KR100327927B1 - Liquid crystal display device - Google Patents
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Abstract
액정 표시 장치는 한 쌍의 기판, 상기 한 쌍의 기판 사이에 배치되는 액정층 및 상기 한 쌍의 기판 각각에 서로 대향하여 배치되어 상기 액정층에 전계를 인가하는 한 쌍의 전극을 포함하며, 상기 한 쌍의 전극 각각은 이들이 전기를 전도할 수 있는 경로 부분에 대응하는 전극 영역을 가지고, 상기 한 쌍의 전극 중 적어도 한 전극은 상기 한 쌍의 전극 중 다른 전극의 상기 전극 영역에 대향하는 개구부를 가지며, 상기 개구부는 상기 한 쌍의 전극 사이에 개구 영역을 규정하여 상기 개구 영역의 액정층 내의 액정 분자에 인가된 전계가 상기 한 쌍의 기판의 표면의 법선에 대하여 경사지게 한다.The liquid crystal display device includes a pair of substrates, a liquid crystal layer disposed between the pair of substrates, and a pair of electrodes disposed opposite to each other on each of the pair of substrates to apply an electric field to the liquid crystal layer. Each of the pair of electrodes has an electrode region corresponding to the path portion through which they can conduct electricity, and at least one of the pair of electrodes has an opening opposite the electrode region of the other electrode of the pair of electrodes. And the opening defines an opening region between the pair of electrodes such that an electric field applied to liquid crystal molecules in the liquid crystal layer of the opening region is inclined with respect to the normal of the surface of the pair of substrates.
Description
본 발명은 예컨대 TV, 개인용 컴퓨터, 워드 프로세서 또는 사무 자동화 기기 등에 사용되는 액정 표시 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a liquid crystal display device used in, for example, a TV, a personal computer, a word processor or an office automation device.
전술한 액정 표시 장치로서, 도 9 내지 11에 도시된 매트릭스형 장치가 공지되어 있다. 도 9는 매트릭스형 액정 표시 장치의 단면도이다. 도 10은 매트릭스 기판의 평면도이다. 도 11은 대향 기판의 내부 표면의 평면도이다.As the above-described liquid crystal display device, the matrix type device shown in Figs. 9 to 11 is known. 9 is a cross-sectional view of the matrix liquid crystal display device. 10 is a plan view of a matrix substrate. 11 is a plan view of the inner surface of the opposing substrate.
우선 도 9를 참조하면, 액정 표시 장치는 매트릭스 기판(28), 대향 기판(29), 그 사이에 수용된 액정층(27), 및 매트릭스 기판(28)과 대향 기판(29)의 외부 표면 상에 제공된 편광판(30)을 포함한다. 백라이트(31)는 액정 표시 장치의 배면에 배치되어 광 셔터로서 사용된다.Referring first to FIG. 9, a liquid crystal display device is provided on a matrix substrate 28, an opposing substrate 29, a liquid crystal layer 27 accommodated therebetween, and an outer surface of the matrix substrate 28 and the opposing substrate 29. It includes a polarizing plate 30 provided. The backlight 31 is disposed on the back of the liquid crystal display device and used as an optical shutter.
도 10을 참조하면, 매트릭스 기판(28)은 게이트 라인(32), 소스 라인(33) 및 스위칭 소자로서의 박막 트랜지스터(34)를 포함한다. 게이트 라인(32) 및 소스 라인(33)은 서로 교차하고, 박막 트랜지스터(34)는 게이트 라인(32) 및 소스 라인(33)의 교차점 부근에 제공된다. 매트릭스 형태로 제공된 픽셀 전극(35)은 각각의 박막 트랜지스터를 매개로 하여 게이트 라인(32) 및 소스 라인(33)에 접속된다. 도 11을 참조하면, 대향 기판(29)은 픽셀 전극(35)에 대응하는 개구 영역(36)을 가지는 차광막(37) 및 차광막(37)의 전면에 각각 제공되는 대향 전극(38)과 칼라 필터(도시되지 않음)를 포함한다. 배향막(도시되지 않음)은 매트릭스 기판(28)(도 9) 및 대향 기판(29)의 내부 표면 상에 형성되고, 액정층(27) 내에 포함된 액정 분자는 배향막을 러빙 처리(rubbing)함으로써 원하는 방향으로 배향될 수 있다.Referring to FIG. 10, the matrix substrate 28 includes a gate line 32, a source line 33, and a thin film transistor 34 as a switching element. The gate line 32 and the source line 33 cross each other, and the thin film transistor 34 is provided near the intersection of the gate line 32 and the source line 33. The pixel electrode 35 provided in a matrix form is connected to the gate line 32 and the source line 33 via respective thin film transistors. Referring to FIG. 11, the counter substrate 29 includes a light blocking film 37 having an opening region 36 corresponding to the pixel electrode 35, and a counter electrode 38 and a color filter respectively provided on the front surface of the light blocking film 37. (Not shown). An alignment film (not shown) is formed on the inner surfaces of the matrix substrate 28 (FIG. 9) and the opposing substrate 29, and the liquid crystal molecules contained in the liquid crystal layer 27 are desired by rubbing the alignment film. Can be oriented in a direction.
픽셀 영역은 하나의 픽셀에 대응하는 액정 표시 장치의 일부를 의미한다. 픽셀은 표시된 화면의 최소 영역으로서 정의된다. 전형적으로 픽셀 영역은 한 쌍의 전극 및 하나의 픽셀에 대응하는 화상을 생성하기 위해 그 사이에 수용된 액정층을 포함한다. 능동 매트릭스형 액정 표시의 경우, 픽셀 영역은 픽셀 전극, 상기 픽셀 전극에 대향하는 대향 전극 및 상기 픽셀 전극과 상기 대향 전극 사이에 수용된 액정층을 포함한다. 단순 (또는 수동) 매트릭스형 액정의 경우, 액정층을 수용하는 행 전극 및 열 전극의 중첩부가 픽셀 영역을 규정한다.The pixel region refers to a part of the liquid crystal display device corresponding to one pixel. Pixels are defined as the minimum area of the displayed screen. Typically the pixel region comprises a pair of electrodes and a liquid crystal layer accommodated therebetween to produce an image corresponding to one pixel. In the case of an active matrix liquid crystal display, the pixel region includes a pixel electrode, an opposite electrode facing the pixel electrode, and a liquid crystal layer accommodated between the pixel electrode and the opposite electrode. In the case of a simple (or passive) matrix type liquid crystal, an overlapping portion of the row electrode and the column electrode accommodating the liquid crystal layer defines the pixel region.
이러한 구조의 액정 표시 장치에 따르면, 액정층(27) 중 각각의 픽셀 영역에 대응하는 액정층(27)의 영역에 인가되는 전압은 박막 트랜지스터(34)를 매개로 하여 화상 신호를 각각의 픽셀 전극(35)에 입력함으로써 제어될 수 있다. 전압이 액정층(27)에 인가될 때, 액정 분자의 배향 방향은 액정층(27) 내 액정 분자의 유전 이방성에 따라 변한다.According to the liquid crystal display device having such a structure, the voltage applied to the region of the liquid crystal layer 27 corresponding to each pixel region of the liquid crystal layer 27 is connected to each pixel electrode through the thin film transistor 34. Can be controlled by inputting to (35). When a voltage is applied to the liquid crystal layer 27, the alignment direction of the liquid crystal molecules changes according to the dielectric anisotropy of the liquid crystal molecules in the liquid crystal layer 27.
이러한 액정 표시 장치의 광 제어 원리는 다음과 같다. 백라이트(31)로부터의 광은 액정층(27)에 입사하기 전에, 매트릭스 기판(28)의 외부 표면 상의 편광판에 의해 선형 편광된다. 선형 편광된 광은 굴절률 비등방성을 가지는 액정 분자의 배향 방향에 따라 타원 편광, 원 편광 또는 선광 등의 광학 변조를 야기한다. 액정층(27)을 투과한 후, 편광된 광은 대향 기판(29)의 외부 표면 상의 편광판(30)에 입사된다. 입사광 중 편광판(30)의 흡수축과 평행한 성분이 흡수되기 때문에, 광 투과율이 변한다. 액정 표시 장치는 TN(Twisted Nematic) 모드, STN(Super Twisted Nematic) 모드, ECB(Electrically Controlled Birefringence) 모드 및 폴리머 분산 모드 등의 다양한 표시 모드를 가진다. 특히, TN 액정 표시 장치는 TV, 개인용 컴퓨터, 워드 프로세서 및 사무 자동화 기기 등에서 광범위하게 사용된다. 콘트라스트 및 응답 속도를 더 향상시키기 위해 무착색 영역을 사용하는 ECB 액정 표시 장치가 개발되어 왔다.The light control principle of the liquid crystal display is as follows. Light from the backlight 31 is linearly polarized by the polarizing plate on the outer surface of the matrix substrate 28 before entering the liquid crystal layer 27. Linearly polarized light causes optical modulation such as elliptical polarization, circular polarization or linear light depending on the orientation direction of the liquid crystal molecules having refractive anisotropy. After passing through the liquid crystal layer 27, the polarized light is incident on the polarizing plate 30 on the outer surface of the opposing substrate 29. Since the component parallel to the absorption axis of the polarizing plate 30 of the incident light is absorbed, the light transmittance changes. The liquid crystal display has various display modes, such as twisted nematic (TN) mode, super twisted nematic (STN) mode, electrically controlled birefringence (ECB) mode, and polymer dispersion mode. In particular, TN liquid crystal displays are widely used in TVs, personal computers, word processors and office automation equipment. In order to further improve contrast and response speed, an ECB liquid crystal display device using a non-colored region has been developed.
ECB 액정 표시 장치 중 수직 배향 모드의 액정 표시 장치는, 전압이 인가되지 않을 때는 기판면에 실질적으로 수직하게 배향되는 액정 분자를 가진다. 네가티브 유전 이방성을 가지는 재료를 사용하는 경우, 전압이 인가되면 액정 분자는 기판면에 수평이 되도록 경사진다. 이 모드에서는 액정층이 트위스티드 구조를 채용하지 않기 때문에, 응답 속도가 빠르다. 즉, 서로 직교하는 편광축을 가지는 한 쌍의 편광판을 이용하여, 인가되는 전압이 없을 때 복굴절없이 흑색 표시가 생성되기 때문에, 스크린의 법선 방향으로의 콘트라스트도 높다. 그러나, ECB 수직 배향 모드에서, 광 투과율이 시야각에 의존하기 때문에, 시야각 의존성의 개선이 중요한 문제였다.Among the ECB liquid crystal display devices, the liquid crystal display device in the vertical alignment mode has liquid crystal molecules oriented substantially perpendicular to the substrate surface when no voltage is applied. In the case of using a material having negative dielectric anisotropy, the liquid crystal molecules are inclined to be horizontal to the substrate surface when a voltage is applied. In this mode, since the liquid crystal layer does not adopt a twisted structure, the response speed is high. That is, since a black display is produced without birefringence when there is no voltage applied by using a pair of polarizing plates having polarization axes orthogonal to each other, the contrast in the normal direction of the screen is also high. However, in the ECB vertical alignment mode, improvement of the viewing angle dependency was an important problem because the light transmittance depends on the viewing angle.
