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KR100648210B1 - 수직 배향 모드 액정 표시 장치 - Google Patents

수직 배향 모드 액정 표시 장치 Download PDF

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KR100648210B1
KR100648210B1 KR1020000030080A KR20000030080A KR100648210B1 KR 100648210 B1 KR100648210 B1 KR 100648210B1 KR 1020000030080 A KR1020000030080 A KR 1020000030080A KR 20000030080 A KR20000030080 A KR 20000030080A KR 100648210 B1 KR100648210 B1 KR 100648210B1
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counter electrode
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KR1020000030080A
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최경희
이승희
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비오이 하이디스 테크놀로지 주식회사
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Abstract

본 발명은 별도의 러빙 공정없이도 다중 도메인을 형성하여 시야각을 확보할 수 있는 수직 배향 모드 액정 표시 장치를 개시한다. 개시된 본 발명의 수직 배향 모드 액정 표시 장치는, 이격해서 대향하며 단위 화소가 한정된 상하부 기판; 상기 상하부 기판 사이에 개재되며 유전율 이방성이 음인 수개의 액정 분자를 포함하는 액정층; 상기 하부 기판 내측면의 각 단위 화소 내에 형성되는 화소 전극; 상기 상부 기판의 내측면에 형성되며 상기 화소 전극과 함께 액정 분자를 동작시키는 전계를 형성하는 카운터 전극; 상기 화소 전극과 액정층 사이에 개재되는 제 1 수직 배향막; 상기 카운터 전극과 액정층 사이에 개재되는 제 2 수직 배향막; 상기 상부 기판 외측면에 배치되는 제 1 편광판; 상기 하부 기판 외측면에 배치되며 상기 제 1 편광판의 편광축과 직교하는 편광축을 갖는 제 2 편광판; 및 상기 제 2 편광판과 상부 기판 사이에 배치되며 액정 분자들의 굴절율 이방성을 보상하는 위상 보상판;을 포함하며, 상기 화소 전극은 플레이트 형태를 가짐과 아울러 상기 플레이트 내에 가장자리를 따라 배치되는 "U"자형 홈을 구비하며, 상기 카운터 전극은 플레이트 형태를 가짐과 아울러 상기 플레이트 내에 상기 화소 전극의 "U"자형 홈에 삽입되어 보이는 "ㅗ"자형의 홈을 구비하는 것을 특징으로 한다.

Description

수직 배향 모드 액정 표시 장치{VETICAL ALIGNMENT MODE LCD}
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 수직 배향 모드 액정 표시 장치의 개략적인 사시도.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 수직 배향 모드 액정 표시 장치의 전극 구조를 나타낸 사시도.
도 3은 도 2의 Ⅲ-Ⅲ'선을 따라 절단하여 나타낸 단면도.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 수직 배향 모드의 액정 표시 장치의 전극 구조를 나타낸 사시도.
(도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명)
30 - 하부 기판 35 - 화소 전극
36 - "U"자 형태의 홈 50 - 상부 기판
55 - 카운터 전극 56 - "ㅗ"자 형태의 홈
본 발명은 액정 표시 장치에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 시야각 특성이 개선된 수직 배향 모드 액정 표시 장치에 관한 것이다.
일반적으로 VA(vetical alignment) 모드 액정 표시 장치는, 내측면 각각에 전극이 구비된 상하 기판 사이에 유전율 이방성이 음인 액정이 협지되어 있으며, 상하 기판의 대향면에는 수직 배향막이 설치되어 있고, 상하 기판의 대향면 뒷면 각각에는 편광판이 부착되어 있는 구조를 갖는다. 이때, 상하 기판의 대향면 각각에는 액정 구동 전극이 구비되어 있으며, 상하 편광판의 편광축은 서로 크로스되도록 부착되어 있다.
