KR20080002631A - 액정표시장치 및 그 제조방법 - Google Patents

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Abstract

본발명은, 투과영역과 반사영역을 갖는 화소영역이 정의된 제 1, 2 기판과; 상기 투과영역에 꺾임형상을 갖고, 상기 제 1, 2 기판 중 하나에 위치하는 제 1 전계왜곡수단과; 상기 반사영역에 꺾임형상을 갖고, 상기 제 1, 2 기판 중 하나에 위치하는 제 2 전계왜곡수단과; 상기 제 1, 2 기판 사이에 위치하는 액정을 포함하고, 상기 제 1 전계왜곡수단의 꺾임각도는 상기 제 2 전계왜곡수단의 꺾임각도와 다른 액정표시장치를 제공한다.

Description

액정표시장치 및 그 제조방법{Liquid crystal display device and method of fabricating the same}
도 1은 종래의 싱글셀갭구조를 갖는 수직배향방식 반사투과 액정표시장치의 V-T, V-R 특성을 도시한 그래프.
도 2는 본발명의 제 1 실시예에 따른 수직배향방식 반사투과 액정표시장치를 도시한 도면.
도 3은 도 2의 절단선 III-III'을 따라 도시한 단면도.
도 4는 도 2의 액정표시장치의 투과영역에서의 전계와 액정분자배열을 도시한 도면.
도 5는 도 2의 액정표시장치의 반사영역에서의 전계와 액정분자배열을 도시한 도면.
도 6은 본발명의 제 2 실시예에 따른 수직배향방식 반사투과 액정표시장치를 도시한 평면도.
도 7은 도 6의 절단선 VII-VII'을 따라 도시한 단면도.
도 8은 도 6의 액정표시장치의 투과영역에서의 전계와 액정분자배열을 도시한 도면.
도 9는 도 6의 액정표시장치의 반사영역에서의 전계와 액정분자배열을 도시한 도면.
도 10은 본발명의 실시예들에 따른 수직배향방식 반사투과 액정표시장치의 V-T, V-R 특성을 도시한 그래프.
도 11은 본 발명의 제 3 실시예에 따른 수직배향방식 반사투과 액정표시장치를 도시한 단면도.
도 12a 및 12b는 도 11의 액정표시장치에서 각각 전계 인가 전과 후의 투과영역에서의 편광상태를 도시한 도면.
도 13a 및 13b는 도 11의 액정표시장치에서 각각 전계 인가 전과 후의 반사영역에서의 편광상태를 도시한 도면.
도 14는 본 발명의 제 4 실시예에 따른 수직배향방식 반사투과 액정표시장치를 도시한 단면도.
도 15는 본 발명의 제 5 실시예에 따른 수직배향방식 반사투과 액정표시장치의 단면도.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
121 : 게이트배선 123 : 게이트전극
141 : 반도체층 151 : 데이터배선
153 : 소스전극 155 : 드레인전극
171 : 반사전극 191 : 투과전극
S1, S2, S3, S4 : 제 1 내지 4 슬릿
본 발명은 액정표시장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 수직배향(Vertical Alignment : VA)방식 반사투과(transflective) 액정표시장치 및 그 제조방법에 관한 것이다.
액정표시장치는 액정의 광학적 이방성과 분극성질을 이용한다. 액정은 구조가 가늘고 길기 때문에 분자의 배열에 방향성을 가지고 있으며, 인위적으로 액정에 전기장을 인가하여 분자배열의 방향을 제어할 수 있다.
따라서, 액정의 분자배열 방향을 임의로 조절하면, 액정의 분자배열이 변하게 되고, 광학적 이방성에 의해 액정의 분자배열 방향으로 빛의 편광상태가 변화되어 화상을 표현할 수 있다.
이와 같은 방식으로 화상을 표시하는 액정표시장치는 중, 수직배향방식 액정표시장치는 대비비가 크고 광시야각을 구현할 수 있는 장점이 있다. 수직배향방식 액정표시장치에서는, 유전율 이방성이 음(negative)인 VA모드 액정이 사용된다. 이에 따라, 전계가 인가되지 않는 경우에, 액정분자의 장축이 기판면에 수직을 이루도록 배열된다. 한편, 수직배향방식 액정표시장치 중, 수직배향방식 반사투과 액정표시장치는, 필요에 따라 반사모드와 투과모드로 구동할 수 있어 소비전력을 감소 시킬 수 있는 장점을 갖는다.
일반적인 수직배향방식 반사투과 액정표시장치는, 투과영역과 반사영역의 셀갭이 서로 다른 듀얼셀갭(dual cell gap)구조를 갖는다. 그런데, 듀얼셉갭구조를 사용하는 경우에, 보호층 공정에서의 난이도 상승에 따른 수율문제와, 반사영역과 투과영역의 단차에 기인한 전경선(disclination) 문제가 발생하게 된다.
위와 같은 문제를 개선하기 위해, 투과영역과 반사영역이 동일한 셀갭을 갖는 단일셀갭(single cell gap)구조가 제안되었다. 그런데, 단일셀갭구조를 갖는 수직배향방식 반사투과 액정표시장치에서는, 투과모드에서의 V-T(voltage-transmittance) 특성과, 반사모드에서의 V-R(voltage-reflectance) 특성의 차이가 크다. 도 1은 종래의 싱글셀갭구조를 갖는 수직배향방식 반사투과 액정표시장치의 V-T, V-R 특성을 도시한 그래프이다.
이와 같은 특성차를 개선하기 위해, 종래의 단일셀갭구조를 갖는 수직배향방식 반사투과 액정표시장치는 듀얼감마(dual gamma)방식과 같이 복잡한 추가구동기술을 필요로 하게 된다. 이에 따라, 구동IC 개수의 증가에 따른 제조비용의 상승문제가 발생하게 된다.
본 발명은, 전술한 문제를 해결하기 위한 것으로, 생산수율을 높이고 제조비용의 절감할 수 있는 액정표시장치 및 그 제조방법을 제공하는 데 목적이 있다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 액정표시장치는 서로 마주 대하며, 투과영역과 반사영역을 갖는 제 1 및 2 기판과, 상기 제 1 및 2 기판 중 하나의 상기 투과영역에 위치하며, 제 1 꺾임형상을 갖는 제 1 전계왜곡수단과, 상기 제 1 및 2 기판 중 하나의 상기 반사영역에 위치하며, 제 2 꺾임형상을 갖는 제 2 전계왜곡수단과, 상기 제 1 및 2 기판 사이에 위치하는 액정층을 포함하고, 상기 제 1 꺾임형상은 상기 제 1 꺾임형상의 제 1 대칭축의 제 1 수직방향에 대해 제 1 각도를 가지며, 상기 제 2 꺾임형상은 상기 제2 꺾임형상의 제 2 대칭축의 제 2 수직방향에 대해 제 2 각도를 갖고, 상기 제 1 각도는 상기 제 2 각도와 다르다.
본 발명의 액정표시장치는 상기 제 1 및 2 기판 중 다른 하나의 상기 투과영역에 위치하며, 제 3 꺾임형상을 갖는 제 3 전계왜곡수단과, 상기 제 1 및 2 기판 중 다른 하나의 상기 반사영역에 위치하며, 제 4 꺾임형상을 갖는 제 4 전계왜곡수단을 더 포함하고, 상기 제 1 및 제 3 전계왜곡수단은 서로를 보충하며, 상기 제 2 및 제 4 전계왜곡수단은 서로를 보충한다.
상기 제 3 꺾임형상은 상기 제 3 꺾임형상의 제 3 대칭축의 제 3 수직방향에 대해 제 3 각도를 갖고, 상기 제 4 꺾임형상은 상기 제 4 꺾임형상의 제 4 대칭축의 제 4 수직방향에 대해 제 4 각도를 가지며, 상기 제 1 각도는 제 3 각도와 동일하고 제 2 각도는 제 4 각도와 동일하다.
상기 제 1 전계왜곡수단은 화소전극 내의 슬릿이며, 상기 제 2 전계왜곡수단은 공통전극 내의 슬릿이거나 공통전극 상부의 리브(rib)일 수 있다.
본 발명의 액정표시장치는 상기 액정층에 인접한 상기 제 1 기판의 내면에 제 1 보상필름을 더 포함한다. 또한, 상기 제 1 기판의 바깥쪽 면에 제 2 보상필름을 더 포함할 수 있다.
