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KR100978949B1 - 반투과형 액정표시장치 - Google Patents

반투과형 액정표시장치 Download PDF

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KR100978949B1
KR100978949B1 KR1020030087892A KR20030087892A KR100978949B1 KR 100978949 B1 KR100978949 B1 KR 100978949B1 KR 1020030087892 A KR1020030087892 A KR 1020030087892A KR 20030087892 A KR20030087892 A KR 20030087892A KR 100978949 B1 KR100978949 B1 KR 100978949B1
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South Korea
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crystal display
display device
substrate
electrode
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홍순광
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엘지디스플레이 주식회사
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Abstract

본 발명에서는, 개구율 저하없이 빛샘을 효과적으로 차단할 수 있는 고개구율 구조 반투과형 액정표시장치를 제공하기 위하여, 하나의 데이터 배선을 기준으로, 데이터 배선과 좌, 우 반사층은 서로 대칭되게 중첩되고, 투명전극은 러빙 방향에 따라, 상기 반사층간의 이격거리보다 작거나 대응된 값의 범위에서 이동시켜 배치함에 따라, 원하는 영역에서의 중첩비를 높이면서도 화소 전극 간의 이격거리를 일정하게 유지함에 따라 개구율 저하없이 빛샘을 효과적으로 차단할 수 있고, 배선과 화소 전극 간의 이격구간 및 박막트랜지스터의 채널부가 불투명 금속물질로 이루어지는 반사층에 의해 차단되기 때문에, 별도의 블랙매트릭스를 생략할 수 있어, 공정을 단순화시킬 수 있는 장점을 가진다.

Description

반투과형 액정표시장치{Transflective Type Liquid Crystal Display Device}
도 1은 일반적인 액정표시장치에 대한 개략적인 사시도.
도 2a, 2b는 종래의 반투과형 액정표시장치용 어레이 기판에 대한 도면으로서, 도 2a는 평면도이고, 도 2b는 상기 도 2a의 절단선 IIb-IIb에 따라 절단된 단면도.
도 3a, 3b는 빛샘 불량을 선택적으로 차단하기 위한 패턴 구조에 대한 도면으로서, 도 3a는 투명 전극의 형성폭이 조절된 단면도이고, 도 3b는 데이터 배선의 형성폭이 조절된 단면도.
도 4a, 4b는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 고개구율 구조 반투과형 액정표시장치용 기판에 대한 도면으로서, 도 4a는 평면도이고, 도 4b는 상기 도 4a의 절단선 IVb-IVb에 따라 절단된 단면에 대한 단면도.
도 5는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 고개구율 구조 반투과형 액정표시장치용 기판에 대한 단면도.
도 6은 본 발명의 제 3 실시예에 따른 고개구율 구조 반투과형 액정표시장치용 기판에 대한 단면도.
도 7은 본 발명의 제 4 실시예에 따른 고개구율 구조 반투과형 액정표시장치 에 대한 평면도.
도 8은 본 발명의 제 5 실시예에 따른 듀얼셀갭 구조 반투과형 액정표시장치에 대한 단면도.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
110 : 기판 116 : 게이트 절연막
120 : 데이터 배선 126 : 제 1 보호층
128 : 제 2 보호층 132 : 반사층
134 : 층간절연막 136 : 투명 전극
D1 : 데이터 배선과 좌측 반사층 간의 중첩거리
D2 : 데이터 배선과 우측 반사층 간의 중첩거리
D'1 : 데이터 배선과 좌측 투명 전극 간의 중첩거리
D'2 : 데이터 배선과 우측 투명 전극 간의 중첩거리
D''1 : 좌측 투명 전극의 이동거리
D''2 : 우측 투명 전극의 이동거리
D3 : 좌, 우 반사층 간의 이격거리
D'3 : 좌, 우 투명 전극 간의 이격거리
본 발명은 액정표시장치(liquid crystal display device)에 관한 것이며, 특히 반사부와 투과부를 모두 가지는 반투과형 액정표시장치에 관한 것이다.
최근에, 액정표시장치는 소비전력이 낮고 휴대성이 양호한 기술집약적이며 부가가치가 높은 차세대 첨단 표시장치 소자로 각광받고 있다.
일반적으로 액정표시장치는 전계 생성 전극이 각각 형성되어 있는 두 기판을 두 전극이 형성되어 있는 면이 마주 대하도록 배치하고 두 기판 사이에 액정 물질을 삽입한 다음, 두 전극에 전압을 인가하여 생성되는 전기장에 의해 액정 분자를 움직임으로써 액정 분자의 움직임에 따라 달라지는 빛의 투과율에 의해 화상을 표현하는 장치이다.
현재에는, 각 화소를 개폐하는 스위칭 소자인 박막트랜지스터(Thin Film Transistor ; TFT)가 화소마다 배치되는 능동행렬방식 액정표시장치(AM-LCD ; Active Matrix Liquid Crystal Display)가 해상도 및 동영상 구현능력이 우수하여 가장 주목받고 있다.
이하, 일반적인 액정표시장치의 적층 구조에 대해서 도면을 참조하여 설명한다.
도 1은 일반적인 액정표시장치에 대한 개략적인 사시도로서, 제 1, 2 기판(10, 30)이 서로 대향되게 배치되어 있고, 제 1 기판(10) 내부면에는 서로 교차되게 다수 개의 게이트 배선(12) 및 데이터 배선(14)이 형성되어 있으며, 게이트 배선(12) 및 데이터 배선(14)의 교차지점에는 박막트랜지스터(T)가 형성되어 있고, 게이트 배선(12) 및 데이터 배선(14)의 교차 영역으로 정의되는 화소 영역(P)에는 박막트랜지스터(T)와 연결되어 화소 전극(16)이 형성되어 있다.
