KR20090036489A - 반사투과형 액정표시장치 - Google Patents

반사투과형 액정표시장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은, 화소영역의 반사부에 대해 반사판을 갖는 어레이 기판과 컬러필터 기판 및 이들 두 기판 사이에 개재된 액정층을 포함하는 액정패널과; 상기 액정패널의 상기 컬러필터 상에 구성되며, 그 일면에 서로 이격하는 다수의 배리어 패턴과, 그 타면에 서로 이격하는 다수의 위상 보상 패턴을 구비한 보상판을 포함하는 반사투과형 액정표시장치를 제공한다.
반사투과형, 액정표시장치, 보상판, 선택투과, 배리어패턴

Description

반사투과형 액정표시장치{Transflective type liquid crystal display device}
본 발명은 액정표시장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 투과부 및 반사부에서의 모드 효율을 극대화한 반사투과형 액정표시장치에 관한 것이다.
일반적으로 액정표시장치는 전압인가에 따라 배열을 달리하는 액정분자의 특성을 이용한 표시장치로서, 음극선관에 비하여 낮은 전력으로 구동이 가능하며, 소형화, 박형화에 더욱 유리한 장점을 지니므로 컴퓨터의 모니터와 텔레비전 등의 평판표시장치로서 각광을 받고 있으며, 나아가 경량 박형의 특성에 의해 휴대성이 용이하므로 노트북 또는 개인 휴대 단말기 등의 표시소자로서 이용되고 있다.
이러한 액정표시장치는 전극이 각각 형성되어 있는 두 기판을 상기 두 전극이 서로 마주 대하도록 배치하고, 상기 두 기판 사이에 액정을 개재하여 상기 두 전극에 인가되는 전압차에 의해 생성되는 전기장에 의해 액정분자의 움직임을 조절함으로써 이에 따라 달라지는 빛의 투과율을 조절하여 화상을 표현하는 장치이다.
한편 액정표시장치는 일반적으로 스스로 빛을 발하지 못하는 수동형 소자이므로 별도의 광원이 필요하다. 따라서, 상기 두 기판과 액정층으로 구성된 액정 패널(panel) 이외에 이의 배면에 빛을 공급하는 백라이트(backlight)를 배치하고 상기 백라이트로부터 나오는 빛을 상기 액정 패널에 입사시켜, 액정의 배열에 따라 빛의 양을 조절함으로써 화상을 표시한다.
이러한 액정표시장치를 투과형(transmission type) 액정표시장치라고 하는데, 투과형 액정표시장치는 백라이트와 같은 인위적인 광원을 사용하므로 어두운 외부 환경에서도 밝은 화상을 구현할 수 있으나, 백라이트로의 전력 공급이 이루어져야 하므로 휴대용 장치의 표시소자로 이용되는 경우 상대적으로 큰 전력소비(power consumption)이 단점이다.
따라서, 이와 같은 단점을 보완하기 위해 백라이트의 사용없이 외부광원을 이용하는 반사형(reflection type) 액정표시장치가 제안되었다.
이 반사형 액정표시장치는 외부의 자연광이나 인조광을 이용하여 동작하므로, 백라이트가 소모하는 전력량을 대폭 감소시키기 때문에 전력소비가 상기 투과형 대비 상대적으로 적어 장시간 휴대상태에서 사용이 가능하여 PDA(Personal Digital Assistant)등의 휴대용 장치의 표시소자로 주로 이용되고 있다.
하지만, 이러한 반사형 액정표시장치는 광원을 따로 구비하지 않으므로 소비전력이 낮은 장점이 있으나, 외부광이 약하거나 없는 곳에서는 사용할 수 없는 단점이 있다.
따라서, 최근에는 반사형 액정표시장치와 투과형 액정표시장치의 장점만을 수용한 반사투과형(Transflective type) 액정표시장치가 제안되었다.
도 1은 종래의 반사투과형 액정표시장치를 개략적으로 도시한 도면이며, 도 2는 종래의 반사투과형 액정표시장치의 하나의 화소영역에 대한 간략한 단면도이다.
