KR100936960B1

KR100936960B1 - 반사투과형 액정표시장치

Info

Publication number: KR100936960B1
Application number: KR1020030035352A
Authority: KR
Inventors: 홍순광
Original assignee: 엘지디스플레이 주식회사
Priority date: 2003-06-02
Filing date: 2003-06-02
Publication date: 2010-01-14
Also published as: KR20040104006A

Abstract

본 발명은 액정표시장치에 관한 것으로 더욱 자세히는 단일셀갭을 갖는 반사투과형 액정표시장치에 관한 것이다.

일반적으로 반사모드 및 투과모드로 사용할 수 있는 반사투과형 액정표시장치는 두 모드에 있어 광효율 등의 문제로 반사부 및 투과부의 셀갭을 달리 구성하고 있다.

하지만, 투과부 및 반사부의 셀갭을 달리 형성하는데 부가적인 공정이 추가되므로 제조 비용을 상승시킨다.

본 발명은 반사 및 투과모드에서 광효율의 저하가 없는 단일셀갭의 반사투과형 액정표시장치를 제공함으로서 이중셀갭을 갖는 반사투과형 액정표시장치와 동일한 품질을 가지며 제조 비용을 절감하는 효과를 갖는다.

반사투과형, 단일셀갭, 최소점(minimum point), 구치-테리 특성 곡선

Description

반사투과형 액정표시장치{Transflective liquid crystal display device}

도 1은 일반적인 반사투과형 액정표시장치의 평면도.

도 2는 구치-테리(Gooch-tarry) 특성 곡선 그래프.

도 3은 도 1의 A-A에 따라 절단한 것으로 단차를 어레이 기판 상에 형성한 갖는 반사투과형 액정표시장치의 단면도.

도 4은 도 1의 A-A에 따라 절단한 것으로 단차를 컬러필터 기판 상에 형성한 반사투과형 액정표시장치의 단면도.

도 5는 본 발명의 실시예에 따른 단일셀갭을 갖는 반사투과형 액정표시장치의 단면도.

< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >

100 : 어레이 기판 171 : 투명한 기판

106 : 게이트 전극 110 : 게이트 절연막

113 : 액티브층 116a, 116b : 오믹콘택층

120 : 데이터 배선 123 : 소스 전극

126 : 드레인 전극 130 : 제 1 보호층

140 : 반사판 145 : 제 2 보호층

150 : 화소전극 155 : 드레인 콘택홀

160 : 액정층 170 : 컬러필터 기판

175 : 블랙 매트릭스 180a, 180b, 180c : 컬러필터

183 : 오버코트층 185 : 공통전극

P : 화소 RA : 반사부

TA : 투과부 T : 박막 트랜지스터

dr : 반사부 셀갭 dt : 투과부 셀갭

본 발명은 액정표시장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 단일셀갭을 갖는 반사투과형 액정표시장치에 관한 것이다.

최근 정보화 사회로 시대가 급발전함에 따라 박형화, 경량화, 저 소비전력화 등의 우수한 특성을 가지는 평판 표시 장치(flat panel display)의 필요성이 대두되었다.

이러한 평판 표시 장치는 스스로 빛을 발하느냐 그렇지 못하냐에 따라 나눌 수 있는데, 스스로 빛을 발하여 화상을 표시하는 것을 발광형 표시장치라 하고, 그렇지 못하고 외부의 광원을 이용하여 화상을 표시하는 것을 수광형 표시장치라고 한다. 발광형 표시장치로는 플라즈마 표시장치(plasma display panel)와 전계 방출 표시장치(field emission display), 전계발광 표시장치(electro luminescence display) 등이 있으며, 수광형 표시 장치로는 액정표시장치(liquid crystal display)가 있다.

이중 액정표시장치가 해상도, 컬러표시, 화질 등이 우수하여 노트북이나 데스크탑 모니터에 활발하게 적용되고 있다.

일반적으로 액정표시장치는 전극이 각각 형성되어 있는 두 기판을 두 전극이 형성되어 있는 면이 서로 대향하도록 배치하고, 두 기판 사이에 액정을 주입한 다음, 두 전극에 전압을 인가하여 생성되는 전기장에 의해 액정 분자를 움직여 빛의 투과율을 조절하여 화상을 표현하는 장치이다.