이러한 VA 모드 액정 표시 장치는, 전계가 형성되기 이전에는 액정 분자들이 수직 배향막의 영향으로 기판에 수직으로 배열된다. 이때, 상하 편광판이 수직으로 교차되어 있는 관계로, 화면은 다크가 된다. 한편, 상하 기판의 구동 전극 사이에 전계가 형성되면 유전율 이방성이 음인 액정 성질에 따라, 액정 분자들은 전계의 형태와 수직이 되도록 틀어지게 된다. 이에 따라, 광이 틀어진 액정 분자를 통하여 누설되어, 화면은 화이트가 된다.
그러나, 상하 기판사이에 협지되는 액정내 분자들은 봉(棒) 형상이므로, 굴절율 이방성을 갖는다. 이에따라, 액정의 장축을 바라볼때의 화면상과 단축을 바라볼때의 화면 상이 서로 상이하게 된다. 특히 VA 모드 액정 표시 장치의 경우, 전계가 형성되기 이전, 액정 분자들이 모두 기판에 수직으로 늘어서 있으므로, 정면에는 완전한 다크를 이루지만, 측면에서는 광이 누설되어, 화질 저하를 초래한다.
이에, 종래에는 액정 분자의 굴절율 이방성을 보상하기 위하여, 액정 분자와 그 형태가 반대인 디스크(disk) 타입의 액정 분자들로 구성되는 위상 보상 필름을 상부 기판과 상부 편광판 사이에 개재하였다. 이러한 위상 보상 필름의 개재로, 전계 형성전에 어느 면에서나 완전한 다크를 실현할 수 있었다. 그러나, 전계 형성후에는, 액정 분자들이 전계와 장축이 수직을 이루도록 동일한 방향으로 틀어지게 되므로, 정면에서 바라볼때와 측면에서 바라볼때의 액정 분자의 각기 다른 축을 보게어 시야각차가 발생된다.
이에, 종래의 또 다른 방법으로 전계 형성시, 액정 분자들의 굴절율 이방성으로 인한 시야각차를 줄이기 위하여, 이중 러빙을 통하여, 액정층내에 이중 도메인을 형성하는 기술이 제안되었다.(SID'97 digest 845-848쪽)
그러나, 상술한 기술은 하나의 화소 영역에 이중 도메인을 형성하기 위하여는 배향막을 소정의 방향으로 러빙하여야 한다. 이러한 배향막을 러빙하는 방법으로는 러빙포(布)로 배향막을 일정 방향으로 문지르는 공정 또는 마스크를 설치한 후 자외선을 쬐어주는 광 배향 공정등이 있는데, 러빙포로 배향막을 문질러주는 공정이 일반적이다. 이때, 러빙포로 문지르는 공정으로 이중 도메인을 형성하기 위하여는 하나의 기판당 적어도 2번 이상의 러빙 공정과 1번 이상의 포토리소그라피 공정이 요구되어야 한다. 그러므로, 상하 기판 모두에 2중 도메인을 형성하려면, 적어도 4번의 러빙 공정과 2번의 포토리소그라피 공정이 요구된다. 이로 인하여, 공정이 복잡하여 지고, 배향막에 손상이 발생될 소지가 높다. 또한, 공정자가 상하 좌우 정확하게 대칭이 되도록 러빙을 하였다 하더라도, 러빙 후, 상하 또는 좌우 러빙각이 정확이 대칭을 이루기 어렵다.
따라서, 본 발명의 목적은, 상기한 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 별도의 러빙 공정없이도 다중 도메인을 형성하여, 시야각을 확보할 수 있는 수직 배향 모드 액정 표시 장치를 제공하는 것이다.
