KR100671518B1 - 반사형 액정표시장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 화면품위를 개선하고 광시야각 특성을 향상시킬 수 있는 반사형 액정표시장치에 관해 개시한 것으로서, TFT가 구비된 하부기판과, 하부기판과 대향 배치된 상부기판과, 양기판 사이에 개재된 액정층과, 상부기판의 외측면 상에 배치되며, 선편광을 원편광으로 변환시키는 위상필름과, 상부기판과 상기 위상필름 사이에 개재되며 전압 인가시 액정분자 형태에 의해 발생되는 양의 위상변화값을 보상하기 위한 보상필름과, 위상필름 상에 배치되며 외부로부터 입사된 자연광을 선편광으로 변환시키는 편광판을 포함하고,

액정층은 트위스트각이 53°인 트위스트 네마틱 액정이며, 위상지연값은 0.198±0.023이며,

보상필름의 위상지연값은 20∼180nm이고,

보상필름의 굴절율 nx,ny,nz은 nz≤ny=nx 및 nz≤ny≤nx 중 어느 하나의 관계를 만족시킨다.

Description

반사형 액정표시장치{REFLECTIVE TYPE LIQUID CRYSTAL DISPLAY}

도 1은 종래의 반사형 액정표시장치를 개략적으로 도시한 단면도.

도 2는 종래 기술에 따른 문제점을 설명하기 위한 도면.

도 3은 본 발명에 따른 반사형 액정표시장치를 개략적으로 도시한 단면도.

도 4는 음의 위상지연값을 가지는 보상필름의 굴절률값을 나타낸 도면.

도 5a 내지 도 5f는 보상필름의 위상지연값의 변화에 따른 다크 상태의 변화를 도시한 도면.

도 6a 내지 도 6f는 보상필름의 위상지연값의 변화에 따른 브라이트 상태의 변화를 도시한 도면.

도 7a 내지 도 7f는 보상필름의 위상지연값의 변화에 따른 콘트라스트의 변화를 도시한 도면.

본 발명은 액정표시소자에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 화면품위를 개선하고 광시야각 특성을 향상시킬 수 있는 반사형 액정표시장치에 관한 것이다.

외부로부터 들어오는 입사광을 표시용 광원으로서 사용하여 그 속에 구비된 반사판으로써 반사하는 반사형 액정표시장치가 알려져 있다. 이러한 반사형 액정표시장치는 광원으로서 백라이트를 필요로 하지 않는다. 그러므로, 반사형 액정표시장치는 투과형 액정표시장치에 비해 전력소비를 더울 줄일 수 있고 더 얇게 될 수 있고, 그래서 휴대전화 등에 사용된다.

상술한 종래의 반사형 액정표시장치는, 도 1에 도시된 바와 같이, 하부기판(1), 반사전극(2), 액정층(6), 상부기판(3), 위상필름(4), 편광판(5)을 포함하며, 이러한 각각의 구성요소들이 차례로 적층된 구조를 가진다.

또한, 상기 구조를 가진 종래의 반사형 액정표시장치에 사용되는 액정의 상(phase)은 네마틱 (nematic) 등이 있으며, 액정분자배열은 모든 액정분자가 양쪽 기판면에 대하여 거의 평행으로 배열되어 있으나, 그 배열 방위가 소정의 각도로 연속적으로 비틀어져 있는 형태이다.

상기 트위스트 네마틱 모드를 채택하고 있는 반사형 액정표시장치의 광학적 성질에 따른 표시 구현은 다음과 같다.

전압 무인가시, 편광판을 통과하면서 선편광된 빛은 위상필름을 통과해 원형편광, 예컨데, 좌원편광으로 바뀌고, 이 빛은 액정층을 통과하면서 다시 선형편광으로 바뀌어 반사전극에서 반사되며, 이렇게 반사전극에서 반사된 선편광의 빛은 액정층을 통과하면서 좌원편광으로 바뀐 후, 위상필름을 통과하여 편광 방향이 편광판의 편광축에 평행한 선편광으로 변형되어 편광판을 통과하며, 이에 따라, 화이트(white)의 상태가 구현된다.

