KR20170010277A - 액정 표시 장치 - Google Patents

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KR20170010277A
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pixel electrode
liquid crystal
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unit pixel
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노상용
박효숙
한근욱
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삼성디스플레이 주식회사
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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 액정 표시 장치는 제1 기판, 제1 기판에 위치하며 하나 이상의 단위 화소 전극을 포함하는 화소 전극, 상기 화소 전극과 마주보는 공통 전극 및 상기 화소 전극 및 상기 공통 전극 사이에 위치하는 액정층을 포함하고, 상기 단위 화소 전극의 단변의 길이는 약 100μm이하이며, 상기 단위 화소 전극의 장변의 길이는 상기 단변의 길이의 2배 이상이고, 상기 단위 화소 전극은 서로 교차하는 가로 줄기부와 세로 줄기부를 포함하는 줄기부 및 상기 줄기부로부터 뻗어 있는 복수의 미세 가지 전극을 포함한다.

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 분자의 장축을 상하 표시판에 대하여 수직을 이루도록 배열한 수직 배향 방식(vertically aligned mode) 액정 표시 장치가 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 커브드 액정 표시 장치의 경우 이러한 절개부, 돌기 등은 상, 하판 간의 오정렬(misalign)로 인한 얼룩을 발생시키는 문제점이 있다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 화소 전극의 형상을 변형함으로써 구부림에 의한 텍스쳐 발생 문제를 해결하면서도 투과율과 응답 속도를 향상시키는 액정 표시 장치를 제공하는 것이다.
이러한 과제를 해결하기 위하여 본 발명의 실시예에 따른 액정 표시 장치는 제1 기판, 제1 기판에 위치하며 하나 이상의 단위 화소 전극을 포함하는 화소 전극, 상기 화소 전극과 마주보는 공통 전극 및 상기 화소 전극 및 상기 공통 전극 사이에 위치하는 액정층을 포함하고, 상기 단위 화소 전극의 단변의 길이는 약 100㎛이하이며, 상기 단위 화소 전극의 장변의 길이는 상기 단변의 길이의 2배 이상이고, 상기 단위 화소 전극은 서로 교차하는 가로 줄기부와 세로 줄기부를 포함하는 줄기부 및 상기 줄기부로부터 뻗어 있는 복수의 미세 가지 전극을 포함한다.
상기 단위 화소 전극은 직사각형 형태일 수 있다.
상기 화소 전극은 상기 단위 화소 전극 6개를 포함하며, 상기 6개의 단위 화소 전극은 상기 장변을 맞대며 일렬로 위치할 수 있다.
상기 액정층은 복수의 액정 분자를 포함할 수 있으며,
상기 액정층에 전기장이 가해지지 않은 경우, 상기 액정 분자는 장축이 상기 제1 기판의 표면에 대하여 거의 수직으로 배열되어 있을 수 있다.
제1 방향으로 뻗어 있는 게이트 선 및 제2 방향으로 뻗어 있는 데이터 선을 더 포함할 수 있으며,
상기 액정 표시 장치는 상기 제1 방향 및 상기 제2 방향 중 적어도 어느 하나와 나란한 방향을 따라 구부러질 수 있다.
상기 공통 전극은 통 판으로 형성되어 있을 수 있다.
상기 화소 전극은 제1 부화소 전극과 제2 부화소 전극을 포함할 수 있고,
상기 제1 부화소 전극 및 상기 제2 부화소 전극은 상기 단위 화소 전극을 각각 2개씩 포함할 수 있으며,
상기 2개의 상기 단위 화소 전극은 상기 단변을 맞대며 일렬로 형성되어 있을 수 있다.
상기 액정층은 복수의 액정 분자를 포함할 수 있으며,
상기 액정층에 전기장이 가해지지 않은 경우, 상기 액정 분자는 장축이 상기 제1 기판의 표면에 대하여 거의 수직으로 배열되어 있을 수 있다.
제1 방향으로 뻗어 있는 게이트 선 및 제2 방향으로 뻗어 있는 데이터 선을 더 포함할 수 있으며,
상기 액정 표시 장치는 상기 제1 방향 및 상기 제2 방향 중 적어도 어느 하나와 나란한 방향을 따라 구부러질 수 있다.
상기 화소 전극은 제1 부화소 전극과 제2 부화소 전극을 포함할 수 있고,
상기 제1 부화소 전극은 상기 장변을 맞대며 일렬로 형성되어 있는 상기 단위 화소 전극 3개를 포함할 수 있으며,
상기 제2 부화소 전극은 상기 단위 화소 전극 4개를 포함할 수 있다.
상기 액정층은 복수의 액정 분자를 포함할 수 있으며,
상기 액정층에 전기장이 가해지지 않은 경우, 상기 액정 분자는 장축이 상기 제1 기판의 표면에 대하여 거의 수직으로 배열되어 있을 수 있다.
제1 방향으로 뻗어 있는 게이트 선 및 제2 방향으로 뻗어 있는 데이터 선을 더 포함할 수 있으며,
상기 액정 표시 장치는 상기 제1 방향 및 상기 제2 방향 중 적어도 어느 하나와 나란한 방향을 따라 구부러질 수 있다.
상기 화소 전극은 제1 부화소 전극과 제2 부화소 전극을 포함할 수 있고,
상기 제1 부화소 전극은 상기 장변을 맞대며 형성되어 있는 상기 단위 화소 전극 2개를 포함할 수 있으며,
상기 제2 부화소 전극은 상기 단위 화소 전극 4개를 포함할 수 있다.
상기 단위 화소 전극 중 적어도 하나는 사다리꼴 형태를 가질 수 있다.
