KR20100030094A - 액정 표시 장치 - Google Patents

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KR20100030094A
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유재진
손지원
계명하
김민재
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삼성전자주식회사
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Abstract

본 발명에 따른 액정 표시 장치는 마주하는 제1 기판 및 제2 기판, 제1 기판 위에 형성되어 있으며 행렬 형태로 배열되어 있으며 줄기선과 줄기선으로부터 비스듬하게 뻗어나간 복수의 미세 가지부를 포함하는 복수의 화소 전극, 복수의 화소 전극과 마주하는 공통 전극, 그리고 제1 기판과 제2 기판 사이에 위치하며 복수의 액정 분자를 포함하는 액정층을 포함하고, 화소 전극은 미세 가지부의 길이 방향에 따라 복수의 부영역으로 나뉘고, 미세 가지부는 부영역의 가장자리에서 돌출되어 있다.
Micro slit 구조, PVA, 액정층, 도메인

Description

액정 표시 장치{LIQUID CRYSTAL DISPLAY}
본 발명은 액정 표시 장치에 관한 것이다.
액정 표시 장치는 현재 가장 널리 사용되고 있는 평판 표시 장치 중 하나로서, 전기장 생성 전극이 형성되어 있는 두 장의 기판과 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.
액정 표시 장치 중에서 전기장이 인가되지 않은 상태에서 액정 분자의 장축을 상하 표시판에 대하여 수직을 이루도록 배열한 수직 배향 방식(vertically aligned mode) 액정 표시 장치는 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.
그러나 수직 배향 액정 표시 장치의 액정은 수직 배향된 상태에서 수직 방향 전기장을 인가할 경우 액정이 기울어지는 방향이 임의적이어서 액정 분자가 한 방향으로 정렬하여 도메인을 형성하기까지의 응답 속도가 느리다.
따라서 수직 배향 액정 표시 장치의 응답 속도를 향상시키기 위해서 액정에 선경사를 형성할 수 있으나, 이를 위하여 공정을 추가해야 한다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 공정을 추가하지 않으면서도 응답 속도를 향상할 수 있는 액정 표시 장치를 제공하는 것이다.
상기한 과제를 해결하기 위한 본 발명에 따른 액정 표시 장치는 마주하는 제1 기판 및 제2 기판, 제1 기판 위에 형성되어 있으며 행렬 형태로 배열되어 있으며 줄기선과 줄기선으로부터 비스듬하게 뻗어나간 복수의 미세 가지부를 포함하는 복수의 화소 전극, 복수의 화소 전극과 마주하는 공통 전극, 그리고 제1 기판과 제2 기판 사이에 위치하며 복수의 액정 분자를 포함하는 액정층을 포함하고, 화소 전극은 미세 가지부의 길이 방향에 따라 복수의 부영역으로 나뉘고, 미세 가지부는 부영역의 가장자리에서 돌출되어 있다.
제1 기판과 화소 전극 사이에 형성되어 있는 보호막을 더 포함하고, 보호막은 부영역의 가장자리와 대응하는 제1돌출부를 포함할 수 있다.
미세 가지부의 일단은 제1 돌출부와 중첩할 수 있고, 미세 가지부와 연결되는 줄기선은 제1 돌출부와 중첩할 수 있다.
보호막은 저유전율 유기 물질로 형성할 수 있다.
제1 기판 위에 형성되어 있으며 화소 전극 아래에 형성되는 게이트선, 게이트선과 교차하는 데이터선, 게이트선, 데이터선 및 화소 전극과 연결되어 있는 박막 트랜지스터를 더 포함하고, 미세 가지부의 일단은 상기 데이터선과 중첩할 수 있다.
제1 돌출부의 두께는 셀갭의 1/10 이하일 수 있으며, 0.5㎛이하인 것이 바람직하다.
제1 돌출부의 단면은 사다리모양일 수 있다.
액정층의 액정 분자 중 제1 돌출부와 인접한 액정 분자는 제1 돌출부의 측면에 대해서 수직하게 기울어져 있을 수 있고, 액정층의 액정 분자 중 미세 가지부의 중심과 대응하는 위치의 액정 분자는 기판에 대해서 수직할 수 있다.
공통 전극과 제2 기판 사이에 형성되어 있는 덮개막을 더 포함하고, 덮개막은 제1 돌출부 사이와 대응하는 제2 돌출부를 포함할 수 있다.
공통 전극은 제2 돌출부를 따라 형성되어 요철을 형성할 수 있다.
제2 돌출부의 두께는 셀갭의 1/10 이하일 수 있으며, 0.5㎛이하인 것이 바람직하다.
제2 돌출부의 단면은 사다리모양일 수 있다.
이웃하는 부 영역의 미세 가지선은 줄기선을 중심으로 대칭이고, 이웃하는 부 영역의 미세 가지선은 직교할 수 있다.
본 발명에 따르면 공정 추가없이 액정 표시 장치의 응답 속도를 향상시킬 수 있다.
그러면 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 경우 뿐만 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.
[제1 실시예]
도 1 내지 3을 참고하여 본 발명의 한 실시예에 따른 액정 표시 장치에 대하여 설명한다.
도 1은 본 발명의 한 실시예에 따른 액정 표시 장치의 배치도이고, 도 2는 도 1의 II-II선을 따라 잘라 도시한 단면도이고, 도 3은 도 1의 III-III선을 따라 잘라 도시한 단면도이다.
