KR101350873B1 - 액정 표시 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 백라이트 유닛에서 제공되는 빛을 이용하는 효율을 대폭 높여 액정 표시 장치의 휘도를 대폭 개선한 박막 트랜지스터 표시판 및 액정 표시 장치를 제공하며, 별도의 배향막을 형성하지 않고 액정을 배향할 수 있도록 하고자 하는 발명이다.
가시광선의 파장보다 좁은 간격을 가지는 다수의 금속선과 위상 지연층을 이용하여 사용되지 않고 편광판에 흡수되던 빛도 화상 표시에 사용하도록 함으로써 액정 표시 장치의 휘도를 향상시키며, 금속선이 배열하고 있는 방향을 따라서 액정 분자가 배열되므로 배향막이 필요하지 않고, 러빙 공정도 필요하지 않아 액정 표시 장치의 생산 비용 및 공정 시간이 감소하는 장점이 있다.
Figure R1020070022970
금속선, 액정 표시 장치, 배열, 반사, 편광

Description

액정 표시 장치{LIQUID CRYSTAL DISPLAY DEVICE}
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 액정 표시 장치용 박막 트랜지스터 표시판의 배치도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 액정 표시 장치용 공통 전극 표시판의 배치도이다.
도 3은 도 1에 도시한 박막 트랜지스터 표시판과 도 2에 도시한 공통 전극 표시판을 포함하는 액정 표시 장치의 배치도이다.
도 4는 도 3의 액정 표시 장치를 IV-IV선을 따라 자른 단면도이다.
도 5는 도 3의 액정 표시 장치를 V-V'선 및 V'-V"을 각각 따라 자른 단면도이다.
도 6은 본 발명의 한 실시예에서 금속선을 따라 액정이 배향된 모습을 도시한 도면이다.
도 7은 본 발명의 한 실시예인 액정 표시 장치의 단면도를 간략하게 도시한 도면이다.
도 8은 본 발명의 한 실시예에 따른 액정 표시 장치에서 빛의 편광 상태를 도시한 도면이다.
도 9 내지 도 11은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 액정 표시 장치의 단면 도이다.
본 발명은 박막 트랜지스터 표시판 및 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 백라이트를 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.
이 중 백라이트를 이용하여 화상을 표시하는 투과형 또는 반투과형 액정 표시 장치는 표시 휘도가 높다는 장점으로 인하여 주로 사용된다.
그러나 백라이트에서 입사되는 빛은 액정 표시 장치의 하부에 부착된 편광판 에 의하여 50% 가량은 흡수되며, 나머지 50% 정도만 표시에 사용되는데 그로 인하여 광 효율이 떨어지며, 표시 휘도도 낮아진다는 문제점이 있다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 백라이트 유닛에서 제공되는 빛을 이용하는 효율을 대폭 높여 액정 표시 장치의 휘도를 대폭 개선한 박막 트랜지스터 표시판 및 액정 표시 장치를 제공하고자 한다. 한편, 별도의 배향막을 형성하지 않고 액정을 배향할 수 있도록 하고자 한다.
이러한 과제를 해결하기 위하여 본 발명에서는 일 방향으로 뻗은 다수의 금속선을 가시광선의 파장보다 좁은 간격을 가지도록 배열한다.
구체적으로, 본 발명의 실시예에 따른 액정 표시 장치는 내측면에는 배향막이 부착되어 있으며, 외측면에는 편광판이 부착되어 있는 상부 표시판, 상기 상부 표시판에 대향하며, 내측면에는 제1 방향으로 뻗은 복수의 금속선이 서로 평행하게 형성되어 있고, 상기 금속선의 아래쪽에는 위상 지연층이 형성되어 있는 하부 표시판, 상기 상부 표시판 및 상기 하부 표시판의 사이에 주입된 액정, 및 상기 하부 표시판을 향하여 빛을 발산하는 광원 및 상기 하부 표시판에서 반사되어 오는 빛을 다시 반사하는 반사판을 포함하는 백라이트 유닛을 포함한다.
상기 금속선간의 간격은 가시광선의 파장보다 좁을 수 있다.
상기 복수의 금속선은 상기 제1 방향 편광 성분의 빛은 반사하고 상기 제1 방향에 수직하는 제2 방향 편광 성분의 빛은 투과시킬 수 있다.
상기 복수의 금속선은 상기 액정과 접하여 상기 액정을 상기 제1 방향으로 배향할 수 있다.
