KR102111485B1 - 나노캡슐 액정층을 포함하는 반사형 액정표시장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 반사형 액정표시장치에 관한 것으로, 특히 빛샘강화 및 공정의 효율성이 향상된 나노캡슐 액정층을 포함하는 반사형 액정표시장치에 관한 것이다.
본 발명의 특징은 불규칙하게 배열된 네마틱(nematic) 액정분자가 내부에 채워진 나노캡슐이 버퍼층에 분산된 나노캡슐 액정층을 제 1 및 제 2 기판 사이에 개재하는 것이다.
이를 통해, 응답시간이 향상되는 효과가 있으며, 배향막 공정, 러빙공정, 갭 형성공정, 실패턴 형성공정을 생략할 수 있어, 공정의 효율성을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
그리고 본 발명의 반사형 액정표시장치를 터치형 표시장치, 곡면형 표시장치, 그리고 플렉서블한 표시장치에도 적용가능한 효과를 갖는다.

Description

나노캡슐 액정층을 포함하는 반사형 액정표시장치{Reflection type liquid crystal display device including nano capsule liquid crystal}
본 발명은 반사형 액정표시장치에 관한 것으로, 특히 빛샘강화 및 공정의 효율성이 향상된 나노캡슐 액정층을 포함하는 반사형 액정표시장치에 관한 것이다.
최근 디스플레이(display) 분야가 급속도로 발전해 왔고, 이에 부응해서 박형화, 경량화, 저소비전력화 장점을 지닌 평판표시장치(flat panel display device : FPD)로서 동화상 표시에 우수하고 높은 콘트라스트비(contrast ratio)로 인해 노트북, 모니터, TV 등의 분야에서 가장 활발하게 사용되고 있는 액정표시장치(liquid crystal display device : LCD)가 기존의 브라운관(cathode ray tube : CRT)을 빠르게 대체하며 각광받고 있다.
여기서, 액정표시장치는 광원의 이용방법에 따라 백라이트를 이용하는 투과형 액정표시장치와 외부의 광원을 이용하는 반사형 액정표시장치로 분류할 수 있다.
투과형 액정표시장치는 백라이트를 광원으로 사용하여 전체 전력의2/3 이상을 소비하는 반면에 반사형 액정표시장치는 백라이트가 필요 없기 때문에 전력 및 배터리 소모를 줄일 수 있다.
한편, 반사형 액정표시장치는 외력에 의해 손쉽게 빛샘발생에 의한 화질의 저하 등이 수반된다. 또한, 반사형 액정표시장치를 완성하는데 배향막 도포 및 러빙공정 등 필요한 공정수가 너무 많은 단점이 있다.
따라서, 최근에는 외력에 의해서도 빛샘이 발생하지 않는 동시에 공정의 효율성이 향상된 반사형 액정표시장치에 대한 연구가 필요한 실정이다.
본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 공정의 효율성이 향상되며, 외력에 의해서도 광학특성이 변화되지 않는 반사형 액정표시장치를 제공하고자 하는 것을 목적으로 한다.
전술한 바와 같이 목적을 달성하기 위해, 본 발명은 제 1 전극 및 제 2 전극과, 상기 제 1 및 제 2 전극 사이로 나노캡슐 액정층이 개재된 액정패널과; 외부광이 입사되는 상기 액정패널의 상부로 위치하는 편광판과; 상기 편광판과 상기 액정패널 사이에 위치하는 위상차판과; 상기 나노캡슐 액정층을 통과한 빛을 반사시키는 반사판을 포함하며, 상기 나노캡슐 액정층은 상기 제 1 전극 및 제 2 전극에 인가되는 전압 차이에 비례하는 픽셀 전압에 따라 광학적 이방성을 가지며, 전압 무 인가시 광학적 등방성을 갖는 반사형 액정표시장치를 제공한다.
이때, 상기 위상차판은 굴절율 nx, ny, nz가 nx=ny>nz를 만족하는 사분파장판(quarter wave plate : 1/4λ plate)으로 이루어지며, 상기 나노캡슐 액정층은 액정분자가 채워져 있는 나노사이즈의 캡슐이 버퍼층에 분산된다.
그리고, 상기 나노사이즈의 캡슐의 직경은 1nm ~ 320nm이며, 상기 나노사이즈의 캡슐은 상기 나노캡슐 액정층에서 25% ~ 65% 의 부피를 차지한다.
