KR20170097263A - 액정 표시 장치 - Google Patents

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Abstract

액정 표시 장치가 제공된다. 액정 표시 장치는 서로 마주하며, 복수의 화소를 포함하는 제1 기판 및 제2 기판, 상기 제1 기판 및 상기 제2 기판 사이에 개재되는 액정 혼합물을 포함하는 액정층, 상기 제1 기판 상에 상기 각 화소마다 배치되는 화소 전극을 포함하되, 상기 화소 전극은 제1 방향 및 상기 제1 방향과 교차하는 제2 방향으로 각각 연장되어 '+'형상으로 배치되고 상기 화소를 4개의 사분면에 대응되는 제1 내지 제4 도메인 영역으로 구분하는 줄기 전극, 및 상기 제1 내지 제4 도메인 영역에 배치되며, 상기 줄기 전극으로부터 상기 제1 방향 및 상기 제2 방향과 경사진 방향으로 연장되는 복수의 가지 전극을 포함하고, 상기 제1 도메인 영역과 상기 제2 도메인 영역에 배치되는 상기 가지 전극, 상기 제2 도메인 영역과 상기 제3 도메인 영역에 배치되는 상기 가지 전극, 상기 제3 도메인 영역과 상기 제4 도메인 영역에 배치되는 상기 가지 전극, 상기 제4 도메인 영역과 상기 제1 도메인 영역에 배치되는 상기 가지 전극은 각각 서로 직교하도록 연장되고, 각각의 상기 제1 내지 제4 도메인 영역에 배치되는 상기 가지 전극은 상기 제1 방향과 이루는 사이각과 상기 제2 방향과 이루는 사이각이 서로 다르도록 연장되고, 상기 액정 혼합물은 액정 및 상기 액정의 피치를 조절하는 도펀트를 포함한다.

Description

액정 표시 장치{LIQUID CRYSTAL DISPLAY DEVICE}
액정 표시 장치{LIQUID CRYSTAL DISPLAY DEVICE}
액정 표시 장치는 현재 가장 널리 사용되고 있는 평판 표시 장치 중 하나로서, 화소 전극과 공통 전극 등 전계 생성 전극이 형성되어 있는 두 장의 기판과 그 사이에 삽입되어 있는 액정층으로 이루어지며, 전계 생성 전극에 전압을 인가하여 액정층에 전계를 형성하고, 이를 통하여 액정층의 액정의 배향을 결정하고 입사광의 편광을 제어함으로써 영상을 표시한다.
그 중에서도, 전계가 인가되지 않은 상태에서 액정의 장축을 상하 기판에 대하여 수직을 이루도록 배열한 수직 배향 모드 액정 표시 장치는 대비비가 크고 넓은 기준 시야각 구현이 용이하여 각광받고 있다. 수직 배향 모드(vertically alignment mode) 액정 표시 장치에서 광시야각을 구현하기 위한 수단으로는, 전계 생성 전극에 간극 또는 돌기와 같은 도메인 형성 수단을 형성하는 방법이 있다.
다만, 이러한 액정 표시 장치가 소형화되거나, 계조의 조절이 가능한 최소 단위인 화소의 사이즈가 감소하여 고해상도로 발전함에 따라, 화소를 구동하기 위한 구성 요소들에 의한 개구율 감소로 인한 투과율 감소가 문제되고 있다. 나아가, 투과율의 감소를 해결하기 위하여 하나의 최소한의 스위칭 소자와 최소한의 컨택홀만을 형성함에 따라, 액정 표시 장치가 정면에서 볼 때와 측면에서 볼 때 계조 차이가 발생하여, 측면 시인성이 저하되는 문제가 발생하고 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 투과율 및 측면 시인성을 향상시킬 수 있는 액정 표시 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 실시예에 의한 액정 표시 장치는 서로 마주하며, 복수의 화소를 포함하는 제1 기판 및 제2 기판, 상기 제1 기판 및 상기 제2 기판 사이에 개재되는 액정 혼합물을 포함하는 액정층, 상기 제1 기판 상에 상기 각 화소마다 배치되는 화소 전극을 포함하되, 상기 화소 전극은 제1 방향 및 상기 제1 방향과 교차하는 제2 방향으로 각각 연장되어 '+'형상으로 배치되고 상기 화소를 4개의 사분면에 대응되는 제1 내지 제4 도메인 영역으로 구분하는 줄기 전극, 및 상기 제1 내지 제4 도메인 영역에 배치되며, 상기 줄기 전극으로부터 상기 제1 방향 및 상기 제2 방향과 경사진 방향으로 연장되는 복수의 가지 전극을 포함하고, 상기 제1 도메인 영역과 상기 제2 도메인 영역에 배치되는 상기 가지 전극, 상기 제2 도메인 영역과 상기 제3 도메인 영역에 배치되는 상기 가지 전극, 상기 제3 도메인 영역과 상기 제4 도메인 영역에 배치되는 상기 가지 전극, 상기 제4 도메인 영역과 상기 제1 도메인 영역에 배치되는 상기 가지 전극은 각각 서로 직교하도록 연장되고, 각각의 상기 제1 내지 제4 도메인 영역에 배치되는 상기 가지 전극은 상기 제1 방향과 이루는 사이각과 상기 제2 방향과 이루는 사이각이 서로 다르도록 연장되고, 상기 액정 혼합물은 액정 및 상기 액정의 피치를 조절하는 도펀트를 포함한다.
또한, 상기 가지 전극은 상기 제1 도메인 영역에 배치되는 제1 도메인 가지 전극, 상기 제2 도메인 영역에 배치되는 제2 도메인 가지 전극, 상기 제3 도메인 영역에 배치되는 제3 도메인 가지 전극, 상기 제4 도메인 영역에 배치되는 제4 도메인 가지 전극을 더 포함하되, 상기 제1 도메인 가지 전극 및 상기 제3 도메인 가지 전극은 상기 제1 방향과 30도의 사이각을 형성하며, 상기 제2 방향과 60도의 사이각을 형성하고, 상기 제2 도메인 가지 전극 및 상기 제4 도메인 가지 전극은 상기 제1 방향과 60도의 사이각을 형성하며, 상기 제2 방향과 30도의 사이각을 형성할 수 있다.
또한, 상기 제1 도메인 가지 전극 및 상기 제3 도메인 가지 전극은 상기 제1 방향과 15도의 사이각을 형성하며, 상기 제2 방향과 75도의 사이각을 형성하고, 상기 제2 도메인 가지 전극 및 상기 제4 도메인 가지 전극은 상기 제1 방향과 75도의 사이각을 형성하며, 상기 제2 방향과 15도의 사이각을 형성할 수 있다.
또한, 상기 도펀트는 카이럴 도펀트일 수 있다.
또한, 상기 액정 혼합물의 피치에 대한 상기 제1 기판과 상기 제2 기판 사이 간격의 거리인 셀갭의 비는 0.25 이상 0.33 이하의 값을 가질 수 있다.
또한, 상기 액정 혼합물의 유전율 이방성과 상기 셀갭의 곱은 390nm 이상 500nm 이하의 값을 가질 수 있다.
또한, 상기 액정 혼합물의 유전율 이방성은 0.13 이상 0.166 이하의 값을 가질 수 있다.
또한, 상기 셀갭은 2.8㎛ 이상 3.2㎛ 이하의 값을 가질 수 있다.
또한, 상기 액정 혼합물은 액정, 자외선 경화성 모노머 및 자외선 경화용 개시제로부터 형성될 수 있다.
또한, 상기 제1 기판 및 상기 제2 기판에 구동 전원이 인가되지 않았을 경우, 상기 액정은 상기 제1 기판에 수직한 방향으로부터 0.5도 이상 3도 이하의 범위만큼 기울어지도록 프리틸트 되어 있을 수 있다.
또한, 각각의 상기 화소는 하나의 스위칭 소자에 의하여 구동될 수 있다.
