KR100302279B1 - 액정표시장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은, 반사형 액정표시장치에 있어서 광시야각과 얼룩이나 문자번짐이 없는 고표시품위를 양립시킨다.

이를 위해, 경면반사판을 갖춘 액정셀의 프론트기판 외면에 단굴절층과 편광판 및 다중굴절층을 순차적으로 적층배치한다.

Description

액정표시장치 {LIQUID CRYSTAL DISPLAY DEVICE}

본 발명은 액정표시장치에 관한 것으로, 특히 휴대 정보단말 등에 이용되는 반사형 액정표시장치에 관한 것이다.

외광을 광원으로서 이용하는 반사형 액정표시장치는, 백 라이트(back light)를 끼워 넣은 투과형 액정표시장치에 비해 대폭적인 저소비전력화가 가능하기 때문에, 특히 휴대 정보단말용 등으로 개발이 진행되고 있다.

반사형 액정표시장치에 있어서는, 소정 조건하에서 시야각 60°를 달성하는 것이 요구되고 있다. 그래서, 종래의 반사형 액정표시장치에 있어서는, 시야각의 확대와 관찰측(프론트(front)) 기판 표면에서의 반사에 의해 외광이 비추어 드는 것을 경감시키기 위해, 프론트기판의 외면에 액정층으로부터의 출사광을 다중굴절시키는 안티글레어 필름(antiglare film)을 배치하고 있었다.

또, 이와는 달리 프론트기판과 편광판 사이에 액정층으로부터의 광을 단굴절(單屈折)시키는 단굴절층을 배치하고, 출사광(出射光)을 확산시켜 시야각을 확대시키는 방법이 알려져 있다.

안티글레어 필름을 이용한 종래의 반사형 액정표시장치에 있어서는, 충분한 시야각을 얻기 위해 확산능(擴散能)을 높이면, 문자 등을 표시한 경우에 다중굴절로 인해 문자가 번져버려 표시품위가 저하한다는 문제가 있었다.

또, 단굴절층을 프론트기판과 편광판 사이에 배치한 종래의 반사형 액정표시장치에 있어서는, 충분한 시야각을 얻기 위해 굴절능(屈折能)을 높이면, 장파장의 광만큼 확산성이 약해져 파장분산이 생긴다. 그 결과, 관찰방향에 의존하여 출사광에 얼룩이 생긴다는 문제가 있었다.

본 발명은, 상기의 기술적 배경을 감안하여, 시야각이 충분히 넓으면서 표시품위가 높은 반사형 액정표시장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

도 1은 본 발명의 1실시예에서의 액정표시장치의 단면도이고,

도 2는 본 발명의 1실시예에서의 다중굴절층의 광학특성의 측정결과를 나타낸 도면,

도 3은 본 발명의 1실시예에서의 단굴절층의 광학특성의 측정결과를 나타낸 도면,

도 4는 본 발명의 1실시예에서의 다중굴절층 및 단굴절층의 광학특성의 측정결과를 나타낸 도면,

도 5는 본 발명의 1실시예에서의 단굴절층의 개략구성도이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

1 --- 프론트기판, 2 --- 리어기판,

4 --- 경면반사 화소전극, 8 --- 액정층,

9 --- 단굴절층, 11 --- 편광판,

12 --- 다중굴절층.

본 발명은, 상기 과제를 해결하기 위해 프론트기판상에 단굴절층과 편광판 및 확산층을 순차 적층시킨 것을 특징으로 한다. 본 출원에 있어서, 단굴절층은 입사하는 광의 진동방향을 유지하여 굴절시키는 능력을 갖춘 것이고, 한편 확산층은 입사하는 광의 진동방향을 랜덤하게 바꾸어 굴절시키는 것이다.

본 구성을 이용함으로써, 단굴절층 및 확산층의 굴절능을 얼룩이나 문자번짐이 생기지 않는 범위내로 하면서, 단굴절층에 의해 입사광의 진동방향을 유지한채 특정 방향으로 굴절시킨 광을 확산층에서 랜덤한 방향으로 더 굴절시키기 때문에, 액정셀로부터의 출사광의 편광성분을 흩뜨리는 일없이 충분한 광확산도를 실현할 수 있다. 따라서, 종래구조와 동등 이상의 광시야각과 얼룩이나 문자번짐이 없는 고표시품위를 양립시킬 수 있다.

(발명의 실시형태)

이하, 도면을 참조하여 본 발명의 1실시예를 설명한다.

도 1은 본 실시예의 액정표시장치의 단면도를 나타낸다. 유리기판으로 이루어진 리어(rear)기판(2)의 내면에는 TFT(Thin Film Transister; 3) 및 이에 접속되는 화소전극(4)이 매트릭스형상으로 배치되고, 더욱이 도시하지 않은 TFT(3)의 구동배선 등이 형성되며, 이들 소자 전체가 배향막(5)에 의해 덮여져 있다. 화소전극 (4)은 알루미늄 등의 반사전극으로 형성되고, 도달한 광을 경면반사하도록 그 표면이 가공되어 있다. 보다 구체적으로는, 알루미늄을 증착할 때 저온에서 스퍼터링 (sputtering)함으로써 경면반사능을 갖는 화소전극이 얻어진다.