본 발명의 액정표시장치는 상기 액정층에 인접한 상기 제 1 기판의 내면에 보상필름을 더 포함하며, 상기 보상필름은 상기 반사영역에 위치하며 0보다 큰 위상차값을 가지는 제 1 부분과 상기 투과영역에 위치하며 0의 위상차값을 가지는 제 2 부분을 포함한다.
상기 제 1 각도는 상기 제 2 각도보다 크며, 상기 제 1 각도는 상기 제 2 각도의 두 배일 수 있다.
본 발명의 다른 예에 따른 액정표시장치는 서로 마주 대하며, 투과영역과 반사영역을 갖는 제 1 및 제 2 기판과, 상기 제 1 및 2 기판 사이에 위치하는 액정층을 포함하고, 상기 액정표시장치는 상기 투과영역에서 제 1 각도를 갖는 제 1 전기장을 생성하고 상기 반사영역에서 제 2 각도를 갖는 제 2 전기장을 생성하며, 상기 제 1 및 제 2 각도는 상기 제 1 및 제 2 기판 중의 하나에 평행한 제 1 평면과 상기 제 1 및 제 2 기판 중의 하나에 수직한 제 2 평면에 대해 서로 다르다. 여기서, 상기 제 1 각도는 상기 제 2 각도보다 크며, 상기 제 1 각도는 상기 제 2 각도의 두 배일 수 있다.
상기 액정층은 수직배향 모드 액정분자를 포함한다.
본 발명의 다른 예에 따른 액정표시장치는 상기 액정층과 상기 제 1 기판 사이에 제 1 보상필름을 더 포함하며, 상기 제 1 보상필름은 상기 반사영역에 0과 λ 사이의 위상차값을 갖는 제 1 부분을 가진다. 또한, 상기 제 1 보상필름은 상기 투과영역에 0의 위상차값을 갖는 제 2 부분을 가진다.
본 발명의 다른 예에 따른 액정표시장치는 상기 제 1 기판의 바깥쪽 면에 제 2 보상필름을 더 포함하며, 상기 제 1 기판은 상기 제 1 및 제 2 보상필름 사이에 위치한다.
본 발명에 따른 액정표시장치의 제조 방법은 제 1 및 제 2 기판을 준비하는 단계와, 상기 제 1 및 제 2 기판 중 하나의 투과영역에, 제 1 꺾임형상을 갖는 제 1 전계왜곡수단을 형성하는 단계와, 상기 제 1 및 제 2 기판 중 하나의 반사영역에, 제 2 꺾임형상을 갖는 제 2 전계왜곡수단을 형성하는 단계와, 상기 제 1 및 제 2 기판 사이에 위치하는 액정층을 형성하는 단계를 포함하고, 상기 제 1 꺾임형상은 상기 제 1 꺾임형상의 제 1 대칭축의 제 1 수직방향에 대해 제 1 각도를 가지며, 상기 제 2 꺾임형상은 상기 제2 꺾임형상의 제 2 대칭축의 제 2 수직방향에 대해 제 2 각도를 갖고, 상기 제 1 각도는 상기 제 2 각도와 다르다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여, 본발명의 실시예를 설명한다.
도 2는 본발명의 제 1 실시예에 따른 수직배향방식 반사투과 액정표시장치를 도시한 도면이고, 도 3은 도 2의 절단선 III-III'을 따라 도시한 단면도이다. 도 4는 도 2의 액정표시장치의 투과영역에서의 전계와 액정분자배열을 도시한 도면이고, 도 5는 도 2의 액정표시장치의 반사영역에서의 전계와 액정분자배열을 도시한 도면이다.
도 2와 3에 도시한 바와 같이, 본발명의 제 1 실시예에 따른 액정표시장치는, 투과영역과 반사영역이 실질적으로 동일한 셀갭을 갖는 단일셀갭구조를 갖는다.
제 1 기판(110) 상에는 서로 교차하여 화소영역(P)을 정의하는 게이트배선 및 데이터배선(121, 151)이 형성되어 있다.
게이트배선 및 데이터배선(121, 151)이 교차하는 부분에는, 박막트랜지스터(T)가 형성되어 있다. 박막트랜지스터(T)는, 게이트배선(121)과 연결되는 게이트전극(123)과, 게이트전극(123) 상부의 반도체층(141)과, 반도체층(141) 상부에 위치하고 데이터배선(151)과 연결되는 소스전극(153)과, 소스전극(153)과 이격된 드레인전극(155)을 포함한다. 게이트전극(123) 상부에는 게이트절연막(130)이 형성되어 있다.
화소영역(P)은 투과영역(TR)과 반사영역(RR)을 포함한다. 반사영역(RR)의 제1 보호층(160)의 상면은 요철패턴을 갖는다. 요철패턴을 갖는 제 1 보호층(160) 상부에는, 요철패턴을 갖는 반사전극(171)이 형성되어 있다.
제 1 기판(110) 상의 투과전극(191)은 투과영역(TR)과 반사영역(RR)에 형성되어 있다. 반사전극(171)과 투과전극(191)은 화소전극을 정의한다.
투과전극(191)은, 인듐-틴-옥사이드(indium-tin-oxide : ITO)와 인듐-징크-옥사이드(indium-zinc-oxide : IZO)를 포함하는 투명도전성물질로 이루어진다. 투과전극(191)은, 제 1, 2 보호층(160, 180)에 형성된 드레인콘택홀(181)을 통해 드레인전극(155)과 연결된다. 투과전극(191)은, 드레인콘택홀(181)을 통해 반사전 극(171)과 연결될 수 있다.
투과전극(191)은, 투과영역(TR)에 형성된 제 1 슬릿(slit ; S1)과 반사영역(RR)에 형성된 제 2 슬릿(S2)을 갖는다. 제 1, 2 슬릿(S1, S2)은 전계를 왜곡하기 위한 전계왜곡구조물에 해당된다. 제 1, 2 슬릿(S1, S2)은 중심부가 꺾여진 꺾임형상(셰브론(chevron)형상)을 갖는다. 제 1, 2 슬릿(S1, S2)은 한번이상 꺾여진 지그재그 형상을 가질 수 있다.
제 1, 2 슬릿(S1, S2)은 서로 다른 각도로 꺾여진다. 제 1 슬릿(S1)은 제 2 슬릿(S2)에 비해 꺾여진 각도가 더욱 크다. 예를 들면, 제 1, 2 슬릿(S1, S2)의 꺾임각도(θ1, θ2)는, 제 1, 2 슬릿(S1, S2)의 대칭축에 수직한 기준축을 기준으로 하여 정의된다. 이와 같은 경우에, 제 1 슬릿(S1)의 꺾임각도(θ1)는 30도 내지 60도, 제 2 슬릿(S2)의 꺾임각도(θ2)는 10도 내지 30도 일 수 있다. 특히, 제 1 슬릿(S1)의 꺾임각도(θ2)는 45도, 제 2 슬릿(S2)의 꺾임각도(θ2)는 22.5도 일 수 있다. 이처럼, 제 1 슬릿(S1)의 꺾임각도(θ1)는, 제 2 슬릿(S2)의 꺾임각도(θ2)의 두배일 수 있다.
제 2 기판(210) 상에는 블랙매트릭스(221)와 컬러필터(231)가 형성되어 있다. 블랙매트릭스(221)는, 게이트배선(121), 데이터배선(151), 박막트랜지스터(T)에 대응된다. 컬러필터(231)는, 화소영역(P)에 위치한다. 컬러필터(231) 상부에는 평탄화층(240)이 형성되어 있다.
평탄화층(240) 상부에는 투과전극(191)과 전계를 형성하는 공통전극(250)이 형성되어 있다. 공통전극(250)은, 인듐-틴-옥사이드와 인듐-징크-옥사이드를 포함 하는 투명도전성물질로 이루어진다.
공통전극(250)은, 제 1 슬릿(S1)에 대응하여 투과영역(TR)에 형성된 제 3 슬릿(S3)과, 제 2 슬릿(S2)에 대응하여 반사영역(RR)에 형성된 제 4 슬릿(S4)을 갖는다. 제 1, 3 슬릿(S1, S3)은 교대로 위치하고, 제 2, 4 슬릿(S2, S4)은 교대로 위치한다.
