KR20120075861A - 액정표시장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 액정패널과; 상기 액정패널 하부 및 상부 각각에 위치하는 제 1 및 제 2 편광판과; 상기 제 1 편광판 하부에 위치하며 상기 액정패널에 빛을 공급하는 백라이트 유닛과; 상기 제 2 편광판과 상기 액정패널 사이에 위치하며, 제 1 층 및 제 2 층을 포함하는 적어도 이중층 구조의 선택 반사층을 포함하며, 상기 제 1 및 제 2 층은 서로 다른 굴절율을 갖는 물질로 이루어지고, 상기 백라이트 유닛이 빛을 공급하지 않는 경우 상기 선택 반사층에 의해 파장이 λ인 빛이 반사되는 것이 특징인 액정표시장치를 제공한다.

Description

액정표시장치{Liquid crystal display device}
본 발명은 액정표시장치에 관한 것으로, 특히 반사특성을 가져 오프 상태에서 특정 색상을 나타낼 수 있는 액정표시장치에 관한 것이다.
정보화 사회가 발전함에 따라 표시 장치에 대한 요구도 다양한 형태로 점진적으로 증가하고 있으며, 이에 부응하여 근래에는 LCD(Liquid Crystal Display Device), PDP(Plasma Display Panel), VFD(Vacuum Fluorescent Display), ELD(Electro Luminescent Display) 등 여러 가지 평판 표시 장치가 연구되어 왔고, 일부는 이미 여러 장비에서 표시장치로 활용되고 있다.
그 중에, 현재 화질이 우수하고 경량, 박형, 저소비 전력의 장점으로 인하여 이동형 화상 표시장치의 용도로 CRT(Cathode Ray Tube)를 대체하면서 액정표시장치가 가장 많이 사용되고 있으며, 노트북 컴퓨터의 모니터와 같은 이동형의 용도 이외에도 방송신호를 수신하여 디스플레이하는 텔레비전 및 컴퓨터의 모니터 등으로 다양하게 개발되고 있다.
이러한 액정표시장치의 구동원리는 액정의 광학적 이방성과 분극성질을 이용하는 바, 상기 액정은 구조가 가늘고 길기 때문에 분자의 배열에 방향성을 가지고 있으며, 인위적으로 액정에 전기장을 인가하여 분자배열의 방향을 제어할 수 있다.
따라서, 상기 액정의 분자배열 방향을 임의로 조절하면, 액정의 분자배열이 변하게 되고, 광학적 이방성에 의하여 상기 액정의 분자배열 방향으로 빛이 굴절하여 화상정보를 표현할 수 있다.
현재에는 박막트랜지스터와 상기 박막트랜지스터에 연결된 화소 전극이 행렬방식으로 배열된 능동행렬 액정표시장치(Active Matrix LCD : AM-LCD)가 해상도 및 동영상 구현능력이 우수하여 가장 주목받고 있다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 종래에 따른 액정표시장치에 대해 설명하도록 한다.
도 1은 종래에 따른 액정표시장치를 개략적으로 나타낸 단면도이다.
도시한 바와 같이, 종래에 따른 액정표시장치(1)는 제 1 기판(5) 및 제 2 기판(10)과, 상기 제 1 및 제 2 기판(5, 10)의 이격된 사이 공간에 개재된 액정층(15)과, 상기 제 1 기판(5)과 이격된 배면에 위치하는 백라이트 유닛(90)을 포함한다. 이 때, 상기 제 1 및 제 2 기판(5, 10)과 액정층(15)을 포함하여 액정 패널(30)이라 한다. 상기 제 1 및 제 2 기판(5, 10)은 투명한 유리 기판이 주로 이용된다.
상기 제 1 기판(5)은 게이트 배선(미도시)과 데이터 배선(미도시)이 수직 교차하여 정의하는 화소 영역(P)과 박막 트랜지스터(Tr)가 형성되는 스위칭 영역(S)으로 구분된다.
상기 게이트 배선과 데이터 배선의 교차지점 별로는 스위칭 역할을 하는 박막 트랜지스터(Tr)가 형성된다. 상기 박막 트랜지스터(Tr)는 게이트 전극(25), 게이트 절연막(45), 반도체층(42)과 소스 및 드레인 전극(32, 34)을 포함할 수 있다. 상기 게이트 전극(25)은 상기 게이트 배선에 연결되며, 상기 게이트 절연막(45)은 상기 게이트 전극(25)을 덮고 있다. 상기 반도체층(42)은 상기 게이트 절연막(45) 상에 위치하며, 상기 게이트 전극(25)에 대응하여 위치하고 있다. 상기 반도체층(42)은 순수한 비정질 실리콘(a-Si:H)으로 이루어진 액티브층과 불순물을 포함하는 비정질 실리콘(n+ a-Si:H)으로 이루어진 오믹 콘택층을 포함할 수 있다. 상기 소스 전극(32)은 상기 데이터 배선에 연결되며, 상기 드레인 전극(34)은 상기 소스 전극(32)과 이격되어 있다. 상기 소스 전극(32) 및 상기 드레인 전극(34)은 상기 반도체층(42) 상에 위치하고 있다.
상기 박막 트랜지스터(Tr)의 상부로는 상기 드레인 전극(34)을 노출하는 드레인 콘택홀(DCH)을 포함하는 보호막(55)이 형성된다. 상기 보호막(55)의 상부로는 상기 드레인 콘택홀(DCH)을 통해 상기 박막 트랜지스터(Tr)의 드레인 전극(34)과 개별적으로 연결된 화소 전극(70)이 화소 영역(P)별로 형성된다.
