KR100679520B1 - 액정표시장치 및 그 제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 수직 배열되는 강유전성 액정을 포함한 액정표시장치에 관한 것으로, 상부기판의 공통전극에 대해 하부기판의 화소전극을 비균일한 분포로 형성하여 수직방향의 전기장 외에도 수평방향의 전기장을 생성하고 이를 이용하여, 상기 수직배열되는 강유전성 액정의 광축을 제어함으로써, 상기 화소전극의 형태를 변화하는 것만으로 멀티도메인을 손쉽게 만들어 광시야각 특성과 함께 공정단순화 효과가 있다.

Description

액정표시장치 및 그 제조방법{Liquid crystal display device and the method thereof}
도 1은 전압이 인가되지 않았을 때, 강유전성 액정을 포함하고 IPS동작모드를 채용한 종래의 액정표시장치의 분해 사시도이고,
도 2는 전압이 인가되었을 때, 강유전성 액정을 포함하고 IPS동작모드를 채용한 종래의 액정표시장치의 분해 사시도이고,
도 3은 전압이 인가되지 않았을 때, 강유전성 액정을 포함하는 본 발명에 따른 액정표시장치의 분해 사시도이고,
도 4a 내지 도 4b 본 발명에 따른 화소전극의 변형된 예를 나타내는 분해 사시도이다.
도 5는 전압이 인가되었을 때, 강유전성 액정을 포함하는 본 발명에 따른 액정표시장치의 개략적인 단면도이고,
도 6은 전압이 인가되었을 때, 본 발명에 따른 액정표시장치의 개략적인 평면도이고,
도 7은 상·하편광판의 투과축 방향과 각 도메인에 포함되는 액정분자의 광축방향을 도시한 도면이다.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
101 : 상부기판 103 : 화소전극
105 : 하부기판 107 : 액정
109 : 공통전극
본 발명은 액정표시장치에 관한 것으로, 상세히 설명하면 강유전성 액정(ferroelectric liquid crystal : FLC)을 포함하는 액정표시장치에 관한 것이다.
일반적으로 액정표시장치는 저소비전력, 경량 등의 특징을 가지며 워드프로 세서(word processor), 퍼스널컴퓨터(personal computer), 차량항법시스템(navigator system) 등의 표시장치로서 널리 사용되고 있다.
이러한 액정표시장치는 투명전극이 형성된 상부기판과, 스위칭소자와 화소 등이 형성된 하부기판과, 상기 상부기판과 하부기판 사이에 충진되는 액정으로 구성된다. 상기 액정은 대단히 많은 종류가 있으며, 그 중 액정표시장치를 제작하는데 사용되고 있는 종류는 트위스티드 네마틱액정(twisted nematic liquid crystal : TN), 슈퍼 트위스티드 네막틱액정(super twisted nematic liquid crystal : STN), 강유전성액정(ferroelectric liquid crystal : FLC) 및 콜레스테릭 액정(cholesteric liquid crystal) 등의 다수이다.
그러나, 상기 STN액정을 사용한 액정표시장치는 응답속도면에서 불충분하고, 또 시야각이 매우 좁다. 현재에는 이러한 문제를 해결하기 위해서 위상차필름(retardation film) 등을 이용하여 시야각 확대를 위한 개량이 겸토되고 있지만, 아직 충분한 시야각을 얻는데 이르고 있지 못하다. 또한, 상기 TN액정을 사용한 액정표시장치는 응답속도에 관해서는 거의 만족할 수 있는 것이지만 SVGA나 XGA 이상의 같은 대형의 액정표시장치를 제작하는 데는 응답속도 면에서 아직 불충분하다.
이러한 액정표시장치의 문제점을 해결하기 위해, 최근 강유전성 액정(ferroelectric liquid crystal : FLC), 반강유전성 액정(anti-ferroelectric liquid crystal : AFLC), 비틀린 헬리컬 반강유전성 액정(deformed helical anti-ferroelectric liquid crystal : DHF)등이 주목받고 있다.
