KR101117448B1 - 반투과형 액정표시장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 반투과형 액정표시장치에 관한 것으로서, 본 발명에 따른 반투과형 액정표시장치는 매트릭스형으로 화소영역이 정의된 하부기판, 상기 화소영역의 대향되는 위치에 공통전극이 형성된 상부기판과, 상기 화소영역이 투과영역과 반사영역이 구분된 반투과형 액정표시장치에 있어서, 수직방향으로 배향되며, 전압인가 시 상기 투과영역의 액정층의 위상지연값이 상기 반사영역의 액정층의 위상지연값의 두 배가 되도록하며, 상기 상부기판과 상기 하부기판의 사이에 개재되는 액정층; 상기 하부기판 중 상기 액정층 측에 형성되되, 상기 화소영역 중 상기 반사영역에 형성되는 반사판; 상기 액정층에 멀티도메인을 형성하며 입사광 파장의 1/4의 지연을 주도록 상기 상부기판 중 상기 액정층 측에 형성되는 인셀리타더; 상기 상부기판 중 상기 액정층과 반대측과 상기 하부기판 중 상기 액정층과 반대측에 설치되며, 광 투과축이 상호 수직이 되도록 형성되어 설치되는 한 쌍의 편광판;을 포함하는 것을 특징으로 한다. 이에 의하여, 상부기판의 내측에 위상지연 및 멀티도메인을 형성할 수 있는 돌기 형상의 인셀리타더를 형성함으로써 별도의 위상차판이 불필요하며, 인셀리타더의 하부 액정층의 전계를 왜곡하지 않아 반사율이 향상되어 반사영역의 콘트라스트비가 향상될 수 있는 반투과형 액정표시장치가 제공된다.

반투과형, ICR, 내부위상차판, VA, MVA, ASV

Description

반투과형 액정표시장치{Transflective Liquid Crystal Device}

본 발명은 반투과형 액정표시장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 반사영역의 입사광의 위상을 변환하기 위한 위상차판을 액정층의 멀티도메인을 형성하기 위한 돌기에 적용함으로써 공정을 절감할 수 있는 반투과형 액정표시장치에 관한 것이다.

일반적으로 액정표시장치(LCD)는 박형이고 저소비 전력이라고 하는 특성을 가지므로 최근 컴퓨터 모니터나 TV, 모바일기기 등에 널리 이용되고 있다. 이러한 액정표시장치는 한 쌍의 기판 사이에 액정이 봉입되고, 각각의 기판에 형성되어 전극 사이에 위치하는 액정의 배향을 제어함으로써 표시를 행하는 것으로, 음극선관(CRT) 디스플레이나, 일레트로루미네센스(EL) 디스플레이 등과 상이하며, 원리상 스스로 발광하지 않으므로 관찰자에 대하여 화상을 표시하는데 광원을 필요로 한다.

따라서, 투과형 액정표시장치는, 각 기판에 형성하는 전극으로서 투명전극을 채용하여, 액정표시 패널의 후방이나 측방에 광원을 배치하고, 이 광원광의 투과량을 액정 패널에 의해 제어함으로써 주위가 어두워도 밝은 표시를 행할 수 있다.

그러나, 항상 광원을 점등시켜 표시를 행하기 때문에, 광원에 의한 전력 소비를 피할 수 없다는 것이나, 또한 한낮의 야외와 같이 외광이 매우 강한 환경 하에서는 충분한 콘트라스트를 확보할 수 없다고 하는 특성이 있다.

또한, 반사형 액정표시장치는 태양이나 실내등 등의 외광을 광원으로서 채용하여, 액정 패널에 입사하는 이들 주위광을 비관찰면 측의 기판에 형성한 반사 전극에 의해 반사한다. 그리고, 액정층에 입사하고 반사 전극에 의해 반사된 광의 액정 패널로부터의 사출광량을 화소마다 제어함으로써 표시를 행한다.

이와 같이 반사형 액정표시장치는 광원으로서 외광을 채용하기 때문에 투과형 액정표시장치와 달리 광원에 의한 전력 소비가 없어 매우 저소비 전력이고, 또한 옥외 등 주위가 밝으면 충분한 콘트라스트를 얻을 수 있지만, 반대로 외광이 없으면 표시가 보이지 않는다고 하는 특성이 있다.

따라서, 최근, 옥외에서도 보기 편할 뿐 아니라 어두운 곳에서도 관찰이 가능한 디스플레이로서 반사형과 투과형을 조합하여 반사형의 반사기능과 투과형의 광투과 기능을 동시에 구비한 반투과형 액정표시장치가 주목받고 있다. 이때, 반투과형 액정표시장치는 화소영역 내에 투과영역과 반사영역을 형성하여 투과기능과 반사기능의 양립을 도모하고 있다.

이 같은 반투과형 액정표시장치는, 초기 액정 배향이 기판에 대략 평행한 배향을 하고 있는 표시방식인 ECB(Electrically Controlled Birefringence)모드와, TN(Twisted Nematic)모드 등이 있고, 초기 액정 배향이 기판에 대략 수직으로 배향하고 있는 표시방식인 VA(Vertical Alignment)모드 등이 있다.