상기 액정층은 복수의 액정 분자를 포함할 수 있으며,
상기 액정층에 전기장이 가해지지 않은 경우, 상기 액정 분자는 장축이 상기 제1 기판의 표면에 대하여 거의 수직으로 배열되어 있을 수 있다.
제1 방향으로 뻗어 있는 게이트 선 및 제2 방향으로 뻗어 있는 데이터 선을 더 포함할 수 있으며,
상기 액정 표시 장치는 상기 제1 방향 및 상기 제2 방향 중 적어도 어느 하나와 나란한 방향을 따라 구부러질 수 있다.
상기 화소 전극은 제1 부화소 전극과 제2 부화소 전극을 포함할 수 있고,
상기 제1 부화소 전극 및 상기 제2 부화소 전극은 상기 단위 화소 전극을 각각 2개씩 포함할 수 있으며,
상기 단위 화소 전극 중 적어도 하나는 평행 사변형 형태를 가질 수 있다.
상기 제1 부화소 전극 또는 상기 제2 부화소 전극의 2개의 단위 화소 전극은 서로 다른 형태를 가질 수 있다.
상기 액정층은 복수의 액정 분자를 포함할 수 있으며,
상기 액정층에 전기장이 가해지지 않은 경우, 상기 액정 분자는 장축이 상기 제1 기판의 표면에 대하여 거의 수직으로 배열되어 있을 수 있다.
제1 방향으로 뻗어 있는 게이트 선 및 제2 방향으로 뻗어 있는 데이터 선을 더 포함할 수 있으며,
상기 액정 표시 장치는 상기 제1 방향 및 상기 제2 방향 중 적어도 어느 하나와 나란한 방향을 따라 구부러질 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 액정 표시 장치에 따르면, 구부림에 의한 텍스쳐 발생 문제를 해결하면서도 투과율과 응답 속도를 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 화소를 상세하게 나타낸 평면도이다.
도 2는 도 1의 Ⅱ-Ⅱ선을 따라 잘라 도시한 단면도이다.
도 3은 단변의 길이가 100㎛이하이고 장변의 길이가 단변의 길이의 2배 이상인 단위 화소 전극에서의 액정 제어력을 화살표로 나타낸 도면이다
도 4는 정사각형 모양의 단위 화소 전극을 갖는 12분할형 액정 표시 장치 비교예와 직사각형 모양의 단위 화소 전극을 갖는 6분할, 4분할 액정 표시 장치 실시예의 투과율을 비교 실험한 데이터이다
도 5는 정사각형 모양의 단위 화소 전극을 갖는 12분할형 액정 표시 장치 비교예와 직사각형 모양의 단위 화소 전극을 갖는 4분할 액정 표시 장치 실시예의 응답 시간을 비교 실험한 데이터이다.
도 6은 12분할 구조 비교예에서 단위 화소 전극의 크기에 따른 제어 시간을 실험한 데이터이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 화소를 상세하게 나타낸 평면도이다.
도 8 내지 도 12는 본 발명의 일실시예 따른 액정 표시 장치의 화소 전극 부분을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 13은 본 발명의 일 실시예에 의한 액정 표시 장치를 나타내는 사시도이다.
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.
이하, 본 발명의 일 실시예에 따른 액정 표시 장치에 대하여 도 1 및 도 2를 참고로 하여 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 화소를 상세하게 나타낸 평면도이며, 도 2는 도 1의 Ⅱ-Ⅱ선을 따라 잘라 도시한 단면도이다.
먼저, 하부 표시판(100)에 대하여 설명한다.
투명한 유리 또는 플라스틱 등으로 이루어진 제1 기판(110) 위에 복수의 게이트선(121)이 위치한다. 게이트선(121)은 주로 가로 방향으로 뻗어 있으며, 게이트선(121)에서 상부로 돌출되어 연장되어 있는 제1 게이트 전극(124a), 제2 게이트 전극(124b) 및 제3 게이트 전극(124c)을 포함한다. 제1 게이트 전극(124a), 제2 게이트 전극(124b) 및 제3 게이트 전극(124c)은 게이트선(121)에서 상부를 향하여 연장되다가 확장되어 제3 게이트 전극(124c)이 위치하고, 제3 게이트 전극(124c)에서 다시 연장되어 제2 게이트 전극(124b)과 제1 게이트 전극(124a)이 위치하고 있다. 제1 게이트 전극(124a)과 제2 게이트 전극(124b)은 하나의 확장된 영역에 형성될 수도 있다.
게이트선(121) 위에 게이트 절연막(140)이 위치하고, 게이트 절연막(140)위에는 제1 게이트 전극(124a), 제2 게이트 전극(124b) 및 제3 게이트 전극(124c)에 대응되는 위치에 제1 반도체(154a), 제2 반도체(154b), 및 제3 반도체(154c)가 각각 위치한다.
제1 반도체(154a), 제2 반도체(154b), 및 제3 반도체(154c) 위 및 게이트 절연막(140)의 위에는 데이터선(171), 제1 드레인 전극(175a), 제2 드레인 전극(175b), 제3 소스 전극(173c) 및 제3 드레인 전극(175c), 그리고 기준 전압선(178)을 포함하는 데이터 도전체가 위치한다.
데이터선(171)은 주로 세로 방향으로 뻗으며 제1 및 제2 게이트 전극(124a, 124b)을 향하여 각각 뻗은 제1 소스 전극(173a) 및 제2 소스 전극(173b)을 포함한다.
기준 전압선(178)은 데이터선(171)과 대체로 평행한 본선(178a)과 본선(178a)으로부터 뻗어 나와 게이트선(121)에 대체로 평행한 가지부(178b)를 포함할 수 있다. 가지부(178b)는 표시 영역의 외각을 따라서 박막 트랜지스터 형성 영역까지 연장되어 있으며, 가지부(178b)의 한 쪽 끝 부분은 제3 드레인 전극(175c)을 이룬다. 본선(178a) 하부에는 본선(178a) 주변의 빛 샘을 차단하는 전극(128)이 게이트 선(121)과 같은 물질로 형성되어 있을 수 있다.
