KR101654240B1 - 횡전계 모드 반사투과형 액정표시장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 액정표시장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 단일 셀갭을 가져 블랙 휘도 특성을 향상시킨 횡전계 모드 반사투과형 액정표시장치용 어레이 기판 및 이의 제조 방법에 관한 것이다.
본 발명의 특징은 제 3 보호층 위로 공통배선과 공통 콘택홀을 통해 연결되며 투과영역에는 데이터 배선과 나란하게 제 1 방향으로 그 장축을 가지며 이격하는 다수의 제 1 개구와, 반사영역에는 제 1 방향과 제 1 각도를 이루는 제 2 방향으로 그 장축을 가지며 이격하는 다수의 제 2 개구를 구비하여 형성된 공통전극을 구비하고, 반사영역에서는 액정층 내의 액정 디렉터가 제 2 각도로 트위스트 되도록 배열되도록 한다.
반사투과형, 액정표시장치, 횡전계, 빛샘, 블랙휘도

Description

횡전계 모드 반사투과형 액정표시장치{In-plane switching mode trans-flective liquid crystal display device}
본 발명은 액정표시장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 단일 셀갭을 가져 블랙 휘도 특성을 향상시킨 횡전계 모드 반사투과형 액정표시장치용 어레이 기판 및 이의 제조 방법에 관한 것이다.
최근 정보화 사회로 시대가 급발전함에 따라 박형화, 경량화, 저 소비전력화 등의 우수한 특성을 가지는 평판 표시 장치(flat panel display)의 필요성이 대두되었다.
이러한 평판 표시 장치는 스스로 빛을 발하느냐 그렇지 못하냐에 따라 나눌 수 있는데, 스스로 빛을 발하여 화상을 표시하는 것을 발광형 표시장치라 하고, 그렇지 못하고 외부의 광원을 이용하여 화상을 표시하는 것을 수광형 표시장치라고 한다. 발광형 표시장치로는 플라즈마 표시장치(plasma display device)와 전계 방출 표시장치(field emission display device), 전계 발광 표시 장치(electro luminescence display device) 등이 있으며, 수광형 표시 장치로는 액정표시장치(liquid crystal display device)가 있다.
이중 액정표시장치가 해상도, 컬러표시, 화질 등이 우수하여 노트북이나 데스크탑 모니터에 활발하게 적용되고 있다.
일반적으로 액정표시장치는 전극이 각각 형성되어 있는 두 기판을 두 전극이 형성되어 있는 면이 서로 대향하도록 배치하고, 두 기판 사이에 액정을 주입한 다음, 두 전극에 전압을 인가하여 생성되는 전기장에 의해 액정 분자를 움직여 빛의 투과율을 조절하여 화상을 표현하는 장치이다.
그런데, 액정표시장치는 앞서 언급한 바와 같이 스스로 빛을 발하지 못하므로 별도의 광원이 필요하다.
따라서, 액정패널 뒷면에 백라이트(backlight) 유닛을 구성하고, 상기 백라이트 유닛으로부터 나오는 빛을 액정패널에 입사시켜, 액정의 배열에 따라 빛의 양을 조절함으로써 화상을 표시한다.
이러한 액정표시장치를 투과형(transmission type) 액정표시장치라고 하는데, 투과형 액정표시장치는 백라이트와 같은 인위적인 배면광원을 사용하므로 어두운 외부 환경에서도 밝은 화상을 구현할 수 있으나, 백라이트로 인한 전력소비(power consumption)가 큰 단점이 있다.
이와 같은 단점을 보완하기 위해 반사형 및 반사투과형 액정표시장치가 제안되었다.
반사형 액정표시장치는 외부의 자연광이나 인조광을 반사시킴으로써 액정의 배열에 따라 빛의 투과율을 조절하는 형태로 투과형 액정표시장치에 비해 전력소비가 적다. 이러한 반사형 액정표시장치에서 하부 어레이 기판 상에 형성되는 화소전극은 반사가 잘 되는 도전 물질로 형성하고, 상부의 컬러필터 기판에 형성되는 공통전극은 외부광을 투과시키기 위해 투명 도전 물질로 형성한다.
또한, 반사투과형 액정표시장치는 투과형 및 반사형 액정표시장치의 장점을 모두 갖춘 것으로, 실내 또는 외부광이 없는 곳에는 백라이트 광을 이용하는 투과모드로 사용하고, 외부광원이 존재하는 곳에서는 상기 외부광을 광원으로 이용하는 반사모드로 선택 사용할 수 있는 것이 특징이 되고 있다.
따라서 최근에는 두 모드로 모드 이용할 수 있는 반사투과형 액정표시장치가 많은 관심을 받고 있으며, 나아가 광시야각 특성을 갖는 횡전계 모드로 구현되는 반사투과형 액정표시장치가 더욱 많은 관심을 받고 있다.
도 1은 종래의 횡전계 모드 반사투과형 액정표시장치용 어레이 기판을 박막트랜지스터와 반사영역 및 투과영역을 관통하도록 절단한 부분에 대한 단면도이다.
도시한 바와같이, 절연기판(1) 상에 일방향으로 연장하는 게이트 배선(미도시)이 형성되어 있으며, 이와 나란하게 이격하며 공통배선(6)이 형성되어 있다. 또한, 스위칭 영역(TrA)에는 상기 게이트 배선(미도시)과 연결되며 게이트 전극(8)이 형성되어 있다.
상기 게이트 배선(미도시)과 게이트 전극(8) 위로는 게이트 절연막(10)이 형성되어 있다. 또한, 상기 게이트 절연막(10) 상부에는 상기 게이트 배선(미도시)과 교차하여 상기 화소영역(P)을 정의하며 데이터 배선(30)이 형성되어 있으며, 상기 스위칭 영역(TrA)에 있어서는 순차적으로 순수 비정질 실리콘의 액티브층(20a)과 서로 이격하며 불순물 비정질 실리콘으로 이루어진 오믹콘택층(20b)으로 구성된 반도체층(20)과, 서로 이격하며 소스 및 드레인 전극(33, 36)이 형성되어 있다. 이때, 상기 소스 전극(33)은 상기 데이터 배선(30)과 연결되고 있다.
