KR102205525B1 - 액정 표시 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 액정 표시 장치에 관한 것으로, 본 발명의 일 실시예에 의한 액정 표시 장치는 제1 기판, 상기 제1 기판 위에 위치하고, 가로 줄기부 및 상기 가로 줄기부와 교차하는 세로 줄기부를 포함하는 십자형 줄기부, 및 상기 십자형 줄기부로부터 뻗어 나오는 복수의 미세 가지부를 포함하는 화소 전극, 상기 제1 기판과 마주보는 제2 기판, 상기 제2 기판 위에 위치하는 공통 전극, 및 상기 제1 기판 및 상기 제2 기판 사이에 개재되어 있는 액정 분자를 포함하는 액정층을 포함하고, 상기 미세 가지부는 상기 가로 줄기부와 45도를 이루는 제1 변, 및 상기 가로 줄기부와 45도 미만의 각을 이루는 제2 변을 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

액정 표시 장치{LIQUID CRYSTAL DISPLAY DEVICE}
본 발명은 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 들어 있는 액정층으로 이루어진다.
전기장 생성 전극에 전압을 인가하여 액정층에 전기장을 생성하고 이를 통하여 액정층의 액정 분자들의 배향을 결정하고 입사광의 편광을 제어함으로써 영상을 표시한다.
액정 표시 장치 중에서도 전기장이 인가되지 않은 상태에서 액정 분자의 장축을 상하 표시판에 대하여 수직을 이루도록 배열한 수직 배향 방식(vertically aligned mode) 액정 표시 장치가 대비비가 크고 넓은 기준 시야각 구현이 용이하여 각광받고 있다.
이러한 수직 배향 모드 액정 표시 장치에서 광시야각을 구현하기 위하여 하나의 화소에 액정의 배향 방향이 다른 복수의 도메인(domain)을 형성할 수 있다.
이와 같이 복수의 도메인을 형성하는 수단으로 전기장 생성 전극에 미세 슬릿 등의 절개부를 형성하거나 전기장 생성 전극 위에 돌기를 형성하는 등의 방법을 사용한다. 이 방법은 절개부 또는 돌기의 가장자리(edge)와 이와 마주하는 전기장 생성 전극 사이에 형성되는 프린지 필드(fringe field)에 의해 액정이 프린지 필드에 수직하는 방향으로 배향됨으로써 복수의 도메인을 형성할 수 있다.
이러한 액정 표시 장치의 빠른 구동을 위하여 액정의 응답 속도를 지속적으로 감소시키는 방향으로 액정을 개발하고 있는데, 셀갭 즉, 액정층의 두께를 감소시킴으로써, 고속 구동을 구현할 수 있다.
하지만, 액정층의 두께를 감소시킬 경우 시인성 및 투과율이 저하되는 문제점이 발생할 수 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로, 시인성 및 투과율을 향상시킬 수 있는 액정 표시 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
상기와 같은 목적에 따른 본 발명의 일 실시예에 의한 액정 표시 장치는 제1 기판, 상기 제1 기판 위에 위치하고, 가로 줄기부 및 상기 가로 줄기부와 교차하는 세로 줄기부를 포함하는 십자형 줄기부, 및 상기 십자형 줄기부로부터 뻗어 나오는 복수의 미세 가지부를 포함하는 화소 전극, 상기 제1 기판과 마주보는 제2 기판, 상기 제2 기판 위에 위치하는 공통 전극, 및 상기 제1 기판 및 상기 제2 기판 사이에 개재되어 있는 액정 분자를 포함하는 액정층을 포함하고, 상기 미세 가지부는 상기 가로 줄기부와 45도를 이루는 제1 변, 및 상기 가로 줄기부와 45도 미만의 각을 이루는 제2 변을 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 미세 가지부의 폭은 상기 십자형 줄기부로부터 멀어질수록 감소할 수 있다.
상기 복수의 미세 가지부 사이에 위치하는 미세 슬릿을 더 포함하고, 상기 십자형 줄기부와 인접한 부분에서 상기 미세 가지부의 폭에 대한 상기 미세 슬릿의 폭의 비율은 1/10이상이고, 1 미만일 수 있다.
상기 제1 변이 상기 제2 변보다 상기 가로 줄기부에 더 가까이 위치할 수 있다.
상기 가로 줄기부와 상기 제2 변이 이루는 각은 39도 이상일 수 있다.
상기 미세 가지부의 상기 제2 변 위에 위치하는 액정 분자의 장축은 상기 가로 줄기부에 대하여 약 45도를 이룰 수 있다.
상기 미세 가지부의 상기 제2 변 위에 위치하는 액정 분자의 장축 방향은 상기 미세 가지부의 중심부 위에 위치하는 액정 분자의 장축 방향과 동일할 수 있다.
