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KR101396938B1 - 액정표시장치 및 그 설계 방법 - Google Patents

액정표시장치 및 그 설계 방법 Download PDF

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KR101396938B1
KR101396938B1 KR1020070101682A KR20070101682A KR101396938B1 KR 101396938 B1 KR101396938 B1 KR 101396938B1 KR 1020070101682 A KR1020070101682 A KR 1020070101682A KR 20070101682 A KR20070101682 A KR 20070101682A KR 101396938 B1 KR101396938 B1 KR 101396938B1
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Abstract

본 발명은 액정표시장치 및 그 설계 방법에 관한 것으로서, 특히 싱글 셀 갭 구현이 가능함과 동시에 넓은 시야각이 확보되며 투과 영역과 반사 영역의 경계에 발생하는 전경선(disclination)의 영역이 최소화된 반투과 횡전계 액정표시장치 및 그 설계 방법에 관한 것이다.
이러한 본 발명은, 셀 갭(d)이 동일한 투과 영역과 반사 영역이 정의된 제 1 기판 및 제 2 기판; 상기 제 1 기판 상에 형성된 제 1 배향막; 상기 제 1 기판과 대향하는 제 2 기판 상의 투과 영역에 형성된 제 2 배향막; 상기 제 1 기판과 대향하는 제 2 기판 상의 반사 영역에 형성된 제 3 배향막; 상기 제 1 기판의 하부에 형성된 하부편광판; 상기 제 2 기판의 상부에 형성되며, 상기 하부편광판의 투과축과 직각을 이루는 투과축을 가지는 상부편광판; 상기 제 1 기판 상에 형성되고, 수평 전계를 형성하는 화소전극 및 공통전극; 상기 제 1 기판 상의 반사 영역에 형성되어 외부로부터의 광을 반사하는 반사층; 상기 제 1 기판과 제 2 기판 사이에 형성된 액정층; 을 포함하여 구성된다.
여기서, 상기 제 1 및 제 2 배향막은 투과 영역의 액정이 하부편광판의 투과축과 동일한 방향으로 배향되도록 하는 배향 방향을 가지고, 상기 제 3 배향막은 반사 영역의 액정이 소정의 꼬임각(θ)을 가지고 하부에서부터 상부로 꼬이도록 하는 배향 방향을 가지며, 상기 반사 영역의 액정의 꼬임각(θ) 및 반사 영역의 최상부 액정의 배향 방향과 상부편광판의 투과축이 이루는 각(α)은 상기 액정이 구동 되지 않을 시에 반사 영역의 광 반사율이 "0"이 되는 범위 내에서 설정된다.
액정표시장치, 반투과, 싱글 셀 갭

Description

액정표시장치 및 그 설계 방법{LIQUID CRYSTAL DISPLAY DEVICE AND THE METHOD FOR DESIGNING LIQUID CRYSTAL DISPLAY DEVICE}
본 발명은 액정표시장치 및 그 설계 방법에 관한 것으로서, 특히 싱글 셀 갭 구현이 가능함과 동시에 넓은 시야각이 확보되며 투과 영역과 반사 영역의 경계에 발생하는 전경선(disclination)의 영역이 최소화된 반투과 횡전계 액정표시장치 및 그 설계 방법에 관한 것이다.
일반적으로 액정표시장치는 경량, 박형, 저소비 전력구동 등의 특징으로 인해 그 응용범위가 점차 넓어지고 있는 추세에 있다. 이에 따라 액정표시장치는 노트북 PC 및 휴대 전화와 같은 휴대용 전자기기 등으로 널리 이용되고 있다.
통상적으로 액정표시장치는 매트릭스형태로 배열되어진 다수의 제어용 스위칭 소자에 인가되는 영상신호에 따라 광의 투과량이 조절되어 화면에 원하는 화상을 표시하게 된다.
상기 액정표시장치는 상부기판인 컬러필터(color filter)기판과 하부기판인 박막 트랜지스터 어레이(Thin film Transistor Array)기판이 서로 대향하고 그 사이에는 액정층이 충진된 액정패널과, 상기 액정패널에 주사신호 및 화상정보를 공 급하여 액정패널을 동작시키는 액정패널 구동부를 포함하여 구성된다.
이러한 액정표시장치는 CRT(Cathode-ray Tube)나 LED(Light Emitting Diode)에 비해 스스로 빛을 내지 못하는 비발광 소자이므로, 화상을 구현하기 위해서는 액정패널에 광을 공급하는 광원을 필요로 한다.
상기 액정표시장치는 광원의 종류에 따라 크게 두 종류로 분류될 수 있다. 즉, 액정표시장치의 내부에 마련된 광원을 이용하는 투과형 액정표시장치와 외부의 광원(예 : 태양광)을 이용하는 반사형 액정표시장치로 분류된다.
하지만, 상기 투과형 액정표시장치는 휴대용 배터리 등을 전원으로 하는 내부 광원을 사용하기 때문에 높은 소비 전력이 요구되므로, 이러한 투과형 액정표시장치가 휴대용 전자기기에 적용된 경우에는 휴대용 배터리 용량의 한계로 인해 사용 시간이 길지 못하므로 휴대성의 장점이 발휘되지 못하는 문제점이 발생한다. 그리고, 상기 반사형 액정표시장치는 태양광 등의 외부 광원을 사용하기 때문에 실내에서 사용하는 경우에는 외부 광원의 세기가 약하므로 화면의 밝기가 어두워 화면의 품질이 좋지 않은 문제점이 발생한다.
