KR100702390B1

KR100702390B1 - 반사형 및 반투과형 액정표시장치

Info

Publication number: KR100702390B1
Application number: KR1020000050125A
Authority: KR
Inventors: 백흠일
Original assignee: 엘지.필립스 엘시디 주식회사
Priority date: 2000-08-28
Filing date: 2000-08-28
Publication date: 2007-04-02
Also published as: KR20020017048A

Abstract

가. 청구범위에 기재된 발명이 속한 기술분야 :

반사형 및 반투과형 액정표시장치

나. 발명이 해결하려고 하는 기술적 과제 :

일반적으로, 반사형 및 반투과형 액정표시장치에서는 액정의 위상차값이나 위상차판의 종류와 관계없이 광차단역할을 하는 블랙매트릭스를 화소영역을 제외한 영역에 형성했었다.

그러나, λ/4의 위상차값을 갖는 액정과 위상차판을 HWP로 하는 반사형 및 반투과형 액정표시장치에서는 블랙매트릭스에서 반사된 빛이 외부로 유출되므로 빛샘현상이 발생하여, CR(Contrast Ratio)을 저하시키는 문제점이 있다.

다. 그 발명의 해결방법의 요지 :

상기 문제점을 해결하기 위해, 본 발명의 반사형 및 반투과형 액정표시장치에서는, 게이트 및 데이터 배선과 대응하는 위치의 블랙매트릭스를 제거하여 외부광 유입시, 편광판을 통과하여 선편광된 빛이 HWP와 액정층을 통과하여 λ/4 위상차를 겪게 되고, 게이트 및 데이터 배선에서 반사되어 결과적으로 λ/2 위상차를 겪게 되어 선편광의 방향이 편광판의 편광축과 직교하게 되므로, 빛샘현상을 방지하여, CR 및 개구율의 향상 및 컬러필터층의 공정을 단순화할 수 있는 장점이 있다.

Description

반사형 및 반투과형 액정표시장치{Reflective and Transflective Liquid Crystal Display Device}

도 1은 위상차판을 QWP(Quarter Wave Plate)로 하는 일반적인 반사형 액정표시장치의 단면도.

도 2는 위상차판을 HWP(Half Wave Plate)로 하는 일반적인 반사형 액정표시장치의 단면도.

도 3은 본 발명의 반사형 액정표시장치의 한 화소부에 해당하는 평면도.

도 4는 본 발명의 반투과형 액정표시장치의 한 화소부에 해당하는 평면도.

도 5는 도 3의 절단선 A-A'에 따른 상, 하부기판의 단면을 도시한 단면도.

도 6은 도 4의 절단선 B-B'에 따른 상, 하부기판의 단면을 도시한 단면도.

< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >

100 : 반사형 액정표시장치 110 : 상부기판

114 : 컬러필터층 116 : HWP(Half Wave Plate)

118 : 편광판 120 : 액정층

130 : 하부기판 136 : 데이터 배선

138 : 보호층 140 : 반사전극

본 발명은 액정표시장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 블랙매트릭스를 제거하여 CR(contrast ratio) 및 개구율을 향상시킨 반사형 및 반투과 액정표시장치에 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 박막트랜지스터형 액정표시소자(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 빛 투과량을 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-LCD(이하, 액정표시장치로 약칭하겠음)는 기판의 하부에 위치한 백라이트라는 광원의 빛에 의해 영상을 표현하는 방식을 써왔다.

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

두 장의 편광판의 투과도는 45%, 하판과 상판의 유리 두 장의 투과도는 94%, TFT 어레이 및 화소의 투과도는 약 65%, 컬러필터의 투과도는 27%를 나타내며, 이때 액정표시장치의 광 투과도는 약 7.4%이다.

상술한 바와 같이 실제로 액정표시장치를 통해 보는 빛의 양은 백라이트에서 생성된 광의 약 7%정도이므로, 고휘도의 액정표시장치에서는 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, 이또한 사용시간에 제한이 있어 왔다.

상술한 문제점을 해결하기 위해 최근에 백라이트광을 사용하지 않는 반사형 액정표시장치가 연구되었다. 이는 자연광을 이용하여 동작하므로, 백라이트가 소모하는 전력량을 대폭 감소하는 효과가 있기 때문에, 장시간 휴대상태에서 사용이 가능하다.

