KR100394023B1 - 반투과 반사형 액정표시장치 - Google Patents

Abstract

본 발명의 반투과 반사형 액정표시장치는 투과형으로도 사용가능한 반사형 액정표시장치로써, 백라이트가 설치된 하판과, 하판 위에 요철면을 갖도록 형성된 요철막과, 요철막의 요철면 위에 형성되고 사용자의 주시야 방향에 위치하는 경사면에 투명부를 갖는 반사전극과, 하판을 마주하도록 일정거리 떨어진 상판과, 상판과 하판 사이에 형성된 액정층으로 구성된다. 투명부가 주시야방향과 대향하는 반사전극의 경사면에 형성되기 때문에 주광원으로부터의 빛이 투명부에 입사하는 비율이 감소하여 주시야방향에서의 반사휘도가 향상된다.

Description

반투과 반사형 액정표시장치

본 발명은 액정표시장치에 관한 것으로, 특히 백라이트가 하판에 설치되고 반사판의 일부가 투명하여 필요에 따라 반사형 뿐만아니라 투과형으로도 동작할 수 있는 반투과 반사형 액정표시장치(semitransparent reflective type LCD)에 관한 것이다.

액정표시장치는 백라이트를 광원으로 이용하는 투과형 액정표시장치와, 외부의 광원을 이용하는 반사형 액정표시장치의 두 종류로 분류할 수 있다. 투과형 액정표시장치는 백라이트를 광원으로 이용하여, 어두운 외부환경에서도 밝은 화상을 구현하지만, 백라이트의 사용에 의해 소비전력이 높아지는 문제점을 가진다. 반사형 액정표시장치는 백라이트를 사용하지 않기 때문에 소비전력이 감소하지만, 외부환경이 어두울 때에는 사용자체가 불가능하다는 단점을 가진다.

이러한 반사형 액정표시장치의 문제점을 해결하고자 필요에 따라 반사형 뿐만 아니라 투과형으로 사용가능한 반투과 반사형 액정표시장치가 미국특허 5,724,112에서 개시되었다.

도 1은 상기 특허의 액정표시장치의 일부분을 나타낸 단면도로써, 하판에 스위칭소자로써 형성되는 박막트랜지스터는 편의상 나타내지 않았다. 도면에 나타낸 바와 같이, 하판으로써의 제1기판(1) 아래에는 백라이트(3)가 형성되고, 백라이트(3)와 제1기판(1) 사이에는 백라이트(3)로부터 발생되는 빛을 선편광시키는 제1편광자(2)가 형성되며, 제1기판(1) 위에는 박막트랜지스터의 드레인전극과 연결되며 개방부(13) 및 함몰부(14)를 갖는 반투과 반사전극(semitransparent reflective electrode)(4)이 형성되며, 그 위에는 제1배향막(5)이 형성된다.

상판으로써의 제2기판(9)의 맨 위에는 빛을 산란시키는 산란판(12)이 형성되며, 그 아래에는 제2편광자(11)가 형성된다. 제2편광자(11)와 제2기판(9) 사이에는 굴절률 이방성(optical anisotropy)에 의해 빛의 편광을 바꾸는 위상차판(10)이 형성된다. 제2기판(9) 아래에는 반사전극(4)의 대향전극(counter electrode)으로써의 투명전극(8)이 형성되며, 그 아래에는 제2배향막(7)이 형성된다. 제1기판(1)과 제2기판(9)사이에는 반사전극(4)에 인가되는 전압에 따라 그 배열이 변화하여 통과하는 빛의 편광을 제어하는 액정층(6)이 형성된다.

상기한 반투과 반사형 액정표시장치는 외부환경이 밝을 때에는 백라이트(3)를 사용하지 않고 제2기판(9)을 통해 입사하는 외부 빛을 반사전극(4)에 의해 반사하여 일반적인 반사형 액정표시장치로써 동작한다. 이때, 산란판(12)에 의해 반사되는 빛이 여러 방향으로 산란된다.

외부환경이 어두울 때에는 백라이트(3)가 사용되고 반사전극(4)의 개방부(13) 또는 함몰부(14)를 통해 백라이트(3)의 빛이 액정층(6)으로 입사하여 투과형 액정표시장치로써 동작한다.

상기한 반투과 반사형 액정표시장치는 밝은 장소에서는 백라이트를 사용하지 않기 때문에 투과형 액정표시장치보다는 전력소비가 적다. 또한, 일반적인 반사형 액정표시장치와 달리, 어두운 장소에서도 백라이트를 이용하여 투과형으로써 사용할 수 있다는 장점이 있다.

