KR20060112046A

KR20060112046A - 표시 장치

Info

Publication number: KR20060112046A
Application number: KR1020050034416A
Authority: KR
Inventors: 아키라 히라이
Original assignee: 삼성전자주식회사
Priority date: 2005-04-26
Filing date: 2005-04-26
Publication date: 2006-10-31

Abstract

본 발명에서는 반투과형 또는 반사형 액정 표시 장치의 상부에 λ/4위상차판, 선택적 원편광 투과 반사층 및 제1면 및 제2면을 가지는 기능성 투명 기판을 순서대로 형성한다.

그 결과 외부에서 입사하는 빛의 이용 효율을 높여 반사 모드에서 표시 휘도를 향상시킨다.

반사 모드, 반투과 모드, 기능성 투명 기판, 콜레스테릭 액정, 선택적 원편광 투과 반사층

Description

표시 장치{DISPLAY DEVICE}

도 1은 본 발명의 한 실시예에 따른 액정 표시 장치의 배치도이다.

도 2 및 도 3은 각각 도 1에 도시한 액정 표시 장치를 II-II'선 및 III-III'선을 따라 잘라 도시한 단면도이다.

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 액정 표시 장치의 단면을 간략하게 도시한 도면이다.

도 5는 본 발명의 실시예에 따른 액정 표시 장치 상부 편광판의 상부에서 빛의 편광 상태를 보여주는 도면이다.

도 6은 본 발명의 실시예에 따른 액정 표시 장치의 투과 영역과 반사 영역에서 빛의 편광 상태를 보여주는 도면이다.

도 7 내지 도 10은 본 발명의 실시예에 따른 선택적 원편광 투과 반사층을 제작하는 단계를 순서대로 보여주는 도면이다.

도 11 내지 도 16은 본 발명의 실시예에 따른 액정 표시 장치의 기능성 투명 기판을 제작하는 단계를 순서대로 보여주는 도면이다.

도 17은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 액정 표시 장치의 기능성 투명 기판을 보여주는 단면도이다.

도 18은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 반사형 표시 장치의 단면 및 빛의 편광 상태를 보여주는 도면이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

3: 액정층

12: 하부 편광판 13: 하부 λ/4위상차판

14: 제1 상부 λ/4위상차판 16: 제2 상부 λ/4위상차판

18: 선택적 원편광 투과 반사층 17: 기능성 투명 기판

17-1: 제1면 17-2: 제2면

20: 광배향제 21, 25: 광배향막

22: 상부 편광판

30, 35: 마스크 40, 41, 45, 46: 콜레스테릭 액정

100: 박막 트랜지스터 표시판 110: 하부 절연 기판

121: 게이트선 124: 게이트 전극

131: 유지 전극선

140: 게이트 절연막 154: 반도체

163, 165: 저항성 접촉층 171: 데이터선

173: 소스 전극 175: 드레인 전극

180: 하부 보호막 187: 유기 절연막

182, 183, 185: 접촉 구멍 95, 97: 접촉 보조 부재

190: 투명 전극 194: 반사 전극

195: 투과 영역

200: 공통 전극 표시판 210: 상부 절연 기판

220: 블랙 매트릭스 230: 색필터

270: 공통 전극

300: 표시 패널 500: 백라이트 유닛

본 발명은 반투과형 또는 반사형 액정 표시 장치에 대한 것이다.

액정 표시 장치는 현재 가장 널리 사용되고 있는 평판 표시 장치 중 하나로서, 화소 전극과 공통 전극 등 전계 생성 전극이 형성되어 있는 두 장의 표시판과 그 사이에 삽입되어 있는 액정층으로 이루어지며, 전계 생성 전극에 전압을 인가하여 액정층에 전계를 생성하고 이를 통하여 액정층의 액정 분자들의 배향을 결정하고 입사광의 편광을 제어함으로써 영상을 표시한다.

액정 표시 장치는 광원에 따라서 액정 셀의 배면에 위치한 조명부를 이용하여 화상을 표시하는 투과형 액정 표시 장치, 자연 외부광을 이용하여 화상을 표시하는 반사형 액정 표시 장치, 그리고 투과형 액정 표시 장치와 반사형 액정 표시 장치의 구조를 결합시킨 것으로, 실내나 외부 광원이 존재하지 않는 어두운 곳에서는 표시 소자 자체의 내장 광원을 이용하여 화상을 표시하는 투과 모드로 작동하고 실외의 고조도 환경에서는 외부광을 반사시켜 화상을 표시하는 반사 모드로 작동하는 반투과형 액정 표시 장치로 구분된다.

여기서 반사형 액정 표시 장치 및 반투과형 액정 표시 장치는 상부와 하부에 각각 흡수형 편광판을 사용하고 있다. 흡수형 편광판은 연신한 PVA 등에 요오드 분자나 2색성 염료를 흡착한 구조를 가진다. 흡수형 편광판에 입사한 광은 P파만을 투과하고 이에 수직인 진동면을 가지는 S파는 흡수하여 투과하지 않는다. 이론적으로는 입사한 광의 50%가 투과하여야 하지만, 실질적으로는 표면 손실로 인하여 43~45%정도의 투과율을 가진다. 이렇게 투과된 빛이 반사 전극에 의하여 반사되고 다시 흡수형 편광판으로 입사하는 경우, 색필터로 인한 손실이 없고 반사 전극의 반사율을 100%로 가정해도, 투과율은 39~41% 정도이다.

일반적으로 색을 표현하기 위해서는 색필터가 필요하고, 반사층의 반사율도 100%는 아니기 때문에 투과율은 상술한 값보다 낮다.

이러한 반사 모드에서도 시인성을 확보하고 기대 이상의 휘도를 가지도록 할 필요가 있다.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 반사 모드에서 외부 광을 이용하는 효율을 대폭 높여 반사 모드의 휘도를 대폭 개선한 반투과형 또는 반사형 액정 표시 장치를 제공하고자 한다.

이러한 과제를 해결하기 위하여 본 발명에서는 반투과형 또는 반사형 액정 표시 장치의 상부에 λ/4위상차판, 선택적 원편광 투과 반사층 및 제1면 및 제2면을 가지는 기능성 투명 기판을 순서대로 형성한다.

구체적으로, 본 발명에 따른 표시 장치는 표시 패널, 상기 표시 패널의 위에 형성되어 있으며, 표시 패널로 입사하는 외부광 중 제1 방향의 원편광은 투과시키고 상기 제1 방향과 반대 방향의 원편광은 반사시키는 선택적 원편광 투과 반사층, 상부면은 콜레스테릭 액정층이 형성되어 있는 면과 콜레스테릭 액정층이 형성되어 있지 않는 면을 포함하며, 상기 선택적 원편광 투과 반사층 위에 형성되어 있는 기능성 투명 기판을 포함한다.

상기 선택적 원편광 투과 반사층과 상기 표시 패널의 사이에는 편광판이 형성되어 있을 수 있다.

상기 편광판과 상기 표시 패널의 사이에는 제1 λ/4위상차판이 형성되어 있을 수 있다.

제2항에서,

상기 선택적 원편광 투과 반사층과 상기 편광판의 사이에는 제2 λ/4위상차판이 형성되어 있을 수 있다.

상기 표시 패널의 하부에는 하부 편광판이 형성되어 있을 수 있다.

상기 하부 편광판과 상기 표시 패널의 사이에는 제3 λ/4위상차판이 형성되어 있을 수 있다.

상기 선택적 원편광 투과 반사층은 콜레스테릭 액정으로 형성되어 있을 수 있다.

상피 표시 패널의 하부에는 백라이트 유닛이 형성되어 있을 수 있다.

상기 표시 패널, 상기 선택적 원편광 투과 반사층 및 상기 기능성 투명 기판 은 점착제에 의하여 밀착되어 있을 수 있다.

