KR100767371B1 - 수직 배향형 액정 표시 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명에서는 절연 제1 기판, 제1 기판 위에 형성되어 있는 제1 배선, 제1 배선과 절연되어 교차하고 있는 제2 배선, 제1 배선과 제2 배선이 교차하여 이루는 화소 영역 내에 형성되어 있으며 다수의 소부분으로 분리된 화소 전극, 제1 배선, 제2 배선 및 화소 전극에 연결되어 있는 스위칭 소자, 제1 기판과 대향하고 있는 제2 기판, 제2 기판에 형성되어 있는 공통 전극, 공통 전극에 형성된 세로 및 가로 방향의 도메인 분할 수단을 포함하는 수직 배향형 액정 표시 장치를 마련한다. 이때, 도메인 분할 수단의 형태는 양끝 부분이 점점 확장되어 이등변 삼각형 모양을 이루고 있는 패턴에서 뾰족한 네 끝이 잘려나가 끝 부분에서 일정부분까지 평행을 이루는 다각형 형태로 하는 것이 바람직하다.

액정표시장치, 도메인, 개구 패턴, 돌기 패턴, 프린지 필드

Description

수직 배향형 액정 표시 장치{A VERTICALLY ALIGNED MODE LIQUID CRYSTAL DISPLAY}

도 1은 종래의 기술에 따른 수직 배향형 액정 표시 장치의 배치도이다.

도 2는 종래의 기술에 따른 수직 배향형 액정 표시 장치에서 우측 방향으로의 오정렬시 공통전극의 패턴 및 화소 전극의 패턴을 일부 나타낸 설명도이다.

도 3은 종래의 기술에 따른 수직 배향형 액정 표시 장치의 텍스쳐 사진이다.

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 액정 표시 장치용 박막 트랜지스터 기판의 배치도이다.

도 5는 본 발명의 실시예에 따른 액정 표시 장치의 공통 전극에 형성되어 있는 돌기 패턴의 배치를 보이는 색필터 기판의 배치도이다.

도 6은 본 발명의 실시예에 따른 액정 표시 장치를 정면에서 바라볼 때의 화소 전극과 공통 전극 돌기 패턴의 배치도이다.

도 7은 도 6의 VII-VII'선에 대한 단면도이다.

도 8은 종래 기술에 따른 상부 기판의 공통 전극에 형성된 가로 방향 돌기 패턴의 형태를 설명하기 위한 도면이다.

도 9는 상하 기판의 좌우 오정렬이 발생하였을 때 종래 기술에 따른 상부 및 하부 기판의 패턴 사이에서 액정분자에 가해지는 힘의 방향을 나타내는 도면이다.

도 10은 본 발명에 의한 변경된 패턴을 설명하기 위한 도면이다.

도 11은 색필터 기판에 개구 패턴이 형성된 도 6의 VII-VII'선에 대한 단면도이다.

본 발명은 액정 표시 장치에 관한 것으로서, 특히 광시야각을 얻기 위하여 화소 영역을 다수의 소 도메인으로 분할하는 수직 배향형 액정 표시 장치에 관한 것이다.

액정 표시 장치는 일반적으로 공통 전극과 컬러 필터(color filter) 등이 형성되어 있는 상부 기판과 박막 트랜지스터와 화소 전극 등이 형성되어 있는 하부 기판 사이에 액정 물질을 주입해 놓고 화소 전극과 공통 전극에 서로 다른 전위를 인가함으로써 전계를 형성하여 액정 분자들의 배열을 변경시키고, 이를 통해 빛의 투과율을 조절함으로써 화상을 표현하는 장치이다.

그런데 액정 표시 장치는 시야각이 좁은 것이 중요한 단점이다. 이러한 단점을 극복하고자 시야각을 넓히기 위한 다양한 방안이 개발되고 있는데, 그 중에서도 액정 분자를 상하 기판에 대하여 수직으로 배향하고 화소 전극과 그 대향 전극인 공통 전극에 일정한 개구 패턴을 형성하거나 돌기를 형성하는 방법이 유력시되고 있다.

예를 들면, 하부 기판 위에 형성되어 있는 화소 전극에는 개구 패턴을 형성 하고 상부 기판에 형성되어 있는 공통 전극 위에는 돌기 또는 개구 패턴을 형성하여 이때 두 기판의 패턴에 의하여 형성되는 프린지 필드를 이용하여 액정의 눕는 방향을 조절함으로써 도메인을 형성하는 방식이 있다.

