KR100859516B1 - 액정 표시 장치 - Google Patents

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Abstract

박막 트랜지스터 기판, 박막 트랜지스터 기판과 안쪽 면끼리 마주보고 있는 색 필터 기판, 박막 트랜지스터 기판과 색 필터 기판 사이에 주입되어 있는 액정층, 박막 트랜지스터 기판의 바깥쪽 면에 부착되어 있는 하부 보상 필름, 색 필터 기판의 바깥쪽 면에 부착되어 있는 상부 보상 필름, 제2 하부 보상 필름의 바깥쪽 면에 위치하는 하부 편광판, 제2 상부 보상 필름의 바깥쪽 면에 위치하는 상부 편광판 및 하부 편광판의 아래에 위치하는 백라이트 유닛을 포함한다. 액정층의 액정 분자들은 박막 트랜지스터 기판으로부터 색 필터 기판으로 향하여 일정한 비틀림을 가지도록 배향되어 있다(TN mode: twisted nematic mode). 이 때, 액정의 비틀림 각은 0°에서 50°사이의 값을 가지며,
Figure 112002014195747-pat00001
는 0.15~0.35 사이의 값을 가진다. 액정층은 밀봉재에 의하여 박막 트랜지스터 기판과 색 필터 기판 사이에 가두어져 있다.
액정표시장치, 박막트랜지스터, 비틀림각, 반투과모드

Description

액정 표시 장치{LIQUID CRYSTAL DISPLAY}
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 액정 표시 장치의 단면도이고,
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 액정 표시 장치용 박막 트랜지스터 기판의 배치도이고,
도 3은 도 2의 III-III'선에 대한 단면도이고,
도 4a 및 도 4b는 제1 실시예에 따른 TN 모드에서 액정의 비틀림 각 및
Figure 112002014195747-pat00002
에 따른 V-R 곡선과 V-T 곡선이고,
도 5는 본 발명의 제2 실시예에 따른 액정 표시 장치의 단면도이고,
도 6a 및 6b는 제2 실시예에 따른 VA 모드에서 액정의 비틀림 각 및
Figure 112002014195747-pat00003
에 따른 V-R 곡선과 V-T 곡선이고,
도 7은 VA 모드와 ECB 모드의 인가 전압에 따른 투과율 곡선과 반사율 곡선을 함께 도시한 그래프이고,
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 액정 표시 장치의 블록도이다.
본 발명은 액정 표시 장치에 관한 것으로서, 특히 외부 광을 이용하는 반사 형과 백라이트 광을 이용하는 투과형을 혼합한 반투과형 액정 표시 장치에 관한 것이다.
액정 표시 장치는 일반적으로 대향 전극과 컬러 필터(color filter) 등이 형성되어 있는 상부 기판과 박막 트랜지스터와 화소 전극 등이 형성되어 있는 하부 기판 사이에 액정 물질을 주입해 놓고 화소 전극과 대향 전극에 서로 다른 전위를 인가함으로써 전계를 형성하여 액정 분자들의 배열을 변경시키고, 이를 통해 빛의 투과율을 조절함으로써 화상을 표현하는 장치이다.
액정 표시 장치는 그 광원으로 별도의 백라이트를 사용하느냐 아니면 외부 광을 반사시켜 이용하느냐에 따라 투과형 액정 표시 장치와 반사형 액정 표시 장치로 나뉜다. 근래 들어서는 필요에 따라 반사형 또는 투과형으로 전환하여 사용할 수 있는 반투과형 액정 표시 장치가 개발되고 있다. 그런데 반투과형 액정 표시 장치에 있어서, 반사형으로 사용할 때와 투과형으로 사용할 때 전기 광학적 특성이 서로 달라 어느 한쪽이 우수한 특성을 나타내면 다른 한쪽은 특성이 현저히 떨어지는 문제가 있다. 즉, 투과형 모드에서 최적의 투과율과 대비비를 보이도록 셀갭과 비틀림 각 등을 조절하면 반사형 모드에서는 반사율과 대비비가 현저히 떨어져 표시 장치로서의 기능을 발휘할 수 없는 문제가 발생한다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 반사형 모드와 투과형 모드 모두에서 우수한 특성을 나타내는 반투과형 액정 표시 장치를 제공하는 것이다.
