KR101398556B1 - 반투과형 액정 표시 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 투과 영역 및 반사 영역의 액정을 단일 모드로 배열하면서도 표시 특성이 향상된 반투과형 액정 표시 장치에 관한 것이다.
본 발명에 따른 반투과형 액정 표시 장치는 제1 절연 기판 상에 형성되는 박막 트랜지스터, 상기 박막 트랜지스터 상에 와이어 그리드(Wire-grid) 편광판으로 형성되는 제1 편광판, 상기 제1 편광판 상에 형성되는 제1 액정 배향막을 포함하여 형성되는 박막 트랜지스터 기판, 상기 박막 트랜지스터 기판과 대향되며, 제2 절연 기판 상에 형성되는 컬러 필터, 상기 제2 절연 기판 하부에 형성되는 제2 편광판, 상기 컬러 필터 상에 형성되는 공통 전극, 상기 공통 전극 상에 형성되는 제2 액정 배향막을 포함하여 형성되는 컬러 필터 기판, 상기 박막 트랜지스터 기판 및 상기 컬러 필터 기판 사이에 내재되는 액정, 및 상기 제2 편광판을 통해 편광된 빛의 위상을 변화시키며, 투과 영역 및 반사 영역으로 구분되는 위상차층을 포함한다.

Description

반투과형 액정 표시 장치{TRANSFLECTIVE TYPE LIQUID CRYSTAL DISPLAY DEVICE}
본 발명은 반투과형 액정 표시 장치에 관한 것으로, 특히 투과 영역 및 반사 영역의 액정을 단일 모드로 배열하면서도 표시 특성이 향상된 반투과형 액정 표시 장치에 관한 것이다.
표시 장치는 일반적으로 투과형과 반사형으로 구분되며 투과형 표시 장치는 내부광인 백라이트(Backlight)를 사용하여 어두운 실내에서도 사용이 가능한 반면, 전력 소비가 크고 야외에서는 태양광 등과 같은 외부광에 의한 반사 때문에 화질이 떨어지는 단점이 있다. 반사형 표시 장치는 백라이트를 사용하지 않으므로 전력 소비가 적고, 야외에서는 투과형보다 우수한 화질을 구현할 수 있는 장점이 있으나, 어두운 실내에서는 사용이 불가능한 단점이 있다. 따라서, 최근 고품질의 화상정보를 실내외 어디서든지 활용 가능한 반투과형 표시 장치(Transflective Type Display Device)에 관한 연구가 활발하게 이루어지고 있다.
반투과형 표시 장치의 표시 패널은 하나의 화소 영역 내에 외부광을 이용하여 화면을 표시하는 반사 영역 및 내부광을 이용하여 화면을 표시하는 투과 영역을 포함한다. 일반적으로 하부 기판에 형성되는 화소 전극이 불투명 전극으로 사용되는 영역은 반사 영역, 화소 전극이 투명 전극으로 사용되는 영역은 투과 영역으로 구분된다.
종래 반투과형 표시 장치는 반사 영역과 투과 영역의 액정 두께를 달리하여 광학적 이방성을 보상하기 때문에 표시 장치의 제작 공정이 복잡하고 생산 원가가 높다. 또한, 반사 영역과 투과 영역의 액정 두께를 같게 하고 두 영역에서 액정 배향을 다르게 한 다중 모드(Multi-mode) 반투과형 표시 장치에 관한 연구가 이루어지고 있다. 그러나, 다중 모드 반투과형 표시 장치는 반사 영역과 투과 영역에서 서로 다른 액정 모드를 사용함으로써 제조 공정이 복잡하여, 두 영역에서 광학적 특성 및 응답속도가 상이한 점 등의 문제가 발생한다.
따라서, 최근 반사 영역과 투과 영역의 액정 두께를 동일하게 하고 두 영역에서의 액정 배향 역시 동일하게 한 단일 모드(Single-mode) 반투과형 표시 장치에 관한 연구가 활발히 이루어지고 있다. 이러한 반투과형 표시 장치는 동일한 액정 모드를 사용함으로써, 제조 공정이 단순하고 두 영역에서 광학적 특성이 동일한 장점이 있지만, 반사 영역에서의 반사도 및 투과 영역에서의 투과도 손실이 발생하므로 입사광에 대한 광효율이 감소되는 문제점이 있다.
