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KR102564168B1 - 반사투과형 액정표시장치 - Google Patents

반사투과형 액정표시장치 Download PDF

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KR102564168B1
KR102564168B1 KR1020160162199A KR20160162199A KR102564168B1 KR 102564168 B1 KR102564168 B1 KR 102564168B1 KR 1020160162199 A KR1020160162199 A KR 1020160162199A KR 20160162199 A KR20160162199 A KR 20160162199A KR 102564168 B1 KR102564168 B1 KR 102564168B1
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liquid crystal
pixel electrode
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electrode
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이상욱
황정임
최민근
전지나
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엘지디스플레이 주식회사
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Abstract

본 발명은, 액정표시장치에 관한 것이다. 제1 및 제2영역을 포함하는 화소를 갖는 기판과, 기판 상부의 화소에 배치되는 박막트랜지스터와, 제1영역에 배치되고, 박막트랜지스터에 연결되는 제1화소전극과, 제1영역에 배치되고, 제1화소전극으로부터 제1이격거리만큼 평행하게 이격되는 제1공통전극과, 제2영역에 배치되고, 제1화소전극에 연결되는 제2화소전극과, 제2영역에 배치되고, 제2화소전극으로부터 제1이격거리와 상이한 제2이격거리만큼 평행하게 이격되는 제2공통전극과, 제1화소전극, 제1공통전극, 제2화소전극 및 제2공통전극 상부에 배치되고, 다수의 액정캡슐을 포함하는 액정층을 포함하는 액정표시장치를 제공한다. 제1 및 제2영역에서 화소전극과 공통전극 사이의 이격거리를 상이하게 함으로써, 공정이 단순화되고 투과율이 향상되고 구동 주파수 증가 또는 해상도 감소가 방지된다.

Description

반사투과형 액정표시장치 {Transflective Type Liquid Crystal Display Device}
본 발명은 액정표시장치에 관한 것으로, 특히 액정캡슐을 이용하여 투과모드 및 반사모드로 영상을 표시하는 반사투과형 액정표시장치에 관한 것이다.
최근 정보화 사회로 시대가 급진전함에 따라, 대량의 정보를 처리하고 이를 표시하는 디스플레이(display)분야가 발전하고 있는데, 박형화, 경량화, 저 소비전력화 등의 시대상에 부응하기 위해 평판 표시 장치(flat panel display)의 필요성이 대두되었다.
이에 따라 색 재현성이 우수하고 박형인 박막트랜지스터 액정표시장치(Thin Film Transistor Liquid Crystal Display: TFT-LCD)가 개발되었는데, 액정표시장치는 액정분자의 광학적 이방성과 분극성질을 이용하여 영상을 표시한다.
이러한 액정표시장치는 백라이트 유닛과 같은 외부 광원의 빛에 의해 영상을 표시하는데, 백라이트 유닛으로부터 공급되는 빛은 액정표시장치의 각 셀을 통과하는 과정에서 손실되어, 실제로 화면상으로는 약 7%정도만 투과된다.
이에 따라, 고휘도가 요구되는 액정표시장치에서는 백라이트 유닛이 제공하는 빛의 휘도가 매우 커야 하고, 그 결과 백라이트 유닛에 의한 전력소모가 증가하는 문제가 있다.
또한, 전력소모가 큰 백라이트 유닛에 전원을 공급하기 위하여 무게가 많이 나가는 대용량의 배터리를 사용하여야 하는 문제가 있다.
이러한 문제를 해결하기 위하여 백라이트 유닛이 공급하는 빛 대신 주변의 빛을 이용하는 반사형 액정표시장치가 제안되었다.
반사형 액정표시장치는 외부광을 이용하여 동작하므로, 백라이트 유닛에 의한 전력소모가 최소화 되어 장시간 휴대상태에서 사용이 가능하여 전자수첩이나 PDA(Personal Digital Assistant) 등의 휴대용 표시장치로 이용되고 있다.
그러나, 반사형 액정표시장치는 외부광이 약하거나 없는 곳에서는 사용할 수 없는 단점이 있으므로, 반사형 액정표시장치와 백라이트 유닛을 사용하는 투과형 액정표시장치의 장점을 결합한 반사투과형(transflective type) 액정표시장치가 제안되었다.
트위스트 네마틱(twisted nematic: TN) 액정과 같은 일반적인 액정을 이용하는 반사투과형 액정표시장치에서는, 투과부 및 반사부 사이의 광효율을 균일하게 유지하기 위하여 액정층의 두께로 정의되는 셀갭을 투과부 및 반사부에서 서로 다르게 구성하고, 이를 위하여 투과부 및 반사부 사이에 단차를 형성하는데, 그 결과 공정이 복잡해지고 수율이 저하되는 문제가 있다.
또한, 시야각을 개선하기 위한 인-플레인 스위칭(in-plane switching: IPS) 모드 또는 프린지필드 스위칭(fringe field switching: FFS) 모드와 같은 수평전기장 방식 액정표시장치에서는, 액정분자가 수평방향의 전기장에 따라 회전하므로, 투과부 및 반사부에서 액정층의 위상차를 각각 λ/2 및 λ/4로 설정할 경우 액정층의 광축이 설계값에 정확히 일치하도록 제어하기 어려우며, 그 결과 시야각 특성이 양호한 수평전기장 방식 액정표시장치에는 반사투과형을 적용하기 어려운 문제가 있다.
이를 개선하기 위하여, 액정캡슐을 포함하는 단일셀갭의 반사투과형 액정표시장치가 제안되었는데, 이를 도면을 참조하여 설명한다.
도 1은 종래의 액정캡슐을 포함하는 반사투과형 액정표시장치를 도시한 평면도이고, 도 2는 종래의 액정캡슐을 포함하는 반사투과형 액정표시장치를 도시한 등가회로도이다.
도 1 및 도 2에 도시한 바와 같이, 종래의 액정캡슐을 포함하는 반사투과형 액정표시장치(10)는, 서로 교차하여 다수의 화소(P)를 정의하는 다수의 게이트배선(GL(2m-1), GL(2m), GL(2m+1), GL(2m+2)) 및 다수의 데이터배선(DL(n-1), DL(n), DL(n+1), DL(n+2))과, 다수의 게이트배선(GL(2m-1), GL(2m), GL(2m+1), GL(2m+2))으로부터 평행하게 이격되는 다수의 공통배선(CL)을 포함한다.
다수의 화소(P)는 각각 투과부(TA) 및 반사부(RA)를 포함하는데, 투과부(TA)는 홀수 번째의 게이트배선(GL(2m-1), GL(2m+1))과 데이터배선(DL(n-1), DL(n), DL(n+1), DL(n+2))에 의하여 정의되고, 반사부(RA)는 짝수 번째의 게이트배선(GL(2m), GL(2m+2)) 및 데이터배선(DL(n-1), DL(n), DL(n+1), DL(n+2))에 의하여 정의될 수 있다.
투과부(TA)에 대응되는 홀수 번째 게이트배선(GL(2m-1), GL(2m+1))과 데이터배선(DL(n-1), DL(n), DL(n+1), DL(n+2))에는 투과 박막트랜지스터(Tt)가 연결되고, 반사부(RA)에 대응되는 짝수 번째의 게이트배선(GL(2m), GL(2m+2)) 및 데이터배선(DL(n-1), DL(n), DL(n+1), DL(n+2))에는 반사 박막트랜지스터(Tr)가 연결된다.
투과부(TA)에는, 투과 박막트랜지스터(Tt)에 연결되는 다수의 투과 화소전극(38t)과, 다수의 투과 화소전극(38t)으로부터 평행하게 이격되는 다수의 투과 공통전극(40t)이 형성된다.
반사부(RA)에는, 반사 박막트랜지스터(Tr)에 연결되는 다수의 반사 화소전극(38r)과, 다수의 반사 화소전극(38r)으로부터 평행하게 이격되는 다수의 반사 공통전극(40r)이 형성된다.
여기서, 투과부(TA)에서의 투과 화소전극(38t) 및 투과 공통전극(40t) 사이의 이격거리와 반사부(RA)에서의 반사 화소전극(38r) 및 반사 공통전극(40r) 사이의 이격거리는 서로 동일할 수 있다.
