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KR20070031580A - 액정 표시 장치 - Google Patents

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Publication number
KR20070031580A
KR20070031580A KR1020050086168A KR20050086168A KR20070031580A KR 20070031580 A KR20070031580 A KR 20070031580A KR 1020050086168 A KR1020050086168 A KR 1020050086168A KR 20050086168 A KR20050086168 A KR 20050086168A KR 20070031580 A KR20070031580 A KR 20070031580A
Authority
KR
South Korea
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electrode
liquid crystal
subpixel
subpixel electrode
gate line
Prior art date
Application number
KR1020050086168A
Other languages
English (en)
Inventor
엄윤성
유재진
김현욱
도희욱
Original Assignee
삼성전자주식회사
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 삼성전자주식회사 filed Critical 삼성전자주식회사
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Priority to US11/522,457 priority patent/US20070058123A1/en
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Abstract

본 발명은 액정 표시 장치에 관한 것이다. 본 발명에 따른 액정 표시 장치는 투명 기판, 상기 투명 기판에 형성된 투명 도전체, 상기 투명 도전체 상에 형성되어 있는 게이트선, 상기 게이트선과 교차하는 데이터선, 상기 게이트선 및 상기 데이터선으로 정의되는 화소 영역에 형성되어 있으며, 제1 부화소 전극, 제2 부화소 전극 및 제3 부화소 전극을 포함하는 화소 전극, 그리고 상기 게이트선, 상기 데이터선 및 상기 화소 전극과 전기적으로 연결된 스위칭 소자를 포함하며, 상기 제1 부화소 전극 및 제2 부화소 전극은 전기적으로 연결되어 있고, 상기 제3 부화소 전극은 상기 제1 및 제2 부화소 전극과 분리되어 있다.
부화소 전극, 용량성 결합, 시인성, 투과율, 응답 속도

Description

액정 표시 장치{LIQUID CRYSTAL DISPLAY}
도 1은 본 발명의 한 실시예에 따른 액정 표시 장치의 배치도.
도 2 및 도 3은 각각 도 1에 도시한 액정 표시 장치를 Ⅱ-Ⅱ 선 및 Ⅲ-Ⅲ 선을 따라 잘라 도시한 단면도의 한 예.
도 4는 도 1에 도시한 액정 표시 장치를 Ⅱ-Ⅱ 선을 따라 잘라 도시한 단면도의 다른 예.
도 5a는 도 1 내지 도 3에 도시한 액정 표시 장치의 한 화소에 대한 등가 회로도.
도 5b는 도 1 내지 도 4에 도시한 액정 표시 장치에서 등전위선과 액정 분자의 배열을 나타낸 도면.
도 6a 내지 도 6e는 도 4에 도시한 액정 표시 장치를 본 발명의 한 실시예에 따라 제조하는 방법의 중간 단계에서의 단면도.
도 7은 도 1의 액정 표시 장치를 Ⅱ-Ⅱ 선을 따라 잘라 도시한 단면도의 다른 예.
도 8은 내지 도 10은 본 발명의 다른 실시예에 따른 액정 표시 장치의 배치도.
도 11a 및 도 11b는 도 9 및 도 10에 도시한 액정 표시 장치에서 각 부화소 전극의 기본이 되는 전극부의 도면.
<도면 부호의 설명>
11, 21: 배향막 12, 22: 편광판
71, 71a, 71b: 절개부 81, 82: 접촉 보조 부재
100: 트랜지스터 표시판 110, 210: 기판
121: 게이트선 124: 게이트 전극
131: 유지 전극선 137: 유지 전극
140: 게이트 절연막 154: 반도체
163, 165: 저항성 접촉 부재 171: 데이터선
173: 소스 전극 175: 드레인 전극
180: 보호막 181, 182, 185: 접촉 구멍
191: 화소 전극 193: 제1 상부 부화소 전극
194: 하부 부화소 전극 195: 제2 상부 부화소 전극
193a-f, 194a-f, 195a-f: 전극편 196, 197: 전극부
200: 공통 전극 표시판 220: 차광 부재
230: 색필터 250: 덮개막
270: 공통 전극
본 발명은 액정 표시 장치에 관한 것이다.
액정 표시 장치는 일반적으로 공통 전극과 색필터 등이 형성되어 있는 상부 표시판과 박막 트랜지스터와 화소 전극이 형성되어 있는 하부 표시판 및 두 표시판 사이에 들어 있는 액정층을 포함한다. 화소 전극과 공통 전극에 전위차를 주면 액정층에 전기장이 생성되고 이 전기장에 의하여 방향이 결정된다. 액정 분자들의 배열 방향에 따라 입사광의 투과율이 결정되므로 두 전극 사이의 전위차를 조절함으로써 원하는 영상을 표시할 수 있다.
액정 표시 장치는 또한 각 화소 전극과 연결되어 있는 스위칭 소자와 스위칭 소자를 제어하여 화소 전극에 전압을 인가하기 위한 게이트선과 데이터선 등 다수의 신호선을 포함한다.
이러한 액정 표시 장치 중에서도, 전기장이 인가되지 않은 상태에서 액정 분자의 장축을 상하 표시판에 대하여 수직을 이루도록 배열한 수직 배향 방식(vertically aligned mode)의 액정 표시 장치는 대비비가 크고 기준 시야각이 넓어서 각광받고 있다. 여기에서 기준 시야각이란 대비비가 1:10인 시야각 또는 계조간 휘도 반전 한계 각도를 의미한다.
수직 배향 방식 액정 표시 장치에서 넓은 기준 시야각을 구현하기 위한 수단으로는 전기장 생성 전극에 절개부를 형성하는 방법과 전기장 생성 전극 위에 돌기를 형성하는 방법 등이 있다. 절개부 또는 돌기는 액정 분자가 기울어지는 방향(tilt direction)을 결정해 주므로 이들을 다양하게 배치하여 액정 분자의 경사 방향을 여러 방향으로 분산시킴으로써 기준 시야각을 넓힐 수 있다.
돌기나 절개부가 있는 부분은 빛이 투과하기 어려우므로 이들이 많을수록 투과율이 떨어진다. 그러나 투과율을 높이기 위하여 돌기나 절개부 사이의 간격을 넓히면 돌기나 절개부로 인한 효과가 상대적으로 줄고 데이터선에 의한 전기장의 교란이 커져 응답 시간이 길어질 수 있다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 투과율을 확보하면서 액정의 응답 속도를 향상하는 것이다.
본 발명의 실시예에 따른 액정 표시 장치는 투명 기판, 상기 투명 기판에 형성된 투명 도전체, 상기 투명 도전체 상에 형성되어 있는 게이트선, 상기 게이트선과 교차하는 데이터선, 상기 게이트선 및 상기 데이터선으로 정의되는 화소 영역에 형성되어 있으며, 제1 부화소 전극, 제2 부화소 전극 및 제3 부화소 전극을 포함하는 화소 전극, 그리고 상기 게이트선, 상기 데이터선 및 상기 화소 전극과 전기적으로 연결된 스위칭 소자를 포함하며, 상기 제1 부화소 전극 및 제2 부화소 전극은 전기적으로 연결되어 있고, 상기 제3 부화소 전극은 상기 제1 및 제2 부화소 전극과 분리되어 있다.
상기 제2 부화소 전극은 상기 투명 전극과 같은 물질을 포함할 수 있다.
상기 제2 부화소 전극은 상기 제1 및 제3 부화소 전극과 다른 층에 위치할 수 있다.
상기 제2 부화소 전극은 상기 투명 도전체와 같은 층에 위치할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 액정 표시 장치는 전기적으로 서로 연결되어 있는 제1 및 제2 부화소 전극, 상기 제1 및 제2 부화소 전극과 분리되어 있는 제3 부화소 전극, 그리고 상기 제2 부화소 전극을 덮고 상기 제1 부화소 전극은 덮지 않는 제1 절연막을 포함하는 제1 표시판, 상기 제1 표시판과 마주하며 공통 전극을 포함하는 제2 표시판, 그리고 상기 제1 표시판과 상기 제2 표시판 사이에 들어 있는 액정층을 포함한다.
