KR101642989B1 - 반투과형 액정표시장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 광경화성 단량체를 이용하여 투과영역과 반사영역의 초기 액정의 선경사각을 다르게 부여하여 단일갭 구조의 반투과형 액정표시장치를 제공한다. 이를 위해, 광경화성 단량체는 픽셀 전극의 상부에 위치하며 반사영역에 인가된 전압에 의하여 50 ~ 55도의 선경사각을 갖고, 투과영역에서 1 ~ 5도의 선경사각을 갖는다. 투과영역 및 반사영역의 픽셀 전극은 동일한 형상을 갖는다. 픽셀 전극은 슬릿을 포함하는 격자 형태를 포함한다. 반사영역에서 하부 절연층의 하면은 돌기 형태의 엠보싱을 갖고 상면은 격자 형태의 픽셀 전극이 삽입된다.

반투과, 액정표시장치, 단량체

Description

반투과형 액정표시장치{Transflective Liquid Crystal Display Device}

본 발명은 반투과형 액정표시장치에 관한 것이다.

일반적으로 디스플레이 시장에서 큰 부분을 차지하고 있는 액정표시장치는 대부분의 기술이 백라이트라는 내부 광원을 사용하여 정보를 표현하는 투과형 액정표시장치이다. 투과형 액정 표시 소자는 실내에서 정지된 이미지나 동영상 구현 시 고화질 특징으로 인해 타 기술에 비하여 높은 경쟁률이 있지만 휴대용 시장에 적용되면서 외부의 강한 빛으로 인하여 정보가 잘 표현되지 않은 문제점이 있었다. 옥외 시인성을 향상시키기 위해서 외부 광원을 반사시켜 이미지를 표현하는 반사형 액정표시장치 기술을 응용하여 투과형 액정표시장치의 픽셀 일부 영역을 거울과 같은 반사체를 패턴 하여 내부 광원과 외부 광원을 이용해 이미지를 표현하는 반투과형 액정표시장치 기술을 제안하였다. 반투과형 액정표시장치는 옥내 시인성과 옥외 시인성이 높아 디스플레이 시장, 특히 휴대용 디스플레이 시장에서 높은 경쟁률을 가진다.

일반적으로 반투과형 액정표시장치는 크게 투과영역과 반사영역의 셀갭이 다른 이중갭 구조와 투과영역과 반사영역의 셀갭이 같은 단일갭 구조로 나누어진다. 구조적인 면에 있어서 단일갭 구조의 반투과형 액정표시장치는 이중갭 구조에 비하여 배향불량의 공정상 문제점을 유발하지 않고 제조공정이 단순하다는 점에 있어서 가격 경쟁력에서 우위에 있다는 장점을 갖는다. 하지만, 종래의 단일갭 구조를 만들기 위한 연구는 다량의 보상필름을 추가하거나 내장형 위상자를 패턴 하는 추가적 공정을 요구하기 때문에 다른 측면에 있어서 추가적 제조비용을 요구한다는 문제점을 초래하였다.

상술한 배경기술의 문제점을 해결하기 위한 본 발명은, 단일갭 반투과형 액정표시장치의 다량의 보상필름과 내장형 위상자의 패터닝 공정을 요구했던 방법과는 달리, 초기 액정의 선경사각을 조절함으로써 투과영역과 반사영역의 액정 위상지연 값이 각각 λ/2, λ/4를 갖도록 단일갭 구조를 제안하여 제조공정의 비용 상승 문제를 해결한 단일갭 반투과형 액정표시장치를 제공하는 것이다.

상술한 과제 해결 수단으로 본 발명은, 투과영역과 반사영역이 정의된 하부 기판; 투과영역의 하부 기판의 상부에 위치하는 하부 공통 전극; 반사영역의 하부 기판의 상부에 위치하는 반사 전극; 하부 공통 전극 및 반사 전극 상에 위치하는 하부 절연층; 투과영역 및 반사영역의 하부 절연층의 상부에 위치하는 픽셀 전극; 픽셀 전극의 상부에 위치하며 반사영역에 인가된 전압에 의하여 50 ~ 55도의 선경사각을 갖고, 투과영역에서 1 ~ 5도의 선경사각을 갖는 광경화성 단량체; 픽셀 전극의 상부에 위치하는 액정층; 액정층의 상부에 위치하는 상부 절연층; 반사영역의 상부 절연층의 상부에 위치하는 상부 공통 전극; 및 상부 공통 전극의 상부에 위치하는 상부 기판을 포함하는 반투과형 액정표시장치를 제공한다.

다른 측면에서 본 발명은, 투과영역과 반사영역이 정의된 하부 기판; 투과영역의 하부 기판의 상부에 위치하는 하부 공통 전극; 반사영역의 하부 기판의 상부 에 위치하는 반사 전극; 투과영역의 하부 공통 전극의 상부에 위치하는 픽셀 전극; 투과영역의 하부 공통 전극과 픽셀 전극 사이 및 반사영역의 하부 기판과 반사 전극의 사이에 위치하는 하부 절연층; 픽셀 전극의 상부에 위치하며 반사영역에 인가된 전압에 의하여 50 ~ 55도의 선경사각을 갖고, 투과영역에서 1 ~ 5도의 선경사각을 갖는 광경화성 단량체; 픽셀 전극의 상부에 위치하는 액정층; 액정층의 상부에 위치하는 상부 절연층; 반사영역의 상부 절연층의 상부에 위치하는 상부 공통 전극; 및 상부 공통 전극의 상부에 위치하는 상부 기판을 포함하는 반투과형 액정표시장치를 제공한다.

