KR20030004458A - 수직 배향형 액정 표시 장치 - Google Patents

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Abstract

게이트 배선 및 데이터 배선 등의 신호 전달 배선, 이들 배선에 연결되어 있는 박막 트랜지스터, 박막 트랜지스터에 연결되어 있는 화소 전극이 형성되어 있는 하부 기판과 색 필터, 블랙 매트릭스 및 공통 전극 등이 형성되어 있는 상부 기판 사이에 액정 물질이 주입되어 있다. 이 때, 화소 전극과 공통 전극은 화소 전극을 다수의 소도메인으로 분할하는 개구부를 가진다. 또, 액정 물질에 포함되어 있는 액정 분자의 방향자는 화소 전극과 공통 전극 사이에 전계가 인가되지 않은 상태에서 상부 및 하부 기판에 대하여 수직으로 배향되어 있고, 액정 물질의 유전율 이방성은 -4.0에서 -5.5 사이의 값을 가진다.

Description

수직 배향형 액정 표시 장치{a vertically aligned mode liquid crystal display}
본 발명은 본 발명은 액정 표시 장치에 관한 것으로서, 특히 광시야각을 얻기 위하여 화소 영역을 다수의 소도메인으로 분할하는 수직 배향 액정 표시 장치에 관한 것이다.
액정 표시 장치는 일반적으로 공통 전극과 컬러 필터(color filter) 등이 형성되어 있는 상부 기판과 박막 트랜지스터와 화소 전극 등이 형성되어 있는 하부 기판 사이에 액정 물질을 주입해 놓고 화소 전극과 공통 전극에 서로 다른 전위를 인가함으로써 전계를 형성하여 액정 분자들의 배열을 변경시키고, 이를 통해 빛의 투과율을 조절함으로써 화상을 표현하는 장치이다.
그런데 액정 표시 장치는 시야각이 좁은 것이 중요한 단점이다. 이러한 단점을 극복하고자 시야각을 넓히기 위한 다양한 방안이 개발되고 있는데, 그 중에서도 액정 분자를 상하 기판에 대하여 수직으로 배향하고 화소 전극과 그 대향 전극인 공통 전극에 일정한 개구 패턴을 형성하거나 돌기를 형성하는 방법이 유력시되고 있다.
개구 패턴을 형성하는 방법으로는 화소 전극과 공통 전극에 각각 개구 패턴을 형성하여 이들 개구 패턴으로 인하여 형성되는 프린지 필드(fringe field)를 이용하여 액정 분자들이 눕는 방향을 조절함으로써 시야각을 넓히는 방법이 있다.
돌기를 형성하는 방법은 상하 기판 위에 형성되어 있는 화소 전극과 공통 전극 위에 각각 돌기를 형성하여 둠으로써 돌기에 의하여 왜곡되는 전기장을 이용하여 액정 분자의 눕는 방향을 조절하는 방식이다.
또 다른 방법으로는, 하부 기판 위에 형성되어 있는 화소 전극에는 개구 패턴을 형성하고 상부 기판에 형성되어 있는 공통 전극 위에는 돌기를 형성하여 개구 패턴과 돌기에 의하여 형성되는 프린지 필드를 이용하여 액정의 눕는 방향을 조절함으로써 도메인을 형성하는 방식이다.
그런데, 이러한 수직 배향(vertically aligned: VA) 모드 액정 표시 장치에서는 액정이 비틀림 배향되어 있는 트위스티드 네마틱(twisted nematic: TN) 모드 액정 표시 장치에 비하여 높은 구동 전압을 필요로 한다. 즉, TN 모드 액정 표시 장치는 AVdd(아날로그 구동전압)가 9V 이하이나 VA 모드 액정 표시 장치는 AVdd가 10V에서 13V 사이이다. 따라서 TN 모드 액정 표시 장치는 10V 탭 IC를 구동 IC로 사용할 수 있으나 VA 모드 액정 표시 장치는 13V 탭 IC나 15V 탭 IC를 사용하여야 한다. 그러나 10V 탭 IC에 비하여 13V 탭 IC나 15V 탭 IC는 가격이 높기 때문에 수직 배향형 액정 표시 장치의 가격 경쟁력을 떨어뜨리는 큰 원인으로 작용한다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 수직 배향형 액정 표시 장치의 구동 전압을 낮추는 것이다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 액정 표시 장치용 박막 트랜지스터 기판의 배치도이고,
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 액정 표시 장치의 공통 전극에 형성되어 있는 개구부의 배치도이고,
도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 액정 표시 장치를 정면에서 바라볼 때의 화소 전극과 공통 전극 개구부의 배치도이고,
도 4는 도 3의 Ⅳ-Ⅳ'선에 대한 단면도이고,
도 5는 액정의 유전율 이방성에 따른 V-T 곡선의 변화를 나타내는 그래프이고,
도 6은 액정의 유전율 이방성에 따른 V10전압을 나타내는 그래프이고,
도 7은 본 발명의 제2 실시예에 따른 액정 표시 장치용 박막 트랜지스터 기판의 배치도이고,
도 8은 본 발명의 제2 실시예에 따른 액정 표시 장치의 공통 전극에 형성되어 있는 개구부의 배치도이고,
도 9는 본 발명의 제2 실시예에 따른 액정 표시 장치를 정면에서 바라볼 때의 화소 전극과 공통 전극 개구부의 배치도이고,
도 10은 도 9의 X-X'선에 대한 단면도이다.