그리고, 상기 제 2 기판(30)의 내부면에는 컬러필터층(32)과 공통 전극(34)이 차례대로 형성되어 있고, 화소 전극(16)과 공통 전극(34) 사이에는 액정층(50)이 개재되어 있다.
또한, 상기 제 1, 2 기판(10, 30)의 배면에는 제 1, 2 편광판(52, 54)이 각각 배치되어 있고, 제 1 편광판(52)의 배면에는 빛을 공급하는 광원장치인 백라이트가 배치되어 있다.
이하, 백라이트를 광원으로 이용하는 투과형 액정표시장치의 광효율에 대해서 설명해보면, 상기 백라이트에서 생성된 빛은 액정표시장치의 각 셀을 통과하면서 실제로 화면 상으로는 7% 정도만 투과된다. 이에 따라 고휘도의 액정표시장치를 제공하기 위해서는 백라이트를 더욱 밝게 해야 되므로 전력 소모량이 커지는 문제점이 있다.
그러므로, 충분한 백라이트의 전원 공급용으로 무게가 많이 나가는 배터리(battery)를 사용하지만, 이 또한 사용시간에 제한이 있다.
이러한 문제점을 해결하기 위해, 백라이트광을 이용하는 투과 모드와 외부광을 이용하는 반사 모드를 겸용하는 반투과형 액정표시장치가 연구/개발되었다.
상기 반사투과형 액정표시장치는 투과형 액정표시장치와 반사형 액정표시장치의 기능을 동시에 지닌 것으로, 백라이트(backlight)의 빛과 외부의 자연광원 또는 인조광원을 모두 이용할 수 있기 때문에 주변환경에 제약을 받지 않고, 전력소 비(power consumption)를 줄일 수 있는 장점이 있다.
이하, 전술한 반투과형 액정표시장치에 대해서 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 2a, 2b는 종래의 반투과형 액정표시장치용 어레이 기판에 대한 도면으로서, 도 2a는 평면도이고, 도 2b는 상기 도 2a의 절단선 IIb-IIb에 따라 절단된 단면도이다.
도 2a는, 서로 교차되게 게이트 배선(62) 및 데이터 배선(70)이 형성되어 있고, 게이트 배선(62)과 데이터 배선(70)의 교차지점에는 박막트랜지스터(T)가 형성되어 있다.
상기 게이트 배선(62) 및 데이터 배선(70)의 교차 영역은 화소 영역(P)으로 정의되고, 화소 영역(P) 단위로 박막트랜지스터(T)와 연결되어 화소 전극(88)이 형성되어 있다. 도면으로 상세히 제시하지 않았지만, 상기 화소 전극(88)은 화소 영역(P)의 중앙부에서 오픈부(80)를 가지는 반사층과, 반사층을 덮는 영역에 형성된 투명 전극으로 이루어진다.
상기 화소 전극(88)은 이웃하는 게이트 배선(62) 및 데이터 배선(70)과 일정간격 중첩되게 위치하는 고개구율 구조를 이루고 있다.
상기 게이트 배선(62) 및 데이터 배선(70) 주변부에서는, 액정의 배열이 달라지며 빛샘을 유발하는 전경선(disclination)이 형성되므로, 이러한 빛샘 영역을 차단하고자 고개구율 구조로 형성하게 된다. 또한 고개구율 구조에 의하면 화소 전극(88)을 확대 형성함에 따라 개구율을 높일 수 있다.
즉, 상기 고개구율 구조에 의하면 빛샘 발생에 따른 콘트라스트비(contrast ratio)를 저하를 방지할 수 있고, 개구율을 증가시킬 수 있다.
그러나, 고개구율 구조에 의하면 화소 전극(88)과 게이트 배선 및 데이터 배선(62, 70) 간의 중첩 영역의 기생용량(parasitic capacity)에 의해 크로스 토크(cross talk) 등의 화질 문제가 야기될 수 있으므로, 이러한 화질 불량 요소를 최소화하기 위하여 통상적으로 게이트 배선 및 데이터 배선(62, 70)과 화소 전극(88) 간에 저유전율의 두꺼운 유기물질로 이루어진 절연물질이 개재된다.
한편, 상기 오픈부(80) 영역은 미도시한 백라이트광을 광원으로 이용하는 투과부를 이루고, 그외 화소 전극(88) 형성부는 외부광을 광원으로 이용하는 반사부를 이룬다.
이하, 상기 반투과형 액정표시장치에서 배선과 화소 전극 간의 중첩 구조에 대해서 도 2b를 참조하여 상세히 설명해보면, 기판(60) 상에 게이트 절연막(66)이 형성되어 있고, 게이트 절연막(66) 상부에 데이터 배선(70)이 형성되어 있으며, 데이터 배선(70)을 덮는 영역에는 제 1, 2 보호층(76, 78)이 차례대로 형성되어 있고, 제 1, 2 보호층(76, 78) 상부의 데이터 배선(70)의 양측을 덮는 영역에는 반사층(82)이 각각 형성되어 있으며, 반사층(82)을 덮는 영역에는 층간절연막(84)이 형성되어 있고, 층간절연막(84) 상부의 전술한 반사층(82)과 대응된 영역에는 투명 전극(86)이 각각 형성되어 있다.
상기 반사층(82) 및 투명 전극(86)은 화소 전극(88)을 이룬다.
이하, 반사층(82) 및 투명 전극(86)과, 데이터 배선(70) 간의 중첩 관계에서 대해서 좀 더 상세히 설명한다.
도면에서, 데이터 배선(70)과, 반사층(82) 및 투명 전극(86)이 좌, 우로 "d1", "d2"만큼 중첩되게 배치되어 있고, 좌, 우 투명 전극(86) 및 반사층(82) 간의 이격 거리는 "d3"에 해당된다.
