KR20040025626A

KR20040025626A - 액정표시장치

Info

Publication number: KR20040025626A
Application number: KR1020030064683A
Authority: KR
Inventors: 모리모토히로카즈; 구라우치쇼이치
Original assignee: 가부시끼가이샤 도시바
Priority date: 2002-09-19
Filing date: 2003-09-18
Publication date: 2004-03-24
Also published as: US20040066477A1; TW594182B; JP2004109629A; US6947110B2; JP4057871B2; TW200405085A

Abstract

본 발명은 액정표시장치에 관한 것으로, 반투과형 액정표시장치는 어레이 기판(AR)과, 대향기판(CT)과, 어레이 기판(AR) 및 대향기판(CT) 사이에 유지되고 액정배향이 어레이 기판(AR) 및 대향기판(CT)에 의해 제어되는 액정층(LQ)을 구비하고, 어레이 기판(AR)은 액정층(LQ)의 한 화소영역에 대해서 대향기판(CT)측으로부터 입사하는 주위광을 반사하는 광반사부(9) 및 광반사부(9)보다도 낮은 위치에 배치되어 한 화소영역에 대해서 백라이트광을 투과시키는 광투과부(8)를 포함하며, 특히 대향기판(CT)은 광투과부(8)에 대향하여 배치되어 액정층의 두께를 광투과부(8)상에서 광반사부(8) 상보다도 두꺼운 소정값으로 규정하는 오목부(RS)를 포함하여, 양호한 표시특성 및 생산율을 유지하여 광이용효율을 높이는 것으로, 고정밀화에 있어서 생산 비용의 증대를 필요로 하지 않고 양호한 표시품위를 확보하는 것을 특징으로 한다.

Description

액정표시장치{LIQUID CRYSTAL DISPLAY DEVICE}

본 발명은 백라이트광 및 주위광을 이용하여 표시를 실시하는 액정표시장치에 관한 것이다.

최근, 반투과형 액정표시장치가 경량, 소형, 저소비전력의 특징을 활용하여 휴대전화나 PDA(Personal Digital Assistance) 단말 등의 여러 분야에서 이용되게 되었다. 일반적인 액정표시장치는 한쌍의 전극기판간에 트위스티드 네마틱(TN)형 액정을 유지한 구조이지만, 휘도특성을 향상시키기 위해 호모지니어스형 액정의 이용도 시작되고 있다.

예를 들어 일본 특개평11-242226호 공보는 호모지니어스 모드를 이용한 반투과형 액정표시장치를 개시한다. 상기 반투과형 액정표시장치는 광이용 효율을 높이기 위해 화소를 투과영역과 반사영역으로 분할하고, 각각의 영역에서의 셀갭(액정층의 두께)을 다르게 하도록 구성된다. 호모지니어스 모드에서는 액정분자가 동일한 방향으로 배열되어 있으므로, 구조가 단순하고 위상차판 등을 이용한 광학적인 보상이 용이하므로, 콘트라스트가 높고 시각이 넓은 표시를 실현할 수 있다.

구체적인 구성으로서 투과영역 및 반사영역은 한쪽의 전극기판에 형성되는 광투과부 및 광반사부에 의해 규정된다. 광반사부는 다른쪽의 전극기판측으로부터 입사되는 주위광을 반사하고, 광투과부는 백라이트광을 투과시킨다. 셀갭을 다르게 하므로, 광투과부는 한쪽의 전극기판에서 광반사부보다도 낮은 위치에 배치된다.

양호한 광이용 효율을 얻기 위해서는 투과영역의 셀갭이 반사영역의 셀갭의 2배 정도일 필요가 있다. 그러나, 화소 피치가 60㎛ 미만인 등과 같은 경우에, 투과표시의 콘트라스트를 저하시키는 리버스 틸트나 잔상 등의 불합리함이 발생하고 있다. 종래, 이와 같은 불합리함을 해소하기 위해 증착표면처리법, 레이저 배향막형성법 등이 사용되고 있지만, 이들 기술은 생산 비용을 증대시키는 결과가 된다.

본 발명의 목적은 상술한 바와 같은 문제를 감안하여, 고정밀화에서 있어서 생산비용의 증대를 필요로 하지 않고 양호한 표시품위를 확보할 수 있는 액정표시장치를 제공하는 데에 있다.

도 1은 본 발명의 한 실시형태에 관한 액정표시장치의 단면구조를 도시한 도면이다.

