KR100283275B1 - 액정 디스플레이 장치 - Google Patents

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요조 나루따끼
쇼고 후지오까
유꼬 마루야마
다까유끼 시마다
요우지 요시무라
미끼오 가따야마
유따까 이시이
신야 야마까와
아쯔시 반
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마찌다 가쯔히꼬
샤프 가부시키가이샤
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Abstract

액정 디스플레이 장치는 제1 기판; 제2 기판; 상기 제1 기판과 상기 제2 기판 간에 삽입된 액정층; 상기 액정층에 대해 반대측 상의, 상기 제1 기판의 표면 상에 제공되는 제1 편광 소자; 상기 액정층에 대해 반대측 상의, 상기 제2 기판의 표면 상에 제공되는 제2 편광 소자; 상기 제1 편광 소자와 상기 액정층 간에 제공되는 제1 위상차 보상 소자; 및 상기 제2 편광 소자와 상기 액정층 간에 제공되는 제2 위상차 보상 소자를 포함한다. 복수의 화소 영역들이 디스플레이를 위해 제공된다. 상기 제1 기판은 적어도 하나의 투과 전극을 포함하고, 상기 제2 기판은 상기 복수의 화소 영역들의 각각에 대응하는 반사 전극 영역과 투과 전극 영역을 포함한다.

Description

액정 디스플레이 장치{LIQUID CRYSTAL DISPLAY DEVICE}
본 발명은 반사형 액정 디스플레이 장치 및 반사 모드와 투과 모드 모두에서 동작가능한 액정 디스플레이 장치에 관한 것으로, 이들은 워드 프로세서와 퍼스널 컴퓨터와 같은 사무 자동화 장비, 휴대용 컴퓨터와 같은 이동 정보 장치, 및 카메라에 일체화되며 액정 모니터를 갖는 VTR에 사용된다. 본 발명은 또한 이와 같은 액정 디스플레이 장치를 제조하는 방법에 관한 것이다. 본 명세서에서, 액정 디스플레이 장치는 "LCD"라고 불리울 것이다. 반사 모드와 투과 모두에서 동작가능한 액정 디스플레이 장치는 "투과 및 반사형 LCD 장치"로 불리울 것이다.
LCD 장치는 CRT(음극선관)과 EL(일렉트로루미네슨스) 장치와는 달리 자체가 광을 방출하지는 않는다. 따라서, 배면 상에 백라이트가 구비된 투과성 LCD 장치가 사용된다.
백라이트는 보통 LCD 장치의 전체 소비 전력의 50% 이상을 소비한다. 외부에서 흔히 사용되거나 또는 사용자에 의해 항상 휴대되는 일부 이동 정보 장치는 반사 판을 포함하고 주변 광만을 이용하여 디스플레이를 수행하는 반사형 LCD 장치를 포함한다.
반사형 LCD 장치는 편광 소자이며 현재 활발하게 연구되고 있는 위상 변화(PC) 게스트-호스트(guest-host) 모드 장치는 물론 오늘날 투과성 LCD 장치로서 널리 사용하고 있는 TN(트위스트 네마틱) 모드 장치와 STN(슈퍼 트위스트 네마틱) 모드 장치를 포함한다. PC 게스트-호스트 모드 장치는 편광 소자를 사용하지 않고, 따라서 보다 밝은 디스플레이를 실현한다. 이와 같은 장치는 예를 들어, 미국특허 제5,220,444에 대응하는 일본 공개 공보 제4-75022호와 일본 공개 공보 제9-133930호에 개시되어 있다.
그러나, PC 게스트-호스트 모드 LCD 장치는 액정 분자와 내부에 분산된 염료를 포함하는 액정층에 염료에 의한 광학적 흡수를 이용하여 디스플레이를 수행한다. 따라서, 위상 천이 게스트-호스트 모드 LCD 장치는 편광 소자를 이용하는 TN 장치와 STN 장치보다 상당히 낮은 품질을 제공한다.
병렬로 또는 트위스트 방식으로 배향된 액정 분자를 포함하는 LCD 장치에서, 중심 및 액정층 부근에 있는 액정 분자는 기판의 표면에 대해 수직으로 경사진다. 그러나, 배향층 부근에 있는 액정 분자는 기판의 표면에 대해 수직으로 경사지지 않는다. 따라서, 액정층의 복굴절은 0일 수 없다. 따라서, LCD 장치가 전압이 인가될 때 블랙 디스플레이를 수행하는 디스플레이 모드에서 동작하는 경우, 만족할 만한 블랙 디스플레이가 나머지 복굴절로 인해 수행되지 않는다. 따라서, 충분한 콘트라스트 비가 얻어지지 않는다.
TN 모드와 STN 모드 장치는 복굴절 및 콘트라스트의 면에서 충분히 높은 품질의 디스플레이를 제공하지 못한다. 따라서, 복굴절 및 콘트라스트에서의 추가적인 개선이 요구되고 있다.
반사형 LCD 장치는, 디스플레이에 사용된 반사광의 세기가 주변 광이 어두울 때 보다 낮다는 단점이 있다. 이에 비해, 투과성 LCD 장치는 그 가시성이 주변 광이 극히 밝을 때, 예를 들면 화창한 날에 바깥에서 보다 낮다는 단점이 있다.
본 발명의 한 특징에 따르면, 액정 디스플레이 장치는 제1 기판; 제2 기판; 상기 제1 기판과 상기 제2 기판 간에 삽입된 액정층; 상기 액정층에 대해 반대측 상의, 상기 제1 기판의 표면상에 제공되는 제1 편광 소자; 상기 액정층에 대해 반대측 상의, 상기 제2 기판의 표면 상에 제공되는 제2 편광 소자; 상기 제1 편광 소자와 상기 액정층 간에 제공되는 제1 위상차 보상 소자; 및 상기 제2 편광 소자와 상기 액정층 간에 제공되는 제2 위상차 보상 소자를 포함한다. 복수의 화소 영역들이 디스플레이를 위해 제공된다. 상기 제1 기판은 적어도 하나의 투과 전극을 포함하고, 상기 제2 기판은 상기 복수의 화소 영역들의 각각에 대응하여 반사 전극 영역과 투과 전극 영역을 포함한다.
본 발명의 한 실시예에서, 복수의 화소 영역들의 각각은 반사광을 이용하여 디스플레이를 수행하기 위한 반사 영역과, 투과광을 이용하여 디스플레이를 수행하기 위한 투과 영역을 가지며, 반사 전극 영역은 상기 반사 영역을 한정하고, 투과 전극 영역은 상기 투과 영역을 한정한다.
본 발명의 한 실시예에서, 액정층은 상기 액정층에서의 액정 분자들의 분자축이 제1 및 제2 기판의 표면에 대해 실질적으로 수직일 때 제로(zero)의 지연을 가지며, 제1 위상차 보상 소자와 제2 위상차 보상 소자는 각각 λ/4 조건을 만족하는 지연을 갖는다.
본 발명의 한 실시예에서, 액정층은 상기 액정층에서의 액정 분자들의 분자축이 제1 및 제2 기판의 표면에 대해 거의 수직일 때 α의 지연을 가지며, 제1 위상차 보상 소자는 λ/4-α 조건을 만족하는 지연을 갖는다.
본 발명의 한 실시예에서, 액정층은 상기 액정층에서의 액정 분자들의 분자축이 제1 및 제2 기판의 표면에 대해 거의 수직일 때 α의 지연을 가지며, 제1 위상차 보상 소자는 λ/4-α 조건을 만족하는 지연을 가지며, 제2 위상차 보상 소자는 λ/4-(β-α) 조건을 만족하는 지연을 갖는다.
본 발명의 한 실시예에서, 제1 위상차 보상 소자와 제2 위상차 보상 소자는 각각 λ/4 파장 판으로 형성되고, 제1 편광 소자의 투과축과 제1 위상차 보상 소자는 약 45도의 각도를 이루며, 제2 편광 소자의 투과축과 제2 위상차 보상 소자는 약 45도의 각도를 이룬다.
본 발명의 한 실시예에서, 제2 위상차 보상 소자는 λ/4 파장 판으로 형성되고, 제2 위상차 보상 소자의 지상축(slower optic axis)은 액정층을 통해 투과되는 타원형 편광의 장축 또는 단축중의 하나에 일치하며, 타원형 편광을 선형 편광으로 변환하기 위해 제2 위상차 보상 소자에 입사하며, 제2 편광 소자의 투과축은 선형 편광의 편광축에 수직이다.
본 발명의 다른 특징에 따르면, 액정 디스플레이 장치는 투과 전극을 포함하는 제1 기판; 반사 전극을 포함하는 제2 기판; 상기 제1 기판과 상기 제2 기판 간에 삽입되고, 음 유전율 이방성을 나타내고 어떠한 전압도 인가되지 않을 때에는 상기 제1 기판과 상기 제2 기판의 표면에 실질적으로 수직으로 배향되는 액정 분자를 포함하는 액정층; 상기 액정층에 대해 반대측의, 상기 제1 기판의 표면 상에 제공되는 편광 소자; 및 상기 편광 소자와 상기 액정층 간에 제공되는 λ/4 파장 판을 포함한다. λ/4 파장 판의 지상축과 편광 소자의 투과축은 약 45도의 각도를 이룬다.
본 발명의 한 실시예에서, 액정 디스플레이 장치는 반사 전극과 편광 소자 간에 위상차 보상 소자를 더 포함한다.
본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 액정 디스플레이 장치는 제1 기판; 제2 기판; 상기 제1 기판과 상기 제2 기판 간에 삽입되어, 음 유전율 이방성을 나타내며 어떠한 전압도 인가되지 않을 때에는 상기 제1 기판과 상기 제2 기판의 표면에 대해 실질적으로 수직으로 배향되는 액정 분자를 포함하는 액정층; 상기 액정층에 대해 반대측 상의, 상기 제1 기판의 표면 상에 제공되는 제1 편광 소자; 상기 액정층에 대해 반대측 상의, 상기 제2 기판의 표면 상에 제공되는 제2 편광 소자; 상기 제1 편광 소자와 상기 액정층 간에 제공되는 제1 λ/4 파장 판; 및 상기 제2 편광 소자와 상기 액정층 간에 제공되는 제2 λ/4 파장 판을 포함한다. 복수의 화소 영역들이 디스플레이를 위해 제공된다. 제1 기판은 적어도 하나의 투과 전극을 포함하고, 제2 기판은 복수의 화소 영역들의 각각에 대응하여 반사 전극 영역과 투과 전극 영역을 포함한다. 제1 λ/4 파장 판과 제2 λ/4 파장 판의 지상축들은 동일한 방향에 있고, 제1 편광 소자와 제2 편광 소자의 투과축 각각과 약 45도의 각도를 이룬다.
본 발명의 한 실시예에서, 복수의 화소 영역들의 각각은 반사광을 이용하여 디스플레이를 수행하기 위한 반사 영역과, 투과광을 이용하여 디스플레이를 수행하기 위한 투과 영역을 가지며, 반사 전극 영역은 상기 반사 영역을 한정하고, 투과 전극 영역은 상기 투과 영역을 한정한다.
본 발명의 한 실시예에서, 액정 디스플레이 장치는 제1 편광 소자와 제2 편광 소자 간에 적어도 하나의 위상차 보상 소자를 더 포함한다.
본 발명의 한 실시예에서, 액정층이 치럴 도펀트(chiral dopent)를 더 포함한다.
본 발명의 한 실시예에서, 액정층이 약 90도 트위스트 배향을 갖는다.
본 발명의 한 실시예에서, 제1 편광 소자와 제2 편광 소자는 상호 직교하는투과 축을 가지며, 제1 위상차 보상 소자와 제2 위상차 보상 소자는 상호 직교하는 지상축을 갖는다.
본 발명의 한 실시예에서, 제1 위상차 보상 소자는 제1 편광 소자로부터의 선형 편광을 원형 편광으로 변환하고, 제2 위상차 보상 소자는 제2 편광 소자로부터의 선형 편광을 원형 편광으로 변환하며, 액정 디스플레이 장치는 제1 편광 소자와 액정층 간에 제공되어, 제1 위상차 보상 소자의 굴절율 이방성의 파장 의존성을 보상하기 위한 제3 위상차 보상 소자를 더 포함한다.
본 발명의 한 실시예에서, 제3 위상차 보상 소자는 λ/2 파장 판이고, 제1 편광 소자의 투과축과 제3 위상차 보상 소자의 지상축이 γ1의 각도를 이룰 때, 제1 편광 소자의 투과축과 제1 위상차 보상 소자의 지상축은 2γ1+45도의 각도를 이룬다.
본 발명의 한 실시예에서, 액정 디스플레이 장치는 제2 편광 소자와 액정층 간에 제공되어, 제2 위상차 보상 소자의 굴절율 이방성의 파장 의존성을 보상하기 위한 제4 위상차 보상 소자를 더 포함한다.
본 발명의 한 실시예에서, 제4 위상차 보상 소자는 λ/2 파장 판이며, 제2 편광 소자의 투과축과 제4 위상차 보상 소자의 지상축이 γ2의 각도를 이룰 때, 제2 편광 소자의 투과축과 제2 위상차 보상 소자의 지상축은 2γ2+45도의 각도를 이룬다.
본 발명의 한 실시예에서, 제1 편광 소자의 투과축이 제2 편광 소자의 투과축에 수직이며, 제1 위상차 보상 소자의 지상축이 제2 위상차 보상 소자의 지상축에 수직이며, 제3 위상차 보상 소자의 지상축이 제4 위상차 보상 소자의 지상축에 수직이다.
본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 액정 디스플레이 장치는 제1 기판; 제2 기판; 및 상기 제1 기판과 상기 제2 기판 간에 삽입된 액정층을 포함한다. 복수의 화소 영역들이 디스플레이를 위해 제공되며, 상기 복수의 화소 영역들의 각각은 반사광을 이용하여 디스플레이를 수행하기 위한 반사 영역과, 투과광을 이용하여 디스플레이를 수행하기 위한 투과 영역을 갖는다. 상기 제1 기판은 액정층 부근에 대향 전극을 포함한다. 상기 제2 기판은 상기 액정층 부근에 복수의 게이트 라인들, 상기 복수의 게이트 라인들에 수직인 복수의 소스 라인들, 상기 복수의 게이트 라인들과 상기 복수의 소스 라인들의 교차점 부근에 제공되는 복수의 스위칭 소자들, 고 광투과 효율을 갖는 제1 도전층, 및 고 광반사 효율을 갖는 제2 도전층을 포함하며, 상기 제1 도전층과 상기 제2 도전층은 상호 접속된 상기 스위칭 소자들의 각각에 접속되어 상기 화소 영역들의 각각에 제공된다.
본 발명의 한 실시예에서, 액정 디스플레이 장치가 제1 도전층과 제2 도전층 간에 절연층을 더 포함한다.
본 발명의 한 실시예에서, 제2 기판은 제3 도전층을 더 포함하고, 제1 도전층과 제2 도전층은 제3 도전층을 통해 상호 접속되어 있다.
본 발명의 한 실시예에서, 제1 도전층, 제2 도전층 및 제3 도전층중의 하나는 복수의 게이트 전극들 또는 복수의 소스 전극들을 형성하는 재료들중의 하나와 동일한 재료로 형성된다.
본 발명의 한 실시예에서, 절연층은 제2 도전층 아래에 물결 모양의 표면을 갖는다.
본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 액정 디스플레이 장치의 제조 방법에 제공된다. 상기 액정 디스플레이 장치는 제1 기판; 제2 기판; 및 상기 제1 기판과 상기 제2 기판 간에 삽입되는 액정층을 포함한다. 복수의 화소 영역들이 디스플레이를 위해 제공되며, 상기 복수의 화소 영역들의 각각은 반사광을 이용하여 디스플레이를 수행하기 위한 반사 영역과, 투과광을 이용하여 디스플레이를 수행하기 위한 투과 영역을 갖는다. 상기 제1 기판은 상기 액정층 부근에 대향 전극을 포함한다. 상기 제2 기판은 상기 액정층 부근에 복수의 게이트 라인들, 상기 복수의 게이트 라인에 수직인 복수의 소스 라인들, 상기 복수의 게이트 라인들과 상기 복수의 소스 라인들의 교차점 부근에 제공되는 복수의 스위칭 소자들, 고 광투과 효율을 갖는 제1 도전층, 및 고 광반사 효율을 갖는 제2 도전층을 포함하며, 상기 제1 도전층과 상기 제2 도전층은 상호 접속된 상기 스위칭 소자들의 각각에 접속되어 상기 화소 영역들의 각각에 제공되며, 절연층이 상기 제1 도전층 상기 제2 도전층 간에 제공된다. 상기 방법은 판 위에 제1 도전층을 형성하는 단계; 적어도 제1 도전층 위에 절연층을 형성하는 단계; 상기 절연층 위에 제2 도전층을 형성하는 단계; 및 상기 제1 도전층 위에 형성된 상기 제2 도전층을 부분적으로 제거하는 단계를 포함한다.
본 발명의 한 실시예에서, 상기 방법은 제1 도전층과 제2 도전층이 제3 도전층을 통해 상호 접속하도록, 적어도 상기 제1 도전층 상의 접속 영역 상에, 상기 제1 도전층과 상기 제2 도전층을 접속하기 위한 제3 도전층을 형성하는 단계; 절연층을 형성하는 단계; 및 상기 제1 도전층과 상기 제2 도전층을 접속하기 위해 적어도 접속 영역 상의 상기 절연층을 부분적으로 제거하는 단계를 더 포함한다.
본 발명의 한 실시예에서, 절연층을 부분적으로 제거하는 단계는 제1 도전층의 영역 상의 절연층을 제거하는 단계를 포함한다.
따라서, 설명된 본 발명은 충분히 높은 콘트라스트를 갖는 만족할 만한 디스플레이를 제공하는 반사형 LCD 장치와 투과 및 반사형 LCD 장치 및 이의 제조 방법을 제공하는 장점을 가능하게 한다.
본 발명의 이들 및 다른 장점들은 첨부하는 도면을 참조하여 다음의 상세한 설명을 읽고 이해할 때 기술분야의 숙련자에게는 명확할 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 예에서의 반사형 LCD 장치의 개략도.
도 2는 본 발명에 따른 예에서의 투과 및 반사형 LCD 장치의 개략도.
도 3은 본 발명에 따른 예에서의 투과 및 반사형 LCD 장치의 개략도.
도 4는 광이 입사되어 수직으로 수광될 때 얻어지는 d=3.56㎛의 갭을 갖는 본 발명에 따른 반사형 LCD 장치의 스펙트럼 반사 특성을 도시하는 그래프.
도 5는 광이 입사되어 수직으로 수광될 때 얻어지는 d=4.5㎛의 갭을 갖는 본 발명에 따른 반사형 LCD 장치의 스펙트럼 반사 특성을 도시하는 그래프.
도 6은 광이 입사되어 550 nm의 파장으로 수직으로 수광될 때 얻어지는 본 발명에 따른 반사형 LCD 장치의 셀 갭 및 콘트라스트 비 간의 관계를 도시하는 그래프.
도 7a은 본 발명에 따른 제1 예에서의 액티브 매트릭스 기판의 평면도.
도 7b는 도 7a의 7b-7b'선을 따라 절취된 액티브 매트릭스 기판의 단면도.
도 8a는 본 발명에 따른 제2 예에서의 액티브 매트릭스 기판의 평면도.
도 8b는 도 8a의 8b-8b'선을 따라 절취된 액티브 매트릭스 기판의 단면도.
도 8c는 본 발명에 따른 반-투과 및 반-반사형 LCD 장치에 사용되는 액티브 매트릭스 기판의 평면도.
도 8d는 도 8c의 8d-8d'선을 따라 절취된 액티브 매트릭스 기판의 단면도.
도 8e는 도 8c의 8e-8e'선을 따라 절취된 액티브 매트릭스 기판의 단면도.
도 9는 광이 입사되어 수직으로 수광될 때 얻어지는 d=3.56㎛의 갭을 갖는 본 발명에 따른 투과 및 반사형 LCD 장치의 스펙트럼 반사 특성을 도시하는 그래프.
도 10은 광이 입사되어 수직으로 수광될 때 얻어지는 d=4.5㎛의 갭을 갖는 본 발명에 따른 투과 및 반사형 LCD 장치의 스펙트럼 반사 특성을 도시하는 그래프.
도 11은 광이 입사되어 550 nm의 파장으로 수직으로 수광될 때 얻어지는 본 발명에 따른 투과 및 반사형 LCD 장치의 셀 갭 및 콘트라스트 비 간의 관계를 도시하는 그래프.
도 12는 제1 예에서 λ/4 파장 판의 지상축(slower optic axis)의 각 및 콘트라스트 비 간의 관계를 도시하는 그래프.
도 13a는 본 발명에 따른 LCD 장치에서 블랙 디스플레이(black display)시 광 투과 및 반사를 도시하는 개략도.
도 13b는 본 발명에 따른 제2 예에서의 LCD 장치에서 화이트 디스플레이(white display)시 광 투과 및 반사를 도시하는 개략도.
도 14a는 본 발명에 따른 제4 예에서의 LCD 장치에서 반사 모드의 블랙 디스플레이시 광 투과 및 반사를 도시하는 개략도.
도 14b는 본 발명에 따른 제4 예에서의 LCD 장치에서 반사 모드의 화이트 디스플레이시 광 투과 및 반사를 도시하는 개략도.
도 15a는 본 발명에 따른 제4 예에서의 LCD 장치에서 반사 모드의 블랙 디스플레이시 광 투과 및 반사를 도시하는 개략도.
도 15b는 본 발명에 따른 제4 예에서의 LCD 장치에서 반사 모드의 화이트 디스플레이시 광 투과 및 반사를 도시하는 개략도.
도 16은 제4 예에서의 블랙 디스플레이시 파장 및 투과율 간의 관계를 도시하는 그래프.
도 17은 본 발명에 따른 제5 예에서의 반사형 LCD 장치의 개략도.
도 18a는 본 발명에 따른 제5 예에서의 LCD 장치에서 반사 모드의 블랙 디스플레이시 광 투과 및 반사를 도시하는 개략도.
도 18b는 본 발명에 따른 제5 예에서의 LCD 장치에서 반사 모드의 화이트 디스플레이시 광 투과 및 반사를 도시하는 개략도.
도 18c는 본 발명에 따른 제5 예에서의 LCD 장치에서 투과 모드의 블랙 디스플레이시 광 투과 및 반사를 도시하는 개략도.
도 18d는 본 발명에 따른 제5 예에서의 LCD 장치에서 투과 모드의 화이트 디스플레이시 광 투과 및 반사를 도시하는 개략도.
도 19는 제5 예에서의 블랙 디스플레이시 파장 및 투과율 간의 관계를 도시하는 그래프.
도 20은 제5 예에서의 블랙 디스플레이시 파장 및 투과율 간의 관계를 도시하는 그래프.
도 21은 본 발명에 따른 제6 예에서의 LCD 장치의 액티브 매트릭스 기판의 평면도.
도 22는 도 21에 도시된 액티브 매트릭스 기판의 단면도.
도 23a 내지 23e는 도 21 및 22에 도시된 액티브 매트릭스 기판을 형성하기 위한 방법을 도시하는 단면도.
도 24는 본 발명에 따른 제7 예에서의 LCD 장치의 액티브 매트릭스 기판의 평면도.
도 25는 도 24에서 25-25'선을 따라 절취한 LCD 장치의 단면도.
도 26a 내지 26c는 본 발명에 따른 제8 예에서의 LCD 장치의 액티브 매트릭스 기판을 형성하기 위한 방법을 도시하는 단면도.
도 27a 내지 27c는 본 발명에 따른 제9 예에서의 LCD 장치의 액티브 매트릭스 기판을 형성하기 위한 방법을 도시하는 단면도.
도 28a 내지 28c는 본 발명에 따른 제10 예에서의 LCD 장치의 액티브 매트릭스 기판을 형성하기 위한 방법을 도시하는 단면도.
도 29a 내지 29c는 본 발명에 따른 제11 예에서의 LCD 장치의 액티브 매트릭스 기판을 형성하기 위한 방법을 도시하는 단면도.
도 30은 제11 예에서의 LCD 장치의 액티브 매트릭스 기판의 평면도.
도 31a 내지 31e 및 32a 내지 32c는 제11 예에서의 LCD 장치의 디스플레이부를 형성하기 위한 방법을 도시하는 단면도.
도 33a 내지 33f는 제11 예에서의 LCD 장치의 게이트 단자부를 형성하기 위한 방법을 도시하는 단면도.
도 34a는 제11 예의 변형에서 LCD 장치의 게이트 단자부의 단면도.
도 34b는 제11 실시예의 변형에서 LCD 장치의 소스 단자부의 단면도.
도 35a 내지 35c는 본 발명에 따른 제12 예에서의 LCD 장치를 제조하기 위한 방법의 단면도.
도 36은 본 발명에 따른 제13 예에서의 하나의 방법에 의해 제조된 LCD 장치의 단면도.
도 37a는 본 발명에 따른 제13 예에서의 다른 방법에 의해 제조된 LCD 장치의 단면도.
도 37b는 도 37a에 도시된 LCD 장치의 전압-명도 관계를 도시하는 그래프.
도 38a는 비교 방법에 의해 제조된 LCD 장치의 단면도.
도 38b는 도 38a에 도시된 LCD 장치의 전압-명도 관계를 도시하는 그래프.
〈도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명〉
1, 2 : 기판
3 : 반사 전극
4 : 대향 전극
5 : 액정층
6, 9 : 편광 소자
7, 10 : 위상차 보상 소자 (λ/4 파장 판)
8 : 투과 전극
용어 "반사 전극 영역", "투과 전극 영역", "반사 영역" 및 "투과 영역"이 설명된다.
주변 광(ambient light)을 이용하여 디스플레이를 수행하기 위한 반사형 LCD 장치는 액정층을 통해 투과된 주변 광을 반사하기 위한 두개의 기판중 한 기판 상에 반사 전극 영역을 가진다. 반사 전극 영역은 반사 전극 또는 투과 전극과 반사 층(예를 들어, 반사판)의 조합으로 형성될 수 있다. 다시 말해서, 액정층에 전압을 인가하기 위한 전극은 투과 전극일 수 있고, 이 경우에, 입사광을 반사하기 위한 반사 전극 영역이 전극으로서 기능할 필요는 없다.
투과 및 반사형 LCD 장치는 반사형 LCD 장치와 같이, 반사 전극 영역을 가진다. 반사 전극 영역은 반사 전극 또는 투과 전극과 반사 층(예를 들어, 반사판)의 조합으로 형성될 수 있다. 투과 전극 영역은 전형적으로 투과 전극으로 형성된다. ("반-투과 및 반-반사형 LCD 장치로 지칭되는) 반사 전극에 비교적 작은 투과 전극 영역을 갖는 LCD 장치의 경우에, 액정 분자는 투과 전극 영역의 반사 전극에 의해 액정층에 인가된 전압에 의해 구동된다. 그러므로, 투과 전극 영역은 전극으로서 기능할 필요가 없다. 이와 같은 종류의 LCD 장치에 있어서, 각각의 투과 전극 영역은 액정층의 두께보다 작은 하나의 디멘존(예를 들어, 투과 전극 영역이 원형인 경우에 직경)을 가진다. 반사 전극 영역이 (반-투과 및 반-반사형 LCD 장치에 사용되는) 투과 전극 및 반사층의 조합으로 형성되는 경우, 각각의 화소 영역의 전체에 형성된 투과 전극 및 복수의 개구를 갖는 반사층이 사용될 수 있다.
본 발명에 따른 (반-투과 및 반-반사형 LCD 장치를 제외한) 투과 및 반사형 LCD 장치에서, 투과 모드시 디스플레이를 수행하기 위한 영역은 "투과 영역"으로 지칭되고, 반사 모드시 디스플레이를 수행하기 위한 영역은 "반사 영역"으로 지칭된다. 투과 영역 및 반사 영역은 투과 전극 영역, 반사 전극 영역, 및 투과 전극 영역과 반사 전극 영역에 의해 한정된 액정층을 각각 포함한다. 반-투과 및 반-반사형 LCD 장치는 또한 반사 전극 영역 및 투과 전극 영역을 포함하지만, 반사 전극 영역에 의해 반사된 광 및 투과 전극 영역을 통해 투과된 광은 혼합되고 중첩된다. 따라서, 투과 영역 및 반사 영역은 독립적으로 한정되지 않는다. 다시 말해, 각각의 화소 영역에 대해 투과 전극 영역과 반사 전극 영역을 갖는 LCD 장치들 중에서, 투과 영역 및 반사 영역이 독립적으로 한정될 수 없는 (즉, 영역이 실질적으로 중첩되는) LCD 장치를 반-투과 및 반-반사형 LCD 장치라고 한다.
