KR102317070B1 - 액정 표시 장치 - Google Patents

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Abstract

일 실시예에 따른 액정 표시 장치는, 기판, 상기 기판 위에 위치하며 제1 부화소 전극과 제2 부화소 전극을 포함하는 화소 전극, 상기 제1 부화소 전극 및 상기 제2 부화소 전극 위에 위치하는 액정층, 상기 기판과 상기 제1 부화소 전극 사이에 위치하는 제1 절연층, 상기 제2 부화소 전극과 상기 액정층 사이에 위치하는 제2 절연층, 그리고 상기 액정층 위에 위치하는 공통 전극을 포함한다. 상기 제1 부화소 전극과 상기 공통 전극 간의 간격이 상기 제2 부화소 전극과 상기 공통 전극 간의 간격보다 작다.

Description

액정 표시 장치{LIQUID CRYSTAL DISPLAY DEVICE}
본 발명은 액정 표시 장치에 관한 것이다.
액정 표시 장치는 화소 전극과 공통 전극 등 전기장 생성 전극(field generating electrode)이 형성되어 있는 두 장의 표시판과 그 사이에 충전된 액정층을 포함한다. 액정 표시 장치는 전기장 생성 전극에 전압을 인가하여 액정층에 전기장을 생성하고 이를 통하여 액정층의 액정 분자들의 방향을 결정하고 입사광의 편광을 제어함으로써 영상을 표시한다.
액정 표시 장치 중에는 전기장이 인가되지 않은 상태에서 액정 분자의 장축을 상하 표시판에 대하여 수직을 이루도록 배열한 수직 배향 방식(vertically aligned mode)의 액정 표시 장치가 있다. 수직 배향 방식의 액정 표시 장치는 명암비(contrast ratio)가 크고 넓은 기준 시야각 구현이 용이하여 각광받고 있다.
수직 배향 방식의 액정 표시 장치에서, 측면 시인성 향상을 위해 하나의 화소를 복수의 부화소로 나누고 각각의 부화소에 서로 다른 전압을 인가하는 기술이 사용되고 있다. 서로 다른 전압을 인가하기 위해서는 복수의 스위칭 소자를 형성하거나 구조가 복잡해질 수 있으며, 특히 해상도가 높아질수록 개구율과 투과율이 저하될 수 있다.
실시예들은 측면 시인성이 개선된 액정 표시 장치를 제공하는 것이다.
일 실시예에 따른 액정 표시 장치는, 기판, 상기 기판 위에 위치하며 제1 부화소 전극과 제2 부화소 전극을 포함하는 화소 전극, 상기 제1 부화소 전극 및 상기 제2 부화소 전극 위에 위치하는 액정층, 상기 기판과 상기 제1 부화소 전극 사이에 위치하는 제1 절연층, 상기 제2 부화소 전극과 상기 액정층 사이에 위치하는 제2 절연층, 그리고 상기 액정층 위에 위치하는 공통 전극을 포함한다. 상기 제1 부화소 전극과 상기 공통 전극 간의 간격이 상기 제2 부화소 전극과 상기 공통 전극 간의 간격보다 작다.
상기 제1 부화소 전극과 상기 제2 부화소 전극은 일체로 형성되어 있을 수 있고 동일한 층에 위치할 수 있다.
상기 제1 부화소 전극과 상기 제2 부화소 전극은 중첩하지 않을 수 있다.
상기 제1 부화소 전극과 상기 제2 부화소 전극은 마주하는 단부들이 연결되어 있을 수 있다.
상기 제1 부화소 전극과 상기 제2 부화소 전극은 이들과 일체로 형성된 연결부에 의해 연결되어 있을 수 있다.
상기 연결부는 상기 제1 절연층의 측면을 따라 연장할 수 있다.
상기 제1 절연층과 상기 제2 절연층은 서로 다른 물질로 형성되어 있을 수 있다.
상기 표시 장치는 상기 제1 절연층 위에 위치하는 칼럼 스페이서를 더 포함할 수 있고, 상기 제2 절연층은 상기 칼럼 스페이서와 동일한 물질로 형성되어 있을 수 있다.
상기 제2 부화소 전극과 중첩하는 액정층의 셀 갭이 상기 제1 부화소 전극과 중첩하는 액정층의 셀 갭의 0.85 내지 1.15배일 수 있다.
상기 제2 절연층의 두께가 0.5 마이크로미터 이상일 수 있다.
상기 제2 절연층은 상기 제1 절연층과 중첩하며 상기 액정층을 향해 돌출되어 있는 돌기를 포함할 수 있다.
일 실시예에 따른 액정 표시 장치는, 기판, 상기 기판 위에 위치하며 제1 부화소 전극과 제2 부화소 전극을 포함하는 화소 전극, 상기 제1 부화소 전극 및 상기 제2 부화소 전극 위에 위치하는 액정층, 상기 기판과 상기 제1 부화소 전극 사이에 위치하는 제1 절연층, 상기 제2 부화소 전극과 상기 액정층 사이에 위치하는 제2 절연층, 그리고 상기 액정층 위에 위치하는 공통 전극을 포함한다. 상기 제1 부화소 전극은 상기 제2 부화소 전극보다 상기 기판으로부터 멀리 위치하고, 상기 제1 부화소 전극과 상기 제2 부화소 전극은 마주보는 가장자리들이 서로 연결되어 있다.
상기 제1 부화소 전극과 상기 제2 부화소 전극은 이들과 일체로 형성된 연결부에 의해 연결되어 있을 수 있다.
상기 연결부는 상기 제1 절연층의 측면을 따라 연장할 수 있다.
상기 제1 부화소 전극 및 상기 제2 부화소 전극은 각각 가로 줄기부, 상기 가로 줄기부와 교차하는 세로 줄기부, 그리고 상기 가로 줄기부 및 세로 줄기부로부터 사선 방향으로 뻗어 있는 가지부들을 포함할 수 있고, 상기 연결부는 상기 제1 부화소 전극의 세로 줄기부와 상기 제2 부화소 전극의 세로 줄기부에 연결되어 있을 수 있다.
상기 제1 부화소 전극 및 상기 제2 부화소 전극은 각각 적어도 한 가장자리에 형성되어 있는 외곽 줄기부를 포함할 수 있다.
상기 외곽 줄기부는 상기 제1 부화소 전극과 상기 제2 부화소 전극의 마주보는 가장자리들 중 적어도 하나에는 형성되어 있지 않을 수 있다.
상기 제2 절연층은 상기 제1 절연층과 중첩하는 부분과 중첩하지 않는 부분을 포함할 수 있고, 상기 제2 절연층의 상기 중첩하는 부분은 상기 중첩하지 않는 부분보다 상기 액정층 쪽으로 솟아있는 돌기를 형성할 수 있다.
상기 돌기는 상기 연결부와 중첩할 수 있다.
상기 액정 표시 장치는 상기 기판과 상기 화소 전극 사이에 위치하는 트랜지스터를 더 포함할 수 있고, 상기 제1 부화소 전극은 연장부에 의해 상기 트랜지스터에 직접 연결되어 있을 수 있고, 상기 제2 부화소 전극은 상기 제1 부화소 전극을 통해 상기 트랜지스터에 전기적으로 연결되어 있을 수 있다.
상기 제1 절연층은 제1 방향으로 복수의 제1 부화소 전극에 걸쳐 연속적으로 위치할 수 있고, 상기 제2 절연층은 상기 제1 방향으로 복수의 제2 부화소 전극에 걸쳐 연속적으로 위치할 수 있다.
상기 제1 절연층과 상기 제2 절연층은 상기 제1 방향과 교차하는 제2 방향으로 번갈아 가며 위치할 수 있다.
상기 제1 절연층의 가장자리와 상기 제2 절연층의 가장자리가 중첩할 수 있다.