*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명

1, 11: 유리판 2, 12: 1/4파장판

3, 13: 편광판 4, 11: 박막트랜지스터부

5: 층간 절연막 6, 15: 투명 수지층

7, 17: 배향막 8: 투명 전극층

9: 반사 전극층 14: 컬러필터

16: 대향전극 PX: 화소전극

AR: 어레이 기판 CT: 대향기판

BL: 백라이트

본 발명에 의하면 제 1 및 제 2 전극기판과, 제 1 및 제 2 전극기판간에 유지되고 액정배향이 제 1 및 제 2 전극기판에 의해 제어되는 액정재료를 포함하는 액정층을 구비하고, 제 1 전극기판은 액정층의 한 화소영역에 대해서 제 2 전극기판측으로부터 입사되는 주위광을 반사하는 광반사부 및 광반사부 보다도 낮은 위치에 배치되어 한 화소영역에 대해서 백라이트광을 투과시키는 광투과부를 포함하고, 제 2 전극기판은 광투과부에 대향하여 배치되고 액정층의 두께를 광투과부상에서 광반사부상 보다도 두꺼운 소정값으로 규정하는 오목부를 포함하는 액정표시장치가 제공된다.

본 발명자는 연구를 계속함으로써 리버스 틸트나 잔상 등의 원인이 광투과부와 광반사부의 단차에 기인하는 것을 알아냈다, 예를 들어 액정층의 굴절율 이방성(Δn)이 0.06인 경우에, 액정층의 두께를 광반사부상에서 2.5㎛, 광투과부상에서 5㎛로 하면 양호한 광이용 효율이 얻어진다. 이 경우, 광투과부와 광반사부의 단차는 2.5㎛가 되지만, 이 단차에서 화소피치를 60㎛ 미만으로 하면 액정배향처리가 불완전해진다. 즉, 섬유다발이 수 ㎛정도의 직경인 천으로, 전극기판을 마찰하는러빙법으로 액정배향처리를 실시하면, 전극기판에서 광반사부보다도 낮은 광투과부의 위치에 대응한 전극기판표면을 마찰하는 것이 곤란해진다.

이 때문에, 상술한 액정표시장치에서는 오목부가 광투과부에 대향하여 제 2 전극기판에 배치되고, 액정층의 두께를 광투과부상에서 광반사부상 보다도 두꺼운 소정값으로 규정한다. 이에 의해, 제 1 전극기판의 광투과부와 광반사부의 단차의 일부를 제 2 전극기판의 오목부에 분담시키는 것이 가능해진다. 따라서, 고정밀화에서 생산 비용의 증대를 필요로 하지 않고 양호한 표시품위를 확보할 수 있다.

이하, 본 발명의 제 1 실시형태에 관한 반투과형 액정표시장치에 대해서 첨부도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 상기 반투과형 액정표시장치는 매트릭스 형상으로 배치되는 640×480개의 칼라표시화소로 구성되는 대각 3.5인치의 유효화면을 갖는 VGA 사양의 디스플레이이다. 각 칼라표시화소는 행방향에서 인접하는 3개의 표시화소로 구성된다. 따라서, 합계의 표시화소수는 (640×3)×480개이고, 각 표시화소는 55㎛×165㎛라는 크기로 형성된다.

도 1은 상기 반투과형 액정표시장치의 단면구조를 나타낸다. 상기 반투과형 액정표시장치는 제 1 전극기판이 되는 어레이 기판(AR)과, 제 2 전극기판이 되는 대향기판(CT)과, 어레이 기판(AR) 및 대향기판(CT) 사이에 유지되고 액정배향이 어레이 기판(AR) 및 대향기판(CT)에 의해 제어되는 예를 들어 호모지니어스 액정재료를 포함하는 액정층(LQ)과, 면광원으로서 액정층(LQ)과는 반대측으로부터 어레이 기판(AR)을 조명하는 백라이트(BL)을 구비한다.

어레이 기판(AR)은 두께 0.7㎜의 투명한 유리판(1), 유리판(1)의 하면을 덮는 1/4파장판(2), 상기 1/4파장판(2)을 덮는 편광판(3), 각각 대응표시화소의 스위칭 소자로서 유리판(1)의 상면측에 매트릭스 형상으로 배치되는 복수의 박막 트랜지스터(TFT: Thin Film Transistor)부(4), 이들 박막 트랜지스터부(4)의 게이트 전극 및 화소배선과 함께 유리판(1)의 상면을 덮는 층간절연막(5), 박막 트랜지스터부(4)를 덮음과 동시에 상면에 기복(起伏)을 갖는 투명수지층(6), 복수의 박막 트랜지스터에 각각 접속되는 복수의 화소전극(PX), 및 이들 화소전극(PX)을 덮어 액정층(LQ) 내의 액정배향을 규제하는 배향막(7)을 포함한다. 각 화소전극(PX)은 ITO(Indium Tin Oxide)의 투명전극층(8) 및 알루미늄의 반사전극층(9)으로 구성된다. 투명전극층(8)은 투명수지층(6)을 선택적으로 개구함으로써 노출되는 층간 절연막(5)상에 형성되고, 반사전극층(9)은 상기 투명전극층(8)을 둘러싸도록 하여 투명수지층(6) 상에 형성된다. 이에 의해, 투명전극층(8)은 편광판(3)측으로부터 입사하는 백라이트광을 투과시키는 광투과부를 구성하고, 반사전극층(9)은 편광판(13)측으로부터 입사하는 주위광을 반사하는 광반사부를 구성한다. 광반사부는 화소영역의 사이즈에 대응한 55㎛×165㎛의 장방형이 되고, 광투과부는 상기 광반사부내에 배치된 15×45㎛의 장방형이 된다. 즉, 반사 전극층(9)의 표면은 바탕층이 되는 투명수지층(6)의 기복에 대응한 기복을 갖는다.