제 3, 4 슬릿(S3, S4)은, 대응되는 제 1, 2 슬릿(S1, S2)과 함께 전계를 왜곡하기 위한 전계왜곡구조물에 해당된다. 제 3, 4 슬릿(S3, S4)은 중앙부가 꺾여진 꺾임형상(셰브론형상)을 갖는다. 제 3, 4 슬릿(S3, S4)은 한번이상 꺾여진 지그재그 형상을 가질 수 있다.
제 3, 4 슬릿(S3, S4)은 서로 다른 각도로 꺾여진다. 제 3 슬릿(S3)은 제 4 슬릿(S4)에 비해 꺾여진 각도가 더욱 크다. 예를 들면, 제 3, 4 슬릿(S3, S4)의 꺾임각도(θ3, θ4)는, 제 3, 4 슬릿(S3, S4)의 대칭축에 수직한 기준축을 기준으로 하여 정의된다. 이와 같은 경우에, 제 3 슬릿(S3)의 꺾임각도(θ3)는 30도 내지 60도, 제 4 슬릿(S4)의 꺾임각도(θ4)는 10도 내지 30도 일 수 있다. 특히, 제 3 슬릿(S3)의 꺾임각도(θ3)는 45도, 제 4 슬릿(S4)의 꺾임각도(θ4)는 22.5도 일 수 있다.
위와 같은 제 1 내지 4 슬릿(S1, S2, S3, S4)의 구조에 따라, 투과영역(TR)과 반사영역(RR)에서 발생되는 전계와 액정분자배열은 상이해진다. 어레이기판과 컬러필터기판 사이에 위치하는 액정층(280)의 물질로서, 유전율이방성이 음인 VA모드 액정이 사용된다. 따라서, 전계가 인가되지 않는 경우에는 액정분자의 장축은 기판 면에 수직으로 배향되고, 전계가 인가되는 경우에는 액정분자의 장축은 전계에 수직하게 배열된다.
도 4를 참조하면, 투과영역(TR)에서는, 제 1, 3 슬릿(S1, S3)의 대칭축을 기준으로 하여, 제 1, 3 슬릿(S1, S3)의 꺾임각도(θ1, θ3) 만큼에 해당되는 방향으로 전계(ET)가 발생하게 된다. 이에 따라, 투과영역(TR)에서의 액정분자(281)는, 전계(ET)에 수직하며, 제 1, 3 슬릿(S1, S3)의 대칭축을 기준으로 제 1, 3 슬릿(S1, S3)의 꺾임각도(θ1, θ3) 만큼에 해당되는 방향으로 배열하게 된다.
도 5를 참조하면, 반사영역(RR)에서는, 제 2, 4 슬릿(S2, S4)의 대칭축을 기준으로 하여, 제 2, 4 슬릿(S2, S4)의 꺾임각도(θ2, θ4)에 해당되는 방향으로 전계(ER)가 발생하게 된다. 이에 따라, 반사영역(RR)에서의 액정분자(282)는, 전계(ER)에 수직하며, 제 2, 4 슬릿(S2, S4)의 대칭축을 기준으로 꺾임각도(θ2, θ4) 만큼에 해당되는 방향으로 배열하게 된다.
이처럼, 슬릿의 대칭축을 기준으로, 투과영역의 액정분자는 반사영역의 액정분자에 비해 보다 큰 각도의 방향으로 배열하게 된다. 이에 따라, 동일한 데이터전압을 인가하는 경우에, 투과영역과 반사영역의 액정의 유효 위상차가 다르게 느껴지게 된다. 예를 들면, 본발명의 실시예에서 제시된 꺾임각도로 슬릿이 구성된 경우에, 반사영역에서의 위상차는 투과영역에서의 위상차와 동일하며, 액정층을 통과한 빛은 투과영역과 반사영역에서 서로 다른 방향으로 편광된다. 이에 따라, 투과영역과 반사영역의 셀갭이 동일한 단일셀갭구조에서 투과모드에서의 V-T 특성과 반사모드에서의 V-R 특성을 일치시킬 수 있게 되어, 단일감마(single gamma)방식으로 구동이 가능하게 된다.
전술한 바와 같이, 본발명의 실시예에서는, 전계왜곡구조물로서, 투과영역에 배치된 슬릿과, 반사영역에 배치된 슬릿은, 꺾여진 각도가 서로 상이하다. 이에 따라, 투과영역에 발생된 전계와, 반사영역에 발생된 전계는 서로 다른 방향을 갖게 된다. 이는, 투과영역의 액정분자와, 반사영역의 액정분자 배열방향이 서로 상이하도록, 영역별로 액정분자를 개별적으로 조절하는 결과를 낳게 된다.
이로 인해, 동일한 데이터전압을 인가하는 경우에, 투과영역과 반사영역에서의 액정의 유효 위상차가 다르게 느껴지게 된다. 이에 따라, 투과영역과 반사영역의 셀갭이 동일한 단일셀갭구조에서 투과모드에서의 V-T 특성과 반사모드에서의 V-R 특성을 일치시킬 수 있게 되어, 단일감마(single gamma)방식으로 구동이 가능하게 된다.
따라서, 단일셀갭구조를 사용함에 따른 생산수율의 장점을 살리는 동시에, V-T 특성과 V-R 특성을 일치시키 위한 구동회로의 추가가 요구되지 않으므로 제조비용을 절감할 수 있게 된다.
도 2와 3을 참조하여 본발명의 제 1 실시예에 따른 수직배향방식 반사투과 액정표시장치의 제조방법을 설명한다.
먼저, 어레이기판의 제조방법에 대해 설명한다.
제 1 기판(110) 상에, 금속물질을 증착하고 패터닝하여 게이트배선 및 게이트전극(121, 123)을 형성한다. 다음으로, 게이트배선(121)이 형성된 제 1 기판(110) 상에 게이트절연막(130)을 형성한다.
다음으로, 게이트절연막(130) 상에, 순수비정질실리콘(a:Si-H)과 불순물이 포함된 비정질실리콘(n+ 또는 p+ a-Si:H)을 증착하고 패터닝하여, 액티브층(142)과 오믹콘택층(143)을 형성한다. 액티브층(142)과 오믹콘택층(143)은 반도체층(141)을 이루게 된다.
다음으로, 반도체층(141)이 형성된 기판(110)에, 금속물질을 증착하고 패터닝하여, 데이터배선(151), 소스전극(153), 드레인전극(155)을 형성한다.
다음으로, 데이터배선(151)이 형성된 제 1 기판(110) 상에, 제 1 보호층(160)을 형성한다. 반사영역(RR)에서는 제 1 보호층(160)이 요철형상을 갖도록 형성된다.
다음으로, 제 1 보호층(160) 상에 반사율이 뛰어난 도전성물질을 증착하고 패터닝하여, 반사영역(RR)에 반사전극(171)을 형성한다.
다음으로, 반사전극(171)이 형성된 제 1 기판(110) 상에 제 2 보호층(180)을 형성한다. 다음으로, 제 1, 2 보호층(160, 180)을 패터닝하여, 드레인전극(155)을 노출하는 드레인콘택홀(181)을 형성한다.
다음으로, 제 2 보호층(180) 상에 투명도전성물질을 증착하고 패터닝하여, 투과영역(TR)에 제 1 슬릿(S1)을 갖고 반사영역(RR)에 제 2 슬릿(S2)을 갖는 투과전극(191)을 화소영역(P)에 형성한다.
위와 같은 공정을 통해 본발명의 제 1 실시예에 따른 어레이기판을 형성한다.
다음으로, 컬러필터기판을 제조하는 방법을 설명한다.
먼저, 제 2 기판(210) 상에, 블랙레진을 도포하거나 크롬을 증착하고 패터닝하여 블랙매트릭스(221)를 형성한다. 다음으로, 컬러레진을 도포하고 패터닝하여, 화소영역(P)에 컬러필터(231)를 형성한다.
다음으로, 컬러필터(231) 상에 평탄화층(240)을 형성한다. 이에 따라, 평탄화층(240)을 갖는 제 2 기판(210)은 평탄화된다.
다음으로, 평탄화층(240) 상에 투명도전성물질을 증착하고 패터닝하여, 투과영역(TR)에 제 3 슬릿(S3)을 갖고 반사영역(RR)에 제 4 슬릿(S4)을 갖는 공통전극(250)을 형성한다.
위와 공정을 통해, 본발명의 제 1 실시예에 따른 컬러필터기판을 형성한다.