또한, 각각의 상기 화소는 상기 스위칭 소자 및 상기 화소 전극을 연결하는 하나의 컨택홀만을 포함할 수 있다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 다른 실시예에 따른 액정 표시 장치는 서로 마주하며, 복수의 화소를 포함하는 제1 기판 및 제2 기판, 상기 제1 기판 및 상기 제2 기판 사이에 개재되는 액정 혼합물을 포함하는 액정층, 상기 제1 기판 상에 상기 각 화소마다 배치되는 화소 전극을 포함하되, 상기 화소 전극은 제1 방향 및 상기 제1 방향과 교차하는 제2 방향으로 각각 연장되어 '+' 형상으로 배치되고 상기 화소를 4개의 사분면에 대응되는 제1 내지 제4 도메인 영역으로 구분하는 줄기 전극, 상기 제1 도메인 영역에 배치되며 상기 제1 방향과 15도 이상 30도 이하의 사이각을 형성하며 상기 제2 방향과 60도 이상 75도 이하의 사이각을 형성하는 제1 도메인 가지 전극, 상기 제2 도메인 영역에 배치되며 상기 제1 방향과 60도 이상 75도 이하의 사이각을 형성하며 상기 제2 방향과 15도 이상 30도 이하의 사이각을 형성하는 제2 도메인 가지 전극, 상기 제3 도메인 영역에 배치되며 상기 제1 방향과 15도 이상 30도 이하의 사이각을 형성하며 상기 제2 방향과 60도 이상 75도 이하의 사이각을 형성하는 제3 도메인 가지 전극, 상기 제4 도메인 영역에 배치되며 상기 제1 방향과 60도 이상 75도 이하의 사이각을 형성하며 상기 제2 방향과 15도 이상 30도 이하의 사이각을 형성하는 제4 도메인 가지 전극을 포함하고, 상기 액정 혼합물은 액정 및 상기 액정의 피치를 조절하는 도펀트를 포함한다.
또한, 각각의 상기 제1 내지 제4 도메인 가지 전극이 상기 제1 방향과 형성하는 사이각과 상기 제2 방향과 형성하는 사이각의 합은 90도일 수 있다.
또한, 상기 도펀트는 카이럴 도펀트일 수 있다.
또한, 상기 액정 혼합물의 피치에 대한 상기 제1 기판과 상기 제2 기판 사이 간격의 거리인 셀갭의 비는 0.25 이상 0.33 이하의 값을 가질 수 있다.
또한, 상기 액정 혼합물의 유전율 이방성과 상기 셀갭의 곱은 390nm 이상 500nm 이하의 값을 가질 수 있다.
또한, 상기 액정 혼합물의 유전율 이방성은 0.13 이상 0.166 이하의 값을 가질 수 있다.
또한, 상기 셀갭은 2.8㎛ 이상 3.2㎛ 이하의 값을 가질 수 있다.
또한, 상기 액정 혼합물은 액정, 자외선 경화성 모노머 및 자외선 경화용 개시제로부터 형성되되, 상기 제1 기판 및 상기 제2 기판에 구동 전원이 인가되지 않았을 경우, 상기 액정은 상기 제1 기판에 수직한 방향으로부터 0.5도 이상 3도 이하의 범위만큼 기울어지도록 프리틸트 되어 있을 수 있다.
기타 실시예의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.
본 발명의 실시예들에 의하면 적어도 다음과 같은 효과가 있다.
투과율 및 측면 시인성을 향상시킬 수 있는 액정 표시 장치를 제공할 수 있다.
본 발명의 실시예들에 따른 효과는 이상에서 예시된 내용에 의해 제한되지 않으며, 더욱 다양한 효과들이 본 명세서 내에 포함되어 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 액정표시장치의 일 화소에 대한 레이아웃도이다.
도 2는 도 1의 Ⅰ-Ⅰ'로 도시된 선을 따라 자른 단면도이다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 액정표시장치의 일 화소에 대한 레이아웃도이다.
도 4는 다양한 조건의 액정 혼합물 및 화소 전극의 구조에 따른 액정표시장치의 투과율 및 시인성에 대하여 나타낸 그래프이다.
도 5는 도 4의 실험예 5의 조건에 따른 액정 표시 장치의 일 화소에 대한 사진이다.
도 6은 도 4의 실험예 1의 조건에 따른 액정 표시 장치의 일 화소에 대한 사진이다.
도 7은 실험예 2의 조건에 따른 액정 표시 장치의 일 화소에 대한 사진이다.
도 8은 입사되는 광의 편광 상태 및 유전율 이방성과 셀갭의 곱에 따른 투과율을 나타낸 그래프이다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.
소자(elements) 또는 층이 다른 소자 또는 층의 "위(on)"로 지칭되는 것은 다른 소자 바로 위에 또는 중간에 다른 층 또는 다른 소자를 개재한 경우를 모두 포함한다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.
비록 제1, 제2 등이 다양한 구성요소들을 서술하기 위해서 사용되나, 이들 구성요소들은 이들 용어에 의해 제한되지 않음은 물론이다. 이들 용어들은 단지 하나의 구성요소를 다른 구성요소와 구별하기 위하여 사용하는 것이다. 따라서, 이하에서 언급되는 제1 구성요소는 본 발명의 기술적 사상 내에서 제2 구성요소일 수도 있음은 물론이다.
이하, 첨부된 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예들에 대해 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 액정표시장치의 일 화소에 대한 레이아웃도이고, 도 2는 도 1의 Ⅰ-Ⅰ'로 도시된 선을 따라 자른 단면도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 액정 표시 장치는 어레이 기판(AS), 대향 기판(OAS) 및 액정층(LCL)을 포함한다.
어레이 기판(AS)은 액정층(LCL)의 액정 분자들을 구동하기 위한 트랜지스터(TR)가 형성되며, 대향 기판(OAS)은 어레이 기판(AS)에 대향하여 배치된다.
이하, 어레이 기판(AS)에 대하여 설명하기로 한다.
어레이 기판(AS)은 제1 베이스 기판(SUB1)을 포함한다. 제1 베이스 기판(SUB1)은 투명 절연 기판일 수 있다. 예를 들면, 제1 베이스 기판(SUB1)은 유리 기판, 석영 기판, 투명 수지 기판 등으로 이루어 질 수 있다. 또한, 제1 베이스 기판(SUB1)은 고내열성을 갖는 고분자 또는 플라스틱을 포함할 수도 있다.
몇몇 실시예에서, 제1 베이스 기판(SUB1)은 가요성을 가질 수도 있다. 즉, 제1 베이스 기판(SUB1)은 롤링, 폴딩, 벤딩 등으로 형태 변형이 가능한 기판일 수 있으며, 이를 이용하여 곡면 표시 장치를 제조할 수도 있다.
제1 베이스 기판(SUB1) 상에는 게이트 라인(GL) 및 게이트 전극(GE)이 배치될 수 있다. 게이트 라인(GL)은 게이트 신호를 전달하며 제1 방향(D1)으로 연장될 수 있다.
여기서, 제1 방향(D1)이란 제1 베이스 기판(SUB1)의 일변에 평행하도록 연장되는 방향에 해당하며, 도 1에 도시된 바와 같이 좌측에서 우측을 향하여 연장되는 임의의 직선이 가리키는 방향으로 정의될 수 있다. 다만, 이에 제한되지는 아니하고, 제1 베이스 기판(SUB1)의 일변에 반드시 평행할 필요는 없으며, 제1 베이스 기판(SUB1) 상에서 특정 방향으로 연장되는 임의의 직선이 가리키는 방향일 수도 있다.
상기 게이트 신호는 외부로부터 제공되는 변화하는 전압값을 갖는 신호일 수 있으며, 상기 게이트 신호의 전압값에 대응하여 후술할 트랜지스터(TR)의 온/오프 여부가 제어될 수 있다.
게이트 전극(GE)은 게이트 라인(GL)으로부터 돌출되는 모양으로 형성될 수 있으며, 후술할 트랜지스터(TR)를 구성하는 하나의 구성 요소일 수 있다. 하나의 게이트 라인(GL)에는 복수 개의 게이트 전극(GE)이 형성될 수 있다. 다만, 도 1은 하나의 화소에 대한 레이이아웃도이므로, 하나의 게이트 전극(GE)만 도시되어 있으나, 이에 제한되지 아니한다.
