JP5552518B2 - 液晶表示装置 - Google Patents

Description

本発明は、液晶表示装置に関し、より具体的には、視認性及び透過率が向上した液晶表示装置に関する。

液晶表示装置(Liquid Crystal Display; LCD)は、現在最も広く使われている平板表示装置(Flat Panel Display)の１つであって、電極が形成されている二枚の基板とその間に挿入されている液晶層からなり、電極に電圧を印加して液晶層の液晶分子を再配列させることによって、透過される光量を調節する表示装置である。
その中でも、電界が印加されてない状態で液晶分子の長軸を上下基板に対して垂直を成すように配した垂直配向モード液晶表示装置は、コントラストが大きくて広視野角の具現が容易くて脚光を浴びている。垂直配向モード液晶表示装置で広視野角を具現するための手段としては、電極に切開パターンを形成する方法と突起を形成する方法などがある。これらはいずれも、フリンジフィールド(Fringe Field)を形成して液晶が傾く方向を4方向に均等に分散させることによって、広視野角を確保する方法である。この中で、電極に切開パターンを形成するPVA(Patterned Vertically Aligned)モードは、横電界方式のIPS(In Plane Switching) モードまたはFFS(Fringe Field Switching)モードを代替しうる広視野角技術として認められている。

しかし、このようなPVAモードは、正面のガンマ(gamma)曲線と側面のガンマ曲線が一致しない側面ガンマ曲線歪曲現象が発生して、TN(Twisted Nematic)モードに比べても左右側面で劣等な視認性を表す。例えば、ドメイン分割手段で切開部を形成するPVAモードの場合には、側面に行くほど全体的に画面が明るく見えて、色は白の方に移動する傾向があり、ひどい場合には明るい階調の間の間隔差がなくなって画面が歪んで見える場合も発生する。

韓国公開特許1999-0070437号

本発明が解決しようとする技術的課題は、視認性及び透過率が向上した液晶表示装置を提供することである。
本発明の技術的課題は、前述した技術的課題に制限されず、言及されなかったさらなる技術的課題は、下記の記載から当業者に明確に理解されるであろう。

前記技術的課題を果たすための本発明１による液晶表示装置は、絶縁基板上の画素領域に形成されて、所定間隔離隔して相互平行に配列されている複数のサーブ電極と前記各サーブ電極を電気的に連結する連結電極とを含む第1電界形成電極及び前記第1電界形成電極を覆う第1方向にラビングされた第1配向膜を含む第1基板、絶縁基板に形成されている第2電界形成電極及び前記第2電界形成電極を覆う第2方向にラビングされた第2配向膜を含む第2基板及び前記第1及び第2基板の間に形成された液晶層を含む。
前記の液晶表示装置で、第1基板の第1電界形成電極は、所定形状の複数のサーブ電極を含み、第2基板の第２電界形成電極はパターニングされていない。そのため、第1基板及び第2基板の電界形成電極にすべてパターニングを行う場合よりも工程単純化が可能である。さらに、第２電界形成電極をパターニングすることによって発生する静電気染みを阻むために、別途の導電性偏光板を使うなどの必要がないので費用を節減できる。

また、第２電界形成電極に別途のパターニングを行わなかったので、第1及び第2基板の整列の時、第1電界形成電極及び第２電界形成電極のミスアライン問題がないので、ミスアラインに起因する電界歪曲現象が発生しない。
また、第1電界形成電極と第２電界形成電極との重なる部分が少なく、液晶キャパシタンスの容量が小さいため、消費電力が小さく好ましい。

また、サーブ電極の両端とサーブ電極との間に該当する領域には、横電界が発生する。そのため、前述の領域に位置する液晶分子は、横電界方向に対して垂直を成すように配向されることによって、PVAモードと同等以上の透過率を有する。また、液晶分子の誘電率異方性を増加させた時には、同等の電圧を用いる他の液晶表示装置に比べて透過率を極大化することが可能で、液晶分子の方向子(director)が平面内で動く比率が高くて視認性が優秀である。

本発明２は、発明１において、前記サーブ電極の幅は、6μｍ以下であることを特徴とする。
本発明３は、発明１において、前記サーブ電極の間の間隔は、4ないし14μｍであることを特徴とする。
本発明４は、発明１において、前記第1及び第2配向膜は、水平配向膜であることを特徴とする。

本発明５は、発明１において、前記液晶層を構成する液晶分子のプレチルト角は、0.5ないし3゜であることを特徴とする。液晶表示装置に電圧を印加した時に、2個以上のドメイン(domain)が生成されることを抑制することができる。
本発明６は、発明１において、前記液晶層を構成する液晶分子の誘電率異方性が、負であることを特徴とする。

本発明７は、発明１において、前記第1及び第2方向は、互いに180゜を成すことを特徴とする。
本発明８は、発明１において、前記サーブ電極と前記第1方向は、60ないし85゜を成すことを特徴とする。
サーブ電極と前記第1方向は、60ないし85゜を成すため、全ての液晶分子の初期配向がサーブ電極に対して所定角度傾いている。電圧を印加すると、全ての液晶分子が水平面内において均一に同じ方向に回転する。そのため、テクスチャ(texture)が発生せず、非正常的なドメインが発生しない。なお、液晶分子が方向性なしにランダムに回転する場合には、互いに方向が異なる液晶分子の間に発生するテクスチャ(texture)が発生し、非正常的なドメインが発生してしまう。

また、前記技術的課題を果たすための本発明９による液晶表示装置は、絶縁基板上の画素領域に形成される第1電界形成電極及び前記第1電界形成電極を覆う第1方向にラビングされた第1配向膜を含む第1基板、絶縁基板上に形成されて、前記第1基板の前記画素領域に対応する領域に相互平行に形成されている複数の開口部を含む第2電界形成電極及び前記第2電界形成電極を覆う第2方向にラビングされた第2配向膜を含む第2基板及び前記第1及び第2基板の間に形成された液晶層を含む。

本発明１とは、第1電界形成電極が所定形状の複数のサーブ電極を有するか、あるいは第２電界形成電極が複数の開口部を有するかで異なるが、上記構成により本発明１と同様の作用効果を奏する。
本発明１０は、発明９において、前記多数の開口部の間の幅は、6μｍ以下であることを特徴とする。

