KR20000011529A - 반사형액정표시장치 - Google Patents

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KR20000011529A
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후지타신고
미즈노히로아키
이와이요시오
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마츠시타 덴끼 산교 가부시키가이샤
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Abstract

본 발명은 투명 전극을 구비한 투명 기판에 대향하는 기판의 내면에 요철 형상을 갖는 반사 전극을 형성함으로써, 또한 광 산란 액정에 전방 산란 성분과 후방 산란성을 부여함으로써, 광 산란 액정의 투명시의 반사 전극에 있어서의 반사광의 산란성을 높여, 콘트라스트의 시각 의존성을 개선할 수 있어서, 밝고, 백색의 색 순도가 높은 표시를 얻을 수 있다.

Description

반사형 액정 표시 장치{REFLECTION TYPE LIQUID CRYSTAL DISPLAY DEVICE}
본 발명은, 액정 셀내에 반사 전극을 배치한 무(無)편광판 모드의 반사형 액정 표시 장치에 관한 것이다.
최근, 인터넷의 급속한 발전과 함께, 「언제나, 어디서나, 누구나」 필요한 정보의 액세스 및 발신을 간단히 수행할 수 있는 사회 기반이 갖추어지고 있으며, 휴대 정보 기기(이하, MIT라고 함:Mobile Information Tool)는 현재 그 인터페이스 기기의 주역이라고 할 수 있다.
휴대가 용이하다고 하는 용도가 전제로 되는 MIT는 얇고, 가볍고, 또한 저소비 전력으로 구동할 수 있는 디스플레이를 필요로 하며, 그것에 가장 잘 합치되는 것이 배경 조명(back light)을 필요로 하지 않는 반사형 액정 표시 장치(이하, 반사형 LCD라고 함)이다.
실제로 현재 제품화되어 있는 MIT의 대부분이 디스플레이로서 반사형 LCD를 채용하고 있다. MIT는, 저소비 전력 CPU, 고속 통신, 휴대 단말용 OS라고 하는 주변 환경 정비의 충실성과 더불어 금후 큰 시장을 구축할 것으로 기대되고 있다. 따라서, 반사형 LCD는 MIT의 주역을 담당하는 기기로서 금후 점점 더 중요한 역활을 다해 갈 것이 기대되고 있다. 종래, 반사형 LCD는, 상하 유리 기판의 외측에 편광판을 배치하고, 또한 그 외측에 반사판을 배치한 2장 편광판 방식이 주류이지만, (1) 반사율의 향상, (2) 칼라화의 관점에서 액정 셀내에 경면 반사 전극을 배치하고, 광 산란 액정을 변조층으로 하는 무편광판 모드(편향판이 없는 형태)가 하기 문헌 등에 제안되어 있다(T.Sonehara, M.Yazaki, H.Iisaka, Y.Tsuchiya, H.Sakata, J.Amako, T.Takeuchi:SID 97 DIGEST, pp.1023-1026(1997)).
이 방식에서는, 편광판에 의한 광의 흡수가 없기 때문에, 편광판을 이용하는 방식에 비해서 밝은 표시가 가능함과 동시에, 반사 전극이 셀내에 배치되어 있기 때문에, 유리의 두께에 기인하는 시차가 배제되어, 컬러 필터를 이용한 색채화에 있어서는 혼색(混色)에 의한 색 순도(colormetric purity)의 저하가 발생하지 않는다고 하는 특징을 갖는다.
이하, 종래의 무편광판 모드 방식의 반사형 LCD에 대하여 도면을 이용하여 그 구성을 설명한다.
도 8은, 박막 트랜지스터(이하, TFT라고 함)에 의해 광 산란 액정을 구동하는 흑백 반사형 LCD의 구성을 나타내는 단면도로서, 기판(201)상에, 게이트 전극(210)이 선택 형성되고, 또한 게이트 전극(210)을 덮도록 게이트 절연층(211)이 형성되어 있다. 그리고, 게이트 전극(210)의 바로 위에 위치하는 게이트 절연막(211)의 영역에, 반도체층(212)이 섬모양으로 형성되고, 이어서 소스 전극(213) 및 드레인 전극(214)이 형성됨에 따라 스위칭 소자인 TFT가 구성된다.