다음, 상기 데이터 배선(30)과 상기 박막트랜지스터(Tr) 위로 제 1 보호층(40)이 형성되어 있으며, 상기 제 1 보호층(40) 상부로 반사영역(RA)에 있어서는 그 표면이 올록볼록한 요철구조를 가지며, 상기 투과영역(TA)에는 그 표면이 평탄한 상태를 갖는 제 2 보호층(43)이 형성되고 있다.
또한, 반사영역(RA)에 있어서 상기 제 2 보호층(43) 위로는 반사능력이 우수한 금속물질로서 상기 제 2 보호층(43) 표면의 요철구조를 반영하여 그 표면이 요철구조를 갖는 반사판(50)이 형성되어 있다.
다음, 상기 반사영역(RA)에 있어 상기 반사판(50) 상부에는 표면이 평탄한 상태를 갖는 제 3 보호층(55)이 형성되어 있다. 이때, 상기 제 3 보호층(55)은 상기 투과영역(TA)과의 단차를 형성함으로써 횡전계 모드 반사투과형 액정표시장치(미도시) 구현 시 반사영역(RA)과 투과영역(TA)의 액정층(미도시)의 두께를 달리하기 위함이며, 더불어 그 하부의 위치한 반사판(50)에 구현된 요철구조가 더 이상 그 상부에 구성되는 구성요소에 대해서는 적용되지 않도록 하기 위함이다. 반사영역(RA)의 경우 외부광이 입사되어 상기 반사판(50)에 의해 반사되는 빛을 사용자가 보게 되므로 액정층(미도시)을 2회 통과하게 되는 반면, 투과영역(TA)에 있어서는 하부의 백라이트 유닛(미도시)로부터 나온 빛이 상기 액정층(미도시)을 1회 통과한 것을 사용자가 보게 되므로 사용자는 상기 두 영역(TA, RA)에서 위상 차이를 느끼게 된다.
따라서 이러한 반사영역(RA)과 투과영역(TA)에서의 위상차 문제를 극복하기 위해 반사영역(RA)의 액정층(미도시)보다 투과영역(TA)의 액정층(미도시)의 두께를 2배 더 두껍게 형성해야 하며, 이러한 액정층(미도시)의 두께 차를 실현시키기 위해 상기 반사영역(RA)에 있어서 제 3 보호층(55)을 더욱 형성하고 있는 것이다.
이때, 상기 제 3 보호층(55)과 그 하부에 위치하는 제 2 보호층(43)은 상기 공통배선(6)이 형성된 부분에 대응하여 중첩 형성된 상기 드레인 전극(36)을 노출시키는 드레인 콘택홀(58)이 구비되고 있다.
다음, 상기 반사영역(RA)의 제 3 보호층(55)과 상기 투과영역(TA)의 제 2 보호층(43) 상부에는 각 화소영역(P)별로 분리되며 상기 드레인 콘택홀(58)을 통해 상기 드레인 전극과(36) 접촉하며 판형태의 화소전극(62)이 형성되어 있다.
다음, 상기 화소전극(62) 상부에는 제 4 보호층(65)이 전면에 형성되어 있으며, 상기 제 4 보호층(65) 상부로 전면에 투명 도전성 물질로써 투과영역(TA)에 대응해서는 각 화소영역(P) 내에 상기 데이터 배선(30)과 나란한 장축을 갖는 바(bar) 형태의 다수의 제 1 개구(op1)를 구비하며, 상기 반사영역(RA)에 대응해서는 상기 데이터 배선(30)에 대해 소정의 각도로 배치된 장축을 갖는 다수의 제 2 개구(op2)를 구비한 공통전극(70)이 형성되어 있다.
한편, 도면에 나타나지 않았지만, 상기 기판(1) 전면에 형성되는 상기 공통전극(70)은 그 하부에 형성된 다수의 보호층에 구비된 공통 콘택홀(미도시)을 통해 노출된 상기 공통배선(6)과 접촉함으로써 전기적으로 연결되고 있다.
하지만, 전술한 투과영역(TA)과 반사영역(RA)에서 단차 구성을 갖는 어레이 기판(1)을 구비한 종래의 횡전계 모드 반사투과형 액정표시장치(미도시)는 블랙 휘도 구현 시 이중셀갭 구현을 위해 형성된 제 3 보호층(55) 상부에서 빛샘이 발생하며, 이로 인해 블랙 휘도 특성이 저하되고 있는 실정이다.
이는 반사영역(RA)에서의 셀갭(액정층의 두께)이 투과영역(TA)의 셀갭 대비 낮으며, 이러한 이중 셀갭 구현을 위해 반사영역(RA)에 형성한 제 3 보호층(55) 상부에서 셀갭 저하로 인해 액정의 배열 정렬도가 저하되는 부분(특히 반사영역(TA)과 투과영역(RA)의 경계부분)이 발생하며, 액정패널의 상부 및 하부에 편광축이 교차하도록 배치되는 편광판(미도시)을 구비함으로써 상기 액정의 배열 정렬도가 저하되는 부분에서 빛샘 발생하게 되어 블랙 구현 시 블랙 휘도를 증가시키고 있기 때문이다.
