KR100673716B1 - 단일갭형 반투과형 액정표시소자 - Google Patents

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Abstract

본 명은 단일갭으로 이루어진 반투과형 액정표시장치에 관한 것으로, 프린지 전기장을 이용한 액정 표시 장치에서 내장형 위상자를 이용해서 반사 영역과 투과 영역의 셀갭이 동일하며 두 영역 모두에서 화질이 우수하며 시야각 특성이 우수한 반투과형 액정표시장치를 제작할 수 있다.
반투과형 액정표시소자, 단일갭, 내장형 위상자, 프린지 전기장

Description

단일갭형 반투과형 액정표시소자 {Single Gap Transflective Liquid Crystal Display}
도 1a는 하부 기판의 단차를 이용한 반투과형 LCD.
도 1b는 상부 컬러 필터의 단차를 이용한 반투과형 LCD.
도 2는 제 1 실시예에 따른 NB 모드의 반투과형 LCD 단면도.
도 3a는 도 2의 반사 영역에서 광학 셀 구조도.
도 3b는 도 2의 투과 영역에서 광학 셀 구조도.
도 4는 도 2의 전압 인가에 따른 반사율 및 투과도 곡선.
도 5a는 도 2의 반사 영역에서 등 명암대비율 곡선.
도 5b는 도 2의 투과 영역에서 등 명암대비율 곡선.
도 6은 실시예 1의 반투과형 필름을 이용한 반투과형 LCD의 단면도.
도 7은 실시예 1의 상부에 전극을 위치 시킨 반투과형 LCD의 단면도.
도 8은 제 2 실시예에 따른 NB 모드의 반투과형 LCD 단면도.
도 9a는 도 7의 반사 영역에서 광학 셀 구조도.
도 9b는 도 7의 투과 영역에서 광학 셀 구조도.
도 10은 도 7의 전압 인가에 따른 반사율 및 투과도 곡선.
도 11a는 도 7의 반사 영역에서 등 명암대비율 곡선.
도 11b는 도 7의 투과 영역에서 등 명암대비율 곡선.
도 12는 실시예 2의 반투과형 필름을 이용한 반투과형 LCD의 단면도.
도 13은 실시예 2의 상부에 전극을 위치 시킨 반투과형 LCD의 단면도.
본 발명은 반투과형(transflective) 액정표시소자(liquid crystal display: 이하 LCD라 칭함)에 관한 것으로, 특히 내장형 위상자를 이용해서 투과 영역과 반사 영역에서 단일 셀갭을 가지는 반투과형 LCD에 관한 것이다.일반적으로 투과형 LCD는 화질은 우수 하지만 내부 광원을 사용하기 때문에 전력 소비가 크고 옥외 시인성이 매우 낮다. 그래서 이러한 단점을 개선하기 위해서 반사형 LCD가 제안되어졌다. 반사형 LCD는 외부 광원을 사용하기 때문에 전력 소비가 적고 옥외 시인성도 우수하다. 하지만 주변 광원의 세기가 약해지면 디스플레이 화질이 저하된다. 따라서 주변 환경에 따라 적절하게 선택하여 사용할 수 있는 장치의 필요성으로 반투과형 LCD가 제안되고 있다.도 1은 종래에 제안되어졌던 반투과형 LCD의 단면도이다. 도 1(a)는 하부 기판의 단차를 이용한 반투과형 LCD의 단면도이고, 도 1(b)는 상부 기판의 컬러 필터의 단차를 이용한 반투과형 LCD의 단면도이다. 도 1(a)에서 도시한 바와 같이, 상부 기판은 상부 편광판(1) 하부에 상부 유리 기판(2)이 놓여져 있으며, 상부 유리 기판(2) 아래에 컬러 필터(3)가 놓여져 있다. 하부 기판은 하부 편광판(8) 상부에 하부 유리 기판(7)이 놓여져 있으며, 하부 유리 기판(7) 위에 박 막 트랜지스터(9)가 놓여져 있으며, 박막 트랜지스터(9) 위에 절연체(10)가 놓여져 있으며, 절연체 (10) 위에 투명 전극(6)과 반사형 전극이(5) 놓여져 있다. 도 1(b)에서 도시한 바와 같이, 상부 기판은 상부 편광판(1) 하부에 상부 유리 기판(2)이 놓여져 있으며, 상부 유리 기판(2) 아래에 컬러 필터(3)가 놓여져 있다. 하부 기판은 하부 편광판 (8) 상부에 하부 유리 기판(7)이 놓여져 있으며, 하부 유리기판(7) 위에 박막 트랜지스터(9)가 놓여져 있으며, 박막 트랜지스터(9) 위에 절연체(10)가 놓여져 있으며, 절연체(10) 위에 투명 전극(6)과 반사형 전극이(5) 놓여져 있다. 따라서 기존의 반투과형 LCD는 반사 영역과 투과 영역의 이중 셀갭을 형성시키기 위해서 단차를 형성시켜야만한다. 이러한 단차를 형성할시 복잡한 제조 공정이 필요하고, 제조 비용도 증가한다.
