KR102496683B1 - 표시패널 및 이를 포함하는 표시장치 - Google Patents

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Abstract

표시장치는, 표시패널, 상기 표시패널에 광을 제공하는 광원을 포함하고, 상기 표시패널은, 상기 광이 입사되고, 제1 방향의 제1 편광층, 상기 제1 편광층 상에 배치되고, 화소 전극 및 공통 전극을 포함하는 제1 베이스층, 상기 제1 베이스층 상에 배치되는 제1 액정층, 상기 제1 액정층 상에 배치되는 제2 액정층, 상기 제1 액정층 및 상기 제2 액정층 사이에 배치되고, 상기 제1 방향과 직교하는 제2 방향의 제2 편광축을 갖는 제2 편광층, 상기 제2 액정층 상에 배치된 제2 베이스층, 상기 제2 베이스층 상에 배치되고, 상기 제1 편광축을 갖는 제3 편광층을 포함하고, 상기 제1 액정층 및 상기 제2 액정층 각각은 상기 화소 전극 및 상기 공통 전극 간의 전계 세기를 기반으로 상기 광의 투과율을 제어한다.

Description

표시패널 및 이를 포함하는 표시장치{DISPLAY PANEL AND DISPLAY DEVICE COMPRISING THE DISPLAY PANEL}
본 발명은 표시장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 두 개의 액정층들을 포함하는 표시패널 및 이를 포함하는 표시장치에 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(liquidcrystal 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.
이 중, 액정표시장치는 동화상 표시에 우수하고 높은 콘트라스트비(contrast ratio)로 인해 노트북, 모니터, TV 등의 분야에서 가장 활발하게 사용되고 있다.
액정표시장치는 액정표시패널 및 광원을 포함하며, 광원으로부터 출력된 광에 기반하여 액정표시패널은 영상을 표시할 수 있다. 액정표시패널은 화소 전극 및 공통 전극 간의 전계 세기를 기반으로 광의 투과율을 제어하는 액정층을 포함한다.
본 발명의 목적은 두 개의 액정층들을 하나의 화소 전극 및 하나의 공통 전극으로 구동할 수 있는 표시패널 및 이를 포함하는 표시장치를 제공하는 데 있다.
본 발명의 주요 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시 예에 따른 표시장치는, 표시패널, 상기 표시패널에 광을 제공하는 광원을 포함하고, 상기 표시패널은, 상기 광이 입사되고, 제1 방향의 제1 편광축을 갖는 제1 편광층, 상기 제1 편광층 상에 배치되고, 화소 전극 및 공통 전극을 포함하는 제1 베이스층, 상기 제1 베이스층 상에 배치되는 제1 액정층, 상기 제1 액정층 상에 배치되는 제2 액정층, 상기 제1 액정층 및 상기 제2 액정층 사이에 배치되고, 제1 방향과 직교하는 제2 방향의 제2 편광축을 갖는 제2 편광층, 상기 제2 액정층 상에 배치된 제2 베이스층, 상기 제2 베이스층 상에 배치되고, 제1 편광축을 갖는 제3 편광층을 포함하고, 상기 제1 액정층 및 상기 제2 액정층 각각은 상기 화소 전극 및 상기 공통 전극 간의 전계 세기를 기반으로 상기 광의 투과율을 제어하고, 전계 세기가 기준 전계 세기보다 작을 경우, 제1 편광층은 제1 편광층을 투과한 광의 편광축을 제2 편광축으로 회전시키며, 제2 편광층을 투과한 광은 제2 편광층에 의해 차단된다.
삭제
본 발명의 실시 예에 따르면, 상기 전계 세기가 기준 전계 세기보다 작을 경우, 상기 표시패널은 블랙 색상의 계조를 표시하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 실시 예에 따르면, 상기 전계 세기가 상기 기준 전계 세기보다 작을 경우, 상기 제1 편광층을 투과한 상기 광은 상기 제2 편광층에 의해 차단되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 실시 예에 따르면, 상기 전계 세기가 기준 전계 세기보다 클 경우, 상기 표시패널은 상기 블랙 색상의 상기 계조보다 높은 계조를 표시하는 것을 특징으로 한다.
삭제
삭제
삭제
본 발명의 실시 예에 따르면, 상기 전계 세기가 기준 전계 세기보다 클 경우, 상기 제1 편광층은 상기 제1 편광층을 투과한 상기 광의 편광축을 상기 제2 편광축으로 회전시키며, 상기 제2 편광층은 상기 제2 편광층을 투과한 상기 광 중 일부의 편광축을 상기 제1 편광축으로 회전시킨다.
본 발명의 실시 예에 따르면, 상기 제1 나노 캡슐들 각각은 복수 개의 제1 액정 분자들을 포함하고, 상기 제2 나노 캡슐들 각각은 복수 개의 제2 액정 분자들을 포함하고, 상기 제1 및 제2 액정 분자들은 상기 전계 세기에 따라 상기 광의 편광축을 회전시킨다.
본 발명의 실시 예에 따르면, 상기 제2 나노 캡슐들은 상기 제1 나노 캡슐들 보다 양의 유전율 이방성이 큰 것을 특징으로 한다.
본 발명의 실시 예에 따르면, 상기 제2 나노 캡슐들은 상기 제1 나노 캡슐들 보다 굴절율이 큰 것을 특징으로 한다.
본 발명의 실시 예에 따르면, 상기 화소 전극 및 상기 공통 전극은 서로 다른 층에 배치된 것을 특징으로 한다.
본 발명의 실시 예에 따르면, 상기 화소 전극 및 상기 공통 전극은 동일한 층에 배치된 것을 특징으로 한다.
본 발명의 실시 예에 따르면, 상기 광원으로부터 출력된 상기 광은 제1 색을 가지며, 상기 제2 베이스층은 상기 제1 색 광을 흡수하여 상기 제1 색과 상이한 색의 광을 방출하는 변환부를 포함한다.
본 발명의 실시 예에 따르면, 상기 변환부는 상기 제1 색 광과 상이한 제2 색 광을 방출하는 제1 발광체를 포함하는 제1 변환부, 상기 제2 색 광과 상이한 제3 색 광을 방출하는 제2 발광체를 포함하는 제2 변환부, 상기 제1 색 광을 투과시키는 제3 변환부를 포함한다.
본 발명의 실시 예에 따르면, 상기 제1 액정층은 상기 제1 나노 캡슐들이 분산된 유기막을 더 포함하고, 상기 제1 액정층은 필름 타입으로 제공된 것을 특징으로 한다.
본 발명의 실시 예에 따르면, 상기 제2 액정층은 상기 제2 나노 캡슐들이 분산된 유기막을 더 포함하고, 상기 제2 액정층은 필름 타입으로 제공된 것을 특징으로 한다.
본 발명의 실시 예에 따르면, 상기 제1 내지 제3 편광층들의 두께의 합은 10 마이크로미터(um) 이하로 제공되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 주요 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 실시 예에 따른 표시패널은, 화소 전극 및 공통 전극을 포함하는 제1 베이스층, 상기 제1 베이스층 상에 배치되고, 복수 개의 제1 나노 캡슐들 및 상기 제1 나노 캡슐들이 분산된 제1 버퍼층을 포함하는 제1 액정필름, 상기 제1 액정필름 상에 배치되고, 복수 개의 제2 나노 캡슐들, 상기 제2 나노 캡슐들이 분산된 제2 버퍼층을 포함하는 제2 액정필름, 상기 제1 액정필름 및 상기 제2 액정필름 사이에 배치된 편광층 및 상기 제2 액정필름 상에 배치된 제2 베이스층을 포함하고, 제1 액정필름 및 제2 액정필름 각각의 광 투과율은 제1 베이스층에 포함된 화소 전극 및 공통 전극 간의 전계 세기에 기반하여 제어된다.