이러한 ECB 수직 배향 모드의 시야각 의존성을 개선하기 위한 다양한 연구가 행해져왔다. 예를 들어, "SID79', page 845, Development of Super-High- Image-Quality Vertical-Alignment-Mode LCD"는 배향 분할을 수행함으로써, 즉 픽셀 영역 내에 배향 방향이 상이한 액정 분자를 가지는 복수의 영역을 형성함으로써 시야각 특성이 비약적으로 향상됨을 상세하게 개시하고 있다. 따라서, 상기 논문은 시야각 특성을 확장하기 위해서는, 배향 분할을 수행함으로써 액정 분자의 배향 방향이 각각 다른 복수의 영역을 형성할 필요가 있다는 결론을 내렸다.Various studies have been conducted to improve the viewing angle dependency of this ECB vertical alignment mode. For example, "SID79 ', page 845, Development of Super-High-Image-Quality Vertical-Alignment-Mode LCD" performs alignment division, that is, a plurality of regions having liquid crystal molecules having different alignment directions in the pixel region. By forming, it is disclosed in detail that the viewing angle characteristic is remarkably improved. Thus, the paper concluded that in order to extend the viewing angle characteristic, it is necessary to form a plurality of regions having different alignment directions of liquid crystal molecules by performing alignment division.
상기의 문헌에는 배향 분할을 수행하는 방법에 설명되어 있지 않다. 공지된 바와 같이, 배향 분할은 "Japan DISPLAY '92, page591, A Complementary TN LCD with Wide-Viewing-Angle Grayscale"에 설명된 바와 같은 레지스트 패턴의 형성 및 2회의 러빙 처리에 의해 수행되거나, 또는 "Japan DISPLAY '92, page 886, Wide Viewing Angle Full-Color TFT LCDs"에 설명된 것과 같이 두 가지 유형의 배향막을형성하여 각각의 픽셀 영역 내에 상이한 틸트 각의 액정 분자를 제공함으로써 수행될 수 있다. 상기의 문헌들은 TN 모드에서 수행되는 배향 분할을 설명하고 있다. 이러한 방법들은 비록 배향막의 재료 및 러빙 방향이 달라지겠지만, ECB 수평 배향 모드에서도 적용될 수 있다.The above document does not describe how to perform orientation splitting. As is known, the orientation division is performed by formation of a resist pattern and two rubbing treatments as described in "Japan DISPLAY '92, page591, A Complementary TN LCD with Wide-Viewing-Angle Grayscale", or "Japan DISPLAY '92, page 886, Wide Viewing Angle Full-Color TFT LCDs' may be performed by forming two types of alignment films to provide liquid crystal molecules of different tilt angles within each pixel region. The above documents describe the orientation splitting performed in TN mode. These methods can also be applied in ECB horizontal alignment mode, although the material and rubbing direction of the alignment layer will vary.
ECB 액정 표시 장치 중에서, 수평 배향 모드의 액정 표시 장치는, 전압이 인가되지 않을 때는 기판면에 실질적으로 평행하게 배향되는 액정 분자를 가진다. 포지티브 유전 이방성을 가지는 재료를 사용하는 경우, 전압이 인가되면, 액정 분자는 기판면에 수직이 되도록 경사진다. 유사하게, 이러한 모드에서도 액정층이 트위스티드 구조를 채용하지 않기 때문에, 응답 속도가 빠르다. 또한, 서로 직교하는 편광축을 가지는 한 쌍의 편광판을 사용함으로써, 전압이 인가되지 않을 때는 액정 분자가 균일하게 배향된 상태에서 흑색 표시가 생성될 수 있기 때문에, 스크린의 법선 방향에서의 콘트라스트도 향상될 수 있다.Among the ECB liquid crystal display devices, the liquid crystal display device in the horizontal alignment mode has liquid crystal molecules oriented substantially parallel to the substrate surface when no voltage is applied. In the case of using a material having positive dielectric anisotropy, when a voltage is applied, the liquid crystal molecules are inclined to be perpendicular to the substrate plane. Similarly, the response speed is high because the liquid crystal layer does not adopt the twisted structure even in this mode. In addition, by using a pair of polarizing plates having polarization axes orthogonal to each other, since a black display can be generated in a state where liquid crystal molecules are uniformly oriented when no voltage is applied, contrast in the normal direction of the screen can also be improved. Can be.
ECB 수평 배향 모드도 마찬가지로, 광투과율이 시야각에 의존하기 때문에, 시야각 특성의 개선이 중요한 문제였다.Similarly, in the ECB horizontal alignment mode, the light transmittance depends on the viewing angle, and therefore the improvement of the viewing angle characteristic was an important problem.
ECB 수평 배향 모드에서 시야각을 개선하기 위한 방법은, ECB 수직 배향 모드와 유사하게, 픽셀 영역 내에 배향 방향이 서로 다른 액정 분자를 갖는 복수의 영역을 형성하는 단계를 포함한다. 상이한 배향 방향들은 상이한 방향으로 여러 회 러빙 처리하여 배향 분할을 수행함으로써 형성된다.The method for improving the viewing angle in the ECB horizontal alignment mode includes forming a plurality of regions having liquid crystal molecules having different alignment directions in the pixel region, similar to the ECB vertical alignment mode. Different orientation directions are formed by performing rubbing treatment by rubbing several times in different directions.
또한, 일본 특허 공개 공보 제 9-160041, 9-160042 및 9-160061에 개시된 것과 같이 전극을 특정한 형태로 형성함으로써 시야각 특성을 개선하기 위한 방법이공지되어 있다.In addition, a method for improving the viewing angle characteristic by forming the electrode in a specific shape as disclosed in Japanese Patent Laid-Open Nos. 9-160041, 9-160042 and 9-160061 is known.
이러한 공개 공보들에 개시된 기술들은 경사(oblique) 전계 시스템으로 언급될 수 있다. 이 시스템은 기판 상에 제공된 한 쌍의 전극 사이에서 생성된 횡전계 성분을 이용하여 액정 분자를 광학적으로 변조함으로써 횡전계 시스템을 개선하여 얻어질 수 있다. 즉, 경사 전계 시스템은 한 쌍의 기판 상에 각각 제공된 전극에 의해 생성된 기판면에 경사 전계에서 액정 분자의 광학 변조를 사용한다.The techniques disclosed in these publications may be referred to as oblique field systems. This system can be obtained by improving the transverse electric field system by optically modulating the liquid crystal molecules using the transverse electric field component generated between the pair of electrodes provided on the substrate. That is, the gradient electric field system uses optical modulation of liquid crystal molecules in the gradient electric field on the substrate surface generated by the electrodes provided on the pair of substrates respectively.
도 12는 경사 전계 시스템의 액정 표시 장치 내의 전극 구조의 단면도이다.12 is a cross-sectional view of an electrode structure in the liquid crystal display of the gradient electric field system.
도 12에 도시된 바와 같이, 대향 전극(101) 및 픽셀 전극(102)은 각각 개구(103) 및 전극 영역(104)을 가진다. 대안적으로, 대향 전극(101) 및 픽셀 전극(102)의 전극 영역(104)은 기판면에 평행인 방향을 따라 교대로 배치된다. 전압이 대향 전극(101) 및 픽셀 전극(102)에 인가되면, 대향 전극(101)과 픽셀 전극(102) 사이의 액정층(105)에 경사 전계가 생성된다. 결과적으로, 액정 분자(107)의 배향 방향은 경사 전계 영역(106) 내의 전계 방향에 따라 변한다. 따라서, 광학 변조가 획득된다.As shown in FIG. 12, the counter electrode 101 and the pixel electrode 102 each have an opening 103 and an electrode region 104. Alternatively, the electrode regions 104 of the counter electrode 101 and the pixel electrode 102 are alternately arranged along a direction parallel to the substrate surface. When a voltage is applied to the counter electrode 101 and the pixel electrode 102, a gradient electric field is generated in the liquid crystal layer 105 between the counter electrode 101 and the pixel electrode 102. As a result, the alignment direction of the liquid crystal molecules 107 changes in accordance with the electric field direction in the gradient electric field region 106. Thus, optical modulation is obtained.
개구부는 전극 중 전극 영역의 일부가 아닌 부분을 의미하며, 이 전극 영역은 전극이 전기를 전도할 수 있는 방향을 따르는 부분에 대응한다. 한 쌍의 전극 (예를 들어, 대향 전극(101) 및 픽셀 전극(102)) 중 적어도 하나는 한 쌍의 전극 중 다른 하나의 전극 영역에 대향하는 개구부를 가진다. 개구부는 한 쌍의 전극 사이에 개구 영역을 규정하여 액정층 내의 액정 분자에 인가되는 전계가 한 쌍의 기판의 표면의 법선에 대해 경사지게 한다.The opening means a portion of the electrode that is not part of the electrode region, which corresponds to the portion along the direction in which the electrode can conduct electricity. At least one of the pair of electrodes (eg, counter electrode 101 and pixel electrode 102) has an opening opposite the electrode region of the other of the pair of electrodes. The opening defines an opening region between the pair of electrodes such that the electric field applied to the liquid crystal molecules in the liquid crystal layer is inclined with respect to the normal of the surface of the pair of substrates.
불행하게도, 이러한 액정 표시의 시야각 특성을 개선하기 위한 공지된 방법들은 단점을 가진다. 예를 들어, 전술한 바와 같이, ECB 수직 또는 수평 배향 모드 내에 배향 분할을 수행함으로써, 즉 픽셀 영역 내에 상이한 배향 방향의 액정 분자를 가지는 복수의 영역들을 형성함으로써, 액정 표시 장치의 시야각 특성이 현저하게 개선되어, 고성능을 획득할 수 있다.Unfortunately, known methods for improving the viewing angle characteristics of such liquid crystal displays have disadvantages. For example, as described above, by performing the orientation division in the ECB vertical or horizontal alignment mode, that is, forming a plurality of regions having liquid crystal molecules having different alignment directions in the pixel region, the viewing angle characteristic of the liquid crystal display device is remarkably increased. It is improved and high performance can be obtained.
