KR102111486B1 - 나노캡슐 액정층을 포함하는 플렉서블 액정표시장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 플렉서블 액정표시장치에 관한 것으로, 특히 빛샘강화 및 공정의 효율성이 향상된 나노캡슐 액정층을 포함하는 플렉서블 액정표시장치에 관한 것이다.
본 발명의 특징은 나노캡슐 액정층을 포함하는 플렉서블 액정표시장치를 제공함으로써, 이를 통해, 응답시간이 향상되며, 외력이 가해지더라도 빛샘이 발생하는 것을 방지할 수 있다.
또한, 배향막 공정, 러빙공정, 갭 형성공정, 실패턴 형성공정을 생략할 수 있어, 공정의 효율성을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
그리고 본 발명의 액정표시장치를 터치형 표시장치, 곡면형 표시장치, 그리고 플렉서블한 표시장치에도 적용가능한 효과를 갖는다.
특히, 하나의 편광판을 삭제할 수 있어, 액정패널의 전체적인 두께를 줄일 수 있으므로 경량 및 박형의 액정표시장치를 제공할 수 있는 동시에 유연한 특성을 갖는 플렉서블 표시장치로 적용할 수도 있다.

Description

나노캡슐 액정층을 포함하는 플렉서블 액정표시장치{Flexible liquid crystal display device including nano capsule liquid crystal}
본 발명은 플렉서블 액정표시장치에 관한 것으로, 특히 빛샘강화 및 공정의 효율성이 향상된 나노캡슐 액정층을 포함하는 플렉서블 액정표시장치에 관한 것이다.
최근 정보화 시대에 발맞추어 디스플레이(display) 분야 또한 급속도로 발전해 왔고, 이에 부응해서 박형화, 경량화, 저소비전력화 장점을 지닌 평판표시장치(flat panel display device : FPD)로써, 액정표시장치(liquid crystal display device : LCD), 플라즈마표시장치(plasma display panel device : PDP), 전기발광표시장치(electroluminescence display device : ELD), 전계방출표시장치(field emission display device : FED) 등이 소개되어 기존의 브라운관(cathode ray tube : CRT)을 빠르게 대체하며 각광받고 있다.
이중에서도 액정표시장치는 동화상 표시에 우수하고 높은 콘트라스트비(contrast ratio)로 인해 노트북, 모니터, TV 등의 분야에서 가장 활발하게 사용되고 있는데, 액정표시장치는 자체 발광요소를 갖지 못하는 소자로 별도의 광원을 요구하게 된다.
이에 따라, 액정패널의 배면으로는 광원을 구비한 백라이트 유닛(backlight unit)이 마련되어 액정패널 전면을 향해 빛을 조사하고 이를 통해서 비로소 식별 가능한 휘도의 화상이 구현된다.
한편, 일반적인 백라이트 유닛은 광원의 배열구조에 따라 사이드라이트(side light)방식과 직하형(direct type)방식으로 구분되는데, 사이드라이트방식은 하나 또는 한쌍의 광원이 도광판의 일측부에 배치되는 구조를 가지거나, 두개 또는 두쌍의 광원이 도광판의 양측부 각각에 배치된 구조를 가지며, 직하형방식은 수개의 광원이 광학시트의 하부에 배치된 구조를 갖는다.
여기서, 사이드라이트방식은 직하형방식에 비해 제작이 용이하며, 직하형에 비해 박형으로 무게가 가볍고 소비전력이 낮은 이점을 갖는다.
도 1은 일반적인 사이드라이트방식 백라이트 유닛을 이용하는 액정표시장치의 단면도이다.
도시한 바와 같이, 일반적인 액정표시장치는 액정패널(10)과 백라이트 유닛(20)으로 구성된다.
액정패널(10)은 화상표현의 핵심적인 역할을 담당하는 부분으로써 액정층을 사이에 두고 대면 합착된 제 1 및 제 2 기판(12, 14)으로 구성된다. 이러한 액정패널(10)의 서로 인접한 두 가장자리를 따라서는 연결부재(미도시)를 매개로 인쇄회로기판(미도시)이 각각 연결된다.
이때, 액정패널(10)의 제 1 제 2 기판(12, 14)의 각각 외면으로는 특정 빛만을 선택적으로 투과시키는 편광판(19a, 19b)이 부착된다.
그리고, 액정패널(10) 후방으로는 백라이트 유닛(20)이 구비된다.
백라이트 유닛(20)은 일측 가장자리 길이방향을 따라 배열되는 LED 어셈블리(29)와, 백색 또는 은색의 반사판(25)과, 이러한 반사판(25) 상에 안착되는 도광판(23) 그리고 이의 상부로 개재되는 광학시트(21)를 포함한다.
여기서, LED 어셈블리(29)는 다수의 LED(29a)와 다수의 LED(29a)가 실장되는 PCB(29b)로 이루어진다.
