KR100522026B1 - 반투과 횡전계형 액정표시장치 - Google Patents

Abstract

본 발명에서는, 광시야각, 고휘도, 고콘트라스트 특성을 가지는 액정표시장치를 제공하고, 공정 효율을 높이고, 재료 비용을 낮출 수 있는 구조의 액정표시장치를 제공하기 위하여, 전극의 형성폭과 전극간의 이격거리의 조절을 통한 반사부와 투과부에서의 액정의 유효굴절률차를 이용하여 싱글셀갭 구조 반투과 횡전계형 액정표시장치를 제공함으로써, 싱글셀갭 구조를 유지하면서도 전극의 형성폭과 전극 간의 이격거리 조정을 통해 반사부, 투과부 액정 분자의 위상차값을 동일한 수준으로 유지할 수 있어, 기존의 유기절연물질의 두께치에 의존하여 듀얼셀갭을 형성하는 방식보다 공정 조건을 단순화시킬 수 있고, 재료 비용을 낮출 수 있으며, 횡전계형 액정표시장치를 반투과형으로 구성함으로써, 전압 인가시 투과부, 반사부의 휘도가 동시에 증가하도록 픽셀 구조를 설계하여 고휘도, 고콘트라스트 특성을 가지는 것이 가능하다.

Description

반투과 횡전계형 액정표시장치{Transflective type In-Plane Switching mode Liquid Crystal Display Device}

본 발명은 횡전계형 액정표시장치(In-Plane Switching mode Liquid Crystal Display Device)에 관한 것이며, 특히 반사부와 투과부를 모두 가지는 반투과 타입 횡전계형 액정표시장치에 관한 것이다.

일반적으로 액정표시장치의 구동원리는 액정의 광학적 이방성과 분극성질을 이용한다. 상기 액정은 구조가 가늘고 길기 때문에 분자의 배열에 방향성을 갖고 있으며, 인위적으로 액정에 전기장을 인가하여 분자배열의 방향을 제어할 수 있다.

따라서, 상기 액정의 분자배열 방향을 임의로 조절하면, 액정의 분자배열이 변하게 되고, 광학적 이방성에 의하여 상기 액정의 분자배열 방향으로 빛이 굴절하여 화상정보를 표현할 수 있다.

현재에는 박막트랜지스터와 상기 박막트랜지스터에 연결된 화소 전극이 행렬 방식으로 배열된 능동행렬 액정표시장치(Active Matrix LCD 이하,액정표시장치로 약칭함)가 해상도 및 동영상 구현능력이 우수하여 가장 주목받고 있다.

일반적으로 액정표시장치는 공통 전극이 형성된 컬러필터 기판과 화소 전극이 형성된 어레이 기판과, 두 기판 사이에 충진된 액정으로 이루어지는데, 이러한 액정표시장치에서는 공통 전극과 화소 전극 간의 상-하로 걸리는 수직 전기장에 의해 액정을 구동시키는 방식으로, 투과율과 개구율 등의 특성이 우수하다.

그러나, 전술한 수직 전기장에 의한 액정구동은 시야각 특성이 우수하지 못하므로, 이를 개선하기 위해 수평 전기장에 의해 액정을 구동시켜 광시야각 특성을 가지는 횡전계형 액정표시장치가 제안되고 있다.

이하, 도 1a 내지 1c는 일반적인 횡전계형 액정표시장치에 대한 도면으로서, 도 1a, 1b는 평면도이고, 도 1c는 상기 도 1a, 1b의 절단선 Ic-Ic에 따라 절단된 단면을 도시한 단면도이다.

도 1a는, 제 1 기판(10) 상에 게이트 배선(12) 및 데이터 배선(20)이 서로 교차되게 형성되어 있고, 게이트 배선(12) 및 데이터 배선(20)의 교차 지점에는 박막트랜지스터(T)가 형성되어 있다. 게이트 배선(12) 및 데이터 배선(20)의 교차 영역은 화소 영역(P)으로 정의되고, 상기 게이트 배선(12)과 동일한 방향이며 이격되게 공통 배선(14)이 형성되어 있으며, 전술한 화소 영역(P)에는 공통 배선(14)에서 분기된 다수 개의 공통 전극(16)과, 상기 박막트랜지스터(T)와 연결되는 인출 배선(24)과, 인출 배선(24)에서 분기되며 공통 전극(16)과 서로 엇갈리게 다수 개의 화소 전극(26)이 형성되어 있다.

그리고, 도 1b는 제 2 기판(30) 상에 화소 영역(상기 도 1a의 P)을 오픈부(32)로 가지는 블랙매트릭스(34)와, 블랙매트릭스(34)를 컬러별 경계부로 하여 오픈부(32)를 덮는 영역에 형성된 컬러필터층(36)과, 컬러필터층(36)을 덮는 기판 전면에 오버코트층(38)이 차례대로 형성되어 있다.

도면으로 상세히 제시하지 않았지만, 상기 컬러필터층(36)은 화소 영역(상기 도 1a의 P)별로 적, 녹, 청 컬러필터가 차례대로 반복 배열된 구조로 이루어진다.