본 발명의 실시 예에 따르면, 상기 편광층의 두께는 3 마이크로 미터(um) 이하로 제공되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 실시 예에 따르면, 화소 전극 및 공통 전극 간의 전계가 형성되지 않은 오프 상태에서 완전한 블랙 상태가 표시될 수 있다. 또한, 하나의 화소 전극 및 하나의 공통 전극을 이용하여 두 개의 액정층들을 구동함에 따라, 표시장치의 전반적인 두께가 감소될 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 표시장치의 분해 사시도이다.
도 2는 도 1에 도시된 I-I’를 따라 절단한 단면도이다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 변환부의 광 특성을 간략히 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 표시장치의 블록도이다.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 도 4에 도시된 화소의 등가 회로도이다.
도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 도 4에 도시된 화소의 평면도이다.
도 7은 도 6에 도시된 II-II’를 따라 절단한 단면도이다.
도 8은 본 발명의 실시 예에 따른 화소 전극에 제공된 데이터 전압에 따라 표시장치로부터 표현될 수 있는 계조를 예시적으로 나타내는 표이다.
도 9a 내지 도 9d는 도 8에 도시된 데이터 전압의 레벨에 따라 광원으로부터 출력된 광의 전달 경로를 보여주는 도면이다.
도 10은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 표시장치의 단면도이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다. 첨부된 도면에 있어서, 구조물들의 치수는 본 발명의 명확성을 위하여 실제보다 확대 또는 축소하여 도시한 것이다. 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들 의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 표시장치의 분해 사시도이다. 도 2는 도 1에 도시된 I-I’를 따라 절단한 단면도이다. 도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 변환부의 광 특성을 간략히 나타낸 도면이다.
본 발명의 실시 예에 따르면, 도 1에 도시된 표시장치(DD)는 태블릿 PC, 스마트폰, PDA(Personal Digital Assistant), PMP(Portable Multimedia Player), 게임기, 손목 시계형, 전자 기기 등에 적용될 수 있다. 또한, 표시장치(DD)는 대형 TV 또는 외부 광고판과 같은 대형 전자 장비를 비롯하여, 퍼스널 컴퓨터, 노트북 컴퓨터, 자동차 네이게이션 유닛, 카메라와 같은 중소형 전자 장비 등에 적용될 수 있다.
도 1을 참조하면, 표시장치(DD)는 표시패널(DP) 및 광원(BLU)을 포함할 수 있다. 표시패널(DP)은 영상을 제공하고, 광원(BLU)은 표시패널(DP)에 제공할 광을 생성할 수 있다.
표시패널(DP)은 영상을 표시하는 표시영역(DA) 및 영상을 표시하지 않는 비표시영역(NDA)을 포함할 수 있다. 비표시영역(NDA)은 표시영역(DA)에 인접하게 배치될 수 있다. 일 예로, 비표시영역(NDA)은 표시영역(DA)을 에워싸을 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따르면, 표시패널(DP)은 액정 표시 패널(liquid crystal display panel), 플라즈마 표시 패널(plasma display panel), 전기영동 표시 패널(electrophoretic display panel), MEMS 표시 패널(microelectromechanical system display panel) 및 일렉트로웨팅 표시 패널(electrowetting display panel) 중 어느 하나의 패널로 제공될 수 있다.
이하, 본 발명에 따른 표시패널(DP)은 액정 표시 패널인 것으로 설명된다. 표시패널(DP)은 액정층의 특성에 따라 트위스티드 네마틱형 액정 표시장치, 수평 전계형 액정 표시장치, 또는 수직 배향형 액정 표시장치 등으로 구분된다. 이중, 본 발명의 표시패널(DP)은 수평 배향형 액정 표시패널로 제공될 수 있다.
또한, 표시패널(DP)은 제1 방향(DR1)과 제2 방향(DR2)이 정의하는 면과 평행한다. 표시패널(DP)의 법선 방향은 제3 방향(DR3)이 지시한다. 제3 방향(DR3)은 표시패널(DP)의 두께 방향을 지시한다. 각 부재들의 상면(전면)과 하면(배면)은 제3 방향(DR3)에 의해 구분된다. 그러나, 방향들(DR1, DR2, DR3)이 지시하는 방향은 상대적인 개념으로서 다른 방향으로 변환될 수 있다.
한편, 본 발명의 설명에 따르면, 표시장치(DD)가 플랫한 형상을 갖는 것으로 도시되나, 실시예가 이에 한정되는 것은 아니다. 일 실시예에서 표시장치(DD)는 커브드 표시장치일 수 있다. 예를 들어, 표시장치(DD)는 사용자가 표시장치를 바라볼 때, 전체적으로 오목하게 휘어지거나, 또는 볼록하게 휘어진 커브드 표시장치일 수 있다. 또한, 표시장치 일 부분에서만 벤딩(bending)된 표시장치일 수 있다.
또한, 일 실시예의 표시장치는 플렉서블(Flexible) 표시장치일 수 있다. 예를 들어, 표시장치는 폴더블(foldable) 표시장치, 또는 롤러블(rollable) 표시장치일 수 있다.
일 실시예의 표시패널(DP)의 표시영역(DA)은 복수의 화소 영역들(미도시)을 포함할 수 있다. 화소 영역들(미도시)은 예를 들어, 복수의 게이트 라인들 및 복수의 데이터 라인들에 의해 정의될 수 있다. 화소 영역들(미도시)은 매트릭스 형태로 배치될 수 있다. 화소 영역들(미도시) 각각에는 화소가 배치될 수 있다. 이에 대해서는, 도 4 및 도 5를 통해 자세히 설명된다.
도 2를 참조하면, 표시영역(DA)에 중첩하는 표시패널(DP)의 단면도가 예시적으로 도시된다.
표시패널(DP)은 제1 베이스층(By1), 제1 편광층(POL1), 제1 액정층(LC1), 제2 편광층(POL2), 제2 액정층(LC2), 제3 편광층(POL3) 및 제2 베이스층(By2)을 포함한다.
제1 편광층(POL1)은 광원(BLU)으로부터 광을 수신한다. 제1 편광층(POL1)은 일 방향에 따른 제1 편광축을 가질 수 있다. 제1 편광층(POL1)은 코팅형 편광층 또는 증착에 의하여 형성된 편광층일 수 있다. 제1 편광층(POL1) 은 이색성 염료 및 액정 화합물을 포함한 물질을 코팅하여 형성된 것일 수 있다.
제1 베이스층(By1)은 제3 방향(DR3)에서, 제1 편광층(POL1) 상에 배치될 수 있다. 본 발명의 설명에 따르면, 제1 편광층(POL1)이 제1 베이스층(By1) 하부에 배치된 것으로 설명되나, 이에 한정되지 않으며 제1 편광층(POL1)은 표시패널(DP)에 포함되지 않으며, 광원(BLU)에 포함될 수도 있다.
제1 베이스층(By1)은 표시패널(DP)을 전반적으로 지지할 수 있다. 도 2를 통해 도시되지 않았지만, 제1 베이스층(By1)은 제1 기판 및 제1 기판 상에 배치된 복수 개의 박막 트랜지스터들, 화소 전극, 및 공통 전극 등을 포함할 수 있다. 이는, 도 7을 통해 보다 자세히 설명된다.
제1 액정층(LC1)은 제3 방향(DR3)에서 제1 베이스층(By1) 상에 배치되고, 제1 액정층(LC1)은 복수 개의 제1 나노 캡슐들(LC1a) 및 제1 나노 캡슐들(LC1a)이 분산된 제1 버퍼층(LC1b)을 포함한다. 제1 버퍼층(LC1b)은 유기막으로 제공될 수 있다.
실시 예에 따르면, 제1 액정층(LC1)은 필름(Flim) 또는 시트 등의 형태로 제공될 수 있다. 즉, 본 발명에 따른 제1 액정층(LC1)이 필름 형태로 제공됨에 따라, 두 개의 기판들 사이에 배치될 필요 없이, 하나의 기판만으로 액정표시패널가 제조될 수 있다.
실시 예에 따르면, 제1 나노 캡슐들(LC1a) 각각은 복수 개의 제1 액정 분자들(LCM1) 및 제1 액정 분자들(LCM1)을 에워싸는 외벽을 포함할 수 있다. 제1 액정 분자들(LCM1)은 불규칙한 상태로 제1 나노 캡슐들(LC1a) 각각에 배열될 수 있다.
