KR100641630B1 - 투과반사형 액정표시장치 - Google Patents

투과반사형 액정표시장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 반사투과형 액정표시장치에 관한 것으로, 상세히 설명하면 반사부와 투과부를 포함하는 화소전극과 게이트배선과 데이터배선이 형성된 하부기판에서, 상기 화소전극의 반사부와 상기 게이트배선과 데이터배선을 포함하는 폐구부와 상기 화소전극의 투과부인 개구부로 구성된 하부기판에 마이크로렌즈판을 부착하여 배광장치의 빛이 상기 개구부로 집중될수 있도록 함으로써, 액정표시장치의 휘도를 높이는 효과가 있다.

Description

투과반사형 액정표시장치{Transflective liquid crystal display device}
도 1은 일반적인 투과반사형 액정표시장치를 도시한 분해 사시도이고,
도 2는 일반적인 투과반사형 액정표시장치를 도시한 단면도이고,
도 3은 종래의 투과반사형 액정표시장치를 도시한 단면도이고,
도 4는 본 발명에 따른 액정표시장치의 개략적인 단면을 도시한 단면도이고,
도 5는 마이크로렌즈 어레이기판의 개략적인 평면도이고,
도 6a 내지 도 6b는 화소전극의 개략적인 평면도이고,
도 7a 와 도 7b는 각각 오목한 형상의 반사판과 볼록한 형상의 반사판을 갖는 액정표시장치의 개략적인 단면도이다.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
111 : 공통전극 113 : 상부기판
115 : 반사판 119 : 하부기판
121 : 마이크로레즈 어레이기판 123 : 배광장치
본 발명은 액정표시장치(liquid crystal display device)에 관한 것으로, 상세히 설명하면 반사모드와 투과모드를 선택적으로 사용할 수 있는 투과반사형 액정표시장치(Transflective liquid crystal display device)에 관한 것이다.
일반적으로 반사투과형 액정표시장치는 투과형 액정표시장치와 반사형 액정표시장치의 기능을 동시에 지닌 것으로, 배광장치(backlight)의 빛과 외부의 자연광원을 모두 이용할 수 있음으로 주변환경에 제약을 받지 않고, 전력소비(power consumption)를 줄일 수 있는 장점이 있다.
도 1 은 일반적인 투과반사형 컬러액정표시장치를 도시한 분해사시도이다.
도시한 바와 같이, 일반적인 투과반사형 액정표시장치(11)는 블랙매트릭스(16)를 포함하는 컬러필터(17)와 컬러필터 상에 투명한 공통전극(13)이 형성된 상부기판(15)과, 화소영역(P)과 화소영역 상에 투과부(19a)와 반사부(19b)가 동시에 형성된 화소전극(19)과 스위칭소자(T)를 포함한 어레이배선이 형성된 하부기판(21)으로 구성되며, 상기 상부기판(15)과 하부기판(21) 사이에는 액정(23)이 충진되어 있다.
상기 하부기판(21)은 어레이기판이라고도 하며, 스위칭 소자인 박막트랜지스터(T)가 매트릭스 형태(matrix type)로 위치하고, 이러한 다수의 박막트랜지스터를 교차하여 지나가는 게이트배선(25)과 데이터배선(27)이 형성된다.
이때, 상기 화소(P)영역은 상기 게이트배선(25)과 데이터배선(27)이 교차하여 정의되는 영역이며, 상기 화소(P)영역 상에 형성된 화소전극(19)의 투과부(19a)는 투과홀 이거나 투명전극으로 구성된다.
상기 화소전극(19)의 반사부(19b)는 반사율이 뛰어난 반사판 또는 반사전극으로 형성되고, 상기 반사전극은 반사율이 뛰어난 도전성금속을 사용하여 형성하고, 상기 투과부(19a)를 형성하는 투명전극은 인듐-틴-옥사이드(indium-tin-oxide : ITO)와 같은 빛의 투과율이 비교적 뛰어난 투명도전성 금속을 사용한다.
이때, 상기 반사부(19b)를 반사전극으로 사용할 때는 상기 반사전극이 화소전극으로 사용된다.
이와 같은 구성을 갖는 투과반사형 액정표시장치의 동작특성을 도 2를 참조하여 설명한다. 도 2는 일반적인 투과반사형 액정표시장치를 도시한 단면도이다.