즉, 상기 반사형 액정표시장치는 기존의 투과형 액정표시장치에서 투명전극으로 형성된 화소부를 불투명의 반사특성이 있는 물질을 사용함으로써, 외부광을 반사시키는 구조로 되어있다.

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

도 1은 일반적인 반사형 액정표시장치의 단면을 도시한 단면도로서, 특히 위상차판을 QWP(Quarter Wave Plate)으로 하는 반사형 액정표시장치에 대한 것이다.

도시한 바와 같이, 상기 반사형 액정표시장치(50)는 크게 상부기판(10), 하부기판(30)과 상기 상, 하부기판(10,30)사이에 충진되어 있으며 λ/4의 위상차값을 갖는 액정층(20)으로 구성된다.

상기 상부기판(10)의 투명기판(1)의 하부면에는 R,G,B셀(14b ; Red, Green, Blue cell)과 상기 R,G,B셀(14b)간의 색구분과 하부기판(30)의 화면구현영역을 제외한 부분의 광차단 역할을 하는 블랙매트릭스(14a)로 이루어진 컬러필터층(14)이 위치한다.

상기 하부기판(30)의 투명기판(1)상에는 절연막(34), 보호층(38)이 차례대로 적층되어 있고, 상기 절연막(34)과 보호층(38)사이에는 데이터 신호를 인가하는 데이터 배선(36)이 화소영역의 양방향으로 형성되어 있다.

이 보호층(38) 상부에는 하부기판(30)의 전압인가 및 외부광을 액정층(20)에 반사시켜 화면을 구현하는 화소전극인 반사전극(40)이 위치한다.

이 반사전극(40)은 백라이트없이 외부광에 의해서만 화면을 구현하므로, 개구율을 향상시키기 위해, 인접한 데이터배선(36)과 일정간격 오버랩되어 형성된다.

상기 상부기판(10)의 투명기판(1)의 상부면에는 입사된 광에 대해서 λ/4의 위상차값에 의해 선편광을 원편광으로 원편광을 선편광으로 바꾸는 QWP(16)가 위치하고 있고, 상기 QWP(16) 상부면에는 투과축과 일치하는 선편광만을 투과시키는 편광판(18)이 위치하고 있다.

다음은, 전압오프(off)상태에서, 외부광에 의한 각 셀의 빛의 진행상태를 살펴보기로 하겠다.

일단, 외부에서 유입된 빛은 편광판(18)의 편광축과 일치하는 제 1 선편광만이 투과되고, 이 제 1 선편광은 QWP(16)를 통과하면서 제 1 원편광이 되고, 이 제 1 원편광은 액정층(20)에서 제 1 선편광으로 바뀌고, 반사전극(40)에서 반사되어 제 1 선편광 그대로 다시 액정층(20)을 통과하면서 제 1 원편광으로 바뀐다.

이 제 1 원편광은 QWP(16)에서 제 1 선편광이 되고, 이 제 1 선편광은 그대로 편광판(18)의 투과축과 일치하여 외부로 투과되어, NW(Normally White)로 구동하게 된다.

일반적으로, 제 1 선편광을 45˚선편광으로 한다면, 제 2 선편광은 135˚선편광이고, 제 1 원편광이 우원편광이라면, 제 2 원편광은 좌원편광이 된다.

상기 조건에서, 제 1 선편광을 투과하는 편광판(18) 하부면에 위치한 QWP(16)는 이 제 1 선편광을 제 1 원편광으로 바꾸게 된다.

그리고, 반사전극(40)은 반사율이 뛰어난 금속재질로 선편광은 선편광으로, 원편광은 좌, 우 방향을 바꿔서 반사시킨다.

i영역은 원내의 도면을 확대한 것으로, 상기 블랙매트릭스(14a)가 위치한 영역에서 외부광의 차단 유무를 나타내기 위한 것으로, 화살표로 나타낸 빛의 진행상태를 효과적으로 나타내기 위하여 편광판(18), QWP(16), 블랙매트릭스(14a)으로만 각 셀을 일정간격 이격되게 도시하였다.

이 영역에서, 외부광은 편광판(18)의 편광축과 일치하는 제 1 선편광만이 투과되고, QWP(16)에서 이 제 1 선편광은 제 1 원편광으로 바뀌고, 이 제 1 원편광은 블랙매트릭스(14a)에서 제 2 원편광으로 반사되어, QWP(16)를 통과하면서 제 2 선편광으로 바뀌어, 편광판(18)에 그대로 흡수되버린다.

