KR100983520B1

KR100983520B1 - 액정표시장치

Info

Publication number: KR100983520B1
Application number: KR1020030027399A
Authority: KR
Inventors: 박원상; 어기한; 장용규; 김재현; 이재영; 차성은; 김상우
Original assignee: 삼성전자주식회사
Priority date: 2003-04-30
Filing date: 2003-04-30
Publication date: 2010-09-24
Also published as: KR20040093514A

Abstract

표시 특성을 향상시킬 수 있는 액정표시장치가 개시된다. 액정표시장치의 제1 기판은 투과 전극 및 투과 전극의 일부분을 개구시키는 투과창을 갖는 반사 전극으로 이루어져, 투과 영역과 반사 영역을 정의한다. 제2 기판은 반사 영역에서는 제1 두께를 갖고 투과 영역에서는 제1 두께보다 큰 제2 두께를 갖는 컬러필터층 및 컬러필터층 상에 균일한 두께로 구비된 공통 전극을 구비한다. 제1 기판과 제2 기판과의 사이에는 액정층 및 절연성 박막이 개재된다. 특히, 절연성 박막은 액정층보다 큰 유전율을 가지면서 반사 영역에만 구비된다. 따라서, 액정표시장치의 반사 효율 및 투과 효율을 각각 향상시킬 수 있다.

Description

액정표시장치{LIQUID CRYSTAL DISPLAY DEVICE}

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 반투과형 액정표시장치를 나타낸 단면도이다.

도 2는 투과 전극 및 반사 전극에 인가되는 전압에 따른 투과율 및 반사율의 변화를 나타낸 그래프이다.

도 3a 내지 도 3c는 도 1에 도시된 컬러필터기판의 제조 공정을 구체적으로 나타낸 도면들이다.

도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 반투과형 액정표시장치를 나타낸 단면도이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

100 : TFT 기판 120 : TFT

130 : 유기 절연막 140 : 투과 전극

150 : 반사 전극 200 : 컬러필터기판

220 : 컬러필터층 230 : 공통 전극

240 , 160 : 절연성 박막 300 : 액정층

400, 500 : 반투과형 액정표시장치

본 발명은 액정표시장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 표시 특성을 향상시킬 수 있는 액정표시장치에 관한 것이다.

반투과형 액정표시장치는 외부 광량이 풍부한 곳에서는 제1 광을 이용하는 반사모드에서 영상을 디스플레이하고, 외부 광량이 부족한 곳에서는 자체에 충전된 전기 에너지를 소모하여 생성된 제2 광을 이용하는 투과모드에서 영상을 디스플레이 한다.

반투과형 액정표시장치는 박막 트랜지스터(Thin Film Transistor; 이하, TFT 기판, TFT 기판과 마주보는 컬러필터기판 및 TFT 기판과 컬러필터기판과의 사이에 개재된 액정층으로 이루어진 액정표시패널을 포함한다.

TFT 기판은 TFT, TFT의 드레인 전극에 연결된 투명 전극 및 반사 전극을 구비한다. 여기서, 투명 전극 상에서 반사 전극이 형성된 영역이 반사 영역이고, 투명 전극 상에서 반사 전극이 형성되지 않은 영역이 투과 영역이다.

TFT과 투명 전극과의 사이에는 드레인 전극을 노출시키는 콘택홀이 형성된 유기 절연막이 개재된다. 따라서, 투명 전극은 콘택홀을 통해 투명 전극과 드레인 전극이 전기적으로 연결된다.

일반적으로, 반투과형 액정표시장치는 반사 모드 및 투과 모드에서의 광 효율을 향상시키기 위하여 반사 영역에서의 셀 갭과 상기 투과 영역에서의 셀 갭을 서로 다르게 형성하여 구동한다. 즉, 반사영역의 셀 갭을 투과영역의 셀 갭의 절반 이 되도록 한다. 이와 같은 이중 셀 갭을 갖는 반투과형 액정표시장치는 TFT 기판에 구비되는 유기 절연막의 두께를 제어함으로써 구현된다.

그러나, 유기 절연막의 두께를 조절하여 이중 셀 갭을 형성하는데 공정 특성상 유기 절연막의 두께를 정밀하게 제어할 수 없음으로써 셀 갭의 균일성을 확보하기가 어렵다. 따라서, 반투과형 액정표시장치의 생산성이 저하된다.

따라서, 본 발명의 목적은 표시 특성을 향상시키기 위한 액정표시장치를 제공하는 것이다.

상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 액정표시장치는 제1 기판, 제2 기판, 상기 제1 기판과 상기 제2 기판과의 액정층 및 절연성 박막을 포함한다.