여기서, 상기 VA모드의 경우 기판에 대하여 수직으로 액정을 배향하고 있기 때문에, 초기 배향에서는 기판 법선 방향의 위상차가 거의 제로가 된다. 따라서 갭마진을 넓게 취할 수 있고 반사 콘트라스트비도 높게 할 수 있다.

이 같은 VA모드의 반투과형 액정표시장치는 이중 셀 갭 구조를 이용해 투과영역의 셀 갭이 반사 영역의 셀 갭의 2배가 되게 함으로써 광경로차로 인한 표시품질 저하를 해결할 수 있다.

또한, 위상지연에 의한 광학적 특성을 보완하기 위해 상부기판 및 하부기판의 외측에 위상차판 및 편광판을 구비하고 있다.

또한, 이 같은 반투과형 액정표시장치에 광시야각을 확보하기 위해 돌기 또는 슬릿 형태를 반사영역에 형성되는 반사판의 상부에 형성함으로써 액정층에 멀티도메인을 형성한다. 상술한 액정표시장치로는 MVA(Multi-domain Vertical Alignment)모드와 ASV(Advanced Super View)모드 등이 가장 대표적이다.

도 1은 종래 멀티도메인을 구현한 반투과형 수직배향 액정표시장치의 화소영역의 횡단면도이다. 도 1을 참조하면, 종래 액정표시장치(100)는 상부기판(110), 하부기판(120) 및 상기 기판들 사이에 액정층(130)이 개재되어 형성된다.

이때, 액정층(130)의 액정은 통상적으로 유전율 이방성이 음인 액정을 사용하며, 후술할 상부배향막 및 하부배향막에 의해 수직으로 배향되어 전압 무인가 시에는 위상차를 갖지 않는다.

아울러, 전압 인가시에는 후술할 공통전극(112) 및 화소전극에 의해 형성되는 전기장을 따라 액정층(130)에 포함된 액정들이 배열되게 되는데, 이때 투과영 역(Ⅰ) 및 반사영역(Ⅱ)의 액정들이 기판에 대해 평행한 방향으로 눕는 정도 즉, 액정의 복굴절율에 따라 지연값은 결정되게 된다.

즉, 반사영역(Ⅱ)은 외부 빛의 광경로가 투과부의 2배가 되므로 투과영역(Ⅰ)의 지연값은 λ/2가 되고, 반사영역(Ⅱ)의 지연값은 λ/4가 되도록 설계되어야 한다.

이를 위해 레진 혹은 유기 절연막(A')으로 반사영역(Ⅱ) 부분의 셀 갭(2d)이 투과영역(Ⅰ)의 셀 갭(d)의 1/2배가 되도록 형성한다.

한편, 상기 하부기판(120)의 상부에는 게이트라인(미도시)과 데이터라인(미도시)이 매트릭스 형태로 교차배열되어 화소영역이 정의되고, 그 상부로 상기 화소영역의 액정층(130)에 대응되도록 화소전극(미도시)이 형성되며, 상기 게이트라인과 상기 데이터라인이 교차되는 영역에 박막트랜지스터(미도시)가 적층형성되어 상기 화소전극의 일 측과 연결됨으로써 상기 화소전극을 소정의 신호에 의해 스위칭 구동하게 된다.

또한, 상기 박막트랜지스터의 상부에는 상기 화소영역의 일정 영역에 반사판(140)이 형성되어 반사영역(Ⅱ)을 형성하고, 그 상부로 액정층(130)을 수직으로 배향할 수 있도록 하부배향막(미도시)이 형성된다.

한편, 상기 상부기판(110)의 하부에는 상기 화소영역에 대응되는 위치에 레드(Red), 그린(Green), 블루(Blue) 중 어느 하나의 컬러필터(111) 및 공통전극(112)이 순차적으로 형성된다.

여기서 공통전극(112)은 공통신호라인(미도시)과 접촉하도록 형성됨으로써 일정한 신호를 화소영역에 전달하게 되고, 아울러 상술한 화소전극과 더불어 일정한 주기로 액정층(130)에 전기장이 형성되게 하여 화소영역의 액정층(130)이 구동될 수 있도록 할 수 있다.

이때, 상기 공통전극(112)의 하부 중 반사영역(Ⅱ)에 대응되는 위치에 광시야각을 구현하기 위해 액정층(130)에 멀티도메인을 형성하도록 돌기(150)가 형성된다. 이와 같은 돌기(150)가 형성됨으로써 액정층은 화소영역에 전압인가시 돌기(150)를 중심으로 도메인이 다수 개가 형성되어 결과적으로 액정층(130)은 멀티도메인이 형성되어 광시야각을 확보할 수 있게 된다.

