KR20060114561A - 횡전계형 액정 표시 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 가로 방향의 전극을 형성하며, 액정 셀의 위상차를 소정 값으로 택하여 형성함으로써, 개구율의 감소없이 휘도를 향상시키며, 좌우 시야각 특성을 향상시킨 횡전계형 액정 표시 장치에 관한 것으로, 서로 대향되는 제 1 기판 및 제 2 기판과, 상기 제 1 기판 상에 서로 교차하여 화소 영역을 정의하며, 각각 제 1 방향과 제 2 방향으로 형성되는 게이트 배선과 데이터 배선과, 상기 게이트 배선과 데이터 배선의 교차부에 형성된 박막 트랜지스터와, 상기 화소 영역 내에 상기 제 1 방향 또는 예각범위로 경사지게 형성된 공통전극과, 상기 공통전극과 연결되어, 상기 데이터 배선과 인접한 화소 영역의 에지부에 상기 제 2 방향으로 형성된 공통전극 연결패턴과, 상기 화소 영역 내에 상기 공통전극과 서로 교번하여 상기 공통전극에 일정 간격 이격되어 형성된 화소전극과, 상기 화소전극과 연결되며, 상기 제 2 방향으로 연결 배선과 오버랩되는 화소전극 연결패턴과, 상기 제 1 기판 상에, 상기 제 1 방향으로 러빙처리된 배향막 및 상기 제 1 기판과 제 2 기판 사이에 340~400nm의 위상차(Δnd)를 갖는 액정층을 포함하며 이루어짐을 특징으로 한다.

위상차, 가로 방향 전극 배치 구조(H-IPS), 시야각, 러빙방향, 공통 전극, 화소 전극, 리버스 도메인(reverse domain)

Description

횡전계형 액정 표시 장치{In-Plane Switching mode Liquid Crystal Display Device}

도 1은 일반적인 횡전계형 액정 표시 장치의 구동 원리를 설명하기 위한 개략 단면도

도 2는 종래의 횡전계형 액정 표시 장치를 나타낸 평면도

도 3a 및 도 3b는 각각 데이터 배선에 8V, 10V 인가시 러빙 방향과 전계 방향의 상관관계를 나타낸 평면도

도 4는 본 발명의 횡전계형 액정 표시 장치를 나타낸 평면도

도 5는 도 4의 I~I' 선상의 구조 단면도

도 6a 및 도 6b는 본 발명의 다른 실시예에 따른 횡전계형 액정 표시 장치의 개구 영역을 나타낸 평면도

도 7a 및 도 7b는 각각 전압 오프와 전압 온 상태에서 최외곽 화소 영역에서 액정의 배향 상태를 나타낸 확대도

도 8은 본 발명의 횡전계형 액정 표시 장치의 구조에서 위상차를 290~320nm로 하여 적용시 시야각에 따른 컨트러스트 비를 나타낸 시뮬레이션도

도 9는 본 발명의 횡전계형 액정 표시 장치의 구조에서 위상차를 340~400nm로 하여 적용시 시야각에 따른 컨트러스트 비를 나타낸 시뮬레이션도

도 10a 내지 도 10c는 본 발명의 횡전계형 액정 표시 장치에 있어서, 위상차를 증가시키는 예를 나타낸 개략 단면도

*도면의 주요 부분에 대한 부호 설명*

110 : 제 1 기판 112 : 게이트 전극

114 : 게이트 배선 116 : 공통 전극

118 : 공통 전극 연결패턴 120 : 공통 배선

122 : 게이트 절연막 124 : 반도체층

126 : 소오스 전극 128 : 드레인 전극

130 : 데이터 배선 132 : 보호막

134 : 콘택홀 136 : 화소 전극

138 : 화소 전극 연결패턴 139 : 배향막

140 : 액정 분자 142 : 전계

144 : 횡전계 200 : 제 2 기판

본 발명은 액정 표시 장치에 관한 것으로 특히, 가로 방향의 전극을 형성하며, 액정 셀의 위상차를 소정 값으로 택하여 형성함으로써, 개구율의 감소없이 휘도를 향상시키며, 좌우 시야각 특성을 향상시킨 횡전계형 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, 일정 공간을 갖고 합착된 제 1 기판 및 제 2 기판과, 상기 제 1 기판과 제 2 기판 사이에 주입된 액정층으로 구성되어 있다.

보다 구체적으로 설명하면, 상기 제 1 기판에는 화소 영역(P)을 정의하기 위하여 일정한 간격을 갖고 일방향으로 복수개의 게이트 배선과, 상기 게이트 배선에 수직한 방향으로 일정한 간격을 갖고 복수개의 데이터 배선이 배열된다. 그리고, 상기 각 화소 영역(P)에는 화소 전극이 형성되고, 상기 각 게이트 배선과 데이터 배선이 교차하는 부분에 박막 트랜지스터(T)가 형성되어 상기 게이트 배선에 인가되는 신호에 따라 상기 데이터 배선의 데이터 신호를 상기 각 화소 전극에 인가한다.

그리고, 상기 제 2 기판에는 상기 화소 영역(P)을 제외한 부분의 빛을 차단하기 위한 블랙 매트릭스층이 형성되고, 상기 각 화소 영역에 대응되는 부분에는 색상을 표현하기 위한 R, G, B 컬러 필터층이 형성되고, 상기 컬러 필터층 위에는 화상을 구현하기 위한 공통 전극이 형성되어 있다.

상기와 같은 액정 표시 장치는 상기 화소 전극과 공통 전극 사이의 전계에 의해 상기 제 1, 제 2 기판 사이에 형성된 액정층의 액정이 배향되고, 상기 액정층의 배향 정도에 따라 액정층을 투과하는 빛의 양을 조절하여 화상을 표현할 수 있다.

