KR101527257B1 - 반투과형 액정표시장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 반투과형 액정표시장치에 관한 것으로서, 본 발명에 따른 반투과형 액정표시장치는, 하부기판, 상부기판, 및 상기 기판들 사이에 삽입된 액정층을 포함하고, 상기 하부기판에는 상호 교차 형성되는 게이트라인 및 데이터라인에 의해 규정되는 단위 화소 영역은 투과부와 반사부를 구비하며, 상기 투과부와 상기 반사부의 셀갭이 실질적으로 동일한 반투과형 액정표시장치에 있어서, 상기 게이트라인들을 덮도록 상기 하부기판 전체 상부에 형성되며, 상기 화소영역 내에 일정간격으로 이격되어 행렬로 배열된 다수 개의 관통홀이 형성된 게이트 절연막; 상기 화소영역 내에 상기 관통홀의 형상에 따라 단차를 갖도록 형성되는 투명 화소전극; 상기 투명 화소전극 상부에 절연층을 사이에 두고 형성되는 투명 공통전극; 상기 절연층과 상기 투명 화소전극 사이에 형성되되 상기 화소영역 내에서 상기 데이터라인과 평행하게 일정간격으로 다수 개가 배열되며, 상기 관통홀의 일부와 중첩되도록 형성되는 단차 형성라인;을 포함하며, 상기 반사부에서는 초기배향을 위한 러빙공정 시 상기 관통홀과 상기 단차 형성라인에 의한 단차에 의해 러빙불량이 유발되도록 함으로써 상기 반사부 상부의 액정들의 초기배향이 불규칙하게 흐트러지도록 하여, 전압 미인가시에는 상기 반사부 상부의 액정들 각각이 임의의 위상차를 갖는λ/n 위상지연판(n은 양의 실수) 역할을 하고, 전압 인가시에는 상기 투명 공통전극 및 상기 투명 화소전극에 인가되는 전압에 의해 상기 반사부 상부의 액정들이 정렬(배향)되는 것을 특징으로 한다. 이에 의하여, 제조공정이 용이하고 양호한 명암 대비비를 가지며 화면 품위에 우수하여, 외부광이 강한 낮에는 내부 광원을 꺼두어 액정표시장치의 소비전력을 줄일 수 있어 모바일용, 휴대용 및 저소비전력용 액정표시장치에 유리하고, 제작방법의 단순화로 원가를 절감할 수 있는 반투과형 액정표시장치가 제공된다.

Description

반투과형 액정표시장치{REFLECTIVE TRANSMIT LIQUID CRYSTAL DISPLAY DEVICE}

본 발명은 액정표시장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 제조공정이 용이하고 양호한 명암 대비비를 가지며 화면 품위에 우수한 반투과형 액정표시장치에 관한 것이다.

일반적으로, 액정표시장치(Liquid Crystal Display, LCD)는 경량, 박형, 및 저소비 전력 등의 특성을 갖기 때문에 음극선관(CRT: Cathode Ray Tube)을 대신하여 각종 정보기기의 단말기 또는 비디오기기 등에 사용되고 있다.

이러한 액정표시장치(LCD)는 백라이트를 이용하는 투과형 액정표시장치와 자연광을 광원으로 이용하는 반사형 액정표시장치의 두 종류로 분류할 수 있다. 상기 투과형 액정표시장치는 백라이트를 광원으로 이용하므로 어두운 주변환경에서도 밝은 화상을 구현할 수 있지만 백라이트 사용에 의해 소비전력이 높고 실외에서는 가독성이 나쁘다는 단점이 있으며, 상기 반사형 액정표시장치는 백라이트를 사용하지 않고 주변환경의 자연광을 이용하기 때문에 소비전력은 작고 실외에서는 사용이 가능하지만 주변환경이 어두울 때에는 사용이 불가능하다는 단점이 있다.

즉, 일반적인 투과형 액정표시장치는 휘도, 색재현성, CR(Contrast Ratio)등의 면에서 실내에서 우수한 특성을 갖지만 실외에서는 태양빛 및 태양빛에 의해 반사된 빛 등에 의해 디스플레이의 정보를 거의 화면에서 읽을 수 없는데, 야외에서는 태양 광이 10만 LUX 이상의 강한 빛으로 인해 자체적으로 빛을 내지 못하는 투과형 액정표시장치는 백라이트의 휘도와 패널 투과율에 의존하여 실외 가독성이 떨어질 수밖에 없다. 이를 해결하기 위해 백라이트의 휘도를 증가시킬 수도 있지만 이는 과도한 전력 소모를 초래하는 문제점이 있다.

이러한 문제점에 의해, 투과형 및 반사형 액정표시장치가 갖는 단점들을 해결하기 위해 반투과형 액정표시장치가 제안되었다. 반투과형 액정표시장치는 필요에 따라 반사형 및 투과형의 양용이 가능하기 때문에 상대적으로 낮은 소비전력을 가지며 어두운 주변환경에서도 사용이 가능하다.

도 1은 일반적인 위상지연판의 작용에 대응하는 편광의 변화를 나타낸 도면이며, 도 2는 종래의 반투과형 액정표시장치에서 반사부와 투과부의 구동원리를 설명하기 위한 개념도로서, 도 2의 (a)는 지연 물질을 이용한 싱글 셀갭(Single Cell Gap)의 반투과형 액정표시장치를 나타낸 것이며, 도 2의 (b)는 듀얼 셀갭(Dual Cell Gap)을 이용한 반투과형 액정표시장치를 나타낸 것이다.

도 1 및 도 2를 참조하면, 종래의 반투과형 액정표시장치는 반사와 투과의 상반되는 구동 특성으로 인해 반사부와 투과부의 제조방법을 달리 해야 했다. 도 2의 (a)는 싱글 셀갭(Single Cell Gap)을 갖지만 반사부 특성을 얻기 위해 투과부에도 지연 물질(Retardation Material)을 입혀야하고 그에 따라 하부기판에 λ/4 필름을 붙여야 한다.