상기 화소 전극(70)은 인듐-틴-옥사이드(indium-tin-oxide; ITO)와 인듐-징크-옥사이드(indium-zinc-oxide; IZO)를 포함하는 투명한 도전성 물질 그룹 중 선택된 하나로 형성될 수 있다.
한편, 상기 제 2 기판(10)에는 제 1 기판(5) 상의 게이트 및 데이터 배선과, 박막 트랜지스터(Tr)를 차폐하는 블랙 매트릭스(12)가 형성된다. 상기 블랙 매트릭스(12)의 하부로는 블랙 매트릭스(12)를 경계로 순차적으로 패턴된 적(R), 녹(G), 청(B) 서브 컬러필터(16a, 16b, 16c)를 포함하는 컬러필터층(16)이 형성된다. 또한, 상기 컬러필터층(16)의 하부 전면으로는 인듐-틴-옥사이드(ITO)와 인듐-징크-옥사이드(IZO)를 포함하는 투명한 도전성 물질 그룹 중 선택된 하나로 이루어진 공통 전극(80)이 형성된다.
이 때, 도면으로 상세히 제시하지는 않았지만, 상기 화소 전극(70)과 상기 공통 전극(80)의 상부 및 하부면 각각에는 제 1 및 제 2 배향막(미도시)이 더 형성될 수 있다.
전술한 액정표시장치(1)는 박막 트랜지스터(T)가 개별적으로 연결된 화소 전극(70)을 제 1 전극으로, 제 2 기판(10)의 전면에 형성된 공통 전극(80)을 제 2 전극으로 이용하게 된다. 이러한 스위칭 역할을 하는 박막 트랜지스터(T)를 이용하여 선택적으로 해당 화소 영역별로 위치하는 화소 전극 및 공통 전극 간의 수직 전계를 이용하여 액정층(15)이 구동되며 상기 백라이트 유닛(90)으로부터 발광되는 빛의 투과량을 조절할 수 있게 된다. 이러한 액정층의 구동에 의한 온/오프에 컬러필터층을 통과하는 빛을 통해 원하는 영상을 구현하게 된다.
특히, 상기 백라이트 유닛(90)의 광원으로는 냉음극 형광램프(Cold Cathode Fluorescent Lamp: CCFL), 열음극 형광램프(Hot Cathode Fluorescent Lamp: HCFL), 외부 전극 형광램프(External Electrode Fluorescent Lamp: EEFL) 및 발광 다이오드(Light-Emitting Diode: LED) 중 선택된 어느 하나가 이용될 수 있다.
한편, 최근 들어 오프 시에 색상이 구현되는 액정표시장치에 대한 요구가 있다. 특히 휴대폰 등에 있어, 오프 시에 케이스의 색상과 조화를 이루도록 특정 색상이 구현되는 것이 요구되고 있다. 일반적으로, 액정표시장치는 그 모드에 따라 오프 시에 블랙 또는 화이트 색상을 구현하게 되는데, 휴대폰 케이스 등의 색상과 조화를 이룰 수 없게 된다.
이러한 요구에 맞추어, 콜레스테릭 액정의 반사 특성을 이용한 액정표시장치가 제안되었다. 도 2는 종래 콜레스테릭 액정을 이용한 반사 특성의 액정표시장치의 단면도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 액정표시장치(50)는 액정패널(30)과, 상기 액정패널(30) 하부의 백라이트 유닛(90)과, 상기 액정패널(30) 상부의 콜레스테릭 액정필름(80)을 포함한다.
상기 액정패널(30)은 도 1에 도시된 바와 같이, 박막트랜지스터(Tr)와 화소전극(70) 등이 형성된 제 1 기판(5)과, 컬러필터층(16) 및 공통전극(75) 등이 형성된 제 2 기판(10) 및 상기 제 1 및 제 2 기판(5, 10) 사이에 개재된 액정층(15)을 포함하여 이루어진다.
상기 액정패널(30)은 온(on) 구동시 상기 백라이트 유닛(90)의 광원으로부터 빛이 조사되고 상기 액정패널(30)의 구동에 의해 상기 콜레스테릭 액정필름(80)을 통해 컬러 영상을 구현하게 된다.
상기 콜레스테릭 액정필름(80)은 서로 마주보는 제 3 및 제 4 기판(82, 84)과, 상기 제 3 및 제 4 기판(82, 84) 사이에 위치하며 각 화소영역(P)의 경계에 형성된 격벽(88)과, 상기 제 3 및 제 4 기판(82, 84)과 상기 격벽(88)에 의해 정의된 공간에 위치하는 콜레스테릭 액정층(86)을 포함하여 이루어진다.
상기 콜레스테릭 액정층(86)은 콜레스테릭 액정분자(87)를 포함하고 있다.
한편, 액정표시장치(50)는 상기 액정패널(30)의 오프(off) 구동시에 상기 콜레스테릭 액정필름(80)에 의해 빛이 선택적으로 반사되어 특정 색상을 구현하게 된다.
상기 콜레스테릭 액정분자(87)는 나선 형상으로 꼬인 상태로 배열되어 있다. 상기 콜레스테릭 액정분자(87)의 360°꼬인 형상을 단위 나선 피치(pitch)라고 하면, 단위 나선 피치와 나선 형상의 두께에 의해 반사되는 색상이 결정된다.
즉, 콜레스테릭 액정분자(87)는 우원편광된 빛은 투과하고 좌원편광된 빛 중 특정 파장을 갖는 빛만을 반사하게 되며, 콜레스테릭 액정분자(87)의 단위 나선 피치와 나선 형상의 두께에 의해 반사된 빛의 파장이 결정된다. 즉, 콜레스테릭 액정분자(87)의 단위 나선 피치와 나선 형상의 두께에 의해 반사된 빛의 색상이 결정된다.
