KR100613437B1

KR100613437B1 - 반사투과 액정 표시장치

Info

Publication number: KR100613437B1
Application number: KR1019990046946A
Authority: KR
Inventors: 백흠일
Original assignee: 엘지.필립스 엘시디 주식회사
Priority date: 1999-10-27
Filing date: 1999-10-27
Publication date: 2006-08-18
Also published as: KR20010038826A

Abstract

본 발명은 반사형 액정 표시장치와 투과형 액정 표시장치의 겸용이 가능한 반사투과 액정 표시장치로서, 반사모드와 투과모드에서의 색차를 줄이기 위해 투명 기판과, 상기 투명 기판 상에 형성되고 내부에 평면적으로 소정의 면적을 가진 투과홀이 형성된 반사전극을 포함하는 하판과; 상기 상판과 소정간격 이격되고, 상기 반사전극과 마주보는 방향에 형성된 제 1 컬러필터층을 포함하는 상판과; 상기 하판 하부에 장착된 백라이트와; 상기 하판의 상기 반사전극과 상기 하판 하부에 형성된 상기 백라이트 사이에 위치하는 제 2 컬러필터층을 포함하는 반사투과형 액정 표시장치에 관해 개시하고 있다.

Description

반사투과 액정 표시장치{transflective liquid crystal display device}

도 1은 백라이트에서 나온 빛의 각 층별 투과도를 도식적으로 나타낸 도면.

도 2는 종래 반투과 액정 표시장치의 단면에 따른 동작을 도시한 단면도.

도 3은 종래 반투과 액정 표시장치의 컬러필터의 투과에 따른 동작을 도시한 단면도.

도 4a는 컬러필터를 한 번 통과할 때의 스펙트럼을 도시한 그래프.

도 4b는 컬러필터를 두 번 통과할 때의 스펙트럼을 도시한 그래프.

도 5는 반사형 액정 표시장치의 컬러필터와 컬러필터를 한 번 또는 두 번 투과할 때의 CIE 색좌표를 도시한 도면.

도 6은 본 발명의 실시예에 따른 반투과 액정 표시장치의 단면을 도시한 도면.

도 7은 본 발명의 실시예에 따른 액정 표시장치의 스펙트럼을 분석한 도면.

〈도면의 주요부분에 대한 부호의 설명〉

100 : 하부기판 110 : 반사전극

120 : 투과부 130 : 투명전극

140 : 제 1 컬러필터 150 : 박막 트랜지스터 기판

200 : 상부기판 210 : 투명기판

220 : 제 2 컬러필터 230 : 공통전극

250 : 액정층 300 : 백라이트

본 발명은 액정 표시장치에 관한 것으로서, 더 상세하게는, 반사 및 투과모드가 가능한 반사투과(transflective) 액정표시 장치에 관한 것이다. 특히, 반사모드와 투과 모드시 발생하는 색차를 제거하는 반사투과 액정 표시장치에 관한 것이다.

최근 정보화 사회로 시대가 급진전함에 따라, 대량의 정보를 처리하고 이를 표시하는 디스플레이(display)분야가 발전하고 있다.

근대까지 브라운관(cathode-ray tube ; CRT)이 표시장치의 주류를 이루고 발전을 거듭해 오고 있다.

그러나, 최근 들어 소형화, 경량화, 저 소비전력화 등의 시대상에 부응하기 위해 평판 표시소자(Flat panel display)의 필요성이 대두되었다. 이에 따라 색 재현성이 우수하고 박형인 박막 트랜지스터형 액정 표시소자(Thin film transistor-liquid crystal display ; 이하 TFT-LCD라 한다)가 개발되었다.

TFT-LCD의 동작을 살펴보면, 박막 트랜지스터에 의해 임의의 화소(pixel)가 스위칭 되면, 스위칭된 임의의 화소는 하부광원의 빛투과량을 조절할 수 있게 한다.

상기 스위칭 소자는 반도체층을 비정질 실리콘으로 형성한, 비정질 실리콘 박막 트랜지스터(amorphous silicon thin film transistor ; a-Si:H TFT)가 주류를 이루고 있다. 이는 비정질 실리콘 박막이 저가의 유리기판과 같은 대형 절연기판 상에 저온에서 형성하는 것이 가능하기 때문이다.

