KR101696457B1

KR101696457B1 - Ｉｐｓ모드 반투과형 액정표시장치 및 그 제조 방법

Info

Publication number: KR101696457B1
Application number: KR1020090120654A
Authority: KR
Inventors: 박경호; 이준호; 김영식; 이승희; 김진호; 임영진
Original assignee: 엘지디스플레이 주식회사; 전북대학교산학협력단
Priority date: 2009-12-07
Filing date: 2009-12-07
Publication date: 2017-01-16
Also published as: KR20110064168A

Abstract

본 발명은 투과부와 반사부의 셀갭이 동일한 IPS 방식으로 구동하는 반투과형 액정표시장치 및 그 제조 방법에 관한 것이다. 본 발명에 의한 반투과형 액정표시장치는 수평면 상에서 제1 방향으로 초기 배향된 제1 액정셀을 포함하는 투과영역과; 수평면 상에서 제2 방향으로 그리고 수평면에 대해서 경사각을 갖고 초기 배향된 제2 액정셀을 갖는 반사영역을 포함한다. 본 발명에 의한 반투과형 액정표시장치는 셀갭이 균일하면서도 위상차 보상을 위한 별도의 광학적 수단이 필요치 않아, 장치의 신뢰도가 우수하며, 제조 방법이 단순하고, 비용이 절감되는 효과를 얻을 수 있다.

Description

ＩＰＳ모드 반투과형 액정표시장치 및 그 제조 방법 {IPS MODE TRANSFLECTIVE LIQUD CRYSTAL DISPLAY DEVICE AND MANUFACTURING METHOD THEREOF}

본 발명은 IPS 방식으로 구동하는 반투과형 액정표시장치 및 그 제조 방법에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 투과부와 반사부의 셀갭이 동일한 IPS 방식으로 구동하는 반투과형 액정표시장치 및 그 제조 방법에 관한 것이다.

액티브 매트릭스(Active Matrix) 구동방식의 액정표시장치는 스위칭 소자로서 박막트랜지스터(Thin Film Transistor: TFT)를 이용하여 화상을 표시하고 있다. 이 액정표시장치는 음극선관(Cathode Ray Tube: CRT)에 비하여 소형화가 가능하여 휴대용 정보기기, 사무기기, 컴퓨터 등에서 표시기에 응용됨은 물론, 텔레비젼에도 응용되어 빠르게 음극선관을 대체하고 있다.

이러한 액정표시장치는 자발광소자가 아니기 때문에 별도의 광원이 필요하게 된다. 액정표시장치는 광원에 따라 투과형과 반사형으로 대변될 수 있다. 투과형 액정표시장치는 액정이 주입된 두 장의 상/하부기판 중 하부기판에 대면되게 백라 이트유닛을 설치하여 백라이트유닛으로부터 입사되는 광을 투사면 쪽으로 투과시키게 된다. 이에 비하여, 반사형 액정표시장치는 액정이 주입된 두 장의 상/하부기판 중 하부기판 상에 반사면을 형성하여 표시면 즉, 상부기판을 경유하여 하부기판으로 입사되는 외부광 또는 별도의 보조광을 표시면 쪽으로 반사시키게 된다.

최근에는 투과형과 반사형의 장점을 가질 수 있는 반투과형 액정표시장치에 대한 연구가 활성화되고 있다.

도 1은 종래 기술에 의한 반투과형 액정표시장치를 나타내는 개략도이다. 반투과형 액정표시장치는 반사영역(REFC)와 투과영역(TRNC)으로 구분된다. 반사영역(REFC)의 하부 기판(SUBLC)에는 반사공통전극(REFCOMC), 그리고 절연막(GIC, PASSIC)을 사이에 두고 형성된 화소전극(PXLC)을 포함한다. 그리고, 하부 배향막(ALGLC)이 전면에 형성되어 있다. 투과영역(TRNC)의 하부 기판(SUBLC)에는 투명공통전극(TRNCOMC), 그리고 절연막(GIC, PASSIC)을 사이에 두고 형성된 화소전극(PXLC)을 포함한다. 또한, 반사영역(REFC)의 상부 기판(SUBUC)에는 컬러필터(CFC)와 상부 배향막(ALGUC)이 형성되어 있다. 이와 같은 상부 기판(SUBUC)와 하부 기판(SUBLC)이 액정층(LCC)을 사이에 두고 합착되어 반투과형 액정표시패널이 완성된다.

이와 같은 반투과형 액정표시패널의 상면에는 상부 편광판(POLUC)이 부착되고, 하면에는 하부 편광판(POLLC)이 부착된다. 하부 편광판(POLLC)은 제1 방향의 광 투과축을 갖고, 상부 편광판(POLUC)은 제1 방향과 직교하는 제2 방향의 광 투과축을 갖는다. 이와 같은 구조에서 반사영역(REFC)과 투과영역(TRNC)에서의 화상표 시를 위한 빛의 경로를 살펴보면 다음과 같다. 도 1에서 화살표는 반투과형 액정표시장치에서 반사영역(REFC) 및 투과영역(TRNC)에서의 빛의 경로를 나타낸다.

