KR100840310B1 - 다중 도메인 액정 표시 장치 - Google Patents

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Abstract

박막 트랜지스터 기판 위에 게이트 배선, 데이터 배선, 박막 트랜지스터 및 화소 전극이 형성되어 있고, 화소 전극은 개구 패턴을 가지고 있다. 박막 트랜지스터 기판과 대향하는 색 필터 기판에는 색 필터, 블랙 매트릭스 및 공통 전극이 형성되어 있고, 공통 전극은 개구 패턴을 가지고 있다. 화소 전극의 개구 패턴과 공통 전극의 개구 패턴은 화소 영역을 다수의 상하 도메인과 좌우 도메인으로 분할 한다. 이 때, 상하 도메인이 점유하는 면적이 좌우 도메인이 점유하는 면적보다 크다. 이렇게 하면, 액정 표시 장치의 좌우측면 시인성을 향상시킬 수 있다.
액정표시장치, 시인성, 도메인, 개구부, 돌기

Description

다중 도메인 액정 표시 장치{A MULTI-DOMAIN LIQUID CRYSTAL DISPLAY}
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 액정 표시 장치용 박막 트랜지스터 기판의 배치도이고,
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 액정 표시 장치의 공통 전극에 형성되어 있는 개구부의 배치도이고,
도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 액정 표시 장치를 정면에서 바라볼 때의 화소 전극과 공통 전극 개구부의 배치도이고,
도 4는 도 3의 Ⅳ-Ⅳ'선에 대한 단면도이고,
도 5는 테스트용 셀의 정면과 측면 60°에서의 감마(gamma: gamma) 곡선을 나타내는 그래프이고,
도 6은 단일 도메인의 수직 배향 액정 셀을 8방향의 측면에서 바라볼 때의 VT 곡선들을 나타내는 그래프이고,
도 7은 한 화소에 포함되는 각 도메인 내의 주 액정 방향자의 배치를 나타내는 개념도이고,
도 8a와 도 8b는 좌우 방향에서 화소를 볼 때 상하 도메인과 좌우 도메인의 점유 비율에 따른 측면 VT 및 감마(gamma) 곡선을 나타내는 그래프이고,
도 9a와 도 9b는 정면 대비 측면 감마 곡선의 왜곡 비율을 상하 도메인의 점 유율에 따라 나타낸 그래프이고,
도 10은 상하 방향 도메인의 점유율이 50%인 경우와 80%인 경우 대각 방향(
Figure 112001015839887-pat00001
)에서의 VT 곡선과 감마 곡선을 나타내는 그래프이고,
도 11은 상하 방향 도메인의 점유율을 높였을 때 시인성이 좋아지는 영역과 나빠지는 영역을 나타내는 그래프이고,
도 12는 본 발명의 제2 실시예에 따른 액정 표시 장치용 박막 트랜지스터 기판의 배치도이고,
도 13은 본 발명의 제2 실시예에 따른 액정 표시 장치의 공통 전극에 형성되어 있는 개구부의 배치도이고,
도 14는 본 발명의 제2 실시예에 따른 액정 표시 장치를 정면에서 바라볼 때의 화소 전극과 공통 전극 개구부의 배치도이고,
도 15는 도 14의 XV-XV'선에 대한 단면도이고,
도 16은 본 발명의 제3 실시예에 따른 액정 표시 장치를 정면에서 바라볼 때의 화소 전극과 공통 전극 개구부의 배치도이다.
본 발명은 액정 표시 장치에 관한 것으로서, 특히 광시야각을 얻기 위하여 화소 영역을 다수의 소 도메인으로 분할하는 수직 배향 액정 표시 장치에 관한 것이다.
액정 표시 장치는 일반적으로 공통 전극과 컬러 필터(color filter) 등이 형성되어 있는 상부 기판과 박막 트랜지스터와 화소 전극 등이 형성되어 있는 하부 기판 사이에 액정 물질을 주입해 놓고 화소 전극과 공통 전극에 서로 다른 전위를 인가함으로써 전계를 형성하여 액정 분자들의 배열을 변경시키고, 이를 통해 빛의 투과율을 조절함으로써 화상을 표현하는 장치이다.
그런데 액정 표시 장치는 시야각이 좁은 것이 중요한 단점이다. 이러한 단점을 극복하고자 시야각을 넓히기 위한 다양한 방안이 개발되고 있는데, 그 중에서도 액정 분자를 상하 기판에 대하여 수직으로 배향하고 화소 전극과 그 대향 전극인 공통 전극에 일정한 개구 패턴을 형성하거나 돌기를 형성하는 방법이 유력시되고 있다.
개구 패턴을 형성하는 방법으로는 화소 전극과 공통 전극에 각각 개구 패턴을 형성하여 이들 개구 패턴으로 인하여 형성되는 프린지 필드(fringe field)를 이용하여 액정 분자들이 눕는 방향을 조절함으로써 시야각을 넓히는 방법이 있다.
돌기를 형성하는 방법은 상하 기판 위에 형성되어 있는 화소 전극과 공통 전극 위에 각각 돌기를 형성해 둠으로써 돌기에 의하여 왜곡되는 전기장을 이용하여 액정 분자의 눕는 방향을 조절하는 방식이다.
또 다른 방법으로는, 하부 기판 위에 형성되어 있는 화소 전극에는 개구 패턴을 형성하고 상부 기판에 형성되어 있는 공통 전극 위에는 돌기를 형성하여 개구 패턴과 돌기에 의하여 형성되는 프린지 필드를 이용하여 액정의 눕는 방향을 조절함으로써 도메인을 형성하는 방식이 있다.
