KR100540884B1 - 반투과형 액정표시장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 반투과형 액정표시장치에 관한 것이다.

본 발명의 목적은, 광학적 설계를 통해 빠른 응답속도와 넓은 시야각 특성을 가지는 OCB 모드 반투과형 액정표시장치를 제공함에 있다.

본 발명은, 화소 내에 반사 영역과 투과 영역이 형성된 반투과형 액정표시장치로서, 서로 마주보는 면에 각각 형성된 배향막이 같은 방향으로 배향된 제 1, 2 기판과; 상기 제 1, 2 기판 사이에 충진되며, 통과하는 빛에 대해 α만큼 위상차를 지연시키는 액정과; 상기 제 1, 2 기판 바깥면 각각에 형성된 제 1, 2 C 플레이트와; 상기 제 1, 2 C 플레이트 바깥면 각각에 형성되고, 광축이 서로 서로 직교하는 제 1, 2 A 플레이트와; 상기 제 1, 2 A 플레이트 바깥면 각각에 형성되고, 광축이 서로 직교하는 제 1, 2 편광판을 포함하며, 상기 제 1, 2 A 플레이트는 상기 액정의 α만큼의 위상차 지연을 보상하는 반투과형 액정표시장치를 제공한다.

본 발명에 따른 OCB 모드 반투과형 액정표시장치는, 빠른 응답특성을 가지게 되어 블러(blur) 없는 화상을 표현할 수 있게 되고, 넓은 시야각 및 높은 대비비 등 화질을 개선할 수 있는 효과가 있다.

Description

반투과형 액정표시장치{Transreflective type Liquid Crystal Display Device}

도 1은 일반적인 반투과형 액정표시장치를 개략적으로 도시한 단면도.

도 2a내지 2c는 OCB 모드 액정표시장치의 개략 단면도.

도 3은 OCB 모드 액정표시장치의 액정셀의 지연 위상차를 도시한 도면.

도 4는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 OCB 모드 반투과형 액정표시장치를 도시한 단면도.

도 5는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 OCB 모드 반투과형 액정표시장치에 사용되는 광학 시트들의 광축을 도시한 도면.

도 6a와 6b는 각각, 본 발명의 제 1 실시예에 따른 OCB 모드 반투과형 액정표시장치에 대해 투과 모드에서 대비비와 계조반전을 도시한 도면.

도 7a와 7b는 각각, 본 발명의 제 1 실시예에 따른 OCB 모드 반투과형 액정표시장치에 대해 반사 모드에서 대비비와 계조반전을 도시한 도면.

도 8은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 OCB 모드 반투과형 액정표시장치에 사용되는 광학 시트들의 광축을 도시한 도면.

도 9는 본 발명의 제 3 실시예에 따른 OCB 모드 반투과형 액정표시장치를 도 시한 단면도.

<도면의 주요 부분에 대한 간단한 설명>

310 : 제 1 기판 320 : 보호층

323 : 투과부홀 325 : 반사판

330 : 제 2 기판 340 : 액정셀

361 : 제 1 C 플레이트 362 : 제 2 C 플레이트

371 : 제 1 A 플레이트 372 : 제 2 A 플레이트

381 : 제 1 λ/2 위상차판 382 : 제 2 λ/2 위상차판

391 : 제 1 편광판 392 : 제 2 편광판

본 발명은 반투과형 액정표시장치에 관한 것이다.

일반적으로, 액정표시장치는 어레이기판과 컬러필터기판을 일정 간격으로 서로 마주보도록 배치하고, 두 기판 사이에 액정을 주입한 후, 두 기판 상에 각각 형성된 전계 생성 전극에 전압을 인가하여 액정 내부에 생성되는 전기장에 의해 액정 분자를 구동함으로써, 그에 따라 달라지는 빛의 투과율을 조절하여 화상을 표현하는 장치이다.

그와 같은 액정표시장치는 사용하는 광원에 따라 투과형(transmission type)과 반사형(reflection type)으로 나뉠 수 있다.

투과형 액정표시장치는 액정 패널의 뒷면에 부착된 배면 광원인 백라이트(backlight)로부터 나오는 인위적인 빛을 액정에 입사시켜 액정의 배열에 따라 빛의 양을 조절하여 색을 표시하는 형태이고, 반사형 액정표시장치는 외부의 자연광이나 인조광을 반사시킴으로써, 액정의 배열에 따라 빛의 투과율을 조절하는 형태이다.

투과형 액정표시장치는 인위적인 배면 광원을 사용하므로 어두운 외부 환경에서도 밝은 화상을 구현할 수 있으나 전력 소비(power consumption)가 큰 단점이 있다. 반면에, 반사형 액정표시장치는 빛의 대부분을 외부의 자연광이나 인조 광원에 의존하므로 투과형 액정표시장치에 비해 전력 소비가 적지만 어두운 장소 등 외부 광원이 반사에 충분하지 못할 경우에 사용할 수 없다는 단점이 있다.

따라서, 반사 모드와 투과 모드를 필요한 상황에 따라 적절하게 선택하여 사용할 수 있는 장치로 반사 및 투과 겸용 액정표시장치인, 반투과형 액정표시장치가 제안되었다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 반투과형 액정표시장치에 대해 설명한다.

도 1은 일반적인 반투과형 액정표시장치를 개략적으로 도시한 단면도이다.

도시한 바와 같이, 제 1 기판(10) 상에는 실리콘 질화막(SiNx)이나 실리콘 산화막(SiO₂)으로 된 게이트 절연막(12)이 형성되어 있고, 게이트 절연막(12) 상에는 유기막으로 이루어진 제 1 보호막(14)이 형성되어 있다. 제 1 보호막(14) 상 에는 반사판(44)이 형성되어 있고, 반사판(44) 상에는 제 2 보호막(18)이 형성되어 있다. 여기서, 반사판(22)은 알루미늄(Al)과 같이 저항이 작고 반사율이 큰 불투명 금속물질로 제조된다.

제 2 보호막(18) 상에는 투과 전극(46)이 형성되어 있고, 투과 전극(46)은 박막트랜지스터(미도시)와 전기적으로 연결되어 있다. 여기서, 투과 전극(46)은 인듐-틴-옥사이드(indium-tin-oxide : 이하 ITO라고 함.)나 인듐-징크-옥사이드(indium-zinc-oxide : 이하 IZO라고 함.)와 같이 빛의 투과율이 비교적 뛰어난 투명 도전성 금속 물질 중 하나로 이루어진다.

