KR20150042607A - 액정 표시 장치 - Google Patents

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KR20150042607A
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crystal layer
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이창훈
다이스케 이노우에
김미숙
김태호
박소연
오근찬
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삼성디스플레이 주식회사
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Abstract

본 발명의 실시예에 따른 액정 표시 장치는 제1 기판, 상기 제1 절연 기판 위에 형성되어 있는 게이트선 및 데이터선, 상기 게이트선 및 데이터선 위에 형성되어 있으며, 절연막을 사이에 두고 중첩하는 제1 전극 및 제2 전극, 상기 제1 기판과 마주하는 제2 기판, 그리고 상기 제1 기판과 상기 제2 기판 사이에 주입되어 있으며, 카이랄 도펀트를 포함하고, 상기 카이랄 도펀트의 함량은 약 1%이내일 수 있고, 상기 카이랄 도펀트에 의하여, 상기 액정층의 액정 분자는 약 10㎛ 내지 약 100㎛의 피치를 가지도록 꼬여 있을 수 있다.

Description

액정 표시 장치 {LIQUID CRYSTAL DISPLAY}
본 발명은 액정 표시 장치에 관한 것이다.
액정 표시 장치(Liquid Crystal Display)는 현재 가장 널리 사용되고 있는 평판 표시 장치(Flat Panel Display) 중 하나로서, 전극에 전압을 인가하여 액정층의 액정 분자들을 재배열시킴으로써 투과되는 빛의 양을 조절하는 표시 장치이다.
액정 표시 장치는 박형화가 용이한 장점을 지니고 있지만, 전면 시인성에 비해 측면 시인성이 떨어지는 단점이 있어 이를 극복하기 위한 다양한 방식의 액정 배열 및 구동 방법이 개발되고 있다. 이러한 광시야각을 구현하기 위한 방법으로서, 화소 전극 및 공통 전극을 하나의 기판에 형성하는 액정 표시 장치가 주목받고 있다.
이러한 액정 표시 장치에서, 화소 전극과 공통 전극의 두 개의 전기장 생성 전극 중 적어도 하나는 복수의 절개부를 가지고, 복수의 절개부에 의해 정의되는 복수의 가지 전극을 가지게 된다.
한편, 액정 표시 장치의 해상도가 높아지면서, 화소의 크기가 작아지고, 이에 따라 액정 표시 장치의 투과율이 감소할 수 있다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는 고해상도 액정 표시 장치에서 두 개의 전기장 생성 전극을 하나의 기판 위에 형성하고, 두 개의 전기장 생성 전극 중 적어도 하나는 절개부를 가지도록 형성하며, 액정 표시 장치의 투과율 저하를 방지할 수 있는 액정 표시 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 실시예에 따른 액정 표시 장치는 제1 기판, 상기 제1 절연 기판 위에 형성되어 있는 게이트선 및 데이터선, 상기 게이트선 및 데이터선 위에 형성되어 있으며, 절연막을 사이에 두고 중첩하는 제1 전극 및 제2 전극, 상기 제1 기판과 마주하는 제2 기판, 그리고 상기 제1 기판과 상기 제2 기판 사이에 주입되어 있으며, 카이랄 도펀트를 포함한다.
상기 카이랄 도펀트의 함량은 약 1%이내일 수 있다.
상기 카이랄 도펀트에 의하여, 상기 액정층의 액정 분자는 약 10㎛ 내지 약 100㎛의 피치를 가지도록 꼬여 있을 수 있다.
상기 액정 표시 장치는 상기 제1 전극은 면형의 평면 형태를 가지고, 상기 제2 전극은 복수의 가지 전극을 포함하고, 상기 복수의 가지 전극은 상기 제1 전극과 중첩하고, 상기 복수의 가지 전극은 상기 게이트선 또는 상기 데이터선과 거의 나란하게 뻗을 수 있다.
상기 액정 표시 장치는 상기 제1 기판 위에 형성되어 있는 제1 배향막, 그리고 상기 제2 기판 위에 형성되어 있는 제2 배향막을 더 포함하고, 상기 액정층은 양의 유전율 이방성을 가지고, 상기 제1 배향막과 상기 제2 배향막은 상기 액정층의 액정 분자의 장축의 방향이 상기 게이트선을 기준으로 제1 각도(θ)(0°<θ<90°)를 이루도록 배향하고, 상기 카이랄 도펀트는 좌선성을 가질 수 있다.
상기 액정 표시 장치는 상기 제1 기판 위에 형성되어 있는 제1 배향막, 그리고 상기 제2 기판 위에 형성되어 있는 제2 배향막을 더 포함하고, 상기 액정층은 양의 유전율 이방성을 가지고, 상기 제1 배향막과 상기 제2 배향막은 상기 액정층의 액정 분자의 장축의 방향이 상기 게이트선을 기준으로 제1 각도(θ)(180°<θ<270°)를 이루도록 배향하고, 상기 카이랄 도펀트는 우선성을 가질 수 있다.
상기 액정 표시 장치는 상기 제1 기판 위에 형성되어 있는 제1 배향막, 그리고 상기 제2 기판 위에 형성되어 있는 제2 배향막을 더 포함하고, 상기 액정층은 음의 유전율 이방성을 가지고, 상기 제1 배향막과 상기 제2 배향막은 상기 액정층의 액정 분자의 장축의 방향이 상기 게이트선을 기준으로 제1 각도(θ)(0°<θ<90°)를 이루도록 배향하고, 상기 카이랄 도펀트는 우선성을 가질 수 있다.
상기 액정 표시 장치는 상기 제1 기판 위에 형성되어 있는 제1 배향막, 그리고 상기 제2 기판 위에 형성되어 있는 제2 배향막을 더 포함하고, 상기 액정층은 음의 유전율 이방성을 가지고, 상기 제1 배향막과 상기 제2 배향막은 상기 액정층의 액정 분자의 장축의 방향이 상기 게이트선을 기준으로 제1 각도(θ)(180°<θ<270°)를 이루도록 배향하고, 상기 카이랄 도펀트는 좌선성을 가질 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 액정 표시 장치는 두 개의 전기장 생성 전극을 하나의 기판 위에 형성하고, 두 개의 전기장 생성 전극 중 적어도 하나는 절개부를 가지도록 형성하며, 액정 표시 장치의 투과율 저하를 방지할 수 있다.
도 1은 본 발명의 한 실시예에 따른 액정 표시 장치의 배치도이다.
도 2는 도 1의 액정 표시 장치를I-I-II 선을 따라 잘라 도시한 단면도이다.
도 3a 내지 도 3d는 본 발명의 실시예에 따른 액정 표시 장치의 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 본 발명의 한 실험예의 조건을 설명하기 위한 개념도이다.
도 5는 본 발명의 다른 한 실시예에 따른 액정 표시 장치의 배치도이다.
도 6은 도 5의 액정 표시 장치를V-I-VI 선을 따라 잘라 도시한 단면도이다.
도 7은 본 발명의 다른 한 실시예에 따른 액정 표시 장치의 배치도이다.
도 8은 도 7의 액정 표시 장치를 VI-I-VIII 선을 따라 잘라 도시한 단면도이다.
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 액정 표시 장치의 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 10은 본 발명의 다른 한 실시예에 따른 액정 표시 장치의 배치도이다.
도 11은 도 10의 액정 표시 장치를X-I-XI 선을 따라 잘라 도시한 단면도이다.
그러면 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 경우 뿐만 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.
그러면 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 따른 액정 표시 장치에 대하여 설명한다.
먼저, 도 1 및 도 2를 참고하여, 본 발명의 한 실시예에 따른 액정 표시 장치에 대하여 설명한다. 도 1은 본 발명의 한 실시예에 따른 액정 표시 장치의 배치도이고, 도 2는 도 1에 도시한 실시예에 따른 액정 표시 장치를I-I-II 선을 따라 잘라 도시한 단면도이다.
