JP2007298991A

JP2007298991A - 液晶表示装置とその液晶表示装置に用いられるアレイ基板

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Publication number: JP2007298991A
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Inventors: Hyung Ki Hong; 炯基洪
Original assignee: LG Philips LCD Co Ltd
Current assignee: LG Display Co Ltd
Priority date: 2006-04-28
Filing date: 2007-04-27
Publication date: 2007-11-15
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Abstract

【課題】本発明は、液晶表示装置の輝度特性を改善して、薄型化ができるようにするアレイ基板とそれを利用した液晶表示装置を提供する。
【解決手段】本発明による半透過型液晶表示装置は、上部基板、上部基板と対向するように配置されて薄膜トランジスターと反射部に形成された反射電極、薄膜トランジスターと接続されるように透過部に形成された透過電極を含む複数のカラーピクセルからなる下部基板、上部及び下部基板の間に形成された液晶層を含み、カラーピクセルは基準カラーピクセルと補正カラーピクセルを含んで構成され、基準カラーピクセルの透過電極に印加されたデータ電圧は基準カラーピクセルの反射電極に印加されて、補正カラーピクセルの透過電極に印加されたデータ電圧は補償電圧に減少されて補正カラーピクセルの反射電極に印加される。
【選択図】図３

Description

本発明はディスプレイ装置に関し、さらに詳くは液晶表示装置、その液晶表示装置に使われるアレイ基板に関する。

液晶表示装置はカラーフィルター基板とアレイ基板との間に異方性誘電率を持つ液晶層を形成した後、液晶層に形成される電界を調整して液晶物質の分子配列を変更させて、これを通じてカラーフィルター基板に透過される光の量を調節することで所望の画像を表現する表示装置である。液晶表示装置では薄膜トランジスター（ＴＦＴ）をスイチング素子として利用する薄膜トランジスター液晶表示装置（ＴＦＴ−ＬＣＤ）が主に使われている。

このような液晶表示装置は自ら光を出す発光素子ではないから別途の外部光源を要して、使われる光源によって、後面にバックライトユニットを設置してバックライトユニットから入射される光を透過させる透過型、外部光を表示面方である上部のカラーフィルター基板の方で反射させる反射型に仕分けされる。

最近では、一つのカラーピクセルに反射部と透過部を共に構成して反射型と透過型を接ぐことで、バックライトユニットの使用による消費電力を減少させて、外部光が暗い時の使用を可能にさせるなどの長所をあまねく持つ半透過型液晶表示装置に対する研究も活性化になっている。

半透過型液晶表示装置は使用者の意図によって反射モードあるいは透過モードで自由に切り替えて使うことができる。

このような液晶表示装置で、反射する光は、透過する光に比べてカラーフィルター基板とアレイ基板との間に位置した液晶層を二度通るので、透過部と反射部、二つの領域の光学的経路差が二倍位になる。

光学的経路差による光の位相遅延値（Ｒｅｔａｒｄａｔｉｏｎ）差を減らすために反射部（ＲＡ）のセルギャップを透過部（ＴＡ）のセルギャップより大きく構成して反射部（ＲＡ）と透過部（ＴＡ）で光の位相遅延値を同一な水準で維持すれば、反射モード及び透過モードの間の輝度を均一に維持することができる。

一方、カラーフィルター基板の上部とアレイ基板の下部には光学補償のための上部位相差フィルム及び下部位相差フィルムが配置される。

一般的に、半透過型液晶表示装置では赤色、緑色、青色カラーピクセルの透過部を基準にしてカラーピクセルの間に透過率-電圧特性をお互いに合わせるように設計された位相差フィルムが使われる。

このような場合、液晶表示装置を成す赤色、緑色、青色カラーピクセルの反射率-電圧特性を注意深く見れば、赤色、緑色、青色の３種波長帯域（約４５０ｎｍ、５５０ｎｍ、６５０ｎｍ領域）に対して、反射率が最小値である０になるブラック駆動電圧が色相別でお互いに異なる値を持つ。

このような特性によって、赤色、緑色、青色の波長領域を皆含んだ可視光線領域（約３００〜７００ｎｍ）で光学補償を遂行するようにするためには、断層構造の位相差フィルム代わりに複数層から成って広帯域化された位相差フィルムを使うのが不可避である。

広帯域位相差フィルムは赤色、緑色、青色の３種カラーピクセルで、反射部の反射率-電圧特性曲線と、透過部の透過率-電圧特性曲線を容易に一致させることができるようにする機能をする。

しかし、広帯域位相差フィルムは複数の層で構成されて厚さが大きいので、薄型化、軽量化が必要なモデルに適用するには限界があって、費用が高いという問題点がある。

本発明の目的は、カラーピクセルの構造を改善して反射部の階調別データ電圧がカラーピクセルによって異なるように印加されるアレイ基板及びそれを利用した液晶表示装置を提供することにある。

また、本発明の他の目的は、位相差フィルムの構造を単純化して費用を節減して、厚さを減少させることができるアレイ基板及びそれを利用した液晶表示装置を提供することにある。

本発明の一つの実施形態に係る液晶表示装置は上部基板と、前記上部基板と対向するように配置されて、薄膜トランジスターと反射部に形成された反射電極、前記薄膜トランジスターと接続されるように透過部に形成された透過電極を含む複数のカラーピクセルからなる下部基板と、前記上部及び下部基板の間に形成された液晶層とを含み、前記カラーピクセルは基準カラーピクセルと補正カラーピクセルを含み、前記基準カラーピクセルの前記透過電極に印加されたデータ電圧は前記基準カラーピクセルの前記反射電極に印加され、前記補正カラーピクセルの前記透過電極に印加されたデータ電圧は補償電圧に減少されて前記補正カラーピクセルの前記反射電極に印加されることを特徴とする。