즉, 상기 위상차판을 QWP로 하는 반사형 액정표시장치에서는, 화소영역이외의 영역에서의 빛샘현상을 방지할 수 있다.

도 2는 위상차판을 HWP(Half Wave Plate)으로 하는 일반적인 반사형 액정표시장치의 단면을 도시한 단면도이다.

상기 반사형 액정표시장치는 도 1의 반사형 액정표시장치와 동일한 구조이나, λ/2 위상차에 의해 좌원편광을 우원편광으로 우원편광을 좌원편광으로 바꾸는 HWP를 위상차판으로 한다는 차이점이 있다.

상기 반사형 액정표시장치(60)의 전압오프상태에서 외부광의 유입시, 각 셀의 빛의 진행상태를 살펴보기로 하겠다.

일단, 외부에서 유입된 빛은 편광판(62)의 투과축과 일치하는 제 1 선편광만이 투과되고, 이 제 1 선편광은 HWP(64)에서 제 2 선편광으로 바뀌고, 이 제 2 선편광은 액정층(70)을 통과하면서 제 1 원편광으로 바뀌고, 이 제 1 원편광은 반사전극(72)에서 반사되어 제 2 원편광으로 바뀌어 다시 액정층(70)을 통과하면서 제 1 선편광으로 바뀐다.

이 제 1 선편광은 HWP(64)를 통과하면서 제 2 선편광으로 바뀌어, 편광판(62)에 그대로 흡수되어, 상기 반사형 액정표시장치는 NB(Normally Black)로 구동된다.

ii영역은 도 2에서 원내의 도면을 확대한 것으로, 도 1에서와 같이 화살표로 표시한 빛의 진행상태를 효과적으로 나타내기 위해서 편광판(62), HWP(64), 블랙매트릭스(66)로만 각각 일정간격 이격되게 구성하였다.

이 영역에서는, 외부광은 편광판(62)의 투과축과 일치하는 제 1 선편광만이 투과되고, 이 HWP(64)에서 이 제 1 선편광은 제 2 선편광으로 바뀌고, 이 제 2 선편광은 블랙매트릭스(66)에서 그대로 반사되어, 다시 이 HWP(64)를 통과하면서 제 1 선편광으로 바뀌어, 편광판(62)의 투과축과 일치하여 외부로 투과된다.

ii영역은 블랙매트릭스(66)으로 외부광을 차단하고자 하는 영역인데, 이 블랙매트릭스(66)의 형성으로 오히려 빛샘현상이 발생할 수 있는 것이다.

상기 문제점을 해결하는 방안으로, 저반사율을 가지는 레진(resin)으로 블랙매트릭스를 형성하여 반사율을 떨어뜨리는 방법이 있으나, 상기 반사형 액정표시장치는 투과형 액정표시장치보다 CR(Contrast Ratio)을 결정하는 요인으로 표면반사 율이 중요하게 작용하므로, 미세한 빛샘현상에도 CR은 저하되게 된다.

일반적으로 상기 CR은 액정패널의 정면 중앙에서 백색휘도의 값을 다크휘도의 값으로 나눈 값으로 정의된다. 상기 반사형 또는 반투과형 액정표시장치는 10~20:1의 낮은 CR을 가지게 되어, 적은 표면반사에도 CR이 상당히 저하되는 것이다.

더욱이, NB방식은 NW에 비해 시야각 범위는 넓으나, CR은 좀 저하되는 문제점이 있기 때문에, 이런 빛샘현상은 NB방식에서는 치명적인 결함으로 작용하게 된다.

상기 문제점은 상기 조건의 반사전극을 포함하는 반투과형 액정표시장치에도 똑같이 적용된다.