이와는 달리 반사 영역과 투과 영역이 단일갭이며, 두 영역 모두에서 화질이우수한 프린지 전기장을 이용한 반투과형 LCD를 제작하는데 그 목적이 있다.
상기한 목적을 달성하기 위한, 본 발명은 패턴 되어 있는 내장형 위상자를 이용해서 반사 영역과 투과 영역에서 동일한 셀갭을 유지하면서 반사형 영역의 최적 광학 셀구조를 설정한 후, 투과형 영역의 최적 광학 셀구조를 제안하였다.
- 실시예 1 -
실시예 1은 액정 셀 하부에 패턴되어 있는 내장형 위상자를 포함하고 있는 프린지(fringe) 전기장을 이용한 단일갭의 반투과형 LCD이다. 이하, 첨부한 도면에 의거하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 자세히 설명하도록 한다.
도 2는 본 발명의 제 1실시예에 따른 초기 어둠 상태를 보이는 노멀리 블랙 (Normally Black : NB)모드 단일갭 반투과형 LCD의 단면도이다. 도시한 바와 같이, 하부 기판은 하부 편광판(10)위에 하부 유리 기판(9)이 위치하고, 그 위에 평면 전극(7,8)인 공통 전극이 존재한다. 공통 전극은 반사부와 투과부로 형성되어져 있으며, 반사부는 반사형 전극(8)으로 투과부는 투과형 전극(7)으로 되어져 있다. 평면 전극(7,8) 상부에는 반사 영역에서는 빛의 성분의 위상을 지연 시켜주고 투과 영역에서는 위상을 지연 시키지 않는 패턴 되어 있는 내장형 위상자(6)가 코팅되어있다. 한 평면상에 존재하는 내장형 위상자(6) 위쪽과 화소 전극(5) 아래에 절연체(4)가 놓여져 있으며, 절연체(4) 위에 존재하는 화소 전극은 격자 모양의 투명 전극으로 되어있다. 화소 전극(5)의 폭은 1～4㎛정도이고, 화소 전극간 간격은 1～6㎛정도이다. 상부 기판은 상부 편광판(1) 아래에 상부 유리 기판(2)이 존재하고, 상부 기판과 하부 기판 사이에 액정(3)이 위치한다.
삭제
도 3은 도 2의 광학 셀구조를 나타낸 것이다. 각도는 X축에 대해서 시계 반대 방향으로의 각을 의미한다. 도 3(a)는 반사 영역의 광학 셀구조이고 도 3(b)는 투과 영역의 광학 셀구조이다. 도 3(a)에서 도시한 바와 같이, X축에 대해서 상부 편광판(1)이 12°, 액정의 러빙 방향은 12°, 패턴 되어 있지 않은 내장형 위상자(6)가 57° 각각 틀어져 있고 반사형 전극(8)이 그 밑에 위치한다. 액정의 러빙 방향은 유전율 이방성이 음인 액정의 경우 1°～45°이며, 유전율 이방성이 양인 액정 경우 45°～90°이다. 도 3(b)에 도시한 바와 같이, X축에 대해서 상부 편광판(1)이 12°, 액정의 러빙 방향은 12°, 하부 편광판(10)이 102° 각각 틀어져 있다.
도 4는 도 2의 반투과형 LCD의 입사 파장이 550nm일 때, 전압 인가에 따른 반사율 및 투과율을 보이고 있다. 반사 영역과 투과 영역에서 모두 높은 광효율을 보이고 있다. 반사 및 투과 영역의 구동 전압은 각각 2.5V와 5.0V이다.