또한 다른 측면에서 본 발명은, 투과영역과 반사영역이 정의된 하부 기판; 투과영역의 하부 기판의 상부에 위치하는 하부 공통 전극; 반사영역의 하부 기판의 상부에 위치하는 반사 전극; 하부 공통 전극 및 반사 전극 상에 위치하는 하부 절연층; 투과영역 및 반사영역의 하부 절연층의 상부에 위치하는 픽셀 전극; 픽셀 전극 상부에 위치하며 반사영역에 정의된 적색의 화소 영역에 인가된 전압에 의하여 49±3도의 선경사각을 가지고, 녹색의 화소 영역에 인가된 전압에 의하여 53±3도의 선경사각을 가지며, 청색의 화소 영역에 인가된 전압에 의하여 58±3도의 선경사각을 갖고, 투과영역에서 1 ~ 5도의 선경사각을 갖는 광경화성 단량체; 픽셀 전극 상부에 위치하는 액정층; 액정층 상부에 위치한 상부 절연층; 상부 절연층 상부에 위치하는 적색, 녹색 및 청색을 포함하는 컬러필터; 반사영역의 컬러필터 상부에 위치하는 상부 공통 전극; 및 상부 공통 전극 상부에 위치하는 상부 기판을 포함하는 반투과형 액정표시장치를 제공한다.

또한 다른 측면에서 본 발명은, 투과영역과 반사영역이 정의된 하부 기판; 투과영역의 하부 기판의 상부에 위치하는 하부 공통 전극; 반사영역의 하부 기판의 상부에 위치하는 반사 전극; 투과영역의 하부 공통 전극의 상부에 위치하는 픽셀 전극; 투과영역의 하부 공통 전극과 픽셀 전극 사이 및 반사영역의 하부 기판과 반사 전극의 사이에 위치하는 하부 절연층; 픽셀 전극 상부에 위치하며 반사영역에 정의된 적색의 화소 영역에 인가된 전압에 의하여 49±3도의 선경사각을 가지고, 녹색의 화소 영역에 인가된 전압에 의하여 53±3도의 선경사각을 가지며, 청색의 화소 영역에 인가된 전압에 의하여 58±3도의 선경사각을 갖고, 투과영역에서 1 ~ 5도의 선경사각을 갖는 광경화성 단량체; 픽셀 전극 상부에 위치하는 액정층; 액정층 상부에 위치한 상부 절연층; 상부 절연층 상부에 위치하는 적색, 녹색 및 청색을 포함하는 컬러필터; 반사영역의 컬러필터 상부에 위치하는 상부 공통 전극; 및 상부 공통 전극 상부에 위치하는 상부 기판을 포함하는 반투과형 액정표시장치를 제공한다.

투과영역은 액정의 배향 방향과 픽셀 전극의 슬릿각이 이루는 각도 α가 10 ~ 15도를 이루고, 반사영역은 액정의 배향 방향성이 이루는 각도 β가 α+45 도를 이룰 수 있다.

액정층은, 광경화성 단량체와 조사된 UV에 의하여 반사영역은 λ/4의 위상지연 값을 갖고 투과영역은 λ/2의 위상지연 값을 갖는 양의 유전율 이방성을 가질 수 있다.

반사 전극은, 상부가 돌기 형태로 형성될 수 있다.

상부 절연층의 두께는, 0.5 ~ 2.5μm일 수 있다.

픽셀 전극은, 슬릿을 포함하는 격자 형태를 포함할 수 있다.

투과영역의 선경사각은 2도이고 반사영역의 선경사각은 53도일 수 있다.

본 발명은 광경화성 단량체를 이용하여 투과영역과 반사영역의 초기 액정의 선경사각을 다르게 부여하여 단일갭 구조의 반투과형 액정표시장치를 제공할 수 있는 효과가 있다. 또한 본 발명은 투과영역과 반사영역의 셀갭이 같고 제조공정이 단순하며 다량의 보상필름과 내장형 위상자 패터닝 공정을 요구치 않기 때문에 두께 및 제조공정 비용 면에 있어 유리한 장점을 갖는 반투과형 액정표시장치를 제공할 수 있는 효과가 있다. 또한 본 발명은 반사영역과 투과영역이 하나의 TFT 회로로 구동할 수 있기 때문에 단일 구동회로의 장점을 갖는 반투과형 액정표시장치를 제공할 수 있는 효과가 있다.

이하, 본 발명의 실시를 위한 구체적인 내용을 첨부된 도면을 참조하여 설명한다.

<제1실시예>

본 발명의 제1실시예는 FFS(Fringe Field Switching) 모드를 적용하고 광경화성 단량체를 이용하여 투과영역과 반사영역에 위치한 액정의 초기 선경사각을 조 절하여 단일갭 구조의 반투과형 액정표시장치에 대하여 개시한다.

