KR101096689B1 - 멀티 도메인 액정 표시 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 유전체층에 상응하는 부위에 보상 패턴을 형성하여, 전계 왜곡을 유도하여 투과율 및 응답 특성을 향상시킨 멀티 도메인 액정 표시 장치에 관한 것으로, 멀티 도메인 액정 표시 장치는 서로 대향된 제 1 기판 및 제 2 기판과, 상기 제 1 기판 상에 서로 교차하여 화소 영역을 정의하는 게이트 라인 및 데이터 라인과, 상기 제 1 기판 상에 상기 화소 영역에 일 이상의 슬릿을 구비하여 형성된 화소 전극과, 상기 제 2 기판 상에 상기 슬릿과 이격하여 형성된 유전체층과, 상기 유전체층에 대응되어 상기 화소 전극 하부에 형성된 보상 패턴과, 상기 슬릿 하부에 제 1 기판 상에 형성된 음각부 및 상기 제 1 기판과 제 2 기판 사이에 충진된 액정층을 포함하여 이루어짐을 특징으로 한다.
MVA(Multi Vertical Alignment), 단차, 굴곡, 전계 왜곡, 투과율, 응답 특성

Description

멀티 도메인 액정 표시 장치{Multi-Domain Liquid Crystal Display Device}
도 1은 종래의 MVA 모드의 액정 표시 장치를 나타낸 평면도
도 2는 도 1의 I~I' 선상의 구조 단면도
도 3은 도 2의 구성의 영역별로 투과율을 나타낸 그래프
도 4는 본 발명의 멀티 도메인 액정 표시 장치를 나타낸 평면도
도 5는 도 4의 Ⅱ~Ⅱ' 선상의 구조 단면도
도 6은 도 5의 구성의 영역별로 투과율을 나타낸 그래프
*도면의 주요 부분을 나타내는 부호 설명*
100 : 제 1 기판 111 : 게이트 라인
112 : 데이터 라인 113 : 화소 전극
114 : 슬릿 116 : 게이트 라인
117 : 제 1 층간 절연막 118 : 제 2 층간 절연막
121 : 제 1 패턴 122 : 제 2 패턴
200 : 제 2 기판 201 : 컬러 필터층
202 : 공통 전극 211 : 유전체층
본 발명은 액정 표시 장치에 관한 것으로 특히, 유전체층에 상응하는 부위에 보상 패턴을 형성하여, 전계 왜곡을 유도하여 투과율 및 응답 특성을 향상시킨 멀티 도메인 액정 표시 장치에 관한 것이다.
정보화 사회가 발전함에 따라 표시 장치에 대한 요구도 다양한 형태로 점증하고 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 표시 장치로 활용되고 있다.
그 중에, 현재 화질이 우수하고 경량, 박형, 저소비 전력의 특징 및 장점으로 인하여 이동형 화상 표시 장치의 용도로 CRT(Cathode Ray Tube)를 대체하면서 LCD가 가장 많이 사용되고 있으며, 노트북 컴퓨터의 모니터와 같은 이동형의 용도 이외에도 방송 신호를 수신하여 디스플레이하는 텔레비젼 및 컴퓨터의 모니터 등으로 다양하게 개발되고 있다.
이와 같은 액정 표시 장치가 일반적인 화면 표시 장치로서 다양한 부분에 사용되기 위해서는 경량, 박형, 저 소비 전력의 특징을 유지하면서도 고정세, 고휘도, 대면적 등 고품위 화상을 얼마나 구현할 수 있는가에 관건이 걸려 있다고 할 수 있다.
일반적인 액정 표시 장치는, 화상을 표시하는 액정 패널과 상기 액정 패널에 구동 신호를 인가하기 위한 구동부로 크게 구분될 수 있으며, 상기 액정 패널은 일 정 공간을 갖고 합착된 제 1, 제 2 유리 기판과, 상기 제 1, 제 2 유리 기판 사이에 주입된 액정층으로 구성된다.
여기서, 상기 제 1 유리 기판(TFT 어레이 기판)에는 일정 간격을 갖고 일 방향으로 배열되는 복수개의 게이트 라인과, 상기 각 게이트 라인과 수직한 방향으로 일정한 간격으로 배열되는 복수개의 데이터 라인과, 상기 각 게이트 라인과 데이터 라인이 교차되어 정의된 각 화소 영역에 매트릭스 형태로 형성되는 복수개의 화소 전극과 상기 게이트 라인의 신호에 의해 스위칭되어 상기 데이터 라인의 신호를 각 화소 전극에 전달하는 복수개의 박막 트랜지스터가 형성된다.
