KR20180126756A - 액정표시장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명에 따르면, 화소전극의 상부에 배치되는 공통전극이 각 화소전극에 대응하는 개구부를 갖게된다. 이에 따라, 액정의 고정영역을 형성하여 액정의 상승시간 및 하강시간을 향상시켜 액정표시장치의 고속 응답을 구현함과 동시에 투과도를 효과적으로 개선할 수 있게 된다.

Description

액정표시장치 { Liquid Crystal Display }
본 발명은 액정표시장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게, 응답속도 및 투과도를 효과적으로 개선할 수 있는 액정표시장치에 관한 것이다.
일반적으로 액정표시장치는 액정의 광학적 이방성과 분극성질을 이용하여 구동된다. 상기 액정은 구조가 가늘고 길기 때문에 분자의 배열에 방향성을 가지고 있으며, 인위적으로 액정에 전기장을 인가하여 분자배열의 방향을 제어할 수 있다.
따라서 상기 액정의 분자배열 방향을 임의로 조절하면, 액정의 분자배열이 변하게 되고, 광학적 이방성에 의해 상기 액정의 분자배열 방향으로 빛이 굴절하여 화상정보를 표현할 수 있다.
현재에는 박막트랜지스터와 상기 박막트랜지스터에 연결된 화소전극이 행렬방식으로 배열된 능동행렬 액정표시장치(AM-LCD: Active Matrix LCD 이하, 액정표시장치로 약칭함)가 해상도 및 동영상 구현능력이 우수하여 가장 주목받고 있다.
상기 액정표시장치는 공통전극이 형성된 컬러필터 기판과 화소전극이 형성된 어레이 기판과, 상기 두 기판 사이에 개재된 액정으로 이루어지는데, 이러한 액정표시장치에서는 공통전극과 화소전극에 의하여 상하로 걸리는 전기장이 액정을 구동하는 방식으로 투과율과 개구율 등의 특성이 우수하다.
또한, 최근에는 상하 기판 중 하나의 기판에 전극들이 교대로 배치되고 기판들 사이에 액정이 배치되어 영상을 표시하는 횡전계 방식 액정표시장치가 개발되고 있다.
통상적으로, 횡전계 방식 액정표시장치는 전계를 이용하여 유전율 이방성(Dielectric Anisotropy, Δε)을 갖는 액정의 광 투과율을 조절함으로써 화상을 표시하고, 주로 컬러필터가 형성된 컬러필터 기판과 박막 트랜지스터가 형성된 어레이 기판이 액정을 사이에 두고 합착되어 형성된다.
여기서, 어레이 기판은 기판 상에 게이트 라인과 데이터 라인의 교차로 정의된 화소 영역마다 형성된 박막 트랜지스터와, 화소 전극, 공통 전극을 구비한다.
박막 트랜지스터(thin film transistor)는 게이트 라인으로부터의 게이트 신호에 응답하여 데이터라인으로부터의 데이터 신호를 화소 전극으로 공급한다.
화소 전극은 박막 트랜지스터로부터의 데이터신호를 공급받아 액정이 구동되게 하고, 공통 전극은 액정구동시 기준이 되는 공통 전압을 공급받는다. 액정은 화소 전극의 데이터 신호와 공통 전극의 공통 전압에 의해 형성된 전계에 따라 회전하여 광 투과율을 조절함으로써 계조가 구현된다.
또한, 최근에는 횡전계 액정표시장치보다 시야각 특성이 우수한 프린지 필드 스위칭 모드 액정표시장치가 제안되었다.
도 1은 종래의 프린지 필드 스위칭 모드 액정표시장치를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도시한 바와 같이, 프린지 필드 스위칭 모드 액정표시장치(10)는 일 방향으로 직선 형태를 가지는 게이트 배선(43)이 구성되어 있으며, 이러한 게이트 배선(43)과 교차하여 화소영역(P)을 정의하는 직선 형태의 데이터 배선(51)이 구성되고 있다.
또한, 화소영역(P)에는, 상기 데이터 배선(51) 및 게이트 배선(43)과 연결되며, 게이트 전극(미도시)과 게이트 절연막(미도시)과 반도체층(미도시)과 소스 및 드레인 전극(55, 58)을 포함하는 스위칭 소자인 박막트랜지스터(Tr)가 형성되어 있다.
그리고, 판 형태의 공통전극(60)과, 판 형태의 공통전극(60)과 중첩하며 화소영역(P) 내에 바(bar) 형태의 다수의 개구(op)를 갖는 화소전극(70)이 형성되어 있다.
이때, 상기 공통전극(60)은 표시영역 전면에 형성되나 하나의 화소영역(P)에 대응되는 부분을 점선으로 나타내었다.
이러한 구성을 갖는 프린지 필드 스위칭 모드 액정표시장치(10)는 화소영역(P)별로 다수의 바(bar) 형태의 개구(op)를 갖는 상기 화소전극(70)과 공통전극(60)에 전압이 인가됨으로써 프린지 필드(Fringe field)를 형성하게 된다.