이러한 과제를 해결하기 위하여 본 발명에서는 유전율 이방성이 -4.0V 이하인 액정 물질을 사용한다.
구체적으로는, 제1 절연 기판, 상기 제1 절연 기판 위에 형성되어 있는 제1 배선, 상기 제1 절연 기판 위에 형성되어 있으며 상기 제1 배선과 절연되어 교차하고 있는 제2 배선, 상기 제1 배선과 상기 제2 배선이 교차하여 정의하는 화소 영역마다 형성되어 있는 화소 전극, 상기 제1 배선, 상기 제2 배선 및 상기 화소 전극과 연결되어 있는 박막 트랜지스터, 상기 제1 절연 기판과 대향하는 제2 절연 기판, 상기 제2 절연 기판 위에 형성되어 있는 공통 전극, 상기 제1 절연 기판과 상기 제2 절연 기판 사이에 주입되어 있는 액정 물질을 포함하고, 상기 액정 물질에 포함되어 있는 액정 분자는 상기 화소 전극과 상기 공통 전극 사이에 전계가 인가되지 않은 상태에서 상기 제1 및 제2 기판에 대하여 수직으로 배향되어 있고, 상기 액정 물질의 유전율 이방성은 -4.0에서 -5.5 사이인 액정 표시 장치를 마련한다.
이 때, 상기 액정 물질의 유전율 이방성은 -4.5에서 -5.5 사이이면 더욱 바람직하다. 또한, 상기 화소 영역을 다수의 소도메인으로 분할하도록 상기 제1 기판과 상기 제2 기판 위에 도메인 분할 수단을 형성할 수 있다. 여기서 도메인 분할 수단은 상기 화소 전극이 가지고 있는 개구 패턴과 제2 절연 기판 위에 형성되어 있는 유전체 돌기의 조합이거나 상기 화소 전극과 상기 공통 전극에 각각 형성되어 있는 개구 패턴의 조합일 수 있다.
한편, 상기 제1 및 제2 도메인 분할 수단에 의하여 분할되는 상기 소도메인은 좌우 도메인과 상하 도메인으로 구분할 때, 상기 상하 도메인이 점유하는 면적이 상기 좌우 도메인이 점유하는 면적보다 크게 할 수 있다. 또, 인접한 두 개의 상기 제2 배선 사이의 간격은 일정한 길이를 주기로 하여 반복적으로 변화하며, 상기 화소 전극의 상기 제2 배선과 인접한 변은 상기 제2 배선과 동일한 패턴으로 굴절되어 있어서 상기 화소 전극은 폭이 좁은 부분과 넓은 부분을 가질 수도 있다.
그러면 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 따른 수직 배향형 액정 표시 장치에 대하여 설명한다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 액정 표시 장치용 박막 트랜지스터 기판의 배치도이고, 도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 액정 표시 장치의 공통 전극에 형성되어 있는 개구부의 배치도이고, 도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 액정 표시 장치를 정면에서 바라볼 때의 화소 전극과 공통 전극 개구부의 배치도이고, 도 4는 도 3의 Ⅳ-Ⅳ'선에 대한 단면도이다.
먼저, 도 1과 도 4를 참고로 하여 제1 실시예에 따른 액정 표시 장치의 박막 트랜지스터 기판에 대하여 설명한다.