상기 편광판은 상기 제1 방향 편광 성분의 빛을 투과시킬 수 있다.
상기 위상 지연층은 느린 축과 빠른 축을 가지고, 느린 축 방향의 빛과 빠른 축 방향의 빛간의 위상차가 λ/4가 되도록 하여 원편광을 선편광으로 바꾸거나 선편광을 원편광으로 바꿀 수 있다.
상기 위상 지연층의 느린 축 또는 빠른 축은 상기 제1 방향 또는 상기 제2 방향과 ±45°를 이룰 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 액정 표시 장치는 내측면에는 배향막이 부착되어 있으며, 외측면에는 편광판이 부착되어 있는 상부 표시판, 상기 상부 표시판에 대향하며, 내측면에는 제1 방향으로 뻗은 복수의 금속선이 서로 평행하게 형성되어 있는 하부 표시판, 상기 상부 표시판 및 상기 하부 표시판의 사이에 주입된 액정, 및 상기 하부 표시판을 향하여 빛을 발산하는 광원 및 상기 하부 표시판에서 입사되는 빛을 반사하는 반사판을 포함하는 백라이트 유닛을 포함하며, 상기 하부 표시판은 박막 트랜지스터, 화소 전극, 위상 지연층 및 절연 기판을 포함하며, 상기 절연 기판 위에 상기 위상 지연층이 형성되어 있고, 그 위에 상기 박막 트랜지스터가 형성되어 있으며, 그 위에 상기 화소 전극이 형성되어 있으며, 그 위에 상기 금속선이 형성되어 있다.
본 발명의 실시예에 따른 액정 표시 장치는 내측면에는 배향막이 부착되어 있으며, 외측면에는 편광판이 부착되어 있는 상부 표시판, 상기 상부 표시판에 대 향하며, 내측면에는 제1 방향으로 뻗은 복수의 금속선이 서로 평행하게 형성되어 있는 하부 표시판, 상기 상부 표시판 및 상기 하부 표시판의 사이에 주입된 액정, 및 상기 하부 표시판을 향하여 빛을 발산하는 광원 및 상기 하부 표시판에서 입사되는 빛을 반사하는 반사판을 포함하는 백라이트 유닛을 포함하며, 상기 하부 표시판은 박막 트랜지스터, 화소 전극, 위상 지연층 및 절연 기판을 포함하며, 상기 절연 기판 위에 상기 박막 트랜지스터가 형성되어 있으며, 그 위에 상기 화소 전극이 형성되어 있으며, 그 위에 상기 위상 지연층이 형성되어 있고, 그 위에 상기 금속선이 형성되어 있으며, 상기 위상 지연층과 상기 금속선은 동일한 크기와 간격으로 상기 제1 방향으로 뻗어 있다.
본 발명의 실시예에 따른 액정 표시 장치는 내측면에는 배향막이 부착되어 있으며, 외측면에는 편광판이 부착되어 있는 상부 표시판, 상기 상부 표시판에 대향하며, 내측면에는 제1 방향으로 뻗은 복수의 금속선이 서로 평행하게 형성되어 있는 하부 표시판, 상기 상부 표시판 및 상기 하부 표시판의 사이에 주입된 액정, 및 상기 하부 표시판을 향하여 빛을 발산하는 광원 및 상기 하부 표시판에서 입사되는 빛을 반사하는 반사판을 포함하는 백라이트 유닛을 포함하며, 상기 하부 표시판은 박막 트랜지스터, 화소 전극, 위상 지연층 및 절연 기판을 포함하며, 상기 절연 기판 위에 상기 위상 지연층이 형성되어 있고, 그 위에 상기 박막 트랜지스터가 형성되어 있으며, 그 위에 상기 화소 전극이 형성되어 있으며, 그 위에 상기 금속선이 형성되어 있으며, 상기 위상 지연층과 상기 금속선은 동일한 크기와 간격으로 상기 제1 방향으로 뻗어 있다.