그런데, 액정표시장치는 앞서 언급한 바와 같이 스스로 빛을 발하지 못하므로 별도의 광원이 필요하다.

따라서, 액정 패널 뒷면에 백라이트(backlight) 유닛을 구성하고, 상기 백라이트 유닛으로부터 나오는 빛을 액정패널에 입사시켜, 액정의 배열에 따라 빛의 양을 조절함으로써 화상을 표시한다.

이러한 액정표시장치를 투과형(transmission type) 액정표시장치라고 하는데, 투과형 액정표시장치는 백라이트와 같은 인위적인 배면광원을 사용하므로 어두운 외부 환경에서도 밝은 화상을 구현할 수 있으나, 백라이트로 인한 전력소비(power consumption)가 큰 단점이 있다.

이와 같은 단점을 보완하기 위해 반사형(reflection type) 액정표시장치가 제안되었다. 반사형 액정표시장치는 외부의 자연광이나 인조광을 반사시킴으로써 액정의 배열에 따라 빛의 투과율을 조절하는 형태로 투과형 액정표시장치에 비해 전력소비가 적다. 이러한 반사형 액정표시장치에서 하부 어레이 기판상에 형성되는 화소전극은 반사가 잘 되는 도전 물질로 형성하고, 상부의 컬러필터 기판에 형성되는 공통전극은 외부광을 투과시키기 위해 투명 도전 물질로 형성한다.

그러나 전술한 반사형 액정표시장치는 사용하는 소비전력을 낮출수 있는 장점이 있는 반면, 외부광이 충분하지 못할 경우 휘도가 낮아져 표시장치로 사용할 수 없는 단점이 있다.

따라서 상기 문제를 극복하고자 반사투과형 액정표시장치가 개발되었다. 상기 투과형 액정표시장치는 반사형 액정표시장치에 있어 외부광이 충분하지 못할 경우 휘도가 급격히 낮아져 표시 장치로써 역할을 할 수 없는 단점과 투과형 액정표시장치에 있어 소비전력이 높다는 단점을 각각 보완하여 백라이트 광을 이용하는 투과모드 및 외부광을 이용하는 반사모드로 선택 사용할 수 있는 제품이다.

도 1은 일반적인 반사투과형 액정표시장치의 평면도 일부를 도시한 것이다.

도시한 바와 같이, 반사투과형 액정표시장치(1)에 있어서 가로방향으로 다수의 게이트 배선(3)이 연장되어 있고, 세로방향으로 다수의 데이터 배선(20)이 있으며, 상기 두 배선(3, 20)이 교차하여 화소(P)를 정의하며, 두 배선(3, 20)의 교차지점에 게이트 전극과 반도체층과 소스 및 드레인 전극으로 구성되는 박막 트랜지스터(T)가 형성되어 있다.

다음 한 화소(P)내에는 상기 화소(P)의 중앙에 투과부(TA)와 상기 투과부(TA)를 둘러싸며 반사부(RA)가 형성되어 있다. 이때 휘도 향상 및 반사모드 및 투과모드시의 광효율을 향상시키기 위해 투과부(TR)에 식각홀(TH)을 형성하여 반사부(RA)와 투과부(TA)의 셀갭을 달리 구성하고 있다.

반사투과형 액정표시장치에 있어서 반사부(RA)와 투과부(TA)의 셀갭을 달리 구성하는 이유에 대해 좀더 자세히 설명한다.

액정표시장치에 있어서 셀갭을 결정하는 일반적인 방법은 구치-테리(Gooch-tarry) 특성 곡선(curve)을 이용하여 결정한다. 상기 구치-테리(Gooch-tarry) 특성 곡선(curve)은 액정표시장치에 있어서 그 액정표시장치의 셀갭(가로축)과 투과율(세로축)의 관계를 나타낸 것이다.

도 2의 구치-테리(Gooch-tarry) 특성 곡선(curve)을 참고하여 설명한다.