여기서, λ/4 필름이란 도 1에 도시된 바와 같이, 선편광을 원편광으로 또는 원편광을 선편광으로 변환시켜주는 위상지연 필름을 말한다. 그러므로, 도 2의 (a) 방법은 제조 공정적 어려움에서뿐만 아니라 재료비용에서도 또한 증가를 갖게 한다. 도 2의 (b)는 듀얼 셀갭(Dual Cell Gap)을 이용한 방법으로 재료비용은 증가하지 않으나 배향 공정상의 어려움이 상당히 큰 실정이다.

본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 제조공정이 용이하고 양호한 명암 대비비를 가지며 화면 품위에 우수한 반투과형 액정표시장치를 제공하는데 있다.

상기 과제는, 본 발명의 일 실시예에 따라, 하부기판과 상부기판, 및 단위 화소영역 별로 투과부와 반사부를 구비하고, 상기 하부기판과 상부기판 사이에 액정층이 개재되어 있으며, 상기 투과부와 상기 반사부의 셀겝이 실질적으로 동일한 반투과형 액정표시장치에 있어서, 상기 반사부는 상기 하부기판 상에 단차가 형성된 반사판 및 그 상부에 액정 구동을 위한 투명화소전극과 투명공통전극이 형성되며, 상기 액정층의 초기배향을 위한 러빙공정 시, 상기 단차에 의해 상기 반사부 상부에 러빙불량을 유발시켜 그 상부 액정들의 초기배향이 불규칙하게 흐트러지게 하여, 상기 초기배향이 불규칙하게 흐트러진 각각의 액정들이 λ/n(n은 양의 실수)의 위상차를 가지도록 함으로써, 전압 미인가시에는 상기 초기배향이 불규칙하게 흐트러진 액정들 각각이 임의의 위상차를 갖는 λ/n위상지연판(n은 양의 실수) 역할을 하고, 전압 인가시에는 상기 투명화소전극 및 상기 투명공통전극에 인가되는 전압에 의해 액정들이 정렬되는 것을 특징으로 하는 반투과형 액정표시장치에 의해 달성된다.

상기 과제는, 본 발명의 다른 실시예에 따라, 하부기판, 상부기판, 및 상기 기판들 사이에 삽입된 액정층을 포함하고, 상기 하부기판에는 상호 교차 형성되는 게이트라인 및 데이터라인에 의해 규정되는 단위 화소 영역은 투과부와 반사부를 구비하며, 상기 투과부와 상기 반사부의 셀갭이 실질적으로 동일한 반투과형 액정표시장치에 있어서, 상기 게이트라인들을 덮도록 상기 하부기판 전체 상부에 형성되며, 상기 화소영역 내에 일정간격으로 이격되어 행렬로 배열된 다수 개의 관통홀이 형성된 게이트 절연막; 상기 화소영역 내에 상기 관통홀의 형상에 따라 단차를 갖도록 형성되는 투명 화소전극; 상기 투명 화소전극 상부에 절연층을 사이에 두고 형성되는 투명 공통전극; 상기 절연층과 상기 투명 화소전극 사이에 형성되되 상기 화소영역 내에서 상기 데이터라인과 평행하게 일정간격으로 다수 개가 배열되며, 상기 관통홀의 일부와 중첩되도록 형성되는 단차 형성라인;을 포함하며, 상기 반사부에서는 초기배향을 위한 러빙공정 시 상기 관통홀과 상기 단차 형성라인에 의해 형성되는 단차에 의해 러빙불량이 유발되도록 함으로써 상기 반사부 상부의 액정들의 초기배향이 불규칙하게 흐트러지도록 하여, 전압 미인가시에는 상기 반사부 상부의 액정들 각각이 임의의 위상차를 갖는λ/n 위상지연판(n은 양의 실수) 역할을 하고, 전압 인가시에는 상기 투명 공통전극 및 상기 투명 화소전극에 인가되는 전압에 의해 상기 반사부 상부의 액정들이 정렬(배향)되는 반투과형 액정표시장치에 의해 달성된다.

여기서, 상기 투명공통전극은 슬릿이 형성되고, 상기 투명공통전극과 상기 절연층 사이에 형성되며, 평면적 배치로 볼 때 상기 투명공통전극과 동일한 위치에 형성되는 반사판을 더 포함할 수 있다.

또한, 상기 기판상의 평면적 배치로 볼 때, 상기 관통홀은 상기 투명공통전극의 슬릿과 실질적으로 일치하도록 형성될 수 있다.

또한, 상기 단차 형성라인은 상기 스위칭 소자의 소오스 전극용 금속막 또는 유기막으로 형성될 수 있다.

한편, 상기 과제는, 본 발명의 또 다른 실시예에 따라, 하부기판, 상부기판, 및 상기 기판들 사이에 삽입된 액정층을 포함하고, 상기 하부기판에는 상호 교차 형성되는 게이트라인 및 데이터라인에 의해 규정되는 단위 화소 영역은 투과부와 반사부를 구비하며, 상기 투과부와 상기 반사부의 셀갭이 실질적으로 동일한 반투과형 액정표시장치에 있어서, 상기 화소영역 내의 상기 하부기판 상에 단차를 형성하기 위해 상기 데이터라인과 평행하게 서로 일정간격으로 이격형성되는 다수의 단차 형성라인; 상기 게이트라인 및 상기 단차 형성라인을 덮도록 상기 하부기판의 전체 상부에 형성되는 게이트 절연막; 상기 화소영역 내의 상기 게이트 절연막 상에 형성되는 투명 화소전극; 및, 상기 투명 화소전극 상부에 절연층을 사이에 두고 형성되며, 상기 단차 형성라인의 형상에 따라 경사진 단차를 가지는 투명 공통전극;을 포함하며, 상기 반사부에서는 초기배향을 위한 러빙공정 시 상기 단차 형성라인에 의한 단차에 의해 러빙불량이 유발되도록 함으로써 상기 반사부 상부의 액정들의 초기배향이 불규칙하게 흐트러지도록 하여, 전압 미인가시에는 상기 반사부 상부의 액정들 각각이 임의의 위상차를 갖는 λ/n 위상지연판(n은 양의 실수) 역할을 하고, 전압 인가시에는 상기 투명 공통전극 및 상기 투명 화소전극에 인가되는 전압에 의해 상기 반사부 상부의 액정들이 정렬(배향)되는 반투과형 액정표시장치에 의해 달성된다.

