JP4546730B2

JP4546730B2 - 半透過型液晶表示装置

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Publication number: JP4546730B2
Application number: JP2003553538A
Authority: JP
Inventors: ジャン，ヨン−キュ; キム，ヒュン−ゲル; ヨーン，ジョン−ソー; リー，ドン−ホ
Original assignee: Samsung Electronics Co Ltd
Current assignee: Samsung Electronics Co Ltd
Priority date: 2001-12-18
Filing date: 2002-12-10
Publication date: 2010-09-15
Anticipated expiration: 2022-12-10
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Description

本発明は液晶表示装置に関し、より詳細には、光量が豊富な所では低消費電力モードである反射モードでディスプレイを行い、光量が足りない所では高輝度モードである透過モードでディスプレイを行うことができる半透過型液晶表示装置に関するものである。

今日の情報化社会において、電子ディスプレイ装置（ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｄｉｓｐｌａｙｄｅｖｉｃｅ）の役割は漸次重要になり、各種電子ディスプレイ装置が多様な産業分野で広範囲に用いられている。

一般に、電子ディスプレイ装置とは、多様な情報を視覚を通して人に伝達する装置を言う。即ち、電子ディスプレイ装置とは、各種電子機器から出力される電気的情報信号を、人の視覚で認識が可能な光情報信号に変換する電子装置と定義することができ、人と電子機器を連結する架橋的役割を果たす装置と定義することもできる。

このような電子ディスプレイ装置において、光情報信号が発光現象により表示される場合には、発光型表示（ｅｍｉｓｓｉｖｅｄｉｓｐｌａｙ）装置と呼ばれ、反射、散乱、干渉現象等により光変調が表示される場合には、受光型表示（ｎｏｎ−ｅｍｉｓｓｉｖｅｄｉｓｐｌａｙ）装置と呼ばれる。能動型表示装置とも呼ばれる前記発光型表示装置としては、陰極線管（ｃａｔｈｏｄｅｒａｙｔｕｂｅ；ＣＲＴ）、プラズマディスプレイパネル（ｐｌａｓｍａｄｉｓｐｌａｙｐａｎｅｌ；ＰＤＰ）、発光ダイオード（ｌｉｇｈｔｅｍｉｔｔｉｎｇｄｉｏｄｅ；ＬＥＤ）、及びエレクトロルミネセントディスプレイ（ｅｌｅｃｔｒｏｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｔｄｉｓｐｌａｙ；ＥＬＤ）等を挙げることができる。又、受動型表示装置である前記受光型表示装置としては、液晶表示装置（ＬｉｑｕｉｄＣｒｙｓｔａｌＤｉｓｐｌａｙ；ＬＣＤ）、電気化学表示装置（ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌｄｉｓｐｌａｙ；ＥＣＤ）、及び電気泳動表示装置（ＥｌｅｃｔｒｏｐｈｏｒｅｔｉｃＩｍａｇｅＤｉｓｐｌａｙ；ＥＰＩＤ）等を挙げることができる。

テレビやコンピュータ用モニター等のような画像表示装置に用いられる陰極線管（ＣＲＴ）は、表示品質及び経済性等の面で最も高い占有率を占めているが、重い重量、大きな容積、及び高い消費電力等のような短所を持っている。

しかし、半導体技術の急速な進歩により、各種電子装置の低電圧及び低電力化と共に、電子機器の小型及び軽量化によって、新しい環境に適合した電子ディスプレイ装置、即ち、薄くて、軽くて、低い駆動電圧及び低い消費電力の特性を有する平板パネル（ｆｌａｔｐａｎｅｌ）型ディスプレイ装置に対する要求が急激に増大している。

現在開発されている多様な平板ディスプレイ装置のうち、液晶表示装置は、他のディスプレイ装置に対して薄くて、軽くて、低い消費電力及び低い駆動電圧を有しているのみならず、陰極線管に近い画像表示が可能なので、多様な電子装置に広範囲に用いられている。

液晶表示装置は、光源によって液晶セルの背面に位置したバックライトを用いて画像を表示する透過型液晶表示装置、外部の自然光を用いた反射型液晶表示装置、そして室内や外部光源が存在していない暗い所では、表示素子自体の内蔵光源を用いてディスプレイする透過表示モードとして作動し、室外の高照度環境では、外部の入射光を反射させてディスプレイする反射表示モードとして作動する半透過型液晶表示装置に区分される。

又、液晶表示装置は、液晶層にかかる電圧で液晶分子配列を調節するが、その駆動方法によって、走査線に連結された全ての画素に同時に信号電圧をかけるラインアドレッシング（ｌｉｎｅａｄｄｒｅｓｓｉｎｇ）をしながら信号線と走査線にかかった電圧の差の自乗平均平方根（ｒｏｏｔ−ｍｅａｎ−ｓｑｕａｒｅ；ｒｍｓ）値を用いて画素を駆動するパシブマトリックス（ｐａｓｓｉｖｅｍａｔｒｉｘ）型と、それぞれの画素にＭＩＭ（Ｍｅｔａｌ−Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ−Ｍｅｔａｌ）素子や薄膜トランジスタ等のスイッチング素子を付着して画素を駆動するアクティブマトリックス（ａｃｔｉｖｅｍａｔｒｉｘ）型とに区分される。

図１は、従来の半透過型液晶表示装置の断面図であって、薄膜トランジスタを用いたアクティブマトリックス型液晶表示装置を示す。

図１を参照すると、従来の半透過型液晶表示装置は、第１基板１０、前記第１基板１０と対向して配置された第２基板４０、前記基板の間に形成された液晶層５０、及び前記第１基板１０の後側に配置された光源、即ち、バックライトを含む。

前記第１基板１０は、第１絶縁基板１１、前記第１絶縁基板１１に形成された薄膜トランジスタ２５、前記薄膜トランジスタ２５の一部分を露出させるコンタクトホール３２を有する保護膜３０、透明電極３４、及び反射電極３６で構成される。薄膜トランジスタ２５は、ゲート電極１２、ゲート絶縁膜１４、アクティブパターン１６、オームコンタクトパターン１８、ソース電極２０、及びドレーン電極２２で構成される。前記透明電極３４は、バックライト６０から発生して第１基板１０を通じて入射する光を透過し、同時に第１基板１０の画素領域に一つずつ形成される薄膜トランジスタ２５に連結される画素電極の役割を果たす。前記反射電極３６は、第２基板４０を通じて入射する光を反射し、同時に画素電極の役割を果たす。即ち、透明電極３４が存在する領域は透過部Ｔに提供され、その以外の部分は、第２基板４０を通じて入射する外部光を反射する反射部Ｒに提供される。

前記第２基板４０は、第２絶縁基板４２、光が通過して所定の色が発現されるＲＧＢ画素からなるカラーフィルター４４、画素間の光漏出を防止するためのブラックマトリックス４６、及び透明共通電極４８を含む。

前記液晶層５０は、９０°ツイストされたネマチック（ｔｗｉｓｔｅｄｎｅｍａｔｉｃ）液晶であって、屈折率異方性Δｎと厚さｄをかけた値Δｎｄが約０.２４になる。

又、液晶層５０は、配向方向によって、第１基板１０と第２基板４０のそれぞれの外面に、外部光の透過方向を一定にするための第１偏光板５４及び第２偏光板５８が取り付けられる。前記第１偏光板５４及び第２偏光板５８は、偏光軸が互いに対して垂直になるように設置された線偏光子である。

前記第１基板１０と第１偏光板５４との間、及び前記第２基板４０と第２偏光板５８との間には、それぞれ第１１／４波長位相差板５２及び第２１／４波長位相差板５６が形成される。１／４波長位相差板５２、５６は、位相差板の光軸に平行して互いに垂直な２つの偏光成分に対して、１／４波長だけの位相差を付与して、線偏光を円偏光に変更させるか、円偏光を線偏光に変更させる役割を果たす。

