KR100289652B1 - 반사형액정표시장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 히스테리시스를 개선하고, 응답 속도를 개선하기 위한 반사형 액정 표시 장치를 개시한다. 개시된 본 발명은, 소정거리를 두고 대향되며, 각각의 내측면에 전극이 구비된 상하 기판; 상기 상하 기판 사이에 개재되는 수개의 액정 분자를 포함하는 액정층; 상기 액정층과 전극이 구비된 기판 표면 사이에 각각 개재되는 수직 배향막; 상기 상부 기판의 외측면에 배치되는 편광판; 상기 상부 기판과 편고아판 사이에 배치되는 사반파장판; 및 상기 하루 기판의 외측면에 배치되는 반사판을 포함하며, 상기 액정층의 위상 지연값(액정 분자의 굴절을 이방성과 액정층의 두께의 곱)은 λ/4(λ는 광원의 파장)이고, 상기 액정층내 액정 분자는 유전을 이방성이 음인 것을 특징으로 한다.

Description

반사형 액정 표시 장치
본 발명은 반사형 액정 표시 장치에 관한 것으로서, 특히 액정 표시 장치의 히스테리시스(hysterisys)를 방지하면서 응답 속도를 개선할 수 있는 반사형 액정 표시 장치에 관한 것이다.
일반적으로, 반사형 액정 표시 장치는 별도의 광원이 요구되지 않고, 자연광을 이용한다.
이러한 반사형 액정 표시 장치는 상부 기판으로부터 자연광이 입사되면, 화소 전극을 통하여, 다시 빛이 반사되어지는데, 이때, 액정 분자들의 배열 상태에 따라서, 빛이 흡수되거나, 통과된다.
종래의 반사형 액정 표시 장치는 도 1에 도시된 바와 같이, 하부 기판(1,5)이 서로 대향되도록 배치되어 있다. 하부 기판(1) 상부의 적소에는 공지의 기술로 형성된 박막 트랜지스터(TFT)가 구비되고, 박막 트랜지스터(TFT)가 구비된 하부 기판(1)상에 유기 절연막(2)이 형성된다. 유기 절연막(2)에는 박막 트랜지스터(TFT)의 소정 부분 즉, 소오스 전극을 노출시키기 위하여, 콘택홀이 형성되고, 콘택홀을 통하여, 노출된 박막 트랜지스터(TFT)와 콘택되도록 유기 절연막(2) 상부에 화소 전극(3)이 형성된다.
이때, 반사형 액정 표시 장치에서 화소 전극(3)은 계면 반사 특성이 우수한 알루미늄 금속막이 이용된다. 화소 전극(3)을 불투명한 금속막으로 형성하여도, 반사의 역할만 하므로, 액정 표시 장치의 개구율과는 상관없다.
상부 기판(5)의 내측면에는 박막 트랜지스터(TFT)와 대응하는 부분에 블랙 매트릭스(6)가 형성되고, 블랙 매트릭스(6)의 양측에는 색화소(7)가 형성된다. 블랙 매트릭스(6)와 색화소(7) 상부의 표면에 공통 전극(8)이 형성된다.
그리고, 도면에는 도시되지 않았지만, 상, 하 기판(1,5)의 내측면 표면에는 수평 배향막이 각각 설치되어 있으며, 상하 수평 배향막은 서로 크로스되는 방향으로 러빙되어 있다.
상하 기판(1,5) 사이에는 액정층(9)이 개재된다. 여기서, 이 액정층(9)내에는 카이랄 도펀트가 포함된 네마틱 액정 분자(9a)와 입사된 광을 선택적으로 흡수, 차단하는 염색제(9b)가 포함된다. 이때, 염색제(9b)는 공지된 바와 같이, 빛이 염색제(9b)의 장축을 지날때는 빛이 흡수되고, 단축을 지날때는 빛이 투과된다.
여기서, 종래의 반사형 액정 표시 장치에서는 빛의 반사각을 개선하고자, 유기 절연막(2)표면에 인위적으로 토폴로지를 형성한다.