도 1은 본 발명의 제1실시 예에 따른 광경화성 단량체를 이용한 FFS 모드 단일갭 반투과형 액정표시장치의 단면도이고, 도 2 및 도 3은 본 발명의 제1실시예에 따른 상부 절연층의 두께에 따른 특성을 설명하기 위한 그래프이다.

도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이, 상부 편광판(1)의 하부에는 유리 기판 또는 플라스틱 기판으로 형성된 상부 기판(2)이 위치하며, 상부 기판(2)의 하부 반사영역(R-region)에는 평면 형태의 상부 공통 전극(3)이 위치한다. 상부 기판(2)의 하부에 위치하며 반사영역(R-region)에만 위치하는 상부 공통 전극(3) 패턴으로 인하여 불균일해진 기판을 평탄화하기 위하여, 상부 기판(2)과 상부 공통 전극(3)의 하부에는 코팅한 상부 절연층(4)이 위치한다. 상부 절연층(4)의 하부에는 수평 배향된 액정층(5)이 위치하고 광경화성 단량체(6)가 위치하고 있으며, 액정층(5)과 광경화성 단량체(6)의 하부에는 슬릿 형상을 포함하는 격자 형태의 픽셀 전극(7)이 위치한다. 픽셀 전극(7)의 하부에는 하부 절연층(8)이 위치한다. 하부 절연층(8)의 두께는 1μm미만으로 형성된다. 하부 절연층(8)의 하부 투과영역(T-region)에는 평면 형태의 하부 공통 전극(10)이 위치한다. 하부 공통 전극(10)과 반사 전극(9)의 하부에는 하부 기판(11)이 위치하며, 하부 기판(11)의 하부에는 하부 편광판(12)이 위치한다. 상부 편광판(1)과 하부 편광판(12)의 광축은 서로 직교하도록 형성된다.

본 발명의 제1실시예에서 상부 절연층(4)의 두께는 0.5 ~ 2.5μm 로 형성된다. 바람직하게, 상부 절연층(4)의 두께는 2μm로 형성된다. 도 2는 FFS모드를 이용한 경우 반사영역(R-region)에서 상부 기판(2)에 위치한 상부 절연층(4)의 두께 에 따른 V(Voltage)-T(Transmissive) 및 V-R(Reflective) 커브를 보여주는 것으로서 V-R커브가 왼쪽으로 이동하는 것을 확인할 수 있다. 여기서, 상부 기판(2)에 위치하는 상부 절연층(4)은 반사영역(R-region)의 상부 기판(2)에 위치하는 상부 공통 전극(3)의 상부에 컬러 필터(미도시)를 위치시킴으로써 투과영역(T-region)과의 단차를 줄이는 오버코팅층 역할을 한다. 상부 절연층(4)의 두께가 0.5μm 이상으로 형성되면 반사영역(R-region)과 투과영역(T-region) 간의 단차를 줄일 수 있고, 상부 절연층(4)의 두께가 2.5μm 이하로 형성되면 도 3과 같이 단일 감마 특성을 얻을 수 있다. 여기서, 상부 절연층(4)의 두께를 위와 같이 형성하면, 반사영역(R-region)의 문턱전압을 높이게 되므로 투과영역(T-region)의 문턱전압과 유사한 전압을 얻을 수 있으며 구동 전압 또한 일치시킬 수 있게 된다. 한편, 도 3의 그래프에서는 노말라이즈된 광 효율(Normalized Light Efficiency)이 상부 절연층(4)의 두께가 2μm인 경우 단일 감마 특성을 얻을 수 있는 것으로 나타냈다. 그러나 실시예는 앞서 설명한 바와 같이 0.5 ~ 2.5μm 범위 내에서 단일 감마 특성을 얻을 수 있다.

반사영역(R-region)에는 하부 절연층(8)이 돌기 형태의 엠보싱을 갖도록 형성된다. 이를 위해, 반사영역(R-region)에 위치하는 반사 전극(9)의 상부는 돌기 형태 예컨대, 엠보싱 형태로 형성되고 외부 광을 반사시킬 수 있는 알루미늄과 같은 금속막이 선택될 수 있다. 반사 전극(9)으로 사용되는 금속막의 두께는 약 0.2μm로 작다. 따라서, 반사영역(R-region)의 셀갭으로 인한 편광상태의 영향에 대해서는 무시할 수준에 있기 때문에 단일 갭을 형성할 수 있다.

액정층(5)은 수평 배향막을 사용함으로써 수평 배향된다. 이때 액정층(5)에 광경화성 단량체(6)를 혼합한다. 여기서, 혼합된 광경화성 단량체(6)의 함량은 0.1 ~ 0.5wt%이다. 광경화성 단량체(6)가 혼합된 액정층(5)을 주입한 후에 투과영역(T-region)과 반사영역(R-region)을 노멀 블랙 모드(Normal blak mode)로 형성하기 위해 전압과 UV(Ultra Violet)를 조사하여 액정의 선경사각을 형성시킨다.

투과영역(T-region)에서는 액정의 선경사각을 약 1 ~ 5도의 범위를 갖게 하며, 반사영역(R-region)에서는 액정의 선경사각을 50 ~ 55도의 범위를 갖게 한다. 여기서, 바람직한 경우는 투과영역의 선경사각은 2도, 반사영역의 선경사각은 53도이다. 반사영역(R-region)의 선경사각을 주기 위한 방법은 다음과 같다. 먼저, 선편광된 UV를 조사하여 액정의 배향 방향성을 결정한다. 이후 액정과 광경화성 단량체(6)를 혼합하여 주입한 후 상부 기판(2)에 위치하는 상부 공통 전극(3)에 전압을 인가하여 발생한 수직 전기장을 이용해 초기 선경사각을 부여한다. 다음, UV를 조사하여 액정과 광경화성 단량체(6)를 경화시킨다.

