KR101499241B1 - 액정 표시 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 액정 표시 장치에 관한 것이다. 본 발명의 한 실시예에 따른 액정 표시 장치는 복수의 절개부를 가지는 제1 전기장 생성 전극, 상기 제1 전기장 생성 전극에 연결되어 있는 박막 트랜지스터, 상기 제1 전기장 생성 전극의 복수의 절개부 중 일부와 중첩하고 영상 표시 시 전압이 인가되지 않는 보조 전극, 상기 화소 전극과 마주보는 제2 전기장 생성 전극, 그리고 상기 제1 전기장 생성 전극과 제2 전기장 생성 전극 사이에 개재되어 있는 액정층을 포함하고, 상기 액정층은 복수의 액정 분자와 광 중합체를 포함한다.
보조 전극, 광시야각, 응답 속도, 광배향

Description

액정 표시 장치{LIQUID CRYSTAL DISPLAY}
본 발명은 액정 표시 장치에 관한 것이다. 특히, 응답 속도가 빠른 광시야각 액정 표시 장치에 관한 것이다.
액정 표시 장치는 현재 가장 널리 사용되고 있는 평판 표시 장치 중 하나로서, 화소 전극과 공통 전극 등 전기장 생성 전극이 형성되어 있는 두 장의 표시판과 그 사이에 삽입되어 있는 액정층으로 이루어지며, 전기장 생성 전극에 전압을 인가하여 액정층에 전기장을 생성하고 이를 통하여 액정층의 액정 분자들의 배향을 결정하고 입사광의 편광을 제어함으로써 영상을 표시한다.
그 중에서도 전계가 인가되지 않은 상태에서 액정 분자의 장축을 상하 표시판에 대하여 수직을 이루도록 배열한 수직 배향 모드 액정 표시 장치는 대비비가 크고 넓은 기준 시야각 구현이 용이하여 각광받고 있다. 여기에서 기준 시야각이란 대비비가 1:10인 시야각 또는 계조간 휘도 반전 한계 각도를 의미한다.
수직 배향 방식 액정 표시 장치에서 광시야각을 구현하기 위한 수단으로는 전계 생성 전극에 절개부를 형성하는 방법과 전계 생성 전극 위에 돌기를 형성하는 방법 등이 있다. 절개부 또는 돌기는 액정 분자가 기울어지는 방향을 결정해 주므 로 이들을 다양하게 배치하여 액정 분자의 경사 방향을 여러 방향으로 분산시킴으로써 기준 시야각을 넓힐 수 있다. 그러나 화소 전극과 공통 전극에 절개부나 돌기를 형성하는 방법은 액정 표시 장치의 제조 방법을 복잡하게 하고, 돌기나 절개부가 있는 수직 배향 방식의 액정 표시 장치는 돌기나 절개부 주변의 액정 분자들은 강하게 제어하지만 그로부터 멀리 떨어진 액정 분자들에 대해서는 그 영향력이 약하기 때문에 표시 장치의 응답 속도가 떨어진다.
이러한 문제점을 극복하기 위하여, 화소 전극의 절개부 아래에 방향 제어 전극을 형성하고 하나의 화소를 둘 이상의 화소 전극으로 나누어 구동함으로써 광시야각을 구현하는 방법에 제안되었다. 그러나, 방향 제어 전극을 형성하는 방법에 의할 경우, 화소 전극, 공통 전극, 그리고 방향 제어 전극에 인가되는 전압이 소정의 조건을 만족해야만 광시야각 구현이 가능하여, 이를 위해 각 프레임 별로 둘 이상의 화소 전극과 방향 제어 전극에 다른 신호가 각기 입력되어야 하므로, 액정 표시 장치의 구동을 복잡하게 만들고 있다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 액정 표시 장치의 구동을 복잡하게 하지 않고, 제조 방법을 복잡하게 하지 않으면서, 광시야각과 높은 투과율을 가지는 수직 배향 방식 액정 표시 장치를 제공하는 것이다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 한 실시예에 따른 액정 표시 장치는 복수의 절개부를 가지는 제1 전기장 생성 전극, 상기 제1 전기장 생성 전극에 연결되어 있는 박막 트랜지스터, 상기 제1 전기장 생성 전극의 복수의 절개부 중 일부와 중첩하고 영상 표시 시 전압이 인가되지 않는 보조 전극, 상기 화소 전극과 마주보는 제2 전기장 생성 전극, 그리고 상기 제1 전기장 생성 전극과 제2 전기장 생성 전극 사이에 개재되어 있는 액정층을 포함하고, 상기 액정층은 복수의 액정 분자와 광 중합체를 포함한다.
상기 보조 전극은 초기 배향 시 소정의 전압이 인가되고, 영상 표시 시 플로팅될 수 있다.
상기 보조 전극에 인가되는 전압은 상기 제1 전기장 생성 전극의 전압보다 클 수 있다.
상기 보조 전극에 인가되는 전압의 크기는 상기 제1 전기장 생성 전극의 전압의약 2배일 수 있다.
상기 제2 전기장 생성 전극은 연속면을 갖을 수 있다.
상기 보조 전극은 상기 제1 전기장 생성 전극 아래에 위치할 수 있다.
상기 액정 분자는 서로 다른 복수의 방향으로 선경사를 이루며 배향되어 있을 수 있다.
상기 액정 분자는 상기 광 중합체에 의하여 선경사를 이루며 배향되어 있을 수있다.
상기 액정 분자의 선경사 방향은 초기 배향 시 상기 보조 전극과 상기 제1 및 제2 전기장 생성 전극에 가해지는 전압 크기와 상기 절개부에 의해 결정될 수 있다.
상기 액정 표시 장치는 상기 박막 트랜지스터와 연결되어 있는 데이터선 및 게이트선을 더 포함할 수 있다.
상기 절개부는 상기 게이트선 또는 상기 데이터선과 빗각을 이루며 뻗어 있을 수 있다.
상기 빗각은 약 45도일 수 있다.
상기 보조 전극은 중첩하는 절개부와 유사한 평면 형태를 가질 수 있다.
상기 보조 전극의 폭은 상기 절개부의 폭보다 넓어 상기 제1 전기장 생성 전극과도 일부 중첩할 수 있다.
상기 절개부의 폭은 약 3.5㎛ 내지 약 4.5㎛이고, 상기 보조 전극과 상기 제1 전기장 생성 전극은 상기 절개부의 양쪽에서 중첩할 수 있다.
상기 보조 전극과 상기 제1 전기장 생성 전극의 중첩부의 폭은 약 1.5㎛ 내지 약 2.5㎛ 정도일 수 있다.
상기 보조 전극의 적어도 일부는 상기 제1 전기장 생성 전극의 절개부를 통하여 노출될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 액정 표시 장치는 액정층의 초기 배향 시에만 소정의 전압을 인가 받고, 액정 표시 장치가 영상을 표시하는 시간 동안에는 어떤 전압도 인가 받지 않으며, 화소 전극의 절개부 중 일부와 중첩하는 보조 전극을 포함하고, 초기 액정 배향 시 보조 전극과 화소 전극 및 공통 전극에 소정의 전압을 가한 상태에서 광배향함으로써, 액정 표시 장치의 공통 전극에 절개부 등의 경사 방향 제어 부재를 형성하지 않고도, 액정의 선경사 방향이 서로 다른 복수 개의 부영역을 가지게 되고, 빠른 응답 속도를 가질 수 있다. 또한, 보조 전극은 초기 배향 시에만 소정의 전압을 인가 받고, 액정 표시 장치가 영상을 표시하는 시간 동안에는 어떤 전압도 인가 받지 않으므로 액정 표시 장치의 구동을 복잡하게 하지 않으면서도 광시야각을 구현할 수 있다.
첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.
