KR20060017964A - 반투과형 액정 표시 장치 및 반투과형 액정 표시 장치용색필터 표시판 - Google Patents

반투과형 액정 표시 장치 및 반투과형 액정 표시 장치용색필터 표시판 Download PDF

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Abstract

본 발명은 반사 모드로 반사되는 빛의 반사율을 향상시키는 반투과형 액정 표시 장치에 대한 것이다.
본 발명에서는 투과 영역의 보호막 두께를 반사 영역의 보호막 두께보다 작게 형성하고, 색 필터의 두께는 투과 영역보다 반사 영역에서 작게 형성하는 반투과형 액정 표시 장치에서, 박막 트랜지스터 표시판의 반사 전극의 표면에 요철을 형성하고, 색필터 표시판의 반사 영역 색필터의 상부에 집광 렌즈를 형성하여 반투과형 액정 표시 장치의 반사 효율을 향상시켜 표시 특성을 향상시킬 수 있다.
반투과, 집광 렌즈, 엠보싱, 액정 표시 장치, 색필터 표시판

Description

반투과형 액정 표시 장치 및 반투과형 액정 표시 장치용 색필터 표시판{TRANSFLECTIVE LIQUID CRYSTAL DISPLAY AND COLOR FILTER PANEL FOR TRANSFLECTIVE LCD}
도 1은 본 발명의 한 실시예에 따른 반투과형 액정 표시 장치에서의 박막 트랜지트서 표시판의 구조를 도시한 배치도이다.
도 2는 도 1에 도시한 박막 트랜지스터 표시판을 포함하는 액정 표시 장치에서 II-II'선을 따라 자른 단면을 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 또 다른 실시예를 도 1의 II-II'선을 따라 자른 단면을 도시한 도면이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
100: 박막 트랜지스터 표시판 110: 하부 절연 기판
121: 게이트선 123: 게이트 전극
140: 게이트 절연막 150: 반도체
163, 165: 저항성 접촉층 171: 데이터선
173: 소스 전극 175: 드레인 전극
180: 하부 보호막 182, 185, 189: 접촉 구멍
192, 199: 접촉 보조 부재 901: 투명 전극
902: 반사 전극 903: 집광 렌즈
196: 투과창
200: 색필터 표시판 210: 상부 절연 기판
220: 블랙 매트릭스 231: 색필터
240: 상부 보호막 250: 공통 전극
300: 액정층 310: 간격재
본 발명은 반투과형 액정 표시 장치 및 이에 사용되는 색필터 표시판에 관한 것이다.
액정 표시 장치(liquid crystal display, LCD)는 현재 가장 널리 사용되고 있는 평판 표시 장치 중 하나로서, 전극이 구비되어 있는 두 장의 기판과 그 사이에 삽입되어 있는 액정층으로 이루어져, 전극에 인가되는 전압을 조절하여 액정층의 액정 분자들을 재배열시킴으로써 액정층을 통과하는 빛의 투과율을 조절하는 표시 장치이다. 이때, 빛의 투과율은 액정층을 통과할 때 액정 물질의 광학적 특성에 의해 발생하는 위상 지연(phase retardation)에 의해 결정되며, 이러한 위상 지연은 액정 물질의 굴절률 이방성과 두 기판 사이의 간격을 조절하여 결정한다.
액정 표시 장치 중에서도 현재 주로 사용되는 것은 두 기판에 전극이 각각 구비되어 있고 전극에 인가되는 전압을 스위칭하는 박막 트랜지스터(thin film transistor, TFT)를 가지고 있는 액정 표시 장치이며, 박막 트랜지스터는 두 기판 중 하나에 형성되어 있는 것이 일반적이다.
이러한 액정 표시 장치는 특정 광원인 백라이트(backlight)에 의해 발광된 빛을 액정층에 투과시켜 화상을 표시하는 투과형과 자연광 따위의 외부광을 액정 표시 장치의 반사 전극으로 액정층으로 반사시켜 화상을 표시하는 반사형으로 나눌 수 있으며, 최근에는 반사 모드와 투과 모드로 모두 동작하는 반투과 모드가 개발되어 있다.