이와 같은 액정 표시 장치를 TN(Twisted Nematic) 모드 액정 표시 장치라 하며, 상기 TN 모드 액정 표시 장치는 시야각이 좁다는 단점을 가지고 있어 이러한 TN 모드의 단점을 극복하기 위한 횡전계형(IPS: In-Plane Switching) 모드 액정 표시 장치가 개발되었다.

한편, 횡전계형(IPS) 모드 액정 표시 장치는 제 1 기판의 화소 영역에 화소 전극과 공통 전극을 일정한 거리를 갖고 서로 평행하게 형성하여 상기 화소 전극과 공통 전극 사이에 횡 전계(수평 전계)가 발생하도록 하고 상기 횡 전계에 의해 액정층이 배향되도록 한 것이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 종래의 횡전계형 액정 표시 장치를 설명하면 다음과 같다.

도 1은 일반적인 횡전계형 액정 표시 장치의 구동 원리를 설명하기 위한 개략 단면도이다.

도 1과 같이, 일반적인 횡전계형 액정 표시 장치는 박막 트랜지스터 어레이 기판인 하부 기판(10)과 컬러 필터 어레이 기판인 상부 기판(20) 서로 이격되어 대향하여 형성되며, 상기 상하부 기판(10, 20) 사이에 액정층(3)이 개재되며, 상기 하부 기판(10) 내부면에는 공통 전극(13) 및 화소 전극(15)이 모두 형성되어 있다.

상기 액정층(3)은 상기 공통 전극(13)과 화소 전극(15)의 수평전계에 의해 구동되고, 액정층(3) 내에 액정분자가 수평전계에 의해 이동하므로 시야각이 넓어지는 특성을 띠게 된다.

도 2는 종래의 횡전계형 액정 표시 장치를 나타낸 평면도이다.

도 2와 같이, 종래의 횡전계형 액정 표시 장치는, 하부 기판(10) 상에는 종횡으로 교차되어 화소 영역을 정의하는 게이트 배선(11)과 데이터 배선(12)이 형성되어 있고, 상기 화소 영역 내에 공통 전극(13) 및 화소 전극(15)이 상기 데이터 라인(12)에 평행한 방향으로 형성되며, 서로 교번하여 형성되어 있다.

그리고, 상기 게이트 배선(11)에서 돌출되어 형성된 게이트 전극(11a)과, 상기 게이트 전극(11a)을 포함한 하부 기판(10)의 전면에 게이트 절연막(미도시)을 개재하여 상기 게이트 전극(11a)과 오버랩하는 반도체층(18)과, 상기 반도체층(18) 양측에 상기 데이터 배선(12)에서 돌출되어 형성된 소오스 전극(12a) 및 이와 소정 간격 이격된 드레인 전극(12b)으로 이루어진 박막 트랜지스터(TFT)가 형성된다. 상 기 박막 트랜지스터(TFT)의 드레인 전극(12b)은 상기 화소 전극(15)과 연결되어 형성된다.

상기 공통 전극(13)은 상기 화소 전극(15)과 소정 간격 이격하여 형성하며, 상기 게이트 배선(11) 또는 데이터 배선(12)을 형성할 때, 동시에 형성한다. 제시된 도면에는 상기 공통 전극(13)이 게이트 배선(11)과 동일층에 형성되어 있다.

그리고, 상기 데이터 배선(12)과 화소 전극(15)과의 사이의 층간에는 보호막(미도시)을 더 증착한다.

그리고, 상기 보호막 및 화소 전극(15)을 포함한 하부 기판(10) 전면에 제 1 배향막(미도시)을 형성한다.

또한, 상기 공통 전극(13)은 공통 배선(19)으로부터 전압 신호를 인가받으며, 상기 화소 전극(15)은 상기 드레인 전극(12b)을 통해 화소 전압을 인가받으며, 상기 화소 전극(15)과 공통 전극(13) 사이에 수평 전계를 형성하여 액정(3)을 구동한다.

여기서, 상기 공통 전극(13)은 화소 영역의 최외곽 영역에 형성되는 제 1 공통 전극(13a)과 화소 영역 중앙에 형성된 제 2 공통 전극(13b)으로 구분될 수 있다. 이러한 공통 전극들(13) 중 화소 영역의 외곽에 위치하는 제 1 공통 전극(13a)은 데이터 배선(12)과 화소 전극간(15)의 발생하는 화질 불량 현상인 크로스토크(cross-talk)를 최소화하고, 빛샘을 방지하고자 하는 목적으로 중앙에 형성되는 공통 전극(13b)에 비해 보다 넓은 폭으로 형성하므로, 이에 의해 개구율이 떨어지는 문제점이 있다.

이러한 개구율 저하 문제는 액정 분자의 초기 방향을 결정짓는 러빙 방향과 전압 인가시 액정 분자의 구동을 유도하는 전계 방향과도 밀접한 관계를 가지고 있다.

또한, 종래의 횡전계를 형성하는 전극의 배치 구조는, 러빙 방향 및 전계 방향과 관련되어 개구율을 감소시키는 문제점이 있었다.

도 3a, 3b는 상기 도 2의 A영역에 대한 확대도면으로서, 러빙 방향과 전계 방향의 상관관계를 중심으로 도시한 것이며, 액정 분자의 초기 배열을 유도하는 러빙 방향을 대각선 방향(한 예로, 우하(右下) 방향에서 좌상(左上) 방향으로 하고, 전압인가시 화소 전극과 공통 전극과 직교되는 방향으로 횡전계(26)가 형성되는 것을 기본조건으로 한다.