도시한 바와같이, 그래프 상에 두 개의 곡선이 그려져 있으며, 이들은 각각 NW(normally white)모드(1-T)와 NB(normally black)모드(T)에서의 셀갭의 변화에 따른 투과율을 나타내고 있다. 표시모드가 NW(normally white)인 경우 변곡점을 나타내는 (a),(b),(c)포인트에서 액정셀은 최대 휘도를 가지게 되며, 반대로 NB(normally black)모드인 경우 상기 (a),(b),(c)에서 최소의 휘도를 갖게된다. 이때 상기 (a),(b),(c) 포인트를 각각 첫 번째 최소점(1st minimum point), 두 번째 최소점(2nd minimum point), 세 번째 최소점(3rd minimum point)이라 하며, 이러한 포인트는 상기 3개의 포인트 외에 무수히 존재하고 있다. 이때 상기 포인트는 나타내는 조건과 셀 투과율에 대한 관계식은 다음과 같다.

-------- ①

상기 식①에서 T = 0 이 될 조건은

이고,

이를 u에 대해서 계산하면,

일 때 T = 0 이 된다.

이때, u는

-------- ②로 나타낼 수 있고,

다시, 식②를 d에 대해서 계산하면,

-------- ③ 가 된다.

여기서, T는 투과율, u는 식②와 같이 주어진다. 이때 식②에 있어서, d는 셀갭은 나타내며, △n은 복굴절 정도를 나타내며, λ는 가시광선의 중심파장(통상적으로 λ=550nm)을 나타낸다.

일례로, 복굴절 정도인 △n이 0.0936인 Merk사의 ML-0018 액정을 사용하여 액정표시장치의 액정층을 형성할 경우, 투과부의 셀갭은 대략 5㎛로 하는 것이 투과효율을 극대화할 수 있게 된다. 이때 상기 셀갭은 첫 번째 최소점(1st minimum point)을 기준으로 하였고, 가시광선의 중심파장인 λ는 550nm로 계산하였다. 일반적으로 최소점(minimum point)은 그 차수가 증가할수록 셀갭값이 증가하므로 첫 번째 최소점(1st minimum point)이 일반적으로 많이 이용된다.

따라서 일반적인 반사투과형 액정표시장치는 구치-테리(Gooch-tarry) 특성 곡선에 의해 투과부의 투과율이 최적화 된 셀갭을 갖도록 투과부의 셀갭 두께를 결정하고, 반사모드 및 투과모드에서 광효율을 높이기 위해 상기 반사부 또는 투과부 에 단차를 형성함으로써 이중셀갭을 갖도록 하여 반사투과형 액정표시장치를 구성하고 있다. 통상적으로 광학적인 면으로 볼 때 반사부의 셀갭은 투과부 셀갭의 1/2이 되도록 형성되는 것이 일반적이다.

도 3은 전술한 구치-테리 곡선을 이용하여 투과부 및 반사부의 셀갭을 형성한 액정표시장치를 도 1 의 A-A에 따라 절단한 단면도로서, 하부기판인 어레이 기판의 투과부에 투과홀을 형성하여 이중셀갭을 형성한 것을 도시한 것이다.

도시한 바와같이, 하부기판인 어레이 기판(1)과 상부기판인 컬러필터 기판(70)이 상기 두 기판의 화소전극(50)과 공통전극(85) 사이에 액정층(60)을 개재하며 일정간격 이격하여 서로 대향되어 있다.

우선, 어레이 기판(1)에 대해 먼저 설명한다. 투명한 기판(2) 상에는 게이트 전극(6)이 형성되어 있으며, 그 위에 게이트 절연막(10)이 형성되어 있다. 게이트 절연막(10) 하부에는 게이트 전극(6)과 연결된 게이트 배선(미도시)이 더 형성되어 있다. 다음으로, 게이트 전극(6) 상부의 게이트 절연막(10) 위에는 액티브층(13)과 오믹콘택층(16a, 16b)이 차례로 형성되어 있다. 상기 오믹콘택층(16a, 16b) 위에는 소스 및 드레인 전극(23, 26)이 형성되어 있는데, 소스 및 드레인 전극(23, 26)은 게이트 전극(10)과 함께 박막 트랜지스터(T)를 이룬다.

한편, 소스 및 드레인 전극(23, 26)과 같은 물질로 이루어진 데이터 배선(20)이 게이트 절연막(10) 위에 형성되어 있으며, 도면에는 나타나지 않았지만 데이터 배선(20)은 소스 전극(23)과 연결되어 있다. 또한 데이터 배선(20)은 게이트 배선(미도시)과 교차하여 화소(P)를 정의한다.

