KR101282398B1 - 컬러 필터 표시판, 박막 트랜지스터 표시판 및 이를 이용한액정 표시 장치 - Google Patents

컬러 필터 표시판, 박막 트랜지스터 표시판 및 이를 이용한액정 표시 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 반투과형 액정 표시 장치에 대한 발명으로, 편광판과 표시판의 사이에 λ/4 플레이트만을 형성하고 편광판의 흡수축과 λ/4 플레이트의 느린축의 방향을 설정하여 λ/2 플레이트와 λ/4 플레이트를 함께 사용하던 기존의 반투과형 액정 표시 장치보다 우수하거나 동일한 특성을 가지면서 그 두께가 얇고 그 생산 비용이 감소되는 장점이 있다.
반투과, λ/4 플레이트, 흡수축, 느린축, 편광판

Description

컬러 필터 표시판, 박막 트랜지스터 표시판 및 이를 이용한 액정 표시 장치{COLOR FILTER PANEL, THIN FILM TRANSISTOR ARRAY PANEL AND LIQUID CRYSTAL DISPLAY THEREOF}
도 1은 본 발명의 한 실시예에 따른 액정 표시 장치의 배치도이다.
도 2 및 도 3은 각각 도 1에 도시한 액정 표시 장치를 II-II'선 및 III-III'선을 따라 잘라 도시한 단면도이다.
도 4 및 도 5는 본 발명의 한 실시예에 따른 컬러 필터 기판의 편광판 및 λ/4 플레이트 부분의 단면을 확대 도시한 도면이다.
도 6은 본 발명의 한 실시예에 따른 컬러 필터 표시판에서의 편광판과 λ/4 플레이트의 각도관계를 도시한 도면이다.
도 7은 본 발명의 한 실시예에 따른 박막 트랜지스터 표시판에서의 편광판과 λ/4 플레이트의 각도관계를 도시한 도면이다.
도 8은 기존의 반투과 조건에서의 시야각을 측정한 결과이다.
도 9는 본 발명에 따른 반투과 조건에서의 시야각을 측정한 결과이다.
도 10은 본 발명에 따른 액정 표시 장치에서 시뮬레이션한 결과이다.
도 11 및 도 12는 액정에 따른 전압에 따른 반사 및 투과율 곡선이다.
도 13은 도 11 및 도 12에 따른 색좌표를 보여주는 도면이다.
<도면 부호의 설명>
3: 액정층 12: 하부 편광판
15, 25: λ/4 플레이트 22:상부 편광판
23, 26: 접착제 24: 보호막
100: 박막 트랜지스터 표시판 110: 하부 절연 기판
121: 게이트선 124: 게이트 전극
131: 유지 전극선 140: 게이트 절연막
151, 154: 반도체 163, 165: 저항성 접촉층
171: 데이터선 173: 소스 전극
175: 드레인전극 180: 하부 보호막
187: 유기 절연막 190: 화소 전극
192: 투명 전극 194: 반사 전극
195: 투과 영역
200: 컬러 필터 표시판 210: 상부 절연 기판
220: 블랙 매트릭스 230: 컬러 필터
250: 평탄화막
본 발명은 반투과형 액정 표시 장치에 관한 것이다.
액정 표시 장치는 현재 가장 널리 사용되고 있는 평판 표시 장치 중 하나로서, 화소 전극과 공통 전극 등 전계 생성 전극이 형성되어 있는 두 장의 표시판과 그 사이에 삽입되어 있는 액정층으로 이루어지며, 전계 생성 전극에 전압을 인가하여 액정층에 전계를 생성하고 이를 통하여 액정층의 액정 분자들의 배향을 결정하고 입사광의 편광을 제어함으로써 영상을 표시한다.
액정 표시 장치는 광원에 따라서 액정 셀의 배면에 위치한 조명부를 이용하여 화상을 표시하는 투과형 액정 표시 장치, 자연 외부광을 이용하여 화상을 표시하는 반사형 액정 표시 장치, 그리고 투과형 액정 표시 장치와 반사형 액정 표시 장치의 구조를 결합시킨 것으로, 실내나 외부 광원이 존재하지 않는 어두운 곳에서는 표시 소자 자체의 내장 광원을 이용하여 화상을 표시하는 투과 모드로 작동하고 실외의 고조도 환경에서는 외부광을 반사시켜 화상을 표시하는 반사 모드로 작동하는 반투과형 액정 표시 장치로 구분된다.
이러한 액정 표시 장치의 두 표시판의 외측 면에는 입사광에 대해 특정의 편광 성분만을 투과시키는 편광판이 부착된다. 표시판과 편광판 사이에는 위상 지연 필름으로 λ/2 플레이트 및 λ/4 플레이트가 배치되는데, 이러한 위상 지연 필름은 위상 지연 필름의 광축에 평행하며 서로 수직인 두 편광 성분에 대하여 각각 λ/2, λ/4 만큼의 위상차를 부여한다.
이상과 같이 2장의 위상 지연 필름을 사용함으로 인하여 제조 단가가 올라가며, 이와 더불어 액정 표시 장치의 전체 두께도 증가하는 문제점이 있다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 제조 원가를 절감하며, 액정 표시 장치의 두께도 감소시키고, 이와 더불어 액정 표시 장치의 특성 또한 향상시킨 액정 표시 장치를 제공하기 위한 발명이다.
이러한 과제를 해결하기 위하여 본 발명에서는 표시판의 외측에 λ/4 플레이트와 편광판만을 형성한다.