以下では、図１に図示した従来の半透過型液晶表示装置の反射モード及び透過モードでの動作原理を説明する。

図２ａ及び図２ｂは、反射モードの動作原理を説明するための概略図である。

まず、画素電圧が印加されない場合（ＯＦＦ）、図２ａに示したように、外部から入射した光は、第２偏光板５８を通過してその偏光軸と平行な方向に線偏光され、第２１／４波長位相差板５６を通過して左円偏光される。左円偏光された光は、液晶層５０を通過して第２偏光板５８の偏光軸に垂直な方向に線偏光された後、反射電極３６に入射する。前記反射電極３６から反射され線偏光された光は、液晶層５０を通過して左円偏光される。左円偏光された光は、第２１／４波長位相差板５６を通過して前記第２偏光板５８の偏光軸と平行な方向に線偏光された後、第２偏光板５８をそのまま通過してホワイト（ｗｈｉｔｅ）画像を表示することになる。

画素電圧が最大である場合（ＯＮ）、図２ｂに示したように、外部から入射した光は、第２偏光板５８を通過してその偏光軸と平行な方向に線偏光され、第２１／４波長位相差板５６を通過して左円偏光される。左円偏光された光は、偏光状態の変化なしに液晶層５０を通過して反射電極３６に入射する。前記反射電極３６に入射した光は、反射電極３６から反射され右円偏光され、液晶層５０をそのまま通過する。このように、液晶層５０をそのまま通過した右円偏光された光は、第２１／４波長位相差板５６を通過して第２偏光板５８の偏光軸に垂直な方向に線偏光された後、第２偏光板５８によって遮断されブラック（ｂｌａｃｋ）画像を表示することになる。

図３ａ及び図３ｂは、透過モードの動作原理を説明するための概略図である。

画素電圧が印加されない場合（ＯＦＦ）には、図３ａに示したように、第１偏光板５４の下に設けられたバックライトから放出された光が第１偏光板５４に入射して、第１偏光板５４の偏光軸と平行な方向の光のみが通過することになる。この際、前記第１偏光板５４の偏光軸は、第２偏光板５８の偏光軸と垂直になるので、第１偏光板５４を通過した光は、第２偏光板５８の偏光軸と垂直な方向に線偏光された光になる。前記線偏光された光は、第１１／４波長位相差板５２によって右円偏光され、右円偏光された光は、透明電極３４を通過した後、液晶層５０に入射する。前記右円偏光された光は、液晶層５０を通過して第２偏光板５８の偏光軸と平行な方向に線偏光され、第２１／４波長位相差板５６を通過して右円偏光される。この際、前記第２偏光板５８の偏光軸と平行な方向の成分のみ第２偏光板５８を通過することができるので、前記右円偏光された光のうち、５０％が第２偏光板５８を通過する。従って、５０％の光損失が発生して、完全なホワイトでなく中間明るさの画像が表示される。

一方、図示してないが、透過モード時、液晶セルの内部にゲートライン、データライン、又は反射電極３６のような金属層が存在する領域では、入射光の光路が異なる。言い換えると、バックライトから入射する光が第１偏光板５４を通過してその偏光軸と平行な方向に線偏光された後、第１１／４波長位相差板５２を通過して右円偏光される。右円偏光された光は、前記した金属層から反射され左円偏光された後、第１１／４波長位相差板５２を通過して第１偏光板５４の偏光軸と平行な方向に線偏光される。従って、線偏光された光は、第１偏光板５４に吸収されてバックライト側に戻らないので、前記した金属層から反射された光は、再生せず、無くなるため、全体的な光効率が低下する。

最大の画素電圧が印加された場合（ＯＮ）には、図３ｂに示したように、第１偏光板５４の下に設けられたバックライトから放出された光が、第１偏光板５４に入射して第１偏光板５４の偏光軸と平行な方向の光のみ通過することになる。前記第１偏光板５４により線偏光された光は、第１１／４波長位相差板５２により右円偏光され、右円偏光された光は透明電極３４を通過した後、液晶層５０に入射する。前記右円偏光された光は、偏光状態の変化なしに液晶層５０を通過した後、第２１／４波長位相差板５６により第２偏光板５８の偏光軸と垂直な方向に線偏光される。その後、第２偏光板５８の偏光軸と垂直な方向に線偏光された光は、第２偏光板５８を通過せず、ブラック画像を表示することになる。

前述したように、従来の半透過型液晶表示装置によると、第１基板１０と第２基板４０のそれぞれに対して、偏光板５４、５８のみならず可視光線の全体領域を含む光帯域１／４波長位相差板５２、５６を取り付けなければならないので、透過型液晶表示装置に対して製品原価が上昇する。又、透過モード時、偏光特性によって５０％の光損失が発生するので、透過型液晶表示装置に対して透過率が５０％減少し、コントラスト比（Ｃ／Ｒ）が低下する問題がある。

又、液晶層５０のΔｎｄが０.２４μｍであって、通常の透過型液晶表示装置（Δｎｄが約０.４８μｍ）に対してΔｎｄが半分水準なので、液晶セルのギャップを３μｍ水準に減少させ、液晶の屈折率異方性Δｎも減少させなければならない。従って、製造工程が難しくなるのみならず、液晶の信頼性劣化が発生する問題がある。

従って、本発明は、前述した従来方法の問題点を解決するためのものであって、本発明の目的は、液晶セルの構造を単純化して透過モード時、光損失を減少させることができる半透過型液晶表示装置を提供することにある。

本発明の一観点によると、第１基板と、第２基板と、液晶層と、第１偏光板と、第２偏光板と、バックライトと、透明半透過膜とを備えることを特徴とする半透過型液晶表示装置を提供する。この半透過型液晶表示装置における第２基板は、その内面が前記第１基板と対向するように位置し、液晶層は、前記第１基板と第２基板との間に形成される。第１偏光板は、前記第１基板の外面に形成される。第２偏光板は、前記第２基板の前記内面と反対側の外面に形成される。バックライトは、前記第１偏光板の後側に配置される。透明半透過膜は、前記第１偏光板と前記バックライトとの間に形成され、互いに異なる屈折率を有する第１層及び第２層が交互に多数積層され、入射光のうち、一部分は反射させて、一部分は透過させる。

又、本発明の他の観点によると、液晶セルと、第１偏光板と、第２偏光板と、バックライトと、半透過膜とからなる半透過型液晶表示装置を提供する。液晶セルは、第１基板と、その内面が前記第１基板と対向するように位置した第２基板と、前記第１基板と第２基板との間に形成された液晶層とを含む。第１偏光板は、前記第１基板の裏面に形成されている。第２偏光板は、前記第２基板の内面と反対側の外面に形成されている。バックライトは、前記第１偏光板の後側に配置されている。透明半透過膜は、前記第１偏光板と前記バックライトとの間に形成され、互いに異なる屈折率を有する第１層及び第２層が交互に多数積層され構成されている。この半透過型液晶表示装置は、前記液晶セルの前面から入射し前記半透過膜から反射されて前記液晶セルの前面に出射する反射光経路と、前記バックライトから前記液晶セルの後面から入射し前記半透過膜を透過して前記液晶セルの前面に出射する透過光経路とを有することを特徴とする。

又、本発明の他の観点によると、絶縁基板上に形成されたゲートライン、前記ゲートラインと絶縁され前記ゲートラインと交差するように形成されたデータライン、及び前記データラインと電気的に連結される画素電極を具備する第１基板と、その内面が前記第１基板と対向するように位置し、前記内面に透明共通電極が形成された第２基板と、前記第１基板と第２基板との間に形成された液晶層と、前記第１基板の外面に形成された第１偏光板と、前記第２基板の前記内面と反対側の外面に形成された第２偏光板と、前記第１偏光板の後側に位置したバックライトと、前記第１偏光板と前記バックライトとの間に形成され、互いに異なる屈折率を有する第１層及び第２層が交互に多数積層され、入射光のうち一部分は反射させ、一部分は透過させる透明半透過膜とを具備することを特徴とする半透過型液晶表示装置を提供する。

又、本発明の他の観点によると、絶縁基板上に、ゲート電極、前記ゲート電極及び絶縁基板上に形成されたゲート絶縁膜、前記ゲート電極上のゲート絶縁膜上に形成されたアクティブパターン、及び前記アクティブパターン上に離隔して形成されたソース／ドレーン電極を含んで形成された薄膜トランジスタと、前記薄膜トランジスタのソース電極又はドレーン電極のうちいずれか一つと電気的に連結される画素電極とを具備する第１基板と、その内面が前記第１基板と対向するように位置し、前記内面に透明共通電極が形成された第２基板と、前記第１基板と第２基板との間に形成された液晶層と、前記第１基板の外面に形成された第１偏光板と、前記第２基板の前記内面と反対側の外面に形成された第２偏光板と、前記第１偏光板の後側に位置したバックライトと、前記第１偏光板と前記バックライトとの間に形成され、互いに異なる屈折率を有する第１層及び第２層が交互に多数積層されて、入射光のうち一部分は反射させて、一部分は透過させる透明半透過膜とを具備することを特徴とする半透過型液晶表示装置を提供する。

