KR20160084555A

KR20160084555A - 액정 표시 장치

Info

Publication number: KR20160084555A
Application number: KR1020150000724A
Authority: KR
Inventors: 이세현; 신철; 창학선; 김가은; 신기철
Original assignee: 삼성디스플레이 주식회사
Priority date: 2015-01-05
Filing date: 2015-01-05
Publication date: 2016-07-14
Also published as: US10031379B2; KR102276993B1; US20160195781A1

Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 액정 표시 장치는 제1 기판, 상기 제1 기판 위에 형성되어 있는 화소 전극, 제1 기판과 대응하는 제2 기판, 및 상기 제2 기판에 형성되어 있는 공통 전극을 포함하며, 상기 화소 전극은 중앙 전극, 상기 중앙 전극과 연결되어 있으며, 화소 전극의 가장자리를 둘러싸고 있는 외곽부, 및 상기 중앙 전극의 변으로부터 뻗어 있으며, 상기 외곽부와는 이격되어 있는 미세 가지부를 포함하고, 상기 공통 전극은 십자형 개구부가 형성되어 있다.

Description

액정 표시 장치{LIQUID CRYSTAL DISPLAY}

본 발명은 액정 표시 장치에 대한 것이다.

액정 표시 장치는 현재 가장 널리 사용되고 있는 평판 표시 장치 중 하나로서, 화소 전극과 공통 전극 등 전기장 생성 전극(field generating electrode)이 형성되어 있는 두 장의 표시판과 그 사이에 들어 있는 액정층을 포함한다. 액정 표시 장치는 전기장 생성 전극에 전압을 인가하여 액정층에 전기장을 인가하고 이를 통하여 액정 분자들의 방향을 결정하고 입사광의 편광을 제어함으로써 영상을 표시한다.

액정 표시 장치 중에서도 전기장이 인가되지 않은 상태에서 액정 분자를 그 장축이 표시판에 대하여 수직을 이루도록 배열한 수직 배향 방식(vertically aligned mode) 액정 표시 장치가 개발되고 있다.

수직 배향 방식 액정 표시 장치에서는 광시야각 확보가 중요한 문제이고, 이를 위하여 전기장 생성 전극에 미세 슬릿 등의 절개부를 형성하는 등의 방법을 사용한다. 절개부 및 돌기는 액정 분자가 기울어지는 방향(tilt direction)을 결정해 주므로, 이들을 적절하게 배치하여 액정 분자의 경사 방향을 여러 방향으로 분산시킴으로써 시야각을 넓힐 수 있다.

화소 전극에 미세 슬릿을 형성하여, 복수의 가지 전극을 가지도록 하는 방법의 경우, 액정 분자의 미세 슬릿 외의 다른 액정 제어력과의 관계로 인하여 액정 분자의 응답속도가 저하되어 일정 시간 동안 텍스쳐가 표시되는 문제가 있다.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 측면 시인성이 향상되고 투과율이 개선된 표시 장치를 제공하는 것이다.

이러한 과제를 해결하기 위하여 본 발명의 일 실시예에 따른 액정 표시 장치는 제1 기판, 상기 제1 기판 위에 형성되어 있는 화소 전극, 제1 기판과 대응하는 제2 기판, 및 상기 제2 기판에 형성되어 있는 공통 전극을 포함하며, 상기 화소 전극은 중앙 전극, 상기 중앙 전극과 연결되어 있으며, 화소 전극의 가장자리를 둘러싸고 있는 외곽부, 및 상기 중앙 전극의 변으로부터 뻗어 있으며, 상기 외곽부와는 이격되어 있는 미세 가지부를 포함하고, 상기 공통 전극은 십자형 개구부가 형성되어 있다.

상기 중앙 전극은 마름모 모양이며, 상기 중앙 전극은 직접 또는 연장부를 통해 상기 외곽부와 연결되어 있을 수 있다.

상기 외곽부의 폭은 1um 내지 4 um일 수 있다.

상기 외곽부와 상기 미세 가지부의 이격거리는 1um 내지 4 um일 수 있다.

상기 외곽부의 폭 및 상기 외곽부와 상기 미세가지부의 이격거리의 합은 2 um 내지 7.5 um 일 수 있다.

상기 제1 기판위에 형성된 게이트선 및 상기 게이트선 위에 형성된 절연막을 포함하고, 상기 게이트 선은 하나의 화소를 상하로 분리하며, 상기 화소 전극은 게이트선 상부 화소 영역에 형성된 제1 부화소 전극 및 게이트선 하부 화소 영역에 형성된 제2 부화소 전극을 포함할 수 있다.

상기 제1 부화소 전극과 상기 제2 부화소 전극에 서로 다른 전압이 인가될 수 있다.

상기 공통 전극은 십자형 개구부 및 십자형 개구부의 중앙에 형성된 중앙 개구부를 포함할 수 있다.

상기 미세 가지부는 대각선 방향으로 뻗어 있을 수 있다.

상기 미세 가지부는 상기 중앙 전극의 각 가장자리와 80도 내지 100도의 각도를 이룰 수 있다.

본 발명의 다른 실시예에 따른 액정 표시 장치는 제1 기판, 상기 제1 기판 위에 형성되어 있는 화소 전극, 제1 기판과 대응하는 제2 기판, 상기 제2 기판에 형성되어 있는 공통 전극을 포함하며, 상기 화소 전극은 십자형 줄기부 및 각 줄기부에서 대각선 4 방향으로 뻗어 있는 복수의 미세 가지부, 상기 화소 전극의 가장자리에 사각형으로 형성되어 있으며, 미세 가지부와 이격되어 있는 외곽부를 포함한다.

상기 공통 전극은 개구부가 형성되지 않은 통판 형태일 수 있다.

상기 외곽부의 폭은 1um 내지 4 um일 수 있다.

상기 외곽부의 폭 및 상기 외곽부와 상기 미세가지부의 이격거리의 합은 2 um 내지 7.5 um일 수 있다.

