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KR100685430B1 - Ｏｃｂ 모드 액정층을 구비하는 액정표시장치 - Google Patents

Ｏｃｂ 모드 액정층을 구비하는 액정표시장치 Download PDF

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KR100685430B1
KR100685430B1 KR1020040098264A KR20040098264A KR100685430B1 KR 100685430 B1 KR100685430 B1 KR 100685430B1 KR 1020040098264 A KR1020040098264 A KR 1020040098264A KR 20040098264 A KR20040098264 A KR 20040098264A KR 100685430 B1 KR100685430 B1 KR 100685430B1
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최경호
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삼성에스디아이 주식회사
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Abstract

OCB 모드 액정층을 구비하는 액정표시장치를 제공한다. 상기 액정표시장치는 하부 기판 상에 위치하는 화소전극을 구비한다. 상기 화소전극 상에 소정 방향으로 배향처리된 하부 배향막이 위치한다. 상기 하부 기판 상부에 상기 하부 기판에 대향하는 대향면을 갖는 상부 기판이 위치한다. 상기 대향면 상에 대향전극이 위치한다. 상기 대향전극 상에 상기 하부 배향막과 같은 방향으로 배향처리된 상부 배향막이 위치한다. 상기 상부 기판과 상기 상부 배향막 사이에 상기 배향처리 방향을 가로지르는 방향으로 배치된 상부 돌기라인(upper protrusion line)이 위치한다. 상기 하부 배향막과 상기 상부 배향막 사이에 OCB 모드 액정층이 위치한다.
OCB 모드 액정층, 벤드 전이, 돌기라인

Description

ＯＣＢ 모드 액정층을 구비하는 액정표시장치{Liquid Crystal Display comprising OCB mode liquid crystal layer}
도 1 내지 도 4는 본 발명의 실시예들에 따른 액정표시장치들을 각각 나타낸 레이아웃도들.
도 5는 도 1의 절단선 I-I′를 따라 취해진 본 발명의 일 실시예에 따른 액정표시장치 및 그의 제조방법을 설명하기 위한 단면도.
도 6은 도 5에 도시된 액정표시장치의 벤드 전이를 설명하기 위한 단면도.
도 7 및 도 8은 도 1의 절단선 I-I'를 따라 취해진 본 발명의 다른 실시예들에 따른 액정표시장치들을 나타낸 단면도들.
도 9는 돌기의 예시적인 형태들을 나타낸 단면도.
도 10은 선경사각의 변화에 따른 스플레이 배열과 벤드 배열의 자유에너지 변화를 나타낸 그래프.
<도면의 주요 부위에 대한 부호의 설명>
100 : 하부 기판 145 : 하부 돌기라인
170 : 하부 배향막 150 : 화소전극
200 : 상부 기판 245 : 상부 돌기라인
270 : 상부 배향막 250 : 대향전극
본 발명은 액정표시장치에 관한 것으로, 특히 OCB 모드 액정층을 구비하는 액정표시장치에 관한 것이다.
액정표시장치는 일반적으로 화소전극과 대향전극 사이에 액정을 주입하고, 상기 화소전극과 상기 대향전극 사이에 전계를 형성하여 액정의 배열을 변경시킨다. 상기 액정의 변경된 배열은 빛의 투과율을 조절하고 조절된 빛의 투과율은 화상을 형성한다.
이러한 액정표시장치의 하나로 응답속도가 빠르고 시야각 특성이 우수한 OCB(Optically Compensated Bend) 모드 액정표시장치가 있다. 이러한 OCB 모드 액정표시장치는 화소전극, 하부배향막, 대향전극, 상부배향막 및 유전율 이방성(dielectric constant anisotropy; Δε)이 양인 네마틱 액정들을 구비하는 액정층을 포함한다. 상기 하부배향막과 상기 상부배향막은 동일한 방향으로 러빙(rubbing)되어 상기 액정들은 스플레이(splay) 배열을 갖는다.
이러한 OCB 모드 액정표시장치에 화상을 형성하기 위해서는 먼저 상기 화소전극과 상기 대향전극 사이에 고전계를 형성한다. 상기 고전계는 상기 액정층의 중앙에 위치한 액정의 경사각을 90도로 만들어 액정들을 벤드(bend) 배열이 되도록 한다. 이를 벤드 전이(bend transition)이라 한다. 이어서, 상기 화소전극과 상기 대향전극 사이에 소정전압을 인가하여 상기 배향막들에 인접한 액정들과 상기 중앙에 위치한 액정을 제외한 나머지 액정의 경사각 변화를 유도한다. 이로써, 상기 액정층을 지나는 빛의 편광을 변조하여 화상을 형성한다.
