KR20040048692A - 반사-투과형 액정 표시 장치 - Google Patents

반사-투과형 액정 표시 장치 Download PDF

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Abstract

광손실을 줄이기 위한 반사-투과형 액정 표시 장치를 개시한다. 어레이 기판은 제1 기판상에 형성된 스위칭 소자와, 스위칭 소자에 전기적으로 연결되고, 일정 영역이 개구되며, 인공광을 투과하기 위한 화소 전극과, 화소 전극상의 일부 영역에 형성되어 자연광을 반사하기 위한 제1 반사부를 구비하고, 컬러 필터 기판은 제2 기판상에 형성된 색화소와, 색화소상에 형성된 공통 전극을 구비하고, 어레이 기판과의 합체를 통해 액정층을 내장하며, 제2 반사부는 화소 전극이 개구된 영역에 대응하여 형성되어 자연광을 반사한다. 이에 따라, 광시야각을 위해 일정 패턴이 개구된 화소 전극을 갖는 PVA 모드용 액정 표시 장치에 자연광을 반사시키기 위한 반사부를 추가하므로써, 기존의 PVA 공정과 구동 제어장치를 그대로 사용하면서도 광손실로 존재했던 영역을 반사형으로 동작시켜 광효율을 극대화시킬 수 있다.

Description

반사-투과형 액정 표시 장치{REFLECTION AND PENETRATION TYPE LIQUID CRYSTAL DISPLAY}
본 발명은 반사-투과형 액정 표시 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 광손실을 줄이기 위한 반사-투과형 액정 표시 장치에 관한 것이다.
일반적으로 반사-투과형 액정 표시 장치는 반사부와 투과부에서 광학 특성을 근본적으로는 모두 만족시킬 수 없다. 이를 해결하기 위해서 이중구동방식과 이중셀갭 방식이 제안되었다.
상기 이중셀갭방식을 채용하는 액정 표시 장치는 투과부와 반사부의 두께를 달리하여 상기 투과부는 1/2파장 변조되게 하고, 상기 반사부는 1/4파장 변조되게 하여 상기 반사부와 투과부의 광효율을 모두 극대화시키는 방식이다. 하지만, 상기 이중셀갭방식은 복잡한 공정으로 제작 단가가 너무 비싸고, 수율 확보도 쉽지 않다는 문제점이 있다.
또한, 상기 이중구동방식을 채용하는 액정 표시 장치는 동일한 셀갭을 가진 기존의 제작 공정을 그대로 사용하면서 구동 제어 회로를 사용하여 인가 전압을 가변시키는 방법이다. 즉, 반투과 반사판을 사용하여 하나의 픽셀에서 반사와 투과를 동시에 실현하며, 어두운 환경에서는 투과형에서의 최적 전압을 인가하고, 밝은 곳에서는 반사형에서의 최적 전압을 인가하여 광효율을 극대화시킨다. 하지만 상기 이중구동방식은 반투과반사판의 효율이 낮아 광효율이 저하되고 구동제어회로를 구성해야 하므로 큰 비용이 추가로 소요되는 문제점이 있다.
한편, 액정 표시 장치의 광시야각을 구현하기 위해 화소 전극(또는 투명 전극)에 개구 패턴을 형성하는 PVA 모드를 채용한다. 상기 PVA 모드에 의하면 프린지 필드(fringe field)를 형성하여 액정의 기우는 방향을 4방향으로 고르게 분산시킴으로써 광시야각을 확보할 수 있다.
하지만, 도 1과 같이 화소 전극에 형성된 개구 패턴 영역의 광손실 때문에 투과량 면에서는 다른 모드보다 현저히 불리하다는 문제점이 있다.
이에 본 발명의 기술과 과제는 이러한 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 광시야각을 위해 PVA 모드를 채용하면서 광손실을 줄이기 위한 반사-투과형 액정 표시 장치를 제공하는 것이다.