도면에서 여러 층 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 나타내었다. 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 동일한 도면 부호를 붙였다. 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "위에" 있다고 할 때, 이는 다른 부분 "바로 위에" 있는 경우뿐 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다. 반대로 어떤 부분이 다른 부분 "바로 위에" 있다고 할 때에는 중간에 다른 부분이 없는 것을 뜻한다.
이제 본 발명의 실시예에 따른 액정 표시 장치에 대하여 도면을 참고하여 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 한 실시예에 따른 액정 표시 장치의 블록도이고, 도 2는 본 발명의 한 실시예에 따른 액정 표시 장치의 한 화소에 대한 등가 회로도이다.
도 1을 참고하면, 본 발명의 한 실시예에 따른 액정 표시 장치는 액정 표시판 조립체(liquid crystal panel assembly)(300), 게이트 구동부(gate driver)(400), 데이터 구동부(data driver)(500), 보조 전극 구동부(700), 계조 전압 생성부(gray voltage generator)(800) 및 신호 제어부(signal controller)(600)를 포함한다.
도 1을 참고하면, 액정 표시판 조립체(300)는 등가 회로로 볼 때 복수의 신호선(signal line)(도시하지 않음)과 이에 연결되어 있으며 대략 행렬의 형태로 배열된 복수의 화소(pixel)(PX)를 포함한다. 반면, 도 2에 도시한 구조로 볼 때 액정 표시판 조립체(300)는 서로 마주하는 하부 및 상부 표시판(100, 200)과 그 사이에 들어 있는 액정층(3)을 포함한다.
도 2를 참고하면, 신호선(G1-Gn, D1-Dm)은 게이트 신호("주사 신호"라고도 함)를 전달하는 복수의 게이트선(G1-Gn)과 데이터 전압을 전달하는 복수의 데이터선(D1-Dm)을 포함한다. 게이트선(G1-Gn)은 대략 행 방향으로 뻗으며 서로가 거의 평행하고, 데이터선(D1-Dm)은 대략 열 방향으로 뻗으며 서로가 거의 평행하다.
각 화소(PX), 예를 들면 i번째(i=1, 2, …, n) 게이트선(Gi)과 j번째(j=1, 2, …, m) 데이터선(Dj)에 연결된 화소(PX)는 신호선(Gi, Dj)에 연결된 스위칭 소자(Q)와 이에 연결된 액정 축전기(liquid crystal capacitor)(Clc) 및 유지 축전 기(storage capacitor)(Cst)를 포함한다. 유지 축전기(Cst)는 필요에 따라 생략할 수 있다.
스위칭 소자(Q)는 하부 표시판(100)에 구비되어 있는 박막 트랜지스터 등의 삼단자 소자로서, 그 제어 단자는 게이트선(Gi)과 연결되어 있고, 입력 단자는 데이터선(Dj)과 연결되어 있으며, 출력 단자는 액정 축전기(Clc) 및 유지 축전기(Cst)와 연결되어 있다.
액정 축전기(Clc)는 하부 표시판(100)의 화소 전극(191)과 상부 표시판(200)의 공통 전극(270)을 두 단자로 하며 두 전극(191, 270) 사이의 액정층(3)은 유전체로서 기능한다. 화소 전극(191)은 스위칭 소자(Q)와 연결되며, 공통 전극(270)은 상부 표시판(200)의 전면에 형성되어 있고 공통 전압(Vcom)을 인가 받는다. 보조 전극(178)은 각 화소에 형성되어 있으며, 보조 전극(178)은 서로 전기적으로 연결되어 있으며, 보조 전극 구동부(700)를 통해 소정의 전압을 인가 받는다.
액정층(3)은 음의 유전율 이방성을 가질 수 있으며, 액정층(3)의 액정 분자는 전기장이 없는 상태에서 그 장축이 두 표시판(100, 200)의 표면에 대하여 수직을 이루도록 배향되어 있을 수 있다.
액정 축전기(Clc)의 보조적인 역할을 하는 유지 축전기(Cst)는 하부 표시판(100)에 구비된 별개의 신호선(도시하지 않음)과 화소 전극(191)이 절연체를 사이에 두고 중첩되어 이루어지며 이 별개의 신호선에는 공통 전압(Vcom) 따위의 정해진 전압이 인가된다. 그러나 유지 축전기(Cst)는 화소 전극(191)이 절연체를 매 개로 바로 위의 전단 게이트선(Gi -1)과 중첩되어 이루어질 수 있다.
한편, 색 표시를 구현하기 위해서는 각 화소(PX)가 기본색(primary color) 중 하나를 고유하게 표시하거나(공간 분할) 각 화소(PX)가 시간에 따라 번갈아 기본색을 표시하게(시간 분할) 하여 이들 기본색의 공간적, 시간적 합으로 원하는 색상이 인식되도록 한다. 기본색의 예로는 적색, 녹색, 청색 등 삼원색을 들 수 있다. 도 2는 공간 분할의 한 예로서 각 화소(PX)가 화소 전극(191)에 대응하는 상부 표시판(200)의 영역에 기본색 중 하나를 나타내는 색 필터(230)를 구비함을 보여주고 있다. 도 2와는 달리 색 필터(230)는 하부 표시판(100)의 화소 전극(191) 위 또는 아래에 둘 수도 있다.
액정 표시판 조립체(300)에는 적어도 하나의 편광자(도시하지 않음)가 구비되어 있다.
다시 도 1을 참고하면, 계조 전압 생성부(800)는 화소(PX)의 투과율과 관련된 전체 계조 전압 또는 한정된 수효의 계조 전압(앞으로 "기준 계조 전압"이라 한다)을 생성한다. (기준) 계조 전압은 공통 전압(Vcom)에 대하여 양의 값을 가지는 것과 음의 값을 가지는 것을 포함할 수 있다.
게이트 구동부(400)는 액정 표시판 조립체(300)의 게이트선(G1-Gn)과 연결되어 게이트 온 전압(Von)과 게이트 오프 전압(Voff)의 조합으로 이루어진 게이트 신호를 게이트선(G1-Gn)에 인가한다.
데이터 구동부(500)는 액정 표시판 조립체(300)의 데이터선(D1-Dm)과 연결되 어 있으며, 계조 전압 생성부(800)로부터의 계조 전압을 선택하고 이를 데이터 전압으로서 데이터선(D1-Dm)에 인가한다. 그러나 계조 전압 생성부(800)가 계조 전압을 모두 제공하는 것이 아니라 한정된 수효의 기준 계조 전압만을 제공하는 경우에, 데이터 구동부(500)는 기준 계조 전압을 분압하여 원하는 데이터 전압을 생성한다.
신호 제어부(600)는 게이트 구동부(400) 및 데이터 구동부(500) 등을 제어한다.
이러한 구동 장치(400, 500, 600, 800) 각각은 적어도 하나의 집적 회로 칩의 형태로 액정 표시판 조립체(300) 위에 직접 장착되거나, 가요성 인쇄 회로막(flexible printed circuit film)(도시하지 않음) 위에 장착되어 TCP(tape carrier package)의 형태로 액정 표시판 조립체(300)에 부착되거나, 별도의 인쇄 회로 기판(printed circuit board)(도시하지 않음) 위에 장착될 수도 있다. 이와는 달리, 이들 구동 장치(400, 500, 600, 800)가 신호선(G1-Gn, D1-Dm) 및 박막 트랜지스터 스위칭 소자(Q) 따위와 함께 액정 표시판 조립체(300)에 집적될 수도 있다. 또한, 구동 장치(400, 500, 600, 800)는 단일 칩으로 집적될 수 있으며, 이 경우 이들 중 적어도 하나 또는 이들을 이루는 적어도 하나의 회로 소자가 단일 칩 바깥에 있을 수 있다.