따라서, 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 투과형과 반사형이 결합된 반투과형 액정표시장치가 제안되었다. 이러한 반투과형 액정표시장치는 낮은 소비전력으로 인해 휴대용 전자기기에 적용하는 것이 용이하며, 실외는 물론이며 실내에서도 높은 품질의 화면을 관찰할 수 있는 장점이 있다.
첨부한 도면을 참조하여 상기와 같은 반투과형 액정표시장치에 대하여 설명하면 다음과 같다.
도 1에 도시된 종래의 일반적인 액정표시장치는 반투과형 ECB(Electrically Controlled Birefringence) 액정표시장치로서, 투과 영역과 반사 영역이 정의되는 제 1 기판(1)과 제 2 기판(2)이 구비되며, 상기 제 1 기판(1)의 하부에는 적어도 하나의 위상보상판(16a, 16b)과 하부편광판(3)이 구비되며, 상기 제 2 기판(2)의 상부에는 적어도 하나의 위상보상판(17a, 17b)과 상부편광판(4)이 구비된다. 그리고, 상기 제 1 기판(1) 상의 투과 영역 및 반사 영역에는 액정층(8)에 전계를 가하기 위한 제 1 화소전극(5a) 및 제 2 화소전극(5b)이 각각 형성된다. 여기서, 상기 제 1 화소전극(5a)과 제 2 화소전극(5b)은 전기적으로 연결된 상태이다. 그리고, 상기 제 2 기판(2) 상에는 컬러필터(20) 및 공통전극(6)이 형성되며, 상기 공통전극(6)은 제 1 기판(1)에 형성된 제 1 및 제 2 화소전극(5a, 5b)과 함께 전계를 형성하여 액정층(8)을 구동한다.
투과 영역에 형성된 상기 제 1 화소전극(5a)은 광의 투과율이 비교적 높은 투명한 도전성 물질로 형성되어 내부 광원으로부터 공급되는 광이 투과되어 액정표시장치의 외부로 용이하게 방출되며, 반사 영역에 형성된 상기 제 2 화소전극(5b)은 반사율이 비교적 높은 불투명한 도전성 금속으로 형성되어 외부로부터 입사된 외부 광이 용이하게 반사된다.
상기와 같은 구조를 가지는 종래의 일반적인 반투과형 ECB 액정표시장치는, 반사 영역은 외부 광원으로부터 입사된 광이 액정층을 두 번 통과하게 되고 투과 영역은 내부 광원으로부터 공급된 광이 액정층을 한 번 통과하게 되어 광학적 특성이 서로 다르므로 이를 보상하기 위하여 투과 영역의 셀 갭(d)이 반사 영역의 셀 갭(d/2)의 2배인 듀얼 셀 갭(dual cell gap)구조를 가진다.
하지만, 상기와 같은 듀얼 셀 갭의 구조를 가지는 반투과 ECB 액정표시장치는 투과 영역과 반사 영역 간의 단차로 인하여 제조 공정이 용이하지 않아 생산성의 저하로 이어지는 문제점이 있다.
그리고, 상기와 같은 반투과 ECB 액정표시장치는 제 1 기판 상에 형성된 제 1, 2 화소전극과 제 2 기판 상에 형성된 공통전극이 이루는 수직 전계에 의해 액정이 구동되므로 시야각이 협소한 단점이 있다.
이에 본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 싱글 셀 갭 구현이 가능함과 동시에 넓은 시야각이 확보되며 투과 영역과 반사 영역의 경계에 발생하는 전경선의 영역이 최소화된 반투과 횡전계 액정표시장치 및 그 설계 방법을 제공하는 것이다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 액정표시장치는, 셀 갭(d)이 동일한 투과 영역과 반사 영역이 정의된 제 1 기판 및 제 2 기판; 상기 제 1 기판 상에 형성된 제 1 배향막; 상기 제 1 기판과 대향하는 제 2 기판 상의 투과 영역에 형성된 제 2 배향막; 상기 제 1 기판과 대향하는 제 2 기판 상의 반사 영역에 형성된 제 3 배향막; 상기 제 1 기판의 하부에 형성된 하부편광판; 상기 제 2 기판의 상부에 형성되며, 상기 하부편광판의 투과축과 직각을 이루는 투과축을 가지는 상부편광판; 상기 제 1 기판 상에 형성되고, 수평 전계를 형성하는 화소전극 및 공통전극; 상기 제 1 기판 상의 반사 영역에 형성되어 외부로부터의 광을 반사하는 반사층; 상기 제 1 기판과 제 2 기판 사이에 형성된 액정층; 을 포함하여 구성된다. 여기서, 상기 제 1 및 제 2 배향막은 투과 영역의 액정이 하부편광판의 투과축과 동일한 방향으로 배향되도록 하는 배향 방향을 가지고, 상기 제 3 배향막은 반사 영역의 액정이 소정의 꼬임각(θ)을 가지고 하부에서부터 상부로 꼬이도록 하는 배향 방향을 가지며, 상기 반사 영역의 액정의 꼬임각(θ) 및 반사 영역의 최상부 액정의 배향 방향과 상부편광판의 투과축이 이루는 각(α)은 상기 액정이 구동되지 않을 시에 반사 영역의 광 반사율이 "0"이 되는 범위 내에서 설정된다.