이와 같은 상태에서, 투과영역(TRNC)을 통과하는 빛은 액정층(LCC)를 한번만 통과하지만, 반사영역(REFC)를 통과하는 빛은 액정층(LCC)를 두 번 통과한다. 이러한 특성으로 인하여 반사영역(REFC)과 투과영역(TRNC)에서의 광 위상차 값을 동일하게 하기 위하여 액정층(LCC)의 셀 갭을 다르게 한다. 이를 위해 반사영역(REFC)의 컬러필터(CFC) 위에는 절연막(INS)을 더 형성한다. 광학적 위상 지연값(optical retardation, 즉 dㅿn)에서 액정분자가 동일하므로 ㅿn 값은 동일하다. 반면에 투과영역(TRNC)에서의 d 값은 광 경로와 동일한 셀 갭인 D2이고, 반사영역(REFC)에서의 d 값은 광 경로가 셀 갭 D1의 2배가 된다. 따라서, d 값을 반사영역(REFC)와 투과영역(TRNC)에서 동일한 값을 갖도록 하기 위해서, 반사영역(REFC)의 셀 갭(D1)은 투과영역(TRNC)의 셀 갭(D2)의 1/2이 되도록 한다.

이와 같이 종래 기술에 의한 반투과 액정표시장치는 액정표시장지 전면에 걸쳐서 셀갭이 동일하지 않게 형성해야 하는 문제가 있다. 셀갭이 일정하지 않을 경우에는 예상하지 못하는 문제가 발생할 수 있어서, 액정표시장치의 신뢰도가 나빠진다. 또한, 셀 갭 차이를 조정하기 위한 공정이 필수적이고, 이는 제조 공정의 복잡성과 비용의 상승을 초래한다.

본 발명의 목적은 상기 종래 기술의 문제점들을 해결하고자 안출 된 발명으로써 액정셀 갭이 투과영역과 반사영역에서 모두 동일한 반투과형 액정표시장치를 제공하는데 있다. 본 발명의 다른 목적은, 광 경화법을 이용하여, 단순한 방법으로 액정셀 갭이 투과영역과 반사영역에서 모두 동일한 반투과형 액정표시장치를 제조하는 방법을 제공하는데 있다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 의한 반투과형 액정표시장치는 수평면 상에서 제1 방향으로 초기 배향된 제1 액정셀을 포함하는 투과영역과; 수평면 상에서 제2 방향으로 그리고 수평면에 대해서 경사각을 갖고 초기 배향된 제2 액정셀을 갖는 반사영역을 포함한다.

상기 투과영역과 상기 반사영역의 셀 갭이 동일한 것을 특징으로 한다.

상기 투과영역에는 상기 제1 액정셀에 수평전계를 인가하기 위해 서로 수평 방향으로 배열된 화소전극과 투명공통전극을 더 포함한다.

상기 반사영역에는 상기 제2 액정셀에 수평전계를 인가하기 위해 서로 수평 방향으로 배열된 화소전극과 반사공통전극; 그리고 상기 제2 액정셀에 수직전계를 인가하기 위해 반사공통전극과 수직으로 배열된 보조전극을 더 포함한다.

상기 제1 액정셀과 상기 제2 액정셀 내에는, 액정물질; 그리고 광경화성 단량체를 포함한다.

상기 제1 방향은 45도 방향이며; 상기 제2 방향은 90도 방향이며; 상기 경사각은 50도 내지 55도인 것을 특징으로 한다.

박막트랜지스터, 상기 박막트랜지스터에 연결된 화소전극, 상기 화소전극과 수평전계를 형성하도록 배치된 공통전극이 형성된 제1 기판과; 칼라필터가 형성된 제2 기판을 더 포함하며, 상기 제1 및 제2 액정셀을 상기 제1 기판과 상기 제2 기판 사이에 개재된 것을 특징으로 한다.

상기 제1 기판에는 제1 편광방향을 갖는 상부 편광판과; 상기 제2 기판에는 제1 편광방향과 수직한 제2 편광방향을 갖는 하부 편광판을 더 포함한다.

상기 제1 편광방향과 상기 제2 편광방향 중 어느 하나는 상기 제1 방향과 평행하거나 수직한 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 의한 반투과형 액정표시장치의 제조 방법은, 제1 기판과 제2 기판에 투과영역 및 반사영역을 정의하는 단계와; 상기 제1 기판의 상기 투과영역에는 투명공통전극과 화소전극을 포함하고, 상기 제1 기판의 상기 반사영역에는 반사공통전극과 화소전극을 포함하는 TFT 기판을 형성하는 단계와; 상기 제2 기판 전체에는 칼라필터를 포함하고, 상기 제2 기판의 상기 반사영역에는 제1 보조전극을 포함하는 컬러 필터 기판을 형성하는 단계와; 상기 TFT 기판과 상기 컬러 필터 기판 사이에 액정 및 광경화 단량체 혼합물로 이루어진 액정셀을 개재한 상태로 합착하여 액정패널을 형성하는 단계와; 상기 반사공통전극과 상기 제1 보조전극 사이에 전계를 인가하여 그 사이에 개재된 광경화 단량체를 수평면에 대해 경사각을 갖도록 하는 단계와; 상기 액정패널에 자외선을 조사하여 상기 경사각을 갖는 상기 광경화 단량체를 경화시키는 단계를 포함한다.