도 1 내지 도 3를 참고하면, 본 발명의 한 실시예에 따른 액정 표시판 조립체는 서로 마주하는 하부 표시판(100)과 상부 표시판(200) 및 이들 두 표시판(100, 200) 사이에 들어 있는 액정층(3)을 포함한다.
먼저, 하부 표시판(100)에 대하여 설명한다.
절연 기판(110) 위에 상부로 돌출한 복수의 게이트 전극(gate electrode)(124)을 각각 포함하는 복수의 게이트선(gate line)(121)이 형성되어 있다. 게이트선(121)은 게이트 신호를 전달하며 주로 가로 방향으로 뻗어 있다.
게이트선(121) 위에는 게이트 절연막(gate insulating layer)(140)이 형성되어 있으며, 게이트 절연막(140) 위에는 수소화 비정질 또는 다결정 규소 등으로 만들어진 복수의 섬형 반도체(154)가 형성되어 있다.
반도체(154) 위에는 복수 쌍의 섬형 저항성 접촉 부재(ohmic contact)(163, 165)가 형성되어 있다. 섬형 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.
저항성 접촉 부재(163, 165) 및 게이트 절연막(140) 위에는 복수의 데이터선(data line)(171)과 복수의 드레인 전극(drain electrode)(175)이 형성되어 있다.
데이터선(171)은 데이터 신호를 전달하며 주로 세로 방향으로 뻗어 게이트선(121)과 교차한다. 데이터선(171)은 게이트 전극(124)을 향하여 뻗어 U자형으로 굽은 소스 전극(source electrode)(173)을 포함한다.
드레인 전극(175)의 한쪽 끝은 소스 전극(173)으로 둘러싸여 있고, 다른 쪽은 다른 층과의 접촉을 위해 면적이 넓다.
게이트 전극(124), 소스 전극(173) 및 드레인 전극(175)은 반도체(154)와 함께 박막 트랜지스터(thin film transistor, TFT)(Q)를 이루며, 박막 트랜지스터(Q)의 채널(channel)은 소스 전극(173)과 드레인 전극(175) 사이의 반도체(154)에 형성된다.
저항성 접촉 부재(163, 165)는 그 아래의 반도체(154)와 그 위의 데이터선(171)과 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 무기 절연물 또는 유기 절연물 따위로 만들어진 보호막(180)이 형성되어 있다. 유기 절연물로 보호막(180)을 형성하는 경우 저유전율 물질의 연질로 하부막을 형성하고, 하부막보다는 유전율이 높으나 경질인 물질로 상부막을 형성할 수 있다.
보호막(180)에는 드레인 전극(175)을 드러내는 복수의 접촉 구멍(contact hole)(185)이 형성되어 있다. 보호막(180)에는 다른 부분보다 돌출된 돌출부(800)를 포함하고, 돌출부는 보호막(180)과 일체형으로 형성되어 있으나 각각 다른 층으 로 형성될 수 있다.
돌출부(800)의 두께는 셀갭의 1/10 이하일 수 있으며, 0.5㎛이하인 것이 바람직하다. 예를 들어, 셀갭이 3.2~4.0㎛일 경우 돌출부(800)의 두께는 0.32~0.4㎛ 이하이다.
저유전율의 유기 절연물질로 보호막(180)을 형성할 경우 후술하는 화소 전극(191)을 데이터선(171)과 중첩하여 형성할 수 있으므로 돌출부(800)를 데이터선(171)과 중첩하도록 형성한다. 이처럼 돌출부(800)를 데이터선(171) 위에 형성하면 데이터선(171)으로 인해서 보호막(180)이 돌출되므로 데이터선(171)의 두께만큼 돌출부(800) 두께를 낮게 형성하여도 동일한 효과를 얻을 수 있다.
본 발명의 실시예에서와 같이 일체형으로 형성하는 경우에는 보호막(180)이 될 절연막 위에 슬릿 등을 이용하는 하프톤 노광을 이용하여 위치에 따라 두께가 다른 감광막 패턴을 형성한 후, 감광마 패턴을 마스크로 하여 보호막(180)을 식각하여 형성할 수도 있고, 보호막(180) 자체를 감광성 물질로 형성하여 하프톤 노광을 하고 현상함으로써 형성할 수도 있다.
보호막(180) 위에는 ITO(indium tin oxide) 또는 IZO(indium zinc oxide) 등의 투명한 도전 물질이나 알루미늄, 은, 크롬 또는 그 합금 등의 반사성 금속으로 만들어진 복수의 화소 전극(pixel electrode)(191)이 형성되어 있다.
화소 전극(191)은 접촉 구멍(185)을 통하여 드레인 전극(175)과 연결되어 있으며 드레인 전극(175)으로부터 데이터 전압을 인가 받는다.
화소 전극(191)은 대략 사각형으로 줄기부(193)과 복수의 미세 가지부(195) 로 이루어진다.
구체적으로 줄기부(193)는 화소를 가로 또는 세로 방향으로 가로 지르는 가로 줄기부(193a)와 세로 줄기부(193b)로 이루어지며, 가로 줄기부(193a)와 세로 줄기부(193b)는 직교한다. 화소 전극(191)은 줄기부(193)에 의해서 복수의 부영역(D)으로 나누어진다.
미세 가지부(195)는 부영역(D) 내에 위치하며 가로 줄기부(193a)와 세로 줄기부(193b)로부터 비스듬하게 뻗어 있으며, 게이트선(121)에 대해서 45도를 이룬다.
