KR100301854B1 - 투과 및 반사형 겸용 액정표시장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명에 따른 투과 및 반사형 겸용 액정표시장치는 제1투명기판 및 제2투명기판과, 제1투명기판과 제2투명기판 사이에 형성된 액정층과, 제2투명기판에 설치된 선편광자 및 수지형 컬러필터와, 제1투명기판에 설치된 좌선성 콜레스테릭액정 원편광자와, 콜레스테릭액정 원편광자와 액정층 사이에 위치하도록 제1투명기판에 형성된 좌선성 콜레스테릭액정 컬러필터로 구성된다. 이러한 구조의 액정표시장치는 반사형 뿐만 아니라 투과형으로도 구동가능하며, 색순도가 좋은 콜레스테릭액정 컬러필터를 수지형 컬러필터에 추가하여 사용하기 때문에 액정표시장치의 색특성이 향상된다.

Description

투과 및 반사형 겸용 액정표시장치{TRANSMISSION-REFLECTION TYPE LIQUID CRYSTAL DISPLAY DEVICE}
본 발명은 액정표시장치에 관한 것으로, 특히 투과형 뿐만 아니라 반사형으로도 동작가능한 액정표시장치에 관한 것이다.
평판형 표시장치인 액정표시장치(LCD)는 휴대용 컴퓨터 또는 휴대용 텔레비젼의 표시장치로써 널리 이용된다.
액정표시장치는, 광원의 이용방법에 따라, 액정패널 배면에 부착된 백라이트로부터의 빛을 이용하는 투과형 액정표시장치와, 태양광 또는 실내 전등과 같은 외부광원을 이용하는 반사형 액정표시장치로 나뉜다.
투과형 액정표시장치는, 광원으로 이용되는 백라이트때문에, 부피, 무게, 및 소비전력이 높다는 문제점이 있고, 반사형 액정표시장치는 백라이트를 필요로 하지 않기 때문에, 부피, 무게, 및 소비전력이 낮은 장점이 있지만, 외부환경이 어두울 경우 사용할 수 없다는 문제점이 있다.
본 발명은 상기한 종래기술의 문제점을 극복하기 위한 것으로, 필요에 따라 반사형 뿐만아니라 투과형으로 구동가능하며, 컬러의 색순도가 뛰어난 투과 및 반사형 겸용 액정표시장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 투과 및 반사형 겸용 액정표시장치는 제1투명기판 및 제2투명기판과, 상기 제1투명기판과 상기 제2투명기판 사이에 형성된 액정층과, 상기 제2투명기판에 설치된 선편광자와, 상기 제1투명기판에 설치된 콜레스테릭액정 원편광자와, 상기 콜레스테릭액정 원편광자와 상기 액정층 사이에 위치하도록 상기 제1투명기판에 형성된 콜레스테릭액정 컬러필터를 포함하여 구성된다.
본 발명에 따라, 상기 선편광자와 상기 액정층 사이에 1/4 파장 광위상차판이 추가로 형성되고, 상기 액정층에 전압이 인가되지 않은 상태에서, 상기 액정층을 투과하는 빛에 가시광선 파장의 1/2배 만큼 위상차가 부여되도록, 상기 액정층의 액정분자가 배향되어 있으며, 상기 원편광자가 피치 값이 (380nm∼800nm)/n(n: 콜레스테릭액정의 평균굴절률)인 좌선성 콜레스테릭액정(left-handed helical colesteric liquid crystal)을 포함하여 이루어지고, 상기 콜레스테릭액정 컬러필터가 좌선성 콜레스테릭액정을 포함는 것도 가능하다.
또한, 본 발명에 따라, 상기 제1 및 제2투명기판 중 하나에 형성된 수지형 컬러필터가 추가로 포함된 것도 가능하다. 이때, 상기 수지형 컬러필터가 50% 이상 80% 이하의 투과율을 갖는 것이 바람직하다.
이러한 구조의 투과 및 반사형 겸용 액정표시장치는 외부환경의 변화에 따라 사용자의 선택에 의해 투과형 또는 반사형 구동이 모두 가능하다. 또한, 기존의 수지형 컬러필터에 추가하여, 색순도가 높은 콜레스테릭액정 컬러필터를 이용하기 때문에, 액정표시장치의 색특성이 향상된다.