한편, 유리기판으로 이루어진 프론트기판(1)의 내면에는, 전면에 ITO(Indium Tin Oxide) 등의 투명전극재료로 이루어진 대향전극(6) 및 배향막(7)이 형성되고, 프론트기판(1)과 리어기판(2) 사이에는 TN(Twisted Nematic: 트위스티드 네마틱) 액정층(8)이 봉입되어 있다. 그리고, 프론트기판(1)의 외면에는 단굴절층(9), λ/4위상차판(10), 직선편광판(11) 및 다중굴절층(12)이 순차 적층되어 있다.

편광판(11)의 흡수축과 위상차판(10)의 지상축(遲相軸)은, 서로의 축이 이루는 각도가 45°로 되도록 조합된다. 그 결과, 관찰측에서 편광판(11)을 매개로 하여 입사하는 광은 위상차판(10)에 의해 원편광(圓偏光)으로 변환된다. 액정층(10)은 액정층(10)으로의 입사광이 화소전극(4)에 도달할 때까지 위상을 λ/4 어긋나게 하도록 그 트위스트(twist)각 및 위상차판(10)의 지상축과의 각도가 설정된다. 그 결과, 액정층에 오프(OFF)전압이 인가되고 있는(액정층이 초기배향하고 있는) 상태에서는, 액정층(10)에 입사하는 원편광이 직선편광으로 변환되어 화소전극(4)에 도달하고, 화소전극(4) 표면에서 반사되어 액정층(10)을 통과할 때 재차 원편광으로 변환된다. 그리고, 위상차판(10)에 의해 편광판의 투과축과 동일방향으로 진동하는 직선편광으로 변환되어 관찰측으로 출사된다. 한편, 액정층(10)에 온(ON)전압이 인가되고 있는(액정의 트위스트가 풀린 기판과 수직방향으로 배열한) 상태에서는 액정층(10)에 입사한 원편광은 편광성분을 유지한 채 화소전극(4)에 도달하고,편광극성이 π/2 어긋나서 반사된다. 그리고, 재차 편광성분을 유지한 채 액정층(10)을 통과하고, 위상차판(10)에 의해 편광판의 흡수축과 동일방향으로 진동하는 직선편광으로 변환된다. 그 결과, 반사광은 편광판에 의해 흡수되어 관찰측에는 출사되지 않는다.

다중굴절층(12)으로서는, 입사광의 진동방향을 랜덤한 방향으로 되도록 굴절시켜 출사하는 것을 이용할 수 있다. 또, 도 5는 단굴절층(5)의 단면도를 나타낸다. 도시한 바와 같이, 단굴절층(5)은 굴절율 n2의 투명매체중에 굴절율 n1의 투명구(透明球)를 저밀도로 분산시킨 것으로, 입사광의 진동방향을 유지한 채 특정 방향으로 굴절시켜 출사시키는 것이다.

상술한 기본구성에 있어서, 단굴절층(5)과 다중굴절층(12)의 전체의 산란능에 의해 필요한 시야각을 얻으면서, 다중굴절층(12)의 굴절능을 문자번짐이 생기지 않는 범위내로 하고, 단굴절층(5)의 굴절능을 얼룩이 생기지 않는 범위내로 함으로써, 시야각이 넓고 또 표시품위가 높은 액정표시장치를 얻는 것이 가능하게 된다. 또한, 각 굴절층의 산란기능은 연무도(煙霧度)로 나타낼 수 있다. 본 발명에 있어서, 연무도(H)는 샘플에 광 강도 IO의 평행광이 법선방향으로 입사했을 때 샘플로부터 출사되는 법선방향을 사이에 두고 ±1°내의 예상각내의 출사광 강도(I)에 기초하여 H=1-I/IO로 표시된다.

더욱이, 발명자들은 단굴절층(5)과 다중굴절층(12)의 보다 최적의 광학조건을 산출하기 위해 하기의 실험을 행했다. 먼저, 단굴절층(9)의 연무도(Hd)와 얼룩의 관계를 구했다. 그 결과를 도 3에 나타낸다. 도 3의 종축은 채도(C*)로,CIE1976(L*, a*, b*) 균등 지각색 공간에서의 a*와 b*의 2승의 합의 평방근으로 나타나며, 이 값이 24를 넘으면 얼룩이 있다고 인식됨을 알 수 있다.

C*는 단굴절층의 연무도(Hd, %)와 상관하고, C*가 24일 때 Hd의 값은 46임을 알 수 있다. 따라서, 얼룩을 발생시키지 않기 위해서는 연무도(Hd)를 46 이하로 하면 좋음을 알 수 있었다.