도시한 바와 같이, 개략적인 투과반사형 액정표시장치(57)는 공통전극(33)이 형성된 상부기판(43)과, 반사부(49)와 투과부(51)로 구성된 화소전극이 형성된 하부기판(53)과, 상기 상부기판(43)과 하부기판(53)의 사이에 충진된 액정(56)과, 상기 하부기판(53)의 하부에 위치한 배광장치(41)로 구성된다.
이러한 구성을 갖는 투과반사형 액정표시장치(57)를 반사모드(reflective mode)로 사용할 경우에는 빛의 대부분을 외부의 자연광원 또는 인조광원을 사용하게 된다.
전술한 구성을 참조로 반사모드일 때, 투과반사형 액정표시장치의 동작을 설명한다.
외부의 자연광원 또는 인조광원에서 상기 액정표시장치의 상부기판(43)으로 입사된 빛(B)은 상기 반사부(49)에 반사되어 상기 화소전극 상기 공통전극(33)의 전계에 의해 배열된 액정(56)을 통과하게 되고, 상기 액정(56)의 배열에 따라 액정을 통과하는 빛(B)의 양이 조절되어 이미지(image)를 구현하게 된다.
반대로, 투과모드(transmission mode)로 동작할 경우에는, 광원을 상기 하부기판(53)의 하부에 위치한 배광장치(41)의 빛(A)을 사용하게 된다. 상기 배광장치(41)로부터 출사한 빛은 상기 투명전극(51)을 통해 상기 액정(56)에 입사하게 되며, 상기 투과부의 투명전극(39)과 상기 공통전극(33)의 전계에 의해 배열된 액정(56)에 의해 상기 하부 배광장치(41)로부터 입사한 빛의 양을 조절하여 이미지를 구현하게 된다.
이와 같은 투과반사형 액정표시장치가 가지는 두가지 모드에서 투과모드일 경우 빛의 효율이 상기 반사모드일 경우 보다 상당히 떨어지는 문제가 발생한다.
이에 대해 도 3을 참조하여 자세히 설명하도록 한다.
도 3은 종래의 반사투과형 액정표시장치의 개략적인 단면을 도시한 단면도이다.
도시한 바와 같이, 상부기판(43)의 상부에는 상부 편광판(45)과 상부 위상차판(42)이 부착되어 있고, 상기 하부기판(53)에는 하부 편광판(47)과 위상차판(50)이 차례로 적층되어 있다. 그리고, 상기 상부기판(43)과 하부기판(53) 사이에는 액정(55)이 충진되어 있다.
상기 하부기판에는 도 1의 구성처럼 게이트배선(25)과 데이터배선(27)이 형 성되어 있으며, 상기 게이트배선(25)과 데이터배선(27)이 교차하여 정의된 화소영역(P)에는 반사전극(19b)과 투과전극(19a)으로 구성된 화소전극(19)이 형성된다.
전술한 상부기판(43)과 하부기판(53)이 합착되어 형성되는 액정패널(57)은 상기 하부 배광장치(41)의 빛을 반사하는가 또는 투과하는가에 따라 폐구부와 개구부(51)로 나눌 수 있으며, 상기 폐구부는 상기 화소전극의 반사전극(51)과 상기 게이트배선과 데이터배선 등의 불투명한 금속재질로 형성된 요소들을 포함한다.
상기 개구부(51)는 상기 화소전극의 투명전극 또는 투과홀에 해당하는 부분을 포함한다.
이와 같은 구성을 가지는 상기 투과반사형 액정표시장치(57)의 기능 중 투과모드로 동작될 때, 도시한 바와 같이 상기 하부 배광장치(41)로부터 출사한 빛(D)은 상기 개구부(투명전극)(51)를 통과하여 상기 액정(55)으로 입사하지만, 일부 배광장치의 빛(C)은 상기 폐구부(반사전극)(49)에 의해 반사되어 상기 하부 편광판(47)에 의해 흡수되거나 그렇지 않으면 소량이 반사되어 상기 개구부(51)를 통해 상기 액정(55)으로 출사하게 된다.
전술한 바와 같이, 상기 배광장치(41)로 부터 출사한 빛의 일부는 상기 개구부를 통해 개구부로 입사하고, 일부는 상기 반사판에 의해 반사되어 상기 하부기판(53)에 적층된 편광판에서 거의 모든 빛이 흡수되고, 흡수되지 않고 투과된 빛 또한 일부가 여러 구성셀을 통과하면서 흡수되어 빛의 손실이 상당량 발생하게 된다.
