KR100294483B1 - 액정표시소자 - Google Patents

Abstract

본 발명은 1매의 편광판만을 사용하는 반사형의 전계효과형 액정표시소자에 관한 것으로서, 상부투명전극과 표면에 반사막이 형성되어 있는 하부투명전극 사이에 위상차가 λ/4가 되는 고분자 액정층을 개재하여 형성된 것을 특징으로 하며, 상기 상부투명전극 상측에 형성된 편광판으로부터 편광된 입사광이 상기 두 상, 하전극 사이에 전압인가 여부에 따라 상기 편광판으로 되돌아 나오거나 산란상태가 되어 표시가 가능하게 된다.

본 발명에 의하면 편광판이 1매만 사용되기 때문에 광이용효율이 향상되어 높은 콘트라스트비를 얻을 수 있다.

Description

액정표시소자

제1도는 종래의 통상적인 반사형 액정표시소자의 개략적인 패널구조.

제2도는 본 발명의 반사형 액정표시소자의 패널구조.

본 발명은 액정표시소자에 관한 것으로서, 특히 편광판 1매를 사용하여 광이용 효율을 향상시켜주는 반사형 액정표시소자에 관한 것이다.

종래의 전계효과형 액정표시소자는 통상적으로 한쪽면에 투명전극이 형성된 유리기판을 서로 대향시키고, 이 기판 사이에는 액정층을 형성하여 상기 투명전극 사이에 전원이 인가되면, 액정층에서 발생되는 전기광학적 효과에 의하여 표시를 할 수 있도록 구성한 것으로서, 이와 같은 전계효과형 액정표시소자의 기본적인 표시 구동방식으로는 포지티브형과 네가티브형이 있다.

제1도는 종래의 통상적인 반사형 액정표시소자의 개략적인 패널구조를 나타낸 것으로서 포지티브형의 경우를 보여주고 있다. 도면에서 보여지듯이 내측면에 상부투명전극(13)이 형성되고 외측면에 전면편광판(11)이 형성된 전면유리기판(12)과, 내측면에 하부투명전극(13')이 형성되고 외측면에는 상기 전면편광판(11)의 편광축과 그 편광축이 직교하도록 배면편광판(11')이 형성된 배면유리기판(12')이 서로 대향되도록하여 시일제(14)에 의해 고정되고, 그 사이에는 예를들어 정의 유전을 이방성을 지니는 네마틱(nematic)액정이 90°로 트위스트(twist)된 헬리컬구조로 액정층(15)을 배향시켜 밀봉시켜 주었으며, 배면편광판(11')의 외측으로 반사판(16)을 부착시켜준 구조이다. 액정분자를 2매의 전극기판 사이에서 90°비틀어진 헬리컬구조로 만들어주기 위해서는 전극 및 전극기판의 노출된 면에 폴리이미드수지를 피복하여 배향층(도시안됨)을 만들고 액정분자에 접하는 피복면을 한쪽방향(러빙방향)으로 문질러서 복수의 미세한 홈을 형성시켜주고, 상기 러빙된 2매의 전극기판을 그 러빙방향이 90°로 직교되도록 대향배치시켜준 후 네마틱 액정을 주입 밀봉시켜주면 상기 피복면에 인접한 액정분자의 주축은 그 러빙방향에 평행하게 배향되므로 액정분자의 주축은 양 전극기판 사이에서 90°비틀어진 헬리컬 구조가된다.

여기서 상기 액정표시소자의 상면으로부터 입사되는 입사관은 전면편광판(11)에 의하여 선혀으로 편광되며, 상부투명전극(13)과 하부투명전극(13') 사이에 전압이 인가되지 않은 오프상태일 때에는 상기 액정층(15)는 헬리컬구조를 그대로 유지하여 상기 선형편광면이 헬리컬구조를 따라 90°회전하고, 이는 상기 배면편광판(11')의 편광축과 일치하여 상기 배면편광판(11')을 통과한 입사광은 반사판(16)에 의해 반사되어 그 경로를 역행하여 액정표시소자의 상면으로 되돌아 가게되어 그 부분이 투명하게 된다. 반면에 상기 두 투명전극(13, 13') 사이에 전압이 인가된 온 상태일 때에는 액정분자의 장축이 전계방향으로 세워져 상기 헬리컬구조가 파괴되기 때문에 상기 전면편광판(11)에 의해 선형 편광된 입사광은 그 편광며이 회전하지 않으믈 상기 배면편광판(11')에 의해 차단되어 반사판(16)에 도달하지 못하고 그 부분은 검게된다. 상기와 같은 방식으로 전기신호는 액정층에 인가되는 전위의 인가여부에 따라 광학영상으로 변환하게 된다.

