KR20060029837A - 반투과형 액정 표시 장치 - Google Patents

반투과형 액정 표시 장치 Download PDF

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KR20060029837A KR1020040078686A KR20040078686A KR20060029837A KR 20060029837 A KR20060029837 A KR 20060029837A KR 1020040078686 A KR1020040078686 A KR 1020040078686A KR 20040078686 A KR20040078686 A KR 20040078686A KR 20060029837 A KR20060029837 A KR 20060029837A
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허용구
윤영남
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삼성전자주식회사
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Abstract

반투과형 액정 표시 장치가 개시된다. 반투과형 액정 표시 장치는 상부 기판, 하부 기판 및 액정층을 포함한다. 상부 기판은 투과 영역과 반사 영역이 정의되고, 스위칭 소자, 화소 전극 및 컬러 필터층을 구비한다. 하부 기판은 상부 기판에 대향하고, 유기막, 유기막 상에 배치되며 화소 전극에 대응하는 공통 전극 및 반사 영역에 배치되는 반사판을 구비한다. 액정층은 상부 기판과 하부 기판 사이에 개재된다. 이에 따라, 미스 얼라인에 의한 유효 면적의 저하로부터 자유로워지므로 투과율 및 휘도 저하를 방지 할 수 있다.

Description

반투과형 액정 표시 장치{TRANS-REFLECTIVE LIQUID CRYSTAL DISPLAY}
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 액정 표시 장치를 나타내는 단면도이다.
도 2는 본 발명의 제2 실시예에 따른 액정 표시 장치를 나타내는 단면도이다.
도 3은 본 발명의 제3 실시예에 따른 액정 표시 장치를 나타내는 단면도이다.
도 4는 본 발명의 제4 실시예에 따른 액정 표시 장치를 나타내는 단면도이다.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
100 : 상부 기판 110 : 제1 기판
120 : 게이트 전극 122 : 게이트 절연막
124 : 액티브층 126 : 오믹 콘택층
128 : 소오스 전극 130 : 드레인 전극
132 : 보호막 135 : TFT 어레이층
150 : 컬러 필터층 152 : 오버 코팅층
155 : 화소 전극 200 : 하부 기판
210 : 제2 기판 220 : 유기막
230 : 공통 전극 235 : 평탄화막
240 : 반사판 300 : 액정층
본 발명은 반투과형 액정 표시 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 자연광을 반사시키고 또한, 인공광을 투과시키는 반투과형 액정 표시 장치에 관한 것이다.
액정 표시 장치는 내부에서 조사되는 인공광을 이용하여 영상을 표시하는 투과형 액정 표시 장치와 인공광 대신 자연광을 이용한 반사형 액정 표시 장치로 구분될 수 있다. 시계나 계산기와 같이 전력 소모를 극소화해야 하는 디스플레이장치에는 반사형 액정 표시 장치를 많이 사용하지만, 대화면 고품위의 화상표시를 요구하는 노트북 컴퓨터에는 투과형 액정 표시 장치를 사용하는 것이 일반적이다.
현재의 추세로는, 전력의 소모를 줄이면서 고화질의 영상을 구현하기 위해 반사형과 투과형의 두 가지 형태의 장점을 모두 살려서 주변 광도에 적절한 시인성을 확보할 수 있는 반투과형 액정 표시 장치가 개발되고 있다.
일반적으로, 반투과형 액정 표시 장치는 하부기판, 하부기판과 대향하여 배치된 상부기판, 하부기판과 상부기판과의 사이에 개재된 액정층으로 이루어진 액정패널 및 액정패널의 후면에 배치되는 백라이트 어셈블리를 포함한다.
하지만, 투과 모드로 동작하는 반투과형 액정 표시 장치는 투과형 액정 표시 장치에 비해 낮은 투과율을 갖는다. 또한, 반투과형 액정 표시 장치는 반사 모드와 투과 모드의 광효율이 다르다. 따라서, 반투과형 액정 표시 장치의 대비비(Contrast Ratio)가 저하되고, 그 결과 표시 품질이 저하된다.
