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KR100686230B1 - 액정 표시 장치 - Google Patents

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KR100686230B1
KR100686230B1 KR1020000021078A KR20000021078A KR100686230B1 KR 100686230 B1 KR100686230 B1 KR 100686230B1 KR 1020000021078 A KR1020000021078 A KR 1020000021078A KR 20000021078 A KR20000021078 A KR 20000021078A KR 100686230 B1 KR100686230 B1 KR 100686230B1
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삼성전자주식회사
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Abstract

박막 트랜지스터 및 화소 전극이 형성되어 있는 박막 트랜지스터 기판과 공통 전극이 형성되어 있는 색 필터 기판 사이에는 양의 유전율 이방성을 갖는 액정층이 주입되어 있다. 각 기판 위에는 수평 배향막이 형성되어 있어서 두 전극에 전압을 인가하기 전에는 액정 분자가 수평하게 배향되어 있다가 전압을 인가하면 기판에 수직하게 배향되며 구부러짐 구조를 나타낸다. 이때, 화소 전극 사이와 공통 전극에는 각각 개구부가 있는데 이들은 서로 어긋나게 위치하고 있다. 이렇게 하면, 화소 전극과 공통 전극 사이에 형성되는 프린지 필드가 공통 전극이 전면에 형성되어 있을 때의 프린지 필드의 세기보다 약하게 형성되어 액정 분자의 구부러짐 배열을 안정화시킬 수 있다.
유전율 이방성, 수평 배향막, 구부러짐 배열, 프린지 필드

Description

액정 표시 장치{liquid crystal display}
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 액정 표시 장치에서 전압을 인가하기 전의 액정 분자의 배열 상태를 도시한 도면이고,
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 액정 표시 장치에서 전압을 인가한 후의 액정 분자의 배열 상태를 도시한 도면이고,
도 3은 본 발명의 제2 실시예에 따른 액정 표시 장치에서 전압을 인가한 후의 액정 분자의 배열 상태를 도시한 도면이다.
본 발명은 액정 표시 장치에 관한 것으로 액정의 배열을 안정화시키는 구조를 갖는 액정 표시 장치에 관한 것이다.
액정 표시 장치는 현재 가장 널리 사용되고 있는 평판 표시 장치 중의 하나로서, 전극이 형성되어 있는 두 장의 유리 기판과 그 사이에 삽입되어 있는 액정층으로 이루어져 있으며, 두 전극에 인가하는 전압을 변화시켜 액정층의 액정 분자들의 배열을 변화시킴으로써 빛의 투과량을 조절하여 화면을 표시하는 장치이다.
이러한 액정 표시 장치 중에서 응답 속도 및 시야각을 개선하기 위해서 다양 한 방법이 제시되었으며, 그 예로 OCB(optically compensated bend) 방식의 액정 표시 장치를 들 수 있다.
OCB 방식의 액정 표시 장치는 마주하는 두 기판에 각각 형성되어 있는 전극과 기판 사이에 주입되어 있는 액정층 및 두 기판에 각각 형성되어 있으며 액정 분자를 기판과 수평하게 배향하기 위한 배향막을 포함한다. 이러한 OCB 방식의 액정 표시 장치에서는 두 기판에 전기장이 인가되었을 때 액정 분자가 두 기판의 중심면에 대하여 대칭이면서 기판에서 중심면에 이르기까지 수평 배열에서 수직 배열 구조를 취하고 있으므로 넓은 시야각을 얻을 수 있으며, 이러한 액정 분자의 배열을 얻기 위해서는 두 기판의 배향막을 같은 방향으로 처리하고 처음에 고전압을 인가하여 구부러짐(bend) 배열로 한다.
그러나, 두 기판 중 상부 기판에는 전면에 공통 전극이 형성되어 있고 하부 기판에는 화소 영역마다 분리되어 있는 화소 전극이 형성되어 있어서 화소 영역의 가장 자리에는 프린지 필드(fringe field)가 형성된다. 이러한 프린지 필드로 인해 화소 영역의 가장 자리에서는 액정 분자의 구부러짐 배열이 달라지게 되어 화질이 불량해지는 문제점이 발생한다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 액정 분자의 구부러짐 배열을 안정화시켜 화질을 향상시키는 액정 표시 장치를 제공하는 것이다.