이하, 횡전계형 액정표시장치에 있어서, 액정의 구동 특성에 대한 설명을 위하여 액정층을 포함하여 두 기판의 배치 구조에 대해서 좀 더 상세히 설명한다.

도 1c는, 제 1, 2 기판(10, 30)이 서로 대향되게 배치되어 있고, 제 1 기판(10) 상에 공통 전극(16)이 형성되어 있으며, 공통 전극(16)을 덮는 영역에는 절연층(18)이 형성되어 있고, 절연층(18) 상부의 공통 전극(16)과 이격되게 화소 전극(26)이 형성되어 있으며, 화소 전극(26)을 덮는 기판 전면에는 제 1 배향막(28)이 형성되어 있다.

그리고, 제 2 기판(30) 하부에는 컬러필터층(34), 오버코트층(36), 제 2 배향막(38)이 차례대로 형성되어 있고, 제 1, 2 배향막(28, 38) 사이에는 액정층(50)이 개재되어 있다.

이하, 전압 인가시 액정층(50) 내 액정 분자(52)의 구동 특성에 대해서 살펴보면, 전압 인가시 공통 전극(16)과 화소 전극(26) 사이에는 횡전계 방향으로 전기장(E)이 형성된다.

이때, 상기 액정 분자는 전기장에 평행한 방향으로 장축이 평행하게 배열되는 포지티브(positive) 액정에 해당된다.

그러나, 실질적으로 화소 영역(P) 내에서, 전극 형성부(Id)에서의 전기장(E)과, 전극 간이 이격 구간(Ie)에서의 전기장(E)이 균일하지 않기 때문에, "Id" 영역에 위치하는 액정 분자(52)와, "Ie" 영역에 위치하는 액정 분자(52)의 배열 및 이에 따른 위상차(retardation)값이 다르게 된다.

전술한 액정 분자의 위상차값은,

R = Δn·d

(R ; 위상차값, Δn ; 굴절률, d ; 셀갭에서의 빛의 진행거리)

의 관계식을 가진다.

이때, "d"는 "Id" "Ie"영역에서 동일한 수준이므로, 실질적으로 Δn값에서 차이를 가진다.

좀 더 상세히 설명하면, 전술한 Δn의 유효굴절률 Δneff값을 계산해보면,

Δneff = ｜neff(θ) - no｜

(no ; 액정 분자의 단축 방향에서의 굴절률)

의 관계식을 가지므로, 액정 분자의 단축 방향을 기준으로 경사각이 클수록 유효굴절률값이 작아지게 된다.

결론적으로, "Id"와 "Ie"영역에서는 전기장의 세기차에 따라 해당 영역에서의 액정분자의 유효굴절률차에 의해 위상차값이 달라지게 되고, 이에 따라 실질적으로 휘도 특성에 기여하는 영역의 감소로 개구율이 떨어지는 문제점이 있었다.

또한, 본 도면에서는, 공통 전극은 불투명 금속물질, 화소 전극은 투명 도전성 물질로 형성한 예에 대한 것인데, 상기 공통 전극, 화소 전극을 모두 투명 도전성 물질로 형성한다 해도, 전극을 통과하는 빛의 투과율이, 전극과 전극 사이의 투과율보다 작기 때문에 휘도 특성의 향상에도 한계를 가지고 있다.

투과 영역에 의존하여 화면을 구현하는 투과형 제품의 단점을 보완하기 위하여, 최근에는 백라이트 광을 사용하지 않거나 또는 외부광을 겸용하는 반사/반사투과형 액정표시장치가 연구/개발되었다. 그러나, 반사모드에서는 외부광이 반사층에서 재반사되는 효과를 이용하여 화면을 구현하고, 투과모드에서는 백라이트 광의 투과층 통과를 통해 화면을 구현하므로, 이러한 반투과형 모드를 동일 셀갭 구조를 형성시, 동일한 구동 전압에 대해, 반사부, 투과부의 전압-투과율 특성이 달라져 고휘도, 고콘트라스트를 달성하기 어렵다.

이를 해결하기 위해, 최근에는 투과부 셀갭(cell gap)을 반사부 셀갭의 두 배로 설계하는 듀얼셀갭(dual cell gap) 구조 반투과형 액정표시장치가 제안되고 있다.

도 2는 일반적인 듀얼셀갭 구조 반투과형 액정표시장치에 대한 개략적인 단면도로서, 반사부 및 투과부 간의 듀얼셀갭 구조를 중심으로 설명한다.

도시한 바와 같이, 제 1, 2 기판(60, 80)이 서로 대향된 상태에서 이격되게 배치되어 있고, 제 1 기판(60) 상에는 투명 전극(62)이 형성되어 있고, 투명 전극(62) 상부에는, 투명 전극(62)을 일부 노출시키는 제 1 오픈부(64)을 가지는 절연층(66)이 형성되어 있다. 그리고, 상기 절연층(66) 상부에는 제 1 오픈부(64)와 대응되는 제 2 오픈부(68)를 가지는 반사층(70)이 형성되어 있다.

