KR100350643B1 - 액정 표시 장치 - Google Patents

Abstract

하부 기판 위에 가로 방향의 게이트선과 게이트선의 분지인 게이트 전극 및 게이트선과 나란한 유지 전극선이 형성되어 있다. 게이트선, 게이트 전극 및 유지 전극선은 게이트 절연막으로 덮여 있으며 그 위에는 반도체층과 저항성 접촉층이 형성되어 있다. 데이터선이 세로 방향으로 형성되어 있고, 데이터선에서 이어진 소스 전극과 소스 전극 맞은 편의 드레인 전극이 게이트 전극 상부에 형성되어 있다. 데이터선과 소스 및 드레인 전극의 상부에는 보호 절연막이 형성되어 있다. 게이트선과 데이터선이 교차하는 영역에 의해 정의되는 화소 영역에는 모서리가 곡선화된 사각형 수 개가 연결되어 있는 형태의 화소 전극이 형성되어 있으며 화소 전극의 일부는 드레인 전극과 접촉하고 있다. 데이터선 사이의 게이트선 상부에는 게이트선과 절연되어 있는 게이트선 보조 패턴이 형성되어 있다. 상부 기판의 공통 전극에는 중심으로부터 멀어질수록 폭이 좁아지는 모양의 십자 모양(+) 수 개가 일렬로 배열되어 있는 개구 패턴이 형성되어 있다. 이때, 화소 전극을 이루는 사각형 간의 간격 및 개구 패턴의 폭을 상부 기판과 하부 기판 간의 거리보다 크게 형성하여 비정상 조직의 발생이 줄어든다.

Description

액정 표시 장치{a liquid crystal display}

본 발명은 넓은 시야각을 가지는 액정 표시 장치에 관한 것으로서, 특히 전계 생성 전극에 일정한 패턴을 형성하여 시야각을 넓히는 방식의 액정 표시 장치에 관한 것이다.

일반적으로 액정 표시 장치는 두 장의 기판 사이에 액정을 주입하고, 여기에 가하는 전장의 세기를 조절하여 광 투과량을 조절하는 구조로 되어 있다.

이중에서 수직 배향(vertically aligned; VA) 방식의 액정 표시 장치는 전계가 인가되지 않은 상태에서 액정 분자가 기판에 대하여 수직으로 배향되어 있어 직교하는 편광판을 사용할 경우 전계가 인가되지 않은 상태에서 완전히 빛을 차단할 수 있다. 즉, 노멀리 블랙 모드(normally black mode)에서 오프(off) 상태의 휘도가 매우 낮으므로 종래의 비틀린 네마틱(twisted nematic) 액정 표시 장치에 비해 높은 대비비를 얻을 수 있다. 그러나 전계가 인가된 상태, 특히 계조 전압이 인가된 상태에서는 통상의 비틀린 네마틱 모드와 마찬가지로 액정 표시 장치를 보는 방향에 따라 빛의 지연(retardation)에 큰 차이가 생겨 시야각이 좁다는 문제점이 있다.

이러한 문제점을 해결하기 위하여 전극에 개구부를 형성하는 방법이 여러 가지 제시되었다. 전극을 패터닝하여 개구부를 형성하였을 때 그 근처에서 생성되는 휘어진 전기장을 프린지 필드(fringe field)라고 하는데, 이러한 프린지 필드에 의해 액정 분자를 배열함으로써, 액정 표시 장치의 시야각을 넓힐 수 있다.

그러나, 프린지 필드는 비정상 조직(texture)을 발생시키며, 이 비정상 조직은 화질을 악화시킨다.

본 발명의 과제는 액정 표시 장치의 비정상 조직을 줄이는 것이다.

도 1은 액정 표시 장치의 상부 및 하부 기판을 배치한 상태를 나타내는 도면이고

도 2a 및 도 2b는 패턴 폭에 따른 프린지 필드 세기를 나타낸 도면이고,

도 3은 개구부 주변에서 액정 분자의 배열 상태를 도시한 것이며,

도 4는 본 발명의 제1 실시예에 따른 액정 표시 장치의 하부 기판의 배치도이고,

도 5는 도 4에서 Ⅴ-Ⅴ´선을 따라 잘라 도시한 단면도이며,

도 6은 본 발명의 제1 실시예에 따른 액정 표시 장치의 상부 기판의 공통 전극에 형성되어 있는 개구 패턴의 배치도이고,

도 7은 본 발명의 제1 실시예에 따른 액정 표시 장치의 상하부 기판을 정렬한 상태의 배치도이며,

도 8은 본 발명의 제1 실시예에 따른 액정 표시 장치의 상부 및 하부 기판에 형성된 개구 패턴 및 액정 분자의 배열 상태를 도시한 것이고,

도 9 내지 도 12는 도 7에서 A-A´선을 따라 자른 단면에서 각각의 실시예에 따라 생성되는 등전위선을 도시한 것이고,

도 13a는 본 발명의 제2 실시예에 따른 액정 표시 장치의 화소 전극 패턴을나타내는 평면도이고,

도 13b는 본 발명의 제2 실시예에 따른 액정 표시 장치의 공통 전극에 형성되어 있는 개구 패턴을 나타내는 평면도이며,

도 13c는 본 발명의 제2 실시예에 따른 액정 표시 장치의 상하부 기판을 정렬한 상태의 배치도이다.