일반적으로 사용되는 TFT-LCD는 패널의 하부에 위치한 백라이트라는 광원의 빛에 의해 영상을 표현하는 방식을 써왔다.

그러나, TFT-LCD는 백라이트에 의해 입사된 빛의 3∼8%만 투과하는 매우 비효율적인 광 변조기이다.

두 장의 편광의 투과도는 45%, 하판과 상판의 유리 두 장의 투과도는 94%, TFT어레이 및 화소의 투과도는 약 65%, 컬러필터의 투과도는 27%라고 가정하면 TFT-LCD의 광 투과도는 약 7.4%이다.

도 1은 백라이트에서 나온 빛의 각 층별 투과도를 도식적으로 나타낸 도면이다.

상술한 바와 같이 실제로 TFT-LCD를 통해 보는 빛의 양은 백라이트에서 생성된 광의 약 7%정도이므로, 고 휘도의 TFT-LCD에서는 백라이트의 밝기가 밝아야 하고, 상기 백라이트에 의한 전력 소모가 크다.

따라서, 충분한 백라이트의 전원 공급을 위해서는 전원 공급 장치의 용량을 크게 하여, 무게가 많이 나가는 배터리(battery)를 사용해 왔다. 그러나 이 또한 사용시간에 제한이 있어왔다.

상술한 문제점을 해결하기 위해 최근에 백라이트광을 사용하지 않는 반사형 TFT-LCD가 연구되었다. 이는 자연광을 이용하여 동작하므로, 백라이트가 소모하는 전력량을 대폭 감소하는 효과가 있기 때문에 장시간 휴대상태에서 사용이 가능하고, 개구율 또한 기존의 백라이트형 TFT-LCD 보다 우수하다.

즉, 상기 반사형 TFT-LCD는 기존 투과형 TFT-LCD에서 투명전극으로 형성된 화소부를 불투명의 반사특성이 있는 물질을 사용함으로써, 외부광을 반사시키는 구조로 되어있다.

상술한 바와 같은 반사형 TFT-LCD는 백라이트와 같은 내부적 광원을 사용하지 않고, 자연의 빛 내지는 외부의 인조 광원을 사용하여 구동하기 때문에 장시간 사용이 가능하다. 즉, 반사형 TFT-LCD는 외부의 자연광을 상기 반사 전극에 반사시켜, 반사된 빛을 이용하는 구조로 되어 있다. 따라서, 반사형 TFT-LCD를 구동하기위해 필요한 전력은 액정구동과 구동회로 뿐이다.

그러나, 자연광 또는 인조광원이 항상 존재하는 것은 아니다. 즉, 상기 반사형 TFT-LCD는 자연광이 존재하는 낮이나, 외부 인조광이 존재하는 사무실 및 건물 내부에서는 사용이 가능할지 모르나, 자연광이 존재하지 않는 어두운 환경에서는 상기 반사형 TFT-LCD를 사용할 수 없게 된다.

따라서, 상기의 문제점을 해결하기 위해 최근에는 상기 자연광을 사용하는 반사형 TFT-LCD와 백라이트광을 사용하는 투과형 TFT-LCD의 장점을 이용한 반사투 과(transflective) TFT-LCD가 연구/개발되었다.

상기 반사투과 TFT-LCD는 사용자의 의지에 따라 반사형 내지는 투과형 모드(mode)로의 전환이 자유롭다.

이하, 도 2는 상술한 반사투과 TFT-LCD의 한 화소에 대한 단면을 도시한 단면도로써, 도 2을 참조하여 종래의 반사투과 TFT-LCD에 관해 설명하면 다음과 같다.

하판(50)에는 스위칭 소자(미도시)와 화소전극(54)과 반사전극(52)이 위치하고, 상기 하판(50) 상부에는 컬러필터(61)가 형성된 상판(60)이 위치하고 있다.

그리고, 상기 하판(50)과 상기 상판(60)에 개재된 형태로 액정층(80)이 위치하고 있다. 또한, 상기 하판(50) 하부에는 백라이트(70)가 위치하고 있다.

상기 하판(50) 상부에 형성된 반사전극(52)은 외부광(74)을 반사할 수 있도록 반사율이 우수한 도전물질이 주로 쓰인다.

