KR100767372B1 - 반투과형 액정 표시 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 반투과형 액정 표시 장치에 관한 것으로, 광투과 효율을 높이기 위하여, 반사 영역과 투과 영역에 위치하는 액정에 서로 다른 트위스트 각을 설정한다. 본 발명에 따른 반투과형 액정 표시 장치는, 하부 기판에 다수개의 게이트선 및 다수개의 데이터선이 교차하여 다수개의 화소 영역이 정의되어 있고, 화소 영역 각각에 스위칭 소자 및 반사 영역과 투과 영역으로 구분되는 화소 전극이 형성되어 있다. 상부 기판이 이러한 하부 기판에 대응하여 위치하고 있는에, 상부 기판에는 화소 전극에 대응하는 공통 전극이 형성되어 있다. 하부 기판과 상부 기판 사이에는 화소 전극의 반사 영역에 대응하는 부분과 화소 전극의 투과 영역에 대응하는 부분에 서로 다른 트위스트 각이 설정되는 액정이 있는 액정층이 개재되어 있다.

액정 트위스트 각, 광 효율, 반사 영역, 투과 영역

Description

반투과형 액정 표시 장치{SEMITRANSPARENT TYPE LIQUID CRYSTAL DISPLAY}

도 1은 액정의 셀 갭(△nd)에 따른 액정 트위스트 각 별 반사율을 나타낸 것이고,

도 2는 액정 인가 전압에 따른 액정 트위스트 각 별 반사율을 나타낸 것이고,

도 3은 액정 트위스트 각 별 반사율 및 콘트라스트비를 함께 나타낸 것이고,

도 4는 액정의 셀 갭(△nd)에 따른 액정 트위스트 각 별 투과율을 나타낸 것이고,

도 5는 액정 인가 전압에 따른 액정 트위스트 각 별 투과율을 나타낸 것이고,

도 6은 액정 트위스트 각 별 반사율 및 콘트라스트비를 함께 나타낸 것이고,

도 7은 본 발명의 실시예에 따른 반투과형 액정 표시 장치의 개념적인 단면 도이다.

본 발명은 액정 표시 장치에 관한 것이다.

액정 표시 장치는 현재 널리 사용되고 있는 평판 표시 장치 중 하나로서, 서로 대향되는 두 개의 전극이 형성되어 있는 두 장의 기판과 그 사이에 삽입되어 있는 액정층으로 구성되어 있고, 이들 전극에 전압을 인가하여 액정층의 액정 분자들을 재배열시킴으로써 액정층에 투과되는 빛의 양을 조절하는 방식으로 화상을 표시한다. 여기서, 대향되는 두 개의 전극은 두 장의 기판 중 하나의 기판에 모두 형성될 수 있다.

이러한 액정 표시 장치는 유전 이방성을 가지는 액정 물질을 이용하여 광을 투과 및 차단하여 화상을 표시하는데, 백라이트 광을 투과시켜 화상 표시가 이루어지게 하는 투과형과, 외부 광을 반사시켜 화상 표시가 이루어지게 하는 반사형으로 크게 구분되고 있지만, 최근, 외부의 입사광과 백 라이트 광을 모두 이용하여 화상을 표시하는 반투과형 액정 표시 장치가 제안되고 있다.

그런데, 이러한 반투과형 액정 표시 장치에서, 투과 영역에서의 광 투과율은 약 10% 내외이며, 반사 영역에서의 광 반사율 또한, 20% 내외이다. 이는 일반적인 투과형 모드의 액정 표시 장치의 투과율이 35% 이상인 점을 감안하면, 훨씬 낮은 투과율을 보이고 있어, 광 효율을 저하시키는 가장 큰 요인이 되고 있다.

본 발명은 광투과 효율을 높일 수 있는 액정 표시 장치를 제공하고자 한다.

이러한 기술적 과제를 해결하기 위하여, 본 발명에서는 반투과형 액정 표시 장치에서의 반사 영역과 투과 영역에 위치하는 액정에 서로 다른 트위스트 각을 설 정하도록 한다.

상세하게, 본 발명에 따른 반투과형 액정 표시 장치는, 하부 기판에 다수개의 게이트선 및 다수개의 데이터선이 교차하여 다수개의 화소 영역이 정의되어 있고, 화소 영역 각각에 스위칭 소자 및 반사 영역과 투과 영역으로 구분되는 화소 전극이 형성되어 있다. 상부 기판이 이러한 하부 기판에 대응하여 위치하고 있는데, 상부 기판에는 화소 전극에 대응하는 공통 전극이 형성되어 있다. 하부 기판과 상부 기판 사이에는 화소 전극의 반사 영역에 대응하는 부분과 화소 전극의 투과 영역에 대응하는 부분에 서로 다른 트위스트 각이 설정되는 액정이 있는 액정층이 개재되어 있다.