게이트 라인(GL) 및 게이트 전극(GE)은 알루미늄(Al)이나 알루미늄 합금 등 알루미늄 계열 금속, 은(Ag)이나 은 합금 등 은 계열 금속, 구리(Cu)나 구리 합금 등 금 계열 금속, 몰리므덴(Mo)이나 몰리브덴 합금 등 몰리브덴 계열 금속, 크롬(Cr), 탄탈륨(Ta) 및 티타늄(Ti) 등을 포함할 수 있다. 게이트 라인(GL) 및 게이트 전극(GE)은 단일층 구조를 가질 수 있으며, 또는 물리적 성질이 다른 적어도 두 개의 도전막을 포함하는 다층 구조를 가질 수도 있다. 이 중 하나의 도전막은 게이트 라인(GL) 및 게이트 전극(GE)의 신호 지연이나 전압 강하를 줄일 수 있도록 저저항의 금속, 예를 들면 알루미늄 계열 금속, 은 계열 금속, 구리 계열 금속 등으로 이루어질 수 있다. 이와는 달리, 다른 도전막은 다른 물질, 특히 ITO(indium tin oxide) 및 IZO(indium zinc oxide)와의 접촉 특성이 우수한 물질, 이를테면 몰리브덴 계열 금속, 크롬, 티타늄, 탄탈륨 등으로 이루어질 수 있다. 이러한 조합의 예로는, 크롬 하부막과 알루미늄 상부막 및 알루미늄 하부막과 몰리브덴 상부막을 들 수 있다. 다만, 본 발명은 이에 한정되지 않으며 게이트 라인(GL) 및 게이트 전극(GE)은 다양한 여러 가지 금속과 도전체로 형성될 수 있다.
게이트 라인(GL) 및 게이트 전극(GE) 상에는 게이트 절연막(GI)이 배치된다. 게이트 절연막(GI)은 절연물질로 이루어질 수 있으며, 예시적으로 실리콘 질화물 또는 실리콘 산화물 등으로 이루어질 수 있다. 게이트 절연막(GI)은 단일층 구조로 이루어질 수 있으며, 또는 물리적 성질이 다른 두 개의 절연층을 포함하는 다층 구조를 가질 수도 있다.
게이트 절연막(GI) 상에는 반도체층(AL)이 배치된다. 반도체층(AL)은 게이트 전극(GE)과 적어도 일부가 중첩될 수 있다. 반도체층(AL)은 비정질 규소, 다결정 규호, 또는 산화물 반도체를 포함할 수 있다.
한편, 반도체층(AL)은 게이트 전극(GE)과 중첩될 뿐만 아니라, 공정 과정에 따라 후술할 데이터 라인(DL), 소스 전극(SE), 드레인 전극(DE)의 적어도 일부 또는 전부와 중첩되도록 배치될 수도 있다.
도면에는 미도시하였으나, 몇몇 실시예에서 반도체층(AL) 상에는 저항성 접촉 부재가 더 배치될 수 있다. 상기 저항성 접촉 부재는 n형 불순물이 고농고로 도핑되어 있는 수소화 비정질 실리콘 등으로 형성되거나 실리사이드(silicide)로 형성될 수 있다. 상기 저항성 접촉 부재는 쌍을 이루어 반도체층(AL) 상에 배치될 수 있다. 몇몇 실시예에서, 반도체층(AL)이 산화물 반도체인 경우, 상기 저항성 접촉 부재는 생략될 수 있다.
게이트 절연막(GI) 및 반도체층(AL) 상에는 데이터 라인(DL), 소스 전극(SE) 및 드레인 전극(DE)이 배치된다. 데이터 라인(DL)은 제2 방향(D2)으로 연장되어 게이트 라인(GL)과 교차할 수 있다.
여기서, 제2 방향(D2)이란 제1 방향(D1)에 수직으로 교차하는 방향일 수 있으며, 도 1에서 도시된 바와 같이 상측에서 하측을 향하여 연장되는 임의의 직선이 가리키는 방향일 수 있다. 다만, 이에 제한되지는 아니하고, 제2 방향(D2)과 제1 방향(D1)이 형성하는 사이각은 수직이 아닐 수도 있음을 물론이며, 이 경우 제2 방향(D2)은 제1 방향(D1)과 평행하지 않도록 연장되는 임의의 직선이 가리키는 방향일 수도 있다.
데이터 라인(DL)은 게이트 절연막(GI)에 의하여 게이트 라인(GL)과 절연될 수 있다.
데이터 라인(DL)은 외부로부터 입력되는 데이터 신호를 소스 전극(SE)으로 제공할 수 있다. 여기서, 상기 데이터 신호는 외부로부터 제공되는 변화하는 전압값을 갖는 신호일 수 있으며, 상기 데이터 신호에 대응하여 각각의 화소의 계조가 제어될 수 있다.
소스 전극(SE)은 데이터 라인(DL)에서 분지되어 적어도 일부가 게이트 전극(GE)과 중첩될 수 있다. 드레인 전극(DE)은 반도체층(AL)을 사이에 두고 소스 전극(SE)으로부터 이격되어 배치될 수 있으며, 적어도 일부가 게이트 전극(GE)과 중첩될 수 있다. 도 1에 도시된 바와 같이, 소스 전극(SE)은 드레인 전극(DE)을 'U'자 모양으로 일정한 간격을 사이에 두고 감싸는 형태로 형성될 수 있다. 다만, 이러한 소스 전극(SE)과 드레인 전극(DE)의 모양은 예시적인 것이며, 이에 제한되지 않는다. 예를들어, 소스 전극(SE)은 드레인 전극(DE)과 일정한 간격을 두고 평행하게 이격되는 막대 모양으로 형성될 수도 있다.
한편, 데이터 라인(DL), 소스 전극(SE) 및 드레인 전극(DE)은 알루미늄, 구리, 은, 몰리브덴, 크롬, 티타늄, 탄탈륨 또는 이들의 합금으로 형성될 수 있다. 또한, 이들은 내화성 금속(refractory metal)등의 하부막(미도시)과 그 위에 형성된 저저항 상부막(미도시)으로 이루어진 다층 구조를 가질 수도 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
한편, 게이트 전극(GE), 반도체층(AL), 소스 전극(SE) 및 드레인 전극(DE)은 하나의 트랜지스터(TR)를 형성한다.
트랜지스터(TR)는 게이트 전극(GE)에 제공되는 상기 게이트 신호의 전압값에 대응하여 소스 전극(SE)과 드레인 전극(DE)을 전기적으로 연결할 수 있다. 구체적으로, 게이트 전극(GE)에 제공되는 상기 게이트 신호의 전압값이 트랜지스터(TR)를 오프시키는 전압값에 해당하는 경우, 소스 전극(SE) 및 드레인 전극(DE)은 전기적으로 절연될 수 있다. 반면, 게이트 전극(GE)에 제공되는 상기 게이트 신호의 전압값이 트랜지스터(TR)를 온 시키는 전압에 해당하는 경우, 소스 전극(SE) 및 드레인 전극(DE) 사이에 배치되는 반도체층(AL)에 형성되는 채널을 통하여 전기적으로 연결될 수 있다.
상기 채널은 반도체층(AL) 중 소스 전극(SE)과 드레인 전극(DE) 사이의 영역에 형성될 수 있다. 즉, 트랜지스터(TR)가 온 상태일 경우 소스 전극(SE)과 드레인 전극(DE) 사이 영역에 배치되는 반도체층(AL)을 중심으로 상기 채널이 형성되며, 상기 채널을 따라서 전압이 전달되고 전류가 흐를 수 있다. 결과적으로, 데이터 라인(DL)에 제공되는 상기 데이터 신호는 드레인 전극(DE)을 통하여 드레인 전극(DE)과 연결되는 화소 전극(PE)으로 전달될 수 있으며, 상기 데이터 신호의 전달 여부는 게이트 라인(GL)에 제공되는 상기 게이트 신호에 의하여 제어될 수 있다. 화소 전극(PE)에 대한 구체적인 설명은 후술하기로 한다.
한편, 하나의 화소에는 하나의 트랜지스터(TR)만이 배치될 수 있다. 트랜지스터(TR)를 구성하는 각 구성 요소는, 제1 베이스 기판(SUB1)의 하부로부터 제공되는 광을 투과시키지 못하므로, 트랜지스터(TR)의 개수가 최소화될 때, 액정 표시 장치는 최대의 투과율을 달성할 수 있기 때문이다.
