KR100880218B1 - 액정표시소자 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 응답 속도를 개선하기 위한 액정표시소자에 관한 것으로, 본 발명의 액정표시소자는 상, 하부 기판에 전계 유도창과 유전체 돌기를 각각 같은 위치에 형성하여 두 기판 사이에 형성된 화소 전극 및 공통 전극에서 유도되는 전기장의 왜곡을 시킴으로써, 응답 속도를 개선할 수 있다.
전계 유도창, 유전체 돌기, 시야각

Description

액정표시소자{Liquid Crystal Display device}
도 1은 전계 유도창을 이용하여 전기장을 왜곡시킨 종래 기술의 액정표시소자의 단위화소의 평면도이고, 도 2는 도 1의 Ⅰ~Ⅰ' 선상에서의 단면도이다.
도 3은 유전체 돌기를 이용하여 전기장을 왜곡시킨 종래 다른 기술의 액정표시소자의 단위화소의 단면도이다.
도 4는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 액정표시소자의 단위화소의 확대 평면도이고, 도 5는 도 4의 Ⅲ∼Ⅲ'선상에서의 단면도이다.
도 6은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 액정표시소자의 평면도이고, 도 7은 도 6의 Ⅳ~Ⅳ' 선상에서의 단면도이다.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *
31 : 하부 기판 32 : 게이트 라인
33 : 게이트 절연막 33a : 약티브 영역
34 : 데이터 라인 35 : 공통보조전극
35a,35b : 소스/드레인 전극 36 : 보호막
37 : 화소 전극 39a,39b : 제 1, 제 2 배향막
40 : 상부 기판 41 : 블랙매트릭스
42 : 칼라필터층 43 : 공통 전극
44,44a,44b : 제 1, 제 2, 제 3 전계 유도창
45 : 액정층
47,47a,47b : 제 1, 제 2, 제 3 유전체 돌기
본 발명은 액정표시소자에 관한 것으로, 보다 상세하게는 있는 응답 속도를 개선할 수 있는 액정표시소자에 관한 것이다.
정보화 사회가 발전함에 따라 표시장치에 대한 요구도 다양한 형태로 점차 증가하고 있으며, 이에 부응하여 근래에는 LCD(Liquid Crystal Display Device), PDP(Plasma Display Panel), ELD(Electro Luminescent Display), VFD(Vacuum Fluorescent Display)등 여러 가지 평판 표시 장치가 연구되어 왔고, 일부는 이미 여러 장비에서 표시장치로 활용되고 있다.
그 중에 현재 화질이 우수하고 경량, 박형, 저소비 전력의 장점으로 인하여 이동형 화상 표시장치의 용도로 CRT(Cathode Ray Tube)를 대체하면서 LCD가 가장 많이 사용되고 있으며, 노트북 컴퓨터의 모니터와 같은 이동형의 용도 이외에도 방송신호를 수신하여 디스플레이하는 텔레비전 및 컴퓨터의 모니터 등으로 다양하게 개발되고 있다.
이와 같은 액정표시소자가 여러 분야에서 화면 표시 장치로서의 역할을 하기 위해 여러 가지 기술적인 발전이 이루어졌음에도 불구하고 화면 표시 장치로서 화 상의 품질을 높이는 작업은 상기 특징 및 장점과 배치되는 점이 많이 있다. 따라서, 액정표시소자가 일반적인 화면 표시 장치로서 다양한 부분에 사용되기 위해서는 경량, 박형, 저 소비 전력의 특징을 유지하면서도 고정세, 고휘도, 대면적등 고품위 화상을 얼마나 구현할 수 있는가에 관건이 걸려 있다고 할 수 있다.
이와 같은 액정표시소자는 화상을 표시하는 액정패널과 상기 액정패널에 구동신호를 인가하기 위한 구동부로 크게 구분될 수 있다.
상기에서 액정표시소자는 소정간격을 두고 서로 대향되어 있는 하부기판과 상부기판 및 상기 양 기판 사이에 형성된 액정층으로 구성되어 있으며, 상기 양 기판 사이에 형성되는 전기장에 의해 액정층을 구동하고, 그 구동되는 액정층을 통해서 광투과도를 조절하여 화상을 표시한다.
이와 같은 액정표시소자로서 근래에 주로 사용되고 있는 액정표시소자는 트위스트네마틱(Twisted Nematic : TN) 액정표시소자로서, 상기 TN 액정표시소자는 시야각에 따라서 각 계조표시(gray level)에서의 광투과도가 달라지는 특성이 있다. 특히 좌우 방향에서는 광투과도가 대칭적으로 분포하지만 상하 방향에서는 비대칭적으로 분포하여 계조반전(gray inversion)이 발생하게 된다.
이와 같은 문제점을 해결하기 위해서, 하나의 화소영역 내에서 액정구동을 다르게 하여 도메인을 분할함으로써 시야각에 따라 광투과도가 달라지는 것을 보상하는 방법이 제한되었다.
이와 같은 시야각을 보상하기 위해 제안된 액정표시소자 중 수직 배향(Vertical Alignment)모드 액정표시소자는 유전율 이방성이 음(-)인 네가티브 형 액정을 이용하는 것으로서, 전압이 인가되지 않은 상태에서는 액정분자의 장축방향이 배향막 평면에 수직하게 배열되고, 전압이 인가되면 액정분자가 전기장의 방향에 수직한 방향으로 배향되는 성질을 이용하여 빛의 투과도를 조절함으로써 화상을 표시하는 것이다.