따라서, 본 발명의 기술적 과제는 투과 영역 및 반사 영역의 액정을 단일 모드로 배열하여 제조 공정을 단순화할 수 있을 뿐만 아니라 반사 영역에서의 반사도 및 투과 영역에서의 투과도 손실을 방지하여 표시 특성이 향상된 반투과형 액정 표시 장치를 제공하는데 있다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위하여 본 발명의 반투과형 액정 표시 장치는 제1 절연 기판 상에 형성되는 박막 트랜지스터; 상기 박막 트랜지스터 상에 와이어 그리드(Wire-grid) 편광판으로 형성되는 제1 편광판; 상기 제1 편광판 상에 형성되는 제1 액정 배향막을 포함하여 형성되는 박막 트랜지스터 기판; 상기 박막 트랜지스터 기판과 대향되며, 제2 절연 기판 상에 형성되는 컬러 필터; 상기 제2 절연 기판 하부에 형성되는 제2 편광판; 상기 컬러 필터 상에 형성되는 공통 전극; 상기 공통 전극 상에 형성되는 제2 액정 배향막을 포함하여 형성되는 컬러 필터 기판; 상기 박막 트랜지스터 기판 및 상기 컬러 필터 기판 사이에 내재되는 액정; 및 상기 제2 편광판을 통해 편광된 빛의 위상을 변화시키며, 투과 영역 및 반사 영역으로 구분되는 위상차층을 포함하여 형성될 수 있다.
상기 위상차층의 상기 투과 영역은, 입사되는 광의 일축 성분이 타축 성분에 비해 1/2 파장의 위상차를 가지는 이방성 위상차층으로 형성되며, 상기 반사 영역 은, 입사되는 광의 일축 성분과 타축 성분이 위상차를 갖지않는 등방성 위상차층으로 형성될 수 있다.
상기 위상차층은 상기 박막 트랜지스터 및 상기 제1 액정 배향막 사이에 형성될 수 있다.
상기 위상차층은 상기 공통 전극 및 상기 제2 액정 배향막 사이에 형성될 수 있다.
상기 위상차층은 상기 제2 편광판 및 상기 제2 절연 기판 사이에 형성될 수 있다.
상기 액정은 상기 투과 영역 및 상기 반사 영역에서 동일하게 배향되는 단일 모드로 형성될 수 있다.
상기 액정은 수평 배향 모드로 배열될 수 있다.
상기 액정은 수직 배향 모드로 배열될 수 있다.
상기 액정은 꼬인 네마틱(Twisted Nematic) 모드로 배열될 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 반투과형 액정 표시 장치는 하나의 화소 내에서 투과 영역 및 반사 영역의 액정을 단일 모드로 배열하고, 와이어 그리드 편광판을 사용하여 광의 투과 영역에서의 투과 효율 및 반사 영역에서의 반사 효율을 향상시킬 수 있다.
따라서, 이러한 반투과형 표시 장치는 동일한 액정 모드를 사용함으로써 제 조 공정이 단순하며, 두 영역에서 광학적 특성을 동일하게 유지할 수 있고, 반사 영역에서의 반사도 및 투과 영역에서의 투과도 손실이 발생하는 것을 방지하여 입사광에 대한 광효율을 향상시킬 수 있다.
상기 기술적 과제 외에 본 발명의 다른 기술적 과제 및 이점들은 첨부 도면을 참조한 본 발명의 바람직한 실시예에 대한 설명을 통하여 명백하게 드러나게 될 것이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예들을 도 1 내지 도 13을 참조하여 상세하게 설명하기로 한다.
본 발명은 반투과형 액정 표시 장치에 관한 것으로 하나의 화소에 투과 영역(TA) 및 반사 영역(RA)이 포함된다. 이하에서는 투과 영역(TA) 및 반사 영역(RA)을 도면에 도시된 바와 같이 음영을 달리하는 것으로 구분하여 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 반투과형 액정 표시 장치를 나타낸 분해 사시도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 반투과형 액정 표시 장치는 박막 트랜지스터 기판(40), 컬러 필터 기판(100) 및 상기 두 기판(40,100) 사이에 내재된 액정(30)을 포함한다.
상기 액정(30)은 유전율 이방성 및 굴절률 이방성을 갖는 물질로 이루어지며, 액정(30)층의 두께는 특별히 한정되는 것은 아니지만, 입사하는 빛의 파장에 대해 1/2인 것이 바람직하다. 이러한 액정(30)은 박막 트랜지스터 기판(40)에 형성되는 화소 전극(90)으로부터의 화소 전압과 컬러 필터 기판(100)에 형성되는 공통 전극(140)으로부터의 공통 전압의 차이에 의해 회전하여 광투과량을 조절한다.