전압 인가시, 편광판과 위상필름을 통과하여 좌원편광으로 변환된 빛은 아무 런 변화없이 액정층을 그대로 통과하여 반사전극에서 반사되어 우원편광으로 바뀌며, 다시 액정층과 위상필름을 통과하여 편광 방향이 편광판의 편광축과 수직인 선편광으로 변형되어 편광판을 통과하지 못하게 되며, 이에 따라, 다크(dark) 상태가 구현된다.

한편, 상기와 같은 반사형 액정표시장치에 있어서, 좋은 표시화면은 각 구성요소의 특성 값을 어떻게 최적화시키는가에 좌우된다. 즉, 반사형 액정표시장치에서의 효율적인 반사율 증대를 위해서는 편광판의 투과축 각도, 위상필름의 광학 특성, 액정층의 두께(d), 액정층의 위상지연값(dΔn), 액정의 트위스트 각, 배향막의 배향각도, 및 반사판의 특성 등이 최적화되어야 한다.

도 2는 종래 기술에 따른 트위스트 네마틱 모드의 반사형 액정표시장치의 문제점을 설명하기 위한 도면이다. 도 2는 다크 상태에서의 액정의 배열상태를 보인 도면으로서, 전압이 인가될때 액정분자(b)들의 배열 형태와 이들의 평균 디텍터에 의해 나타나는 광축(a)을 도시한 것이다.

그러나, 종래기술에서는, 전압을 인가할 경우, 도 2에 도시된 바와 같이, 액정분자(b)의 형태가 수직방향으로 변화하여 액정층 내의 광축(a)은 Z방향을 향하게 된다. 이때, 보는 사람의 시야각이 변화하면 그 각도에 따른 위상변화가 발생하여 원하는 위상지연값에 도달하지 못하게 된다. 따라서, 시야각 변화에 따른 위상변화가 발생함으로써, 콘트라스트가 저하되고 광시야각 특성의 구현이 어려운 문제점이 있었다.

이에 본 발명은 상기 종래의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 시야각의 변화에 따라 발생하는 위상변화값을 광학적으로 보상함으로써, 콘트라스트 및 광시야각 특성을 향상시킬 수 있는 반사형 액정표시장치를 제공함에 그 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 반사형 액정표시장치는 TFT가 구비된 하부기판과, 하부기판과 대향 배치된 상부기판과, 양기판 사이에 개재된 액정층과, 상부기판의 외측면 상에 배치되며, 선편광을 원편광으로 변환시키는 위상필름과, 상부기판과 상기 위상필름 사이에 개재되며 전압 인가시 액정분자 형태에 의해 발생되는 양의 위상변화값을 보상하기 위한 보상필름과, 위상필름 상에 배치되며 외부로부터 입사된 자연광을 선편광으로 변환시키는 편광판을 포함하고,

액정층은 트위스트각이 53°인 트위스트 네마틱 액정이며, 위상지연값은 0.198±0.023이며,

보상필름의 위상지연값은 20∼180nm이고,

보상필름의 굴절율 nx,ny,nz은 nz≤ny=nx 및 nz≤ny≤nx 중 어느 하나의 관계를 만족시키는 것을 특징으로 한다.

이때, 상기 액정층은 트위스트각이 53°인 트위스트 네마틱 액정이며, 위상지연값은 0.198±0.023을 가진다.

본 발명에 따른 반사형 액정표시장치는 TFT가 구비된 하부기판과, 하부기판과 대향 배치된 상부기판과, 양기판 사이에 개재된 액정층과, 상부기판의 외측면 상에 배치되며 선편광을 원편광으로 변환시키는 위상필름과, 상부기판과 위상필름 사이에 개재되며 전압 인가시 액정분자 형태에 의해 발생되는 양의 위상변화값을 보상하기 위한 보상필름과, 위상필름 상에 배치되며 외부로부터 입사된 자연광을 선편광으로 변환시키는 편광판을 포함하고,

보상필름의 위상지연값은 20∼180nm이며,

보상필름의 굴절율 nx,ny,nz은 nz≤ny=nx 및 nz≤ny≤nx 중 어느 하나의 관계를 만족시키는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 액정층은 트위스트각이 60°인 트위스트 네마틱 액정이며, 위상지연값은 0.256±0.023을 가진다.