그런데, 위와 같이 콜레스테릭 액정필름(80)을 포함하는 종래 반사 액정표시장치(50)의 경우, 마주하는 두 기판(82, 84) 및 콜레스테릭 액정층(86)을 포함하는 콜레스테릭 액정필름(80)을 필요로 하기 때문에 그 제조 공정이 복잡하고 제조 원가 또한 상승하게 된다.
또한, 정면 시야각에서는 원하는 색상이 구현되나 측면 시야각에서는 다른 색상이 관찰되는 문제가 있다.
또한, 액정패널(30)의 상,하에는 특정 선편광만을 투과시키는 편광판이 존재하며 상기 액정패널(30)의 상부에 위치하는 편광판을 통과한 빛은 좌원편광된 빛만을 투과시키는 콜레스테릭 액정필름(80)을 통과하면서 투과율이 크게 감소하게 된다. 결과적으로 액정표시장치(50)의 투과율이 감소하는 문제가 발생한다.
본 발명은 위와 같이, 종래 액정표시장치의 제조 공정 및 제조 원가에서의 단점을 해결하고자 한다. 즉, 복잡한 구조의 콜레스테릭 액정필름을 대신하여 특정 색상을 반사시킬 수 있는 구성을 이용하고자 한다.
또한, 측면 시야각에서의 색상 변화 문제를 해결하고자 한다.
위와 같은 과제의 해결을 위해, 본 발명은 액정패널과; 상기 액정패널 하부 및 상부 각각에 위치하는 제 1 및 제 2 편광판과; 상기 제 1 편광판 하부에 위치하며 상기 액정패널에 빛을 공급하는 백라이트 유닛과; 상기 제 2 편광판과 상기 액정패널 사이에 위치하며, 제 1 층 및 제 2 층을 포함하는 적어도 이중층 구조의 선택 반사층을 포함하며, 상기 제 1 및 제 2 층은 서로 다른 굴절율을 갖는 물질로 이루어지고, 상기 백라이트 유닛이 빛을 공급하지 않는 경우 상기 선택 반사층에 의해 파장이 λ인 빛이 반사되는 것이 특징인 액정표시장치를 제공한다.
상기 제 1 층은 산화티타늄(TiO2)으로 이루어지고, 상기 제 2 층은 산화실리콘(SiO2)으로 이루어지는 것이 특징이다.
상기 액정패널은 서로 마주하는 제 1 및 제 2 기판과, 상기 제 1 및 제 2 기판 사이에 위치하는 액정층과, 상기 액정층을 구동하기 위한 화소전극과 공통전극을 포함하고, 상기 제 2 층은 상기 제 2 기판과 상기 제 1 층 사이에 위치하는 것이 특징이다.
상기 액정패널은, 마주하는 제 1 및 제 2 기판과; 상기 제 1 기판에 위치하는 박막트랜지스터와; 상기 제 1 기판에 위치하며 상기 박막트랜지스터에 연결된 화소전극과; 상기 제 1 및 제 2 기판 중 어느 하나에 위치하는 공통전극과; 상기 제 1 및 제 2 기판 사이에 위치하는 액정층을 포함하는 것이 특징이다.
상기 제 1 편광판은 제 1 편광축을 갖고, 상기 제 2 편광판은 상기 제 1 편광축에 수직한 제 2 편광축을 갖는 것이 특징이다.
상기 선택 반사층은 상기 제 1 및 제 2 층이 교대로 배열되는 2층 내지 30층 구조를 갖는 것이 특징이다.
상기 선택반사층은 상기 제 1 및 제 2 층이 교대로 배열되어 18층 구조를 갖고, 상기 제 1 층이 최하층에 위치하며 상기 제 2 층이 최상층에 위치하고, 상기 최상층에 위치하는 상기 제 2 층이 가장 큰 두께를 가지며, 상기 λ는 청색 파장대인 것이 특징이다.
본 발명은 교대로 배열되는 산화티타늄층과 산화실리콘층을 이용하여 특정 파장을 빛을 반사함으로써 액정표시장치의 오프(off) 시에 특정 색상을 표시할 수 있게 된다.
종래 콜레스테릭 액정필름에 비해 매우 간단한 구조를 갖기 때문에 제조 공정이 단순하고 제조 원가를 절감할 수 있다. 또한, 박형 액정표시장치를 제공할 수 있는 장점을 갖는다.
또한, 산화티타늄층과 산화실리콘층의 적층 구조를 상부 기판과 편광판 사이에 위치시킴으로써, 측면 시야각에서의 컬러 쉬프트 문제를 방지할 수 있다.
도 1은 종래에 따른 액정표시장치를 개략적으로 나타낸 단면도이다.
도 2는 종래 콜레스테릭 액정을 이용한 반사 특성의 액정표시장치의 단면도이다.
도 3은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 액정표시장치의 개략적인 단면도이다.
도 4는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 액정표시장치에서의 컬러 쉬프트 현상을 보여주는 사진이다.
도 5는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 액정표시장치의 개략적인 단면도이다.
도 6a 및 도 6b 각각은 본 발명의 제 1 실시예 및 제 2 실시예에 따른 액정표시장치에서의 컬러 쉬프트 현상을 보여주는 그래프이다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명에 대해 자세히 설명한다.
도 3은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 액정표시장치의 개략적인 단면도이다.
도시한 바와 같이, 액정표시장치(100)는 액정패널(110)과, 상기 액정패널(110) 하부 및 상부의 제 1 및 제 2 편광판(152, 154)과, 상기 제 1 편광판(152) 하부의 백라이트 유닛(120)과, 상기 제 2 편광판(154) 상부에 위치하는 제 3 기판(160)과, 상기 제 3 기판(160) 상에 위치하는 선택 반사층(170)을 포함한다.