상기 미세 가지부는 상기 십자형 줄기부의 일 줄기부와 각각 40도 내지 50도의 각도를 이룰 수 있다.

이상과 같이 본 발명의 실시예에 따른 액정 표시 장치는 화소 전극이 미세 가지부 및 미세 가지부와 이격되어 형성된 외곽부를 포함함으로써, 액정 표시 장치의 측면 시인성을 향상시키고, 화소 전극 가장자리에서의 액정 제어력을 향상시킴으로써 투과율을 개선하였다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 액정 표시 장치의 하나의 화소에 대한 등가 회로도이다.
도 2는 본 발명의 한 실시예에 따른 액정 표시 장치의 한 화소의 예에 대한 배치도이다.
도 3은 도 2의 액정 표시 장치를 III-III 선을 따라 잘라 도시한 단면도이다.
도 4는 본 발명의 한 실시예에 따른 액정 표시 장치의 화소 전극의 기본 영역을 도시한 평면도이다.
도 5는 본 발명의 한 실시예에 따른 액정 표시 장치의 공통 전극을 도시한 평면도이다.
도 6은 본 발명 비교예에 따른 액정 표시 장치의 화소 전극을 도시한 것이다.
도 7은 도 6의 화소 전극에 대하여 실제 전압이 인가된 이미지이다.
도 8은 도 6의 화소 전극에 대하여 액정 분자의 배열 및 가해지는 힘을 시뮬레이션한 결과이다.
도 9는 본 발명의 화소 전극 구조를 갖는 액정 표시 장치에 대하여, 전압을 인가한 이미지이다
도 10은 도 4의 화소 전극에 대하여 액정 분자의 배열 및 가해지는 힘을 시뮬레이션한 결과이다.
도 11은 본 발명의 실시예 및 비교예의 화소 전극에 대하여 액정 분자의 배향 각도 및 누운 정도를 나타낸 그래프이다.
도 12는 화소 전극의 외곽부의 폭(bar)과 외곽부와 미세 가지부의 사이의 거리(space)에 따른 투과율을 나타낸 그래프이다.
도 13은 본 발명의 액정 표시 장치에서, 화소 전극의 외곽부의 폭 및 외곽부와 미세 가지부의 이격 거리를 달리하여 전압을 인가한 이미지이다.
도 14는 본 발명 다른 실시예에 따른 액정 표시 장치의 배치도이다.
도 15는 도 14의 액정 표시 장치의 화소 전극을 따로 도시한 것이다.
도 16은 도 14의 실시예에 따른 액정 표시 장치의 화소 전극에 전압을 인가한 이미지를 도시한 것이다.
도 17은 본 발명 비교예에 따른 액정 표시 장치의 화소 전극을 도시한 것이다.
도 18은 본 발명 비교예에 따른 액정 표시 장치의 화소 전극에 전압을 인가한 이미지이다.

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 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.

이제 본 발명의 실시예에 따른 액정 표시 장치에 대하여 도면을 참고로 하여 상세하게 설명한다.

먼저, 도 1을 참고하여, 본 발명의 실시예에 따른 액정 표시 장치의 신호선 및 화소의 배치와 그 구동 방법에 대하여 설명한다. 도 1은 본 발명의 실시예에 따른 액정 표시 장치의 하나의 화소에 대한 등가 회로도이다.

도 1을 참고하면, 본 실시예에 따른 액정 표시 장치의 한 화소(PX)는 게이트 신호를 전달하는 게이트선(GL) 및 데이터 신호를 전달하는 데이터선(DL), 분압 기준 전압을 전달하는 분압 기준 전압선(RL)을 포함하는 복수의 신호선, 그리고 복수의 신호선에 연결되어 있는 제1, 제2 및 제3 스위칭 소자(Qa, Qb, Qc), 제1 및 제2 액정 축전기(Clca, Clcb)를 포함한다.

제1 및 제2 스위칭 소자(Qa, Qb)는 각각 게이트선(GL) 및 데이터선(DL)에 연결되어 있으며, 제3 스위칭 소자(Qc)는 제2 스위칭 소자(Qb)의 출력 단자 및 분압 기준 전압선(RL)에 연결되어 있다.

제1 스위칭 소자(Qa) 및 제2 스위칭 소자(Qb)는 박막 트랜지스터 등의 삼단자 소자로서, 그 제어 단자는 게이트선(GL)과 연결되어 있고, 입력 단자는 데이터선(DL)과 연결되어 있으며, 제1 스위칭 소자(Qa)의 출력 단자는 제1 액정 축전기(Clca)에 연결되어 있고, 제2 스위칭 소자(Qb)의 출력 단자는 제2 액정 축전기(Clcb) 및 제3 스위칭 소자(Qc)의 입력 단자에 연결되어 있다.

제3 스위칭 소자(Qc) 역시 박막 트랜지스터 등의 삼단자 소자로서, 제어 단자는 게이트선(GL)과 연결되어 있고, 입력 단자는 제2 액정 축전기(Clcb)와 연결되어 있으며, 출력 단자는 분압 기준 전압선(RL)에 연결되어 있다.

게이트선(GL)에 게이트 온 신호가 인가되면, 이에 연결된 제1 스위칭 소자(Qa), 제2 스위칭 소자(Qb), 그리고 제3 스위칭 소자(Qc)가 턴 온된다. 이에 따라 데이터선(DL)에 인가된 데이터 전압은 턴 온된 제1 스위칭 소자(Qa) 및 제2 스위칭 소자(Qb)를 통하여 제1 부화소 전극(PEa) 및 제2 부화소 전극(PEb)에 인가된다. 이 때 제1 부화소 전극(PEa) 및 제2 부화소 전극(PEb)에 인가된 데이터 전압은 서로 동일하고, 제1 액정 축전기(Clca) 및 제2 액정 축전기(Clcb)는 공통 전압과 데이터 전압의 차이만큼 동일한 값으로 충전된다. 이와 동시에, 제2 액정 축전기(Clcb)에 충전된 전압은 턴 온된 제3 스위칭 소자(Qc)를 통해 분압된다. 이에 의해 제2 액정 축전기(Clcb)에 충전된 전압 값은 공통 전압과 분압 기준 전압의 차이에 의해 낮아지게 된다. 즉, 제1 액정 축전기(Clca)에 충전된 전압은 제2 액정 축전기(Clcb)에 충전된 전압보다 더 높게 된다.

