittance
  • T 0 is the transmittance with respect to the reference light
  • ⁇ is the angle formed by the optical axis of the liquid crystal molecules and the transmission axis of the polarizer
  • ⁇ n is the refractive index anisotropy
  • d is the thickness of the liquid crystal layer
  • ⁇ is the wavelength of the incident light.
  • the transmission axis of one of the crossed polarizers coincides with the rubbing direction of the lower substrate. Since ⁇ is 0 °, light cannot be transmitted by the transmittance formula. As the voltage is applied, the liquid crystal director rotates by the fringe field, and ⁇ is not 0 °, thereby allowing light to pass through.
  • the size of phi of the liquid crystal director is different depending on the direction in which the slits are formed and the rubbing direction. When the slits and rubbing directions formed during the actual process are formed differently for each region, ⁇ at the same voltage is formed differently for each region, and thus the electrical and optical characteristics are different for each position.
  • the gate bus line 304 and the data bus line 301 are formed to be connected to the lower substrate while being insulated from each other, thereby limiting the unit pixel space.
  • the data bus line 301 may be formed in a straight shape or bent in accordance with the shape of the common electrode 305.
  • the common electrode 305 is formed to have a planar shape or a pattern, and the pixel electrode 306 separated through an insulating film (not shown) is formed to have a slit pattern.
  • a source / drain 302 is formed in the gate bus line 304 to form a thin film transistor 303.
  • the formation positions of the common electrode 305 and the pixel electrode 306 may be reversed.
  • a liquid crystal layer sandwiched between the upper and lower substrates of transparent glass or polymer material is formed to a thickness of 5 ⁇ m or less.
  • the slits are patterned on the pixel electrode 306, the slits are formed at different angles by dividing the auxiliary region S and the main region M for each pixel position.
  • the angle ⁇ 'formed between the slit direction of the pixel electrode 306 and the rubbing direction R of the liquid crystal in the S region, and the angle formed between the slit direction of the pixel electrode 306 and the rubbing direction R of the liquid crystal in the M region ( ⁇ ) is formed between 3 degrees and 40 degrees, and ⁇ 'is preferably formed larger than ⁇ . Further, the widths w 'and w of the pixel electrodes 306 in the S and M regions are 7 ⁇ m or less, and the lengths of the slits 1' and 1 between the pixel electrodes 306 are 10 ⁇ m or less.
  • a two-domain structure having different electrical and optical characteristics is formed in the unit pixel, thereby minimizing a color shift problem according to a viewing angle.
  • the angle formed between the slit direction of the pixel electrode 306 in the M region having a large area ratio and the rubbing direction R of the liquid crystal is reduced, the light efficiency can be improved.
  • the auxiliary area S and the main area M have different areas, and angles ⁇ 'and ⁇ formed between the slit direction of the pixel electrode 306 and the rubbing direction R of the liquid crystal are different in each area.
  • FIG. 4 illustrates a liquid crystal display device according to a second embodiment of the present invention.
  • slits of the pixel electrodes 406 are symmetrically formed between pixels adjacent in the column direction (or the rubbing direction of the liquid crystal).
  • the main region M is formed at the upper portion and the auxiliary region S is formed in the lower pixel.
  • the auxiliary region S is formed at the upper portion and the main region M is formed in the lower pixel. Is formed.
  • the gate bus line 404 and the data bus line 401 are formed on the lower substrate while being insulated from each other to define a unit pixel space.
  • the data bus line 401 is formed in a straight form in this embodiment, but may be formed in a bent form according to the shape of the common electrode 405.
  • the common electrode 405 is formed to have a planar shape or a pattern, and the pixel electrode 406 separated through an insulating film (not shown) is formed to have a slit pattern.
  • a source / drain 402 is formed on the gate bus line 404 to form a potential difference between the common electrode 405 and the pixel electrode 406 to form a thin film transistor 403.