다음, 상기 박막 트랜지스터(T) 위로 저유전율을 갖는 유기절연물질로 이루어진 제 1 보호층(30)이 형성되어 있다. 이때 상기 제 1 보호층(30)은 투과부(TA)에 대응하여 식각홀(TH)이 형성되어 있어 반사부(RA)의 경계는 단차지게 구성된다. 따라서, 상기 보호층(30)은 투과부(TA)에서는 식각되어 단차를 가지며 식각홀(TH)을 형성하고 있다.

다음, 상기 제 1 보호층(30) 위로 반사율이 좋은 금속물질로 이루어진 반사판(40)이 반사부(RA)에 형성되어 있으며, 상기 반사판(40) 및 노출된 게이트 절연막(10) 위로 무기절연물질로 이루어진 제 2 보호층(45)이 형성되어 있다. 다음, 박막 트랜지스터(T)의 드레인 전극(26) 상부에 형성된 상기 제 1 및 제 2 보호층(30, 45)은 식각되어 드레인 전극(26)을 노출시키는 드레인 콘택홀(55)이 형성되어 있으며, 상기 제 2 보호층(45) 위로 박막 트랜지스터(T)의 드레인 전극(26)과 콘택홀(55)을 통해 접촉하는 투명한 화소전극(50)이 화소(P)별로 형성되어 있다.

다음 컬러필터 기판(70)에 있어서, 투명한 기판(71)의 밑면에는 상기 어레이 기판(1) 상에 구성된 데이터 배선(120)에 대응하여 빛샘을 방지하는 블랙 매트릭스(75)가 형성되어 있다. 상기 블랙매트릭스의 하부에 적, 녹, 청색의 컬러필터(80a, 80b, 80c)가 하부의 어레이 기판(1) 상의 각각의 화소(P)에 대응하며 형성되어 있으며, 그 하부에 상기 컬러필터(80a, 80b, 80c)의 단차를 없애는 동시에, 상기 컬러필터(80a, 80b, 80c)를 보호하는 오버코트층(83)이 형성되어 있다. 다음, 상기 오버코트층(83) 하부에는 투명도전성 물질로 이루어진 공통전극(85)이 기판(71) 전면에 형성되어 있다.

도 4는 이중셀갭을 구현하기 위한 단차를 컬러필터 기판에 형성한 액정표시장치의 단면도이다. 도 3 과 비교하여 변경된 부분만 간단히 설명한다. 도면부호는 도 3과 동일한 부분에 있어서 동일한 번호를 사용하였으며, 차이가 있는 부분만 차별하여 번호를 부여하였다.

도시한 바와같이, 반사부(RA)와 투과부(TA)의 단차를 형성하는 투과홀(TH)을 컬러필터 기판(70)에 무색투명한 화이트 버퍼 패턴(77)를 컬러필터층(80a, 80b, 80c)과 블랙 매트릭스(75) 사이의 반사부(RA)에 형성함으로써 반사부(RA)의 두께를 두껍게하여 단차를 형성함으로써 이중셀갭을 구현하였다.

컬러필터 기판(70)에 대해 조금더 자세히 설명하면, 투명한 기판(71)의 하부에 블랙 매트릭스(75)가 하부의 어레이 기판(1)의 데이터 배선(20)과 대응하여 형성되어 있으며, 상기 블랙 매트릭스(75)를 덮으며 반사부(RA)에 일정한 두께를 가지며 무색투명한 유기물질로 화이트 버퍼 패턴(77)이 형성되어 있다. 다음, 상기 화이트 버퍼 패턴(77) 및 상기 화이트 버퍼 패턴(77) 사이의 노출된 기판(71) 하부에 전면적으로 적, 녹, 청색 컬러필터(80a, 80b, 80c)가 하부 어레이 기판(1)상의 각각의 화소(P)에 대응하며 형성되어 있다. 그 하부에 투명한 도전성 물질로 기판(71) 전면에 공통전극(85)이 형성되어 있다.

전술한 바와 같이, 반사투과형 액정표시장치는 광효율을 높이기 위해 반사부와 투과부의 셀갭을 달리 형성한다.