이러한 다중 도메인 액정 표시 장치는 1:10의 대비비를 기준으로 하는 대비비 기준 시야각이나 계조간의 휘도 반전의 한계 각도로 정의되는 계조 반전 기준 시야각은 전 방향 80°이상으로 매우 우수하다. 그러나 정면의 감마(gamma)곡선과 측면의 감마 곡선이 일치하지 않는 측면 감마 곡선 왜곡 현상이 발생하여 TN(twisted nematic) 모드 액정 표시 장치에 비하여도 좌우측면에서 열등한 시인성을 나타낸다. 예를 들어, 도메인 분할 수단으로 개구부를 형성하는 PVA(patterned vertically aligned) 모드의 경우에는 측면으로 갈수록 전체적으로 화면이 밝게 보이고 색은 흰색 쪽으로 이동하는 경향이 있으며, 심한 경우에는 밝은 계조 사이의 간격 차이가 없어져서 그림이 뭉그러져 보이는 경우도 발생한다. 그런데 시인성은 모니터가 최근 멀티 미디어용으로 사용되면서 그림을 보거나 동영상을 보는 일이 증가하면서 점점 더 중요시되고 있다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 측면 시인성이 우수한 다중 도메인 액정 표시 장치를 구현하는 것이다.
이러한 과제를 해결하기 위하여 본 발명에서는 상하 도메인의 점유 면적을 좌우 도메인의 점유 면적보다 크게 한다.
구체적으로는, 제1 절연 기판, 상기 제1 절연 기판 위에 형성되어 있는 제1 배선, 상기 제1 절연 기판 위에 형성되어 있으며 상기 제1 배선과 절연되어 교차하고 있는 제2 배선, 상기 제1 배선과 상기 제2 배선이 교차하여 정의하는 화소 영역 마다 형성되어 있는 화소 전극, 상기 제1 배선, 상기 제2 배선 및 상기 화소 전극과 연결되어 있는 박막 트랜지스터, 상기 제1 절연 기판과 대향하는 제2 절연 기판, 상기 제2 절연 기판 위에 형성되어 있는 공통 전극, 상기 제1 절연 기판 및 상기 제2 절연 기판 중의 어느 한 기판 위에 형성되어 있는 제1 도메인 분할 수단, 상기 제1 절연 기판 및 상기 제2 절연 기판 중의 어느 한 기판 위에 형성되어 있는 제2 도메인 분할 수단을 포함하고, 상기 제1 및 제2 도메인 분할 수단은 상기 화소 영역을 다수의 좌우 도메인과 상하 도메인으로 분할하고, 상기 상하 도메인이 점유하는 면적이 상기 좌우 도메인이 점유하는 면적보다 큰 액정 표시 장치를 마련한다.
이 때, 상기 화소 영역 전체 면적 중 상기 상하 도메인이 점유하는 면적은 60% 내지 90%를 차지하거나 상기 화소 영역 전체 면적 중 상기 상하 도메인이 점유하는 면적이 80% 이상을 차지할 수 있다. 또, 상기 제1 도메인 분할 수단은 상기 화소 전극이 가지고 있는 개구 패턴일 수 있고, 상기 제2 도메인 분할 수단은 상기 공통 전극이 가지고 있는 개구 패턴이거나 상기 공통 전극 위에 형성되어 있는 돌기 패턴일 수 있다.
또, 인접한 두 개의 상기 제2 배선 사이의 간격은 일정한 길이를 주기로 하여 반복적으로 변화하며, 상기 화소 전극의 상기 제2 배선과 인접한 변은 상기 제2 배선과 동일한 패턴으로 굴절되어 있어서 상기 화소 전극은 폭이 좁은 부분과 넓은 부분을 가질 수 있고, 상기 제1 도메인 분할 수단은 상기 화소 전극이 가지고 있는 개구 패턴이고, 상기 개구 패턴은 폭이 좁은 부분을 상기 제2 배선의 방향을 따라 분할하는 제1 개구부와 폭이 넓은 부분을 제1 배선의 방향을 따라 분할하는 제2 개구부로 이루어지는 것이 바람직하다. 또, 상기 제2 배선과 절연되어 교차하며, 상기 제1 개구부 및 상기 제2 개구부와 각각 중첩되는 제1 가지선 및 제2 가지선을 가지는 유지 전극선을 더 포함하는 것이 바람직하다.
한편, 상기 상하 도메인은 액정 방향자가 기울어지는 방향에 따라 구분되는 제1 상하 도메인과 제2 상하 도메인을 포함하고 상기 제1 상하 도메인이 점유하는 면적이 상기 제2 상하 도메인이 점유하는 면적보다 크게 할 수 있다.
그러면 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 따른 다중 도메인 액정 표시 장치에 대하여 설명한다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 액정 표시 장치용 박막 트랜지스터 기판의 배치도이고, 도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 액정 표시 장치의 공통 전극에 형성되어 있는 개구부의 배치도이고, 도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 액정 표시 장치를 정면에서 바라볼 때의 화소 전극과 공통 전극 개구부의 배치도이고, 도 4는 도 3의 Ⅳ-Ⅳ'선에 대한 단면도이다.
먼저, 도 1과 도 4를 참고로 하여 본 발명의 제1 실시예에 따른 액정 표시 장치용 박막 트랜지스터 기판의구조에 대하여 설명한다.
절연 기판(100) 위에 게이트 배선(114, 115)이 형성되어 있다. 게이트 배선(114, 115)은 가로 방향으로 뻗어 있는 게이트선(114), 게이트선(114)의 끝에 연결되어 있어 외부로부터의 게이트 신호를 인가 받아 게이트선(114)으로 전달하는 게이트 패드(도시하지 않음) 및 게이트선(114)의 일부인 박막 트랜지스터의 게이트 전극(115)을 포함한다.
이 때, 게이트 배선(114, 115)은 단일층으로 형성할 수도 있지만, 이중층이나 삼중층으로 형성할 수도 있다. 단일층으로 형성하는 경우에는 알루미늄(Al)이나 알루미늄(Al)-네오디뮴(Nd) 합금으로 만들 수 있고, 이중층으로 형성하는 경우에는 크롬(Cr), 몰리브덴(Mo) 또는 몰리브덴 합금막 등의 물리 화학적 특성이 우수한 물질로 이루어진 하부층을 형성하고 알루미늄(Al) 또는 알루미늄 합금 등의 비저항이 낮은 물질로 이루어진 상부층을 형성할 수 있다.