제1 드레인 전극(175a)은 제1 소스 전극(173a)과 마주하고, 제2 드레인 전극(175b)은 제2 소스 전극(173b)과 마주하고, 제3 드레인 전극(175c)은 제3 소스 전극(173c)과 마주한다. 제3 소스 전극(173c)은 제2 드레인 전극(175b)과 연결되어 있다.
제1 게이트 전극(124a), 제1 소스 전극(173a), 및 제1 드레인 전극(175a)은 제1 반도체(154a)와 함께 제1 박막 트랜지스터를 형성하고, 제2 게이트 전극(124b), 제2 소스 전극(173b), 및 제2 드레인 전극(175b)은 제2 반도체(154b)와 함께 제2 박막 트랜지스터를 형성하며, 제3 게이트 전극(124c), 제3 소스 전극(173c), 및 제3 드레인 전극(175c)은 제3 반도체(154c)와 함께 제3 박막 트랜지스터를 형성한다. 즉, 제1 박막 트랜지스터 및 제2 박막 트랜지스터는 소스 전극을 통하여 데이터 전압이 인가되지만, 제3 박막 트랜지스터는 소스 전극을 통하여 기준 전압이 인가되고 있다.
데이터 도전체 위에는 질화규소 또는 산화규소 따위의 무기 절연물로 만들어질 수 있는 하부 보호막(180p)이 위치하고, 그 위에는 색필터(230) 및 차광 부재(220)가 위치할 수 있다. 색필터(230) 및 차광 부재(220) 중 적어도 하나는 상부 표시판(200)에 위치할 수도 있다.
각 색필터(230)는 적색, 녹색 및 청색의 삼원색 등 기본색(primary color) 중 하나를 표시할 수 있으며, 각 색필터(230)는 데이터선(171)의 위에서 서로 중첩되어 있을 수 있다.
차광 부재(220)는 블랙 매트릭스(black matrix)라고도 하며 빛샘을 막아준다. 차광 부재(220)는 게이트선(121)을 따라 좌우로 뻗어 있고, 제1 박막 트랜지스터, 제2 박막 트랜지스터 및 제3 박막 트랜지스터 등이 위치하는 영역을 덮을 뿐만 아니라 데이터선(171)을 따라 뻗어 있으며, 데이터선(171)의 주변을 덮고 있다. 차광 부재(220)가 덮지 않는 영역은 외부로 빛을 방출시켜 화상을 표시하는 영역이 된다.
색필터(230) 및 차광 부재(220) 위에는 상부 보호막(180q)이 위치한다. 상부 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 방지할 수 있으며, 질화규소 또는 산화규소 따위의 무기 절연물 또는 유기 물질로 만들어질 수 있다. 상부 보호막(180q)은 경우에 따라 생략될 수도 있다.
하부 보호막(180p) 및 상부 보호막(180q)에는 제1 드레인 전극(175a) 및 제2 드레인 전극(175b)을 각각 드러내는 복수의 접촉 구멍(185a, 185b)이 형성되어 있다.
상부 보호막(180q) 위에는 복수의 화소 전극(191)이 형성되어 있다. 하나의 화소 내에 위치하는 화소 전극(191)은 하나의 제1 부화소 전극(191a)과 하나의 제2 부화소 전극(191b)을 포함한다.
제1 부화소 전극(191a)과 제2 부화소 전극(191b)은 가로 방향으로 길게 위치하고 있다. 제1 박막 트랜지스터의 제1 드레인 전극(175a)는 제1 부화소 전극(191a)과 제1 접촉 구멍(185a)를 통하여 연결되어 있다. 제2 박막 트랜지스터의 제2 드레인 전극(175b)은 제2 접촉 구멍(185b)를 통하여 제2 부화소 전극(191b)와 연결되어 있다.
제3 박막 트랜지스터는 제2 박막 트랜지스터의 제2 드레인 전극(175b)과 기준 전압선(178)을 연결하여 제2 부화소 전극(191b)으로 인가되는 데이터 전압의 레벨을 변경시킨다. 따라서 제1 부화소 전극(191a)과 후술할 공통 전극(270)사이에 걸리는 전기장의 세기와 제2 부화소 전극(191b)과 공통 전극(270)사이에 걸리는 전기장의 세기는 다를 수 있으며, 둘 중에 제1 부화소 전극(191a)과 공통 전극(270)사이에 걸리는 전기장의 세기가 더 클 수 있다.
제1 부화소 전극(191a) 및 제2 부화소 전극(191b)은 복수의 단위 화소 전극(UP)을 포함한다. 단위 화소 전극(UP)은 각각 한쌍의 가로, 세로 줄기부(192a, 192b) 및 상기 줄기부들로부터 비스듬하게 뻗어 있는 복수의 미세 가지 전극(193)을 포함한다. 가로 줄기부(192a) 및 세로 줄기부(192b)이 만나는 부분은 대략 단위 화소 전극(UP)의 중앙에 위치할 수 있다.
가로 줄기부(192a) 및 세로 줄기부(192b)는 서로 수직으로 교차하며, 미세 가지 전극(193)은 가로 줄기부(192a) 및 세로 줄기부(192b)로부터 뻗어나온다. 가로 줄기부(192a) 및 세로 줄기부(192b)의 좌상 방향에 위치하는 미세 가지 전극은 왼쪽 위 방향으로 비스듬하게 뻗어있고, 우상 방향에 위치하는 미세 가지 전극은 오른쪽 위 방향으로 비스듬하게 뻗어있다. 마찬가지로 좌하 방향에 위치하는 미세 가지 전극은 왼쪽 아래 방향으로 비스듬하게 뻗어있고, 우하 방향에 위치하는 미세 가지 전극은 오른쪽 아래 방향으로 비스듬하게 뻗어있다.