화소 전극으로 되는 반사 전극(202)은 그 표면이 경면(鏡面) 상태로 되어 있고, 층간 절연층(215)을 거쳐 드레인 전극(214)과 전기적으로 접속되어 있다.
내면에 투명 전극(204)이 형성된 투명 기판(205)과 기판(201)의 대향 간극에는 광 산란 액정(203)이 구호되어 있다.
광 산란 액정(203)은 굴절율 이방성을 갖는 액정 재료와 아크릴계 고분자 재료와의 혼합계를 경화시켜 형성한 것이며, 그 혼합계 액정의 두께와, 액정/고분자 재료의 혼합비 등을 최적화함으로써 그 산란이 기본적으로 전방(前方) 산란으로 되도록 조정된다.
예를 들어, 상광(常光)에 대한 액정 재료의 굴절율을 n⊥, 이상광(異常光)에 대한 굴절율을 n∥, Δn=n∥-n⊥〉0으로 할 때, n⊥과 고분자 재료의 굴절율을 거의 동일하게 설정한다. 이 때, 광 산란 액정은 전압 오프(OFF)시에 산란 상태, 전압 온(ON)시에 투명 상태를 취한다.
이러한 구성의 반사형 LCD는 무편광판 모드라고 불리며, 종래의 2장 편광판 방식에 비하여, LCD 입사광의 편광판 통과 회수가 4회 내지 0회로 되어, 밝은 표시를 얻는 것이 가능하게 된다. 또한 반사 전극을 액정 셀에 내장할 수 있기 때문에, 시차가 없는 표시를 얻을 수 있다. 특히 컬러 필터와의 조합에 의한 컬러 반사형 LCD의 경우에는, 입사광과 출사광이 서로 다른 색 영역을 통과할 확률이 거의 최소화되기 때문에, 이 점에서도 밝은 표시가 가능해진다.
다음에, 반사형 LCD의 표시원리에 대하여 도면을 이용하여 설명한다.
도 9는 종래의 무편광판 방식의 반사형 액정 표시 장치의 표시 원리를 설명하는 도면이며, 전압 오프시, 액정 패널에 대하여 입사된 광은 액정과 폴리머의 굴절율차에 근거하여 산란되고, 또한 경면 반사 전극으로 반사되어 동 도면에 도시하는 바와 같이 산란 반사된다. 한편, 전압 온시에, 광 산란 액정은 거의 투명 상태로 되어, 동 도면에 도시하는 바와 같이 입사한 광은 거의 경면 반사적으로 반사된다. 이 때 관찰 방향 A에서 보면, 전압 온시의 반사 휘도 Aon과 전압 오프시의 반사 휘도 Aoff 사이에서, 휘도가 변조되기 때문에, 중간조를 포함시킨 표시가 가능해진다. 또한 동 도면에 도시하는 바와 같이, 백색(白色)에 상당하는 전압 오프 상태의 반사 휘도는 각도 의존성이 작고, 또한 편광판의 흡수가 없는 것에 의한 높은 반사 휘도를 얻을 수 있을 뿐만 아니라, 광 산란 액정 특유의 높은 색 순도를 가진 백색을 얻을 수 있어, "종이"와 똑같은 양호한 시인성(視認性)을 얻을 수 있다.
그러나 종래의 구성에 의한 반사형 LCD에서는, 흑색에 상당하는 전압 온 상태의 반사 휘도에 부정(不正)의 표시 상태로 되는 시야 방향이 존재한다고 하는 과제가 있었다. 즉, 도 9에 도시하는 바와 같이, 입사광에 대하여 거의 정반사 방향으로 되는 관찰 방향 B에서는 흑색 레벨에 상당하는 전압 온일 때 광 산란 액정이 투명 상태로 되기 때문에, 강한 경면 반사광 Bon이 관찰된다. 또한, 동일한 관찰 방향 B에서의 백색 레벨의 반사 휘도 Boff는 반사광 Bon보다 휘도가 작고, 따라서 영상의 휘도 관계가 역전되는 네가티브/포지티브 반전 현상이 일어난다. 이러한 부정한 표시가 발생하는 영역이 입사광에 대하여 정반사 방향으로 되는 각도 영역에서 거의 10°정도 존재한다.
