KR100312687B1 - 투과 및 반사 겸용 쌍안정 액정 표시 장치 - Google Patents

투과 및 반사 겸용 쌍안정 액정 표시 장치 Download PDF

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Abstract

투명한 제1 기판, 제1 기판의 하부에 위치되어 제1 기판과 마주보고 있으며 일정한 간격을 유지하고 있는 투명한 제2 기판, 제1 기판과 제2 기판 사이에 주입되어 있는 쌍안정 액정 물질, 제2 기판의 하부에 위치되어 있는 반투과 반사판 및 반투과 반사판의 하부에 위치되어 있는 도광판과 상기 도광판에 빛을 제공할 수 있는 광원을 포함하는 후광부를 가지는 액정 표시 장치를 마련한다. 이렇게 하면, 비 전력이 적고 주위가 어두운 상태에서도 사용할 수 있는 액정 표시 장치를 얻을 수 있다.

Description

투과 및 반사 겸용 쌍안정 액정 표시 장치{BISTABLE TWISTED NEMATIC LIQUID CRYSTAL DISPLAY HAVING BOTH OF TRANSPARENT AND REFLECTIVE MODE}
본 발명은 쌍안정 액정 물질을 이용한 액정 표시 장치에 관한 것으로서, 특히 반사형 모드와 투과형 모드를 겸비한 쌍안정 액정 표시 장치용 박막 트랜지스터 기판에 관한 것이다.
액정 표시 장치는 일반적으로 상부 기판과 하부 기판 사이에 액정 물질을 주입해 놓고 액정 물질에 전계를 인가함으로써 액정 분자들의 배열을 변경시키고, 이를 통해 빛의 투과율을 조절함으로써 화상을 표현하는 장치이다.
액정 표시 장치는 크게 박막 트랜지스터 액정 표시 장치와 STN(super-twisted nematic) 액정 표시 장치로 양분된다. 이중에서 박막 트랜지스터 액정 표시 장치는 우수한 표시 품질과 빠른 스위칭 속도로 인해 주로 대화면용과 고화질용으로 많이 이용되나 대화면의 경우 복잡한 제조 공정으로 인해 생산 수율이 낮고 제조 단가가 비싼 단점이 있다. 이에 대하여 STN 액정 표시 장치는 박막 트랜지스터 액정 표시 장치보다 제조 공정이 덜 복잡하고 가격이 싼 반면 응답 속도가 느리며 대화면 구동시 동화상 구현이 어려운 단점이 있다.
이러한 박막 트랜지스터 액정 표시 장치나 STN 액정 표시 장치의 단점을 보완할 수 있는 방안의 하나로서 근래 들어 쌍안정(bistable twisted nematic) 액정 물질을 사용하는 액정 표시 장치에 대한 개발이 진행되고 있다.
쌍안정 액정 표시 장치는 저전력 동작이 가능하고 시야각이 넓으며 대비비(contrast ratio)가 높고 스위칭 속도가 빨라 동화상 구현에도 응용될 수 있다. 특히, 패널 제작시 이미 상용화된 STN 액정 표시 장치의 제조 기술을 상당 부분 그대로 이용할 수 있으므로 제조 단가를 크게 낮출 수 있다.
이러한 쌍안정 액정 표시 장치가 미래 정보화 사회의 표시 소자의 주류가 되기 위해서는 대용량화, 고화질화, 저가격화 및 저소비전력화 등의 조건이 만족되어야 한다. 이 중에서도 특히 저소비전력화는 노트북 컴퓨터나 통신 단말기 등의 휴대용 기기에 적용되는 액정 표시 장치에 있어서 그 필요성이 매우 크다.
투과형 액정 표시 장치에 있어서 가장 전력을 많이 소비하는 부분은 후면등(back light unit)이다. 따라서 저소비전력화를 위해서는 자체 광원 없이외부의 빛을 사용하는 반사형 액정 표시 장치가 유리하다. 그러나 반사형의 경우는 외부의 빛이 없는 경우에는 사용할 수 없는 단점이 있다.
따라서 소비 전력을 낮추면서 외부의 빛이 없을 때도 사용할 수 있도록 하기 위해서는 반사형과 투과형 모드를 모두를 가질 수 있는 액정 표시 장치가 필요하다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 반사형과 투과형 모드를 모두 가질 수 있는 쌍안정 액정 표시 장치를 제공하는 것이다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 액정 표시 장치의 단면도이고,
도 2는 쌍안정 액정 표시 장치의 구동 원리를 나타내는 모식도이고,