이웃하는 부영역에 형성된 미세 가지부(195)는 가로 줄기부(193a) 또는 세로 줄기부(193b)를 중심으로 대칭이며, 이웃하는 부 영역의 미세 가지부(195)는 직교할 수 있다.
미세 가지부(195)의 폭은 2.5μm 내지 5.0 μm일 수 있고, 부영역(D) 내에서 이웃하는 미세 가지부(195) 사이의 간격은 2.5μm 내지 5.0 μm일 수 있다.
보호막(180)의 돌출부(800)는 부영역(D)의 가장자리와 대응하며, 미세 가지부(195)의 끝부분은 돌출부(800)와 중첩한다.
즉, 돌출부(800)는 화소 전극(191)의 줄기선(193)과 부영역(D)의 가장자리에 위치하는 미세 가지부(195)의 끝부분과 중첩한다.
화소 전극(191) 위에는 배향막(11)이 형성되어 있다.
다음 상부 표시판(200)에 대하여 설명한다.
기판(210) 위에 차광 부재(light blocking member)(220)가 형성되어 있다. 차광 부재(220)는 화소 전극(191) 사이의 빛샘을 막고 화소 전극(191)과 마주하는 개구 영역을 정의하는 개구부(225)를 포함한다.
기판(210) 및 차광 부재(220) 위에는 복수의 색필터(230)가 형성되어 있다. 색필터(230)는 차광 부재(220)로 둘러싸인 영역 내에 대부분 존재하며, 화소 전극(191) 열을 따라서 길게 뻗을 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 있고, 덮개막(250) 위에는 ITO, IZO 등의 투명한 도전체 따위로 만들어진 공통 전극(270)이 전면에 형성되어 있다. 덮개막(250)은 필요에 따라서 생략할 수 있다.
공통 전극(270) 위에는 배향막(21)이 도포되어 있다.
두 배향막(11, 21)은 수직 배향막일 수 있다. 표시판(100, 200)의 바깥쪽 면에는 편광자(polarizer)(도시하지 않음)가 구비되어 있을 수 있다. 두 편광자의 편광축은 직교하며 미세 가지부(195)와 45도의 각도를 이루는 것이 바람직하다.
하부 표시판(100)과 상부 표시판(200) 사이에 들어 있는 액정층(3)은 음의 유전율 이방성을 가지는 액정 분자(31)를 포함하며 액정 분자(31)는 전기장이 없는 상태에서 그 장축이 두 표시판(100, 200)의 표면에 대하여 수직을 이루도록 배향되어 있을 수 있다.
본 발명에 따른 액정 표시 장치는 데이터 전압을 인가 받은 화소 전극(191)과 공통 전압을 인가 받은 공통 전극(270)이 함께 액정층(3)에 전기장을 생성한다. 그러면 액정층(3)의 액정 분자(31)들은 전기장에 응답하여 그 장축이 전기장의 방 향에 수직을 이루도록 방향을 바꾸고자 한다. 액정 분자(31)가 기울어진 정도에 따라 액정층(3)에 입사광의 편광의 변화 정도가 달라지며 이러한 편광의 변화는 편광자에 의하여 투과율 변화로 나타나고 이를 통하여 액정 표시 장치는 영상을 표시한다.
한편 미세 가지부(195)의 변들은 전기장을 왜곡하여 미세 가지부(195)의 변에 수직인 수평 성분을 만들어 내고 액정 분자(31)들의 경사 방향은 수평 성분에 의하여 결정되는 방향으로 결정된다. 따라서 액정 분자(31)들이 처음에는 미세 가지부(195)의 변에 수직인 방향으로 기울어지려 한다. 그러나 이웃하는 미세 가지부(195)의 변에 의한 전기장의 수평 성분의 방향이 반대이고 미세 가지부(195) 사이의 간격이 좁기 때문에 서로 반대 방향으로 기울어지려는 액정 분자(31)들이 함께 미세 가지부(195)의 길이 방향에 평행한 방향으로 기울어지게 된다.
따라서 액정 분자(31)들이 초기에 선경사각 없이 수직하게만 배열되어 있다면, 액정 분자(31)들은 두 단계에 걸쳐 미세 가지부(195)의 길이 방향으로 기울어지게 된다.
그러나 본 실시예에서는 돌출부(800)로 인해 액정 분자(31)들이 선경사각을 가지게 되어 액정 분자(31)가 두 단계를 거치지 않고 한 번에 미세 가지부(195)의 길이 방향으로 기울어진다.
즉, 본 실시예에서는 액정 분자(31)들이 돌출부(800)의 측벽으로 인해 미세 가지부(195) 방향으로 선경사각을 가지도록 기울어진다. 이후 전계가 형성되면 미세 가지부의 끝부분에 위치하는 선경사된 액정 분자(31)들이 배향되기 시작하여 미세 가지부(195)와 평행하도록 배향된다. 이때, 액정 분자(31)는 선경사로 인해서 기울어질 방향이 미리 결정되어 있으므로 두 단계에 걸쳐 배향되지 않고 한 번에 선경사된 방향인 미세 가지부(195)의 길이 방향에 평행한 방향으로 기울어진다. 따라서 액정 표시 장치의 응답 속도가 빨라진다.
또한 본 발명의 실시예에서 한 화소(PX)의 미세 가지부(195)가 뻗어 나가는 길이 방향이 모두 네 방향이므로 액정 분자(31)들이 기울어지는 방향도 총 네 방향이 된다. 이와 같이 액정 분자(31)가 기울어지는 방향을 다양하게 하면 액정 표시 장치의 기준 시야각이 커진다.