상기한 본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은, 이격해서 대향하며 단위 화소가 한정된 상하부 기판; 상기 상하부 기판 사이에 개재되며 유전율 이방성이 음인 수개의 액정 분자를 포함하는 액정층; 상기 하부 기판 내측면의 각 단위 화소 내에 형성되는 화소 전극; 상기 상부 기판의 내측면에 형성되며 상기 화소 전극과 함께 액정 분자를 동작시키는 전계를 형성하는 카운터 전극; 상기 화소 전극과 액정층 사이에 개재되는 제 1 수직 배향막; 상기 카운터 전극과 액정층 사이에 개재되는 제 2 수직 배향막; 상기 상부 기판 외측면에 배치되는 제 1 편광판; 상기 하부 기판 외측면에 배치되며 상기 제 1 편광판의 편광축과 직교하는 편광축을 갖는 제 2 편광판; 및 상기 제 2 편광판과 상부 기판 사이에 배치되며 액정 분자들의 굴절율 이방성을 보상하는 위상 보상판;을 포함하며, 상기 화소 전극은 플레이트 형태를 가짐과 아울러 상기 플레이트 내에 가장자리를 따라 배치되는 "U"자형 홈을 구비하며, 상기 카운터 전극은 플레이트 형태를 가짐과 아울러 상기 플레이트 내에 상기 화소 전극의 "U"자형 홈에 삽입되어 보이는 "ㅗ"자형의 홈을 구비하는 것을 특징으로 하는 수직 배향 모드 액정 표시 장치를 제공한다.
여기서, "U"자형 홈 및 "ㅗ"자형의 홈의 선폭은 5 내지 10㎛ 임이 바람직하고,"U"자형 홈 및 "ㅗ"자형의 홈의 단부는 상기 화소 전극 또는 카운터 전극의 가장자리와 5 내지 10㎛ 정도 이격된다.
(실시예)
이하 첨부한 도면에 의거하여 본 발명의 바람직한 실시예를 자세히 설명하도록 한다.
첨부한 도면 도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 수직 배향 모드 액정 표시 장치의 개략적인 사시도이고, 도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 수직 배향 모드 액정 표시 장치의 전극 구조를 나타낸 사시도이고, 도 3은 도 2의 Ⅲ-Ⅲ'선을 따라 절단하여 나타낸 단면도이다. 또한, 도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 수직 배향 모드의 액정 표시 장치의 전극 구조를 나타낸 사시도이다. 여기서, 도 2 및 도 4는 액정 표시 장치의 하나의 단위 화소 공간을 나타낸 것이다.
먼저, 도 1을 참조하여, 수직 배향 모드 액정 표시 장치의 패널 구조를 개략적으로 설명한다. 하부 기판(30)과 상부 기판(50)은 소정 거리(d:이하, 셀갭)를 두고 이격해서 대향된다. 하부 기판(30)과 상부 기판(50)은 투명한 소재의 절연 기판이고, 셀갭(d)은 6㎛ 이하, 바람직하게는 4 내지 4.5㎛ 정도이다. 하부 기판(30)과 상부 기판(50) 사이는 수개의 액정 분자(60a)를 포함하는 액정층(60)이 개재된다. 여기서, 액정 분자(60a)는 유전율 이방성(Δε)이 음인 액정이 사용되고, 굴절율 이방성(Δn)은 셀갭(d)을 고려하여 그 값이 선정된다. 바람직하게는 액정 분자의 굴절율 이방성(Δn)과 셀갭(d)의 곱(위상 지연값)이 0.1 내지 0.6 ㎛가 되도록 굴절율 이방성(Δn)이 선정된다. 컬러 필터(52)는 상부 기판(50)의 내측 표면에 형성된다. 제 1 배향막(43a)은 하부 기판(30)과 액정층(60) 사이에 개재되고, 제 2 배향막(43b)은 컬러 필터(52)를 포함하는 상부 기판(50)과 액정층(60) 사이에 개재된다. 제 1 및 제 2 배향막(43a,43b)은 프리틸트각이 85 내지 95°바람직하게는 90°인 수직 배향막이다. 여기서, 수직 배향막인 제 1 및 제 2 배향막(43a,43b)은 별도의 러빙 공정이 요구되지 않는다.
