KR19990080465A - 수직 배향 모드 액정 표시 장치 - Google Patents

수직 배향 모드 액정 표시 장치 Download PDF

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Abstract

액정 표시 장치에 있어서, 하부 기판 위에 화소 전극이 형성되어 있고, 상부 기판의 아래면에 제1 전압이 인가되는 제1 공통 전극이 형성되어 있고, 제1 공통 전극 아래에 형성되어 있는 절연막 위에 제2 및 제3 공통 전극이 형성되어 있다. 이 때, 제2 공통 전극과 제3 공통 전극의 본선은 교대로 데이터선과 중첩되어 있고, 가지선이 화소 전극을 다수의 영역으로 분할하고 있고, 상하부 기판 사이에는 액정 물질이 주입되어 수직 배향되어 있다. 여기서, 제2 공통 전극에는 제1 공통 전극보다 1V 정도 높은 전압을 인가하고, 제3 공통 전극에는 제1 공통 전극보다 1V 정도 낮은 전압을 인가한다. 이렇게 하면, 액정 표시 장치의 시야각을 넓힘과 동시에 저전압에서의 전압-투과도 곡선의 기울기 변화를 완만하게 하여 계조 분할을 용이하게 할 수 있다.

Description

수직 배향 모드 액정 표시 장치
이 발명은 액정 표시 장치 및 그 제조 방법에 관한 것으로서, 더 자세하게는 공통 전극을 다수 개 배치함으로써 도메인 분할의 효과를 얻는 수직 배향 모드 액정 표시 장치에 관한 것이다.
액정 표시 장치에 있어서 광시야각을 얻기 위한 수단의 하나인 수직 배향 모드(vertically aligned mode)는 대비비가 높은 점, 빠른 응답 속도, 러빙(rubbing)할 필요가 없는 점 등 많은 장점이 있다. 그러나 시야각이 좁고, 저전압에서 전압-투과도(voltage-transmission) 곡선의 기울기가 급변하여 계조 분할을 어렵게 하는 등의 문제점이 있다.
이러한 시야각 문제를 해결하기 위해서는 화소의 영역(domain)을 분할하여 하나의 화소 영역 내에서도 액정 분자가 분할된 각 영역별로 서로 다른 기울기를 가지고 배열되도록 하여야 한다. 화소 영역을 분할하는 종래의 방법으로는 ITO 패턴(pattern)법, 돌기법 등 다양한 방법이 있다. 그러나 이러한 종래의 화소 영역 분할 방법에서는 광시야각을 얻을 수는 있으나, 저전압에서 전압-투과도(voltage-transmission) 곡선의 기울기가 급변하여 계조 분할을 어렵게 하는 문제점을 해소하지는 못한다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 수직 배향 모드의 액정 표시 장치의 시야각을 넓히고, 동시에 저전압에서의 전압-투과도 곡선의 기울기 변화를 완만하게 하여 계조 분할을 용이하게 하는 것이다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 액정 표시 장치의 화소 전극에 대한 공통 전극의 배치도이고,
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 액정 표시 장치를 구동할 때의 액정 분자들의 배열을 나타내는 도면이고,
도 3a와 도 3b는 각각 본 발명의 제1 실시예에 따른 액정 표시 장치를 공통 전압 반전 구동법과 공통 전압 일정 구동법에 의하여 구동하는 경우에 있어서 제1 및 제2 공통 전극에 인가되는 전압의 파형을 나타내는 도면이고,
도 4는 본 발명의 제1 실시예에 따른 액정 표시 장치의 전압-투과도 곡선이고,
도 5a와 도 5b는 본 발명의 제2 실시예에 따른 액정 표시 장치의 화소 전극에 대한 공통 전극의 배치도이고,
도 6은 본 발명의 제2 실시예에 따른 액정 표시 장치를 구동할 때의 액정 분자들의 배열을 나타내는 도면이고,
도 7a와 도 7b는 각각 본 발명의 제2 실시예에 따른 액정 표시 장치를 공통 전압 반전 구동법과 공통 전압 일정 구동법에 의하여 구동하는 경우에 있어서 제1, 제2 및 제3 공통 전극에 인가되는 전압의 파형을 나타내는 도면이고,
도 8은 본 발명의 제2 실시예에 따른 액정 표시 장치의 전압-투과도 곡선이다.
위와 같은 과제를 해결하기 위하여 본 발명에서는 공통 전극을 여러 개로 분리 형성하고, 각 공통 전극에 서로 다른 전압을 인가함으로써 다중 도메인 효과를 얻는 다음과 같은 구조의 액정 표시 장치를 제안한다.