만약, 상기 도 2a에 도시한 바와 같이 러빙 방향(r1)이 우/하(右/下)에서 좌/상(左/上)의 대각선 방향이라고 할 때, 데이터 배선(70)의 우측 단차 영역(IIc)은 러빙포(미도시)가 타고 내려가는 영역으로 러빙 불량이 없지만, 데이터 배선(70)의 좌측 단차 영역(IId)은 러빙포가 타고 올라가는 영역으로 러빙불량의 위험이 높은 영역이므로, 실질적으로 빛샘을 충분히 차단하기 위해서는 러빙불량 영역에서 배선과 화소 전극 간의 중첩비를 높여야 한다.
도 3a, 3b는 빛샘 불량을 선택적으로 차단하기 위한 패턴 구조에 대한 도면으로서, 도 3a는 투명 전극의 형성폭이 조절된 단면도이고, 도 3b는 데이터 배선의 형성폭이 조절된 단면도이다.
도 3a는, 좌측 투명 전극(90)의 형성폭을 넓힘으로써, 데이터 배선(92)과 좌측 투명 전극(90) 간의 중첩폭을 크게 하는 방법이다. 이 방법에 의하면, 좌측 투명 전극(90)과 데이터 배선(92) 간의 중첩거리(d'1)를 우측 투명 전극(94)과 데이터 배선(92) 간의 중첩거리(d'2)보다 크게 할 수 있지만, 이에 따라 좌, 우 투명 전극(90, 94) 간 이격거리(d'3)는 기존보다 줄어들게 된다.
상기 d'3값이 너무 줄어들게 되면, 즉 패턴 간 이격거리가 너무 좁아지게 되면, 노광, 현상 공정을 포함하는 사진식각 공정에서의 광 해상도(photo resolution) 등 공정 능력의 한계로 인해 독립적인 패턴을 형성하기 위한 패터닝 공정에 어려움이 따르게 된다.
또 다른 방법으로는 도 3b에서와 같이, 데이터 배선(96)을 좌측으로 연장형성함으로써, 좌측 투명 전극(98)과 데이터 배선(96)간의 중첩거리(d''1)를 길게하는 방법이다.
그러나, 이 방법에 의하면 데이터 배선(96)폭이 넓어짐에 따라 화소 영역이 줄어들게 되므로 개구율이 떨어지는 단점이 있다.
이와 같이, 종래의 고개구율 구조 반투과형 액정표시장치의 화소 배치 구조에 의하면, 장비 성능에 기인된 공정 능력의 한계로 화소 전극과 배선 간의 충분한 중첩이 어려우며, 또한 배선폭을 넓히는 방법으로 중첩비를 높일 경우 개구율이 저하되므로, 개구율 저하없이 완벽하게 빛샘을 차단하는 것은 실질적으로 불가능하였다.
상기 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명에서는 개구율 저하없이 빛샘을 효과적으로 차단할 수 있는 고개구율 구조 반투과형 액정표시장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
이를 위하여, 본 발명에서는 투명 전극과, 오픈부를 가지는 반사층의 적층 구조로 이루어진 화소 전극을 가지며, 오픈부와 대응된 영역이 투과부를 이루고, 그외 반사층 형성부와 대응된 영역이 반사부를 이루는 반투과형 액정표시장치에 있 어서, 배선과 인접한 화소 영역은 반사부에 해당되므로, 배선을 기준으로 서로 이웃하는 반사층은 서로 대칭되게 배치하고, 투명 전극은 일정 간격 이동된 위치에서 반사층과 서로 엇갈리게 배치함으로써, 투과부와 반사부의 면적비에 변동을 주지 않으면서, 배선폭의 증가없이 화소 전극 간의 이격거리를 일정하게 유지하면서 빛샘을 효과적으로 차단하고자 한다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 제 1 특징에서는 기판 상에, 절연된 상태에서 서로 교차되게 형성된 다수 개의 게이트 배선 및 데이터 배선과; 상기 게이트 배선 및 데이터 배선의 교차지점에 형성된 박막트랜지스터와; 상기 박막트랜지스터를 덮는 영역에 형성되며, 저유전율 절연물질을 포함하는 보호층과; 상기 게이트 배선 및 데이터 배선의 교차 영역으로 정의되는 화소 영역에, 이웃하는 게이트 배선 및 데이터 배선과 제 1 중첩거리를 가지도록 배치되고, 상기 화소 영역에서 오픈부를 가지는 반사층과; 상기 화소 영역에 위치하며, 상기 반사층 간의 이격거리보다 작거나 대응된 값의 제 1 이동거리를 가지며 상기 반사층과 서로 엇갈리게 이동되어 배치된 투명 전극을 포함하며, 상기 오픈부와 대응된 영역은 투과부를 이루고, 상기 반사층 형성부와 대응된 영역은 반사부를 이루며, 상기 투명 전극 간 이격거리는 상기 반사층 간의 이격거리와 대응된 값을 가지는 것을 특징으로 하는 반투과형 액정표시장치용 기판을 제공한다.
상기 보호층은, 무기 절연물질로 이루어진 제 1 절연물질과, 유기 절연물질 로 이루어진 제 2 절연물질이 차례대로 적층된 구조로 이루어지며, 상기 저유전율값을 가지는 절연물질은 제 2 절연물질이고, 상기 반사층은 화소 전극의 하부에 위치하며, 상기 반사층과 화소 전극 사이에는, 층간절연막이 개재되고, 상기 반사층과 화소 전극은 동일한 전위(electric potential)를 가지는 것을 특징으로 한다.
그리고, 상기 반사층과 화소 전극은 연접되게 위치하고, 상기 반사층은 화소 전극의 하부에 위치하며, 상기 반사층은 화소 전극의 상부에 위치하는 것을 특징으로 한다.
