KR20010024349A - 액정 셀 - Google Patents

Abstract

본 발명은 제 1 층 및 제 2 층(21, 23)과, 상기 두 층 사이에 위치된 액정(43)과, 적어도 하나의 전극이 전극층(47)으로서 제 1 층(21)에 제공되는 상기 액정에 배치되는 두 개의 전극과, 제 1 층(21)에 제공되는 적어도 하나의 성극층(49)과, 발광수단(5)을 포함하는 액정 셀에 관한 것이다. 상기 발광수단(5)은 액정으로부터 이격되어 대면하는 제 1 층(21)의 측부상에 장착된다. 본 발명은 제 1 층(21) 내의 성극층(49)이 발광수단(5)으로부터 이격되어 대면하는 전극층(47)의 측부상에 위치되는 것이 특징이다.

Description

액정 셀{Liquid crystal cell}

상술한 종류의 액정 셀은 일반적으로 공지되어 있다. 액정 셀은 개별 액정 셀이 매트릭스식으로 장치되어 있는 이른바 LCD-표시장치를 구성하기 위해서 사용된다. 일반적으로 액정 셀은 액정과 두 개의 플레이트로 되어 있으며, 두 플레이트 사이에 액정을 포함하고 있다. 두 플레이트는 각각 지반층(바탕층 또는 기판)으로서 광투과성 유리기판(transparent glass substrate)을 포함하고 있으며, 각각의 판위에는 성극층(polarisations layer)과 전극층(electrode layer)이 부착되어 있으며, 또한 성극층은 액정의 반대측 지반층 측부상에 놓여 있다. 소위 말하는 액티브매트릭스 기술(active matrix technology)에 있어서 액정의 경우 이른바 액티브 플레이트 위에 행과 열회로로 구성된 매트릭스를 장착하게 되며, 이렇게 장착된 매트릭스는 투명전극(transparent electrode)을 조정한다. 행과 열 사이의 교차점에는 각각 속해있는 화점전극(picture point electrode)과 연결되어 있는 박막 트랜지스터가 위치되어 있다. 이를 통해서 매트릭스의 모든 화점을 개별적으로 조정할 수 있도록 되어 있다. 전극에 조정전압을 가함으로써 액정은 일방향으로 정렬되고, 이에 따라서 자신의 광전송비(light-transmission rate)를 변경시키게 된다. 두개의 성극층으로 하나의 셀이 형성되며, 이렇게 형성된 셀은 가해진 전압에 따라서 후광유니트를 공급하는 광을 통과시키게 된다.

액티브 플레이트와 마주보고 있는 전방 플레이트는 섀도우 마스크(shadow mask)를 부착하고 있으며, 이 섀도우 마스크를 이른바 블랙 매트릭스(black matrix)로 표현하기도 한다. 블랙 매트릭스는 의도하지 않는 전송을 방지하여 양질의 콘트라스트(contrast)를 보장하기 위해서 위치지정이 되지 않은 액정 셀의 영역, 특히 화점전극 사이의 영역을 투과하지 않도록 하는 과제를 가지고 있다. 그러나 블랙 매트릭스의 단점은 셀의 전체전송을 감소시킨다는 것이다. 행 및 열회로로 구성된 매트릭스의 설계에 따라 섀도우 마스크의 개방(또는 개방비), 즉 광 통과영역에 대한 광 비통과영역의 관계비는 약 50% 내지 80%에 이르게 된다.