단위 화소 전극(UP)의 네 개의 변 중, 서로 마주 보는 두 쌍의 변에서 상대적으로 짧은 쌍을 단변이라고 하고 다른 한 쌍을 장변이라고 할 때, 단변의 길이는 각각 약 100μm이하 이며, 장변의 길이는 각각 모든 단변의 길이의 2배 이상의 길이를 갖는다. 단변의 길이는 짧을수록 유리하며 약 100μm이하를 유지한다. 도 1의 실시예에 있어서 단위 화소 전극(UP)은 직사각형 형태를 가지며 제1 부화소 전극(191a) 및 제2 부화소 전극(191b)이 각각 3개의 단위 화소 전극(UP)을 갖는다. 제1 부화소 전극(191a) 및 제2 부화소 전극(191b)의 단위 화소 전극(UP)의 크기 및 모양도 모두 동일하다. 3개의 단위 화소 전극(UP)이 장변을 맞대며 일렬로 형성되어 있는 제2 부화소 전극(191b)의 좌측으로 제1 부화소 전극(191a)의 단위 화소 전극(UP) 한 개, 우측으로 두개가 위치하고 있다.
그러나 실시예에 따라서 단위 화소 전극(UP)은 단변의 길이가 각각 약 100μm이하이고, 장변의 길이가 각각 모든 단변의 길이의 2배 이상의 길이를 갖는 조건만 만족한다면, 직사각형 외에 변형된 길쭉한 형태를 가질 수도 있으며, 제1 부화소 전극(191a) 및 제2 부화소 전극(191b)이 갖는 단위 화소 전극(UP)의 개수가 상이할 수도 있고, 단위 화소 전극(UP)의 크기 및 모양도 일부 상이할 수 있다.
제1 부화소 전극(191a) 또는 제2 부화소 전극(191b)의 일부 단위 화소 전극(UP)에는 게이트선(121) 위로 뻗어있는 빛 샘 차단용 전극(198a, 198b)이 형성되어 있을 수 있으며, 이는 차광 부재(220)를 도와 빛 샘을 차단하는 역할을 할 수 있다.
화소 전극(191) 위에는 하부 배향막(도시하지 않음)이 형성되어 있으며, 하부 배향막은 수직 배향막일 수 있다. 그러나 배향막 형성 시 후술할 액정 분자(31)가 프리틸트(pretilt)를 가지도록 하는 추가 공정은 생략될 수 있다.
다음으로 상부 표시판(200)에 대하여 설명한다.
유리 또는 플라스틱 등으로 이루어진 제2 기판(210) 위에는 투명한 도전 물질로 이루어지며 공통 전극을 인가받는 공통 전극(270)이 형성되어 있다. 공통 전극(270)은 통판 전극으로 형성되어있다.
공통 전극(270) 위에는 상부 배향막(도시하지 않음) 이 형성되어 있으며, 상부 배향막은 수직 배향막일 수 있다. 그러나 전계 UV 공정 등을 통한 프리틸트(pretilt) 형성 과정은 생략될 수 있다.
두 표시판(100, 200) 사이에 위치하는 액정층(3)은 음의 유전율 이방성을 가질 수 있고, 액정층(3)의 액정 분자(31)들은 전기장이 가해지지 않는 상태에서 그 장축이 두 표시판(100, 200)의 표면에 대하여 수직을 이루도록 배열될 수 있으며, 하나의 화소 영역 내에서 액정 분자(31)들의 프리틸트 방향이 다르지 않을 수 있다. 예를 들어 액정 분자(31)의 장축의 방향이 전기장이 가해지지 않은 상태에서 두 표시판(100, 200)의 표면에 대하여 89.5°~ 90°를 이룰 수 있다. 액정 분자(31)의 장축의 방향이 전기장이 가해지지 않은 상태에서 두 표시판(100, 200)의 표면에 대하여 수직을 이루도록 배열되어도 단위 화소 전극(UP)의 단변의 길이가 충분히 짧기 때문에 엣지 쪽 제어력 발생부와 줄기부 제어력 발생부를 통하여 가지 전극 중앙부의 액정까지 효율적으로 제어할 수 있게 되고, 충분한 응답 속도 확보가 가능해진다. 이에 대하여는 도 3을 참고하여 후술한다.
데이터 전압 및 기준 전압이 각각 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 분자(31)의 방향을 결정한다. 이와 같이 결정된 액정 분자(31)의 방향에 따라 액정층(3)을 통과하는 빛의 휘도가 달라진다.
이하 도 3 내지 도 5를 참조하여, 이러한 단위 화소 전극(UP)이 갖는 효과에 대하여 자세히 설명한다.
도 3은 단변의 길이가 약 100μm이하이고 장변의 길이가 단변의 길이의 2배 이상인 단위 화소 전극에서의 액정 제어력을 화살표로 나타낸 도면이다. 단위 화소 전극의 경우 일반적으로 단위 화소 전극의 엣지 쪽과 줄기부에서 주된 액정 제어력이 발생한다. 노란색 화살표가 엣지 쪽의 액정 제어력 방향을 나타낸 것이고, 연두색 화살표가 줄기부의 액정 제어력 방향을 나타낸 것이다. 단위 화소 전극의 단변의 길이를 약 100μm이하로 형성할 경우 엣지 쪽 제어력 발생부와 줄기부 제어력 발생부의 간격이 충분히 짧아 엣지 쪽 제어력 발생부와 줄기부 제어력 발생부를 통하여 가지 전극 중앙부의 액정까지 효율적으로 제어할 수 있게 된다. 따라서 충분한 응답 속도 확보가 가능해진다.