본 발명의 실시예에 따른 액정 표시 장치는 내측면에는 배향막이 부착되어 있으며, 외측면에는 편광판이 부착되어 있는 상부 표시판, 상기 상부 표시판에 대향하며, 내측면에는 제1 방향으로 뻗은 복수의 금속선이 서로 평행하게 형성되어 있는 하부 표시판, 상기 상부 표시판 및 상기 하부 표시판의 사이에 주입된 액정, 및 상기 하부 표시판을 향하여 빛을 발산하는 광원 및 상기 하부 표시판에서 입사되는 빛을 반사하는 반사판을 포함하는 백라이트 유닛을 포함하며, 상기 하부 표시판은 박막 트랜지스터, 화소 전극, 위상 지연층 및 절연 기판을 포함하며, 상기 절연 기판 위에 상기 박막 트랜지스터가 형성되어 있으며, 그 위에 상기 위상 지연층이 형성되어 있으며, 그 위에 상기 화소 전극이 형성되어 있으며, 그 위에 상기 금속선이 형성되어 있고, 상기 화소 전극은 상기 위상 지연층의 개구부를 통하여 상기 박막 트랜지스터와 연결되어 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 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 5를 참고로 하여 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 액정 표시 장치용 박막 트랜지스터 표시판의 배치도이고, 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 액정 표시 장치용 공통 전극 표시판의 배치도이고, 도 3은 도 1에 도시한 박막 트랜지스터 표시판과 도 2에 도시한 공통 전극 표시판을 포함하는 액정 표시 장치의 배치도이고, 도 4는 도 3의 액정 표시 장치를 IV-IV선을 따라 자른 단면도이고, 도 5는 도 3의 액정 표시 장치를 V-V'선 및 V'-V"을 각각 따라 자른 단면도이다.
도 1 내지 도 5를 참고하면, 본 발명의 한 실시예에 따른 액정 표시 장치는 서로 마주하는 박막 트랜지스터 표시판(100)과 공통 전극 표시판(200) 및 이들 두 표시판(100, 200) 사이에 들어 있는 액정층(3)을 포함한다.
먼저, 도 1 및 도 3 내지 도 5를 참고하여 박막 트랜지스터 표시판(100)에 대하여 설명한다.
투명한 유리 또는 플라스틱 따위로 만들어진 절연 기판(110) 위에 위상 지연층(15)이 형성되어 있다. 위상 지연층(15)은 느린 축과 빠른 축을 가지고, 느린 축 방향의 빛과 빠른 축 방향의 빛간의 위상차가 λ/4가 되도록 하여 원편광을 선편광으로 바꾸거나 선편광을 원편광으로 바꾸는 역할을 한다.
상기 위상 지연층(15)의 위에는 복수의 게이트선(gate line)(121) 및 복수의 유지 전극선(storage electrode lines)(131)이 형성되어 있다.
게이트선(121)은 게이트 신호를 전달하며 주로 가로 방향으로 뻗어 있다. 각 게이트선(121)은 아래로 돌출한 복수의 게이트 전극(gate electrode)(124)과 다른 층 또는 외부 구동 회로와의 접속을 위한 넓은 끝 부분(129)을 포함한다.
유지 전극선(131)은 소정의 전압을 인가 받으며, 게이트선(121)과 거의 나란하게 뻗은 줄기선과 이로부터 갈라진 복수 쌍의 제1 및 제2 유지 전극(133a, 133b)을 포함한다. 그러나 유지 전극선(131)의 모양 및 배치는 여러 가지로 변형될 수 있다.
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 뻗으며, 주기적으로 구부러져 있다. 각각의 선형 반도체(151)는 게이트 전극(124)을 향하여 뻗어 나온 복수의 돌출부(projection)(154)를 포함한다.
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 부 재(165)는 쌍을 이루어 반도체(151)의 돌출부(154) 위에 배치되어 있다.
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 전압을 전달하며 주로 세로 방향으로 뻗어 게이트선(121)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 위한 넓은 끝 부분(179)을 포함한다.
드레인 전극(175)은 데이터선(171)과 분리되어 있으며 게이트 전극(124)을 중심으로 소스 전극(173)과 마주한다.
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), 드레인 전극(175) 및 노출된 반도체(151) 부분 위에는 보호막(passivation layer)(180)이 형성되어 있다. 보호막(180)은 무기 절연물 또는 유기 절연물 따위로 만들어지며 표면이 평탄할 수 있다.
보호막(180)에는 데이터선(171)의 끝 부분(179)과 드레인 전극(175)의 넓은 끝 부분을 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), 복수의 연결 다리(overpass)(83) 및 복수의 접촉 보조 부재(contact assistant)(81, 82)가 형성되어 있다. 이들은 ITO 또는 IZO 등의 투명한 도전 물질이나 알루미늄, 은, 크롬 또는 그 합금 등의 반사성 금속으로 만들어질 수 있다.