이처럼, 제1 액정 축전기(Clca)에 충전된 전압과 제2 액정 축전기(Clcb)에 충전된 전압은 서로 달라지게 된다. 제1 액정 축전기(Clca)의 전압과 제2 액정 축전기(Clcb)의 전압이 서로 다르므로 제1 부화소와 제2 부화소에서 액정 분자들이 기울어진 각도가 다르게 되고 이에 따라 두 부화소의 휘도가 달라진다. 따라서 제1 액정 축전기(Clca)의 전압과 제2 액정 축전기(Clcb)의 전압을 적절하게 조절하면 측면에서 바라보는 영상이 정면에서 바라보는 영상에 최대한 가깝게 되도록 할 수 있으며 이렇게 함으로써 측면 시인성을 향상할 수 있다.

도시한 실시예에서는 제1 액정 축전기(Clca)에 충전된 전압과 제2 액정 축전기(Clcb)에 충전된 전압을 다르게 하기 위하여, 제2 액정 축전기(Clcb)와 분압 기준 전압선(RL)에 연결된 제3 스위칭 소자(Qc)를 포함하였지만, 본 발명의 다른 한 실시예에 따른 액정 표시 장치의 경우, 제2 액정 축전기(Clcb)를 감압(step-down) 축전기에 연결할 수도 있다. 구체적으로, 감압 게이트선에 연결된 제1 단자, 제2 액정 축전기(Clcb)에 연결된 제2 단자, 그리고 감압 축전기에 연결된 제3 단자를 포함하는 제3 스위칭 소자를 포함하여, 제2 액정 축전기(Clcb)에 충전된 전하량의 일부를 감압 축전기에 충전되도록 하여, 제1 액정 축전기(Clcb)와 제2 액정 축전기(Clcb) 사이의 충전 전압을 다르게 설정할 수도 있다. 또한, 본 발명의 다른 한 실시예에 따른 액정 표시 장치의 경우, 제1 액정 축전기(Clcb)와 제2 액정 축전기(Clcb)가 각기 서로 다른 데이터선에 연결되어, 서로 다른 데이터 전압을 인가받도록 함으로써, 제1 액정 축전기(Clcb)와 제2 액정 축전기(Clcb) 사이의 충전 전압을 다르게 설정할 수도 있다. 이외에, 다른 여러 가지 방법에 의하여, 제1 액정 축전기(Clcb)와 제2 액정 축전기(Clcb) 사이의 충전 전압을 다르게 설정할 수도 있다.

그러면, 도 2 내지 도 5를 참고하여, 도 1에 도시한 실시예에 따른 액정 표시 장치의 구조에 대하여 간단히 설명한다. 도 2는 본 발명의 한 실시예에 따른 액정 표시 장치의 한 화소의 예에 대한 배치도이고, 도 3은 도 2의 액정 표시 장치를 III-III 선을 따라 잘라 도시한 단면도이다. 도 4는 본 발명의 한 실시예에 따른 액정 표시 장치의 화소 전극의 기본 영역을 도시한 평면도이고, 도 5는 본 발명의 한 실시예에 따른 액정 표시 장치의 공통 전극을 도시한 평면도이다.

먼저, 도 2 및 도 3을 참고하면, 본 실시예에 따른 액정 표시 장치는 서로 마주하는 하부 표시판(100)과 상부 표시판(200), 이들 두 표시판(100, 200) 사이에 들어 있는 액정층(3) 및 표시판(100, 200) 바깥 면에 부착되어 있는 한 쌍의 편광자(도시하지 않음)를 포함한다.

먼저 하부 표시판(100)에 대하여 설명한다.

투명한 유리 또는 플라스틱 등으로 만들어진 절연 기판(110) 위에 게이트선(121)과 분압 기준 전압선(131)을 포함하는 게이트 도전체가 형성되어 있다.

게이트선(121)은 제1 게이트 전극(124a), 제2 게이트 전극(124b), 제3 게이트 전극(124c) 및 다른 층 또는 외부 구동 회로와의 접속을 위한 넓은 끝 부분(도시하지 않음)을 포함한다.

분압 기준 전압선(131)은 제1 유지 전극(135, 136), 그리고 기준 전극(137)을 포함한다. 분압 기준 전압선(131)에 연결되어 있지는 않으나, 제2 부화소 전극(191b)과 중첩하는 제2 유지 전극(138, 139)이 위치되어 있다.

게이트선(121) 및 분압 기준 전압선(131) 위에는 게이트 절연막(140)이 형성되어 있다.

게이트 절연막(140) 위에는 제1 반도체(154a), 제2 반도체(154b) 및 제3 반도체(154c)가 형성되어 있다.

반도체(154a, 154b, 154c) 위에는 복수의 저항성 접촉 부재(163a, 165a, 163b, 165b, 163c, 165c)가 형성되어 있다.

저항성 접촉 부재(163a, 165a, 163b, 165b, 163c, 165c) 및 게이트 절연막(140) 위에는 제1 소스 전극(173a) 및 제2 소스 전극(173b)를 포함하는 복수의 데이터선(171), 제1 드레인 전극(175a), 제2 드레인 전극(175b), 제3 소스 전극(173a) 및 제3 드레인 전극(175c)을 포함하는 데이터 도전체가 형성되어 있다.

데이터 도전체 및 그 아래에 위치되어 있는 반도체 및 저항성 접촉 부재는 하나의 마스크를 이용하여 동시에 형성될 수 있다.

데이터선(171)은 다른 층 또는 외부 구동 회로와의 접속을 위한 넓은 끝 부분(도시하지 않음)을 포함한다.