먼저, 도 1 및 도 2를 참고하면, 본 발명의 한 실시예에 따른 액정 표시 장치는 서로 마주보는 하부 표시판(100) 및 상부 표시판(200)과 그 사이 주입되어 있는 액정층(3)을 포함한다. 아래에서는 하나의 화소 영역을 예를 들어 설명하였으나, 본 발명의 실시예에 따른 액정 표시 장치는 약 200PPI이상의 해상도를 가질 수 있다. 즉, 액정 표시 장치 중 가로와 세로가 약 1인치(inch)의 영역 내에 약 200개 이상의 화소가 포함될 수 있다. 또한, 본 발명의 실시예에 따른 액정 표시 장치의 하나의 화소의 가로 길이(L1)는 약 40㎛ 이하이고, 세로 길이(L2)는 약 120㎛ 이하일 수 있다. 여기서, 도시한 바와 같이, 화소의 가로 길이(L1)는 인접한 두 개의 데이터선(171)의 세로 중앙 부분 사이의 간격이고, 화소의 세로 길이(L2)는 인접한 두 개의 게이트선(121) 가로 중앙 부분 사이의 간격을 말한다.
먼저, 하부 표시판(100)에 대하여 설명한다.
투명한 유리 또는 플라스틱 등으로 이루어진 제1 기판(110) 위에 게이트선(121) 및 게이트 전극(124)을 포함하는 게이트 도전체(121, 124)가 형성되어 있다.
게이트선(121)은 게이트 전극(124) 및 다른 층 또는 외부 구동 회로와의 접속을 위한 넓은 끝 부분(도시하지 않음)을 포함한다. 게이트선(121)은 알루미늄(Al)이나 알루미늄 합금 등 알루미늄 계열 금속, 은(Ag)이나 은 합금 등 은계열 금속, 구리(Cu)나 구리 합금 등 구리 계열 금속, 몰리브덴(Mo)이나 몰리브덴 합금 등 몰리브덴 계열 금속, 크롬(Cr), 탄탈륨(Ta) 및 티타늄(Ti) 따위로 만들어질 수 있다. 그러나 게이트선(121)은 물리적 성질이 다른 적어도 두 개의 도전막을 포함하는 다중막 구조를 가질 수도 있다.
게이트 도전체(121) 위에는 질화규소(SiNx) 또는 산화규소(SiOx) 등으로 이루어지는 게이트 절연막(140)이 형성되어 있다. 게이트 절연막(140)은 물리적 성질이 다른 적어도 두 개의 절연층을 포함하는 다층막 구조를 가질 수도 있다.
게이트 절연막(140) 위에는 비정질 규소 또는 다결정 규소 등으로 만들어진 반도체(154)가 형성되어 있다. 반도체(154)는 산화물 반도체를 포함할 수 있다.
반도체(154) 위에는 저항성 접촉 부재(163, 165)가 형성되어 있다. 저항성 접촉 부재(163, 165)는 인(phosphorus) 따위의 n형 불순물이 고농도로 도핑되어 있는 n+ 수소화 비정질 규소 따위의 물질로 만들어지거나 실리사이드(silicide)로 만들어질 수 있다. 저항성 접촉 부재(163, 165)는 쌍을 이루어 반도체(154) 위에 배치될 수 있다. 반도체(154)가 산화물 반도체인 경우, 저항성 접촉 부재(163, 165)는 생략 가능하다.
저항성 접촉 부재(163, 165) 및 게이트 절연막(140) 위에는 소스 전극(173)을 포함하는 데이터선(171)과 드레인 전극(175)을 포함하는 데이터 도전체가 형성되어 있다.
데이터선(171)은 다른 층 또는 외부 구동 회로와의 접속을 위한 넓은 끝 부분(도시하지 않음)을 포함한다. 데이터선(171)은 데이터 신호를 전달하며 주로 세로 방향으로 뻗어 게이트선(121)과 교차한다.
소스 전극(173)은 데이터선(171)의 일부이고, 데이터선(171)과 동일선 상에 배치된다. 드레인 전극(175)은 소스 전극(173)과 나란하게 뻗도록 형성되어 있다. 따라서, 드레인 전극(175)은 데이터선(171)의 일부와 나란하다.
게이트 전극(124), 소스 전극(173) 및 드레인 전극(175)은 반도체(154)와 함께 하나의 박막 트랜지스터(thin film transistor, TFT)를 이루며, 박막 트랜지스터의 채널(channel)은 소스 전극(173)과 드레인 전극(175) 사이의 반도체(154)에 형성된다.
본 발명의 실시예에 따른 액정 표시 장치는 데이터선(171)과 동일선 상에 위치하는 소스 전극(173)과 데이터선(171)과 나란하게 뻗어 있는 드레인 전극(175)을 포함함으로써, 데이터 도전체가 차지하는 면적을 넓히지 않고도 박막 트랜지스터의 폭을 넓힐 수 있게 되고, 이에 따라 액정 표시 장치의 개구율이 증가할 수 있다.
데이터선(171)과 드레인 전극(175)은 몰리브덴, 크롬, 탄탈륨 및 티타늄 등 내화성 금속(refractory metal) 또는 이들의 합금으로 만들어지는 것이 바람직하며, 내화성 금속막(도시하지 않음)과 저저항 도전막(도시하지 않음)을 포함하는 다중막 구조를 가질 수 있다. 다중막 구조의 예로는 크롬 또는 몰리브덴 (합금) 하부막과 알루미늄 (합금) 상부막의 이중막, 몰리브덴 (합금) 하부막과 알루미늄 (합금) 중간막과 몰리브덴 (합금) 상부막의 삼중막을 들 수 있다. 그러나 데이터선(171)과 드레인 전극(175)은 이외에도 여러 가지 다양한 금속 또는 도전체로 만들어질 수 있다.
데이터 도전체(171, 173, 175), 게이트 절연막(140), 그리고 반도체(154)의 노출된 부분 위에는 제1 보호막(180a)이 배치되어 있다. 제1 보호막(180a)은 유기 절연 물질 또는 무기 절연 물질 등으로 이루어질 수 있다.
제1 보호막(180a) 위에는 제2 보호막(180b)이 배치되어 있다. 제2 보호막(180b)은 생략 가능하다. 제2 보호막(180b)은 색필터일 수 있다. 제2 보호막(180b)이 색필터인 경우, 제2 보호막(180b)은 기본색(primary color) 중 하나를 고유하게 표시할 수 있으며, 기본색의 예로는 적색, 녹색, 청색 등 삼원색 또는 황색(yellow), 청록색(cyan), 자홍색(magenta) 등을 들 수 있다. 도시하지는 않았지만, 색필터는 기본색 외에 기본색의 혼합색 또는 백색(white)을 표시하는 색필터를 더 포함할 수 있다.
제2 보호막(180b) 위에는 공통 전극(common electrode)(270)이 형성되어 있다. 공통 전극(270)이 형성되어 있다. 공통 전극(270)은 면형(planar shape)으로서 기판(110) 전면 위에 통판으로 형성되어 있을 수 있고, 드레인 전극(175) 주변에 대응하는 영역에 배치되어 있는 개구부(138)를 가진다. 즉 공통 전극(270)은 판 형태의 평면 형태를 가질 수 있다.
인접 화소에 위치하는 공통 전극(270)은 서로 연결되어, 표시 영역 외부에서 공급되는 일정한 크기의 공통 전압을 전달 받을 수 있다.
공통 전극(270) 위에는 제3 보호막(180c)이 배치되어 있다. 제3 보호막(180c)은 유기 절연 물질 또는 무기 절연 물질 등으로 이루어질 수 있다.
