KR20150015576A - 액정 표시 장치 - Google Patents

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KR20150015576A
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윤형근
노순준
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삼성디스플레이 주식회사
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Abstract

액정 표시 장치를 제공한다. 본 발명의 일실시예에 따른 액정 표시 장치는 하부 기판, 상기 하부 기판 위에 위치하는 제1 전극, 상기 제1 전극 위에 위치하는 간격층, 상기 하부 기판과 마주보는 상부 기판, 상기 상부 기판 위에 위치하는 제2 전극 그리고 상기 간격층과 상기 제2 전극 사이에 위치하고, 액정 물질을 포함하는 액정층을 포함하고, 상기 제1 전극은 패턴화된 전극을 포함한다.

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, 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 장치는 또한 각 화소 전극에 연결되어 있는 스위칭 소자 및 스위칭 소자를 제어하여 화소 전극에 전압을 인가하기 위한 게이트선과 데이터선 등 다수의 신호선을 포함한다.
이러한 액정 표시 장치 중에서도, 전기장이 인가되지 않은 상태에서 액정 분자의 장축을 표시판에 대하여 수직을 이루도록 배열한 수직 배향 방식(vertically aligned mode)의 액정 표시 장치는 대비비가 크고, 기준 시야각이 넓어서 각광받고 있다.
특히, 수직 배향 방식의 액정 표시 장치 가운데 하부 표시판에 슬릿 구조를 갖는 전극을 형성하고, 상부 표시판에 통판 모양의 전극을 형성하여 각각의 전극에 전압을 인가할 수 있다. 이 때, 응답 속도를 향상시키기 위해 셀 갭(Cell Gap)을 줄이는 구조를 형성할 수 있다. 하지만, 셀 갭(Cell Gap) 감소에 따라 전극 사이의 거리가 줄어들면 프린지 필드(Fringe Field)가 커져 투과 효율이 감소하는 문제가 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 로우 셀 갭(Low Cell Gap)에서 투과율을 향상시키는 액정 표시 장치를 제공하는데 있다.
본 발명의 일실시예에 따른 액정 표시 장치는 하부 기판, 상기 하부 기판 위에 위치하는 제1 전극, 상기 제1 전극 위에 위치하는 간격층, 상기 하부 기판과 마주보는 상부 기판, 상기 상부 기판 위에 위치하는 제2 전극 그리고 상기 간격층과 상기 제2 전극 사이에 위치하고, 액정 물질을 포함하는 액정층을 포함하고, 상기 제1 전극은 패턴화된 전극을 포함한다.
상기 액정층의 두께와 상기 간격층의 두께의 합은 상기 제1 전극과 상기 제2 전극 사이의 거리에 대응할 수 있다.
상기 간격층은 절연 물질을 포함할 수 있다.
상기 패턴화된 전극은 미세 슬릿 전극을 포함하고, 상기 제2 전극은 통판 모양의 전극을 포함할 수 있다.
상기 제1 전극은 가로 줄기부 및 이와 교차하는 세로 줄기부를 포함하는 십자형 줄기부를 포함하고, 상기 십자형 줄기부는 단위 화소 영역에 포함될 수 있다.
상기 제1 전극은 상기 십자형 줄기부로부터 서로 다른 방향으로 뻗어 나온 복수의 미세 가지부를 포함할 수 있다.
상기 제1 전극은 투명 도전 물질을 포함할 수 있다.
상기 간격층은 절연 물질을 포함하고, 상기 간격층의 굴절률은 1.6 이상 1.8 이하일 수 있다.
상기 간격층의 굴절률은 상기 제1 전극과 동일할 수 있다.
상기 간격층의 유전율은 상기 액정 물질의 유전율과 같거나 클 수 있다.
상기 제1 전극과 상기 제2 전극 사이에 전계가 없는 상태에서 상기 액정 물질의 장축이 상기 상부 기판 또는 상기 하부 기판에 수직한 방향으로 배향될 수 있다.
상기 액정 물질은 음의 유전율 이방성을 가질 수 있다.
상기 하부 기판과 상기 제1 전극 사이에 위치하는 색필터를 더 포함할 수 있다.
상기 간격층과 상기 액정층 사이에 위치하는 배향막을 더 포함할 수 있다.