제1 게이트 전극(124a), 제1 소스 전극(173a) 및 제1 드레인 전극(175a)은 제1 섬형 반도체(154a)와 함께 하나의 제1 박막 트랜지스터(thin film transistor, TFT)(Qa)를 이루며, 박막 트랜지스터의 채널(channel)은 제1 소스 전극(173a)과 제1 드레인 전극(175a) 사이의 반도체(154a)에 형성된다. 유사하게, 제2 게이트 전극(124b), 제2 소스 전극(173b) 및 제2 드레인 전극(175b)는 제2 섬형 반도체(154b)와 함께 하나의 제2 박막 트랜지스터(Qb)를 이루며, 채널은 제2 소스 전극(173b)과 제2 드레인 전극(175b) 사이의 반도체(154b)에 형성되고, 제3 게이트 전극(124c), 제3 소스 전극(173c) 및 제3 드레인 전극(175c)는 제3 섬형 반도체(154c)와 함께 하나의 제3 박막 트랜지스터(Qc)를 이루며, 채널은 제3 소스 전극(173c)과 제3 드레인 전극(175c) 사이의 반도체(154c)에 형성된다.

제2 드레인 전극(175b)은 제3 소스 전극(173c)과 연결되어 있으며, 넓게 확장된 확장부(177)를 포함한다.

데이터 도전체(171, 173c, 175a, 175b, 175c) 및 노출된 반도체(154a, 154b, 154c) 부분 위에는 제1 보호막(180p)이 형성되어 있다. 제1 보호막(180p)은 질화규소 또는 산화규소 등의 무기 절연막을 포함할 수 있다. 제1 보호막(180p)은 색필터(230)의 안료가 노출된 반도체(154a, 154b, 154c) 부분으로 유입되는 것을 방지할 수 있다.

제1 보호막(180p) 위에는 색필터(230)가 형성되어 있다. 색필터(230)는 서로 인접한 두 개의 데이터선을 따라 세로 방향으로 뻗어 있다. 제1 보호막(180p), 색필터(230)의 가장자리, 그리고 데이터선(171) 위에는 제1 차광 부재(220)가 위치되어 있다.

그러나 색필터(230)는 하부 표시판(100)에 형성되지 않고, 상부 표시판(200)에 형성될 수도 있다.

색필터(230)위에는 제2 보호막(180q)이 형성되어 있다.

제2 보호막(180q)은 질화규소 또는 산화규소 등의 무기 절연막을 포함할 수 있다. 제2 보호막(180q)은 색필터(230)가 들뜨는 것을 방지하고 색필터(230)로부터 유입되는 용제(solvent)와 같은 유기물에 의한 액정층(3)의 오염을 억제하여 화면 구동 시 초래할 수 있는 잔상과 같은 불량을 방지한다.

제1 보호막(180p) 및 제2 보호막(180q)에는 제1 드레인 전극(175a) 및 제2 드레인 전극(175b)을 드러내는 제1 접촉 구멍(contact hole)(185a) 및 제2 접촉 구멍(185b)이 형성되어 있다.

제1 보호막(180p) 및 제2 보호막(180q), 그리고 게이트 절연막(140)에는 기준 전극(137)의 일부와 제3 드레인 전극(175c)의 일부를 드러내는 제3 접촉 구멍(185c)이 형성되어 있고, 제3 접촉 구멍(185c)은 연결 부재(195)가 덮고 있다. 연결 부재(195)는 제3 접촉 구멍(185c)을 통해 드러나 있는 기준 전극(137)과 제3 드레인 전극(175c)을 전기적으로 연결한다.

제2 보호막(180q) 위에는 복수의 화소 전극(pixel electrode)(191)이 형성되어 있다. 각 화소 전극(191)은 게이트선(121)을 사이에 두고 서로 분리되어, 게이트선(121)을 중심으로 열 방향으로 이웃하는 제1 부화소 전극(191a)과 제2 부화소 전극(191b)을 포함한다. 화소 전극(191)은 ITO 및 IZO 등의 투명 물질로 이루어 질 수 있다. 화소 전극(191)은 ITO 또는 IZO 등의 투명한 도전 물질이나 알루미늄, 은, 크롬 또는 그 합금 등의 반사성 금속으로 만들어질 수도 있다.

제1 부화소 전극(191a)과 제2 부화소 전극(191b)은 각각 도 4에 도시한 기본 전극 또는 그 변형을 하나 이상 포함하고 있다.

제1 부화소 전극(191a) 및 제2 부화소 전극(191b)은 제1 접촉 구멍(185a) 및 제2 접촉 구멍(185b)을 통하여 각각 제1 드레인 전극(175a) 및 제2 드레인 전극(175b)과 물리적, 전기적으로 연결되어 있으며, 제1 드레인 전극(175a) 및 제2 드레인 전극(175b)으로부터 데이터 전압을 인가 받는다. 이 때, 제2 드레인 전극(175b)에 인가된 데이터 전압 중 일부는 제3 소스 전극(173c)을 통해 분압되어, 제1 부화소 전극(191a)에 인가되는 전압의 크기는 제2 부화소 전극(191b)에 인가되는 전압의 크기보다 크게 된다.

데이터 전압이 인가된 제1 부화소 전극(191a) 및 제2 부화소 전극(191b)은 상부 표시판(200)의 공통 전극(270)과 함께 전기장을 생성함으로써 두 전극(191, 270) 사이의 액정층(3)의 액정 분자의 방향을 결정한다. 이와 같이 결정된 액정 분자의 방향에 따라 액정층(3)을 통과하는 빛의 휘도가 달라진다.

이제 상부 표시판(200)에 대하여 설명한다.

절연 기판(210) 위에 블랙 매트릭스(220)가 형성되어 있다. 블랙 매트릭스는 하부 표시판(100)의 데이터선이 형성된 영역 및 트랜지스터 등이 형성된 영역과 대응하여 상부 표시판(200)에 형성되어 있다.

블랙 매트릭스 위에는 덮개막(250)이 형성되어 있다. 덮개막(250)은 생략될 수 있다.