제3 보호막(180c) 위에는 화소 전극(191)이 형성되어 있다. 화소 전극(191)은 복수의 제1 절개부(91)를 가지고, 복수의 제1 절개부(91)에 의해 정의되는 복수의 제1 가지 전극(192)을 포함한다.
화소 전극(191)의 제1 가지 전극(192)은 게이트선(121)이 뻗어 있는 방향(x 방향)과 90도를 이루는 세로 기준선(y 방향으로 뻗어 있는 기준선)과 거의 나란하게 뻗어 있다.
제1 보호막(180a), 제2 보호막(180b), 그리고 제3 보호막(180c)에는 드레인 전극(175)을 드러내는 제1 접촉 구멍(185)이 형성되어 있다. 화소 전극(191)은 제1 접촉 구멍(185)을 통해 드레인 전극(175)과 물리적 전기적으로 연결되어, 드레인 전극(175)으로부터 전압을 인가 받는다.
도시하지는 않았지만, 화소 전극(191)과 제3 보호막(180c) 위에는 제1 배향막(alignment layer)이 도포되어 있고, 제1 배향막은 수평 배향막일 수 있으며, 일정한 방향으로 러빙되어 있다. 그러나, 본 발명의 다른 한 실시예에 따른 액정 표시 장치에 따르면, 배향막은 광반응 물질을 포함하여, 광배향될 수 있다.
그러면, 상부 표시판(200)에 대하여 설명한다.
투명한 유리 또는 플라스틱 등으로 만들어진 제2 기판(210) 위에 차광 부재(light blocking member)(220)가 형성되어 있다. 차광 부재(220)는 블랙 매트릭스(black matrix)라고도 하며 빛샘을 막아준다.
제2 기판(210) 위에는 또한 복수의 색필터(230)가 형성되어 있다. 하부 표시판(100)의 제2 보호막(180b)이 색필터인 경우, 상부 표시판(200)의 색필터(230)는 생략될 수 있다. 또한, 상부 표시판(200)의 차광 부재(220) 역시 하부 표시판(100)에 형성될 수 있다.
색필터(230) 및 차광 부재(220) 위에는 덮개막(overcoat)(250)이 형성되어 있다. 덮개막(250)은 (유기) 절연물로 만들어질 수 있으며, 색필터(230)가 노출되는 것을 방지하고 평탄면을 제공한다. 덮개막(250)은 생략할 수 있다.
덮개막(250) 위에는 제2 배향막(도시하지 않음)이 형성되어 있다.
액정층(3)은 음의 유전율 이방성 또는 양의 유전율 이방성을 가지는 액정 물질과 카이랄 도펀트(chiral dopant)를 포함한다. 액정층(3)의 액정 분자는 그 장축이 표시판(100, 200)의 표면에 거의 평행하게 배열되어 있고, 제1 배향막과 제2 배향막의 배향 방향에 의하여 일정한 방향으로 선경사를 가지도록 배열되어 있다.
액정층(3)이 음의 유전율 이방성을 가지는 경우, 액정층(3)의 유전율 이방성(Δε)의 값은 약 -2.5 내지 약 -4.5이고, 액정층(3)의 굴절율 이방성(Δn)은 약 0.100 내지 약 0.130이고, 액정층(3)의 회전 점도(γ1)는 약 50 내지 약 100이다.
액정층(3)이 양의 유전율 이방성을 가지는 경우, 액정층(3)의 유전율 이방성(Δε)의 값은 약 4 내지 약 14이고, 액정층(3)의 굴절율 이방성(Δn)은 약 0.100 내지 약 0.130이고, 액정층(3)의 회전 점도(γ1)는 약 50 내지 약 100이다.
액정층(3)에 포함되어 있는 카이랄 도펀트는 약 1% 이내의 비율을 가진다. 카이랄 도펀트에 의하여, 액정층(3)의 액정 분자는 일정한 방향성을 가지고, 꼬여서(twist) 배열된다. 이 때, 액정층(3)의 액정 분자는 약 10㎛ 내지 약 100㎛의 피치(pitch)로 꼬여있을 수 있다. 또한, 액정층(3)의 액정 분자는 카이랄 도펀트가 우선성(right-handed rotator) 또는 좌선성(left-handed rotator)을 가짐에 따라서, 반시계 방향 또는 시계 방향으로 꼬여있을 수 있다.
화소 전극(191)은 드레인 전극(175)으로부터 데이터 전압을 인가 받고, 공통 전극(270)은 표시 영역 외부에 배치되어 있는 공통 전압 인가부로부터 일정한 크기의 공통 전압을 인가 받는다.
전기장 생성 전극인 화소 전극(191)과 공통 전극(270)은 전기장을 생성함으로써 두 전극(191, 270) 위에 위치하는 액정층(3)의 액정 분자는 전기장의 방향과 평행한 방향 또는 전기장의 방향과 수직을 이루는 방향으로 회전한다. 이와 같이 결정된 액정 분자의 회전 방향에 따라 액정층을 통과하는 빛의 편광이 달라진다. 보다 구체적으로, 액정층(3)이 양의 유전율 이방성을 가지는 경우, 액정 분자의 장축이 전기장의 방향과 평행한 방향으로 회전하고, 액정층(3)이 음의 유전율 이방성을 가지는 경우, 액정 분자의 장축이 전기장의 방향과 수직을 이루는 방향으로 회전한다.
이 때, 카이랄 도펀트에 의해 액정 분자의 배열이 꼬임 배열을 가짐으로써, 전기장의 세기가 상대적으로 작아지는 영역에서도 액정 분자가 전기장의 방향에 따라 빠르게 회전하게 됨으로써, 액정 표시 장치의 투과율이 증가하고, 응답 속도도 높아질 수 있다.
이에 대하여, 도 3a 내지 도 3d를 참고하여, 보다 구체적으로 설명한다. 도 3a 내지 도 3d는 본 발명의 실시예에 따른 액정 표시 장치의 동작을 설명하기 위한 도면이다.
먼저 도 3a를 참고하면, 액정층(3)은 음의 유전율 이방성을 가지고, 액정 분자는 게이트선(121)이 뻗어 있는 제1 방향과 제1 각도(θ)(0°<θ<90°)를 이루는 방향으로 선경사를 가지도록 배열되어 도시한 제1 액정 분자(31a)의 방향으로 배열되어 있다. 이 때, 카이랄 도펀트는 우선성을 가져, 액정 분자는 제1 액정 분자(31a)의 방향으로부터 반시계 방향으로 꼬이게 된다.
복수의 가지 전극(BE)에 일정한 전압이 인가되어, 복수의 가지 전극(BE)의 길이 방향과 수직을 이루는 방향으로 전기장이 생성되게 되면, 액정 분자는 전기장의 방향과 수직을 이루는 방향으로 회전하여, 제2 액정 분자(31b)의 위치로 회전한다. 즉, 복수의 가지 전극(BE)이 길이 방향과 나란한 방향으로 회전하게 된다.
앞서 설명하였듯이, 카이랄 도펀트는 우선성을 가져, 액정 분자는 제1 액정 분자(31a)의 방향으로부터 반시계 방향으로 꼬이게 되고, 이 방향은 제2 액정 분자(31b)의 방향과 거의 같아진다. 따라서, 인접한 두 개의 가지 전극(BE) 으로부터 같은 간격에 위치하는 영역과 같이, 전기장의 세기가 상대적으로 작은 영역에 위치하는 액정 분자들도 카이랄 도펀트에 의한 방향성에 의하여, 제2 액정 분자(31b)의 방향으로 빠르게 회전할 수 있게 된다.
따라서, 액정 표시 장치의 투과율이 높고, 응답 속도도 빨라진다.