상기 액정패널(110)은 제 1 기판(101)과, 상기 제 1 기판(101)과 마주하는 제 2 기판(102)과, 상기 제 1 및 제 2 기판(101, 102) 사이에 개재된 액정층(103)과, 상기 제 1 및 제 2 기판(101, 102) 각각의 외측에 위치하는 제 1 및 제 2 편광판(152, 154)를 포함한다.
상기 제 1 기판(101) 상에는 게이트 전극(112)과, 상기 게이트 전극(112)에 연결되고 제 1 방향을 따라 연장된 게이트 배선(114)이 위치하고 있다. 상기 게이트 전극(112) 및 상기 게이트 배선(114) 각각은 알루미늄(Al), 알루미늄 합금(AlNd), 몰리브덴(Mo), 구리(Cu), 구리합금과 같은 금속물질의 단일층으로 이루어질 수 있다. 한편, 이와 달리 구리(Cu)로 이루어지는 제 1 층과, 상기 제 1 층 상부 및 하부에 위치하며 몰리브덴-티타늄 합금(MoTi)으로 이루어지는 제 2 및 제 3 층을 갖는 삼중층 구조로 이루어질 수도 있다.
상기 게이트 전극(112) 및 상기 게이트 배선(114)을 덮으며 게이트 절연막(116)이 위치하고 있다. 예를 들어, 상기 게이트 절연막(116)은 산화실리콘 또는 질화실리콘과 같은 무기절연물질로 이루어질 수 있다.
상기 게이트 절연막(116) 상에는 액티브층(120a)과 오믹콘택층(120b)을 포함하는 반도체층(120)이 위치한다. 상기 반도체층(120)은 상기 게이트 전극(112)에 대응하여 위치하고 있다. 상기 액티브층(120a)은 순수 비정질 실리콘으로 이루어지며, 상기 오믹콘택층(120b)은 불순물 비정질 실리콘으로 이루어진다.
또한, 상기 게이트 절연막(116) 상에는 상기 화소영역(P)에 대응하여 판 형상을 갖는 화소전극(124)이 위치한다. 상기 화소전극(124)은 인듐-틴-옥사이드(indium-tin-oxide, ITO) 또는 인듐-징크-옥사이드(indium-zinc-oxide, IZO)와 같은 투명 도전성 물질로 이루어진다. 상기 화소전극(124)은 상기 반도체층(120)의 측면과 접촉할 수 있으며, 이와 달리 상기 반도체층(120)으로부터 일정 간격 이격되어 위치할 수도 있다. 상기 화소전극(124)은 상기 게이트 배선(114)의 일부와 중첩함으로써 스토리지 캐패시터(Cst)를 구성한다. 즉, 상기 게이트 배선(114)의 중첩된 부분이 제 1 전극이 되고, 상기 화소전극(124)의 중첩된 부분이 제 2 전극이 되며, 상기 화소전극(124)과 상기 게이트 배선(114) 사이의 상기 게이트 절연막(116)이 유전체층이 됨으로써, 스토리지 캐패시터(Cst)를 이룬다.
또한, 상기 게이트 절연막(116) 상에는 상기 게이트 배선(114)과 교차하도록 제 2 방향으로 연장된 데이터 배선(130)이 위치한다. 상기 데이터 배선(130)과 상기 게이트 배선(114)의 교차에 의해 상기 화소영역(P)이 정의된다.
상기 반도체층(120) 상에는 소스 전극(132)과 드레인 전극(134)이 위치하고 있다. 상기 소스 전극(132)은 상기 데이터 배선(130)에 연결되며, 상기 드레인 전극(134)은 상기 소스 전극(132)으로부터 이격되어 있다. 상기 드레인 전극(132)은 상기 화소전극(124)과 접촉하고 있다. 상기 소스 및 드레인 전극(132, 134) 사이의 이격 공간에 대응하여 상기 액티브층(120a)이 노출되어 있다.
상기 데이터 배선(130), 상기 소스 전극(132) 및 상기 드레인 전극(134) 각각은 알루미늄(Al), 알루미늄 합금(AlNd), 몰리브덴(Mo), 구리(Cu), 구리합금과 같은 금속물질의 단일층으로 이루어질 수 있다. 한편, 이와 달리 구리(Cu)로 이루어지는 제 1 층과, 상기 제 1 층 상부 및 하부에 위치하며 몰리브덴-티타늄 합금(MoTi)으로 이루어지는 제 2 및 제 3 층을 갖는 삼중층 구조로 이루어질 수도 있다.
상기 게이트 전극(112), 상기 게이트 절연막(116), 상기 반도체층(120), 상기 소스 전극(132) 및 상기 드레인 전극(134)은 스위칭 소자인 박막트랜지스터(Tr)를 이룬다. 상기 박막트랜지스터(Tr)는 상기 게이트 배선(114), 상기 데이터 배선(130) 및 상기 화소전극(124)과 연결되어 있다.
상기 박막트랜지스터(Tr), 상기 데이터 배선(130) 및 상기 화소전극(124)을 덮으며 보호층(136)이 위치하고 있다. 상기 보호층(136)은 산화실리콘, 질화실리콘과 같은 무기절연물질 또는 벤조사이클로부텐(BCB) 또는 포토아크릴(photo acryl)과 같은 유기절연물질로 이루어질 수 있다.
상기 보호층(136) 상에는 상기 화소전극(124)에 대응하여 적어도 하나의 홀(139)을 가지며 상기 제 1 기판(101) 전체에 대하여 판 형상을 갖는 공통전극(138)이 위치하고 있다. 상기 공통전극(138)은 ITO, IZO와 같은 투명 도전성 물질로 이루어진다. 상기 공통전극(138) 및 상기 화소전극(124)에 전압이 인가되면 프린지 필드(fringe field)가 형성된다.