보조 전극 구동부(700)는 서로 연결되어 있는 보조 전극(178)에 소정의 전압을 인가하는데, 보조 전극 구동부(700)는 액정층의 초기 배향 시에서만 보조 전 극(178)에 소정의 전압을 인가하고, 액정 표시 장치가 영상을 표시하는 시간 동안에는 어떤 전압도 인가 하지 않는다. 한다. 보조 전극 구동부(700)는 액정 표시판 조립체(300)에 부착되거나, 액정 표시판 조립체(300) 외부에 형성되어 있을 수도 있다.
그러면 본 발명의 한 실시예에 따른 액정 표시판 조립체(300)에 대하여 도 3 내지 도 5를 참고하여 상세하게 설명한다.
도 3은 본 발명의 한 실시예에 따른 액정 표시 장치의 배치도이고, 도 4는 도 3에 도시한 액정 표시 장치를 IV-IV 선을 따라 잘라 도시한 단면도이고, 도 5는 도 3의 A부분을 확대한 도면이다.
도 3 및 도 4를 참고하면, 본 발명의 한 실시예에 따른 액정 표시판 조립체는 하부 표시판(100), 상부 표시판(200), 액정층(3) 및 편광자(12, 22)를 포함한다.
먼저 하부 표시판(100)에 대하여 상세하게 설명한다.
투명한 유리 또는 플라스틱 따위로 만들어진 절연 기판(110) 위에 복수의 게이트선(gate line)(121)이 형성되어 있다.
게이트선(121)은 주로 가로 방향으로 뻗어 있다. 각 게이트선(121)은 복수의 게이트 전극(gate electrode)(124) 및 다른 층 또는 게이트 구동부(400)와의 접속을 위한 넓은 끝 부분(129)을 포함한다. 도시하지는 않았지만, 하부 표시판(100)은 유지 전극을 가지는 유지 전극선을 포함할 수 있으며, 유지 전극선은 게이트선(121) 동일한 층에 형성될 수 있다. 게이트선(121)은 비저항이 낮고 전도도 가 높은 물질인 알루미늄(Al), 은(Ag), 크롬(Cr) 또는 그 합금으로 이루어질 수 있다. 그러나 게이트 선(121)은 여러 가지 다른 금속이나 도전체로 만들어질 수 있다.
게이트선(121) 위에는 질화규소(SiNx) 또는 산화규소(SiOx) 따위로 만들어진 게이트 절연막(gate insulating layer)(140)이 형성되어 있다.
게이트 절연막(140) 위에는 수소화 비정질 규소(hydrogenated amorphous silicon)(비정질 규소는 약칭 a-Si로 씀) 또는 다결정 규소(polysilicon) 등으로 만들어진 복수의 섬형 반도체(154)가 형성되어 있다.
섬형 반도체(154) 위에는 복수의 섬형 저항성 접촉 부재(ohmic contact)(163, 165)가 형성되어 있다. 저항성 접촉 부재(163, 165)는 인 따위의 n형 불순물이 고농도로 도핑되어 있는 n+ 수소화 비정질 규소 따위의 물질로 만들어지거나 실리사이드(silicide)로 만들어질 수 있다. 섬형 저항성 접촉 부재(163, 165)는 쌍을 이루어 섬형 반도체(154) 위에 배치되어 있다.
저항성 접촉 부재(161, 165) 및 게이트 절연막(140) 위에는 복수의 데이터선(data line)(171)과 복수의 드레인 전극(drain electrode)(175) 및 복수의 보조 전극(178)이 형성되어 있다.
데이터선(171)은 데이터 전압을 전달하며 주로 세로 방향으로 뻗어 게이트선(121)과 교차한다. 각 데이터선은 게이트 전극(124)을 향하여 뻗은 복수의 소스 전극(source electrode)(173)과 다른 층 또는 외부 구동 회로와의 접속을 위한 넓은 끝 부분(179)을 포함한다. 데이터 전압을 생성하는 데이터 구동 회로(도시하지 않음)는 기판(110) 위에 부착되는 가요성 인쇄 회로막(도시하지 않음) 위에 장착되거나, 기판(110) 위에 직접 장착되거나, 기판(110)에 집적될 수 있다. 데이터 구동 회로가 기판(110) 위에 집적되어 있는 경우, 데이터선(171)이 연장되어 이와 직접 연결될 수 있다.
드레인 전극(175)은 데이터선(171)과 분리되어 있으며 게이트 전극(124)을 중심으로 소스 전극(173)과 마주 본다. 각 드레인 전극(175)은 넓은 한 쪽 끝 부분과 막대형인 다른 쪽 끝 부분을 가지고 있으며, 막대형 끝 부분은 구부러진 소스 전극(173)으로 일부 둘러싸여 있다.
하나의 게이트 전극(124), 하나의 소스 전극(173) 및 하나의 드레인 전극(175)은 반도체(154)와 함께 하나의 박막 트랜지스터(thin film transistor, TFT)를 이루며, 박막 트랜지스터의 채널(channel)은 소스 전극(173)과 드레인 전극(175) 사이의 반도체(154)에 형성된다.
복수의 보조 전극(178)은 전기적으로 서로 연결되어 보조 전극 구동부(700)로부터 동일한 전압을 인가 받는데, 액정층의 초기 배향 시에서만 소정의 전압을 인가 받고, 액정 표시 장치가 영상을 표시하는 시간 동안에는 어떤 전압도 인가 받지 않는다. 본 실시예에서는 복수의 보조 전극(178)은 전기적으로 서로 연결되어 동일한 전압을 인가 받으나, 다른 실시예에서는 한 화소 내의 보조 전극(178)은 위치에 따라 서로 다른 전압을 인가 받을 수도 있다.
데이터선(171), 드레인 전극(175) 및 보조 전극(178)은 비저항이 낮고 전도도가 높은 물질인 알루미늄(Al), 은(Ag), 크롬(Cr) 또는 그 합금으로 이루어질 수 있다. 그러나 데이터선(171), 드레인 전극(175) 및 보조 전극(178)은 여러 가지 다른 금속이나 도전체로 만들어질 수 있다. 또한 보조 전극(178)은 투명한 도전성 물질로 형성될 수도 있다.
저항성 접촉 부재(163, 165)는 그 아래의 반도체(154)와 그 위의 데이터선(171) 및 드레인 전극(175) 사이에만 존재하며 이들 사이의 접촉 저항을 낮추어 준다. 반도체(154)에는 소스 전극(173)과 드레인 전극(175) 사이를 비롯하여 데이터선(171) 및 드레인 전극(175)으로 가리지 않고 노출된 부분이 있다.
데이터선(171), 드레인 전극(175) 및 노출된 반도체(154) 부분 위에는 보호막(passivation layer)(180)이 형성되어 있다. 보호막(180)은 유기 절연물 따위로 만들어지며 표면이 평탄할 수 있다. 유기 절연물은 감광성(photosensitivity)을 가질 수 있으며 그 유전 상수(dielectric conctant)는 약 4.0 이하인 것이 바람직하다. 그러나 보호막(180)은 무기 절연물 또는 유기막의 우수한 절연 특성을 살리면서도 노출된 반도체(151) 부분에 해가 가지 않도록 하부 무기막과 상부 유기막의 이중막 구조를 가질 수 있다.
보호막(180)에는 데이터선(171)의 끝 부분(179)과 드레인 전극(175)을 각각 드러내는 복수의 접촉 구멍(contact hole)(182, 185)이 형성되어 있으며, 보호막(180)과 게이트 절연막(140)에는 게이트선(121)의 끝 부분(129)을 드러내는 복수의 접촉 구멍(181)이 형성되어 있다.
보호막(180) 위에는 복수의 화소 전극(pixel electrode)(191) 및 복수의 접촉 보조 부재(contact assistant)(81, 82)가 형성되어 있다. 이들은 ITO 또는 IZO 등의 투명한 도전 물질이나 알루미늄, 은, 크롬 또는 그 합금 등의 반사성 금속으로 만들어질 수 있다.