한편, 최근 디스플레이의 현실감을 높이기 위해서는 액정표시장치의 고속응답에 대한 연구가 활발해지고 있다.
여기서, 응답속도는 밝은 회색에서 어두운 회색까지 넘어가는 시간(Grey TO Grey: 이하 GTG)을 의미한다. 즉, 10% 밝기에서 90%까지 넘어가는 시간을 측정한 값이다.
예를 들어, VR기기의 경우 화면과 눈이 근접한 상태로 영상을 시청하기 때문에 액정표시장치의 고속 응답속도가 매우 중요하게 되었다.
그러나, 액정표시장치(10)는 유체인 액정의 전기광학효과를 사용하므로 액정의 거동에 의해 응답속도가 제한된다. 이에 따라, 화면이 깜박이는 잔상이 유발하게 되고, 종래 FFS 방식의 액정 표시 장치도 시야각의 특성은 개선되지만, 응답속도를 향상시키는데 한계가 발생하게 되었다.
본 발명은 고속응답을 효과적으로 구현함과 동시에 투과도를 개선시킨 액정표시장치를 제공하는 것에 과제가 있다.
전술한 바와 같은 과제를 달성하기 위해, 본 발명은 제 1 기판과 상기 제 1 기판 상에 서로 교차하여 다수의 화소영역을 정의하는 다수의 게이트 배선 및 데이터 배선과 상기 게이트 배선 및 데이터 배선과 전기적으로 연결된 박막트랜지스터와 상기 박막트랜지스터의 드레인 전극과 접촉하며, 상기 화소영역 각각에 배치된 판 형태의 제 1 전극과 상기 제 1 전극 상에 배치된 보호층과 상기 보호층 상에 배치된 제 2 전극을 포함하며, 상기 제 2 전극은 상기 제 1 전극 각각에 대응한 단일의 개구부를 갖는 액정표시장치를 제공한다.
여기서, 상기 단일의 개구부는 사다리꼴 형상일 수 있다.
그리고, 상기 사다리꼴 형상은 단변과, 상기 단변과 평행한 장변과, 상기 단변과 장변을 연결하는 제 1,2 측변으로 이루어지고, 상기 단변의 길이는 상기 제 1 전극의 폭의 0.15배 내지 0.3배일 수 있다.
또한, 상기 장변의 길이는 상기 제 1 전극의 폭의 0.7배 내지 0.8배일 수 있다.
그리고, 상기 사다리꼴 형상의 둔각은 91° 내지 130°일 수 있다.
또한, 상기 제 2 전극 상부에 배치되며, 다수의 액정분자를 포함하는 액정층을 더 포함할 수 있다.
그리고, 상기 액정층 상부에 제 2 기판을 더 포함할 수 있다.
여기서, 상기 제 2 전극과 상기 액정층 사이에 제 1 배향막이 배치되고, 상기 제 2 기판과 상기 액정층 사이에 제 2 배향막이 배치될 수 있다.
그리고, 상기 액정분자는 유전율 이방성이 양(+)인 포지티브 액정분자이고, 상기 제 1 배향막 및 상기 제 2 배향막의 배향방향은 상기 데이트 배선에 평행한 방향일 수 있다.
또한, 상기 액정분자는 유전율 이방성이 음(-)인 네거티브 액정분자이고, 상기 제 1 배향막 및 상기 제 2 배향막의 배향방향은 상기 게이터 배선에 평행한 방향일 수 있다.
그리고, 상기 단일의 개구부는 좌우 대칭을 이루는 다각형 형상일 수 있다.
본 발명에서는, 각 화소영역마다 형성된 제 1 전극의 상부에 배치되는 제 2 전극이 각 제 1 전극에 대응하는 개구부를 갖게 되어, 액정의 상승시간 및 하강시간을 향상시켜 액정표시장치의 고속 응답을 구현함과 동시에 투과도를 효과적으로 개선할 수 있다.
도 1은 종래의 프린지 필드 스위칭 모드 액정표시장치를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 제 1 실시예가 적용되는 액정표시장치의 구성을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 어레이 기판의 일부를 도시한 평면도이다.
도 4는 본 발명의 제 2 실시예가 적용되는 액정표시장치의 구성을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 어레이 기판의 일부를 도시한 평면도이다.
도 6a는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 어레이 기판의 하나의 화소영역에 대한 평면도이다.
도 6b는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 액정표시장치의 액정분자의 초기 배열상태를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 6c는 본 발명의 제 2 실시예의 액정분자의 동작 모습을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 7a 및 도 7b는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 액정표시장치의 변형예를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 8a는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 액정표시장치와 종래 액정표시장치의 투과도의 변화를 비교한 그래프이다.
도 8b는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 액정표시장치와 종래 액정표시장치의 응답속도를 비교한 표이다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명한다.