상기 복수의 미세 가지부 사이에 위치하는 미세 슬릿을 더 포함하고, 상기 미세 슬릿의 폭은 상기 십자형 줄기부로부터 멀어질수록 증가할 수 있다.
상기 십자형 줄기부와 인접한 부분에서 상기 미세 가지부의 폭에 대한 상기 미세 슬릿의 폭의 비율은 1/10이상이고, 1 미만일 수 있다.
상기 제1 변이 상기 제2 변보다 상기 가로 줄기부에 더 가까이 위치할 수 있다.
상기 가로 줄기부와 상기 제2 변이 이루는 각은 39도 이상일 수 있다.
상기 제1 변이 상기 제2 변보다 상기 가로 줄기부에 더 가까이 위치할 수 있다.
상기 가로 줄기부와 상기 제2 변이 이루는 각은 39도 이상일 수 있다.
상기 미세 가지부의 상기 제2 변 위에 위치하는 액정 분자의 장축은 상기 가로 줄기부에 대하여 약 45도를 이룰 수 있다.
상기 미세 가지부의 상기 제2 변 위에 위치하는 액정 분자의 장축 방향은 상기 미세 가지부의 중심부 위에 위치하는 액정 분자의 장축 방향과 동일할 수 있다.
상기한 바와 같은 본 발명의 일 실시예에 의한 액정 표시 장치는 다음과 같은 효과가 있다.
본 발명은 액정 표시 장치의 가로 줄기부에 대한 미세 가지부의 각도를 적절히 선택함으로써, 시인성 및 투과율을 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 액정 표시 장치의 배치도이다.
도 2는 도 1의 액정 표시 장치를 II-II 선을 따라 잘라 도시한 단면도이다.
도 3은 도 1의 A부분을 확대하여 나타낸 도면이다.
도 4는 방위각에 따른 투과율의 3차 효율을 나타낸 그래프이다.
도 5는 셀 갭에 따른 투과율의 2차 및 3차 효율을 나타낸 그래프이다.
도 6은 참고예에 의한 액정 표시 장치의 미세 가지부를 나타낸 평면도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 의한 액정 표시 장치의 미세 가지부를 나타낸 평면도이다.
이하에서 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.
그러면, 도 1 내지 도 3을 참고하여 본 발명의 일 실시예에 의한 액정 표시 장치에 대해 설명하면 다음과 같다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 액정 표시 장치의 배치도이다. 도 2는 도 1의 액정 표시 장치를 II-II 선을 따라 잘라 도시한 단면도이다. 도 3은 도 1의 A부분을 확대하여 나타낸 도면이다.
먼저, 본 실시예에 의한 액정 표시 장치는 서로 마주보는 하부 표시판(100)과 상부 표시판(200), 및 이들 두 표시판(100, 200) 사이에 개재되어 있는 액정층(3)을 포함한다.
먼저 하부 표시판(100)에 대하여 설명한다.
투명한 유리 또는 플라스틱 등으로 만들어진 절연 기판(110) 위에 게이트선(121) 및 기준 전압선(131)이 형성되어 있다.
게이트선(121)은 주로 가로 방향으로 뻗어 있으며 게이트 신호를 전달한다. 게이트선(121)은 제1 게이트 전극(124a), 제2 게이트 전극(124b), 및 제3 게이트 전극(124c)을 포함한다.
기준 전압선(131)은 주로 가로 방향으로 뻗어 있으며 기준 전압 등의 정해진 전압을 전달한다. 기준 전압선(131)은 이후 설명하는 제1 부화소 전극(191a)을 둘러싸는 제1 유지 전극(133a), 이후 설명하는 제2 부화소 전극(191b)을 둘러싸는 제2 유지 전극(133b)을 포함한다. 도 1에는 도시하지 않았지만, 제1 유지 전극(133a)의 수평부는 전단 화소의 제2 유지 전극(133b)의 수평부와 일체의 배선으로 이루어질 수 있다. 또한, 기준 전압선(131)은 게이트선(121)을 향하도록 돌출되어 있는 확장부(136)를 더 포함한다. 확장부(136)는 이후 설명하는 제3 드레인 전극(175c)과 연결되어 있다.
게이트선(121), 기준 전압선(131), 그리고 제1 및 제2 유지 전극(133a, 133b) 위에는 게이트 절연막(gate insulating layer)(140)이 형성되어 있다.
게이트 절연막(140) 위에는 비정질 규소 또는 결정질 규소 등으로 만들어질 수 있는 제1 반도체(154a), 제2 반도체(154b), 및 제3 반도체(154c)가 형성되어 있다.
제1 반도체(154a), 제2 반도체(154b), 및 제3 반도체(154c) 위에는 복수의 저항성 접촉 부재(ohmic contact)(163a, 163b, 163c, 165a, 165b, 165b)가 형성되어 있다. 반도체(154a, 154b, 154c)가 산화물 반도체인 경우, 저항성 접촉 부재(163a, 163b, 163c, 165a, 165b, 165b)는 생략될 수 있다.