이에 따라 LED어셈블리(29)로부터 발한 빛은 도광판(23)으로 입사된 후 액정패널(10) 방향으로 굴절되고, 광학시트(21)를 통과하는 동안 균일 휘도의 고품위로 가공되어 액정패널(10)에 입사되어, 이로써 액정패널(10)은 외부로 화상을 표시하게 된다.
한편, 이러한 액정표시장치는 백라이트 유닛(20)으로부터 출사된 빛 중 일부 빛이 제 1 편광판(19a)에 의해 흡수 및 반사되어 손실되는데, 이는 백라이트 유닛(20)으로부터 출사된 빛의 50%에 해당한다.
또한, 제 1 및 제 2 기판(12, 14)을 비롯한 액정층(미도시)을 통과하는 과정 중에 흡수 및 반사되어 또 다시 일부가 손실되므로, 휘도 면에서 매우 취약한 단점을 나타내게 된다.
본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 광손실을 최소화하여 액정표시장치의 광효율을 향상시키고자 하는 것을 제 1 목적으로 하며, 이로 인하여, 고휘도의 액정표시장치를 제공하고자 하는 것을 제 2 목적으로 한다.
또한, 공정의 효율성이 향상되며, 외력에 의해서도 광학특성이 변화되지 않는 액정표시장치를 제공하고자 하는 것을 제 3 목적으로 한다.
또한, 플렉서블한 액정표시장치를 제공하고자 하는 것을 제 4 목적으로 한다.
전술한 바와 같이 목적을 달성하기 위해, 본 발명은 화소전극과 공통전극이 형성된 기판 상부로 나노캡슐 액정층이 위치하는 액정패널과; 상기 액정패널 상부에 위치하는 편광판과; 상기 액정패널의 하부에 위치하며, 상기 편광판의 투과축과 수직한 특정선형편광을 공급하는 백라이트을 포함하며, 상기 나노캡슐 액정층은 상기 제 1 전극 및 상기 제 2 전극에 인가되는 전압 차이에 비례하는 픽셀 전압에 따라 광학적 이방성을 가지며, 전압 무 인가시 광학적 등방성을 갖는 플렉서블 액정표시장치를 제공한다.
이때, 상기 백라이트는 도광판과, 상기 도광판의 입광면을 따라 배열되는 광원과, 상기 광원과 상기 입광면 사이로 개재되는 반사편광필름을 포함하며, 상기 백라이트는 도광판과, 상기 도광판의 입광면을 따라 배열되며 상기 도광판으로 편광된 광을 방출하는 비극성 또는 반극성 LED를 포함한다.
그리고, 상기 백라이트는 와이어그리드 격자가 형성된 도광판과, 상기 도광판의 입광면을 따라 배열되는 광원을 포함하며, 상기 백라이트는 도광판과, 상기 도광판의 입광면을 따라 배열되는 광원과, 상기 도광판의 상부로 편광분리층을 포함한다.
또한, 상기 도광판의 하부로 반사판이 위치하며, 상기 도광판 상부로 광학시트가 위치하며, 상기 도광판은 코어(core)와, 상기 코어의 외주면을 감싸며, 상기 코어에 비해 굴절율이 작은 광 가이드부와, 상기 코어에 비해 굴절율이 크거나 같은 광 발산부로 이루어지는 클래드(clad)를 포함하는 복수의 광섬유 다발이 평행하게 나열되어 판체를 형성한다.
이때, 상기 반사편광필름은, 굴절률이 다른 유전체 박막의 적층구조 내에 편광자를 내재시킨 다층박막구조로 이루어지거나, 일 방향으로 나란히 배열된 미세금속패턴을 포함하는 와이어그리드 반사편광필름 중 선택된 하나이며, 상기 나노캡슐 액정층은 상기 백라이트 유닛을 향해 위치하여, 상기 편광판은 상기 기판의 외측으로 위치한다.
그리고, 상기 기판의 외측으로 터치패널이 위치하며, 상기 액정패널과 상기 백라이트 사이는 점착제를 통해 라미네이션 처리된다.
또한, 상기 나노사이즈의 캡슐의 직경은 1nm ~ 320nm이며, 상기 나노사이즈의 캡슐은 상기 나노캡슐 액정층에서 25% ~ 65% 부피를 차지한다.
그리고, 상기 나노캡슐 액정층의 두께는 2 ~ 5㎛이며, 상기 액정분자와 상기 나노사이즈의 캡슐의 굴절율 차이는 ±0.1 이다.
위에 상술한 바와 같이, 본 발명에 따라 나노캡슐 액정층을 포함하는 액정표시장치를 제공함으로써, 이를 통해, 응답시간이 향상되며, 외력이 가해지더라도 빛샘이 발생하는 것을 방지할 수 있는 효과가 있다.
또한, 배향막 공정, 러빙공정, 갭 형성공정, 실패턴 형성공정을 생략할 수 있어, 공정의 효율성을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
그리고 본 발명의 액정표시장치를 터치형 표시장치, 곡면형 표시장치, 그리고 플렉서블한 표시장치에도 적용가능한 효과를 갖는다.