상기 반사공통전극과 상기 제1 보조전극 사이에 상기 전계를 인가하는 단계 는 상기 경사각이 50도 내지 55도를 이루도록 상기 전계를 인가하는 것을 특징으로 한다.

상기 TFT 기판을 형성하는 단계는, 상기 투과영역에는 제1 배향방향을 갖고, 상기 반사영역에는 제2 배향방향을 갖는 하부 배향막을 더 형성하며; 상기 컬러 필터 기판을 형성하는 단계는, 상기 투과영역에는 상기 제1 배향방향을 갖고 상기 반사영역에는 상기 제2 배향방향을 갖는 상부 배향막을 더 형성하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 의한 반투과형 액정표시장치는 액정셀 갭이 투과영역과 반사영역에서 모두 동일하다. 따라서, 액정셀 갭이 상이함에서 발생하는 신뢰도 저하 문제가 발생하지 않는다. 또한, 본 발명에 의한 반투과형 액정표시장치를 제조하는 방법은 광경화성 단량체를 이용한 광 경화방법으로 투과영역과 반사영역 사이의 광 위상차가 발생하지 않도록 하였다. 그러므로, 위상차 보상을 위한 별도의 광학적 수단이 필요치 않다. 따라서, 제조 방법이 단순하고, 제조 비용이 절감되는 효과를 얻을 수 있다.

이하, 도 2 내지 도 8을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예들에 대하여 설명하기로 한다. 도 2는 본 발명에 의한 반투과형 액정표시장치를 나타내는 평면도이다. 도 3은 도 2에서 절취선 I-I'으로 자른 단면으로 나타낸 본 발명의 실시 예 1에 의한 반투과형 액정표시장치의 구조를 나타내는 단면도이다.

도 2 및 도 3을 참조하여 본 발명의 실시 예 1에의한 반투과형 액정표시장치에 대하여 상세히 설명한다. 반투과형 액정표시장치는 반사영역(REF)과 투과영역(TRN)으로 구분된다. 세로 방향으로 진행하는 데이터라인(DL)과 가로 방향으로 진행하는 게이트라인(GL)이 교차하면서 대략 직 사각형의 화소 영역을 정의한다. 화소 영역 내에는 공통전극이 형성된다. 특히, 반 투과형 특징을 위해 반사영역(REF)에는 불투명 금속으로 만든 반사공통전극(REFCOM)을 형성하고, 투과영역(TRN)에는 ITO와 같은 투명 도전체로 투과공통전극(TRNCOM)을 형성한다.

하부 기판(SUBL) 위에 게이트 전극(G)과, 반사영역(REF)에 형성된 반사공통전극(REFCOM)과, 투과영역(TRN)에 형성된 투과공통전극(TRNCOM)이 포함되어 있다. 게이트 전극(G)과 공통전극들(REFCOM, TRNCOM)을 덮는 게이트 절연막(GI)이 전면에 도포된다. 게이트 절연막(GI) 위에서 게이트 전극(G)과 중첩되는 부위에 반도체 층(ACT), 반도체 층(ACT)의 일측면에는 소스 전극(S), 그리고 타측면에는 드레인 전극(D)이 배치된다. 이와 같은 박막트랜지스터(TFT)는 보호막(PASSI)로 보호한다. 보호막(PASSI) 위에는 콘택 홀을 통해 드레인 전극(D)과 접촉하는 화소전극(PXL)이 공통전극(REFCOM, TRNCOM)과 수평전계를 형성할 수 있도록 배치된다. 화소전극(PXL)이 형성된 하부 기판(SUBL) 전면에는 하부 배향막(ALGL)이 도포된다. 하부 배향막(ALGL)에서 반사영역(REF)과 투과영역(TRN)은 서로 45도 차이가 나는 방향을 갖도록 형성한다. 예를 들어, 반사영역(REF)에서는 45도 방향인 배향방향을 갖고, 투과영역(TRN)은 90도 방향인 배향방향을 갖는다.

상부 기판(SUBU) 에는 게이트라인(GL), 데이터라인(DL) 및 박막트랜지스터(TFT)와 대응하는 위치에 블랙 매트릭스(BM)가 배치된다. 그리고, 블랙 매트릭스(BM) 사이를 차지하는 화소 영역 내에 칼라필터(CF)가 배치된다. 칼라필터(CF)는 화소의 배열에 맞추어 RGB 배열을 갖도록 형성할 수 있다. 칼라필터(CF) 위에서 반사영역(REF) 부분에는 보조전극(AUX)를 배치한다. 보조전극(AUX)은 외부에서 별도로 전압을 인가할 때 사용할 수 있도록 배선을 형성한다. 보조전극(AUX)와 컬러필터(CF)를 포함하는 상부 기판(SUBU) 전면에 상부 배향막(ALGL)이 도포된다. 상부 배향막(ALGU)에서도 반사영역(REF)과 투과영역(TRN)은 서로 45도 차이가 나는 방향을 갖도록 형성한다. 예를 들어, 반사영역(REF)은 45도 방향인 배향방향을 갖고, 투과영역(TRN)은 90도 방향인 배향방향을 갖는다.