그리고, 공통 전극(50)과 투과 전극(46) 사이에는 액정셀(60)이 주입되어 있다.

투과영역(E)에는 투과부홀(23)이 형성되어 있다. 투과영역(E)의 액정셀의 두께(cell gap ; d)는 반사영역(R)의 액정셀의 두께(d/2)보다 두 배 두껍게 형성되는데, 이는 투과 모드와 반사 모드에서 액정층(60)을 통과하는 빛의 위상차를 보상하기 위해서이다. 액정셀(60)의 위상차(Δn·d)는 액정층(60)의 굴절율 이방성 값(anisotropy of refractive index)(Δn)과 두께(d)에 따라 달라지는데, 투과영역(E)의 액정셀의 두께가 반사영역(R)의 액정셀의 두께와 같은 값을 가지게 되면, 투과 모드시 빛의 휘도는 반사 모드시의 빛의 휘도보다 감소한다. 따라서, 투과영역(E)의 액정셀의 두께가 반사영역(B)의 액정셀 두께(d1)보다 두껍게 형성되도록 하는데, 특히 효율적으로는 두 배가 되도록 한다. 그와 같은 반투과형 액정표시장치의 구조를 듀업 셀 갭(dual cell gap) 구조라 한다.

제 1, 2 기판(10, 30) 각각의 바깥쪽에는 제 1, 2 위상차판(retardation film ; 71, 72)이 각각 배치되어 있는데, 제 1, 2 위상차판(71, 72)은 빛의 편광 상태를 바꾸는 기능을 한다. 예를 들면, 제 1, 2 위상차판(71, 72)은 원편광을 선편광으로, 선편광을 원편광으로 바꾸는 λ/4 위상차판을 사용하거나, 원편광을 원편광을 선편광을 선편광으로 일정 각도로 회전시키는 λ/2 위상차판을 사용할 수 있고, λ/4 위상차판과 λ/2 위상차판을 함께 사용할 수 있다.

제 1, 2 위상차판(71, 72) 각각의 바깥쪽에는 제 1, 2 편광판(81, 82)이 각각 배치되어 있는데, 제 1 편광판(81)의 광 투과축은 제 2 편광판(82)의 광 투과축에 대하여 90°의 각도를 가진다.

또한, 제 1 편광판(81)의 바깥쪽 즉, 제 1 편광판(81)의 하부에는 백라이트(90)가 배치되어 투과 모드의 광원으로 이용된다.

한편, 도시하지는 않았지만, 투과 전극(46) 상부 및 공통 전극(60) 하부에 액정층(50)을 배향하기 위한 배향막(미도시)이 형성된다.

반투과형 액정표시장치를 광시야각으로 구현하기 위해, 제 1, 2 기판 각각에 형성된 배향막을 서로 반대방향으로 배향하여 액정셀을 구동하는 이씨비(Electrically Controlled irefringence : 이하, ECB라 함.) 모드가 사용된다. ECB 모드로 구동되는 반투과형 액정표시장치는 투과 및 반사 모드 각각에서 완전하게 블랙(black) 및 화이트(white) 모드로 구동 가능하게 된다.

그런데, 반투과형 액정표시장치에 대해 대면적 고화질 구동이 요구되면서 빠른 응답속도와 넓은 시야각 등의 특성이 필요하게 되었다. 오씨비(Optically Compensated irefringence : 이하, OCB라 함.) 모드 액정표시장치는 구동시 액정셀이 벤드(bend) 상태로 배치되어 빠르게 구동할 수 있고, 시야각이 넓은 장점이 있다. 따라서, OCB 모드를 반투과형 액정표시장치에 적용하게 되면, 빠른 응답속도와 넓은 시야각 특성을 확보할 수 있게 된다.

도 2a내지 2c는 OCB 모드 액정표시장치의 개략 단면도이다.

도시한 바와 같이, 제 1 기판(210)과 제 2 기판(230)은 배향막(미도시)이 동일한 방향으로 배향되어, 제 1, 2 기판(210, 230) 각각에 인접한 액정셀(240)은 배향방향으로 배열된다.

여기서, 전압이 인가되지 않은 초기 상태에서는, 도 2a에 도시한 바와 같이 가운데 부분으로 갈수록 액정셀(240)은 기판면에 평행하게 배열되어 스플레이(splay) 상태가 된다. 그리고, 문턱 전압 이상에서는, 도 2b에 도시한 바와 같이, 수직하게 배열되어 벤드 상태가 된다. 또한, 데이터 전압이 인가되는 경우에는, 도 2c에 도시한 바와 같이, 대부분의 액정셀(240)은 기판면에 수직으로 배열되어 빛을 통과시키게 된다.

도 3은 OCB 모드 액정표시장치의 액정셀의 지연 위상차를 도시하고 있다.

도시한 바와 같이, OCB 모드 액정표시장치에 있어서, 액정셀의 잔여 지연 위상차(residual retardation)는 0이 되지 않는다. 특히, 액정셀에 블랙 모드 전압으로서 V_B의 전압을 인가하는 경우에, 지연 위상차는 α값을 가지게 되어 블랙 모드에서 빛이 새어나가는 문제가 발생하게 된다.

따라서, OCB 모드 액정표시장치를 반투과형으로 사용하는 경우에 위상차 보상이 이루어지지 않게 되어 대비비가 감소하는 등 화질이 저하되는 문제가 발생하게 된다. 따라서, OCB 모드를 반투과형 액정표시장치에 적용하기 위해서는 새로운 광학적 설계가 요구된다.

전술한 바와 같은 문제를 해결하기 위한 본 발명의 목적은, 광학적 설계를 통해 빠른 응답속도와 넓은 시야각 특성을 가지는 OCB 모드 반투과형 액정표시장치를 제공함에 있다.