여기서, 상기 투명공통전극은 슬릿이 형성되고, 상기 투명공통전극과 상기 절연층 사이에 형성되며, 평면적 배치로 볼 때 상기 투명공통전극과 동일한 위치에 형성되는 반사판을 더 포함할 수 있다.

또한, 상기 기판상의 평면적 배치로 볼 때, 상기 관통홀은 상기 투명공통전극의 슬릿과 실질적으로 일치하도록 형성될 수 있다.

또한, 상기 각 단차 형성라인은 유기막으로 형성될 수 있다.

상기 과제는, 본 발명의 다른 실시예에 따라, 하부기판, 상부기판, 및 상기 기판들 사이에 삽입된 액정층을 포함하고, 상기 하부기판에는 상호 교차 형성되는 게이트라인 및 데이터라인에 의해 규정되는 단위 화소 영역은 투과부와 반사부를 구비하며, 상기 투과부와 상기 반사부의 셀갭이 실질적으로 동일한 반투과형 액정표시장치의 제조방법에 있어서, 상기 하부기판은, (a) 기판 상에 게이트 전극을 포함한 게이트라인을 형성하는 단계; (b) 상기 게이트 전극을 포함한 게이트라인을 덮도록 상기 기판 상부에 게이트 절연막을 증착한 후, 각 화소영역 내의 게이트 절연막을 식각하여 단차 형성을 위한 다수 개의 관통홀을 일정간격으로 행렬로 배열되도록 형성하는 단계; (c) 각 화소영역 내의 게이트 절연막 상부에 상기 관통홀의 형상에 따라 단차를 갖도록 투명 화소전극을 형성하는 단계; (d) 상기 게이트 전극 상부의 게이트 절연막 상부에는 상기 스위칭 소자를 구성하도록 액티브 패턴 및 소오스/드레인 전극을 포함한 데이터라인을 형성하고, 상기 투명 화소전극 상부에는 상기 데이터라인과 평행하게 다수 개의 단차 형성라인을 일정간격으로 이격형성하되 상기 관통홀 중 각 열의 일부분이 겹쳐지도록 형성하는 단계; 및 (e) 상기 단계(d) 이후의 결과 구조물 상에 절연층을 도포한 후, 상기 화소 영역과 상기 게이트라인 및 데이터라인이 형성된 영역에 상기 투명 화소전극과 이격되도록 투명 공통전극을 형성하는 단계;를 포함하며, 상기 반사부에서는 초기배향을 위한 러빙공정 시 상기 단차 형성라인에 의한 단차에 의해 러빙불량이 유발되도록 함으로써 상기 반사부 상부의 액정들의 초기배향이 불규칙하게 흐트러지도록 하여, 전압 미인가시에는 상기 반사부 상부의 액정들 각각이 임의의 위상차를 갖는 λ/n 위상지연판(n은 양의 실수) 역할을 하고, 전압 인가시에는 상기 투명 공통전극 및 상기 투명 화소전극에 인가되는 전압에 의해 상기 반사부 상부의 액정들이 정렬(배향)되는 것에 의해 달성된다.

여기서, 상기 단계(d) 이후의 결과 구조물 상에 절연층을 도포한 후, 상기 투명 공통전극과 동일한 위치의 절연층 상에 반사판을 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다.

또한, 상기 단계(e)의 투명공통전극은 슬릿이 포함되도록 형성할 수 있다.

아울러, 상기 단계(b)에서, 상기 기판 상의 평면적 배치로 볼 때 상기 관통홀은 상기 투명공통전극의 슬릿과 실질적으로 동일한 위치에 형성할 수 있다.

또한, 상기 단계(d)에서, 상기 각 단차 형성라인은 상기 스위칭 소자의 소오스 전극용 금속막 또는 유기막으로 형성할 수 있다.

상기 과제는, 본 발명의 또 다른 실시예에 따라, 하부기판, 상부기판, 및 상기 기판들 사이에 삽입된 액정층을 포함하고, 상기 하부기판에는 상호 교차 형성되는 게이트라인 및 데이터라인에 의해 규정되는 단위 화소 영역은 투과부와 반사부를 구비하며, 상기 투과부와 상기 반사부의 셀갭이 실질적으로 동일한 반투과형 액정표시장치의 제조방법에 있어서, 상기 하부기판은, (a') 기판 상에 게이트 전극을 포함한 게이트라인을 형성하고, 각 화소 영역 내에 상기 데이터라인과 평행하게 단차 형성을 위한 다수 개의 단차 형성라인을 일정간격으로 이격되도록 형성하는 단계; (b') 상기 게이트 전극을 포함한 게이트라인 및 각 단차 형성라인을 덮도록 상기 기판 상부에 게이트 절연막을 형성한 후, 각 화소영역 내의 게이트 절연막 상부에 상기 단차 형성라인의 형상에 따라 경사진 단차부를 갖는 투명 화소전극을 형성하는 단계; (c') 상기 게이트 전극 상부의 게이트 절연막 상에 액티브 패턴 및 소오스/드레인 전극을 포함한 데이터라인을 형성하여 상기 스위칭 소자를 구성하고, 상기 스위칭 소자가 형성된 결과 구조물 상부에 절연층을 도포하는 단계; 및

(d') 각 화소 영역과 상기 게이트라인 및 데이터라인이 형성된 영역에 상기 투명 화소전극과 이격되도록 투명 공통전극을 형성하되, 상기 화소영역 내의 투명 공통전극은 각 단차 형성라인의 형상에 따라 경사진 단차부를 갖도록 각 단차 형성라인 사이에 위치되게 형성하는 단계;를 포함하며, 상기 반사부에서는 초기배향을 위한 러빙공정 시 상기 단차부에 의해 러빙불량이 유발되도록 함으로써 상기 반사부 상부의 액정들의 초기배향이 불규칙하게 흐트러지도록 하여, 전압 미인가시에는 상기 반사부 상부의 액정들 각각이 임의의 위상차를 갖는 λ/n 위상지연판(n은 양의 실수) 역할을 하고, 전압 인가시에는 상기 투명 공통전극 및 상기 투명 화소전극에 인가되는 전압에 의해 상기 반사부 상부의 액정들이 정렬(배향)되는 것을 특징으로 하는 반투과형 액정표시장치의 제조방법에 의해 달성된다.