이러한 액정표시장치가 다수 개의 화소를 구비할 때, 선명한 화질을 구현하기 위해서는 상기 다수 개의 화소에 위치하는 액정들의 거의 대부분은 벤드 전이되어야 한다. 그러나, 이를 위해서는 상당시간이 소요되고, 간혹 벤드 전이되지 않은 화소가 존재할 수 있다. 이를 해결하기 위해, 상기 벤드 전이를 위해 인가하는 전압을 증가시키는 경우가 있는데, 이는 소비전력의 증가를 유발할 수 있다.
이러한 문제를 해결하기 위해, 대한민국 공개 특허출원 제 2001-0060522호에 돌기들을 구비하는 액정표시장치가 개시된 바 있다. 상기 액정표시장치는 서로 마주하는 상부 및 하부 기판을 포함하며, 각 기판의 안쪽 면 위에는 제 1 및 제 2 전극이 각각 형성되어 있다. 상기 전극 각각의 상부에는 무질서하게 돌기들이 서로 대응하는 위치에 형성되어 있으며, 각각의 전극 상부에는 돌기를 덮는 배향막이 형성되어 있다. 상기 두 기판의 배향막 사이에는 유전율 이방성이 양인 네마틱 액정 물질층이 주입되어 있다. 상기 액정분자는 상기 배향막의 배향 규제력에 의하여 돌기의 경사각을 따라 기판 면에 대해 임의의 각을 가지고 배열되므로, 안정한 구부러짐(bend) 배열을 가질 수 있다. 그 결과, 초기전이전압을 낮출 수 있다.
또한, 일본 공개 특허출원 제 2002-296596호에 전이의 전파를 촉진하는 구조체를 구비하는 액정표시장치가 개시된 바 있다. 상기 액정표시장치는 어레이 기판, 대향기판 및 상기 어레이 기판과 상기 대향기판 사이에 위치하는 액정층을 구비한 다. 상기 어레이 기판 또는 상기 대향기판에 전파를 촉진하는 구조체가 위치한다. 상기 전파를 촉진하는 구조체는 전파용 전극 선이거나 돌기부일 수 있다.
또한, 대한민국 공개 특허출원 제 2002-0097025호에 전이핵 영역들을 구비하는 액정표시장치가 개시된 바 있다. 상기 액정표시장치는 제 1 및 제 2 기판, 상기 제 1 기판 상에 형성된 복수의 픽셀전극, 제 2 기판 상에 형성된 공통전극을 구비한다. 상기 제 1 기판에 단면이 톱니 형상인 연속적인 경사면을 갖는 제 1 전이 핵 영역이 형성되며, 상기 제 2 기판에 단면이 톱니 형상인 연속적인 경사면을 갖는 제 2 전이 핵 영역이 형성된다.
그러나, 상기 공개 특허출원들은 러빙방향에 따른 돌기부의 위치를 한정하지 못하고 있어 충분한 벤드 전이를 구현하기는 어려울 수 있다. 또한, 대한민국 공개 특허출원 제 2002-0097025호의 경우, 작은 영역 안에 상기 톱니 형상을 연속적으로 형성하는 것은 공정 상 어려울 수 있다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 상기한 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 비교적 간단한 공정을 사용하며, 충분한 밴드 전이를 유도할 수 있는 액정표시장치를 제공함에 있다.
상기 기술적 과제를 이루기 위하여 본 발명의 일측면은 액정표시장치를 제공한다. 상기 액정표시장치는 하부 기판 상에 위치하는 화소전극을 구비한다. 상기 화소전극 상에 소정 방향으로 배향처리된 하부 배향막이 위치한다. 상기 하부 기판 상부에 상기 하부 기판에 대향하는 대향면을 갖는 상부 기판이 위치한다. 상기 대향면 상에 대향전극이 위치한다. 상기 대향전극 상에 상기 하부 배향막과 같은 방향으로 배향처리된 상부 배향막이 위치한다. 상기 상부 기판과 상기 상부 배향막 사이에 상기 배향처리 방향을 가로지르는 방향으로 배치된 상부 돌기라인(upper protrusion line)이 위치한다. 상기 하부 배향막과 상기 상부 배향막 사이에 OCB 모드 액정층이 위치한다.
이하, 본 발명을 보다 구체적으로 설명하기 위하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예들을 첨부된 도면들을 참조하여 보다 상세하게 설명한다. 그러나, 본 발명은 여기서 설명되어지는 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 도면들에 있어서, 층이 다른 층 또는 기판 "상"에 있다고 언급되어지는 경우에 그것은 다른 층 또는 기판 상에 직접 형성될 수 있거나 또는 그들 사이에 제 3의 층이 개재될 수도 있다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호들은 동일한 구성요소를 나타낸다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 액정표시장치를 나타낸 레이아웃도이고, 도 5는 도 1의 절단선 I-I′를 따라 취해진 본 발명의 일 실시예에 따른 액정표시장치 및 그의 제조방법을 설명하기 위한 단면도이다.