상기 기능성 투명 기판과 상기 선택적 원편광 투과 반사층의 사이에는 상기 기능성 투명 기판 또는 상기 선택적 원편광 투과 반사층의 표면의 형상에 의하여 공간이 형성되어 있으며, 상기 공간에는 상기 기능성 투명 기판의 굴절율과 상기 선택적 원편광 투과 반사층의 굴절율의 중간 값을 가지는 매체로 채워져 있을 수 있다.

상기 매체는 실리콘 수지 등 유기 실리콘계 매체일 수 있다.

상기 표시 패널에는 액정이 포함되어 있으며, 상기 액정은 비틀린 네마틱(twisted nematic, TN) 모드, 수직 배향(vertical alignment, VA) 모드, ECB(electrically controlled birefringence) 모드 또는 IPS(in plain switching) 모드 중 하나를 가질 수 있다.

상기 기능성 투명 기판의 상부면은 프리즘 형상을 가지며, 프리즘의 일면에는 상기 콜렉스테릭 액정층이 형성되어 있고, 나머지 일면에는 콜레스테릭 액정층이 형성되어 있지 않을 수 있다.

상기 선택적 원편광 투과 반사층에서 상기 기능성 투명 기판으로 입사하는 빛은 상기 콜레스테릭 액정층이 형성되어 있는 면과 상기 콜레스테릭 액정층이 형성되어 있지 않는 면에 각각 반사되어 상기 선택적 원편광 투과 반사층으로 다시 입사될 수 있다.

상기 기능성 투명 기판의 상부면 및 하부면에는 각각 구조물이 형성되어 있으며, 상기 상부면 구조물의 꼭지점과 상기 하부면 구조물의 꼭지점은 서로 어긋나 있으며, 상기 각각의 구조물은 양각 또는 음각으로 형성되어 있을 수 있다.

본 발명에 따른 표시 장치는 표시 패널, 상기 표시 패널의 위에 형성되어 있는 제1 λ/4위상차판, 제1 방향의 선편광은 투과시키고 이에 직교하는 선편광은 반사시키는 편광판, 상기 편광판 위에 형성되어 있는 제2 λ/4위상차판, 상기 제2 λ/4위상차판 위에 형성되어 있으며, 제1 방향의 원편광은 투과시키고 상기 제1 방향과 반대 방향의 원편광은 반사시키는 선택적 원편광 투과 반사층, 상부면은 제1면과 제2면을 포함하며, 상기 제2면은 특정 방향의 빛은 투과시키며, 그 외의 빛은 반사시키고, 상기 선택적 원편광 투과 반사층 위에 형성되어 있는 기능성 투명 기판, 상기 표시 패널의 아래에 형성되어 있는 제3 λ/4위상차판, 상기 제3 λ/4위상차판 아래에 형성되어 있는 하부 편광판을 포함한다.

상기 제2면 위에는 콜레스테릭 액정층이 형성되어 있을 수 있다.

상기 하부 편광판의 하부에는 백라이트 유닛이 형성되어 있을 수 있다.

상기 기능성 투명 기판, 상기 선택적 원편광 투과 반사층, 상기 제2 λ/4위상차판, 상기 편광판, 상기 제1 λ/4위상차판, 상기 표시 패널, 상기 제3 λ/4위상차판 및 상기 하부 편광판은 점착제에 의하여 밀착되어 있을 수 있다.

상기 매체는 실리콘 수지 등 유기 실리콘계 매체일 수 있다.

상기 제2면은 우원편광 또는 좌원편광 중 하나는 투과시키고 그 나머지는 반사시킬 수 있다.

상기 선택적 원편광 투과 반사층에서 상기 기능성 투명 기판으로 입사하는 빛은 상기 제1면과 상기 제2면에 각각 반사되어 상기 선택적 원편광 투과 반사층으로 다시 입사될 수 있다.

상기 기능성 투명 기판의 상부면 및 하부면에는 각각 구조물이 형성되어 있으며, 상기 상부면 구조물의 꼭지점과 상기 하부면 구조물의 꼭지점은 서로 어긋나있으며, 상기 각각의 구조물은 양각 또는 음각으로 형성되어 있을 수 있다.

본 발명에 따른 표시 장치는 표시 패널, 상기 표시 패널의 위에 형성되어 있는 제1 λ/4위상차판, 제1 방향의 선편광은 투과시키고 이에 직교하는 선편광은 반사시키는 편광판, 상기 편광판 위에 형성되어 있는 제2 λ/4위상차판, 상기 제2 λ/4위상차판 위에 형성되어 있으며, 제1 방향의 원편광은 투과시키고 상기 제1 방향과 반대 방향의 원편광은 반사시키는 선택적 원편광 투과 반사층, 상부면은 제1면과 제2면을 포함하며, 상기 제2면은 특정 방향의 빛은 투과시키며, 그 외의 빛은 반사시키고, 상기 선택적 원편광 투과 반사층 위에 형성되어 있는 기능성 투명 기판을 포함한다.

상기 매체는 실리콘 수지 등 유기 실리콘계 매체일 수 있다.

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.

먼저 본 발명의 한 실시예에 따른 표시 장치에 대하여 도 1 내지 도 3을 참고로 하여 상세하게 설명한다.

도 1은 본 발명의 한 실시예에 따른 액정 표시 장치의 배치도이고, 도 2 및 도 3은 각각 도 1에 도시한 액정 표시 장치를 II-II'선 및 III-III'선을 따라 잘라 도시한 단면도이다.

본 실시예에 따른 액정 표시 장치는 박막 트랜지스터 표시판(100)과 이와 마주보고 있는 공통 전극 표시판(200), 그리고 이들 사이에 삽입되어 있으며 두 표시판(100, 200)의 표면에 대하여 수직 또는 수평으로 배향되어 있는 액정 분자를 포함하는 액정층(3)으로 이루어진다.

액정층(3)의 배향은 90° 비틀린 네마틱(twisted nematic, TN) 방식일 수도 있고, 수직 배향(vertical alignment, VA) 방식일 수도 있으며, ECB(electrically controlled birefringence) 방식일 수도 있다.

먼저, 박막 트랜지스터 표시판(100)에는, 도 1 내지 도 3에 보이는 바와 같이, 투명한 유리등으로 이루어진 절연 기판(110) 위에 복수의 게이트선(gate line)(121)과 복수의 유지 전극선(storage electrode line)(131)이 형성되어 있다.

게이트선(121)은 주로 가로 방향으로 뻗어 있고, 서로 분리되어 있으며 게이트 신호를 전달한다. 각 게이트선(121)은 게이트 전극(124)을 이루는 복수의 돌기를 가지며, 게이트선(121)의 한쪽 끝의 끝 부분(125)은 외부 회로와의 연결을 위하여 면적이 넓다.

유지 전극선(131)은 주로 가로 방향으로 뻗어 있으며, 유지 전극(133)을 이루는 복수의 돌출부를 포함한다. 유지 전극선(131)에는 공통 전극 표시판(200)의 공통 전극(common electrode)(270)에 인가되는 공통 전압(common voltage) 따위의 미리 정해진 전압을 인가 받는다.

게이트선(121)과 유지 전극선(131)은 알루미늄과 알루미늄 합금 등 알루미늄 계열의 금속, 은과 은 합금 등 은 계열의 금속, 구리와 구리 합금 등 구리 계열의 금속, 몰리브덴과 몰리브덴 합금 등 몰리브덴 계열의 금속, 크롬, 티타늄, 탄탈륨 따위로 이루어지는 것이 바람직하다. 게이트선(121)과 유지 전극선(131)은 물리적 성질이 다른 두 개의 막, 즉 하부막(도시하지 않음)과 그 위의 상부막(도시하지 않음)을 포함할 수 있다. 상부막은 게이트선(121)과 유지 전극선(131)의 신호 지연이나 전압 강하를 줄일 수 있도록 낮은 비저항(resistivity)의 금속, 예를 들면 알 루미늄(Al)이나 알루미늄 합금 등 알루미늄 계열의 금속으로 이루어진다. 이와는 달리, 하부막은 다른 물질, 특히 ITO(indium tin oxide) 및 IZO(indium zinc oxide)와의 접촉 특성이 우수한 물질, 이를테면 몰리브덴(Mo), 몰리브덴 합금, 크롬(Cr) 등으로 이루어진다. 하부막과 상부막의 조합의 예로는 크롬/알루미늄-네오디뮴(Nd) 합금을 들 수 있다.