이러한 문제를 해결하기 위하여, 종래의 반투과형 액정 표시 장치는 투과부의 셀 갭을 반사부의 셀 갭의 두 배로 조정한 이중 셀 갭 구조를 채택하고 있다. 그러나, 이중 셀 갭을 형성하기 위한 제조 공정의 제어가 어려워서 반투과형 액정 표시 장치의 수율이 저하된다.
특히, 상부기판에 구비되는 컬러 필터층이 하부기판에 구비되는 컬러필터 온 어레이(Color Filter On Array; COA) 구조의 액정 표시 장치는, 하부 기판에 반사부와 투과부의 단차를 갖는 이중 셀 갭을 구현하는데 어려운 점이 많다. 또한 이중 셀 갭 COA 구조를 형성하기 위해 상부 기판에 반사부와 투과부의 단차를 유지할 경우, 상판에 생략할 수 있었던 유기막 공정이 다시 필요하고, 이를 경우 미스 얼라인 문제가 발생할 수 있다. 따라서, 종래의 COA 구조를 갖는 액정 표시 장치는 이중 셀 갭 구조를 구현하기 어려운 문제가 있다.
이에 본 발명의 기술적 과제는 이러한 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 유효 면적을 향상시키고 미스 얼라인 문제를 감소시킬 수 있는 액정 표시 장치를 제공하는 것이다.
상기한 본 발명의 목적을 실현하기 위한 하나의 특징에 따른 반투과형 액정 표시 장치는 상부 기판, 하부 기판 및 액정층을 포함한다. 상기 상부 기판은 투과 영역과 반사 영역이 정의되고, 스위칭 소자, 화소 전극 및 컬러 필터층을 구비한다. 상기 하부 기판은 상기 상부 기판에 대향하고, 유기막과, 상기 유기막 상에 배치되며 상기 화소 전극에 대응하는 공통 전극과, 상기 반사 영역에 배치되는 반사판을 구비한다. 상기 액정층은 상기 상부 기판과 상기 하부 기판 사이에 개재된다.
이러한 액정 표시 장치에 의하면, 상기 제1 기판인 어레이기판 위에 컬러필터를 형성하고, 상기 어레이 기판을 액정 표시 장치의 전면에 위치시키면서 반사 및 투과 모드를 이용한 액정 표시 장치를 구성 할 수 있다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여, 본 발명을 보다 상세하게 설명하고자 한다.
<실시예-1>
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 반사-투과형 액정 표시 장치를 설명하기 위한 단면도이다.
도 1을 참조하면, 반사-투과형 액정 표시 장치는 상부 기판(100), 하부 기판(200) 및 상부 기판(100)과 하부 기판(200) 사이에 형성된 액정층(300)을 포함한다.
상기 하부 기판(200)은 제1 기판(110), 박막 트랜지스터(Thin Film Transistor;이하 'TFT'라고 한다) 어레이층(135), 컬러 필터층(150) 및 화소 전극(155)을 포함한다.
상기 제1 기판(110)은 외부에서 입사되는 외부광을 반사하는 반사 영역(160) 과 내부에서 조사되는 내부광을 투과하는 투과 영역(165)을 정의한다. 또한 광을 통과시킬 수 있는 투명한 재질의 유리를 사용한다. 상기 유리는 무알칼리 특성이다. 상기 유리가 알칼리 특성인 경우, 상기 유리에서 알칼리 이온이 액정 셀 중에 용출되면 액정 비저항이 저하되어 표시 특성이 변하게 되고, 상기 씰과 유리와의 부착력을 저하시키고, 박막 트랜지스터의 동작에 악영향을 준다.
상기 TFT 어레이층(135)은 상기 제1 기판(110) 상에 구비된다. 상기 TFT 어레이층(135)은 다수의 TFT 및 상기 다수의 TFT를 커버하는 보호막(132)을 포함한다.
상기 다수의 TFT 각각은 게이트 전극(120), 게이트 절연막(124), 액티브층(124), 오믹 콘택층(126), 소오스 전극(128) 및 드레인 전극(130)으로 이루어진다. 상기 보호막(132)은 투명한 무기 절연막으로 이루어진다. 상기 보호막(132)은 상기 다수의 TFT 각각의 드레인 전극(130)을 노출시키기 위한 콘택홀(136)이 각각 형성된다.