그리고, 상기 반사전극(52) 내부에는 평면적으로 다수개의 홀(hole : 53)이 존재하며, 단면적으로는 △L의 길이를 갖고 있다.

즉, 상기 홀(53)이 형성된 곳에 화소전극(54)이 위치하여 상기 백라이트(70)로부터 형성된 백라이트광(72)을 투과시키는 역할을 하게 된다.

상기한 내용을 참조하여 반사투과 TFT-LCD의 작동을 상술하면, 반사모드에서는 외부에서 입사된 빛(74)을 상기 반사전극(52)이 상판(60)으로 반사시키는 역할을 하게된다.

또한, 투과모드에서는 상기 백라이트(70)에서 생성된 빛(72)이 상기 반사전 극(52) 내부에 형성된 홀에 위치하는 화소전극(54)을 통해 상판(60)으로 투과되게 되는 것이다.

이 때, 스위칭 소자(미도시)의 작용에 의해 상기 반사전극(52) 내지 화소전극(54)에 신호가 인가되면, 상기 액정층(80)의 상이 변화되게 되고, 이 때 액정층을 투과 내지는 반사된 빛은 상기 상판(60)에 형성된 컬러필터(61)에 의해 착색되어 컬러화면으로 볼 수 있다.

상술한 바와 같이 상기 반사투과 TFT-LCD는 반사모드와 투과모드를 겸비하고 있으므로, 주/야간이나 장소에 구애(拘碍)받지 않고 사용할 수 있는 장점이 있다.

그러나, 종래의 반사투과 TFT-LCD의 구조를 자세히 살펴보면, 도 3에 도시된 바와 같이 반사모드에서는 외부광(74)이 반사전극(52)으로 입사하고, 다시 외부로 방출되기 까지 두 번에 걸쳐 컬러필터(61)를 통과하게 된다. 즉, 외부광이 입사할 때 한번과, 반사전극(52)에 반사되고, 다시 외부로 방출될 때 한번이 그것이다.

그리고, 투과모드에서는 백라이트광(72)이 단 한 번만 컬러필터(61)를 통과하게 된다.

결국, 반사모드와 투과모드에서 사용자가 느끼는 색감은 다르게 된다.

도 4a 내지 도4b는 컬러필터를 한 번 투과할 때와 두 번 투과할 때의 빛의 파장에 대한 스펙트럼을 분석한 도면이다.

도 4a에 도시한 바와 같이 빛이 컬러필터를 한 번 투과할 때의 스펙트럼은 적(R), 녹(G), 청(B)색의 빛이 뚜렷이 구별되지 않음을 알 수 있다. 즉, 청색의 컬러필터를 예를 들어 설명하면, 상기 청색의 컬러필터는 청색 이외의 색은 흡수를 해야하나, 도 4a에 도시된 도면에서는 청색 즉, 470nm 주변의 파장을 갖는 빛의 투과도가 전체적으로 높음을 알 수 있다. 즉, 상기 청색의 컬러필터를 통해 녹색의 빛도 투과됨을 알 수 있다.

도 4b는 컬러필터를 두 번 투과할때의 스펙트럼을 분석한 도면으로 상기 한번의 컬러필터를 투과할 때의 스펙트럼보다 각 색(적, 녹, 청)에 해당하는 빛의 파장 이외의 파장을 잘 걸 러주는 것을 알 수 있다.

상술한 바와 같이 도 4a는 투과모드에 해당할 수 있을 것이고, 도 4b는 반사모드에 해당할 수 있을 것이다.

따라서, 반사모드와 투과모드시 서로 조합될 수 있는 색감이 달라지게 됨으로, 반사모드와 투과모드에서 예를 들어 같은 녹색을 표현한다 할지라도 반사모드에서는 진한 녹색이 표현되고, 투과모드에서는 옅은 녹색이 표현될 수 있을 것이다.

도 5는 컬러필터를 한 번 투과할 때와 두 번 투과할 때의 색좌표를 도시한 도면으로, 도시된 도면에서와 같이 컬러필터를 한 번 투과할 때 조합될 수 있는 색의 수가 두 번 컬러필터를 투과할때의 색의 수 보다 적음을 알 수 있다.

