JP2005031662A - アレー基板及びこれの製造方法と、これを有する液晶表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】表示品質を向上するための反射−透過型アレー基板及びこれの製造方法と、これを有する液晶表示装置を提供する。
【解決手段】
ラビング方向を１０時方向に仮定するとき、ゲートラインとソースライン形成時ゲートラインからフローティングされた第１光遮断パターンを形成し、透過窓の境界領域を第１光遮断パターンと一部領域を重ね合わせて透過窓の左側垂直辺近傍で発生される残像や光漏洩現象を除去する。ソースラインからフローティングされた第２光遮断パターンを形成し、単位ピクセルに具備される透過窓の境界領域を第２光遮断パターンと一部領域を重ね合わせることで、透過窓の上側水平辺近傍で発生される残像や光漏洩現象を除去することができる。
【選択図】 図１１

Description

本発明は液晶表示装置に関し、より詳細には反射−透過型アレー基板及びこれの製造方法と、これを有する液晶表示装置に関する。

一般に、反射型液晶表示装置は外部から入射される自然光を使用するので、暗い場所では光量の減少によって表示が暗くなって表示される画像をまともに見ることができない短所がある。
また、透過型液晶表示装置はバックライトなどの装置から入射される人工光を使用するので、明るい場所でも暗い場所でも表示される画像を認識することはできるが、光源の出力に応じて電力消費が大きくなり、特に電池により動作させる携帯用表示装置などには適合していない短所がある。

このような短所を解決するために前記した反射型液晶表示装置と透過型液晶表示装置を併用する反射−透過型液晶表示装置がある。
図１は一般の液晶表示装置を示すための図面である。

図１に示すように、一般の液晶表示装置は反射領域と透過窓１９ａを画定する反射板１９を具備するアレー基板１０と、アレー基板１０に対向するカラーフィルター基板２０と、アレー基板１０とカラーフィルター基板２０との間に形成された液晶層３０と、カラーフィルター基板２０に配置された上部λ/４位相遅延フィルム４０と、上部偏光板５０と、アレー基板１０の下に配置された下部λ/４位相遅延フィルム６０と、下部偏光板７０とを含む。
図２及び図３は前記した図１の動作原理を示すための図面である。特に、図２は反射モード動作を示すための図面で、図３は透過モード動作を示すための図面である。特に液晶に印加される電圧がないときホワイトカラーを示すノーマルホワイトモードの液晶を具備する場合をその一例として示す。

図２に示すように、反射モードの動作時、液晶に印加される電圧が無いとき外部入射光が上部偏光板３０を通過した後線偏光になり、再び上部λ/４位相遅延フィルム４０を通過して円偏光になる。前記円偏光は左円偏光でも右円変更でもあり得る。
前記円偏光が液晶層３０を通過するが、このとき、液晶層３０は液晶に印加される電圧がないので、ツイスト状態を保持するのでこのようなツイストされた液晶層により円偏光は位相がλ/４分だけ変わって線偏光された後、前記線偏光が反射板１９に反射されて液晶層３０を再び通過しながらλ/４分だけ位相が変わって円偏光になる。前記円偏光が上部λ/４位相遅延フィルム４０を通ると最初に入射した光と同一の線偏光に変換された後上部偏光板５０を経由して光が透過してホワイトカラーを表示する。

一方、液晶層３０に印加される電圧があるとき、外部入射光が上部偏光板５０を通過した後線偏光になり、再びλ/４位相遅延フィルム４０を通過して円偏光になる。
前記円偏光が液晶層３０を通過するが、このとき、液晶層３０は液晶に印加された電圧により配列されるので円偏光をそのまま通過させ、液晶層３０を通過した円偏光は反射板６０に反射されて液晶層を再び通り上部λ/４位相遅延フィルム４０により位相がλ/４分だけ変わってλ/４位相分だけ遅延された線偏光になる。前記線偏光が上部偏光板３０を経由しながら光が損失されてブラックカラーを表示する。

図３に示すように、透過モード動作時、液晶層３０に印加される電圧がないとき、下部から提供される人工光は下部偏光板７０を通過し線偏光に変換され、下部λ/４位相遅延フィルム６０により円偏光に変換され、透明電極１８を経由して液晶層３０に到達する。このとき、液晶層３０には電圧が印加されていないのでツイスト状態を保持し、ツイストされた液晶層により線偏光に変換された後、上部λ/４位相遅延フィルム４０により位相がλ/４変換された円偏光になる。このとき、変換された円偏光は偏光板３０を通過してホワイトカラーを表示する。
一方、液晶層３０に印加される電圧があるとき、前記人工光は偏光板９０を通過し線偏光に変換され、下部λ/４位相遅延フィルム６０により円偏光に変換された後、透明電極１８を経由して液晶層３０に到達する。このとき液晶層３０には電圧が印加されているので液晶は垂直配列され、垂直配列された液晶層によって円偏光をそのまま保持し上部λ/４位相遅延フィルム４０に到達する。

上部λ/４位相遅延フィルム４０に到達した円偏光は線偏光に変換された後上部偏光板５０に到達し、上部偏光板５０に到達した線偏光は光が損失されるのでブラックカラーを表示する。

本発明の技術的課題はこのような点に着目したもので、本発明の目的は反射−透過型液晶表示装置に採用されて表示品質を向上させるためのアレー基板を提供することにある。
また、本発明の他の目的は前記したアレー基板の製造方法を提供することにある。
また、本発明のさらに他の目的はアレー基板を有する液晶表示装置を提供することにある。

前記した目的を実現するための特徴を有するアレー基板は、反射領域と透過窓に区分され、前記透過窓が境界部分に隣接して形成された画素領域を具備する基板と、前記画素領域に形成されたスイッチング素子と、前記透過窓に形成され、前記スイッチング素子に連結された画素電極と、前記反射領域に形成された反射板とを含む。

また、前記した本発明の他の目的を実現するための特徴を有するアレー基板の製造方法は、（ａ）基板上に形成されたゲートラインとソースラインにより画定される画素領域にスイッチング素子と光遮断部を形成する段階と、（ｂ）前記画素領域のうち前記スイッチング素子と光遮断部の一部が含まれた領域を反射領域として画定し、前記光遮断部の残りが含まれた領域を透過領域として画定し、前記反射領域上に有機絶縁層を形成する段階と、（ｃ）前記有機絶縁層表面及び前記透過領域に連続して画素電極を形成する段階と、（ｄ）前記反射領域に反射板を形成する段階とを含んでなる。

また、前記した本発明のまたの他の目的を実現するための特徴を有する他のアレー基板の製造方法は、（ａ）基板上に形成されたゲートラインとソースラインにより画定される画素領域にスイッチング素子と光遮断部を形成する段階と、（ｂ）前記画素領域のうち前記スイッチング素子と光遮断部の一部が含まれた領域を反射領域として画定し、前記光遮断部の残りが含まれる領域を透過領域として画定し、前記透過領域と前記反射領域の一部に連続して画素電極を形成する段階と、（ｃ）前記反射領域に有機絶縁層を形成する段階と、（ｄ）前記有機絶縁層表面に反射板を形成する段階とを含む。
また、前記した本発明のさらに他の目的を実現するための特徴を有する液晶表示装置は、色画素を具備する上部基板と、互いに隣接するゲートラインとソースラインにより画定される画素領域に形成されたスイッチング素子と、前記スイッチング素子に連結された画素電極と、反射領域と透過窓を画定しながら前記透過窓のエッジが前記画素領域のエッジ領域に重畳されるように前記画素領域に形成された反射板を具備する下部基板と、
前記上部基板と下部基板との間に形成されるものの、前記反射領域と透過窓に対応して形成された液晶層とを含む。

このようなアレー基板及びこれの製造方法と、これを有する液晶表示装置によると、透過窓の境界領域を画素領域のエッジ領域と一部重畳させることで、残像及び光漏洩現象を除去し、透過コントラスト比率を向上させることができる。

以下、図面を参照して本発明の望ましい一実施形態をより詳細に説明する。
図４は偏光液晶表示装置を示すための平面図であり、特に、トップＩＴＯ（透明電極がカラーフィルタ上部に配置された）構造を有する反射−透過型液晶表示装置用アレー基板の単位画素を示している。

図４に示すように、アレー基板は透明基板（図示せず）上に横方向に伸長され、縦方向に間隔をあけて配列される複数のゲートライン１０９と、縦方向に伸長され、横方向に間隔をあけて配列され複数のソースライン１１９とによって画定されるそれぞれの領域に形成され、ゲートライン１０９から延長されたゲート電極１１０、ソースライン１１９から延長されたソース電極１２０及びソース電極１２０から離隔されたドレーン電極１３０を有するスイッチング素子ＴＦＴと、ドレーン電極１３０と連結された画素電極１５０と、画素電極１５０上に形成されて自然光を反射する反射領域と人工光を透過させる透過領域または透過窓を画定する反射板１６０とを具備する。反射板１６０には反射効率を高めるために複数の溝と窪みを形成することが望ましい。図面上でアレー基板に形成されたラビングの配向方向は、図示するように概ね１０時方向である。
図５は前記した図４における切断線Ａ−Ａ’線に沿って切断した断面図である。
図５に示すように、液晶表示装置はアレー基板１００、カラーフィルター基板２００及びアレー基板１００とカラーフィルター基板２００との間に形成された液晶層３００を含む。