전술한 바와 같이 형성된 어레이기판과 컬러필터기판은, 씰패턴을 사용하여 합착된다. 그리고 나서, 두기판 사이에 VA모드의 액정층(280)이 충진되어, 본발명의 제1 실시예에 따른 수직배향방식 반사투과 액정표시장치가 제조된다.
도 6은 본발명의 다른 실시예에 따른 수직배향방식 반사투과 액정표시장치를 도시한 평면도이고, 도 7은 도 6의 절단선 VII-VII'을 따라 도시한 단면도이다. 도 8은 도 6의 액정표시장치의 투과영역에서의 전계와 액정분자배열을 도시한 도면이고, 도 9는 도 6의 액정표시장치의 반사영역에서의 전계와 액정분자배열을 도시한 도면이다.
도 6과 7에 도시한 액정표시장치는, 공통전극의 슬릿 대신에 리브를 사용하는 점을 제외하고는, 도 2와 3에 도시한 액정표시장치와 유사한 구조를 갖는다. 따라서, 도 2와 3과 동일유사한 구성에 대해서는 설명이 생략될 수 있다.
도 6과 7에 도시한 바와 같이, 본발명의 제 2 실시예에 따른 액정표시장치는, 투과영역과 반사영역이 실질적으로 동일한 셀갭을 갖는 단일셀갭구조를 갖는다.
제 1 기판(110) 상에는 서로 교차하여 화소영역(P)을 정의하는 게이트배선 및 데이터배선(121, 151)이 형성되어 있다.
게이트배선 및 데이터배선(121, 151)이 교차하는 부분에는, 박막트랜지스터(T)가 형성되어 있다. 박막트랜지스터(T)는, 게이트배선(121)과 연결되는 게이트전극(123)과, 게이트전극(123) 상부의 반도체층(141)과, 반도체층(141) 상부에 위치하고 데이터배선(151)과 연결되는 소스전극(153)과, 소스전극(153)과 이격된 드레인전극(155)을 포함한다. 게이트전극(121) 상부에는 게이트절연막(130)이 형성되어 있다.
화소영역(P)은 투과영역(TR)과 반사영역(RR)을 포함한다. 반사영역(RR)의 제1 보호층(160)의 상면은 요철패턴을 갖는다. 요철패턴을 갖는 제 1 보호층(160) 상부에는, 요철패턴을 갖는 반사전극(171)이 형성되어 있다.
제 1 기판(110) 상의 투과전극(191)은 투과영역(TR)과 반사영역(RR)에 형성되어 있다. 반사전극(171)과 투과전극(191)은 화소전극을 정의한다.
투과전극(191)은, 인듐-틴-옥사이드와 인듐-징크-옥사이드를 포함하는 투명도전성물질로 이루어진다. 투과전극(191)은, 제 1, 2 보호층(160, 180)에 형성된 드레인콘택홀(181)을 통해 드레인전극(155)과 연결된다. 투과전극(191)은, 드레인콘택홀(181)을 통해 반사전극(171)과 연결될 수 있다.
투과전극(191)은, 투과영역(TR)에 형성된 제 1 슬릿(S1)과 반사영역(RR)에 형성된 제 2 슬릿(S2)을 갖는다. 제 1, 2 슬릿(S1, S2)은 전계를 왜곡하기 위한 전계왜곡구조물에 해당된다. 제 1, 2 슬릿(S1, S2)은 중심부가 꺾여진 꺾임형상(셰브론형상)을 갖는다. 제 1, 2 슬릿(S1, S2)은 한번이상 꺾여진 지그재그 형상을 가질 수 있다.
제 1, 2 슬릿(S1, S2)은 서로 다른 각도로 꺾여진다. 제 1 슬릿(S1)은 제 2 슬릿(S2)에 비해 꺾여진 각도가 더욱 크다. 예를 들면, 제 1, 2 슬릿(S1, S2)의 꺾임각도(θ1, θ2)는, 제 1, 2 슬릿(S1, S2)의 대칭축에 수직한 기준축을 기준으로 하여 정의된다. 이와 같은 경우에, 제 1 슬릿(S1)의 꺾임각도(θ1)는 30도 내지 60도, 제 2 슬릿(S2)의 꺾임각도(θ2)는 10도 내지 30도 일 수 있다. 특히, 제 1 슬릿(S1)의 꺾임각도(θ2)는 45도, 제 2 슬릿(S2)의 꺾임각도(θ2)는 22.5도 일 수 있다. 이처럼, 제 1 슬릿(S1)의 꺾임각도(θ1)는, 제 2 슬릿(S2)의 꺾임각도(θ2)의 두배일 수 있다.
제 2 기판(210) 상에는 블랙매트릭스(221)와 컬러필터(231)가 형성되어 있다. 블랙매트릭스(221)는, 게이트배선(121), 데이터배선(151), 박막트랜지스터(T)에 대응된다. 컬러필터(231)는, 화소영역(P)에 위치한다. 컬러필터(231) 상부에는 평탄화층(240)이 형성되어 있다.
평탄화층(240) 상부에는 투과전극(191)과 전계를 형성하는 공통전극(250)이 형성되어 있다. 공통전극(250)은, 인듐-틴-옥사이드와 인듐-징크-옥사이드를 포함하는 투명도전성물질로 이루어진다.
공통전극(250) 상부에는, 제 1 슬릿(S1)에 대응하여 투과영역(TR)에 형성된 제 1 리브(rib : R1)와, 제 2 슬릿(S2)에 대응하여 반사영역(TR)에 형성된 제 2 리브(R2)가 형성되어 있다. 제 1 슬릿(S1)과 제 1 리브(R1)는 교대로 위치하고, 제 2 슬릿(S2)과 제 2 리브(R2)는 교대로 위치한다.
제 1, 2 리브(R1, R2)는, 도 2와 3의 제 3, 4 슬릿 대신에, 대응되는 제 1, 2 슬릿(S1, S2)과 함께 전계를 왜곡하기 위한 전계왜곡구조물에 해당된다. 제 1, 2 리브(R1, R2)는 중앙부가 꺾여진 꺾임형상(셰브론형상)을 갖는다. 제 1, 2 리브(R1, R2)는 한번이상 꺾여진 지그재그 형상을 가질 수 있다.
제 1, 2 리브(R1, R2)는 서로 다른 각도로 꺾여진다. 제 1 리브(R1)는 제 2 리브(R2)에 비해 꺾여진 각도가 더욱 크다. 예를 들면, 제 1, 2 리브(R1, R2)의 꺾임각도(θ3, θ4)는, 제 1, 2 리브(R1, R2)의 대칭축에 수직한 기준축을 기준으로 하여 정의된다. 이와 같은 경우에, 제 1 리브(R1)의 꺾임각도(θ3)는 30도 내지 60도, 제 2 리브(R2)의 꺾임각도(θ4)는 10도 내지 30도 일 수 있다. 특히, 제 1 리브(R1)의 꺾임각도(θ3)는 45도, 제 2 리브(R2)의 꺾임각도(θ4)는 22.5도 일 수 있다. 이처럼, 제 1 리브(R1)의 꺾임각도(θ3)는, 제 2 리브(R2)의 꺾임각도(θ4)의 두배일 수 있다.
위와 같은 제 1, 2 슬릿 및 제 1, 2 리브(S1, S2, R1, R2)의 구조에 따라, 투과영역(TR)과 반사영역(RR)에서 발생되는 전계와 액정분자배열은 상이해진다. 어레이기판과 컬러필터기판 사이에 위치하는 액정층(280)의 물질로서, 유전율이방성이 음인 VA모드 액정이 사용된다. 따라서, 전계가 인가되지 않는 경우에는 액정분 자의 장축은 기판 면에 수직으로 배향되고, 전계가 인가되는 경우에는 액정분자의 장축은 전계에 수직하게 배열된다.
도 8을 참조하면, 투과영역(TR)에서는, 제 1 슬릿(S1)과 제 1 리브(R1)의 대칭축을 기준으로 하여, 제 1 슬릿(S1)과 제 1 리브(R1)의 꺾임각도(θ1, θ3) 만큼에 해당되는 방향으로 전계(ET)가 발생하게 된다. 이에 따라, 투과영역(TR)에서의 액정분자(281)는, 전계(ET)에 수직하며, 제 1 슬릿(S1)과 제 1 리브(R1)의 대칭축을 기준으로 제 1 슬릿(S1)과 제 1 리브(R1)의 꺾임각도(θ1, θ3)에 해당되는 방향으로 배열하게 된다.