< 제 1 실시예 >
도 2는 본 발명의 제 1 실시예가 적용되는 액정표시장치의 구성을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 2에 도시한 바와 같이, 제 1 기판(110)상에 각 화소영역(P)내 박막트랜지스터(Tr)가 형성되는 소자영역(TrA)에는 반도체층(115)과, 반도체층(115) 위로 제 1 기판(110) 전면에 게이트 절연막(118)이 형성되어 있으며, 게이트 절연막(118) 위로 반도체층(115)의 중앙부에 대응하여 게이트 전극(112)이 형성될 수 있다.
또한, 게이트 전극(112) 위로 제 1 기판(110) 전면에 게이트 전극(112) 외부로 노출된 반도체층(115)의 고농도 도핑된 소스 및 드레인 영역(115b, 115c)을 각각 노출시키는 반도체층 콘택홀(125)을 구비한 층간절연막(123)이 형성될 수 있다.
전술한 바에서는, 코플라나(co-planar) 구조의 박막트랜지스터(Tr)를 예를 들어 설명하였으나, 이에 한정되지는 않는다. 예를 들면, 보텀 게이트(bottom gate) 구조의 박막트랜지스터가 사용될 수 있다.
또한, 층간절연막(123) 위로 반도체층 콘택홀(125)을 통해 소스 영역(115b) 및 드레인 영역(115c)과 각각 접촉하며 서로 이격하는 소스 및 드레인 전극(155, 158)이 형성될 수 있다.
그리고, 소스 및 드레인 전극(155, 158) 위로 드레인 전극(158)을 노출시키는 드레인 콘택홀(153)을 갖는 제 1 및 제 2 보호층(150, 180)이 형성될 수 있다.
여기서, 제 1 보호층(150)과 제 2 보호층 (180)사이에는 공통 전극(160)이 배치될 수 있고, 제 2 보호층(180) 상부에는 화소 전극(170)이 배치될 수 있다.
여기서, 화소전극(170)은 드레인 콘택홀(153)을 통해 드레인 전극(158)과 접촉할 수 있다
한편, 화소전극(170) 상에는 제 1 배향막(191)이 형성될 수 있다.
이와 같이, 공통전극(160)과 화소전극(170) 사이에는 제 2 보호층(180)이 형성됨으로써, 전압이 인가되면 프린지 필드(fringe field)를 형성하는 구조를 가질 수 있게 된다.
한편, 제 1 기판(110)에 대향하는 제 2 기판(120) 하부에는 빛의 누설을 방지하는 블랙 매트릭스(미도시)를 형성할 수 있고, 상기 블랙 매트릭스 사이에 적색(Red), 녹색(Green) 및 청색(Blue)의 컬러필터 패턴으로 이루어진 컬러필터층(미도시)을 형성할 수 있다.
그리고, 컬러필터층 하부에는 표면을 평탄화하고 컬러필터층을 보호하는 오버코트층(미도시)을 형성할 수 있고, 오버코트층 하부에 제 2 배향막(192)을 형성할 수 있다.
이와 같은 제 1 기판(110)과 제 2 기판(120)은 액정분자(LCM)로 이루어진 액정층(198)을 사이에 두고 합착되어 프린지 필드 스위칭 모드 액정표시장치(100)를 완성한다.
전술한 프린지 필드 스위칭 모드 액정표시장치(100)의 구성은 일 예시이며, 이에 한정되는 것은 아니다.
도 3은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 어레이 기판의 일부를 도시한 평면도이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 서로 교차하여 화소 영역(P)을 정의하는 게이트 배선(GL)과 데이터 배선(DL)의 교차지점에서 전압의 온/오프를 스위칭하는 박막 트랜지스터(도 2의 Tr)와, 화소 영역(P)에 형성된 판 형상의 공통전극(160) 및 다수의 개구를 갖는 화소전극(170)이 나타나있다.
여기서, 공통전극(160)은 표시영역 전면에 형성되나 하나의 화소영역(P)에 대응되는 부분을 점선으로 나타내었고, 공통전극(160) 상부에는 화소전극(170)이 배치되었으며, 화소전극(170)은 콘택홀(CH)을 통하여 박막트랜지스터(도 2의 Tr)와 연결될 수 있다.
여기서, 화소전극(170)은 중심부에 데이터 배선(DL)과 평행한 방향으로 연장된 제 1 개구부(1op)를 가질 수 있다.
또한, 제 1 개구부(1op)를 중심으로 하여 게이트 배선(GL)에 평행한 방향으로 연장된 제 2 개구부(2op)를 포함할 수 있다.
여기서, 제 1 개구부(1op)와 제 2 개구부(2op)는 직사각형의 형상일 수 있다.
그리고, 제 2 개구부(2op)는 다수가 이격되어 배치 될 수 있다.
여기서, 제 2 개구부(2op)는 제 1 개구부(1op)를 중심으로 서로 비대칭을 이루며 배치될 수 있다. 즉, 제 2 전극(170)은 제 2 개구부(2op)를 통하여 바 형상의 전극이 형성될 수 있게 된다. 따라서, 제 2 개구부(2op)와 바 형상의 전극이 서로 교대로 배치되는 형상일 수 있다.