제1 기판에 화소 전극이 형성되어 있고, 제1 기판과 마주보고 있는 제2 기판에 제1 전압이 인가되는 제1 공통 전극과 제1 전압과는 다른 제2 전압이 인가되며, 절연막에 의하여 제1 공통 전극과 분리되어 있는 제2 공통 전극이 형성되어 있으며, 제1 기판과 제2 기판 사이에는 액정 물질이 주입되어 수직 배향되어 있다.
이 때, 제1 공통 전극과 화소 전극간의 전압차가 제2 공통 전극과 화소 전극간의 전압차보다 0.5에서 1.5V 더 클 수 있고, 제2 공통 전극은 6각 고리가 연속적으로 연결되어 있는 모양으로 화소 전극을 대칭적으로 분할하도록 형성할 수 있으며, 제2 공통 전극은 ITO 또는 크롬으로 형성할 수 있다. 또, 제2 기판과 제1 공통 전극 사이에 화소 전극과 중첩되도록 형성되어 있는 컬러 필터와 이 컬러 필터를 고립시키는 블랙 매트릭스를 더 포함할 수도 있다.
또한, 제1 공통 전극 아래의 절연막 아래에, 화소 전극을 분할하며, 제1 및 제2 전압과는 다른 제3 전압이 인가되는 제3 공통전극을 더 형성할 수 있다.
이 때, 제1 공통 전극과 화소 전극간의 전압차에 대하여 제2 공통 전극과 화소 전극간의 전압차는 0.5에서 1.5V 더 크고, 제3 공통 전극과 화소 전극간의 전압차는 0.5에서 1.5V 더 작게 할 수 있다. 제2 공통 전극과 제3 공통 전극의 본선은 교대로 게이트선 또는 데이터선과 중첩되도록 하고 가지선이 화소 전극을 다수의 영역으로 분할하도록 형성할 수 있고, 제2 및 제3 공통 전극은 ITO 또는 크롬으로 형성할 수 있다. 또, 제3 공통 전극과 제2 공통 전극은 절연막에 의하여 분리된 서로 다른 층에 형성할 수도 있다.
이렇게 하면, 영역 분할 패터닝(patterning)된 제2 또는 제3 공통 전극에 의해 시야각을 넓힘과 동시에 저전압에서의 전압-투과도 곡선의 기울기 변화를 완만하게 하여 계조 분할을 용이하게 할 수 있다.
이제 첨부한 도면을 참고로 하여, 본 발명의 실시예에 대하여 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 액정 표시 장치의 화소 전극에 대한 공통 전극의 배치도이고, 도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 액정 표시 장치를 구동할 때의 액정 분자들의 배열을 나타내는 도면이고, 도 3a와 도 3b는 각각 본 발명의 제1 실시예에 따른 액정 표시 장치를 공통 전압 반전 구동법과 공통 전압 일정 구동법에 의하여 구동하는 경우에 있어서 제1 및 제2 공통 전극에 인가되는 전압의 파형을 나타내는 도면이고, 도 4는 본 발명의 제1 실시예에 따른 액정 표시 장치의 전압-투과도 곡선이다.
도 1과 도 2를 보면, 액정 표시 장치의 하부 기판(9) 위에 화소 전극(1)과 박막 트랜지스터(도시하지 않음) 등이 형성되어 있고, 상부 기판(5) 아래면에 컬러 필터(color filter)(6)와 컬러 필터(6)를 고립시키고 있는 블랙 매트릭스(black matrix)(7)가 형성되어 있고, 블랙 매트릭스(7)와 컬러 필터(6)의 아래에 제1 공통 전극(2)이 상부 기판(5) 전면에 걸쳐 형성되어 있으며, 제1 공통 전극(2)의 아래에는 절연막(4)을 사이에 두고 ITO(indium tin oxide)나 크롬 등으로 이루어진 제2 공통 전극(3)이 형성되어 있다. 상부 기판(5)과 하부 기판(9)은 일정한 간격을 사이에 두고 마주보고 있고, 상하부 기판(5, 9) 사이에는 액정 물질(8)이 주입되어 밀봉되어 있다. 이 때, 상하부 기판(5, 9)은 컬러 필터(6)가 화소 전극(1)과 중첩되도록 정렬한다. 제2 공통 전극(3)은 6각형의 고리가 연속적으로 연결되어 있는 그물 모양으로 형성되어 있고, 액정 표시 장치를 정면에서 바라볼 때 제2 공통 전극(3)에 의하여 화소 전극(1)이 대칭적으로 분할되도록 정렬되어 있다. 여기서, 제2 공통 전극(3)의 모양은 반드시 6각형의 고리가 연속적으로 연결되어 있는 그물 모양일 필요는 없고, 화소 전극(1)을 대칭적으로 분할할 수 있는 모양이면 어떠한 모양, 예를 들어 사각형 등이라도 무방하다. 액정 물질(8)은 음의 유전율 이방성을 가지는 물질을 사용하여 화소 전극(1)과 공통 전극(2, 3) 사이에 전계가 인가되지 않았을 때 상하부 기판(5, 9)에 대하여 수직을 이루도록 배향한다.