다음으로, 도 3b를 참고하면, 액정층(3)은 음의 유전율 이방성을 가지고, 액정 분자는 게이트선(121)이 뻗어 있는 제1 방향과 제1 각도(θ)(180°<θ<270°)를 이루는 방향으로 선경사를 가지도록 배열되어 도시한 제1 액정 분자(31a)의 방향으로 배열되어 있다. 이 때, 카이랄 도펀트는 좌선성을 가져, 액정 분자는 제1 액정 분자(31a)의 방향으로부터 시계 방향으로 꼬이게 된다.
복수의 가지 전극(BE)에 일정한 전압이 인가되어, 복수의 가지 전극(BE)의 길이 방향과 수직을 이루는 방향으로 전기장이 생성되게 되면, 액정 분자는 전기장의 방향과 수직을 이루는 방향으로 회전하여, 제2 액정 분자(31b)의 위치로 회전한다. 즉, 복수의 가지 전극(BE)이 길이 방향과 나란한 방향으로 회전하게 된다.
앞서 설명하였듯이, 카이랄 도펀트는 좌선성을 가져, 액정 분자는 제1 액정 분자(31a)의 방향으로부터 시계 방향으로 꼬이게 되고, 이 방향은 제2 액정 분자(31b)의 방향과 거의 같아진다. 따라서, 인접한 두 개의 가지 전극(BE) 으로부터 같은 간격에 위치하는 영역과 같이, 전기장의 세기가 상대적으로 작은 영역에 위치하는 액정 분자들도 카이랄 도펀트에 의한 방향성에 의하여, 제2 액정 분자(31b)의 방향으로 빠르게 회전할 수 있게 된다.
따라서, 액정 표시 장치의 투과율이 높고, 응답 속도도 빨라진다.
다음으로, 도 3c를 참고하면, 액정층(3)은 양의 유전율 이방성을 가지고, 액정 분자는 게이트선(121)이 뻗어 있는 제1 방향과 제1 각도(θ)(0°<θ<90°)를 이루는 방향으로 선경사를 가지도록 배열되어 도시한 제1 액정 분자(31a)의 방향으로 배열되어 있다. 이 때, 카이랄 도펀트는 좌선성을 가져, 액정 분자는 제1 액정 분자(31a)의 방향으로부터 시계 방향으로 꼬이게 된다.
복수의 가지 전극(BE)에 일정한 전압이 인가되어, 복수의 가지 전극(BE)의 길이 방향과 수직을 이루는 방향으로 전기장이 생성되게 되면, 액정 분자는 전기장의 방향과 나란한 방향으로 회전하여, 제2 액정 분자(31b)의 위치로 회전한다. 즉, 복수의 가지 전극(BE)이 길이 방향과 수직인 방향으로 회전하게 된다.
앞서 설명하였듯이, 카이랄 도펀트는 좌선성을 가져, 액정 분자는 제1 액정 분자(31a)의 방향으로부터 시계 방향으로 꼬이게 되고, 이 방향은 제2 액정 분자(31b)의 방향과 거의 같아진다. 따라서, 인접한 두 개의 가지 전극(BE) 으로부터 같은 간격에 위치하는 영역과 같이, 전기장의 세기가 상대적으로 작은 영역에 위치하는 액정 분자들도 카이랄 도펀트에 의한 방향성에 의하여, 제2 액정 분자(31b)의 방향으로 빠르게 회전할 수 있게 된다.
따라서, 액정 표시 장치의 투과율이 높고, 응답 속도도 빨라진다.
다음으로, 도 3d를 참고하면, 액정층(3)은 양의 유전율 이방성을 가지고, 액정 분자는 게이트선(121)이 뻗어 있는 제1 방향과 제1 각도(θ)(180°<θ<270°)를 이루는 방향으로 선경사를 가지도록 배열되어 도시한 제1 액정 분자(31a)의 방향으로 배열되어 있다. 이 때, 카이랄 도펀트는 우선성을 가져, 액정 분자는 제1 액정 분자(31a)의 방향으로부터 반시계 방향으로 꼬이게 된다.
복수의 가지 전극(BE)에 일정한 전압이 인가되어, 복수의 가지 전극(BE)의 길이 방향과 수직을 이루는 방향으로 전기장이 생성되게 되면, 액정 분자는 전기장의 방향과 나란한 방향으로 회전하여, 제2 액정 분자(31b)의 위치로 회전한다. 즉, 복수의 가지 전극(BE)이 길이 방향과 수직인 방향으로 회전하게 된다.
앞서 설명하였듯이, 카이랄 도펀트는 우선성을 가져, 액정 분자는 제1 액정 분자(31a)의 방향으로부터 반시계 방향으로 꼬이게 되고, 이 방향은 제2 액정 분자(31b)의 방향과 거의 같아진다. 따라서, 인접한 두 개의 가지 전극(BE) 으로부터 같은 간격에 위치하는 영역과 같이, 전기장의 세기가 상대적으로 작은 영역에 위치하는 액정 분자들도 카이랄 도펀트에 의한 방향성에 의하여, 제2 액정 분자(31b)의 방향으로 빠르게 회전할 수 있게 된다.
따라서, 액정 표시 장치의 투과율이 높고, 응답 속도도 빨라진다.
그러면, 도 4를 참고하여, 본 발명의 한 실험예에 대하여 설명한다. 도 4는 본 발명의 한 실험예의 조건을 설명하기 위한 개념도이다.
본 실험예에서는 도 3a에 도시한 것과 유사하게, 음의 유전율 이방성을 가지는 액정 분자를 이용하였고, 액정 분자는 게이트선이 뻗어 있는 방향을 기준으로 약 5°를 이루는 방향으로 선경사를 가지도록 배열되어 있고, 우선성을 가지는 카이랄 도펀트를 이용하였고, 액정층의 셀 간격은 약 1㎛ 내지 약 1.3㎛이고, 절연막(IL)을 사이에 두고 중첩하는 제1 전기장 생성 전극(E1)과 제2 전기장 생성 전극(E2) 중 제1 전기장 생성 전극(E1)은 판형의 평면 형태를 가지고, 제2 전기장 생성 전극(E2)은 복수의 가지 전극을 가진다. 이 때, 제2 전기장 생성 전극(E2)의 복수의 가지 전극은 약 5㎛의 간격을 이루도록 배치된다.
제2 전기장 생성 전극(E2)의 인접한 두 개의 가지 전극 중 어느 하나의 가장자리로부터 약 0.5㎛를 이루는 제1 위치(X1), 약 1.0㎛를 이루는 제2 위치(X2), 약 1.5㎛를 이루는 제3 위치(X3), 약 2.0㎛를 이루는 제4 위치(X4), 약 2.5㎛를 이루는 제5 위치(X5), 약 3.0㎛를 이루는 제6 위치(X6), 약 3.5㎛를 이루는 제7 위치(X7), 인접한 두 개의 가지 전극 중 나머지 하나의 가장자리인 제8 위치(X8), 인접한 두 개의 가지 전극 중 나머지 하나의 반대쪽 가장자리인 제9 위치(X9), 그리고 인접한 두 개의 가지 전극 중 나머지 하나의 반대쪽 가장자리로부터 약 1㎛를 이루도록 이격되어 있는 제10 위치(X10)에서, 게이트선이 뻗어 있는 방향을 기준으로 액정 분자의 꼬여 있는 각도를 측정하였다. 이 때, 카이랄 도펀트를 포함하지 않는 경우(case 1)를 기준으로 하여, 카이랄 도펀트에 의한 액정 분자의 트위스트 피치가 약 10㎛인 경우(case 2), 약 30㎛인 경우(case 3), 약 50㎛인 경우(case 4), 약 70㎛인 경우(case 5), 그리고 약 100㎛인 경우(case 6)에 대하여, 측정하여, 그 결과를 아래의 표 1에 나타내었다.