도 9를 참조하면, 반사영역(RR)에서는, 제 2 슬릿(S2)과 제 2 리브(R2)의 대칭축을 기준으로 하여, 제 2 슬릿(S2)과 제 2 리브(R2)의 꺾임각도(θ2, θ4) 만큼에 해당되는 방향으로 전계(ER)가 발생하게 된다. 이에 따라, 반사영역(RR)에서의 액정분자(282)는, 전계(ER)에 수직하며, 제 2 슬릿(S2)과 제 2 리브(R2)의 대칭축을 기준으로 꺾임각도(θ2, θ4) 만큼에 해당되는 방향으로 배열하게 된다.
이처럼, 슬릿과 리브의 대칭축을 기준으로, 투과영역의 액정분자는 반사영역의 액정분자에 비해 보다 큰 각도의 방향으로 배열하게 된다. 이에 따라, 동일한 데이터전압을 인가하는 경우에, 투과영역과 반사영역의 액정의 유효 위상차가 다르게 느껴지게 된다. 예를 들면, 본발명의 실시예에서 제시된 꺾임각도로 슬릿과 리브가 구성된 경우에, 반사영역에서의 위상차는 투과영역에서의 위상차와 동일하며, 액정층을 통과한 빛은 투과영역과 반사영역에서 서로 다른 방향으로 편광된다. 이에 따라, 투과영역과 반사영역의 셀갭이 동일한 단일셀갭구조에서 투과모드에서의 V-T 특성과 반사모드에서의 V-R 특성을 일치시킬 수 있게 되어, 단일감마(single gamma)방식으로 구동이 가능하게 된다.
전술한 바와 같이, 본발명의 실시예에서는, 전계왜곡구조물로서, 투과영역에 배치된 슬릿 및 리브과, 반사영역에 배치된 슬릿 및 리브는, 꺾여진 각도가 서로 상이하다. 이에 따라, 투과영역에 발생된 전계와, 반사영역에 발생된 전계는 서로 다른 방향을 갖게 된다. 이는, 투과영역의 액정분자와, 반사영역의 액정분자 배열방향이 서로 상이하도록, 개별적으로 조절하는 결과를 낳게 된다.
이로 인해, 동일한 데이터전압을 인가하는 경우에, 투과영역과 반사영역의 액정의 유효 위상차가 다르게 느껴지게 된다. 이에 따라, 투과영역과 반사영역의 셀갭이 동일한 단일셀갭구조에서 투과모드에서의 V-T 특성과 반사모드에서의 V-R 특성을 일치시킬 수 있게 되어, 단일감마(single gamma)방식으로 구동이 가능하게 된다.
따라서, 단일셀갭구조를 사용함에 따른 생산수율의 장점을 살리는 동시에, V-T 특성과 V-R 특성을 일치시키 위한 구동회로의 추가가 요구되지 않으므로 제조비용을 절감할 수 있게 된다.
도 6과 7을 참조하여 본발명의 제 2 실시예에 따른 수직배향방식 반사투과 액정표시장치의 제조방법을 설명한다.
먼저, 어레이기판의 제조방법에 대해 설명한다.
제 1 기판(110) 상에, 금속물질을 증착하고 패터닝하여 게이트배선 및 게이트전극(121, 123)을 형성한다. 다음으로, 게이트배선(121)이 형성된 제 1 기 판(110) 상에 게이트절연막(130)을 형성한다.
다음으로, 게이트절연막(130) 상에, 순수비정질실리콘(a:Si-H)과 불순물이 포함된 비정질실리콘(n+ 또는 p+ a-Si:H)을 증착하고 패터닝하여, 액티브층(142)과 오믹콘택층(143)을 형성한다. 액티브층(142)과 오믹콘택층(143)은 반도체층(141)을 이루게 된다.
다음으로, 반도체층(141)이 형성된 기판(110)에, 금속물질을 증착하고 패터닝하여, 데이터배선(151), 소스전극(153), 드레인전극(155)을 형성한다.
다음으로, 데이터배선(151)이 형성된 제 1 기판(110) 상에, 제 1 보호층(160)을 형성한다. 반사영역(RR)에서는 제 1 보호층(160)이 요철형상을 갖도록 형성된다.
다음으로, 제 1 보호층(160) 상에 반사율이 뛰어난 도전성물질을 증착하고 패터닝하여, 반사영역(RR)에 반사전극(171)을 형성한다.
다음으로, 반사전극(171)이 형성된 제 1 기판(110) 상에 제 2 보호층(180)을 형성한다. 다음으로, 제 1, 2 보호층(160, 180)을 패터닝하여, 드레인전극(155)을 노출하는 드레인콘택홀(181)을 형성한다.
다음으로, 제 2 보호층(180) 상에 투명도전성물질을 증착하고 패터닝하여, 투과영역(TR)에 제 1 슬릿(S1)을 갖고 반사영역(RR)에 제 2 슬릿(S2)을 갖는 투과전극(191)을 화소영역(P)에 형성한다.
위와 같은 공정을 통해 본발명의 제 2 실시예에 따른 어레이기판을 형성한다.
다음으로, 컬러필터기판을 제조하는 방법을 설명한다.
먼저, 제 2 기판(210) 상에, 블랙레진을 도포하거나 크롬을 증착하고 패터닝하여 블랙매트릭스(221)를 형성한다. 다음으로, 컬러레진을 도포하고 패터닝하여, 화소영역(P)에 컬러필터(231)를 형성한다.
다음으로, 컬러필터(231) 상에 평탄화층(240)을 형성한다. 이에 따라, 평탄화층(240)을 갖는 제 2 기판(210)은 평탄화된다.
다음으로, 평탄화층(240) 상에 투명도전성물질을 증착하고 패터닝하여, 공통전극(250)을 형성한다.
다음으로, 공통전극(250) 상에 유기물질을 도포하고 패터닝하여, 투과영역(TR)에 제 1 리브(R1)와 반사영역(RR)에 제 2 리브(R2)를 형성한다.
위와 공정을 통해, 본발명의 제 2 실시예에 따른 컬러필터기판을 형성한다.
전술한 바와 같이 형성된 어레이기판과 컬러필터기판은, 씰패턴을 사용하여 합착된다. 그리고 나서, 두기판 사이에 VA모드의 액정층(280)이 충진되어, 본발명의 제2 실시예에 따른 수직배향방식 반사투과 액정표시장치가 제조된다.
도 10은 본발명의 실시예들에 따른 수직배향방식 반사투과 액정표시장치의 V-T, V-R 특성을 도시한 그래프이다.
도 10에 도시한 바와 같이, 본발명의 실시예들에 따른 수직배향방식 반사투과 액정표시장치의 V-T 특성과 V-R 특성은 거의 동일함을 알 수 있다.
이와 같은 특성의 일치는, 투과영역과 반사영역에 배치된 전계왜곡구조물의 꺾여진 각도를 상이하게 함에 따른 것이다. 이처럼, 투과영역과 반사영역의 셀갭이 동일한 단일셀갭구조에서 V-T 특성과 V-R 특성을 일치시킬 수 있게 되어, 단일감마(single gamma)방식으로 구동이 가능하게 된다.
따라서, 단일셀갭을 사용함에 따른 생산수율의 장점을 살리는 동시에, V-T 특성과 V-R 특성을 일치시키기 위한 구동회로의 추가가 요구되지 않으므로 제조비용을 절감할 수 있게 된다.
한편, 반사영역에서의 액정의 위상차값을 보상하기 위해, 보상필름을 사용할 수 있다. 이러한 본 발명의 다른 실시예를 도 11에 도시한다.
도 11은 본 발명의 제 3 실시예에 따른 수직배향방식 반사투과 액정표시장치를 도시한 단면도이다. 본 발명의 제 3 실시예에 따른 액정표시장치는 보상필름을 제외하면 제 1 실시예의 액정표시장치와 동일한 구조 및 제조 방법을 가지므로, 동일한 부분에 대해 동일부호를 부여하고, 이에 대한 설명은 생략한다.