다수의 투과 화소전극(38t), 다수의 투과 공통전극(40t), 다수의 반사 화소전극(38r), 다수의 반사 공통전극(40r) 상부에는 액정캡슐(미도시)을 포함하는 단일셀갭의 액정층(미도시)이 형성되는데, 투과부(TA)의 투과 화소전극(38t), 액정층, 투과 공통전극(40t)과 반사부(RA)의 반사 화소전극(38r), 액정층, 반사 공통전극(40r)은 각각 액정커패시터(Clc)를 구성하고, 투과 박막트랜지스터(Tt) 및 반사 박막트랜지스터(Tr)에는 각각 액정커패시터(Clc) 및 스토리지 커패시터(Cst)가 연결된다.
여기서, 게이트배선(GL(2m-1), GL(2m), GL(2m+1), GL(2m+2))을 통하여 전달되는 게이트전압의 하이레벨전압이 투과 박막트랜지스터(Tt) 및 반사 박막트랜지스터(Tr)에 인가되면, 투과 박막트랜지스터(Tt) 및 반사 박막트랜지스터(Tr)가 각각 턴-온(turn-on)되고, 데이터배선(DL(n-1), DL(n), DL(n+1), DL(n+2))을 통하여 전달되는 데이터전압이 투과 박막트랜지스터(Tt) 및 반사 박막트랜지스터(Tr)를 통하여 액정커패시터(Clc)의 투과 화소전극(38t) 및 반사 화소전극(38r)에 각각 인가된다.
이때, 백라이트 유닛의 빛은 투과부(TA)의 액정층을 1번 통과하고, 외부광은 반사부(RA)의 액정층을 2번 통과하므로, 투과부(TA)의 액정층의 위상지연(retardation)이 반사부(RA)의 액정층의 위상지연보다 커야 균일한 광효율을 확보할 수 있으며, 이를 위하여 투과부(TA)에 인가되는 데이터전압을 반사부(RA)에 인가되는 데이터전압보다 크게 설정할 수 있다.
이러한 반사투과형 액정표시장치(10)는, 어두운 주변 환경 하에서는 백라이트 유닛(미도시)의 빛이 투과부(TA)를 통과하도록 하여 투과모드로 영상을 표시하거나, 밝은 주변 환경 하에서는 외부광이 반사부(RA)에서 반사되도록 하여 반사모드로 영상을 표시하며, 사용자의 선택에 따라 백라이트 유닛의 빛과 외부광을 동시에 이용하여 투과부(TA) 및 반사부(RA)로 영상을 표시할 수도 있다.
그런데, 이러한 종래의 액정캡슐을 포함하는 반사투과형 액정표시장치(10)에서는, 투과부(TA) 및 반사부(RA)를 각각 별도의 게이트배선 및 박막트랜지스터로 구동하므로, 화소구조가 복잡해지고 액정표시장치(10)의 투과율이 감소하는 문제가 있다.
그리고, 게이트배선이 증가하여 구동 주파수가 증가하거나 해상도가 감소하는 문제가 있다.
또한, 게이트배선 및 박막트랜지스터의 개수가 증가하여 공정불량이 증가하는 문제가 있다.
본 발명은, 이러한 문제점을 해결하기 위하여 제시된 것으로, 투과부 및 반사부에서 화소전극과 공통전극 사이의 이격거리를 상이하게 함으로써, 공정이 단순화 되고 투과율이 향상되고 구동 주파수 증가 또는 해상도 감소가 방지되는 액정캡슐을 포함하는 수평전기장 방식 반사투과형 액정표시장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
그리고, 본 발명은, 투과부 및 반사부에서 화소전극과 공통전극 사이의 이격거리를 상이하게 함과 동시에 투과부 및 반사부에서 화소전극과 공통전극의 배열방향을 상이하게 함으로써, 시야각이 개선되는 액정캡슐을 포함하는 수평전기장 방식 반사투과형 액정표시장치를 제공하는 것을 다른 목적으로 한다.
위와 같은 과제의 해결을 위해, 본 발명은, 제1 및 제2영역을 포함하는 화소를 갖는 기판과, 상기 기판 상부의 상기 화소에 배치되는 박막트랜지스터와, 상기 제1영역에 배치되고, 상기 박막트랜지스터에 연결되는 제1화소전극과, 상기 제1영역에 배치되고, 상기 제1화소전극으로부터 제1이격거리만큼 평행하게 이격되는 제1공통전극과, 상기 제2영역에 배치되고, 상기 제1화소전극에 연결되는 제2화소전극과, 상기 제2영역에 배치되고, 상기 제2화소전극으로부터 상기 제1이격거리와 상이한 제2이격거리만큼 평행하게 이격되는 제2공통전극과, 상기 제1화소전극, 상기 제1공통전극, 상기 제2화소전극 및 상기 제2공통전극 상부에 배치되는 액정층을 포함하는 액정표시장치를 제공한다.
그리고, 상기 제1이격거리는 상기 제2이격거리보다 클 수 있으며, 상기 제1이격거리는 상기 제2이격거리의 2배일 수 있다.
또한, 상기 액정표시장치는, 상기 액정층 상부에 배치되는 제1위상차판과, 상기 제1위상차판 상부에 배치되는 제1편광판과, 상기 기판 하부에 배치되는 제2위상차판과, 상기 제2위상차판 하부에 배치되는 제2편광판을 더 포함할 수 있다.
그리고, 상기 제1 및 제2편광판은 동일한 방향의 투과축을 갖고, 상기 제1 및 제2위상차판은 각각 4분파장 위상판(QWP)일 수 있다.
또한, 상기 제1 및 제2영역의 상기 액정층의 두께는 서로 동일할 수 있다.
그리고, 상기 제1화소전극 및 상기 제1공통전극 사이에 제1전압이 인가된 경우 상기 제1영역의 상기 액정층은 0의 평균 위상지연을 갖고, 상기 제2화소전극 및 상기 제2공통전극 사이에 상기 제1전압이 인가된 경우 상기 제2영역의 상기 액정층은 0의 평균 위상지연을 갖고, 상기 제1 및 제2영역은 블랙을 표시할 수 있다.
또한, 상기 제1화소전극 및 상기 제1공통전극 사이에 상기 제1전압보다 큰 제2전압이 인가된 경우 상기 제1영역의 상기 액정층은 λ/4의 평균 위상지연을 갖고, 상기 제2화소전극 및 상기 제2공통전극 사이에 상기 제2전압이 인가된 경우 상기 제1영역의 상기 액정층은 λ/2의 평균 위상지연을 갖고, 상기 제1 및 제2영역은 화이트를 표시할 수 있다.
그리고, 상기 액정표시장치는, 상기 박막트랜지스터에 연결되고, 서로 교차하여 상기 화소를 정의하는 게이트배선 및 데이터배선을 더 포함하고, 상기 제1화소전극 및 상기 제1공통전극은 상기 게이트배선 또는 상기 데이터배선에 평행한 제1방향으로 배열되고, 상기 제2화소전극 및 상기 제2공통전극은 상기 제1방향으로 배열될 수 있다.
또한, 상기 액정표시장치는, 상기 박막트랜지스터에 연결되고, 서로 교차하여 상기 화소를 정의하는 게이트배선 및 데이터배선을 더 포함하고, 상기 제1화소전극 및 상기 제1공통전극은 상기 게이트배선 또는 상기 데이터배선에 평행한 제1방향으로 배열되고, 상기 제2화소전극 및 상기 제2공통전극은 상기 제1방향과 교차하는 제2방향으로 배열될 수 있다.
그리고, 상기 액정표시장치는, 상기 박막트랜지스터에 연결되고, 서로 교차하여 상기 화소를 정의하는 게이트배선 및 데이터배선을 더 포함하고, 상기 제1화소전극 및 상기 제1공통전극은 상기 게이트배선 또는 상기 데이터배선과 예각으로 교차하는 제1방향으로 배열되고, 상기 제2화소전극 및 상기 제2공통전극은 상기 제1방향과 교차하는 제2방향으로 배열될 수 있다.
또한, 상기 액정층은 다수의 액정캡슐을 포함할 수 있다.
그리고, 상기 제1 및 제2화소전극에는 동일한 데이터전압이 인가될 수 있다.
본 발명은, 투과부 및 반사부에서 화소전극과 공통전극 사이의 이격거리를 상이하게 함으로써, 공정이 단순화되고 투과율이 향상되고 구동 주파수 증가 또는 해상도 감소가 방지되는 효과를 갖는다.