저항성 접촉 부재(163a, 163b, 163c, 165a, 165b, 165b)와 게이트 절연막(140) 위에는 제1 소스 전극(173a) 및 제2 소스 전극(173b)을 포함하는 데이터선(171), 제1 드레인 전극(175a), 제2 드레인 전극(175b), 제3 소스 전극(173c) 및 제3 드레인 전극(175c)을 포함하는 데이터 도전체(171, 173a, 173b 173c, 175a, 175b, 175c)가 형성되어 있다. 제3 드레인 전극(175c)은 기준 전압선(131)의 확장부(136)와 일부 중첩한다.
제2 드레인 전극(175b)은 제3 소스 전극(173c)과 연결되어 있다.
제1 게이트 전극(124a), 제1 소스 전극(173a), 및 제1 드레인 전극(175a)은 제1 반도체(154a)와 함께 제1 박막 트랜지스터(Qa)를 형성하며, 제1 박막 트랜지스터(Qa)의 채널(channel)은 제1 소스 전극(173a)과 제1 드레인 전극(175a) 사이의 반도체(154a) 부분에 형성된다.
이와 유사하게, 제2 게이트 전극(124b), 제2 소스 전극(173b), 및 제2 드레인 전극(175b)은 제2 반도체(154b)와 함께 제2 박막 트랜지스터(Qb)를 형성하며, 제2 박막 트랜지스터(Qb)의 채널은 제2 소스 전극(173b)과 제2 드레인 전극(175b) 사이의 반도체(154b) 부분에 형성된다. 또한, 제3 게이트 전극(124c), 제3 소스 전극(173c), 및 제3 드레인 전극(175c)은 제3 반도체(154c)와 함께 제3 박막 트랜지스터(Qc)를 형성하며, 제3 박막 트랜지스터(Qc)의 채널은 제3 소스 전극(173c)과 제3 드레인 전극(175c) 사이의 반도체(154c) 부분에 형성된다.
데이터 도전체(171, 173a, 173b 173c, 175a, 175b, 175c) 및 노출된 반도체(154a, 154b, 154c) 부분 위에는 질화규소(SiNx) 또는 산화규소(SiOx) 따위의 무기 절연물로 만들어질 수 있는 제1 보호막(passivation layer)(180p)이 형성되어 있다.
제1 보호막(180p) 위에는 색 필터(230)가 위치한다. 색 필터(230)는 화소 전극(191) 열을 따라서 길게 뻗을 수 있다. 색 필터(230)는 적색, 녹색 및 청색의 삼원색 등 기본색(primary color) 중 하나를 표시할 수 있다. 하지만, 적색, 녹색, 및 청색의 삼원색에 제한되지 않고, 청록색(cyan), 자홍색(magenta), 옐로(yellow), 화이트 계열의 색 중 하나를 표시할 수도 있다.
색 필터(230) 위에는 제2 보호막(180q)이 위치한다. 제2 보호막(180q)은 색 필터(230)가 들뜨는 것을 방지하고 색 필터로부터 유입되는 용제(solvent)와 같은 유기물에 의한 액정층(3)의 오염을 억제하여 화면 구동 시 초래할 수 있는 잔상과 같은 불량을 방지한다.
제1 보호막(180p), 색 필터(230), 및 제2 보호막(180q)에는 제1 드레인 전극(175a)을 드러내는 제1 접촉 구멍(contact hole)(185a) 및 제2 드레인 전극(175b)을 드러내는 제2 접촉 구멍(185b)이 형성되어 있다. 게이트 절연막(140), 제1 보호막(180p), 색 필터(230), 및 제2 보호막(180q)에는 기준 전압선(131)의 확장부(136)와 제3 드레인 전극(175c)을 드러내는 제3 접촉 구멍(185c)이 형성되어 있다.
제2 보호막(180q) 위에는 제1 부화소 전극(191a)과 제2 부화소 전극(191b)을 포함하는 화소 전극(191)이 형성되어 있다. 또한, 화소 전극(191)과 동일한 물질로 동일한 층에 연결 전극(195)이 형성되어 있다. 화소 전극(191) 및 연결 전극(195)은 ITO(Indium Tin Oxide), IZO(Indium Zinc Oxide) 등과 같은 투명한 금속 산화물로 이루어질 수 있다.
제1 부화소 전극(191a)과 제2 부화소 전극(191b)은 열 방향으로 이웃하고, 전체적인 모양은 사각형이며, 가로 줄기부(192a, 192b) 및 가로 줄기부(192a, 192b)와 교차하는 세로 줄기부(193a, 193b)로 이루어진 십자형 줄기부를 포함한다.