도시한 바와 같이, 본 발명의 제 3 실시예에 따른 액정표시장치는 투과영역(TR)과 반사영역(RR)이 실질적으로 동일한 셀갭을 갖는 단일셀갭구조를 가지며, 액정층(280)에 인접한 제 1 기판(110)의 안쪽면, 즉 투과전극(191)의 상부에는 제 1 보상필름(310)을 포함하고, 제 1 기판(110)의 바깥쪽면에는 제 2 보상필름(320)을 포함한다.
도시하지 않았지만, 제 2 보상필름(320)의 바깥쪽면에는 제 1 편광판이 위치하고, 제 2 기판(210)의 바깥쪽면에는 제 2 편광판이 위치한다.
액정층(280)의 물질로는 유전율이방성이 음인 VA모드 액정이 사용된다. 따라서, 전계가 인가되지 않는 경우에는 액정분자의 장축은 기판 면에 수직으로 배향되 고, 전계가 인가되는 경우에는 액정분자의 장축은 전계에 수직하게, 즉 기판 면에 나란하게 배열된다. 여기서, 전계가 인가되지 않는 경우 액정층(280)은 0의 위상차값을 가지며, 전계가 인가되는 경우 액정층(280)은 λ/2의 위상차값을 가진다. 제 1 및 제 2 보상필름(310, 320)은 λ/4의 위상차값을 가지는 QWP(quarter wave plate)이다.
앞서 언급한 것처럼, 제 1 보상필름(310)은 반사영역(RR)의 위상차값을 보상하는데, 투과영역(TR) 또한 제 1 보상필름(310)에 의해 영향을 받기 때문에, 이에 따른 투과영역(TR)의 위상차값을 보상하기 위해 제 2 보상필름(320)을 더 형성한다.
앞서 제 1 실시예에서 언급한 바와 같이, 투과영역(TR)에 위치하는 투과전극(191)의 제 1 슬릿(S1) 및 공통전극(250)의 제 3 슬릿(S3)은 반사영역(RR)에 위치하는 투과전극(191)의 제 2 슬릿(S2) 및 공통전극(250)의 제 4 슬릿(S4)과 다른 각도로 꺾여진다. 제 1 내지 제 4 슬릿(S1, S2, S3, S4)의 꺾여진 정도는 각 슬릿의 대칭축에 수직한 기준축에 대해 판단된다. 여기서, 기준축은 데이터배선과 평행하고, 대칭축은 게이트배선과 평행한데, 기준축과 대칭축의 방향은 달라질 수 있다. 일례로, 제 1 및 제 3 슬릿(S1, S3)은 기준축과 45도를 이루며, 제 2 및 제 4 슬릿(S2, S4)은 기준축과 22.5도를 이룬다. 이때, 컬러필터기판의 전계왜곡구조물로서, 제 3 및 제 4 슬릿(S3, S4) 대신 제 2 실시예의 리브가 형성될 수도 있다.
따라서, 전계가 인가되는 경우, 투과영역(TR)의 액정분자는 장축이 기준축과 45도를 이루도록 배열되고, 반사영역(RR)의 액정분자는 장축이 기준축과 22.5도를 이루도록 배열된다.
한편, 제 1 및 제 2 편광판은 광축이 동일한 방향을 가지도록 배치되는데, 이때 광축이 기준축과 수직하게, 즉 게이트 배선과 평행하도록 배치된다.
따라서, 본 발명의 제 3 실시예에 따른 액정표시장치는 전계가 인가되지 않는 경우 빛이 투과되지 않고, 전계가 인가되는 경우 빛이 투과되는 노멀리 블랙(normally black) 모드로 동작한다.
본 발명의 제 3 실시예에 따른 액정표시장치에서, 전계의 인가여부에 따른 투과영역과 반사영역에서의 편광상태에 대하여 도 12a 및 12b와 도 13a 및 13b에 도시한다. 도 12a 및 12b는 각각 전계 인가 전과 후의 투과영역에서의 편광상태를 도시한 도면이고, 도 13a 및 13b는 각각 전계 인가 전과 후의 반사영역에서의 편광상태를 도시한 도면이다. 각 편광상태는 xy 좌표계에서 x축을 기준으로 설명되는데, 여기서, x축은 게이트배선과 평행하고 y축은 데이터배선과 평행하다. 따라서, 기준축은 x축에 대해 수직이며, 제 1 및 제 2 편광판의 광축은 x축과 평행하다. 또한, 전계가 인가된 경우, 투과영역의 액정분자는 장축이 x축과 45도로 이루도록 배열되고, 반사영역의 액정분자는 장축이 x축과 22.5도를 이루도록 배열된다. 제 1 및 제 2 보상필름의 광축은 x축과 45도를 이룬다.
먼저, 도 12a에 도시한 바와 같이, 전계가 인가되기 전 투과영역에서는, 백라이트(도시하지 않음)로부터의 빛이 제 1 편광판을 통과하여 x축과 나란한 선편광이 되고, 이 선편광은 제 2 보상필름(도 11의 320)을 통과하여 우원편광이 된다. 우원편광은 제 1 보상필름(도 11의 310)을 통과하여 x축에 수직한 선편광이 되고, 이 선편광은 액정층(도 11의 280)을 통과한다. 이때, 액정층(도 11의 280)은 0의 위상차 값을 가지므로, 액정층(도 11의 280)을 통과한 선편광은 변화없이 그대로 제 2 편광판에 도달한다. 이때, 제 2 편광판의 광축은 x축에 평행한 반면, 제 2 편광판에 도달한 선편광은 x축에 수직하여 제 2 편광판을 통과하지 못하므로, 어두운 이미지가 표시된다.
반면, 도 12b에 도시한 바와 같이, 전계가 인가된 후 투과영역에서는, 백라이트(도시하지 않음)로부터의 빛이 제 1 편광판을 통과하여 x축과 나란한 선편광이 되고, 이 선편광은 제 1 보상필름(도 11의 320)을 통과하여 우원편광이 된다. 우원편광은 제 1 보상필름(도 11의 310)을 통과하여 x축에 수직한 선편광이 되고, 이 선편광은 액정층(도 11의 280)을 통과한다. 이때 액정층(도 11의 280)은 λ/2의 위상차 값을 가지며 액정분자의 장축이 x축과 45도를 이루므로, 액정층(도 11의 280)을 통과한 선편광은 x축에 평행한 상태가 되어 제 2 편광판에 도달한다. 제 2 편광판에 도달한 선편광은 제 2 편광판의 광축과 동일한 방향을 가지므로, 제 2 편광판을 통과하게 되고, 밝은 이미지가 표시된다.
한편, 도 13a에 도시한 바와 같이, 전계가 인가되기 전 반사영역에서는, 외부로부터의 빛이 제 2 편광판을 통과하여 x축과 나란한 선편광이 되고, 이 선편광은 액정층(도 11의 280)을 통과한다. 이때, 액정층(도 11의 280)은 0의 위상차 값을 가지므로, 선편광은 변화없이 액정층(도 11의 280)을 통과한다. 이어, 선편광은 제 1 보상필름(도 11의 310)을 통과하여 우원편광이 되고, 우원편광은 반사전극(도 11의 171)에서 반사된다. 반사된 우원편광은 다시 제 1 보상필름(도 11의 310)을 통과하여 x축에 수직한 선편광이 된다. 이 선편광은 다시 액정층(도 11의 280)을 통과하여 변화없이 그대로 제 2 편광판에 도달한다. 이때, 제 2 편광판의 광축은 x축에 평행한 반면, 제 2 편광판에 도달한 선편광은 x축에 수직하여 제 2 편광판을 통과하지 못하므로, 어두운 이미지가 표시된다.
반면, 도 13b에 도시한 바와 같이, 전계가 인가된 후 반사영역에서는, 외부로부터의 빛이 제 2 편광판을 통과하여 x축과 나란한 선편광이 되고, 이 선편광은 액정층(도 11의 280)을 통과한다. 이때, 액정분자의 장축이 x축과 22.5도를 이루며, 액정층(도 11의 280)의 위상차 값은 λ/2이다. 따라서, x축과 나란한 선편광은 액정층(도 11의 280)을 통과하여 x축과 45도를 이루는 선편광이 된다. 이어, 이 선편광은 제 1 보상필름(도 11의 310)을 통과하여 우원편광이 되고, 우원편광은 반사전극(도 11의 171)에서 반사된다. 반사된 우원편광은 다시 제 1 보상필름(도 11의 310)을 통과하여 x축과 135도를 이루는 선편광이 된다. 이 선편광은 다시 액정층(도 11의 280)을 통과하여 x축과 나란한 선편광이 되어 제 2 편광판에 도달한다. 제 2 편광판에 도달한 선편광은 제 2 편광판의 광축과 동일한 방향을 가지므로, 제 2 편광판을 통과하게 되고, 밝은 이미지가 표시된다.
