반투과형 액정표시장치{Semitransmission type liquid crystal display}
도 1은 종래의 싱글 셀갭 반투과형 액정표시장치를 도시한 단면도. 도 2는 종래 싱글 셀갭 반투과형 액정표시장치에서의 투과모드의 VT 커브와 반사모드의 VR 커브를 설명하기 위한 그래프. 도 3은 종래의 듀얼 셀갭 반투과형 액정표시장치를 도시한 단면도. 도 4는 종래 듀얼 셀갭 반투과형 액정표시장치에서의 투과모드의 VT 커브와 반사모드의 VR 커브를 설명하기 위한 그래프. 도 5 및 도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 반투과형 액정표시장치를 설명하기 위한 도면. 도 7a 및 도 7b는 본 발명에 따른 반투과형 액정표시장치의 액정 구동 원리를 설명하기 위한 도 5의 A-A'선 및 도 6의 B-B'선에 따른 도면. 도 8 및 도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 반투과형 액정표시장치를 설명하기 위한 도면. * 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 * 51 : 하부기판 52 : 게이트라인 53 : 공통버스라인 54 : 데이터라인 55 : 박막트랜지스터 56 : 제1상대전극 57 : 절연막 58 : 화소전극 59 : 반사전극 61 : 상부기판 62 : 블랙매트릭스 63 : 제2상대전극 70 : 액정
본 발명은 반투과형 액정표시장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 싱글 셀갭(single cell gap)을 갖도록 한 반투과형 액정표시장치에 관한 것이다. 주지된 바와 같이, 액정표시장치는 백라이트를 광원으로 이용하는 투과형 액정표시장치와 자연광을 광원으로 이용하는 반사형 액정표시장치의 두 종류로 분류할 수 있다. 상기 투과형 액정표시장치는 백라이트를 광원으로 이용하므로 어두운 주변환경에서도 밝은 화상을 구현할 수 있지만, 백라이트 사용에 의해 소비전력이 높다는 단점이 있으며, 반면, 상기 반사형 액정표시장치는 백라이트를 사용하지 않고 주변환경의 자연광을 이용하기 때문에 소비전력은 작지만, 주변환경이 어두울 때에는 사용이 불가능하다는 단점이 있다. 이에, 상기 투과형 및 반사형 액정표시장치가 갖는 단점들을 해결하기 위해 반투과형 액정표시장치가 제안되었다. 반투과형 액정표시장치는 필요에 따라 반사형 및 투과형의 양용이 가능하기 때문에 상대적으로 낮은 소비전력을 가지며 어두운 주변환경에서도 사용이 가능하다. 한편, 기제안된 종래의 반투과형 액정표시장치는, 도 1에 도시된 바와 같이, 투과부의 셀갭(dt)과 반사부의 셀갭(dr)을 동일하게 하는 싱글(single) 셀갭 구조를 이용하는 방식과, 도 3에 도시된 바와 같이, 투과부(dt)의 셀갭을 반사부의 셀갭(dr) 보다 2배 정도 크게 하는 듀얼(dual) 셀갭 구조를 이용하는 방식으로 설계되고 있다. 도 1 및 도 3에서, 도면부호 1은 하부기판, 2a는 화소전극, 2b는 반사전극, 3는 상부기판, 4는 공통전극, 5는 액정, 그리고, 6은 유기절연막을 각각 나타낸다. 그런데, 도 1에 도시된 싱글 셀갭 구조로 동일한 액정 모드를 적용하여 반투과형 액정표시장치를 제조한 경우에는 반사부의 위상지연치(dㆍΔn)가 투과부 위상치연치의 2배가 되는 바, 도 2에 도시된 바와 같이, 반사모드의 VR 커브와 투과모드의 VT 커브가 불일치함으로써 계조 불일치 및 전기광학적 특성 저하가 유발된다. 이에, 최근에는 투과부의 셀갭을 반사부의 셀갭 보다 2배 정도 크게 설계하는 듀얼 셀갭 구조를 이용하여 반투과형 액정표시장치를 많이 제조하고 있다. 이것은 듀얼 셀갭 구조로 동일한 액정 모드를 적용하여 반투과형 액정표시장치를 제조할 경우는 반사부의 셀갭이 투과부 셀갭의 1/2 이지만 광경로가 2배이므로, 반사부의 위상지연치가 투과부의 그것과 동일한 위상지연치를 갖게 되어, 도 4에 도시된 바와 같이, VR 커브와 VT 커브를 용이하게 일치시킬 수 있으며, 그래서, 싱글 셀갭을 적용한 경우와 비교해 계조 불일치 및 전기광학적 특성 저하를 효과적으로 억제시킬 수 있기 때문이다. 그러나, 이와 같이 듀얼 셀갭을 적용하여 반투과형 액정표시장치를 제조할 경우는 싱글 셀갭 구조 대비 투과부와 반사부간 셀갭 차이로 인한 단차가 2배 정도 발생하는 바, 제조 공정상의 어려움이 존재하게 되며, 이는 생산성의 저하로 이어지게 된다.