又、本発明の他の側面によると、絶縁基板上にアクティブパターン、前記アクティブパターン及び絶縁基板上に形成されたゲート絶縁膜、前記アクティブパターン上のゲート絶縁膜上に形成されたゲート電極、前記ゲート電極及びゲート絶縁膜上に形成された層間絶縁膜、及び前記層間絶縁膜上に離隔して形成されたソース／ドレーン電極を含んで形成された薄膜トランジスタと、前記薄膜トランジスタのソース電極又はドレーン電極のうちいずれか一つと電気的に連結された画素電極とを具備する第１基板と、その内面が前記第１基板と対向するように位置し、前記内面に透明共通電極が形成された第２基板と、前記第１基板と第２基板との間に形成された液晶層と、前記第１基板の外面に形成された第１偏光板と、前記第２基板の前記内面と反対側の外面に形成された第２偏光板と、前記第１偏光板の後側に位置したバックライトと、前記第１偏光板と前記バックライトとの間に形成され、互いに異なる屈折率を有する第１層及び第２層が交互に多数積層され、入射光のうち一部分は反射させ、一部分は透過させる透明半透過膜とを具備することを特徴とする半透過型液晶表示装置を提供する。

又、本発明の他の観点によると、絶縁基板上に形成され、複数のデータラインと複数のゲートラインとが交差してマトリックス形態に配列される表示セルアレー回路、及び前記絶縁基板上の前記表示セルアレー回路の第１領域に形成され、前記複数個のゲートラインを駆動するためのゲート駆動回路を具備する第１基板と、その内面が前記第１基板と対向するように位置し、前記内面に透明共通電極が形成された第２基板と、前記第１基板と第２基板との間に形成された液晶層と、前記第１基板の外面に形成された第１偏光板と、前記第２基板の前記内面と反対側の外面に形成された第２偏光板と、前記第１偏光板の後側に位置したバックライトと、前記第１偏光板と前記バックライトとの間に形成され、互いに異なる屈折率を有する第１層及び第２層が交互に多数積層され、入射光のうち一部分は反射させ、一部分は透過させる透明半透過膜とを具備することを特徴とする半透過型液晶表示装置を提供する。

本発明によると、液晶セルの内部に反射電極が存在せず、上部基板（第２基板）及び下部基板（第１基板）のそれぞれに１／４波長位相差板を形成しないので、従来の半透過型液晶表示装置に対してその構造を単純化させることができる。

又、入射光の一部は透過させて、一部は反射させる半透過膜であって、透明電極と反射電極の役割を同時に行うことができ、光の再生（ｒｅｃｙｃｌｅ）過程が継続的に起きるので、透過モードで光損失が発生しない。従って、従来の半透過型液晶表示装置に対して透過率が向上されるのみならず、下部基板（即ち、第１基板）に１／４波長位相差板を用いないので、バックライトから入射して液晶セルの金属領域から反射された光が再生され利用されることにより、全体的な光効率を増加させることができる。

又、従来の透過型液晶表示装置の液晶光学条件をその通り用いることができるので、液晶の信頼性劣化を防止することができる。

以下では、添付図面を参照して本発明の好ましい実施例を詳細に説明する。

図４は、本発明の第１実施例による半透過型液晶表示装置の断面図である。

図４を参照すると、本発明の第１実施例による半透過型液晶表示装置は、第１基板１１０、その内面が前記第１基板１１０と対向するように配置された第２基板１３０、及び前記第１基板１１０と第２基板１３０との間に形成された液晶層１５０を含む。

好ましくは、前記第１基板１１０及び第２基板１３０はガラス基板を用いて製作する。

前記第１基板１１０の内面にはＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ−Ｔｉｎ−Ｏｘｉｄｅ）のような導電性酸化膜からなる第１透明電極１１５が形成される。好ましくは、前記第１透明電極１１５は、第１方向に延長されて前記第１方向と直交する第２方向に反復される信号電極の役割を果たす。

前記第１基板１１０の外面には、第１偏光板１５５が形成され、前記第２基板１３０の前記内面と反対側の外面には第２偏光板１６５が形成される。前記第１偏光板１５５及び第２偏光板１６５は、所定の偏光成分を吸収して、その外の偏光成分を透過して光の透過方向を一定にする役割を果たし、好ましくは偏光軸が互いに対して垂直になるように設置された線偏光子である。

前記第１偏光板１５５の後側には、バックライト１７０が設けられる。

前記第２基板１３０の前記第１基板１１０と対向する内面には、ＩＴＯのような導電性酸化膜からなる第２透明電極１３５が形成される。好ましくは、前記第２透明電極１３５は、前記第２方向に反復されならが前記第１方向に延長される走査電極の役割を果たす。即ち、パシブマトリックス型液晶表示装置では、第１基板１１０の第１透明電極１１５と、第２基板１３０の第２透明電極１３５とが直交して配列されることにより、それぞれ信号電極と走査電極として用いられる。

前記液晶層１５０は、１８０°から２７０°ツイストされたＳＴＮ液晶組成物からなる。又、９０°ツイストされたネマチック（ｔｗｉｓｔｅｄｎｅｍａｔｉｃ）液晶組成物を用いて前記液晶層１５０を形成することもできる。通常的に、パシブマトリックス型液晶表示装置ではＳＴＮ液晶を用いる反面、アクティブマトリックス型液晶表示装置ではＴＮ液晶を用いる。本実施例によると、前記液晶層１５０の屈折率異方性Δｎと厚さｄをかけた値Δｎｄが約０.２〜０.６μｍ、好ましくは０.４８μｍであって、従来の透過型液晶表示装置の液晶光学条件をそのまま用いることができるので、液晶の信頼性劣化を防止することができる。

前記第１偏光板１５５とバックライト１７０との間には、図５に示したように、互いに異なる屈折率を有する２つの透明な膜、即ち第１層１６１及び第２層１６２が交互に２層以上積層され構成された半透過膜１６０が形成される。前記半透過膜１６０は、入射光のうち一部分は反射させ、一部分は透過させる役割を果たす。従って、本実施例による半透過型液晶表示装置は、第２基板１３０側に入射し、第１基板１１０を通過して前記半透過膜１６０から反射された後、更に第２基板１３０に出射する反射光経路１８０と、前記バックライト１７０から第１基板１１０に入射し、前記半透過膜１６０を透過して第２基板１３０に出射する透過光経路１８５とを有する。

以下では、本発明の半透過膜１６０に対して詳細に説明する。

図５に示したように、膜の厚さ方向をｚ方向とし、膜の面をｘ−ｙ面とする時、本発明の好ましい一実施例による半透過膜１６０は、その第１層１６１が膜の面、即ちｘ−ｙ面内に屈折率異方性を有し、第２層１６２が膜の面内に屈折率異方性を有しないことを特徴とする。

前記半透過膜１６０は、入射光の偏光状態及び方向によって透過率及び反射率の大きさが異なる異方性特性を有する。例えば、膜の延伸（ｅｌｏｎｇａｔｉｏｎ）方向と並んでいる方向をｘ方向とし、前記延伸方向と垂直な方向をｙ方向とする時、面内に屈折率異方性を有する高い屈折率の第１層１６１と、面内に屈折率異方性を有しない低い屈折率の第２層１６２の３つの主屈折率ｎ_ｘ、ｎ_ｙ、ｎ_ｚは、次のような関係（１）を満足する。