도 1 및 도 5를 참조하면, 개구영역(aperature region; A) 및 상기 개구영역(A)을 둘러싸는 비개구영역(B)을 구비하는 하부 기판(100)이 제공된다. 상기 개구영역(A)은 화상을 표시할 수 있는 영역으로 화소전극(150)에 의해 정의될 수 있다.
상기 비개구영역(B) 상에 일방향으로 복수개의 주사선들(106)과 상기 각 주 사선(106)에 교차하는 복수개의 데이터선들(127)이 위치할 수 있다. 또한, 상기 비개구영역(B) 상에 상기 주사선(106)의 제어에 의해 스위칭되어 상기 데이터선(127)에 인가된 전압을 상기 화소전극(150)에 인가하는 박막트랜지스터가 위치한다. 상기 박막트랜지스터는 상기 주사선(106)으로부터 돌출된 게이트 전극(105), 상기 게이트 전극(105) 상에 위치하여 상기 게이트 전극(105)과 중첩하는 반도체층(120), 상기 데이터선(127)으로부터 돌출되고 상기 반도체층(120)의 일측 단부에 접속하는 소오스 전극(126) 및 상기 반도체층(120)의 타측 단부에 접속하는 드레인 전극(125)을 구비한다.
상기 신호선들(106, 127) 및 상기 박막트랜지스터 상에 상기 신호선들(106, 127) 및 상기 박막트랜지스터를 덮는 절연막(140)이 위치한다. 상기 화소전극(150)은 상기 개구영역(A)의 상기 절연막(140) 상에 위치하고, 상기 드레인 전극(125)은 상기 절연막(140)에 구비된 비아홀(140a)에 의해 상기 화소전극(150)에 접속한다. 상기 화소전극(150)은 ITO(Indium Tin Oxide)막 또는 IZO(Indium Zinc Oxide)막일 수 있다.
상기 비개구영역(B) 중 적어도 일부의 절연막(140) 상에 상기 화소전극(150)과 소정간격 이격된 하부 돌기라인(145)이 위치한다. 상기 하부 돌기라인(145)는 유기막 또는 무기막으로 형성할 수 있다. 상기 돌기라인(145)을 형성하는 유기막은 아크릴계 고분자막 또는 BCB(BenzoCycloButene)막일 수 있고, 무기막은 실리콘 산화막 또는 실리콘 질화막일 수 있다. 상기 하부 돌기라인(145)의 적어도 한 측면은 경사면인 것이 바람직하다. 상기 하부 돌기라인(145)의 한 측면 및 다른 한 측면이 모두 경사면들인 경우, 상기 경사면들은 서로 대칭 또는 비대칭일 수 있다. 예를 들어, 상기 하부 돌기라인(145)의 단면의 형태는 도 9에 도시된 바와 같이, 대칭 경사면을 갖는 삼각형(a), 비대칭 경사면을 갖는 삼각형(b), 대칭 경사면을 갖는 반원(c) 또는 비대칭 경사면을 갖는 반원(d)일 수 있다. 상기 경사면의 경사각 즉, 상기 경사면과 상기 하부 기판(100)이 이루는 각(θ1)은 10 내지 80도 인 것이 바람직하다. 상기 경사각(θ1)이 10도 미만인 경우는 후술하는 하부 배향막의 배향처리에 의해 같은 효과만을 얻을 수 있어 상기 하부 돌기라인(145)에 의한 효용성이 저감될 수 있고, 상기 경사각(θ1)이 80도를 초과하는 경우는 상기 경사각(θ1)에 의한 벤드 전이 효율이 저감될 수 있다. 더 바람직하게는, 벤드 배열이 보다 안정해 질 수 있도록 상기 경사각(θ1)은 10 내지 60도이다.
상기 적어도 한 측면이 경사면인 돌기라인(145)을 형성하는 것은 프레스법, 사방증착법, 포토리소그래피법 또는 레이저 가공법을 사용하여 수행할 수 있다. 자세하게는, 상기 프레스법을 사용하여 상기 돌기라인(145)을 형성하는 것은 상기 절연막(140) 상에 유기막을 적층하고, 홈을 구비하는 몰드(mold)를 상기 유기막 상에 위치시키고 열과 압력을 가한 후 냉각시키고, 상기 몰드를 기판으로부터 분리시킴으로써 수행할 수 있다. 상기 사방증착법을 사용하여 상기 돌기라인(145)을 형성하는 것은 돌기재료를 기판에 대해 소정각도 경사진 방향으로 증착함으로써 수행할 수 있다. 상기 포토리소그래피법을 사용하여 상기 돌기라인(145)을 형성하는 것은 돌기재료를 기판 상에 적층한 후, 상기 돌기재료 상에 포토레지스트를 적층하고, 광투과율을 연속적으로 변화시키는 패턴을 구비하는 포토마스크를 사용하여 상기 포토레지스트를 노광함으로써 포토레지스트 패턴을 형성하고, 상기 포토레지스트 패턴을 사용하여 상기 돌기재료를 식각함으로써 수행할 수 있다. 상기 레이저 가공법을 사용하여 상기 돌기라인(145)을 형성하는 것은 돌기재료를 기판 상에 적층한 후, 상기 돌기재료 상에 소정각도 경사진 방향으로 레이저를 조사함으로써 수행할 수 있다.