대향기판(CT)은 두께 0.7㎜의 투명한 유리판(11), 상기 유리판(11)의 상면을 덮는 1/4파장판(12), 상기 1/4파장판(12)을 덮는 편광판(13), 유리판(11)의 하면에 형성되고 복수의 표시화소의 간격 및 이들 표시화소로 이루어진 표시화면의 주위를 차광하는 블랙매트릭스(BM), 상기 블랙 매트릭스(BM) 및 상기 블랙매트릭스(BM)로부터 노출된 유리판(11)의 하면을 덮는 칼라필터(14), 상기 칼라필터(14)를 덮고 어레이 기판(AR)측의 광투과부에 대향하는 영역에서 선택적으로 개구되는 투명 수지층(15), 복수의 화소전극(PX)에 대향하여 투명 수지층(15) 및 투명 수지층(15)으로부터 노출된 칼라필터(14)를 덮는 대향전극(16), 및 상기 대향전극(16)을 덮고 액정층(LQ)내의 액정배향을 규제하는 배향막(17)을 포함한다. 대향전극(16) 및 배향막(17)은 투명수지층(15)의 개구에 형성됨으로써 투명전극층(8)으로 이루어진 광투과부에 대향하여 배치되고, 액정층(LQ)의 두께를 광투과부상에서 반사전극층(9)으로 이루어진 광반사부상 보다도 두꺼운 소정값으로 규정하는 오목부(RS)를 대향기판(CT)에서 구성한다. 칼라필터(14)는 칼라표시화소를 구성하는 3개의 표시화소에 대응하여 서로 다른 적색(R), 녹색(G), 청색(B)으로 착색되어 있다.

상기 액정표시장치에서는 백라이트광이 투과광으로서 투명 전극층(8)을 투과하고 주위광이 반사광으로서 반사전극층(9)에서 반사된다. 액정층(LQ)은 화소전극(PX) 및 대향전극(16)간의 전압에 대응하여 투과광 및 반사광의 위상을 변조함으로써 표시를 실시한다.

도 1에서 "d1"은 액정층(LQ)의 광투과 영역의 셀갭, 즉 광투과부상의 액정층(LQ)의 두께를 표시하고, "d2"는 액정층(LQ)의 광 반사영역의 셀갭, 즉 광반사부상의 액정층(LQ)의 두께를 나타낸다. 이들 액정층 두께(d1 및 d2)는 액정재료의 종류마다 적절한 값으로 설정되는 것이다.

여기에서는 굴절율 이방성Δn=0.06인 칙소사제조의 호모지니어스 액정재료가 사용되고, 배향막(7 및 17)은 호모지니어스 액정을 소정의 방향으로 프리틸트각=7°로 배열되도록 러빙법으로 배향 처리된다. 이 경우, 광투과부상의 액정층 두께(d1)=5.0 ㎛, 광반사부상의 액정층 두께(d2)=2.5㎛로 함으로써 양호한 광이용 효율이 얻어진다. 또한, 배향처리에서는 배향막(7 및 17)이 266데닐, 2.5㎜길이의 실을 18개/㎝의 밀도로 짠 천을 사용하여 500rpm의 속도로 마찰된다. 상술한 바와 같은 조건에서는 반사전극(9) 보다도 낮은 위치에 형성되는 투명전극(8)과 반사전극(9)의 단차가 2.5㎛나 있으면, 실의 굵기가 광투과부의 개구 크기에 가까우므로 배향막(7)을 균일하게 배향처리하는 것이 어렵다. 이 때문에, 어레이 기판(AR)측에서는 투명전극층(8)과 반사전극층(9)의 단차가 투명수지층(6)의 두께에 의해 1.25㎛로 설정된다. 이에 따라, 대향기판(CT)측에서는 오목부(RS)의 깊이가 투명수지층(16)의 두께에 의해 동일한 1.25㎛로 설정된다. 이와 같이, 어레이 기판(AR)측의 투명전극층(8)과 반사전극층(9)의 단차의 일부를 대향기판(CT)의 오목부(RS)에 분담시키고, 투명전극(8)으로 이루어진 광투과부상의 액정층 두께(d1)=5.0㎛를 규정함으로써 러빙용 천의 섬유다발이 화소 피치에 가까운 두께이어도 배향막(7 및 17)의 배향규제력을 균일하게 할 수 있다. 상술한 바와 같은 오목부(RS)를 갖는 반투과형 액정표시장치를 실제로 제조해 보면, 리버스 틸트나 잔상 등의 불합리함은 전혀 확인되지 않았다.