특히, 하나의 편광판을 삭제할 수 있어, 액정패널의 전체적인 두께를 줄일 수 있으므로, 경량 및 박형의 액정표시장치를 제공할 수 있는 동시에 유연한 특성을 갖는 플렉서블 표시장치로 적용할 수도 있는 효과가 있다.
도 1은 일반적인 사이드라이트방식 백라이트 유닛을 이용하는 액정표시장치의 단면도.
도 2a ~ 2b는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 나노캡슐 액정층을 포함하는 플렉서블 액정표시장치의 화상구현 원리를 개략적으로 살펴보기 위한 모식도.
도 2c ~ 2d는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 나노캡슐 액정층을 포함하는 플렉서블 액정표시장치의 또다른 실시예를 개략적으로 도시한 도면.
도 3은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 나노캡슐 액정층을 포함하는 플렉서블 액정표시장치를 개략적으로 도시한 도면.
도 4a는 본 발명의 제 3 실시예에 따른 나노캡슐 액정층을 포함하는 플렉서블 액정표시장치를 개략적으로 도시한 도면.
도 4b는 도 4a의 광섬유 타입 도광판의 광섬유를 개략적으로 도시한 사시도.
이하, 도면을 참조하여 본 발명에 따른 실시예를 상세히 설명한다.
도 2a ~ 2b는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 나노캡슐 액정층을 포함하는 플렉서블 액정표시장치의 화상구현 원리를 개략적으로 살펴보기 위한 모식도이며, 도 2c ~ 2d는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 나노캡슐 액정층을 포함하는 플렉서블 액정표시장치의 또다른 실시예를 개략적으로 도시한 도면이다.
도시한 바와 같이, 본 발명의 제 1 실시예에 따른 플렉서블 액정표시장치는 크게 액정패널(110)과 백라이트(120)로 이루어진다.
먼저 액정패널(110)은 화상표현의 핵심적인 역할을 담당하는 부분으로서, 기판(101) 상에 나노캡슐 액정층(200)이 형성된다.
이중 어레이기판(array substrate)이라 불리는 기판(101)의 일면에는 도시하지는 않았지만 게이트절연막을 사이에 두고 서로 수직하게 교차하여 화소영역을 정의하는 게이트배선과 데이터배선이 형성되며, 게이트배선과 데이터배선의 교차영역에는 박막트랜지스터가 형성되고, 박막트랜지스터 상부에는 보호막을 사이에 두고 블랙매트릭스가 화소영역 만을 노출하도록 격자 형상으로 구성되고, 화소영역 상에는 순차적으로 반복 배열되는 일례로 R(red), G(green), B(blue) 컬러필터(103)가 형성된다.
컬러필터(103) 상부로는 박막트랜지스터와 연결되는 화소전극(105) 그리고 화소전극(105)과 일정간격 이격하여 공통전극(107)이 형성되어 있다.
따라서, 화소전극(105)과 공통전극(107) 사이의 수평전계에 의해 그 사이의 나노캡슐 액정층(200)의 액정분자(220)가 구동되고, 이에 따른 빛의 투과율 변화로 여러 가지 화상을 표시할 수 있다.
그리고, 나노캡슐 액정층(200)의 상부로는 특정 빛만을 선택적으로 투과시키는 편광판(109)이 부착된다.
아울러 액정패널(110)이 나타내는 투과율의 차이가 외부로 발현되도록 이의 배면에서 빛을 공급하는 백라이트(120)가 구비된다.
여기서, 백라이트(120)는 일 가장자리 길이방향을 따라 배열되는 LED 어셈블리(129)와 반사편광필름(127), 백색 또는 은색의 반사판(125)과, 이러한 반사판(125) 상에 안착되는 도광판(123) 그리고 이의 상부로 개재되는 광학시트(121)를 포함한다.
LED 어셈블리(129)는 백라이트(120)의 광원으로서, 도광판(123)의 입광면과 대면하도록 도광판(123)의 일측에 위치하며, 이러한 LED 어셈블리(129)는 다수개의 LED(129a)와, 다수개의 LED(129a)가 일정 간격 이격하여 장착되는 PCB(129b)를 포함한다.　
이러한 LED 어셈블리(129)의 LED(129a)의 전방으로 바(bar) 형상의 반사편광필름(127)이 위치하는데, 반사편광필름(127)은 LED(129a)로부터 발광된 빛 중 특정선형편광 만을 통과시키고, 나머지 빛은 반사시켜 재생시킴으로써, 본 발명의 플렉서블 액정표시장치의 광효율을 보다 향상시키게 된다.
여기서, 반사편광필름(127)은 서로 다른 굴절률을 나타내는 유전체 박막의 적층구조 내에 일정 편광축을 가진 편광자가 내재되어 형성되거나 또는 베이스필름 상에 반사효율이 높은 알루미늄(Al), 은(Ag), 크롬(Cr) 등의 미세 선형 금속패턴을 일 방향으로 나란히 배열시킨 와이어그리드편광자 등으로 이루어질 수 있다.