상기 하부 돌기라인(145) 및 상기 화소전극(150) 상에 상기 하부 돌기라인(145) 및 상기 화소전극(150)을 덮는 하부 배향막(170)이 위치한다. 상기 하부 배향막(170)은 무기막 또는 유기막일 수 있다. 바람직하게는 상기 하부 배향막(170)은 폴리이미드계 유기막이다. 상기 하부 배향막(170)은 소정 방향(Rb)으로 수평 배향 처리(parallel alignment) 또는 소정의 경사각을 갖도록 경사 배향 처리(tilt alignment)된 배향막일 수 있다. 상기 배향처리는 러빙법 또는 광배향법을 사용하여 수행할 수 있다. 일반적으로 경사 배향 처리 시의 선경사각은 10도 이하에 불과하다.
이 때, 상기 하부 돌기라인(145)의 배치방향(Pd)은 상기 하부 배향막(170)의 배향처리 방향(Rb)을 가로지른다. 이로 인해, 상기 하부 배향막(170)과 인접하여 위치하는 액정의 장축 방향을 상기 경사면을 따라 상부 방향으로 위치시킬 수 있으므로 상기 하부 배향막(170)과 인접하여 위치하는 액정의 선경사각을 증가시킬 수 있다. 바람직하게는 상기 배향처리 방향(Rb)과 상기 하부 돌기라인(145)의 배치방향(Pd)은 실질적으로 수직이다.
예를 들어, 도 1에 도시된 바와 같이, 상기 하부 돌기라인(145)은 상기 화소전극(150)의 좌우에 위치한 비개구영역 상에 상하 방향으로 배치될 수 있다. 즉, 상기 하부 돌기라인(145)은 상기 데이터선(127)을 따라 연장될 수 있다. 이 경우, 상기 배향처리 방향(Rb)은 상기 화소전극(150)의 좌우를 가로지르는 방향일 수 있다. 나아가, 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 하부 돌기라인은 서로 이격된 서브 돌기라인들(145a)을 구비할 수 있다. 이와는 달리, 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 하부 돌기라인(145′)은 상기 화소전극(150)의 상하에 위치한 비개구영역 상에 좌우 방향으로 배치될 수 있다. 즉, 상기 하부 돌기라인(145′)은 상기 주사선(106)을 따라 연장될 수 있다. 이 경우, 상기 배향처리 방향(Rb)은 상기 화소전극(150)의 상하를 가로지르는 방향일 수 있다. 나아가, 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 하부 돌기라인은 서로 이격된 서브 돌기라인들(145b)을 구비할 수 있다.
상기 하부 기판(100) 상부에 상기 하부 기판(100)에 대향하는 대향면을 갖는 상부 기판(200)이 제공된다. 상기 상부 기판(200) 상에 상기 비개구영역(B)에 대응하여 차광막 패턴(210)이 위치할 수 있다. 즉, 상기 차광막 패턴(210)은 상기 박막트랜지스터 및 상기 신호선들(106, 127)이 위치하는 영역에 대응하는 영역을 모두 차폐시키고, 상기 개구영역(A)에 대응하는 영역을 노출시킨다. 따라서, 상기 차광막 패턴(210)은 상기 하부 돌기라인(145)과 중첩하여 위치한다. 이 경우, 상기 하부 돌기라인(145)의 폭(Wlow)은 상기 차광막 패턴(210)의 폭(WBM)과 같거나 작은 것이 바람직하다. 더 바람직하게는 상기 하부 돌기라인(145)의 폭(Wlow)은 상기 차광 막 패턴(210)의 폭(WBM)보다 작다.
상기 차광막 패턴(210)에 의해 노출된 부분 즉, 상기 화소전극(150)에 대응하는 영역 상에 칼라필터(215)가 위치할 수 있다. 상기 칼라필터(215)는 각 단위화소 별로 적색, 녹색 및 청색의 칼라필터들로 구분되어 위치할 수 있다.