본 발명에 따르면, 제1 절연 기판 위의 각 화소 영역에 다수의 화소 전극이 형성되어 있고, 제1 기판과 마주하는 제2 절연 기판 위에는 화소 전극에 대응하는 공통 전극이 형성되어 있다. 제1 기판과 제2 기판 사이에는 수평 배향되어 있는 액정 분자를 가지며, 액정 분자가 화소 전극 및 공통 전극 사이에 전압이 인가되었을 때 제1 및 제2 기판의 중심면에 대하여 대칭을 이루며 배향 방향으로 구부러짐 배열을 이루는 액정층이 주입되어 있다. 여기서, 화소 전극은 화소 영역마다 분리 형성되어 화소 전극 사이에 제1 개구부가 존재하고 공통 전극은 제2 개구부를 가지며, 제1 개구부와 제2 개구부는 서로 어긋나게 위치하고 있는 것이 바람직하다.
여기서, 제1 기판 및 제2 기판 위에는 각각 액정층을 수평 배향하기 위한 제1 및 제2 배향막이 형성되어 있을 수 있고, 액정층은 양의 유전율 이방성을 갖는 것이 바람직하다. 또한, 제2 기판과 공통 전극 사이에는 색 필터가 형성되어 있을 수 있다.
한편, 제1 기판 위에는 화소 전극과 전기적으로 연결되어 있는 박막 트랜지스터가 형성되어 있을 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 제1 절연 기판 위의 각 화소 영역에 다수의 화소 전극이 형성되어 있고, 제1 기판과 마주하는 제2 절연 기판 위에는 화소 전극에 대응하여 전면에 형성되어 있으며 함몰부를 포함하는 공통 전극이 형성되어 있다. 제1 기판과 제2 기판 사이에는 수평 배향되어 있는 액정 분자를 가지며, 액정 분자가 화소 전극 및 공통 전극 사이에 전압이 인가되었을 때 제1 및 제2 기판의 중심면에 대하여 대칭을 이루며 배향 방향으로 구부러짐 배열을 이루는 액정층이 주입되어 있다. 여기서, 화소 전극의 경계 영역인 개구부와 공통 전극의 함몰 부가 서로 어긋나게 위치하고 있는 것이 바람직하다.
이때, 제2 기판과 공통 전극 사이에 색 필터가 더 형성되어 있을 수 있으며, 함몰부는 색 필터에 의하여 형성된다.
한편, 제1 기판 및 제2 기판 위에는 각각 액정층을 수평 배향하기 위한 제1 및 제2 배향막이 더 형성되어 있을 수 있고, 액정층은 양의 유전율 이방성을 갖는 것이 바람직하다.
또한, 제2 기판과 공통 전극 사이에는 블랙 매트릭스가 더 형성되어 있을 수도 있다.
이러한 본 발명에서는 액정의 구부러짐 배열이 안정화되므로 화면 불량을 줄일 수 있다.
그러면, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 액정 표시 장치에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세히 설명한다.
도 1 내지 도 3을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 액정 표시 장치에 대하여 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 액정 표시 장치에서 전압을 인가하기 전의 액정 분자의 배열 상태를 도시한 도면이고, 도 2 및 도 3은 본 발명의 제1 및 제2 실시예에 따른 액정 표시 장치에서 전압을 인가한 후의 액정 분자의 배열 상태를 도시한 도면이다.
먼저, 도 1에서와 같이 본 발명에 따른 액정 표시 장치는 서로 마주보는 하 부 기판(11)과 상부 기판(12)을 포함한다. 여기서, 하부 기판(11)을 박막 트랜지스터 기판이라고 하며, 상부 기판(12)을 색 필터 기판이라고 한다.