하지만 이러한 반투과 반사형 액정표시장치는 반사형으로 동작할 경우 빛이 개방부(13) 및 함몰부(14)에 입사하면 그 부분이 어둡게 보이는 점결함(point defect)이 발생하며, 개방부(13) 및 함몰부(14)에 의해 일반적인 반사형 액정표시장치보다 반사휘도가 크게 감소하는 문제점이 있다.

본 발명의 목적은 이러한 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 주광원으로부터 반사전극의 개방부에 입사되는 빛의 양이 감소되고, 주시야방향에서의 반사휘도가 향상된 반투과 반사형 액정표시장치를 제공하는 것이다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 반투과 반사형 액정표시장치는 백라이트가 설치된 제1기판과, 제1기판 위에 요철면을 갖도록 형성된 요철막과, 요철막의 요철면 위에 형성되고 사용자의 주시야 방향에 위치하는 경사면에 투명부를 갖는 반사전극과, 제1기판과 대향하는 제2기판과, 제1기판과 제2기판 사이에 형성된 액정층을 포함하여 구성된다.

투명부는 반사전극을 식각하여 형성할 수 있다.

본 발명에 따라 요철막의 주시야 방향에 위치하는 경사면이 반대편 경사면보다 경사각이 크도록 형성할 수 있으며, 이 경우 주광원으로부터의 빛이 투명부에 입사되는 비율이 감소하여 높은 반사휘도를 얻을 수 있다. 또한, 주시야방향에서의 반사휘도를 더욱 향상시키기 위해, 요철막의 볼록부의 평면모양을 장축방향이 주시야 방향에 수직하며 제1기판에 평행한 타원으로 형성할 수 있다.

본 발명에 따른 반투과 반사형 액정표시장치는 투명부가 반사전극의 주시야방향에 위치하는 경사면에 형성되기 때문에, 주광원으로부터의 개방부에 입사하는 빛의 양이 감소된다. 따라서, 반사형으로 동작할 때, 개방부에 빛이 입사하여 발생하는 어두운 점결함 등이 감소되고, 주시야방향에서의 반사휘도가 증가한다.

도 1은 종래의 반투과 반사형 액정표시장치를 나타낸 단면도이다.

도 2는 본 발명에 따른 반투과 반사형 액정표시장치의 제1실시예를 나타낸 단면도이다.

도 3은 제1실시예의 박막트랜지스터를 제외한 영역의 요철막과 반사전극을 나타낸 평면도이다.

도 4는 제1실시예의 박막트랜지스터를 제외한 영역의 요철막과 반사전극을 나타낸 단면도이다.

도 5는 본 발명에 따른 제2실시예를 나타낸 단면도이다.

이하, 본 발명에 따른 반투과 반사형 액정표시장치를 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.

도 2는 본 발명의 제1실시예를 나타낸 도면으로써, 제1기판(20) 및 제2기판(30)과, 제1기판(20) 아래에 형성된 제1편광자(21) 및 백라이트(22)와, 제1기판(20) 위에 형성되고 게이트전극(43), 게이트절연막(42), 반도체층(41), 소스전극 (44) 및 드레인전극(45)으로 구성된 박막트랜지스터(40)와, 박막트랜지스터(40)가 형성된 제1기판(20) 위에 요철모양의 표면을 갖도록 형성된 요철막(24)과, 요철막(24) 위에 형성되고 개방부(33)를 가지며 드레인전극(45)에 연결된 반사전극(25)과, 반사전극(25) 위에 형성된 제1배향막(26)과, 제2기판(30) 위에 형성된 제2편광자(32)와, 제2편광자(32) 아래에 형성된 위상차판(31)과, 제2기판(30) 아래에 형성되어 반사전극(25)의 대향전극 역할을 하는 투명전극(29)과, 투명전극(29) 아래에 형성된 제2배향막(28)과, 제1기판(20)과 제2기판(30) 사이에 제1배향막(26)과 제2배향막(28)과 접하도록 형성된 액정층(27)으로 구성된다. 도 3 및 도 4는 박막트랜지스터(40)를 제외한 영역의 요철막(24)과 반사전극(25)을 나타낸 평면도 및 단면도로써, 도 3에서 원으로 나타낸 부분은 반사전극(25)의 볼록한 부분을 가리키며, 사각형으로 나타낸 부분은 개방부(33)를 가리킨다.