그리고, 제 2 유리 기판(컬러 필터 기판)에는, 상기 화소 영역을 제외한 부분의 빛을 차단하기 위한 차광층과, 컬러 색상을 표현하기 위한 R, G, B 컬러 필터층과 화상을 구현하기 위한 공통 전극이 형성된다.
상기 일반적인 액정 표시 장치의 구동 원리는 액정의 광학적 이방성과 분극 성질을 이용한다. 액정은 구조가 가늘고 길기 때문에 분자의 배열에 방향성을 갖고 있으며, 인위적으로 액정에 전기장을 인가하여 분자 배열의 방향을 제어할 수 있다.
따라서, 상기 액정의 분자 배열 방향을 임의로 조절하면, 액정의 분자 배열이 변하게 되고, 광학적 이방성에 의하여 상기 액정의 분자 배열 방향으로 빛이 굴절하여 화상 정보를 표현할 수 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 종래의 멀티 도메인 액정 표시 장치를 설명하면 다음과 같다.
도 1은 종래의 MVA 모드의 액정 표시 장치를 나타낸 평면도 및 도 2는 도 1의 I~I' 선상의 구조 단면도이다.
도 1 및 도 2와 같이, 종래의 MVA 모드의 액정 표시 장치는 하판(10) 상에는 종횡으로 교차되어 화소 영역을 정의하여 형성된 게이트 라인(11)과 데이터 라인(12) 및 상기 게이트 라인과 데이터 라인의 교차부에 형성된 박막 트랜지스터를 포함하여 박막 트랜지스터 어레이(16)와, 상기 화소 영역 내에 소정 간격을 갖고 이격된 한 개 이상의 슬릿(15)을 갖는 화소 전극(13)이 형성되어 있다.
그리고, 상판(20)에는 상기 화소 영역 이외의 부분에 대응된 블랙 매트릭스(미도시)와, 화소 영역 부분에 대응되는 R, G, B 컬러 필터층(22)과, 상기 컬러 필터층(22)을 포함한 상판(20) 전면에 공통 전극(23)과, 상기 화소 전극(13)의 슬릿(15)간의 사이에 형성된 돌기형의 유전체층(21)을 포함하여 이루어진다.
이러한 종래의 MVA 모드의 액정 표시 장치는 유전율 이방성이 음인 액정(30)을 이용하고 있다.
종래의 MVA 모드의 액정 표시 장치는 전압 인가시 상하판(10, 20)의 공통 전극(23)과 화소 전극(13) 사이에 수직 전계가 형성되며, 액정(30)은 상기 전계에 수직한 방향으로 배향되므로, 액정(30)은 수평면에 가깝게 비스듬히 눕는 배향을 갖게 된다. 그런데, 유전체층(21)과 상기 슬릿(15)의 개재로 인해 상기 상하판(20, 10) 사이의 수직 전계의 왜곡을 갖게 되면, 도 2와 같이, 각 점선 라인별로 등전위를 갖는 전기장에 형성되고, 이러한 등전위선에 수직한 방향으로 액정(30)이 배향되게 된다. 여기서, 상기 슬릿(15) 및 유전체층(21)은 액정(30)의 배향 방향이 달 라지는 도메인(domain)간의 경계로 작용한다.
도 3은 도 2의 구성의 영역별로 투과율을 나타낸 그래프이다.
도 3과 같이, 종래의 MVA 모드의 액정 표시 장치에 있어서는, 상기 슬릿(15)과 유전체층(돌기부)(21)에 의하여 러빙 공정 없이도 액정(30)이 정렬된다. 상기 화소 전극(13)에 구동 전압 인가시에 상기 슬릿(15)에 대응되는 부위는 액정(30)이 정상적인 전계가 이루어지지 않아, 배향이 힘들고, 또한, 유전체층(21)에 대응되는 부위는 전계 왜곡으로 액정(30)이 서게 되어, 상기 슬릿부와 돌기부(유전체층 형성부)에서는 투과율이 현저히 낮게 보여지고, 이러한 투과율이 낮은 영역이 유전체층(21) 형성부 및 슬릿(15) 형성부로 화소 영역에 대해 비중이 커서 이러한 저투과율 영역은 시감을 저하시키는 요소가 된다.
물론 이러한 투과율 저하를 축소하기 위해 슬릿(15) 및 유전체층(21)의 폭을 줄여 저투과율 영역을 줄일 수 있으나, 이 방법은 도메인별로 구분하여 동작시키는 전계 효과를 억제하게 되어 전 패널의 투과율 및 액정 응답 특성을 저감하여 다른 불량의 원인이 되므로 최소한의 슬릿 및 돌기부 폭은 결정되어 있다.