도 1은 본 발명에 따른 투과 및 반사형 액정표시장치를 나타낸 단면도이다.
도 2a 및 도 2b는 본 발명에 따른 액정표시장치가 반사형으로 구동될 경우의 빛의 진행을 나타낸 것이다.
도 3a 및 도 3b는 본 발명에 따른 액정표시장치가 투과형으로 구동될 경우의 빛의 진행을 나타낸 것이다.
-도면의 참조부호에 대한 간단한 설명-
1: 콜레스테릭액정 우원편광자 2: 제1투명기판
3: 투명화소전극 4: 액정층
5: 콜레스테릭액정 컬러필터 6: 제2투명기판
7: 1/4파장 위상차판 8: 선편광자
9: 수지형 컬러필터
이하, 본 발명에 따른 투과 및 반사형 겸용 액정표시장치를 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 1에 나타낸 바와 같이, 본 발명에 따른 액정표시장치는 복수의 화소영역이 정의된 제1투명기판(2) 및 제2투명기판(6)과, 제1투명기판(2)과 제2투명기판(6) 사이에 형성된 액정층(4)과, 제2투명기판(6)의 외측면에 설치된 선편광자(8) 및1/4파장 위상차판(7)과, 제2투명기판(6)의 내측면에 형성된 투명공통전극(10) 및 수지형 컬러필터(9)와, 제1투명기판(2)의 외측면에 있고 가시광선영역의 빛을 우원편광시키는 역할을 하는 좌선성 콜레스테릭액정 우원편광자(1)와, 제1투명기판(2)의 내측면에 형성된 투명화소전극(3) 및 좌선성 콜레스테릭액정 컬러필터(5)로 구성된다.
제1투명기판(2) 위에 형성되는 좌선성 콜레스테릭액정 컬러필터(5)와 제2투명기판(6) 위에 형성되는 수지형 컬러필터(9)는 각각 하나의 화소영역에 해당하는 적색, 녹색, 및 청색영역으로 나뉜다. 수지형 컬러필터는 반사형 액정표시장치에서 이용되는 투과율이 50% - 80%인 컬러필터를 사용한다. 좌선성 콜레스테릭액정 컬러필터(5)의 적색영역은 피치(p=λR/n; p:피치, λR:녹색에 해당하는 파장대, n:이상광과 정상광의 굴절률 평균값)를 갖는 좌선성 콜레스테릭액정(left-handed helical colesteric liquid crystal)을 포함하여 이루어지고, 녹색영역은 피치(p=λG/n; p:피치, λG:녹색에 해당하는 파장대, n:이상광과 정상광의 굴절률 평균값)를 갖는 좌선성 콜레스테릭액정을 포함하여 이루어지며, 청색영역은 피치(p=λB/n; p:피치, λB:청색에 해당하는 파장대, n:이상광과 정상광의 굴절률 평균값)를 갖는 좌선성 콜레스테릭액정을 포함하여 이루어진다. 따라서, 콜레스테릭액정 컬러필터(5)의 적색영역은 가시광선영역의 빛 중 적색에 해당하는 빛의 좌원편광성분을 반사하며, 녹색영역은 가시광선영역의 빛 중 녹색에 해당하는 빛의 좌원편광성분을 반사하며, 청색영역은 가시광선영역의 빛 중 청색에 해당하는 빛의 좌원편광성분을 반사한다. 이때, 콜레스테릭액정 컬러필터(5)는 하나의 층으로 형성할 수 도 있지만, 두 개 이상의 층으로 형성하는 것도 가능하다. 콜레스테릭액정 컬러필터(5) 위에 형성되는 투명화소전극(3)은 ITO(Indium Tin Oxide)와 같은 투명전도성물질을 적층한 후 패터닝하여 화소영역마다 하나씩 형성되도록 한다. 이때, 도면에는 나타내지 않았지만, 투명화소전극(3)은 다른 화소영역의 투명화소전극과 서로 전기적으로 절연되도록 형성되고, 제1투명기판(2)의 화소영역 각각에 형성된 박막트랜지스터(TFT, 도시하지 않음)에 연결되도록 형성된다. 박막트랜지스터는 화소전압을 투명화소전극(3)에 전달하는 스위칭소자 역할을 하며, 투명화소전극(3)에 화소전압이 전달되면, 화소전압에 따라 투명화소전극(3)과 투명공통전극(10) 사이에 위치하는 액정층(4)에 화소전압이 인가되며, 이 화소전압에 따라 액정분자의 배열이 조절되게 된다. 상기한 복수의 화소영역은 제1투명기판(2) 위에 서로 교차하도록 형성된 복수의 게이트배선 및 데이터배선(도시하지 않음)에 의해 정의된다.