또한, 가로 줄기부(192a, 192b)와 세로 줄기부(193a, 193b)에 의해 네 개의 부영역으로 나뉘어지며 각 부영역은 복수의 미세 가지부(194a, 194b)를 포함한다.
제1 부화소 전극(191a)과 제2 부화소 전극(191b)의 미세 가지부(194a, 194b)는 가로 줄기부(192a, 192b) 및 세로 줄기부(193a, 193b)로부터 비스듬하게 뻗어 있다. 이때, 네 개의 부영역 중 어느 하나의 부영역에서 미세 가지부(194a, 194b)는 가로 줄기부(192a, 192b) 또는 세로 줄기부(193a, 193b)로부터 왼쪽 위 방향으로 비스듬하게 뻗어 있으며, 다른 하나의 부영역에서 미세 가지부(194a, 194b)는 가로 줄기부(192a, 192b) 또는 세로 줄기부(193a, 193b)로부터 오른쪽 위 방향으로 비스듬하게 뻗어 있다. 또한 다른 하나의 부영역에서 미세 가지부(194a, 194b)는 가로 줄기부(192a, 192b) 또는 세로 줄기부(193a, 193b)로부터 왼쪽 아래 방향으로 뻗어 있으며, 나머지 하나의 부영역에서 미세 가지부(194a, 194b)는 가로 줄기부(192a, 192b) 또는 세로 줄기부(193a, 193b)로부터 오른쪽 아래 방향으로 비스듬하게 뻗어 있다.
연결 전극(195)은 기준 전압선(131)의 확장부(136)와 중첩하고, 제3 드레인 전극(175c)과 중첩한다. 연결 전극(195)은 제3 접촉 구멍(185c)을 통해 기준 전압선(131)의 확장부(136)에 물리적 전기적으로 연결되어 있고, 제3 드레인 전극(175c)에 물리적 전기적으로 연결되어 있다.
제1 부화소 전극(191a) 및 제2 부화소 전극(191b)은 각각 제1 접촉 구멍(185a) 및 제2 접촉 구멍(185b)을 통하여 각각 제1 드레인 전극(175a) 및 제2 드레인 전극(175b)과 물리적, 전기적으로 연결되어 있으며, 제1 드레인 전극(175a) 및 제2 드레인 전극(175b)으로부터 데이터 전압을 인가 받는다.
여기서, 제2 부화소 전극(191b)의 면적은 제1 부화소 전극(191a)의 면적 대비하여 1배 이상 2배 이하일 수 있다.
이하에서 도 3을 참고하여, 미세 가지부(194a)의 평면 형상에 대해 더욱 설명한다. 도 3에서는 제1 부화소 전극(191a)의 미세 가지부(194a) 만이 도시되어 있으나, 제2 부화소 전극(191b)의 미세 가지부(194b)도 동일한 형상으로 이루어질 수 있다.
미세 가지부(194a)는 가로 줄기부(192a)에 대하여 소정의 각도를 가진다. 가로 줄기부(192a)는 게이트선(121)과 나란한 방향으로 이루어질 수 있으며, 따라서 미세 가지부(194a)와 가로 줄기부(192a)가 이루는 각은 미세 가지부(194a)와 게이트선(121)이 이루는 각과 실질적으로 동일할 수 있다.
미세 가지부(194a)는 제1 변(L1)과 제2 변(L2)을 포함하고, 제1 변(L1)과 제2 변(L2)는 나란하지 않는다. 따라서, 미세 가지부(194a)의 폭(w)은 일정하지 않으며, 가로 줄기부(192a) 및 세로 줄기부(193a)로부터 멀어질수록 감소하게 된다.
미세 가지부(194a)의 제1 변(L1)과 가로 줄기부(192a)가 이루는 각(θ1)은 약 45도일 수 있다. 제1 부화소 전극(191a)은 복수의 미세 가지부(194a)를 포함하고, 각각의 미세 가지부(194a)의 제1 변(L1)은 가로 줄기부(192a)와 약 45도의 각을 이룬다. 또한, 미세 가지부(194a)의 제1 변(L1)은 게이트선(121)과 약 45도의 각을 이룰 수 있다.
미세 가지부(194a)의 제2 변(L2)과 가로 줄기부(192a)가 이루는 각(θ2)은 약 45도 미만일 수 있다. 제1 부화소 전극(191a)은 복수의 미세 가지부(194a)를 포함하고, 각각의 미세 가지부(194a)의 제2 변(L2)은 가로 줄기부(192a)와 약 45도 미만의 각을 이룬다. 또한, 미세 가지부(194a)의 제2 변(L2)은 게이트선(121)과 약 45도 미만의 각을 이룰 수 있다.
