KR100691320B1

KR100691320B1 - 콜레스테릭 액정 컬러필터를 갖는 반사형 액정표시장치

Info

Publication number: KR100691320B1
Application number: KR1020000006225A
Authority: KR
Inventors: 김용범
Original assignee: 엘지.필립스 엘시디 주식회사
Priority date: 2000-02-10
Filing date: 2000-02-10
Publication date: 2007-03-12
Also published as: US6678024B2; US20010017680A1; KR20010083302A

Abstract

본 발명은 콜레스테릭액정 컬러필터를 채용한 반사형 액정표시장치에 관한 것으로, 상기 콜레스테릭액정 컬러필터를 구성하는 콜레스테릭 액정분자의 질서도인 오더파라미터(order parameter)를 제어하여 높은 콘트라스트비 및 높은 색순도와 함께 광시야각을 갖는 액정표시장치를 제작할 수 있다.

Description

콜레스테릭 액정 컬러필터를 갖는 반사형 액정표시장치{reflection type liquid crystal display device with a cholesteric liquid crystal color filter}

도 1은 컬러필터를 포함한 종래의 컬러액정표시장치의 단면을 도시한 단면도이고,

도 2a 와 도 2b는 각각 온/오프 상태일 경우, 상기 종래의 액정표시장치를 구성하는 각 셀을 진행하는 빛의 편광상태를 도시한 도면이고,

도 3은 본 발명에 따른 액정표시장치의 개략적인 단면을 도시한 단면도이고,

도 4a 내지 도 4b는 각각 콜레스테릭액정 컬러필터에 속하는 액정분자의 배향상태를 도시한 도면이고,

도 5a 내지 도 5b는 각각 적/녹/청 파장대와 콜레스테릭 액정의 오더파라메터에 대한 컬러쉬프트의 관계를 도시한 도면이고,

도 6a 내지 도 6b는 각각 도 3의 구성에서 전압의 인가여부에 따라 각 셀을 진행하는 빛의 편광상태를 도시한 도면이고,

도 7은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 액정표시장치의 개략적인 단면을 도시한 도면이고,

도 8a 내지 도 8b는 각각 도 7의 구성에서 전압의 인가여부에 따라 각 셀을 진행하는 빛의 진행상태를 도시한 도면이다.

<도면의 부호에 대한 간단한 설명>

111 : 상부기판 113 : 하부기판

115 : 액정층 117 : 콜레스테릭액정 컬러필터

119 : 일축성필름 121 : 위상차판

123 : 편광판 124 : 흡수층

본 발명은 반사형 컬러필터를 갖는 반사형 액정표시장치에 관한 것으로, 더 상세히 설명하면 콜레스테릭액정으로 형성된 콜레스테릭액정 컬러필터를 갖는 반사형 액정표시장치에 관한 것이다.

일반적으로 액정표시장치는 빛을 이용하는 방식에 따라 투과형(transmission type)과 반사형(reflection type)으로 나눌 수 있으며, 상기 투과형 액정표시장치는 액정패널의 뒷면에 부착된 배면광원으로부터 나오는 인위적인 빛을 액정에 입사시켜 액정의 배열에 따라 빛이 흡수되거나 통과하여 블랙(black) 또는 화이트(white)를 표시하는 형태이다.

따라서, 상기 투과형 액정표시장치는 전력소비(power consumption)가 큰 단 점이 있는 반면, 반사형 액정표시장치는 빛의 대부분을 외부의 자연광이나 인조광원에 의존하는 구조를 하고 있음으로 상기 투과형 액정표시장치에 비해 전력소비가 적다는 장점이 있다. 이러한 장점으로 인해 상기 반사형 액정표시장치의 필요성이 대두되고 있다.

도 1은 종래의 반사형 컬러 액정표시장치를 도시한 단면도이다.

도시한 바와 같이, 종래의 반사형 컬러 액정표시장치는 컬러필터(15)가 형성된 상부기판(13)과, 반사전극(16)이 형성된 하부기판(11)과, 상기 상부기판(13)과 하부기판(11)사이에 개재된 액정(19)으로 구성된다. 상기 액정(19)은 전계에 의해 소정의 방향으로 배열되어 빛의 흐름을 제어하는 광학적 이방성매질이다.

상기 액정(19)을 대신하여 이와 유사한 작용을 하는 광학적 이방성특성을 갖는 임의의 매질을 사용하는 것도 가능하다.

상기 상부기판(13)과 하부기판(11)의 외부면에는 빛의 편광상태를 인위적으로 제어할 수 있는 다수의 셀을 배치한다.