특히, 제1 나노 캡슐들(LC1a)은 외부의 압력 또는 충격에 의해 틀어지거나 변형되는 것이 방지되기 때문에, 플렉서블 표시장치에 효과적으로 적용될 수 있다. 또한, 제1 나노 캡슐들(LC1a)은 전계가 인가되지 않으면 광학적으로 등방성을 갖지만, 전계가 인가되면 제1 액정 분자들(LCM1)이 전계 방향으로 정렬하면서 입사된 광을 복굴절시킬 수 있다. 따라서, 제1 나노 캡슐들(LC1a)은 인가된 전계에 따라 광학적으로 광축을 형성할 수 있으며, 광학 특성 제어를 통해 광을 투과시킬 수 있다.
예를 들어, 제1 편광층(POL1)은 제1 편광축과 나란한 방향으로 진동하는 광을 투과시킬 수 있다. 이 경우, 앞서 상술된 화소 전극 및 공통 전극에 의한 전계가 형성되지 않을 경우, 제1 나노 캡슐들(LC1a)은 제1 편광층(POL1)을 통해 입사된 광을 그대로 투과시킬 수 있다. 즉, 화소 전극 및 공통 전극 간에 전계가 형성되지 않을 경우, 제1 나노 캡슐들(LC1a)은 제1 편광축의 광을 그대로 투과시킬 수 있다.
이와 반대로, 화소 전극 및 공통 전극 간에 전계가 형성될 경우, 제1 나노 캡슐들(LC1a)은 제1 편광층(POL1)으로부터 입사된 광의 편광축을 90도만큼 회전시킬 수 있다.
제2 편광층(POL2)은 제3 방향(DR3)에서 제1 액정층(LC1) 상에 배치될 수 있다. 제2 편광층(POL2)은 제1 편광축의 일 방향과 직교하는 다른 방향의 제2 편광축을 가질 수 있다. 제2 편광층(POL2)은 코팅형 편광층 또는 증착에 의하여 형성된 편광층일 수 있다. 제2 편광층(POL2) 은 이색성 염료 및 액정 화합물을 포함한 물질을 코팅하여 형성된 것일 수 있다.
실시 예에 따르면, 화소 전극 및 공통 전극에 의한 전계가 형성되지 않을 경우, 제1 나노 캡슐들(LC1a)은 제1 편광축의 광을 그대로 투과시킬 수 있다. 이 경우, 제2 편광층(POL2)은 제1 나노 캡슐들(LC1a)로부터 입사된 제1 편광축의 광 전달을 차단시킨다. 즉, 제2 편광축의 광은 제2 편광층(POL2)을 투과하나, 제1 편광축의 광은 제2 편광층(POL2)을 투과하지 못한다. 이를 통해, 표시패널(DP)은 블랙 계조를 표시할 수 있다.
이와 반대로, 화소 전극 및 공통 전극 간에 전계가 형성될 경우, 제1 나노 캡슐들(LC1a)은 제1 편광층(POL1)으로부터 입사된 광의 제1 편광축을 90도만큼 회전시킬 수 있다. 제1 편광층(POL1)으로부터 입사된 제1 편광축의 광은 제1 나노 캡슐들(LC1a)을 통해 90도만큼 회전된 제2 편광축의 광으로 바뀔 수 있다. 그 결과, 제1 편광층(POL1)으로부터 입사된 광이 제2 편광층(POL2)을 투과할 수 있다. 이를 통해, 표시패널(DP)은 화이트 계조를 표시할 수 있다.
제2 액정층(LC2)은 제3 방향(DR3)에서, 제2 편광층(POL2) 상에 배치되고, 제2 액정층(LC2)은 복수 개의 제2 나노 캡슐들(LC2a) 및 제2 나노 캡슐들(LC2a)이 분산된 제2 버퍼층(LC2b)을 포함한다. 일 예로, 제2 버퍼층(LC2b)은 유기막으로 제공될 수 있다.
실시 예에 따르면, 제2 액정층(LC2)은 필름(Flim) 또는 시트 등의 형태로 제공될 수 있다. 즉, 본 발명에 따른 제2 액정층(LC2) 역시 필름 형태로 제공됨에 따라, 두 개의 기판들 사이에 배치될 필요 없이, 하나의 기판만으로 액정표시패널가 제조될 수 있다.
본 발명에 따른 제1 액정층(LC1) 및 제2 액정층(LC2) 각각은 두 개의 기판 사이에 배치되며 밀봉된 구조가 아닌 하나의 기판 상에 배치됨에 따라, 표시장치의 두께가 전반적으로 줄어들 수 있다.
제2 나노 캡슐들(LC2a) 각각은 복수 개의 제2 액정 분자들(LCM2) 및 제2 액정 분자들(LCM2)을 에워싸는 외벽을 포함할 수 있다. 제2 액정 분자들(LCM2)은 불규칙한 상태로 제2 나노 캡슐들(LC2a) 각각에 배열될 수 있다.
특히, 제2 나노 캡슐들(LC2a)은 외부의 압력 또는 충격에 의해 틀어지거나 변형되는 것이 방지되기 때문에, 플렉서블 표시장치에 효과적으로 적용될 수 있다. 또한, 제2 나노 캡슐들(LC2a)은 전계가 인가되지 않으면 광학적으로 등방성을 갖지만, 전계가 인가되면 제2 액정 분자들(LCM2)이 전계 방향으로 정렬하면서 입사된 광을 복굴절시킬 수 있다. 따라서, 제2 나노 캡슐들(LC2a)은 인가된 전계에 따라 광학적으로 광축을 형성할 수 있으며, 광학 특성 제어를 통해 광을 투과시킬 수 있다.
예를 들어, 제2 편광층(POL2)은 제2 편광축과 나란한 방향으로 진동하는 광을 투과시킬 수 있다. 이 경우, 화소 전극 및 공통 전극에 의한 전계가 기준 전계 세기 이상으로 형성되지 않을 경우, 제2 나노 캡슐들(LC2a)은 제2 편광층(POL2)을 통해 입사된 광을 그대로 투과시킬 수 있다. 여기서, 기준 전계 세기란 화소 전극 및 공통 전극에 의한 전계가 제2 액정층(LC2)에 포함된 제2 나노 캡슐들(LC2a)에 인가되어, 제2 나노 캡슐들(LC2a)이 입사된 광의 편광축을 회전시킬 수 있는 세기를 의미한다. 즉, 화소 전극 및 공통 전극 간에 전계가 형성되지 않을 경우, 제2 나노 캡슐들(LC2a)은 제2 편광축의 광을 그대로 투과시킬 수 있다. 제2 편광축의 광은 제2 편광층(POL2)을 투과하고, 제1 편광축을 갖는 제3 편광층(POL3)을 투과하지 못한다.
상술된 바와 같이, 제1 편광축의 광 중 일부가 제1 나노 캡슐들(LC1a)에 의해 산란되어, 제2 편광층(POL2)을 일부 투과하더라도, 제2 액정층(LC2) 및 제3 편광층(POL3)에 의해 차단될 수 있다. 그 결과, 표시패널(DP)는 블랙 계조를 더욱 명확히 표시할 수 있다.
이와 반대로, 화소 전극 및 공통 전극 간에 전계가 기준 전계 세기 이상으로 형성될 경우, 제2 나노 캡슐들(LC2a)은 제2 편광층(POL2)으로부터 입사된 광의 제2 편광축을 90도만큼 회전시킬 수 있다. 제2 편광층(POL2)으로부터 입사된 제2 편광축의 광은 제2 나노 캡슐들(LC2a)을 통해 90도만큼 회전된 제1 편광축의 광으로 바뀔 수 있다. 이 경우, 제2 편광층(POL2)으로부터 입사된 광이 제3 편광층(POL3)을 투과할 수 있다. 이를 통해, 표시패널(DP)은 화이트 계조를 표시할 수 있다.