이러한 강유전성 액정은 카이랄 스메틱(Chiral smetic)C 액정이라 불리기도 하는데, 액정분자들의 반응속도가 1msec이하로 매우 빠르다. 일반적으로 카이랄 스메틱 C 액정(smetic C*) 각각의 층은 그 층에 대해서 어떤 각도를 가지고 정렬하려는 분자들로 이루어진다. 이러한 스멕틱 C액정에 전계를 인가하여 쌍극자 모멘트를 한 방향으로 정렬하면 분자의 배향도 균일하게 되고 전계 제거 후에도 그대로 유지된다.
또한 반대방향으로 전계를 인가하면 타 방향으로 배향된 상태로 고속으로 반 전시킬 수 있다. 이것은 강유전성 액정의 분자배향이 전계의 극성에 따라 다르다는 것을 의미하며, 빠른 응답특성을 보인다.
이와 같은 전계에 대한 액정의 배열특성에 따라 약간의 다른 방향성을 가지고 일률적으로 배열되는 강유전성 액정의 다수 집합체인 멀티도메인을 형성할 경우에는 광시야각을 얻을 수 있다
따라서, 종래에는 광시야각 동작모드인 IPS(in plane switching mode)를 사용하여 광시야각을 갖는 강유전성 액정표시장치를 제작하고자 하였다.
상기 IPS모드는 박막트랜지스터 배열기판 상에 (+)전압이 인가되는 화소전극과 (-)전압이 인가되는 공통전극이 동일 평면 상에 형성되는 형태이며, 액정은 동일 기판 상에 화소전극과 공통전극의 수평 전계에 의해 작동한다.
따라서, 동일한 방향으로 배열하는 액정분자의 집합체인 액정분자 도메인이 상기 화소전극과 공통전극 사이의 전계의 방향에 따라 다수개 형성되는 멀티 도메인(muiti domain)을 형성함으로써 광시야각이 가능하다.
상술한 IPS모드의 동작특성을 이하 도 1 과 도 2를 각각 참조하여 설명하도록 한다.
도 1은 전압이 인가되지 않은 상태일 때, 강유전성 액정을 포함하고 IPS모드로 동작하는 액정표시장치를 도시한 분해 사시도이다.
도시한 바와 같이, IPS모드로 동작하는 액정표시장치(11)는 상부기판(13)과 이와는 소정간격 이격된 하부기판(15)과, 상기 상부기판(13)과 하부기판(15)의 사이에 충진된 강유전성 액정(17)으로 구성된다.
상기 상부기판(13)에는 일반적인 액정표시장치의 상부기판과는 달리 공통전극이 형성되어 있지 않다. 반면에 상기 하부기판(15)에는 서로 다른 극성을 갖는 공통전극(19)과 화소전극(21)이 형성된다.
도시한 바와 같이, 상기 공통전극(19)과 화소전극(21)은 어느 정도의 거리를 두고 패터닝되며 강유전성 액정(17)이 위치한 곳을 중심으로 일정한 간격으로 이격되어 형성된다.
이때, 상기 상부기판과 하부기판의 사이에는 강유전성 액정은 전압이 인가되지 않은 오프상태(off state)이므로 강유전성 액정분자는 광축방향이 나선형으로 회전된 상태로 배열하게 된다.
도 2는 전압이 인가된 상태일 때, 강유전성 액정을 포함하고 IPS모드로 동작하는 종래의 액정표시장치를 도시한 분해 사시도이다.
도시한 바와 같이, 상기 하부기판(15)의 공통전극(19)과 화소전극(21)에 전압이 인가되었을 경우, 상기 공통전극(19)과 화소전극(21)사이에는 수평장(23)이 형성되며, 이러한 수평장(23)에 의해 상기 강유전성 액정(17)은 빠른 응답특성을 가지고 일방향으로 배열된다.
도시한 바와 같이, 이때 강유전성 액정(17)은 전계의 방향에 따라 각각 다른 방향으로 배열되고 있다. 즉, A부분처럼 좌측에서 우측으로 인가되는 전계의 영향을 받는 액정의 배열상태와 B부분처럼 우측에서 좌측으로 인가되는 전계의 영향을 받는 액정의 배열상태는 다르다. 따라서, 전계의 방향에 대해 배열되는 액정집합의 단위를 도메인이라 한다면 액정분자의 집합체인 멀티도메인의 형성이 가능하고 이 에 따른 광시야각(wide viewing angle)이 가능하다.