그러나 상기와 같은 종래의 반사형 액정 표시 장치는 액정내에 빛을 선택적으로 투과, 또는 차단하는 염색재의 삽입으로, 동일 전압이라도 상승분위기에서의 투과율과 하강 분위기에서의 투과율이 서로 상이하게 나타내어지는 히스테리시스 현상이 발생된다. 이에따라, 화질에 영향을 미치게 된다.
또한, 종래의 반사형 액정 표시 장치는, 액정내에 염색재를 주입하여야 하므로, 공정이 복잡하다.
또한, 종래의 반사형 액정 표시 장치는 일반적으로 TN(twist nematic) 구조를 취하고 있으므로, 응답 시간이 우수하지 않다.
따라서, 본 발명의 목적은 상기한 종래의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 염색제 주입을 배제하여 히스테리시스 현상을 방지함과 아울러, 제작을 단순히하고, 응답 시간을 개선하는 것을 목적으로 한다.
도 1은 종래의 반사형 액정 표시 장치의 단면도.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 반사형 액정 표시 장치의 단면도.
도 3a 내지 도 3f는 본 발명의 반사형 액정 표시 장치에 전계가 형성되지 않을 경우의 편광 상태를 나타낸 도면.
도 4a 내지 도 4d는 본 발명의 반사형 액정 표시 장치에 전계가 형성되는 경우의 편광 상태를 나타낸 도면.
(도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명)
10 : 하부 기판 12 : 게이트 절연막
13 : 박막 트랜지스터 14 : 유기 절연막
15 : 콘택홀 16 : 화소 전극
17 : 제 1 수직 배향막 20 : 상부 기판
22 : 상대 전극 24 : 제 2 수직 배향막
26 : 편광자 28 : 사반파장판
30 : 액정층 30a : 액정 분자
상기한 본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 실시예에 따르면, 소정 거리를 두고 대향되며, 각각의 내측면에 전극이 구비된 상하 기판; 상기 상하 기판 사이에 개재되는 수개의 액정 분자를 포함하는 액정층; 상기 액정층과전극이 구비된 기판 표면 사이에 각각 개재되는 수직 배향막; 상기 상부 기판의 외측면에 배치되는 편광판;
상기 상부 기판과 편광판 사이에 배치되는 사반파장판; 및 상기 하부 기판의 외측면에 배치되는 반사판을 포함하여,
상기 액정층의 위상 지연값(액정 분자의 굴절율 이방성과 액정층 두께의 곱)은 λ/4(λ 는 광원의 파장)이고, 상기 액정층내 액정 분자는 유전율 이방성이 음인 것을 특징으로 한다.
(실시예)
이하 첨부한 도면에 의거하여 본 발명의 바람직한 실시예를 자세히 설명하도록 한다.
첨부한 도면 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 반사형 액정 표시 장치의 단면도이고, 도 3a 내지 도 3f는 본 발명의 반사형 액정 표시 장치에 전계가 형성되지 않을 경우의 편광 상태를 나타낸 도면이며, 도 4a 내지 도 4d는 본 발명의 반사형 액정 표시 장치에 전계가 형성되는 경우의 편광 상태를 나타낸 도면이다.
도 2를 참조하여, 하부 기판(10)과 상부 기판(20)은 수개의 액정 분자(30a)를 포함하는 액정층(30)을 사이에 두고 대향된다. 하부 기판(10)과 상부 기판(20)은 투명한 절연 기판이다. 액정(30)은 상하부 기판간의 거리(이하, 셀갭이라 칭함:d)와 액정의 굴절율 이방성(Δn)과의 곱이 λ/4가 될 수 있는 것이 이용된다. 즉, 본 실시예에서 액정(30)은 입사되는 광의 위상을 90° 만큼 위상 지연시키는 역할을 하게 된다. 또한, 본 실시예에서의 액정(30)에는 종래와 같이 염색재가 포함되지 않았으며, 유전율 이방성이 음인 물질을 사용한다.