게이트 절연막(GI) 및 트랜지스터(TR) 상에는 패시베이션막(PA)이 배치될 수 있다. 패시베이션막(PA)은 유기절연물질 또는 무기절연물질로 이루어질 수 있으며, 트랜지스터(TR)를 커버할 수 있다.
패시베이션막(PA) 상에는 컬러 필터(CF)가 배치된다. 컬러 필터(CF)는 제1 베이스 기판(SUB1)의 외측으로부터 입사되는 광의 특정 파장 대역 성분을 투과시키고, 이외의 파장 대역 성분은 차단시켜 제2 베이스 기판(SUB2)의 외측으로 출사되는 광이 특정 색을 띄도록 할 수 있다.
예를 들어, 적색으로 시인되도록 하는 컬러 필터(CF)는 약 580nm 내지 780nm 파장대의 광을 투과시키고, 나머지 파장대의 광을 흡수(및/또는 반사)한다. 또한, 녹색으로 시인되도록 하는 컬러 필터(CF)는 약 450nm 내지 650nm 파장대의 광을 투과시키고 나머지 파장대의 광을 흡수한다. 또한, 청색으로 시인되도록 하는 컬러 필터(CF)는 약 380nm 내지 560nm 파장대의 광을 투과시키고 나머지 파장대의 광을 흡수할 수 있다. 적색으로 시인되도록 하는 컬러 필터(CF)는 적색을 나타내는 안료 또는 감광성 유기물로 형성될 수 있으며, 녹색으로 시인되도록 하는 컬러 필터(CF)는 녹색을 나타내는 안료 또는 감광성 유기물로 형성될 수 있고, 청색으로 시인되도록 하는 컬러 필터(CF)는 청색을 나타내는 안료 또는 감광성 유기물로 형성될 수 있다.
다만, 컬러 필터(CF)의 배치는 이에 제한되지 아니하고, 몇몇 실시예에서는 컬러 필터(CF)가 후술할 제2 베이스 기판(SUB2) 상에 배치될 수도 있다.
컬러 필터(CF) 상에는 평탄화막(IL)이 배치될 수 있다. 패시베이션막(PA) 및 컬러 필터(CF)의 상부를 평탄화하는 기능을 가질 수 있다. 평탄화막(IL)은 유기물로 이루어질 수 있다. 다만, 이에 제한되지 아니하고 평탄화막(IL)은 감광성 유기 조성물로 이루어질 수도 있고, 평탄화막(IL)의 하부에 별도의 감광성 유기 조성물이 추가로 형성될 수도 있다. 또한, 평탄화막(IL)은 감광성 유기 조성물에 색을 구현하기 위한 안료가 포함된 물질로 이루어질 수도 있으며, 다른 평탄화막(IL)의 하부에 색을 구현하기 위한 안료가 포함된 감광성 유기 조성물 층이 추가로 형성될 수도 있다. 예를 들어, 평탄화막(IL)은 감광성 유기 조성물에 적색, 녹색 또는 청색의 안료 중 어느 하나를 포함할 수도 있다. 즉, 평탄화막(IL)이 전술한 컬러 필터(CF)의 기능을 동시에 가질 수도 있다.
평탄화막(IL) 및 패시베이션막(PA)에는 트랜지스터(TR)의 일부, 보다 구체적으로, 드레인 전극(DE)의 일부를 드러내는 컨택홀(CH)이 형성될 수 있다. 컨택홀(CH)은 평탄화막(IL) 및 패시베이션막(PA)을 수직으로 관통하는 모양으로 형성될 수 있다. 컨택홀(CH)은 드레인 전극(DE)의 일부를 드러냄과 동시에, 드레인 전극(DE)의 일부와 중첩하여 형성될 수 있다. 드레인 전극(DE)의 일부와 평탄화막(IL) 상에 배치되는 후술할 화소 전극(PE)은 컨택홀(CH) 내부에 형성되는 도전 물질을 통하여 물리적, 전기적으로 서로 연결될 수 있다. 여기서, 컨택홀(CH) 내부에 형성되는 도전 물질은 후술할 화소 전극(PE)의 일부일 수 있다.
한편, 상술한 바와 같이 하나의 화소에 하나의 트랜지스터(TR)만이 배치되는 경우, 마찬가지로 하나의 화소에는 하나의 컨택홀(CH)만이 배치될 수 있다. 컨택홀(CH) 또한 드레인 전극(DE)과 중첩되므로, 제1 베이스 기판(SUB1)의 하부로부터 제공되는 광을 투과시킬 수 없어, 컨택홀(CH)의 개수가 최소화될수록 액정 표시 장치의 투과율이 극대화될 수 있기 때문이다.
평탄화막(IL) 상에는 화소 전극(PE)이 배치될 수 있다. 화소 전극(PE)은 컨택홀(CH)을 통해 드레인 전극(DE)과 물리적으로 연결되어 드레인 전극(DE)으로부터 전압을 제공받을 수 있다.
화소 전극(PE)은 ITO(Indium Tin Oxide), IZO(Indium Zinc Oxide), ITZO(Indium Tin Zinc Oxide), AZO(Al-doped Zinc Oxide) 등의 투명 도전성 물질로 이루어질 수 있다.
화소 전극(PE)은 줄기 전극(STE)과 복수의 가지 전극(BRE)을 포함할 수 있다. 구체적으로, 줄기 전극(STE)은 제1 방향(D1) 및 제2 방향(D2)으로 각각 연장되어 '+' 형상으로 배치되며, 화소 내에서 화소 전극(PE)이 배치되는 영역을 4개의 영역으로 구분할 수 있다. 각각의 영역은 1사분면 내지 4사분면으로 구분될 수 있으며, 1사분면에 대응되는 영역은 제1 도메인 영역(DM1), 2사분면에 대응되는 영역은 제2 도메인 영역(DM2), 3사분면에 대응되는 영역은 제3 도메인 영역(DM3), 4사분면에 대응되는 영역은 제4 도메인 영역(DM4)으로 정의될 수 있다.
가지 전극(BRE)은 줄기 전극(STE)으로부터 제1 방향(D1) 및 제2 방향(D2) 모두에 대하여 경사진 방향으로 연장될 수 있다. 또한, 각각의 가지 전극(BRE)은 서로 간격을 두고 이격되어 평행하도록 배치될 수 있으며, 가지 전극(BRE) 사이에는 투명 도전성 물질이 형성되지 않는 개구부인 슬릿(SL)이 형성될 수 있다. 각각의 제1 내지 제4 도메인 영역(DM1~DM4) 내에서는, 가지 전극(BRE)이 서로 간격을 두고 이격되어 평행하도록 배치되므로, 슬릿(SL) 또한 서로 간격을 두고 이격되어 평행하도록 배치될 수 있다.
한편, 제1 도메인 영역(DM1)에 배치되는 가지 전극(BRE)과 제2 도메인 영역(DM2)에 배치되는 가지 전극(BRE)은 서로 직교하도록 연장될 수 있다. 구체적으로, 제1 도메인 영역(DM1)에 배치되는 가지 전극(BRE)을 따라 양쪽으로 연장하였을 경우 형성되는 임의의 직선과, 제2 도메인 영역(DM2)에 배치되는 가지 전극(BRE)을 따라 양쪽으로 연장하였을 경우 형성되는 임의의 직선은 서로 직교할 수 있다.
마찬가지로, 제2 도메인 영역(DM2)에 배치되는 가지 전극(BRE)과 제3 도메인 영역(DM3)에 배치되는 가지 전극(BRE)은 서로 직교하도록 연장될 수 있으며, 제3 도메인 영역(DM3)과 제4 도메인 영역(DM4)에 배치되는 가지 전극(BRE)은 서로 직교하도록 연장될 수 있고, 제4 도메인 영역(DM4)과 제1 도메인 영역(DM1)에 배치되는 가지 전극(BRE)은 서로 직교하도록 연장될 수 있다.
즉, 제1 내지 제4 도메인 영역(DM1~DM4) 중 서로 인접하는 임의의 두 개의 영역의 경우, 해당 영역 내에 배치되는 가지 전극(BRE)은 서로 직교할 수 있다.