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 인가받는 공통 전극 표시판(200)의 공통 전극(common electrode)(200)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.
화소 전극(191) 및 이와 연결된 드레인 전극(175) 끝 부분은 유지 전극(133a, 133b)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 게이트 선(121)의 끝 부분(129) 및 데이터선(171)의 끝 부분(179)과 연결된다.
연결 다리(83)는 게이트선(121)을 가로지르며, 게이트선(121)을 사이에 두고 반대 쪽에 위치하는 접촉 구멍(183a, 183b)을 통하여 유지 전극선(131)의 노출된 부분과 유지 전극(133b) 자유단의 노출된 끝 부분에 연결되어 있다.
상기 화소 전극(191), 접촉 보조 부재(81, 82) 및 연결 다리(83)의 위에는 이를 덮는 제2 보호막(181)이 형성되어 있다. 제2 보호막(181)은 보호막(180)과 동일하게 무기 절연물 또는 유기 절연물 따위로 만들어지며 표면이 평탄한 것이 바람직하다.
제2 보호막(181)의 상부에는 제1 방향을 따라서 배열된 다수의 금속선(13)이 형성되어 있다. 다수의 금속선(13)은 제1 방향 성분의 빛은 반사시키며, 이에 수직한 제2 방향 성분의 빛은 투과시키는 역할을 수행한다. 또한, 액정 분자가 제1 방향을 따라서 배열되도록 하는 배향막의 역할도 수행한다.
금속선(13)은 A의 폭을 가지며, 인접하는 금속선(13) 간에는 B만큼 떨어져 있다. 다수의 금속선(13) 간의 떨어진 간격(B)은 가시광선의 파장보다 훨씬 작은 옹스트롱(Å) 단위로 형성되어 있다. 이와 같이 가시광선의 파장보다 훨씬 작은 간격(B)로 금속선(13)끼리 떨어져 있는 경우에는 금속선이 배열된 제1 방향의 편광 성분은 반사되고, 이에 수직한 제2 방향의 편광 성분은 투과된다.
한편, 금속선(13)의 폭(A)도 옹스트롱(Å) 단위로 형성되는 것이 바람직하며, 본 실시예에서는 금속선(13)의 폭(A)과 금속선(13) 간의 간격(B)의 비는 1:1/10 이상 1:10 이하의 값을 가진다.
금속선(13) 간의 간격(B)로 인하여 금속선(13) 상부에 위치하는 액정 분자(310)의 장축은 금속선(13)의 제1 방향을 따라서 배열된다(도 6 참조). 그 결과 별도의 배향막을 형성하지 않고 러빙 공정 없이도 금속선(13)을 이용하여 금속선(13)이 뻗은 제1 방향으로 액정 분자(310)가 배열된다.
본 실시예에서는 제1 방향은 게이트선(121)의 방향과 일치하도록 형성하고 있다. 그러나 이와 달리 데이터선(171)의 방향과 일치할 수도 있으며, 게이트선(121) 또는 데이터선(171)과 일정한 각도를 이루도록 형성할 수도 있다.
다음, 도 2 내지 도 4를 참고하여, 공통 전극 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 빛샘을 막아준다. 차광 부재(220)는 화소 전극(191)과 마주보며 차광 부재(220)는 게이트선(121) 및 데이터선(171)에 대응하는 부분과 박막 트랜지스터에 대응하는 부분으로 이루어져 있어 화소 전극(191) 사이의 빛샘을 막는다.
기판(210) 위에는 또한 복수의 색필터(230)가 형성되어 있다. 색필터(230)는 차광 부재(220)로 둘러싸인 영역 내에 대부분 존재하며, 화소 전극(191) 열을 따라서 세로 방향으로 길게 뻗을 수 있다. 각 색필터(230)는 적색, 녹색 및 청색의 삼원색 등 기본색(primary color) 중 하나를 표시할 수 있다.
색필터(230) 및 차광 부재(220) 위에는 덮개막(overcoat)(250)이 형성되어 있다. 덮개막(250)은 (유기) 절연물로 만들어질 수 있으며, 색필터(230)가 노출되는 것을 방지하고 평탄면을 제공한다. 덮개막(250)은 생략할 수 있다.
