KR100346375B1 - 액정표시소자 - Google Patents

Abstract

목적 : 쌍안정 특성을 갖는 BTN(bistable twisted nematic) 액정표시소자에 관한 것으로서, 특히 휘도와 콘트라스트를 동시에 향상시킬 수 있도록 한다.

구성 : 액정 셀(4)의 한쪽 면에 오프 상태의 전 영역에서 광 투과율을 제로로 만드는 위상차 보상필름(10)을 설치하고, 액정 셀 및 위상차 보상필름의 외부에 액정층의 배향 방향에 대하여 45도로 위치한 편광판(8)(8′)을 부착하여 액정표시소자를 구성한다. 여기서 위상차 보상필름은 오프 상태에서 액정 셀의 액정층에 대하여 트위스트 값과 방향이 반대이고, 그 액정층과 접하는 면에서 디렉터의 차이가 90도인 것을 사용한다.

효과 : 오프 상태의 광 투과율 및 콘트라스트를 고려할 필요가 없이, 액정의 위상지연값이 최소이면서 온 상태에서 최대 광 투과율을 선정하게 되므로, 고 휘도와 고 콘트라스트를 동시에 향상시킬 수 있다.

Description

액정표시소자{Liquid crystal display}

본 발명은 쌍안정 특성을 갖는 BTN(bistable twisted nematic) 액정표시소자에 관한 것으로서, 특히 위상차 보상수단을 이용하여 휘도와 콘트라스트를 동시에 향상시킬 수 있도록 한 액정표시소자에 관한 것이다.

액정표시소자는 시각정보에 대한 다양화와 미래형 디스플레이로서의 역할을 견지하기 위해 대용량화, 고화질화, 저소비전력화가 추구되고 있다.

이러한 노력의 일환으로 TFT(thin film transistor) 액정표시소자와 달리 제조가 간단하고, STN(super twisted nematic) 액정표시소자의 기술을 그대로 이용하면서도 저전력 동작과 동화상 구현이 가능하며 콘트라스트 비가 높고 쌍안정 특성을 갖는 BTN 액정표시소자가 US PAT. 5,594,464호 및 US PAT. 4,239,345호, 그리고 한국광학회지 제 8권 제 3호(1997월 6월)에 소개되어 있다.

여기에 소개된 BTN 액정표시소자는 네마틱 액정에 카이랄 도판트(chiral dopant)를 첨가하여 원하는 트위스트 각을 갖도록 한 것이며, 2종류의 준안정 상태로 전이되는 쌍안정 특성을 갖추어 그레이레벨의 표현이 가능하고, 트위스트 각이 커서 시야각이 광대역함은 물론 콘트라스트비가 높고, 저전력에 의한 구동이 가능하며, 스위칭속도가 빨라 동화상 구현이 가능하다.

BTN 액정표시소자의 구조는 도 2에 도시한 바와 같이, 서로 대향된 한 쌍의 기판(2)(2′)위에 적어도 투명전극과 배향막을 형성하여 셀(4)을 만들고, 상기 배향막을 서로 반대 방향으로 러빙하여서 액정의 트위스트 각이 180도가 되도록 한 상태에서 카이랄 도판트가 첨가된 네막틱 액정(6)을 주입한 것이며, 상기 기판(2)(2′)의 외부에 상호 교차된 편광판(8)(8′)을 부착하여 이루어진다. 편광판(8)(8′)은 액정의 배향 방향에 대하여 45도의 각도로 되어 있다.

이렇게 구성된 BTN 액정표시소자는 리세트(reset) 전압인 고전압을 인가할 때 수직으로 서게되며, 다시 구동 전압을 인가할 때 0도 혹은 360도로 전이되는 액정의 쌍안정 특성을 이용하여 온/오프 상태로 화상을 표시한다.

그러나 종래의 BTN 액정표시소자를 보면 최적의 광학적 특성을 구현하지 못하는 문제점이 있는데, 이것은 온/오프 상태의 광학 투과율을 비교하여 콘트라스트 비가 최대로 되는 값을 찾은 후에, 이것을 액정의 위상지연값(Δnd)이 최소로 되는 상태에서 적합한 타협점을 찾아 선정함에 따른 것이다.