여기서, 제2 액정층(LC2)은 화소 전극 및 공통 전극 간에 전계가 기준 전계 세기 이상일 경우, 광의 편광축을 회전시킬 수 있다. 이는, 제2 액정층(LC2)이 제1 액정층(LC1)에 비해, 화소 전극 및 공통 전극과 제3 방향(DR3)에서 더 멀리 떨어짐에 따라, 화소 전극 및 공통 전극 간의 전계 세기가 제1 액정층(LC1)에 비해 제2 액정층(LC2)에 덜 미칠 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따르면, 제1 액정층(LC1)에 포함된 제1 나노 캡슐들(LC1a) 및 제2 액정층(LC2)에 포함된 제2 나노 캡슐들(LC2a)은 양의 유전율 이방성을 가질 수 있다. 이 경우, 제2 나노 캡슐들(LC2a)의 유전율 이방성은 제1 나노 캡슐들(LC1a)의 유전율 이방성 보다 클 수 있다. 이는, 동일한 전계 세기가 액정층에 인가된 경우, 액정층의 유전율 이방성이 클수록 빛 투과율이 높기 때문이다.
본 발명의 실시 예에 따르면, 제2 나노 캡슐들(LC2a)의 굴절율이 제1 나노 캡슐들(LC1a)의 굴절율 보다 클 수 있다. 이는, 동일한 전계 세기가 액정층에 인가될 경우, 액정층의 굴절률이 클수록 빛 투과율이 높기 때문이다.
제2 베이스층(By2)은 제2 액정층(LC2) 상에 배치될 수 있다. 제2 베이스층은(By2)은 컬러 변환층(CFY) 및 제2 기판(SUB2)을 포함할 수 있다. 제2 기판(SUB2)은 폴리머 기판, 플라스틱 기판, 유리 기판, 또는 석영 기판 등일 수 있다. 제2 기판(SUB2)은 투명한 절연 기판일 수 있다. 제2 기판(SUB2)은 리지드하거나 플렉서블한 것일 수 있다.
컬러 변환층(CFY)은 제2 기판(SUB2) 및 제2 액정층(LC2) 사이에 배치될 수 있다. 컬러 변환층(CFY)은 복수 개의 변환부들(CF1, CF2, CF3)을 포함한다. 일 예로, 변환부들(CF1, CF2, CF3)은 레드(Red), 그린(Green), 및 블루(Blue)의 색을 방출하기 위한 제1 내지 제3 컬러 필터들로 제공될 수 있다.
또한, 일 예로, 컬러 변환층(CFY)은 광원(BLU)에서 제공된 제1 색 광을 흡수하여 제1 색과 상이한 색으로 방출하는 발광체를 포함하는 것일 수 있다. 이 경우, 광원(BLU)은 제1 색 광으로 블루 광을 출력할 수 있다.
자세하게, 도 3을 참조하면, 도 3을 참조하면, 컬러 변환층(CCL)은 제1 발광체(EP-R)를 포함하는 제1 변환부(CF1), 제2 발광체(EP-G)를 포함하는 제2 변환부(CF2), 및 제1 색 광을 투과하는 제3 변환부(CF3)를 포함할 수 있다.
예를 들어, 제1 발광체(EP-R)는 청색광(B-Light)인 제1 색 광을 흡수하여 적색(레드)광을 방출하고, 제2 발광체(EP-G)는 청색광인 제1 색 광을 흡수하여 녹색(그린)광을 방출할 수 있다. 이하, 적색광은 제2 색 광으로 설명되고, 녹색광은 제3 색 광으로 설명된다. 즉, 제1 변환부(CF1)는 적색광을 방출하는 발광 영역이고, 제2 변환부(CF2)는 녹색광을 방출하는 제2 발광 영역일 수 있다.
또한, 제3 변환부(CF3)는 발광체를 포함하지 않는 부분일 수 있다. 제3 변환부(CF3)는 광원(BLU)으로부터 제공된 제1 색 광을 투과시키는 부분일 수 있다. 즉, 제3 변환부(CF3)는 청색광을 방출하는 발광 영역일 수 있다.
제1 변환부 내지 제3 변환부(CF1, CF2, CF3)는 베이스 수지(BR)를 포함할 수 있다. 베이스 수지(BR)는 고분자 수지일 수 있다. 예를 들어, 베이스 수지(BR)는 아크릴계 수지, 우레탄계 수지, 실리콘계 수지, 에폭시계 수지 등일 수 있다. 베이스 수지(BR)는 투명 수지일 수 있다.
또한, 제1 변환부 내지 제3 변환부(CF1, CF2, CF3)는 산란 입자(OP)를 더 포함할 수 있다. 산란 입자(OP)는 TiO2 또는 실리카계 나노 입자 등일 수 있다. 산란 입자(OP)는 발광체에서 방출되는 빛을 산란시켜 변환부의 외부로 방출할 수 있다. 또한, 제3 변환부(CF3)와 같이 제공된 광을 그대로 투과하는 경우, 산란 입자(OP)는 제공된 광을 산란시켜 외부로 방출할 수 있다.
컬러 변환층(CFY)에 포함되는 제1 및 제2 발광체들(EP-R, EP-G, 이하, 발광체들)은 형광체 또는 양자점(Quantum Dot)일 수 있다. 즉, 일 실시예에서 컬러 변환층(CCL)은 발광체들(EP-R, EP-G)로 형광체 또는 양자점 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
일 예로, 발광체들(EP-R, EP-G)로 사용되는 형광체는 무기 형광체일 수 있다. 일 실시예의 표시장치(DD)에서 발광체들(EP-R, EP-G)로 사용되는 형광체는 녹색 형광체 또는 적색 형광체일 수 있다.
양자점은 코어(core)와 코어를 둘러싸는 쉘(shell)을 포함하는 코어쉘 구조일 수 있다. 또한 하나의 양자점이 다른 양자점을 둘러싸는 코어/쉘 구조를 가질 수도 있다. 코어와 쉘의 계면은 쉘에 존재하는 원소의 농도가 중심으로 갈수록 낮아지는 농도 구배(gradient)를 가질 수 있다.
양자점은 나노미터 스케일의 크기를 갖는 입자일 수 있다. 양자점은 약 45nm 이하, 바람직하게는 약 40nm 이하, 더욱 바람직하게는 약 30nm 이하의 발광 파장 스펙트럼의 반치폭(full width of half maximum, FWHM)을 가질 수 있으며, 이 범위에서 색순도나 색재현성을 향상시킬 수 있다. 또한 이러한 양자점을 통해 발광되는 광은 전 방향으로 방출되는바, 광 시야각이 향상될 수 있다.
또한, 양자점의 형태는 당 분야에서 일반적으로 사용하는 형태의 것으로 특별히 한정하지 않지만, 보다 구체적으로 구형, 피라미드형, 다중 가지형(multi-arm), 또는 입방체(cubic)의 나노 입자, 나노 튜브, 나노 와이어, 나노 섬유, 나노 판상 입자 등의 형태의 것을 사용할 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따르면, 양자점은 입자 크기에 따라 방출하는 광의 색상이 변화될 수 있다. 제1 발광체(EP-R) 및 제2 발광체(EP-G)가 양자점인 경우 제1 발광체(EP-R)의 입자 크기 및 제2 발광체(EP-G)의 입자 크기는 서로 상이할 수 있다. 예를 들어, 제1 발광체(EP-R)의 입자 크기는 제2 발광체(EP-G)의 입자 크기 보다 작은 것일 수 있다. 이때, 제1 발광체(EP-R)는 제2 발광체(EP-G)보다 단파장의 광을 방출하는 것일 수 있다.
다시 도 2를 참조하면, 서로 이격되어 배치된 변환부들(CF1, CF2, CF3) 사이에는 차광부(BM)가 배치될 수 있다. 차광부(BM)는 블랙 매트릭스일 수 있으며, 컬러 변환층(CFY)에 포함될 수 있다. 차광부(BM)는 블랙 안료 또는 염료를 포함하는 유기 차광 물질 또는 무기 차광 물질을 포함하여 형성될 수 있다. 차광부(BM)는 빛샘 현상을 방지하고, 인접하는 변환부들 사이의 경계를 구분하는 것일 수 있다.