구체적으로, 본 발명에 따른 컬러 필터 표시판은 컬러 필터를 포함하는 기판, 상기 기판의 외측에 형성되어 있으며 느린축을 가지는 λ/4 플레이트, 상기 λ/4 플레이트의 외측에 부착되어 있으며 흡수축을 가지는 편광판을 포함하며, 상기 λ/4 플레이트의 느린축은 기준 방향에 대하여 147±10도를 가지며, 상기 편광판의 흡수축은 상기 기준 방향에 대하여 15±10도를 가지며,
상기 λ/4 플레이트는 550nm 파장의 빛에 대하여 Δnd값으로 155±20nm 이고,
상기 기판, 상기 λ/4 플레이트 및 상기 편광판은 접착제에 의하여 부착되어 있으며,
상기 λ/4 플레이트는 상기 편광판의 하부면에 코팅되어 있고,
상기 λ/4 플레이트는 상기 편광판의 하부면에 배향막과 액정층을 포함하여 경화되어 있으며,
상기 편광판의 외측면에는 하드 코팅이나 반사 방지 처리를 통하여 형성된 보호막을 더 포함하고,
본 발명에 따른 박막 트랜지스터 표시판은 박막 트랜지스터를 포함하는 기판, 상기 기판의 외측에 형성되어 있으며 느린축을 가지는 λ/4 플레이트, 상기 λ/4 플레이트의 외측에 부착되어 있으며 흡수축을 가지는 편광판을 포함하며, 상기 λ/4 플레이트의 느린축은 기준 방향에 대하여 114±10도를 가지며, 상기 편광판의 흡수축은 상기 기준 방향에 대하여 75±10도를 가지며,
상기 λ/4 플레이트는 550nm 파장의 빛에 대하여 Δnd값으로 135±20nm 이며,
상기 기판, 상기 λ/4 플레이트 및 상기 편광판은 접착제에 의하여 부착되어 있으며,
상기 λ/4 플레이트는 상기 편광판의 하부면에 코팅되어 있으며,
상기 λ/4 플레이트는 상기 편광판의 하부면에 배향막과 액정층을 포함하여 경화되어 있으며,
상기 편광판의 외측면에는 하드 코팅이나 반사 방지 처리를 통하여 형성된 보호막을 더 포함하며,
본 발명에 따른 액정 표시 장치는 컬러 필터 표시판, 박막 트랜지스터 표시판 및 그 사이에 형성되어 있는 액정을 포함하는 액정 표시 장치에서, 상기 컬러 필터 표시판은 컬러 필터를 포함하는 제1 기판, 상기 제1 기판의 상측에 형성되어 있으며 느린축을 가지는 제1 λ/4 플레이트, 상기 제1 λ/4 플레이트의 상측에 부착되어 있으며 흡수축을 가지는 제1 편광판을 포함하며, 상기 제1 λ/4 플레이트의 느린축은 기준 방향에 대하여 147±10도를 가지며, 상기 제1 편광판의 흡수축은 상 기 기준 방향에 대하여 15±10도를 가지며, 상기 박막 트랜지스터 표시판은 박막 트랜지스터를 포함하는 제2 기판, 상기 제2 기판의 하측에 형성되어 있으며 느린축을 가지는 제2 λ/4 플레이트, 상기 제2 λ/4 플레이트의 하측에 부착되어 있으며 흡수축을 가지는 제2 편광판을 포함하며, 상기 제2 λ/4 플레이트의 느린축은 기준 방향에 대하여 66±10도를 가지며, 상기 제2 편광판의 흡수축은 상기 기준 방향에 대하여 105±10도를 가지며,
상기 제1 λ/4 플레이트는 550nm 파장의 빛에 대하여 Δnd값으로 155±20nm 이며, 상기 제2 λ/4 플레이트는 550nm 파장의 빛에 대하여 Δnd값으로 135±20nm 이며,
상기 제1 기판, 상기 제1 λ/4 플레이트 및 상기 제1 편광판은 접착제에 의하여 부착되어 있으며, 상기 제2 기판, 상기 제2 λ/4 플레이트 및 상기 제2 편광판도 접착제에 의하여 부착되어 있으며,
상기 제1 및 제2 λ/4 플레이트는 각각 상기 제1 및 제2 편광판에 코팅되어 있으며,
상기 제1 및 제2 λ/4 플레이트는 각각 상기 제1 및 제2 편광판에 배향막과 액정층을 포함하여 경화되어 있으며,
상기 제1 및 제2 편광판의 외측면에는 하드 코팅이나 반사 방지 처리를 통하여 형성된 보호막을 더 포함하며,
상기 액정의 시야각은 1시 방향에서 ±40도이다.
첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기 술 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 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다. 반대로 어떤 부분이 다른 부분 "바로 위에" 있다고 할 때에는 중간에 다른 부분이 없는 것을 뜻한다.
먼저 본 발명의 한 실시예에 따른 액정 표시 장치에 대하여 도 1 내지 도 3을 참고로 하여 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 한 실시예에 따른 액정 표시 장치의 배치도이고, 도 2 및 도 3은 각각 도 1에 도시한 액정 표시 장치를 II-II'선 및 III-III'선을 따라 잘라 도시한 단면도이다.
본 실시예에 따른 액정 표시 장치는 박막 트랜지스터 표시판(100)과 이와 마주보고 있는 컬러 필터 표시판(200), 그리고 이들 사이에 삽입되어 있으며 두 표시판(100, 200)의 표면에 대하여 수직 또는 수평으로 배향되어 있는 액정 분자를 포함하는 액정층(3)으로 이루어진다.
먼저, 박막 트랜지스터 표시판(100)에 대하여 설명한다.
투명한 유리 또는 플라스틱 따위로 만들어진 절연 기판(110) 위에 복수의 게 이트선(gate line)(121) 및 복수의 유지 전극선(storage electrode line)(131)이 형성되어 있다.