제1 부화소 전극(191a)은 복수의 미세 가지부(194a)를 포함하고, 복수의 미세 가지부(194a) 사이에는 미세 슬릿(195a)이 위치하게 된다. 미세 가지부(194a)의 제2 변(L2)과 가로 줄기부(192a)가 이루는 각(θ2)이 무한정 작아지게 되면 이웃하는 미세 가지부 사이의 간격이 줄어들게 되고, 미세 슬릿(195a)의 크기가 줄어들게 된다. 예를 들면, 55 인치 UHD(Ultra High Definition)의 해상도의 한 화소를 기준으로 할 때, 미세 가지부(194a)의 제2 변(L2)과 가로 줄기부(192a)가 이루는 각(θ2)은 약 39도 이상으로 이루어지는 것이 바람직하다.
십자형 줄기부(192a, 193a)와 인접한 부분에서 미세 가지부(194a)의 폭(w)에 대한 미세 슬릿(195a)의 폭(s)의 비율은 1/10 이상이고, 1 미만인 것이 바람직하다. 미세 가지부(194a)의 폭(w)과 미세 슬릿(195a)의 폭(s)의 합을 미세 가지부(194a)의 피치(P, pitch)라고 한다. 미세 가지부(194a)의 피치는 1㎛ 이상으로 이루어질 수 있으며, 예를 들면, 6㎛로 이루어질 수 있다.
미세 가지부(194a)의 피치(P)는 일정하다. 미세 가지부(194a)의 폭(w)은 가로 줄기부(192a) 및 세로 줄기부(193a)로부터 멀어질수록 감소하게 된다. 또한, 이웃하는 미세 가지부(194a) 사이의 공간 즉, 미세 슬릿(195a)의 폭(s)은 가로 줄기부(192a) 및 세로 줄기부(193a)로부터 멀어질수록 증가하게 된다.
이제, 상부 표시판(200)에 대하여 설명한다.
투명한 유리 또는 플라스틱 등으로 만들어진 절연 기판(210) 위에 차광 부재(220)와 공통 전극(270)이 형성되어 있다.
차광 부재(220)는 게이트선(121), 데이터선(171), 제1 내지 제3 박막 트랜지스터(Qa, Qb, Qc)와 중첩한다. 차광 부재(220)는 블랙 매트릭스(black matrix)라고도 하며 빛샘을 막아준다.
본 발명의 다른 한 실시예에 따른 액정 표시 장치의 경우, 차광 부재(220)는 하부 표시판(100) 위에 위치할 수 있고, 발명의 다른 한 실시예에 따른 액정 표시 장치의 경우, 색필터는 상부 표시판(200)에 위치할 수도 있다.
공통 전극(270)은 기판(210) 위의 전면에 형성될 수 있으며, 공통 전극(270)에는 일정한 전압이 인가될 수 있다.
표시판(100, 200)의 안쪽 면에는 배향막(alignment layer)(도시하지 않음)이 형성되어 있으며 이들은 수직 배향막일 수 있다.
두 표시판(100, 200)의 바깥쪽 면에는 편광자(polarizer)(도시하지 않음)가 구비되어 있는데, 두 편광자의 투과축은 직교하며 이중 한 투과축은 게이트선(121)에 대하여 나란한 것이 바람직하다. 그러나, 편광자는 두 표시판(100, 200) 중 어느 하나의 바깥쪽 면에만 배치될 수도 있다.
액정층(3)은 음의 유전율 이방성을 가지며, 액정층(3)의 액정 분자(310)는 전기장이 없는 상태에서 그 장축이 두 표시판(100, 200)의 표면에 대하여 수직을 이루도록 배향되어 있다. 따라서 전기장이 없는 상태에서 입사광은 직교 편광자를 통과하지 못하고 차단된다.
액정층(3)과 배향막 중 적어도 하나는 광 반응성 물질, 보다 구체적으로 반응성 메소겐(reactive mesogen)을 포함할 수 있다.
그러면, 본 실시예에 따른 액정 표시 장치의 구동 방법에 대하여 간략하게 설명한다.
게이트선(121)에 게이트 온 신호가 인가되면, 제1 게이트 전극(124a), 제2 게이트 전극(124b), 그리고 제3 게이트 전극(124c)에 게이트 온 신호가 인가되어, 제1 박막 트랜지스터(Qa), 제2 박막 트랜지스터(Qb), 그리고 제3 박막 트랜지스터(Qc)가 턴 온 된다. 이에 따라 데이터선(171)에 인가된 데이터 전압은 턴 온 된 제1 박막 트랜지스터(Qa) 및 제2 박막 트랜지스터(Qb)를 통해 각각 제1 부화소 전극(191a) 및 제2 부화소 전극(191b)에 인가된다. 이 때, 제1 부화소 전극(191a) 및 제2 부화소 전극(191b)에는 동일한 크기의 전압이 인가된다. 하지만, 제2 부화소 전극(191b)에 인가된 전압은 제2 박막 트랜지스터(Qb)와 직렬 연결되어 있는 제3 박막 트랜지스터(Qc)를 통해 분압된다. 따라서, 제2 부화소 전극(191b)에 인가되는 전압은 제1 부화소 전극(191a)에 인가되는 전압보다 더 낮아지게 된다. 이는 제1 부화소 전극(191a) 및 제2 부화소 전극(191b)에 인가되는 전압이 정극성(+)인 경우이고, 이와 반대로, 제1 부화소 전극(191a) 및 제2 부화소 전극(191b)에 인가되는 전압이 부극성(-)인 경우에는 제1 부화소 전극(191a)에 인가되는 전압이 제2 부화소 전극(191b)에 인가되는 전압보다 낮아지게 된다.