상기 제1 절연막은 상기 제1 및 제3 부화소 전극의 아래에 위치할 수 있다.
상기 제2 부화소 전극과 상기 제3부화소 전극은 중첩할 수 있다.
상기 제1 부화소 전극 또는 제2부화소 전극과 연결되어 있는 박막 트랜지스터, 상기 박막 트랜지스터와 연결되어 있는 게이트선, 상기 박막 트랜지스터와 연결되어 있는 데이터선, 그리고 상기 게이트선과 상기 데이터선의 사이에 형성되어 있는 제2 절연막을 더 포함하며, 상기 제1 절연막은 상기 박막 트랜지스터, 상기 게이트선 및 상기 데이터선 위에 위치할 수 있다.
상기 제2부화소 전극은 상기 제2 절연막 위에 위치할 수 있다.
상기 제2 부화소 전극은 상기 제2 절연막 아래에 위치할 수 있다.
상기 제1 또는 제2 절연막의 두께는 200nm 내지 1000nm일 수 있다.
상기 제1 또는 제2 절연막의 유전율은 2 내지 8배일 수 있다.
상기 제2 부화소 전극 또는 제3 부화소 전극의 면적은 상기 제1 부화소 전극의 면적의 0.2 내지 2 배일 수 있다.
상기 제2 부화소 전극은 상기 게이트선 또는 상기 데이터선과 같은 재질로 이루어질 수 있다.
상기 제2 부화소 전극은 상기 제1 및 제3 부화소 전극과 같은 재질로 이루어질 수 있다.
상기 제1 및 제2 표시판 중 적어도 하나에 구비되어 있는 편광자를 더 포함할 수 있다.
상기 제1 및 제3 부화소 전극 각각은 상기 편광자의 편광축에 대하여 빗각을 이루는 적어도 하나의 경계를 포함할 수 있다.
상기 빗각은 45°일 수 있다.
상기 제1 내지 제3 부화소 전극의 바깥 경계는 직사각형일 수 있다.
상기 제1 내지 제3 부화소 전극의 바깥 경계는 중 한 쌍은 서로 나란하게 꺾여 있을 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따른 액정 표시 장치는 게이트선, 상기 게이트선과 교차하는 데이터선, 상기 게이트선 및 상기 데이터선과 연결되어 있는 스위칭 소자, 상기 스위칭 소자와 연결되어 있는 제1 액정 축전기, 상기 스위칭 소자와 연결되어 있는 제1 결합 축전기, 상기 제1 결합 축전기와 연결되어 있는 제2 액정 축전기, 상기 스위칭 소자와 연결되어 있는 제2 결합 축전기, 그리고 상기 제2 결합 축전기와 연결되어 있는 제3 액정 축전기를 포함한다.
상기 제1 액정 축전기의 두 단자 사이의 거리는 제2 액정 축전기의 두 단자 사이의 거리와 다를 수 있다.
상기 제2 또는 제3 액정 축전기의 전압은 상기 제1 액정 축전기의 전압의 0.55 내지 0.85배일 수 있다.
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 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.
먼저 도 1 내지 도 3을 참고하여, 본 발명의 한 실시예에 따른 액정 표시 장치에 관하여 설명한다.
도 1은 본 발명의 한 실시예에 따른 액정 표시 장치의 배치도이고, 도 2는 도 1에 도시한 액정 표시 장치를 II-II 선을 따라 잘라 도시한 단면도의 한 예이고, 도 3은 도 1에 도시한 액정 표시 장치를 III-III 선을 따라 잘라 도시한 단면도의 한 예이며, 도 4는 도 1에 도시한 액정 표시 장치를 II-II 선을 따라 잘라 도시한 단면도의 다른 예이다.
도 1 내지 도 4를 참고하면, 본 발명의 한 실시예에 따른 액정 표시 장치는 박막 트랜지스터 표시판(100), 공통 전극 표시판(200) 및 이들 두 표시판(100, 200) 사이에 들어 있는 액정층(3)을 포함한다.
먼저 박막 트랜지스터 표시판(100)에 대하여 상세하게 설명한다.
투명한 유리 또는 플라스틱 따위로 만들어진 절연 기판(110) 위에 복수의 게이트선(gate line)(121), 복수의 유지 전극선(storage electrode line)(131) 및 하부 부화소 전극(sub-pixel electrode)(194)이 형성되어 있다.
게이트선(121)은 게이트 신호를 전달하며 주로 가로 방향으로 뻗어 있다. 각 게이트선(121)은 위 아래로 돌출한 복수의 게이트 전극(gate electrode)(124)과 다른 층 또는 게이트 구동부와의 접속을 위하여 면적이 넓은 끝 부분(129)을 포함한다. 게이트 신호를 생성하는 게이트 구동 회로(도시하지 않음)는 기판(110) 위에 부착되는 가요성 인쇄 회로막(flexible printed circuit film)(도시하지 않음) 위에 장착되거나, 기판(110) 위에 직접 장착되거나, 기판(110)에 집적될 수 있다. 게이트 구동 회로가 기판(110) 위에 집적되어 있는 경우 게이트선(121)이 연장되어 이와 직접 연결될 수 있다.
유지 전극선(131)은 소정의 전압을 인가 받으며 게이트선(121)과 거의 나란하게 뻗는다. 각 유지 전극선(131)은 인접한 두 게이트선(121) 사이에 위치하며 두 게이트선(121)과 거의 동일한 거리를 두고 있다. 유지 전극선(131)은 아래 위로 확장된 유지 전극(storage electrode)(137)을 포함한다. 그러나 유지 전극선(131)의 모양 및 배치는 여러 가지로 변형될 수 있다.
하부 부화소 전극(194)은 띠 모양인 4개의 하부 전극편(194a, 194b, 194c, 194d)으로 이루어지며, 각각의 하부 전극편(194a-d)은 게이트선(121)에 대하여 빗 각으로, 예를 들면 약 45°의 방향으로 뻗어 있다.
게이트선(121) 및 유지 전극선(131)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 구리 계열 금속, 몰리브덴(Mo)이나 몰리브덴 합금 등 몰리브덴 계열 금속, 크롬(Cr), 탄탈륨(Ta) 및 티타늄(Ti) 따위 중에서 적어도 하나로 만들어질 수 있다. 도 2 및 도 3에 도시한 예에서 게이트선(121) 및 유지 전극선(131)은 앞에 나열한 물질 중 하나로 만들어진 단일막 구조를 가진다.
그러나 게이트선(121) 및 유지 전극선(131)은 물리적 성질이 다른 두 개의 도전막(도시하지 않음)을 포함하는 다중막 구조를 가질 수도 있다. 이 중 한 도전막은 신호 지연이나 전압 강하를 줄일 수 있도록 비저항(resistivity)이 낮은 금속, 예를 들면 알루미늄 계열 금속, 은 계열 금속, 구리 계열 금속 등으로 만들어진다. 이와는 달리, 다른 도전막은 다른 물질, 특히 ITO(indium tin oxide) 및 IZO(indium zinc oxide)와의 물리적, 화학적, 전기적 접촉 특성이 우수한 물질, 이를테면 몰리브덴 계열 금속, 크롬, 탄탈륨, 티타늄 등으로 만들어진다.
도 4에 도시한 예에서 게이트선(121) 및 유지 전극선(131)은 네 개의 도전막을 포함한다. 가장 아래의 제1 도전막은 ITO 또는 IZO 등의 투명한 물질로 만들어지고, 그 위의 제2 도전막은 제1 도전막과의 접촉 특성이 우수한 몰리브덴 계열 금속 등으로 만들어진다. 제2 도전막 위의 제3 도전막은 저저항 물질로 만들어지며, 그 위의 제4 도전막은 제2 도전막과 동일한 물질로 만들어질 수 있다.