상기 박막 트랜지스터 기판(40)은 제1 절연 기판(10) 상에 서로 교차하게 형성된 게이트 라인(62)과 데이터 라인(72), 그 교차부에 인접한 박막 트랜지스터(80) 및 그 교차 구조로 마련된 화소 영역에 형성된 화소 전극(90) 등을 포함한다.
박막 트랜지스터(80)는 게이트 라인(62)으로부터 공급되는 스캔 신호에 응답하여 데이터 라인(72)으로부터 공급되는 데이터 전압을 화소 전극에 공급한다. 이를 위해 박막 트랜지스터(80)는 게이트 전극, 소스 전극, 드레인 전극, 활성층 및 오믹 콘택층 등을 포함한다.
화소 전극(90)은 박막 트랜지스터(80)로부터 공급된 데이터 전압에 따라 화소 전압을 충전하여 컬러 필터(130)를 포함하는 컬러 필터 기판(100)에 형성되는 공통 전극과 전위차를 발생시키게 된다. 이 전위차에 의해 박막 트랜지스터 기판(40)과 컬러 필터 기판(100) 사이에 위치하는 액정(30)이 유전율 이방성에 의해 회전하게 되며 백라이트 어셈블리로부터 화소 전극(90)을 경유하여 입사되는 광량을 조절하여 컬러 필터 기판(100) 쪽으로 투과된다.
박막 트랜지스터(80)가 형성된 제1 절연 기판(10) 상에 제1 편광판(60), 위 상차층(70) 및 제1 액정 배향막(50)이 형성된다.
제1 편광판(60)은 와이어 그리드(Wire-grid) 편광판이 사용된다. 와이어 그리드 편광판은 와이어의 배열 방향에 수직으로 입사되는 빛은 투과되고, 수평으로 입사되는 빛은 반사되는 특징이 있다. 따라서, 편광판 및 반사판의 역할을 동시에 수행할 수 있다.
위상차층(70)은 입사되는 선형 편광을 90°만큼 회전한 선편광으로 위상을 변화시키거나, 입사되는 광의 일축 성분을 타축 성분에 비해 1/10 파장에서부터 1/2 파장 사이에서 선택되는 어느 하나의 파장만큼 위상을 변화시킬 수 있는데, 대표적으로 1/2 파장만큼 위상을 변화시킬 수 있다. 위상차층(70)은 1/2 파장의 이방성인 투과 영역(TA)의 위상차층(70a)과 0 파장의 등방성인 반사 영역(RA)의 위상차층(70b)으로 구분된다. 또한 투과 영역(TA)의 위상차층(70a)은 박막 트랜지스터 기판(40)에 포함되는 제1 편광판(60)의 방향과 45°방향을 갖는다. 따라서, 투과 영역(TA)에서의 위상 변화축은 광이 위상차층(70a)을 통과할 때, 위상 변화축에 평행하게 진동하는 광의 속도를, 위상 변화축에 직교하는 광의 속도와 다르게 변화시켜, 광의 일축 성분을 타축 성분에 비해 1/2 파장만큼 위상을 변화시킨다.
이러한 위상차층(70)은 종래에는 광배향법을 사용하여 형성하였으나, 본 실시예에서는 마스크를 이용한 패터닝 방법에 의해 형성될 수 있다. 여기서, 위상차층(70)의 제조 방법에 대해 간략히 설명하기로 한다.
유리 기판 상에 코팅을 통하여 배향막을 형성한 후, 배향막 전체를 동일한 방향으로 배향한다. 이때 배향막은 러빙을 위한 폴리이미드(Polyimide; PI) 또는 광배향을 위한 광배향막 등이 사용될 수 있다. 구체적으로, JALS 146-50(JSR, Japan)이 사용될 수 있다. 상기와 같이 형성된 배향막 상에 경화성 액정층을 형성한 후, 메탈 마스크(Metal Mask)를 사용하여 자외선을 조사시켜 경화성 액정층의 일부를 경화시킨다. 그런 다음 200℃ 이상의 열을 가하여 경화되지 않은 액정층이 등방성을 가지도록 한 상태로 액정층 전체를 다시 한번 자외선을 이용하여 경화시킴으로써 이방성 및 등방성을 가지는 위상차층을 형성할 수 있다.