그리고, 상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 바람직한 실시예에 다른 액정표시장치의 설계 방법은, 셀 갭(d)이 동일한 투과 영역과 반사 영역이 정의된 제 1 기판 및 제 2 기판을 제공하는 단계; 상기 제 1 기판 상에 화소전극 및 공통전극을 형성하는 단계; 상기 제 1 기판 상의 반사 영역에 반사층을 형성하는 단계; 상기 제 1 기판 상에 제 1 배향막을 형성하는 단계; 상기 제 2 기판 상의 투과 영역에 제 2 배향막을 형성하고 반사 영역에 제 3 배향막을 형성하는 단계; 상기 제 1 기판의 하부에 하부편광판을 형성하는 단계; 상기 제 2 기판의 상부에 상기 하부편광판의 투과 축과 직각을 이루는 투과축을 가지는 상부편광판을 형성하는 단계; 상기 제 1 기판과 제 2 기판 사이에 액정층을 형성하는 단계; 를 포함하여 이루어지며, 상기 제 1 및 제 2 배향막은 제 1 기판과 제 2 기판 사이의 투과 영역에 위치하는 액정이 하부편광판의 투과축과 동일한 방향으로 배향되도록 러빙 처리되며, 상기 제 3 배향막은 제 1 기판과 제 2 기판 사이의 반사 영역에 위치하는 액정이 소정의 꼬임각(θ)을 가지고 하부에서부터 상부로 꼬이도록 러빙 처리되며, 상기 반사 영역의 액정의 꼬임각(θ) 및 반사 영역의 최상부 액정의 배향 방향과 상부편광판의 투과축이 이루는 각(α)은 상기 액정이 구동되지 않을 시에 반사 영역의 광 반사율이 "0"이 되는 범위 내에서 설정된다.
상기와 같은 구성을 가지는 본 발명에 따른 반투과 횡전계 액정표시장치는, 투과 영역에 형성된 액정은 하부 편광판의 투과축과 동일한 방향으로 배향되고, 반사 영역에 형성된 액정은 소정의 꼬임각(θ)을 가지고 하부에서부터 상부로 꼬이도록 배향되며, 반사 영역의 액정의 꼬임각(θ) 및 반사 영역의 최상부 액정의 배향 방향과 상부 편광판의 투과축이 이루는 각(α)은 상기 액정이 구동되지 않을 시에 반사 영역의 광 반사율이 "0"이 되는 범위 내에서 설정된 구조를 가짐으로써, 투과 영역과 반사 영역의 동일한 셀 갭(d)을 구현할 수 있는 효과가 있다.
따라서, 액정표시장치의 제조 공정이 용이한 장점이 있다.
그리고, 상기와 같은 구성을 가지는 본 발명에 따른 반투과 횡전계 액정표시장치는, 제 1 기판에 구비된 화소전극과 공통전극에 의해 형성된 전계에 의해 액정이 구동되므로 넓은 시야각이 확보되는 효과가 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 액정표시장치 및 그 설계 방법에 대하여 상세히 설명한다.
먼저, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 액정표시장치의 구조에 대하여 설명 하겠다.
도 2 및 도 3에 도시한 바와 같이 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 액정표시장치는, 셀 갭(d)이 동일한 투과 영역과 반사 영역이 정의된 제 1 기판(101) 및 제 2 기판(102); 상기 제 1 기판(101) 상에 형성된 제 1 배향막(112); 상기 제 1 기판(101)과 대향하는 제 2 기판(102) 상의 투과 영역에 형성된 제 2 배향막(113); 상기 제 1 기판(101)과 대향하는 제 2 기판(102) 상의 반사 영역에 형성된 제 3 배향막(114); 상기 제 1 기판(101)의 하부에 형성된 하부편광판(103); 상기 제 2 기판(102)의 상부에 형성되며 상기 하부편광판(103)의 투과축과 직각을 이루는 투과축을 가지는 상부편광판(104); 상기 제 1 기판(101) 상에 형성되고, 수평 전계를 형성하는 화소전극(105) 및 공통전극(106); 상기 제 1 기판(101) 상의 반사 영역에 형성되어 외부로부터의 광을 반사하는 반사층(107); 상기 제 1 기판(101)과 제 2 기판(102) 사이에 형성된 액정층(108); 을 포함하여 구성된다.
여기서, 상기 제 1 및 제 2 배향막(112, 113)은 투과 영역의 액정이 하부편광판의 투과축과 동일한 방향으로 배향되도록 하는 배향 방향을 가지고, 상기 제 3 배향막은 반사 영역의 액정이 소정의 꼬임각(θ)을 가지고 하부에서부터 상부로 꼬이도록 하는 배향 방향을 가지며, 상기 반사 영역의 액정의 꼬임각(θ) 및 반사 영역의 최상부 액정의 배향 방향과 상부편광판(104)의 투과축이 이루는 각(α)은 상기 액정이 구동되지 않을 시에 반사 영역의 광 반사율이 "0"이 되는 범위 내에서 설정된다.