이러한 과제를 해결하기 위하여 본 발명에서는 제1 절연 기판, 상기 제1 절연 기판 위에 형성되어 있는 제1 배선, 상기 제1 절연 기판 위에 형성되어 있으며 상기 제1 배선과 절연되어 교차하고 있는 제2 배선, 상기 제1 배선과 상기 제2 배선이 교차하여 정의하는 화소 영역마다 형성되어 있는 투명 전극, 상기 제1 배선과 상기 제2 배선이 교차하여 정의하는 화소 영역마다 형성되어 있으며 투과창을 가지는 반사 전극, 상기 제1 배선, 상기 제2 배선, 상기 투명 전극 및 상기 반사 전극과 연결되어 있는 제1 박막 트랜지스터, 상기 제1 절연 기판과 대향하고 있는 제2 절연 기판, 상기 제2 절연 기판 위에 형성되어 있는 기준 전극, 상기 제1 절연 기판과 상기 제2 절연 기판 사이에 주입되어 있는 액정층을 포함하고, 상기 액정층의 액정은 상기 제1 기판으로부터 상기 제2 기판으로 향하여 가면서 소정의 각도로 비틀림 배향되어 있고, 상기 소정의 각도는 0°에서 50°사이인 액정 표시 장치를 마련한다.
또는, 제1 절연 기판, 상기 제1 절연 기판 위에 형성되어 있는 제1 배선, 상기 제1 절연 기판 위에 형성되어 있으며 상기 제1 배선과 절연되어 교차하고 있는 제2 배선, 상기 제1 배선과 상기 제2 배선이 교차하여 정의하는 화소 영역마다 형성되어 있는 투명 전극, 상기 제1 배선과 상기 제2 배선이 교차하여 정의하는 화소 영역마다 형성되어 있으며 투과창을 가지는 반사 전극, 상기 제1 배선, 상기 제2 배선, 상기 투명 전극 및 상기 반사 전극과 연결되어 있는 제1 박막 트랜지스터, 상기 제1 절연 기판과 대향하고 있는 제2 절연 기판, 상기 제2 절연 기판 위에 형성되어 있는 기준 전극, 상기 제1 절연 기판과 상기 제2 절연 기판 사이에 주입되 어 있는 액정층을 포함하고, 상기 액정층의 액정은 그 장축이 상기 제1 기판 및 상기 제2 기판에 대하여 수직으로 배향되어 있고, 상기 액정층에는 카이럴 도펀트를 소정량 첨가되어 있어 셀갭/피치(d/p)가 0 에서 0.15 사이가 되는 액정 표시 장치를 마련한다.
이 때, 상기 액정층의
Figure 112002014195747-pat00004
는 0.15에서 0.35 사이일 수 있고, 상기 제1 기판과 상기 제2 기판 외측에 각각 배치되어 있는 제1 및 제2 λ/4 위상차 필름을 더 포함하거나 λ/2 위상차 필름을 더 포함할 수 있다. 또, 상기 제1 및 제2 λ/4 위상차 필름은 역분산 위상차 필름일 수 있다.
또, 상기 제1 기판 외측에 배치되어 있는 백라이트, 외부의 화상 신호와 제어 신호를 받아 계조 전압을 생성하며, 반사 모드와 투과 모드에 있어서 서로 다른 계조 전압을 생성하는 계조 전압 생성부, 상기 백라이트를 점멸하고 동시에 상기 계조 전압 생성부를 반사 모드와 투과 모드 사이에서 절환하는 스위치를 더 포함할 수 있고, 상기 계조 전압 발생부는 반사 모드와 투과 모드에서 서로 다른 기준 감마 저항을 사용할 수 있다. 또, 상기 계조 전압 발생부는 투과 모드의 계조 데이터를 비트 수를 낮추는 변환을 통하여 반사 모드의 계조 데이터로 사용하고 FRC를 적용할 수 있다.
첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.
도면에서 여러 층 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 나타내었다. 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 동일한 도면 부호를 붙였다. 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "위에" 있다고 할 때, 이는 다른 부분 "바로 위에" 있는 경우뿐 아니라 그 중간에 또다른 부분이 있는 경우도 포함한다. 반대로 어떤 부분이 다른 부분 "바로 위에" 있다고 할 때에는 중간에 다른 부분이 없는 것을 뜻한다.
그러면 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 따른 반투과형 액정 표시 장치에 대하여 설명한다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 액정 표시 장치의 단면도이다.