도 1은 일반적인 PVA 모드를 채용하는 투과형 액정 표시 장치를 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 본 발명에 따른 PVA 모드를 채용하는 반사-투과형 액정 표시 장치를 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 반사-투과형 액정 표시 장치를 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 반사-투과형 액정 표시 장치를 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 반사-투과형 액정 표시 장치를 설명하기 위한 도면이다.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
50 : 어레이 기판60 : 컬러 필터 기판
70 : 액정층52a, 52b, 52c : 화소 전극
54a, 54b, 54c : 반사판
상기한 본 발명의 목적을 실현하기 위한 하나의 특징에 따른 반사-투과형 액정 표시 장치는, 제1 기판상에 형성된 스위칭 소자와, 상기 스위칭 소자에 전기적으로 연결되고, 일정 영역이 개구되며, 인공광을 투과하기 위한 화소 전극과, 상기 화소 전극상의 일부 영역에 형성되어 자연광을 반사하기 위한 제1 반사부를 구비하는 어레이 기판; 액정층; 제2 기판상에 형성된 색화소와, 상기 색화소상에 형성된 공통 전극을 구비하고, 상기 어레이 기판과의 합체를 통해 상기 액정층을 내장하는 컬러 필터 기판; 및 상기 자연광을 반사하기 위해 상기 화소 전극이 개구된 영역에 대응하여 형성되는 제2 반사부를 포함하여 이루어진다.
이러한 반사-투과형 액정 표시 장치에 의하면, 광시야각을 위해 일정 패턴이 개구된 화소 전극을 갖는 PVA 모드용 액정 표시 장치에 자연광을 반사시키기 위한반사부를 추가하므로써, 기존의 PVA 공정과 구동 제어장치를 그대로 사용하면서도 광손실로 존재했던 영역을 반사형으로 동작시켜 광효율을 극대화시킬 수 있다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여, 본 발명을 보다 상세하게 설명하고자 한다.
도 2는 본 발명에 따른 PVA 모드를 채용하는 반사-투과형 액정 표시 장치를 도식적으로 설명하기 위한 도면으로, 특히 PVA 모드를 채용하는 반사-투과형 액정 표시 장치를 도시한다.
도 2를 참조하면, PVA 모드를 채용하는 반사-투과형 액정 표시 장치는 어레이 기판(50)과, 어레이 기판(50)에 대향하는 컬러 필터 기판(60)과, 어레이 기판(50)과 컬러 필터 기판(60)과의 합체에 의해 내장되는 액정층(70)을 포함하고, 어레이 기판(50)에는 인공광을 투과하기 위한 다수의 화소 전극(52a, 52b, 52c)과, 상기 화소 전극(52a, 52b, 52c)이 미형성된 영역에 대응하여 형성되어 자연광을 반사하기 위한 반사판(54a, 54b, 54c)이 구비되어, 인공광뿐만 아니라, 자연광에 응답하여 화상을 디스플레이한다. 물론 도면상에서는 설명의 편의를 위해 화소 전극이 서로 분리된 것을 도시하였으나, 통상적으로 하나의 단위 화소내에 하나의 단위 화소 전극이 구비되고, 상기 단위 화소 전극에는 동일한 전계를 인가하기 위해서는 미도시한 부분에서 서로 연결된다.
구동시, 어레이 기판(50)에 형성된 다수의 화소 전극(52a, 52b, 52c)에는 일정 레벨의 전원이 인가되어 일정 레벨의 전계가 형성되고, 형성된 전계에 응답하여 화소 전극(52a, 52b, 52c)을 단위로하여 일정 전경선이 형성되며, 상기 전경선을 따라 액정층(70)의 액정 분자들이 배열된다.
즉, 상기 액정 분자들은 도시한 바와 같이, 화소 전극을 단위로하여 이루어져 인공광의 투과율이 달라지는데, 화소 전극(52a, 52b, 52c)이 미형성된 영역에는 별도의 반사판(54a, 54b, 54c)이 구비되어, 투과율의 감쇄를 보상하므로써, 광의 투과율을 균일하게 할 수 있다. 이때 상기 화소 전극(52a, 52b, 52c)은 상기 인공광에 대해 1/2 파장 변조하여 투과하고, 상기 반사판(54a, 54b, 54c)은 상기 자연광에 대해 1/4 파장 변조하여 반사한다.
이상에서는 어레이 기판에 개구 패턴을 갖는 화소 전극을 도시하였으나, 컬러 필터 기판에 형성되는 공통 전극에 개구 패턴을 형성할 수도 있을 것이고, 어레이 기판과 컬러 필터 기판 각각에 개구 패턴을 갖는 화소 전극과 개구 패턴을 갖는 공통 전극을 형성할 수 있을 것이다.