게이트선(121)은 게이트 신호를 전달하며 주로 가로 방향으로 뻗어 있다. 각 게이트선(121)은 위로 돌출한 복수의 게이트 전극(gate electrode)(124)과 다른 층 또는 외부 구동 회로와의 접속을 위하여 면적이 넓은 끝 부분(129)을 포함한다. 게이트 신호를 생성하는 게이트 구동 회로(도시하지 않음)는 기판(110) 위에 부착되는 가요성 인쇄 회로막(flexible printed circuit film)(도시하지 않음) 위에 장착되거나, 기판(110) 위에 직접 장착되거나, 기판(110)에 집적될 수 있다. 게이트 구동 회로가 기판(110) 위에 집적되어 있는 경우 게이트선(121)이 연장되어 이와 직접 연결될 수 있다.
유지 전극선(131)은 소정의 전압을 인가 받으며 게이트선(121)과 거의 나란하게 뻗는다. 각 유지 전극선(131)은 인접한 두 게이트선(121) 사이에 위치하며 두 게이트선(121) 중 아래쪽에 가깝다. 유지 전극선(131)은 아래위로 확장된 유지 전극(storage electrode)(137)을 포함한다. 그러나 유지 전극선(131)의 모양 및 배치는 여러 가지로 변형될 수 있다.
게이트선(121) 및 유지 전극선(131)의 측면은 기판(110) 면에 대하여 경사져 있으며 그 경사각은 약 30° 내지 약 80°인 것이 바람직하다.
게이트선(121) 및 유지 전극선(131) 위에는 질화규소(SiNx) 또는 산화규소(SiOx) 따위로 만들어진 게이트 절연막(gate insulating layer)(140)이 형성되어 있다.
게이트 절연막(140) 위에는 수소화 비정질 규소(hydrogenated amorphous silicon)(비정질 규소는 약칭 a-Si로 씀) 또는 다결정 규소(polysilicon) 등으로 만들어진 복수의 선형 반도체(151)가 형성되어 있다. 선형 반도체(151)는 주로 세로 방향으로 뻗어 있으며, 게이트 전극(124)을 향하여 뻗어 나온 복수의 돌출부(projection)(154)를 포함한다. 선형 반도체(151)는 게이트선(121) 및 유지 전극선(131) 부근에서 너비가 넓어져 이들을 폭넓게 덮고 있다.
반도체(151) 위에는 복수의 선형 및 섬형 저항성 접촉 부재(ohmic contact)(161, 165)가 형성되어 있다. 저항성 접촉 부재(161, 165)는 인 따위의 n형 불순물이 고농도로 도핑되어 있는 n+ 수소화 비정질 규소 따위의 물질로 만들어지거나 실리사이드(silicide)로 만들어질 수 있다. 선형 저항성 접촉 부재(161)는 복수의 돌출부(163)를 가지고 있으며, 이 돌출부(163)와 섬형 저항성 접촉 부재(165)는 쌍을 이루어 반도체(151)의 돌출부(154) 위에 배치되어 있다.
반도체(151)와 저항성 접촉 부재(161, 165)의 측면 역시 기판(110) 면에 대하여 경사져 있으며 경사각은 30° 내지 80° 정도이다.
저항성 접촉 부재(161, 165) 및 게이트 절연막(140) 위에는 복수의 데이터선(data line)(171)과 복수의 드레인 전극(drain electrode)(175)이 형성되어 있다.
데이터선(171)은 데이터 신호를 전달하며 주로 세로 방향으로 뻗어 게이트선(121) 및 유지 전극선(131)과 교차한다. 각 데이터선(171)은 게이트 전극(124)을 향하여 뻗은 복수의 소스 전극(source electrode)(173)과 다른 층 또는 외부 구동 회로와의 접속을 위하여 면적이 넓은 끝 부분(179)을 포함한다. 데이터 신호를 생 성하는 데이터 구동 회로(도시하지 않음)는 기판(110) 위에 부착되는 가요성 인쇄 회로막(도시하지 않음) 위에 장착되거나, 기판(110) 위에 직접 장착되거나, 기판(110)에 집적될 수 있다. 데이터 구동 회로가 기판(110) 위에 집적되어 있는 경우, 데이터선(171)이 연장되어 이와 직접 연결될 수 있다.
드레인 전극(175)은 데이터선(171)과 분리되어 있으며 게이트 전극(124)을 중심으로 소스 전극(173)과 마주한다. 각 드레인 전극(175)은 넓은 한 쪽 끝 부분과 막대형인 다른 쪽 끝 부분을 포함한다. 넓은 끝 부분은 유지 전극(137)과 중첩하며, 막대형 끝 부분은 구부러진 소스 전극(173)으로 일부 둘러싸여 있다.
하나의 게이트 전극(124), 하나의 소스 전극(173) 및 하나의 드레인 전극(175)은 반도체(151)의 돌출부(154)와 함께 하나의 박막 트랜지스터(thin film transistor, TFT)를 이루며, 박막 트랜지스터의 채널(channel)은 소스 전극(173)과 드레인 전극(175) 사이의 돌출부(154)에 형성된다.
데이터선(171) 및 드레인 전극(175) 또한 그 측면이 기판(110) 면에 대하여 30° 내지 80° 정도의 경사각으로 기울어진 것이 바람직하다.