컬러 필터 기판(100)은 제2 절연 기판(110) 상에 빛샘 방지를 위한 블랙 매트릭스, 컬러 구현을 위한 컬러 필터(130), 화소 전극(90)과 수직 전계를 이루는 공통 전극(140)을 포함한다. 그리고 공통 전극(140) 상에는 액정 배향을 위한 제2 액정 배향막(150)이 형성된다. 또한, 컬러 필터 기판(100)은 제2 절연 기판(110)의 외향면에 제2 편광판(160)을 포함한다.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 반투과형 액정 표시 장치를 나타내는 분해 사시도이다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 제1 실시예에 따른 반투과형 액정 표시 장치의 액정(30)은 양의 유전율을 가지는 액정(30)을 사용하여 수평 배향 구조를 가지는 경우이다. 여기서, 제1 편광판(60) 및 제2 편광판(160)의 편광 방향은 수직 방향이다. 또한 제1 액정 배향막(50) 및 제2 액정 배향막(150)의 배향 방향은 180°로 서로 평행한 배향 방향을 가진다.
이하, 도 3 및 도 4에서는 본 발명의 제1 실시예에 따른 반투과형 액정 표시 장치의 광의 편광 상태에 따른 동작 원리에 대해 설명하기로 한다.
도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 반투과형 표시 장치의 화이트(White) 이미지를 위한 동작 원리를 설명하기 위한 분해 사시도이다. 여기서 액정(30)은 전압이 인가되지 않은 상태를 나타낸다.
도 3을 참조하면, 반사 영역(RA)은 외부에서 입사되는 광이 제2 편광판(160)을 통과하여 0°의 선편광을 가지는 광이 액정(30)을 통과하여 90°회전한 선편광이 나타나고 등방성의 위상차층(70b)에서 별도의 위상 변화가 없으므로 90°선편광이 제1 편광판(60)에서 위상 변화없이 반사된다. 이는 다시 등방성 위상차층(70b)과 액정(30)을 통과하여 액정(30)층에서만 90°회전하는 위상 변화에 따라 다시 0°의 선편광으로 변화하여 제2 편광판(160)으로 통과하게 된다.
한편, 투과 영역(TA)은 제1 편광판(60)의 투과축 방향은 0°이고, 제2 편광판(160)의 투과축 방향은 0°이다. 또한, 액정(30)은 전압을 인가하지 않은 상태에서 선형 편광을 파장의 1/2 위상차층(70a)에 의해 90°회전한 선편광으로 변화시키며, λ/2 위상차를 가지는 액정(30)에 의해 90°회전하여 제1 편광판(60)으로 입사되는 0°의 선편광과 동일한 0°의 선편광을 갖는다. 따라서, 0°의 제2 편광판(160)을 통과하므로, 투과 영역(TA) 및 반사 영역(RA) 모두 화이트 이미지를 나타낸다.
도 4는 본 발명의 제1 실시예에 따른 반투과형 액정 표시 장치의 블 랙(Black) 이미지를 위한 동작 원리를 설명하기 위한 분해 사시도이다. 여기서 액정(30)은 전압이 인가된 상태를 나타낸다.
도 4를 참조하면, 반사 영역(RA)은 액정(30)이 전압 인가에 의하여 수직 배향되므로 이방성을 가지지 않기 때문에, 외부에서 입사되는 광이 제1 편광판(60)을 통과하여 0°의 선편광을 가지는 광이 액정(30)과 등방성의 위상차층(70b)을 통과할 때 위상 변화가 없으므로 0°의 선편광이 된다. 이는 제2 편광판(160)에서 반사되지 않고 통과된다.
한편, 투과 영역(TA)은 제1 편광판(60)의 0°투과축 방향으로 투과된 외부광은 액정(30)에 전압이 인가되어 위상 변화가 없으므로 λ/2 위상차층(70a)에 의해 90°회전한 선편광이 제1 편광판(60)으로 투과되지 못한다. 따라서, 투과 영역(TA) 및 반사 영역(RA) 모두 블랙 이미지를 나타낸다.
중간 계조 이미지는 액정(30)에 인가되는 전압의 크기를 조정함으로써 얻을 수 있다. 통상, 화이트 이미지를 얻기 위해 인가되는 전압과 블랙 이미지를 얻기 위해 인가되는 전압 사이의 전압을 인가함으로써 중간 계조의 이미지를 얻을 수 있다.