이와 같은 상기 수직배향 모드 액정표시소자는 기판상에 보조전극, 전계 유도창, 또는 유전체 돌기를 형성하여 액정층에 인가되는 전기장을 왜곡시킴으로써 광시야각 구현할 수 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조로 시야각을 보상하기 위해 제안된 종래의 액정표시소자에 대해서 설명한다.
먼저, 도 1은 전계 유도창을 이용하여 전기장을 왜곡시킨 종래 기술의 액정표시소자의 단위화소의 평면도이고, 도 2는 도 1의 Ⅰ~Ⅰ' 선상에서의 단면도이다.
도 1 내지 도 2에 도시된 바와 같이, 종래 기술의 일반적인 액정표시소자는 하부기판(1) 및 상부기판(10); 상기 하부기판(1) 상에 종횡으로 형성되어 화소영역을 정의하는 게이트 라인(2)과 데이터 라인(4); 게이트 라인(2)의 양측으로 돌출된 게이트전극(2a); 상기 게이트 라인(2)을 포함한 하부기판(1) 상에 형성된 게이트절연막(미도시); 상기 게이트전극(2a) 상부의 상기 게이트절연막 상에 형성된 액티브영역(3); 상기 액티브영역과 동일층의 상기 화소영역 내에 형성된 화소전극(7); 상기 데이터 라인(4)의 일측에서 액티브영역(3)의 일측과 오버랩되도록 돌출 형성된 소오스전극(4a); 소오스전극(4a)과 일정간격 격리되어 액티브영역(3)의 타측 및 화소전극(7)의 일영역상에 오버랩된 드레인전극(4b); 상기 화소전극(7)을 포함한 전 면에 형성된 층간 보호막(6); 상기 화소전극(7)의 둘레와 오버랩 되도록 상기 층간 보호막(6)상에 형성된 공통보조전극(5); 상기 공통보조전극(5)을 포함한 하부기판(1)상에 형성된 제1배향막(8); 상기 상부기판(10) 위에 형성된 차광층(미도시); 상기 차광층상 및 상기 화소영역에 대응되는 부분에 형성된 칼라필터층(미도시); 상기 칼라필터층 위에 형성되며 그 내부에 'X'자 모양의 전계유도창(14)이 형성된 공통전극(13); 상기 공통전극(13)을 포함한 상부기판(10)상에 형성된 제2배향막(15) 및 상기 상, 하부기판(10, 1) 사이에 형성된 액정층(16)을 포함하여 구성된다.
이때, 공통보조전극(5)은 이웃하는 화소의 공통 보조전극과 연결되어 있다.
즉, 이와 같은 종래의 액정표시소자는 하부기판(1) 상에 형성된 화소전극(7)과 상부기판(10) 상에 형성된 공통전극(13)에 전기장이 형성될 때, 상기 공통전극(13) 내부에 형성된 전계유도창(14)에 의해 도 1b의 화살표에서와 같이 프린지 필드(fringe field)가 형성되어, 상기 전계유도창(14)을 중심으로 양측 액정층의 액정분자가 상기 프린지 필드에 따라 서로 다른 배향을 함으로써 시야각을 보상하게 된다.
따라서, 종래 기술의 액정표시장치는 상기 공통전극(13)에 전계유도창(14)을 형성하여 상부 및 하부 기판 사이의 전계를 왜곡시킬 수 있다.
이때, 상기 전계유도창(14)은 상기 공통보조전극(5)이 형성되지 않을 경우, 상기 공통전극(13)에서 뿐만 아니라 상기 화소전극(7)에 형성되어도 무방하다.
이와 같은 종래 기술의 액정표시장치는 상부 기판(10) 및 하부 기판(1)에 형 성된 전계유도창(14)과, 공통보조전극(5)을 이용하여 시야각을 넓힐 수 있지만, 상기 화소 전극(7) 및 공통전극(13)사이에 형성되는 전기장은 상기 전계유도창(14)과, 공통보조전극(5)에 의해 구동전압에 민감하게 반응하기 때문에 구동전압이 높아져야 한다. 따라서, 상기 구동전압이 낮을 경우, 상기 전기장에 의한 상기 액정층(15)의 응답 속도가 느려질 수도 있다.
한편, 도 3은 유전체 돌기를 이용하여 전기장을 왜곡시킨 종래 다른 기술의 액정표시소자의 단위화소의 단면도로써, 종래 다른 기술의 액정표시소자는 하부 기판(1)과, 상부 기판(10); 상기 하부 기판(1) 상에 종횡으로 형성되어 화소영역을 정의하는 복수개의 게이트 라인(미도시)과 데이터 라인(미도시); 상기 게이트 라인과 데이터 라인의 교차점에 형성되는 박막트랜지스터(미도시); 상기 박막트랜지스터와 연결되며 상기 화소영역에 형성되는 화소전극(7); 상기 화소전극(7)을 포함한 전면에 형성된 층간 보호막(6); 상기 화소전극(7)의 둘레와 오버랩 되도록 상기 층간 보호막(6)상에 형성된 공통보조전극(5); 상기 공통보조전극(5)을 포함한 하부기판(1)상에 형성된 제1배향막(8); 상기 상부기판(10) 위에 형성된 차광층(미도시); 상기 차광층상 및 상기 화소영역에 대응되는 부분에 형성된 칼라필터층(미도시); 상기 칼라필터층 상에 형성된 공통전극(13); 상기 공통전극(28) 상의 소부분을 가리도록 형성된 유전체 돌기(17); 상기 유전체 돌기(17)를 포함한 상부기판(10)상에 형성된 제2배향막(15) 및 상기 상, 하부기판(10, 1) 사이에 형성된 액정층(16)을 포함하여 구성된다.