게이트 배선(114, 115) 위에는 질화규소(SiNx) 따위로 이루어진 게이트 절연막(120)이 형성되어 있다.
게이트 절연막(120) 위에는 수소화 비정질 규소 따위의 반도체로 이루어진 반도체층(160)이 형성되어 있다. 반도체층(160)은 게이트 전극(115)과 중첩되어 있다.
반도체층(160) 위에는 n형 불순물로 고농도로 도핑되어 있는 n+ 수소화 비정질 규소 따위의 물질로 만들어진 접촉층(171, 172)이 형성되어 있다. 접촉층(171, 172)은 게이트 전극(115)을 중심으로 하여 양쪽으로 분리되어 있다.
접촉층(171, 172) 위에는 데이터 배선(130, 131, 132)이 형성되어 있다. 데이터 배선(130, 131, 132)은 세로 방향으로 형성되어 있으며 한쪽 접촉층(171) 위에 형성되어 있는 소스 전극(131), 소스 전극(131)과 연결되어 있으며 세로 방향으로 뻗어 있는 데이터선(130), 데이터선(130)의 한쪽 끝에 연결되어 있으며 외부로 부터의 화상 신호를 인가 받는 데이터 패드(도시하지 않음), 데이터선(130)과 분리되어 있으며 게이트 전극(115)에 대하여 소스 전극(131)의 반대쪽에 위치하는 접촉층(172) 위에 형성되어 있는 드레인 전극(132)을 포함한다.
이 때, 데이터 배선(130, 131, 132)도 게이트 배선(114, 115)과 마찬가지로 단일층으로 형성될 수도 있지만, 이중층이나 삼중층으로 형성될 수도 있다. 단일층으로 형성하는 경우에는 알루미늄(Al)이나 알루미늄(Al)-네오디뮴(Nd) 합금으로 만들 수 있고, 이중층으로 형성하는 경우에는 크롬(Cr), 몰리브덴(Mo) 또는 몰리브덴 합금막 등의 물리 화학적 특성이 우수한 물질로 이루어진 하부층을 형성하고 알루미늄(Al) 또는 알루미늄 합금 등의 비저항이 낮은 물질로 이루어진 상부층을 형성할 수 있다.
데이터 배선(130, 131, 132) 위에는 보호막(140)이 형성되어 있다. 보호막(140)은 적어도 소스 전극(131)과 드레인 전극(132) 사이의 채널부를 덮어 보호하는 역할을 하며, 본 실시예에 있어서는 채널부뿐만 아니라 드레인 전극(132)을 노출시키는 접촉구(141)와 데이터 패드를 노출시키는 접촉구를 제외한 데이터 배선(130, 131, 132)을 모두 덮고 있다.
보호막(140)의 위에는 ITO(indium tin oxide) 또는 IZO(indium zinc oxide) 등의 투명한 도전 물질로 이루어진 화소 전극(150)이 형성되어 있고, 게이트 패드와 유지 전극 패드 및 데이터 패드의 위에는 화소 전극(150)과 동일한 물질로 이루어진 보조 패드(도시하지 않음)가 형성되어 있다. 반사형 액정 표시 장치에서는 화소 전극(150)이 알루미늄 등 빛을 잘 반사시키는 금속 물질로 형성된다.
여기서, 화소 전극(150)은 개구 패턴(151, 152)을 가지고 있다. 개구 패턴(151, 152)은 세로 개구부(151)와 가로 개구부(152)로 이루어져 있다. 이 때, 화소 전극(150)의 전체 면적 중에서 세로 개구부(151)에 의하여 좌우로 분할되는 면적에 비하여 가로 개구부(152)에 의하여 상하로 분할되는 면적이 더 넓다. 여기서 화소 전극(150)의 전체 면적 중에서 상하로 분할되는 면적이 차지하는 비율은 60% 내지 90% 사이가 되는 것이 바람직하다. 도 1에서는 세로 개구부(151)와 가로 개구부(152)의 수가 각각 1개와 3개로 도시되어 있으나 이들 개구부(151, 152)의 수는 필요에 따라 변경될 수 있다. 그러나 이들 개구부(151, 152)에 의하여 좌우로 분할되는 면적과 상하로 분할되는 면적의 비는 개구부(151, 152)의 수와 관계없이 4:6 내지 1:9 정도가 되는 것이 바람직하다.
다음, 도 2와 도 4를 참고로 하여 본 발명의 제1 실시예에 따른 액정 표시 장치용 색필터 기판에 대하여 설명한다.
투명한 절연 기판(200) 위에 크롬 단일층이나 크롬과 산화 크롬의 이중층 또는 검은색 안료가 첨가된 유기 물질로 이루어진 블랙 매트릭스(210)가 형성되어 있고, 블랙 매트릭스(210) 위에는 적, 녹, 청색의 색필터(220)가 형성되어 있다. 적, 녹, 청색의 색필터(220)는 블랙 매트릭스(210)에 의하여 구획된 각 화소 영역마다 하나씩 형성되어 있다. 색필터(220) 위에는 투명한 도전 물질로 이루어진 공통 전극(240)이 형성되어 있고, 공통 전극(240) 위에는 유기 물질로 이루어진 돌기 패턴(251, 252)이 형성되어 있다. 돌기 패턴(251, 252)은 세로 방향 돌기(251)와 가로 방향 돌기(252)로 이루어져 있으며, 돌기 패턴(251, 252)을 이루는 유기 물질 은 색 필터 기판과 박막 트랜지스터 기판 사이에 주입되는 액정 물질(300)과는 다른 유전율을 가진다. 여기서 돌기 패턴(251, 252)은 공통 전극(240)이 일부 제거되어 이루어진 개구 패턴으로 대체될 수 있다. 이 경우에는 색필터(220)와 공통 전극(240) 사이에 오버코트막을 형성하여 개구 패턴을 통하여 색필터(220)가 노출되는 것을 방지하는 것이 바람직하다.