이러한 반사편광필름(127)은 액정패널(110)의 상부에 위치하는 편광판(109)의 편광축과 수직한 편광축을 갖는다.
이를 통해, LED어셈블리(129)로부터 발산된 빛은 모두 도광판(123) 내부로 입사되어 광손실이 없이 모두 액정패널(110)로 제공된다.
즉, LED어셈블리(129)로부터 출사되는 빛은 반사편광필름(127)에 의해 반사편광필름(127)의 편광축과 동일한 편광축을 갖는 빛만을 투과시키며 나머지 빛은 반사시키게 되는데, LED(129a)로부터 발광된 빛 중 제 1 편광은 반사편광필름(127)을 투과하여 도광판(123)의 입광면을 통해 도광판(123) 내부로 입사되나, 제 1 편광에 수직한 제 2 편광은 반사편광필름(127)에 의해 반사된 후 산란광으로 재생되게 된다.
산란광으로 재생된 빛 중 제 1 편광은 다시 반사편광필름(127)을 투과하게 되고, 제 2 편광은 다시 산란광으로 재생되어, 광효율이 향상되게 되는 것이다.
그리고, 반사편광필름(127)을 투과한 특정선형편광이 입사되는 도광판(123)은 여러번의 전반사에 의해 도광판(123) 내를 진행하면서 도광판(123)의 넓은 영역으로 골고루 퍼져 액정패널(110)에 면광원을 제공한다.
이러한 도광판(123)은 균일한 면광원을 공급하기 위해 하부면에 특정 모양의 패턴을 포함할 수 있다.
반사판(125)은 도광판(123)의 배면에 위치하여, 도광판(123)의 하부면을 통과한 빛을 액정패널(110) 쪽으로 반사시킴으로써 빛의 휘도를 향상시킨다.
도광판(123) 상부의 광학시트(121)는 확산시트와 적어도 하나의 집광시트 등을 포함하며, 도광판(123)을 통과한 빛을 확산 또는 집광하여 액정패널(110)로 보다 균일한 면광원이 입사 되도록 한다.
이때, 백라이트(120)의 광원으로 LED(129a) 외에도 음극전극형광램프(cold cathode fluorescent lamp)나 외부전극형광램프(external electrode fluorescent lamp)와 같은 형광램프가 이용될 수 있다.
한편, 액정패널(110)과 백라이트(120)는 라미네이션(lamination) 공정을 통해 일체형으로 모듈화할 수 있는데, 이때 액정패널(110)과 백라이트(120)를 라미네이션 공정을 통해 일체화하는 과정에서 액정패널(110)과 백라이트(120) 사이로 점착제(미도시)를 개재하여, 액정패널(110)과 백라이트(120) 사이의 에어갭(air gap)을 막아 광손실이 발생하는 것을 방지할 수 있다.
여기서, 본 발명에 따른 플렉서블 액정표시장치의 가장 특징적인 것은 기판(101) 상에 나노캡슐 액정층(200)을 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(105)과 공통전극(107)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 25% ~ 65%의 부피를 차지하도록 형성하고, 나머지는 버퍼층(210)으로 형성된다.
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.
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 화소전극(105)과 공통전극(107) 사이의 전계가 나노캡슐 액정층(200)의 전체로 형성되기 어려워, 높은 소비전력을 요하게 되며, 또한 액정패널(110)의 전체적인 두께가 두꺼워져 최근 요구되고 있는 경향 및 박형의 플렉서블 액정표시장치를 구현하기 어려워지는 문제점을 야기할 수 있다.
한편, 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.
따라서, 도 2a와 같은 전압이 오프(off) 상태일 때에는 나노캡슐 액정층(200)은 전압의 오프(off) 상태에서는 액정분자(220)가 임의의 방향으로 불규칙하게 배열되어 있고, 액정분자(220)와 이를 캡슐화하는 나노캡슐(230)이 서로 다른 굴절율 이방성을 갖게 됨에 따라, 광학적으로 등방성 성질을 갖게 된다.
따라서, 백라이트(120)로부터 출사된 선형편광은 나노캡슐 액정층(200)을 그대로 통과하게 되고, 백라이트(120)로부터 출사된 선형편광의 편광축과 수직한 편광판(109)을 통과하지 못하고 차단되어 블랙(Black)을 표시하게 된다.
그리고, 도 2b와 같이 화소전극(105)과 공통전극(107)으로 전압을 인가하여, 수평전계가 형성되면, 나노캡슐 액정층(200)의 액정분자(220)들은 전기장 방향으로 균일하게 정렬하게 되고, 이에 백라이트(120)로부터 출사된 선형편광은 중 액정분자(220)와 나란한 선형편광이 나노캡슐 액정층(200)을 통과하게 된다.
그리고, 나노캡슐 액정층(200)의 액정분자(220)와 나란하여, 나노캡슐 액정층(200)을 투과한 선형편광 중 편광판(130)의 편광축과 나란한 선형편광이 편광판(109)을 투과해서 화이트(White)를 표시하게 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 플렉서블 액정표시장치는 전압의 온/오프(on/off)에 따라 투과량이 변화하는 디스플레이용 소자로 적용될 수 있는 것이다.