本発明１１は、発明９において、前記多数の開口部の各々の幅は、4ないし14μｍであることを特徴とする。
本発明１２は、発明９において、前記第1及び第2配向膜は、水平配向膜であることを特徴とする。
本発明１３は、発明９において、前記液晶層を構成する液晶分子のプレチルト角は、0.5ないし3゜であることを特徴とする。

本発明１４は、発明９において、前記液晶層を構成する液晶分子の誘電率異方性が、負であることを特徴とする。
本発明１５は、発明９において、前記第1及び第2方向は、互いに180゜を成すことを特徴とする。
本発明１６は、発明９において、前記多数の開口部と前記第2方向は、60ないし85゜を成すことを特徴とする。

その他の実施形態の具体的な事項は、詳細な説明及び図面に含まれている。

本発明による液晶表示装置は、電界形成電極の間の重なる面積を最小化して、液晶分子を水平方向に配向するようにして、横電界成分の電界の形成が可能な構造を採択することで、視野角及び透過率を高めることができる。
また、電界形成電極のうち、何れか一つの電極のみがパターニングされた電界形成電極を含んで、静電気問題発生可能性が少ない。したがって、導電性偏光板を備える必要がなくて工程效率が高い。
また、電界形成電極のうち、一つの電極のみがパターニングされることによって第1基板及び第2基板の整列の時、ミスアラインが発生しなくて電界の歪曲が発生しない。

本発明の一実施形態による液晶表示装置のレイアウト図である。 図１のII-II'線に沿って切断した断面図である。 本発明の一実施形態による液晶表示装置の薄膜トランジスターのオフ状態での液晶分子の配列を概略的に図示した平面図である。 本発明の一実施形態による液晶表示装置の薄膜トランジスターのオフ状態での液晶分子の配列を概略的に図示した断面図である。 本発明の一実施形態による液晶表示装置の薄膜トランジスターのオン状態での液晶分子の配列を概略的に図示した断面図である。 図３の液晶分子が所定角度回転した場合の平面図である。 本発明の一実施形態による液晶表示装置のレイアウト図である。 図６のVII-VII'線に沿って切断した断面図である。 本発明の他の実施形態による液晶表示装置の薄膜トランジスターのオフ状態での液晶分子の配列を概略的に図示した平面図である。 本発明の他の実施形態による液晶表示装置の薄膜トランジスターのオフ状態での液晶分子の配列を概略的に図示した断面図である。 本発明の他の実施形態による液晶表示装置の薄膜トランジスターのオン状態での液晶分子の配列を概略的に図示した断面図である。 図８の液晶分子が所定角度回転した場合の平面図である。 本発明のまた他の実施形態による液晶表示装置のレイアウト図である。 図１１のXII-XII'線に沿って切断した断面図である。 本発明のさらに他の実施形態による液晶表示装置の薄膜トランジスターのオフ状態での液晶分子の配列を概略的に図示した平面図である。 各々本発明のさらに他の実施形態による液晶表示装置の薄膜トランジスターのオフ状態での液晶分子の配列を概略的に図示した断面図である。 本発明のさらに他の実施形態による液晶表示装置の薄膜トランジスターのオン状態での液晶分子の配列を概略的に図示した断面図である。 図１３の液晶分子が所定角度回転した場合の平面図である。 本発明のさらに他の実施形態による液晶表示装置のレイアウト図である。 図１６のXVI-XVI'線に沿って切断した断面図である。 本発明のさらに他の実施形態による液晶表示装置の薄膜トランジスターのオフ状態での液晶分子の配列を概略的に図示した平面図である。 本発明のさらに他の実施形態による液晶表示装置の薄膜トランジスターのオフ状態での液晶分子の配列を概略的に図示した断面図である。 本発明のさらに他の実施形態による液晶表示装置の薄膜トランジスターのオン状態での液晶分子の配列を概略的に図示した断面図である。 図１８の液晶分子が所定角度回転した場合の平面図である。 本発明の一実施形態による液晶表示装置の薄膜トランジスターオン状態で形成される等電位形状を概念的に表した断面図である。

本発明の利点及び特徴、そしてそれらの達成方法は、添付図面と共に詳細に後述されている実施形態を参照すれば、明確になる。しかし、本発明は、以下で開示される実施形態に限定されず、相違なる多様な形態で具現でき、単に本実施形態は本発明の開示を完全にし、当業者に発明の範ちゅうを完全に知らせるために提供される、本発明は特許請求の範ちゅうによって定義されるだけである。明細書全体に亙って同一な参照符号は、同一な構成要素を示す。
＜実施形態１＞
まず、図１及び図２を参照して、本発明の一実施形態による液晶表示装置について説明する。図１は、本発明の一実施形態よる液晶表示装置のレイアウト図であり、図２は、図１のII-II'線に沿って切断した断面図である。

液晶表示装置は、第1基板１００と、これと対向している第2基板２００と、第1基板１００及び第2基板２００の間に注入されて基板に水平に配向されている液晶分子３１０を含む液晶層３００と、でなされる。
まず、第1基板１００は、ガラスなどの透明な絶縁物質からなる基板１１０上にインジウムチンオキシド(Indium Tin Oxide、以下ITOと称する)またはインジウムジンクオキシド(Indium Zinc Oxide、以下IZOと称する)などの透明導電性酸化物で形成されており、所定間隔離隔して相互平行に配列されている複数のサーブ電極１８２aとこれらを電気的に連結する連結電極１８２bとを含む電界形成電極である画素電極１８２が形成されている。画素電極１８２は、薄膜トランジスターに連結されており、画像信号電圧が印加される。この際、薄膜トランジスターは、走査信号を伝達するゲート線１２２と画像信号を伝達するデータ線１６２とに各々連結されており、走査信号によってオン(on)またはオフ(off)されて、画素電極１８２に画像信号を印加する。このような画素電極１８２が形成されている基板１１０上には、第1配向膜１９０が形成されているが、これは電圧を印加しない初期状態の液晶層３００に含まれている液晶分子３１０の配向を水平にするためのものである。