위치 X1 X2 X3 X4 X5 X6 X7 X8 X9 X10
Case 1 50.0 40.8 35.0 33.0 35.2 41.2 50.4 48.3 48.8 50.0
Case 2 51.4 42.6 37.2 35.3 37.4 42.9 51.8 50.9 51.3 51.5
Case 3 50.5 41.5 35.8 33.9 36.1 41.8 50.8 49.1 49.6 50.5
Case 4 50.3 41.2 35.5 33.6 35.7 41.6 50.7 48.8 49.3 50.3
Case 5 50.2 41.1 35.4 33.4 35.6 41.5 50.6 48.6 49.1 50.2
Case 6 50.1 41.0 35.3 33.3 35.5 41.4 50.6 48.5 49.0 50.2
표 1을 참고하면, 액정층에 카이랄 도펀트를 포함하지 않은 경우(case 1)에 비교하여, 본 발명의 실시예에 따른 액정 표시 장치와 같이, 카이랄 도펀트를 포함하여, 액정 분자가 꼬임 배열을 가지게 하는 경우(case 2 내지 case 6)는 액정 분자의 배열 각도가 가지 전극(BE)이 뻗어 있는 방향과 가까워 진다. 특히, 인접한 두 개의 가지 전극(BE) 사이에서 일정 간격을 이루도록 이격되어 전기장의 세기가 작은 위치, 예를 들어, 제3 위치(X3), 제4 위치(X4), 그리고 제5 위치(X5)에서도 액정 분자들의 배열 각도는 가지 전극(BE)이 뻗어 있는 방향과 가까워지도록 꼬여 있도록 배열된다. 따라서, 액정 표시 장치에 전기장이 생성되면 액정 분자는 가지 전극(BE)이 뻗어 있는 방향을 따라서, 빠르게 회전할 수 있다. 이에 의하여, 액정 표시 장치의 투과율이 증가하고, 액정 표시 장치의 응답 속도가 높아진다.
다음으로, 도 5 및 도 6을 참고하여, 본 발명의 다른 한 실시예에 따른 액정 표시 장치에 대하여 설명한다. 도 5는 본 발명의 다른 한 실시예에 따른 액정 표시 장치의 배치도이고, 도 6은 도 5의 액정 표시 장치를V-I-VI 선을 따라 잘라 도시한 단면도이다.
도 5 및 도 6을 참고하면, 본 실시예에 따른 액정 표시 장치는 도 1 및 도 2에 도시한 실시예에 따른 액정 표시 장치와 거의 유사하다.
도 5 및 도 6을 참고하면, 본 발명의 한 실시예에 따른 액정 표시 장치는 서로 마주보는 하부 표시판(100) 및 상부 표시판(200)과 그 사이 주입되어 있는 액정층(3)을 포함한다.
먼저, 하부 표시판(100)에 대하여 설명한다.
제1 절연 기판(110) 위에 게이트선(121)과 게이트 전극(124)을 포함하는 게이트 도전체가 형성되어 있고, 게이트 도전체(121, 124)위에 게이트 절연막(140)이 형성되어 있다.
게이트 절연막(140) 위에는 반도체(154)가 형성되어 있다.
반도체(154) 위에는 저항성 접촉 부재(163, 165)가 형성되어 있다. 반도체(154)가 산화물 반도체인 경우, 저항성 접촉 부재(163, 165)는 생략 가능하다.
저항성 접촉 부재(163, 165) 및 게이트 절연막(140) 위에는 소스 전극(173)을 포함하는 데이터선(171)과 드레인 전극(175)을 포함하는 데이터 도전체(171, 173, 175)가 형성되어 있다.
드레인 전극(175)의 바로 위에는 화소 전극(191)이 형성되어 있다. 화소 전극(191)은 면형, 즉 판 형태를 가지고 하나의 화소 영역에 배치된다.
데이터 도전체(171, 173, 175), 게이트 절연막(140), 반도체(154)의 노출된 부분, 그리고 화소 전극(191) 위에는 보호막(180)이 형성되어 있다. 그러나, 본 발명의 다른 실시예에 따른 액정 표시 장치에서는 화소 전극(191)과 데이터선(171) 사이에 보호막(180)이 배치되고, 화소 전극(191)은 보호막(180)에 형성된 접촉 구멍(도시하지 않음)을 통해 드레인 전극(175)과 연결될 수도 있다.
보호막(180) 위에는 공통 전극(270)이 형성되어 있다. 공통 전극(270)은 서로 연결되어, 표시 영역 외부에 배치되어 있는 공통 전압 인가부로부터 공통 전압을 인가 받는다.
공통 전극(270)은 복수의 제2 절개부(71)를 가지고, 제2 절개부(71)에 의하여 정의되는 복수의 제2 가지 전극(271)을 포함한다.
공통 전극(270)의 제2 가지 전극(271)은 게이트선(121)이 뻗어 있는 방향(x 방향)과 90도를 이루는 세로 기준선(y 방향으로 뻗어 있는 기준선)과 거의 나란하게 뻗어 있다.
공통 전극(270)과 보호막(180) 위에는 제1 배향막(도시하지 않음)이 형성되어 있다. 제1 배향막은 수평 배향막일 수 있으며, 일정한 방향으로 러빙되어 있다. 그러나, 본 발명의 다른 한 실시예에 따른 액정 표시 장치에 따르면, 배향막은 광반응 물질을 포함하여, 광배향될 수 있다.
그러면, 상부 표시판(200)에 대하여 설명한다.
제2 절연 기판(210) 위에 차광 부재(220)가 형성되어 있다. 기판(210) 위에는 또한 복수의 색필터(230)가 형성되어 있다. 색필터(230)는 하부 표시판(100) 위에 배치될 수도 있으며, 이 경우, 차광 부재(220) 역시 하부 표시판(100)에 배치될 수도 있다.
색필터(230) 및 차광 부재(220) 위에는 덮개막(250)이 형성되어 있다. 덮개막(250)은 생략할 수 있다.
덮개막(250) 위에는 제2 배향막(도시하지 않음)이 형성되어 있다.
액정층(3)은 음의 유전율 이방성 또는 양의 유전율 이방성을 가지는 액정 물질과 카이랄 도펀트(chiral dopant)를 포함한다. 액정층(3)의 액정 분자는 그 장축이 표시판(100, 200)의 표면에 거의 평행하게 배열되어 있고, 제1 배향막과 제2 배향막의 배향 방향에 의하여 일정한 방향으로 선경사를 가지도록 배열되어 있다.
액정층(3)이 음의 유전율 이방성을 가지는 경우, 액정층(3)의 유전율 이방성(Δε)의 값은 약 -2.5 내지 약 -4.5이고, 액정층(3)의 굴절율 이방성(Δn)은 약 0.100 내지 약 0.130이고, 액정층(3)의 회전 점도(γ1)는 약 50 내지 약 100이다.
액정층(3)이 양의 유전율 이방성을 가지는 경우, 액정층(3)의 유전율 이방성(Δε)의 값은 약 4 내지 약 14이고, 액정층(3)의 굴절율 이방성(Δn)은 약 0.100 내지 약 0.130이고, 액정층(3)의 회전 점도(γ1)는 약 50 내지 약 100이다.
액정층(3)에 포함되어 있는 카이랄 도펀트는 약 1% 이내의 비율을 가진다. 카이랄 도펀트에 의하여, 액정층(3)의 액정 분자는 일정한 방향성을 가지고, 꼬여서(twist) 배열된다. 이 때, 액정층(3)의 액정 분자는 약 10㎛ 내지 약 100㎛의 피치(pitch)로 꼬여있을 수 있다. 또한, 액정층(3)의 액정 분자는 카이랄 도펀트가 우선성(right-handed rotator) 또는 좌선성(left-handed rotator)을 가짐에 따라서, 반시계 방향 또는 시계 방향으로 꼬여있을 수 있다.
앞서, 도 1 및 도 2에 도시한 실시예에 따른 액정 표시 장치의 많은 특징들은 본 실시예에 따른 액정 표시 장치에 모두 적용 가능하다.