예를 들어 종래의 BTN 액정표시소자에서 투과율과 콘트라스트 비를 도 3 및 도 4를 통하여 설명하면 다음과 같다. 도면은 중심 파장 550㎚에서 액정의 위상지연값이 변화할 때, 온/오프 상태의 투과율 및 콘트라스트 비를 각각 나타내고 있다.

콘트라스트 비를 고려하지 않고 고 휘도 화상을 구현하고자 한다면, 도 3에서와 같이 온 상태에서 투과율이 1이 되는 275㎚의 위상지연값을 선정하는 것이 좋지만, 이 경우에는 오프 상태에서 누광이 발생하여 도 4와 같이 온/오프 상태의 콘트라스트 비가 27.1:1로 나빠지는 문제점이 있다.

또 고 콘트라스트 비를 구현하기 위해서는 온 상태 및 오프 상태의 투과율이 최소이고 액정의 위상지연값이 300㎚ 이하의 조건으로, 100㎚의 위상지연값을 선정할 수 있지만, 이 경우에는 콘트라스트 비가 500:1로 좋은 반면 온 상태에서 광 투과율이 적은 문제점이 있다.

이에 따라 종래에는 휘도와 콘트라스트 비를 서로 상충하여 액정표시소자의 용도에 맞추어 광학특성을 적절하게 선정하고 있으며, 보편적으로는 위상지연값이 230㎚이고 콘트라스트 비가 51:1이며 투과율이 0.93537인 상태에서 타협점을 찾아광학특성을 정하고 있는 실정이다.

이에 따라 본 발명에서는 앞서 설명한 종래 기술의 문제점을 해소하기 위한 것으로, 휘도와 콘트라스트 비의 두가지 특성을 동시에 향상시킬 수 있도록 함에 그 목적을 두고 있다.

상기 목적을 실현하기 위하여 본 발명에서는 오프 상태의 전 영역에서 광 투과율을 제로(zero)로 만드는 위상차 보상수단을 채용하므로, 온 상태에서 최대의 광 투과율을 갖는 액정의 위상지연값을 선정하면서도 고 콘트라스트 비를 얻을 수 있도록 한 액정표시소자를 제공한다.

여기서 위상차 보상수단은 오프 상태에서 액정 셀의 액정층에 대하여 트위스트 값과 방향이 반대이고, 그 액정층과 접하는 면에서 디렉터(director)의 차이가 90도로 되는 보상 필름 혹은 보상 셀이다.

이에 따라 본 발명의 액정표시소자는 오프 상태의 광 투과율 및 콘트라스트를 고려할 필요 없이, 액정의 위상지연값이 최소이면서 온 상태에서 최대 광 투과율을 선정하는 것으로, 고 휘도와 고 콘트라스트를 동시에 향상시킬 수 있는 것이며, 이 경우에 액정의 위상지연값은 275㎚인 상태가 된다.

도 1은 본 발명에 의한 액정표시소자를 보인 단면도.

도 2는 종래 공지된 액정표시소자를 보인 단면도.

도 3은 종래 공지된 액정표시소자의 투과율을 보인 도면.

도 4는 종래 공지된 액정표시소자의 콘트라스트를 보인 도면.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

2,2′-기판4-액정 셀

6-액정층8,8′-편광판

10-위상차 보상수단

이하, 본 발명을 실현하기 위한 바람직한 실시예를 첨부 도면에 의거하여 보다 상세하게 설명한다. 참고로 본 발명을 설명함에 있어 종래 기술에서 인용한 도면에서와 같은 구성에 대하여는 동일 부호를 부여하기로 한다.

도 1은 본 발명의 BTN 액정표시소자를 보여주고 있다.

도면에서와 같이 본 발명의 BTN 액정표시소자는 액정 셀(4)과 편광판(8)(8′)의 사이에, 상기 액정 셀(4)의 오프 상태에서 광 투과율을 제로로 만드는 위상차 보상수단(10)을 더 부가하고 있다.

액정 셀(4)은 한 쌍의 기판(2)(2′) 내측에 투명전극, 절연막 및 배향막을 차례로 형성하고, 트위스트 각이 180도로 된 액정층(6)을 얻기 위해 상, 하의 배향막을 서로 반대 방향으로 러빙하여 액정을 주입한 것이고, 편광판(8)(8′)은 상호 교차 배열된 것으로 액정층(6)의 배향 방향에 대하여 45도 만큼 차이로 배치한 것이다.