이와 동시에, 제1 내지 제4 도메인 영역(DM4)에 배치되는 가지 전극(BRE)은 제1 방향(D1)과 이루는 사이각과 제2 방향(D2)과 이루는 사이각이 서로 다르도록 연장될 수 있다. 즉, 가지 전극(BRE)은 제1 방향(D1)과 45도의 사이각을 갖지 않으며, 제2 방향(D2)과도 45도의 사이각을 갖지 않도록 연장될 수 있다.
여기서, 가지 전극(BRE)이 제1 방향(D1)과 이루는 사이각이라 함은, 가지 전극(BRE)을 따라 양쪽으로 연장하였을 경우 형성되는 임의의 직선과, 제1 방향(D1)을 따라 양쪽으로 연장되는 임의의 직선이 교차하는 경우 형성하는 예각에 해당하며, 가지 전극(BRE)이 제2 방향(D2)과 이루는 사이각이라 함은, 가지 전극(BRE)을 따라 양쪽으로 연장하였을 경우 형성되는 임의의 직선과, 제2 방향(D2)을 따라 양쪽으로 연장되는 임의의 직선이 교차하는 경우 형성하는 예각에 해당한다.
더욱 구체적으로, 제1 도메인 영역(DM1)에 배치되는 가지 전극(BRE)을 제1 도메인 가지 전극(BRE_1)이라 정의하고, 제2 도메인 영역(DM2)에 배치되는 가지 전극(BRE)을 제2 도메인 가지 전극(BRE_2)이라 정의하고, 제3 도메인 영역(DM3)에 배치되는 가지 전극(BRE)을 제3 도메인 가지 전극(BRE_3)이라 정의하고, 제4 도메인 영역(DM4)에 배치되는 가지 전극(BRE)을 제4 도메인 가지 전극(BRE_4)이라 정의하기로 하자. 본 실시예의 경우, 제1 도메인 가지 전극(BRE_1)은 제1 방향(D1)과 30도의 사이각을 형성하고, 제2 방향(D2)과 60도의 사이각을 형성할 수 있다. 또한, 제2 도메인 가지 전극(BRE_2)은 제1 방향(D1)과 60도의 사이각을 형성하고, 제2 방향(D2)과 30도의 사이각을 형성할 수 있다. 또한, 제3 도메인 가지 전극(BRE_3)은 제1 방향(D1)과 30도의 사이각을 형성하고, 제2 방향(D2)과 60도의 사이각을 형성할 수 있다. 또한, 1제4 도메인 가지 전극(BRE_4)은 제1 방향(D1)과 60도의 사이각을 형성하고, 제2 방향(D2)과 30도의 사이각을 형성할 수 있다.
이러한 가지 전극(BRE)의 배치에 의하여, 액정 표시 장치의 투과율이 향상되고 시인성이 개선될 수 있다. 특히, 제1 내지 제4 도메인 영역(DM1~DM4)에 배치되는 모든 가지 전극(BRE)이 제1 방향(D1)과 45도의 사이각을 가지며, 제2 방향(D2)과 45도의 사이각을 갖지 않는 경우에 비하여 상술한 투과율 향상 및 시인성 개선 효과가 두드러지게 나타날 수 있다.
다만, 이러한 효과는 후술할 액정층(LCL)에 포함되는 액정 혼합물의 조성물과 관련지어 나타나는 바, 이에 대한 구체적인 설명은 후술하기로 한다.
화소 전극(PE) 상에는 제1 배향막(RM1)이 배치된다. 제1 배향막(RM1)은 후술할 액정층(LCL)에 배치되는 액정 혼합물의 액정 분자들을 프리틸트 시킬 수 있다. 즉, 제1 배향막(RM1)은 액정층(LCL)에 전계가 가해지지 않은 상태에서, 제1 배향막(RM1)이 형성되는 평면에 수직한 방향으로부터 일정한 방향으로 0.5도 내지 3도 가량 기울어진 방향을 가리키도록 액정 분자들을 배열시킬 수 있다.
이하, 대향 기판(OAS)에 대해 설명한다.
대향기판은 제2 베이스 기판(SUB2), 공통 전극(CE), 오버코트층(OC) 및 제2 배향막(RM2)을 포함한다.
제2 베이스 기판(SUB2)은 제1 베이스 기판(SUB1)에 대향하여 배치되는 기판이며, 외부로부터의 일정한 충격을 견뎌낼 수 있는 내구성을 가질 수 있다. 제2 베이스 기판(SUB2)은, 제1 베이스 기판(SUB1)과 마찬가지로, 투명 절연 기판일 수 있다. 예를 들면, 제2 베이스 기판(SUB2)은 유리 기판, 석영 기판, 투명 수지 기판 등으로 이루어 질 수 있다. 또한, 제2 베이스 기판(SUB2)은 고내열성을 갖는 고분자 또는 플라스틱을 포함할 수도 있다. 제2 베이스 기판(SUB2)은 평탄한 평판형일 수 있지만, 특정 방향으로 커브드될 수도 있다. 몇몇 실시예에서 제2 베이스 기판(SUB2)은 가요성을 가질 수도 있다. 즉, 제2 베이스 기판(SUB2)은 롤링, 폴딩, 벤딩 등으로 형태 변형이 가능한 기판일 수 있다.
제2 베이스 기판(SUB2) 상(도면상으로, 하부)에는 차광 부재(BM)가 배치될 수 있다. 차광 부재(BM)는 도 2에 도시된 바와 같이 트랜지스터(TR), 컨택홀(CH), 게이트 라인(GL) 및 데이터 라인(DL)과 중첩하여 배치될 수 있으며, 이에 따라 액정 분자들의 오배열에 의한 광샘이나, 트랜지스터(TR), 컨택홀(CH), 게이트 라인(GL) 또는 데이터 라인(DL)에 의한 광의 반사가 시인되는 현상을 방지할 수 있다.
제2 베이스 기판(SUB2) 및 차광 부재(BM) 상(도면상으로, 하부)에는 오버코트층(OC)이 배치된다. 오버코트층(OC)은 차광 부재(BM)로 인하여 발생한 단차를 완화할 수 있다. 몇몇 실시예에서, 오버코트층(OC)은 필요에 따라 생략될 수도 있다.
오버코트층(OC) 상(도면상으로, 하부)에는 공통 전극(CE)이 배치된다. 공통 전극(CE)은 투명 도전성 물질로 이루어질 수 있으며, 각각의 화소마다 구분되어 형성되는 화소 전극(PE)과는 달리, 제2 베이스 기판(SUB2)의 전면에 전체적으로 판 형태로 형성될 수 있다. 공통 전극(CE)에는 공통 신호가 제공되어 전술한 화소 전극(PE)과 함께 상호 작용하여 액정층(LCL)에 전계를 형성할 수 있다.
공통 전극(CE) 상(도면상으로, 하부)에는 제2 배향막(RM2)이 배치된다. 제2 배향막(RM2)은 전술한 제1 배향막(RM1)과 유사한 기능을 할 수 있다. 즉, 제2 배향막(RM2)은 액정층(LCL)에 배치되는 액정을 프리틸트 시킬 수 있다.
이하, 액정층(LCL)에 대해 설명한다.
액정층(LCL)은 하부로는 어레이 기판(AS), 상부로는 대향 기판(OAS)이 배치되며, 이들 양 기판 사이의 영역에 해당하며, 액정 혼합물이 형성될 수 있다.
액정 혼합물은 유전율 이방성을 가지는 복수의 액정을 포함할 수 있으며, 예를 들어 네마틱 액정일 수 있다. 상기 액정 분자들은 어레이 기판(AS)과 대향 기판(OAS) 사이에서 어레이 기판(AS) 및 대향 기판(OAS)에 수직한 방향으로 배열되도록 자외선 처리가 행해질 수 있다.