여기서, 상기 단계(c') 이후에, 상기 투명 공통전극과 동일한 위치의 절연층 상에 반사판을 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다.

또한, 상기 단계(a')에서, 각 단차 형성라인은 유기막으로 형성할 수 있다.

본 발명에 따르면, 제조공정이 용이하고 양호한 명암 대비비를 가지며 화면 품위에 우수할 뿐만 아니라 외부광이 강한 낮에는 내부 광원을 꺼두어 액정표시장치의 소비전력을 줄일 수 있으므로 모바일용, 휴대용 및 저소비전력용 액정표시장치에 유리하고 제작방법의 단순화로 원가를 절감할 수 있는 반투과형 액정표시장치가 제공된다.

또한, 강한 외부광 아래에서의 양호한 명암 대비비를 통해 어두운 장소와의 화면 색감의 차이를 줄일 수 있는 고휘도의 패널 특성을 갖는 반투과형 액정표시장치가 제공된다.

또한, 제조공정 및 재료비용이 투과형 액정표시장치와 비교해 볼 때 크게 차이나지 않는 반투과형 액정표시장치가 제공된다.

도 1은 위상지연판의 작용에 대응하는 편광의 변화를 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 종래의 반투과형 액정표시장치에서 반사부와 투과부의 구동원리를 설명하기 위한 개념도이다.
도 3은 본 발명에 따른 반투과형 액정표시장치의 구조 및 구동원리를 설명하기 위한 개념도이다.
도 4는 본 발명의 제1 실시예에 따른 반투과형 액정표시장치의 하부기판에 형성된 화소 영역의 일부 평면도이다.
도 5a 내지 도 5d는 본 발명의 제1 실시예에 따른 반투과형 액정표시장치의 하부기판에서 화소 영역 일부가 제조 과정에 따라서 각 레이어의 형성되는 상황을 도시하고 있는 평면도들이다.
도 6 및 도 7은 각각 도 4의 A-A'선 및 B-B'선에 따른 단면도이다.
도 8은 본 발명의 제2 실시예에 따른 반투과형 액정표시장치의 하부기판에 형성된 화소 영역의 일부 평면도이다.
도 9a 내지 도 9c는 본 발명의 제2 실시예에 따른 반투과형 액정표시장치의 하부기판에서 화소 영역 일부가 제조 과정에 따라서 각 레이어의 형성되는 상황을 도시하고 있는 평면도들이다.
도 10 및 도 11은 각각 도 8의 C-C'선 및 D-D'선에 따른 단면도이다.

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, 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세하게 설명한다. 그러나, 다음에 예시하는 본 발명의 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 다음에 상술하는 실시예에 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 실시예는 당업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위하여 제공되어지는 것이다.

도 3은 본 발명에 따른 반투과형 액정표시장치의 구조 및 구동원리를 설명하기 위한 개념도로서, 도 3의 (a)는 전압의 온/오프(ON/OFF) 시 반사부와 투과부를 지나는 빛의 편광변화 추이를 나타낸 도면이며, 도 3의 (b)는 전압의 온/오프(ON/OFF) 시 반사부와 투과부을 통한 빛의 효율성을 나타낸 도면이다.

도 3의 반투과형 액정표시장치는 하부기판(10)과 상부기판(20), 그리고 하부기판(10)과 상부기판(20) 사이에 액정층(30)이 개재되어 있고, 단위 화소영역 별로 투과부(B)와 반사부(A)를 구비한다.

여기서, 투과부와 반사부의 셀갭은 실질적으로 동일한 즉, 싱글 셀갭(single cell gap) 형태로 마련된다.

또한, 반사부(A)는 단차부(C)를 구비하는 반사판(15) 및 그 상부에 액정 구동을 위한 투명전극(13)을 구비함으로써, 전압 미인가시는 액정배향을 흐트려 임의의 λ/n 위상지연판 역할을 하고, 전압 인가시는 투명전극(13)에 인가되는 전압에 의해 액정이 배향(정렬)된다.

여기서, 반사부의 액정배향은 단차부(C)를 구비하고 있음에도 상부에 인가된 투명전극에 의해 배향(정렬)된다.

또한, 반사부(A)에 형성되는 단차부(C)는 가파른 굴곡이 형성된 부분으로, 전압이 미인가된 상황에서는 액정 배향이 이미 흐트러져 있어 임의의 λ/n(n은 양의 실수) 위상지연판 역할을 하게 되므로, 반사판(15)에 의해 빛이 액정층(30)을 2회 통과하면 거의 다크(Dark) 계조가 되게 한다.

물론, 투과부(B)는 기존의 경우처럼 셀(Cell)이 0 또는 λ 위상지연판 역할을 하며, 후면광의 빛이 수직한 상측과 하측의 두 편광판(11,21)을 지나면서 다크(Dark)가 된다.

단차부(C)를 형성하는 구체적인 방식은 특별히 한정되지 않은 다양한 방식이 가능하고, 적층된 층의 일부를 식각하여 단차를 형성할 수 있으며 단차의 크기는 예를 들어 각 굴곡이 3000 A 정도로 가능하며 각 굴곡은 지면을 기준으로 10 내지 60도 정도의 각도로 형성될 수 있다.