상기 문제점을 해결하기 위해, 본 발명의 반사형 및 반투과형 액정표시장치에서는, 게이트 및 데이터 배선과 대응하는 위치의 블랙매트릭스를 제거하여 외부광 유입시, 편광판을 통과하여 선편광된 빛이 HWP와 액정층을 통과하여 λ/4 위상차를 겪게 되고, 게이트 및 데이터 배선에서 반사되어 결과적으로 λ/2 위상차를 겪게 되어 선편광의 방향이 편광판의 편광축과 직교하게 되므로, 빛샘현상을 방지하여, CR 및 개구율을 향상시키는 것을 목적으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에서는 서로 대향하며 일정간격 이격되어 있는 상, 하부 기판과; 상기 상부기판의 상부의 편광판과; 상기 편광판과 상부기판사이에 위치하는 λ/2 위상차값을 가지는 HWP(Half Wave Plate)와; 상기 하부기판상에 형성된 박막 트랜지스터와; 상기 하부기판상에 상기 박막 트랜지스터와 연결되고 서로 교차하여 형성된 게이트 배선 및 데이터 배선과; 상기 게이트 및 데이터 배선상에 하부기판전체에 형성된 보호층과; 상기 게이트 배선 및 데이터 배선이 교차하는 화소영역의 상기 보호층상에 형성되어 인접한 데이터 배선과 일정간격 오버랩되는 반사전극과; 상기 상부기판 하부면의 상기 하부기판의 박막트랜지스터와 대응하는 위치에만 형성된 블랙매트릭스를 포함하는 컬러필터층과; 상기 반사전극과 상기 컬러필터층 사이에 충진되고 λ/4의 위상차값을 갖는 액정층을 포함하는 반사형 액정표시장치를 제공한다.

상기 보호층은 BCB(BenzoCycloButene) 또는 아크릴계 수지(Acrylic Resin) 중 어느 하나의 물질로 이루어짐을 특징으로 한다.

본 발명의 또다른 특징에서는, 서로 대향하며 일정간격 이격된 상, 하부 기판과; 상기 하부기판의 하부에 위치한 백라이트와; 상기 상부 기판의 상부에 위치한 상부 편광판과; 상기 하부 기판의 하부에 위치한 하부 편광판과; 상기 상부 편광판과 상기 상부기판의 사이에 위치하는 λ/2 위상차 값을 가지는 HWP(Half Wave Plate)와; 상기 하부기판 상부에 위치한 박막 트랜지스터와; 상기 박막 트랜지스터와 각각 연결되고 서로 교차하는 게이트 및 데이터 배선과; 상기 상부기판의 하부에 위치하고, 상기 하부기판의 박막 트랜지스터에 대응하는 위치에만 블랙매트릭스가 형성된 컬러필터층과; 상기 컬러필터층 하부에 위치한 상부투명전극과; 상기 상부투명전극과 이격되고, 상기 인접한 데이터 배선과 일부 오버랩되고, 투과영역과 상기 투과영역의 둘레에 위치한 반사영역을 가진 반사전극과; 상기 반사전극의 하부에 위치한 하부 투명전극과; 상기 반사전극과 상기 상부 투명전극 사이에 위치하고, 상기 반사전극의 투과영역과 상기 상부투명전극사이에는 λ/2 위상차값을 가지고, 상기 반사전극의 반사영역과 상기 상부투명전극 사이에는 λ/4 위상차 값을 가지는 액정층과; 상기 반사전극의 투과영역에 대응하는 부분을 제외하고, 상기 하부 투명전극하부의 기판전면에 형성된 보호층을 포함하는 반투과형 액정표시장치를 제공한다.

상기 반사전극의 투과영역과 상기 상부 투명전극과의 거리는 상기 반사전극의 반사영역과 상기 상부투명전극과의 거리보다 멀고, 바람직하기로는 2배이며, 상기 반사전극과 하부 투명전극사이에 위치하는 층간 절연막을 포함한다.

이하, 본 발명을 바람직한 실시예를 예시한 도면을 통하여 상세히 설명하도록 하겠다.

도 3은 본 발명의 반사형 액정표시장치의 한 화소부에 해당하는 평면을 도시한 평면도이다.

도시한 바와 같이, 서로 교차하는 게이트 배선, 데이터 배선(134, 136)이 형 성되어 있고, 이 게이트 배선 및 데이터 배선(134,136)과 연결된 부분에 박막 트랜지스터(T)가 형성되어 있다.

그리고, 이 게이트 배선(134)과 데이터 배선(136)이 교차되는 영역으로 정의되는 화소부에는 화소전극 역할을 하는 반사전극(140)이 인접한 데이터 배선(136) 및 게이트 배선(134)과 일정간격 오버랩되어 형성되어 있다.

이 반사전극(140)은 금속재질로 이루어지며, 특히 반사율이 뛰어난 알루미늄계열의 금속재질로 하는 것이 바람직하다.

이 박막 트랜지스터(T)가 위치하는 빗금친 영역(B)은 미도시한 상부기판의 블랙매트릭스에 의해 이 박막 트랜지스터(T)로의 광유입이 차단이 되는 영역을 뜻한다.