본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 반사영역과 투과영역에서 이중셀갭 구현에 의해 발생하는 블랙 휘도 저하를 방지할 수 있는 횡전계 모드 반사투과형 액정표시장치를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 실시예에 의한 횡전계 모드 반사투과형 액정표시장치는, 서로 마주하는 제 1 기판 및 제 2 기판과; 상기 제 1 기판의 내측면에 게이트 절연막을 개재하여 서로 직교하여 반사영역과 투과영역을 갖는 화소영역을 정의하며 형성된 게이트 배선 및 데이터 배선과; 상기 게이트 배선과 나란하게 형성된 공통배선과; 상기 화소영역에 게이트 배선 및 상기 데이터 배선과 연결되며 형성된 박막트랜지스터와; 상기 데이터 배선 및 상기 박막트랜지스터를 덮으며 형성된 제 1 보호층과; 상기 제 1 보호층 위로 상기 반사영역에 형성된 반사판과; 상기 반사판 위로 평탄한 표면을 가지며 표시영역 전면에 형성된 제 2 보호층과; 상기 제 2 보호층 상부로 상기 박막트랜지스터의 드레인 전극을 노출시키는 드레인 콘택홀을 통해 상기 드레인 전극과 접촉하며 상기 화소영역별로 판 형태로 형성된 화소전극과; 상기 화소전극 위로 상기 표시영역 전면에 형성된 제 3 보호층과; 상기 제 3 보호층 위로 상기 공통배선과 공통 콘택홀을 통해 연결되며 상기 투과영역에는 상기 데이터 배선과 나란하게 제 1 방향으로 그 장축을 가지며 이격하는 다수의 제 1 개구와, 상기 반사영역에는 상기 제 1 방향과 제 1 각도를 이루는 제 2 방향으로 그 장축을 가지며 이격하는 다수의 제 2 개구를 구비하여 형성된 공통전극과; 상기 공통전극 위로 형성된 제 1 배향막과; 상기 제 2 기판의 내측면에 형성된 컬러필터층과; 상기 컬러필터층을 덮으며 형성된 제 2 배향막과; 상기 제 1 및 제 2 배향막 사이에 상기 반사영역과 투과영역에서 동일한 제 1 두께를 가지며 개재된 액정층과; 상기 제 1 기판의 외측면에 제 1 편광축을 가지며 형성된 제 1 편광판과; 상기 제 2 기판의 외측면에 상기 제 1 편광축과 직교하는 제 2 편 광축을 가지며 형성된 제 2 편광판을 포함하며, 상기 반사영역에서는 상기 액정층 내의 액정 디렉터가 제 2 각도로 트위스트 되도록 배열되는 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 제 1 각도는 시계방향 또는 반시계 방향으로 95도이며, 상기 제 2 각도는 63도 인 것이 특징이다.
또한, 상기 투과영역에 대응하여 서로 마주하는 상기 제 1 및 제 2 배향막은 상기 데이터 배선과 제 3 각도를 갖는 제 1 배향방향으로 배향처리 되며, 상기 반사영역에 대응하는 제 1 배향막은 상기 제 1 배향방향과 수직한 제 2 배향방향으로 배향 처리되며, 상기 반사영역에 대응하는 제 2 배향막은 상기 제 2 배향방향과 제 4 각도를 갖는 제 3 배향방향으로 배향처리된 것이 특징이다. 이때, 상기 제 3 각도는 5도이며, 상기 제 4 각도는 63도 인 것이 특징이다.
또한, 상기 제 2 편광축은 상기 제 1 배향방향과 일치하는 것이 특징이며, 상기 제 1 두께는 4.3㎛ 인 것이 특징이다.
또한, 상기 공통배선에서 상기 반사영역으로 분기하는 제 1 스토리지 전극이 형성되며, 상기 드레인 전극은 연장하여 상기 제 1 스토리지 전극과 중첩하도록 형성됨으로서 서로 중첩하는 상기 제 1 스토리지 전극과 상기 게이트 절연막과 드레인 전극은 스토리지 커패시터를 이루는 것이 특징이다.
또한, 상기 제 1 보호층은 유기절연물질로 이루어지며 상기 반사영역에서는 그 표면이 올록볼록한 엠보싱 형태를 이루며, 상기 제 1 보호층 상부에 형성된 상기 반사판 또한 그 표면이 올록볼록한 엠보싱 형태를 이루는 것이 특징이다.
또한, 상기 박막트랜지스터와 상기 제 1 보호층 사이에는 무기절연물질로 이 루어진 제 4 보호층이 형성되며, 상기 제 1 보호층과 상기 반사판 사이에 무기절연물질로 이루어진 제 5 보호층이 형성된 것이 특징이다.
또한, 상기 제 2 기판의 내측면과 상기 컬러필터층 사이에 상기 게이트 및 데이터 배선에 대응하여 블랙매트릭스가 형성되며, 상기 컬러필터층과 상기 제 2 배향막 사이에 오버코트층이 형성된 것이 특징이다.
전술한 바와 같이, 본 발명에 따른 횡전계 모드 반사투과형 액정표시장치는, 단일 셀갭을 구현함으로서 종래의 이중셀갭을 가짐으로써 발생하는 빛샘에 의한 블랙 휘도 저감을 방지하는 효과가 있다.
또한, 투과영역과의 단차 형성을 위해 반사영역에만 형성하던 절연층을 생략할 수 있으므로 재료비 절감의 효과가 있다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대해 상세히 설명한다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 반사투과형 액정표시장치의 하나의 화소영역에 대한 평면도이다. 설명의 편의를 위해 각 화소영역(P) 내의 박막트랜지스터(Tr)가 형성되는 영역을 소자영역이라 정의한다.
도시한 바와 같이, 본 발명에 따른 반사투과형 액정표시장치(100)는 크게 어레이 기판(101)과, 컬러필터 기판(미도시), 그리고 이들 두 기판(101, 미도시) 사 이에 개재된 액정층(미도시)으로 구성되고 있다.
우선, 어레이 기판(101)에는 서로 직교하여 화소영역(P)을 정의하며 게이트 및 데이터 배선(103, 125)이 형성되어 있으며, 상기 화소영역(P)을 관통하며 상기 게이트 배선(103)과 나란하게 공통배선(109)이 형성되어 있다. 이때, 상기 화소영역(P)은 상기 공통배선(109)에 의해 다시 투과영역(TA)과 반사영역(RA)으로 나뉘고 있다. 또한 상기 각 화소영역 내의 반사영역에는 상기 공통배선에서 분기하여 제 1 스토리지 전극(110)이 형성되고 있다.
한편, 각 화소영역(P) 내의 반사영역(RA)에는 상기 게이트 배선(103) 및 데이터 배선(125)과 연결되며, 스위칭 소자로서 게이트 전극(106)과 게이트 절연막(미도시)과 반도체층(미도시)과 서로 이격하는 소스 및 드레인 전극(130, 133)을 포함하는 박막트랜지스터(Tr)가 형성되어 있다. 이때 상기 드레인 전극(133)은 상기 제 1 스토리지 전극(110)과 중첩하며 형성됨으로써 서로 중첩되는 상기 제 1 스토리지 전극(110)과 상기 드레인 전극(133) 및 이들 두 전극(110, 133) 사이에 개재된 게이트 절연막(미도시)은 제 1 스토리지 커패시터(StgC1)를 이룬다.