상기 제 1 기판(101)과 마주하는 상기 제 2 기판(102)에는 블랙매트릭스(140)와, 컬러필터층(142)과 오버코트층(146)이 위치하고 있다. 상기 블랙매트릭스(140)는 상기 박막트랜지스터(Tr), 상기 데이터 배선(130) 및 상기 게이트 배선(114) 등에 대응하여 위치함으로써 빛샘을 방지한다. 상기 블랙매트릭스(140) 상에는 상기 화소영역(P)에 대응하여 상기 컬러필터층(142)이 형성된다. 예를 들어, 상기 컬러필터층(142)는 적색, 녹색, 청색 컬러필터 패턴(142a, 142b, 142c)를 포함한다. 또한, 상기 오버코트층(146)은 상기 블랙매트릭스(140) 및 상기 컬러필터층(142)을 덮으며 표면을 평탄화하게 된다.
전술한 바와 같이, 상기 제 1 및 제 2 기판(101, 102) 사이에는 액정층(103)이 위치하며, 상기 화소전극(124)과 상기 공통전극(138) 사이에 형성된 프린지 필드에 의해 상기 액정층(103)이 구동된다.
한편, 상기 화소전극과 상기 공통전극 각각이 빗(comb) 형상을 가지며 서로 교대로 배열됨으로써 횡전계에 의해 상기 액정층이 구동될 수 있으며, 또한, 상기 공통전극이 제 2 기판(102)의 상기 오버코트층(146) 상에 위치함으로써 수직 전계에 의해 상기 액정층이 구동될 수도 있다.
상기 제 1 및 제 2 기판(101, 102) 각각의 외측에 위치하는 상기 제 1 및 제 2 편광판(152, 154)는 서로 수직한 편광축을 갖는다. 이에 의해 상기 제 1 편광판(152)은 상기 백라이트 유닛(120)으로부터 조사된 빛 중 제 1 편광축과 평행한 빛만을 투과시키며, 상기 제 2 편광판(154)은 상기 제 1 편광축과 수직인 제 2 편광축에 평행한 빛만을 투과시키게 된다.
상기 제 2 편광판(154) 상에는 상기 제 3 기판(160)이 위치하고, 상기 제 3 기판(160) 상에는 제 1 박막층(172)과 제 2 박막층(174)으로 이루어지는 선택 반사층(170)이 위치한다. 상기 제 1 박막층(172)는 산화티타늄(TiO2)와 산화실리콘(SiO2) 중 어느 하나로 이루어지고, 상기 제 2 박막층(174)은 산화티타늄(TiO2)와 산화실리콘(SiO2) 중 다른 하나로 이루어진다. 즉, 상기 제 1 박막층(172)과 상기 제 2 박막층(174)은 서로 다른 굴절률을 갖는 물질로 이루어진다. 도면에서 상기 선택 반사층(170)이 제 1 박막층(172)과 제 2 박막층(174)의 이중층으로 이루어지는 것을 보이고 있으나 제 1 박막층(172)과 제 2 박막층(174)이 교대로 적층되는 삼중층 이상의 구조를 가질 수 있다.
상기 선택 반사층(170)은 서로 다른 굴절률을 갖는 박막층(172, 174)으로 이루어지며, 이에 의해 특정 파장의 빛을 반사시키는 특성을 갖는다.
즉, 상기 백라이트 유닛(120)이 오프 상태인 경우, 외부의 광이 상기 선택 반사층(170)에 조사되면 이중 특정 파장의 빛은 반사시키고 나머지 파장의 빛은 투과시키게 된다. 따라서, 상기 백라이트 유닛(120)의 오프 상태에서, 액정표시장치(100)는 특정한 색상을 갖게 되며 액정표시장치(100)의 외부 케이스(미도시)와 색상 조화를 이룬다.
종래 콜레스테릭 액정 필름을 이용하는 경우에 비해, 공정이 간단하기 때문에 제조 원가 및 공정 효율에서 장점을 갖는다. 또한, 상기 선택 반사층(170)의 두께가 얇기 때문에 박형 액정표시장치의 제공이 가능하다.
그런데, 전술한 제 1 실시예의 액정표시장치(100)는 시야각에 따른 컬러 쉬프트(color shift) 문제를 갖고 있다. 즉, 본 발명의 제 1 실시예에 따른 액정표시장치에서의 컬러 쉬프트 현상을 보여주는 사진인 도 4를 참조하면, 정면 시야각(좌측)에서 측면으로 갈수록 색상이 변하는 것을 알 수 있다. (Δu'v' 증가)
상기 선택 반사층(170)에서 반사되는 빛은 파장은 아래 식으로 표현된다.
Figure pat00001
여기서, λ는 반사 파장, P는 제 1 박막층(172)과 제 2 박막층(174)의 두께의 합, m은 선택반사층(170)의 적층 수, n1은 제 1 박막층(172)의 굴절율, n2는 제 2 박막층의 굴절율, θ는 시야각이다.
또한, na는 아래와 같다.
Figure pat00002
따라서, 시야각(θ)에 따라 반사되는 빛의 파장(λ)이 변하는 컬러 쉬프트 현상이 발생한다.
즉, 본 발명의 제 1 실시예에서는 제조 원가 및 공정 효율 등에서 장점을 갖는 선택 반사 특성의 액정표시장치를 제공할 수 있지만, 시야각에 따른 컬러 쉬프트 문제가 발생하고 있다.