그런데 이러한 방법을 적용할 경우 개구 패턴이나 돌기 패턴이 형성되어 있는 부분은 빛을 통과시키지 않는 어두운 부분으로 나타나고, 개구 패턴이나 돌기패턴 주변에서 액정이 불균일하게 배열될 때 발생하는 텍스쳐(texture)가 넓은 영역에 걸쳐 나타나게 되어 휘도와 함께 화질을 저하시키게 되므로 이러한 수직 배향형 액정 표시 장치는 텍스쳐 발생을 줄이는 것이 큰 과제이다.

한편, 액정 표시 장치의 제조 공정 중 화소 전극을 갖는 하부 기판과 공통 전극을 갖는 상부 기판을 접착하는 단계에서 하부 기판과 상부 기판의 배치가 약간씩 어긋나게 되는 오정렬(misalign)이 발생할 수 있는데, 이때 텍스쳐의 발생이 더 증가하게 된다.

종래의 수직 배향형 액정 표시 장치의 경우, 도 1에서와 같이 공통 전극 아랫부분에 위치하는 가로 방향 패턴의 양끝 부분이 점점 확장되어 이등변 삼각형 모양을 이루고 있다. 따라서, 도 2와 같이 오정렬이 우측으로 발생한 경우는 하부 기판의 화소 전극 끝단과 상부 기판의 개구부 끝단과의 거리가 좌측과 우측의 달라지게 되므로, 도 3과 같이 좌측 텍스쳐(A)는 작아지고, 우측 텍스쳐(B)는 커지게 되는 불균형이 발생하게 된다.

이러한 텍스쳐의 불균형은 휘도 저하의 원인으로 작용하므로, 상부 및 하부 기판의 오정렬에 의한 텍스쳐의 불균형을 막을 수 있는 방법이 필요한 실정이다.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 수직 배향형 액정 표시 장치에서 텍스쳐의 비대칭을 방지하여 화질을 향상시키는 것이다.

이러한 과제를 해결하기 위한 본 발명에서는 공통 전극이 가지는 개구 패턴 또는 돌기 패턴의 형태를 변경한다. 또, 화소 전극의 패턴을 변경할 수 있다.

구체적으로는, 절연 제1 기판, 제1 기판 위에 형성되어 있는 제1 배선, 제1 배선과 절연되어 교차하고 있는 제2 배선, 제1 배선과 제2 배선이 교차하여 이루는 화소 영역 내에 형성되어 있으며 다수의 소부분으로 분리된 화소 전극, 제1 배선, 제2 배선 및 화소 전극에 연결되어 있는 스위칭 소자, 제1 기판과 대향하고 있는 제2 기판, 제2 기판에 형성되어 있는 공통 전극, 공통 전극에 형성된 세로 및 가로 방향의 도메인 분할 수단을 포함하는 수직 배향형 액정 표시 장치를 마련한다. 이때, 도메인 분할 수단의 형태는 좁은 폭을 갖는 중앙부, 상기 중앙부를 중심으로 양쪽에 위치하며 상기 중앙부보다 더 큰 폭을 갖는 양단부 및 상기 중앙부와 상기 양단부를 연결하는 폭 확장부를 가지며, 상기 양단부의 폭을 정의하는 두변은 평행하다.

여기서, 도메인 분할 수단은 돌기 패턴일 수 있고 또한, 개구 패턴일 수 있다.

그러면 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 따른 수직 배향형 액정 표시 장치에 대하여 설명한다.

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 액정 표시 장치용 박막 트랜지스터 기판의 배치도이고, 도 5는 본 발명의 실시예에 따른 액정 표시 장치의 공통 전극에 형성되어 있는 돌기 패턴의 배치를 보이는 색필터 기판의 배치도이고, 도 6은 본 발명의 실시예에 따른 액정 표시 장치를 정면에서 바라볼 때의 화소 전극과 공통 전극 돌기 패턴의 배치도이고, 도 7은 도 6의 VII-VII'선에 대한 단면도이다.

먼저, 도 4와 도 7을 참고로 하여 실시예에 따른 액정 표시 장치의 박막 트랜지스터 기판에 대하여 설명한다.