상기 박막트랜지스터는, 게이트 전극, 비정질 실리콘으로 이루어진 반도체층, 소스 전극, 드레인 전극으로 이루어지고, 상기 박막트랜지스터는, 폴리 실리콘으로 이루어진 반도체층, 게이트 전극, 소스 전극, 드레인 전극으로 이루어지며, 상기 반사층을 이루는 물질은 고반사율을 가지는 금속물질에서 선택되고, 상기 금속물질은 알루미늄(Al), 은(Ag) 중 어느 하나에서 선택되며, 상기 투명 전극은, 투명 도전성 물질에서 선택되고, 상기 투명 도전성 물질은, ITO(indium tin oxide)로 이루어지며, 상기 반사층 및 투명 전극은 화소 전극을 이루는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 제 2 특징에서는, 제 1 기판 상에, 절연된 상태에서 서로 교차되게 형성된 다수 개의 게이트 배선 및 데이터 배선과; 상기 게이트 배선 및 데이터 배선의 교차지점에 형성된 박막트랜지스터와; 상기 박막트랜지스터를 덮는 영역에 형성되며, 저유전율 절연물질을 포함하는 보호층과; 상기 게이트 배선 및 데이터 배선의 교차 영역으로 정의되는 화소 영역에, 이웃하는 게이트 배선 및 데이터 배선과 제 1 중첩거리를 가지도록 배치되고, 상기 화소 영역에서 오픈부를 가지는 반사층과; 상기 화소 영역에 위치하며, 상기 반사층 간의 이격거리보다 작거나 대응된 값의 제 1 이동거리를 가지며 상기 반사층과 서로 엇갈리게 이동되어 배치된 투명 전극과; 상기 제 1 기판과 대향되게 배치된 제 2 기판과; 상기 제 1, 2 기판 사이에 개재된 액정층을 포함하며, 상기 오픈부와 대응된 영역은 투과부를 이루고, 상기 반사층 형성부와 대응된 영역은 반사부를 이루며, 상기 투명 전극 간 이격거리는 상기 반사층 간의 이격거리와 대응된 값을 가지는 것을 특징으로 하는 반투과형 액정표시장치를 제공한다.
상기 액정층과 접하는 제 1, 2 기판의 내부면에는 제 1, 2 배향막이 각각 형성되어 있으며, 상기 배향막에는 액정층의 초기 배향을 유도하는 러빙처리가 되어 있고, 상기 러빙방향은 상기 화소 영역을 대각선 방향으로 지나가는 방향이고,
상기 러빙처리는 러빙포에 의해 이루어지고, 상기 게이트 배선 및 데이터 배선의 양측 영역 중 러빙포가 타고 내려가는 일측 영역은, 상기 투명 전극과 더 큰 폭으로 중첩되며, 상기 반사층과 투명 전극은 화소 전극을 이루는 것을 특징으로 하고, 상기 액정층의 두께는 셀갭으로 정의되고, 상기 투과부의 셀갭은 반사부 셀갭의 두 배인 것을 특징으로 한다.
이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
-- 제 1 실시예 --
도 4a, 4b는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 고개구율 구조 반투과형 액정표시장치용 기판에 대한 도면으로서, 도 4a는 평면도이고, 도 4b는 상기 도 4a의 절 단선 IVb-IVb에 따라 절단된 단면에 대한 단면도이다.
도 4a는, 제 1 방향으로 게이트 배선(112)이 형성되어 있고, 제 1 방향과 교차되는 제 2 방향으로 데이터 배선(120)이 형성되어 있으며, 게이트 배선(112) 및 데이터 배선(120)의 교차지점에는 박막트랜지스터(T)가 형성되어 있다.
상기 게이트 배선(112) 및 데이터 배선(120)의 교차 영역은 화소 영역(P)으로 정의되고, 화소 영역(P) 단위로 화소 전극(138)이 형성되어 있다.
상기 화소 전극(138)은, 이웃하는 게이트 배선(112) 및 데이터 배선(120)과 일정간격 중첩되게 위치하는 고개구율 구조를 이룬다. 상기 화소 전극(138)은, 실질적으로 박막트랜지스터(T)와 연결되는 투명 전극(136)과, 오픈부(130)를 가지는 반사층(132)의 적층 구조로 이루어지며, 한 예로 러빙방향(R1)이 우/하에서 좌/상의 대각선 방향일 경우, 데이터 배선(120)을 기준으로 좌, 우 반사층(132)은 서로 대칭되게 배치되는데 반해서, 투명 전극(136)은 반사층(132)과 서로 엇갈리게 이동되어 배치되는 것을 특징으로 한다.
이때, 반사층(132)간의 이격거리(D3)와 투명 전극(136) 간의 이격거리(D'3)는 서로 대응된 값을 갖는 것을 전제조건으로 한다.
상기 오픈부(130)와 대응된 영역은 미도시한 백라이트광을 광원으로 이용하여 화면을 구현하는 투과부를 이루고, 오픈부(130) 이외의 반사층(132) 형성부는 외부광을 광원으로 이용하여 화면을 구현하는 반사부를 이룬다.
한편, 본 실시예에 따른 박막트랜지스터(T)는 게이트 배선(112)에서 분기된 게이트 전극(114)과, 데이터 배선(120)에서 분기된 소스 전극(122)과, 소스 전극(122)과 일정간격 이격되게 위치하는 드레인 전극(124)과, 비정질 실리콘 물질로 이루어진 반도체층(118)으로 이루어진다.
본 실시예에 따른 박막트랜지스터(T)는 게이트 전극(114)을 최하부층으로 하고, 소스 전극(122)과 드레인 전극(124) 간 이격구간을 채널(channel)로 구성하는 역스태거드형(inverted staggered) 박막트랜지스터에 해당된다.