이러한 문제를 해결하기 위한 선택 반사 특성의 액정표시장치를 제안한다. 도 5는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 액정표시장치의 개략적인 단면도이다.
도 5에 도시된 바와 같이, 액정표시장치(200)는 액정패널(210)과, 상기 액정패널(210) 상부 및 하부의 제 1 및 제 2 편광판(252, 254)과, 상기 제 1 편광판(252) 하부의 백라이트 유닛(220)과, 상기 액정패널(210)과 상기 제 2 편광판(254) 사이에 위치하는 선택 반사층(270)을 포함한다.
상기 액정패널(210)은 제 1 기판(201)과, 상기 제 1 기판(201)과 마주하는 제 2 기판(202)과, 상기 제 1 및 제 2 기판(201, 202) 사이에 개재된 액정층(203)과, 상기 제 1 및 제 2 기판(201, 202) 각각의 외측에 위치하는 제 1 및 제 2 편광판(252, 254)를 포함한다.
상기 제 1 기판(201) 상에는 게이트 전극(212)과, 상기 게이트 전극(212)에 연결되고 제 1 방향을 따라 연장된 게이트 배선(214)이 위치하고 있다. 상기 게이트 전극(212) 및 상기 게이트 배선(214) 각각은 알루미늄(Al), 알루미늄 합금(AlNd), 몰리브덴(Mo), 구리(Cu), 구리합금과 같은 금속물질의 단일층으로 이루어질 수 있다. 한편, 이와 달리 구리(Cu)로 이루어지는 제 1 층과, 상기 제 1 층 상부 및 하부에 위치하며 몰리브덴-티타늄 합금(MoTi)으로 이루어지는 제 2 및 제 3 층을 갖는 삼중층 구조로 이루어질 수도 있다.
상기 게이트 전극(212) 및 상기 게이트 배선(214)을 덮으며 게이트 절연막(216)이 위치하고 있다. 예를 들어, 상기 게이트 절연막(216)은 산화실리콘 또는 질화실리콘과 같은 무기절연물질로 이루어질 수 있다.
상기 게이트 절연막(216) 상에는 액티브층(220a)과 오믹콘택층(220b)을 포함하는 반도체층(220)이 위치한다. 상기 반도체층(220)은 상기 게이트 전극(212)에 대응하여 위치하고 있다. 상기 액티브층(220a)은 순수 비정질 실리콘으로 이루어지며, 상기 오믹콘택층(220b)은 불순물 비정질 실리콘으로 이루어진다.
또한, 상기 게이트 절연막(216) 상에는 상기 화소영역(P)에 대응하여 판 형상을 갖는 화소전극(224)이 위치한다. 상기 화소전극(224)은 인듐-틴-옥사이드(indium-tin-oxide, ITO) 또는 인듐-징크-옥사이드(indium-zinc-oxide, IZO)와 같은 투명 도전성 물질로 이루어진다. 상기 화소전극(224)은 상기 반도체층(220)의 측면과 접촉할 수 있으며, 이와 달리 상기 반도체층(220)으로부터 일정 간격 이격되어 위치할 수도 있다. 상기 화소전극(224)은 상기 게이트 배선(214)의 일부와 중첩함으로써 스토리지 캐패시터(Cst)를 구성한다. 즉, 상기 게이트 배선(214)의 중첩된 부분이 제 1 전극이 되고, 상기 화소전극(224)의 중첩된 부분이 제 2 전극이 되며, 상기 화소전극(224)과 상기 게이트 배선(214) 사이의 상기 게이트 절연막(216)이 유전체층이 됨으로써, 스토리지 캐패시터(Cst)를 이룬다.
또한, 상기 게이트 절연막(216) 상에는 상기 게이트 배선(214)과 교차하도록 제 2 방향으로 연장된 데이터 배선(230)이 위치한다. 상기 데이터 배선(230)과 상기 게이트 배선(214)의 교차에 의해 상기 화소영역(P)이 정의된다.
상기 반도체층(220) 상에는 소스 전극(232)과 드레인 전극(234)이 위치하고 있다. 상기 소스 전극(232)은 상기 데이터 배선(230)에 연결되며, 상기 드레인 전극(234)은 상기 소스 전극(232)으로부터 이격되어 있다. 상기 드레인 전극(232)은 상기 화소전극(224)과 접촉하고 있다. 상기 소스 및 드레인 전극(232, 234) 사이의 이격 공간에 대응하여 상기 액티브층(220a)이 노출되어 있다.
상기 데이터 배선(230), 상기 소스 전극(232) 및 상기 드레인 전극(234) 각각은 알루미늄(Al), 알루미늄 합금(AlNd), 몰리브덴(Mo), 구리(Cu), 구리합금과 같은 금속물질의 단일층으로 이루어질 수 있다. 한편, 이와 달리 구리(Cu)로 이루어지는 제 1 층과, 상기 제 1 층 상부 및 하부에 위치하며 몰리브덴-티타늄 합금(MoTi)으로 이루어지는 제 2 및 제 3 층을 갖는 삼중층 구조로 이루어질 수도 있다.
상기 게이트 전극(212), 상기 게이트 절연막(216), 상기 반도체층(220), 상기 소스 전극(232) 및 상기 드레인 전극(234)은 스위칭 소자인 박막트랜지스터(Tr)를 이룬다. 상기 박막트랜지스터(Tr)는 상기 게이트 배선(214), 상기 데이터 배선(230) 및 상기 화소전극(224)과 연결되어 있다.
상기 박막트랜지스터(Tr), 상기 데이터 배선(230) 및 상기 화소전극(224)을 덮으며 보호층(236)이 위치하고 있다. 상기 보호층(236)은 산화실리콘, 질화실리콘과 같은 무기절연물질 또는 벤조사이클로부텐(BCB) 또는 포토아크릴(photo acryl)과 같은 유기절연물질로 이루어질 수 있다.