용어 "화소 영역"이 다음과 같이 정의된다. 본 발명에 따른 LCD 장치는 디스플레이를 수행하기 위한 복수개의 화소 영역을 가진다. 용어 "화소 영역"은 디스플레이 최소 단위인 화소를 형성하는 LCD 장치의 부품(소자)으로서 정의된다. 전형적으로, 대향 전극 및 매트릭스로 배열되고 각각의 액티브 소자(예를 들어, TFT)에 의해 스위치되는 복수의 화소 전극을 포함하는 액티브 매트릭스 LCD 장치에서, 화소 영역은 화소 전극중 하나, 화소 전극에 위치적으로 대응하는 대향 전극의 영역, 및 그 사이에 삽입된 액정층 영역을 포함한다. 두개의 기판 내에 각각 형성되고 사이에 액정층이 삽입되어 서로 교차하도록 배열된 스트립 전극(주사 전극 및 신호 전극)을 포함하는 단순 매트릭스 LCD 장치에서, 화소 영역은 스트립 전극이 서로 교차하는 교차 영역, 및 교차 영역에 위치적으로 대응하는 액정층의 영역을 포함한다. 본 발명에 따른 투과 및 반사형 LCD 장치는 각 화소 영역에 대한 반사 전극 영역 및 투과 전극 영역을 가진다.
"위상차 보상 소자"는 위상판 또는 위상막을 포함하고, "편광 소자"는 편광판 또는 편광막을 포함한다.
"지연(retardation)"은 달리 지정되지 않는 한 액정층 또는 위상차 보상소자에 수직으로 입사하는 광에 대한 지연을 지칭한다.
〈실시예 1〉
본 발명의 제1 실시예에서, 종래 LCD 장치보다 더 높은 디스플레이 화질을 갖는 반사형 LCD 장치가 제1 실시예에 구체적으로 설명되는 것으로 제공된다. 도 1에 도시된 바와 같이, 제1 실시예에서의 반사형 LCD 장치는 투과 전극(4)을 포함하는 제1 기판(1), 반사 전극 영역(3)을 포함하는 제2 기판(2), 제1 기판(1)과 제2 기판(2) 간에 삽입된 액정층(5), 액정층(5)에 대향하는 제1 기판(1)의 표면상에 제공되는 편광 소자(6), 및 편광 소자(6)와 액정층(5) 사이에 제공되는 λ/4 파장 판(7)을 포함한다. 도 1은 본 발명에 따른 반사형 LCD 장치의 하나의 화소 영역을 개략적으로 도시한다.
액정층(5)은 음 유전율 이방성(negative dielectric anistropy)을 나타내는 액정 분자(도시되지 않음)를 포함한다. 액정층(5)의 액정 분자는 어떠한 전압도 인가되지 않을 때에는 제1 및 제2 기판(1 및 2)의 표면에 수직으로 배향되도록 실질적으로 처리된다. (내부의 액정 분자가 어떠한 전압도 인가되지 않을 때에는 기판의 표면에 수직으로 배향되도록 처리된 액정층은 "수직 배향 액정층"으로서 지칭될 것이다. 내부의 액정 분자가 어떠한 전압도 인가되지 않을 때에는 기판의 표면에 수평으로 배향되도록 처리된 액정층은 "수평 배향 액정층"으로서 지칭될 것이다.) λ/4 파장 판(7)의 지상축(slower optic axis) 및 편광 소자(6)의 투과축은 약 45도의 각을 이루도록 설정된다. 편광 소자(6)를 통해 입사하는 선형 편광은 원형 편광으로 변환되고, 반사 전극 영역(3)에 의해 반사되고 액정층(5)을 통해 투과되는 원형 편광은 선형 편광으로 변환된다. 따라서, 액정층(5)에 의한 지연은 어떠한 전압도 인가되지 않을 때에는 실질적으로 제로이며, 그래서 만족할 만한 블랙 디스플레이가 얻어진다.
도 2에 도시된 바와 같이, 제1 실시예에서의 투과 및 반사형 LCD 장치는 제1 기판(1), 제2 기판(2), 제1 및 제2 기판(1 및 2) 간에 삽입된 액정층(5), 액정층(5)에 대향하는 제1 기판(1)의 표면 상에 제공된 제1 편광 소자(6), 및 액정층(5)에 대향하는 제2 기판(2)의 표면 상에 제공된 제2 편광 소자(9)를 포함한다. 투과 및 반사형 LCD 장치는 제1 편광 소자(6)와 액정층(5) 사이에 제공된 제1 위상차 보상 소자(7)(전형적으로 λ/4 파장 판), 및 제2 편광 소자(9)와 액정층(5) 사이에 제공된 제2 위상차 보상 소자(10)(전형적으로 λ/4 파장 판)을 포함한다. 제2 기판(2)은 복수의 화소 영역 각각에 대한 반사 전극 영역(3)(R) 및 투과 전극 영역(8)(T)을 포함한다. 도 2는 투과 및 반사형 LCD 장치의 하나의 화소 영역을 개략적으로 도시한다. 도 2에서, 반사 전극 영역(3)(R) 및 투과 전극 영역(8)(T)은 각각 간략화를 위해 하나의 영역으로서 도시된다. 본 발명에 따른 투과 및 반사형 LCD 장치는 이에 국한되지 않고 반-투과 및 반-반사형 LCD 장치와 같이 반사 전극 영역(3)에 복수의 투과 전극 영역(8)을 가질 수 있다.
도 2에 도시된 투과 및 반사형 LCD 장치는 다음의 방식으로 동작한다.
반사 모드에서, 투시 방향(viewing direction)(액정층의 두께 방향)내의 액정층의 지연(복굴절)이 실질적으로 제로(즉, 수직 배향 모드에서의 초기 배향 상태 및 수평 배향 상태에서 기술된 포화 전압이 공급된 상태)이면, 블랙(어두운) 디스플레이가 다음의 이유로 수행된다. 제1 편광 소자를 통해 투과된 선형 편광은 제1 위상차 보상 소자 및 액정층을 통해 투과된 후 반사되고 다시 액정층과 제1 위상차 보상 소자를 통해 투과되어 제1 편광 소자에 입사한다. 이 때, 광은 블랙 디스플레이를 수행하기 위해서 제1 편광 소자의 투과축에 수직인 충분한 편광 성분을 갖는다.
투시 방향으로의 지연이 있으면, 화이트(밝은) 디스플레이가 다음의 이유로 수행된다. 제1 편광 소자를 통해 투과된 선형 편광은 제1 위상차 보상 소자 및 액정층을 통해 투과된 후 반사되고 다시 액정층과 제1 위상차 보상 소자를 통해 투과되어 제1 편광 소자에 입사한다. 이 때, 광은 제1 편광 소자의 투과축에 평행한 충분한 편광 성분을 가져 화이트 디스플레이를 수행한다. 액정층에 의한 다양한 지연에 대응하는 그레이 스케일 디스플레이가 액정층 양단의 전압 인가에 의해 실현된다.
투과 모드에서, 투시 방향으로의 지연이 실질적으로 제로이면, 블랙 디스플레이가 다음의 이유로 수행된다. 제2 편광 소자를 통해 투과된 선형 편광이 제2 위상차 보상 소자, 액정층 및 제1 위상차 보상 소자를 통해 투과되어 제1 편광 소자에 입사한다. 이 때, 광은 제1 편광 소자의 투과축에 수직인 충분한 편광 성분을 가져 블랙 디스플레이를 수행한다.
투시 방향으로의 지연이 있으면, 화이트 디스플레이가 다음의 이유로 수행된다. 제2 편광 소자를 통해 투과된 선형 편광은 제2 위상차 보상 소자, 액정층, 및 제1 위상차 보상 소자를 통해 투과되어 제1 편광 소자에 입사한다. 이 때, 광은 제1 편광 소자의 투과축에 평행한 충분한 편광 성분을 가져 화이트 디스플레이를 수행한다. 다양한 지연에 대응하는 그레이 스케일 디스플레이가 실현된다.
따라서, 반사 모드 및 투과 모드가 함께 사용되면, 블랙 디스플레이가 양 모드에서 수행되고, 높은 콘트라스트 디스플레이를 실현한다. 그레이 스케일 디스플레이는 전압을 제어함으로써 지연을 변화시켜 수행된다.
반사 모드에서 디스플레이를 수행하기 위한 반사 영역 및 투과 모드에서 디스플레이를 수행하기 위한 투과 영역이 각 화소 영역마다 형성되는 경우에, 반사광의 광 조명율이 개선된다. 더욱이, 이러한 구조에서, 반사 영역 및 투과 영역에서의 액정층의 두께(지연)는 독립적으로 조정된다. 그러므로, 디스플레이 모드 각각이 최적화된다.
액정층에 의한 지연은 액정 분자의 분자축이 제1 및 제2 기판의 표면에 실질적으로 수직일 때 실질적으로 제로이다. 제1 위상차 보상 소자 및 제2 위상차 보상 소자 각각에 의한 지연이 λ/4 조건을 만족하면, 반사층 또는 반사판과 같이 반사 기능을 갖는 영역에 의해 반사된 광을 사용하는 반사 모드에서는 투시 방향으로 액정층에 의해 거의 어떤 복굴절도 없다. 따라서, 원형 편광이 입사하여 반사 전극 영역에 의해 반사되어 반대 회전 방향을 갖는 원형 편광이 된다. 광은 제1 위상차 보상 소자를 통해 투과되어 제1 편광 소자의 투과축에 수직인 선형 편광이 된다. 반사 영역이 광 격리체로 작용하기 때문에, 광학적 누출이 거의 없는 블랙 디스플레이가 제공된다.
반사 모드에서 투시 방향으로 액정층에 의한 지연(복굴절)이 있으면, 지연은 전압을 제어함으로써 변화될 수 있어, 제1 편광 소자에 입사하고, 반사되어 다시 제1 편광 소자에 입사한 광이 제1 편광 소자의 투과축과 평행한 성분을 갖는다. 따라서, 그레이 스케일을 갖는 밝은 디스플레이가 제공된다.
투과 모드에서 투시 방향으로 액정층에 의한 거의 어떤 지연도 없으면, 액정층에 입사한 원형 편광이 액정층을 통해 투과될 때 원형 편광으로서 유지된다. 광은 제1 위상차 보상 소자를 통해 투과되어 제1 편광 소자의 투과축에 수직인 선형 편광이 된다. 그러므로, 광학적 누출이 거의 없는 블랙 디스플레이가 제공된다.
투과 모드에서 투시 방향으로 액정층에 의한 지연이 있으면, 지연은 전압을 제어함으로써 변화될 수 있다. 그러므로, 제2 편광 소자에 입사한 광은 제1 편광 소자의 투과축에 평행하게 제1 편광 소자에 입사한다. 따라서, 그레이 스케일을 갖는 화이트 디스플레이가 제공된다.
상술한 바와 같이, 반사 모드 및 투과 모드 모두가 사용되면, 블랙 디스플레이를 위한 액정 분자의 상태는 양 디스플레이 모드에서 동일하고, 실질적으로 어떤 광학적 누출이 없는 블랙 디스플레이가 제공된다. 주변 광 세기에 무관하게, 투과 및 반사형 LCD 장치는 높은 콘트라스트 디스플레이를 제공한다.
이와 같은 LCD 장치에서, 제1 및 제2 기판에 거의 수직인 상태로 남아있는 액정층 분자에 의해 야기된 지연(α)이 무시할 수 없을 때에도, 예를 들어, 수평 배향 액정층이 사용되거나 또는 경사각이 수직 배향 액정층에서 지나치게 크면, λ/4 조건을 만족하는 결합으로 액정층에 의한 잔여 지연 및 위상차 보상 소자에 의한 지연을 넓은 파장 범위로 설정함으로써 높은 콘트라스트 디스플레이가 반사 모드에서 제공된다.
반사 모드에서, 액정층을 통해 두 번 투과된 후 액정층을 벗어나는 광은 잔여 지연(α)에 의한 원형 편광으로부터 오프셋된 타원 편광이다. 타원 편광은 입사된 광으로부터 90도 위상-오프셋된다. 따라서, λ/4-α 지연을 갖는 제1 위상차 보상 소자를 통해 투과될 때, 광은 제1 편광 소자의 투과축에 수직인 선형 편광이 된다. 반사 영역이 광 절연체로 작용하기 때문에, 광학적 누출이 거의 없는 블랙 디스플레이가 제공된다.
알 수 있는 바와 같이, 잔여 지연을 무시할 수 없는 경우에도, 높은 콘트라스트 디스플레이가 반사 모드에서 얻어진다. 주로 반사 모드 디스플레이가 수행되는 경우에, 이를테면, 예를 들어, 반사 화소 전극이 투과 화소 전극보다 크면, 도 3에 도시된 제2 위상차 보상 소자(10)는 λ/4 파장 판일 수 있다.
잔여 지연이 무시할 수 없는 경우에도, 예를 들어, 수평 배향된 액정층이 사용되거나 또는 경사각이 수직 배향된 액정층에서 지나치게 크면, 높은 콘트라스트 디스플레이가 다음 구성에 의해 반사형 LCD 장치, 투과형 LCD 장치 및 투과 및 반사형 LCD 장치에 대해서 제공된다. 여기서 α가 액정 분자가 기판에 거의 수직 배향될 때 반사 영역에서의 액정층에 의한 지연이고, β가 투과 영역에서의 액정층에 의한 지연인 경우에, 제1 위상차 보상 소자의 지연은 λ/4-α를 만족하고 제2 위상차 보상 소자의 지연은 λ/4-(β-α)를 만족한다.
상술한 바와 같이, 반사 모드에서, 액정층을 통하여 두 번 투과된 후 액정층을 벗어나는 광은 잔여 지연(α)에 의해 원형 편광으로부터 오프셋된 타원 편광이다. 상기 광은 λ/4-α의 지연을 갖는 제1 위상차 보상 소자를 통해 투과되면, 제1 편광 소자의 투과축에 수직인 선형 편광이 된다.
투과 모드에서, 가시 각 내의 액정 분자로 인한 지연(β)이 무시할 수 없으면, 액정층을 벗어나는 광은 제2 위상차 보상 소자가 λ/4-(β-α)를 갖도록 설정되기 때문에 반사 모드에서와 같이 타원 편광이다. 타원 편광은 위상차 보상 소자를 통해 투과되면 제1 편광 소자의 투과축에 수직인 선형 편광이 된다. 그러므로, 광학적 누출이 거의 없는 블랙 디스플레이가 얻어진다.
잔여 지연이 무시할 수 없는 경우에도, 다음 구조에 의해 반사형 LCD 장치, 투과형 LCD 장치, 및 투과 및 반사형 LCD 장치에 대해 높은 콘트라스트 디스플레이가 제공된다.
잔여 지연이 무시할 수 있으면, 원형 편광이 액정층에 입사되어 다음 설정으로 인해 단순한 구조로 높은 콘트라스트 디스플레이가 얻어진다. 제1 및 제2 위상차 보상 소자는 각각 λ/4 파장 판으로 형성된다. 제1 편광 소자의 투과축 및 제1 위상차 보상 소자의 지상축은 약 45도의 각을 이루도록 설정된다. 제2 편광 소자의 투과축 및 제2 위상차 보상 소자의 지상축은 약 45도의 각을 이루도록 설정된다.
투과 및 반사형 LCD 장치에서, 어떤 전압도 인가되지 않을 때 액정 분자가 기판의 표면에 실질적으로 수직 배향된 액정층이 사용될 수 있다. 이러한 경우에, LCD 장치는 주변 광이 어두울 때, 백라이트로부터 비교적 높은 광 투과율을 갖는 물질로 형성된 투과 전극 영역을 통해 투과된 광을 사용하여 디스플레이를 수행하기 위한 투과형 LCD 장치로서 작용할 수 있다. 주변 광이 밝을 때, LCD 장치는 비교적 높은 광 반사율을 갖는 물질로 형성된 반사 전극 영역에 의해 반사된 주변 광을 사용하여 디스플레이를 수행하기 위한 반사형 LCD 장치로서 사용될 수 있다. 투과 모드 및 반사 모드가 함께 사용될 때, 실질적으로 완전한 블랙 디스플레이가 양 모드에서 수행된다. 그러므로, 높은 콘트라스트 디스플레이가 실현된다. 이것이 이하 설명될 것이다.
투과 및 반사형 LCD 장치는 복굴절을 이용한 통상의 블랙(이하, "NB"라 함) 모드 및 통상의 화이트(이하, "NW"라 함) 모드 모두에서 일반적으로 동작 가능하다.
NW 모드에서, 블랙 디스플레이를 얻기 위해 인가될 전압은 셀 갭이 변화함에 따라 변화한다. NB 모드에서, 화이트 디스플레이를 얻기 위해 인가될 전압은 셀 갭이 변화함에 따라 변화한다. 따라서, NW 모드에서, 콘트라스트 비는 셀 갭에 따라 크게 변화하여, 정확한 셀 갭 제어를 필요로 한다. NB 모드에서, 콘트라스트는 셀 갭에 따라 실질적으로 변화하지 않으므로, 셀 갭 제어를 위한 보다 큰 마진을 제공한다. 더욱이, NB 모드에서, 스위칭 소자(예를 들면, TFT)가 화소 전극에 대한 전압 인가를 방해하는 오동작을 하면, 뚜렷하지 않은 흑점이 생긴다.
NB 모드에서 동작 가능한 투과 및 반사형 LCD 장치는 높은 생산 효율을 갖고, 본 발명에 따른 주변 광 세기에도 불구하고 높은 콘트라스트 디스플레이가 용이하게 실현된다.
위상차 보상 소자는 액정층 상의 광 입사 방향 및 투시 방향으로 야기된 액정 분자의 굴절율 이방성에 의한 영향을 보상하기 위해서 제공될 수 있다. 이와 같은 구조에서, 광입사 방향 및 투시 방향에 따른 콘트라스트의 감소가 방지된다.
치럴(chiral) 도펀트가 LCD 장치의 음 유전율 이방성을 나타내는 액정 물질로 형성된 수직 배향된 액정층에 부가되면, 전압이 인가될 때 액정 분자가 회전된다. 그러므로, 전압 인가시 액정 분자의 회전은 치럴 도펀트에 의해 안정화된다.
두 개 기판 부근의 배향층이 다른 방향으로 마찰되면, 배향 처리의 흔적이 동일 방향이 아니므로 덜 뚜렷하다. 액정층이 90도 트위스트 배향을 가질 때, 광학적 누출이 거의 없는 블랙 디스플레이가 다음의 이유로 얻어진다. 두 개 기판 부근에서 액정 분자의 경사 방향이 90도의 각을 이루므로, 경사 방향으로 발생된 지연은 서로에 의해 상쇄된다.
일반 광선 및 특수 광선에 대해서 위상차 보상 소자를 형성하는 복굴절 물질의 굴절율은 파장에 크게 의존한다. 그러므로, 특정 두께로 위상차 보상 소자에 축적된 위상 지연도 또한 파장에 의존한다. 다시 말하면, 위상 지연(예를 들어, λ/4)은 입사광이 임의의 단일 파장을 가질 때만 입사의 선형 편광에 완전히 제공될 수 있다. 따라서, λ/4의 위상 지연이 λ/4 파장 판을 형성하는 복굴절 물질의 굴절율 이방성의 파장 의존성으로 인해 얻어지지 않는 영역에서, 광의 일부는 편광 소자에 의해 흡수되지 않고 진행 측 상의 편광 소자를 통해 투과된다. 결과적으로, 블랙 디스플레이의 암도(darkness)가 변화한다. 본 발명에 따르면, 제1 및 제2 위상차 보상 소자의 지상축은 서로 수직하게 설정된다. 이러한 구조로 인해, 제1 위상차 보상 소자의 굴절율 이방성의 파장 의존성은 제2 위상차 보상 소자의 굴절율 이방성의 파장 의존성에 의해 상쇄된다. 그러므로, 임의의 위상차는 임의의 파장 범위의 전체에서 만족된다. 그러므로, 블랙 디스플레이의 암도가 개선된다.
도 17에 도시된 바와 같이, 제3 위상차 보상 소자(11)가 제1 편광 소자(6) 및 액정층(5)간에 제공될 수 있다. 이러한 구조로 인해, 선형 편광이 제1 위상차 보상 소자에 의해 원형 편광으로 변환될 때 야기된 굴절율 이방성의 파장 의존성이 어느 정도 상쇄된다. 따라서, 반사 모드에서, 편광 상태의 분산이 넓은 파장 범위에 걸쳐 감소되는 상태에서 원형 편광으로의 변환이 수행된다. 그러므로, 블랙 디스플레이의 암도가 개선된다.
제3 보상 소자가 λ/2 파장 판으로 형성되고 제1 편광 소자의 투과축 및 제1 위상차 보상 소자의 지상축이 2γ1+45도의 각(여기서 γ1은 제1 편광 소자의 투과축 및 제3 보상 소자의 지상축으로 이루어지는 각임)을 이루도록 설정되는 경우, 제1 위상차 보상 소자로부터의 선형 편광의 편광 방향은 제3 위상차 보상 소자에 의해 배향이 변화된 후 제1 위상차 보상 소자에 의해 원형 편광으로 변환된다. 따라서, 제1 위상차 보상 소자의 굴절율 이방성의 파장 의존성은 최적으로 보상된다. 그러므로, 편광 상태의 분산이 반사 모드에서 넓은 파장 범위에 걸쳐 축소되므로, 원형 편광이 만족스롭게 얻어진다. 이와 같이, 반사 모드에서 블랙 디스플레이의 암도가 개선된다. 제1 및 제3 위상차 보상 소자가 대향하여 위치될 때에도 실질적으로 동일한 효과가 얻어진다.
특히 수직 배향된 액정층이 사용되거나 액정층에 의한 잔여 지연이 어두운 상태에서 무시할 수 있으면, 제1 위상차 보상 소자가 λ/4 파장 판으로 형성될 수 있다.
α의 지연이 어두운 상태로 반사 모드의 액정층에 남아 있으면, 제1 위상차 보상 소자의 지연은 λ/4-α로 되어 원형 편광으로부터 오프셋된 광이 액정층으로 입사한다. 광이 액정층을 통해 투과되고 반사 전극에 도달하면, 광은 넓은 파장 범위에 걸쳐 제거되는 편광 상태의 분산의 결과 원형 편광이 된다. 이와 같이, 만족스러운 블랙 디스플레이가 반사 모드에서 실현된다.
제4 위상차 보상 소자(12)가 제2 편광 소자(9) 및 액정층(5)간에 제공될 수 있다. 이러한 구조로 인해, 선형 편광이 원형 파장으로 변환될 때 야기된 굴절율 이방성의 파장 의존성은 어느 정도로 상쇄된다. 따라서, 투과 모드에서, 원형 편광으로의 변화가 편광 상태의 분산이 넓은 파장 범위에 걸쳐 감소된 상태에서 수행된다. 이와 같이, 블랙 디스플레이의 암도가 개선된다. 반사 모드 및 투과 모드가 함께 사용되더라도, 만족스러운 블랙 디스플레이가 실현된다.
제4 보상 소자가 λ/2 파장 판으로 형성되고, 제2 편광 소자의 투과축 및 제2 위상차 보상 소자의 지상축이 2γ2+45도의 각(여기서 γ2는 제2 편광 소자의 투과축 및 제4 보상 소자의 지상축임)을 이루도록 설정되는 경우에, 제2 위상차 보상 소자로부터의 선형 편광은 제4 위상차 보상 소자에 의해 배향이 변화된 후 제2 위상차 보상 소자에 의해 원형 편광으로 변환된다. 따라서, 제1 위상차 보상 소자의 굴절율 이방성의 파장 의존성이 최적으로 보상된다. 이와 같이, 편광 상태에서의 분산이 투과 모드에서 넓은 파장 범위에 걸쳐 감소되어, 원형 편광이 만족스롭게 얻어진다.
특히 수직 배향된 액정층이 사용될 때 또는 액정층에 의한 나머지 지연이 어두운 상태에서 무시할 수 있을 때, 제2 위상차 보상 소자는 λ/4 파장 판으로 형성될 수 있다.
어두운 상태에서 액정층이 반사 모드에서는 α의 지연이 남아있고 투과 모드에서는 β의 지연이 남아있을 때, 나중에 사용되는 소자의 지연은, 원형 편광으로부터 오프셋되는 광이 액정층 에 입사되도록 λ/4-(β-α)로 된다. 광이 액정층을 통해 투과될 때, 광은 반사 모드에서와 동일한 편광 상태에 있다. 따라서, 제3 위상차 보상 소자를 통해 투과될 때, 광은 제1 편광 소자의 투과축에 직교인 선형 편광이 된다. 따라서, 블랙 디스플레이의 암도가 개선된다. 투과 모드 및 반사 모드가 함께 사용될 때도, 만족스러운 블랙 디스플레이가 실현된다.
제1 및 제2 위상차 보상 소자의 지상축이 상호 직교하고 제3 및 제4 위상차 보상 소자의 지상축이 상호 직교하는 경우, 제1 및 제3 위상차 보상 소자의 굴절율 이방성의 파장 의존성은 제2 및 제4 위상차 보상 소자의 굴절율 이방성의 파장 의존성에 의해 각각 상쇄된다. 이와 같이, 블랙 디스플레이의 암도가 개선된다.
(예 1)
본 발명에 따른 제1 예에서의 LCD 장치가 도 1을 참조하여 설명될 것이다.
기판(2)은, 예를 들면, Al 또는 Ta와 같은 높은 반사율을 갖는 재료로 형성된 반사 전극(3)(도 1에서 반사 전극 영역으로 도시됨)을 포함한다. 기판(1)은 대향 전극(4)(도 1에서 투과 전극으로 도시됨)을 포함한다. 음 유전율 이방성을 나타내는 액정 재료로 형성된 액정층(5)이 반사 전극(3) 및 대향 전극(4) 간에 삽입된다.
액정층(5)과 접촉하는 반사 전극(3) 및 대향 전극(4)의 표면 상에 배향층(도시되지 않음)이 제공된다. 배향층은 기판(1 및 2)의 표면에 수직이도록 액정층(5)의 액정 분자(도시되지 않음)를 배향하는데 사용된다. 배향층이 제공된 후, 배향층중 적어도 하나는, 예를 들면, 러빙(rubbing)과 같은 배향 처리가 행해진다.
배향 처리로 인하여, 액정층(5)의 액정 분자는 기판(1 및 2)의 표면에 수직 방향에 대해 약 0.1° 내지 5°의 경사각을 갖는다.
액정층(5)이 음 유전율 이방성을 나타내는 재료로 형성되기 때문에, 반사 전극(3) 및 대향 전극(4) 간에 전압이 인가될 때, 액정 분자는 기판(1 및 2)의 표면에 대해 수평이도록 경사진다.
반사 전극(3)은 전압을 액정층(5)에 인가하는데 사용되나, 반사 전극(3)은 반사판으로서만 사용될 수 있는 것이지, 전압을 인가하기 위한 전극으로 사용될 수 없다. 이러한 경우에, 예를 들면, 투과 전극(8)이 반사 전극(3) 상으로 연장되어 반사 영역에서 전압을 액정층(5)에 인가하기 위한 전극으로 작용한다.
여기에 사용되는 액정 재료는 Ne(특수 광에 대한 굴절율)=1.5546, No(보통 광에 대한 굴절율)=1.4773, 및 △N(Ne-No)=0.0773의 굴절율 이방성을 갖는다.
λ/4 파장 판(7)이 대향 전극(4)에 대향인 기판(1)의 표면 상에 제공된다. λ/4 파장 판(7)의 지상축은, 전압이 액정층(5)에 인가될 때 액정 분자의 종축(즉, 분자축)에 대해 45°로 경사지도록 설정된다.
λ/4 파장 판(7)은 선형 편광을 원형 편광으로 변환하고 원형 편광을 선형 편광으로 변환하는데 사용된다.
본 실시예에서, λ/4 파장 판(7)은 대향 전극(4)에 대향인 기판(1)의 표면 상에 제공되나, 반사 전극(3) 및 액정층(5) 간에 제공될 수 있다.
λ/4 파장 판(7)은 생산 비용을 감소시키기 위해 기판(1)의 표면에 설치될 수 있거나 편광 소자(6)와 일체화될 수 있다.