제1 실시예에 따른 액정 표시 장치는 박막 트랜지스터 기판(100), 박막 트랜지스터 기판(100)과 안쪽 면끼리 마주보고 있는 색 필터 기판(200), 박막 트랜지스터 기판(100)과 색 필터 기판(200) 사이에 주입되어 있는 액정층(3), 박막 트랜지스터 기판(100)의 바깥쪽 면에 부착되어 있는 하부 보상 필름(13, 14), 색 필터 기판(200)의 바깥쪽 면에 부착되어 있는 상부 보상 필름(23, 24), 제2 하부 보상 필름(14)의 바깥쪽 면에 위치하는 하부 편광판(11), 제2 상부 보상 필름(24)의 바깥쪽 면에 위치하는 상부 편광판(21) 및 하부 편광판(11)의 아래에 위치하는 백라이트 유닛(350)을 포함한다.
액정층(3)의 액정 분자들은 박막 트랜지스터 기판(100)으로부터 색 필터 기판(200)으로 향하여 일정한 비틀림을 가지도록 배향되어 있다(TN mode: twisted nematic mode). 이 때, 액정의 비틀림 각은 0°에서 50°사이의 값을 가지며,
Figure 112002014195747-pat00005
는 0.15~0.35 사이의 값을 가진다. 액정층(3)은 밀봉재(310)에 의하여 박막 트랜지스터 기판(100)과 색 필터 기판(200) 사이에 가두어져 있다.
상부와 하부의 편광판(21, 11)은 편광축이 서로 직교하도록 배치되어 있고, 보상 필름(13, 14, 23, 24)은 λ/4 또는 λ/2 역분산 위상차 필름이나 λ/4 또는 λ/2 정분산 위상차 필름을 사용할 수 있다. 이 때, λ/2 필름은 생략하고 상하에 λ/4 필름만 한 장씩 부착할 수도 있다. 예를 들어, 역분산 λ/4 필름만 사용하는 경우에는 그 느린축(slow axis)을 편광축에 대하여 45°를 이루도록 배치하고, 편광판 지지체인 TAC 필름의 느린축(slow axis)은 편광판의 편광축에 대하여 90°를 이루도록 배치한다.
박막 트랜지스터 기판의 각 화소에는 투명 전극과 반사 전극이 모두 형성되어 있고, 반사 전극에는 투과창이 형성되어 있어서 반사 모드와 투과 모드 양쪽으로 사용이 가능하며 반사 모드로 사용할 때는 백라이트를 끄고 투과 모드로 사용할 때만 백라이트를 켠다. 백라이트의 점멸과 함께 데이터 구동 회로와 게이트 구동 회로도 절환하여 반사 모드와 투과 모드에 있어서 계조 전압을 달리하여 인가한다. 이처럼 두 모드에 있어서 계조 전압을 달리하기 위하여는 기준 감마 저항을 2원화하여 사용하거나 디지털 데이터 변환 방법을 사용한다. 디지털 데이터 변환 방법으로는 투과 모드의 경우에는 출력 데이터와 동일한 비트(bit) 수로 사용하고, 반사 모드의 경우에는 출력 데이터를 변환하여 비트 수를 낮추고(예를 들어 2비트 낮춘다.) FRC(Frame Rate Control)를 적용하는 방법이 있다.
그러면 이러한 액정 표시 장치의 박막 트랜지스터 기판에 대하여 좀 더 상세 히 살펴본다.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 액정 표시 장치용 박막 트랜지스터 기판의 배치도이고, 도 3은 도 2의 III-III'선에 대한 단면도이다.
절연 기판(110) 위에 저저항을 가지는 은 또는 은 합금 또는 알루미늄 또는 알루미늄 합금으로 이루어진 단일막 또는 이를 포함하는 다층막으로 이루어져 있는 게이트 배선이 형성되어 있다. 게이트 배선은 가로 방향으로 뻗어 있는 게이트선(121), 게이트선(121)의 끝에 연결되어 있어 외부로부터의 게이트 신호를 인가받아 게이트선으로 전달하는 게이트 패드(125) 및 게이트선(121)에 연결되어 있는 박막 트랜지스터의 게이트 전극(123)을 포함한다. 여기서, 게이트 배선이 다층막인 경우에는 다른 물질과 접촉 특성이 우수한 패드용 물질을 포함하는 것이 바람직하다.
기판(110) 위에는 질화 규소(SiNx) 따위로 이루어진 게이트 절연막(140)이 게이트 배선(121, 123, 125)을 덮고 있다.
게이트 전극(123)의 게이트 절연막(140) 상부에는 비정질 규소 등의 반도체로 이루어진 반도체층(151)이 형성되어 있으며, 반도체층(151)의 상부에는 실리사이드 또는 n형 불순물이 고농도로 도핑되어 있는 수소화 비정질 규소 따위의 물질로 만들어진 저항 접촉층(163, 165)이 각각 형성되어 있다.