그리고, 상기 나노캡슐 액정층의 두께는 2 ~ 5㎛이며, 상기 액정분자와 상기 나노사이즈의 캡슐의 굴절율 차이는 ±0.1 이다.
이때, 상기 액정패널은 상기 제 1 전극이 형성되는 제 1 기판을 포함하며, 상기 제 1 기판 상에는 박막트랜지스터가 위치하며, 상기 제 2 전극은 상기 제 1 기판 상에 상기 제 1 전극과 일정간격 이격하여 위치하거나, 상기 위상차판 또는 상기 편광판 상에 형성된다.
또한, 상기 액정패널은 상기 제 1 기판과 대향하여 상기 나노캡슐 액정층을 사이에 두고 위치하는 제 2 기판을 포함하며, 상기 제 2 전극은 상기 제 2 기판 상에 위치하며, 상기 제 1 기판 상에 컬러필터가 위치하거나, 상기 제 2 기판 상에 컬러필터가 위치한다.
여기서, 상기 반사판은 상기 제 1 기판 상에 반사전극으로 위치한다.
위에 상술한 바와 같이, 본 발명에 따라 불규칙하게 배열된 네마틱(nematic) 액정분자가 내부에 채워진 나노캡슐이 버퍼층에 분산된 나노캡슐 액정층을 제 1 및 제 2 기판 사이에 개재함으로써, 이를 통해, 응답시간이 향상되는 효과가 있으며, 배향막 공정, 러빙공정, 갭 형성공정, 실패턴 형성공정을 생략할 수 있어, 공정의 효율성을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
그리고 본 발명의 반사형 액정표시장치를 터치형 표시장치, 곡면형 표시장치, 그리고 플렉서블한 표시장치에도 적용가능한 효과를 갖는다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 반사형 액정표시장치의 사시도.
도 2a ~ 2b는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 나노캡슐 액정층을 포함하는 반사형 액정표시장치의 화상구현 원리를 개략적으로 살펴보기 위한 모식도.
도 3a ~ 3b는 도 2a ~ 2b의 투과하는 빛의 특성을 살펴보기 위한 광투과도.
도 4a ~ 4b는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 나노캡슐 액정층을 포함하는 반사형 액정표시장치의 화상구현 원리를 개략적으로 살펴보기 위한 모식도.
이하, 도면을 참조하여 본 발명에 따른 실시예를 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 반사형 액정표시장치의 사시도이다.
도시한 바와 같이, 반사형 액정표시장치(100)는 크게 액정패널(110)과 편광판(130), 위상차판(120) 그리고 반사판(140)으로 이루어진다.
먼저 액정패널(110)은 화상표현의 핵심적인 역할을 담당하는 부분으로서, 나노캡슐 액정층(200)을 사이에 두고 서로 대면 합착된 제 1 및 제 2 기판(112, 114)을 포함한다.
이중 하부기판 또는 어레이기판(array substrate)이라 불리는 제 1 기판(112)의 일면에는 복수개의 게이트배선(116)과 데이터배선(118)이 종횡 교차하여 화소영역(P)을 정의한다.
이들 두 배선(116, 118)의 교차지점에는 박막트랜지스터(T)가 구비되어 각 화소영역(P)에 마련된 투명 화소전극(124)과 일대일 대응 접속된다.
또한 나노캡슐 액정층(200)을 사이에 두고 이와 마주보는 제 2 기판(114)은 상부기판 또는 컬러필터기판(color filter substrate)이라 불리는데, 이의 일면에는 제 1 기판(112)의 게이트배선(116)과 데이터배선(118) 그리고 박막트랜지스터(T) 등의 비표시 요소를 가리면서 화소전극(124) 만을 노출시키도록 화소영역(P)을 두르는 격자 형상의 블랙매트릭스(132)가 구성된다.
또한, 이들 격자 내부에서 각 화소영역(P)에 대응되게 순차적으로 반복 배열되는 R(red), G(green), B(blue) 컬러필터(134) 그리고 이들 모두를 덮는 투명 공통전극(136)을 포함한다.
아울러 비록 도면상에 명확하게 나타나지는 않았지만, 제 1 기판(112)은 제 2 기판(114) 보다 큰 면적을 가지고 있어, 제 1 및 제 2 기판(112, 114) 합착 시 제 1 기판(112)의 가장자리가 외부로 노출되는데, 여기에는 각각 다수의 데이터배선(118)과 연결된 복수개의 데이터패드(118a) 그리고 다수의 게이트배선(116)과 연결된 복수개의 게이트패드(미도시)가 위치한다.