편광 소자(6)는 기판(1)에 대향인 λ/4 파장 판(7)의 표면 상에 제공된다. 편광 소자(6)의 투과축은 λ/4 파장 판(7)의 지상축에 대해 45°로 경사지도록 설정된다.
도 7a는 제1 실시예에서 액티브 매트릭스 기판(기판(2))의 평면도이고, 도 7b는 도 7a의 선 7B-7B'을 따라 절취한 액티브 매트릭스 기판의 단면도이다.
도 7a 및 도 7b에 도시된 바와 같이, 액티브 매트릭스 기판은 게이트 라인(21), 데이터 라인(22), 구동 소자(23), 드레인 전극(24), 축적 캐패시턴스 전극(25), 게이트 절연층(26), 절연 기판(27), 콘택트 홀(28), 층간 절연층(29) 및 반사 전극(30)(도 1에서 반사 전극(3)에 대응함)을 포함한다.
축적 캐패시턴스 전극(25)은 드레인 전극(24)에 전기적으로 연결되고, 게이트 절연층(26)이 사이에 삽입된 축적 캐패시턴스 라인(32)을 중첩한다. 따라서, 축적 캐패시턴스 전극(25), 절연층(26), 및 축적 캐패시턴스 라인(32)는 축적 캐패시턴스를 형성한다.
콘택트 홀(28)은 반사 전극(30) 및 축적 캐패시턴스 전극(25)을 연결하기 위해 층간 절연층(29)에 형성된다.
도 13a 및 도 13b을 참조하여, 제1 실시예에서의 반사 모드에서 LCD 장치의 광 투과 및 반사가 설명될 것이다.
도 13a는, 어떠한 전압도 액정층(5)에 인가되지 않을 때 수행되는 블랙 디스플레이를 도시하고, 도 13b는, 액정층(5)에 전압이 인가될 때 수행되는 화이트 디스플레이를 도시한다. 이들 도면에서, 반사 전극(3)(반사 전극 영역(3))은 좌측에 형성된다.
도 13a를 참조하여, 블랙 디스플레이가 설명될 것이다.
편광 소자(6)의 상면에 입사하는 광은 편광 소자(6)의 투과축에 평행인 선형 편광이도록 편광 소자(6)를 통해 투과된 다음, λ/4 파장 판(7)에 입사한다.
λ/4 파장 판(7)은, 편광 소자(6)의 투과축 및 λ/4 파장 판(7)의 지상축이 45°의 각도가 되도록 배열된다. 따라서, λ/4 파장 판(7)을 통해 투과된 광은 원형 편광이 된다.
어떠한 전압도 액정층(5)에 인가되지 않을 때, 액정층(5)에 사용되는 음 유전율 이방성을 나타내는 액정 분자는 기판(1 및 2)의 표면에 실질적으로 수직이다. 따라서, 입사광에 대한 액정층(5)의 굴절율 이방성은 매우 작다. 즉, 액정층(5)을 통한 광 투과에 의해 유발되는 위상차는 실질적으로 제로이다.
따라서, λ/4 파장 판(7)으로부터의 원형 편광은 원형 편광을 유지하면서 액정층(5)을 통해 투과되고 기판(2)의 반사 전극(3)에 의해 반사된다.
반사 전극(3)에 의해 반사되는 원형 편광은 기판(1)쪽으로 액정층(5)을 통해 투과되고 원형 편광을 유지하면서 λ/4 파장 판(7) 에 입사한다.
그 다음, 원형 편광은 편광 소자(6)의 투과축에 직교인 선형 편광이도록 λ/4 파장 판(7)을 통해 투과된 다음, 편광 소자(6)에 입사한다.
이제, 광의 편광 방향이 편광 소자(6)의 투과축에 직교하기 때문에, 광은 투과되지 않고 편광 소자(6)에 의해 흡수된다.
이와 같이, 블랙 디스플레이가 수행된다.
도 13b를 참조하여, 화이트 디스플레이가 설명될 것이다.
광이 원형 편광이도록 λ/4 파장 판(7)을 통해 투과될 때까지의 과정은 상기와 동일하여 설명하지 않을 것이다.
전압이 액정층(5)에 인가될 때, 액정 분자는 기판(1 및 2)의 표면에 대해 수평으로 경사진다. 따라서, 액정층(5) 에 입사하는 원형 편광은 액정 분자의 복굴절에 의해 타원 편광이 된다. 그 다음, 광은 반사 전극(3)에 의해 반사되고, 광이 액정층(5)을 통해 투과된 후 편광이 변경된다. λ/4 파장 판(7)를 통해 투과된 후, 광은 편광 소자(6)의 투과축에 직교인 선형 편광이 되지 않는다. 따라서, 광은 편광 소자(6)를 통해 투과된다.
액정층(5)에 인가된 전압을 제어함으로써, 반사 전극(3)에 의해 반사된 후 편광 소자(6)를 통해 투과되는 광량이 조정될 수 있다. 따라서, 그레이 스케일 디스플레이가 제공된다.
액정층(5)에 의한 위상차가 1/4 파장(λ/4) 조건을 만족하도록 액정 분자의 배향을 변경하기 위해 반사 전극(3) 및 대향 전극(4)에 의해 전압이 액정층(5)에 인가될 때, λ/4 파장 판(7)으로부터의 원형 편광은, 액정층(5)을 통해 투과된 후 반사 전극(3)에 도달할 때 편광 소자(6)의 투과축에 직교인 선형 편광이 된다. 편광 소자(6)의 투과축에 평행인 선형 편광이도록 액정층(5) 및 λ/4 파장 판(7)을 통해 광이 다시 투과된다. 이 경우에, 편광 소자(6)를 통해 투과되는 광량은 최대이다.
상술된 바와 같이, 어떠한 전압도 액정층(5) 양단에 인가되지 않을 때에는, 액정층(5)이 실질적으로 어떠한 복굴절도 갖지 않기 때문에 블랙 디스플레이가 얻어지고, 전압이 액정층(5) 양단에 인가될 때에는, 전압에 따른 광 투과율을 변경함으로써 그레이 스케일 디스플레이가 얻어진다.
도 4는, 광이 입사되어 수직으로 수신되는 경우 액정층의 셀 갭이 d=3.56㎛이고 액정층에 의한 지연(위상차)이 d△N=0.2752일 때 얻어지는, 제1 실시예에서의 반사형 LCD 장치의 스펙트럼 반사율 특성을 도시한다.
도 4에서, 광이 입사되어 수직으로 수신되는 경우의 단일 반사판의 스펙트럼 반사율은 100이다.
도 4에 도시된 바와 같이, 어떠한 전압도 인가되지 않을 때의 블랙 디스플레이 및 3.25V의 전압이 인가될 때의 화이트 디스플레이 간에 400㎚ 내지 700㎚의 전체 파장 범위에 걸쳐 50 이상의 충분한 콘트라스트 비가 얻어진다.
3.25V의 전압이 인가될 때, 편광 소자(6)의 투과율과 실질적으로 동일한 약 40%의 반사율이 얻어진다. 이러한 높은 광 조명률은 반사형 LCD 장치에 적당하다.
도 5는, 광이 입사되어 수직으로 수신되는 경우 액정층의 셀 갭이 d=4.5㎛이고 액정층에 의한 지연(위상차)이 d△N=0.3479일 때 얻어지는, 제1 실시예에서의 반사형 LCD 장치의 스펙트럼 반사율 특성을 도시한다.
도 5에 도시된 바와 같이, 어떠한 전압도 인가되지 않을 때의 블랙 디스플레이 및 3V의 전압이 인가될 때의 화이트 디스플레이 간에 400㎚ 내지 700㎚의 전체 파장 범위에 걸쳐 50 이상의 충분한 콘트라스트 비가 얻어진다.
3V의 전압이 인가될 때, 셀 갭 d=3.56㎛인 경우에서와 같이 약 40%의 반사율이 얻어진다.
도 6은, 광이 550㎚의 파장으로 입사되어 수직으로 수신될 때 제1 실시예에서의 반사형 LCD 장치의 셀 갭 및 콘트라스트 비 간의 관계를 도시한다.
콘트라스트 비는 액정층에 의한 지연(위상차) d△N이 1/4 파장 조건을 만족하게 하는 전압을 인가함으로써 측정된다.
도 6에 도시된 바와 같이, 제1 실시예에서의 반사형 LCD 장치는 액정층의 셀 갭과 무관하게 500 이상의 콘트라스트 비를 유지한다.
따라서, 전압이 액정층 양단에 인가될 때, 위상차 d△N이 1/4 파장 조건을 만족하는 한, 콘트라스트 비의 어떠한 감소없이 디스플레이가 제공된다. 셀 갭 d는 임의로 설정될 수 있다.
도 12는 λ/4 파장 판의 지상축의 각도 및 콘트라스트 비 간의 관계를 도시한다. λ/4 파장 판의 지상축의 각도는, 지상축이 편광 소자의 투과축에 대해 45°로 경사질 때 0°로 설정된다.
지상축의 각도차가 3°이내 이면, 500 이상의 콘트라스트 비가 얻어지므로, 만족스러운 디스플레이 특성을 갖는 반사형 LCD 장치가 제공된다.
즉, λ/4 파장 판 및 편광 소자가 설정된 값으로부터 약간 오프셋된 λ/4 파장 판의 지상축 및 편광 소자의 투과축의 각도와 함께 결합될 때에도 높은 콘트라스트가 얻어진다.
도 6은, 패널의 표면에 의한 반사의 영향이 제거된 후의 값을 도시한다. 실제 사용에서는, 패널의 표면에 의한 반사는 무시할 수 없다. 패널에 의한 반사를 고려한 콘트라스트 비는 약 20이며, 이는 반사형 LCD 장치에 여전히 만족스러운 것이다.
수직 배향된 액정층을 사용하는 제1 실시예에서의 LCD 장치는, 어떠한 전압도 인가되지 않을 때에는 액정층에 의한 지연이 실질적으로 제로가 되게 한다. 통상의 블랙 디스플레이인 경우, 어두운 상태의 암도가 개선되어, 콘트라스트를 증가시킨다.
(예 2)
본 발명에 따른 제2 실시예에서의 LCD 장치가 도 2를 참조하여 설명될 것이다. 제1 실시예에서의 것과 동일한 소자가 동일한 참조 번호를 갖는다.
기판(2)은, 예를 들면, Al 또는 Ta와 같은 높은 반사율을 갖는 재료로 형성된 반사 전극(3)(도 2에서 반사 전극 영역으로 도시됨) 및 예를 들면, ITO와 같은 높은 투과율을 갖는 재료로 형성된 투과 전극(8)(도 2에서 투과 전극 영역으로 도시됨)을 포함한다. 기판(1)은 대향 전극(4)(도 2에서 투과 전극으로서 도시됨)을 포함한다. 음 유전율 이방성을 나타내는 액정 재료로 형성된 액정층(5)은 반사 전극(3)/투과 전극(8) 및 대향 전극(4) 간에 삽입된다.
배향층(도시되지 않음)은 액정층(5)과 접촉하는 반사 전극(3)/투과 전극(8) 및 대향 전극(4)의 표면 상에 제공된다. 배향층은 기판(1 및 2)의 표면에 직교로 액정층(8)의 액정 분자(도시되지 않음)를 배열하는데 사용된다. 배열층이 제공된 후, 배열층중 적어도 하나는, 예를 들면, 러빙과 같은 배향 처리가 행해진다.
배향 처리로 인하여, 액정층(5)의 액정 분자는 기판(1 및 2)의 표면에 수직 방향에 대해 약 0.1° 내지 5°의 경사각을 갖는다.
반사 전극(3)은 전압을 액정층(5)을 인가하는데 사용되지만, 반사 전극(3)은 반사판으로서만 사용될 수 있는 것이지, 전압을 인가하기 위한 전극으로 사용될 수 없다. 이러한 경우에, 예를 들면, 투과 전극(8)이 반사 전극(3) 상으로 연장되어, 반사 영역에서 전압을 액정층(5)에 인가하기 위한 전극으로서 작용한다.
여기서 사용된 액정 재료는 Ne(특수 광에 대한 굴절율)=1.5546 및 No(보통 광에 대한 굴절율)=1.4773의 굴절율 이방성을 갖는다.
λ/4 파장 판(7)은 대향 전극(4)에 대향인 기판(1)의 표면 상에 제공된다. λ/4 파장 판(7)의 지상축은, 전압이 액정층(5) 양단에 인가될 때 액정 분자의 종축에 대해 45°로 경사지도록 설정된다.
λ/4 파장 판(10)은 반사 전극(3) 및 투과 전극(8)에 대향인 기판(2)의 표면 상에 제공된다. λ/4 파장 판(10)의 지상축은 λ/4 파장 판(7)의 지상축에 평행하다.
편광 소자(6)는 기판(1)에 대향하는 λ/4 파장 판(7)의 표면 상에 제공된다. 편광 소자(9)는 기판(2)에 대향하는 λ/4 파장 판(10)의 표면 상에 제공된다. 편광 소자(6)의 투과축은 λ/4 파장 판(7)의 지상축에 대해 45도 경사지도록 설정된다. 편광 소자(9)의 투과축은 λ/4 파장 판(10)의 지상축에 대해 45도 경사지도록 설정된다.
도 8a는 제2 실시예에서 액티브 매트릭스 기판(기판 2)의 평면도이며, 도 8b은 도 8a의 8B-8B' 선을 따라 절취된 액티브 매트릭스 기판의 단면도이다.
도 8a 및 8b에 도시된 바와 같이, 액티브 매트릭스 기판은 게이트 라인(21), 데이타 라인(22), 구동 소자(23), 드레인 전극(24), 축적 캐패시턴스 전극(35), 게이트 절연층(26), 절연 기판(27), 콘택트 홀(28), 층간 절연층(29), 반사 화소 전극(반사 전극 영역;30)(도 2에서 반사 전극(3)에 대응함) 및 투과 화소 전극(투과 전극 영역;31)(도 2에서 투과 전극(8)에 대응함)을 포함한다.
축적 캐패시턴스 전극(35)은 드레인 전극(24)에 전기적으로 접속되며, 게이트 절연층(26)이 사이에 삽입된 게이트 라인(21)을 중첩한다. 따라서, 축적 캐패시턴스 전극(35), 절연층(26) 및 게이트 라인(21)은 축적 캐패시턴스를 형성한다.
콘택트 홀(28)은 투과 화소 전극(31)과 축적 캐패시턴스 전극(35)을 접속시키기 위해 층간 절연층(29)에 형성된다.
반사 화소 전극(30) 및 투과 화소 전극(31)은 LCD 장치에서 복수의 화소 영역 각각에 반사 영역 및 투과 영역을 각각 형성한다. 반사 영역은 외부 광을 반사시킴으로서 반사 모드 디스플레이를 실질적으로 수행하며, 투과 영역은 백라이트로부터의 광이 투과되도록 하여 실질적으로 투과 모드 디스플레이를 수행한다. 말할 필요도 없이, 실제 디스플레이에서 LCD 장치에 비스듬히 입사된 광 성분이 존재하기 때문에, 두 영역들 사이의 경계가 그다지 명확하지 않다.
도 8a에 도시된 바와 같이, 통상 화소 영역의 주변 영역에 반사 전극 영역(30)을 제공하고, 화소 영역의 중심 영역에는 투과 전극 영역(31)을 제공하는 것이 바람직하다. 반사 전극 영역(30)을 게이트 라인(21) 및 데이타 라인(22)과 부분적으로 중첩시킴으로써, 축적 캐패시턴스가 형성되고, 디스플레이 영역이 확장된다.
제2 실시예에서는, 반-투과 및 반-반사형 LCD 장치가 제공된다. 도 8c는 반-투과 및 반-반사형 LCD 장치에 사용되는 액티브 매트릭스 기판의 평면도이다. 도 8d는 도 8c의 8D-8D' 선을 따라 절취된 액티브 매트릭스 기판의 단면도이며, 도 8e는 도 8c의 8E-8E'선을 따라 절취된 액티브 매트릭스 기판의 단면도이다.
도 8c에 도시된 액티브 매트릭스 기판은 반사 전극 영역(30) 내에 작은 투과 전극 영역(30T)을 포함한다. 반사 전극 영역(30) 및 투과 전극 영역(30T)은 반사 영역 및 투과 영역을 독립적으로 한정하지 않고, 반사 모드의 디스플레이 및 투과 모드의 디스플레이가 혼합되어 전체 화소 영역에서 중첩된다.
도 8c에 도시된 액티브 매트릭스 기판은 예를 들어, 도 8d에 도시된 바와 같이 복수의 개구(30T)를 갖는 반사 전극(30)을 형성함으로써 제조된다. 반사 전극(30)에 의해 반사 전극(30) 내의 개구(30T) 상에 배치된 액정 분자들 양단에 전압(반사 전극(30)과 대향 전극 간에 형성되는 경사 전계)이 인가되기 때문에, 투과 전극(31)의 형성이 생략될 수 있다. 즉, 반사 전극(30)은 반-투과 및 반-반사층으로 형성될 수 있다. 선택적으로, 포토리소그래피에 의해 반사 전극(30)이 패터닝되면, 소정 형태의 개구들이 소정 밀도로 형성될 수 있다. 이 개구들의 한 치수는, 비스듬한 전계에 의해 액정층 양단에 충분한 전압이 인가될 수 있도록 액정층의 두께보다 커서는 안된다. 반-투과 및 반-반사층으로 형성된 전극은 일본 공개 공보 제7-333598호에 개시되어 있다. 반-투과 및 반-반사층은 화소 영역 내에 매우 작은 두께로 금속 입자들을 증착시켜 형성되거나, 화소 영역 내에 미세한 홀 또는 리세스를 흐트러지게 형성함으로써 형성된다.
선택적으로, 도 8c에 도시된 액티브 매트릭스 기판은 예를 들어, 도 8e에 도시된 바와 같이 전체 화소 영역 내에 개구들을 갖는 반사 전극 영역(30) 상에 투과 전극(44)을 형성함으로써 제조된다. 그러한 구성에서, 투과 전극 영역(30T) 상의 액정 분자들에는 반사 전극 영역(30) 상의 액정 분자들 양단에 인가된 전압과 동일한 레벨의 전압이 인가된다. 투과 전극(44)을 형성하기 위한 에칭 공정 중에(예를 들어, 반사 전극 영역(30)이 Al로 형성되고, 투과 전극(44)이 ITO로 형성될 때), 반사 전극 영역(30)과 투과 전극 영역(44) 사이에 전기 부식이 발생할 수 있다. 도 8e에 도시된 바와 같이, 반사 전극 영역(30) 상에 층간 절연층(42)(예를 들어, 실리콘 산화물 또는 수지 중합체로 형성된)을 형성하고, 층간 절연층(42) 상에 투과 전극(44)을 형성함으로써 전기 부식을 피할 수 있다.
도 13a 및 13b를 참조하여, 제2 실시예에서의 투과 모드시에 LCD 장치에서 광 투과 및 반사가 설명된다.
도 13a는 액정층(5) 양단에 어떠한 전압도 인가되지 않을 때 수행되는 블랙 디스플레이를 도시하며, 도 13b는 액정층(5) 양단에 전압이 인가될 때 수행되는 화이트 디스플레이를 도시한다. 이들 도면에서, 투과 전극(8)(투과 전극 영역)은 우측에 형성된다. 도 13a 및 13b에서, 반사 전극 영역(3)은 제1 실시예에서와 동일한 구성을 가지므로 설명을 생략하기로 한다. LCD 장치가 반사형 LCD 장치로 사용되는 경우, LCD 장치는 제1 실시예에서와 동일한 방식으로 동작한다. 다음의 설명에서는, 투과 모드시의 LCD 장치가 설명되며, 반사 모드시의 LCD 장치에 대해서는 반복 설명되지 않을 것이다.
도 13a를 참조하여 블랙 디스플레이를 설명하기로 한다.
광원(도시되지 않음)에 의해 방사된 광은 편광 소자(9)의 투과축에 평행한 선형 편광이 되도록 편광 소자(9) 에 입사된다.
λ/4 파장 판(10)은 지상축이 편광 소자(9)의 투과축에 대해 45도 경사지도록 배열된다. 따라서, λ/4 파장 판(10)을 통해 투과된 광은 원형 편광이 된다.
액정층(5) 양단에 어떠한 전압도 인가되지 않을 경우, 액정층(5)에 사용되는 음 유전율 이방성을 나타내는 액정 분자들은 기판(1 및 2)의 표면에 대해 실질적으로 수직이다. 따라서, 입사 광에 대한 액정층(5)의 굴절율 이방성은 매우 작다. 즉, 액정층(5)을 통한 광의 투과에 의해 발생된 위상 차는 실질적으로 제로이다.
따라서, λ/4 파장 판(10)으로부터의 원형 편광은 원형 편광을 유지하면서 액정층(5)을 통해 투과되어 λ/4 파장 판(7)에 입사된다.
λ/4 파장 판(10)의 지상축 및 λ/4 파장 판(7)의 지상축은 서로 평행하다. 따라서, λ/4 파장 판(7)에 입사된 원형 편광은 편광 소자(9)의 투과축에 수직인 선형 편광이 되며 편광 소자(6)에 입사된다.
λ/4 파장 판(7)로부터의 선형 편광은 편광 소자(6)의 투과축에 대해 수직이며 투과되지 않고 편광 소자(6)에 의해 흡수된다.
이러한 방식에서, 블랙 디스플레이가 수행된다.
도 13b를 참조하여, 화이트 디스플레이가 설명될 것이다.
λ/4 파장 판(10)을 통해 광이 투과될 때까지의 과정은 앞선 과정들과 동일하며 그 설명을 생략하기로 한다.
액정층(5) 양단에 전압이 인가될 때, 액정 분자들은 기판(1 및 2)의 표면에 대해 수평으로 경사진다. 따라서, 액정층(5) 에 입사된 원형 편광은 액정 분자들의 복굴절에 의해 타원 편광이 된다. 광은 λ/4 파장 판(7)을 통해 투과된 후에도 편광 소자(6)의 투과축에 대해 수직인 선형 편광이 되지 않으며 편광 소자(6)를 통해 투과된다.
액정층(5) 양단에 인가된 전압을 제어함으로써, 편광 소자(6) 에 입사된 광량이 조정될 수 있다. 따라서, 그레이 스케일 디스플레이가 제공된다.
액정층(5)에 의한 위상차가 1/2 파장 조건을 만족시키도록 액정층(5) 양단에 전압이 인가될 때, λ/4 파장 판(10)으로부터의 원형 편광이 액정층(5)의 두께의 1/2에서 편광 소자(6)의 투과축에 대해 수직인 선형 편광이 된 후, 액정층(5)을 통해 광이 완전히 투과될 때 원형 편광이 된다.
액정층(5)으로부터의 원형 편광은 λ/4 파장 판(7)을 통해 투과될 때 편광 소자(6)의 투과축에 평행한 선형 편광이 되기 때문에, 편광 소자(6) 에 입사된 대부분의 광이 그것을 통해 투과된다. 이 경우, 편광 소자(6)를 통해 투과된 광량은 최대이다.
상술된 바와 같이, 액정층(5) 양단에 전압이 인가되지 않을 때, 액정층(5)의 복굴절이 존재하지 않기 때문에 반사 전극 영역(3) 및 투과 전극 영역(8) 모두에서 블랙 디스플레이가 얻어진다. 전압의 레벨을 제어하면서 액정층(5) 양단에 전압이 인가될 때, LCD 장치를 통해 투과되는 광량이 조정되므로, 그레이 스케일 디스플레이가 얻어진다.
도 9는 광이 입사되어 수직으로 수광될 경우, 액정층의 셀 갭이 d=3.56 ㎛이고, 액정층에 의한 위상차가 dΔN=0.2752일 때 얻어지는 제2 실시예에서의 투과형 및 반사형 LCD 장치의 스펙트럼 반사율 특성을 나타낸다.
도 9에서, 반사 전극 영역에서의 스펙트럼 반사율은 도 4에서와 동일하다.
도 9에서, 광이 입사되어 수직으로 수광되는 경우의 공기에 대한 스펙트럼 반사율은 100이다.
도 9에 도시된 바와 같이, 어떠한 전압도 인가되지 않을 때의 블랙 디스플레이와 5 V의 전압이 인가될 때의 화이트 디스플레이 간에 400 ㎚ 내지 900 ㎚의 전체 파장 범위에 걸쳐 충분한 콘트라스트가 얻어진다.
5 V의 전압이 인가될 때, 편광 소자(8)의 투과율의 약 80%인 약 30%의 반사율이 얻어진다. 그러한 높은 광 조명율은 투과형은 및 반사형 LCD 장치용으로 적합하다.
도 10은 광이 입사하여 수직으로 수광되는 경우에, 액정층의 셀 갭이 d=4.5㎛이고, 광이 수직 입사될 때 액정층에 의한 위상차가 dΔn=0.3749일 때, 제2 예의 투과형 및 반사형 LCD 장치의 스펙트럼 반사율 특성을 도시한다.
도 10에 도시된 바와 같이, 어떠한 전압도 인가되지 않는 때인 블랙 디스플레이와 5V의 전압이 인가되는 때의 화이트 디스플레이 간에 400㎚ 내지 700㎚의 전체 파장 범위에 걸쳐 충분한 콘트라스트 비가 얻어진다.
5V의 전압이 인가될 때 약 40%의 반사율이 얻어진다.
도 11은 파장 550㎚의 광이 수직 입사될 때 제2 예의 투과형 및 반사형 LCD 장치의 셀 갭과 콘트라스트 비간의 관계를 도시한다.
콘트라스트 비는, 액정층에 의한 위상차 dΔN이 1/2파장 조건을 만족하게 하는 전압을 인가하여 측정된다.
도 11에 도시된 바와 같이, 제2 예의 투과형 및 반사형 LCD 장치는, 액정층의 셀 갭에 관계없이, (투과형 LCD 장치로 사용되는) 투과 전극 영역에서는 800 이상의 콘트라스트 비를 유지하며, (반사형 LCD 장치로 사용되는) 반사 전극 영역에서는 500 이상의 콘트라스트 비를 유지한다.
따라서, 액정층 양단에 전압이 인가될 때, 위상차 dΔn이 1/2파장 조건을 만족하는 한 어떠한 콘트라스트 비의 감소없는 디스플레이가 제공된다. 셀 갭 d는 임의로 설정될 수 있다.
도 12는 λ/4파장 판의 지상축의 각도와 콘트라스트 비간의 관계를 도시한다. λ/4파장 판의 지상축의 각도는, 지상축이 편광 소자의 투과축에 관하여 45°경사질 때 제로로 설정된다.
지상축의 각도 차이는 3°이내이며, (LCD 장치가 투과형 LCD 장치로서 사용될 때) 투과 전극 영역과 (LCD 장치가 반사형 LCD 장치로서 사용될 때) 반사 전극 영역 모두에서 50 이상의 콘트라스트 비가 얻어지고, 따라서, 만족스런 디스플레이 특성을 갖는 투과형 및 반사형 LCD 장치가 제공된다.
따라서, 하나의 LCD 장치가, 주변 광이 어두울 때 투과 전극(8)을 통해 투과된 백라이트으로부터의 광을 사용하여 디스플레이를 수행하기 위한 투과형 LCD 장치, 및 주변 광이 밝을 때 비교적 높은 광 반사율을 갖는 재료로 형성된 반사 전극(3)에 의해 반사된 주변 광을 사용하여 디스플레이를 수행하기 위한 반사형 LCD 장치 모두로서 사용될 수도 있다.
주변 광이 밝을 때 백라이트이 사용될 필요는 없다. 따라서, 종래 기술의 투과형 LCD 장치에 비해 전력 소모가 감소된다. 주변 광이 어두울 때, 백라이트가 사용될 수 있다. 따라서, 충분한 디스플레이가 얻어지지 않는 종래 기술의 반사형 LCD의 문제점이 극복된다.
수직으로 배향된 액정층을 사용하는 제2 예에서의 LCD 장치는 어떠한 전압도 인가되지 않을 때 액정층에 의한 지연을 실질적으로 0이 되게 한다. 일반적으로 블랙 디스플레이의 경우에, 투과 모드 및 반사 모드 모두에서 어두운 상태의 암도가 개선되어 콘트라스트를 향상시킨다.
(예 3)
본 발명에 따른 제3 예에서의 LCD 장치가 도 3을 참조하여 기술될 것이다. 제1 및 제2 예와 동일한 요소들은 동일한 참조 번호가 부여되어 있으며, 상세한 설명은 생략될 것이다.