アレー基板１００は透明基板１０５上に形成されたゲート電極１１０、ゲート電極１１０及び透明基板１０５上に形成されたゲート絶縁膜１１２、半導体層１１４、オーミックコンタクト層１１６、ソース電極１２０及びドレーン電極１３０を含むスイッチング素子ＴＦＴと、前記スイッチング素子ＴＦＴを被覆し、ドレーン電極１３０の一部を露出させ厚く形成された有機絶縁層１４０を含む。ここで、有機絶縁層１４０の表面には反射効率を高めるために複数の溝と窪みを形成することが望ましい。
また、アレー基板１００は有機絶縁層１４０上に一部領域が開口されて、第１コンタクトホール１４１を通じてドレーン電極１３０に連結される画素電極１５０と、前記スイッチング素子ＴＦＴ全体を被いながら形成された保護層１５２と、保護層１５２上に形成された反射板１６０を含み、反射板１６０が形成された領域を反射領域として画定し、反射板１６０が形成されていない部分が透過窓１４５として画定される。

画素電極１５０は光を透過させる一種の透過電極として、インジウム亜鉛酸化物やインジウム錫酸化物が利用される。図示していないが、画素電極１５０を形成する前に前記スイッチング素子ＴＦＴから一定距離離隔される領域に別途のキャパシター配線を形成させて、前記キャパシター配線と画素電極をストレージキャパシターとして画定する。
一方、カラーフィルター基板２００は、透明基板２０５上に、Ｒ、Ｇ、Ｂそれぞれの画素領域を画定するブラックマトリックス層（図示せず）と、前記ブラックマトリックス層により画定される領域に形成された色画素層２１０と、前記ブラックマトリックス層と色画素層２１０を保護するために塗布された表面保護層（図示せず）を含む。勿論、前記したブラックマトリックス層を形成しなくても、隣接する色画素層２１０を互いにオーバーラップさせる方式を通じてブラックマトリックス機能を付与することができる。また、前記表面保護層上部、即ち、液晶層３００に近接する面に、図示していない共通電極層をさらに形成することができる。

一方、液晶層３００はアレー基板１００とカラーフィルター基板２００との間に形成され、アレー基板１００の画素電極１５０に印加される電源とカラーフィルター基板２００の共通電極層（図示せず）に印加される電圧に応答して、カラーフィルター基板２００を通るする自然光を透過させるか、透過窓１７０を通る人工光を透過させる。このとき、液晶層３００は、反射領域のうちコンタクトホール１４１が形成された領域に対応する液晶層と、透過領域に対応する液晶層とでそれぞれ区分することができ、区分されるそれぞれの液晶層は互いに異なるセルギャップを有する。ここで、コンタクトホール１４１が形成された領域に対応する液晶層のセルギャップをｄ１と定義し、コンタクトホール１４１が形成されていない領域に対応する液晶層のセルギャップをｄ２と定義し、透過窓１７０に対応する液晶層のセルギャップをｄ３にするとき、ｄ２＜ｄ１≦ｄ３の条件を満足する。

特に、前記液晶層を構成する液晶分子の異方性屈折率をΔｎにし、セルギャップをｄとするとき、反射領域のうち前記コンタクトホールが形成された領域には前記有機絶縁層１４０が形成されていないので液晶層３００はΔｎｄ１の特性を有し、前記コンタクトホール以外の領域にはより高い位置に有機絶縁層が形成されるので液晶層３００はΔｎｄ２の特性を有し、前記透過領域にはより低い位置に有機絶縁層が形成されるので前記透過領域に対応する液晶層３００はΔｎｄ３の特性を有する。

前記反射領域と透過領域に対する最適なセルギャップは、液晶層３００を形成する液晶分子や液晶層３００の上下両側に具備される光学フィルムの条件によって異なるが、前記反射領域に対応するセルギャップｄ２は１．７μmより小さく、前記透過領域に対応するセルギャップｄ３は３．３μmより小さいことが望ましい。
図６及び図７は、偏光液晶表示装置で発生する残像現象及び光漏洩現象をそれぞれ示すための図面である。図面上のＣＮＴはスイッチング素子のドレーン電極に形成されたコンタクトホールである。
観察者観点で配向膜のラビング方向が概ね１０時方向のとき、図６に示されたように、前記したラビング工程が透過窓に対応して終了する領域、即ち、透過窓の２つの辺Ｈ１、Ｖ１近傍で光漏洩性残像現象が観察される。また、観察者観点でラビング方向が概ね１０時方向のとき、図７に示すように、前記ラビング工程が透過窓の境界領域、即ち、前記透過窓の４つの辺の近傍Ｈ１、Ｈ２、Ｖ１、Ｖ２で光漏洩現象が観察される。

図８は偏光液晶表示装置を動作させて２０ｍｓ後の液晶配列と残像及び光漏洩現象を示すための図面である。特に前記した図４の切断線Ｂ−Ｂ’線に沿って切断した断面図の液晶配列とこれに対応する残像及び光漏洩現象を示す。
図８に示すように、電圧が印加された２０ｍｓ後には反射領域や透過窓内側領域では、液晶分子が正常に垂直配向状態を保持するが、透過窓エッジ領域では正常な垂直配向状態で保持できない液晶分子が存在する。このような正常な垂直配向状態が保持できない液晶分子により、右側領域（前記図４の透過窓の右側垂直辺）では光漏洩現象Ｘ１１が発生し、左側領域（前記図４の透過窓の左側垂直辺）では前記右側領域で発生する光漏洩現象レベルより高い光漏洩性残像現象Ｙ１１が発生する。

また、前記した電圧が印加されてから２０ｍｓをずっと経過した２００ｍｓ後には、下記する図９に示すように残像は除去されるが、相変わらず光漏洩現象が発生する。
図９は偏光液晶表示装置を動作させて２００ｍｓ後の液晶配列と残像及び光漏洩現象を示すための図面である。特に、前記した図４の切断線Ｂ−Ｂ’に沿って切断した断面図の液晶配列とこれに対応する残像及び光漏洩現象を示す。
図９に示すように、電圧が印加された２００ｍｓ後にも前記した垂直配列状態を保持していない液晶分子が存在する。右側領域（前記図４の透過窓の右側垂直辺）では相変わらず光漏洩現象Ｘ２１が発生し、左側領域（前記図４の透過窓の左側垂直辺）では図８に示された残像はなくなるが、光漏洩現象Ｙ２２が発生する。

このような正常な垂直配列状態が保持できない液晶分子により、前記した図８に示すように残像現象がなくなるが、光漏洩現象は相変わらず発生することが確認できる。
即ち、現在フレーム初期に前回フレームに印加された電圧により残像現象が発生することを確認することができ、現在フレームだけではなく、次フレーム、その次フレームの間中前回フレームに印加された電圧により光漏洩現象が発生することが確認できる。
そのため、以下多重セルギャップ反射−透過型液晶表示装置で発生する残像や光漏洩現象を防止するための望ましい実施形態を図面を参照して説明する。

図１０は本発明の一実施形態による偏光液晶表示装置を示すための平面図である。特に、トップＩＴＯ構造を有する反射−透過型液晶表示装置用アレー基板を説明する。
図１０に示すように、本発明の一実施形態によるアレー基板は、ゲートライン４０９、ソースライン４１９、ゲートライン４０９の形成時に形成された第１光遮断パターン４１３、ソースライン４１９の形成時に形成された第２光遮断パターン４２２、スイッチング素子ＴＦＴ、画素電極４５０、そして反射領域と透過窓４４５を画定する反射板４６０とを含む。
ゲートライン４０９は基板（図示せず）上に横方向に伸長され、縦方向に間隔をあけて配列され、ソースライン４１９は縦方向に伸長され、横方向に間隔をあけて配列される。

第１光遮断パターン４１３はゲートライン４０９の形成時にフローティング状態で形成され、平面として観察するとき上部に形成されるソースライン４１９とは一部領域が重なり合うように縦方向に伸長され横方向に配列される。第１光遮断パターン４１３は、平面として観察した場合に、ラビング方向が概ね左側から右側方向に向かうとき、透過窓４４５の左側垂直辺を通じて発生する残像及び光漏洩現象を遮断する。
第２光遮断パターン４２２はソースライン４１９形成時フローティング状態で形成され、平面で観察するとき下部に形成されたゲートライン４０９とは一部領域が重なり合うように横方向に伸長され縦方向に配列される。第２光遮断パターン４２２は平面で観察するときラビング方向が大体下側から上側に向かうとき透過窓４４５の上側水平辺を通じて発生される残像及び光漏洩現象を遮断する。