특히, 대형 액정-디스플레이 유니트용으로, 즉 예를 들어, 컴퓨터 모니터에 사용되기 위해 점차적으로 액정 셀이 이용되고 있으며, 이 액정 셀은 이른바 유럽특허공보 0 509 025 B1에 공지되어 있는 "인-플레인-스위칭(in-plane-switching(IPS))"공정에 따라서 작업된다. 도입부에서 설명하였던 액정 셀의 구조와는 달리 IPS-액정의 경우, 두 전극이 액티브 플레이트에 장치되며, 또한 액정은 래터럴 전기장(lateral electric field)을 통해서 정렬된다. 이러한 종류의 액정-디스플레이 유니트의 전극은 인터디지탈(inter digital)형 전극구조를 이루고 있다. IPS-셀의 장점은 바로 시계 각도영역(angular field), 예를 들어 컴퓨터 모니터에 요구하는 것처럼 매우 큰 시계각도에 있다. 물론 IPS-셀의 단점은 셀의 전송값이 상대적으로 미소하게 떨어진다는 것이다. 한편으로는 이른바 블랙 매트릭스로 된 위치지정된 영역이 투과하게 되며, 다른 한편으로는 각각의 화점은 인터디지탈 전극에 의해 미소한 전송을 조건으로 하여 자체적으로 전송이 감소하게 된다. 인터디지탈의 전극을 투명한 재료로 실시함으로써 전송 영역이 약간 증가하게 되는데, 이유는 전극을 통해서 작동하지 못하게 되고, 투명한 상태의 IPS-셀의 경우, 정상상태에서 영역이 작동상태와 일치하지 않기 때문이다. 전형적인 IPS-셀에 대해서는 약 30 %의 개방이 나타나게 된다(블랙매트릭스와 인터디지탈 전극을 고려한 상태).

본 발명은 제 1 층 및 제 2 층과, 이 두 층 사이에 위치되는 액정(liquid crystal)과, 액정에 배치되는 두개의 전극(electrode)과, 제 2 층의 대면측에 장착되는 발광수단(illuminations means)을 포함하는 액정 셀에 관한 것이다.

도 1은 본 발명의 개념을 설명하기 위한 도면.

도 2는 제 1 실시예에 따른 액정 셀의 구조를 도시한 도면.

도 3은 제 2 실시예에 따른 액정 셀의 구조를 도시한 도면.

도 4는 제 3 실시예에 따른 액정 셀의 구조를 도시한 도면.

도 5는 LCD-모듈의 기본적인 구조를 도시한 도면.

특허청구범위 제 1 항의 주안점을 포함한 액정 셀은 종래 액정 셀과는 달리 발광효율이 뚜렷하게 증가한다는 장점을 가지고 있다. 이러한 발광효율의 증가는 성극층, 다시말해 성극필터가 액정을 향하는 블랙매트릭스의 측면 또는 전극층을 구비함으로써 이루어진다. 이에 따라서 블랙매트릭스 또는 전극에 반사되는 광은 극성필터를 통한 조건적 흡입에 의해 광약화가 사라지게 된다. 제 2 층에 반사된 광은 발광수단의 새로운 반사를 통해서 액정 셀에 되돌아가게 된다.

본 발명의 양호한 개선에 있어서 액정은 IPS-셀로서 이루어져 있으며, 이 IPS-셀의 경우에 두 전극은 평면에 놓이게 된다. 개방이 약 30% 정도에 놓일 경우에 액정 셀의 종류에 있어서 발광효율은 특히 명백하게 증가하게 된다.

본 발명의 양호한 개선에 있어서, 발광수단은 부가적인 광반사수단을 구비하고 있으며, 광반사수단은 역반사를 위해서 사용되고 있다. 따라서, 반사수단은 특별하게 설정된 상황에 맞도록 되어 있기 때문에 발광효율의 또다른 증가를 가져온다. 반사수단의 최적화 측면에서 본다면 광반사수단은 성취하려는 발광효율에 관련하여 반사경(reflector) 자체로서 발광수단의 사용에 비해 양호한 효과를 갖는다.

본 발명의 양호한 개선에 있어서, 블랙 매트릭스는 양질로 반사되는 표면을 적어도 발광수단을 향하는 측면에 구비하게 된다. 이에 따라서 표면에 의해서 흡수되는 광의 일부가 감소되며, 이러한 감소에 따라 발광효율이 뚜렷하게 증가된다.