저항성 접촉 부재(161, 165)는 그 아래의 반도체(151)와 그 위의 데이터선(171) 및 드레인 전극(175) 사이에만 존재하며 이들 사이의 접촉 저항을 낮추어 준다. 대부분의 곳에서는 선형 반도체(151)가 데이터선(171)보다 좁지만, 앞서 설명하였듯이 게이트선(121)과 만나는 부분에서 너비가 넓어져 표면의 프로파일을 부드럽게 함으로써 데이터선(171)이 단선되는 것을 방지한다. 반도체(151)에는 소스 전극(173)과 드레인 전극(175) 사이를 비롯하여 데이터선(171) 및 드레인 전극 (175)으로 가리지 않고 노출된 부분이 있다.
데이터선(171), 드레인 전극(175) 및 노출된 반도체(151) 부분 위에는 보호막(passivation layer)(180)이 형성되어 있다. 보호막(180)은 질화규소나 산화규소 따위의 무기 절연물로 만들어진 하부막(180q)과 유기 절연물로 만들어진 상부막(180q)을 포함한다. 상부 보호막(180q)은 4.0 이하의 유전 상수를 가지는 것이 바람직하고, 감광성(photosensitivity)을 가질 수도 있으며 그 표면에는 요철이 형성되어 있을 수도 있다. 또한 상부 보호막(180q)에는 하부 보호막(180q)의 일부를 드러내는 개구부(195: 투과창)가 형성되어 있다. 그러나 보호막(180)은 무기 절연물 또는 유기 절연물 따위로 만들어진 단일막 구조를 가질 수도 있다.
보호막(180)에는 데이터선(171)의 끝 부분(179)과 드레인 전극(175)을 각각 드러내는 복수의 접촉 구멍(contact hole)(182, 185)이 형성되어 있으며, 보호막(180)과 게이트 절연막(140)에는 게이트선(121)의 끝 부분(129)을 드러내는 복수의 접촉 구멍(181)이 형성되어 있다.
보호막(180) 위에는 복수의 화소 전극(pixel electrode)(191) 및 복수의 접촉 보조 부재(contact assistant)(81, 82)가 형성되어 있다.
각 화소 전극(191)은 상부 보호막(180q)의 상부에 형성되며 투명 전극(192) 및 그 위의 반사 전극(194)을 포함한다. 투명 전극(192)은 ITO 또는 IZO 등의 투명한 도전 물질로 만들어지고, 반사 전극(194)은 알루미늄, 은, 크롬 또는 그 합금 등의 반사성 금속으로 만들어진다.
반사 전극(194)은 상부 보호막(180q)의 개구부에 위치하며 투명 전극(192)을 노출하는 투과창(195)을 가지고 있다. 반사 전극(194)은 투명 전극(192) 일부 위에만 존재하여 투명 전극(192)의 다른 부분을 노출하며, 투명 전극(192)의 노출된 부분은 상부 보호막(180q)의 개구부에 위치한다.
화소 전극(191)은 접촉 구멍(185)을 통하여 드레인 전극(175)과 물리적·전기적으로 연결되어 있으며, 드레인 전극(175)으로부터 데이터 전압을 인가 받는다. 데이터 전압이 인가된 화소 전극(191)은 공통 전압(common voltage)을 인가 받는 컬러 필터 표시판(200)의 공통 전극(common electrode)(270)과 함께 전기장을 생성함으로써 두 전극(191, 270) 사이의 액정층(3)의 액정 분자의 방향을 결정한다. 이와 같이 결정된 액정 분자의 방향에 따라 액정층(3)을 통과하는 빛의 편광이 달라진다. 화소 전극(191)과 공통 전극(270)은 축전기[이하 “액정 축전기(liquid crystal capacitor)”라 함]를 이루어 박막 트랜지스터가 턴 오프된 후에도 인가된 전압을 유지한다.
박막 트랜지스터 표시판(100), 컬러 필터 표시판(200) 및 액정층(3) 등을 포함하는 반투과형 액정 표시 장치는 투명 전극(192) 및 반사 전극(194)에 의하여 각각 정의되는 투과 영역(TA) 및 반사 영역(RA)으로 구획될 수 있다. 구체적으로는, 투과창(195) 아래위에 위치하는 부분은 투과 영역(TA)이 되고, 반사 전극(194) 아래위에 위치하는 부분은 반사 영역(RA)이 된다.
투과 영역(TA)에서는 액정 표시 장치의 뒷면, 즉 박막 트랜지스터 표시판(100) 쪽에서 입사된 빛이 액정층(3)을 통과하여 앞면, 즉 컬러 필터 표시판(200) 쪽으로 나옴으로써 표시를 수행한다. 반사 영역(RA)에서는 앞면에서 들어온 빛이 액정층(3)으로 들어왔다가 반사 전극(194)에 의하여 반사되어 액정층(3)을 다시 통과하여 앞면으로 나옴으로써 표시를 수행한다. 이때, 반사 전극(194)의 굴곡은 빛이 반사되어 분산되도록 한다.
투과 영역(TA)에는 상부 보호막(180q)이 없으므로, 반사 영역(RA)에서의 액정층(3)의 두께, 또는 셀 간격(cell gap)이 투과 영역(TA)에서의 셀 간격의 반이 된다.
화소 전극(191) 및 이와 연결된 드레인 전극(175) 확장부(177)는 유지 전극(137)을 비롯한 유지 전극선(131)과 중첩한다. 화소 전극(191) 및 이와 전기적으로 연결된 드레인 전극(175)이 유지 전극선(131)과 중첩하여 이루는 축전기를 유지 축전기(storage capacitor)라 하며, 유지 축전기는 액정 축전기의 전압 유지 능력을 강화한다.