도 5는 본 발명의 제1 실시예에 따른 반투과형 액정 표시 장치의 전압에 따른 투과도 및 반사도를 나타내는 그래프이다.
도 5에 도시된 바와 같이 본 발명의 제1 실시예에 따른 반투과형 표시 장치는 전압 변화에 따른 투과 영역의 투과도 및 반사 영역의 반사도를 기준 투과도 및 기준 반사도와 비교한 결과는 각각 동일한 그래프 형태를 나타낸다. 여기서, 기준 투과도 및 기준 반사도는 액정을 적용하지 않은 상태에서 편광 작용에 의한 빛의 투과도 및 반사도를 나타낸 것이다. 한편, 측정 투과도 및 측정 반사도는 본 발명의 제1 실시예에 따라 양의 유전율 이방성을 가지며, 수평 배향된 액정을 적용한 상태에서 편광 작용에 의한 빛의 투과도 및 반사도를 나타낸 것이다.
도 6은 본 발명의 제2 실시예에 따른 반투과형 액정 표시 장치를 나타낸 분해 사시도이다.
도 6을 참조하면, 본 발명의 제2 실시예에 따른 반투과형 액정 표시 장치의 액정(30)은 음의 유전율을 가지는 액정(30)을 사용하여 수직 배향 구조를 가지는 경우이다. 여기서, 제1 편광판(60) 및 제2 편광판(160)의 편광 방향은 수직 방향이다. 또한 제1 액정 배향막(50) 및 제2 액정 배향막(150)의 배향 방향은 수직 배향막이 사용된다.
이하, 도 7 및 도 8에서는 본 발명의 제2 실시예에 따른 반투과형 액정 표시 장치의 광의 편광 상태에 따른 동작 원리에 대해 설명하기로 한다.
도 7은 본 발명의 제2 실시예에 따른 반투과형 액정 표시 장치의 블랙(Black) 이미지를 나타내기 위한 동작 원리를 설명하기 위한 도면이다. 여기서 액정(30)은 전압이 인가되지 않은 상태를 나타낸다.
도 7을 참조하면, 액정(30)에 전압이 인가되지 않은 경우 액정(30)은 수직 배향되므로 광이방성을 가지지 않기 때문에, 별도의 위상 변화를 가지지 않는다. 반사 영역(RA)에서는 제2 편광판(160)을 통과하여 0°의 선편광을 가지는 광이 액정(30)과 등방성의 위상차층(70b)을 통과할 때 위상 변화가 없으므로 0°의 선편광이 된다. 이는 제1 편광판(60)에서 반사되지 않고 통과된다.
한편, 투과 영역(TA)은 제1 편광판(60)의 0°투과축 방향으로 투과되는 외부광은 λ/2 위상차층(70a)에 의해 90°회전한 선편광이 액정(30) 통과시 별도의 위상 변화가 없이 90°선편광 상태이므로 제2 편광판(160)으로 투과되지 못한다. 따라서 투과 영역(TA) 및 반사 영역(RA) 모두 블랙 이미지를 나타낸다.
도 8은 본 발명의 제2 실시예에 따른 반투과형 액정 표시 장치의 화이트(White) 이미지를 나타내기 위한 동작 원리를 설명하기 위한 도면이다. 여기서 액정(30)은 전압이 인가된 상태를 나타낸다.
도 8을 참조하면, 액정(30)에 전압이 인가되어 수평 배향된 액정(30)은 파장의 1/2의 위상 변화를 가진다. 반사 영역(RA)은 외부에서 입사되는 광이 제2 편광판(160)을 통과하여 0°의 선편광을 가진 광이 액정(30)에 의해 90°회전한 선편광이 나타나고 등방성의 위상차층(70b)에서 별도의 위상 변화가 없으므로 90°선편광이 제1 편광판(60)에서 위상 변화없이 반사된다. 이는 다시 등방성 위상차층(70b)과 액정(30)을 통과하여 액정(30)에서만 90°회전하는 위상 변화에 따라 다시 0°의 선편광으로 변화하여 제2 편광판(160)으로 통과된다.
