KR100597813B1 - 반투과형 액정 표시장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 반투과형 액정 표시장치의 반사 및 투과효율을 향상시키기 위해, 다수개의 반사부 및 투과부가 형성된 하부기판과, 컬러필터가 형성된 상부기판과, 상기 상부 및 하부기판 사이에 형성된 액정층을 포함하는 반사투과형 액정표시장치로써, 상기 각 반사부는 평탄부와 상기 평탄부에서 연장된 돔 형상의 반구부로 구성되며, 상기 투과부는 상기 각 반사부 사이에 형성된 제 1 투과홀과 상기 반구부의 정점에서 수직으로 상기 하부기판 상부까지 연장된 제 2 투과홀을 포함하는 반투과형 액정 표시장치에 관해 개시하고 있다.

Description

반투과형 액정 표시장치 {transflective liquid crystal display device.}

도 1은 백라이트에서 나온 빛의 각 층별 투과도를 도식적으로 나타낸 도면.

도 2는 일반적인 반투과형 액정 표시장치의 동작을 표시한 단면도.

도 3은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 반투과형 액정 표시장치의 반사부 및 투과부를 도시한 단면도.

도 4는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 반투과형 액정 표시장치의 반사부 및 투과부를 도시한 단면도.

도 5는 도 3의 A 부분을 확대한 단면도.

도 6은 도 4의 반사부 및 투과부를 확대한 확대도.

〈도면의 주요부분에 대한 부호의 설명〉

1 : 기판 52 : 반사부

50 : 투과부

본 발명은 액정 표시장치에 관한 것으로서, 더 상세하게는, 고 개구율 및 고 반사효율을 갖는 반사 및 투과 겸용의 반투과형 액정표시 장치에 관한 것이다.

특히, 본 발명은 휘도가 향상된 반투과형 액정 표시장치에 관한 것이다.

최근 정보화 사회로 시대가 급진전함에 따라, 대량의 정보를 처리하고 이를 표시하는 디스플레이(display)분야가 발전하고 있다.

근대까지 브라운관(cathode-ray tube ; CRT)이 표시장치의 주류를 이루고 발전을 거듭해 오고 있다.

그러나, 최근 들어 박형화, 경량화, 저 소비전력화 등의 시대상에 부응하기 위해 평판 표시장치(flat panel display)의 필요성이 대두되었다. 이에 따라 색 재현성이 우수하고 박형인 박막 트랜지스터형 액정 표시소자(Thin film transistor-liquid crystal display ; 이하 TFT-LCD라 한다)가 개발되었다.

이하, TFT-LCD의 동작을 살펴보면, 박막 트랜지스터에 의해 임의의 화소(pixel)가 스위칭 되면, 스위칭된 임의의 화소는 하부광원의 빛을 투과할 수 있게 한다.

상기 스위칭 소자는 반도체층을 비정질 실리콘으로 형성한, 비정질 실리콘 박막 트랜지스터(amorphous silicon thin film transistor ; a-Si:H TFT)가 주류를 이루고 있다. 이는 비정질 실리콘 박막이 저가의 유리기판과 같은 대형 절연기판 상에 저온에서 형성하는 것이 가능하기 때문이다.

일반적으로 사용되는 TFT-LCD는 패널의 하부에 위치한 백라이트라는 광원의 빛에 의해 영상을 표현하는 방식을 써왔다.

그러나, TFT-LCD는 백라이트에 의해 입사된 빛의 3∼8%만 투과하는 매우 비효율적인 광 변조기이다.

두 장의 편광판의 투과도는 45%, 하판과 상판의 유리 두 장의 투과도는 94%, TFT어레이 및 화소의 투과도는 약 65%, 컬러필터의 투과도는 27%라고 가정하면 TFT-LCD의 광 투과도는 약 7.4%이다.

도 1은 백라이트에서 나온 빛의 각 층별 투과도를 도식적으로 나타낸 도면이다.

상술한 바와 같이 실제로 TFT-LCD를 통해 가시되는 빛의 양은 백라이트에서 생성된 광의 약 7%정도이므로, 고 휘도의 TFT-LCD에서는 백라이트의 밝기가 밝아야 하고, 상기 백라이트에 의한 전력 소모가 크다.

따라서, 충분한 백라이트의 전원 공급을 위해서는 전원 공급 장치의 용량을 크게 하여, 무게가 많이 나가는 배터리(battery)를 사용해 왔다. 그러나 이 또한 장시간 사용할 수 없었다.