저항성 접촉층(163, 165) 및 게이트 절연막(140) 위에는 알루미늄 또는 은과 같은 저저항의 도전 물질로 이루어진 도전막을 포함하는 데이터 배선이 형성되어 있다. 데이터 배선은 게이트선(121)과 교차하여 화소를 정의하는 데이터선(171), 데이터선(171)에 연결되어 저항성 접촉층(163)의 상부까지 연장되어 있는 소스 전극(173), 데이터선(171)의 한쪽 끝에 연결되어 있으며 외부로부터의 화상 신호를 인가받는 데이터 패드(179), 소스 전극(173)과 분리되어 있으며 게이트 전극(123)에 대하여 소스 전극(173)의 반대쪽 저항성 접촉층(165) 상부에 형성되어 있는 드레인 전극(175)을 포함한다.
데이터 배선 및 이들이 가리지 않는 반도체층(151) 상부에는 질화 규소 등의 무기 절연 물질이나 아크릴계 물질 등의 유기 절연 물질로 이루어진 보호막(801)이 형성되어 있다. 보호막(801)은 PECVD(plasma enhanced chemical vapor deposition) 방법에 의하여 증착된 a-Si:C:O 막 또는 a-Si:O:F 막(저유전율 CVD막) 등으로 형성될 수도 있다. PECVD 방법에 의하여 증착된 a-Si:C:O 막과 a-Si:O:F 막은 유전 상수가 4이하로 유전율이 매우 낮다. 따라서, 두께가 얇아도 기생 용량 문제가 발생하지 않는다. 또 다른 막과의 접착성 및 스텝 커버리지(step coverage)가 우수하다. 또한 무기질 CVD막이므로 내열성이 유기 절연막에 비하여 우수하다. 아울러 PECVD 방법에 의하여 증착된 a-Si:C:O 막과 a-Si:O:F 막(저유전율 CVD막)은 증착 속도나 식각 속도가 질화 규소막에 비하여 4~10배 빠르므로 공정 시간 면에서도 매우 유리하다.
보호막(801)에는 드레인 전극(175) 및 데이터 패드(179)를 각각 드러내는 접촉 구멍(181, 183)이 형성되어 있으며, 게이트 절연막(140)과 함께 게이트 패드(125)를 드러내는 접촉 구멍(182)이 형성되어 있다.
보호막(801) 상부에는 접촉 구멍(181)을 통하여 드레인 전극(175)과 전기적으로 연결되어 있으며 화소에 위치하는 투명 전극(90)이 형성되어 있다. 또한, 보호막(801) 위에는 접촉 구멍(182, 183)을 통하여 각각 게이트 패드(125) 및 데이터 패드(179)와 연결되어 있는 보조 게이트 패드(95) 및 보조 데이터 패드(97)가 형성되어 있다. 여기서, 투명 전극(90)과 보조 게이트 및 데이터 패드(95, 97)는 투명한 도전 물질인 ITO(indium tin oxide) 또는 IZO(indium zinc oxide) 등으로 이루어져 있다.
투명 전극(90)의 상부에는 투명 전극(90)의 일부를 드러내는 접촉 구멍(184)을 가지는 층간 절연막(802)이 형성되어 있다. 여기서, 층간 절연막(802)은 이후의 반사막(80)의 반사 효율을 극대화하기 위해 요철 패턴을 가지는 것이 바람직하다. 층간 절연막(802)은 질화 규소 등의 무기 절연 무질이나 아크릴계 물질 등의 유기 절연 무질 또는 PECVD(plasma enhanced chemical vapor deposition) 방법에 의하여 증착된 a-Si:C:O 막 또는 a-Si:O:F 막(저유전율 CVD막)으로 이루어진다.
층간 절연막(802)의 상부에는 접촉 구멍(184)을 통하여 투명 전극(90)과 연결되어 있으며, 투과 모드 영역(T)에 투과창(82)을 가지는 반사막(80)이 형성되어 있다. 반사막(80)은 알루미늄 또는 알루미늄 합금, 은 또는 은 합금, 몰리브덴 또는 몰리브덴 합금 등과 같이 높은 반사율을 가지는 도전막으로 이루어지며, 투명 전극(90)과 함께 화소 전극이 된다. 이때, 반사막(80)의 투과창(82)은 다양한 모양으로 형성될 수 있으며, 하나의 화소 영역에 다수로 형성될 수 있다. 위에서, 층간 절연막(802)에 요철 패턴이 형성되어 있는 경우라도 투과창(82) 부분에는 요 철 패턴을 형성하지 않는 것이 바람직하다.