이 때, 반사 영역에 대응하는 부분의 액정은 60도 내지 90도 범위의 트위스트 각을 가지는 것이 바람직하며, 투과 영역에 대응하는 부분의 액정은 0도 내지 90도 범위의 트위스트 각을 가지는 것이 바람직하다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 설명한다.

본 발명에서는 반투과형 액정 표시 장치에 있어서, 반사 영역 및 투과 영역에 위치하는 액정에 서로 다른 트위스트 각을 가지도록 설정한다. 이 때, 반사 영역과 투과 영역에 위치하는 액정의 트위스트 각의 범위를 도 1 내지 도 6을 통하여 설정하고자 한다.

도 1 내지 도 3은 액정 표시 장치에서의 각 조건에 따른 액정의 트위스트 각 별 반사율을 나타낸 것이다. 이 때, 550㎚의 광을 사용하였다.

도 1은 액정의 셀 갭(△nd)에 따른 액정 트위스트 각 별 반사율을 나타낸 것 이다.

액정 트위스트 각이 60 내지 90도 범위인 경우에, 반사율 특성 곡선은 증가하다가 감소하는 양호한 프로파일을 나타내고 있다. 따라서, 이 범위의 액정 트위스트 각이 설정된 액정층에서는 화이트(white)에서 다크(dark)로, 다크에서 화이트로의 전환이 안정적으로 일어남을 알 수 있다.

이 때, 액정 트위스트 각이 70도인 조건에서는 가장 최적의 반사율을 나타내며, 셀 갭 마진 또한 이 조건에서 가장 넓다.

그런데, 액정 트위스트 각이 50도인 경우에, 반사율 특성 곡선은 증가하다가 감소한 후, 다시 증가하다가 감소하는 프로파일을 보여주고 있다. 따라서, 이러한 액정 트위스트 각이 설정된 액정층에서는 화이트에서 다크로, 혹은, 다크에서 화이트로의 전환이 안정적으로 이루어지지 않음을 알 수 있다.

도 2는 액정 인가 전압에 따른 액정 트위스트 각 별 반사율을 나타낸 것이다.

액정 전압이 0V에서 4V로 증가함에 따라, 액정 트위스트 각이 70도 내지 90도 범위인 경우에 반사율 특성 곡선은 균일하게 유지하다가 감소하는 양호한 프로파일을 나타내고 있다. 따라서, 이 범위의 액정 트위스트 각이 설정된 액정층에서는 화이트에서 다크로의 전환이 안정적으로 일어남을 알 수 있다.

그런데, 액정 트위스트 각이 50도인 경우의 반사율 특성 곡선은 균일하게 유지하다가 0.84V에서 증가한 후, 1.5V에서 감소하기 시작하는 프로파일을 보여준다. 따라서, 이러한 액정 트위스트 각이 설정된 액정층에서는 화이트에서 다크로의 전 환이 안정적으로 이루어지지 않음을 알 수 있다.

액정 트위스트 각이 60도인 경우의 반사율 특성 곡선도 액정 트위스트 각이 50도인 경우의 반사율 특성 곡선과 유사하나, 반사율의 증가 정도가 미미하여 반사율의 상승이 거의 없다고 할 수 있다.

상술한 바에 따르면, 액정 트위스트 각이 60도 내지 90도인 경우, 반사율 특성이 우수하다. 따라서, 액정 표시 장치의 반사 영역에 위치하는 액정에 60도 내지 90도 범위의 트위스트 각을 설정하는 것이 바람직하다.

도 3은 액정 트위스트 각 별 반사율 및 콘트라스트비(contrast ratio)를 함께 나타낸 것이다.

콘트라스트비는 액정 트위스트 각에 비례하여 증가하는데, 액정 트위스트 각이 90도인 경우에 최적 상태의 콘트라스트비를 보여준다. 즉, 반사율과 콘트라스트비는 서로 반비례 관계에 있다.