덮개막(250) 위에는 공통 전극(270)이 형성되어 있다. 공통 전극(270)은 ITO, IZO 등의 투명한 도전체 따위로 만들어진다.
공통 전극 표시판(200)의 안쪽 면에는 배향막(alignment layer)(21)이 도포되어 있다. 배향막(21)은 액정 분자(310)를 금속선(13)이 뻗은 제1 방향 또는 이에 수직한 제2 방향으로 배열하도록 할 수 있다. 액정의 성질에 따라서 이와 다른 다양한 방향으로의 배열도 가능하다. 공통 전극 표시판(200)의 바깥쪽 면에는 편광판(polarizer)(22)이 구비되어 있다. 박막 트랜지스터 표시판(100)에는 편광판이 형성되어 있지 않으나 금속선(13)이 뻗은 제1 방향에 수직하는 방향의 빛만 투과하므로 금속선(13)들이 편광판과 동일한 기능을 한다. 본 실시예에서는 편광판(22)이 제1 방향과 수직한 제2 방향의 투과축을 가진다.
액정층(3)은 양의 유전율 이방성을 가지며, 액정층(3)의 액정 분자는 전기장이 없는 상태에서 그 장축이 두 표시판(100, 200)의 표면에 대하여 수평을 이루도록 배향되어 있다. 특히 박막 트랜지스터 표시판(100)에 접해있는 액정 분자(310)는 금속선(13)이 뻗은 제1 방향을 따라서 장축이 배열되어 있다.
이하에서는 본 발명의 실시예에 따른 액정 표시 장치가 가지는 특징을 상세하게 살펴본다.
도 6은 본 발명의 한 실시예에서 금속선을 따라 액정이 배향된 모습을 도시한 도면이고, 도 7은 본 발명의 한 실시예인 액정 표시 장치의 단면도를 간략하게 도시한 도면이며, 도 8은 본 발명의 한 실시예에 따른 액정 표시 장치에서 빛의 편광 상태를 도시한 도면이다.
우선, 도 6에서는 금속선(13)에 의한 액정 분자(310)의 배열을 도시하고 있다. 도 6에서는 금속선(13) 하부의 구조는 생략하고 있다. 금속선(13)은 제1 방향으로 뻗어 있으며, 다수의 금속선(13)이 서로 평행하게 일정한 간격(B)으로 배열되어 있다. 금속선(13)과 금속선(13)의 사이에는 홈이 형성되어 있다. 그 홈을 따라서 액정 분자(310)의 장축이 배열된다.
간격(B)은 액정 분자(310)의 적어도 일부가 홈에 삽입될 수 있을 정도 이상을 가지며 액정 분자(310)의 장축 길이보다는 작은 것이 바람직하다.
액정 분자(310)의 크기와 간격(B) 그리고 금속선의 폭(A)은 실시예에 따라서 다양하게 조절될 수 있다. 이 때, 액정 분자가 금속선이 뻗은 제1 방향을 따라서 배열되어야 하며, 빛이 제1 방향에 수직한 빛만이 투과하여야 한다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 액정 표시 장치의 단면을 간략하게 도시한 도면이다.
도 7에서는 액정 표시 장치의 백라이트 유닛(500) 및 그 하측에 형성되어 있는 반사판(510)을 도시하고 있다.
백라이트 유닛(500)의 상부에는 박막 트랜지스터 표시판(100)이 형성되어 있다. 박막 트랜지스터 표시판(100)의 기판(110) 위에는 위상 지연층(15)이 형성되어 있다. 위상 지연층(15)의 위에는 도 1 및 도 5에서 살펴본 바와 같이 게이트선, 화소전극 따위의 박막들이 형성되어 있는데, 도 7에서는 생략하였다. 위상 지연 층(15)의 상부에는 금속선(13)이 제1 방향으로 뻗어 있으며, 일정한 간격으로 평행하게 형성되어 있다. 금속선(13)은 박막 트랜지스터 표시판(100)의 편광판 및 배향막의 기능을 모두 수행한다. 금속선(13)의 위에는 액정층(3)이 직접 형성되어 금속선(13)의 배열에 따라서 액정 분자가 배열한다. 액정층(3)의 위에는 공통 전극 표시판(200)이 형성되어 있다. 공통 전극 표시판(200)도 도 7에서는 간략하게 기판(210), 편광판(22) 및 배향막(21)만을 도시하고 있다. 공통 전극 표시판(200)에는 박막 트랜지스터 표시판(100)과 달리 편광판(22) 및 배향막(21)이 형성되어 있다. 여기서 위상 지연층(15)은 느린축 및 빠른 축을 가지며, 느린 축 방향의 빛과 빠른 축 방향의 빛간의 위상차가 λ/4가 되도록 하여 원편광을 선편광으로 바꾸거나 선편광을 원편광으로 바꾸는 λ/4 플레이트이며, 위상 지연층(15)의 느린 축 또는 빠른 축은 금속선(13)의 제1 방향과 ±45°를 이루고 있다.