도 5는 도 2에 의한 반투과형 LCD의 반사 영역과 투과 영역의 시야각 특성을 나타낸다. 도 5(a)는 입사 파장이 550nm일 경우, 반사 영역의 시야각 특성을 나타낸 것으로써, 명암대비비(Contrast Ration: 이하, CR이라 한다)가 5이상인 영역은 상하, 좌우에서는 160°이지만, 100°대각선 방향에서는 50°이다. 도 5(b)는 투과 영역의 시야각 특성을 나타낸 것으로써, 거의 전 영역에서 CR이 10이상이다.
도 6은 실시예 1에서 하부 전극을 투과 영역에서는 투명 전극으로, 반사 영역에서 반사형 전극인 평면 전극 대신 평면 전극 전체를 투명 전극으로 구성하고 반투과형 필름을 이용한 단일갭 반투과형의 LCD의 단면도를 보여주고 있다. 하부 기판은 하부 편광판(10)위에 반투과형 필름(9)이 위치하며, 반투과형 필름(9) 상부에는 하부 유리 기판(8)이 위치한다. 하부 유리 기판(8) 상부에는 투명한 평면 전극(7)인 공통전극이 코팅되어있고, 그 위에는 반사 영역에서는 빛의 성분의 위상을 지연 시켜주고 투과 영역에서는 위상을 지연 시키지 않는 패턴 되어 있는 내장형 위상자(6)가 놓여져 있으며, 내장형 위상자(6) 위쪽과 화소 전극(5) 아래에 절연체(4)가 놓여져 있으며, 절연체(4) 위에 존재하는 화소 전극은 격자 모양의 투명 전극으로 되어있다. 화소 전극(5)의 폭은 1～4㎛정도이고, 화소 전극간 간격은 1～6㎛정도이다. 상부 기판은 상부 편광판(1) 아래에 상부 유리 기판(2)이 존재하고, 상부 기판과 하부 기판 사이에 액정(3)이 위치한다.
도 7은 실시예 1에서 하부에 위치한 투명한 평면 전극과 화소 전극을 상부 기판에 위치 시키고 하부 기판에 반투과형 필름을 이용한 단일갭 반투과형 LCD의 단면도를 보여주고 있다. 상부 기판은 상부 편광판(1) 하부에 상부 유리 기판(2)이 존재하며, 상부 유리 기판(2) 하부에는 투명한 평면 전극(3)이 공통전극이 코팅되어 있다. 공통전극 아래쪽과 화소 전극(5) 위에 절연체(4)가 놓여져 있으며, 절연체(4) 아래에 존재하는 화소 전극은 격자 모양의 투명 전극으로 되어있다. 화소 전극(5)의 폭은 1～4㎛정도이고, 화소 전극간 간격은 1～6㎛정도이다. 하부 기판은 하부 편광판(10)위에 반투과형 필름(9)이 위치하며, 반투과형 필름(9) 상부에는 하부 유리 기판(8)이 위치한다. 하부 유리 기판(8) 상부에는 반사 영역에서는 빛의 성분의 위상을 지연 시켜주고 투과 영역에서는 위상을 지연 시키지 않는 패턴 되어 있는 내장형 위상자(7)가 놓여져 있으며, 상부 기판과 하부 기판 사이에 액정(6)이 위치한다.
- 실시예 2 -
본 발명의 제 2 실시예는 상기 제 1 실시예와는 달리 액정 셀 내에 패턴되어 있는 내장형 위상자를 사용하지 않고 패턴되어 있지 않은 내장형 위상자를 사용하고 하부 유리 기판 밑에 λ/4 특성을 가지는 위상차 필름(quarter wave plate :QWP)을 포함하고 있는 프린지 전기장을 이용한 단일갭의 반투과형 LCD이다.
이하, 첨부한 도면에 의거하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 자세히 설명하도록 한다.