그러면, 상기한 반사부가 채용되는 다양한 실시예에 대해서 첨부하는 도면들을 참조하여 상세히 설명한다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 반사-투과형 액정 표시 장치를 설명하기 위한 도면이다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 반사-투과형 액정 표시 장치(100)는 어레이 기판과, 상기 어레이 기판과의 합체에 의해 액정층(150)을 내장하는 컬러 필터 기판을 포함하고, 특히 상기 어레이 기판에 소오스-드레인 라인 형성시, 자연광을 반사하기 위한 반사판을 형성시켜 균일한 광투과율을 유지하면서 화상을 디스플레이한다.
어레이 기판은 제1 투명 기판(105) 상에 게이트 전극(110), 상기 게이트 전극(110)상에 형성된 게이트 절연막(도면번호 미부여), 액티브층(112), 반도체층(114), 소오스 전극(116) 및 드레인 전극(118)을 포함하는 TFT 소자와, 상기 드레인 전극(118) 형성시 형성한 다수의 반사판(122, 124, 126, 128)과, 상기 TFT 소자와 다수의 반사판(122, 124, 126, 128)을 커버하고, 상기 드레인 전극(118)의 일부를 노출시키면서 형성된 보호막(130)을 포함한다. 이때 다수의 반사판(122, 124, 126, 128)은 상기 게이트 절연막상에 형성된다.
또한, 어레이 기판은 보호막(130)상에 일부 영역이 개구된 형태로 형성된 화소 전극(132, 132a, 132b, 132c)과, 상기 TFT 소자 전체를 커버하면서 형성된 반사부(140)를 포함한다. 여기서, 화소 전극은 광을 투과시키는 일종의 투과 전극으로서, ITO 또는 IZO 물질이 사용되고, 상기 반사판(122, 124, 126, 128)은 드레인 전극의 재질과 동일한 재질로 이루어지는데, 만일 고반사율을 고려한다면 알루미늄이나 알루미늄-네오디뮴 합금 등을 이용하는 것이 바람직하다.
도면상에서는 화소부들이 모여 화상을 표시하는 영역인 표시 영역에서는 상기 보호막(132)의 표면이 평탄화된 것을 도시하였으나, 당업자라면 상기 보호막의 상부를 요철 처리하고, 형성된 요철과 상기 반사부(140)를 이용하여 마이크로 반사 렌즈를 형성하므로써 인공광이나 자연광을 산란시킬 수도 있을 것이다.
한편, 컬러 필터 기판(160)은 제2 투명 기판(162)상에 R, G, B 각각의 화소 영역을 정의하는 블랙 매트릭스층(164)과, 상기 블랙 매트릭스층(164)에 의해 정의되는 영역에 형성된 컬러패턴(166)과, 상기 블랙 매트릭스층(164)과 컬러패턴(166)을 보호하기 위해 도포된 표면 보호층(168)을 포함한다. 또한 표면 보호층(168) 상부, 즉 상기 액정층(150)에 근접하는 면에 미도시한 공통 전극을 더 형성할 수도 있다.
상기한 본 발명의 일실시예에서는 어레이 기판에 개구 패턴을 갖는 화소 전극을 도시하였으나, 상기 컬러 필터 기판에 형성되는 공통 전극에 개구 패턴을 형성할 수도 있을 것이고, 어레이 기판과 컬러 필터 기판 각각에 개구 패턴을 갖는 화소 전극과 개구 패턴을 갖는 공통 전극을 형성할 수 있을 것이다.
이상에서는 설명한 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따르면 어레이 기판상에 소오스-드레인 전극을 형성할 때 화소 전극의 개구된 영역에 대응하여 별도의 반사판을 형성하므로써 상기 화소 전극의 개구된 영역에 의해 손실되는 광을 최소화시킬 수 있다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 반사-투과형 액정 표시 장치를 설명하기 위한 도면이다.
도 4를 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 반사-투과형 액정 표시 장치(200)는 어레이 기판과, 상기 어레이 기판과의 합체에 의해 액정층(250)을 내장하는 컬러 필터 기판을 포함하고, 특히 상기 어레이 기판에 반사부 형성시, 자연광을 반사하기 위한 별도의 반사판을 형성시켜 균일한 광투과율을 유지하면서 화상을 디스플레이한다.