이러한 과제를 해결하기 위해 본 발명에 따른 액정 표시 장치는 전극에 형성하는 개구부의 폭을 두 기판 간의 거리보다 넓게 형성한다.

본 발명에 따른 액정 표시 장치는 제1 기판 위에 다수의 게이트선 및 게이트선과 절연되어 있으며 게이트선과 교차하는 다수의 데이터선이 형성되어 있다. 게이트선과 이어진 게이트 전극, 데이터선과 이어진 소스 전극 및 소스 전극과 분리되어 있는 드레인 전극으로 이루어진 박막 트랜지스터는 게이트선으로부터 주사 신호를 인가 받아 데이터선으로부터의 화상 신호를 스위칭한다. 드레인 전극과 연결되어 있으며 제1 개구부를 가지는 제1 전극이 형성되어 있고 제1 기판과 마주 대하고 있는 제2 기판의 안쪽면 위에는 제2 전극이 형성되어 있는데, 제1 개구부의 폭은 제1 기판 및 제2 기판 간의 거리보다 넓게 형성되어 있다.

여기서, 제2 전극은 제2 개구부를 가질 수 있다.

제1 개구부는 모서리가 곡선화된 사각형 수 개가 연결되어 있는 형태로 이루어질 수 있으며, 이때 제1 기판과 제2 기판 간의 거리에 대한 제1 개구부의 폭 중 가장 좁은 부분의 비는 1보다 크고 2 이하로 형성하는 것이 바람직하다.

또한, 제2 개구부는 중심으로부터 멀어질수록 폭이 좁아지는 모양의 십자 모양 수 개가 일렬로 배열되어 있는 모양으로 이루어질 수 있고, 제1 기판과 제2 기판 간의 거리에 대한 제2 개구부의 폭 중 가장 좁은 부분의 비는 1보다 크고 2 이하인 것이 좋다. 그런데, 통상적인 액정 표시 장치의 두 기판 간의 거리는 4~5μm이므로 제1 개구부 및 제2 개구부의 폭 중 가장 좁은 부분은 4.5~10μm인 것이 좋다.

제1 기판과 제2 기판 사이에 액정 물질층을 더 포함할 수 있으며, 액정 물질층은 음의 유전율 이방성을 가지며 수직으로 배향되어 있는 것이 바람직하다.

여기서, 제1 및 제2 전극에 전압이 인가되었을 때 제1 개구부와 제2 개구부를 중심으로 분할된 이웃하는 영역의 액정 분자의 평균 장축 방향이 서로 180˚를 이루는 경우, 제1 개구부 및 제2 개구부의 폭을 10μm 이상, 20μm 이하로 형성하는 것이 좋다.

또한, 액정 물질층의 유전율 이방성이 -0.3~-0.5이고, 제1 및 제2 전극의 전위차가 5~6V일 때, 제1 및 제2 개구부의 폭을 10μm 이상, 20μm 이하로 하는 것이 좋다.

본 발명에서는 개구부의 폭을 두 기판 간의 거리보다 넓게 형성하여 프린지 필드가 강하게 생성되고, 이에 따라 액정 분자들이 안정되게 배열하므로 비정상 조직의 발생이 줄어든다. 또한, 개구부를 중심으로 분할된 영역에서 액정 분자의 평균 장축 방향이 180˚를 이루는 경우에는 개구부를 더 넓게 형성하여 프린지 필드의 수평 성분을 강하게 형성함으로써 분할된 영역의 경계가 하나의 선으로 나타나고 분할된 영역의 내부가 균일하게 되도록 한다.

그러면, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 액정 표시 장치의 상부 및 하부 기판을 배치한 상태를 나타내는 도면으로서, 두 기판(1, 5)이 D만큼의 거리를 두고 마주 보고 있으며, 두 기판(1, 5)의 안쪽면에는 각각 전계 생성 전극(2, 6)이 형성되어 있는데, 두 전극(2, 6) 중 하나 또는 둘 다에는 개구부가 형성되어 있다. 전극(2, 6) 위에는 각각 수직 배향막(3, 7)이 형성되어 있고, 두 배향막(3, 7) 사이에는 음의 유전율 이방성을 가지는 액정층(9)이 위치하고 있다. 각각의 기판(1, 5) 바깥면에는 액정층(9)으로 들어가는 빛 및 액정층(9)을 통과해 나오는 빛을 편광시키는 편광판(4, 8)이 부착되어 있는데, 하부 기판(1)에 부착된 편광판(4)의 편광축은 상부 기판(5)에 부착된 편광판(8)의 편광축에 대하여 90˚의 각을 이루고 있다.