전술한 바와 같은 목적을 달성하기 위해, 본 발명은, 서로 마주보는 제 1, 2 기판과; 상기 제 1 기판에 형성되고, 서로 직교하여 반사 영역과 투과 영역으로 이루어지는 화소 영역을 정의하는 게이트 및 데이터 배선과; 상기 게이트 및 데이터 배선이 교차하는 부분에 형성된 박막트랜지스터와; 상기 박막트랜지스터와 연결되고 상기 화소 영역에 대응하여 형성된 투과 전극과; 상기 반사 영역에 대응하여 형성된 반사판과; 상기 제 2 기판에 형성되고, 상기 투과 전극과 마주보는 공통 전극과; 상기 제 1, 2 기판 사이에 충진되며, 통과하는 빛에 대해 α만큼 위상차를 지연시키는 액정과; 상기 제 1, 2 기판 바깥면 각각에 형성된 제 1, 2 C 플레이트와; 상기 제 1, 2 C 플레이트 바깥면 각각에 형성되고, 광축이 서로 서로 직교하는 제 1, 2 A 플레이트와; 상기 제 1, 2 A 플레이트 바깥면 각각에 형성되고, 광축이 서로 직교하는 제 1, 2 편광판을 포함하며, 상기 제 1, 2 A 플레이트는 상기 액정의 α만큼의 위상차 지연을 보상하는 반투과형 액정표시장치를 제공한다.

여기서, 상기 제 1 A 플레이트와 액정은 광축이 서로 평행할 수 있고, 상기 제 1, 2 A 플레이트 각각은 -α/2, α/2 만큼의 위상차 보상값을 가질 수 있다. 그리고, 상기 제 1 A 플레이트와 액정은 광축이 서로 직교할 수 있고, 상기 제 1, 2 A 플레이트 각각은 α/2, -α/2 만큼의 위상차 보상값을 가질 수 있다.

또한, 상기 투과 영역의 액정의 두께는 상기 반사 영역의 액정의 두께보다 두꺼울 수 있고, 상기 투과 영역의 액정의 두께는 상기 반사 영역의 액정의 두께보다 2 배 두꺼울 수 있다.

또한, 상기 제 1 A 플레이트와 상기 제 1 편광판 사이에 형성된 제 1 λ/2 위상차판(HWP)과, 상기 제 2 A 플레이트와 상기 제 2 편광판 사이에 형성된 제 2 λ/2 위상차판을 더욱 포함하고, 상기 제 1, 2 λ/2 위상차판은 광축이 서로 직교할 수 있고, 제 1 λ/2 위상차판과 상기 액정의 광축은 135°를 이룰 수 있다.

또한, 상기 투과 전극과 상기 반사판 사이에 형성되고, 상기 투과 영역에 대응하여 투과부홀을 갖는 보호층을 더욱 포함할 수 있다. 또한, 상기 반사판은 상기 투과 전극 상에 형성되고, 상기 반사판과 상기 투과 전극 사이에 보호층을 더욱 포함할 수 있다.

또한, 상기 투과 전극은 ITO, IZO를 포함하는 투명 도전성 금속 물질로 이루어질 수 있고, 상기 반사판은 알루미늄 계열의 불투명 금속 물질로 이루어질 수 있 다. 또한, 상기 제 1, 2 기판이 마주보는 면 각각에 동일한 방향으로 배향된 배향막을 더욱 포함할 수 있다.

다른 측면에서, 본 발명은, 서로 마주보는 제 1, 2 기판과; 상기 제 1 기판 상에 형성되고, 서로 직교하여 반사 영역과 투과 영역으로 이루어지는 화소 영역을 정의하는 게이트 및 데이터 배선과; 상기 게이트 및 데이터 배선이 교차하는 부분에 형성된 박막트랜지스터와; 상기 박막트랜지스터와 연결되고 상기 화소 영역에 대응하여 형성된 투과 전극과; 상기 반사 영역에 대응하여 형성된 반사판과; 상기 제 2 기판에 형성되고, 상기 투과 전극과 마주보는 공통 전극과; 상기 제 1, 2 기판 사이에 충진되며, 통과하는 빛에 대해 α만큼 위상차를 지연시키는 액정과; 상기 제 1, 2 기판 바깥면 각각에 형성되고, 광축이 서로 서로 직교하며, A 성분과 C 성분을 가지는 제 1, 2 이축성 보상판을 포함하며, 상기 제 1, 2 이축성 보상판은 액정의 α 만큼의 위상차 지연을 보상하는 반투과형 액정표시장치를 제공한다.

여기서, 상기 제 1 이축성 보상판과 액정은 광축이 서로 평행할 수 있고, 상기 제 1, 2 이축성 보상판 각각은 -α/2, α/2 만큼의 위상차 보상값을 가질 수 있다. 그리고, 상기 제 1 이축성 보상판과 액정은 광축이 서로 직교할 수 있고, 상기 제 1, 2 이축성 보상판 각각은 α/2, -α/2 만큼의 위상차 보상값을 가질 수 있다.

또한, 상기 투과 영역의 액정의 두께는 상기 반사 영역의 액정의 두께보다 두꺼울 수 있고, 상기 투과 영역의 액정의 두께는 상기 반사 영역의 액정의 두께보다 2 배 두꺼울 수 있다.

또한, 상기 제 1 이축성 위상차판과 상기 제 1 편광판 사이에 형성된 제 1 λ/2 위상차판(HWP)과, 상기 제 2 이축성 위상차판과 상기 제 2 편광판 사이에 형성된 제 2 λ/2 위상차판(HWP)을 더욱 포함하고, 상기 제 1, 2 λ/2 위상차판은 광축이 서로 직교할 수 있고, 제 1 λ/2 위상차판과 상기 액정의 광축은 135°를 이룰 수 있다.

또다른 측면에서, 본 발명은, 서로 마주보는 제 1, 2 기판과; 상기 제 1 기판 상에 형성되고, 서로 직교하여 반사 영역과 투과 영역으로 이루어지는 화소 영역을 정의하는 게이트 및 데이터 배선과; 상기 게이트 및 데이터 배선이 교차하는 부분에 형성된 박막트랜지스터와; 상기 박막트랜지스터와 연결되고 상기 화소 영역에 대응하여 형성된 투과 전극과; 상기 반사 영역에 대응하여 형성된 반사판과; 상기 제 2 기판에 형성되고, 상기 투과 전극과 마주보는 공통 전극과; 상기 제 1, 2 기판 사이에 충진되며, 통과하는 빛에 대해 α만큼 위상차를 지연시키는 액정과; 상기 제 2 기판 바깥면에 형성된 C 플레이트와; 상기 C 플레이트 바깥면에 형성된 A 플레이트와; 상기 제 1 기판과 상기 A 플레이트 바깥면 각각에 형성되고, 광축이 서로 직교하는 제 1, 2 편광판을 포함하며, 상기 A 플레이트는 상기 액정의 α만큼의 위상차 지연을 보상하는 반투과형 액정표시장치를 제공한다.