도면으로 상세히 제시하지 않았지만, 상기 반사층(70)은 전극 역할을 하는 반사 전극이거나, 또는 아일랜드 패턴 구조의 반사판 중 어느 하나에 해당될 수 있다.

상기 제 2 기판(80) 하부에는 컬러필터층(82) 및 공통 전극(84)이 차례대로 적층된 구조를 가지고, 제 1, 2 기판(60, 80) 사이에는 액정층(90)이 개재되어 있고, 액정층(90)의 두께는 셀갭(G1, G2)으로 정의된다.

여기서, 상기 반사층(70)과 대응된 기판 영역은 반사부를 이루고, 제 1, 2 오픈부(64, 68) 사이 구간에서 노출된 투명 전극(62) 영역은 투과부를 이루며, 반사부에서의 빛의 진행거리(L1)와 투과부에서의 빛의 진행거리(L2)차에 의한 빛의 위상차값의 차이를 줄이기 위하여, 상기 반사부에서의 빛의 진행거리(L1)가 투과부에서의 빛의 진행거리(L2)의 2배인 점을 감안하여, 상기 절연층(66)의 두께치에 의해, 상기 절연층(66)을 포함하는 반사부 셀갭(G1)은, 상기 절연층(66)의 제 1 오픈부(64)를 가지는 투과부 셀갭(G2)의 ½에 해당되는 것을 특징으로 한다.

관계식으로 정리해보면,

L1 = 2·L2

G1 = ½·G2

의 관계가 성립하므로, 반사부와 투과부의 색 특성을 균일하게 유지할 수 있다.

그러나, 이러한 듀얼셀갭 구조 반투과 모드는 다음과 같은 문제점을 가진다.

첫째, 반사부와 투과부간에 셀갭차를 두기 위해, 단차특성이 우수한 유기절연물질이 주로 이용되는데, 유기절연물질의 경우 별도의 공정 장비가 요구되고, 재료 비용이 고가이다.

둘째, 절연층이 가지는 단차에 의존하여, 반사부와 투과부 간의 셀갭을 다르게 하는 공정은 실질적으로 복잡한 공정 조건을 요구하고, 이에 따라 공정 효율이 떨어진다.

상기 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명에서는 광시야각, 고휘도, 고콘트라스트 특성을 가지는 액정표시장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 또 하나의 목적에서는, 공정 효율을 높이고, 재료 비용을 낮출 수 있는 구조의 액정표시장치를 제공하고자 한다.

이를 위하여, 본 발명에서는 전극의 형성폭과 전극간의 이격거리의 조절을 통한 반사부와 투과부에서의 액정의 유효굴절률차를 이용하여 싱글셀갭 구조 반투과 횡전계형 액정표시장치를 제공하고자 한다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에서는 제 1 기판 상에, 제 1 방향으로 형성된 게이트 배선과; 상기 제 1 방향과 교차되는 제 2 방향으로 형성된 데이터 배선과; 상기 게이트 배선 및 데이터 배선의 교차지점에 형성된 박막트랜지스터와; 상기 제 1 방향으로 게이트 배선과 이격되게 형성된 공통 배선과; 상기 공통 배선과 연결되고, 반사특성을 가지는 금속물질로 이루어진 공통 전극과; 상기 박막트랜지스터와 연결되고, 반사특성을 가지는 금속물질로 이루어지며, 상기 공통 전극과 서로 엇갈리게 배치되는 화소 전극과; 상기 제 1 기판과 대향되게 배치된 제 2 기판과; 상기 제 1, 2 기판 사이에 개재되며, 상기 공통 전극과 화소 전극 사이 구간부로 정의되는 투과부와, 상기 공통 전극 및 화소 전극 형성영역으로 정의되는 반사부에서의 두께치는 동일한 수준이며, 전압 인가시 상기 투과부에서의 굴절률값이 상기 반사부에서의 굴절률값보다 큰 조건을 가지고, 상기 반사부 및 투과부에서의 위상차값이 서로 동일한 수준인 것을 특징으로 하는 액정층을 포함하는 반투과 횡전계형 액정표시장치를 제공한다.

상기 위상차값은, 상기 액정층 내 액정 분자의 굴절률과, 상기 액정층의 두께로 정의되는 셀갭에서의 빛의 진행거리의 곱으로 정의되고, 상기 반사부 셀갭에서의 빛의 진행거리는, 상기 투과부 셀갭에서의 빛의 진행거리의 2배 수준이며, 상기 반사부 액정 분자의 굴절률값은 상기 투과부 액정 분자의 굴절률값의 ½배 수준에 해당되고, 상기 굴절률값은, 상기 반사부 전극의 형성폭과, 상기 전극 간의 이격거리에 의해 결정되며, 상기 굴절률은 유효굴절률에 해당되며, 상기 유효굴절률값은 액정 분자의 틸트각(angle angle) 크기와 반비례 관계를 가지는 것을 특징으로 한다.

상기 전극 간의 이격거리를, 상기 전극의 형성폭으로 나눈 값은, 상기 틸트각의 크기와 반비례 관계를 가지는 것을 특징으로 한다.