도 4는 도 1의 구조를 갖는 FFS 모드에서 광경화성 단량체(6)를 이용한 반투과형 액정표시장치의 투광영역과 반사영역의 평면도를 나타낸 것이다.

도 4에서 도시된 바와 같이, 투과영역(T-region)은 평면형태의 하부 공통 전극(10)과 그 상부에 슬릿을 포함하는 격자 형태의 픽셀 전극(7)이 위치한다. 반사영역(R-region)은 하부에 엠보싱 형태의 반사 전극(9)이 위치하고, 그 상부에 슬릿 형상을 포함하는 격자 형태의 픽셀 전극(7)이 위치한다. 또한 상부 기판(1)에는 평면형태의 상부 공통 전극(3)이 위치한다. 액정의 배향 방향성은 편광된 UV의 조사 에 의해 결정되는데, 투과영역(T-region)의 경우 액정의 배향 방향(100)과 픽셀 전극(7)이 이루는 각도 α=10 ~ 15도가 되도록 한다. 즉, 75 ~ 80도로 선편광된 UV를 조사한다. 반사영역(R-region) 또한 선편광된 UV를 조사하여 반사영역(T-region)에 위치하는 액정의 배향 방향성을 부여한다. 이때 액정의 배향 방향(200)과 픽셀 전극(7)이 이루는 각도 β= α + 45가 되도록 하여 투과영역(T-region)과 45도 차이가 나도록 한다. 즉, 55 ~ 60도로 선평광된 UV를 조사한다. 또한 투과영역(T-region)과 반사영역(R-region)의 픽셀 전극(7)의 전극너비(20)는 2 ~ 10μm의 크기를 가지며, 전극 간의 거리(30)는 3 ~ 10μm의 크기를 가질 수 있으나 이에 한정되지 않는다.

도 5는 본 발명의 제1실시예에 따른 반투과형 액정표시장치에서의 반사영역의 전압인가 전과 전압인가 후의 편광 상태도를 나타낸 것이다.

도 5에 도시된 바와 같이, 전압을 인가하기 전 편광상태는 외부의 편광 되지 않은 빛이 10 ~ 15도의 투과축을 갖는 상부 편광판을 통과하여 10 ~ 15도로 선편광된 빛(a)은 λ/4의 위상지연 값을 갖고 55 ~ 60도의 광축을 갖는 액정층을 통과하면서 우원편광된 빛(b)이 나온다. 이후, 우원편광된 빛은 반사 전극에 의해서 그대로 반사되어 우원편광된 빛(c)이 나온다. 반사 전극에 의해 우원편광된 빛은 다시 λ/4의 위상지연 값을 갖는 액정층을 지나면서 수직으로 선편광된 빛(d)이 되어 상부 편광판의 투과축과 수직으로 만나기 때문에 빛이 흡수되어 어둠 상태를 표현하게 된다. 전압을 인가하면, λ/4의 위상지연 값을 갖는 액정층이 프린지 전기장에 의해 회전하게 되면서 λ/2의 위상지연 값을 갖게 된다. 따라서 상부 편광판을 통 하여 10 ~ 15도로 선편광된 빛(a)은 λ/2의 위상지연 값을 갖고 55 ~ 60도의 광축을 갖는 액정층을 통과하면서 상부 편광판의 투과축과 수직을 이루는 선편광된 빛(b)으로 나온다. 이후, 선편광된 빛은 반사 전극에 의해서 그대로 반사되어 상부 편광판의 투과축과 수직을 이루는 선편광된 빛(c)이 나온다. 반사 전극에 의해 나온 선편광된 빛은 전압을 인가하여 λ/2의 위상지연 값을 갖는 액정을 통과하면서 상부 편광판의 투과축과 평행한 선편광된 빛(d)이 되어 상부 편광판의 투과축과 평행으로 만나기 때문에 빛이 통과되어 밝음 상태를 표현하게 된다. 따라서, 액정층은 광경화성 단량체와 조사된 UV에 의하여 반사영역은 λ/4의 위상지연 값을 갖고 투과영역은 λ/2의 위상지연 값을 갖는 양의 유전율 이방성을 갖는다.

도 6은 본 발명의 제1실시예에 따른 반투과형 액정표시장치에서의 투과영역의 전압인가 전과 전압인가 후의 편광 상태도를 나타낸 것이다.