本発明の他の実施形態に係る液晶表示装置は、上部基板と、前記上部基板と対向するように配置されて、薄膜トランジスター、前記薄膜トランジスターと接続されるように形成された反射電極を含む複数のカラーピクセルからなる下部基板と、前記上部及び下部基板の間に形成された液晶層とを含み、前記カラーピクセルは基準カラーピクセルと補正カラーピクセルを含み、前記基準カラーピクセルの前記薄膜トランジスターから印加されたデータ電圧は前記基準カラーピクセルの前記反射電極に印加され、前記補正カラーピクセルの前記薄膜トランジスターから供給されるデータ電圧は補償電圧に減少されて前記補正カラーピクセルの前記反射電極に印加されることを特徴とする。

本発明の一つの実施形態に係る液晶表示装置用アレイ基板は、互いに垂直な方向に交差形成されてカラーピクセルの領域を定義するゲートライン及びデータラインと、前記ゲートライン及びデータラインの交差部位に形成された薄膜トランジスターと、前記カラーピクセルの反射部に形成された反射電極と、前記薄膜トランジスターと接続されるように前記カラーピクセルの透過部に形成された透過電極とを含み、前記カラーピクセルは基準カラーピクセルと補正カラーピクセルを含み、前記基準カラーピクセルの前記透過電極に印加されたデータ電圧は前記基準カラーピクセルの前記反射電極に印加され、前記補正カラーピクセルの前記透過電極に印加されたデータ電圧は補償電圧に減少されて前記補正カラーピクセルの前記反射電極に印加されることを特徴とする。

本発明によれば、液晶表示装置を薄型化して、製造費用を節減することができる。

以下に、本発明による具体的な実施形態を添付された図面を参照して説明する。

図１は本発明の一つの実施形態に係る液晶表示装置を示す平面図として、半透過型液晶表示装置の平面図をアレイ基板中心に例示している。図２及び図３は図３のＩ−Ｉ'ラインとII−II'ラインをそれぞれ示す断面図である。

図１乃至図３を参照すれば、本発明の一つの実施形態に係る液晶表示装置はお互いに対向する上部基板３００と下部基板２００、二つの基板200、300の間に形成された液晶層（ＬＣ）を含む。

下部基板２００は複数の赤色、緑色、青色カラーピクセル（Ｒ、Ｇ、Ｂ）で構成された複数の画素がマトリックス形態に形成されたアレイ基板である。

各カラーピクセル（Ｒ、Ｇ、Ｂ）は反射部（ＲＡ）を成す反射電極２５０、２５１、反射電極２５０、２５１と重ならない部分に形成されて透過部（ＴＡ）を成す透過電極２６０、２６１を含む。

さらに具体的に、各カラーピクセル（Ｒ、Ｇ、Ｂ）の領域は水平方向に延長されたデータライン２２０と垂直方向に延長されてデータライン２２０と交差されるゲートライン２１０によって定義される。ゲートライン２１０及びデータライン２２０が交差される部位には薄膜トランジスター（ＴＦＴ）が形成されて、それぞれのカラーピクセル（Ｒ、Ｇ、Ｂ）ごとに透過部（ＴＡ）と反射部（ＲＡ）が定義される。

各カラーピクセル（Ｒ、Ｇ、Ｂ）の反射部（ＲＡ）にはアルミニウム（Ａｌ）、銅（Ｃｕ）など反射率がすぐれた金属からなる反射電極２５０、２５１が形成されて、反射電極２５０、２５１が形成されない透過部（ＴＡ）には透明性導電膜からなる透過電極２６０、２６１が形成される。

下部基板２００の下部には下部ＱＷＰ（λ／４波長板）３４１と下部偏光板３５１が形成されて、下部偏光板３５１の下にはバックライトユニット（図示せず）が位置する。

上部基板３００はカラーフィルター基板として、カラーピクセル（Ｒ、Ｇ、Ｂ）の外郭部で光を遮断するブラックマトリックス３１０、各カラーピクセル（Ｒ、Ｇ、Ｂ）の色相を具現するための赤色、緑色、青色のカラーフィルター層３２０、下部基板２００上の透過電極２６０、２６１や反射電極２５０、２５１と共に電界を形成する透明な共通電極３３０を含む。

上部基板３００上の共通電極３３０は下部基板２００上の反射電極２５０、２５１及び透過電極２６０、２６１と対向して、その上部に上部ＱＷＰ３４０と上部偏光板３５０が順に形成される。

上部及び下部ＱＷＰ３４０、３４１は、光の偏光状態を変化させることで、線偏光を円偏光に変えるとか、円偏光を線偏光に変える機能をする。

上部及び下部ＱＷＰ３４０、３４１の外側には、光軸に平行な方向の光だけ通過させて自然光や光源から出射される光を線偏光に変換させる上部及び下部偏光板３５０、３５１が配置される。

液晶層（ＬＣ）は、上部基板３００と下部基板２００との間に形成されて光の経路を調節する役目をする。

反射モードでは、高反射率の金属で構成された反射電極２５０、２５１が外部から入射された光を上部基板３００で反射させる。透過モードでは、バックライトユニット（図示せず）で生成された光が反射電極２５０、２５１間に形成された透過ホールに位置する透明な透過電極２６０、２６１を通じて上部基板３００に透過される。

下部基板２００上の各カラーピクセル（Ｒ、Ｇ、Ｂ）に形成される薄膜トランジスター（ＴＦＴ）はターンオン動作を遂行して反射電極２５０、２５１及び透過電極２６０、２６１に電圧を印加する。それでは、液晶層（ＬＣ）の相が変化するようになって、このような液晶層（ＬＣ）を通じて光が透過されるか、又は、反射された光が透過されて画像が表示される。

反射モードの場合、液晶表示装置は外部の自然光や人造光を使う。上部基板３００に入射された光は反射電極２５０、２５１によって反射して反射電極２５０、２５１と共通電極３３０との間の電界によって配列される液晶層（ＬＣ）を通過して、液晶層（ＬＣ）の配列によって液晶層（ＬＣ）をパスする光の量が調節されながら画像が具現される。