종래에는 화소영역을 제외한 영역의 광차단을 막기위하여 박막 트랜지스터뿐만 아니라 게이트 및 데이터 배선과 대응하는 위치상에도 블랙매트릭스를 형성하였으나, 본 발명에서는 박막 트랜지스터(T)와 대응하는 위치에만 블랙매트릭스(B)를 형성함을 특징으로 한다.

이 박막 트랜지스터(T)는 빛에 의해 광누설 전류를 유발하여 전압 오프상태에서도 화소전극상으로 전류가 흘러 화면상의 플리커현상을 발생시켜, 화질불량을 일으킬 수 있으므로 이 박막트랜지스터(T)와 대응하는 위치에는 블랙매트리스(B)를 형성해야 한다.

즉, 본 발명의 반사형 액정표시장치에서는 게이트 및 데이터 배선(134,136)과 대응하는 위치의 블랙매트릭스의 제거로 CR 향상효과를 얻을 수 있을 뿐 아니 라, 이 게이트 및 데이터 배선(134,135)과 오버랩되는 반사전극(140)영역을 화면구현영역으로 모두 활용할 수 있기때문에 개구율이 향상되는 효과가 있다.

도 4는 본 발명의 한 화소부에 해당하는 반투과형 액정표시장치의 평면도이다.

도시한 바와 같이, 본 발명의 반투과형 액정표시장치는 서로 교차하는 게이트 배선, 데이터 배선(236,238)이 형성되어 있고, 이 게이트 배선(236) 및 데이터 배선(238)과 연결된 위치상에 박막 트랜지스터(T)를 이루고, 이 게이트 배선(236) 및 데이터 배선(238)이 교차하여 정의되는 영역인 화소부에는 투명전극(242)의 일부가 노출된 투과홀(246)을 포함하는 반사전극(248)이 인접한 게이트 배선(236) 및 데이터 배선(238)과 오버랩되어 형성되어 있다.

이 박막 트랜지스터(T)의 위치상의 빗금친 영역은 미도시한 상부기판의 블랙매트릭스에 의해 상기 박막 트랜지스터(T)로의 빛유입이 차단되는 영역이다.

즉, 본 발명의 반투과형 액정표시장치는 게이트 및 데이터 배선과 대응하는 위치의 블랙매트릭스를 생략하여, 상기 게이트 및 데이터 배선과 오버랩된 반사전극부분을 화면표시영역으로 전부 이용할 수 있어 개구율 향상을 꾀할 수 있다.

상기와 같은 구조로 블랙매트릭스를 형성하는 이유는 도 6을 통해서 상세히 설명하도록 하겠다.

도 5는 도 3의 절단선 A-A'에 해당하는 반사형 액정표시장치의 상, 하부 기판의 단면을 도시한 단면도이다.

도시한 바와 같이, 본 발명의 반사형 액정표시장치는 크게 상부기판(110)과 하부기판(130) 그리고, 이 상, 하부기판(110,130)에 사이에 충진되어 전계에 따라 일정하게 배향되어 빛의 굴절률을 조절하는 액정층(120)으로 구성된다.

이 액정층(120)은 λ/4의 위상차값을 갖는다.

상기 하부기판(130)의 투명기판(1)상에는 절연막(132)과 보호층(138)이 차례대로 적층되어 있고, 이 절연막(132)과 보호층(138)의 사이에는 데이터 신호를 인가하는 역할을 하는 데이터 배선(136)이 화소영역의 양방향으로 형성되어 있고, 이 보호층(138)의 상부면에는 화소영역상에서 화소전극역할을 하는 반사전극(140)이 상기 데이터 배선(136)과 일정간격 오버랩되어 형성되어 있다.

이때, 이 보호층(138)은 하부기판(130)의 투명기판(1)전면에 형성됨을 특징으로 하며, 이 반사전극(140)과 데이터 배선(136)간의 전기적 간섭을 방지하기 위하여, 저유전율(ε≒3) 절연체물질로써, BCB(Benzocyclobutene)나 아크릴계 수지(Acrylic Resin)를 이용하여 약 1.5㎛정도로 두껍게 형성하는 것이 바람직하다.

상기 상부기판(110)의 투명기판(1)의 상부면에는 λ/2 위상차값에 의해 우원편광을 좌원편광으로 좌원편광을 우원편광으로 바꾸는 HWP(116)가 형성되어 있고, 이 HWP(116) 상부면에는 투과축에 일치하는 선편광만을 투과시키는 편광판(118)이 형성되어 있다.