실시예들에 따르면, 개구율과 투과율이 저하되지 않으면서 측면 시인성이 개선된 액정 표시 장치를 제공할 수 있다.
도 1은 일 실시예에 따른 액정 표시 장치의 배치도이다.
도 2는 일 실시예에 따른 액정 표시 장치의 한 화소의 등가 회도로이다.
도 3은 일 실시예에 따른 액정 표시 장치의 한 화소의 평면도이다.
도 4는 도 3에서 IV-IV' 선을 따라 취한 단면도이다.
도 5는 도 3에서 V-V' 선을 따라 취한 단면도이다.
도 6은 일 실시예에 따른 액정 표시 장치의 여섯 화소의 평면도이다.
도 7 및 도 8은 각각 일 실시예에 따른 액정 표시 장치의 한 화소의 평면도이다.
도 9 내지 도 15는 몇몇 실시예들에 따른 액정 표시 장치들의 특성들을 나타내는 그래프이다.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 여러 실시예들에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예들에 한정되지 않는다.
본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 붙이도록 한다.
도면에서 나타난 각 구성의 크기 및 두께는 설명의 편의를 위해 임의로 나타내었으므로, 본 발명이 반드시 도시된 바에 한정되지 않는다. 도면에서 여러 층 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 나타내었다. 그리고 도면에서, 설명의 편의를 위해, 일부 층 및 영역의 두께 및/또는 폭을 과장되게 나타내었다.
층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "위에" 또는 "상에" 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.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함" 한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
명세서 전체에서, "평면상"이라 할 때, 이는 대상 부분을 위에서 보았을 때를 의미하며, "단면상"이라 할 때, 이는 대상 부분을 수직으로 자른 단면을 옆에서 보았을 때를 의미한다.
먼저, 도 1 및 도 2를 참고하여 일 실시예에 따른 액정 표시 장치에 대하여 설명한다.
도 1은 일 실시예에 따른 액정 표시 장치의 배치도이고, 도 2는 일 실시예에 따른 액정 표시 장치의 한 화소의 등가 회도로이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 표시 장치는 표시 패널(10), 게이트 구동부(20), 데이터 구동부(30), 그리고 신호 제어부(40)를 포함한다.
표시 패널(10)은 게이트선들(G1-Gn), 데이터선들(D1-Dm), 그리고 게이트선들(G1-Gn) 및 데이터선들(D1-Dm)에 연결되어 있으며 대략 행렬로 배열된 화소들(PX)을 포함한다. 게이트선들(G1-Gn)은 주로 제1 방향(예컨대, 행 방향)으로 뻗어 있을 수 있고, 데이터선들(D1-Dm)은 제1 방향과 교차하는 제2 방향(예컨대, 열 방향)으로 뻗어 있을 수 있다. 각각의 화소(PX)는 스위칭 소자인 트랜지스터를 턴-온시키는 게이트 온 전압과 턴-오프시키는 게이트 오프 전압을 포함하는 게이트 신호를 게이트선(G1-Gn)을 통해 인가받을 수 있고, 영상 신호에 대응하는 데이터 전압을 트랜지스터의 턴-온 시 데이터선(D1-Dm)을 통해 인가받을 수 있다. 화소(PX)는 영상을 표시하는 단위로서, 하나의 화소가 기본 색(primary color) 중 하나를 고유하게 표시하거나, 복수의 화소가 시간에 따라 번갈아 기본 색을 표시함으로써, 기본 색들의 공간적 또는 시간적 합으로 원하는 색상을 표시할 수 있다.
신호 제어부(40)는 게이트 구동부(20) 및 데이터 구동부(30)를 제어한다. 신호 제어부(40)는 외부의 그래픽 처리부(도시되지 않음)로부터 영상 신호 및 이의 제어 신호를 수신한다. 제어 신호는 예컨대 수평 동기 신호, 수직 동기 신호, 클록 신호, 데이터 인에이블 신호 등을 포함한다. 신호 제어부(40)는 영상 신호와 제어 신호를 기초로 영상 신호를 표시 패널(10)의 동작 조건에 적합하게 처리한 후, 영상 데이터, 게이트 제어 신호, 데이터 제어 신호 및 클록 신호를 생성하여 출력한다.
게이트 구동부(20)는 신호 제어부(40)로부터 게이트 제어 신호를 수신하여 게이트 온 전압과 게이트 오프 전압을 포함하는 게이트 신호를 생성하고 이를 게이트선들(G1-Gn)에 인가한다.
데이터 구동부(30)는 신호 제어부(40)로부터 데이터 제어 신호와 영상 데이터를 수신하고, 계조 전압 생성부(도시되지 않음)에서 생성된 계조 전압을 이용하여 영상 데이터를 데이터 신호(데이터 전압)로 변환하고 이를 데이터선들(D1-Dm)에 인가한다.
도 2를 참고하면, 표시 패널(10)은 서로 마주하는 제1 표시판(100) 및 제2 표시판(200)과 그 사이에 들어 있는 액정층(3)을 포함한다.
각 화소(PX), 예컨대 i번째 게이트선(Gi)과 j번째 데이터선(Dj)에 연결된 화소(PX)는 게이트선(Gi)과 데이터선(Dj)에 연결된 트랜지스터(Q), 트랜지스터(Q)에 연결된 제1 및 제2 액정 축전기들(Clc1, Clc2), 그리고 제1 및 제2 유지 축전기들(Cst1, Cst2)을 포함한다. 제1 및 제2 유지 축전기들(Cst1, Cst2)은 생략될 수도 있다. 각 화소(PX)는 서로 연결되어 있는 제1 부화소 전극(191a)과 제2 부화소 전극(191b)을 포함하는 화소 전극(191)을 포함한다. 도시된 실시예와 달리, 하나의 화소(PX)는 3개 이상의 부화소 전극 및 3개 이상의 액정 축전기를 포함할 수도 있다.
제1 표시판(100)에 위치하는 트랜지스터(Q)는 제어 단자가 게이트선(Gi)과 연결되어 있고, 입력 단자는 데이터선(Dj)과 연결되어 있으며, 출력 단자는 제1 액정 축전기(Clc1) 및 제1 유지 축전기(Cst1)와 연결되어 있다.
제1 액정 축전기(Clc1)는 제1 표시판(100)의 제1 부화소 전극(191a)과 제2 표시판(200)의 공통 전극(270)을 두 단자로 하며, 제1 부화소 전극(191a)과 공통 전극(270) 사이의 액정층(3)은 유전체로서 기능을 한다. 제1 부화소 전극(191a)은 트랜지스터(Q)와 연결되어 있고, 공통 전극(270)은 제2 표시판(200)의 전면에 형성되어 있으며 공통 전압을 인가받는다.
제2 액정 축전기(Clc2)는 제1 표시판(100)의 제2 부화소 전극(191b)과 제2 표시판(200)의 공통 전극(270)을 두 단자로 하며 제2 부화소 전극(191b)과 공통 전극(270) 사이의 액정층(3)은 유전체로서 기능을 한다. 제2 부화소 전극(191b)은 제1 부화소 전극(191a)에 연결되어 있다. 따라서 제2 부화소 전극(191b)은 트랜지스터(Q)에 연결되어 있는 제1 부화소 전극(191a)을 통해 데이터 전압을 인가받을 수 있고, 제2 부화소 전극(191b)에 인가되는 데이터 전압은 제1 부화소 전극(191a)에 인가되는 데이터 전압과 동일할 수 있다.