도시한 바와 같이, 반사투과형 액정표시장치(1)는, 그 내측면에 컬러필터 패턴(26a, 26b, 26c)을 포함하는 컬러필터층(26)과, 상기 컬러필터 패턴(26a, 26b, 26c) 사이에 구성된 블랙매트릭스(25)와, 투명한 공통전극(28)이 적층된 컬러필터 기판(20)과, 서로 교차하여 화소영역(P)을 정의하는 게이트 및 데이터 배선(44, 46)과, 상기 화소영역(P)을 반사부(RA)와 투과부(TA)로 각각 나누며 형성된 반사판(47)(또는 반사전극)과 화소전극(48)과, 스위칭소자인 박막트랜지스터(Tr)를 포함하는 어레이 기판(40)과, 이들 두 기판(20, 40) 사이에 개재된 액정층(70)을 포함하고 있다.
또한, 상기 컬러필터 기판(20)과 어레이 기판(40) 각각의 외측면에 서로 수직한 편광축을 갖도록 제 1 및 제 2 편광판(61, 62)이 배치되어 있으며, 상기 컬러필터 기판(20)과 제 1 편광판(61) 사이에 다수의 보상필름(미도시)이 구성되고 있다. 또한, 상기 어레이 기판(40) 외측면에 부착된 제 2 편광판(62) 하부에는 상기 투과부(TA)에 대한 광원 역할을 하는 백라이트 유닛(미도시)이 구성되고 있다.
한편, 상기 화소영역(P)의 구조를 살펴보면, 투과부(TA)와 반사부(RA)로 정의되며, 상기 반사판(47)이 반사부(RA)에 대응하여 박막트랜지스터(Tr)를 덮으며 두꺼운 두께를 가지며 형성된 제 2 보호층(52) 상부에 구성되고 있으며, 상기 화소 전극(48)은 상기 박막트랜지스터(Tr)의 드레인 전극(미도시)과 접촉하며 상기 반사부(RA)에 대응해서는 제 3 보호층(56)을 개재한 상태에서 상기 반사판(47) 위로, 상기 제 2 보호층(52)이 제거된 상태의 투과부(RA)에 대응하여 제 1 보호층(51) 상부에 구성되고 있다. 이때, 상기 반사판(47)과 화소전극(48)은 상기 어레이 기판(40)면을 기준으로 그 높이차가 상기 제 2 보호층(52)에 의해 조절되며 이러한 높이차에 의해 상기 반사부(RA) 및 투과부(TA)에 대응하는 액정층(70)의 두께를 달리하는 이중셀갭 구조를 가지며 형성되고 있다.
전술한 구성에서, 상기 반사판(47)은 반사율이 뛰어난 알루미늄 또는 알루미늄합금으로 이루어지며, 상기 화소전극(48)은 인듐-틴-옥사이드(indium-tin-oxide : ITO)와 같이 빛의 투과율이 비교적 뛰어난 투명 도전성금속으로 이루어지고 있다.
전술한 구성을 갖는 반사투과형 액정표시장치의 경우 주로 ECB(electrically controlled birefringence)모드 또는 VA(vertical alignment)모드로 주로 구현되고 있는데, 상기 ECB모드의 경우 시야각이 낮은 단점이 있으며, VA모드의 경우도 시야각 향상을 위해서 다수의 시야각 보상필름을 추가 구성해야 하므로 제조 비용증가의 문제가 발생하고, 하나의 화소영역 내에 멀티도메인을 구현해야하는 하므로 휘도 저하의 문제가 발생하고 있다.
한편, 액정표시장치의 경우, 경량 박형의 구조적 특징으로 인해 최근 휴대용 노트북 등의 개인용 표시소자에서 탈피하여 TV 등의 대중매체로 많이 이용됨으로써 개인만이 시청하지 않고 다수의 사용자가 여러 각도에서 시청하게 되므로 시야각이 중요한 쟁점이 되고 있다.
따라서, 전술한 VA모드와 ECB모드 액정표시장치의 시야각이 낮은 단점을 극복하고자 공통전극과 화소전극이 모두 동일한 기판에 구성되어 횡전계에 의해 구동함으로써 시야각의 범위를 향상시킨 횡전계모드 액정표시장치가 제안되었다.
하지만, 이러한 반사투과형 액정표시장치에 대해 횡전계모드를 적용하게 되면, 반사부에서는 외부로부터 입사되는 빛이 액정층을 2회 통과하고, 투과부에 대해서는 1회 통과하므로 위상차가 발생하고, 횡전계모드 특성상 액정분자들이 기판면에 대해 수직하게 정렬되는 형태가 전혀 발생하지 않으므로 반사부는 노말리 화이트, 투과부는 노말리 블랙모드가 되어 명암비 및 투과율이 저하되는 문제가 발생하고 있다.