그리고, 본 발명은, 투과부 및 반사부에서 화소전극과 공통전극 사이의 이격거리를 상이하게 함과 동시에 투과부 및 반사부에서 화소전극과 공통전극의 배열방향을 상이하게 함으로써, 시야각이 개선되는 효과를 갖는다.
도 1은 종래의 액정캡슐을 포함하는 반사투과형 액정표시장치를 도시한 평면도.
도 2는 종래의 액정캡슐을 포함하는 반사투과형 액정표시장치를 도시한 등가회로도.
도 3은 본 발명의 제1실시예에 따른 액정캡슐을 포함하는 반사투과형 액정표시장치를 도시한 평면도.
도 4는 본 발명의 제1실시예에 따른 액정캡슐을 포함하는 반사투과형 액정표시장치를 도시한 등가회로도.
도 5a 및 도 5b는 도 3의 절단선 V-V에 따른 단면도.
도 6은 본 발명의 제2실시예에 따른 액정캡슐을 포함하는 반사투과형 액정표시장치를 도시한 평면도.
도 7은 본 발명의 제3실시예에 따른 액정캡슐을 포함하는 반사투과형 액정표시장치를 도시한 평면도.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명에 따른 반사투과형 액정표시장치를 설명한다.
도 3은 본 발명의 제1실시예에 따른 액정캡슐을 포함하는 반사투과형 액정표시장치를 도시한 평면도이고, 도 4는 본 발명의 제1실시예에 따른 액정캡슐을 포함하는 반사투과형 액정표시장치를 도시한 등가회로도이다.
도 3 및 도 4에 도시한 바와 같이, 본 발명의 제1실시예에 따른 액정캡슐을 포함하는 반사투과형 액정표시장치(110)는, 서로 교차하여 다수의 화소(P)를 정의하는 다수의 게이트배선(GL(m-1), GL(m), GL(m+1)) 및 다수의 데이터배선(DL(n-1)과, DL(n), DL(n+1), DL(n+2)), 다수의 게이트배선(GL(m-1), GL(m), GL(m+1))으로부터 평행하게 이격되는 다수의 공통배선(CL)을 포함하는데, 다수의 화소(P)는 각각 투과부(TA) 및 반사부(RA)를 포함한다.
게이트배선(GL(m-1), GL(m), GL(m+1)) 및 데이터배선(DL(n-1), DL(n), DL(n+1), DL(n+2))에는 각각 박막트랜지스터(thin film transistor: TFT)(T)의 게이트전극(도 5a의 122) 및 소스전극(도 5a의 128)이 연결된다.
반사부(RA)에는, 박막트랜지스터(T)의 드레인전극(도 5a의 130)에 연결되는 다수의 반사 화소전극(138r)과, 다수의 반사 화소전극(138r)으로부터 평행하게 이격되는 다수의 반사 공통전극(140r)이 형성된다.
투과부(TA)에는, 반사부(RA)의 반사 화소전극(138r)에 연결되는 다수의 투과 화소전극(138t)과, 반사부(RA)의 반사 공통전극(140r)에 연결되고 다수의 투과 화소전극(138t)으로부터 평행하게 이격되는 다수의 투과 공통전극(140t)이 형성된다.
여기서, 다수의 반사 화소전극(138r), 다수의 반사 공통전극(140r), 다수의 투과 화소전극(138t), 다수의 투과 공통전극(140t)은, 각각 바(bar) 형상을 가질 수 있으며, 다수의 데이터배선(DL(n-1), DL(n), DL(n+1), DL(n+2))에 평행한 제1방향으로 배열될 수 있다.
다른 실시예에서는, 다수의 반사 화소전극(138r), 다수의 반사 공통전극(140r), 다수의 투과 화소전극(138t), 다수의 투과 공통전극(140t)이 다수의 게이트배선(GL(m-1), GL(m), GL(m+1))에 평행한 제2방향으로 배열될 수도 있고, 다수의 반사 화소전극(138r) 및 다수의 반사 공통전극(140r) 중 하나는 판(plate) 형상으로 형성하고 나머지는 바 형상으로 형성하거나, 다수의 투과 화소전극(138t) 및 다수의 투과 공통전극(140t) 중 하나는 판 형상으로 형성하고 나머지는 바 형상으로 형성할 수 있다.
그리고, 반사부(RA)에서의 반사 화소전극(138r) 및 반사 공통전극(140r) 사이의 반사 이격거리(dr)는 투과부(TA)에서의 투과 화소전극(138t) 및 투과 공통전극(140t) 사이의 투과 이격거리(dt)보다 큰 값일 수 있다. (dr>dt)
예를 들어, 반사 이격거리(dr)는 투과 이격거리(dt)의 2배와 실질적으로 동일한 값일 수 있으며(dr~2dt)(ex. 1.8dt≤dr≤2.2dt), 반사 이격거리(dr) 및 투과 이격거리(dt)는 각각 약 13.4μm 약 5.7μm 일 수 있다.
다수의 반사 화소전극(138r), 다수의 반사 공통전극(140r), 다수의 투과 화소전극(138t), 다수의 투과 공통전극(140t) 상부에는 액정캡슐(도 5a의 144)을 포함하는 단일셀갭의 액정층(도 5a의 142)이 형성되는데, 반사부(RA)의 반사 화소전극(138r), 액정층(142), 반사 공통전극(140r)과 투과부(TA)의 투과 화소전극(138t), 액정층(142), 투과 공통전극(140t)은 각각 반사 액정커패시터(Clcr) 및 투과 액정커패시터(Clct)를 구성하고, 박막트랜지스터(T)에는 각각 반사 액정커패시터(Clcr), 투과 액정커패시터(Clct) 및 스토리지 커패시터(Cst)가 연결된다.
여기서, 다수의 게이트배선(GL(m-1), GL(m), GL(m+1))을 통하여 전달되는 게이트전압의 하이레벨전압이 박막트랜지스터(T)에 인가되면, 박막트랜지스터(T)가 턴-온(turn-on) 되고, 다수의 데이터배선(DL(n-1), DL(n), DL(n+1), DL(n+2))을 통하여 전달되는 데이터전압이 박막트랜지스터(T)를 통하여 반사 액정커패시터(Clcr)의 반사 화소전극(138r) 및 투과 액정커패시터(Clct)의 투과 화소전극(138t)에 인가된다.
이때, 데이터전압은 스토리지 커패시터(Cst)의 일 전극에도 인가되며, 스토리지 커패시터(Cst)는 일 프레임 동안 반사 액정커패시터(Clcr)의 반사 화소전극(138r) 및 투과 액정커패시터(Clct)Cl)의 투과 화소전극(138t)의 전압을 일정하게 유지하는 역할을 한다.
이러한 반투과형 액정표시장치(110)에서, 백라이트 유닛의 빛은 투과부(TA)의 액정층(142)을 1번 통과하고, 외부광은 반사부(RA)의 액정층(142)을 2번 통과하는데, 반사부(RA)에서의 반사 화소전극(138r) 및 반사 공통전극(140r) 사이의 반사 이격거리(dr)를 투과부(TA)에서의 투과 화소전극(138t) 및 투과 공통전극(140t) 사이의 투과 이격거리(dt)보다 크게 형성함으로써, 투과부(TA)의 액정층(142)의 위상지연(retardation)이 반사부(RA)의 액정층(142)의 위상지연보다 크게 만들 수 있으며, 그 결과 반사부(RA) 및 투과부(TA)에서 균일한 광효율을 확보할 수 있다.
즉, 투과부(TA)에서의 투과 화소전극(138t) 및 투과 공통전극(140t) 사이의 투과 이격거리(dt)가 반사부(RA)에서의 반사 화소전극(138r) 및 반사 공통전극(140r) 사이의 반사 이격거리(dr)보다 작으므로, 동일한 데이터전압이 반사 화소전극(138r) 및 투과 화소전극(138t)에 인가된 경우에도 투과부(TA)에서의 투과 화소전극(138t) 및 투과 공통전극(140t) 사이에 생성되는 전기장의 세기가 반사부(RA)에서의 반사 화소전극(138r) 및 반사 공통전극(140r) 사이에 생성되는 전기장의 세기보다 강할 수 있으며, 투과부(TA)의 액정층(142)의 액정캡슐(144) 내부의 액정분자(도 5a의 148)가 반사부(RA)의 액정층(142)의 액정캡슐(144) 내부의 액정분자(148)보다 전기장의 방향에 따라 더 균일하게 배열되어 투과부(TA)의 액정층(142)의 평균 위상지연이 반사부(RA)의 액정층(142)의 평균 위상지연보다 큰 값이 될 수 있다.