따라서, 액정표시장치의 휘도(brightness)가 현저히 떨어지는 단점이 있다.
따라서, 전술한 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명은 높은 휘도의 투과반사형 액정표시장치를 제안하는 것을 목적으로 한다.
전술한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 투과반사형 액정표시장치는 제 1 기판과; 상기 제 1 기판과 이격되고, 빛을 투과하는 개구영역과, 빛을 투과하지 않는 폐구영역을 가진 다수의 화소전극이 형성되며, 상기 다수의 화소전극의 각각에 상기 폐구영역 내에 다수의 상기 개구영역이 형성되는 제 2 기판과; 상기 제 1 기판과 상기 제 2 기판 사이에 충진된 액정층과; 상기 제 2 기판의 바깥면에 위치한 배광장치와; 상기 배광장치와 상기 제 2 기판 사이에 위치하여, 상기 배광장치로부터 빛을 상기 제 2 기판의 상기 다수의 개구영역으로 집광시키기 위하여 집광수단;을 포함하는 투과반사형 액정표시장치를 포함한다.
상기 집광수단은 투명기판과, 상기 투명기판 상에 형성되며, 상기 다수의 개구영역을 따라서 규칙적으로 배열되는 다수의 마이크로 렌즈를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 폐구영역에는 반사전극이 형성되는 것을 특징으로 한다.
상기 폐구영역에는 반사판이 형성되는 것을 특징으로 한다.
전술한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 투과반사형 액정표시장치는 제 1 기판과; 상기 제 1 기판과 이격되고, 빛을 투과하는 개구영역과, 빛을 투과하지 않으며 볼록 또는 오목한 형태의 반사판으로 구성되는 폐구영역을 가진 다수의 화소전극이 형성되는 제 2 기판과; 상기 제 1 기판과 상기 제 2 기판 사이에 충진된 액정층과; 상기 제 2 기판의 바깥면에 위치한 배광장치와; 상기 배광장치와 상기 제 2 기판 사이에 위치하여, 상기 배광장치로부터 빛을 상기 제 2 기판의 상기 개구영역으로 집광시키기 위하여 집광수단;을 포함한다.
전술한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 액정표시장치는 제 1 기판과; 상기 제 1 기판과 이격된 제 2 기판과; 상기 제 1 기판과 상기 제 2 기판 사이에 충진된 액정층과; 상기 제 2 기판의 바깥면에 위치한 배광장치와; 상기 액정층과 상기 제 1 기판 사이에 위치하여 상기 액정층에 전압을 인가하는 제 1 전극과; 상기 제 2 기판과 상기 액정층 사이에 위치하고, 상기 배광장치의 빛을 투과하는 투과영역과, 빛을 투과하지 않고 볼록 또는 오목한 형태의 반사영역을 가지고, 상기 제 1 전극에 대응하는 제 2 전극과; 상기 배광장치와 상기 제 2 기판 사이에 위치하여, 상기 배광장치로부터의 빛을 상기 제 2 전극의 투과영역으로 집광시키는 다수개의 마이크로 렌즈가 배열된 투명기판;을 포함한다.
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이하 첨부한 도면을 참조하여 본 발명에 따른 실시예를 설명하도록 한다.
도 4는 본 발명에 따른 액정표시장치의 개략적인 단면도로서 도시한 바와 같이, 투명전극(111)이 형성된 상부기판(113)과, 상기 상부기판(113)에 소정간격 이격되고 반사전극(115)인 폐구부(115)와 개구부(117)로 구성된 화소가 형성된 하부기판(119)이 합착되어 있고, 상기 하부기판(119)에는 마이크로렌즈 어레이기판(121)이 위치한다.
상기 화소를 폐구부와 개구부로 구성하는 방법은, 첫째 화소의 전면에 화소전극을 형성하고, 화소전극이 형성된 하부기판에 따로 소정의 투과홀을 갖는 반사판을 더욱 형성하거나, 상기 화소전극을 알루미늄과 같은 반사전극이 뛰어난 불투명금속으로 사용하고, 식각과정을 통해 상기 반사전극에 투과홀을 형성함으로써, 투과반사형 액정표시장치의 개구부와 폐구부를 형성할 수 있다.
이때, 개구부의 형태는 사각형 형상이나 원형형상 등 다양하게 변형될 수 있다.