상부 기판(SUBU)와 하부 기판(SUBL)은 액정층(LC)를 사이에 두고 일정한 간격을 유지한 채 합착되어 있다. 하부 기판(SUBL)에는 하부 편광판(POLL)이 부착되고, 상부 기판(SUBU)에는 상부 편광판(POLU)가 부착된다. 하부 편광판(POLL)은 투과영역(TRN)의 배향막의 배향 방향인 90도와 평행하거나 직교하는 제1 방향의 광 투과축을 갖는다. 상부 편광판(POLU)은 하부 편광판(POLL)과 직교하는 제2 방향의 광 투과축을 갖는다. 예를 들어, 하부 편광판(POLL)의 광 투과축은 90도이고, 상부 편광판(POLU)의 광 투과축은 0도로 설정할 수 있다.

이와 같은 구조를 갖는 반투과 액정표시장치에서 광학적 작동 상태를 살펴보면 다음과 같다.

투과영역(TRN)에서는 액정표시장치 내부에 설치된 백라이트 유닛(도시하지 않음)에서 발생한 가시광이 액정층(LC)을 투과하여 표시면 쪽으로 진행한다. 백라이트 유닛에서 발생한 가시광이 하부 편광판(POLL)을 통과하면 제1 방향으로 편광된다. 투과영역(TRN)의 액정층(LC)은 초기 배향 상태가 하부 편광판(POLL)의 광투과축과 평행하거나 직교하는 방향으로 배향되어 있다. 이 상태에서는, 제1 방향으로 편광된 빛은 액정층(LC)를 통과하면서, 광학적 이방성이 발생하지 않는다. 도 4a는 편광된 빛이 편광 방향과 평행하게 배열된 액정분자(LCM)를 통과할 경우를 나타낸다. 도 4b는 편광된 빛이 편광 방향과 수직인 상태로 배열된 액정분자(LCM)를 통과할 경우를 나타낸다. 도 4a와 같은 경우, 장방향에서의 투과율(ne)만 존재한다. 또한, 도 4b와 같은 경우, 단방향에서의 투과율(no)만 존재한다. 따라서, 도 4a 및 도 4b와 같은 상태에서 편광된 빛은 액정분자(LCM)에 의한 투과율 이방성이 발생하지 않는다. 따라서, 액정분자(LCM)을 통과한 빛은 제1 방향으로의 편광 상태를 유지한 채, 상부 편광판(POLU)에 도달한다. 상부 편광판(POLU)은 제1 방향과 직교하는 제2 방향의 광 투과축을 가지므로, 액정층(LC)을 통과한 제1 방향으로 편광된 빛은 통과하지 못한다. 즉, 노멀 상태에서 블랙 색조를 표현한다.

화소전극(PXL)과 투과공통전극(TRNCOM) 사이에 전계가 형성되면, 액정층(LC)의 배열 상태가 바뀐다. 예를 들어, 하부 편광판(POLL)의 광투과축과 평행하거나 직교하는 방향에서 45도 방향으로 바뀔 수 있다. 이럴 경우에는, 하부 편광판(POLL)을 통과하여 제1 방향으로 편광된 빛은 액정분자들(LCM)에서 광학적으로 이방성을 갖는다. 도 4c는 편광된 빛이 편광 방향에 대해 45도로 기울어진 액정분 자(LCM)를 통과할 경우를 나타낸다. 즉, 편광된 빛은 장방향에서의 투과율(ne)과 단방향에서의 투과율(no)을 모두에 영향을 받는다. 더구나 장방향 투과율(ne)와 단방향 투과율(no)가 다른 값을 가진다. 따라서, 액정분자(LCM)을 통과한 편광된 빛은 편광 상태가 바뀐다. 45도로 기울어진 액정분자(LCM)을 통과한 제1 방향으로 편광된 빛은 제2 방향으로 편광 상태가 바뀌어 상부 편광판(POLU)에 도달한다. 상부 편광판(POLU)은 제2 방향의 광 투과축을 가지므로, 액정층(LC)를 통과하면서 편광 상태가 제2 방향으로 바뀐 빛은 통과하여 화상이 표시된다. 즉, 작동상태에서 백색 색조를 표현한다.

반사영역(REF)에서는 외부광을 이용해서 화상을 표시한다. 반사영역(REF)에 입사된 외부광은 액정층(LC)을 경유하여 반사공통전극(REFCOM)에서 반사되어 다시 액정층(LC)을 경유하여 외부로 방출된다. 하지만, 반사여역(REF)에서도 투과영역(TRN)과 동일한 조건으로 작동하여야 한다. 상부 편광판(POLU)을 통과한 외부광은 제2 방향으로 편광된다. 노멀리 블랙(Normally Black)을 구현하기 위해서는, 제2 방향으로 편광된 빛이 액정층(LC)를 통과한 후 반사공통전극(REFCOM)에서 반사되어 다시 상부 편광판(POLU)로 나왔을 때, 빛이 상부 편광판(POLU)를 통과하지 못하여야 한다. 노멀 상태에서는 액정분자가 상부 편광판(POLU)의 광 투과축과 평행 혹은 직교한 상태라면, 제2 방향으로 편광된 빛은 반사영역(REF) 내에서 광학적 이방성을 갖지 않는다. 즉 제2 방향으로 편광된 빛은 반사공통전극(REFCOM)에서 반사되어 다시 상부 편광판(POLU)에 도달했을 때 제2 방향의 편광상태를 유지하여 상부 편광판(POLU)를 투과한다. 그러면, 노멀리 블랙을 구현하지 못한다. 따라서, 반사영역(REF)에서는 액정분자(LCM)의 초기 방향이 투과영역(TRN)과 달라야 한다. 그러므로, 앞에서 설명하였듯이, 반사영역(REF)에서 액정층(LC)의 초기 배향상태는 투과영역(TRN)에서의 액정층(LC)의 초기 배향상태와 45도 차이가 있어야 한다.