また、第2基板２００は、ガラスなどの透明な絶縁物質からなる基板２１０の下面に光漏れを防止するためのブラックマトリックス２２０と、赤、緑、青のカラーフィルター２３０と、ITOまたはIZOなどの透明導電性酸化物で形成された電界形成電極である共通電極２７０とが形成されている。このような共通電極２７０が形成されている基板２１０上には、第2配向膜２８０が形成されているが、これは初期状態の液晶層３００に含まれている液晶分子３１０の配向を水平にするためのものである。

本発明の一実施形態による液晶表示装置について、さらに詳しく説明する。
まず、第1基板１００について説明すれば、基板１１０上に形成されたゲート配線は、図１中、横方向に伸びているゲート線１２２と、ゲート線１２２の端部に連結されていて外部から印加されたゲート信号をゲート線１２２に伝達するためのゲートパッド１２４と、ゲート線１２２に連結されて突起の形態で形成された薄膜トランジスターのゲート電極１２６とを含む。このようなゲート配線は、アルミニウム(Al)やアルミニウム合金などアルミニウム系列金属などでなされた導電膜電の単一膜構造、または前記した導電膜上に他の物質、特にITOまたはIZOとの物理的、化学的、電気的接触特性が良いクロム(Cr)、チタン(Ti)、タンタル(Ta)、モリブデン(Mo)及びこれらの合金などからなる他の導電膜を含む多層膜構造(図示せず)を持つことができる。

基板１１０及びゲート配線の上には、窒化ケイ素(SiNx)などからなるゲート絶縁膜１３０が形成されている。
ゲート絶縁膜１３０上には、データ配線が形成されている。データ配線は、図１中、縦方向に形成されてゲート線１２２と交差している。データ配線は、例えば直四角形形状の画素領域を定義するデータ線１６２と、データ線１６２の分枝として形成されたソース電極１６５と、ソース電極１６５に隣接しているドレーン電極１６６と、データ線１６２の一端に形成されたデータパッド１６８とを含む。データ線１６２、ソース電極１６５、ドレーン電極１６６、及びデータパッド１６８もゲート配線と同様にアルミニウム(Al)やアルミニウム合金などアルミニウム系列金属などからなる導電膜の単一膜構造、または前記した導電膜上に他の物質、特にITOまたはIZOとの物理的、化学的、電気的接触特性が良いクロム(Cr)、チタン(Ti)、タンタル(Ta)、モリブデン(Mo)及びこれらの合金などからなる他の導電膜を含む多層膜構造(図示せず)を持つことができる。

ソース電極１６５とドレーン電極１６６との下部には、薄膜トランジスターのチャンネル部で使われる島模様の半導体層１４０が形成されている。また、半導体層１４０上には、ソース及びドレーン電極１６５、１６６と、チャンネル部半導体層１４０との間の接触抵抗を減少させるためのシリサイドまたはn型不純物が高濃度でドーピングされたn+水素化非晶質ケイ素などの物質からなる抵抗性接触層１５５、１５６と、が形成されている。

データ配線の上には、窒化ケイ素などの無機絶縁物や樹脂などの有機絶縁物からなる保護膜１７０が形成されている。保護膜１７０には、ドレーン電極１６６及びデータパッド１６８を各々露出させるコンタクトホール１７７、１７８が形成されている。また、保護膜１７０には、ゲート絶縁膜１３０と連結されているコンタクトホール１７４が形成されているが、これはゲートパッド１２４を露出させる。

保護膜１７０上には、コンタクトホール１７７を通じてドレーン電極１６６と電気的に連結されている画素電極１８２が形成されている。画素電極１８２は、複数のサーブ電極１８２aとこれらサーブ電極１８２aを連結する連結電極１８２bとを含む。画素電極１８２のサーブ電極１８２aは、例えば画素領域の長辺と平行した方向に形成された所定のストライプ(stripe)形状を持つことができる。この際、各サーブ電極１８２aの幅と間隔は、液晶表示装置の光学特性の設定に依存し、例えば各サーブ電極１８２aの幅は約6μｍ以下であり、サーブ電極１８２aの間の間隔は4ないし14μｍであり得る。例えばサーブ電極１８２aの幅が4μｍである場合、サーブ電極１８２aの間の間隔は11μｍであり得る。画素電極１８２の連結電極１８２bは、前記したような各サーブ電極１８２aを電気的に連結するために形成される。連結電極１８２bは、例えばサーブ電極１８２aの両端のうち、何れか一方または両方すべてで各サーブ電極１８２aを連結して形成されることもでき、各サーブ電極１８２aの中央部分を連結して形成されることができ、その形成位置は特別に限定されない。画素電圧が印加された画素電極１８２は、第2基板２００の共通電極２７０と共に電界を生成することによって、画素電極１８２と共通電極２７０との間の液晶層３００の液晶分子３１０の配列を決める。

また、保護膜１７０上には、コンタクトホール１７７、１７８を通じて各々ゲートパッド１２４及びデータパッド１６８と連結されている、補助ゲートパッド１８４及び補助データパッド１８８が形成されている。補助ゲートパッド１８４及び補助データパッド１８８は、外部回路装置との接着性を補ってゲートパッド１２４とデータパッド１６８を保護するために設けられており、例えばITOまたはIZOで形成されうる。

前記したように、画素電極１８２が形成されている基板１１０上に第1配向膜１９０が形成されている。第1配向膜１９０は、液晶層３００の液晶分子３１０の初期配向が基板１１０に水平になるようにする水平配向膜を使用する。液晶表示装置に電圧を印加した時に、2個以上のドメイン(domain)が生成されることを抑制するために、液晶分子３１０が、例えば0.5゜ないし3゜ほどのプレチルト角を維持する配向膜を使用できる。また、第1配向膜１９０は、液晶層３００の液晶分子３１０の初期配向が、基板１１０に平行な面内でサーブ電極１８２aに対してα゜の傾斜を有するようにラビングされたものである。各αは、液晶表示装置の光学特性の設定に依存し、0゜と90゜を除いた任意の角であり、例えば60゜ないし85゜であり得る。

続いて、第2基板２００について説明すれば、基板２１０の第1基板１００の対向面には、光漏れを防止するためのブラックマトリックス２２０が形成されている。ブラックマトリックス２２０の上には、赤、緑、青色のカラーフィルター２３０が形成されている。カラーフィルター２３０の上には、カラーフィルター２３０によって形成された段差を平坦化するためのオーバーコート層２５０が形成されている。