상기 다수의 셀 중 상기 상부기판(13)에는 위상차판(23)과 편광판(25)이 차례로 적층되어 있다.

상기 위상차판(23)은 상기 산란되어 입사된 빛이 우원편광(right circular polarization : RCP) 또는 좌원편광(left circular polarization : LCP)이 되도록 하며, 상기 편광판(25)은 빛의 진행방향에 수직으로 특정의 방향에 진동하는 빛을 투과시키고 나머지 성분은 흡수하는 기능을 한다.

상기 상부기판(13)과 하부기판(11)의 사이에 개재된 액정은 트위스트 네마틱 액정(twisted nematic liquid crystal : TN)을 주로 사용한다.

상기 트위스트 네마틱액정(TN)(19)은 분자축이 90^o 비틀려져 있으며, 액정층에 의한 위상지연이 λ/4가 되도록 설계되어 있다. 따라서 선편광이 입사하면 원편광으로 바뀌게 된다.

전술한 액정표시장치의 셀 구성에서, 온상태(on state)와 오프상태(off state)일 때의 빛의 진행상태를 이하 첨부한 도면을 참조하여 알아보도록 한다.

먼저, 도 2a는 관측자(미도시)의 관측위치를 고정시키고, 오프상태(off state)일 때 각 셀을 통과하는 빛의 진행상태를 볼 경우에 해당하며, 먼저 관측자의 방향에서 액정표시장치로 입사된 빛은 A)편광판(25)을 통과하면서 편광판의 투과축방향과 평행한 성분의 선편광이 된다. 이 선편광은 상기 B)위상차판(23)을 통과하면서 우원편광을 하게되고, 다시 C)액정(19)을 통과하면서 선편광 된다.

이러한 선편광은 상기 D)반사전극(16)에 의해 반사되어 다시 액정(19)을 통과하게 되는데 이 때 선편광은 상기 E)트위스트 네마틱액정(TN)(19)액정을 통과하면서 λ/4의 위상차를 갖게 되어 우원편광이 된다. 물론 관측자의 입장에서 빛은 왼쪽으로 회전하여 상기 액정을 통과하여 출사된다. 상기 우원편광은 다시 F)위상차판(23)을 통과하면서 선편광이 된다. 이러한 선편광은 상기 위상차판(23)의 투과축방향과 평행한 성분이며, 따라서 상기 편광판(25)을 투과하게 된다.

따라서, 전술한 바와 같이 오프상태에서 액정표시장치는 화이트상태(white state)가 된다.

반대로, 도 2b에 도시한 바와 같이, 온 상태일 경우 상기 비틀린 네마틱액정(19)은 인가된 전계의 방향으로 액정분자가 분극하여 일정한 방향성을 갖는 등방적상태가 된다. 이 때, 빛의 진행상태를 살펴보면 아래와 같다.

빛이 상부기판(도 1의 113참조)을 통과하여 액정(19)에 다다를 때 까지의 빛의 진행상태는 전술한 오프상태일 때와 같다.

따라서, 상기 A)편광판(25)과 B)위상차판(23)을 통과한 빛은 우원편광이며, 이 빛은 전계에 의해 등방적으로 배열된(예를들면 수직배열) C)액정을 그대로 통과하게 된다. 상기 우원편광된 빛은 상기 D)반사전극(16)에 반사되어 좌원편광으로 바뀌어 반사되며, 상기 좌원편광은 상기 E)액정(19)을 그대로 통과하고 상기 F)위상차판(23)을 지나면서, 상기 편광판(25)의 투과축방향에 직교한 성분의 선편광을 만들게 된다. 이 선편광은 상기 G)편광판(25)을 지나는 동안 상기 편광판(25)에 흡수된다.

그러므로, 관측자의 입장에서 상기 액정표시장치는 온 상태일 경우 다크상태 보이게 된다. 따라서 상기 컬러필터(도 1의 15)를 갖는 액정표시장치는 온 상태일 경우에, 상기 컬러필터를 통과하여 착색된 빛은 상기 편광판을 통과하면서 관측자의 육안으로 감지할수 있게 된다. 반대로 오프상태가 되면 상기 컬러필터의 색감이 표현되지 않게 된다. 따라서 화소에 대해 선택적으로 온상태와 오프상태를 만들어 줌으로써 원하는 색감의 이미지를 표현할 수 있다.