제3 예에서의 LCD 장치는 기판(2)와 편광 소자(9) 사이에 λ/4파장 판(10)과 위상차 보상 소자(12)를 포함하며, 기판(1)과 편광 소자(6) 사이에 λ/4 파장 판(7)과 위상차 보상 소자(11)을 포함한다.
λ/4 파장 판(10)과 위상차 보상 소자(12)의 위치, 및 λ/4 파장 판(7)과 위상차 보상 소자(11)의 위치는 각각 교환가능하다.
액정층(5) 양단에 어떠한 전압도 인가되지 않을 때, 액정층(5)에서 음 유전율 이방성을 보이는 액정 재료의 액정 분자는 기판(1 및 2)의 표면에 실질적으로 수직으로 배향된다. 따라서, LCD 장치에 입사하는 광에 대한 액정층(5)의 굴절율 이방성은 실질적으로 0이다.
그러나, LCD 장치가 반사형 LCD 장치로서 사용될 때, 수직으로 입사하는 광외에 다른 방향에서 입사하는 광도 디스플레이를 위해 사용된다. 주변 광을 포함하여 액정층(5)에 비스듬하게 입사하는 광도 디스플레이를 위해 사용될 때, 디스플레이는 굴절율 이방성에 의해 영향받는다.
시야각(viewing angle)는 기판의 표면에 반드시 수직일 필요는 없다. 시야각이 기판의 표면에 수직 방향으로 오프셋됨에 따라, 디스플레이는 액정층(5)의 액정 분자의 굴절율 이방성에 의해 더욱 영향 받는다. 따라서, 콘트라스트 비는 감소된다.
이 실시예에서, 광의 입사각 및 투시 방향에 따라 콘트라스트가 감소되는 것을 방지하기 위해, 액정 분자들의 이와 같은 굴절율 이방성에 의한 영향을 보상하기 위한 위상차 보상 소자(11 및 12)가 제공된다.
액정 분자들의 프리틸트 각이 기판 표면에 수직 방향에 대해 약간 경사져, 수직 배향된 액정층(5) 양단에 전압이 인가될 때 액정 분자들이 한 방향으로 경사지는 경우에, 어떠한 전압도 인가되지 않을 때에도 기판에 수직 방향에 약간의 굴절율 이방성이 유발된다. 위상차 보상 소자는 굴절율 이방성을 보상하고, 나아가 기판에 수직 방향에서의 콘트라스트를 더욱 개선시키기 위해 사용된다.
이 예에서, λ/4파장 판과 위상차 보상 소자는 개별적으로 기술되지만, λ/4파장 판과 위상차 보상 소자가 동일한 층에 사용될 때에도, 동일한 효과가 얻어진다.
이 예에서, 2개의 위상차 보상 소자(11 및 12)가 제공되지만, 하나의 위상차 보상 소자(11)만이 사용되어도 만족스런 결과가 얻어진다.
제3 예에서, 투과형 및 반사형 LCD 장치가 사용된다. (도 1의) 제1 예에서의 반사형 LCD 장치의 경우에도, 액정층(5)의 굴절율 이방성을 보상하기 위해 편광 소자(6)과 반사 전극(3) 사이에 위상차 보상 소자가 제공될 수 있다. 따라서, 콘트라스트의 감소가 방지된다.
제1 내지 제3 예에서, 블랙 디스플레이 및 화이트 디스플레이가 기술된다. 반사 전극 영역과 투과 전극 영역의 적절한 영역 상에 컬러 필터를 제공하여 컬러 디스플레이가 실현될 수 있다.
제1 내지 제3 실시예에서의 LCD 장치의 음 유전체 이방성을 나타내는 액정 재료로 형성된 수직 배향 액정층에 치럴 도핑제가 부가되는 경우, 전압이 인가될 때 액정 분자가 회전된다. 따라서, 전압 인가시 액정 분자가 안정화된다.
액정층이 90°비틀림을 갖도록 배향될 때, 다음과 같은 이유로 인해 광학적 누출이 거의 없는 블랙 디스플레이가 얻어진다. 전압이 인가될 때 기울기를 방지하기 위해 기판 표면에 법선 방향에 대해 몇도 정도로 경사져 액정 분자들이 배향될 때, 액정 분자들의 경사 방향으로 지연이 유발된다. 그러나, 상부 및 하부 기판 부근 영역의 액정 분자들이 90°각도를 형성하기 때문에, 지연이 상쇄된다. 따라서, 결과적인 블랙 디스플레이는 광학적 누출이 거의 없다.
제1 내지 제3 예에서의 LCD 장치는 음 유전율 이방성을 갖는 재료로 형성된 수직 배향된 액정층을 사용한다. 액정 분자들이 기판 표면에 수평으로 배향되도록 액정층이 처리될 때에도 동일한 효과가 얻어진다.
이와 같은 경우에, 어떠한 전압도 인가되지 않는 때에는 액정 분자들은 기판에 수평으로 배향되며, 전압이 인가될 때에는 액정 분자들은 기판에 수직 방향을 향해 경사진다. 따라서, 어떠한 전압도 인가되지 않을 때에는 화이트 디스플레이가 수행되며 전압이 인가될 때에는 블랙 디스플레이가 수행된다.
수평 배향된 액정층에 의한 블랙 디스플레이의 경우에, 기판 부근의 액정 분자들로 인해 수직 배향된 액정층의 경우보다 잔여 지연이 더 크다. 보다 완전한 블랙 디스플레이를 수행하기 위해, 위상차 보상 소자가 사용될 수도 있다.
액정 분자들이 기판에 거의 수직으로 배향하고 반사 모드에서 α의 지연이 남아 있는 경우에, (도 1, 2, 및 3의 ) λ/4파장 판(7) 대신에 λ/4-α의 지연을 갖는 위상차 보상 소자가 사용될 수 있다.
반사 모드에서, 액정층의 잔여 지연에 의해 원형 편광으로부터 오프셋되어 있는 타원 편광이 액정층에 입사한다. 타원 편광은 액정층을 통해 투과된 후 반사 전극 영역에 도달할 때 원형 편광이 된다. 반사 결과로서, 광은 반회전 방향을 갖는 원형 편광이 된다. 광은 액정층을 투과하여 벗어날 때 원형 편광으로부터 오프셋되는 타원 편광이 된다. 이 때의 타원 편광은 입사된 광으로부터 90°오프셋되어 있다. 위상차 보상 소자를 투과될 때 타원 편광은 편광 소자(6)의 투과축에 수직인 선형 편광이 된다.
주지하는 바와 같이, 수직 배향된 액정층에 잔류하는 지연이 무시할 수 없을 때에도, 지연을 고려한 위상차 보상 소자를 제공함으로써 반사 모드에서 높은 콘트라스트 디스플레이가 얻어진다.
수평 배향된 액정층(5)를 포함한 도 2에 도시된 LCD 장치가 기술될 것이다.
액정층(5)는 Merck ＆ Co.사로부터 입수할 수 있는 재료로 형성되며, Ne=1.5328, No=1.4722이고, Δn=0.0606이다. 투과 영역에서의 액정층(5)의 두께는 약 5.2㎛이다.
기판(1 및 2)에 제공되는 배향층은 게이트 라인(소스 라인)에 수직한 방향으로 러빙(rubbing)하여 처리된다. 기판(1 및 2)는 기판(1 및 2) 상의 배향층들이 서로 대향하도록 결합된다. 액정층(5) 양단에 어떠한 전압도 인가되지 않을 때, 액정층(5) 내의 액정 분자들의 분자축은 기판(1 및 2)의 표면에 평행하고 게이트 라인에 수직으로 배향된다. 전압이 인가될 때, 액정 분자들의 분자축은 게이트 라인에 실질적으로 수직이면서 기판(1 및 2)의 표면에 법선 방향으로 경사진다. 이 예에서, 편광 소자(6 및 9)의 축과 위상차 보상 소자(7 및 10)의 축은, 화이트 디스플레이를 위해 액정층(5) 양단에 인가될 전압이 약 1.8V이고 블랙 디스플레이를 위해 액정층(5) 양단에 인가될 전압이 약 5.3V인 조건으로 설정된다.
편광 소자(6)의 투과축은 액정 분자들의 분자축에 대하여 약 45°시계방향이되도록 설정되며, 위상차 보상 소자(7)의 지상축은 편광 소자(6)의 투과축에 대하여 45°시계 방향이 되도록 설정된다. 즉, 위상차 보상 소자(7)의 지상축은 액정 분자들의 분자축에 대하여 약 90°시계 방향이 되도록 설정된다.
블랙 디스플레이의 반사 영역에서의 액정층(5)에 의한 지연을 고려하여, 약 105㎚의 지연과 약 95㎚의 지연을 갖는 두 형태의 위상차 보상 소자를 사용한다. 이러한 지연은 λ/4 조건으로부터 오프셋된다(약 137.5㎚). λ/4-α의 지연을 갖는 위상차 보상 소자를 사용하게 되면, 반사 영역에서 만족스러운 콘트라스트를 실현할 수 있다.
위상차 보상 소자(10)의 지상축과 편광 소자(9)의 투과축은 블랙 디스플레이의 투과 영역에서 액정층(5)에 의한 지연을 고려하여 설정한다. 투과 및 반사형 LCD 장치에서는, 먼저, 편광 소자(6)의 배향 및 위상차 보상 소자(7)의 지연과 지상축을 반사 영역을 고려하여 결정한다. 다음에, 편광 소자(6)의 지연과 지상 배향, 위상차 보상 소자(10)의 지연과 지상축, 및 편광 소자(9)의 배향을 투과 영역을 고려하여 결정한다. 투과 영역의 각 층을 투과한 광의 편광 상태 변화는 광이 디스플레이면 에 입사할 때와 광이 백라이트으로부터 입사할 때에 동일하다. 이해를 용이하게 하기 위해서, 디스플레이면 에 입사하는 광에 대해 이하 설명한다.
편광 소자(6)을 통해 어두운 상태로 액정층(5) 에 입사하는 선형 편광은, 장축이나 단축이 액정 분자의 분자축에 대해 시계 방향으로 45도인 타원형 편광으로서 액정층(6)으로부터 출사된다. 타원형 편광은, 약 140㎚의 지연을 갖는 λ/4 파장 판으로 형성된 위상차 보상 소자(10)를 제공하고 그 지상축을 액정층(5)로부터 출사하는 타원형 편광의 장축과 동일한 방향, 즉 액정 분자의 분자축에 대해 시계 방향으로 45도 각도에 위치시킴으로써 선형 편광으로 변환될 수 있다. 다음에, 편광 소자(9)는 그 투과축이 위상차 보상 소자(10)로부터 출사되는 선형 편광의 편광축에 대해 수직이 되도록 위치된다.
위상차 보상 소자(10)로부터 출사하는 선형 편광의 편광축의 각도는 위상차 보상 소자(10)에 입사하는 타원형 편광의 편광 상태에 좌우된다. 이 예에서는, 위상차 보상 소자(7)의 지연이 약 105㎚인 경우, 위상차 보상 소자(10)로부터 출사되는 선형 편광의 편광축은 액정 분자의 분자축에 대해 시계 방향으로 약 10도에 있다. 따라서, 편광 소자(9)의 투과축을 액정 분자의 분자축에 대해 시계 방향으로 약 10도로 설정함으로써, 투과 영역에서 만족스러운 블랙 디스플레이를 성취할 수 있다. 위상차 보상 소자(7)의 지연이 약 95㎚인 경우, 위상차 보상 소자(10)로부터 출사하는 선형 편광의 편광축은 액정 분자의 분자축에 대해 시계 방향으로 약 97도이다. 따라서, 편광 소자(9)의 투과축을 액정 분자의 분자축에 대해 시계 방향으로 약 7도로 설정함으로써, 투과 영역에서 만족스러운 블랙 디스플레이를 성취할 수 있다.
수평 배향된 액정층(5)을 포함하는 도 3의 LCD 장치를 이하 설명한다.
액정층(5)은 Merck ＆ Co.로부터 상용되는 재료로 형성되며 Ne=1.5328, No=1.4722 및 △N=0.0606를 갖는다. 액정층(5)의 두께는 약 5.2㎛이다. 배향층은 반평행 상태로 위치 설정된다. 편광 소자(6 및 9) 및 위상차 보상 소자(7, 10, 11, 및 12)의 축은 화이트 디스플레이용 액정층(5)의 양단에 인가될 전압이 약 1.8V이고 블랙 디스플레이용 액정층(5) 양단에 인가될 전압이 약 5.3V인 조건으로 설정된다.
편광 소자(6)의 투과축은 액정 분자의 분자축에 대해 시계 방향으로 약 15도가 되게 설정된다. 위상차 보상 소자(11)는 약 270㎚의 지연을 갖는 λ/2 파장 판으로 형성된다. 위상차 보상 소자(11)는 그 지상축이 액정 분자의 분자축에 대해 시계 방향으로 약 30도에 있도록 위치 설정된다. 또한, 위상차 보상 소자(7)는 그 지상축이 액정 분자의 분자축에 대해 시계 방향으로 약 90도에 있도록 위치 설정된다. 이 위치 설정은 편광 소자(6), 위상차 보상 소자(11) 및 위상차 보상 소자(7)의 순서로 실행된다. 블랙 디스플레이에서 반사 영역의 액정층(5)에 의한 지연을 고려하여, 약 105㎚의 지연과 약 95㎚의 지연을 갖는 두 형태의 위상차 보상 소자를 이용한다. 이러한 지연은 λ/4 조건으로부터 오프셋된다(약 137.5㎚). λ/4-α의 지연을 갖는 위상차 보상 소자를 사용하게 되면, 반사 영역에서 만족스러운 콘트라스트를 실현할 수 있다.
위상차 보상 소자(10 및 12)의 지상축과 편광 소자(9)의 투과축을 블랙 디스플레이의 투과 영역에서의 액정층(5)에 의한 지연을 고려하여 설정한다. 이 위치 설정은 위상차 보상 소자(10), 위상차 보상 소자(12), 및 편광 소자(9)의 순서대로 실행된다.
블랙 상태의 액정층(5) 상에 편광 소자(6)를 통해 입사되는 선형 편광은 장축이나 단축이 액정 분자의 분자축에 대해 시계 방향으로 45도인 타원형 편광으로서 액정층(6)으로부터 출사된다. 타원형 편광은, 약 140㎚의 지연을 갖는 λ/4 파장 판으로 형성된 위상차 보상 소자(10)를 제공하고 그 지상축을 액정층(5)로부터 출사하는 타원형 편광의 장축과 동일한 방향, 즉 액정 분자의 분자축에 대해 시계 방향으로 45도 각도로 위치시킴으로써 선형 편광으로 변환될 수 있다. 다음에, 약 270㎚의 지연을 갖는 λ/2 파장 판으로 형성된 위상차 보상 소자(12)는, 그 지상축이 액정 분자의 분자축에 대해 시계 방향으로 114도가 되도록 위치된다. 다음에, 편광 소자(9)는 그 투과축이 위상차 보상 소자(12)로부터 출사되는 선형 편광의 편광축에 대해 수직이 되도록 위치된다.
위상차 보상 소자(12)로부터 출사하는 선형 편광의 편광축의 각도는 위상차 보상 소자(10)에 입사하는 타원형 편광의 편광 상태에 좌우된다. 이 예에서는, 위상차 보상 소자(7)의 지연이 약 105㎚인 경우, 위상차 보상 소자(10)로부터 출사되는 선형 편광의 편광축은 액정 분자의 분자축에 대해 시계 방향으로 약 10도이다. 위상차 보상 소자(12)로부터 출사되는 선형 편광의 편광축은 액정 분자의 분자축에 대해 시계 방향으로 약 128도에 있다. 따라서, 편광 소자(9)의 투과축을 액정 분자의 분자축에 대해 시계 방향으로 약 38도로 설정함으로써, 투과 영역에서 만족스러운 블랙 디스플레이를 성취할 수 있다. 위상차 보상 소자(7)의 지연이 약 95㎚인 경우, 위상차 보상 소자(10)로부터 출사하는 선형 편광의 편광축은 액정 분자의 분자축에 대해 시계 방향으로 약 97도이다. 위상차 보상 소자(12)로부터 출사되는 선형 편광의 편광축은 액정 분자의 분자축에 대해 시계 방향으로 약 125도에 위치한다. 따라서, 편광 소자(9)의 투과축을 액정 분자의 분자축에 대해 시계 방향으로 약 35도로 설정하게 되면, 투과 영역에서 만족스러운 블랙 디스플레이를 성취할 수 있다.
액정층이 반사 모드에서 잔여 지연 α와 투과 모드에서 잔여 지연 β를 갖는 경우, λ/4-α의 지연을 갖는 위상차 보상 소자가 λ/4 파장 판(7) 대신에 제공되고, λ/4-(β-α)의 지연을 갖는 위상차 보상 소자가 λ/4 파장 판(10) 대신에 제공된다.
투과 전극 영역과 같은 투과 기능을 갖는 영역을 통해 투과된 광을 사용하는 투과 모드에서는, 액정 분자가 기판에 대해 수직으로 배열될 때, λ/4-(β-α)의 지연을 갖는 위상차 보상 소자는 액정층으로부터 출사되는 광이 반사 모드와 동일한 상태에서 타원형 편광이 되도록 설정된다. 이러한 위상차를 갖는 타원형 편광은 λ/4-α의 지연을 갖는 위상차 보상 소자에 입사한다. 따라서, λ/4-α의 지연을 갖는 위상차 보상 소자를 통해 투과되고 있을 때, 광은 편광 소자(6)의 투과축에 대해 수직인 선형 편광이 된다. 따라서, 광 누출이 거의 없는 블랙 디스플레이를 성취할 수 있다.
이해할 수 있는 바와 같이, 수직 배향된 액정층에서의 잔여 지연이 무시할 정도가 아니어도, 지연을 고려하여 위상차 보상 소자를 제공함으로써 반사 모드에서 높은 콘트라스트 디스플레이를 성취할 수 있다.
(예 4)
본 발명에 따른 제4 예의 LCD 장치를 도 2를 참조하여 이하 설명한다. 제1 예와 동일한 소자에는 동일한 참조 부호를 부여한다.
기판(2)는 예를 들어, Al 또는 Ta와 같은 높은 반사율을 갖는 재료로 형성되는 반사 전극(3)(도 2에서 반사 전극 영역으로 나타냄)과, 예를 들어 ITO와 같은 높은 투과율을 갖는 재료로 형성되는 투과 전극(8)(도 2에서 투과 전극 영역으로 나타냄)을 포함한다. 기판(1)은 대향 전극(4)(도 2의 투과 전극으로 나타냄)을 포함한다. 음 유전율 이방성을 나타내는 액정 재료로 형성되는 액정층(5)은 반사 전극(3)/투과 전극(8) 및 대향 전극 간에 개재되어 있다.
배향층(도시 안됨)은 액정층(5)와 접촉하고 있는 반사 전극(3)/투과 전극(8) 및 대향 전극(4)의 표면 상에 제공된다. 배향층은 액정층(5)의 액정 분자(도시 생략)을 기판(1 및 2)의 표면에 대해 수직으로 배향하는 데에 사용된다. 배향층을 제공한 후에, 배향층 중 적어도 하나는 예를 들어 러빙과 같은 배향 처리로 처리된다. 배향 방향은 러빙 대신에 광 배향이나 전극 형상으로 정의될 수 있다.
배향 처리로 인해, 액정층(5)의 액정 분자는 기판(1 및 2)의 표면에 수직인 방향에 대해서 약 0.1 내지 5도의 경사각을 갖는다.
반사 전극(3)은 액정층(5)에 전압을 인가하는 데에 사용되지만, 반사 전극(3)은 전압을 인가하는 전극으로서가 아닌 반사판으로서만 사용될 수 있다. 이 경우, 예를 들어 투과 전극(8)이 반사 전극(3) 상으로 연장되어 반사 영역에서 액정층(5)에 전압을 인가하는 전극으로 작용할 수 있다.
여기에 사용되는 액정 재료는 Ne(이상 광선에 대한 굴절율)=1.5546 및 No(정상 광선에 대한 굴절율)=1.4773의 굴절율 이방성을 갖는다.
λ/4 파장 판(7)은 대향 전극(4)에 대향하는 기판(1)의 표면 상에 위치된다. λ/4 파장 판(10)은 반사 전극(3) 및 투과 전극(8)에 대향하는 기판(2)의 표면상에 위치된다. λ/4 파장 판(10)의 지상축은 λ/4 파장 판(7)의 지상축에 대해 수직으로 설정된다.
편광 소자(6)는 기판(10)에 대향하는 λ/4 파장 판(7)의 표면 상에 위치된다. 편광 소자(9)는 기판(2)에 대향하는 λ/4 파장 판(10)의 표면 상에 위치된다. 편광 소자(6)의 투과축은 λ/4 파장 판(7)의 지상축에 대해 45도 경사지게 설정된다. 편광 소자(9)의 투과축은 λ/4 파장 판(10)의 지상축에 대해 45도 경사지게 설정된다. λ/4 파장 판(7 및 10)의 지상축은 서로 수직 상태이며 편광 소자(6 및 9)의 투과축은 서로 수직 상태이다. 따라서, 편광 소자(6)의 투과축에 대한 위상차 보상 소자(7)의 지상축의 각도가 +45도인 경우, 편광 소자(9)의 투과축에 대한 위상차 보상 소자(10)의 지상축의 각도는 또한 +45도가 된다. 편광 소자(6)의 투과축에 대한 위상차 보상 소자(7)의 지상축의 각도가 -45도인 경우, 편광 소자(9)의 투과축에 대한 위상차 보상 조사(10)의 지상축의 각도는 또한 -45도가 된다.
도 8a는 제4 예에서 액티브 매트릭스 기판(기판 2)의 평면도이고, 도 8b는 도 8a의 선 8B-8B'를 따른 액티브 매트릭스 기판의 단면도이다.
도 8a 및 도 8b에서 나타낸 바와 같이, 액티브 매트릭스 기판은 게이트 라인(21), 데이타 라인(22), 구동 소자(23), 드레인 전극(24), 축적 용량 전극(25), 게이트 절연층(26), 절연 기판(27), 콘택트 홀(28), 층간 절연층(29), 반사 화소 전극(반사 전극 영역)(30)(도 2의 반사 전극(3)에 대응), 및 투과 화소 전극(투과 전극 영역)(31)(도 2의 투과 전극(8)에 대응)을 포함한다.
축적 용량 전극(25)은 드레인 전극(24)에 전기적으로 접속되어 있으며, 게이트 절연층(26)이 사이에 개재되어 게이트 라인(21)을 중첩한다. 따라서, 축적 용량 전극(25), 절연층(26) 및 게이트 라인(21)은 축적 용량을 형성한다.
콘택트 홀(28)은 투과 화소 전극(31)과 축적 용량 전극(25)을 접속하기 위해 층간 절연층(29)에 형성된다.
액티브 매트릭스 기판은 외부광을 반사시키기 위한 반사 화소 전극(30)과 백라이트으로부터의 광이 하나의 화소 영역에서 투과되게 하기 위한 투과 화소 전극(31)을 포함한다.
도 8b에서, 반사 전극(30)은 평탄면을 가지지만, 반사률을 개선하기 위해서 파형 표면을 가질 수 있다. 하나의 화소 전극은 본 실시예에서 반사 화소 전극(30) 및 투과 화소 전극(31)을 포함한다. 또 다르게는, 반-투과 및 반-반사 전극을 이용할 수 있다.
도 14a, 14b, 15a, 및 15b를 참조하여, 이하 제4 예의 LCD 장치의 투과 모드 및 반사 모드에서의 광 투과 및 반사를 설명한다.
도 14a 및 도 14b는 반사 전극을 이용한 반사 모드를 나타낸다. 도 14a는 수직 배향된 액정층의 양단에 어떠한 전압도 인가되지 않을 때의 블랙 디스플레이를 나타내고, 도 14b는 수직 배향된 액정층의 양단에 전압이 인가될 때의 화이트 디스플레이를 나타낸다. 도 15a 및 도 15b는 투과 전극을 사용한 투과 모드를 나타낸다. 도 15a는 수직 배향된 액정층의 양단에 어떠한 전압도 인가되지 않을 때의 블랙 디스플레이를 나타내고, 도 15b는 수직 배향된 액정층의 양단에 전압이 인가될 때의 화이트 디스플레이를 나타낸다.
도 14a를 참조하여, 반사 모드에서의 블랙 디스플레이를 설명한다.
편광 소자(6)에 입사하는 광은 편광 소자(6)을 통해 투과되어 편광 소자(6)의 투과축에 대해 평행한 선형 편광이 된 다음에 λ/4 파장 판(7)에 입사한다.
λ/4 파장 판(7)은 편광 소자(6)의 투과축과 λ/4 파장 판(7)의 지상축이 45도의 각도가 되도록 배열된다. 따라서, λ/4 파장 판(7)을 통해 투과된 광은 원형 편광이 된다.
액정층(5)의 양단에 어떠한 전압도 인가되지 않을 때, 액정층(5)에 사용되는 음 유전율 이방성을 나타내는 액정 분자는 기판(1 및 2)의 표면에 대해 실질적으로 수직이다. 따라서, 입사광에 대한 액정층(5)의 굴절율 이방성은 매우 작다. 다시 말해, 액정층(5)을 통과하는 광의 투과에 의해 야기된 위상차는 실질적으로 제로이다.
따라서, λ/4 파장 판(7)으로부터의 원형 편광은 거의 원형으로 편광되면서 액정층(5)을 통해 투과되고 기판(2)의 반사 전극(3)에 의해 반사된다.
반사 전극(3)에 의해 반사된 원형 편광은 대향 회전 방향을 갖는 원형 편광이 되고, λ/4파장 판(7)을 통해 투과되어 편광 소자(6)로부터 λ/4파장 판(7)에 입사하는 광에 수직인 선형 편광이 된다.
λ/4파장 판(7)으로부터의 선형 편광은 편광 소자(6)의 투과축에 대해 수직이다. 이 광은 투과되지 않고 편광 소자(6)에 의해 흡수된다.
이러한 방법으로, 블랙 디스플레이를 실행할 수 있다.
도 14b를 참조하여, 반사 모드의 화이트 디스플레이를 이하 설명한다.
광이 λ/4 파장 판(7)을 통해 투과되어 원형 편광이 될 때까지의 과정이 상기와 동일하므로 설명되지 않을 것이다.
액정층(5) 양단에 전압을 인가하면, 액정 분자는 기판(1 및 2)의 표면에 대해 수평 방향을 향해 약간 경사지게 된다. 따라서, λ/4파장 판(7)로부터 액정층(5)에 입사하는 원형 편광은 액정 분자의 복굴절에 의해 타원형 편광이 된다. 다음에 광은 반사 전극(3)에 의해 반사되고, 액정층(5)의 액정 분자의 복굴절에 의해 더욱 영향을 받는다. 이 광은 λ/4파장 판(7)을 투과한 후에, 편광 소자(6)의 투과축에 수직인 선형 편광이 되지 않는다. 따라서, 광은 편광기(6)를 통해 투과된다.
액정층(5) 양단에 인가된 전압을 제어함으로써, 반사 전극(3)에 의해 반사된후 편광 소자(6)를 통해 투과된 광량을 조정할 수 있다. 따라서, 그레이 스케일 디스플레이를 제공할 수 있다.
반사 전극(3)과 대향 전극(4)에 의해 액정층(5) 양단에 전압을 인가하여 액정 분자의 배향을 변경함으로써 액정층(5)에 의한 위상차가 1/4 파장 조건을 만족하게 되면, λ/4파장 판(7)으로부터의 원형 편광은 액정층(5)을 통해 투과된 후에 반사 전극(3)에 도달할 때 편광 소자(6)의 투과축에 대해 수직인 선형 편광이 된다. 이 광은 다시 액정층(5)을 통해 투과되어 원형 편광이 된 다음에 λ/4파장 판(7)을 통해 투과되어 편광 소자(6)의 투과축에 대해 평행한 선형 편광이 된다. 이 경우, 편광 소자(6)을 통해 투과된 광량은 최대이다.
도 14b는 반사 전극(3)에 의해 반사된 최대 광량을 편광 소자(6)를 통해 투과시키는 액정층 지연 조건을 갖는 경우를 나타낸다. 다시 말해, 반사 전극(3)의 광은 편광 소자(6)의 투과축에 수직인 선형 편광이 된다.
상술한 바와 같이, 액정층(5)의 양단에 어떠한 전압도 인가되지 않을 때에는, 액정층(5)이 실질적으로 어떠한 복굴절도 갖지 않기 때문에 블랙 디스플레이를 성취할 수 있으며, 전압이 액정층(5)의 양단에 인가될 때에는, 전압에 따라 광 투과률을 변경시켜 그레이 스케일 디스플레이를 성취할 수 있다.