상기와 같은 종래의 멀티 도메인 액정 표시 장치는 다음과 같은 문제점이 있다.
슬릿에 대응되는 부위는 액정(30)이 정상적인 전계가 이루어지지 않아, 배향이 힘들고, 또한, 유전체층에 대응되는 부위는 전계 왜곡으로 액정이 서게 되어, 상기 슬릿부와 돌기부(유전체층 형성부)에서는 투과율이 현저히 낮게 보여진다.
이러한 투과율 저하를 축소하기 위해 슬릿 및 유전체층의 폭을 줄여 저투과율 영역을 줄일 수 있으나, 이 방법은 도메인별로 구분하여 동작시키는 전계 효과를 억제하게 되어 전 패널의 투과율 및 액정 응답 특성을 저감하여 다른 불량의 원인이 된다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로 유전체층에 상응하는 부위에 보상 패턴을 형성하여, 전계 왜곡을 유도하여 투과율 및 응답 특성을 향상시킨 멀티 도메인 액정 표시 장치를 제공하는 데, 그 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 멀티 도메인 액정 표시 장치는 서로 대향된 제 1 기판 및 제 2 기판과, 상기 제 1 기판 상에 서로 교차하여 화소 영역을 정의하는 게이트 라인 및 데이터 라인과, 상기 제 1 기판 상에 상기 화소 영역에 일 이상의 슬릿을 구비하여 형성된 화소 전극과, 상기 제 2 기판 상에 상기 슬릿과 이격하여 형성된 유전체층과, 상기 유전체층에 대응되는 제 1 기판 상의 부위에 형성된 보상 패턴과, 상기 슬릿 하부에 제 1 기판 상에 형성된 음각부 및 상기 제 1 기판과 제 2 기판 사이에 충진된 액정층을 포함하여 이루어짐에 그 특징이 있다.
상기 슬릿 및 상기 유전체층은 동일한 방향으로 형성된다.
상기 유전체층은 상기 화소 영역의 경계부를 감싸는 연장부를 더 포함한다.
상기 액정층은 음의 유전율 이방성의 액정으로 이루어진다.
상기 제 1 기판 상의 상기 화소 전극 하부에는 일 이상의 절연막이 더 형성 된다.
상기 슬릿 하부에 대응되는 상기 절연막이 제거되어 상기 음각부가 형성된다.
상기 보상 패턴은 금속이다.
상기 보상 패턴은 게이트 라인과 동일층에 형성된다.
상기 보상 패턴은 데이터 라인과 동일층에 형성되는 금속층이다.
상기 보상 패턴은 게이트 라인과 동일층의 제 1 금속층과, 데이터 라인과 동일층의 제 2 금속층의 적층체로 이루어진다.
상기 제 1 금속층과 제 2 금속층 사이에는 절연막이 더 개재된다.
상기 화소 전극은 상기 보상 패턴이 주위와 갖는 단차가 적용되어 형성된다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 멀티 도메인 액정 표시 장치를 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 4는 본 발명의 멀티 도메인 액정 표시 장치를 나타낸 평면도이며, 도 5는 도 4의 Ⅱ~Ⅱ' 선상의 구조 단면도이며, 도 6은 도 5의 구성의 영역별로 투과율을 나타낸 그래프이다.
도 4 및 도 5와 같이, 본 발명의 멀티 도메인 액정 표시 장치는 서로 대향된 제 1 기판(100) 및 제 2 기판(200)과, 상기 제 1 기판(100) 상에 서로 교차하여 화소 영역을 정의하는 게이트 라인(111) 및 데이터 라인(112)과, 상기 제 1 기판(100) 상에 상기 화소 영역에 일 이상의 슬릿(114)을 구비하여 형성된 화소 전극(113)과, 상기 제 2 기판(200) 상에 상기 슬릿(114)과 이격하여 형성된 유전체층(211)과, 상기 유전체층(211)에 대응되는 제 1 기판(100) 상의 부위에 형성된 보상 패턴으로서의 제 1, 제 2 패턴(121, 122)과, 상기 슬릿(114) 하부에 제 1 기판(100) 상의 제 2 층간 절연막(118)을 제거하여 정의된 음각부(118a) 및 상기 제 1 기판(100)과 제 2 기판(200) 사이에 충진된 액정층(150)을 포함하여 이루어진다.