덮개막(250)위에는 공통 전극(270)이 형성되어 있다. 공통 전극(270) 위에는 상부 배향막(도시하지 않음)이 형성되어 있다. 상부 배향막은 수직 배향막일 수 있다.

액정층(3)은 음의 유전율 이방성을 가지며, 액정층(3)의 액정 분자는 전기장이 없는 상태에서 그 장축이 두 표시판(100, 200)의 표면에 대하여 수직을 이루도록 배향되어 있다.

또한, 도시하지 않았으나 하부 표시판 아래에서는 하부 편광판이, 상부 표시판 위에는 상부 편광판이 존재한다. 이러한 편광판은 백라이트 유닛(미도시) 등으로부터 입사된 빛을 일정 방향으로 편광시켜 액정 표시 장치 내로 유입시키고, 액정 표시 장치를 통과한 빛을 다시 일정 방향으로 편광시켜 외부로 방출시킨다.

그러면, 도 4를 참고하여, 본 발명 일 실시예에 따른 액정 표시 장치의 화소 전극의 형상에 대하여 설명한다. 이러한 화소 전극의 모양은 제1 부화소 전극 및 제2 부화소 전극에서 동일하다.

도 4를 참고로 하면, 화소 전극은 중앙 전극(198)과 중앙 전극(198)의 변으로부터 바깥쪽으로 뻗는 복수의 미세 가지부(199) 및 화소 전극의 가장자리에 위치하는 외곽부(197)를 포함한다.

중앙 전극(198)은 마름모꼴로 형성될 수 있다.

복수의 미세 가지부(199)는 가로 방향 또는 세로 방향에 대하여 45도의 각도를 가질 수 있으며, 40도 이상 50도 이하의 각도로 형성될 수 있다. 또한, 중앙 전극(198)의 일 변과 미세 가지부(199)는 직교할 수도 있다.

화소 전극의 가장자리에는 사각형 모양의 외곽부(197)가 형성되어 있다. 중앙 전극(198)의 각 모서리는 외곽부(197)과 연결되어 잇다. 중앙 전극(198)의 모서리는 외곽부(197)와 직접 연결될 수도 있고, 중앙 전극(198)의 모서리가 연장되어 외곽부(197)와 연결될 수도 있다.

이러한 외곽부(197)는 이후 설명하겠지만, 화소 전극의 가장자리 영역에서 수직 또는 수평방향(0도, 90도, 180도, 270도 방향)으로 형성되는 프린지 필드를 상쇄시켜 주는 역할을 한다. 수직 또는 수평 방향으로 형성되는 프린지 필드를 상쇄하여 가장자리 부근에서 액정의 텍스쳐를 개선할 수 있다.

외곽부(197)는 미세 가지부(199)와는 연결되지 않으며, 일정 간격을 두고 이격되어 있다. 즉, 외곽부와 미세 가지부 사이에는 일정 이격 거리가 존재한다 도 4에는 이러한 이격 거리는 d2로 나타내었다.

이후 설명하겠지만, 외곽부의 폭인 d1은 1 um 내지 4 um 일 수 있다. 또한 외곽부와 미세 가지부의 이격 거리 d2는 1 um 내지 4 um 일 수 있다. 이는 액정의 제어력을 향상시키고, 투과율을 개선하기 위하여 최적화된 수치이다. 구체적인 외곽부의 폭 및 이격 거리에 대하여는 이후 설명한다.

이어, 도 5를 참고로 하여 공통 전극에 대하여 설명한다. 공통 전극(270)에는 도메인 분할 수단인 개구부(72, 73, 78)가 형성되어 있다. 즉, 상부 공통 전극에는 가로 개구부(72) 및 이와 교차하는 세로 개구부(73)로 이루어진 십자형 개구부가 형성되어 있으며, 본 실시예에서는 십자형 개구부의 중심 부분에 위치하는 중앙 개구부(78)를 더 포함할 수 있다. 중앙 개구부(78)는 십자형 개구부에 의하여 나뉘는 네 부영역에 각각 위치하는 네 직선변을 포함하는 다각형 구조를 가지며, 본 실시예에서는 마름모 구조를 가진다.

이러한 화소 전극(191) 및 공통 전극(270)을 갖는 본 발명 액정 표시 장치의 경우, 화소 전극(191) 외곽에 형성된 외곽부(197)가 0도, 90도, 180도, 270도 방향의 프린지 필드를 상쇄시켜 주어 액정 제어력을 강화하고 투과율을 상쇄시킨다.

그러면 이하 본 발명 비교예와 비교하여 본 발명의 액정 표시 장치의 효과에 대하여 설명한다.

도 6은 본 발명 비교예에 따른 액정 표시 장치의 화소 전극을 도시한 것이다. 도 6을 참고로 하면 본 발명 비교예에 따른 액정 표시 장치의 화소 전극은 중앙 전극(198) 및 중앙 전극에서 뻗어나온 미세 가지부(199)를 포함하고 있으나, 외곽부가 존재하지 않는다는 점에서 제안발명과 상이하다.

도 7은 도 6의 화소 전극에 대하여 실제 전압이 인가된 이미지이다. 도 8은 도 6의 화소 전극에 대하여 액정 분자의 배열 및 가해지는 힘을 시뮬레이션 할 결과이다.

도 6을 참고로 하면 본 발명 비교예에 따른 표시 장치의 화소 전극의 경우, 가장자리에 외곽부가 존재하지 않는다. 도 7을 참고로 하면, 화소 전극의 각 가장자리의 변은 어둡게 시인된다. 이는 화소 전극의 가장자리에서 액정 분자에 가해지는 프린지 필드의 방향이 화소 전극의 중앙 영역과 상이하기 때문이다. 따라서 액정 분자가 중앙과는 다른 방향으로 배열되게 되고, 이는 도 7에 도시된 바와 같이 어두운 텍스쳐로 시인된다.