그러나, 전술한 방법으로 배향 분할을 수행하기 위해서는, 추가의 공정이 필요하며, 제조 단계 수의 증가 및 제조 장비의 규모 증가가 불가피하다. 또한, 분할 패턴을 형성을 위한 노출, 현상 및 박리 등을 수행하기 위해 배향막 상에 레지스트를 형성할 필요가 있다. 그러한 공정 동안, 배향막 표면 상에 레지스트 잔여물의 고착, 레지스트를 제거하기 위한 제거 용액 및 현상액의 침투로 인한 배향막 표면에의 외부 물질 고착, 표면 열화 및 이온 불순물로 인한 액정 셀의 신뢰도 감소 등이 발생할 위험성이 매우 높다.However, in order to perform orientation splitting in the above-described manner, an additional process is required, and an increase in the number of manufacturing steps and an increase in the scale of manufacturing equipment are inevitable. In addition, it is necessary to form a resist on the alignment film in order to perform exposure, development and peeling for forming the division pattern. During such a process, the risk of occurrence of sticking of resist residues on the alignment film surface, foreign matter sticking to the alignment film surface due to penetration of the removal solution and developer for removing the resist, surface deterioration and reduced reliability of the liquid crystal cell due to ionic impurities, etc. This is very high.
전술한 종래의 액정 표시 장치는 시야각 특성의 개선은 가능하지만, 제조 비용이 현저하게 증가하기 때문에, 대량 생산에는 적합하지 않다.The above-described conventional liquid crystal display device can improve the viewing angle characteristics, but is not suitable for mass production because the manufacturing cost is significantly increased.
전술한 경사 전계 시스템의 액정 표시 장치에 따르면, 경사 전계가 전극 (즉, 전극 영역)의 양면에 대칭적으로 형성되기 때문에, 전압이 인가될 때 액정 분자가 대칭적으로 이동할 수 있다. 그러므로, 상이한 초기 배향 방향의 액정 분자들을 가지는 복수의 영역들을 형성하기 위해 러빙 처리를 반복적으로 수행하지 않고, 배향 분할을 수행함으로써 시야각 특성이 개선될 수 있다.According to the above-described liquid crystal display device of the gradient electric field system, since the gradient electric field is formed symmetrically on both sides of the electrode (that is, the electrode region), the liquid crystal molecules can move symmetrically when a voltage is applied. Therefore, the viewing angle characteristic can be improved by performing orientation division, without repeatedly performing a rubbing process to form a plurality of regions having liquid crystal molecules in different initial alignment directions.
그러나, 경사 전계 영역 내의 액정 분자의 광학 변조가 사용되는 경우, 액정층 내에서 전계 방향 및 세기 분포를 균일하게 배향하기가 어렵다.However, when optical modulation of liquid crystal molecules in the gradient electric field region is used, it is difficult to uniformly orient the electric field direction and intensity distribution in the liquid crystal layer.
액정층 내의 전계 방향 및 세기 분포가 균일하지 않은 경우, 액정 분자의 배향 방향의 균일도는 저하되고, 따라서 액정층의 광학 변조도 다르다. 그러므로, 각각의 픽셀에서 투과된 광의 비균일성이 야기된다.When the electric field direction and intensity distribution in a liquid crystal layer are not uniform, the uniformity of the orientation direction of a liquid crystal molecule will fall, and optical modulation of a liquid crystal layer will also differ. Therefore, nonuniformity of the light transmitted in each pixel is caused.
각각의 픽셀 내의 투과된 광의 비균일성 -흐릿함(비균일)으로 간주되며, 특히 프로젝션 장치 등에 의해 얻어진 확대 화면에서 두드러짐 -은 표시 품질을 상당히 감소시킨다. 비균일함이 직접적으로 인식되지 않을 만큼 높은 픽셀 밀도를 가지는 액정 표시 장치조차도, 픽셀 내 투과된 광의 농담으로 인해 전압 인가시 흑색 표시 동안 백색 표시 부분이 각각의 픽셀 내에 부분적으로 잔존하고, 전압 인가시 백색 표시 동안 흑색 표시 부분이 각각의 픽셀 내에 부분적으로 잔존함으로 인해, 콘트라스트와 밝기가 저하된다.Non-uniformity of transmitted light in each pixel, which is regarded as blur (non-uniform), is particularly noticeable in an enlarged screen obtained by a projection apparatus or the like-significantly reduces display quality. Even in liquid crystal displays having pixel densities such that non-uniformity is not directly recognized, a white display portion remains partially in each pixel during black display when voltage is applied due to the shade of transmitted light in the pixel, and when voltage is applied. As the black display portion remains partially in each pixel during the white display, the contrast and the brightness deteriorate.
그러므로, 고 표시 품질 및 고성능을 보장하기 위해 보다 균일한 전계를 형성할 필요가 있다. 극간부를 예로 들면, 수평 방향의 길이가 액정층의 두께보다 긴 개구 영역을 갖는 전극을 형성할 수 있다.Therefore, it is necessary to form a more uniform electric field to ensure high display quality and high performance. As an example, the electrode having an opening region having a length in the horizontal direction longer than the thickness of the liquid crystal layer can be formed.
그러나, 전극 간의 간격이 증가되면 전계는 감소한다. 따라서, 전극들 간에 더 높은 전압이 인가되어야만 한다. 불가피하게, 증가된 구동 전압을 제공하기 위해 단가와 함께 전력 소모가 증가한다.However, as the spacing between the electrodes increases, the electric field decreases. Therefore, a higher voltage must be applied between the electrodes. Inevitably, power consumption increases with unit cost to provide increased drive voltage.
따라서, 경사 전계를 사용하여, 표시 품질 및 성능을 개선하면서, 전력 소모와 제조 단가를 감소시키는 것은 매우 어렵다.Therefore, using a gradient electric field, it is very difficult to reduce power consumption and manufacturing cost while improving display quality and performance.
본 발명에 따른 액정 표시 장치는 한 쌍의 기판, 상기 한 쌍의 기판 사이에 수용된 액정층 및 상기 한 쌍의 기판 각각에 서로 대향하여 배치되어 상기 액정층에 전계를 인가하기 위한 한 쌍의 전극을 포함한다. 한 쌍의 전극 각각은 한 쌍의 전극이 그를 따라 전기를 전도할 수 있는 부분에 대응하는 전극 영역을 가진다. 한 쌍의 전극 중 적어도 하나는 한 쌍의 전극 중 다른 하나의 전극 영역에 대향하는 개구부를 가지며, 상기 개구부는 한 쌍의 전극 사이에 개구 영역을 규정하여 그 개구 영역 내의 액정층 내에 있는 액정 분자에 인가된 전계가 한 쌍의 기판면의 법선 방향에 대하여 경사지게 한다.According to an exemplary embodiment of the present invention, a liquid crystal display device includes a pair of substrates, a liquid crystal layer accommodated between the pair of substrates, and a pair of electrodes disposed to face each other so as to apply an electric field to the liquid crystal layer. Include. Each of the pair of electrodes has an electrode region corresponding to the portion where the pair of electrodes can conduct electricity along it. At least one of the pair of electrodes has an opening opposite the electrode region of the other of the pair of electrodes, the opening defining an opening region between the pair of electrodes to define the liquid crystal molecules in the liquid crystal layer in the opening region. The applied electric field is inclined with respect to the normal direction of the pair of substrate surfaces.
본 발명의 한 예에서, 한 쌍의 전극 사이의 개구 영역 이외의 영역 내에 있는 액정 분자의 틸트 방향은 전계가 한 쌍의 기판의 법선 방향에 대하여 경사지는 개구 영역 내의 액정 분자들의 틸트 방향에 의해 제어된다.In one example of the invention, the tilt direction of the liquid crystal molecules in a region other than the opening region between the pair of electrodes is controlled by the tilt direction of the liquid crystal molecules in the opening region in which the electric field is inclined with respect to the normal direction of the pair of substrates. do.
본 발명의 다른 예에서, 액정층 내의 액정 분자는 네가티브 유전 이방성(즉, ΔE <0)이고, 일반적으로 액정층에 전압이 인가되지 않을 때는 한 쌍의 기판면에 수직하게 배향된다.In another example of the invention, the liquid crystal molecules in the liquid crystal layer are negative dielectric anisotropy (ie, ΔE <0) and are generally oriented perpendicular to the pair of substrate surfaces when no voltage is applied to the liquid crystal layer.
본 발명의 다른 예에서, 액정층 내의 액정 분자는 포지티브 유전 이방성(즉, ΔE >0)이고, 일반적으로 액정층에 전압이 인가되지 않을 때는 한 쌍의 기판면에 수평하게 배향된다.In another example of the present invention, the liquid crystal molecules in the liquid crystal layer are positive dielectric anisotropy (ie, ΔE> 0) and are generally oriented horizontally on a pair of substrate surfaces when no voltage is applied to the liquid crystal layer.
본 발명의 또 다른 예에서, 한 쌍의 전극 각각은 각각의 개구 영역을 규정하는 개구부를 가지며, 한 쌍의 전극 각각의 개구 영역은 한 쌍의 기판면에 평행한 방향을 따라 교대로 배치된다.In another example of the present invention, each of the pair of electrodes has an opening defining each opening region, and the opening regions of each of the pair of electrodes are alternately disposed along a direction parallel to the pair of substrate surfaces.
본 발명의 다른 예에서, 한 쌍의 전극 중 적어도 하나의 개구 영역은 두 개의 상이한 방향으로 연장하는 부분을 가진다.In another example of the invention, at least one opening region of the pair of electrodes has portions extending in two different directions.
본 발명의 다른 예에서, 두 개의 상이한 방향은 실질적으로 서로 직교한다.In another example of the invention, the two different directions are substantially orthogonal to each other.
본 발명의 다른 예에서, 액정 표시 장치는 매트릭스 형태로 배치된 복수의 픽셀 영역을 포함한다. 개구부의 폭은 한 쌍의 전극 간의 간격보다 크다.In another example of the present invention, the liquid crystal display includes a plurality of pixel regions arranged in a matrix. The width of the opening is greater than the gap between the pair of electrodes.