상기 제 1 기판의 배면에는 광원을 공급하는 백라이트를 포함하고, 상기 액정층과 접하는 제 1, 2 기판면에는, 제 1, 2 배향막을 포함하며, 상기 제 1, 2 배향막은, 전압인가시 액정 분자를 기판에 수평한 방향으로 배향시키는 수평 배향막으로 이루어지고, 상기 제 1 기판의 배면에는 제 1 편광판, 상기 제 2 기판의 배면에는 제 2 편광판이 위치하며, 상기 제 1, 2 편광판은 서로 직교하는 편광축을 가지고, 상기 제 1 편광판과 제 1 기판 사이에는, 빛의 위상차를 λ/4만큼 변화시키는 값을 가지는 위상차판이 포함되며, 상기 액정층은 상기 위상차판과 90°각도차를 가지며 빛의 위상차값을 λ/4만큼 변화시키는 값을 가지는 것을 특징으로 한다.

상기 액정표시장치는 전압온 상태에서 블랙 휘도를 가지고, 전압오프 상태에서 화이트 휘도를 가지며, 상기 휘도 특성은 반사부, 투과부 서로 동일한 수준이고, 상기 전압온 상태에서, 상기 반사부에서 외부광에 대한 제 1 편광과, 상기 공통 전극 및 화소 전극을 통해 반사된 다음 액정층을 거친 제 2 편광은 각각, 상기 투과부에서 액정층을 거치는 빛에 대한 ½수준의 굴절률값을 가지고, 상기 제 1, 2 배향막은, 전압인가시 액정 분자를 기판에 수직한 방향으로 배향시키는 수직 배향막으로 이루어지며, 상기 제 1 기판의 배면에는 제 1 편광판, 상기 제 2 기판의 배면에는 제 2 편광판이 위치하며, 상기 제 1, 2 편광판은 서로 직교하는 편광축을 가지고, 상기 제 1 편광판과 제 1 기판 사이 그리고, 상기 제 2 편광판과 제 2 기판 사이에는, 빛의 위상차를 λ/4만큼 변화시키는 값을 가지고, 서로 90°각도차를 가지는 제 1, 2 위상차판이 포함되고, 상기 액정층은 빛의 위상차값을 λ/2만큼 변화시키는 값을 가지는 것을 특징으로 한다.

상기 액정표시장치는 전압온 상태에서 블랙 휘도를 가지고, 전압오프 상태에서 화이트 휘도를 가지며, 상기 휘도 특성은 반사부, 투과부 서로 동일한 수준이고, 상기 전압온 상태에서, 상기 반사부에서 외부광에 대한 제 1 편광과, 상기 공통 전극 및 화소 전극을 통해 반사된 다음 액정층을 거친 제 2 편광은 각각, 상기 투과부에서 액정층을 거치는 빛이 가지는 굴절률의 ½수준의 값을 가지는 것을 특징으로 한다.

이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

-- 제 1 실시예 --

도 3a 내지 3c는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 반투과 횡전계형 액정표시장치에 대한 도면으로서, 도 3a, 3b는 평면도이고, 도 3c는 상기 도 3a, 3b의 절단선 IIIc-IIIc에 따라 절단된 단면을 도시한 단면도이다.

도 3a는, 제 1 기판(110) 상에 제 1 방향으로 게이트 배선(112)이 형성되어 있고, 제 1 방향과 교차되는 제 2 방향으로 데이터 배선(120)이 형성되어 있으며, 게이트 배선(112) 및 데이터 배선(120)의 교차지점에는 박막트랜지스터(T)가 형성되어 있고, 제 1 방향으로 게이트 배선(112)과 일정간격 이격되게 공통 배선(114)이 형성되어 있다.

상기 게이트 배선(112) 및 데이터 배선(120)의 교차 영역은 화소 영역(P)으로 정의되고, 상기 화소 영역(P)에는 공통 배선(114)에서 분기된 다수 개의 공통 전극(116)과, 상기 박막트랜지스터(T)와 연결되는 인출 배선(124)과, 상기 인출 배선(124)에서 분기되며, 상기 공통 전극(116)과 서로 엇갈리게 다수 개의 화소 전극(126)이 분기되어 있다.

상기 공통 전극(116), 화소 전극(126)은 반사특성이 우수한 금속물질에서 선택되며, 상기 공통 전극(116), 화소 전극(126) 형성부는 반사부(미도시)를 이루고, 공통 전극(116)과 화소 전극(126) 사이 구간 영역은 투과부(미도시)를 이루어, 본 실시예에 따른 개구 영역은 반사부와 투과부로 이루어진다.

도 3b는, 제 2 기판(130) 상에, 화소 영역(상기 도 3a의 P)을 오픈부(132)로 하는 블랙매트릭스(134)와, 블랙매트릭스(134)를 컬러별 경계부로 하여 오픈부(132) 영역에 위치하는 컬러필터층(136)과, 컬러필터층(136)을 덮는 영역에 오버코트층(138)이 형성되어 있다.

설명의 편의상, 상기 도 3a, 3b에서는 배향막에 대한 도시 및 설명은 생략한다.