제 1 편광판(45a)은 하부 기판(30)의 외측면에 배치되고, 제 2 편광판(45b) 상부 기판(50)의 외측면에 각각 배치된다. 제 1 편광판(45a)의 편광축은 도 1의 x축 또는 y축과 평행을 이루고, 제 2 편광판(45b)의 편광축은 제 1 편광판(45a)의 편광축과 직교를 이룬다. 위상 보상판(48)은 제 2 편광판(45b)과 상부 기판(50) 사이에는 개재될 수 있다. 이 위상 보상판(48)은 네가티브 굴절율 이방성을 갖는 즉, 디스크 타입의 액정 분자들로 구성되는 판으로, 액정층(60)내 액정 분자(60a)의 굴절율 이방성을 보상한다. 이때, 위상 보상판(48)의 위상 지연값(phase retardation: 위상 보상판의 두께와 위상 보상판을 이루는 액정 분자의 굴절율 이방성과의 곱)은 액정층(60)의 위상 지연값의 절대값과 동일함이 바람직하다.
여기서, 하부 전극(30)의 내측 표면에는 액정 분자를 구동시키기 위한 화소 전극이 구비되고, 상부 기판(50)의 내측 표면에는 화소 전극과 함께 전계를 형성하는 카운터 전극이 구비된다. 화소 전극 및 카운터 전극의 개략적인 구조가 도 2에 도시되어 있다.
도 2를 참조하여, 화소 전극(35)은 하부 기판(30)의 단위 화소(p) 각각에 플레이트 형태로 형성되며, 각 플레이트 내에는 가장자리를 따라 배치되는 "U"자형의 홈(36)이 구비된다. 카운터 전극(55)은 상부 기판(50)의 내측면에 플레이트 형태로 형성되며, 각 단위 화소에 대응하는 카운터 전극(55) 부분에는 "ㅗ"자형의 홈(56)이 구비된다. 이때, "ㅗ"자형의 홈(56)에 있어서, y축 방향으로 연장된 부분은 단위 화소의 중앙에 배치되도록 한다. 이에따라, 평면으로 보는 경우, 마치 "ㅗ"자형 홈(56)이 화소 전극(35)의 "U"자형 홈(36)에 삽입된 것으로 보여진다. 여기서, 각 홈(36,56)의 폭은 5 내지 10㎛ 정도이고, 홈(36,56)의 단부와 화소 전극(35) 또는 카운터 전극(56)의 가장자리간의 간격 역시 5 내지 10㎛ 정도임이 바람직하다. 이러한 형태의 홈(36,56)은 화소 전극(35) 및 카운터 전극(55)의 형성시, 노광마스크의 변경을 통해 종래기술로부터 공정 추가 및 변경없이 용이하게 형성할 수 있다.
이와같이 전극이 배치되면, 화소 전극(35)과 카운터 전극(55) 사이에 전계가 형성되기 이전에는 수직 배향막(43a,43b)의 영향으로 액정 분자들의 장축이 기판 표면과 수직을 이루도록 배열된다. 이에따라, 제 1 편광판(45a)을 통과한 빛은 액정층(60)을 통과하면서 편광 특성이 변화되지 않아, 제 2 편광판(45b)을 통과하지 못한다. 따라서, 화면은 다크가 된다. 이때, 상부 기판(50)과 제 2 편광판(45b) 사이에 위상 보상판(48)이 개재되었으므로, 어느면에서나 완벽한 다크를 이룰수 있다.