상술한 문제점을 해결하기 위해 최근에 백라이트 광을 사용하지 않는 반사형 TFT-LCD가 연구되었다. 이는 자연광을 이용하여 동작하므로, 백라이트가 소모하는 전력량을 절약할 수 있기 때문에 장시간 휴대상태에서 사용이 가능하고, 개구율 또한 기존의 백라이트형 TFT-LCD보다 우수하다.

즉, 반사형 TFT-LCD는 백라이트와 같은 내부적 광원을 사용하지 않고, 자연의 빛, 내지는 외부의 인조 광원을 사용하여 구동하기 때문에 장시간 사용이 가능하다. 즉, 반사형 TFT-LCD는 외부의 자연광을 상기 반사 전극에 반사시켜, 반사된 빛을 이용하는 구조로 되어 있다.

그러나, 자연광 또는 인조 광원이 항상 존재하는 것은 아니다. 즉, 상기 반사형 TFT-LCD는 자연광이 존재하는 낮이나, 외부 인조광이 존재하는 사무실 및 건물 내부에서는 사용이 가능할지 모르나, 자연광이 존재하지 않는 어두운 환경에서는 반사형 TFT-LCD를 사용할 수 없게 된다.

따라서, 상기의 문제점을 해결하기 위해 최근에는 상기 자연광을 사용하는 반사형 TFT-LCD와 백라이트 광을 사용하는 투과형 TFT-LCD의 장점을 이용한 반투과(transflective) TFT-LCD가 연구/개발되었다.

상기 반투과 TFT-LCD는 사용자의 의지에 따라 반사형 내지는 투과형 모드(mode)로의 전환이 자유롭다.

즉, 주위의 환경에 따라 외부광이 존재하면 반사모드로 사용하고, 어두우면 백라이트 광을 이용하여 투과모드로 사용할 수 있다.

도 2는 상기 반투과형 액정 표시장치의 반사 및 투과 전극부의 단면을 도시한 단면도로써, 도 2를 참조하여 종래의 반투과 TFT-LCD에 관해 설명하면 다음과 같다.

여기서, 도 2에 도시된 도면은 종래 반투과형 액정 표시장치의 개략적인 부분만 표현하였다.

하판(8)에는 스위칭 소자(미도시)와 투과부(2)와 반사부(4 ; 이하 반사전극이라 칭함)가 위치하고, 상기 하판(8) 상부에는 컬러필터(12)가 형성된 상판(14)이 위치하고 있다.

그리고, 상기 하판(8)과 상기 상판(14)에 개재된 형태로 액정층(10)이 위치하고 있다.

또한, 상기 하판(8) 하부에는 백라이트(16)가 위치하고 있다.

상기 투과부(2)는 상기 백라이트(16)에서 발생한 백라이트 광을 상기 상판(14)으로 투과시키는 기능을 하고, 상기 반사전극(4)은 상판으로부터 입사된 외부광을 다시 상판으로 반사시키는 역할을 하게된다.

상기 하판(8) 상부에 형성된 반사전극(4)은 외부광(18)을 반사할 수 있도록 반사율이 우수한 도전물질이 주로 쓰이며, 실질적으로 불투명한 금속이 사용된다.

상술한 내용을 참조하여 본 발명에 따른 반투과형 TFT-LCD의 작동을 설명하면, 반사모드에서는 외부 즉, 상판(14)을 통해 입사된 외부광(18)을 상기 반사전극(4)이 상판(14)으로 다시 반사시키는 역할을 하게된다.

이 때, 스위칭 소자(미도시)로부터 상기 반사전극(4)이 신호를 인가 받으면 상기 액정층(10)의 상변화가 일어나게 되고, 이에 따라 재 반사되는 광량의 변화가 있게 되어 상기 광량의 변화에 따라 상기 상판에 형성된 컬러필터(12)에 의해 착색되는 색의 변화에 따라 상기 반사전극(4)에 인가된 신호는 화상으로 표현된다.

그리고, 투과모드에서는 상기 백라이트(16)에서 생성된 빛(20)이 상기 반사전극(4) 내부에 형성된 투과홀(2)에 위치하는 화소전극(6)을 통해 상판(14)으로 투 과되게 되는 것이다.