제3 편광층(POL3)은 제2 베이스층(By2) 상에 배치될 수 있다. 본 발명의 설명에 따르면, 제3 편광층(POL3)이 제2 베이스층(By2) 상에 배치되는 것으로 설명되나, 이에 한정되지 않는다. 즉, 제3 편광층(POL3)은 제2 액정층(LC2) 및 제2 베이스층(By2) 사이에 배치될 수도 있다.
제3 편광층(POL3)은 제1 편광축의 일 방향과 동일한 방향의 제1 편광축을 가질 수 있다. 제3 편광층(POL3)은 코팅형 편광층 또는 증착에 의하여 형성된 편광층일 수 있다. 제3 편광층(POL3) 은 이색성 염료 및 액정 화합물을 포함한 물질을 코팅하여 형성된 것일 수 있다.
실시 예에 따르면, 화소 전극 및 공통 전극에 의한 전계가 기준 전계 이상으로 형성되지 않을 경우, 제2 나노 캡슐들(LC2a)은 제2 편광축의 광을 그대로 투과시킬 수 있다. 이 경우, 제3 편광층(POL3)은 제2 나노 캡슐들(LC2a)로부터 입사된 제2 편광축의 광 전달을 차단시킨다. 즉, 제1 편광축의 광은 제3 편광층(POL3)을 투과하나, 제2 편광축의 광은 제3 편광층(POL3)을 투과하지 못한다. 이를 통해, 표시패널(DP)은 블랙 계조를 표시할 수 있다.
이와 반대로, 화소 전극 및 공통 전극 간에 전계가 기준 전계 이상으로 형성될 경우, 제2 나노 캡슐들(LC2a)은 제2 편광층(POL2)으로부터 입사된 광의 제2 편광축을 90도만큼 회전시킬 수 있다. 제2 편광층(POL2)으로부터 입사된 제2 편광축의 광은 제2 나노 캡슐들(LC2a)을 통해 90도만큼 회전된 제1 편광축의 광으로 바뀔 수 있다. 그 결과, 제2 편광층(POL2)으로부터 입사된 광이 제3 편광층(POL3)을 투과할 수 있다. 이를 통해, 표시패널(DP)은 화이트 계조를 표시할 수 있다.
한편, 제1 내지 제3 편광층들(POL1~POL3) 각각의 두께는 3um 이하의 범위를 가질 수 있다. 즉, 제1 내지 제3 편광층들(POL1~POL3)의 두께 합은 10um 이하의 범위로 설정될 수 있다. 이러한 각 편광층의 두께 수치는 화소 전극 및 공통 전극 간의 전계 세기가 제2 액정층(LC2)에 효과적으로 전달되기 위한 수치일 수 있다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 표시장치의 블록도이다. 도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 도 4에 도시된 화소의 등가 회로도이다.
도 4를 참조하면, 표시장치(DD)는 게이트 구동회로(100), 데이터 구동회로(200), 회로기판(300), 및 표시패널(DP)을 포함한다. 표시패널(DP)은 복수 개의 화소들(PX11~PXnm)이 배치된 표시영역(DA) 및 표시영역(DA)을 둘러싸는 비표시영역(NDA)으로 구분된다.
제1 기판(SUB1) 상에는 복수 개의 게이트 라인들(GL1~GLn), 게이트 라인들(GL1~GLn)과 교차하는 복수 개의 데이터 라인들(DL1~DLm)이 배치된다. 도 4에는 복수 개의 게이트 라인들(GL1~GLn)과 복수 개의 데이터 라인들(DL1~DLm) 중 일부만이 도시되었다.
복수 개의 게이트 라인들(GL1~GLn)은 게이트 구동회로(100)에 연결되어 게이트 신호들을 순차적으로 수신한다. 복수 개의 데이터 라인들(DL1~DLm)은 데이터 구동회로(200)에 연결되어 아날로그 형태의 데이터 신호들(또는 데이터 전압들)을 수신한다.
복수 개의 화소들(PX11~PXnm)은 복수 개의 게이트 라인들(GL1~GLn) 중 대응하는 게이트 라인과 복수 개의 데이터 라인들(DL1~DLm) 중 대응하는 데이터 라인에 각각 연결된다.
게이트 구동회로(100)는 박막공정을 통해 화소들(PX11~PXnm)과 동시에 형성될 수 있다. 예컨대, 게이트 구동회로(100)는 비표시영역(NDA)에 ASG(Amorphous Silicon TFT Gate driver circuit) 형태로 실장 될 수 있다. 그러나, 이에 한정되지 않으며, 게이트 구동회로(100)는 테이프 캐리어 패키지(TCP: Tape Carrier Package) 형태로 표시패널(DP)에 연결될 수 있다. 즉, 게이트 구동회로(100)는 복수 개의 연성회로기판들을 통해 표시패널(DP)에 전기적으로 연결될 수 있다.
게이트 구동회로(100)는 복수 개의 게이트 라인들(GL1~GLn)의 좌측 말단들에 연결되어 있으나, 이는 하나의 예시에 불과하다. 표시장치는 두 개의 게이트 구동회로들을 포함할 수 있다. 두 개의 게이트 구동회로들 중 하나는 복수 개의 게이트 라인들(GL1~GLn)의 좌측 말단들에 연결되고, 다른 하나는 복수 개의 게이트 라인들(GL1~GLn)의 우측 말단들에 연결될 수 있다. 또한, 두 개의 게이트 구동회로들 중 하나는 홀수번째 게이트 라인들에 연결되고, 다른 하나는 짝수번째 게이트 라인들에 연결될 수 있다.
데이터 구동회로(200)는 회로기판(300)에 실장된 타이밍 컨트롤러(미도시)로부터 데이터 신호들을 제공받고, 데이터 신호들에 대응하는 아날로그 데이터 신호들을 생성한다.
데이터 구동회로(200)는 구동칩(210) 및 구동칩(210)을 실장하는 연성회로기판(220)을 포함한다. 구동칩(210)과 연성회로기판(220)은 각각 복수 개로 제공될 수 있다. 연성회로기판(220)은 회로기판(300)과 제1 기판(SUB1)을 전기적으로 연결한다. 복수 개의 구동칩들(210)은 대응하는 데이터 라인들에 데이터 신호들을 각각 제공한다.
도 4는 테이프 캐리어 패키지(TCP: Tape Carrier Package)로 형성된 데이터 구동회로(200)를 예시적으로 도시하였으나, 데이터 구동회로(200)는 제1 기판(SUB1) 상에 칩 온 글래스(COG: Chip on Glass) 방식으로 실장 될 수 있다.
한편, 도 4에 도시된 복수 개의 화소들(PX11~PXnm) 각각은 도 5에 도시된 등가회로를 가질 수 있다.
도 5에 도시된 것과 같이, 화소(PXij)는 박막 트랜지스터(TR), 액정 커패시터(Clc), 및 스토리지 커패시터(Cst)를 포함한다. 박막 트랜지스터(TR)는 i번째 게이트 라인(GLi)과 j번째 데이터 라인(DLj)에 전기적으로 연결된다. 박막 트랜지스터(TR)는 i번째 게이트 라인(GLi)으로부터 수신한 게이트 신호에 응답하여 j번째 데이터 라인(DLj)으로부터 수신한 데이터 신호를 출력한다.
액정 커패시터(Clc)는 화소 전극(PE) 및 공통 전극(CE)을 포함한다. 화소 전극(PE)은 박막 트랜지스터(TR)과 전기적으로 연결되어, j번째 데이터 라인(DLj)으로부터 출력된 데이터 신호에 대응하는 데이터 전압을 수신한다. 공통 전극(CE)은 공통 전압을 수신한다. 액정 커패시터(Clc)에 화소 전극(PE)에 수신된 데이터 전압과 공통 전극(CE)에 수신된 공통 전압 간의 전하량 차이에 따라 도 2에서 도시된 제1 액정층(LC1) 및 제2 액정층(LC2)에 포함된 제1 및 제2 액정 분자들(LC1b, LC2b)의 배열이 변화된다.