도 4에서 하부 부화소 전극(194)은 게이트선(121)의 제1 도전막(124p)와 동 일한 물질, 즉 ITO 또는 IZO 등의 투명 물질로 만들어지며, 제1 도전막(124p)과 동일한 층에 동시에 형성된다. 도 4에서, 게이트 전극(124) 및 유지 전극(137)에 대하여 제1 도전막은 영문자 p를, 제2 도전막은 영문자 q를, 제3 도전막은 영문자 r을, 제4 도전막은 영문자 s를 도면 부호에 덧붙여 표기하였다.
그러나 게이트선(121) 및 유지 전극선(131)은 이외에도 여러 가지 다양한 금속 또는 도전체로 만들어질 수 있다.
하부 부화소 전극(194a-d)은 게이트선(121) 및 유지 전극선(131)과 같은 재질로 만들어질 수도 있고, ITO 또는 IZO 등의 투명한 도전 물질로 만들어질 수도 있다. 도 4에 도시한 예의 경우 하부 부화소 전극(194b)은 ITO 또는 IZO 등의 투명 물질로 이루어질 수 있다.
게이트선(121) 및 유지 전극선(131)의 측면은 기판(110) 면에 대하여 경사져 있으며 그 경사각은 약 30° 내지 약 80°인 것이 바람직하다.
게이트선(121), 유지 전극선(131) 및 하부 부화소 전극(194a-d) 위에는 질화규소(SiNx) 또는 산화규소(SiOx) 따위로 만들어진 게이트 절연막(gate insulating layer)(140)이 형성되어 있다.
게이트 절연막(140) 위에는 수소화 비정질 규소(hydrogenated amorphous silicon)(비정질 규소는 약칭 a-Si로 씀) 또는 다결정 규소(polysilicon) 등으로 만들어진 복수의 선형 반도체(151)가 형성되어 있다. 선형 반도체(151)는 주로 세로 방향으로 뻗으며, 게이트 전극(124)을 향하여 뻗어 나온 복수의 돌출부(projection)(154)를 포함한다. 선형 반도체(151)는 유지 전극선(131) 부근에서 너비가 넓어져 이들을 폭넓게 덮고 있다.
반도체(151) 위에는 복수의 선형 저항성 접촉 부재(ohmic contact)(도시하지 않음) 및 섬형 저항성 접촉 부재(165)가 형성되어 있다. 저항성 접촉 부재(165)는 인 따위의 n형 불순물이 고농도로 도핑되어 있는 n+ 수소화 비정질 규소 따위의 물질로 만들어지거나 실리사이드(silicide)로 만들어질 수 있다. 선형 저항성 접촉 부재(도시하지 않음)는 복수의 돌출부(163)를 가지고 있으며, 이 돌출부(163)와 섬형 저항성 접촉 부재(165)는 쌍을 이루어 반도체(151)의 돌출부(154) 위에 배치되어 있다.
반도체(154)와 저항성 접촉 부재(163, 165)의 측면 역시 기판(110) 면에 대하여 경사져 있으며 경사각은 30° 내지 80° 정도이다.
저항성 접촉 부재(163, 165) 및 게이트 절연막(140) 위에는 복수의 데이터선(data line)(171)과 복수의 드레인 전극(drain electrode)(175)을 포함하는 데이터 도전체가 형성되어 있다.
데이터선(171)은 데이터 전압을 전달하며 주로 세로 방향으로 뻗어 게이트선(121) 및 유지 전극선(131)과 교차한다. 각 데이터선(171)은 게이트 전극(124)을 향하여 뻗어 J자형으로 굽은 복수의 소스 전극(source electrode)(173)과 다른 층 또는 외부 구동 회로와의 접속을 위한 넓은 끝 부분(179)을 포함한다. 데이터 전압을 생성하는 데이터 구동 회로(도시하지 않음)는 기판(110) 위에 부착되는 가요성 인쇄 회로막(도시하지 않음) 위에 장착되거나, 기판(110) 위에 직접 장착되거나, 기판(110)에 집적될 수 있다. 데이터 구동 회로가 기판(110) 위에 집적되어 있는 경우, 데이터선(171)이 연장되어 이와 직접 연결될 수 있다.
드레인 전극(175)은 데이터선(171)과 분리되어 있으며 게이트 전극(124)을 중심으로 소스 전극(173)과 마주한다. 각 드레인 전극(175)은 넓은 한 쪽 끝 부분(177)과 막대형인 다른 쪽 끝 부분을 포함한다. 넓은 끝 부분(177)은 유지 전극(137)과 중첩하며, 막대형 끝 부분은 소스 전극(173)으로 일부 둘러싸여 있다.
하나의 게이트 전극(124), 하나의 소스 전극(173) 및 하나의 드레인 전극(175)은 반도체(151)의 돌출부(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 돌출부(154)에 형성된다.
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, 175) 또한 그 측면이 기판(110) 면에 대하여 30° 내지 80° 정도의 경사각으로 기울어진 것이 바람직하다.
저항성 접촉 부재(163, 165)는 그 아래의 반도체(154)와 그 위의 데이터 도 전체(171, 175) 사이에만 존재하며 이들 사이의 접촉 저항을 낮추어 준다. 대부분의 곳에서는 선형 반도체(151)가 데이터선(171)보다 좁지만, 앞서 설명하였듯이 유지 전극선(131)과 만나는 부분에서 너비가 넓어져 표면의 프로파일을 부드럽게 함으로써 데이터선(171)이 단선되는 것을 방지한다. 반도체(154)에는 소스 전극(173)과 드레인 전극(175) 사이를 비롯하여 데이터 도전체(171, 175)로 가리지 않고 노출된 부분이 있다.
데이터 도전체(171, 175) 및 노출된 반도체(154) 부분 위에는 보호막(passivation layer)(180)이 형성되어 있다. 보호막(180)은 무기 절연물 또는 유기 절연물 따위로 만들어지며 표면이 평탄할 수 있다. 무기 절연물의 예로는 질화규소와 산화규소를 들 수 있다. 유기 절연물은 감광성(photosensitivity)을 가질 수 있다. 그러나 보호막(180)은 유기막의 우수한 절연 특성을 살리면서도 노출된 반도체(154[151]) 부분에 해가 가지 않도록 하부 무기막과 상부 유기막의 이중막 구조를 가질 수 있다.
보호막(180)과 게이트 절연막(140)의 유전 상수는 2 내지 8일 수 있으며, 그 두께는 200nm 내지 1,000nm일 수 있다.
보호막(180)에는 데이터선(171)의 끝 부분(179)을 드러내는 복수의 접촉 구멍(contact hole)(182) 및 드레인 전극(175)의 확장부(177)를 드러내는 복수의 접촉 구멍(185)이 형성되어 있다. 보호막(180)과 게이트 절연막(140)에는 게이트선(121)의 끝 부분(129)을 드러내는 복수의 접촉 구멍(181) 및 하부 부화소 전극(194a-d)를 드러내는 복수의 접촉 구멍(189)이 형성되어 있다.
보호막(180) 위에는 복수의 제1 상부 부화소 전극(193) 및 복수의 제2 상부 부화소 전극(195)과 복수의 접촉 보조 부재(contact assistant)(81, 82)가 형성되어 있다. 이들은 ITO 또는 IZO 등의 투명한 도전 물질이나 알루미늄, 은, 크롬 또는 그 합금 등의 반사성 금속으로 만들어질 수 있다.
제2 상부 부화소 전극(195)은 띠 모양인 4개의 상부 전극편(195a, 195b, 195c, 195d)으로 이루어지며, 제1 상부 부화소 전극(193) 및 제2 상부 부화소 전극(195)은 하부 부화소 전극(194)과 함께 화소 전극(191)을 이룬다.
제1 상부 부화소 전극(193)은 접촉 구멍(185)을 통하여 드레인 전극(175)과 물리적, 전기적으로 연결되어 있고, 접촉 구멍(189)을 통하여 하부 부화소 전극(194)과 연결되어 있다. 또한 하부 부화소 전극(194)과 제2 상부 부화소 전극(195)은 서로 중첩하여 "결합 축전기(coupling capacitor)"를 이룬다.