도 6에 도시된 바와 같이, 전압을 인가하기 전 편광상태는 하부 백라이트에서 나온 편광되지 않은 빛이 100 ~ 105도의 투과축을 갖는 하부 편광판을 지나게 되면 100 ~ 105도로 선편광된 빛(a)이 나오고 λ/2의 위상지연 값을 갖고 광축이 100 ~ 105도인 액정을 위상지연 없이 그대로 통과하게 된다. 위상지연 없이 통과된 빛은 하부 편광판을 지난 빛과 동일한 광축을 같은 선편광된 빛(b)이 나오며, 이 선평광된 빛은 상부 편광판의 투과축과 수직을 이루기 때문에 상부 편광판에 의해 흡수되어 어둠 상태를 표현하게 된다. 전압을 인가하면, 투과 영역의 액정은 45도로 회전하게 된다. 따라서 하부 백라이트에서 나온 편광되지 않은 빛이 100 ~ 105도의 투과축을 갖는 하부 편광판을 지나게 되면 100 ~ 105도로 편광된 빛(a)이 나 온다. 그리고 λ/2의 위상지연 값을 갖고 45도 회전된 액정층을 지나게 되면 상부 편광판의 투과축과 일치하는 선편광된 빛(b)이 나오며, 이 선평광된 빛은 상부 편광판의 투과축과 일치하여 밝음 상태를 표현하게 된다.

도 7은 본 발명의 제1실시예의 구조를 갖는 광경화성 단량체를 이용한 단일갭 반투과형 액정표시장치에서 전압에 따른 반사율과 투과율이 가장 유사한 조건을 노멀라이즈(Normalized) 시킨 곡선을 나타낸 그래프이다.

도 7에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제1실시예는 반사영역과 투과영역의 구동 전압이 일치하고 이로써 하나의 구동 회로로 구동시킬 수 있으며 반사영역과 투과영역에서 유사한 곡선을 나타내므로 단일 감마로 구동될 수 있다.

<제2실시예>

본 발명의 제2실시예는 제1실시예의 전극 구조와는 달리 투과영역의 전극 구조는 같지만 반사영역의 전극 구조를 다르게 한 반투과형 액정표시장치에 관한 것이다. 이 전극 구조를 갖는 반투과형 액정표시장치의 편광 상태는 제1실시예와 동일하다.

도 8은 본 발명의 제2실시예에 따른 광경화성 단량체를 이용한 단일갭 반투과형 액정표시장치의 단면도이고, 도 9 및 도 10은 본 발명의 제2실시예에 따른 상부 절연층의 두께에 따른 특성을 설명하기 위한 그래프이다.

도 8 내지 도 10에 도시된 바와 같이, 투과영역(T-region)의 전극 구조는 제1실시예의 구조와 동일하되 반사영역(R-region)의 전극구조만 달리한 것이다. 도시 된 바와 같이 상부 편광판(1)과 상부 편광판(1)의 하부에 위치하며 유리 기판 또는 플라스틱 기판을 사용한 상부 기판(2)이 위치한다. 상부 기판(2)의 하부 반사영역(R-region)에는 평면 형태의 상부 공통 전극(3)이 위치한다. 또한 상부 기판(2)의 평탄화를 위하여 코팅한 투명한 상부 절연층(4)이 위치한다. 상부 절연층(4)의 하부에는 수평 배향된 액정층(5)과 광경화성 단량체(6)가 위치한다. 액정층(5)과 광경화성 단량체(6)의 하부 중 투과영역(T-region)에는 슬릿을 포함하는 격자 형태의 픽셀 전극(7)이 위치하며, 반사영역(R-region)에는 반사 전극(9)이 위치한다. 픽셀 전극(7)과 반사 전극(9)의 하부에는 하부 절연층(8)이 위치한다. 하부 절연층(8)의 두께는 1μm미만으로 형성된다. 하부 절연층(8)의 하부 투과영역(T-region)에는 평면 형태의 하부 공통 전극(10)이 위치한다. 하부 공통 전극(10)과 반사 전극(9)의 하부에는 하부 기판(11)이 위치하며, 하부 기판(11)의 하부에는 하부 편광판(12)이 위치한다. 상부 편광판(1)과 하부 편광판(12)의 광축은 서로 직교하도록 형성된다.

본 발명의 제2실시예에서 상부 절연층(4)의 두께는 0.5 ~ 2.5μm 로 형성된다. 바람직하게, 상부 절연층(4)의 두께는 2.5μm로 형성된다. 도 9는 투과영역(T-region)으로 FFS 모드가 선택되고 반사영역(R-region)으로 ECB모드가 선택된 경우 상부 절연층(4)의 두께에 따른 V-T 및 V-R 커브를 보여준다. 여기서, 상부 기판(2)에 위치하는 상부 절연층(4)은 반사영역(R-region)의 상부 기판(2)에 위치하는 상부 공통 전극(3)의 상부에 컬러 필터(미도시)를 위치시킴으로써 투과영역(T-region)과의 단차를 줄이는 오버코팅층 역할을 한다. 상부 절연층(4)의 두께가 0.5 μm 이상으로 형성되면 반사영역(R-region)과 투과영역(T-region) 간의 단차를 줄일 수 있고, 상부 절연층(4)의 두께가 2.5μm 이하로 형성되면 도 10과 같이 단일 감마 특성을 얻을 수 있다. 여기서, 상부 절연층(4)의 두께를 위와 같이 형성하면, 반사영역(R-region)의 문턱전압을 높이게 되므로 투과영역(T-region)의 문턱전압과 유사한 전압을 얻을 수 있으며 구동 전압 또한 일치시킬 수 있게 된다. 한편, 도 10의 그래프에서는 노말라이즈된 광 효율(Normalized Light Efficiency)이 상부 절연층(4)의 두께가 2.5μm인 경우 단일 감마 특성을 얻을 수 있는 것으로 나타냈다. 그러나 실시예는 앞서 설명한 바와 같이 0.5 ~ 2.5μm 범위 내에서 단일 감마 특성을 얻을 수 있다.