유리 등의 투명한 절연 기판(10) 위에 가로 방향으로 뻗어 있는 게이트선(20)이 형성되어 있고, 게이트선과 나란하게 유지 용량선(30)이 형성되어 있다. 게이트선(20)에는 게이트 전극이(21) 돌기의 형태로 형성되어 있고, 유지 용량선(30)에는 제1 내지 제4 유지 전극(31, 32, 33, 34)과 유지 전극 연결부(35, 36)가 가지의 형태로 연결되어 있다. 제1 유지 전극(31)은 유지 용량선(30)에 직접 연결되어 세로 방향으로 형성되어 있고, 제2 유지 전극(32)과 제3 유지전극(33)은 각각 제1 유지 전극(31)에 연결되어 가로 방향으로 뻗어 있다. 제4 유지 전극(34)은 제2 및 제3 유지 전극(32, 33)에 연결되어 세로 방향으로 뻗어 있다. 유지 전극 연결부(35, 36)는 제4 유지 전극(34)과 이웃하는 화소의 제1 유지 전극(31)을 연결하고 있다. 게이트 배선(20, 21)과 유지 용량 배선(30, 31, 32, 33, 34, 35, 36) 위에는 게이트 절연막(40)이 형성되어 있고, 게이트 전극(21) 상부의 게이트 절연막(40) 위에는 비정질 규소로 이루어진 반도체층(50)이 형성되어 있다. 반도체층(50)의 위에는 인(P) 등의 N형 불순물이 고농도로 도핑되어 있는 비정질 규소로 이루어진 접촉층(61, 62)이 형성되어 있다. 양쪽 접촉층(61, 62)의 위에는 각각 소스 전극(71)과 드레인 전극(72)이 형성되어 있고, 소스 전극(71)은 게이트 절연막(40) 위에 세로 방향으로 뻗어 있는 데이터선(70)에 연결되어 있다. 데이터 배선(70, 71, 72)의 위에는 드레인 전극(72)을 노출시키는 접촉구(81)를 가지는 보호막(80)이 형성되어 있고, 보호막(80)의 위에는 접촉구(81)를 통하여 드레인 전극(72)과 연결되어 있는 화소 전극(90)이 형성되어 있다. 화소 전극(90)은 ITO(indium tin oxide) 또는 IZO(indium zinc oxide) 등의 투명한 도전 물질로 이루어진다.
이 때, 화소 전극(90)은 제1 내지 제3 소부분(91, 92, 93)으로 분리되어 있으며 이들 소부분은 연결부(94, 95, 96)를 통하여 서로 연결되어 되어 있다. 제1 소부분(91)은 두 게이트선(20)과 두 데이터선(70)의 교차에 의하여 정의되는 화소 영역의 하반면에 네 모서리가 잘려나간(이하 "모따기"라 한다.) 직사각형 모양으로 형성되어 있고, 접촉구(81)를 통하여 드레인 전극(72)과 직접 연결되어 있다. 제2및 제3 소부분(92, 93)은 화소 영역의 상반면에 역시 네 모서리가 잘려나간 직사각형 모양으로 형성되어 있다. 제2 소부분(92)은 제1 소부분(91)과 제1 및 제2 연결부(94, 96)를 통하여 연결되어 있고, 제3 소부분(93)은 제2 소부분(92)과 제3 연결부(95)를 통하여 연결되어 있다. 이 때, 제1 소부분(91)과 제2 소부분(92)의 사이에는 제2 유지 전극(32)이 위치하고 제2 소부분(92)과 제3 소부분(93)의 사이에는 제3 유지 전극(33)이 위치하며, 제1 유지 전극(31)과 제4 유지 전극(34)은 화소 전극(90)과 데이터선(70)의 사이에 위치한다. 제1 소부분(91)은 데이터선과 나란한 변이 게이트선과 나란한 변에 비하여 길고, 제2 소부분과 제3 소부분은 데이터선과 나란한 변이 게이트선과 나란한 변에 비하여 짧다. 이 때, 제2 및 제3 소부분(92, 93)은 제1 및 제4 유지 전극(31, 34)과 중첩되나 제1 소부분(91)은 제1 및 제4 유지 전극(31, 34)과 중첩되지 않는다. 또, 유지 용량선(30)은 게이트선(20)과 제3 소부분(93) 사이에 위치한다. 이 때, 유지 용량선(30), 유지 전극(31, 32, 33, 34) 및 유지 전극 연결부(35, 36)에는 후술하는 색 필터 기판의 공통 전극에 인가되는 전위가 인가되는 것이 보통이다.