상기 제1 기판은 투과 전극 및 상기 투과 전극의 일부분을 개구시키는 투과창을 갖는 반사 전극으로 이루어져, 반사 영역과 투과 영역을 정의한다.

상기 제2 기판은 상기 반사 영역에서 제1 두께를 갖고 상기 투과 영역에서 상기 제1 두께보다 큰 제2 두께를 갖는 컬러필터층, 상기 컬러필터층 상에 균일한 두께로 구비된 공통 전극을 구비하고, 상기 제1 기판과 대향하여 결합한다.

상기 절연성 박막은 상기 반사 영역 내에서 상기 제1 기판과 상기 제2 기판과의 사이에 개재되고, 상기 액정층과 서로 다른 유전율을 갖는다.

이러한 액정표시장치에 따르면, 액정층보다 큰 유전율을 갖는 절연성 박막은 반사 영역에만 구비함으로써, 액정표시장치의 반사 효율 및 투과 효율을 각각 향상 시킬 수 있다.

이하, 첨부한 도면들을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명하고자 한다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 반투과형 액정표시장치(400)는 TFT 기판(100), 상기 TFT 기판(100)과 대향하여 구비되는 컬러필터기판(200) 및 상기 TFT 기판(100)과 상기 컬러필터기판(200)과의 사이에 개재된 액정층(300)으로 이루어진다.

상기 TFT 기판(100)은 제1 절연기판(110) 상에 다수의 TFT(120), 투과 전극(140) 및 반사 전극(150)이 구비된 기판이다. 상기 제1 절연기판(110) 상에는 게이트 전극(121), 소오스 전극(125) 및 드레인 전극(126)으로 이루어진 상기 TFT(100)가 형성된다. 상기 TFT(120) 위로는 상기 드레인 전극(126)을 노출시키기 위한 콘택홀(131)을 갖는 유기 절연막(130)이 형성된다. 상기 유기 절연막(130)은 아크릴계 수지로 이루어진 감광성 절연 물질로 이루어진다.

여기서, 상기 유기 절연막(130)의 표면에는 다수의 요철(133)이 구비된다. 즉, 상기 유기 절연막(130)의 두께가 상대적으로 두꺼운 볼록부(133a)와 상대적으로 얇은 오목부(133b)가 반복적으로 나타남으로써 상기 다수의 요철(133)을 가진다.

이후, 상기 유기 절연막(30) 상에는 상기 콘택홀(131)을 통해 상기 드레인 전극(126)과 전기적으로 접촉되는 상기 투과 전극(140)이 균일한 두께로 적층된다. 상기 투과 전극(140)은 투명성 도전 물질인 인듐 틴 옥사이드(Indium Tin Oxide; 이하, ITO) 또는 인듐 징크 옥사이드(Indium Zinc Oxide; 이하, IZO)로 이루어진다.

이후, 상기 투과 전극(140) 상에는 상기 투과 전극(140)의 일부분을 노출시키기 위한 투과창(151)을 갖는 상기 반사 전극(150)이 균일한 두께로 적층된다. 상기 반사 전극은 알루미늄-네오디뮴(AlNd)으로 이루어진 단일막 또는 알루미늄-네오디뮴(AlNd)과 몰디브덴 텅스텐(MoW)이 순차적으로 적층된 이중막 구조를 가질 수 있다.

이와 같이, 상기 반투과형 액정표시장치(400)는 상기 반사 전극(150)이 구비된 반사 영역(RA)과 상기 투과창(151)이 구비된 투과 영역(TA)으로 이루어진다.

상기 반사 영역(RA)에서는 상기 컬러필터기판(200)을 통해 입사된 상기 제1 광(L1)을 반사하여 다시 상기 컬러필터기판(200)을 통해 외부로 출사시키는 반사 전극(150)에 의해서 영상을 표시한다. 한편, 상기 투과 영역(TA)에서는 상기 TFT 기판(110)의 후면에 배치된 광원부(미도시)로부터 입사된 제2 광(L2)을 상기 투과창(151)을 통해 출사시킴으로써 영상을 표시한다.

상기 컬러필터기판(200)은 제2 절연기판(210) 상에 컬러필터층(220), 공통 전극(230) 및 절연성 박막(240)이 구비된 기판이다.