스토리지 커패시터(Cst) 액정 커패시터(Clc)에 병렬로 연결된다. 스토리지 커패시터(Cst)는 액정 분자들의 배열을 일정한 구간 동안 유지시킨다.
도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 도 4에 도시된 화소의 평면도이다. 도 7은 도 6에 도시된 II-II’를 따라 절단한 단면도이다.
도 6에는 하나의 화소(PXij)가 도시되었으나, 도 1에 도시된 다른 화소들 역시 동일한 구성을 가질 것이다. 이하, 설명의 편의를 위해 하나의 화소(PXij)의 구성이 설명될 것이다.
도 3을 참조하면, 화소(PXij)의 평면상의 영역은 화소 영역(PA) 및 화소 영역(PA) 주변의 비화소 영역(NPA)을 포함한다. 화소 영역(PA)은 영상이 표시되는 영역으로 정의되고, 비화소 영역(NPA)은 영상이 표시되지 않는 영역으로 정의될 수 있다.
비화소 영역(NPA)은 화소 영역들(PA) 사이의 영역으로 정의될 수 있다. 따라서, 실질적으로, 화소들(PX11~PXnm)의 평면상의 영역은 화소들(PX11~PXnm)에 대응하는 화소 영역들(PA) 및 화소 영역들(PA) 사이의 비화소 영역(NPA)을 포함한다.
게이트 라인들(GLi-1, GLi) 및 데이터 라인들(DLj-1, DLj)은 비화소 영역(NPA)에 배치된다. 게이트 라인들(GLi-1, GLi)은 제2 방향(DR2)으로 연장된다. 데이터 라인들(DLj-1, DLj)은 제2 방향(DR2)과 교차하는 제1 방향(DR1)으로 연장되어 게이트 라인들(GLi-1, GLi)과 절연되어 교차한다. i는 0보다 크고 n보다 작거나 같은 정수이다. j는 0보다 크고 m보다 작거나 같은 정수이다.
화소(PXij)는 박막 트랜지스터(TR) 및 박막 트랜지스터(TR)에 연결된 화소 전극(PE)을 포함한다. 박막 트랜지스터(TR)는 비화소 영역(NPA)에 배치된다. 화소 전극(PE)은 화소 영역(PA)에 배치된다. 화소(PXij)의 박막 트랜지스터(TR)는 대응하는 게이트 라인(GLi) 및 대응하는 데이터 라인(DLj)에 연결된다.
박막 트랜지스터(TR)는 게이트 라인(GLi)에 연결된 게이트 전극(GE), 데이터 라인(DLj)에 연결된 드레인 전극(DE), 및 화소 전극(PE)에 연결된 소스 전극(SE)을 포함한다.
구체적으로, 박막 트랜지스터(TR)는 게이트 라인(GLi)으로부터 분기된 게이트 전극(GE), 게이트 전극(GE)과 오버랩되는 데이터 라인(DLj)의 일 부분으로 정의되는 드레인 전극(DE), 및 게이트 전극(GE) 상에서 드레인 전극(DE)과 이격되어 배치된 소스 전극(SE)을 포함한다. 소스 전극(SE)은 컨택홀(CH)을 통해 화소 전극(PE)에 전기적으로 연결된다.
화소 전극(PE)은 비화소 영역(NPA)으로 연장되어 컨택홀(CH)을 통해 박막 트랜지스터(TR)의 소스 전극(SE)에 연결된다. 구체적으로, 화소 전극(PE)으로부터 분기된 분기 전극(BE)이 컨택홀(CH)을 통해 박막 트랜지스터(TR)의 소스 전극(SE)에 연결된다. 분기 전극(BE)은 비화소 영역(NPA)에 배치된다.
화소 전극(PE)은 복수의 가지부들(PE1), 제1 연결부(PE2), 및 제2 연결부(PE3)를 포함한다. 가지부들(PE1)은 서로 동일한 간격을 두고 제2 방향(DR2)으로 연장된다. 제1 및 제2 연결부들(PE2, PE3)은 제2 방향(DR2)으로 연장된다. 제1 연결부(PE2)는 제1 방향(DR1)에서 가지부들(PE1)의 일측을 서로 연결한다. 제2 연결부(PE3)는 제1 방향(DR1)에서 가지부들(PE1)의 타측을 서로 연결한다.
한편, 도 6에 도시되지 않았으나, 공통 전극이 화소(PXij)에 배치될 수 있다.
도 7을 참조하면, 제1 베이스층(By1)은 제1 기판(SUB1), 박막 트랜지스터(TR), 제1 내지 제5 절연층들(INL1, INL2, INL3, INL4 INL5), 화소 전극(PE) 및 공통 전극(CE)을 포함한다.
제1 편광층(POL1)은 제1 기판(SUB1)의 하부면에 배치될 수 있다. 제1 기판(SUB1)은 폴리머 기판, 플라스틱 기판, 유리 기판, 또는 석영 기판 등일 수 있다. 제1 기판(SUB1)은 투명한 절연 기판일 수 있다. 제1 기판(SUB1)은 리지드하거나 플렉서블한 것일 수 있다.
또한, 화소(PX)의 박막 트랜지스터(TR)가 표시영역(DA)에 중첩하게 제1 기판(SUB1) 상에 배치될 수 있다. 박막 트랜지스터(TR)는 게이트 전극(GE), 게이트 전극(GE)에 중첩하는 활성층(SM), 데이터 라인(DL)에 연결된 드레인 전극(DE), 및 드레인 전극(DE)과 이격되어 배치된 소스 전극(SE)을 포함한다.
자세하게, 제1 기판(SUB1) 상에 게이트 전극(GE)이 배치된다. 제1 절연층(10)은 게이트 전극(GE)을 커버하며, 제1 기판(SUB1) 상에 배치된다.
제1 절연층(10) 상에, 활성층(SM), 드레인 전극(DE), 소스 전극(SE)이 배치된다. 활성층(SM)은 게이트 전극(GE)과 중첩하며, 반도체층과 오믹 컨택층을 포함할 수 있다. 활성층(SM) 상에 드레인 전극(DE)과 소스 전극(SE)이 배치될 수 있다. 드레인 전극(DE)과 소스 전극(SE) 각각은 활성층(SM)과 적어도 일부가 중첩된다. 또한, 제1 절연층(10) 상에, 데이터 라인(DLj-1)이 배치될 수 있다.
제2 절연층(20)은 박막 트랜지스터(TR)을 커버하며 제1 절연층(10) 상에 배치된다. 제2 절연층(20) 상에 평탄화층을 제공하는 제3 절연층(30)이 제공된다.
제3 절연층(30) 상에 공통 전극(CE)이 배치될 수 있다. 제4 절연층(40)은 공통 전극(CE)을 커버하며, 제3 절연층(30) 상에 배치될 수 있다. 제4 절연층(40) 상에 화소 전극(PE)이 배치될 수 있다. 화소 전극(PE)은 제3 절연층(30) 및 제4 절연층(40)을 관통하는 컨택홀(CH)을 통해 드레인 전극(DE)과 연결된다. 제3 절연층(30) 상에 화소 전극(PE)을 커버하는 제5 절연층(50)이 배치된다.
본 발명의 실시 예에 따르면, 제1 베이스층(By1)에 포함된 화소 전극(PE) 및 공통 전극(CE)은 서로 다른 층 상에 배치될 수 있다. 또한, 화소 전극(PE) 및 공통 전극(CE)은 수평 전계를 형성할 수 있다.
제1 액정층(LC1)에 포함된 제1 나노 캡슐들(LC1a)은 화소 전극(PE) 및 공통 전극(CE) 간의 전계 세기에 기반하여 입사된 광의 편광축을 회전시킬 수 있다. 일 예로, 제1 나노 캡슐들(LC1a)은 화소 전극(PE) 및 공통 전극(CE) 간의 전계가 문턱 전계 세기 보다 클 경우 입사된 광의 편광축을 회전시킬 수 있다. 다만, 화소 전극(PE) 및 공통 전극(CE) 간의 전계가 문턱 전계 세기보다 크나 기준 전계 세기보다 작을 경우, 제2 나노 캡슐들(LC2a)은 입사된 광을 그대로 투과시킨다. 즉, 제2 나노 캡슐들(LC2a)은 문턱 전계 세기에 기반하여 입사된 광의 편광축을 회전시키지 않는다.