도 3a와 도 3b에서 실선은 제1 공통 전극 전압의 파형을 나타내고, 점선은 제2 공통 전극 전압의 파형을 나타낸다.
도 3a와 도 3b에 나타낸 바와 같은 전압을 제1 및 제2 공통 전극에 인가하면, 제2 공통 전극(3)과 화소 전극(1) 사이의 전압차가 항상 제1 공통 전극(2)과 화소 전극(1) 사이의 전압차보다 일정량만큼 크게 된다. 이렇게 하면, 도 2에 나타낸 바와 같이, 전기력선이 제2 공통 전극(3)을 중심으로 하여 양편으로 퍼져나가는 형태로 형성되고, 이로 인해 화소 영역 전체에서 전기력선이 제2 공통 전극(3)쪽으로 기우는 형태로 형성된다. 따라서, 전기력선에 대하여 수직을 이루려는 성질이 있는 음의 유전율 이방성을 가지는 액정 분자(8)들이 제2 공통 전극(3)을 중심으로 하여 서로 반대 방향으로 기울어지게 되어 제2 공통 전극(3)의 중심선을 기준으로 화소 영역이 분할된다. 이 때, 컬러 필터(6)의 두께는 1㎛ 이상이므로 컬러 필터(6)로 인해 상부 기판(5)에 발생하는 단차도 전기력선을 제2 공통 전극(3)쪽으로 기울도록 하는데 도움을 준다.
도 4의 전압-투과도 곡선에서 전압축은 제1 공통 전극(2)과 화소 전극(1) 사이의 전압차를 나타내고, 투과도축은 액정 표시 장치의 화면 외부로 나오는 빛의 양을 나타낸다.
제1 공통 전극(2)만 있는 경우에는 화소 전극(1)과 제1 공통 전극(2) 사이의 전압차가 증가해도 거의 투과도 변화가 없다가 일정 전압차(약 2V 정도) 이상에서부터 투과도가 급격하게 증가한다. 급격하게 증가하던 투과도 증가율은 일정 전압차에 이르러 다시 둔화된다. 그런데 제2 공통 전극(3)과 화소 전극(1) 사이의 전압차는 제1 공통 전극(2)과 화소 전극(1) 사이의 전압차보다 항상 일정량만큼 크므로 제2 공통 전극(3)에 의한 전압-투과도 곡선은 제1 공통 전극(2)에 의한 전압-투과도 곡선보다 앞선 지점에서 상승하기 시작하고, 최고 투과도가 제1 공통 전극(2)에 의한 투과도보다 낮으므로 더 완만한 상승 곡선을 이룬다. 따라서, 제1 공통 전극(2)과 제2 공통 전극(3)에 의한 영향을 합친 전압-투과도 곡선은 제1 공통 전극(2)만에 의한 전압-투과도 곡선보다 더 앞선 지점에서부터 상승하기 시작하고, 상승하기 시작하는 지점 부근의 상승세가 완만하다. 이렇게 되면, 저전압에서의 계조 분할이 용이해 진다.
도 5a와 도 5b는 본 발명의 제2 실시예에 따른 액정 표시 장치의 화소 전극에 대한 공통 전극의 배치도이고, 도 6은 본 발명의 제2 실시예에 따른 액정 표시 장치를 구동할 때의 액정 분자들의 배열을 나타내는 도면이고, 도 7a와 도 7b는 각각 본 발명의 제2 실시예에 따른 액정 표시 장치를 공통 전압 반전 구동법과 공통 전압 일정 구동법에 의하여 구동하는 경우에 있어서 제1, 제2 및 제3 공통 전극에 인가되는 전압의 파형을 나타내는 도면이고, 도 8은 본 발명의 제2 실시예에 따른 액정 표시 장치의 전압-투과도 곡선이다.