따라서, 이러한 문제를 해결하기 위해서 화소영역 내에 2개의 박막트랜지스터를 형성함으로써 반사부와 투과부에서의 상기 액정층의 구동을 달리하여 반사부 및 투과부에서 모두 노말리 블랙모드가 되도록 하는 2 박막트랜지스터 구조가 제안되고 있지만, 이 경우 박막트랜지스터가 화소영역 내에 2개 형성됨으로써 개구율 저하가 발생하는 문제가 있다.
또 다른 문제해결 방법으로써 종래의 인셀(in cell)필름이 컬러필터 기판에 형성된 반사투과형 액정표시장치의 하나의 화소영역에 대한 단면도인 도 3(도 2에 제시된 액정표시장치와 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 도면 부호를 부여함)에 도시한 바와 같이, 각 화소영역(P) 내에 공통전극(49)과 화소전극(50)이 서로 교대하며 형성된 어레이 기판에 대응하는 상기 컬러필터 기판(20)에 있어 상기 컬러필 터층(26) 하부에 위상차 보상을 위한 인셀 필름(31)을 구성하는 것이 제안되고 있지만, 상기 컬러필터층(26)이 형성된 컬러필터 기판(20)에 인셀필름(31)을 상기 화소영역(P)내의 반사부(RA)에 대응하여 형성하는 것이 공정적으로 매우 어려운 상태이다. 즉, 위상차 보상을 위한 인셀필름(31)을 형성하는 과정에는 배향막을 형성하고 고분자 물질을 도포한 후 이를 연신하고 패터닝하는 단계 또는 디스코틱 액정을 증착하고 이를 경화시킨 후 패터닝하는 단계를 포함한다. 이 과정에서 그 하부에 위치한 컬러필터층(26)의 변형에 의해 상기 인셀(in cell)필름(31)이 원치 않는 영역에 형성되거나, 그 오차 범위가 증가하여 투과부(TA)에 대응되는 영역까지 형성됨으로써 투과부(TA)에서도 상기 인셀(in cell)필름(31)을 투과하는 빛이 발생되는 바, 실질적인 반사부(RA) 및 투과부(TA)에서의 위상차를 보상하는 역할수행 능력이 저하되는 문제가 발생하고 있으며, 나아가 상기 컬러필터층(26)의 변형에 의해 색재현율에까지 좋지 않은 영향을 주는 문제가 발생하고 있는 실정이다.
본 발명은 상기한 종래의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 반사부에서만 선택적으로 투과되는 것을 특징으로 하는 보상판을 구성함으로써 반사부 및 투과부에서의 위상차를 최소화하여 표시품위와 명암비 및 투과율을 향상시킬 수 있는 반사투과형 액정표시장치를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
본 발명에 따른 반사투과형 액정표시장치는, 화소영역의 반사부에 대해 반사판을 갖는 어레이 기판과 컬러필터 기판 및 이들 두 기판 사이에 개재된 액정층을 포함하는 액정패널과; 상기 액정패널의 상기 컬러필터 상에 구성되며, 그 일면에 서로 이격하는 다수의 배리어 패턴과, 그 타면에 서로 이격하는 다수의 위상 보상 패턴을 구비한 보상판을 포함한다.
상기 액정패널은, 이격되어 배치된 제 1 기판 및 제 2 기판과; 상기 제 1 기판의 내측면에 서로 교차하여 반사부와 투과부를 갖는 다수의 화소영역을 정의하며 형성된 게이트 배선 및 데이터 배선과; 상기 게이트 배선과 나란하게 형성된 공통배선과; 상기 게이트 배선 및 데이터 배선과 연결되며 형성된 박막트랜지스터와; 상기 데이터 배선 및 상기 박막트랜지스터를 덮으며 형성된 제 1 보호층과; 상기 제 1 보호층 위로 상기 화소영역 내의 상기 반사부에 형성된 반사판과; 상기 반사판 위로 형성된 제 2 보호층과; 상기 반사부의 상기 제 2 보호층 및 상기 투과부의 상기 제 1 보호층 상부에 형성되며 상기 박막트랜지스터의 드레인 전극과 연결되며 서로 이격하는 다수의 화소전극과; 상기 반사부의 상기 제 2 보호층 및 상기 투과부의 상기 제 1 보호층 상부에 형성되며 상기 공통배선과 연결되며 상기 다수의 화소전극과 교대하며 형성된 다수의 공통배선과; 상기 제 2 기판의 내측면에 형성된 컬러필터층을 포함한다.