도 15a를 참조하여 투과 모드에서의 블랙 디스플레이를 이하 설명한다.
광원(도시하지 않음)에 의해 방출된 광은 편광 소자(9)에 입사되어 편광 소자(9)의 투과축에 평행한 선형 편광이 된다.
λ/4 파장 판(10)은, λ/4 파장 판(10)의 지상축이 편광 소자(9)의 투과축에 대해 45°로 경사져 있다. 그래서, λ/4 파장 판(10)을 통해 투과된 광은 원형 편광이다.
액정층(5) 양단에 전압이 인가되지 않은 때, 액정층(5)에 이용되는 음 유전율 이방성을 나타내는 액정 분자는 기판(1, 2)의 표면에 실질적으로 수직이다. 따라서, 입사광에 대한 액정층(5)의 굴절율 이방성은 매우 작다. 다시 말하면, 액정층(5)를 통과하는 광의 투과로 기인한 위상차는 실질적으로 제로이다.
따라서, λ/4 파장 판(10)으로부터의 원형 편광은 원형 편광을 유지하면서 액정층(5)를 통해 투과되어 λ/4 파장 판(7)에 입사된다.
λ/4 파장 판(10)의 지상축과 λ/4 파장 판(7)의 지상축은 서로 수직이 되도록 설정된다. 그래서, λ/4 파장 판(7)에 입사된 원형 편광은 편광 소자(9)의 투과축에 수직인 선형 편광이 되어 편광 소자(6)에 입사된다.
λ/4 파장 판(7)로부터의 선형 편광은 편광 소자(6)의 투과축에 수직이고, 투과되지 않고 편광 소자(6)에 의해 흡수된다.
이러한 방식으로 블랙 디스플레이가 수행된다.
도 15b를 참조하면서, 투과 모드에서의 화이트 디스플레이가 설명된다.
광이 λ/4 파장 판(10)을 통해 투과되기 까지의 과정은 도 15a에 것과 동일하고 설명은 생략한다.
전압이 액정층(5) 양단에 인가될 때, 액정 분자는 기판(1, 2)의 표면에 대해서 수평 방향으로 약간 경사진다. 따라서, λ/4 파장 판(10)으로부터 액정층(5)에 입사되는 원형 편광은 액정 분자의 복굴절로 인해 타원형 편광이 된다. 광은 λ/4 파장 판(7)을 투과한 후에도 편광 소자(6)의 투과축에 수직인 선형 편광이 되지 않으며, 따라서 편광 소자(6)을 통해서 투과된다.
액정층(5) 양단에 인가되는 전압을 제어하여 편광 소자(6)을 통해 투과된 광량을 조절할 수 있다. 그래서, 그레이 스케일 디스플레이가 제공된다.
액정층(5)에 의한 위상차가 1/2 파장 조건을 만족시키도록 액정층(5) 양단에 전압이 인가될 때, λ/4 파장 판(10)으로부터의 원형 편광은 액정층(5)의 1/2 두께에서 편광 소자(6)의 투과축에 수직인 선형 편광이 되고, 그리고나서 액정층(5)를 통해서 완전히 투과되면 원형 편광이 된다.
액정층(5)로부터의 원형 편광이 λ/4 파장 판(7)을 통해 투과되면 편광 소자(6)의 투과축에 평행한 선형 편광이 되므로, 편광 소자(6)에 입사하는 대부분의 광은 편광 소자(6)을 통해 투과된다. 이 경우에, 편광 소자(6)을 통해 투과된 광량은 최대이다.
도 15b는 편광 소자(9)를 통해서 투과된 최대 광량을 편광 소자(6)을 통해서 투과시키는 액정 지연 조건을 가지고 있는 경우를 도시하고 있다.
상기 기술한 것과 같이, 액정층(5) 양단에 어떠한 전압도 인가되지 않을 때에는 블랙 디스플레이가 얻어지고, 액정층(5) 양단에 전압이 인가될 때에는 전압에 따라서 광투과율을 변화시킴으로써 그레이 스케일 디스플레이를 얻는다.
도 16은 비교를 위해 λ/4 파장 판(7, 10)의 지상축이 제4 예와 같이 서로 수직일 때와 λ/4 파장 판(7, 10)의 지상축이 서로 평행일 때, 파장과 광투과율과의 관계를 도시한다.
제4 예에서, λ/4 파장 판(7, 10)의 지상축이 서로 수직이므로, 하나의 위상차 보상 소자의 굴절율 이방성의 파장 의존성은 다른 하나의 위상차 보상 소자의 굴절율 이방성의 파장 의존성에 의해 상쇄된다. 그래서, 400㎚ 내지 700㎚(가시광)의 전체 파장 영역에 걸쳐 규정된 위상차가 만족된다. 그래서, 블랙 디스플레이의 암도가 개선된다.
반사 모드의 밝은 디스플레이에서 반사율이 최대인 액정층(5)에 의한 위상차는 λ/4이고, 투과 모드의 밝은 디스플레이에서 반사율이 최대인 액정층(5)에 의한 위상차는 λ/2이다. 이것으로부터 알 수 있는 것과 같이, 반사 영역에서 액정층의 두께와 투과 영역에서 액정층의 두께가 서로 동일할 때, 반사 모드에 대한 λ/4와 투과 모드에 대한 λ/4의 위상차는 동시에 만족될 수 없다.
반사 영역에서 액정층의 위상차를 0 내지 λ/4로 변화시키면서 디스플레이를 수행하는 경우에, 투과 영역에서 액정층의 위상차가 단지 0에서 λ/4로 변화되므로 투과 모드에서 만족할 만한 조명률을 얻을 수 없다.
반사 모드와 투과 모드 양쪽에서의 만족할 만한 조명률은 투과 영역의 두께로부터 반사 영역의 액정층 두께를 변화시키거나, 반사 영역의 액정층과 투과 영역의 액정층에 다른 전압을 인가함으로써 얻어진다. 투과 영역에서의 액정층의 두께가 반사 영역에서의 액정층의 두께의 2배로 된 경우에, 반사 모드에 대해 λ/4 및 투과 모드에 대해 λ/2인 액정층의 위상차가 동시에 만족된다. 투과 모드에 대한 두께를 반사 모드에 대한 두께의 2배로 만들 필요는 없다. 투과 모드에 대한 두께를 반사 모드에 대한 두께보다 더 크게 함으로써 조명률이 향상된다.
보통 광 및 이상 광에 대해 λ/4 파장 판(7, 10)을 형성하는 복굴절 재료의 굴절율은 파장에 크게 의존한다. 그래서, 특정 두께로 파장에 축적되는 위상 지연도 또한 파장에 의존한다. 입사광이 하나의 지정된 파장을 가지고 있을 때만 입사광의 선형 편광면에 λ/4의 위상 지연이 완벽히 제공될 수 있다. 따라서, λ/4 파장 판(7, 10)을 형성하는 복굴절 재료의 굴절율 이방성의 파장 의존성으로 인해 λ/4의 위상 지연이 달성되지 않은 영역에서, 일부 광이 편광 소자(6)에 의해 흡수되지 않고 편광관(6)을 통해서 투과된다. 그 결과, 블랙 디스플레이의 암도가 변한다. 제4 예에서, λ/4 파장 판(7, 10)의 지상축은 서로 수직으로 설정되고, 편광 소자(6, 9)의 투과축은 서로 수직으로 설정된다. 그러한 구조로 인해, 투과 모드에서, λ/4 파장 판(10)의 굴절율 이방성의 파장 의존성은 λ/4 파장 판(7)의 굴절율 이방성의 파장 의존성에 의해 중화된다. 그래서, 400㎚ 내지 700㎚의 전 범위에 걸쳐 λ/4 조건이 만족된다. 그래서, 블랙 디스플레이의 암도가 개선된다.
시야각을 개선하기 위해 또 하나의 위상차 보상 소자가 편광 소자(6)과 액정층(5)의 사이 및 편광 소자(9)와 액정층(5)의 사이 중 적어도 하나에 제공된 경우에, 만족할 만한 디스플레이가 넓은 시야각에서 실현된다.
제4 예에서 액정층(5)는 수직으로 배향된다. 기판의 주위의 액정 분자가 기판의 수직 방향에 대해 특정 경사각을 가지는 경우, 어떠한 전압도 인가되지 않을 때에도 지연은 완전히 0이 아니다. 지연을 보상하기 위해 λ/4 파장 판(7) 대신에 위상차 보상 소자를 제공함으로써 더 나은 블랙 디스플레이가 얻어진다.
액정층이 반사 모드에서 α의 잔여 지연을 가지고 있는 경우에, λ/4-α의 지연을 가지고 있는 위상차 보상 소자를 λ/4 파장 판(7) 대신에 제공할 수 있다.
반사 모드에서, 액정층의 잔여 지연으로 인해 원형 편광으로부터 오프셋되는 타원형 편광이 액정층에 입사된다. 타원형 편광은 액정층을 통해 투과된 후 반사 전극에 도달할 때 원형 편광이 된다. 반사의 결과로서, 광은 반대 회전 방향을 가지고 있는 원형 편광이 된다. 광은 액정층을 통과하여 나왔을 때 원형 편광으로부터 오프셋된 타원형 편광이 된다. 이 때의 타원형 편광은 90°로 오프셋되어 입사 시의 위상을 가지고 있다. 타원형 편광이 위상차 보상 소자를 통해 투과될 때, 타원형 편광은 편광 소자(6)의 투과축에 수직인 선형 편광이 된다.
주로 반사 모드 디스플레이가 수행되는 경우, 예를 들면 반사 화소 전극이 투과 화소 전극보다 큰 경우에, 투과 모드에서 디스플레이용 λ/4 파장 판(10)은 그대로 유지된다.
알 수 있는 것과 같이, 수직 배향 액정층에 남아있는 지연을 무시할 수 없는경우에도, 지연을 고려한 위상차 보상 소자를 제공함으로써 반사 모드에서 높은 콘트라스트 디스플레이가 얻어진다.
액정층이 반사 모드에서 α의 잔여 지연과 투과 모드에서 β의 잔여 지연을 가지고 있는 경우에, λ/4-α의 지연을 가지는 위상차 보상 소자가 λ/4 파장 판(7) 대신에 제공될 수 있고, λ/4-(β-α)의 지연을 가지는 위상차 보상 소자가 λ/4 파장 판(10) 대신에 제공될 수 있다.
투과 전극 영역과 같은 투과 기능을 가지고 있는 영역을 통해 투과된 광을 이용하는 투과 모드에서, 액정 분자가 기판에 수직으로 배향될 때, λ/4-(β-α)의 지연을 가지는 위상차 보상 소자는 액정층으로부터 벗어나는 광이 반사 모드에서와 동일 상태로 타원형 편광이 되도록 설정된다. 이와 같은 위상차를 가지고 있는 타원형 편광은 λ/4-α의 지연를 가지는 위상차 보상 소자에 입사된다. 그래서, 광이 λ/4-α의 지연을 가지는 위상차 보상 소자를 통해 투과되면, 광은 편광 소자(6)의 투과축에 수직인 선형 편광이 된다. 따라서, 광학적 누출이 거의 없는 블랙 디스플레이가 얻어진다.
알 수 있는 것과 같이, 수직 배향 액정층에 남아있는 지연을 무시할 수 없는 경우에도, 지연을 고려한 위상차 보상 소자를 제공함으로써 반사 모드에서 높은 콘트라스트 디스플레이를 얻을 수 있다.
제4 예의 LCD 장치는 수직 배향 액정층을 이용하지만, 수평 배향 액정층을 이용하는 동일 원리에 의해 디스플레이가 실현된다. 그러한 경우에, 더 높은 전압이 인가될 때 액정층에 의한 지연은 감소된다. 그러나, 전압이 인가될 때 기판 주위의 액정 분자를 제외한 대부분의 액정 분자가 기판에 수직인 상태에서는, 기판 주위의 액정 분자는 전계로 인해 거의 움직이지 않는다. 따라서, 기판 주위의 액정 분자에 의해 잔여 지연이 발생한다. 알 수 있는 것과 같이, 수평 배향 액정층이 이용될 때, 블랙 디스플레이 동안 광 누출이 발생하고, 수직 배향 액정층이 이용될 때와 비교하면 잔여 지연의 영향에 의해 콘트라스트가 감소된다. 수직 배향 액정층에 의해 제공되는 것과 동일한 품질의 블랙 디스플레이를 수평 배향 액정에도 제공하기 위해서, 기판 주위의 액정 분자는 액정 분자에 의해 잔여 지연을 상쇄하도록 배향될 필요가 있거나, 위상차 보상 소자가 부가적으로 제공될 필요가 있다.
(예 5)
본 발명에 따른 제5 예의 LCD 장치가 도 17을 참조하여 기술된다.
기판(2)은 고 반사율을 가진 재료, 예를 들면 Al 또는 Ta로 형성되는 반사 전극(3)(도 17에서 반사 전극 영역으로 도시됨) 및 고 투과율을 가지고 있는 재료, 예를 들면 ITO로 형성되는 투과 전극(8)(도 17에서는 투과 전극 영역으로 도시됨)을 포함한다. 기판(1)은 대향 전극(4)(도 17에서 투과 전극으로 도시됨)를 포함한다. 음 유전율 이방성을 나타내는 액정 재료로 형성되는 액정층(5)이 반사 전극(3)/투과 전극(8)과 대향 전극(4)의 사이에 배치된다.
배향층(도시되지 않음)은 액정층(5)와 접촉하는 반사 전극(3)/투과 전극(8) 및 대향 전극(4)의 표면에 제공된다. 배향층은 액정층(5)내의 액정 분자(도시되지 않음)를 기판(1, 2)의 표면에 수직으로 배향하는데 이용된다. 배향층이 제공된 후에, 배향층의 적어도 하나는 예를 들면 러빙과 같은 배향 처리로 처리된다. 배향 방향은 러빙 대신에 광학 배향 또는 전극 모양에 의해 결정될 수 있다.
배향 처리로 인해 액정층(5)내의 액정 분자는 기판(1, 2)의 표면에 수직인 방향에 대하여 약 0.1 내지 5°의 경사각을 가지고 있다.
반사 전극(3)은 액정층(5)에 전압을 인가하는데 이용되지만, 반사 전극(3)은 전압을 인가하기 위한 전극으로서 이용되지 않고 단지 반사판으로서만 이용될 수 있다. 그러한 경우에, 예를 들면 투과 전극(8)이 반사 영역에서 액정층(5)에 전압을 인가하기 위한 전극으로서 역할하기 위해 반사 전극(3)상으로 확장될 수 있다.
여기에 이용된 액정 재료는 Ne(이상광에 대한 굴절율)=1.5546와 No(보통광에 대한 굴절율)=1.4773인 굴절율 이방성을 가지고 있다.
λ/4 파장 판(7)은 대향 전극(4)에 대향하는 기판(1)의 표면상에 제공된다. λ/4 파장 판(10)은 반사 전극(3)과 투과 전극(8)에 대향하는 기판(2)의 표면상에 제공된다. λ/4 파장 판(10)의 지상축은 λ/4 파장 판(7)의 지상축에 수직이 되도록 설정된다.
λ/2 파장 판(11)이 기판(1)에 대향하는 λ/4 파장 판(7)의 표면상에 제공된다. λ/2 파장 판(12)는 기판(2)에 대향하는 λ/4 파장 판(10)의 표면상에 제공된다. λ/2 파장 판(11)의 지상축은 λ/4 파장 판(7)에 대하여 60°경사지도록 설정된다. λ/2 파장 판(12)의 지상축은 λ/2 파장 판(11)의 지상축에 수직이 되도록 설정된다.
편광 소자(6)은 기판(1)에 대향하는 λ/2 파장 판(11)의 표면상에 제공된다. 편광 소자(9)는 기판(2)에 대향하는 λ/2 파장 판(12)의 표면상에 제공된다. 편광 소자(6)의 투과축은 λ/2 파장 판(11)의 지상축을 사이에 끼우는 방향으로 λ/4 파장 판(7)의 지상축에 대해 75°가 경사지도록 설정되고, λ/2 파장 판(11)의 지상축에 대해 15°가 경사지도록 설정된다. 편광 소자(9)의 투과축은 λ/2 파장 판(12)의 지상축을 사이에 끼우는 방향으로 λ/4 파장 판(10)의 지상축에 대해 75°가 경사지도록 설정되고, λ/2 파장 판(12)의 지상축에 대해 15°가 경사지도록 설정된다. 편광 소자(6)의 투과축은 편광 소자(9)의 투과축에 수직이 되도록 설정된다.
도 8a는 제2 예에서의 액티브 매트릭스 기판(기판2)의 평면도이고, 도 8b는 도 8a의 8B-8B'선에 따른 액티브 매트릭스 기판의 단면도이다.
도 8a와 8b에 도시된 것과 같이, 액티브 매트릭스 기판은 게이트 라인(21), 데이타 라인(22), 구동 소자(23), 드레인 전극(24), 축적 커패시턴스 전극(25), 게이트 절연층(26), 절연 기판(27), 콘택트 홀(28), 층간 절연층(29), 반사 화소 전극(30)(반사 전극 영역)(도 17에서 반사 전극(3)에 대응함), 및 투과 화소 표시 전극(31)(투과 전극 영역)(도 17에서 투과 전극(8)에 대응함)을 포함한다.
축적 커패시턴스 전극(25)은 드레인 전극(24)에 전기적으로 접속되고, 게이트 절연층(26)을 사이에 개재한 게이트 라인(21)을 중첩된다. 그래서, 축적 커패시턴스 전극(25), 절연층(26), 및 게이트 라인(21)은 축적 커패시턴스를 형성한다.
콘택트 홀(28)은 투과 화소 전극(31)과 축적 커패시턴스 전극(25)을 접속하기 위해 층간 절연층(29)에 형성된다.
액티브 매트릭스 기판은 외부광을 반사하기 위한 반사 화소 전극(30)과, 하나의 화소 영역에서 백라이트으로부터의 광이 투과되도록 하기 위한 투과 화소 전극(31)을 포함한다.
도 8b에서, 반사 전극(30)은 평면을 가지고 있지만, 반사율을 개선하기 위해 파형 면을 가질 수 있다. 본 실시예에서 하나의 화소 전극은 반사 화소 전극(30) 및 투과 화소 전극(31)을 포함한다. 또한, 반-투과 및 반-반사 전극이 이용될 수 있다.
도 18a, 18b, 18c, 및 18d를 참조하여, 제5 예의 LCD 장치에서 반사 모드와 투과 모드에서의 광 투과율과 반사율이 설명된다.
도 18a 및 18b는 반사 전극을 이용하는 반사 모드를 도시한다. 도 18a는 수직 배향 액정층에 어떠한 전압도 인가되지 않을 때의 블랙 디스플레이를 도시하고, 도 18b는 수직 배향 액정층에 전압이 인가될 때의 화이트 디스플레이를 도시한다. 도 18c 및 18d는 투과 전극을 이용하는 투과 모드를 도시한다. 도 18c는 수직 배향 액정층에 어떠한 전압도 인가되지 않을 때의 블랙 디스플레이를 도시하고, 도 18d는 수직 배향 액정층에 전압이 인가될 때의 화이트 디스플레이를 도시한다.
도 18a를 참조하여, 반사 모드에서의 블랙 디스플레이가 기술된다.
편광 소자(6)에 입사된 광은 편광 소자(6)를 통해 투과되어 편광 소자(6)의 투과축에 평행한 선형 편광이 되고, 그리고나서 λ/2 파장 판(11)에 입사된다.
λ/2 파장 판(11)은 편광 소자(6)의 투과축과 λ/2 파장 판(11)의 지상축이 15°의 각도를 이루도록 배열된다. 그래서, λ/2 파장 판(11)을 통해 투과된 광은 λ/2 파장 판(11)의 지상축을 사이에 끼우는 방향으로 편광 소자(6)의 투과축에 대해 30°가 경사진 선형 편광이 된다. 그리고나서, 광은 λ/4 파장 판(7)에 입사된다.
λ/4 파장 판(7)은 λ/4 파장 판(7)의 지상축이 λ/2 파장 판(11)의 지상축을 사이에 끼우는 방향으로 편광 소자(6)의 투과축에 대하여 75°가 경사지도록 배열된다. 다시 말하면, λ/4 파장 판(7)의 지상축은 λ/2 파장 판(11)로부터 선형 편광의 편광 방향에 대하여 45°가 되도록 설정되고, 그래서 λ/4 파장 판(7)을 통해 투과된 광은 원형 편광이 된다.
액정층(5)에 어떠한 전압도 인가되지 않을 때, 액정층(5)에 이용되는 음 유전율 이방성을 나타내는 액정 분자는 기판(1, 2)의 표면에 실질적으로 수직이다. 따라서, 입사광에 대한 액정층(5)의 굴절율 이방성은 매우 작다. 다시 말하면, 액정층(5)를 통한 광의 투과로 기인한 위상차는 실질적으로 제로이다.
따라서, λ/4 파장 판(7)으로부터의 원형 편광은 거의 원형 편광인 채로 액정층(5)를 통해 투과되고, 기판(2)에서 반사 전극(3)에 의해 반사된다.
반사 전극(3)에 의해 반사된 원형 편광은 반대 회전 방향을 가지는 원형 편광이 되고, λ/4 파장 판(7)을 통해 투과되어, 편광 소자(6)로부터 λ/4 파장 판(7)에 입사된 광에 수직인 선형 편광이 된다. 다음에, 광은 λ/2 파장 판(11)에 입사한다.
λ/2 파장 판(11)으로부터의 선형 편광은 편광 소자(6)의 투과축에 수직이다. 그러한 광은 투과되지 않고 편광 소자(6)에 의해 흡수된다.
이러한 방식으로, 블랙 디스플레이가 수행되다.
도 18b를 참조하여, 반사 모드에서의 화이트 디스플레이가 기술된다.
광이 λ/4 파장 판(7)을 통해 투과되어 원형 편광이 되기까지의 과정은 상기와 동일하므로 기술하지 않는다.
액정층(5)에 전압이 인가될 때, 액정 분자는 기판(1, 2)의 표면에 대하여 수평 방향으로 약간 경사진다. 따라서, λ/4 파장 판(7)으로부터 액정층(5)에 입사된 원형 편광은 액정 분자의 복굴절에 의해 타원형 편광이 된다. 그리고나서, 광은 반사 전극(3)에 의해 반사되고, 액정층(5)내의 액정 분자의 복굴절에 의해 영향을 더 받는다. 광은 λ/4 파장 판(7)과 λ/2 파장 판(11)을 통해 투과된 후에 편광 소자(6)의 투과축에 수직인 선형 편광이 되지 않는다. 그래서, 광은 편광 소자(6)을 통해서 투과된다.
액정층(5)에 인가된 전압을 제어함으로써, 반사 전극(3)에 의해 반사된 후에 편광 소자(6)를 통해 투과된 광량을 조절할 수 있다. 그래서, 그레이 스케일 디스플레이가 제공된다.
액정층(5)에 의한 위상차가 1/4 파장 조건을 만족하도록 액정 분자의 배향을 변화시키기 위해 반사 전극(3)과 대향 전극(4)에 의해 액정층(5)에 전압을 인가할 때, λ/4 파장 판(7)으로부터의 원형 편광은 액정층(5)을 통해 투과된 후 반사 전극(3)에 도달하면 편광 소자(6)의 투과축에 수직인 선형 편광이 된다. 광은 다시 액정층(5)을 통해 투과되어 원형 편광이 되고, 그리고나서 λ/4 파장 판(7)과 λ/2 파장 판(11)을 통해 투과되어 편광 소자(6)의 투과축에 평행한 선형 편광이 된다. 이 경우에, 편광 소자(6)을 통해 투과된 광량은 최대이다.
도 18b는 반사 전극(3)에 의해 반사된 최대 광량을 편광 소자(6)를 통해 투과시키는 액정층 지연 조건을 가지는 경우를 도시한다. 다시 말하면, 반사 전극(3) 상의 광은 편광 소자(6)의 투과축에 수직인 선형 편광이 된다.
상기 기술한 것과 같이, 액정층(5)에 어떠한 전압도 인가되지 않을 때, 액정층(5)은 실질적으로 어떠한 복굴절도 가지지 않으므로 블랙 디스플레이가 얻어지고, 액정층(5)에 전압이 인가될 때 전압에 따라서 광 투과율을 변화시켜 그레이 스케일 디스플레이가 얻어진다.
도 18c를 참조하여 투과 모드에서 블랙 디스플레이가 기술된다.
광원(도시되지 않음)에 의해 방출된 광은 편광 소자(9)에 입사되어 편광 소자(9)의 투과축에 평행인 선형 편광이 된다. 그리고나서, 광은 λ/2 파장 판(12)에 입사된다.
λ/2 파장 판(12)은 λ/2 파장 판(12)의 지상축이 편광 소자(9)의 투과축에 대해 15°로 경사지고, λ/2 파장 판(11)의 지상축에 수직이 되도록 배열된다. 그래서, λ/2 파장 판(12)을 통해 투과된 광은 λ/2 파장 판(12)의 지상축을 사이에 끼우는 방향으로 편광 소자(9)의 투과축에 대하여 30°경사진 선형 편광이 된다. 다음에, 광은 λ/4 파장판(10)에 입사한다.
λ/4 파장 판(10)은 λ/4 파장 판(10)의 지상축이 λ/2 파장 판(12)의 지상축을 사이에 끼우는 방향으로 편광 소자(9)의 투과축에 대해 75°로 경사지도록 배열된다. 다시 말하면, λ/4 파장 판(10)의 지상축이 λ/2 파장 판(12)으로부터의 선형 편광의 편광 방향에 대하여 45°가 되도록 설정되고, 그래서, λ/4 파장 판(10)를 통해 투과된 광은 원형 편광이 된다.
액정층(5)에 어떠한 전압도 인가되지 않을 때, 액정층(5)에 이용되는 음 유전율 이방성을 나타내는 액정 분자는 기판(1, 2)의 표면에 실질적으로 수직이다. 따라서, 입사광에 대한 액정층(5)의 굴절율 이방성은 매우 작다. 다시 말하면, 액정층(5)를 통한 광의 투과로 기인한 위상차는 실질적으로 제로이다.
따라서, λ/4 파장 판(10)으로부터의 원형 편광은 거의 원형으로 편광된 채액정층(5)을 투과하여 λ/4 파장 판(7)에 입사된다.
λ/4 파장 판들(10, 7)의 지상축들은 서로 수직이 되게 설정된다. 따라서, λ/4 파장 판(7)으로부터의 원형 편광은 편광 소자(8)의 투과축과 수직을 이루는 선형 편광이 된 후 λ/2 파장 판(11)에 입사된다.
λ/2 파장 판(11)을 투과한 선형 편광은 편광 소자(6)의 투과축과 수직을 이룬다. 이와 같은 광은 투과되지 않고 편광 소자(6)에 의해 흡수된다.
이런 식으로, 블랙 디스플레이가 수행된다.
도 18d를 참조하여, 투과 모드의 화이트 디스플레이를 설명하겠다.
광이 λ/4 파장 판(10)을 투과하여 원형 편광이 되기까지의 과정은 상기한 바와 동일하므로 설명하지 않겠다.
액정층(5)에 전압이 인가되면, 액정 분자들은 기판들(1, 2)의 표면에 대하여 수평 방향 쪽으로 약간 기울게 된다. 따라서, λ/4 파장 판(10)으로부터 액정층(5)에 입사된 원형 편광은 액정 분자들의 복굴절에 의해 타원형 편광이 된다. 이 광은 λ/4 파장 판(7)과 λ/2 파장 판(11)을 투과한 후에도 편광 소자(6)의 투과축과 수직을 이루는 선형 편광이 되지 않고 광의 일부가 편광 소자(6)를 투과한다.
액정층(5)에 인가되는 전압을 제어함으로써, 편광 소자(6)를 투과하는 광량이 조절될 수 있다. 따라서, 그레이 스케일 디스플레이가 제공된다.
액정층(5)에 의한 위상차가 1/2 파장 조건을 만족하도록 액정층에 전압이 인가되면, λ/4 파장 판(10)으로부터의 원형 편광은 액정층(5)의 두께의 1/2에서 편광 소자(6)의 투과축과 수직을 이루는 선형 편광이 된 후, 액정층(5)을 완전히 투과하면 원형 편광이 된다.