여기서, 이와 같은 종래 다른 기술의 액정표시소자는 상기 상부 기판(10) 및 하부 기판(1)에 각각 형성된 공통전극(13) 및 화소전극(7)에 유도된 수직 성분의 전기장을 상기 유전체 돌기(17)와, 공통보조전극(5)을 이용하여 왜곡시켜 프린지 필드(Fringe field)를 형성할 수 있고, 상기 액정층의 액정분자가 상기 프린지 필드를 따라 배향함으로써 시야각을 넓힐 수 있다.
따라서, 종래 다른 기술의 액정표시소자는 공통전극 상에 형성된 유전체 돌기에 의해 전기장이 왜곡되고, 상기 전기장의 방향에 수직한 방향으로 액정(25) 분자가 배열됨으로써, 멀티도메인 효과가 구현되어 광시야각을 갖게 된다.
이때, 상기 유전체 돌기(17)는 상기 하부 기판(1)에 형성된 공통보조전극(5)이 삭제될 경우, 상기 화소전극(7) 상에 형성될 수도 있다. 또한, 상기 유전체 돌기는 유전율이 3이상이다.
마찬가지로, 이와 같은 종래 다른 기술의 액정표시장치는 상기 유전체 돌기(17)와, 공통보조전극(5)을 이용하여 시야각을 넓힐 수 있지만, 상기 화소전극(7)과 공통전극(13)사이에 형성되는 전기장은 상기 전계유도창(14)과, 공통보조전극(5) 구동전압에 민감하게 반응하므로 상기 구동전압을 높여야 하고, 상기 구동전압이 낮을 경우, 상기 전기장에 따른 상기 액정층(15)의 응답 속도가 느려질 수도 있다.
하지만, 이와 같은 종래 또 다른 기술에 따른 액정표시소자는 응답 속도가 늦다.
상술한 바와 같이, 종래 기술의 액정표시소자는 다음과 같은 문제점이 있었다.
종래 기술의 액정표시장치는 상부 기판 및 하부 기판에 형성된 전계유도창 또는 유전체 돌기와, 공통보조전극을 이용하여 시야각을 넓힐 수 있지만, 상기 전계유도창과, 공통보조전극 구동전압에 민감하게 반응하므로, 구동전압을 높여야 하고, 상기 구동전압이 낮을 경우 액정층의 응답 속도가 느려지는 단점이 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제를 해결하기 위하여 안출한 것으로, 본 발명의 목적은, 전계 유도창 및 유전체 돌기를 같은 위치에 형성하여 초기 구동전압을 낮출 수 있고, 응답속도를 높일 수 있는 액정표시소자를 제공하는데 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 액정표시소자는 소정 간격을 두고 서로 대향되는 하부 기판 및 상부 기판과; 상기 하부 기판 상에 종횡으로 형성되어 화소영역을 정의하는 게이트 라인 및 데이터 라인과; 상기 화소영역내에 형성되며 적어도 하나 이상의 제 1 전계 유도창을 포함한 화소전극과; 상기 제 1 전계 유도창을 덮도록 형성된 제 1 유전체 돌기와; 상기 상부 기판 상에 형성된 칼라필터층과; 상기 칼라필터층상에 형성되며 제 2 전계 유도창을 포함한 공통 전극과; 상기 제 2 전계 유도창을 덮도록에 형성된 제 2 유전체 돌기와; 상기 하부 기판 및 상부 기판 사이에 형성된 액정층을 포함하는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 전계 유도창은 5 ~ 15 ㎛ 정도의 폭을 갖고, 상기 유전체 돌기는 7 ~ 20 ㎛ 정도의 폭을 갖는다.
상기 제 1, 제 2 유전체 돌기의 유전율은 2.0 ~ 5.0 이다.
상기 제 1 전계 유도창 및 제 1 유전체 돌기와, 상기 제 2 전계 유도창 및 제 2 유전체 돌기를 각각 2차원 평면상에서 상기 두 기판에 엇갈리도록 형성한다.
상기 제 2 전계 유도창 또는 제 2 유전체 돌기 중 어느 하나를 삭제한다.
상기 제 1 전계 유도창 및 제 1 유전체 돌기는 도메인 중심을 지나는 대각선, 일자 또는 열십자 모양으로 형성된다.
상기 제 2 전계 유도창 및 제 2 유전체 돌기는 상기 제 1 전계 유도창 및 제 1 유전체 돌기와의 수평 거리가 동일해 지도록 다각형 모양으로 형성된다.
상기 액정층은 음의 이방성을 갖는 트위스트 네마틱(Twisted Nematic : TN) 액정으로 이루어진다.
상기 액정층의 배향을 위해 상기 제 1 전계 유도창 및 제 1 유전체 돌기를 포함하는 하부 기판 상에 형성되는 제 1 배향막과, 상기 제 2 전계 유도창 및 제 2 유전체 돌기를 포함하는 상부 기판 상에 형성되는 제 2 배향막을 더 포함한다.
상기 액정층의 액정분자의 꼬임(Twist)을 위한 카이랄 도펀트(chiral dopant)를 포함한다.