좌선성 콜레스테릭액정 우원편광자(1)는 피치(p=λ/n; p:피치, λ:가시광선영역의 파장, n:이상광과 정상광의 굴절률 평균값)를 갖는 좌선성 콜레스테릭액정을 포함하여 이루어진다. 즉, 상기한 콜레스테릭액정은 범위 (380nm∼800nm)/n의 피치를 모두 포함하는 것으로서, 우원편광자(1)는 가시광선영역의 빛 중 좌원편광성분만을 반사하며, 나머지 빛은 모두 우원편광자(1)를 통과하게 된다. 즉, 우원편광자(1)는 가시광선영역의 우원편광성분만을 통과시키는 역할을 한다.
액정층(4)은 전압이 인가되지 않은 상태에서 액정층(4)을 통과하는 가시광선영역의 빛에 파장의 1/2 만큼의 위상차를 부여하도록 배향되며, 액정의 배향은 액정층의 상하면 각각에 접하도록 형성된 두 배향막(도시하지 않음)에 의해 결정된다.
이하, 본 발명의 액정표시장치가 반사형으로 동작할 경우를 도 2a 및 도 2b를 참조하여 설명한다.
투명화소전극(3)에 화소전압이 인가되지 않은 경우에는, 도 2a에 나타낸 바와 같이, 외부광으로부터의 입사광 중 선편광자의 편광축과 평행한 선편광성분만이 선편광자(8)를 통과하며, 선편광된 빛은 위상차판(7)을 통과하여 우원편광이 되고, 우원편광된 빛은 액정층(4)을 통과하여 좌원편광이 된다. 좌원편광된 빛은 콜레스테릭액정 컬러필터(5)에서 반사된 후 액정층(4)을 통과하여 우원편광이 되고, 위상차판(7)을 통과하여 선편광자(8)의 편광축과 평행한 방향의 선편광이 되어 선편광자(8)를 그대로 통과하게 되고, 결국 밝은 화상(white)을 표시하게 된다. 이때, 설명의 편의를 위해 콜레스테릭액정 컬러필터(5)의 색 선택 효과를 무시하고 밝은 화상이 표시된다고 하였지만, 실제로는 빛이 반사된 콜레스테릭액정 컬러필터(5)의 해당영역의 색을 표시하게 되며, 이후의 설명에서도, 설명의 편의를 위해 콜레스테릭액정 컬러필터의 색 선택 효과를 무시하여 설명한다. 이때, 콜레스테릭액정 컬러필터(5)는 수지형 컬러필터(9)의 색순도를 높이는 역할을 하며, 콜레스테릭액정 컬러필터(5)에 의해 발생할 수 있는 시야각에 따른 색변환(color shift)은 수지형 컬러필터(9)에 의해 방지된다.
투명화소전극(3)에 최대 화소전압이 인가된 경우에는, 도 2b에 나타낸 바와 같이, 외부광으로부터의 입사광 중 선편광자(8)의 편광축과 평행한 선편광성분만이선편광자(8)를 통과하며, 선편광된 빛은 위상차판(7)을 통과하여 우원편광이 되고, 우원편광된 빛은 액정층(4)을 그대로 통과하여 콜레스테릭액정 컬러필터(5)로 입사하게 된다. 우원편광된 입사광은 콜레스테릭액정 컬러필터(5)과, 우원편광자(1)를 그대로 통과하게 되어, 결국 어두운 화상(black)이 표시되게 된다.
이하, 본 발명의 액정표시장치가 투과형으로 동작할 경우를 도 3a 및 도 3b를 참조하여 설명한다.