액정 혼합물의 형성 및 자외선 처리는 다음과 같은 과정에 의하여 수행될 수 있다. 먼저, 예를 들면, 진공 주입법을 이용하여 액정, 자외선 경화성 모노머 및 자외선 경화용 개시제를 포함하는 혼합물을 어레이 기판(AS)과 대향 기판(OAS) 사이에 개재시킨다. 자외선 경화성 모노머는 예를 들어 아크릴레이트(acrylate)계 모노머일 수 있으며, 자외선 경화용 개시제는 자외선 영역에 흡수될 수 잇는 물질로 이루어지며, 예를 들어 2,2-디메톡시-1,2-디페닐 에탄온(2,2-dimethoxy-1,2-diphenyl ethanone)일 수 있다. 이어서, 어레이 기판(AS)과 대향 기판(OAS)에 프리틸트용 전원을 인가한다. 프리틸트용 전원은 어레이 기판(AS) 및 대향 기판(OAS)에 별도로 마련된 패드부를 통하여 인가될 수 있다. 프리틸트용 전원이 인가된 상태로 어레이 기판(AS)과 대향 기판(OAS)에 자외선을 조사하여 액정 혼합물을 형성시킨다. 이 경우, 프리틸트용 전원의 전압은 2~10V로 유지할 수 있다. 프리틸트용 전원은 교류 또는 직류일 수 있다. 또한, 자외선을 조사하여 액정 표시 장치에 공급되는 에너지는 화소 전극(PE)의 단위 cm2당 2~36J일 수 있다. 자외선의 파장은 320~380nm일 수 있다. 이와 같은 자외선 조사 조건은 첨가된 자외선 경화성 모노머의 양에 따라 조절될 수 잇따. 이러한 자외선 조사 공정은, 자외선 조사 전에 모노머의 경화가 일어나지 않도록 액정 등을 주입한 후 즉시 진행하는 것이 바람직하다. 이와 같이 액정 표시 장치에 프리틸트용 전원이 인가된 상태에서 자외선을 조사하면 자외선 경화성 모노머가 경화되어 액정이 프리틸트 된다. 프리틸트용 전원은 액정이 어레이 기판(AS) 및 대향 기판(OAS)에 수직한 방향과 0.5도 내지 3도 가량 기울어진 방향을 향하도록 할 수 있다.
액정 혼합물의 형성에 의하여 완성된 액정 표시 장치의 경우, 어레이 기판(AS)과 대향 기판(OAS) 사이에 전계가 인가되면, 상기 액정 분자들이 어레이 기판(AS)과 대향 기판(OAS) 사이에서 특정 방향으로 기울어짐으로써 통과하는 광의 편광 상태를 변화시키며, 이에 의하여 액정 표시 장치는 화소 단위로 광을 투과시키거나 차단할 수 있다.
여기서, 액정 분자들이 기울어지는 방향은, 하부에 배치되는 화소 전극(PE)의 패턴에 의하여 결정될 수 있다. 즉, 제1 내지 제4 도메인 영역(DM1~DM4)에 배치되는 가지 전극(BRE)은 영역별로 연장되는 방향이 상이하므로, 이에 대응하여 액정 분자들이 기울어지는 방향도 제1 내지 제4 도메인 영역(DM1~DM4)마다 서로 다를 수 있다.
한편, 액정 혼합물에는 액정의 피치를 조절하는 카이럴 도펀트가 첨가된다. 카이럴 도펀트는 중심에 비대칭 탄소 원자를 갖는 도펀트일 수 있다. 피치는 액정이 나선형 패턴을 따라 1회전하는 데 필요한 거리이다.
여기서, 액정 표시 장치의 투과율을 향상시키기 위하여, 액정 혼합물의 피치에 대한 어레이 기판(AS)과 대향 기판(OAS) 사이 간격의 거리인 셀갭의 비(피치를 셀갭으로 나눈 값)는 0.25 이상 0.33 이하의 값을 가질 수 있다. 액정 혼합물의 피치와 셀갭의 비가 상술한 범위의 값을 가질 경우, 어레이 기판(AS)에 인접하여 배치되는 액정과 대향 기판(OAS)에 인접하여 배치되는 액정은 서로 90도만큼의 차이나도록 트위스트될 수 있다.
본 실시예에의 경우, 액정 혼합물에 카이럴 도펀트가 첨가되고, 동시에 화소 전극(PE)의 가지 전극(BRE)이 상술한 모양을 가짐에 따라, 액정 표시 장치의 투과율 및 시인성이 향상될 수 있다. 이에 대한 더욱 구체적인 설명은, 도 4 내지 도 7을 참조하여 후술하기로 한다.
한편, 액정 표시 장치의 투과율을 향상시키기 위하여, 유전율 이방성과 셀갭의 곱은 390nm 이상 500nm 이하의 값을 가질 수 있다. 유전율 이방성과 셀갭의 곱이 상술한 범위의 값을 가질 경우, 액정 표시 장치에 입사되는 광의 편광 방향에 의한 영향이 최소화되며, 투과율을 향상시킬 수 있다. 예시적으로, 셀갭이 3㎛의 값을 가질 경우, 유전율 이방성은 0.13 이상 0.166 이하의 값을 가질 수 있다. 이에 대한 더욱 구체적인 설명은 도 8을 참조하여 후술하기로 한다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 액정표시장치의 일 화소에 대한 레이아웃도이다.
도 3에 도시된 실시예에서는, 앞선 실시예에서 설명한 구성과 동일한 구성에 대하여는 동일한 참조 번호로서 지칭하기로 하며, 중복 설명은 생략하거나 간략화하기로 한다.
도 3을 참조하면, 본 실시예에 도시된 액정표시장치는 도 1에 도시된 액정표시장치와 비교하여, 화소 전극(PE)의 각 가지 전극(BRE)이 제1 방향(D1) 및 제2 방향(D2)과 형성하는 사이각이 상이할 수 있다.
구체적으로, 제1 도메인 가지 전극(BRE_1)은 제1 방향(D1)과 15도의 사이각을 형성하고, 제2 방향(D2)과 75도의 사이각을 형성할 수 있다. 또한, 제2 도메인 가지 전극(BRE_2)은 제1 방향(D1)과 75도의 사이각을 형성하고, 제2 방향(D2)과 15도의 사이각을 형성할 수 있다. 또한, 제3 도메인 가지 전극(BRE_3)은 제1 방향(D1)과 15도의 사이각을 형성하고, 제2 방향(D2)과 75도의 사이각을 형성할 수 있다. 또한, 제4 도메인 가지 전극(BRE_4)은 제1 방향(D1)과 75도의 사이각을 형성하고, 제2 방향(D2)과 15도의 사이각을 형성할 수 있다.
이러한 가지 전극(BRE)의 배치로 인하여, 도 1에 도시된 액정표시장치와 비교하여, 상대적으로 투과율이 더욱 향상될 수 있다.
다만, 도 1에 도시된 실시예에서는 각각의 가지 전극(BRE)이 제1 방향(D1) 또는 제2 방향(D2)과 30도 또는 60도의 사이각을 갖도록 형성되고, 도 3에 도시된 실시예에서는 각각의 가지 전극(BRE)이 제1 방향(D1) 또는 제2 방향(D2)과 15도 또는 75도의 사이각을 갖도록 형성되는 액정 표시 장치에 대하여 예시하였으나, 반드시 이에 제한되지는 아니한다. 예를 들면, 화소 전극에 포함되는 각각의 가지 전극(BRE)이 제1 방향(D1)과 15도 이상 30도 이하의 사이각을 가지며, 제2 방향(D2)과 60도 이상 75도 이하의 사이각을 가질 수 있다. 또한, 화소 전극에 포함되는 각각의 가지 전극(BRE)이 제1 방향(D1)과 60도 이상 75도 이하의 사이각을 가지며, 제2 방향(D2)과 15도 이상 30도 이하의 사이각을 가질 수도 있다. 다만, 상술한 모든 경우에서, 각각의 가지 전극(BRE)이 제1 방향(D1)과 형성하는 사이각과 제2 방향(D2)과 형성하는 사이각의 합은 90도인 조건을 만족할 수 있다.
도 4는 다양한 조건의 액정 혼합물 및 화소 전극의 구조에 따른 액정표시장치의 투과율 및 시인성에 대하여 나타낸 그래프이다.