또한, 본 발명의 또 다른 특징은 소정 간격을 두고 서로 대향되는 하부 기판 및 상부 기판과; 상기 하부 기판 상에 종횡으로 형성되어 화소영역을 정의하는 게이트 라인 및 데이터 라인과; 상기 화소영역 내에 형성된 화소전극과; 상기 화소전극의 가장자리 및 도메인 경계에 형성된 공통보조전극과; 상기 상부 기판 상에 형성된 칼라필터층과; 상기 칼라필터층에 형성되며 상기 화소 전극의 중심 또는 상기 도메인 중심에 대응하는 전계 유도창을 구비한 공통전극과; 상기 전계 유도창을 덮 도록 형성된 유전체 돌기와; 상기 두 기판사이에 형성된 액정층을 포함하는 것이다.
여기서, 상기 칼라필터층상에 평탄화를 위해 오버코트층을 더 형성한다.
상기 각 화소전극 내부에 형성된 제1전계유도창들은 서로 평행하지 않은 대각선 방향으로 배치된다.
상기 전계 유도창 및 유전체 돌기는 상기 도메인 중심을 지나는 대각선, 일자, 가위, 열십자 모양으로 형성된다.
이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 액정표시소자에 대하여 설명하기로 한다.
본 발명의 제 1 실시예
도 4는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 액정표시소자의 단위화소의 확대 평면도이고, 도 5는 도 4의 Ⅲ∼Ⅲ'선상에서의 단면도이다.
도 4 내지 도 5에 도시한 바와 같이, 본 발명의 제 1 실시예에 따른 액정표시소자는 하부 기판(31) 상에 일방향으로 형성된 게이트 라인(32) 및 상기 게이트 라인(32)에서 돌출되도록 형성된 게이트전극(32a)과, 상기 게이트전극(32a)을 포함한 하부 기판(31) 전면에 형성된 게이트 절연막(33)과, 상기 게이트 절연막(33) 위에 상기 게이트 전극(32a)을 덮도록 형성된 액티브 영역(33a)과, 상기 게이트전극(32a)을 중심으로 상기 액티브 영역의 양측에 소스/드레인 전극(35a,35b) 및 상기 소스 전극((35a)에 연결되고 상기 게이트 라인(32)과 교차하여 화소영역을 정의하기 위해 형성된 데이터 라인(34)과, 상기 데이터 라인(34)을 포함한 상기 하부 기판(1) 상에 형성된 보호막(36)과, 상기 드레인 전극(35b)을 노출하여 전기적으로 연결하기 위한 콘택홀(미도시)과, 상기 콘택홀을 통해 상기 드레인 전극(35b)에 연결되어 상기 보호막(36) 상에 형성되고 상기 화소 영역 중심에 복수개의 제 1 전계 유도창(44)을 구비한 화소전극(37)과, 상기 제 1 전계 유도창(44) 상에 형성된 복수개의 제 1 유전체 돌기(47)와, 상기 제 1 전계 유도창(44) 및 제 1 유전체 돌기(47)를 포함하는 하부 기판(31) 상에 형성된 제 1 배향막(39a)과, 상기 하부 기판(31)의 화소영역을 제외한 영역에 대응되는 상부기판(40)에 형성된 차광층(41)과, 상기 차광층(41)에 일부 오버랩되며 상기 화소영역에 대응되는 부분에 형성된 칼라필터층(42)과, 상기 칼라필터층(42)상에 형성되며 상기 화소 영역 제 2 전계 유도창(44a)을 구비한 공통전극(24)과, 상기 제 2 전계 유도창(44a) 상에 형성된 제 2 유전체 돌기와(47a), 상기 제 2 전계 유도창(44a) 및 제 2 유전체 돌기(47a)를 포함한 제 상부 기판(40) 상에 형성된 제 2 배향막(39b)과, 상기 상,하부기판(40,31)사이에 형성된 액정층(40)을 포함하여 구성된다.
여기서, 하부 기판(31) 상에 형성된 상기 제 1 전계 유도창(44)과 제 1 유전체 돌기(47)는 같은 자리에 형성됨으로서, 상기 공통 전극(43)에 대응되는 화소 전극(37)의 전위가 상대적으로 높아질 수 있다.
이때, 상기 제 1, 제 2 전계 유도창(44,44a)은 5 ~ 15 ㎛ 정도의 폭을 갖고, 상기 제 1, 제 2 유전체 돌기(47,47a)는 7 ~ 20 ㎛ 정도의 폭을 갖고, 상기 제 1, 제 2 유전체 돌기(47,47a)가 각각 상기 제 1, 제 2 전계 유도창(44,44a)을 덮도록 형성된다.
또한, 상기 제 1, 제 2 유전체 돌기(47,47a)의 유전율은 2.0 ~ 5.0 정도이다.
즉, 상기 제 1 전계 유도창(44)으로 인하여 상기 화소 전극(37)의 표면적이 작아짐으로, 상기 화소 전극(37)에 전압이 인가 될 경우 상기 공통전극(43)으로 향하는 단위 면적당 전기장의 세기는 커지고, 상기 제 1 유전체 돌기(47)가 상기 제 1 전계 유도창(44)을 덮도록 형성되어 상기 제 1 전계 유도창(44) 주위에서 발생되는 전기장을 더 왜곡시킬 수 있다.