도 3a는 공통 전극(13a, 13b), 화소 전극(15)에 각각 5V, 8V의 전압이 인가되고, 데이터 배선(12)에는 8V의 전압이 인가되는 조건 하에서는, 공통 전극(13a, 13b)과 화소 전극(15) 사이에 3V의 전압차가 발생되고, 전압차에 의한 전계에 의해 액정 분자의 제 1 방향자(24)가 결정된다.

도 3b는, 상기 도 3a에서와 같이 공통 전극(13a, 13b)과 화소 전극(15) 간에 3V의 전압차가 발생하더라도, 데이터 배선(12)에 인가되는 전압을 변화시켰을 때 실제 구동 영역의 전계에도 변화가 발생되어 도 3a에 따른 제 1 방향자(24)보다 조금 더 회전된 제 2 방향자(28)를 가지게 되고, 이에 따라 공통 전극(13a, 13b)과 화소 전극(15)에 도 3a와 같이 동일한 전압이 인가되는 조건이더라도 신호 전압차에 의해 색감의 변화가 발생하게 된다.

이러한 문제점은, 화소 영역별 외곽에 위치하는 공통 전극의 폭을 넓히는 방법으로 해결 가능하다. 그러나, 전극의 폭이 넓어질수록 개구율은 감소하게 된다.

상기와 같은 종래의 횡전계형 액정 표시 장치는 다음과 같은 문제점이 있다.

첫째, 데이터 배선에 인가되는 신호 전압에 차이에 의해 최외곽 공통 전극과 데이터 배선 사이의 영역에 대응되는 액정의 배향이 불안정하다.

근래에는 이러한 최외곽 공통 전극과 데이터 배선 사이의 불안정한 액정 배향에 따른 빛샘을 방지하기 위해 최외곽 공통 전극의 폭을 키워 상기 최외곽 공통 전극과 데이터 배선 사이의 영역을 줄이는 방법이 소개되고 있다. 그러나, 이 경우에는 차광성의 최외곽 공통 전극이 가리는 만큼 개구율의 손실이 발생한다.

둘째, 최외곽 공통 전극과 데이터 배선 사이의 영역을 최소화한다고 하더라도, 전압 온 상태에서 데이터 배선에 인가되는 신호 전압에 의한 영향으로 실제 구동 영역, 즉, 최외곽 공통 전극과 화소 전극 사이에서도 러빙 방향(우하에서 좌상을 향하는 방향)에 대해 액정의 배향 틀어짐이 발생하고 있다. 이러한 액정의 배향 틀어짐은 컨트러스트 비(Contrast Ration)를 낮추게 하여 색감을 저하하게 하는 요인으로 작용한다.

셋째, 데이터 라인에 평행한 방향, 즉, 수직한 방향으로 공통 전극 및 화소 전극이 배열되었을 때, 전계가 수평 방향으로 조성되어 좌우 시야각의 특성이 좋으나 상대적으로 상하 시야각은 떨어지는 문제점이 나타난다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로 가로 방향의 전극을 형성하며, 액정 셀의 위상차를 소정 값으로 택하여 형성함으로써, 개구율의 감소없이 휘도를 향상시키며, 좌우 시야각 특성을 향상시킨 횡전계형 액정 표시 장치를 제공하는 데, 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 횡전계형 액정 표시 장치는 서로 대향되는 제 1 기판 및 제 2 기판과, 상기 제 1 기판 상에 서로 교차하여 화소 영역을 정의하며, 각각 제 1 방향과 제 2 방향으로 형성되는 게이트 배선과 데이터 배선과, 상기 게이트 배선과 데이터 배선의 교차부에 형성된 박막 트랜지스터와, 상기 화소 영역 내에 상기 제 1 방향 또는 예각범위로 경사지게 형성된 공통 전극과, 상기 공통 전극과 연결되어, 상기 데이터 배선과 인접한 화소 영역의 에지부에 상기 제 2 방향으로 형성된 공통 전극 연결패턴과, 상기 화소 영역 내에 상기 공통 전극과 서로 교번하여 상기 공통 전극에 일정 간격 이격되어 형성된 화소 전극과, 상기 화소 전극과 연결되며, 상기 제 2 방향으로 연결 배선과 오버랩되는 화소 전극 연결패턴과, 상기 제 1 기판 상에, 상기 제 1 방향으로 러빙처리된 배향막 및 상기 제 1 기판과 제 2 기판 사이에 340~400nm의 위상차(Δnd)를 갖는 액정층을 포함하며 이루어짐에 그 특징이 있다.

상기 화소 전극 및 공통 전극은 상기 제 1 방향에 대해 0°~45°범위에서 경사지게 형성한다.

상기 공통 전극과 화소 전극간의 이격 구간은 개구 영역으로 정의되고, 상기 개구 영역의 에지부에 상기 공통 전극과 화소 전극 중 적어도 어느 한 전극에서 연 장 형성된 돌출부가 위치한다.

상기 돌출부는 상기 공통 전극 연결패턴과 공통 전극 사이의 모서리 또는 상기 화소 전극 연결패턴과 화소 전극 사이의 모서리에, 상기 개구 영역의 에지부에 발생하는 리버스 도메인(reverse domain)을 방지하도록 형성된다.

상기 돌출부는 인접한 공통 전극 또는 화소 전극과는 비중첩 범위에서 형성한다.

상기 액정층의 액정 분자는 0.1의 이방성 굴절율(Δn)을 가지며, 셀 갭은 3.4~4.0㎛이다.

상기 액정층의 셀 갭은 290~320㎛이며, 액정 분자의 이방성 굴절율은 0.117~0.125이다.