이러한 결과는 아래 그래프를 참조하여 확인할 수 있다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 액정 표시 장치와 및 돌출부(800)를 형성하지 않은 경우의 액정 표시 장치의 응답 시간에 따른 투과율을 도시한 그래프이다.
도 4를 참조하면, 속도가 10msec일 때 본 발명의 실시예에 따른 액정 표시 장치의 투과율은 약 0.15이고, 종래 기술은 약 0.09이다. 그리고 100msec일 때도 본 발명의 투과율이 돌출부(800)를 형성하지 않은 경우(비교예)보다 높은 값을 가진다. 또한, 약 1.0의 투과율 값을 나타내는 시간이 종래 기술에 비해서 본 발명이 빠름을 알 수 있다.
이처럼 본 발명의 실시예에 따른 액정 표시 장치는 비교예에 비해서 투과율뿐 아니라 응답 속도가 향상됨을 알 수 있다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 액정 표시 장치와 비교예에 따른 액정 표시 장치의 액정 분자의 방위각을 측정한 그래프이다.
도 5를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 액정 분자의 방위각은 대부분 미세 가지부(195)와 평행한 130~135도 사이에 위치하나, 비교예에 따른 액정 표시 장치의 액정 분자의 방위각은 125~135도로 그 편차가 크며 대부분 130도 이내에 위치한다.
이처럼 본 발명의 실시예에서는 액정 분자 대부분이 미세 가지부와 평행하게 배향되어 투과율이 향상된다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 액정 표시 장치와 비교예에 따른 액정 표시 장치의 액정 분자의 응답 시간 및 투과율을 도시한 그래프이다.
도 6에서 비교예 1은 UV 경화제를 이용하여 본 발명의 실시예에서와 같이 액정 분자가 선경사를 가지고, 비교예 2는 UV 경화제를 첨가하지 않아 액정 분자가 선경사를 가지지 않는 경우이다.
도 6을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 액정 표시 장치의 투과율 및 응답 속도는 비교예 1보다는 떨어지나 비교예 2보다는 향상되어 비교예 1의 그래프와 가까운 것을 알 수 있다.
즉, 본 발명의 실시예에서와 같이 화소 전극의 가장자리와 중첩하는 돌출부를 형성하여 액정 분자가 선경사를 가지도록 하면 UV경화제를 첨가하지 않아도 비교예 2보다는 향상된 투과율 및 응답 속도를 얻을 수 있다.
따라서 본 발명은 UV경화제를 노광하기 위한 공정을 필요로하지 않으므로 공정을 단순화할 수 있다.
[제2 실시예]
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 액정 표시 장치의 단면도로, 도 1의 II-II선을 따라 잘라 도시한 단면도이다.
본 실시예에 따른 액정 표시 장치의 층상 구조는 도 1 내지 3에 도시한 액정 표시 장치의 층상 구조와 동일하므로 다른 부분에 대해서 구체적으로 설명한다. 하부 표시판은 도 2의 하부 표시판과 동일하므로 상부 표시판에 대해서 설명한다.
도 7의 상부 표시판은 기판(210) 위에 개구부(225)를 가지는 차광 부재(220)가 형성되어 있다. 그리고 기판(210) 및 차광 부재(220) 위에는 복수의 색필터(230)가 형성되어 있다.
색필터(230) 및 차광 부재(220) 위에는 덮개막(250)이 형성되어 있고, 덮개막(250) 위에는 ITO, IZO 등의 투명한 도전체 따위로 만들어진 공통 전극(270)이 전면에 형성되어 있다. 공통 전극(270) 위에는 배향막(21)이 도포되어 있다.
그러나 도 7의 덮개막(250)에는 돌출부(25)가 형성되어 있으며, 돌출부(25)는 하부 표시판에서 이웃하는 미세 가지부(195) 사이와 대응한다.
도 4를 참조하면, 본 발명의 실시예(실시예 2)에 따른 액정 표시 장치의 투과율 및 응답 속도 또한 비교예에 비해서 향상되어 도 1의 실시예(실시예 1)에 따른 액정 표시 장치와 거의 동일한 값을 가지는 것을 알 수 있다.
[실시예 3]
도 8은 본 발명의 한 실시예에 따른 액정 표시 장치의 배치도이고, 도 9는 도 8의 액정 표시 장치를 IX-IX선을 따라 잘라 도시한 단면도이고, 도 10은 도 8의 액정 표시 장치 중 화소 전극을 제외한 배치도이고, 도 11은 도 8의 액정 표시 장치의 화소 전극을 도시한 배치도이다.
도 8 내지 11을 참고하면, 절연 기판(110) 위에 복수의 게이트선(121) 및 복수의 유지 전극선(storage electrode line)이 형성되어 있다.
게이트선(121)은 게이트 신호를 전달하며 주로 가로 방향으로 뻗어 있다. 각 게이트선(121)은 위로 돌출한 복수의 제1 및 제2 게이트 전극(124a, 124b)을 포함한다.
유지 전극선은 게이트선(121)과 실질적으로 나란하게 뻗은 줄기선(stem)(131)과 이로부터 뻗어 나온 복수의 지선(branch)을 포함한다. 각 지선은 세로부(137), 고리부(135), 제1 유지 전극(133a), 그리고 제2 유지 전극(133b)을 포함한다.
세로부(137)는 줄기선(131)으로부터 위아래로 곧게 뻗어 있다(이하 세로부(137)가 뻗어 있는 방향의 가상의 직선을 “세로 중심선”이라 한다).