透過モードの場合には、下部基板２００の下に位置するバックライトユニット（図示せず）の光を光源として使う。バックライトユニット（図示せず）から出射された光が透過電極２６０、２６１を通じて液晶層（ＬＣ）に入射されて、透過ホール上部の透過電極２６０、２６１と共通電極３３０との間の電界分布によって変わる液晶層（ＬＣ）の配列によってバックライトユニット（図示せず）から入射される光の量が調節されながら画像が具現される。

下部基板２００上の赤色、緑色、青色カラーピクセル（Ｒ、Ｇ、Ｂ）は、透過電極２６０、２６１と反射電極２５０、２５１とが形成された部分の構造によって、基準カラーピクセル（ＡＰ）と補正カラーピクセル（ＢＰ）の二つの種類に分類することができる。

図１を参照すれば、下部基板２００には赤色、緑色、青色カラーピクセル（Ｒ、Ｇ、Ｂ）が水平方向に並んで配置されてストライプ配列を成している。そして、赤色、緑色カラーピクセル（Ｒ、Ｇ）が基準カラーピクセル（ＡＰ）の構造を有し、青色カラーピクセル（Ｂ）が補正カラーピクセル（ＢＰ）の構造を有している。

図２及び図３は基準カラーピクセル（ＡＰ）と補正カラーピクセル（ＢＰ）の断面構造を示している。

図2に示したように、基準カラーピクセル（ＡＰ）の下部基板２００では、反射電極２５０及び透過電極２６０が電気的に接触されている。

図3に示したように、補正カラーピクセル（ＢＰ）の下部基板２００では、反射電極２５１及び透過電極２６１が絶縁層２０３を間に置いて補正キャパシタンス（Ｃｒｅ）を形成している。補正カラーピクセル（ＢＰ）の透過電極２６１にデータ電圧が印加されれば補正キャパシタンス（Ｃｒｅ）によって反射電極２５１に補償電圧が誘導される。

さらに具体的に注意深く見れば次のようである。

基準カラーピクセル（ＡＰ）は、図２に例示された構造のように、薄膜トランジスター（ＴＦＴ）がターン−オンされた状態で、第１コンタクトホール２４０を通じて透過電極２６０に印加されたデータ電圧が第２コンタクトホール２４１を通じて反射電極２５０にそのまま印加される構造のカラーピクセルである。

薄膜トランジスター（ＴＦＴ）は、図１及び図２に示されたように、下部基板２００上のゲートライン２１０から延長されたゲート電極２１１と、ゲート電極２１１上部の半導体層２３０、半導体層２３０両側のソース電極２２１及びドレーン電極２２２を含む。ゲート電極２１１の上部ではゲー絶縁膜２０１に覆われて、半導体層２３０とソース電極２２１及びドレーン電極２２２の間には抵抗性接触層２３１、２３２が形成される。

反射電極２５０は、透過領域(TA)に対応する透過ホールを有し、薄膜トランジスター（ＴＦＴ）と所定の間隔を置いて形成される。反射電極２５０の上部は絶縁層２０３で覆われている。

透過電極２６０は、絶縁層２０３上に透過ホールに対応する領域を覆うように形成されて、絶縁層２０３を貫く第1及び第2コンタクトホール２４０、２４１を通じて薄膜トランジスター（ＴＦＴ）のドレーン電極２２２及び反射電極２５０に電気的に接触されている。

すなわち、透過電極２６０は、第１コンタクトホール２４０を通じてスイチング素子である薄膜トランジスター（ＴＦＴ）のドレーン電極２２２に接触される。そして、ドレーン電極２２２と同一平面上に一定な間隔を置いて形成された反射電極２５０は第２コンタクトホール２４１を通じて透過電極２６０に接触されるように構成されている。

このように、基準カラーピクセル（ＡＰ）は、薄膜トランジスター（ＴＦＴ）のドレーン電極２２２、透過電極２６０及び反射電極２５０が電気的に接触される構造を有していることで、同一な階調に対して透過電極２６０と反射電極２５０に同一なレベルのデータ電圧が共に印加されるように構成されている。

ここで、第２コンタクトホール２４１を形成することなく、同一平面上に形成されたドレーン電極２２２と反射電極２５０とを直接繋げることもできる。

補正カラーピクセル（ＢＰ）は、図３に例示された構造のように、透過電極２６１に印加されたデータ電圧が補償電圧に減少されて反射電極２５１に印加される構造のカラーピクセルである。

ここで、補償電圧は、補正カラーピクセル（ＢＰ）の透過電極２６１にデータ電圧が印加されるによって反射電極２５１に誘導される電圧として、基準カラーピクセル（ＡＰ）と補正カラーピクセル（ＢＰ）の波長別反射率−電圧特性曲線の差を補正する値である。

図３を参照すれば、透過電極２６１と反射電極２５１は物理的に直接接触されていない。そして、透過電極２６１と反射電極２５１の一部領域が絶縁層２０３を間に置いてお互いに対向するように構成されることで、オーバーラップされる領域に一定な補正キャパシタンス（Ｃｒｅ）が形成される。

薄膜トランジスター（ＴＦＴ）がターン-オンされて透過電極２６１に一定な階調に対応するデータ電圧が印加されれば、補正キャパシタンス（Ｃｒｅ）によって反射電極２５１に補償電圧が誘導される。

反射電極２５１は、透過領域(TA)と対応する透過ホールを有してドレーン電極２２２と同一平面上に一定な間隔を置いて形成されている。反射電極２５１を覆う絶縁層２０３の上部には、反射電極２５１と一部領域がオーバーラップされる透過電極２６１が形成されて補正キャパシタンス（Ｃｒｅ）を成している。

透過電極２６１は、絶縁層２０３上に透過ホールに対応する領域を覆うように形成されて、絶縁層２０３を貫く第１コンタクトホール２４０を通じて薄膜トランジスター（ＴＦＴ）のドレーン電極２２２に電気的に接触されて、絶縁層２０３を間に置いて反射電極２５１と補正キャパシタンス（Ｃｒｅ）を形成している。