또한, 동일한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 횡전계형 액정 표시 장치는 서로 대향되는 제 1 기판 및 제 2 기판과, 상기 제 1 기판 상에 서로 교차하여 화소 영역을 정의하며, 각각 제 1 방향과 제 2 방향으로 형성되는 게이트 배선과 데이터 배선과, 상기 게이트 배선과 데이터 배선의 교차부에 형성된 박막 트랜지스터와, 상기 화소 영역 내에 상기 제 1 방향 또는 예각범위로 경사지게 형성된 공통 전극과, 상기 공통 전극과 연결되어, 상기 데이터 배선과 인접한 화소 영역의 에지부에 상기 제 2 방향으로 형성된 공통 전극 연결패턴과, 상기 화소 영역 내에 상기 공통 전극과 서로 교번하여 상기 공통 전극에 일정 간격 이격되어 형성된 화소 전극과, 상기 화소 전극과 연결되며, 상기 제 2 방향으로 연결 배선과 오버랩되는 화소 전극 연결패턴과, 상기 제 1 기판 상에, 상기 제 1 방향으로 러빙처리된 배향 막과, 상기 제 1 기판과 제 2 기판 사이에 형성된 액정층 및 상기 제 1 기판과 제 2 기판 중 적어도 어느 한 기판의 배면에 상기 액정층의 위상차를 340~400nm가 되도록 보상하는 위상 보상차 필름을 포함하여 이루어짐을 또 다른 특징으로 한다.

상기 화소 전극 및 공통 전극은 상기 제 1 방향에 대해 0°~45°범위에서 경사지게 형성한다.

상기 공통 전극과 화소 전극간의 이격 구간은 개구 영역으로 정의되고, 상기 개구 영역의 에지부에 상기 공통 전극과 화소 전극 중 적어도 어느 한 전극에서 연장 형성된 돌출부가 위치한다.

상기 돌출부는 상기 공통 전극 연결패턴과 공통 전극 사이의 모서리 또는 상기 화소 전극 연결패턴과 화소 전극 사이의 모서리에, 상기 개구 영역의 에지부에 발생하는 리버스 도메인(reverse domain)을 방지하도록 형성된다.

상기 돌출부는 인접한 공통 전극 또는 화소 전극과는 비중첩 범위에서 형성한다.

본 발명의 횡전계형 액정 표시 장치는 데이터 라인의 평행하게 수직 방향으로 형성되는 공통 전극과 화소 전극의 배치로, 전압 인가시 수평 방향(게이트 라인 방향)으로 전계가 조성됨으로 인해 좌우 시야각이 좋으나 상하 시야각이 떨어지는 문제점이 발생한 점을 감안하여 상하 방향의 시야각을 개선하기 위핸 수평 방향 또는 수평 방향에 유사한 방향으로 화소 전극과 공통 전극을 배치한 가로 방향 배치횡전계형 액정 표시 장치에 관한 것이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 횡전계형 액정 표시 장치를 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 4는 본 발명의 횡전계형 액정 표시 장치를 나타낸 평면도이며, 도 5는 도 4의 I~I' 선상의 구조 단면도이다.

도 4 및 도 5와 같이, 본 발명의 횡전계형 액정 표시 장치는 서로 대향된 제 1 기판(110)과, 제 2 기판(도 9a 및 9b의 200 참조)과, 상기 제 1, 제 2 기판(110, 200) 사이에 액정분자(140)가 채워져 이루어진다. 여기서, 상기 제 1 기판(110)에는 박막 트랜지스터 어레이가 형성되며, 상기 제 2 기판(200)에는 컬러 필터 어레이가 형성되는 것으로, 상기 제 1 기판(110)의 구조에 대해서는 이하에서 보다 자세히 설명한다.

상기 제 1 기판(110) 상에 서로 교차하여 화소 영역(P)을 정의하며 각각 제 1 방향과 제 2 방향으로 형성되는 복수개의 게이트 라인(114)과 데이터 라인(130)이 형성된다.

상기 각 화소 영역의 게이트 라인(114)과 데이터 라인(130)의 교차 지점에 형성되는 박막 트랜지스터는 다음과 같이 이루어진다.

즉, 박막 트랜지스터(T)는 상기 게이트 라인(114)으로부터 돌출되는 게이트 전극(112)과, 상기 데이터 라인(130)으로부터 돌출되며, 상기 게이트 전극(112)과 일측과 소정 부분 오버랩되는 소오스 전극(126)과, 상기 소오스 전극(126)과 소정 간격 이격하며 상기 게이트 전극(112)의 타측과 소정 부분 오버랩되는 드레인 전극(128) 및 상기 게이트 전극과 소오스 전극(126)/드레인 전극(128)의 사이의 층간에 형성된 반도체층(124)을 포함하여 이루어진다. 여기서, 상기 소오스 전극(126)과 드레인 전극(128)은 동일층에 형성되며, 상기 반도체층(124) 하부에는 상기 게이트 전극(112) 및 게이트 라인(114)을 포함한 제 1 기판(110) 전면에 게이트 절연막(122)이 형성되어 있다. 한편, 상기 반도체층(124)은 비정질 실리콘층, 불순물층(n+층)이 차례로 적층되어 섬(island)상으로 형성된다. 그리고, 상기 불순물층은 소오스 전극(126)과 드레인 전극(128) 사이의 채널 영역에 제거되어 있다.