이상과 같이, 데이터선과 화소 전극 사이 및 게이트선과 화소 전극 사이에 공통 전위가 인가되는 유지 용량선이나 유지 전극을 배치하면 데이터선 전위와 게이트선 전위가 화소 영역의 전계에 미치는 영향을 유지 용량선과 유지 전극이 차단하여 안정된 도메인을 형성할 수 있다.
다음, 도 2와 도 4를 참고로 하여, 본 발명의 제1 실시예에 따른 액정 표시 장치의 색 필터 기판에 대하여 설명한다.
유리 등으로 이루어진 투명한 기판(100) 위에 크롬/산화크롬 이중층으로 이루어진 블랙 매트릭스(200)가 형성되어 있어서 화소 영역을 정의하고 있다. 각 화소 영역에는 색 필터(300)가 형성되어 있고, 색 필터(300)의 위에는 투명한 도전체로 이루어진 공통 전극(400)이 기판(100) 전면에 형성되어 있다. 공통 전극(400)의 위에는 유전율이 액정 물질(900)과 다른 유전체로 이루어진 돌기 패턴(510, 520, 530)이 형성되어 있다. 이 때, 돌기 패턴(510, 520, 530)은 제1 내지 제3 돌기(510, 520, 530)로 이루어져 있다. 제1 돌기(510)는 화소 영역의 하반부를 좌우로 양분하고 있고, 제2 돌기(520)와 제3 돌기(530)는 화소 영역의 상반부를 상하로 3분하고 있다. 각 돌기(510, 520, 530)의 양끝 부분은 점점 확장되어 이등변 삼각형 모양을 이루고 있으며, 이들 각 돌기(510, 520, 530)는 서로 분리되어 있다.
위에서 블랙 매트릭스는 유기 물질로 형성할 수도 있으며, 색 필터는 박막 트랜지스터 기판에 형성할 수도 있다.
그러면, 도 3과 도 4를 참고로 하여, 본 발명의 제1 실시예에 따른 액정 표시 장치에 대하여 설명한다.
도 1의 박막 트랜지스터 기판과 도 2의 색 필터 기판을 정렬하여 결합하고, 두 기판 사이에 액정 물질(900)을 주입하여 그에 포함되어 있는 액정 분자의 방향자를 수직으로 배향하며, 두 개의 편광판(11, 101)을 두 기판(10, 100)의 외부에 그 편광축이 서로 직교하도록 배치하면 제1 실시예에 따른 액정 표시 장치가 마련된다.
두 기판(10, 100)이 정렬된 상태에서는 박막 트랜지스터 기판의 화소전극(90)의 각 소부분(91, 92, 93)과 색 필터 기판의 공통 전극(400) 위에 형성되어 있는 제1 내지 제3 돌기(510, 520, 530)가 중첩하여 화소 영역을 다수의 소도메인으로 분할한다. 이 때, 화소전극(90)의 각 소부분(91, 92, 93)은 두 개의 장변과 두 개의 단면으로 이루어지며, 각 소부분의 장변은 데이터선(70) 또는 게이트선(20)과 나란하고, 편광판의 편광축과는 45°를 이룬다(도 3 참조). 여기서, 데이터선(70)이나 게이트선(20)과 인접하여 화소 전극(90)의 각 소부분(91, 92, 93)의 장변이 위치하고 있는 경우에는 데이터선(70)과 장변 사이 및 게이트선(20)과 장변 사이에 유지 용량선(30)이나 유지 전극(31, 32, 33, 34)이 배치된다. 한편, 화소 전극의 각 소부분(91, 92, 93)의 단변 주변에는 유지 용량 배선(30, 31, 32, 33, 34)이 배치되지 않거나, 배치되어 있는 경우에는 화소 전극(90)에 의하여 완전히 덮이거나 또는 화소 전극(90)으로부터 3㎛ 이상 멀리 떨어져 있는 것이 바람직하다. 이와 같이 유지 용량 배선(30, 31, 32, 33, 34)을 배치하는 이유는 데이터선(70) 또는 게이트선(20)이 화소 전극 소부분(91, 92, 93)의 장변과 인접하는 부분에서는 데이터선(70) 또는 게이트선(20)의 전위가 도메인 형성을 방해하는 방향으로 작용하고, 반대로 단변과 인접하는 부분에서는 데이터선(70) 또는 게이트선(20)의 전위가 도메인 형성을 돕는 방향으로 작용하기 때문이다.