スイッチング素子ＴＦＴは、互いに隣接するゲートライン４０９と互いに隣接するソースライン４１９により画定されるそれぞれの領域に形成され、ゲートライン４０９から延長されたゲート電極４１０、ソースライン４１９から延長されたソース電極４２０及びソース電極４２０から離隔されたドレーン電極４３０を有する。
画素電極４５０は、互いに隣接するゲートライン４０９と互いに隣接するソースライン４１９によって画定されるそれぞれの領域に形成され、コンタクトホール４４１を通じてドレーン電極４３０と連結される。
反射板４６０（図１１参照）は、画素電極４５０上に形成されて自然光を反射する反射領域と人工光を透過させる透過領域または透過窓４４５を画定し、前記反射領域のエッジの一定領域で前記透過領域に延長されて画素電極４５０と連結される。

反射板４６０は前記反射領域に対応する領域に形成され、図示されていない配向膜のラビング方向を考慮して透過窓４４５に延長されて、下部に具備される画素電極４５０と連結される。特に、図面上では観察者の観点から見るとき、前記配向膜を１０時方向にラビング処理すると仮定して、透過窓４４５の下部辺と右側辺に隣接する反射領域のエッジの一定領域で透過窓４４５に延長されて下部に具備される画素電極４５０と連結されることを示した。

前記した図面上には図示していないが、独立配線方式を採用する場合には、ゲートライン４０９の形成時に反射板４６０によって被われる領域に形成した下部メタルとソースライン４１９形成時に前記下部メタル上に形成した上部メタルを通じて、ストレージキャパシターを画定することが望ましい。前記ストレージキャパシターは、画素電極１５０を所定のコンタクトホールを通じて連結させ、画素電極１５０を経由してドレーン電極から提供される電荷を充電し、一つのフレームの間に充電された電荷を放電させて表示状態を保持する。
図１１は前記した図１０のＣ−Ｃ’線に沿って切断した断面図を示す。特に、トップＩＴＯ方式の液晶表示装置を示す。

図１１に示すように、本発明の一実施形態による液晶表示装置は、アレー基板４００、カラーフィルター基板２００、そしてアレー基板４００とカラーフィルター基板２００との間に形成された液晶層３００、カラーフィルター基板２００に配置された上部λ/４位相遅延フィルム４０と、上部偏光板５０と、アレー基板４００の下に配置された下部λ/４位相遅延フィルム６０と、下部偏光板７０とを含む。
アレー基板４００は透明基板４０５上に形成されたゲート電極４１０、ゲート電極４１０及び透明基板４０５上に形成されたゲート絶縁膜４１２、半導体層４１４、オーミックコンタクト層４１６、ソース電極４２０及びドレーン電極４３０を具備するスイッチング素子ＴＦＴと、第１光遮断パターン４１３と、前記スイッチング素子ＴＦＴを被覆しドレーン電極４３０の一部を露出させるパッシベーション層４４０、パッシベーション層４４０上に形成されながらドレーン電極４３０の一部を露出させ厚く形成された有機絶縁層４４４を含む。第１光遮断パターン４１３は、ゲート電極４１０形成時にフローティング状態で形成し、有機絶縁層４４４の表面には反射効率を高めるために複数の溝と窪みを形成することが望ましい。

アレー基板４００は、有機絶縁層４４４上に一部領域が開口されてコンタクトホール４４１を通じてドレーン電極４３０に連結される画素電極４５０と、前記スイッチング素子ＴＦＴ全体を被い形成された保護層４５２と、保護層４５２上に形成された反射板４６０を含み、反射板４６０が形成された領域を反射領域として定義し、反射板４６０が形成されていない領域を透過窓４４５として画定する。
画素電極４５０は光を透過させる透過電極として、インジウム錫酸化物ＩＴＯや錫酸化物ＴＯまたはインジウム亜鉛酸化物ＩＺＯが利用される。図示していないが、画素電極４５０を形成する以前に、前記スイッチング素子ＴＦＴから一定距離離隔される領域、望ましくは反射板４６０の下部領域に別途のキャパシター配線を形成して、前記キャパシター配線と画素電極４５０をストレージキャパシターとして画定する。

ここで、反射板４６０は保護層４５２の上部領域のうち前記反射領域に対応する領域に形成されると同時に、前記反射領域のエッジの一部領域、即ち、前記透過領域に接するエッジの一部領域から前記透過領域に一定の長さＩ分だけ延長されて形成される。図面上では反射板４６０と画素電極４５０が保護層４５２により離隔されて電気的に絶縁されることを図示したが、保護層４５２の一部領域を除去して画素電極４５０を露出させることで、画素電極４５０と反射板４６０を連結させることもできる。ここで、除去される保護層４５２は透過領域に対応する領域である。

一方、カラーフィルター基板２００は、透明基板２０５上にＲ、Ｇ、Ｂそれぞれの画素領域を画定するブラックマトリックス層（図示せず）と、前記ブラックマトリックス層により画定される領域に形成された色画素層２１０と、前記ブラックマトリックス層と色画素層２１０を保護するために塗布された表面保護層（図示せず）を含む。勿論、前記したブラックマトリックス層を形成しなくても隣接する色画素層２１０を重ね合わせる方式を通じてブラックマトリックス機能を付与することもできる。また、色画素層２１０は反射領域に対応する厚さと透過領域に対応する厚さは互いに相異することが望ましく、反射光と透過光の光効率が相異する点を勘案すると、前記透過領域に対応する色画素層２１０の厚さが厚いことが望ましい。
図示していないが、前記表面保護層上部、即ち、液晶層３００に近接する面に、図示していない共通電極層をさらに形成することができる。

一方、液晶層３００はアレー基板４００とカラーフィルター基板２００との間に形成され、アレー基板４００の画素電極４５０に印加される電圧とカラーフィルター基板２００の共通電極層（図示せず）に印加される電圧に応答して、カラーフィルター基板２００を経由する自然光を透過させるか、透過窓４４５を経由する人口光を透過させる。このとき、液晶層３００は反射領域のうちコンタクトホール４４１が形成された領域に対応する液晶層と、コンタクトホール４４１が形成されていない領域に対応する液晶層と、透過領域に対応する液晶層とでそれぞれ区分でき、区分されるそれぞれの液晶層は互いに異なるセルギャップを有する。ここで、コンタクトホール４４１が形成された領域に対応する液晶層のセルギャップをｄ１として、コンタクトホール４４１が形成されていない領域に対応する液晶層のセルギャップをｄ２として定義し、透過窓４４５に対応する液晶層のセルギャップをｄ３として定義するとき、ｄ２＜ｄ１≦ｄ３の条件を満足することが望ましい。
特に、前記液晶層３００を構成する液晶分子の異方性屈折率を△ｎにし、セルギャップをｄにするとき、前記反射領域のうちコンタクトホール４４１が形成された領域には前記有機絶縁層４４４が形成されていないので、液晶層３００は△ｎｄ１の光学特性を有する。コンタクトホール４４１が形成されていない領域にはコンタクトホール４４１が形成された領域に形成された有機絶縁層より高い位置に有機絶縁層が形成されるので、液晶層３００は△ｎｄ２の光学特性を有する。一方、前記透過領域には最も低い位置に有機絶縁層が形成されるので前記透過領域に対応する液晶層３００は△ｎｄ３の特性を有する。

前記反射領域と透過領域に対する最適のセルギャップは、液晶層３００を形成する液晶分子や液晶層３００の上下両側に具備される光学フィルムの条件によって異なるが、前記反射領域に対応するセルギャップｄ２は１．７μｍより小さく、前記透過領域に対応するセルギャップｄ３は３．３μｍより小さいことが望ましい。
また、液晶層３００に具備される液晶分子は、ホモジニアス配向処理してツイスト角を０°として設計する。前記ツイスト角を０°にラビング設計するために、アレー基板４００に具備される第１配向膜（図示せず）が第１方向にラビングされると仮定するとき、カラーフィルター基板２００に具備される第２配向膜（図示せず）は前記第１方向とは反対である第２方向にラビングする。このとき、反射板４６０のエッジのうち、前記スイッチング素子ＴＦＴに近接した側のエッジが透過窓４４５領域に延長される。勿論、アレー基板４００に具備される第１配向膜が第２方向にラビングされると、カラーフィルター基板２００に具備される第２配向膜は第１方向にラビングされ、反射板４６０のエッジのうち前記スイッチング素子ＴＦＴから離れている側のエッジが透過窓４４５領域に延長される。

カラーフィルター基板２００に配置された上部λ/４位相遅延フィルム４０や、上部偏光板５０、アレー基板４００下に配置された下部λ/４位相遅延フィルム６０及び下部偏光板７０に対する説明は後述する。
以上、アレー基板４００に画素電極４５０を形成し、カラーフィルター基板２００に共通電極（図示せず）を形成して、液晶層３００両端間に電圧を印加する方式を説明したが、カラーフィルター基板２００に前記共通電極層を形成しない場合、例えば、ＩＰＳモードやＦＦＳモードのようにＣＥモードを採用する液晶表示装置にも同様に採用することができる。