상기 투과부에 대응한 액정층의 두께는 상기 반사부에 대응한 액정층의 두께보다 2배 더 큰 것이 특징이다.
상기 다수의 배리어 패턴은 빛을 차단하는 물질로 상기 다수의 배리어 패턴은 상기 투과부에 중첩되도록, 상기 위상 보상 패턴은 상기 반사부에 중첩되도록 위치하는 것이 특징이며, 상기 배리어 패턴의 폭과 이의 이격간격을 합한 길이는 화소영역의 폭과 같은 것이 특징이다.
또한, 상기 보상판은 그 두께를 D1, 상기 액정패널로부터 상기 베리어 패턴까지 수직거리를 D2라 할 때, D1 = D2가 되도록 위치하는 것이 특징이며, 상기 D2는, D2 > N * p4 / tan(sin-1(n1/n))를 만족하고, 여기서 N은 뷰수(view number), n1은 액정패널과 상기 베리어 패턴 사이에 채워진 물질의 굴절율, n은 상기 보상판을 이루는 물질의 굴절율인 것이 특징이다.
상기 다수의 배리어 패턴은 이를 통과하는 빛의 경로를 바꾸는 렌티귤라렌즈로 이루어질 수도 있으며, 상기 반사판은 그 표면이 올록볼록한 요철구조를 가질 수도 있다.
본 발명은 액정패널에 선택적인 투과가 가능하도록 하는 위상 보상 패턴을 구비한 보상판을 구성함으로써 반사부와 투과부에서 노말리 화이트 또는 노말리 블랙으로 구동하도록 그 모드 일치시킴으로써 표시품질을 향상시키는 효과가 있다.
위상 보상 패턴을 구비한 보상판을 액정패널 외측에 구비함으로써 컬러필터 기판내에 위상 보상을 위한 인셀필름 형성 시 발생하는 불량을 최소화할 수 있는 효과가 있다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명에 따른 반사투과형 액정표시장치에 대하여 상세히 설명한다.
도 4는 본 발명에 따른 반사투과형 액정표시장치의 하나의 화소영역에 대한 단면도이다.
우선, 어레이 기판(107)에 있어서는, 베이스를 이루는 투명한 절연기판(107) 상에 게이트 배선(미도시)이 형성되어 있으며, 상기 게이트 배선(미도시)과 나란하게 공통배선(미도시)이 형성되어 있다. 한편, 스위칭 영역(TrA)에는 상기 게이트 배선(미도시)과 연결되며 게이트 전극(115)이 형성되어 있다. 상기 게이트 배선(미도시)과 게이트 전극(115) 및 공통배선(미도시) 위로 게이트 절연막(117)이 형성되어 있으며, 상기 게이트 절연막(117) 위로 상기 게이트 전극(115)에 대응하여 순차적으로 액티브층(120a)과 서로 이격하는 오믹콘택층(120b)을 포함하는 반도체층(120)이 형성되고 있다.
또한, 상기 게이트 절연막(117) 위로 상기 게이트 배선(미도시)과 교차하여 화소영역(P)을 정의하는 데이터 배선(미도시)이 형성되어 있으며, 상기 반도체층(120) 위로 서로 이격하며 소스 및 드레인 전극(132, 134)이 형성되어 있다. 이때 상기 소스 전극(132)은 상기 데이터 배선(미도시)과 연결되고 있으며, 상기 스위칭 영역(TrA)에 순차 적층된 상기 게이트 전극(115), 게이트 절연막(117), 반도 체층(120)과 서로 이격하는 소스 및 드레인 전극(132, 134)은 박막트랜지스터(Tr)를 이룬다.
또한, 상기 데이터 배선(미도시)과 상기 박막트랜지스터(Tr) 위로 제 1 보호층(138)이 형성되어 있으며, 이때 상기 제 1 보호층(138)에는 상기 박막트랜지스터(Tr)의 드레인 전극(134)을 노출시키는 드레인 콘택홀(140)과 상기 공통배선(미도시)을 노출시키는 공통 콘택홀(미도시)이 구비되고 있다.