하지만, 제1 부화소 전극(191a) 및 제2 부화소 전극(191b)과 관련된 구조적인 특징으로 인해, 제1 액정 축전기(Clc1)의 액정층(3)에 생성되는 전기장의 세기와 제2 액정 축전기(Clc2)의 액정층(3)에 생성되는 전기장의 세기는 다를 수 있다. 다시 말해, 제1 부화소 전극(191a)과 제2 부화소 전극(191b)이 동일한 데이터 전압을 인가받더라도, 제1 액정 축전기(Clc1)의 충전 전압과 제2 액정 축전기(Clc2)의 충전 전압이 다를 수 있다. 그 결과, 하나의 화소(PX)는 액정층(3)의 액정 분자들의 배열이 다르게 제어되는, 제1 액정 축전기(Clc1)에 의해 형성되는 제1 부화소와 제2 액정 축전기(Clc2)에 의해 형성되는 제2 부화소를 포함할 수 있고, 액정 표시 장치의 측면 시인성을 향상시킬 수 있다. 이에 대한 더욱 상세한 설명은 후술한다.
제1 액정 축전기(Clc1)의 보조적인 역할을 하는 제1 유지 축전기(Cst1)는 제1 표시판(100)에 위치하는 유지 전극선(도시되지 않음)과 제1 부화소 전극(191a)이 절연체를 사이에 두고 중첩하여 이루어진다. 제2 액정 축전기(Clc2)의 보조적인 역할을 하는 제2 유지 축전기(Cst2)는 유지 전극선과 제2 부화소 전극(191b)이 절연체를 사이에 두고 중첩하여 이루어진다. 유지 전극선에는 공통 전압 같은 정해진 전압이 인가될 수 있다.
지금까지 일 실시예에 따른 액정 표시 장치의 전체적인 구성에 대해 설명하였다. 이하에서는 일 실시예에 따른 액정 표시 장치를 한 화소를 중심으로 더욱 상세하게 설명한다.
도 3은 일 실시예에 따른 액정 표시 장치의 한 화소의 평면도이고, 도 4는 도 3에서 IV-IV' 선을 따라 취한 단면도이고, 도 5는 도 3에서 V-V' 선을 따라 취한 단면도이다.
도 3을 참고하면, 일 실시예에 따른 액정 표시 장치의 한 화소(PX)의 평면도가 도시되며, 인접하는 화소들에 연결되는 게이트선과 데이터선의 일부분도 함께 도시되어 있다. 하나의 화소(PX)를 예로 들어 설명할지라도, 액정 표시 장치에는 이러한 화소(PX)가 행렬로, 즉 제1 방향(D1)과 제2 방향(D2)으로 배열되어 있을 수 있다.
도 3, 도 4 및 도 5를 참고하면, 일 실시예에 따른 액정 표시 장치는 서로 마주하는 제1 표시판(100)과 제2 표시판(200), 그리고 이들 사이에 위치하는 액정층(3)을 포함한다.
제1 표시판(100)에 대해 설명하면, 유리 같은 투명한 절연 물질로 이루어질 수 있는 제1 기판(110) 위에 게이트선(121), 게이트 전극(124), 유지 전극선(125)을 포함하는 게이트 도전체가 위치한다.
게이트선(121)은 주로 가로 방향으로 연장되어 있고 게이트 신호(스캔 신호라고도 함)를 전달한다. 도시된 실시예와 달리, 게이트선(121)은 주로 세로 방향으로 연장되어 있을 수 있다. 게이트 전극(124)은 게이트선(121)과 일체로 형성되어 있으며, 게이트선(121)으로부터 돌출되어 있다. 본 명세서에서 일체로 형성되어 있다는 것은 동일한 공정에서 동일한 물질로 형성되고 서로 연결되어 있음을 의미한다. 유지 전극선(125)은 주로 가로 방향으로 연장할 수 있고 공통 전압 등의 정해진 전압을 전달한다. 유지 전극선(125)은 예컨대 제1 부화소 전극(191a)과 제2 부화소 전극(191b) 사이를 지나도록 연장할 수 있다. 도시되지 않았지만, 유지 전극선(125)은 데이터선(171)과 대략 평행하게 연장하는 부분을 포함할 수 있으며, 유지 전극선(125)의 모양과 배치는 다양하게 변형될 수 있다. 게이트 도전체는 구리(Cu), 몰리브덴(Mo), 알루미늄(Al), 은(Ag), 크롬(Cr), 탄탈륨(Ta), 티타늄(Ti) 등의 금속이나 금속 합금을 포함할 수 있으며, 단일층 또는 다중층으로 형성될 수 있다.
게이트 도전체 위에는 게이트 절연층(140)이 위치한다. 게이트 절연층(140)은 규소 산화물, 규소 질화물 같은 무기 절연 물질을 포함할 수 있다.
게이트 절연층(140) 위에는 반도체층(154)이 위치한다. 반도체층(154)은 산화물 반도체, 비정질 실리콘, 다결정 실리콘 같은 반도체 물질을 포함할 수 있다.
반도체층(154) 위에는 데이터선(171), 소스 전극(173) 및 드레인 전극(175)을 포함하는 데이터 도전체가 위치한다. 데이터선(171)은 주로 세로 방향으로 연장되어 있지만, 주로 가로 방향으로 연장되어 있을 수도 있다. 소스 전극(173)은 데이터선(171)과 일체로 형성되어 있으며, 데이터선(171)으로부터 돌출되어 있다. 도시된 실시예와 달리, 데이터선(171)의 일부분이 소스 전극(173)을 구성할 수도 있다. 드레인 전극(175)은 소스 전극(173)과 소정 간격으로 이격되어 있으며, 연장부(177)를 포함할 수 있다. 데이터 도전체는 알루미늄(Al), 구리(Cu), 은(Ag), 금(Au), 백금(Pt), 팔라듐(Pd), 니켈(Ni), 몰리브덴(Mo), 텅스텐(W), 티타늄(Ti), 크롬(Cr), 탄탈륨(Ta) 등의 금속이나 금속 합금을 포함할 수 있으며, 단일층 또는 다중층으로 형성될 수 있다. 도시되지 않았지만, 반도체층(154)과 데이터 도전체 사이에는 저항성 접촉층(ohmic contact layer)이 위치할 수 있다.
게이트 전극(124), 소스 전극(173) 및 드레인 전극(175)은 반도체층(154)과 함께 트랜지스터(Q)를 이룬다. 트랜지스터(Q)의 채널은 소스 전극(173)과 드레인 전극(175) 사이의 반도체층(154) 부분에 형성될 수 있다.
데이터 도전체 위에는 제1 보호층(160a), 제2 보호층(160b) 및 제3 보호층(160c)이 위치한다. 제1 보호층(160a), 제2 보호층(160b) 및 제3 보호층(160c) 중 하나 또는 둘은 생략될 수도 있다.
제1 보호층(160a)은 무기 절연 물질을 포함할 수 있고, 제2 보호층(160b)은 유기 절연 물질을 포함할 수 있지만, 이에 제한되지 않는다. 제2 보호층(160b)은 색 필터(color filter)일 수 있다. 색 필터인 경우, 제2 보호층(160b)은 기본 색(primary color) 중 하나를 고유하게 표시할 수 있다. 기본 색은 예컨대 적색(red), 녹색(green) 및 청색(blue), 또는 황색(yellow), 청록색(cyan), 자홍색(magenta)일 수 있다. 색 필터는 백색이나 기본 색의 혼합 색을 표시할 수도 있다. 색 필터는 제2 표시판(200)에 위치할 수도 있다. 제3 보호층(160c)은 무기 절연 물질 또는 유기 절연 물질을 포함할 수 있다. 제3 보호층(160c)은 예컨대 색 필터가 들뜨는 것을 방지하고 색 필터로부터 유입되는 용제(solvent)와 같은 유기물에 의한 액정층(3)의 오염을 억제할 수 있다.