상기 화소 전극(138)은 박막트랜지스터(T)를 덮는 영역을 포함하여 형성됨에 따라, 비정질 실리콘 박막트랜지스터용 채널에서의 광누설 전류를 효과적으로 차단할 수 있으며, 이에 따라 별도의 블랙매트릭스를 생략할 수 있다.
도 4b는, 게이트 절연막(116)이 형성된 기판(110) 상에 데이터 배선(120)이 형성되어 있고, 데이터 배선(120)을 덮는 영역에는 무기 절연물질로 이루어진 제 1 보호층(126)과, 저유전율값을 가지며 유기 절연물질로 이루어진 제 2 보호층(128)이 차례대로 형성되어 있다.
상기 제 2 보호층(128) 상부에는 데이터 배선(120)의 양측과 일정간격 중첩되게 서로 대칭적으로 좌, 우에 반사층(132)이 각각 형성되어 있다.
상기 반사층(132)을 이루는 물질은 반사율이 높은 금속물질에서 선택되며, 한 예로 알루미늄(Al), 은(Ag)을 들 수 있다.
설명의 편의상, 상기 데이터 배선(120)과 반사층(132) 간의 좌, 우 중첩거리를 각각 D1, D2으로 정의하고, 좌, 우 반사층(132)간의 이격거리를 D3로 정의했을 때, D1과 D2는 서로 대응되는 값을 가지는 것을 특징으로 한다.
그리고, 상기 반사층(132) 상부에는 층간 절연막(134)이 형성되어 있고, 층 간 절연막(134) 상부에는, D3와 대응된 값을 가지는 D'3를 가지며, 상기 반사층(132)과 서로 엇갈리게 좌, 우 투명 전극(136)이 각각 형성되어 있다. 상기 투명 전극(136)을 이루는 물질은 투명 도전성 물질에서 선택되며, 한 예로 ITO(indium tin oxide)로 이루어질 수 있다. 상기 반사층(132)과 투명 전극(136)은 화소 전극(138)을 이룬다.
상기 층간 절연막(134)은, 반사층(132)이 투명 전극(136)과 동일한 전위를 가질 수 있도록 하는 두께범위에서 형성된다.
이때, 상기 도 4a의 러빙방향(R1)을 우/하에서 좌/상의 대각선 방향으로 정의했을 때, 좌측에 위치하는 투명 전극(136)과 데이터 배선(120)간의 중첩거리(D'1)는 우측 투명 전극(136)과 데이터 배선(120)간의 중첩거리(D'2)보다 큰 값을 가지는 것을 특징으로 한다.
그리고, 도면에서 D''1은 좌측 반사층(132)과 대응된 위치를 기준으로 좌측 투명 전극(136)의 이동거리이고, D''2는 우측 반사층(132)과 대응된 위치를 기준으로 우측 투명 전극(136)의 이동거리에 해당된다. 상기 D''1과 D''2는 서로 대응된 값을 가지는 것을 특징으로 한다.
이와 같이, 본 실시예에서는 좌, 우 반사층(132) 간의 이격 거리(D3)와, 좌, 우 투명 전극(136) 간의 이격 거리(D'3)를 서로 대응된 값으로 설정하고, 대신 러빙 방향에 따라 러빙 불량 발생영역을 충분히 차단할 수 있도록 투명 전극(136)을 소정 간격 이동 배치하고, 좌, 우 대칭적으로 배치된 반사층(132)에 의해 데이터 배선(120)과의 중첩비를 일정하게 유지할 수 있다.
다시 설명하자면, 상기 배선부와 인접한 영역은 반사부(도 4a의 반사부)에 해당되므로, 배선부에서 반사층(132)과 일정간격 엇갈리게 배치하는 것에 의해 반사부/투과부 면적비에 변동을 주지 않을 수 있다.
한 예로, 상기 D3 및 D'3의 최소값은 5 ㎛로 할 수 있고, D3를 기준으로 D'3의 이동거리(D''1)는 최대 5 ㎛로 할 수 있다.
-- 제 2 실시예 --
도 5는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 고개구율 구조 반투과형 액정표시장치용 기판에 대한 단면도로서, 데이터 배선부를 중심으로 도시하였으며, 상기 도 4b와 중복되는 부분에 대한 설명은 간략히 한다.
본 실시예에서는, 반사층(232)과 투명 전극(236)을 서로 엇갈리게 배치함에 있어서, 반사층(232)과 투명 전극(236) 간에 별도의 층간절연막이 생략되어 있고, 반사층(232) 상부에 투명 전극(236)이 연접되게 형성된 것을 특징으로 한다.
상기 투명 전극(236)과 연접되게 형성되는 반사층(232)은 반사 전극 역할을 할 수 있다.
상기 데이터 배선(220)을 기준으로, 좌, 우 반사층(232)은 서로 대칭되게 배치되어 있고, 좌측의 투명 전극(236)과 데이터 배선(220)간의 중첩거리(D'1)는, 우측의 투명 전극(236)과 데이터 배선(220)간의 중첩거리(D'2)보다 큰 값을 가진다. 이때, 좌, 우 반사층(232)의 이격거리(D3)와, 좌, 우 투명 전극(236)의 이격거리(D'3)는 서로 대응된 값을 가지는 것을 특징으로 한다.
만약, 반대방향으로 러빙처리된 경우에는 우측 투명 전극이 좌측 투명 전극보다 데이터 배선과의 중첩거리가 큰 값을 가질 수 있다.
-- 제 3 실시예 --
도 6은 본 발명의 제 3 실시예에 따른 고개구율 구조 반투과형 액정표시장치용 기판에 대한 단면도로서, 데이터 배선부를 중심으로 도시하였고, 상기 도 5와 중복되는 부분에 대한 설명은 간략히 한다.