ｎ１_ｘ＝ｎ１_ｚ≠ｎ１_ｙ
ｎ２_ｘ＝ｎ２_ｙ＝ｎ２_ｚ
ｎ１_ｘ≠ｎ２_ｘ
ｎ１_ｙ≠ｎ２_ｙ
|ｎ１_ｘ−ｎ２_ｘ|＜|ｎ１_ｙ−ｎ２_ｙ|
（ただし、ｎ１_ｘ、ｎ１_ｙ、ｎ１_ｚはそれぞれｘ軸、ｙ軸、ｚ軸方向における第１層の主屈折率を表し、ｎ２_ｘ、ｎ２_ｙ、ｎ２_ｚはそれぞれｘ軸、ｙ軸、ｚ軸方向における第２層の主屈折率を表す）
このような第１層１６１と第２層１６２間のｘ方向の屈折率差がｙ方向の屈折率差より小さいと、偏光されない光が膜に垂直方向（即ち、ｚ方向）に入射する時、フレネルの式（Ｆｒｅｓｎｅｌ’ｓｅｑｕａｔｉｏｎ）によって、ｙ方向と並んでいる偏光成分は、高い屈折率差により大部分反射されるが、ｘ方向と並んでいる偏光成分は、低い屈折率差により一部分は透過され、一部分は反射される。

一般的に、複屈折性の誘電体多層膜からなる反射型偏光子を用いて、表示の明るさを強化させる方法が、日本国特表平９−５０６９８５号公報や、国際公開された国際出願ＷＯ９７／０１７８８号などに開示されている。このような複屈折性の誘電体多層膜は、２種類の高分子層を交互に積層して形成されるが、２種類の高分子のうち、一つは屈折率の大きな材料が選択され、他の一つは屈折率の小さい材料が選択される。複屈折性の誘電体多層膜の光学的側面での構造は次のようである。

例えば、屈折率が大きな材料を延伸した第１層と、屈折率が小さい材料を延伸した第２層との間に次のような屈折率関係が存在すると仮定して見よう。

ｎ１_ｘ＝ｎ１_ｚ＝１.５７、ｎ１_ｙ＝１.８６
ｎ２_ｘ＝ｎ２_ｙ＝ｎ２_ｚ＝１.５７
このように第１層と第２層のｘ及びｚ方向の屈折率が同じであり、ｙ方向の屈折率が異なる場合、偏光されない光が膜に垂直方向（即ち、ｚ方向）に入射する時、フレネルの式によってｘ方向の偏光成分は全部透過し、ｙ方向の偏光成分は全部反射することになる。このような特性を有する複屈折性の誘電体多層膜の代表的な例として、３Ｍ社のＤＢＥＦ（ＤｕａｌＢｒｉｇｈｔｎｅｓｓＥｎｈａｎｃｅｍｅｎｔＦｉｌｍ）を挙げられる。前記ＤＢＥＦは、互いに異なる２つの材質の薄膜が交互的に数百層が積層されている多層膜構造に形成されている。即ち、複屈折率（ｂｉｒｅｆｒｉｎｇｅｎｃｅ）が非常に高いポリエチレンナフタレート（ｐｏｌｙｅｔｈｙｌｅｎｅｎａｐｈｔａｌａｔｅ）層と等方性構造を有するポリメチルメタクリレート（ｐｏｌｙｍｅｔｈｙｌｍｅｔｈａｃｒｙｌａｔｅ；ＰＭＭＡ）層を交互に積層してＤＢＥＦを形成する。ナフタレン基は平面構造を有しているので、隣接した時に積層が容易であり、積層方向の屈折率が他の方向の屈折率と大きく異なるようになる。一方、ＰＭＭＡは、無定形高分子として等方性配向をするので、全ての方向への屈折率が等しい。

このように、３Ｍ社のＤＢＥＦはｘ方向の偏光成分は全部透過し、ｙ方向の偏光成分は全部反射するが、本発明の一実施例による半透過膜１６０は、特定方向（例えば、ｙ方向）の偏光成分は大部分反射するが、それと垂直な方向（例えば、ｘ方向）の偏光成分は一部反射させ、一部透過させる特性を有する。このような半透過膜は入射光の偏光状態及び方向によって、透過率及び反射率の大きさが異なる２つの異方性半透過膜を垂直に取り付けて形成することができ、入射光の偏光状態及び方向によって透過率及び反射率の大きさが異なる異方性半透過膜と、入射光の偏光状態及び方向と関係なく等方的に透過及び反射特性を有する半透過膜を取り付けて形成することもできる。この際、２つの半透過膜は一体型に形成することもでき、分離された別の膜形態に形成することもできる。

又、本発明の好ましい他の実施例によると、前記半透過膜１６０は、入射光の偏光状態及び方向と関係なく等方的に透過及び反射特性を有する。例えば、膜の延伸方向と並んでいる方向をｘ方向とし、前記延伸方向と垂直な方向をｙ方向とする時、高い屈折率の第１層１６１と低い屈折率の第２層１６２は、膜のｘ−ｙ面内に屈折率等方性を有し、３つの主屈折率ｎ_ｘ、ｎ_ｙ、ｎ_ｚは次のような関係（２）を満足する。

ｎ１_ｘ＝ｎ１_ｙ＝ｎ１_ｚ
ｎ２_ｘ＝ｎ２_ｙ＝ｎ２_ｚ≠ｎ１_ｚ
このように、第１層１６１と第２層１６２のｚ方向の屈折率が異なる場合、偏光されない光が膜に垂直方向（即ち、ｚ方向）に入射する時、フレネルの式によってｘ方向の偏光成分も一部透過及び一部反射され、ｙ方向の偏光成分も一部反射及び一部透過される。この際、第１層１６１又は第２層１６２の厚さや屈折率を調節して反射される光の反射率を半透過型液晶表示装置の特性に合わせて調節することができる。即ち、反射特性を強化した半透過型液晶表示装置は反射率を高くする一方、透過特性を重要視する半透過型液晶表示装置は、反射率を低くして透過率を向上させる。

前述したように、本発明の半透過膜１６０は、入射光の偏光状態及び方向によって透過率及び反射率の大きさが異なる異方性特性を有するように形成することもでき、入射光の偏光状態及び方向と関係なく等方的に透過及び反射特性を有するように形成することもできる。いずれの場合にも、前記半透過膜１６０は、膜の面に垂直方向に光が入射する時、いずれの方向の偏光成分に対しても４％以上の反射率を有するように形成することが好ましい。

本発明の半透過膜１６０は、第１偏光板１５５と一体型に形成することもでき、前記第１偏光板１５５と分離して別の膜形態に形成することもできる。前記半透過膜１６０を第１偏光板１５５と一体型に形成する場合には、液晶セルの厚さを薄くすることができ、原価側面においても有利になる。

第１偏光板１５５の表面に高分子多層膜を蒸着又は塗布して半透過膜１６０を製作する方法は、偏光板に反射防止（ａｎｔｉ−ｒｅｆｌｅｃｔｉｏｎ）処理をする概念と逆の概念を有する。即ち、反射防止処理は、屈折率が互いに異なる２種類の透明膜を一定厚さに反復蒸着又はコーティングして膜内部での多反射（ｍｕｌｔｉ−ｒｅｆｌｅｃｔｉｏｎ）により消滅干渉を行うことであるが、入射光の一定部分は反射し、一定部分は透過させる半透過膜を形成するためには、補強干渉が行われるように膜の厚さを調節しなければならない。

又、本実施例による半透過型液晶表示装置は、図６ａ及び図６ｂに図示したように、鏡面反射（ｓｐｅｃｕｌａｒｒｅｆｌｅｃｔｉｏｎ）を防止し、反射光を多様な角度に適切に拡散させるために、第１基板１１０又は第２基板１３０に光散乱層１６８を形成することができる。例えば、前記光散乱層１６８は、第１基板１１０と第１偏光板１５５との間、又は第２基板１３０と第２偏光板１６５との間に形成することができ、第１偏光板１５５と半透過膜１６０との間にも形成することができる。前記光散乱層１６８は、第１偏光板１５５又は第２偏光板１６５と一体型に形成するか、前記偏光板と分離された別の膜状態に形成する。前記光散乱層１６８は、透明ビーズを分散したプラスチックフィルムで構成することができ、接着剤中にビーズを混入して光散乱層として用いることにより、例えば、第１基板１１０を第１偏光板１５５に直接接着しても構わない。

又、本実施例による半透過型液晶表示装置は、光効率を最適化するために、第１基板１１０又は第２基板１３０に位相差板（図示せず）を形成することができる。例えば、前記位相差板は、第１基板１１０と第１偏光板１５５との間、又は第２基板１３０と第２偏光板１６５との間に偏光板と一体型に形成するか、偏光板から分離された別の膜形態に形成する。