또한, 상기 박막트랜지스터(Tr)의 드레인 전극(133)과 직접 접촉하며 판 형태를 가지며 화소전극(160)이 각 화소영역(P)별로 형성되어 있다.
한편, 상기 각 화소영역(P)별로 형성된 화소전극(160)에 대응하여 상기 공통배선(109)과 공통콘택홀(157)을 통해 연결되며 화소영역(P)의 구분없이 기판(101)의 표시영역 전면과 비표시영역 일부에 대응하여 공통전극(미도시)이 형성되어 있다. 이때, 도면에 있어서는 상기 공통 콘택홀(157)은 각 화소영역(P)에 형성되고 있음을 보이고 있지만, 이는 일례를 나타낸 것이며, 상기 공통 콘택홀(157)은 상기 공통배선(109)의 끝단이 위치하는 비표시영역(미도시)에 형성될 수도 있다.
상기 보호층(미도시)을 개재하여 서로 중첩하는 상기 화소전극(160)과 공통전극(미도시)은 제 2 스토리지 커패시터를 이룬다.
또한, 상기 공통전극(미도시)에는 각 화소영역(P)의 투과영역(TA)에 대응해서는 상기 데이터 배선(125)과 나란하게 다수의 제 1 개구(op1)가 형성되어 있으며, 이때 상기 다수의 제 1 개구(op1)는 그 끝단이 각각 상기 게이트 배선(103)과 공통배선(109)과 중첩하도록 형성되어 있는 것이 특징이다.
또한, 상기 반사영역(RA)에 대응하는 공통전극(미도시) 있어서는 다수의 제 2 개구(op2)가 상기 게이트 배선(103)과 소정의 각도 바람직하게는 시계방향 또는 반시계 방향으로 5도의 각도를 이루며 비스듬이 형성되고 있다. 이때, 상기 다수의 각 제 2 개구(op2)는 좌우로 이웃하는 화소영역(P)에 관계없이 직선의 바(bar) 형태를 가지며 연장되어 형성되거나 또는 각 화소영역 별로 바(bar) 형태를 가지며 형성되고 있다. 도면에 있어서는 상기 다수의 제 2 개구(op2)는 그 일끝단이 상기 투과영역(TA)과 반사영역(RA)의 경계가 되는 상기 공통배선(109) 상에 위치하며, 그 타끝단은 화소(P)영역에 관계없이 이웃한 화소영역(P)과 연결되며 형성되는 것으로 도시하였다.
한편, 반사영역(RA)에 있어서는 반사효율을 향상시키기 위해 그 표면이 랜덤하게 올록볼록한 엠보싱 구조를 갖는 반사판(150)이 구비되고 있다.
전술한 구성을 갖는 어레이 기판(101)과 마주하는 컬러필터 기판(미도시)에 는 각 화소영역(P)의 경계에 대응하여 블랙매트릭스(미도시)가 형성되어 있으며, 상기 블랙매트릭스(미도시)로 둘러싸인 영역 즉 화소영역(P)에 순차 반복되는 형태로 적, 녹, 청색 컬러필터 패턴(미도시)을 갖는 컬러필터층(미도시)이 형성되어 있으며, 상기 컬러필터층(미도시)을 덮으며 평탄한 표면을 갖는 오버코트층(미도시)이 형성되고 있다.
또한, 전술한 구성을 갖는 어레이 기판(101)과 컬러필터 기판(미도시) 사이에는 액정층(미도시)이 개재되고 있으며, 도면에 나타나지 않았지만, 상기 액정층(미도시)이 일정한 두께를 유지할 수 있도록, 스페이서(미도시)가 구비되고 있으며, 상기 어레이 기판(101) 및 컬러필터 기판(미도시)의 테두리에는 씰패턴(미도시)이 형성됨으로써 상기 액정층(미도시)의 누수를 방지하며 상기 두 기판(101, 미도시)이 접합된 상태를 유지하도록 하고 있다.
또한, 도면에 나타내지 않았지만, 상기 어레이 기판(101) 및 컬러필터 기판(미도시)의 외측면에는 각각 편광축이 직교하도록 배치되도록 제 1 및 제 2 편광판(미도시)이 부착되고 있다.
한편, 전술한 구성을 갖는 횡전계 모드 반사투과형 액정표시장치(100)에 있어서 가장 특징적인 구성으로서 상기 어레이 기판(101)의 투과영역(TA)에 구비된 상기 다수의 제 1 개구(op1)는 상기 컬러필터 기판(미도시) 외측면에 형성된 제 2 편광판(미도시)의 제 2 편광축(pol2)과 시계 또는 반시계 방향으로 5도 정도 차이를 갖도록 배치되고 있는 것이 특징이다.
한편, 도면에 나타내지 않았지만, 상기 어레이 기판(101)에 있어서 상기 다 수의 제 1 및 제 2 개구(op1, op2)를 갖는 공통전극(미도시) 상부에는 제 1 배향막(미도시)이 구비되고 있으며, 상기 컬러필터 기판(미도시)의 상기 오버코트층(미도시)을 덮으며 제 2 배향막(미도시)이 구비되고 있다.
이때, 상기 투과영역(TA)에 있어서는 서로 마주하는 상기 제 1 및 제 2 배향막(미도시)은 상기 제 2 편광축(pol2)의 연장방향과 동일한 방향으로 즉, 제 1 배향방향(Ad1)으로 배향된 것이 특징이며, 상기 반사영역(RA)에 대응해서는 상기 제 1 배향막(미도시)은 상기 제 2 편광축(pol2)과 시계 또는 반시계 방향으로 90도의 각도를 갖는 제 2 배향방향(Ad2)을 갖도록 배향되며, 상기 반사영역(RA)에 대응되는 제 2 배향막(미도시)은 상기 제 2 편광축(pol2)과 시계 또는 반시계 방향으로 27도의 각도를 갖는 제 3 배향방향(Ad3)을 갖도록 배향되고 있는 것이 특징이다.