도 2a 및 도 2b는 각각 본 발명의 실시예에 따른 액정 표시 장치의 단면도로서, 두 기판의 전극만을 도시하고 있다. 두 전극(2, 6) 중 한 전극(2)에는 개구부(201, 202)가 형성되어 프린지 필드를 생성한다.

먼저, 도 2a를 참고로 하여 두 전극(2, 6) 사이에서 생성되는 전기장과 액정 분자(91)의 배열에 대하여 설명한다.

상부 및 하부 전극(2, 6)에 서로 다른 크기의 전압을 인가하면 전압차에 따른 전기장이 생성된다. 생성된 전기장은 대부분의 곳에서 상부 및 하부 전극(2, 6)에 수직이지만, 개구부(201) 근처에서는 휘어지게 되며, 개구부(201)의 중심을 기준으로 대칭인 모양이 된다. 그런데, 액정 분자(91)들은 음의 유전율 이방성을 가지므로 전기장에 수직하게 배열하려 하고, 이에 따라 개구부(201)의 중심을 기준으로 양쪽의 액정 분자(91)들이 반대 방향으로 눕는다.

전기장을 수직 성분(Ex)과 수평 성분(Ez)으로 나누어 볼 수 있는데, 수직 성분(Ez)은 기판(1)에 수직으로 서 있는 액정 분자(91)를 눕히는 역할을 하며, 수평 성분(Ex)은 액정 분자(91)가 눕는 방향을 결정한다. 예를 들면, 개구부(201) 중심의 왼쪽의 전기장은 오른쪽 방향의 수평 성분(Ex)을 가지므로 눕는 방향이 반시계 방향이고, 오른쪽 부분은 그 반대가 된다.

그런데, 개구부(201)의 중앙에서는 전기장의 수평 성분(Ex)이 없고 수직 성분(Ez)만이 존재하기 때문에 액정 분자(91)가 눕는 방향이 결정되지 않는다. 따라서 개구부(201) 중심에 위치한 액정 분자(91)들은 눕지 않고 서 있을 확률이 높다. 이에 따라 개구부(201) 중심 부분을 중심으로 액정 분자(91)의 배열이 급격히 변화하여 불안정한 조직(texture)이 발생한다.

예를 들어, 액정 분자(91)들이 가지는 탄성력, 즉 네마틱 액정 분자(91)들이 서로 평행하게 되려는 성질로 인한 힘이 프린지 필드로 인한 힘을 이길 경우에 개구부(201) 중심에 위치한 액정 분자(91)들이 왼쪽으로 넘어진다고 하자. 물론 이때 탄성력은 액정의 유전율 이방성과 관계가 있다. 이때 개구부(201) 중심 오른쪽에 위치한 액정 분자(91)들은 오른쪽으로 넘어져야 하나 탄성력이 크기 때문에 덩달아 왼쪽으로 넘어져 두 영역 간의 경계가 오른쪽으로 이동하는 현상이 발생할 수 있다. 또한 탄성력이 매우 큰 경우 두 영역 간의 경계가 전극 위까지 확장될 수도 있다. 또, 개구부(201) 중심에 위치한 액정 분자(91) 중 일부는 왼쪽으로, 일부는 오른쪽으로 넘어지면 두 영역 간의 경계가 두 갈래로 나타날 수도 있다.

불안정한 조직을 없애기 위해서는 개구부(201)의 한쪽편으로부터 다른 쪽에 이르기까지 액정 분자(91)들의 배열이 연속적이고 변화가 완만해야 한다. 즉, 액정 분자(91)들이 개구부(201) 중심 부근에서는 수직에 가깝게 배열하고 중심으로부터 멀어질수록 완만하게 눕는 형태의 배열로 형성되는 것이 바람직하다.

개구부(201) 중심 부근에서의 액정 분자(91)들이 수직에 가깝게 되려면 개구부(201) 중심 부근에서의 전기장의 수직 성분에 대한 수평 성분의 비가 크거나 전기장의 크기 자체가 작도록 하는 것이 바람직하다.

또한, 액정 분자(91)의 배열이 변화하는 영역을 넓혀주어 변화량을 작게 하는 것이 바람직하다.

도 2a와 도 2b를 비교해 보자. 도 2a 및 도 2b를 보면 도 2b의 경우가 개구부(201, 202)의 폭(d1, d2)이 크다.