한편, 일반적인 액정 표시 장치는 컬러 화상을 표시하기 위하여 적, 녹, 청의 색필터를 구비하고 있다. 컬러 화상은 적, 녹, 청의 색필터 각각을 통과하는 빛의 투과율을 조절함으로써 얻어진다.
그러나 반투과형 액정 표시 장치에서는 각각의 모드에서 액정층을 통과하는 빛에 대한 위상 지연(phase retardation)이 다르기 때문에 표시 특성이 저하되는 문제점이 발생한다. 즉, 투과 모드에서는 빛이 액정층을 한번만 통과하여 사용자의 눈에 도달하지만, 반사 모드에서는 빛이 액정층을 두 번 통과한다. 그러므로 두 모드에서 빛의 경로가 서로 달라진다. 이러한 문제점을 해결하기 위하여 반사 영역에서는 액정층의 두께를 줄이며, 상대적으로 투과 영역보다 색필터의 두께 및 양을 적게 형성한다.
그러나 이러한 반투과형 액정 표시 장치에 있어서도 투과 모드로 사용될 때 투과되는 빛의 양에 비하여 반사 모드로 사용될 때 반사되는 빛의 양이 부족하여 실질적으로는 투과 모드로 사용되는 경우가 많으며, 반사 모드가 형성되어 있는 특 징을 살리기 어렵다는 단점이 있다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 반사 모드로 반사되는 빛의 반사율을 향상시키는 반투과형 액정 표시 장치를 제공하는 것이다.
이러한 과제를 해결하기 위하여 본 발명에서는 박막 트랜지스터 표시판의 반사 전극의 표면에 엠보싱 처리를 하며, 색필터 표시판의 반사 영역 색필터의 상부에 집광 렌즈를 형성한다.
구체적으로는, 두께가 얇은 제1 부분과 두께가 두꺼운 제2 부분을 가지는 색필터와, 상기 색필터 중 제1 부분의 위에 형성된 집광 렌즈를 포함하는 색필터 표시판, 상기 색필터 표시판과 대향하며, 투명 전극과 상기 투명 전극의 위에 개구부를 가지는 반사 전극을 포함하는 박막 트랜지스터 표시판을 포함하는 반투과형 액정 표시 장치에 관한 것이며,
두께가 얇은 제1 부분과 두께가 두꺼운 제2 부분을 가지는 색필터, 상기 색필터 중 제1 부분의 위에 형성된 집광 렌즈, 상기 색필터와 상기 집광렌즈의 위에 형성되며, 제1 부분의 위에 제2 부분의 위보다 두꺼운 두께로 형성된 보호막을 포함하는 색필터 표시판에 관한 것이다.
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.
이제 본 발명의 실시예에 따른 반투과형 액정 표시 장치에 대하여 도면을 참고로 하여 상세하게 설명한다.
먼저 도 1 및 도 2를 참고로 하여 본 발명의 실시예에 따른 반투과형 액정 표시 장치의 구조에 대하여 상세하게 살펴본다.
도 1은 본 발명의 한 실시예에 따른 반투과형 액정 표시 장치에서의 박막 트랜지트서 표시판의 구조를 도시한 배치도이고, 도 2는 도 1에 도시한 박막 트랜지스터 표시판을 포함하는 액정 표시 장치에서 II-II'선을 따라 자른 단면을 도시한 도면이다.
도 1 및 도 2에서 도시한 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 반투과형 액정 표시 장치는, 서로 마주하는 박막 트랜지스터 표시판(100)과 색필터 표시판(200), 두 표시판(100, 200)의 간격을 균일하게 지지하는 기판 간격재(310) 및 두 표시판(100, 200) 사이에 주입되어 있는 액정층(300)을 포함한다. 기판 간격재(310)는 유기 절연 물질로 이루어져 있으며, 사진 식각 공정을 통하여 형성된다.