  • FIG. 5 is a diagram illustrating an arrangement state of initial liquid crystals and an arrangement state of liquid crystal molecules during driving in the liquid crystal display device illustrated in FIG. 4.
  • ⁇ is an angle where the slit direction of the pixel electrode 406 forms the rubbing direction R in the main region
  • ⁇ ' is an angle where the slit direction of the pixel electrode 406 forms the rubbing direction R in the auxiliary region.
  • the liquid crystal molecules are arranged in the rubbing direction R in the main region M and the auxiliary region S in the same manner. However, when the driving voltage is applied, the liquid crystal molecules rotate in a direction perpendicular to the slit as shown in the drawing. Since the slit directions of the main region M and the auxiliary region S are different, the arrangement direction of the liquid crystal molecules is also the main region M. ) And in the auxiliary region S.
  • the common electrode 605 is patterned along the direction of the slit, and the data bus line 601 is also formed to have a structure that is bent in the same direction as the common electrode 605. Through such a structure, higher light efficiency and wide aperture ratio can be obtained.
  • the gate bus line 604, the pixel electrode 606, the source / drain 602, and the thin film transistor 603 are formed in the same manner as in FIG. 4.
  • FIG. 7 shows a liquid crystal display device according to a fourth embodiment of the present invention.
  • the positions at which the common electrode 705 and the pixel electrode 706 are formed are opposite to those of FIG. 4.
  • the data bus line 701, the source / drain 702, the thin film transistor 703, and the gate bus line 704 are formed in the same manner as in FIG. 4.
  • the present invention can improve the image quality by minimizing the color shift according to the viewing angle, and can be used in the liquid crystal display device industry of the fringe field switching method that can minimize the decrease in transmittance due to the disclination line.

Abstract

본 발명은 프린지 필드 스위칭 방식의 액정표시소자에 관한 것이다. 본 발명에 의한 액정표시소자에서, 단위 화소는 메인 영역과 보조 영역을 구비하며, 메인 영역과 보조 영역은 액정의 러빙 방향에 대해 액정에 인가되는 수평 전기장의 방향이 상이하고, 메인 영역과 보조 영역은 면적이 상이하다. 본 발명에 의하면, FFS 모드의 높은 광효율 및 낮은 구동전압의 특성을 유지하면서도, 시야각에 따른 컬러 쉬프트의 문제를 최소화하여 화질을 개선할 수 있으며, 또한 디스클리네이션 라인으로 인한 투과율 저하 문제를 개선하여 광 효율을 극대화할 수 있다.

Description

프린지 필드 스위칭 방식의 액정표시소자
본 발명은 프린지 필드 스위칭(fringe-field switching : FFS) 방식의 액정표시소자에 관한 것으로서, 특히 단위 화소 내에 다중 도메인을 형성하여 시야각에 따른 컬러 쉬프트(color shift)를 최소화하고 디스클리네이션 라인(disclination line)으로 인한 투과율 저하를 최소화시키는 액정표시소자에 관한 것이다.
현재 모니터, 노트북, 핸드폰 등 중소형 액정표시소자에서 많이 응용되고 있는 액정 모드는 트위스티드 네마틱(twisted nematic : TN) 모드이다. TN 모드는 높은 광효율 뿐만 아니라 높은 공정 수율을 장점으로 많이 응용되고 있지만, 전압 인가시에 액정 분자가 수직 방향으로 운동하기 때문에 시야각이 협소하다는 단점을 가지고 있다. 좁은 시야각 문제를 해결하기 위하여 수평 전기장을 이용한 인플레인 스위칭(In-Plane Switching : IPS) 모드와 프린지 필드 스위칭(FFS) 모드가 개발되었다.