또한, 단변의 길이가 약 100μm이하로 유지 되는 경우 장변의 길이가 길어져도 응답 속도 지연이 크지 않는 점을 이용해 장변의 길이를 단변의 길이의 2배 이상으로 형성할 수 있다. 이로 인하여 하나의 단위 화소 전극의 면적을 최대화하고 화소 전극을 단위 화소 전극으로 분할하는 수를 감소시켜 단위 화소 전극으로 분할하는 영역 간 경계부의 비율을 감소 시킬 수 있다. 단위 화소 전극으로 분할하는 영역 간 경계부의 비율이 감소 되면은 액정 표시 장치의 투과율이 상승된다. 도 4는 정사각형 모양의 단위 화소 전극을 갖는 12분할형 액정 표시 장치 비교예와 직사각형 모양의 단위 화소 전극을 갖는 6분할, 4분할 액정 표시 장치 실시예의 투과율을 비교 실험한 데이터이다. 12분할구조 비교예의 투과율이 4.92%, 6분할 구조의 투과율이 5.22%, 4분할 구조의 투과율이 5.57%로, 12분할구조 비교예의 투과율을 100%라고 하였을 때 6분할 구조는 6.10%, 4분할 구조는 13.21%만큼 투과율이 개선된다.
도 5는 정사각형 모양의 단위 화소 전극을 갖는 12분할형 액정 표시 장치 비교예와 직사각형 모양의 단위 화소 전극을 갖는 4분할 액정 표시 장치 실시예의 응답 시간을 비교 실험한 데이터이다. 12분할구조 비교예의 응답시간이 100%일 때, 4분할 구조 실시예의 응답시간은 66.1%로 34%가량 시간이 단축된 것을 알 수 있다.
즉, 단변의 길이가 약 100μm이하이고 장변의 길이가 단변의 길이의 2배 이상인 단위 화소 전극은 12분할 구조 비교예의 정사각형 단위 화소 전극이 해결하지 못한 응답속도와 투과율 면에서의 개선 효과를 가져올 수 있다. 도 6은 12분할 구조 비교예에서 단위 화소 전극의 크기에 따른 제어 시간을 실험한 데이터인데, 투과율의 향상을 위해 분할 영역의 크기를 증가시킬수록 제어시간은 점점 길어져 응답속도는 하락하는 것을 확인 할 수 있다.
또한, 본 발명의 일실시예 따른 액정 표시 장치는 공통 전극에 슬릿, 돌기부 등을 생략하고, 배향막 형성 시 프리틸트를 형성하는 추가 공정을 생략하여도 충분한 제어력을 확보 할 수 있으므로 커브드 액정 표시 장치에 적용 시 상, 하판 미스 얼라인(misalign)으로 인한 텍스쳐(texture) 발생 문제를 해결할 수 있으며, 공정 과정의 감소로 원가 절감의 효과를 가져올 수 있다.
나아가 가로, 세로 줄기부의 폭을 증가시키거나 그 하부에 유기막 등으로 단차나 경사부를 형성하는 경우 전체 액정 제어력을 추가로 향상시킬 수 있다.
이하, 도 7을 참고하여 본 발명의 일실시예에 따른 액정 표시 장치에 대하여 설명한다. 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 화소를 상세하게 나타낸 평면도이다. 도 7을 참고하면, 본 실시예에 따른 액정 표시 장치는 앞서 도 1 및 도 2를 참고로 설명한 실시예에 따른 액정 표시 장치와 유사하다. 동일한 구성 요소에 관한 구체적인 설명은 생략한다.
하나의 화소내에 위치하는 화소 전극(191)은 제1 부화소 전극(191a)과 제2 부화소 전극(191b)을 포함한다. 제1 부화소 전극(191a)과 제2 부화소 전극(191b)은 가로 방향으로 길게 위치하고 있다.
제1 부화소 전극(191a) 및 제2 부화소 전극(191b)은 복수의 단위 화소 전극(UP)을 포함한다. 단위 화소 전극(UP)은 각각 한쌍의 가로, 세로 줄기부(192a, 192b) 및 상기 줄기부들로부터 비스듬하게 뻗어 있는 복수의 미세 가지 전극(193)을 포함한다. 가로 줄기부(192a) 및 세로 줄기부(192b)가 만나는 부분은 대략 단위 화소 전극(UP)의 중앙에 위치할 수 있다.
가로 줄기부(192a) 및 세로 줄기부(192b)는 서로 수직으로 교차하며, 미세 가지 전극(193)은 가로 줄기부(192a) 및 세로 줄기부(192b)로부터 뻗어나온다. 가로 줄기부(192a) 및 세로 줄기부(192b)의 좌상 방향에 위치하는 미세 가지 전극은 왼쪽 위 방향으로 비스듬하게 뻗어있고, 우상 방향에 위치하는 미세 가지 전극은 오른쪽 위 방향으로 비스듬하게 뻗어있다. 마찬가지로 좌하 방향에 위치하는 미세 가지 전극은 왼쪽 아래 방향으로 비스듬하게 뻗어있고, 우하 방향에 위치하는 미세 가지 전극은 오른쪽 아래 방향으로 비스듬하게 뻗어있다.