접촉 보조 부재(81, 82)는 각각 접촉 구멍(181, 182)을 통하여 게이트선(121)의 끝 부분(129) 및 데이터선(171)의 끝 부분(179)과 연결된다. 접촉 보조 부재(81, 82)는 게이트선(121)의 끝 부분(129) 및 데이터선(171)의 끝 부분(179)과 외부 장치와의 접착성을 보완하고 이들을 보호한다.
다음으로 컬러 필터 표시판(200)에 대하여 설명한다.
투명한 유리 또는 플라스틱 등으로 만들어진 절연 기판(210) 위에 차광 부재(light blocking member)(220)가 형성되어 있다. 차광 부재(220)는 블랙 매트릭스(black matrix)라고도 하며, 화소 전극(190)과 마주하는 복수의 개구 영역을 정의하는 한편 화소 전극(190) 사이의 빛샘을 막아 준다.
기판(210) 위에는 또한 복수의 컬러 필터(color filter)(230)가 형성되어 있으며, 차광 부재(220)로 둘러싸인 개구 영역 내에 거의 다 들어가도록 배치되어 있다. 컬러 필터(230)는 화소 전극(190)을 따라 세로 방향으로 길게 뻗어 띠(stripe)를 이룰 수 있다. 각 컬러 필터(230)는 적색, 녹색 및 청색의 삼원색 등 기본색(primary color)중 하나를 표시할 수 있다. 컬러 필터(230)는 투과 영역(TA)과 반사 영역(RA)에 대하여 서로 다른 두께로 형성되어 있다. 투과 영역(TA)은 투명 전극(192)을 지난 빛이 컬러 필터(230)를 한번만 지나가나, 반사 영역(RA)은 빛이 컬러 필터 표시판(200)으로 입사될 때 및 반사되어 나갈 때 총 2번 컬러 필터(230)를 지나가게 된다. 그로 인하여 투과 영역(TA)과 반사 영역(RA)에서 표시되는 색감이 서로 다르게 될 수 있는데, 이를 막기 위하여 투과 영역(TA)의 컬러 필터(230)를 반사 영역(RA)의 컬러 필터(230)에 비하여 두껍게 형성한다. 한편, 컬러 필터(230)의 두께를 다르게 형성하는 방법 이외에 반사 영역(RA)의 컬러 필터(230)에 컬러 필터가 형성되지 않는 영역(라이트 홀)을 형성하는 방법으로도 투과 영역(TA)과 반사 영역(RA)에서의 색감을 일치시킬 수 있다.
컬러 필터(230) 및 차광 부재(220) 위에는 평탄화막(250)이 형성되며, 그 위에는 공통 전극(270)이 형성되어 있다. 공통 전극(270)은 ITO나 IZO 등 투명한 도전 도전체로 만들어지는 것이 바람직하다.
표시판(100, 200)의 안쪽 면에는 액정층(3)을 배향하기 위한 배향막(alignment layer)(도시하지 않음)이 도포되어 있으며, 표시판(100, 200)의 바깥쪽 면에는 각각 λ/4 플레이트(15, 25) 및 편광판(12, 22)이 구비되어 있다.
상부 편광판(22)과 하부 편광판(12)은 각각 흡수축을 가지며, 상부 λ/4 플레이트(25) 및 하부 λ/4 플레이트(15)는 느린축을 가지며, 흡수축과 느린축의 각도 관계는 도 6 및 도 7에서 상세하게 설명한다.
액정 표시 장치는 또한 박막 트랜지스터 표시판(100)과 컬러 필터 표시판(200)을 떠받쳐서 둘 사이에 간극(間隙)을 만드는 복수의 간격재(spacer)(도시하지 않음)를 더 포함할 수 있다.
액정 표시 장치는 또한 박막 트랜지스터 표시판(100)과 컬러 필터 표시판(200)을 결합하는 밀봉재(sealant)(도시하지 않음)를 더 포함할 수 있다. 밀봉재는 컬러 필터 표시판(200)의 가장자리에 위치한다.
이상과 같은 액정 표시 장치의 박막 트랜지스터 표시판(100) 및 컬러 필터 표시판(200)의 외측에 부착되는 편광판(12, 22) 및 λ/4 플레이트(15, 25) 부분의 단면을 상세하게 살펴보면 도 4 및 도 5와 같다. 도 4 및 도 5에서는 컬러 필터 표시판(200)을 중심으로 살펴보며, 박막 트랜지스터 표시판(100)의 외측도 동일한 순서로 λ/4 플레이트 및 편광판이 부착된다.
도 4 및 도 5는 본 발명의 한 실시예에 따른 편광판 및 λ/4 플레이트 부분의 단면을 확대 도시한 도면이다.
도 4 및 도 5는 본 발명에 따른 서로 다른 실시예를 도시하고 있으며, 우선 도 4를 살펴보면 다음과 같다.
컬러 필터 표시판(200)의 외측에는 λ/4 플레이트(25) 편광판(22)의 순서로 필름이 부착되며, 컬러 필터 표시판(200), λ/4 플레이트(25) 및 편광판(22)은 접 착제(23, 26)에 의하여 서로 부착된다.
한편, 편광판(22)의 외측에는 보호막(24)이 형성되어 편광판(22)을 보호한다. 일반적으로 편광판(22)은 PVA(Polyvinyl Alcohol)의 양측에 TAC(Tri Acetate Cellulose)이 부착된 구조를 가지는데, 일측의 TAC에 하드 코팅이나 반사 방지 처리를 하여 보호막(24)을 형성한다.
이와 같이 λ/4 플레이트(25)만을 편광판(22)과 컬러 필터 표시판(200)의 사이에 형성하는 경우에는 기존에 비하여 두께가 감소되는데 이를 살펴보면 다음과 같다.