상기 컬러 필터층(150)은 레드, 그린 및 블루 색화소(R, G, B)를 포함한다. 상기 투과 영역(165)을 통과한 인공광과 상기 반사 영역(160)의 반사판(240)으로부터 반사된 자연광은 상기 컬러 필터층(150)을 통과한다.
상기 화소 전극(155)은 상기 컬러 필터층(150) 및 상기 드레인 전극(130)을 노출하는 개구부의 내면 상에 형성되어 상기 드레인 전극(130)과 전기적으로 연결된다. 상기 화소 전극(155)은 공통 전극과의 사이에 인가된 전압에 의해 상기 액정층(300) 내의 액정을 제어하여 광의 투과를 조절한다.
상기 화소 전극(155)은 인듐주석산화물(Indium Tin Oxide : ITO)이나 주석산화물(Tin Oxide : TO) 또는 인듐아연산화물(Indium Zinc Oxide : IZO)이 이용된다. 도시하지는 않았지만, 화소 전극(155)을 형성하기 이전에 상기 스위칭 소자(TFT)로부터 일정 거리 이격되는 영역에 별도의 캐패시터 배선을 형성시켜 상기 캐패시터 배선과 화소 전극(155)을 스토리지 캐패시터(Cst)로 정의한다.
한편, 하부 기판(200)은 제2 기판(210), 유기막(220), 공통 전극(230) 및 반사판(240)을 포함한다.
상기 제2 기판(210)은 상기 제1 기판(110)의 반사 영역(160)과 투과 영역(165)에 대응하는 반사 영역(160)과 투과 영역(165)을 가진다. 상기 제2 기판(210)은 상기 제1 기판(110)과 동일하게 광을 통과시킬 수 있는 투명한 무알칼리 특성을 가진 유리를 포함한다.
상기 유기막(220)은 상기 제2 기판(210)의 전면에 배치된다. 바람직하게는, 상기 유기막(220)의 상부 표면은 다수의 오목부(Recess) 및 볼록부(Protrusion)를 갖는 렌즈 형상을 갖도록 할 수 있다. 상기 렌즈 형상의 유기막(220)에 의하여, 상기 유기막(220)의 상부에 배치되는 반사판(240)은 상기 렌즈 형상에 따라 구비되어 높은 반사 효율을 가진다.
상기 공통 전극(230)은 상기 유기막(220)의 상에 배치된다. 상기 공통 전극(230)은 ITO(Indium Tin Oxide), IZO(Indium Zinc Oxide) 또는 ZO(Zinc Oxide)와 같은 투명한 도전성 물질을 포함한다.
상기 반사판(240)은 상기 반사 영역(160)에 해당하는 공통 전극(230) 상에 배치된다. 상기 반사 전극(122)은 알루미늄(Al), 몰리브덴(Mo), 은(Ag) 또는 이들 중 2이상의 합금의 도전성 금속 물질을 포함한다. 상기 유기막(220)이 오목부와 볼록부를 갖는 렌즈 형상을 가질 경우, 상기 반사판(240)도 이에 따라 렌즈 형상을 가지게 된다. 이에 따라, 반사판(240)은 상기 렌즈 형상에 따라 구비되어 높은 반사 효율을 가진다.
도 1에서 상기 반사판(240)이 상기 공통 전극(230) 상에 배치되어 있으나, 상기 반사판(240)이 상기 공통 전극(230)의 하부에 배치될 수 있다.
상기 액정층(300)은 상기 제1 기판(110) 및 상기 제2 기판(210) 사이에 배치되어 씰(Seal, 도시되지 않음)에 의해 밀봉된다. 상기 액정층(300) 내의 액정은 수직 배향(Vertical Alignment, VA), 트위스트 배향(Twisted Nematic, TN), 엠티엔 배향(Mixed Twisted Nematic, MTN) 또는 호모지니우스(Homogeneous) 배향 모드로 배열된다.