여기서, 화소 전극(90, 80)은 이웃하는 화소 행의 박막 트랜지스터에 게이트 신호를 전달하는 전단의 게이트선(121)과 중첩되어 유지 축전기를 이룬다. 경우에 따라서는 유지 용량을 형성하기 위하여 게이트 배선과 동일한 층에 유지 전극 배선을 형성할 수도 있다.
색 필터 기판(200)에는 색 필터와 블랙 매트릭스 및 기준 전극이 형성되어 있다.
이상에서는 액정의 비틀림 각은 0°에서 50°사이의 값을 가지도록 하고,
Figure 112002014195747-pat00006
는 0.15~0.35 사이의 값을 가지도록 한다. 이렇게 하면, 투과 모드와 반사 모드 모두에서 충분한 투과율과 반사율 및 대비비를 확보할 수 있다. 그러면 이를 실험 자료를 통하여 확인한다.
도 4a 및 도 4b는 제1 실시예에 따른 TN 모드에서 액정의 비틀림 각 및
Figure 112002014195747-pat00007
에 따른 V-R 곡선과 V-T 곡선이다.
도 4a 및 도 4b는 다음의 표 1의 결과를 그래프로 나타낸 것이다.
표 1과 도 4a 및 도 4b를 보면, 비틀림 각을 줄일수록 투과 모드와 반사 모드 모두에서 대비비(CR)는 감소하지만 투과 모드의 투과율은 현격히 증가한다. 따라서 투과율의 관점에서 접근한다면 비틀림 각을 0°로 하는 것이 바람직하다. 비틀림 각이 0°에서 50°사이의 값을 가지면 투과율이 13.9% 이상으로 유지되며, 반사율도 13.1% 이상으로 유지된다.
TN 모드
모드 투과형 반사형
비틀림각
Figure 712008003398382-pat00008
 투과율 (%) CR 전압(V) CR 전압 반사율(%) CR 전압(V)
0 (ECB) 0.18 18.5 50:1 0.5-4.5 13.1 18:1 1.2-4.5
0.24 22.5 35:1 0.7-4.5 13.2 12:1 1.5-4.5
0.30 22.7 23:1 1.1-4.5 13.1 8.4:1 1.7-4.5
0.36 22.8 16.1 1.3-4.5 13.2 5.9:1 1.9-4.5
30 0.18 17.0 58:1 0.5-4.1 13.3 22:1 1.0-4.5
0.24 20.2 41:1 0.7-4.2 13.4 15:1 1.3-4.5
0.30 20.3 26:1 1.1-4.5 13.5 12:1 1.5-4.5
0.36 20.1 18:1 1.3-4.1 13.7 8.4:1 1.7-4.5
50 0.18 13.9 82:1 0.5-4.2 13.8 28:1 0.7-4.5
0.24 16.5 57:1 0.7-4.5 14.2 23:1 0.9-4.5
0.30 16.3 37:1 1.1-4.5 14.8 21:1 1.1-4.5
0.36 15.7 25:1 1.3-4.5 15.2 17:1 1.2-4.5
70 0.18 10.4 162:1 0.5-4.5 72:1 0.5-3.5 9.1 15:1 1.0-3.5
0.24 12.0 120:1 0.7-4.5 64:1 0.7-3.5 14.8 30:1 0.7-3.5
0.30 11.3 76:1 1.1-4.5 39:1 1.1-3.5 14.9 30:1 0.9-3.5
0.36 11.4 74:1 1.1-4.5 38:1 1.1-3.5 14.1 26:1 1.1-3.5
90 0.18 6.8 354:1 0.5-4.5 307:1 0.5-3.0 10.2 18:1 0.5-3.0
0.24 7.4 385:1 0.7-4.5 286:1 0.7-3.0 11.7 20:1 0.6-3.0
0.30 6.6 334:1 1.1-4.5 200:1 1.1-3.0 10.9 18:1 0.9-3.0
0.36 5.4 266:1 1.2-4.5 126:1 1.2-3.0 9.1 15:1 1.0-3.0
한편, 투과 모드와 반사 모드 모두에서 전압이 낮아질수록 투과율과 반사율이 점점 증가하다가 전압이 소정의 값 이하로 내려가면 반사율과 투과율이 다시 감소하는 반전 현상이 나타난다. 그런데 반전 현상이 나타나는 전압이 투과 모드와 반사 모드에서 서로 다르다. 따라서, 계조를 표시할 수 있는 인가 전압 범위가 투과 모드와 반사 모드에서 서로 다르므로 이를 조정할 필요가 있다. 이를 위하여 본 발명에서는 백라이트의 점멸과 함께 계조 전압 생성부도 절환하여 반사 모드와 투과 모드에 있어서 계조 전압을 달리하여 인가한다.