한편, 화소 전극(35) 및 카운터 전극(55) 사이에 전계가 형성되면, 화소 전극(35)에 형성된 "U"자형(36) 및 카운터 전극(55)에 형성된 "ㅗ"자형 홈(56)에 의하여 도 3에 도시된 바와 같이, 전계(E)의 형태가 기판면의 법선을 기준으로 하여 상하좌우 네 방향으로 틸트된다. 이에따라, 액정 분자들은 유전율 이방성이 음인 액정 분자들은 상하좌우 네 방향으로 틸트된 전계와 장축이 수직을 이루도록 배열되어, 액정층(60)내에 대칭되는 다중 도메인이 형성된다. 이와같은 다중 도메인의 형성으로, 완벽하게 대칭된 시야각 특성을 얻을 수 있다. 또한, 이와같이 액정 분자들이 다중 도메인을 이루며 배열되면, 제 1 편광판(45a)을 통과한 빛은 액정층(60)을 통과하면서 그 편광 상태가 변화되어, 제 2 편광판(45b)을 통과하게 된다. 이에따라, 화면은 화이트가 된다. 아울러, "ㅗ"자형 홈 중 y축과 평행한 부분을 제외한, 나머지 홈 부위들이 모두 화소 전극(35) 또는 카운터 전극(55)의 가장자리 부분에 배치된다. 이때, 홈(36,56)이 형성된 화소 전극(35) 또는 카운터 전극(55)의 가장자리 부분은 블랙 매트릭스(도시되지 않음)에 의하여 차폐되는 부분이므로, 홈(36,56)이 형성된 부위에 디스클리네이션 라인이 발생되더라도, 투과율에 거의 영향을 미치지 않는다. 이에따라, 하나의 단위 화소내에 다중 도메인을 형성하면서도, 디스클리네이션 라인의 발생을 줄일 수 있어, 투과율 특성이 더욱 우수해진다.
또한, 도 4에 도시된 바와 같이, 화소 전극(35)의 "U"자형 홈(36)을 90도 회전시켜 배치하고, 카운터 전극(55)의 "ㅗ"자형 홈(560)을 90도 회전시켜 "ㅓ"자형태로 배치하여도 동일한 효과를 거둘 수 있다.
이상에서 자세히 설명된 바와 같이, 본 발명에 의하면, 기판의 내측면 각각에 수직 배향막을 갖는 수직 배향 모드 액정 표시 장치에 있어서, 화소 전극 및 카운터 전극의 가장자리 부분에 소정의 홈부를 형성한다. 이에따라, 화소 전극 및 카운터 전극 사이에 형성되는 전계는 사방으로 틸트된 형태로 형성된다. 따라서, 이러한 전계에 의하여 액정층내에 다중 도메인이 형성되어, 대칭된 시야각을 갖는 수직 배향 모드 액정 표시 장치를 얻을 수 있다.

Claims (3)

  1. 이격해서 대향하며, 단위 화소가 한정된 상,하부 기판;
    상기 상하부 기판 사이에 개재되며, 유전율 이방성이 음인 수개의 액정 분자를 포함하는 액정층;
    상기 하부 기판 내측면의 각 단위 화소 내에 형성되는 화소 전극;
    상기 상부 기판의 내측면에 형성되며, 상기 화소 전극과 함께 액정 분자를 동작시키는 전계를 형성하는 카운터 전극;
    상기 화소 전극과 액정층 사이에 개재되는 제 1 수직 배향막;
    상기 카운터 전극과 액정층 사이에 개재되는 제 2 수직 배향막;
    상기 상부 기판 외측면에 배치되는 제 1 편광판;
    상기 하부 기판 외측면에 배치되며, 상기 제 1 편광판의 편광축과 직교하는 편광축을 갖는 제 2 편광판; 및
    상기 제 2 편광판과 상부 기판 사이에 배치되며, 액정 분자들의 굴절율 이방성을 보상하는 위상 보상판;을 포함하며,
    상기 화소 전극은 플레이트 형태를 가짐과 아울러 상기 플레이트 내에 가장자리를 따라 배치되는 "U"자형 홈을 구비하며,
    상기 카운터 전극은 플레이트 형태를 가짐과 아울러 상기 플레이트 내에 상기 화소 전극의 "U"자형 홈에 삽입되어 보이는 "ㅗ"자형의 홈을 구비하는 것을 특징으로 하는 수직 배향 모드 액정 표시 장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 "U"자형 홈 및 "ㅗ"자형의 홈의 선폭은 5 내지 10㎛ 인 것을 특징으로 하는 수직 배향 모드 액정 표시 장치.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 "U"자형 홈 및 "ㅗ"자형의 홈의 단부는 상기 화소 전극 또는 카운터 전극의 가장자리와 5 내지 10㎛ 정도 이격된 것을 특징으로 하는 수직 배향 모드 액정 표시 장치.
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