이 때, 상기 반사모드와 마찬가지로 상기 스위칭 소자의 작용에 의해 상기 화소전극(6)에 신호가 인가되면, 상기 액정층(10)의 상이 변화되게 되고, 이 때 백라이트(16)에서 방출되고 액정층을 투과한 빛(20)은 상기 상판(14)에 형성된 컬러필터(12)에 의해 착색되어 컬러화면으로 볼 수 있다.

상술한 도 2의 종래의 반투과 액정 표시장치는 반사부와 투과부가 공존하며, 통상 사용목적에 따라 투과부와 반사부의 면적의 비율을 조절할 필요가 있다.

상술한 바와 같이 반투과형 TFT-LCD는 반사모드와 투과모드를 겸비하고 있으므로, 주/야간이나 장소에 구애(拘碍)받지 않고 사용할 수 있는 장점이 있다.

도 2에 도시된 종래의 반투과형 액정 표시장치는 통상 사용목적에 따라 반사부와 투과부의 면적 비율을 조절해야한다.

즉, 다시 설명하면, 주간에 주로 사용하려면 반사부의 면적을 투과부의 면적보다 크게 형성하여야 할 것이다.

또한, 야간에 주로 사용하려면 투과부의 면적을 반사부의 면적보다 크게 형성하면 될 것이다.

즉, 상기와 같이 사용환경을 고려하여 상기 반투과 액정 표시장치의 투과부 및 반사부의 면적을 고려하여 형성하면, 어느 한 부분(투과모드 또는 반사모드)에서는 휘도가 감소하는 것은 자명한 사실이다.

상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 본 발명에서는 반투과 액정 표시장치에서 투과부의 투과효율을 감소시키지 않는 범위에서 반사부의 반사효율을 향상하는데 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위해 본 발명에서는 다수개의 반사부 및 투과부가 형성된 하부기판과, 상기 하부기판 상에 형성된 상부기판과, 상기 상부 및 하부기판 사이에 형성된 액정층을 포함하는 반투과형 액정표시장치로써, 상기 각 반사부는 평탄부와 상기 평탄부에서 연장된 돔 형상의 반구부로 구성되며, 상기 투과부는 상기 각 반사부 사이에 형성된 투과홀을 포함하는 반투과형 액정 표시장치를 제공한다.

또한, 본 발명에서는 다수개의 반사부 및 투과부가 형성된 하부기판과, 상기 하부기판 상에 형성된 상부기판과, 상기 상부 및 하부기판 사이에 형성된 액정층을 포함하는 반투과형 액정표시장치로써, 상기 각 반사부는 평탄부와 상기 평탄부에서 연장된 돔 형상의 반구부로 구성되며, 상기 투과부는 상기 각 반사부 사이에 형성된 제 1 투과홀과 상기 반구부의 정점에서 수직으로 상기 하부기판 상부까지 연장된 제 2 투과홀을 포함하는 반투과형 액정 표시장치를 제공한다.

바람직하게는, 상기 반사부는 불투명 금속인 것을 특징으로 한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예을 상세히 설명한다.

제 1 실시예

도 3은 반사광의 효율을 향상하기 위해 반사전극에 다수개의 돌기를 형성한 구조의 단면을 도시한 단면도이다.

상기 돌기를 형성하는 이유는 효과적으로 반사부의 면적을 넓힘과 동시에 시야각의 확보에 도움을 주기 위함이다.

도 3에 도시된 도면에서와 같이 기판(1) 상에는 반사부(44)와 투과부(22)가 형성되어 있다.

상기 반사부(44)는 평면적으로 평평한 평탄부(44a)와 돔 형상의 반구부(44b)로 나뉜다. 상기와 같이 반사부(44)에 돔 형상의 반구부(44b)를 형성하는 이유는 외부광의 반사효율을 향상하기 위함으로, 특히 시야각 내에서 균일한 반사특성을 얻기위함이다.

즉, 다시 설명하면, 상기 반사부(44)의 전체 면적은 평탄부(44a)의 표면적과 반구부(44b)의 표면적이 합으로, 상기 반구부(44b)가 3차원적으로 돔 형상이기 때문에 평탄부(44a)의 면적에 비해 약 2배 이상 크게 된다.

따라서, 투과부의 면적을 유지하면서 반사부의 반사효율을 최소한 2배 이상 향상할 수 있으므로, 반투과 액정 표시장치에서 반사모드와 투과모드의 휘도를 증가시킬 수 있는 장점이 있다.

제 2 실시예

도 4는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 반투과형 액정 표시장치의 반사부 및 투과부에 해당하는 단면을 도시한 단면도로써, 기판(1) 상에 다수개의 반사부(52)와 투과부(50)가 형성된다.