따라서, 본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 듀얼 셀갭 구조를 적용함에 있어서의 제조 공정상의 어려움 및 이로인한 생산성 저하를 개선하면서 싱글 셀갭 구조 적용시의 VT 커브와 VR 커브의 불일치가 개선되도록 한 반투과형 액정표시장치를 제공함에 그 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일시시예에 따른 반투과형 액정표시장치는, 단위 화소를 이등분하여 이등분된 단위 화소의 하나는 백라이트의 광으로 화상을 표시하는 투과부를 구성하고 나머지 하나는 주변광으로 화상을 표시하는 반사부를 구성한 반투과형 액정표시장치에 있어서, 상기 투과부와 반사부는 동일한 셀갭의 싱글 셀갭 구조를 가지며, 상기 투과부는, 상부기판에 액정 구동 전극을 설치함이 없이 하부기판 상에만 절연막의 개재하에 투명금속으로 이루어진 플레이트형의 제1상대전극과 투명금속으로 이루어진 슬릿형의 화소전극을 설치하여, 액정이 프린지 필드(fringe field)에 의해 수평 구동되도록 하고, 상기 반사부는, 하부기판에 반사도가 좋은 불투명금속으로 이루어진 플레이트형의 반사전극을 설치하고 상부기판에 투명금속으로 이루어지면서 매트릭스 형상의 돌기패턴으로 이루어 진 제2상대전극을 형성하여, 액정이 트위스트(twist) 및 틸트 업(tilt-up)에 의해 구동되도록 한 것을 특징으로 한다. 또한, 상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 실시예에 따른 반투과형 액정표시장치는, 단위 화소를 이등분하여 이등분된 단위 화소의 하나는 백라이트의 광으로 화상을 표시하는 투과부를 구성하고 나머지 하나는 주변광으로 화상을 표시하는 반사부를 구성한 반투과형 액정표시장치에 있어서, 상기 투과부와 반사부는 동일한 셀갭의 싱글 셀갭 구조를 가지며, 상기 투과부는, 상부기판에 액정 구동 전극을 설치함이 없이 하부기판 상에만 절연막의 개재하에 투명금속으로 이루어진 플레이트형의 제1상대전극과 투명금속으로 이루어진 슬릿형의 화소전극을 설치하여, 액정이 프린지 필드에 의해 수평 구동되도록 하고, 상기 반사부는, 하부기판에 반사도가 좋은 불투명금속으로 이루어진 플레이트형의 반사전극을 설치하고 상부기판에 투명금속으로 이루어지면서 슬릿패턴을 구비한 플레이트형의 제2상대전극을 형성하여, 액정이 트위스트 및 틸트 업에 의해 구동되도록 한 것을 특징으로 한다. (실시예) 이하, 첨부된 도면에 의거하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명하도록 한다. 먼저, 본 발명을 간략하게 설명하면, 본 발명은 싱글 셀갭 구조를 적용하여 종래 듀얼 셀갭 구조 적용시 발생되는 생산성 저하나 제조 공정상의 어려움을 개선하며, 또한, 본 발명은 투과부는 액정이 프린지 필드(fringe)에 의해 수평 구동되 도록 하고, 반사부는 상부기판에 돌기패턴 또는 슬릿패턴을 구비한 상대전극을 설치하여 액정이 트위스트(twist) 및 틸트 업(tilt up)에 의해 구동되도록 함으로써, 싱글 셀갭 구조를 적용한 반투과형 액정표시장치에서 발생되는 VT 커브와 VR 커브의 불일치를 개선한다. 