그리고, 상기 화소 영역(P) 내에는 복수개의 화소 전극(136) 및 공통 전극(116)들이 제 1 방향에 대해 예각범위 내에서 경사지며, 서로 교번하여 형성되어 있다. 이 경우, 상기 복수개의 공통 전극(116)은 상기 데이터 라인(130)에 인접한 화소 영역(P)의 양 에지부에 상기 데이터 라인(130)에 평행한 방향으로 상기 공통 전극(116)의 단부를 서로 연결하여 주는 공통 전극 연결패턴(118)과 일체형으로 형성되며, 마찬가지로 상기 복수개의 화소 전극(136)은 상기 공통 전극(116)과 교번되어 일정 간격 이격하여 상기 화소 전극(136)의 단부를 서로 연결하여 주는 화소 전극 연결패턴(138)과 일체형으로 형성된다. 여기서, 상기 화소 전극(136) 및 공통 전극(116)들은 동일한 방향이며, 상기 제 1 방향(게이트 라인 방향, 가로 방향)에 대해 0°~45°범위로 형성함이 좋다. 또한, 상기 공통 전극 연결 패턴(118) 및 화소 전극 연결 패턴(138)은 상기 제 2 방향(데이터 라인 방향)에 동일 방향으로 형성한다.

이와 같이, 가로 방향(게이트 라인 방향) 또는 가로 방향과 유사한 수준으로 화소 전극(136) 및 공통 전극(116)을 배치하게 되면, 상기 데이터 라인(130)에 공통 전극 연결 패턴(118)의 폭을 8㎛ 이하로 할 수 있다. 이는 종래의 수직 방향의 화소 전극 및 공통 전극 배치를 갖는 구조에서 최외각 공통 전극이 갖는 폭보다 줄여진 값이다. 따라서, 개구율을 종래 구조보다 향상시킬 수 있다.

그리고, 상기 공통 전극(116)은 상기 게이트 라인(114)과 동일층에 형성되며, 상기 화소 전극(136)의 데이터 라인(130) 및 소오스/드레인 전극(126/128) 상부에 형성된다. 이 경우, 상기 데이터 라인(130) 및 소오스/드레인 전극(126/128)과 화소 전극(136) 사이의 층간에는 보호막(132)이 형성되며, 상기 화소 전극(136)은 상기 드레인 전극(128)과 콘택홀(134)을 통해 서로 전기적으로 연결되어 있다.

또한, 상기 데이터 라인(130)에 인접한 공통 전극 연결 패턴(118)은 화소 영역을 에지부 외곽을 가로질러 상기 게이트 라인(114)과 동일 방향으로 형성된 공통 라인(120)과 일체형으로 형성된다. 상기 공통 라인(120)은 인접한 화소 영역들에 동일한 공통 전압 신호를 인가하기 위해 각 화소 영역(P)의 에지부를 가로질러 형성되며, 패드부(미도시)측의 공통 전압 인가 라인에 접속된다.

한편, 서로 오버랩된 상기 공통 전극 연결패턴(118) 및 화소 전극 연결패턴(138)의 사이의 층간에는 게이트 절연막(122)과 보호막(132)이 적층되어 개재되며, 상기 공통 전극 연결패턴(118) 및 화소 전극 연결패턴(138)은 각각 스토리지 전극으로 기능하고 그 사이의 게이트 절연막(112) 및 보호막(132)은 유전체로 기능하며 해당 화소 영역(P)의 스토리지 캐패시터(Cst)로 이용된다.

그리고, 상기 박막 트랜지스터(T) 및 화소 전극(136)을 포함한 제 1 기판(110) 전면에는 배향막(139)이 형성된다. 여기서, 상기 배향막(139)의 러빙 방향(배향 처리 방향)은 상기 제 1 방향(게이트 라인 방향)과 동일 방향으로 한다. 이와 같이, 제 1 방향으로 러빙 처리를 한 이유는, 각 라인 및 전극들에 전압 인가시 상기 데이터 배선(130)에 인가되는 신호 전압의 변화에 관계없이 상기 데이터 배선(130)과 공통 전극 연결 패턴(118)간의 전기장의 방향을 고정시키고, 화소 영역(P)내 공통 전극(116)과 화소 전극(136)간의 횡전계 방향만을 변경하기 위함이다. 다르게 표현하자면, 상기 데이터 배선(130)과 직교되는 방향으로 배향 처리 방향을 설정한다. 즉, 상기 데이터 배선(130)과 공통 전극 연결 패턴(118)에 전압이 인가되었을 때, 조성되는 전계 방향에 따른다.

한편, 상기 공통 전극(116)과 화소 전극(136)간의 이격 영역은 전압인가시 두 전극간의 조성되는 횡전계에 의해 액정을 배열시키는 개구 영역(AA : Aperture Area)으로 정의된다.

상기 개구 영역의 에지부에는 상기 공통 전극(116)과 화소 전극(136)에 전압 인가시 조성되는 횡전계에 의해 액정이 돌아가는 방향과 반대방향으로 액정이 회전하는 리버스 도메인(reverse domain)이 발생할 수 있다. 따라서, 상기 개구 영역의 에지부는 돌출부를 형성하여 상기 리버스 도메인을 방지하도록 한다.

도 6a 및 도 6b는 본 발명의 다른 실시예에 따른 횡전계형 액정 표시 장치의 개구 영역을 나타낸 평면도이다. 이러한 실시예들에서는 상기 리버스 도메인에 발생할 수 있는 개구 영역의 에지부에 돌출부를 형성한 예를 나타낸다.