이 때, 액정 물질(900)의 유전율 이방성()은 -4.0에서 -5.5 사이의 값을 가진다. 액정 물질(900)의 유전율 이방성()이 -4.5에서 -5.5 사이의 값을 가지면 V10전압(투과율이 최고 투과율의 10%에 도달하는 전압)을 2.2V 이하로 낮출 수 있어서 더욱 바람직하다.
그러면 도 5와 도 6을 참고로 하여 액정 물질(900)의 유전율 이방성이 -4.0에서 -5.5 사이의 값이 되어야 하는 이유를 설명한다. 도 5는 액정의 유전율 이방성에 따른 V-T 곡선의 변화를 나타내는 그래프이고, 도 6은 액정의 유전율 이방성에 따른 V10전압을 나타내는 그래프이다.
도 5를 보면, 액정의 유전율 이방성()이 클수록 V-T 곡선이 빨리 상승함을 알 수 있다. 따라서 액정의 유전율 이방성()이 클수록 최고 투과율에 도달하는 전압이 더 낮다. 종래에 사용하는 액정(4번 그래프)은 유전율 이방성()이 -3.8 정도인 LC4에 해당한다. 그런데 LC4는, 도 5에서 알 수 있는 바와 같이, 5.5V 구동(AVdd 기준 11V)에는 적합하나 4.5V 구동(AVdd 기준 9V)에서는 투과율이 지나치게 감소하여 적용하기 어렵다.
도 6을 보면, 유전율 이방성의 절대값이 커질수록(4번 그래프로부터 1번 그래프로 갈수록) V10전압(투과율이 최고 투과율의 10%에 도달하는 전압)이 낮아짐을 알 수 있다. 종래에 사용되는 액정(4번 그래프)인 LC4의 V10전압이 약 2.4~2.5V 사이이고, AVdd 기준 9V 이하의 저전압 구동을 위해서는 V10전압이 LC4에 비하여 약 0.5V 정도 낮아야 한다. 투과율 감소를 약간 감수한다면 V10전압이 LC4에 비하여 약 0.3V 정도 낮으면 AVdd 기준 9V 이하의 저전압 구동이 가능하다. 즉, V10전압이 2.2V 이하가 되면 저전압 구동이 가능하다. 도 6을 보면, 액정의 유전율 이방성()이 -4.5 이하가 되어야 V10전압이 2.2V 이하가 되어 저전압 구동에 적합함을 알 수 있다. 그러나 액정의 유전율 이방성()이 -5.5 이하가 되면 액정의 점도가 지나치게 커져 응답 속도가 느려지고 잔상이 심해진다. 그런데 셀갭, 액정의 탄성계수, 액정의 굴절율 이방성() 등의 다른 셀변수를 조정함으로써 구동 전압을 일정 정도 보상할 수 있음을 고려하면, 저전압 구동에 적합한 유전율 이방성() 값은 -5.5에서 -4.0 사이의 범위로 확장된다.
도 7은 본 발명의 제2 실시예에 따른 액정 표시 장치용 박막 트랜지스터 기판의 배치도이고, 도 8은 본 발명의 제2 실시예에 따른 액정 표시 장치의 공통 전극에 형성되어 있는 개구부의 배치도이고, 도 9는 본 발명의 제2 실시예에 따른 액정 표시 장치를 정면에서 바라볼 때의 화소 전극과 공통 전극 개구부의 배치도이고, 도 10은 도 9의 X-X'선에 대한 단면도이다.
먼저, 도 8과 도 10을 참고로 하여 박막 트랜지스터 기판에 대하여 설명한다.
절연 기판(10) 위에 가로 방향으로 게이트선(20)이 형성되어 있고, 게이트선(20)과 동일한 방향으로 유지 용량선(30)이 형성되어 있으며, 게이트선(20)에는 돌기의 형태로 게이트 전극(21)이 형성되어 있다. 이 때, 유지 용량선(30)은 일직선 모양으로 형성되어 있지 않다. 즉, 폭이 넓은 막대들이 가로방향으로 뻗어 있는 가상의 직선을 중심으로 하여 번갈아 가며 상하로 조금씩 어긋나게 배열되어 있고, 이들 막대 사이를 폭이 좁은 연결부가 연결하는 형태를 취하고 있다. 유지 용량선(20)에는 세로 방향으로 뻗어 있는 제1 및 제2 가지 전극(33, 31)이 연결되어 있고, 제2 가지 전극(31)에는 가로 방향으로 뻗어 있는 제3 가지 전극(32)이 연결되어 있다.