본 발명의 양호한 개선에 있어서, 액정을 향하는 전극의 측면이 편향됨으로써 반사를 방해하게 된다. 이러한 현상은 주변광의 방사에 대해서도 콘트라스트가 방해를 받지 않는다는 장점을 가지고 있다.

본 발명의 양호한 개선에 있어서, 성극층은 예를 들어, 1996. 5. 16일자의 네이처(nature) 381쪽에 공지되어 있는 바와 같이, 이색성의 염료분자를 포함한 조합형 LPP/LCP-층으로 구성되어 있다.

본 발명의 양호한 개선에 있어서, 성극층은 경계를 지닌 액정의 정렬을 위해서 방향층을 구비하고 있다. 이 장치의 장점은 특히 분리된 방향층을 절약할 수 있는데 있다.

본 발명의 양호한 개선에 있어서, 성극층은 이색성 염료분자로 깔린 액정의 폴리머층으로 구성되어 있다.

본 발명의 양호한 개선에 있어서, 제 2 층은 전극층과 성극층 사이에 장치되는 칼라필터를 구비한다.

본 발명의 양호한 개선에 있어서, 액정은 게스트-호스트(Guest-Host) 액정으로 또는 액정-폴리머의 베이스 위에 복합체로 구성되어 있다.

특히, 본 발명의 액정 셀은 예를 들어, 휴대용 컴퓨터나 자동차 영역의 항법시스템용 모니터로 이용되고 있는 LCD-모니터장치, 특히 칼라-LCD-모니터장치에서 양호하게 사용되고 있다.

본 발명은 첨부도면을 참조로 하기의 실시예에 따라 상세히 설명된다.

도 5에는 종래의 LCD(liquid crystal display) 모듈의 기본적인 구조가 도시되어 있다. 이러한 LCD-모듈은 예를 들어, 자동차-영역의 항법시스템, 이동통신 또는 컴퓨터모니터에서 사용되고 있다. 흑백- 또는 칼라-디스플레이로 구성된 LCD-모듈(1)은 하우징(3)을 포함하고 있으며, 하우징(3)에는 하나의 발광유니트(5), 조정유니트(7) 또는 액정 셀-유니트(9)가 장치되어 있다.

발광유니트(5)는 측면에 장착된 하나의 램프(11), 광유도체(13) 또는 반사경(15)을 포함하고 있다. 발광유니트(5)는 방사된 광이 특히 화살표(P) 방향으로 진행되도록 하며, 액정 셀-유니트(9)에 균일하게 방사되도록 하는 구조를 이루고 있다.

방사방향(P)에서 보이는 발광유니트(5) 다음에 오는 액정 셀-유니트(9)는 두 필름(17) 주변에 제 1 극성필터(19), 두 개의 층(21, 23) 및 제 2 극성필터(25)를 포함하고 있으며, 상기 두 층(21, 23) 사이에 액정이 장치되어 있다.

조정유니트(7)는 조정전기체(27) 주변에 드라이버 컴퍼넌트(29)를 구비하고 있으며, 이 드라이버 컴퍼넌트(29)는 데이타 케이블(31)을 통해 액정 셀-유니트(9)의 액정을 조정한다.

액정 셀-유니트(9)는 매트릭스 형태로 장치되어 있으며, 서로 분리되어 조정가능한 다수의 액정 셀로 이루어져 있다. 각각의 셀의 조정은 이른바 TFT-액정 셀의 경우 박막 트랜지스터를 이용하여 이루어지며, 박막 트랜지스터는 데이타 케이블(31)를 통해서 작동되고, 전극은 셀에 전압을 가하도록 되어 있다.

제 1 실시예에 따른 액정 셀의 도식적인 구조는 도 2에 관해서 상세히 설명된다.

액정 셀(41)은 층상 형태의 구조를 이루며, 이러한 구조는 제 1 층(21) 및 제 2 층(23)과 이 두 층 사이에 배치된 액정(43)을 포함한다.