두 모드는 액정 분자가 기판에 평행하게 한쪽 방향으로 회전하기 때문에 TN 모드보다 시야각이 우수하다. 하지만 IPS 모드의 경우는 전극 윗부분에서 액정 분자들이 회전하지 않아서 광효율이 떨어지고, 구동전압이 높으며, 시야각에 따른 컬러 쉬프트 문제와 같은 고질적인 문제를 가지고 있다. 이러한 IPS 모드가 갖는 여러 가지 문제점들을 개선하기 위해 FFS 모드가 제안되었으며, FFS 모드는 공통 전극과 화소 전극이 절연막을 사이에 두고 투명 전극 구조를 형성하고 있으면서, 공통 전극과 화소 전극과의 수평 간격을 상, 하 기판 사이의 간격인 셀 갭보다 좁게 형성하여 공통 전극과 화소 전극 간에 강한 프린지 전기장이 형성되도록 하여 화소 전극의 윗부분에서도 액정분자들을 회전시켜 높은 광효율, 저전압 구동, 광시야각 특성을 보인다. 하지만 이러한 장점에도 불구하고 시야각에 따른 컬러 쉬프트 문제가 여전히 존재하여 시야각에 따라 화질이 다르게 보이는 문제점이 있다.
이러한 컬러 쉬프트 문제를 해결하기 위해 단위 화소의 상부와 하부에서 화소 전극의 슬릿 설계를 상이하게 하여 상부와 하부에서 액정의 회전 방향을 상이하게 형성하는 이중 도메인 화소 구조가 제안되었다.
그러나 이중 도메인 화소 구조는 시야각에 따른 컬러 쉬프트 문제를 해결하였으나, 상부와 하부의 경계 영역에서 액정의 회전에 의한 액정 충돌로 인해 디스클리네이션 라인이 형성되어 투과율이 저하되는 문제점이 있다.
따라서 본 발명은 FFS 모드에서 시야각에 따른 컬러 쉬프트를 최소화하여 화질을 향상시키는 것을 일 목적으로 한다.
또한 본 발명은 디스클리네이션 라인으로 인한 투과율 저하를 최소화시키는 것을 다른 목적으로 한다.
본 발명의 목적들은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기의 설명에 의해서 이해될 수 있으며, 본 발명의 실시예에 의해 보다 분명하게 이해될 것이다. 또한, 본 발명의 목적 및 장점들은 특허청구범위에 나타낸 수단 및 그 조합에 의해 실현될 수 있음을 쉽게 알 수 있을 것이다.
이러한 목적과 관련하여 본 발명은 프린지 필드 스위칭 방식의 액정표시소자에 있어서, 단위 화소는 메인 영역과 보조 영역을 구비하며, 상기 메인 영역과 상기 보조 영역은 액정의 러빙 방향에 대해 상기 액정에 인가되는 수평 전기장의 방향이 상이하고, 상기 메인 영역과 보조 영역은 면적이 상이한 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명은 프린지 필드 스위칭 방식의 액정표시소자에 있어서, 단위 화소는 메인 영역과 보조 영역을 구비하며, 상기 메인 영역과 상기 보조 영역에서 액정의 러빙 방향에 대한 화소 전극의 슬릿 방향이 상이하고, 상기 메인 영역과 상기 보조 영역의 면적이 상이한 것을 다른 특징으로 한다.
또한 본 발명은 프린지 필드 스위칭 방식의 액정표시소자에 있어서, 단위 화소는 메인 영역과 보조 영역을 구비하며, 상기 메인 영역과 상기 보조 영역에서 액정의 러빙 방향에 대한 공통 전극의 슬릿 방향이 상이하고, 상기 메인 영역과 상기 보조 영역의 면적이 상이한 것을 또 다른 특징으로 한다.
이러한 본 발명에 의하면, FFS 모드의 높은 광효율 및 낮은 구동전압의 특성을 유지하면서도, 시야각에 따른 컬러 쉬프트의 문제를 최소화하여 화질을 개선할 수 있으며, 또한 디스클리네이션 라인으로 인한 투과율 저하 문제를 개선하여 광 효율을 극대화할 수 있다.
도 1은 종래 FFS 모드 액정표시소자의 단위 화소를 설명하는 평면도이다.