어레이 기판은 제3 투명 기판(205) 상에 게이트 전극(210), 상기 게이트 전극(210)상에 형성된 게이트 절연막(도면번호 미부여), 액티브층(212), 반도체층(214), 소오스 전극(216) 및 드레인 전극(218)을 포함하는 TFT 소자와, 상기 TFT 소자를 덮으면서 상기 드레인 전극(218)의 일부를 노출시키면서 형성된 보호막(230)을 포함한다.
또한, 어레이 기판은 보호막(230)상에 일부 영역이 개구된 형태로 형성된 화소 전극(232, 232a, 232b, 232c)과, 상기 TFT 소자 전체를 커버하면서 형성된 반사부(240)와, 상기 화소 전극(232, 232a, 232b, 232c)이 미형성된 영역에 형성되는 다수의 반사판(242, 244, 246, 248)을 포함한다.
여기서, 화소 전극은 광을 투과시키는 일종의 투과 전극으로서, ITO 또는 IZO 물질이 사용되고, 상기 반사판(242, 244, 246, 248)은 반사부(240)와 동일한 재질로 이루어지는데, 만일 고반사율을 고려한다면 알루미늄이나 알루미늄-네오디뮴 합금 등을 이용하는 것이 바람직하다.
도면상에서는 화소부들이 모여 화상을 표시하는 영역인 표시 영역에서는 상기 보호막(232)의 표면이 평탄화된 것을 도시하였으나, 당업자라면 상기 보호막의 상부를 요철 처리하고, 형성된 요철과 상기 반사부(240)를 이용하여 마이크로 반사 렌즈를 형성하므로써 인공광이나 자연광을 산란시킬 수도 있을 것이다.
한편, 컬러 필터 기판(260)은 제4 투명 기판(262)상에 R, G, B 각각의 화소 영역을 정의하는 블랙 매트릭스층(264)과, 상기 블랙 매트릭스층(264)에 의해 정의되는 영역에 형성된 컬러패턴(266)과, 상기 블랙 매트릭스층(264)과 컬러패턴(266)을 보호하기 위해 도포된 표면 보호층(268)을 포함한다. 또한 표면 보호층(268) 상부, 즉 상기 액정층(250)에 근접하는 면에 미도시한 공통 전극을 더 형성할 수도 있다.
상기한 본 발명의 다른 실시예에서는 어레이 기판에 개구 패턴을 갖는 화소 전극을 도시하였으나, 상기 컬러 필터 기판에 형성되는 공통 전극에 개구 패턴을 형성할 수도 있을 것이고, 어레이 기판과 컬러 필터 기판 각각에 개구 패턴을 갖는 화소 전극과 개구 패턴을 갖는 공통 전극을 형성할 수 있을 것이다.
이상에서는 설명한 바와 같이, 본 발명의 다른 실시예에 따르면 어레이 기판상에 반사부를 형성할 때 화소 전극의 개구된 영역에 대응하여 별도의 반사판을 형성하므로써 상기 화소 전극의 개구된 영역에 의해 손실되는 광을 최소화시킬 수 있다.
도 5는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 반사-투과형 액정 표시 장치를 설명하기 위한 도면이다.
도 5를 참조하면, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 반사-투과형 액정 표시 장치(300)는 어레이 기판과, 상기 어레이 기판과의 합체에 의해 액정층(350)을 내장하는 컬러 필터 기판과, 상기 컬러 필터 기판의 배면에 형성되어 자연광을 반사하기 위한 반사부재와, 상기 반사 부재의 배면에 형성된 편광판을 포함하고, 균일한 광투과율을 유지하면서 화상을 디스플레이한다.
어레이 기판은 제5 투명 기판(305) 상에 게이트 전극(310), 상기 게이트 전극(310)상에 형성된 게이트 절연막(도면번호 미부여), 액티브층(312), 반도체층(314), 소오스 전극(316) 및 드레인 전극(318)을 포함하는 TFT 소자와, 상기 TFT 소자를 덮으면서 상기 드레인 전극(318)의 일부를 노출시키면서 형성된 보호막(330)을 포함한다.
또한, 어레이 기판은 보호막(330)상에 일부 영역이 개구된 형태로 형성된 화소 전극(332, 332a, 332b, 332c)과, 상기 TFT 소자 전체를 커버하면서 형성된 반사부(340)를 포함한다. 여기서, 화소 전극은 광을 투과시키는 일종의 투과 전극으로서, ITO 또는 IZO 물질이 사용되는 것이 바람직하다.