그리고 이러한 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(도 1의 12)과 제 2 기판(도 1의 14) 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 플렉서블 액정표시장치는 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 액정표시장치가 플렉서블 표시장치에 적용되어, 휨이 가해지더라도 가시광 영역보다 작은 나노사이즈의 나노캡슐(230)은 가시광에 영향을 받지 않아 휨에 의한 빛샘 또한 방지할 수 있다.
특히, 본 발명의 제 1 실시예에 따른 플렉서블 액정표시장치는 LED어셈블리(129)의 전방으로 반사편광필름(127)을 위치시킴으로써, 백라이트(120)로부터 선형편광이 액정패널(110)로 공급되도록 함으로써, 기존의 액정표시장치에 비해 하나의 편광판을 삭제할 수 있다.
따라서, 본 발명의 제 1 실시예에 따른 플렉서블 액정표시장치는 제 2 기판(도 1의 14)과 하나의 편광판(도 1의 19b)을 모두 삭제할 수 있어, 액정패널(110)의 전체적인 두께를 줄일 수 있으므로, 경량 및 박형의 액정표시장치를 제공할 수 있는 동시에 유연한 특성을 갖는 플렉서블 표시장치로 적용할 수도 있다.
한편, 본 발명의 제 1 실시예에 따른 플렉서블 액정표시장치는 나노캡슐 액정층(200)이 액정물질 또는 필름형태의 버퍼층(210) 내에 나노캡슐(230)이 분산되어 형성됨으로써, 도 2c에 도시한 바와 같이 액정패널(110)의 나노캡슐 액정층(200)이 백라이트(120)를 향하도록 형성할 수도 있는데, 이때, 편광판(109)은 기판(101)의 상부로 위치하도록 형성한다.
그리고 이와 같이 나노캡슐 액정층(200)이 백라이트(120)를 향하도록 형성할 경우 기판(101)이 상부로 노출되어 위치함에 따라 도 2d에 도시한 바와 같이 기판(101) 상부로 제 1 전극(131)과 절연막(135), 제 2 전극(133) 그리고 터치기판(137)을 포함하는 터치패널(130)을 형성하여, 본 발명의 제 1 실시예에 따른 플렉서블 액정표시장치를 터치용 표시장치에 적용할 수도 있다.
한편, 반사편광필름(127) 외에, 도광판(123) 내부에 와이어그리드 격자를 형성함으로써, 특정선형편광만이 도광판(123)을 투과하여 액정패널(110)로 공급되도록 할 수 도 있으며, 또는 도광판(123) 상부로 편광분리층을 위치시켜, 특정선형편광만이 도광판(123)을 투과하여 액정패널(110)로 공급되도록 할 수 도 있다.
도 3은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 나노캡슐 액정층을 포함하는 플렉서블 액정표시장치를 개략적으로 도시한 도면이다.
도시한 바와 같이, 나노캡슐 액정층(200)을 포함하는 플렉서블 액정표시장치는 액정패널(110) 및 이의 배면에서 빛을 공급하는 백라이트(120)로 이루어지며, 이중 액정패널(110)은 박막트랜지스터와 컬러필터(103)가 형성된 기판(101) 상에 나노캡슐 액정층(200)이 형성된다.
이때, 기판(101) 상에는 박막트랜지스터와 컬러필터(103) 그리고 화소전극(105)과 공통전극(107)이 형성되어 있다.
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.
그리고, 나노캡슐 액정층(200)의 상부로는 특정 빛만을 선택적으로 투과시키는 편광판(109)이 부착되며, 액정패널(110)의 배면으로는 백라이트(120)가 구비되어, 액정패널(110)로 빛을 공급하게 된다.
여기서, 백라이트(120)는 일 가장자리 길이방향을 따라 배열되는 비극성 또는 반극성(non-polar or semi-polar)LED(300)와 백색 또는 은색의 반사판(125)과, 이러한 반사판(125) 상에 안착되는 도광판(123) 그리고 이의 상부로 개재되는 광학시트(121)를 포함한다.
비극성 또는 반극성LED(300)는 백라이트(120)의 광원으로서, 도광판(123)의 입광면과 대면하도록 도광판(123)의 일측에 위치한다.　
여기서, 비극성 또는 반극성LED(300)들은 특정방향으로 편광된 빛을 방출하는 특성을 갖는다.
이러한 비극성 또는 반극성LED(300)들은 c-축 방향으로 성장된 화합물 반도체층을 포함하는 극성(polar) LED와 구별된다. 예컨대, GaN, InGaN, AlGaN, AlInGaN 등의 GaN 계열의 질화물 반도체층을 GaN 기판의 m-면 또는 a-면 상에 성장시킴으로써 자발분극(spontaneous polarization) 또는 피에조 분극(piezoelectrice polarization)이 없는 비극성LED 또는 반극성LED를 제조할 수 있다.