반사영역(R-region)에는 하부 절연층(8)이 돌기 형태의 엠보싱을 갖도록 형성된다. 이를 위해, 반사 전극(9)은 상부가 돌기 형태 예컨대, 엠보싱 형태로 형성되며 외부 광을 반사시킬 수 있는 알루미늄과 같은 금속막이 선택될 수 있고 반사 전극(9)으로 사용되는 금속막의 두께는 약 0.2μm로 작다. 따라서, 반사영역(R-region)의 셀갭으로 인한 편광상태의 영향에 대해서는 무시할 수준에 있기 때문에 단일 갭을 형성할 수 있다.

액정층(5)은 수평 배향막을 사용함으로써 수평 배향된다. 이때 액정층(5)에 광경화성 단량체(6)를 혼합한다. 혼합된 광경화성 고분자 단량체(6)의 함량은 0.1 ~ 0.5wt%이다. 광경화성 단량체(6)가 혼합된 액정층(5)을 주입한 후에 투과영역(T-region)과 반사영역(R-region)을 노멀 블랙 모드(Normal blak mode)로 형성하기 위해 전압과 UV를 조사하여 액정의 선경사각을 형성한다.

투과영역(T-region)에서는 액정의 선경사각을 약 1 ~ 5도의 범위를 갖게 하며, 반사영역(R-region)에서는 액정의 선경사각을 50~55도의 범위를 갖게 한다. 여기서, 바람직한 경우는 투과영역(T-region)의 선경사각은 2도, 반사영역(R-region)의 선경사각은 53도이다. 이때 반사영역(R-region)의 선경사각을 주기 위한 방법은 다음과 같다. 먼저, 선편광된 UV를 조사하여 액정의 배향 방향성을 결정한다. 이후 액정과 광경화성 단량체(6)를 혼합하여 주입한 후 상부 기판(2)에 위치하는 상부 공통 전극(3)에 전압을 인가하여 발생한 수직 전기장을 이용해 초기 선경사각을 부여한다. 다음, UV를 조사하여 액정과 광경화성 단량체(6)를 경화시킨다.

도 11은 본 발명의 제2실시예의 구조를 갖는 반투과형 액정표시장치에서 광경화성 단량체를 이용한 반투과형 액정표시장치의 평면도를 나타낸 것이다.

도 11에서 도시된 바와 같이, 투과영역(T-region)은 평면형태의 하부 공통 전극(10)과 그 상부에 슬릿 형상을 포함하는 격자 형태의 픽셀 전극(7)이 위치하고, 선편광된 UV를 조사하여 투과영역(T-region)과 반사영역(R-region)의 액정의 배향 방향성을 부여한다. 투과영역(T-region)의 경우 액정의 배향 방향(100)과 픽셀 전극이 이루는 각도 α= 10 ~ 15도가 되도록 한다. 즉, 75 ~ 80도로 선편광된 UV를 조사한다. 반사영역(R-region)은 하부에 엠보싱 형태의 반사 전극(9)이 위치하고, 상부 기판에는 평면형태의 상부 공통 전극(3)이 위치한다. 반사영역(R-region) 또한 선평광된 UV를 조사하여 반사영역(R-region)에 위치하는 액정의 배향 방향성을 부여한다. 즉, 액정의 배향 방향(200)의 각도 β = α + 45가 되도록 한다. 또한 투과영역(T-region)의 픽셀 전극(7)의 전극너비(20)는 2 ~ 10μm의 크기 를 가지며, 전극 간의 거리(30)는 3 ~ 10μm의 크기를 가질 수 있으나 이에 한정되진 않는다.

도 12는 제2실시예의 구조를 갖는 광경화성 단량체를 이용한 단일갭 반투과형 액정표시장치에서 전압에 따른 반사율과 투과율이 가장 유사한 조건을 노멀라이즈(Normalized) 시킨 곡선을 나타낸 그래프이다. 반사영역과 투과영역의 구동 전압이 일치하고 이로써 하나의 구동 회로로 구동시킬 수 있으며 반사영역과 투과영역에서 유사한 곡선을 나타내므로 단일 감마로 구동될 수 있다.

<제3실시예>

본 발명의 제3실시예는 제1실시예의 구조를 갖는 광경화성 단량체를 이용한 반투과형 액정표시장치의 반사영역에서 적색(Red), 녹색(Green), 청색(Blue)의 파장대별로 전압 인가 전에 어둠 상태를 완벽히 하기 위해 적색, 녹색 및 청색 화소별로 액정의 틸트 각을 다르게 부여한 것을 보여준다.

도 13은 본 발명의 제3실시예의 구조를 갖는 반투과형 액정표시장치에서 적색, 녹색 및 청색 칼라필터별로 액정의 틸트각을 달리 형성한 단면도이다.