도 8에는 반사 모드와 투과 모드에서 계조 전압을 달리 인가하기 위하여 본 발명에서 채용한 회로의 블록도이다.
본 발명의 실시예에 따른 액정 표시 장치는 백라이트 유닛(350)을 내장하는 액정 패널(300), 백라이트 유닛(350)을 구동하는 백라이트 구동회로(530), 주사 신호를 게이트선에 공급하는 게이트 구동부(420), 계조 전압을 데이터선에 공급하는 데이터 구동부(430), 주사 신호를 생성하는 구동 전압 생성부(510), 화상 신호를 생성하는 계조 전압 생성부(570), 및 백라이트 구동 회로(530)를 제어하여 백라이트를 점멸하고 동시에 계조 전압 생성부(570)를 제어하여 투과 모드일 때와 반사 모드일 때의 계조 전압을 절환하는 점멸 스위치(540)로 이루어진다.
계조 전압 생성부(570)는 화상 신호(Sv) 및 표시 제어 신호(Ss)가 외부 화상 신호 처리 회로로부터 입력되면 이 입력 신호에 기하여 계조 전압(S1)을 생성하여 데이터 구동부(430)로 출력한다. 이 신호를 받은 데이터 구동부(430)는 소정의 타이밍으로 계조 전압을 각 데이터선에 공급한다. 구동 전압 생성부(510)는 표시 제어 신호(Ss)가 외부의 화상 처리 회로로부터 입력되면 그 입력 신호에 기하여 주사선 구동 제어 신호(S2)를 출력한다. 이 신호를 받은 게이트 구동부(420)는 소정의 타이밍으로 주사 신호를 각 게이트선에 공급한다.
여기서, 계조 전압 생성부(570)는 점멸 스위치(540)의 온/오프에 따라 반사 모드 또는 투과 모드로 절환되어 모드에 맞는 계조 전압을 생성한다. 이 때, 계조 전압을 달리하기 위하여는 기준 감마 저항을 2원화하여 사용하거나 디지털 데이터 변환 방법을 사용한다. 디지털 데이터 변환 방법으로는 투과 모드의 경우에는 출력 데이터와 동일한 비트(bit) 수로 사용하고, 반사 모드의 경우에는 출력 데이터 를 변환하여 비트 수를 낮추고(예를 들어 2비트 낮춘다.) FRC(Frame Rate Control)를 적용하는 방법이 있다.
도 5는 본 발명의 제2 실시예에 따른 액정 표시 장치의 단면도이다.
본 발명의 제2 실시예에 따른 액정 표시 장치는 제1 실시예에 따른 액정 표시 장치와 액정의 배향 상태를 제외하고는 동일한 구조를 가진다. 즉, 제2 실시예에서는 액정 분자의 장축이 두 기판(100, 200)의 표면에 대하여 수직을 이루도록 배향되어 있다(VA 모드: Vertically Aligned mode).
여기서, 액정층(3)에는 카이럴 도펀트가 소정량 첨가되어 있어 d/p가 0~0.15 정도 된다. 따라서, 전계 인가시 액정은 0°에서 50°사이의 비틀림 각을 가지도록 배열된다. 액정의
Figure 112002014195747-pat00009
는 0.15~0.35 사이의 값는다.
도 6a 및 6b는 제2 실시예에 따른 VA 모드에서 액정의 비틀림 각 및
Figure 112002014195747-pat00010
에 따른 V-R 곡선과 V-T 곡선이다.
도 6a 및 도 6b는 다음의 표 2의 결과를 그래프로 나타낸 것이다.
기본적으로 TN-mode에 비하여 VA-mode의 투과 모드 대비비가 현저히 좋음을 알 수 있다. 따라서 VA-mode를 채택하면 TN-mode에서 비틀림 각이 0°로 접근하면서 대비비가 감소하는 문제를 해결할 수 있다.
한편, 표 2과 도 6a 및 도 6b를 보면, 카이럴 도펀트 양을 줄일수록 반사율은 아주 미미하게 떨어지만 투과 모드의 투과율은 현격히 증가한다. 따라서 투과율의 관점에서 접근한다면 카이럴 도펀트 양을 0으로 하는 것이 바람직하다.