상기 제2 절연기판(210) 상에 R(Red), G(Green), B(Blue)로 이루어진 상기 컬러필터층(220)이 구비된다. 상기 컬러필터층(220)은 상기 반사 영역(RA)에서는 제1 두께(t1)를 갖고, 상기 투과 영역(TA)에서는 상기 제1 두께(t1)보다 큰 제2 두께(t2)를 갖는다. 일반적으로, 상기 컬러필터층(220)은 상기 반사 영역(RA)과 상기 투과 영역(TA)과의 사이에서 약 0.6㎛의 단차를 갖는다.

상기 컬러필터층(220) 상에는 상기 공통 전극(230)이 균일한 두께로 적층된다. 상기 공통 전극(230)은 투명성 도전 물질인 ITO 또는 IZO로 이루어진다.

상기 공통 전극(230) 상에는 상기 액정층(300)보다 큰 유전율을 갖는 상기 절연성 박막(240)이 구비된다. 특히, 상기 절연성 박막(240)은 상기 반사 영역(RA)에만 구비된다. 이때, 상기 절연성 박막(240)의 두께(t3)는 상기 반사 영역(RA)과 상기 투과 영역(TA)과의 사이에 형성된 상기 컬러필터층(220)의 단차와 동일하다. 따라서, 상기 컬러필터기판(200)은 플랫한 표면 구조를 가질 수 있다.

따라서, 상기 반사 영역(RA)에서의 제1 셀 갭(d1)과 상기 투과 영역(TA)에서의 제2 셀 갭(d2)이 거의 동일해질 수 있다. 이로써, 상기 반투과형 액정표시장치(400)는 균일한 셀 갭을 가질 수 있다.

상술한 바와 같이, 상기 반투과형 액정표시장치(400)에서 상기 반사전극(150)과 상기 공통전극(230)은 상기 액정층(300) 및 절연성 박막(240)에 의해서 절연되고, 상기 투과전극(140)과 상기 공통전극(230)은 상기 액정층(300)에 의해서 절연된다. 따라서, 상기 반사전극(150)과 상기 공통전극(230)과의 사이에 개재된 절연막의 유전율과 상기 투과전극(140)과 상기 공통전극(230)과의 사이에 개재된 절연막의 유전율은 서로 다르다. 그에 따라서, 상기 반사 영역(RA)에서 상기 액정층(300)에 걸리는 반사 전압과 상기 투과 영역(TA)에서 상기 액정층(300)에 걸리는 투과 전압도 달라지게 된다.

도 2는 반사 전압과 투과 전압에 따른 투과율 및 반사율의 변화를 나타낸 그래프이다. 단, 도 2에 제시된 그래프에서 실선은 투과율의 변화를 나타내고, 점선은 반사율의 변화를 나타낸다.

도 1 및 도 2를 참조하면, 투과 영역(TA)에 구비된 액정층(300)에 약 4.2V가 인가될 때, 반투과형 액정표시장치(400)는 최대의 투과율(약 40%)을 나타낸다. 한편, 상기 반사 영역(RA)에 구비된 액정층(300)에 약 2.6V가 인가될 때, 상기 반투과형 액정표시장치(400)는 최대의 반사율(약 38%)을 나타낸다. 단, 상기 공통전극(230)에 인가되는 전압이 상기 투과 영역(TA)과 상기 반사 영역(RA)에서 동일한 경우이다.

이와 같이, 최대 투과율을 나타내는 투과 전압과 최대 반사율을 나타내는 반사 전압이 서로 다르기 때문에 상기 반사 영역(RA)에 구비된 액정층(300)과 상기 투과 영역(TA)에 구비된 액정층에 서로 다른 전압을 인가하는 것이 바람직하다. 즉, 최대의 투과율을 나타내는 약 4.2V를 상기 투과 영역(TA)에 구비된 액정층에 인가하고, 상기 4.2V보다 작은 2.6V를 상기 반사 영역(RA)에 구비된 액정층에 인가한다. 따라서, 상기 반투과형 액정표시장치(400)의 투과율 및 반사율을 최대로 확보할 수 있다.

일반적으로, 커패시턴스(C)는 다음 수학식을 만족한다.

수학식 1에서, 'ε'은 유전율이고, 'd'는 전극간 거리이며, 'A'는 두 전극의 면적이다.

수학식 1에 제시된 바와 같이, 커패시턴스(C)는 유전율(ε)에 비례한다. 즉, 거리(d)와 면적(A)이 일정할 경우, 유전율(ε)이 증가하면 커패시턴스(C)는 증가하고, 유전율(ε)이 감소하면 그에 비례하여 커패시턴스(C)도 감소한다.

또한, 커패시턴스는 다음 수학식 2를 만족한다.

수학식 2에서, 'Q'는 전하량이고, 'V'는 전압이다.