도 2는 종래 FFS 모드 액정표시소자에서 단위 화소에 이중 도메인을 형성한 구조의 평면도이다.
도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 FFS 모드 액정표시소자의 단위 화소를 설명하는 평면도이다.
도 4는 본 발명의 제2 실시예에 따른 FFS 모드 액정표시소자를 설명하는 평면도이다.
도 5는 도 4에 도시된 액정표시소자에서 최초 액정의 배열 상태와 구동시의 액정 분자의 배열 상태를 설명하는 도면이다.
도 6은 본 발명의 제3 실시예에 따른 FFS 모드 액정표시소자를 설명하는 평면도이다.
도 7은 본 발명의 제4 실시예에 따른 FFS 모드 액정표시소자를 설명하는 평면도이다.
101, 201, 301, 401, 601, 701 : 데이터 버스라인
102, 202, 302, 402, 602, 702 : 소스/드레인
103, 203, 303, 403, 603, 703 : 박막트렌지스터(TFT)
104, 204, 304, 404, 604, 704 : 게이트 버스라인
105, 205, 305, 405, 605, 705 : 공통전극
106, 206, 306, 406, 606, 706 : 화소전극
도 1은 기존 FFS 모드 액정표시소자의 단일 도메인 화소 구조를 도시한다. 도 1에서 "R"은 액정의 러빙 방향을 가리킨다.
데이터 버스라인(101)과 게이트 버스라인(104)은 서로 절연되어 하부 기판에 형성되므로 단위 화소 공간을 한정한다. 한정된 단위 화소 내에는 공통전극(105)이 평면 형태로 형성되고, 절연막(도시되어 있지 않음)을 통해 분리된 화소전극(106)이 슬릿 형태의 패턴으로 형성된다. 이때 공통전극(105)을 기준으로 화소전극(106)과 전위차를 발생하기 위해서 게이트 버스라인(104)에 소스/드레인(102)을 형성하여 박막 트렌지스터(103)를 형성시킨다. 도 1에 도시된 액정표시소자는 투과 특성이 우수하나 시야각에 따른 컬러 쉬프트 문제를 갖는 구조이다.
도 2는 도 1의 단일 도메인 화소 구조가 갖는 시야각에 따른 컬러 쉬프트 문제를 해결하기 위해 제안된 이중 도메인 화소 구조를 갖는 액정표시소자를 도시한다.
도 1에서와 같이, 데이터 버스라인(201)과 게이트 버스라인(204)은 서로 절연되어 하부 기판에 형성되므로 단위 화소 공간을 한정한다. 한정된 단위 화소 내에는 공통전극(205)이 평면 형태로 형성되고, 절연막(도시되어 있지 않음)을 통해 분리된 화소전극(206)이 슬릿 형태의 패턴으로 형성된다. 공통전극(205)을 기준으로 화소전극(206)과 전위차를 발생하기 위해서 게이트 버스라인(204)에 소스/드레인(202)을 형성하여 박막 트렌지스터(203)를 형성시킨다.
도시된 바와 같이, 화소전극(206)의 슬릿은 상부 및 하부에서 러빙 방향(R)에 대해 반대 방향으로 경사진 구조로 형성된다. 이러한 상부 및 하부의 슬릿 설계를 통하여 화소전극(206)과 공통전극(205) 사이에 전압이 인가될 때 화소의 상부와 하부에서 액정의 회전이 방향이 서로 상이하게 된다. 이와 같이 도 2에 도시된 액정표시소자는 구동시 보상 구조를 갖는 액정 방향자를 통하여 시야각에 따른 컬러 쉬프트 문제를 해결하나, 도 2의 이중 도메인 화소 구조에서는 화소전극(206)의 슬릿 방향이 액정의 러빙 방향(R)에 대해 이루는 각도가 대칭적이고, 상부 영역과 하부 영역의 면적이 동일하므로, 상부 영역과 하부 영역에서 액정은 방향이 상이하고 힘의 크기가 동일한 회전력을 지닌다. 따라서 경계 영역에서 액정의 회전에 기인한 액정 충돌로 인해 디스클리네이션 라인이 형성된다.