상기와 같은 구성을 가지는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 액정표시장치의 각 구성 요소에 대하여 설명하면 다음과 같다.
도 3을 참조하면, 상기 액정표시장치는 박막 트랜지스터 어레이 기판인 제 1 기판(101)과 컬러필터 기판인 제 2 기판(102)으로 구성되며, 상기 두 기판(101, 102) 사이에는 액정층(108)이 형성된다. 상기 제 1 기판(101)과 제 2 기판(102)에는 셀 갭(d)이 동일한 투과 영역과 반사 영역이 정의된다.
그리고, 상기 제 1 기판(101)의 하부에는 하부편광판(103)이 마련되며, 상기 제 2 기판(102)의 상부에는 상부편광판(104)이 마련되는데, 상기 두 편광판(103, 104)의 투과축은 서로 90°의 차이를 가진다.
도 2를 참조하면, 상기 제 1 기판(101) 상에는 게이트 라인(109)과 데이터 라인(110)이 종횡으로 교차되어 복수 개의 화소가 정의된다. 그리고, 상기 화소의 게이트 라인(109)과 데이터 라인(110)이 교차하는 지점에는 박막 트랜지스터(111)가 형성된다.
상기 각 화소에는 서로 소정 간격 이격되어 엇갈려 형성된 화소전극(105) 및 공통전극(106)이 구비되는데, 상기 화소전극(105)은 해당 화소에 형성된 박막 트랜지스터(111)의 드레인 전극(110b)에 연결되고, 상기 공통전극(106)은 공통전압 라인(121)과 연결된다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 상기 제 1 기판(101)의 반사 영역에는 외부로부터 입사된 외부 광을 반사시키는 반사층(107)이 형성된다. 상기 반사층(107)의 표면에는 광의 반사 효율을 높이기 위하여 다수의 곡면으로 이루어진 복수 개의 엠보싱 형상이 형성된다.
도 3을 참조하면, 상기 제 2 기판(102) 상에 정의된 각 화소에는 적색, 녹색, 청색의 컬러필터(120) 중 어느 하나가 형성되며, 도면에 도시하지 않았지만 상기 적색, 녹색, 청색 컬러필터(120)가 형성된 각 화소의 경계에는 블랙 매트릭스(미도시)가 형성된다.
도 3을 참조하면, 상기 제 1 기판(101)에는 하부편광판(103)의 투과축과 동 일한 방향으로 러빙된 제 1 배향막(112)이 형성된다. 그리고, 상기 제 2 기판(102)의 투과 영역에는 하부편광판(103)의 투과축과 동일한 방향으로 러빙된 제 2 배향막(113)이 형성되며, 상기 제 2 기판(102)의 반사 영역에는 상부편광판(104)의 투과축과 소정의 각도를 가지는 방향으로 러빙된 제 3 배향막(114)이 형성된다.
따라서, 상기 투과 영역에 형성된 액정은 상기 하부편광판(103)의 투과축과 동일한 방향으로 배향되고, 상기 반사 영역에 형성된 액정은 소정의 꼬임각(θ)을 가지고 하부에서부터 상부로 꼬이도록 배향된다.
여기서, 상기 제 1 배향막(112)의 러빙 방향과 제 3 배향막(114)의 러빙 방향이 이루는 각은 5°~ 85°의 범위 내에서 설정되고, 반사 영역의 상부편광판(104)의 투과축과 제 3 배향막(114)의 러빙 방향이 이루는 각은 5°~ 85°범위 내에서 설정되며, 이로써 반사 영역에 형성된 액정은 5°~ 85°의 꼬임각(θ)을 가지게 되며, 반사 영역의 최상부 액정의 배향 방향과 상부편광판(104)의 투과축이 이루는 각(α)은 5°~ 85°의 범위 내에 있게 된다.
특히, 상기 반사 영역의 액정의 꼬임각(θ) 및 반사 영역의 최상부 액정의 배향 방향과 상부편광판(104)의 투과축이 이루는 각(α)은 상기와 같이 5°~ 85°의 범위에 있되, 상기 액정이 구동되지 않을 시에 반사 영역의 광 반사율이 "0"이 되는 범위 내에서 설정되는데, 이에 대하여 더욱 상세히 설명하면 다음과 같다.
상기 투과 영역의 액정이 배향된 방향은 상부편광판(104)의 투과축과 90°를 이루므로 액정이 구동되지 않을 시에 투과 영역은 블랙을 구현하게 된다.
따라서, 상기 반사 영역의 액정 또한 구동되지 않을 시에는 투과 영역과 마 찬가지로 블랙을 구현해야만 하며, 이와 같이 반사 영역이 블랙을 구현하기 위해서는 외부로부터 입사되는 광의 반사율이 "0"이 되어야만 한다. 즉, 투과 영역과 반사 영역은 모두 노말리 블랙(normally black) 모드가 되어야만 한다.
이와 같이 반사 영역의 광의 반사율이 "0"이 되는 경우에 반사 영역의 액정의 꼬임각(θ) 및 반사 영역의 최상부 액정의 배향 방향과 상부편광판(104)의 투과축이 이루는 각(α)은, 존즈 행렬(jone's matrix)을 이용하여 얻은 광 반사율(R)에 대한 식에 의해서 구할 수 있는데, 이러한 광 반사율(R)에 대한 식은 아래의 수학식 1과 같다.