도 4에서 접착제(26)는 25㎛의 두께를 가지며, 그 위의 λ/4 플레이트(25)는 40㎛, 그 위의 접착제(23)는 20㎛, 그 위의 편광판(22)은 105㎛ 정도의 두께를 가져 보호막(24)을 제외한 총 두께는 190㎛ 정도이다.
그러나 λ/2 플레이트가 추가로 형성되는 경우에는 λ/2 플레이트와 이를 부착하는 접착제층이 더 형성되어야 하므로 λ/2 플레이트의 두께 45㎛와 접착제20㎛이 더 추가되어 총 65㎛가 더 두꺼워진다. 이를 컬러 필터 표시판 및 박막 트랜지스터 표시판에 적용하면 총 130㎛가 더 두껍다.
그러므로 본 발명과 같이 형성하는 경우 기존의 액정 표시 장치보다 130㎛ 더 얇으며, λ/2 플레이트의 비용도 감소되는 장점이 있다.
한편, 도 5와 같이 형성하는 실시예도 가능하다. 도 5는 λ/4 플레이트를 별도의 필름으로 형성하는 것이 아니고 편광판(22)의 일측에 코팅하는 방식으로 형성하는 실시예이다.
편광판(22)의 일측에 코팅된 λ/4 플레이트(25-1)는 아래와 같은 공정을 통하여 코팅된다.
편광판(22)의 일측에 배향막(도시하지 않음)을 형성하고 그 위에 액정층(도시하지 않음)을 형성한 후 이를 경화시켜 액정이 배향막(도시하지 않음)의 배향 방향에 따라 배열된 채로 경화되어 λ/4 플레이트의 특성을 가진다.
또한, 편광판(22)에서 λ/4 플레이트(25-1)가 코팅되지 않은 면에는 하드 코팅이나 반사 방지 처리를 하여 보호막(24)을 형성한다.
한편, 접착제(26)는 컬러 필터 표시판(200)과 부착하기 위한 접착제이다.
도 5와 같이 형성하는 실시예의 두께는 다음과 같다.
편광판(22)은 105㎛, 그 아래의 코팅된 λ/4 플레이트(25-1)는 5㎛, 그 아래의 접착제(26)는 25㎛의 두께를 가져 보호막(24)을 제외하고 총 135㎛의 두께를 가지며, 도 4의 실시예보다 55㎛의 두께가 줄어둘게 되며, 총 액정 표시 장치의 두께는 도 4의 실시예에 비하여 110㎛가 줄고, 종래의 액정 표시 장치에 비하여는 총 240㎛가 줄어드는 장점이 있다.
이상과 같은 도 4 및 도 5에 따른 층상 구조는 도 6 및 도 7에서 도시하고 있는 바와 같은 각도 관계로 형성되는 것이 바람직하다. 이는 기존의 액정 표시 장치에서는 λ/4 플레이트뿐만 아니라 λ/2 플레이트도 사용하여 색 보상 및 표시 특성을 향상시켰으나 본 발명에서는 λ/2 플레이트를 제거하였기 때문이다. 도 6은 컬러 필터 표시판의 경우이며, 도 7은 박막 트랜지스터 표시판의 경우이다.
우선 컬러 필터 표시판을 살펴보면 다음과 같다.
도 6은 본 발명의 한 실시예에 따른 컬러 필터 표시판에서의 편광판과 λ/4 플레이트의 각도관계를 도시한 도면이다.
여기서 θp는 편광판(22)의 흡수축의 방향이며, θr은 λ/4 플레이트(25)의 느린축의 방향이다.
편광판(22)의 흡수축은 해당 방향의 빛을 흡수하여 통과하지 못하도록 하는 방향을 나타내며, λ/4 플레이트(25)의 느린축은 해당 방향의 빛을 느리게 진행하도록 하여, 위상이 변하도록 하는 방향이다.
도 6은 컬러 필터 표시판(200)을 하측에 형성하고 그 위에 λ/4 플레이트(25), 그 위에 편광판(22)을 형성한 상태에서 위에서 바라보았을 때의 각도를 도시하고 있다. 도 6에서의 각도는 X축 3시 방향을 기준으로 측정된 각도이다.
도 6에서와 같이 편광판(22)의 흡수축은 15도로 형성하며, λ/4 플레이트(25)의 느린축은 147도로 형성한다. 여기서 λ/4 플레이트(25)의 위상차(Δnd) 값은 550nm 빛의 파장을 기준으로 할 때 155 이다. 그러나 상술한 값들은 오차를 고려할 때 아래와 같은 값의 범위를 가질 수 있다. 편광판(22)의 흡수축은 15±10도로 형성하며, λ/4 플레이트(25)의 느린축은 147±10도로 형성하며, 여기서 λ/4 플레이트(25)의 위상차(Δnd) 값은 550nm 빛의 파장을 기준으로 할 때 155±20nm 이다.
이러한 각도는 시야각 1시 방향에 대하여 셀갭이 4.1㎛ 이고 액정의 Δn 값이 0.067인 액정에 대한 실험 결과이다. 이러한 액정에서 오차를 고려하면 적용 가능한 액정의 시야각은 1시에서 ±40도이며, 액정의 꼬인각은 0도에서 20도를 가지 며, 상기 액정의 꼬인각은 상하 표시판의 배향막의 배향 각도에 의하여 정해진다.
한편, 박막 트랜지스터 표시판의 경우를 살펴보면 아래와 같다.
도 7은 본 발명의 한 실시예에 따른 박막 트랜지스터 표시판에서의 편광판과 λ/4 플레이트의 각도관계를 도시한 도면이다.