액정층(5)으로부터의 원형 편광은 λ/4 파장 판(7)과 λ/2 파장 판(11)을 투과하면 편광 소자(6)의 투과축에 평행한 선형 편광이 되기 때문에, 편광 소자(6)에 입사된 광의 대부분이 투과된다. 이 경우, 편광 소자(6)를 투과한 광량은 최대이다.
도 18d는 편광 소자(9)를 투과한 최대 광량이 편광 소자(6)를 투과하게 하는 액정층 지연 조건을 갖는 경우를 보여준다.
상술한 바와 같이, 액정층(5)에 어떠한 전압도 인가되지 않으면, 액정층(5)이 실질적으로 아무런 복굴절도 갖지 않기 때문에 블랙 디스플레이가 얻어지고, 액정층(5)에 전압이 인가되면, 그 전압에 따라서 광 투과율을 변화시킴으로써 그레이 스케일 디스플레이가 얻어진다.
반사 모드의 밝은 디스플레이에서 반사율이 최대인 경우에 액정층에 의한 위상차는 λ/4이고, 투과 모드의 밝은 디스플레이에서 반사율이 최대인 경우에 액정층에 의한 위상차는 λ/2이다. 이로부터 알 수 있듯이, 반사 영역에서 액정층의 두께와 투과 영역에서 액정층의 두께가 서로 같을 경우에, 반사 모드에서의 λ/4의 위상차와 투과 모드에서의 λ/4의 위상차는 동시에 만족될 수 없다.
반사 영역에서 액정층의 위상차를 0에서 λ/4로 변화시켜서 디스플레이가 행해지는 경우에, 투과 모드에서 만족스러운 광 조명율이 얻어질 수 없는데, 이는 투과 영역에서 액정층의 위상차도 0에서 λ/4까지만 변화하기 때문이다.
반사 모드와 투과 모드 모두에서의 만족스러운 광 조명률은, 반사 영역에서의 액정층의 두께를 투과 영역에서의 두께와 다르게 변화시킴으로써, 또는 반사 영역에서의 액정층과 투과 영역에서의 액정층에 서로 다른 전압을 인가함으로써 달성된다. 투과 영역에서의 액정층의 두께를 반사 영역에서의액정층 두께의 2배로 하는 경우에, 반사 모드에서의 λ/4의 액정층의 위상차와 투과 모드에서의 λ/2의 위상차가 동시에 만족된다. 투과 모드에 대한 두께를 반사 모드에 대한 두께의 2배로 할 필요는 없다. 투과 모드에 대한 두께를 반사 모드에 대한 두께보다 크게 하지만 2배를 넘지 않게 함으로써 광 조명률이 증가된다.
제5 예에서는, λ/4 파장 판(10)의 지상축이 λ/4 파장 판(7)의 지상축과 수직을 이루도록 설정되고, λ/2 파장 판(12)의 지상축이 λ/2 파장 판(11)의 지상축과 수직을 이루도록 설정되고, 편광 소자(6)의 투과축이 편광 소자(9)의 투과축과 수직을 이루도록 설정된다. 본 발명은 이와 같은 설정에 한정되지 않는다. 액정층(5)에 의한 지연 없이 편광 소자(9)를 투과한 선형 편광이 투과 모드에서 편광 소자(6)의 투과축과 수직을 이루면서 편광 소자(6)에 입사될 때 블랙 디스플레이가 실현된다.
보다 구체적으로, 하기의 조건들이 충족되는 한, 액정층(5)에서 어떠한 복굴절 없이도 블랙 디스플레이가 실현되고 상기 설정 없이도 전압에 따라서 광 투과율을 변화시킴으로써 그레이 스케일 디스플레이가 실현된다. 그 조건은 다음과 같다. 편광 소자(6)의 투과축과 λ/2 파장 판(11)의 지상축이 이루는 각이 γ1일 때, 편광 소자(6)의 투과축과 λ/4 파장 판(7)의 지상축이 이루는 각은 2γ1+45도이고; 편광 소자(9)의 투과축과 λ/2 파장 판(12)의 지상축이 이루는 각이 γ2일 때, 편광 소자(9)의 투과축과 λ/4 파장 판(10)의 지상축이 이루는 각은 2γ2+45도이고; 액정층(5)의 어떠한 지연 없이 편광 소자(9)를 투과한 선형 편광이 투과 모드에서 편광 소자(6)의 투과축과 수직을 이루면서 편광 소자(6)에 입사된다.
λ/4 파장 판들(7, 10)과 λ/2 파장 판들(11, 12)을 형성하는 복굴절 재료의 보통 광선과 이상 광선에 대한 굴절율은 파장에 크게 의존한다. 그러므로, 특정 두께로 파장에 축적된 위상 지연도 파장에 의존한다. 입사광이 단일 특정 파장을 가질 때만 입사광의 선형 편광면에 λ/4의 위상 지연이 완전히 제공될 수 있다. 따라서, λ/4 파장 판들(7, 10)과 λ/2 파장 판들(11, 12)을 형성하는 복굴절 재료의 굴절율 이방성의 파장 의존성으로 인하여 λ/4의 위상 지연이 달성되지 않는 영역에서는, 광의 일부가 편광 소자(6)에 의해 흡수되지 않고 편광 소자(6)를 투과한다. 그 결과, 블랙 디스플레이의 암도가 변화한다. 제5 예에서는, λ/4 파장 판(7)은 λ/2 파장 판(11)과 결합되고, λ/4 파장 판(10)은 λ/2 파장 판(12)과 결합된다. 그러한 구조 때문에, λ/4 파장 판(10)의 굴절율 이방성의 파장 의존성은 λ/4 파장 판(7)의 굴절율 이방성의 파장 의존성에 의해 어느 정도로 상쇄된다. 따라서, 비교적 넓은 파장 범위에 걸쳐 λ/4 조건이 달성된다. 따라서, 블랙 디스플레이의 암도가 향상된다.
말할 나위도 없이, λ/4 파장 판(10)의 지상축을 λ/4 파장 판(7)의 지상축과 수직을 이루도록 설정하지 않고, λ/2 파장 판(12)의 지상축을 λ/2 파장 판(11)의 지상축과 수직을 이루도록 설정하지 않고도 블랙 디스플레이의 암도가 향상될 수 있다.
이 예에서는, γ1=γ2=15도이지만, γ1과 γ2의 값들은 소정의 암도에 따라서 변할 수 있다. 투과 모드에서 블랙 디스플레이의 암도가 열화되어도 비용 성능을 향상시키기 위하여 λ/2 파장 판(12)이 제거될 수 있다. 그러나, 이 경우에는, 액정층(5)에서 어떠한 지연 없이 편광 소자(9)를 투과한 선형 편광이 투과 모드에서 편광 소자(6)의 투과축과 수직을 이루면서 편광 소자(6)에 입사되도록, λ/4 파장 판(10)의 지상축과 편광 소자(9)의 투과축의 각도를 설정할 필요가 있다.
λ/4 파장 판(10)의 지상축이 λ/4 파장 판(7)의 지상축과 수직을 이루도록 설정되고, λ/2 파장 판(12)의 지상축이 λ/2 파장 판(11)의 지상축과 수직을 이루도록 설정되고, 편광 소자(6)의 투과축이 편광 소자(9)의 투과축과 수직을 이루도록 설정된 경우에는, 투과 모드에서 다음의 효과가 얻어진다. λ/4 파장 판(10)의 굴절율 이방성의 파장 의존성은 λ/4 파장 판(7)의 굴절율 이방성의 파장 의존성에 의해 상쇄되고, λ/2 파장 판(12)의 굴절율 이방성의 파장 의존성은 λ/2 파장 판(11)의 굴절율 이방성의 파장 의존성에 의해 상쇄된다. 따라서, 블랙 디스플레이의 암도는 더욱 향상된다.
시야각을 개선하기 위하여 편광 소자(6)와 액정층(5)의 사이 및 편광 소자(9)와 액정층(5)의 사이 중 적어도 한 위치에 또 다른 위상차 보상 소자가 제공되면, 넓은 시야각에 걸쳐 만족스러운 디스플레이가 실현된다.
제5 예에서는, 액정층(5)이 수직으로 배향된다. 기판 근처의 액정 분자들이 기판의 수직 방향에 대하여 소정의 경사각을 갖는 경우에는, 전압이 인가되지 않는 경우에도 지연이 완전히 0이 아니다. 반사 모드에서는, α의 지연이 남아 있을 때, 지연을 보상하고 지연을 0에 가깝게 하기 위하여 편광 소자(6)와 액정층(5)의 사이 및 편광 소자(9)와 액정층(5)의 사이 중 적어도 한 위치에 위상차 보상 소자가 제공될 수 있다. 따라서, 보다 양호한 블랙 디스플레이가 실현된다.
수직 배향된 액정층이 반사 모드에서 α의 잔여 지연을 갖는 경우에는, λ/4 파장 판(7) 대신에 λ/4-α의 지연을 갖는 위상차 보상 소자가 제공될 수 있다.
반사 모드에서는, 액정층의 잔여 지연에 의해 원형 편광으로부터 오프셋된 타원형 편광이 액정층에 입사된다. 이 타원형 편광은 액정층을 투과한 후에 반사 전극에 도달하면 원형 편광이 된다. 이 광이 반사되면, 광은 반대 회전 방향을 갖는 원형 편광이 된다. 이 광이 액정층을 투과하여 벗어나면 원형 편광으로부터 오프셋된 타원형 편광이 된다. 이 때의 타원형 편광은 입사 시점에서 90도 오프셋된 위상을 갖는다. 이 타원형 편광이 위상차 보상 소자를 투과하면, 편광 소자(6)의 투과축과 수직을 이루는 선형 편광이 된다.
예를 들어 반사 화소 전극들이 투과 화소 전극들보다 큰 경우와 같이 주로 반사 모드 디스플레이가 행해지는 경우에는, 투과 모드에서 디스플레이하는데 이용되는 λ/4 파장 판(10)이 그대로 유지된다.
수직으로 배향된 액정층에 잔류하는 지연이 무시할 정도가 아닌 경우에도, 지연을 고려하여 위상차 보상 소자를 제공함으로써 반사 모드에서 높은 콘트라스트의 디스플레이가 얻어진다는 것을 알 수 있다.
액정층이 반사 모드에서는 α의 잔류 지연을 갖고 투과 모드에서는 β의 잔류 지연을 갖는 경우에는, λ/4 파장 판(7) 대신에 λ/4-α의 지연을 갖는 위상차 보상 소자가 제공될 수 있고, λ/4 파장 판(10) 대신에 λ/4-(β-α)의 지연을 갖는 위상차 보상 소자가 제공될 수 있다.
투과 전극 영역과 같이 투과 기능을 갖는 영역을 투과한 광을 이용하는 투과 모드에서는, 액정 분자들이 기판과 수직으로 배향되는 경우에, 액정층을 빠져나가는 광이 반사 모드에서와 같은 상태로 타원형 편광이 되도록 λ/4-(β-α)의 지연을 갖는 위상차 보상 소자가 설정된다. 그러한 위상차를 갖는 타원형 편광은 λ/4-α의 지연을 갖는 위상차 보상 소자에 입사된다. 따라서, 광이 λ/4-α의 지연을 갖는 위상차 보상 소자를 투과하면, 편광 소자(6)의 투과축과 수직을 이루는 선형 편광이 된다. 그에 따라서, 광학적 누출이 거이 없는 블랙 디스플레이가 얻어진다.
수직 배향된 액정층에 잔류하는 지연이 무시할 정도가 아닌 경우에도, 지연을 고려하여 위상차 보상 소자를 제공함으로써 반사 모드에서 높은 콘트라스트의 디스플레이가 얻어진다는 것을 알 수 있다.
제5 예에서의 LCD 장치는 수직 배향된 액정층을 이용하지만, 수평 배향된 액정층을 이용하는 것과 같은 원리에 의해 디스플레이가 실현된다. 그러한 경우에, 보다 높은 전압이 인가될수록, 액정층에 의한 지연은 감소된다. 그러나, 전압이 인가될 때 기판 부근의 액정 분자들을 제외한 대부분의 액정 분자들이 기판과 수직을 이루는 상태에서는, 전계로 인해 기판 부근의 액정 분자들은 거의 움직이지 않는다. 그에 따라서, 기판 부근의 이들 액정 분자들 때문에 잔류 지연이 발생한다. 알 수 있는 바와 같이, 수평 배향된 액정층이 이용되는 경우에는, 수직 배향된 액정층이 이용되는 경우와 비교해서 잔류 지연의 영향 때문에 블랙 디스플레이 중에 광학적 누출이 발생하고 콘트라스트가 감소된다. 수평 배향된 액정층이 수직 배향된 액정층에 의해 제공되는 것과 동일한 품질의 블랙 디스플레이를 실현하기 위해서는, 기판 부근의 액정 분자들은 액정 분자들에 의한 잔류 지연들에 상쇄하도록 배향될 필요가 있고, 또는 위상차 보상 소자가 부가적으로 제공될 필요가 있다.
도 19는 λ/4 파장 판들(7, 10)의 지상축들이 서로 평행하고 λ/2 파장 판들(11, 12)의 지상축들이 서로 평행한 경우와, 또 이와 비교를 위하여 λ/4 파장 판들(7, 10)의 지상축들이 서로 평행하고 어떠한 λ/2 파장 판도 제공되지 않은 경우에 있어서의 투과 모드에서의 블랙 디스플레이에서 광의 파장과 투과율 간의 관계를 보여준다.
도 19에 도시된 바와 같이, λ/2 파장 판들(11, 12)을 제공함으로써 실질적으로 어떠한 광학적 누출이 없는 블랙 디스플레이가 실현된다.
도 20은 제5 예에서와 같이 λ/4 파장 판들(7, 10)의 지상축들이 서로 평행하고 λ/2 파장 판들(11, 12)의 지상축들이 서로 평행한 경우와, 또 이와 비교를 위하여 λ/4 파장 판들(7, 10)의 지상축들이 서로 수직을 이루고 λ/2 파장 판들(11, 12)의 지상축들이 서로 수직을 이루는 경우에 있어서의 투과 모드에서의 블랙 디스플레이에서 광의 파장과 투과율 간의 관계를 보여준다.
도 20에 도시된 바와 같이, λ/4 파장 판들(7, 10)의 지상축들이 서로 수직을 이루도록 설정하고 또한 λ/2 파장 판들(11, 12)의 지상축들이 서로 수직을 이루도록 설정함으로써 실질적으로 어떠한 광학적 누출이 없는 블랙 디스플레이가 실현된다.
〈실시예 2〉
상술한 바와 같이, 본 발명의 제1 실시예에 따르면, 만족스러운 디스플레이 품질을 제공하는 투과 및 반사형 LCD 장치가 실현된다. 투과 모드와 반사 모드 모두에서 동작 가능한 LCD 장치들 중에서, 반-투과 및 반-반사층을 이용하는 LCD 장치(도 8c)는 반사 모드에서 디스플레이를 수행하기 위한 반사 영역 및 투과 모드에서 디스플레이를 수행하기 위한 투과 영역을 갖는 LCD 장치에 비하여 다음의 점에서 우수하지 못하다.
매우 작은 두께로 퇴적된 금속 입자들로 형성된 반-투과 및 반-반사층이 이용되면, 금속 입자들은 비교적 큰 흡수율을 가질 필요가 있다. 그에 따라서, 입사광의 내부 흡수가 크고, 큰 비율의 입사광이 흡수되거나 산란되어 디스플레이에 이용되지 않는다. 따라서, 광 조명율이 비교적 작다 (예를 들면, 한 모델에서는, 입사광의 55%가 디스플레이에 이용되지 않는다).
미소한 홀들 및 리세스들(포괄적으로 "개구부"라고 칭함)을 가지는 반-투과 및 반-반사층이 사용되는 경우, 층의 구조가 복잡해져서 정확한 생산 설계를 필요로 한다. 따라서, 층의 두께를 일정하게 제어하는 것이 곤란하다. 바꾸어 말하자면, 전기적 특성과 광학적 특성의 재생은 만족스럽지 못하다. 따라서, LCD 장치의 화질을 제어하기가 어렵다.
제2 실시예에서, 투과 모드에서 디스플레이를 행하는 투과 영역과 반사 모드에서 디스플레이를 행하는 반사 영역을 가지며 전극의 구조에 특징이 있는 LCD 장치가 기술될 것이다. 제2 실시예의 전극 구조와 제1 실시예의 위상차 보상 소자가 조합되는 경우에, 화질은 더욱 향상된다.
투과 영역과 반사 영역을 가지는 LCD 장치는 거의 손실없이 주변 광 또는 조사광을 활용하며 하프-미러(half mirror)를 이용하는 LCD 장치에 비해 현저히 더 높은 광 조명율을 가진다. 제1 도전층은 예를 들면 ITO 또는 SnO2와 같은 투과 도전 재료로 형성된다. 제2 도전층은 Al, W, Cr 또는 그 합금으로 형성된다. 제1 및 제2 도전층들 둘다 일반적인 반사형 LCD 장치와 투과형 LCD 장치에 사용된 재료로 형성될 수 있기 때문에, LCD 장치는 매우 안정된 디스플레이 특성 및 신뢰도를 제공하고 비교적 용이하게 제조된다.
더욱이, 제2 실시예의 LCD 장치는 주변 광이 밝을 때에는 표면 반사로 인해 투시성이 낮아지는 종래의 투과형 LCD의 문제점은 물론, 주변 광이 어두울 때에는 낮아진 명도로 인해 만족스러운 디스플레이를 얻을 수 없는 종래의 반사형 LCD 장치의 문제점도 해결한다. 충분한 전력이 제공되는 환경 하에서, 백라이트이 종래의 투과형 LCD 장치에 활용된다. 따라서, 주변 광의 광조명율의 분산이 종래의 반사형 LCD 장치에서와 같이 정확하게 제어될 필요없이 주변 광 강도에 무관하게 충분한 디스플레이가 구현된다. LCD 장치가 사용되는 경우, 하나의 화소 영역에 제공되는, 비교적 높은 투과율을 가진 제1 도전층을 포함하는 영역과 비교적 높은 반사율을 가진 제2 도전층을 포함하는 영역이 디스플레이에 상보적으로 기여한다. 따라서, 주변 광 세기에 무관하게 깨끗한 화상이 디스플레이된다.
배터리 구동형 디지탈 카메라 또는 비디오 카메라의 뷰파인더(모니터링 스크린)에 적용되는 경우, 제2 실시예의 LCD 장치는 주변 광 세기에 무관하게 백라이트의 명도를 조절함으로써 관찰을 용이하게 하는 적절하게 밝은 화상을 제공한다.
특히 맑은 날 야외에서 사용되는 경우, 종래의 투과형 LCD 장치에 의해 제공되는 화상들은 백라이트의 명도가 상승되어도 콘트라스트가 더 낮아진다. 백라이트을 턴오프하고 반사 모드에서 본 발명에 따른 LCD 장치를 사용하거나, 백라이트의 명도를 낮추고 본 발명에 따른 LCD 장치의 투과 모드와 반사 모드 둘다를 이용함으로써 전력 소모를 감소시키면서 이와 같은 화상의 품질이 향상될 수 있다. LCD 장치가 밝은 햇빛을 받는 실내에서 사용되는 경우, 반사 모드와 투과 모드는 물체의 방향에 따라 전환될 수 있고, 또는 양 모드가 보기 편한 디스플레이를 제공하도록 함께 사용될 수 있다. 모니터링 스크린이 햇빛을 받는 경우, LCD 장치는 맑은 날 야외에서 사용되는 것과 같은 방식으로 사용될 수 있다. 물체가 실내의 어두운 구석으로부터 디스플레이되는 경우, 투과 모드에서 LCD 장치를 사용할 수 있도록 백라이트가 턴온될 수 있다.
자동차 장착형 자동차 항법 장치의 모니터링에 채택되는 경우, 제2 실시예의 LCD 장치는 관찰이 용이한 적절하게 밝은 화상들을 제공한다. 종래의 자동차 장착형 모니터링 스크린은 스크린에 입사되는 외부광을 다루기 위해 개인용 컴퓨터 등에 사용된 백라이트 보다 밝은 명도를 가진 백라이트를 사용한다. 그러나, 종래의 자동차 장착형 모니터링 스크린 스틸은 콘트라스트가 더 낮다는 문제점을 가진다. 이에 비해, 그러한 높은 명도를 가지는 백라이트는 밤이나 터널 속에서 디스플레이 하는데는 적합하지 않다. 제2 실시예의 LCD 장치는 백라이트의 명도를 높게 설정하지 않고도 투과 광과 함께 반사 모드를 이용함으로써 주변 광이 밝을 때 충분한 디스플레이를 제공한다. 어둠속에서도, 약 50 내지 100 cd/m3의 명도로서 보기 쉬운 디스플레이가 제공된다.
제2 실시예의 LCD 장치에 있어서, 화소 전극은 비교적으로 높은 광 투과율을 가진 제1 도전층과 비교적으로 높은 광 반사율을 가진 제2 도전층을 포함하고, 이들은 서로 전기적으로 접속된다. 따라서, 투과 모드에서 디스플레이를 행하는 투과 영역과 반사 모드에서 디스플레이를 행하는 반사 영역 모두는 하나의 화소 영역에 포함된다.
제1 도전층과 제2 도전층은 분리 층 내에 제공되며 이들 사이에 절연층이 삽입된다. 액정층의 두께는 투과 영역(제1 도전층용)과 반사 영역(제2 도전층용) 간의 절연층의 두께를 변경함으로써 조절될 수 있다. 이러한 방식으로, 두개 영역에서의 광학적 특성이 서로 일치될 수 있다. 제조 공정 동안, 상이한 레벨의 전위를 가진 2개의 층들은 이들 사이에 삽입되는 절연층을 가진다. 따라서, 패터닝하여 전극을 형성하는데 사용된 현상액 또는 전해질로서 작용하는 레지스트 박리제에 의해 전기부식이 발생되지 않는다. 따라서, 극히 신뢰성있는 LCD 장치가 얻어진다.
화소 전극의 2개의 층(예를 들면, ITO의 하부층과 Al의 상부층)이 이들 사이에 어떠한 절연층도 삽입되지 않고 순차적으로 형성되는 경우, ITO 층과 Al 층의 전위 레벨은 크게 다르다. 더욱이, 박막은 많은 미세한 개구들을 가진다. 따라서, 패터닝에 사용되는 현상액 또는 레지스트 박리제는 전기부식의 원인이 되는 전해질로서 작용하게 된다. 그 결과, ITO층이 용리(elute)되어 화소의 결함, 라인 단선 및 액정층의 오염을 유발한다. 절연층이 본 발명에 따른 2개의 층들 간에 제공되기 때문에, 절연층은 전기 부식의 원인이 되는 액체의 침투를 방지하는 보호층으로서 기능한다.
화소 전극을 형성하는 2개의 층들이 전기부식의 원인이 되는 관계를 가지는 경우에도, 2개의 층들은 제3 도전층을 통하여 서로 접속되어 이 2개의 층들의 특성을 완화시킨다. 따라서, 전기부식으로 인한 불충분한 접속과 LCD 장치의 신뢰도를 저하시키는 다른 문제가 방지된다.
제1, 제2 및 제3 도전층들 중 하나가 게이트 라인 또는 소스 라인의 재료 일부로 형성되는 경우, 생산 공정이 간단해진다.
제2 도전층이 형성되게 되는 절연층의 표면은 파형 형태로 형성될 수 있다. 이 경우, 입사광은 반사 및 산란되어, 시야각이 넓어진다. 따라서, 페이퍼 화이트 디스플레이는 추가적인 산란판을 사용하지 않고도 실현된다.
본 발명의 LCD 장치를 생산하는 방법에 따르면, 하프-미러를 사용하는 종래의 LCD 장치의 경우에 필요한 복잡한 생산 조건들이 필요치 않다. 일반적인 전극 재료들 및 라인 재료들과 종래의 투과형 LCD 장치 및 반사형 장치에 사용된 일반적인 생산 조건들이 사용될 수 있다. 결국, 생산이 비교적 쉽고 재생성이 만족할만하다. 화소 전극을 형성하는 2개의 층들이 전기부식의 원인이 되는 관계를 가진다고 할지라도, 2개의 층들은 절연층을 통하여 서로 접속될 수 있거나, 제3 도전층이 그들 사이에 제공될 수 있다. 그 결과, 전해질로서 작용하는 액체와의 접촉 또는 직접적인 접촉없이도 2개의 층들이 형성될 수 있다. 따라서, 전기부식이 방지되기 때문에 LCD 장치는 높은 신뢰도를 가지며 높은 효율로 생산된다.
제1 및 제2 도전층들과의 접촉 영역의 절연층을 제거하는 단계와, 제1 도전층의 일부 상의 절연층을 제거하는 단계가 동일 단계에서 수행되는 경우, LCD 장치의 신뢰도를 유지하면서도 단계 수가 감소된다.
(예 6)
본 발명에 따른 제6 예의 LCD 장치가 기술될 것이다.
도 21은 하나의 화소 영역에 대응되는 제6 예의 LCD 장치의 액티브 매트릭스 기판의 평면도이다. 도 22는 도 21의 22-22'선을 따라 절취한 LCD 장치의 단면도이다.
도 21과 도 22에 나타난 바와 같이, 복수 개의 게이트 라인들(53)과 복수 개의 소스 라인들(59a)은 유리 또는 플라스틱 재료로 형성된 투과 절연판(도시되지 않음) 상에서 서로 수직하도록 제공된다. TFT(57)가 게이트 라인들(53)과 소스 라인들(59a)의 교차점들 각각의 근방에 제공된다. TFT(57)의 드레인 전극(59c)은 함께 화소 전극으로서 기능하는 반사 전극(61)과 투과 전극(58a)에 접속된다. 화소 전극을 상부 전극으로서 가진 일부 LCD 장치는 전술된 LCD 장치에서 보았을 때 비교적 높은 광 투과율을 가진 영역 T(투과 영역)와 비교적 높은 광 반사율을 가진 영역 R(반사 영역)을 가진다.
도시되지는 않았지만, 액정 분자들을 배향하는 배향층이 도 21에 나타난 액티브 매트릭스 기판 상에 제공된다.
제6 및 다음 예의 LCD 장치는 전술된 액티브 매트릭스 기판, 및 투과 전극과 배향층을 포함하는 대향 기판을 포함한다. 필요한 경우, 컬러 필터, 위상차 보상 소자 또는 편광 소자가 제공될 수 있다.
영역 T는 직사각형이며 화소 전극의 중앙에 놓인다. 단면에 있어서, 영역 T는 높은 광 반사율을 가진 재료로 형성된 복수 개의 층들을 포함하고, 투과 전극(58a)을 TFT(57)의 드레인 전극(59c)에 접속된 상부층으로서 포함한다. 영역 R은 영역 T를 둘러싸고 반사 전극(61)을 상부층으로서 포함한다. 반사 전극(61)은 높은 광 반사율을 가진 Al 또는 Al이 함유된 합금으로 형성되고, TFT(57)의 드레인 전극(59c)에 접속된다. 그러한 구조로 인해, 영역 R은 입사광을 반사할 수 있다. 파형 표면을 가진 반사 전극(61)은 입사광을 적절한 범위의 방향으로 산란시킨다.
제6 예에서 LCD 장치에 사용된 액정 재료는 검은 안료를 포함하고 광 활성 물질 S-811을 0.5％의 비율로 함유하는 게스트-호스트 액정 재료 ZLI2327(머크사에 의해 제조됨)이다.
도 22에 나타난 바와 같이, TFT(57)은 게이트 절연층(54), 반도체층(55), 반도체 콘택층들(56a, 56b), 소스 전극(59b), 드레인 전극(59c), 및 상기 소자들이 순차적으로 제공되는 게이트 전극(52)를 포함한다. 게이트 전극(52)는 게이트 라인들(53) 각각으로부터 분기된다(도 21).
드레인 전극(59c)은 영역 T의 일부 화소 전극인 투과 전극(58a)에 접속된다. 영역 R에서, 층간 절연층(60)과 반사 전극(61)이 투과 전극(58a) 상에 순차적으로 제공된다. 반사 전극(61)은 층간 절연층(60) 내에 형성된 콘택트 홀(63)을 통하여 투과 전극(58a)에 전기적으로 접속된다. 반사 전극(61)과 투과 전극(58a)은 화소 전극을 형성하여 액정 재료에 전압을 인가한다. 투과 전극(58a)과 반사 전극(61)은 서로 직접적으로 접속되지 않고 Ti로 이루어진 도전 금속층(62)을 통하여 접속된다.