마지막으로, 도 3과 도 4를 참고로 하여 본 발명의 제1 실시예에 따른 액정 표시 장치에 관하여 설명한다.
제1 실시예에 따른 액정 표시 장치는 도 1의 박막 트랜지스터 기판과 도 2의 색필터 기판을 정렬하여 결합하고, 이들 사이에 액정 물질(300)을 주입하여 이루어진다. 액정 물질(300)에 포함되어 있는 액정 분자는 화소 전극(150)과 공통 전극(240) 사이에 전계가 인가되지 않은 상태에서 그 방향자가 박막 트랜지스터 기판(100)과 색 필터 기판(200)에 대하여 수직을 이루도록 배향되어 있다. 박막 트랜지스터 기판과 색필터 기판은 화소 전극(150)이 색필터(220)와 대응하여 정확하게 중첩되도록 정렬된다. 이렇게 되면, 화소 영역은 개구 패턴(151, 152)과 돌기 패턴(251, 252)에 의하여 다수의 소도메인(A, B)으로 분할된다. 소도메인(A, B)은 좌우 도메인(A)과 상하 도메인(B)으로 분류되는데, 화소 전극(150)과 공통 전극(240) 사이에 전계 인가시 좌우 도메인(A) 내에서는 액정 분자의 방향자가 좌우 방향으로 기울어지고, 상하 도메인(B) 내에서는 액정 분자의 방향자가 상하 방향으로 기울어진다. 도 3에서는 액정 분자의 방향자가 기울어지는 방향을 화살표로 나타냈다.
이 때, 상하 도메인(B)이 차지하는 면적이 좌우 도메인(A)이 차지하는 면적에 비하여 6:4 내지 9:1 정도로 넓다.
이처럼 좌우 도메인(A)에 비하여 상하 도메인(B)을 넓게 함으로써 시인성을 기준으로 하는 시야각을 향상시킬 수 있다.
그러면, 도 5 내지 도 11을 참고로 하여 본 발명이 시인성 기준의 시야각을 향상시킬 수 있는 이유를 설명한다.
먼저, 다중 도메인 액정 표시 장치에 있어서 시인성을 기준으로 하는 시야각이 넓지 못한 원인을 도 5와 도 6을 참고로 하여 살펴본다.
도 5는 테스트용 셀의 정면과 측면 60°에서의 감마(gamma: gamma) 곡선을 나타내는 그래프이다.
도 5를 보면, 정면에서 액정 표시 장치를 바라볼 때의 감마 곡선에 비하여 측면(60°)에서 바라볼 때의 감마 곡선이 더 높이 떠있음을 알 수 있다. 특히 낮은 계조에서는 정면 감마 곡선과 측면 감마 곡선 사이의 폭이 매우 커서 동일한 계조를 정면에서 바라보느냐 아니면 측면에서 바라보느냐에 따라 2배 내지 10배 이상의 휘도 차이가 발생한다. 그런데 적, 녹, 청 화소의 계조가 서로 독립적으로 변동되므로 측면에서의 감마 곡선의 왜곡 정도도 적, 녹, 청 화소가 서로 다르다. 따라서 측면에서 볼 때는 정면에서 볼 때와는 전혀 다른 색으로 느끼게 된다. 예를 들어, 도 5에 나타낸 바와 같이, 적, 녹, 청 화소가 각각 56계조, 48계조, 24계조를 나타내고 있다고 할 때, 이를 정면에서 바라보면, 적, 녹, 청의 비율은
R:G:B = 73:50:10 = 55%:37%:8%
임에 반하여, 측면 60°에서 바라보면, 적, 녹, 청의 비율이
R:G:B = 75:66:41 = 41%:36%:23%
로 되어 정면에 비하여 청색의 비율이 3배 이상 높아져서 정면에서와는 전혀 다른 색으로 보이게 된다.
도 5와 같은 형태로 감마 곡선이 왜곡되면 정면에서 비율이 낮은 색은 측면에서 비율이 높아지고, 반대로 정면에서 비율이 높은 색은 측면에서는 비율이 낮아지게 되므로 적, 녹, 청색의 비율이 비슷해지는 경향을 띄게 된다. 결과적으로 정면에서 보면 서로 다른 색이 측면에서는 색감 차이가 줄어 비슷한 색으로 보이게 되며, 전반적으로 색이 엷어지면서 흰색에 가까워지는 경향(white-shift)을 나타낸다. 이러한 현상으로 인해 색재현성이 떨어지게 되고 그림이 뿌옇게 나타나게 된다. 화이트 쉬프트(white-shift)의 가장 큰 원인은 낮은 계조에서 감마 곡선의 왜곡이 크다는 것이다. 높은 계조에서는 감마 왜곡이 발생하더라도 비율로 보면 큰 변화가 아니지만 낮은 계조(32계조 이하)에서는 감마 왜곡에 의하여 휘도가 2배에서 10배 이상 차이가 나게 된다. 이러한 큰 변화는 화이트 쉬프트 현상이 현저하게 나타나도록 한다.
도 6은 단일 도메인의 수직 배향 액정 셀을 8방향의 측면에서 바라볼 때의 VT 곡선들을 나타내는 것이다.