고리부(135)는 대략 직사각형으로 윗변은 세로부(137)와 수직으로 만난다.
제1 유지 전극(133a)은 고리부(135)의 왼쪽 변 가운데에서 오른쪽 변 가운데까지 가로로 뻗어 있으며 세로부(137)나 고리부(135)보다 너비가 넓다. 제1 유지 전극(133a)과 세로부(137)는 서로 직교하며 만난다.
고리부(135)의 왼쪽 변은 아래로 연장되어 뻗다가 오른쪽으로 꺾여 제2 유지 전극(133b)을 이룬다. 제2 유지 전극(133b)은 폭이 확장되어 있고 가로 방향으 로 뻗어 있으며 제1 유지 전극(133a)과 실질적으로 평행하다.
그러나 유지 전극선(131, 133a, 133b, 135, 137)의 모양 및 배치는 여러 형태로 변형될 수 있다.
게이트선(121) 및 유지 전극선(131, 133a, 133b, 135, 137) 위에는 게이트 절연막(140)이 형성되어 있으며, 게이트 절연막(140) 위에는 비정질 또는 결정질 규소 등으로 만들어진 복수의 반도체(154a, 154b)가 형성되어 있다.
반도체(154b) 위에는 복수 쌍의 저항성 접촉 부재(163b, 165b)가 형성되어 있으며, 저항성 접촉 부재(163b, 165b) 및 게이트 절연막(140) 위에는 복수 쌍의 데이터선(171a, 171b)과 복수 쌍의 제1 및 제2 드레인 전극(175a, 175b)이 형성되어 있다.
데이터선(171a, 171b)은 데이터 신호를 전달하며 주로 세로 방향으로 뻗어 게이트선(121) 및 유지 전극선의 줄기선(131)과 교차한다. 데이터선(171a/171b)은 제1/제2 게이트 전극(124a/124b)을 향하여 뻗어 U자형으로 굽은 제1/제2 소스 전극(173a/173b)을 포함하며, 제1/제2 소스 전극(173a/173b)은 제1/제2 게이트 전극(124a/124b)을 중심으로 제1/제2 드레인 전극(175a/175b)과 마주한다.
제1 드레인 전극(175a)은 제1 소스 전극(173a)으로 일부 둘러싸인 한 쪽 끝에서부터 시작하여 위로 뻗다가 제2 유지 전극(133b)의 윗변을 따라 왼쪽으로 꺾이고 세로 중심선 부근에 이르면 다시 위로 길게 뻗어 다른 한 쪽 끝을 이룬다. 제1 드레인 전극(175a)의 다른 한 쪽 끝은 제2 유지 전극(133b)이 있는 곳까지 이르며 다른 층과의 접속을 위해 면적이 넓다.
제2 드레인 전극(175b)은 제2 소스 전극(173b)으로 일부 둘러싸인 한 쪽 끝에서부터 시작하여 제2 유지 전극(133b) 부근까지 위로 뻗다가 오른쪽으로 꺾여 제2 유지 전극(133b)의 아래쪽 변을 따라 뻗으며 세로 중심선 부근에 이르면 면적이 넓어지고 다시 아래쪽으로 뻗는다.
그러나 제1 및 제2 드레인 전극(175a, 175b)을 비롯한 데이터선(171a, 171b)의 모양 및 배치는 여러 형태로 변형될 수 있다.
제1/제2 게이트 전극(124a/124b), 제1/제2 소스 전극(173a/173b) 및 제1/제2 드레인 전극(175a/175b)은 제1/제2 반도체(154a/154b)와 함께 제1/제2 박막 트랜지스터(thin film transistor, TFT)(Qa/Qb)를 이루며, 제1/제2 박막 트랜지스터(Qa/Qb)의 채널(channel)는 제1/제2 소스 전극(173a/173b)과 제1/제2 드레인 전극(175a/175b) 사이의 제1/제2 반도체(154a/154b)에 형성된다.
데이터선(171a, 171b), 드레인 전극(175a, 175b) 및 노출된 반도체(154a, 154b) 부분 위에는 질화규소 또는 산화규소 따위로 만들어진 하부 보호막(180p)이 형성되어 있다.
하부 보호막(180p) 위에는 복수의 색필터(230)가 형성되어 있다. 색필터(230)는 차광 부재(230)로 둘러싸인 영역 내에 대부분 존재한다. 색필터(230)에는 제1 및 제2 드레인 전극(175a, 175b) 위에 위치하는 복수의 관통 구멍(235a, 235b)과 제1 및 제2 유지 전극(133a, 133b) 위에 위치하는 복수의 개구부(233a, 233b)가 형성되어 있다. 개구부(233a, 233b)는 유지 축전기(Csta, Cstb)를 형성하는 유전체의 두께를 얇게 하여 유지 용량을 증가시키기 위한 것이다.
여기서 하부 보호막(180p)은 색필터(230)의 안료가 노출된 반도체(154a, 154b) 부분으로 유입되는 것을 방지할 수 있다.
색필터(230) 위에는 상부 보호막(180q)이 형성되어 있다. 상부 보호막(180q)은 질화규소 또는 산화규소 따위의 무기 절연 물질로 만들어질 수 있으며, 색필터(230)가 들뜨는 것을 방지하고 색필터(230)로부터 유입되는 용제(solvent)와 같은 유기물에 의한 액정층(3)의 오염을 억제하여 화면 구동시 초래할 수 있는 잔상과 같은 불량을 방지한다.