Figure 112007072489214-pat00001
상기 수학식 1에서 α는 반사 영역의 최상부 액정의 배향 방향과 상부편광판(104)의 투과축이 이루는 각이며, H와 M은 아래의 수학식 2, 3과 같다.
Figure 112007072489214-pat00002
Figure 112007072489214-pat00003
상기 수학식 2에서 θ는 반사 영역의 액정의 꼬임각이며, A, B, C, D는 아래의 수학식 4, 5, 6, 7과 같다.
Figure 112007072489214-pat00004
Figure 112007072489214-pat00005
Figure 112007072489214-pat00006
Figure 112007072489214-pat00007
상기 수학식에서 d는 반사 영역의 액정 셀의 두께이며, Δn은 액정의 굴절률 이방성이고, βd와 ka 는 아래의 수학식 8, 9 와 같다.
Figure 112007072489214-pat00008
Figure 112007072489214-pat00009
상기 수학식에서 λ는 외부의 광원으로부터 반사 영역에 공급되는 광의 파장 이다.
상기 반사 영역의 최상부 액정의 배향 방향과 상부편광판(104)의 투과축이 이루는 각(α)을 5°~ 85°의 범위 내에서 임의의 값을 정한 후에 상기 수학식 1 내지 수학식 9에 적용하여, 반사 영역의 액정의 꼬임각(θ)과 액정의 위상차(Δnd)에 따른 광 반사율(R)에 대한 그래프를 구한 후에 상기 액정의 위상차(Δnd) 값에 해당하는 범위 내에서 광 반사율(R)이 "0"이 되는 반사 영역의 액정의 꼬임각(θ)을 구한다.
여기서, 5°~ 85°의 범위 내에서 임의로 정한 반사 영역의 최상부 액정의 배향 방향과 상부편광판(104)의 투과축이 이루는 각(α)과, 수학식 1 내지 수학식 9를 이용하여 구한 반사 영역의 액정의 꼬임각(θ)을 적용하면 투과 영역과 반사 영역의 셀 갭(d)이 동일한 반투과형 횡전계 액정표시장치를 구현할 수 있다.
이하, 상기와 같은 구조를 가지는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 액정표시장치에 있어서, 투과 영역과 반사 영역의 싱글 셀 갭 구현이 가능한 반사 영역의 액정의 꼬임각(θ) 및 반사 영역의 최상부 액정의 배향 방향과 상부편광판(104)의 투과축이 이루는 각(α)을 설계하는 방법에 대하여 구체적인 예를 들어 설명하도록 한다.
먼저, 셀 갭(d)이 동일한 투과 영역과 반사 영역이 정의된 제 1 기판(101) 및 제 2 기판(102)을 제공한다.
그 다음, 상기 제 1 기판(101) 상에 화소전극(105) 및 공통전극(106)을 형성한다.
그 다음, 상기 제 1 기판(101) 상의 반사 영역에 반사층(107)을 형성한다.
그 다음, 상기 제 1 기판(101) 상에 제 1 배향막(112)을 형성하고, 상기 제 2 기판(102) 상의 투과 영역에 제 2 배향막(113)을 형성하고 반사 영역에 제 3 배향막(114)을 형성한다.
이 후, 상기 제 1 기판(101)의 하부에 하부편광판(103)을 형성하고, 상기 제 2 기판(102)의 상부에 상기 하부편광판(103)의 투과 축과 직각을 이루는 투과축을 가지는 상부편광판(104)을 형성한다.
그 다음, 상기 제 1 기판(101)과 제 2 기판(102) 사이에 액정층을 형성한다.
상기와 같은 복수의 단계에서, 제 1 기판(101) 상의 제 1 배향막(112)과, 제 2 기판(102) 상의 제 2 배향막(113), 제 3 배향막(114)과 관련한 상세한 설계 방법은 다음과 같다.
먼저, 5°~ 85°의 범위 내에서 상기 반사 영역의 최상부 액정의 배향 방향과 상부편광판(104)의 투과축이 이루는 소정의 각(α), 즉 제 3 배향막(114)의 배향 방향과 상부편광판(104)의 투과축이 이루는 각을 임의로 정한다.
여기서, 본 발명의 이해를 돕기 위하여 상기 반사 영역의 최상부 액정의 배향 방향과 상부편광판(104)의 투과축이 이루는 소정의 각(α)을 30°라고 임의로 정하여 설명하겠다.
그 다음, 상기 수학식 1 내지 수학식 9를 이용하여 액정이 구동되지 않을 시에 상기 반사 영역의 액정의 꼬임각(θ)과 액정의 위상차(Δnd) 값에 따른 광 반사율(R)에 대한 그래프를 구한다. 여기서, 액정이 구동되지 않을 시에 상기 반사 영 역의 액정의 꼬임각(θ)은 제 1 배향막(112)의 배향 방향과 제 3 배향막(114)의 배향 방향에 의해 정해지는 값이므로, 액정이 구동되지 않을 시에 상기 반사 영역의 액정의 꼬임각(θ)은 제 1 배향막(112)의 배향 방향과 제 3 배향막(114)의 배향 방향이 이루는 각과 동일하다.