박막 트랜지스터 기판(11)에는 외부로부터 인가되는 신호를 제어하는 박막 트랜지스터(31)가 형성되어 있다. 박막 트랜지스터(31)는 외부로부터 주사 신호를 인가받는 게이트선(도시하지 않음)의 일부인 게이트 전극, 게이트 전극의 상부에 형성되어 채널을 형성하는 반도체층(도시하지 않음), 외부로부터 화상 신호를 인가받는 데이터선(도시하지 않음)의 일부인 소스 전극 및 소스 전극과 분리되어 있는 드레인 전극(도시하지 않음)으로 이루어져 있다. 또한, 박막 트랜지스터 기판(11)에는 박막 트랜지스터(31)와 전기적으로 연결되어 있으며, ITO(indium tin oxide) 또는 IZO(indium zinc oxide)와 같은 투명 도전 물질 또는 불투명 도전 물질로 이루어진 화소 전극(21)이 화소 영역마다 형성되어 있다. 이때, 화소 전극(21)은 각 화소 영역 별로 분리 형성되어 있으므로 각 화소 전극(21) 사이에는 개구부(25)가 존재한다.
색 필터 기판(12)에는 색 필터(도시하지 않음)와 블랙 매트릭스(도시하지 않음)가 형성되어 있다. 색 필터 및 블랙 매트릭스 위에는 이들을 덮고 있으며 개구부(26)를 갖는 공통 전극(22)이 형성되어 있다.
화소 전극(21) 및 공통 전극(22) 위에는 각각 수평 배향막(도시하지 않음)이 형성되어 있다. 배향막은 왼쪽에서 오른쪽으로 러빙되어 있다. 도면에서 화살표 방향이 러빙 방향을 나타낸다.
이러한 박막 트랜지스터 기판(11)과 색 필터 기판(12)을 정렬하여 배치하면 개구부(25, 26) 위치가 서로 어긋나게 된다. 이를 상세히 살펴 보면, 화소 전극(21) 사이에 있는 개구부(25)의 왼쪽 끝부분에서 기판(11, 12)에 대하여 수직으로 선(A)을 그었을 때 공통 전극(22)은 선 A에서 오른쪽으로 나와 있고, 개구부(25)의 오른쪽 끝부분에서 기판(11, 12)에 대하여 수직으로 선(B)을 그었을 때 공통 전극(22)은 선 B에서 오른쪽으로 들어가 있다. 따라서, 도면에서와 같이 공통 전극(22)의 개구부(26)가 화소 전극(21) 사이에 있는 개구부(25)에 대하여 오른쪽으로 이동되어 있다.
이러한 구조를 갖는 박막 트랜지스터 기판 및 색 필터 기판(11, 12) 사이에는 유전율 이방성이 양인 네마틱 액정 물질층(40)이 삽입되어 있다. 전압을 인가하지 않은 상태에서 액정 분자(41)는 러빙 방향을 향하여 한쪽 끝이 일어선 형태의 선경사각(pretilt angle)을 가지고 기판(11, 12)에 대하여 수평 배향되고, 따라서 액정 분자(41)의 배열은 두 기판(11, 12) 사이의 중앙을 중심으로 기판(11, 12)에 평행인 면에 대하여 대칭을 이루게 된다.
그러면, 이러한 액정 표시 장치에서 전기장을 인가하는 경우에 액정 분자의 배열에 대하여 도 2를 참조하여 설명한다.
도 1에서와 같이 전기장을 인가하지 않았을 때 기판(11, 12)에 수평한 액정 분자 배열을 갖는 액정 표시 장치에서, 두 전극(21, 22)에 충분한 크기의 전압을 인가하면 기판(11, 12)에 수직인 전기장(c 선)이 형성된다. 그러면, 액정 분자(41)들은 양의 유전율 이방성을 가지고 있으므로 장축이 전기장에 나란하게, 즉 두 기판(11, 12)에 수직이 되도록 배열하려고 한다. 이때, 배향막에 인접한 부 분에서는 가해진 전기장에 의한 힘보다는 배향막에 의한 배향력이 강하여 전압이 인가되더라도 장축이 기판(11, 12)에 평행한 상태를 유지하려고 하므로, 액정 분자(41)의 탄성력에 의해 두 배향막 사이의 액정 분자(41)들은 구부러짐 구조를 형성하게 된다. 즉, 기판(11, 12)에 인접한 액정 분자(41)의 경사각에 비해 기판(11, 12) 사이의 중앙부로 갈수록 액정 분자(41)의 경사각이 커지게 되어 액정 분자(41)의 장축을 연결한 모양이 휘어진 구조를 나타낸다.