그러나, 전술한 바와 같은 구성은 굴절률이 다른 많은 셀층이 적층되어 있음으로 각 셀을 통과하는 빛은 서로 다른 매질을 통과하면서 반사되어 빛의 강도가 떨어진다. 예를 들면, 필름의 특성상 편광판(25)을 통과하면서 빛의 강도가 일차적으로 감소하고, 상기 반사형 컬러필터(15)를 통과하면서 흡수되거나 반사되어 빛의 강도가 현저히 떨어지게 된다.

또한, 액정표시장치 전체를 보았을 때, 디스플레이(display)의 중앙에서는 빛의 진행방향이 상기 액정표시장치에 대해 수직으로 진행함으로 시인성이 좋으나 양측면으로 갈수록 시인성과 컨트라스트는 현저히 떨어진다. 따라서 전술한 구성을 갖는 액정표시장치는 넓은 시야각 범위에서 시인성이 좋지 않고 높은 컨트라스트 구현이 어렵다.

따라서, 전술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위해, 본 발명은 색순도와 시야각을 보상하는 새로운 반사형 컬러필터를 사용하여 보다 넓은 시야각 범위에서 높은 색순도와 콘트라스트 특성을 가지는 반사형 액정표시장치를 제안하고자 한다.

본 발명에 따른 반사형 액정표시장치는 상부기판과; 상기 상부기판의 상부에 위치한 일축성필름과; 상기 일축성필름의 상부에 위치한 위상차판과; 상기 위상차판의 상부에 위치한 편광판과; 상기 상부기판의 하부의 액정층과; 콜레스테릭 액정을 구비하고, 상기 액정층의 하부에 위치하여 상기 액정층을 통과한 빛 중 적/녹/청의 특정파장대의 빛을 반사시키고, 시야각에 따라 특정파장대의 빛의 컬러시프트가 일어나지 않도록 상기 콜레스테릭 액정분자의 오더파라메터(order parameter)가 제어된 콜레스테릭 액정컬러필터와; 상기 액정컬러필터의 하부에 위치한 하부기판과; 상기 하부기판의 하부에 상기 콜레스테릭 액정컬러필터를 통과한 빛을 흡수하는 흡수층을 포함한다.

상기 액정은 전압이 인가되지 않았을 경우에 수직배열을 하는 것을 특징으로 한다.

상기 액정은 전압이 인가되지 않았을 경우에 수평배열을 하는 것을 특징으로 한다.

상기 청색파장대를 반사하는 상기 콜레스테릭액정 컬러필터를 구성하는 상기 콜레스테릭 액정분자의 상기 오더파라메터는 0.5∼0.9의 범위 내의 값을 갖는 것을 특징으로 한다.

상기 적색파장대를 반사하는 상기 콜레스테릭 액정컬러필터를 구성하는 상기 콜레스테릭 액정분자의 상기 오더파라메터는 0.3∼0.8의 범위 내의 값을 갖는 것을 특징으로 한다.

상기 녹색파장대를 반사하는 상기 콜레스테릭 액정컬러필터를 구성하는 상기 콜레스테릭 액정분자의 상기 오더파라메터는 0.4∼0.9의 범위 내의 값을 갖는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 특징에 따른 콜레스테릭액정 컬러필터 제조방법은 특정한 파장대만을 반사하도록 제어된 콜레스테릭액정 컬러필터에 포함되는 각 콜레스테릭 액정분자의 질서도인 오더파라메터를 각 파장대에 따라 다르게 제어하여 구성한다.

본 발명에 따른 반사형 액정표시장치는 상부기판과; 상기 상부기판의 상부에 위치한 일축성 필름과; 상기 일축성필름의 상부에 위치한 편광판과; 상기 상부기판의 하부에 위치한 액정층과; 콜레스테릭 액정을 구비하고, 상기 액정층의 하부에 위치하여 상기 액정층을 통과한 빛 중 적/녹/청의 특정파장대의 빛을 반사시키고, 시야각에 따라 특정파장대의 빛의 컬러시프트가 일어나지 않도록 상기 콜레스테릭 액정분자의 오더파라메터(order parameter)가 제어된 콜레스테릭 액정컬러필터와; 상기 콜레스테릭액정 컬러필터의 하부에 위치하고, 상기 액정층을 구동하는 대응하는 두 전극을 가진 하부기판과; 상기 하부기판의 하부에 상기 콜레스테릭 액정컬러필터를 통과한 빛을 흡수하는 흡수층을 포함한다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 반사형 컬러 액정표시장치에 대해 알아보도록 한다.