또한, 돌기(150)가 형성된 공통전극(112)의 하부로 액정층(130)을 수직으로 배향할 수 있도록 상부배향막(미도시)이 형성되고, 그 하부로 공통전극(112)이 액정층(130)과 접촉하지 않도록 오버코팅층(미도시)이 형성된다.

한편, 상기 상부기판(110) 및 상기 하부기판(120)의 액정층(130)과 반대측에는 입사광에 대해 λ/4의 위상지연을 주도록 한 쌍의 위상차판(161)(162)이 형성된다. 또한, 상기 위상차판(161)(162)의 액정층(130)과 반대측에는 입사광을 일 방향의 편광된 빛만을 통과시키도록 한 쌍의 편광판(171)(172)이 형성된다.

여기서, 한 쌍의 위상차판(161)(162) 및 한 쌍의 편광판(171)(172)의 위상축 및 투과축은 상호 수직이 되도록 형성된다. 또한, 하부기판(120)의 저면에는 상부로 빛을 조사하도록 백라이트(180)가 형성된다.

상술한 바와 같은 종래 액정표시장치의 편광 상태는 도 2 및 도 3을 참조하 여 설명한다. 도면의 상부, 하부의 편광판(171)(172) 및 위상차판(161)(162)의 투과축 및 위상축은 수직을 이루며, 편광의 상태는 상부 편광판 위치 기준으로 설명한다. 도시된 a'와 b'은 각 편광판(171)(172)의 투과축을 나타낸다.

먼저, 도 2는 전압 무인가 시 블랙(Black)을 구현하는 편광상태를 보여주고 있다. 투과영역(Ⅰ)은 백라이트(180)으로부터 입사된 광이 편광판(172)을 통과하면서 편광판(172)의 투과축과 같은 편광방향의 선형 편광(210)이 되고, λ/4의 위상지연을 주는 위상차판(162)을 통과하면서 원형 편광(211)(좌원 편광 또는 우원 편광)이 되고, 이 원형 편광(211)은 액정층(130) 통과시 액정들이 수직 배향되어 위상차를 갖지 않으므로 그냥 투과되고, 상기 원형 편광(211)은 위상차판(161)을 통과하면서 편광판(171)의 투과축과 서로 수직인 편광방향을 가진 선형 편광(212)이 되어 투과됨으로써 이 선형 편광(212)은 편광판(171)을 투과하지 못하게 된다.

아울러, 반사영역(Ⅱ)은 상부기판(110)의 외부로부터 입사된 입사광이 편광판(171)을 통과하면서 편광판(171)의 투과축과 같은 편광방향의 선형 편광(310)이 되고, 이 선형 편광(310)은 λ/4의 위상지연을 주는 위상차판(161)을 통과하면서 원형 편광(311)이 되고, 이 원형 편광(311)은 액정층(130) 통과시 액정들이 수직 배향되어 위상차를 갖지 않으므로 그냥 투과되어 반사판(140)에 반사된 이후 이 원형 편광(312)은 액정층(130)을 그대로 투과하여 λ/4의 위상지연을 주는 위상차판(161)을 통과하면서 편광판(171)의 투과축과 수직인 선형 편광(313)이 되어 편광판(171)을 통과하지 못하게 된다.

즉, 투과영역(Ⅰ) 및 반사영역(Ⅱ) 모두 블랙(Black)을 구현할 수 있게 된 다.

한편, 도 3은 전압인가 시 화이트(white)를 구현하는 편광상태를 보여준다. 투과영역(Ⅰ)은 액정층(130)이 λ/2의 위상지연을 가지므로, 백라이트(180)로부터 조사된 광은 편광판(172)을 통과하면서 편광판(172)의 투과축과 같은 편광방향의 선형 편광(220)이 되고, 이 선형 편광(220)은 λ/4의 위상지연을 주는 위상차판(162)을 통과하면서 원형 편광(221)이 되고, 이 원형 편광(221)은 λ/2의 위상지연을 주는 액정층(130)을 통과하면서 상기 원형 편광(221)과 위상차가 180도 차이가 나는 원형 편광(222)이 되며, 이 원형 편광(222)은 위상차판(161)을 통과하면서 편광판(171)의 투과축과 일치되는 편광방향을 가진 선형 편광(223)이 되어 편광판(171)을 통과하게 된다.

한편, 반사영역(Ⅱ)에서는 액정층(130)이 λ/4의 위상지연을 가지므로, 외부로부터 입사되는 입사광이 편광판(171)을 통과하면서 편광판(171)의 투과축과 같은 편광방향의 선형 편광(320)이 되고, 이 선형 편광(320)은 λ/4의 위상차판(161)을 통과하면서 원형 편광(321)이 되며, 이 원형 편광(321)은 λ/4의 액정층(130)을 통과하면서 상기 선형 편광(320)과 동일한 선형 편광(322)이 되고, 상기 선형 편광(322)은 반사판(140)에 반사된 후 상기 선형 편광(322)과 위상차가 90도 차이가 나는 선형 편광(323)이 된다. 이후 이 선형 편광(323)은 액정층(130)을 통과하면서 원형 편광(324)이 되고, 이 원형 편광(324)은 위상차판(161)을 통과하면서 편광판(171)을 통과하게 된다. 즉, 투과영역(Ⅰ) 및 반사영역(Ⅱ) 모두 화이트(white)를 구현할 수 있게 된다.