본 발명의 또 다른 예시에서, 액정 표시 장치는 매트릭스 형태로 배치된 복수의 픽셀 영역을 포함한다. 한 쌍의 전극은 복수의 픽셀 영역 각각에 제공된 복수의 픽셀 전극 및 상기 복수의 픽셀 전극 각각에 대향하는 단일 대향 전극을 포함하고, 상기 복수의 픽셀 전극 각각은 개구부를 가진다.In another example of the present invention, the liquid crystal display includes a plurality of pixel regions arranged in a matrix form. The pair of electrodes includes a plurality of pixel electrodes provided in each of the plurality of pixel regions and a single counter electrode facing each of the plurality of pixel electrodes, each of the plurality of pixel electrodes having an opening.
아래에서, 본 발명의 기능이 설명된다.In the following, the functions of the present invention are described.
본 발명의 한 실시예에서, 양 기판 상의 전극의 개구 영역은 각각의 픽셀 영역 내에서 서로 중첩되지 않도록 배치되고, 기판면에 대한 경사 전계가 개구 영역의 에지에 인접한 액정층 부분에 형성되기 때문에, 액정 분자는 경사 전계으로 인해 액정층 부분에서 특정 방향으로 경사진다. 또한, 경사 전계의 방향은 개구 영역의 한 면과 다른 면 간에 상이하기 때문에, 상이한 배향 방향의 액정 분자를 가지는 복수의 영역이 픽셀 영역 상에 형성된다.In one embodiment of the present invention, the opening regions of the electrodes on both substrates are arranged so as not to overlap each other in each pixel region, and since a gradient electric field with respect to the substrate surface is formed in the liquid crystal layer portion adjacent to the edge of the opening region, The liquid crystal molecules are inclined in a specific direction in the liquid crystal layer part due to the gradient electric field. In addition, since the direction of the gradient electric field is different between one side and the other side of the opening region, a plurality of regions having liquid crystal molecules in different alignment directions are formed on the pixel region.
전압이 인가되면, 경사 전계으로 인해 개구 영역의 에지에 인접한 부분에서 액정 분자들은 기판면에 대해 선정된 방향으로 경사진다. 양 전극 사이의 액정층 중 각각의 개구 영역의 에지에 인접한 부분 이외의 부분에는, 기판면에 수직인 전계가 형성된다. 그러나, 액정 재료의 탄성 특성으로 인해, 액정 분자의 틸트 방향은 개구 영역의 에지에 인접한 부분 내의 액정 분자의 틸트 방향에 의해 제어된다. 따라서, 입사광의 광학 변조가 얻어질 수 있다. 그러므로, 넓은 시야각 특성의 얻어질 수 있다. 또한, 픽셀 면적 대부분을 차지하는 픽셀 전극과 대향 전극의 중첩부에 수직 균일 전계가 제공될 수 있기 때문에, 픽셀 내에서 발생할 수 있는 비균일성을 방지함으로써 매우 뛰어난 광학적 특성을 획득할 수 있다.When a voltage is applied, the liquid crystal molecules incline in a predetermined direction with respect to the substrate surface at a portion adjacent to the edge of the opening region due to the gradient electric field. An electric field perpendicular to the substrate surface is formed in a portion other than the portion adjacent to the edge of each opening region among the liquid crystal layers between the two electrodes. However, due to the elastic properties of the liquid crystal material, the tilt direction of the liquid crystal molecules is controlled by the tilt direction of the liquid crystal molecules in the portion adjacent to the edge of the opening region. Thus, optical modulation of incident light can be obtained. Therefore, a wide viewing angle characteristic can be obtained. In addition, since a vertical uniform electric field can be provided at the overlapping portion of the pixel electrode and the counter electrode which occupy most of the pixel area, very excellent optical characteristics can be obtained by preventing nonuniformity that may occur in the pixel.
액정층 내의 액정 분자는 네가티브 유전 이방성일 수 있고, 전압이 인가되지 않을 때는 기판면에 수직하게 배향될 수 있다. 대안적으로, 액정층 내의 액정 분자는 포지티브 유전 이방성일 수 있고, 전압이 인가되지 않았을 때는 기판면에 평행하게 배향될 수 있다. 두 경우 모두에서, 전압이 인가되면, 경사 전계로 인해 개구 영역의 에지에 인접한 부분 내의 액정 분자는 기판면에 대하여 선정된 방향으로 경사진다. 기판면 사이에 균일한 수직 전계를 가지는 영역 내에 있는 액정 분자의 틸트 방향은 개구 영역의 에지에 인접한 부분의 액정 분자의 틸트 방향에 따라 제어된다. 따라서, 균일한 배향 방향의 제어가 용이하게 수행될 수 있다.The liquid crystal molecules in the liquid crystal layer may be negative dielectric anisotropy and may be oriented perpendicular to the substrate surface when no voltage is applied. Alternatively, the liquid crystal molecules in the liquid crystal layer can be positive dielectric anisotropy and can be oriented parallel to the substrate surface when no voltage is applied. In both cases, when a voltage is applied, the liquid crystal molecules in the portion adjacent to the edge of the opening region due to the gradient electric field are inclined in a predetermined direction with respect to the substrate surface. The tilt direction of the liquid crystal molecules in the region having a uniform vertical electric field between the substrate surfaces is controlled in accordance with the tilt direction of the liquid crystal molecules in the portion adjacent to the edge of the opening region. Therefore, control of the uniform orientation direction can be easily performed.
본 발명의 또 다른 실시예에서, 한 기판 상의 전극의 개구 영역 이외의 기판 상의 전극의 개구 영역은 기판면에 평행한 방향으로 각 픽셀 내에 교대로 배치될 수 있기 때문에, 기판면에 대한 경사 전계으로 인해 배향 방향이 다른 액정 분자를 가지는 복수의 영역이 각각의 픽셀 내에 형성될 수 있다.In another embodiment of the present invention, since the opening regions of the electrodes on the substrate other than the opening regions of the electrodes on one substrate can be alternately disposed within each pixel in a direction parallel to the substrate surface, the inclined electric field with respect to the substrate surface Therefore, a plurality of regions having liquid crystal molecules having different alignment directions may be formed in each pixel.
본 발명의 또 다른 실시예에서, 각 기판 상의 전극의 개구 영역은 각 픽셀 내에서 서로 직교하는 두 방향을 각각 따르는 부분을 가지기 때문에, 기판면에 대한 경사 전계는 각 픽셀 내에서 4개의 방향으로 형성된다.In another embodiment of the present invention, since the opening regions of the electrodes on each substrate have portions along each of the two directions orthogonal to each other in each pixel, a gradient electric field with respect to the substrate surface is formed in four directions within each pixel. do.
본 발명의 또 다른 실시예에서, 각 기판 상의 전극의 개구 영역의 폭은 양 기판 상의 전극들 간의 간격보다 크기 때문에 (즉, 액정층의 두께보다 실질적으로 크기 때문에), 기판면에 대한 경사 전계의 횡성분(즉, 기판면에 평행한 성분)은 커진다.In another embodiment of the present invention, since the width of the opening area of the electrodes on each substrate is greater than the gap between the electrodes on both substrates (ie, substantially greater than the thickness of the liquid crystal layer), the gradient of the gradient electric field with respect to the substrate surface is increased. The transverse component (that is, the component parallel to the substrate surface) becomes large.
따라서, 여기에 개시된 본 발명은 개선된 시야각 특성, 콘트라스트 및 응답 속도를 가지는 액정 표시 장치의 대량 생산 가능성을 제공하는 장점을 가능하게 한다.Accordingly, the present invention disclosed herein enables the advantage of providing the possibility of mass production of a liquid crystal display device having improved viewing angle characteristics, contrast and response speed.
본 발명의 이러한 장점 및 그 외의 장점들은 첨부된 도면을 참조로 아래의 상세한 설명을 숙지함으로써 본 기술분야의 숙련된 기술자들에게 보다 명확해질 것이다.These and other advantages of the present invention will become more apparent to those skilled in the art upon reading the following detailed description with reference to the accompanying drawings.
도 1은 본 발명의 따른 제1 실시예의 매트릭스 기판의 평면도1 is a plan view of a matrix substrate of a first embodiment according to the present invention
도 2는 본 발명의 따른 제1 실시예의 대향 기판의 평면도.2 is a plan view of an opposing substrate of a first embodiment according to the present invention;
도 3은 도 1의 A-A` 라인을 따라 절취한 매트릭스 기판의 부분적인 단면도.3 is a partial cross-sectional view of the matrix substrate taken along the line AA ′ of FIG. 1.
도 4는 도 1의 B-B` 라인을 따라 절취한 매트릭스 기판의 부분적인 단면도.4 is a partial cross-sectional view of the matrix substrate taken along the line B-B 'of FIG.
도 5는 본 발명에 따른 제2 실시예의 매트릭스 기판의 평면도.5 is a plan view of a matrix substrate of a second embodiment according to the present invention;
도 6은 본 발명에 따른 제2 실시예의 대향 기판의 평면도.6 is a plan view of an opposing substrate of a second embodiment according to the present invention;
도 7은 도 5의 C-C` 라인을 따라 절취한 매트릭스 기판의 부분적인 단면도.FIG. 7 is a partial cross-sectional view of the matrix substrate taken along the line CC ′ of FIG. 5. FIG.
도 8은 본 발명에 따른 제3 실시예의 액정 표시 장치의 개략적인 단면도.8 is a schematic cross-sectional view of a liquid crystal display of a third embodiment according to the present invention.
도 9는 종래의 액정 표시 장치의 단면도.9 is a cross-sectional view of a conventional liquid crystal display device.
도 10은 도 9에 도시된 종래의 액정 표시 장치의 매트릭스 기판의 평면도.10 is a plan view of a matrix substrate of the conventional liquid crystal display shown in FIG. 9;
도 11은 도 9에 도시된 종래의 액정 표시 장치의 대향 기판의 평면도.FIG. 11 is a plan view of an opposing substrate of the conventional liquid crystal display shown in FIG. 9; FIG.