여기서, 상기 슬릿(114) 및 상기 유전체층(211)은 '<'자 형상으로 서로 평행하게 형성되며, 상기 유전체층(211)은 상기 화소 영역의 경계부를 감싸는 연장부(214a)를 더 포함한다.
여기서, 상기 액정층(150)을 이루는 액정은 음의 유전율 이방성의 액정으로 이루어진다.
그리고, 상기 제 1 기판(100) 상에는 상기 게이트 라인(111)과 동일층에 형성되며, 상기 유전체층(211)에 대응되는 부위에 상기 유전체층(211)과 상응하는 폭이거나 더 작은 폭으로 형성되는 제 1 패턴(121)이 형성되고, 상기 게이트 라인(111)과 상기 제 1 패턴(121)을 포함한 제 1 기판(100) 전면에는 게이트 절연막(116)이 형성된다.
또한, 상기 게이트 절연막(116) 상에는 상기 데이터 라인(112)과 동일층으로 상기 제 1 패턴(121) 상부에 대응되는 부위에 제 2 패턴(122)이 형성되고, 상기 데이터 라인(112) 및 제 2 패턴(122)을 덮도록 상기 게이트 절연막(116) 전면에 제 1 층간 절연막(117)이 형성된다.
그리고, 상기 제 1 층간 절연막(117) 상에는 상기 슬릿(114)에 대응되는 부위가 제거되어 음각부(concave)(118a)로 정의되는 제 2 층간 절연막(118)이 형성된 다.
상기 화소 전극(113)이 상기 제 2층간 절연막(118) 상에 형성되며, 상기 화소 전극(113)을 형성하기 위한 패터닝시 상기 슬릿(114)이 상기 음각부(118a)에 정의되도록 한다.
이 경우, 상기 제 1, 제 2 층간 절연막(117, 118)은 하나의 층으로 형성될 수 있고, 이 때 상기 음각부(118a)는 하나의 층의 두께를 모두 식각하여 정의하여도 좋고, 혹은 하나의 층의 두께의 일부만을 식각하여도 좋다. 또한, 상기 음각부(118a)는 도시되어 있는 제 2 층간 절연막(118)의 하부를 일부 더 식각하여 정의할 수도 있을 것이다.
한편, 상기 제 1 패턴(121) 및 제 2 패턴(122)은 그 중 하나를 생략하여도 좋고, 혹은 도시된 바와 같이 두 층의 패턴은 모두 생략하여도 좋다. 이 경우, 상기 제 1 패턴(121) 및 제 2 패턴(122)은 금속으로 게이트 라인 또는 데이터 라인과 동일층에 섬상으로 형성하여 상기 게이트 라인이나 데이터 라인에 인가되는 전압 신호와 관계없으며, 단차를 통해 해당 부위에 형성되는 왜곡 부위를 좁게 하기 위한 보상 패턴이다. 경우에 따라, 상기 제 1 패턴(121)과 제 2 패턴(122) 사이의 게이트 절연막(116)은 생략되어질 수도 있다.
그리고, 상기 제 2 기판(200)에는 상기 화소 영역 이외의 부분에 대응된 블랙 매트릭스(미도시)와, 화소 영역 부분에 대응되는 R, G, B 컬러 필터층(201)과, 상기 컬러 필터층(201)을 포함한 제 2 기판(200) 전면에 형성된 공통 전극(202)과, 상기 화소 전극(113)의 슬릿(114)들간의 사이에 형성된 돌기형의 유전체층(211)이 형성된다.
도 6과 같이, 본 발명의 멀티 도메인 액정 표시 장치에 있어서는, 제 1 기판(100) 상에 형성된 제 2 층간 절연막(118) 및 화소 전극(113)에 제 1, 제 2패턴(121, 122)의 형상에 따라 단차를 형성하여 주어, 이와 같이 이루어진 단차에 의해 전계 왜곡이 종래의 구조에 비해 더 좁은 영역에 한정되어 일어나도록 하여, 저투과율 영역이 좁아지는 효과를 얻도록 한다. 이러한 본 발명의 멀티 도메인 액정 표시 장치의 구조는, 투과율 향상 뿐만 아니라 기존 구조에 비하여 전압 인가시 전계에 의한 액정 응답 속도 또한 향상될 수 있다.
따라서, 슬릿(114)이나 돌기(211)의 폭을 줄이지 않아, 전계 효과 특성이 떨어지지도 않고, 투과율의 개선을 얻을 수 있으므로, 전체적으로 패널에서 시감을 개선시킬 수 있다.