도 6을 보면, 낮은 계조에서 VT 곡선이 좌측으로 이동하는 현상이 상측이나 하측에서 현저하게 나타나고, 좌측과 우측에서는 낮은 계조에서 정면과 거의 같은 곡선을 그리며 상승하고 있고, 좌하측과 우하측에서는 초기에 계조 반전이 발생하 고 다시 VT가 오른쪽으로 이동하여 상승곡선을 그리는 것을 알 수 있다. 결국 낮은 계조에서 감마 곡선이 위쪽으로 왜곡되는 현상은 액정 셀을 관측하는 방향과 전계 인가에 따라 액정 분자가 눕는 방향이 같은 경우에 심하게 나타나고 액정 셀을 관측하는 방향과 전계 인가에 따라 액정 분자가 눕는 방향이 수직을 이루는 경우에는 적게 나타난다. 따라서, 좌우측면에서의 시인성을 기준으로 하는 시야각을 향상시키기 위해서는 액정의 방향자가 상하 방향으로 눕는 상하 도메인을 최대한 늘려야 하고, 상하 측면에서의 시인성을 기준으로 하는 시야각을 향상시키기 위해서는 액정의 방향자가 좌우 방향으로 눕는 좌우 도메인을 최대한 늘려야 한다.
도 7은 한 화소에 포함되는 각 도메인 내의 주 액정 방향자의 배치를 나타내는 개념도이다.
좌우 측면에서의 시인성 기준의 시야각을 향상시키기 위해서는 1번과 3번 도메인의 점유 면적을 축소하고 2번과 4번 도메인의 점유 면적을 확대하여야 하고, 반대로 상하 측면에서의 시인성 기준의 시야각을 향상시키기 위해서는 1번과 3번 도메인의 점유 면적을 확대하고 2번과 4번 도메인의 점유 면적을 축소하여야 한다. 즉, 좌우 측면에서의 시야각 향상과 상하 측면에서의 시야각 향상은 서로 상반 관계에 있다. 그런데 액정 표시 장치를 사용하는 관점에서 볼 때, 좌우 측면에서의 시야각이 상하 측면에서의 시야각에 비하여 중요하다. 따라서, 본 발명에서는 2번과 4번의 도메인 면적을 증가시키고 1번과 3번 도메인의 면적을 감소시킨다.
도 8a와 도 8b는 좌우 방향에서 화소를 볼 때 상하 도메인과 좌우 도메인의 점유 비율에 따른 측면 VT 및 감마(gamma) 곡선을 나타내는 그래프이다.
도 8a와 도 8b에 의하면, 화소 영역 내에서 상하 도메인(B)이 자치하는 면적이 클수록 좌우 측면에서의 감마 곡선의 왜곡이 적다. 즉, 화소 영역 내의 모든 도메인을 상하 도메인(B)으로 형성해야 좌우 측면에서의 시인성을 최대로 할 수 있다. 그러나 상하 도메인(B)을 100%로 하고 좌우 도메인(A)을 전혀 형성하지 않으면 상하 방향 시인성이 치나치게 나빠진다. 따라서, 상하 도메인(B)의 비율을 60% 내지 90% 정도로 하는 것이 바람직하다.
도 9a와 도 9b는 정면 대비 측면 감마 곡선의 왜곡 비율을 상하 도메인의 점유율에 따라 나타낸 그래프이다.
도 9a는 측면에서 40°각도로 바라본 경우이고, 도 9b는 측면에서 60°각도로 바라본 경우이다. 두 경우 모두 비교를 위하여 17인치 TN 모드 액정 표시 장치의 감마 곡선 왜곡 비율을 함께 도시하였다. TN 모드의 경우 단일 도메인이기 때문에 좌우 방향에서는 감마 왜곡이 매우 적고, 상하 방향에서는 감마 왜곡이 매우 크다. 따라서, 좌우 방향만을 고려할 경우에는 TN 모드 액정 표시 장치의 시인성은 우수하다.
도 9a와 도 9b를 보면, 상하 도메인(B)의 점유율이 80% 이상이 되면 TN 모드에 비하여 우수한 측면 시인성을 얻을 수 있음을 알 수 있다. 여기서 TN 모드 액정 표시 장치는 실제 패널이고 VA 모드는 테스트 셀이므로 테스트 셀에 비하여 실제 패널이 좀 더 우수한 특성을 나타내는 경향에 비추어 볼 때, 실제 패널에서는 감마 곡선의 왜곡이 더 감소될 가능성이 높다.
도 10은 상하 도메인(B)의 점유율이 50%인 경우와 80%인 경우 대각 방향(
Figure 112001015839887-pat00002
)에서의 VT 곡선과 감마 곡선을 나타내는 그래프이고, 도 11은 상하 도메인(B)의 점유율을 높였을 때 시인성이 좋아지는 영역과 나빠지는 영역을 나타내는 그래프이다.
도 10을 보면, 대각 방향(
Figure 112001015839887-pat00003
)에서는 상하 도메인(B)의 점유율이 50%인 경우와 80%인 경우의 VT 곡선과 감마 곡선이 별 차이가 없음을 알 수 있다. 즉, 대각 방향에서는 VT 곡선과 감마 곡선이 상하 도메인(B)의 점유율에 영향받지 않는다. 다시 말해 대각 방향에서는 상하 도메인(B)의 점유율을 높이더라도 시인성이 향상되지 않는 것이다. 이는 앞서 알아본 바와 같이, 상하 방향 시인성과 좌우 방향 시인성이 상반 관계에 있고 대각 방향은 그 경계이기 때문이다. 즉, 상하 도메인(B)의 점유율을 증가시킨 경우에, 도 11에 나타낸 바와 같이,
Figure 112001015839887-pat00004
에서는 시인성이 좋아지나
Figure 112001015839887-pat00005
에서는 시인성이 나빠진다.
그러면 본 발명의 제2 실시예에 따른 액정 표시 장치에 대하여 설명한다.
도 12는 본 발명의 제2 실시예에 따른 액정 표시 장치용 박막 트랜지스터 기판의 배치도이고, 도 13은 본 발명의 제2 실시예에 따른 액정 표시 장치의 공통 전극에 형성되어 있는 개구부의 배치도이고, 도 14는 본 발명의 제2 실시예에 따른 액정 표시 장치를 정면에서 바라볼 때의 화소 전극과 공통 전극 개구부의 배치도이고, 도 15는 도 14의 XV-XV'선에 대한 단면도이다.