도 7 및 도 8을 참고하여, 본 발명의 다른 한 실시예에 따른 액정 표시 장치에 대하여 설명한다. 도 7은 본 발명의 다른 한 실시예에 따른 액정 표시 장치의 배치도이고, 도 8은 도 7의 액정 표시 장치를 VI-I-VIII 선을 따라 잘라 도시한 단면도이다.
도 7 및 도 8을 참고하면, 본 발명의 한 실시예에 따른 액정 표시 장치는 서로 마주보는 하부 표시판(100) 및 상부 표시판(200)과 그 사이 주입되어 있는 액정층(3)을 포함한다.
먼저, 하부 표시판(100)에 대하여 설명한다.
제1 절연 기판(110) 위에 게이트선(121)과 게이트 전극(124)을 포함하는 게이트 도전체가 형성되어 있고, 게이트 도전체(121, 124)위에 게이트 절연막(140)이 형성되어 있다.
게이트 절연막(140) 위에는 반도체(154)가 형성되어 있다.
반도체(154) 위에는 저항성 접촉 부재(163, 165)가 형성되어 있다. 반도체(154)가 산화물 반도체인 경우, 저항성 접촉 부재(163, 165)는 생략 가능하다.
저항성 접촉 부재(163, 165) 및 게이트 절연막(140) 위에는 소스 전극(173)을 포함하는 데이터선(171)과 드레인 전극(175)을 포함하는 데이터 도전체(171, 173, 175)가 형성되어 있다.
데이터 도전체(171, 173, 175), 게이트 절연막(140), 그리고 반도체(154)의 노출된 부분 위에는 제1 보호막(180a)이 배치되어 있다. 제1 보호막(180a)은 유기 절연 물질 또는 무기 절연 물질 등으로 이루어질 수 있다.
제1 보호막(180a) 위에는 제2 보호막(180b)이 배치되어 있다. 제2 보호막(180b)은 생략 가능하다. 제2 보호막(180b)은 색필터일 수 있다.
제2 보호막(180b) 위에는 공통 전극(270)이 이 형성되어 있다. 공통 전극(270)은 면형으로서 기판(110) 전면 위에 통판으로 형성되어 있을 수 있고, 드레인 전극(175) 주변에 대응하는 영역에 배치되어 있는 개구부(138)를 가진다. 즉 공통 전극(270)은 판 형태의 평면 형태를 가질 수 있다.
인접 화소에 위치하는 공통 전극(270)은 서로 연결되어, 표시 영역 외부에서 공급되는 일정한 크기의 공통 전압을 전달 받을 수 있다.
공통 전극(270) 위에는 제3 보호막(180c)이 배치되어 있다. 제3 보호막(180c)은 유기 절연 물질 또는 무기 절연 물질 등으로 이루어질 수 있다.
제3 보호막(180c) 위에는 화소 전극(191)이 형성되어 있다. 화소 전극(191)은 복수의 제1 절개부(91)를 가지고, 복수의 제1 절개부(91)에 의해 정의되는 복수의 제1 가지 전극(192)을 포함한다.
본 실시예에 따른 액정 표시 장치는 도 1 및 도 2에 도시한 실시예에 따른 액정 표시 장치와는 달리, 본 실시예에 따른 액정 표시 장치의 화소 전극(191)의 복수의 제1 가지 전극(192)은 게이트선(121)이 뻗어 있는 방향(x 방향)과 거의 나란하게 뻗어 있다.
제1 보호막(180a), 제2 보호막(180b), 그리고 제3 보호막(180c)에는 드레인 전극(175)을 드러내는 제1 접촉 구멍(185)이 형성되어 있다. 화소 전극(191)은 제1 접촉 구멍(185)을 통해 드레인 전극(175)과 물리적 전기적으로 연결되어, 드레인 전극(175)으로부터 전압을 인가 받는다.
도시하지는 않았지만, 화소 전극(191)과 제3 보호막(180c) 위에는 제1 배향막(alignment layer)이 도포되어 있고, 제1 배향막은 수평 배향막일 수 있으며, 일정한 방향으로 러빙되어 있다. 그러나, 본 발명의 다른 한 실시예에 따른 액정 표시 장치에 따르면, 배향막은 광반응 물질을 포함하여, 광배향될 수 있다.
제1 보호막(180a), 제2 보호막(180b), 그리고 제3 보호막(180c)에는 드레인 전극(175)을 드러내는 제1 접촉 구멍(185)이 형성되어 있다. 화소 전극(191)은 제1 접촉 구멍(185)을 통해 드레인 전극(175)과 물리적 전기적으로 연결되어, 드레인 전극(175)으로부터 전압을 인가 받는다.
도시하지는 않았지만, 화소 전극(191)과 제3 보호막(180c) 위에는 제1 배향막(alignment layer)이 도포되어 있고, 제1 배향막은 수평 배향막일 수 있으며, 일정한 방향으로 러빙되어 있다. 그러나, 본 발명의 다른 한 실시예에 따른 액정 표시 장치에 따르면, 배향막은 광반응 물질을 포함하여, 광배향될 수 있다.
그러면, 상부 표시판(200)에 대하여 설명한다.
제2 절연 기판(210) 위에 차광 부재(220)가 형성되어 있다. 기판(210) 위에는 또한 복수의 색필터(230)가 형성되어 있다. 색필터(230)는 하부 표시판(100) 위에 배치될 수도 있으며, 이 경우, 차광 부재(220) 역시 하부 표시판(100)에 배치될 수도 있다.
색필터(230) 및 차광 부재(220) 위에는 덮개막(250)이 형성되어 있다. 덮개막(250)은 생략할 수 있다.
덮개막(250) 위에는 제2 배향막(도시하지 않음)이 형성되어 있다.
액정층(3)은 음의 유전율 이방성 또는 양의 유전율 이방성을 가지는 액정 물질과 카이랄 도펀트(chiral dopant)를 포함한다. 액정층(3)의 액정 분자는 그 장축이 표시판(100, 200)의 표면에 거의 평행하게 배열되어 있고, 제1 배향막과 제2 배향막의 배향 방향에 의하여 일정한 방향으로 선경사를 가지도록 배열되어 있다.
액정층(3)이 음의 유전율 이방성을 가지는 경우, 액정층(3)의 유전율 이방성(Δε)의 값은 --2.5 내지 --4.5이고, 액정층(3)의 굴절율 이방성(Δn)은 약 0.100 내지 약 0.130이고, 액정층(3)의 회전 점도(γ1)는 약 50 내지 약 100이다.
액정층(3)이 양의 유전율 이방성을 가지는 경우, 액정층(3)의 유전율 이방성(Δε)의 값은 약 4 내지 약 14이고, 액정층(3)의 굴절율 이방성(Δn)은 약 0.100 내지 약 0.130이고, 액정층(3)의 회전 점도(γ1)는 약 50 내지 약 100이다.
액정층(3)에 포함되어 있는 카이랄 도펀트는 약 1% 이내의 비율을 가진다. 카이랄 도펀트에 의하여, 액정층(3)의 액정 분자는 일정한 방향성을 가지고, 꼬여서(twist) 배열된다. 이 때, 액정층(3)의 액정 분자는 약 10㎛ 내지 약 100㎛의 피치(pitch)로 꼬여있을 수 있다. 또한, 액정층(3)의 액정 분자는 카이랄 도펀트가 우선성(right-handed rotator) 또는 좌선성(left-handed rotator)을 가짐에 따라서, 반시계 방향 또는 시계 방향으로 꼬여있을 수 있다.
그러면, 도 9를 참고하여, 도 7 및 도 8에 도시한 실시예에 따른 액정 표시 장치의 동작에 대하여 간단하게 설명한다.