한편, 상기 마이크로렌즈 어레이기판(121)의 하부에는 배광장치(123)가 위치한다. 상기 마이크로렌즈 어레이기판(121)은 상기 배광장치(123)로부터 출사한 빛을 집광하여 한 곳으로 모아주는 역할을 하게 되며, 특히 상기 개구부(117)로 더욱 많은 양의 빛이 출사하도록 구성할 수 있다.
상기 마이크로렌즈 어레이기판은 소정의 두께를 갖는 투명기판의 표면을 레이저빔을 이용하여 빛이 집광되도록 굴곡진 형태로 형상화하여, 이러한 다수의 미소렌즈들이 일정하게 나열된 형태가 되도록하여 제작될 수 있다.
도 5는 상기 마이크로렌즈 어레이기판의 형상을 대략적으로 표현한 평면도이다. 도시한 바와 같이, 일반적인 마이크로렌즈 어레이기판(121)은 동일한 다수의 렌즈(123)가 일렬로 배열된 형상으로 형성된다.
따라서, 상기 마이크로 렌즈 어레이기판(121)으로 입사된 빛은 마이크로렌즈 어레이기판의 전면에서 골고루 빛이 집광되어 설계된 방향대로 출사하게 된다.
상기 마이크로렌즈 어레이기판(121)상에 형성되는 상기 마이크로렌즈(123)는 필요에 따라 그 정렬형태를 다양하게 설계할 수 있다.
상기 마이크로렌즈 어레이기판(121)은 본 발명에 따른 투과반사형 액정표시장치에서 투과모드를 위한 빛의 집광 수단임으로, 상기 폐구부(도 4의 115)에 대한 개구부(도 4의 117)의 크기와 위치는 액정표시장치의 화소전극을 설계할 때 중요하게 고려할 점이다.
도 6a 내지 도 6b는 폐구부와 개구부로 형성된 화소전극의 개략적인 평면을 도시한 평면도이다.
도 6a에 도시한 바와 같이, 상기 화소전극(115)의 내부에 개구부(117)를 하나 형성할 경우, 상기 마이크로렌즈(도 5의 123)는 상기 배광장치(도 4의 123)의 빛이 가능한 상기 하부기판(도 4의 119) 또는 그 하부의 구성 셀에 의해 반사가 적게 일어나도록 마이크로 렌즈를 이용하여 빛을 모아서 상기 개구부(117)를 통과할 수 있도록 한다.
도 6b에 도시한 바와 같이, 화소전극(211)의 폐구부(211)의 내부에 개구부 (117)을 다수개 형성할 경우, 이때는 상기 마이크로렌즈 어레이 기판의 효과를 더욱 크게 할 수 있다.
즉, 단위화소에 개구부(117)가 한 개만 존재할 경우에는 주변의 다른 화소전극에 형성된 개구부와의 간격이 넓어지기 때문에 마이크로렌즈 어레이기판으로 빛을 모아주는 효과가 줄어드는 단점이 있다.
그러나, 개구부(117)가 다수 형성된다면 마이크로렌즈(도 5의 123)를 보다 규칙적인 모양으로 설계할 수 있고, 상기 규칙적인 배열에 의해 상기 마이크로렌즈기판(도 4의 121)의 전면으로 고르게 집광되어 입사되는 빛을 상기 다수의 개구부(117)를 이용하여 더욱 많은 양의 빛을 투과시킬 수 있음으로, 빛의 효율이 더욱 극대화된다.
도 7은 마이크로렌즈 어레이기판과 폐구부와 개구부로 형성된 화소전극을 정렬한 평면도이다.
도시한 바와 같이, 상기 화소전극(11)의 개구부(117)를 미세하게 더 많이 만들면 마이크로 렌즈(123)를 더 많이 만들 수 있고, 마이크로렌즈기판(121)의 활용 효율을 높여서 더 높은 휘도 향상을 기대할 수 있다.
또한, 상기 개구부(117)는 상기 폐구부(115)의 형상에 따라 다양하게 형성될 수 있다.
액정표시장치는 외부광을 반사시킬 때에 상기 액정표시장치의 거울과 같은 효과로 인해 화면의 계조가 떨어질 수 있다. 이러한 이유로 해서 반사판을 굴곡지게 형성하여, 외부 빛의 반사 시 난 반사를 일으켜 화질을 개선할 수 있기 때문에 이와 같이 구성된 반사판에 형성되는 개구부는 아래와 같은 구조로 형성된다.
도 8a 내지 도 8b는 굴곡진 형태의 반사부와 마이크로렌즈 어레이기판을 포함한 본 발명에 따른 액정표시장치의 단면도이다.