도 3c는, 서로 대향된 상태에서 서로 이격되게 제 1, 2 기판(110, 130)이 배치되어 있고, 제 1 기판(110) 상부에는 공통 전극(116)이 형성되어 있고, 공통 전극(116)을 덮는 영역에는 절연층(118)이 형성되어 있으며, 절연층(118) 상부에서 공통 전극(116)과 이격되게 화소 전극(126)이 형성되어 있고, 화소 전극(126)을 덮는 영역에는 제 1 배향막(128)이 형성되어 있다.

그리고, 상기 제 2 기판(130) 하부에는 컬러필터층(136), 오버코트층(138), 제 2 배향막(140)이 형성되어 있고, 제 1, 2 배향막(128, 140) 사이에는 포지티브 타입 액정 분자로 이루어진 액정층(150)이 개재되어 있다.

도면에는, 전압인가시 공통 전극(116)과 화소 전극(126) 사이에 형성되는 전기장(E)을 점선으로 표시하였고, 전기장(E)에 평행한 방향으로 액정 분자(152)가 배열되어 있으며, 전기장(E) 세기차에 의해 투과부에서의 액정 분자(152)의 배열 특성과 반사부에서의 액정 분자(152)의 배열 특성은 차이를 가지며, 상기 공통 전극(116)과 화소 전극(126)의 형성폭과, 두 전극간의 이격거리는, 상기 투과부 액정 분자(152)의 유효굴절률값이 반사부 액정 분자(152)의 유효굴절률값보다 대략 2배 큰 값을 가지도록 하는 범위에서 설계되는 것을 특징으로 한다.

좀 더 상세히 설명하면, 액정 분자의 위상차값은

R = Δn ·d

의 관계식을 가지며, 반투과 모드에서는

d1 = 2·d2

(d1 ; 반사부 셀갭에서의 빛의 진행거리, d2 ; 투과부 셀갭에서의 빛의 진행거리)

가 성립되므로, 본 실시예에서와 같이 싱글셀갭 구조에서 반사부 액정 분자와 투과부 액정 분자의 위상차를 동일하게 하기 위해서는,

Δneff1 = 2·Δneff2

(Δneff1 ; 반사부 유효굴절률, Δneff2 ; 투과부 유효굴절률)

의 관계가 성립되도록 전극의 형성폭과 전극간 거리를 조절하는 것을 특징으로 한다.

좀 더 상세히 설명하면, 전극간의 이격거리를 전극의 형성폭으로 나눈 값이 커질수록 액정분자의 틸트각(tilt angle)은 작아진다.

그리고, 액정분자의 틸트각 크기는 유효굴절률값과 반비례관계를 가지고 있다.

정리해보면, 본 실시예는 횡전계형 액정표시장치에 관한 것이며, 특히 공통 전극 및 화소 전극 형성부를 반사부로 이용하고, 공통 전극과 화소 전극 간의 이격 구간을 투과부로 이용하며, 전기장 세기차에 의해 반사부, 투과부 액정 배열이 다르기 때문에, 반사부, 투과부 각각에서의 위상차값이 다르고, 이러한 위상차값은 전극의 형성폭, 전극 간의 이격거리의 조절을 통해 반사부 위상차값을 투과부 위상차값보다 크게하는 것을 특징으로 하고, 바람직하게는 반사부 유효굴절률값이 투과부 유효굴절률값의 ½의 값을 가지도록 조정하는 것이다.

즉, 본 실시예에서는 반사부에서 액정층을 2 번 통과한 후의 위상 변화가 투과부를 1 번 통과한 후의 위상 변화와 근접하도록 전극의 형성폭, 전극 간격을 설정하는 것을 특징으로 한다.

단, 본 발명에 따른 반투과 횡전계형 액정표시장치는 투과부, 반사부 모두 콘트라스트 특성을 고려하여 NB 모드(normally black mode)로 설정하는 것이 바람직하다.

-- 제 2 실시예 --

도 4a, 4b는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 반투과 횡전계형 액정표시장치에 서 각 셀을 통과하는 빛의 진행 특성을 설명하기 위한 도면으로서, 수평 배향막을 포함한 구조를 일 예로 하여 설명한다.

본 도면에서는, 포지티브 액정층, 전압 온상태에서 액정 분자를 배향막에 대해서 수평으로 배열되게 배향처리된 배향막이 사용되고, 제 1, 2 편광판은 편광축이 서로 직교되게 배치되고, 위상차판으로는 빛의 위상차를 λ/4만큼 바꾸는 위상차판인 QWP(quarter wave plate)에 해당되며, 액정층의 위상차값은 λ/4인 것을 전제조건으로 한다.

도 4a는, 전압 오프 상태에서 투과부에서는 백라이트에서 공급된 광원은 제 1 편광판을 통과한 제 1 선편광은 위상차판을 거쳐 제 1 원편광으로 변경되고, 제 1 원편광은 액정층을 거쳐 제 1 선편광으로 바뀌며, 제 1 선편광은 제 2 편광판과의 편광축의 불일치 관계로 차단되어 화면은 블랙 상태를 띤다.