본 실시예에서는 반사되는 빛을 산란시키기 위해, 박막트랜지스터(40)가 형성된 제1기판(20) 위에 감광성수지를 도포하고 부분식각 한 후 열처리하여 한층으로 구성된 요철막(24)을 형성하지만, 연속적인 요철면을 갖는 어떠한 구성도 가능하다. 예를 들면, 박막트랜지스터(40)가 형성된 제1기판(20) 위에 감광성수지를 도포하고 식각한 후 열처리하여 볼록한 복수의 범프(bump)를 형성하고, 그 위에 오버코트층(overcoat layer)을 도포하여 연속적인 요철면을 형성할 수도 있다.

반사전극(25)은 요철막(24) 위에 금속막을 적층하여 요철막(24)과 같은 요철면을 갖도록 형성한다. 이때, 도면에 나타낸 바와 같이, 반사전극(25)의 오른쪽 아래로 경사진 표면의 일부분을 식각하여 개방부(33)를 형성한다. 개방부(33)는 빛을 투과시키는 투명부로써 역할을 한다.

도면에서는 개방부(33)를 사각형으로만 나타내었지만, 원, 타원 및 다각형등 어떠한 형태도 가능하고, 광간섭을 방지하기 위하여 개방부(33)의 크기와 개방부(33) 사이의 간격을 서로 다르게 하는 것이 바람직하다. 또한 반사전극(25)의 볼록부의 모양을 원이 아닌 타원이 되도록 요철막(24)을 형성하는 것도 가능하며, 이때 반사휘도를 증가시키기 위해 Y축 방향이 타원의 장축방향이 되도록 한다.

개방부(33)에 전극이 형성되지 않음으로써 발생될 수 있는 문제를 방지하기 위해서는, 반사전극(25)을 형성하기 전의 요철막(24) 위에 ITO와 같은 투명전극을 형성하거나, 반사전극(25) 위에 투명전극을 형성하거나, 개방부(33)를 투명전극으로 메우는 공정을 추가한다.

도 4에 나타낸 바와 같이, 사용자가 액정표시장치를 주로 보는 방향인 주시야방향(A)이 도면상 오른쪽 위(+X, +Z방향)에 위치할 때, 사용자가 주로 이용하게 되는 주광원의 방향(B)은 왼쪽 위(-X, +Z방향)에 위치하게 된다. 이 경우, 주광원으로 부터의 빛이 +X, -Z방향으로 입사하게 되기 때문에, 반사전극(25)의 주광원에 위치하는 왼쪽 경사면은 반대편의 주시야방향(A)에 위치하는 오른쪽 경사면에 비해 입사하는 빛의 양이 많게 된다. 따라서, 본 발명은 반사형으로 동작할 때 개방부(33)에 입사하는 빛의 양을 감소시키기 위해 반사전극의 오른쪽 경사면, 즉 사용자의 주시야방향(A)에 위치하는 경사면에 개방부(33)를 형성한다. 또한, 오른쪽 경사면은 주광원으로 부터 입사하는 빛의 진행방향과 대체적으로 평행하기 때문에, 오른쪽 경사면에서 반사되는 빛은 주로 사용자의 주시야방향과 다른 방향으로 반사된다. 따라서, 본 발명과 같이 오른쪽 경사면에 개방부를 형성하여도 일반적인 반사형 액정표시장치에 비해 주시야방향에서의 반사휘도가 크게 감소하지 않는다.

액정층(27)은 두 배향막(26,28)에 의해 초기의 배열상태가 결정되며, 반사전극(25)에 전압이 인가되면 투명전극(29)과 반사전극(25) 사이에 전기장이 형성되어 상기 전압의 크기에 따라 액정분자의 배열이 바뀌게 되고, 그에 따라 통과하는 빛의 편광이 제어되게 된다.