ここで、補正キャパシタンス（Ｃｒｅ）は反射電極２５１と透過電極２６１のオーバーラップ面積に比例して増加するので、オーバーラップ面積によって適切な補正キャパシタンス（Ｃｒｅ）を決めることができる。

図３のような構造の補正カラーピクセル（ＢＰ）は、ゲート電極２１１、半導体層２３０、ソース電極２２１及びドレーン電極２２２、下部絶縁層２０２、反射電極２５１、絶縁層２０３、透過電極２６１の製造が、この順番で行われて形成される。

上部及び下部基板３００、２００の上部または下部では、上部及び下部ＱＷＰ３４０、３４１と、上部及び下部偏光板３５０、３５１が更に形成されている。

上部及び下部ＱＷＰ３４０、３４１の位相遅延値と、上部及び下部偏光板３５０、３５１の光軸配置とをセルギャップと共に考慮する。この時、反射部（ＲＡ）及び透過部（ＴＡ）のセルギャップ（ｄΔｎ）と、上部及び下部ＱＷＰ３４０、３４１の位相遅延値が適切に設計されれば、液晶層（ＬＣ）を通る光の位相が効率的に制御されて、上部及び下部ＱＷＰ３４０、３４１の間に適切な位相差を付与することができる。また、反射モード及び透過モードで光の利用効率が最大限向上して、各カラーピクセル（Ｒ、Ｇ、Ｂ）が赤色、緑色、青色帯域の波長を中心として平均化されたスイチング能力を有することができる。

上部及び下部ＱＷＰ３４０、３４１の位相遅延値とセルギャップとを設計する過程を例示すれば次のようである。

先ず、液晶表示装置を透過する光に比べ、反射する光は二つの基板（２００、３００）の間に位置した液晶層（ＬＣ）を二度通るので、透過部（ＴＡ）と反射部（ＲＡ）の光学的経路差を減らして二つの領域（ＴＡ、ＲＡ）の位相差を償うために、透過部（ＴＡ）のセルギャップが反射部（ＲＡ）のセルギャップに比べて2倍位大きいデュアルセルギャップ構造が採用される。

例えば、透過部（ＴＡ）のセルギャップが２００〜３００ｎｍであれば、反射部（ＲＡ）のセルギャップは１２０〜１８０ｎｍで設計される。

そして、赤色、緑色、青色カラーピクセル（Ｒ、Ｇ、Ｂ）の透過率−電圧特性曲線を基準として、各カラーピクセル（Ｒ、Ｇ、Ｂ）の透過部（ＴＡ）が持つ透過率−電圧特性曲線が最大限一致して最適化される範囲内で上部及び下部ＱＷＰ３４０、３４１の位相差が決まる。

一例として、上部及び下部偏光板３５０、３５１の光軸が相互に垂直を成して、上部及び下部ＱＷＰ３４０、３４１の位相差が２０〜６０ｎｍの時透過率−電圧特性曲線が最適化されたら、上部及び下部偏光板３５０、３５１の光軸が相互に垂直となるように配置されて、上部ＱＷＰ３４０が１４０〜１８０ｎｍの位相遅延値を有し、下部ＱＷＰ３４１は１００〜１４０ｎｍの位相遅延値を有するように設計することができる。

図４A及び図４Ｂは、本発明の一つの実施形態に適用される補正カラーピクセルの構造を説明するための図である。図４Aは図１に示す補正カラーピクセルの構造を一般化した等価回路で、図４Ｂはこのような補正カラーピクセルの一部平面図である。

本発明の一つの実施形態に係る半透過型液晶表示装置を、電圧が印加されない状態でホワイトを表示するノーマリーホワイト（ＮＷ）モードの液晶表示装置と仮定する。

図４A及び図４Ｂを参照すれば、補正カラーピクセル（ＢＰ）はゲートライン２１０及びデータライン２２０を備えて、ゲートライン２１０及びデータライン２２０には薄膜トランジスター（ＴＦＴ）のゲート電極（Ｇ）とソース電極（Ｓ）がそれぞれ繋がれる。

薄膜トランジスター（ＴＦＴ）のドレーン電極（Ｄ）には透過電極（ＰＸｂ）と補正キャパシタンス（Ｃｒｅ）が繋がれる。ここで、補正キャパシタンス（Ｃｒｅ）は反射電極（ＰＸａ）と透過電極（ＰＸｂ）との間に形成されたキャパシタンスである。

このような補正キャパシタンス（Ｃｒｅ）は、図４Ｂに示されたように、コンタクトホール（ＣＨ）を通じて透過電極（ＰＸｂ）と接触された薄膜トランジスター（ＴＦＴ）のドレーン電極（Ｄ）が絶縁層を間に置いて反射電極（ＰＸａ）とオーバーラップされるように形成されている。

あるいは、反射電極（ＰＸａ）と透過電極（ＰＸｂ）の一部が絶縁層を間に置いて直接オーバーラップされるように形成されることもできる。

ゲートライン２１０で提供されたゲート電圧が薄膜トランジスター（ＴＦＴ）のゲート電極（Ｇ）で提供されれば、薄膜トランジスター（ＴＦＴ）がターンオンされながら、データライン２２０を通じて薄膜トランジスター（ＴＦＴ）のソース電極（Ｓ）に提供されたデータ電圧（Ｖｄ）がドレーン電極（Ｄ）を通じて透過電極（ＰＸｂ）に出力される。

薄膜トランジスター（ＴＦＴ）を通じて透過電極（ＰＸｂ）にデータ電圧（Ｖｄ）が印加されれば、補正キャパシタンス（Ｃｒｅ）によって電圧降下が発生して反射電極（ＰＸａ）にデータ電圧（Ｖｄ）より所定の電圧位低くなった補償電圧（Ｖｒｅ）が供給される。