以下では、前記の構造を有する本実施例による半透過型液晶表示装置の動作原理を詳細に説明する。

図７ａ乃至図８ｂは、半透過膜１６０を第１偏光板１５５と一体型に形成した半透過型液晶表示装置において、反射モード及び透過モードの動作原理を説明するための概略図である。ここで、光の偏光方向は、第２偏光板１６５の偏光軸を基準に示したものであり、一部分反射及び一部分透過された光は点線で表示した。

まず、反射モードで画素電圧が印加されない場合（ＯＦＦ）、図７ａに示したように、外部から入射した光は第２偏光板１６５を通過して、その偏光軸と平行な方向に線偏光される。線偏光された光は、液晶層１５０及び第１透明電極１１５を通過して第２偏光板１６５の偏光軸に垂直な方向に線偏光された後、第１偏光板１５５と一体型に形成された半透過膜１６０に入射する。この際、前記第１偏光板１５５の偏光軸と第２偏光板１６５の偏光軸は互いに垂直になるので、第１偏光板１５５に入射する光は、前記第１偏光板１５５の偏光軸と平行な方向になる。従って、前記第１偏光板１５５の偏光軸と平行な方向に線偏光された光は、半透過膜１６０を一部分透過して一部分反射される。即ち、前記半透過膜１６０が前述した関係（１）の屈折率特性を有する場合、半透過膜１６０に入射する光のうち、膜の延伸方向と並んでいるｘ方向の偏光成分は、一部分透過して一部分反射する反面、前記延伸方向と垂直なｙ方向の偏光成分は大部分反射する。又、前記半透過膜１６０が前述した関係（２）の屈折率特性を有する場合には、半透過膜１６０に入射する光のうち、ｘ方向とｙ方向の偏光成分が一部分透過及び一部分反射する。

このように、前記半透過膜１６０から反射された線偏光された光は、第１透明電極１１５及び液晶層１５０を通過して、前記第２偏光板１６５の偏光軸と平行な方向に線偏光された後、第２偏光板１６５をそのまま通過してホワイト（ｗｈｉｔｅ）画像を表示することになる。又、前記半透過膜１６０を透過した光は、半透過膜１６０とバックライト１７０との間で再生過程を経て、半透過膜１６０を一部反射及び一部透過する過程を持続的に行うので、光損失を除去して反射率及び光効率を向上させることができる。

反射モードで画素電圧が最大である場合（ＯＮ）、図７ｂに示したように、外部から入射した光は第２偏光板１６５をそのまま通過して、その偏光軸と平行な方向に線偏光された後、偏光状態の変化なしに液晶層１５０を通過して第１偏光板１５５と一体型の半透過膜１６０に入射する。この際、線偏光された光は、第１偏光板１５５の偏光軸と垂直な方向なので、前記第１偏光板１５５で全部吸収される。従って、半透過膜１６０から光が反射されることができないので、ブラック（ｂｌａｃｋ）画像を表示することになる。

透過モードで画素電圧が印加されない場合（ＯＦＦ）、図８ａに示したように、バックライト１７０から放出された光が第１偏光板１５５と一体型の半透過膜１６０に入射する。前記半透過膜１６０が前述した関係（１）の屈折率特性を有する場合、第１偏光板１５５の偏光軸と平行な方向の光のうち、ｘ軸方向と並んでいる偏光成分は一部分透過して一部分反射する反面、ｙ軸方向と並んでいる偏光成分は大部分反射される。又、前記半透過膜１６０が前述した関係（２）の屈折率特性を有する場合には、ｘ及びｙ方向の全ての偏光成分は、一部透過及び一部反射されるので、前記第１偏光板１５５の偏光軸と平行な方向の光のうち、一部分は透過して一部分は反射される。

このように、半透過膜１６０を透過して第１偏光板１５５を通過した光は、第１偏光板１５５の偏光軸と平行な方向、即ち、第２偏光板１６５の偏光軸と垂直な方向に線偏光された光になる。前記線偏光された光は、第１透明電極１１５及び液晶層１５０を通過して第２偏光板１６５の偏光軸と平行な方向に線偏光される。従って、第２偏光板１６５の偏光軸と平行な方向に線偏光された光は、第２偏光板１６５をそのまま通過してホワイト画像を表示することになる。又、前記半透過膜１６０から反射された光は、バックライト１７０と半透過膜１６０との間で再生された後、前述した過程を反復するので、ｘ方向と並んでいる偏光成分又はｘとｙ方向に並んでいる偏光成分が持続的に半透過膜１６０を通過して用いられるので、光損失を除去して透過率及び光効率を向上させることができる。

透過モードで最大の画素電圧が印加された場合（ＯＮ）、図８ｂに示したように、バックライト１７０から放出された光が第１偏光板１５５と一体型の半透過膜１６０に入射して、前記第１偏光板１５５の偏光軸と平行な方向の光のうち、一部分は透過して一部分は反射される。前記半透過膜１６０を透過して、第１偏光板１５５を通過した光は、第１偏光板１５５の偏光軸と平行な方向、即ち、第２偏光板１６５の偏光軸と垂直な方向に線偏光された光になる。前記線偏光された光は、偏光状態の変化なしに第１透明電極１１５及び液晶層１５０を通過する。従って、第２偏光板１６５の偏光軸と垂直な方向に線偏光された光は、第２偏光板１６５を通過することができないので、ブラック画像を表示することになる。

図９ａ乃至図１０ｂは、半透過膜１６０を第１偏光板１５５と分離して別の膜形態に形成した半透過型液晶表示装置において、反射モード及び透過モードの動作原理を説明するための概略図である。ここで、光の偏光方向は第２偏光板１６５の偏光軸を基準に示したものであり、一部分反射及び一部分透過された光は、点線で表示した。

まず、反射モードで画素電圧が印加されない場合（ＯＦＦ）、図９ａに示したように、外部から入射された光は第２偏光板１６５を通過して、その偏光軸と平行な方向に線偏光される。線偏光された光は、液晶層１５０及び第１透明電極１１５を通過して第２偏光板１６５の偏光軸に垂直な方向に線偏光され第１偏光板１５５に入射する。この際、前記第１偏光板１５５は第２偏光板１６５の偏光軸に対して垂直な偏光軸を有しているので、第２偏光板１６５の偏光軸に垂直な方向に線偏光された光は、第１偏光板１５５をそのまま通過して半透過膜１６０に入射される。前記半透過膜１６０が前述した関係（１）の屈折率特性を有する場合、半透過膜１６０に入射される光のうち、延伸方向と並んでいるｘ方向の偏光成分は、一部分透過して一部分反射する反面、前記延伸方向と垂直なｙ方向の偏光成分は大部分反射する。又、前記半透過膜１６０が前述した関係（２）の屈折率特性を有する場合には、半透過膜１６０に入射される光のうち、ｘ方向とｙ方向の偏光成分が一部分透過及び一部分反射する。

このように、半透過膜１６０から反射された線偏光された光は、第１偏光板１５５の偏光軸と平行な方向なので、第１偏光板１５５をそのまま通過して第１透明電極１１５を経て液晶層１５０に入射する。前記線偏光された光は、液晶層１５０を通過して第２偏光板１６５の偏光軸と平行な方向に線偏光された後、第２偏光板１６５をそのまま通過してホワイト（ｗｈｉｔｅ）画像を表示することになる。又、前記半透過膜１６０を透過した光は、半透過膜１６０とバックライト１７０との間で再生過程を経て半透過膜１６０を一部反射及び一部透過する過程を持続的に行うので、光損失を除去して反射率及び光効率を向上させる。

反射モードで画素電圧が最大である場合（ＯＮ）、図９ｂに示したように、外部から入射された光は第２偏光板１６５を通過して、その偏光軸と平行な方向に線偏光された後、偏光状態の変化なしに液晶層１５０を通過して第１偏光板１５５に入射する。この際、線偏光された光は、第１偏光板１５５の偏光軸と垂直な方向なので、前記第１偏光板１５５で全部吸収される。従って、半透過膜１６０から光が反射されることができないので、ブラック（ｂｌａｃｋ）画像を表示することになる。