따라서, 본 발명의 액정표시소자는 제 1 전계 유도창(44) 및 제 1 유전체 돌기(47)를 하부 기판(31) 상의 동일한 위치에 형성시켜 화소 전극(37)과 공통 전극(43) 사이에 형성되는 전기장의 세기를 더 크게 하고, 상기 전기장을 더 왜곡시킬 수 있다.
마찬가지로, 상기 상부 기판(40) 상에 형성된 상기 제 2 전계 유도창(44a) 및 제 2 유전체 돌기(47a)가 같은 자리에 형성됨으로서, 상기 화소 전극(37)에서 상기 공통 전극(43)으로 유도되는 전기장의 세기를 크게 하고, 상기 전기장이 종래 보다 더 왜곡되어질 수 있다.
결국, 본 발명의 액정표시소자는 상기 화소 전극(37) 및 공통 전극(43)에 상기 제 1 전계 유도창(44) 및 제 1 유전체 돌기(47)와, 상기 제 2 전계 유도창(44a) 및 제 2 유전체 돌기(47a)를 각각 같은 자리에 형성함으로써 상기 화소 전극(37) 및 공통 전극(43)의 표면적을 줄여 단위면적당 유도되는 전기장의 세기를 크게 함으로써 두 기판 사이에 형성된 액정층의 응답 속도가 빨라지고, 상기 전기장을 왜 곡시킴으로써 시야각 특성을 향상시킬 수 있다.
이때, 상기 하부 기판(31)과 상부 기판에 각각 번갈아 형성된 제 1 전계 유도창(44) 및 제 1 유전체 돌기(47)와, 제 2 전계 유도창(44a) 및 제 2 유전체 돌기(47a)가 상기 두 기판 중 하나의 기판에 모두 형성될 수도 있다.
하지만, 상기 수직 성분의 전기장의 증가에 따른 광시야각 특성을 줄일 수 있기 때문에, 상기 제 1 전계 유도창(44) 및 제 1 유전체 돌기(47)와, 상기 제 2 전계 유도창(44a) 및 제 2 유전체 돌기(47a)를 평면상에서 엇갈리도록 상기 두 기판에 교번하여 형성함이 타당할 것이다.
또한, 상기 화소 전극(37)은 화상을 구현하기 위해 직접적으로 전기적인 신호가 인가됨으로 상기 화소 전극(37)에 형성되는 제 1 전계 유도창(44)과 제 1 유전체 돌기(47) 중 어느 하나를 생략할 수 있지만, 상기 제 1 전계 유도창(44)과 제 1 유전체를 함께 형성함으로써 세기가 크고 왜곡이 많은 전기장을 형성하기에 용이하다.
그러나, 상기 공통 전극(43)은 상기 화소 전극(37)으로부터 전기장이 유도되기 때문에 상기 공통 전극(43)에 형성되는 제 2 전계 유도창(44a) 및 제 2 유전체 돌기(47a) 중 어느 하나를 생략해도 무방하다.
이와 같이, 상기 화소 전극(37)에서 유도되는 전기장의 왜곡을 위하여 상기 화소 전극(37)의 가장자리와 상기 화소 전극을 하나이상의 도메인(Domain)으로 나누어 상기 도메인 경계에 상기 제 2 전계 유도창(44a) 및 제 2 유전체 돌기(47a)가 형성된다.
따라서, 본 발명의 액정표시소자는 화소 전극(37)과 공통 전극(43) 각각에 형성된 제 1 전계 유도창(44) 및 제 1 유전체 돌기(47)와, 제 2 전계 유도창(44a) 및 제 2 유전체 돌기(47a)를 이용하여 액정층(46)의 응답속도를 빠르게 할 수 있고, 상기 제 1 전계 유도창(44) 및 제 1 유전체 돌기(47)와, 제 2 전계 유도창(44a) 및 제 2 유전체 돌기(47a)를 이용하여 멀티 도메인으로 분할할 수 있고, 이에 따라서 광시야각을 구현할 수 있게 된다.
또한, 하부 기판(1)의 제 1 전계 유도창(44) 및 제 1 유전체 돌기(47)를 도메인 중심에 형성시킬 수도 있지만, 상기 도메인 중심을 지나는 일직선 즉, 대각선, 가위(X자), 열십자, 상기 게이트 라인과 평행한 방향의 일자, 상기 데이터 라인과 평행한 방향의 일자모양으로 다양하게 형성할 수 있다.
도시하지는 않았지만, 상기 화소 전극(37) 또는 도메인을 분할하도록 일직선 모양의 제 1 전계 유도창(44) 및 제 1 유전체 돌기(47)를 형성하여 상기 화소 전극(37) 및 공통 전극(43)과의 전계왜곡에 의한 액정층의 배향 분할을 유도 할 수 있다.
반면, 상부 기판에 형성되는 제 2 전계 유도창(44a) 및 제 2 유전체 돌기(47a)는 제 1 전계 유도창(44) 및 제 1 유전체 돌기(47)가 화소 전극(37)의 중심 또는 도메인 중심에 형성될 경우, 상기 제 1 전계 유도창(44) 및 제 1 유전체 돌기(47)와의 수평 거리가 거의 같아지도록 다각형 모양으로 형성된다.
즉, 상기 제 2 전계 유도창(44a) 및 제 2 유전체 돌기(47a)와, 상기 제 1 전계 유도창(44) 및 제 1 유전체 돌기(47)의 수평 거리가 같아지지 않을 경우, 도메 인 내에서의 왜곡되는 전기장이 균일하지 않아 텍스쳐(Texture)의 불안정화 된다.