본 발명에 따른 반사형 액정표시장치는 TFT가 구비된 하부기판과, 하부기판과 대향 배치된 상부기판과, 양기판 사이에 개재된 액정층과, 상부기판의 외측면 상에 배치되며 선편광을 원편광으로 변환시키는 위상필름과, 상부기판과 위상필름 사이에 개재되며 전압 인가시 액정분자 형태에 의해 발생되는 양의 위상변화값을 보상하기 위한 보상필름과, 위상필름 상에 배치되며 외부로부터 입사된 자연광을 선편광으로 변환시키는 편광판을 포함하고,

보상필름의 위상지연값은 20∼180nm이며,

보상필름의 굴절율 nx,ny,nz은 nz≤ny=nx 및 nz≤ny≤nx 중 어느 하나의 관계를 만족시키는 것을 특징으로 한다.

이때, 상기 액정층은 트위스트각이 76°인 트위스트 네마틱 액정으로서, 위상지연값은 0.246±0.023을 가진다.

본 발명에 따르면, 구성요소들의 파라미터, 특히 액정층의 트위스트각 및 그에 따른 위상지연값를 적절하게 변경함으로써, 셀 갭의 공정 마진, 콘트라스트 및 광시야각 특성을 향상시키며, 또한 상부기판과 위상필름 사이에 양의 위상차 측성을 보상하기 위한 음의 위상차 특성을 지닌 보상필름을 추가함으로써, 시야각 변화에 따른 위상 변화를 보상할 수 있다.

(실시예)

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 3은 본 발명에 따른 반사형 액정표시장치를 설명하기 위한 도면이다.

본 발명에 따른 반사형 액정표시장치는, 도 3에 도시된 바와 같이, 반사층을 내포하는 TFT소자(12)가 구비된 하부기판(10)과, 상기 하부기판과 대향되는 상부기판(20)과, 상기 양기판 사이에 개재된 액정층(30)과, 상부기판(20)의 외측면 상에 배치되며, 선편광을 원편광으로 변환시키는 λ/4 위상필름(24)과, 상기 상부기판과 λ/4 위상필름(24) 사이에 개재되며, 전압 인가시 액정분자 형태에 의해 발생되는 양의 위상변화값을 보상하기 위한 보상필름(22)과, 4/λ위상필름(24) 상에 배치되며 외부로부터 입사된 자연광을 선편광으로 변환시키는 편광판(26)을 포함하여 구성된다.

본 발명의 반사형 액정표시장치는 상기 구성요소들의 파라미터 값을 조합함으로써 좋은 표시화면을 구현할 수 있는 최적의 셀 구성을 이룬다. 상기 최적의 셀을 구성하기 위한 파라미터로는 편광판의 투과축 각도, λ/4 위상필름을 구성하는 두 복굴절 필름의 광축각도, 액정층의 위상지연값 및 배향막의 배향각도 등 여러 요소를 들 수 있으며, 본 발명에서는 액정의 트위스트 각도 및 위상지연값을 변수로 하여 광학 실험을 수행하였고, 최적의 셀을 구성할 수 있는 구성요소들의 특성 값은 다음과 같다.

(실험 1)

액정층은 트위스트 네마틱 액정이고, 액정의 트위스트 각이 53°이며, 그리고, 액정의 위상지연값(dΔn)이 0.198±0.023㎛일 때, 셀 갭 마진이 높고, 콘트라스트비 및 색 특성이 우수한 반사형 액정표시장치가 얻어진다. 이때, 상기 Δn이 0.068인 액정을 사용할 경우 셀갭은 2.9㎛으로서 비교적 마진이 높다.

한편, 보상필름은 전압 인가시 액정분자 형태에 의해 발생되는 양의 위상변화값을 보상하기 위한 것으로서, 보상필름의 위상지연값은 20∼180nm 가지며, 특히, 위상지연값이 140nm일때 가장 우수한 다크 상태를 나타낸다.