이때, 제 1 실시예에 따른 액정표시장치는 제 1 개구부(1op)를 중심으로 비대칭적인 구조를 이루게 된다.
즉, 제 1 개구부(1op)의 좌측에 제 2 개구부(2op)가 배치된 경우 제 1 개구부(1op)의 우측에 바 형상의 전극이 배치되고, 제 1 개구부(1op)의 우측에 제 2 개구부(2op)가 배치된 경우 제 1 개구부(1op)의 좌측에 바 형상의 전극이 배치되어 제 1 개구부(1op)를 중심으로 좌측과 우측이 서로 비대칭을 이루는 전극 구조를 가질 수 있다.
이와 같은, 화소전극(170)의 구조에 의하여 액정분자(도 2의 LCM)가 같은 방향으로 회전하는 영역이 감소하여 액정분자(LCM)간의 탄성력이 증가되고, 이에 따라, 액정표시장치의 응답속도를 증가시킬 수 있게 된다
이와 같이, 본 발명의 제 1 실시예에 따른 액정표시장치(도 2의 100)는 종래의 FFS 모드 액정표시장치(도 1의 10)에 비하여 응답속도가 향상된 것을 볼 수 있다.
다만, 액정분자(LCM)의 회전 방향이 다를 경우 그 경계에서 디스클리네이션(disclination)이 발생되므로, 제 1 실시예에 따른 액정표시장치(100)의 전극 구조에서는 전압인가시 액정분자가 서로 다른 방향으로 회전하게 되고, 이에 따라, 다수의 디스클리네이션 라인이 발생되어 충분한 투과도를 얻을 수 없게 된다.
< 제 2 실시예>
본 발명의 제 2 실시예는 고속 응답속도를 구현함과 동시에 투과도를 향상시킬 수 있는 액정표시장치에 대한 것으로, 이하 도면을 참조하여 본 발명의 제 2 실시예를 설명한다
도 4는 본 발명의 제 2 실시예가 적용되는 액정표시장치의 구성을 개략적으로 도시한 도면이고, 도 5는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 어레이 기판의 일부를 도시한 평면도이다.
도 4에 도시한 바와 같이, 제 1 기판(210)상에 각 화소영역(P)내 박막트랜지스터(Tr)가 형성되는 소자영역(TrA)에는 반도체층(215)과, 반도체층(215) 위로 제 1 기판(210) 전면에 게이트 절연막(218)이 형성되어 있으며, 게이트 절연막(218) 위로 반도체층(215) 중앙부에 대응하여 게이트 전극(212)이 형성될 수 있다.
또한, 게이트 전극(212) 위로 제 1 기판(210) 전면에 게이트 전극(212) 외부로 노출된 반도체층(215)의 고농도 도핑 된 소스 및 드레인 영역(215b, 215c)을 각각 노출시키는 반도체층 콘택홀(225)을 구비한 층간절연막(223)이 형성될 수 있다.
전술한 바에서는, 코플라나(co-planar) 구조의 박막트랜지스터(Tr)를 예를 들어 설명하였으나, 이에 한정되지는 않는다. 예를 들면, 보텀 게이트(bottom gate) 구조의 박막트랜지스터가 사용될 수 있다.
또한, 층간절연막(223) 위로 반도체층 콘택홀(225)을 통해 소스 영역(215b) 및 드레인 영역(215c)과 각각 접촉하며 서로 이격하는 소스 및 드레인 전극(255, 258)이 형성될 수 있다.
그리고, 소스 및 드레인 전극(255, 258) 위로 드레인 전극(258)을 노출시키는 드레인 콘택홀(253)을 갖는 제 1 보호층(250)이 형성될 수 있다.
여기서, 본 발명의 제 2 실시예에 따른 액정표시장치(200)는 제 1 보호층(250) 상부에 투명 도전성 물질 예를 들면 인듐-틴-옥사이드(ITO) 또는 인듐-징크-옥사이드(IZO)로 이루어진 판 형태의 제 1 전극(260)이 배치된다.
그리고, 제 1 전극(260)은 제 1 보호층(250)에 형성된 드레인 콘택홀(253)을 통해 드레인 전극(258)과 접촉하게 된다.
즉, 제 1 전극(260)은 각 화소영역(P)마다 형성되고, 각각의 제 1 전극(260)은 드레인 콘택홀(253)을 통해 각각의 박막트랜지스터(Tr)에 연결될 수 있다.
그리고, 제 1 전극(260) 상부에는 무기절연물질 예를 들면, 산화실리콘(SiO2) 또는 질화실리콘(SiNx)로 이루어지거나, 또는 유기절연물질 예를들면 벤조사이클로부텐(BCB) 또는 포토아크릴(photo acryl)로 이루어진 제 2 보호층(280)이 표시영역 전면에 형성될 수 있다.
또한, 제 2 보호층(280) 상부에는 투명 도전성 물질 예를들면 인듐-틴-옥사이드(ITO) 또는 인듐-징크-옥사이드(IZO)로 이루어진 제 2 전극(270)이 표시영역 전체에 형성되어 있다.