여기서, 액정이 구동되지 않을 시에 반사 영역의 광 반사율에(R)에 대한 그래프는 도 4와 같다.
도 4는 반사 영역의 최상부 액정의 배향 방향과 상부편광판(104)의 투과축이 이루는 소정의 각(α)이 30°인 경우에 반사 영역의 액정의 꼬임각(θ)과 액정의 위상차(Δnd) 값에 따른 반사 영역의 광 반사율(R)을 나타낸 그래프이다.
그 다음, 반사 영역의 액정의 꼬임각(θ)과 액정의 위상차(Δnd) 값에 따른 광 반사율(R)에 대한 그래프를 참조하여 본 발명에 따른 액정표시장치의 액정에 해당하는 위상차(Δnd) 값의 범위 내에서 반사 영역의 광 반사율(R)이 "0"이 되는 액정의 꼬임각(θ)을 찾는다.
즉, 도 4를 참조하여 설명하면, 본 발명에 따른 액정표시장치의 액정에 해당하는 위상차(Δnd) 값은 300㎚ ~ 340㎚이므로, 300㎚ ~ 340㎚의 위상차(Δnd) 값의 범위 내에서 광 반사율(R)이 "0"이 되는 반사 영역의 액정의 꼬임각(θ)을 찾으면 약 60°이다.
이와 같이, 처음에 임의로 정하였던 상기 반사 영역의 최상부 액정의 배향 방향과 상부편광판(104)의 투과축이 이루는 소정의 각(α)을 5°~ 85°의 범위 내에서 정하게 되면 반사 영역의 액정의 꼬임각(θ)은 5°~ 85°의 범위 내에 있게 된다.
따라서, 처음에 임의로 정한 상기 반사 영역의 최상부 액정의 배향 방향과 상부편광판(104)의 투과축이 이루는 소정의 각(α)이 30°가 되고 수학식 1 내지 수학식 9를 이용하여 정한 반사 영역의 액정의 꼬임각(θ)이 60°가 되도록, 제 3 배향막(114)의 배향 방향과 상부편광판(104)의 투과축이 이루는 각을 30°로 설정하고 제 1 배향막(112)과 제 3 배향막(114)을 60°로 설정하면, 투과 영역과 반사 영역의 셀 갭이 동일한 싱글 셀 갭 구조를 가지는 반투과 횡전계 모드를 구현할 수 있다.
상기와 같은 설계 순서를 통해 설계된 상기 반사 영역의 최상부 액정의 배향 방향과 상부편광판(104)의 투과축이 이루는 소정의 각(α) 30°및, 수학식 1 내지 수학식 9를 이용하여 정한 반사 영역의 액정의 꼬임각(θ) 60°가 적용된 액정표시장치에 있어서, 전압에 따른 투과 영역의 광 투과율과 전압에 따른 반사 영역의 광 반사율에 대하여 도시하면 도 5와 같다.
이와 같이 전압에 따른 투과 영역의 광 투과율과 전압에 따른 반사 영역의 광 반사율을 도시한 도면인 도 5를 참조하면, 투과 영역과 반사 영역은 액정이 구동되지 않았을 때 광 투과율 및 광 반사율이 "0"에 근접하여 블랙을 구현함을 알 수 있으며, 전압이 인가되어 액정이 구동되는 경우에는 광 투과율 및 광 반사율이 점점 늘어나서 화이트를 구현함을 알 수 있다.
즉, 본 발명에 따른 설계 방법을 이용하여 설계된 액정표시장치에서, 투과 영역과 반사 영역은 전압이 공급되지 않아 액정이 구동되지 않으면 블랙을 구현하 고 전압이 공급되어 액정이 구동되면 화이트를 구동하는 노말리 블랙(namally balck)을 안정적으로 구현한다.
한편, 상기와 같은 구조 및 설계 방법을 가지는 본 발명에 따른 액정표시장치는, 상기에서 도 2 내지 도 5를 참조하여 설명한 액정표시장치의 구성 요소에 더하여 투과 영역과 반사 영역의 경계에 미배향 영역이 추가로 마련될 수 있는데, 이와 관련하여 도 6와 도 7a, 7b, 7c를 참조하여 설명하면 다음과 같다.
이와 같은 미배향 영역(215, 216)이 추가로 마련된 본 발명에 따른 액정표시장치에 대하여 설명함에 있어서, 상기에서 도 2 내지 도 5를 참조하여 설명한 액정표시장치의 구성 요소와 동일한 부분은 그 설명을 생략하도록 하며, 미배향 영역(215, 216)에 대해서만 상세히 설명하도록 하겠다.
도 6을 참조하면, 상기 제 1 기판(201) 상에는 하부편광판(203)의 투과축과 동일한 방향으로 러빙된 제 1 배향막(212)이 형성되며, 상기 제 2 기판(202) 상의 투과 영역의 일부에는 하부편광판(203)의 투과축과 동일한 방향으로 러빙된 제 2 배향막(213)이 형성되며, 상기 제 2 기판(202)의 반사 영역의 일부에는 상부편광판(204)의 투과축과 소정의 각도를 가지는 방향으로 러빙된 제 3 배향막(214)이 형성된다.