透過モードで画素電圧が印加されない場合（ＯＦＦ）、図１０ａに示したように、バックライト１７０から放出された光が半透過膜１６０に入射した後、一部分透過及び一部分反射される。前記半透過膜１６０が前述した関係（１）の屈折率特性を有する場合、半透過膜１６０に入射する光のうち、膜の延伸方向と並んでいるｘ方向の偏光成分は、一部分透過して一部分反射する反面、前記延伸方向と垂直なｙ方向の偏光成分は大部分反射される。又、前記半透過膜１６０が前述した関係（２）の屈折率特性を有する場合には、半透過膜１６０に入射する光のうち、ｘ方向とｙ方向の偏光成分が、一部分透過及び一部分反射される。

このように、半透過膜１６０を透過した光は、第１偏光板１５５を通過して、その偏光軸と平行な方向に線偏光された後、第１透明電極１１５及び液晶層１５０を通過して第２偏光板１６５の偏光軸と平行な方向に線偏光される。従って、第２偏光板１６５の偏光軸と平行な方向に線偏光された光は、第２偏光板１６５をそのまま通過してホワイト画像を表示することになる。又、前記半透過膜１６０から反射された光は、バックライト１７０と半透過膜１６０との間で再生された後、前記過程を反復するので、ｘ方向と並んでいる偏光成分又はｘとｙ方向に並んでいる偏光成分が半透過膜１６０を持続的に透過して用いられることにより、光損失を防止して透過率及び光効率を向上させる。

通過モードで最大の画素電圧が印加された場合（ＯＮ）、図１０ｂに示したように、バックライト１７０から放出された光が半透過膜１６０に入射した後、一部分透過及び一部分反射される。前記半透過膜１６０を透過した光は、第１偏光板１５５を通過して、その偏光軸と平行な方向、即ち、第２偏光板１６５の偏光軸と垂直な方向に線偏光された後、偏光状態の変化なしに第１透明電極１１５及び液晶層１５０を通過する。従って、第２偏光板１６５の偏光軸と垂直な方向に線偏光された光は、第２偏光板１６５を通過することができないので、ブラック画像を表示することになる。

図１１は、本発明の他の実施例による半透過型液晶表示装置の断面図を示す。

図１１を参照すると、半透過型液晶表示装置は、第１基板２００、前記第１基板２００と対向して配置された第２基板２５０、前記基板の間に形成された液晶層２６０、及び前記第１基板２００の後側に配置されたバックライト２７０を含む。

前記第１基板２００は、第１絶縁基板２１０上に複数のゲートライン（図示せず）と複数のデータライン（図示せず）が、マトリックス形態に形成されており、１対のゲートラインと１対のデータラインによって定義される領域に画素電極２３４と薄膜トランジスタ２２５が形成されている。前記第２基板２５０は、第２絶縁基板２５２、光が通過して所定の色が発現されるＲＧＢ画素からなるカラーフィルター２５４、画素間の光漏出を防止するためのブラックマトリックス２５６、及び透明共通電極２５８を含む。

薄膜トランジスタ２２５は、第１絶縁基板２１０上に形成されたゲート電極２１２、前記ゲート電極２１２及び第１絶縁基板２１０上に形成されたゲート絶縁膜２１４、前記ゲート電極２１２上のゲート絶縁膜２１４上に形成されたアクティブパターン２１６、及びオームコンタクトパターン２１８、そして前記オームコンタクトパターン２１８上に離隔して形成されたソース電極２２０及びドレーン電極２２２で構成される。ここで、前記アクティブパターン２１６は、非晶質シリコン又は多結晶シリコンのうちいずれか一つで形成される。

前記薄膜トランジスタ２２５が形成された第１絶縁基板２１０上には、無機物や有機物からなる保護膜２３０が形成される。前記保護膜２３０を貫通して前記ドレーン電極２２２を露出させるコンタクトホール２３２が形成される。前記画素電極２３４は、ＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍｔｉｎｏｘｉｄｅ）のような導電性酸化膜で構成された透明電極２３４で形成される。

好ましくは、前記液晶層２６０は９０°ツイストされたネマチック（ｔｗｉｓｔｅｄｎｅｍａｔｉｃ）液晶であって、屈折率異方性Δｎと厚さｄをかけた値Δｎｄが、約０.２〜０.６μｍ、望ましくは０.４８μｍになる。従って、従来の透過型液晶表示装置の液晶光学条件をそのまま用いることができるので、液晶の信頼性劣化を防止することができる。

前記液晶層２６０の配向方向によって、第１基板２１０と第２基板２５２のそれぞれの外面に外部光の透過方向を一定にする第１偏光板２６２及び第２偏光板２６６が取り付けられる。好ましくは、前記第１偏光板２６２及び第２偏光板２６６は、偏光軸が互いに対して垂直になるように設置された線偏光子である。

前記薄膜トランジスタ２２５のゲート電極２１２はゲートラインに連結され、ソース電極２２０はデータラインに連結され、ドレーン電極２２２はコンタクトホール２３２を通じて画素電極２３４に連結される。従って、ゲートラインを通じて走査電圧がゲート電極２１２に印加されると、データラインに流れる信号電圧がソース電極２２０からドレーン電極２２２にアクティブパターン２１６を通じて印加される。信号電圧がドレーン電極２２２に印加されると、ドレーン電極２２２に連結された画素電極２３４と第２基板２５０の共通電極２５８との間に電圧差が発生することになる。そうすると、画素電極２３４と共通電極２５８との間に注入された液晶層２６０の分子配列が変化され、これにより、液晶２６０の光透過率が変化して薄膜トランジスタ２２５は液晶セルの画素を動作させるスイッチング素子としての役割を果たす。

前記第１偏光板２６２とバックライト２７０との間には互いに異なる屈折率を有する透明な第１層及び第２層が交互に多数積層され構成された半透過膜２６４が形成される。前記半透過膜２６４は、前述した第１実施例で説明したように、入射光のうち一部分は反射させて一部分は透過させる役割を果たす。即ち、前記半透過膜２６４は、入射光の偏光状態及び方向によって、透過率及び反射率の大きさが異なる異方性特性を有するように形成することもでき、入射光の偏光状態及び方向と関係なく等方的に透過及び反射特性を有するように形成することもできる。いずれの場合でも、前記半透過膜２６４は、膜の面に垂直方向に光が入射する時、いずれの方向の偏光成分に対しても４％以上の反射率を有するように形成することが好ましい。前記半透過膜２６４は、第１偏光板２６２と一体型又は分離型に形成する。

又、本実施例による半透過型液晶表示装置は、鏡面反射を防止して反射光を多様な角度に適当に拡散させるために、第１基板２００又は第２基板２５０に光散乱層（図示せず）を形成することができる。例えば、前記光散乱層は、第１基板２００と第１偏光板２６２との間、又は第２基板２５０と第２偏光板２６６との間に形成し、第１偏光板２６２と半透過膜２６４との間にも形成することができる。前記光散乱層は、第１偏光板２６２又は第２偏光板２６６と一体型又は分離型に形成する。又、接着剤にビーズを混入して光散乱層として用いることもできる。

又、本実施例による半透過型液晶表示装置は、光効率を最適化するために、第１基板２００又は第２基板２５０に位相差板（図示せず）を形成することができる。例えば、前記位相差板は、第１基板２００と第１偏光板２６２との間、又は第２基板２５０と第２偏光板２６６との間に形成される。前記位相差板は、第１偏光板２６２又は第２偏光板２６６と一体型又は分離型に形成する。

本実施例の半透過型液晶表示装置によると、液晶セルの内部に反射電極を形成せずに、半透過膜２６４で反射電極の役割を代わる。従って、外部から第２基板２５０側に入射した光は、第１基板２００を通過して前記半透過膜２６４から反射された後、第２基板２５０に出射する反射光経路２８０を有する。又、バックライト２７０から第１基板２００に入射した光は、前記半透過膜２６４を透過した後、第２基板２５０に出射される透過光経路２８５を有する。