상부 보호막(180q)는 제1 실시예에서와 같이 돌출부(800)를 포함하며, 돌출부(800)는 상부 보호막(180q)와 일체형으로 형성되어 있으나, 별도층으로 형성될 수 있다.
차광 부재(220) 및 색필터(230) 중 적어도 하나는 제1 실시예에서와 같이 상부 표시판(200)에 위치할 수 있으며 이 경우 하부 표시판(100)의 하부 보호막(180p)과 상부 보호막(180q) 중 하나는 생략될 수 있다.
상부 보호막(180q)가 형성되지 않을 경우 돌출부(800)는 색필터(230)를 이용하여 형성할 수 있다.
상부 보호막(180q) 및 하부 보호막(180p)에는 제1 및 제2 드레인 전극(175a, 175b)을 드러내는 복수의 접촉 구멍(185a, 185b)이 형성되어 있다.
상부 보호막(180q) 위에는 복수의 화소 전극(191)이 형성되어 있으며 전술한 색필터(230)는 화소 전극(191) 열을 따라서 길게 뻗을 수 있다.
도 8을 참고하면, 각 화소 전극(191)은 사각형 띠 모양의 간극(91)을 사이 에 두고 서로 분리되어 있는 제1 및 제2 부화소 전극(191a, 191b)을 포함한다. 제1 및 제2 부화소 전극(191a, 191b)은 각각 도 1의 화소 전극(191)을 기본 전극으로 그 변형을 하나 이상 포함하고 있다. 이하 설명의 편의상 도 1의 화소 전극(191)을 기본 전극(199)이라 한다.
다시 도 8 및 9를 참고하면, 제1 부화소 전극(191a)은 하나의 기본 전극(199)을 포함한다. 다만 제1 부화소 전극(191a)을 이루는 기본 전극(191)의 가로 줄기부(193a)는 다른 가로 줄기부보다 폭이 확장되어 제1 유지 전극(133a)과 중첩한다. 또한 제1 드레인 전극(175a)과의 접촉을 쉽게 하기 위해서 아래쪽 변 중앙에는 아래쪽으로 돌출한 부분이 형성되어 있다.
제2 부화소 전극(191b)은 상부 전극(191bu)와 하부 전극(191bb)을 포함하며 상부 전극(191bu)과 하부 전극(191bb)은 각각 하나씩의 기본 전극(199)을 포함한다. 상부전극(191bu)과 하부 전극(191bb)은 두 개의 좌우 연결부(197)로 연결되어 있다.
제2 부화소 전극(191b)은 간극(91)을 사이에 두고 제1 부화소 전극(191a)을 둘러싸고 있다. 하부 전극(191bb)의 가로 줄기부는 가운데 일부가 위아래로 확장되어 제2 확장부(193bb)를 이루며 제2 유지 전극(133b)과 중첩한다. 또한 제2 드레인 전극(175b)과의 접촉을 쉽게 하기 위해 제2 확장부(193bb)의 아래쪽 변 중앙에는 아래쪽으로 돌출한 부분이 형성되어 있다.
제2 부화소 전극(191b)의 면적은 제1 부화소 전극(191a)의 면적의 대략 1.0배 내지 2.2배일 수 있다.
부영역(D)의 가장자리에 위치하는 미세 가지부(195)의 끝부분과 줄기부(193)는 하부 돌출부(800)에 의해서 다른 부분에 비해서 돌출되어 있다.
제1 및 제2 부화소 전극(191a, 191b)은 각각 접촉 구멍(185a, 185b)을 통하여 제1 및 제2 드레인 전극(175a, 175b)과 연결되어 있다.
화소 전극(191) 위에는 배향막(11)이 형성되어 있다.
다음 상부 표시판(200)에 대하여 설명한다.
절연 기판(210) 위에 공통 전극(270)이 형성되어 있으며, 그 위에는 배향막(21)이 형성되어 있다. 각 배향막(11, 21)은 수직 배향막일 수 있다.
마지막으로 표시판(100, 200)의 바깥쪽 면에는 편광자(polarizer)(도시하지 않음)가 구비되어 있을 수 있다.
제1 및 제2 부화소 전극(191a, 191b)과 공통 전극(270)은 액정 축전기(Clca, Clcb)를 이루어 박막 트랜지스터가 턴 오프된 후에도 인가된 전압을 유지한다. 또한 유지 전극선(131)의 제1 및 제2 유지 전극(133a, 133b)은 제1 및 제2 부화소 전극(191a, 191b)과 개구부(188a, 188b)에서 중첩하여 유지 축전기(Csta, Cstb)를 형성한다.
유지 전극선(131)의 고리부(135)는 화소 전극(191)의 간극(91)과 중첩하여 제1 부화소 전극(191a)과 제2 부화소 전극(191b) 사이의 빛샘을 막는 차폐 부재(shielding members) 역할을 한다. 데이터선(171a, 171b)과 제1 부화소 전극(191a) 사이에 위치한 고리부(135)는 크로스 토크(crosstalk)를 방지하여 화질 열화를 줄인다.
한편, 제1 부화소 전극(191a)과 제2 부화소 전극(191b)은 각각 다른 데이터선(171a, 171b)을 통해 별개의 데이터 전압을 인가 받으며 면적이 상대적으로 작은 제1 부화소 전극(191a)의 전압이 면적이 상대적으로 큰 제2 부화소 전극(191b)의 전압보다 높다.