자세하게, 도 5 및 도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 반투과형 액정표시장치를 설명하기 위한 도면들로서, 이를 설명하면 다음과 같다. 여기서, 도 5는 하부기판 구조를 개략적으로 도시한 도면이고, 도 6은 상부기판 구조를 개략적으로 도시한 도면이다. 도 5 및 도 6을 참조하면, 게이트라인(52)과 데이터라인(54)이 교차 배열되어 있고, 상기 게이트라인(52)과 데이터라인(54)의 교차부에는 스위칭 소자인 박막트랜지스터(55)가 설치되어 있다. 그리고, 상기 게이트라인(52)과 데이터라인(54)에 의해 한정된 단위 화소는 다시 이등분되어 이등분된 단위 화소의 하나에는 투과부가 구성되어 있고, 나머지 하나에는 반사부가 구성되어 있다. 상기 투과부에 있어서는 상부기판(61)에 액정 구동전극이 형성됨이 없이 하부기판(51)에만 절연막(도시안됨)의 개재하에 투명금속으로 이루어진 플레이트형의 제1상대전극(56)과 투명금속으로 이루어진 슬릿형의 화소전극(58)이 오버랩되게 형성된다. 이때, 상기 화소전극(58)에서의 슬릿들은 수평 방향에 대해 소정 각도만큼 기울어져 배열된다. 상기 반사부에 있어서는 하부기판(51)에 반사도가 좋은 불투명금속으로 이루어진 플레이트형의 반사전극(59)이 형성되고, 상부기판(61)에 투명금속으로 이루어 지면서 매트릭스 형상의 돌기패턴(63a)으로 이루어진 제2상대전극(63)이 형성된다. 이때, 상기 제2상대전극(63)에서의 돌기패턴(63a)은 2∼10㎛의 폭을 가지면서 이등분된 단위 화소를 다시 적어도 4개 이상의 영역으로 분할하도록 형성된다. 단위 화소의 중심, 즉, 투과부와 반사부의 경계면에는 공통버스라인(53)이 형성되어 있다. 여기서, 단위 화소를 이등분하여 반사부와 투과부를 구성할 경우, 반사부와 투과부의 경계면에서 전계 간섭에 의해 액정의 구동 불균일 및 디스클리네이션 라인이 발생될 수 있고, 이에 따라, 액정의 제어가 어려워 화질 저하가 초래될 수 있다. 따라서, 본 발명은 하부기판(51)의 투과부와 반사부의 경계면에 공통버스라인(53)을 형성함으로써 디스클리네이션 라인의 발생이 억제되도록 함과 아울러 액정 구동 특성의 안정화가 얻어지도록 하는 것이다. 도시하지는 않았으나, 본 발명에 따른 반투과형 액정표시장치는 액정 셀갭이 2∼6㎛의 값을 갖도록 하며, 위상지연치(dㆍΔn)는 대략 0.2∼0.5의 값을 갖도록 한다. 한편, 전술한 본 발명에 따른 반투과형 액정표시장치에 있어서, 상기 반사부의 반사전극(59)은 투과부의 화소전극(58)과 콘택되도록 형성된다. 이를 위해, 도시되지는 않았으나, 상기 투과부의 화소전극(58)은 반사부의 반사전극(59) 아래에까지 연장 형성되며, 이에 따라, 상기 반사부의 반사전극(59)은 반사부로 연장 형성된 화소전극(58) 상에 직접 콘택되게 형성된다. 또한, 상기 투과부의 제1상대전극(56)은 반사부에서의 충분한 보조용량 형성을 위해 상기 반사부의 반사전극(59) 하부에도 형성되며, 이에 따라, 상기 제1상대 전극(56)은 그 형성시 투과부는 물론 반사부의 일부 또는 전체에도 배치되게 형성된다. 