박막 트랜지스터 표시판(100)에는 서로 교차하여 행렬 배열의 단위 화소 영역(P)을 정의하는 게이트선(121) 및 데이터선(171)이 형성되어 있다. 각각의 화소 영역(P)에는 게이트선(121) 및 데이터선(171)과 연결되어 있는 박막 트랜지스터(TFT)와 박막 트랜지스터(TFT)와 전기적으로 연결되어 있는 화소 전극이 구비되어 있다. 화소 전극은 투명한 도전막으로 이루어진 투명 전극(901)과 반사율을 가지는 도전막으로 이루어지고, 도전막의 표면에 엠보싱 처리가 되어 있으며, 투과창(196)을 가지는 반사 전극(902)을 포함한다. 앞으로는 투과창(196)이 차지하는 영역을 "투과 영역(T)"이라 하고, 화소 영역(P) 중 나머지 영역을 "반사 영역(R)"이라 한다.
박막 트랜지스터 표시판(100)과 마주하는 색필터 표시판(200)에는 화소 영역(P)에 대응하는 개구부를 가지는 블랙 매트릭스(220)가 형성되어 있고, 각각의 화소 영역(P)에는 적, 녹, 청의 색필터(231)가 각각 형성되어 있으며, 적, 녹, 청의 색필터(231) 각각은 표시 영역(R, T)에 따라 두께가 다른 두 부분(232, 234)으로 이루어져 있으며, 투과 영역(T)에 대응하는 부분(234)은 나머지 부분(232)보다 두껍다. 상기 색필터(231) 중 반사영역(R)의 색필터(232)의 상부에는 집광 렌즈(903)가 형성된다. 상기 집광 렌즈(903)는 상기 색필터(232) 상부에 돌기를 패터닝한 후 리플로우(reflow)시켜 형성한다. 상기 색필터(231)와 집광 렌즈(903)는 유기 절연 물질로 이루어진 상부 보호막(240)으로 덮여 있으며, 상부 보호막(240)의 상부에는 공통 전극(250)이 형성되어 있다. 여기서, 집광 렌즈(903)와 보호막(240)은 모두 유기 절연 물질로 이루어져 있으나 서로 굴절률이 달라서 집광 렌즈(903)가 렌즈의 역할을 할 수 있다.
상부 보호막(240)은 표시 영역(R, T)에 따라 두께가 다르게 형성되는데, 본 실시예에서는 투과 영역(T)에 대응하는 부분에서 상부 보호막(240)이 제거되어 있다.
반사 영역(R)은 반사 전극(902)에서 반사된 빛을 이용하여 화상을 표시하는데 주로 사용되고, 투과 영역(T)은 백라이트, 즉 자체 광원으로부터의 빛을 이용하여 화상을 표시하는데 주로 사용된다.
이러한 본 발명의 실시예에 따른 액정 표시 장치에서, 투과 영역(T)에서는 백라이트로부터 발광된 빛이 하부 표시판(100)을 통과한 다음 액정층(300)을 한번 통과하여 화상으로 표시되지만, 반사 영역(R)에서 화상을 표시하는 빛은 외부로부터 반사 전극에 도달할 때 액정층(300)을 경험하고 반사 전극(902)에 의해 반사된 다음 다시 액정층(300)을 한번 더 경험하게 되는데, 이러한 점을 고려하여 반사 영역(R)의 상부 보호막(240) 두께를 투과 영역(T)의 상부 보호막(240) 두께보다 크게 형성한다. 이렇게 하면, 화상을 표시하는 빛이 각각의 표시 모드 영역(T, R)에서 빛이 액정층(300)을 통과하는 거리를 동일하게 할 수 있으며, 이를 통하여 두 표시 모드 영역(T, R)에서 빛에 대한 위상 지연을 균일하게 할 수 있어 액정 표시 장치의 표시 특성을 향상시킬 수 있다.