図１２及び図１３は本発明による偏光液晶表示装置の動作原理を示すための図面である。特に、液晶に印加される電圧がないときホワイトカラーを示すノーマルホワイトモードの液晶を具備することを示す。
＜反射モード動作時＞
図１２に示すように、反射モード動作時、液晶に印加される電圧がないとき外部入射光が上部偏光板５０を通過したあと線偏光になり、再び上部λ/４位相板４０を通過して左円偏光になる。勿論、右円変更であることもあり得る。
前記円偏光が液晶層３００を通過するが、このとき液晶層３００は液晶に印加される電圧がないので水平配列状態を保持し、このような水平配列状態の液晶層３００により左円偏光は位相がλ/４分だけ変わって線偏光になった後前記線偏光が反射板４６０に反射されて液晶層３００を再び通りながらλ/４分だけ位相が変わって左円偏光になる。前記反射モードに対応する液晶層３００は、前記した図１１に示すように△ｎｄ２の光学特性を有する。
前記左円偏光が上部λ/４位相板４０を通り最初に入射された光と同一の線偏光に変換された後、上部偏光板５０を経由して光が透過してホワイトカラーを表示する。

一方、液晶層３００に加えられる電圧があるとき、外部入射光が上部偏光板５０を通過した後線偏光になり、再びλ/４位相板４０を通過して左円偏光になる。
前記左円偏光が液晶層３００を通過するが、このとき液晶層３００は液晶に印加された電圧により垂直配列されるので左円偏光をそのまま通過させ、液晶層３００を通過した左円偏光は反射板４６０に反射されて右円偏光になり、前記右円偏光は液晶層３００を再び通過して上部λ/４位相板４０により位相がλ/４分だけ変わって、λ/４遅延された線偏光になる。前記線偏光が上部偏光板５０を経由しながら光が損失されてブラックカラーを表示する。
＜透過モード動作時＞
図１３に示すように、透過モード動作時、液晶層３００に印加される電圧がないとき、バックライト組立体（図示せず）から提供された光は下部偏光板７０を通過しながら線偏光に変換され、下部λ/４位相板６０によって右円偏光に変換され、画素電極４５０を経由して液晶層３００に到達する。前記透過モードに対応する液晶層３００は、前記した図１１に示すように△ｎｄ３の光学特性を有する。前記△ｎｄ３は前記反射モードに対応する液晶層３００の光学特性である△ｎｄ２の２倍である。

右円偏光が到達する液晶層３００には電圧が印加されていないので液晶は水平配列状態を保持し、水平配列された液晶層３００により左円偏光に変換された後、上部λ/４位相板４０により位相がλ/４変換されて線偏光になる。このとき、変換された線偏光は偏光板５０を通過してホワイトカラーを表示する。
一方、液晶層３００に印加される電圧がある時、バックライト組立体から提供された光は偏光板７０を通過して線偏光に変換され、下部λ/４位相板６０上により右円偏光に変換された後、画素電極４５０を経由して液晶層３００に到達する。

右円偏光が到達する液晶層３００には電圧が印加されているので液晶は垂直配列され、垂直配列され液晶層３００によって右円偏光をそのまま保持しながら上部λ/４位相板４０に到達する。
上部λ/４位相板４０に到達した右円偏光は線偏光に変換された後上部偏光板５０に到達し、上部偏光板５０に到達した線偏光は光が損失されるのでブラックカラーを表示する。
図１４乃至図１８は、前記した図１０のアレー基板の製造方法を示すための図面である。

図１４に示すように、ガラスセラミックなどの絶縁物質からなる基板４０５上にタンタルＴａ、チタンＴｉ、モリブデンＭｏ、アルミニウムＡｌ、クロムＣｒ、銅ＣｕまたはダングステンＷなどのような金属を蒸着した後、蒸着された金属をパターニングして横方向に伸長され縦方向に配列される複数のゲートライン４０９、ゲートライン４０９から延長されたゲート電極４１０、縦方向に伸長され横方向に配列される複数の第１光遮断パターン４１３を形成する。第１光遮断パターン４１３はフローティング状態で形成される。
図面上に図示されていないが、ゲート電極４１０を形成するときストレージ電極ラインをさらに形成し、ゲート電極４１０を含む基板の全面に窒化シリコンをプラズマ化学気相蒸着法で積層してゲート絶縁膜を形成した後、前記ゲート絶縁膜上にアモルファスシリコン膜及び自然（insitu）ドーピングされたｎ⁺アモルファスシリコン膜をパターニングして、前記ゲート絶縁膜のうち下にゲート電極４１０が位置した領域上に半導体層及びオーミックコンタクト層を順次に形成する。

続いて、図１５に示すように、前記図１４による結果物が形成された基板上にタンタル、チタン、モリブデン、アルミニウム、クロム、銅またはダングステンなどのような金属を蒸着した後、蒸着された金属をパターニングして縦方向に伸長され横方向に間隔をあけて配列される複数のソースライン４１９、ソースライン４１９から延長されたソース電極４２０、ソースライン４１９とは一定の間隔離隔され、横方向に伸長され縦方向に間隔をあけて配列される複数の第２光遮断パターン４２２、ソース電極４２０から一定の間隔離隔されたドレーン電極４３０を形成する。第２光遮断パターン４２２はフローティング状態で形成される。

第２光遮断パターン４２２は、ゲートライン４０９と一定領域が重なり合うように形成することが望ましく、前記第１光遮断パターン４１３もソースライン４１９と一定の領域が重なり合うように形成することが望ましい。図面上では第２光遮断パターン４２２が形成される領域を勘案して、前記ゲートライン４０９の一部を除去し、前記第１光遮断パターン４１３が形成される領域を勘案して、前記ソースライン４１９の一部を除去する場合を図示したが、ゲートライン４０９やソースライン４１９を除去しない場合もある。また、一部領域で除去される分だけ他の領域で補強されるように、ゲートライン４０９やソースライン４１９を拡張させることができる。

続いて、図１６に示すように、前記図１５による結果物が形成された基板上にレジストをスピンコーティング方法で積層して有機絶縁層を厚く形成した後、画定される透過領域に対応する有機絶縁層及びドレーン電極４３０に対応する有機絶縁層を除去して２つのホールを形成する。前記透過領域に対応して除去される有機絶縁層は、平面で観察するとき前記第１光遮断パターンの一部領域と前記第２光遮断パターンの一部領域が露出するように除去される。図面上ではラビング方向が観察者観点で概ね１０時方向である点を勘案して、透過窓が単位画素に対応する左上部側にシフトされることを図示したが、前記ラビング方向は観察者観点から概ね２時方向であるとすると、前記透過窓は単位画素に対応して右上部側にシフトされる。
続いて、図１７に示すように、ゲートライン４０９とソースライン４１９により画定される各画素に画素電極４４２を画成するためのＩＴＯ層を形成し、ドレーン電極４３０と既に形成されたホール４４１を通じて連結する。前記ＩＴＯ層を全面塗布した後、前記各画素領域に対応するＩＴＯ層のみ残されるようにパターニングすることができ、前記画素領域のみに形成されるように部分塗布することができる。

続いて、図１８の示すように、ゲートライン４０９とソースライン４１９により画定される各画素に対応する領域に反射板４６０を形成する。反射板４６０には、反射効率を高めるために表面が凸凹処理された有機絶縁層の形状に対応して、溝４６２と窪み４６４が形成される。また、反射板４６０は反射領域に対応して形成され透過領域に接する一部領域が前記透過領域に延長される。
そして、本発明による透過窓の２辺に対応して反射板を透過窓に重ね合わせ、前記透過窓の残りの２辺に対応しては別途のフローティングパターンを形成することで、残像や光漏洩現象を遮断可能であることをシミュレーション結果を通じて簡略に説明する。

図１９は前記した図１０の切断線Ｄ−Ｄ’線に沿って切断した断面図であり、電圧を印加して２０ｍｓ後の液晶配列とこれに対応する残像及び光漏洩現象を示すための図面である。
図１９に示すように、電圧が印加された２０ｍｓ後に反射領域や透過窓内側では液晶が正常に垂直配向状態を保持するが、透過窓エッジ領域では正常な垂直配向状態で保持できなくて、光漏洩現象及び残像が発生する。即ち、右側領域（前記図１０の透過窓右側垂直辺）では光漏洩現象Ｘ３１が発生し、左側領域（前記図１０の透過窓の左側垂直辺）では残像現象Ｙ３１が発生する。
これは反射領域と透過領域に対応するセルギャップ間の段差に起因して、正常でない周縁場（fringe field）により液晶分子が影響を受けるからである。
しかし、右側領域（前記図１０の透過窓の右側垂直辺）に配置される延長された反射板４６０により光漏洩現象Ｘ３１は遮断され、左側領域（前記図１０の透過窓の左側垂直辺）に配置される第１光遮断パターン４１３により残像現象Ｙ３１は遮断される。