게다가, 상기 반사부의 반사전극(59)은 향상된 반사효율을 갖도록 하기 위해 그 표면을 엠보싱(embossing) 처리할 수 있으며, 아울러, 그 아래에 배치되는 보호막 또는 유기절연막을 엠보싱 처리함으로써 상기 엠보싱 처리된 보호막 또는 유기절연막 상에 형성되는 반사전극(59)이 엠보싱 처리되도록 한다. 이때, 엠보싱의 높이는 대략 400∼1500㎛ 정도가 되도록 하며, 직경은 대략 2∼10㎛의 값을 갖도록 한다. 상기와 바와 같은 구조를 갖는 본 발명의 일실시예에 따른 반투과형 액정표시장치에 있어서, 도 7a에 도시된 바와 같이, 투과부에서는 전계인가 전 수평으로 일정한 방향을 따라 누워있던 액정들(70)이 전계가 인가되면 하부기판(51)에 절연막(57)의 개재하에 오버랩되게 형성된 제1상대전극(56)과 화소전극(58) 사이의 프린지 필드에 의해 회전되어 투과율을 발생시키게 되며, 따라서, 상기 투과부는 고투과율 및 광시야각의 투과모드를 구현한다. 또한, 도 7b에 도시된 바와 같이, 반사부에서는 전계인가 전 수평으로 배열되어 있던 액정들(70)이 전계가 인가되면 하부기판(51)에 형성된 반사전극(59)과 상부기판(61)에 형성된 제2상대전극(63) 사이의 수직 필드에 의해 일으켜져 투과율을 발생시키게 되고, 특히, 제2상대전극(63)이 돌기패턴으로 이루어진 것과 관련해서 상기 돌기패턴을 중심으로 좌우 대칭으로 필드가 형성되는 바, 액정들(70)은 서로 대칭적인 구조로 트위스트(twist)되면서 틸트 업(tilt-up)되어지며, 이때, 상부 편광판과 45도의 각도를 가지게 되어 화이트(white)를 구현하게 됨으로써 상기 반사부는 고투과율의 반사모드를 구현한다. 따라서, 전술한 본 발명의 반투과형 액정표시장치는 투과부에서는 프린지 필드에 의해 액정이 수평으로 구동되도록 하면서 반사부에서는 액정이 트위스트 및 틸트 업에 의해 구동되도록 함으로써, 싱글 셀갭 구조를 적용함에 있어서의 VT 커브와 VR 커브의 불일치를 개선한다. 즉, 본 발명에 따른 반투과형 액정표시장치에 있어서, 프린지 필드에서의 액정은 3∼4㎛의 셀갭에서 대략 3.8∼4V의 균일한 구동전압 특성을 갖는 반면, 수평으로 일정 방향을 따라 누워있는 반사부에서의 액정을 세우기 위해서는 구동전압이 상기 프린지 필드로 구동되는 투과부에서의 액정 구동전압 보다 1.5배 이상 커지기 때문에 반사부의 액정은 투과부의 구동전압 레벨에서 충분히 회전 및 틸트 업되지 않는다. 아울러, 반사부의 액정은 전압인가시 사선방향으로 틸트되어지므로, 상기 반사부의 유효 위상지연치는 투과부의 그것에 대략 1/2 정도가 되어 상기 반사부에서의 실질적인 위상지연치는 (1/2)×(dㆍΔn)×2배가 된다. 따라서, 본 발명에 따른 반투과형 액정표시장치에 있어서는 투과모드의 VT 커브와 반사모드의 VR 커브가 거의 일치하게 되므로, 계조 불일치 및 전기광학적 특성 저하가 유발되는 것을 방지할 수 있게 된다. 여기서, 반사부의 유효 위상지연치에서 2배를 해준 것은 반사부의 광경로가 투과부의 광경로 대비 2배 이기 때문이다. 