도 8에서는 도 7과 같이 형성되어 있는 액정 표시 장치에서 핵심인 박막 트랜지스터 표시판(100)에서의 빛의 경로 및 편광 방향을 도시하고 있다.
우선 백라이트(500)에서 제공된 빛은 모든 편광 방향의 성분을 가진다. 그 결과 박막 트랜지스터 표시판(100)의 위상 지연층(15)을 통과하여도 모든 편광 방향의 성분을 가진다. 그러나 금속선(13)이 제1 방향으로 평행하게 뻗은 층과 만나게 되면 제1 방향에 수직한 제2 방향(↔)의 빛만 투과하고 제1 방향(⊙)의 빛은 반사된다. 반사된 제1 방향(⊙)의 빛은 다시 위상 지연층(15)을 통과하면서 좌원 편광이 되며, 백라이트(500)의 반사판(510)에서 반사되면서 우원 편광이 된다. 우원 편광은 다시 위상 지연층(15)을 통과하면서 제2 방향(↔)의 빛으로 바뀌게 되며 금 속선(13)을 투과하여 화상 표시에 사용된다.
금속선(13)을 지나 액정층(3)에 입사된 이후의 빛은 일반적인 액정 표시 장치의 화상 표시와 동일하므로 생략한다.
이와 같이 금속선(13) 및 위상 지연층(15)에 의하여 사용되지 않고 편광판에 흡수되던 성분의 빛도 화상 표시에 사용하도록 함으로써 액정 표시 장치의 휘도를 향상시킨다.
뿐만 아니라 금속선(13)들이 배향막을 대신하므로, 배향막을 형성하고 러빙하는 공정을 생략할 수 있어서 액정 표시 장치의 생산 비용 및 공정 시간이 감소하는 장점이 있다.
이하에서는 본 발명의 또 다른 실시예에 대하여 살펴본다.
도 9 내지 도 11은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 액정 표시 장치의 단면도이다.
도 1 내지 도 5에서 도시하고 있는 실시예에서는 위상 지연층(15)이 기판(110)의 바로 위에 형성되어 있으며, 기판 전 영역에 고르게 분포하고 있다. 또한, 금속선(13)은 화소 전극(191)의 위에 제2 보호막(181)을 형성하고 그 위에 형성되어 있다.
도 9는 도 1 내지 도 5의 실시예와 달리 위상 지연층(15)이 화소 전극(191)의 상부에 형성되어 있으며, 제2 보호막(181)은 형성되어 있지 않다. 위상 지연층(15)의 위에는 금속선(13)이 형성되어 있다. 위상 지연층(15)과 금속선(13)은 동일한 폭과 간격으로 형성되어 있으며, 서로 중첩되어 형성된다. 이 때, 위상 지연 층(15)은 선편광을 원편광으로 또는 원편광을 선편광으로 바꾸어주는 역할을 수행할 뿐만 아니라 금속선(13)과 화소 전극(191)이 전기적으로 연결되는 것을 방지한다. 위상 지연층(15)과 금속선(13)은 하나의 마스크로 동일 공정에서 함께 식각하는 것이 바람직하다.
한편, 도 10은 도 1 내지 도 5의 실시예와 달리 위상 지연층(15)이 금속선(13)과 동일한 폭과 간격으로 패터닝되어 있다. 위상 지연층(15)은 기판(110)의 위에 형성되어 있으며, 금속선(13)을 식각하는 마스크를 그대로 이용하여 패터닝할 수 있다. 본 실시예에서는 위상 지연층(15)이 금속선(13)과 동일한 폭과 간격을 가질 뿐만 아니라 금속선(13)과 완전히 중첩하도록 형성하고 있으나 서로 어긋나 일부만 중첩하거나 전혀 중첩하지 않을 수도 있다. 한편, 금속선(13)은 도 1 내지 도 5에서와 같이 화소 전극(191)의 위에 제2 보호막(181)을 형성하고 그 위에 형성되어 있다.