반사 전극(61)이 패터닝에 의해 형성되는 경우 투과 전극(58a)은 층간 절연층(60)으로 피복될 수 있다(LCD 장치를 생산하는 방법은 이하에 상세히 기술될 것임). 따라서, ITO 및 Al이 전기부식을 초래하여 라인 단선과 같은 단점을 효과적으로 방지한다. 층간 절연층(60)은 비교적 얇은 두께로 투과 전극(58a) 상에 형성되어 투과 전극(58a)을 완전히 피복하는 경우, LCD 장치가 생산된 후 ITO와 Al 간에 발생하는 전기부식이 방지된다.
이 예에서, 금속층(62)은 Ti로 형성되지만, 금속층(62)이 Al 이외의 도전 금속, 예를 들면 Cr, Mo, Ta, 또는 W으로 형성되는 한 동일 효과를 얻을 수 있다. 대체적으로, 반사 전극(61)은 금속층(62)을 형성하는 것 대신에 Al 보다 높은 전위를 가지는 금속 재료, 예를 들면 W, Ni, Pd, V 또는 Zr이 함유된 Al-함유 합금으로 형성된다. 이 경우에도, LCD 장치를 생산한 후 ITO와 Al 간의 전기부식이 방지된다. 예를 들면, Al에 약 5.0 wt·％의 W을 첨가함으로써 전기 부식이 보다 효과적으로 방지된다.
본 예에서의 LCD 장치 제조 방법이 도 23a 내지 도 23e를 참조하여 기술될 것이다.
도 23a에 나타난 바와 같이, 도전 박막은 절연판(51) 상에 형성되어 포토리소그래피에 의해 선정된 형상으로 패터닝됨으로써, 게이트 전극(52)와 게이트 라인(도시되지 않음)을 형성한다. 본 실시예에서, 절연판(51)은 유리로 형성되고, 게이트 전극(52)과 게이트 라인은 Ta로 형성된다. 절연판(51)은 유리 대신으로 플라스틱 등으로 형성될 수 있고, 게이트 전극(52)과 게이트 라인은 다른 도전 재료들, 예를 들면 Al, Cr, Mo, W, Cu 또는 Ti로 형성될 수 있다.
다음으로, 도 23b에 나타난 바와 같이, SiNX의 게이트 절연층(54), a-Si의 반도체층(55) 및 반도체 콘택층들(56a, 56b)용 P-도핑 n+-a-Si층이 CVD에 의해 순차적으로 형성되고 나서, 포토리소그래피에 의해 패터닝된다.
다음으로, 도전층이 포토리소그래피에 의해 선정된 형상으로 형성 및 패터닝됨으로써, 소스 라인(59a), 소스 전극(59b) 및 드레인 전극(59c)을 형성한다. 도전층이 본 실시예에서는 Cr-함유 재료로 형성되지만, 다른 도전 재료들, 예를 들면 Al, Mo, Ta, W, Cu 또는 Ti로 형성될 수 있다.
다음으로, 도 23c에 나타난 바와 같이, 광투과성 도전층이 포토리소그래피에 의해 형성 및 패터닝됨으로써, 투과 전극(58a)이 형성된다. 투과 전극(58a)은 본 실시예에서 ITO로 형성된다.
다음으로, 금속층이 포토리소그래피에 의해 형성 및 패터닝됨으로써, 금속층(62)이 형성된다. 이 금속층(62)은 나중에 형성될 투과 전극(58a)과 반사 전극(61)을 접속하는데 사용된다. 금속층(62)은 본 실시예에서 Ti로 형성되지만, Ti 이외의 다른 도전 재료들, 예를 들면 Cr, Mo, Ta 또는 W으로 형성될 수 있다.
다음으로, P-도핑 n+-a-Si층이 소스 전극(59b)과 드레인 전극(59c)를 마스크로서 이용하여 에칭됨으로써, 반도체 콘택층들(56a, 56b)이 형성된다. 이러한 방식으로, TFT(57)가 완성된다.
소스 전극(59b)과 드레인 전극(59c)은 투과 전극(58a)을 중첩할 수 있다.
다음으로, 도 23d에 나타난 바와 같이, 층간 절연층(60)이 형성된다. 이 층간 절연층(60)은 포토리소그래피에 의해 패터닝되어 콘택트 홀(63)을 형성하고 영역 T의 층간 절연층(60)의 일부를 제거한다. 이와 동시에, 영역 R에서의 층간 절연층(60)의 표면(반사 전극(61)이 형성될 표면)은 파형(wave-like)으로 형성된다.
영역 T에서의 층간 절연층(60)의 일부를 제거함으로써, 영역 T의 투과율은 향상될 수 있다. 그러나, 층간 절연층(60)은 완전히 제거되는 것이 아니라 소정 두께로 남는다. 이는 반사 전극(61)이 패터닝에 의해 형성될 때 전기부식을 방지한다. 바꾸어 말하자면, 액정 분자들의 배향 상태는 각 화소 영역 내에서 실질적으로 동일할 수 있다.
영역 R에서의 층간 절연층(60)의 표면은 위에서 보았을 때 복수 개의 둥근 돌출부(64)를 가지는 것처럼 보인다. 단면에서, 층간 절연층(60)의 표면 영역은 천천히 파동친다. 반사 전극(61)이 그러한 파형 표면 상에 형성되는 경우, 입사광은 반사 전극(61)의 파형 표면에 의해 효과적으로 반사되어 적절한 범위의 방향으로 산란된다. 파형 표면의 형상은 원하는 디스플레이 특성에 따라 최적으로 결정될 수 있다. 광을 산란시킬 필요가 없는 경우에, 표면은 파형(wave-like)일 필요가 없다.
층간 절연층(60)은 본 실시예에서 유기 수지의 단일층(두께 : 2.5 ㎛)으로 형성되지만, 다른 재료들로 이루어진 복수 개의 적층된 층들로 형성될 수 있다. 본 실시예에서와 같은 비교적 두꺼운 유기 수지의 단일층은, 반사 전극(61)이 TFT(57)을 부분적으로 중첩할 때에도 기생 커패시턴스의 발생을 방지할 수 있다는 장점이 있다. 그 결과, 화질이 개선되고 수치 개구가 향상된다. 또한, 비교적 두꺼운 유기 수지층은 파형 표면의 형성을 용이하게 한다.
대체적으로, 층간 절연층(60)은 일반적인 무기층, 예를 들면 SiNX로 형성될 수 있다. 그러한 층은 비교적 얇더라도 높은 절연성을 달성하는데 유리하지만, 파형 표면의 형성이 어렵다는 단점이 있다. 원하는 디스플레이 특성으로 인해 파형 표면을 형성할 필요가 없는 경우, 그러한 층이 바람직하다.
도 23e에 나타난 바와 같이, Al층이 형성되고 패터닝됨으로써, 영역 R에 반사 전극(61)이 형성된다. 반사 전극(61)은 콘택트 홀(63)과 금속층(62)을 통하여 TFT(57)의 투과 전극(58a) 및 드레인 전극(59c)에 전기적으로 접속된다. 반사 전극(61)은 본 실시예에서 Al으로 형성되지만, 다른 Al-함유 합금 또는 광 반사율이 높은 도전 재료로 형성될 수 있다.
따라서, 도 21과 도 22에 나타난 액티브 매트릭스 기판이 완성된다.
도시되지는 않았지만, 액티브 매트릭스 기판의 상부에는 배향층이 형성된다. 이 배향층이 구비된 액티브 매트릭스 기판은 투과 전극을 포함하고 배향층이 구비된 대향 기판과 결합된다. 액정 재료는 2개의 기판들 간의 갭에 주입된다. 따라서, 제6 예의 LCD 장치가 완성된다. 필요할 경우, 컬러 필터 또는 위상차 보상 소자가 부가될 수 있다.
전술된 바와 같이, 본 실시예의 LCD 장치에 사용된 액정 재료는 검은 안료를 함유하고 여기에 광 활성 물질 S-811을 0.5％의 비율로 함유한 게스트-호스트 액정 재료 ZLI2327(머크사에 의해 제조됨)이다.
본 예에 있어서, 면적비를 영역 T : 영역 R = 40 : 60으로 설정함으로써 충분한 디스플레이 특성이 얻어진다. 이 면적비는 이에 국한되지 않고 영역들 T와 R의 투과율 및 반사율과 LCD 장치의 이용에 따라 적절하게 변경될 수 있다. 본 실시예에서, 화소 영역의 중앙에는 단지 하나의 영역 T만이 제공된다. 복수 개의 영역들 T이 제공될 수 있고, 영역 T는 임의의 다른 형상일 수 있다.
제2 실시예의 LCD 장치에서, 화소 전극은 중앙에 위치된 비교적 높은 투과율을 가진 영역 T와 영역 T 주위에 배치된 비교적 높은 광 반사율을 가진 영역 R을 포함한다. 그러한 구조로 인해, LCD 장치는 하프-미러를 사용하는 종래의 LCD 장치에 비해 보다 적은 손실도 주변 광과 조명광을 이용한다. 더욱이, 제2 실시예의 LCD 장치는 주변 광이 밝은 경우 표면 반사로 인해 투시도가 저하되는 종래의 투과형 LCD 장치의 문제점과, 주변 광이 어두울 경우 보다 낮은 선명도로 인해 충분한 디스플레이를 얻을 수 없는 종래의 반사형 LCD 장치의 문제점을 해결한다. 바꾸어 말하자면, 제2 실시예의 LCD 장치는 종래의 반사형 LCD 장치의 경우에서와 같이 반사의 특성의 분산으로 인한 광 조명율의 분산이 정확하게 제어될 필요가 없이 주변 광 세기에 무관하게 충분한 디스플레이를 제공한다.
본 예의 LCD 장치는 종래의 투과형 LCD 장치와 반사형 LCD 장치에 사용되는 일반적인 전극과 배선 물질 및 조건들로써 제조될 수 있다. 하프-미러를 사용하는 종래의 LCD 장치들에 요구되는 복잡한 조건들이 필요하지 않다. 이에 따라, 본 예의 LCD 장치는 만족할만한 재생산성으로 비교적 쉽게 제조된다. 또한, 하프-미러를 사용하는 종래의 LCD 장치에서는 어려운 디스플레이 특성이 비교적 쉽게 수행될 수 있다.
(예 7)
본 발명의 제7 예에 따른 LCD 장치가 설명될 것이다.
도 24는 하나의 화소 영역에 대응하는 제7 예의 LCD 장치의 액티브 매트릭스 기판의 평면도이다. 도 25는 도 24의 25-25'선을 따라 절취한 LCD 장치의 단면도이다.
제7 예의 LCD 장치는 화소 전극의 일부로서의 반사 전극(61)과 TFT(57) 사이의 전기 접속에 대한 구조와 그 구조의 제조 방법에 있어서 제6 예의 LCD 장치와 다르다.
도 24 및 도 25에 도시된 바와 같이, TFT(57)의 드레인 전극(59c)는 투과 전극(58a)에 접속된다. 투과 전극(58a)은 영역 T 내의 액정 물질에 전압을 인가하기 위한 화소 전극의 일부로서 기능한다. 영역 R에서는, 층간 절연층(60)과 반사 전극(61)이 투과 전극(58a) 상에 제공된다. 반사 전극(61)은 콘택트 홀(63)을 통해 드레인 전극(59c)에 직접 접속된다. 반사 전극(61)은 또한 화소 전극의 일부로서도 기능한다. 제6 예에서와 같이, ITO로 형성된 투과 전극(58a)은 Al로 형성된 반사 전극(61)에 직접 접속되지 않는다. 이러한 구조 때문에, 원치않는 전기부식 등의 가능성없이 TFT(57)가 이 물질들에 확실히 전기적으로 접속되는 반면, 영역 R에서 주위의 광의 높은 반사율과 영역 T에서 백라이트로부터의 높은 광 투과율을 활용한다.
본 예에서는 ITO와 Al의 전기부식이 방지된다. 본 발명은 전기부식을 유발하기 쉬운 다른 여러 물질들의 임의 조합에도 효과적으로 응용 가능하다.
이하, 도 24 및 도 25에 도시된 액티브 매트릭스 기판이 설명될 것이다.
반도체 층(55)과 반도체 콘택트 층들(56a, 56b)이 될 층이 형성될 때까지의 과정이 제6 예에서와 같은 방식으로 수행된다.
그런 다음, 도전층이 포토리소그래피에 의해 형성되고 패터닝되어, 소스 라인(59a), 소스 전극(59b), 드레인 전극(59c), 및 접속 금속층(59d)를 형성한다. 도전층은 본 실시예에서는 Cr을 함유하는 물질로 형성되지만, 예를 들어 Al, Mo, Ta, W, Cu, 또는 Ti와 같은 다른 도전형 물질로 형성될 수 있다.
그런 다음, 투과 전극(58a)이 접속 금속층(59d)을 부분적으로 중첩하도록 형성된다. 대체적으로, 접속 금속층(59d)은 투과 전극(58a)을 부분적으로 중첩할 수 있다. 본 실시예에서도, 투과 전극(58a)은 ITO로 형성된다.
소스 라인(59a), 소스 전극(59b), 드레인 전극(59c), 및 접속 금속층(59d)은 투과 전극(58a) 상에 형성된다.
그런 다음, 층간 절연층(60)이 제6 예에서와 같은 방식으로 형성되고 콘택트 홀(63)을 형성하고 영역 T 내의 층간 절연층(60)을 제거하기 위해 포토리소그래피에 의해 패터닝된다. 그런 다음, 반사 전극(61)이 형성된다. 본 실시예에서도, 반사 전극(61)은 Al로 형성된다.
본 예에서 이해할 수 있는 바와 같이, ITO로 형성된 투과 전극(58a)은 Al로 형성된 반사 전극(61)에 직접 접속되지 않는다. 이러한 구조때문에, ITO와 Al 사이의 전기부식에 기인한 접촉부에서의 오동작 발생이 방지되어, 신뢰도를 향상시킨다. 소스 전극(59b)과 동일한 물질로 형성된 금속층(62)이 비교적 쉽게 형성될 수 있다.
(예 8)
제8 예에서는, 제7 예에서 설명된 LCD 장치를 제조하는 또 다른 방법이 도 26a 내지 도 26c를 참조하여 설명될 것이다.
도 25에 대응하는 도 26a 내지 도 26c는 제7 예에서 설명된 LCD 장치의 제조 방법을 나타낸 단면도이다.
층간 절연층(60)이 형성될 때까지의 과정은 제7 예에서 설명한 바와 같다.
그런 다음, 도 26a에 도시된 바와 같이, 층간 절연층(60)의 일부가 포토리소그래피에 의해 제거되고, 이에 의해 콘택트 홀(63)이 형성된다. 같은 단계에서, 영역 R 내의 층간 절연층의 표면이 파형 형태로 형성되어, 입사광이 그 표면에 의해 산란된다. 제7 예와는 달리, 영역 T 내의 층간 절연층(60)의 일부는 제거되지 않는다.
층간 절연층(60)의 표면 상에, Al층 또는 Al 함유 합금층이 형성된다. 본 예에서 층간 절연층(60)은 단일 유기 수지층으로 형성되지만, 다른 물질들로 된 복수개의 층들로 형성될 수도 있다. 층간 절연층(60)의 표면은 파형 형태일 필요가 없다.
그런 다음, 도 26b에 도시된 바와 같이, Al층이 포토리소그래피에 의해 패터닝되어, 반사 전극(61)을 형성한다.
그 다음으로, 도 26c에 도시된 바와 같이, 층간 절연층(60)이 영역 T 전체 또는 일부에서 제거된다.
이러한 방식으로, 도 24 및 도 25에 도시된 액티브 매트릭스 기판이 완성된다.
이러한 액티브 매트릭스 기판을 갖는 LCD 장치는 투과 모드와 반사 모드 모두에서 동시에 작동 가능하다. Al로 형성된 반사 전극(61)과 ITO로 형성된 투과 전극(58a)는 LCD 장치가 완성된 후에 서로 직접 접속되지 않으므로 전기부식을 유발하지 않는다. 그러므로, 전기부식에 의한 오동작이 방지되어, LCD 장치의 신뢰도를 향상시킨다. 제조 과정 동안에도, 반사 전극(61)이 패터닝에 의해 형성되지만 투과 전극(58a)이 에칭제에 노출되지 않기 때문에 전기부식이 방지된다.
(예 9)
본 발명의 제9 예에 따른 LCD 장치가 설명될 것이다.
제9 예의 LCD 장치는 투과 전극(58a)과 드레인 전극(59c)를 형성하는 순서와 콘택트 홀(63)을 형성하는 단계에서 제7 및 제8 예의 LCD 장치와 다르다.
도 25에 대응하는 도 27a 내지 도 27c는 제9 예에서 LCD 장치를 제조하는 방법을 도시한 단면도들이다.
반도체층들(56a와 56b)이 될 층이 형성될 때까지의 과정은 제6 및 제7 예들에 설명된 바와 같이 수행된다.
도 27a에 도시된 바와 같이, 광-투과형 도전층은 포토리소그래피에 의해 형성되고 패터닝되어, 투과 전극(58a)을 형성한다. 본 예에서, 투과 전극(58a)은 ITO로 형성된다.
그 후, 포토리소그래피에 의해 도전층이 형성되고 패터닝되어, 소스 라인(59a), 소스 전극(59b), 드레인 전극(59c), 접속 금속층(59d), 및 영역(T)을 위한 금속층(59e)이 형성된다. 소스 전극(59b)이 소스 라인(59a)으로부터 분기된다. 드레인 전극(59c), 접속 금속층(59d), 및 영역(T)을 위한 금속층(59e)이 전기적으로 상호 접속된다. 접속층은 이 예에서는 Ta-함유 재료로 형성되지만, 예를 들면 Al, Cr, Mo, W, Cu 또는 Ti와 같은 다른 도전성 재료로 형성될 수도 있다.
그 후, 소스 전극(59b) 및 드레인 전극(59c)을 마스크로 이용하여 에칭이 행해져서, 반도체 도전층들(56a, 56b)이 형성된다. 그에 따라, TFT(57)가 완성된다.
다음으로, 층간 절연층(60)이 형성된다. 콘택트 홀(63)이 형성되고 또한 영역(T)에서의 층간 절연층(60)의 일부가 포토리소그래피에 의해 제거된다. 같은 단계에서, 영역(R)에서의 층간 절연층(60)의 표면이 입사광을 산란하도록 파형 형태로 형성된다. 표면 상에, Al층 또는 Al 함유 합금층이 형성된다. 층간 절연층(60)은 이 예에서는 단일 유기 수지층으로 형성되지만, 복수 개의 상이한 재료들로 형성될 수도 있다. 층간 절연층(60)의 표면은 파형 형태일 필요는 없다.
도 27b에 도시된 바와 같이, 포토리소그래피에 의해 Al 또는 Al-함유 합금층이 형성되어, 반사 전극(61)이 형성된다.
그 후, 도 27c에 도시된 바와 같이, 영역(T)에서의 층(59e)의 일부 또는 전부가 포토리소그래피에 의해 또는 반사 전극(61)을 마스크로 이용한 에칭에 의해 제거된다. 다르게는, 층(59e)은 에칭에 의한 패터닝에 의해 반사 전극(61)이 형성되는 동안에 에칭될 수 있다.
상술한 바와 같이, 이 예에서는, Al로 형성된 반사 전극(61)은 ITO로 형성된 투과 전극(58a)에 직접 접속되지 않는다. 그에 따라, LCD 장치가 완성된 후에 Al과 ITO간의 전기부식이 방지되어, 전기부식에 의한 오동작도 방지되고, 따라서 신뢰도가 향상된다. 또한 제조 공정 중에, 반사 전극(61)이 패터닝에 의해 형성되는 동안에 투과 전극(58a)이 에칭제에 노출되지 않기 때문에 전기부식이 방지된다.
(예 10)
본 발명에 따른 제10 예에서의 LCD 장치에 대하여 설명하겠다.
제10 예에서의 LCD 장치는 TFT(57) 및 투과 전극(58a)의 구조 및 콘택트 홀(63)을 형성하는 단계에 있어서 제7 및 제8 예에서의 LCD 장치와 상이하다.
도 25에 대응하는 도 28a 내지 도 28c는 제10 예에서의 LCD 장치를 제조하는 방법을 도시하는 단면도들이다.
제6 및 제7 예에서 설명한 바와 같이 반도체 콘택트 층들(56a, 56b)이 될 층의 형성까지의 공정이 행해진다.
도 28a에 나타난 바와 같이, 광투과 도전층과 금속층이 순차적으로 형성된다. 이 금속층이 포토리소그래피에 의해 패터닝됨으로써 소스 라인(59a)의 상부 절반, 소스 전극(59b)의 상부 절반, 드레인 전극(59c)의 상부 절반, 접속 금속층(59d) 및 영역 T용 금속층(59e)을 형성한다. 다음으로, 광투과 도전층은 소스 라인(59a), 소스 전극(59b)의 상부 절반, 드레인 전극(59c)의 상부 절반, 접속 금속층(59d) 및 금속층(59e)의 것과 동일한 패턴으로 패터닝된다. 따라서, 소스 라인의 하부 절반, 소스 전극(58b)의 하부 절반, 드레인 전극(58c)의 하부 절반, 및 투과 전극(58a)이 형성된다.
상술된 것으로부터 알 수 있는 바와 같이, 소스 라인, 소스 전극 및 드레인 전극은 2층 구조를 가진다. 단선 또는 임의의 다른 오동작이 2개의 층들 중 하나에 발생하여도, 정상적인 신호가 다른 층을 통하여 보내지기 때문에, 정상적인 디스플레이가 구현된다.
본 예에 있어서, 광투과 도전층은 ITO로 형성되고 금속층은 Ta-함유 재료로로 형성된다. 광투과 도전층은 금속층으로부터 연속적으로 에칭되거나 금속층용 마스크가 제거된 후, 별도의 마스크를 사용하여 에칭될 수 있다.
다음으로, 소스 전극(59b/58b)과 드레인 전극(59c/58c)을 마스크로서 이용하여 에칭을 수행함으로써, 반도체 콘택층들(56a, 56b)이 형성된다. 따라서, TFT(57)가 완성된다.
다음으로, 층간 절연층(60)이 형성된다. 콘택트 홀(63)이 형성되고 영역 T 내의 층간 절연층(60)의 일부가 포토리소그래피에 의해 제거된다. 동일 단계에서, 영역 R 내의 층간 절연층(60)의 표면은 파형으로 형성되어 입사광을 산란시킨다. 표면 상에는, Al층 또는 Al 함유 합금층이 형성된다. 층간 절연층(60)이 본 예에서 단일 유기 수지층으로 형성되지만, 복수 개의 다른 재료의 층들로 형성될 수 있다. 층간 절연층(60)의 표면은 파형일 필요는 없다.
도 28b에 도시된 바와 같이, Al층 또는 Al 함유 합금층이 포토리소그래피에 의해 형성됨으로써, 반사 전극(61)이 형성된다.
다음으로, 도 28c에 도시된 바와 같이, 영역 T 내의 층(59e)이 포토리소그래피에 의해 또는 반사 전극(61)을 마스크로서 사용한 에칭에 의해 부분적으로 또는 전체적으로 제거된다. 대체적으로, 반사 전극(61)이 에칭에 의해 패터닝되어 형성되는 동안 층(59e)이 에칭될 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 예에서, Al으로 형성된 반사 전극(61)은 ITO로 형성된 투과 전극(58a)에 직접적으로 접속되지 않는다. 따라서, Al과 ITO 간의 전기부식은 LCD 장치가 완성된 후에 방지되기 때문에 전기부식에 의한 오동작이 방지되어 신뢰도가 향상된다. 제조 공정 동안에도, 반사 전극(61)이 패터닝에 의해 형성되는 동안 투과 전극(58a)이 에칭제에 노출되지 않기 때문에 전기부식이 방지된다. 더욱이, 화소 전극(투과 전극(58a))이 다른 라인들 및 전극들과 동일한 단계에서 형성되기 때문에, 제조 방법은 단순화된다.
화소 전극[투과 전극(58a)]은 본 예에서는 소스 라인, 소스 전극 및 드레인 전극과 동일 단계에서 형성되지만, 게이트 라인 및 게이트 전극과 동일 단계에서 형성될 수도 있다. 투과 전극(58a) 대신에, 반사 전극이 다른 라인들 및 전극들과 동일 단계에서 형성될 수 있다.
(예 11)
본 발명에 따른 제11 예의 LCD 장치를 설명한다. 또한, 단자부의 구조 및 그 형성 방법을 설명한다.
투과 전극(58a)이 게이트 전극 및 게이트 라인과 동일한 층에 제공되는 점에서, 제11 예의 LCD 장치는 제6 내지 제10 예의 LCD 장치와는 다르다.
도 29a 내지 29c는 제11 예의 LCD 장치, 더 구체적으로 LCD 장치의 액티브 매트릭스 기판 및 단자부를 생산하기 위한 방법을 도시하는 단면도이다. 도 25에 대응하는 도 29a는 LCD 장치의 디스플레이부의 구조를 도시한다. 도 30은 제11 예의 LCD 장치의 평면도이다. 도 30의 선 29B-29B'에 따라 취한 LCD 장치의 단면도인 도 29b는 게이트 단자부의 단자 구조를 도시한다. 도 30의 선 29C-29C'에 따라 절취된 LCD 장치의 단면도인 도 29c는 소스 단자부의 단자 구조를 도시한다.
도 29a에 도시된 바와 같이, TFT(57)는 절연판(51) 상에 제공된다. 투과 전극(58a)은 TFT(57) 및 게이트 라인(도시 생략)의 게이트 전극(52)과 동일한 층에 제공된다. 드레인 전극(59c)은 층간 절연층(60) 내의 콘택트 홀(63)을 통해 반사 전극(61)에 접속되며, 또한 게이트 절연층(54) 내에 형성된 콘택트 홀(63)을 통해 투과 전극(58a)에도 접속된다.
이와 같은 구조에 따르면, 투과 전극(58a)이 형성된 후이지만, 반사 전극(61)이 투과 전극(58a)과 동일한 화소 영역에 완전히 형성되기 전에, 최소한의 투과 전극(58a)이 게이트 절연층(54)으로 덮인다. 그러므로, 전극(58a와 61)사이의 전위차에 기인한 전기부식의 발생이 방지된다.
도 29b 및 29c에 도시된 게이트 및 소스 단자부들에서도, 투과 전극(58a)과 동일한 층에 형성되는 게이트 라인(70 및 53) 및 소스 라인(71)은 게이트 절연층(54) 및 층간 절연층(60)으로 덮인다. 따라서, 게이트 라인(70 및 53) 및 소스 라인(71)은 반사 전극(61)이 층간 절연층(60) 상에 완전히 형성될 때까지 절연층들로 덮인다. 이와 같이, 서로 다른 금속 재료로 형성된 게이트 라인(70, 53)/소스 라인(71)과 반사 전극(61) 사이의 전기부식이 방지된다.
도 31a 내지 31e 및 도 32a 내지 32c를 참조하여, 제11 예에서 LCD 장치를 생산하기 위한 방법이 디스플레이부에 관련하여 설명된다.
도 31a에 도시된 바와 같이, 광투과 도전층이 절연판(51) 상에 형성되고 포토리소그래피에 의해 패터닝되어 투과 전극(58a)을 형성한다. 본 예에서, 절연판(51)은 유리로 만들어지며, 투과 전극(58a)은 ITO로 만들어 진다.
다음으로, 게이트 전극(52) 및 게이트 라인(도시 생략)이 절연판(51) 상에 소정의 층을 형성하며 포토리소그래피에 의해 그 층을 패터닝함으로서 형성된다. 게이트 전극(52) 및 게이트 라인은 본 실시예에서는 Ta 함유 재료로 만들어지지만, 예를 들어 Al, Cr, Mo, W, Cu 또는 Ti 등과 같은 다른 도전성 재료로 형성될 수도 있다.
게이트 전극(52) 및 게이트 라인은 투과 전극(58a)에 앞서 형성될 수도 있다.
다음으로, 도 31b에 도시된 바와 같이, SiNx의 게이트 절연층(54), a-Si의 반도체층(55), 및 반도체 접촉층들(56a 및 56b)을 위한 P-도핑된 n+-a-Si층이 CVD에 의해 순차적으로 형성된 다음, 포토리소그래피에 의해 패터닝된다.
투과 전극(58a)과 이후에 형성될 드레인 전극(59c)을 전기적으로 상호 접속시키기 위하여, 콘택트 홀(63)이 게이트 절연층(54) 내에 형성된다. 게이트 및 소스 단자부들 내의 게이트 단자(도 29b)와 소스 단자(도 29c) 상의 게이트 절연층(54)은 동일한 단계에서 제거될 수 있다.