도면상에서는 화소부들이 모여 화상을 표시하는 영역인 표시 영역에서는 상기 보호막(332)의 표면이 평탄화된 것을 도시하였으나, 당업자라면 상기 보호막의 상부를 요철 처리하고, 형성된 요철과 반사부를 이용하여 마이크로 반사 렌즈를 형성하므로써 인공광이나 자연광을 산란시킬 수도 있을 것이다.
한편, 컬러 필터 기판(360)은 제6 투명 기판(362)상에 R, G, B 각각의 화소 영역을 정의하는 블랙 매트릭스층(364)과, 상기 블랙 매트릭스층(364)에 의해 정의되는 영역에 형성된 컬러패턴(366)과, 상기 블랙 매트릭스층(364)과 컬러패턴(366)을 보호하기 위해 도포된 표면 보호층(368)을 포함한다. 또한 표면 보호층(368) 상부, 즉 상기 액정층(350)에 근접하는 면에 미도시한 공통 전극을 더 형성할 수도 있다.
상기한 본 발명의 일실시예에서는 어레이 기판에 개구 패턴을 갖는 화소 전극을 도시하였으나, 상기 컬러 필터 기판에 형성되는 공통 전극에 개구 패턴을 형성할 수도 있을 것이고, 어레이 기판과 컬러 필터 기판 각각에 개구 패턴을 갖는 화소 전극과 개구 패턴을 갖는 공통 전극을 형성할 수 있을 것이다.
상기 컬러 필터 기판과 상기 편광판(380)간에 형성된 반사부재는 투명 필름(370)과, 상기 투명 필름(370)상에 형성된 다수의 반사판(342, 344, 346, 348)을 구비하고, 상기 반사판(342, 344, 346, 348)은 고반사율을 고려하여 알루미늄이나 알루미늄-네오디뮴 합금 등을 이용하는 것이 바람직하다.
이상에서는 설명한 바와 같이, 본 발명의 또 다른 실시예에 따르면 어레이 기판과 컬러 필터 기판을 합체한 후 패턴화된 반사부를 갖는 투명 필름을 배치한 후 상부 편광판을 배치하므로써 상기 화소 전극의 개구된 영역에 의해 손실되는 광을 최소화시킬 수 있다.
이상에서는 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따르면 기존의 PVA 공정을 그대로 사용하면서 광손실로 존재했던 부분을 반사형으로 동작시킬 수 있으므로 손실되는 광을 최소화시킬 수 있고, 상기 PVA 모드에서 광손실로 존재하는 부분을 평균 1/4 파장 변조하도록 설계하여 광특성을 극대화할 수 있다.
또한, 구동 제어회로를 사용하지 않고서도 기존의 구동 제어장치로 반사 및 투과를 동시에 구현할 수 있다.

Claims (4)

  1. 제1 기판상에 형성된 스위칭 소자와, 상기 스위칭 소자에 전기적으로 연결되고, 일정 영역이 개구되며, 인공광을 투과하기 위한 화소 전극과, 상기 화소 전극상의 일부 영역에 형성되어 자연광을 반사하기 위한 제1 반사부를 구비하는 어레이 기판;
    액정층;
    제2 기판상에 형성된 색화소와, 상기 색화소상에 형성된 공통 전극을 구비하고, 상기 어레이 기판과의 합체를 통해 상기 액정층을 내장하는 컬러 필터 기판; 및
    상기 자연광을 반사하기 위해 상기 화소 전극이 개구된 영역에 대응하여 형성되는 제2 반사부를 포함하는 반사-투과형 액정 표시 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 스위칭 소자는 제1 기판상에 형성된 게이트 전극과, 상기 게이트 전극과 전기적으로 절연된 소오스 전극 및 드레인 전극으로 이루어지고,
    상기 제2 반사부는 상기 소오스 전극 및 드레인 전극 형성시 형성되는 것을 특징으로 하는 반사-투과형 액정 표시 장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 제2 반사부는 상기 제1 반사부 형성시 형성되는 것을특징으로 하는 반사-투과형 액정 표시 장치.
  4. 제1항에 있어서, 상기 컬러 필터 기판의 배면에 편광판을 더 구비하고,
    상기 제2 반사부는 투명 필름상에 형성되어 상기 제2 기판의 배면과 상기 편광판과의 사이에 배치되는 것을 특징으로 하는 반사-투과형 액정 표시 장치.
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