제1 상부 부화소 전극(193)은 드레인 전극(175)으로부터 데이터 전압을 받고 이를 하부 부화소 전극(194)에 전달하며, 제2 상부 부화소 전극(195)은 하부 부화소 전극(194)과의 용량성 결합으로 인하여 유도되는 전압을 가진다.
이러한 부화소 전극(193, 194, 195)으로 이루어진 화소 전극(191)은 공통 전압(common voltage)을 인가 받는 공통 전극 표시판(200)의 공통 전극(common electrode)(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 편광이 달라진다. 화소 전극(191)과 공통 전극(270)은 축전기[이하 "액정 축전기(liquid crystal capacitor)"라 함]를 이루어 박막 트랜지스터가 턴 오프된 후에도 인가된 전압을 유지한다.
화소 전극(191) 및 이와 연결된 드레인 전극(175) 끝 부분(177)은 유지 전극(137)을 비롯한 유지 전극선(131)과 중첩한다. 화소 전극(191) 및 이와 전기적으로 연결된 드레인 전극(175)이 유지 전극선(131)과 중첩하여 이루는 축전기를 "유지 축전기(storage capacitor)"라 하며, 유지 축전기는 액정 축전기의 전압 유지 능력을 강화한다.
각 화소 전극(191)은 게이트선(121) 또는 데이터선(171)과 거의 평행한 네 개의 주 변을 가지며 네 모퉁이가 모따기되어 있는(chamfered) 대략 사각형 모양이다. 화소 전극(191)의 오른 쪽 주변의 중앙부 또한 깔때기 형태로 잘려 빗변을 이루며, 화소 전극(191)의 모딴 모퉁이와 빗변은 게이트선(121)에 대하여 약 45°의 각도를 이룬다. 화소 전극(191)은 유지 전극선(131)을 기준으로 거의 반전 대칭을 이룬다.
제1 부화소 전극(193) 및 상부 전극편(195a-d)은 화소 전극(191)의 주 변과 빗각을 이루는 적어도 하나의 주 변(primary edge)을 가지며, 이 주 변은 편광자(12, 22)의 편광축과 약 45°의 각도를 이루는데, 이는 광효율을 최대로 하기 위해서이다.
상부 전극편(195a-d)은 제1 상부 부화소 전극(193)의 양쪽에 배치되어 있으며, 제1 상부 부화소 전극(193)과 상부 전극편(195a-d)의 마주하는 대변은 이러한 주 변으로서 실질적으로 서로 평행하다. 제1 상부 부화소 전극(193)과 상부 전극편(195a-d) 사이의 공간은 하부 전극편(194a-d)이 차지하여 빈틈이 없다.
하부 부화소 전극(194) 및 제2 상부 부화소 전극(195)의 면적은 제1 상부 부화소 전극(193)의 면적의 0.2 내지 2 배인 것이 바람직하다.
화소 전극(191)에는 제1 부화소 전극(193) 및 상부 전극편(195a-d)의 주 변과 거의 평행하게 뻗은 절개부가 형성될 수 있다. 이러한 절개부는 부화소 전극(193, 194, 195)을 복수의 영역으로 나눈다.
앞서 설명하였듯이, 화소 전극(191)은 복수의 부화소 전극(193, 194, 195) 및 전극편(194a-d, 195a-d)으로 나뉘어 있는데, 이러한 부화소 전극의 수효는 화소 전극(191)의 크기, 화소 전극(191)의 가로변과 세로 변의 길이 비, 액정층(3)의 종류나 특성 등 설계 요소에 따라서 달라질 수 있다.
접촉 보조 부재(81, 82)는 각각 접촉 구멍(181, 182)을 통하여 게이트선(121)의 끝 부분(129) 및 데이터선(171)의 끝 부분(179)과 연결된다. 접촉 보조 부재(81, 82)는 게이트선(121)의 끝 부분(129) 및 데이터선(171)의 끝 부분(179)과 외부 장치와의 접착성을 보완하고 이들을 보호한다.
다음, 상부 표시판(200)에 대하여 설명한다.
투명한 유리 또는 플라스틱 등으로 만들어진 절연 기판(210) 위에 차광 부재(light blocking member)(220)가 형성되어 있다. 차광 부재(220)는 블랙 매트릭스(black matrix)라고도 하며 빛샘을 막아준다.
기판(210) 및 차광 부재(220) 위에는 또한 복수의 색필터(230)가 형성되어 있다. 색필터(230)는 차광 부재(220)로 둘러싸인 영역 내에 대부분 존재하며, 화소 전극(191) 열을 따라서 길게 뻗을 수 있다. 각 색필터(230)는 적색, 녹색 및 청색의 삼원색 등 기본색(primary color) 중 하나를 표시할 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 공통 전극(270)이 형성되어 있다. 공통 전극(270)은 ITO, IZO 등의 투명한 도전체 따위로 만들어지며 복수의 절개부(71a, 71b) 집합을 가진다.
하나의 절개부(71a, 71b) 집합은 하나의 화소 전극(191)과 마주하며 하부 절개부(71a) 및 상부 절개부(71b)를 포함한다.
하부 및 상부 절개부(71a, 71b)는 제1 부화소 전극(193) 및 상부 전극편(195a-d)의 주 변과 거의 평행하게 대략 화소 전극(191)의 오른 쪽 변에서 왼쪽 변으로 뻗는다. 절개부(71a, 71b)는 제1 상부 부화소 전극(193)을 이등분한다.
절개부(71a, 71b)의 수효 또한 설계 요소에 따라 달라질 수 있으며, 차광 부재(220)가 절개부(71a, 71b)와 중첩하여 절개부(71a, 71b) 부근의 빛샘을 차단할 수 있다.
표시판(100, 200)의 안쪽 면에는 배향막(alignment layer)(11, 21)이 도포되어 있으며 이들은 수직 배향막일 수 있다. 표시판(100, 200)의 바깥쪽 면에는 편광자(polarizer)(21, 22)가 구비되어 있는데, 두 편광자의 편광축은 직교하며 사선 절개부(92a, 92b)와 제1 부화소 전극(193) 및 상부 전극편(195a-d)의 주 변과 대략 45°의 각도를 이루는 것이 바람직하다. 반사형 액정 표시 장치의 경우에는 두 개 의 편광자 중 하나가 생략될 수 있다.
본 실시예에 따른 액정 표시 장치는 액정층(3)의 지연을 보상하기 위한 위상 지연막(retardation film)(도시하지 않음)을 더 포함할 수 있다. 액정 표시 장치는 또한 편광자(12, 22), 위상 지연막, 표시판(100, 200) 및 액정층(3)에 빛을 공급하는 조명부(backlight unit)(도시하지 않음)를 포함할 수 있다.
액정층(3)은 음의 유전율 이방성을 가지며, 액정층(3)의 액정 분자(31)는 전기장이 없는 상태에서 그 장축이 두 표시판(100, 200)의 표면에 대하여 거의 수직을 이루도록 배향되어 있다. 따라서 입사광은 직교 편광자(12, 22)를 통과하지 못하고 차단된다.
한편, 앞서 설명하였듯이, 제1 상부 부화소 전극(193)은 드레인 전극(175)으로부터 데이터 전압을 받고 이를 하부 부화소 전극(194)에 전달한다.
데이터 전압이 인가된 화소 전극(191)은 공통 전압을 인가 받는 공통 전극(270)과 함께 액정 축전기를 이루며 액정층(3)에 전기장을 생성한다. 이때 제1 상부 부화소 전극(193)의 전압과 하부 부화소 전극(194)의 전압은 동일하지만, 하부 부화소 전극(194) 위에 위치한 액정 분자들이 느끼는 전기장의 세기는 제1 상부 부화소 전극(193) 위에 위치한 액정 분자들이 느끼는 전기장의 세기와 다르다. 이는 하부 부화소 전극(194)과 공통 전극(270) 사이의 거리가 상부 부화소 전극(193)과 공통 전극(270) 사이의 거리가 다르고, 하부 부화소 전극(194) 위에 위치한 게이트 절연막(140)과 보호막(180)의 유전율이 액정층(3)의 유전율과 다르기 때문이다.