상기에서 하나의 화소 전극이 2개의 부화소 전극으로 나뉘어진 경우에 대해 설명하였으나, 본 발명은 이에 한정되지 아니하며 하나의 화소 전극이 단일의 화소 전극으로 이루어질 수도 있고, 3개 이상의 부화소 전극으로 나뉘어질 수도 있다. 또한, 하나의 화소에 3개의 박막 트랜지스터가 형성된 구조에 대해 설명하였으나, 3개의 박막 트랜지스터의 연결 구조는 다양하게 변경이 가능하며, 하나의 화소에는 3개 미만 혹은 4개 이상의 박막 트랜지스터가 형성될 수도 있다.
이하에서 도 4 및 도 5를 참고하여 액정 분자의 방위각(azimuthal angle), 셀 갭(cell-gap)에 따른 투과율에 대해 설명한다.
도 4는 방위각에 따른 투과율의 3차 효율을 나타낸 그래프이고, 도 5는 셀 갭에 따른 투과율의 2차 및 3차 효율을 나타낸 그래프이다.
먼저, 투과율은 수학식 1에 의해 계산할 수 있다.
[수학식 1]
Figure 112014096150606-pat00001
(
Figure 112014096150606-pat00002
= 리타데이션,α= 액정 분자의 방위각)
Figure 112014096150606-pat00003
은 투과율의 2차 효율을 나타내고,
Figure 112014096150606-pat00004
은 투과율의 3차 효율을 나타낸다.
수학식 1 및 도 4를 참고하면, 액정 분자의 장축의 방향 즉, 방위각이 45도일 때, 투과율의 3차 효율이 가장 높다. 앞서 설명한 바와 같이 전기장이 인가되지 않은 상태에서 액정 분자의 장축은 상하 표시판에 대하여 수직을 이루도록 배열되어 있다. 화소 전극에 데이터 전압이 인가되어 액정층에 전기장이 형성되면, 액정 분자의 장축이 상하 표시판에 대하여 소정의 각도를 가지도록 눕게 된다. 이때, 평면도 상에서 액정 분자의 장축이 가로 줄기부 또는 게이트선과 이루는 각을 액정 분자의 방위각(azimuthal angle)이라 한다.
액정 분자의 방위각이 45도를 기준으로 감소하거나 증가할 때, 투과율의 3차 효율은 감소하는 경향을 나타낸다.
도 5를 참고하면, 액정 표시 장치의 마주보는 두 표시판 사이의 거리 즉, 셀 갭이 감소할수록 투과율의 3차 효율은 감소하는 경향을 나타낸다. 예를 들면, 셀 갭이 3.0㎛일 때, 투과율의 3차 효율은 약 85%이고, 셀 갭이 2.5㎛일 때, 투과율의 3차 효율은 약 80%이다. 수학식 1 및 도 4를 참고하면, 투과율의 3차 효율이 약 85%일 때, 액정 분자의 평균 방위각은 약 34도이고, 투과율의 3차 효율이 약 85%일 때, 액정 분자의 평균 방위각은 약 32도이다. 셀 갭이 감소할수록 투과율의 3차 효율이 감소하고, 이는 액정 분자의 평균 방위각이 감소하기 때문으로 해석할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의한 액정 표시 장치는 액정 분자의 평균 방위각이 최대한 45도에 가깝게 될 수 있도록 하여 투과율의 3차 효율을 증가시킬 수 있다.
이하에서는 도 6 및 도 7을 참고하여, 본 발명의 일 실시예에 의한 액정 표시 장치의 미세 가지부의 형상과 액정 분자의 평균 방위각의 관계에 대해 설명한다. 참고를 위해 미세 가지부의 제1 변과 제2 변이 나란하게 형성되는 구조와 비교하여 살펴본다.
도 6은 참고예에 의한 액정 표시 장치의 미세 가지부를 나타낸 평면도이고, 도 7은 본 발명의 일 실시예에 의한 액정 표시 장치의 미세 가지부를 나타낸 평면도이다. 가로 줄기부와 세로 줄기부의 도시를 생략하였으며, 가로 줄기부는 x축 방향으로 세로 줄기부는 y축 방향으로 뻗어 있는 것으로 가정한다.