게이트선(121) 및 유지 전극선(131)은 단일막 구조를 가지거나 세 층 이상을 포함할 수 있다.

또한 게이트선(121)과 유지 전극선(131)의 측면은 기판(110)의 표면에 대하여 경사져 있으며 그 경사각은 약 20-80°이다.

게이트선(121)과 유지 전극선(131) 위에는 질화규소(SiNx) 따위로 이루어진 게이트 절연막(gate insulating layer)(140)이 형성되어 있다.

게이트 절연막(140) 상부에는 수소화 비정질 규소(hydrogenated amorphous silicon)(비정질 규소는 약칭 a-Si로 씀) 또는 다결정 규소 등으로 이루어진 복수의 선형 반도체(151)가 형성되어 있다. 선형 반도체(151)는 주로 세로 방향으로 뻗어 있으며 이로부터 복수의 돌출부(extension)(154)가 게이트 전극(124)을 향하여 뻗어 나와 있으며, 이로부터 복수의 확장부(157)가 연장되어 있다. 또한 선형 반도체(151)는 게이트선(121) 및 유지 전극선(131)과 만나는 지점 부근에서 폭이 커져서 게이트선(121) 및 유지 전극선(131)의 넓은 면적을 덮고 있다.

반도체(151)의 상부에는 실리사이드(silicide) 또는 n형 불순물이 고농도로 도핑되어 있는 n+ 수소화 비정질 규소 따위의 물질로 만들어진 복수의 선형 및 섬 형 저항성 접촉 부재(ohmic contact)(161, 165)가 형성되어 있다. 선형 접촉 부재(161)는 복수의 돌출부(163)를 가지고 있으며, 이 돌출부(163)와 섬형 접촉 부재(165)는 쌍을 이루어 반도체(151)의 돌출부(154) 위에 위치한다.

반도체(151)와 저항성 접촉 부재(161, 165)의 측면 역시 기판(110)의 표면에 대하여 경사져 있으며 경사각은 20-80°이다.

저항성 접촉 부재(161, 165) 및 게이트 절연막(140) 위에는 복수의 데이터선(data line)(171)과 이로부터 분리되어 있는 복수의 드레인 전극(drain electrode)(175)이 형성되어 있다.

데이터선(171)은 주로 세로 방향으로 뻗어 게이트선(121) 및 유지 전극선(131)과 교차하며 데이터 전압을 전달한다. 데이터선(171)은 다른 층 또는 외부 장치와의 접속을 위하여 면적이 넓은 한쪽 끝의 끝 부분(179)을 포함한다.

각 드레인 전극(175)은 하나의 유지 전극(133)과 중첩하는 확장부(177)를 포함한다. 데이터선(171)의 세로부 각각은 복수의 돌출부를 포함하며, 이 돌출부를 포함하는 세로부가 드레인 전극(175)의 한쪽 끝 부분을 일부 둘러싸는 소스 전극(173)을 이룬다. 게이트 전극(124), 소스 전극(173) 및 드레인 전극(175)은 반도체(151)의 돌출부(154)와 함께 박막 트랜지스터(thin film transistor, TFT)를 이루며, 박막 트랜지스터의 채널(channel)은 소스 전극(173)과 드레인 전극(175) 사이의 돌출부(154)에 형성된다.

데이터선(171) 및 드레인 전극(175)은 크롬 또는 몰리브덴 계열의 금속, 탄탈륨 및 티타늄 등 내화성 금속으로 이루어지는 것이 바람직하며, 몰리브덴(Mo), 몰리브덴 합금, 크롬(Cr) 따위의 하부막(도시하지 않음)과 그 위에 위치한 알루미늄 계열 금속인 상부막(도시하지 않음)으로 이루어진 다층막 구조를 가질 수 있다.

데이터선(171)과 드레인 전극(175)도 게이트선(121) 및 유지 전극선(131)과 마찬가지로 그 측면이 약 30-80°의 각도로 각각 경사져 있다.

저항성 접촉 부재(161, 165)는 그 하부의 반도체(151)와 그 상부의 데이터선(171) 및 드레인 전극(175) 사이에만 존재하며 접촉 저항을 낮추어 주는 역할을 한다. 선형 반도체(151)는 소스 전극(173)과 드레인 전극(175) 사이를 비롯하여 데이터선(171) 및 드레인 전극(175)에 가리지 않고 노출된 부분을 가지고 있다.

데이터선(171), 드레인 전극(175) 및 노출된 반도체(151) 부분의 위에는 무기 물질인 질화 규소나 산화 규소 따위로 이루어진 보호막(passivation layer)(180)이 형성되어 있으며, 보호막(180) 상부에는 평탄화 특성이 우수하며 감광성(photosensitivity)을 가지는 유기 물질로 이루어진 유기 절연막(187)이 형성되어 있다. 이때, 유기 절연막(187)의 표면은 요철 패턴을 가지고, 유기 절연막(187) 위에 형성되는 반사 전극(194)에 요철 패턴을 유도하여 반사 전극(194)의 반사 효율을 극대화한다. 게이트선(121) 및 데이터선(171)의 끝 부분(125, 179)이 형성되어 있는 패드부에는 유기 절연막(187)이 제거되어 있으며 보호막(180)만 남아 있다.

보호막(180)에는 데이터선(171)의 끝 부분(179)을 드러내는 접촉 구멍(contact hole)(183)이 형성되어 있으며, 게이트 절연막(140)과 함께 게이트선(121)의 끝 부분(125)을 노출하는 접촉 구멍(182)이 형성되어 있다. 또한 보호막(180) 및 유기 절연막(187)에는 드레인 전극(175)의 끝 부분(177)을 드러내는 접촉 구멍(185)이 형성되어 있다. 접촉 구멍(182, 183, 185)은 다각형 또는 원 모양 등 다양한 모양으로 만들어질 수 있으며, 측벽은 30-85°의 각도로 기울어져 있거나 계단형이다.

유기 절연막(187) 위에는 복수의 화소 전극(pixel electrode)(190)이 형성되어 있다.

화소 전극(190)은 투명 전극(192) 및 투명 전극(192) 상부에 형성되어 있는 반사 전극(194)을 포함한다. 투명 전극(192)은 투명한 도전 물질인 ITO 또는 IZO로 이루어져 있으며, 반사 전극(194)은 불투명하며 반사도를 가지는 알루미늄 또는 알루미늄 합금, 은 또는 은 합금 등으로 이루어질 수 있다. 화소 전극(190)은 몰리브덴 또는 몰리브덴 합금, 크롬, 티타늄 또는 탄탈륨 등으로 이루어진 접촉 보조층(도시하지 않음)을 더 포함할 수 있다. 접촉 보조층은 투명 전극(192)과 반사 전극(194)의 접촉 특성을 확보하며, 투명 전극(192)이 반사 전극(194)을 산화시키지 못하도록 하는 역할을 한다.

하나의 화소는 크게 투과 영역(TA)(195)과 반사 영역(RA)으로 구분되는데, 투과 영역(TA)(195)은 반사 전극(194)이 제거되어 있는 영역이며, 반사 영역(RA)은 반사 전극(194)이 존재하는 영역이다. 유기 절연막(187)은 투과 영역(TA)과 대응하는 부분이 제거되어 투과창(195)을 이루며, 투과창(195)로 인하여 투과 영역(TA)에서의 셀 갭(cell gap)은 반사 영역(RA)에서의 셀 갭의 대략 2배이다. 따라서 반 사 영역(RA)과 투과 영역(TA)에서 광이 액정층(3)을 통과하는 길이의 차인 광로차를 제거할 수 있다.