도 7은 박막 트랜지스터 표시판(100)을 상측에 형성하고 그 아래에 λ/4 플레이트(15), 그 아래에 편광판(12)을 형성한 상태에서 아래에서 위를 향하여 바라본 상태를 도시하고 있다. 또한 도 7에서의 각도는 도 7에서의 X축 3시 방향을 기준으로 측정된 각도이다.
도 7에서와 같이 편광판(12)의 흡수축은 75도로 형성하며, λ/4 플레이트(15)의 느린축은 114도로 형성한다. 여기서 λ/4 플레이트(25)의 위상차(Δnd) 값은 550nm 빛의 파장을 기준으로 할 때 135 이다. 그러나 상술한 값들은 오차를 고려할 때 아래와 같은 값의 범위를 가질 수 있다. 편광판(22)의 흡수축은 75±10도로 형성하며, λ/4 플레이트(25)의 느린축은 114±10도로 형성하며, 여기서 λ/4 플레이트(25)의 위상차(Δnd) 값은 550nm 빛의 파장을 기준으로 할 때 135±20nm 이다.
이러한 각도는 시야각 1시 방향에 대하여 셀갭이 4.1㎛ 이고 액정의 Δn 값이 0.067인 액정에 대한 결과이다. 이러한 액정에서 오차를 고려하면 적용 가능한 액정의 꼬인 각은 0도에서 20도이며, 그 시야각은 1시에서 ±40도이다.
도 7에서 도시하고 있는 각도는 액정 표시 장치를 형성한 다음 도 6에서 도시하고 있는 각도와 기준이 되는 각도가 서로 다르다. 이는 도 6 및 도 7이 편광판 (12,22)에서 표시판(100, 200)을 보는 방향을 기준으로 측정된 것이기 때문에 하나는 그 각도가 바뀌어야 한다. 도 7에서의 각도를 액정 표시 장치를 형성한 후 컬러 필터 표시판측에서 바라보는 각도로 수정하여 도 6의 각도와 일치시키면 상술한 도 7의 각도가 다음과 같이 바뀐다.
즉, 도 7에서와 같이 편광판(12)의 흡수축은 105도로 형성하며, λ/4 플레이트(15)의 느린축은 66도로 형성한다. 그러나 상술한 값들은 오차를 고려할 때 아래와 같은 값의 범위를 가질 수 있다. 편광판(22)의 흡수축은 105±10도로 형성하며, λ/4 플레이트(25)의 느린축은 66±10도로 형성한다. 이 각도는 액정 표시 장치를 형성한 경우 도 6에서 도시하고 있는 기준 방향과 일치한다.
이상과 같은 각도 관계를 사용하면, 기존의 λ/2 플레이트를 추가로 장착한 경우와 같이 액정 표시 장치의 특성이 좋아지는데, 이하에서는 본 발명에 따른 액정 표시 장치의 특성을 살펴본다.
도 8은 기존의 반투과 조건에서의 시야각을 측정한 결과이며, 도 9는 본 발명에 따른 반투과 조건에서의 시야각을 측정한 결과이다.
도 8은 λ/2 플레이트 및 λ/4 플레이트가 함께 사용된 것이며, 도 9는 λ/4 플레이트만 사용되었으며, 도 6 및 도 7의 각도 관계로 형성된 액정 표시 장치로 측정한 시야각이다. 좌측에 도시된 그림은 투과 모드에서의 시야각이며, 우측에 도시된 그림은 반사 모드에서의 시야각이다. 도 8 및 도 9를 비교한 바와 같이 λ/4 플레이트만 사용한 본 발명에 따른 액정 표시 장치도 기존의 액정 표시 장치가 가지는 시야각을 나타내고 있는 것을 알 수 있다.
도 9를 좀더 구체적으로 살펴보면 도 10과 같다.
도 10은 본 발명에 따른 액정 표시 장치에서 시뮬레이션한 결과이다. 좌로부터 전압에 따른 휘도 곡선, 색좌표, 시야각을 보여주며, 반사 모드일 때와 투과 모드일 때를 분리하여 보여주고 있다. 도 10과 같이 λ/4 플레이트만을 사용하더라도 충분한 V-T 곡선, 색좌표 및 시야각을 보여주고 있음을 알 수 있다.
한편, 도 11 및 도 12는 액정의 셀갭을 변화시키면서 측정한 전압에 따른 휘도 곡선으로 도 11은 투과 모드일 때를 도시하며, 도 12는 반사 모드일 때를 도시하고 있다. 한편, 도 13은 이때의 색좌표를 보여주는 도면이다.
도 11 및 도 12를 살펴보면 알 수 있듯이, 액정의 셀갭이 변화함에 따라서 그 투과/반사 특성이 달라진다. 이 때, 투과 모드보다는 반사 모드가 셀갭에 민감하게 변화되며, 반사 모드를 고려할 때, 셀갭이 3.7㎛인 것이 가장 바람직하다.
이상에서 살펴본 바와 같이 반투과형 액정 표시 장치에서 편광판과 표시판의 사이에 λ/4 플레이트만을 형성하고 편광판의 흡수축과 λ/4 플레이트의 느린축의 방향을 설정하여 λ/2 플레이트와 λ/4 플레이트를 함께 사용하던 기존의 반투과형 액정 표시 장치보다 우수하거나 동일한 특성을 가지면서 그 두께가 얇고 그 생산 비용이 감소되는 액정 표시 장치를 제공할 수 있다.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.
이상에서 살펴본 바와 같이, 반투과형 액정 표시 장치에서 편광판과 표시판의 사이에 λ/4 플레이트만을 형성하고 편광판의 흡수축과 λ/4 플레이트의 느린축의 방향을 설정하여 λ/2 플레이트와 λ/4 플레이트를 함께 사용하던 기존의 반투과형 액정 표시 장치보다 우수하거나 동일한 특성을 가지면서 그 두께가 얇고 그 생산 비용이 감소되는 액정 표시 장치를 제공할 수 있다.