또한, 실시 예 1에 의한 반투과형 액정표시장치에서는 반사영역(REF)와 투과영역(TRN)에서의 셀 갭이 모두 동일하다. 이럴 경우 광 경로에 차이가 발생한다. 즉, 반사영역(REF)에서의 광 경로는 셀 갭(d)의 2배인 2d가 되고, 투과영역(TRN)에서의 광 경로는 셀 갭(d)와 동일한 값 d를 갖는다. 따라서, 광학적 위상 지연값(optical retardation, 즉 dㅿn) 결과가 달라지므로 문제가 발생한다. 즉, 반사영역(REF)에서의 위상 지연 값은 투과영역(TRN)에서의 위상지연 값의 2배가 된다. 반사영역(REF)에서 위상 지연 값을 줄여주기 위해 액정셀(LC)을 구성하는 액정물질(LCM)의 특성을 이용한다. 즉, 액정분자(LCM)은 광 투과성을 갖는 공기보다 밀한 물질이다. 빛은 밀한 매체를 통과할 때 속도는 느려진다. 즉, 위상지연 값이 느려진다. 이러한 특성을 이용하여, 반사영역(REF)에서 수평상태로 누워있는 액정분자(LCM)들을 세워서 반사영역(REF)에서 빛이 밀한 부분을 더 길게 통과하도록 한다. 도 5a와 도 5b는 빛이 액정분자를 통과할 때 액정 상태에 따른 액정 분자 통과 경로의 차이를 나타내는 도면이다. 도 5a에서는 액정분자(LCM)가 액정패널의 평면 방향인 수평방향으로 누워 있을 때, 액정패널로 입사하는 빛이 액정분자(LCM)의 단축 길이 a만큼 액정분자 내를 통과하는 것을 나타낸다. 도 5b에서는 액정분자(LCM)이 액정패널의 평면 방향인 수평 방향에 대해 θ각도 만큼 세워져 있을 때, 액정 패널로 입사하는 빛이 액정분자(LCM)을 통과할 때 광 경로 길이를 나 타낸다. 즉, 액정분자(LCM)가 세워진 상태에서 광 경로 X는 다음 수학식1로 표현된다.

즉, cosθ는 1보다 작은 값을 가지므로 X는 항상 a보다 크다. 다시 말해, 반사영역(REF)를 통과하는 빛이 투과영역(TRN)을 통과하는 빛보다 위상차가 더 발생하게 된다. 이 때, θ 값을 실험적으로 조절하여, 설계된 액정표시장치의 셀 갭에 대해서 반사영역(REF)와 투과영역(TRN)에서 상호 위상차이가 발생하지 않토록 반사영역(REF)를 통과하는 빛에 위상차를 부여하도록 한다. 본 실시 예 1에서는 θ 값이 50~55도 사이의 값을 갖는 것이 가장 바람직하였다.

결론적으로, 본 발명의 실시 예 1에 의한 반투과형 액정표시장치는, 반사영역(REF)과 투과영역(TRN)을 포함하고, 반사영역(REF)과 투과영역(TRN)의 셀 갭이 동일하며, 반사영역(REF)에서의 액정셀은 수평면상에서 45도 방향으로 그리고 수평면에 대해 50~55도 경사진 방향으로 배향되며, 투과영역(TRN)에서의 액정셀은 수평면상에서 90도 방향으로 그리고 수평면상에서 배향된 것을 특징으로 한다.

이하, 도 6a 내지 도 6e를 참조하여 본 발명의 실시 예 1에 의한 반투과형 액정표시장치의 제조 방법에 대하여 설명한다. 도 6a 내지 6e는 도 2에서 절취선 I-I'으로 자른 단면으로 나타낸 본 발명의 실시 예 1에 의한 반투과형 액정표시장 치의 제조 방법을 나타내는 단면도들이다.

먼저, 반투과형 액정표시장치의 TFT 기판(100)을 완성한다. 제1 투명기판(SUBL) 위에 게이트라인(GL), 게이트라인(GL)에서 분기하는 게이트 전극(G), 반사영역(REF)에는 불투명 금속으로 만든 반사공통전극(REFCOM), 그리고 투과영역(TRN)에는 ITO와 같은 투명 도전체로 투과공통전극(TRNCOM)을 형성한다. 그 위에 게이트 절연막(GI)를 전면 도포한다. 게이트 절연막(GI) 위의 게이트 전극(G)과 중첩되는 위치에 반도체 층(ACT)을 형성한다. 반도체 층(ACT)의 일측면에는 소스 전극(S) 그리고 타측면에는 드레인 전극(D)을 형성한다. 소스 전극(S)은 게이트라인(GL)과 직교하는 세로 방향으로 진행하는 데이터라인(DL)에서 분기된다. 박막트랜지스터(TFT)가 형성된 기판(SUBL) 전면 위에 보호막(PASSI)을 도포한다. 드레인 전극(D)의 일부를 노출 시킨 후, ITO와 같은 투명전극으로 보호막 위에 화소 전극(PXL)을 형성한다. 도 2에 도시한 것과 같은 형태로 화소전극(PXL)을 형성하면, 화소전극(PXL)과 공통전극(TRNCOM, REFCOM) 사이에 전계가 기판 평면 방향으로 형성되는 수평전계가 이루어진다. 화소전극(PXL)이 완성된 TFT기판 위에 하판 배향막(ALGL)을 형성한다. (도 6a)