상기 액정을 배향하기 위하여 상기 제1 기판(110) 및 상기 제2 기판(210)의 표면에 배향막(도시하지 않음)을 배치하고, 상기 배향막의 표면을 일정한 방향으로 러빙(Rubbing)한다.
이에 따라, 하부 기판(200), 상부 기판(100) 및 액정층(300)을 갖는 반투과형 액정 표시 장치를 구성할 수 있다.
<실시예-2>
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 반투과형 액정 표시 장치를 설명하기 위한 단면도이다. 단, 도 2에 도시된 구성 요소 중 도 1에 도시된 구성 요소와 동 일한 구성 요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 병기하고, 그에 대한 구체적인 설명은 생략한다.
도 2를 참조하면, 상부 기판(100)은 제1 기판(110), 상기 제1 기판(110) 위에 보호막을 포함하는 박막 트랜지스터, 상기 보호막 상에 색화소를 포함하는 컬러필터, 오버 코팅층 및 액정에 일정한 전압의 인가하는 화소전극을 포함한다.
상기 오버 코팅층은 상기 컬러 필터층(150)과 화소 전극(155) 사이에 개재된다. 상기 오버 코팅층은 컬러 필터층(150)을 보호하는 역할을 하며, 투명한 재질의 유기 물질의 특성을 가진다.
<실시예-3>
도 3은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 반투과형 액정 표시 장치를 설명하기 위한 단면도이다. 단, 도 3에 도시된 구성 요소 중 도 1에 도시된 구성 요소와 동일한 구성 요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 병기하고, 그에 대한 구체적인 설명은 생략한다.
도 3을 참조하면, 액정 표시 장치는 상부 기판(100), 하부 기판(200) 및 액정층(300)을 포함한다.
상기 상부 기판(100)은 제1 기판(110), 상기 제1 기판(110) 상에 박막 트랜지스터, 상기 박막 트랜지스터 상에 색을 구현하기 위한 색화소를 포함하는 컬러 필터층(150) 및 액정에 일정한 전압의 인가하는 화소 전극(155)을 포함한다.
상기 하부 기판(200)은 제2 기판(210), 유기막(220), 공통 전극(230) 및 반사판(240)을 포함한다.
상기 제2 기판(210)은 반사 영역(160)과 투과 영역(165)을 정의하고, 상기 제2 기판(210)은 광을 통과시킬 수 있는 투명한 무알칼리 특성을 가진 유리를 포함한다. 상기 유기막(220)은 상기 제1 기판(110) 상에 배치되고, 상기 반사 영역(160)에 해당하는 제1 두께와 상기 투과 영역(165)에 해당하는 제2 두께를 다르게 가진다.
상기 공통 전극(230)은 상기 유기막(220)의 전면에 배치된다. 상기 공통 전극(230)은 ITO(Indium Tin Oxide), IZO(Indium Zinc Oxide) 또는 ZO(Zinc Oxide)와 같은 투명한 도전성 물질을 포함한다. 상기 반사판(240)은 상기 반사 영역(160)에 해당하는 투명 전극 상에 배치된다.
한편, 액정층(300)은 상부 기판(100)과 하부 기판(200)간에 형성되어, 상부 기판(100)의 화소 전극(155)에 인가되는 전원과 하부 기판(200)의 공통 전극(230)에 인가되는 전원에 응답하여 상부 기판(100)을 경유하는 자연광을 반사시키거나, 투과창(도시하지 않음)을 경유하는 인공광을 투과시킨다. 이때, 액정층(300)은 반사 영역(160)에 대응하는 액정층(300)과, 투과 영역(165)에 대응하는 액정층(300)으로 각각 구분할 수 있고, 구분되는 각각의 액정층(300)은 서로 다른 셀 갭을 갖는다. 여기서, 반사 영역(160)에 대응하는 액정층(300)의 셀 갭을 d1로, 투과 영역(165)에 대응하는 액정층(300)의 셀 갭을 d2로 정의할 때, d1<d2의 조건을 만족한다.