図５は、図１の反射部に適用される反射率-電圧特性曲線を示すグラフである。液晶表示装置が液晶層（ＬＣ）に電圧が印加されない場合に白色光が出力されるノーマリーホワイトモードで動作する場合を仮定している。

図５のＧＢ、ＧＧ、ＧＲは赤色、緑色、青色カラーピクセル（Ｒ、Ｇ、Ｂ）それぞれの波長別反射率−電圧特性曲線であり、Ｖ０、Ｖ１、Ｖ２は各カラーピクセル（Ｒ、Ｇ、Ｂ）のブラック条件（反射率＝０）を満足するブラック駆動電圧である。

図５に示すように、赤色、緑色、青色カラーピクセル（Ｒ、Ｇ、Ｂ）は互いに異なる反射率−電圧特性曲線を持つ。

そのため、単純に透過率-電圧特性曲線を基準として上部及び下部ＱＷＰ３４０、３４１の位相差が決まり、上部及び下部ＱＷＰ３４０、３４１として断層構造のＱＷＰ（λ／４波長板）が使われれば、各カラーピクセル（Ｒ、Ｇ、Ｂ）の反射部（ＲＡ）で皆同一な反射率-電圧特性曲線を得ることができない。したがって、液晶表示装置におけるブラック条件（反射率＝０）を満足させにくい。

これを解決するためには、上部及び下部ＱＷＰ３４０、３４１の代わりに少なくともＱＷＰ（λ／４波長板）とＨＷＰ（λ／２波長板）の各１層で構成された複数層の広帯域位相差フィルムを使うことができる。

広帯域位相差フィルムは、赤色、緑色、青色の波長領域を皆含んだ可視光線領域（約３００〜７００ｎｍ）であるＷ帯域で線偏光と円偏光の間の変換ができるようにする。

しかし、広帯域位相差フィルムは高価で、厚さも厚く、広帯域位相差フィルムを使うようになれば、液晶表示装置の薄型化及び費用節減などが難しくなる。

このような問題点を解決するために、カラーピクセル（Ｒ、Ｇ、Ｂ）の種類によって基準カラーピクセル（ＡＰ）または補正カラーピクセル（ＢＰ）の構造が選択的に適用される。

赤色、緑色、青色カラーピクセル（Ｒ、Ｇ、Ｂ）を基準カラーピクセル（ＡＰ）と補正カラーピクセル（ＢＰ）の内いずれの種類の構造で形成するかは、反射率−電圧特性を反映させて決める。

先ず、赤色、緑色、青色カラーピクセル（Ｒ、Ｇ、Ｂ）の反射部（ＲＡ）が図５のような反射率−透過特性曲線を持つ場合を仮定する。

この時、赤色、緑色、青色の波長を皆含む可視光線領域、Ｗ全体で線偏光と円偏光の間の変換を遂行することができる広帯域位相差フィルムが使われなければ、赤色、緑色、青色カラーピクセル（Ｒ、Ｇ、Ｂ）の反射率−電圧特性曲線が皆異なるので、液晶表示装置の全体的な輝度特性が悪くなる。

すなわち、ブラック駆動電圧Ｖ０、Ｖ１、Ｖ２が皆異なるので、赤色、緑色、青色カラーピクセル（Ｒ、Ｇ、Ｂ）のブラック条件（反射率＝０）が一致せず、ブラック輝度を低下させるようになる。

ここで、一部カラーピクセルに補正カラーピクセル（ＢＰ）の構造が導入されれば、一部カラーピクセルで薄膜トランジスター（ＴＦＴ）を通じて印加されるデータ電圧が補正キャパシタンス（Ｃｒｅ）によって反射部（ＲＡ）の反射率−電圧特性に相応しいように降下出力されることで、輝度特性の低下を最小化させることができる。

一例として、青色カラーピクセル（Ｂ）はＶ０より低いＶ２で最小反射率を持つが、赤色カラーピクセル（Ｒ）の反射電極２５０にブラック駆動電圧Ｖ０が印加されるダーク状態で、青色カラーピクセル（Ｂ）の反射電極２５１にＶ１が印加されるようにしてブラック条件を一致させることができる。

図５を参照すれば、同一な階調に対して補正カラーピクセル（ＢＰ）である青色カラーピクセル（Ｂ）の反射電極２５１に実際に印加される電圧が、基準カラーピクセル（ＡＰ）である赤色、緑色カラーピクセル（Ｒ、Ｇ）の反射電極２５０に印加される電圧値より低くなるようになれば、反射率−電圧曲線の差を補正させることができることが分かる。

青色カラーピクセル（Ｂ）の反射電極２５１は、薄膜トランジスター（ＴＦＴ）のドレーン電極２２２に直接接触されないで、絶縁層２０３を間に置いて透過電極２６１と一部オーバーラップされて補正キャパシタンス（Ｃｒｅ）を形成している。そのため、ドレーン電極２２２のデータ電圧より低い補償電圧が反射部（ＲＡ）の反射電極２５１に誘導される。

液晶層（ＬＣ）は、液晶の初期配向が上部及び下部基板３００、２００に平行に配列され、上部及び下部基板３００、２００に電極がそれぞれ形成されて液晶に垂直電界を供給する特性を持つＥＣＢモードなどを使うことができる。

前述した本発明の一つの実施形態によれば、補正キャパシタンス（Ｃｒｅ）を利用してカラーピクセル別で反射電極２５０、２５１にかかる電圧が可変される。そのため、反射率−電圧特性曲線の差が補償されることができて、多層構造の広帯域位相差フィルムを適用せずに、１層構造からなる上部及び下部ＱＷＰ３４０、３４１、すなわち、一つの光透過軸を持つ単一層のフィルムを使って費用節減と薄型化を成すことができる。

万が一、赤色、緑色、青色カラーピクセル（Ｒ、Ｇ、Ｂ）の構造が差別化されない場合には、同一な階調に対して各カラーピクセル（Ｒ、Ｇ、Ｂ）の反射電極２５０、２５１に同一なデータ電圧が印加されて、上部基板３００及び下部基板２００に広帯域位相差フィルムではない上部及び下部ＱＷＰ３４０、３４１が適用されると仮定する。