투과 영역(TA)은 제1 편광판(60)의 투과축 방향은 0°이고, 제2 편광판(160) 의 투과축 방향은 0°이다. 이는 파장의 1/2 위상차층(70a)에 의해 90°회전한 선편광으로 변화시키며, λ/2 위상차를 갖는 액정(30)에 의해 90°회전하여 제1 편광판(60)으로 입사되는 0°의 선편광과 동일한 0°의 선편광을 가진다. 이는 0°의 제2 편광판(160)으로 통과되므로, 투과 영역(TA) 및 반사 영역(RA) 모두 화이트 이미지를 나타낸다.
한편, 중간 계조 이미지는 액정(30)에 인가되는 전압의 크기를 조정함으로써 얻을 수 있다. 통상, 화이트 이미지를 얻기 위해 인가되는 전압과 블랙 이미지를 얻기 위해 인가되는 전압 사이의 전압을 인가함으로써 중간 계조의 이미지를 얻을 수 있다.
도 9는 본 발명의 제2 실시예에 따른 반투과형 액정 표시 장치의 전압에 다른 투과도 및 반사도를 나타내는 그래프이다.
도 9에 도시된 바와 같이 본 발명의 제2 실시예에 따른 반투과형 표시 장치는 전압 변화에 따른 투과 영역의 투과도 및 반사 영역의 반사도를 기준 투과도 및 기준 반사도와 비교한 결과는 각각 동일한 그래프 형태를 나타낸다. 여기서, 기준 투과도 및 기준 반사도는 액정을 적용하지 않은 상태에서 편광 작용에 의한 빛의 투과도 및 반사도를 나타낸 것이다. 한편, 측정 투과도 및 측정 반사도는 본 발명의 제2 실시예에 따라 음의 유전율 이방성을 가지며, 수직 배향된 액정을 적용한 상태에서 편광 작용에 의한 빛의 투과도 및 반사도를 나타낸 것이다.
도 10은 본 발명의 제3 실시예에 따른 반투과형 액정 표시 장치를 나타낸 분해 사시도이다.
도 10을 참조하면, 본 발명의 제3 실시예에 따른 반투과형 액정 표시 장치의 액정(30)은 양의 유전율을 가지는 액정(30)을 사용하며 꼬인 네마틱 구조(Twisted Nematic; TN)를 가지는 경우이다. 여기서, 제1 편광판(60) 및 제2 편광판(160)은 180°평행한 편광 방향을 가진다. 또한 제1 액정 배향막(50) 및 제2 액정 배향막(150)의 배향 방향은 서로 직교하는 형태이다.
이하, 도 11 및 도 12에서는 본 발명의 제3 실시예에 따른 반투과형 액정 표시 장치의 광의 편광 상태에 따른 동작 원리에 대해 설명하기로 한다.
도 11은 본 발명의 제3 실시예에 따른 반투과형 액정 표시 장치의 블랙(Black) 이미지를 나타내기 위한 동작 원리를 설명하기 위한 도면이다. 여기서 액정(30)은 전압이 인가되지 않은 상태를 나타낸다.
도 11을 참조하면, 액정(30)에 전압이 인가되지 않은 경우 액정(30)은 TN 배향 구조를 가지고 있어 파장의 1/2 위상 변화를 가지게 된다. 반사 영역(RA)에서는 제2 편광판(160)으로 통과되는 90°의 선편광을 가진 광이 액정(30)을 통과하여 90°회전되어 0°의 편광 성분을 가지는 선편광을 나타내고 등방성의 위상차층(70b)을 통과할 때 위상 변화가 없으므로 0°의 선편광이 된다. 이는 제1 편광판(60)에서 반사되지 않고 통과된다.
투과 영역(TA)은 제1 편광판(60)의 0°투과축 방향으로 투과되는 외부광은 λ/2 위상차층(70a)에 의해 90°회전한 선편광이 액정(30) 통과시 추가로 90°회전되어 0°선편광 상태이므로 제2 편광판(160)으로 투과되지 못한다. 따라서, 투과 영역(TA) 및 반사 영역(RA) 모두 블랙 이미지를 나타낸다.
도 12는 본 발명의 제3 실시예에 따른 반투과형 액정 표시 장치의 화이트(White) 이미지를 나타내기 위한 동작 원리를 설명하기 위한 도면이다. 여기서 액정(30)은 전압이 인가된 상태를 나타낸다.