결국, 본 발명은 싱글 셀갭 구조를 적용하여 생산성 저하나 제조 공정상의 어려움을 제거하면서 투과부와 반사부간 위상지연치를 동일하게 가져갈 수 있는 것과 관련해 투과부와 반사부간 계조 불일치 및 그로인한 전기광학적 특성 저하가 없는 반투과형 액정표시장치를 구현할 수 있다. 또한, 본 발명은 투과부를 고투과 및 광시야각의 프린지 필드로 구동시키고, 아울러, 반사부 또한 대칭으로 필드가 형성되도록 하는 것을 통해 고투과율 특성으로 구동되도록 함으로써, 고투과 및 광시야각의 반투과형 액정표시장치를 구현할 수 있다. 도 8 및 도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 반투과형 액정표시장치를 설명하기 위한 도면으로서, 이를 설명하면 다음과 같다. 여기서, 이전 실시예와 동일한 부분에 대한 설명은 생략하고, 상이한 부분에 대해서만 설명하도록 한다. 이 실시예에 따르면, 반사부의 반사전극(59)에 슬릿패턴이 구비된다. 이는 전계인가시 액정을 보다 효율적으로 트위스트 및 틸트 업시키기 위함이며, 이에 따라, 이 실시예의 반투과형 액정표시장치는 이전 실시예의 그것 보다 우수한 표시특성을 갖는 반사모드를 구현할 수 있다. 이때, 상기 반사전극(59)에서의 슬릿패턴은 반사효율이 떨어지는 고려해서 제2상대전극(63)의 돌기패턴과 동일하거나 작은 폭을 갖도록, 예컨데, 2∼5㎛의 폭을 갖도록 형성하며, 아울러, 상기 제2상대전극(63)의 돌기패턴들 사이에 배치되도록 형성함이 바람직하다. 본 발명의 또 다른 실시예로서, 도시하지는 않았으나, 상부기판에의 제2상대전극을 돌기패턴으로 이루어진 구조 대신 슬릿패턴으로 이루어진 구조로 형성할 수 있다. 즉, 투명금속을 패터닝하여 돌기패턴이 매트릭스 형태로 배열된 구조와는 정 반대로 투명금속을 패터닝하여 매트릭스 형태로 슬릿패턴이 구비되도록 하여 제2상대전극을 구성할 수 있다. 물론, 이 경우에도 앞서와 마찬가지로 투과부와 반사부간의 계조 불일치 및 전기광학적 특성 저하의 문제는 효과적으로 해결할 수 있다. 이상, 여기에서는 본 발명을 특정 실시예에 관련하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명이 그에 한정되는 것은 아니며, 이하의 특허청구의 범위는 본 발명의 정신과 분야를 이탈하지 않는 한도 내에서 본 발명이 다양하게 개조 및 변형될 수 있다는 것을 당업계에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 알 수 있다.
이상에서와 같이, 본 발명은 싱글 셀갭을 적용하여 반투과형 액정표시장치를 구현하므로, 제조 공정상의 어려움이나 생산성 저하의 문제를 근본적으로 해결할 수 있다. 또한, 본 발명은 투과부는 프린지 필드에 의해 구동되도록 하면서 반사부는 돌기패턴 또는 슬릿패턴으로 이루어진 상대전극을 설치하여 트위스트 및 틸트 업에 의해 구동되도록 함으로써 싱글 셀갭 구조의 적용시 문제가 되는 투과부에서의 VT와 반사부에서의 VR의 불일치로 인한 화질 특성 저하의 문제를 해결할 수 있다. 또한, 본 발명은 투과부가 고투과율 및 광시야각의 프린지 필드에 의해 액정이 구동되도록 하면서 반사부가 트위스트 및 틸트 업에 의해 액정이 구동되도록 함으로써 고투과율 및 광시야각의 반투과형 액정표시장치를 구현할 수 있다. |