(실험 2)

액정층은 트위스트 네마틱 액정이고, 액정의 트위스트 각이 60°이며, 그리고, 액정의 위상지연값(dΔn)이 0.256±0.023㎛일 때, 셀 갭 마진이 높고, 콘트라스트비 및 색 특성이 우수한 반사형 액정표시장치가 얻어진다. 이때, 상기 Δn이 0.068인 액정을 사용할 경우 셀갭은 3.7㎛으로서 비교적 마진이 높다.

한편, 보상필름은 전압 인가시 액정분자 형태에 의해 발생되는 양의 위상변화값을 보상하기 위한 것으로서, 위상지연값은 20∼180nm 가지며, 특히, 위상지연값이 140nm일때 가장 우수한 다크 상태를 나타낸다.

(실험 3)

액정층은 트위스트 네마틱 액정이고, 액정의 트위스트 각이 76°이며, 그리고, 액정의 위상지연값(dΔn)이 0.246±0.023㎛일 때, 셀 갭 마진이 높고, 콘트라스트비 및 색 특성이 우수한 반사형 액정표시장치가 얻어진다. 이때, 상기 Δn이 0.068인 액정을 사용할 경우 셀갭은 3.6㎛으로서 비교적 마진이 높다.

한편, 보상필름은 전압 인가시 액정분자 형태에 의해 발생되는 양의 위상변화값을 보상하기 위한 것으로서, 보상필름의 위상지연값은 20∼180nm 가지며, 특히, 위상지연값이 140nm일때 가장 우수한 광시야각 특성이 나타나는 것을 볼 수 있다. 이는 액정층의 위상지연값을 정확하게 보상해 줄 수 있는 수치이다.

도 4는 음의 위상지연값을 가지는 보상필름(22)의 굴절률 nx,ny,nz의 관계를 광학적 시뮬레이션을 통해 보인 도면이다.

보상필름(22)의 굴절율 nx,ny,nz은, 도 4에 도시된 바와 같이, 수직축의 굴절율 nz값은 수평축의 굴절률 nx 및 ny보다 작거나 같고, 두축 nx,ny는 같거나 또는 ny가 nx보다 작은 값을 가진다.

도 5a 내지 도 5f, 6a 내지 도 6f 및 7a 내지 도 7f는 보상필름(22)의 위상지연값을 0nm, 20nm,60nm,100nm,140nm, 180nm로 바꿔감에 따라 달라지는 각각의 다크, 브라이트(bright) 및 콘트라스트의 결과를 보인 도면이다.

도 5a 내지 도 5f는 보상필름(22)의 위상지연값의 변화에 따른 다크 상태의 변화를 도시한 도면으로서, 보상필름(22)의 위상지연값을 0nm, 20nm,60nm,100nm,140nm, 180nm로 바꿔감에 따라 평균시야각이 28°,30°,36°,44 °,59°,42°로 각각 달라지는 것을 알 수 있다.

또한, 도 6a 내지 도 6f는 보상필름(22)의 위상지연값의 변화에 따른 브라이트(bright) 상태의 변화를 도시한 도면으로서, 보상필름(22)의 위상지연값을 0nm, 20nm,60nm,100nm,140nm, 180nm로 바꿔감에 따라 달라지는 브라이트 상태의 변화를 보였다.

한편, 도 7a 내지 도 7f는 보상필름(22)의 위상지연값의 변화에 따른 콘트라스트의 변화를 도시한 도면으로서, 보상필름(22)의 위상지연값을 0nm, 20nm,60nm,100nm,140nm, 180nm로 바꿔감에 따라 평균시야각이 34°,36°,39°,48°,52°, 40°로 각각 달라지는 것을 알 수 있다.

이상의 도 5a 내지 도 5f, 도 6a 내지 도 6f 및 도 7a 내지 도 7f를 통해, 보상필름(22)의 위상지연값이 140nm일 경우 가장 우수한 시야각 특성이 나타남을 알 수 있다. 이는 액정층의 위상지연값을 정확하게 보상해주는 수치이다.