도 6에 도시된 바와 같이 참고예에 의한 액정 표시 장치에서는 미세 가지부(194a)가 일정한 폭을 가지고, 인접한 미세 가지부(194a) 사이의 간격도 일정하다. 미세 가지부(194a)는 x축 즉, 가로 줄기부와 약 45도의 각을 이룬다.
액정층에 전기장이 형성되면 액정 분자(310)는 대략 미세 가지부(194a)가 뻗어 있는 방향을 따라 눕게 된다. 도시는 생략하였으나, 미세 가지부는 네 개의 방향으로 뻗어 있고, 액정 분자(310)들은 각 미세 가지부의 방향에 따라 대략 네 개의 방향으로 눕게 된다.
이때, 미세 가지부(194a)의 중심부(C) 위에 위치하는 액정 분자(310)는 미세 가지부(194a)와 거의 나란한 방향으로 누워, 약 45도의 방위각을 가진다. 그러나, 미세 가지부(194a)의 가장자리(E1, E2) 위에 위치하는 액정 분자(310)는 수평방향 전계(lateral field)에 의하여 방위각이 45도가 아닌 다른 방향으로 틀어지게 되고, 이에 따라 투과율의 3차 효율이 낮아지게 된다.
예를 들면, 미세 가지부(194a)의 제1 가장자리(E1)에 위치하는 액정 분자(310)의 방위각은 약 39도이고, 미세 가지부(194a)의 제2 가장자리(E2)에 위치하는 액정 분자(310)의 방위각은 약 51도일 수 있다. 액정 분자(310)의 방위각이 45도를 벗어나게 되면 투과율이 점차적으로 낮아진다. 또한, 액정 분자(310)의 방위각이 낮아지면 측면 시인성 면에서 유리해진다. 즉, 측면에서 바라볼 때의 투과율이 정면에서 바라볼 때의 투과율가 유사해진다. 따라서, 미세 가지부(194a)의 제1 가장자리(E1)에 위치하는 액정 분자(310)의 방위각은 45도보다 낮으므로, 미세 가지부(194a)의 중심부(C)에 비해 투과율은 낮아지고, 측면 시인성은 유리해진다. 또한, 미세 가지부(194a)의 제2 가장자리(E2)에 위치하는 액정 분자(310)의 방위각은 45도보다 높으므로, 미세 가지부(194a)의 중심부(C)에 비해 투과율이 낮아지고, 측면 시인성도 불리해진다.
도 7에 도시된 바와 같이 본 발명의 일 실시예에 의한 액정 표시 장치에서는 미세 가지부(194a)가 십자형 줄기부로부터 멀어질수록 좁아지는 폭을 가진다. 미세 가지부(194a)의 제1 변(L1)과 x축, 즉 가로 줄기부가 이루는 각(θ1)은 미세 가지부(194a)의 제2 변(L2)과 가로 줄기부가 이루는 각(θ2)과 상이하다. 미세 가지부(194a)의 제1 변(L1)과 가로 줄기부가 이루는 각(θ1)은 약 45도이고, 미세 가지부(194a)의 제2 변(L2)과 가로 줄기부가 이루는 각(θ2)은 약 45도 미만일 수 있다. 예를 들면, 미세 가지부(194a)의 제2 변(L2)과 가로 줄기부가 이루는 각(θ2)은 약 39도일 수 있다.
액정층에 전기장이 형성되면 액정 분자(310)는 대략 미세 가지부(194a)가 뻗어 있는 방향을 따라 눕게 된다. 도시는 생략하였으나, 미세 가지부는 네 개의 방향으로 뻗어 있고, 액정 분자(310)들은 각 미세 가지부의 방향에 따라 대략 네 개의 방향으로 눕게 된다.
이때, 미세 가지부(194a)의 중심부 위에 위치하는 액정 분자(310c)는 참고예에서와 같이 미세 가지부(194a)와 거의 나란한 방향으로 누워, 약 45도의 방위각을 가진다. 미세 가지부(194a)의 제1 변(L1) 위에 위치하는 액정 분자(310e1)는 참고예에서와 같이 수평방향 전계(lateral field)에 의하여 방위각이 45도가 아닌 다른 방향으로 틀어지게 된다. 미세 가지부(194a)의 제2 변(L2) 위에 위치하는 액정 분자(310e2)는 참고예와 달리 약 45도의 방위각을 가진다. 미세 가지부(194a)의 제2 변(L2)과 가로 줄기부가 이루는 각(θ2)이 약 45도 미만이 되어 수평방향 전계를 줄일 수 있기 때문이다.