하부 기판(10)의 내측면 상부에는 게이트 절연막(12)을 포함하는 박막 트랜지스터(13)가 각각의 단위 화소당 하나씩 형성된다. 박막 트랜지스터(13) 상부에는 유기 절연막(14)이 형성된다. 여기서, 유기 절연막(14)의 표면에는 액정 표시 장치의 반사율을 개선시키기 위하여, 요철이 형성되어 있으며, 유기 절연막(14)은 박막 트랜지스터(13)의 드레인 전극(또는 소오스 전극) 부분을 노출시키기 위한 콘택홀(15)을 구비한다. 화소 전극(16)은 유기 절연막(14) 상부에 형성되며, 콘택홀(15)을 통하여 박막 트랜지스터의 드레인 전극(또는 소오스 전극과 콘택된다. 이때, 화소 전극(16)은 유기 절연막(14) 표면의 요철의 영향으로, 그것의 표면 또한 요철을 갖게되어, 빛의 반사 효율을 증대시킨다. 화소 전극(16) 상부에 제 1 수직 배향막(17)이 형성된다.
하부 기판(10)의 외측면 표면에는 상부 기판(20)으로부터 입사되는 빛을 재 반사시키는 반사판(18)이 구비된다.
한편, 하부 기판(10)과 대향하는 상부 기판(20)의 내측면에는 상대 전극(22)이 배치되고, 상대 전극(22)의 표면에는 제 2 수직 배향막(24)이 형성된다. 이때, 상부 기판(20)의 내측면과 상대 전극(22) 사이에는 공지된 바와 같이, 색화소(도시되지 않음)가 개재된다.
상부 기판(20)의 외측면에는 자연광을 직선 편광시키는 편광자(26)가 배치되며, 편광자(26)와 상부 기판(20) 외측 표면 사이에는 λ/4만큼의 위상차(위상 지연)를 발생시키는 사반파장판(28)이 개재된다.
이러한 액정 표시 장치는 화소 전극(16)과 상대 전극(22) 사이에 전계가 형성되면, 도 2의 "ON" 상태와 같이, 유전율 이방성이 음익 액정 분자(30a)는 전계와 장축이 수직을 이루도록 털트된다.
그러면, 자연광은 도 3a에 도시된 바와 같이, 편광자(26)에 의하여 선편광된다. 여기서, 도 3a는 편광자(26)를 통과한 광이 수평 성분과 수직 성분이 같다고 하고, 편광된 광의 진행 방향이 Z축이라 하며, 편광자(26)을 통과한 광이 오른쪽 선편광이라하고, 선편광은 X성분, Y성분의 위상이 같은 상태를 나타낸다.
전계가 인가될때에는 편광자(26)에 의하여 직선 편광된 광은 사반파장판(28)을 지나면서 편광 상태가 변화된다. 즉, 사반파장판(75)은 정상 경로와 이상 경로에서 1주기(예를들어, 360°)의 1/4 만큼의 위상 즉, 90°의 위상차를 발생시킨다. 이에따라, 선편광된 광은 사반파장판(28)을 통과하면서, 도 3b와 같이 왼쪽 원편광된다.
사반파장판(28)을 통과한 광은 액정층(30)을 통과하면서 다시 90° 만큼 위상 지연이 일어난다. 이때, 액정층(30)은 상술한 바와 같이, 위상을 λ/4 만큼 위상 시연을 시키므로, 원편공된 광은 도 3c에서와 같이, 왼족 선편광된다. 이때, 액정층(30)을 통과한 광(도 3c 참조)은 초기 편광자(26)을 통과하였던 직선 편광(도 3a 참조)과 90° 위상차를 갖는다.
액정(30)을 통과한 광은 반사판(18)을 통과하면서, 도 3d에 도시된 바와 같이, 왼쪽 선편광으로 된다.
그후, 액정층(30)을 통과한 광은 반사판(18)에 의하여 180° 반사되어, 도 3d에 도시된 바와 같이, 왼쪽 선편광으로 된다. 그후, 반사판(18)에 의하여 반사되어진 왼족 선편광된 광은 다시 액정층(30)을 통과하면서 다시 위상 지연이 발생되어, 도 3e에서와 같이, 오른쪽 원편광된다. 이어서 액정층(30)을 통과한 광은 다시 사반파장판(28)을 통과하면서, 다시 λ/4 만큼 위상차가 발생되어, 도 3에 도시된 바와 같이, 오른쪽 선편광이 된다. 이에따라, 사반파장판(28)을 통과한 광은 편광자(26)의 편광축과 일치하므로, 편광자(28)를 통과하여 화면은 화이트가 된다.