유리 등의 투명한 절연 기판(10) 위에 가로 방향으로 뻗어 있는 게이트선(20)이 형성되어 있고, 게이트선과 나란하게 유지 용량선(30)이 형성되어 있다. 게이트선(20)에는 게이트 전극이(21) 돌기의 형태로 형성되어 있고, 유지 용량선(30)에는 제1 내지 제4 유지 전극(31, 32, 33, 34)과 유지 전극 연결부(35, 36)가 가지의 형태로 연결되어 있다. 제1 유지 전극(31)은 유지 용량선(30)에 직접 연결되어 세로 방향으로 형성되어 있고, 제2 유지 전극(32)과 제3 유지 전극(33)은 각각 제1 유지 전극(31)에 연결되어 가로 방향으로 뻗어 있다.

제4 유지 전극(34)은 제2 및 제3 유지 전극(32, 33)에 연결되어 세로 방향으로 뻗어 있다. 유지 전극 연결부(35, 36)는 제4 유지 전극(34)과 이웃하는 화소의 제1 유지 전극(31)을 연결하고 있다. 게이트 배선(20, 21)과 유지 용량 배선(30, 31, 32, 33, 34, 35, 36) 위에는 게이트 절연막(40)이 형성되어 있고, 게이트 전극(21) 상부의 게이트 절연막(40) 위에는 비정질 규소로 이루어진 반도체층(50)이 형성되어 있다. 반도체층(50)의 위에는 인(P) 등의 N형 불순물이 고농도로 도 핑되어 있는 비정질 규소로 이루어진 접촉층(61, 62)이 형성되어 있다. 양쪽 접촉층(61, 62)의 위에는 각각 소스 전극(71)과 드레인 전극(72)이 형성되어 있고, 소스 전극(71)은 게이트 절연막(40) 위에 세로 방향으로 뻗어 있는 데이터선(70)에 연결되어 있다. 데이터 배선(70, 71, 72)의 위에는 드레인 전극(72)을 노출시키는 접촉구(81)를 가지는 보호막(80)이 형성되어 있고, 보호막(80)의 위에는 접촉구(81)를 통하여 드레인 전극(72)과 연결되어 있는 화소 전극(90)이 형성되어 있다. 화소 전극(90)은 ITO(indium tin oxide) 또는 IZO(indium zinc oxide) 등의 투명한 도전 물질로 이루어진다.

이 때, 화소 전극(90)은 제1 내지 제3 소부분(91, 92, 93)으로 분리되어 있으며 이들 소부분은 연결부(94, 95, 96, 97)를 통하여 서로 연결되어 되어 있다. 제1 소부분(91)은 두 게이트선(20)과 두 데이터선(70)의 교차에 의하여 정의되는 화소 영역의 하반면에 네 모서리가 잘려나간 직사각형 모양으로 형성되어 있고, 접촉구(81)를 통하여 드레인 전극(72)과 직접 연결되어 있다. 제2 및 제3 소부분(92, 93)은 화소 영역의 상반면에 역시 네 모서리가 잘려나간 직사각형 모양으로 형성되어 있다. 제2 소부분(92)은 제1 소부분(91)과 제1 및 제2 연결부(94, 96)를 통하여 연결되어 있고, 제3 소부분(93)은 제2 소부분(92)과 제3 및 제4 연결부(95, 97)를 통하여 연결되어 있다. 이 때, 제1 소부분(91)과 제2 소부분(92)의 사이에는 제2 유지 전극(32)이 위치하고 제2 소부분(92)과 제3 소부분(93)의 사이에는 제3 유지 전극(33)이 위치하며, 제1 유지 전극(31)과 제4 유지 전극(34)은 화소 전극(90)과 데이터선(70)의 사이에 위치한다. 제1 소부분(91)은 데이터선과 나 란한 변이 게이트선과 나란한 변에 비하여 길고, 제2 소부분과 제3 소부분은 데이터선과 나란한 변이 게이트선과 나란한 변에 비하여 짧다. 이 때, 제2 및 제3 소부분(92, 93)은 제1 및 제4 유지 전극(31, 34)과 중첩되나 제1 소부분(91)은 제1 및 제4 유지 전극(31, 34)과 중첩되지 않는다. 또, 유지 용량선(30)은 게이트선(20)과 제3 소부분(93) 사이에 위치한다. 이 때, 유지 용량선(30), 유지 전극(31, 32, 33, 34) 및 유지 전극 연결부(35, 36)에는 후술하는 색 필터 기판의 공통 전극에 인가되는 전위가 인가되는 것이 보통이다.