특히, 상기 액정층(300)을 구성하는 액정분자의 이방성 굴절률을 Δn으로 하고, 셀 갭을 d로 할 때, 반사 영역(160)에는 높은 두께의 유기막(220)이 형성되므 로 액정층(300)은 Δnd1의 특성을 갖고, 상기 투과 영역(165)에는 보다 낮은 두께의 유기막(220)이 형성되므로 상기 투과 영역(165)에 대응하는 액정층(300)은 Δnd2의 특성을 갖는다.
상기 반사 영역(160)과 투과 영역(165)에 대한 최적의 셀 갭들은 액정층(300)을 형성하는 액정 분자나 액정층(300)의 상하 양측에 구비되는 광학 필름의 조건에 따라 다르지만 상기 반사 영역(160)에 대응하는 셀 갭(d1)은 1.7㎛ 보다 작고, 상기 투과 영역(165)에 대응하는 셀 갭(d2)은 3.3㎛ 보다 작은 것이 바람직하다.
<실시예-4>
도 4는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 반사-투과형 액정 표시 장치를 설명하기 위한 단면도이다. 단, 도 4에 도시된 구성 요소 중 도 1에 도시된 구성 요소와 동일한 구성 요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 병기하고, 그에 대한 구체적인 설명은 생략한다.
도 4를 참조하면, 액정 표시 장치는 상부 기판(100), 하부 기판(200) 및 액정층(300)을 포함한다.
상기 하부 기판(200)은 제2 기판(210), 유기막(220), 반사판(240), 평탄화막(235) 및 공통 전극(230)을 포함한다.
상기 유기막(220)은 제2 기판(210) 상에 배치된다. 바람직하게, 상기 유기막(220)은 반사 효과를 높이기 위해 상기 유기막(220) 상부에 오목부와 볼록부를 가진 렌즈 형상을 가진다.
상기 반사판(240)은 상기 반사 영역(160)에 해당하는 상기 유기막(220) 상에 배치되어, 상기 유기막(220)의 일부를 노출시킨다. 상기 평탄화막(235)은 상기 노출된 유기막(220) 및 반사판(240)을 상에 배치되어 평탄화 시킨다. 따라서, 하부 기판(200)이 평탄화 되고 셀 갭이 일정하게 됨으로써, 광학특성을 개선할 수 있다.
이상에서는 실시예들을 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.
본 발명에 따르면 반사-투과형 액정 표시 장치에 컬러 필터층을 포함하는 어레이 기판을 상부 기판으로 구성함으로써, 미스 얼라인에 의한 유효 면적의 저하로부터 자유로워지므로 투과율 및 휘도 저하를 방지 할 수 있다.

Claims (7)

  1. 투과 영역과 반사 영역이 정의되고, 스위칭 소자, 화소 전극 및 컬러 필터층을 구비하는 상부 기판;
    상기 상부 기판에 대향하고, 유기막과, 상기 유기막 상에 배치되며 상기 화소 전극에 대응하는 공통 전극과, 상기 반사 영역에 배치되는 반사판을 구비하는 하부 기판; 및
    상기 상부 기판과 상기 하부 기판 사이에 개재된 액정층을 포함하는 반투과형 액정 표시 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 상부 기판은 상기 컬러 필터층와 상기 화소 전극 사이에 개재되어, 상기 컬러 필터층을 보호하는 오버 코팅층을 더 포함하는 반투과형 액정 표시 장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 유기막이 상기 반사 영역의 제1 두께와 상기 투과 영역의 제2 두께를 갖는 것을 특징으로 하는 반투과형 액정 표시 장치.
  4. 제3항에 있어서, 상기 제1 두께가 상기 제2 두께보다 두꺼운 것을 특징으로 하는 반투과형 액정 표시 장치.
  5. 제1항에 있어서, 상기 유기막은 오목부와 볼록부를 갖는 렌즈 형상을 갖는 것을 특징으로 하는 반투과형 액정 표시 장치.
  6. 제5항에 있어서, 상기 반사판은 상기 유기막의 형상에 연동하여 렌즈 형상을 갖는 것을 특징으로 하는 반투과형 액정 표시 장치.
  7. 제1항에 있어서, 상기 반사판과 상기 투과 영역에 해당하는 유기막 상에 배치되어, 평탄화 하는 평탄화막을 더 포함하는 반투과형 액정 표시 장치.
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