다음으로 반투과형 액정표시장치의 컬러필터 기판(200)을 완성한다. 제2 투명기판(SUBU) 위에 게이트라인(GL), 데이터라인(DL) 및 박막트랜지스터(TFT)와 대응하는 위치에 블랙 매트릭스(BM)을 형성한다. 블랙 매트릭스(BM) 사이를 차지하는 화소 영역 내에 칼라필터(CF)를 형성한다. 컬러필터(CF)는 RGB 형태로 배열할 수 있다. 블랙 매트릭스(BM)과 컬러필터(CF)가 형성된 기판(SUBU) 위에, 반사영 역(TRN)에만 ITO와 같은 투명도전물질로 보조전극(AUX)을 형성한다. 기판(SUBU) 전면에 배향막(ALGU)을 형성한다. 이 때, 배향막(ALGU)은 유기물질을 이용하여, 보조전극(AUX)으로 인하여 발생할 수 있는 반사영역(REF)과 투과영역(TRN)의 단차를 평탄화 시키는 것이 바람직하다. (도 6b)

TFT 기판(100)과 컬러필터 기판(200)을 액정층(LC)을 개재하여 합착한다. TFT 기판(100)의 최상층에 위치한 하판 배향막(ALGL)을 배향처리한다. 이 때, 반사영역(REF)은 액정의 초기 배향이 45도 방향이 되도록 배향하고, 투과영역(TRN)은 액정의 초기 배향이 90도 방향이 되도록 배향한다. 배향 처리가 완료된 TFT 기판과 컬러필터 기판을 액정물질(LCM)과 함께 광경화성 단량체((Reactive Mesogen)(RM)을 첨가한 액정층(LC)를 개재하여 합착한다. 이 때, 반사영역(REF)와 투과영역(TRN)의 셀 갭은 동일한 간격을 유지하도록 한다. 따라서, 셀 갭은 기판 전체에 걸쳐 동일한 'd' 값을 갖는다. (도 6c)

TFT 기판(100)과 컬러필터 기판(200)이 합착된 상태에서, 반사공통전극(REFCOM)과 보조전극(AUX) 사이에 전압을 인가하여, 반사영역(REF)의 셀 갭에 채워진 액정물질(LCM)과 광경화 단량체(RM)에 수직 전계를 인가한다. 이 때, 수직전압 값을 조정하여 액정물질(LCM)과 광경화 단량체(RM)가 수평 방향에서 약 50~55도 정도 세워진 상태가 되도록 한다. 반면에, 수직전압이 인계되지 않는 투과영역(TRN)의 셀 갭에 채워진 액정물질(LCM)과 광경화 단량체(RM)은 상부 배향막(ALGU) 및 하부 배향막(ALGL)에 의한 초기 배향 상태를 유지한 상태를 갖는다. 이러한 상태에서, 액정표시패널 전체에 자외선을 조사하여 광경화 단량체(RM)을 경 화시킨다. 그러면, 반사영역(REF)의 액정물질(LCM)은 광경화 단량체(RM)에 의해 수평 방향에서 약 50~55도 정도 세워진 상태에서, 상부 배향막(ALGU) 및 하부 배향막(ALGL)에 의한 초기 배향 상태인 45도 방향으로 배향된다. 반면에, 투과영역(TRN)의 셀 갭에 채워진 액정물질(LCM)은 광경화 단량체(RM)에 의해 수평 상태에서, 상부 배향막(ALGU) 및 하부 배향막(ALGL)에 의한 초기 배향 상태인 90도 방향으로 배향된다. 배향막(ALGU, ALGL)에 의해서 액정셀이 초기 배향될 때 실제적으로는 수평상태인 0도를 갖지는 않는다. 실제적으로는 배향막(ALGU, ALGL)의 수직 경사각은 약 2도 미만의 수평면에 대해 기울어진 경사각을 갖는다. 하지만, 이 정도 경사각은 수평상태와 동일한 것으로 간주한다. (도 6d)

반투과형 액정표시패널을 완성한다. 컬러필터 기판의 외부면에 상부 편광판(POLU)을 부착하고, TFT 기판의 외부면에 하부 편광판(POLL)을 부착한다. (도 6e) 이후에 추가 필요 공정을 수행하여 반투과형 액정표시장치를 완성한다.

전술한 실시 예 1에서는 반사영역(REF)에만 보조전극(AUX)를 형성하여 반사영역(REF)의 액정셀(LC)을 수직방향으로 경사진 상태로 초기 배향 시킨 예를 설명하였다. 그러나, 투과영역(TRN)의 액정셀(LC)을 수직으로 경사진 상태로 초기 배향을 시켜서 투과영역(TRN)과 반사영역(REF)의 셀갭이 동일할 때 발생하는 위상차이를 제거할 수도 있다. 이럴 경우에는, 보조전극(AUX)가 투과영역(TRN)에만 형성할 수 있다. 도 7은 보조전극(AUX)이 투과영역(TRN)에 형성된 본 발명의 실시 예 2에 의한 반투과형 액정표시장치를 나타내는 단면도이다.