도 6a에 개시하는 실시예는 상기 개구 영역의 에지부, 즉, 상기 공통 전극(116)과 좌측에 형성된 공통 전극 연결 패턴(118)과의 사이에 영역(EP)에 형성되는 돌출부(PP) 및 상기 좌측에 형성된 돌출부(PP)의 대각선 방향의 화소 전극(136)과 화소 전극 연결 패턴(138)의 사이의 영역(EP)에 형성된 돌출부가, 상기 데이터 라인(130), 화소 전극 연결 패턴(138) 또는 공통 전극 연결 패턴(118)과 평행면 형상으로 형성되어 있다. 이 경우, 상기 평행면 형상의 돌출부는 인접한 화소 전극 또는 공통 전극에 중첩하지 않도록 형성한다. 실제 리버스 도메인은 상기 개구 영역의 단축 방향의 어느 한 에지부(EP)의 반 정도를 덮는 구조로도 방지될 수 있다.

도 6b에 개시하는 실시예는 상기 개구 영역의 에지부, 즉, 상기 공통 전극(116)과 좌측에 형성된 공통 전극 연결 패턴(118)과의 사이에 영역(EP)에 형성되는 돌출부(PP) 및 상기 좌측에 형성된 돌출부(PP)의 대각선 방향의 화소 전극(136)과 화소 전극 연결 패턴(138)의 사이의 영역(EP)에 형성된 돌출부가, 상기 데이터 라인(130), 화소 전극 연결 패턴(138) 또는 공통 전극 연결 패턴(118)에 대해 경사면(s-PP)을 갖는 형상으로 형성되어 있다. 이 경우에도, 상기 평행면 형상의 돌출부는 인접한 화소 전극 또는 공통 전극에 중첩하지 않도록 형성하며, 실제 리버스 도메인은 상기 개구 영역의 단축 방향의 어느 한 에지부(EP)의 반 정도를 덮는 구조로도 방지될 수 있다.

경우에 따라, 상기 돌출부는 개구 영역은 에지부 중 하나에만 형성할 수도 있고, 혹은 상술한 바와 같이, 상술한 바와 같이, 서로 마주보는 에지부들 중 대각선상에 형성할 수도 있다. 후자의 경우, 도시된 바와 같이, 평행면이나 경사면의 형상은 동일한 형상으로 형성할 수도 있고, 평행면과 경사면이 서로 마주보도록 하여 서로 다른 형상으로도 형성할 수도 있을 것이다.

상술한 바에 개시된 실시예에서는 상기 돌출부가 평행면 또는 경사면을 갖도 록 형성되었는데, 리버스 도메인을 방지할 수 있는 형상이고 개구율을 저하하지 않는 수준이면 어떤 형태이든 무방하다.

도 7a 및 도 7b는 도 4의 B 영역에 대한 확대 도면으로서, 전압 온/오프 시의 액정의 구동 특성을 중심으로 도시한 것으로, 각각 전압 오프와 전압 온 상태에서 최외곽 화소 영역에서 액정의 배향 상태를 나타낸 확대도이다.

도 7a는 전압 오프 상태(데이터 라인, 화소 전극, 공통 전극에 전압을 인가하지 않은 상태)에서 액정 분자(140)는 러빙 방향(제 1 방향, 게이트 라인 방향)과 동일하게 배치된다.

즉, 전압 오프 상태에서는 전계에 의한 영향을 받지 않기 때문에, 러빙 방향이 액정 분자(140)의 초기 위치를 결정짓는다.

본 발명의 횡전계형 액정 표시 장치는 상기 게이트 배선(상기 도 4의 110)과 동일한 방향으로 러빙처리함에 따라, 데이터 배선(126)과 연결 배선(116) 사이 구간에 위치하는 액정 분자(140)가 데이터 배선(126)과 직교되는 방향으로 배열된다.

도 7b는 전압 온 상태에서의 액정 배향을 나타낸 것으로, 상기 데이터 라인(130)에 전압이 인가되더라도 상기 공통 전극 연결패턴(118)과 상기 데이터 라인(130) 사이에는 수평 전계가 형성되어, 러빙 방향과 동일하기 때문에 액정 분자(140)의 배향이 초기 상태(전압 오프 상태)와 다르지 않다.

이러한 전압 온 상태에서는 상기 화소 전극(136)과 상기 공통 전극(116) 사이에는 상기 화소 전극(136) 및 공통 전극(116)의 배열 방향과 직교하는 방향의 전계(144)가 조성되며, 이에 따라 초기 러빙 상태로 배향되어 있던 액정이 상기 전계 의 방향으로 회전한다.

도 8은 본 발명의 횡전계형 액정 표시 장치의 구조에서 위상차를 290~320nm로 하여 적용시 시야각에 따른 컨트러스트 비를 나타낸 시뮬레이션도이며, 도 9는 본 발명의 횡전계형 액정 표시 장치의 구조에서 위상차를 340~400nm로 하여 적용시 시야각에 따른 컨트러스트 비를 나타낸 시뮬레이션도이다.

가로 방향(게이트 라인 방향)으로 공통 전극과 화소 전극의 배치를 갖는 본 발명의 횡전계형 액정 표시 장치는 종래의 수직 방향(데이터 라인 방향)의 공통 전극 및 화소 전극의 배치를 갖는 구조에 비해 시야각 특성이 90°회전하는 결과를 갖는다.

컨트러스트 비란 화이트(white) 상태의 휘도를 블랙(black) 상태의 휘도로 나눈 값으로 그 값이 높을수록 색감이 우수하게 표현됨을 의미한다.

도 8 및 도 9 각각에 우측에 보여지는 색상이 표현된 바(bar)는 상측에서부터 하측으로 빨강색에서 파란색으로 순(빨강-주황-노랑-초록-파랑의 단계로 색변화가 나타남)으로 표현한 것으로, 상측이 컨트러스트 비가 높음을 의미하고 하측이 상대적으로 컨트러스트비가 낮음을 의미한다.