그리고, 제 1 기판(201) 상의 투과 영역과 반사 영역의 경계에 해당하는 영역에는 미배향 영역, 즉 러빙이 이루어지지 않은 제 1 미배향 영역(215)이 마련되며, 제 2 기판(202) 상의 투과 영역과 반사 영역의 경계에 해당하는 영역에는 미배향 영역, 즉 러빙이 이루어지지 않은 제 2 미배향 영역(216)이 마련된다.
도 6을 참조하면, 투과 영역과 반사 영역은 액정이 서로 다른 배향을 가지는데, 이와 같이 서로 다른 배향을 가지는 영역의 경계에는 액정을 구동하는 경우에 전경선(disclination)이 발생하게 되는데, 서로 다른 배향의 경계에 미배향 영역, 즉 제 1 미배향 영역(215) 및 제 2 미배향 영역(216)이 마련되면 이와 같은 전경선(discalination)의 발생이 최소화된다.
도 7a 내지 도 7c를 참조하여, 상기와 같이 전경선(disclination)의 발생이 최소화되는 이유에 대해 설명하면 다음과 같다.
참고로, 도 7a는 투과 영역과 반사 영역의 경계에 미배향 영역을 마련하지 않았을 경우에 액정의 구동에 따른 화소의 모습을 찍은 사진이며, 도 7b는 투과 영역과 반사 영역의 경계에 미배향 영역, 즉 제 1 미배향 영역(215)과 제 2 미배향 영역(216)을 2㎛ 폭(L)으로 마련하였을 경우에 액정의 구동에 따른 화소의 모습을 찍은 사진이며, 도 7c는 투과 영역과 반사 영역의 경계에 미배향 영역, 즉 제 1 미배향 영역(215)과 제 2 미배향 영역(216)을 4㎛ 폭(L)으로 마련하였을 경우에 액정의 구동에 따른 화소의 모습을 찍은 사진이다.
여기서, 도 7a 내지 도 7c는 하나의 화소를 찍은 사진이며, 각 화소의 상부는 투과 영역이며 하부는 반사층(207)이 형성된 반사 영역이다. 그리고, 상기 투과 영역과 반사 영역의 경계에 보이는 어두운 영역은 전경선이다.
도 7a을 참조하면, 투과 영역과 반사 영역의 경계에 미배향 영역이 마련되지 않았을 경우에는 전경선이 두껍게 형성됨을 알 수 있으며, 도 7b 및 도 7c를 참조하면, 투과 영역과 반사 영역의 경계에 미배향 영역이 마련된 경우에는 전경선이 매우 얇게 형성됨을 알 수 있다.
따라서, 투과 영역과 반사 영역의 경계에 미배향 영역, 즉 제 1 미배향 영역과 과 제 2 미배향 영역이 마련된 경우에는 전경선의 형성이 최소화되어 액정표시장치의 표시품질을 향상할 수 있다.
도 1은 일반적인 ECB 반투과 액정표시장치를 도시한 단면도.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 액정표시장치를 도시한 평면도.
도 3은 도 1의 I-I'선을 따라 절단한 면을 도시한 단면도.
도 4는 도 2에서 반사 영역의 액정의 꼬임각(θ)과 액정의 위상차(Δnd) 값에 따른 광 반사율(R)을 나타낸 그래프의 일 예로서, 반사 영역의 최상부 액정의 배향 방향과 상부편광판의 투과축이 이루는 소정의 각(α)이 30°인 경우에 반사 영역의 액정의 꼬임각(θ)과 액정의 위상차(Δnd) 값에 따른 광 반사율(R)의 나타낸 그래프.
도 5는 전압에 따른 투과 영역의 광 투과율과 반사 영역의 광 반사율을 도시한 도면.
도 6은 본 발명의 바람직한 다른 실시예에 따른 액정표시장치를 도시한 평면도.
도 7a 내지 도 7c는 액정의 구동에 따른 화소의 모습을 찍은 사진으로서, 도 7a는 비교예로서 투과 영역과 반사 영역의 경계에 미배향 영역이 마련되지 않았을 경우의 화소의 모습을 찍은 사진이며, 도 7a와 도 7b는 도 6에 도시한 액정표시장치와 같이 투과 영역과 반사 영역의 경계에 미배향 영역이 마련된 경우의 화소의 모습을 찍은 사진.