게이트선(20)과 유지 용량 배선(30, 33, 31, 32) 위에는 게이트 절연막(40)이 형성되어 있다.
게이트 절연막(40) 위에는 수소화 비정질 규소 따위의 반도체로 이루어진 반도체층(50)이 형성되어 있다. 반도체층(50)은 게이트 전극(21)과 중첩되어 있다.
반도체층(50) 위에는 n형 불순물로 고농도로 도핑되어 있는 n+ 수소화 비정질 규소 따위의 물질로 만들어진 접촉층(도시하지 않음)이 형성되어 있다. 접촉층은 게이트 전극(21)을 중심으로 하여 양쪽으로 분리되어 있다.
접촉층 위에는 데이터 배선(70, 71, 72)이 형성되어 있다. 데이터선(70)은 게이트 절연막(40) 위에 세로 방향으로 형성되어 있다. 그런데 데이터선(70)은 일직선으로 형성되어 있지 않다. 즉, 여러 개의 막대들이 세로 방향으로 뻗어 있는 가상의 직선을 중심으로 하여 번갈아 가며 좌우로 조금씩 어긋나게 배열되어 있고, 이들 서로 어긋나 있는 막대 사이를 연결부가 연결하는 형태를 취하고 있다. 막대 사이의 어긋나 있는 거리는 상하 도메인과 좌우 도메인의 점유율을 고려하여 조정한다. 이 때, 이웃하는 두 데이터선(70)은 좌우로 어긋나는 순서가 서로 반대로 되어 있어서 두 데이터선(70)에 의하여 그 사이에 형성되는 영역은 좁은 부분과 넓은 부분이 번갈아 나타나도록 되어 있다. 이는 좌우 방향 및 상하 방향 모두에서 동일하다. 데이터선(70)은 유지 용량선(30) 및 게이트선(20)과 교차하는데, 데이터선(70)과 유지 용량선(30)은 양자의 연결부에서 서로 교차한다.
데이터선(70)의 위에는 보호막(80)이 형성되어 있다.
보호막(80)의 위에는 이웃하는 두 줄의 게이트선(20)과 데이터선(70)이 교차하여 이루는 하나의 화소 영역에 하나씩 ITO(indium tin oxide)나 IZO(indium zinc oxide)로 이루어진 화소 전극(90)이 형성되어 있다. 화소 전극(90)은 접촉구(141)를 통하여 드레인 전극(72)과 연결되어 있다. 또 화소 전극(90)은 화소 영역의 모양과 동일하게 넓은 부분과 좁은 부분을 가지고 있으며, 좁은 부분에는 세로 방향으로 길게 제1 개구부(98)가 형성되어 있고, 넓은 부분에는 가로 방향으로 길게 2개의 제2 개구부(99)가 형성되어 있다. 이 때, 화소 전극(90)의 좁은 부분은 제1 개구부(98)에 의하여 좌우로 양분되고, 넓은 부분은 제2 개구부(99)에 의하여 상하로 3분된다. 3분된 넓은 부분 중에서 가운데에 있는 부분은 나머지 두 부분에 비하여 2배 이상의 넓은 폭을 갖는다. 이 때, 제1 개구부(98)는 유지 용량선(30)의 제1 가지 전극(33)과 중첩되어 있고, 제2 개구부(99)는 제3 가지 전극(32)과 중첩되어 있다.
다음, 도 8과 도 10을 참고로 하여 박막 트랜지스터 기판과 대향하는 상부 기판에 대하여 설명한다.