オーバーコート層２５０上には、共通電極２７０が形成されている。共通電極２７０は、例えば透明導電性酸化物質、例えばITOまたはIZOなどの物質で形成されうる。
前記したように、共通電極２７０が形成されている基板２１０上に第2配向膜２８０が形成されている。この第2配向膜２８０は、液晶分子３１０の初期配向が水平になるようにする。また、液晶分子３１０のプレチルト角が、例えば約0.5゜ないし3゜に維持されるようにしても良い。また、第2配向膜２８０のラビング方向は、第1基板１１０の第1配向膜１９０のラビング方向と平行であるが、反対方向となるように、すなわち第1基板１１０の第1配向膜１９０のラビング方向と180°を成すようにラビングされたものである。例えば第1基板１００の第1配向膜１９０が、α゜の傾斜を持つようにラビングされた場合、第2基板２００の第2配向膜２８０は、α゜の傾斜を持つようにラビングされる。そして、第2配向膜２８０は、第1基板１００の第1配向膜１９０のラビング方向とは180゜を成すようにラビングされる。各αは、液晶表示装置の光学特性の設定に依存し、0と90゜を除いた任意の角であり、例えば65ないし80゜であり得る。

以上のような構造の薄膜トランジスターが形成された第1基板１００とカラーフィルターが形成されている第2基板２００とが整列された間に液晶層３００が形成されている。液晶層３００中の液晶分子３１０は、第1基板１００と第２基板２００との間に水平に配向されて、誘電率異方性(Δε)が0より小さい、すなわち液晶分子３１０の長軸が電界形成方向と垂直な方向に配される。このような液晶分子３１０は、画素のオン、オフによって液晶分子３１０の長軸が基板１１０、２１０面にほとんど平行となるように動作する。

次いで、図２ないし図５Ｂを参照して、薄膜トランジスターのオンまたはオフによる本発明の一実施形態による液晶表示装置での液晶分子の配列について説明する。図３及び図４は、各々本発明の一実施形態による液晶表示装置の薄膜トランジスターのオフ状態での液晶分子の配列を概略的に図示した平面図及び断面図であり、図５Ａは、本発明の一実施形態による液晶表示装置の薄膜トランジスターのオン状態での液晶分子の配列を概略的に図示した断面図であり、図５Ｂは図３の液晶分子が所定角度回転した場合の一例を示す平面図である。

まず、薄膜トランジスターのオフ状態での液晶分子の配列をよく見れば、図２ないし図４に図示したように、画素領域の長辺に各々平行になっており、かつ所定間隔離隔しているサーブ電極１８２aとその上部に形成されている共通電極２７０との間の液晶分子３１０は、その長軸が基板１１０、２１０に対して0.5゜ないし3゜のプレチルト角を持って、水平配向膜のラビング方向と平行に配列される。例えば、第1基板１００の第1配向膜１９０は、サーブ電極１８２aを基準に約60゜ないし85゜の傾斜αを持つようにラビングされている。また、第2基板２００の第2配向膜２８０は、第1基板と同じ傾斜角αを持つようにラビングされるが、第1基板１００の第1配向膜１９０のラビング方向と180゜を成すようにラビングされる場合、液晶分子３１０の長軸はサーブ電極１８２aに対して約60ないし85゜の角度で配列される。

次いで、薄膜トランジスターがオン状態での液晶分子の配列をよく見れば、図２及び図５Ａに図示したように、薄膜トランジスターがオン状態になって画素電極１８２に画像信号が印加されれば、第1及び第2基板１００、２００との間に電界が形成される。この際、後述の図２１に示すように、サーブ電極１８２aの中央部Ａでは、ここに対応する位置の共通電極２７０側に直進する垂直電界が形成される。一方、サーブ電極１８２aの中央部Ａから両端Ｂに行くほど、共通電極２７０に直進せずに外側で曲がる横電界が形成される。第1配向膜１９０及び第2配向膜２８０と隣接した液晶分子３１０（例えば、図５Ａにおいて第１及び第２配向膜に隣接する液晶分子ａ）は、第1配向膜１９０及び第2配向膜２８０とのアンカーリングエネルギー(anchoring energy)によって元来の配向が維持される。一方、液晶層３００縦方向の中央部に位置する液晶分子３１０（例えば、図５Ａにおいて液晶分子ｂ及びｃ）は、電界が形成される方向によって、すなわち横電界の影響を受けて回転する。このとき、負の誘電率異方性を有する液晶分子３１０は、その長軸が電界形成方向に対して垂直を成すように回転する。ここで、サーブ電極１８２ａの中央部Ａ上部に位置し、かつ液晶層３００の中央部に位置する液晶分子ｂは、垂直電界に垂直、つまり、第1及び第2基板１００、２００に沿うように維持される。一方、サーブ電極１８２ａの両端Ｂに隣接する部分に位置し、かつ液晶層３００の中央部に位置する液晶分子ｃは、横電界に垂直、つまり、第1及び第2基板１００、２００に沿う方向に対して傾きを有するように維持される。なお、前述の通り、全ての液晶分子３１０は、第1配向膜１９０及び第2配向膜２８０のラビングによって、初期配向が水平面内においてサーブ電極１８２aに対して所定角度α傾いている。ここで、電圧を印加すると、このような角度αに応じて初期回転方向が決定され、図５Ｂに示すように全ての液晶分子３１０は水平面内において均一に同じ方向に回転する。これにより、電圧を印加したときの光の透過率を高めることができる。なお、液晶分子が様々な方向に配向されている場合には、電圧の印加により液晶分子が様々な方向に傾きを有するようになり、２以上のドメインが形成されてしまう。よって、ドメイン毎間にテクスチャが発生し、透過率も低下してしまう。

前記したような、本発明の一実施形態による液晶表示装置で第1基板１００の画素電極１８２は、所定形状の複数のサーブ電極１８２aを含み、第2基板の共通電極２７０はパターニングをしない。そのため、第1基板１００及び第2基板２００の電界形成電極にすべてパターニングを行う場合よりも工程単純化が可能である。さらに、上板の共通電極をパターニングすることによって発生する静電気染みを阻むために、別途の導電性偏光板を使うなどの必要がないので費用を節減できる。ここで、ディスプレイ画面に隣接して形成される共通電極がパターンニングされていると、静電気がパターンニングに応じて発生し、静電気による染みが発生する。しかし、本発明のように、ディスプレイ画面全体に亘って共通電極が形成されていると、静電気が発生しても画面全体に発生するため、パターンニング模様の染みは発生しない。