도 9를 참고하면, 액정층(3)은 음의 유전율 이방성을 가지고, 액정 분자는 게이트선(121)이 뻗어 있는 제1 방향과 제1 각도(θ)(0°<θ<90°)를 이루는 방향으로 선경사를 가지도록 배열되어 도시한 제3 액정 분자(31c)의 방향으로 배열되어 있다. 이 때, 카이랄 도펀트는 좌선성을 가져, 액정 분자는 제3 액정 분자(31c)의 방향으로부터 반시계 방향으로 꼬이게 된다.
복수의 가지 전극(BE)에 일정한 전압이 인가되어, 복수의 가지 전극(BE)의 길이 방향과 수직을 이루는 방향으로 전기장이 생성되게 되면, 액정 분자는 전기장의 방향과 수직을 이루는 방향으로 회전하여, 제4 액정 분자(31d)의 위치로 회전한다. 즉, 복수의 가지 전극(BE)이 길이 방향과 나란한 방향으로 회전하게 된다.
앞서 설명하였듯이, 카이랄 도펀트는 좌선성을 가져, 액정 분자는 제3 액정 분자(31c)의 방향으로부터 시계 방향으로 꼬이게 되고, 이 방향은 제4 액정 분자(31d)의 방향과 거의 같아진다. 따라서, 인접한 두 개의 가지 전극(BE) 으로부터 같은 간격에 위치하는 영역과 같이, 전기장의 세기가 상대적으로 작은 영역에 위치하는 액정 분자들도 카이랄 도펀트에 의한 방향성에 의하여, 제4 액정 분자(31d)의 방향으로 빠르게 회전할 수 있게 된다.
따라서, 액정 표시 장치의 투과율이 높고, 응답 속도도 빨라진다.
이외에도, 액정층(3)의 액정 분자의 선경사 각도와, 카이랄 도펀트의 좌성성과 우선성은 변화 가능하다.
앞서, 도 1 및 도 2, 그리고 도 5 및 도 6에 도시한 실시예에 따른 액정 표시 장치의 많은 특징들은 본 실시예에 따른 액정 표시 장치에 모두 적용 가능하다.
다음으로, 도 10 및 도 11을 참고하여, 본 발명의 다른 한 실시예에 따른 액정 표시 장치에 대하여 설명한다. 도 10은 본 발명의 다른 한 실시예에 따른 액정 표시 장치의 배치도이고, 도 11은 도 10의 액정 표시 장치를X-I-XI 선을 따라 잘라 도시한 단면도이다.
도 10 및 도 11을 참고하면, 본 실시예에 따른 액정 표시 장치는 도 5 및 도 6에 도시한 실시예에 따른 액정 표시 장치와 거의 유사하다. 동일한 구성 요소에 대한 구체적인 설명은 생략한다.
도 10 및 도 11을 참고하면, 본 발명의 한 실시예에 따른 액정 표시 장치는 서로 마주보는 하부 표시판(100) 및 상부 표시판(200)과 그 사이 주입되어 있는 액정층(3)을 포함한다.
먼저, 하부 표시판(100)에 대하여 설명한다.
제1 절연 기판(110) 위에 게이트선(121)과 게이트 전극(124)을 포함하는 게이트 도전체가 형성되어 있고, 게이트 도전체(121, 124)위에 게이트 절연막(140)이 형성되어 있다.
게이트 절연막(140) 위에는 반도체(154)가 형성되어 있다.
반도체(154) 위에는 저항성 접촉 부재(163, 165)가 형성되어 있다. 반도체(154)가 산화물 반도체인 경우, 저항성 접촉 부재(163, 165)는 생략 가능하다.
저항성 접촉 부재(163, 165) 및 게이트 절연막(140) 위에는 소스 전극(173)을 포함하는 데이터선(171)과 드레인 전극(175)을 포함하는 데이터 도전체(171, 173, 175)가 형성되어 있다.
드레인 전극(175)의 바로 위에는 화소 전극(191)이 형성되어 있다. 화소 전극(191)은 면형, 즉 판 형태를 가지고 하나의 화소 영역에 배치된다.
데이터 도전체(171, 173, 175), 게이트 절연막(140), 반도체(154)의 노출된 부분, 그리고 화소 전극(191) 위에는 보호막(180)이 형성되어 있다. 그러나, 본 발명의 다른 실시예에 따른 액정 표시 장치에서는 화소 전극(191)과 데이터선(171) 사이에 보호막(180)이 배치되고, 화소 전극(191)은 보호막(180)에 형성된 접촉 구멍(도시하지 않음)을 통해 드레인 전극(175)과 연결될 수도 있다.
보호막(180) 위에는 공통 전극(270)이 형성되어 있다. 공통 전극(270)은 서로 연결되어, 표시 영역 외부에 배치되어 있는 공통 전압 인가부로부터 공통 전압을 인가 받는다.
공통 전극(270)은 복수의 제2 절개부(71)를 가지고, 제2 절개부(71)에 의하여 정의되는 복수의 제2 가지 전극(271)을 포함한다.
본 실시예에 따른 액정 표시 장치는 도 5 및 도 6에 도시한 실시예에 따른 액정 표시 장치와는 달리, 본 실시예에 따른 액정 표시 장치의 공통 전극(270)의 복수의 제2 가지 전극(271)은 게이트선(121)이 뻗어 있는 방향(x 방향)과 거의 나란하게 뻗어 있다.
공통 전극(270)과 보호막(180) 위에는 제1 배향막(도시하지 않음)이 형성되어 있다. 제1 배향막은 수평 배향막일 수 있으며, 일정한 방향으로 러빙되어 있다. 그러나, 본 발명의 다른 한 실시예에 따른 액정 표시 장치에 따르면, 배향막은 광반응 물질을 포함하여, 광배향될 수 있다.
그러면, 상부 표시판(200)에 대하여 설명한다.
제2 절연 기판(210) 위에 차광 부재(220)가 형성되어 있다. 기판(210) 위에는 또한 복수의 색필터(230)가 형성되어 있다. 색필터(230)는 하부 표시판(100) 위에 배치될 수도 있으며, 이 경우, 차광 부재(220) 역시 하부 표시판(100)에 배치될 수도 있다.
색필터(230) 및 차광 부재(220) 위에는 덮개막(250)이 형성되어 있다. 덮개막(250)은 생략할 수 있다.
덮개막(250) 위에는 제2 배향막(도시하지 않음)이 형성되어 있다.
액정층(3)은 음의 유전율 이방성 또는 양의 유전율 이방성을 가지는 액정 물질과 카이랄 도펀트(chiral dopant)를 포함한다. 액정층(3)의 액정 분자는 그 장축이 표시판(100, 200)의 표면에 거의 평행하게 배열되어 있고, 제1 배향막과 제2 배향막의 배향 방향에 의하여 일정한 방향으로 선경사를 가지도록 배열되어 있다.
액정층(3)이 음의 유전율 이방성을 가지는 경우, 액정층(3)의 유전율 이방성(Δε)의 값은 약 -2.5 내지 약 -4.5이고, 액정층(3)의 굴절율 이방성(Δn)은 약 0.100 내지 약 0.130이고, 액정층(3)의 회전 점도(γ1)는 약 50 내지 약 100이다.
액정층(3)이 양의 유전율 이방성을 가지는 경우, 액정층(3)의 유전율 이방성(Δε)의 값은 약 4 내지 약 14이고, 액정층(3)의 굴절율 이방성(Δn)은 약 0.100 내지 약 0.130이고, 액정층(3)의 회전 점도(γ1)는 약 50 내지 약 100이다.