-- 제 1 실시예--

본 발명의 제 1 실시예는 전압이 인가되지 않았을 경우 λ/4의 특성을 갖는 액정과, 액정패널의 위치에 따라 콜레스테릭분자의 질서도인 오더파라메터(order parameter)가 인위적으로 제어된 콜레스테릭액정 컬러필터를 포함하여 색 보상과 시야각이 개선된 반사형 액정표시장치를 제안한다.

도 3은 본 발명에 따른 반사형 컬러액정표시장치의 단면을 도시한 단면도로서, 본 발명에 따른 반사형 컬러 액정표시장치는 크게 상부기판(111)과 하부기판(113)과 상기 상부기판(111)과 하부기판(113) 사이에 개재된 액정(115)으로 구성한다

상기 상부기판(111)에는 위상차판(121)과 편광판(123)과 시야각보상 및 색을 보상하기 위한 일축성필름(negative uniaxial film)(119)을 차례로 적층하고, 상기 하부기판(113)은 상기 상부기판(111)과 마주보는 면에 콜레스테릭 액정컬러필터(cholesteric liquid crystal color filter)(117)를 구성하며, 상기 콜레스테릭액정 컬러필터(117)가 형성되는 면의 반대면에는 빛을 흡수하는 흡수층(black layer)(124)을 형성한다.

도시하지는 않았지만, 상기 콜레스테릭액정 컬러필터(117)의 상부에는 투명한 화소전극(미도시)을 형성하고, 상기 상부기판(111)의 안쪽면에는 투명한 공통전극(미도시)을 형성한다.

상기 공통전극과 화소전극은 상기 액정(115)에 전압을 인가하는 역할을 한다.

상기 액정은 전압이 인가되지 않은 오프상태일 경우, 수직배열특성을 갖으며, 전압이 인가된 온 상태일 경우, 상기 액정분자의 장축이 상기 두 기판과 평행한 배열을 하는 특성을 갖는다.

상기 콜레스테릭액정 컬러필터(117)는 콜레스테릭액정을 컬러필터로 사용한 것으로, 빛의 투과와 반사를 선택적으로 유발할 수 있다.

즉, 콜레스테릭액정은 분자구조가 우측으로 트위스트 되어있으면 우원편광만을 반사시키고, 좌측으로 트위스트 되어있으면 좌원편광만을 반사 시킨다.

이러한, 상기 콜레스테릭액정 컬러필터(117)의 선택반사 파장대는 액정분자의 피치(pitch)로써 결정되기 때문에, 한 픽셀(pixel)에서 피치의 분포에 따라서 반사되는 파장대를 조절할 수 있다. 좀 더 상세히 설명하면, 인간이 눈으로 볼 수 있는 가시광의 파장영역은 400∼700㎚ 사이의 작은 파장영역에 한정된다. 이 때, 상기 가시광선 중 빨간색은 660nm의 파장에 해당하며, 초록색은 530nm에 해당하며, 파란색은 470nm의 파장에 해당한다. 이러한 특수한 파장대만을 반사시킬수 있도록 액정의 피치를 인위적으로 조작할 수 있으며, 이러한 인위적인 액정모드는 가시광선 중 각 픽셀에 해당하는 상기 컬러의 고유한 파장만을 선택적으로 반사시키도록 함으로써 고순도의 색감을 표시할 수 있다.

따라서, R/G/B의 삼색의 배치에 의해 이미지가 표현되는 컬러필터를 전술한 파장의 특성을 이용하여 구현할 수 있다.

단, 전술한 구성에서 상기 콜레스테릭액정 컬러필터는 시야각에 따른 컬러시프트(color shift)를 유발하는 문제가 있고, 이러한 컬러시프트의 정도는 장파장 일수록 변화의 폭이 점점 커지고 색차의 변화가 심한 결과를 얻었다.

이러한 결과는 상기 콜레스테릭 액정분자의 오더파라메터(order parameter)에 대한 컬러시프트의 관계로부터 유추 할 수 있다.

상기 오더파라메터는 상기 콜레스테릭액정분자가 수직하게 배열되었을 때를 표준방향(normal direction)이라 할때, 상기 표준방향에서 얼마나 벗어나는 가를 말해주는 일종의 배열질서도를 말한다.

즉 상세히 설명하면, 모든 액정분자가 상호 완전하게 평행을 이루던가 아니면 기판에 대하여 수직이나 평행하게 배열하는 것만은 아니다.

그 배열의 정렬정도는 본질적으로 개개의 분자의 열운동에 의한 산란에 따라 저하되고, 또한 분자의 구조나 형상에 따라서도 좌우된다.