また、共通電極２７０に別途のパターニングを行わなかったので、第1及び第2基板１００、２００の整列の時、画素電極１８２及び共通電極２７０のミスアライン問題がないので、ミスアラインに起因する電界歪曲現象が発生しない。
また、画素電極１８２と共通電極２７０との重なる部分が少なく、液晶キャパシタンスの容量が小さいため、消費電力が小さく好ましい。画素電極は画素内のほぼ全面に亘って形成される場合もあるが、本発明の構成によると、画素電極がストライプ状に形成されるため、画素電極１８２と共通電極２７０との重畳部分が少ない。

また、全ての液晶分子３１０の初期配向がサーブ電極１８２に対して所定角度傾いており、電圧を印加すると、全ての液晶分子３１０が水平面内において均一に同じ方向に回転する。そのため、テクスチャ(texture)が発生せず、非正常的なドメインが発生しない。なお、液晶分子が方向性なしにランダムに回転する場合には、互いに方向が異なる液晶分子の間に発生するテクスチャ(texture)が発生し、非正常的なドメインが発生してしまう。

また、サーブ電極１８２aの両端とサーブ電極１８２aとの間に該当する領域には、横電界が発生する。そのため、前述の領域に位置する液晶分子は、横電界方向に対して垂直を成すように配向されることによって、PVAモードと同等以上の透過率を有する。また、液晶分子の誘電率異方性を増加させた時には、同等の電圧を用いる他の液晶表示装置に比べて透過率を極大化することが可能で、液晶分子の方向子(director)が平面内で動く比率が高くて視認性が優秀である。
＜実施形態２＞
次いで、図６及び図７を参照して、本発明の他の実施形態による液晶表示装置について説明する。図６は、本発明の他の実施形態による液晶表示装置のレイアウト図であり、図７は、図６のVII-VII'線に沿って切断した断面図である。

本発明の他の実施形態による液晶表示装置では、第1基板１００の第1配向膜１９０と第２基板２００の第２配向膜２８０とでラビング方向が180゜を成すように、第1基板１００の第1配向膜１９０は、画素領域の長辺に対して90゜でラビングされ、第2配向膜２８０は画素領域の長辺に対して90゜でラビングされる。このような第1基板１００の第1配向膜１９０のラビング方向に対して、サーブ電極１８２aは、例えば60゜ないし85゜の傾斜を持って相互平行に形成される。これらの点を除き、本発明の一実施形態による液晶表示装置と等しい。したがって、本発明の一実施形態と重複される説明については省略する。

次いで、図７ないし図１０Ｂを参照して、薄膜トランジスターのオンまたはオフによる本発明の他の実施形態による液晶表示装置での液晶分子の配列について説明する。図８及び図９は、各々本発明の他の実施形態による液晶表示装置の薄膜トランジスターのオフ状態での液晶分子の配列を概略的に図示した平面図及び断面図であり、図１０Ａは、本発明の他の実施形態による液晶表示装置の薄膜トランジスターのオン状態での液晶分子の配列を概略的に図示した断面図であり、図１０Ｂは図８の液晶分子が所定角度回転した場合の一例を示す平面図である。

まず、薄膜トランジスターのオフ状態での液晶分子の配列を検討する。第1配向膜１９０は、画素領域の長辺に対して90゜を成してラビングされている。サーブ電極１８２aは、図７ないし図９に図示したように、この第1配向膜１９０のラビング方向に対して所定角度、例えば60゜ないし85゜の角度αの傾斜を持って相互平行に形成されている。このサーブ電極１８２aを含む画素電極１８２と共通電極２７０との間の液晶分子３１０は、その長軸が基板１１０、２１０面に対して0.5゜ないし3゜のプレチルト角を持って水平配向膜のラビング方向と平行に配列される。すなわち、液晶分子３１０の長軸は、画素領域の長辺に対して90゜を成す方向に配向されている。しかし、サーブ電極１８２ａが角度αの傾斜を有しているため、液晶分子３１０の長軸は、サーブ電極１８２aに対して約60ないし85゜の傾斜角(α)を持って配列される。

次いで、薄膜トランジスターがオン状態での液晶分子の配列を検討する。図７及び図１０Ａに図示したように、薄膜トランジスターがオン状態になって、画素電極１８２に画像信号が印加されれば、第1及び第2基板１００、２００との間に電界が形成される。この際、電界は、本発明の一実施形態による液晶表示装置の液晶配列で説明したように、サーブ電極１８２aの中央部Ａではここに対応する位置の共通電極２７０側に直進する垂直電界が形成されて、サーブ電極１８２aを中央部Ａから両端Ｂに行くほど共通電極２７０に直進せずに外側に曲がる横電界が形成される。第1配向膜１９０及び第2配向膜２８０と隣接した液晶分子３１０（例えば、図１０Ａにおいて第１及び第２配向膜に隣接する液晶分子ａ）は、元来の配向状態を維持する。一方、液晶層３００の縦方向の中央部に位置する液晶分子３１０（例えば、図１０Ａにおいて液晶分子ｂ及びｃ）は、横電界が形成される方向によって回転する。このとき、負の誘電率異方性を有する液晶分子３１０は、その長軸が電界形成方向に対して垂直を成すように回転する。この際、第1配向膜１９０及び第2配向膜２８０のラビングによって初期方向が決まった液晶分子３１０は、図１０Ｂに示すように水平面内において均一に同じ方向に回転する。