이때, 상기 투과영역(TA)과 반사영역(RA)에서의 셀갭 즉, 액정층(미도시)의 두께는 동일하게 4.3㎛인 것이 특징이다.
이러한 조건은 반사영역(RA)의 액정층(미도시)의 트위스트 된 구조를 이용하여 비교적 큰 셀갭 조건 중 투과영역(TA)과 일치하는 조건을 선정하고, 이에 대해 블랙 및 화이트 최적 조건을 시뮬레이션을 통해 얻을 수 있었다.
즉, 본 발명에 따른 횡전계 모드 반사투과형 액정표시장치(100)는 UV 분할 배향을 실시하여 투과영역(TA)과 반사영역(RA)의 배향 방향을 달리 형성하고, 이때, 반사영역(RA)의 경우 제 1 및 제 2 배향막(미도시)에서의 배향 방향(Ad2, Ad3)을 달리하여 액정 디렉터(191)가 액정층(미도시) 내부에서 트위스트 형태의 구동이 되도록 하며, 큰 셀갭 형성 시 유효 위상차를 낮추는 것이 특징이다.
또한, 투과영역(TA)의 셀갭과 동일한 블랙 조건을 획득하고, 이에 맞추어 제 2 개구(op2)의 배치를 최적화함으로서 투과영역(TA)에서 투과율 곡선과 반사영역(RA)에서의 반사율 곡선을 일치시켜 구동되도록 한 것이 특징이다. 이렇게 반사영역(RA)에서 액정 디렉터(191)가 트위스트 구동을 하게 됨으로써 이중 셀갭을 구현하지 않아도 상기 투과영역(TA)과 반사영역(RA)에서의 위상차가 거의 없도록 한 것이다.
한편, 시뮬레이션 조건은 반사영역(RA)에서 액정 디렉터(191)의 트위스트 각을 20도 내지 80도, 셀갭을 3.2㎛ 내지 4.6㎛, 제 2 편광축(pol2)과 어레이 기판(101)의 반사영역(RA)에서의 배향방향 즉, 제 2 및 제 3 배향방향(Ad2, Ad3)과의 각도를 0도 내지 180도로 하여 실시하였으며, 이러한 조건을 시뮬레이션을 통해 최적화하였을 경우, 셀갭 즉 액정층(미도시)의 두께가 4.3㎛일 때 반사영역(RA)에서 최저 블랙휘도는 액정 디렉터(191)가 63도 트위스트 되었을 경우 즉, 상기 제 2 및 제 3 배향각도(Ad2, Ad3)가 63도 차이를 가질 때임을 알았다.
도 3은 본 발명에 따른 횡전계 모드 반사투과형 액정표시장치의 투과영역과 반사영역에서의 컬러필터 기판과 어레이 기판의 배향방향과 제 1 편광판 및 제 2 편광판의 편광축의 방향, 제 1 및 제 2 개구의 장축의 방향을 도시한 좌표계이다. 이때, 설명의 편의를 위해 상기 좌표계에서 게이트 배선의 연장방향 x축으로 데이터 배선의 연장방향 또는 제 1 개구의 장축 방향을 y축으로 하여 좌표계의 기준으로 삼았다.
도시한 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 반사투과형 액정표시장치(미도 시)는 투과영역(미도시)에 있어서의 제 1 개구(op1)에 대해 제 2 편광판(미도시)의 제 2 편광축(pol2)이 시계방향으로 5도 기울어지도록 배치되고 있으며, 이때 투과영역(미도시)에서 제 1 및 제 2 배향막(미도시)은 제 1 배향방향(Ad1)으로 배향되고 있으며, 상기 제 1 배향방향(Ad1)과 상기 제 2 편광축(pol2)이 일치되고 있는 것이 특징이다.
또한, 반사영역(미도시)에 있어서의 제 2 개구(op2)는 상기 제 1 개구(op1)와 시계방향으로 95도의 각도를 이루도록 배치되고 있으며, 반사영역(미도시)에 대응하는 제 2 배향막(미도시)은 상기 제 2 편광축(pol2)과 시계방향으로 27도의 각도를 갖는 제 3 배향방향(Ad3)으로 배향되고 있으며, 반사영역(미도시)에 대응하는상기 제 1 배향막(미도시)은 상기 제 3 배향방향(Ad3)과 시계방향으로 63도의 각도를 이루는 제 2 배향방향(Ad2)으로 배향처리된 것이 특징이다.
한편, 도시한 좌표계에서는 좌표 기준축인 제 1 개구(op1)를 기준으로 상기 모든 구성요소가 시계방향으로 기울어져 배치된 것을 일례로 나타내었지만, 모두 반시계 방향으로 전술한 동일한 각도를 가지며 기울어져 배치될 수 있음은 자명하다.
이후에는 본 발명에 따른 반사투과형 액정표시장치의 단면구조에 대해 설명한다.
도 4는 도 2를 절단선 Ⅳ-Ⅳ를 따라 절단한 부분에 대한 단면도이다. 설명의 편의를 위해 각 화소영역(P) 내에 스위칭 소자인 박막트랜지스터(Tr)가 형성된 부분을 소자영역(TrA)이라 정의한다.
도시한 바와 같이, 어레이 기판(101)에는 게이트 배선(103)과 데이터 배선(125)이 게이트 절연막(115)을 사이에 두고 서로 교차하여 화소영역(P)을 정의하며 형성되어 있고, 상기 게이트 배선(103)과 나란하게 연장하며 상기 화소영역(P)을 관통하는 공통배선(109)이 형성되어 있다. 이때, 상기 반사영역(RA)에는 상기 공통배선(109)에서 분기하여 제 1 스토리지 전극(110)이 형성되어 있다.
또한, 각 화소영역(P)에는 상기 게이트 배선(103) 및 데이터 배선(125)과 연결되며 게이트 전극(106)과, 게이트 절연막(115)과, 순수 비정질 실리콘의 액티브층(120a)과 불순물 비정질 실리콘의 오믹콘택층(120b)으로 이루어진 반도체층(120)과, 서로 이격하는 소스 및 드레인 전극(130, 133)으로 구성된 박막트랜지스터(Tr)가 형성되어 있다.