그러므로 화소 전극(191)과 공통 전극(270)이 이루는 액정 축전기는 제1 상 부 부화소 전극(193)과 공통 전극(270) 사이의 액정층(3) 부분을 유전체로 하는 제1 액정 축전기, 하부 부화소 전극(194) 위의 게이트 절연막(140)과 보호막(180) 부분을 유전체로 하는 제1 결합 축전기, 하부 부화소 전극(194) 위의 액정층(3) 부분을 유전체로 하는 제2 액정 축전기, 하부 부화소 전극(194)과 제2 상부 부화소 전극(195) 사이의 게이트 절연막(140)과 보호막(180) 부분을 유전체로 하는 제2 결합 축전기, 그리고 제1 상부 부화소 전극(193)과 공통 전극(270) 사이의 액정층(3) 부분을 유전체로 하는 제3 액정 축전기로 세분할 수 있다.
이러한 액정 표시 장치는 도 5a의 등가 회로도로 표현할 수 있다.
도 5a를 참고하면, 액정 표시 장치의 한 화소는 박막 트랜지스터(Q), 제1 액정 축전기(Clc1), 제2 액정 축전기(Clc2), 제3 액정 축전기(Clc3), 제1 결합 축전기(Ccp1) 및 제2 결합 축전기(Ccp2)를 포함한다. 각 화소는 이외에도 유지 축전기(도시하지 않음)를 더 포함한다.
제1 액정 축전기(Clc1)는 박막 트랜지스터(Q)의 드레인에 연결되어 있다. 제1 결합 축전기(Ccp1)는 박막 트랜지스터(Q)와 제2 액정 축전기(Clc2) 사이에 연결되어 있으며, 제2 결합 축전기(Ccp2)는 박막 트랜지스터(Q)와 제3 액정 축전기(Clc3) 사이에 연결되어 있다. 공통 전극(270)에는 공통 전압(Vcom)이 인가된다.
박막 트랜지스터(Q)는 게이트선(121)으로부터의 게이트 신호에 따라 데이터선(171)으로부터의 데이터 전압을 제1 액정 축전기(Clc1)와 제1 및 제2 결합 축전기(Ccp1, Ccp2)에 인가하고, 제1 및 제2 결합 축전기(Ccp1, Ccp2)는 각각 이 전압을 그 크기를 바꾸어 제2 및 제3 액정 축전기(Clc2, Ccl3)에 전달한다.
축전기(Clc1, Clc2, Clc3, Ccp1, Ccp2)와 그 정전 용량을 동일한 도면 부호로 나타낸다고 하면, 제1 액정 축전기(Clc1)에 충전된 전압(Va)과 제2 액정 축전기(Clc2)에 충전된 전압(Vb) 및 제3 액정 축전기(Clc3)에 충전된 전압(Vc)은 다음과 같은 관계를 가진다.
Vb=Vaㅧ[Ccp1/(Ccp1+ Clc2)]
Vc=Vaㅧ[Ccp2/(Ccp2+ Clc3)]
Ccp1/(Ccp1+ Clc2) 및 Ccp2/(Ccp2+ Clc3)의 값이 1보다 작기 때문에 제2 및 제3 액정 축전기(Clc2, Clc3)에 충전된 전압(Vb, Vc)은 제1 액정 축전기(Clc1)에 충전된 전압(Va)에 비하여 항상 작다. 또한 제2 액정 축전기(Clc2)의 전압(Vb)과 제3 액정 축전기(Clc3)의 전압(Vc)도 서로 다르다.
이와 같이, 제1 내지 제3 액정 축전기(Clc1, Clc2, Clc3)의 양단에 전위차가 생기면 표시판(100, 200)의 면에 거의 수직인 전기장이 액정층(3)에 생성된다. [앞으로 부화소 전극(193, 194, 195)을 포함하는 화소 전극(191) 및 공통 전극(270)을 아울러 "전기장 생성 전극(field generating electrode)"라 한다.] 그러면 액정층(3)의 액정 분자들은 전기장에 응답하여 그 장축이 전기장의 방향에 수직을 이루도록 기울어지며, 액정 분자가 기울어진 정도에 따라 액정층(3)에 입사된 빛의 편광의 변화 정도가 달라진다. 이러한 편광의 변화는 편광자(12, 22)에 의하여 투과율 변화로 나타나며 이를 통하여 액정 표시 장치는 영상을 표시한다.
액정 분자가 기울어지는 각도는 전기장의 세기에 따라 달라지는데, 제1 액정 축전기(Clc1)의 전압(Va), 제2 액정 축전기(Clc2)의 전압(Vb) 및 제3 액정 축전기 (Clc3)의 전압(Vc)이 서로 다르므로 각 액정 축전기(Clc1, Clc2, Clc3) 내에서 액정 분자들이 기울어진 각도가 다르고 이에 따라 각 액정 축전기(Clc1, Clc2, Clc3)의 휘도가 다르다. 따라서 제1 액정 축전기(Clc1)의 전압(Va), 제2 액정 축전기(Clc2)의 전압(Vb) 및 제3 액정 축전기(Clc3)의 전압(Vc)을 적절하게 맞추면 측면에서 바라보는 영상이 정면에서 바라보는 영상에 최대한 가깝게 할 수 있으며 이렇게 함으로써 측면 시인성을 향상할 수 있다.
제1 액정 축전기(Clc1) 전압(Va), 제2 액정 축전기(Clc2) 전압(Vb) 및 제3 액정 축전기(Clc3) 전압(Vc)의 비율은 제1 및 제2 결합 축전기(Ccp1, Ccp2)의 정전 용량을 변화함으로써 조정할 수 있다. 제1 결합 축전기(Ccp1)의 정전 용량은 하부 부화소 전극(194)과 공통 전극(270)의 중첩 면적 및 유전체로 기능하는 게이트 절연막(140) 또는 보호막(180)의 유전 상수를 조정함으로써 바꿀 수 있다. 제2 결합 축전기(Ccp2)의 정전 용량은 하부 부화소 전극(194)과 제2 상부 부화소 전극(1950))의 중첩 면적과 거리를 조정함으로써 바꿀 수 있다.
제2 또는 제3 액정 축전기(Clc2, Clc3)의 전압(Vb, Vc)은 제1 액정 축정기(Clc1)의 전압(Va)의 0.55 내지 0.85배 인 것이 바람직하다.
액정 분자들이 기울어지는 방향은 부화소 전극(193, 194, 195)의 변과 공통 전극(270)의 절개부(71a, 71b)가 전기장을 왜곡하여 만들어내는 수평 성분에 의하여 결정되며, 이러한 전기장의 수평 성분은 부화소 전극(193, 194, 195)의 변과 절개부(71a, 71b)의 변에 수직이다.
도 1을 참고하면, 하나의 절개부 집합(71a, 71b)은 화소 전극(191)을 각각 두 개의 경사진 주 변(major edge)을 가지는 복수의 부영역(sub-area)으로 나눈다. 각 부영역 위의 액정 분자들은 주 변에 수직인 방향으로 기울어지므로, 기울어지는 방향을 추려보면 대략 네 방향이다. 이와 같이 액정 분자가 기울어지는 방향을 다양하게 하면 액정 표시 장치의 기준 시야각이 커진다.
각 부영역은 부화소 전극(193, 194, 195) 및 전극편(194a-d, 195a-d)의 변에 의하여 복수의 소영역으로 나뉘며, 앞서 설명한 것처럼, 각 소영역 위에 위치한 액정 분자의 경사 각도가 달라 시인성이 좋아진다. 또한 각 소영역의 경계 부분에서 등전위선 또는 전기장의 방향이 일시적으로 변화하여 전기장에 수평 성분이 생기므로 액정의 응답 시간이 줄어든다.