수학식 2에 제시된 바와 같이, 상기 커패시턴스(C)는 상기 전압(V)과 반비례한다. 즉, 상기 커패시턴스(C)가 증가하면, 상기 전압(V)은 그에 반비례하여 감소하고, 상기 커패시턴스(C)가 감소하면, 상기 전압(V)은 그에 반비례하여 증가한다.

다시 도 1을 참조하면, 상기 반사 영역(RA)에서 상기 TFT 기판(100)과 상기 컬러필터기판(200)과의 사이에는 상기 액정층(300)보다 큰 유전율을 갖는 상기 절연성 박막(240)이 더 형성된다.

따라서, 상기 절연성 유전율에 반비례하여 상기 반사 영역(RA)에서 상기 액정층(300)에 걸리는 반사전압은 상기 투과 영역(TA)에서 상기 액정층(300)에 걸리 는 투과 전압보다 감소된다.

도 3a를 참조하면, 제2 절연기판(210) 상에 R(Red), G(Green), B(Blue)로 이루어진 상기 컬러필터층(220)이 구비된다. 상기 컬러필터층(220)은 상기 반사 영역(RA)에서는 제1 두께(t1)를 갖고, 상기 투과 영역(TA)에서는 상기 제1 두께(t1)보다 큰 제2 두께(t2)를 갖는다.

도 3b에 도시된 바와 같이, 상기 컬러필터층(220) 상에는 상기 공통 전극(230)이 균일한 두께로 적층된다. 상기 공통 전극(230)은 투명성 도전 물질인 ITO 또는 IZO로 이루어진다.

이후 도 3c를 참조하면, 상기 공통 전극(230) 상에는 상기 액정층(300)보다 큰 유전율을 갖는 상기 절연성 박막(240)이 구비된다. 특히, 상기 절연성 박막(240)은 상기 반사 영역(RA)에만 구비된다. 이때, 상기 절연성 박막(240)의 두께(t3)는 상기 반사 영역(RA)과 상기 투과 영역(TA)과의 사이에 형성된 상기 컬러필터층(220)의 단차와 동일하다. 따라서, 상기 컬러필터기판(200)은 플랫한 표면 구조를 가질 수 있다.

도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 반투과형 액정표시장치를 나타낸 단면도이다. 단, 도 1에 도시된 구성요소와 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 병기하고, 그에 대한 설명은 생략한다.

도 4를 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 반투과형 액정표시장치(500)는 TFT 기판(100), 상기 TFT 기판(100)과 대향하여 구비되는 컬러필터기판(200) 및 상기 TFT 기판(100)과 상기 컬러필터기판(200)과의 사이에 개재된 액정층(300)으로 이루어진다.

상기 TFT 기판(100)은 제1 절연기판(110) 상에 TFT(120), 유기 절연막, 투과 전극(140), 반사 전극(150) 및 절연성 박막(160)이 구비된 기판이다. 먼저, 상기 제1 절연기판(110) 상에는 게이트 전극(121), 소오스 전극(125) 및 드레인 전극(126)으로 이루어진 상기 TFT가 형성된다. 그 위로, 상기 드레인 전극(126)을 노출시키기 위한 콘택홀(131)을 갖는 상기 유기 절연막(130)이 적층된다.

이후, 상기 유기 절연막(30) 상에는 상기 콘택홀(131)을 통해 상기 드레인 전극(126)과 전기적으로 접촉되는 상기 투과 전극(140)이 균일한 두께로 적층된다. 상기 투과 전극(140) 상에는 상기 투과 전극(140)의 일부분을 노출시키기 위한 투과창(151)을 갖는 상기 반사 전극(150)이 균일한 두께로 적층된다.

다음, 상기 반사 전극(150) 상에는 상기 액정층(300)보다 큰 유전율을 갖는 상기 절연성 박막(160)이 적층된다. 즉, 상기 절연성 박막(160)은 상기 반사 영역(RA)에만 구비되는 것이다.

한편, 상기 컬러필터기판(200)은 제2 절연기판(210) 상에 컬러필터층(220) 및 공통 전극(230)이 구비된 기판이다.

상기 제2 절연기판(210) 상에 R(Red), G(Green), B(Blue)로 이루어진 상기 컬러필터층(220)이 구비된다. 상기 컬러필터층(220)은 상기 반사 영역(RA)에서는 제1 두께(t1)를 갖고, 상기 투과 영역(TA)에서는 상기 제1 두께(t1)보다 큰 제2 두 께(t2)를 갖는다.

이후, 상기 컬러필터층(220) 상에는 상기 공통 전극(230)이 균일한 두께로 적층된다.