반사부에서는, 외부광은 제 2 편광판을 거쳐 제 2 선편광으로 바뀌고, 제 2 선편광은 액정층을 거쳐 제 2 원편광으로 바뀌고, 제 2 원편광은 반사층에서 반사되어 제 1 원편광으로 바뀌고, 제 1 원편광은 액정층을 거쳐 제 1 선편광으로 바뀌고, 제 1 선편광은 제 2 편광판과의 편광축의 불일치로 차단되어 블랙 휘도를 가지게 된다.

도 4b는, 전압 온 상태에서 투과부에서는 백라이트에서 공급된 광원은 제 1 편광판을 거쳐 제 1 선편광만이 투과되고, 제 1 선편광은 위상차판을 거쳐 제 1 원편광으로 바뀌고, 제 1 원편광은 액정층과 위상차판간의 90°각도차에 의해 제 2 선편광으로 바뀌고, 제 2 선편광은 제 2 편광판과의 편광축이 일치하여 그대로 투과하여 화이트 휘도를 가진다.

반사부에서는, 외부광은 제 2 편광판을 거쳐 제 2 선편광만이 통과되고, 제 2 선편광은 액정층을 거쳐 제 1 편광으로 바뀌고, 제 1 편광은 반사층을 거쳐 제 2 편광으로 바뀌며, 제 2 편광은 제 2 선편광판의 편광축과 일치하여 그대로 투과하여 화이트 휘도를 가진다.

즉, 전압 온 상태에서, 반사부 액정 분자의 유효 굴절률은, 투과부 액정 분자의 유효굴절률의 ½ 수준의 값을 가지고 있어, 반사부 빛의 진행거리가 투과부 빛의 진행 거리의 2 배라는 차에 의한 위상차의 차이를 상쇄시킬 수 있게 된다.

본 실시예에 따르면, 전압 온 상태에서 반사부에서의 위상차값이 작아지면서 반사량을 증가시켜 휘도 향상 효과를 기대할 수 있다. 좀 더 상세히 설명하면, 액정 분자의 틸트각이 커질수록 유효굴절률값은 작아지고, 유효굴절률값과 위상차값은 비례하므로, 위상차값이 작아진다는 것은 유효굴절률값을 작아지게 하는 것이고, 즉 액정 분자의 틸트각이 커지는 것이므로, 빛의 반사량이 많아지게 되는 것이다.

또한, 이런 경우 전극의 형성폭이 전극 간격보다 넓은 경우에 적합하다.

반면, 투과부의 경우 위상차값은 일정하나, 액정 분자의 배열 방향이 변하면서 투과율이 증가된다. 한 예로, 액정분자가 90°회전할 때 최대 휘도를 가지게 된다.

-- 제 3 실시예 --

도 5a, 5b는 본 발명의 제 3 실시예에 따른 반투과 횡전계형 액정표시장치에 서 각 셀을 통과하는 빛의 진행 특성을 설명하기 위한 도면으로서, 수직 배향막을 포함한 구조를 일 예로 들어 설명한다.

본 도면에서는, 제 1, 2 편광판의 편광축이 서로 직교되게 위치하고, 제 1, 2 위상차판은 동일한 위상차를 가지되, 서로 직교되게 편광되어 있어서, 제 1, 2 위상차판을 모두 통과하는 투과부의 경우 제 1, 2 위상차판은 서로 상쇄효과를 가지게 되며, 액정층의 위상차는 λ/2를 가진다.

도 5a는, 전압 오프시 투과부에서는, 백라이트 광원은 제 1 편광판을 거쳐 제 1 선편광만이 투과되고, 제 1 선편광은 액정층을 그대로 통과하여 제 2 편광판의 투과축과의 불일치로 차단되어, 화면은 블랙 상태를 띠게 된다. 전술한 바와 같이, 투과부에서는 제 1, 2 위상차판이 서로 상쇄효과를 가지므로, 제 1, 2 위상차판에서의 빛의 진행 상태에서 대해서는 생략한다.

반사부에서는, 외부광은 제 2 편광판을 거쳐 제 2 선편광이 되고, 제 2 선편광은 제 2 위상차판을 거쳐 제 2 원편광이 되고, 제 2 원편광은 액정층을 그대로 통과한 다음, 반사층에서의 반사로 제 1 원편광이 되고, 제 1 원편광은 제 2 위상차판에서 제 1 선편광이 되고, 제 1 선편광은 제 2 편광판과의 편광축의 불일치로 차단되어 블랙화면을 띠게 된다.

도 5b에서는, 전압 온 상태에서 투과부에서는, 백라이트 광원은 제 1 편광판을 통과하여 제 1 선편광만이 투과되고, 제 1 선편광은 액정층을 거쳐 제 2 선편광이 되고, 제 2 선편광은 제 2 편광판과의 편광축과의 일치로 투과되어, 화이트 화면을 띠게 된다.