다른 예로, 화소 전극(PE) 및 공통 전극(CE) 간의 전계가 기준 전계 세기 보다 클 경우, 제1 나노 캡슐들(LC1a) 및 제2 나노 캡슐들(LC2a) 각각에 전계가 인가될 수 있다. 이 경우, 제1 나노 캡슐들(LC1a)은 기준 전계 세기 이상의 전계 세기에 기반하여 입사된 광의 편광축을 회전시킬 수 있다. 또한, 제2 나노 캡슐들(LC2a)은 기준 전계 세기 이상의 전계 세기에 기반하여 입사된 광의 편광축을 회전시킬 수 있다.
도 8은 본 발명의 실시 예에 따른 화소 전극에 제공된 데이터 전압에 따라 표시장치로부터 표현될 수 있는 계조를 예시적으로 나타내는 표이다. 도 9a 내지 도 9d는 도 8에 도시된 데이터 전압의 레벨에 따라 광원으로부터 출력된 광의 전달 경로를 보여주는 도면이다.
도 8에 도시된 표는 데이터 전압(VD)의 레벨과 데이터 전압(VD)의 레벨에 따라 표시패널(DP)로부터 표시될 수 있는 계조(Gy)를 나타낸다. 자세하게, 도 6에 도시된 데이터 라인(DL)을 통해 화소 전극(PE)에 전달되는 데이터 전압(VD)의 레벨에 따라 화소 전극(PE) 및 공통 전극(CE) 간의 전계 세기가 달라질 수 있다. 여기서, 공통 전극(CE)은 접지 전압을 갖는 것으로 설명될 수 있다. 또한, 각 화소(PX)는 데이터 전압(VD)의 레벨을 기반으로 해당하는 계조(Gy)를 표시할 수 있다.
한편, 도 9a 내지 도 9d를 통해서는 설명의 편의를 위해, 도 7에 도시된 표시장치(DD)의 구성 중 광원(BLU), 제1 내지 제3 편광층들(POL1~POL3), 및 제1 및 제2 액정층들(LC1, LC2)의 구성만이 도시되었다.
도 8 및 9a를 참조하면, 데이터 전압(VD)은 제1 전압 레벨(V1)을 가질 수 있다. 제1 전압 레벨(V1)은 실질적으로 0V로서, 실질적으로 데이터 전압(VD)이 화소 전극(PE)에 인가되지 않는다. 즉, 제1 액정층(LC1) 및 제2 액정층(LC2)은 입사된 광의 편광축을 회전시키지 않으며 그대로 투과한다.
자세하게, 광원(BLU)은 제1 편광축(P) 및 제2 편광축(L)을 모두 갖는 제1 광(L1)을 제1 편광층(POL1)으로 출력한다. 제1 편광층(POL1)은 입사된 제1 광(L1) 중 제1 편광축(P)과 나란한 방향으로 진동하는 광만을 투과시킬 수 있다. 즉, 제1 편광층(POL1)은 제1 편광축(P)의 제2 광(L2)만을 제1 액정층(LC1)으로 투과시킬 수 있다.
제1 편광층(POL1)을 투과한 제2 광(L2)은 제1 액정층(LC1)을 그대로 투과하나, 제2 편광층(POL2)에 의해 차단된다. 즉, 제1 편광축(P)의 제2 광(L2)은 제2 편광축(L)을 갖는 제2 편광층(POL2)을 투과하지 못한다. 따라서, 표시패널(DP)은 제1 계조(Gy1)에 기반한 블랙(black) 색상의 영상을 표시할 수 있다. 여기서, 블랙(black) 색상의 영상을 표시하는 것은 실질적으로 0 내지 255 계조들 중 가장 낮은 계조값을 기반으로 영상이 표시되는 것을 의미한다. 즉, 제1 계조(Gy1)는 0 내지 255 계조들 중 가장 낮을 계조값일 수 있다.
도 8 및 9b를 참조하면, 데이터 전압(VD)은 제1 전압 레벨(V1) 보다 높은 문턱 전압 레벨(Vth) 및 기준 전압 레벨(VR) 사이의 레벨을 가질 수 있다. 문턱 전압 레벨(Vth)은 0V 보다 높은 양의 전압 레벨이다. 문턱 전압 레벨(Vth)보다 높은 레벨의 데이터 전압(VD)이 화소 전극(PE)에 인가됨에 따라, 화소 전극(PE) 및 공통 전극(CE) 간의 전계 세기가 문턱 전계 세기보다 높게 형성될 수 있다.
이 경우, 제1 액정층(LC1)은 입사된 제1 편광축(P)의 제2 광(L2)을 90도 회전시킬 수 있다. 그 결과, 제2 광(L2)이 제2 편광층(POL2)을 투과할 수 있다. 그러나, 화소 전극(PE) 및 공통 전극(CE) 간의 전계 세기는 문턱 전계 세기보다 높으나 기준 전계 세기보다 낮을 수 있다. 그 결과, 제2 편광층(POL2)을 투과한 제3 광(L3)은 제2 액정층(LC2)을 그대로 투과하며, 제3 편광층(POL3)에 의해 차단된다. 따라서, 표시패널(DP)은 제1 계조(Gy1)에 기반한 블랙(black) 색상의 영상을 표시할 수 있다.
도 8 및 9c를 참조하면, 데이터 전압(VD)은 기준 전압 레벨(VR) 및 활성 전압 레벨(HR) 사이의 레벨을 가질 수 있다. 기준 전압 레벨(VR) 보다 높은 레벨의 데이터 전압(VD)이 화소 전극(PE)에 인가됨에 따라, 화소 전극(PE) 및 공통 전극(CE) 간의 전계 세기가 기준 전계 세기보다 높게 형성될 수 있다.
이 경우, 제2 액정층(LC2)은 입사된 제2 편광축(L)의 제3 광(L3) 중 일부만을 90도 회전시킬 수 있다. 이는, 데이터 전압(VD)의 레벨이 활성 전압 레벨(VH)보다 높지 않음에 따라, 제2 액정층(LC2)에 포함된 제2 나노 캡슐들(도7 참조) 모두에 전계 세기가 인가되지 않기 때문이다. 따라서, 제2 편광층(POL2)을 투과한 제3 광(L3) 중 전계 세기가 인가된 제2 나노 캡슐들에 입사된 광만이 90도 회전되어 제3 편광층(POL3)을 투과할 수 있다. 제3 편광층(POL3)을 투과한 제4 광(L4)을 통해 블랙 색상의 제1 계조(Gy1) 보다 높은 제2 계조(Gy2)의 영상이 표시될 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따르면, 이러한 데이터 전압(VD)의 전압 레벨을 조절함으로써, 표시패널(DP)로부터 출광되는 광의 투과율을 제어할 수 있다.
도 8 및 9d를 참조하면, 데이터 전압(VD)은 활성 전압 레벨(HR) 보다 높은 레벨을 가질 수 있다. 활성 전압 레벨(VH) 보다 높은 레벨의 데이터 전압(VD)이 화소 전극(PE)에 인가됨에 따라, 화소 전극(PE) 및 공통 전극(CE) 간의 전계 세기가 활성 전계 세기보다 높게 형성될 수 있다.
이 경우, 제2 액정층(LC2)은 입사된 제2 편광축(L)의 제3 광(L3)을 90도 회전시킬 수 있다. 즉, 2 액정층(LC2)에 포함된 제2 나노 캡슐들 모두에 전계 세기가 인가될 수 있다. 따라서, 제2 편광층(POL2)을 투과한 제3 광(L3)은 제2 나노 캡슐들에 의해 90도 회전되어 제3 편광층(POL3)을 투과할 수 있다. 또한, 도 9c에 도시된 제4 광(L4) 보다 도 9d에 도시된 제4 광(L4)의 세기가 더 클 수 있다.