図１１に図示した半透過型液晶表示装置の反射モード及び透過モードでの動作原理は、図７ａ乃至図１０ｂを参照して説明したものと同じである。即ち、入射光の一部分は透過して一部分は反射させる半透過膜を用いることにより、反射モード及び透過モード時、光損失が発生しないので、反射率及び透過率を共に向上させることができる。又、図１に図示した従来の半透過型液晶表示装置と比較する時、下部基板、即ち第１基板２００に１／４波長位相差板を形成しないので、バックライト２７０から入射されて、液晶セルの内部のゲートラインやデータラインのような金属層が存在する領域から反射される光も半透過膜２６４とバックライト２７０との間で再生されて用いられることにより、全体的な光効率を増加させることができる。

図１２は、本発明の第３実施例による半透過型液晶表示装置の断面図であって、上部−ゲート（ｔｏｐ−ｇａｔｅ）構造の薄膜トランジスタ−液晶表示装置を図示する。

図１２を参照すると、半透過型液晶表示装置は、第１基板３００、前記第１基板３００と対向して配置された第２基板３５０、前記基板の間に形成された液晶層３６０、及び前記第１基板３００の後側に配置されたバックライト３７０を含む。

前記第１基板３００は、第１絶縁基板３１０上に複数のゲートライン（図示せず）と複数のデータライン（図示せず）がマトリックス形態に形成されており、その交差点に画素電極３３４と薄膜トランジスタ３２５が形成されている。前記第２基板３５０は、第２絶縁基板３５２、光が通過して所定の色が発現されるＲＧＢ画素からなるカラーフィルター３５４、画素間の光漏出を防止するためのブラックマトリックス３５６、及び透明共通電極３５８を含む。

薄膜トランジスタ３２５は、第１絶縁基板３１０上に形成されたアクティブパターン３１２、前記アクティブパターン３１２及び第１絶縁基板３１０上に形成されたゲート絶縁膜３１４、前記アクティブパターン３１２上のゲート絶縁膜３１４上に形成されたゲート電極３１６、前記ゲート電極３１６及びゲート絶縁膜３１４上に形成された層間絶縁膜３１８、及び前記層間絶縁膜３１８上に離隔して形成されたソース／ドレーン電極３２０、３２２で構成される。前記ソース／ドレーン電極３２０、３２２は、前記層間絶縁膜３１８及びゲート絶縁膜３１４を貫通するコンタクトホール３１９を通じて、それぞれアクティブパターン３１２に形成されたソース領域Ｓ及びドレーン領域Ｄに接続される。ここで、前記アクティブパターン３１２は、多結晶シリコン又は非晶質シリコンのうち、いずれか一つで形成される。

前記薄膜トランジスタ３２５が形成された第１絶縁基板３１０上には、無機物や有機物からなる保護膜３３０が形成される。前記保護膜３３０を貫通して前記ドレーン電極３２２を露出させる第２接触孔３３２が形成される。前記画素電極はＩＴＯのような導電性酸化膜からなる透明電極３３４で形成される。

好ましくは、前記液晶層３６０は９０°ツイストされたネマチック（ｔｗｉｓｔｅｄｎｅｍａｔｉｃ）液晶であって、屈折率異方性Δｎと厚さｄをかけた値Δｎｄが約０.２〜０.６μｍ、望ましくは０.４８μｍになる。従って、従来の透過型液晶表示装置の液晶光学条件をそのまま用いることができるので、液晶の信頼性劣化を防止することができる。

前記液晶層３６０の配向方向によって、第１基板３００と第２基板３５０のそれぞれの外面に外部光の透過方向を一定にする第１偏光板３６２及び第２偏光板３６６が取り付けられる。好ましくは、前記第１偏光板３６２及び第２偏光板３６６は、偏光軸が互いに対して垂直になるように設置された線偏光子である。

前記第１偏光板３６２とバックライト３７０との間には、互いに異なる屈折率を有する透明な第１層及び第２層が交互に多数積層され、入射光のうち一部分は反射させて一部分は透過させる透明半透過膜３６４が形成される。即ち、前記半透過膜３６４は反射電極の役割を行う。従って、外部から第２基板３５０側に入射した光は、第１基板３００を通過して前記半透過膜３６４から反射された後、第２基板３５０に出射する反射光経路３８０を有する。又、バックライト３７０から第１基板３００に入射した光は、前記半透過膜３６４を透過した後、第２基板３５０に出射される透過窓経路３８５を有する。

図１３は、本発明の第４実施例による半透過型液晶表示装置の分解斜視図であり、図１４は、図１３に図示した第１基板の平面図である。

図１３及び図１４を参照すると、半透過型液晶表示装置は、第１基板４１２ａ、前記第１基板４１２ａと対向して配置された第２基板４１２ｂ、前記基板の間に形成された液晶層ＬＣ、及び前記第１基板４１２ａの後側に配置されたバックライト４９０を含む。

前記第１基板４１２ａ上には、表示セルアレー回路４５０、データ駆動回路４６０、ゲート駆動回路４７０、データ駆動回路４６０を接続するための第１外部端子４６３、ゲート駆動回路４７０を接続するための第２外部端子４７２が形成される。カラーフィルターを有する第１基板４１２ａと透明共通電極（ＣＥ）を有する第２基板４１２ｂとの間に液晶層（ＬＣ）が形成される。前記液晶層ＬＣの配向方向によって第１基板４１２ａと第２基板４１２ｂのそれぞれの外面に外部光の透過方向を一定にする第１偏光板４８０及び第２偏光板（図示せず）が取り付けられる。

延性印刷回路基板４１６に設置された統合制御及びデータ駆動チップ４１８と第１基板４１２ａの回路は、延性印刷回路基板４１６により電気的に連結される。延性印刷回路基板４１６は、データ信号、データタイミング信号、ゲートタイミング信号、及びゲート駆動電圧を第１基板４１２ａのデータ駆動回路４６０及びゲート駆動回路４７０に提供する。

前記表示セルアレー回路４５０は、カラム方向に延長されたｍ個のデータライン（ＤＬ１〜ＤＬｍ）と、ロー方向に延長されたｎ個のゲートライン（ＧＬ１〜ＧＬｎ）を含む。前記データラインとゲートラインの各交差点には、スイッチングトランジスタ（ＳＴ）が形成される。スイッチングトランジスタ（ＳＴ）のドレーンは、データライン（ＤＬｉ）に連結され、ゲートはゲートライン（ＧＬｉ）に連結される。スイッチングトランジスタ（ＳＴ）のソースは、透明画素電極ＰＥに連結される。

前記ゲート駆動回路４７０は、複数のステージが従属連結され、一番目ステージには開示信号が入力端子に結合され、各ステージの出力信号により複数のゲートライン（ＧＬ１〜ＧＬｎ）を順次選択する一つのシフトレジストで構成される。

前記データ駆動回路４６０は、シフトレジスト４６４と、たとえば５２８個（１７６＊３）のスイッチングトランジスタを含む。５２８個のスイッチングトランジスタは、６６個ずつ８個のデータラインブロック（ＢＬ１〜ＢＬ８）を形成する。各データラインブロック（ＢＬｉ）は、６６個のデータ入力端子で構成された外部入力端子４６３に６６個の入力端子が共通に連結され、シフトレジスタ４６４は、クロック信号（ＣＫ，ＣＫＢ）、ブロック選択開始信号（ＳＴＨ）を３端子を有する外部接続端子４６２を介して提供する。対応する６６個のデータラインに６６個の出力端子が連結される。又、シフトレジスト４６４の８個の出力端子うち、対応する一つの出力端子にブロック選択端子が連結される。５２８個のスイッチングトランジスタのそれぞれは、対応するデータラインにソースが連結され、６６個のデータ入力端子うち、対応する入力端子にドレーンが連結され、ゲートにブロック選択端子に連結された非晶質シリコン薄膜トランジスタで構成される。従って、５２８個のデータラインは６６個ずつ８個のブロックに分割され、シフトレジスト４６４の８個のブロック選択信号により順次各ブロックが選択される。

このように、第１基板４１２ａ上にゲート駆動回路４７０及びデータ駆動回路４６０を表示セルアレー回路４５０と共に集積する半透過型液晶表示装置において、前記第１偏光板４７０とバックライト４９０との間には、互いに異なる屈折率を有する透明な第１層及び第２層が交互に多数積層され構成された半透過膜４９５が形成される。この際、前記半透過膜４９５は、第１偏光板４８０と一体型又は分離型に形成する。