또한, 질화물 반도체를 이용한 LED는 질화물 반도체의 조성비를 조절함으로써 자외선 내지 가시광선 영역 내에서 요구되는 파장의 빛을 방출하도록 제조될 수 있다.
그리고, 비극성 또는 반극성LED(300)로부터 출사된 특정선형편광이 입사되는 도광판(123)은 여러번의 전반사에 의해 도광판(123) 내를 진행하면서 도광판(123)의 넓은 영역으로 골고루 퍼져 액정패널(110)에 면광원을 제공한다.
이러한 도광판(123)은 균일한 면광원을 공급하기 위해 하부면에 특정 모양의 패턴을 포함할 수 있다.
반사판(125)은 도광판(123)의 배면에 위치하여, 도광판(123)의 하부면을 통과한 빛을 액정패널(110) 쪽으로 반사시킴으로써 빛의 휘도를 향상시킨다.
도광판(123) 상부의 광학시트(121)는 확산시트와 적어도 하나의 집광시트 등을 포함하며, 도광판(123)을 통과한 빛을 확산 또는 집광하여 액정패널(110)로 보다 균일한 면광원이 입사 되도록 한다.
이러한 본 발명의 제 2 실시예에 따른 플렉서블 액정표시장치는 전압이 오프(off) 상태일 때에는 나노캡슐 액정층(200)은 전압의 오프(off) 상태에서는 액정분자(220)가 임의의 방향으로 불규칙하게 배열되어 있고, 액정분자(220)와 이를 캡슐화하는 나노캡슐(230)이 서로 다른 굴절율 이방성을 갖게 됨에 따라, 광학적으로 등방성 성질을 갖게 되므로, 백라이트(120)로부터 출사된 선형편광은 나노캡슐 액정층(200)을 그대로 통과하게 되고, 백라이트(120)로부터 출사된 선형편광의 편광축과 수직한 편광판(109)을 통과하지 못하고 차단되어 블랙(Black)을 표시하게 된다.
그리고, 화소전극(105)과 공통전극(107)으로 전압을 인가하여, 수평전계가 형성되면, 나노캡슐 액정층(200)의 액정분자(220)들은 전기장 방향으로 균일하게 정렬하게 되고, 이에 백라이트(120)로부터 출사된 선형편광은 중 액정분자(220)와 나란한 선형편광이 나노캡슐 액정층(200)을 통과하게 되고, 나노캡슐 액정층(200)을 투과한 선형편광 중 편광판(109)의 편광축과 나란한 선형편광이 편광판(109)을 투과해서 화이트(White)를 표시하게 된다.
도 4a는 본 발명의 제 3 실시예에 따른 나노캡슐 액정층을 포함하는 플렉서블 액정표시장치를 개략적으로 도시한 도면이며, 도 4b는 도 4a의 광섬유 타입 도광판의 광섬유를 개략적으로 도시한 사시도이다.
도시한 바와 같이, 나노캡슐 액정층(200)을 포함하는 플렉서블 액정표시장치는 액정패널(110) 및 이의 배면에서 빛을 공급하는 백라이트(120)로 이루어지며, 이중 액정패널(110)은 박막트랜지스터와 컬러필터(103)가 형성된 기판(101) 상에 나노캡슐 액정층(200)이 형성된다.
이때, 기판(101) 상에는 박막트랜지스터와 컬러필터(103) 그리고 화소전극(105)과 공통전극(107)이 형성되어 있다.
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.
그리고, 나노캡슐 액정층(200)의 상부로는 특정 빛만을 선택적으로 투과시키는 편광판(109)이 부착되며, 액정패널(110)의 배면으로는 백라이트(120)가 구비되어, 액정패널(110)로 빛을 공급하게 된다.
여기서, 백라이트(120)는 일 가장자리 길이방향을 따라 배열되는 비극성 또는 반극성(non-polar or semi-polar)LED(300)와 백색 또는 은색의 반사판(125)과, 이러한 반사판(125) 상에 안착되는 광섬유타입의 도광판(400) 그리고 이의 상부로 개재되는 광학시트(121)를 포함한다.
반사판(125)은 광섬유타입의 도광판(400)의 배면에 위치하여, 광섬유타입의 도광판(400)의 하부면을 통과한 빛을 액정패널(110) 쪽으로 반사시킴으로써 빛의 휘도를 향상시킨다.
광섬유타입의 도광판(400) 상부의 광학시트(121)는 확산시트와 적어도 하나의 집광시트 등을 포함하며, 도광판(400)을 통과한 빛을 확산 또는 집광하여 액정패널(110)로 보다 균일한 면광원이 입사 되도록 한다.
비극성 또는 반극성LED(300)는 백라이트(120)의 광원으로서, 광섬유타입의 도광판(400)의 입광면과 대면하도록 도광판(400)의 일측에 위치한다.　
여기서, 비극성 또는 반극성LED(300)들은 특정방향으로 편광된 빛을 방출하는 특성을 갖는다.