일반적으로 액정표시소자는 흑백표시 가능한 STN(Super Twisted Nematic)형 패널과, 칼라표시 가능한 TFT(Thin Film Transister)형 패널의 출현과 더불어 거의 모든 표시장치에 이용되는 추세이나, 광의 이용효율이라는 측면에서는 매우 열악하다. 투과율을 예를들면, 흑백표시의 STN형 패널는 20-25% 칼라표시의 TFT형 패널은 2-3%에 불과하다. 이 때문에 양호한 표시특서을 얻기 위해서는 백라이트(back light)를 팔요로하나, 이는 액정 본래의 저소비전력, 소형, 박혀일는 특징을 포기하는 것이 된다. 이러한 액정표시소자의 본질적인 결점을 극복하기 위해 투과율을 향상시켜 광이용효율을 높여주려는 시도들이 다각도로 연구되어지고 있다.

그 가운데 하나가 액정표시소자의 투과율 저하의 최대 요인이 되는 편광판을 사용하지 않는 액정표시소자에 대한 연구이며, 다른 하나는 편광판에 의해 로스(loss)되어지는 입사광의 50%의 광을 재차 이용하는 방법에 관한 것들이다.

상기 편광판을 사용하지 않은 액정표시소자의 대표적인 것이 고분자분산형 액정(Polymer Dispersed Liquid Crystal;이하 PDLC)을 이용하는 것으로서, 상기 PDLC는 고분자막중에 액정도매인(domain)을 불연속적으로 분산시켜준 것이다. 이는 전계가 오프되면 액정이 랜덤한 상태로 되어 고분자와 액정의 굴절율의 차이가 새겨 입사광은 산란되고, 전계가 인가되면 액정이 전계방향으로 배열하여 액정과 고분자의 굴절율이 일치하게 되어 입사광은 투과하여 투명상태로 된다. 이러한 전기광학적효과는 원칙적으로 편광판을 사용하지 않고도 표시를 가능하게 하는 것이며, 더욱이 시야각이 통상의 TN, STN 보다 넓다는 장점을 가진다.

그러나 이 PDLC는 분산되는 애정방울의 크기조절이 매우 힘들고, 고인가전압을 요하며, 오프상태에서도 광투과 현상이 나타나는등의 문제점이 있기때문에 보다 개량된 PNLC(Polymer Network Liquid Crystal)가 보고되었다. 이 PNLC는 폴리머를 네트워트 구조로 고정시키고 이 구조의 내부에 액정물질을 함침시켜 액절물질을 균일하게 분포시킬 수 있는 것이며 그 전기광학적효과는 상기 PDLC와 동일하다.

본 발명의 목적은 상기한 종래의 기술이 가지는 단점을 감안하여 편광판 1매만을 사용하여 그 광이용효율을 높일 수 있는 전계효과형 액정표시소자를 제공하는 것이다.

상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 전계효과형 액정표시소자는, 상측으로붙의 입사광을 편광시켜주는 편광판과, 상기 편광판의 하부에 형성되어 있는 투명한 제1전극과, 상기 제1전극으로부터 일정한 거리를 두고 대향되도록 지지되어 있으며, 상기 제1전극족 표면에 반사막이 형성되어 있는 제2전극, 및 상기 제1전극과 제2전극 사이에 밀봉되어 있으며, 상기 제1전극과 제2전극 사이에 전압인가시 입사광이 λ/4의 위상차를 유발하도록 형성된 액정층을 구비하여 이루어진 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따르면 평광판에 의해 선형 편광판 입사광이, 상기 제1전극과 제2전극 사이에 전압이 인가된 경우 상기 액정층을 통과하면서 λ/4만큼의 위상차가 발생하고 상기 반사막에 의해 반사되어 다시 액정층을 통과하면서 λ/4 만큼의 위상차가 발생되어 전체적으로 λ/2의 위상차가 발생하여 입사광의 최초 편광축과 그 편광면이 90°바뀌어 상기 편광판에서 빛이 차단되어 그 부분이 검게되고, 상기 제1전극과 제2전극 사이에 전압이 인가되지 않은 경우에는 입사광이 위상차의 발생없이 상기 반사막에 반사되어 그대로 상기 편광판을 통과하여 투명하게되거나, 고분자분산형 액정의 특징인 액정과 고분자와의 굴절율 차이로 산란이 발생되어 산란상태(우유빛)로 되어, 제1전극과 제2전극 사이에 전압의 인가여부로 디스플레이가 가능하게 된다.