前記半透過膜４９５は、入射光うち、一部分は反射させて一部分は透過させる役割を果たす。前記半透過膜４９５は、入射光の偏光状態及び方向によって透過率及び反射率の大きさが異なる異方性特性を有するように形成することもでき、入射光の偏光状態及び方向と関係なく等方的に透過及び反射特性を有するように形成することもできる。いずれの場合にも、前記半透過膜４９５は、膜の面に垂直方向に光が入射する時、いずれの方向の偏光成分に対しても４％以上の反射率を有するように形成することが好ましい。

前述した第４実施例では、データ駆動回路及びゲート駆動回路にシフトレジストを採用した例を示す。しかし、データ駆動回路又はゲート駆動回路のうち、いずれの一つにのみシフトレジストを採用することができるのは明白である。

以上、本発明の実施例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。

従来の半透過型液晶表示装置の断面図である。図１の半透過型液晶表示装置において、反射モードの動作原理を説明するための概略図である。図１の半透過型液晶表示装置において、反射モードの動作原理を説明するための概略図である。図１の半透過型液晶表示装置において、透過モードの動作原理を説明するための概略図である。図１の半透過型液晶表示装置において、透過モードの動作原理を説明するための概略図である。本発明の第１実施例による半透過型液晶表示装置の断面図である。図４に図示した半透過膜の構造図である。図４の半透過型液晶表示装置に適用することができる光散乱層の位置を説明するための断面図である。図４の半透過型液晶表示装置に適用することができる光散乱層の位置を説明するための断面図である。一体型半透過膜を適用した図４の半透過型液晶表示装置において、反射モードの動作原理を説明するための概略図である。一体型半透過膜を適用した図４の半透過型液晶表示装置において、反射モードの動作原理を説明するための概略図である。一体型半透過膜を適用した図４の半透過型液晶表示装置において、透過モードの動作原理を説明するための概略図である。一体型半透過膜を適用した図４の半透過型液晶表示装置において、透過モードの動作原理を説明するための概略図である。分離型半透過膜を適用した図４の半透過型液晶表示装置において、反射モードの動作原理を説明するための概略図である。分離型半透過膜を適用した図４の半透過型液晶表示装置において、反射モードの動作原理を説明するための概略図である。分離型半透過膜を適用した図４の半透過型液晶表示装置において、透過モードの動作原理を説明するための概略図である。分離型半透過膜を適用した図４の半透過型液晶表示装置において、透過モードの動作原理を説明するための概略図である。本発明の第２実施例による半透過型液晶表示装置の断面図である。本発明の第３実施例による半透過型液晶表示装置の断面図である。本発明の第４実施例による半透過型液晶表示装置の分解斜視図である。図１３に図示した第１基板の平面図である。

符号の説明

１０，１１０，２００，３００，４１２ａ第１基板
１１，２１０，３１０第１絶縁基板
１２，２１２，３１６ゲート電極
１４，２１４，３１４ゲート絶縁膜
１６，２１６，３１２アクティブパターン
１８，２１８オームコンタクトパターン
２０，２２０，３２０ソース電極
２２，２２２，３２２ドレーン電極
２５，２２５，３２５薄膜トランジスタ
３０，２３０，３３０保護膜
３２，２３２，３１９コンタクトホール
３４，２３４，３３４透明電極
３６反射電極
４０，１３０，２５０，３５０，４１２ｂ第２基板
４２，２５２，３５２第２絶縁基板
４４，２５４，３５４カラーフィルター
４６，２５６，３５６ブラックマトリックス
５０，１５０，２６０，３６０，ＬＣ液晶層
５２第１１／４波長位相差板
５４，１５５，２６２，３６２，４８０第１偏光板
５６第２１／４波長位相差板
５８，１６５，２６６，３６６第２偏光板
６０，１７０，２７０，３７０，４９０バックライト
１１０，２５８，３５８，ＣＥ透明共通電極
１１５第１透明電極
１３５第２透明電極
１６０，２６４，３６４，４９５半透過膜
１６８光散乱層
１８０，２８０，３８０反射光経路
１８５，２８５，３８５透過光経路
２３４，３３４画素電極
３１８層間絶縁膜
３３２ビヤホール
３６４透明半透過膜
４１６延性印刷回路基板
４１８データ駆動チップ
４５０表示セルアレー回路
４６０データ駆動回路
４６２，４６３データ駆動回路外部連結端子
４７０ゲート駆動回路
４７２ゲート駆動回路外部連結端子

Claims

第１基板と、
その内面が前記第１基板と対向するように位置する第２基板と、
前記第１基板と第２基板との間に形成された液晶層と、
前記第１基板の外面に形成された第１偏光板と、
前記第２基板の内面と反対側の外面に形成された第２偏光板と、
前記第１偏光板の後側に位置したバックライトと、
前記第１偏光板と前記バックライトとの間に形成され、互いに異なる屈折率を有する第１層及び第２層が交互に多数積層され、第１方向に偏光される入射光の第１偏光成分を反射し、前記第１方向と直交する第２方向に偏光される入射光の第２偏光成分を部分的に反射及び透過する透明半透過膜とを備えてなり、
該透明半透過膜は、膜の厚さ方向をｚ軸とし、膜の面をｘ−ｙ面とする時、前記第１層及び第２層の３つの主屈折率ｎ _x 、ｎ _y 、ｎ _z が、
ｎ１ _x ＝ｎ１ _z ≠ｎ１ _y
ｎ２ _x ＝ｎ２ _y ＝ｎ２ _z
ｎ１ _x ≠ｎ２ _x
ｎ１ _y ≠ｎ２ _y
|ｎ１ _x −ｎ２ _x |＜|ｎ１ _y −ｎ２ _y |
（ただし、ｎ１ _x 、ｎ１ _y 、ｎ１ _z はそれぞれｘ軸、ｙ軸、ｚ軸方向における第１層の主屈折率を表し、ｎ２ _x 、ｎ２ _y 、ｎ２ _z はそれぞれｘ軸、ｙ軸、ｚ軸方向における第２層の主屈折率を表す）
の関係を満足することを特徴とする半透過型液晶表示装置。
前記半透過膜は、前記第１偏光板と一体に形成される請求項１記載の半透過型液晶表示装置。
前記半透過膜は、前記第１偏光板と分離された別の膜形態に形成されている請求項１記載の半透過型液晶表示装置。
前記半透過膜の第１層は、膜の面内に屈折率異方性を有し、前記第２層は、膜の面内に屈折率異方性を有しない請求項１から３のいずれか１つに記載の半透過型液晶表示装置。
前記半透過膜は、入射光の偏光状態及び方向によって透過率及び反射率の大きさが異なる異方性特性を有する請求項１から４のいずれか１つに記載の半透過型液晶表示装置。
前記半透過膜は、入射光の偏光状態及び方向によって透過率及び反射率の大きさが異なる２つの異方性半透過膜を、偏光方向が互いに垂直になるように付着して形成されている請求項１から５のいずれか１つに記載の半透過型液晶表示装置。
前記半透過膜は、入射光の偏光状態及び方向によって透過率及び反射率の大きさが異なる第１半透過膜と、入射光の偏光状態及び方向と関係なく等方的に透過及び反射特性を有する第２半透過膜を付着して形成されている請求項１から６のいずれか１つに記載の半透過型液晶表示装置。
前記半透過膜は、膜の面に垂直に光が入射する時、いずれの方向の偏光成分に対しても４％以上の反射率を有する請求項１から７のいずれか１つに記載の半透過型液晶表示装置。
前記第１基板又は前記第２基板に形成された光散乱層を更に備える請求項１から８のいずれか１つに記載の半透過型液晶表示装置。
前記光散乱層は、前記第１基板と第１偏光板との間、前記第２基板と第２偏光板との間又は前記第１偏光板と半透過膜との間に形成されている請求項９記載の半透過型液晶表示装置。
前記第１基板又は前記第２基板に形成された位相差板を更に備える請求項１から１０のいずれか１つに記載の半透過型液晶表示装置。
前記位相差板は、前記第１基板と第１偏光板との間又は前記第２基板と第２偏光板との間に形成されている請求項１１記載の半透過型液晶表示装置。
前記液晶層の屈折率異方性Δｎと厚さｄをかけた値Δｎｄが０.２〜０.６μｍ程度である請求項１から１２のいずれか１つに記載の半透過型液晶表示装置。