따라서, 게이트배선(116)으로 박막트랜지스터(T)의 온(on)/오프(off) 신호가 순차적으로 스캔 인가되어 선택된 화소영역(P)의 화소전극(124)에 데이터배선(118)의 화상신호가 전달되면, 화소전극(124)과 공통전극(136) 사이의 수직전계에 의해 그 사이의 나노캡슐 액정층(200)의 액정분자(220)가 구동되고, 이에 따른 빛의 투과율 변화로 여러 가지 화상을 표시할 수 있다.
그리고, 이러한 액정패널(110)의 제 2 기판(114)의 외면으로는 특정 빛만을 선택적으로 투과시키는 편광판(130)이 부착된다.
이때, 제 2 기판(114)과 편광판(130) 사이로는 위상차판(120)이 위치하는데, 위상차판(120)은 선편광을 원편광으로 변환하도록 사분파장판(quarter wave plate : 1/4λ plate)으로 이루어진다.
여기서, 위상차판(120)의 굴절율은 굴절율 nx, ny, nz가 nx=ny>nz를 만족하는 것이 바람직하다. 즉, 두 수평축의 굴절율 nx와 ny는 같고, 수직축의 굴절율 nz는 수평축의 굴절율 nx, ny보다 작은 값을 갖는 것이 바람직하다. 한편, 위상차판(120)은 편광판(130)과 일체로 형성될 수도 있다.
그리고, 제 1 기판(112)의 외면으로는 반사판(140)이 위치하는데, 반사판(140)은 외부로부터 입사되는 외부광을 반사시켜 액정패널(110)로 광을 공급함으로써, 액정패널(110)이 나타내는 투과율의 차이가 외부로 발현되도록 한다.
반사판(140)은 반사율을 높이기 위하여 알루미늄 등의 금속재질로 이루어질 수 있으며, 반사전극 형태로 제 1 기판(112)과 나노캡슐 액정층(200) 사이에 위치할 수도 있다.
이때, 반사판(140)이 반사전극 형태로 제 1 기판(112)과 나노캡슐 액정층(200) 사이에 위치할 경우 반사전극은 난반사할 수 있도록 엠보싱(embossing)형상으로 형성될 수 있다.
여기서, 본 발명에 따른 반사형 액정표시장치(100)의 가장 특징적인 것은 나노캡슐 액정층(200)을 제 1 및 제 2 기판(112, 114) 사이에 개재하여 형성한 것이다.
나노캡슐 액정층(200)은 액정분자(220)가 내부에 채워진 나노캡슐(230)이 버퍼층(210)에 분산되어, 나노캡슐 액정층(200)의 광투과량을 변경하여 화상을 표시하게 된다.
이러한, 나노캡슐 액정층(200)은 등방성(isotropic) 액정으로, 등방성 액정은 전압 무인가 시에는 3차원 또는 2차원에 있어서 광학적으로 등방성을 갖지만, 전계를 인가하면 화소전극(124)과 공통전극(136)으로 인가되는 전압 차이에 비례하는 픽셀 전압의 전계방향에 수직하거나 수평한 방향으로 복굴절이 생기는 성질을 갖는다.
즉, 나노캡슐(230) 내부에 채워진 액정분자(220)가 유전율 이방성이 음(-)인 네가티브형 네마틱(nematic) 액정분자로 이루어질 경우, 액정분자(220)는 전계방향에 수직한 방향으로 배열하게 되어 복굴절이 발생되나, 나노캡슐(230) 내부에 채워진 액정분자(220)가 유전율 이방성이 양(+)인 포지티브형 네마틱(nematic) 액정분자로 이루어질 경우, 액정분자(220)는 전계방향에 평행한 방향으로 배열하게 되어 복굴절이 발생하게 된다.
따라서, 이러한 나노캡슐 액정층(200)은 전압 인가시에는 광학적으로 일축성을 나타내게 된다.
이에 대해 좀더 자세히 살펴보면, 본 발명의 나노캡슐 액정층(200)은 액정분자(220)를 나노사이즈의 캡슐(230)로 캡슐화하게 되는데, 액정분자(220)는 나노캡슐(230) 내에서 불규칙하게 배열되게 된다.
이때, 나노캡슐 액정층(200) 내에서 나노캡슐(230)이 차지하는 부피는 5% ~ 95%로 형성될 수 있으며, 바람직하게는 나노캡슐(230)이 나노캡슐 액정층(200) 내에서 차지하는 부피가 25% ~ 65%로 형성되고, 나머지는 버퍼층(210)으로 형성하는 것이 바람직하다.