도 3은 피치 변화에 따른 쌍안정 상태 각각의 투과율 변화를 나타내는 그래프이고,
도 4는 피치 변화에 따른 쌍안정 액정 표시 장치의 대비비의 변화를 나타내는 도면이다.
이러한 과제를 해결하기 위하여 본 발명에서는 반투과 반사판을 쌍안정 액정 셀에 부착하고 적절한 피치를 선택한다.
구체적으로는, 투명한 제1 기판, 제1 기판의 하부에 위치되어 제1 기판과 마주보고 있으며 일정한 간격을 유지하고 있는 투명한 제2 기판, 제1 기판과 제2 기판 사이에 주입되어 있는 쌍안정 액정 물질, 제2 기판의 하부에 위치되어 있는 반투과 반사판 및 반투과 반사판의 하부에 위치되어 있는 도광판과 상기 도광판에 빛을 제공할 수 있는 광원을 포함하는 후광부를 가지는 액정 표시 장치를 마련한다.
이 때, 제1 기판의 상부에 위치되어 있는 제1 편광판과 제2 기판과 반투과 반사판의 사이에 위치되어 있는 제2 편광판을 더 포함할 수 있고, 제1 기판과 제2 기판 사이의 간격을 d라 하고 쌍안정 액정 물질의 유전율 이방성 값을 Δn이라 할 때, Δn×d가 100㎚에서 200㎚ 사이 또는 1850㎚에서 1950㎚ 사이가 되도록 하는것이 바람직하다.
그러면 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 따른 액정 표시 장치의 구조에 대하여 설명한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 액정 표시 장치의 단면도이다.
본 발명에 따른 액정 표시 장치는 2장의 투명한 기판(11, 12), 반투과 반사판(30), 2장의 편광판(21, 22), 광원(41)과 도광판(42)을 포함하는 후광부(40), 쌍안정 액정 물질(50) 및 밀봉재(60) 등으로 이루어진다.
투명한 상부 기판(11)과 하부 기판(12)이 일정한 간격을 유지하면서 마주보고 있고, 이들 두 기판(11, 12) 사이에는 쌍안정 액정 물질(50)이 주입되어 밀봉재(60)에 의하여 밀봉되어 있다. 상부 기판(11)과 하부 기판(12)에는 도시하지는 않았으나 액정 물질(50)에 일정한 구동 전압을 인가할 수 있는 전극이 형성되어 있다.
상부 기판(11)의 위와 하부 기판(12)의 아래에는 각각 상부 편광판(21)과 하부 편광판(22)이 부착되어 있고, 하부 편광판(22)의 아래에는 빛의 일부는 투과시키고 나머지 일부는 반사시킬 수 있는 반투과 반사판(30)이 배치되어 있다. 이 때, 상부 편광판(21)과 하부 편광판(22)의 편광 방향은 서로 직교하도록 배치하거나 서로 평행하도록 배치할 수 있다.
반투과 반사판(30)의 아래에는 빛을 생성하여 공급할 수 있는 후광부(40)가 배치되어 있다. 이 때, 후광부(40)는 빛을 발생시키는 광원(41)과 광원(41)으로부터 빛을 받아 분산시켜 액정 표시 화면 전체로 빛을 발산시키는 도광판(42)으로 이루어져 있다.
이러한 구조의 액정 표시 장치는 외부의 빛이 강할 때에는 광원(41)을 끄고 반투과 반사판(30)에 의하여 반사되는 빛만으로 화상을 표시하고, 외부의 빛이 약할 때에는 광원(41)을 켜서 반투과 반사판(30)을 투과하여 나오는 빛을 이용하여 화상을 표시한다. 따라서 전력 소비를 감소시키면서 주위가 어두운 상태에서도 사용할 수 있는 투과와 반사 겸용 액정 표시 장치를 얻을 수 있다.
그러면 쌍안정 액정 물지의 성질을 살펴보고 그 성질을 이용하여 화상을 표시하는 원리를 알아본다.
도 2는 쌍안정 액정 표시 장치의 구동 원리를 나타내는 모식도이다.
쌍안정 액정 셀은 네마틱 액정에 카이랄 물질을 첨가하여 원하는 꼬임각을 갖도록 한 액정 표시 소자로서 동작 원리는 다음과 같다.
도 2의 초기 상태도와 같이, 전압을 인가하지 않은 상태에서 꼬임각 ψ가 180°가 되도록 액정 분자가 배향되어 있다.
이러한 초기 상태에 전압을 인가하면 액정 분자가 전계 방향으로 서게 되며, 이 때의 전압을 Freedericksz 전압이라 한다. Freedericksz 전압 이상의 리셋 전압(Vr)을 인가하면, 도 2의 리셋 상태(reset state)도 와 같이, 셀의 중앙 부분의 액정 분자가 기판 면에 대해 거의 90°로 서게 되는 리셋 상태가 된다.