화소 전극(191)은 접촉 구멍(185)을 통하여 드레인 전극(175)과 물리적ㅇ전기적으로 연결되어 있으며, 드레인 전극(175)으로부터 데이터 전압을 인가 받는다. 데이터 전압이 인가된 화소 전극(191)은 공통 전압(common voltage)을 인가 받는 공통 전극 표시판(200)의 공통 전극(common electrode)(270)과 함께 전기장을 생성함으로써 두 전극(191, 270) 사이의 액정층(3)의 액정 분자(31)의 방향을 결정한다. 이와 같이 결정된 액정 분자의 방향에 따라 액정층(3)을 통과하는 빛의 편광이 달라진다. 화소 전극(191)과 공통 전극(270)은 축전기[이하 "액정 축전기(liquid crystal capacitor)"라 함]를 이루어 박막 트랜지스터가 턴 오프된 후에도 인가된 전압을 유지한다.
각 화소 전극(191)은 게이트선(121) 또는 데이터선(171)과 거의 평행한 네 개의 주 변을 가지며 일부 모퉁이가 모따기되어 있는(chamfered) 대략 사각형 모양이다. 화소 전극(191)의 모딴 빗변은 게이트선(121)에 대하여 약 45°의 각도를 이룬다.
화소 전극(191)에는 중앙 절개부(93), 하부 절개부(94a, 95a) 및 상부 절개부(94b. 95b)가 형성되어 있으며, 화소 전극(191)은 이들 절개부(93-95b)에 의하여 복수의 영역(partition)으로 분할된다. 절개부(93-95b)는 화소 전극(191)을 이등분하는 가상의 가로 중심선에 대하여 거의 반전 대칭을 이룬다. 화소 전극(191)의 일부 절개부(93, 95a, 95b)는 보조 전극(178)과 중첩되어 있다. 즉, 액정 표시 장 치를 위에서 바라볼 때 보조 전극(178)의 일부가 절개부(93, 95a, 95b)를 통하여 노출되어 보이도록 보조 전극(178)과 절개부(93, 95a, 95b)를 배치한다.
하부 절개부(94a, 95a) 및 상부 절개부(94b. 95b)는 대략 화소 전극(191)의 왼쪽 변에서부터 오른쪽 변으로 비스듬하게 뻗어 있으며, 화소 전극(191)의 가로 중심선에 대하여 하반부와 상반부에 각각 위치하고 있다. 하부 절개부(94a, 95a) 및 상부 절개부(94b. 95b)는 게이트선(121)에 대하여 약 45°의 각도를 이루며 서로 수직하게 뻗어 있다.
중앙 절개부(93)는 하부 절개부(94a, 95a)와 상부 절개부(94b. 95b)에 각각 거의 평행한 한 쌍의 빗변을 가지고 있다.
따라서 화소 전극(191)의 하반부는 중앙 절개부(93)의 하부 빗변과 하부 절개부(94a, 95a)에 의하여 네 개의 영역(partition)으로 나누어지고, 상반부 또한 중앙 절개부(93)의 상부 빗변과 상부 절개부(94b, 95b)에 의하여 네 개의 영역으로 분할된다. 절개부(93-95b)를 중심으로 하여 양쪽에 위치하는 도메인에서는 전계 인가시 액정의 배향이 서로 다르게 된다. 이 때, 영역의 수효 또는 절개부의 수효는 화소 전극(191)의 크기, 화소 전극(191)의 가로변과 세로 변의 길이 비, 액정층(3)의 종류나 특성 등 설계 요소에 따라서 달라질 수 있다.
절개부(93-95b)는 돌기나 함몰부로 대체할 수 있다.
도 3을 참고하면, 보조 전극(178)은 화소 전극의 절개부(93-95b) 중 일부(93, 95a, 95b)와 그 형태가 유사하고, 그 아래에 배치되어 보호막(180)을 사이에 두고 서로 중첩한다. 본 실시예에서는 화소 전극의 절개부(93-95b) 중 일 부(93, 95a, 95b) 아래에만 보조 전극(178)이 배치되어 있으나, 본 발명은 이에 한정되지 않고, 화소 전극의 절개부 모두 아래에 보조 전극(178)이 배치되어 있을 수도 있다.
또한 보조 전극(178)의 폭은 화소 전극의 절개부(93, 95a, 95b)의 폭보다 넓어 화소 전극과도 일부 중첩한다. 이에 대하여 도 5를 참고로 하여, 보다 상세히 설명한다. 도 5는 도 3의 A부분을 확대한 도면이다.
도 5를 참고하면, 화소 전극(191)의 절개부(93)의 폭(b)은 약 3.5㎛ 내지 약 4.5㎛인 것이 바람직하고, 보조 전극(178)은 화소 전극(191)의 절개부(93) 보다 양쪽으로 약 1.5㎛ 내지 약 2.5㎛ 정도씩 크게 형성되어, 보조 전극(178)과 화소 전극(191)의 중첩부(a)의 폭은 약 1.5㎛ 내지 약 2.5㎛ 정도일 수 있다. 일반적으로 전극(191)의 절개부(93)의 폭(b)은 약 6㎛ 정도이고, 화소 전극(191)과 그 아래의 다른 전극이 중첩하는 부분의 폭은 약 1㎛정도이지만, 본 발명의 실시예에 따른 액정 표시 장치의 경우, 화소 전극(191)의 절개부의 폭(b)은 작고, 보조 전극(178)과 화소 전극(191)의 중첩부(a)의 폭은 넓다.
접촉 보조 부재(81, 82)는 각각 접촉 구멍(181, 182)을 통하여 게이트선(121)의 끝 부분(129) 및 데이터선(171)의 끝 부분(179)과 연결된다. 접촉 보조 부재(81, 82)는 게이트선(121)의 끝 부분(129) 및 데이터선(171)의 끝 부분(179)과 외부 장치와의 접착성을 보완하고 이들을 보호한다.
다음, 도 3 및 도 4를 참고하여, 공통 전극 표시판(200)에 대하여 설명한다.
투명한 유리 또는 플라스틱 등으로 만들어진 절연 기판(210) 위에 차광 부 재(light blocking member)(220)가 형성되어 있다. 차광 부재(220)는 블랙 매트릭스(black matrix)라고도 하며 화소 전극(191)과 마주하는 복수의 개구 영역을 정의하는 한편, 화소 전극(191) 사이의 빛샘을 막아 준다.
기판(210) 위에는 또한 복수의 색필터(color filter)(230)가 형성되어 있으며, 차광 부재(220)로 둘러싸인 개구 영역 내에 거의 다 들어가도록 배치되어 있다. 색필터(230)는 화소 전극(191)을 따라 세로 방향으로 길게 뻗어 띠(stripe)를 이룰 수 있다. 각 색필터(230)는 적색, 녹색 및 청색의 삼원색 등 기본색(primary color) 중 하나를 표시할 수 있다.
색필터(230) 및 차광 부재(220) 위에는 덮개막(overcoat)(250)이 형성되어 있다. 덮개막(250)은 (유기) 절연물로 만들어질 수 있으며, 색필터(230)가 노출되는 것을 방지하고 평탄면을 제공한다. 덮개막(250)은 생략할 수 있다.
덮개막(250) 위에는 공통 전극(270)이 형성되어 있다. 공통 전극(270)에 절개부가 필요 없으므로, 공통 전극(270)은 연속면을 갖는다. 또한 공통 전극(270)에는 돌기도 필요 없다. 공통 전극(270)은 ITO나 IZO 등 투명한 도전 도전체로 만들어지는 것이 바람직하다.