여기서, 상기 A 플레이트와 액정은 광축이 서로 수직일 수 있고, 상기 A 플레이트는 α 만큼의 위상차 보상값을 가질 수 있다.

그리고, 상기 제 1 기판과 상기 제 1 편광판 사이에 형성된 제 1 λ/2 위상차판(HWP)과, 상기 A 플레이트와 상기 제 2 편광판 사이에 형성된 제 2 λ/2 위상차판을 더욱 포함하고, 상기 제 1, 2 λ/2 위상차판은 광축이 서로 직교할 수 있 고, 제 1 λ/2 위상차판과 상기 액정의 광축은 135°를 이룰 수 있다.

또다른 측면에서, 본 발명은, 서로 마주보는 제 1, 2 기판과; 상기 제 1 기판 상에 형성되고, 서로 직교하여 반사 영역과 투과 영역으로 이루어지는 화소 영역을 정의하는 게이트 및 데이터 배선과; 상기 게이트 및 데이터 배선이 교차하는 부분에 형성된 박막트랜지스터와; 상기 박막트랜지스터와 연결되고 상기 화소 영역에 대응하여 형성된 투과 전극과; 상기 반사 영역에 대응하여 형성된 반사판과; 상기 제 2 기판에 형성되고, 상기 투과 전극과 마주보는 공통 전극과; 상기 제 1, 2 기판 사이에 충진되며, 통과하는 빛에 대해 α만큼 위상차를 지연시키는 액정과; 상기 제 2 기판 바깥면에 형성되고, A 성분과 C 성분을 가지는 이축성 보상판을 포함하며, 상기 이축성 보상판은 액정의 α 만큼의 위상차 지연을 보상하는 반투과형 액정표시장치를 제공한다.

여기서, 상기 이축성 보상판과 액정은 광축이 서로 직교할 수 있고, 상기 이축성 보상판은 α 만큼의 위상차 보상값을 가질 수 있다.

또한, 상기 제 1 기판과 상기 제 1 편광판 사이에 형성된 제 1 λ/2 위상차판(HWP)과, 상기 이축성 위상차판과 상기 제 2 편광판 사이에 형성된 제 2 λ/2 위상차판(HWP)을 더욱 포함하고, 상기 제 1, 2 λ/2 위상차판은 광축이 서로 직교할 수 있고, 제 1 λ/2 위상차판과 상기 액정의 광축은 135°를 이룰 수 있다.

이하, 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명한다.

<제 1 실시예>

도 4는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 OCB 모드 반투과형 액정표시장치를 도시한 단면도이고, 도 5는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 OCB 모드 반투과형 액정표시장치에 사용되는 광학 시트들의 광축을 도시한 도면이다.

본 발명의 제 1 실시예에 따른 OCB 모드 반투과형 액정표시장치는 액정셀의 빠른 응답과 넓은 시야각 및 높은 대비비를 갖는 OCB 모드 액정표시장치의 특성을 반투과형 액정표시장치에 적용한 것으로서, A 플레이트와 C 플레이트를 사용하여 액정셀의 지연 위상차를 보상하게 된다. 그에 따라, 블랙 모드에서 빛이 새어 대비비가 저하되는 문제를 해결할 수 있게 된다.

도 4에 도시한 바와 같이, OCB 모드 반투과형 액정표시장치는 서로 마주보는 제 1, 2 기판(310, 330)과, 제 1, 2 기판(310, 330) 사이에 충진된 액정셀(340)과, 액정셀(340)의 잔여 지연 위상차를 보상하기 위해 제 1, 2 기판(310, 330) 각각의 하부 및 상부에 적층된 다수의 광학 시트들로 이루어진다.

제 1 기판(310) 상에는 투과 전극과, 투과부홀(323)을 가지는 보호층(320)이 형성되어 있고, 보호층(320) 상에는 반사 모드시 반사 영역(R)으로 기능하는 반사판(325)이 형성되어 있다. 여기서, 투과부홀(323)은 투과 모드시 투과 영역(E)으로 기능하게 된다. 투과 전극(315)은 인듐-틴-옥사이드(Indium-Tin-Oxide : ITO), 인듐-징크-옥사이드(Indium-Zinc-Oxide : IZO)를 포함하는 투명 도전성 금속물질로 이루어진다. 반사판(325)은 반사 효율이 우수한 알루미늄(Al) 계열의 불투명 금속물질로 이루어진다. 한편, 투과 전극(315)은 반사판(325) 상에 형성될 수 있고, 투 과 전극(315)과 반사판(325) 사이에는 보호층(미도시)이 더욱 형성될 수 있다.

제 2 기판(320) 하부에는 투과 전극과 마주보는 공통 전극(335)이 형성되어 있다. 공통 전극(335)은 투과 전극(315)과 전계를 형성하여 액정셀(340)을 구동하게 된다.

그리고, 도시하지는 않았지만, 제 1 기판(310) 상에는 주사 및 화상 신호를 전달하고 서로 직교하여 반사 및 투과 영역으로 이루어지는 화소 영역을 정의하는 게이트 및 데이터 배선과, 게이트 및 데이터 배선이 교차하는 부분에 형성되고 투과 전극(315)과 연결되는 스위칭 소자로서 박막트랜지스터가 형성되어 있고, 박막트랜지스터의 온/오프 동작에 따라 반투과형 액정표시장치를 구동하게 된다.

또한, 도시하지는 않았지만, 반투과형 액정표시장치를 OCB 모드로 구동하기 위해 제 1, 2 기판(310, 330) 각각의 상부 및 하부에는 동일한 방향으로 러빙된 배향막이 형성된다. 문턱 전압 이하에서 액정셀은 스플레이 상태로 배열되고, 일정전압 이상에서는 벤드 상태로 배열된다. 그와 같이 배열되는 OCB 모드 액정셀(340)은 전압 인가에 따라 반사 및 투과 모드에서 빠르게 응답할 수 있게 된다.