도 8을 참고로 하면, 화소 전극의 대부분의 영역은 45도 방향의 프린지 필드의 영향을 받는다. 그러나, 도 8의 A로 도시한 영역과 같이 화소 전극의 가장자리에는, 화살표로 도시한 것처럼 0도 또는 90도 방향의 프린지 필드를 받게 된다. 이는 화소 전극의 중앙 영역에는 미세 가지부에 의해 프린지 필드의 방향이 45가 되지만, 화소 전극의 가장자리에는 미세 가지부에 의한 영향력이 작아지기 때문이다.

따라서 A 영역에는 수직 또는 수평 방향의 프린지 필드에 의해, 액정 분자가 도 8에 도시된 바와 같이 수평 또는 수직 방향으로 배열된다. 이렇게 다른 방향으로 배열된 액정 분자에 의해, 도 7에 도시된 바와 같이 화소 전극의 가장자리에 어두운 부분이 나타나게 된다.

그러나, 본 발명의 실시예에 따른 화소 전극의 경우 가장자리에 미세 가지부와 이격된 외곽부가 존재한다. 이러한 외곽부에 의해 수직 또는 수평 방향의 프린지 필드가 상쇄되고 따라서 화소 전극의 가장자리에 위치하는 액정도 화소 전극의 중앙 영역과 동일한 방향으로 배열된다. 따라서, 화소 전극의 가장자리에 어두운 부분이 나타나지 않는다.

도 9는 본 발명의 화소 전극 구조를 갖는 액정 표시 장치에 대하여, 전압을 인가한 이미지이다. 도 9를 참고하면, 도 9의 경우 화소 전극의 가장자리에 어두운 부분이 나타나지 않는다. 즉 본 발명 비교예인 도 7의 경우, 화소 전극의 가장자리에 미세 줄기부의 사이 영역을 따라 어두운 부분이 시인되었으나, 도 9의 본 발명 일 실시예에 따른 화소 전극의 경우 화소 전극의 가장자리에 어두운 부분이 시인되지 않는다.

이는 본 발명의 화소 전극은 미세 줄기부와 이격된 외곽부가 존재하여, 이러한 외곽부가 수직 또는 수평 방향의 프린지 필드를 상쇄하기 때문이다. 도 10은 도 4의 화소 전극에 대하여 액정 분자의 배열 및 가해지는 힘을 시뮬레이션 할 결과이다.

도 10을 참고로 하여 본 발명의 표시 장치에서 본 발명의 표시 장치에서 수직 또는 수평 방향의 프린지 필드 상쇄 효과에 대하여 설명한다.

도 10을 참고로 하면, 화소 전극의 가장자리 영역(A)에서 외곽 줄기부 형성에 의하여, 기존 수직 또는 수평 방향의 프린지 필드(두꺼운 화살표)를 상쇄하는 프린지 필드(얇은 화살표)가 형성된다.

이는 외곽부(197)가 미세 가지부와 이격되어 있기 때문에 형성되는 반대 방향의 프린지 필드이다. 즉, 분리되어 존재하는 외곽부(197)의 양쪽으로 프린지 필드가 형성되게 되고, 이렇게 외곽부에 의해 새로 생성되는 수직 또는 수평방향의 프린지 필드에 의해, 기존에 존재하는 수직 또는 수평 방향의 프린지 필드가 상쇄된다. 따라서 화소 전극의 전체 영역에는 대각선 방향(45도, 135도 방향)의 프린지 필드만이 남아있다. 그러므로 도 9에 도시된 바와 같이 화소 전극의 가장자리에서 어두운 부분이 시인되지 않는다.

도 11은 본 발명의 실시예 및 비교예의 화소 전극에 대하여 액정 분자의 배향 각도 및 누운 정도를 나타낸 그래프이다.

도 11은 화소 전극의 가장자리로부터의 거리에 따라, 각 액정 분자의 배향 각도 및 누운 정도를 나타낸 것이다.

도 11을 참고로 하면, 본 발명의 실시예에 따른 표시 장치의 경우 화소 전극의 영역 전체적으로 배향 각도가 평균 45도 정도를 유지함을 확인할 수 있다.

그러나 본 발명 비교예에 따른 표시 장치의 경우 화소 전극의 가장자리 영역에서 액정 분자의 배향각도가 감소함을 확인할 수 있다. 즉, 가장자리 영역에서는 수직 또는 수평 방향으로 작용하는 프린지 필드에 의해 액정 분자가 45도의 각도로 배향되지 못하고 더 낮은 각도로 배향되게 되는 것이다. 이러한 부분에 의해 도 7에서와 같은 어두운 부분이 나타난다.

또한 도 11을 참고로 하면 본 발명의 경우 액정이 완전하게 누워있는 것(0도에 가깝게)을 확인할 수 있다. 그러나 본 발명 비교예의 겨우, 가장자리에서 액정이 완전히 눕지 못함을 확인할 수 있다.

이와 같이 본 발명 실시예에 따른 액정 표시 장치는, 화소 전극의 가장자리에 미세 가지부와 이격된 외곽부를 형성함으로써 가장자리에서의 수직 또는 수평방향 프린지 필드를 상쇄시키고 표시 장치의 투과율 및 텍스쳐를 개선하였다.

그러면 이하 도 12 및 도 13을 참고로 하여 본 발명 일 실시예에 따른 액정 표시 장치의 화소 전극에서, 외곽부의 폭과 외곽부와 미세 가지부의 이격 거리에 따른 영향에 대하여 설명한다.

도 12는 화소 전극의 외곽부의 폭(bar)과 외곽부와 미세 가지부의 사이의 거리(space)에 따른 투과율을 나타낸 그래프이다.

도 12를 참고하면 외곽부가 존재하지 않는 본 발명 비교예(ref)에 비하여, 본원발명의 경우 높은 투과율을 나타낸다.

또한, 도 12를 참고하면, 외곽부의 폭이 커질수록 투과율이 감소하는 것을 확인할 수 있었다. 또한 외곽부의 폭이 동일한 경우, 외곽부와 미세 가지부 사이의 이격 거리가 커질수록 투과율이 감소하였다.