그러나, 상기 반사부와 투과부의 셀갭을 달리 형성하기 위해 어레이 기판 또는 컬러필터 기판의 투과부와 반사부의 경계를 단차지게 구성하기 위한 식각홀을 어레이 기판 또는 컬러필터 기판의 화소에 형성하기 위해서는 부가공정이 추가되고, 이로 인해 액정표시장치의 제조 비용의 증가 및 구조의 복잡성에서 오는 광 경로차에 의한 시차 등의 화질적인 문제가 발생한다.

본 발명은 위에서 설명한 바와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명은 단일셀갭을 가지면서 광효율이 우수하여 이중셀갭을 구성한 반사투과형 액정표시장치와 동일한 광효율 특성을 갖는 반사투과형 액정표시장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한, 광효율이 우수한 단일셀갭의 반사투과형 액정표시장치를 제공함으로서 이중셀갭 구현을 위한 부가적인 공정을 제거하여 제조 비용을 절감시키는 것을 또 다른 목적으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 실시예에 의한 반사투과형 액정표시장치는 제 1 기판과; 상기 제 1 기판 상에 구성되는 제 1 방향의 게이트 배선과; 상기 게이트 배선과 교차하여 반사부와 투과부를 갖는 화소를 정의하는 제 2 방향의 데이터 배선과; 상기 화소 내에 게이트 배선과 데이터 배선의 교차부분에 구비되는 박막 트랜지스터와; 상기 박막 트랜지스터를 덮으며 형성되는 제 1 보호층과; 상기 제 1 보호층 위로 화소 내의 반사부에 형성되는 반사판과; 상기 반사판 위로 기판 전면에 형성되는 제 2 보호층과; 상기 제 2 보호층 위로 각 화소별로 그 하부의 박막 트랜지스터와 접촉하며 형성되는 화소전극과; 상기 제 1 기판과 일정간격 이격하여 대향되는 제 2 기판과; 상기 제 2 기판 하부에 제 1 기판상의 각 화소별로 각각 대응되며 형성된 적, 녹, 청색의 컬러필터와; 상기 컬러필터 하부에 형성된 공통전극과; 상기 제 1 기판의 화소전극과 제 2 기판의 공통전극 사이에 개재되며, 투과율과 셀갭(액정층 두께)의 관계를 나타내며,

,

로 표현되는 구치-테리 특성 곡선 상의 T=0을 만족하는 다수개의 최소점 중 M번째 최소점에서의 셀갭값을 A라 하고, 상기 M번째 보다 하위 차수인 N번째 최소점에서의 셀갭값의 1/2인 값을 B라 할때, 상기 N번째 최소점에서의 셀갭값의 1/2인 B가 상기 M번째 최소점에서의 셀갭값 A와 차이가 없는 경우, 상기 M번째 최소점에서의 셀갭값 A를 단일 셀갭으로 형성하는 액정층을 포함하여 구성된다.

상기 A값은 구치-테리 특성 곡선 상의 두 번째 최소점에서의 셀갭값인 것이 바람직하다.

본 발명에 의한 반사투과형 액정표시장치의 단일셀갭의 결정방법은

,

로 표현되는 구치-테리 특성 곡선 상의 T=0을 만족하는 다수개의 최소점 중 M번째 최소점에서의 셀갭값을 A라 하고, 상기 M번째 보다 하위 차수인 N번째 최소점에서의 셀갭값의 1/2인 값을 B라 할때, 상기 N번째 최소점에서의 셀갭값의 1/2인 B가 상기 M번째 최소점에서의 셀갭값 A와 차이가 없는 경우, 상기 M번째 최소점에서의 셀갭값 A를 단일셀갭으로 결정하는 것이 특징이다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다.

우선, 도 2의 구치-테리 곡선(Gooch-tarry curve) 그래프를 참조하여 본 발명의 실시예에 의한 반사투과형 액정표시장치의 투과부 및 반사부의 셀갭을 결정하는 것에 대해 설명한다.

구치-테리 곡선(Gooch-tarry curve) 그래프는 액정표시장치의 액정층의 두께 즉, 셀갭에 따른 투과율(T)의 변화를 나타낸 것으로 세로축은 투과율(T)을 나타내고, 가로축은 셀갭(d)의 함수로 이루어진 u값을 나타낸다. 이때 u는 다음과 같이 표현된다.