한편, 투과영역(E)의 액정셀의 두께(cell gap ; d)는 반사영역(R)의 액정셀의 두께(d/2)보다 두 배 두꺼운 듀얼 셉 갭 구조로 형성되는데, 이는 투과 모드와 반사 모드에서 액정셀(340)을 통과하는 빛의 위상차를 보상하기 위해서이다. 액정셀의 위상차(Δn·d)는 액정셀의 굴절율 이방성 값(anisotropy of refractive index)(Δn)과 두께(d)에 따라 달라지는데, 투과영역(E)의 액정셀의 두께가 반사영역(R)의 액정셀의 두께와 같은 값을 가지게 되면, 투과 모드시 빛의 휘도는 반사 모드시의 빛의 휘도보다 감소한다. 따라서, 투과영역(E)의 액정셀의 두께가 반사영역(B)의 액정셀의 두께보다 두껍게 형성되도록 하는데, 특히 본 발명의 제 1 실시예서는 효율적인 휘도 향상을 위해 두 배가 되도록 한다.

그에 따라, 투과 모드시 액정셀(340)의 잔여 지연 위상차는 배면 광원의 투과 경로에 의해 α의 값을, 반사 모드시 액정셀의 잔여 지연 위상차는 외부 광원의 반사 경로에 의해 (α/2)+(α/2) = α의 값을 가지게 된다. 즉, 투과 및 반사 모드시 액정셀의 잔여 지연 위상차는 α의 값을 가지게 된다.

그리고, 제 1 기판(310) 하부에는 다수의 광학시트들이 적층되어 있는데, 제 1 C 플레이트(361)와, 제 1 A 플레이트(371)와, 제 1 λ/2 위상차판(381)과, 제 1 편광판(391)이 순차적으로 적층되어 있다. 그리고, 제 2 기판(330) 상부에는 다수의 광학시트들이 적층되어 있는데, 제 2 C 플레이트(362)와, 제 2 A 플레이트(372)와, 제 2 λ/2 위상차판(382)과, 제 2 편광판(392)이 순차적으로 적층되어 있다.

여기서, 제 1, 2 A 플레이트(361, 362) 각각은 λ/4 위상차판의 위상차 보상값에 액정셀(340)의 잔여 지연 위상차인 α를 이축성(biaxial) 위상차 보상판의 A 성분을 가감하여 위상차를 보상하게 되는데, 제 1 A 플레이트(371)는 λ/4+α/2의 위상차 보상을, 제 2 A 플레이트(372)는 λ/4-α/2의 위상차 보상을 하게 된다. 그리고, 제 1, 2 C 플레이트(381, 382) 각각은 이축성 위상차 보상판의 C 성분을 가지게 된다.

전술한 바와 같이 구성된 본 발명의 제 1 실시예에 따른 OCB 모드 반투과형 액정표시장치는 다수의 광학 시트를 사용함으로써 액정셀의 잔여 지연 위상차를 보 상할 수 있게 되는데, 이에 대해 상세히 설명한다.

도 5에 도시한 바와 같이, 본 발명의 제 1 실시예에 따른 OCB 모드 반투과형 액정표시장치에 사용되는 다수의 광학 시트들은 광축이 일정 각도를 가지도록 배치된다.

액정셀의 광축을 0°로 정의한 경우에, 제 1 A 플레이트의 광축을 액정셀의 광축과 일치하도록 배치하고, 제 2 A 플레이트의 광축을 액정셀의 광축에 수직하게 배치한다. 그리고, 제 1, 2 편광판 각각의 광축을 135°, 45°로 배치하고, 제 1, 2 λ/2 위상차판의 광축을 제 1, 2 편광판 각각에 일치하도록 배치한다. 또한, 제 1, 2 C 플레이트는 광축이 기판면에 평행한 임의의 방향을 가질 수 있도록 배치된다.

여기서, 제 1 A 플레이트는 그 광축이 액정셀의 광축과 일치하도록 배치됨으로써 액정셀의 지연 위상차에 대해 -α/2 만큼의 위상차 보상을 하게 된다. 그리고, 제 2 A 플레이트는 그 광축이 액정셀의 광축과 수직하게 배치됨으로써 액정셀의 지연 위상차에 대해 -(+α/2) 만큼의 위상차 보상을 하게 된다.

전술한 바와 같이 광학 시트들이 배치되면, 블랙 모드에서 액정셀의 지연 위상차를 보상할 수 있게 된다.

예를 들면, 투과 모드에서 빛은 액정셀을 통과하게 되는데, 액정셀은 잔여 지연 위상차 α의 값을 가지게 된다. 한편, 제 1 A 플레이트의 광축은 액정셀의 광축과 일치하게 됨으로 -α/2 만큼의 위상차를 보상할 수 있게 되며, 제 2 A 플레이트의 광축은 액정셀의 광축과 수직하도록 배치되어 α/2 에 대해 - 크기 만큼의 위 상차를 보상할 수 있게 된다. 따라서, OCB 모드 반투과형 액정표시장치의 투과 모드에서 위상차 보상은,

<α(액정셀의 지연 위상차)> + <-α/2(제 1 A 플레이트의 위상차 보상)> - <+α/2(제 2 A 플레이트의 위상차 보상)>

의 수식에 의해 0의 값을 가지며 완전하게 보상된다.

반사 모드에서도 투과 모드와 마찬가지로 액정셀의 잔여 지연 위상차는 완전하게 보상된다. 즉, 반사 모드에서는 외부광원으로부터 조사된 빛이 d/2의 값을 가지는 액정셀을 두 번 통과하게 되어 액정셀의 지연 위상차는, (α/2+α/2) = α가 된다. 그리고, 제 2 A 플레이트를 두 번 통과하게 되므로, 위상차 보상은, -(+α/2)-(+α/2) = -α가 된다. 따라서, OCB 모드 반투과형 액정표시장치의 반사 모드에서 위상차 보상은,

<α(액정셀의 총 지연 위상차)> + <-α(제 2 A 플레이트의 총 위상차 보상)>

의 수식에 의해 0의 값을 가지며 완전하게 보상된다.