상기 반사부(52)는 평면적으로 평평한 평탄부(52a)와 돔 형상의 반구부(52b)로 구성되며, 상기 각 반사부(52)의 사이에는 제 1 투과부(50a)가 형성되고, 상기 반구부(52b)의 정점에는 제 2 투과부(50b)가 형성된다.

상기 반사부(52)의 재질은 반사율이 우수한 금속이 쓰이며, 상기 금속으로는 알루미늄, 크롬 등이 쓰인다.

상기 제 2 투과부(50b)는 상기 반구부(52b)의 정점에서 기판(1) 상부까지 수직으로 연장되어 형성하는데, 이는 투과효율을 향상하기 위함이다.

상기와 같이 반사부(52)의 반구부(52b)에 제 2 투과부(50b)를 형성하면, 외부광에 대한 반사효율이 감소할 수 있으나, 실제적으로 상기 반구부(52b)가 외부광의 반사에 미치는 영향을 살펴보면, 효과적인 반사부의 역할을 하는 부분과, 그렇지 못한 부분이 존재한다.

즉, 본 발명의 제 1 실시예에 따른 반투과 액정 표시장치의 단면도인 도 3의 A 부분을 확대한 도 5에 도시된 도면에서와 같이 상기 돔 형상의 반구부(44a)는 그 위치에 따라 외부광의 반사방향이 각각 다르게 된다.

여기서, 상기 도 5에 도시된 반구부(44a)는 제 2 투과부가 형성되지 않았을때를 기준으로 도시한 도면이다.

상기 반구부(44a)에 외부광이 θ_i 방향으로 입사한다고 가정할 때, C 부분에서는 상기 반구부(44a)의 접선방향이 효과적인 반사표면이 되므로, 반사방향은 -θ_i 방향이 된다.

또한, 상기 반구부(44a)의 B, D 부분도 같은 원리로해서 외부광의 반사방향이 달라지게 된다.

그러나, 도 5의 C 부분에서의 반사 방향은 액정 표시장치의 표면반사에 의한 거울과 같은 효과로 인해 효율적인 시야각형성에 도움을 주지 못한다.

즉, 사용자가 정면에서 액정 표시장치의 표면을 바라볼 때, 거울과 같이 자신의 얼굴이 반사되어, 디스플레이되는 화상을 제대로 관찰하지 못하는 단점이 있다.

따라서, 상기 반구부(44a)의 C 부분은 외부광을 반사시키는 반사부에서 제외되도 무방하다. 그러므로 본 발명의 실시예에서는 도 6에 도시된바와 같이 상기 도 5의 C 부분을 투과홀로 형성함으로써, 투과효율을 개선하는 것이다.

상술한 바와 같이 본 발명의 바람직한 실시예를 따라 반투과형 액정 표시장치를 제작할 경우 반사효율과 투과효율이 향상되어, 반사 및 투과모드에서 선명한 화질의 영상을 표현할 수 있는 장점이 있다.

Claims (4)

1. 다수개의 반사부 및 투과부가 형성된 하부기판과, 상기 하부기판 상에 형성된 상부기판과, 상기 상부 및 하부기판 사이에 형성된 액정층을 포함하는 반투과형 액정표시장치로써,

   상기 각 반사부는 평탄부와 상기 평탄부에서 연장된 돔 형상의 반구부로 구성되며, 상기 투과부는 상기 각 반사부 사이에 형성된 투과홀을 포함하는 반투과형 액정 표시장치.
2. 청구항 1에 있어서,

   상기 반사부는 불투명 금속인 것을 특징으로 하는 반투과형 액정 표시장치.
3. 다수개의 반사부 및 투과부가 형성된 하부기판과, 상기 하부기판 상에 형성된 상부기판과, 상기 상부 및 하부기판 사이에 형성된 액정층을 포함하는 반투과형 액정표시장치로써,

   상기 각 반사부는 평탄부와 상기 평탄부에서 연장된 돔 형상의 반구부로 구성되며, 상기 투과부는 상기 각 반사부 사이에 형성된 제 1 투과홀과 상기 반구부 의 정점에서 수직으로 상기 하부기판 상부까지 연장된 제 2 투과홀을 포함하는 반투과형 액정 표시장치.
4. 청구항 3에 있어서,

   상기 반사부는 불투명 금속인 것을 특징으로 하는 반투과형 액정 표시장치.

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