예를 들어, 동일한 데이터전압에 의하여 투과부(TA)의 액정층(142)은 λ/2의 평균 위상지연을 갖고 반사부(RA)의 액정층(142)은 λ/4의 위상지연을 가질 수 있는데, λ/2 및 λ/4의 평균 위상지연은 약 ±20nm의 공정 산포를 가질 수 있다.
이러한 반투과형 액정표시장치(110)는, 어두운 주변 환경 하에서는 백라이트 유닛(미도시)의 빛이 투과부(TA)를 통과하도록 하여 투과모드로 영상을 표시하거나, 밝은 주변 환경 하에서는 외부광이 반사부(RA)에서 반사되도록 하여 반사모드로 영상을 표시하며, 사용자의 선택에 따라 백라이트 유닛의 빛과 외부광을 동시에 이용하여 투과부(TA) 및 반사부(RA)로 영상을 표시할 수도 있다.
이러한 본 발명의 제1실시예에 따른 액정캡슐을 포함하는 반사투과형 액정표시장치의 구성 및 동작을 도면을 참조하여 설명한다.
도 5a 및 도 5b는 도 3의 절단선 V-V에 따른 단면도로서, 각각 반사투과형 액정표시장치가 블랙 및 화이트를 표시할 경우의 빛의 편광상태를 함께 도시하며, 도 3 및 도 4를 함께 참조하여 설명한다.
도 5a 및 도 5b에 도시한 바와 같이, 본 발명의 제1실시예에 따른 액정캡슐을 이용한 반투과형 액정표시장치(110)는, 반사부(RA) 및 투과부(TA)를 포함하는 화소(P)를 갖는 기판(120)과, 기판(120) 상부에 형성되는 액정층(140)과, 기판(120) 하부에 배치되는 백라이트 유닛(미도시)을 포함한다.
구체적으로, 기판(120) 상부의 각 화소(P)에는 게이트전극(122), 반도체층(126), 소스전극(128) 및 드레인전극(130)으로 이루어지는 박막트랜지스터(T)가 형성되고, 박막트랜지스터(T) 상부의 기판(120) 전면에는 층간절연층(132)이 형성되고, 반사부(RA)의 층간절연층(132) 상부에는 반사층(134)이 형성된다.
반사층(134) 상부의 기판(120) 전면에는 보호층(136)이 형성되고, 보호층(136) 상부의 반사부(RA)에는 다수의 반사 화소전극(138r) 및 다수의 반사 공통전극(140r)이 형성되고, 보호층(136) 상부의 투과부(TA)에는 다수의 투과 화소전극(138t) 및 다수의 투과 공통전극(140t)이 형성된다.
반사부(RA)에서, 다수의 반사 화소전극(138r)은 박막트랜지스터(T)의 드레인전극(130)에 연결되고, 다수의 반사 공통전극(140r)은 다수의 반사 화소전극(138r)으로부터 평행하게 이격되며, 다수의 반사 화소전극(138r) 및 다수의 반사 공통전극(140r)은 교대로 배치될 수 있다.
투과부(TA)에서, 다수의 투과 화소전극(138t)은 다수의 반사 화소전극(138r)에 연결되고, 다수의 투과 공통전극(140t)은 다수의 반사 공통전극(140r)에 연결되고 다수의 투과 화소전극(138t)으로부터 평행하게 이격되며, 다수의 투과 화소전극(138t) 및 다수의 투과 공통전극(140t)은 교대로 배치될 수 있다.
여기서, 반사 화소전극(138r) 및 반사 공통전극(140r) 사이의 반사 이격거리(dr)는 투과 화소전극(138t) 및 투과 공통전극(140t) 사이의 투과 이격거리(dt)보다 큰 값일 수 있으며(dr>dt), 예를 들어, 반사 이격거리(dr)는 투과 이격거리(dt)의 2배와 실질적으로 동일한 값일 수 있다(dr~2dt)(ex. 1.8dt≤dr≤2.2dt).
다수의 반사 화소전극(138r), 다수의 반사 공통전극(140r), 다수의 투과 화소전극(138t), 다수의 투과 공통전극(140t) 상부의 기판(120) 전면에는 단일셀갭의 액정층(142)이 형성되는데, 액정층(142)은, 다수의 액정캡슐(144)과, 다수의 액정캡슐(144)이 분산되는 바인더(146)를 포함하고, 다수의 액정캡슐(144)은 각각 다수의 액정분자(148)를 포함한다.
여기서, 액정층(142)의 두께는 약 2.5μm 내지 약 3.5μm의 범위일 수 있다.
다수의 액정캡슐(144) 각각은, 수 내지 수백 나노미터(nanometer)의 직경을 갖는 고분자 캡슐로서, 폴리비닐알콜(poly vinyl alcohol: PVA)과 같은 수용성 재료 또는 폴리메틸메타크릴레이트(poly methyl methacrylate: PMMA)과 같은 지용성 재료로 이루어질 수 있으며, 약 1nm 내지 약 320nm의 범위의 지름을 가질 수 있다.
바인더(146)는 투명 또는 반투명일 수 있고, 수용성, 지용성 또는 수용성 및 지용성의 혼합성질을 가질 수 있다.
다수의 액정분자(148)은 네마틱 액정(nematic LC), 강유전성 액정(FLC) 또는 플렉소 액정(flexo electric LC)일 수 있다.
그리고, 반사부(RA)의 액정층(142)의 두께(즉, 셀갭)와 투과부(TA)의 액정층(142)의 두께(즉, 셀갭)는 서로 동일하며, 액정층(142)은 반사투과형 액정표시장치(110) 전체에서 단일셀갭으로 구성된다.
액정층(142) 상부에는 제1위상차판(150)이 형성되고, 제1위상차판(150) 상부에는 제1편광판(152)이 형성된다.
그리고, 기판(120) 하면에는 제2위상차판(156)이 형성되고, 제2위상차판(156) 하부에는 제2편광판(154)이 형성된다.
제1 및 제2위상차판(150, 156)은 각각 λ/4의 위상차를 갖는 4분파장 위상판(quarter wave plate: QWP)일 수 있으며, 제1 및 제2편광판(152, 154)은 각각 지면(紙面)에 수직한 투과축을 갖는 선형 편광판일 수 있다.
여기서, 다수의 액정캡슐(144)을 포함하는 액정층(142)은, 코팅과 같은 용액공정(soluble process)을 통하여 필름 형태로 제작되어 점착층 또는 접착제를 이용하여 기판(120) 상부에 부착될 수 있다.
이러한 다수의 액정캡슐(144)을 포함하는 액정층(142)은 별도의 배향막 없이 형성할 수 있으며, 그 결과 다수의 액정캡슐(144)을 포함하는 액정층(142)은 보호층(136) 및 제1위상차판(150)에 직접 접촉한다.
이러한 반사투과형 액정표시장치(110)에서는, 다수의 게이트배선(GL(m-1), GL(m), GL(m+1))의 게이트전압의 하이레벨전압에 따라 턴-온 된 박막트랜지스터(T)를 통하여 다수의 데이터배선(DL(n-1), DL(n), DL(n+1), DL(n+2))의 데이터전압이 다수의 반사 화소전극(138r) 및 다수의 투과 화소전극(138t)에 인가되고, 다수의 반사 화소전극(138r) 및 다수의 반사 공통전극(140r) 사이에 생성되는 제1수평전기장과 다수의 투과 화소전극(138t) 및 다수의 투과 공통전극(140t) 사이에 생성되는 제2수평전기장에 의하여 액정캡슐(144)의 액정분자(148)가 재배열되어 계조를 표시한다.
이때, 투과부(TA)의 투과 이격거리(dt)가 반사부(RA)의 반사 이격거리(dr)보다 작으므로, 투과부(TA)의 제2수평전기장이 반사부(RA)의 제1수평전기장보다 강한 세기를 가질 수 있으며, 그 결과 투과부(TA)의 액정층(142)의 액정캡슐(144) 내부의 액정분자(도 5a의 148)가 반사부(RA)의 액정층(142)의 액정캡슐(144) 내부의 액정분자(148)보다 전기장의 방향에 따라 더 균일하게 배열되어 투과부(TA)의 액정층(142)의 평균 위상지연이 반사부(RA)의 액정층(142)의 평균 위상지연보다 큰 값이 될 수 있다.