図２０は、前記した図１０の切断線Ｄ−Ｄ’線に沿って切断した概略的な断面図において、電圧を印加してから２００ｍｓ後の液晶配列とこれに対応する残像及び光漏洩現象を示すための図面である。
図２０に示すように、右側領域（前記図１０の透過窓の右側垂直辺）では相変わらず光漏洩現象Ｘ４１が発生し、左側領域（前記図１０の透過窓の左側垂直辺）では前記右側領域から発生する光漏洩現象レベルより高い光漏洩現象Ｘ４２が発生している。しかし、右側領域（前記図１０の透過窓の下側水平辺）配置される延長された反射板４６０のより光漏洩現象Ｘ４１は遮断され、左側領域（前記図１０の透過窓の上側水平辺）に配置される第１光遮断パターン４１３により光漏洩現象Ｘ４２は遮断される。
図２１は前記した図１０の切断線Ｅ−Ｅ’線に沿って切断した概略的な断面図において、電圧を印加してから２０ｍｓ後の液晶配列とこれに対応する残像及び光漏洩現象を示すための図面である。
図２１に示すように、電圧が印加されて２０ｍｓ後の右側領域（前記図１０の透過窓の右側垂直辺）では光漏洩現象Ｘ５１が発生し、左側領域（前記図１０の透過窓の左側垂直辺）では残像現象Ｙ５１が発生している。
しかし、右側領域（前記図１０の透過窓の右側垂直辺）に配置される延長された反射板４６０によって前記光漏洩現象Ｘ５１は遮断され、左側領域（前記図１０の透過窓の左側垂直辺）に配置される第２光遮断パターン４２２により残像現象Ｙ５１は遮断される。

図２２は、前記した図１０の切断線Ｅ−Ｅ’線に沿って切断した概略的な断面図において、電圧を印加してから２００ｍｓ後の液晶配列とこれに対応する残像及び光漏洩現象を示すための図面である。
図２２に示すように、右側領域（前記図１０の透過窓の右側垂直辺）では相変わらず光漏洩現象Ｘ６１が発生しており、左側領域（前記図１０の透過窓の左側垂直辺）では前記右側領域から発生する光漏洩現象のレベルより高い光漏洩現象Ｘ６２が発生している。

しかし、右側領域（前記図１０の透過窓の右側垂直辺）に配置される延長された反射板４６０により光漏洩現象は遮断され、左側領域（前記図１０の透過窓の左側垂直辺）に配置される第２光遮断パターン４２２により光漏洩現象は遮断される。
図２３は、本発明の他の実施形態による偏光液晶表示装置を示すための平面図である。特に、ボトムＩＴＯ構造を有する反射−透過型液晶表示装置用アレー基板を示す。
図２３に示すように、本発明の他の実施形態によるアレー基板は、ゲートライン５０９、ソースライン５１９、ゲートライン５０９の形成時に形成された第１光遮断パターン５１３、ソースライン５１９の形成時に形成された第２光遮断パターン５２２、スイッチング素子ＴＦＴ、画素電極５４２、そして反射領域と透過窓５４５を画定する反射板５６０を含む。

ゲートライン５０９は基板（図示せず）上に横方向に伸長され、縦方向に複数配列され、ソースライン５１９は縦方向に伸長され、横方向に複数配列される。
第１光遮断パターン５１３はゲートライン５０９の形成時に形成されるが、平面上で観察するとき上部に形成されるソースライン５１９とは一部領域が重なり合うように縦方向に伸長されながら横方向に配列される。第１光遮断パターン５１３は平面で観察する場合にラビング方向が概ね左側から右側に向かうとき、透過窓５４５の左側垂直辺を通じて発生する残像及び光漏洩現象を遮断する。

第２光遮断パターン５２２は、ソースライン５１９の形成時に形成されるものの、平面上に観察するとき下部に形成されたゲートライン５０９とは一部領域が重なり合うように横方向に伸長され縦方向に配列される。第２光遮断パターン５２２は平面で観察する場合に、ラビング方向が概ね下側から上側に向かうとき透過窓５４５の上側水平辺を通じて発生する残像及び光漏洩現象を遮断する。
スイッチング素子ＴＦＴは、互いに隣接するゲートライン５０９と互いに隣接するソースライン５１９により画定されるそれぞれの領域に形成され、ゲートライン５０９から延長されたゲート電極５１０、ソースライン５１９から延長されたソース電極５２０及びソース電極５２０から離隔されたドレーン電極５３０を有する。
画素電極５４２は、互いに隣接するゲートライン５０９と互いに隣接するソースライン５１９により画定されるそれぞれの領域に形成され、コンタクトホール５４１を通じてドレーン電極５３０と連結される。

反射板５６０（図２４参照）は画素電極５４２上に形成されて、自然光を反射する反射領域と人工光を透過させる透過領域または透過窓５４５を画定し、前記反射領域のエッジの一定領域から前記透過領域に延長されて画素電極５４２と連結される。
反射板５６０は前記反射領域に対応する領域に形成され、図示されていない配向膜のラビング方向を考慮して、透過窓５４５に延長されて下部に具備される画素電極５４２と連結される。特に、図面上では観察者の観点から見る時、前記配向膜を概ね１０時方向にラビング処理すると仮定して、透過窓５４５の下部辺と右側辺に隣接する反射領域のエッジの一定領域から透過窓５４５に延長されて下部に具備される画素電極５４２と連結されることを示す。

前記した（図示せず）、独立配線方式を採用する場合には、ゲートライン５０９の形成時に反射板５６０により被覆される領域に形成した下部メタルと、ソースライン５１９の形成時に前記下部メタル上に形成した上部メタルによってストレージキャパシターを画定することが望ましい。前記ストレージキャパシターと画素電極５４２を所定のコンタクトホールを通じて連結させて、画素電極５４２を経由するドレーン電極から提供される電荷を充電し、一つのフレームの間充電された電荷を放電させ表示状態を保持する。
図２４は、前記した図２３の切断線Ｂ−Ｂ’線に沿って切断した断面図を示す。特に、ボトムＩＴＯ方式の液晶表示装置を示す。

図２４に示すように、本発明の他の実施形態による液晶表示装置は、アレー基板５００、カラーフィルター基板２００、そしてアレー基板５００とカラーフィルター基板２００との間に形成された３００を含む。ここで、カラーフィルター基板２００の上やアレー基板５００の下に配置されるλ/４位相遅延フィルム及び偏光板に対する図示は省略する。
アレー基板５００は透明基板５０５上に形成されたゲート電極５１０、ゲート電極５１０及び透明基板５０５上に形成されたゲート絶縁膜５１２、半導体層５１４、オーミックコンタクト層５１６、ソース電極５２０及びドレーン電極５３０を具備するスイッチング素子ＴＦＴと、第１光遮断パターン５１３、前記スイッチング素子ＴＦＴを被覆しドレーン電極５３０の一部を露出させるパッシベーション層５４０を含む。第１光遮断パターン５１３は、ゲート電極５１０の形成時フローティング状態で形成することが望ましい。

アレー基板５００はパッシベーション層５４０により露出されたドレーン電極５３０と連結され、透過領域に対応する領域まで形成された画素電極５４２と、前記反射領域に対応するパッシベーション層５４０上に厚く形成された有機絶縁層５４４とを含む。有機絶縁層５４４の表面には、反射効率を高めるために複数の溝と窪みを形成することが望ましい。
アレー基板５００は、有機絶縁層５４４上においては前記スイッチング素子ＴＦＴ全体を被い形成された反射板を含み、反射板５６０が形成された領域を反射領域として画定し、反射板５６０が形成されていない領域を透過窓５４５として画定する。
図示していないが、画素電極５４２を形成する前に、前記スイッチング素子ＴＦＴから一定の距離離隔される領域、望ましくは反射板５６０の下部領域に別途のキャパシター配線を形成し、前記キャパシター配線と画素電極５４２をストレージキャパシターとして画定する。

反射板５６０は有機絶縁層５４４の上部領域に形成されると同時に、前記反射領域のエッジの一部領域、即ち、前記透過領域に接するエッジの一部領域から前記透過領域に一定長さＩ分だけ延長されて形成される。
一方、液晶層３００はアレー基板５００とカラーフィルター基板２００との間に形成され、アレー基板５００の画素電極５４２に印加される電圧とカラーフィルター基板２００の共通電極層（図示せず）に印加される電圧に応答して、カラーフィルター基板２００を経由する自然光を透過させるか、透過窓５４５を経由する人工光を透過させる。このとき、液晶層３００は反射領域に対応する液晶層と、透過窓５４５に対応する液晶層とでそれぞれ区分することができ、区分されるそれぞれの液晶層は互いに異なるセルギャップを有する。前記反射領域に対応する液晶層のセルギャップはｄ４であり、透過窓５４５に対応する液晶層のセルギャップはｄ５であり、相互に相異する液晶層の光学特性を有する。

図２５は、本発明による偏光液晶表示装置を示すための図面である。特に、垂直配向モード液晶を有する多重セルギャップ反射−透過型液晶表示装置を示す。
図２５に示すように、多重セルギャップ液晶表示装置はアレー基板６００と、カラーフィルター基板７００、アレー基板６００及びカラーフィルター基板７００との間に形成された液晶層８００と、カラーフィルター基板７００上に形成された上部光学フィルム組立体９１０と、アレー基板６００の下に形成された下部光学フィルム組立体９２０とを含む。