도 12는 종래 액정 표시 장치 내의 구조의 단면도.12 is a cross-sectional view of a structure in a conventional liquid crystal display device.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명><Explanation of symbols for the main parts of the drawings>
1 : 게이트 라인1: gate line
2 : 게이트 전극2: gate electrode
3 : 게이트 절연막3: gate insulating film
4 : 박막 트랜지스터4: thin film transistor
5 : a-Si 층5: a-Si layer
6a, 6b : n+-a-Si 층6a, 6b: n + -a-Si layer
7 : 소스 라인7: source line
8 : 소스 전극8: source electrode
9 : 드레인 전극9: drain electrode
10 : 픽셀 전극10: pixel electrode
11 : 보호막11: protective film
12, 15, 16 : 개구 영역12, 15, 16: opening area
13 : 차광막13: shading film
14 : 대향 전극14: counter electrode
아래에서, 본 발명에 따른 액정 표시 장치가 첨부된 도면을 참조로 설명될 것이다.Hereinafter, a liquid crystal display according to the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
(제1 실시예)(First embodiment)
제1 실시예의 액정 표시 장치는 매트릭스 기판, 대향 기판, 그 사이에 수용된 액정층 및 매트릭스 기판과 대향 기판의 외부 표면에 제공된 편광판을 포함한다. 광원, 즉 백라이트는 액정 표시 장치의 하면에 배치되고, 광 셔터로서 사용된다.The liquid crystal display device of the first embodiment includes a matrix substrate, an opposing substrate, a liquid crystal layer accommodated therebetween, and a polarizing plate provided on an outer surface of the matrix substrate and the opposing substrate. The light source, that is, the backlight, is disposed on the lower surface of the liquid crystal display device and used as an optical shutter.
도 1은 제1 실시예의 액정 표시 장치의 매트릭스 기판의 평면도이고, 도 2는 대향 기판의 평면도이며, 도 3은 도 1의 A-A` 라인을 따라 절취한 매트릭스 기판의부분적인 단면도이다.1 is a plan view of a matrix substrate of the liquid crystal display device of the first embodiment, FIG. 2 is a plan view of an opposing substrate, and FIG. 3 is a partial cross-sectional view of the matrix substrate taken along the line AA ′ of FIG. 1.
우선 도 1을 참조하면, 매트릭스 기판은 게이트 라인(1), 게이트 라인(1)과 교차하는 소스 라인(7) 및 게이트 라인(1)과 소스 라인(7)의 교차점 부근에 스위칭 소자로서 박막 트랜지스터(4)를 포함한다. 매트릭스 형태로 제공된 픽셀 전극(10)은 개구 영역(15)을 가지고, 박막 트랜지스터(4)를 매개로 하여 게이트 라인(1) 및 소스 라인(7)에 접속된다.Referring first to FIG. 1, a matrix substrate is a thin film transistor as a switching element near a gate line 1, a source line 7 crossing the gate line 1, and an intersection point of the gate line 1 and the source line 7. It includes (4). The pixel electrode 10 provided in matrix form has an opening region 15 and is connected to the gate line 1 and the source line 7 via the thin film transistor 4.
도 2는 대향 기판의 내부 표면에 대한 평면도이다. 도 2에 도시된 바와 같이, 대향 기판은 픽셀 전극(10)에 대응하는 개구 영역(12)을 가지는 차광막(13), 칼라 필터(도시되지 않음) 및 개구 영역(16)을 제외한 개구 영역(12)의 전면에 제공된 대향 전극(14)을 포함한다. 매트릭스 기판 및 대향 기판 상에 배향막(도시되지 않음)이 형성되어, 전압이 인가되지 않을 때 액정 분자들을 수직으로 배향시킨다. 배향막은 러빙 처리되지 않는다.2 is a plan view of the inner surface of the opposing substrate. As shown in FIG. 2, the opposing substrate has an opening region 12 except for a light shielding film 13 having a opening region 12 corresponding to the pixel electrode 10, a color filter (not shown), and an opening region 16. It includes a counter electrode (14) provided on the front of the). An alignment film (not shown) is formed on the matrix substrate and the opposing substrate to vertically align the liquid crystal molecules when no voltage is applied. The alignment film is not rubbed.
도 3에 도시된 바와 같이, 박막 트랜지스터(4)(도 1)는 게이트 라인(1)으로부터 분기된 게이트 전극(2) 및 게이트 전극(2)을 덮는 게이트 절연막(3)을 포함한다. a-Si 층(5)은 게이트 전극(2) 상에서 중첩되도록 게이트 절연막(3) 상에 배치되고, n+-a-Si 층(6a 및 6b)은 a-Si층(5) 상에 배치된다. 소스 라인(7)으로부터 분기된 소스 전극(8)은 n+-a-Si 층(6a) 상에 배치되고, 드레인 전극(9)은 n+-a-Si 층(6b) 상에 배치된다. 픽셀 전극(10)은 드레인 전극(9)과 부분적으로 중첩되도록 배치되고, 보호막(11)이 상기 소자들을 덮도록 배치된다.As shown in FIG. 3, the thin film transistor 4 (FIG. 1) includes a gate electrode 2 branched from the gate line 1 and a gate insulating film 3 covering the gate electrode 2. The a-Si layer 5 is disposed on the gate insulating film 3 so as to overlap on the gate electrode 2, and the n + -a-Si layers 6a and 6b are disposed on the a-Si layer 5. . The source electrode 8 branched from the source line 7 is disposed on the n + -a-Si layer 6a and the drain electrode 9 is disposed on the n + -a-Si layer 6b. The pixel electrode 10 is disposed to partially overlap the drain electrode 9, and the protective film 11 is disposed to cover the elements.
액정 표시 장치는 예를 들어 다음과 같은 방법으로 제조될 수 있다.The liquid crystal display device can be manufactured, for example, in the following manner.
우선, 매트릭스 기판은 다음과 같이 형성된다. 이 방법은 특별한 언급이 없으면 하나의 픽셀 영역에 대한 것이다.First, the matrix substrate is formed as follows. This method is for a single pixel area unless otherwise noted.
Ta 막이 스퍼터링에 의해 형성된 다음, 포토리소그래피에 의해 패터닝되어 게이트 라인(1) 및 상기 게이트 라인(1)으로부터 분기된 게이트 전극(2)을 형성한다.The Ta film is formed by sputtering and then patterned by photolithography to form a gate line 1 and a gate electrode 2 branched from the gate line 1.
SiNx로 형성된 게이트 절연막(4), a-Si층 및 p형 도핑된 n+-a-Si층이 PE-CVD에 의해 상기 기판 상에 순차적으로 형성되고, 패터닝이 수행되어 박막 트랜지스터(4)가 형성될 영역 내에 a-Si 층(5) 및 n+-a-Si 층(6a 및 6b)이 형성된다.A gate insulating film 4 formed of SiN x , an a-Si layer and a p-type doped n + -a-Si layer are sequentially formed on the substrate by PE-CVD, and patterning is performed to form the thin film transistor 4. The a-Si layer 5 and the n + -a-Si layers 6a and 6b are formed in the region where the is to be formed.
그 다음, Ti 막이 스퍼터링에 의해 형성되고, 소스 라인(7)(도 1), 소스 라인(7)으로부터 뻗쳐 나온 소스 전극(8) 및 드레인 전극(9)을 형성하도록 패터닝된다. 이러한 단계에서, 소스 전극(8) 및 드레인 전극(9)으로부터 돌출된 n+-a-Si층(6a 및 6b) 부분은 동일한 레지스트 패턴을 이용하여 n+-a-Si층을 에칭함으로써 제거된다.Then, a Ti film is formed by sputtering and patterned to form a source line 7 (FIG. 1), a source electrode 8 and a drain electrode 9 extending from the source line 7. In this step, portions of the n + -a-Si layers 6a and 6b protruding from the source electrode 8 and the drain electrode 9 are removed by etching the n + -a-Si layer using the same resist pattern. .
ITO막이 스퍼터링에 의해 형성되고, 개구 영역(15)을 가지는 픽셀 전극(10)을 형성하도록 패터닝된다. 본 예에서, 개구 영역(15)은 5㎛의 폭을 가지고, 픽셀 전극(10)의 중앙에서 게이트 라인(1)을 따라 연장한다.An ITO film is formed by sputtering and patterned to form a pixel electrode 10 having an opening region 15. In this example, the opening region 15 has a width of 5 μm and extends along the gate line 1 at the center of the pixel electrode 10.
다음으로, SiNx로 형성된 보호막(11)이 PE-CVD에 의해 형성되고, 따라서 매트릭스 기판이 완성된다.Next, the protective film 11 formed of SiN x is formed by PE-CVD, thus completing the matrix substrate.
대향 기판은 다음과 같이 형성된다.The counter substrate is formed as follows.
칼라 필터(도시되지 않음)는 Cr로 제조되고 개구 영역(12)을 가지는 차광막(13) 상에 형성된다. ITO로 제조되고 각각의 픽셀 영역 내에 개구 영역(16)을 가지는 대향 전극(14)은 칼라 필터 상에 형성된다. 본 예에서, 각각의 개구 영역(16)은 5㎛의 폭을 가지며, 게이트 라인(1) 및 개구 영역(12)의 두 에지를 따라 연장한다. 대향 기판은 전술한 매트릭스 기판보다 먼저 생성될 수 있다.A color filter (not shown) is formed on the light shielding film 13 made of Cr and having an opening region 12. An opposite electrode 14 made of ITO and having an opening region 16 in each pixel region is formed on the color filter. In this example, each opening region 16 has a width of 5 μm and extends along two edges of the gate line 1 and the opening region 12. The opposing substrate may be produced before the matrix substrate described above.
다음으로, 배향막이 프린팅에 의해 매트릭스 기판 및 대향 기판 상에 형성되고, 두 기판은 라미네이트된다. 본 예에서는, 매트릭스 기판과 대향 기판 사이에 스페이서가 제공되어 픽셀 전극(10) 및 대향 전극(14) 사이에 4㎛ 두께의 공간을 만든다.Next, an alignment film is formed on the matrix substrate and the opposing substrate by printing, and the two substrates are laminated. In this example, a spacer is provided between the matrix substrate and the counter substrate to create a space of 4 占 퐉 thickness between the pixel electrode 10 and the counter electrode 14.
그 다음, 네가티브 유전 이방성의 액정 재료가 주입구를 통해 두 기판 사이의 공간에 주입되고, 주입구는 밀봉된다. 한 쌍의 편광판(도시되지 않음)이 매트릭스 기판 및 대향 기판의 외부 표면 상에 라미네이트되면, 본 예의 액정 표시 장치가 완성된다.Then, the liquid crystal material of negative dielectric anisotropy is injected into the space between the two substrates through the injection hole, and the injection hole is sealed. When a pair of polarizing plates (not shown) are laminated on the outer surface of the matrix substrate and the opposing substrate, the liquid crystal display device of the present example is completed.