이때, 버퍼층(210)은 투명, 반투명한 재질로 수용성, 지용성 또는 혼합된 성질로 이루어질 수 있으며, 온도 또는 자외선 등에 의해 경화될 수 있다.
이러한 버퍼층(210)은 강도를 높이고 경화시간을 단축하기 위하여, 첨가물이 포함될 수도 있다.
그리고, 나노캡슐(230)의 직경은 1nm ~ 320nm로 이루어질 수 있는데, 바람직하게는 30nm ~ 100nm로 형성한다.
여기서, 나노캡슐(230)을 가시광선의 파장(320nm) 이하의 크기로 형성함으로써, 굴절율에 의한 광학적 변화가 발생하지 않으며 광학적으로 등방한 특성을 가질 수 있게 된다. 또한, 가시광선에 의해 산란의 영향을 최소화할 수 있다.
특히, 나노캡슐(230)을 100nm 이하로 형성할 경우에는 높은 콘트라스트비 특성을 가질 수 있다.
이때, 나노캡슐(230)을 포함하는 나노캡슐 액정층(200)의 두께 즉 셀갭은 1 ~ 10㎛로 이루어질 수 있는데, 바람직하게는 2 ~ 5㎛로 형성한다.
나노캡슐 액정층(200)의 셀갭이 2㎛ 이하일 경우에는 액정층의 역할로써, 빛의 투과율의 차이가 외부로 발현되기 어려우며, 5㎛이상일 경우에는 전극(124, 136) 사이 간격이 넓어짐에 따라 높은 소비전력을 요하게 되며, 또한 액정패널(110)의 전체적인 두께가 두꺼워져 최근 요구되고 있는 경향 및 박형의 반사형 액정표시장치를 구현하기 어려워지는 문제점을 야기할 수 있다.
이와 같이 나노캡슐(230) 내에 불규칙하게 배열된 액정분자(220)와 나노캡슐(230)은 서로 다른 굴절율을 가져 액정분자(220)와 나노캡슐(230) 사이의 계면에서 광산란이 발생하게 된다.
따라서, 광이 그 계면을 통과할 때 산란되어 유백색의 불투명한 상태가 되고, 나노캡슐 액정층(200)은 광학적으로 등방한 특성을 가지므로 광은 이러한 나노캡슐 액정층(200)은 그대로 통과하게 된다.
그러나, 나노캡슐 액정층(200)으로 전압을 인가하게 되면, 각 나노캡슐(230) 내부에 채워진 액정분자(220)가 규칙적으로 정렬하게 된다.
이에 액정분자(220)의 굴절율이 변화하게 되는데, 여기에서 나노캡슐(230)과 규칙적으로 배열된 액정분자(220)의 굴절률을 최대한 유사한 값을 갖도록 하여, 나노캡슐(230)과 액정분자(220) 사이의 계면에서 광산란을 최소화할 수 있다.
따라서, 나노캡슐 액정층(200)은 투명하게 보이게 되며, 나노캡슐 액정층(200)은 복굴절이 생기게 된다.
이때, 나노캡슐(230)의 굴절율은 액정분자(220)의 굴절율과의 차이가 ±0.1 이내인 것이 바람직하다. 이때, 액정분자(220)의 평균 굴절율(n)은 [(ne(액정분자의 장축 방향 굴절율) + 2 no(액정분자의 단축 방향 굴절율)) / 3]으로 정의할 수 있다.
따라서, 나노캡슐 액정층(200)을 포함하는 반사형 액정표시장치(100)는 전압의 온/오프(on/off)에 따라 투과량이 변화하는 디스플레이용 소자로 적용될 수 있는 것이다.
특히, 나노캡슐 액정층(200)은 광학적 이방성(optical anisotropic)이 있는 초기 배향이 존재하지 않기 때문에, 배향할 필요가 없으므로, 표시장치에 배향막을 구비할 필요가 없으며, 러빙공정 등 배향막 공정을 진행할 필요가 없다.
또한, 본 발명의 나노캡슐 액정층(200)은 나노캡슐(230)이 액정물질로 이루어지는 버퍼층(210) 내에 분산되어 위치할 경우에는 프린팅방법, 코팅법, 적하법을 통해 형성하거나, 나노캡슐(230)이 필름형태의 폴리머로 이루어진 버퍼층(210) 내에 분산되어 위치할 경우에는 라미네이션 공정을 통해 형성함으로써, 제 1 기판(112)과 제 2 기판(114) 사이의 액정층(도 1의 50)이 충진될 이격 간격을 위한 갭(gap) 형성공정을 생략할 수 있으며, 액정층의 액정이 새지 않도록 하기 위한 실패턴을 형성하는 공정 또한 생략할 수 있다.