또한, 이러한 본 발명의 실시예에 따른 액정 표시 장치에서, 투과 영역(T)에서는 백라이트로부터 발광된 빛은 액정층을 통과한 다음 색필터(234)를 한번 통과하여 화상으로 표시되지만, 반사 영역(R)에서 화상을 표시하는 빛은 외부로부터 반 사 전극에 도달할 때 색필터(232)를 경험하고 집광 렌즈(903)에 의하여 집광된 후, 반사 전극(902)에 의해 반사되고 집광 렌즈(903)를 거친 후 다시 색필터(232)를 한번 더 경험하게 되는데, 이러한 점을 고려하여 반사 영역(r)의 색필터(232) 두께를 투과 영역(T)의 색필터(234) 두께보다 작게 형성한다. 이렇게 하면, 화상을 표시하는 빛이 각각 표시 모드 영역(T, R)에서 색필터(231)를 경험하는 정도를 균일하게 할 수 있으며, 이를 통하여 두 표시 모드 영역(T, R)에서 색 재현성을 균일하게 나타낼 수 있어 액정 표시 장치의 표시 특성을 향상시킬 수 있다.
다음은, 본 발명의 실시예에 따른 반투과형 액정 표시 장치에서 박막 트랜지스터 표시판의 구조에 대하여 좀더 구체적으로 살펴본다.
박막 트랜지스터 표시판(100)은 절연 기판(110)을 포함한다. 절연 기판(110) 위에는 주로 가로 방향으로 뻗어 있는 복수의 게이트선(121)이 형성되어 있다. 게이트선(121)은 낮은 비저항의 물질, 예를 들어 은 또는 은 합금 또는 알루미늄 또는 알루미늄 합금으로 이루어진 단일막을 포함할 수 있다. 이와는 달리, 게이트선(121)은 전술한 물질을 포함하는 적어도 하나의 막과 다른 물질과 접촉 특성이 우수한 패드용 적어도 하나의 막을 포함하는 다층막으로 이루어질 수 있다. 다층막의 예로는 알루미늄과 몰리브덴 합금의 이중층을 들 수 있다. 게이트선(121)의 한 끝 부근에 위치한 부분(125)은 외부로부터의 게이트 신호를 게이트선으로 전달하며, 각 게이트선(121)의 복수의 가지는 박막 트랜지스터의 게이트 전극(123)을 이룬다.
질화 규소(SiNx) 따위로 이루어진 게이트 절연막(140)이 게이트선(121)을 덮고 있다.
게이트 전극(123) 상부의 게이트 절연막(140) 위에는 수소화 비정질 규소 등으로 이루어진 섬 모양 반도체(150)가 형성되어 있으며, 반도체(150)의 상부에는 실리사이드 또는 n형 불순물이 고농도로 도핑되어 있는 n+ 수소화 비정질 규소 따위로 만들어진 복수 쌍의 저항성 접촉층(163, 165)이 형성되어 있다. 각 쌍의 저항성 접촉층(163, 165)은 해당 게이트선(121)을 중심으로 서로 분리되어 있다.
저항성 접촉층(163, 165) 및 게이트 절연막(140) 위에는 복수의 데이터선(171) 및 복수의 드레인 전극(175)이 형성되어 있다. 데이터선(171)과 드레인 전극(175)은 알루미늄 또는 은과 같은 저저항의 도전 물질로 이루어진 도전막을 포함한다. 데이터선(171)은 주로 세로 방향으로 뻗어 게이트선(121)과 교차한다. 데이터선(171)의 복수의 가지(173)는 각 쌍의 저항성 접촉층(163, 165) 중 하나(163)의 상부까지 연장되어 박막 트랜지스터의 소스 전극(173)을 이룬다. 데이터선(171)의 한쪽 끝 부근에 위치한 부분(179)은 외부로부터의 화상 신호를 데이터선(171)에 전달한다. 박막 트랜지스터의 드레인 전극(175)은 데이터선(171)과 분리되어 있으며 게이트 전극(123)에 대하여 소스 전극(173)의 반대쪽 저항성 접촉층(165) 상부에 위치한다.