따라서, 액정 표시 장치의 반사 영역에 위치하는 액정에 60도 내지 90도 범위의 트위스트 각을 설정하되, 휘도에 중점을 둘 것인지, 혹은 콘트라스트비에 중점을 둘 것인지에 따라, 임의의 각을 선택하는 것이 바람직하다. 예를 들어, 휘도에 중점을 둘 경우에는 액정 트위스트 각을 70도로 설정하는 것이 바람직하고, 콘트라스트비에 중점을 둘 경우에는 액정 트위스트 각을 90도로 설정하는 것이 바람직하다.

도 4 내지 도 6은 액정 표시 장치에서의 각 조건에 따른 액정의 트위스트 각 별 투과율을 나타낸 것이다. 이 때, 550㎚의 광을 사용하였다.

도 4는 액정의 셀 갭(△nd)에 따른 액정 트위스트 각 별 투과율을 나타낸 것이다.

액정 트위스트 각이 0도 내지 90도 범위에서 반사율 특성 곡선은 증가하다가 감소하는 양호한 프로파일을 나타내고 있다. 따라서, 액정 트위스트 각의 전 범위에서 화이트에서 다크로, 혹은, 다크에서 화이트로의 전환이 안정적으로 일어남을 알 수 있다.

액정 트위스트 각 별 투과율은 액정 트위스트 각이 작을 수로 커지는데, 0도 조건에서는 가장 최적의 투과율을 나타내고 있다.

도 5는 액정 인가 전압에 따른 액정 트위스트 각 별 반사율을 나타낸 것이다.

액정 전압이 0V에서 4V로 증가함에 따라, 액정 트위스트 각이 50도 내지 90도 범위인 경우, 투과율 특성 곡선은 균일하게 유지하다가 감소하는 양호한 프로파일을 나타내고 있다. 따라서, 이 범위의 액정 트위스트 각이 설정된 액정층에서는 화이트에서 다크로의 전환이 안정적으로 일어남을 알 수 있다.

도 5에는 액정 트위스트 각을 50도 내지 90도 범위로 설정하여 투과율을 나타낸 것이지만, 도 4를 고려한다면, 액정 트위스트 각이 0도 내지 50도인 경우에도 동일한 결과를 얻을 수 있을 것이라 추측된다.

상술한 바에 따르면, 액정 트위스트 각이 0도 내지 90도인 경우에 투과율 특성이 우수하다. 따라서, 액정 표시 장치의 투과 영역에 위치하는 액정에 0도 내지 90도 범위의 트위스트 각을 설정하는 것이 바람직하다.

도 6은 액정 트위스트 각 별 투과율 및 콘트라스트비를 함께 나타낸 것이다.

콘트라스트비는 액정 트위스트 각에 비례하여 증가하는데, 액정 트위스트 각이 90도에 가까울수록 지수적으로 증가하여 90도에서 최적 상태를 보여준다. 한 편, 액정 트위스트 각이 클 수록 투과율은 선형적으로 감소하는 특성을 보여 준다. 투과율과 콘트라스트비는 액정 트위스트 각 측면에서 서로 반비례하는 관계에 있다.

따라서, 액정 표시 장치의 투과 영역에 위치하는 액정에 0도 내지 90도 범위의 트위스트 각을 설정하되, 휘도에 중점을 둘 것인지, 혹은 콘트라스트비에 중점을 둘 것인지에 따라, 임의의 각을 선택하는 것이 바람직하다. 예를 들어, 휘도에 중점을 둘 경우에는 액정 트위스트 각을 0도로 설정하는 것이 바람직하고, 콘트라스트비에 중점을 둘 경우에는 액정 트위스트 각을 90도로 설정하는 것이 바람직하다.

상술한 바와 같이, 액정 표시 장치가 반사형 모드이냐 투과형 모드이냐에 따라 각 모드에 적절한 액정 트위스트 각이 서로 다르다.

본 발명은 반사형 모드와 투과형 모드가 동시에 이루어지는 반투과형 액정 표시 장치에 있어서, 각각의 모드에서의 액정층에 적절한 액정 트위스트 각을 독립적으로 설정하여 최적의 밝기 및 콘트라스트비를 구현하고자 한다.

도 7은 본 발명의 실시예에 따른 반투과형 액정 표시 장치의 개념적 구조도를 나타낸 것이다.

통상의 액정 표시 장치에서와 같이, 하부 기판(100)과 상부 기판(200) 사이 에 액정층(300)이 개재되어 있다.