다음으로, 상기 조건하에서 문자번짐을 발생시키지 않는 조건을 산출하기 위해, 다중굴절층(12)의 연무도(Hz)와 다중굴절층(12)의 이면(裏面)으로부터 경면반사층(4)까지의 거리 t(㎜; 본 실시예에 있어서는 편광판(11), λ/4 위상차판(10), 단굴절층(9), 대향전극(6), 배향막(7), 액정층(8)의 막두께의 총계)를 변화시켜 문자번짐의 유무를 조사했다. 그 결과를 도 2에 나타낸다.

도 2에 나타낸 근사곡선의 아래쪽에는 문자번짐이 없고, 곡선의 위쪽에서는 문자번짐이 생김을 알 수 있었다. 이 근사곡선은, 다중굴절층의 연무도(Hz)=40/t로 표시할 수 있다. 따라서, 문자번짐을 발생시키지 않기 위해서는 연무도(Hz)를 40/t 이하로 하면 좋음을 알 수 있었다.

더욱이, 다중굴절층(12)과 단굴절층(9)을 도 1에 나타낸 바와 같이 배치한 경우의 전체의 연무도(총합 연무도; Ht)가 액정표시장치의 시야각 60°를 달성할 수 있는 조건을 구했다. 본 실시예에 있어서, 시야각이란 완전 확산면을 갖는 표준 백색 반사판의 반사율을 100%로 한 경우의 샘플의 반사율이 30% 이하로 되는 각도범위로 정의되고, 구체적으로는 조명학회의 추장조도(推奬照度; 7501x)의 조건하에서 투과형 액정패널의 표면휘도 70nit와 동일한 휘도가 얻어지는 각도범위이다.즉, 법선방향으로부터 30° 기울어진 광을 조사했을 때 액정패널 정면으로 출력되는 광의 휘도가 70nit이면 좋다. 그 실험결과를 도 5에 나타낸다. 도면으로부터 알 수 있는 바와 같이, 시야각 60°를 얻기 위해서는 연무도(Ht)가 50 내지 70이면 좋음을 알 수 있었다.

상기 조건을 만족시키는 다중굴절층(12)으로서, 본 실시예에 있어서는 편광판(11)과 일체의 안티글레어 필름인 EG1425DUAGS1AR(상품명; 닛토덴쿠 가부시끼가이샤제, 연무도 25)을 이용했다. 또, 마찬가지로 단굴절층(9)으로서, 본 실시예에 있어서는 저밀도 미립자 분산필름인 IDS16(상품명; 다이니폰 인사츠 가부시끼가이샤제, 연무도 42)을 이용했다. 이들 굴절층의 총합 연무도는 59.5이다.

본 실시예의 액정표시장치를 실제로 표시시켜 관찰한 바, 문자번짐이나 얼룩은 생기지 않고, 또 시야각 60°를 달성할 수 있어 광시야각과 고표시품위를 양립시킬 수 있었다.

본 발명의 액정표시장치에 있어서는, 광시야각과 얼룩이나 문자번짐이 없는 고표시품위를 양립시킬 수 있다.

Claims (9)

1. 서로 대향배치된 프론트기판 및 리어기판과, 상기 프론트기판 및 리어기판 각각의 내면에 형성된 액정구동전극, 상기 액정구동전극 사이에 끼인 액정층, 상기 리어기판측에 배치된 경면반사층, 상기 프론트 기판의 외면에 배치된 단굴절층, 상기 단굴절층의 외면에 배치된 편광판 및, 상기 편광판의 외면에 배치되어 상기 단굴절층으로부터의 출사광을 확산시키는 확산층을 구비한 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 확산층은, 상기 단굴절층으로부터의 출사광을 다중굴절시키는 다중굴절층인 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
3. 제1항에 있어서, 상기 단굴절층과 상기 편광판 사이에는 λ/4 위상차판이 삽입되어 있는 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
4. 제3항에 있어서, 상기 액정층은, 인가전압에 따라 입사하는 광의 위상을 유지하면서 상기 단굴절층으로 출사하는 모드와 입사하는 광의 위상을 π/2 어긋나게 하여 출사하는 모드와의 사이에서 절환되는 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
5. 제4항에 있어서, 상기 액정층은 트위스티드 네마틱 액정인 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
6. 제1항에 있어서, 상기 경면반사층은 상기 리어기판측의 액정구동전극을 겸하는 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
7. 제1항에 있어서, 상기 단굴절층의 연무도(Hd, %)는 46 이하인 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
8. 제7항에 있어서, 상기 확산층은 상기 단굴절층으로부터의 출사광을 다중굴절시키는 다중굴절층으로 이루어지고, 그 다중굴절층의 연무도(Hz, %)는 40/t 이하(단, t는 상기 다중굴절층으로부터 상기 경면반사층까지의 거리)인 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
9. 제1항에 있어서, 상기 다중굴절층과 상기 단굴절층의 총합 연무도(Ht, %)는 50 내지 70인 것을 특징으로 하는 액정표시장치.