도 12를 참조하면, 액정(30)에 전압이 인가되어 수직 배향된 액정(30)은 위상 변화를 가지지 않는다. 반사 영역(RA)은 외부에서 입사되는 광이 제2 편광판(160)으로 통과되어 90°선편광을 가진 광이 액정(30)을 통과하여 등방성의 위상차층(70b)에서 별도의 위상 변화가 없으므로 90°선편광이 제1 편광판(60)에서 위상 변화없이 반사된다. 이는 다시 등방성 위상차층(70b)과 위상 변화없는 액정(30)을 통과하여 90°를 유지한 선편광으로 제2 편광판(160)으로 통과된다.
투과 영역(TA)은 제1 편광판(60)의 투과축 방향은 0°이고, 제2 편광판(160)의 투과축 방향은 90°이다. 이는 제1 편광판(60)으로 통과되어 0°선편광 된 선편광이 파장의 1/2 위상차층(70a)에 의해 90°회전한 선편광으로 변화되고, 전압 인가로 인하여 위상 변화가 없는 액정(30)을 통과하여 90°선편광을 유지한 선편광으로 90°의 제2 편광판(160)으로 통과되므로, 투과 영역(TA) 및 반사 영역(RA) 모두 화이트 이미지를 나타낸다.
한편, 중간 계조 이미지는 액정(30)에 인가되는 전압의 크기를 조절함으로써 얻을 수 있다. 통상, 화이트 이미지를 얻기 위해 인가되는 전압과 블랙 이미지를 얻기 위해 인가되는 전압 사이의 전압을 인가함으로써 중간 계조의 이미지를 얻을 수 있다.
도 13은 본 발명의 제3 실시예에 따른 따른 반투과형 액정 표시 장치의 전압에 따른 투과도 및 반사도를 나타내는 그래프이다.
도 13에 도시된 바와 같이 본 발명의 제3 실시예에 따른 반투과형 표시 장치는 전압 변화에 따른 투과 영역의 투과도 및 반사 영역의 반사도를 기준 투과도 및 기준 반사도와 비교한 결과는 각각 동일한 그래프 형태를 나타낸다. 여기서, 기준 투과도 및 기준 반사도는 액정을 적용하지 않은 상태에서 편광 작용에 의한 빛의 투과도 및 반사도를 나타낸 것이다. 한편, 측정 투과도 및 측정 반사도는 본 발명의 제3 실시예에 따라 양의 유전율 이방성을 가지며, 꼬인 네마틱(Twisted Nematic; TN) 구조로 배향된 액정을 적용한 상태에서 편광 작용에 의한 빛의 투과도 및 반사도를 나타낸 것이다.
상술한 바와 같이 본 발명은 반투과형 액정 표시 장치에 관한 것으로, 본 실시예에서는 액정이 수평 배향 모드, 수직 배향 모드 및 꼬인 네마틱 구조인 경우를 예로 들어 설명했지만, 이에 한정되는 것이 아니라 투과 영역 및 반사 영역의 액정이 단일 모드로 배열되는 경우는 모두 가능하다.
또한, 상기 위상차층이 제1 절연 기판에 형성되는 박막 트랜지스터 및 제1 액정 배향막 사이에 형성되는 경우를 설명했지만, 위상차층이 컬러 필터 기판의 공 통 전극 및 제2 액정 배향막 사이에 형성되거나, 컬러 필터 기판의 제2 편광판 및 제2 절연 기판 사이에 형성될 수 있다.
이상에서 설명한 본 발명의 상세한 설명에서는 본 발명의 바람직한 실시 예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 당업자 또는 해당 기술 분야에 통상의 지식을 갖는 자라면, 후술될 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 기술 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음이 자명하다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 반투과형 액정 표시 장치를 나타낸 분해 사시도이다.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 반투과형 액정 표시 장치를 나타내는 분해 사시도이다.
도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 반투과형 표시 장치의 화이트(White) 이미지를 위한 동작 원리를 설명하기 위한 분해 사시도이다.
도 4는 본 발명의 제1 실시예에 따른 반투과형 액정 표시 장치의 블랙(Black) 이미지를 위한 동작 원리를 설명하기 위한 분해 사시도이다.
도 5는 본 발명의 제1 실시예에 따른 반투과형 액정 표시 장치의 전압에 따른 투과도 및 반사도를 나타내는 그래프이다.
도 6은 본 발명의 제2 실시예에 따른 반투과형 액정 표시 장치를 나타낸 분해 사시도이다.