한편, 앞서 설명한 바와 같이 화소 전극(21) 사이와 공통 전극(22)에 있는 개구부(25, 26)는 서로 어긋나게 배치되어 있으므로 화소 전극(21) 또는 공통 전극(22) 끝부분에서의 프린지 필드는 a 및 b 선과 같이 구부러지게 되어 이 부분에서 액정 분자의 구부러짐이 전기장 c 선에서의 구부러짐 배열과 다르게 된다. 이때, 프린지 필드 a 선은 액정의 구부러짐과 유사한 방향을 보이고 있으므로 액정의 구부러짐 배열에 큰 영향을 미치지 않으며, 프린지 필드 b 선은 액정의 구부러짐 방향과 반대이나 종래에 공통 전극이 전면으로 형성되어 있는 경우보다 구부러짐 정도가 작기 때문에 액정의 구부러짐 배열에 거의 영향을 주지 않게 된다.
따라서, 이와 같은 전극의 구조를 갖는 액정 표시 장치에서는 액정의 구부러짐 배열이 안정화되므로 화면 불량을 줄일 수 있다.
한편, 색 필터 기판(12) 위에 색 필터(32)가 형성되어 있을 수도 있다. 이를 본 발명의 제2 실시예로 하여 도 3을 참조하여 설명한다. 본 발명의 제2 실시예는 제1 실시예와 유사한 구조를 가지나, 공통 전극(22)이 기판(12) 전면에 형성되어 개구부를 갖지 않는다는 점이 다르다.
본 발명의 박막 트랜지스터 기판(11)의 구조는 제1 실시예와 동일하므로 색 필터 기판(12)에 대해서만 설명한다. 색 필터 기판(12) 위에 색 필터(32)가 화소 전극(21)에 대응하는 위치에 형성되어 있고 그 위에 공통 전극(22)이 전면에 형성되어 있다. 이러한 구조에서는 색 필터(32) 사이에 형성되어 있는 공통 전극(22)과 색 필터(32) 위에 형성되어 있는 공통 전극(22)의 높이가 다르게 되어 색 필터(32) 사이의 공통 전극(22)이 움푹 들어가는 함몰부(26)가 만들어진다. 한편, 색 필터(32) 사이에는 블랙 매트릭스(도시하지 않음)가 형성되어 있을 수도 있는데, 블랙 매트릭스는 색 필터(32)보다 두께가 얇으므로 이때도 함몰부가 만들어진다.
이때, 개구부(25)와 함몰부(26)가 어긋나게 위치하고 있어 함몰부(26)가 화소 전극(21) 사이에 있는 개구부(25) 위치에서 오른쪽으로 이동되어 있다. 즉, 화소 전극(21) 사이에 있는 개구부(25)의 왼쪽 끝부분에서 수직으로 선(D)을 그었을 때 색 필터(32)는 선 D에서 오른쪽으로 나와 있고, 개구부(25)의 오른쪽 끝부분에서 수직으로 선(E)을 그었을 때 색 필터(32)는 선 E에서 오른쪽으로 들어가 있다.
이와 같은 색 필터 기판(12)과 박막 트랜지스터 기판(11)으로 이루어진 액정 표시 장치에서 두 기판(11, 12) 사이에는 액정(40)이 주입되어 있다. 여기서, 두 전극(21, 22)에 전압을 인가하면, 두 전극(21, 22) 사이에는 전기장(c 선)이 형성되고 화소 전극(21)의 끝부분과 함몰부(26)의 측면 사이에는 d 및 e 선과 같은 프린지 필드가 형성되어 액정 분자가 기판(11, 12)에 대하여 수직으로 배열되는 구부러짐 구조를 나타낸다. 이는 제1 실시예에서와 같이 화소 전극(21) 사이에서 액정 분자의 구부러짐 배열을 안정화시키는 동일한 효과를 얻을 수 있으며, 화소 전극(21)을 패터닝하지 않으므로 공정 수를 줄일 수 있다.