そのような場合に、赤色、緑色カラーピクセル（Ｒ、Ｇ）の反射率−電圧特性曲線を互いに一致させる過程で、青色カラーピクセル（Ｂ）の反射率−電圧特性曲線とは大きく行き違うようになる問題点がある。

したがって、本発明の一つの実施形態では、同一な階調で、青色カラーピクセル（Ｂ）の反射電極２５１に印加される電圧が赤色、緑色カラーピクセル（Ｒ、Ｇ）の反射電極２５０に印加される電圧と異なるように調節され、これを通じて赤色、緑色、青色カラーピクセル（Ｒ、Ｇ、Ｂ）皆の反射部（ＲＡ）においても反射率−透過特性曲線が互いに一致する。

この時、上部及び下部ＱＷＰ３４０、３４１の位相遅延値差は、赤色、緑色、青色カラーピクセル（Ｒ、Ｇ、Ｂ）に形成される透過部（ＴＡ）の透過率−電圧曲線が一致するようにする範囲内で決まる。同時に、上部ＱＷＰ３４０の位相遅延値は、赤色、緑色カラーピクセル（Ｒ、Ｇ）の反射率−電圧曲線が互いに近接するようにする範囲内で決まる。

カラーピクセル別で反射電極２５０、２５１に印加される電圧を異なるようにして反射率−電圧特性を向上させるために、駆動部を制御してカラーピクセル別電圧を同一階調に対して異なるように調整する方法も考慮することができる。しかし、このような場合には、反射部（ＲＡ）と透過部（ＴＡ）を対象にするドライバーチップの個数やデータラインなどが増加して費用消耗が多くなり、構造が複雑になるために限界がある。

上述した実施形態では、赤色、緑色カラーピクセル(R、G)が基準カラーピクセル（ＡＰ）であり、青色カラーピクセル（Ｂ）が補正キャパシタンス（Ｃｒｅ）を持つ補正カラーピクセル（ＢＰ）の場合を説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、各カラーピクセル（Ｒ、Ｇ、Ｂ）の反射率−透過特性曲線を近接させるようにする範囲内で多様な形態に変形することができる。

図６は本発明の他の実施形態に係る半透過型液晶表示装置を示す平面図である。

基準カラーピクセル（ＡＰ）の構造を適用するか、補正カラーピクセル（ＢＰ）の構造を適用するかは、カラーピクセルの色相によって決めることができる。

また、赤色、緑色、青色カラーピクセル（Ｒ、Ｇ、Ｂ）の内二つの種類以上のカラーピクセルが補正カラーピクセル（ＢＰ）になるよう設計された場合、カラーピクセルの種類によって補正キャパシタンス（Ｃｒｅ）が異なるように決まめことができる。

図６に示したように、赤色カラーピクセル（Ｒ）は基準カラーピクセル（ＡＰ）で構成され、緑色、青色カラーピクセル（Ｇ、Ｂ）は補正キャパシタンス（Ｃｒｅ）を持つ補正カラーピクセル（ＢＰ）で構成されている。

このような場合には、緑色カラーピクセル（Ｇ）の補正キャパシタンス（Ｃｒｅ＿１）が青色カラーピクセル（Ｂ）の補正キャパシタンス（Ｃｒｅ＿２）より大きい構造である方が効率的である。

すなわち、補正キャパシタンス（Ｃｒｅ）による電圧誘導で、補正キャパシタンス（Ｃｒｅ）の大きさが各カラーピクセル（Ｒ、Ｇ、Ｂ）ごとに変わる。

さらに具体的には、赤色、緑色、青色カラーピクセル（Ｒ、Ｇ、Ｂ）にかかる実際電圧(データ電圧や補償電圧)をＶ（Ｒ）、Ｖ（Ｇ）、Ｖ（Ｂ）とすると、同一な階調で赤色、緑色、青色カラーピクセル（Ｒ、Ｇ、Ｂ）の反射部（ＲＡ）に形成される反射電極２５０、２５１に実際に印加される電圧の大きさがＶ（Ｒ）＞Ｖ（Ｇ）＞Ｖ（Ｂ）となるようにする。

図５の反射率-電圧特性曲線より、赤色、緑色、青色カラーピクセル（Ｒ、Ｇ、Ｂ）のブラック駆動電圧Ｖ０、Ｖ１、Ｖ２はＶ２＜Ｖ１＜Ｖ０を満足する。そのため、反射部（ＲＡ）に印加される電圧の大きさＶ（Ｒ）、Ｖ（Ｇ）、Ｖ（Ｂ）がＶ（Ｒ）＞Ｖ（Ｇ）＞Ｖ（Ｂ）を満足するように補償されれば、すべてのカラーピクセル（Ｒ、Ｇ、Ｂ）が同一階調に対して同一輝度を示すことができる。

このような方式で、広帯域位相差フィルムを使わずに赤色、緑色、青色の波長別位相差を完全に償って各カラーピクセル（Ｒ、Ｇ、Ｂ）の反射率−透過特性を一致させることで、高い輝度特性を持った液晶表示装置が具現されることができる。

このような基準カラーピクセル（ＡＰ）と補正カラーピクセル（ＢＰ）の構造は、反射型液晶表示装置にも適用されることができる。また、図７乃至図９はこのような原理を適用した反射型液晶表示装置の一例を示している。

以下、図７乃至図９を参照して、本発明の一つの実施形態に係る反射型液晶表示装置について詳しく説明する。

図７は本発明の一つの実施形態に係る反射型液晶表示装置を示す平面図であり、図８は図７のＩ−Ｉ'ラインに沿って切断した断面図であり、図９は図７のII−II'ラインに沿って切断した断面図である。