액정분자가 어느정도 정연하게 배열하는가는 액정을 취급하는 방법에 따라서 도 매우 중요하게 된다.

왜냐하면, 액정의 본질인 굴절률, 유전율, 자화율 등의 여러 가지 물리적 성질의 이방성은 분자 배열의 정렬정도에 직접 의존하고 있기 때문이다.

액정의 분자 배열정도는 식 (1)에서 정의된 분자배열의 오더파라메터 "S"에 의해 다음과 같이 나타낼 수 있다.

S=1/2(3Cos²Θ-1) ---------- (1)

위의 식 (1)에서 전체의 액정분자를 거시적으로 바라볼 때 분자 길이축이 우선적으로 배향되어 있는 방향의 단위 벡터를 방향이라 하고 개개의 액정분자의 길이축 방향으로부터 벗어난 각도를 Θ라고 하면 상기의 식이 성립된다.

또한 상기 식에서 ()안의 수치는 전공간에서의 평균치를 나타낸다.

이때, S=0인 경우는 등방성(等方性)액체와 같이 분자길이 축의 배향방향이 완전히 산란되었을 때 이고, 모든 분자가 완전히 평행배향하여 있는 이상적인 경우는 S=1이다.

도 4a 내지 도 4b는 저술한 오더파라메터에 따른 콜레스테릭 액정의 분포를도시한 단면도이다.

도 4a에 도시한 바와 같이, 콜레스테릭 액정분자(112a)가 질서 있게 수직배열을 하고 있으면 이러한 콜레스테릭액정 분자의 오더파라메터 S=1이라 한다.

그러나 도 4b에 도시한 바와 같이, 상기 콜레스테릭 액정분자(112b)가 무질서하게 위치하고 있을 경우, 오더파라메터 S= 1이 되지 못한다.

따라서, 상기 콜레스테릭액정 분자가 무질서하게 위치할 경우 오더파라메터의 값은 0∼1사이의 값을 갖는다.

이 때, 상기 콜레스테릭액정 분자(112b)의 오더파라메터가 0∼1 사이에서 임의의 값을 갖는다면, 이러한 오더파라메터값을 갖는 콜레스테릭 액정분자에 반사되는 적(red)/녹(green)/청(blue)에 대응되는 파장중 장파장일수록 컬러쉬프트(color shift)가 많이 발생하는 결과를 얻었다.

따라서, 이러한 문제를 해결하기 위해 장파장대를 반사하도록 제어된 콜레스테릭 액정분자의 오더파라메터값이 액정패널의 위치에 따라 적당한 값을 갖도록 한다면 시야각에 따른 컬러시프트를 줄일 수 있다.

도 5a 내지 도 5b는 전술한 적/녹/청의 파장대와 상기 각 파장대를 반사시키도록 제어된 상기 콜레스테릭 액정분자의 오더파라메터와 컬러시프트의 관계를 각각 도시하였다.

도 5a는 일반적인 콜레스테릭액정 컬러필터를 채용하였을 경우를 도시하였다.

도시한 바와 같이, 임의의 동일한 오더파라메터값(213)을 갖는 콜레스테릭액정분자는 각각 적/녹/청의 파장대 중 장파장(적색)일수록 컬러쉬프트(211)가 더욱 큰 결과를 보인다.

그러나, 상기 각 파장대를 반사하는 상기 콜레스테릭 액정분자의 오더파라메터값을 각 파장대에 따라 다르게 제어하여 구성한 결과 도 5b에 도시한 바와 같은 결과를 얻었다.

즉, 상기 청색 파장대를 반사하도록 제어된 콜레스테릭액정분자의 오더파라메터값(213)이 0.5 ∼0.9 범위내의 값을 갖도록 하고, 상기 녹색 파장대를 반사하도록 제어된 콜레스테릭액정 분자의 오더파라메터값이 0.4 ∼0.9 범위내의 값을 갖도록 하고, 상기 적색 파장대를 반사하도록 제어된 콜레스테릭액정 분자의 오더파라메터값이 0.3 ∼0.8 범위내의 값을 갖도록 제어하게 되면, 도시한 바와 같이 각 콜레스테릭 액정분자에서의 컬러시프트(211)의 변화가 없음을 알 수 있다.

따라서, 이러한 결과를 참고로 하여 상기 콜레스테릭액정 컬러필터의 분포를 액정패널의 위치에 따라 다르게 구성한다면 좀더 넓은 시약각에서 선명한 이미지를 표현할 수 있는 액정표시장치를 구현할 수 있다.