상기 차광막 패턴(210) 상에 상부 돌기라인(245)이 위치한다. 상기 상부 돌기라인(245)은 적어도 한 측면은 경사면인 것이 바람직하다. 상기 상부 돌기라인(245)의 한 측면 및 다른 한 측면이 모두 경사면들인 경우, 상기 경사면들은 서로 대칭 또는 비대칭일 수 있다. 예를 들어, 상기 상부 돌기라인(245)의 단면의 형태는 도 9에 도시된 바와 같이, 대칭 경사면을 갖는 삼각형(a), 비대칭 경사면을 갖는 삼각형(b), 대칭 경사면을 갖는 반원(c) 또는 비대칭 경사면을 갖는 반원(d)일 수 있다. 상기 경사면의 경사각 즉, 상기 경사면과 상기 상부 기판(200)이 이루는 각(θ2)은 10 내지 80도 인 것이 바람직하다. 상기 경사각(θ2)이 10도 미만인 경우는 후술하는 상부 배향막의 배향처리에 의해 같은 효과만을 얻을 수 있어 상기 상부 돌기라인(245)에 의한 효용성이 저감될 수 있고, 상기 경사각(θ2)이 80도를 초과하는 경우는 상기 경사각(θ2)에 의한 벤드 전이 효율이 저감될 수 있다. 더 바람직하게는, 벤드 배열이 보다 안정해 질 수 있도록 상기 경사각(θ2)은 10 내지 60도이다.
상기 상부 돌기라인(245)을 형성하는 물질 및 형성방법은 상기 하부 돌기라 인(145)을 형성하는 물질 및 형성방법과 유사할 수 있으므로 그에 대한 설명은 생략하기로 한다.
상기 상부 돌기라인(245) 및 상기 칼라필터(215) 상에 상기 상부 돌기라인(245) 및 상기 칼라필터(215)를 덮는 대향전극(250)이 위치한다. 다시 말해서, 상기 상부 돌기라인(245)를 포함하는 상기 상부 기판(200)의 대향면 상에 상기 대향전극(250)이 위치한다. 상기 대향전극(250)은 ITO(Indium Tin Oxide)막 또는 IZO(Indium Zinc Oxide)막일 수 있다.
상기 대향전극(250) 상에 상부 배향막(270)이 위치할 수 있다. 상기 상부 배향막(270)은 무기막 또는 유기막일 수 있다. 바람직하게는 상기 상부 배향막(270)은 폴리이미드계 유기막이다. 또한, 상기 상부 배향막(270)은 상기 하부 배향막(170)의 배향처리 방향(Rb)과 동일한 방향(Rt)으로 수평 배향 처리(parallel alignment) 또는 소정의 경사각을 갖도록 경사 배향 처리(tilt alignment)된 배향막일 수 있다. 상기 배향처리는 러빙법 또는 광배향법을 사용하여 수행할 수 있다.
이 때, 상기 상부 돌기라인(245)은 상기 하부 돌기라인(145)에 대응하여 위치한다. 자세하게는 상기 상부 돌기라인(245)의 배치방향(Pd)은 상기 상부 배향막(270)의 배향처리 방향(Rt)을 가로지른다. 이로 인해, 상기 상부 배향막(270)과 인접하여 위치하는 액정의 장축 방향을 상기 경사면을 따라 상부 방향으로 위치시킬 수 있으므로 상기 상부 배향막(270)과 인접하여 위치하는 액정의 선경사각을 증가시킬 수 있다. 바람직하게는 상기 배향처리 방향(Rt)과 상기 상부 돌기라인(245)의 배치방향(Pd)은 실질적으로 수직이다.
예를 들어, 도 1에 도시된 바와 같이, 상기 상부 돌기라인(245)은 상기 화소전극(150)의 좌우에 위치한 비개구영역 상에 상하 방향으로 배치될 수 있다. 즉, 상기 상부 돌기라인(245)은 상기 데이터선(107)을 따라 연장될 수 있다. 이 경우, 상기 배향처리 방향(Rt)은 상기 화소전극(150)의 좌우를 가로지르는 방향일 수 있다. 나아가, 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 상부 돌기라인은 서로 이격된 서브 돌기라인들(245a)을 구비할 수 있다. 이와는 달리, 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 상부 돌기라인(245′)은 상기 화소전극(150)의 상하에 위치한 비개구영역 상에 좌우 방향으로 배치될 수 있다. 즉, 상기 상부 돌기라인(245′)은 상기 주사선(106)을 따라 연장될 수 있다. 이 경우, 상기 배향처리 방향(Rt)은 상기 화소전극(150)의 상하를 가로지르는 방향일 수 있다. 나아가, 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 상부 돌기라인은 서로 이격된 서브 돌기라인들(245b)을 구비할 수 있다.
또한, 상부 돌기라인(245)은 상기 차광막 패턴(210)과 중첩하여 위치한다. 이 때, 상기 차광막 패턴(210)과 상기 상부 돌기라인(245)이 중첩하는 영역에서 상기 상부 돌기라인(245)의 폭(WUP)은 상기 차광막 패턴(210)의 폭(WBM)과 같거나 작은 것이 바람직하다.
상술한 바와는 달리, 도 7에 도시된 바와 같이 상기 하부 돌기라인(145)은 생략될 수도 있다. 또는 도 8에 도시된 바와 같이, 상기 상부 돌기라인(245)은 생략될 수도 있다.