그런데, 상술한 바와 같은 종래 액정표시장치는 광시야각을 확보하기 위해 반사영역(Ⅱ)에 돌기(150)를 형성함으로써 액정층(130)에 멀티도메인을 형성하고 있다.

이 같은 돌기(150)를 형성하는 방법에 있어서, 일반적으로 상부기판(110) 상에 포토 레지스트막의 일종인 감광성 막을 스핀코팅 하거나, 슬릿코팅-일종의 슬릿을 가지고 있는 노즐을 이용하여 유동성 재료를 기판 위에 덮는 방법, 잉크젯 프린터의 원리와 같이 노즐 안에 들어있는 액체를 열을 가하여 분사하여 도포하는 방법, 인쇄의 원리를 이용하여 드럼 상에 붙어 있는 피착물을 기판에 전사하는 방법 등을 이용하여 전면에 고르게 도포한 후 통상의 마스크를 이용하여 노광하고 현상함으로써 패턴으로 형성하거나, 스크린 프린팅, 레이저 전사방법을 이용하여 유기막을 직접 형성하는 방법으로 돌기(150)를 형성한다.

여기서, 돌기(150)의 재질은 액정 재료보다 더 낮은 유전 상수를 가지는 아크릴 수지, 에폭시 수지, 노보락(novolac)수지 등의 유전체 물질로 형성됨으로써, 전압인가 시 커패시터로 작용하여 액정층(130)에 형성되는 전기장을 왜곡시키게 된다. 이로 인해, 돌기(150)의 하부에 위치하는 액정들은 잘 눕지 않아 반사율이 낮아져 반사영역의 콘트라스트비(Contrast Ratio)가 낮아지는 문제점이 있었다.

또한, 종래 반투과형 액정표시장치는 광학적 특성을 고려한 반투과형을 구현하기 위해 두 기판들의 외부에 위상차판을 별도로 형성하여야만 하는 문제점이 있었다.

따라서, 본 발명의 목적은 이와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 상부기판의 내측에 위상지연 및 멀티도메인을 형성할 수 있는 돌기 형상의 인셀리타더를 형성함으로써, 전압 인가시 인셀리타더가 위상차판으로 작용하여 인셀리타더의 하부에 형성되는 전계를 왜곡하지 않을 수 있는 반투과형 액정표시장치를 제공함에 있다.

또한, 전압 인가 시 인셀리타더의 하부에 형성되는 전계가 왜곡되지 않음으로써 반사율이 향상되어 콘트라스트비가 향상될 수 있는 반투과형 액정표시장치를 제공함에 있다.

또한, 인셀리타더가 위상차판으로 작용하여 기판들의 외부에 별도의 위상차판을 구비하지 않아도 됨으로써 제조공정 및 제조비용을 절감할 수 있는 반투과형 액정표시장치를 제공함에 있다.

상기 목적은, 본 발명에 따라, 매트릭스형으로 화소영역이 정의된 하부기판, 상기 화소영역의 대향되는 위치에 공통전극이 형성된 상부기판과, 상기 화소영역이 투과영역과 반사영역이 구분된 반투과형 액정표시장치에 있어서, 수직방향으로 배향되며, 전압인가 시 상기 투과영역의 액정층의 위상지연값이 상기 반사영역의 액정층의 위상지연값의 두 배가 되도록하며, 상기 상부기판과 상기 하부기판의 사이에 개재되는 액정층; 상기 하부기판 중 상기 액정층 측에 형성되되, 상기 화소영역 중 상기 반사영역에 형성되는 반사판; 상기 액정층에 멀티도메인을 형성하며 입사광 파장의 1/4의 지연을 주도록 상기 상부기판 중 상기 액정층 측에 형성되는 인셀리타더; 상기 상부기판 중 상기 액정층과 반대측과 상기 하부기판 중 상기 액정층과 반대측에 설치되며, 광 투과축이 상호 수직이 되도록 형성되어 설치되는 한 쌍의 편광판;을 포함하는 것을 특징으로 하는 반투과형 액정표시장치에 의해 달성된다.

여기서, 상기 인셀리타더는 상기 하부기판의 반사영역에 대향되도록 상기 상부기판에 형성되는 것이 바람직하다.

또한, 상기 인셀리타더는 상기 공통전극의 하부에 형성되는 것이 바람직하다.

또한, 상기 인셀리타더는 상기 액정층 방향으로 돌출되는 돌기 형상인 것이 바람직하다.

또한, 상기 투과영역의 액정층의 두께는 상기 반사영역의 액정층의 두께에 비해 실질적으로 2배가 되도록 형성되는 것이 바람직하다.