본 실시형태의 반투과형 액정표시장치에서는 오목부(RS)가 광투과부에 대향하여 대향기판(CT)에 배치되고, 액정층(LQ)의 두께를 광투과부상에서 광반사부상 보다도 두꺼운 소정값인 5㎛으로 규정한다. 이에 의해, 어레이 기판(AR)의 광투과부와 광반사부의 단차의 일부를 대향기판(CT)의 오목부(RS)에 분담시키는 것이 가능해진다. 리버스 틸트나 잔상 등의 불합리함이 광투과부와 광반사부의 단차에 기인하는 배향불량에 의해 발생하는 것을 방지할 수 있다. 또한, 오목부(RS)는 투명 수지층(17)을 포토리소그래피로 부분적으로 개구하면 좋으므로, 생산비용을 증대시키는 증착표면처리법, 레이저 배향막 형성법 등을 이용할 필요도 없다. 따라서, 고정밀화에 있어서 생산비용의 증대를 필요로 하지 않고 양호한 표시품위를 확보할 수 있다.

또한, 본 발명은 상술한 실시형태에 한정되지 않고, 그 요지를 벗어나지 않는 범위에서 여러가지 변형 가능하다. 예를 들어, 어레이 기판(AR)의 볼록부의 면적과, 대향기판(CT)의 투명 수지층(15)의 면적의 차는 ±20% 이내이면 좋다. 또한, 광반사부에 대응하는 칼라필터(14)는 부분적으로 색이 제거되어 있어도 좋다. 또한, 투명수지층(6)상의 볼록부와 오목부의 높이의 차이는 어레이 기판(AR)의 투명수지층(6)에 의한 볼록부와 오목부의 높이의 차이의 1/2 이하이면 좋다.

상술한 실시형태에서는 호모지니어스 모드에서 동작하는 액정표시장치에 대해서 설명했지만, 본 발명은 TN모드 또는 STN모드에서 동작하는 액정표시장치를 비롯한 각종 액정표시장치에 적용할 수 있다.

또한, 상술한 실시형태에서는 광투과부와 광반사부의 단차의 일부를 분담시기 위해, 액정층(LQ)의 두께를 광투과부상에서 광반사부상 보다도 두꺼운 소정값으로 규정하는 오목부(RS)를 광투과부에 대향하여 대향기판(CT)에 배치한 구조에 대해서 설명했다. 여기에서, 광투과부 및 광반사부의 위치관계는 상대적이므로, 오목부(RS)의 저면 보다도 높은 위치의 부분을 볼록부라고 생각하면, 액정층(LQ)의두께를 광반사부상에서 광투과부상 보다도 얇은 소정값으로 규정하는 볼록부를 광반사부에 대향하여 대향기판(CT)에 배치한 구조로서 정의할 수도 있지만, 상기 구조는 상술한 구조와 등가이다.

이상과 같이 본 발명의 의하면 고정밀화에 있어서 생산비용의 증대를 필요로 하지 않고 양호한 표시품위를 확보할 수 있는 액정표시장치를 제공할 수 있다.

Claims

제 1 및 제 2 전극기판과, 상기 제 1 및 제 2 전극기판간에 유지되고 액정배향이 상기 제 1 및 제 2 전극기판에 의해 제어되는 액정재료를 포함하는 액정층을 구비하고, 상기 제 1 전극기판은 상기 액정층의 한 화소영역에 대해서 상기 제 2 전극기판측으로부터 입사하는 주위광을 반사하는 광반사부, 및 상기 광반사부 보다도 낮은 위치에 배치되고 상기 한 화소영역에 대해서 백라이트광을 투과하는 광투과부를 포함하고, 상기 제 2 전극기판은 상기 광투과부에 대향하여 배치되고 상기 액정층의 두께를 상기 광투과부상에서 상기 광반사부상 보다도 두꺼운 소정값으로 규정하는 오목부를 포함하는 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
제 1 항에 있어서,

상기 화소영역은 60㎛ 미만의 화소피치로 배치되는 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
제 1 항에 있어서,

상기 액정재료는 호모지니어스형 액정인 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
제 1 항에 있어서,

상기 액정재료는 트위스티드 네마틱형 액정인 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
제 1 항에 있어서,

상기 제 2 전극기판은 상기 오목부 때문에 개구되는 투명수지층을 포함하는 것을 특징으로 하는 액정표시장치.