데이터선(171) 및 드레인 전극(175)과 이들이 가리지 않는 반도체(150) 상부에는 질화 규소 또는 평탄화 특성이 우수한 유기 물질로 이루어진 하부 보호막(180)이 형성되어 있다.
하부 보호막(180)에는 드레인 전극(175) 및 데이터선(171)의 끝부분(179)을 각각 드러내는 접촉 구멍(185, 189)이 형성되어 있으며, 게이트 절연막(140)과 함 께 게이트선(121)의 끝부분(125)을 드러내는 접촉 구멍(182)이 형성되어 있다.
반사 영역(R)에 형성되는 보호막(180)의 상부면은 요철을 가지도록 형성하며, 그로 인하여 상기 요철면의 위에 적층되는 투명 전극(901) 및 반사 전극(902)도 요철을 가지게 된다.
보호막(180) 상부에는 접촉 구멍(185)을 통하여 드레인 전극(175)과 전기적으로 연결되어 있으며 화소 영역(P)에 위치하는 투명 전극(901)이 형성되어 있다. 또한, 보호막(180) 위에는 접촉 구멍(182, 189)을 통하여 각각 게이트선(121)의 끝부분(125) 및 데이터선(171)의 끝부분(179)과 연결되어 있는 게이트 접촉 보조 부재(192) 및 데이터 접촉 보조 부재(199)가 형성되어 있다. 여기서, 투명 전극(901)과 접촉 보조 부재(192, 199)는 투명한 도전 물질인 ITO(indium tin oxide) 또는 IZO(indium zinc oxide) 등으로 이루어져 있다.
투명 전극(901) 각각의 상부에는 투과창(196)을 가지는 복수의 반사 전극(902)이 형성되어 있다. 반사 전극(902)은 알루미늄 또는 알루미늄 합금, 은 또는 은 합금, 몰리브덴 또는 몰리브덴 합금 등과 같이 높은 반사율을 가지는 도전막으로 이루어진다. 상기 반사 전극(902)은 엠보싱(embossing) 되어 있어서 입사하는 빛을 산란하여 정면 방향으로의 반사량을 높이도록 되어 있다. 여기서, 반사 전극(902)의 엠보싱은 하부 보호막(180)의 표면에 형성된 요철로 인하여 반사 전극(902)도 요철을 가지게 됨으로서 형성된다.
반사 전극(902)과 투명 전극(901)은 쌍을 이루어 화소 전극이 된다. 여기에서, 반사 전극(902)의 투과창(196)은 다양한 모양으로 형성될 수 있으며, 하나의 화소 영역에 다수로 형성될 수 있다. 상기 투과창(196)이 형성된 영역이 투과 영역(T)이며, 반사 전극(902)이 형성된 영역이 반사 영역(R)이다.
여기서, 화소 전극(901, 902)은 이웃하는 화소 행의 박막 트랜지스터에 게이트 신호를 전달하는 전단의 게이트선(121)과 중첩되어 유지 축전기를 이루며, 유지 용량이 부족한 경우에는 게이트선(121)과 동일한 층으로 만들어진 도체를 추가하여 화소 전극(901, 902) 또는 이에 연결된 다른 도체와 중첩시킴으로써 형성되는 다른 유지 축전기를 추가할 수도 있다.
한편, 도 3은 본 발명의 또 다른 실시예를 도 1의 II-II'선을 따라 자른 단면을 도시한 도면이다.
도 3에서 도시하고 있는 실시예는 도 2와 달리 색필터 표시판(200)에 형성되는 집광렌즈(903)의 렌즈 반경이 작고, 다수개가 형성되어 있다는 점이 다르다.