그리고, 비극성 또는 반극성LED(300)로부터 출사되는 특정선형편광이 입사되는 광섬유타입의 도광판(400)은 여러번의 전반사에 의해 광섬유타입의 도광판(400) 내를 진행하면서 도광판(400)의 넓은 영역으로 골고루 퍼져 액정패널(110)에 면광원을 제공한다.
광섬유 타입의 도광판(400)은 복수 개의 광섬유(410)로 이루어진 광섬유 다발이 평행하게 나열되어 판체(Plate)를 형성하도록 구성된다.
도광판(400)을 이루는 각각의 광섬유(410)는 도 4b에 도시한 바와 같이 중심부의 코어(Core)(411)와 코어(411)의 외주면을 감싸는 클래드(Clad)(413)로 구성된다.
클래드(413)는 코어(411)의 굴절률 n1에 비해 굴절률 n2가 작아서 내부의 빛을 전반사시키는 광 가이드부(413a)와 코어(411)의 굴절률n1에 비해 굴절률 n3가 크거나 같아서 내부의 빛을 외부로 출사시키는 광 발산부(413b)로 이루어진다.
여기서, 코어(411)의 굴절률 n1, 클래드(413)의 광 가이드부(413a) 및 광 발산부(413b)의 굴절률 n2, n3는 공기(Air)의 굴절률보다 큰 1.2 내지 1.6 정도의 값을 가진다.
즉, 비극성 또는 반극성LED(300)로부터 출사되는 특정선형편광이 광섬유(410)의 코어(411)를 통해 내부에서 전반사하며 진행하다가, 내부를 통과하던 빛이 임의의 위치에서 광섬유(410)의 바깥으로 일부 출사되도록 코어(411)를 감싸는 클래드(413)의 굴절률을 일정 위치, 즉, 광 발산부(413b)에서 다르게 구성한다.
광섬유(410)에서 클래드(413)의 굴절률이 코어(411)의 굴절률보다 작으면, 코어(411) 내부의 빛은 전반사를 이루며 진행할 수 있다. 그러나, 임의의 위치에서 클래드(413)의 굴절률이 코어(411)보다 커지게 되면 전반사 조건이 깨어져 코어(411) 내부에서 진행되던 빛의 일부가 광섬유(410)의 외부로 빠져나갈 수 있게 되기 때문이다.
여기서, 광 가이드부(413a)와 광 발산부(413b)는 클래드(413)의 최외곽층으로부터 클래드(413)의 내측면까지 접하도록 구성된다.
이러한 구조의 광섬유(410)를 2개 이상의 여러 가닥으로 묶어서 광섬유 타입의 도광판(400)을 구성하고, 도광판(400)의 일측에서 빛을 입사시키면, 광섬유(410)의 길이 방향으로 임의의 위치에서 빛이 출사되는 백라이트(120)를 구성할 수 있다.
이러한 본 발명의 제 3 실시예에 따른 플렉서블 액정표시장치는 나노캡슐 액정층(200)이 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(도 1의 12)과 제 2 기판(도 1의 12) 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 플렉서블 액정표시장치는 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 액정표시장치가 플렉서블 표시장치에 적용되어, 휨이 가해지더라도 가시광 영역보다 작은 나노사이즈의 나노캡슐(230)은 가시광에 영향을 받지 않아 휨에 의한 빛샘 또한 방지할 수 있다.
특히, 본 발명의 제 3 실시예에 따른 플렉서블 액정표시장치는 특정선형편광을 출사하는 비극성 또는 반극성LED(300)를 구비함으로써, 백라이트(120)로부터 선형편광이 액정패널(110)로 공급되도록 함으로써, 일반적인 액정표시장치에 비해 하나의 편광판을 삭제할 수 있다.
따라서, 본 발명의 제 3 실시예에 따른 플렉서블 액정표시장치는 제 2 기판(도 1의 14)과 하나의 편광판(도 1의 19a)을 모두 삭제할 수 있어, 액정패널(110)의 전체적인 두께를 줄일 수 있으므로, 경량 및 박형의 플렉서블 액정표시장치를 제공할 수 있는 동시에 유연한 특성을 갖는 플렉서블 표시장치로 적용할 수도 있으며, 비극성 또는 반극성LED(300)로부터 출사되는 특정선형편광이 입사되는 도광판(400)을 광섬유타입으로 구비함으로써, 박형화된 고효율의 백라이트(120)를 구비할 수 있어, 접거나 말수 있는 플렉시블 표시장치로 적용할 수도 있다.
한편, 본 발명의 제 1 실시예 또한 도광판(도 2d의 123)이 광섬유타입으로 이루어질 수 있으며, 본 발명의 제 2 및 제 3 실시예 또한 나노캡슐 액정층(200)이 백라이트(120)를 향해 위치하도록 할 수 있다.