그러나, 이러한 구조는 상기 하부기판의 각 전극을 패터닝하는 공정에서 문제가 발생할 수 있다. 즉, 상기 서로 이격된 공통전극과 화소전극을 패터닝하는 과정에서 공정불량에 의해 상기 서로 다른 극성을 갖는 두 전극이 단락(short)되는 문제가 발생할 수 있다.
이러한 문제는 대량생산을 어렵게 하여 제품의 수율(yield)을 현저하게 떨어뜨리는 문제점이 있다.
전술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위해, 본 발명은 액정분자의 멀티도메인을 유도함으로써 광시야각과 함께 고속응답특성을 갖는 액정표시장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
전술한 목적을 달성하기 위한, 본 발명에 따른 액정표시장치는 공통전극이 형성된 상부기판과; 상기 상부기판과 일정한 갭을 가지고 위치하고, 상기 공통전극과의 사이에 수직전계와 수평전계를 형성하도록 단일 화소상에 비균일한 분포로 구성되는 화소전극이 형성된 하부기판과; 상기 상부기판과 하부기판 사이에 충진되며, 수직배열을 하는 강유전성액정을 포함한다.
상기 화소전극과 상기 공통전극은 투명전극인 것을 특징으로 한다.
상기 화소전극과 상기 공통전극에 의해 배열되는 액정은 광투과축 방향이 동일한 액정으로 집합된 도메인이 다수개 있는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 특징에 따른 액정표시장치 제조방법은 제 1 기판과 제 2 기판을 구비하는 단계와; 상기 제 1 기판의 안쪽 면에 공통전극을 형성하는 단계와; 상기 제 2 기판 상에 어레이배선을 형성하고, 각 어레이배선의 교차에 의해 정의된 화소영역 상에 상기 공통전극과의 사이에 수평전계가 형성되도록 비균일한 분포로 구성된 화소전극을 형성하는 단계와; 상기 제 1 기판과 제 2 기판을 합착하는 단계와; 상기 제 1 기판과 제 2 기판 사이에 강유전성 액정을 충진하는 단계를 포함한다.
이하 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하도록 한다.
도 3은 전압이 인가되지 않은 상태의 본 발명에 따른 개략적인 액정표시장치를 보인 분해 사시도이다.
도시한 바와 같이, 본 발명에 따른 강유전성 액정표시장치의 전면에 걸쳐 투명한 공통전극(109)이 형성된 상부기판(101)과, 상기 상부기판(101)과 소정간격 이격되고, 단일 화소영역 상에 같은 핑거형태의 전극이 서로 연결된 구조인 화소전극(103)이 형성된 하부기판(105)과, 상기 상부기판(101)과 하부기판(105)의 사이에 나선형 구조를 하면서 각 분자의 평균 투과축방향이 상기 하부기판(105)과 상기 상부기판(101)에 대해 수직배열하는 강유전성 액정(107)이 충진되어 있다.
도 4a 내지 도 4b 본 발명에 따른 화소전극의 변형된 예를 나타내는 분해 사시도이다.
도시한 바와 같이, 본 발명에 따른 화소전극(103)의 형태는 다수의 도메인을 형성할 수 있는 여러 형태로의 변형이 가능하다.
상기와 같은 화소전극을 포함한 전술한 구성을 갖는 액정표시장치에 전압을 인가하면, 상기 액정은 인가된 전계에 대해 수직 배열하게 된다.
이와 같은 동작을 도 5를 참조하여 설명하도록 한다.
도 5는 전압이 인가되지 않은 상태의 본 발명에 따른 개략적인 액정표시장치의 단면을 도시한 단면도이다.
전술한 바와 같이, 상부기판(101)과 하부기판(105)에 전압을 인가하면, 도시한 바와 같이 상기 공통전극(109)에 대응된 위치에 형성된 화소전극(103)간에는 수직한 전기장 성분이 존재하게 되나, 수직 전기장 성분은 수직배향된 액정의 배열에는 영향을 미치지 못한다.