먼저, 도 12와 도 15를 참고로 하여 박막 트랜지스터 기판에 대하여 설명한다.
절연 기판(100) 위에 가로 방향으로 게이트선(114)이 형성되어 있고, 게이트선(114)과 동일한 방향으로 유지 용량선(110)이 형성되어 있으며, 게이트선(114)에는 돌기의 형태로 게이트 전극(115)이 형성되어 있다. 이 때, 유지 용량선(110)은 일직선 모양으로 형성되어 있지 않다. 즉, 폭이 넓은 막대들이 가로 방향으로 뻗어 있는 가상의 직선을 중심으로 하여 번갈아 가며 상하로 조금씩 어긋나게 배열되어 있고, 이들 막대 사이를 폭이 좁은 연결부가 연결하는 형태를 취하고 있다. 유지 용량선(114)에는 세로 방향으로 뻗어 있는 제1 및 제2 가지 전극(111, 112)이 연결되어 있고, 제2 가지 전극(112)에는 가로 방향으로 뻗어 있는 제3 가지 전극(113)이 연결되어 있다.
게이트선(114)과 유지 용량 배선(110, 111, 112, 113) 위에는 게이트 절연막(120)이 형성되어 있다.
게이트 절연막(120) 위에는 수소화 비정질 규소 따위의 반도체로 이루어진 반도체층(160)이 형성되어 있다. 반도체층(160)은 게이트 전극(115)과 중첩되어 있다.
반도체층(160) 위에는 n형 불순물로 고농도로 도핑되어 있는 n+ 수소화 비정질 규소 따위의 물질로 만들어진 접촉층(도시하지 않음)이 형성되어 있다. 접촉층은 게이트 전극(115)을 중심으로 하여 양쪽으로 분리되어 있다.
접촉층 위에는 데이터 배선(130, 131, 132)이 형성되어 있다. 데이터선(130)은 게이트 절연막(120) 위에 세로 방향으로 형성되어 있다. 그런데 데이터선(130)은 일직선으로 형성되어 있지 않다. 즉, 여러 개의 막대들이 세로 방향으로 뻗어 있는 가상의 직선을 중심으로 하여 번갈아 가며 좌우로 조금씩 어긋나게 배열되어 있고, 이들 서로 어긋나 있는 막대 사이를 연결부가 연결하는 형태를 취하고 있다. 막대 사이의 어긋나 있는 거리는 상하 도메인과 좌우 도메인의 점유율을 고려하여 조정한다. 이 때, 이웃하는 두 데이터선(130)은 좌우로 어긋나는 순서가 서로 반대로 되어 있어서 두 데이터선(130)에 의하여 그 사이에 형성되는 영역은 좁은 부분과 넓은 부분이 번갈아 나타나도록 되어 있다. 이는 좌우 방향 및 상하 방향 모두에서 동일하다. 데이터선(130)은 유지 용량선(110) 및 게이트선(114)과 교차하는데, 데이터선(130)과 유지 용량선(110)은 양자의 연결부에서 서로 교차한다.
데이터선(130)의 위에는 보호막(140)이 형성되어 있다.
보호막(140)의 위에는 이웃하는 두 줄의 게이트선(114)과 데이터선(130)이 교차하여 이루는 하나의 화소 영역에 하나씩 ITO(indium tin oxide)나 IZO(indium zinc oxide)로 이루어진 화소 전극(150)이 형성되어 있다. 화소 전극(150)은 접촉구(141)를 통하여 드레인 전극(132)과 연결되어 있다. 또 화소 전극(150)은 화소 영역의 모양과 동일하게 넓은 부분과 좁은 부분을 가지고 있으며, 좁은 부분에는 세로 방향으로 길게 제1 개구부(151)가 형성되어 있고, 넓은 부분에는 가로 방향으로 길게 2개의 제2 개구부(152)가 형성되어 있다. 이 때, 화소 전극(150)의 좁은 부분은 제1 개구부(151)에 의하여 좌우로 양분되고, 넓은 부분은 제2 개구부(152)에 의하여 상하로 3분된다. 3분된 넓은 부분 중에서 가운데에 있는 부분은 나머지 두 부분에 비하여 2배 이상의 넓은 폭을 갖는다. 이 때, 제1 개구부(151)는 유지 용량선(110)의 제1 가지 전극(111)과 중첩되어 있고, 제2 개구부(152)는 제3 가지 전극(113)과 중첩되어 있다.
다음, 도 13과 도 15를 참고로 하여 박막 트랜지스터 기판과 대향하는 상부 기판에 대하여 설명한다.
절연 기판(200) 아래에 블랙 매트릭스(210)가 형성되어 있고, 블랙 매트릭스(210) 아래에 적, 녹, 청의 색필터(220)가 형성되어 있다. 색필터(220) 아래에는 오버코트막(230)이 형성되어 있고, 오버코트막(230) 아래에는 ITO나 IZO 등의 투명 도전 물질로 이루어진 공통 전극(240)이 형성되어 있다. 여기서 공통 전극(240)에는 도 2에 나타낸 바와 같은 패턴의 개구부가 형성되어 있다. 즉, 세로 방향으로 길게 뻗어 있는 제3 개구부(241)와 가로 방향으로 길게 뻗어 있는 제4 및 제5 개구부(242, 243)가 형성되어 있다. 이들 개구부(241, 242, 243)의 배치는 제3 개구부(241)의 좌우측으로 제4 및 제5 개구부(242, 243)가 위치되어 있고, 제5 개구부(243)는 두 개의 제4 개구부(242) 사이에 배치되어 있다. 또 제3 개구부(241)의 제4 및 제5 개구부(242, 243)와 인접하는 경계선은 제4 및 제5 개구부(242, 243)의 단부와 분리될 수 있도록 굴곡을 이루고 있다.