한편, 상기 인셀리타더의 재질은 셀룰로스 아실레이트일 수 있다.

또한, 상기 액정층의 액정은 유전율 이방성이 음인 액정인 것이 바람직하다.

본 발명에 따르면, 상부기판의 내측에 위상지연 및 멀티도메인을 형성할 수 있는 돌기 형상의 리타더를 형성함으로써, 전압 인가시 리타더가 위상차판으로 작용하여 인셀리타더의 하부에 형성되는 전계를 왜곡하지 않을 수 있는 반투과형 액 정표시장치가 제공된다.

또한, 전압 인가 시 인셀리타더의 하부에 형성되는 전계가 왜곡되지 않음으로써 반사율이 향상되어 콘트라스트비가 향상될 수 있는 반투과형 액정표시장치가 제공된다.

또한, 인셀리타더가 위상차판으로 작용하여 기판들의 외부에 별도의 위상차판을 구비하지 않아도 됨으로써 제조공정 및 제조비용을 절감할 수 있는 반투과형 액정표시장치가 제공된다.

또한, 외부에 위상차판을 구비하지 않아도 됨으로써 액정셀의 두께를 보다 박형으로 제조가능한 반투과형 액정표시장치가 제공된다.

설명에 앞서, 여러 실시예에 있어서, 동일한 구성을 가지는 구성요소에 대해서는 동일한 부호를 사용하여 대표적으로 제1실시예에서 설명하고, 그 외의 실시예에서는 제1실시예와 다른 구성에 대해서 설명하기로 한다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 제1실시예에 따른 반투과형 액정표시장치에 대하여 상세하게 설명한다.

도 4는 본 발명의 제1실시예에 따른 반투과형 액정표시장치의 평면도이고, 도 5는 도 4의 A-A'의 단면도이다.

도 4 및 도 5를 참조하면, 본 발명의 제1실시예에 따른 반투과형 액정표시장치(1)는 상호 대향면 측에 공통전극(22) 및 화소전극이 형성된 상부기판(20)과 하 부기판(10)이 액정층(30)을 사이에 두고 접합하여 구성되며, 각 화소영역(P) 내에는 투과영역(Ⅲ)과 반사영역(Ⅳ)이 형성되어 있다.

본 실시예에서는 단순한 형태로 마련된 반사영역 및 투과영역이 도시되어 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.

상기 하부기판(10)은 소정의 유리재질로 마련된 투명절연기판으로서, 액정층(30)과 인접한 면에 게이트라인(11)과 데이터라인(12)이 교차배열되고, 상기 교차배열된 영역에 화소전극(미도시)에 전압을 인가하도록 게이트라인(11)과 데이터라인(12)에 접속되는 박막트랜지스터(미도시)가 순차적으로 적층형성되며, 상기 화소영역(P)의 전면에 걸쳐 형성되되 상기 박막트랜지스터와 절연층을 사이에 두고 소정의 관통홀 등을 통해 접속되는 화소전극(미도시)이 형성될 수 있다. 여기서, 상기 화소전극은 인듐-틴-옥사이드(ITO) 또는 인듐-징크-옥사이드(IZO)를 포함하는 도전성 및 투과성을 겸비한 금속 산화물인 것이 바람직하다.

즉, 구동 전압이 게이트라인(11)을 통해 박막트랜지스터에 인가되는 경우, 박막트랜지스터는 도전상태가 되고 신호전압을 화소 전극에 인가하도록 구성될 수 있다.

또한, 상기 화소전극의 상부 즉, 화소영역(P)의 중앙영역에 길이바방향으로 반사판(13)이 다수 개가 형성됨으로써 반사영역(Ⅳ)으로 구분될 수 있다. 이때, 반사판(13)은 반사율이 높은 Al 등의 금속재질로 마련될 수 있으며, 난(亂)반사를 위해 상부가 요철형상으로 형성되는 것이 바람직하다.

즉, 상술한 바와 같이 화소영역(P) 중 반사판(13)이 형성되는 부분은 반사영 역(Ⅳ)으로 구분되고, 반사판(13)이 형성되지 않는 부분은 투과영역(Ⅲ)으로 구분된다.

또한, 상기 반사판(13)을 포함한 상기 하부기판(10)의 전면에 걸쳐 하부배향막(미도시)이 형성된다. 여기서, 하부배향막은 액정층(30)의 액정을 수직배향하도록 형성되며, 그 재질로서는 폴리이미드(polyimide)나 폴리아미드(polyamide) 등의 유기계열의 재질인 것이 바람직하나, SiO 수직 증착막, 계면활성제나 크롬 착체 등일 수도 있다.

이 같은 하부배향막에 의해 액정층(30)의 액정은 수직으로 배향되어 상부기판(20)과 하부기판(10)의 법선 방향으로 제어될 수 있다.

한편, 하부기판(20)의 하부에는 상향으로 빛을 조사하도록 백라이트(50)가 설치될 수 있다.