図７乃至図９に示したように、本発明の一つの実施形態に係る反射型液晶表示装置は、互いに対向する上部及び下部基板３００、４００と、その間の液晶層（ＬＣ）を含む。

上部基板３００の上側には上部ＱＷＰ３４０が形成されている。赤色、緑色、青色カラーピクセル（Ｒ、Ｇ、Ｂ）上の反射電極４５０，４５１に印加される階調別電圧はカラーピクセルの種類によって調節される。

下部基板４００上には、互いに垂直な方向に交差配置されて赤色、緑色、青色カラーピクセル（Ｒ、Ｇ、Ｂ）の領域を区分するゲートライン４１０及びデータライン４２０、その交差部位に形成された薄膜トランジスター（ＴＦＴ）、薄膜トランジスター（ＴＦＴ）を覆うように形成された絶縁層４０２、第３コンタクトホ４４２を通じて薄膜トランジスター（ＴＦＴ）のドレーン電極４２２に接触される絶縁層４０２上部の反射電極４５０、４５１などを備えて構成されている。

薄膜トランジスター（ＴＦＴ）は、ゲート電極４１１、その上部のゲート絶縁膜４０１、半導体層４３０、半導体層４３０両側のソース電極４２１及びドレーン電極４２２、抵抗性接触層４３１、４３２などを含んでいる。

ここで、赤色、緑色、青色カラーピクセル（Ｒ、Ｇ、Ｂ）は基準カラーピクセル（ＡＰ）と補正カラーピクセル（ＢＰ）の二つの種類に仕分けされることができる。

基準カラーピクセル（ＡＰ）は、薄膜トランジスター（ＴＦＴ）のドレーン電極４２２から供給されるデータ電圧が反射電極４５０にそのまま印加されるように構成されている。補正カラーピクセル（ＢＰ）は、薄膜トランジスター（ＴＦＴ）のドレーン電極４２２から印加されるデータ電圧が補償電圧に減少されて反射電極４５１に誘導されるように構成されている。

すなわち、各カラーピクセル（Ｒ、Ｇ、Ｂ）のドレーン電極４２２にデータ電圧が供給されれば、基準カラーピクセル（ＡＰ）の反射電極４５０では同一なデータ電圧がそのまま印加され、補正カラーピクセル（ＢＰ）の反射電極４５１ではデータ電圧より小さな補償電圧が印加される。

図８及び図９は、このような基準カラーピクセル（ＡＰ）と補正カラーピクセル（ＢＰ）の断面構造を例示したものである。

図８に示した基準カラーピクセル（ＡＰ）は、反射電極４５０が第３コンタクトホール４４２を通じて薄膜トランジスター（ＴＦＴ）のドレーン電極４２２に電気的に接触されるように構成されている。

図９に示した補正カラーピクセル（ＢＰ）は、反射電極４５１とドレーン電極４２２の一部が絶縁層４０２を間に置いてオーバーラップされて一定な値を持つ補正キャパシタンス（Ｃｒｅ）を形成するように構成されている。

ここで、補正キャパシタンス（Ｃｒｅ）は、反射電極４５１とドレーン電極４２２のオーバーラップ面積に比例する。このような補正キャパシタンス（Ｃｒｅ）を持つ補正カラーピクセル（ＢＰ）の補償電圧は、反射率−電圧特性曲線で反射率を最小化するブラック駆動電圧になる。

上部基板３００の上部には、一つの光透過軸を持つ単一層のフィルムで構成された上部ＱＷＰ３４０と、上部偏光板３５０が更に形成することができる。

前述したように、本発明の実施形態によるアレイ基板、それを利用した液晶表示装置は、カラーピクセルの構造を改善して反射部の階調別データ電圧がカラーピクセルによって異なるように印加される。

したがって、本発明の実施形態によれば、液晶表示装置を薄型化して、製造費用を節減することができる。

以上添付された図面を参照して本発明の実施形態を説明したが、前述した本発明の技術的構成は本発明が属する技術分野の当業者が本発明のその技術的思想や必須特徴を変更しなくても他の具体的な形態で実施されることができるということを理解することができる。だから以上で記述した実施形態はすべての面で例示的なことで限定的なのではないこととして理解されなければならない。同時に、本発明の範囲は前記詳細な説明よりは前述した特許請求範囲によって示される。また、特許請求範囲の意味及び範囲そしてその等価概念から導出されるすべての変更または変形された形態が本発明の範囲に含まれることに解釈されなければならない。

本発明の一つの実施形態に係る液晶表示装置を示す平面図。図１のＩ−Ｉ'ラインを示す断面図。図１のII−II'ラインを示す断面図。本発明の一つの実施形態に適用される補正カラーピクセルの構造を説明するための図。本発明の一つの実施形態に適用される補正カラーピクセルの構造を説明するための図。図１の反射部に適用される反射率-電圧特性曲線を示すグラフ。本発明の他の実施形態に係る液晶表示装置を示す平面図。本発明のもう一つの他の実施形態に係る液晶表示装置を示す平面図。図７のＩ−Ｉ’ラインに沿って切断した断面図。図７のII−II'ラインに沿って切断した断面図。