이때, 상기 드레인 전극(133)은 상기 제 1 스토리지 전극(110)과 상기 게이트 절연막(115)을 사이에 두고 중첩하도록 형성되고 있으며, 서로 중첩된 상기 제 1 스토리지 전극(110)과 상기 드레인 전극(133)은 이들 두 전극(110, 133) 사이에 개재된 게이트 절연막(115)을 포함하여 제 1 스토리지 커패시터(StgC)를 형성하고 있다.
또한, 상기 박막트랜지스터(Tr)와 데이터 배선(125)을 덮으며 무기절연물질로서 제 1 보호층(136)이 형성되어 있으며, 상기 제 1 보호층(136) 위로 유기절연물질로서 제 2 보호층(140)이 전면에 형성되어 있다. 이때, 상기 제 2 보호층(140)은 반사영역(RA)에 있어서는 그 표면이 올록볼록한 엠보싱 형태를 이루고 있는 것이 특징이다.
또한, 상기 제 2 보호층(140) 위로는 무기절연물질로서 제 3 보호층(142)이 형성되어 있으며, 상기 제 3 보호층(142) 위로 상기 반사영역(RA)에는 반사성능이 우수한 금속물질 예를 들면 알루미늄(Al), 알루미늄 합금(AlNd)으로서 반사판(150)이 형성되어 있다. 이때, 상기 제 3 보호층(142)과 상기 반사판(150)은 그 하부에 구성된 상기 제 2 보호층(125)의 영향으로 그 표면이 올록볼록한 엠보싱 형태를 이루고 있는 것이 특징이다.
한편, 본 발명의 실시예에 있어서는 제 1 내지 제 3 보호층(136, 125, 142)이 형성되고 있음을 일례로 보이고 있지만, 무기절연물질로 이루어진 상기 제 1 및 제 3 보호층(136, 142)은 생략될 수도 있다. 무기절연물질로 이루어진 상기 제 1 보호층(136)은 상기 액티브층(120a)과 접촉하게 되므로 유기절연물질이 상기 액티브층(120a)과 접촉함으로서 발생할 수 있는 채널 오염 및 박막트랜지스터(Tr)의 특성 저하를 방지하기 위해 형성한 것이며, 상기 제 3 보호층(142)은 유기절연물질과 금속물질간의 접착력 약화의 문제를 해결하기 위해 금속물질로 이루어진 반사판(150)과 유기절연물질로 이루어진 상기 제 2 보호층(142) 사이에 형성된 것이다.
다음, 상기 반사판(150) 위로는 본 발명의 특징적인 구성으로서 상기 엠보싱 구조를 갖는 반사판(150)에 의한 단차를 없애고자 유기절연물질로서 그 표면이 평탄한 상태를 갖도록 반사영역(RA)과 투과영역(TA)의 구분없이 표시영역 전면에 제 4 보호층(152)이 형성되어 있다. 이때 상기 제 4 보호층(152)은 상기 반사판(150)이 엠보싱 구조를 갖지 않는 경우, 생략되거나 또는 무기절연물질로 형성될 수도 있다.
한편, 상기 제 4 보호층(152)과 그 하부의 제 3, 2 및 제 1 보호층(142, 140, 136)은 패터닝됨으로써 상기 드레인 전극(133)을 노출시키는 드레인 콘택홀(158)이 구비되고 있다.
다음, 상기 제 4 보호층(152) 위로는 투명 도전성 물질로 각 화소영역(P)별로 판 형태의 화소전극(160)이 형성되어 있다. 이때, 상기 화소전극(160)은 상기 드레인 콘택홀(158)을 통해 상기 박막트랜지스터(Tr)의 드레인 전극(133)과 접촉하고 있다.
또한, 상기 화소전극(160) 위로는 무기절연물질로서 제 5 보호층(163)이 형성되어 있으며, 상기 제 5 보호층(163) 위로는 투명 도전성 물질로서 각 화소영역(P)별로 또는 상기 어레이 기판(102)의 표시영역 전면에 공통전극(170)이 형성되어 있다. 이때, 도면에 나타나지 않았으나, 상기 공통전극(170)은 상기 공통배선(109)과 공통 콘택홀(미도시)을 통해 접촉하고 있다.
이때, 상기 공통전극(170)은 패터닝됨으로써 상기 투과영역(TA)에 대해서는 상기 데이터 배선(125)과 나란한 방향으로 연장하는 바(bar) 형태의 다수의 제 1 개구(op1)가 각 화소영역(P) 별로 일정간격 이격하며 형성되어 있으며, 상기 반사영역(RA)에 대해서는 상기 제 1 개구(op1)와 시계방향 또는 반시계방향으로 95도의 각도를 가지며 바(bar) 형태의 다수의 제 2 개구(op2)가 일정간격 이격하며 형성되어 있다.
다음, 상기 다수의 제 1 및 제 2 개구(op1, op2)를 갖는 상기 공통전극(170) 위로는 표시영역 전면에 제 1 배향막(172)이 형성되어 있다. 이때 상기 제 1 배향 막(172)은 상기 투과영역(TA)에 있어서는 상기 제 1 개구(op1) 또는 상기 데이터 배선(125)과 시계방향 또는 반시계 방향으로 5도의 각도를 갖는 제 1 배향방향(도 2의 Ad1)을 이루도록 UV배향 처리되어 있는 것이 특징이며, 상기 반사영역(RA)에 있어서는 상기 제 1 배향방향(도 2의 Ad1)과 수직한 제 2 배향방향(도 2의 Ad2)을 갖도록 UV배향 처리되어 있는 것이 특징이다.
전술한 구성을 갖는 어레이 기판(101)과 대향하여 이와 마주하며 컬러필터 기판(181)이 구비되고 있다.
상기 컬러필터 기판(181)의 내측면에는 각 화소영역(P)의 경계에 대응하여 블랙매트릭스(183)가 구비되고 있으며, 상기 블랙매트릭스(183)로 둘러싸인 화소영역(P)에 대응하여 순차 반복적으로 적, 녹, 청색 컬러필터 패턴(185a, 185b, 미도시)으로 구성되는 컬러필터층(185)이 형성되어 있으며, 상기 컬러필터층(185)을 덮으며 평탄한 표면을 갖는 오버코트층(187)이 형성되어 있다.