前記したような、本発明の他の実施形態による液晶表示装置で本発明の一実施形態による液晶表示装置と同様に、共通電極２７０がパターニングされないことによって、工程単純化及びコスト節減の效果がある。また、第1基板１００及び第2基板２００の整列の時に、ミスアラインによる電界歪曲現象が発生しない。また、画素電極１８２と共通電極２７０とが重なる部分を最小化して低い液晶キャパシタンスを有する。また、液晶分子３１０が均一に同じ方向に回転するので、テクスチャが発生しないので非正常的なドメインが発生しない。また、PVAモードと同等以上の透過率を持って、液晶分子の誘電率異方性増加の時、同等電圧を使う他の液晶表示装置に比べて透過率を極大化することが可能で、液晶分子の方向子が平面内で動く比率が高くて視認性が優秀である。
＜実施形態３＞
次いで、図１１及び図１２を参照して、本発明のまた他の実施形態による液晶表示装置について説明する。図１１は、本発明のまた他の実施形態による液晶表示装置のレイアウト図であり、図１２は、図１１のXII-XII'線に沿って切断した断面図である。

本発明のまた他の実施形態による液晶表示装置の第1基板１００は、画素電極１８２及び第1配向膜１９０を除き、本発明の一実施形態による液晶表示装置の第1基板１００と同一なので、重複される部分についての説明は省略して、その差異について説明する。
図１１及び図１２に図示されているように、保護膜１７０上には、コンタクトホール１７７を通じてドレーン領域１６６と電気的に連結されている画素電極１８２が形成されている。画素電極は、互いに交差するゲート線１２２とデータ線１６２とによって定義される画素領域内にほぼ全面に亘って位置する。画素電極は、例えばITOまたはIZOなどの透明導電性物質からなりうる。

画素電極１８２が形成されている基板１１０上に第1配向膜１９０が形成されている。第1配向膜１９０としては、液晶分子の初期配向を基板面に対して水平にする水平配向膜を使って、例えば0.5゜ないし3゜ほどのプレチルト角を維持する配向膜を使用できる。
また、図１３に示すように、液晶層３００の液晶分子３１０の初期配向が、基板１１０の平行な面内で、後述する共通電極２７０の開口部２７０aに対してα゜の傾斜を有するように、第1配向膜１９０はラビングされる。各αは、液晶表示装置の光学特性の設定に依存し、0゜と90゜を除いた任意の角であり、例えば60゜ないし85゜であり得る。

図１１及び図１２に示される第2基板２００は、共通電極２７０及び第2配向膜２８０を除き、本発明の一実施形態による液晶表示装置の第2基板２００と同一なので、重複される部分についての説明は省略して、その差異について説明する。
図１１及び図１２に図示されているように、オーバーコート層２５０上に複数の開口部２７０aと共通電極部２７０bとを含む共通電極２７０が形成されている。共通電極２７０の開口部２７０aは、例えば画素領域の長辺と平行な方向に形成された所定のストライプ形状を有しうる。この際、各開口部２７０aの幅と開口部２７０aとの間に位置する共通電極部の幅、すなわち開口部２７０aの間の幅は、液晶表示装置の光学特性の設定に依存し、例えば各開口部２７０aの幅は約4ないし14μｍであり、開口部２７０aの間の幅は6μｍ以下であり得る。例えば、開口部２７０aの幅が11μｍである場合、開口部(270a)は4μｍであり得る。共通電極２７０は、例えば透明導電性酸化物質、例えばITOまたはIZOなどの物質で形成されうる。

前記したように、共通電極２７０が形成されている基板２１０上に第2配向膜２８０が形成されている。第2配向膜２８０としては、液晶分子の初期配向を基板面に対して水平にする水平配向膜を使って、例えば0.5゜ないし3゜ほどのプレチルト角を維持する配向膜を使用できる。また、第2配向膜２８０は、液晶分子３１０の初期配向が基板２１０に平行な面内で開口部２７０aに対してα゜の傾斜を有するようにする。各αは、液晶表示装置の光学特性の設定に依存し、0゜と90゜を除いた任意の角であり、例えば60ないし85゜であり得る。この際、ラビング方向は、第1基板１１０の第1配向膜１９０のラビング方向と180゜を成す。

次いで、図１２ないし図１５Ｂを参照して、薄膜トランジスターのオンまたはオフによる本発明のさらに他の実施形態による液晶表示装置での液晶分子の配列について説明する。図１３及び図１４は、各々本発明のさらに他の実施形態による液晶表示装置の薄膜トランジスターのオフ状態での液晶分子の配列を概略的に図示した平面図及び断面図であり、図１５Ａは、本発明のさらに他の実施形態による液晶表示装置の薄膜トランジスターのオン状態での液晶分子の配列を概略的に図示した断面図であり、図１５Ｂは図１３の液晶分子が所定角度回転した場合の一例を示す平面図である。

まず、薄膜トランジスターのオフ状態での液晶分子の配列をよく見れば、図１２ないし図１４に図示したように、共通電極２７０には、画素電極１８２の上部に形成されており、画素領域の長辺に平行な複数の開口部２７０aが含まれる。画素領域内に形成されている画素電極１８２と、共通電極２７０との間の液晶分子３１０は、その長軸が基板１１０、２１０面に対して0.5゜ないし3゜のプレチルト角を有し、水平配向膜のラビング方向と平行に配列される。例えば、各々第1基板１１０及び第2基板２１０の第1配向膜１９０及び第2配向膜２８０が、開口部２７０aを基準に60゜ないし85゜の傾斜を有するように互いに反対方向にラビングされたとする。この場合、液晶分子３１０の長軸は、開口部２７０aに対して約60ないし85゜の傾斜角度(α)を持って配列される。

次いで、薄膜トランジスターがオン状態での液晶分子の配列をよく見れば、図１２及び図１５Ｂに図示したように、薄膜トランジスターがオン状態になって画素電極１８２に画像信号が印加されれば、第1及び第2基板１００、２００との間に電界が形成される。この際、共通電極２７０の開口部２７０aの間に位置する共通電極部２７０bの中央部Ｃに対応する位置の画素電極１８２では、共通電極部２７０bの中央部Ｃに直進する垂直電界が形成される。一方、共通電極部２７０bの中央部Ｃから両端Ｄに行くほど、さらに開口部２７０aに対応する位置の画素電極１８２では、共通電極部２７０に直進せずに収束する形態の横電界が形成される。生成される電界の等電位線は、図２１の等電位線を反転させたような分布となる。