도 6a와 6b는 각각, 본 발명의 제 1 실시예에 따른 OCB 모드 반투과형 액정표시장치에 대해 투과 모드에서 대비비(C/R : contrast ratio)와 계조반전(G/I : gray inversion)을 도시한 도면이다. 그리고, 도 7a와 7b는 각각, 본 발명의 제 1 실시예에 따른 OCB 모드 반투과형 액정표시장치에 대해 반사 모드에서 대비비와 계조반전을 도시한 도면이다. 여기서, 도면의 상하/좌우는 OCB 모드 반투과형 액정표시장치의 상하/좌우에 해당된다.

도 6a와 7a에 도시한 바와 같이, 등고선은 대비비를 나타내는 것으로서 최내 측에 그려진 등고선은 대비비가 300이며, 최외측에 그려진 등고선은 대비비가 10이다. 일반적으로 대비비가 10 이상인 경우에 시야각 특성이 있다고 인정됨으로, 본 발명의 제 1 실시예에 따른 OCB 모드 반투과형 액정표시장치는 상하/좌우 방향에서 넓은 시야각 특성을 가지게 된다.

그리고, 도 6b와 7b는 계조반전을 8 계조로 나눈 경우에 대한 도표로서, 흰색 부분이 0, 짙은 검은색 부분이 1, 회색 부분이 2의 계조반전을 나타낸다. 상하/좌우 방향으로 흰색부분이 넓은 영역을 차지함에서 볼 수 있듯이, 본 발명의 제 1 실시예에 따른 OCB 모드 반투과형 액정표시장치는 상하/좌우 방향에서 높은 외부 시인성을 가지게 된다.

전술한 바와 같이 본 발명의 제 1 실시예에 따른 OCB 모드 반투과형 액정표시장치는 A 플레이트와 C 플레이트를 사용하여 액정셀의 잔여 지연 위상차를 보상하게 됨으로써, OCB 모드의 빠른 응답특성과 넓은 시야각 특성을 반투과형 액정표시장치에 적용할 수 있게 된다.

<제 2 실시예>

도 8은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 OCB 모드 반투과형 액정표시장치에 사용되는 광학 시트들의 광축을 도시한 도면이다.

본 발명의 제 2 실시예에 따른 OCB 모드 반투과형 액정표시장치는, A 성분과 C 성분을 가지는 이축성 위상차 보상판을 사용하여 액정셀의 잔여 지연 위상차를 보상하게 된다.

본 발명의 제 2 실시예에서는, 본 발명의 제 1 실시예와 동일하거나 대응되는 사항에 대해서는 설명을 생략한다.

도 8에 도시한 바와 같이, 본 발명의 제 2 실시예에서는, 본 발명의 제 1 실시예에 사용된 A 플레이트와 C 플레이트 대신에, A 플레이트의 A 성분과 C 플레이트의 C 성분을 결합한 이축성 위상차 보상판을 사용한다.

제 1 기판 하부에 제 1 이축성 위상차 보상판을 배치하고, 제 2 기판 상부에 제 2 이축성 위상차 보상판을 배치한다. 제 1 이축성 위상차 보상판의 광축은 액정셀의 광축과 일치하게 배치하고, 제 2 이축성 위상차 보상판의 광축은 액성셀의 광축과 수직하게 배치한다.

여기서, 제 1 이축성 위상차 보상판은 (λ/4-α/2, C)의 (A, C) 성분값을 가지며, 제 2 이축성 위상차 보상판은 (λ/4+α/2, C)의 (A, C) 성분값을 가진다.

그와 같이 하면, 반사 및 투과 모드에서 액정셀의 잔여 지연 위상차 α는 완전하게 보상된다.

<제 3 실시예>

도 9는 본 발명의 제 3 실시예에 따른 OCB 모드 반투과형 액정표시장치를 도시한 단면도이다.

본 발명의 제 3 실시예에 따른 OCB 모드 반투과형 액정표시장치는, 투과부홀이 형성되어 있지 않아 투과 영역 및 반사 영역의 액정셀의 두께가 동일한 반투과형 액정표시장치로서, 제 2 기판 상에 A 플레이트와 C 플레이트를 사용한다. 한편, 도시하지는 않았지만, 이축성 위상차 보상판을 사용함으로써 액정셀의 잔여 지연 위상차를 보상할 수 있게 된다.

본 발명의 제 3 실시예에서는, 본 발명의 제 1 실시예와 동일하거나 대응되는 사항에 대해서는 설명을 생략한다.

투과부홀이 형성되어 있지 않음으로써, 투과 모드, 반사 모드 각각에서 액정셀의 잔여 지연 위상차는 α, 2α의 값이 된다.

도시한 바와 같이, 제 1 기판(310) 하부에는 제 1 λ/4 위상차판(371), 제 1 λ/2 위상차판(381), 제 1 편광판(391)이 순차적으로 적층되어 있다. 그리고, 제 2 기판(330) 상부에는 C 플레이트(362), A 플레이트(372), 제 2 λ/2 위상차판(382), 제 2 편광판(392)이 순차적으로 적층되어 있다.

지연 위상차를 보상하기 위해, 제 2 기판(330) 상에 A 플레이트(372)와 C 플레이트(362)를 사용하게 된다. A 플레이트(362)는 λ/4+α의 A 성분값을 가지고, 그 광축은 액정셀(340)과 수직하게 배치된다. 그와 같이 하면, 투과 모드시 액정셀의 지연 위상차 α에 대해 위상차 완전하게 보상된다. 그리고, 반사 모드시 액정셀의 지연 위상차는 반사 경로에 의해 2α가 되며, A 플레이트(362)에 의해 위상차 보상 역시 반사 경로에 의해 -2α가 되어 액정셀의 지연 위상차는 완전하게 보상된다.

한편, A 플레이트와 C 플레이트를 사용하는 대신, A 및 C 플레이트의 A, C 성분값을 가지는 이축성 필름을 사용하는 경우에도 위와 같이 반사 및 투과 모드에서 액정셀의 지연 위상차를 완전하게 보상할 수 있게 된다. 물론, 이축성 필름의 광축은 액성셀의 광축과 수직하게 배치된다.

전술한 바와 같은 본 발명의 실시예에 따른 OCB 모드 반투과형 액정표시장치는 빠른 응답특성을 가지게 되어 블러(blur) 없는 화상을 표현할 수 있게 되고, 넓은 시야각 및 높은 대비비 등 화질을 개선할 수 있게 된다.