또한, 이 상부기판(110)의 투명기판(1)의 하부면에는 R,G,B셀로 구성된 컬러필터층(114)이 위치하고 있고, 이 컬러필터층(114)의 하부면에는 상부기판(110)에 전계를 인가하는 투명전극(115)이 위치하고 있다.

이때,이 컬러필터층(114)의 블랙매트릭스는 도 3에서 상술한 박막 트랜지스터(도 3의 T)와 대응하는 위치에만 형성되고, 이 데이터 배선(136) 및 게이트 배선(도 3의 134)과 대응하는 위치에는 형성되지 않는다.

그러나, 설명의 편의상 이 컬러필터층(114)의 생략된 블랙매트릭스(113)를 점선으로 표시하였다.

I영역은 화소영역 이외의 영역으로, 이 영역상에서 외부광의 차단유무를 각 셀의 빛의 진행상태를 통해 살펴보기로 하겠다.

일단, 외부에서 유입된 빛은 편광판(118)의 투과축과 일치하는 제 1 선편광만이 투과되고, 이 제 1 선편광은 HWP(116)를 통해 제 2 선편광으로 바뀌고, 이 제 2 선편광은 액정층(120)을 통과하면서, 제 1 원편광으로 바뀌고, 이 제 1 원편광은 데이터 배선(136)에서 반사되면서 제 2 원편광으로 바뀌고, 이 제 2 원편광은 다시 액정층(120)을 통과하면서 제 1 선편광으로 바뀌고, 이 제 1 선편광은 이 HWP(116)에서 제 2 선편광으로 바뀌어 편광판(118)에 그대로 흡수되어, 상기 I영역으로 유입된 빛은 화살표로 나타낸 것처럼 차단됨을 알 수 있다.

즉, 이 λ/2의 위상차값을 가지는 HWP(116)와 λ/4의 위상차값을 가지는 액정층(120)은 λ/4의 위상차를 가지게 되어, 데이터 배선(140)에서 반사된 빛은 이 HWP(116)와 액정층(120)을 두번 통과하게 되므로, 선편광은 λ/2의 위상차에 의해, 상기 편광판(118)의 투과축과 직교하게 되므로 그대로 편광판(118)에 흡수되어 버리는 것이다.

이때, 액정층(120)의 위상차값을 결정하는 요인으로는 액정층(120)의 두께 즉, 셀갭을 들 수 있는데 상기 반사전극상의 셀갭과 I영역의 셀갭의 차를 주는 반사전극(140)의 두께는 약 1,000~2,000Å정도로 셀갭의 마진값과 비슷한 수치이므로, 액정층의 위상차값에 거의 영향을 끼치지 않는다고 할 수 있다.

즉, 상기 본 발명의 반사형 액정표시장치는 전압 오프상태에서 NB(Normally Black)을 나타내게 되는데, 액정표시장치의 화질에 있어서는 NB에서 고순도의 흑백상태를 유지하는 것이 가장 중요하므로, 상기 반사형 액정표시장치의 NB모드에서 상기 "I"영역상에서도 빛이 차단되게 하므로써 CR을 향상시킬 수 있는 것이다.

상기 I영역상에서 블랙매트릭스(113)를 제거하게 되면 화면의 CR도 향상되고, 또한 종래에는 블랙매트릭스의 제조공정상 합착마진 등의 이유로 일정폭이하로 줄일 수 없기 때문에 상기 반사전극과 데이터 배선이 오버랩되는 부분이 모두 화면구현영역으로 활용될 수 없었으나, 상기 블랙매트릭스(113)의 제거로 상기 데이터 배선(136)과 오버랩되는 부분이 모두 화면구현영역이 되므로 이 반사전극(140)의 영역의 설계마진을 자유롭게 할 수 있으므로, 고개구율을 꾀할 수 있는 것이다.

또한, 상기 게이트 및 데이터 배선과 대응하는 위치의 블랙매트리스의 형성을 생략하므로써, 컬러필터층의 제조공정을 전보다 단순화시킬 수 있는 효과도 얻을 수 있다.

도 6은 도 4의 절단선 B-B'에 따른 상, 하부기판의 단면을 도시한 단면도이다.