따라서, 화소전극(103)이 형성되지 않은 부분에 위치한 액정의 평균 투과축방향(114)은 수평전기장 성분의 영향을 받아 배열하게 된다.
따라서, 이 부분에 위치한 상기 강유전성 액정(107)은 상기 수평성분의 전기장에 의해 액정의 평균 투과축방향(114)이 상기 수평성분에 수직방향으로 배열된다.
이때 상기 전기장의 수평성분은 상기 하부 화소전극(103)과 상기 공통전극(109)과의 거리에 따라 균일하지 않으므로, 상기 개개의 화소전극(103)사이에는 투과율의 차이가 생기게 된다.
따라서, 종래의 IPS모드에서 보다 투과축의 방향이 조금씩 다른 멀티도메인(multi domain)의 액정분자층을 얻을 수 있다.
도 6은 전압을 인가하였을 경우, 본 발명에 따른 액정표시장치의 개략적인 평면을 도시한 평면도이다.
도시한 바와 같이, 동일성분의 전압이 인가되는 하부기판의 화소전극(103)사이에는 상기 공통전극(도 5의 109)과 화소전극(103)에 의해 인가된 전기장에 의해 각각의 투과축 방향이 동일한 액정분자들로만 형성된 다수의 도메인(multi domain)(113)(115)을 형성한다.
도 7은 도 6에 간략히 구성된 각 도메인(113)(115)에 포함되는 액정분자와,액정표시장치의 상부기판(도 3의 101)과 하부기판(도 3의 105)에 위치하고 각각 소정의 광투과축을 갖는 상부 편광판의 투과축방향(117)과 하부 편광판의 투과축방향(119)을 비교한 도면이다.
도시한 바와 같이, 편광판의 투과축 방향에 45o방향으로 액정의 광축이 놓여져 입사된 편광성분의 방향이 변한다.
이 때 두 성분의 액정은 기판에 수직인 방향으로 입사하는 빛에 대해서는 동일하고 경사 입사하는 빛에 대해서는 보상역할을 하여 광시야각이 가능하다.
또한, 더욱더 시야각을 개선하기 위해, 기판외측에 보상필름을 적용할 수 있다.
따라서, 전술한 바와 같은 본 발명에 따른 액정표시장치는 공통전극과 화소 전극에 의한 전기장이 비균일하게 분포하도록 하여, 이에 의해 배열되는 다수의 강유전성 액정의 집합체인 액정의 멀티도메인을 형성하여, 강유전성 액정을 사용함으로써 얻을 수 있는 고속응답특성과 함께 광시야각 특성을 얻을 수 있는 효과가 있다.

Claims (4)

  1. 공통전극이 형성된 상부기판과;
    상기 상부기판과 일정한 갭을 가지고 위치하고, 상기 공통전극과의 사이에 수직전계와 수평전계를 형성하도록 단일 화소상에 비균일한 분포로 구성되는 화소전극이 형성된 하부기판과;
    상기 상부기판과 하부기판 사이에 충진되며, 수직배열을 하는 강유전성액정
    을 포함하는 액정표시장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 화소전극과 상기 공통전극은 투명전극인 액정표시장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 화소전극과 상기 공통전극에 의해 배열되는 액정은 광투과축 방향이 동일한 액정으로 집합된 도메인이 다수개 있는 액정표시장치.
  4. 제 1 기판과 제 2 기판을 구비하는 단계와;
    상기 제 1 기판의 안쪽 면에 공통전극을 형성하는 단계와;
    상기 제 2 기판 상에 어레이배선을 형성하고, 각 어레이배선의 교차에 의해 정의된 화소영역 상에 상기 공통전극과의 사이에 수평전계가 형성되도록 비균일한 분포로 구성된 화소전극을 형성하는 단계와;
    상기 제 1 기판과 제 2 기판을 합착하는 단계와;
    상기 제 1 기판과 제 2 기판 사이에 강유전성 액정을 충진하는 단계
    를 포함하는 액정표시장치 제조방법.
KR1019990052214A 1999-11-23 1999-11-23 액정표시장치 및 그 제조방법 KR100679520B1 (ko)

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