도 13에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제3실시예는 제1실시예의 구조를 갖는 광경화성 단량체를 이용한 반투과형 액정표시장치에서 적색, 녹색 및 청색 칼라필터(40)별로 액정의 틸트각을 다르게 형성한 것을 보여 준다. 전극의 구조는 제1실시예의 도 1과 동일하다. 반사영역(R-region)에서 적색, 녹색 및 청색 파장별로 초기 어둠 상태를 완벽히 설정하기 위해 광경화성 단량체(6)에 전압이 인가된다. 이 때, 각 화소의 영역에 인가된 전압에 의해 광경화성 단량체(6)의 경우 적색(Red) 화소 액정의 틸트각(50)은 49±3도, 녹색(Green) 화소의 액정 틸트각(51)은 53±3도, 청색(Blue) 화소의 틸트각(52)은 58±3도로 형성된다. 그리고 투과영역(T-region)은 1 ~ 5도의 틸트각이 형성된 광경화성 단량체(6)를 이용한다.

<제4실시예>

본 발명의 제4실시예는 제2실시예의 구조를 갖는 광경화성 단량체를 이용한 반투과형 액정표시장치의 반사영역에서 적색(Red), 녹색(Green), 청색(Blue)의 파장대별로 전압 인가 전에 어둠 상태를 완벽히 하기 위해 적색, 녹색 및 청색 화소별로 액정의 틸트 각을 다르게 부여한 것을 보여준다.

도 14는 본 발명의 제4실시예의 구조를 갖는 반투과형 액정표시장치에서 적색, 녹색 및 청색 칼라필터별로 액정의 틸트각을 달리 형성한 단면도이다.

도 14에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제4실시예는 제2실시예의 구조를 갖는 광경화성 단량체를 이용한 반투과형 액정표시장치에서 적색, 녹색 및 청색 칼라필터(40)별로 액정의 틸트각을 다르게 형성한 것을 보여 준다. 전극의 구조는 제2실시예의 도 6과 동일하며, 액정의 틸트를 제어하는 각도는 도 9와 동일하다. 즉, 반사영역(R-region)에서 적색, 녹색 및 청색 파장별로 초기 어둠 상태를 완벽히 설정하기 위해 광경화성 단량체(6)에 전압이 인가된다. 이때, 각 화소의 영역에 인가된 전압에 의해 광경화성 단량체(6)의 경우 적색(Red) 화소 액정의 틸트각(50)은 49±3도, 녹색(Green) 화소의 액정 틸트각(51)은 53±3도, 청색(Blue) 화소의 틸트 각(52)은 58±3도로 형성된다. 그리고 투과영역(T-region)은 1 ~ 5도의 틸트각이 형성된 광경화성 단량체(6)를 이용한다.

이상 본 발명은 광경화성 단량체를 이용하여 투과영역과 반사영역의 초기 액정의 선경사각을 다르게 부여하여 단일갭 구조의 반투과형 액정표시장치를 제공할 수 있는 효과가 있다. 또한 본 발명은 투과영역과 반사영역의 셀갭이 같고 제조공정이 단순하며 다량의 보상필름과 내장형 위상자 패터닝 공정을 요구치 않기 때문에 두께 및 제조공정 비용 면에 있어 유리한 장점을 갖는 반투과형 액정표시장치를 제공할 수 있는 효과가 있다. 또한 본 발명은 반사영역과 투과영역이 하나의 TFT 회로로 구동할 수 있기 때문에 단일 구동회로의 장점을 갖는 반투과형 액정표시장치를 제공할 수 있는 효과가 있다.

이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 상술한 본 발명의 기술적 구성은 본 발명이 속하는 기술 분야의 당업자가 본 발명의 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시 예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해되어야 한다. 아울러, 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어진다. 또한, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 광경화성 단량체를 이용한 반투과형 액정표시장치의 단면도.

도 2 및 도 3은 본 발명의 제1실시예에 따른 상부 절연층의 두께에 따른 특성을 설명하기 위한 그래프.

도 4는 본 발명의 제1실시예의 구조를 갖는 광경화성 단량체를 이용한 반투과형 액정표시장치의 평면도.

도 5는 본 발명의 제1실시예에 따른 반투과형 액정표시장치에서의 반사영역의 전압인가 전과 전압인가 후의 편광 상태도.

도 6은 본 발명의 제1실시예에 따른 반투과형 액정표시장치에서의 투과영역의 전압인가 전과 전압인가 후의 편광 상태도.

도 7은 본 발명의 제1실시예의 구조를 갖는 반투과형 액정표시장치가 최적화된 조건에서의 전압에 의한 투과율 및 반사율을 노멀라이즈시킨 곡선을 나타낸 그래프.

도 8은 본 발명의 제2실시예에 따른 광경화성 단량체를 이용한 반투과형 액정표시장치의 단면도.

도 9 및 도 10은 본 발명의 제2실시예에 따른 상부 절연층의 두께에 따른 특성을 설명하기 위한 그래프.

도 11은 본 발명의 제2실시예의 구조를 갖는 광경화성 단량체를 이용한 반투과형 액정표시장치의 평면도.

도 12는 본 발명의 제2실시예의 구조를 갖는 반투과형 액정표시장치가 최적화된 조건에서의 전압에 의한 투과율 및 반사율을 노멀라이즈시킨 곡선을 나타낸 그래프.

도 13은 본 발명의 제3실시예의 구조를 갖는 반투과형 액정표시장치에서 적색, 녹색 및 청색 칼라필터별로 액정의 틸트각을 달리 형성한 단면도.