도 8a에 도시한 바와 같이, 상기 굴곡진 형태의 반사판(203)에 개구부(205)를 형성할 경우에는 상기 반사판(203a)의 굴곡진 형태 중 볼록한 부분에 투과홀(205a)을 형성하거나, 도 8b에 도시한 바와 같이, 상기 굴곡진 반사판(203a)의 굴곡진 형태의 오목한 부분에 투과홀(205a)를 형성할 수 있다.
이럴 경우, 상기 마이크로렌즈 어레이기판(207)(207a)에 형성되는 다수의 렌즈를 구성할 때 상기 개구부(205)(205a)의 위치를 고려하여 설계하면 된다.
따라서, 상기 반사판의 개구부(205)(205a)에 따라서 규칙적으로 상기 마이크로렌즈 어레이기판(207)(207a)에 렌즈를 구성하면 투과반사형 액정표시장치의 휘도상승 효과가 있다.
따라서, 본 발명에 따른 투과반사형 액정표시장치는 하부기판의 하부에 빛을 모으는 수단으로 마이크로렌즈 어레이기판을 형성함으로써, 투과반사형 액정표시장 치를 투과모드로 사용할 경우에 더욱 개선된 휘도를 갖는 액정표시장치를 제작할 수 있는 효과가 있다.

Claims (8)

  1. 제 1 기판과;
    상기 제 1 기판과 이격되고, 빛을 투과하는 개구영역과, 빛을 투과하지 않는 폐구영역을 가진 다수의 화소전극이 형성되며, 상기 다수의 화소전극의 각각에 상기 폐구영역 내에 다수의 상기 개구영역이 형성되는 제 2 기판과;
    상기 제 1 기판과 상기 제 2 기판 사이에 충진된 액정층과;
    상기 제 2 기판의 바깥면에 위치한 배광장치와;
    상기 배광장치와 상기 제 2 기판 사이에 위치하여, 상기 배광장치로부터 빛을 상기 제 2 기판의 상기 다수의 개구영역으로 집광시키기 위하여 집광수단;
    을 포함하는 투과반사형 액정표시장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 집광수단은 투명기판과, 상기 투명기판 상에 형성되며, 상기 다수의 개구영역을 따라서 규칙적으로 배열되는 다수의 마이크로 렌즈를 포함하는 투과반사형 액정표시장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 폐구영역에는 반사전극이 형성되는 투과반사형 액정표시장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 폐구영역에는 반사판이 형성되는 투과반사형 액정표시장치.
  5. 제 1 기판과;
    상기 제 1 기판과 이격되고, 빛을 투과하는 개구영역과, 빛을 투과하지 않으며 볼록 또는 오목한 형태의 반사판으로 구성되는 폐구영역을 가진 다수의 화소전극이 형성되는 제 2 기판과;
    상기 제 1 기판과 상기 제 2 기판 사이에 충진된 액정층과;
    상기 제 2 기판의 바깥면에 위치한 배광장치와;
    상기 배광장치와 상기 제 2 기판 사이에 위치하여, 상기 배광장치로부터 빛을 상기 제 2 기판의 상기 개구영역으로 집광시키기 위하여 집광수단;
    을 포함하는 투과반사형 액정표시장치.
  6. 제 1 기판과;
    상기 제 1 기판과 이격된 제 2 기판과;
    상기 제 1 기판과 상기 제 2 기판 사이에 충진된 액정층과;
    상기 제 2 기판의 바깥면에 위치한 배광장치와;
    상기 액정층과 상기 제 1 기판 사이에 위치하여 상기 액정층에 전압을 인가하는 제 1 전극과;
    상기 제 2 기판과 상기 액정층 사이에 위치하고, 상기 배광장치의 빛을 투과하는 투과영역과, 빛을 투과하지 않고 볼록 또는 오목한 형태의 반사영역을 가지고, 상기 제 1 전극에 대응하는 제 2 전극과;
    상기 배광장치와 상기 제 2 기판 사이에 위치하여, 상기 배광장치로부터의 빛을 상기 제 2 전극의 투과영역으로 집광시키는 다수개의 마이크로 렌즈가 배열된 투명기판;
    을 포함하는 투과반사형 액정표시장치.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 제 2 전극의 반사영역은 불투명금속인 투과반사형 액정표시장치.
  8. 제 6 항에 있어서,
    상기 불투명금속은 알루미늄을 사용하는 투과반사형 액정표시장치..
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