도 8은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 패턴되어 있지 않은 내장형 위상자를 포함하고 있는 프린지 전기장을 이용한 NB 모드 단일갭 반투과형 LCD의 단면도이다. 도시한 바와 같이, 하부 기판은 하부 편광판(11)위에 QWP(10)가 위치하며, QWP(10)위에 하부 유리 기판(9)이 위치하고, 그 위에 평면 전극(7,8)인 공통 전극이 존재한다. 공통 전극은 반사부와 투과부로 형성되어져 있으며, 반사부는 반사형 전극(8)으로 투과부는 투과형 전극(7)으로 되어져 있다. 평면 전극(7,8) 상부에는 반사 영역과 투과 영역 모두 빛의 성분의 위상을 지연시켜주는 패턴 되어 있지 않은 내장형 위상자(6)가 코팅되어있다. 내장형 위상자(6) 위쪽과 화소 전극(5) 아래에 절연체(4)가 놓여져 있으며, 절연체(4) 위에 존재하는 화소 전극은 격자 모양의 투명 전극으로 되어있다. 화소 전극(5)의 폭은 1～4㎛정도이고, 화소 전극간 간격은 1～6㎛정도이다. 상부 기판은 상부 편광판(1) 아래에 상부 유리 기판(2)이 존재하고, 상부 기판과 하부 기판 사이에 액정(3)이 위치한다.
도 9는 도 8의 광학 셀구조를 나타낸 것이다. 각도는 X축에 대해서 시계 반대 방향으로의 각을 의미한다. 도 9(a)는 반사 영역의 광학 셀구조이고 도 9(b)는 투과 영역의 광학 셀구조이다. 도 9(a)에서 도시한 바와 같이, X축에 대해서 상부 편광판(1)이 12°, 액정의 러빙 방향은 12°, 내장형 위상자(6)가 57° 각각 틀어져 있고 반사형 전극(8)이 그 밑에 위치한다. 도 9(b)에 도시한 바와 같이, X축에 대해서 상부 편광판(1)이 12°, 액정의 러빙 방향은 12°, QWP이 147°, 그리고 하부 하부 편광판(10)이 102° 각각 틀어져 있다.
도 10은 도 8의 반투과형 LCD의 입사 파장이 550nm일 때, 전압 인가에 따른 반사율 및 투과율을 보이고 있다. 반사 및 투과 영역의 구동 전압은 각각 2.5V와 5.0V이다.
도 11은 도 8에 의한 반투과형 LCD의 반사 영역과 투과 영역의 시야각 특성을 나타낸다. 도 11(a)는 입사 파장이 550nm일 경우, 반사 영역의 시야각 특성을 나타낸 것으로써, CR이 5이상인 영역은 상하, 좌우에서는 160°이지만, 100°대각선 방향에서는 50°이다. 도 11(b)는 투과 영역의 시야각 특성을 나타낸 것으로써, 45 방향에서는 CR이 10이상인 영역이 60°이지만 거의 전 영역에서 CR이 10이상이다.
도 12는 실시예 2에서 하부 화소 전극을 투과 영역에서는 투명 전극으로, 반사 영역에서 반사형 전극인 평면 전극 대신 평면 전극 전체를 투명 전극으로 구성하고 반투과형 필름을 이용한 단일갭 반투과형의 단면도를 보여주고 있다. 하부 기판은 하부 편광판(11)위에 하부 QWP(10)가 위치하며, 하부 QWP(10)위에 반투과형 필름(9)이 위치한다. 반투과형 필름(9) 상부에는 하부 유리 기판(8)이 위치하고, 하부 유리 기판(8) 상부에는 투명한 평면 전극(7)인 공통전극이 놓여져 있다. 공통전극 상부에는 반사 영역과 투과 영역 모두 빛의 성분의 위상을 지연 시켜주는 패턴 되어 있지 않은 내장형 위상자(6)가 코팅되어 있으며, 내장형 위상자(6) 위쪽과 화소 전극(5) 아래에 절연체(4)가 놓여져 있으며, 절연체(4) 위에 존재하는 화소 전극은 격자 모양의 투명 전극으로 되어있다. 화소 전극(5)의 폭은 1～4㎛정도이고, 화소 전극간 간격은 1～6㎛정도이다. 상부 기판은 상부 편광판(1) 아래에 상부 유리 기판(2)이 존재하고, 상부 기판과 하부 기판 사이에 액정(3)이 위치한다.