본 발명의 목적은 상기 과제를 해결하는 것으로, 비교적 간단한 구성에 의해 부정한 표시 상태를 발생시키는 시야 방향이 없는 고화질의 반사형 LCD를 제공하는 것이다.
도 1은 본 발명의 실시예 1에 있어서의 반사형 액정 표시 장치의 단면도,
도 2는 동 반사형 액정 표시 장치의 표시 원리를 설명하는 특성도,
도 3은 본 발명의 실시예 2에 있어서의 반사형 액정 표시 장치의 단면도,
도 4는 동 실시예 3에 있어서의 반사형 액정 표시 장치의 단면도,
도 5는 동 실시예 4에 있어서의 반사형 액정 표시 장치의 단면도,
도 6은 동 실시예 5에 있어서의 반사형 액정 표시 장치의 단면도,
도 7은 동 실시예 6에 있어서의 반사형 액정 표시 장치의 단면도,
도 8은 종래의 반사형 액정 표시 장치의 일례를 나타내는 단면도,
도 9는 동 반사형 액정 표시 장치의 표시 원리를 설명하는 특성도.
도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명
101 : 기판
102 : 반사 전극
103 : 광 산란 액정
115 : 층간 절연층
본 발명의 반사형 액정 표시 장치는 상기 목적을 달성하기 위해서, 반사 전극이 요철 형상을 갖고, 또한 광 산란 액정이 전방 산란 성분과 후방 산란 성분 모두를 포함하는 것을 특징으로 하는 것으로, 광 산란 액정의 전압 온시, 즉 투명시의 반사광의 산란성을 높여, 액정 패널 외부로 복귀되는 반사광 강도를 저하시킬 수 있으며, 흑색 레벨에 상당하는 반사광에 포함되는 경면 성분을 저하시킴으로써, 콘트라스트(contrast)의 시각 의존성을 개선할 수 있다. 또한, 전압 오프시의 백색 레벨의 반사 휘도 저하도 억제할 수 있으므로, 고화질의 반사형 LCD를 얻을 수 있다.
바람직한 실시예
이하, 본 발명의 실시예에 대하여, 도면을 이용하여 설명한다.
(실시예 1)
도 1은 본 발명의 제 1 실시예에 있어서의 반사형 액정 표시 장치의 구성을 나타내고 있으며, 그 기본적인 구성은 종래의 반사형 액정 표시 장치의 경우와 마찬가지이다. 본 실시예의 반사형 액정 표시 장치가 종래의 것과 다른 점은, 반사 전극(102)의 표면에 요철 형상을 마련한 것과, 광 산란 액정에 일정한 후방 산란성을 부여한 점이다.
반사 전극(102)의 요철 형상은 다음과 같이 하여 형성하였다.
TFT를 형성한 기판(101)의 전면에, 감광성 아크릴 수지(예를 들면, JSR사 제품 PC302)를 도포하여 층간 절연층(115)을 형성하고, 소정의 포토마스크(photomask)를 이용하여 콘택트 홀과 요철 형상을 형성한 후, 그 위에 지르코늄(zirconium)을 0.9원자% 함유한 알루미늄을 선택적으로 형성함으로써, 요철 형상을 갖는 반사 전극(102)을 형성하였다.
또한, 후방 산란성을 갖는 광 산란 액정(103)은, 네마틱(nematic) 액정과 아크릴계 고분자 전구체를 중량비 2:8로 혼합하여 액정 패널내에 충전한 후, UV를 조사함으로써 경화시켜 형성하였다. 이 때, 액정층의 두께를 5∼10㎛ 사이로 설정하였다. 셀 두께, 즉 액정층의 두께가 커지면, 후방 산란성이 증가하여 전압 오프시의 백색의 휘도는 높아지지만, 구동 전압도 높아지게 된다. 한편, 셀 두께가 작아지면, 구동 전압은 낮게 할 수 있지만, 백색의 휘도도 저하한다. 구동 전압의 증가는 약 1V/㎛였다. 실제의 장치에 필요한 반사 휘도와 드라이버의 구동 능력을 종합하여, 상기 범위로 최적의 액정 두께를 선택하였다.
본 실시예에 있어서의 반사형 액정 표시 장치의 표시 원리에 대하여 도 2를 이용하여 설명한다.