.......④

이때, d는 셀갭을 △n은 액정의 복굴절 정도를 나타내는 것이며, λ는 가시광선의 중심파장을 나타내는 것으로서 일반적으로 λ=550nm 값을 갖는다.

또한, 구치-테리(Gooch-tarry) 특성 곡선에서 투과율을 나타내는 T는 다음과 같이 표현된다.

....... ⑤

따라서, 전술한 식⑤로 표현되는 투과율(T)은 도2에 있어 NB(normally black)모드를 나타내는 곡선으로 나타나며, NW(normally white)모드를 나타내는 곡선은 1-T의 값들을 연결한 것이다.

전술한 수식(⑤)으로 이루어지는 구치-테리 곡선(Gooch-tarry curve) 그래프(도 2)에 있어서, NB모드 곡선상에는 최소점(minimum point)을 이루는 포인트가 무수히 존재하게 됨을 알 수 있다. 상기 최소점(minimum point)들은 NB모드인 경우 투과율이 0이 되므로 최소의 휘도를 갖게 되며, 반대로 NW모드인 경우 휘도를 최대가 되게하는 포인트가 된다. 따라서 전술한 최소점을 이루는 포인트에서의 셀갭 값으로 셀갭을 형성하면 광효율이 최적화된 액정표시장치를 만들 수 있다.

이때 투과율(T)이 0이 되게하여 최소점을 형성하는 u값들 중 그 크기가 가장 작은 값을 갖는 포인트를 첫 번째 최소점(1st minimum point)이라고 하고 계속하여 두 번째, 세 번째 최소점(2nd, 3rd minimum point)으로 명명한다.

다음, 전술한 다수의 최소점(minimum point)에 있어서는 동일한 광효율의 특성을 갖는다는 사실과 일반적으로 우수한 광효율을 특성을 갖는 반사투과형 액정표시장치를 제작할 때 투과부의 셀갭을 반사부 셀갭의 두 배가 되도록 형성한다는 것으로부터 구치-테리(Gooch-tarry) 곡선 상의 하위의 어느 N번째 최소점(Nth minimum point)을 갖는 투과모드 셀갭이 상위의 특정한 M번째의 최소점(Mth minimum point)에서 반사부의 셀갭과 일치한다면 하나의 셀갭을 형성하여도 투과, 반사 각각의 모드에서 광효율 특성이 우수한 단일셀갭의 액정표시장치를 제조할 수 있다는 사실을 유추할 수 있다.

식⑤로부터 T=0을 만족하는 최소점(minimum point)들의 u값과 상기 u값을 식④에 대입하여 그 때의 셀갭(dt, dr)값을 구하면,

첫 번째 최소점 :

, dt1 = 5.088㎛, dr1 = 2.544㎛

두 번째 최소점 :

, dt2 = 11.377㎛, dr2 = 5.689㎛

세 번째 최소점 :

, dt3 = 17.379㎛, dr3 = 8.689㎛

네 번째 최소점 :

, dt4 = 23.316㎛, dr4 = 11.685㎛

다섯 번째 최소점 :

, dt5 = 29.2287㎛, dr5 = 14.614㎛

이 된다. 구치-테리(Gooch-tarry) 특성 곡선 그래프에 있어서 최소점은 무수히 많이 존재하지만 첫 번째에서 다섯 번째까지의 최소점과 그 최소점에서의 셀갭값만을 나타내었으며, 가시광선의 중심파장(λ)은 550nm, 액정의 복굴절 정도(△n)는 0.0936(Merk사의 ML-0018)로 계산하였다.

이때, 상기 dt1 내지 dt5는 구치-테리(Gooch-tarry) 특성 곡선에 있어 투과율 T=0을 만족시키는 각각의 최소점(1st 내지 5th minimum point)에서의 투과부의 셀갭을 나타내고, dr1 내지 dr5는 최소점에서의 반사부 셀갭을 나타낸 것으로 상기 각 최소점(1st 내지 5th minimum point)에서의 투과부 셀갭(dt1 내지 dt5)값을 반으로 나눈 값을 나타낸 것이다.