이와 같이 제1 부화소 전극(191a)과 제2 부화소 전극(191b)의 전압이 다르면 제1 부화소 전극(191a)과 공통 전극(270) 사이에 형성되는 액정 축전기(Clca)와 제2 부화소 전극(191b)과 공통 전극(270) 사이에 형성되는 액정 축전기(Clcb)에 작용하는 전압이 다르므로 각 부화소(PXa, PXb)의 액정 분자들이 기울어진 각도가 다르고 이에 따라 두 부화소(PXa, PXb)의 휘도가 달라진다. 따라서 액정 축전기(Clca, Clcb)의 전압을 적절하게 맞추면 측면에서 바라보는 영상이 정면에서 바라보는 영상에 최대한 가깝게 할 수 있으며, 즉 측면 감마 곡선을 정면 감마 곡선에 최대한 가깝게 할 수 있으며, 이렇게 함으로써 측면 시인성을 향상할 수 있다.
[실시예 4]
도 12는 본 발명의 다른 실시예에 따른 액정 표시 장치의 단면도로 도 1의 II-II선을 따라 잘라 도시한 단면도이다.
본 실시예에 따른 액정 표시 장치의 층상 구조는 도 1 내지 3에 도시한 액정 표시 장치의 층상 구조와 동일하므로 다른 부분에 대해서 구체적으로 설명한다. 상부 표시판은 도 2의 상부 표시판과 동일하므로 하부 표시판에 대해서 설명한다.
도 12의 하부 표시판은 기판(110) 위에 게이트 전극(124)을 가지는 게이트선 이 형성되어 있고, 게이트 전극(124) 위에 게이트 절연막(140)이 형성되어 있다. 그리고 게이트 절연막(140) 위에는 반도체(154) 및 저항성 접촉층(163, 165)가 형성되어 있고, 저항성 접촉층(163, 165)와 중첩하는 소스 전극(173)을 가지는 데이터선(171) 및 드레인 전극(175)이 형성되어 있다.
그리고 데이터선(171) 및 드레인 전극(175) 위에는 보호막(180)이 형성되어 있고, 보호막(180) 위에는 화소 전극(191) 및 배향막(11)이 형성되어 있다.
그러나 도 12의 보호막(180)은 이웃하는 미세 가지부 사이의 보호막(180)이 미세 가지부를 따라 길게 제거된 홈(H)을 포함한다. 이때 홈의 깊이는 셀갭의 1/10이하이고, 홈의 깊이는 0.5㎛일 수 있다.
이러한 홈(H)은 접촉 구멍(185a)을 형성할 때 형성할 수도 있다. 그러나 화소 전극(191)을 형성한 후 화소 전극(191) 또는 화소 전극(191)을 형성한 감광성 패턴을 마스크로 보호막(180)을 식각하여 형성할 수 있다.
데이터선(171)과 중첩하는 부분의 보호막(180)은 하부의 데이터선(171)으로 인해서 다른 부분보다 더욱 돌출 될 수 있다.
기판 전체에 걸쳐 액정 분자(31)들이 홈을 따라 선경사각을 가지기 때문에 액정 분자의 응답 속도가 빨라진다.
또한, 도 12의 액정 표시 장치는 제2 실시예에서와 같이 상부 표시판에 돌출부를 포함할 수 있다. 이때 상부 표시판도 홈을 포함할 수 있으며 돌출부도 홈을 따라 길게 형성된다.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 배치도이다.
도 2는 도 1의 II-II선을 따라 잘라 도시한 단면도이다.
도 3은 도 1의 III-III선을 따라 잘라 도시한 단면도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 액정 표시 장치와 돌출부를 형성하지 않은 경우의 액정 표시 장치의 응답 시간에 따른 투과율을 도시한 그래프이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 액정 표시 장치와 비교예에 따른 액정 표시 장치에서 액정 분자의 방위각을 측정한 그래프이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 액정 표시 장치와 비교예에 따른 액정 표시 장치의 액정 분자의 응답 시간 및 투과율을 도시한 그래프이다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 액정 표시 장치의 단면도로, 도 1의 II-II선을 따라 잘라 도시한 단면도이다.
도 8은 본 발명의 한 실시예에 따른 액정 표시 장치의 배치도이다.
도 9는 도 8의 액정 표시 장치를 IX-IX선을 따라 잘라 도시한 단면도이다.
도 10은 도 8의 액정 표시 장치 중 화소 전극을 제외한 배치도이다.
도 11은 도 8의 액정 표시 장치의 화소 전극을 도시한 배치도이다.
도 12는 본 발명의 다른 실시예에 따른 액정 표시 장치의 단면도로 도 1의 II-II선을 따라 잘라 도시한 단면도이다.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
3: 액정층 11, 21: 배향막
100: 하부 표시판 110, 210: 절연 기판
121: 게이트선 124, 124a, 124b: 게이트 전극
131: 유지 전극선 133a, 133b: 유지 전극
135: 고리부 137: 세로부
140: 게이트 절연막 154, 154a, 154b: 반도체
163, 165: 저항성 접촉 부재
171, 171a, 171b: 데이터선
173, 173a, 173b: 소스 전극
175, 175a, 175b: 드레인 전극
180, 180p, 180q: 보호막
185, 185a, 185b: 접촉 구멍 188a, 188b: 개구부
191: 화소 전극 191a, 191b: 부화소 전극
195: 미세 가지부 199: 기본 전극
200: 상부 표시판 220: 차광부재
225: 개구부 230: 색필터
233a, 233b: 개구부 235a, 235b: 관통 구멍
25, 800: 돌출부 250: 덮개막
270: 공통 전극

Claims (24)

  1. 마주하는 제1 기판 및 제2 기판,
    상기 제1 기판 위에 형성되어 있으며 행렬 형태로 배열되어 있으며 줄기선과 상기 줄기선으로부터 비스듬하게 뻗어나간 복수의 미세 가지부를 포함하는 복수의 화소 전극,
    상기 복수의 화소 전극과 마주하는 공통 전극, 그리고
    상기 제1 기판과 상기 제2 기판 사이에 위치하며 복수의 액정 분자를 포함하는 액정층
    을 포함하고,
    상기 화소 전극은 상기 미세 가지부의 길이 방향에 따라 복수의 부영역으로 분류되고, 상기 미세 가지부는 상기 부영역의 가장자리에서 돌출되어 있는 액정 표시 장치.