제3 보호층(160c) 위에는 제1 절연층(180a)이 위치한다. 제1 절연층(180a)은 유기 절연 물질을 포함할 수 있고, 포토레지스트(photoresist) 등의 감광성 물질을 포함할 수 있다. 제1 절연층(180a)은 제1 부화소 전극(191a)이 형성되는 영역에 위치하지만, 제2 부화소 전극(191b)이 형성되는 영역에는 위치하지 않을 수 있다. 제1 절연층(180a)은 제1 방향(D1)으로 인접하는 화소들(PX)에 걸쳐 연속적으로 위치할 수 있다. 이와 같은 제1 절연층(180a)은 예컨대 제3 보호층(160c) 위에 절연층을 형성하고 포토리소그래피 공정을 통해 패터닝 하여 형성될 수 있으며, 이때 제2 부화소 전극(191b)과 중첩하는 절연층이 제거된다. 포토리소그래피 공정 시 하프톤 마스크를 사용하면, 제1 절연층(180a)을 형성하면서, 제1 절연층(180a) 및 제1 내지 제3 보호층(160a, 160b, 160c)에 드레인 전극(175)의 연장부(177)와 중첩하는 접촉 구멍(61)을 함께 형성할 수 있다.
제1 절연층(180a) 위에는 제1 부화소 전극(191a)과 제2 부화소 전극(191b)을 포함하는 화소 전극(191)이 위치한다. 하나의 화소(PX)는 제1 부화소 전극(191a)에 대응하는 제1 부화소(sPXa) 및 제2 부화소 전극(191b)에 대응하는 제2 부화소(sPXb)를 포함한다. 제1 부화소 전극(191a)은 제1 절연층(180a)과 중첩하게 위치하지만, 제2 부화소 전극(191b)은 제1 절연층(180a)과 중첩하지 않게 위치한다. 따라서 제1 기판(110)을 기준으로, 제1 부화소 전극(191a)은 제2 부화소 전극(191b)보다 대략 제1 절연층(180a)의 두께(Ta)만큼 멀리 위치한다.
제1 부화소 전극(191a)과 제2 부화소 전극(191b)은 각각 전체적으로 대략 직사각형일 수 있으며, 소정 간격으로 이격되어 있고, 마주하는 가장자리들이 연결부(199)에 의해 연결되어 있다. 제1 부화소 전극(191a)과 제2 부화소 전극(191b)의 경계부(B)에 대응하는 제1 부화소 전극(191a)과 제2 부화소 전극(191b)의 간격(d)은 액정의 배열 방향의 제어력(이하 간략하게 액정 제어력이라고 함)과 투과율을 고려하여 설계될 수 있다. 간격(d)이 좁을수록 투과율이 높아질 수 있고, 간격이 넓을수록 제1 부화소 전극(191a)과 제2 부화소 전극(191b)의 경계부(B)에서 액정 제어력이 양호할 수 있다. 예컨대, 간격(d)은 3 마이크로미터 내지 11 마이크로미터 또는 5 마이크로미터 내지 9 마이크로미터일 수 있지만, 이에 제한되지 않으며, 3 마이크로미터 미만이거나 11 마이크로미터 초과일 수도 있다.
연결부(199)는 제1 부화소 전극(191a)과 제2 부화소 전극(191b)의 대략 세로 방향 중심선과 중첩하는 영역에서 제1 부화소 전극(191a)과 제2 부화소 전극(191b)을 연결할 수 있다. 도시된 실시예에서, 연결부(199)는 제1 부화소 전극(191a)의 세로 줄기부(193a) 및 제2 부화소 전극(191b)의 세로 줄기부(193b)에 연결되어 있다. 하지만, 연결부(199)는 도시된 실시예와 다른 위치에서 제1 부화소 전극(191a)과 제2 부화소 전극(191b)을 연결할 수도 있다. 예컨대, 연결부(199)는 제1 부화소 전극(191a)과 제2 부화소 전극(191b)의 좌측 가장자리 및/또는 우측 가장자리를 연결하도록 형성될 수 있고, 제1 부화소 전극(191a)과 제2 부화소 전극(191b)이 마주하는 가장자리를 전체적으로 연결하도록 형성될 수도 있다.
도 5를 참고하면, 연결부(199)는 제2 부화소 전극(191b)과 마주하는 제1 절연층(180a)의 측면을 따라 경사지게 형성되어 있다. 연결부(199)에 의해 서로 다른 높이에 위치하는 제2 부화소 전극(191b)과 제1 부화소 전극(191a)이 전기적으로 연결되어 있다.
제1 부화소 전극(191a)은 연결부(199)가 연결되어 있는 가장자리의 반대쪽 가장자리에서 연장하는 연장부(197a)를 포함한다. 제1 부화소 전극(191a)의 연장부(197a)는 제1 절연층(180a)과 제1 내지 제3 보호층(160a, 160b, 160c)에 형성된 접촉 구멍(61)을 통해 드레인 전극(175)의 연장부(177)에 연결되어 있다. 제1 부화소 전극(191a)의 연장부(197a)는 그 하부면이 드레인 전극(175)의 연장부(177)의 상부면과 접촉하고 있고, 따라서 제1 부화소 전극(191a)은 트랜지스터(Q)에 직접 연결되어 있다.
제1 부화소 전극(191a)과 달리, 제2 부화소 전극(191b)은 트랜지스터(Q)에 직접 연결되어 있지는 않다. 하지만, 제2 부화소 전극(191b)은 연결부(199)에 의해 제1 부화소 전극(191a)에 연결되어 있으므로, 연결부(199)와 제1 부화소 전극(191a)을 통해 트랜지스터(Q)와 전기적으로 연결되어 있다. 따라서 트랜지스터(Q)를 통해 제1 부화소 전극(191a)에 인가되는 데이터 전압은 제2 부화소 전극(191b)에도 동일하게 인가될 수 있다.
제1 부화소 전극(191a), 제2 부화소 전극(191b), 연장부(197a) 및 연결부(199)는 제3 보호층(160c) 및 제1 절연층(180a) 위에 인듐 주석 산화물(ITO), 인듐 아연 산화물(IZO) 같은 투명 도전 물질로 도전층을 형성한 후 포토리소그래피(photolithography) 공정을 통해 패터닝 하여 함께 형성될 수 있다. 따라서 제1 부화소 전극(191a), 제2 부화소 전극(191b), 연장부(197a) 및 연결부(199)는 일체로 형성되어 있고, 동일한 층에 위치한다. 또한, 제1 부화소 전극(191a), 제2 부화소 전극(191b), 연장부(197a) 및 연결부(199)는 어느 것도 서로 중첩하지 않는다.
도시된 실시예에서, 화소 전극(191)은 평면도에서 그 아래쪽에 위치하는 트랜지스터(Q)와 연결되어 있고, 특히 제1 부화소 전극(191a)이 트랜지스터(Q)와 직접 연결되어 있다. 하지만, 화소 전극(191)과 트랜지스터(Q)의 연결은 이에 제한되지 않으며, 다양하게 변경될 수 있다. 예컨대, 화소 전극(191)은 평면도에서 그 위쪽에 위치하는 트랜지스터(Q)와 연결될 수 있고, 제2 부화소 전극(191b)이 트랜지스터(Q)와 직접 연결될 수도 있다.
제1 부화소 전극(191a) 및 제2 부화소 전극(191b)의 예시적인 구조, 특히 도 3에 도시되는 평면 구조에 대해 좀더 자세하게 설명하면, 제1 부화소 전극(191a)은 가로 줄기부(192a) 및 이와 교차하는 세로 줄기부(193a)로 이루어진 십자형 줄기부를 포함할 수 있다. 또한, 제1 부화소 전극(191a)은 가로 줄기부(192a) 또는 세로 줄기부(193a)로부터 사선 방향으로 뻗어 있는 가지부들(194a)을 포함할 수 있다. 제1 부화소 전극(191a)은 십자형 줄기부에 의해 네 개의 부영역으로 나누어질 수 있고, 가지부들(194a)은 각각의 부영역에 위치할 수 있다. 전기장 인가 시 이들 네 개의 부영역에서 액정층(3)의 액정 분자들(310)이 기울어지는 방향이 서로 다르게 제어될 수 있고, 따라서 광시야각을 구현할 수 있다.