개구부(201, 202) 가장 자리에서의 전기장을 비교해 보면, 도 2b의 경우가 도 2a의 경우보다 수직 성분(Ez)은 작고 수평 성분(Ex)은 크다. 왜냐하면 전기장을 개구부(201, 202)를 중심으로 양쪽에 위치한 두 전극 부분(205, 206)에서 나온 두 전기장의 합이라고 하면, 한 부분(205) 가장자리에서의 전기장은 그 부분(205)으로 인한 전기장의 세기는 동일하지만 다른 부분(206)으로 인한 전기장의 세기는 두 부분(205, 206) 사이의 거리(즉, 개구부의 폭)(d1, d2)가 도 2a와 도 2b에서 다르기 때문에 달라진다. 두 부분(205, 206)에 의한 전기장의 수직 성분(Ez)은 같은 방향이고 수평 성분(Ex)은 다른 방향인데, A 지점에서의 부분(206)에 의한 전기장의 수직 및 수평 성분(Ez, Ex)은 도 2b의 경우가 모두 작다. 따라서, A 지점에서의 수직 성분(Ez)은 도 2b의 경우가 도 2a의 경우보다 작고, 수평 성분(Ex)은 도 2b의 경우가 도 2a의 경우보다 크다.

또한, 개구부(201, 202) 중심에서의 전기장의 크기(수직 성분밖에 없으므로 수직 성분의 크기라고 할 수도 있음)도 도 2b의 경우가 작다. 왜냐하면, 개구부(201, 202) 중심에서 각 부분(205, 206)까지의 거리가 도 2b의 경우가 도 2a의 경우보다 멀기 때문이다.

전기장의 연속성을 생각한다면, 개구부(201, 202) 내에서 도 2b의 경우가 전기장의 수직 성분(Ez)에 대한 수평 성분(Ex)의 비가 크고 전기장의 세기 또한 작다고 할 수 있다.

또한, 액정 분자(91)가 변화하는 영역은 개구부(201, 202)의 폭이 큰 도 2b의 경우가 넓다.

결과적으로, 개구부(201, 202)의 폭이 큰 경우에 액정 분자(91)의 배열이 수직에 가깝고 연속적이고 완만하게 되어 배열이 안정한 것으로 여겨진다. 한편 도2b의 경우 액정 분자(91)들이 수직에 가까운 영역이 넓게 나타나므로 개구율이 좀 떨어질 수 있다.

도 3a 내지 도 3d는 도 2a 및 도 2b에 나타난 개구부 주변에서의 액정 분자의 배열 상태를 나타내는 도면으로서, 도 3a는 개구부 폭이 좁고 인가 전압이 낮은 경우를, 도 3b는 개구부 폭이 좁고 인가 전압이 큰 경우를 도시한 것이고, 도 3c는 개구부 폭이 넓고 인가 전압이 작은 경우를, 도 3d는 개구부 폭이 넓고 인가 전압이 큰 경우를 도시한 것이다.

개구부의 폭이 좁은 경우, 도 3a에서처럼 전압이 낮으면 영역 간의 경계가 개구부 중심 부근에서 하나의 선 형태로 나타나지만, 도 3b에서처럼 전압이 높아지면 영역 간의 경계가 둘로 갈라지기도 하고 전극 내부로 확장되기도 하는 등 불균일한 조직이 커진다.

개구부의 폭이 넓은 경우에는 도 3c에서와 같이 영역 사이의 경계가 개구부 중심 부근에서 굵은 선 형태로 나타나며, 도 3d에서와 같이 전압이 높아지면 경계가 약하게 두 갈래로 갈라질 수 있지만 전극 내부로 확장되지는 않는다.

이와 같이 개구부의 폭이 넓고 인가 전압이 낮을수록 분할 영역은 균일하지만 개구율이 작다. 따라서 개구부의 폭을 적정하게 정할 필요가 있다.

한편, 앞에서 설명한 바와 같은 현상은 액정 분자가 기울어진 방향에 따라 다르게 나타날 수 있다. 예를 들어, 개구부가 선형이어서 기판 위에서 볼 때 액정 분자들이 개구부의 연장 방향에 대하여 수직으로 기울어지는 경우와 그렇지 않고 개구부가 꺾인 모양이어서 개구부의 연장 방향에 대하여 90˚가 아닌 다른 각도를이루는 경우를 비교할 수 있다. 후자의 경우에는 개구부 중심 부분의 액정 분자들이 기판과 수직을 이루는 것이 아니라 개구부 길이 방향으로 기울어진 상태가 된다. 따라서 개구부 중심으로부터 가장자리 방향을 따라 갈 때 액정 분자의 기판에 대한 각도 변화가 전자보다 작아 완만한 변화가 나타나며, 영역간 경계가 두 갈래로 나타날 확률이 적다.

그러면, 본 발명의 구체적인 실시예에 대하여 상세히 설명한다.

먼저, 도 4 내지 도 8을 참조하여 본 발명의 제1 실시예에 따른 액정 표시 장치에 대하여 설명한다.