단위 화소 전극(UP)의 네 개의 변 중, 서로 마주 보는 두 쌍의 변에서 상대적으로 짧은 쌍을 단변이라고 하고 다른 한 쌍을 장변이라고 할 때, 단변의 길이는 각각 약 100μm이하 이며, 장변의 길이는 각각 모든 단변의 길이의 2배 이상의 길이를 갖는다. 단변의 길이는 짧을수록 유리하며 약 100μm이하를 유지한다. 도 7의 실시예에 있어서 단위 화소 전극(UP)은 직사각형 형태를 가지며 제1 부화소 전극(191a) 및 제2 부화소 전극(191b)이 각각 2개의 단위 화소 전극(UP)을 갖는다. 제1 부화소 전극(191a) 및 제2 부화소 전극(191b)의 단위 화소 전극(UP)의 크기 및 모양도 모두 동일하다. 제1 부화소 전극(191a)의 두개의 단위 화소 전극(UP)은 단변을 맞대며 일렬로 형성되어 있으며, 그 아래에 제2 부화소 전극(191b)의 두개의 단위 화소 전극(UP)이 단변을 맞대며 일렬로 형성되어 있다.
그러나 실시예에 따라서 단위 화소 전극(UP)은 단변의 길이가 각각 약 100μm이하이고, 장변의 길이가 각각 모든 단변의 길이의 2배 이상의 길이를 갖는 조건만 만족한다면, 직사각형 외에 변형된 길쭉한 형태를 가질 수도 있으며, 제1 부화소 전극(191a) 및 제2 부화소 전극(191b)이 갖는 단위 화소 전극(UP)의 개수가 상이할 수도 있고, 단위 화소 전극(UP)의 크기 및 모양도 일부 상이할 수 있다.
이하, 도 8 내지 도 12를 참고하여, 본 실시예에 따른 액정 표시 장치에 적용될 수 있는 화소 전극(191)에 대하여 설명한다. 도 8 내지 도 12는 본 발명의 일실시예 따른 액정 표시 장치의 화소 전극 부분을 개략적으로 도시한 도면이다. 앞서 도 1 및 도 2를 참고로 설명한 실시예에 따른 액정 표시 장치의 화소 전극(191)과 동일한 구성 요소에 관한 구체적인 설명은 생략한다.
도 8을 보면, 하나의 화소 내에 위치하는 제1 부화소 전극(191a) 및 제2 부화소 전극(191b)은 복수의 단위 화소 전극(UP)을 포함한다. 단위 화소 전극(UP)은 각각 한쌍의 가로, 세로 줄기부(192a, 192b) 및 상기 줄기부들로부터 비스듬하게 뻗어 있는 복수의 미세 가지 전극(193)을 포함한다. 단위 화소 전극(UP)의 단변의 길이는 각각 약 100μm이하 이며, 장변의 길이는 각각 모든 단변의 길이의 2배 이상의 길이를 갖는다. 도 8의 실시예에 있어서 단위 화소 전극(UP)은 직사각형 형태를 가지며 제1 부화소 전극(191a)은 3개, 제2 부화소 전극(191b)은 4개의 단위 화소 전극(UP)을 갖는다. 제1 부화소 전극(191a)의 3개의 단위 화소 전극(UP)은 장변을 가로로 하고 서로 장변을 맞대며 일렬로 형성되어 있다. 그 하측에 장변을 세로로 하고 서로 장변을 맞댄 두개의 단위 화소 전극(UP)이 두 줄로 형성되어 제2 부화소 전극(191b)을 이루고 있다. 제1 부화소 전극(191a) 및 제2 부화소 전극(191b)의 단위 화소 전극(UP)의 크기는 상이하다.
도 9를 보면, 단위 화소 전극(UP)의 단변의 길이는 각각 약 100μm이하 이며, 장변의 길이는 각각 모든 단변의 길이의 2배 이상의 길이를 갖는데, 단위 화소 전극(UP)은 직사각형 형태를 가지며 제1 부화소 전극(191a)은 2개, 제2 부화소 전극(191b)은 4개의 단위 화소 전극(UP)을 갖는다. 제1 부화소 전극(191a)의 2개의 단위 화소 전극(UP)은 장변을 세로로 하고 서로 장변을 맞대며 형성되어 있다. 그 하측에 장변을 세로로 하고 서로 장변을 맞댄 두개의 단위 화소 전극(UP)이 두 줄로 형성되어 제2 부화소 전극(191b)을 이루고 있다. 제1 부화소 전극(191a) 및 제2 부화소 전극(191b)의 단위 화소 전극(UP)의 크기는 상이하다.
도 10을 보면, 단위 화소 전극(UP)의 단변의 길이는 각각 100μm이하 이며, 장변의 길이는 각각 모든 단변의 길이의 2배 이상의 길이를 갖는데, 적어도 하나의 단위 화소 전극(UP)은 사다리꼴 형태를 가질 수 있으며 제1 부화소 전극(191a)은 2개, 제2 부화소 전극(191b)은 4개의 단위 화소 전극(UP)을 갖는다. 제1 부화소 전극(191a)의 2개의 단위 화소 전극(UP)은 사다리꼴 형태이며, 장변을 세로로 하고 서로 장변을 맞대며 형성되어 있다. 그 하측에 장변을 세로로 하고 서로 장변을 맞댄 두개의 단위 화소 전극(UP)이 두 줄로 형성되어 제2 부화소 전극(191b)을 이루고 있다. 제1 부화소 전극(191a) 및 제2 부화소 전극(191b)의 단위 화소 전극(UP)의 크기 및 모양이 상이하다.
도 11을 보면, 단위 화소 전극(UP)의 단변의 길이는 각각 약 100μm이하 이며, 장변의 길이는 각각 모든 단변의 길이의 2배 이상의 길이를 갖는데, 단위 화소 전극(UP)은 평행사변형 형태를 가질 수 있으며 제1 부화소 전극(191a) 및 제2 부화소 전극(191b)은 각각 2개의 단위 화소 전극(UP)을 갖는다. 제1 부화소 전극(191a)의 2개의 단위 화소 전극(UP)은 장변을 세로로 하고 서로 장변을 맞대며 형성되어 있다. 그 하측에 장변을 세로로 하고 서로 장변을 맞댄 두개의 단위 화소 전극(UP)이 제2 부화소 전극(191b)을 이루고 있다. 제1 부화소 전극(191a) 및 제2 부화소 전극(191b)의 단위 화소 전극(UP)의 크기 및 모양이 동일할 수 있다.