도 8과 같이, 일반적인 횡전계형 액정 표시 장치의 액정층의 위상차(Δnd)인 290~320nm의 값으로 액정층을 구성하였을 경우, 상대적으로 상하 방향의 시야각은 우수 범위(그래프 내에서 마름모꼴의 빨강색 선으로 표현, 바에서는 빨강부터 녹색 일부분이 우수범위)가 넓으나 좌우 방향의 시야각은 우수 범위가 상당히 적음을 알 수 있다. 보다 자세히 설명하면, 상하 방향으로는 각각 극값이 53°, 43°내의 범 위에서 시야각이 우수하며, 좌우 방향으로는 각각 극값이 35°, 40°내의 범위에서 시야각이 우수하다. 이는 일반적으로 횡전계형 액정 표시 장치에서 이용하는 액정층의 위상차를 변화하지 않고, 본 발명과 같이 가로 방향의 화소 전극 및 공통 전극을 배치시켰을 때 나타나는 현상이다.

예를 들어, 일반적인 횡전계형 액정 표시 장치에서는 이방성 굴절율(Δn)을 0.1로 하고, 셀 갭은 2.9㎛ 내지 3.2㎛의 수준으로 하고 있다.

도 9와 같이, 액정층의 위상차를 340~400nm로 하였을 때에는, 상하좌우에서 비교적 40°내외의 범위로 유사한 수준 내에서 시야각이 우수하다. 이는 상하좌우에서 별차이없이 유사한 시야각 특성을 나타냄을 의미한다.

또한, 도 8과 도 9의 비교를 하면, 바에서 제시된 녹색 수준으로 나타나는 영역이 도 9에서 확장되었음을 알 수 있다. 이는 가로 방향의 횡전계형 구조에서 위상차를 340~400nm로 증가시켰을 때, 시야각 특성이 우수해짐을 의미한다.

또한, 블랙 상태(전압 오프) 상태에서 도 8의 구조(위상차 290~320nm)일때는, 좌우 방향에서 빛샘이 관찰되는 현상이 있었으나, 도 9의 구조(위상차(340~400nm)일 때는 빛샘이 최소화되게 된다.

이하에서는, 도면을 참조하여 본 발명의 횡전계형 액정 표시 장치에 있어서, 위상차를 340~400nm 범위로 형성하는 방법에 대해 설명한다.

도 10a 내지 도 10c는 본 발명의 횡전계형 액정 표시 장치에 있어서, 위상차를 증가시키는 예를 나타낸 개략 단면도이다.

도 10a와 같이, 예를 들어, 이방성 굴절률이 0.1(Δn)인 액정 분자(140)를 이용할 때는 상기 제 1, 제 2 기판(110, 200) 사이의 셀 갭(d')를 3.4 내지 4.0㎛ 의 수준으로 액정층의 위상차를 340~400nm로 한다. 이와 같이, 셀 갭을 늘릴 경우에는 상기 제 1 기판(110)과 제 2 기판(200) 사이에 셀 갭을 유지하기 위해 형성하는 스페이서의 높이를 늘리고, 상기 제 1 기판(110)과 제 2 기판(200) 사이에 채워지는 액정 분자(140)의 양을 늘리도록 한다.

도 10b와 같이, 액정층의 셀 갭을 일반적인 횡전계형 액정 표시 장치와 같이 2.9 내지 3.2㎛에서 변화시키지 않은 상태에서 위상차를 340~400nm의 수준으로 하려면, 액정 분자(141)를 이방성 굴절률이 0.117~0.125인 값인 재료를 이용하여 액정층을 구성한다. 이 경우, 상기 액정 분자(141)의 특성은 이방성 굴절률을 제외하고는 화학적 특성에서 통상의 재료와 차이점을 없는 재료를 이용한다.

액정층의 셀 갭과 액정층을 이루는 액정 분자의 재료를 변화시키지 않은 상태에서 위상차를 340~400nm의 수준으로 하려면, 도 10c와 같이, 위상 보상차 필름(250)을 상기 제 1 기판(110) 또는 제 2 기판(200)의 배면에 위치시며 동일한 효과를 없도록 한다. 여기서, 상기 위상 보상차 필름(250)은 상기 액정 분자(140)로 채워진 액정층의 위상차를 340~400nm의 수준으로 보상하는 기능을 한다.

상기와 같은 본 발명의 횡전계형 액정 표시 장치는 다음과 같은 효과가 있다.

첫째, 제 1 기판에 형성되는 배향막의 러빙 처리가 게이트 라인 방향으로 이루어져, 데이터 라인과 인접한 공통 전극 연결패턴의 사이의 영역에 배향되는 액정 이 데이터 라인에 인가되는 전압 값에 관계없이 초기 상태(전압 오프시)에서부터 전압 인가시까지 계속하여 게이트 라인 방향을 유지하게 되어, 액정의 배향 틀어짐이 발생하지 않게 되어, 이 부위를 가려주지 않아도 되게 되어, 상기 공통 전극 연결패턴의 폭의 줄일 수 있으므로 개구율이 증가한다.

둘째, 액정층의 위상차를 340~400nm으로 조성하여, 좌우 방향의 시야각 특성을 개선하여 가로 방향의 전극 배치시 발생할 수 있는 시야각이 90°회전하는 현상을 방지하여 시야각을 개선할 수 있다.

셋째, 화소 전극과 공통 전극 사이의 개구 영역의 에지부에 돌출부를 형성하여 에지부에서 액정 분자가 반대방향으로 회전하는 리버스 도메인(reverse domain)의 발생을 방지할 수 있다.