상기 배향막 및 상기 액정층 가운데 적어도 하나에 포함된 배향 중합체를 더 포함할 수 있다.
상기 하부 기판은 박막 트랜지스터를 포함하는 박막 트랜지스터 기판이고, 상기 상부 기판은 공통 전극 기판일 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따르면, 액정층의 두께가 감소하더라도 전극 간 거리를 유지하도록 하는 절연막 구조에 의해 프린지 필드(Fringe Field)에 의한 영향성을 감소시킨다. 따라서, 투과율의 감소를 최소화하면서 빠른 응답 속도를 얻을 수 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 액정 표시 장치의 화소에 대한 등가 회로도이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 액정 표시 장치의 배치도이고, 도 3은 도 2의 Ⅲ-Ⅲ' 선을 따라 자른 단면도이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 화소 전극을 나타내는 평면도이다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 액정 표시 장치의 기본 전극을 나타내는 평면도이다.
도 6a 및 도 6b는 본 발명의 일실시예에 따른 배향 보조제에 의해 액정의 선경사를 형성하는 방법을 도시한 개략도이다.
도 7 및 도 8은 비교예의 액정 표시 장치와 본 발명의 일실시예에서 액정 표시 장치를 구동한 경우를 나타내는 사진들이다.
첨부한 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 상세히 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명은 여기서 설명되는 실시예에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시예들은 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이다.
도면들에 있어서, 층 및 영역들의 두께는 명확성을 기하기 위하여 과장된 것이다. 또한, 층이 다른 층 또는 기판 "상"에 있다고 언급되는 경우에 그것은 다른 층 또는 기판 상에 직접 형성될 수 있거나 또는 그들 사이에 제 3의 층이 개재될 수도 있다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호로 표시된 부분들은 동일한 구성요소들을 의미한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 액정 표시 장치의 화소에 대한 등가 회로도이다.
도 1을 참고하면, 본 발명의 일실시예에 따른 액정 표시 장치는 서로 마주하는 박막 트랜지스터 표시판(100)과 공통 전극 표시판(200), 그리고 그 사이에 개재되어 있는 액정층(3)을 포함한다.
본 실시예에 따른 액정 표시 장치는 복수의 게이트선(GL), 복수 쌍의 데이터선(DLa, DLb) 및 복수의 유지 전극선(SL)을 포함하는 신호선과 이에 연결된 복수의 화소(PX)를 포함한다.
각 화소(PX)는 한 쌍의 부화소(PXa, PXb)를 포함하며, 부화소(PXa, PXb)는 스위칭 소자(Qa, Qb)와 액정 축전기(Clca, Clcb) 및 유지 축전기(storage capacitor)(Csta, Cstb)를 포함한다.
스위칭 소자(Qa, Qb)는 하부 표시판(100)에 구비되어 있는 박막 트랜지스터 등의 삼단자 소자로서, 그 제어 단자는 게이트선(GL)과 연결되어 있고, 입력 단자는 데이터선(DLa, DLb)과 연결되어 있으며, 출력 단자는 액정 축전기(Clca, Clcb) 및 유지 축전기(Csta, Cstb)와 연결되어 있다.
액정 축전기(Clca, Clcb)는 부화소 전극(191a, 191b)과 공통 전극(270)을 두 단자로 하고, 두 단자 사이의 액정층(3) 부분을 유전체로 하여 형성된다.
액정 축전기(Clca, Clcb)의 보조적인 역할을 하는 유지 축전기(Csta, Cstb)는 하부 표시판(100)에 구비된 유지 전극선(SL)과 부화소 전극(191a, 191b)이 절연체를 사이에 두고 중첩되어 이루어지며 유지 전극선(SL)에는 공통 전압(Vcom) 따위의 정해진 전압이 인가된다.