즉, 액정패널에서 관측자와 수직방향에 위치하는 부분의 상기 콜레스테릭액정 컬러필터는 오더파라메터가 1의 값인 수직배열을 하도록 구성하고, 상기 액정패널의 주변으로 갈수록 상기 콜레스테릭 액정분자가 1 이하의 오더파라메터값을 갖도록 제어하여 시야각을 확대함과 동시에, 각 적/녹/청의 파장대별로 전술한 바와 같은 오더파라메터값을 갖도록 제어하여 컬러시프트 현상이 일어나지 않도록 하면 된다. 결과적으로, 좀더 넓은 범위에서 높은 시인성을 갖는 액정표시장치를 제작할 수 있다.

본 실시예에서는 전술한 바와 같은 특성을 가짐과 동시에 우원편광된 빛만을 선택적으로 투과시키도록 제어된 콜레스테릭액정 컬러필터(117)를 사용하였다.

전술한 구성을 토대로 액정표시장치를 구성하는 각 셀에 따른 빛의 회절상태를 알아보도록 한다.

도 6a는 오프상태(off state)일 경우, 본 발명에 따른 반사형 액정표시장치를 구성하는 각 셀을 진행할 때의 빛의 편광상태와 최종 표시색을 나타내었다.

도시한 바와 같이 먼저, 상기 상부기판(도 3의 111 참조)상의 A)편광판(123)을 통과한 빛은 상기 평관판(123)의 투과축방향(45^o)과 평행한 성분의 빛만이 선편광의 형태로 출사된다. 상기 선편광은 상기 B)위상차판(121)을 통과하면서 우원편광된다. 상기 우원편광은 상기 위상차판(121)의 하부에 위치한 일축성필름(도 3의 119)을 지나게 된다. 연속으로, 상기 우원편광된 빛은 분자의 장축이 상기 두기판(111)(113)과 수직한 수직배열모드의 C)액정층(115)을 통과하게 된다. 이 때 우원편광된 빛은 상기 액정층(115)을 그대로 통과하게 된다. 상기 액정층(115)을 통과한 우원편광은 전술한 특성을 갖는 ??)콜레스테릭액정 컬러필터(117)를 투과하여 상기 E)흡수층(124)에 흡수된다. 따라서, 전압이 인가된 상태의 표시색은 블랙으로 표현된다.

여기서 상기 일축성필름(도 3의 119참조)은 외부에서 소정의 각으로 입사하는 일부 빛의 위상을 보상하여, 상기 소정의 각을 가지고 입사하는 빛과 상기 액정(115)과의 위상차를 보상함으로써, 상기 위상차판(121)을 통해 원편광된 빛이 그대로 상기 액정을 통과하여 상기 콜레스테릭액정 컬러필터에에 흡수될수 있도록 유도함으로써 액정표시장치의 다크특성을 높이는 역할을 하게 된다.

만약 전술한 일축성필름(도 3의 119)을 사용하지 않는다면 다크특성이 낮아짐으로 시야각 특성이 좋지않다. 좀더 자세히 설명하면, 일반적으로 상기 편광판(123)과 상기 위상차판(121)을 통해 들어오는 빛의 일부는 소정의 각을 가지고 입사하게 되며, 이는 상기 위상차판(121)을 통해 우원편광하게 된다. 상기 위상차판(121)을 통과하면서 우원편광하는 일부 빛은 상기 수직배열을한 액정(115)을 통과할 때 액정의 분자축의 방향과 소정의 각을 이루어 입사하게 됨으로 액정의 분자축과의 작용에 의해 위상값이 달라진다. 결과적으로 상기 우원편광은 위상지연에 의해 편광상태가 변하게 되고, 상기 콜레스테릭 액정컬러필터를 투과하지 못하고 반사된다. 따라서, 액정표시장치 전체를 보았을 경우 다크특성이 매우 낮아진다. 이를 보상하기 위해 전술한 바와같은 일축성필름(도 3의 119)을 사용한다.

도 6b는 온 상태일(on state) 경우, 본 발명에 따른 반사형 액정표시장치를 구성하는 각 셀에 대한 빛의 진행상태와 최종 표시색을 나타내었다.