또한, 상기 제 1 보호층(138) 위로는 금속물질 또는 투명 도전성 물질로써 상기 드레인 콘택홀(140)을 통해 드레인 전극(134)과 접촉하는 연결전극(142)이 형성되어 있으며, 투과부(TA)에 있어서는 상기 연결전극(142)과 연결되며 서로 이격하며 다수의 투과부 화소전극(145)이 형성되어 있으며, 동시에 상기 공통 콘택홀(미도시)을 통해 상기 공통배선(미도시)과 연결되는 다수의 투과부 공통전극(147)이 상기 다수의 화소전극(145)과 교대하며 나란하게 형성되어 있다.
한편, 반사부(RA)에 있어서는 상기 연결전극(142)을 노출시키는 연결 콘택홀(150)을 가지며 유기절연물질로써 제 2 보호층(148)이 형성되고 있다. 이때, 상기 제 2 보호층(148)은 도면에 나타낸 바와같이 그 표면이 평탄하거나, 또는 엠보싱 처리되어 요철구조를 갖도록 형성되고 있다.
이러한 구조를 갖는 제 2 보호층(148) 위로 불투명하며 반사효율이 뛰어난 금속물질 예를들면 알루미늄 또는 알루미늄 합금으로써 이루어진 반사판(153)이 형성되어 있다. 이때, 상기 반사판(153)은 상기 제 2 보호층(148)의 표면이 요철구조를 갖는 경우 그 표면이 그 하부에 위치하는 제 2 보호층(148)의 영향으로 올록볼 록하게 요철구조를 가질 수 있다.
또한, 상기 반사판(153) 위로 상기 반사부(RA)에 대응하여 상기 연결전극(142)을 노출시키는 연결 콘택홀(150)이 연장된 구조를 가지며 제 3 보호층(160)이 형성되고 있으며, 상기 연장된 연결 콘택홀(150)을 통해 상기 연결전극(142)과 접촉하며 상기 제 3 보호층(160) 위로 상기 투과부 화소전극(145)과 나란하게 다수의 반사부 화소전극(163)이 서로 이격하며 형성되고 있다. 이때, 상기 제 2 및 제 3 보호층(148, 160)은 상기 공통배선(미도시)을 노출시키는 제 2 공통 콘택홀(미도시)을 포함하고 있으며, 상기 제 2 공통 콘택홀에 의해 상기 공통배선(미도시)과 연결되며 상기 다수의 반사부 화소전극(163)과 이격하여 교대하며 다수의 반사부 공통전극(165)이 형성되어 있다.
또한, 도면에는 나타나지 않았지만, 상기 유기절연물질로 이루어진 제 2 보호층(148)과 상기 반사판(153) 사이에는 무기절연물질로 이루어진 제 4 보호층(미도시)이 더욱 형성될 수도 있다. 이는 금속물질인 상기 반사판(153)과 제 2 보호층(미도시)과의 접착력을 향상시키기 위함이다.
전술한 구조를 갖는 어레이 기판(107)과 마주하는 컬러필터 기판(170)에 있어서, 그 내측면에 각 화소영역(P)의 경계에 대해 블랙매트릭스(미도시)가 형성되어 있으며, 상기 블랙매트릭스(미도시) 내측의 개구에 대해 각 화소영역(P) 별로 순차 반복하는 적, 녹, 청색 컬러필터 패턴을 포함하는 컬러필터층(173)이 형성되고 있으며, 상기 컬러필터층(173) 하부로 그 표면이 평탄한 상태의 오버코트층(177)이 형성되어 있다.
또한, 이들 어레이 기판(107) 및 컬러필터 기판(170) 사이에는 상기 반사부(RA)와 투과부(TA)에서 그 두께를 달리하며 즉 반사부(RA)에서 제 1 두께(t1), 투과부(TA)에서 상기 제 1 두께(t1)의 2배인 제 2 두께(t2)를 갖는 액정층(190)이 개재되어 있다. 이때, 액정층(190)을 개재한 어레이 기판(107)과 컬러필터 기판(170)을 액정패널(102)이라 정의한다.
또한, 상기 어레이 기판(107)의 외측면에는 제 1 방향의 편광축을 갖는 제 1 편광판(193)이 구비되고 있으며, 도면에 나타내지 않았지만 상기 제 1 편광판(193) 하부에는 백라이트 유닛(미도시)이 구비되고 있다.