화소 전극(190)은 접촉 구멍(185)을 통하여 드레인 전극(175)의 확장부(177)와 물리적·전기적으로 연결되어 드레인 전극(175)으로부터 데이터 전압을 인가 받는다. 데이터 전압이 인가된 화소 전극(190)은 공통 전극(270)과 함께 전기장을 생성함으로써 둘 사이의 액정층(3)의 액정 분자들을 재배열시킨다.

또한 화소 전극(190)과 공통 전극(270)은 축전기[이하 “액정 축전기(liquid crystal capacitor)”라 함]를 이루어 박막 트랜지스터가 턴 오프된 후에도 인가된 전압을 유지하는데, 전압 유지 능력을 강화하기 위하여 액정 축전기와 병렬로 연결된 다른 축전기를 두며 이를 유지 축전기(storage capacitor)라 한다. 유지 축전기는 드레인 전극(175)의 확장부(177)와 유지 전극(133)이 중첩에 의하여 만들어진다. 유지 축전기는 화소 전극(190) 및 이와 이웃하는 게이트선(121)의 중첩 등으로 만들어질 수도 있으며, 이때 유지 전극선(131)은 생략할 수 있다.

화소 전극(190)은 게이트선(121) 및 이웃하는 데이터선(171)과 중첩되어 개구율(aperture ratio)을 높이고 있으나, 중첩되지 않을 수도 있다.

화소 전극(190)의 재료로 투명한 도전성 폴리머(polymer) 등을 사용할 수도 있으며, 반사형(reflective) 액정 표시 장치의 경우 불투명한 반사성 금속을 사용하여도 무방하다.

패드부의 보호막(180) 위에는 접촉 구멍(182, 183)을 통하여 각각 게이트선(121)의 끝 부분(125) 및 데이터선(171)의 끝 부분(179)과 연결되어 있는 복수의 접촉 보조 부재(contact assistant)(95, 97)가 형성되어 있다. 접촉 보조 부재(95, 97)는 게이트선(121) 및 데이터선(171)의 끝 부분(125, 179)과 외부 장치와의 접착성을 보완하고 이들을 보호하는 역할을 하는 것으로 필수적인 것은 아니며, 이들의 적용 여부는 선택적이다. 또한 이들은 투명 전극(192) 또는 반사 전극(194)과 동일한 층으로 형성될 수도 있다.

한편, 박막 트랜지스터 표시판(100)과 마주하는 공통 전극 표시판(200)에는 투명한 유리등의 절연 물질로 이루어진 기판(210) 위에 블랙 매트릭스라고 하는 차광 부재(220)가 형성되어 있다. 차광 부재(220)는 화소 전극(190) 사이의 빛샘을 방지하고 화소 전극(190)과 마주 보는 개구 영역을 정의한다.

복수의 색필터(230)가 기판(210)과 차광 부재(220) 위에 형성되어 있으며, 차광 부재(220)가 정의하는 개구 영역 내에 거의 들어가도록 배치되어 있다. 이웃하는 두 데이터선(171) 사이에 위치하며 세로 방향으로 배열된 색필터(230)들은 서로 연결되어 하나의 띠를 이룰 수 있다. 각 색필터(230)는 적색, 녹색 및 청색 등 삼원색 중 하나를 나타낼 수 있다.

각 색필터(230)는 투과 영역(TA)에서의 두께가 반사 영역(RA)에서의 두께보다 두껍게 형성되어 있어서 투과 영역(TA)과 반사 영역(RA)에서의 광이 색필터(230)를 통과하는 수효의 차이에 따른 색상 톤의 차이를 보상할 수 있다. 이와 달리 색필터(230)의 두께를 동일하게 유지하고 반사 영역(RA)의 색필터(230)에 홀(hole)을 형성함으로써 색상 톤의 차이를 보상할 수도 있다.

차광 부재(220) 및 색필터(230) 위에는 ITO 또는 IZO 등의 투명한 도전 물질 로 이루어져 있는 공통 전극(270)이 형성되어 있다.

박막 트랜지스터 표시판(100)과 공통 전극 표시판(200)의 사이에는 액정층(3)이 주입되어 있다.

표시판(100, 200)의 바깥 면에는 편광판(12, 22)이 구비되어 있다. 편광판(22)의 투과축(θ)과 편광판(12)의 투과축(θ＋90°)은 직교한다.

박막 트랜지스터 표시판(100)과 하부 편광판(12)의 사이에는 하부 λ/4위상차판(13)이 삽입되어 있으며, 공통 전극 표시판(200)과 상부 편광판(22)의 사이에는 제1 상부 λ/4위상차판(14)이 삽입되어 있다.

상부 편광판(22)의 위에는 제2 상부 λ/4위상차판(16)이 위치하고, 그 위에는 선택적 원편광 투과 반사층(18)이 위치하고 있다.

선택적 원편광 투과 반사층(18)의 위에는 기능성 투명 기판(17)이 위치하고 있다. 기능성 투명 기판(17)의 상측면은 일정 형상을 가지는 구조가 형성되어 있는데, 상기 구조는 제1면(17-1)과 제2면(17-2)을 포함한다. 본 실시예에서 상기 구조는 도면에 도시되어 있는 바와 같이 프리즘 형상을 가지며, 프리즘 형상의 일측면은 제1면(17-1)이며, 타측면을 제2면(17-2)이다.

본 실시예에서 제1면(17-1)은 기능성 투명 기판(17)위에 별도의 물질을 적층하지 않은 면이지만, 제2면(17-2)은 기능성 투명 기판(17)위에 콜레스테릭(cholesteric) 액정층을 형성되어 있는 면이다.

그러면 본 발명의 실시예에 따른 액정 표시 장치의 전체 구성 및 빛의 편광에 대하여 자세히 살펴본다.

도 4에서는 표시 패널(300)은 박막 트랜지스터 표시판(100), 공통 전극 표시판(200) 및 그 사이에 주입된 액정층(3)을 포함한다.

표시 패널(300)의 하부면에는 하부 λ/4위상차판(13)이 부착되어 있으며, 그 아래에는 하부 편광판(12)이 부착되어 있다.

한편, 표시 패널(300)의 상부면에는 제1 상부 λ/4위상차판(14)이 부착되어 있으며, 그 위에는 상부 편광판(22)이 부착되어 있다. 그 위에는 제2 상부 λ/4위상차판(16)이 부착되어 있으며, 그 위에는 선택적 원편광 투과 반사층(18)이 부착되어 있다. 그 위에는 제1면과 제2면을 가지는 기능성 투명 기판(17)이 형성되어 있다.

각각에 대하여 자세하게 살펴보면 다음과 같다.

표시 패널(300)의 바깥 면에는 편광판(12, 22)이 구비되어 있다. 편광판(22)의 투과축(θ)과 편광판(12)의 투과축(θ＋90°)은 직교한다. 편광판(12, 22)은 투과축 방향으로 진동하는 선편광은 투과시키며, 이에 수직인 선평광은 흡수하는 흡수형 편광판이다.

한편, 본 발명의 실시예에서는 총 3개의 λ/4위상차판(13, 14, 16)이 사용된다. λ/4위상차판(13, 14, 16)은 빠른축에 평행하는 편광 성분과 이에 수직인 편광 성분에 대하여 1/4파장만큼의 위상차를 부여하는 것으로 선편광을 원편광(타원편광일 수도 있으나, 타원편광인 경우도 포함하는 용어로 이하에서는 원편광을 사용한 다.)으로 바꾸거나 원편광을 선편광으로 바꾸는 역할을 한다.

본 발명의 3개의 λ/4위상차판(13, 14, 16)의 빠른축 각도는 θ±45°로 형성되어 있다. λ/4위상차판의 빠른축과 편광판의 투과축은 45°의 각도를 이룰 때 최대의 위상차가 발생되므로 일반적으로 45°의 각도를 이루도록 하나, 상호 수직 또는 수평이 되는 경우가 아니면 다른 각도를 이루도록 하는 것도 가능하다.