액정층(3)에 포함되어 있는 카이랄 도펀트는 약 1% 이내의 비율을 가진다. 카이랄 도펀트에 의하여, 액정층(3)의 액정 분자는 일정한 방향성을 가지고, 꼬여서(twist) 배열된다. 이 때, 액정층(3)의 액정 분자는 약 10㎛ 내지 약 100㎛의 피치(pitch)로 꼬여있을 수 있다. 또한, 액정층(3)의 액정 분자는 카이랄 도펀트가 우선성(right-handed rotator) 또는 좌선성(left-handed rotator)을 가짐에 따라서, 반시계 방향 또는 시계 방향으로 꼬여있을 수 있다.
앞서, 도 1 및 도 2, 도 5 및 도 6, 그리고 도 7 및 도 8에 도시한 실시예에 따른 액정 표시 장치의 많은 특징들은 본 실시예에 따른 액정 표시 장치에 모두 적용 가능하다.
본 발명의 다른 한 실시예에 따른 액정 표시 장치는 약 600PPI 이상의 해상도를 가지고, 인접한 화소 행에서, 어느 화소 행은 도 1 및 도 2, 그리고 도 5 및 도 6에 도시한 실시예에 따른 화소의 형태와 같이, 가지 전극은 게이트선이 뻗어 있는 방향과 수직을 이루는 방향과 나란하게 뻗을 수 있고, 다른 화소 행은 도 7 및 도 8, 그리고 도 10 및 도 11에 도시한 실시예에 따른 화소의 형태와 같이, 가지 전극은 게이트선이 뻗어 있는 방향과 나란하게 뻗을 수 있다. 이처럼, 화소 행에 따라 가지 전극이 뻗어 있는 방향을 다르게 함으로써, 광시야각을 구현할 수 있다.
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.
110, 210: 절연 기판 3: 액정층
121: 게이트선 124: 게이트 전극
140: 게이트 절연막 154: 반도체
163, 165: 저항성 접촉 부재 171: 데이터선
173: 소스 전극 175: 드레인 전극
180, 180a, 180b, 180c: 보호막 191: 화소 전극
270: 공통 전극 192, 271: 가지 전극

Claims (12)

  1. 제1 기판,
    상기 제1 절연 기판 위에 형성되어 있는 게이트선 및 데이터선,
    상기 게이트선 및 데이터선 위에 형성되어 있으며, 절연막을 사이에 두고 중첩하는 제1 전극 및 제2 전극,
    상기 제1 기판과 마주하는 제2 기판, 그리고
    상기 제1 기판과 상기 제2 기판 사이에 주입되어 있으며, 카이랄 도펀트를 포함하는 액정 표시 장치.
  2. 제1항에서,
    상기 카이랄 도펀트의 함량은 약 1%이내인 액정 표시 장치.
  3. 제2항에서,
    상기 카이랄 도펀트에 의하여, 상기 액정층의 액정 분자는 약 10㎛ 내지 약 100㎛의 피치를 가지도록 꼬여 있는 액정 표시 장치.
  4. 제3항에서,
    상기 제1 전극은 면형의 평면 형태를 가지고,
    상기 제2 전극은 복수의 가지 전극을 포함하고,
    상기 복수의 가지 전극은 상기 제1 전극과 중첩하고,
    상기 복수의 가지 전극은 상기 게이트선 또는 상기 데이터선과 거의 나란하게 뻗어 있는 액정 표시 장치.
  5. 제3항에서,
    상기 제1 기판 위에 형성되어 있는 제1 배향막, 그리고
    상기 제2 기판 위에 형성되어 있는 제2 배향막을 더 포함하고,
    상기 액정층은 양의 유전율 이방성을 가지고,
    상기 제1 배향막과 상기 제2 배향막은 상기 액정층의 액정 분자의 장축의 방향이 상기 게이트선을 기준으로 제1 각도(θ)(0°< θ< 90°)를 이루도록 배향하고,
    상기 카이랄 도펀트는 좌선성을 가지는 액정 표시 장치.
  6. 제3항에서,
    상기 제1 기판 위에 형성되어 있는 제1 배향막, 그리고
    상기 제2 기판 위에 형성되어 있는 제2 배향막을 더 포함하고,
    상기 액정층은 양의 유전율 이방성을 가지고,
    상기 제1 배향막과 상기 제2 배향막은 상기 액정층의 액정 분자의 장축의 방향이 상기 게이트선을 기준으로 제1 각도(θ)(180 °< θ< 270°)를 이루도록 배향하고,
    상기 카이랄 도펀트는 우선성을 가지는 액정 표시 장치.
  7. 제3항에서,
    상기 제1 기판 위에 형성되어 있는 제1 배향막, 그리고
    상기 제2 기판 위에 형성되어 있는 제2 배향막을 더 포함하고,
    상기 액정층은 음의 유전율 이방성을 가지고,
    상기 제1 배향막과 상기 제2 배향막은 상기 액정층의 액정 분자의 장축의 방향이 상기 게이트선을 기준으로 제1 각도(θ)(0°< θ< 90°)를 이루도록 배향하고,
    상기 카이랄 도펀트는 우선성을 가지는 액정 표시 장치.
  8. 제3항에서,
    상기 제1 기판 위에 형성되어 있는 제1 배향막, 그리고
    상기 제2 기판 위에 형성되어 있는 제2 배향막을 더 포함하고,
    상기 액정층은 음의 유전율 이방성을 가지고,
    상기 제1 배향막과 상기 제2 배향막은 상기 액정층의 액정 분자의 장축의 방향이 상기 게이트선을 기준으로 제1 각도(θ)(180 °< θ< 270°)를 이루도록 배향하고,
    상기 카이랄 도펀트는 좌선성을 가지는 액정 표시 장치.
  9. 제1항에서,
    상기 제1 기판 위에 형성되어 있는 제1 배향막, 그리고
    상기 제2 기판 위에 형성되어 있는 제2 배향막을 더 포함하고,
    상기 액정층은 양의 유전율 이방성을 가지고,
    상기 제1 배향막과 상기 제2 배향막은 상기 액정층의 액정 분자의 장축의 방향이 상기 게이트선을 기준으로 제1 각도(θ)(0°< θ< 90°)를 이루도록 배향하고,
    상기 카이랄 도펀트는 좌선성을 가지는 액정 표시 장치.
  10. 제1항에서,
    상기 제1 기판 위에 형성되어 있는 제1 배향막, 그리고
    상기 제2 기판 위에 형성되어 있는 제2 배향막을 더 포함하고,
    상기 액정층은 양의 유전율 이방성을 가지고,
    상기 제1 배향막과 상기 제2 배향막은 상기 액정층의 액정 분자의 장축의 방향이 상기 게이트선을 기준으로 제1 각도(θ)(180 °< θ< 270°)를 이루도록 배향하고,
    상기 카이랄 도펀트는 우선성을 가지는 액정 표시 장치.
  11. 제1항에서,
    상기 제1 기판 위에 형성되어 있는 제1 배향막, 그리고
    상기 제2 기판 위에 형성되어 있는 제2 배향막을 더 포함하고,
    상기 액정층은 음의 유전율 이방성을 가지고,
    상기 제1 배향막과 상기 제2 배향막은 상기 액정층의 액정 분자의 장축의 방향이 상기 게이트선을 기준으로 제1 각도(θ)(0°< θ< 90°)를 이루도록 배향하고,
    상기 카이랄 도펀트는 우선성을 가지는 액정 표시 장치.
  12. 제1항에서,
    상기 제1 기판 위에 형성되어 있는 제1 배향막, 그리고
    상기 제2 기판 위에 형성되어 있는 제2 배향막을 더 포함하고,
    상기 액정층은 음의 유전율 이방성을 가지고,
    상기 제1 배향막과 상기 제2 배향막은 상기 액정층의 액정 분자의 장축의 방향이 상기 게이트선을 기준으로 제1 각도(θ)(180 °< θ< 270°)를 이루도록 배향하고,
    상기 카이랄 도펀트는 좌선성을 가지는 액정 표시 장치.
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