Claims (19)

  1. 컬러 필터를 포함하는 기판,
    상기 기판의 외측에 형성되어 있으며 느린축을 가지는 λ/4 플레이트,
    상기 λ/4 플레이트의 외측에 부착되어 있으며 흡수축을 가지는 편광판을 포함하며,
    상기 λ/4 플레이트의 느린축은 기준 방향에 대하여 147±10도를 가지며, 상기 편광판의 흡수축은 상기 기준 방향에 대하여 15±10도를 가지는 컬러 필터 표시판.
  2. 제1항에서,
    상기 λ/4 플레이트는 550nm 파장의 빛에 대하여 Δnd값으로 155±20nm 인 컬러 필터 표시판.
  3. 제1항에서,
    상기 기판, 상기 λ/4 플레이트 및 상기 편광판은 접착제에 의하여 부착되어 있는 컬러 필터 표시판.
  4. 제1항에서,
    상기 λ/4 플레이트는 상기 편광판의 하부면에 코팅되어 있는 컬러 필터 표 시판.
  5. 제4항에서,
    상기 λ/4 플레이트는 상기 편광판의 하부면에 배향막과 액정층을 포함하여 경화되어 있는 컬러 필터 표시판.
  6. 제1항에서,
    상기 편광판의 외측면에는 하드 코팅이나 반사 방지 처리를 통하여 형성된 보호막을 더 포함하는 컬러 필터 표시판.
  7. 박막 트랜지스터를 포함하는 기판,
    상기 기판의 외측에 형성되어 있으며 느린축을 가지는 λ/4 플레이트,
    상기 λ/4 플레이트의 외측에 부착되어 있으며 흡수축을 가지는 편광판을 포함하며,
    상기 λ/4 플레이트의 느린축은 기준 방향에 대하여 114±10도를 가지며, 상기 편광판의 흡수축은 상기 기준 방향에 대하여 75±10도를 가지는 박막 트랜지스터 표시판.
  8. 제7항에서,
    상기 λ/4 플레이트는 550nm 파장의 빛에 대하여 Δnd값으로 135±20nm 인 박막 트랜지스터 표시판.
  9. 제7항에서,
    상기 기판, 상기 λ/4 플레이트 및 상기 편광판은 접착제에 의하여 부착되어 있는 박막 트랜지스터 표시판.
  10. 제7항에서,
    상기 λ/4 플레이트는 상기 편광판의 하부면에 코팅되어 있는 박막 트랜지스터 표시판.
  11. 제10항에서,
    상기 λ/4 플레이트는 상기 편광판의 하부면에 배향막과 액정층을 포함하여 경화되어 있는 컬러 필터 표시판.
  12. 제7항에서,
    상기 편광판의 외측면에는 하드 코팅이나 반사 방지 처리를 통하여 형성된 보호막을 더 포함하는 컬러 필터 표시판.
  13. 컬러 필터 표시판, 박막 트랜지스터 표시판 및 그 사이에 형성되어 있는 액정을 포함하는 액정 표시 장치에서,
    상기 컬러 필터 표시판은
    컬러 필터를 포함하는 제1 기판,
    상기 제1 기판의 상측에 형성되어 있으며 느린축을 가지는 제1 λ/4 플레이트,
    상기 제1 λ/4 플레이트의 상측에 부착되어 있으며 흡수축을 가지는 제1 편광판을 포함하며,
    상기 제1 λ/4 플레이트의 느린축은 기준 방향에 대하여 147±10도를 가지며, 상기 제1 편광판의 흡수축은 상기 기준 방향에 대하여 15±10도를 가지며,
    상기 박막 트랜지스터 표시판은
    박막 트랜지스터를 포함하는 제2 기판,
    상기 제2 기판의 하측에 형성되어 있으며 느린축을 가지는 제2 λ/4 플레이트,
    상기 제2 λ/4 플레이트의 하측에 부착되어 있으며 흡수축을 가지는 제2 편광판을 포함하며,
    상기 제2 λ/4 플레이트의 느린축은 기준 방향에 대하여 66±10도를 가지며, 상기 제2 편광판의 흡수축은 상기 기준 방향에 대하여 105±10도를 가지는 액정 표시 장치.
  14. 제13항에서,
    상기 제1 λ/4 플레이트는 550nm 파장의 빛에 대하여 Δnd값으로 155±20nm 이며, 상기 제2 λ/4 플레이트는 550nm 파장의 빛에 대하여 Δnd값으로 135±20nm 인 액정 표시 장치.
  15. 제13항에서,
    상기 제1 기판, 상기 제1 λ/4 플레이트 및 상기 제1 편광판은 접착제에 의하여 부착되어 있으며, 상기 제2 기판, 상기 제2 λ/4 플레이트 및 상기 제2 편광판도 접착제에 의하여 부착되어 있는 액정 표시 장치.
  16. 제13항에서,
    상기 제1 및 제2 λ/4 플레이트는 각각 상기 제1 및 제2 편광판에 코팅되어 있는 액정 표시 장치.
  17. 제16항에서,
    상기 제1 및 제2 λ/4 플레이트는 각각 상기 제1 및 제2 편광판에 배향막과 액정층을 포함하여 경화되어 있는 액정 표시 장치.
  18. 제13항에서,
    상기 제1 및 제2 편광판의 외측면에는 하드 코팅이나 반사 방지 처리를 통하여 형성된 보호막을 더 포함하는 액정 표시 장치.
  19. 삭제
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