여기서, 제 2 전극(270)은 각 화소영역(P)에 형성된 제 1 전극(260)에 대응하는 개구부를 포함할 수 있다. 제 2 전극(270)에 형성된 개구부에 대해서는 차후 좀 더 자세히 살펴보도록 한다.
한편, 제 2 전극(270) 상부에는 제 1 배향막(291)이 형성될 수 있다.
이와 같이, 제 1 전극(260)과 제 2 공통전극(270) 사이에 제 2 보호층(280)이 형성됨으로써, 전압이 인가되면 프린지 필드(fringe field)를 형성하는 구조를 가질 수 있게 된다.
한편, 제 1 기판(210)에 대향하는 제 2 기판(220) 하부에는 빛의 누설을 방지하는 블랙 매트릭스(미도시)를 형성할 수 있고, 상기 블랙 매트릭스 사이에 적색(Red), 녹색(Green) 및 청색(Blue)의 컬러필터 패턴으로 이루어진 컬러필터층(미도시)을 형성할 수 있다.
그리고, 컬러필터층 하부에는 표면을 평탄화하고 컬러필터층을 보호하는 오버코트층(미도시)을 형성할 수 있고. 상기 오버코트층 하부에 제 2 배향막(292)을 형성할 수 있다.
이와 같은 제 1 기판(210)과 제 2 기판(220)은 액정분자(LCM)로 이루어진 액정층(298)을 사이에 두고 합착되어 프린지 필드 스위칭 모드 액정표시장치(200)를 완성하게 된다.
여기서, 본 발명의 실시예가 적용되는 액정표시장치(200)는 드레인 콘택홀(253)을 통해 드레인 전극(258)과 제 1 전극이(260)이 접촉하고 있으나, 다른 실시예에서는 드레인 콘택홀(253)을 통해 드레인 전극(258)과 제 2 전극(270)이 접촉할 수도 있으며, 제 1 전극(260)이 표시영역 전면에 형성되고, 제 2 전극(270)이 각 화소영역별(P)로 형성될 수도 있다.
또한, 제 1 전극(260) 및 제 2 전극(270)중 하나는 화소전극이고, 나머지 하나는 공통전극일 수 있다.
전술한 프린지 필드 스위칭 모드 액정표시장치(200)의 구성은 일 예시이며, 이에 한정되는 것은 아니다.
이하, 제 1 전극(260)은 화소전극이고, 제 2 전극(270)은 공통전극인 경우를 일 예시로 설명한다.
도 5에 도시된 바와 같이, 서로 교차하여 화소 영역(P)을 정의하는 게이트 배선(GL) 및 데이터 배선(DL)과, 게이트 배선(GL) 및 데이터 배선(DL)의 교차지점에서 전압의 온/오프를 스위칭하는 박막 트랜지스터(Tr)와, 화소 영역(P) 각각에 형성된 판 형상의 화소전극(260) 및 개구부(270a)를 갖는 공통전극(도 4의 270)이 나타나있다.
여기서, 공통전극(도 4의 270)은 표시영역 전면에 형성되며, 공통전극(도 4의 270)이 갖는 개구부(270a)는 실선으로 나타내었으며, 화소영역(P) 각각에 형성된 화소전극(260)은 점선으로 나타내었다.
그리고, 화소전극(260)은 드레인 콘택홀(도 4의 253)에 의하여 박막트렌지스터(Tr)와 연결된다.
도면에 있어서, 박막트랜지스터(Tr)는 ‘U’자 모양의 채널을 가지는 것을 일례로 보이고 있지만, 박막트랜지스터(Tr)의 채널 형태는 소스 및 드레인 전극(도 4의 255, 258)의 구조에 따라 다양하게 변형될 수 있다.
또한, 박막트랜지스터(Tr)의 게이트 전극(도 4의 212)은 게이트 배선(GL) 자체의 일부로 이루어지고 있음을 보이고 있지만, 게이트 전극(도 4의 212)은 게이트 배선(GL)에서 화소영역(P) 내부로 분기하여 형성될 수도 있다.
여기서, 본 발명의 제 2 실시예에 따른 액정표시장치(도4의 200)의 공통전극(도 4의 270)이 갖는 개구부(270a)는 화소영역(P) 각각에 형성된 화소전극(260)에 대응하여 형성된다.
즉, 공통전극(도 4의 270)은 하나의 화소영역(P)마다 1 개의 개구부(270a)가 형성될 수 있으며, 개구부(270a)는 사다리꼴 형상일 수 있다.