본 실시예는, 상기 도 5에서와 같이 반사층(318)과 투명 전극(336) 간에 별도의 층간절연막을 생략한 구조로서, 상기 도 5와 반대로 투명 전극(336)을 하부층으로 하여, 투명 전극(336)과 연접되게 반사층(318)이 상부에 형성되어 있다.
상기 투명 전극(336)이 반사층(318)의 하부에 위치하더라도, 데이터 배선(320)과 인접한 화면구현 영역은 반사부에 해당되므로, 반사층(318)은 데이터 배선(320)을 중심으로 서로 대칭적인 구조로 위치하고, 좌, 우 반사층(318) 간의 이격거리(D3)와 좌, 우 투명 전극(336) 간의 이격거리(D'3)를 서로 대응되게 하는 조건 하에서, 상기 투명 전극(336)은, 반사층(318) 간의 이격거리(D3)보다 작거나 대응된 값의 범위에서 오른쪽으로 이동되어, 반사층(318)과 서로 엇갈리게 배치된다.
-- 제 4 실시예 --
도 7은 본 발명의 제 4 실시예에 따른 고개구율 구조 반투과형 액정표시장치 에 대한 평면도로서, 상기 도 4a와 비교해서 폴리 실리콘 물질로 이루어진 반도체층을 가지는 박막트랜지스터를 포함하는 것을 특징으로 하며, 상기 도 4a와 중복되는 부분에 대한 설명은 간략히 한다.
도시한 바와 같이, 서로 교차되게 게이트 배선(412) 및 데이터 배선(420)이 형성되어 있고, 게이트 배선(412) 및 데이터 배선(420)의 교차지점에는 박막트랜지스터(T)가 형성되어 있고, 박막트랜지스터(T)와 연결되어 화소 전극(438)이 형성되어 있다.
상기 박막트랜지스터(T)는, 폴리 실리콘 물질로 이루어진 반도체층(418)과, 반도체층(418)의 중앙부와 중첩되게 위치하며, 상기 게이트 배선(412)에서 분기된 게이트 전극(414)과, 상기 데이터 배선(420)에서 분기되며, 상기 반도체층(418)의 일측과 연결된 소스 전극(422)과, 상기 반도체층(418)의 또 다른 일측과 연결되며, 상기 소스 전극(422)과 일정간격 이격되게 위치하는 드레인 전극(424)으로 이루어진다. 실질적으로, 상기 화소 전극(438)은 박막트랜지스터(T)의 드레인 전극(424)과 연결된다.
본 실시예에 따른 박막트랜지스터(T)는 전술한 반도체층(418)을 최하부층으로 하여, 반도체층(418) 상에 게이트 전극(414)이 위치하는 탑게이트형 박막트랜지스터에 해당된다.
상기 화소 전극(438)은, 화소 영역(P)의 중앙부에서 오픈부(430)를 가지는 반사층(432)과, 반사층(432)과 중첩되게 위치하는 투명 전극(436)으로 이루어지고, 서로 이웃하는 반사층(432) 간의 이격거리(D3)와, 서로 이웃하는 투명 전극(436) 간의 이격거리(D'3)가 서로 대응된 값을 가지는 조건 하에서, 상기 반사층(432)과 투명 전극(436)은 소정 범위에서 서로 엇갈리게 배치된 것을 특징으로 한다.
한 예로, 도면 상에 도시된 러빙방향(R1)과 같이 우/하에서 좌/상의 대각선 방향으로 러빙처리된 경우, 반사층(432)은 게이트 배선(412) 및 데이터 배선(420)을 기준으로 서로 대칭되게 배치되어 있고, 투명 전극(436)이 오른쪽으로 일정간격 이동되게 배치하는 방법에 의해, 러빙불량 영역을 효과적으로 차단하여 빛샘을 충분히 차단할 수 있다.
상기 오픈부(430)와 대응된 영역은 투과부를 이루고, 그외 반사층(432) 형성부와 대응된 영역은 반사부를 이룬다.
도면으로 상세히 제시하지 않았지만, 본 실시예에 따른 단면 구조에서는, 데이터 배선의 하부층에 버퍼층, 게이트 절연막, 게이트 전극과의 층간절연막이 차례대로 적층될 수 있다.
-- 제 5 실시예 --
도 8은 본 발명의 제 5 실시예에 따른 듀얼셀갭 구조 반투과형 액정표시장치에 대한 단면도로서, 데이터 배선부를 중심으로 도시하였다.
도시한 바와 같이, 제 1, 2 기판(510, 550)이 서로 대향되게 배치되어 있고, 제 1 기판(510) 상부에는 데이터 배선(512)이 형성되어 있고, 데이터 배선(512)을 덮는 기판 전면에는 무기 절연물질로 이루어진 제 1 보호층(514)이 형성되어 있으며, 제 1 보호층(514) 상부의 데이터 배선(512)을 덮는 영역에는 제 1 오픈부(516) 를 가지는 제 2 보호층(518)이 형성되어 있으며, 제 2 보호층(518) 상부에서 데이터 배선(512)의 양측을 각각 덮으며, 상기 제 1 오픈부(516)와 대응된 위치에서 제 2 오픈부(522)를 가지는 반사층(524)이 각각 형성되어 있다. 상기 좌, 우 반사층(524)과 데이터 배선(512) 간의 중첩거리는 각각 "D1", "D2"에 해당되고, 좌, 우 반사층(524) 간의 이격거리는 "D3"에 해당된다.
상기 반사층(524)을 덮는 기판 전면에는 층간절연막(528)이 형성되어 있으며, 층간절연막(528) 상부에는, 상기 "D3"와 대응된 값인 "D'3"만큼 이격되게 위치하되, 반사층(524)과 서로 엇갈리게 우측으로 일정 간격 치우치게 좌, 우 투명 전극(530)이 형성되어 있다.