두 액정 축전기(Clca, Clcb)에 충전되는 전압은 서로 약간의 차이가 나도록 설정되어 있다. 예를 들면, 액정 축전기(Clca)에 인가되는 데이터 전압이 인접한 다른 액정 축전기(Clcb)에 인가되는 데이터 전압에 비하여 항상 낮거나 높도록 설정한다. 이렇게 두 액정 축전기(Clca, Clcb)의 전압을 적절하게 조절하면 측면에서 바라보는 영상이 정면에서 바라보는 영상에 근접하도록 할 수 있어 액정 표시 장치의 측면 시인성이 향상된다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 액정 표시 장치의 배치도이고, 도 3은 도 2의 Ⅲ-Ⅲ' 선을 따라 자른 단면도이다. 도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 화소 전극을 나타내는 평면도이다. 도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 액정 표시 장치의 기본 전극을 나타내는 평면도이다.
도 2 및 도 3을 참고하면, 본 발명의 한 실시예에 따른 액정 표시 장치는 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 복수의 게이트선(121) 및 복수의 유지 전극선(131, 135)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(131)과 이로부터 뻗어 나온 복수의 유지 전극(135)을 포함한다.
유지 전극선(131, 135)의 모양 및 배치는 여러 형태로 변형될 수 있다.
게이트선(121) 및 유지 전극선(131, 135) 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(154a, 154b) 위에는 각각 복수 쌍의 저항성 접촉 부재(ohmic contact)(163b, 165b)가 형성되어 있으며, 저항성 접촉 부재(163b, 165b)는 실리사이드(silicide) 또는 n형 불순물이 고농도로 도핑되어 있는 n+ 수소화 비정질 규소 따위의 물질로 만들어질 수 있다.
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 및 제2 소스 전극(173a, 173b)을 포함하며, 제1 및 제2 소스 전극(173a, 173b)은 제1, 제2 게이트 전극(124a, 124b)을 중심으로 제1 및 제2 드레인 전극(175a, 175b)과 마주한다.
제1 및 제2 드레인 전극(175a, 175b)은 각각 제1 및 제2 소스 전극(173a, 173b)으로 일부 둘러싸인 한 쪽 끝에서부터 위로 뻗어 있으며 반대쪽 끝은 다른 층과의 접속을 위해 면적이 넓을 수 있다.
그러나 제1 및 제2 드레인 전극(175a, 175b)을 비롯한 데이터선(171a, 171b)의 모양 및 배치는 여러 형태로 변형될 수 있다.
제1 및 제2 게이트 전극(124a, 124b), 제1 및 제2 소스 전극(173a, 173b) 및 제1 및 제2 드레인 전극(175a, 175b)은 제1 및 제2 반도체(154a, 154b)와 함께 제1 및 제2 박막 트랜지스터(thin film transistor, TFT)를 이루며, 제1 및 제2 박막 트랜지스터의 채널(channel)은 제1 및 제2 소스 전극(173a, 173b)과 제1 및 제2 드레인 전극(175a, 175b) 사이의 제1 및 제2 반도체(154a, 154b)에 형성된다.
저항성 접촉 부재(163b, 165b)는 그 아래의 반도체(154a, 154b)와 그 위의 데이터선(171a, 171b), 드레인 전극(175a, 175b) 사이에만 존재하며 이들 사이의 접촉 저항을 낮추어 준다. 반도체(154a, 154b)에는 소스 전극(173a, 173b)과 드레인 전극(175a, 175b) 사이에는 데이터선(171a, 171b) 및 드레인 전극(175a, 175b)으로 가리지 않고 노출된 부분이 있다.
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 색필터(230)가 형성되어 있다. 색필터(230)는 적색, 녹색, 청색의 3색 컬러 필터를 포함할 수 있다. 색필터(230) 위에 크롬 및 크롬 산화물의 단일층이나 이중층 또는 유기 물질로 이루어진 차광 부재(220)가 형성되어 있다. 차광 부재(220)는 매트릭스 형태로 배열될 수 있다.
색필터(230)와 차광 부재(220) 위에는 투명한 유기 절연 물질로 이루어진 상부 보호막(180q)이 형성되어 있다. 상부 보호막(180q)은 색필터(230)가 노출되는 것을 방지하고 평탄면을 제공한다. 상부 보호막(180q)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 있다. 화소 전극(191)은 ITO 또는 IZO 등의 투명한 도전 물질이나 알루미늄, 은, 크롬 또는 그 합금 등의 반사성 금속으로 만들어질 수 있다.