이러한 리셋 상태에서 다음에 인가해 주는 선택(selection) 전압(Vs)의 크기에 따라, 도 2의 준안정 상태도에 나타난 바와 같이 서로 다른 두 가지의 준안정 상태를 가지게 된다. 이 때, 두 가지 준안정 상태 중의 하나를 선택하기 위한 경계가 되는 전압을 임계 전압(Vc)이라 한다. 리셋 전압을 제거하면 액정 분자들은 일어설 때의 방향과 반대 방향으로 눕게 된다. 이 때, Vc보다 큰 선택 전압을 인가하면 액정 분자들은 선택 전압에 의해 셀 표면에 대해 90°로 다시 서게 되고, 선택 전압을 제거하면 일어설 때의 방향으로 눕게 되며 전체 꼬임각이 ψ-180°(0°)인 준안정 상태로 전이하게 된다. 반면, Vc보다 작은 선택 전압을 인가하면 액정 분자의 운동에 영향을 주지 못해 액정 분자는 그대로 운동을 계속해 꼬임각이 ψ+180°(360°)인 준안정 상태로 전이하게된다.
이렇게 선택된 두 가지의 준안정 상태는 오랜 시간 그 상태를 유지하게 되는 메모리 효과를 가진다. 즉, Freedericksz 전이 후에 어느 쪽의 준안정 상태를 유지하는 지는 리셋 펄스 후 인가하는 선택 펄스의 파형에 의존하며, 선택된 준안정 상태는 어느 쪽이나 전이된 상태를 오랜 시간 유지하게 된다. 또한, 두 가지 준안정 상태를 빠른 속도로 스위칭할 수 있기 때문에 응답 속도가 매우 빠르다.
이 때, 두 가지 준안정 상태 중의 어느 하나는 명상태(white mode)가 되고 나머지 하나는 암상태(black mode)가 되도록 피치(pitch : Δn·d)를 조정하면 화상을 표시할 수 있게 된다.
그러면 피치에 따른 투과율과 대비비(contrast ratio)의 변화를 도면을 참고로 하여 설명한다.
도 3은 피치 변화에 따른 쌍안정 상태 각각의 투과율 변화를 나타내는 그래프이고, 도 4는 피치 변화에 따른 쌍안정 액정 표시 장치의 대비비의 변화를 나타내는 도면이다.
도 3을 보면, 점선으로 표시된 0°준안정 상태의 투과율이 실선으로 표시된 360°준안정 상태의 투과율에 비하여 빨리 상승하여 피치가 약 275㎚인 지점에서 첫 번째 최고의 투과율을 나타내고 피치가 약 550㎚인 지점에서 첫 번째 최저 투과율을 나타낸 후 같은 주기로 등락을 반복한다. 360°준안정 상태의 투과율은 0°준안정 상태의 투과율보다 느리게 상승하여 피치가 약 825㎚인 지점에서 첫 번째 최고의 투과율을 나타내고 피치가 약 1270㎚인 지점에서 첫 번째 최저의 투과율을 나타낸 후 0°준안정 상태의 투과율보다 큰 주기로 등락을 반복한다.
도 4는 대비비를 나타낸 도면으로 점선으로 표시된 곡선은 360°준안정 상태의 투과율에 대한 0°준안정 상태의 투과율의 비를 나타내고, 실선으로 표시된 곡선은 0°준안정 상태의 투과율에 대한 360°준안정 상태의 투과율의 비를 나타내는 것이다.
우수한 액정 표시 장치가 되기 위해서는 대비비가 높고, 명상태의 투과율이 높아야 한다. 여기서 360°준안정 상태를 암상태로 사용하고 0°준안정 상태를 명상태로 사용한다면 액정 표시 장치에 적용할 수 있는 피치로는 100㎚ 내지 300㎚ 사이, 1200㎚ 내지 1300㎚ 사이 및 1850㎚ 내지 1950㎚ 사이의 영역이 적절할 것이고, 반대로 0°준안정 상태를 암상태로 사용하고 360°준안정 상태를 명상태로 사용한다면 500㎚ 내지 600㎚ 사이, 1050㎚ 내지 1150㎚ 사이 및 1600㎚ 내지 1700㎚ 사이의 영역이 적절할 것이다.
그런데 반사 모드와 투과 모드를 모두 가지는 액정 표시 장치에 적용하기 위해서는 반사 모드와 투과 모드를 동시에 고려한 피치(Δn·d)를 선택하여야 한다.따라서 360°준안정 상태를 암상태로 사용하고 0°준안정 상태를 명상태로 사용함과 함께 피치가 100㎚ 내지 200㎚ 사이 또는 1850㎚ 내지 1950㎚ 사이의 값을 가지도록 하는 것이 적절하다.
이상과 같은 투과형과 반사형을 겸할 수 있는 액정 표시 장치는 소비 전력이 적고 주위가 어두운 상태에서도 사용할 수 있는 장점을 가진다.