도 11은 도 1 내지 도 5의 실시예와 달리 위상 지연층(15)이 보호막(180) 위에 형성되어 있으며, 화소 전극(191)의 아래에 형성되어 있다. 위상 지연층(15)의 일부에는 화소 전극(191)과 드레인 전극(175)을 연결하는 접촉 구멍(185)이 형성되어 있다. 이 부분은 드레인 전극(175)으로 가려져 있으므로 위상 지연층(15)이 존재하지 않더라도 문제는 없다. 화소 전극(191) 위에는 도 1 내지 도 5의 실시예와 같이 제2 보호막(181)과 그 위의 금속선(13)이 형성되어 있다.
이상과 같이 본 발명의 실시예에서는 위상 지연층(15)의 위치를 다양하게 변화시킬 수 있다. 위상 지연층(15)의 위치는 이상의 여러 실시예에서 제시한 것 이 외에도 더 다양하게 가져갈 수 있다. 다만, 위상 지연층(15)은 금속선(13)보다는 하부에 형성되어야 한다. 또한, 위상 지연층(15)이 금속선(13)과 같이 제1 방향으로 뻗어 있으며 서로 평행한 구조를 가질 수도 있다.
이상에서 살펴본 바와 같이, 가시광선의 파장보다 좁은 간격을 가지는 다수의 금속선과 위상 지연층을 이용하여 사용되지 않고 편광판에 흡수되던 빛도 화상 표시에 사용하도록 함으로써 액정 표시 장치의 휘도를 향상시킨다. 또한, 금속선이 배열하고 있는 방향을 따라서 액정 분자가 배열되므로 배향막이 필요하지 않고, 러빙 공정도 필요하지 않아 액정 표시 장치의 생산 비용 및 공정 시간이 감소하는 장점이 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.

Claims (11)

  1. 내측면에는 배향막이 부착되어 있으며, 외측면에는 편광판이 부착되어 있는 상부 표시판,
    상기 상부 표시판에 대향하며, 내측면에는 제1 방향으로 뻗은 복수의 금속선이 서로 평행하게 형성되어 있고, 상기 금속선의 아래쪽에는 위상 지연층이 형성되어 있는 하부 표시판,
    상기 상부 표시판 및 상기 하부 표시판의 사이에 주입된 액정, 및
    상기 하부 표시판을 향하여 빛을 발산하는 광원 및 상기 하부 표시판에서 반사되어 오는 빛을 다시 반사하는 반사판을 포함하는 백라이트 유닛을 포함하고,
    상기 금속선 간의 간격은 가시광선의 파장보다 좁은 액정 표시 장치.
  2. 삭제
  3. 제1항에서,
    상기 복수의 금속선은 상기 제1 방향 편광 성분의 빛은 반사하고 상기 제1 방향에 수직하는 제2 방향 편광 성분의 빛은 투과시키는 액정 표시 장치.
  4. 제1항에서,
    상기 복수의 금속선은 상기 액정과 접하여 상기 액정을 상기 제1 방향으로 배향하는 액정 표시 장치.
  5. 제1항에서,
    상기 편광판은 상기 제1 방향 편광 성분의 빛을 투과시키는 액정 표시 장치.
  6. 제1항에서,
    상기 위상 지연층은 느린 축과 빠른 축을 가지고, 느린 축 방향의 빛과 빠른 축 방향의 빛간의 위상차가 λ/4가 되도록 하여 원편광을 선편광으로 바꾸거나 선편광을 원편광으로 바꾸는 액정 표시 장치.
  7. 제6항에서,
    상기 위상 지연층의 느린 축 또는 빠른 축은 상기 제1 방향 또는 상기 제1 방향에 수직하는 제2 방향과 ±45°를 이루는 액정 표시 장치.