그러면 도 14와 도 15를 참고로 하여 박막 트랜지스터 기판(100)과 상부 기판(200)을 결합한 상태에서 각종 배선과 화소 전극 및 개구부의 배치를 살펴본다.
본 발명의 제2 실시예에 따른 액정 표시 장치는 박막 트랜지스터 기판(100)과 상부 기판(200)을 일정한 간격을 두고 배치하고 이들 사이에 액정 물질을 주입 밀봉하여 형성한다. 이 때, 액정 물질에 포함되어 있는 액정 분자는 화소 전극(150)과 공통 전극(240) 사이에 전계가 인가되지 않은 상태에서 그 방향자가 박막 트랜지스터 기판(100)과 색 필터 기판(200)에 대하여 수직을 이루도록 배향되어 있다.
제3 개구부(241)는 화소 전극(150)의 좁은 부분의 좌우 변과 중첩되어 있고, 제4 개구부(242)는 화소 전극(150)의 넓은 부분의 상하 경계부와 중첩되어 있다. 제5 개구부(243)는 화소 전극(150)의 넓은 부분을 상하로 2등분하는 위치에 배치되어 있다. 따라서, 화소 전극(150)의 좁은 부분은 제1 개구부(151)와 제3 개구부(241)에 의하여 2개의 소도메인으로 분할되고, 넓은 부분은 제2 개구부(152)와 제4 및 제5 개구부(242, 243)에 의하여 4개의 소도메인으로 분할된다. 이 때, 소도메인의 폭은 20±5㎛가 되는 것이 바람직하고, 상하 도메인(B)과 좌우 도메인(A)의 점유율을 고려하여 소도메인의 폭을 결정한다. 소도메인의 폭이 너무 좁으면 개구율이 저하되고 또 너무 넓으면 프린지 필드가 약하게 형성되어 액정 분자의 기울어지는 방향 규제가 어렵게 되기 때문이다. 또, 상하 도메인(B)의 점유율은 좌우 도메인(A)의 점유율에 비하여 크다. 이 때, 상하 도메인(B)이 전체 화소 영역에서 차지하는 점유율은 60% 내지 90% 정도가 되는 것이 바람직하다.
이상과 같은 모양으로 화소 전극(150)과 도메인 분할을 위한 개구 패턴(151, 152, 241, 242, 243)을 형성하면 개구율을 월등히 향상시킬 수 있다. 본 발명의 실시예에 따른 액정 표시 장치는 48%의 개구율을 나타낸다. 이는 상하 및 좌우 도메인의 폭을 적절히 조절할 수 있도록 화소 전극 자체의 모양을 변형시킴으로서 가능한 것이다. 또한 공통 전극에 형성하는 개구부(241, 242, 243)를 본래 블랙 매 트릭스(210)에 의하여 가려지는 화소 영역 주변부에 대부분 배치하여 개구율 감소를 최소화한다. 즉, 제3 개구부(241)는 화소 전극(150)의 좁은 부분의 좌우 변과 중첩되도록 배치하고 제4 개구부(242)는 화소 전극(150)의 넓은 부분의 상하 경계 부분과 중첩되어 있는데, 이들 부분은 본래 화소 사이의 경계 부분에서 빛이 새는 것을 방지하기 위하여 블랙 매트릭스(210)로 가려 놓는 부분이거나 유지 용량 형성을 위한 유지 용량선(110)이 배치되는 부분이다. 따라서 이들 부분에 형성되어 있는 제3 및 제4 개구부(241, 242)는 별도의 개구율 저하를 초래하지 않는다.
또한, 좌우 도메인(A)에 비하여 상하 도메인(B)을 넓게 형성함으로써 시인성을 향상시킬 수 있다.
또한 본 발명의 제2 실시예에 따른 액정 표시 장치에서는 모든 소도메인이 직사각형 형태를 갖게 되므로 응답 속도 측면에서나 소도메인 모서리부에서의 텍스쳐 발생 최소화 측면에서 유리하다.
본 발명의 제3 실시예에 따른 액정 표시 장치에 대하여 설명한다.
제3 실시예에 따른 액정 표시 장치는 제1 실시예에 따른 액정 표시 장치에서 개구 패턴(151, 152)과 돌기 패턴(251, 252)의 배치만을 달리한 것이다. 따라서 이하에서는 기타의 구조에 대하여는 설명을 생략하고 개구 패턴(151, 152)과 돌기 패턴(251, 252)의 배치에 대하여만 설명한다.
화소 영역은 개구 패턴(151, 152)과 돌기 패턴(251, 252)에 의하여 다수의 소도메인(A, B1, B2)으로 분할된다. 소도메인(A, B1, B2)은 좌우 도메인(A)과 상하 도메인(B1, B2)으로 분류되는데, 화소 전극(150)과 공통 전극(240) 사이에 전계 인가시 좌우 도메인(A) 내에서는 액정 분자의 방향자가 좌우 방향으로 기울어지고, 상하 도메인(B1, B2) 내에서는 액정 분자의 방향자가 상하 방향으로 기울어진다. 상하 도메인(B1, B2)은 다시 제1 상하 도메인(B1)과 제2 상하 도메인(B 2)으로 분류되는데, 제1 상하 도메인(B1)은 제2 상하 도메인(B2)에 비하여 도메인의 폭이 좁다. 여기서, 전계 인가시 제1 상하 도메인(B1)의 액정이 기울어지는 방향은 제2 상하 도메인(B2)의 액정이 기울어지는 방향과 서로 반대이다. 도 16에서는 액정 분자의 방향자가 기울어지는 방향을 화살표로 나타냈다.