제3 편광층(POL3)을 투과한 제4 광(L4)을 통해 블랙 색상의 제1 계조(Gy1) 보다 높은 제2 계조(Gy2)의 영상이 표시될 수 있다. 일 예로, 표시패널(DP)은 도 9c 및 도 9d에 도시된 실시 예에 따라 화이트 색상의 계조를 표시할 수 있다.
도 10은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 표시장치의 단면도이다.
도 10에 도시된 표시패널(DPa)은 도 7에 도시된 표시패널(DP)과 비교하여, 화소 전극(PE) 및 공통 전극(CE) 간의 구조가 변형되었을 뿐, 나머지 구성들의 구조는 실질적으로 동일할 수 있다. 따라서, 나머지 구성들의 설명은 생략될 수 있다.
도 10을 참조하면, 화소 전극(PE) 및 공통 전극(CE)은 동일한 층에 배치될 수 있다. 자세하게, 제3 절연층(INL3) 상에 화소 전극(PE) 및 공통 전극(CE)이 교번적으로 제2 방향(DR2)을 따라 배치될 수 있다. 제4 절연층(INL4)은 동일 층 상에 배치된 화소 전극(PE) 및 공통 전극(CE)을 커버하며 제3 절연층(INL3) 상에 배치될 수 있다.
이상에서와 같이 도면과 명세서에서 실시 예가 개시되었다. 여기서 특정한 용어들이 사용되었으나, 이는 단지 본 발명을 설명하기 위한 목적에서 사용된 것이지 의미 한정이나 특허 청구범위에 기재된 본 발명의 범위를 제한하기 위하여 사용된 것은 아니다. 그러므로 본 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시 예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허 청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.
DP: 표시패널
100: 게이트 구동회로
200: 데이터 구동회로
300: 회로기판
LC1: 제1 액정층
LC2: 제2 액정층
By1: 제1 베이스층
By2: 제2 베이스층

Claims (20)

  1. 표시패널; 및
    상기 표시패널에 광을 제공하는 광원을 포함하고,
    상기 표시패널은,
    상기 광이 입사되고, 제1 방향의 제1 편광축을 갖는 제1 편광층;
    상기 제1 편광층 상에 배치되고, 화소 전극 및 공통 전극을 포함하는 제1 베이스층;
    상기 제1 베이스층 상에 배치되는 제1 액정층;
    상기 제1 액정층 상에 배치되는 제2 액정층;
    상기 제1 액정층 및 상기 제2 액정층 사이에 배치되고, 상기 제1 방향과 직교하는 제2 방향의 제2 편광축을 갖는 제2 편광층;
    상기 제2 액정층 상에 배치된 제2 베이스층; 및
    상기 제2 베이스층 상에 배치되고, 상기 제1 편광축을 갖는 제3 편광층을 포함하고,
    상기 제1 액정층 및 상기 제2 액정층 각각은 상기 화소 전극 및 상기 공통 전극 간의 전계 세기를 기반으로 상기 광의 투과율을 제어하고,
    상기 전계 세기가 기준 전계 세기보다 작을 경우, 상기 제1 편광층은 상기 제1 편광층을 투과한 상기 광의 편광축을 상기 제2 편광축으로 회전시키며, 상기 제2 편광층을 투과한 상기 광은 상기 제3 편광층에 의해 차단되는 표시장치.
  2. 삭제
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 전계 세기가 상기 기준 전계 세기보다 작을 경우, 상기 표시패널은 블랙 색상의 계조를 표시하는 것을 특징으로 하는 표시장치.
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 전계 세기가 기준 전계 세기보다 클 경우, 상기 표시패널은 블랙 색상 보다 높은 색상의 계조를 표시하는 것을 특징으로 하는 표시장치.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 전계 세기가 기준 전계 세기보다 클 경우, 상기 제1 편광층은 상기 제1 편광층을 투과한 상기 광의 편광축을 상기 제2 편광축으로 회전시키며, 상기 제2 편광층은 상기 제2 편광층을 투과한 상기 광 중 일부의 편광축을 상기 제1 편광축으로 회전시키는 표시장치.
  8. 제 6 항에 있어서,
    상기 전계 세기가 기준 전계 세기보다 클 경우, 상기 제1 편광층은 상기 제1 편광층을 투과한 상기 광의 편광축을 상기 제2 편광축으로 회전시키며, 상기 제2 편광층은 상기 제2 편광층을 투과한 상기 광의 편광축을 상기 제1 편광축으로 회전시키는 표시장치.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1 액정층은 복수 개의 제1 나노 캡슐들을 포함하고, 상기 제2 액정층은 복수 개의 제2 나노 캡슐들을 포함하며,
    상기 제1 나노 캡슐들 각각은 복수 개의 제1 액정 분자들을 포함하고, 상기 제2 나노 캡슐들 각각은 복수 개의 제2 액정 분자들을 포함하고,
    상기 제1 및 제2 액정 분자들은 상기 전계 세기에 따라 상기 광의 편광축을 회전시키는 표시장치.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 제2 나노 캡슐들은 상기 제1 나노 캡슐들 보다 양의 유전율 이방성이 큰 것을 특징으로 하는 표시장치.
  11. 제 9 항에 있어서,
    상기 제2 나노 캡슐들은 상기 제1 나노 캡슐들 보다 굴절율이 큰 것을 특징으로 하는 표시장치.
  12. 제 1 항에 있어서,
    상기 화소 전극 및 상기 공통 전극은 서로 다른 층에 배치된 것을 특징으로 하는 표시장치.
  13. 제 1 항에 있어서,
    상기 화소 전극 및 상기 공통 전극은 동일한 층에 배치된 것을 특징으로 하는 표시장치.
  14. 제 1 항에 있어서,
    상기 광원으로부터 출력된 상기 광은 제1 색을 가지며,
    상기 제2 베이스층은 상기 제1 색 광을 흡수하여 상기 제1 색과 상이한 색의 광을 방출하는 변환부를 포함하는 표시장치.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 변환부는
    상기 제1 색 광과 상이한 제2 색 광을 방출하는 제1 발광체를 포함하는 제1 변환부;
    상기 제2 색 광과 상이한 제3 색 광을 방출하는 제2 발광체를 포함하는 제2 변환부; 및
    상기 제1 색 광을 투과시키는 제3 변환부를 포함하는 표시장치.
  16. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1 액정층은 복수 개의 제1 나노 캡슐들이 분산된 유기막을 더 포함하고, 상기 제1 액정층은 필름 타입으로 제공된 것을 특징으로 하는 표시장치.
  17. 제 1 항에 있어서,
    상기 제2 액정층은 복수 개의 제2 나노 캡슐들이 분산된 유기막을 더 포함하고, 상기 제2 액정층은 필름 타입으로 제공된 것을 특징으로 하는 표시장치.
  18. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1 내지 제3 편광층들의 두께의 합은 10 마이크로미터(um) 이하로 제공되는 것을 특징으로 하는 표시장치.
  19. 화소 전극 및 공통 전극을 포함하는 제1 베이스층;
    상기 제1 베이스층 상에 배치되고, 복수 개의 제1 나노 캡슐들 및 상기 제1 나노 캡슐들이 분산된 제1 버퍼층을 포함하는 제1 액정필름;
    상기 제1 액정필름 상에 배치되고, 복수 개의 제2 나노 캡슐들 및 상기 제2 나노 캡슐들이 분산된 제2 버퍼층을 포함하는 제2 액정필름;
    상기 제1 액정필름 및 상기 제2 액정필름 사이에 배치된 편광층;
    상기 제2 액정필름 상에 배치된 제2 베이스층을 포함하고,
    상기 제1 액정필름 및 상기 제2 액정필름 각각의 광 투과율은 상기 제1 베이스층에 포함된 상기 화소 전극 및 상기 공통 전극 간의 전계 세기에 기반하여 제어되는 표시패널.
  20. 제 19 항에 있어서,
    상기 편광층의 두께는 3 마이크로 미터(um) 이하로 제공되는 것을 특징으로 하는 표시패널.
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