또 다른 실시 예로, 상황에 따라서 반사영역(REF) 혹은 투과영역(TRN)의 액정셀(LC)을 선택적으로 수직 방향으로 경사지게 배향할 필요도 있다. 이럴 경우를 위해, 반사영역(REF)에도 제1 보조전극(AUX1)을 형성하고, 투과영역(AUX)에도 제2 보조전극(AUX2)를 형성할 수 있다. 그리고, 제1 보조전극(AUX1)과 제2 보조전극(AUX2)은 서로 각각 다른 전압을 입력할 수 있도록 전기적으로 분리된 것이 바람직하다. 이는 보조전극(AUX)를 어느 한 영역에만 설치하였을 때 보다도 셀 갭을 더욱 일정하게 유지할 수 있다는 장점이 있다. 도 8은 반사영역에는 제1 보조전극을 구비하고, 투과영역에는 제2 보조전극을 구비한 본 발명의 실시 예 3에 의한 반투과형 액정표시장치를 나타내는 단면도이다.

이상 설명한 내용을 통해 당업자라면 본 발명의 기술사상을 일탈하지 아니하는 범위에서 다양한 변경 및 수정이 가능함을 알 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 기술적 범위는 명세서의 상세한 설명에 기재된 내용으로 한정되는 것이 아니라 특허 청구의 범위에 의해 정하여져야만 할 것이다.

도 1은 종래 기술에 의한 반투과형 액정표시장치를 나타내는 개략도.

도 2는 본 발명에 의한 반투과형 액정표시장치를 나타내는 평면도.

도 3은 도 2에서 절취선 I-I'으로 자른 단면으로 나타낸 본 발명의 실시 예 1에 의한 반투과형 액정표시장치의 구조를 나타내는 단면도.

도 4a는 편광된 빛이 편광 방향과 평행하게 배열된 액정분자를 통과할 경우를 나타내는 도면.

도 4b는 편광된 빛이 편광 방향과 수직인 상태로 배열된 액정분자를 통과할 경우를 나타내는 도면.

도 4c는 편광된 빛이 편광 방향에 대해 45도로 기울어진 액정분자를 통과할 경우를 나타내는 도면.

도 5a와 도 5b는 빛이 액정분자를 통과할 때 액정 상태에 따른 액정 분자 통과 경로의 차이를 나타내는 도면들.

도 6a 내지 6e는 도 2에서 절취선 I-I'으로 자른 단면으로 나타낸 본 발명의 실시 예 1에 의한 반투과형 액정표시장치의 제조 방법을 나타내는 단면도들.

도 7은 보조전극(AUX)이 투과영역(TRN)에 형성된 본 발명의 실시 예 2에 의한 반투과형 액정표시장치를 나타내는 단면도.

도 8은 반사영역에는 제1 보조전극을 구비하고, 투과영역에는 제2 보조전극을 구비한 본 발명의 실시 예 3에 의한 반투과형 액정표시장치를 나타내는 단면도.

〈도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명〉

SUBLC, SUBL: 하부 기판 SUBUC, SUBU: 상부기판

REFCOMC, REFCOM: 반사공통전극 TRNCOMC, TRNCOM: 투과공통전극

GIC, PASSIC, INS: 절연막 PASSI: 보호막

GI: 게이트 절연막 PXLC, PXL: 화소전극

ALGLC, ALGL: 하부 배향막 ALGUC, ALGU: 상부 배향막

POLUC, POLU: 상부 편광판 POLLC, POLL: 하부 편광판

LCC, LC: 액정층 BMC, BM: 블랙 매트릭스

CFC, CF: 컬러 필터 TFT: 박막트랜지스터

G: 게이트 전극 S: 소스 전극

D: 드레인 전극 DL: 데이터 라인

GL: 게이트 라인 ACT: 반도체 층

REFC, REF: 반사영역 TRNC, TRN: 투과영역

LCM: 액정분자(액정물질)

RM: 광경화 단량체(Reactive Mesogen) AUX: 보조전극

AUX1: 제1 보조전극 AUX2: 제2 보조전극

Claims

수평면 상에서 제1 방향으로 초기 배향된 제1 액정셀을 갖는 반사영역;

수평면 상에서 제2 방향으로 초기 배향된 제2 액정셀을 갖는 투과영역;

상기 제1 액정셀에 수평전계를 인가하기 위해 서로 수평 방향으로 배열된 화소전극과 반사공통전극;

상기 제2 액정셀에 수평전계를 인가하기 위해 상기 화소전극과 수평 방향으로 배열된 투명공통전극; 및

상기 제1 액정셀을 수평면에 대해서 경사각을 갖도록 초기 배향 시키기 위해 상기 반사공통전극과 수직으로 배열된 제1 보조전극, 및 상기 제2 액정셀이 수평면에 대해서 경사각을 갖도록 초기 배향시키기 위해 상기 투명공통전극과 수직으로 배열된 제2 보조전극 중 적어도 어느 하나를 포함하고,