본 발명에 따르면, 상부기판과 위상필름 사이에 음의 위상차 특성을 갖는 보상필름을 개재시킴으로써, 전압 인가 시 액정의 배열이 수직 형태로 이루어질 때 Z축 방향으로 나타나는 양의 위상차 특성을 보상한다.

이상에서와 같이, 본 발명은 상부기판과 위상필름 사이에 음의 위상차 특성을 갖는 보상필름을 추가함으로써, 시야각 변화에 따른 위상 변화를 보상할 수 있다. 따라서, 광시야각 특성이 향상된다.

또한, 본 발명에서는 구성요소들의 파라미터, 특히 액정층의 트위스트각 및 그에 따른 위상지연값를 적절하게 변경함으로써, 셀 갭의 공정 마진, 콘트라스트 및 광시야각 특성을 향상시킬 수 있다.

기타, 본 발명은 그 요지를 일탈하지 않는 범위에서 다양하게 변경하여 실시할 수 있다.

Claims (6)

1. TFT가 구비된 하부기판과,

   상기 하부기판과 대향 배치된 상부기판과,

   상기 양기판 사이에 개재된 액정층과,

   상기 상부기판의 외측면 상에 배치되며, 선편광을 원편광으로 변환시키는 위상필름과,

   상기 상부기판과 상기 위상필름 사이에 개재되며, 전압 인가시 액정분자 형태에 의해 발생되는 양의 위상변화값을 보상하기 위한 보상필름과,

   상기 위상필름 상에 배치되며, 외부로부터 입사된 자연광을 선편광으로 변환시키는 편광판을 포함하고,

   상기 액정층은 트위스트각이 53°인 트위스트 네마틱 액정이며, 위상지연값은 0.198±0.023이며,

   상기 보상필름의 위상지연값은 20∼180nm이고,

   상기 보상필름의 굴절율 nx,ny,nz은 nz≤ny=nx 및 nz≤ny≤nx 중 어느 하나의 관계를 만족시키는 것을 특징으로 하는 반사형 액정표시장치.
2. 삭제
3. 삭제
4. TFT가 구비된 하부기판과,

   상기 하부기판과 대향 배치된 상부기판과,

   상기 양기판 사이에 개재된 액정층과,

   상기 상부기판의 외측면 상에 배치되며, 선편광을 원편광으로 변환시키는 위상필름과,

   상기 상부기판과 상기 위상필름 사이에 개재되며, 전압 인가시 액정분자 형태에 의해 발생되는 양의 위상변화값을 보상하기 위한 보상필름과,

   상기 위상필름 상에 배치되며, 외부로부터 입사된 자연광을 선편광으로 변환시키는 편광판을 포함하고,

   상기 액정층은 트위스트각이 60°인 트위스트 네마틱 액정이며, 위상지연값은 0.256±0.023이며,

   상기 보상필름의 위상지연값은 20∼180nm이며,

   상기 보상필름의 굴절율 nx,ny,nz은 nz≤ny=nx 및 nz≤ny≤nx 중 어느 하나의 관계를 만족시키는 것을 특징으로 하는 반사형 액정표시장치.
5. 삭제
6. TFT가 구비된 하부기판과,

   상기 하부기판과 대향 배치된 상부기판과,

   상기 양기판 사이에 개재된 액정층과,

   상기 상부기판의 외측면 상에 배치되며, 선편광을 원편광으로 변환시키는 위상필름과,

   상기 상부기판과 상기 위상필름 사이에 개재되며, 전압 인가시 액정분자 형태에 의해 발생되는 양의 위상변화값을 보상하기 위한 보상필름과,

   상기 위상필름 상에 배치되며, 외부로부터 입사된 자연광을 선편광으로 변환시키는 편광판을 포함하고,

   상기 액정층은 트위스트각이 76°인 트위스트 네마틱 액정으로서, 위상지연값은 0.246±0.023이며,

   상기 보상필름의 위상지연값은 20∼180nm이며,

   상기 보상필름의 굴절율 nx,ny,nz은 nz≤ny=nx 및 nz≤ny≤nx 중 어느 하나의 관계를 만족시키는 것을 특징으로 하는 반사형 액정표시장치.

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