표시판(100, 200)의 안쪽 면 위에는 액정층(3)을 배향하기 위한 배향막(alignment layer)(11, 21)이 도포되어 있으며, 배향막(11, 21)은 광배향 되어 있다. 각 배향막(11, 21)은 수직 배향막일 수 있다. 배향막(11, 21)은 PI(poly imid)를 포함할 수 있다. 표시판(100, 200)의 바깥쪽 면에 편광자(polarizer)(12, 22)가 부착되어 있다.
액정 표시 장치는 편광자(12, 22), 표시판(100, 200) 및 액정층(3)에 빛을 공급하는 조명부(backlight unit)(도시하지 않음)를 포함할 수 있다.
하부 표시판(100)과 상부 표시판(200) 사이에 들어 있는 액정층(3)은 음의 유전율 이방성을 가지는 액정 분자(31) 및 중합체(350)를 포함한다. 액정 분자(31)들은 장축이 화소 전극(191)의 절개부(93-95b)의 길이 방향과 대략 수직을 이루도록 중합체(350)에 의해 선경사(pretilt)를 가지고 있으며 전기장이 없는 상태에서 그 장축이 두 표시판(100, 200)의 표면에 대하여 수직을 이루도록 배향되어 있다. 화소 각각은 화소 전극의 절개부(93-95b)에 의해 액정의 선경사 방향이 서로 다른 복수 개의 부영역을 가지게 된다. 그러나 화소의 부영역은 화소 전극(191)의 가로변과 세로 변의 길이 비, 액정층(3)의 종류나 특성 등 설계 요소에 따라서 달라질 수 있다.
그러면, 액정 분자(31)가 선경사를 가지도록 초기 배향하는 방법에 대하여, 도 6a 내지 도 6d를 참고로 하여 상세하게 설명한다. 도 6a 내지 도 6d는 본 발명의 실시예에 따라 액정 분자들이 선경사를 갖도록 하는 과정을 도시한 도면이다.
먼저, 도 6a와 같이 자외선 등의 광에 의한 중합 반응(polymerization)에 의해 경화되는 단량체(monomer) 등의 전중합체(prepolymer)(330)를 액정 물질과 함께 두 표시판(100, 200) 사이에 주입한다. 전중합체(330)는 자외선 등의 광에 의해 중합 반응을 하는 반응성 메소젠(reactive mesogen)일 수 있다. 전기장이 없는 상태에서 액정 분자(31)의 장축은 두 표시판(100, 200)의 표면에 대하여 수직을 이룬다.
다음으로, 도 6b에 도시한 바와 같이, 화소 전극(191), 공통 전극(270) 및 보조 전극(178)에 소정의 전압을 인가하여, 두 표시판(100, 200) 사이의 액정층(3)에 전기장을 생성한다. 이때, 화소 전극(191)에 인가되는 전압은 액정 표시 장치의 박막 트랜지스터의 문턱 전압 이상이다. 또한, 각 전극에 인가되는 전압은 공통 전극(270)에 인가되는 전압, 화소 전극(191)에 인가되는 전압, 그리고 보조 전극(178)에 인가되는 전압 순으로 커지고, 보조 전극(178)에 인가되는 전압은 화소 전극(191)에 인가되는 전압의 약 2배 정도인 것이 바람직하다.
이처럼, 화소 전극(191), 공통 전극(270) 및 보조 전극(178)에 전압을 인가하면, 화소 전극(191)의 절개부(93-95a)와 변은 전기장을 왜곡하여 액정 분자들의 경사 방향을 결정하는 수평 성분을 만들어낸다. 주 전기장의 수평 성분은 절개부(93-95a)의 변과 화소 전극(191)의 변에 거의 수직이며, 화소 전극(191) 전압의 극성에 따라 화소 전극(191) 내부 또는 외부를 향하게 되는데, 화소 전극(191) 전압이 공통 전극(270) 전압보다 크면 수평 성분은 화소 전극(191)의 외부를 향한다. 도 6b에서 전기장은 점선으로 도시하였다. 또한, 보조 전극(178)과 화소 전극(191) 사이에도 전압차가 있으므로 이에 따른 부 전기장이 생성되며 부 전기장은 주 전기장의 수평 성분과 실질적으로 나란한 수평 성분을 가진다. 공통 전극(270) 전압에 대한 보조 전극(178)의 전압이 화소 전극(191)의 전압보다 높으므로 그 세기는 주 전기장의 수평 성분보다 강하다. 그러므로 보조 전극(178)과 중첩하는 절개부(93, 95a, 95b)에서의 전기장의 순 수평 성분은 그에 인접한 나머지 절개부(94a, 94b) 또는 화소 전극(191)의 변에서의 수평 성분과 동일한 방향이 되고, 보조 전극(178)에 의하여 액정 분자(31)들은 더 큰 전기장의 영향을 받아 서로 충돌하지 않고 안정적인 배열을 하게 된다.
앞서 설명한 것처럼, 절개부(93-95b)는 화소 전극(191)을 복수의 영역으로 나누며, 각 영역은 서로 평행한 두 개의 주 변(major edge)을 가진다. 각 영역 위의 액정 분자들은 대부분 주 변에 수직이면서 앞서 설명한 바와 같은 방향의 전기장 수평 성분에 의한 힘을 받으므로, 액정 분자는 서로 다른 복수의 방향으로 기울어질 수 있다. 이와 같이 액정 분자가 기울어지는 방향을 다양하게 하면 액정 표시 장치의 기준 시야각이 커진다.
이처럼, 화소 전극(191), 공통 전극(270) 및 보조 전극(178)에 소정의 전압을 인가하여, 두 표시판(100, 200) 사이의 액정층(3)에 전기장을 생성하면, 액정층(3)의 액정 분자(31)들은 그 전기장에 응답하여 앞에서 설명한 바와 같이 복수의 방향으로 기울어진다.
다음으로, 도 6c에 도시한 바와 같이, 화소 전극(191), 공통 전극(270) 및 보조 전극(178)에 소정의 전압을 인가하여, 액정층(3)의 액정 분자(31)들이 복수의 방향으로 기울어진 상태에서 자외선 등의 광을 조사한다. 이처럼, 자외선 등의 광을 조사하면 전중합체(330)가 광중합 반응을 하여 도 6c에 도시한 바와 같이 중합체(350)를 형성한다. 특히, 중합체(350)는 표시판(100, 200)에 접하여 형성된다. 이러한 중합체(350)에 의해 액정 분자(31)들은 앞서 설명한 복수의 방향으로 선경사를 가지도록 배향 방향이 정해진다. 이처럼, 액정 분자가 선경사를 가지도록 배향되어 있으므로, 액정 표시 장치의 응답 속도가 빨라질 수 있다.
따라서 전기장 생성 전극(191, 270)에 전압을 가하지 않은 상태에서도 액정 분자(31)들이 서로 다른 복수의 방향으로 선경사를 가지고 배열하게 된다.
앞서 설명하였듯이, 보조 전극(178)은 액정층(3)의 초기 배향 시에만 소정의 전압을 인가 받고, 액정 표시 장치가 영상을 표시하는 시간 동안에는 어떤 전압도 인가 받지 않는다.
도 7을 참고로 하여, 본 발명의 실시예에 따른 액정 표시 장치의 표시 동작에 대하여 설명한다.
도 7의 (a)에 도시한 바와 같이, 게이트선(121)에 게이트 신호가 인가되지 않은 상태에서, 액정 분자(31)들은 중합체에 의해 선경사(pretilt)를 가지고 있으며 그 장축이 두 전극(191, 270)의 표면에 대하여 수직을 이루도록 배향되어 있다. 게이트선(121)에 게이트 신호를 인가(Von)하면 데이터 전압이 데이터선(171)을 통해 화소 전극(191)에 인가된다. 그러면 데이터 전압을 인가 받은 화소 전극(191)은 공통 전압을 인가 받은 공통 전극(270)과 함께 액정층(3)에 전기장을 생성하게 된다. 그러면 액정층(3)의 액정 분자(31)들은 전기장에 응답하여 그 장축이 전기장의 방향에 수직을 이루도록 방향을 바꾸고자 한다. 이때, 도 7의 (b)에 도시한 바와 같이, 액정 분자(31)는 선경사된 방향에 따라 기울어진다.