도 4를 참조하면, 실험예 1 내지 실험예 5에 대한 투과율 및 시인성 지수에 대하여 측정한 결과를 나타낸다. 구체적으로, 실험예 1의 경우, 가지 전극(BRE)이 제1 방향(D1) 또는 제2 방향(D2)과 각각 45도의 사이각을 형성하며, 카이럴 도펀트가 첨가된 액정 표시 장치에 관한 것이다. 실험예 2의 경우, 가지 전극(BRE)이 제1 방향(D1) 또는 제2 방향(D2)과 각각 60도 또는 30도의 사이각을 형성하며, 카이럴 도펀트가 첨가된 액정 표시 장치에 관한 것이며, 이는 도 1에 도시된 실시예의 경우에 해당할 수 있다. 실험예 3의 경우, 가지 전극(BRE)이 제1 방향(D1) 또는 제2 방향(D2)과 각각 75도 또는 15도의 사이각을 형성하며, 카이럴 도펀트가 첨가된 액정 표시 장치에 관한 것이며, 이는 도 2에 도시된 실시예의 경우에 해당할 수 있다. 실험예 4의 경우, 가지 전극(BRE)이 제1 방향(D1) 또는 제2 방향(D2)과 각각 90도 또는 0도의 사이각을 형성하며, 카이럴 도펀트가 첨가된 액정 표시 장치에 관한 것이다. 실험예 5의 경우, 가지 전극(BRE)이 제1 방향(D1) 또는 제2 방향(D2)과 각각 45도의 사이각을 형성하며, 카이럴 도펀트가 첨가되지 않은 일반적인 액정 표시 장치에 관한 것이다.
도 4를 참조하면, 가지 전극(BRE)이 제1 방향(D1) 또는 제2 방향(D2)과 45도의 사이각을 형성하며, 카이럴 도펀트가 첨가되지 않은 일반적인 액정 표시 장치의 투과율을 100%로 기준을 정하였을 경우, 실험예 5의 경우와 동일한 가지 전극(BRE)의 배치 구조를 가지며, 카이럴 도펀트가 추가적으로 첨가된 실험예 1의 경우, 투과율이 향상되고 시인성 지수가 0.445에서 0.430으로 낮아짐에 따라 더욱 개선되는 효과가 있음을 확인할 수 있다.
또한, 실험예 1의 경우와 동일하게 카이럴 도펀트가 첨가되나, 가지 전극(BRE)의 배치가 제1 방향(D1) 또는 제2 방향(D2)과 60도 또는 30도의 사이각을 형성하는 차이를 갖는 실험예 2의 경우, 실험예 1에 비하여 투과율이 더욱 향상되며, 시인성 지수도 개선됨을 확인할 수 있다.
또한, 실험예 2의 경우와 동일하게 카이럴 도펀트가 첨가되나, 가지 전극(BRE)의 배치가 제1 방향(D1) 또는 제2 방향(D2)과 75도 또는 15도의 사이각을 형성하는 차이를 갖는 실험예 3의 경우, 실험예 2에 비하여 투과율이 더욱 향상되는 것을 확인할 수 있다. 다만, 실험예 3의 경우, 실험예 2의 경우에 비하여 시인성 측면에서는 불리한 결과가 보여지는 바, 투과율 및 시인성을 적절하게 고려하여 실험예 2 또는 실험예 3의 조건을 선택할 수 있다.
한편, 실험예 2 및 3의 경우와 동일하게 카이럴 도펀트가 첨가되나, 가지 전극(BRE)의 배치가 제1 방향(D1) 또는 제2 방향(D2)과 90도 또는 0도의 사이각을 형성하는 차이를 갖는 실험예 4의 경우, 실험예 2 및 실험예 3에 비하여 투과율 및 시인성 측면에서 모두 저하되는 것을 확인할 수 있다. 즉, 가지 전극(BRE)을 제1 방향(D1) 또는 제2 방향(D2)에 대하여 무조건 크게 기울어지도록 한다고 투과율 및 시인성이 개선되는 것은 아님을 확인할 수 있다.
이에 대한 추가적인 설명을 위하여, 도 5 내지 도 7이 참조된다.
도 5는 도 4의 실험예 5의 조건에 따른 액정 표시 장치의 일 화소에 대한 사진이며, 도 6은 도 4의 실험예 1의 조건에 따른 액정 표시 장치의 일 화소에 대한 사진이고, 도 7은 실험예 2의 조건에 따른 액정 표시 장치의 일 화소에 대한 사진이다.
먼저, 도 5를 참조하면, 도 4의 실험예 5의 조건에 따른 액정 표시 장치의 경우, 중심 영역에 '+' 형상의 암부가 명확히 시인됨을 확인할 수 있으며, 가지 전극(BRE)의 끝단 영역에서도 암부가 명확히 시인됨을 확인할 수 있다.
다음으로, 도 6을 참조하면, 도 4의 실험예 1의 조건에 따른 액정 표시 장치의 경우, 카이럴 도펀트의 첨가에 의하여 액정이 나선형으로 회전함에 따라, 도 5에서 시인되던 '+'형상의 암부가 옅어지며 투과율이 향상됨을 확인할 수 있으며, 가지 전극(BRE)의 끝단 영역에서의 암부 또한 옅어지며 투과율이 향상됨을 확인할 수 있다.
또한, 도 5에서 시인되던 '+'형상의 암부가, 'X'에 가까운 형상으로 변경됨을 확인할 수 있다. 이 또한 액정이 실험예 5의 조건과는 카이럴 도펀트의 첨가에 의하여 나선형으로 회전함에 따라 변경됨에 따른 효과일 수 있다.
다음으로, 도 7을 참조하면, 도 4의 실험예 2의 조건에 따른 액정 표시 장치의 경우, 즉, 도 1에 도시된 실시예에 따른 액정 표시 장치의 경우, 도 6에서 시인되던 '+' 형상의 암부가 옅어지며 투과율이 향상됨을 확인할 수 있으며, 가지 전극(BRE)의 끝단 영역에서의 암부 또한 옅어지며 투과율이 향상됨을 확인할 수 있다.
즉, 카이럴 도펀트의 첨가에 의하여 액정이 나선형으로 회전함에 따라, 가지 전극(BRE) 또한 제1 방향(D1) 또는 제2 방향(D2)과 형성하는 사이각을 비대칭으로 함으로써, 액정 표시 장치를 투과하는 광의 편광 상태가 더욱 최적화되며 투과율이 향상됨을 확인할 수 있다.
도 8은 입사되는 광의 편광 상태 및 유전율 이방성과 셀갭의 곱에 따른 투과율을 나타낸 그래프이다.
도 8을 참조하면, 유전율 이방성과 셀갭의 곱이 270nm의 값을 가질 경우, 액정 표시 장치로 입사되는 광의 입사각에 따른 투과율의 편차가 매우 큼을 알 수 있다. 여기서, 액정 표시 장치로 입사되는 광의 입사각은 어레이 기판(AS)의 외측에 부착되는 편광판의 투과축과 형성하는 사이각에 해당할 수 있다.
반면, 유전율 이방성과 셀갭의 곱이 330nm의 값을 가질 경우, 액정 표시 장치로 입사되는 광의 입사각에 따른 투과율을 편차가 유전율 이방성과 셀갭의 곱이 270nm의 값을 가질 경우보다 완화됨을 확인할 수 있다.
마찬가지로, 유전율 이방성과 셀갭의 곱이 증가할수록, 액정 표시 장치로 입사되는 광의 입사각에 따른 투과율 편차가 완화됨을 알 수 있다.
다만, 액정 표시 장치의 셀갭이 과도하게 증가되는 경우, 전술한 액정 혼합물의 피치와 셀갭의 비를 조절하는 데 어려움이 있을 수 있어, 액정 표시 장치의 셀갭의 증가에는 한계가 존재할 수 있다. 또한, 유전율 이방성이 과도하게 증가되는 경우, 액정 혼합물의 점도가 과도하게 증가되어 응답 속도 측면에서 불리할 수 있다. 따라서, 투과율이 향상되는 효과를 얻을 수 있음과 동시에, 셀갭의 조절에 용이하고 응답 속도 측면에서도 손실이 없는 최적화된 유전율 이방성과 셀갭의 곱의 값의 범위는 390nm 이상 500nm 이하일 수 있다.
이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.