그러나, 단차부(C)는 전압이 미인가된 상황에서는 액정 배향이 이미 흐트러져 있어 임의의 λ/n 위상지연판 역할을 할 수 있도록 조절할 수 있다.

한편, 도 3에서의 단차부(C) 구조는 기본 구성만을 도시한 것이고 제작예는 다시 설명한다.

본 발명의 반사부(A)는 완전한 다크(Dark)를 갖지 못할지라도 외부광을 표면반사 및 내부반사에 의해 그대로 전반사 시킬 때와는 큰 야외시인성 차이를 갖게 된다.

한편, 전압이 인가되면 배향성을 잃었던 반사부(A)도 전계에 의해 다시 배향하게 되고, 화이트(White)를 나타내게 된다. 물론, 투과부(A)는 λ/2 위상지연판으로 화이트(White)를 나타낸다.

도 3의 (b)에 도시된 바와 같이, 일반 편광판을 사용할 때 광량 ①에 대해 약 4％ 정도의 표면반사가 존재하며, 광량 ②와 ④의 값의 차이를 갖는다.

이에 따라 횡전계 모드의 경우 화소내 투과부에서 전극 중심을 따라 발생하는 디클리네이션(Disclination) 선 위에 반사판을 두어도 본 발명에서는 반사 효율이 있는 관계로 화면 구동이 가능해진다.

이때, 디클리네이션(Disclination) 위에는 수직 전계가 생성되어 액정이 수직 배열되므로 반사모드에서 화이트(White)를 갖는다.

또한, 본 발명의 반투과형 액정표시장치는 종래의 반투과형 액정표시장치에서의 문제점을 보완할 방법으로 기존 투과형 액정표시장치에서 발생해왔던 라인들 경사면에서의 배향이상에 따른 빛샘 불량을 해결 수단으로 이용할 수 있다.

보통, 신호선들이나 화소 전극 등을 형성하고 나면 에지(Edge)부에 가파른 단차가 생성된다, 이 경우 러빙공정에 따른 기판 배향이 단차부의 경사면에서와 전극들의 평탄한 면에서 서로 다른 방향으로 이루어진다.

특히, 러빙 진행방향에 대해 라인의 내려가는 경사면에서는 불균일하고 심하게 왜곡되어짐에 따라 빛샘이 다른 곳에 비해 더 심하다.

따라서, 한국공개특허 제2005-59532호(액정표시장치 및 그 제조방법)에서와 같이 종래에는 이런 전극 라인들의 경사면에서 발생한 빛샘을 어떻게 해결할 것인가에 대한 연구들이 진행되어 왔다.

그러나, 본 발명에서는 투과부에서 빛샘 불량이 반사부의 다크(Dark) 형성모드로 역전될 수 있음을 이용하여 빛샘 현상 발생을 반사부에만 극대화시키므로 제작비용이 저렴하고 제작공정이 용이하며 화질이 뛰어난 반투과형 액정표시장치를 제조가능하다.

본 발명은 반투과형 액정 표시장치라면 그 특정 구조 등에 한정되지 않고 다양한 구조에 적용가능하다.

다만, 이하 본 발명의 실시예들에서는 본 발명의 특징인 반투과형 모드를 에프에프에스(FFS) 모드 액정표시장치에 적용시킨 예를 들어 구체적으로 설명하지만 이 구조에 한정되지 않는다.

예를 들어, 본 발명이 적용되는 바람직한 실시예들에 의하면, 하부기판, 상부기판, 및 기판들에 삽입된 액정층을 포함하고, 하부기판에는 상호 교차하는 방향으로 형성되는 게이트라인들과 데이터라인들에 의해 각 화소 영역이 규정되고, 게이트라인 및 데이터라인들의 교차부에는 스위칭 소자가 배치되어 있으며, 상기 액정층에 전압을 인가하여 광 투과량을 조절하기 위하여 화소 영역 내에는 제1 전극전극과 제1 전극과 절연층을 사이에 두고 소정 영역 중첩되게 이격 배치되는 제2 전극을 구비한다. 제2 전극은 투명전극인 것이 바람직하다.

이러한 구조에 있어, 화소영역에는 투과부와 반사부가 구비되고, 반사부는 단차부를 구비하는 반사판 및 그 상부에 제2 전극을 구비할 수 있다.

이하 본 발명의 특징인 반투과형 모드를 에프에프에스(FFS) 모드 액정표시장치에 적용하여 구현한 실시예들을 설명한다.

(제1 실시예)

도 4는 본 발명의 제1 실시예에 따른 반투과형 액정표시장치의 하부기판에서 화소 영역 일부가 제조과정에 따라서 형성된 평면도이고, 도 5a 내지 도 5d는 각 층들이 단계적으로 형성되어 중첩되어 가는 상황을 차례로 도시하고 있는 평면도들이며, 도 6 및 도 7은 각각 도 4의 A-A선 및 B-B'선에 따른 단면도이다.

도 4 내지 도 7을 참조하면, 하부기판(100)에는 불투명 금속으로 된 게이트라인(Gate Line, GL)과 데이터라인(600)이 수직 교차하도록 배열되어 단위 화소를 형성하고, 이러한 단위 화소 영역 내에는 투명 공통전극(800)과 투명 화소전극(400)이 절연층(700)의 개재 하에 배치되도록 형성된다.

여기서, 투명 화소전극(400)은 예컨대, 플레이트 형태로 데이터라인(600)과 동일 층에 배치되도록 형성되고, 투명 공통전극(800)은 절연층(700) 상에 증착된 투명 도전층의 패터닝에 의하여 다수의 슬릿(slit)들을 갖는 형태로 투명 화소전극(400)과 소정 영역 중첩되도록 형성된다.

또한, 투명 화소전극(400)은 후술하는 게이트 절연막(300)의 상부에 형성된 다수 개의 관통홀(H)의 형상에 따라 단차를 갖도록 형성된다.