도 5a, 도 5b 및 도 6을 보면, 액정 표시 장치의 하부 기판(90) 위에 화소 전극(10)과 박막 트랜지스터(도시하지 않음) 등이 형성되어 있고, 상부 기판(50)의 아래면에 블랙 매트릭스(black matrix)(도시하지 않음)와 컬러 필터(color filter)(도시하지 않음), 제1 내지 제3 공통 전극(20, 31, 32)이 형성되어 있다. 이 때, 제1 공통 전극(20)은 상부 기판(50) 전면에 걸쳐 형성되어 있으며, 제1 공통 전극(20)의 아래에 절연막(40)을 사이에 두고 ITO(indium tin oxide)나 크롬 등으로 이루어진 제2 공통 전극(31)과 제3 공통 전극(32)이 형성되어 있다. 이 때, 제2 공통 전극(31)과 제3 공통 전극(32)은 절연막에 의하여 분리되는 서로 다른 층에 형성될 수도 있는데, 이렇게 하면 제2 공통 전극(31)과 제3 공통 전극(32)이 중첩되더라도 서로 단락되지 않는다. 상부 기판(50)과 하부 기판(90)은 일정한 간격을 사이에 두고 마주보고 있고, 상하부 기판(50, 90) 사이에는 액정 물질(80)이 주입되어 밀봉되어 있다. 이 때, 제2 공통 전극(31)과 제3 공통 전극(32)은 상하부 기판(50, 90)이 정렬된 상태에서 하부 기판(90)의 데이터선(게이트선일 수도 있다)과 중첩되는 본선과 본선에서 뻗어 나온 가지선으로 이루어져 있다. 제2 공통 전극(31)의 본선과 제3 공통 전극(32)의 본선은 한 줄 건너 하나씩 교대로 형성되어 있으며, 제2 공통 전극(31)의 가지선은 X자 모양으로 형성되어 있고, 제3 공통 전극(32)의 가지선은 제2 공통 전극(31)의 가지선 사이에 형성되어서 제2 공통 전극(31)의 가지선과 함께 화소 전극(10)을 다수의 영역으로 분할하고 있다. 도 5b에 나타낸 모양으로 공통 전극(20, 31, 32)을 형성하면 도 5a에 비하여 화소 전극(10)을 좀 더 대칭적으로 분할할 수 있다. 그러나 도 5b 또한 도 5a와 마찬가지로 하나의 예에 불과할 뿐이고, 공통 전극(20, 31, 32)은 이외에도 다른 여러 모양으로 형성할 수 있다.
도 7a와 도 7b에서 실선은 제1 공통 전극 전압의 파형을 나타내고, 짧은 점선은 제2 공통 전극 전압의 파형을 나타내며, 긴 점선은 제3 공통 전극 전압의 파형을 나타낸다.
도 7a와 도 7b에 나타낸 바와 같은 전압을 제1, 제2 및 제3 공통 전극에 인가하면, 제2 공통 전극(31)과 화소 전극(10) 사이의 전압차는 항상 제1 공통 전극(20)과 화소 전극(10) 사이의 전압차보다 일정량(약 1V 정도이나 변화될 수 있다)만큼 크고, 제3 공통 전극(32)과 화소 전극(10) 사이의 전압차는 항상 제1 공통 전극(20)과 화소 전극(10) 사이의 전압차보다 일정량(약 1V 정도이나 변화될 수 있다)만큼 작다. 이렇게 하면, 도 6에 나타낸 바와 같이, 전기력선이 제2 공통 전극(31)을 중심으로 하여 양편으로 퍼져나가고, 제3 공통 전극(32) 하부에서는 오므라드는 형태로 형성된다. 따라서, 전기력선에 대하여 수직을 이루려는 성질이 있는 음의 유전율 이방성을 가지는 액정 분자(80)들이 제2 공통 전극(31)을 중심으로 하여 서로 멀어지는 방향으로 기울어지고, 제3 공통 전극(32)을 중심으로 하여서는 가까워지는 방향으로 기울어지게 되어 제2 공통 전극(31)과 제3 공통 전극(32) 사이의 부분이 하나의 화소 영역으로 분할된다.