도시한 바와 같이, 본 발명의 반투과형 액정표시장치는 크게 상부기판(210), 하부기판(230)과 이 상, 하부기판(210,230)사이에 충진된 액정층(222)과 이 하부기판(230)의 하부에 위치한 백라이트(250)로 구성된다.

상기 하부기판(230)상에는 절연막(234)이 형성되어 있고, 상기 절연막(234) 상에는 화소영역과 인접한 양 방향으로 데이터 배선(238)이 형성되어 있고, 이 데이터 배선(238)상에는 보호층(240)이 형성되어 있고, 상기 보호층(240)상에 투과모드에서 전계를 인가하는 하부 투명전극(242)이 형성되어 있고, 이 하부 투명전극(242)상에는 층간절연막(244)이 형성되어 있고, 이 층간절연막(244)상에는 반사부(R)과 투과부(T)를 포함하는 반사전극(248)이 형성되어 있다.

이 투과부(T)에는 하부 투명전극(242)의 일부가 노출된 투과홀(246)이 위치하고 있다.

이 반사전극(248)은 하부 투명전극(242)과 전기적으로 연결되어 있을 수도 있고, 단순히 외부광만을 반사시키는 반사판으로만 이용할 수도 있다.

이때, 이 반사부(R)와 투과부(T)의 광효율을 같게 하기 위하여, 투과부(T)의 셀갭을 반사부(R)의 셀갭의 약 2배로 구성함에 있어서, 이 반사부(R)와 투과부(T)의 셀갭의 차는 반사부(R)에만 단차특성이 우수한 BCB 또는 아크릴계 수지 등으로 두껍게 형성한 보호층(240)에 의해서이며, 이 보호층(240)은 투과부(T)를 제외한 하부기판(230)의 투명기판(1)전면에 형성된다.

즉, 본 발명에서는 이 반사부(R)와 대응하는 위치의 액정의 위상차값은 λ/4이므로, 투과부(T)와 대응하는 위치의 액정의 위상차값은 셀갭이 2배가 되므로 위상차값도 λ/2를 가진다.

상기 하부기판(230)의 하부면에는 투과축과 일치하는 선편광만을 투과시키는 하부 편광판(246)이 형성되어 있다.

상부기판(210)의 투명기판(1)의 상부면에는 우원편광을 좌원편광으로 좌원편광을 우원편광으로 바꾸는 HWP(218)와 투과축과 일치하는 선편광만을 투과시키는 상부 편광판(220)이 차례대로 적층되어 있다.

상기 상부기판(210)의 투명기판(1)의 하부면에는 컬러필터층(214)이 형성되어 있고, 상기 컬러필터층(214)의 하부면에는 상부기판(210)에 전계를 인가하는 상부 투명전극(216)이 형성되어 있다.

상기 컬러필터층(214)에는 상기 데이터 배선(238) 및 게이트 배선(도 4의 236)과 대응하는 위치상에는 블랙매트리스(243)의 형성을 생략하고, 도 4에서 도시한 바와 같이 박막 트랜지스터(도 4의 T)와 대응하는 위치에만 형성하도록 한다.

이때, II영역은 화소영역 이외의 데이터 배선(230)이 형성된 영역으로, 이 영역은 도 5의 I영역과 각 셀의 구성이 동일하므로 상술한 바와 같이 화살표로 나타낸 외부광을 차단할 수 있다.

그리고, 이 반투과형 액정표시장치(200)는 반사부(R)와 투과부(T)가 존재하는 구조로 구성되어야, 이 데이터 배선(238)과 대응하는 위치의 블랙매트릭스(243)를 제거해도 II영역에서 뿐만 아니라 데이터 배선(238)과 화소영역 사이 구간에서 빛의 차단을 막을 수 있다.

그리고, II영역상의 셀갭과 반사부(R)의 셀갭의 차를 주는 층간절연막(244) 및 반사전극(248)는 액정층(222)의 위상차값에 변화를 주지 않을 정도로 얇게 형성 되므로, 비교적 두껍게 형성되는 상기 보호층(240)을 투과부(T)를 제외한 기판전면에 균일하게 형성하는 것이 중요하다.

즉, 본 발명의 반투과형 액정표시장치(200)에서는 위상차판을 HWP(218)로 함으로써, 종래의 상, 하부기판에 각각 형성하던 QWP를 한장으로 줄이면서도 광효율을 그대로 유지할 수 있는 장점이 있고, 이 HWP(218)에 반사부(R)와 대응하는 액정층의 위상차값을 λ/4로 하는 조건에서 블랙매트릭스(243)를 제거하여도 화소영역 이외의 영역에서 광차단을 할 수 있으므로 반사부(R)의 개구율 및 CR을 향상시킬 수 있다.