온 상태일 경우, 액정(115)은 기판에 평행하게 수평 배열을 하게 되며, 이러한 액정배열은 입사된 광의 편광방향을 반대로 변하게 하는 성질을 갖는다. 따라서, 먼저 A)편광판으로부터 출사된 선편광은 상기 B)위상차판(121)을 통과하여 우원편광이 되고, 상기 우원편광은 상기 일축성필름(도 3의 119참조)과 C)액정(115)을 통과하면서 좌원편광된 빛이 되어 상기 액정층(115)으로부터 출사하게 된다. 상기 좌원편광된 빛은 상기 좌원편광된 빛만을 반사시키도록 제어된 D)콜레스테릭액정 컬러필터(117)에 의해 반사되어, 다시 상기 액정을 통과하면서 다시 우원편광이 된다. 상기 우원편광된 빛은 상기 E)위상차판(121)을 통과하면서 상기 편광판(123)의 투과축방향(45^o)과 평행한 성분의 선편광이 된다. 따라서, 상기 위상차판(121)을 통과한 선편광은 상기 편광판을 통과하여 백색을 표시하게 된다.

상기 일축성필름(도 3의 119)은 상기 제 1 실시예의 액정과는 반대의 배열모드를 갖는 즉, 오프상태 일때 호모지니어스한 배열을 하는 액정을 사용한 액정표시장치에도 사용 가능하다.

또한, 상기 일축성필름과 상기 콜레스테릭 액정컬러필터는 IPS(In Plane switching)모드를 사용한 액정표시장치에도 사용 가능하다.

-- 제 2 실시예 --

본 발명의 제 2 실시예는 액정분자의 오더파라메터가 액정패널의 위치에 따라 제어된 콜레스테릭 액정 컬러필터를 채용한 IPS모드의 동작특성을 설명한다.

IPS모드는 박막트랜지스터 배열기판 상에 화소전극과 공통전극이 동일 평면 상에 형성되는 형태이며, 액정은 동일 기판 상에 화소전극과 공통전극의 수평 전계에 의해 동작한다.

도 7은 전술한 IPS모드를 사용하고, 하부에 콜레스테릭액정 컬러필터를 포함하는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 액정표시장치의 단면도이다.

도시한 바와 같이, 액정표시장치는 상부기판(311)과 하부기판(313)과 그리고 상기 두 기판사이에 개재된 액정(315)으로 구성되며, 상기 액정(315)과 상기 하부기판(313)의 사이에는 제 1 실시예와 같이 액정패널의 시야각에 따라 오더파라메터가 제어된 콜레스테릭액정 컬러필터(319)가 개재된다.

도시되지는 않았지만 상기 하부기판(313) 상에는 투명한 공통전극과 화소전 극이 서로 이격되어 다수개 형성된다.

또한, 상기 상부기판(311)의 외부면에는 차례로 일축성필름(318)(negative uniaxial film)과 상부편광판(321)이 적층되며, 상기 하부기판(313)의 외부면에는 흡수층인 블랙층(black layer)(323)이 위치한다.

상기 액정은 일방향으로 배열된 네마틱 액정을 예를들어 설명한다. 여기서 콜레스테릭 액정은 제 1 실시예에서 설명한 바와 같이 좌원편광은 반사하고 우원편광은 흡수하는 특성을 갖는다. 또한, 상기 흡수층(323)은 빛을 잘 흡수하는 재질을 사용하여야 하며, 바람직하게는 폴리머(polymer)와 같은 고분자를 사용한다.

도 8a와 8b는 각각 오프/온 상태일 때, 상기 액정표시장치을 구성하는 각 셀을 통과하는 빛의 진행상태를 도시한 도면이다.

8a에 도시한 바와 같이, 오프상태일 때, 상기 A)편광판(321)을 투과하여 선편광된 빛은 상기 일축성필름(도 7의 318 참조)과 상기 B)액정층(315)을 통과하는 동안 λ/4의 위상차를 가지게 되어 상기 액정을 통과하면서 좌원편광된다. 상기 좌원편광은 다시 상기 C)콜레스테릭액정 컬러필터(319)에 의해 반사되어 다시 D)액정층(311)을 통과하게 된다. 이때 상기 좌원편광은 λ/4의 위상값을 주는 액정층(311)을 통과하면서, 빛의 한 성분만이 남아 선편광이 된다. 이 선편광은 편광판(321)의 투과축 방향과 평행한 성분이며, 상기 편광판(321)을 투과함으로 액정표시장치는 화이트상태가 된다.