이와 같이, 본 발명의 제 3 실시예에서는 제 1 및 제 2 보상필름을 이용하여 액정층의 위상차 값을 보상해 주어, 투과영역과 반사영역에서 동일한 결과를 얻을 수 있다.
제 3 실시예에서는 투과영역과 반사영역 모두 보상필름을 형성하였으나, 반사영역에만 보상필름을 형성할 수도 있다. 이러한 제 4 실시예에 대하여 도 14를 참조하여 설명한다.
도 14는 본 발명의 제 4 실시예에 따른 수직배향방식 반사투과 액정표시장치를 도시한 단면도이다. 본 발명의 제 4 실시예에 따른 액정표시장치는 보상필름을 제외하면 제 3 실시예의 액정표시장치와 동일한 구조 및 제조 방법을 가지므로, 동일한 부분에 대해 동일부호를 부여하고, 이에 대한 설명은 생략한다.
도시한 바와 같이, 본 발명의 제 4 실시예에 따른 액정표시장치는 투과영역(TR)과 반사영역(RR)이 실질적으로 동일한 셀갭을 갖는 단일셀갭구조를 가지며, 액정층(280)에 인접한 제 1 기판(110)의 안쪽면, 즉 투과전극(191)의 상부에는 보상필름(330)을 포함한다. 이때, 보상필름(330)은 반사영역(RR)에만 위치한다.
도시하지 않았지만, 제 1 기판(110)의 바깥쪽면에는 제 1 편광판이 위치하고, 제 2 기판(210)의 바깥쪽면에는 제 2 편광판이 위치한다. 여기서, 제 1 및 제 2 편광판의 광축은 서로 다른 방향으로 배치된다.
액정층(280)의 물질로는 유전율이방성이 음인 VA모드 액정이 사용된다. 따라서, 전계가 인가되지 않는 경우에는 액정분자의 장축은 기판 면에 수직으로 배향되고, 전계가 인가되는 경우에는 액정분자의 장축은 전계에 수직하게, 즉 기판 면에 나란하게 배열된다. 여기서, 전계가 인가되지 않는 경우 액정층(280)은 0의 위상차값을 가지며, 전계가 인가되는 경우 액정층(280)은 λ/2의 위상차값을 가진다. 보상필름(330)은 λ/4의 위상차값을 가지는 QWP(quarter wave plate)이다.
앞서 제 1 실시예에서 언급한 바와 같이, 투과영역(TR)에 위치하는 투과전극(191)의 제 1 슬릿(S1) 및 공통전극(250)의 제 3 슬릿(S3)은 반사영역(RR)에 위 치하는 투과전극(191)의 제 2 슬릿(S2) 및 공통전극(250)의 제 4 슬릿(S4)과 다른 각도로 꺾여진다. 제 1 내지 제 4 슬릿(S1, S2, S3, S4)의 꺾여진 정도는 각 슬릿의 대칭축에 수직한 기준축에 대해 판단된다. 일례로, 제 1 및 제 3 슬릿(S1, S3)은 기준축과 45도를 이루며, 제 2 및 제 4 슬릿(S2, S4)은 기준축과 22.5도를 이룬다. 여기서, 기준축은 데이터배선과 평행하고 대칭축은 게이트배선과 평행하므로, 제 1 및 제 3 슬릿(S1, S3)은 데이터배선과 45도를 이루고, 제 2 및 제 4 슬릿(S2, S4)은 데이터배선과 22.5도를 이룬다.
따라서, 전계가 인가되는 경우, 투과영역(TR)의 액정분자는 장축이 게이트배선과 45도를 이루도록 배열되고, 반사영역(RR)의 액정분자는 장축이 게이트배선과 22.5도를 이루도록 배열된다. 한편, 보상필름의 광축은 게이트배선과 45도를 이루고, 제 1 편광판의 광축은 게이트배선과 45도를 이루며, 제 2 편광판의 광축은 게이트 배선과 평행하다.
이와 같이, 두 기판 사이의 반사영역에만 보상필름을 형성하여 액정층의 위상차 값을 보상할 수 있다.
이러한 보상필름은 광 또는 열에 의해 경화되는 경화성 액정을 이용하여 형성한다. 즉, 기판 상에 배향막을 형성하고, 용제에 경화성 액정을 용해하여 배향막 상에 코팅한다. 다음, 열을 가하여 용제를 증발시키고, 자외선(ultraviolet lay)을 조사하여 액정을 경화함으로써, 보상필름을 형성한다.
이때, 반사영역(RR)에만 보상필름(330)을 형성하기 위해, 자외선을 이용하여 코팅된 액정을 부분적으로 경화하고, 경화되지 않은 액정을 제거할 수 있다. 보다 상세히 설명하면, 용제에 용해된 경화성 액정을 코팅하여 액정층을 형성하고, 마스크(도시하지 않음)를 이용하여 액정층에 자외선을 조사한다. 이때, 마스크는 투과부와 차단부를 가지며, 투과부는 반사영역(RR)에 대응하고, 차단부는 반사영역(RR)을 제외한 부분에 대응한다. 따라서, 투과부를 통해 자외선이 조사된 액정층의 부분은 경화되고, 자외선이 조사되지 않은 액정층의 부분은 경화되지 않는다. 이어, 경화되지 않은 액정층의 부분을 제거하고, 남은 액정층에 열을 가하여 용제를 제거함으로써, 반사영역(RR)에만 보상필름(330)을 형성한다.
한편, 도 14에서와 같이, 반사영역(RR)에만 보상필름(330)을 형성할 경우, 보상필름의 두께에 의해 반사영역(RR)과 투과영역(TR) 사이에 단차가 생기게 된다. 이러한 단차는 보상필름(330) 상부에 액정층(280)을 배향하기 위한 배향막 형성시 문제를 야기할 수 있다. 또한, 보상필름(330)의 두께가 두꺼울 경우, 반사영역(RR)과 투과영역(TR)에서의 액정층(280) 두께, 즉 셀갭이 달라지게 되는 문제가 발생할 수 있다. 따라서, 이러한 문제를 방지하기 위해, 보상필름을 반사영역과 투과영역 모두에 형성하고, 반사영역에 위치하는 보상필름의 일부만 위상차 값을 가지도록 할 수 있다.
도 15는 본 발명의 제 5 실시예에 따른 수직배향방식 반사투과 액정표시장치의 단면도이다. 본 발명의 제 5 실시예에 따른 액정표시장치는 보상필름을 제외하면 제 4 실시예의 액정표시장치와 동일한 구조 및 제조 방법을 가지므로, 동일한 부분에 대해 동일부호를 부여하고, 이에 대한 설명은 생략한다.
도시한 바와 같이, 본 발명의 제 5 실시예에 따른 액정표시장치는 투과영 역(TR)과 반사영역(RR)이 실질적으로 동일한 셀갭을 갖는 단일셀갭구조를 가지며, 액정층(280)에 인접한 제 1 기판(110)의 안쪽면, 즉 투과전극(191)의 상부에는 보상필름(340)을 포함한다. 이때, 보상필름(340)은 투과영역(TR)과 반사영역(RR) 모두에 형성되며, 반사영역(RR)에 위치하는 제 1 부분(342)과 그 외의 영역에 위치하는 제 2 부분(344)으로 이루어진다. 제 1 부분(342)은 λ/4의 위상차 값을 가지며, 제 2 부분(344)은 0의 위상차 값을 가진다.
이러한 보상필름(340)은 자외선을 이용하여 반사영역(RR)에 위치하는 제 1 부분(342)만을 1차 경화하고, 열을 가하여 제 2 부분(344)이 등방성을 가지도록 한 후, 제 1 및 제 2 부분(342, 344)을 2차 경화하여 형성할 수 있다.