계속하여 도 1 및 도 5를 참조하면, 상기 하부 배향막(170)과 상기 상부 배 향막(270) 사이 즉, 상기 화소전극(150)과 상기 대향전극(250) 사이에 OCB 모드 액정층(300)이 위치한다. 상기 OCB 모드 액정층(300)은 유전율 이방성이 양인 네마틱 액정을 구비할 수 있다. 상기 액정층(300) 내의 액정들은 상기 돌기라인들(145, 245)과 이격하여 위치하는 액정들(300b)과 상기 돌기라인들(145, 245)에 인접하여 위치하는 액정들(300a, 300c)로 구분될 수 있다.
상기 돌기라인들(145. 245)에 이격하여 위치하는 액정들(300b) 중 상기 하부배향막(170) 및 상기 상부배향막(270)에 인접한 액정은 상기 배향처리된 배향막들의 배향규제력(anchoring force)에 의해 상기 배향처리 방향(Rb,Rt)으로 수평 또는 10도 이하의 선경사각(pretilt angle)을 갖고 배열된다. 그러나, 상기 돌기라인들(145, 245)에 인접하여 위치하는 액정들(300a, 300c)들 중 상기 하부 돌기라인(145) 상의 하부배향막(170)에 인접한 액정은 상기 하부 돌기라인(145)를 덮는 하부 배향막(170) 의 배향규제력(anchoring force)에 의해 다른 부분에 비해 선경사각이 커지고, 상기 상부 돌기라인(245) 상의 상부배향막(270)에 인접한 액정은 상기 상부 돌기라인(245)을 덮는 상부 배향막(270)의 배향규제력(anchoring force)에 의해 다른 부분에 비해 선경사각이 커진다. 이는 상기 상부 돌기라인(245) 및/또는 상기 하부 돌기라인(245)의 배치방향(Pd)은 배향처리 방향(Rt)을 가로지르도록 배치된 결과이다.
선경사각의 변화에 따른 스플레이 배열과 벤드 배열의 자유에너지를 도시하는 도 10을 참조할 때, 선경사각이 커질수록 벤드 배열의 자유에너지가 스플레이 배열의 자유에너지보다 낮아 안정하게 된다. 따라서, 상기 돌기라인들(145, 245)에 이격하여 위치하는 액정들(300b)은 스플레이(splay arrangement) 배열을 갖게 된고, 상기 돌기라인들(145, 245)에 인접하여 위치하는 액정들(300a, 300c)은 대부분 벤드 배열(bend arrangement)에 가까운 배열을 가질 수 있다. 나아가, 상기 상부 돌기라인(245) 및 상기 하부 돌기라인(145)이 서로 대응하여 위치하는 경우, 상기 하부 돌기라인(145) 또는 상기 상부 돌기라인(245)이 형성되지 않은 경우에 비해 벤드 배열에 더 근접한 배열을 가질 수 있다.
한편, 상기 돌기라인들(145, 245) 좌우에 위치한 액정들(300b, 300c)은 서로 선경사각의 방향이 다르다. 따라서, 그들 사이에는 전경선(disclination line)이 발생할 수 있다. 그러나, 상기 상부 돌기라인(245) 및/또는 상기 하부 돌기라인(145)의 폭을 상기 차광막 패턴(210)의 폭과 같거나 작게 형성함으로써, 전경선에 의한 화면품질 저하를 막을 수 있다.
상기 액정표시장치는 상기 하부 기판(100) 하부에 백색광을 방출하는 백라이트(400)을 구비할 수 있다. 이러한 액정표시장치는 상기 칼라필터층(215)을 사용하여 칼라이미지를 구현할 수 있다.
이와는 달리, 상기 하부 기판(100) 하부에 적색(R), 녹색(G) 및 청색(B)의 백라이트들(400)이 위치할 수 있다. 이 경우, 상기 칼라필터층(215)은 생략될 수 있다. 이러한 액정표시장치를 필드순차구동방식 액정표시장치(field sequential LCD; FS-LCD) 라고 하는데, 이는 상기 적색, 녹색 및 청색의 광을 하나의 단위화소에 위치한 액정을 통해 시분할적으로 순차 디스플레이함으로써, 눈의 잔상효과를 이용하여 칼라이미지를 디스플레이한다. 이는 현저하게 응답속도가 빨라 동영상을 구현하기에 적합하다.
도 6은 도 5에 나타낸 액정표시장치의 벤드 전이를 설명하기 위한 단면도이다.