도 13은 실시예 2에서 하부에 위치한 투명한 평면 전극과 화소 전극을 상부 기판에 위치 시키고 하부 기판에 반투과형 필름을 이용한 단일갭 반투과형 LCD의 단면도를 보여주고 있다. 상부 기판은 상부 편광판 (1) 하부에 상부 유리 기판(2)이 존재하며, 상부 유리 기판(2) 하부에는 투명한 평면 전극(3)인 공통전극이 코팅되어 있다. 공통전극 아래쪽과 화소 전극(5) 위에 절연체(4)가 놓여져 있으며, 절연체(4) 아래에 존재하는 화소 전극은 격자 모양의 투명 전극으로 되어있다. 화소 전극(5)의 폭은 1～4㎛정도이고, 화소 전극간 간격은 1～6㎛정도이다. 하부 기판은 하부 편광판(11)위에 하부 QWP(10)가 위치하며, 하부 QWP(10)위에 반투과형 필름(9)이 위치하며, 반투과형 필름(9) 상부에는 하부 유리 기판(8)이 위치한다. 하부 유리 기판(8) 상부에는 반사 영역과 투과 영역 모두 빛의 성분의 위상을 지연 시켜주는 패턴 되어 있지 않은 내장형 위상자(7)가 놓여져 있으며, 상부 기판과 하부 기판 사이에 액정(6)이 위치한다.
따라서 본 발명에 따른 반투과형 LCD는 단일갭을 이용함으로써, 제조상의 복잡함을 없애고, 프린지 전기장을 이용한 반투과형 LCD 장치를 제작할 수 있는 효과가 있다. 단일갭 반투과형 LCD는 종래의 이중갭 반투과형 LCD에 비해 수율 및 화질 개선에 큰 기여를 할 것이다.

Claims (4)

  1. 상부 기판과;
    상기 상부기판의 상부에 위치한 상부편광판과;
    상기 상부 기판의 하부에 위치한 수평 배열된 액정층과;
    하부 기판과;
    상기 하부기판 하부에 위치한 하부편광판과;
    상기 하부기판 상부에 위치한 반사부는 반사형 전극으로 투과부는 투과형 전극으로 패턴되어 있는 공통전극과;
    상기 공통적극 상부에 반사 영역에서는 빛의 성분의 위상을 지연 시켜주고 투과 영역에서는 위상을 지연 시키지 않는 패턴 되어 있는 내장형 위상자와;
    상기 내장형 위상자 위쪽과 화소 전극 아래에 놓여있는 절연체와;
    상기 절연체 위에 화소 전극이 격자 형태로 구성되어져 있으며, 화소 전극의 폭은 1～4㎛정도이고, 화소 전극간 간격은 1～6㎛정도로 구성되어진 단일갭형 반투과형 LCD
  2. 제 1항에 있어서
    상기 공통적극 상부에 위치한 내장형 위상자를 반사 영역과 투과 영역 모두 빛의 성분의 위상을 지연 시키는 패턴 하지 않은 형태로 하고,
    상기 하부 기판과 하부 편광판 사이에 1매의 광학 보상 필름(QWP)을 첨가한 단일갭형 반투과형 LCD.
  3. 상부 편광판과;
    상기 상부 편광판의 하부에 위치한 상부 기판과;
    상기 상부 기판의 하부에 위치한 투과형 전극으로 구성되어 있는 평면 형태의 공통전극과;
    상기 공통 전극 하부와 화소전극 사이에 위치한 절연층과;
    상기 절연층 하부에 위치한 화소 전극 폭이 1～4㎛정도이고, 화소 전극간 간격은 1～6㎛정도의 격자 형태의 투명 전극인 화소 전극과;
    상기 상부 화소 전극의 하부에 위치한 수평 배열된 액정층과;
    하부기판과;
    상기 하부기판 하부에 위치한 반투과형 필름과;
    상기 반투과형 필름 하부에 위치한 하부 편광판과;
    상기 하부기판 상부에 반사 영역에서는 빛의 성분의 위상을 지연 시켜주고 투과 영역에서는 위상을 지연 시키지 않는 패턴 되어 있는 내장형 위상자로 구성된 단일갭형 반투과형 LCD
  4. 제 3항에 있어서
    상기 하부기판 상부에 위치한 내장형 위상자를 반사 영역과 투과 영역 모두 빛의 성분의 위상을 지연 시키는 패턴 하지 않은 형태로 하고,
    상기 반투과형 필름과 하부 편광판 사이에 1매의 광학 보상 필름(QWP)을 첨가한 단일갭형 반투과형 LCD.
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