KR20000014977A - 발광형 액정표시장치 - Google Patents

Abstract

본 발명에 따른 발광형 액정표시장치는 제1 및 제2기판과, 제1기판 위에 형성되고 자외선을 방출하는 백라이트와, 제1기판 위에 형성된 제1콜레스테릭액정 원편광자와, 제2기판 위에 형성된 형광막과, 제2기판 위에 형성된 제2콜레스테릭액정 원편광자와, 제1기판과 제2기판 사이에 형성되며 상기 자외선을 파장의 절반만큼 위상변화시키는 액정층으로 구성된다.

Description

발광형 액정표시장치

본 발명은 액정표시장치에 관한 것으로, 특히, 시야각특성을 향상시킨 발광형 액정표시장치에 관한 것이다.

최근, 휴대용 텔레비젼이나 노트북 컴퓨터에 많이 사용되는 박막트랜지스터 액정표시장치(TFT LCD)에서 대면적화가 강력하게 요구되고 있지만, 상기한 TFT LCD에는 시야각에 따라 콘트라스트비(contrast ratio)가 변하는 문제가 있었다. 이러한 문제를 해결하기 위해, 광보상판이 장착된 트위스트네마틱(twisted nematic) 액정표시장치, 멀티도메인(multi-domain) 액정표시장치 등과 같은 여러가지 액정표시장치가 제안되고 있다. 그러나, 이러한 여러가지 액정표시장치로는 시야각에 따라 콘트라스트비가 저하되고 색상이 변하는 문제를 해결하기 힘든 실정이다. 광시야각을 실현하기 위해 제안되는 다른 방식의 액정표시장치인 횡전계방식 액정표시장치가 있다. 이러한 횡전계방식 액정표시장치는 넓은 시야각을 갖지만, 콘트라스트비 및 응답속도가 낮다는 문제점이 있다.

또한, 일반적인 액정표시장치에서 사용되는 흡수형 선편광자는 최대 광효율이 45%정도이기 때문에 액정표시장치의 휘도를 저하시키며, 편광자에 흡수된 빛이 열에너지로 변환되어 편광자의 수명이 단축된다는 문제점이 있다.

본 발명은 상기한 종래기술의 문제점을 감안하여 이루어진 것으로, 넓은 시야각을 갖고, 광효율이 뛰어날 뿐만 아니라, 응답속도 및 콘트라스트비가 향상된 발광형 액정표시장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 발광형 액정표시장치는 제1 및 제2기판과, 제1기판 위에 형성된 자외선 백라이트와, 제1기판 위에 형성된 제1원편광자와, 제2기판 위에 형성된 형광막과, 제2기판 위에 형성된 제2원편광자와, 제1기판과 제2기판 사이에 형성되며, 상기 자외선을 파장의 1/2만큼 위상변화시키는 액정층으로 구성된다.

상기 액정층은 수직배향하는 것이 바람직하며, 이 경우 N(Negative)형 액정을 사용한다. 상기한 구조를 갖는 본 발명에 따른 발광형 액정표시장치는 넓은 시야각을 가질 뿐만 아니라, 응답속도 및 콘트라스트비가 향상되고, 낮은 구동전압을 가진다.

도 1은 본 발명에 따른 발광형 액정표시장치를 나타낸 단면도이다.

*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*

10: 제1기판 11: 제2기판

12: 백라이트 13: 제1원편광자

14: 형광막 15: 제2원편광자

16: 액정층 17: 도광판

18: 광원 19: 반사판

이하, 본 발명에 따른 발광형 액정표시장치를 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.

본 발명에 따른 발광형 액정표시장치는, 도 1에 나타낸 바와 같이, 제1기판(10) 및 제2기판(11)과, 제1기판(10) 위에 형성된 자외선 백라이트(12) 및 제1원편광자(13)와, 제2기판(11) 위에 형성된 형광막(14) 및 제2원편광자(15)와, 제1기판(10)과 제2기판(11) 사이에 형성된 액정층(16)으로 구성된다. 자외선 백라이트(12)는 도광판(17)과, 광원(18)과, 도광판(17)의 배면에 설치된 반사판(19)으로 구성되며, 파장(λ)이 200∼400nm인 자외선을 제1원편광자(13)에 조사한다. 이때, 광원이 파장이 대략 380∼400nm인 자외선을 발생하도록 하는 것이 바람직하며, 이 경우 상기 파장에서 높은 발광효율을 갖는 형광체로 형광막(14)을 형성하도록 한다.