  8. 내측면에는 배향막이 부착되어 있으며, 외측면에는 편광판이 부착되어 있는 상부 표시판,
    상기 상부 표시판에 대향하며, 내측면에는 제1 방향으로 뻗은 복수의 금속선이 서로 평행하게 형성되어 있는 하부 표시판,
    상기 상부 표시판 및 상기 하부 표시판의 사이에 주입된 액정, 및
    상기 하부 표시판을 향하여 빛을 발산하는 광원 및 상기 하부 표시판에서 입사되는 빛을 반사하는 반사판을 포함하는 백라이트 유닛을 포함하며,
    상기 하부 표시판은 박막 트랜지스터, 화소 전극, 위상 지연층 및 절연 기판을 포함하며,
    상기 절연 기판 위에 상기 위상 지연층이 형성되어 있고, 그 위에 상기 박막 트랜지스터가 형성되어 있으며, 그 위에 상기 화소 전극이 형성되어 있으며, 그 위에 상기 금속선이 형성되어 있고,
    상기 금속선 간의 간격은 가시광선의 파장보다 좁은 액정 표시 장치.
  9. 내측면에는 배향막이 부착되어 있으며, 외측면에는 편광판이 부착되어 있는 상부 표시판,
    상기 상부 표시판에 대향하며, 내측면에는 제1 방향으로 뻗은 복수의 금속선이 서로 평행하게 형성되어 있는 하부 표시판,
    상기 상부 표시판 및 상기 하부 표시판의 사이에 주입된 액정, 및
    상기 하부 표시판을 향하여 빛을 발산하는 광원 및 상기 하부 표시판에서 입사되는 빛을 반사하는 반사판을 포함하는 백라이트 유닛을 포함하며,
    상기 하부 표시판은 박막 트랜지스터, 화소 전극, 위상 지연층 및 절연 기판을 포함하며,
    상기 절연 기판 위에 상기 박막 트랜지스터가 형성되어 있으며, 그 위에 상기 화소 전극이 형성되어 있으며, 그 위에 상기 위상 지연층이 형성되어 있고, 그 위에 상기 금속선이 형성되어 있으며,
    상기 위상 지연층과 상기 금속선은 동일한 크기와 간격으로 상기 제1 방향으로 뻗어 있고,
    상기 금속선 간의 간격은 가시광선의 파장보다 좁는 액정 표시 장치.
  10. 내측면에는 배향막이 부착되어 있으며, 외측면에는 편광판이 부착되어 있는 상부 표시판,
    상기 상부 표시판에 대향하며, 내측면에는 제1 방향으로 뻗은 복수의 금속선이 서로 평행하게 형성되어 있는 하부 표시판,
    상기 상부 표시판 및 상기 하부 표시판의 사이에 주입된 액정, 및
    상기 하부 표시판을 향하여 빛을 발산하는 광원 및 상기 하부 표시판에서 입사되는 빛을 반사하는 반사판을 포함하는 백라이트 유닛을 포함하며,
    상기 하부 표시판은 박막 트랜지스터, 화소 전극, 위상 지연층 및 절연 기판을 포함하며,
    상기 절연 기판 위에 상기 위상 지연층이 형성되어 있고, 그 위에 상기 박막 트랜지스터가 형성되어 있으며, 그 위에 상기 화소 전극이 형성되어 있으며, 그 위에 상기 금속선이 형성되어 있으며,
    상기 위상 지연층과 상기 금속선은 동일한 크기와 간격으로 상기 제1 방향으로 뻗어 있고,
    상기 금속선 간의 간격은 가시광선의 파장보다 좁는 액정 표시 장치.
  11. 내측면에는 배향막이 부착되어 있으며, 외측면에는 편광판이 부착되어 있는 상부 표시판,
    상기 상부 표시판에 대향하며, 내측면에는 제1 방향으로 뻗은 복수의 금속선이 서로 평행하게 형성되어 있는 하부 표시판,
    상기 상부 표시판 및 상기 하부 표시판의 사이에 주입된 액정, 및
    상기 하부 표시판을 향하여 빛을 발산하는 광원 및 상기 하부 표시판에서 입사되는 빛을 반사하는 반사판을 포함하는 백라이트 유닛을 포함하며,
    상기 하부 표시판은 박막 트랜지스터, 화소 전극, 위상 지연층 및 절연 기판을 포함하며,
    상기 절연 기판 위에 상기 박막 트랜지스터가 형성되어 있으며, 그 위에 상기 위상 지연층이 형성되어 있으며, 그 위에 상기 화소 전극이 형성되어 있으며, 그 위에 상기 금속선이 형성되어 있고,
    상기 화소 전극은 상기 위상 지연층의 개구부를 통하여 상기 박막 트랜지스터와 연결되어 있고,
    상기 금속선 간의 간격은 가시광선의 파장보다 좁는 액정 표시 장치.
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