이에, 공정의 효율성을 향상시킬 수 있다.
또한, 이러한 반사형 액정표시장치(100)는 외력이 가해지더라도 액정분자(220)가 나노캡슐(230) 내부에 위치하여, 가시광선 영역보다 작은 사이즈로 형성됨으로써, 가시광선에 영향을 받지 않아 외력으로 인한 빛샘이 발생하지 않게 된다. 이는, 본 발명의 반사형 액정표시장치(100)가 플렉서블 표시장치에 적용되어, 휨이 가해지더라도 가시광 영역보다 작은 나노사이즈의 나노캡슐(230)은 가시광에 영향을 받지 않아 휨에 의한 빛샘 또한 방지할 수 있다.
또한, 본 발명의 반사형 액정표시장치(100)는 전계 인가시 제 1 및 제 2 기판(112, 114) 사이에 개재된 나노캡슐 액정층(200)의 액정분자(220)가 일반적인 반사형 액정표시장치의 액정층에 비해 다이나믹하게 회전시킴으로써 응답시간이 빨라지는 효과를 갖게 된다.
도 2a ~ 2b는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 나노캡슐 액정층을 포함하는 반사형 액정표시장치의 화상구현 원리를 개략적으로 살펴보기 위한 모식도이며, 도 3a ~ 3b는 도 2a ~ 2b의 투과하는 빛의 특성을 살펴보기 위한 광투과도이다.
여기서, 본 발명의 제 1 실시예에 따른 반사형 액정표시장치(100)는 화소전극(124)과 공통전극(136)이 수직전계를 이루는 액정패널(110)을 일예로 설명하도록 하겠다. 이때, 나노캡슐(230) 내부에 채워진 액정분자(220)가 유전율 이방성이 음(-)인 네가티브형 네마틱 액정분자로 이루어진다.
도시한 바와 같이, 나노캡슐 액정층(200)을 포함하는 반사형 액정표시장치(100)는 외부광의 입사방향에 가깝도록 편광판(130)을 배치시키고 순차적으로 위상차판(120), 액정패널(110) 그리고 반사판(140)으로 위치하여 이루어진다.
이때, 위상차판(120)은 제 2 기판(114)과 나노캡슐 액정층(200) 사이에 개재되어 위치할 수도 있으며, 반사판(140)은 반사전극 형태로 제 1 기판(112)과 나노캡슐 액정층(200)에 위치할 수도 있다.
이중 액정패널(110)은 나노캡슐 액정층(200)을 사이에 두고 대면된 제 1 및 제 2 기판(112, 114)을 포함하는데, 이때 액정패널(110)은 수직전계 방식으로, 제 1 기판(112)의 안쪽면에는 박막트랜지스터(도 1의 T)와 화소전극(124)이 형성되어 있으며, 제 2 기판(114)의 안쪽면에는 블랙매트릭스(도 1의 132) 및 컬러필터(134) 그리고 공통전극(136)이 형성되어 있다.
또한, 제 2 기판(114)의 안쪽면에는 블랙매트릭스(도 1의 132) 및 컬러필터(134)를 덮는 오버코트층(미도시)이 형성되어 있을 수 있다.
따라서, 나노캡슐 액정층(200)의 네가티브형 네마틱 액정분자(220)는 제 1 및 제 2 기판(112, 114)에 수직한 수직전계에 수직하게 배열되어, 전계방향에 수직한 방향으로 굴절률이 발현된다.
이에, 도 2a와 도 3a를 참조하면, 액정패널(110)에 전압이 오프(off) 상태일 때에는 나노캡슐 액정층(200)은 네가티브형 네마틱 액정분자(220)가 임의의 방향으로 불규칙하게 배열되어 있고, 네가티브형 네마틱 액정분자(220)와 이를 캡슐화하는 나노캡슐(230)이 서로 다른 굴절율 이방성을 갖게 됨에 따라, 광학적으로 등방성 성질을 갖게 된다.
따라서, 외부로부터 광이 편광판(130)을 투과하여 이의 편광축과 나란한 제 1 선형편광 만이 투과되고 나머지는 흡수되며, 제 1 선형편광은 위상차판(120)을 통과하면서 원형편광인 좌원편광으로 변환된다.