**도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명**
101, 201 : 제 1 기판 102, 202 : 제 2 기판
103, 203 : 하부편광판 104, 204 : 상부편광판
107, 207 : 반사층 108 : 액정층
112, 212 : 제 1 배향막 113, 213 : 제 2 배향막
114, 214 : 제 3 배향막
215 : 제 1 미배향 영역 216 : 제 2 미배향 영역

Claims (8)

  1. 셀 갭(d)이 동일한 투과 영역과 반사 영역이 정의된 제 1 기판 및 제 2 기판;
    상기 제 1 기판 상에 형성된 제 1 배향막;
    상기 제 1 기판과 대향하는 상기 제 2 기판 상의 투과 영역에 형성된 제 2 배향막;
    상기 제 1 기판과 대향하는 상기 제 2 기판 상의 반사 영역에 형성된 제 3 배향막;
    상기 제 1 기판의 하부에 형성된 하부편광판;
    상기 제 2 기판의 상부에 형성되며, 상기 하부편광판의 투과축과 직각을 이루는 투과축을 가지는 상부편광판;
    상기 제 1 기판 상에 형성되고, 수평 전계를 형성하는 화소전극 및 공통전극;
    상기 제 1 기판 상의 반사 영역에 형성되어 외부로부터의 광을 반사하는 반사층;
    상기 제 1 기판과 상기 제 2 기판 사이에 형성된 액정층;
    을 포함하여 구성되며,
    상기 제 1 및 제 2 배향막은 투과 영역의 액정이 상기 하부편광판의 투과축과 동일한 방향으로 배향되도록 하는 배향 방향을 가지고, 상기 제 3 배향막은 반사 영역의 액정이 소정의 꼬임각(θ)을 가지고 하부에서부터 상부로 꼬이도록 하는 배향 방향을 가지며, 상기 반사 영역의 액정의 꼬임각(θ) 및 반사 영역의 최상부 액정의 배향 방향과 상기 상부편광판의 투과축이 이루는 각(α)은 상기 반사 영역의 액정이 구동되지 않을 시에 반사 영역의 광 반사율이 "0"이 되는 범위 내에서 설정된 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 반사 영역의 액정은 5°~ 85°의 꼬임각(θ)을 가지고 하부에서부터 상부로 꼬이도록 배향되며,
    상기 반사 영역의 최상부 액정은 상기 상부편광판의 투과축과 5°~ 85°의 각(α)을 이루도록 배향된 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 반사 영역의 광 반사율(R)은 존즈 행렬(jone's matrix)을 이용한 식인
    Figure 112007072489214-pat00010
    에 의해 정의되는 것을 특징으로 하는 액정표시장치. (여기서,
    Figure 112007072489214-pat00011
    이며,
    Figure 112007072489214-pat00012
    이며,
    Figure 112007072489214-pat00013
    이고, Δn은 액정의 굴절률 이방성이며, d는 제 1 기판과 제 2 기판 사이의 셀 갭이며, λ는 광의 파장이다.)
  4. 제 3 항에 있어서, 상기 반사 영역의 액정의 위상차(Δnd)는 300㎚ ~ 340㎚이며, 상기 반사 영역의 액정의 꼬임각(θ)은 50°~ 70°이고, 상기 반사 영역의 최상부 액정의 배향 방향과 상기 상부편광판의 투과축이 이루는 각(α)은 30°~ 40°인 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 기판과 상기 제 2 기판 상의 투과 영역과 반사 영역의 경계에는 미배향 영역이 마련된 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
  6. 셀 갭(d)이 동일한 투과 영역과 반사 영역이 정의된 제 1 기판 및 제 2 기판을 제공하는 단계;
    상기 제 1 기판 상에 화소전극 및 공통전극을 형성하는 단계;
    상기 제 1 기판 상의 반사 영역에 반사층을 형성하는 단계;
    상기 제 1 기판 상에 제 1 배향막을 형성하는 단계;
    상기 제 2 기판 상의 투과 영역에 제 2 배향막을 형성하고 반사 영역에 제 3 배향막을 형성하는 단계;
    상기 제 1 기판의 하부에 하부편광판을 형성하는 단계;
    상기 제 2 기판의 상부에 상기 하부편광판의 투과 축과 직각을 이루는 투과축을 가지는 상부편광판을 형성하는 단계;
    상기 제 1 기판과 상기 제 2 기판 사이에 액정층을 형성하는 단계;
    를 포함하여 이루어지며,
    상기 제 1 및 제 2 배향막은 상기 제 1 기판과 상기 제 2 기판 사이의 투과 영역에 위치하는 액정이 상기 하부편광판의 투과축과 동일한 방향으로 배향되도록 러빙 처리되며, 상기 제 3 배향막은 상기 제 1 기판과 상기 제 2 기판 사이의 반사 영역에 위치하는 액정이 소정의 꼬임각(θ)을 가지고 하부에서부터 상부로 꼬이도록 러빙 처리되며, 상기 반사 영역에 위치하는 액정의 꼬임각(θ) 및 반사 영역에 위치하는 최상부 액정의 배향 방향과 상기 상부편광판의 투과축이 이루는 각(α)은 상기 반사 영역에 위치하는 액정이 구동되지 않을 시에 반사 영역의 광 반사율이 "0"이 되는 범위 내에서 설정된 것을 특징으로 하는 액정표시장치의 설계 방법.
  7. 제 6 항에 있어서, 상기 반사 영역의 최상부 액정의 배향 방향과 상부편광판의 투과축이 이루는 소정의 각(α)은 5°~ 85°의 범위 내에서 정하는 것을 특징으로 하는 액정표시장치의 설계 방법.
  8. 제 6 항에 있어서, 상기 반사 영역의 광 반사율(R)은 존즈 행렬(jone's matrix)을 이용한 식인
    Figure 112007072489214-pat00014
    에 의해 정의되는 것을 특징으로 하는 액정표시장치의 설계 방법.
    (여기서,
    Figure 112007072489214-pat00015
    이며,
    Figure 112007072489214-pat00016
    이며,
    Figure 112007072489214-pat00017
    이고, Δn은 액정의 굴절률 이방성이며, d는 제 1 기판과 제 2 기판 사이의 셀 갭이며, λ는 광의 파장이다.)
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