VA 모드
모드 투과형 반사형
도펀트양
Figure 712008003398382-pat00011
 투과율 (%) CR 전압(V) 반사율(%) CR 전압(V)
0 (Reverse ECB) 0.18 11.8 622:1 1.8-4.5 12.9 25:1 1.8-4.5
0.24 17.4 911:1 1.8-4.5 13.0 26:1 1.8-3.6
0.30 21.2 1100:1 1.8-4.5 13.0 26:1 1.8-3.1
0.36 22.4 1160:1 1.8-4.3 13.0 23:1 1.8-2.9
0.05 0.18 11.4 599:1 1.8-4.5 12.9 25:1 1.8-4.5
0.24 16.8 875:1 1.8-4.5 13.0 26:1 1.8-3.6
0.30 20.4 1060:1 1.8-4.5 13.0 26:1 1.8-3.1
0.36 21.5 1110:1 1.8-4.1 13.0 23:1 1.8-2.9
0.15 0.18 9.9 516:1 1.8-4.5 12.8 25:1 1.8-4.5
0.24 14.4 746:1 1.8-4.5 13.1 26:1 1.8-3.7
0.30 17.3 888:1 1.8-4.4 13.1 26:1 1.8-3.2
0.36 18.8 955:1 1.8-3.8 12.2 24:1 1.8-2.9
0.25 (Reverse TN) 0.18 7.6 365:1 1.8-4.5 12.2 24:1 1.8-4.5
0.24 11.0 561:1 1.8-4.3 13.5 27:1 1.8-4.1
0.30 13.6 685:1 1.8-3.8 13.3 26:1 1.8-3.5
0.36 15.5 765:1 1.8-3.5 13.2 23:1 1.8-3.0
한편, 투과 모드와 반사 모드 모두에서 전압이 높아질수록 투과율과 반사율이 점점 증가하다가 전압이 소정의 값 이상으로 올라가면 반사율과 투과율이 다시 감소하는 반전 현상이 나타난다. 그런데 반전 현상이 나타나는 전압이 투과 모드와 반사 모드에서 서로 다르다. 따라서, 계조를 표시할 수 있는 인가 전압 범위가 투과 모드와 반사 모드에서 서로 다르므로 이를 조정할 필요가 있다. 이를 위하여 본 발명에서는 백라이트의 점멸과 함께 계조 전압 생성부도 절환하여 반사 모드와 투과 모드에 있어서 계조 전압을 달리하여 인가한다. 이를 위하여는 도 8과 같은 구성을 마련한다.
본 발명의 두 실시예 중에서 가장 좋은 결과를 나타내는 조건과 종래의 기술 에 따른 가장 좋은 결과를 비교하면 다음 표 3과 같다.
액정 모드
Figure 112002014195747-pat00012
 비틀림 각 d/p 투과 모드 반사 모드
인가 전압(V) 투과율(%) (C/R) 인가 전압(V) 반사율(%) (C/R)
종래의 기술 1 TN-모드 0.24 90도 0.07 0.7/3.0 7.4 (286) 0.6/3.0 11.7 (20)
종래의 기술 2 TN-모드 0.24 70도 0.07 0.7/3.5 12.0 (64) 0.7/3.5 14.8 (30)
실시예1 VA(Reverse ECB) 0.30 - 0 1.8/4.5 21.2 (1100) 1.8/3.1 13.0 (26)
실시예2 ECB-모드 0.24 0도 0.07 0.7/4.5 22.5 (35) 1.5/4.5 13.2 (12)

위의 표에서 보면, 카이럴 도펀트를 첨가하지 않은 VA 모드가 가장 우수한 특성을 나타냄을 알 수 있다.
한편, 본 발명의 실시예에 따른 액정 표시 장치에서는 반사 모드와 투과 모드의 전압별 휘도 곡선이 다르기 때문에 투과 모드에서 반사창에 의하여 반사되는 빛의 영향을 배제할 수가 없으므로 그 영향을 고려하여야 한다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 VA 모드와 ECB 모드의 인가 전압에 따른 투과율 곡선과 반사율 곡선을 함께 도시한 그래프이다.
도 7에 나타난 바와 같이, 투과 휘도 대비 반사 휘도의 비율에 따라서 최종 투과 휘도 곡선이 결정되기 때문에 투과 모드의 계조 전압을 결정하기 위한 계조 측정시 일정한 외부광 표준을 결정할 필요가 있다.
이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
이상과 같이, 적절한 비틀림 각, 카이럴 도펀트 및 셀갭을 가지도록 액정층을 구성하면 반사 모드와 투과 모드 모두에서 우수한 특성을 보이는 액정 표시 장치를 마련할 수 있다.