다음, 상부기판(20)은 소정의 유리재질로 마련된 투명절연기판으로서, 액정층(30)과 인접한 면 중 각 화소영역(P)의 전면에 걸쳐 레드(Red), 그린(Green), 블루(Blue) 중 어느 하나로 선택되는 컬러필터(21)와 공통전극(22)이 순차적으로 적층형성된다. 여기서, 공통전극(22)의 재질은 상기 화소전극의 재질과 동일할 수 있다.

또한, 상기 공통전극(22)은 공통신호라인(미도시)에 의해 일정한 전압을 인가받도록 형성되며, 상술한 화소전극과 함께 전압이 인가될 시 후술할 액정층(30)에 기판에 대해 법선인 수직방향의 전계가 형성되도록 할 수 있다.

또한, 상기 공통전극(22)의 하부에는 상기 반사영역(Ⅳ)에 형성된 반사판(13)과 대응되는 위치에 인셀리타더(23, ICR:In Cell Retarder)가 패터닝(Patterning) 등의 방법으로 형성될 수 있다. 이때, 리타더(23)의 형상은 하향 돌출된 돌기형상인 것이 멀티도메인을 형성함에 있어 바람직하다.

여기서, 인셀리타더(23)는 셀룰로스 아세테이트, 셀룰로스 아세테이트 부틸레이트 등의 셀룰로스 아실레이트 류, 폴리카보네이트, 폴리올레핀, 폴리스틸렌, 폴리에스테르 등의 재질로 마련될 수 있다. 가장 바람직하게는 셀룰로스 아실레이트 류 중에서 셀룰로스 아세테이트가 바람직하다.

즉, 종래 돌기를 형성하는 재질인 유전체 물질로 형성되지 않음으로써 전압 인가 시 커패시터가 형성되지 않고, 이에 따라 액정층(30)에 형성되는 전기장을 왜곡시키지 않게 된다.

본 실시예에서의 인셀리타더(23)는 입사광의 파장을 1/4 지연을 줄 수 있도록 형성됨으로써 실질적으로 입사광에 대해 λ/4의 위상지연을 줄 수 있도록 형성된다.

즉, 상기 인셀리타더(23)는 멀티도메인을 형성하기 위한 종래의 돌기의 역할을 함과 동시에 입사광에 대한 광학적 특성을 확보하기 위해 종래 기판의 외부에 설치되었던 위상차판의 역할을 동시에 수행하도록 형성되는 것이다.

또한, 인셀리타더(23)를 포함한 상부기판(20)의 전면에 걸쳐 상부배향막(미도시) 및 오버코팅층(미도시)이 형성될 수 있다. 이때, 상부배향막은 상술한 하부배향막과 같이 액정층(30)의 액정을 수직으로 배향하도록 형성되며, 그 재질 또한 하부배향막과 동일할 수 있다.

한편, 상술한 하부기판(10)과 상부기판(20)의 액정층(30)과 반대측 즉, 외측에는 제1편광판(41)과 제2편광판(42)인 한 쌍의 편광판이 설치된다(하부기판의 경우에는 백라이트와 사이영역). 여기서, 각각의 편광판(41)(42)은 요오드를 흡착시켜 연신(延伸)한 PVA(Poly Vinyl Alcohol)필름층과 상기 PVA필름을 보호하는 보호필름으로 구성될 수 있으며, 또한 각각의 편광판의 광 투과축은 상호 수직인 방향으로 설치되는 것이 바람직하다.

다음, 액정층(30)의 액정은 상기 두 기판의 대향면에 형성되는 배향막에 의해 수직배향되며, 전계방향에 대해 수직방향을 향하는 성질을 갖는 유전율 이방성이 음인 액정이 사용되는 것이 바람직하다.

즉, 액정층(30)에 전압 인가시 액정층(30)의 액정은 상부기판(10)과 하부기판(20) 사이에 수직방향으로 형성되는 전계에 대해 수직방향(상기 기판들과 평행한 방향)으로 기울게 된다.

이에 의해, 액정층을 통과하는 입사광의 위상이 변화하게 되는데, 상기 위상이 변화하는 값을 위상지연값이라 하고, 이 위상지연값은 액정층의 두께(d) 즉, 상부기판(10)과 하부기판(20) 간의 거리인 셀갭과 액정의 복굴절율값(Δn)을 곱한 값에 의해 결정되게 된다.

즉, 본 실시예에서는 듀얼 셀갭을 전제로 하므로 레진 혹은 유기 절연막(A) 을 통해 투과영역(Ⅲ)의 셀갭(2d₁)이 반사영역(Ⅳ)의 셀갭(d₁)에 비해 실질적으로 2배가 되는 것을 나타내고 있다.

이에 따라, 전압 인가시 액정층(30)의 복굴절율값(Δn)은 투과영역과 반사영역에서 서로 다른 값을 갖게 되도록 액정을 제어할 수 있게 된다.