또한 상기 오버코트층(187)을 덮으며 제 2 배향막(189)이 형성되고 있다. 이때 상기 제 2 배향막(189)은 상기 투과영역(TA)에 있어서는 하부에 위치한 어레이 기판(101)의 투과영역(TA)에 대응하여 구비된 상기 제 1 배향막(189)과 동일하게 상기 제 1 배향방향(도 2의 Ad1)을 갖도록 UV배향처리 되고 있으며, 상기 반사영역(RA)에 있어서는 상기 제 1 개구(op1) 또는 상기 데이터 배선(125)과 시계방향 또는 반시계 방향으로 32도 기울어진 제 3 배향방향(도 2의 Ad3)으로 UV 배향 처리되고 있는 것이 특징이다. 따라서, 이러한 구성에 의해 구동 전압을 인가하지 않았을 경우, 반사영역(RA)에 있어서 상기 어레이 기판(101)에 인접하는 액정 디렉터 (미도시)는 상기 제 2 배향방향(도 2의 Ad2)으로 배열되며, 상기 컬러필터 기판(181)에 인접하는 액정 디렉터(미도시)는 상기 제 3 배향방향(도 2의 Ad3)으로 배열됨으로서 하부에서 상부로 63도의 트위스트 된 배열을 하게 된다. 투과영역(TA)에 있어서는 제 1 및 제 2 배향막(172, 189)이 모두 제 1 배향방향(도 2의 Ad1)으로 UV배향 처리된 상태이므로 액정 디렉터(미도시)는 트위스트 되지 않고 제 1 배향방향(도 2의 Ad1)으로 배열을 하게 된다.
한편, 상기 어레이 기판의 제 1 배향막(172)과 상기 컬러필터 기판(181)의 제 2 배향막(189) 사이에는 반사영역(RA)과 투과영역(TA)에서 모두 동일한 4.3㎛ 정도의 두께를 갖는 액정층(190)이 구비되고 있는 것이 특징이다.
종래의 횡전계 모드 반사투과형 액정표시장치는 반사영역과 투과영역에서 서로 다른 두께를 갖도록 즉, 이중셀갭을 이루도록 갖도록 액정층이 형성되고 있지만, 본 발명의 실시예에 따른 횡전계 모드 반사투과형 액정표시장치(100)는 반사영역(RA)에서 액정 디렉터(미도시)가 트위스트 되어 배치되도록 함으로써 이중 셀갭을 구현하지 않고 반사영역(RA)과 투과영역(TA)에서의 위상이 일치하도록 하여 동일 두께를 갖도록 액정층(190)이 구비되고 있는 것이 특징이다.
또한, 상기 어레이 기판(101)의 외측면에는 제 1 편광축(도 2의 pol1)을 갖는 제 1 편광판(193)이 부착되어 있으며, 상기 컬러필터 기판(181)의 외측면에는 상기 제 1 편광축(도 2의 pol1)과 직교하는 제 2 편광축(도 2의 pol2)을 갖는 제 2 편광판(195)이 부착되고 있다. 이때, 상기 제 2 편광축(도 2의 pol2)은 상기 제 1 배향방향(도 2의 Ad1)과 나란하게 배치되고 있는 것이 특징이다.
전술한 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 횡전계 모드 반사투과형 액정표시장치(100)는 반사영역(RA)과 투과영역(TA)에서 모두 동일한 두께를 갖는 액정층(190)을 구비함으로써 반사영역(RA)과 투과영역(TA)에서의 단차 발생에 의한 액정 디렉터(미도시)의 이상 배열로 발생하는 빛샘을 방지할 수 있다. 따라서 블랙 휘도 특성을 향상시키는 효과를 갖는다.
한편, 본 발명의 실시예에 따른 횡전계 모드 반사투과형 액정표시장치의 반사영역에서의 화이트 휘도 즉, 최고 반사율은 종래 동일한 수준이 됨을 알 수 있었다.
도 5a 와 도 5b는 각각 종래의 이중셀갭을 갖는 횡전계 모드 반사투과형 액정표시장치와 본 발명의 실시예에 따른 횡전계 모드 반사투과형 액정표시장치의 반사영역에서의 시간의 추이에 따른 반사율 변화를 측정한 그래프이다.
종래(도 5a 참조)의 경우 화이트를 표시하도록 구동전압을 인가한 상태에서 최저 휘도는 0.004정도의 투과율을 보이고 있으며, 특정 시간 예를 들면 450ms에서의 반사율은 0.75정도가 되며, 최대 투과율은 0.87정도가 됨을 알 수 있으며, 본 발명의 실시예의 경우는 최초 0.002정도의 투과율을 보이고 있으며, 450ms정도가 지난 시점에서 반사영역의 반사율은 0.74정도가 되고 있으며, 최대 투과율은 0.97정도가 알 수 있다.
따라서, 화이트 휘도의 경우 이중셀갭을 갖는 종래와 단일셀갭을 갖는 본 발명의 실시예가 거의 동일한 수준이 되고 있으며, 나아가 최대 투과율은 단일셀갭을 갖는 본 발명의 실시예가 더욱 우수함을 알 수 있었다.
도 1은 종래의 횡전계 모드 반사투과형 액정표시장치용 어레이 기판을 박막트랜지스터와 반사영역 및 투과영역을 관통하도록 절단한 부분에 대한 단면도.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 반사투과형 액정표시장치의 하나의 화소영역에 대한 평면도.
도 3은 본 발명에 따른 횡전계 모드 반사투과형 액정표시장치의 투과영역과 반사영역에서의 컬러필터 기판과 어레이 기판의 배향방향과 제 1 편광판 및 제 2 편광판의 편광축의 방향, 제 1 및 제 2 개구의 장축의 방향을 도시한 좌표계.
도 4는 도 2를 절단선 Ⅳ-Ⅳ를 따라 절단한 부분에 대한 단면도.