특히, 반사투과형 액정표시장치(110)는 반사모드, 투과모드 또는 반사투과모드로 구동되는데, 반사모드에서는 외부로부터 기판(120) 상부로 입사되는 제1광(L1)이 반사부(RA)의 액정층(142)을 통과한 후 반사층(134)에서 반사되어 다시 반사부(RA)의 액정층(142)을 통과하도록 하여 계조를 표시하고, 투과모드에서는 백라이트 유닛으로부터 기판(120) 하부로 입사되는 제2광(L2)이 투과부(TA)의 액정층(142)을 통과하도록 하여 계조를 표시할 수 있다.
구체적으로, 도 5a에 도시한 바와 같이, 반사투과형 액정표시장치(110)의 반사부(RA)가 블랙(black)을 표시할 경우, 반사부(RA)의 반사 화소전극(138r) 및 반사 공통전극(140r) 사이에는 제1전압(V1)이 인가되고, 액정캡슐(144) 내부의 액정분자(148)가 무작위(random)로 배열되어 반사부(RA)의 액정층(142)은 0의 평균 위상지연(△nd)을 갖는데, 예를 들어 제1전압(V1)은 0V일 수 있다.
이에 따라, 외부로부터 반사부(RA)로 입사되는 제1광(L1)은, 제1편광판(152)을 통과한 후 지면에 수직한 편광방향을 갖는 제1선편광의 제1반사상태(RS1)가 되고, 제1위상차판(150)을 통과한 후 좌원편광의 제2반사상태(RS2)가 되고, 0의 평균 위상지연(△nd)을 갖는 반사부(RA)의 액정층(142)을 통과한 후 제2반사상태(RS2)와 동일한 좌원편광의 제3반사상태(RS3)가 되고, 반사층(134)에서 반사된 후 우원편광의 제4반사상태(RS4)가 되고, 다시 0의 평균 위상지연(△nd)을 갖는 반사부(RA)의 액정층(142)을 통과한 후 제4반사상태(RS4)와 동일한 우원편광의 제5반사상태(RS5)가 되고, 제1위상차판(150)을 통과한 후 지면에 평행한 편광방향을 갖는 제2선편광의 제6반사상태(RS6)가 되므로, 지면에 수직한 투과축을 갖는 제1편광판(152)에 모두 흡수되고, 반사부(RA)는 블랙을 표시할 수 있다.
그리고, 반사투과형 액정표시장치(110)의 투과부(TA)가 블랙(black)을 표시할 경우, 투과부(TA)의 투과 화소전극(138t) 및 투과 공통전극(140t) 사이에는 제1전압(V1)이 인가되고, 액정캡슐(144) 내부의 액정분자(148)가 무작위(random)로 배열되어 투과부(TA)의 액정층(142)은 0의 평균 위상지연(△nd)을 갖는데, 예를 들어 제1전압(V1)은 0V일 수 있다.
이에 따라, 백라이트 유닛(미도시)으로부터 투과부(TA)로 입사되는 제2광(L2)은, 제2편광판(154)을 통과한 후 지면에 수직한 편광방향을 갖는 제1선편광의 제1투과상태(TS1)가 되고, 제2위상차판(156)을 통과한 후 좌원편광의 제2투과상태(TS2)가 되고, 0의 평균 위상지연(△nd)을 갖는 투과부(TA)의 액정층(142)을 통과한 후 좌원편광의 제3투과상태(TS3)가 되고, 제1위상차판(150)을 통과한 후 지면에 평행한 편광방향을 갖는 제2선편광의 제4투과상태(TS4)가 되므로, 지면에 수직한 투과축을 갖는 제1편광판(152)에 모두 흡수되고, 투과부(TA)는 블랙을 표시할 수 있다.
그리고, 도 5b에 도시한 바와 같이, 반사투과형 액정표시장치(110)의 반사부(RA)가 화이트(white)를 표시할 경우, 반사부화소(RA)의 반사 화소전극(138r) 및 반사 공통전극(140r) 사이에는 제2전압(V2)이 인가되고, 액정캡슐(144) 내부의 액정분자(148)가 반사 화소전극(138r) 및 반사 공통전극(140r) 사이에 생성되는 제1수평전기장에 의하여 재배열되어 반사부(RA)의 액정층(142)은 λ/4의 위상지연(△nd)을 갖는데, 제2전압(V2)은 제1전압(V1)보다 큰 전압일 수 있다.
이에 따라, 외부로부터 반사부(RA)로 입사되는 제1광(L1)은, 제1편광판(152)을 통과한 후 지면에 수직한 편광방향을 갖는 제1선편광의 제1반사상태(RS1)가 되고, 제1위상차판(150)을 통과한 후 좌원편광의 제2반사상태(RS2)가 되고, λ/4의 위상지연(△nd)을 갖는 반사부(RA)의 액정층(142)을 통과한 후 지면에 평행한 편광방향을 갖는 제2선편광의 제3반사상태(RS3)가 되고, 반사층(134)에서 반사된 후 지면에 평행한 편광방향을 갖는 제2선편광의 제4반사상태(RS4)가 되고, 다시 λ/4의 위상지연(△nd)을 갖는 반사부(RA)의 액정층(142)을 통과한 후 우원편광의 제5반사상태(RS5)가 되고, 제1위상차판(152)을 통과한 후 지면에 수직한 편광방향을 갖는 제1선편광의 제6반사상태(RS6)가 되므로, 지면에 수직한 투과축을 갖는 제1편광판(152)을 통과하고, 반사부(RA)는 화이트를 표시할 수 있다.
한편, 반사투과형 액정표시장치(110)의 투과부(TA)가 화이트(white)를 표시할 경우, 투과부(TA)의 투과 화소전극(138t) 및 투과 공통전극(140t) 사이에는 제2전압(V2)이 인가되고, 액정캡슐(144) 내부의 액정분자(148)가 투과 화소전극(138t) 및 투과 공통전극(140t) 사이에 생성되는 제2수평전기장에 의하여 재배열되어 투과부(TA)의 액정층(142)은 λ/2의 평균 위상지연(△nd)을 갖는데, 제2전압(V2)은 제1전압(V1)보다 큰 전압일 수 있다.
이에 따라, 백라이트 유닛(미도시)으로부터 투과부(TA)로 입사되는 제2광(L2)은, 제2편광판(154)을 통과한 후 지면에 수직한 편광방향을 갖는 제1선편광의 제1투과상태(TS1)가 되고, 제2위상차판(156)을 통과한 후 좌원편광의 제2투과상태(TS2)가 되고, λ/2의 평균 위상지연(△nd)을 갖는 투과부(TA)의 액정층(142)을 통과한 후 우원편광의 제3투과상태(TS3)가 되고, 제1위상차판(150)을 통과한 후 지면에 수직한 편광방향을 갖는 제1선편광의 제4투과상태(TS4)가 되므로, 지면에 수직한 투과축을 갖는 제1편광판(152)을 통과하고, 투과부(TA)는 화이트를 표시할 수 있다.
이상과 같이, 본 발명의 제1실시예에 따른 액정캡슐을 포함하는 반사투과형 액정표시장치(110)에서는, 화소(P)의 투과부(TA)의 투과 화소전극(138t) 및 투과 공통전극(140t) 사이의 투과 이격거리(dt)를 화소(P)의 반사부(RA)의 반사 화소전극(138r) 및 반사 공통전극(140r) 사이의 반사 이격거리(dr)보다 작게 형성함으로써, 하나의 데이터전압으로 투과부(TA) 및 반사부(RA)의 액정층(142)이 상이한 평균 위상지연을 갖도록 할 수 있다.
즉, 하나의 데이터전압으로 투과부(TA)의 액정층(142)이 λ/4의 평균 위상지연을 갖고 반사부(RA)의 액정층(142)의 λ/2의 평균 위상지연을 갖도록 함으로써, 하나의 게이트배선 및 하나의 데이터전압으로 투과부(TA) 및 반사부(RA)를 구동할 수 있으며, 그 결과 종래보다 게이트배선 및 박막트랜지스터의 개수가 감소하여 제조공정이 단순화 되고 투과율이 향상되고 구동 주파수 증가 또는 해상도 감소가 방지된다.