상기 보호층(236) 상에는 상기 화소전극(224)에 대응하여 적어도 하나의 홀(239)을 가지며 상기 제 1 기판(201) 전체에 대하여 판 형상을 갖는 공통전극(238)이 위치하고 있다. 상기 공통전극(238)은 ITO, IZO와 같은 투명 도전성 물질로 이루어진다. 상기 공통전극(238) 및 상기 화소전극(224)에 전압이 인가되면 프린지 필드(fringe field)가 형성된다.
상기 제 1 기판(201)과 마주하는 상기 제 2 기판(202)에는 블랙매트릭스(240)와, 컬러필터층(242)과 오버코트층(246)이 위치하고 있다. 상기 블랙매트릭스(240)는 상기 박막트랜지스터(Tr), 상기 데이터 배선(230) 및 상기 게이트 배선(214) 등에 대응하여 위치함으로써 빛샘을 방지한다. 상기 블랙매트릭스(240) 상에는 상기 화소영역(P)에 대응하여 상기 컬러필터층(242)이 형성된다. 예를 들어, 상기 컬러필터층(242)는 적색, 녹색, 청색 컬러필터 패턴(242a, 242b, 242c)를 포함한다. 또한, 상기 오버코트층(246)은 상기 블랙매트릭스(240) 및 상기 컬러필터층(242)을 덮으며 표면을 평탄화하게 된다.
전술한 바와 같이, 상기 제 1 및 제 2 기판(201, 202) 사이에는 액정층(203)이 위치하며, 상기 화소전극(224)과 상기 공통전극(238) 사이에 형성된 프린지 필드에 의해 상기 액정층(203)이 구동된다.
한편, 상기 화소전극과 상기 공통전극 각각이 빗(comb) 형상을 가지며 서로 교대로 배열됨으로써 횡전계에 의해 상기 액정층이 구동될 수 있으며, 또한, 상기 공통전극이 제 2 기판(202)의 상기 오버코트층(246) 상에 위치함으로써 수직 전계에 의해 상기 액정층이 구동될 수도 있다.
상기 제 1 및 제 2 기판(201, 202) 각각의 외측에 위치하는 상기 제 1 및 제 2 편광판(252, 254)는 서로 수직한 편광축을 갖는다. 이에 의해 상기 제 1 편광판(252)은 상기 백라이트 유닛(220)으로부터 조사된 빛 중 제 1 편광축과 평행한 빛만을 투과시키며, 상기 제 2 편광판(254)은 상기 제 1 편광축과 수직인 제 2 편광축에 평행한 빛만을 투과시키게 된다.
도 4의 제 1 실시예에 따른 액정표시장치(100)에서는 상기 선택 반사층(170)이 상기 제2 편광판(154) 상에 위치함으로써, 외부의 빛은 상기 선택 반사층(170)에 직접 조사되었다.
그러나, 본 발명의 제 2 실시예에 따른 액정표시장치(200)에서는 상기 선택 반사층(270)이 상기 제 2 편광판(254)과 상기 제 2 기판(202) 사이에 위치한다. 따라서, 외부의 빛은 상기 제 2 편광판(254)을 통과한 후 상기 선택 반사층(270)에 조사된다.
상기 선택 반사층(270)은 서로 다른 굴절율을 갖는 제 1 박막층(272)과 제 2 박막층(274)을 포함한다. 상기 제 1 박막층(272)는 산화티타늄(TiO2)와 산화실리콘(SiO2) 중 어느 하나로 이루어지고, 상기 제 2 박막층(274)은 산화티타늄(TiO2)와 산화실리콘(SiO2) 중 다른 하나로 이루어진다. 산화티타늄의 굴절율은 약 2.40, 산화실리콘의 굴절율은 약 1.45이다. 도면에서 상기 선택 반사층(270)이 제 1 박막층(272)과 제 2 박막층(274)의 이중층으로 이루어지는 것을 보이고 있으나 제 1 박막층(272)과 제 2 박막층(274)이 교대로 적층되는 삼중층 이상의 구조를 가질 수 있다.
예를 들어, 상기 선택 반사층(270)은 상기 제 1 박막층(272)과 상기 제 2 박막층(274)이 교대로 배열되는 2~30층 구조를 가질 수 있다.
예를 들어, 아래 표 1의 샘플1의 적층 구조를 갖는 선택반사층(270)은 청색(blue) 빛을 반사시키며, 샘플2의 적층 구조를 갖는 선택반사층(270)은 거울 특성을 갖고, 샘플3의 적층 구조를 갖는 선택반사층(270)은 레드-와인 색의 빛을 반사시킨다.
샘플1 샘플2 샘플3
층 두께[Å] 층 두께[Å] 층 두께[Å]
SiO2 1095 SiO2 697 TiO2 398
TiO2 194 TiO2 721 SiO2 17
SiO2 222 SiO2 1267 TiO2 451
TiO2 726 TiO2 728 SiO2 581
SiO2 585 SiO2 1048 TiO2 11
TiO2 318 TiO2 531
SiO2 433 SiO2 673
TiO2 142 TiO2 328
SiO2 564 SiO2 1019
TiO2 582
SiO2 348
TiO2 591
SiO2 287
TiO2 392
SiO2 402
TiO2 276
SiO2 314
TiO2 216
예를 들어, 샘플1의 경우 산화티타늄층과 산화실리콘층이 교대로 적층된 18층 구조를 갖고, 산화티타늄층이 최하층에, 산화실리콘층이 최상층에 위치한다. 이때, 최상층인 산화실리콘층이 가장 큰 두께를 갖는다.