도 14는 본 발명의 제4실시예의 구조를 갖는 반투과형 액정표시장치에서 적색, 녹색 및 청색 칼라필터별로 액정의 틸트각을 달리 형성한 단면도.

<도면의 주요 부분에 관한 부호의 설명>

1: 상부 편광판 2: 상부 기판

3: 상부 공통 전극 4: 상부 절연층

5: 액정층 6: 광경화성 단량체

7: 픽셀 전극 8: 하부 절연층

9: 반사 전극 10: 하부 공통 전극

11: 하부 기판 12: 하부 편광판

Claims (10)

1. 투과영역과 반사영역이 정의된 하부 기판;

   상기 투과영역의 상기 하부 기판의 상부에 위치하는 하부 공통 전극;

   상기 반사영역의 상기 하부 기판의 상부에 위치하는 반사 전극;

   상기 하부 공통 전극 및 상기 반사 전극 상에 위치하는 하부 절연층;

   상기 투과영역 및 상기 반사영역의 상기 하부 절연층의 상부에 위치하는 픽셀 전극;

   상기 픽셀 전극의 상부에 위치하며 상기 반사영역에 인가된 전압에 의하여 50 ~ 55도의 선경사각을 갖고, 상기 투과영역에서 1 ~ 5도의 선경사각을 갖는 광경화성 단량체;

   상기 픽셀 전극의 상부에 위치하는 액정층;

   상기 액정층의 상부에 위치하는 상부 절연층;

   상기 반사영역의 상기 상부 절연층의 상부에 위치하는 상부 공통 전극; 및

   상기 상부 공통 전극의 상부에 위치하는 상부 기판을 포함하고,

   상기 투과영역 및 상기 반사영역의 상기 픽셀 전극은 직선형의 슬릿으로 이루어진 격자형을 갖고,

   상기 투과영역의 상기 하부 공통 전극은 평면을 갖고 상기 반사영역의 상기 반사 전극은 돌기 형상을 갖고,

   상기 반사영역에서 상기 하부 절연층의 하면은 상기 반사 전극의 돌기에 의해 엠보싱을 이루고, 상기 하부 절연층의 상면은 상기 픽셀 전극이 내부로 삽입되어 평면을 이루는 반투과형 액정표시장치.
2. 삭제
3. 투과영역과 반사영역이 정의된 하부 기판;

   상기 투과영역의 상기 하부 기판의 상부에 위치하는 하부 공통 전극;

   상기 반사영역의 상기 하부 기판의 상부에 위치하는 반사 전극;

   상기 하부 공통 전극 및 상기 반사 전극 상에 위치하는 하부 절연층;

   상기 투과영역 및 상기 반사영역의 상기 하부 절연층의 상부에 위치하는 픽셀 전극;

   상기 픽셀 전극 상부에 위치하며 상기 반사영역에 정의된 적색의 화소 영역에 인가된 전압에 의하여 49±3도의 선경사각을 가지고, 녹색의 화소 영역에 인가된 전압에 의하여 53±3도의 선경사각을 가지며, 청색의 화소 영역에 인가된 전압에 의하여 58±3도의 선경사각을 갖고, 상기 투과영역에서 1 ~ 5도의 선경사각을 갖는 광경화성 단량체;

   상기 픽셀 전극 상부에 위치하는 액정층;

   상기 액정층 상부에 위치한 상부 절연층;

   상기 상부 절연층 상부에 위치하는 적색, 녹색 및 청색을 포함하는 컬러필터;

   상기 반사영역의 상기 컬러필터 상부에 위치하는 상부 공통 전극; 및

   상기 상부 공통 전극 상부에 위치하는 상부 기판을 포함하고,

   상기 투과영역 및 상기 반사영역의 상기 픽셀 전극은 직선형의 슬릿으로 이루어진 격자형을 갖고,

   상기 반사영역에서 상기 하부 절연층의 하면은 돌기형의 엠보싱을 갖고 상면은 상기 격자형의 픽셀 전극이 삽입된 반투과형 액정표시장치.
4. 삭제
5. 제1항 또는 제3항에 있어서,

   상기 투과영역은 액정의 배향 방향과 상기 픽셀 전극의 슬릿각이 이루는 각도 α가 10 ~ 15도를 이루고,

   상기 반사영역은 상기 픽셀 전극의 슬릿각과 액정의 배향 방향이 이루는 각도 β가 α+45 도를 이루는 반투과형 액정표시장치.
6. 제1항 또는 제3항에 있어서,

   상기 액정층은,

   상기 광경화성 단량체와 조사된 UV에 의하여 상기 반사영역은 λ/4의 위상지연 값을 갖고 상기 투과영역은 λ/2의 위상지연 값을 갖는 양의 유전율 이방성을 갖는 반투과형 액정표시장치.
7. 제1항 또는 제3항에 있어서,

   상기 반사 전극은,

   상부가 돌기형인 반투과형 액정표시장치.
8. 제1항 또는 제3항에 있어서,

   상기 상부 절연층의 두께는,

   0.5 ~ 2.5μm인 반투과형 액정표시장치.
9. 삭제
10. 제1항에 있어서,

    상기 투과영역의 선경사각은 2도이고 상기 반사영역의 선경사각은 53도인 반투과형 액정표시장치.

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