이때, 상기 TFT 기판(100)에 구비된 상기 절연성 박막(160)의 제3 두께(t3)는 상기 제2 두께(t2)에서 상기 제1 두께(t1)를 감한 값과 동일하다. 따라서, 상기 반사 영역(RA)에서의 제1 셀 갭(d1)과 상기 투과 영역(TA)에서의 제2 셀 갭(d2)이 거의 동일해질 수 있다. 이로써, 상기 반투과형 액정표시장치(500)는 균일한 셀 갭을 가질 수 있다.

상술한 바와 같이, 상기 반투과형 액정표시장치(500)에서 상기 반사전극(150)과 상기 공통전극(230)은 상기 액정층(300) 및 절연성 박막(160)에 의해서 절연되고, 상기 투과전극(140)과 상기 공통전극(230)은 상기 액정층(300)에 의해서 절연된다. 따라서, 상기 절연성 박막(160)에 의해서 상기 반사 영역(RA)에서 상기 액정층(300)에 걸리는 반사 전압은 상기 투과 영역(TA)에서 상기 액정층(300)에 걸리는 투과 전압보다 감소된다.

이와 같은 액정표시장치에 따르면, 제1 기판에는 투과 영역과 반사 영역을 정의하는 투과 전극 및 반사 전극이 구비되고, 제2 기판에는 반사 영역과 투과 영역에서 서로 다른 두께를 갖는 컬러필터층이 구비된다. 제1 기판과 제2 기판과의 사이에는 액정층 및 절연성 박막이 개재되는데, 절연성 박막은 액정층보다 큰 유전율을 가지면서 반사 영역에만 구비된다.

따라서, 상기 반사 영역에서 상기 액정층에 걸리는 반사 전압이 상기 투과 영역에서 상기 액정층에 걸리는 투과 전압보다 낮아짐으로써, 상기 액정표시장치의 반사 효율 및 투과 효율을 각각 향상시킬 수 있다. 그로 인해서, 상기 액정표시장치의 표시 품질을 향상시킬 수 있다.

이상 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

Claims

투과 전극 및 상기 투과 전극의 일부분을 노출시키는 투과창을 갖는 반사 전극을 구비하여, 반사 영역과 투과 영역이 정의된 제1 기판;

상기 반사 영역에서 제1 두께를 갖고 상기 투과 영역에서 상기 제1 두께보다 큰 제2 두께를 갖는 컬러필터층, 상기 컬러필터층 상에 균일한 두께로 구비된 공통 전극을 구비하고, 상기 제1 기판과 대향하여 결합하는 제2 기판;

상기 제1 기판과 상기 제2 기판과의 사이에 개재된 액정층; 및

상기 반사 영역과 상기 투과 영역의 셀갭이 균일하도록 상기 제1 두께를 갖는 컬러필터층에 대응되는 상기 공통전극 상에 형성되고, 상기 액정층과 서로 다른 유전율을 갖는 절연성 박막을 포함하는 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
제1항에 있어서, 상기 절연성 박막은 무기 절연막 또는 유기 절연막인 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
제1항에 있어서, 상기 절연성 박막은 상기 액정층보다 큰 유전율을 갖는 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
삭제
제1항에 있어서, 상기 절연성 박막의 두께는 상기 제2 두께에서 상기 제1 두께를 감한 값과 동일한 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
투과 전극 및 상기 투과 전극의 일부를 노출시키는 투과창을 갖는 반사 전극을 구비하여, 반사 영역과 투과 영역이 정의된 제1 기판;

상기 반사 영역에서 제1 두께를 갖고 상기 투과 영역에서 상기 제1 두께보다 큰 제2 두께를 갖는 컬러필터층, 상기 컬러필터층 상에 균일한 두께로 구비된 공통 전극을 구비하고, 상기 제1 기판과 대향하여 결합하는 제2 기판;

상기 제1 기판과 상기 제2 기판과의 상이에 개재된 액정층; 및

상기 반사 영역과 상기 투과 영역의 셀갭이 균일하도록 상기 반사 전극 상에 형성되고, 상기 액정층과 서로 다른 유전율을 갖는 절연성 박막을 포함하는 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
제1항에 있어서, 상기 제1 기판은, 박막 트랜지스터 및 상기 박막 트랜지스터 상에 구비되고, 상기 박막 트랜지스터의 드레인 전극을 노출시키기 위한 콘택홀이 형성된 유기 절연막을 더 포함하고,

상기 투과 전극 및 상기 반사 전극은 상기 콘택홀을 통해 상기 드레인 전극과 전기적으로 연결되는 것을 특징으로 하는 액정표시장치.