반사부에서는, 외부광은 제 2 편광판을 거쳐 제 2 선편광만이 통과되고, 제 2 선편광은 제 2 위상차판을 거쳐 제 2 원편광으로 바뀌고, 제 2 원편광은 액정층을 거쳐 제 1 편광으로 바뀌고, 제 1 편광은 반사층을 거쳐 제 2 편광으로 바뀌며, 제 2 편광은 제 2 위상차판을 거쳐 제 2 선편광으로 바뀌고, 제 2 선편광은 제 2 편광판의 편광축과의 일치로 투과되어, 화이트 화면을 띠게 된다.

여기서, 제 1, 2 편광을 일으키는 액정 분자의 각각의 유효굴절률값은, 투과부 액정 분자의 유효굴절률값의 ½수준에 해당되는 것을 특징으로 한다. 또한, 도면으로 상세히 제시하지 않았지만, 편광 특성과 관련되어 편광판은 전극의 배열 방향과 45도 각도를 이루도록 설정되어 있어, 전압 인가시 반사부, 투과부의 액정 분자의 광축이 편광판과 45도 각도를 이루며, 투과부에서의 위상차값이 반사부 위상차값의 2배가 되도록 전극 간격, 전극 형성폭을 설정하는 것을 특징으로 한다.

그리고, 액정 분자가 수평 방향으로 배열할수록 반사부, 투과부간의 위상차값이 서로 근접한 값을 가지게 된다. 왜냐하면, 액정 분자가 수평 방향으로 배열할 수록 블랙/화이트 휘도 특성을 높일 수 있고, 수평 방향 배열을 기준으로 전극의 형성폭, 이격거리의 조절을 통해 액정 분자의 유효굴절률차를 적절하게 줄 수 있기 때문이다.

그러나, 본 발명은 상기 실시예 들로 한정되지 않고, 본 발명의 취지에 벗어나지 않는 범위 내에서 다양하게 변경하여 실시할 수 있다.

이와 같이, 본 발명에 따른 반투과 횡전계형 액정표시장치에 의하면, 싱글셀갭 구조를 유지하면서도 전극의 형성폭과 전극 간의 이격거리 조정을 통해 반사부, 투과부 액정 분자의 위상차값을 동일한 수준으로 유지할 수 있어, 기존의 유기절연물질의 두께치에 의존하여 듀얼셀갭을 형성하는 방식보다 공정 조건을 단순화시킬 수 있고, 재료 비용을 낮출 수 있으며, 횡전계형 액정표시장치를 반투과형으로 구성함으로써, 전압 인가시 투과부, 반사부의 휘도가 동시에 증가하도록 픽셀 구조를 설계하여 고휘도, 고콘트라스트 특성을 가지는 것이 가능하다.

도 1a 내지 1c는 일반적인 횡전계형 액정표시장치에 대한 도면으로서, 도 1a, 1b는 평면도이고, 도 1c는 상기 도 1a, 1b의 절단선 Ic-Ic에 따라 절단된 단면을 도시한 단면도.

도 2는 일반적인 듀얼셀갭 구조 반투과형 액정표시장치에 대한 개략적인 단면도.

도 3a 내지 3c는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 반투과 횡전계형 액정표시장치에 대한 도면으로서, 도 3a, 3b는 평면도이고, 도 3c는 상기 도 3a, 3b의 절단선 IIIc-IIIc에 따라 절단된 단면을 도시한 단면도.

도 4a, 4b는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 반투과 횡전계형 액정표시장치에 서 각 셀을 통과하는 빛의 진행 특성을 설명하기 위한 도면.

도 5a, 5b는 본 발명의 제 3 실시예에 따른 반투과 횡전계형 액정표시장치에 서 각 셀을 통과하는 빛의 진행 특성을 설명하기 위한 도면.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

110 : 제 1 기판 116 : 공통 전극

118 : 절연층 126 : 화소 전극

128 : 제 1 배향막 130 : 제 2 기판

134 : 컬러필터층 136 : 오버코트층

138 : 제 2 배향막 150 : 액정층

152 : 액정 분자 E : 전기장

Claims (15)

1. 제 1 기판 상에, 제 1 방향으로 형성된 게이트 배선과;

   상기 제 1 방향과 교차되는 제 2 방향으로 형성된 데이터 배선과;

   상기 게이트 배선 및 데이터 배선의 교차지점에 형성된 박막트랜지스터와;

   상기 제 1 방향으로 게이트 배선과 이격되게 형성된 공통 배선과;

   상기 공통 배선과 연결되고, 반사특성을 가지는 금속물질로 이루어진 공통 전극과;

   상기 박막트랜지스터와 연결되고, 반사특성을 가지는 금속물질로 이루어지며, 상기 공통 전극과 서로 엇갈리게 배치되는 화소 전극과;

   상기 제 1 기판과 대향되게 배치된 제 2 기판과;

   상기 제 1, 2 기판 사이에 개재되며, 상기 공통 전극과 화소 전극 사이 구간부로 정의되는 투과부와, 상기 공통 전극 및 화소 전극 형성영역으로 정의되는 반사부에서의 두께치는 동일한 수준이며, 전압 인가시 상기 투과부에서의 굴절률값이 상기 반사부에서의 굴절률값보다 큰 조건을 가지고, 상기 반사부 및 투과부에서의 위상차값이 서로 동일한 수준인 것을 특징으로 하는 액정층