이어, 액정(30)을 통과한 광은 다시 사반파장판(28)을 통과하면서, 90° 위상차가 발생되어, 도 3f에 도시된 바와 같이, 오른쪽 선편광되고, 이 오른쪽 선편광된 광은 편광자(26)에 도달된다. 이때, 편광자(28)의 편광축과 오른쪽 선편광된 광(도 3f)은 평행함으로, 광은 편광자(28)를 통과하여 화면은 화이트가 된다.
한편, 화소 전극(16)과 상대 전극(22) 사이에 전계가 형성되지 않으면, 액정(30)내 분자(30a)들은 도 2의 "OFF"에 보여지는 바와 같이, 수직 배향막들(17,24)의 영향으로 장축과 기판 표면이 수직을 이루도록 배열된다. 이에따라, 자연광은 편광자(26)를 통하여, 도 4a와 같이, 오른쪽 선편광되고, 사반파장판(28)을 통과하면서 도 4b에 도시된 바와 같이, 왼쪽 원편광된다.
그리고 나서, 사반파장판(28)을 통하여 왼쪽 원편광된 광은 액정(30)을 지나게 되는데, 이 과정에서는 편광 상태가 변화되지 않는다. 즉, 액정 분자(30a)들은 일률적으로 기판 표면과 장축이 이루도록 광은 액정 분자(30a)의 장축을 지나면서 편광상태가 변하지 않는다. 따라서, 도 4b의 원편광 상태를 유지한다.
그후, 왼쪽 원편광된 반사광은 다시 액정층(30)을 통과하면서, 편광 상태가 변화되지 않는다. 액정층(30)을 통과한 왼족 원편광된 반사광은 사반사파장판(28)을 통과하면서, λ/4 만큼의 위상차가 발생되어, 도 4d에 도시된 바와 같이, 왼쪽 선편광이 된다. 이에따라, 편광자(26)의 편광축과 수직하게 됨으로 화면은 다크가 된다.
이에따라, 액정층(30)의 위상 지연값을 조절하여, 염색체 없이도 디스플레이를 실현할 수 있다. 또한, 액정층(30)내에 한종류의 액정 분자들만이 존재하므로, 투과율의 상승 및 하강 분위기에서 균일한 투과율을 얻을 수 있다. 따라서, 히스테리시스와 같은 문제점을 해결할 수 있다.
이상에서 자세히 설명된 바와 같이, 본 발명에 의하면, 반사형 액정 표시 장치에 있어서, 액정층의 위상 지연값을 λ/4가 되도록 설정하여, 염색제의 사용없이도 디스플레이를 행할 수 있다. 아울러, 액정층내의 단일의 액정 분자만이 구비되므로, 히스테리시스 현상을 방지할 수 있다. 따라서, 화질이 개선된다.
또한, 응답 특성이 우수한 수직 배향 모드를 채택하므로써, 반사형 액정 표시 장치의 응답 속도를 한층 더 개선시킨다.
기타, 본 발명은 그 요지를 일탈하지 않는 범위에서 다양하게 변경하여 실시할 수 있다.

Claims (2)

  1. 소정 거리를 두고 대향되며, 각각의 내측면에 전극이 구비된 상하 기판;
    상기 상하 기판 사이에 개재되는 수개의 액정 분자를 포함하는 액정층;
    상기 액정층과 전극이 구비된 기판 표면 사이에 각각 개재되는 수직 배향막;
    상기 상부 기판의 외측면에 배치되는 편광판;
    상기 상부 기판과 편광판 사이에 배치되는 사반파장판; 및
    상기 하부 기판의 외측면에 배치되는 반사판을 포함하며,
    상기 액정층의 위상 지연값(액정 분자의 굴절을 이방성과 액정층의 두께의 곱)은 λ/4(λ 는 광원의 파장)이고,
    상기 액정층내 액정 분자는 유전율 이방성이 음인 것을 특징으로 반사형 액정 표시 장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 하부 기판상에 형성되는 전극 표면은 요철을 갖는 것을 특징으로 반사형 액정 표시 장치.
KR1019980025755A 1998-06-30 1998-06-30 반사형액정표시장치 KR100289652B1 (ko)

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