한 쌍의 편광판의 흡수축이 서로 직교하고 게이트 라인(1)과 45°의 각을 이루는 경우 -즉, 스크린과 45°의 각을 이루는 경우- , 정상 흑색 표시(normally black display)를 얻을 수 있다. 정상 흑색 표시에서, 액정 분자의 수직 배향 동안, 즉 전압이 인가되지 않을 때, 광은 차단된다. 따라서, 전압이 인가되지 않을 때는 복굴절 없이 흑색 표시를 얻을 수 있다. 그러므로, 스크린의 법선 방향의 콘트라스트가 개선된다. 또한, 액정층은 트위스티드 구조를 채용하지 않기 때문에, 응답 속도도 향상될 수 있다.When the absorption axes of the pair of polarizing plates are orthogonal to each other and form an angle of 45 ° with the gate line 1, that is, when the angle is formed with an angle of 45 ° with the screen, a normally black display can be obtained. . In normal black display, light is blocked during the vertical alignment of the liquid crystal molecules, i.e. when no voltage is applied. Therefore, a black display can be obtained without birefringence when no voltage is applied. Therefore, the contrast in the normal direction of the screen is improved. In addition, since the liquid crystal layer does not employ a twisted structure, the response speed can also be improved.
제1 실시예의 액정 표시 장치에 전압이 인가되지 않을 때, 액정 분자의 틸트 방향에 대해 도 4를 참조하여 설명한다. 도 4는 도 1의 B-B` 라인을 따라 절취한 액정 표시 장치의 부분적인 단면도이다.When no voltage is applied to the liquid crystal display of the first embodiment, the tilt direction of the liquid crystal molecules will be described with reference to FIG. 4. 4 is a partial cross-sectional view of the liquid crystal display taken along the line BB ′ of FIG. 1.
액정 표시 장치는 각 픽셀 전극(10)의 중앙에 5㎛ 폭의 개구 영역(15) 및 대향 전극(14) 상에 5㎛ 폭의 개구 영역(16)을 가진다. 개구 영역(15 및 16)의 폭은 픽셀 전극(10) 및 대향 전극(14) 사이의 간격보다 크게 설정될 수 있다. (즉, 액정층의 두께보다 실질적으로 크게 설정될 수 있다.) 그러므로, 각각의 픽셀 전극(10)과 대향 전극(14) 사이에 전압이 인가되면, 개구 영역(15 및 16)의 단부 부근의 영역(a 및 b) 내의 전계에 변형이 발생한다.The liquid crystal display has a 5 μm wide opening region 15 in the center of each pixel electrode 10 and a 5 μm wide opening region 16 on the counter electrode 14. The width of the opening regions 15 and 16 may be set larger than the distance between the pixel electrode 10 and the counter electrode 14. (I.e., it can be set substantially larger than the thickness of the liquid crystal layer.) Therefore, if a voltage is applied between each pixel electrode 10 and the counter electrode 14, the edges of the opening regions 15 and 16 are close to each other. Strain occurs in the electric field in the regions a and b.
전술한 바와 같이, 사용된 액정 재료는 네가티브 유전 이방성이다. 전압이 인가되지 않을 때는 일반적으로 기판에 수직하게 정상 배향되는 액정 분자에 전압이 인가되면, 영역 M의 단부에 있는 영역 a에 경사 전계가 발생한다. 따라서, 토오크는 액정 분자를 반시계 방향(즉, 도 4의 화살표 E로 표시된 방향)으로 경사(tilt)지게 하여 전계의 방향에 수직이 되게 한다.As mentioned above, the liquid crystal material used is negative dielectric anisotropy. When no voltage is applied, when a voltage is applied to the liquid crystal molecules normally oriented perpendicular to the substrate, a gradient electric field is generated in the region a at the end of the region M. Thus, the torque tilts the liquid crystal molecules in the counterclockwise direction (i.e., the direction indicated by arrow E in FIG. 4) so that the torque is perpendicular to the direction of the electric field.
반대로, 영역 M 중 영역 a 이외의 부분에서는, 일반적으로 전계가 기판에 수직한다. 따라서, 초기에 일반적으로 기판에 수직하게 배향되어 있던 액정 분자에작용하는 토오크의 틸트 방향은 국부 경사 전계에 의해 영향을 받지 않는다. 그러나, 화살표 E의 방향으로 경사진 액정 분자에 의해 생성되는 액정 분자들 간의 탄성력의 영향에 의해 수직 전계만을 가지는 영역 내에 있는 액정 분자도 화살표 E의 방향으로 기울고, 이러한 영역의 토오크는 수직 전계의 세기에 의존한다.On the contrary, in an area other than the area a in the area M, the electric field is generally perpendicular to the substrate. Thus, the tilt direction of the torque acting on the liquid crystal molecules, which was initially oriented generally perpendicular to the substrate, is not affected by the local gradient electric field. However, due to the influence of the elastic force between the liquid crystal molecules generated by the liquid crystal molecules inclined in the direction of the arrow E, the liquid crystal molecules in the region having only the vertical electric field also incline in the direction of the arrow E, and the torque of this region is the intensity of the vertical electric field. Depends on
영역 N에서, 토오크는 유사한 원리에 따라 액정 분자를 시계 방향(즉, 화살표 F의 방향)으로 경사지게 하는 작용을 한다.In region N, the torque acts to incline the liquid crystal molecules clockwise (ie, the direction of arrow F) according to a similar principle.
결과적으로, 액정 분자의 배향 방향은 픽셀 영역 전체에서 제어될 수 있고, 화살표 E 및 F의 방향으로 분할된다. 다시 말해, 도 1에 도시된 매트릭스 기판의 평면도를 참조하면, 각 픽셀 영역의 상반에 있는 액정 분자는 각 픽셀 영역의 하반에 있는 액정 분자와 반대 방향으로 배향된다. 그러므로, 스크린에 관하여 대칭적인 시야각 특성이 얻어진다.As a result, the alignment direction of the liquid crystal molecules can be controlled throughout the pixel region, and is divided in the directions of arrows E and F. FIG. In other words, referring to the top view of the matrix substrate shown in FIG. 1, the liquid crystal molecules in the upper half of each pixel region are oriented in the opposite direction to the liquid crystal molecules in the lower half of each pixel region. Therefore, a symmetrical viewing angle characteristic with respect to the screen is obtained.
본 발명은 일본 특허 공개 공보 No. 9-160041, 9-160042 및 9-160061에 개시된 경사 전계 내의 액정 분자의 광학 변조를 사용하지 않는다. 전극들의 개구 영역은 개구 영역의 에지 부근에 경사 전계를 형성한다. 에지 부근의 영역 이외의 영역에서, 픽셀 전극 및 대향 전극은 서로 대향하여 기판면에 수직인 전계를 형성한다. 그러므로, 각 픽셀 영역의 총 면적에 대한 개구 영역의 면적 비율을 너무 크게 하거나, 또는 각 픽셀 영역과 대향 전극들의 총 면적에 대한 중첩부의 면적 비율을 너무 작게 하는 것은 바람직하지 않다.The present invention is Japanese Patent Laid-Open No. It does not use optical modulation of liquid crystal molecules in the gradient electric fields disclosed in 9-160041, 9-160042, and 9-160061. The opening region of the electrodes forms a gradient electric field near the edge of the opening region. In regions other than the region near the edges, the pixel electrode and the counter electrode face each other to form an electric field perpendicular to the substrate surface. Therefore, it is not desirable to make the area ratio of the opening area to the total area of each pixel area too large, or to make the area ratio of the overlapping portion too small for the total area of each pixel area and the counter electrodes.
제1 실시예에서, 픽셀 전극 및 대향 전극의 개구 영역은 게이트 라인을 따르는 방향으로 형성된다. 개구 영역은 소스 라인을 따르는 방향으로 형성될 수도 있다. 또한, 개구 영역은 픽셀 전극의 개구 영역과 대향 전극의 개구 영역이 기판면에 교대로 배치되는 한, 다른 방향으로도 형성될 수 있다.In the first embodiment, the opening regions of the pixel electrode and the counter electrode are formed in the direction along the gate line. The opening region may be formed in the direction along the source line. Further, the opening region may be formed in another direction as long as the opening region of the pixel electrode and the opening region of the opposite electrode are alternately arranged on the substrate surface.
(제2 실시예)(2nd Example)
제2 실시예의 액정 표시 장치는 도 5에 도시된 바와 같이 매트릭스 기판 상에 제공된 개구 영역(20)을 가지는 픽셀 전극(18)과 도 6에 도시된 대향 기판 상에 제공된 개구 영역(21)을 가지는 대향 전극(19)을 제외하면, 제1 실시예의 액정 표시 장치와 유사하게 생성된다. 개구 영역(20 및 21)은 5㎛의 폭을 가지고, 픽셀 전극(18)의 개구 영역(20)과 대향 전극(19)의 개구 영역(21)의 중첩 부분은 20㎛의 폭을 가진다. 개구 영역(20)은 서로 직교하는 두 개의 방향으로 각각 연장하는 개구부 -즉, 게이트 라인(1)을 따르는 부분 및 소스 라인(7)을 따르는 부분-를 가져서 장방형을 형성한다. 유사하게, 개구부(21)는 서로 직교하는 두 개의 방향을 따라 각각 연장하는 개구부를 가진다. 픽셀 전극(18)의 개구 영역(20) 및 대향 전극(19)의 개구 영역(21)은 기판면을 따르는 방향으로 교대하여 배치된다 (즉, 중첩되지 않음).The liquid crystal display of the second embodiment has a pixel electrode 18 having an opening region 20 provided on a matrix substrate as shown in FIG. 5 and an opening region 21 provided on an opposing substrate shown in FIG. Except for the counter electrode 19, it is produced similarly to the liquid crystal display of the first embodiment. The opening regions 20 and 21 have a width of 5 μm, and the overlapping portion of the opening region 20 of the pixel electrode 18 and the opening region 21 of the counter electrode 19 has a width of 20 μm. The opening region 20 has an opening extending in two directions perpendicular to each other, that is, a portion along the gate line 1 and a portion along the source line 7 to form a rectangle. Similarly, the openings 21 have openings each extending in two directions perpendicular to each other. The opening regions 20 of the pixel electrodes 18 and the opening regions 21 of the counter electrodes 19 are alternately arranged (ie, not overlapped) in the direction along the substrate surface.