각 화소 전극(191)은 서로 분리되어 있는 제1 및 제2 부화소 전극(191a, 191b)을 포함하며, 제1 및 제2 부화소 전극(191a, 191b)은 각각 도 5에 도시한 기본 전극(199) 또는 그 변형을 하나 이상 포함하고 있다.
그러면 도 4 및 도 5를 참고하여, 기본 전극(199)에 대해 상세하게 설명한다.
도 5에 도시한 바와 같이 기본 전극(199)의 전체적인 모양은 사각형이며 가로 줄기부(193) 및 이와 직교하는 세로 줄기부(192)로 이루어진 십자형 줄기부를 포함한다. 또한 기본 전극(199)은 가로 줄기부(193)와 세로 줄기부(192)에 의해 제1 부영역(Da), 제2 부영역(Db), 제3 부영역(Dc), 그리고 제4 부영역(Dd)으로 나뉘어지며 각 부영역(Da, Db, Dc, Dd)은 복수의 제1 내지 제4 미세 가지부(194a, 194b, 194c, 194d)를 포함한다.
제1 미세 가지부(194a)는 가로 줄기부(193) 또는 세로 줄기부(192)에서부터 왼쪽 위 방향으로 비스듬하게 뻗어 있으며, 제2 미세 가지부(194b)는 가로 줄기부(193) 또는 세로 줄기부(192)에서부터 오른쪽 위 방향으로 비스듬하게 뻗어 있다. 또한 제3 미세 가지부(194c)는 가로 줄기부(193) 또는 세로 줄기부(192)에서부터 왼쪽 아래 방향으로 뻗어 있으며, 제4 미세 가지부(194d)는 가로 줄기부(193) 또는 세로 줄기부(192)에서부터 오른쪽 아래 방향으로 비스듬하게 뻗어 있다.
제1 내지 제4 미세 가지부(194a, 194b, 194c, 194d)는 게이트선(121) 또는 가로 줄기부(193)와 대략 45도 또는 135도의 각을 이룬다. 또한 이웃하는 두 부영역(Da, Db, Dc, Dd)의 미세 가지부(194a, 194b, 194c, 194d)는 서로 직교할 수 있다.
미세 가지부(194a-194d)의 폭은 2.0μm 내지 5.0 μm일 수 있고, 한부영역(Da-Dd) 내에서 이웃하는 미세 가지부(194a-194d) 사이의 간격은 2.5μm 내지 5.0 μm일 수 있다.
도시하지 않았으나 미세 가지부(194a, 194b, 194c, 194d)의 폭은 가로 줄기부(193) 또는 세로 줄기부(192)에 가까울수록 넓어질 수 있다.
도 2 내지 도 5를 다시 참고하면, 제1 및 제2 부화소 전극(191a, 191b)은 각각 하나의 기본 전극(199)을 포함한다. 다만 화소 전극(191) 전체에서 제2 부화소 전극(191b)이 차지하는 면적이 제1 부화소 전극(191a)이 차지하는 면적보다 클 수 있으며, 이때, 제2 부화소 전극(191b)는 제1 부화소 전극(191a)의 면적보다 1.0배에서 2.2배 정도 크도록 기본 전극(199)의 크기를 다르게 형성한다.
제2 부화소 전극(191b)은 데이터선(171)을 따라 뻗은 한 쌍의 가지(195)를 포함한다. 가지(195)는 제1 부화소 전극(191a)과 데이터선(171a, 171b) 사이에 위치하며 제1 부화소 전극(191a)의 하단에서 연결된다. 제1 및 제2 부화소 전극(191a, 191b)은 접촉 구멍(185a, 185b)을 통하여 제1 및 제2 드레인 전극(175a, 175b)과 물리적, 전기적으로 연결되어 있으며, 제1 및 제2 드레인 전극(175a, 175b)으로부터 데이터 전압을 인가 받는다.
상기 실시예에서 설명한 화소 전극 구조 및 박막 트랜지스터 구조는 예시이고, 다른 형태로 변형이 가능하다.
본 발명의 일실시예에 따른 액정 표시 장치에서 화소 전극(191) 위에 간격층(240)이 위치한다. 간격층(240)은 절연 물질을 포함하는 절연막일 수 있다. 간격층(240)을 형성하는 절연 물질은 무기 또는 유기 화합물을 포함한다.