도 4는 본 발명의 제1 실시예에 따른 액정 표시 장치의 하부 기판의 배치도이고, 도 5는 도 4에서 Ⅴ-Ⅴ´선을 따라 잘라 도시한 단면도이다.

먼저, 도 4 및 도 5에 도시한 바와 같이 절연 기판(10) 위에 게이트선(11)및 게이트선(11)에서 이어진 게이트 전극(12), 유지 전극선(13) 및 유지 전극선(13)과 연결되어 있는 제1 및 제2 차광막(132, 133)이 형성되어 있다. 게이트선(11)과 유지 전극선(13)은 가로 방향으로 뻗어 있으며 교대로 배치되어 있다. 제1 및 제2 차광막(132, 133)은 세로 방향으로 뻗어 있고, 인접한 두 게이트선(11) 사이에 위치하며, 좁은 간격과 넓은 간격을 이룬다. 유지 전극선(13)은 상부 기판의 공통 전극과 등전위가 되는 것이 보통이나 독자의 전위를 가질 수도 있다.

게이트 절연막(20)이 게이트선(11)과 게이트 전극(12), 유지 전극선(13), 그리고 제1 및 제2 차광막(132, 133)을 덮고 있으며, 그 위에는 비정질 규소 따위의 물질로 이루어진 반도체층(21)이 형성되어 게이트 전극(12) 위에 위치하고 있다.

반도체층(21) 위에는 인(P) 따위의 n형 불순물로 고농도로 도핑되어 있는 비정질 규소 따위로 이루어진 저항성 접촉층(22)이 형성되어 있다.

게이트 절연막(20) 위에는 또한 데이터선(31), 소스 및 드레인 전극(32, 33)이 형성되어 있다. 데이터선(31)은 제1 및 제2 차광막(132, 133) 사이의 좁은 간격에 위치하며 세로 방향으로 뻗어 있고, 데이터선(31)에서 이어진 소스 전극(32)과 이와 분리되어 있는 드레인 전극(33)은 게이트 전극(12)을 중심으로 서로 마주 보고 있다.

데이터선(31)과 소스 및 드레인 전극(32, 33) 위에는 보호 절연막(40)이 형성되어 있으며 보호 절연막(40)에는 드레인 전극(33)을 드러내는 접촉구(401)가 형성되어 있다.

게이트선(11)과 데이터선(31)이 교차하여 정의하는 영역인 화소 영역에는 모서리가 곡선화된 사각형(411) 수 개가 폭이 좁은 연결부(412)로 연결되어 있는 형태의 화소 전극(41)이 보호 절연막(40) 위에 형성되어 있다. 화소 전극(41)은 보호 절연막(40)에 형성된 접촉구(401)를 통해 드레인 전극(33)의 일부와 접촉해 있다. 화소 전극(41)은 투과형 액정 표시 장치에서는 ITO(indium tin oxide) 따위의 투명 도전 물질로 형성할 수 있고, 반사형 액정 표시 장치에서는 알루미늄 등 반사가 잘 되는 금속으로 형성할 수 있다. 또한, 화소 전극(41)은 사각형이나 톱니 또는 십자 모양의 다양한 형태의 개구 패턴을 가지도록 형성할 수 있다.

데이터선(31) 사이의 게이트선(11) 상부에는 게이트선(11)과 절연되어 있는 게이트선 보조 패턴(18)이 형성되어 있어서, 보조 패턴(18) 하부의 게이트선(11)이단선되면 레이저(laser)를 조사하여 단선된 부분 양편의 게이트선(11)을 게이트선 보조 패턴(18)과 단락시킴으로써 수리할 수 있다. 그러나, 처음부터 접촉구를 통하여 게이트선 보조 패턴(18) 양단을 게이트선(11)에 연결해 놓을 수도 있다. 게이트선 보조 패턴(18)은 데이터선(13)과 같은 층에 데이터선(31)과 같은 금속으로 형성할 수도 있고, 화소 전극(41)과 같은 층에 ITO 등의 화소 전극(41) 물질로 형성할 수도 있다.

다음, 도 6은 본 발명의 제1 실시예에 따른 액정 표시 장치의 상부 기판의 공통 전극에 형성되어 있는 개구부 패턴을 나타낸 도면이다.

도 6에 도시한 바와 같이 상부 기판의 공통 전극에는 개구부(51)가 형성되어 있다. 개구부(51)는 중심(511)으로부터 멀어질수록 폭이 좁아지는 모양의 수직 가지(512)와 수평 가지(513)로 이루어진 십자 모양(+) 수 개가 일렬로 배열되어 있는 모양으로 형성되어 있으나, 다른 모양으로 형성할 수도 있다. 이러한 모양으로 개구부(51)를 형성하는 것은 개구부(51)의 경계선이 휘거나 꺾이는 정도를 완만하게 하려는 것으로 이는 개구부(51)의 경계선이 휘거나 꺾이는 정도가 완만할수록 액정 분자의 배열이 균일하게 되어 응답 속도가 빠르기 때문이다. 앞서, 화소 전극(41)을 모서리가 곡선화된 사각형(411) 수 개가 연결되어 있는 형태로 형성한 것도 같은 이유 때문이다. 따라서, 개구부(51)나 화소 전극(41)을 다른 모양으로 형성하더라도 경계선은 직선 또는 둔각을 이루며 꺾이거나 곡선이 되도록 하는 것이 바람직하다.