도 12를 보면, 단위 화소 전극(UP)의 단변의 길이는 각각 약 100μm이하 이며, 장변의 길이는 각각 모든 단변의 길이의 2배 이상의 길이를 갖는데, 적어도 하나의 단위 화소 전극(UP)은 평행사변형 형태를 가질 수 있으며 제1 부화소 전극(191a) 및 제2 부화소 전극(191b)은 각각 2개의 단위 화소 전극(UP)을 갖는다. 제1 부화소 전극(191a)의 2개의 단위 화소 전극(UP)은 서로 모양 및 크기가 상이할 수 있으며, 장변을 세로로 하고 서로 장변을 맞대며 형성되어 있다. 단위 화소 전극(UP)은 마주보는 변끼리 평행하지 않아도 무방하다. 그 하측에 장변을 세로로 하고 서로 장변을 맞댄 두개의 단위 화소 전극(UP)이 제2 부화소 전극(191b)을 이루고 있다. 각 단위 화소 전극(UP)의 크기 및 모양은 상이할 수 있다.
도 8 내지 도 12의 화소 전극(191) 실시예는 세로 전극으로 도시되어 있으나, 가로로 형성되어 도 1 또는 도 7 등의 가로 전극 구조에도 적용될 수 있다.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니며, 실시예에 따라서 단위 화소 전극(UP)은 단변의 길이가 각각 약 100μm이하이고, 장변의 길이가 각각 모든 단변의 길이의 2배 이상의 길이를 갖는 조건하에서 직사각형 외에 변형된 형태를 가질 수도 있으며, 제1 부화소 전극(191a) 및 제2 부화소 전극(191b)이 갖는 단위 화소 전극(UP)의 개수가 상이할 수도 있고, 각 단위 화소 전극(UP)의 크기 및 모양이 상이 하는 등 다양한 디자인이 가능할 수 있다.
다음으로, 도 13을 참조하여 본 발명이 곡면 액정 표시 장치에 적용된 실시예에 대해 설명하면 다음과 같다.
도 13은 본 발명의 일 실시예에 의한 액정 표시 장치를 나타내는 사시도이다.
도 13에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 의한 곡면 액정 표시 장치(1000)는 일정한 곡률을 가지고 구부러진 형태로 이루어진다. 제1 방향(D1)은 게이트 선이 뻗어 있는 방향이며, 제2 방향(D2)는 데이터 선이 뻗어있는 방향이다. 곡면 액정 표시 장치는 제1 방향(D1) 및 제2 방향(D2) 중 적어도 어느 하나와 나란한 방향을 따라 구부러질 수 있다. 즉, 도 13의 곡면 액정 표시 장치(1000)는 제1 방향(D1)을 따라 구부러져 있으나 도면과 달이 제2 방향(D2)으로 구부러지거나 제1 방향(D1) 및 제2 방향(D2)의 두 방향으로 구부러질 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 의한 곡면 액정 표시 장치(1000)는 평평한 형태의 평면 액정 표시 장치를 제조한 후 이를 구부려서 곡면을 형성한다.
평면 액정 표시 장치의 경우 시청자의 눈으로부터 표시 장치에 포함되어 있는 복수의 화소까지의 거리가 각각 상이하다. 예를 들면, 시청자의 눈으로부터 평면 표시 장치의 중앙에 위치한 화소까지의 거리보다 좌우 양측 가장자리에 위치한 화소까지의 거리가 더 멀 수 있다. 반면에, 본 발명의 일 실시예에 의한 곡면 액정 표시 장치(1000)의 경우 곡면을 연장하여 형성되는 원의 중심이 시청자의 눈의 위치일 때, 시청자의 눈으로부터 복수의 화소까지의 거리는 거의 일정하다. 이러한 곡면 표시 장치는 평면 표시 장치에 비해 시청 각도가 넓어, 더 많은 양의 정보가 시세포를 자극하여 시신경을 통해 뇌에 더 많은 시각 정보를 전달한다. 이로 인해 현실감, 몰입감을 더 높일 수 있다.
본 발명이 곡면 표시 장치에 적용되는 경우 공통 전극에 홈 또는 돌기 등이 생략될 수 있고, 액정 분자(31)가 프리틸트를 가지도록 하는 공정이 생략될 수 있기 때문에 두 장의 표시판 사이에 오정렬(misalign)이 발생하여 투과율이 낮아지는 문제점은 발생하지 않게 된다.
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.
100: 하부 표시판 121: 게이트선
124: 게이트 전극 154: 반도체
171: 데이터선 173: 소스 전극
175: 드레인 전극 185: 접촉 구멍
191a: 제1 부화소 전극 191b: 제2 부화소 전극
200: 상부 표시판 270: 공통 전극
3: 액정층 31: 액정 분자

Claims (20)

  1. 제1 기판,
    제1 기판에 위치하며 하나 이상의 단위 화소 전극을 포함하는 화소 전극,
    상기 화소 전극과 마주보는 공통 전극 및
    상기 화소 전극 및 상기 공통 전극 사이에 위치하는 액정층을 포함하고,
    상기 단위 화소 전극의 단변의 길이는 약 100μm이하이며, 상기 단위 화소 전극의 장변의 길이는 상기 단변의 길이의 2배 이상이고, 상기 단위 화소 전극은 서로 교차하는 가로 줄기부와 세로 줄기부를 포함하는 줄기부 및 상기 줄기부로부터 뻗어 있는 복수의 미세 가지 전극을 포함하는 액정 표시 장치.