제1 부화소 전극(191a)은 적어도 한 가장자리를 둘러싸는 외곽 줄기부(195a)를 더 포함할 수 있다. 제1 부화소 전극(191a)은 가지부들(194a)의 단부들이 외곽 줄기부(195a)에 의해 연결되어 있는 것과 같은 형상을 가질 수 있는다. 외곽 줄기부(195a)로 인해 제1 부화소 전극(191a)의 유효 면적(실제 제1 부화소 전극(191a)이 형성된 면적)이 증가하므로 액정 표시 장치의 투과율을 증가시킬 수 있다. 외곽 줄기부(195a)는 가지부들(194a)의 단부들과 인접하는 데이터선(171)에서 발생하는 필드(field)에 의해 가지부들(194a)의 단부들에서의 액정 제어가 불안정해지는 것을 방지하는 역할을 할 수도 있다. 도시된 실시예에서 제1 부화소 전극(191a)의 외곽 줄기부(195a)는 좌측, 우측 및 상측 가장자리들에 형성되어 있지만, 제2 부화소 전극(191b)과 마주하는 하측 가장자리에는 형성되어 있지 않다.
제2 부화소 전극(191b)은 제1 부화소 전극(191a)의 가로 줄기부(192a), 세로 줄기부(193a) 및 가지부들(194a)에 각각 대응하는 가로 줄기부(192b), 세로 줄기부(193b) 및 가지부들(194b)을 포함할 수 있다. 제2 부화소 전극(191b)은 적어도 한 가장자리를 둘러싸는 외곽 줄기부(195b)를 더 포함할 수 있다. 제1 부화소 전극(191b)의 가로 줄기부(192b), 세로 줄기부(193b), 가지부들(194b) 및 외곽 줄기부(195b)의 기능은 제1 부화소 전극(191a)과 관련하여 전술한 바와 같다. 도시된 실시예에서 제2 부화소 전극(191b)의 외곽 줄기부(195b)는 좌측, 우측 및 하측 가장자리들에 형성되어 있지만, 제1 부화소 전극(191a)과 마주하는 상측 가장자리에는 형성되어 있지 않다.
도시된 실시예와 달리, 제1 부화소 전극(191a)과 제2 부화소 전극(191b) 중 전술한 적어도 하나는 외곽 줄기부(195a, 195b)를 포함하지 않을 수 있다. 또한, 전술한 제1 부화소 전극(191a)과 제2 부화소 전극(191b)의 상세 구조는 일 예에 불과하며, 다양하게 변형 가능하다.
제2 부화소 전극(191b) 위에는 제2 절연층(180b)이 위치한다. 제2 절연층(180b)은 화소 전극(191) 위에 형성되는 층이지만, 제1 부화소 전극(191a) 위에는 위치하지 않을 수 있다. 따라서 제2 절연층(180b)은 제1 부화소 전극(191a)과 중첩하지 않지만, 경계부(B)에 인접한 제1 부화소 전극(191a)의 부분(예컨대, 돌기(181b)와 중첩하는 부분)은 제2 절연층(180b)과 중첩할 수도 있다. 제2 절연층(180b)은 제1 방향(D1)으로 인접하는 화소들(PX)에 걸쳐 연속적으로 위치할 수 있다. 제2 절연층(180b)은 유기 절연 물질을 포함할 수 있다. 제2 절연층(180b)은 제1 절연층(180a)과 다른 물질로 형성될 수 있으며, 예컨대 압축 복원력과 탄성이 좋은 물질, 즉 칼럼 스페이서(85)와 동일한 물질로 형성될 수 있다. 이 경우, 제1 및 제2 부화소 전극(191a, 191b)이 형성된 제1 기판(110) 위에 투명한 절연층을 형성하고 포토리소그래피 공정을 통해 패터닝 하여, 제2 절연층(180b)과 칼럼 스페이서(85)를 함께 형성할 수 있다. 제2 절연층(180b)의 형성을 위한 추가 공정이나 추가 마스크를 요하지 않으므로 시간과 비용을 절감할 수 있다. 하지만, 제2 절연층(180b)은 칼럼 스페이서(85)와 다른 공정에서 형성될 수도 있고, 제1 절연층(180a)과 동일한 물질로 형성될 수도 있다. 제2 절연층(180b)은 무기 절연 물질을 포함할 수도 있다.
제2 절연층(180b)의 두께(Tb)는 제1 절연층(180a)의 두께(Ta)와 유사하거나 대략 동일할 수 있다. 이에 따라, 제1 부화소(sPXa)에서 액정층(3)의 두께에 해당하는 제1 셀 갭(CGa)과 제2 부화소(sPXb)에서 액정층(3)의 두께에 해당하는 제2 셀 갭(CGb)이 유사하거나 대략 동일할 수 있다. 예컨대, 제2 셀 갭(CGb)은 제1 셀 갭(CGa)의 0.7 내지 1.4배, 또는 0.85 내지 1.15배일 수 있다. 제2 절연층(180b)의 두께는 0.5 마이크로미터 이상일 수 있으며, 그보다 작을 경우 측면 시인성이 개선되지 않을 수 있다.
제1 절연층(180a)은 제1 부화소 전극(191a) 아래에 위치하고, 제2 절연층(180b)은 제2 부화소 전극(191b) 위에 위치하고, 제1 부화소 전극(191a)과 제2 부화소 전극(191b)이 동일한 층으로서 형성되므로, 제2 절연층(180b)은 제1 절연층(180a) 위에 위치한다고 말할 수 있다.
경계부(B)에서 제2 절연층(180b)은 제1 절연층(180a)과 중첩하게 위치할 수 있고, 이 경우 제1 절연층(180a)과 중첩하는 제2 절연층(180b)의 부분인 돌기(181b)는 제2 부화소 전극(191b)과 중첩하는 제2 절연층(180b)의 부분보다 액정층(3) 쪽으로 볼록하게 솟아있을 수 있다. 제2 절연층(180b)의 돌기(181b)는 경계부(B)에서 액정 분자들이 제1 부화소 전극(191a) 쪽이나 제2 부화소 전극(191b) 쪽으로 기울어지는 것을 유도할 수 있으므로, 경계부(B)에서 액정 제어력을 양호하게 할 수 있고 텍스처(texture) 발생을 억제할 수 있다. 돌기(181b)는 연결부(199)와 또한 중첩할 수 있다. 도시된 실시예와 달리, 제2 절연층(180b)은 돌기(181b)를 포함하지 않을 수 있다.
다음 제2 표시판(200)에 대하여 설명하면, 유리 같은 투명한 절연 물질로 이루어질 수 있는 제2 기판(210) 위에 블랙 매트릭스(black matrix)로 불리는 차광 부재(220)가 위치한다. 차광 부재(220)는 빛 샘(light leakage)을 막아주는 역할을 하며, 제1 표시판(100)에 위치할 수도 있다.
차광 부재(220) 위에는 공통 전극(270)이 위치한다. 공통 전극(270)은 ITO, IZO 등의 투명한 도전 물질로 형성될 수 있다. 공통 전극(270)은 복수의 화소(PX)에 걸쳐 또는 실질적으로 제2 표시판(200) 전체에 걸쳐 하나의 통판으로 형성될 수 있다. 하지만, 공통 전극(270)에는 슬릿이나 개구부가 형성되어 있을 수도 있다.
제1 표시판(100)과 제2 표시판(200) 사이에는 액정 분자들(310)을 포함하는 액정층(3)이 위치한다. 액정 분자들(310)은 음의 유전율 이방성을 가질 수 있고, 전기장과 액정 분자들(310)의 장축이 수직인 방향으로 배열될 수 있다. 하지만, 액정 분자들(310)은 양의 유전율 이방성을 가질 수 있고, 전기장과 액정 분자들(310)의 장축이 평행한 방향으로 배열될 수도 있다. 제1 표시판(100)과 액정층(3) 사이, 그리고 제2 표시판(200)과 액정층(3) 사이에는 배향막(도시되지 않음)이 위치할 수 있다. 배향막은 수직 배향막일 수 있다.