즉, 초기 수평 배향되어 있는 FFS 모드 액정표시소자의 경우 액정의 광축은 직교되어 있는 편광판의 한 축과 일치되어 있어, 일반적인 투과율 공식은 수학식 1과 같다.
수학식 1
Figure PCTKR2010008694-appb-M000001
여기서, T는 투과율, T0는 참조(reference)광에 대한 투과율, Φ는 액정 분자의 광축과 편광자의 투과축이 이루는 각, Δn은 굴절율 이방성, d는 액정층의 두께, λ는 입사광의 파장을 가리킨다.
FFS 모드는 교차된 편광판 중 하나의 투과축을 하부 기판의 러빙 방향과 일치시키는데 이때 Φ가 0°이므로 투과율 공식에 의해서 빛은 투과하지 못하게 된다. 전압이 인가되면서 프린지 필드에 의하여 액정 방향자가 회전하게 되고 Φ가 0°가 아니므로 이로 인해서 빛이 투과할 수 있게 된다. FFS 모드는 슬릿의 형성 방향과 러빙 방향에 따라 액정 방향자의 Φ의 크기가 다르게 된다. 실제 공정 시 형성되는 슬릿과 러빙 방향이 영역별로 상이하게 형성되는 경우 영역별로 동일 전압에서의 Φ가 상이하게 형성되어 위치별로 전기·광학 특성이 다르게 나타나게 된다. 동일 화소에서 Φ가 서로 상이한 방향으로 형성되면, 시야각 방향에서의 액정표시소자의 시야각에 따른 컬러 쉬프트 문제가 최소화된다. 하지만, 서로 Φ가 서로 상이한 액정이 동일한 화소에 형성되는 경우는 액정의 충돌에 의한 디스클리네이션 라인이 형성되어 투과율 저하의 문제가 발생하게 된다.
이하, 도 3 내지 도 7을 참조하여 본 발명의 실시예들을 설명하면 다음과 같다.
도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 액정표시소자의 단위 화소를 도시한다. 도시한 바와 같이, 게이트 버스라인(304)과 데이터 버스라인(301)이 서로 절연된 상태에서 하부 기판에 연결되어 형성되므로 단위 화소 공간을 한정한다. 데이터 버스라인(301)은 직선 형태 또는 공통전극(305)의 형태에 따라 꺾어진 형태로 형성 될 수 있다. 한정된 단위 화소 내에는 공통전극(305)이 평면 형태 또는 패턴을 갖도록 형성되고, 절연막(도시되어 있지 않음)을 통해 분리된 화소전극(306)이 슬릿 형태의 패턴을 갖도록 형성된다. 이때 공통전극(305)과 화소전극(306) 사이에 전위차를 발생하기 위해서 게이트 버스라인(304)에 소스/드레인(302)을 형성하여 박막 트렌지스터(303)를 형성한다. 공통전극(305)과 화소전극(306)의 형성 위치는 반대가 될 수 있다.
본 실시예에서 양의 유전율 이방성을 갖는 액정을 사용할 때 투명 유리 또는 폴리머 재질의 상부, 하부 기판 사이에 협지된 액정층이 5μm 이하의 두께로 형성된다. 도 3에 도시된 구조에서는 화소전극(306)에 슬릿을 패턴 할 때, 화소 위치별로 보조영역(S)과 메인영역(M)을 나눠서 서로 다른 각의 슬릿을 형성한다. S 영역에서 화소전극(306)의 슬릿 방향과 액정의 러빙 방향(R)이 이루는 각도(θ')와 M 영역에서 화소전극(306)의 슬릿 방향과 액정의 러빙 방향(R)이 이루는 각도(θ)는 3도에서 40도 사이로 형성하며, θ'가 θ보다 크게 형성되는 것이 바람직하다. 또한 S 영역과 M 영역의 화소전극(306)의 폭(w',w)은 7μm 이하, 화소전극(306) 간 슬릿의 길이(l',l)는 10μm 이하이다.