다음, 도 7은 본 발명의 제1 실시예에 따른 액정 표시 장치의 상하부 기판을정렬한 상태의 배치도이며, 도 8은 본 발명의 제1 실시예에 따른 액정 표시 장치의 상부 및 하부 기판에 형성된 개구부 패턴 및 액정 분자의 배열 상태를 도시한 것이다.

도 7 및 도 8에 도시한 바와 같이 상부 기판과 하부 기판이 정렬되어 상부 기판의 개구부(51)가 하부 기판의 화소 전극(41)과 중첩된 형태를 이루고 있다. 유지 전극선(13)은 개구부(51)의 수평 가지(513) 하나와 중첩되어 있고, 개구부(51)를 이루는 십자 모양 각각의 중심은 화소 전극(41)의 가운데에 놓여 화소 전극(41)을 이루는 사각형(411) 각각을 4분할하고 있다. 이때, 개구부(51)에 의하여 분할되는 화소 전극(41)의 각 영역은 개구부(51)의 경계선과 화소 전극(41)의 경계선이 만나도록 하여 폐곡선을 이루는 것이 좋다. 여기서, 개구부(51)가 화소 전극(41)을 이루는 사각형(411) 각각을 4분할함으로써 4분할된 각 영역에서의 액정 분자들의 평균 장축 방향이 서로 90˚를 이루며 개구부(51)의 길이 방향에 대해서 45˚를 이룬다. 사각형(411)을 정사각형으로 형성하면 직교 편광판을 사용할 경우 각 분할 영역에서의 액정 분자의 평균 장축 방향이, 기판의 위에서 볼 때, 편광판의 방향(도 8에서 양쪽 화살표)과 45˚를 이루도록 할 수 있어서 넓은 시야각을 확보하는데 적합하다.

이러한 액정 표시 장치에서 화소 전극(41)을 이루는 사각형(411) 간의 간격(W)(개구부의 일종으로 볼 수 있다) 및 상부 기판의 개구부(51) 폭(W´)과 상부 기판과 하부 기판 간 거리(도 1에서 D)의 비에 따라서 형성되는 등전위선 패턴이 어떻게 변화하는지를 관찰하였다. 여기서, 사각형(411) 간의 간격(W)이나 개구부(51) 폭(W´)은 가장 좁은 곳을 기준으로 한다.

도 9 내지 도 12에는 도 4 내지 도 8에 도시한 액정 표시 장치의 전극에 전압을 인가하였을 때 생성되는 등전위선을 도 7의 A-A´선을 따라 도시한 그래프이다. 그래프의 가로축은 상부 기판의 개구부(51) 폭(W´) 및 하부 기판의 화소 전극(41)을 이루는 사각형(411) 간의 간격(W)을 나타내며 40μm 지점은 화소 전극(41) 및 개구부(51)의 중앙부에 해당하고, 세로축은 두 기판 간의 거리(D)를 나타낸다.

상부 기판과 하부 기판 간의 거리(D)와 개구부(51) 폭(W´)을 각각 도 9에서는 4μm와 16μm로, 도 10에서는 4μm와 8μm로, 도 11에서는 4μm와 3.2μm로, 도 12에서는 8μm와 8μm로 하였다.

도 11에 도시한 바와 같이 개구부(51)의 폭(W´)이 두 기판 간의 거리(D)보다 작은 경우 등전위선은 완만하게 형성되어 있고, 개구부(51) 폭(W´)이 두 기판 간의 거리(D)보다 커짐에 따라 등전위선의 굴곡이 커지고 개구부(51) 가장자리 근처에 형성된 등전위선 간의 간격은 점점 좁아진다.

따라서, 개구부(51) 폭(W´) 또는 사각형(411) 사이의 간격(W)이 두 기판 간 거리(D)보다 커질수록 전기장이 휘는 정도가 커지는데, 특히 두 기판 사이의 거리(D)보다 큰 경우에 액정 분자들이 안정된 상태를 이루게 된다.

사각형(411) 사이의 간격(W) 및 개구부(51) 폭(W´)이 두 기판 간의 거리(D)보다 작을 경우에는 비정상 조직이 발생한다. 이러한 비정상 조직은 인가된 전압에 따라 모양이 변하며, 나타나고 사라지는데 5초 정도의 시간이 소요되므로 잔상이 나타난다.