도 6a는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 어레이 기판의 하나의 화소영역에 대한 평면도이며, 도 6b는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 액정표시장치의 액정분자의 초기 배열상태를 개략적으로 도시한 도면이고, 도 6c는 본 발명의 제 2 실시예의 액정분자의 동작 모습을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 6a에 도시된 바와 같이, 화소전극(260) 상부에 공통전극(270)이 배치되어 있으며, 공통전극(270)은 사다리꼴 형상의 개구부(270a)를 갖는다. 여기서, 하나의 화소영역(P)에 대응한 공통전극(270)을 일점쇄선으로 나타내었으며, 공통전극(270)이 갖는 개구부(270a)는 실선으로 나타내었고, 화소전극(260)은 점선으로 나타내었다.
여기서, 사다리꼴 형상의 개구부(270a)는 게이트 배선(도 5의 GL)과 평행한 단변(SS) 및 장변(LS)을 포함할 수 있다.
또한, 단변(SS)과 장변(LS)을 연결하는 제 1,2 측변(L1, L2)을 포함할 수 있다.
그리고 사다리꼴 형상의 개구부(270a)는 좌우가 대칭을 이룰 수 있다.
여기서, 개구부(270a)의 단변(SS)의 길이는 하나의 화소영역(P)에 형성된 화소전극(260)의 폭(260s)의 0.15배 내지 0.3배일 수 있다.
여기서, 화소전극(260)의 폭(260s)은 화소전극(260)의 게이트 배선(도 5의 GL)과 나란한 단축의 폭을 의미한다.
또한, 개구부(270a)의 장변(LS)의 길이는 화소전극(260)의 폭(260s)의 0.7배 내지 0.8배일 수 있다.
그리고, 사다리꼴 형상의 개구부(270a)의 단변(SS)과 제 1 측변(L1) 또는 제 2 측변(L2)은 동일한 제 1, 2 둔각(θ1, θ2)을 가질 수 있으며, 제 1, 2 둔각(θ1, θ2)은 91° 내지 130°일 수 있다.
여기서, 화소전극(260)의 폭(260s)은 5um 내지 6um일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
그리고, 게이트 배선(도 5의 GL)의 연장방향을 따라 이웃하는 화소전극(260)간의 이격거리(도 5의 T)는 2um 내지 4um일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
이와 같은 화소전극(260)과 화소전극(260) 상부에 배치되는 공통전극(270)의 개구부(270a)를 통하여 액정분자(도 4의 LCM)의 미세한 회전으로도 원하는 계조를 표현할 수 있게 된다. 즉, 액정의 상승 시간(Rising Time)을 감소시킬 수 있게 된다.
도 6b에 도시된 바와 같이, 제 2 실시예에 따른 액정표시장치의 액정분자의 초기 배열상태가 나타나있다.
여기서, 공통전극(270)의 개구부(270a) 영역인 제 1 영역(A1)에 상부에 배치된 제 1 액정분자(LCM1)와 공통전극(270)의 개구부(270a)의 제 1,2 측변(L1, L2) 영역인 제 2, 3 영역(A2, A3) 상부에 배치된 제 2, 3 액정분자(LCM2, LCM3)가 나타나있다.
즉, 제 1 액정분자(LCM1)는 공통전극(270)과 화소전극(260)이 중첩되지 않는 영역에 배치되어 있는 액정분자이다.
여기서, 제 1 내지 3 액정분자(LCM1, LCM2, LCM3)는 유전율 이방성(Dielectric Anisotropy, Δε) 이 양(+)인 포지티브(Positive) 액정분자일 수 있고, 이 경우 배향방향은 제 2 축(Y)과 평행한 방향일 수 있다.
또한, 제 1 내지 3 액정분자(LCM1, LCM2, LCM3)는 유전율 이방성(Dielectric Anisotropy, Δε) 이 음(-)인 네거티브(Negative) 액정분자일 수 있고, 이 경우 배향방향은 제 2 축(Y)에 수직한 제 1 축(X)과 평행한 방향일 수 있다.
이하, 제 1 내지 3 액정분자(LCM1, LCM2, LCM3)가 유전율 이방성(Dielectric Anisotropy, Δε) 이 음(-)인 네거티브(Negative) 액정분자인 경우를 일 예로 설명한다.
여기서, 제 1 기판(도 4의 210)의 제 1 배향막(도 4의 291)과 제 2 기판(도 4의 220)의 제 2 배향막(도 4의 292)은 동일한 배향방향을 가질 수 있다.
여기서, 제 1 내지 3 액정분자(LCM1, LCM2, LCM3)의 초기 배열방향은 제 1 축(X)과 동일한 방향이다.
도 6c에 도시된 바와 같이, 화소전극(도 4의 260)과 공통전극(도 4의 270)에 전압이 인가된 경우의 액정분자(LCM1, LCM2, LCM3)의 동작모습이 나타나있다.
여기서, 도 6b를 함께 참조하면, 화소전극(도 4의 260)과 공통전극(도 4의 270)에 전압 인가시, 화소전극(도 4의 260)과 공통전극(도 4의 270) 사이에 형성되는 전기장(Electric Field)에 따라 액정분자(LCM1, LCM2, LCM3)의 배열방향이 변화하게 된다.