Claims

上部基板と、
前記上部基板と対向するように配置されて、薄膜トランジスターと反射部に形成された反射電極と、前記薄膜トランジスターと接続されるように透過部に形成された透過電極とを含むカラーピクセルからなる下部基板と、
前記上部及び下部基板の間に形成された液晶層とを含み、
前記カラーピクセルは基準カラーピクセルと補正カラーピクセルを含み、前記基準カラーピクセルの前記透過電極に印加されたデータ電圧は前記基準カラーピクセルの前記反射電極に印加され、前記補正カラーピクセルの前記透過電極に印加されたデータ電圧は補償電圧に減少されて前記補正カラーピクセルの前記反射電極に印加されることを特徴とする液晶表示装置。
前記上部及び下部基板の上部と下部にそれぞれ位置して前記液晶層を通る光の位相差を償う上部及び下部ＱＷＰと、
前記上部及び下部ＱＷＰの上部と下部にそれぞれ形成された上部及び下部偏光板と
をさらに含む請求項１記載の液晶表示装置。
前記上部及び下部ＱＷＰは、一つの光軸を持つ単一層のフィルムであることを特徴とする請求項２記載の液晶表示装置。
前記基準カラーピクセルの前記反射電極及び前記透過電極は電気的に接触され、前記補正カラーピクセルの前記反射電極及び前記透過電極は絶縁層を間に置いて補正キャパシタンスを形成することを特徴とする請求項１記載の液晶表示装置。
前記補正カラーピクセルの前記透過電極に前記データ電圧が印加されれば、前記補正キャパシタンスによって前記補正カラーピクセルの前記反射電極に前記補償電圧が誘導されることを特徴とする請求項４記載の液晶表示装置。
前記カラーピクセルの色相によって、前記基準カラーピクセルと前記補正カラーピクセルが決まることを特徴とする請求項４記載の液晶表示装置。
前記カラーピクセルは赤色、緑色、青色カラーピクセルの内の何れか一つであり、前記赤色、緑色カラーピクセルは前記基準カラーピクセルであり、前記青色カラーピクセルは前記補正カラーピクセルであることを特徴とする請求項６記載の液晶表示装置。
前記カラーピクセルの色相によって、前記基準カラーピクセルと前記補正カラーピクセルが決まり、前記補正キャパシタンスが決まることを特徴とする請求項４記載の液晶表示装置。
前記カラーピクセルは赤色、緑色、青色カラーピクセルの内の何れか一つであり、前記赤色カラーピクセルは前記基準カラーピクセルであり、前記緑色、青色カラーピクセルは前記補正キャパシタンスを持つ前記補正カラーピクセルであって、前記緑色カラーピクセルの前記補正キャパシタンスが前記青色カラーピクセルの前記補正キャパシタンスより大きいことを特徴とする請求項８記載の液晶表示装置。
前記補正カラーピクセルに形成される前記補正キャパシタンスは、前記補正カラーピクセルの前記反射電極及び前記透過電極のオーバーラップ面積に比例することを特徴とする請求項４記載の液晶表示装置。
前記補正カラーピクセルの前記補償電圧は、前記基準カラーピクセルと前記補正カラーピクセルの波長別反射率−電圧特性曲線の差を補正した値であることを特徴とする請求項４記載の液晶表示装置。
上部基板と、
前記上部基板と対向するように配置され、薄膜トランジスター、前記薄膜トランジスターと接続されるように形成された反射電極を含むカラーピクセルからなる下部基板と、
前記上部及び下部基板の間に形成された液晶層とを含み、
前記カラーピクセルは基準カラーピクセルと補正カラーピクセルを含み、前記基準カラーピクセルの前記薄膜トランジスターから印加されたデータ電圧は前記基準カラーピクセルの前記反射電極に印加され、前記補正カラーピクセルの前記薄膜トランジスターから供給されるデータ電圧は補償電圧に減少されて前記補正カラーピクセルの前記反射電極に印加されることを特徴とする液晶表示装置。
前記上部基板の上部に形成された上部ＱＷＰと、
前記上部ＱＷＰの上部に形成された上部偏光板をさらに含むことを特徴とする請求項１２記載の液晶表示装置。
前記上部ＱＷＰは、一つの光軸を持つ単一層のフィルムであることを特徴とする請求項１３記載の液晶表示装置。
前記基準カラーピクセルの前記反射電極は前記薄膜トランジスターのドレーン電極に電気的に接触され、前記補正カラーピクセルの前記反射電極及び前記ドレーン電極は絶縁層を間に置いて補正キャパシタンスを形成することを特徴とする請求項１２記載の液晶表示装置。
前記補正カラーピクセルに形成される前記補正キャパシタンスは、前記補正カラーピクセルの前記反射電極及び前記ドレーン電極のオーバーラップ面積に比例することを特徴とする請求項１５記載の液晶表示装置。
前記補正カラーピクセルの前記補償電圧は、前記基準カラーピクセルと前記補正カラーピクセルの波長別反射率-電圧特性曲線の差を補正した値であることを特徴とする請求項１２記載の液晶表示装置。
互いに垂直な方向に交差形成されてカラーピクセルの領域を定義するゲートライン及びデータラインと、
前記ゲートライン及びデータラインの交差部位に形成された薄膜トランジスターと、
前記カラーピクセルの反射部に形成された反射電極と、
前記薄膜トランジスターと接続されるように前記カラーピクセルの透過部に形成された透過電極とを含み、
前記カラーピクセルは基準カラーピクセルと補正カラーピクセルを含み、前記基準カラーピクセルの前記透過電極に印加されたデータ電圧は前記基準カラーピクセルの前記反射電極に印加され、前記補正カラーピクセルの前記透過電極に印加されたデータ電圧は補償電圧に減少されて前記補正カラーピクセルの前記反射電極に印加されることを特徴とする液晶表示装置用アレイ基板。
前記薄膜トランジスターは、ゲート電極、ソース電極、半導体層及びドレーン電極を含み、前記反射電極は透過ホールを有して前記薄膜トランジスターと所定の間隔を置いて形成され、前記反射電極と前記透過電極との間には絶縁層が形成されていることを特徴とする請求項１８記載の液晶表示装置用アレイ基板。
前記基準カラーピクセルの前記透過電極は、前記絶縁層上に前記透過ホールに対応する領域を覆うように形成され、前記絶縁層を貫くコンタクトホールを通じて前記薄膜トランジスターの前記ドレーン電極及び前記反射電極に電気的に接触されていることを特徴とする請求項１９記載の液晶表示装置用アレイ基板。
前記補正カラーピクセルの前記透過電極は、前記絶縁層上に前記透過ホールに対応する領域を覆うように形成され、前記絶縁層を貫くコンタクトホールを通じて前記薄膜トランジスターの前記ドレーン電極に電気的に接触されて、前記絶縁層を間に置いて前記反射電極と補正キャパシタンスを形成することを特徴とする請求項１９記載の液晶表示装置用アレイ基板。