전술한 바와 같은 본 발명의 실시예는 본 발명의 일 실시예에 불과하며, 그에 대한 자유로운 변형이 가능하고, 그와 같은 변형은 본 발명의 권리 범위에 속하게 됨은 당업자에게 자명한 사실이다.

전술한 바와 같이, 본 발명에 따른 OCB 모드 반투과형 액정표시장치는, 빠른 응답특성을 가지게 되어 블러(blur) 없는 화상을 표현할 수 있게 되고, 넓은 시야각 및 높은 대비비 등 화질을 개선할 수 있는 효과가 있다.

Claims (33)

1. 서로 마주보는 제 1, 2 기판과;

   상기 제 1 기판에 형성되고, 서로 직교하여 반사 영역과 투과 영역으로 이루어지는 화소 영역을 정의하는 게이트 및 데이터 배선과;

   상기 게이트 및 데이터 배선이 교차하는 부분에 형성된 박막트랜지스터와;

   상기 박막트랜지스터와 연결되고 상기 화소 영역에 대응하여 형성된 투과 전극과;

   상기 반사 영역에 대응하여 형성된 반사판과;

   상기 제 2 기판에 형성되고, 상기 투과 전극과 마주보는 공통 전극과;

   상기 제 1, 2 기판 사이에 충진되며, 통과하는 빛에 대해 α만큼 위상차를 지연시키며 제 1 광축을 갖는 액정층과;

   상기 제 1, 2 기판 바깥면 각각에 형성된 제 1, 2 C 플레이트와;

   상기 제 1, 2 C 플레이트 바깥면에 각각 서로 직교하는 제 2, 3 광축을 가지며, 동시에 상기 제 2 광축이 상기 제 1 광축과는 직교하거나 또는 평행하도록 형성된 제 1, 2 A 플레이트와;

   상기 제 1, 2 A 플레이트 바깥면에 각각 서로 직교하는 제 4, 5 광축을 가지며, 동시에 상기 제 4 광축이 상기 제 1 광축과는 수직하지 않은 각도를 가지며 교차하도록 형성된 제 1, 2 편광판을 포함하며,

   상기 제 1, 2 A 플레이트는 상기 액정의 α만큼의 위상차 지연을 보상하는 반투과형 액정표시장치.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 제 4 광축과 제 1 광축은 ± 45도의 각도를 가지며 교차하는 것이 특징인 반투과형 액정표시장치.
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 제 1 A 플레이트의 제 2 광축과 상기 액정층의 제 1 광축이 평행한 경우, 상기 제 1, 2 A 플레이트 각각은 -α/2, α/2 만큼의 위상차 보상값을 가지는 반투과형 액정표시장치.
4. 삭제
5. 제 1 항에 있어서,

   상기 제 1 A 플레이트의 제 2 광축과 상기 액정층의 제 1 광축이 서로 직교하는 경우, 상기 제 1, 2 A 플레이트 각각은 α/2, -α/2 만큼의 위상차 보상값을 가지는 반투과형 액정표시장치.
6. 제 1 항에 있어서,

   상기 투과 영역의 액정의 두께는 상기 반사 영역의 액정의 두께보다 두꺼운 반투과형 액정표시장치.
7. 제 6 항에 있어서,

   상기 투과 영역의 액정의 두께는 상기 반사 영역의 액정의 두께보다 2 배 두꺼운 반투과형 액정표시장치.
8. 제 1 항에 있어서,

   상기 제 1 A 플레이트와 상기 제 1 편광판 사이에 형성된 제 1 λ/2 위상차판(HWP)과, 상기 제 2 A 플레이트와 상기 제 2 편광판 사이에 형성된 제 2 λ/2 위상차판을 더욱 포함하고, 상기 제 1, 2 λ/2 위상차판은 광축이 서로 직교하는 반투과형 액정표시장치.
9. 제 8 항에 있어서,

   제 1 λ/2 위상차판과 상기 액정의 광축은 135°를 이루는 반투과형 액정표 시장치.
10. 제 1 항에 있어서,

    상기 투과 전극과 상기 반사판 사이에 형성되고, 상기 투과 영역에 대응하여 투과부홀을 갖는 보호층을 더욱 포함하는 반투과형 액정표시장치.
11. 제 1 항에 있어서,

    상기 반사판은 상기 투과 전극 상에 형성되고, 상기 반사판과 상기 투과 전극 사이에 보호층을 더욱 포함하는 반투과형 액정표시장치.
12. 제 1 항에 있어서,

    상기 투과 전극은 ITO, IZO를 포함하는 투명 도전성 금속 물질로 이루어진 반투과형 액정표시장치.
13. 제 1 항에 있어서,

    상기 반사판은 알루미늄 계열의 불투명 금속 물질로 이루어진 반투과형 액정 표시장치.
14. 제 1 항에 있어서,

    상기 제 1, 2 기판이 마주보는 면 각각에 동일한 방향으로 배향된 배향막을 더욱 포함하는 반투과형 액정표시장치.
15. 서로 마주보는 제 1, 2 기판과;

    상기 제 1 기판에 형성되고, 서로 직교하여 반사 영역과 투과 영역으로 이루어지는 화소 영역을 정의하는 게이트 및 데이터 배선과;

    상기 게이트 및 데이터 배선이 교차하는 부분에 형성된 박막트랜지스터와;

    상기 박막트랜지스터와 연결되고 상기 화소 영역에 대응하여 형성된 투과 전극과;

    상기 반사 영역에 대응하여 형성된 반사판과;

    상기 제 2 기판에 형성되고, 상기 투과 전극과 마주보는 공통 전극과;

    상기 제 1, 2 기판 사이에 충진되며, 통과하는 빛에 대해 α만큼 위상차를 지연시키며 제 1 광축을 갖는 액정층과;

    상기 제 1, 2 기판 바깥면 각각에 형성되고, 서로 직교하는 제 2, 3 광축을 가지며, 동시에 상기 제 2 광축이 상기 제 1 광축과는 직교하거나 또는 평행하도록 형성된 제 1, 2 이축성 보상판과;