AS: 어레이 기판
OAS: 대향 기판
LCL: 액정층
PE: 화소 전극
STE: 줄기 전극
BRE: 가지 전극
D1: 제1 방향
D2: 제2 방향

Claims (20)

  1. 서로 마주하며, 복수의 화소를 포함하는 제1 기판 및 제2 기판;
    상기 제1 기판 및 상기 제2 기판 사이에 개재되는 액정 혼합물을 포함하는 액정층;
    상기 제1 기판 상에 상기 각 화소마다 배치되는 화소 전극을 포함하되,
    상기 화소 전극은 제1 방향 및 상기 제1 방향과 교차하는 제2 방향으로 각각 연장되어 '+'형상으로 배치되고 상기 화소를 4개의 사분면에 대응되는 제1 내지 제4 도메인 영역으로 구분하는 줄기 전극, 및 상기 제1 내지 제4 도메인 영역에 배치되며, 상기 줄기 전극으로부터 상기 제1 방향 및 상기 제2 방향과 경사진 방향으로 연장되는 복수의 가지 전극을 포함하고,
    상기 제1 도메인 영역과 상기 제2 도메인 영역에 배치되는 상기 가지 전극, 상기 제2 도메인 영역과 상기 제3 도메인 영역에 배치되는 상기 가지 전극, 상기 제3 도메인 영역과 상기 제4 도메인 영역에 배치되는 상기 가지 전극, 상기 제4 도메인 영역과 상기 제1 도메인 영역에 배치되는 상기 가지 전극은 각각 서로 직교하도록 연장되고,
    각각의 상기 제1 내지 제4 도메인 영역에 배치되는 상기 가지 전극은 상기 제1 방향과 이루는 사이각과 상기 제2 방향과 이루는 사이각이 서로 다르도록 연장되고,
    상기 액정 혼합물은 액정 및 상기 액정의 피치를 조절하는 도펀트를 포함하는 액정 표시 장치.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 가지 전극은 상기 제1 도메인 영역에 배치되는 제1 도메인 가지 전극, 상기 제2 도메인 영역에 배치되는 제2 도메인 가지 전극, 상기 제3 도메인 영역에 배치되는 제3 도메인 가지 전극, 상기 제4 도메인 영역에 배치되는 제4 도메인 가지 전극을 더 포함하되,
    상기 제1 도메인 가지 전극 및 상기 제3 도메인 가지 전극은 상기 제1 방향과 30도의 사이각을 형성하며, 상기 제2 방향과 60도의 사이각을 형성하고,
    상기 제2 도메인 가지 전극 및 상기 제4 도메인 가지 전극은 상기 제1 방향과 60도의 사이각을 형성하며, 상기 제2 방향과 30도의 사이각을 형성하는 액정 표시 장치.
  3. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 도메인 가지 전극 및 상기 제3 도메인 가지 전극은 상기 제1 방향과 15도의 사이각을 형성하며, 상기 제2 방향과 75도의 사이각을 형성하고,
    상기 제2 도메인 가지 전극 및 상기 제4 도메인 가지 전극은 상기 제1 방향과 75도의 사이각을 형성하며, 상기 제2 방향과 15도의 사이각을 형성하는 액정 표시 장치.
  4. 제1 항에 있어서,
    상기 도펀트는 카이럴 도펀트인 액정 표시 장치.
  5. 제1 항에 있어서,
    상기 액정 혼합물의 피치에 대한 상기 제1 기판과 상기 제2 기판 사이 간격의 거리인 셀갭의 비는 0.25 이상 0.33 이하의 값을 갖는 액정 표시 장치.
  6. 제1 항에 있어서,
    상기 액정 혼합물의 유전율 이방성과 상기 셀갭의 곱은 390nm 이상 500nm 이하의 값을 갖는 액정 표시 장치.
  7. 제6 항에 있어서,
    상기 액정 혼합물의 유전율 이방성은 0.13 이상 0.166 이하의 값을 갖는 액정 표시 장치.
  8. 제6 항에 있어서,
    상기 셀갭은 2.8㎛ 이상 3.2㎛ 이하의 값을 갖는 액정 표시 장치.
  9. 제1 항에 있어서,
    상기 액정 혼합물은 액정, 자외선 경화성 모노머 및 자외선 경화용 개시제로부터 형성되는 액정 표시 장치.
  10. 제9 항에 있어서,
    상기 제1 기판 및 상기 제2 기판에 구동 전원이 인가되지 않았을 경우, 상기 액정은 상기 제1 기판에 수직한 방향으로부터 0.5도 이상 3도 이하의 범위만큼 기울어지도록 프리틸트 되어 있는 액정 표시 장치.
  11. 제1 항에 있어서,
    각각의 상기 화소는 하나의 스위칭 소자에 의하여 구동되는 액정 표시 장치.
  12. 제11 항에 있어서,
    각각의 상기 화소는 상기 스위칭 소자 및 상기 화소 전극을 연결하는 하나의 컨택홀만을 포함하는 액정 표시 장치.
  13. 서로 마주하며, 복수의 화소를 포함하는 제1 기판 및 제2 기판;
    상기 제1 기판 및 상기 제2 기판 사이에 개재되는 액정 혼합물을 포함하는 액정층;
    상기 제1 기판 상에 상기 각 화소마다 배치되는 화소 전극을 포함하되,
    상기 화소 전극은
    제1 방향 및 상기 제1 방향과 교차하는 제2 방향으로 각각 연장되어 '+' 형상으로 배치되고 상기 화소를 4개의 사분면에 대응되는 제1 내지 제4 도메인 영역으로 구분하는 줄기 전극,
    상기 제1 도메인 영역에 배치되며 상기 제1 방향과 15도 이상 30도 이하의 사이각을 형성하며 상기 제2 방향과 60도 이상 75도 이하의 사이각을 형성하는 제1 도메인 가지 전극,
    상기 제2 도메인 영역에 배치되며 상기 제1 방향과 60도 이상 75도 이하의 사이각을 형성하며 상기 제2 방향과 15도 이상 30도 이하의 사이각을 형성하는 제2 도메인 가지 전극,
    상기 제3 도메인 영역에 배치되며 상기 제1 방향과 15도 이상 30도 이하의 사이각을 형성하며 상기 제2 방향과 60도 이상 75도 이하의 사이각을 형성하는 제3 도메인 가지 전극,
    상기 제4 도메인 영역에 배치되며 상기 제1 방향과 60도 이상 75도 이하의 사이각을 형성하며 상기 제2 방향과 15도 이상 30도 이하의 사이각을 형성하는 제4 도메인 가지 전극을 포함하고,
    상기 액정 혼합물은 액정 및 상기 액정의 피치를 조절하는 도펀트를 포함하는 액정 표시 장치.
  14. 제13 항에 있어서,
    각각의 상기 제1 내지 제4 도메인 가지 전극이 상기 제1 방향과 형성하는 사이각과 상기 제2 방향과 형성하는 사이각의 합은 90도인 액정 표시 장치.
  15. 제13 항에 있어서,
    상기 도펀트는 카이럴 도펀트인 액정 표시 장치.
  16. 제13 항에 있어서,
    상기 액정 혼합물의 피치에 대한 상기 제1 기판과 상기 제2 기판 사이 간격의 거리인 셀갭의 비는 0.25 이상 0.33 이하의 값을 갖는 액정 표시 장치.
  17. 제13 항에 있어서,
    상기 액정 혼합물의 유전율 이방성과 상기 셀갭의 곱은 390nm 이상 500nm 이하의 값을 갖는 액정 표시 장치.
  18. 제17 항에 있어서,
    상기 액정 혼합물의 유전율 이방성은 0.13 이상 0.166 이하의 값을 갖는 액정 표시 장치.
  19. 제17 항에 있어서,
    상기 셀갭은 2.8㎛ 이상 3.2㎛ 이하의 값을 갖는 액정 표시 장치.
  20. 제13 항에 있어서,
    상기 액정 혼합물은 액정, 자외선 경화성 모노머 및 자외선 경화용 개시제로부터 형성되되,
    상기 제1 기판 및 상기 제2 기판에 구동 전원이 인가되지 않았을 경우, 상기 액정은 상기 제1 기판에 수직한 방향으로부터 0.5도 이상 3도 이하의 범위만큼 기울어지도록 프리틸트 되어 있는 액정 표시 장치.
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