흑색 레벨에 상당하는 전압 온시의 반사 특성은 동 도면에 도시하는 바와 같이 도 9에 나타내는 종래예에 비하여 경면성이 저하되어, 어떤 관찰 각도에서도 백색 레벨에 상당하는 전압 오프 상태의 반사 특성을 초과하는 일은 없다. 이것은 요철 형상의 반사 전극에 의해, 반사면에서의 광의 산란성이 증가하고, 또한 투명 기판과 공기의 계면에 있어서의 전(全) 반사 성분이 증가하여 액정 패널로부터 출사되는 광이 감소한 것에 의한다. 이 때 임의의 형상을 갖는 요철면에서도 일정한 효과는 얻어지지만, 적분구(積分球)로 집광한 전 반사광 중에서 정반사 성분을 제거한 확산 반사율을 Rdr로 할 때, 반사 전극의 Rdr이 0.8≤Rdr≤1.0의 범위로 설정함으로써, 반사광의 산란성을 높임과 동시에 액정 패널 외부로 출사하는 광량을 억제할 수 있다. 이것은, 예를 들면 요철 형상의 평균 경사각을 16°이상으로 되도록 요철 표면의 형상을 제어함으로써 실현할 수 있다.
한편, 백색 레벨에 상당하는 반사 특성은, 광 산란 액정에 후방 산란성을 부여함으로써 광 산란 액정층으로부터 직접 대량 산란 반사하는 광의 양이 증가하여, 요철 형상의 반사 전극에 의한 외부 출사광 강도의 저하를 억제할 수 있으므로, 충분히 밝은 표시를 실현할 수 있다.
(실시예 2)
다음에 본 발명의 실시예 2에 대하여 설명한다. 도 3은 본 실시예에 있어서의 반사형 액정 표시 장치의 구조를 나타내고 있으며, 실시예 1과 다른 점은 대향하는 투명 기판(405)의 내면에 컬러 필터(409)를 형성한 것이고, 반사면이 셀내에 있기 때문에, 입사광과 출사광이 서로 다른 색 영역을 통과할 확률은 거의 최소화되어, 고 휘도, 고 색순도를 구비한 컬러 반사형 액정 표시 장치를 실현할 수 있다.
(실시예 3)
다음에 본 발명의 실시예 3에 대하여 설명한다. 도 4는 본 실시예에 있어서의 반사형 액정 표시 장치의 구조를 나타내고 있으며, 본 실시예가 도 3에 나타내는 실시예 2와 다른 점은, 투명 기판(505)의 외면에 산란판(506)을 배치한 것이고, 산란판(506)으로서 고분자 기재중에 미립자를 분산시켜 등방(等方) 산란 기능을 부가한 필름을 이용하였다.
입사광과 출사광은 산란판(506)을 통과할 때에 산란을 받기 때문에, 전압 온시의 산란 특성을 더욱 높일 수 있고, 또한 양호한 흑색 레벨을 실현할 수 있다.
(실시예 4)
다음에 본 발명의 실시예 4에 대하여 설명한다. 도 5는 본 실시예에 있어서의 반사형 액정 표시 장치의 구조를 나타내고 있으며, 본 실시예가 실시예 3과 다른 점은, 투명 기판(605)의 내면에 산란막(607)을 형성한 것이다. 산란막(607)으로서 아크릴계 고분자 전구체중에 미립자를 분산시킨 수지를 스피너(spinner)로 투명 기판(605)의 내면에 도포해 경화시킨 것을 이용하고, 그 상면에 컬러 필터(609) 및 투명 전극(604)을 도면에 도시하는 바와 같이 형성하였다.
본 실시예에 따르면, 광 산란 기능을 갖는 산란막(607)을 액정 셀내에 배치함으로써, 투명 기판(605)의 두께, 즉 반사면과 산란면의 거리에 기인하는 화상 흐려짐의 영향을 최소로 억제할 수 있어, 밝은(clear) 표시를 실현할 수 있다.
(실시예 5)
다음에 본 발명의 실시예 5에 대하여 설명한다. 도 6은 본 실시예에 있어서의 반사형 액정 표시 장치의 구조를 나타내고 있으며, 본 실시예가 실시예 4와 다른 점은, 도면에 도시하는 바와 같이 산란막(707)을 컬러 필터(709)와 투명 전극(704) 사이에 형성한 것이다. 산란막(707)의 구성 재료 및 형성 방법은 실시예 4의 경우와 마찬가지이며, 본 실시예에 있어서 부가되는 효과로서, 산란막(707)이 컬러 필터(709)의 보호막으로서의 기능도 수행할 수 있어, 액정 패널의 신뢰성 향상을 도모하는 것이 가능해진다.