   을 포함하는 반투과 횡전계형 액정표시장치.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 위상차값은, 상기 액정층 내 액정 분자의 굴절률과, 상기 액정층의 두께로 정의되는 셀갭에서의 빛의 진행거리의 곱으로 정의되고, 상기 반사부 셀갭에서의 빛의 진행거리는, 상기 투과부 셀갭에서의 빛의 진행거리의 2배 수준이며, 상기 반사부 액정 분자의 굴절률값은 상기 투과부 액정 분자의 굴절률값의 ½배 수준에 해당되는 반투과 횡전계형 액정표시장치.
3. 제 2 항에 있어서,

   상기 굴절률값은, 상기 반사부 전극의 형성폭과, 상기 전극 간의 이격거리에 의해 결정되는 반투과 횡전계형 액정표시장치.
4. 제 2 항에 있어서,

   상기 굴절률은 유효굴절률에 해당되며, 상기 유효굴절률값은 액정 분자의 틸트각(angle angle) 크기와 반비례 관계를 가지는 반투과 횡전계형 액정표시장치.
5. 제 4 항에 있어서,

   상기 전극 간의 이격거리를, 상기 전극의 형성폭으로 나눈 값은, 상기 틸트각의 크기와 반비례 관계를 가지는 반투과 횡전계형 액정표시장치.
6. 제 1 항에 있어서,

   상기 제 1 기판의 배면에는 광원을 공급하는 백라이트를 포함하는 반투과 횡전계형 액정표시장치.
7. 제 1 항에 있어서,

   상기 액정층과 접하는 제 1, 2 기판면에는, 제 1, 2 배향막을 포함하는 반투과 횡전계형 액정표시장치.
8. 제 7 항에 있어서,

   상기 제 1, 2 배향막은, 전압인가시 액정 분자를 기판에 수평한 방향으로 배향시키는 수평 배향막으로 이루어진 반투과 횡전계형 액정표시장치.
9. 제 1 항 또는 제 8 항 중 어느 하나의 항에 있어서,

   상기 제 1 기판의 배면에는 제 1 편광판, 상기 제 2 기판의 배면에는 제 2 편광판이 위치하며, 상기 제 1, 2 편광판은 서로 직교하는 편광축을 가지고, 상기 제 1 편광판과 제 1 기판 사이에는, 빛의 위상차를 λ/4만큼 변화시키는 값을 가지는 위상차판이 포함되며, 상기 액정층은 상기 위상차판과 90°각도차를 가지며 빛의 위상차값을 λ/4만큼 변화시키는 값을 가지는 반투과 횡전계형 액정표시장치.
10. 제 9 항에 있어서,

    상기 액정표시장치는 전압온 상태에서 블랙 휘도를 가지고, 전압오프 상태에서 화이트 휘도를 가지며, 상기 휘도 특성은 반사부, 투과부 서로 동일한 수준인 반투과 횡전계형 액정표시장치.
11. 제 10 항에 있어서,

    상기 전압온 상태에서, 상기 반사부에서 외부광에 대한 제 1 편광과, 상기 공통 전극 및 화소 전극을 통해 반사된 다음 액정층을 거친 제 2 편광은 각각, 상기 투과부에서 액정층을 거치는 빛에 대한 ½수준의 굴절률값을 가지는 반투과 횡전계형 액정표시장치.
12. 제 7 항에 있어서,

    상기 제 1, 2 배향막은, 전압인가시 액정 분자를 기판에 수직한 방향으로 배향시키는 수직 배향막으로 이루어진 반투과 횡전계형 액정표시장치.
13. 제 1 항 또는 제 12 항 중 어느 하나의 항에 있어서,

    상기 제 1 기판의 배면에는 제 1 편광판, 상기 제 2 기판의 배면에는 제 2 편광판이 위치하며, 상기 제 1, 2 편광판은 서로 직교하는 편광축을 가지고, 상기 제 1 편광판과 제 1 기판 사이 그리고, 상기 제 2 편광판과 제 2 기판 사이에는, 빛의 위상차를 λ/4만큼 변화시키는 값을 가지고, 서로 90°각도차를 가지는 제 1, 2 위상차판이 포함되고, 상기 액정층은 빛의 위상차값을 λ/2만큼 변화시키는 값을 가지는 반투과 횡전계형 액정표시장치.
14. 제 13 항에 있어서,

    상기 액정표시장치는 전압온 상태에서 블랙 휘도를 가지고, 전압오프 상태에서 화이트 휘도를 가지며, 상기 휘도 특성은 반사부, 투과부 서로 동일한 수준인 반투과 횡전계형 액정표시장치.
15. 제 14 항에 있어서,

    상기 전압온 상태에서, 상기 반사부에서 외부광에 대한 제 1 편광과, 상기 공통 전극 및 화소 전극을 통해 반사된 다음 액정층을 거친 제 2 편광은 각각, 상기 투과부에서 액정층을 거치는 빛이 가지는 굴절률의 ½수준의 값을 가지는 반투과 횡전계형 액정표시장치.