도 12의 측정 결과를 바탕으로, 외곽부의 폭은 4 um이 바람직하며, 또한 외곽부와 미세 가지부 사이의 거리 또한 4 um 이 바람직함을 확인할 수 있었다. 따라서 본 발명의 액정 표시 장치에서 외곽부의 폭은 1 um 내지 4 um 인 것이 바람직하다. 또한, 외곽부와 미세 가지부의 이격 거리는 1 um 내지 4 um 인 것이 바람직하다.

또한, 외곽부의 폭과, 외곽부와 미세 가지부의 이격 거리의 폭의 합은 2 um 내지 7.5 um 인 것이 바람직하다.

도 13은 본 발명의 액정 표시 장치에서, 화소 전극의 외곽부의 폭 및 외곽부와 미세 가지부의 이격 거리를 달리 하여 전압을 인가한 이미지이다. 도 13을 참고로 하면, 비교예(ref)에 비하여 본원발명의 경우 화소 전극 가장자리에 어두운 부분이 나타나지 않음을 확인할 수 있다.

또한, 화소 전극의 외곽부의 폭(bar)이 짧을수록 더 밝게 나타나며, 외곽부와 미세 가지부의 거리(space)가 짧을수록 더 밝게 나타남을 확인할 수 있었다. 따라서 도 13의 실험 결과 또한 도 12의 데이터와 일치한다.

이상과 같이 본 발명의 일 실시예에 따른 액정 표시 장치는 화소 전극이 중앙 전극, 중앙 전극에서 뻗어나온 미세 가지부 및 화소 전극의 가장자리에 형성된 외곽부를 포함하고, 외곽부와 미세 가지부는 일정 거리를 가지고 이격되어 형성되어 있다. 따라서 이러한 구조를 통해 화소 전극의 가장자리에서 발생하는 수직 또는 수평 방향의 프린지 필드를 상쇄시킬 수 있고, 화소 전극 가장자리에 발생하던 어두운 영역을 제거할 수 있다. 따라서 투과율이 개선된다.

그러면 도 14 및 도 15를 참고로 하여 본 발명의 다른 실시예에 따른 액정 표시 장치에 대하여 설명한다. 도 14는 본 발명 다른 실시예에 따른 액정 표시 장치의 배치도이다. 도 15는 도 14의 액정 표시 장치의 화소 전극 만을 따로 도시한 것이다.

도 14 및 도 15를 참고로 하면, 본 실시예에 따른 액정 표시 장치는 화소 전극 및 공통 전극의 모양을 제외하고는 도 2의 실시예에 따른 액정 표시 장치와 구성요소 대부분이 유사하다. 동일한 구성요소에 대한 구체적인 설명은 생략한다.

다만, 도 14를 참고로 하면 도 14의 액정 표시 장치에서 공통 전극(미도시)은 별도의 개구부가 형성되지 않은 통판 형태이다. 즉, 공통 전극은 화소 영역 전체에 걸쳐 통판 형태로 형성되어 있으며 별도의 개구부가 형성되어 있지 않다.

또한 도 14 및 도 15를 참고로 하면, 본 발명의 실시예에 따른 액정 표시 장치는 화소 전극(191)의 형상이 앞선 실시예와 상이하다.

도 15를 참고로 하면, 본 발명의 화소 전극(191)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-Dd)은 복수의 제1 미세 가지부(194a), 복수의 제2 미세 가지부(194b), 복수의 제3 미세 가지부(194c), 그리고 복수의 제4 미세 가지부(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.

또한, 화소 전극의 외곽에는 외곽부(197)가 형성되어 있다. 이러한 외곽부(197)는 화소 전극(191)의 가로 줄기부(193) 및 세로 가지부(192)과 연결되어 있고, 미세 가지부와 는 일정 거리를 가지고 이격되어 있다.

이때 외곽부의 폭 및 외곽부와 미세 가지부 사이의 거리는 앞서 설명한 내용과 동일하다. 즉, 외곽부의 폭은 1 um 내지 4 um 인 것이 바람직하다. 또한, 외곽부와 미세 가지부의 이격 거리는 1 um 내지 4 um 인 것이 바람직하다.

이러한 외곽부 역시 앞서 설명한 실시예와 동일하게, 수직 또는 수평 방향의 프린지 필드를 상쇄시켜 준다. 따라서 화소 전극의 가장자리에서 어두운 영역이 나타나지 않고, 투과율을 개선할 수 있다.

도 16은 도 14의 실시예에 따른 액정 표시 장치의 화소 전극에 전압을 인가한 이미지를 도시한 것이다. 도 16을 참고로 하면, 전압 인가시 화소 전극의 가장자리에서 어두운 영역이 시인되지 않음을 확인할 수 있다.

도 17은 본 발명 비교예에 따른 액정 표시 장치의 화소 전극을 도시한 것이다. 도 17을 참고로 하면, 본 발명 비교예에 따른 화소 전극은 십자형 줄기부 및 미세 가지부의 형상이 본 발명 실시예와 동일하지만, 화소 전극 외곽에 미세 가지부와 이격되어 형성된 외곽부가 존재하지 않는다.

따라서 화소 전극의 가장자리에서 수평 또는 수직 방향으로 프린지 필드가 형성되게 되고, 가장자리의 액정의 배향 방향은 중앙 액정의 배향 방향과 달라지게 되어 어둡게 시인된다.

도 18은 본 발명 비교예에 따른 액정 표시 장치의 화소 전극에 전압을 인가한 이미지이다. 도 18에 도시된 바와 같이, 화소 전극의 가장자리는 어둡게 시인됨을 확인할 수 있다. 이는 앞서 설명한 바와 같이 화소 전극의 가장자리에서 수평 또는 수직으로 가해지는 프린지 필드 때문이다.

그러나 도 15와 같이 본 발명 실시예에 따른 액정 표시 장치의 화소 전극은 가장자리에 외곽부가 형성되어 있고, 이러한 외곽부는 미세 가지부와 이격되어 수평 또는 수직의 프린지 필드를 상쇄시켜 주기 때문에, 도 16에 나타난 바와 같이 화소 전극의 가장자리에서 어두운 영역이 나타나지 않는다.