  2. 제1 항에서,
    상기 단위 화소 전극은 직사각형 형태인 액정 표시 장치.
  3. 제2항에서,
    상기 화소 전극은 상기 단위 화소 전극 6개를 포함하며, 상기 6개의 단위 화소 전극은 상기 장변을 맞대며 일렬로 위치하는 액정 표시 장치.
  4. 제3항에서,
    상기 액정층은 복수의 액정 분자를 포함하며,
    상기 액정층에 전기장이 가해지지 않은 경우, 상기 액정 분자는 장축이 상기 제1 기판의 표면에 대하여 거의 수직으로 배열되어 있는 액정 표시 장치.
  5. 제4항에서,
    제1 방향으로 뻗어 있는 게이트 선 및 제2 방향으로 뻗어 있는 데이터 선을 더 포함하며,
    상기 액정 표시 장치는 상기 제1 방향 및 상기 제2 방향 중 적어도 어느 하나와 나란한 방향을 따라 구부러지는 액정 표시 장치.
  6. 제5항에서,
    상기 공통 전극은 통 판으로 형성되어 있는 액정 표시 장치.
  7. 제2 항에서,
    상기 화소 전극은 제1 부화소 전극과 제2 부화소 전극을 포함하고,
    상기 제1 부화소 전극 및 상기 제2 부화소 전극은 상기 단위 화소 전극을 각각 2개씩 포함하며,
    상기 2개의 상기 단위 화소 전극은 상기 단변을 맞대며 일렬로 형성되어 있는 액정 표시 장치.
  8. 제7항에서,
    상기 액정층은 복수의 액정 분자를 포함하며,
    상기 액정층에 전기장이 가해지지 않은 경우, 상기 액정 분자는 장축이 상기 제1 기판의 표면에 대하여 거의 수직으로 배열되어 있는 액정 표시 장치.
  9. 제8 항에서,
    제1 방향으로 뻗어 있는 게이트 선 및 제2 방향으로 뻗어 있는 데이터 선을 더 포함하며,
    상기 액정 표시 장치는 상기 제1 방향 및 상기 제2 방향 중 적어도 어느 하나와 나란한 방향을 따라 구부러지는 액정 표시 장치.
  10. 제2 항에서,
    상기 화소 전극은 제1 부화소 전극과 제2 부화소 전극을 포함하고,
    상기 제1 부화소 전극은 상기 장변을 맞대며 일렬로 형성되어 있는 상기 단위 화소 전극 3개를 포함하며,
    상기 제2 부화소 전극은 상기 단위 화소 전극 4개를 포함하는 액정 표시 장치.
  11. 제10항에서,
    상기 액정층은 복수의 액정 분자를 포함하며,
    상기 액정층에 전기장이 가해지지 않은 경우, 상기 액정 분자는 장축이 상기 제1 기판의 표면에 대하여 거의 수직으로 배열되어 있는 액정 표시 장치.
  12. 제11 항에서,
    제1 방향으로 뻗어 있는 게이트 선 및 제2 방향으로 뻗어 있는 데이터 선을 더 포함하며,
    상기 액정 표시 장치는 상기 제1 방향 및 상기 제2 방향 중 적어도 어느 하나와 나란한 방향을 따라 구부러지는 액정 표시 장치.
  13. 제1 항에서,
    상기 화소 전극은 제1 부화소 전극과 제2 부화소 전극을 포함하고,
    상기 제1 부화소 전극은 상기 장변을 맞대며 형성되어 있는 상기 단위 화소 전극 2개를 포함하며,
    상기 제2 부화소 전극은 상기 단위 화소 전극 4개를 포함하는 액정 표시 장치.
  14. 제13항에서,
    상기 단위 화소 전극 중 적어도 하나는 사다리꼴 형태를 가지는 액정 표시 장치.
  15. 제14항에서,
    상기 액정층은 복수의 액정 분자를 포함하며,
    상기 액정층에 전기장이 가해지지 않은 경우, 상기 액정 분자는 장축이 상기 제1 기판의 표면에 대하여 거의 수직으로 배열되어 있는 액정 표시 장치.
  16. 제15항에서,
    제1 방향으로 뻗어 있는 게이트 선 및 제2 방향으로 뻗어 있는 데이터 선을 더 포함하며,
    상기 액정 표시 장치는 상기 제1 방향 및 상기 제2 방향 중 적어도 어느 하나와 나란한 방향을 따라 구부러지는 액정 표시 장치.
  17. 제1 항에서,
    상기 화소 전극은 제1 부화소 전극과 제2 부화소 전극을 포함하고,
    상기 제1 부화소 전극 및 상기 제2 부화소 전극은 상기 단위 화소 전극을 각각 2개씩 포함하며,
    상기 단위 화소 전극 중 적어도 하나는 평행 사변형 형태를 가지는 액정 표시 장치.
  18. 제17항에서,
    상기 제1 부화소 전극 또는 상기 제2 부화소 전극의 2개의 단위 화소 전극은 서로 다른 형태를 갖는 액정 표시 장치.
  19. 제18항에서,
    상기 액정층은 복수의 액정 분자를 포함하며,
    상기 액정층에 전기장이 가해지지 않은 경우, 상기 액정 분자는 장축이 상기 제1 기판의 표면에 대하여 거의 수직으로 배열되어 있는 액정 표시 장치.
  20. 제19항에서,
    제1 방향으로 뻗어 있는 게이트 선 및 제2 방향으로 뻗어 있는 데이터 선을 더 포함하며,
    상기 액정 표시 장치는 상기 제1 방향 및 상기 제2 방향 중 적어도 어느 하나와 나란한 방향을 따라 구부러지는 액정 표시 장치.
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