또한, 다수의 액정캡슐(144)을 이용하여 단일셀갭의 액정층(142)을 형성하고, 제1 및 제2수평전기장에 의하여 반사부(RA) 및 투과부(TA)의 액정층(142)이 상이한 위상지연을 갖도록 함으로써, 빛샘이 없는 상태로 블랙을 표시할 수 있으며, 제조공정이 간소화 되고 대조비가 개선되고 소비전력이 절감된다.
그리고, 제1 및 제2위상차판(150, 156)을 이용하여 계조를 표시함으로써, 블랙의 휘도를 더 감소시키고 대조비를 더 개선할 수 있다.
한편, 다른 실시예에서는 투과부의 투과 화소전극 및 투과 공통전극과 반사부의 반사 화소전극 및 반사 공통전극의 배열방향을 상이하게 하여 시야각을 더 개선할 수도 있는데, 이를 도면을 참조하여 설명한다.
도 6은 본 발명의 제2실시예에 따른 액정캡슐을 포함하는 반사투과형 액정표시장치를 도시한 평면도로서, 제1실시예와 동일한 부분에 대한 설명은 생략한다.
도 6에 도시한 바와 같이, 본 발명의 제2실시예에 따른 액정캡슐을 포함하는 반사투과형 액정표시장치(210)는, 서로 교차하여 다수의 화소(P)를 정의하는 다수의 게이트배선(GL) 및 다수의 데이터배선(DL), 다수의 게이트배선(GL)으로부터 평행하게 이격되는 다수의 공통배선(CL)을 포함하는데, 다수의 화소(P)는 각각 투과부(TA) 및 반사부(RA)를 포함한다.
게이트배선(GL) 및 데이터배선(DL)에는 각각 박막트랜지스터(T)의 게이트전극 및 소스전극이 연결된다.
반사부(RA)에는, 박막트랜지스터(T)의 드레인전극에 연결되는 다수의 반사 화소전극(238r)과, 다수의 반사 화소전극(238r)으로부터 평행하게 이격되는 다수의 반사 공통전극(240r)이 형성된다.
투과부(TA)에는, 반사부(RA)의 반사 화소전극(238r)에 연결되는 다수의 투과 화소전극(238t)과, 반사부(RA)의 반사 공통전극(240r)에 연결되고 다수의 투과 화소전극(238t)으로부터 평행하게 이격되는 다수의 투과 공통전극(240t)이 형성된다.
여기서, 다수의 반사 화소전극(238r), 다수의 반사 공통전극(240r), 다수의 투과 화소전극(238t), 다수의 투과 공통전극(240t)은 각각 바(bar) 형상을 가질 수 있으며, 다수의 반사 화소전극(238r)과 다수의 반사 공통전극(240r)은 다수의 데이터배선(DL)에 평행한 제1방향으로 배열되고, 다수의 투과 화소전극(238t)과 다수의 투과 공통전극(240t)은 다수의 게이트배선(GL)에 평행한 제2방향으로 배열될 수 있다.
다른 실시예에서는, 다수의 반사 화소전극(238r)과 다수의 반사 공통전극(240r)은 다수의 게이트배선(GL)에 평행한 제2방향으로 배열되고, 다수의 투과 화소전극(238t)과 다수의 투과 공통전극(240t)은 다수의 데이터배선(DL)에 평행한 제1방향으로 배열될 수도 있고, 다수의 반사 화소전극(238r) 및 다수의 반사 공통전극(240r) 중 하나는 판(plate) 형상으로 형성하고 나머지는 바 형상으로 형성하거나, 다수의 투과 화소전극(238t) 및 다수의 투과 공통전극(240t) 중 하나는 판 형상으로 형성하고 나머지는 바 형상으로 형성할 수 있다.
그리고, 반사부(RA)에서의 반사 화소전극(238r) 및 반사 공통전극(240r) 사이의 반사 이격거리(dr)는 투과부(TA)에서의 투과 화소전극(238t) 및 투과 공통전극(240t) 사이의 투과 이격거리(dt)보다 큰 값일 수 있다. (dr>dt)
예를 들어, 반사 이격거리(dr)는 투과 이격거리(dt)의 2배와 실질적으로 동일한 값일 수 있으며(dr~2dt)(ex. 1.8dt≤dr≤2.2dt), 반사 이격거리(dr) 및 투과 이격거리(dt)는 각각 약 13.4μm 약 5.7μm 일 수 있다.
다수의 반사 화소전극(238r), 다수의 반사 공통전극(240r), 다수의 투과 화소전극(238t), 다수의 투과 공통전극(240t) 상부에는 액정캡슐(미도시)을 포함하는 단일셀갭의 액정층(미도시)이 형성된다.
여기서, 다수의 게이트배선(GL)을 통하여 전달되는 게이트전압의 하이레벨전압이 박막트랜지스터(T)에 인가되면, 박막트랜지스터(T)가 턴-온(turn-on) 되고, 다수의 데이터배선(DL)을 통하여 전달되는 데이터전압이 박막트랜지스터(T)를 통하여 반사 화소전극(238r) 및 투과 화소전극(238t)에 인가된다.
이러한 반투과형 액정표시장치(210)에서, 백라이트 유닛의 빛은 투과부(TA)의 액정층을 1번 통과하고, 외부광은 반사부(RA)의 액정층을 2번 통과하는데, 반사부(RA)에서의 반사 화소전극(238r) 및 반사 공통전극(240r) 사이의 반사 이격거리(dr)를 투과부(TA)에서의 투과 화소전극(238t) 및 투과 공통전극(240t) 사이의 투과 이격거리(dt)보다 크게 형성함으로써, 투과부(TA)의 액정층의 위상지연(retardation)이 반사부(RA)의 액정층의 위상지연보다 크게 만들 수 있으며, 그 결과 반사부(RA) 및 투과부(TA)에서 균일한 광효율을 확보할 수 있다.
즉, 투과부(TA)에서의 투과 화소전극(238t) 및 투과 공통전극(240t) 사이의 투과 이격거리(dt)가 반사부(RA)에서의 반사 화소전극(238r) 및 반사 공통전극(240r) 사이의 반사 이격거리(dr)보다 작으므로, 동일한 데이터전압이 반사 화소전극(238r) 및 투과 화소전극(238t)에 인가된 경우에도 투과부(TA)에서의 투과 화소전극(238t) 및 투과 공통전극(240t) 사이에 생성되는 전기장의 세기가 반사부(RA)에서의 반사 화소전극(238r) 및 반사 공통전극(240r) 사이에 생성되는 전기장의 세기보다 강할 수 있으며, 투과부(TA)의 액정층의 액정캡슐 내부의 액정분자(미도시)가 반사부(RA)의 액정층의 액정캡슐 내부의 액정분자보다 전기장의 방향에 따라 더 균일하게 배열되어 투과부(TA)의 액정층의 평균 위상지연이 반사부(RA)의 액정층의 평균 위상지연보다 큰 값이 될 수 있다.
예를 들어, 동일한 데이터전압에 의하여 투과부(TA)의 액정층은 λ/2의 평균 위상지연을 갖고 반사부(RA)의 액정층은 λ/4의 위상지연을 가질 수 있는데, λ/2 및 λ/4의 평균 위상지연은 약 ㅁ20nm의 공정 산포를 가질 수 있다.
특히, 반사부(RA)의 다수의 반사 화소전극(238r)과 다수의 반사 공통전극(240r)이 다수의 데이터배선(DL)에 평행한 제1방향으로 배열되고, 투과부(TA)의 다수의 투과 화소전극(238t)과 다수의 투과 공통전극(240t)이 다수의 게이트배선(GL)에 평행한 제2방향으로 배열되므로, 각 화소(P)를 반사부(RA) 및 투과부(TA)가 표시하는 영상의 방향이 서로 상이한 2 도메인(domain)으로 구성할 수 있으며, 그 결과 시야각이 증가한다.
이상과 같이, 본 발명의 제2실시예에 따른 액정캡슐을 포함하는 반사투과형 액정표시장치(210)에서는, 화소(P)의 투과부(TA)의 투과 화소전극(238t) 및 투과 공통전극(240t) 사이의 투과 이격거리(dt)를 화소(P)의 반사부(RA)의 반사 화소전극(238r) 및 반사 공통전극(240r) 사이의 반사 이격거리(dr)보다 작게 형성함으로써, 하나의 데이터전압으로 투과부(TA) 및 반사부(RA)의 액정층이 상이한 평균 위상지연을 갖도록 할 수 있다.