도 8은 제1 내지 제3 공통 전극(20, 31, 32) 각각에 의한 전압-투과도 곡선과 제1 내지 제3 공통 전극(20, 31, 32)의 영향을 모두 합친 전압-투과도 곡선을 나타내고 있는데, 도 4에서와 마찬가지로, 제1 내지 제3 공통 전극(20, 31, 32)의 영향을 모두 합친 전압-투과도 곡선이 제1 공통 전극(20)만에 의한 전압-투과도 곡선보다 더 앞선 지점에서부터 상승하기 시작하고, 상승하기 시작하는 지점 부근의 상승세가 완만하다.
본 발명과 같이 공통 전극을 2 또는 3개로 형성하여 각 공통 전극에 조금씩 다른 전압을 인가하여 액정 표시 장치를 구동하면, 시야각을 넓힘과 동시에 저전압에서의 전압-투과도 곡선의 기울기 변화를 완만하게 하여 계조 분할을 용이하게 할 수 있으며, 동일한 기판 위에 형성되는 다수의 공통 전극을 이용하여 화소 영역을 분할하므로 ITO 패턴법에서와 같은 정렬 마진(align margin) 문제는 발생하지 않는다.

Claims (10)

  1. 서로 마주보고 있는 제1 및 제2 절연 기판,
    상기 제1 절연 기판 위에 형성되어 있는 화소 전극,
    상기 제2 절연 기판 아래면에 형성되어 있고, 제1 전압이 인가되는 제1 공통 전극,
    상기 제1 공통 전극 아래에 형성되어 있는 제1 절연막,
    상기 제1 절연막 아래에 형성되어 있고, 상기 화소 전극을 다수의 영역으로 분할하며, 상기 제1 전압과는 다른 제2 전압이 인가되는 제2 공통 전극,
    상기 제1 절연 기판과 제2 절연 기판 사이에 주입되어 밀봉되어 있고, 상기 제1 및 제2 절연 기판에 대하여 수직으로 배향되어 있는 액정 물질
    을 포함하는 액정 표시 장치.
  2. 제1항에서,
    상기 제2 전압과 상기 화소 전극에 인가되는 전압의 차이가 상기 제1 전압과 상기 화소 전극에 인가되는 전압의 차이보다 0.5V에서 1.5V 더 크게 인가되는 액정 표시 장치.
  3. 제1항에서,
    상기 제2 공통 전극은 6각 고리가 연속적으로 연결되어 있는 모양이며, 상기 화소 전극을 대칭적으로 분할하도록 형성되어 있는 액정 표시 장치.
  4. 제3항에서,
    상기 제2 공통 전극은 ITO 또는 크롬으로 이루어진 액정 표시 장치
  5. 제1항, 제2항, 제3항 및 제4항 중의 어느 한 항에서,
    상기 제2 절연 기판과 제1 공통 전극 사이에 상기 화소 전극과 중첩되도록 형성되어 있는 컬러 필터와 상기 컬러 필터를 고립시키고 있는 블랙 매트릭스를 더 포함하는 액정 표시 장치.
  6. 제1항에서,
    상기 제1 절연막 아래에 상기 제2 공통 전극과 분리되어 형성되어 있고, 상기 화소 전극을 분할하며, 상기 제1 및 제2 전압과는 다른 제3 전압이 인가되는 제3 공통 전극을 더 포함하는 액정 표시 장치.
  7. 제6항에서,
    상기 제2 전압과 화소 전극 전압의 차이가 상기 제1 전압과 화소 전극 전압의 차이보다 0.5V에서 1.5V 더 크게 인가되며, 상기 제3 전압과 화소 전극 전압의 차이가 상기 제1 전압과 화소 전극 전압의 차이보다 0.5V에서 1.5V 더 작게 인가되는 액정 표시 장치.
  8. 제6항에서,
    상기 제2 및 제3 공통 전극은 본선과 가지선으로 이루어져 있고, 상기 제2 공통 전극의 본선과 제3 공통 전극의 본선은 교대로 게이트선 또는 데이터선과 중첩되도록 형성되어 있고, 상기 제2 및 제3 공통 전극의 가지선은 상기 화소 전극을 다수의 영역으로 분할하도록 형성되어 있는 액정 표시 장치.
  9. 제8항에서,
    상기 제2 및 제3 공통 전극은 ITO 또는 크롬으로 형성되어 있는 액정 표시 장치.
  10. 제6항, 제7항, 제8항 및 제9항 중의 어느 한 항에서,
    상기 제2 공통 전극과 제3 공통 전극은 제2 절연막에 의하여 분리되는 서로 다른 층에 형성되어 있는 액정 표시 장치.
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