제2 상부 λ/4위상차판(16)의 위에는 선택적 원편광 투과 반사층(18)이 부착되어 있다. 선택적 원편광 투과 반사층(18)은 특정 방향의 원편광은 투과시키고 그 반대 반향의 원편광은 반사시킨다. 본 실시예에서는 선택적 원편광 투과 반사층(18)으로 콜레스테릭 액정층을 사용한다. 선택적 원편광 투과 반사층(18)은 콜레스테릭 액정층과 동일 회전 방향의 원편광은 투과되며, 이와 반대 방향으로 회전하는 원편광은 반사된다. 콜레스테릭 액정층에는 그 배향 상태에 있어서 다양한 모드가 있으나, 본 실시예에서는 원편광의 선택적 반사 및 투과가 이루어져야 하므로 콜레스테릭 액정의 나선축이 기판면에 수직인 플래너(planar) 배향 모드를 사용하는 것이 일반적이다. 선택적 원편광 투과 반사층(18)을 형성하는 방법에 대해서는 추후 설명한다.

기능성 투명 기판(17)은 투명한 기판으로 제작되며, 상부면은 프리즘 형상의 구조가 형성되어 있다. 프리즘 형상을 이루는 기능성 투명 기판(17)의 표면은, 도시되어 있는 바와 같이, 제1면(17-1)과 제2면(17-2)으로 구분된다.

제1면(17-1)은 기능성 투명 기판(17)위에 별도의 물질을 적층하지 않은 면이지만, 제2면(17-2)은 기능성 투명 기판(17)위에 콜레스테릭(cholesteric) 액정층이 형성되어 있는 면이다. 제2면(17-2)으로 입사하는 빛 중에서 콜레스테릭 액정층과 동일 회전 방향의 원편광은 투과되며, 이와 반대 방향으로 회전하는 원편광은 반사된다.

기능성 투명 기판(17)에 제1면(17-1) 및 제2면(17-2)을 형성하는 방법에 대해서는 추후 설명한다.

기능성 투명 기판(17), 선택적 원편광 투과 반사층(18), 제2 상부 λ/4위상차판(16), 상부 편광판(22), 제1 상부 λ/4위상차판(14), 표시 패널(300), 하부 λ/4위상차판(13) 및 하부 편광판(12)의 각층은 일반적으로 점착제를 이용하여 서로 부착되어 있다.

도 5는 표시 장치로 입사되는 빛이 기능성 투명 기판(17), 선택적 원편광 투과 반사층(18), 제2 상부 λ/4위상차판(16) 및 상부 편광판(22)에서 투과하거나 반사되는 상황을 보여준다.

우선 도 5의 A광에 대하여 살펴본다. 기능성 투명 기판(17)의 제2면(17-2)으로 입사한 빛 중 제2면(17-2)의 콜레스테릭 액정층과 동일 회전 방향의 원편광(우원편광)은 투과되고(A-1광), 이와 반대 방향으로 회전하는 원편광(좌원편광)은 반사된다(A-2광).

A-1광은 선택적 원편광 투과 반사층(18)으로 입사한다. 이때, 선택적 원편광 투과 반사층(18)은 우원편광이 투과하며, 좌원편광은 반사하도록 형성되어 있다. 그러므로 A-1광은 그대로 투과한다. 그 후 제2 상부 λ/4위상차판(16)으로 입사하여 우원편광은 선편광(X축 선편광)으로 바뀌며, 상부 편광판(22)을 투과한다. 이때, 상부 편광판(22)의 투과축은 X축 방향이다.

한편, A-2광은 입사된 제2면(17-2)에서 반사된 후 제1면(17-1)을 투과하고, 제2면(17-2)에서 반사된다. A-2광은 제2면(17-2)에서 좌원편광으로 반사되며, 제1면(17-1)을 좌원편광으로 투과하며, 제2면(17-2)의 하부면에서 반사된 후에도 좌원편광을 가진다. 즉, 제2면(17-2)은 콜레스테릭 액정으로 형성되어 있으므로, 제2면(17-2)에서 반사되는 빛은 편광방향이 180°바뀌지 않으며 자기의 편광방향(좌원편광)을 유지한다. 그 후, 선택적 원편광 투과 반사층(18)으로 입사하여 그대로 반사된다(A-3광).

한편, 도 5의 B1 및 B2광에 대하여 살펴본다. B1광은 기능성 투명 기판(17)의 제1면(17-1)과 비스듬한 각도로 입사한 광이며, B2광은 제1면(17-1)과 수직으로 입사한 광이다. B1광과 B2광은 제1면(17-1)과 이루는 각도를 달리하며 입사하고 있으나, 입사된 이후 빛의 편광 상태에 따른 반사 투과가 동일하게 이루어진다. B1광과 B2광은 기능성 투명 기판(17)의 제1면(17-1)을 투과하며, 이때 B1광 및 B2광은 모든 방향의 편광 성분을 가진다. 그 후, B1광 및 B2광은 선택적 원편광 투과 반사층(18)으로 입사한다. 입사된 B1광 및 B2광 중 우원편광은 그대로 투과하며(B1-1광, B2-1광), 좌원편광은 반사된다(B1-2광, B2-2광).

여기서 B1-1광 및 B2-1광은 선택적 원편광 투과 반사층(18)을 투과한 후 제2 상부 λ/4위상차판(16)으로 입사하여 선편광(X축 선편광)으로 바뀌며, 상부 편광판 (22)을 투과한다.

한편, 도 5의 C광은 기능성 투명 기판(17)의 제2면(17-2)으로 수직입사하는 경우로서 콜레스테릭 액정층과 동일 회전 방향의 원편광(우원편광)은 투과되어(C-1광) A-1광과 동일한 경로를 거치며, 이와 반대 방향으로 회전하는 원편광(좌원편광)은 외부로 반사된다(C-2광). 여기서 C-2광이 제1면(17-1)으로 다시 입사되고 기능성 투명 기판(17)에서 반사 또는 굴절되어 선택적 원편광 투과 반사층(18)으로 입사되도록 기능성 투명 기판(17)의 제1면(17-1) 및 제2면(17-2)의 면 각도를 설계할 수도 있다.

한편, 선택적 원편광 투과 반사층(18)에서 반사된 좌원편광인 A-3광, B1-2광 및 B2-2광은 다시 기능성 투명 기판(17)으로 입사한다(D광). D광은 기능성 투명 기판(17)의 제1면(17-1)으로 입사하는 경우(D-1광)와 제2면(17-2)으로 입사하는 경우(D-2)로 나뉜다. D-1광과 D-2광은 제1면(17-1)과 제2면(17-2)을 각각 한번씩 반사한다. 제1면(17-1)에서 반사되는 경우에는 180° 위상 변화가 발생하며, 제2면(17-2)에서 반사되는 경우에는 위상 변화가 발생하지 않는다. 그 결과 D-1광과 D-2광은 모두 우원편광으로 바뀌어 선택적 원편광 투과 반사층(18)으로 입사한다. 선택적 원편광 투과 반사층(18)에서는 우원편광을 그대로 투과시켜 D-1광 및 D-2광이 제2 상부 λ/4위상차판(16)으로 입사되도록 한다. 제2 상부 λ/4위상차판(16)은 우원편광을 X축 선평광된 빛으로 바꾸며, X축으로 선편광된 빛은 상부 편광판(22)을 투과한다.