또한, 투명 공통전극(800)은 절연층(700)을 사이에 두고 단위 화소 영역과 게이트라인(GL) 및 데이터라인(600)이 형성된 비개구부 영역에 투명 화소전극(400)과 이격배치되도록 형성된다.

그리고, 게이트라인(GL) 중 게이트 전극(200) 상에는 게이트 절연막(300)의 개재 하에 a-Si막과 n+ a-Si막이 차례로 증착된 액티브 패턴(500)과, 소오스/드레인 전극(600a,600b)이 마련되어 박막 트랜지스터(TFT)(T)를 형성한다.

드레인 전극(600b)은 투명 화소전극(400)과 전기적으로 접속되어 단위 화소에 데이터 신호가 인가된다.

특히, 본 발명의 제1 실시예에서는 반사부에서의 급격한 단차가 여러 개 형성되도록 단위 화소 영역내의 게이트 절연막(300) 상에 단차 형성을 위한 다수개의 관통홀(H)이 일정한 간격으로 이격되게 매트릭스(Matrix) 형태로 배열 형성된다.

이러한 각 관통홀(H)의 위치는 각 화소영역 내의 투명 공통전극(800)의 내부에 위치하도록 형성되며, 바람직하게는 투명공통전극(800)과 실질적으로 일치하도록 형성된다.

한편, 각 관통홀(H)은 게이트 절연막(300)을 평면에서 바라볼 때, 예컨대, 정사각형 형상으로 형성됨이 바람직하지만, 이에 국한하지 않으며, 예컨대, 원형, 타원형, 직사각형 또는 다각형 형상으로 형성될 수도 있다.

더욱이, 절연층(700)과 투명 화소전극(400) 사이에 개재되며, 각 열의 관통홀(H)의 일부분이 겹쳐지도록 데이터라인(600)과 평행하게 다수 개의 단차 형성라인(900)이 일정한 간격으로 이격되게 형성된다.

이러한 각 단차 형성라인(900)은 스위칭 소자인 박막 트랜지스터(TFT)(T)의 소오스 전극(600a)용 금속막 또는 유기막으로 형성됨이 바람직하다.

추가적으로, 절연층(700)과 투명 공통전극(800) 사이에 투명 공통전극(800)과 동일한 위치에 투과부와 반사부를 구분 짓는 반사판(750)이 더 구비될 수 있으며, 투명 공통전극(800)을 포함한 절연층(700)의 전체 상부면에 액정을 배향하기 위한 배향막(1000)이 형성될 수 있다.

이러한 배향막(1000)은 투명 공통전극(800)의 형상에 따라 단차를 가지게 되는데, 단차가 형성된 경사부와 하부기판(100) 면과 평행한 평탄부로 이루어진다.

한편, 배향막(1000)은 통상적으로 폴리이미드(Polyimide) 계통의 고분자 물질로 이루어지며, 기판에 도포된 후에 러빙(Rubbing) 공정이 진행된다. 러빙 공정시 러빙포를 사용하여 일정한 방향으로 힘을 주게 되면 액정이 배향할 수 있는 방향이 배향막에 형성된다.

다음으로, 도 4 내지 도 7을 참조하여 본 발명의 제1 실시예에 따른 반투과형 액정표시장치의 제조방법에 대해서 상세하게 설명한다.

도 4 내지 도 7을 참조하면, 하부기판(100) 상에 게이트 전극(200)을 포함한 게이트라인(GL)을 형성한다. 즉, 하부기판(100) 상에 불투명 금속막의 증착 및 이에 대한 패터닝을 통해 박막 트랜지스터(TFT)(T) 형성부의 하부기판(100) 부분 상에 게이트 전극(200)을 포함한 게이트라인(GL)을 형성한다.

그런 다음, 게이트 전극(200)을 포함한 게이트라인(GL)을 덮도록 하부기판(100)의 전체 상부에 게이트 절연막(300)을 증착한 후, 각 화소 영역내의 게이트 절연막(300)을 식각하여 단차 형성을 위한 다수개의 관통홀(H)을 일정간격 이격되게 행렬로 배열되도록 형성한다.

이때, 기판상의 평면적 배치로 볼 때, 각 관통홀(H)은 화소영역 내의 투명 공통전극(800)의 내부에 위치하도록 형성된다.

이후에, 각 관통홀(H)의 형상에 따라 단차를 갖도록 게이트 절연막(300) 상에 투명 도전층의 증착 및 패터닝을 통해 각 화소 영역 내에 배치되게 플레이트형 투명 화소전극(400)을 형성한다.

다음으로, 기판 결과물 상에 a-Si막과 n+ a-Si막을 차례로 증착한 상태에서 이들을 패터닝하여 게이트 전극(200) 상부의 게이트 절연막(300) 부분 상에 액티브 패턴(500)을 형성한다.

이후에, 소오스/드레인(Source/Drain)용 금속막을 증착한 후, 이를 패터닝해서 소오스/드레인 전극(600a,600b)을 포함한 데이터라인(600)을 형성하고, 이를 통해, 박막 트랜지스터(TFT)(T)를 구성한다.

이때, 드레인 전극(600b)은 화소전극(400)과 전기적으로 접속되도록 형성한다.

이와 동시에, 투명 화소전극(400) 상에 각 열의 관통홀(H)의 일부분이 겹쳐지도록 데이터라인(600)과 평행하게 복수 개의 단차 형성라인(900)을 일정한 간격으로 이격되게 형성한다.

이때, 각 단차 형성라인(900)은 스위칭 소자인 박막 트랜지스터(T)의 소오스 전극용 금속막 또는 유기막으로 형성함이 바람직하다.

이어서, 박막 트랜지스터(T) 및 단차 형성라인(900)이 형성된 결과 구조물 상에 예컨대 SiNx 재질의 절연층(700)을 도포한 후, 각 화소 영역과 게이트라인(GL) 및 데이터라인(600)이 형성된 비개구부 영역에 투명 화소전극(400)과 이격 배치되며, 투명 화소전극(400)과 적어도 일부가 중첩하도록 빗살 형태를 가진 투명 공통전극(800)을 형성한다.