도 6은 일 실시예에 따른 액정 표시 장치의 여섯 화소의 평면도이다.
도 6은 예컨대 행렬로 배열되어 있는 화소들 중 인접 배치되어 있는 여섯 개의 화소(PX)를 도시하고 있으며, 그러한 영역에서 제1 절연층(180a) 및 제2 절연층(180b)을 서로 방향이 다른 사선으로 나타내고 있다. 화소 전극(191)에는 예컨대 도 3에 도시된 것과 같이 슬릿이나 개구부가 형성되어 있을 수 있지만 간략하게 대략 사각형으로 나타내었다.
도 6을 참고하면, 제1 절연층(180a)과 제2 절연층(180b)의 평면상 배치에 있어서, 제1 절연층(180a)은 제1 방향(D1)으로 인접하는 화소들(PX), 특히 인접하는 제1 부화소 전극들(191a)에 걸쳐 연속적으로 위치할 수 있고, 제2 절연층(180b)도 제1 방향(D1)으로 인접하는 화소들(PX), 특히 인접하는 제2 부화소 전극들(191b)에 걸쳐 연속적으로 위치할 수 있다. 제1 절연층(180a)은 제1 부화소 전극(191a)과 중첩하고 제2 절연층(180b)은 제2 부화소 전극(191b)과 중첩하므로, 제1 절연층(180a)과 제2 절연층(180b)은 제2 방향(D2)으로는 인접하는 화소들(PX)에 걸쳐 번갈아 가며 불연속적으로 위치할 수 있다. 제1 절연층(180a)과 제2 절연층(180b)의 가장자리들은 도시된 바와 같이 중첩할 수 있지만, 중첩하지 않을 수도 있다.
전술한 바와 같이, 제1 부화소 전극(191a)과 제2 부화소 전극(191b)은 연결부(199)에 연결되어 있으므로 동일한 데이터 전압을 인가받는다. 하지만, 제2 부화소 전극(191b) 위에 위치하는 제2 절연층(180b)의 의한 전압 강하(voltage drop)로 인해, 액정층에 전기장을 형성하기 위해 작용하는 전압(유효 전압(effective voltage))이 작아지고, 그 결과 제1 부화소(sPXa)의 액정층(3)에 형성되는 전기장의 세기보다 제2 부화소(sPXb)의 액정층(3)에 형성되는 전기장의 세기가 작아진다. 반면, 제1 부화소 전극(191a) 위에는 절연층이 없기 때문에, 제1 부화소(sPXa)의 유효 전압은 인가 전압(데이터 전압)과 동일할 수 있다. 전압 강하 효과는 제2 절연층(180b)의 유전율 및 두께에 의존할 수 있으며, 다음 식으로부터 두께가 두꺼울수록, 유전율이 작을수록 전압 강하 효과는 증가함을 알 수 있다.
Figure 112017074724006-pat00001
(여기서 Veff는 유효 전압이고, V0는 인가 전압이고, dp는 절연층의 두께이고, dlc는 셀 갭이고, εp는 절연층의 유전율이고, εlc는 액정층의 유전율이다.)
제1 부화소(sPXa)의 액정층(3)에 형성되는 전기장의 세기가 더 작은 이유를 다른 방식으로 설명하면, 전기장의 세기는 전압에 비례하고 두 전극 사이의 거리에 반비례한다. 제1 부화소 전극(191a)과 제2 부화소 전극(191b)에는 인가되는 전압은 동일하지만, 제1 부화소 전극(191a)과 공통 전극(270) 간의 거리는 대략 제1 셀 갭(CGa)에 대응하고, 제2 부화소 전극(191b)과 공통 전극(270) 간의 거리는 대략 제2 셀 갭(CGb)과 제2 절연층(180b)의 두께(Tb)의 합에 대응한다. 따라서 제2 부화소 전극(191b)과 공통 전극(270) 간의 거리가 상대적으로 크므로, 제1 부화소(sPXa)의 액정층(3)에 형성되는 전기장의 세기가 작을 수 있다.
액정층(3)의 액정 분자들(310)은 전기장의 세기가 클수록 많이 기울어지게 되며 많은 양의 광을 투과시킬 수 있다. 따라서 제1 부화소(sPXa)의 투과율과 제2 부화소(sPXb)의 투과율이 다르다. 제1 및 제2 부화소들(sPXa, sPXb)의 투과율의 차이를 적절히 조절하면, 측면에서 바라보는 영상이 정면에서 바라보는 영상에 최대한 가깝게 되도록 할 수 있고, 이에 따라 측면 시인성을 개선할 수 있다.
이러한 측면 시인성을 개선할 수 있는 제1 및 제2 부화소들(sPXa, sPXb)을 형성함에 있어서, 단지 하나의 트랜지스터를 배치하고 하나의 데이터 전압만을 인가하면 된다. 따라서 복수의 트랜지스터를 배치하거나 복수의 데이터 전압을 인가하여 측면 시인성을 개선하는 구조에 비해, 액정 표시 장치의 개구율을 증가시킬 수 있고 구동 회로를 단순화할 수 있다. 또한, 제2 부화소 전극(191b) 위에 형성된 제2 절연층(180b)에 의한 전압 강하 효과를 이용하여 전기장의 세기를 다르게 하더라도, 제2 부화소 전극(191b)과 제1 부화소 전극(191a) 간의 높이 차를 두어 제2 셀 갭(CGb)을 제1 셀 갭(CGa)과 동등 수준으로 또는 그 이상으로 만들 수 있다. 따라서 제2 부화소(sPXb)에서 투과율이 감소하는 것을 방지할 수 있다.
도 2를 교차 참고하면, 제1 부화소 전극(191a)과 공통 전극(270)은 그 사이의 액정층(3)과 함께 제1 액정 축전기(Clc1)를 이루고, 제2 부화소 전극(191b)과 공통 전극(270)은 그 사이의 액정층(3)과 함께 제2 액정 축전기(Clc2)를 이룬다. 제1 및 제2 액정 축전기들(Clc1, Clc2)은 트랜지스터(Q)가 턴-오프된 후에도 인가된 전압을 유지시킨다. 또한, 제1 및 제2 부화소 전극들(191a, 191b)은 유지 전극선(125)과 중첩하여 제1 및 제2 유지 축전기들(Cst1, Cst2)을 이룰 수 있다. 일 실시예에 따르면, 제2 액정 축전기(Clc2)의 충전 전압을 제1 액정 축전기(Clc1)의 충전 전압보다 낮게 할 수 있고, 따라서 제1 및 제2 액정 축전기들(Clc1, Clc2)의 충전 전압을 다르게 하여 액정 표시 장치의 측면 시인성을 향상할 수 있다.
지금까지 일 실시예에 따른 액정 표시 장치에 대해 상세하게 설명하였다. 이하에서는 화소 전극의 형태에 있어서 전술한 실시예와 다른 몇몇 실시예에 대해 차이점을 위주로 설명하다. 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 도면 부호가 부여되어 있다.
도 7 및 도 8은 각각 일 실시예에 따른 액정 표시 장치의 한 화소의 평면도이다.
도 7을 참고하면, 화소 전극(191)은 제1 부화소 전극(191a) 및 제2 부화소 전극(191b)을 포함한다. 제1 부화소 전극(191a)은 가로 줄기부(192a), 세로 줄기부(193a), 가지부들(194a) 및 외곽 줄기부(195a)를 포함하고, 제2 부화소 전극(191b)은 가로 줄기부(192b), 세로 줄기부(193b), 가지부들(194b) 및 외곽 줄기부(195b)를 포함한다. 제2 부화소 전극(191b)의 외곽 줄기부(195b)는, 도 2의 실시예와 마찬가지로, 좌측, 우측 및 상측 가장자리들에 형성되어 있고 제1 부화소 전극(191a)과 마주하는 하측 가장자리에는 형성되어 있지 않다.