즉, 하나의 데이터전압으로 투과부(TA)의 액정층이 λ/4의 평균 위상지연을 갖고 반사부(RA)의 액정층의 λ/2의 평균 위상지연을 갖도록 함으로써, 하나의 게이트배선 및 하나의 데이터전압으로 투과부(TA) 및 반사부(RA)를 구동할 수 있으며, 그 결과 종래보다 게이트배선 및 박막트랜지스터의 개수가 감소하여 제조공정이 단순화 되고 투과율이 향상되고 구동 주파수 증가 또는 해상도 감소가 방지된다.
또한, 다수의 액정캡슐을 이용하여 단일셀갭의 액정층을 형성하고, 제1 및 제2수평전기장에 의하여 반사부(RA) 및 투과부(TA)의 액정층이 상이한 위상지연을 갖도록 함으로써, 빛샘이 없는 상태로 블랙을 표시할 수 있으며, 제조공정이 간소화 되고 대조비가 개선되고 소비전력이 절감된다.
그리고, 반사부(RA)의 반사 화소전극(238r)과 반사 공통전극(240r)이 제1방향으로 배열되고, 투과부(TA)의 투과 화소전극(238t)과 투과 공통전극(240t)이 제1방향과 교차하는 제2방향으로 배열되므로, 각 화소(P)를 반사부(RA) 및 투과부(TA)가 표시하는 영상의 방향이 서로 상이한 2 도메인(domain)으로 구성할 수 있으며, 그 결과 시야각이 개선된다.
도 7은 본 발명의 제3실시예에 따른 액정캡슐을 포함하는 반사투과형 액정표시장치를 도시한 평면도로서, 제1실시예와 동일한 부분에 대한 설명은 생략한다.
도 7에 도시한 바와 같이, 본 발명의 제3실시예에 따른 액정캡슐을 포함하는 반사투과형 액정표시장치(310)는, 서로 교차하여 다수의 화소(P)를 정의하는 다수의 게이트배선(GL) 및 다수의 데이터배선(DL), 다수의 게이트배선(GL)으로부터 평행하게 이격되는 다수의 공통배선(CL)을 포함하는데, 다수의 화소(P)는 각각 투과부(TA) 및 반사부(RA)를 포함한다.
게이트배선(GL) 및 데이터배선(DL)에는 각각 박막트랜지스터(T)의 게이트전극 및 소스전극이 연결된다.
반사부(RA)에는, 박막트랜지스터(T)의 드레인전극에 연결되는 다수의 반사 화소전극(338r)과, 다수의 반사 화소전극(338r)으로부터 평행하게 이격되는 다수의 반사 공통전극(340r)이 형성된다.
투과부(TA)에는, 반사부(RA)의 반사 화소전극(338r)에 연결되는 다수의 투과 화소전극(338t)과, 반사부(RA)의 반사 공통전극(340r)에 연결되고 다수의 투과 화소전극(338t)으로부터 평행하게 이격되는 다수의 투과 공통전극(340t)이 형성된다.
여기서, 다수의 반사 화소전극(338r), 다수의 반사 공통전극(340r), 다수의 투과 화소전극(338t), 다수의 투과 공통전극(340t)은 각각 바(bar) 형상을 가질 수 있으며, 다수의 반사 화소전극(338r)과 다수의 반사 공통전극(340r)은 다수의 게이트배선(GL)에 제1예각(예를 들어, -45도)으로 교차하는 제1방향으로 배열되고, 다수의 투과 화소전극(338t)과 다수의 투과 공통전극(340t)은 다수의 게이트배선(GL)에 제2예각(예를 들어, +45도)으로 교차하는 제2방향으로 배열될 수 있다.
다른 실시예에서는, 다수의 반사 화소전극(338r)과 다수의 반사 공통전극(340r)은 다수의 게이트배선(GL)에 제2예각(예를 들어, +45도)으로 교차하는 제2방향으로 배열되고, 다수의 투과 화소전극(338t)과 다수의 투과 공통전극(340t)은 다수의 게이트배선(GL)에 제1예각(예를 들어, -45도)로 교차하는 제1방향으로 배열될 수도 있고, 다수의 반사 화소전극(338r) 및 다수의 반사 공통전극(340r) 중 하나는 판(plate) 형상으로 형성하고 나머지는 바 형상으로 형성하거나, 다수의 투과 화소전극(338t) 및 다수의 투과 공통전극(340t) 중 하나는 판 형상으로 형성하고 나머지는 바 형상으로 형성할 수 있다.
그리고, 반사부(RA)에서의 반사 화소전극(338r) 및 반사 공통전극(340r) 사이의 반사 이격거리(dr)는 투과부(TA)에서의 투과 화소전극(338t) 및 투과 공통전극(340t) 사이의 투과 이격거리(dt)보다 큰 값일 수 있다. (dr>dt)
예를 들어, 반사 이격거리(dr)는 투과 이격거리(dt)의 2배와 실질적으로 동일한 값일 수 있다. (dr~2dt)(ex. 1.8dt≤dr≤2.2dt)
다수의 반사 화소전극(338r), 다수의 반사 공통전극(340r), 다수의 투과 화소전극(338t), 다수의 투과 공통전극(340t) 상부에는 액정캡슐(미도시)을 포함하는 단일셀갭의 액정층(미도시)이 형성된다.
여기서, 다수의 게이트배선(GL)을 통하여 전달되는 게이트전압의 하이레벨전압이 박막트랜지스터(T)에 인가되면, 박막트랜지스터(T)가 턴-온(turn-on) 되고, 다수의 데이터배선(DL)을 통하여 전달되는 데이터전압이 박막트랜지스터(T)를 통하여 반사 화소전극(338r) 및 투과 화소전극(338t)에 인가된다.
이러한 반투과형 액정표시장치(310)에서, 백라이트 유닛의 빛은 투과부(TA)의 액정층을 1번 통과하고, 외부광은 반사부(RA)의 액정층을 2번 통과하는데, 반사부(RA)에서의 반사 화소전극(338r) 및 반사 공통전극(340r) 사이의 반사 이격거리(dr)를 투과부(TA)에서의 투과 화소전극(338t) 및 투과 공통전극(340t) 사이의 투과 이격거리(dt)보다 크게 형성함으로써, 투과부(TA)의 액정층의 위상지연(retardation)이 반사부(RA)의 액정층의 위상지연보다 크게 만들 수 있으며, 그 결과 반사부(RA) 및 투과부(TA)에서 균일한 광효율을 확보할 수 있다.
즉, 투과부(TA)에서의 투과 화소전극(338t) 및 투과 공통전극(340t) 사이의 투과 이격거리(dt)가 반사부(RA)에서의 반사 화소전극(338r) 및 반사 공통전극(340r) 사이의 반사 이격거리(dr)보다 작으므로, 동일한 데이터전압이 반사 화소전극(338r) 및 투과 화소전극(338t)에 인가된 경우에도 투과부(TA)에서의 투과 화소전극(338t) 및 투과 공통전극(340t) 사이에 생성되는 전기장의 세기가 반사부(RA)에서의 반사 화소전극(338r) 및 반사 공통전극(340r) 사이에 생성되는 전기장의 세기보다 강할 수 있으며, 투과부(TA)의 액정층의 액정캡슐 내부의 액정분자(미도시)가 반사부(RA)의 액정층의 액정캡슐 내부의 액정분자보다 전기장의 방향에 따라 더 균일하게 배열되어 투과부(TA)의 액정층의 평균 위상지연이 반사부(RA)의 액정층의 평균 위상지연보다 큰 값이 될 수 있다.
예를 들어, 동일한 데이터전압에 의하여 투과부(TA)의 액정층은 λ/2의 평균 위상지연을 갖고 반사부(RA)의 액정층은 λ/4의 위상지연을 가질 수 있다.
특히, 반사부(RA)의 다수의 반사 화소전극(338r)과 다수의 반사 공통전극(340r)이 다수의 게이트배선(GL)에 제1예각(예를 들어, -45도)으로 교차하는 제1방향으로 배열되고, 투과부(TA)의 다수의 투과 화소전극(338t)과 다수의 투과 공통전극(340t)이 다수의 게이트배선(GL)에 제2예각(예를 들어, +45도)으로 교차하는 제2방향으로 배열되므로, 각 화소(P)를 반사부(RA) 및 투과부(TA)가 표시하는 영상의 방향이 서로 상이한 2 도메인(domain)으로 구성할 수 있으며, 그 결과 시야각이 증가한다.