제1 및 제2원편광자(13,15)는 콜레스테릭액정 원편광자로써, 상기 파장(λ)의 자외선을 반사하도록 피치가 결정된다. 또한, 제1원편광자(13)가 입사하는 빛의 우원편광 성분만을 반사하고, 제2원편광자(15)는 좌원편광 성분만을 반사하도록 콜레스테릭 액정의 나선방향이 결정된다. 두 원편광자(13,15)는 액정모드에 따라 콜레스테릭액정의 나선방향이 상기와 다르게 결정될 수도 있다. 액정층(16)은 위상차(Δnd)가 λ/2이 되도록 하며, 액정모드는 TN, FLC(Ferroelectric LC) 및 VA(Vertical Alignment)모드 등 어떠한 경우도 가능하다. 액정모드는 응답특성상 FLC를 이용한 모드가 가장 바람직하지만, 현재는 VA모드가 바람직하다. TN모드보다 VA모드를 이용할 경우 응답속도가 향상되고 구동전압이 감소하며, 콘트라스트비가 증가하는 장점이 있다. 액정은 자외선 파장대에서 광흡수율이 낮은 재료를 사용하는 것이 바람직하고, VA모드를 위해서는 N(negative)형 액정을 사용하고, TN모드를 위해서는 P(positive)형 액정을 사용한다. 또한 FLC 모드를 위해서는 강유전성 액정을 사용한다.

형광막(14)은 칼라화상을 구현하기 위해 적(R), 녹(B), 청(B)색 형광체(phospher)로 구성되며, 각 형광체는 상기 파장(λ)의 입사광에 대해 최대 발광효율을 갖는 물질을 이용한다. 현재, 적색형광체로서 BaAl₁₂O₁₉:Mn과 CdZnS:Ag, 녹색형광체로서 Zn₂SiO₄:Mn과 ZnS:Cu, 청색형광체로서 BaMgAl₁₄O₂₃:Eu^3_과 ZnS:Ag을 이용하는 것이 바람직하나, 앞으로 더 나은 광효율을 가진 물질이 개발될 수 있다.

본 발명에 따른 발광형 액정표시장치의 동작은 다음과 같다.

제1원편광자(13)는 입사하는 빛의 우원편광 성분만을 반사하며, 제2원편광자(15)는 좌원편광 성분만을 반사한다. 따라서, 광원(18)으로 부터 발생된 자외선이 도광판(17)을 통해 제1원편광자(13)에 입사하면, 우원편광된 자외선은 반사되고, 좌원편광된 자외선은 투과한다. 이때, 반사된 우원편광된 자외선은 반사판(19)에 반사되어 좌원편광으로 바뀐 후 제1원편광자(13)에 재 입사한다. 따라서, 이론적으로는 제1원편광자(13)의 광효율은 100%이 되며, 이렇게 좌원편광된 자외선은 액정층(16)에 입사된다.

VA모드일 경우에, 도 1에 나타낸 바와 같이, 액정층(16)을 이루는 액정분자는 수직배향막(도시하지 않음)에 의해 전압이 인가되지 않은 상태에서 기판(10,11)에 수직한 방향으로 배향되며, 액정층(16)을 통과하는 빛은 편광이 바뀌지 않게 된다. 따라서, 제1원편광자(13)를 통과한 좌원편광된 자외선은 액정층(16)을 통과한 후 좌원편광된 상태로 제2원편광자(15)에 입사한다. 제2원편광자(15)는 좌원편광된 빛을 반사하도록 되어 있기 때문에, 결국 자외선이 제2원편광자(15)를 통과하지 못하게 되어 어두운 상태가 표시된다.

전압이 인가되면 액정층(16)을 이루는 N형 액정분자는 양쪽 기판(10,11)에 근접한 부분을 제외하고 전기장에 수직인 방향, 즉, 기판(10,11)에 평행한 방향으로 배열되며, 통과하는 빛에 λ/2 만큼 위상차를 부여하게 된다. 따라서, 제1원편광자(13)를 통과한 좌원편광된 자외선은 액정층(16)을 통과하면 우원편광으로 바뀌고, 제2원편광자(15)를 통과하여 형광막(14)에 입사하게 된다. 형광막(14)의 적색, 녹색, 및 청색 형광체는 입사되는 자외선에 의해 여기(excited)된 후 바닥상태로 떨어지면서 각각 적색, 녹색, 및 청색의 가시광선을 발광하게 된다. 이때, 형광막(14)은 입사되는 자외선의 방향과 무관하게 흡수된 총 빛에너지에 비례하여 가시광선을 발광하기 때문에, 시야각에 따라 콘트라스트 비가 변하거나 색변환이 생기는 문제가 없어진다.