또한 앞서 설명한 실시예 전부에서, 미세 슬릿이 각기 다른 방향으로 형성되어 액정이 4 방향으로 배향되므로, 액정 표시 장치를 측면에서 보더라도 액정의 머리, 몸통, 꼬리를 골고루 보게 되므로 액정 표시 장치의 측면 시인성을 개선할 수 있다.

이상과 같이 본 발명의 액정 표시 장치는 화소 전극이 대각선으로 뻗어나온 미세 가지부 및 미세 가지부와 이격 되어 화소 전극의 외곽에 형성된 외곽부를 포함함으로써, 화소 전극의 가장자리의 수직 또는 수평의 프린지 필드를 상쇄시키고 화소 전극 가장자리에서의 어두운 영역을 제거하였다. 따라서 액정 표시 장치의 측면 시인성을 향상시켰을 뿐만 아니라, 투과율을 개선하였다.

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.

GL, 121: 게이트선 RL, 131: 분압 기준 전압선
DL, 171: 데이터선 Clca, Clab: 액정 축전기
Qa, Qb, Qc: 스위칭 소자(박막 트랜지스터)
110, 210: 기판 124a, 124b, 124c: 게이트 전극
140: 게이트 절연막 154a, 154b, 154c, 157: 반도체
163a, 165a, 163b, 165b, 163c, 165c: 저항성 접촉 부재
173a, 173b, 173c: 소스 전극 175a, 175b, 175c: 드레인 전극
180p, 180q: 보호막 191a, 191b: 부화소 전극
220: 블랙 매트릭스 230: 색필터
198: 중앙 전극 199: 미세 가지부
197: 외곽부 192: 세로 가지부
193: 가로 가지부 194: 미세 가지부
270: 공통 전극 72, 73, 78: 개구부

Claims

제1 기판,
상기 제1 기판 위에 형성되어 있는 화소 전극,
제1 기판과 대응하는 제2 기판, 및
상기 제2 기판에 형성되어 있는 공통 전극을 포함하며,
상기 화소 전극은
중앙 전극,
상기 중앙 전극과 연결되어 있으며, 화소 전극의 가장자리를 둘러싸고 있는 외곽부, 및
상기 중앙 전극의 변으로부터 뻗어 있으며, 상기 외곽부와는 이격되어 있는 미세 가지부를 포함하고,
상기 공통 전극은 십자형 개구부가 형성된 액정 표시 장치.
제1항에서
상기 중앙 전극은 마름모 모양이며,
상기 중앙 전극은 직접 또는 연장부를 통해 상기 외곽부와 연결되어 있는 액정 표시 장치.
제1항에서,
상기 외곽부의 폭은 1um 내지 4 um인 액정 표시 장치.
제1항에서,
상기 외곽부와 상기 미세 가지부의 이격거리는 1um 내지 4 um인 액정 표시 장치.
제1항에서,
상기 외곽부의 폭 및 상기 외곽부와 상기 미세가지부의 이격거리의 합은 2 um 내지 7.5 um인 액정 표시 장치.
제1항에서,
상기 제1 기판위에 형성된 게이트선 및
상기 게이트선 위에 형성된 절연막을 포함하고,
상기 게이트 선은 하나의 화소를 상하로 분리하며,
상기 화소 전극은 게이트선 상부 화소 영역에 형성된 제1 부화소 전극 및 게이트선 하부 화소 영역에 형성된 제2 부화소 전극을 포함하는 액정 표시 장치.
제6항에서,
상기 제1 부화소 전극과 상기 제2 부화소 전극에 서로 다른 전압이 인가되는 액정 표시 장치.
제1항에서,
상기 공통 전극은 십자형 개구부 및 십자형 개구부의 중앙에 형성된 중앙 개구부를 포함하는 액정 표시 장치.
제1항에서,
상기 미세 가지부는 대각선 방향으로 뻗어 있는 액정 표시 장치.
제9항에서,
상기 미세 가지부는 상기 중앙 전극의 각 가장자리와 80도 내지 100도의 각도를 이루는 액정 표시 장치.
제1 기판,
상기 제1 기판위에 형성되어 있는 화소 전극,
제1 기판과 대응하는 제2 기판,
상기 제2 기판에 형성되어 있는 공통 전극을 포함하며,
상기 화소 전극은 십자형 줄기부 및 각 줄기부에서 대각선 4 방향으로 뻗어 있는 복수의 미세 가지부,
상기 화소 전극의 가장자리에 사각형으로 형성되어 있으며, 미세 가지부와 이격되어 있는 외곽부를 포함하는 액정 표시 장치.
제11항에서,
상기 공통 전극은 개구부가 형성되지 않은 통판 형태인 액정 표시 장치.
제11항에서,
상기 외곽부의 폭은 1um 내지 4 um인 액정 표시 장치.
제11항에서,
상기 외곽부와 상기 미세 가지부의 이격거리는 1um 내지 4 um인 액정 표시 장치.
제11항에서,
상기 외곽부의 폭 및 상기 외곽부와 상기 미세가지부의 이격거리의 합은 2 um 내지 7.5 um인 액정 표시 장치.
제11항에서,
상기 제1 기판위에 형성된 게이트선 및
상기 게이트선 위에 형성된 절연막을 포함하고,
상기 게이트 선은 하나의 화소를 상하로 분리하며,
상기 화소 전극은 게이트선 상부 화소 영역에 형성된 제1 부화소 전극 및 게이트선 하부 화소 영역에 형성된 제2 부화소 전극을 포함하는 액정 표시 장치.
제16항에서,
상기 제1 부화소 전극과 상기 제2 부화소 전극에 서로 다른 전압이 인가되는 액정 표시 장치.
제11항에서,
상기 미세 가지부는 상기 십자형 줄기부의 일 줄기부와 각각 40도 내지 50도의 각도를 이루는 액정 표시 장치.