미세 가지부(194a)의 제2 변(L2) 위에 위치하는 액정 분자(310e2)의 방위각은 참고예에 비해 약 6도 가량 감소하였으므로 시인성 면에서 더 유리하고, 45도에 더욱 근접하게 되어 투과율도 향상시킬 수 있다. 즉, 본 발명의 일 실시예에 의한 액정 표시 장치에서는 미세 가지부(194a)의 제2 변(L2)과 가로 줄기부가 이루는 각(θ2)을 약 45도 미만으로 함으로써, 투과율뿐만 아니라 측면 시인성도 함께 개선시킬 수 있다.
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.
3: 액정층 110, 210: 기판
121: 게이트선 131: 기준 전압선
140: 게이트 절연막 171: 데이터선
191: 화소 전극 191a: 제1 부화소 전극
191b: 제2 부화소 전극 192a, 192b: 가로 줄기부
193a, 193b: 세로 줄기부 194a, 194b: 미세 가지부
195a: 미세 슬릿 220: 차광 부재
230: 색 필터 270: 공통 전극
310: 액정 분자 L1: 미세 가지부의 제1 변
L2: 미세 가지부의 제2 변

Claims (15)

  1. 제1 기판,
    상기 제1 기판 위에 위치하고, 가로 줄기부 및 상기 가로 줄기부와 교차하는 세로 줄기부를 포함하는 십자형 줄기부, 및 상기 십자형 줄기부로부터 뻗어 나오는 복수의 미세 가지부를 포함하는 화소 전극,
    상기 제1 기판과 마주보는 제2 기판,
    상기 제2 기판 위에 위치하는 공통 전극, 및
    상기 제1 기판 및 상기 제2 기판 사이에 개재되어 있는 액정 분자를 포함하는 액정층을 포함하고,
    상기 미세 가지부는 상기 가로 줄기부와 45도를 이루는 제1 변, 및 상기 제1 변의 맞은 편에 위치하고, 상기 가로 줄기부와 45도 미만의 각을 이루는 제2 변을 포함하는 액정 표시 장치.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 미세 가지부의 폭은 상기 십자형 줄기부로부터 멀어질수록 감소하는 액정 표시 장치.
  3. 제2 항에 있어서,
    상기 복수의 미세 가지부 사이에 위치하는 미세 슬릿을 더 포함하고,
    상기 십자형 줄기부와 인접한 부분에서 상기 미세 가지부의 폭에 대한 상기 미세 슬릿의 폭의 비율은 1/10이상이고, 1 미만인 액정 표시 장치.
  4. 제3 항에 있어서,
    상기 제1 변이 상기 제2 변보다 상기 가로 줄기부에 더 가까이 위치하는 액정 표시 장치.
  5. 제4 항에 있어서,
    상기 가로 줄기부와 상기 제2 변이 이루는 각은 39도 이상인 액정 표시 장치.
  6. 제5 항에 있어서,
    상기 미세 가지부의 상기 제2 변 위에 위치하는 액정 분자의 장축은 상기 가로 줄기부에 대하여 45도를 이루는 액정 표시 장치.
  7. 제6 항에 있어서,
    상기 미세 가지부의 상기 제2 변 위에 위치하는 액정 분자의 장축 방향은 상기 미세 가지부의 중심부 위에 위치하는 액정 분자의 장축 방향과 동일한 액정 표시 장치.
  8. 제1 항에 있어서,
    상기 복수의 미세 가지부 사이에 위치하는 미세 슬릿을 더 포함하고, 상기 미세 슬릿의 폭은 상기 십자형 줄기부로부터 멀어질수록 증가하는 액정 표시 장치.
  9. 제8 항에 있어서,
    상기 십자형 줄기부와 인접한 부분에서 상기 미세 가지부의 폭에 대한 상기 미세 슬릿의 폭의 비율은 1/10이상이고, 1 미만인 액정 표시 장치.
  10. 제9 항에 있어서,
    상기 제1 변이 상기 제2 변보다 상기 가로 줄기부에 더 가까이 위치하는 액정 표시 장치.
  11. 제10 항에 있어서,
    상기 가로 줄기부와 상기 제2 변이 이루는 각은 39도 이상인 액정 표시 장치.
  12. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 변이 상기 제2 변보다 상기 가로 줄기부에 더 가까이 위치하는 액정 표시 장치.
  13. 제1 항에 있어서,
    상기 가로 줄기부와 상기 제2 변이 이루는 각은 39도 이상인 액정 표시 장치.
  14. 제1 항에 있어서,
    상기 미세 가지부의 상기 제2 변 위에 위치하는 액정 분자의 장축은 상기 가로 줄기부에 대하여 45도를 이루는 액정 표시 장치.
  15. 제1 항에 있어서,
    상기 미세 가지부의 상기 제2 변 위에 위치하는 액정 분자의 장축 방향은 상기 미세 가지부의 중심부 위에 위치하는 액정 분자의 장축 방향과 동일한 액정 표시 장치.
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