투과율 T=0을 만족하는 상기 다수개의 최소점(minimum point)중에서 임의로 선택한 하나의 최소점에서의 투과부 셀갭값이 임의의 최소점에서의 반사부 셀갭값과 같거나 그 차이가 거의 없다면, 상기 투과부 셀갭값은 투과부에서 광효율을 최대로 하며, 동시에 반사부에서도 광효율을 최대로 한다. 따라서 전술한 바와같이 결정한 상기 투과부 셀갭값을 갖는 반사투과형 액정표시장치는 단일셀갭으로 구성되면서도 반사모드 및 투과모두에서 모두 광효율 저하가 없는 우수한 품질의 반사 투과형 액정표시장치가 된다. 전술한 투과부 및 반사부에서 광효율을 최대로하는 셀갭은 계산상으로 무수히 많이 있으나, 이들중 가장 작은 셀갭값을 단일셀갭으로 구성하여 반사투과형 액정표시장치를 제조하는 것이 바람직하다.

예를들어 상기 계산된 값들을 참조하면, 두 번째 최소점(2nd minimum point)에서 결정되는 투과부 셀갭(dt2)은 11.377㎛이고, 이 값은 네 번째 최소점(4th minimum point)에서의 반사부 셀갭(dr4)값인 11.685㎛와 거의 차이가 없음을 알 수 있다. 따라서, 상기 구치-테리(Gooch-tarry) 특성 곡선상의 두 번째 최소점에서의 투과부의 셀갭(dt2=11.377㎛)을 단일셀갭으로 반사투과형 액정표시장치를 구성하면 하나의 셀갭으로 투과, 반사 각각의 모드에 광효율 특성이 우수한 액정표시장치가 된다.

도 5는 본 발명에 의한 광효율 저하가 일어나지 않는 단일셀갭의 반사투과형 액정표시장치의 단면도이다.

도시한 바와같이, 하부기판인 어레이 기판(100)과 상부기판이 컬러필터 기판(170)과 상기 두 기판 사이에 액정층(160)이 형성되어 있다. 이때 상기 액정층(160)의 두께 즉 셀갭(dr, dt)의 두께는 전술한 구치-테리(Gooch-Tarry) 특성 곡선에 의해 반사모드 및 투과모드 구동시 각 모드에서 광효율이 저하되지 않고 최적의 상태를 유지할 수 있도록 구치-테리(Gooch-Tarry) 곡선 상의 두 번째 최소점(2nd minimum point)에서 그 셀갭(dt)이 결정된 것이다. 구치-테리(Gooch-Tarry) 곡선상의 두 번째 최소점(2nd minimum point)에서 결정된 셀갭(dt)은 네 번째 최소점에서의 반사부 셀갭(dr)과 거의 차이가 없으므로 단일셀갭을 형성하여도 투과모 드 및 반사모드에서 광효율 저하가 발생하지 않는다.

우선, 어레이 기판(100)에 있어서, 투명한 기판(101) 상에 게이트 전극(106)과 액티브층(113)과 오믹콘택층(116a, 116b)과 소스 및 드레인 전극(123, 126)으로 구성되는 박막 트랜지스터(T)가 도면에 나타나지 않았지만, 제 1 방향의 게이트 배선 및 제 2 방향의 데이터 배선(120)의 교차로 정의되는 화소(P)내의 상기 두 배선의 교차 지점에 형성되어 있다. 상기 게이트 전극(106) 위로는 기판(101) 전면에 게이트 절연막(110)이 형성되어 있다. 상기 게이트 절연막(110) 위로 데이터 배선(120)이 형성되어 있으며, 상기 데이터 배선(120) 및 박막 트랜지스터(T) 위로 유기절연물질로 제 1 보호층(130)이 형성되어 있다. 그 위로 각 화소(P)내의 반사부(RA)에 반사효율이 뛰어난 금속물질로 반사판(140)이 형성되어 있으며, 상기 반사부(RA)의 반사판(140) 및 투과부(TA)의 제 1 보호층(130) 위로 제 2 보호층(145)이 형성되어 있으며, 그 위로 각 화소(P)별로 투명도전성 물질로 이루어진 화소전극(150)이 형성되어 있다. 상기 화소전극은 드레인 콘택홀(155)을 통해 박막 트랜지스터(T)의 드레인 전극(126)과 접촉하고 있다.