다음, 도 5와 도 7을 참고로 하여, 본 발명의 실시예에 따른 액정 표시 장치의 색 필터 기판에 대하여 설명한다.

유리 등으로 이루어진 투명한 기판(100) 위에 크롬/산화크롬 이중층으로 이루어진 블랙 매트릭스(200)가 형성되어 있어서 화소 영역을 정의하고 있다. 각 화소 영역에는 색 필터(300)가 형성되어 있고, 색 필터(300)의 위에는 투명한 도전체로 이루어진 공통 전극(400)이 기판(100) 전면에 형성되어 있다. 공통 전극(400)의 위에는 유전율이 액정 물질(900)과 다른 유전체로 이루어진 돌기 패턴(510, 520, 530)이 형성되어 있다. 이 때, 돌기 패턴(510, 520, 530)은 제1 내지 제3 돌기(510, 520, 530)로 이루어져 있다. 제1 돌기(510)는 화소 영역의 하반부를 좌우로 양분하고 있고, 제2 돌기(520)와 제3 돌기(530)는 화소 영역의 상반부를 상하로 3분하고 있다. 각 돌기(510, 520, 530)의 양끝 부분은 점점 확장되어 이등변 삼각형 모양을 이루고 있는 종래의 패턴에서 뾰족한 네 끝이 잘려나가 끝 부분에서 일정부분까지 평행을 이루는 다각형 형태이다. 상세하게는, 좁은 폭을 갖는 중앙부(a)와 이 중앙부(a)를 중심으로 양쪽에 위치하여 더 큰 폭을 갖는 양단부(b)와 이러한 중앙부(a)와 양단부(b)를 이어주는 사디리꼴 형태의 폭 확장부(c)를 갖는 형태이다. 여기서, 양단부(b)의 폭을 정의하는 두변은 나란하다. 이들 각 돌기(510, 520, 530)는 서로 분리되어 있다.

위에서 블랙 매트릭스는 유기 물질로 형성할 수도 있으며, 색 필터는 박막 트랜지스터 기판에 형성할 수도 있다.

그러면, 도 6과 도 7을 참고로 하여, 본 발명의 실시예에 따른 액정 표시 장치에 대하여 설명한다.

도 4의 박막 트랜지스터 기판과 도 5의 색 필터 기판을 정렬하여 결합하고, 두 기판 사이에 액정 물질(900)을 주입하여 그에 포함되어 있는 액정 분자의 방향자를 수직으로 배향하며, 두 개의 편광판(11, 101)을 두 기판(10, 100)의 외부에 그 편광축이 서로 직교하도록 배치하면 실시예에 따른 액정 표시 장치가 마련된다.

본 발명의 실시예에서는 색필터 기판에 형성된 패턴을 돌기 패턴으로 한정하여 설명하였으나, 도 11과 같이 돌기 패턴은 개구 패턴으로 대치될 수 있다.

그러면, 공통전극에 형성된 돌기 패턴 또는 개구 패턴을 종래의 패턴에서 뾰족한 네 끝이 잘려나가 끝부분에서 일정부분까지 평행을 이루는 다각형 형태로 변형한 이유에 대하여 종래의 패턴 형태와 비교하여 도 8 내지 도 10을 참조하여 설명한다.

도 8은 종래 기술에 따른 상부 기판의 공통 전극에 형성된 가로 방향의 돌기 또는 개구 패턴의 형태를 설명하기 위한 도면이고, 도 9는 상하 기판의 좌우 오정 렬이 발생하였을 때 종래 기술에 따른 상부 및 하부 기판의 패턴 사이에서 액정분자에 가해지는 힘의 방향을 나타내는 도면이고, 도 10은 본 발명에 의한 변경된 패턴을 설명하기 위한 도면이다.

하부 기판에 형성된 화소 전극의 패턴과 상부 기판의 돌기 또는 개구 패턴간에는 액정이 기울어지는 방향을 제어하기 위한 기울어진 전기장인 프린지 필드가 발생한다. 이러한 액정분자의 방향을 규제하는 힘은 액정분자가 패턴면에 수직한 방향으로 눕도록 작용하며, 하부 기판의 화소 전극 패턴과 상부 기판의 돌기 또는 개구 패턴의 거리 간격이 넓을수록 액정분자를 규제하는 힘이 작아진다.