또한, 컬러필터 기판(170)의 외측면에는 본 발명의 가장 큰 특징적인 것으로 그 일면에 배리어 패턴(182)과 그 타면에 위상차를 보상하는 위상 보상 패턴(184)을 구비한 위상 보상판(180)이 형성되고 있으며, 상기 보상판(180)의 외측면에 상기 제 1 편광축과 수직한 제 2 편광축을 갖는 제 2 편광판(195)이 구비되고 있다.
이때, 상기 보상판(180)에 있어 상기 배리어 패턴(182)은 빛을 차단하는 역할을 하며, 각 화소영역(P)의 투과부(TA)에 대응하여 형성되고 있으며, 상기 위상 보상 패턴(184)은 반사부(RA)에 대응하여 형성되고 있는 것이 특징이다.
이 경우, 상기 배리어 패턴(182)은 렌티큘라 렌즈로 대체될 수 있다. 상기 배리어 패턴(182)은 투과부(TA)를 통과하여 상기 위상 보상 패턴(184)으로 입사되는 빛을 차단하기 위해 형성하는 것이며, 이를 렌티큘라 렌즈로 대체하는 경우, 투과부(TA)를 통과한 빛의 경로를 바꾸어 상기 위상 보상 패턴(184)이 형성되지 않은 부분으로 조사될 수 있도록 할 수 있기 때문이다.
도 5는 본 발명에 따른 반사투과형 액정표시장치에 있어 위상 보상을 위해 구비되는 보상판을 확대 도시한 것으로, 어레이 기판 및 컬러필터와 액정층으로 구성되는 액정패널의 내부 단면구조는 생략하여 간략히 도시하였다. 이때 빛의 경로를 함께 도시하였으며, 실선으로 표시된 부분은 투과부(TA)를 통과하는 빛을, 점선으로 표시된 부분은 반사부(RA)를 통과하는 빛을 나타내었다.
도시한 바와 같이, 액정패널(102) 상부로 그 일면에 배리어 패턴(182)이 구비되며, 그 타면에 위상 보상 패턴(184)을 갖는 보상판(180)이 구비되고 있다. 이때, 상기 배리어 패턴(182)은 액정패널의 각 화소영역(P) 내의 투과부(TA)에 대응하는 위치에 상기 투과부(TA) 면적과 동일한 면적 및 평면 형태를 가지며 구성되고 있으며, 상기 위상 보상 패턴(184) 또한 상기 액정패널(102)의 각 화소영역(P) 내의 반사부(RA)에 대응하여 동일한 면적 및 평면 형태를 가지고 형성되어 있다.
이때, 본 발명에 있어서는 전술한 구성요소 이외에 우수한 표시품질을 구현하기 위해서는 각 구성요소간의 위치관계가 매우 중요한 요소가 된다. 따라서 이들 각 구성요소간의 위치관계에 대해 설명한다. 이때, 상기 화소영역(P) 내의 반사부(RA)와 투과부(TA)는 각각 상기 화소영역(P)의 상측과 하측으로 나뉘어 위치하는 것을 일례로 나타내었으며, 따라서 도면에서는 반사부(RA)의 폭과 투과부(TA)의 폭을 합하면 화소영역(P)의 폭이 됨을 알 수 있다.
액정패널(102) 내에 형성된 반사부(RA) 및 투과부(TA)를 포함하는 화소영역(P)의 폭을 p1, 상기 반사부(RA)의 폭을 p2, 투과부(TA)의 폭을 p3라 하고, 상기 배리어 패턴(182)의 폭과 이격간격을 합한 길이를 p4, 액정패널(102)의 표면으로부 터 상기 배리어 패턴(182)까지의 수직거리를 D1, 상기 배리어 패턴(182)으로부터 위상 보상 패턴(184)까지 수직거리 즉 상기 보상판(180)의 두께를 D2라 할 때,
p1 = p4,
D1 = D2 를 만족하도록 상기 배리어 패턴(182)과 위상 보상 패턴(184)을 형성해야 한다.