도 7은 본 발명의 제2 실시예에 따른 반투과형 액정 표시 장치의 블랙(Black) 이미지를 나타내기 위한 동작 원리를 설명하기 위한 도면이다.
도 8은 본 발명의 제2 실시예에 따른 반투과형 액정 표시 장치의 화이트(White) 이미지를 나타내기 위한 동작 원리를 설명하기 위한 도면이다.
도 9는 본 발명의 제2 실시예에 따른 반투과형 액정 표시 장치의 전압에 다른 투과도 및 반사도를 나타내는 그래프이다.
도 10은 본 발명의 제3 실시예에 따른 반투과형 액정 표시 장치를 나타낸 분 해 사시도이다.
도 11은 본 발명의 제3 실시예에 따른 반투과형 액정 표시 장치의 블랙(Black) 이미지를 나타내기 위한 동작 원리를 설명하기 위한 도면이다.
도 12는 본 발명의 제3 실시예에 따른 반투과형 액정 표시 장치의 화이트(White) 이미지를 나타내기 위한 동작 원리를 설명하기 위한 도면이다.
도 13은 본 발명의 제3 실시예에 따른 따른 반투과형 액정 표시 장치의 전압에 따른 투과도 및 반사도를 나타내는 그래프이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
10,110 : 제1,제2 절연 기판 30 : 액정
40 : 박막 트랜지스터 기판 50 : 제1 액정 배향막
60 : 제1 편광판 70,70a,70b : 위상차층
80 : 박막 트랜지스터 90 : 화소 전극
100 : 컬러 필터 기판 140 : 공통 전극
150 : 제2 액정 배향막 160 : 제2 편광판

Claims (9)

  1. 제1 절연 기판 상에 형성되는 박막 트랜지스터; 상기 박막 트랜지스터 상에 와이어 그리드(Wire-grid) 편광판으로 형성되는 제1 편광판; 상기 제1 편광판 상에 형성되는 제1 액정 배향막을 포함하여 형성되는 박막 트랜지스터 기판;
    상기 박막 트랜지스터 기판과 대향되며, 제2 절연 기판 상에 형성되는 컬러 필터; 상기 제2 절연 기판 하부에 형성되는 제2 편광판; 상기 컬러 필터 상에 형성되는 공통 전극; 상기 공통 전극 상에 형성되는 제2 액정 배향막을 포함하여 형성되는 컬러 필터 기판;
    상기 박막 트랜지스터 기판 및 상기 컬러 필터 기판 사이에 내재되는 액정; 및
    상기 제2 편광판을 통해 편광된 빛의 위상을 변화시키며, 투과 영역 및 반사 영역으로 구분되고,
    상기 박막 트랜지스터 기판 및 상기 컬러필터 기판 중 적어도 하나에 포함되는 위상차층을 포함하는 것을 특징으로 하는 반투과형 액정 표시 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 위상차층의 상기 투과 영역은, 입사되는 광의 일축 성분이 타축 성분에 비해 1/2 파장의 위상차를 가지는 이방성 위상차층으로 형성되며,
    상기 반사 영역은, 입사되는 광의 일축 성분과 타축 성분이 위상차를 갖지않 는 등방성 위상차층으로 형성되는 것을 특징으로 하는 반투과형 액정 표시 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 위상차층은
    상기 박막 트랜지스터 및 상기 제1 액정 배향막 사이에 형성되는 것을 특징으로 하는 반투과형 액정 표시 장치.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 위상차층은
    상기 공통 전극 및 상기 제2 액정 배향막 사이에 형성되는 것을 특징으로 하는 반투과형 액정 표시 장치.
  5. 제 2 항에 있어서,
    상기 위상차층은
    상기 제2 편광판 및 상기 제2 절연 기판 사이에 형성되는 것을 특징으로 하는 반투과형 액정 표시 장치.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 액정은
    상기 투과 영역 및 상기 반사 영역에서 동일하게 배향되는 단일 모드인 것을 특징으로 하는 반투과형 액정 표시 장치.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 액정은 수평 배향 모드로 배열된 것을 특징으로 하는 반투과형 액정 표시 장치.
  8. 제 6 항에 있어서,
    상기 액정은 수직 배향 모드로 배열된 것을 특징으로 하는 반투과형 액정 표시 장치.
  9. 제 6 항에 있어서,
    상기 액정은 꼬인 네마틱(Twisted Nematic) 모드로 배열된 것을 특징으로 하는 반투과형 액정 표시 장치.
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