도 6을 참조하면, 대향전극(250) 및 화소전극(150)에 전압을 인가하여 상기 대향전극(250) 및 상기 화소전극(150)이 소정의 전압차(Vt)를 갖도록 한다. 그 결과, 상기 대향전극(250) 및 상기 화소전극(150) 사이에 전계(350a, 350b)가 형성된다. 자세하게는 상기 대향전극(250)의 평평한 부분과 상기 화소전극(150)이 마주보는 영역에는 수직 방향의 직선으로 전계(350b)가 형성된다. 그러나, 상기 대향전극(250)이 상기 상부 돌기라인(245)로 인해 돌출된 부분과 상기 화소전극(150)의 에지부가 마주보는 영역에는 수직 방향이면서 구부러진 형태를 갖는 전계(350a)가 형성된다. 또한, 상기 대향전극(250)이 상기 상부 돌기라인(245)로 인해 돌출된 부분은 상기 화소전극(150)과의 거리가 다른 부분에 비해 상대적으로 가까우므로 전계의 세기가 크다. 이와 같은 전계의 왜곡 및 큰 전계의 세기는 상기 상부 돌기라인(245)에 인접한 액정들 중 스플레이 배열로 남아있거나 벤드 배열로 충분히 전이하지 못한 액정들을 벤드 배열로 보다 빠르게 전이시킬 수 있다. 정리하면, 상기 상부 돌기라인(245) 상에 상기 대향전극(250)이 위치함으로써, 전계가 왜곡될 수 있고 또한 전계의 세기가 커질 수 있어 상기 상부 돌기라인(245) 근처의 액정들을 단시간 내에 충분히 밴드 전이시킬 수 있다.
상기 벤드 배열로 전이된 액정들 즉, 전이핵으로부터 나머지 영역으로 벤드 전이가 전파된다. 따라서, 전체 액정층(300)에 위치한 액정들이 벤드 배열로 전이 된다. 결과적으로, 상기 돌기라인들(145, 245) 근처에서 보다 빠르게 벤드 배열로 전이된 액정들로 인해 벤드 전이를 액정층(300) 전체로 전파시키는 시간 즉, 전이시간을 감소시킬 수 있고, 나아가 전이전압도 감소시킬 수 있다.
이후, 상기 화소전극(150)과 상기 대향전극(250) 사이의 전압차는 상기 벤드 배열을 유지하기 위한 임계전압(critical voltage; Vcr)보다 높은 전압으로 유지된다. 이어서, 상기 전압차를 높게 하면 상기 배향막들(170, 270)에 인접한 액정들과 상기 액정층(300)의 중앙에 위치한 액정을 제외한 나머지 액정들의 경사각은 증가하고, 상기 전압차를 낮게 하면 경사각은 감소한다. 이로써, 상기 액정층(300)을 지나는 빛의 편광을 변조하여 화상을 형성한다. 상기 액정들의 경사각의 변화는 매우 빨라 빠른 응답속도 특성을 구현할 수 있다. 이러한 방식의 액정표시장치를 OCB형 액정표시장치라 한다. 이러한 OCB형 액정표시장치는 더 빠른 응답속도를 구현하기 위해 필드순차구동방식으로 구동되는 것이 바람직하다.
상술한 바와 같이 본 발명에 따르면, OCB 모드 액정표시장치에 있어서, 배향막의 배향방향을 가로지르는 방향으로 돌기라인을 배치시킴으로써 상기 돌기라인에 인접한 액정의 선경사각을 증가시킬 수 있어 밴드 전이를 용이하게 유도할 수 있어 밴드 전이 시간을 단축할 수 있다. 나아가, 상부 돌기 상에 대향전극을 형성함으로써 충분한 밴드 전이를 유도하고 이로 인해 벤드 전이 시간을 보다 단축할 수 있다. 또한, 상기 돌기라인의 폭을 차광막 패턴의 폭과 같거나 작게 형성함으로써 표시품질이 저하되지 않을 수 있다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

Claims (34)

  1. 하부 기판 상에 위치하는 화소전극;
    상기 화소전극 상에 위치하고 소정 방향으로 배향처리된 하부 배향막;
    상기 하부 기판 상부에 위치하고, 상기 하부 기판에 대향하는 대향면을 갖는 상부 기판;
    상기 상부 기판 상에 위치하고 상기 배향처리 방향을 가로지르는 방향으로 배치된 상부 돌기라인(upper protrusion line);
    상기 상부 돌기라인 상에 위치하는 대향전극;
    상기 대향전극 상에 위치하고 상기 하부 배향막과 같은 방향으로 배향처리된 상부 배향막; 및
    상기 하부 배향막과 상기 상부 배향막 사이에 위치하는 OCB 모드 액정층을 포함하는 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 배향처리 방향과 상기 상부 돌기라인의 배치방향은 수직인 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 하부 기판은 상기 화소전극이 위치하는 개구영역과 상기 개구영역을 둘 러싸는 비개구영역을 구비하고,
    상기 상부 돌기라인은 상기 화소전극의 좌우에 위치한 비개구영역과 대응하는 영역에 상하 방향으로 배치된 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 배향처리 방향은 상기 화소전극의 좌우를 가로지르는 방향인 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 하부 기판은 상기 화소전극이 위치하는 개구영역과 상기 개구영역을 둘러싸는 비개구영역을 구비하고,
    상기 상부 돌기라인은 상기 화소전극의 상하에 위치한 비개구영역과 대응하는 영역에 좌우 방향으로 배치된 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 배향처리 방향은 상기 화소전극의 상하를 가로지르는 방향인 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 하부 기판은 상기 화소전극이 위치하는 개구영역과 상기 개구영역을 둘 러싸는 비개구영역을 구비하고,
    상기 대향전극과 상기 상부기판 사이에 위치하되, 상기 비개구영역에 대응하여 위치하는 차광막 패턴을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 차광막 패턴과 상기 상부 돌기라인이 중첩되는 영역에서 상기 상부돌기라인의 폭은 상기 차광막 패턴의 폭과 같거나 작은 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 상부 돌기라인은 서로 이격된 서브 돌기라인들을 구비하는 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
  10. 삭제
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 상부 돌기라인의 적어도 한 측면은 경사면인 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 경사면과 상기 상부 기판이 이루는 각은 10 내지 80도인 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 경사면과 상기 상부 기판이 이루는 각은 10 내지 60도인 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
  14. 제 1 항에 있어서,
    상기 하부기판과 상기 하부 배향막 사이에 위치하되, 상기 상부 돌기라인에 대응하여 위치하는 하부 돌기라인을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 하부 돌기라인의 적어도 한 측면은 경사면인 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 경사면과 상기 하부 기판이 이루는 각은 10 내지 80도 인 것을 특징으 로 하는 액정표시장치.