여기서 본 발명의 위상차 보상수단(10)은 오프 상태에서 액정층(6)을 통하여 누광 및 투과되는 광을 완전히 차단하기 위하여, 상기 액정 셀(6)에 대하여 트위스트 각과 방향이 반대이고, 액정층(6)과 접하는 면에서 디렉터의 차이가 90도로 된 것을 사용한다.

이러한 위상차 보상수단(10)은 고분자 액정(Liquid crystalline polymer)을 사용하는 보상필름 혹은 액정 셀과 같은 구성이지만 구동하지 않는 보상 셀로 구성할 수 있다.

보상필름의 트위스트 각 및 방향은 러빙에 의해 실현될 수 있으며, 보상 셀의 경우에는 액정 셀과 마찬가지로 배향막에 의해 정의할 수 있다.

이렇게 구성된 본 발명의 BTN 액정표시소자는 액정 셀(4)의 전계 오프 상태에서 전체 영역의 광 투과율을 제로의 상태로 만들게 되므로, 광학특성을 선정할 경우에 오프 상태의 광 투과율 및 콘트라스트를 고려할 필요 없이, 액정의 위상지연값이 최소이면서 온 상태에서 최대 광 투과율을 선정할 수 있도록 한다.

이러한 작용을 도 3에 의거하여 설명하면, 오프 상태에서는 광 투과율이 "0.0"인 상태를 나타내는 것이며, 온 상태에서는 550㎚의 주기로 변하는 곡선을 나타내게 된다.

따라서 본 발명의 BTN 액정표시소자는 온/오프 상태의 광 투과율을 비교할 필요가 없으며, 온 상태에서 최대의 광 투과율이 나타날 때 최대의 콘트라스트 비를 얻을 수 있는 것이므로, 그 때의 액정 위상지연값인 275㎚에서 고 휘도 및 고 콘트라스트 비를 갖는 최적의 광학적 특성을 얻을 수 있다.

이상에서 설명한 구성 및 작용을 통하여 알 수 있듯이, 본 발명에 의한 액정표시소자는 위상차 보상수단을 채용하여, 전계 오프 상태에서의 전 영역에서 광 투과율을 완전히 차단하고 콘트라스트 비를 최대가 되게 하므로, 종래 기술의 문제점을 실질적으로 해소하고 있다.

즉 본 발명에 의하면 고 휘도와 고 콘트라스트를 동시에 실현할 수 있는 것이며, 그 결과로 고품질의 표시소자를 얻을 수 있다.

Claims (8)

1. 서로 대향된 기판 내측에 적어도 투명전극과 배향막을 형성하고 그 사이에 액정층을 형성하여서 된 액정 셀과;

   상기 액정 셀의 한쪽 면에 설치되는 것으로 상기 액정층의 오프 상태에서 액정층을 통하여 누광 및 투과되는 광을 차단하기 위하여, 액정을 사용한 보상층으로 이루어지고, 상기 보상층의 트위스트 각의 방향이 상기 액정층의 트위스트 각의 방향과 반대이며, 상기 보상층과 액정층이 인접하는 면에서의 액정 디렉터가 서로 90도로 이루어진 위상차 보상수단; 및

   상기 액정 셀 및 위상차 보상수단의 외부 면에 설치되는 편광판;을 포함하여 된 것을 특징으로 하는 액정표시소자.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 액정층의 트위스트 각이 180도 인 것을 특징으로 하는 액정표시소자.
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 편광판이 액정층의 배향 방향에 대하여 45도 만큼 차이를 갖고 위치한 것을 특징으로 하는 액정표시소자.
4. 제 3 항에 있어서,

   상기 한 쌍의 편광판이 상호 교차 배열된 것을 특징으로 하는 액정표시소자.
5. 삭제
6. 제 1 항에 있어서,

   상기 위상차 보상수단이 고분자 액정으로 된 보상필름인 것을 특징으로 하는 액정표시소자.
7. 삭제
8. 제 1 항에 있어서,

   상기 액정층의 위상지연값이 275㎚인 것을 특징으로 하는 액정표시소자.