또한, 상기 제 2 기판(202)과의 접촉 특성을 고려하여 상기 선택 반사층(270) 중 상기 제 2 기판(202)과 접촉하는 최하층은 산화실리콘으로 이루어질 수 있다.
상기 선택 반사층(270)은 서로 다른 굴절률을 갖는 박막층(272, 274)으로 이루어지며, 이에 의해 특정 파장의 빛을 반사시키는 특성을 갖는다.
즉, 상기 백라이트 유닛(220)이 오프 상태인 경우, 외부의 광이 상기 선택 반사층(270)에 조사되면 이중 특정 파장의 빛은 반사시키고 나머지 파장의 빛은 투과시키게 된다. 따라서, 상기 백라이트 유닛(220)의 오프 상태에서, 액정표시장치(200)는 특정한 색상을 갖게 되며 액정표시장치(200)의 외부 케이스(미도시)와 색상 조화를 이룬다.
특히, 외부 광이 상기 제 2 편광판(254)을 통과한 후 상기 선택 반사층(270)에 조사되기 때문에, 상기 선택 반사층(270)에 의해 반사되는 빛은 시야각에 따른 컬러 쉬프트 현상이 최소화된다.
본 발명의 제 1 실시예 및 제 2 실시예에 따른 액정표시장치에서의 컬러 쉬프트 현상을 각각 보여주는 그래프인 도 6a 및 도 6b를 참조하면, 제 2 실시예와 같이 선택반사층(270)을 상기 제 2 편광판(254)과 상기 제 2 기판(202) 사이에 위치시킴으로써 제 1 실시예에 비해 컬러 쉬프트 현상(Δu'v')을 최대 0.05까지 낮출 수 있다. 즉, 일반적인 액정표시장치(LCM) 구조, 원판 유리 기판(bare GLS), 청색 빛의 선택반사층(M/L(Blue)), 금색 빛의 선택반사층(M/L(Gold)), 핑크색 빛의 선택반사층(M/L(Pink)), 녹색 빛의 선택반사층(M/L(Green)) 모두에서 컬러 쉬프트 현상이 개선되었다.
본 발명에 따른 액정표시장치는 서로 다른 굴절율을 갖는 산화티타늄층과 산화실리콘층이 적층된 선택 반사층을 포함하여, 백라이트 유닛의 오프 상태에서 특정 색상을 갖게 된다. 따라서 액정표시장치의 외부 케이스와 색상 조화를 이룰 수 있다.
또한, 본 발명의 액정표시장치의 선택반사층은 산화티타늄과 산화실리콘이 적층된 구조를 갖기 때문에, 제조 공정이 간단하고 제조 원가 및 공정 효율에서 장점을 갖는다. 또한, 상기 선택 반사층의 두께가 얇기 때문에 박형 액정표시장치의 제공이 가능하다.
또한, 선택 반사층을 액정패널의 상부기판과 상부 편광판 사이에 위치시킴으로써, 시야각에 따른 컬러 쉬프트 현상이 최소화된다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
110, 210: 액정패널
120, 220: 백라이트 유닛
252, 254: 편광판
270: 선택 반사층

Claims (7)

  1. 액정패널과;
    상기 액정패널 하부 및 상부 각각에 위치하는 제 1 및 제 2 편광판과;
    상기 제 1 편광판 하부에 위치하며 상기 액정패널에 빛을 공급하는 백라이트 유닛과;
    상기 제 2 편광판과 상기 액정패널 사이에 위치하며, 제 1 층 및 제 2 층을 포함하는 적어도 이중층 구조의 선택 반사층을 포함하며,
    상기 제 1 및 제 2 층은 서로 다른 굴절율을 갖는 물질로 이루어지고, 상기 백라이트 유닛이 빛을 공급하지 않는 경우 상기 선택 반사층에 의해 파장이 λ인 빛이 반사되는 것이 특징인 액정표시장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 층은 산화티타늄(TiO2)으로 이루어지고, 상기 제 2 층은 산화실리콘(SiO2)으로 이루어지는 것이 특징인 액정표시장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 액정패널은 서로 마주하는 제 1 및 제 2 기판과, 상기 제 1 및 제 2 기판 사이에 위치하는 액정층과, 상기 액정층을 구동하기 위한 화소전극과 공통전극을 포함하고,
    상기 제 2 층은 상기 제 2 기판과 상기 제 1 층 사이에 위치하는 것이 특징인 액정표시장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 액정패널은,
    마주하는 제 1 및 제 2 기판과;
    상기 제 1 기판에 위치하는 박막트랜지스터와;
    상기 제 1 기판에 위치하며 상기 박막트랜지스터에 연결된 화소전극과;
    상기 제 1 및 제 2 기판 중 어느 하나에 위치하는 공통전극과;
    상기 제 1 및 제 2 기판 사이에 위치하는 액정층을 포함하는 것이 특징인 액정표시장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 편광판은 제 1 편광축을 갖고, 상기 제 2 편광판은 상기 제 1 편광축에 수직한 제 2 편광축을 갖는 것이 특징인 액정표시장치.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 선택 반사층은 상기 제 1 및 제 2 층이 교대로 배열되는 2층 내지 30층 구조를 갖는 것이 특징인 액정표시장치.
  7. 제 6항에 있어서,
    상기 선택반사층은 상기 제 1 및 제 2 층이 교대로 배열되어 18층 구조를 갖고, 상기 제 1 층이 최하층에 위치하며 상기 제 2 층이 최상층에 위치하고, 상기 최상층에 위치하는 상기 제 2 층이 가장 큰 두께를 가지며, 상기 λ는 청색 파장대인 것이 특징인 액정표시장치.
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