투명화소전극(3)에 화소전압이 인가되지 않은 경우에는, 도 3a에 나타낸 바와 같이, 우원편광자(1)를 마주하는 위치에 설치된 백라이트(도시하지 않음)로부터 발생된 빛이 우원편광자(1)에 입사하게 되고, 입사광 중 가시광선영역의 우원편광성분만이 우원편광자(1)를 통과하며, 우원편광된 빛은 콜레스테릭액정 컬러필터(5)를 그대로 통과한 후, 액정층(4)을 통과하여 좌원편광이 되고, 좌원편광된 빛은 위상차판(7)을 통과하여 선편광자(8)의 편광축과 수직인 방향으로 선편광이 되어, 선편광자(8)에 의해 차단됨으로써 결국 어두운 화상(black)이 표시되게 된다.
투명화소전극(3)에 최대의 화소전압이 인가되었을 경우에는, 도 3b에 나타낸 바와 같이, 상기한 백라이트로부터의 빛이 우원편광자(1)에 입사하게 되고, 입사광 중 가시광선영역의 우원편광성분만이 우원편광자(1)를 통과하며, 우원편광된 빛은 콜레스테릭액정 컬러필터(5) 및 액정층(4)를 그대로 통과한 후, 위상차판(7)을 통과하여 선편광자(8)의 편광축과 평행인 방향으로 선편광이 되며, 선편광자(8)를 그대로 통과하여 결국 밝은 화상(white)이 표시되게 된다. 이 경우에는 수지형 컬러필터(9)가 컬러필터 역할을 하며, 콜레스테릭액정 컬러필터(5)에 의해 발생할 수있는 시야각에 따른 색변환(color shift)은 수지형 컬러필터(9)에 의해 방지된다.
위 설명에서 콜레스테릭액정 컬러필터(5)를 투명화소전극 위에 형성하였지만, 그 형성위치는 액정층(4)과 원편광자(1) 사이의 모든 위치에 형성가능하고, 예를 들면, 상기한 박막트랜지스터 및 투명화소전극(3) 위에 형성하는 것도 가능하고, 그 밑에 형성하는 것도 가능하다.
또한, 수지형 컬러필터(9)를 제2기판(6) 위에 형성하였지만, 제1기판(2) 위에 형성하는 것도 가능하다.
본 발명에 따른 투과 및 반사형 겸용 액정표시장치는 외부환경의 변화에 따라 사용자의 선택에 의해 투과형 또는 반사형 구동이 모두 가능하다. 또한, 기존의 수지형 컬러필터에 추가하여, 색순도가 높은 콜레스테릭액정 컬러필터를 이용하기 때문에, 액정표시장치의 색특성이 향상된다.

Claims (4)

  1. 제1투명기판 및 제2투명기판과,
    상기 제1투명기판과 상기 제2투명기판 사이에 형성된 액정층과,
    상기 제2투명기판에 설치된 선편광자와,
    상기 제1투명기판에 설치된 콜레스테릭액정 원편광자와,
    상기 콜레스테릭액정 원편광자와 상기 액정층 사이에 위치하도록 상기 제1투명기판에 형성된 콜레스테릭액정 컬러필터를 포함하여 구성된 투과 및 반사형 액정표시장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 선편광자와 상기 액정층 사이에 1/4 파장 광위상차판이 추가로 형성되고,
    상기 액정층에 전압이 인가되지 않은 상태에서, 상기 액정층을 투과하는 빛에 가시광선 파장의 1/2배 만큼 위상차가 부여되도록, 상기 액정층의 액정분자가 배향되어 있으며,
    상기 원편광자가 피치 값이 (380nm∼800nm)/n(n: 콜레스테릭액정의 평균굴절률)인 좌선성 콜레스테릭액정(left-handed helical colesteric liquid crystal)을 포함하여 이루어지고,
    상기 콜레스테릭액정 컬러필터가 좌선성 콜레스테릭액정을 포함한 것을 특징으로 하는 투과 및 반사형 액정표시장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 제1 및 제2투명기판 중 하나에 형성된 수지형 컬러필터가 추가로 포함된 것을 특징으로 하는 투과 및 반사형 액정표시장치.
  4. 제3항에 있어서, 상기 수지형 컬러필터가 50% 이상 80% 이하의 투과율을 갖는 것을 특징으로 하는 투과 및 반사형 액정표시장치.
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