    상기 제 1, 2 보상판 바깥면에 각각 서로 직교하는 제 4, 5 광축을 가지며, 동시에 상기 제 4 광축이 상기 제 1 광축과는 수직하지 않은 각도를 가지며 교차하도록 형성된 제 1, 2 편광판을 포함하며,

    상기 제 1, 2 이축성 보상판은 액정의 α 만큼의 위상차 지연을 보상하는 반투과형 액정표시장치.
16. 제 15 항에 있어서,

    상기 제 4 광축과 제 1 광축은 ± 45도의 각도를 가지며 교차하는 것이 특징인 반투과형 액정표시장치.
17. 제 15 항에 있어서,

    상기 제 1 이축성 보상판의 제 3 광축과 상기 액정층의 제 1 광축이 평행한 경우, 상기 제 제 1, 2 이축성 보상판 각각은 -α/2, α/2 만큼의 위상차 보상값을 가지는 반투과형 액정표시장치.
18. 삭제
19. 제 15 항에 있어서,

    상기 제 1 이축성 보상판의 제 3 광축과 상기 액정층의 제 1 광축이 서로 직교하는 경우, 상기 제 1, 2 이축성 보상판 각각은 α/2, -α/2 만큼의 위상차 보상값을 가지는 반투과형 액정표시장치.
20. 제 15 항에 있어서,

    상기 투과 영역의 액정의 두께는 상기 반사 영역의 액정의 두께보다 두꺼운 반투과형 액정표시장치.
21. 제 20 항에 있어서,

    상기 투과 영역의 액정의 두께는 상기 반사 영역의 액정의 두께보다 2 배 두꺼운 반투과형 액정표시장치.
22. 제 15 항에 있어서,

    상기 제 1 이축성 위상차판과 상기 제 1 편광판 사이에 형성된 제 1 λ/2 위상차판(HWP)과, 상기 제 2 이축성 위상차판과 상기 제 2 편광판 사이에 형성된 제 2 λ/2 위상차판(HWP)을 더욱 포함하고, 상기 제 1, 2 λ/2 위상차판은 광축이 서로 직교하는 반투과형 액정표시장치.
23. 제 22 항에 있어서,

    제 1 λ/2 위상차판과 상기 액정의 광축은 135°를 이루는 반투과형 액정표시장치.
24. 서로 마주보는 제 1, 2 기판과;

    상기 제 1 기판에 형성되고, 서로 직교하여 반사 영역과 투과 영역으로 이루어지는 화소 영역을 정의하는 게이트 및 데이터 배선과;

    상기 게이트 및 데이터 배선이 교차하는 부분에 형성된 박막트랜지스터와;

    상기 박막트랜지스터와 연결되고 상기 화소 영역에 대응하여 형성된 투과 전극과;

    상기 반사 영역에 대응하여 형성된 반사판과;

    상기 제 2 기판에 형성되고, 상기 투과 전극과 마주보는 공통 전극과;

    상기 제 1, 2 기판 사이에 충진되며, 통과하는 빛에 대해 α만큼 위상차를 지연시키며 제 1 광축을 갖는 액정층과;

    상기 제 2 기판 바깥면에 형성된 C 플레이트와;

    상기 C 플레이트 바깥면에 제 2 광축을 가지며, 동시에 상기 제 2 광축이 상기 제 1 광축과 직교하도록 형성된 A 플레이트와;

    상기 제 1 기판과, 상기 A 플레이트 바깥면에 서로 직교하는 제 3, 4 광축을 가지며 형성된 제 1, 2 편광판과;

    상기 제 1 기판과 상기 제 1 편광판 사이에 제 5 광축을 가지며 형성된 제 1 λ/2 위상차판(HWP)과;

    상기 A 플레이트와 상기 제 2 편광판 사이에 상기 제 5 광축과 직교하는 제 6 광축을 가지며 형성된 제 2 λ/2 위상차판

    을 포함하며,

    상기 A 플레이트는 상기 액정의 α만큼의 위상차 지연을 보상하는 반투과형 액정표시장치.
25. 삭제
26. 제 24 항에 있어서,

    상기 A 플레이트는 α 만큼의 위상차 보상값을 가지는 반투과형 액정표시장치.
27. 삭제
28. 제 24 항에 있어서,

    제 1 λ/2 위상차판의 제 5 광축은 상기 액정층의 제 1 광축과 135°를 이루는 반투과형 액정표시장치.
29. 서로 마주보는 제 1, 2 기판과;

    상기 제 1 기판에 형성되고, 서로 직교하여 반사 영역과 투과 영역으로 이루어지는 화소 영역을 정의하는 게이트 및 데이터 배선과;

    상기 게이트 및 데이터 배선이 교차하는 부분에 형성된 박막트랜지스터와;

    상기 박막트랜지스터와 연결되고 상기 화소 영역에 대응하여 형성된 투과 전극과;

    상기 반사 영역에 대응하여 형성된 반사판과;

    상기 제 2 기판에 형성되고, 상기 투과 전극과 마주보는 공통 전극과;

    상기 제 1, 2 기판 사이에 충진되며, 통과하는 빛에 대해 α만큼 위상차를 지연시키며 제 1 광축을 갖는 액정층과;

    상기 제 2 기판 바깥면에 제 2 광축 및 A 성분과 C 성분을 가지며 상기 제 2 광축이 상기 액정층의 제 1 광축과 직교하는 이축성 보상판과;

    상기 제 1 기판과, 상기 이축성 보상판 바깥면에 서로 직교하는 제 3, 4 광축을 가지며 형성된 제 1, 2 편광판과;

    상기 제 1 기판과 상기 제 1 편광판 사이에 제 5 광축을 가지며 형성된 제 1 λ/2 위상차판(HWP)과;

    상기 이축성 보상판과 상기 제 2 편광판 사이에 상기 제 5 광축과 직교하는 제 6 광축을 가지며 형성된 제 2 λ/2 위상차판

    을 포함하며,

    상기 이축성 보상판은 액정의 α 만큼의 위상차 지연을 보상하는 반투과형 액정표시장치.
30. 삭제
31. 제 29 항에 있어서,

    상기 이축성 보상판은 α 만큼의 위상차 보상값을 가지는 반투과형 액정표시장치.
32. 삭제
33. 제 29 항에 있어서,

    제 1 λ/2 위상차판과 상기 액정의 광축은 135°를 이루는 반투과형 액정표시장치.

Images