第1配向膜１９０及び第2配向膜２８０と隣接した液晶分子３１０（例えば、図１５Ａにおいて第１及び第２配向膜に隣接する液晶分子ａ）は、元来の配向状態を維持する。一方、液晶層３００の縦方向の中央部に位置する液晶分子３１０（例えば、図１５Ａにおいて液晶分子ｂ及びｃ）は、横電界方向によって負の誘電率異方性を有するため、その長軸が電界形成方向に対して垂直を成すように回転する。この際、第1配向膜１９０及び第2配向膜２８０のラビングによって初期方向が決まった液晶分子３１０は、図１５Ｂに示すように全てが均一に同じ方向に回転する。

前記したような液晶表示装置では、共通電極２７０に所定の開口部２７０aを形成することで、画素領域内に形成された画素電極１８２に対しては別途のパターニングを形成することなく本発明の一実施形態による液晶表示装置と同様にPVAモードと類似の透過率を有する。また、共通電極２７０にのみ開口部２７０aを含むようにパターニングすることによって、第1及び第2基板１００、２００の整列の時、ミスアラインによる電界歪曲現象が発生しない。また、共通電極２７０がストライプ形状に形成されているため、画素電極１８２と共通電極２７０の重なる部分が少なくて低い液晶キャパシタンスを有する。また、本発明では、液晶分子３１０の初期配向が開口部２７０aに対して所定角度傾いていて、電圧を印加した場合には、液晶分子３１０が水平面内において均一に同じ方向に回転するため、テクスチャ(texture)が発生せず、非正常的なドメインが発生しない。なお、方向性なしにランダムに回転する場合、互いに方向が異なる液晶分子の間に発生するテクスチャが発生し、非正常的なドメインが発生してしまう。また、液晶分子の誘電率異方性を増加させた場合には、同等電圧を使う他の液晶表示装置に比べて透過率を極大化することが可能で、液晶分子の方向子が平面内で動く比率が高くて視認性が優秀である。
＜実施形態４＞
引き継き、図１６及び図１７を参照して、本発明のさらに他の実施形態による液晶表示装置について説明する。図１６は、本発明のさらに他の実施形態による液晶表示装置のレイアウト図であり、図１７は、図１６のXVII-XVII'線に沿って切断した断面図である。

本発明のさらに他の実施形態による液晶表示装置では、第1基板１００の第1配向膜１９０のラビング方向と180゜を成すように、第1基板１００の第1配向膜１９０は、画素領域の長辺に対して90゜にラビングされ、第2配向膜２８０は、画素領域の長辺に対して90゜にラビングされる。このような第2基板１００の第2配向膜２８０のラビング方向に対して、共通電極２７０の開口部２７０aは、例えば60゜ないし85゜の傾斜を有し、相互平行に形成される。これらの点を除き、画素領域の長辺に平行な共通電極２７０の開口部２７０aを含む前述の本発明のさらに他の実施形態による液晶表示装置と等しい。したがって、本発明のさらに他の実施形態と重複される説明については省略する。

次いで、図１７ないし図２０Ｂを参照して、薄膜トランジスターのオンまたはオフによる本発明のさらに他の実施形態による液晶表示装置での液晶分子の配列について説明する。図１８及び図１９は、各々本発明のさらに他の実施形態による液晶表示装置の薄膜トランジスターのオフ状態での液晶分子の配列を概略的に図示した平面図及び断面図であり、図２０Ａは、本発明のさらに他の実施形態による液晶表示装置の薄膜トランジスターのオン状態での液晶分子の配列を概略的に図示した断面図であり、図２０Ｂは図１８の液晶分子が所定角度回転した場合の一例を示す平面図である。

まず、薄膜トランジスターのオフ状態での液晶分子の配列を検討する。図１７ないし図１９に図示したように、第2配向膜２８０は、画素領域の長辺に対して90゜を成してラビングされている。開口部２７０aは、第2配向膜２８０のラビング方向に対して所定角度、例えば60ないし85゜の角度で傾斜を持って相互平行に形成されている。画素領域に形成されている画素電極１８２と、この開口部２７０aを含む共通電極２７０との間の液晶分子３１０は、その長軸が基板１１０、２１０の面に対して0.5゜ないし3゜のプレチルト角を持って水平配向膜のラビング方向と平行に配列される。すなわち、液晶分子３１０の長軸は、画素領域の長辺に対して90゜を成す方向に配向されており、結局液晶分子３１０の長軸は、開口部２７０aに対して約60ないし85゜の傾斜角度(α)を持って配列される。

次いで、薄膜トランジスターがオン状態での液晶分子の配列をよく見れば、図１７及び図２０Ｂに図示したように、薄膜トランジスターのオン状態になって画素電極１８２に画像信号が印加されれば、第1及び第2基板１００、２００との間に電界が形成される。この時、共通電極２７０の開口部２７０aの間に位置する共通電極部２７０ｂの中央部Ｃに対応する位置の画素電極１８２では、共通電極部２７０ｂの中央部Ｃに直進する垂直電界が形成される。一方、共通電極部２７０bの中央部Ｃから両端Ｄに行くほど、さらに開口部２７０aに対応する位置の画素電極１８２では、共通電極部２７０に直進せず収束する横電界成分の電界が形成される。第1配向膜１９０及び第2配向膜２８０と隣接した液晶分子３１０（例えば、図２０Ａにおいて第１及び第２配向膜に隣接する液晶分子ａ）は、元来の配向状態を維持する。一方、液晶層３００の縦方向の中央部に位置する液晶分子３１０（例えば、図２０Ａにおいて液晶分子ｂ及びｃ）は、横電界が形成される方向によって負の誘電率異方性を有するため、その長軸が電界形成方向に対して垂直を成すように回転する。この際、第1配向膜１９０及び第2配向膜２８０のラビングによって初期方向が決まった液晶分子３１０は、図２０Ｂに示すように水平面において全て均一に同じ方向に回転する。