  17. 제 16 항에 있어서,
    상기 경사면과 상기 하부 기판이 이루는 각은 10 내지 60도 인 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
  18. 제 1 항에 있어서,
    상기 대향전극과 상기 상부기판 사이에 위치하되, 상기 화소전극에 대응하는 영역에 위치하는 칼라필터를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
  19. 제 1 항에 있어서,
    상기 하부 기판 하부에 위치하는 적색(R), 녹색(G) 및 청색(B)의 백라이트들을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
  20. 제 1 항에 있어서,
    상기 OCB 액정층은 유전율 이방성이 양인 네마틱 액정을 구비하는 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
  21. 제 1 항에 있어서,
    상기 하부 기판과 상기 하부 배향막 사이에 위치하고, 상기 배향처리 방향을 가로지르는 방향으로 배치된 하부 돌기라인(lower protrusion line)을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
  22. 제 21 항에 있어서,
    상기 배향처리 방향과 상기 하부 돌기라인의 배치방향 사이의 각은 수직인 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
  23. 제 21 항에 있어서,
    상기 하부 기판은 상기 화소전극이 위치하는 개구영역과 상기 개구영역을 둘러싸는 비개구영역을 구비하고,
    상기 하부 돌기라인은 상기 화소전극의 좌우에 위치한 비개구영역에 상하 방향으로 배치된 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
  24. 삭제
  25. 제 21 항에 있어서,
    상기 하부 기판은 상기 화소전극이 위치하는 개구영역과 상기 개구영역을 둘러싸는 비개구영역을 구비하고,
    상기 하부 돌기라인은 상기 화소전극의 상하에 위치한 비개구영역에 좌우 방향으로 배치된 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
  26. 삭제
  27. 제 21 항에 있어서,
    상기 하부 기판은 상기 화소전극이 위치하는 개구영역과 상기 개구영역을 둘러싸는 비개구영역을 구비하고,
    상기 대향전극과 상기 상부기판 사이에 위치하되, 상기 비개구영역에 대응하여 위치하는 차광막 패턴을 더 포함하고,
    상기 차광막 패턴과 상기 하부 돌기라인이 중첩되는 영역에서 상기 하부돌기 라인의 폭은 상기 차광막 패턴의 폭과 같거나 작은 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
  28. 제 21 항에 있어서,
    상기 하부 돌기라인은 서로 이격된 서브 돌기라인들을 구비하는 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
  29. 제 21 항에 있어서,
    상기 하부 돌기라인의 적어도 한 측면은 경사면인 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
  30. 제 29 항에 있어서,
    상기 경사면과 상기 하부 기판이 이루는 각은 10 내지 80도인 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
  31. 제 30 항에 있어서,
    상기 경사면과 상기 하부 기판이 이루는 각은 10 내지 60도인 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
  32. 제 21 항에 있어서,
    상기 대향전극과 상기 상부기판 사이에 위치하되, 상기 화소전극에 대응하는 영역에 위치하는 칼라필터를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
  33. 제 21 항에 있어서,
    상기 하부 기판 하부에 위치하는 적색(R), 녹색(G) 및 청색(B)의 백라이트들을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
  34. 제 21 항에 있어서,
    상기 OCB 액정층은 유전율 이방성이 양인 네마틱 액정을 구비하는 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
KR1020040098264A 2004-11-26 2004-11-26 Ｏｃｂ 모드 액정층을 구비하는 액정표시장치 KR100685430B1 (ko)

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