도 8b에 도시한 바와 같이, 온 상태일 때 상기 액정은 상기 IPS스위칭모드의 평행장에 의해 각 분자는 수평으로 90^o 뒤틀려 배열하게 된다. 따라서, 상기 액정은 선편광을 우원편광으로 변화시키는 λ/4 플레이트의 역할을 하게 된다. 따라서 상기 A)편광판(321)을 통과한 선편광은 상기 일축성필름(도 7의 318 참조)과 상기 액정층(315)을 진행하면서 우원편광이 된다. 상기 우원편광된 빛은 C)콜레스테릭액정 컬러필터(319)를 그대로 통과하여 상기 흡수층(323)에 흡수된다. 따라서 액정표시장치는 다크상태가 된다. 상기 일축성필름(도 7의 318참조)은 시야각 보상필름으로서 전술한 제 1 실시예에서와 같이 시야각을 보상하여 명확한 다크특성이 나타날 수 있도록 한다.

전술한 바와 같이, IPS모드로 동작하는 액정표시장치에 전술한 바와 같은 콜레스테릭 액정 컬러필터를 사용함으로써 공정단순화와 더불어 색순도가 더욱 향상된다.

따라서, 본 발명에 따른 반사형 액정표시장치는 전술한 바와 같이 액정분자의 오더파라메터가 제어된 콜레스테릭액정 컬러필터를 사용함으로써 넓은 시야각 범위에서 색순도와 시야각 범위를 획기적으로 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

또한 기존 공정조건을 그대로 활용하기 때문에 공정의 효율성을 극대화 시킬수 있다.

Claims

상부기판과;

상기 상부기판의 상부에 위치한 일축성필름과;

상기 일축성필름의 상부에 위치한 위상차판과;

상기 위상차판의 상부에 위치한 편광판과;

상기 상부기판의 하부의 액정층과;

콜레스테릭 액정을 구비하고, 상기 액정층의 하부에 위치하여 상기 액정층을 통과한 빛 중 적/녹/청의 특정파장대의 빛을 반사시키고, 시야각에 따라 특정파장대의 빛의 컬러시프트가 일어나지 않도록 상기 콜레스테릭 액정분자의 오더파라메터(order parameter)가 제어된 콜레스테릭 액정컬러필터와;

상기 콜레스테릭액정 컬러필터의 하부에 위치한 하부기판과;

상기 하부기판의 하부에 상기 콜레스테릭액정 컬러필터를 통과한 빛을 흡수하는 흡수층을 포함하는 반사형 액정표시장치.
제 1 항에 있어서,

상기 액정층은 전압이 인가되지 않았을 경우에 수직배열을 하는 반사형 액정표시장치.
제 1 항에 있어서,

상기 액정층은 전압이 인가되지 않았을 경우에 수평배열을 하는 반사형 액정표시장치.
제 1 항에 있어서,

상기 청색파장대를 반사하는 상기 콜레스테릭 액정컬러필터를 구성하는 상기 콜레스테릭 액정분자의 상기 오더파라메터는 0.5∼0.9의 범위 내의 값을 갖는 반사형 액정표시장치.
제 1 항에 있어서,

상기 적색파장대를 반사하는 상기 콜레스테릭 액정컬러필터를 구성하는 상기 콜레스테릭 액정분자의 상기 오더파라메터는 0.3∼0.8의 범위 내의 값을 갖는 반사형 액정표시장치.
제 1 항에 있어서,

상기 녹색파장대를 반사하는 상기 콜레스테릭 액정컬러필터를 구성하는 상기 콜레스테릭 액정분자의 상기 오더파라메터는 0.4∼0.9의 범위 내의 값을 갖는 반사형 액정표시장치.
제 1 항에 있어서,

상기 콜레스테릭 액정컬러필터는 특정파장대만 반사하도록 구성되고, 상기 콜레스테릭 액정분자의 질서도인 상기 오더파라메터를 각 파장대에 따라 다르게 제어하여 구성한 반사형 액정표시장치.
상부기판과;

상기 상부기판의 상부에 위치한 일축성 필름과;

상기 일축성필름의 상부에 위치한 편광판과;

상기 상부기판의 하부에 위치한 액정층과;

콜레스테릭 액정을 구비하고, 상기 액정층의 하부에 위치하여 상기 액정층을 통과한 빛 중 적/녹/청의 특정파장대의 빛을 반사시키고, 시야각에 따라 특정파장대의 빛의 컬러시프트가 일어나지 않도록 상기 콜레스테릭 액정분자의 오더파라메터(order parameter)가 제어된 콜레스테릭액정 컬러필터와;

상기 콜레스테릭액정 컬러필터의 하부에 위치하고, 상기 액정층을 구동하는 대응하는 두 전극을 가진 하부기판과;

상기 하부기판의 하부에 상기 콜레스테릭 액정컬러필터를 통과한 빛을 흡수하는 흡수층

을 포함하는 반사형 액정표시장치.