간격층(240)은 종래의 액정 표시 장치에서는 없는 구성을 추가한 것이다. 응답 속도를 나타내는 시정수(τ)를 하기 식 1로 표현할 때, 액정층(3)의 두께(d)를 감소시키면 시정수가 감소함에 따라 응답 속도를 향상시킬 수 있다.
Figure pat00001
식 1 (식 1에서 γ는 액정의 회전 점도이고, k는 탄성 계수이다)
본 실시예에서는 액정 표시 장치의 응답 속도를 높이기 위해 액정층(3)의 두께에 해당하는 셀 갭(Cell Gap)을 줄이면서, 줄어든 셀 갭(Cell Gap) 부분을 간격층(240)이 채우도록 한다. 구체적으로, 본 실시예에 따른 액정 표시 장치는 액정층(3)의 두께를 줄이면서 줄어든 부분을 절연막으로 보상하여 제1 전극에 대응하는 화소 전극(191)과 제2 전극에 대응하는 공통 전극(270) 사이의 거리를 유지시킬 수 있다. 다시 말해, 액정층(3)의 두께와 간격층(240)의 두께의 합은 화소 전극(191)과 공통 전극(270) 사이의 거리에 대응한다. 따라서, 전계를 형성하는 전극 사이의 거리가 셀 갭(Cell Gap)을 줄이기 전과 셀 갭(Cell Gap)을 줄인 이후에서 차이가 없기 때문에 프린지 필드의 영향력이 실질적으로 동일하기 때문에 투과율에 큰 변화가 없다.
본 실시예에서 간격층(240)의 굴절률은 1.6 이상 1.8 이하일 수 있다. 일반적으로 화소 전극(191)을 형성하는 ITO 등의 물질의 굴절률이 1.6 이상 1.8 이하의 값을 갖는 점에서 간격층(240)의 굴절률을 화소 전극(191)과 실질적으로 동일하게 조절하는 것이 바람직하다.
또한, 본 실시예에서 간격층(240)의 유전율이 액정 물질의 유전율 최대값과 같거나 크도록 간격층(240)을 형성하는 것이 바람직하다. 이 때, 간격층(240)의 커패시턴스가 증가하여 액정층(3)에 인가되는 유효 전압의 크기가 간격층(240)을 형성하지 않은 경우 대비하여 크게 감소하지 않고 유지되도록 할 수 있다.
다음, 상부 표시판(200)에 대해서 설명한다.
상부 표시판(200)에는 투명한 절연 기판(210) 위에 공통 전극(270)이 전면에 형성되어 있다.
상부 표시판(200)과 하부 표시판(100) 사이의 간격을 유지하기 위한 간격재(363)가 형성되어 있다.
하부 표시판(100) 및 상부 표시판(200)의 안쪽 면에는 배향막(11, 21)이 각각 도포되어 있으며 이들은 수직 배향막일 수 있다. 배향막(11, 21)은 폴리 아믹산(Polyamic acid) 또는 폴리 이미드(Polyimide) 등의 액정 배향막으로써 일반적으로 사용되는 물질들 중 적어도 하나를 포함하여 형성될 수 있다. 배향막(11, 21)은 제1 배향 보조제를 광조사하여 형성된 제1 배향 중합체(미도시)를 포함할 수 있다.
하부 표시판(100) 및 상부 표시판(200)의 바깥쪽 면에는 편광자(polarization)(도시하지 않음)가 구비되어 있을 수 있다.
하부 표시판(100)과 상부 표시판(200) 사이에는 액정층(3)이 개재되어 있다. 액정층(3)은 복수의 액정(310) 및 제2 배향 보조제를 광조사하여 형성된 제2 배향 중합체(50a)를 포함한다.
액정(310)은 음의 유전율 이방성을 가지며, 전기장이 없는 상태에서 그 장축이 두 표시판(100, 200)의 표면에 대하여 거의 수직을 이루도록 배향되어 있다.
화소 전극(191) 및 공통 전극(270)에 전압이 인가되면, 액정(310)은 화소 전극(191)과 공통 전극(270) 사이에 형성된 전기장에 응답하여 그 장축이 전기장의 방향에 수직한 방향으로 방향을 바꾼다. 액정(310)이 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.