절연 기판(100) 아래에 블랙 매트릭스(200)가 형성되어 있고, 블랙 매트릭스(200) 아래에 적, 녹, 청의 색필터(300)가 형성되어 있다. 색필터(300)아래에는 오버코트막(600)이 형성되어 있고, 오버코트막(600) 아래에는 ITO나 IZO 등의 투명 도전 물질로 이루어진 공통 전극(400)이 형성되어 있다. 여기서 공통 전극(400)에는 도 8에 나타낸 바와 같은 패턴의 개구부가 형성되어 있다. 즉, 세로 방향으로 길게 뻗어 있는 제3 개구부(410)와 가로 방향으로 길게 뻗어 있는 제4 및 제5 개구부(420, 430)가 형성되어 있다. 이들 개구부(410, 420, 430)의 배치는 제3 개구부(410)의 좌우측으로 제4 및 제5 개구부(420, 430)가 위치되어 있고, 제5 개구부(430)는 두 개의 제4 개구부(420) 사이에 배치되어 있다. 또 제3 개구부(410)의 제4 및 제5 개구부(420, 430)와 인접하는 경계선은 제4 및 제5 개구부(420, 430)의 단부와 분리될 수 있도록 굴곡을 이루고 있다.
그러면 도 9와 도 10을 참고로 하여 본 발명의 제2 실시예에 따른 액정 표시 장치에 대하여 설명한다.
본 발명의 제2 실시예에 따른 액정 표시 장치는 박막 트랜지스터 기판(10)과 상부 기판(100)을 일정한 간격을 두고 배치하고 이들 사이에 액정 물질을 주입 밀봉하여 형성한다. 이 때, 액정 물질에 포함되어 있는 액정 분자는 화소 전극(90)과 공통 전극(400) 사이에 전계가 인가되지 않은 상태에서 그 방향자가 박막 트랜지스터 기판(10)과 색 필터 기판(100)에 대하여 수직을 이루도록 배향되어 있다.
이 때, 액정 물질(900)의 유전율 이방성()은 -4.0에서 -5.5 사이의 값을 가진다. 액정 물질(900)의 유전율 이방성()이 -4.5에서 -5.5 사이의 값을 가지면 V10전압(투과율이 최고 투과율의 10%에 도달하는 전압)을 2.2V 이하로 낮출 수있어서 더욱 바람직하다.
박막 트랜지스터 기판(10)과 상부 기판(100)을 결합한 상태에서 각종 배선과 화소 전극 및 개구부의 배치를 살펴본다.
제3 개구부(410)는 화소 전극(90)의 좁은 부분의 좌우 변과 중첩되어 있고, 제4 개구부(420)는 화소 전극(90)의 넓은 부분의 상하 경계부와 중첩되어 있다. 제5 개구부(430)는 화소 전극(90)의 넓은 부분을 상하로 2등분하는 위치에 배치되어 있다. 따라서, 화소 전극(90)의 좁은 부분은 제1 개구부(98)와 제3 개구부(410)에 의하여 2개의 소도메인으로 분할되고, 넓은 부분은 제2 개구부(99)와 제4 및 제5 개구부(420, 430)에 의하여 4개의 소도메인으로 분할된다. 이 때, 소도메인의 폭은 20±5㎛가 되는 것이 바람직하고, 상하 도메인(B)과 좌우 도메인(A)의 점유율을 고려하여 소도메인의 폭을 결정한다. 소도메인의 폭이 너무 좁으면 개구율이 저하되고 또 너무 넓으면 프린지 필드가 약하게 형성되어 액정 분자의 기울어지는 방향 규제가 어렵게 되기 때문이다. 또, 상하 도메인(B)의 점유율을 좌우 도메인(A)의 점유율에 비하여 크게 형성할 수 있다. 이 때, 상하 도메인(B)이 전체 화소 영역에서 차지하는 점유율은 60% 내지 90% 정도가 되는 것이 바람직하다.
이상과 같은 모양으로 화소 전극(90)과 도메인 분할을 위한 개구 패턴(98, 99, 410, 420, 430)을 형성하면 개구율을 월등히 향상시킬 수 있다. 본 발명의 실시예에 따른 액정 표시 장치는 48%의 개구율을 나타낸다. 이는 상하 및 좌우 도메인의 폭을 적절히 조절할 수 있도록 화소 전극 자체의 모양을 변형시킴으로서 가능한 것이다. 또한 공통 전극에 형성하는 개구부(410, 420, 430)를 본래 블랙 매트릭스(200)에 의하여 가려지는 화소 영역 주변부에 대부분 배치하여 개구율 감소를 최소화한다. 즉, 제3 개구부(410)는 화소 전극(90)의 좁은 부분의 좌우 변과 중첩되도록 배치하고 제4 개구부(420)는 화소 전극(90)의 넓은 부분의 상하 경계 부분과 중첩되어 있는데, 이들 부분은 본래 화소 사이의 경계 부분에서 빛이 새는 것을 방지하기 위하여 블랙 매트릭스(200)로 가려 놓는 부분이거나 유지 용량 형성을 위한 유지 용량선(30)이 배치되는 부분이다. 따라서 이들 부분에 형성되어 있는 제3 및 제4 개구부(410, 420)는 별도의 개구율 저하를 초래하지 않는다.