즉, 투명 공통전극(800) 층에서는 단차 패턴들이 마치 작은 폭포 형태로 만들어지게 된다.

이들의 단차 수는 곧 반사부에서의 다크(Dark) 모드 영역으로 작동하게 되며 더욱 명암 대비비의 특성을 높여주게 된다.

추가적으로, 절연층(700)을 도포한 후, 투명 공통전극(800)과 동일한 위치의 절연층(700) 상에 반사판(750)을 더 형성할 수도 있다.

이후에, 투명 공통전극(800)이 형성된 기판 결과물의 최상부에 배향막(1000)을 도포하여 어레이 기판의 제조를 완성한다.

상술한 바와 같은 본 발명은 종래의 반투과에서 빛을 난반사시키기 위해 올록볼록한 유기막(Embossing 처리)을 형성하던 것을 반사부 내의 단차 형성법으로 같이 이용할 수 있게 함으로써 공정 수를 최소화할 수 있다.

(제2 실시예)

도 8은 본 발명의 제2 실시예에 따른 반투과형 액정표시장치의 하부기판에서 화소 영역 일부가 제조과정에 따라서 형성된 평면도이고, 도 9a 내지 도 9c는 각 층들이 단계적으로 형성되어 중첩되어 가는 상황을 차례로 도시하고 있는 평면도들이며, 도 10 및 도 11은 각각 도 8의 C-C선 및 D-D'선에 따른 단면도이다.

도 8 내지 도 11을 참조하면, 하부기판(100)에는 불투명 금속으로 된 게이트라인(Gate Line, GL)과 데이터라인(600)이 수직 교차하도록 배열되어 단위 화소를 형성하고, 이러한 단위 화소영역 내에는 투명 공통전극(800)과 투명 화소전극(400)이 절연층(700)의 개재 하에 형성된다.

여기서, 투명 화소전극(400)은 예컨대, 플레이트 형태로 데이터라인(600)과 동일 층에 형성되며, 후술하는 다수 개의 단차 형성라인(900)의 형상에 따라 단차를 갖도록 게이트 절연막(300)의 상부에 형성된다.

그리고, 투명 공통전극(800)은 절연층(700) 상에 증착된 투명 도전층의 패터닝에 의해 다수의 슬릿(slit)들을 갖는 형태로 투명 화소전극(400)과 소정 영역 중첩되도록 형성된다.

또한, 투명 공통전극(800)은 절연층(700)을 사이에 두고 단위 화소 영역과 게이트라인(GL) 및 데이터라인(600)이 형성된 비개구부 영역에 투명 화소전극(400)과 이격배치되도록 형성된다.

특히, 투명 공통전극(800)은 각 단차 형성라인(900)의 형상에 따라 경사진 단차부(800a)를 갖도록 각 단차 형성라인(900) 사이에 배치되도록 형성되는 것이 바람직하다.

그리고, 게이트라인(GL) 중 게이트 전극(200) 상에는 게이트 절연막(300)의 개재 하에 a-Si막과 n+ a-Si막이 차례로 증착된 액티브 패턴(500)과, 소오스/드레인 전극(600a,600b)이 마련되어 박막 트랜지스터(TFT)(T)를 형성한다.

여기서, 드레인 전극(600b)은 투명 화소전극(400)과 전기적으로 접속되어 단위 화소에 데이터 신호가 인가된다.

특히, 본 발명의 제2 실시예에서는 반사부에 급격한 단차가 여러 개 형성되도록 단위 화소영역 내의 하부기판(100) 상에는 데이터라인(600)과 평행하게 단차 형성을 위한 다수 개의 단차 형성라인(900)이 일정한 간격으로 서로 이격되도록 형성된다. 이때, 각 단차 형성라인(900)은 유기막 등으로 형성될 수 있다.

추가적으로, 절연층(700)과 투명 공통전극(800) 사이에 투명 공통전극(800)과 동일한 위치에 투과부와 반사부를 구분 짓는 반사판(750)이 더 구비될 수 있으며, 투명 공통전극(800)을 포함한 절연층(700)의 전체 상부면에 액정을 배향하기 위한 배향막(1000)이 형성될 수 있다.

이러한 배향막(1000)은 투명 공통전극(800)의 형상에 따라 단차를 가지게 되는데, 단차가 형성된 경사부와 하부기판(100)면과 평행한 평탄부로 이루어진다.

한편, 배향막(1000)은 통상적으로 폴리이미드(Polyimide) 계통의 고분자 물질로 이루어지며, 기판에 도포된 후에 러빙(Rubbing) 공정이 진행된다. 러빙 공정시 러빙포를 사용하여 일정한 방향으로 힘을 주게 되면 액정이 배향할 수 있는 방향이 배향막에 형성된다.

다음으로, 도 8 내지 도 11을 참조하여 본 발명의 제2 실시예에 따른 반투과형 액정표시장치의 제조방법에 대해서 상세하게 설명한다.

도 8 내지 도 11을 참조하면, 하부기판(100) 상에 게이트 전극(200)을 포함한 게이트라인(GL)을 형성한다. 즉, 하부기판(100) 상에 불투명 금속막의 증착 및 이에 대한 패터닝을 통해 박막 트랜지스터(TFT)(T) 형성부의 하부기판(100) 부분 상에 게이트 전극(200)을 포함한 게이트라인(GL)을 형성한다.

이와 동시에, 단위 화소 영역내에 데이터라인(600)과 평행하게 단차 형성을 위한 다수 개 단차 형성라인(900)을 일정한 간격으로 이격되도록 형성한다.

이때, 각 단차 형성라인(900)은 예컨대, 유기막으로 형성함이 바람직하다.