결국, 화소전극에 동일한 전압을 인가할 때, 반사모드와 투과모드에서 조합되어 나타나는 색이 다르게 된다.

상기와 같은 문제는 컬러필터의 특성 때문에 발생하는 현상으로, 일반적으로 반투과 액정 표시장치의 경우에 사용되는 컬러필터는 반사모드를 설계 기준으로 한다. 따라서, 반사모드에서 휘도를 증가시키기 위해 반사모드용 컬러필터는 색의 순도를 약하게 형성하거나, 컬러필터층의 두께를 얇게 형성한다. 따라서, 컬러필터를 한 번 투과하는 투과모드에서는 색의 순도가 떨어지게 되는 것이다.

상술한 문제점을 해결하기 위해 본 발명에서는 투과반사형 액정 표시장치에서 각 모드(투과모드, 반사모드)에서 발생하는 색차를 제거함을 목적으로 한다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위해 본 발명에서는 서로 이격되어 대향하는 투명한 재질의 상판 및 하판과; 상기 상판 및 하판 사이에 개재된 액정층과; 상기 상편과 상기 액정층 사이에 위치한 제 1 컬러필터층과; 상기 하판 하부에 장착된 백라이트와; 상기 하판과 상기 액정층 사이에 위치하고, 투과홀이 형성된 반사전극과; 상기 반사전극과 상기 백라이트 사이에 위치한 제 2 컬러필터층을 포함하는 반사투과 액정 표시장치를 제공한다.

또한, 본 발명에서는 서로 이격되어 대향하는 투명한 상판 및 하판과; 상기 상판 및 하판 사이에 개재된 액정층과; 상기 상판과 상기 액정층 사이에 위치한 제 1 컬러필터층과; 상기 하판 하부에 장착된 백라이트와; 상기 하판과 상기 액정층 사이에 위치하고, 상기 백라이트로부터 발생한 빛을 투과시키는 투과영역과 상기 액정층을 통과한 외부빛을 다시 액정층으로 반사시키는 반사영역을 갖는 반사투과전극과; 상기 반사투과전극과 상기 백라이트 사이에 위치하며, 상기 백라이트 에서 생성된 빛이 통과하는 제 2 컬러필터층을 포함하는 반사투과 액정 표시장치를 제공한다.

이하, 본 발명의 실시예에 따른 구성과 작용을 첨부된 도면을 참조하여 설명한다.

도 6은 본 발명에 따른 반사투과형 액정 표시장치의 한 화소부에 해당하는 단면을 도시한 단면도로써, 그 구성은 다음과 같다.

먼저, 투과모드시에 사용하는 백라이트(300)가 형성되고, 상기 백라이트(300) 위에는 하부기판(100)이 형성된다.

상기 하부기판(100)은 액정 표시장치의 스위칭 소자로 사용되는 박막 트랜지스터(미도시)가 형성된 박막 트랜지스터 기판(150)과 상기 박막 트랜지스터 기판(150) 상부에 제 1 컬러필터(140)가 형성된다.

그리고, 상기 제 1 컬러필터(140) 상에는 투과모드에서 화소의 역할을 하는 화소전극(130)이 형성되고, 상기 투명전극(130) 상에는 반사모드에서 사용되는 반사전극(110)이 위치한다. 상기 반사전극(110)은 상기 백라이트(300)에서 발생된 빛이 투과될 수 있도록 투과부(120)를 포함한다.

그리고, 상기 하부기판(100) 상부에는 상부기판(200)이 형성되어 있으며, 상기 상부기판(200)은 일반적으로 컬러필터가 형성된다. 즉, 본 발명의 실시예에서는 상기 상부기판에 형성된 컬러필터(220)를 제 2 컬러필터라 칭한다.

상기 제 2 컬러필터(220)는 공통전극(230)으로 덮혀있다.

그리고, 상기 하부기판(100)과 상부기판(200) 사이에는 액정층(250)이 위치하고 있다.

상술한 본 발명의 실시예의 가장 큰 특징은 컬러필터가 두 군데 형성된다는 것이다.

즉, 기존의 상부기판에 형성된 컬러필터와 본 발명의 실시예에 따른 박막 트랜지스터기판에 포함된 컬러필터가 그것인데, 그 작용을 설명하면 다음과 같다.