Claims (13)

1. 서로 대향되는 제 1 기판 및 제 2 기판;

   상기 제 1 기판 상에 서로 교차하여 화소 영역을 정의하며, 각각 제 1 방향과 제 2 방향으로 형성되는 게이트 배선과 데이터 배선;

   상기 게이트 배선과 데이터 배선의 교차부에 형성된 박막 트랜지스터;

   상기 화소 영역 내에 상기 제 1 방향에 대해 예각범위로 경사지게 형성된 공통 전극;

   상기 공통 전극과 연결되어, 상기 데이터 배선과 인접한 화소 영역의 에지부에 상기 제 2 방향으로 형성된 공통 전극 연결패턴;

   상기 화소 영역 내에 상기 공통 전극과 서로 교번하여 상기 공통 전극에 일정 간격 이격되어 형성된 화소 전극;

   상기 화소 전극과 연결되며, 상기 공통 전극 연결패턴과 오버랩되어 형성된 화소 전극 연결패턴;

   상기 제 1 기판 상에, 상기 제 1 방향으로 러빙처리된 배향막; 및

   상기 제 1 기판과 제 2 기판 사이에 340~400nm의 위상차(Δnd)를 갖는 액정층을 포함하며 이루어짐을 특징으로 하는 횡전계형 액정 표시 장치.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 화소 전극 및 공통 전극은 상기 제 1 방향에 대해 0°~45°범위에서 경 사지게 형성하는 것을 특징으로 하는 횡전계형 액정 표시 장치.
3. 제 1항에 있어서,

   상기 공통 전극과 화소 전극간의 이격 구간은 개구 영역으로 정의되고, 상기 개구 영역의 에지부에 상기 공통 전극과 화소 전극 중 적어도 어느 한 전극에서 연장 형성된 돌출부가 위치하는 것을 특징으로 하는 횡전계형 액정 표시 장치.
4. 제 3항에 있어서,

   상기 돌출부는 상기 공통 전극 연결패턴과 공통 전극 사이의 모서리 또는 상기 화소 전극 연결패턴과 화소 전극 사이의 모서리에, 상기 개구 영역의 에지부에 발생하는 리버스 도메인(reverse domain)을 방지하는 형상으로 형성된 것을 특징으로 하는 횡전계형 액정 표시 장치.
5. 제 3항에 있어서,

   상기 돌출부는 인접한 공통 전극 또는 화소 전극과는 비중첩 범위에서 형성하는 것을 특징으로 하는 횡전계형 액정 표시 장치.
6. 제 1항에 있어서,

   상기 액정층의 액정 분자는 0.1의 이방성 굴절율(Δn)을 가지며, 셀 갭은 3.4~4.0㎛인 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
7. 제 1항에 있어서,

   상기 액정층의 셀 갭은 290~320㎛이며, 액정 분자의 이방성 굴절율은 0.117~0.125인 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
8. 제 1항에 있어서,

   상기 최외곽 공통 전극 연결패턴의 폭은 8㎛ 이하인 것을 특징으로 하는 횡전계형 액정 표시 장치.
9. 서로 대향되는 제 1 기판 및 제 2 기판;

   상기 제 1 기판 상에 서로 교차하여 화소 영역을 정의하며, 각각 제 1 방향과 제 2 방향으로 형성되는 게이트 배선과 데이터 배선;

   상기 게이트 배선과 데이터 배선의 교차부에 형성된 박막 트랜지스터;

   상기 화소 영역 내에 상기 제 1 방향에 대해 예각범위로 경사지게 형성된 공통 전극;

   상기 공통 전극과 연결되어, 상기 데이터 배선과 인접한 화소 영역의 에지부에 상기 제 2 방향으로 형성된 공통 전극 연결패턴;

   상기 화소 영역 내에 상기 공통 전극과 서로 교번하여 상기 공통 전극에 일정 간격 이격되어 형성된 화소 전극;

   상기 화소 전극과 연결되며, 상기 공통 전극 연결패턴과 오버랩되어 형성된 화소 전극 연결패턴;

   상기 제 1 기판 상에, 상기 제 1 방향으로 러빙처리된 배향막;

   상기 제 1 기판과 제 2 기판 사이에 형성된 액정층; 및

   상기 제 1 기판과 제 2 기판 중 적어도 어느 한 기판의 배면에 상기 액정층의 위상차를 340~400nm가 되도록 보상하는 위상 보상차 필름을 포함하여 이루어짐을 특징으로 하는 횡전계형 액정 표시 장치.
10. 제 9항에 있어서,

    상기 화소 전극 및 공통 전극은 상기 제 1 방향에 대해 0°~45°범위에서 경사지게 형성하는 것을 특징으로 하는 횡전계형 액정 표시 장치.
11. 제 9항에 있어서,

    상기 공통 전극과 화소 전극간의 이격 구간은 개구 영역으로 정의되고, 상기 개구 영역의 에지부에 상기 공통 전극과 화소 전극 중 적어도 어느 한 전극에서 연장 형성된 돌출부가 위치하는 것을 특징으로 하는 횡전계형 액정 표시 장치.
12. 제 11항에 있어서,

    상기 돌출부는 상기 공통 전극 연결패턴과 공통 전극 사이의 모서리 또는 상기 화소 전극 연결패턴과 화소 전극 사이의 모서리에, 상기 개구 영역의 에지부에 발생하는 리버스 도메인(reverse domain)을 방지하는 형상으로 형성된 것을 특징으 로 하는 횡전계형 액정 표시 장치.
13. 제 11항에 있어서,

    상기 돌출부는 인접한 공통 전극 또는 화소 전극과는 비중첩 범위에서 형성하는 것을 특징으로 하는 횡전계형 액정 표시 장치.

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