Claims (9)

  1. 제1 절연 기판,
    상기 제1 절연 기판 위에 형성되어 있는 제1 배선,
    상기 제1 절연 기판 위에 형성되어 있으며 상기 제1 배선과 절연되어 교차하고 있는 제2 배선,
    상기 제1 배선과 상기 제2 배선이 교차하여 정의하는 화소 영역마다 형성되어 있는 투명 전극,
    상기 제1 배선과 상기 제2 배선이 교차하여 정의하는 화소 영역마다 형성되어 있으며 투과창을 가지는 반사 전극,
    상기 제1 배선, 상기 제2 배선, 상기 투명 전극 및 상기 반사 전극과 연결되어 있는 제1 박막 트랜지스터,
    상기 제1 절연 기판과 대향하고 있는 제2 절연 기판,
    상기 제2 절연 기판 위에 형성되어 있는 기준 전극,
    상기 제1 절연 기판과 상기 제2 절연 기판 사이에 주입되어 있는 액정층
    상기 제1 기판 외측에 배치되어 있는 백라이트,
    외부의 화상 신호와 제어 신호를 받아 계조 전압을 생성하며, 반사 모드와 투과 모드에 있어서 서로 다른 계조 전압을 생성하는 계조 전압 생성부,
    상기 백라이트를 점멸하고 동시에 상기 계조 전압 생성부를 반사 모드와 투과 모드 사이에서 전환하는 스위치
    를 포함하고,
    상기 액정층의 액정은 상기 제1 기판으로부터 상기 제2 기판으로 향하여 가면서 소정의 각도로 비틀림 배향되어 있고, 상기 소정의 각도는 0°에서 50°사이이며 액정층의
    Figure 712008003398382-pat00024
    는 0.15에서 0.35 사이인 액정 표시 장치.
  2. 제1 절연 기판,
    상기 제1 절연 기판 위에 형성되어 있는 제1 배선,
    상기 제1 절연 기판 위에 형성되어 있으며 상기 제1 배선과 절연되어 교차하고 있는 제2 배선,
    상기 제1 배선과 상기 제2 배선이 교차하여 정의하는 화소 영역마다 형성되어 있는 투명 전극,
    상기 제1 배선과 상기 제2 배선이 교차하여 정의하는 화소 영역마다 형성되어 있으며 투과창을 가지는 반사 전극,
    상기 제1 배선, 상기 제2 배선, 상기 투명 전극 및 상기 반사 전극과 연결되어 있는 제1 박막 트랜지스터,
    상기 제1 절연 기판과 대향하고 있는 제2 절연 기판,
    상기 제2 절연 기판 위에 형성되어 있는 기준 전극,
    상기 제1 절연 기판과 상기 제2 절연 기판 사이에 주입되어 있는 액정층
    상기 제1 기판 외측에 배치되어 있는 백라이트,
    외부의 화상 신호와 제어 신호를 받아 계조 전압을 생성하며, 반사 모드와 투과 모드에 있어서 서로 다른 계조 전압을 생성하는 계조 전압 생성부,
    상기 백라이트를 점멸하고 동시에 상기 계조 전압 생성부를 반사 모드와 투과 모드 사이에서 전환하는 스위치
    를 포함하고,
    상기 액정층의 액정은 그 장축이 상기 제1 기판 및 상기 제2 기판에 대하여 수직으로 배향되어 있고, 상기 액정층에는 셀갭/피치(d/p)가 0 초과 0.15이하가 되도록 카이럴 도펀트가 첨가되어 있으며 액정층의
    Figure 712008003398382-pat00025
    는 0.15에서 0.35 사이인 액정 표시 장치.
  3. 삭제
  4. 제1항 또는 제2항에서,
    상기 제1 기판과 상기 제2 기판 외측에 각각 배치되어 있는 제1 및 제2 λ/4 위상차 필름을 더 포함하는 액정 표시 장치.
  5. 제4항에서,
    상기 제1 기판과 상기 제2 기판 외측에 각각 배치되어 있는 제1 및 제2 λ/2 위상차 필름을 더 포함하는 액정 표시 장치.
  6. 제4항에서,
    상기 제1 및 제2 λ/4 위상차 필름은 역분산 위상차 필름인 액정 표시 장치.
  7. 삭제
  8. 제1항 또는 제2항에서,
    상기 계조 전압 생성부는 반사 모드와 투과 모드에서 서로 다른 기준 감마 저항을 사용하는 액정 표시 장치.
  9. 제1항 또는 제2항에서,
    상기 계조 전압 생성부는 투과 모드의 계조 데이터를 비트 수를 낮추는 변환을 통하여 반사 모드의 계조 데이터로 사용하고 FRC를 적용하는 액정 표시 장치.
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