반사모드로 사용시는 외부광(101)이 반사전극(110)으로 입사될 때, 최초 제 2 컬러필터(220)를 투과하게 되고, 다시 상기 반사전극(110)에 반사되어 외부로 방출될 때, 상기 제 2 컬러필터를 투과하게 된다. 따라서, 반사모드에서는 외부광(101)이 상기 상부기판에 형성된 제 2 컬러필터를 두 번 투과하게 된다.

그리고, 투과모드시에는 상기 백라이트(300)에서 발생한 백라이트광(102)이 상기 하부기판에 형성된 제 1 컬러필터(140)를 투과하게 되고, 다시 액정층(250)을 거쳐서 상기 상부기판(200)에 형성된 제 2 컬러필터(220)를 투과해 외부로 방출된다.

즉, 투과모드와 반사모드의 각 모드에서 빛(101, 102)의 경로는 컬러필터를 두 번 통과하게 된다.

따라서, 외부광(101) 및 백라이트광(102)이 본 발명에 따른 반사투과형 액정 표시장치를 통해 외부로 방출되면, 그 스펙트럼은 동일하게 된다(도 7참조).

도 7은 본 발명에 따른 반사투과형 액정 표시장치의 반사모드와 투과모드의 스펙트럼을 도시한 도면이다.

상술한 바와 같이 컬러필터를 상부 및 하부 기판에 2중으로 형성하면 반사전극(110)과 투과부(120)를 지나는 빛이 모두 도 7에 도시된 도면에서와 같은 스펙트럼을 지니게 되므로, 투과모드와 반사모드 사이에서의 색차의 발생을 억제할 수 있다.

또한, 단일 컬러필터를 사용할 경우에는 반사모드와 투과모드의 색차를 최소로 하기위해 새로운 구조의 컬러필터를 설계해야 하는 문제가 있으나, 본 발명의 실시예에 따른 반사투과형 액정 표시장치에서는 기존 반사형 컬러필터를 그대로 반사투과형 액정 표시장치에 적용하는 것이 가능한 장점이 있다.

여기서, 상기 하부기판(100)에 형성된 제 1 컬러필터(140)의 위치는 상기 반사전극(110)과 상기 백라이트(300) 사이에 위치할 수 있다.

상술한 바와 같이 본 발명의 바람직한 실시예를 따라 반사투과 TFT-LCD를 제작할 경우에 컬러필터를 상부 및 하부 기판의 2중으로 형성함으로써, 투과모드와 반사모드 간에 발생할 수 있는 색차를 억제하여 사용자가 느끼는 색감의 차이가 나타나지 않는 장점이 있다.

또한, 종래의 반사형 액정 표시장치에 사용되는 컬러필터를 그대로 사용할 수 있으므로, 별도로 반사투과형 액정 표시장치용 컬러필터를 설계하지 않아도 되는 장점이 있다.

Claims

서로 이격되어 대향하는 투명한 재질의 상판 및 하판과;

상기 상판 및 하판 사이에 개재된 액정층과;

상기 상판과 상기 액정층 사이에 위치한 제 1 컬러필터층과;

상기 하판 하부에 장착된 백라이트와;

상기 하판과 상기 액정층 사이에 위치하고, 투과홀이 형성된 반사전극과;

상기 반사전극과 상기 백라이트 사이에 위치한 제 2 컬러필터층

을 포함하는 반사투과형 액정 표시장치.
청구항 1에 있어서,

상기 반사전극은 불투명 금속인 반사투과 액정 표시장치.
청구항 1에 있어서,

상기 반사전극내에 형성된 상기 투과홀을 가리는 형태인 화소전극을 더욱 포함하는 반사투과 액정 표시장치.
청구항 3에 있어서,

상기 화소전극은 ITO인 반사투과 액정 표시장치.
청구항 3에 있어서,

상기 화소전극은 상기 반사전극에 형성된 투과홀보다 면적이 큰 반사투과 액정 표시장치.
청구항 1에 있어서,

상기 제 2 컬러필터층은 상기 반사전극과 상기 하판 사이에 형성되는 반사투과 액정 표시장치.
청구항 1에 있어서,

상기 액정층과 상기 제 1 컬러필터층 사이에 형성되는 투명한 공통전극을 포함하는 반사투과 액정 표시장치.