또한, 화소 전극(191)에 절개부를 두는 종래의 액정 표시 장치에서는 절개부가 차지하는 면적만큼 투과율이 낮지만, 본 실시예에 따른 액정 표시 장치에서는 절개부가 거의 없으므로 투과율이 매우 향상된다. 또한 화소 전극(191)에 절개부를 둔다 하더라도 각 소영역의 경계, 즉 제1 부화소 전극(193) 및 상부 전극편(195a-d)의 경계 부분에서 수평 성분이 생기므로 절개부 사이의 거리를 충분히 넓게 할 수 있다.
부화소 전극(193, 194, 195)과 절개부(71a, 71b)의 모양과 배치는 바뀔 수 있으며, 적어도 하나의 절개부(71a-71b)는 돌기(protrusion)(도시하지 않음)나 함몰부(depression)(도시하지 않음) 또는 경사 부재(도시하지 않음)로 대체할 수 있다. 돌기 또는 경사 부재는 유기물 또는 무기물로 만들어질 수 있고 전기장 생성 전극(191, 270)의 위 또는 아래에 배치될 수 있다.
그러면, 도 5b를 참고하여 이러한 액정 표시 장치에서 등전위선과 액정 분자의 배열에 대하여 상세하게 설명한다.
도 5b는 도 1 내지 도 4에 도시한 액정 표시 장치에서 등전위선과 액정 분자의 배열을 나타낸 도면이다.
도 5b에서 제1 및 제2 상부 부화소 전극(193, 195a-d)의 변으로 구획되는 각 소영역의 너비는 각각 약 20??m였으며, 제1 상부 부화소 전극(193) 위의 액정층(3) 부분에 걸린 전압은 약 7.0V, 제2 상부 부화소 전극(195) 위의 액정층(3) 부분에 걸린 전압은 약 4.9V, 그리고 하부 부화소 전극(194) 위의 액정층(3) 부분에 걸린 전압은 약 5.94V였다.
도 5b에서 알 수 있듯이, 부화소 전극(193, 195a-d)의 경계 부분에서는 등전위선이 급격하게 변화한다. 이에 따라 액정 분자들은 등전위선과 빗각을 이루게 되고, 예각을 이루는 쪽으로 움직이므로 응답 속도가 빨라진다.
이제 도 6a 내지 도 6e를 참고하여 도 4에 도시한 액정 표시 장치에서 하부 부화소 전극을 형성하는 방법에 대하여 상세하게 설명한다.
도 6a 내지 도 6e는 도 4에 도시한 액정 표시 장치를 본 발명의 한 실시예에 따라 제조하는 방법의 중간 단계에서의 단면도이다.
도 6a를 참고하면, 기판(110) 위에 ITO나 IZO를 스퍼터링 따위로 증착하여 제1 도전막(120p)을 형성한다. 제1 도전막(120p) 위에 금속 따위를 스퍼터링 등으로 적층하여 제2, 제3 및 제4 도전막(120q, 120r, 120s)을 차례로 형성하고, 제4 박막(120s) 위에 감광막(40)을 도포한다.
기판(110) 위에 기판(51) 및 그 위의 차광막(52)을 포함하는 광마스크(50)를 정렬한다. 광마스크(50)는 차광막(52)의 존재 형태에 따라 투과 영역, 반투과 영역, 그리고 차광 영역으로 나뉘는데, 차광 영역은 차광막(52)의 너비가 소정 값 이상인 영역이고, 투과 영역은 차광막(52)이 없는 소정 너비 이상의 영역이며, 반투과 영역은 차광막(52)의 너비 및 차광막(52) 사이의 간격이 소정 값 이하인 영역이다.
이러한 광마스크(50)를 통하여 감광막(40)에 빛을 조사한 후 노광하면 도 6b에 도시한 것처럼, 위치에 따라 두께가 다른 식각 마스크(52, 54)가 형성된다. 도 6b에서는 두께가 두꺼운 부분은 도면 부호 42로, 얇은 부분을 44로 나타내었다.
도 6c를 참고하면, 식각 마스크(42, 44)로 덮이지 않고 노출된 제1 내지 제4 도전막(120p-s) 부분을 제거하여 게이트 전극(124), 유지 전극(137) 및 하부 부화소 전극(194)과 그 위의 제1 내지 제3 도체(121q-r)을 형성한다.
도 6d를 참고하면, 애싱 따위의 공정을 실시하여 얇은 부분(44)이 없어질 때까지 식각 마스크(42, 44)의 두께를 줄인다.
마지막으로 도 6e를 참고하면, 식각 마스크(42)로 덮이지 않은 제1 내지 제3 도체(120q-s)를 제거하여 하부 부화소 전극(194)만을 남긴다. 마지막으로 식각 마스크(42)를 제거한다.
한편, 도 6a 내지 도 6e와는 달리, 게이트 전극(124)을 포함하는 게이트선(121) 및 유지 전극(137)을 포함하는 유지 전극선(131)을 먼저 형성한 후, 한 차례의 공정을 더 거쳐 하부 부화소 전극(194)를 형성할 수도 있다.
이제 도 7을 참고하여 본 발명의 다른 실시예에 따른 액정 표시 장치에 대하여 상세하게 설명한다.
도 7은 도 1의 액정 표시 장치를 Ⅱ-Ⅱ 선을 따라 잘라 도시한 단면도의 다른 예이다.
도 1 및 도 7에 도시한 바와 같이 본 실시예에 따른 액정 표시 장치는 서로 마주보는 박막 트랜지스터 표시판(100)과 공통 전극 표시판(200), 이들 사이에 들어 있는 액정층(3) 및 두 표시판(100, 200) 바깥 면에 부착되어 있는 편광자(11, 21)를 포함한다.
본 실시예에 따른 표시판(100, 200)의 층상 구조는 대개 도 1 내지 도 3에 도시한 액정 표시 장치의 층상 구조와 유사하다.
박막 트랜지스터 표시판(100)에 대하여 설명하자면, 기판(110) 위에 복수의 게이트선(121) 및 복수의 유지 전극선(131)이 형성되어 있다. 게이트선(121)은 복수의 게이트 전극(124)과 끝 부분(129)을 포함하며, 유지 전극선(121)은 아래 위로 확장된 유지 전극(137)을 포함한다. 게이트선(121) 및 유지 전극선 위에는 게이트 절연막(140), 돌출부(154)를 가지는 복수의 선형 반도체(151), 돌출부(163)를 가지는 복수의 선형 저항성 접촉 부재(도시하지 않음) 및 복수의 섬형 저항성 접촉 부재(165)가 차례로 형성되어 있다. 저항성 접촉 부재(163, 165) 및 게이트 절연막(140) 위에는 소스 전극(173) 및 끝 부분(179)을 포함하는 복수의 데이터선(171)이 형성되어 있고 그 위에 보호막(180)이 형성되어 있다. 보호막(180) 및 게이트 절연막(140)에는 복수의 접촉 구멍(181, 182, 185)이 형성되어 있다. 보호막(180) 위에는 제1 및 제2 상부 부화소 전극(193, 195) 및 복수의 접촉 보조 부재(81, 82)가 형성되어 있으며, 그 위에는 배향막(11)이 형성되어 있다.
공통 전극 표시판(200)에 대하여 설명하자면, 차광 부재(220), 색필터(230), 덮개막(250), 절개부(71a, 71b)를 가지는 공통 전극(270) 및 배향막(21)이 절연 기판(210) 위에 차례로 형성되어 있다.
그러나 도 1 내지 도 3에 도시한 액정 표시 장치와 달리, 본 실시예에 따른 액정 표시 장치에서는 하부 부화소 전극(194)이 게이트 절연막(140) 아래에 있는 것이 아니라, 게이트 절연막(140)과 보호막(180) 사이에 위치한다. 하부 부화소 전극(194)은 데이터 도전체(171, 175)와 동일한 재질로 만들어질 수 있다.