또한, 본 발명의 제 2 및 제 3 실시예 또한 액정패널(110)과 백라이트(120)는 라미네이션(lamination) 공정을 통해 일체형으로 모듈화할 수 있는데, 이때 액정패널(110)과 백라이트(120)를 라미네이션 공정을 통해 일체화하는 과정에서 액정패널(110)과 백라이트(120) 사이로 점착제(미도시)를 개재하여, 액정패널(110)과 백라이트(120) 사이의 에어갭(air gap)을 막아 광손실이 발생하는 것을 방지할 수 있다.
본 발명은 상기 실시예로 한정되지 않고, 본 발명의 취지를 벗어나지 않는 한도 내에서 다양하게 변경하여 실시할 수 있다.
101 : 기판, 103 : 컬러필터, 105 : 화소전극, 107 : 공통전극, 109 : 편광판
110 : 액정패널,
120 : 백라이트
121 : 광학시트, 123 : 도광판, 125 : 반사판, 127 : 반사편광필름
129 : LED어셈블리(129a : LED, 129b : PCB)
200 : 나노캡슐 액정층(210 : 버퍼층, 220 : 액정분자, 230 : 나노캡슐)

Claims (15)

  1. 화소전극과 공통전극이 형성된 기판 상부로 나노캡슐 액정층이 위치하는 액정패널과;
    상기 액정패널 상부에 위치하며, 제 1 투과축을 갖는 편광판과;
    상기 액정패널의 하부에 위치하여 상기 제 1 투과축과 수직한 제 2 투과축의 특정선형편광을 공급하는 도광판과, 상기 도광판의 일 가장자리를 따라 배열되는 광원을 포함하는 백라이트
    를 포함하며, 상기 나노캡슐 액정층은 상기 화소전극 및 상기 공통전극에 인가되는 전압 차이에 비례하는 픽셀 전압에 따라 광학적 이방성을 가지며, 전압 무 인가시 광학적 등방성을 가지며,
    상기 도광판은 코어(core)와, 상기 코어의 외주면을 감싸며, 상기 코어에 비해 굴절율이 작은 광 가이드부와, 상기 코어와 굴절율이 같거나 상기 코어에 비해 굴절율이 큰 광 발산부로 이루어지는 클래드(clad)를 포함하는 복수의 광섬유 다발이 평행하게 나열되어 판체를 이루며,
    상기 도광판 내부로 입사되는 상기 제 2 투과축을 갖는 특정선형편광은 상기 코어 내부에서 전반사하며 진행하다 상기 광발산부에 의해 상기 광섬유 외부로 출사되어, 상기 액정패널로 공급되는 플렉서블 액정표시장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 백라이트는 도광판과, 상기 도광판의 입광면을 따라 배열되는 광원과, 상기 광원과 상기 입광면 사이로 개재되는 반사편광필름을 포함하는 플렉서블 액정표시장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 백라이트는 도광판과, 상기 도광판의 입광면을 따라 배열되며 상기 도광판으로 편광된 광을 방출하는 비극성 또는 반극성 LED를 포함하는 플렉서블 액정표시장치.
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 제 2 항 내지 제 3 항 중 선택된 한 항에 있어서,
    상기 도광판의 하부로 반사판이 위치하며, 상기 도광판 상부로 광학시트가 위치하는 플렉서블 액정표시장치.
  7. 삭제
  8. 제 2 항에 있어서,
    상기 반사편광필름은, 굴절률이 다른 유전체 박막의 적층구조 내에 편광자를 내재시킨 다층박막구조로 이루어지거나, 일 방향으로 나란히 배열된 미세금속패턴을 포함하는 와이어그리드 반사편광필름 중 선택된 하나인 플렉서블 액정표시장치.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 나노캡슐 액정층은 상기 백라이트를 향해 위치하여, 상기 편광판은 상기 기판의 외측으로 위치하는 플렉서블 액정표시장치.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 기판의 외측으로 터치패널이 위치하는 플렉서블 액정표시장치.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 액정패널과 상기 백라이트 사이는 점착제를 통해 라미네이션 처리되는 플렉서블 액정표시장치.
  12. 제 1 항에 있어서,
    상기 나노캡슐 액정층은 액정분자와, 상기 액정분자가 채워진 나노캡슐을 포함하며,
    상기 나노캡슐의 직경은 1nm ~ 320nm인 플렉서블 액정표시장치.
  13. 제 1 항에 있어서,
    상기 나노캡슐 액정층은 액정분자와, 상기 액정분자가 채워진 나노캡슐을 포함하며, 상기 나노캡슐은 상기 나노캡슐 액정층 내에서 25% ~ 65% 부피를 차지하는 플렉서블 액정표시장치.
  14. 제 1 항에 있어서,
    상기 나노캡슐 액정층의 두께는 2 ~ 5㎛인 플렉서블 액정표시장치.
  15. 제 1 항에 있어서,
    상기 나노캡슐 액정층은 액정분자와, 상기 액정분자가 채워진 나노캡슐을 포함하며,
    상기 액정분자와 상기 나노캡슐의 굴절율 차이는 ±0.1 인 플렉서블 액정표시장치.
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