이와 같이 본 발명에서는 두 기판 사이의 전극을 어긋나게 배치하여 두 전극 사이의 액정 분자의 구부러짐 배열을 안정화시켜 화질을 개선할 수 있다.

Claims (11)

  1. 제1 절연 기판,
    상기 제1 기판 위의 각 화소 영역에 형성되어 있는 다수의 화소 전극,
    상기 제1 기판과 마주하는 제2 절연 기판,
    상기 제2 기판 위에 형성되어 있으며, 상기 화소 전극에 대응하는 공통 전극,
    상기 제1 기판과 제2 기판 사이에 주입되어 수평 배향되어 있는 액정 분자를 가지며, 상기 액정 분자는 상기 화소 전극 및 상기 공통 전극 사이에 전압이 인가되었을 때 상기 제1 및 제2 기판의 중심면에 대하여 대칭을 이루며 상기 액정 분자의 장축이 상기 제1 및 제2 기판에 평행한 방향으로 배향되어 구부러짐 배열을 이루는 액정층을 포함하고,
    상기 화소 전극은 상기 화소 영역마다 분리 형성되어 상기 화소 전극 사이에 제1 개구부가 존재하고 상기 공통 전극은 제2 개구부를 가지며, 상기 제1 개구부와 상기 제2 개구부는 서로 어긋나게 위치하고 있는 액정 표시 장치.
  2. 제1항에서,
    상기 제1 기판 및 제2 기판 위에 각각 형성되어 있으며, 상기 액정층을 수평 배향하기 위한 제1 및 제2 배향막을 더 포함하는 액정 표시 장치.
  3. 제1항에서,
    상기 액정층은 양의 유전율 이방성을 갖는 액정 표시 장치.
  4. 제1항에서,
    상기 제2 기판과 상기 공통 전극 사이에 형성되어 있는 색 필터를 더 포함하는 액정 표시 장치.
  5. 제1항에서,
    상기 제1 기판 위에 형성되어 있으며, 상기 화소 전극과 전기적으로 연결되어 있는 박막 트랜지스터를 더 포함하는 액정 표시 장치.
  6. 제1 절연 기판,
    상기 제1 기판 위의 각 화소 영역에 형성되어 있는 다수의 화소 전극,
    상기 제1 기판과 마주하는 제2 절연 기판,
    상기 제2 기판 위에 상기 화소 전극에 대응하여 전면에 형성되어 있으며 함몰부를 포함하는 공통 전극,
    상기 제1 기판과 제2 기판 사이에 주입되어 수평 배향되어 있는 액정 분자를 가지며, 상기 액정 분자는 상기 화소 전극 및 상기 공통 전극 사이에 전압이 인가되었을 때 상기 제1 및 제2 기판의 중심면에 대하여 대칭을 이루며 상기 액정 분자의 장축이 상기 제1 및 제2 기판에 평행한 방향으로 배향되어 구부러짐 배열을 이루는 액정층을 포함하고,
    상기 화소 전극의 경계 영역인 개구부와 상기 공통 전극의 상기 함몰부가 서로 어긋나게 위치하고 있는 액정 표시 장치.
  7. 제6항에서,
    상기 제2 기판과 상기 공통 전극 사이에 형성되어 있는 색 필터를 더 포함하며, 상기 함몰부는 상기 색 필터에 의하여 형성되는 액정 표시 장치.
  8. 제6항에서,
    상기 제1 기판 및 제2 기판 위에 각각 형성되어 있으며, 상기 액정층을 수평 배향하기 위한 제1 및 제2 배향막을 더 포함하는 액정 표시 장치.
  9. 제6항에서,
    상기 제2 기판과 상기 공통 전극 사이에 형성되어 있는 블랙 매트릭스를 더 포함하는 액정 표시 장치.
  10. 제6항에서,
    상기 액정층은 양의 유전율 이방성을 갖는 액정 표시 장치.
  11. 제6항에서,
    상기 제1 기판 위에 형성되어 있으며, 상기 화소 전극과 전기적으로 연결되어 있는 박막 트랜지스터를 더 포함하는 액정 표시 장치.
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