도면에서, 좌측 투명 전극(530)의 이동거리는 D''1이고, 우측 투명 전극(530)의 이동거리는 D''2에 해당되며, D''1과 D''2는 서로 대응된 값을 갖는 것을 특징으로 한다.
상기 투명 전극(530)의 배치 구조는, 러빙 방향이 우 -> 좌 방향인 경우에 해당되고, 반대의 경우 우측 투명 전극(530)이 좌측으로 소정 간격 치우치게 배치된다.
단, 두 가지 경우 모두 투명 전극(530)의 이동거리(D''1 또는 D''2)는 반사층(524) 간 이격거리(D3)보다 작거나 같은 값에서 선택되는 것을 특징으로 한다.
상기 투명 전극(530)을 덮는 영역에는 제 1 배향막(532)이 형성되어 있다.
상기 제 2 기판(550)의 내부에는 컬러필터층(552)이 형성되어 있다. 상기 컬러필터층(552)은 적, 녹, 청 컬러필터로 이루어지며, 도면 상에서는 적, 녹 컬러필 터 영역에 대해서 도시되어 있다. 상기 컬러필터층(552) 내부면에는 제 2 배향막(554)이 형성되어 있고, 제 1, 2 배향막(532, 554) 사이에는 액정층(560)이 개재되어 있다.
상기 액정층(560)의 두께는 셀갭(cell gap)으로 정의되며, 상기 제 2 오픈부(522)와 대응된 영역은 투과부로 정의되고, 그외 반사층(524) 형성부와 대응된 영역은 반사부로 정의됨에 있어서, 상기 투과부의 셀갭(C1)이 반사부 셀갭(C2)의 2 배인 것을 특징으로 한다.
이러한 반사부와 투과부 간의 빛의 진행 방향이 다름에 따라 색특성 및 휘도 특성이 저하되는 것을 방지하기 위함이다.
이와 같이, 투과부와 반사부의 경계부는 상당한 기울기를 가지게 되고, 이 영역에서는 액정분자의 배열이 왜곡되어 투과부로 이용시 빛샘을 발생시키게 된다.
도면에서, 영역 "VIIIa, VIIIb"에 위치하는 반사층(524)은 반사모드의 반사율 상승에 기여하는 영역이 아니라, 투과모드에서 액정분자의 배열 왜곡에 따른 빛샘을 방지하기 위해 확장된 영역으로 이해해야 한다.
또한, 영역 "VIIIa, VIIIb"에 위치하는 반사층(524)은 데이터 배선(512)과 충분한 거리를 두고 형성되어야 한다. 그 이유는 전기적으로 반사층(524)과 투명 전극(530)이 접촉되지 않는다하더라도 실질적으로 거의 동일한 전위를 가지게 되므로, 좌, 우 반사층(524)과 데이터 배선(512)의 중첩 영역에는 기생용량이 존재하게 된다.
즉, 반사층(524)과 데이터 배선(512) 간의 거리가 가까울수록 기생용량값은 증가하게 되어 커플링(coupling) 등이 유발되게 되며, 이는 곧 화질 저하를 야기시키게 된다.
그러므로, 이러한 화질 저하 문제를 해결하기 위하여, 반사층(524)과 데이터 배선(512)간에는 적어도 1.5 ㎛ 이상의 거리(두께)가 요구된다.
또한, 데이터 배선과 화소 전극 간의 중첩 부족에 의한 또 다른 빛샘 현상을 해결하고자 데이터 배선의 선폭을 확대하게 되면, 경사 영역의 빛샘 방지를 위한 반사층은 투과부로 포함됨에 따라, 이로 인해 투과모드에서 원하는 투과율을 확보하기 어려우므로, 이러한 이유들에 의해 빛샘 방지를 위해 데이터 배선 선폭을 늘리는 것은 바람직하지 않다.
이와 같이, 본 발명에 따른 실시예 들에 따르면, 한 예로 4인치 VGA(video graphics adapter) 모델(200 ppi(pixels per inch))에서의 투과율을 살펴보면, 화소 전극간의 이격거리 최소값을 5 ㎛로 하고, 이에 따라 투명 전극의 이동 거리 최대값을 5 ㎛으로 설정했을 때 투과부 개구율은 28. 3 %를 가졌다. 이때, 투명 전극의 이동없이 데이터 선폭을 5 ㎛ 확장했을 때의 개구율은 22.7 %로 나타났다.
즉, 개구율 변화량은 5. 6 %에 해당되며, 이 값은 투과모드의 휘도가 20 % 가량 변화되는 상당히 큰 값에 해당된다.
본 발명은 상기 실시예 들로 한정되지 않고, 본 발명의 취지를 벗어나지 않는 한도 내에서 다양하게 변경하여 실시할 수 있다.
예를 들어, 상기 투과부는 화소 영역의 중앙부로 한정되지 않고, 투과부와 반사부의 배치 구조는 다양하게 변경될 수 있다.
이와 같이, 본 발명에 따른 고개구율 구조 반투과형 액정표시장치에 의하면, 하나의 데이터 배선을 기준으로, 데이터 배선과 좌, 우 반사층은 서로 대칭되게 중첩되고, 투명전극은 러빙 방향에 따라, 상기 반사층간의 이격거리보다 작거나 대응된 값의 범위에서 이동시켜 배치함에 따라, 원하는 영역에서의 중첩비를 높이면서도 화소 전극 간의 이격거리를 일정하게 유지함에 따라 개구율 저하없이 빛샘을 효과적으로 차단할 수 있다.
또한, 배선과 화소 전극 간의 이격구간 및 박막트랜지스터의 채널부가 불투명 금속물질로 이루어지는 반사층에 의해 차단되기 때문에, 별도의 블랙매트릭스를 생략할 수 있어, 공정을 단순화시킬 수 있다.