상기 제1 액정셀 및 상기 제2 액정셀 중 적어도 어느 하나는,

수평면에 대해서 경사각을 갖고 초기 배향된 반투과형 액정표시장치.
제 1 항에 있어서,

상기 투과영역과 상기 반사영역의 셀 갭이 동일한 것을 특징으로 하는 반투과형 액정표시장치.
삭제
삭제
제 1 항에 있어서,

상기 제1 액정셀과 상기 제2 액정셀 내에는,

액정물질; 그리고

광경화성 단량체를 포함하는 것을 특징으로 하는 반투과형 액정표시장치.
제 1 항에 있어서,

상기 제1 방향은 45도 방향이며;

상기 제2 방향은 90도 방향이며;

상기 경사각은 50도 내지 55도인 것을 특징으로 하는 반투과형 액정표시장치.
제 1 항에 있어서,

박막트랜지스터, 상기 박막트랜지스터에 연결된 화소전극, 상기 화소전극과 수평전계를 형성하도록 배치된 공통전극이 형성된 제1 기판과;

칼라필터가 형성된 제2 기판을 더 포함하며,

상기 제1 및 제2 액정셀을 상기 제1 기판과 상기 제2 기판 사이에 개재된 것을 특징으로 하는 반투과형 액정표시장치.
제 7 항에 있어서,

상기 제1 기판에는 제1 편광방향을 갖는 상부 편광판과;

상기 제2 기판에는 제1 편광방향과 수직한 제2 편광방향을 갖는 하부 편광판을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 반투과형 액정표시장치.
제 8 항에 있어서,

상기 제1 편광방향과 상기 제2 편광방향 중 어느 하나는 상기 제1 방향과 평행하거나 수직한 것을 특징으로 하는 반투과형 액정표시장치.
제1 기판과 제2 기판에 투과영역 및 반사영역을 정의하는 단계와;

상기 제1 기판의 상기 투과영역에는 투명공통전극과 화소전극을 포함하고, 상기 제1 기판의 상기 반사영역에는 반사공통전극과 화소전극을 포함하는 TFT 기판을 형성하는 단계와;

상기 제2 기판 전체에는 컬러필터를 포함하고, 상기 제2 기판의 상기 반사영역에는 제1 보조전극을 포함하는 컬러 필터 기판을 형성하는 단계와;

상기 TFT 기판과 상기 컬러 필터 기판 사이에 액정 및 광경화 단량체 혼합물로 이루어진 액정셀을 개재한 상태로 합착하여 액정패널을 형성하는 단계와;

상기 반사공통전극과 상기 제1 보조전극 사이에 전계를 인가하여 그 사이에 개재된 광경화 단량체를 수평면에 대해 경사각을 갖도록 하는 단계와;

상기 액정패널에 자외선을 조사하여 상기 경사각을 갖는 상기 광경화 단량체를 경화시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 반투과형 액정표시장치 제조 방법.
제 10 항에 있어서,

상기 액정패널을 형성하는 단계에서, 상기 액정패널의 셀갭이 전면에 걸쳐 균일하게 합착하는 것을 특징으로 하는 반투과형 액정표시장치 제조 방법.
제 10 항에 있어서,

상기 반사공통전극과 상기 제1 보조전극 사이에 상기 전계를 인가하는 단계는 상기 경사각이 50도 내지 55도를 이루도록 상기 전계를 인가하는 것을 특징으로 하는 반투과형 액정표시장치 제조 방법.
제 10 항에 있어서,

상기 TFT 기판을 형성하는 단계는, 상기 투과영역에는 제1 배향방향을 갖고, 상기 반사영역에는 제2 배향방향을 갖는 하부 배향막을 더 형성하며;

상기 컬러 필터 기판을 형성하는 단계는, 상기 투과영역에는 상기 제1 배향방향을 갖고 상기 반사영역에는 상기 제2 배향방향을 갖는 상부 배향막을 더 형성하는 것을 특징으로 하는 반투과형 액정표시장치 제조 방법.
제 13 항에 있어서,

상기 제1 배향방향과 상기 제2 배향방향은 45도 차이를 갖는 것을 특징으로 하는 반투과형 액정표시장치 제조 방법.
제 13 항에 있어서,

상기 TFT 기판 외부에는 하부 편광판을, 상기 컬러필터 외부에는 상부 편광판을 부착하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 반투과형 액정표시장치 제조 방법.
제 15 항에 있어서,

상기 하부 편광판은 상기 제1 배향방향과 평행하거나 수직한 제1 광 투과축을 갖고;

상기 상부 편광판은 상기 제1 광 투과축과 수직하는 제2 광 투과축을 갖는 것을 특징으로 하는 반투과형 액정표시장치 제조 방법.
제 10 항에 있어서,

상기 컬러 필터 기판을 형성하는 단계는,

상기 제2 기판의 상기 투과영역에 상기 제1 보조전극과 전기적으로 분리된 제2 보조전극을 더 형성하는 것을 특징으로 하는 반투과형 액정표시장치 제조 방법.
제 17 항에 있어서,

상기 반사공통전극과 상기 제1 보조전극 사이에 상기 전계를 인가하는 대신 에 상기 투명공통전극과 상기 제2 보조전극 사이에 상기 전계를 인가하는 것을 특징으로 하는 반투과형 액정표시장치 제조 방법.