이 경우, 상기 배리어 패턴(182)을 기준으로 서로 동일한 간격만큼 이격하여 위치하는 액정패널(102)과 위상 보상 패턴(184)은 그 대칭성에 의해 투과부(TA) 및 반사부(RA)에서 나온 빛은 상기 배리어 패턴(182) 사이의 영역을 통과하여 항상 동일한 부분 즉 위상 보상 패턴(184)이 위치하는 영역 또는 그 외의 영역으로 입사되게 된다. 만약 D1 ≠ D2이거나 또는 p1 ≠ p4 인 경우, 상기 배리어 패턴(182)을 기준으로 그 대칭성이 깨지거나 또는 투과부(TA)를 수직으로 통과한 빛이 상기 배리어 패턴(182)에 의해 차단되지 않을 수 있으므로 이 경우, 투과부(TA)를 통과한 빛이 위상 보상 패턴(184)으로 입사됨으로써 콘트라스트 비 등을 저하시키게 됨을 알 수 있다.
한편, 액정패널(102)과 배리어 패턴(182)간의 수직거리에 대해서, 본 발명에 따른 반사투과형 액정표시장치(101)에 있어서, 액정패널(102)과 배리어 패턴(182)만을 확대 도시한 단면도인 도 6을 참조하여 설명한다.
액정패널(102)과 배리어 패턴(182)간의 거리가 너무 가깝게 형성되는 경우, 이러한 액정표시장치를 사용자가 정면이 아니 측면에서 바라보는 경우 항상 투과부(TA) 또는 항상 반사부(RA)만을 보게되는 경우가 발생하게 된다. 따라서, 반사모 드 또는 투과모드에서 충분한 시야각 범위 확보를 위해서는 상기 액정패널(102)과 배리어 패턴(182)간의 거리(D1)는 어느 정도 큰 값을 갖는 것이 유리하다.
이 경우, 상기 보상판(180)의 재질에 따른 굴절율(이를 n이라 함)을 고려하여 전반사 조건을 적용하면 상기 액정패널과 배리어 패턴(182)간의 거리 D1에 대한 조건식을 구할 수 있다.
N * p4 / D1 > tanθ, θ = sin-1(1/n)의 식으로부터
D1 > N * p4 / tan(sin-1(1/n)) ---① 가 됨을 알 수 있다.
이때, N은 시야각 범위 내에서 특정모드가 반복되는 수(이는 실질적으로 뷰수(view number)라 함)를 나타내는 것으로 반드시 정수로 표현되며, 상기 θ는 투과부(TA) 또는 반사부(RA)를 통과한 빛이 상기 뷰수(view number) 내의 최대 시야각 범위를 나타낸다. 이때, 상기 식에서는 액정패널과 상기 배리어 패턴(182) 사이에는 그 굴절율이 1인 공기층이 채워진 것을 일례로 나타낸 것이다.
변형예로서 상기 배리어 패턴(182)과 액정패널(102) 사이의 영역이 n1의 굴절율을 갖는 투명한 유기절연물질로 채워질 경우, 상기 D2에 대한 식은,
D2 > N * p4 / tan(sin-1(n1/n))---②가 됨을 알 수 있다.
이때, 전술한 ①, ②식에 있어서 상기 뷰수 N은 충분한 시야각 확보를 위해 4이상이 되는 것이 바람직하다.
한편, 전술한 실시예에 있어서는 반사부와 투과부에서의 액정층의 두께를 달리하여 즉 이중셀갭을 갖도록 구성한 것을 보이고 있지만, 변형예로서 반사부와 투 과부에서 동일한 두께의 액정층을 갖도록 구성할 수도 있다. 이 경우 상기 보상판에 구성되는 위상 보상 패턴의 위상 보상 정도를 달리함으로써 동일한 효과를 구현할 수 있다.
본 발명은 전술한 실시예에 한정되지 아니하며, 본 발명의 정신을 벗어나지 않는 이상 다양한 변화와 변형이 가능하다.
도 1은 종래의 반사투과형 액정표시장치를 개략적으로 도시한 도면.
도 2는 종래의 반사투과형 액정표시장치의 하나의 화소영역에 대한 간략한 단면도.
도 3은 종래의 인셀필름이 컬러필터 기판에 형성된 반사투과형 액정표시장치의 하나의 화소영역에 대한 단면도.
도 4는 본 발명에 따른 반사투과형 액정표시장치의 하나의 화소영역에 대한 단면도.
도 5는 본 발명에 따른 반사투과형 액정표시장치에 있어 위상 보상을 위해 구비되는 보상판을 확대 도시한 도면.
도 6은 본 발명에 따른 반사투과형 액정표시장치에 있어서, 액정패널과 배리어 패턴만을 확대 도시한 단면도.
< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >
101 : 반사투과형 액정표시장치 102 : 액정패널
107 : 어레이 기판 115 : 게이트 전극
117 : 게이트 절연막 120 : 반도체층
132 : 소스 전극 134 : 드레인 전극
138 : 제 1 보호층 140 : 드레인 콘택홀
142 : 연결전극 145 : 투과부 화소전극
147 : 투과부 공통전극 148 : 제 2 보호층
150 : 연결 콘택홀 153 : 반사판
160 : 제 3 보호층 163 : 반사부 화소전극
165 : 반사부 공통전극 170 : 컬러필터 기판
173 : 컬러필터층 177 : 오버코트층
180 : 보상판 182 : 베리어 패턴
184 : 위상 보상 패턴 190 : 액정층
193 : 제 1 편광판 195 : 제 1 편광판
P : 화소영역 RA : 반사부
TA : 투과부 Tr : 박막트랜지스터

Claims (10)

  1. 화소영역의 반사부에 대해 반사판을 갖는 어레이 기판과 컬러필터 기판 및 이들 두 기판 사이에 개재된 액정층을 포함하는 액정패널과;
    상기 액정패널의 상기 컬러필터 상에 구성되며, 그 일면에 서로 이격하는 다수의 배리어 패턴과, 그 타면에 서로 이격하는 다수의 위상 보상 패턴을 구비한 보상판
    을 포함하는 반사투과형 액정표시장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 액정패널은,
    이격되어 배치된 제 1 기판 및 제 2 기판과;
    상기 제 1 기판의 내측면에 서로 교차하여 반사부와 투과부를 갖는 다수의 화소영역을 정의하며 형성된 게이트 배선 및 데이터 배선과;
    상기 게이트 배선과 나란하게 형성된 공통배선과;
    상기 게이트 배선 및 데이터 배선과 연결되며 형성된 박막트랜지스터와;
    상기 데이터 배선 및 상기 박막트랜지스터를 덮으며 형성된 제 1 보호층과;
    상기 제 1 보호층 위로 상기 화소영역 내의 상기 반사부에 형성된 반사판과;
    상기 반사판 위로 형성된 제 2 보호층과;
    상기 반사부의 상기 제 2 보호층 및 상기 투과부의 상기 제 1 보호층 상부에 형성되며 상기 박막트랜지스터의 드레인 전극과 연결되며 서로 이격하는 다수의 화소전극과;
    상기 반사부의 상기 제 2 보호층 및 상기 투과부의 상기 제 1 보호층 상부에 형성되며 상기 공통배선과 연결되며 상기 다수의 화소전극과 교대하며 형성된 다수의 공통배선과;
    상기 제 2 기판의 내측면에 형성된 컬러필터층
    을 포함하는 반사투과형 액정표시장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 투과부에 대응한 액정층의 두께는 상기 반사부에 대응한 액정층의 두께보다 2배 더 큰 것이 특징인 반사투과형 액정표시장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 다수의 배리어 패턴은 빛을 차단하는 물질로 이루어진 것이 특징인 반사투과형 액정표시장치.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 다수의 배리어 패턴은 상기 투과부에 중첩되도록, 상기 위상 보상 패턴은 상기 반사부에 중첩되도록 위치하는 것이 특징인 반사투과형 액정표시장치.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 배리어 패턴의 폭과 이의 이격간격을 합한 길이는 화소영역의 폭과 같은 것이 특징이다.
  7. 제 5 항에 있어서,
    상기 보상판은 그 두께를 D1, 상기 액정패널로부터 상기 베리어 패턴까지 수직거리를 D2라 할 때, D1 = D2가 되도록 위치하는 것이 특징인 반사투과형 액정표시장치.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 D2는,
    D2 > N * p4 / tan(sin-1(n1/n))를 만족하고, 여기서 N은 뷰수(view number), n1은 액정패널과 상기 베리어 패턴 사이에 채워진 물질의 굴절율, n은 상기 보상판을 이루는 물질의 굴절율인 것이 특징인 반사투과형 액정표시장치.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 다수의 배리어 패턴은 이를 통과하는 빛의 경로를 바꾸는 렌티귤라렌즈로 이루어진 것이 특징인 반사투과형 액정표시장치.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 반사판은 그 표면이 올록볼록한 요철구조를 갖는 것이 특징인 반사투과형 액정표시장치.
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