액정(310)이 기울어지는 방향은 화소 전극(191)의 미세 가지(194a, 194b, 194c, 194d)에 의해 결정되며, 액정(310)은 미세 가지(194a, 194b, 194c, 194d)의 길이 방향에 평행한 방향으로 기울어진다. 하나의 화소 전극(191)은 미세 가지(194a, 194b, 194c, 194d)의 길이 방향이 서로 다른 네 개의 부영역(Da, Db, Dc, Dd)을 포함하므로 액정(310)이 기울어지는 방향은 대략 네 방향이며 액정층(3)에는 액정(310)의 배향 방향이 다른 네 개의 도메인(domain)이 형성된다. 이와 같이 액정이 기울어지는 방향을 다양하게 함으로써 액정 표시 장치의 시야각을 개선할 수 있다.
상기 제1 배향 보조제 및 상기 제2 배향 보조제의 중합에 의해 형성된 제1 배향 중합체(미도시) 및 제2 배향 중합체(50a)는 액정(310)의 초기 배향 방향인 선경사(pretilt)를 제어하는 역할을 한다. 상기 제1 배향 보조제 및 상기 제2 배향 보조제는 통상의 반응성 메소겐(reactive mesogen)일 수 있다.
상기 제1 배향 보조제 및 상기 제2 배향 보조제는 광에 의해 중합될 수 있고, 이에 대해 도 6a 및 도 6b를 도 2 내지 도 5와 함께 참고하여 설명하기로 한다.
도 6a 및 도 6b는 본 발명의 일실시예에 따른 배향 보조제에 의해 액정의 선경사를 형성하는 방법을 도시한 개략도이다.
먼저 박막 트랜지스터 표시판(100)과 공통 전극 표시판(200)을 각각 제조한다.
하부 표시판(100)은 다음과 같은 방법으로 제조한다.
기판(110) 위에 복수의 박막을 적층 및 패터닝하여 게이트 전극(124a, 124b)을 포함하는 게이트선(121), 게이트 절연막(140), 반도체(154a, 154b), 소스 전극(173a, 173b)을 포함하는 데이터선(171a, 171b), 드레인 전극(175a, 175b) 및 하부 보호막(180p)을 차례로 형성한다.
이어서 하부 보호막(180p) 위에 색필터(230)를 형성하고, 색필터(230) 위에 빛샘을 차단하기 위한 차광 부재(220)를 형성한다. 차광 부재(220) 및 색필터(230) 위에 상부 보호막(180q)을 형성한다.
상부 보호막(180q) 위에 ITO 또는 IZO 따위의 도전층을 적층하고 패터닝하여 도 4 및 도 5에 도시한 바와 같이 세로부(192), 가로부(193) 및 이들로부터 뻗어 나온 복수의 미세 가지(194a, 194b, 194c, 194d)를 가지는 화소 전극(191)을 형성한다.
이어서 화소 전극(191) 위에 간격층(240)을 형성하고, 그 위에 제1 배향 보조제를 포함하는 배향막(11)을 도포한다.
상부 표시판(200)은 다음과 같은 방법으로 제조한다.
기판(210) 위에 공통 전극(270)을 형성한다. 이어서 공통 전극(270) 위에 제1 배향 보조제를 포함하는 배향막(21)을 도포한다.
다음으로, 상기와 같은 방법으로 제조된 하부 표시판(100)과 상부 표시판(200)을 합착(assembly)하고, 그 사이에 액정(310) 및 상술한 제2 배향 보조제의 혼합물을 주입하여 액정층(3)을 형성한다. 그러나 액정층(3)은 하부 표시판(100) 또는 상부 표시판(200) 위에 액정(310) 및 제2 배향 보조제의 혼합물을 적하하는 방식으로 형성할 수도 있다.
다음으로, 도 6(A) 및 도 5를 참고하면, 화소 전극(191)과 공통 전극(270)에 전압을 인가한다. 전압 인가에 의해 배향막(11, 21)에 포함되어 있는 제1 배향 보조제(13, 23)는 배향막(11, 21) 내부로부터 뻗어 나와 있고, 선경사(Pretilt)를 가진다. 또한, 액정(310) 및 제2 배향 보조제(50)는 화소 전극(191)의 미세 가지(194a-194d)의 길이 방향에 평행한 방향으로 기울어진다.