アレー基板６００は透明基板６０５上に形成されたゲート電極６１０、ゲート電極６１０及び透明基板６０５上に形成されたゲート絶縁膜６１２、半導体層６１４、オーミックコンタクト層６１６、ソース電極６２０及びドレーン電極６３０を含むスイッチング素子ＴＦＴと、スイッチング素子ＴＦＴを被覆し、ドレーン電極６３０の一部を露出させ厚く形成された有機絶縁層６４４を含む。ここで、有機絶縁層６４４の表面には反射効率を高めるために複数の窪みと突出部を形成する。
また、アレー基板６００は有機絶縁層６４４上に一部領域が開口されて、この開口の第１コンタクトホール６４１を通じてドレーン電極６３０に連結される画素電極６５０と、前記スイッチング素子ＴＦＴ全体を被覆しながら形成された保護層６５２と、保護層６５２上に形成された反射板６６０を含み、反射板６６０が形成された部分が反射領域として画定され、反射板６６０が形成されていない領域が透過窓６４５としてされる。

画素電極６５０は、光を透過させる一種の透過電極として、インジウム錫酸化物質ＩＴＯや錫酸化物ＴＯまたはインジウム亜鉛酸化物質ＩＺＯが利用される。図示していないが、画素電極６５０を形成する前に、前記スイッチング素子ＴＦＴから一定の距離離隔される領域に、別途のキャパシター配線を形成して前記キャパシター配線と画素電極をストレージキャパシターとして画定する。
反射板６６０は、保護層６５２の上部領域のうち前記反射領域に対応する領域に形成される。図面上では反射板６６０と画素電極６５０が保護層６５２により離隔されて電気的に絶縁されることを図示したが、保護層６５２の一部を除去して反射板６６０と画素電極６５０を連結させることができる。

カラーフィルター基板７００は、透明基板７０５上にＲ、Ｇ、Ｂそれぞれの画素領域を画定するブラックマトリックス層（図示せず）と、前記ブラックマトリックス層により画定される領域に形成された色画素層７１０と、前記ブラックマトリックス層と色画素層７１０を保護するために塗布された表面保護層（図示せず）を含む。勿論、前記したブラックマトリックス層を形成しなくても、隣接する色画素層７１０を互いに重畳させる方式を通じてブラックマトリックス機能を付与することができる。また，前記表面保護層上部、即ち、液晶層８００に近接する面に図示していない共通電極層をさらに形成することができる。
一方、液晶層８００は、垂直配向モードを有し、アレー基板６００とカラーフィルター基板７００との間に形成され、アレー基板６００の画素電極６５０に印加される電圧とカラーフィルター基板７００の共通電極層（図示せず）に印加される電圧に応答して、カラーフィルター基板７００を経由する自然光を透過させるか、透過窓６７０を経由する人工光を透過させる。前記した液晶層が垂直配向モードを採用することで、ノーマルブラックモードとして動作してブラックカラーを表示するとき発生される光漏洩現象を防止する。

このとき、液晶層８０は反射領域のうちコンタクトホール６４１が形成された領域に対応する液晶層と、コンタクトホール６４１が形成されていない領域に対応する液晶層と、透過窓に対応する液晶層とでそれぞれ区分することができ、区分されるそれぞれの液晶層は互いに異なるセルギャップを有する。ここで、コンタクトホール６４１が形成された領域に対応する液晶層のセルギャップをｄ４として定義し、コンタクトホール６４１が形成されていない領域に対応する液晶層のセルギャップをｄ５として定義し、透過窓６７０に対応する液晶層のセルギャップをｄ６として定義するとき、ｄ５＜ｄ４≦ｄ６の条件を満足する。

特に、液晶層８００を構成する液晶分子の異方性屈折率を△ｎにし、セルギャップをｄとするとき、前記反射領域のうちコンタクトホール６４１が形成された領域には有機絶縁層６４４が形成されていないので、液晶層８００は△ｎｄ４の光学特性を有し、コンタクトホール６４１が形成されていない領域にはより高い位置に有機絶縁層６４４が形成されるので、液晶層８００は△ｎｄ５の光学特性を有し、前記透過窓にはより低い位置に有機絶縁層６４４が形成されるので、前記透過窓に対応する液晶層８００は△ｎｄ６の光学特性を有する。
前記反射領域と透過窓に対する最適のセルギャップは、液晶層８００を形成する液晶分子や液晶層８００の上下両側にそれぞれ具備される光学フィルム組立体の条件によって異なるが、前記反射領域に対応するセルギャップｄ５は２．０乃至２．５μｍであり、前記透過窓に対応するセルギャップｄ６は４．０乃至５．０μｍである。

また、液晶層８００に具備される液晶はホメオトロピック（homeotropic）垂直配向され、液晶分子のプレチルト角度（pretilt angle）を４５°より大きくし、望ましくは９０°に設計する。ここで、プレチルト角度とは、液晶分子の基板表面の配向状態において、配向ベクトルが基板平面あるいは基板の法線方向からわずかに傾いている場合、その傾き角をいう。前記プレチルト角度を４５°以上に設計するためには、アレー基板６００に具備される配向膜（図示せず）を観察者観点から第１方向である右側方向にラビング処理し、カラーフィルター基板７００に具備される配向膜（図示せず）前記第１方向の反対の方向である第２方向、即ち、左側方向にラビング処理するか、その逆も可能である。
上部光学フィルム組立体９１０は、カラーフィルター基板７００上に順次に形成されたλ/4位相遅延フィルム９１２及び上部偏光板９１４を含み、自然光の特性を変換してカラーフィルター基板７００に提供するか、反射された自然光の特性を変換して外部に出射する。その詳細な動作に対しては下記する図２７及び図２７に示す。勿論、液晶表示装置の光視野角のために上部λ/位相遅延フィルム９１２と上部偏光板９１４との間に別途の光視野角位相板をさらに具備する。

下部光学フィルム組立体９２０はアレー基板６００下に順次に形成された下部λ/4位相遅延フィルム９２２及び下部偏光板９２４を含み、人工光の特性を変換して、アレー基板６００に提供する。その詳細な動作に対しては下記する図２６及び図２７で示す。勿論、液晶表示装置の光視野角のために下部λ/４位相遅延フィルム９２２及び下部偏光板９２４との間に別途の光視野角位相板をさらに具備する。
以上、アレー基板６００に画素電極６５０を、カラーフィルター基板７００に共通電極層（図示せず）を形成して、液晶層８００の両端間に電圧を印加する方式を説明したが、カラーフィルター基板７００に共通電極層を形成しない場合、例えば、ＩＰＳ（In Plane Switching）モードやＦＦＳ（Fringe Field Switching）モードのように、ＣＥモードを採用する液晶表示装置にも同一に採用することができる。

また、以上ではカラーフィルター基板７００に形成される色画素層７１０の厚さを反射領域と透過窓に対応して互いに異なる厚さ、望ましくは前記反射領域に対応する色画素層の厚さより前記透過窓に対応する色画素層の厚さを大きく形成した。しかし、前記反射領域に対応する色画素層７１０に複数のホールを形成して、前記反射領域を通じて出射される光の輝度を向上させることもできる。このとき、前記反射領域に対応する色画素層の厚さと前記透過窓に対応する色画素層の厚さは相異することもでき、同一であることもできる。

また、以上では画素電極が有機絶縁層上部に形成されるトップＩＴＯ方式を一例として説明したが、前記画素電極を有機絶縁層下部に形成するボトムＩＴＯ方式にも同一に採用することができる。このとき、前記トップＩＴＯ方式を有する液晶表示装置には、コンタクトホールの存在によって液晶層が互いに異なる三つのセルギャップにより画定されることができ、前記ボトムＩＴＯ方式を有する液晶表示装置には、コンタクトホールが存在しないため液晶層が互いに異なる２つのセルギャップによって画定されることができる。
図２６及び図２７は前記した図２５の動作原理を示すための図面である。特に垂直配向モードを有する反射−透過型液晶表示装置の動作原理を示す。
図２６に示すように、反射モード動作時、液晶層８００に加えられる電圧があるとき外部入射光が上部偏光板９１４を通過した後線偏光になり、再び上部λ/4位相遅延フィルム９１２を通過して円偏光になる。

前記円偏光が液晶層８００を通過するが、このとき液晶層８００は液晶に印加される電圧があるので、ホメオトロピック配列状態を保持し、このような垂直配列状態の液晶層８００により円偏光は位相がλ/４分だけ変わって線偏光になり、その後、前記線偏光が反射板６６０によって反射されて液晶層８００を再び通りλ/４分だけの位相が変わって円偏光になる。前記反射モードに対応する液晶層８００は、前記した図６に示されたように△ｎｄ５の光学特性を有する。
前記円偏光が上部λ/４位相遅延フィルム９１２を通ると、最初に入射した光と同一の線偏光に変換された後上部偏光板９１４を経由して光が透過してホワイトカラーを表示する。

一方、液晶層８００に印加される電圧がないとき、外部入射光が上部偏光板９１４を通過した後線偏光になり、再びλ/４位相遅延フィルム９１２を通過して円偏光になる。
前記円偏光が液晶層８００を通過するが、このとき液晶層８００は液晶に印加された電圧により垂直配列されるので円偏光をそのまま通過させ、液晶層８００を通過した円偏光は反射板６６０に反射されて円偏光になり、前記円偏光は液晶層８００を再び通り上部λ/４位相遅延フィルム９１２により位相がλ/４分だけ変わってλ/４遅延された線偏光になる。前記線偏光が上部偏光板９１４を経由して光が損失されてブラックカラーを表示する。