따라서, 본 발명의 제 1 실시예에 따른 액정표시소자는 하부 기판(31) 상에 형성된 제 1 전계 유도창(44) 및 제 1 유전체 돌기(47)와, 상부 기판 상에 형성된제 2 전계 유도창(44a) 및 제 2 유전체 돌기(47a)를 이용하여 광시야각을 구현할 수 있고, 텍스쳐를 안정화 할 수 있고, 응답 속도를 개선시킬 수 있다.
한편, 상기 화소 전극(37)은 데이터 라인(34)과 소정부분 오버랩되도록 형성함으로써 개구율을 보다 증가시킬 수도 있으며, 이 경우 화소 전극(37)과 데이터 라인(34) 사이에 신호 간섭의 방지를 위해서 화소 전극(37)과 데이터 라인(34) 사이에 형성되는 보호막(36)은 유기절연막, 보다 바람직하게는 저유전상수를 갖는 벤조사이클로부텐(BCB) 또는 포토아크릴로 이루어진다.
또한, 상기 화소 전극(37)이 상기 데이터 라인(34)과 오버랩되도록 형성될 경우 상기 차광층(41)은 화소 전극(37)과 오버랩된 부분 이외의 데이터 라인 부분 위에 형성될 수 있어, 개구율이 증대된다.
이외에 게이트 라인(32), 데이터 라인(34), 게이트절연막(33), 차광층(41)과 칼라필터층(42)등은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 당업자가 용이하게 실시할 수 있는 범위 내에서 변경하여 형성할 수 있다.
그리고, 상기 대향하는 두 기판 사이에 형성된 액정층은 유전율이 음의 이방성을 갖는 트위스트 네마틱(Twisted Nematic : TN) 액정으로 이루어진 것이 바람직하다.
또한, 상기 상부기판(40) 및 하부기판(31) 상에 각각 형성된 제 1 배향막 및 제 2 배향막중 적어도 하나의 기판 전면에 러빙된 배향막이 형성되어 상기 액정층의 초기 배향을 결정할 수 있다. 따라서, 상기 제 1 배향막 및 제 2 배향막의 배향처리 방향은 서로 같은 방향일 수 있으며, 서로 다른 방향일 수도 있다.
이때, 상기 배향막은 폴리아미드(polyamide) 또는 폴리이미드(polyimide)계 화합물, PVA(polyvinylalcohol), 폴리아믹산(polyamic acid)등의 물질을 이용하여 러빙 배향 처리되어 형성될 수도 있고, PVCN(polyvinylcinnamate), PSCN(polysiloxanecinnamate), 또는 CelCN(cellulosecinnamate)계 화합물과 같은 광반응성 물질을 이용하여 광 배향 처리되어 형성될 수도 있다.
그리고, 상기 광 배향 처리는 적어도 1회의 광조사에 의해 프리틸트각(pretilt angle), 배향방향(alignment direction), 또는 프리틸트 방향(pretilt direction)을 동시에 결정하며, 이때 광조사는 자외선 영역의 광을 사용하는 것이 바람직한데, 무편광, 비편광, 선편광, 및 부분편광된 광 중 어느 것을 사용하여도 무방하다.
또한, 상기 배향막 뿐만 아니라, 상기 액정층의 액정분자의 꼬임(Twist)을 위해 카이랄 도펀트(chiral dopant)를 첨가할 수도 있다.
본 발명의 제 2 실시예
도 6은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 액정표시소자의 평면도이고, 도 7은 도 6의 Ⅳ~Ⅳ' 선상에서의 단면도이다.
도 6 내지 도 7에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제 2 실시예에 따른 액정표시소자는 소정 간격을 두고 서로 대향되는 상부 기판(40) 및 하부 기판(31)과; 상기 하부 기판(31) 상에 종횡으로 형성되어 화소영역을 정의하는 게이트 라인(32) 및 데이터 라인(34)과; 상기 게이트 라인(32) 및 데이터 라인(34)의 교차점에 형성되는 박막트랜지스터(미도시)와; 상기 박막트랜지스터와 연결되어 화소영역에 형성된 화소 전극(37)과; 상기 화소 전극을 포함하는 하부 기판(31) 상에 형성된 제 1 배향막과; 상기 게이트 라인(32)과 동일층에 형성되며 상기 화소 전극의 가장자리 및 도메인 경계에 형성된 공통보조전극(35)과; 상기 게이트 라인(32)을 포함한 하부기판(31) 전면에 형성된 게이트 절연막(33)과; 상기 데이터 라인(34)을 포함한 하부기판(31) 전면에 형성된 보호막(36)과; 상기 하부기판(31)의 화소영역을 제외한 영역에 대응되는 상부기판(40)에 형성된 차광층(41)과; 상기 차광층(41)에 일부 오버랩되며 상기 화소영역에 대응되는 부분에 형성된 칼라필터층(42)과; 상기 칼라필터층(42)상에 형성되며 복수개의 제 3 전계 유도창(44b)을 구비한 공통 전극(43)과; 상기 제 3 전계 유도창(44b) 상에 형성된 복수개의 제 3 유전체 돌기(47b)와, 상기 제 3 유전체 돌기(47b)를 포함한 상부 기판(40)의 전면에 형성된 제 2 배향막(39b)과; 상기 상,하부기판(40,31) 사이에 형성된 액정층(46)을 포함하여 구성된다.