본 발명의 제3 실시예에서는 도메인이 폭을 달리하여 제1 상하 도메인(B1)과 제2 상하 도메인(B2)의 점유율을 서로 다르게 조정하고 있으나 이와는 달리 도메인의 수를 달리하여 제1 상하 도메인(B1)과 제2 상하 도메인(B2)의 점유율을 서로 다르게 조정할 수도 있다.
이상과 같이, 제1 상하 도메인(B1)과 제2 상하 도메인(B2)의 점유율을 서로 다르게 조정함으로써 좌우측 시인성을 향상시키는 것에 더하여 상하측 중 어느 한쪽의 시인성을 일정 수준으로 확보할 수 있다. 액정 표시 장치의 사용에 있어서 하측보다는 상측 시인성이 더 중요하므로 상측 시인성이 향상되는 방향으로 제1 상하 도메인(B1)과 제2 상하 도메인(B2)의 점유율을 조정하는 것이 바람직하다.
이상의 제1 내지 제3 실시예에서는 도메인 분할 수단으로 개구부만을 형성하거나 개구부와 돌기를 함께 형성하는 경우를 예로 들어 설명하고 있으나 돌기만을 도메인 분할 수단으로 형성하는 경우에도 본 발명은 적용될 수 있다. 즉, 하나의 화소 영역을 여러 개의 소 도메인으로 분할하여 광시야각을 확보하는 액정 표시 장치라면 어떤 것이라도 본 발명을 적용할 수 있다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
이상과 같이, 다중 도메인 액정 표시 장치에 있어서, 상하 도메인과 좌우 도메인의 점유율을 서로 다르게 설정함으로써 목적하는 방향의 측면 시인성을 향상시킬 수 있다.

Claims (11)

  1. 제1 절연 기판,
    상기 제1 절연 기판 위에 형성되어 있는 제1 배선,
    상기 제1 절연 기판 위에 형성되어 있으며 상기 제1 배선과 절연되어 교차하고 있는 제2 배선,
    상기 제1 배선과 상기 제2 배선이 교차하여 정의하는 화소 영역마다 형성되어 있는 화소 전극,
    상기 제1 배선, 상기 제2 배선 및 상기 화소 전극과 연결되어 있는 박막 트랜지스터,
    상기 제1 절연 기판과 대향하는 제2 절연 기판,
    상기 제2 절연 기판 위에 형성되어 있는 공통 전극,
    상기 제1 절연 기판 및 상기 제2 절연 기판 중의 어느 한 기판 위에 형성되어 있는 제1 도메인 분할 수단,
    상기 제1 절연 기판 및 상기 제2 절연 기판 중의 어느 한 기판 위에 형성되어 있는 제2 도메인 분할 수단
    을 포함하고,
    상기 제1 및 제2 도메인 분할 수단은 상기 제1 배선과 나란하게 뻗은 제1 분할 수단과 상기 제2 배선과 나란하게 뻗은 제2 분할 수단을 포함하고, 상기 제1 분할 수단과 제2 분할 수단은 상기 화소 영역을 각각 다수의 좌우 도메인과 상하 도메인으로 분할하고, 상기 상하 도메인이 점유하는 면적이 상기 좌우 도메인이 점유하는 면적보다 크며,
    인접한 두 개의 상기 제2 배선 사이의 간격은 일정한 길이를 주기로 하여 반복적으로 변화하며, 상기 화소 전극의 상기 제2 배선과 인접한 변은 상기 제2 배선과 동일한 패턴으로 굴절되어 있어서 상기 화소 전극은 폭이 좁은 부분과 넓은 부분을 가지는 액정 표시 장치.
  2. 제1항에서,
    상기 화소 영역 전체 면적 중 상기 상하 도메인이 점유하는 면적이 60% 내지 90%를 차지하는 액정 표시 장치.
  3. 제2항에서,
    상기 화소 영역 전체 면적 중 상기 상하 도메인이 점유하는 면적이 80% 이상 90% 이하를 차지하는 액정 표시 장치.
  4. 제1항 내지 제3항 중의 어느 한 항에서,
    상기 제1 도메인 분할 수단은 상기 화소 전극이 가지고 있는 개구 패턴인 액정 표시 장치.
  5. 제4항에서,
    상기 제2 도메인 분할 수단은 상기 공통 전극이 가지고 있는 개구 패턴인 액정 표시 장치.
  6. 제4항에서,
    상기 제2 도메인 분할 수단은 상기 공통 전극 위에 형성되어 있는 돌기 패턴인 액정 표시 장치.
  7. 삭제
  8. 제1항에서,
    상기 제1 도메인 분할 수단은 상기 화소 전극이 가지고 있는 개구 패턴이고, 상기 개구 패턴은 폭이 좁은 부분을 상기 제2 배선의 방향을 따라 분할하는 제1 개구부와 폭이 넓은 부분을 제1 배선의 방향을 따라 분할하는 제2 개구부로 이루어지는 액정 표시 장치.
  9. 제8항에서,
    상기 제2 배선과 절연되어 교차하며, 상기 제1 개구부 및 상기 제2 개구부와 각각 중첩되는 제1 가지선 및 제2 가지선을 가지는 유지 전극선을 더 포함하는 액정 표시 장치.
  10. 제1항에서,
    상기 상하 도메인은 액정 방향자가 기울어지는 방향에 따라 구분되는 제1 상하 도메인과 제2 상하 도메인을 포함하고 상기 제1 상하 도메인이 점유하는 면적이 상기 제2 상하 도메인이 점유하는 면적보다 큰 액정 표시 장치.
  11. 제1항에서,
    상기 제1 절연 기판과 상기 제2 절연 기판 사이에 주입되어 있는 액정 물질을 더 포함하고, 상기 액정 물질 내에 포함되어 있는 액정 분자는 상기 공통 전극과 상기 화소 전극 사이에 전계가 인가되지 않은 상태에서 상기 제1 및 제2 기판에 대하여 액정의 방향자가 수직으로 배향되어 있는 액정 표시 장치.
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