이상에서 살펴본 바와 같이 기능성 투명 기판(17)의 상부면(제1면(17-1) 및 제2면(17-2))으로 입사한 빛은 선택적 원편광 투과 반사층(18)에서 반사되어 외부로 방출되어야하는 광의 편광 방향을 바꾸어 다시 선택적 원편광 투과 반사층(18)에 입사시키고 투과시킴으로서 외부광을 더욱 효율적으로 사용할 수 있도록 한다. 그 결과 반사 모드에서의 표시 휘도가 향상된다. 이를 위하여 기능성 투명 기판(17)의 제1면(17-1) 및 제2면(17-2)의 형상과 각도뿐만 아니라 외부 공기층과 기능성 투명 기판(17)의 굴절율의 차이도 가능한 크게 하는 것이 바람직하다. 외부 공기층과 기능성 투명 기판(17)의 굴절율의 차이가 크면 외부 공기층에서 기능성 투명 기판(17)으로 빛이 입사하는 경우에는 전반사가 발생하지 않으나, 기능성 투명 기판(17)에서 외부 공기층으로 빛이 나가는 경우 전반사가 쉽게 일어나도록 하여 외부광을 더욱 효율적으로 사용할 수 있다.

도 6은 기능성 투명 기판(17), 선택적 원편광 투과 반사층(18) 및 제2 상부 λ/4위상차판(16)을 투과하면서 X축 방향으로 선평광되는 외부광을 이용하는 반사 모드와 백라이트 유닛(500)에서 하부 편광판(12)으로 입사하는 내부광을 이용하는 투과 모드에서의 빛의 편광 변화를 보여주고 있다.

본 실시예에서는 비틀린 네마틱(twisted nematic, TN) 방식의 액정층(3)을 사용한다. 비틀린 네마틱(twisted nematic, TN) 방식의 액정층(3)은 전계가 인가되는 경우에는 액정 분자가 수직방향으로 배열되여 투과하는 광의 상태를 변화시키지 못하나, 전계가 인가되지 않은 경우에는 액정 분자가 수평방향으로 배열되어 투과 하는 광의 편광 상태를 변화시킨다.

우선 액정층(3)에 전계가 인가되지 않은 경우를 살펴본다.

반사 모드 중 액정층(3)에 전계가 인가되지 않은 경우는 도 6의 R1광으로 도시되어 있다. 상부 편광판(22)을 투과한 광은 X축 선평광이다. X축 선평광은 상부 편광판(22)을 투과한 후 제1 상부 λ/4위상차판(14)으로 입사한다. 제1 상부 λ/4위상차판(14)은 입사된 X축 선평광을 우원편광으로 바꾸며, 상부 절연 기판(210) 및 색필터(230)를 지나 액정층(3)으로 입사한다. 액정층(3)에는 전계가 인가되어 있지 않으므로 광은 Y축 선편광으로 바뀐다. Y축 선편광은 반사 전극(194)에 반사되면서 위상이 180° 바뀌나, 선편광의 특성상 여전히 Y축 선편광이다. 반사 전극(194)에서 반사된 Y축 선편광은 액정층(3)을 지나면서 다시 우원편광으로 바뀌며, 색필터(230)와 상부 절연 기판(210)을 지나 제1 상부 λ/4위상차판(14)으로 입사된다. 제1 상부 λ/4위상차판(14)은 우원편광을 X축 선편광으로 바꾼다. 그 후 X축 선편광은 상부 편광판(22)을 지나 제2 상부 λ/4위상차판(16)으로 입사된다. 제2 상부 λ/4위상차판(16)에서 X축 선편광은 우원편광으로 바뀌며, 바뀐 우원편광은 선택적 원편광 투과 반사층(18)에 입사되어 그대로 통과하며, 통과된 빛은 기능성 투명 기판(17)으로 입사하고 통과하여 외부로 방출된다(화이트 표시).

한편, 투과 모드 중 액정층(3)에 전계가 인가되지 않은 경우는 도 6의 T1광으로 도시되어 있다. 백라이트 유닛(500)의 내부광은 하부 편광판(12)을 투과하며 Y축 선편광만 남게되며, Y축 선편광은 하부 λ/4위상차판(13)을 투과하면서 좌원편광으로 바뀐다. 좌원편광은 하부 절연 기판(110)을 지나서 액정층(3)으로 입사된 다. 액정층(3)을 투과하면서 좌원편광은 우원편광으로 바뀌며, 우원편광은 색필터(230)와 상부 절연 기판(210)을 지나 제1 상부 λ/4위상차판(14)으로 입사한다. 제1 상부 λ/4위상차판(14)은 우원편광을 X축 선편광으로 바꾸며, X축 선편광된 빛은 상부 편광판(22)을 투과하게 된다. 투과된 X축 선평광은 제2 상부 λ/4위상차판(16)을 투과하면서 우원편광으로 바뀌며, 바뀐 우원편광은 선택적 원편광 투과 반사층(18)에 입사되어 그대로 통과하며, 통과된 빛은 기능성 투명 기판(17)으로 입사하고 통과하여 외부로 방출된다(화이트 표시).

한편, 액정층(3)에 전계가 인가된 경우를 살펴보면 아래와 같다.

반사 모드 중 액정층(3)에 전계가 인가된 경우는 도 6의 R2광으로 도시되어 있다. 상부 편광판(22)을 투과한 광은 X축 선평광이다. X축 선평광은 상부 편광판(22)을 투과한 후 제1 상부 λ/4위상차판(14)으로 입사한다. 제1 상부 λ/4위상차판(14)은 입사된 X축 선평광을 우원편광으로 바꾸며, 상부 절연 기판(210) 및 색필터(230)를 지나 액정층(3)으로 입사한다. 액정층(3)에는 전계가 인가되어 있으므로 광의 편광방향에는 변화가 없다. 우원편광은 반사 전극(194)에서 반사되면서 위상이 180° 바뀌어 좌원편광이 된다. 반사 전극(194)에서 반사된 좌원편광은 액정층(3)을 편광방향의 변화없이 투과하며, 색필터(230)와 상부 절연 기판(210)을 지나 제1 상부 λ/4위상차판(14)으로 입사된다. 제1 상부 λ/4위상차판(14)은 좌원편광을 Y축 선편광으로 바꾼다. Y축 선편광은 상부 편광판(22)에 모두 흡수되어 외부로 빛이 방출되지 않는다(블랙 표시).

한편, 투과 모드 중 액정층(3)에 전계가 인가된 경우는 도 6의 T2광으로 도 시되어 있다. 백라이트 유닛(500)의 내부광은 하부 편광판(12)을 투과하며 Y축 선편광만 남게되며, Y축 선편광은 하부 λ/4위상차판(13)을 투과하면서 좌원편광으로 바뀐다. 좌원편광은 하부 절연 기판(110)을 지나서 액정층(3)으로 입사된다. 좌원편광은 액정층(3)을 편광방향의 변화없이 투과하며, 좌원편광은 색필터(230)와 상부 절연 기판(210)을 지나 제1 상부 λ/4위상차판(14)으로 입사한다. 제1 상부 λ/4위상차판(14)은 좌원편광을 Y축 선편광으로 바꾼다. Y축 선편광은 상부 편광판(22)에 모두 흡수되어 외부로 빛이 방출되지 않는다(블랙 표시).

이상과 같은 방식으로 투과 모드와 반사 모드가 모두 액정에 전계가 인가된 경우에는 블랙을 표시하고, 전계가 인가되지 않은 경우에는 화이트를 표시한다.

도 7 내지 도 10은 본 발명의 실시예에 따른 액정 표시 장치의 선택적 원편광 투과 반사층(18)의 제작하는 단계를 순서대로 보여주는 도면이다.

제2 상부 λ/4위상차판(16)의 상부면에 광배향제를 도포한 후 노광하여 광배향막(25)을 형성한다(도 7). 그 후, 광배향막(25)위에 UV(ultraviolet) 가교재가 포함되어 있는 콜레스테릭 액정(45)을 도포한다(도 8). 이 때, 플래너(planar) 배향 상태가 되도록 하는 것이 바람직하다. 그 후, UV(ultraviolet)를 조사하여 콜레스테릭 액정을 경화시킨다(도 9). 경화된 콜레스테릭 액정(46)과 광배향막(25)은 선택적 원편광 투과 반사층(18)을 이룬다(도 10).

이상에서는 제2 상부 λ/4위상차판(16)의 상부면에 선택적 원편광 투과 반사층(18)을 형성하고 있으나, 별도의 기판 상부에 선택적 원편광 투과 반사층(18)을 형성할 수도 있다.