다음, 컬러필터 기판(170)에 있어서, 투명한 기판(171)상에 금속성 또는 수지성의 블랙 매트릭스(175)가 하부 어레이 기판(100)상의 데이터 배선(120)과 대응하며 형성되어 있고, 그 하부에 적, 녹, 청색 컬러필터(180a, 180b, 180c)가 상기 블랙 매트릭스(175)를 덮으며 각 화소(P)에 대응하여 형성되어 있으며, 그 하부에 오버코트층(183)이 기판(171) 전면에 형성되어 있다. 다음, 상기 오버코트층(183) 하부에 투명도전성 물질로 이루어진 공통전극(185)이 기판(171) 전면에 형성되어 있다.

본 발명의 실시예에 따른 반사투과형 액정표시장치는 구치-테리(Gooch-tarry) 특성 곡선 그래프에서 광효율(투과율, 반사율)을 최대로 하는 최소점 중에서 반사모드 및 투과모드를 동시에 만족시키는 최소점을 결정하여 단일셀갭으로 반사투과형 액정표시장치를 구현함으로서 단일셀갭을 가지며 광효율 특성이 뛰어난 반사투과형 액정표시장치를 제공할 수 있다.

또한 반사부와 투과부의 셀갭을 달리 형성하기 위해 어레이 기판 또는 컬러필터 기판상에 형성하는 투과홀 등을 단차구현을 위한 부가적인 공정을 삭제함으로서 제조 비용을 절감하는 효과가 있다.

Claims

제 1 기판과;

상기 제 1 기판 상에 구성되는 제 1 방향의 게이트 배선과;

상기 게이트 배선과 교차하여 반사부와 투과부를 갖는 화소를 정의하는 제 2 방향의 데이터 배선과;

상기 화소 내에 게이트 배선과 데이터 배선의 교차부분에 구비되는 박막 트랜지스터와;

상기 박막 트랜지스터를 덮으며 형성되는 제 1 보호층과;

상기 제 1 보호층 위로 화소 내의 반사부에 형성되는 반사판과;

상기 반사판 위로 기판 전면에 형성되는 제 2 보호층과;

상기 제 2 보호층 위로 각 화소별로 그 하부의 박막 트랜지스터와 접촉하며 형성되는 화소전극과;

상기 제 1 기판과 일정간격 이격하여 대향되는 제 2 기판과;

상기 제 2 기판 하부에 제 1 기판상의 각 화소별로 각각 대응되며 형성된 적, 녹, 청색의 컬러필터와;

상기 컬러필터 하부에 형성된 공통전극과;

상기 제 1 기판의 화소전극과 제 2 기판의 공통전극 사이에 개재되며, 투과율과 셀갭(액정층 두께)의 관계를 나타내며,
,
로 표현되는 구치-테리 특성 곡선 상의 T=0을 만족하는 다수개의 최소점 중 M번째 최소점에서의 셀갭값을 A라 하고, 상기 M번째 보다 하위 차수인 N번째 최소점에서의 셀갭값의 1/2인 값을 B라 할때, 상기 N번째 최소점에서의 셀갭값의 1/2인 B가 상기 M번째 최소점에서의 셀갭값 A와 차이가 없는 경우, 상기 M번째 최소점에서의 셀갭값 A를 단일 셀갭으로 형성하는 액정층

을 포함하여 구성되는 반사투과형 액정표시장치.
제 1 항에 있어서,

상기 A값은 구치-테리 특성 곡선 상의 두 번째 최소점에서의 셀갭값인 반사투과형 액정표시장치.
,
로 표현되는 구치-테리 특성 곡선 상의 T=0을 만족하는 다수개의 최소점 중 M번째 최소점에서의 셀갭값을 A라 하고, 상기 M번째 보다 하위 차수인 N번째 최소점에서의 셀갭값의 1/2인 값을 B라 할때, 상기 N번째 최소점에서의 셀갭값의 1/2인 B가 상기 M번째 최소점에서의 셀갭값 A와 차이가 없는 경우, 상기 M번째 최소점에서의 셀갭값 A를 단일셀갭으로 하는 반사투과형 액정표시장치의 셀갭 결정 방법.