또한, 공정적으로 박막 트랜지스터 어레이 공정에서 게이트 라인 또는 데이터 라인과 동일층에 보상 패턴을 더 형성하여 주거나 혹은 절연막의 소정 부위를 제거하는 등으로 얻어질 수 있는 구조로, 별도의 공정이 요구되지 않고, 투과율의 개선 효과를 얻을 수 있다.
이상에서 설명한 실시예에서는 MVA(Multi Vertical Alignment) 모드에 대해 설명하였는데, 공통 전극 측에 슬릿이 형성되는 구조(PVA(Patterned Vertical Alignment))에도 동일한 원리가 적용될 수 있을 것이다. 이 경우에는 상기 슬릿에 대응되는 제 1 기판(하부 기판)의 절연막에 음각을 형성하여 동일한 효과를 얻을 수 있을 것이다.
상기와 같은 본 발명의 멀티 도메인 액정 표시 장치는 다음과 같은 효과가 있다.
슬릿에 대응되는 하판의 절연막을 제거하여 음각부를 정의하고, 유전체층(돌기부)에 대응되는 하판에 보상 패턴을 형성하여, 상기 보상 패턴이 갖는 단차를 따라 화소 전극을 형성하도록 함으로써, 전계 왜곡 형성 부위의 폭을 줄이도록 하여, 투과율의 개선을 얻을 수 있으므로, 전체적으로 패널에서 시감을 개선시킬 수 있다.
또한, 공정적으로 박막 트랜지스터 어레이 공정에서 게이트 라인 또는 데이터 라인과 동일층에 보상 패턴을 더 형성하여 주거나 혹은 절연막의 소정 부위를 제거하는 등으로 얻어질 수 있는 구조로, 별도의 공정이 요구되지 않고, 투과율의 개선 효과를 얻을 수 있다.

Claims (12)

  1. 서로 대향된 제 1 기판 및 제 2 기판;
    상기 제 1 기판 상에 서로 교차하여 화소 영역을 정의하는 게이트 라인 및 데이터 라인;
    상기 제 1 기판 상에 상기 화소 영역에 일 이상의 슬릿을 구비하여 형성된 화소 전극;
    상기 제 2 기판 상에 상기 슬릿과 이격하여 형성된 유전체층;
    상기 유전체층에 대응되어, 상기 화소 전극 하부에 형성된 보상 패턴;
    상기 슬릿 하부에 제 1 기판 상에 형성된 음각부; 및
    상기 제 1 기판과 제 2 기판 사이에 충진된 액정층을 포함하여 이루어짐을 특징으로 하는 멀티도메인 액정 표시 장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 슬릿 및 상기 유전체층은 동일한 방향으로 형성된 것을 특징으로 하는 멀티 도메인 액정 표시 장치.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 유전체층은 상기 화소 영역의 경계부를 감싸는 연장부를 더 포함한 것을 특징으로 하는 멀티 도메인 액정 표시 장치.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 액정층은 음의 유전율 이방성의 액정으로 이루어진 것을 특징으로 하는 멀티 도메인 액정 표시 장치.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 제 1 기판 상의 상기 화소 전극 하부에는 일 이상의 절연막이 더 형성된 것을 특징으로 하는 멀티 도메인 액정 표시 장치.
  6. 제 5항에 있어서,
    상기 슬릿 하부에 대응되는 상기 절연막이 제거되어 상기 음각부가 형성되는 것을 특징으로 하는 멀티 도메인 액정 표시 장치.
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 보상 패턴은 금속인 것을 특징으로 하는 멀티 도메인 액정 표시 장치.
  8. 제 7항에 있어서,
    상기 보상 패턴은 게이트 라인과 동일층에 형성되는 금속인 것을 특징으로 하는 멀티 도메인 액정 표시 장치.
  9. 제 7항에 있어서,
    상기 보상 패턴은 데이터 라인과 동일층에 형성되는 금속층인 것을 특징으로 하는 멀티 도메인 액정 표시 장치.
  10. 제 7항에 있어서,
    상기 보상 패턴은 게이트 라인과 동일층의 제 1 금속층과, 데이터 라인과 동일층의 제 2 금속층의 적층체로 이루어진 것을 특징으로 하는 멀티 도메인 액정 표시 장치.
  11. 제 10항에 있어서,
    상기 제 1 금속층과 제 2 금속층 사이에는 절연막이 더 개재된 것을 특징으로 하는 멀티 도메인 액정 표시 장치.
  12. 제 1항에 있어서,
    상기 화소 전극은 상기 보상 패턴이 주위와 갖는 단차가 적용되어 형성된 것을 특징으로 하는 멀티 도메인 액정 표시 장치.
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