좌원편광된 광은 나노캡슐 액정층(200)을 그대로 통과하게 되고, 나노캡슐 액정층(200)을 통과한 광은 반사판(140)에 의해 반사되면서 우원편광으로 변환된다.
우원편광된 광은 다시 그대로 나노캡슐 액정층(200)을 통과하게 되고, 우원편광된 상태로 위상차판(120)을 투과하게 되는데, 우원편광된 광은 위상차판(120)을 통과하는 과정에서 제 1 선형편광에 수직한 제 2 선형편광으로 변환하게 된다.
따라서, 위상차판(120)을 통과한 제 2 선형편광은 편광판(130)을 투과하지 못하고 차단되어 블랙(Black)을 표시하게 된다.
다음으로, 도 2b와 도 3b에 도시한 바와 같이 화소전극(124)과 공통전극(136)에 전압을 인가하면, 나노캡슐 액정층(200)의 네가티브형 네마틱 액정분자(220)는 화소전극(124)과 공통전극(136)이 이루는 전계방향에 대하여 수직이 되도록 나란하게 배열되게 된다.
따라서, 나노캡슐 액정층(200)은 광학적 이방성을 발현하게 된다.
이에, 외부로부터 광이 편광판(130)을 투과하여 이의 편광축과 나란한 제 1 선형편광 만이 투과되고 나머지는 흡수되며, 제 1 선형편광은 위상차판(120)을 통과하면서 원형편광인 좌원편광으로 변환하게 된다.
좌원편광된 광은 나노캡슐 액정층(200)을 통과하는 과정에서 나노캡슐 액정층(200)에 의해 위상지연되어, 제 1 선형편광과 수직한 제 2 선형편광만이 나노캡슐 액정층(200)을 통과하게 된다.
나노캡슐 액정층(200)을 통과한 제 2 선형편광은 반사판(140)에 의해 반사된 후, 다시 나노캡슐 액정층(200)을 통과하는 과정에서 우원편광으로 위상지연되고, 우원편광된 광은 위상차판(120)을 투과하면서 제 1 선형편광으로 변환된 후, 편광판(130)을 투과하여 화이트(White)를 표시하게 된다.
도 4a ~ 4b는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 나노캡슐 액정층을 포함하는 반사형 액정표시장치의 화상구현 원리를 개략적으로 살펴보기 위한 모식도이다.
여기서, 본 발명의 제 2 실시예에 따른 반사형 액정표시장치(100)는 화소전극(124)과 공통전극(136)이 수평전계를 이루는 액정패널(110)을 일예로 설명하도록 하겠다. 이때, 나노캡슐(230) 내부에 채워진 액정분자(220)가 유전율 이방성이 양(+)인 포지티브형 네마틱 액정분자로 이루어진다.
도시한 바와 같이, 나노캡슐 액정층(200)을 포함하는 반사형 액정표시장치(100)는 외부광의 입사방향에 가깝도록 편광판(130)을 배치시키고 순차적으로 위상차판(120), 액정패널(110) 그리고 반사판(140)으로 위치하여 이루어진다.
이때, 위상차판(120)은 제 2 기판(114)과 나노캡슐 액정층(200) 사이에 개재되어 위치할 수도 있으며, 반사판(140)은 반사전극 형태로 제 1 기판(112)과 나노캡슐 액정층(200)에 위치할 수도 있다.
이중 액정패널(110)은 나노캡슐 액정층(200)을 사이에 두고 대면된 제 1 및 제 2 기판(112, 114)을 포함하는데, 이때 액정패널(110)은 수평전계 방식으로, 제 1 기판(112)의 안쪽면에는 박막트랜지스터(도 1의 T)와 화소전극(124) 그리고 화소전극(124)과 일정간격 이격하여 공통전극(136)이 형성되어 있으며, 제 2 기판(114)의 안쪽면에는 블랙매트릭스(도 1의 132) 및 컬러필터(134)가 형성되어 있다.
또한, 제 2 기판(114)의 안쪽면에는 블랙매트릭스(도 1의 132) 및 컬러필터(134)를 덮는 오버코트층(미도시)이 형성되어 있을 수 있다.
따라서, 나노캡슐 액정층(200)의 네가티브형 네마틱 액정분자(220)는 제 1 및 제 2 기판(112, 114)에 평행한 수평전계에 수평하게 배열되어, 전계방향에 수평한 방향으로 굴절률이 발현된다.