도 1 내지 도 3에 도시한 액정 표시 장치의 많은 특징들이 도 7에 도시한 액정 표시 장치에도 적용될 수 있다.
다음, 도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 액정 표시 장치의 배치도이다.
도 8에 도시한 액정 표시 장치의 층상 구조는 도 2 및 도 3에 도시한 액정 표시 장치의 층상 구조와 유사하므로, 따로 도시하지 않고 도 2 및 도 3에 도시한 도면 부호와 동일한 도면 부호를 사용하여 설명한다.
도 8에 도시한 액정 표시 장치도 박막 트랜지스터 표시판(100), 공통 전극 표시판(200), 두 표시판(100, 200) 사이의 액정층(3) 및 두 표시판(100, 200) 바깥면 위의 편광자(11, 21)을 포함한다.
박막 트랜지스터 표시판(100)에 대하여 설명하자면, 기판(110) 위에 복수의 게이트선(121) 및 복수의 유지 전극선(131)이 형성되어 있다. 게이트선(121)은 복 수의 게이트 전극(124)과 끝 부분(129)을 포함하며, 유지 전극선(131)은 복수의 유지 전극(137)를 포함한다. 게이트선(121) 및 유지 전극선(131) 위에는 게이트 절연막(140), 돌출부(154)를 가지는 선형 반도체(151), 돌출부(163)를 가지는 복수의 선형 저항성 접촉 부재(161) 및 복수의 섬형 저항성 접촉 부재(165)가 차례로 형성되어 있다. 저항성 접촉 부재(161, 165) 및 게이트 절연막(140) 위에는 소스 전극(173) 및 끝 부분(179)을 포함하는 복수의 데이터선(171)이 형성되어 있고 그 위에 보호막(180)이 형성되어 있다. 보호막(180) 및 게이트 절연막(140)에는 복수의 접촉 구멍(181, 182, 185)이 형성되어 있다. 보호막(180) 위에는 복수의 제1 및 제2 상부 부화소 전극(193, 195) 및 복수의 접촉 보조 부재(81, 82)가 형성되어 있고, 보호막(180) 아래에는 복수의 하부 부화소 전극(194)이 형성되어 있다. 상부 부화소 전극(193, 195), 접촉 보조 부재(81, 82) 및 보호막(180) 위에는 배향막(11)이 형성되어 있다.
공통 전극 표시판(200)에 대하여 설명하자면, 차광 부재(220), 절개부(71a, 71b)를 가지는 공통 전극(270) 및 배향막(21)이 절연 기판(210) 위에 차례로 형성되어 있다.
그러나 도 1 내지 도 3에 도시한 액정 표시 장치와 달리, 본 실시예에 따른 액정 표시 장치에서는 제1 상부 부화소 전극(193)과 제2 상부 부화소 전극(195)의 위치가 뒤바뀌어 있다. 따라서 제1 상부 부화소 전극(193)이 4 개의 전극편(193a, 193b, 193c, 193d)으로 나뉘며, 제2 상부 부화소 전극(195)는 한 조각으로 이루어져 있다. 제1 상부 부화소 전극(193)은 전극편(193a-d)을 연결하는 연결부(195)를 더 포함한다.
또한, 공통 전극(270)에 구비된 절개부(71a, 71b)는 제1 상부 부화소 전극(193)이 아니라 제2 상부 부화소 전극(195)을 이등분한다.
도 1 내지 도 3에 도시한 액정 표시 장치의 많은 특징들이 도 8에 도시한 액정 표시 장치에도 적용될 수 있다.
도 9 및 도 10은 본 발명의 다른 실시예에 따른 액정 표시 장치의 배치도이며, 도 11a 및 도 11b는 도 9 및 도 10에 도시한 액정 표시 장치에서 각 부화소 전극의 기본이 되는 전극부의 평면도이다.
본 실시예에 따른 액정 표시판 조립체의 층상 구조는 대개 도 2 및 도 3에 도시한 액정 표시판 조립체의 층상 구조와 동일하므로, 따로 도시하지 않고 도 2 및 도 3에 도시한 도면 부호와 동일한 도면 부호를 사용하여 도 1과 비교 설명한다.
도 9 및 도 10에 도시한 액정 표시 장치도 박막 트랜지스터 표시판(100), 공통 전극 표시판(200), 두 표시판(100, 200) 사이에 들어 있는 액정층(3) 및 두 표시판(100, 200) 바깥 면에 부착되어 있는 편광자(11, 21)를 포함한다.
하부 표시판(100)에 대하여 설명하자면, 절연 기판(100) 위에 복수의 게이트선(121)이 형성되어 있다. 각 게이트선(121)은 게이트 전극(124)과 끝 부분(129)을 포함한다. 게이트선(121) 위에는 게이트 절연막(140)이 형성되어 있다. 게이트 절연막(140) 위에는 복수의 반도체(154)가 형성되어 있고, 그 위에는 복수의 저항성 접촉 부재(163, 165)가 형성되어 있다. 저항성 접촉 부재(163, 165) 및 게이 트 절연막(140) 위에는 복수의 데이터선(171)과 드레인 전극(175)을 포함하는 데이터 도전체가 형성되어 있다. 데이터선(171)은 소스 전극(173)과 끝 부분(179)을 포함한다. 데이터 도전체(171, 175) 및 노출된 반도체(154) 부분 위에는 보호막(180)이 형성되어 있고, 보호막(180) 및 게이트 절연막(140)에는 복수의 접촉 구멍(181, 182, 185)이 형성되어 있다. 보호막(180) 위에는 복수의 제1 및 제2 상부 부화소 전극(193, 195)과 복수의 접촉 보조 부재(81, 82)가 형성되어 있고, 보호막(180) 아래에는 복수의 하부 부화소 전극(194)이 형성되어 있다. 상부 부화소 전극(193, 195), 접촉 보조 부재(81, 82) 및 보호막(180) 위에는 배향막(11)이 형성되어 있다.
공통 전극 표시판(200)에 대하여 설명하자면, 차광 부재(220), 절개부(71)를 가지는 공통 전극(270) 및 배향막(21)이 절연 기판(210) 위에 차례로 형성되어 있다.
제1 및 제2 상부 부화소 전극(193, 195)과 하부 부화소 전극(194)은 하나의 화소 전극(191)을 이룬다. 하부 부화소 전극(194)은 복수의 하부 전극편(194e, 194f)으로 이루어지고, 제1/제2 상부 부화소 전극(193/195)은 각각 복수의 전극편(193e, 193f)/(195e, 195f)으로 이루어진다.
그러나 도 1에 도시한 액정 표시 장치와 달리, 본 실시예에 따른 액정 표시 장치에서는 화소 전극(191)이 서로 나란한 한 쌍의 꺾인 변을 가진다. 이와 유사하게, 전극편(193e, 193f, 194e, 194f, 195e, 195f) 및 제1 상부 화소 전극(193) 각각도 서로 나란한 한 쌍의 꺾인 변을 가진다. 또한 전극편(193e, 193f, 194e, 194f, 195e, 195f) 및 제1 상부 화소 전극(193) 각각은 적어도 도 11a에 도시한 평행사변형의 전극부(196) 하나와 도 11b에 도시한 평행사변형의 전극부(197) 하나를 포함한다.
도 11a 및 도 11b에 도시한 바와 같이, 전극부(196, 197) 각각은 한 쌍의 빗변(oblique edge)(196o, 197o) 및 한 쌍의 가로변(transverse edge)(196t, 197t)을 가지며 대략 평행사변형이다. 각 빗변(196o, 197o)은 가로변(196t, 197t)에 대하여 빗각(oblique angle)을 이루며, 빗각의 크기는 대략 45도 내지 135도인 것이 바람직하다. 편의상 앞으로 밑변(196t, 197t)을 중심으로 수직인 상태에서 기울어진 방향("경사 방향")에 따라 구분하며, 도 10a와 같이 오른쪽으로 기울어진 경우를 "우경사"라 하고 도 10b와 같이 왼쪽으로 기울어진 경우를 "좌경사"라 한다.