Claims (4)

  1. 투명한 제1 기판,
    상기 제1 기판의 하부에 위치되어 상기 제1 기판과 마주보고 있으며 일정한 간격을 유지하고 있는 투명한 제2 기판,
    상기 제1 기판과 상기 제2 기판 사이에 주입되어 있는 쌍안정 액정 물질,
    상기 제2 기판의 하부에 위치되어 있는 반투과 반사판,
    상기 반투과 반사판의 하부에 위치되어 있는 도광판과 상기 도광판에 빛을 제공할 수 있는 광원을 포함하는 후광부
    를 포함하는 액정 표시 장치.
  2. 제1항에서,
    상기 제1 기판의 상부에 위치되어 있는 제1 편광판과 상기 제2 기판과 상기 반투과 반사판의 사이에 위치되어 있는 제2 편광판을 더 포함하는 액정 표시 장치.
  3. 제2항에서,
    상기 제1 기판과 상기 제2 기판 사이의 간격을 d라 하고 상기 쌍안정 액정 물질의 유전율 이방성 값을 Δn이라 할 때, Δn×d가 100㎚에서 200㎚ 사이인 액정 표시 장치.
  4. 제2항에서,
    상기 제1 기판과 상기 제2 기판 사이의 간격을 d라 하고 상기 쌍안정 액정 물질의 유전율 이방성 값을 Δn이라 할 때, Δn×d가 1850㎚에서 1950㎚ 사이인 액정 표시 장치.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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