그러나 사각형 사이의 간격 및 개구부 폭이 너무 크면 개구율이 떨어지므로 두 기판 간의 거리에 대한 개구부 폭의 가장 작은 부분의 비는 1 이상이고 2 이하인 것이 바람직하다. 보통의 액정 표시 장치에서 두 기판 간의 거리는 4~5μm 정도이므로 개구부 폭의 가장 작은 부분은 4~10μm가 적당하다.

앞서 언급한 바와 같이 본 발명의 제1 실시예에서는 4분할된 각 영역에서의 액정 분자들의 평균 장축 방향이 서로 90˚를 이룬다. 그러나 개구부 패턴은 여러 가지 모양으로 형성할 수 있으므로, 이에 따라 액정 분자의 배열 상태가 달라진다. 즉, 개구부 패턴을 경계로 하여 분할된 영역의 액정 분자들의 평균 장축 방향이 서로 180˚를 이룰 수도 있다.

이러한 액정 분자의 배열 상태를 가지는 본 발명의 제2 실시예에 대하여 도 13a 내지 13c를 참조하여 설명한다.

도 13a에 도시된 바와 같이, 직사각형 모양의 화소 전극(61)에는 중간부에 우변으로부터 좌측으로 가늘게 패인 제1 개구부(611)가 형성되어 있고, 제1 개구부(611)의 입구 양쪽은 모서리가 잘려 나가 완만한 각도로 구부러져 있다. 제1 개구부(611)를 중심으로 하여 화소 전극(61)을 상부와 하부로 구분할 때 상부와 하부에는 각각 제2 및 제3 개구부(612, 613)가 형성되어 있다. 제2 및 제3 개구부(612, 613)는 각각 화소 전극(61)의 중심 부근 왼쪽에서 우상부와 우하부쪽으로 대각선으로 파고 들어가 있다.

도 13b에는 공통 전극에 형성된 개구부 패턴을 도시하였다. 공통 전극에는가로 방향으로 형성되어 있는 줄기부(711), 줄기부(711)로부터 각각 사선 방향으로 상하로 뻗어나가 있는 제1 및 제2 가지부(712, 714), 제1 및 제2 가지부(712, 714)로부터 각각 세로 방향으로 상하로 뻗어나가 있는 제1 및 제2 가지단부(713, 715)를 포함하는 제4 개구부가 형성되어 있다. 또, 공통 전극에는 제1 가지부(712)와 나란하게 사선 방향으로 형성되어 있는 중앙부(721), 중앙부(721)로부터 가로 방향으로 뻗어 있는 가로단부(722), 중앙부(721)로부터 세로 방향으로 뻗어 있는 세로단부(723)를 포함하는 제5 개구부와 제4 개구부에 대하여 제5 개구부와 대칭을 이루고 있는 제6 개구부가 형성되어 있다. 이러한 배치의 제4, 제5 및 제6 개구부는 공통 전극에 반복적으로 형성되어 있다.

또 13c에는 화소 전극(61)과 공통 전극이 중첩된 형태가 도시되어 있다. 화소 전극(61)의 제1 내지 제3 개구부(611, 612, 613)와 공통 전극의 제4 내지 제6 개구부가 중첩되어 화소 전극(61)을 다수의 영역으로 분할하고 있다. 이때, 화소 전극(61)의 개구부(611, 612, 613)와 공통 전극의 개구부는 교대로 배치되어 있다. 분할된 영역들은 대체로 사다리꼴이며 영역 안의 액정 분자들의 평균 장축 방향은 각 영역에서 서로 마주보는 두 면에 수직인 방향이다. 제1 내지 제6 개구부는 화소 전극(61)의 중앙을 분할하는 제1 개구부(611)와 제4 개구부의 줄기부(711), 화소 전극(61)의 변과 중첩되는 제4 개구부의 가지단부(713, 715)와 제2 및 제3 개구부의 가로단부((722, 732) 및 세로단부(723,733)를 제외하고는 대부분의 영역에서 서로 나란하게 형성되어 있다.

이러한 액정 표시 장치에서는 개구부를 중심으로 분할된 영역에서의 액정 분자들의 평균 장축 방향이 대부분 서로 180˚를 이루며 개구부의 길이 방향에 대하여 수직이다. 여기에 전압이 인가되면 앞서 설명한 바와 같이 두 영역의 경계 부분이 두 갈래의 선으로 나타날 수 있다.

실험 결과 액정의 Δε이 -3.0~-5.0이고 구동 전압, 즉 두 전극(도 1에서 2, 6) 사이의 전위차가 5~6V인 경우 개구부 폭은 최소 10μm 이상은 되어야 하는 것으로 나타났다. 따라서 개구부 폭을 10μm 이상 20μm 이하로 하는 것이 좋다.