図２７に示すように、透過モード動作時、液晶層８００に加えられる電圧があるとき、バックライト組立体（図示せず）から提供された光は下部偏光板９２４を通過しながら線偏光に変換され、下部λ/４位相遅延フィルム９２２により円偏光に変換され、透明電極６５０を経由して液晶層８００に到達する。前記透過モードに対応する液晶層８００は前記した図２５に示すように△ｎｄ６の光学特性を有する。前記△ｎｄ６は前記反射モードに対応する液晶層８００の光学特性である△ｎｄ５に２倍である。
円偏光が到達した液晶層８００には電圧が印加されるので液晶は水平配列状態を保持し、水平配列された液晶層８００によって円偏光に変換された後、上部λ/４位相遅延フィルム９１２により位相がλ/４変換されて線偏光になる。このとき、変換された線偏光は上部偏光板９１４を通過してホワイトカラーを表示する。
一方、液晶層８００に印加される電圧がないとき、バックライト組立体から提供された光は偏光板９２４を通過しながら線偏光に変換され、下部λ/４位相遅延フィルム９２２によって円偏光に変換された後、透明電極１５０を経由して液晶層８００に到達する。

円偏光が到達した液晶層８００には電圧が印加されていないので液晶は垂直配列され、垂直配列された液晶層８００により円偏光をそのまま保持しながら上部λ/４位相遅延フィルム９１２に到達する。
上部λ/４位相遅延フィルム９１２に到達した円偏光は線偏光に変換されてた後上部偏光板９１４に到達し、上部偏光板９１４に到達した線偏光は光が損失されるのでブラックカラーを表示する。
以上、液晶層と偏光板との間にλ/４位相遅延フィルムを配置する一例を図示したが、光視野角位相板をさらに具備することもできる。即ち、上部λ/４位相遅延フィルム上に光視野角位相板を配置し、下部λ/４位相遅延フィルムの下に光視野角位相板を配置して視野角特性を向上させることができる。

前記光視野角位相板は、垂直配向液晶セルのディスコティック液晶に付いた位相板として、トリアセチルセルロース（Triacetyl Cellulous：ＴＡＣ）を含む第１フィルム、ポリビニール・アルコール（Poly Vinyl Alcohol：ＰＶＡ）を含む第２フィルム、トリアセチルセルロースＴＡＣを含む第３フィルムの上部に形成されディスコティック液晶層を含む。
このように、本発明による垂直配向モードの液晶表示装置は、ノーマルブラックモードとして動作するのでピクセル損傷を減少させることができる。

通常、ノーマルホワイトモードの液晶表示装置では電圧が印加されていない状態でホワイトカラーを表示し、電圧が印加されることによってブラックカラーを表示する、特に、高レベルの電圧が印加されることによって正常にブラックカラーが表示できないピクセル（高ピクセル）はホワイトカラーを示し、このようなホワイトカラーは利用者にはブラック画面で大きな損傷として観察される。
反面、本発明によるＶＡモードを採用する液晶表示装置はノーマルブラックモードで動作するので、電圧が印加されていない状態でブラックカラーを表示し、電圧が印加されることによっていホワイトカラーを表示する。このとき、高レベルの電圧印加によって正常にホワイトカラーが表示できないピクセルはブラックカラーを示し、このようなブラックカラーは利用者にはホワイト画面で小さい損傷として観察される。

以上説明したように、本発明によると反射−透過型液晶表示装置のラビング方向を概ね１０時方向と仮定するとき、単位ピクセルを画定する互いに隣接する２つのゲートラインと互いに隣接する２つのソースラインの形成時に、ゲートラインからフローティングされた第１光遮断パターンを形成し、前記単位ピクセルに具備される透過窓の境界領域を前記第１光遮断パターンと一部領域を重ね合わせることで、前記透過窓の境界領域、即ち、左側垂直辺近傍で発生される残像や光漏洩現象を除去することができる。

また、ソースラインからフローティングされた第２光遮断パターンを形成し、前記単位ピクセルに具備される透過窓の境界領域を第２光遮断パターンと一部領域を重ね合わせることで、前記透過窓の境界領域、即ち、上側水平辺近傍で発生される残像や光漏洩現象を除去することができる。
また、前記透過窓の左側境界領域や下側境界領域近傍で発生する残像や光漏洩現象は、前記透過窓を画定する反射板を前記透過窓の境界領域側に延長させることで除去可能である。
また、本発明によると多重セルギャップモード反射−透過型液晶表示装置でＶ／Ａモードを採用するので、液晶分子の初期配向状態がアレー基板またはカラーフィルター基板に対して垂直であるのでノーマルブラックモードの動作特性を有し、これによってＥＣＢモードよりコントラスト比率が非常に良好である。
即ち、ＥＣＢモードでは電圧印加時に液晶分子が垂直整列してブラックカラーを表示するが、ピクセルの外郭領域近傍では隣接するピクセルの影響によって垂直整列されない液晶分子が存在するようになり、これによって正常にブラックカラーを表示できなくなる。しかし、本発明によるＶＡモードでは、電圧未印加時ブラックカラーを表示するのでピクセルの外郭領域の近傍でも前記した垂直整列されていない液晶分子が存在しなくなるのでコントラスト比率がモード特性上優秀である。

また、一般にＥＣＢモードでの反射領域のセルギャップは略１．６μｍであり、透過窓のセルギャップは略３．３μｍである反面、本発明によるＶＡモードで反射領域のセルギャップは略２．２μｍであり、透過窓のセルギャップは略４．２μｍであるのでセルギャップが大きく、これによって粒子状物質などによるショートを防止することができる。即ち、小さいセルギャップを有するＥＣＢモードの場合アレー基板とカラーフィルター基板との間に粒子状物質が存在するとショートなどの不良が発生する問題があるが、ＶＡモードの場合セルギャップが相対的に大きいので、粒子状物質によるショート不良を大幅に減少させることができる。
また、反射領域と透過窓との間の段差領域で光漏洩現象及び残像現象を除去することができる。なぜなら、ＥＣＢモードの場合には電圧未印加時ホワイトカラーを表示し、電圧印加時ブラックカラーを表示するので、前記段差領域で光漏洩現象及び残像現象が発生する。しかし、ＶＡモードの場合には電圧印加時ホワイトカラーを表示し、電圧未印加時ブラックカラーを表示するので前記段差領域で光漏洩現象及び残像現象が誘発されない。
また、一般にＥＣＢモードの視野角が±４０°内外である反面、本発明によるＶＡモードの視野角は±７０°内外であるので視野角特性が良子であるだけではなく、光視野角の各位相差板を使用するので視野角特性を向上させることができる。
以上、本発明の実施形態によって詳細に説明したが、本発明はこれに限定されず本発明が属する技術分野において通常の知識を有するものであれば本発明の思想と精神を離れることなく、本発明を修正または変更できる。

一般の液晶表示装置を示すための図面である。 図１の動作原理示すための図面である。 図１の動作原理示すための図面である。 一般の液晶表示装置を示すための図面である。 前記した図４の切断線Ａ−Ａ’線に沿って切断した断面図である。 前記図４による残像現象と光漏洩現象をそれぞれ示すための図面である。 前記図４による残像現象と光漏洩現象をそれぞれ示すための図面である。 一般の液晶表示装置を動作させて２０ｍｓ後の液晶配列と残像及び光漏洩現象を示すための図面である。 一般の液晶表示装置を動作させて２００ｍｓ後の液晶配列と残像及び光漏洩現象を示すための図面である。 本発明の一実施形態による液晶表示装置を示すための平面図である。 前記した図１０の切断線Ｂ−Ｂ’線に沿って切断した断面図を示す。特に、トップＩＴＯ方式の液晶表示装置を示す。 本発明による偏光液晶表示装置の動作原理を示すための図面である。 本発明による偏光液晶表示装置の動作原理を示すための図面である。 前記した図１０の製造方法を示すための図面である。 前記した図１０の製造方法を示すための図面である。 前記した図１０の製造方法を示すための図面である。 前記した図１０の製造方法を示すための図面である。 前記した図１０の製造方法を示すための図面である。 前記した図１０の切断線Ｄ−Ｄ’線に沿って切断した概略的な断面図において２０ｍｓ後の液晶配列とこれに対応する残像及び光漏洩現象を示すための図面である。 前記した図１０の切断線Ｄ−Ｄ’線に沿って切断した概略的な断面図において２００ｍｓ後の液晶配列とこれに対応する残像及び光漏洩現象を示すための図面である。 前記した図１０の切断線Ｅ−Ｅ’線に沿って切断した概略的な断面図で２０ｍｓ後の液晶配列とこれに対応する残像及び光漏洩現象を示すための図面である。 前記した図１０の切断線Ｅ−Ｅ’線に沿って切断した概略的な断面図において２００ｍｓ後の液晶配列とこれに対応する残像及び光漏洩現象を示すための図面である。 本発明の他の実施形態による偏光液晶表示装置を示すための平面図である。 前記した図２３の切断線Ｂ−Ｂ’線に沿って切断した断面図を示す。 本発明による偏光液晶表示装置を示すための図面である。 前記した図２５の動作原理を示すための図面である。 前記した図２５の動作原理を示すための図面である。