Claims (20)

  1. 기판 상에, 절연된 상태에서 서로 교차되게 형성된 다수 개의 게이트 배선 및 데이터 배선과;
    상기 게이트 배선 및 데이터 배선의 교차지점에 형성된 박막트랜지스터와;
    상기 박막트랜지스터를 덮는 영역에 형성되며, 저유전율 절연물질을 포함하는 보호층과;
    상기 게이트 배선 및 데이터 배선의 교차 영역으로 정의되는 화소 영역에, 이웃하는 게이트 배선 및 데이터 배선과 제 1 중첩거리를 가지도록 배치되고, 상기 화소 영역에서 오픈부를 가지는 반사층과;
    상기 화소 영역에 위치하며, 상기 반사층 간의 이격거리보다 작거나 대응된 값의 제 1 이동거리를 가지며 상기 반사층과 서로 엇갈리게 이동되어 배치된 투명 전극
    을 포함하며, 상기 오픈부와 대응된 영역은 투과부를 이루고, 상기 반사층 형성부와 대응된 영역은 반사부를 이루며, 상기 투명 전극 간 이격거리는 상기 반사층 간의 이격거리와 대응된 값을 가지는 것을 특징으로 하는 반투과형 액정표시장치용 기판.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 보호층은, 무기 절연물질로 이루어진 제 1 절연물질과, 유기 절연물질로 이루어진 제 2 절연물질이 차례대로 적층된 구조로 이루어지며, 상기 저유전율값을 가지는 절연물질은 제 2 절연물질인 반투과형 액정표시장치용 기판.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 반사층은 화소 전극의 하부에 위치하는 반투과형 액정표시장치용 기판.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 반사층과 화소 전극 사이에는, 층간절연막이 개재되는 반투과형 액정표시장치용 기판.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 반사층과 화소 전극은 동일한 전위(electric potential)를 가지는 반투과형 액정표시장치용 기판.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 반사층과 화소 전극은 연접되게 위치하는 반투과형 액정표시장치용 기판.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 반사층은 화소 전극의 하부에 위치하는 반투과형 액정표시장치용 기판.
  8. 제 6 항에 있어서,
    상기 반사층은 화소 전극의 상부에 위치하는 반투과형 액정표시장치용 기판.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 박막트랜지스터는, 게이트 전극, 비정질 실리콘으로 이루어진 반도체층, 소스 전극, 드레인 전극으로 이루어지는 반투과형 액정표시장치용 기판.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 박막트랜지스터는, 폴리 실리콘으로 이루어진 반도체층, 게이트 전극, 소스 전극, 드레인 전극으로 이루어지는 반투과형 액정표시장치용 기판.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 반사층을 이루는 물질은 고반사율을 가지는 금속물질에서 선택되는 반투과형 액정표시장치용 기판.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 금속물질은 알루미늄(Al), 은(Ag) 중 어느 하나에서 선택되는 반투과형 액정표시장치용 기판.
  13. 제 1 항에 있어서,
    상기 투명 전극은, 투명 도전성 물질에서 선택되는 반투과형 액정표시장치용 기판.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 투명 도전성 물질은, ITO(indium tin oxide)로 이루어지는 반투과형 액정표시장치용 기판.
  15. 제 1 항에 있어서,
    상기 반사층 및 투명 전극은 화소 전극을 이루는 반투과형 액정표시장치용 기판.
  16. 제 1 기판 상에, 절연된 상태에서 서로 교차되게 형성된 다수 개의 게이트 배선 및 데이터 배선과;
    상기 게이트 배선 및 데이터 배선의 교차지점에 형성된 박막트랜지스터와;
    상기 박막트랜지스터를 덮는 영역에 형성되며, 저유전율 절연물질을 포함하는 보호층과;
    상기 게이트 배선 및 데이터 배선의 교차 영역으로 정의되는 화소 영역에, 이웃하는 게이트 배선 및 데이터 배선과 제 1 중첩거리를 가지도록 배치되고, 상기 화소 영역에서 오픈부를 가지는 반사층과;
    상기 화소 영역에 위치하며, 상기 반사층 간의 이격거리보다 작거나 대응된 값의 제 1 이동거리를 가지며 상기 반사층과 서로 엇갈리게 이동되어 배치된 투명 전극과;
    상기 제 1 기판과 대향되게 배치된 제 2 기판과;
    상기 제 1, 2 기판 사이에 개재된 액정층
    을 포함하며, 상기 오픈부와 대응된 영역은 투과부를 이루고, 상기 반사층 형성부와 대응된 영역은 반사부를 이루며, 상기 투명 전극 간 이격거리는 상기 반사층 간의 이격거리와 대응된 값을 가지는 것을 특징으로 하는 반투과형 액정표시장치.
  17. 제 16 항에 있어서,
    상기 액정층과 접하는 제 1, 2 기판의 내부면에는 제 1, 2 배향막이 각각 형성되어 있으며, 상기 배향막에는 액정층의 초기 배향을 유도하는 러빙처리가 되어 있고, 상기 러빙방향은 상기 화소 영역을 대각선 방향으로 지나가는 방향인 반투과형 액정표시장치.
  18. 제 17 항에 있어서,
    상기 러빙처리는 러빙포에 의해 이루어지고, 상기 게이트 배선 및 데이터 배선의 양측 영역 중 러빙포가 타고 내려가는 일측 영역은, 상기 투명 전극과 더 큰 폭으로 중첩되는 반투과형 액정표시장치.
  19. 제 16 항에 있어서,
    상기 반사층과 투명 전극은 화소 전극을 이루는 반투과형 액정표시장치.
  20. 제 16 항에 있어서,
    상기 액정층의 두께는 셀갭으로 정의되고, 상기 투과부의 셀갭은 반사부 셀갭의 두 배인 반투과형 액정표시장치.
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