한편, 도 11 내지 도 16은 본 발명의 실시예에 따른 액정 표시 장치의 기능성 투명 기판을 제작하는 단계를 순서대로 보여주는 도면이다.

기능성 투명 기판(17)의 상부면에 프리즘 구조를 가지도록 형성한 후, 기능성 투명 기판(17)의 상부면에 광배향제(50)를 도포한다(도 11). 그 후, 제1 마스크(30)를 이용하여 노광하고(도 12), 그 후 현상하여 제1면(17-1)의 위치에는 광배향막(51)이 형성되지 않으며, 제2면(17-2)의 위치에는 광배향막(51)이 형성되도록 한다(도 13). 그 후, 기능성 투명 기판(17)의 위에 콜레스테릭 액정(40)을 도포한다(도 14). 그 후, 제2 마스크(35)를 이용하여 노광하고(도 15), 그 후 현상하고 경화시켜 제1면(17-1)에 위치한 콜레스테릭 액정은 제거하고 제2면(17-2)의 위치에만 콜레스테릭 액정층이 형성되도록 한다. 도 12에 도시되어 있는 바와 같이 광배향막(51)과 콜레스테릭 액정(41)은 제2면(17-2)을 이룬다(도 16).

도 17에서 도시하고 있는 실시예는 기능성 투명 기판(17)의 상부면을 음각으로 형성된 제1면(17-1)과 제2면(17-2)을 형성하고, 하부면을 프리즘 구조로 형성하고 있다. 이때, 도 17의 P1, P2, P3으로 도시하고 있는 바와 같이 상부면의 꼭지점의 위치(P3)와 하부면의 꼭지점의 위치(P1, P2)는 서로 어긋나도록 형성하는 것이 바람직하다. 이렇게 함으로써 제2면(17-2)의 콜레스테릭 액정층으로 많은 반사광을 집중시켜 광의 이용 효율을 향상시킬 수 있기 때문이다.

도 17에서 도시하고 있는 바와 같이 기능성 투명 기판(17)의 하부면에 일정 형상의 구조를 가지는 경우에 그 하부의 선택적 원편광 투과 반사층(18)과 어떻게 부착할 것인가가 문제시된다.

첫 번째 경우로는 선택적 원편광 투과 반사층(18)을 기능성 투명 기판(17)의 하부면에 직접 형성할 수 있다. 이 경우 선택적 원편광 투과 반사층(18)도 기능성 투명 기판(17)의 하부면의 형상과 동일한 형상을 가진다. 이때, 선택적 원편광 투과 반사층(18)과 제2 상부 λ/4위상차판(16)의 사이에는 공간이 형성된다. 기능성 투명 기판(17)과 선택적 원편광 투과 반사층(18)을 별도의 필름 형태로 형성하는 경우에는 점착제를 이용하여 기능성 투명 기판(17)과 선택적 원편광 투과 반사층(18)을 부착하므로 부착 공정이 필요하나, 이와 같이 기능성 투명 기판(17)의 하부면에 직접 형성하는 경우에는 부착 공정이 필요하지 않다는 장점이 있다.

두 번 째 경우로는 선택적 원편광 투과 반사층(18)을 제2 상부 λ/4위상차판(16)의 위에 부착하고 그 위에 기능성 투명 기판(17)의 하부면을 위치시켜 선택적 원편광 투과 반사층(18)과 기능성 투명 기판(17) 사이에 공간이 형성되도록 하는 것도 가능하다.

첫 번째의 경우 및 두 번째의 경우와 같이 상부층과 하부층 사이에 공간이 형성되는 경우 공간에는 공기를 채울 수 있다. 그러나 공기를 채우는 경우에는 상부층에서 하부층으로 입사하는 빛이 공기와 만나면서 전반사되어 하부층으로 전달되지 않는 문제점이 발생될 수 있다. 이러한 문제점을 제거하기 위해서는 상부층과 하부층 굴절율의 중간 정도의 굴절율을 가지는 매체(예를 들면 실리콘 수지 등 유기 실리콘계 매체)를 사용하여 채우는 것이 바람직하다.

도 2 등에서 도시하고 있는 기능성 투명 기판(17)과 도 17에서 도시하고 있는 기능성 투명 기판(17)외에도 다양한 상부면 및 하부면을 가지는 기능성 투명 기판을 사용할 수 있다. 기능성 투명 기판은 제1면(17-1) 및 제2면(17-2)을 포함하고 제1면(17-1)과 제2면(17-2)면에서 전반사가 발생할 수 있도록 형성하며, 반드시 일면이 평면이거나 프리즘 형상의 구조를 가져야 하는 것은 아니다. 기능성 투명 기판의 형상은 제2 상부 λ/4위상차판(16)의 상부면과 기능성 투명 기판과의 반사 및 전반사를 고려하여 광학 시스템을 최적화할 수 있는 구조로 형성한다. 즉, 그 형상은 외광의 이용 효율 향상만이 아니고, 시야각이나 콘트라스트 등의 표시 특성도 고려하여 결정하는 것이 바람직하다.

이상의 실시예에서는 액정층(3)이 비틀린 네마틱(twisted nematic, TN) 방식인 경우를 예로 들어 설명하였으며, 이와 달리 수직 배향(vertical alignment, VA) 방식 또는 ECB(electrically controlled birefringence) 방식일 수도 있다. 이 뿐만 아니라 공통 전극(270)과 투명 전극(190) 또는 반사 전극(190)을 동일한 절연 기판에 형성하는 IPS(in plain switching) 방식도 가능하다.

반사형 표시 장치는 도 6에 도시되어 있는 반투과형 표시 장치와 비교할 때 하부 절연 기판(110)의 아래에 하부 λ/4위상차판(13), 하부 편광판(12) 및 백라이트 유닛(500)을 형성하지 않는다는 점이 특징이다. 또한, 반사형 표시 장치이므로 투명 전극(190)이 필요하지 않다.

이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 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.

이상에서 살펴본 바와 같이, 반투과형 또는 반사형 액정 표시 장치의 상부에 λ/4위상차판, 선택적 원편광 투과 반사층 및 제1면 및 제2면을 가지는 기능성 투명 기판을 순서대로 형성하여 외부에서 입사하는 빛의 이용 효율을 높여 반사 모드에서 표시 휘도를 향상시킨다.

Claims

표시 패널,

상기 표시 패널의 위에 형성되어 있으며, 표시 패널로 입사하는 외부광 중 제1 방향의 원편광은 투과시키고 상기 제1 방향과 반대 방향의 원편광은 반사시키는 선택적 원편광 투과 반사층,

상부면은 콜레스테릭 액정층이 형성되어 있는 면과 콜레스테릭 액정층이 형성되어 있지 않는 면을 포함하며, 상기 선택적 원편광 투과 반사층 위에 형성되어 있는 기능성 투명 기판을 포함하는 표시 장치.
제1항에서,

상기 선택적 원편광 투과 반사층과 상기 표시 패널의 사이에는 편광판이 형성되어 있는 표시 장치.
제2항에서,

상기 편광판과 상기 표시 패널의 사이에는 제1 λ/4위상차판이 형성되어 있는 표시 장치.
제2항에서,

상기 선택적 원편광 투과 반사층과 상기 편광판의 사이에는 제2 λ/4위상차 판이 형성되어 있는 표시 장치.
제1항에서,

상기 표시 패널의 하부에는 하부 편광판이 형성되어 있는 표시 장치.
제5항에서,

상기 하부 편광판과 상기 표시 패널의 사이에는 제3 λ/4위상차판이 형성되어 있는 표시 장치.
제1항에서,

상기 선택적 원편광 투과 반사층은 콜레스테릭 액정으로 형성되어 있는 표시 장치.
제1항에서,

상피 표시 패널의 하부에는 백라이트 유닛이 형성되어 있는 표시 장치.
제1항에서,

상기 표시 패널, 상기 선택적 원편광 투과 반사층 및 상기 기능성 투명 기판은 점착제에 의하여 밀착되어 있는 표시 장치.
제1항에서,

상기 기능성 투명 기판과 상기 선택적 원편광 투과 반사층의 사이에는 상기 기능성 투명 기판 또는 상기 선택적 원편광 투과 반사층의 표면의 형상에 의하여 공간이 형성되어 있으며, 상기 공간에는 상기 기능성 투명 기판의 굴절율과 상기 선택적 원편광 투과 반사층의 굴절율의 중간 값을 가지는 매체로 채워져 있는 표시 장치.
제10항에서,