다음으로, 도 31c에 도시된 바와 같이, 도전층이 형성되고 포토리소그래피에 의해 패터닝되어 소스 라인(59a), 소소 전극(59b) 및 드레인 전극(59c)이 형성된다. 도전층은 본 실시예에서는 Cr 함유 재료로 만들어지지만, 예를 들어 Al, Mo, Ta, W, Cu 또는 Ti 등과 같은 다른 도전성 재료로 형성될 수도 있다.
다음으로, 에칭이 소스 전극(59b) 및 드레인 전극(59c)을 사용하여 수행되어, 반도체 접촉층(56a 및 56b)을 형성한다. 이와 같이, TFT(57)가 완성된다.
도 31d에 도시된 바와 같이, 층간 절연층(60)이 형성되고, 콘택트 홀(63)이 포토리소그래피에 의해 층간 절연층(60) 내에 형성된다. 영역 T내의 층간 절연층(60) 일부는 본 단계에서 제거되지 않지만, 반사 전극(61)이 형성된 이후에 제거된다.
도 31e에 도시된 바와 같이, 층간 절연층(60)의 표면은 포토리소그래피에 의해 파형으로 형성된다.
층간 절연층(60)은 본 예에서는 단일의 유기 절연 재료층으로 형성되지만, 다른 재료의 복수 층으로 형성될 수도 있다. 층간 절연층(60)의 표면이 파형일 필요는 없다.
다음으로, 도 32a에 도시된 바와 같이, 비교적 높은 반사율을 갖는 도전층이 층간 절연층(60)의 표면 상에 형성된다.
도 32b에 도시된 바와 같이, 도전층은 포토리소그래피에 의해 패터닝되어 반사 전극(61)을 형성한다. 반사 전극(61)은 적어도 영역 T 내에는 형성되지 않는다.
다음으로, 도 32c에 도시된 바와 같이, 영역 T내의 층간 절연층(60) 일부가 제거된다. 영역 T의 게이트 절연층(54)의 일부도 역시 제거된다. 층들이 바람직하지 않게 전압 강하를 일으켜서 액정 재료로의 충분한 전압을 방해할 수 있기 때문에, 절연층들(54 및 60) 모두는 영역 T에서 제거되는 것이 바람직하다. 특히, 상호 전기적으로 접속된 투과 전극(58a)과 반사 전극(61)에 의해 전압이 액정 재료양단에 인가되는 경우에, 영역 T내의 절연층들의 존재는 영역 T 및 영역 R 내의 액정 재료 양단에 인가된 전압들 간에 차이를 발생시켜 바람직하지 않게 된다.
이와 같은 방식으로, 도 29a에 도시된 액정 매트릭스 기판이 완성된다.
배향층이 액티브 매트릭스 기판 상에 형성되며, 배향 처리가 필요시에 배향층에 대해 수행된다. 다음으로, 액티브 매트릭스 기판이 대향 전극과 결합된다. 액정 재료가 기판들 사이의 갭 내로 주입된다. 이와 같이, 제11 예의 LCD 장치가 완성된다.
도 33a 내지 33f를 참조하여, 게이트 단자부를 형성하기 위한 방법이 설명된다. 게이트 단자부는 디스플레이부의 단계와 동일한 단계들에서 형성될 수 있다.
도 33a에 도시된 바와 같이, 게이트 라인의 하층(70) 역할을 하는 광투과 도전층이 절연판(51) 상에 형성된다. 동일한 단계에서, 투과 전극(58a)(도 31a)이 디스플레이부 내에 형성된다. 게이트 라인의 상층(53)은 하층(70) 상에 형성된다. 이와 같이, 게이트 라인의 하층(70) 및 상층(53)이 전기적으로 상호 접속된다(도 31a에 도시된 단계에 대응함).
도 33b에 도시된 바와 같이, 게이트 절연층(54)이 게이트 라인 및 게이트 단자 상에 형성된다(도 31b에 도시된 단계에 대응함). 게이트 단자 상의 게이트 절연층(54) 일부는 본 단계에서 제거되지 않고, 다음에 제거된다.
이와같이, TFT(57)가 디스플레이부 내에 완성된다(도 31c).
도 33c에 도시된 바와 같이, 층간 절연층(60)이 게이트 절연층(54) 상에 형성된다(도 31d에 도시된 단계에 대응함).
도 33d에 도시된 바와 같이, 반사 전극(61)에 사용된 도전층이 층간 절연층(60) 상에 형성된다(도 32a에 도시된 단계에 대응함).
도 33e에 도시된 바와 같이, 도전층이 패터닝되어 디스플레이부 내에 반사 전극(61)(도 32b)을 형성한다. 따라서, 게이트 단자부 내의 도전층 일부는 제거된다.
도 33f에 도시된 바와 같이, 게이트 단자 상에 있는 게이트 절연층(54)의 일부 및 층간 절연층(60)의 일부가 제거된다. 동일한 단계에서, 영역 T 내의 게이트 절연층(54) 및 층간 절연층(60)의 일부가 디스플레이부에서 제거된다(도 32c).
상술한 바와 같이, 디스플레이부뿐만 아니라 게이트 단자부 내에서, 반사 전극(61)의 형성이 완료될 때 까지, 단자 및 게이트 라인은 게이트 절연층(54) 및 층간 절연층(60)으로 덮인다. 따라서, 서로 다른 금속 재료들로 형성된 게이트 단자/게이트 라인과 반사 전극(61) 사이의 전기부식이 방지된다.
소스 단자부(도 29c)는 디스플레이부와 동일한 단계들에서 동일한 방식으로 형성된다. 이와 같이, 전기부식이 방지된다.
디스플레이부 내에서, 게이트 전극(52) 및 게이트 라인들이 투과 전극(58a) 이전에 형성되는 경우에, 전기부식이 효과적으로 방지될 수 있다. 도 34a는 동일한 방식으로 형성된 게이트 단자부의 단면도를 도시하며, 도 34b는 동일한 방식으로 형성된 소스 단자부의 단면도를 도시한다. 게이트 라인 및 소스 모두는 게이트 또는 소스 재료 및 투과 재료로 형성된 2층 구조를 갖는다.
또한, 상기 구조에서 게이트 및 소스 라인들은 반사 전극의 형성이 완료될 때 까지 적어도 게이트 절연층으로 덮인다. 따라서, 전기부식이 효과적으로 방지된다.
(예 12)
도 31c를 참조로 설명된 단계 이후, 도 35a 내지 35c에 도시된 단계들이 선택적으로 사용될 수 있다. 전기부식이 이와 같은 방법에 의해 효과적으로 방지된다.
도 35a에 도시된 바와 같이, 층간 절연층(60)이 형성된다. 콘택트 홀(63)이 포토리소그래피에 의해 층간 절연층(60) 내에 형성된다. 동일 단계에서, 영역 T 내의 층간 절연층(60) 일부가 제거된다. 층간 절연층(60)의 표면은 파형으로 형성된다.
다음으로, 도 35b에 도시된 바와 같이, 도전층이 층간 절연층(60)의 표면 상에 형성된다.
도 35c에 도시된 바와 같이, 도전층이 영역 T 내의 그 일부를 제거하도록 패터닝되어 반사 전극(61)을 형성한다.
이와 같은 방법에 따르면, 반사 전극(61)의 형성이 완료될 때 까지, 투과 전극(58a)이 게이트 절연층(54)으로 덮인다. 따라서, 서로 다른 금속 재료들로 형성된 반사 전극(61)과 투과 전극(58a) 사이의 전기부식이 방지된다. 그러나, 투과 전극(58a)은 이 방법에서 단지 게이트 절연층(54)에 의해서만 덮인다. 따라서, 도 31a 내지 도 31e 및 도 32a 내지 도 32c를 참조하여, 설명한 방법은 전기부식을 방지하는 데 보다 효과적이다.
영역 T 내의 층간 절연층(60) 일부가 콘택트 홀(63)을 형성하는 것과 동일한 단계에서 제거되기 때문에, 도 31a 내지 31e 및 도 32a 내지 32c를 참조하여 상술한 방법에 비해 단계수가 감소된다.
(예 13)
본 발명에 따른 투과형 및 반사형 LCD 장치에서 반사 영역과 투과 영역의 광학적 특성들을 일치시키기 위한 전극 구조가 설명된다. 반사 영역과 투과 영역의 광전 특성들(전압-명도 특성들)을 일치시기는 방법은 두가지가 있다. 첫번째 방법에 따르면, 반사 영역 내의 액정층의 두께는 투과 영역 내의 액정층의 두께로부터 변화된다. 다른 방법에 따르면, 서로 다른 레벨의 전압들이 반사 영역과 투과 영역 내의 액정층 양단에 인가된다.
첫번째 방법은 도 36을 참조하여 설명된다. 도 36은 본 발명에 따른 LCD 장치의 한 화소 영역의 단면도를 개략적으로 도시한다. LCD 장치는 컬러 필터층과 투과 전극(대향 전극)을 포함하는 대향 기판, 반사 영역(90R)과 투과 영역(90T)을 포함하는 또 다른 기판, 및 두 기판 사이에 삽입된 액정층을 포함한다. 투과 전극은 액정층 부근에 제공되며, 컬러 필터층은 액정층에 대해 투과 전극 외부에 제공된다. 반사 영역(90R)과 투과 영역(90T)은 액정층 부근에 제공된다. 말할 필요도 없이, 컬러 필터는 제거될 수 있다.
반사 영역(90R)은 투과 전극(78)(예를 들어 ITO), 반사층(79)(예를 들어 AL), 및 반사층(79)상에 제공된 투과 층간 절연층(80)(예를 들어 중합 수지)을 포함한다. 투과 영역(90T)은 투과 전극(78)을 포함한다. 반사 영역(90R) 내의 액정층의 두께 dr 및 투과 영역(90T) 내의 액정층의 두께 dt는 각 영역 내의 층간 절연층(80)의 두께를 변화시킴으로써 독립적으로 조절될 수 있다.
투과 영역에서 디스플레이하는데 사용된 광은 두께가 dt인 액정층을 통해 일단 투과되는 반면, 반사 영역에서 디스플레이하는데 사용된 광은 두께가 dr인 액정층을 통해 두번 투과된다. 반사 영역 내의 액정층에 의한 지연과 투과 영역 내의 액정층에 의한 지연을 일치시키기 위해, 두께 dt와 dr은 dt=2·dr인 관계가 되도록 설정되는 것이 바람직하다. 그러나, 반사 영역에서 디스플레이하기 위하여, 점선으로 된 화살표들에 의해 표시된 각도로 반사층(79) 에 입사된 광이 또한 사용된다. 그러므로, dt ＞ 2·dr 인 관계가 더 바람직하다.
두번째 방법은 도 37a, 37b, 38a 및 38b를 참조하여 설명된다. 도 37a는 본 발명에 따른 LCD 장치의 한 화소 영역의 단면도이다. 도 37b는 도 37a에 도시된 LCD 장치의 광전 특성들을 도시하는 그래프이다.
도 37a에 도시된 바와 같이, LCD 장치는 투과 전극(대향 전극)을 포함하는 대향 기판, 반사 영역(90R)과 투과 영역(90T)을 포함하는 또 다른 기판, 및 그 두 기판 사이에 삽입된 액정층을 포함한다. 대향 전극은 액정층 부근에 제공되고, 반사 영역(90R) 및 투과 영역(90T)은 액정층의 부근에 제공된다.
반사 영역(90T)은 투과 전극(88)(예를 들어 ITO), 반사 전극(89)(예를 들어 AL), 및 투과층(88) 상에 제공된 투과 층간 절연층(100)(예를 들어 중합 섬유)을 포함한다. 반사 전극(89)의 두께가 액정층의 두께보다 얇기 때문에, 액정층의 두께는 반사 영역(90R)과 투과 영역(90T)에서 실질적으로 동일하다. 따라서, 액정층에 의한 지연은 반사 영역(90R)과 투과 영역(90T) 간에 차이가 있다. 그 결과, 반사 영역(90R)과 투과 영역(90T)에서의 광전 특성들은 도 37b에 도시된 바와 같이 다르다.
이와 같은 현상이 도 38a 및 38b을 참조하여 설명된다. 도 38a는 층간 절연층을 포함하지 않는다는 점에서 다른 도 37a에 도시된 LCD 장치와는 다른 LCD 장치의 한 화소 영역의 단면도를 개략적으로 도시한다. 도 38b는 도 38a에 도시된 LCD 장치의 광전 특성들을 도시하는 그래프이다. 도 38a에 도시된 LCD 장치에서, 액정층의 두께는 반사 영역(90R)과 투과 영역(90T)에서 실질적으로 동일하다. 동일한 레벨의 전압이 반사 영역(90R)과 투과 영역(90T) 내의 투과 전극(88a) 및 반사 전극(89a)에 의해 액정층 양단에 인가된다. 따라서, 액정층에 의한 지연은 반사 영역(90R)과 투과 영역(90T) 간에 크게 다르다. 그러므로, 광전 특성들은 반사 모드와 투과 모드에서 크게 다르다.
대조적으로, 도 37a에 도시된 LCD 장치에서는, 층간 절연층(100)을 통해 투과 영역(90T) 내의 투과 전극(88)에 의해 액정층 양단에 전압이 인가된다. 층간 절연층(100)은 캐패시턴스를 분리한다. 동일한 레벨의 전압이 구동 회로(도시 생략)로부터 투과 전극(88) 및 반사 전극(89)으로 공급되더라도, 투과 영역(90T)에서 인가된 전압은 반사 영역(90R)에서 인가된 전압보다 작다. 따라서, 도 37b에 도시된 바와 같이, 투과 모드에서의 전압-명도 곡선은 보다 높은 전압, 즉 반사 모드에서 전압-명도 곡선에 더 근접하게 쉬프트된다. 이상으로부터 이해할 수 있는 바와 같이, 반사 모드와 투과 모드에서의 전압-명도 특성들은 층간 절연층(100)의 두께 및/또는 유전체 상수를 조절함으로써 서로 일치될 수 있다.
투과 영역 및 반사 영역에서의 액정층의 두께가 조절되는 구조는 도 22에 도시된 전극 구조에도 적용될 수 있다.
따라서, 설명된 본 발명은 충분히 높은 콘트라스트를 갖는 만족할 만한 디스플레이를 제공하는 반사형 LCD 장치와 투과 및 반사형 LCD 장치 및 이의 제조 방법을 제공하는 효과를 가진다.
본 발명의 범위와 사상으로부터 벗어남이 없이 본 기술 분야의 숙련된 기술자에 의해 다양한 변경들이 용이하게 이루어질 수 있음은 자명하다. 따라서, 첨부된 청구항들에 의한 범위는 본 명세서에서의 설명에 의해 제한될 것이 아니라, 더 넓게 해석되도록 의도되었다.

Claims (28)

  1. 액정 디스플레이 장치에 있어서,
    제1 기판;
    제2 기판;
    상기 제1 기판과 상기 제2 기판 간에 삽입된 액정층;
    상기 액정층에 대해 반대측 상의, 상기 제1 기판의 표면 상에 제공되는 제1 편광 소자;
    상기 액정층에 대해 반대측 상의, 상기 제2 기판의 표면 상에 제공되는 제2 편광 소자;
    상기 제1 편광 소자와 상기 액정층 간에 제공되는 제1 위상차 보상 소자; 및
    상기 제2 편광 소자와 상기 액정층 간에 제공되는 제2 위상차 보상 소자
    를 포함하되,
    복수의 화소 영역들이 디스플레이를 위해 제공되고,
    상기 제1 기판은 적어도 하나의 투과 전극을 포함하고, 상기 제2 기판은 상기 복수의 화소 영역들의 각각에 대응하여 반사 전극 영역과 투과 전극 영역을 포함하는 액정 디스플레이 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 화소 영역들의 각각은 반사광을 이용하여 디스플레이를 수행하기 위한 반사 영역과, 투과광을 이용하여 디스플레이를 수행하기 위한 투과 영역을 가지며,
    상기 반사 전극 영역은 상기 반사 영역을 한정하고, 상기 투과 전극 영역은 상기 투과 영역을 한정하는 액정 디스플레이 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 액정층은 상기 액정층에서의 액정 분자들의 분자축이 상기 제1 및 제2 기판의 표면에 대해 실질적으로 수직일 때 제로(zero)의 지연을 가지며,
    상기 제1 위상차 보상 소자와 상기 제2 위상차 보상 소자는 각각 λ/4 조건을 만족하는 지연을 갖는 액정 디스플레이 장치.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 액정층은 상기 액정층에서의 액정 분자들의 분자축이 상기 제1 및 제2 기판의 표면에 대해 거의 수직일 때 α의 지연을 가지며,
    상기 제1 위상차 보상 소자는 λ/4-α 조건을 만족하는 지연을 갖는 액정 디스플레이 장치.
  5. 제2항에 있어서,
    상기 액정층은 상기 액정층에서의 액정 분자들의 분자축이 상기 제1 및 제2 기판의 표면에 대해 거의 수직일 때 α의 지연을 가지며,
    상기 제1 위상차 보상 소자는 λ/4-α 조건을 만족하는 지연을 가지며, 상기 제2 위상차 보상 소자는 λ/4-(β-α) 조건을 만족하는 지연을 갖는 액정 디스플레이 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 제1 위상차 보상 소자와 상기 제2 위상차 보상 소자는 각각 λ/4 파장 판으로 형성되고,
    상기 제1 편광 소자의 투과축과 상기 제1 위상차 보상 소자는 약 45도의 각도를 이루며,
    상기 제2 편광 소자의 투과축과 상기 제2 위상차 보상 소자는 약 45도의 각도를 이루는 액정 디스플레이 장치.
  7. 제2항에 있어서,
    상기 제2 위상차 보상 소자는 λ/4 파장 판으로 형성되고,
    상기 제2 위상차 보상 소자의 지상축(slower optic axis)은 상기 액정층을 통해 투과되는 타원형 편광의 장축 또는 단축중의 하나에 일치하며, 상기 타원형 편광을 선형 편광으로 변환하기 위해 제2 위상차 보상 소자에 입사하며,
    상기 제2 편광 소자의 투과축은 상기 선형 편광의 편광축에 수직인 액정 디스플레이 장치.
  8. 액정 디스플레이 장치에 있어서,
    투과 전극을 포함하는 제1 기판;
    반사 전극을 포함하는 제2 기판;
    상기 제1 기판과 상기 제2 기판 간에 삽입되고, 음 유전율 이방성을 나타내고 어떠한 전압도 인가되지 않을 때에는 상기 제1 기판과 상기 제2 기판의 표면에 실질적으로 수직으로 배향되는 액정 분자를 포함하는 액정층;
    상기 액정층에 대해 반대측의, 상기 제1 기판의 표면 상에 제공되는 편광 소자; 및
    상기 편광 소자와 상기 액정층 간에 제공되는 λ/4 파장 판
    을 포함하되,
    상기 λ/4 파장 판의 지상축(slower axis)과 상기 편광 소자의 투과축은 약 45도의 각도를 이루는 액정 디스플레이 장치.
  9. 제8항에 있어서, 상기 반사 전극과 상기 편광 소자 간에 위상차 보상 소자를 더 포함하는 액정 디스플레이 장치.
  10. 액정 디스플레이 장치에 있어서,
    제1 기판;
    제2 기판;
    상기 제1 기판과 상기 제2 기판 간에 삽입되어, 음 유전율 이방성을 나타내며 어떠한 전압도 인가되지 않을 때에는 상기 제1 기판과 상기 제2 기판의 표면에 대해 실질적으로 수직으로 배향되는 액정 분자를 포함하는 액정층;
    상기 액정층에 대해 반대측 상의, 상기 제1 기판의 표면 상에 제공되는 제1 편광 소자;
    상기 액정층에 대해 반대측 상의, 상기 제2 기판의 표면 상에 제공되는 제2 편광 소자;
    상기 제1 편광 소자와 상기 액정층 간에 제공되는 제1 λ/4 파장 판; 및
    상기 제2 편광 소자와 상기 액정층 간에 제공되는 제2 λ/4 파장 판
    을 포함하되,
    복수의 화소 영역들이 디스플레이를 위해 제공되고,
    상기 제1 기판은 적어도 하나의 투과 전극을 포함하고, 상기 제2 기판은 상기 복수의 화소 영역들의 각각에 대응하여 반사 전극 영역과 투과 전극 영역을 포함하며,
    상기 제1 λ/4 파장 판과 상기 제2 λ/4 파장 판의 지상축들은 동일한 방향에 있고, 상기 제1 편광 소자와 상기 제2 편광 소자의 투과축 각각과 약 45도의 각도를 이루는 액정 디스플레이 장치.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 복수의 화소 영역들의 각각은 반사광을 이용하여 디스플레이를 수행하기 위한 반사 영역과, 투과광을 이용하여 디스플레이를 수행하기 위한 투과 영역을 가지며,
    상기 반사 전극 영역은 상기 반사 영역을 한정하고, 상기 투과 전극 영역은 상기 투과 영역을 한정하는 액정 디스플레이 장치.
  12. 제10항에 있어서, 상기 제1 편광 소자와 상기 제2 편광 소자 간에 적어도 하나의 위상차 보상 소자를 더 포함하는 액정 디스플레이 장치.
  13. 제10항에 있어서, 상기 액정층은 치럴 도펀트(chiral dopent)를 더 포함하는 액정 디스플레이 장치.
  14. 제13항에 있어서, 상기 액정층은 약 90도 트위스트 배향을 갖는 액정 디스플레이 장치.
  15. 제1항에 있어서, 상기 제1 편광 소자와 상기 제2 편광 소자는 상호 직교하는투과 축을 가지며,
    상기 제1 위상차 보상 소자와 상기 제2 위상차 보상 소자는 상호 직교하는 지상축(slower axis)을 갖는 액정 디스플레이 장치.
  16. 제1항에 있어서,
    상기 제1 위상차 보상 소자는 상기 제1 편광 소자로부터의 선형 편광을 원형 편광으로 변환하고,
    상기 제2 위상차 보상 소자는 상기 제2 편광 소자로부터의 선형 편광을 원형 편광으로 변환하며,
    상기 액정 디스플레이 장치는
    상기 제1 편광 소자와 상기 액정층 간에 제공되어, 상기 제1 위상차 보상 소자의 굴절율 이방성의 파장 의존성을 보상하기 위한 제3 위상차 보상 소자를 더 포함하는 액정 디스플레이 장치.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 제3 위상차 보상 소자는 λ/2 파장 판이고,
    상기 제1 편광 소자의 투과축과 상기 제3 위상차 보상 소자의 지상축이 γ1의 각도를 이룰 때, 상기 제1 편광 소자의 투과축과 상기 제1 위상차 보상 소자의 지상축은 2γ1+45도의 각도를 이루는 액정 디스플레이 장치.
  18. 제16항에 있어서, 상기 제2 편광 소자와 상기 액정층 간에 제공되어, 상기 제2 위상차 보상 소자의 굴절율 이방성의 파장 의존성을 보상하기 위한 제4 위상차 보상 소자를 더 포함하는 액정 디스플레이 장치.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 제4 위상차 보상 소자는 λ/2 파장 판이며,
    상기 제2 편광 소자의 투과축과 상기 제4 위상차 보상 소자의 지상축이 γ2의 각도를 이룰 때, 상기 제2 편광 소자의 투과축과 상기 제2 위상차 보상 소자의 지상축은 2γ2+45도의 각도를 이루는 액정 디스플레이 장치.
  20. 제18항에 있어서,
    상기 제1 편광 소자의 투과축이 상기 제2 편광 소자의 투과축에 수직이며,
    상기 제1 위상차 보상 소자의 지상축이 상기 제2 위상차 보상 소자의 지상축에 수직이며,
    상기 제3 위상차 보상 소자의 지상축이 상기 제4 위상차 보상 소자의 지상축에 수직인 액정 디스플레이 장치.
  21. 액정 디스플레이 장치에 있어서,
    제1 기판;
    제2 기판; 및
    상기 제1 기판과 상기 제2 기판 간에 삽입된 액정층
    을 포함하되,
    복수의 화소 영역들이 디스플레이를 위해 제공되며, 상기 복수의 화소 영역들의 각각은 반사광을 이용하여 디스플레이를 수행하기 위한 반사 영역과, 투과광을 이용하여 디스플레이를 수행하기 위한 투과 영역을 가지며,
    상기 제1 기판은 상기 액정층 부근에 대향 전극을 포함하고,
    상기 제2 기판은 상기 액정층 부근에 복수의 게이트 라인들, 상기 복수의 게이트 라인들에 수직인 복수의 소스 라인들, 상기 복수의 게이트 라인들과 상기 복수의 소스 라인들의 교차점 부근에 제공되는 복수의 스위칭 소자들, 고 광투과 효율을 갖는 제1 도전층, 및 고 광반사 효율을 갖는 제2 도전층을 포함하며,
    상기 제1 도전층과 상기 제2 도전층은 상호 접속된 상기 스위칭 소자들의 각각에 접속되어 상기 화소 영역들의 각각에 제공되는 액정 디스플레이 장치.
  22. 제21항에 있어서, 상기 제1 도전층과 상기 제2 도전층 간에 절연층을 더 포함하는 액정 디스플레이 장치.
  23. 제21항에 있어서, 상기 제2 기판은 제3 도전층을 더 포함하고,
    상기 제1 도전층과 상기 제2 도전층은 상기 제3 도전층을 통해 상호 접속되어 있는 액정 디스플레이 장치.
  24. 제23항에 있어서, 상기 제1 도전층, 상기 제2 도전층 및 상기 제3 도전층중의 하나는 상기 복수의 게이트 전극들 또는 상기 복수의 소스 전극들을 형성하는 재료들중의 하나와 동일한 재료로 형성되는 액정 디스플레이 장치.
  25. 제22항에 있어서, 상기 절연층은 상기 제2 도전층 아래에 물결 모양의 표면을 갖는 액정 디스플레이 장치.
  26. 제1 기판;
    제2 기판; 및
    상기 제1 기판과 상기 제2 기판 간에 삽입되는 액정층을 포함하되, 복수의 화소 영역들이 디스플레이를 위해 제공되며,
    상기 복수의 화소 영역들의 각각은 반사광을 이용하여 디스플레이를 수행하기 위한 반사 영역과, 투과광을 이용하여 디스플레이를 수행하기 위한 투과 영역을 가지며,
    상기 제1 기판은 상기 액정층 부근에 대향 전극을 포함하며,
    상기 제2 기판은 상기 액정층 부근에 복수의 게이트 라인들, 상기 복수의 게이트 라인에 수직인 복수의 소스 라인들, 상기 복수의 게이트 라인들과 상기 복수의 소스 라인들의 교차점 부근에 제공되는 복수의 스위칭 소자들, 고 광투과 효율을 갖는 제1 도전층, 및 고 광반사 효율을 갖는 제2 도전층을 포함하며,
    상기 제1 도전층과 상기 제2 도전층은 상호 접속된 상기 스위칭 소자들의 각각에 접속되어 상기 화소 영역들의 각각에 제공되며,
    절연층이 상기 제1 도전층과 상기 제2 도전층 간에 제공되는 액정 디스플레이 장치의 제조 방법에 있어서,
    판 위에 상기 제1 도전층을 형성하는 단계;
    적어도 상기 제1 도전층 위에 상기 절연층을 형성하는 단계;
    상기 절연층 위에 상기 제2 도전층을 형성하는 단계; 및
    상기 제1 도전층 위에 형성된 상기 제2 도전층을 부분적으로 제거하는 단계
    를 포함하는 액정 디스플레이 장치의 제조 방법.
  27. 제26항에 있어서,
    상기 제1 도전층과 상기 제2 도전층이 제3 도전층을 통해 상호 접속하도록, 적어도 상기 제1 도전층 상의 접속 영역 상에, 상기 제1 도전층과 상기 제2 도전층을 접속하기 위한 제3 도전층을 형성하는 단계;
    상기 절연층을 형성하는 단계; 및
    상기 제1 도전층과 상기 제2 도전층을 접속하기 위해 적어도 상기 접속 영역 상의 상기 절연층을 부분적으로 제거하는 단계
    를 더 포함하는 액정 디스플레이 장치의 제조 방법.
  28. 제26항에 있어서, 상기 절연층을 부분적으로 제거하는 단계는 상기 제1 도전층의 영역 상의 상기 절연층을 제거하는 단계를 포함하는 액정 디스플레이 장치의 제조 방법.
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