(실시예 6)
다음에 본 발명의 실시예 6에 대하여 설명한다. 도 7은 본 실시예에 있어서의 반사형 액정 표시 장치의 구조를 나타내고 있으며, 본 실시예가 실시예 5와 다른 점은, 반사 방지층(808)을 투명 기판(805)의 외면에 형성한 것이다. 반사 방지층(808)으로서, SiO2와 ITO의 박막 다층막을 이용하여 형성하였다.
따라서 본 실시예에 따르면, 액정 패널 표면에서의 불필요한 반사를 억제함으로써 액정 패널에 입사되는 광량을 증가시킬 수 있고, 또한 콘트라스트의 향상을 도모할 수 있다.
또, 본 발명은 상술한 바와 같은 TFT에 의해 액정을 구동하는 방식의 액정 패널에 한정되지 않고, 스위칭 소자로서, 금속-절연체-금속(MIM)을 이용하는 경우, 또한 단순 매트릭스 타입의 액정 패널에 있어서도 이용하는 것은 가능하다.
상기 실시예로부터 명백한 바와 같이 본 발명에 따르면, 반사 전극을 내장한 광 산란 모드의 반사형 액정 표시 장치에 있어서,
(1) 액정층이 투명할 때의 정반사 방향에 있어서의 경면 반사 성분의 저하,
(2) 콘트라스트의 시각 의존성의 개선
등을 도모할 수 있어, 밝고, 백색의 색 순도가 높은, 대단히 우수한 표시를 실현할 수 있다.

Claims (11)

  1. 대향하는 기판과 투명 기판의 간극에 끼워진 광 산란 액정과, 상기 대향하는 기판의 내면에 형성된 반사 전극과, 상기 대향하는 투명 기판의 내면에 형성된 투명 전극을 포함한 반사형 액정 표시 장치에 있어서,
    상기 반사 전극이 요철 형상을 갖고, 광 산란 액정이 전방 산란 성분과 후방 산란 성분 모두를 포함하는 것을 특징으로 하는 반사형 액정 표시 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 반사 전극의 확산 반사율(Rdr)이, 적분구로 집광한 반사 전극의 전 반사광 중, 정반사 성분을 제거한 확산 반사율을 Rdr로 하는 조건하에서 0.8≤Rdr≤1.0인 것을 특징으로 하는 반사형 액정 표시 장치.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 대향하는 투명 기판의 내면에, 컬러 필터를 포함한 것을 특징으로 하는 반사형 액정 표시 장치.
  4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 대향하는 투명 기판의 외면에, 산란판을 포함한 것을 특징으로 하는 반사형 액정 표시 장치.
  5. 제 3 항에 있어서,
    상기 대향하는 투명 기판의 외면에, 산란판을 포함한 것을 특징으로 하는 반사형 액정 표시 장치.
  6. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 대향하는 투명 기판의 내면에, 산란막을 포함한 것을 특징으로 하는 반사형 액정 표시 장치.
  7. 제 3 항에 있어서,
    상기 대향하는 투명 기판의 내면에, 산란막을 포함한 것을 특징으로 하는 반사형 액정 표시 장치.
  8. 제 1 항, 제 2 항, 제 5 항 또는 제 7 항에 있어서,
    상기 대향하는 투명 기판의 최외면에, 반사 방지층을 포함한 것을 특징으로 하는 반사형 액정 표시 장치.
  9. 제 3 항에 있어서,
    상기 대향하는 투명 기판의 최외면에, 반사 방지층을 포함한 것을 특징으로 하는 반사형 액정 표시 장치.
  10. 제 4 항에 있어서,
    상기 대향하는 투명 기판의 최외면에, 반사 방지층을 포함한 것을 특징으로 하는 반사형 액정 표시 장치.
  11. 제 6 항에 있어서,
    상기 대향하는 투명 기판의 최외면에, 반사 방지층을 포함한 것을 특징으로 하는 반사형 액정 표시 장치.
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