이상과 같이, 본 발명의 제3실시예에 따른 액정캡슐을 포함하는 반사투과형 액정표시장치(310)에서는, 화소(P)의 투과부(TA)의 투과 화소전극(338t) 및 투과 공통전극(340t) 사이의 투과 이격거리(dt)를 화소(P)의 반사부(RA)의 반사 화소전극(338r) 및 반사 공통전극(340r) 사이의 반사 이격거리(dr)보다 작게 형성함으로써, 하나의 데이터전압으로 투과부(TA) 및 반사부(RA)의 액정층이 상이한 평균 위상지연을 갖도록 할 수 있다.
즉, 하나의 데이터전압으로 투과부(TA)의 액정층이 λ/4의 평균 위상지연을 갖고 반사부(RA)의 액정층의 λ/2의 평균 위상지연을 갖도록 함으로써, 하나의 게이트배선 및 하나의 데이터전압으로 투과부(TA) 및 반사부(RA)를 구동할 수 있으며, 그 결과 종래보다 게이트배선 및 박막트랜지스터의 개수가 감소하여 제조공정이 단순화 되고 투과율이 향상되고 구동 주파수 증가 또는 해상도 감소가 방지된다.
또한, 다수의 액정캡슐을 이용하여 단일셀갭의 액정층을 형성하고, 제1 및 제2수평전기장에 의하여 반사부(RA) 및 투과부(TA)의 액정층이 상이한 위상지연을 갖도록 함으로써, 빛샘이 없는 상태로 블랙을 표시할 수 있으며, 제조공정이 간소화 되고 대조비가 개선되고 소비전력이 절감된다.
그리고, 반사부(RA)의 반사 화소전극(338r)과 반사 공통전극(340r)이 제1방향으로 배열되고, 투과부(TA)의 투과 화소전극(338t)과 투과 공통전극(340t)이 제1방향과 교차하는 제2방향으로 배열되므로, 각 화소(P)를 반사부(RA) 및 투과부(TA)가 표시하는 영상의 방향이 서로 상이한 2 도메인(domain)으로 구성할 수 있으며, 그 결과 시야각이 개선된다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
110: 액정표시장치 120: 기판
134: 반사층 142: 액정층
150: 제1위상차판 152: 제1편광판
156: 제2위상차판 154: 제2편광판

Claims (15)

  1. 제1 및 제2영역을 포함하는 화소를 갖는 기판과;
    상기 기판 상부의 상기 화소에 배치되는 박막트랜지스터와;
    상기 제1영역에 배치되고, 상기 박막트랜지스터에 연결되는 제1화소전극과;
    상기 제1영역에 배치되고, 상기 제1화소전극으로부터 제1이격거리만큼 평행하게 이격되는 제1공통전극과;
    상기 제2영역에 배치되고, 상기 제1화소전극에 연결되는 제2화소전극과;
    상기 제2영역에 배치되고, 상기 제2화소전극으로부터 상기 제1이격거리와 상이한 제2이격거리만큼 평행하게 이격되는 제2공통전극과;
    상기 제1화소전극, 상기 제1공통전극, 상기 제2화소전극 및 상기 제2공통전극 상부에 배치되는 액정층
    을 포함하고,
    상기 제1화소전극과 상기 제2화소전극은 서로 동일한 폭을 갖고, 상기 제1공통전극과 상기 제2공통전극은 서로 동일한 폭을 갖는 액정표시장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1이격거리는 상기 제2이격거리보다 큰 액정표시장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1이격거리는 상기 제2이격거리의 2배인 액정표시장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 액정층 상부에 배치되는 제1위상차판과;
    상기 제1위상차판 상부에 배치되는 제1편광판과;
    상기 기판 하부에 배치되는 제2위상차판과;
    상기 제2위상차판 하부에 배치되는 제2편광판
    을 더 포함하는 액정표시장치.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 제1 및 제2편광판은 동일한 방향의 투과축을 갖고,
    상기 제1 및 제2위상차판은 각각 4분파장 위상판(QWP)인 액정표시장치.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1 및 제2영역의 상기 액정층의 두께는 서로 동일한 액정표시장치.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1화소전극 및 상기 제2공통전극 사이에 제1전압이 인가된 경우 상기 제1영역의 상기 액정층은 0의 평균 위상지연을 갖고,
    상기 제2화소전극 및 상기 제2공통전극 사이에 상기 제1전압이 인가된 경우 상기 제2영역의 상기 액정층은 0의 평균 위상지연을 갖고,
    상기 제1 및 제2영역은 블랙을 표시하는 액정표시장치.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 제1화소전극 및 상기 제1공통전극 사이에 상기 제1전압보다 큰 제2전압이 인가된 경우 상기 제1영역의 상기 액정층은 λ/4의 평균 위상지연을 갖고,
    상기 제2화소전극 및 상기 제2공통전극 사이에 상기 제2전압이 인가된 경우 상기 제2영역의 상기 액정층은 λ/2의 평균 위상지연을 갖고,
    상기 제1 및 제2영역은 화이트를 표시하는 액정표시장치.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 박막트랜지스터에 연결되고, 서로 교차하여 상기 화소를 정의하는 게이트배선 및 데이터배선을 더 포함하고,
    상기 제1화소전극 및 상기 제1공통전극은 상기 게이트배선 또는 상기 데이터배선에 평행한 제1방향으로 배열되고,
    상기 제2화소전극 및 상기 제2공통전극은 상기 제1방향으로 배열되는 액정표시장치.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 박막트랜지스터에 연결되고, 서로 교차하여 상기 화소를 정의하는 게이트배선 및 데이터배선을 더 포함하고,
    상기 제1화소전극 및 상기 제1공통전극은 상기 게이트배선 또는 상기 데이터배선에 평행한 제1방향으로 배열되고,
    상기 제2화소전극 및 상기 제2공통전극은 상기 제1방향과 교차하는 제2방향으로 배열되는 액정표시장치.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 박막트랜지스터에 연결되고, 서로 교차하여 상기 화소를 정의하는 게이트배선 및 데이터배선을 더 포함하고,
    상기 제1화소전극 및 상기 제1공통전극은 상기 게이트배선 또는 상기 데이터배선과 예각으로 교차하는 제1방향으로 배열되고,
    상기 제2화소전극 및 상기 제2공통전극은 상기 제1방향과 교차하는 제2방향으로 배열되는 액정표시장치.
  12. 제 1 항에 있어서,
    상기 액정층은 다수의 액정캡슐을 포함하는 액정표시장치.
  13. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1 및 제2화소전극에는 동일한 데이터전압이 인가되는 액정표시장치.
  14. 제 1 항에 있어서,
    상기 제2공통전극은 다수의 제2공통전극을 포함하고,
    상기 다수의 제2공통전극 중 하나는 상기 제2영역에만 배치되고, 상기 다수의 제2공통전극 중 다른 하나는 상기 제2영역으로부터 상기 제1영역으로 연장되어 상기 제1공통전극에 연결되는 액정표시장치.
  15. 제 1 항에 있어서,
    상기 액정층은 바인더와 상기 바인더에 분산되는 다수의 액정캡슐을 포함하고
    상기 제1화소전극 및 상기 제1공통전극 사이와 상기 제2화소전극 및 상기 제2화소전극 사이에 제1전압이 인가된 경우, 상기 제1 및 제2영역의 상기 다수의 액정캡슐의 액정분자는 무작위로 배열되어, 상기 제1영역의 액정층은 0의 평균 위상지연을 갖고 상기 제2영역의 상기 액정층은 0의 평균 위상지연을 갖고,
    상기 제1화소전극 및 상기 제1공통전극 사이와 상기 제2화소전극 및 상기 제2화소전극 사이에 상기 제1전압보다 큰 제2전압이 인가된 경우, 상기 제1 및 제2영역의 상기 다수의 액정캡슐의 액정분자는 수평전기장에 의하여 배열되어, 상기 제1영역의 상기 액정층은 λ/4의 평균 위상지연을 갖고 상기 제2영역의 상기 액정층은 λ/2의 평균 위상지연을 갖는 액정표시장치.
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