여기서, 상기 제 1 및 제 2 배향막(39a,39b)의 배향처리 방향은 서로 같은 방향일 수 있으며, 서로 다른 방향일 수 있고, 상기 액정층은 음의 이방성을 갖는 액정으로 이루어진다.
또한, 상기 칼라필터층(42)상에는 평탄화를 위해 오버코트층(미도시)이 더 형성될 수 있다.
그리고, 상기 공통보조전극(35)은 상기 화소 전극(37)의 가장자리 및 도메인 경계에 형성되고, 상기 화소 전극(37)과의 수평 성분에 기인하는 전기장을 만들어 상기 화소 전극(37)과 상기 공통 전극(43)에 유도되는 수직 성분의 전기장을 왜곡시킨다.
마찬가지로, 상기 공통 전극(43)에 형성된 제 3 전계 유도창(44b)과, 상기 제 3 전계 유도창(44b) 위에 형성된 제 3 유전체 돌기(47b)는 상기 화소 전극(37)에서 유도되는 수직 성분의 전기장을 상기 화소 전극(37)의 중심 또는 도메인 중심에서 외곽으로 향하도록 전기장을 왜곡시킴으로써, 상기 공통 보조전극 및 공통전극과의 전계 왜곡에 의해 시야각을 넓힐 수 있다.
따라서, 본 발명의 제 2 실시예에 따른 액정표시소자는 공통보조전극, 제 3 전계 유도창(44b) 및 제 3 유전체 돌기(47b)를 이용하여 화소 전극(37)과 공통 전극(43)에 유도되는 전기장을 왜곡시킬 수 있기 때문에 광시야각을 구현할 수 있다.
또한, 상기 제 3 전계 유도창(44b) 및 제 3 유전체 돌기(47b)는 같은 자리에 형성됨으로써 상기 화소 전극(37)과 공통 전극(43) 사이의 왜곡되는 전기장의 세기를 더 강하게 할 수 있다.
왜냐하면, 상기 화소 전극(37) 또는 도메인 중심에서는 상기 제 3 전계 유도창(44b) 및 제 3 유전체 돌기(47b)에 의해 수직 성분의 전기장을 왜곡시킬 수 있고, 상기 화소 전극(37)의 가장자리 또는 도메인 경계에서는 상기 공통보조전극(35)에 의하여 수직 성분의 전기장을 더 왜곡시킬 수 있다.
이때, 상기 제 3 전계 유도창(44b)의 폭은 5 ~ 15 ㎛ 정도이고, 상기 제 3 유전체 돌기(47b)의 폭은 7 ~ 20 ㎛ 정도로, 상기 제 3 유전체 돌기(47b)가 상기 제 3 전계 유도창(44b)을 덮도록 형성된다.
또한, 제 3 유전체 돌기(47b)의 유전율은 2.0 ~ 5.0 정도이다.
뿐만 아니라, 상기 제 3 전계 유도창(44b) 및 제 3 유전체 돌기(47b)를 상기 화소 전극(37) 또는 도메인 중심에 형성시킬 수도 있지만, 상기 도메인 중심을 지나는 일직선 즉, 서로 평행한 대각선 방향으로 형성하거나 서로 평행하지 않은 대각선 방향으로 형성하거나, 열십자 모양으로 다양하게 형성할 수 있다.
즉, 도시하지는 않았지만, 상기 화소 전극(37) 또는 도메인을 분할하도록 일직선 모양의 제 3 전계 유도창(44b) 및 제 3 유전체 돌기(47b)를 형성하여 상기 화소 전극(37) 및 공통 전극(43)과의 전계왜곡에 의한 액정층(46)의 배향 분할을 유도 할 수 있다.
따라서, 본 발명의 제 2 실시예에 따른 액정표시소자는 다양한 모양의 제 3 전계 유도창(44b) 및 제 3 유전체 돌기(47b)를 형성하여 상기 화소 전극(37) 및 공통 전극(43) 사이의 왜곡된 전기장에 세기를 크게 하고, 액정층(46)의 배향 분할을 유도할 수 있다.
또한, 설명한 바와 같이, 본 발명의 제 2 실시예에 따른 액정표시소자는 화소전극의 가장자리 및 도메인 경계에 형성된 공통 보조전극과 상기 화소 전극(37) 또는 도메인 중심에 형성된 제 3 전계 유도창(44b) 및 제 3 유전체 돌기(47b)를 제외하고는 제 1 실시예와 동일한 구성을 갖는다.
결국, 본 발명의 제 1 실시예 및 제 2 실시예에 따른 액정표시소자는 화소 전극(37) 또는 공통 전극(43)에 형성된 전계 유도창(44,44a,44b)과, 상기 전계 유 도창(44,44a,44b)을 덮도록 형성된 유전체 돌기(47,47a,47b) 및 공통보조전극(35)을 이용하여 수직 성분의 전기장을 왜곡시키고, 상기 전기장의 세기를 강하게 하여 시야각을 넓힐 수 있고, 고속의 응답 속도를 갖도록 할 수 있다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명의 액정표시소자는 다음과 같은 효과가 있다.
첫째, 본 발명의 액정표시소자는 전계 유도창 및 전계 유도창을 덮도록 형성된 유전체 돌기와, 공통보조전극을 이용하여 수직 성분의 전기장을 왜곡시킬 수 있기 때문에 광시야각을 구현할 수 있다.
둘째, 전계 유도창 및 전계 유도창을 덮도록 형성된 유전체 돌기를 이용하여 왜곡된 전기장의 크기를 크도록 할 수 있기 때문에 응답속도가 빠르게 할 수 있다.