前記したような本発明のさらに他の実施形態による液晶表示装置は、画素領域の長辺と平行な開口部２７０aを含む本発明のさらに他の実施形態による液晶表示装置と同様にPVAモードと類似の透過率を有する。また、共通電極２７０にのみ開口部２７０aを含むようにパターニングすることによって、第1及び第2基板１００、２００の整列の時、ミスアライン発生による電界歪曲現象が発生しない。また、共通電極２７０がストライプ形状に形成されているため、画素電極１８２と共通電極２７０との重なる部分が少なく、液晶キャパシタンスの容量が小さいため、消費電力が小さく好ましい。また、液晶分子３１０の初期配向が開口部２７０aに対して所定角度傾いていて、電圧を印加した場合、液晶分子３１０が水平面内において均一に同じ方向に回転するため、テクスチャ(texture)が発生せず、非正常的なドメインが発生しない。なお、方向性なしにランダムに回転する場合、互いに方向が異なる液晶分子の間に発生するテクスチャが発生し、非正常的なドメインが発生してしまう。また、液晶分子の誘電率異方性が増加させた場合、同等の電圧を使う他の液晶表示装置に比べて透過率を極大化することが可能で、液晶分子の方向子が平面内で動く比率が高くて視認性が優秀である。

以下、実験例を通じて本発明をさらに詳細に説明する。但し、下記実験例は、本発明を例示するためのものであって、本発明が下記実験例によって限定されるものではない。
まず、本発明の一実施形態による液晶表示装置に対してシミュレーションを遂行して、シミュレーションして得られた透過率の中で、最大値を下記表１に記載した。表１で、wは画素電極のサーブ電極の幅を意味して、Lは画素電極のサーブ電極の間の間隔を意味し、Dはセルギャップを意味して、Δnは複屈折率を意味し、Δεは誘電率異方性を意味して、Φは画素電極のサーブ電極とラビング方向とが成す角度を意味する。また、実験例の液晶表示装置の薄膜トランジスターのオン状態で形成される等電位形状を図２１で概念的に図示した。図２１は、本発明の実施形態１による液晶表示装置で、第1基板１１０上に形成されたストライプ形状のサーブ電極１８２aと第2基板２２０上に形成された共通電極２７０との間に形成された等電位形状と負の誘電率異方性を有する液晶分子３１０の配列を表す。

前記表１及び図２１に表したように、実験例１の液晶表示装置に対してシミュレーションして得られた透過率は、約42.29%としてPVAモードの液晶表示装置と比べて同等以上の透過率を有する。
以上、添部された図面を参照して、本発明の実施形態を説明したが、当業者ならば本発明がその技術的思想や必須な特徴を変更せずとも、他の具体的な形態に実施できるということを理解できるであろう。したがって、前述した実施形態は、あらゆる面で例示的なものであり、限定的ではないと理解せねばならない。

本発明の液晶表示装置は、視野角と透過率のが高いノート型パソコン、TVなど多様な平板表示装置に適用されうる。また、本発明は、導電性偏光板を備える必要がなくて、液晶表示装置の製造分野にも有用に適用されうる。

１００：第１基板 １８２：画素電極
１８２a：サーブ電極 １８２b：連結電極
１９０：第1配向膜 ２００：第2基板
２７０：共通電極 ２７０a：開口部
２７０b：共通電極部 ２８０：第2配向膜
３００：液晶層

Claims (17)

1. 第１基板と、
   前記第１基板上に配置された薄膜トランジスターと、
   前記薄膜トランジスター上に配置された保護膜と、
   前記保護膜上に配置され、前記保護膜に配置された第１コンタクトホールを通じて前記薄膜トランジスターと電気的に連結された第１電極として、相互に所定間隔離隔し、相互平行するように配列された複数のサーブ電極と、前記複数のサーブ電極を電気的に連結する連結電極を含む第１電極と、
   前記第１電極に直接接する第１配向膜と、
   第２基板と、
   前記第２基板上に配置された第２電極と、
   前記第２電極上に配置された第２配向膜と、
   前記第１基板と前記第２基板との間に介在する液晶分子を含む液晶層を含み、
   前記第１配向膜は、第１方向にラビングされており、前記第２配向膜は第２方向にラビングされており、
   前記第１方向及び前記第２方向は、長方形形状を有する画素領域の長辺と９０゜を成し、
   前記第１方向と前記第２方向は、１８０°の角度を成し、
   前記サーブ電極及び前記第１方向は、６０ないし８５°の角度を成すことを特徴とする液晶表示装置。
2. 前記保護膜は無機物質を含むことを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置。
3. 前記保護膜は有機物質を含むことを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置。
4. 前記第１基板上に配置され、ゲート線及びゲート電極を含むゲート配線と、
   前記ゲート配線上に配置されたゲート絶縁膜と、
   前記ゲート絶縁膜上に配置され、前記ゲート線と交差し、前記画素領域を定義するデータ線、ドレイン電極及びソース電極を含むデータ配線をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置。
5. 前記ゲート線の末端に配置されたゲートパッドと、
   前記データ線の末端に配置されたデータパッドをさらに含むことを特徴とする請求項４に記載の液晶表示装置。
6. 前記保護膜は、前記ゲート配線及び前記データ配線上に配置されることを特徴とする請求項５に記載の液晶表示装置。
7. 前記保護膜上に配置され、前記保護膜に配置された第２コンタクトホールを通じて前記ゲートパッドと電気的に連結される補助ゲートパッドと、
   前記保護膜上に配置され、前記保護膜に配置された第３コンタクトホールを通じて前記データパッドと電気的に連結される補助データパッドをさらに含むことを特徴とする請求項６に記載の液晶表示装置。
8. 前記液晶分子の長軸は、前記第１基板及び前記第２基板に実質的に平行であることを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置。
9. 前記第１配向膜と第２配向膜は、水平配向膜であることを特徴とする請求項８に記載の液晶表示装置。
10. 前記液晶層を構成する液晶分子は、負の誘電率異方性を有することを特徴とする請求項８に記載の液晶表示装置。
11. 前記液晶層を構成する液晶分子のプレチルト角は０．５ないし３°の範囲にあることを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置。
12. 前記各サーブ電極の幅は６μｍ以下であることを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置。
13. 前記サーブ電極の間の距離は、４ないし１４μｍの範囲にあることを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置。
14. 前記第２基板は、平坦形状（ｐｌａｎａｒ ｓｈａｐｅ）を含むことを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置。
15. 前記第２配向膜は、前記第２電極を直接接触することを特徴とする請求項１３に記載の液晶表示装置。
16. 前記連結電極は、前記サーブ電極の末端で前記サーブ電極を連結することを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置。
17. 前記連結電極は、前記サーブ電極の中央部で前記サーブ電極を連結することを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置。
    

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