이와 같이 화소 전극(191)과 공통 전극(270) 사이에 전압이 인가된 상태에서 광(1)을 조사한다. 광(1)은 제1 배향 보조제(13, 23) 및 제2 배향 보조제(50)를 중합시킬 수 있는 파장을 가지는 것을 사용하며 자외선 광 등이 사용될 수 있다.
도 6b를 참고하면, 상기 광조사 이후에 배향막(11, 21)에 포함되어 있는 제1 배향 보조제(13, 23)가 중합함으로써, 배향막(11, 21) 내부로부터 뻗어 나온 제1 배향 중합체(13a, 23a)를 형성하고, 인접한 위치에 모여있는 제2 배향 보조제(50)끼리 광 중합되어 제2 배향 중합체(50a)를 형성한다. 이러한 제1 배향 중합체(13a, 23a) 및 제2 배향 중합체(50a)는 액정의 배향을 따라 배열되며, 인가된 전압을 제거한 이후에도 배열을 유지하여 액정(310)의 선경사를 제어할 수 있다.
본 실시예에서는 배향막(11, 21)과 액정층(3)에 모두 배향 중합체(13a, 23a, 50a)가 형성되는 것으로 설명하였으나, 배향막(11, 21)과 액정층(3) 가운데 어느 하나에만 배향 중합체를 형성할 수도 있다.
도 7 및 도 8은 비교예의 액정 표시 장치와 본 발명의 일실시예에서 액정 표시 장치를 구동한 경우를 나타내는 화면들이다.
도 7에서 비교예 1a는 셀 갭(Cell Gap)이 3.2 마이크로미터로 제조된 액정 표시 장치를 구동했을 때의 화면이고, 비교예 1b는 비교예 1a와 대부분의 구성이 동일하고 셀 갭(Cell Gap)만 2.6 마이크로미터로 변형하여 제조된 액정 표시 장치를 구동했을 때의 화면이다. 비교예 1a와 비교예 1b를 참고할 때, 셀 갭(Cell Gap)을 줄이면 텍스처가 심하게 발생하여 투과율이 감소한다. 실시예 1은 앞에서 설명한 본 발명의 일실시예에 따른 액정 표시 장치의 경우이고, 비교예 1b와 같이 셀 갭(Cell Gap)을 2.6 마이크로미터로 설계함과 동시에 줄어든 셀 갭 부분을 간격층으로 보충하여 액정 표시 장치를 구동했을 때의 화면이다. 실시예 1을 참고할 때, 셀 갭이 줄어들었음에도 셀 갭이 줄어들기 전 대비하여 텍스처(Texture) 발생이 거의 없는 것을 알 수 있다.
도 8에서 비교예 2a는 셀 갭(Cell Gap)이 3.2 마이크로미터, 화소 전극의 피치(pitch)가 7 마이크로미터로 제조된 액정 표시 장치를 구동했을 때의 화면이고, 비교예 2b는 비교예 2a와 대부분의 구성이 동일하고 셀 갭(Cell Gap)만 3.0 마이크로미터로 변형하여 제조된 액정 표시 장치를 구동했을 때의 화면이다. 비교예 2a와 비교예 2b를 참고할 때, 셀 갭(Cell Gap)을 줄이면 텍스처가 발생하여 투과율이 감소한다.
비교예 3은 비교예 2b와 대부분의 구성이 동일하고 화소 전극의 피치만 6 마이크로미터로 변형하여 제조된 액정 표시 장치를 구동했을 때의 화면이다. 비교예 3을 참고하면, 셀 갭이 줄어들더라도 화소 전극의 피치를 감소시켜 프린지 필드의 영향력을 줄일 수 있기 때문에 텍스처에 의한 투과율 감소를 줄일 수 있다. 하지만, 노광 장비 설계의 어려움 등에 의해 화소 전극의 피치를 무한정 줄이는 것은 불가능하다.