또한, 이 블랙매트릭스(243)의 영역을 줄이게 됨에 따라 컬러필터의 제조공정이 단순화된다.

상술한 바와 같이, 본 발명의 반사형 및 반투과형 액정표시장치에서는 박막 트랜지스터와 대응하는 위치에만 블랙매트릭스를 형성해도 광차단이 이루어지므로, 게이트 배선 및 데이터 배선과 일부간격 오버랩되는 반사전극의 영역을 화면구현영역으로 이용할 수 있어 개구율 및 CR의 향상시킬 수 있다.

Claims

서로 대향하는 상부기판 및 하부기판과;

상기 상부기판의 상부의 편광판과;

상기 편광판과 상부기판사이에 위치하는 λ/2 위상차을 가지는 HWP(Half Wave Plate)와;

상기 하부기판 상에 형성된 박막 트랜지스터와;

상기 하부기판 상에 상기 박막 트랜지스터와 연결되고 서로 교차하여 형성된 게이트 배선 및 데이터 배선과;

상기 게이트 및 상기 데이터 배선을 포함한 상기 하부기판 상의 보호층과;

상기 게이트 배선 및 상기 데이터 배선이 교차하는 화소영역의 상기 보호층상에 형성되어 인접한 상기 데이터 배선과 오버랩되는 반사전극과;

상기 상부기판 하부면의 상기 박막트랜지스터와 대응하는 위치에만 형성된 블랙매트릭스를 포함하는 컬러필터층과;

상기 반사전극과 상기 컬러필터층 사이에 충진되고 λ/4의 위상차값을 갖는 액정층;

을 포함하는 반사형 액정표시장치.
제 1 항에 있어서,

상기 보호층은 BCB(BenzoCycloButene) 또는 아크릴계 수지(Acrylic Resin) 중 어느 하나의 물질로 이루어진 반사형 액정표시장치.
서로 대향하는 상부기판 및 하부 기판과;

상기 하부기판의 하부에 위치한 백라이트와;

상기 상부 기판의 상부에 위치한 상부 편광판과;

상기 하부 기판의 하부에 위치한 하부 편광판과;

상기 상부 편광판과 상기 상부기판의 사이에 위치하는 λ/2 위상차을 가지는 HWP(Half Wave Plate)와;

상기 하부기판 상부에 위치한 박막 트랜지스터와;

상기 박막 트랜지스터와 각각 연결되고 서로 교차하는 게이트 배선 및 데이터 배선과;

상기 상부기판의 하부에 위치하고, 상기 박막 트랜지스터에 대응하는 위치에만 블랙매트릭스가 형성된 컬러필터층과;

상기 컬러필터층 하부에 위치한 상부투명전극과;

상기 상부투명전극과 이격되고, 인접한 상기 데이터 배선과 오버랩되고, 투과영역과 반사영역을 가진 반사전극과;

상기 반사전극과 연접하는 하부 투명전극과;

상기 반사전극과 상기 상부 투명전극 사이에 위치하고, 상기 투과영역의 셀갭이 상기 반사영역의 셀갭보다 크게 구성하여, 상기 반사전극의 상기 투과영역과 상기 상부투명전극사이에는 λ/2 위상차값을 가지고, 상기 반사전극의 상기 반사영역과 상기 상부투명전극 사이에는 λ/4 위상차을 가지는 액정층과;

상기 반사전극의 상기 투과영역에 대응하는 부분을 제외하고, 상기 하부 투명전극하부의 상기 기판 전면에 형성된 보호층;

을 포함하는 반투과형 액정표시장치.
제 3 항에 있어서,

상기 반사전극의 상기 투과영역과 상기 상부 투명전극과의 거리는 상기 반사전극의 상기 반사영역과 상기 상부투명전극과의 거리보다 긴 것을 특징으로 하는 반투과형 액정표시장치.
제 3 항에 있어서,

상기 반사전극과 상기 하부 투명전극사이에 위치하는 층간 절연막을 포함하는 반투과형 액정표시장치.
제 3 항에 있어서,

상기 보호층은 BCB(BenzoCycloButene) 또는 아크릴계 수지(Acrylic Resin) 중 어느 하나의 물질로 이루어진 반투과형 액정표시장치.