또, 좌우 도메인(A)에 비하여 상하 도메인(B)을 넓게 형성함으로써 시인성을 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 제2 실시예에 따른 액정 표시 장치에서는 모든 소도메인이 직사각형 형태를 갖게 되므로 응답 속도 측면에서나 소도메인 모서리부에서의 텍스쳐 발생 최소화 측면에서 유리하다.
본 발명에 따르면, 유전율 이방성()이 -4.0에서 -5.5 사이인 액정 물질을 사용함으로써 종래에 비하여 낮은 전압으로 구동이 가능하며, 유전율 이방성()이 -4.5에서 -5.5 사이인 액정 물질을 사용하면 V10전압(투과율이 최고 투과율의 10%에 도달하는 전압)을 2.2V 이하로 낮출 수 있다. 따라서 고가의 고전압 구동 IC 대신 저가의 저전압 구동 IC를 사용할 수 있다.

Claims (7)

  1. 제1 절연 기판,
    상기 제1 절연 기판 위에 형성되어 있는 제1 배선,
    상기 제1 절연 기판 위에 형성되어 있으며 상기 제1 배선과 절연되어 교차하고 있는 제2 배선,
    상기 제1 배선과 상기 제2 배선이 교차하여 정의하는 화소 영역마다 형성되어 있는 화소 전극,
    상기 제1 배선, 상기 제2 배선 및 상기 화소 전극과 연결되어 있는 박막 트랜지스터,
    상기 제1 절연 기판과 대향하는 제2 절연 기판,
    상기 제2 절연 기판 위에 형성되어 있는 공통 전극,
    상기 제1 절연 기판과 상기 제2 절연 기판 사이에 주입되어 있는 액정 물질
    을 포함하고, 상기 액정 물질에 포함되어 있는 액정 분자는 상기 화소 전극과 상기 공통 전극 사이에 전계가 인가되지 않은 상태에서 상기 제1 및 제2 기판에 대하여 수직으로 배향되어 있고, 상기 액정 물질의 유전율 이방성은 -4.0에서 -5.5 사이인 액정 표시 장치.
  2. 제1항에서,
    상기 액정 물질의 유전율 이방성은 -4.5에서 -5.0 사이인 액정 표시 장치.
  3. 제1항에서,
    상기 제1 절연 기판 및 상기 제2 절연 기판 중의 어느 한 기판 위에 형성되어 있는 제1 도메인 분할 수단,
    상기 제1 절연 기판 및 상기 제2 절연 기판 중의 어느 한 기판 위에 형성되어 있는 제2 도메인 분할 수단
    을 더 포함하고, 상기 제1 및 제2 도메인 분할 수단은 상기 화소 영역을 다수의 소도메인으로 분할하는 액정 표시 장치.
  4. 제3항에서,
    상기 제1 도메인 분할 수단은 상기 화소 전극이 가지고 있는 개구 패턴이고, 상기 제2 도메인 분할 수단은 상기 제2 절연 기판 위에 형성되어 있는 유전체 돌기인 액정 표시 장치.
  5. 제3항에서,
    상기 제1 도메인 분할 수단과 상기 제2 도메인 분할 수단은 각각 상기 화소 전극과 상기 공통 전극에 형성되어 있는 개구 패턴인 액정 표시 장치.
  6. 제3항에서,
    상기 제1 및 제2 도메인 분할 수단에 의하여 분할되는 상기 소도메인은 좌우도메인과 상하 도메인으로 구분할 때, 상기 상하 도메인이 점유하는 면적이 상기 좌우 도메인이 점유하는 면적보다 큰 액정 표시 장치.
  7. 제3항에서,
    인접한 두 개의 상기 제2 배선 사이의 간격은 일정한 길이를 주기로 하여 반복적으로 변화하며, 상기 화소 전극의 상기 제2 배선과 인접한 변은 상기 제2 배선과 동일한 패턴으로 굴절되어 있어서 상기 화소 전극은 폭이 좁은 부분과 넓은 부분을 가지는 액정 표시 장치.
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