따라서, 본 발명에 따른 액정층(30)은 전압 인가시 반사영역(Ⅳ)의 액정층(30)이 λ/4의 위상지연을 주도록 수직방향에서 수평방향으로 눕게 되고, 투과영역(Ⅲ)의 액정층(30)이 λ/2의 위상지연을 주도록 수직방향에서 수평방향으로 눕게 된다.

즉, 투과영역(Ⅲ)의 액정층(30)과 반사영역(Ⅳ)의 액정층(30)은 전압 무인가 시 최초 배향방향인 수직방향이므로 위상차가 거의 제로에 가까워 위상지연이 발생하지 않고, 전압 인가시 투과영역(Ⅲ)의 액정층(30)은 λ/2의 위상지연값을 갖게 되고, 반사영역(Ⅳ)의 액정층(30)은 λ/4의 위상지연값을 갖게 된다.

상술한 바와 같이 구성된 본 발명의 제1실시예에 따른 반투과형 액정표시장치의 구동에 대해 설명한다. 도 6 및 도 7은 본 발명의 제1실시예에 따른 반투과형 액정표시장치의 편광상태도이다.

본 실시예에서는 기판의 길이 방향에 대해 제1편광판(41)의 투과축(a)은 45도의 각도를 이루며, 제2편광판(42)의 투과축(b)은 135도를 이룬다. 즉, 한 쌍의 편광판(41)(42)의 투과축이 상호 수직이 되도록 구성한다.

아울러, 인셀리타더(23)는 λ/4 위상지연값을 가지는 것을 이용하는데, 45°의 선형 편광이 입사되면 좌원 편광되고, 좌원 편광이 입사되면 135°의 선형 편광이 되며, 135°의 선형 편광이 입사되면 우원 편광되고, 우원 편광이 입사되면 45°의 선형 편광이 되도록 좌회전(lefthanded)하는 것을 이용하며, 상부 편광판(41)의 위치에서 광경로를 보았을 때를 기준으로 한다.

도 6을 참조하면, 전압 무인가 시, 투과영역(Ⅲ)과 반사영역(Ⅳ)의 블랙(black)을 구현하는 편광상태를 보여주고 있다.

투과영역(Ⅲ)은 백라이트(50)로부터 입사된 입사광이 제2편광판(42)의 광 투과축(b)과 일치하는 135°의 선형 편광(60)이 되고, 이 선형 편광(60)은 액정층(30) 통과시 액정들이 수직 배향되어 위상차를 갖지 않으므로 그냥 투과된다. 이때, 투과된 상기 선형 편광(61)은 제1편광판(41)의 광 투과축(a)과 수직이므로 상기 선형 편광(61)은 투과되지 못하게 된다.

아울러, 반사영역(Ⅳ)은 상부기판(20)의 외부로부터 입사된 입사광이 제1편광판(41)을 통과하면서 편광판(41)의 투과축(a)과 같은 45°의 선형 편광(70)이 되고, 이 선형 편광(70)은 λ/4의 위상지연을 주는 인셀리타더(23)를 통과하면서 좌원 편광(71)이 되고, 이 좌원 편광(71)은 액정층(130) 통과시 액정들이 수직 배향되어 위상차를 갖지 않으므로 그냥 투과되며, 투과된 좌원 편광(72)은 반사판(23)에 반사된 후 우원 편광(73)이 된다.

이후, 액정층(30)을 그대로 투과하고, 투과된 우원 편광(74)은 λ/4의 위상지연을 주는 인셀리타더(23)를 통과하면서 제1편광판(41)의 투과축(a)과 수직인 135°의 선형 편광(75)이 되어 제1편광판(41)을 통과하지 못하게 된다.

한편, 도 7을 참조하면, 전압인가 시, 투과영역(Ⅲ)과 반사영역(Ⅳ)의 화이트(white)를 구현하는 편광상태를 보여주고 있다.

투과영역(Ⅲ)은 액정층(30)의 액정들이 전압 인가에 따른 전계에 의해 누움으로써 λ/2의 위상지연을 가지므로, 백라이트(50)로부터 조사된 광은 제2편광판(42)을 통과하면서 편광판(42)의 투과축(b)과 같은 135°의 선형 편광(80)이 되고, 이 선형 편광(80)은 λ/2의 위상지연을 주는 액정층(130)을 통과하면서 상기 선형 편광(80)은 45°의 선형 편광(81)이 된다. 즉, 이 선형 편광(81)은 제1편광판(41)의 투과축(a)과 일치하므로 상기 제1편광판(41)을 투과하게 된다.

아울러, 반사영역(Ⅳ)에서는 액정층(30)이 λ/4의 위상지연을 가지므로, 외부로부터 입사되는 입사광이 제1편광판(41)을 통과하면서 제1편광판(41)의 광 투과축(a)과 같은 45°의 선형 편광(90)이 되고, 이 선형 편광(90)은 λ/4의 리타더(23)를 통과하면서 좌원 편광(91)이 되며, 이 좌원 편광(91)은 λ/4의 액정층(30)을 통과하면서 상기 선형 편광(90)과 동일한 45°의 선형 편광(92)이 된다.