유전율 이방성(Dielectric Anisotropy, Δε)이 음(-)인 네거티브(Negative) 액정분자(1LCM, 2LCM, 3LCM)는 전기장(Electric Field)이 인가되는 방향과 수직한 방향으로 액정분자(1LCM, 2LCM, 3LCM)의 장축이 평행하게 배열된다.
이때, 공통전극(270)의 개구부(270a) 영역인 제 1 영역(A1)에 상부에 배치된 제 1 액정분자(LCM1)는 서로 다른 방향의 전기장(Electric Field)이 평형을 이루어 회전하지 않게 된다.
즉, 제 2 영역(A2)과 제 3 영역(A3) 상부에 배치된 제 2, 3 액정분자(LCM2, LCM3)는 전기장(Electric Field)이 인가되는 방향과 수직하게 장축이 회전되나, 제 1 영역(A1)에 배치된 제 1 액정분자(LCM1)는 회전하지 않게 된다.
즉, 고정영역인 제 1 영역(A1)을 중심으로 상호 대칭을 이루는 회전영역인 제 2, 3 영역(A2, A3)이 위치하게 된다.
따라서, 전압인가시 제 1 영역(A1) 상부의 제 1 액정분자(LCM1)를 중심으로 상호 대칭을 이루는 제 2, 3 영역(A2, A3) 상부의 제 2, 3 액정분자(LCM2, LCM2)만 회전하게 되므로, 인가된 전압을 제거하는 경우 제 2, 3 영역(A2, A3) 상부의 제 2, 3 액정분자(LCM2, LCM2)가 제 1 영역(A1) 상부의 제 1 액정분자(LCM1)에 의하여 초기 배열상태로 돌아가려는 복원력이 향상되어 하강 시간(Falling Time)을 단축할 수 있게 된다.
더욱이, 본 발명의 제 2 실시예의 제 2, 3 영역(A2, A3) 상부의 제 2, 3 액정분자(LCM2, LCM2)는 동일한 회전 방향을 가지므로, 제 1 실시예와 비교하여 액정분자(LCM)의 회전 방향이 다를 경우 그 경계에서 발생되는 디스클리네이션 라인을 감소시킬 수 있게 되어 투과도를 효과적으로 향상시킬 수 있게 된다.
도 7a 및 도 7b는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 액정표시장치의 변형예를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 7a에 도시된 바와 같이, 화소전극(360) 상부에 공통전극(370)이 배치되어 있으며, 공통전극(370)은 하나의 화소영역(도 5의 P)에 형성된 화소전극(360)에 대응한 개구부(370a)를 갖는다.
여기서, 개구부(370a)는 게이트 배선(도 5의 GL)과 평행한 단변(SS) 및 장변(LS)을 포함할 수 있다.
또한, 단변(SS)과 장변(LS)을 연결하는 제 1, 2 측변(L1, L2)을 포함할 수 있다.
여기서, 제 1, 2 측변(L1, L2) 각각은 서로 다른 둔각(θ1, θ2)을 가지는 두개의 변으로 이루질 수 있다.
또한, 도 7b에 도시된 바와 같이, 화소전극(460) 상부에 공통전극(470)이 배치되어 있으며, 공통전극(470)은 하나의 화소영역(도 5의 P)에 형성된 화소전극(460)에 대응한 육각형 형상의 개구부(470a)를 가질 수도 있다.
이와 같은 변형예는 일 예시이며, 공통전극(470)의 개구부(470a)는 좌우가 대칭을 이루는 다각형 형상 등 다양한 형태를 가질 수 있다.
도 8a는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 액정표시장치와 종래 액정표시장치의 투과도의 변화를 비교한 그래프이며, 도 8b는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 액정표시장치와 종래 액정표시장치의 응답속도를 비교한 표이다.
도 8a 및 도 8b에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제 2 실시예에 따른 액정표시장치(도4의 200)는 비교예인 종래 액정표시장치(도 1의 10)와 비교하여 투과도의 변화가 빠른 것을 볼 수 있다.
여기서, 노멀리 블랙 모드(Nomally Black)에서 액정표시장치의 응답속도는, 액정 셀에 전위차를 가하였을 때 액정분자의 배향이 변화하여 10%의 투과도에서 90%의 투과도로 변화할 때까지 걸리는 시간인 상승시간(rising time, Ton)과, 반대로 전위차를 제거하였을 때 반대로 액정의 배향이 변화하여 90%의 투과도에서 10%의 투과도로 변화할 때까지 걸리는 시간인 하강시간(falling time, Toff)으로 결정된다.
도 8a를 참조하면, 그래프의 Y축인 투과도가 0.1에서 0.9까지 변화하는 시간이 상승시간(rising time, Ton)이 되고, 투과도가 0.9에서 0,1까지 변화하는 시간이 하강시간(falling time, Toff)이 된다.
여기서, 본 발명의 제 2 실시예에 따른 액정표시장치(도4의 200)는 종래 액정표시장치(도 1의 10)와 비교하여 전압인가시 투과도가 급격히 상승하고, 인가한 전압을 제거한 경우 투과도가 급격히 하락하는 것을 볼 수 있다.