도 5a와 도 5b는 각각 종래의 이중셀갭을 갖는 횡전계 모드 반사투과형 액정표시장치와 본 발명의 실시예에 따른 횡전계 모드 반사투과형 액정표시장치의 반사영역에서의 시간의 추이에 따른 반사율 변화를 측정한 그래프.
< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >
100 : 횡전계 모드 반사투과형 액정표시장치
101 : 어레이 기판 106 : 게이트 전극
110 : 제 1 스토리지 전극 115 : 게이트 절연막
120 : 반도체층 120a : 액티브층
120b : 오믹콘택층 125 : 데이터 배선
130 : 소스 전극 133 : 드레인 전극
136 : 제 1 보호층 140 : 제 2 보호층
142 : 제 3 보호층 150 : 반사판
152 : 제 4 보호층 160 : 화소전극
163 : 제 5 보호층 170 : 공통전극
172 : 제 1 배향막 181 : 컬러필터 기판
183 : 블랙매트릭스 185 : 컬러필터층
187 : 오버코트층 189 : 제 2 배향막
190 : 액정층 193 : 제 1 편광판
195 : 제 2 편광판
op1, op2 : 제 1 및 제 2 개구 P : 화소영역
RA : 반사영역 TA : 투과영역
Tr : 박막트랜지스터 TrA : 소자영역

Claims (10)

  1. 서로 마주하는 제 1 기판 및 제 2 기판과;
    상기 제 1 기판의 내측면에 게이트 절연막을 개재하여 서로 직교하여 반사영역과 투과영역을 갖는 화소영역을 정의하는 게이트 배선 및 데이터 배선과;
    상기 게이트 배선과 나란한 공통배선과;
    상기 화소영역에 게이트 배선 및 상기 데이터 배선과 연결되는 박막트랜지스터와;
    상기 데이터 배선 및 상기 박막트랜지스터를 덮는 제 1 보호층과;
    상기 제 1 보호층 위로 상기 반사영역에 위치하는 반사판과;
    상기 반사판 위로 평탄한 표면을 가지며 표시영역 전면에 위치하는 제 2 보호층과;
    상기 제 2 보호층 상부로 상기 박막트랜지스터의 드레인 전극을 노출시키는 드레인 콘택홀을 통해 상기 드레인 전극과 접촉하며 상기 화소영역별로 판 형태로 위치하는 화소전극과;
    상기 화소전극 위로 상기 표시영역 전면에 위치하는 제 3 보호층과;
    상기 제 3 보호층 위로 상기 공통배선과 공통 콘택홀을 통해 연결되며, 상기 투과영역에는 상기 데이터 배선과 나란하게 제 1 방향으로 그 장축을 가지며 이격하는 다수의 제 1 개구와, 상기 반사영역에는 상기 제 1 방향과 제 1 각도를 이루는 제 2 방향으로 그 장축을 가지며 이격하는 다수의 제 2 개구를 구비한 공통전극과;
    상기 공통전극 위로 위치하는 제 1 배향막과;
    상기 제 2 기판의 내측면에 위치하는 컬러필터층과;
    상기 컬러필터층을 덮는 제 2 배향막과;
    상기 제 1 및 제 2 배향막 사이에 상기 반사영역과 투과영역에서 동일한 제 1 두께를 가지며 개재된 액정층과;
    상기 제 1 기판의 외측면에 제 1 편광축을 갖는 제 1 편광판과;
    상기 제 2 기판의 외측면에 상기 제 1 편광축과 직교하는 제 2 편광축을 갖는 제 2 편광판
    을 포함하며, 상기 반사영역에서는 상기 액정층 내의 액정 디렉터가 제 2 각도로 트위스트 되도록 배열되며,
    상기 투과영역에 대응하여 서로 마주하는 상기 제 1 및 제 2 배향막은 상기 데이터 배선과 제 3 각도를 갖는 제 1 배향방향으로 배향처리 되며,
    상기 반사영역에 대응하는 상기 제 1 배향막은 상기 제 1 배향방향과 수직한 제 2 배향방향으로 배향 처리되며,
    상기 반사영역에 대응하는 상기 제 2 배향막은 상기 제 2 배향방향과 제 4 각도를 갖는 제 3 배향방향으로 배향처리되며,
    상기 제 2 편광축은 상기 제 1 배향방향과 일치하는 것을 특징으로 하는 횡전계 모드 반사투과형 액정표시장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 각도는 시계방향 또는 반시계 방향으로 95도이며,
    상기 제 2 각도는 63도 인 횡전계 모드 반사투과형 액정표시장치.
  3. 삭제
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 3 각도는 5도이며, 상기 제 4 각도는 63도 인 횡전계 모드 반사투과형 액정표시장치.
  5. 삭제
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 두께는 4.3㎛ 인 횡전계 모드 반사투과형 액정표시장치.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 공통배선에서 상기 반사영역으로 분기하는 제 1 스토리지 전극이 위치하며,
    상기 드레인 전극은 연장하여 상기 제 1 스토리지 전극과 중첩함으로서, 서로 중첩하는 상기 제 1 스토리지 전극과 상기 게이트 절연막과 드레인 전극은 스토리지 커패시터를 이루는 횡전계 모드 반사투과형 액정표시장치.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 보호층은 유기절연물질로 이루어지며 상기 반사영역에서는 그 표면이 올록볼록한 엠보싱 형태를 이루며, 상기 제 1 보호층 상부에 위치하는 상기 반사판 또한 그 표면이 올록볼록한 엠보싱 형태를 이루는 횡전계 모드 반사투과형 액정표시장치.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 박막트랜지스터와 상기 제 1 보호층 사이에는 무기절연물질로 이루어진 제 4 보호층이 위치하며,
    상기 제 1 보호층과 상기 반사판 사이에 무기절연물질로 이루어진 제 5 보호층이 위치하는 횡전계 모드 반사투과형 액정표시장치.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 2 기판의 내측면과 상기 컬러필터층 사이에 상기 게이트 및 데이터 배선에 대응하여 블랙매트릭스가 위치하며,
    상기 컬러필터층과 상기 제 2 배향막 사이에 오버코트층이 위치하는 횡전계 모드 반사투과형 액정표시장치.
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