이후, 상기 선형 편광(92)은 반사판(140)에 반사되어 135°의 선형 편광(93)이 된다. 상기 135°의 선형 편광(93)은 λ/4의 액정층(30)을 통과하면서 우원 편광(94)이 되고, 이 우원 편광(94)은 인셀리타더(23)를 통과하면서 제1편광판(41)의 투과축(a)과 수직인 45°의 선형 편광(95)이 된다. 이 45°의 선형 편광(95)은 제1편광판(41)의 투과축(a)과 일치하므로 상기 선형 편광(95)은 제1편광판(41)을 투 과하게 된다.

상술한 바와 같이 본 발명에 따른 반투과형 액정표시장치는 종래 반투과형 액정표시장치와 비교하여 외부에 위상차판을 구비하지 않아도 반투과형 액정표시장치의 액정구동을 구현해 낼 수 있다. 즉, 외부에 위상차판을 설치 또는 형성하는 공정을 제거함으로써 공정절감 및 제조비용 절감을 담보할 수 있다.

또한, 외부 위상차판을 구비하지 않아도 됨으로써 액정셀의 두께를 보다 박형으로 제조할 수 있다.

한편, 반사영역(Ⅳ)의 상부에 형성되는 인셀리타더(23)는 재질이 종래 돌기와 같이 유전체 물질로 형성되지 않음으로 인해 커패시터가 형성되지 않고, 이에 따라 액정층(30)에 형성되는 전계를 왜곡하지 않게 됨으로써 인셀리타더(23)의 하부에 위치하는 액정은 전계에 따라 눕게 되고, 이에 의해 투과율이 향상되어 반사영역에서의 콘트라스트 비가 향상된다.

본 발명의 권리범위는 상술한 실시예에 한정되는 것이 아니라 첨부된 특허청구범위 내에서 다양한 형태의 실시예로 구현될 수 있다. 특허청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 변형 가능한 다양한 범위까지 본 발명의 청구범위 기재의 범위 내에 있는 것으로 본다.

도 1은 종래 멀티도메인을 구현한 반투과형 액정표시장치의 화소영역의 횡단면도,

도 2 및 도 3은 종래 반투과형 액정표시장치의 편광상태도,

도 4는 본 발명의 제1실시예에 따른 반투과형 액정표시장치의 평면도,

도 5는 도 4의 A-A'의 단면도,

도 6 및 도 7은 본 발명의 제1실시예에 따른 반투과형 액정표시장치의 편광상태도이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

10 : 하부기판 11 : 게이트라인 12 : 데이터라인

13 : 반사판 20 : 상부기판 21 : 컬러필터

22 : 공통전극 23 : 인셀리타더 30 : 액정층

41 : 제1편광판 42 : 제2편광판 50 : 백라이트

Claims (7)

1. 매트릭스형으로 화소영역이 정의된 하부기판, 상기 화소영역의 대향되는 위치에 공통전극이 형성된 상부기판과, 상기 화소영역이 투과영역과 반사영역으로 구분된 반투과형 액정표시장치에 있어서,

   수직방향으로 배향되며, 전압인가 시 상기 투과영역의 액정층의 위상지연값이 상기 반사영역의 액정층의 위상지연값의 두 배가 되도록하며, 상기 상부기판과 상기 하부기판의 사이에 개재되는 액정층;

   상기 하부기판 중 상기 액정층 측에 형성되되, 상기 화소영역 중 상기 반사영역에 형성되는 반사판;

   상기 액정층에 멀티도메인을 형성하며 입사광 파장의 1/4의 지연을 주도록 상기 상부기판 중 상기 액정층 측에 형성되는 인셀리타더;

   상기 상부기판 중 상기 액정층과 반대측과 상기 하부기판 중 상기 액정층과 반대측에 설치되며, 광 투과축이 상호 수직이 되도록 형성되어 설치되는 한 쌍의 편광판;을 포함하며,

   상기 인셀리타더는 상기 하부기판의 반사영역에 대향되도록 상기 상부기판에 형성된 공통전극의 하부에 형성되며, 상기 액정층 방향으로 돌출되는 돌기 형상인 것을 특징으로 하는 반투과형 액정표시장치.
2. 삭제
3. 제 1항에 있어서,

   상기 인셀리타더는 셀룰로스 아실레이트, 폴리카보네이트, 폴리올레핀, 폴리스틸렌, 폴리에스테르 중 적어도 어느 하나인 비유전체 재질인 것을 특징으로 하는 반투과형 액정표시장치.
4. 제 1항에 있어서,

   상기 투과영역의 액정층의 두께는 상기 반사영역의 액정층의 두께에 비해 실질적으로 2배가 되도록 형성되는 것을 특징으로 하는 반투과형 액정표시장치.
5. 제 1항에 있어서,

   상기 액정층의 액정은 유전율 이방성이 음인 액정인 것을 특징으로 하는 반투과형 액정표시장치.
6. 삭제
7. 삭제

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