도 9 및 도 10에 도시한 전극편(193e, 193f, 194e, 194f, 195e, 195f) 및 제1 상부 화소 전극(193)은 좌경사 전극부(197)와 우경사 전극부(196)가 아래위로 연결된 형태이다.
도 9의 경우 제1 상부 부화소 전극(193)이 화소 전극(191)의 중심에 위치하고 제2 상부 부화소 전극(195)이 두 개의 전극편(195e, 195f)로 이루어진다. 반면, 도 10의 경우 제2 상부 전극편(193)이 화소 전극(191)의 중심에 위치하고 제1 상부 부화소 전극(193)이 두 개의 전극편(193e, 193f)으로 이루어지며, 두 전극편(193e, 193f)은 연결부(198)로 연결된다.
공통 전극(270)의 절개부(71)는 화소 전극(191)의 꺾인 변과 실질적으로 평행하며, 화소 전극(191) 및 제1/제2 상부 부화소 전극(193/195)을 이등분하는 사선 부 및 사선부와 둔각을 이루면서 화소 전극(191)의 가로변과 중첩하는 가로부를 포함한다.
한편, 도 9 및 도 10에 도시한 구조에서 화소 전극(191) 사이의 전압 차에 의하여 부차적으로 생성되는 부 전기장(secondary electric field)의 방향은 상부 부화소 전극(193, 195)의 경계 및 절개부(71)의 경계에서 생기는 주 전기장의 수평 성분의 방향과 일치한다. 그러므로 화소 전극(191) 사이의 부 전기장이 액정 분자들의 경사 방향의 결정을 강화하는 쪽으로 작용한다.
본 발명에 따르면, 투과율을 확보하면서 액정의 응답 속도를 향상시킬 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.

Claims (25)

  1. 투명 기판,
    상기 투명 기판에 형성된 투명 도전체,
    상기 투명 도전체 상에 형성되어 있는 게이트선,
    상기 게이트선과 교차하는 데이터선,
    상기 게이트선 및 상기 데이터선으로 정의되는 화소 영역에 형성되어 있으며, 제1 부화소 전극, 제2 부화소 전극 및 제3 부화소 전극을 포함하는 화소 전극, 그리고
    상기 게이트선, 상기 데이터선 및 상기 화소 전극과 전기적으로 연결된 스위칭 소자
    를 포함하며,
    상기 제1 부화소 전극 및 제2 부화소 전극은 전기적으로 연결되어 있고, 상기 제3 부화소 전극은 상기 제1 및 제2 부화소 전극과 분리되어 있는
    액정 표시 장치.
  2. 제1항에서,
    상기 제2 부화소 전극은 상기 투명 전극과 같은 물질을 포함하는 액정 표시 장치.
  3. 제2항에서,
    상기 제2 부화소 전극은 상기 제1 및 제3 부화소 전극과 다른 층에 위치하는 액정 표시 장치.
  4. 제3항에서,
    상기 제2 부화소 전극은 상기 투명 도전체와 같은 층에 위치하는 액정 표시 장치.
  5. 제1항에서,
    상기 제2 부화소 전극과 상기 제3 부화소 전극은 중첩하는 액정 표시 장치.
  6. 제1항에서,
    상기 제2 부화소 전극 또는 상기 제3 부화소 전극의 면적은 상기 제1 부화소 전극의 면적의 0.2 내지 2 배인 액정 표시 장치.
  7. 전기적으로 서로 연결되어 있는 제1 및 제2 부화소 전극, 상기 제1 및 제2 부화소 전극과 분리되어 있는 제3 부화소 전극, 그리고 상기 제2 부화소 전극을 덮고 상기 제1 부화소 전극은 덮지 않는 제1 절연막을 포함하는 제1 표시판,
    상기 제1 표시판과 마주하며 공통 전극을 포함하는 제2 표시판, 그리고
    상기 제1 표시판과 상기 제2 표시판 사이에 들어 있는 액정층
    을 포함하는 액정 표시 장치.
  8. 제7항에서,
    상기 제1 절연막은 상기 제1 및 제3 부화소 전극의 아래에 위치하는 액정 표시 장치.
  9. 제8항에서,
    상기 제2 부화소 전극과 상기 제3 부화소 전극은 중첩하는 액정 표시 장치.
  10. 제9항에서,
    상기 제1 부화소 전극 또는 제2부화소 전극과 연결되어 있는 박막 트랜지스터,
    상기 박막 트랜지스터와 연결되어 있는 게이트선,
    상기 박막 트랜지스터와 연결되어 있는 데이터선, 그리고
    상기 게이트선과 상기 데이터선의 사이에 형성되어 있는 제2 절연막
    을 더 포함하며,
    상기 제1 절연막은 상기 박막 트랜지스터, 상기 게이트선 및 상기 데이터선 위에 위치하는
    액정 표시 장치.
  11. 제10항에서,
    상기 제2부화소 전극은 상기 제2 절연막 위에 위치하는 액정 표시 장치.
  12. 제10항에서,
    상기 제2 부화소 전극은 상기 제2 절연막 아래에 위치하는 액정 표시 장치.
  13. 제10항에서,
    상기 제1 또는 제2 절연막의 두께는 200nm 내지 1,000nm인 액정 표시 장치.
  14. 제10항에서,
    상기 제1 또는 제2 절연막의 유전율은 2 내지 8배인 액정 표시 장치.
  15. 제10항에서,
    상기 제2 부화소 전극 또는 상기 제3 부화소 전극의 면적은 상기 제1 부화소 전극의 면적의 0.2 내지 2 배인 액정 표시 장치.
  16. 제10항에서,
    상기 제2 부화소 전극은 상기 게이트선 또는 상기 데이터선과 같은 재질로 이루어지는 액정 표시 장치.
  17. 제10항에서,
    상기 제2 부화소 전극은 상기 제1 및 제3 부화소 전극과 같은 재질로 이루어지는 액정 표시 장치.
  18. 제10항에서,
    상기 제1 및 제2 표시판 중 적어도 하나에 구비되어 있는 편광자를 더 포함하는 액정 표시 장치.
  19. 제18항에서,
    상기 제1 및 제3 부화소 전극 각각은 상기 편광자의 편광축에 대하여 빗각을 이루는 적어도 하나의 경계를 포함하는 액정 표시 장치.
  20. 제19항에서,
    상기 빗각은 45°인 액정 표시 장치.
  21. 제7항에서,
    상기 제1 내지 제3 부화소 전극의 바깥 경계는 직사각형인 액정 표시 장치.
  22. 제10항에서,
    상기 제1 내지 제3 부화소 전극의 바깥 경계 중 한 쌍은 서로 나란하게 꺾여 있는 액정 표시 장치.
  23. 게이트선,
    상기 게이트선과 교차하는 데이터선,
    상기 게이트선 및 상기 데이터선과 연결되어 있는 스위칭 소자,
    상기 스위칭 소자와 연결되어 있는 제1 액정 축전기,
    상기 스위칭 소자와 연결되어 있는 제1 결합 축전기,
    상기 제1 결합 축전기와 연결되어 있는 제2 액정 축전기,
    상기 스위칭 소자와 연결되어 있는 제2 결합 축전기, 그리고
    상기 제2 결합 축전기와 연결되어 있는 제3 액정 축전기
    를 포함하는 액정 표시 장치.
  24. 제23항에서,
    상기 제1 액정 축전기의 두 단자 사이의 거리는 제2 액정 축전기의 두 단자 사이의 거리와 다른 액정 표시 장치.
  25. 제24항에서,
    상기 제2 또는 제3 액정 축전기의 전압은 상기 제1 액정 축전기의 전압의 0.55 내지 0.85배인 액정 표시 장치.
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US9804446B2 (en) 2015-01-22 2017-10-31 Samsung Display Co., Ltd. Liquid crystal display

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