보다 구체적으로 도 8b를 참조하면, 본 발명의 제 2 실시예에 따른 액정표시장치도(4의 200)의 상승속도는 종래 액정표시장치(도 1의 10)의 상승속도(ref: 100 %기준) 대비 65%로 종래 액정표시장치(도 1의 10)에 대비하여 35% 개선된 것을 볼 수 있으며, 하강속도는 종래 액정표시장치(도 1의 10)의 하강속도(ref: 100% 기준) 대비 46.5%로 종래 액정표시장치(도 1의 10)에 대비하여 53.5% 개선된 것을 볼 수 있다
즉, 본 발명의 제 2 실시예인 액정표시장치(도4의 200)는 종래 액정표시장치(도 1의 10)와 비교하여 상승시간(Ton) 및 하강시간(Toff)이 현저히 향상된 것을 볼 수 있다.
전술한 바와 같이, 본 발명의 제 2 실시예에 따른 액정표시장치는 화소전극과 화소전극 상부에 배치되는 공통전극의 개구부를 통하여 액정분자의 미세한 회전으로도 원하는 계조를 표현할 수 있게 된다. 즉, 액정의 상승 시간(Rising Time)을 감소시킬 수 있게 된다.
또한, 전압인가시 제 1 영역 상부의 제 1 액정분자를 중심으로 상호 대칭을 이루는 제 2, 3 영역 상부의 제 2, 3 액정분자만 회전하게 되므로, 인가된 전압을 제거하는 경우 제 2, 3 영역 상부의 제 2, 3 액정분자가 제 1 영역상부의 제 1 액정분자에 의하여 초기 배열상태로 돌아가려는 복원력이 향상되어 하강 시간(Falling Time)을 단축할 수 있게 된다.
더욱이, 제 1 실시예와 비교하여 디스클리네이션 라인을 감소시킬 수 있게 되어 투과도를 효과적으로 향상시킬 수 있게 된다,
이와 같이, 본 발명에 따른 액정표시장치는 종래의 FFS 모드 액정표시장치(도 1 의 10)에 비하여 응답속도를 효과적으로 향상시킴과 동시에 투과도를 개선하여, 고속 응답이 가능한 디스플레이를 구현할 수 있게 된다. 예를 들어, VR과 같은 기기에서 잔상을 효과적으로 개선함과 동시에 화상의 품위를 향상시킬 수 있게 된다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
260: 화소전극 260s: 화소전극의 폭
270: 공통전극 270a: 개구부
SS: 단변 LS: 장변
L1: 제 1 측변 L2: 제 2 측변
θ1: 제 1 둔각 θ2: 제 2 둔각

Claims (11)

  1. 제 1 기판과;
    상기 제 1 기판 상에 서로 교차하여 다수의 화소영역을 정의하는 다수의 게이트 배선 및 데이터 배선과;
    상기 게이트 배선 및 데이터 배선과 전기적으로 연결된 박막트랜지스터와;
    상기 박막트랜지스터의 드레인 전극과 접촉하며, 상기 화소영역 각각에 배치된 판 형태의 제 1 전극과;
    상기 제 1 전극 상에 배치된 보호층과;
    상기 보호층 상에 배치된 제 2 전극
    을 포함하며,
    상기 제 2 전극은 상기 제 1 전극 각각에 대응한 단일의 개구부를 갖는 액정표시장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 단일의 개구부는 사다리꼴 형상인 액정표시장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 사다리꼴 형상은 단변과, 상기 단변과 평행한 장변과, 상기 단변과 장변을 연결하는 제 1,2 측변으로 이루어지고,
    상기 단변의 길이는 상기 제 1 전극의 폭의 0.15배 내지 0.3배인 액정표시장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 장변의 길이는 상기 제 1 전극의 폭의 0.7배 내지 0.8배인 액정표시장치.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 사다리꼴 형상의 둔각은 91° 내지 130°인 액정표시장치.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 2 전극 상부에 배치되며, 다수의 액정분자를 포함하는 액정층을 더 포함하는 액정표시장치.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 액정층 상부에 제 2 기판을 더 포함하는 액정표시장치.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 제 2 전극과 상기 액정층 사이에 제 1 배향막이 배치되고,
    상기 제 2 기판과 상기 액정층 사이에 제 2 배향막이 배치되는 액정표시장치.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 액정분자는 유전율 이방성이 양(+)인 포지티브 액정분자이고, 상기 제 1 배향막 및 상기 제 2 배향막의 배향방향은 상기 데이트 배선에 평행한 방향인 액정 표시장치.
  10. 제 8 항에 있어서,
    상기 액정분자는 유전율 이방성이 음(-)인 네거티브 액정분자이고, 상기 제 1 배향막 및 상기 제 2 배향막의 배향방향은 상기 게이터 배선에 평행한 방향인 액정 표시장치.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 단일의 개구부는 좌우 대칭을 이루는 다각형 형상인 액정표시장치.
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