제1 부화소 전극(191a)의 외곽 줄기부(195a)는, 도 2의 실시예와 달리, 좌측, 우측 및 하측 가장자리들은 물론, 상측 가장자리까지 모든 가장자리에 형성되어 있다. 외곽 줄기부(195a)의 형성 영역이 증가함에 따라 제1 부화소 전극(191a)의 유효 면적이 증가하므로 투과율을 증가시킬 수 있다. 반면, 액정 제어력 측면에서는 불리할 수 있는데, 예컨대 가지부들(194a)에 의해 형성되는 프린지 필드(fringe field)의 방향과 외곽 줄기부(195a)에 의해 형성되는 프린지 필드의 방향이 다르므로 액정 분자들이 기울어지는 방향이 일정하지 않을 수 있기 때문이다. 이로 인해 텍스처가 발생하거나 응답 속도가 지연될 수 있다.
따라서 외곽 줄기부들(195a, 195b)의 형성은 투과율과 액정 제어력, 그리고 제1 부화소 전극(191a)과 제2 부화소 전극(191b)의 간격(d)을 고려하여 설계될 수 있다. 전술한 바와 같이, 투과율과 액정 제어력은 제1 부화소 전극(191a)과 제2 부화소 전극(191b)의 간격(d)에 또한 의존하기 때문이다. 제2 부화소(sPXb)보다 제1 부화소(sPXa)에서 생성되는 전기장의 크기가 크고 전기장이 크면 액정 제어력이 증가하므로, 제2 부화소 전극(191b)의 하측 가장자리보다는 제1 부화소 전극(191a)의 상측 가장자리에 외곽 줄기부(195a)를 형성하는 것이 유리할 수 있다. 도 6의 실시예에 따르면, 제1 부화소 전극(191a)은 상측 가장자리에는 외곽 줄기부(195)를 형성하여 투과율 향상을 도모하고, 제2 부화소 전극(191b)의 하측 가장자리에는 외곽 줄기부(195b)를 형성하지 않음으로써 액정 제어력 향상을 도모할 수 있다.
도 8을 참고하면, 도 6의 실시예와 유사하지만, 제1 부화소 전극(191a)의 외곽 줄기부(195a)가 좌측, 우측 및 상측 가장자리들은 물론, 하측 가장자리까지 모든 가장자리에 형성되어 있다. 외곽 줄기부(195a)의 형성 영역이 증가함에 따라 제1 부화소 전극(191a)의 유효 면적이 증가하므로 투과율을 증가시킬 수 있다. 반면, 액정 제어력 측면에서는 도 6의 실시예보다 불리할 수 있다.
이제, 도 9 내지 도 15를 참고하여, 몇몇 실시예들에 따른 액정 표시 장치의 특성들을 시뮬레이션(simulation) 결과에 기초하여 살펴보기로 한다. 각 구성요소에 대한 도면부호는 도 1 내지 도 7에 기재된 도면부호를 참고하기로 한다. 모든 시뮬레이션은 제1 부화소(sPXa)의 제1 셀 갭(CGa)을 3.2 마이크로미터로 설정하고, 제2 부화소(sPXb)에서 제2 절연층(180b)의 두께(Tb)와 제2 셀 갭(CGb)를 변화시켜가며 수행되었다.
도 9 내지 15는 몇몇 실시예에 따른 액정 표시 장치들의 특성들을 나타내는 그래프이다.
먼저 도 9 및 도 10에는 제1 부화소(sPXa)의 유효 전압에 대한 제2 부화소(sPXb)의 유효 전압의 비(이하 전압 비라고 함)가 도시된다. 도 9는 제2 셀 갭(CGb)이 3.2 마이크로미터인 경우 구동 전압(데이터 전압)에 따른 전압 비를 나타내고, 도 10은 제2 셀 갭(CGb)과 제2 절연층(180b)의 두께(Tb)에 따른 전압 비를 나타낸다.
도 9를 참고하면, 제2 절연층(180b)의 두께(Tb)가 1.0 마이크로미터인 경우 기준 전압 비(Ref)에 근접한 전압 비를 형성하고 있다. 저전압에서는 제2 절연층(180b)의 두께(Tb)가 1.3 마이크로미터인 경우, 고전압에서는 제2 절연층(180b)의 두께가 0.7 마이크로미터인 경우, 기준 전압 비(Ref)와 유사한 수준의 전압 비를 형성하고 있다. 따라서 제2 절연층(180b)의 두께(Tb)는 0.7 내지 1.3 마이크로미터, 또는 1.0 내지 1.3 마이크로미터인 것이 유리할 수 있다. 다만, 기준 전압 비(Ref)는 절대적인 것이 아니므로, 설계에 따라 제2 절연층(180b)의 두께는 변할 수 있다. 그렇더라도, 제2 절연층(180b)의 두께(Tb)가 0.5 마이크로미터보다 작으면, 전압 비가 1에 가까워져 측면 시인성 개선을 기대하기 어려울 수 있다.
도 10을 참고하면, 제2 셀 갭(CGb)이 작아지면 전압 비가 감소함을 알 수 있다. 따라서 소정의 전압 비를 얻기 위해서는 제2 절연층(180b)의 두께(Tb)와 제2 셀 갭(CGb)을 모두 고려해야 한다.
도 11 및 도 12에는 제2 절연층(180b)의 두께(Tb)와 제2 셀 갭(CGb)에 따른 제1 부화소(sPXa)에 대한 제2 부화소(sPXb)의 투과율(상대 투과율)이 도시된다. 제1 부화소(sPXa)와 제2 부화소(sPXb)의 면적 비는 1:1.5로 설정되었다. 도 11을 참고하면, 제2 절연층(180b)의 두께(Tb) 증가 시 전압 강하 효과로 인해 투과율이 작아진다. 투과율 감소는 제2 셀 갭(CGb)이 작을수록 더 현저하게 나타난다. 도 12를 참고하면, 제2 셀 갭(CGb)이 증가함에 따라 투과율이 증가한다. 따라서 소정의 투과율을 얻기 위해서는 제2 셀 갭(CGb)을 제1 셀 갭(CGa)과 유사하거나 그보다 크게 하는 것이 유리할 수 있다.
도 13에는 제2 셀 갭(CGb)이 3.2 마이크로미터일 때 제2 절연층(180b)의 두께(Tb)에 따른 V-T 특성이 도시된다. 도 13을 참고하면, 제2 절연층(180b)의 두께(Tb) 증가 시 전압 강하 효과로 인해 투과율이 감소하므로, V-T 곡선이 우측으로 이동한다(shift). 또한, V-T 곡선의 이동과 함께 V-T 곡선의 기울기가 작아짐에 따라서 측면 시인성에 유리한 방향으로 V-T 곡선이 형성된다. 이것은 계조가 높아짐에 따라 전압 비가 감소하는 효과에 기인한다.
도 14 및 도 15에는 제2 절연층(180b)의 두께(Tb)에 따른 측면 시인성 특성이 도시된다. 측면 시인성은 화소(PX)를 측면 60도에서 볼 때의 감마 곡선에 기초한 감마 왜곡 지수(GDI)로 평가될 수 있다. 도 14의 그래프는 제2 절연층(180b)의 두께(Tb)가 0.5 마이크로미터 이상이면 측면 시인성이 개선됨을 보여준다. 또한, 1 마이크로미터 이상이면 2개의 추가 트랜지스터와 기준 전압을 사용하여 분압 효과에 의한 측면 시인성을 개선하는 구조와 동등한 수준의 측면 시인성을 얻을 수 있다. 다만, 두께(Tb)가 어느 정도 증가하면 GDI가 다시 증가하는 것으로 나타난다.