전압이 액정 표시 장치에 인가될 때 이동의 원리는 제1 실시예의 원리와 유사하다. 본 예의 액정 분자의 틸트 방향이 도 7을 참조하여 설명될 것이다. 도 7은 도 5의 C-C` 라인을 따라 절취한 매트릭스 기판의 단면도이다.The principle of movement when a voltage is applied to the liquid crystal display device is similar to that of the first embodiment. The tilt direction of the liquid crystal molecules of this example will be described with reference to FIG. 7. FIG. 7 is a cross-sectional view of the matrix substrate taken along the line CC ′ of FIG. 5.
본 액정 장치에서, 개구 영역(20 및 21)의 폭은 픽셀 전극(18) 및 대향 전극(19) 사이의 간격보다 크게 설정된다. 그러므로, 각각의 픽셀 전극(18)과 대향 전극(19) 사이에 전압이 인가될 때, 개구 영역의 에지 부근 영역의 전계(22)에변형이 발생한다. 전술한 바와 같이, 사용된 액정 재료는 네가티브 유전 이방성이다. 전압이 인가되지 않을 때는 정상 수직 배향되어 있던 액정 분자에 전압이 인가되면, 액정 분자는 영역 M의 단부에 있는 영역에서는 시계 방향으로 경사지고, 도 7의 N의 단부에 있는 영역에서는 반시계 방향으로 경사진다. 따라서, 액정 분자들이 서로 반대 방향으로 경사진 영역은 픽셀 전극(18)의 개구 영역(20)과 대향 전극(19)의 개구 영역(21)의 양측에서 얻어질 수 있다. 또한, 제2 실시예에서, 전극들의 개구 영역(20 및 21)은 서로 직교하는 두 개의 방향을 따라 제공된다. 그러므로, 액정 분자의 배향 방향은 상이한 틸트 방향을 가지는 네 개의 영역으로 분할된다. 따라서, 스크린에 관하여 대칭적인 시야각 특성이 얻어진다.In the present liquid crystal device, the widths of the opening regions 20 and 21 are set larger than the distance between the pixel electrode 18 and the counter electrode 19. Therefore, when a voltage is applied between each pixel electrode 18 and the counter electrode 19, deformation occurs in the electric field 22 in the region near the edge of the opening region. As mentioned above, the liquid crystal material used is negative dielectric anisotropy. When voltage is applied to the liquid crystal molecules that were normally vertically oriented when no voltage is applied, the liquid crystal molecules are inclined clockwise in the region at the end of the region M, and counterclockwise in the region at the end of N in FIG. Incline Therefore, the region in which the liquid crystal molecules are inclined in opposite directions can be obtained at both sides of the opening region 20 of the pixel electrode 18 and the opening region 21 of the counter electrode 19. Also, in the second embodiment, the opening regions 20 and 21 of the electrodes are provided along two directions perpendicular to each other. Therefore, the alignment direction of the liquid crystal molecules is divided into four regions having different tilt directions. Thus, a symmetrical viewing angle characteristic with respect to the screen is obtained.
제2 실시예에서, 비록 픽셀 전극과 대향 전극의 개구 영역이 서로 직교하는 두 개의 방향을 따라 형성되지만, 개구 영역은 다른 각도로 교차하는 두 개의 방향을 따라 형성될 수 있고, 또한 3개 이상의 방향으로 형성될 수도 있다.In the second embodiment, although the opening regions of the pixel electrode and the opposite electrode are formed along two directions perpendicular to each other, the opening regions can be formed along two directions crossing at different angles, and also three or more directions. It may be formed as.
제1 실시예 및 제2 실시예에서는 본 발명이 수직 배향 모드의 액정 표시 장치에 적용되었지만, 제3 실시예에서는 본 발명이 수평 배향 모드의 액정 표시 장치에 적용된 경우가 설명될 것이다.Although the present invention is applied to the liquid crystal display device in the vertical alignment mode in the first and second embodiments, the case where the present invention is applied to the liquid crystal display device in the horizontal alignment mode in the third embodiment will be described.
(제3 실시예)(Third Embodiment)
제3 실시예에서, 배향막이 프린팅에 의해 매트릭스 기판 및 대향 기판 상에 형성되고, 두 기판은 라미네이트된다. 매트릭스 기판 및 대향 기판은 제1 실시예와 유사하게 제조된다. 본 예에서, 매트릭스 기판과 대향 기판 사이에 스페이서가 제공되어, 픽셀 전극과 대향 기판 사이에 4㎛ 두께의 공간을 형성한다. 매트릭스기판에 대한 러빙 처리가 픽셀 전극의 개구 영역에 수직한 방향으로 1회 수행되고, 대향 기판에 대해서도 대향 전극의 개구 영역에 수직한 방향으로 1회 수행된다.In the third embodiment, the alignment film is formed on the matrix substrate and the opposing substrate by printing, and the two substrates are laminated. The matrix substrate and the opposing substrate are manufactured similarly to the first embodiment. In this example, a spacer is provided between the matrix substrate and the opposing substrate to form a 4 μm thick space between the pixel electrode and the opposing substrate. The rubbing process for the matrix substrate is performed once in the direction perpendicular to the opening region of the pixel electrode, and once for the opposing substrate in the direction perpendicular to the opening region of the opposing electrode.
포지티브 유전 이방성의 액정이 주입구를 통해 두 기판 사이의 공간에 주입되고, 주입구는 밀봉된다. 매트릭스 기판과 대향 기판의 외부 표면 상에 편광판(도시되지 않음)이 라미네이트되면, 본 예의 액정 표시 장치가 완성된다.Positive dielectric anisotropic liquid crystal is injected into the space between the two substrates through the injection hole, and the injection hole is sealed. When a polarizing plate (not shown) is laminated on the outer surface of the matrix substrate and the opposing substrate, the liquid crystal display device of the present example is completed.
한 쌍의 편광판의 흡수축이 서로 평행하고 게이트 라인과 45°의 각을 이루도록 -즉, 스크린과 45°의 각을 이루도록- 배치된 경우, 정상 흑색 표시를 얻을 수 있다. 정상 흑색 표시에서, 액정 분자의 수평 배향 동안, 즉 전압이 인가되지 않을 때는 액정층 내의 복굴절에 의해 광이 차단된다. 따라서, 전압이 인가되지 않는 동안의 균일한 액정 분자 상태로 흑색 표시가 제공될 수 있다. 그러므로, 스크린의 법선 방향의 콘트라스트가 향상된다. 또한, 액정층은 트위스티드 구조를 채용하지 않기 때문에, 응답 속도 또한 개선된다.When the absorption axes of the pair of polarizers are arranged parallel to each other and at an angle of 45 ° with the gate line-that is, at an angle of 45 ° with the screen-a normal black display can be obtained. In normal black display, light is blocked by birefringence in the liquid crystal layer during the horizontal alignment of the liquid crystal molecules, i.e. when no voltage is applied. Thus, a black display can be provided in a uniform liquid crystal molecular state while no voltage is applied. Therefore, the contrast in the normal direction of the screen is improved. In addition, since the liquid crystal layer does not employ a twisted structure, the response speed is also improved.
액정 표시 장치에 전압이 인가되지 않을 때 액정 분자의 틸트 방향이 도 8을 참조로 설명될 것이다. 도 8은 제3 실시예의 액정 표시 장치의 단면도이다.The tilt direction of the liquid crystal molecules when no voltage is applied to the liquid crystal display will be described with reference to FIG. 8. 8 is a cross-sectional view of the liquid crystal display of the third embodiment.
액정 표시 장치는 픽셀 전극(210)의 중앙에 5㎛ 폭의 개구 영역(215)을 가지고, 대향 전극(214) 내에 5㎛ 폭의 개구 영역(216)을 가진다. 개구 영역(215 및 216)의 폭은 픽셀 전극(210)과 대향 전극(214) 간의 간격보다 크게 설정된다. 그러므로, 각각의 픽셀 전극(210)과 대향 전극(214) 간에 전압이 인가될 때, 개구 영역의 에지 부근의 영역 a 및 b 내의 전계(217)에 변형이 발생한다.The liquid crystal display has a 5 μm wide opening region 215 at the center of the pixel electrode 210, and a 5 μm wide opening region 216 in the counter electrode 214. The width of the opening regions 215 and 216 is set larger than the distance between the pixel electrode 210 and the counter electrode 214. Therefore, when a voltage is applied between each pixel electrode 210 and the counter electrode 214, deformation occurs in the electric field 217 in the regions a and b near the edge of the opening region.
전술한 바와 같이, 사용된 액정 재료는 포지티브 유전 이방성이다. 전압이인가되지 않을 때는 기판에 수평하게 배향되어 있던 액정 분자에 전압이 인가되면, 영역 M의 단부에 있는 영역 a에 경사 전계가 생성된다. 따라서, 토오크는 액정 분자가 시계 방향 (즉, 도 8의 화살표 F 방향)으로 경사지게 하여 전계와 수직이 되도록 하는 작용을 한다.As mentioned above, the liquid crystal material used is positive dielectric anisotropy. When no voltage is applied, when a voltage is applied to the liquid crystal molecules oriented horizontally on the substrate, a gradient electric field is generated in the region a at the end of the region M. Therefore, the torque acts to incline the liquid crystal molecules clockwise (that is, the direction of the arrow F in FIG. 8) to be perpendicular to the electric field.
반대로 영역 a와 다른 영역 M에서, 일반적으로 전계는 기판에 수직하다. 따라서, 초기에는 일반적으로 기판에 수평하게 배향되어 있던 액정 분자에 작용하는 토오크의 틸트 방향은 국부 경사 전계에 의해 영향을 받지 않는다. 그러나, 화살표 F의 방향으로 경사진 액정 분자(218)에 의해 발생하는 액정 분자들 간의 탄성력의 영향에 의해, 수직 전계만을 가지는 영역 내의 액정 분자(218)도 화살표 F 방향으로 경사지며, 이 영역 내의 토오크는 수직 전계의 세기에 의존한다.In contrast, in the region M different from the region a, the electric field is generally perpendicular to the substrate. Thus, the tilt direction of the torque acting on the liquid crystal molecules generally oriented generally horizontally on the substrate is not affected by the local gradient electric field. However, due to the influence of the elastic force between the liquid crystal molecules generated by the liquid crystal molecules 218 inclined in the direction of the arrow F, the liquid crystal molecules 218 in the region having only a vertical electric field also incline in the direction of the arrow F, The torque depends on the strength of the vertical electric field.