본 발명의 실시예에서는 투과 영역과 반사 영역 색필터의 두께를 다르게 형성하여 투과되는 빛과 반사되는 빛의 색감을 조절하고 있으나, 투과 영역과 반사 영역의 색필터의 두께를 동일하게 형성하고, 반사 영역 중 색필터가 형성되지 않는 공간인 라이트 홀(light hole)을 형성하여 색감을 조절할 수도 있다.
또한 본 발명의 실시예에서는 박막 트랜지스터 표시판에서 박막 트랜지스터를 비정질 규소를 이용하여 게이트 전극이 게이트 절연막의 하부에 형성하고 있으나, 이와 달리 다결정 규소를 이용하여 게이트 절연막 하부에 반도체를 형성하고 게이트 절연막 상부에 게이트 전극을 형성하는 구조를 이용할 수도 있다.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발 명의 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.
이와 같이, 본 발명에서는 투과 영역의 보호막 두께를 반사 영역의 보호막 두께보다 작게 형성하고, 색 필터의 두께는 투과 영역보다 반사 영역에서 작게 형성하는 반투과형 액정 표시 장치에서, 박막 트랜지스터 표시판의 반사 전극 표면에 요철을 형성하고, 색필터 표시판의 반사 영역 색필터의 상부에 집광 렌즈를 형성하여 반투과형 액정 표시 장치의 반사 효율을 향상시켜 표시 특성을 향상시킬 수 있다.

Claims (11)

  1. 제1 부분과 제2 부분을 가지는 색필터와, 상기 색필터 중 제1 부분의 위에 형성되어 있는 집광 렌즈를 포함하는 색필터 표시판,
    상기 색필터 표시판과 대향하며, 투명 전극과 상기 투명 전극의 위에 개구부를 가지고 있는 반사 전극을 포함하는 박막 트랜지스터 표시판을 포함하는 반투과형 액정 표시 장치.
  2. 제1항에서,
    상기 제1 부분 색필터의 두께는 상기 제2 부분 색필터의 두께에 비하여 얇게 형성되어 있는 반투과형 액정 표시 장치.
  3. 제1항에서,
    상기 반사 전극의 개구부는 상기 제2 부분과 마주 보도록 형성되어 있는 반투과형 액정 표시 장치.
  4. 제1항에서,
    상기 색필터 표시판은 상기 색필터 및 상기 집광 렌즈의 위에 형성되어 있는 보호막을 포함하며, 상기 보호막은 상기 제1 부분의 위보다 상기 제2 부분의 위에서 두께가 얇게 형성되어 있는 반투과형 액정 표시 장치.
  5. 제4항에서,
    상기 제2 부분의 위에 형성되어 있는 보호막은 두께가 없는 반투과형 액정 표시 장치.
  6. 제1항에서,
    상기 반사 전극의 표면은 엠보싱 처리가 되어 있는 반투과형 액정 표시 장치.
  7. 제1항에서,
    상기 집광 렌즈는 상기 제1 부분의 상부에 다수개가 형성되어 있는 액정 표시 장치.
  8. 제1 부분과 제2 부분을 가지는 색필터,
    상기 색필터 중 제1 부분의 위에 형성되어 있는 집광 렌즈,
    상기 색필터와 상기 집광렌즈의 위에 형성되며, 제2 부분의 위보다 제1 부분의 위에 두꺼운 두께로 형성되어 있는 보호막을 포함하는 색필터 표시판.
  9. 제8항에서,
    상기 제1 부분 색필터의 두께는 상기 제2 부분 색필터의 두께에 비하여 얇게 형성되어 있는 색필터 표시판.
  10. 제8항에서,
    상기 제2 부분 위에 형성된 보호막은 그 두께가 없는 색필터 표시판.
  11. 제8항에서,
    상기 집광 렌즈는 상기 제1 부분의 상부에 다수개가 형성되어 있는 색필터 표시판.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN104808383A (zh) * 2015-05-15 2015-07-29 京东方科技集团股份有限公司 一种显示基板、其制作方法、显示面板及显示装置

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