하부 기판(100)은, 제1 절연 기판(10) 위에 다수개의 게이트선(도시하지 않음) 및 다수개의 데이터선(도시하지 않음)이 교차하여 다수개의 화소 영역(A)을 정의하고 있다. 화소 영역(A) 각각에는 게이트선 및 데이터선에 전기적으로 연결되는 스위칭 소자(10)와 이 스위칭 소자(10)에 전기적으로 연결되는 화소 전극(30)이 형성되어 있다.

화소 영역(A)은 화소 전극(30)의 불투명한 반사 전극(32)이 위치하는 반사 영역(B)과 화소 전극(30)의 투명 전극(33)만이 위치하는 투과 영역(C)으로 구분되어 있디. 투과 영역(C)에서는, 투명 전극(33)을 통하여 하부 기판(100)의 하부에 위치하는 백 라이트(도시하지 않음)로부터 나오는 광을 투과시키며, 반사 영역(C)에서는, 반사 전극(32)을 통하여 상부 기판(200)의 외부로부터 들어오는 광을 다시 반사시킴으로써, 광의 이용을 높이고 있다.

이러한 하부 기판(100)에 대응하는 상부 기판(200)은, 제2 절연 기판(210) 위에 하부 기판(100)의 화소 전극 부분을 드러내는 블랙 매트릭스(220)가 형성되어 있고, 하부 기판(100)의 화소 전극(30)에 중첩하여 투명 전극(33) 및 반사 전극(32)을 통하는 광을 그대로 투과시켜 색을 보여주는 색 필터(230)가 형성되어 있다. 그리고, 이러한 블랙 매트릭스(220) 및 색 필터(230) 위에 공통 전극(240)이 형성되어 있다.

이러한 상부 기판(200)과 하부 기판(100)의 사이에 액정층(300)이 개재되어 있다.

액정층(300)은 화소 영역(A)의 반사 영역(B)과 투과 영역(C)에 대응되는 부분에 서로 다른 액정 트위스트 각을 가지는 액정(LC1, LC2)이 위치하고 있다. 즉, 반사 영역(B)에 위치하는 액정(LC1)은 반사율과 콘트라스트비가 양호한 70 내지 90도 범위의 트위스트 각을 가지도록 설정하고, 투과 영역(C)에 위치하는 액정(LC2)은 투과율과 콘트라스트비가 양호한 0도 내지 90도 범위의 트위스트 각을 가지도록 설정한다.

이와 같이, 반사 영역(B) 및 투과 영역(C)에 위치하는 액정에 서로 다른 액정 트위스트 각을 주기 위하여, 러빙 작업시에, 하부 기판(100) 및 상부 기판(200)의 배향막(도시하지 않음)에 배향 방향을 적절하게 설정하거나, UV 배향 기술을 이용하여, 반사 영역(B) 및 투과 영역(C)에 UV 조사 방향을 적절하게 설정할 수 있다.

이와 같이, 본 발명에서는 하나의 화소에 반사 영역과 투과 영역을 동시에 구비하는 반투과형 액정 표시 장치에 있어서, 최적의 광 효율을 가지는 액정 트위스트 각을 반사 영역과 투과 영역 각각에 독립적으로 설정한다.

본 발명에 따른 반투과형 액정 표시 장치에서는, 반사 영역 및 투과 영역 각각에 최적의 광 효율을 가지는 액정 트위스트 각을 독립적으로 설정함으로써, 광 효율을 극대화할 수 있다.

Claims (3)

1. 다수개의 게이트선 및 다수개의 데이터선이 교차하여 다수개의 화소 영역이 정의되어 있고, 화소 영역 각각에 스위칭 소자 및 반사 영역과 투과 영역으로 구분되는 화소 전극이 형성되어 있는 하부 기판,

   상기 하부 기판에 대응하여 위치하고, 상기 화소 전극에 대응하는 공통 전극이 형성되어 있는 상부 기판,

   상기 하부 기판과 상기 상부 기판 사이에 위치하되, 상기 화소 전극의 반사 영역에 대응하는 부분과 상기 화소 전극의 투과 영역에 대응하는 부분에 서로 다른 트위스트 각이 설정되는 액정이 있는 액정층

   을 포함하는 반투과형 액정 표시 장치.
2. 제1항에서,

   상기 반사 영역에 대응하는 부분의 액정은 60도 내지 90도 범위의 트위스트 각을 가지는 반투과형 액정 표시 장치.
3. 제1항 또는, 제2항에서,

   상기 투과 영역에 대응하는 부분의 액정은 0도 내지 90도 범위의 트위스트 각을 가지는 반투과형 액정 표시 장치.

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