이하 본 발명에 대한 실시예를 첨부한 제2도를 참조하여 상세히 설명하겠다.

제2도는 본 발명에 의한 전계효과형 액정표시소자의 패널구조를 나타낸다. 제2도에서 보여지듯이 전면유리기판(22)과 배면유리기판(22')이 서로 대향되도록 사일제(24)에 의해 유지되고 있으며, 상기 전면유리기판(22)상에 편광판(21)이 형성되어 상측으로부터 입사되는 광을 선형으로 편광하게 된다.

또한 상기 전면 유리기판(22)의 내측며에는 ITO등 상부투명전극(23)이 통상의 진공중착법이나 스퍼터리법에 의해 형성되어 있으며, 배면유리기판(22')의 내측면에도 역시 하부투명전극(23')이 형성되어 있다. 상기 상부투명전극(23)과 하부투명전극(23')은 서로 직교하는 것으로서, 그 직교하는 부분이 상기 액정표시소자의 단위 화소를 이루게 된다. 본 발명은 반사형 액정표시소자로서, 상기 하부투명전극(23')상에는 크롬(Cr)등 반사물질로 이루어진 반사막(26)을 형성하여 준다.

한편 상기 상부투명전극(23)과 하부투명전극(23') 사이에는 고분자액정층(25)인 PDLC, PNLC로 채워준다. 이때 상기 편광판(21)을 통하여 선형 편광판 입사광이 상기 고분자액정층(25)를 통과하면서 그 위상차가 90°, 즉 λ/4가 되도록(λ/4판) 상기 고분자액정층(25)을 형성시켜준다. 본 실시예에서는 PDLC, PNLC를 사용하였지만 위상착 λ/4가 가능한 액정층이나 기타층을 사용하여도 무관하다.

상기 본 발명의 액정표시소자 패널구조에서 상기 상부투명전극(23)과 하부투명전극(23') 사이에 전압이 인가되면 상기 편광판(21)을 통하여 선형 편광된 입사광이 λ/4판인 상기 고분자 액정층(25)을 통과한 후 상기 반사막(26)에 반사되어 다시 상기 고분자 액정층(25)을 통과하면서 전체적으로 λ/2의 위상차가 발생되어 상기 편광판(21)을 통하여 편광된 최초의 입사광의 편광축과 90°바뀌어 상기 편광판(21)에서 광이 차단된다. 이는 상기 상부투명전극(23)의 군과 하부투명전극(23')의 군의 직교 형태로 이루어지는 화소 매트릭스에서 상기 선택되어진 화소부분이 검게되는 것을 의미한다.

한편 상기 상부투명전극(23)과 하부투명전극(23') 사이에 전압이 인가되지 않으면 액정의 굴절율이 고분자의 굴절율보다 크게 되어 귤절율의 차이가 발생하며 입사광이 산라하게 된다. 이때 산란상태는 우유빛을 띠게되어 상기 액정표시소자의 디스플레이가 가능하게 된다.

한편 상기 액정표시소자에 있어서 색을 구현하기 위하여 염료를 액정과 혼합하여 고분자 액정층을 형성할 수도 있다.

이상과 같이 본 발명의 액정표시소자는 반사효율이 좋고 판광판을 1매만 사용하기 때문에 광이용효율이 매우 향상되어 높은 콘트라스트 비를 얻을 수 있게된다.

Claims (3)

1. 상측으로부터의 입사광을 편광시켜주는 편광판과, 상기 편광판의 하부에 형성되어 있는 투명한 제1전그과, 상기 제1전극으로부터 일정한 거리를 두고 대향되도록 지지되어 있는 제2전극, 및 상기 제1전극과 제2전극 사이에 밀봉되어 있으며, 상기 제1전극과 제2전극 사이에 전압인가시 입사광인 λ/4의 위상차를 유발하도록 형성된 고분자와 액정의 복합층을 포하하는 전계효과형 액정표시장치에 있어서,

   상기 제1전극과 대향하는 제2전극의 표면에 반사막이 더 구비되어 이루어진 것을 특징으로 하는 전계효과형 액정표시소자.
2. 제1항에 있어서, 상기 제2전극의 표면에 형성되는 반사막은 크롬으로 형성된 것임을 특징으로 하는 전계효과형 액정표시소자.
3. 제1항에 있어서, 상기 액정과 염료를 혼합하여 색 표시가 가능하도록 한 전계효과형 액정표시소자.