이에, 도 4a와 같이 액정패널(110)에 전압이 오프(off) 상태일 때에는 외부로부터 입사된 광이 편광판(130)을 투과하지 못하고 차단되어 블랙(Black)을 표시하게 된다.
그리고 도 4b 와 같이 화소전극(124)과 공통전극(136)에 전압을 인가하여 수평전계가 형성되면, 나노캡슐 액정층(200)의 네가티브형 네마틱 액정분자(220)는 화소전극(124)과 공통전극(136)이 이루는 전계방향으로 균일하게 정렬하게 된다.
이에, 외부로부터 입사된 광은 편광판(130)과 위상차판(120) 그리고 나노캡슐 액정층(200)을 투과하여 반사판(140)에 의해 반사된 후, 다시 나노캡슐 액정층(200)과 위상차판(120) 그리고 편광판(130)을 투과하여 화이트(White)를 표시하게 된다.
한편, 본 발명의 제 1및 제 2 실시예에 따른 반사형 액정표시장치(100)는 제 1 기판(112) 상에 박막트랜지스터(도 1의 T)와 컬러필터(134)가 형성되는 COT(color filter on transistor) 구조로 이루어질 수도 있다.
즉, 제 1 기판(112) 상에는 게이트절연막(미도시)을 사이에 두고 서로 수직하게 교차하여 화소영역(도 1의 P)을 정의하는 게이트배선(도 1의 116)과 데이터배선(도 1의 118)이 형성되며, 게이트배선(도 1의 116)과 데이터배선(도 1의 118)의 교차영역에는 박막트랜지스터(도 1의 T)가 형성되고, 박막트랜지스터(도 1의 T) 상부에는 보호막(미도시)을 사이에 두고 블랙매트릭스(도 1의 132)가 화소영역(도 1의P) 만을 노출하도록 격자 형상으로 구성되고, 화소영역(도 1의P) 상에는 순차적으로 반복 배열되는 일례로 R(red), G(green), B(blue) 컬러필터(134)가 형성된다.
그리고, 제 1 기판(112)의 화소영역(도 1의 P)에는 화소전극(124)이 형성되어 있으며, 제 1 기판(112) 또는 제 2 기판(114) 상에는 화소전극(124)에 대응되는 공통전극(136)이 형성된다.
여기서, 이와 같은 COT구조에서는 제 2 기판(114)을 생략하여 형성할 수도 있다. 제 2 기판(114)이 생략될 경우 수직전계 모드에서는 공통전극(136)을 위상차판(120)의 내면에 형성할 수 있다.
전술한 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 반사형 액정표시장치(100)는 불규칙하게 배열된 네마틱(nematic) 액정분자(220)가 내부에 채워진 나노캡슐(230)이 버퍼층(210)에 분산된 나노캡슐 액정층(200)을 제 1 및 제 2 기판(112, 114) 사이에 개재함으로써, 일반적인 네마틱 액정표시장치를 사용하던 기존의 액정표시장치에 비해 응답시간이 빨라지는 효과를 갖게 된다.
그리고, 나노캡슐 액정층(200)은 광학적 이방성(optical anisotropic)이 있는 초기 배향이 존재하지 않기 때문에, 배향할 필요가 없으므로, 표시장치에 배향막을 구비할 필요가 없으며, 러빙공정 등 배향막 공정을 진행할 필요가 없다. 또한, 본 발명의 나노캡슐 액정층(200)은 나노캡슐(230)이 액정물질로 이루어지는 버퍼층(210) 내에 분산되어 위치할 경우에는 프린팅방법, 코팅법, 적하법을 통해 형성하거나, 나노캡슐(230)이 필름형태의 폴리머로 이루어진 버퍼층(210) 내에 분산되어 위치할 경우에는 라미네이션 공정을 통해 형성함으로써, 제 1 기판(112)과 제 2 기판(114) 사이의 액정층이 충진될 이격 간격을 위한 갭(gap) 형성공정을 생략할 수 있으며, 액정층의 액정이 새지 않도록 하기 위한 실패턴을 형성하는 공정 또한 생략할 수 있다.
이에, 공정의 효율성을 향상시킬 수 있다.
또한, 이러한 반사형 액정표시장치(100)는 외력이 가해지더라도 액정분자(220)가 나노캡슐(230) 내부에 위치하여, 가시광선 영역보다 작은 사이즈로 형성됨으로써, 가시광선에 영향을 받지 않아 외력으로 인한 빛샘이 발생하지 않게 된다. 이는, 본 발명의 반사형 액정표시장치(100)가 플렉서블 표시장치에 적용되어, 휨이 가해지더라도 가시광 영역보다 작은 나노사이즈의 나노캡슐(230)은 가시광에 영향을 받지 않아 휨에 의한 빛샘 또한 방지할 수 있다.