도 15를 참고하면 6개의 그래프가 도시되는데, 가로축은 계조를 나타내고 세로축은 휘도(%)를 나타내는 감마 곡선이다. 도 15의 첫 번째 그래프에서 Ref는 제2 절연층(180b)의 두께(Tb)가 0일 때의 감마 곡선이다. 도 15의 다른 그래프들을 보면, 제2 절연층(180b)의 두께(Tb)가 증가함에 따라 측면 시인성이 개선되는 것(정면 감마 곡선에 가까워짐)을 알 수 있다. 제2 셀 갭(CGb)이 3.2 마이크로미터인 경우보다 2.8 마이크로미터 이하에서 측면 시인성은 더 개선될 수 있지만, 대신 투과율이 손실이 증가할 수 있다.
이상에서 본 발명의 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.
10: 표시 패널 100: 제1 표시판
121: 게이트선 124: 게이트 전극
171: 데이터선 173: 소스 전극
175: 드레인 전극 180a: 제1 절연층
180b: 제2 절연층 181b: 돌기
191: 화소 전극 191a: 제1 부화소 전극
191b: 제2 부화소 전극 199: 연결부
200: 제2 표시판 270: 공통 전극
3: 액정층 61: 접촉 구멍
85: 칼럼 스페이서

Claims (23)

  1. 기판,
    상기 기판 위에 위치하며 제1 부화소 전극과 제2 부화소 전극을 포함하는 화소 전극,
    상기 제1 부화소 전극 및 상기 제2 부화소 전극 위에 위치하는 액정층,
    상기 기판과 상기 제1 부화소 전극 사이에 위치하는 제1 절연층,
    상기 제1 부화소 전극과 상기 제2 부화소 전극 사이에 위치하고, 상기 제1 부화소 전극과 상기 제2 부화소 전극을 직접 연결하고, 상기 제1 절연층의 측면을 따라 연장하고, 상기 제1 절연층의 두께 방향에 대해 경사진 연결부,
    상기 제2 부화소 전극과 상기 액정층 사이에 위치하고, 상기 연결부를 덮는 제2 절연층, 그리고
    상기 액정층 위에 위치하는 공통 전극
    을 포함하며,
    상기 제1 부화소 전극과 상기 제2 부화소 전극은 일체로 형성되고 동일한 층에 위치하고,
    상기 제1 부화소 전극과 상기 공통 전극 간의 간격이 상기 제2 부화소 전극과 상기 공통 전극 간의 간격보다 작고,
    상기 제2 절연층은 상기 제2 부화소 전극 전체를 덮고 상기 제1 부화소 전극의 중앙부와 중첩하지 않고,
    상기 제2 절연층은 상기 제1 절연층과 중첩하는 중첩부 및 상기 제1 절연층과 중첩하지 않는 비중첩부를 포함하고,
    상기 중첩부는 상기 비중첩부보다 상기 액정층 쪽으로 더 돌출한 액정 표시 장치.
  2. 삭제
  3. 제1항에서,
    상기 제1 부화소 전극과 상기 제2 부화소 전극은 중첩하지 않는 액정 표시 장치.
  4. 제1항에서,
    상기 제1 부화소 전극과 상기 제2 부화소 전극은 마주하는 단부들이 연결되어 있는 액정 표시 장치.
  5. 제4항에서,
    상기 제1 부화소 전극과 상기 제2 부화소 전극은 상기 연결부와 일체로 형성된 액정 표시 장치.
  6. 삭제
  7. 제1항에서,
    상기 제1 절연층과 상기 제2 절연층은 서로 다른 물질로 형성되어 있는 액정 표시 장치.
  8. 제7항에서,
    상기 제1 절연층 위에 위치하는 칼럼 스페이서를 더 포함하며,
    상기 제2 절연층은 상기 칼럼 스페이서와 동일한 물질로 형성되어 있는 액정 표시 장치.
  9. 제1항에서,
    상기 제2 부화소 전극과 중첩하는 액정층의 셀 갭이 상기 제1 부화소 전극과 중첩하는 액정층의 셀 갭의 0.85 내지 1.15배인 액정 표시 장치.
  10. 제1항에서,
    상기 제2 절연층의 두께가 0.5 마이크로미터 이상인 액정 표시 장치.
  11. 제1항에서,
    상기 제2 절연층은 상기 제1 절연층과 중첩하며 상기 액정층을 향해 돌출되어 있는 돌기를 포함하는 액정 표시 장치.
  12. 기판,
    상기 기판 위에 위치하며 제1 부화소 전극과 제2 부화소 전극을 포함하는 화소 전극,
    상기 부화소 전극 및 상기 제2 부화소 전극 위에 위치하는 액정층,
    상기 기판과 상기 제1 부화소 전극 사이에 위치하는 제1 절연층,
    상기 제2 부화소 전극과 상기 액정층 사이에 위치하는 제2 절연층, 그리고
    상기 액정층 위에 위치하는 공통 전극
    을 포함하며,
    상기 제1 부화소 전극은 상기 제2 부화소 전극보다 상기 기판으로부터 멀리 위치하고, 상기 제1 부화소 전극과 상기 제2 부화소 전극은 마주보는 가장자리들이 서로 연결되어 있고,
    상기 제1 절연층은 제1 방향으로 복수의 제1 부화소 전극에 걸쳐 연속적으로 위치하고, 상기 제2 절연층은 상기 제1 방향으로 복수의 제2 부화소 전극에 걸쳐 연속적으로 위치하고,
    상기 제1 절연층 및 상기 제2 절연층은 상기 제1 방향과 교차하는 제2 방향으로 번갈아 가며 위치하고,
    상기 제2 절연층은 상기 제2 절연층은 상기 제1 절연층과 중첩하는 중첩부 및 상기 제1 절연층과 중첩하지 않는 비중첩부를 포함하고,
    상기 중첩부는 상기 비중첩부보다 상기 액정층 쪽으로 더 돌출한 액정 표시 장치.
  13. 제12항에서,
    상기 제1 부화소 전극과 상기 제2 부화소 전극은 이들과 일체로 형성된 연결부에 의해 연결되어 있는 액정 표시 장치.
  14. 제13항에서,
    상기 연결부는 상기 제1 절연층의 측면을 따라 연장하는 액정 표시 장치.
  15. 제14항에서,
    상기 제1 부화소 전극 및 상기 제2 부화소 전극은 각각 가로 줄기부, 상기 가로 줄기부와 교차하는 세로 줄기부, 그리고 상기 가로 줄기부 및 세로 줄기부로부터 사선 방향으로 뻗어 있는 가지부들을 포함하고,
    상기 연결부는 상기 제1 부화소 전극의 세로 줄기부와 상기 제2 부화소 전극의 세로 줄기부에 연결되어 있는 액정 표시 장치.
  16. 제15항에서,
    상기 제1 부화소 전극 및 상기 제2 부화소 전극은 각각 적어도 한 가장자리에 형성되어 있는 외곽 줄기부를 포함하는 액정 표시 장치.
  17. 제16항에서,
    상기 외곽 줄기부는 상기 제1 부화소 전극과 상기 제2 부화소 전극의 마주보는 가장자리들 중 적어도 하나에는 형성되어 있지 않은 액정 표시 장치.
  18. 삭제
  19. 제13항에서,
    상기 중첩부는 상기 연결부와 중첩하는 액정 표시 장치.
  20. 제12항에서,
    상기 기판과 상기 화소 전극 사이에 위치하는 트랜지스터를 더 포함하며,
    상기 제1 부화소 전극은 연장부에 의해 상기 트랜지스터에 직접 연결되어 있고, 상기 제2 부화소 전극은 상기 제1 부화소 전극을 통해 상기 트랜지스터에 전기적으로 연결되어 있는 액정 표시 장치.
  21. 삭제
  22. 삭제
  23. 제12항에서,
    상기 제1 절연층의 가장자리와 상기 제2 절연층의 가장자리가 중첩하는 액정 표시 장치.
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