앞서 설명하였듯이, 화소 각각은 액정의 선경사 방향이 서로 복수 개의 부영역을 가지므로, 부영역마다 액정 분자(31)가 기울어지는 방향이 서로 다르다. 본 발명의 실시예에 따르면, 액정 표시 장치의 공통 전극(270)에 절개부나 돌기 등을 형성하지 않고, 화소 전극(191)의 절개부(93-95b) 중 일부(93, 95a, 95b) 아래에 보조 전극(178)을 형성함으로써, 공통 전극(270)에 절개부나 돌기를 형성한 것과 유사하게 화소를 복수의 부영역으로 나눌 수 있다. 이처럼 액정 분자(31)가 기울어지는 방향을 다양하게 하면 액정 표시 장치의 기준 시야각이 커진다.
한편, 앞서 설명하였듯이, 보조 전극(178)은 액정층(3)의 초기 배향 시에만 소정의 전압을 인가 받고, 액정 표시 장치가 영상을 표시하는 시간 동안에는 어떤 전압도 인가 받지 않는다. 액정 표시 장치가 영상을 표시하는 시간 동안, 보조 전극(178)은 화소 전극(191)과 일부 중첩함으로서, 보조 전극(178)과 화소 전극(191) 사이, 보조 전극(178)과 공통 전극(270) 사이에도 약한 전기장이 형성되게 되고, 이러한 약한 전기장의 방향은 다른 부분의 액정 분자에 미치는 전기장과 반대일 수 있다. 따라서, 약한 전기장에 의하여 보조 전극(178) 주변의 액정 분자들은 불안정할 수 있다.
이러한, 보조 전극(178)에 유도 되는 전압 크기는 아래의 식으로 계산된다.
Figure 112008048587307-pat00001
여기서, Vfloating은 보조 전극(178)에 유도되는 전압, Vpixel은 화소 전극(191)에 인가되는 전압, Ccp는 화소 전극(191)과 보조 전극(178) 사이에 형성되는 축적 용량, 그리고 Clc는 액정층의 축적 용량, 즉, 공통 전극(270)과 보조 전극(178) 사이에 형성되는 축적 용량이다. 이러한, 약한 전기장 보조 전극(178) 주변의 액정 분자들은 불안정할 수 있다.
그러나, 앞서 설명하였듯이, 본 발명의 실시예에 따른 액정 표시 장치의 경우, 일반적인 액정 표시 장치와 달리 화소 전극(191)의 절개부의 폭은 작고, 보조 전극(178)과 화소 전극(191)의 중첩부의 폭은 넓다. 따라서, 보조 전극(178)과 화소 전극(191)의 중첩부의 폭이 넓어서, 보조 전극(178)과 화소 전극(191) 사이에 형성되는 축적 용량(Ccp)이 커진다. 이에 의하여, 보조 전극(178)에 유도되는 전압(Vfloating)이 증가하여, 결국 보조 전극(178)과 화소 전극(191) 사이의 전위차가 감소하게 됨으로써, 결과적으로 보조 전극(178)과 화소 전극(191) 사이, 보조 전극(178)과 공통 전극(270) 사이에 발생하는 전기장의 크기가 감소할 수 있다. 이처럼 본 발명의 실시예에 따른 액정 표시 장치의 경우 보조 전극(178)과 화소 전극(191) 사이, 보조 전극(178)과 공통 전극(270) 사이에 발생하는 전기장의 크기가 감소함으로써, 보조 전극(178) 주변의 액정 분자가 불안정해지지 않는다.
그러면 도 8 내지 도 11을 참고하여 본 발명의 다른 한 실시예에 따른 액정 표시 장치에 대하여 상세하게 설명한다. 도 8은 본 발명의 다른 한 실시예에 따른 액정 표시 장치의 박막 트랜지스터 표시판의 배치도이고, 도 9는 본 발명의 다른 한 실시예에 따른 액정 표시 장치의 공통 전극 표시판의 배치도이고, 도 10은 도 8의 박막 트랜지스터 표시판과 도 9에 도시한 공통 전극 표시판을 포함하는 액정 표시 장치의 배치도이고, 도 11은 도 10에 도시한 액정 표시 장치를 XI-XI 선을 따라 잘라 도시한 단면도이다.
도 8 내지 도 11을 참고하면, 본 발명의 한 실시예에 따른 액정 표시 장치는 서로 마주하는 박막 트랜지스터 표시판(100)과 공통 전극 표시판(200) 및 이들 두 표시판(100, 200) 사이에 들어 있는 액정층(3)을 포함한다.
본 실시예에 따른 박막 트랜지스터 표시판(100)의 층상 구조는 도 3 및 도 4에 도시한 것과 거의 동일하다.
기판(110) 위에 복수의 게이트 전극(124)을 포함하는 복수의 게이트선(121)이 형성되어 있다. 게이트선(121) 위에는 게이트 절연막(140), 복수의 섬형 반도체(154), 복수의 섬형 저항성 접촉 부재(163, 165)가 차례로 형성되어 있다.
저항성 접촉 부재(161, 165) 위에는 소스 전극(173)을 포함하는 복수의 데이터선(171), 복수의 드레인 전극(175) 및 복수의 보조 전극(178)이 형성되어 있고 그 위에 보호막(180)이 형성되어 있다. 게이트 절연막(140) 및 보호막(180)에는 복수의 접촉 구멍(181, 182, 185)이 형성되어 있다. 보호막(180) 위에는 복수의 화소 전극(191) 및 복수의 접촉 보조 부재(81, 82)가 형성되어 있다.
그러나, 도 3 및 도 4에 도시한 박막 트랜지스터 표시판과 달리, 각 데이터선(171)은 교대로 연결되어 있는 복수의 굴곡부(curved portion)를 포함하며 주기적으로 굽어 있다. 굴곡부는 서로 연결되어 갈매기 모양(chevron)을 이루는 두 쌍의 사선부를 포함하며, 사선부는 게이트선(121)과 약 45°의 각을 이룬다. 또한, 각 화소 전극(191)은 데이터선(171)의 굴곡부와 거의 나란한 두 쌍의 굴곡변 및 게이트선(121)에 거의 나란한 한 쌍의 가로변을 가지며 대략 갈매기 모양이다. 한 쌍의 굴곡변은 가로변과 예각을 이루며 만나는 오목한 오른쪽 변과 가로 변과 둔각을 이루며 만나는 볼록한 왼쪽 변을 포함한다.
각 화소 전극(191)은 세 개의 절개부(91a, 91b, 91c)를 가지며, 절개부(91a, 91b, 91c)는 화소 전극(191)과 유사하게 데이터선(171)의 굴곡부와 거의 나란한 두 쌍의 굴곡변 및 게이트선(121)에 거의 나란한 한 쌍의 가로변을 가지며 대략 갈매기 모양이다. 화소 전극(191)의 절개부(91a, 91b, 91c)에 의하여 각 화소는 복수의 영역으로 나누어진다. 절개부(91a, 91b, 91c)를 중심으로 하여 양쪽에 위치하는 도메인에서는 전계 인가시 액정의 배향이 서로 다르게 된다.