본 발명은 상부 및 하부 기판에 형성된 전극에 개구부 패턴을 형성하고 개구부 패턴 폭을 두 기판 간의 거리보다 크게 형성하여 불필요한 조직의 발생이 줄어든다.

Claims (16)

1. (정정) 제1 기판,

   상기 제1 기판 안쪽면 위에 형성된 다수의 게이트선,

   상기 게이트선과 절연되어 있으며 상기 게이트선과 교차하는 다수의 데이터선,

   상기 게이트선과 이어진 게이트 전극, 상기 데이터선과 이어진 소스 전극 및 상기 소스 전극과 분리되어 있는 드레인 전극으로 이루어지며 상기 게이트선으로부터 주사 신호를 받아 상기 데이터선으로부터의 화상 신호를 스위칭하는 박막 트랜지스터,

   상기 드레인 전극과 연결되어 있으며,폭의 크기가 변하는제1 개구부를 가지는 제1 전극,

   상기 제1 기판과 마주 대하고 있는 제2 기판,

   상기 제2 기판 안쪽면 위에 형성되어 있는 제2 전극

   을 포함하며,

   상기 제1 개구부의폭 중 가장 좁은 폭의 크기가상기 제1 기판과 상기 제2 기판 간의 거리보다 넓은 액정 표시 장치.
2. 제1항에서,

   상기 제2 전극은 제2 개구부를 가지는 액정 표시 장치.
3. 제2항에서,

   상기 제2 개구부의 폭은 상기 제1 기판과 상기 제2 기판 간의 거리보다 큰 액정 표시 장치.
4. 제3항에서,

   상기 제1 개구부는 모서리가 곡선화된 사각형 수 개가 연결되어 있는 형태로 이루어진 액정 표시 장치.
5. 제4항에서,

   상기 제1 기판과 상기 제2 기판 간의 거리에 대한 상기 제1 개구부의 폭 중 가장 좁은 부분의 비는 1보다 크고 2 이하인 액정 표시 장치.
6. 제4항 또는 제5항에서,

   상기 제2 개구부는 중심으로부터 멀어질수록 폭이 좁아지는 모양의 십자 모양 수 개가 일렬로 배열되어 있는 형태로 이루어진 액정 표시 장치.
7. 제6항에서,

   상기 제1 기판과 상기 제2 기판 간의 거리에 대한 상기 제2 개구부의 폭 중 가장 좁은 부분의 비는 1보다 크고 2 이하인 액정 표시 장치.
8. 제7항에서,

   상기 제1 개구부 및 상기 제2 개구부의 폭 중 가장 작은 부분은 4.5~10μm인 액정 표시 장치.
9. 제3항에서,

   상기 제1 기판과 상기 제2 기판 사이에 주입된 액정 물질층을 더 포함하는 액정 표시 장치.
10. 제9항에서,

    상기 액정 물질층은 음의 유전율 이방성을 가지며 수직으로 배향되어 있는 액정 표시 장치.
11. 제10항에서,

    상기 제1 및 제2 전극에 전압이 인가되었을 때 상기 제1 개구부와 상기 제2 개구부를 중심으로 분할된 이웃하는 영역의 상기 액정 분자의 평균 장축 방향이 서로 180˚를 이루는 액정 표시 장치.
12. 제11항에서,

    상기 액정 물질층의 유전율 이방성은 -0.3~-0.5이고, 상기 제1 및 제2 전극의 전위차는 5~6V인 액정 표시 장치.
13. 제11항 또는 제12항에서,

    상기 제1 개구부 및 상기 제2 개구부의 폭은 10μm 이상인 액정 표시 장치.
14. 제13항에서,

    상기 제1 개구부 및 상기 제2 개구부의 폭은 10μm 이상이고 20μm 이하인 액정 표시 장치.
15. (정정) 제1 기판,

    상기 제1 기판 안쪽면 위에 형성된 다수의 게이트선,

    상기 게이트선과 절연되어 있으며 상기 게이트선과 교차하는 다수의 데이터선,

    상기 게이트선에 연결된 게이트 전극,상기 데이터선과 이어진 소스 전극 및 상기 소스 전극과 분리되어 있는 드레인 전극으로 이루어지며 상기 게이트선으로부터 주사 신호를 받아 상기 데이터선으로부터의 화상 신호를 스위칭하는 박막 트랜지스터,

    상기 드레인 전극과 연결되어 있으며 제1 개구부를 가지는 제1 전극,

    상기 제1 기판과 마주 대하고 있는 제2 기판,

    상기 제2 기판 안쪽면 위에 형성되어 있으며 제2 개구부를 가지는 제2 전극

    을 포함하며,

    상기 제1 개구부 및 상기 제2 개구부의 폭은 10μm 이상인 액정 표시 장치.
16. 제15항에서,

    상기 제1 개구부 및 상기 제2 개구부의 폭은 10μm 이상이고 20μm 이하인 액정 표시 장치.