한편, 도 8과 같이 종래의 공통 전극에 형성된 돌기 또는 개구 패턴은 양끝 부분이 점점 확장되어 이등변 삼각형 모양을 이루고 있다. 즉, 돌기 또는 개구 패턴의 양끝 부분에 표시한 각 θ가 45도 정도로 경사를 이루므로, 도 9에서와 같이 상하 기판이 좌우 방향으로 오정렬이 발생하면 화소 전극의 패턴과 돌기 또는 개구 패턴 사이의 거리를 나타내는 P의 길이가 우측과 좌측이 달라지는 것을 알 수 있다. 즉, 하부 기판에 대해 상부 기판이 우측으로 쉬프트(shift)된 오정렬 (misalign)일 경우 우측 P가 좌측 P보다 길어지게 된다.

이러한 오정렬에 의하여, 도 9에 화살표로 나타낸 바와 같이 액정 분자를 수직 방향으로 작용시키는 힘에 대하여 이를 반대하는 힘, 즉 수평방향으로 작용하는 힘이 우측에서 더 크게 발생하게 되어 텍스쳐가 증가하는 것이다. 즉, 우측에서 액정분자의 배열이 더욱 불균일 하게 되어 좌측 텍스쳐는 작아지고, 우측 텍스쳐는 커지게 되는 불균형이 발생한다.

따라서, 본 발명의 실시예에서와 같이 수직 배향형 액정 표시 장치에서 공통전극에 형성된 돌기 또는 개구 패턴의 형태를 양끝 부분이 점점 확장되어 이등변 삼각형 모양을 이루고 있는 종래의 패턴에서 뾰족한 네 끝이 잘려나가 끝부분에서 일정부분까지 평행을 이루는 다각형 형태로 바꾸면, 도 10과 같이 오정렬에 대한 여유분이 마련되어 좌측 또는 우측으로 약간의 오정렬이 발생하여도 P의 길이가 좌측이나 우측이 같게 되어 텍스쳐의 불균형을 막을 수 있다.

본 발명의 실시예에서는 상하 기판의 좌우 방향 오정렬에 의해 발생하는 텍스쳐 변형을 막기 위한 가로 방향 패턴에 대하여 설명하였으나, 세로 방향의 패턴에 대해서도 본 발명과 같은 방식으로 패턴의 변형을 실시하면 상하 오정렬이 발생했을 때 같은 효과를 얻을 수 있다.

본 발명은 다음의 기술되는 청구 범위를 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변경 및 실시가 가능하다.

본 발명에 따르면, 공통 전극이 가지는 개구 패턴 또는 돌기 패턴의 형태를 변경하거나 화소 전극의 패턴을 변경하여 상하 기판의 오정렬이 발생하여도 하부 기판의 화소 전극 패턴과 상부 기판의 돌기 또는 개구 패턴 사이의 간격이 달라져 발생하는 텍스쳐의 비대칭을 방지하여 화질을 향상시킬 수 있다.

Claims (3)

1. 절연 제1 기판,

   상기 제1 기판 위에 형성되어 있는 제1 배선,

   상기 제1 배선과 절연되어 교차하고 있는 제2 배선,

   상기 제1 배선과 상기 제2 배선이 교차하여 이루는 화소 영역 내에 형성되어 있으며 다수의 소부분으로 분리된 화소 전극,

   상기 제1 배선, 제2 배선 및 화소 전극에 연결되어 있는 스위칭 소자,

   상기 제1 기판과 대향하고 있는 제2 기판,

   상기 제2 기판에 형성되어 있는 공통 전극,

   상기 공통 전극에 형성된 세로 및 가로 방향의 도메인 분할 수단

   을 포함하며, 상기 도메인 분할 수단은 좁은 폭을 갖는 중앙부, 상기 중앙부를 중심으로 양쪽에 위치하며 상기 중앙부보다 더 큰 폭을 갖는 양단부 및 상기 중앙부와 상기 양단부를 연결하는 폭 확장부를 가지며, 상기 양단부의 폭을 정의하는 두변은 평행한 수직 배향형 액정 표시 장치.
2. 제1항에서,

   상기 도메인 분할 수단은 돌기 패턴인 수직 배향형 액정 표시 장치.
3. 제1항에서,

   상기 도메인 분할 수단은 개구 패턴인 수직 배향형 액정 표시 장치.

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