Claims (24)

  1. 소정 간격을 두고 서로 대향되는 하부 기판 및 상부 기판과;
    상기 하부 기판 상에 종횡으로 형성되어 화소영역을 정의하는 게이트 라인 및 데이터 라인과;
    상기 하부 기판의 각 화소영역 내에 형성되어 적어도 하나 이상의 전계 유도창을 갖는 화소전극과;
    상기 전계 유도창 위에 형성된 제 1 유전체 돌기와;
    상기 상부 기판에 형성되는 공통 전극과;
    상기 공통 전극 위에 형성된 제 2 유전체 돌기와;
    상기 하부 기판 및 상부 기판 사이에 형성된 액정층을 포함하는 것을 특징으로 하는 액정표시소자.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 전계 유도창은 5 ~ 15 ㎛ 정도의 폭을 갖고, 상기 제 1, 제 2 유전체 돌기는 7 ~ 20 ㎛ 정도의 폭을 갖는 것을 특징으로 하는 액정표시소자.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1, 제 2 유전체 돌기의 유전율은 2.0 ~ 5.0 임을 특징으로 하는 액정표시소자.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 2 유전체 돌기가 형성된 부분의 공통전극에 제 2 전계 유도창이 더 형성됨을 특징으로 하는 액정표시소자.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 화소전극이 하나이상의 영역으로 구분되어 각 영역의 중심부에 상기 제 1 전계 유도창 및 제 1 유전체 돌기가 형성됨을 특징으로 하는 액정표시소자.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 제 1 전계 유도창 및 제 1 유전체 돌기는 상기 각 영역의 중심부를 지나는 대각선 모양으로 형성됨을 특징으로 하는 액정표시소자.
  7. 제 5 항에 있어서,
    상기 제 1 전계 유도창 및 제 1 유전체 돌기는 상기 각 영역 내에서 가위(X자) 모양 또는 열십자 모양으로 형성됨을 특징으로 하는 액정표시소자.
  8. 제 5 항에 있어서,
    상기 제 1 전계 유도창 및 제 1 유전체 돌기는 상기 각 영역 내에서 상기 게이트 라인 또는 데이터 라인과 평행한 모양으로 형성됨을 특징으로 하는 액정표시소자.
  9. 삭제
  10. 삭제
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 2 유전체 돌기는 상기 공통전극을 적어도 하나의 영역으로 구분하는 각 영역의 가장자리에 오버랩되도록 형성됨을 특징으로 하는 액정표시소자.
  12. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 2 유전체 돌기는 상기 제 1 전계 유도창 및 제 1 유전체 돌기와의 수평 거리가 동일해 지도록 다각형 모양으로 형성됨을 특징으로 하는 액정표시소자.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 제 2 유전체 돌기는 팔각형 모양으로 형성됨을 특징으로 하는 액정표시 소자.
  14. 제 1 항에 있어서,
    상기 액정층은 음의 이방성을 갖는 트위스트 네마틱(Twisted Nematic : TN) 액정으로 이루어짐을 특징으로 하는 액정표시소자.
  15. 제 1 항에 있어서,
    상기 액정층의 배향을 위해 상기 하부 기판 상에 형성되는 제 1 배향막과, 상기 상부 기판 상에 형성되는 제 2 배향막을 더 포함함을 특징으로 하는 액정표시소자.
  16. 제 1 항에 있어서,
    상기 액정층은 액정분자의 꼬임(Twist)을 위해 카이랄 도펀트(chiral dopant)를 포함함을 특징으로 하는 액정표시소자.
  17. 소정 간격을 두고 서로 대향되는 하부 기판 및 상부 기판과;
    상기 하부 기판 상에 종횡으로 형성되어 화소영역을 정의하는 게이트 라인 및 데이터 라인과;
    상기 화소영역 내에 적어도 하나의 영역으로 구분되어 형성된 화소전극과;
    상기 화소전극의 상기 각 영역의 가장자리에 오버랩하도록 형성된 공통보조전극과;
    상기 상부 기판 상에 형성된 칼라필터층과;
    상기 칼라필터층 상에 전계 유도창을 구비하여 형성된 공통전극과;
    상기 전계 유도창 위에 형성된 유전체 돌기와;
    상기 두 기판 사이에 형성된 액정층을 포함하는 것을 특징으로 하는 액정표시소자.
  18. 제 17 항에 있어서,
    상기 칼라필터층 상에 평탄화를 위해 오버코트층을 더 형성함을 특징으로 하는 액정표시소자.
  19. 제 17 항에 있어서,
    상기 화소전극의 각 영역 중심부에 오버랩되는 상기 전계 유도창 및 유전체 돌기가 형성됨을 특징으로 하는 액정표시소자.
  20. 제 19 항에 있어서,
    상기 전계 유도창 및 유전체 돌기는 상기 각 영역의 중심부를 지나는 대각선 모양으로 형성됨을 특징으로 하는 액정표시소자.
  21. 제 19 항에 있어서,
    상기 전계 유도창 및 유전체 돌기는 상기 각 영역 내에서 가위(X) 모양 또는 열십자 모양으로 형성됨을 특징으로 하는 액정표시소자.
  22. 제 19 항에 있어서,
    상기 전계 유도창 및 유전체 돌기는 상기 각 영역 내에서 상기 게이트 라인 또는 상기 데이터 라인과 평행한 모양으로 형성됨을 특징으로 하는 액정표시소자.
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