符号の説明

４０、６０ λ/４位遅延フィルム
５０、７０ 偏光板
２００ カラーフィルター基板
３００ 液晶層
４００ アレー基板
４０９、５０９ ゲートライン
４１３、４２２、５１３、５２２ 光遮断パターン
４１９、５１９ ソースライン
４４５、５４５ 透過窓
４５０、５４２ 画素電極
４６０、５６０ 反射板

Claims (30)

1. 反射領域と透過窓に区分され、前記透過窓が境界部分に隣接して形成された画素領域を具備する基板と、
   前記画素領域に形成されたスイッチング素子と、
   前記透過窓に形成され、前記スイッチング素子に連結された画素電極と、
   前記反射領域に形成された反射板と、
   を含むアレー基板。
2. 前記画素電極は前記透過窓と反射領域に連続されて形成されることを特徴とする請求項１記載のアレー基板。
3. 前記画素電極は前記透過窓に形成されるものの、一部領域が前記反射板に連結されることを特徴とする請求項１記載のアレー基板。
4. 前記透過窓は前記画素領域の角領域に形成されることを特徴とする請求項１記載のアレー基板。
5. 前記透過窓のエッジ領域の一部に形成されて、前記透過窓のエッジに光が入射されることを防止する光遮断部をさらに含むことを特徴とする請求項１記載のアレー基板。
6. 前記光遮断部は前記ゲートラインの形成時にフローティングされて形成され、前記ソースライン伸長方向と同一に伸長され、前記透過窓の第１辺に対応する領域を被覆する第１光遮断パターンを含むことを特徴とする請求項５記載のアレー基板。
7. 前記光遮断部は前記ソースラインの形成時にフローティングされて形成され、前記ゲートライン伸長方向と同一に伸長され、前記透過窓の第２辺に対応する領域を被覆する第２光遮断パターンを含むことを特徴とする請求項５記載のアレー基板。
8. 前記反射板は前記透過窓に接する前記反射領域の一部エッジで前記透過窓に延長されたことを特徴とする請求項１記載のアレー基板。
9. 前記反射板上にラビングされた配向膜をさらに具備し、前記透過窓に延長された反射板の形状は前記配向膜のラビング方向に従属することを特徴とする請求項８記載のアレー基板。
10. 前記スイッチング素子及び基板上に形成されたゲート絶縁膜と、
    前記スイッチング素子のドレーン電極を露出させ前記反射領域に対応して前記スイッチング素子上に形成され、前記透過窓に対応して前記基板を露出させる有機絶縁層と、
    前記有機絶縁層上に形成され、前記ドレーン電極と連結された前記画素電極上に形成された保護層をさらに含み、
    前記反射板が前記保護層の上部領域のうち前記反射領域に対応する領域に形成され、前記反射領域のエッジの所定領域で前記透過窓に延長されて形成されたことを特徴とする請求項１記載のアレー基板。
11. 前記スイッチング素子のドレーン電極を露出させ前記スイッチング素子及び第１基板上に形成されたゲート絶縁膜と、
    前記ゲート絶縁膜上に形成され、前記ドレーン電極に連結された前記画素電極及びスイッチング素子上に形成されて前記透過窓に対応して前記ゲート絶縁膜を露出させる有機絶縁層と、
    前記有機絶縁層の上部領域のうち前記反射領域に形成された保護層をさらに含み、
    前記反射板が前記保護層の上部領域に形成され、前記反射領域のエッジの所定領域で前記透過窓に延長されて前記画素電極に連結されたことを特徴とする請求項１記載のアレー基板。
12. （ａ）基板上に形成されたゲートラインとソースラインにより画定される画素領域にスイッチング素子と光遮断部を形成する段階と、
    （ｂ）前記画素領域のうち前記スイッチング素子と光遮断部の一部が含まれた領域を反射領域として画定し、前記光遮断部の残りが含まれた領域を透過領域として画定し、前記反射領域上に有機絶縁層を形成する段階と、
    （ｃ）前記有機絶縁層表面及び前記透過領域に連続して画素電極を形成する段階と、
    （ｄ）前記反射領域に反射板を形成する段階と、
    を含むアレー基板の製造方法。
13. 前記段階（ａ）は、
    （ａ−１）前記基板上に第１方向に伸長されるゲートラインと、前記ゲートラインから延長されたゲート電極と、第２方向に伸長される光遮断部の第１光遮断パターンを形成する段階と、
    （ａ−２）前記第２方向に伸長されるソースラインと、前記ソースラインから延長されたソース電極と、前記ソースラインと所定間隔離隔され、前記ソース電極から所定間隔離隔されたドレーン電極を形成する段階と、を含むことを特徴とする請求項１２記載のアレー基板の製造方法。
14. 前記段階（ａ−２）は前記第１方向に伸長される前記光遮断部の第２光遮断パターンを形成する段階をさらに含むことを特徴とする請求項１３記載のアレー基板の製造方法。
15. （ａ）基板上に形成されたゲートラインとソースラインにより画定される画素領域にスイッチング素子と光遮断部を形成する段階と、
    （ｂ）前記画素領域のうち前記スイッチング素子と光遮断部の一部が含まれた領域を反射領域として画定し、前記光遮断部の残りが含まれる領域を透過領域として画定し、前記透過領域と前記反射領域の一部に連続して画素電極を形成する段階と、
    （ｃ）前記反射領域に有機絶縁層を形成する段階と、
    （ｄ）有機絶縁層表面に反射板を形成する段階と、
    を含むアレー基板の製造方法。
16. 前記段階（ａ）は、
    （ａ−１）前記基板上に第１方向に伸長されるゲートラインと、前記ゲートラインから延長されたゲート電極と、第２方向に伸長される前記光遮断部の第１光遮断パターンを形成する段階と、
    （ａ−２）前記第２方向に伸長されるソースラインと、前記ソースラインから延長されたソース電極と、前記ソースラインと所定間隔離隔され、前記ソース電極から所定間隔離隔されたドレーン電極を形成する段階と、を含む請求項１５記載のアレー基板の製造方法。
17. 前記段階（ａ−２）は、前記第１方向に伸長される前記光遮断部の第２光遮断パターンを形成する段階をさらに含むことを特徴とする請求項１６記載のアレー基板の製造方法。
18. 色画素を具備する上部基板と、
    互いに隣接するゲートラインとソースラインにより画定される画素領域に形成されたスイッチング素子と、前記スイッチング素子に連結された画素電極と、反射領域と透過窓を画定し、前記透過窓のエッジが前記画素領域のエッジ領域に重畳されるように前記画素領域に形成された反射板とを具備する下部基板と、
    前記上部基板と下部基板との間に形成されるものの、前記反射領域と透過窓に対応して形成された液晶層と、
    を含む液晶表示装置。
19. 前記透過窓に対応する色画素の厚さは、前記反射領域に対応する色画素の厚さより厚いことを特徴とする請求項１８記載の液晶表示装置。
20. 前記透過窓に対応する液晶層のセルギャップは、前記反射領域に対応する液晶層のセルギャップより大きいことを特徴とする請求項１８記載の液晶表示装置。
21. 前記透過窓に対応する液晶層のセルギャップは、前記反射領域に対応する液晶層のセルギャップの２倍であることを特徴とする請求項１８記載の液晶表示装置。
22. 前記液晶層はホモジニアス配向されることを特徴とする請求項１８記載の液晶表示装置。
23. 前記下部基板は前記液晶層を配向するために前記反射板上にラビングされた配向膜をさらに具備し、前記透過窓の配置は前記配向膜ラビング方向に従属することを特徴とする請求項１８記載の液晶表示装置。
24. 前記透過窓の左側垂直辺及び上側水平辺は上面から観察するとき、前記ラビング方向が略１０時から１１時方向である場合、前記画素領域の左側垂直辺及び上側水平辺側にシフトされたことを特徴とする請求項２２記載の液晶表示装置。
25. 前記液晶層は垂直配向モードを有することを特徴とする請求項１８記載の液晶表示装置。
26. 前記反射領域に対応する色画素には複数のホールが形成されることを特徴とする請求項２５記載の液晶表示装置。
27. 前記上部基板上に配置された上部λ/４位相遅延フィルムと、
    前記上部λ/４位相遅延フィルム上に配置された上部偏光板と、をさらに含むことを特徴とする請求項２５記載の液晶表示装置。
28. 前記下部基板の下に配置された下部λ/４位相遅延フィルムと、
    前記下部λ/４位相遅延フィルムの下に配置された下部偏光板と、をさらに含むことを特徴とする請求項２５記載の液晶表示装置。
29. 前記上部基板の上に配置された上部λ/４位相遅延フィルムと、
    前記上部λ/４位相遅延フィルム上に配置された上部光視野角位相板と、
    前記上部光視野角位相板の上に配置された上部偏光板と、をさらに含むことを特徴とする請求項２５記載の液晶表示装置。
30. 前記下部基板の下に配置された上部λ/４位相遅延フィルムと、
    前記上部λ/４位相遅延フィルムの下に配置された下部光視野角位相板と、
    前記下部光視野角位相板の下に配置された下部偏光板と、をさらに含むことを特徴とする請求項２５記載の液晶表示装置。

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