실시예 2는 앞에서 설명한 본 발명의 일실시예에 따른 액정 표시 장치의 경우이고, 비교예 2b와 같이 셀 갭(Cell Gap)을 3.0 마이크로미터로 설계함과 동시에 줄어든 셀 갭 부분을 간격층으로 보충하여 액정 표시 장치를 구동했을 때의 화면이다. 실시예 2를 참고할 때, 비교예 3과 마찬가지로 셀 갭이 줄어들었음에도 셀 갭이 줄어들기 전 대비하여 텍스처(Texture) 발생이 거의 없는 것을 알 수 있다.
여기서, 화소 전극의 피치(pitch)란 화소 전극에 이루는 미세 가지부의 폭과 서로 이웃하는 미세 가지부 사이의 간격을 합한 값을 말한다.
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 100 하부 표시판
200 상부 표시판 121 게이트선
131, 135 유지 전극선 140 게이트 절연막
171a, 171b 데이터선 173a, 173b 소스 전극
175a, 175b 드레인 전극 180p 하부 보호막
180q 상부 보호막 230 색필터
240 간격층 270 공통 전극
363 간격재 220 차광 부재

Claims (16)

  1. 하부 기판,
    상기 하부 기판 위에 위치하는 제1 전극,
    상기 제1 전극 위에 위치하는 간격층,
    상기 하부 기판과 마주보는 상부 기판,
    상기 상부 기판 위에 위치하는 제2 전극 그리고
    상기 간격층과 상기 제2 전극 사이에 위치하고, 액정 물질을 포함하는 액정층을 포함하고,
    상기 제1 전극은 패턴화된 전극을 포함하는 액정 표시 장치.
  2. 제1항에서,
    상기 액정층의 두께와 상기 간격층의 두께의 합은 상기 제1 전극과 상기 제2 전극 사이의 거리에 대응하는 액정 표시 장치.
  3. 제2항에서,
    상기 간격층은 절연 물질을 포함하는 액정 표시 장치.
  4. 제3항에서,
    상기 패턴화된 전극은 미세 슬릿 전극을 포함하고, 상기 제2 전극은 통판 모양의 전극을 포함하는 액정 표시 장치.
  5. 제4항에서,
    상기 제1 전극은 가로 줄기부 및 이와 교차하는 세로 줄기부를 포함하는 십자형 줄기부를 포함하고, 상기 십자형 줄기부는 단위 화소 영역에 포함되는 액정 표시 장치.
  6. 제5항에서,
    상기 제1 전극은 상기 십자형 줄기부로부터 서로 다른 방향으로 뻗어 나온 복수의 미세 가지부를 포함하는 액정 표시 장치.
  7. 제1항에서,
    상기 제1 전극은 투명 도전 물질을 포함하는 액정 표시 장치.
  8. 제7항에서,
    상기 간격층은 절연 물질을 포함하고, 상기 간격층의 굴절률은 1.6 이상 1.8 이하인 액정 표시 장치.
  9. 제8항에서,
    상기 간격층의 굴절률은 상기 제1 전극과 동일한 액정 표시 장치.
  10. 제1항에서,
    상기 간격층의 유전율은 상기 액정 물질의 유전율과 같거나 큰 액정 표시 장치.
  11. 제1항에서,
    상기 제1 전극과 상기 제2 전극 사이에 전계가 없는 상태에서 상기 액정 물질의 장축이 상기 상부 기판 또는 상기 하부 기판에 수직한 방향으로 배향되어 있는 액정 표시 장치.
  12. 제1항에서,
    상기 액정 물질은 음의 유전율 이방성을 갖는 액정 표시 장치.
  13. 제1항에서,
    상기 하부 기판과 상기 제1 전극 사이에 위치하는 색필터를 더 포함하는 액정 표시 장치.
  14. 제1항에서,
    상기 간격층과 상기 액정층 사이에 위치하는 배향막을 더 포함하는 액정 표시 장치.
  15. 제14항에서,
    상기 배향막 및 상기 액정층 가운데 적어도 하나에 포함된 배향 중합체를 더 포함하는 액정 표시 장치.
  16. 제1항에서,
    상기 하부 기판은 박막 트랜지스터를 포함하는 박막 트랜지스터 기판이고, 상기 상부 기판은 공통 전극 기판인 액정 표시 장치.
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