보다 상세히 설명하면, 용제에 용해된 경화성 액정을 코팅하여 액정층을 형성하고, 마스크(도시하지 않음)를 통해 액정층에 자외선을 조사하여 액정층을 1차 경화한다. 이때, 마스크는 투과부와 차단부를 가지며, 투과부는 반사영역(RR)에 대응하고, 차단부는 반사영역(RR)을 제외한 부분에 대응한다. 따라서, 투과부를 통해 자외선이 조사된 액정층의 부분, 즉 제 1 부분(342)에 대응하는 액정층은 경화되고, 자외선이 조사되지 않은 액정층의 부분, 즉 제 2 부분(344)에 대응하는 액정층은 경화되지 않는다. 이어, 열을 가하여 용제를 증발시키고, 제 2 부분(344)에 대응하는 액정층이 등방성을 가지도록 한다. 다음, 자외선을 조사하거나 열을 가하여 액정층을 2차 경화함으로써, 반사영역(RR)에 위치하는 제 1 부분(342)만 λ/4의 위상차 값을 가지는 보상필름(340)을 형성한다.
전술한 본발명의 실시예들에서는, 어레이기판에 전계왜곡구조물로서 슬릿이 위치하고, 컬러필터기판에 전계왜곡구조물로서 슬릿이나 리브가 위치하게 되는 것을 예로 들어 설명하였다. 한편, 본발명의 실시예에 따른 액정표시장치에는, 전계를 왜곡할 수 있는 수단에 해당된다면, 어레이기판과 컬러필터기판에 슬릿이나 리브 또는 그외의 전계왜곡수단이 전계왜곡구조물로서 사용될 수 있다. 또한, 보상필름을 두 기판 사이에 형성하여, 반사영역에서의 액정층의 위상차 값을 더 보상할 수 있다. 그리고, 본발명의 실시예에 따른 액정표시장치에는, RGB방식이나 RGBW방식 또는 그외의 색표시방식이 사용될 수 있다.
전술한 본 발명의 실시예는 본 발명의 일예로서, 본 발명의 정신에 포함되는 범위 내에서 자유로운 변형이 가능하다. 따라서, 본 발명은, 첨부된 특허청구범위 및 이와 등가되는 범위 내에서의 본 발명의 변형을 포함한다.
본발명의 실시예들에서는, 단일셀갭구조에서 V-T 특성과 V-R 특성을 일치시킬 수 있도록, 투과영역과, 반사영역에 배치된 전계왜곡구조물의 꺾여진 각도를 상이하게 형성한다. 이에 따라, 단일감마(single gamma)방식으로 구동이 가능하게 된다. 또한, 보상필름을 이용하여 반사영역에서의 액정층의 위상차 값을 더욱 보상할 수 있다.
따라서, 단일셀갭을 사용함에 따른 생산수율의 장점을 살리는 동시에, V-T 특성과 V-R 특성을 일치시키 위한 구동회로의 추가가 요구되지 않으므로 제조비용 을 절감할 수 있게 된다.

Claims (20)

  1. 서로 마주 대하며, 투과영역과 반사영역을 갖는 제 1 및 2 기판과;
    상기 제 1 및 2 기판 중 하나의 상기 투과영역에 위치하며, 제 1 꺾임형상을 갖는 제 1 전계왜곡수단과;
    상기 제 1 및 2 기판 중 하나의 상기 반사영역에 위치하며, 제 2 꺾임형상을 갖는 제 2 전계왜곡수단과;
    상기 제 1 및 2 기판 사이에 위치하는 액정층을 포함하고,
    상기 제 1 꺾임형상은 상기 제 1 꺾임형상의 제 1 대칭축의 제 1 수직방향에 대해 제 1 각도를 가지며, 상기 제 2 꺾임형상은 상기 제2 꺾임형상의 제 2 대칭축의 제 2 수직방향에 대해 제 2 각도를 갖고, 상기 제 1 각도는 상기 제 2 각도와 다른 액정표시장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 및 2 기판 중 다른 하나의 상기 투과영역에 위치하며, 제 3 꺾임형상을 갖는 제 3 전계왜곡수단과;
    상기 제 1 및 2 기판 중 다른 하나의 상기 반사영역에 위치하며, 제 4 꺾임형상을 갖는 제 4 전계왜곡수단을 더 포함하고,
    상기 제 1 및 제 3 전계왜곡수단은 서로를 보충하며, 상기 제 2 및 제 4 전 계왜곡수단은 서로를 보충하는 액정표시장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 제 3 꺾임형상은 상기 제 3 꺾임형상의 제 3 대칭축의 제 3 수직방향에 대해 제 3 각도를 갖고, 상기 제 4 꺾임형상은 상기 제 4 꺾임형상의 제 4 대칭축의 제 4 수직방향에 대해 제 4 각도를 가지며, 상기 제 1 각도는 제 3 각도와 동일하고 제 2 각도는 제 4 각도와 동일한 액정표시장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 전계왜곡수단은 화소전극 내의 슬릿인 액정표시장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 2 전계왜곡수단은 공통전극 내의 슬릿인 액정표시장치.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 2 전계왜곡수단은 공통전극 상부의 리브(rib)인 액정표시장치.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 액정층에 인접한 상기 제 1 기판의 내면에 제 1 보상필름을 더 포함하는 액정표시장치.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 제 1 기판의 바깥쪽 면에 제 2 보상필름을 더 포함하는 액정표시장치.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 액정층에 인접한 상기 제 1 기판의 내면에 보상필름을 더 포함하며, 상기 보상필름은 상기 반사영역에 위치하며 0보다 큰 위상차값을 가지는 제 1 부분과 상기 투과영역에 위치하며 0의 위상차값을 가지는 제 2 부분을 포함하는 액정표시장치.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 각도는 상기 제 2 각도보다 큰 액정표시장치.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 제 1 각도는 상기 제 2 각도의 두 배인 액정표시장치.
  12. 서로 마주 대하며, 투과영역과 반사영역을 갖는 제 1 및 제 2 기판과;
    상기 제 1 및 2 기판 사이에 위치하는 액정층을 포함하고,
    상기 액정표시장치는 상기 투과영역에서 제 1 각도를 갖는 제 1 전기장을 생성하고 상기 반사영역에서 제 2 각도를 갖는 제 2 전기장을 생성하며, 상기 제 1 및 제 2 각도는 상기 제 1 및 제 2 기판 중의 하나에 평행한 제 1 평면과 상기 제 1 및 제 2 기판 중의 하나에 수직한 제 2 평면에 대해 서로 다른 액정표시장치.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 액정층은 수직배향 모드 액정분자를 포함하는 액정표시장치.
  14. 제 12 항에 있어서,
    상기 제 1 각도는 상기 제 2 각도보다 큰 액정표시장치.
  15. 제 12 항에 있어서,
    상기 제 1 각도는 상기 제 2 각도의 두 배인 액정표시장치.
  16. 제 12 항에 있어서,
    상기 액정층과 상기 제 1 기판 사이에 제 1 보상필름을 더 포함하는 액정표시장치.
  17. 제 16 항에 있어서,
    상기 제 1 보상필름은 상기 반사영역에 0과 λ사이의 위상차값을 갖는 제 1 부분을 포함하는 액정표시장치.
  18. 제 17 항에 있어서,
    상기 제 1 보상필름은 상기 투과영역에 0의 위상차값을 갖는 제 2 부분을 포함하는 액정표시장치.
  19. 제 16 항에 있어서,
    상기 제 1 기판의 바깥쪽 면에 제 2 보상필름을 더 포함하며, 상기 제 1 기판은 상기 제 1 및 제 2 보상필름 사이에 위치하는 액정표시장치.
  20. 제 1 및 제 2 기판을 준비하는 단계와;
    상기 제 1 및 제 2 기판 중 하나의 투과영역에, 제 1 꺾임형상을 갖는 제 1 전계왜곡수단을 형성하는 단계와;
    상기 제 1 및 제 2 기판 중 하나의 반사영역에, 제 2 꺾임형상을 갖는 제 2 전계왜곡수단을 형성하는 단계와;
    상기 제 1 및 제 2 기판 사이에 위치하는 액정층을 형성하는 단계를 포함하고,
    상기 제 1 꺾임형상은 상기 제 1 꺾임형상의 제 1 대칭축의 제 1 수직방향에 대해 제 1 각도를 가지며, 상기 제 2 꺾임형상은 상기 제2 꺾임형상의 제 2 대칭축의 제 2 수직방향에 대해 제 2 각도를 갖고, 상기 제 1 각도는 상기 제 2 각도와 다른 액정표시장치의 제조방법.
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