이와 같은 구조를 통하여 단위 화소에 전기·광학 특성이 상이한 2 도메인 구조가 형성되며, 이를 통하여 시야각에 따른 컬러 쉬프트 문제를 최소화 할 수 있다. 또한, 넓은 면적비를 갖는 M 영역의 화소전극(306)의 슬릿 방향과 액정의 러빙 방향(R)이 이루는 각도를 작게 하면 광효율의 향상을 가져 올 수 있다. 또한, 보조영역(S)과 메인영역(M)은 면적이 상이하고 각각의 영역에서 화소전극(306)의 슬릿 방향과 액정의 러빙 방향(R)이 이루는 각도(θ',θ)가 상이하기 때문에, 구동시 각각의 영역에서 액정에 인가되는 회전력이 방향이 서로 반대이고 힘의 크기가 상이하므로, 액정 충돌에서의 힘의 크기가 동일한 경우에 비하여 액정 충돌이 약화되어 디스클리네이션 라인이 최소화되고, 이로 인해 전체적인 투과율이 향상된다.
도 4는 본 발명의 제2 실시예에 따른 액정표시소자를 도시한다. 도시된 바와 같이, 컬럼 방향(또는 액정의 러빙 방향)으로 인접한 화소 간에 화소전극(406)의 슬릿이 대칭적으로 형성된다. 도시된 바와 같이, 상부 화소에서는 상부에 메인 영역(M)이 형성되고 하부에 보조 영역(S)이 헝성되나, 하부 화소에서는 상부에 보조 영역(S)이 형성되고 하부에 메인 영역(M)이 형성된다.
게이트 버스라인(404)과 데이터 버스라인(401)이 서로 절연된 상태에서 하부 기판에 형성되어 단위 화소 공간을 한정한다. 데이터 버스라인(401)은 본 실시예에서 직선 형태로 형성되나 공통전극(405)의 형태에 따라 꺾어진 형태로 형성될 수 있다. 한정된 단위 화소 내에는 공통전극(405)이 평면 형태 또는 패턴을 갖도록 형성되고, 절연막(도시되어 있지 않음)을 통해 분리된 화소전극(406)이 슬릿 형태의 패턴을 갖도록 형성된다. 또한 공통전극(405)과 화소전극(406) 사이에 전위차를 발생하기 위해서 게이트 버스라인(404)에 소스/드레인(402)을 형성하여 박막 트렌지스터(403)를 형성한다.
도 5는 도 4에 도시된 액정표시소자에서 최초 액정의 배열 상태와 구동시의 액정 분자의 배열 상태를 설명하는 도면이다. 도 5에서 θ는 메인 영역에서 화소 전극(406)의 슬릿 방향이 러빙 방향(R)과 이루는 각도이고, θ'는 보조 영역에서 화소전극(406)의 슬릿 방향이 러빙 방향(R)과 이루는 각도를 가리킨다. 구동 전압이 인가되지 않은 상태에서 액정 분자는 메인 영역(M)과 보조 영역(S)에서 동일하게 러빙 방향(R)으로 배열되어 있다. 그러나 구동 전압이 인가되는 경우에는 도시된 바와 같이 슬릿에 수직한 방향으로 액정 분자가 회전하는데 메인 영역(M)과 보조 영역(S)의 슬릿 방향이 상이하므로 액정 분자의 배열 방향도 메인 영역(M)과 보조 영역(S)에서 상이하게 된다.