영역 N에서, 토오크는 유사한 원리에 따라 액정 분자를 반시계 방향 (즉, 화살표 E로 표시되는 방향)으로 경사지게 한다.In region N, the torque tilts the liquid crystal molecules counterclockwise (ie, the direction indicated by arrow E) according to a similar principle.
결과적으로, 액정 분자의 배향 방향은 전체 픽셀 영역에서 제어될 수 있고, 화살표 E 및 F의 방향으로 분할될 수 있다. 다시 말해, 각 픽셀 영역의 상반에 있는 액정 분자들은 각 픽셀 영역의 하반에 있는 액정 분자와 반대 방향으로 배향된다. 그러므로, 스크린에 관하여 시야각 특성을 얻을 수 있다.As a result, the orientation direction of the liquid crystal molecules can be controlled in the entire pixel region and divided in the directions of arrows E and F. In other words, the liquid crystal molecules in the upper half of each pixel region are oriented in the opposite direction to the liquid crystal molecules in the lower half of each pixel region. Therefore, the viewing angle characteristic with respect to the screen can be obtained.
제3 실시예에서, 픽셀 전극의 개구 영역 및 대향 전극의 개구 영역은 게이트 라인을 따르는 방향으로 형성된다. 개구 영역은 소스 라인을 따르는 방향으로 형성될 수도 있다. 대안적으로, 픽셀 전극의 개구 영역과 대향 전극의 픽셀 영역이 서로 교대로 배치하는 한, 개구 영역은 다른 방향으로도 형성될 수 있다. 또한,픽셀 전극의 개구 영역과 대향 전극의 개구 영역은 제2 실시예에서와 같이 서로 직교하는 두 개의 방향을 따라 형성될 수 있다. 이러한 경우에서, 개구 영역의 방향에 대해 45°의 각도로 러빙 처리가 수행된다.In the third embodiment, the opening area of the pixel electrode and the opening area of the opposite electrode are formed in the direction along the gate line. The opening region may be formed in the direction along the source line. Alternatively, as long as the opening area of the pixel electrode and the pixel area of the opposing electrode are alternately arranged with each other, the opening area may also be formed in other directions. Further, the opening area of the pixel electrode and the opening area of the opposite electrode can be formed along two directions perpendicular to each other as in the second embodiment. In this case, the rubbing treatment is performed at an angle of 45 ° with respect to the direction of the opening area.
전술한 바와 같이, 경사 전계를 형성하는 영역은 픽셀 전극 및 대향 전극의 개구 영역의 에지 부근의 영역에서만 형성된다. 따라서, 픽셀 전극과 대향 전극 간의 영역에서 전계는 수직하다. 그러나, 액정 분자의 틸트 방향은 개구 영역의 에지 부근 내의 액정 분자의 틸트 방향에 의해 제어된다. 그러므로, 배향 방향은 픽셀 영역의 표면 전체에서 제어될 수 있다.As described above, the region forming the gradient electric field is formed only in the region near the edge of the opening region of the pixel electrode and the counter electrode. Thus, the electric field is perpendicular in the region between the pixel electrode and the counter electrode. However, the tilt direction of the liquid crystal molecules is controlled by the tilt direction of the liquid crystal molecules in the vicinity of the edge of the opening region. Therefore, the orientation direction can be controlled throughout the surface of the pixel area.
이는 전압이 인가되지 않을 때는 정상 수직 배향되는 네가티브 유전 이방성의 액정 분자 또는 전압이 인가되지 않을 때는 수평 배향되는 포지티브 유전 이방성의 액정 분자에 수직하게 전계가 인가되는 경우, 개구 영역의 에지 부근의 영역 이외의 영역에 있는 액정 분자의 틸트 방향이 개구 영역의 에지 부근의 영역 내에 있는 액정 분자들로부터의 탄성력의 영향에 의해 용이하게 제어될 수 있다는 매우 특이한 현상을 이용하여 성취된다.This applies to liquid crystal molecules that are normally vertically oriented negative dielectric anisotropy when no voltage is applied, or to areas other than the edges of the opening region when an electric field is applied perpendicularly to the liquid crystal molecules that are horizontally oriented positive dielectric anisotropy when no voltage is applied. It is achieved using a very unusual phenomenon that the tilt direction of the liquid crystal molecules in the region of can be easily controlled by the influence of the elastic force from the liquid crystal molecules in the region near the edge of the opening region.
따라서, 넓은 시야각 특성을 얻을 수 있고, 기판에 수직한 균일 전계도 제공될 수 있다. 그러므로, 픽셀 내에서 발생하는 비균일함이 방지될 수 있고, 현저히 우수한 광학적 특성도 얻을 수 있다.Thus, a wide viewing angle characteristic can be obtained, and a uniform electric field perpendicular to the substrate can also be provided. Therefore, nonuniformity occurring in the pixel can be prevented, and remarkably excellent optical characteristics can also be obtained.
전계가 변형된 전극의 개구 영역의 에지에 있는 영역에서, 액정의 배향 상태는 다른 영역의 배향 상태와 다르다. 그러나, 전압이 인가되지 않을 때 흑색 표시를 생성하는 정상 흑색 모드의 액정 표시 장치의 경우, 흑색 표시 시에는 전압이 인가되지 않기 때문에, 전계의 변형은 아무런 영향을 미치지 않으며, 미세한 흑색 표시가 획득될 수 있다. 또한, 이 영역 상에 차광막을 형성함으로써 표시 성능에 대한 어떠한 영향도 방지될 수 있다.In the region at the edge of the opening region of the electrode where the electric field is deformed, the alignment state of the liquid crystal is different from that of other regions. However, in the case of the liquid crystal display device of the normal black mode which produces a black display when no voltage is applied, since no voltage is applied during the black display, the deformation of the electric field has no effect, and a fine black display is obtained. Can be. Also, by forming the light shielding film on this area, any influence on the display performance can be prevented.
그러나, 본 발명의 전술한 예에만 국한되지 않는다. 개구 영역의 에지 부근 영역에 경사 전계를 형성하고 개구 영역의 에지 부근 영역 이외의 두 전극 간에 수직 전계를 형성함으로써 액정 분자의 틸트 방향을 복수의 영역으로 분할할 수 있는 한, 픽셀 전극 및 대향 전극의 어떠한 형태의 조합도 사용될 수 있다. 픽셀 전극의 개구 영역 및 대향 전극의 개구 영역은 곡선 형태로 형성될 수 있다.However, it is not limited only to the above-mentioned example of this invention. As long as the tilt direction of the liquid crystal molecules can be divided into a plurality of regions by forming a gradient electric field in the region near the edge of the opening region and forming a vertical electric field between two electrodes other than the region near the edge of the opening region, the pixel electrode and the counter electrode Any form of combination can be used. The opening area of the pixel electrode and the opening area of the opposite electrode may be formed in a curved shape.
전술한 예에서는, 전압이 인가되지 않을 때 흑색 표시를 생성하는 정상 흑색 모드의 액정 표시 장치가 설명되었지만, 본 발명은 전압이 인가되지 않을 때 백색 표시를 생성하는 정상 백색 모드에도 적용될 수 있다.In the above example, the liquid crystal display device of the normal black mode which produces a black display when no voltage is applied has been described, but the present invention can also be applied to the normal white mode which produces a white display when no voltage is applied.
또한, 전술한 예에서는 스위칭 소자로서 박막 트랜지스터를 사용하는 액정 표시 장치가 사용되었지만, 복수의 픽셀들이 매트릭스 형태로 형성되는 경우, 본 발명은 MIM과 같은 2 단자 소자를 사용하는 액정 표시 장치 또는 단순 매트릭스형 액정 표시 장치에도 적용될 수 있다.In addition, in the above-described example, although a liquid crystal display device using a thin film transistor is used as the switching element, when a plurality of pixels are formed in a matrix form, the present invention provides a liquid crystal display device or a simple matrix using a two-terminal element such as a MIM. It can also be applied to a type liquid crystal display device.
상세히 전술한 바와 같이, 본 발명에 따라, 각 픽셀 영역의 액정 분자의 틸트 방향은 픽셀 전극 및 대향 전극을 패터닝할 때 개구 영역을 형성함으로써 배향 분할을 수행하도록 제어될 수 있다. 그러므로, 배향막 표면 상에 레지스트 잔여물의 고착, 레지스트를 제거하기 위한 제거 용액 및 현상액의 침투로 인한 배향막 표면에의 외부 물질 고착, 표면 열화 및 이온 불순물로 인한 액정 셀의 신뢰도 감소 등의 종래의 기술에서 발생했던 문제들은 발생하지 않는다. 또한, 러빙 처리 등의 배향 단계가 불필요하기 때문에, 이 단계에 관계되는 모든 단점들이 방지될 수 있다.As described in detail above, according to the present invention, the tilt direction of the liquid crystal molecules in each pixel region can be controlled to perform orientation division by forming an opening region when patterning the pixel electrode and the counter electrode. Therefore, in the conventional techniques such as sticking of resist residues on the alignment film surface, foreign material sticking to the alignment film surface due to penetration of the removal solution and developer for removing the resist, surface degradation and decreasing the reliability of the liquid crystal cell due to ionic impurities Problems that occurred do not occur. In addition, since an alignment step such as a rubbing treatment is unnecessary, all disadvantages related to this step can be avoided.
결과적으로, 액정 분자의 틸트 방향에 의존하는 시야각 특성은 서로 반대되는 틸트 방향을 가지는 영역 내에서는 상쇄되어, 대칭의 넓은 시야각 특성, 고콘트라스트, 고속 응답 및 표시 불균일이나 흐릿함으로 인한 표시 품질의 감소 등이 현저하게 우수한 표시 성능을 성취한다.As a result, the viewing angle characteristics depending on the tilt direction of the liquid crystal molecules are canceled in the regions having the opposite tilt directions, thereby reducing the display quality due to wide viewing angle characteristics of symmetry, high contrast, high-speed response, and display unevenness or blur. This achieves remarkably excellent display performance.
본 발명의 범위 및 취지를 벗어나지 않는 다양한 변경들이 본 기술 분야의 숙련된 기술자들에게는 명백하고, 쉽게 제조될 수 있을 것이다. 따라서, 여기에 첨부된 청구항들의 범위는 개시된 것에만 국한되도록 의도된 것이 아니라, 광범위하게 해석되도록 의도된 것이다.Various modifications without departing from the scope and spirit of the invention will be apparent to those skilled in the art and may be readily made. Accordingly, the scope of the claims appended hereto is not intended to be limited to the disclosure but rather to be construed broadly.
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