  2. 제1항에서,
    상기 제1 기판과 상기 화소 전극 사이에 형성되어 있는 보호막을 더 포함하고,
    상기 보호막은 상기 부영역의 가장자리와 대응하는 제1 돌출부를 포함하는 액정 표시 장치.
  3. 제2항에서,
    상기 미세 가지부의 일단은 상기 제1 돌출부와 중첩하는 액정 표시 장치.
  4. 제3항에서,
    상기 보호막은 저유전율 유기 물질로 형성하는 액정 표시 장치.
  5. 제4항에서,
    상기 제1 기판 위에 형성되어 있으며 상기 화소 전극 아래에 형성되는 게이트선,
    상기 게이트선과 교차하는 데이터선,
    상기 게이트선, 데이터선 및 화소 전극과 연결되어 있는 박막 트랜지스터
    를 더 포함하고,
    상기 미세 가지부의 일단은 상기 데이터선과 중첩하는 액정 표시 장치.
  6. 제3항에서,
    상기 미세 가지부와 연결되는 상기 줄기선은 상기 제1 돌출부와 중첩하는 액정 표시 장치.
  7. 제2항에서,
    상기 제1 돌출부의 두께는 셀갭의 1/10이하인 액정 표시 장치.
  8. 제7항에서,
    상기 제1 돌출부의 두께는 0.5㎛인 액정 표시 장치.
  9. 제2항에서,
    상기 제1 돌출부의 단면은 사다리모양인 액정 표시 장치.
  10. 제9항에서,
    상기 액정층의 액정 분자 중 상기 제1 돌출부와 인접한 액정 분자는 상기 제1 돌출부의 측면에 대해서 수직하게 기울어져 있는 액정 표시 장치.
  11. 제10항에서,
    상기 액정층의 액정 분자 중 상기 미세 가지부의 중심과 대응하는 위치의 액정 분자는 상기 기판에 대해서 수직한 액정 표시 장치.
  12. 제1항에서,
    상기 공통 전극과 상기 제2 기판 사이에 형성되어 있는 덮개막을 더 포함하고,
    상기 덮개막은 상기 제1 돌출부 사이와 대응하는 제2 돌출부를 포함하는 액정 표시 장치.
  13. 제12항에서,
    상기 공통 전극은 상기 제2 돌출부를 따라 형성되어 요철을 형성하는 액정 표시 장치.
  14. 제13항에서,
    상기 제2 돌출부의 두께는 셀갭의 1/10이하인 액정 표시 장치.
  15. 제14항에서,
    상기 제2 돌출부의 두께는 0.5㎛이하인 액정 표시 장치.
  16. 제12항에서,
    상기 제2 돌출부의 단면은 사다리모양인 액정 표시 장치.
  17. 제1항에서,
    이웃하는 부 영역의 상기 미세 가지선은 상기 줄기선을 중심으로 대칭인 액정 표시 장치.
  18. 제17항에서,
    이웃하는 두 부 영역의 상기 미세 가지선은 서로 직교하는 액정 표시 장치.
  19. 마주하는 제1 기판 및 제2 기판,
    상기 제1 기판 위에 형성되어 있으며 행렬 형태로 배열되어 있으며 줄기선과 상기 줄기선으로부터 비스듬하게 뻗어나간 복수의 미세 가지부를 포함하는 복수의 화소 전극,
    상기 복수의 화소 전극과 마주하는 공통 전극, 그리고
    상기 제1 기판과 상기 제2 기판 사이에 위치하며 복수의 액정 분자를 포함하는 액정층
    을 포함하고,
    상기 화소 전극은 상기 미세 가지부의 길이 방향에 따라 복수의 부영역으로 분류되고, 이웃하는 미세 가지부는 사이는 상기 미세 가지부의 길이 방향으로 길게 제1 홈이 형성되어 있는 액정 표시 장치.
  20. 제19항에서,
    상기 제1 기판과 상기 화소 전극 사이에 형성되어 있는 보호막을 더 포함하고,
    상기 제1 홈은 상기 보호막에 형성되어 있는 액정 표시 장치.
  21. 제20항에서,
    상기 공통 전극과 상기 제2 기판 사이에 형성되어 있는 덮개막을 더 포함하 고,
    상기 덮개막은 상기 제1 홈 사이와 대응하는 제2 홈을 포함하는 액정 표시 장치.
  22. 제20항에서,
    상기 보호막은 저유전율 유기 물질로 형성하는 액정 표시 장치.
  23. 제20항에서,
    상기 홈의 깊이는 셀갭의 1/10이하인 액정 표시 장치.
  24. 제23항에서,
    상기 홈의 깊이는 0.5㎛인 액정 표시 장치.
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