상기 매체는 실리콘 수지 등 유기 실리콘계 매체인 표시 장치.
제1항에서,

상기 표시 패널에는 액정이 포함되어 있으며, 상기 액정은 비틀린 네마틱(twisted nematic, TN) 모드, 수직 배향(vertical alignment, VA) 모드, ECB(electrically controlled birefringence) 모드 또는 IPS(in plain switching) 모드 중 하나를 가지는 표시 장치.
제1항에서,

상기 기능성 투명 기판의 상부면은 프리즘 형상을 가지며, 프리즘의 일면에는 상기 콜렉스테릭 액정층이 형성되어 있고, 나머지 일면에는 콜레스테릭 액정층이 형성되어 있지 않은 표시 장치.
제1항에서,

상기 선택적 원편광 투과 반사층에서 상기 기능성 투명 기판으로 입사하는 빛은 상기 콜레스테릭 액정층이 형성되어 있는 면과 상기 콜레스테릭 액정층이 형성되어 있지 않는 면에 각각 반사되어 상기 선택적 원편광 투과 반사층으로 다시 입사되는 표시 장치.
제1항에서,

상기 기능성 투명 기판의 상부면 및 하부면에는 각각 구조물이 형성되어 있으며, 상기 상부면 구조물의 꼭지점과 상기 하부면 구조물의 꼭지점은 서로 어긋나있으며, 상기 각각의 구조물은 양각 또는 음각으로 형성되어 있는 표시 장치.
표시 패널,

상기 표시 패널의 위에 형성되어 있는 제1 λ/4위상차판,

제1 방향의 선편광은 투과시키고 이에 직교하는 선편광은 반사시키는 편광판,

상기 편광판 위에 형성되어 있는 제2 λ/4위상차판,

상기 제2 λ/4위상차판 위에 형성되어 있으며, 제1 방향의 원편광은 투과시키고 상기 제1 방향과 반대 방향의 원편광은 반사시키는 선택적 원편광 투과 반사층,

상부면은 제1면과 제2면을 포함하며, 상기 제2면은 특정 방향의 빛은 투과시키며, 그 외의 빛은 반사시키고, 상기 선택적 원편광 투과 반사층 위에 형성되어 있는 기능성 투명 기판,

상기 표시 패널의 아래에 형성되어 있는 제3 λ/4위상차판,

상기 제3 λ/4위상차판 아래에 형성되어 있는 하부 편광판을 포함하는 표시 장치.
제16항에서,

상기 제2면 위에는 콜레스테릭 액정층이 형성되어 있는 표시 장치.
제16항에서,

상기 선택적 원편광 투과 반사층은 콜레스테릭 액정으로 형성되어 있는 표시 장치.
제16항에서,

상기 하부 편광판의 하부에는 백라이트 유닛이 형성되어 있는 표시 장치.
제16항에서,

상기 기능성 투명 기판, 상기 선택적 원편광 투과 반사층, 상기 제2 λ/4위상차판, 상기 편광판, 상기 제1 λ/4위상차판, 상기 표시 패널, 상기 제3 λ/4위상 차판 및 상기 하부 편광판은 점착제에 의하여 밀착되어 있는 표시 장치.
제16항에서,

상기 기능성 투명 기판과 상기 선택적 원편광 투과 반사층의 사이에는 상기 기능성 투명 기판 또는 상기 선택적 원편광 투과 반사층의 표면의 형상에 의하여 공간이 형성되어 있으며, 상기 공간에는 상기 기능성 투명 기판의 굴절율과 상기 선택적 원편광 투과 반사층의 굴절율의 중간 값을 가지는 매체로 채워져 있는 표시 장치.
제21항에서,

상기 매체는 실리콘 수지 등 유기 실리콘계 매체인 표시 장치.
제16항에서,

상기 제2면은 우원편광 또는 좌원편광 중 하나는 투과시키고 그 나머지는 반사시키는 표시장치.
제16항에서,

상기 기능성 투명 기판의 상부면은 프리즘 형상을 가지며, 프리즘의 일면에는 상기 콜렉스테릭 액정층이 형성되어 있고, 나머지 일면에는 콜레스테릭 액정층이 형성되어 있지 않은 표시 장치.
제16항에서,

상기 선택적 원편광 투과 반사층에서 상기 기능성 투명 기판으로 입사하는 빛은 상기 제1면과 상기 제2면에 각각 반사되어 상기 선택적 원편광 투과 반사층으로 다시 입사되는 표시 장치.
제16항에서,

상기 기능성 투명 기판의 상부면 및 하부면에는 각각 구조물이 형성되어 있으며, 상기 상부면 구조물의 꼭지점과 상기 하부면 구조물의 꼭지점은 서로 어긋나있으며, 상기 각각의 구조물은 양각 또는 음각으로 형성되어 있는 표시 장치.
표시 패널,

상기 표시 패널의 위에 형성되어 있는 제1 λ/4위상차판,

제1 방향의 선편광은 투과시키고 이에 직교하는 선편광은 반사시키는 편광판,

상기 편광판 위에 형성되어 있는 제2 λ/4위상차판,

상기 제2 λ/4위상차판 위에 형성되어 있으며, 제1 방향의 원편광은 투과시키고 상기 제1 방향과 반대 방향의 원편광은 반사시키는 선택적 원편광 투과 반사층,

상부면은 제1면과 제2면을 포함하며, 상기 제2면은 특정 방향의 빛은 투과시 키며, 그 외의 빛은 반사시키고, 상기 선택적 원편광 투과 반사층 위에 형성되어 있는 기능성 투명 기판을 포함하는 표시 장치.
제27항에서,

상기 제2면 위에는 콜레스테릭 액정층이 형성되어 있는 표시 장치.
제27항에서,

상기 제2면은 우원편광 또는 좌원편광 중 하나는 투과시키고 그 나머지는 반사시키는 표시장치.
제27항에서,

상기 기능성 투명 기판의 상부면은 프리즘 형상을 가지며, 프리즘의 일면에는 상기 콜렉스테릭 액정층이 형성되어 있고, 나머지 일면에는 콜레스테릭 액정층이 형성되어 있지 않은 표시 장치.
제27항에서,

상기 선택적 원편광 투과 반사층에서 상기 기능성 투명 기판으로 입사하는 빛은 상기 제1면과 상기 제2면에 각각 반사되어 상기 선택적 원편광 투과 반사층으로 다시 입사되는 표시 장치.
제27항에서,

상기 기능성 투명 기판의 상부면 및 하부면에는 각각 구조물이 형성되어 있으며, 상기 상부면 구조물의 꼭지점과 상기 하부면 구조물의 꼭지점은 서로 어긋나있으며, 상기 각각의 구조물은 양각 또는 음각으로 형성되어 있는 표시 장치.
제27항에서,

상기 기능성 투명 기판과 상기 선택적 원편광 투과 반사층의 사이에는 상기 기능성 투명 기판 또는 상기 선택적 원편광 투과 반사층의 표면의 형상에 의하여 공간이 형성되어 있으며, 상기 공간에는 상기 기능성 투명 기판의 굴절율과 상기 선택적 원편광 투과 반사층의 굴절율의 중간 값을 가지는 매체로 채워져 있는 표시 장치.
제33항에서,

상기 매체는 실리콘 수지 등 유기 실리콘계 매체인 표시 장치.