도 6은 본 발명의 제3 실시예에 따른 액정표시소자를 도시한다. 도시된 바와 같이, 공통전극(605)을 슬릿의 방향을 따라 패턴닝 하고, 데이터 버스라인(601) 또한 공통전극(605)과 동일한 방향으로 꺾는 구조를 갖도록 형성한다. 이와 같은 구조를 통하여 보다 높은 광효율과 넓은 개구율을 얻을 수 있다. 게이트 버스라인(604), 화소전극(606), 소스/드레인(602), 박막 트렌지스터(603)는 도 4의 구조와 동일하게 형성된다.
도 7은 본 발명의 제4 실시예에 따른 액정표시소자를 도시한다. 본 실시예에서 공통전극(705)과 화소전극(706)의 형성 위치는 도 4와는 반대이다. 데이터 버스라인(701), 소스/드레인(702), 박막 트렌지스터(703), 게이트 버스라인(704)은 도 4의 구조와 동일하게 형성된다.
전술한 본 발명은, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하므로 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니다.
본 발명은 시야각에 따른 컬러 쉬프트를 최소화하여 화질을 향상시킬 수 있고, 또한 디스클리네이션 라인으로 인한 투과율 저하를 최소화할 수 있는 프린지 필드 스위칭 방식의 액정표시소자 산업에 이용가능하다.

Claims (12)

  1. 프린지 필드 스위칭 방식의 액정표시소자에 있어서,
    단위 화소는 메인 영역과 보조 영역을 구비하며,
    상기 메인 영역과 상기 보조 영역은 액정의 러빙 방향에 대해 상기 액정에 인가되는 수평 전기장의 방향이 상이하고,
    상기 메인 영역과 상기 보조 영역의 면적이 상이한 것을 특징으로 하는 액정표시소자.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 단위 화소는 인접한 단위 화소와 대칭적인 것을 특징으로 하는 액정표시소자.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 단위 화소는 칼럼 방향으로 인접한 단위 화소와 대칭적인 것을 특징으로 하는 액정표시소자.
  4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 액정의 러빙 방향과 슬릿 방향이 이루는 각도는 상기 보조 영역보다 상기 메인 영역에서 더 작은 것을 특징으로 하는 액정표시소자.
  5. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 액정의 러빙 방향에 대한 화소 전극의 슬릿 방향은 상기 메인 영역과 상기 보조 영역에서 상이한 것을 특징으로 하는 액정표시소자.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 단위 화소의 공통 전극은 상기 화소 전극의 슬릿 방향을 따라 패터닝된 것을 특징으로 하는 액정표시소자.
  7. 제 5 항에 있어서,
    상기 단위 화소를 위한 데이터 버스 라인은 상기 화소 전극의 슬릿 방향을 따라 패터닝된 것을 특징으로 하는 액정표시소자.
  8. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 액정의 러빙 방향에 대한 공통 전극의 슬릿 방향은 상기 메인 영역과 상기 보조 영역에서 상이한 것을 특징으로 하는 액정표시소자.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 단위 화소의 화소 전극은 상기 공통 전극의 슬릿 방향을 따라 패터닝된 것을 특징으로 하는 액정표시소자.
  10. 프린지 필드 스위칭 방식의 액정표시소자에 있어서,
    단위 화소는 메인 영역과 보조 영역을 구비하며,
    상기 메인 영역과 상기 보조 영역에서 액정의 러빙 방향에 대한 화소 전극의 슬릿 방향이 상이하고,
    상기 메인 영역과 상기 보조 영역의 면적이 상이한 것을 특징으로 하는 액정표시소자.
  11. 프린지 필드 스위칭 방식의 액정표시소자에 있어서,
    단위 화소는 메인 영역과 보조 영역을 구비하며,
    상기 메인 영역과 상기 보조 영역에서 액정의 러빙 방향에 대한 공통 전극의 슬릿 방향이 상이하고,
    상기 메인 영역과 상기 보조 영역의 면적이 상이한 것을 특징으로 하는 액정표시소자.
  12. 제 10 항 또는 제 11 항에 있어서,
    상기 단위 화소는 칼럼 방향으로 인접한 단위 화소와 대칭적인 것을 특징으로 하는 액정표시소자.
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