본 실시예에 따른 액정 표시 장치는 앞서 설명한 도 3 및 도 4에 도시한 실시예와 같이, 액정층의 초기 배향 시에만 소정의 전압을 인가 받고, 액정 표시 장치가 영상을 표시하는 시간 동안에는 어떤 전압도 인가 받지 않는 보조 전극(178)을 포함하며, 화소 전극(191)의 일부 절개부(91a, 91c)와 중첩한다. 또한 보조 전극(178)의 폭은 중첩하는 화소 전극의 절개부(91a, 91c)의 폭보다 넓어 화소 전극과도 일부 중첩한다. 화소 전극(191)의 절개부(91a, 91b, 91c)의 폭은 약 3.5㎛ 내지 약 4.5㎛인 것이 바람직하고, 보조 전극(178)은 화소 전극(191)의 절개부(93) 보다 양쪽으로 약 1.5㎛ 내지 약 2.5㎛ 정도씩 크게 형성되어, 보조 전극(178)과 화소 전극(191)의 중첩부의 폭은 약 1.5㎛ 내지 약 2.5㎛ 정도일 수 있다.
이제 공통 전극 표시판(200)에 대하여 도 9 및 도 10을 참고하여 설명한다.
본 실시예에 따른 공통 전극 표시판(200)의 층상 구조는 도 3 및 도 4에 도시한 것과 거의 동일하다.
절연 기판(210) 위에 차광 부재(220)가 형성되어 있고, 기판(210) 및 차광 부재(220) 위에는 또한 복수의 색필터(230)가 형성되어 있고, 색필터(230) 및 차광 부재(220) 위에는 덮개막(overcoat)(250)이 형성되어 있다. 덮개막(250) 위에는 공통 전극(270)이 형성되어 있다. 공통 전극(270)은 절개부를 가지고 있지 않다.
그러나, 도 3 및 도 4에 도시한 공통 전극 표시판과는 달리, 차광 부재(220)는 데이터선(171)의 굴곡부에 대응하는 굴곡부와 박막 트랜지스터에 대응하는 삼각형 부분을 포함하고, 색필터(230)는 차광 부재(230)로 둘러싸인 영역 내에 대부분 존재하며, 화소 전극(191) 열을 따라서 뻗어, 굴곡되어 있다.
표시판(100, 200)의 안쪽 면에는 배향막 (11, 21)이 도포되어 있고, 표시판(100, 200)의 바깥쪽 면에는 편광자(12, 22)가 구비되어 있다. 배향막(11, 21)은 광배향 되어 있다.
액정층(3)은 음의 유전율 이방성을 가지는 액정 분자(31) 및 중합체(350)를 포함하며, 액정층(3)의 액정 분자(31)는 장축이 화소 전극(191)의 절개부(91a-91c)의 굴복부 방향과 대략 수직을 이루도록 중합체(350)에 의해 선경사(pretilt)를 가지고 있으며 전기장이 없는 상태에서 그 장축이 두 표시판(100, 200)의 표면에 대하여 수직을 이루도록 배향되어 있다. 화소 각각은 절개부(71)의 굴곡부 및 화소 전극(191)의 굴곡변, 그리고 초기 배향 시 보조 전극(178)과 화소 전극(191) 및 공통 전극(270)에 가해지는 전압차에 의하여 액정의 선경사 방향이 서로 다른 복수 개의 부영역을 가지게 된다. 그러나 화소의 부영역은 화소 전극(191)의 가로변과 세로 변의 길이 비, 액정층(3)의 종류나 특성 등 설계 요소에 따라서 달라질 수 있다.
도 3 및 도 4에 도시한 액정 표시 장치의 여러 가지 특징들이 도 8 내지 도 10에 도시한 액정 표시 장치에도 적용될 수 있다. 또한, 본 발명은 앞서 설명한 실시예에 한정되는 것은 아니고, 다양한 쉐브런(chevron) 구조, 다양한 제트 셀(Z cell) 구조, 그리고 더블 제트 셀(Z cell) 구조 등 다양한 구조를 갖는 화소 전극을 포함하는 모든 수직 배향 액정 표시 장치에 적용될 수 있다.
그러면, 본 발명의 실시예에 따른 액정 표시 장치의 동작 특성에 대하여 한 실험예를 통하여 상세하게 설명한다.
도 12는 본 발명의 한 실험예에 따른 액정 표시 장치의 밝기 변화를 나타낸 그림이고, 도 13은 본 발명의 한 실험예에 따른 액정 표시 장치의 최대 밝기를 비교한 그림이고, 도 14는 본 발명의 한 실험예에 따른 액정 표시 장치의 전압 대 투과율(V-T) 곡선을 나타내는 그림이다.
본 실험예에서는 도 8 내지 도 10에 도시한 액정 표시 장치와 유사한 형태의 화소를 형성하여 실험하였다. 화소 전극의 절개부 중 일부와 중첩하는 방향 제어 전극을 형성하여 방향 제어 전극과 화소 전극, 그리고 공통 전극에 각기 다른 전압을 가하도록 구동하고, 액정 분자를 광배향하지 않은 경우(a)와 본 발명의 실시예와 같이, 화소 전극의 절개부 중 일부와 중첩하는 보조 전극을 형성하여 초기 배향 시에만 (a)의 경우와 동일한 크기의 전압을 화소 전극 및 공통 전극에 가함과 동시에, (a)의 방향 제어 전극에 가해지는 전압과 동일한 크기의 전압을 보조 전극에 가하여 액정 분자를 광배향한 후, 보조 전극에 가해진 전압을 차단한 상태에서, 화소 전극 및 공통 전극에만 전압을 가한 경우(b)를 나누어 실험하였다.
그 외 다른 조건은 동일하였다. 예를 들어, 보조 전극 또는 방향 제어 전극 의 폭은 약 6㎛, 화소 전극간 거리는 약 8㎛, 그리고 화소 전극과 보조 전극 또는 방향 제어 전극의 중첩부의 폭은 약 1㎛정도로 형성하였다. 또한, 본 실험예에 사용한 액정 표시 장치의 한 화소의 크기는 약 88㎛ x 264㎛이고, 액정층의 유전율 이방성은 약 -4.2이고, 굴절률 이방성은 약 0.079인 액정을 사용하였고, 셀 간격은 약 4.0 ㎛이고, dΔn = 0.316 ㎛이었다.
먼저, 도 12를 참고로 하여, 본 실험예에 따른 액정 표시 장치 구동 시간에 따른 투과율에 대하여 설명한다. 도 12에서는 액정 표시 장치의 구동 후 각기 2ms, 4ms, 그리고 9ms의 시간이 지난 후의 한 화소의 밝기를 (a)의 경우와 (b)의 경우로 나누어 나타내고 있다. 도 12에 도시한 바와 같이, 종래의 방향 제어 전극을 형성하고 광배향하지 않은 액정 표시 장치의 경우(a)에 비하여 본 발명의 실시예에 따른 액정 표시 장치의 경우(b) 구동 초기부터 액정 표시 장치의 휘도가 더 높으며, 그 차이는 구동 시간이 지날수록 더 커짐을 알 수 있다. 도 12에 도시한 투과율 변화를 수치로 나타내면 다음과 같다. 전압 인가 초기부터 투과율이 90%정도 상승 할 때까지의 시간을 비교해보면 (a)의 경우 약 9.8ms정도의 시간이 소요되는데 반하여, 본 발명의 실시예의 경우(b) 약 5.9ms정도의 시간이 소요된다. 따라서 액정의 반응 속도는 본 발명의 실시예의 경우(b) 종래의 방향 제어 전극을 형성하고 광배향하지 않은 액정 표시 장치의 경우(a)에 비하여 3.9ms 감소했음을 알 수 있었다. 이처럼, 본 발명의 실시예에 따른 액정 표시 장치의 경우 더 빠른 응답 속도를 가진다는 것을 알 수 있으며, 동일 구동 시간 내에 더 높은 투과율을 나타냄을 알 수 있었다.