상기한 바와 같이, VA모드의 경우, 제1 및 제2원편광자(13,15)가 서로 다른 원편광성분을 반사하는 구조에서는 흑색모드(Normally Black)로 동작하게 되고, 이와 반대로, 두 원편광자(13,15)가 같은 원편광성분을 반사하는 구조에서는 백색모드(Normally White)로 동작하게 된다.

TN모드일 경우, 액정층(16)을 이루는 액정분자는 도면에 나타내지 않은 배향막에 의해 전압이 인가되지 않은 상태에서 트위스트된(Twisted) 상태로 배향되며, 액정층(16)을 통과하는 빛에 λ/2의 위상차를 부여한다. 따라서, 좌원편광된 자외선은 액정층(16)을 통과하면, 우원편광으로 바뀌고, 좌원편광 성분만 반사하는 제2원편광자(15)를 통과한 후 형광막(14)에 입사하게 된다. 형광막(14)의 적색, 녹색, 및 청색 형광체는 입사되는 자외선에 의해 여기된 후 바닥상태로 떨어지면서 각각 적색, 녹색, 및 청색의 가시광선을 발광하게 된다.

전압이 인가되면 P형인 액정분자는 전기장에 평행인 방향, 즉 기판에 수직인 방향으로 나열되기 때문에, 액정층(16)을 통과하는 가시광선은 편광이 바뀌지 않게 되어 좌원편광된 상태로 제2원편광자(15)에 입사한다. 제2원편광자(15)는 좌원편광된 빛을 반사하도록 되어 있기 때문에, 결국 어두운 상태를 나타내게 된다.

상기한 바와 같이, TN모드의 경우, 제1 및 제2원편광자(13,15)가 서로 다른 원편광성분을 반사하는 구조에서는 백색모드로 동작하게 되고, 이와 반대로, 두 원편광자가 같은 원편광성분을 반사하는 구조에서는 흑색모드로 동작하게 된다.

본 발명에 따른 발광형 액정표시장치는 반사판이 구비된 콜레스테릭액정 원편광자를 사용하기 때문에 광효율이 뛰어나고, 원편광자가 좁은 범위의 파장대를 위한 것이기 때문에, 소광율(extinction ratio)이 향상된다. 또한, VA모드를 이용하기 때문에, 응답속도가 향사되고, 구동전압이 내려가며, 콘트라스트비가 향상된다.

또한, 액정층이 광스위치 역할만 하고, 형광체에 의해 빛이 발광되기 때문에, CRT와 비슷한 수준의 광시야각이 구현된다.

Claims (8)

1. 제1 및 제2기판과,

   제1기판 위에 형성된 자외선 백라이트와,

   제1기판 위에 형성된 제1원편광자와,

   제2기판 위에 형성된 형광막과,

   제2기판 위에 형성된 제2원편광자와,

   제1기판과 제2기판 사이에 형성되며, 상기 자외선을 파장의 1/2만큼 위상변화시키는 액정층으로 구성된 발광형 액정표시장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 액정층이 수직배향된 것을 특징으로 하는 발광형 액정표시장치.
3. 제1항에 있어서, 상기 액정층이 트위스트(Twisted) 배향된 것을 특징으로 하는 발광형 액정표시장치.
4. 제1항에 있어서, 상기 백라이트가 광원과, 도광판과, 도광판의 배면에 설치된 반사판으로 구성된 것을 특징으로 하는 발광형 액정표시장치.
5. 제1항에 있어서, 상기 자외선의 파장이 200∼400nm인 것을 특징으로 하는 발광형 액정표시장치.
6. 제1항에 있어서, 상기 자외선의 파장이 380∼400nm인 것을 특징으로 하는 발광형 액정표시장치.
7. 제1항에 있어서, 상기 형광막이 칼라화상을 구현하기 위해 적색, 녹색, 및 청색 형광체(phosphor)로 구성된 것을 특징으로 하는 발광형 액정표시장치.
8. 제7항에 있어서, 상기 적색형광체가 BaAl₁₂O₁₉:Mn과 CdZnS:Ag이고, 녹색형광체가 Zn₂SiO₄:Mn과 ZnS:Cu이며, 적색형광체가 BaMgAl₁₄O₂₃:Eu^3_과 ZnS:Ag인 것을 특징으로 하는 발광형 액정표시장치.