본 발명은 상기 실시예로 한정되지 않고, 본 발명의 취지를 벗어나지 않는 한도 내에서 다양하게 변경하여 실시할 수 있다.
100 : 반사형 액정표시장치
110 : 액정패널(112 : 제 1 기판, 114 : 제 2 기판)
120 : 위상차판
130 : 편광판
140 : 반사판
124 : 화소전극
134 : 컬러필터
136 : 공통전극
200 : 나노캡슐 액정층(210 : 버퍼층, 220 : 액정분자, 230 : 나노캡슐)

Claims (13)

  1. 서로 대면 합착된 제 1 및 제 2 기판과, 상기 제 1 및 제 2 기판 상에 구비되는 제 1 전극 및 제 2 전극과, 상기 제 1 및 제 2 전극 사이로 나노캡슐 액정층이 개재된 액정패널과;
    외부광이 입사되는 상기 액정패널의 상부로 위치하는 편광판과;
    상기 편광판과 상기 액정패널 사이에 위치하는 위상차판과;
    상기 나노캡슐 액정층을 통과한 빛을 반사시키는 반사판
    을 포함하며, 상기 나노캡슐 액정층은 상기 제 1 전극 및 제 2 전극에 인가되는 전압 차이에 비례하는 픽셀 전압에 따라 광학적 이방성을 가지며, 전압 무 인가시 광학적 등방성을 가지며,
    상기 반사판은 상기 제 1 기판의 배면에 밀착되어 위치하거나, 또는 상기 제 1 기판과 상기 나노캡슐 액정층 사이로 위치하며,
    상기 제 1 및 제 2 전극으로 전압이 인가되면, 상기 외부광은 상기 반사판에 의해 반사되어, 상기 나노캡슐 액정층과 상기 위상차판 그리고 상기 편광판을 순차적으로 투과하여 화상을 구현하는 반사형 액정표시장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 위상차판은 굴절율 nx, ny, nz가 nx=ny>nz를 만족하는 사분파장판(quarter wave plate : 1/4λ plate)으로 이루어져,
    상기 편광판을 투과한 선형편광을 원형편광으로 변환시키는는 반사형 액정표시장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 나노캡슐 액정층은 액정분자가 채워져 있는 나노사이즈의 캡슐이 버퍼층에 분산되어 형성되는 반사형 액정표시장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 나노사이즈의 캡슐의 직경은 1nm ~ 320nm인 반사형 액정표시장치.
  5. 제 3 항에 있어서,
    상기 나노사이즈의 캡슐은 상기 나노캡슐 액정층에서 25% ~ 65% 의 부피를 차지하는 반사형 액정표시장치.
  6. 제 3 항에 있어서,
    상기 나노캡슐 액정층의 두께는 2 ~ 5㎛인 반사형 액정표시장치.
  7. 제 3 항에 있어서,
    상기 액정분자와 상기 나노사이즈의 캡슐의 굴절율 차이는 ±0.1 인 반사형 액정표시장치.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 액정패널은 상기 제 1 전극이 형성되는 상기 제 1 기판을 포함하며, 상기 제 1 기판 상에는 박막트랜지스터가 위치하는 반사형 액정표시장치.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 제 2 전극은 상기 제 1 기판 상에 상기 제 1 전극과 일정간격 이격하여 위치하거나, 상기 위상차판 또는 상기 편광판 상에 형성되는 반사형 액정표시장치.
  10. 제 8 항에 있어서,
    상기 액정패널은 상기 제 1 기판과 대향하여 상기 나노캡슐 액정층을 사이에 두고 위치하는 상기 제 2 기판을 포함하며, 상기 제 2 전극은 상기 제 2 기판 상에 위치하는 반사형 액정표시장치.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 제 1 기판 상에 컬러필터가 위치하거나, 상기 제 2 기판 상에 컬러필터가 위치하는 반사형 액정표시장치.
  12. 제 8 항에 있어서,
    상기 반사판이 상기 제 1 기판과 상기 나노캡슐 액정층 사이로 위치하는 경우,
    상기 반사판은 상기 제 1 기판 상에 반사전극으로 위치하는 반사형 액정표시장치.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 반사전극은 엠보싱(embossing) 형상인 반사형 액정표시장치.

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