본 발명의 액정표시장치가 반사형으로 동작할 경우 백라이트(22)에는 전압이 인가되지 않고, 제어부의 주사신호(scan or gate bus signal)에 따라 반사전극(25)에 데이터배선(data bus line)의 데이터신호 전압이 인가되며, 그에 따라 액정층(27)의 액정분자 배열이 바뀐다. 그 상태에서 외부에서 입사된 빛은 제2편광자(32)를 통과하여 선편광되고, 제2편광자(32)의 투과축과 다른 방향의 광축(optic axis)을 갖는 위상차판(31)에 의해 원편광으로 바뀐다. 원편광된 빛은 액정층(27)을 통과하여 반사전극(25)에 반사된 후 다시 액정층(27)을 통과한다. 이때, 상기한 원편광된 빛은 액정층(27)을 통과하면서 상기한 데이터신호에 대응하여 편광상태가 바뀌게 된다. 액정층(27)을 통과한 반사된 빛은 위상차판(31)을 통과하여 편광이 다시 바뀌고, 마지막으로 제2편광자(32)의 투과축과 평행한 편광성분의 빛만 제2편광자를 통과하게 된다. 결국 제어부의 신호에 따라 배열이 변하는 액정층(27)에 의해, 편광이 변화하여 반사되는 빛의 양이 조절되게 된다.

본 발명에 따른 액정표시장치가 투과형으로 동작할 경우, 백라이트(22)에 전압이 인가되고 백라이트(22)로부터 발생된 빛은 제1편광자(21)를 통과하여 선편광이 되고, 반사전극(25)의 개방부(33)를 통과하여 액정층(27)에 입사된다. 그 후 상기한 반사전극에 반사된 빛과 같은 과정을 거치게 된다.

도 5는 본 발명에 따른 제2실시예를 나타낸 도면으로써, 제1실시예와 구조상 다른 부분만 나타내었다. 도면에 나타낸 바와 같이, 본 실시예에서는 반사전극(51)의 오른쪽 경사면의 경사각이 왼쪽의 경사각보다 크다. 따라서, 제1실시예와 같은 넓이의 개방부(52)를 가질 때 개방부(52)에 빛이 입사되는 비율이 감소되며, 제1실시예보다 개방부(52)를 넓게 형성하여도 개방부(52)에 빛이 입사하는 비율이 증가하지 않는다. 본 실시예의 반사전극(51)의 볼록부는 원형태로 형성하는 것도 가능하지만, 사용자의 주시야방향에서의 반사휘도를 높이기 위해 Y축이 장축 방향인 타원모양으로 형성하는 것이 바람직하다.

본 발명에 따른 반투과 반사형 액정표시장치는 개방부가 반사전극의 주시야방향에 위치하는 경사면에 형성되기 때문에, 주광원으로부터의 개방부에 입사하는 빛의 양이 감소된다. 따라서, 반사형으로 동작할 때, 개방부에 빛이 입사하여 발생하는 어두운 점결함 등을 감소되고, 주시야방향에서의 반사휘도가 증가한다.

Claims (7)

1. 백라이트가 설치된 제1기판과,

   제1기판 위에 요철면을 갖도록 형성된 요철막과,

   요철막의 요철면 위에 형성되고 사용자의 주시야 방향에 위치하는 경사면에 투명부를 갖는 반사전극과,

   제1기판과 대향하는 제2기판과,

   제1기판과 제2기판 사이에 형성된 액정층을 포함하여 구성된 반투과 반사형 액정표시장치.
2. 제1항에 있어서, 투명부가 반사전극이 개방된 부분인 것을 특징으로 하는 반투과 반사형 액정표시장치.
3. 제1항에 있어서, 요철막의 주시야 방향에 위치하는 경사면이 반대편 경사면보다 경사각이 큰 것을 특징으로 하는 반투과 반사형 액정표시장치.
4. 제1항에 있어서, 투명부의 크기가 서로 다른 것을 특징으로 하는 반투과 반사형 액정표시장치.
5. 제1항에 있어서, 투명부 사이의 간격이 서로 다른 것을 특징으로 하는 반투과 반사형 액정표시장치.
6. 제1항에 있어서, 요철막의 볼록부의 평면모양이 타원이고 상기한 타원의 장축이 상기한 주시야 방향에 수직하며 제1기판에 평행한 것을 특징으로 하는 반투과 반사형 액정표시장치.
7. 제1항에 있어서, 백라이트로부터 발생된 빛을 특정방향으로 편광시키도록 제1기판 위에 형성된 제1편광자와,

   액정층의 액정분자를 특정방향으로 배열시키도록 제1기판 및 제2기판에 각각 형성된 제1 및 제2배향막과,

   제2기판에 형성된 제2편광자와,

   제2편광자의 투과축과 다른 방향의 광축(optic axis)을 갖고 제2기판에 형성된 위상차판과,

   반사전극에 대응하는 전극으로써 제2기판에 형성된 투명전극이 추가로 포함된 것을 특징으로 하는 반투과 반사형 액정표시장치.