그런 다음, 게이트 전극(200)을 포함한 게이트라인(GL) 및 각 단차 형성라인(900)을 덮도록 하부기판(100)의 전체 상부에 게이트 절연막(300)을 증착한 후, 각 화소영역 내의 게이트 절연막(300) 상에 투명 도전층의 증착 및 패터닝을 통해 각 화소 영역 내에 배치됨과 아울러 각 단차 형성라인(900)의 형상에 따라 경사진 단차부를 갖도록 투명 화소전극(400)을 형성한다.

이와 동시에, 기판 결과물 상에 a-Si막과 n+ a-Si막을 차례로 증착한 상태에서 이들을 패터닝하여 게이트 전극(200) 상부의 게이트 절연막(300) 부분 상에 액티브 패턴(500)을 형성한다.

이후에, 소오스/드레인(Source/Drain)용 금속막을 증착한 후, 이를 패터닝해서 소오스/드레인 전극(600a,600b)을 포함한 데이터라인(600)을 형성하고, 이를 통해, 박막 트랜지스터(TFT)(T)를 구성한다.

이때, 드레인 전극(600b)은 화소전극(400)과 전기적으로 접속되도록 형성한다.

이어서, 박막 트랜지스터(T) 및 단차 형성라인(900)이 형성된 결과 구조물 상에 예컨대 SiNx 재질의 절연층(700)을 도포한 후, 각 화소 영역과 게이트라인(GL) 및 데이터라인(600)이 형성된 비개구부 영역에 투명 화소전극(400)과 이격 배치됨과 아울러 각 단차 형성라인(900)의 형상에 따라 경사진 단차부(800a)를 갖도록 각 단차 형성라인(900) 사이에 위치되게 투명 화소전극(400)과 적어도 일부가 중첩하도록 빗살 형태를 가진 투명 공통전극(800)을 형성한다.

이때, 절연층(700)을 도포한 후, 투명 공통전극(800)과 동일한 위치의 절연층(700) 상에 반사판(750)을 더 형성할 수도 있다.

이후에, 투명 공통전극(800)이 형성된 기판 결과물의 최상부에 배향막(1000)을 도포하여 어레이 기판의 제조를 완성한다.

상술한 바와 같은 본 발명의 제2실시예에서는 여러 번 덧 입혀지는 두꺼운 유기층들이 최종적인 투명 공통전극(800) 형성 단계에서의 경사면 혹은 반사면의 경사를 더 가파르게 만들어주므로 다크(Dark)의 계조와 반사 효율성을 더 좋게 만들어줄 수 있다.

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.

※도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명※
10, 100 : 하부기판 11, 21 : 편광판
13 : 투명전극 15 : 반사판
20, 200 : 상부기판 30 : 액정층
200 : 게이트전극 300 : 게이트 절연막
400 : 투명 화소전극 500 : 액티브 패턴
600 : 데이터라인 600a, 600b : 소오스/드레인 전극
700 : 절연층 800 : 투명 공통전극
800a : 단차부 900 : 단차 형성라인
1000 : 배향막

Claims (19)

1. 삭제
2. 하부기판, 상부기판, 및 상기 기판들 사이에 삽입된 액정층을 포함하고, 상기 하부기판에는 상호 교차 형성되는 게이트라인 및 데이터라인에 의해 규정되는 단위 화소 영역은 투과부와 반사부를 구비하며, 상기 투과부와 상기 반사부의 셀갭이 실질적으로 동일한 반투과형 액정표시장치에 있어서,
   상기 게이트라인들을 덮도록 상기 하부기판 전체 상부에 형성되며, 상기 화소영역 내에 일정간격으로 이격되어 행렬로 배열된 다수 개의 관통홀이 형성된 게이트 절연막;
   상기 화소영역 내에 상기 관통홀의 형상에 따라 단차를 갖도록 형성되는 투명 화소전극;
   상기 투명 화소전극 상부에 절연층을 사이에 두고 형성되는 투명 공통전극;
   상기 절연층과 상기 투명 화소전극 사이에 형성되되 상기 화소영역 내에서 상기 데이터라인과 평행하게 일정간격으로 다수 개가 배열되며, 상기 관통홀의 일부와 중첩되도록 형성되는 단차 형성라인;을 포함하며,
   상기 반사부에서는 초기배향을 위한 러빙공정 시 상기 관통홀과 상기 단차 형성라인에 의한 단차에 의해 러빙불량이 유발되도록 함으로써 상기 반사부 상부의 액정들의 초기배향이 불규칙하게 흐트러지도록 하여,
   전압 미인가시에는 상기 반사부 상부의 액정들 각각이 임의의 위상차를 갖는λ/n 위상지연판(n은 양의 실수) 역할을 하고, 전압 인가시에는 상기 투명 공통전극 및 상기 투명 화소전극에 인가되는 전압에 의해 상기 반사부 상부의 액정들이 정렬(배향)되는 것을 특징으로 하는 반투과형 액정표시장치.
3. 제2항에 있어서,
   상기 투명공통전극은 슬릿이 형성된 것을 특징으로 하는 반투과형 액정표시장치.
4. 제3항에 있어서,
   상기 투명공통전극과 상기 절연층 사이에 형성되며, 평면적 배치로 볼 때 상기 투명공통전극과 동일한 위치에 형성되는 반사판을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 반투과형 액정표시장치.
5. 제3항에 있어서,
   상기 하부기판 상의 평면적 배치로 볼 때, 상기 관통홀은 상기 투명공통전극의 슬릿을 제외한 부분에 위치하도록 형성되는 것을 특징으로 하는 반투과형 액정표시장치.
6. 제2항에 있어서,
   상기 단차 형성라인은 스위칭 소자의 소오스 전극용 금속막 또는 유기막으로 형성되는 것을 특징으로 하는 반투과형 액정표시장치.
7. 삭제
8. 삭제
9. 삭제
10. 삭제
11. 삭제
12. 삭제
13. 삭제
14. 삭제
15. 삭제
16. 삭제
17. 삭제
18. 삭제
19. 삭제

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