다음으로 도 13을 참고로 하여, 본 실험예에 따른 액정 표시 장치의 최대 투과율에 대하여 설명한다. 도 13에서는 액정 표시 장치의 최대 투과율을 (a)의 경우와 (b)의 경우로 나누어 나타내고 있다. 도 13에 도시한 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 액정 표시 장치의 경우(b) 종래의 방향 제어 전극을 형성하고 광배향하지 않은 액정 표시 장치의 경우(a)에 비하여 최대 투과율이 크다는 것을 알 수 있다. 도 13에 도시한 투과율을 수치로 나타내면 다음과 같다. 종래의 방향 제어 전극을 형성하고 광배향하지 않은 액정 표시 장치의 경우(a) 최대 투과율은 약 0.1136이고 최대 투과율을 나타내기 위한 응답 시간은 약 9.8ms이었고, 본 발명의 실시예에 따른 액정 표시 장치의 경우(b) 최대 투과율은 약 0.1189이며 최대 투과율을 나타내기 위한 응답 시간은 약 5.8ms이었다. 이처럼, 본 발명의 실시예에 따른 액정 표시 장치는 빠른 응답 속도를 가지고 높은 투과율을 구현할 수 있다는 것을 알 수 있었다.
마지막으로 도 14를 참고로 하여, 본 실험예에 따른 액정 표시 장치의 전압 대 투과율 곡선에 대하여 설명한다. 도 14에서는 액정 표시 장치의 전압 대 투과율 곡선을 (a)의 경우와 (b)의 경우로 나누어 도시하였다. 도 13에 도시한 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 액정 표시 장치의 경우(b) 종래의 방향 제어 전극을 형성하고 광배향하지 않은 액정 표시 장치의 경우(a)에 비하여 전압 대 투과율 곡선이 좌측으로 이동하였다. 이는 (a)의 경우에 비하여 작은 전압차로 높은 투과율을 나타낼 수 있음을 의미한다.
이처럼, 본 발명의 실시예에 따른 액정 표시 장치는 종래의 방향 제어 전극 을 형성하고 광배향하지 않은 액정 표시 장치의 경우에 비하여, 간단한 구동 방법으로 액정 표시 장치의 전기 광학 특성을 향상시킬 수 있음을 알 수 있었다.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.
도 1은 본 발명의 한 실시예에 따른 액정 표시 장치의 블록도이다.
도 2는 본 발명의 한 실시예에 따른 액정 표시 장치의 한 화소에 대한 등가 회로도이다.
도 3은 본 발명의 한 실시예에 따른 액정 표시 장치의 배치도이다.
도 4는 도 3에 도시한 액정 표시 장치를 IV-IV 선을 따라 잘라 도시한 단면도이다.
도 5는 도 3의 A부분을 확대한 도면이다.
도 6a 내지 도 6d는 본 발명의 실시예에 따라 액정 분자들이 선경사를 갖도록 하는 과정을 도시한 도면이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 액정 분자의 동작을 도시한 도면이다.
도 8은 본 발명의 다른 한 실시예에 따른 액정 표시 장치의 박막 트랜지스터 표시판의 배치도이다.
도 9는 본 발명의 다른 한 실시예에 따른 액정 표시 장치의 공통 전극 표시판의 배치도이다.
도 10은 도 8의 박막 트랜지스터 표시판과 도 9에 도시한 공통 전극 표시판을 포함하는 액정 표시 장치의 배치도이다.
도 11은 도 10에 도시한 액정 표시 장치를 XI-XI 선을 따라 잘라 도시한 단면도이다.
도 12는 본 발명의 한 실험예에 따른 액정 표시 장치의 밝기 변화를 나타낸 그림이다.
도 13은 본 발명의 한 실험예에 따른 액정 표시 장치의 최대 밝기를 비교한 그림이다.
도 14는 본 발명의 한 실험예에 따른 액정 표시 장치의 전압 대 투과율(V-T) 곡선을 나타내는 그림이다.
<도면 부호의 설명>
11, 21: 배향막 12, 22: 편광판
3: 액정층 31: 액정 분자
91, 92, 93, 94a, 94b, 95a, 95b, 97a, 97b: 절개부
100: 하부 표시판 110, 210: 기판
121: 게이트선 124: 게이트 전극
140: 게이트 절연막 154: 반도체
163, 165: 저항성 접촉 부재 171: 데이터선
173: 소스 전극 175: 드레인 전극
178: 보조 전극 180: 보호막
181, 182, 185: 접촉 구멍 191: 화소 전극
200: 상부 표시판 220: 차광 부재
230: 색필터 250: 덮개막
270: 공통 전극 271: 절개부

Claims (22)

  1. 복수의 절개부를 가지는 제1 전기장 생성 전극,
    상기 제1 전기장 생성 전극에 연결되어 있는 박막 트랜지스터,
    상기 제1 전기장 생성 전극의 복수의 절개부 중 일부와 중첩하고 영상 표시 시, 전압이 인가되지 않는 보조 전극,
    상기 제1 전기장 생성 전극 과 마주보는 제2 전기장 생성 전극, 그리고
    상기 제1 전기장 생성 전극과 제2 전기장 생성 전극 사이에 개재되어 있는 액정층을 포함하고,
    상기 액정층은 복수의 액정 분자와 광 중합체를 포함하고, 상기 보조 전극은 초기 배향 시 소정의 전압이 인가되고, 영상 표시 시 플로팅되는 액정 표시 장치.
  2. 삭제
  3. 제1항에서,
    상기 초기 배향 시, 상기 보조 전극에 제1 전압이 인가되고, 상기 제1 전기장 생성 전극에 제2 전압이 인가되고, 상기 제1 전압의 크기는 상기 제2 전압보다 큰 액정 표시 장치.
  4. 제3항에서,
    상기 제1 전압의 크기는 상기 제2 전압의 크기의 2배인 액정 표시 장치.
  5. 제1항에서,
    상기 제2 전기장 생성 전극은 연속면을 갖는 액정 표시 장치.
  6. 삭제
  7. 제1항에서,
    상기 보조 전극은 상기 제1 전기장 생성 전극 아래에 위치하는 액정 표시 장치.
  8. 삭제
  9. 제1항에서,
    상기 액정 분자는 서로 다른 복수의 방향으로 선경사를 이루며 배향되어 있는 액정 표시 장치.
  10. 제9항에서,
    상기 액정 분자는 상기 광 중합체에 의하여 선경사를 이루며 배향되어 있는 액정 표시 장치.
  11. 제1항에서,
    상기 액정 분자의 선경사 방향은 초기 배향 시 상기 보조 전극과 상기 제1 및 제2 전기장 생성 전극에 가해지는 전압 크기와 상기 절개부에 의해 결정되는 액정 표시 장치.
  12. 제1항에서,
    상기 박막 트랜지스터와 연결되어 있는 데이터선 및 게이트선을 더 포함하는 액정 표시 장치.
  13. 제12항에서,
    상기 절개부는 상기 게이트선 또는 상기 데이터선과 빗각을 이루며 뻗어 있는 액정 표시 장치.
  14. 제13항에서,
    상기 빗각은 45도인 액정 표시 장치.
  15. 제13항에서,
    상기 보조 전극은 중첩하는 절개부와 유사한 평면 형태를 가지는 액정 표시 장치.
  16. 제1항에서,
    상기 보조 전극의 폭은 상기 절개부의 폭보다 넓어 상기 제1 전기장 생성 전극과도 일부 중첩하는 액정 표시 장치.
  17. 삭제
  18. 제16항에서,
    상기 절개부의 폭은 3.5㎛ 내지 4.5㎛이고, 상기 보조 전극과 상기 제1 전기장 생성 전극은 상기 절개부의 양쪽에서 중첩하는 액정 표시 장치.
  19. 삭제
  20. 제18항에서,
    상기 보조 전극과 상기 제1 전기장 생성 전극의 중첩부의 폭은 1.5㎛ 내지 2.5㎛ 정도인 액정 표시 장치.
  21. 삭제
  22. 제1항에서,
    상기 보조 전극의 적어도 일부는 상기 제1 전기장 생성 전극의 절개부를 통하여 노출되는 액정 표시 장치.
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