제 1 층(21)에는 캐리어(또는 지반층)로 사용되고 있는 유리기판(45)이 구비되어 있으며, 이 유리기판(45)상에는 전극층(47), 성극층(49) 및 액정(43)과 경계를 이루는 방향층(51) 순으로 장치된다.

전극층(47)에는 집적된 하나의 블랙-매트릭스, 조정트랜지스터 또는 트랜지스터를 조정하기 위해서 필요한 케이블이 구비되어 있으며, 관찰을 위해 상기의 소자(블랙-매트릭스, 조정트랜지스터, 케이블 등)를 조정유니트(53)로 나타낸다. 또한, 전극층에는 액정의 정렬을 위해 필요한 전극(55)이 구비되어 있다. 상기 실시예에 있어서 액정 셀을 조정하기 위해 필요한 두 개의 전극은 평면에 장치되어 있다. 이를 위해서 소위 IPS-셀이 취급되며, 이러한 IPS-셀의 경우 각각의 전극은 마치 빗(comb)의 형태로 맞물려 작용하고 있다(즉, 인터디지탈 전극구조). IPS-셀의 상세한 설명은 유럽특허 0 509 025 B1에 공지되어 있으며, 그 내용은 하기로부터 보다 명확히 이해될 것이다. 즉, 도 2에서의 각각의 개별적인 전극(55)은 서로 평행하게 장치되며, 이들 전극 사이에 자유공간(57)이 형성된다. 전극(55) 또는 조정유니트(53)에 광이 투과할 경우, 자유공간(57) 또한 광투과가 가능하게 되어 있다.

제 2 층(23)은 액티브 조정가능한 요소를 구비하지 못하였지만, 상기와 유사한 구조를 구비하고 있다. 이러한 근거로부터 제 1 층(21)을 액티브 층으로 나타낸다. 제 2 층(23)도 하나의 유리기판(59)을 구비하고 있으며, 이 유리기판(59)위에 -칼라-LCD-모듈의 경우- 칼라필터층(61) 또는 방향층(63)이 장치된다. 제 2 층(23)은 또한, 성극층을 포함하고 있으며, 성극층은 여기서는 도시의 간략화를 위해 도시되지 않는다. 특히, 제 2 층(23)은 칼라필터층(61) 구조의 일부로 실시된다.

액정 셀-유니트(41)의 작용방법은 다음과 같다.

액정 셀의 활동상태(액티브 상태)에서 발광유니트(5)로부터 광방사(65)로 지시되어 있는 방사광이 제 2 층(23)를 통과하게 된다. 이러한 현상은 액정을 통과하는 동안 성극방향이 제 2 성극층의 성극방향과 동일한 방향으로 회전하고 있기 때문이다. 발광유니트(5)에 의해서 방사된 광은 제 1 층(21)에 있는 통과가능한 각각의 영역을 확실히 통과하게 된다. 상기 실시예의 경우의 영역은 바로 자유공간(57)이 된다. 하부측면에서, 즉 발광유니트(5)를 향하는 전극(55)측으로 층에 장치된 블랙 매트릭스와 조정유니트(53)가 광을 발광유니트(5)의 방향으로, 즉 화살표(67)의 방향으로 반사한다. 전극표면에 반사되는 광(67)은 발광유니트(5)로 도달하며 이어서 반사경(15)을 통해서 제 1 층(21)의 방향으로 광을 역반사시킨다. 따라서, 반사된 광은 마지막까지 거의 완전히 액정 셀을 관통하는데 사용된다는 장점을 가지고 있다. 이렇게 반사된 광의 일부는 적어도 부분적으로나마 극성필터를 통해 흡수되지 않는데, 그 이유는 성극층(49)이 발광유니트(5)에 대해 전극층(47)의 어느 한쪽에 장치되기 때문이다.

본 발명에 있어서, 전극은 한편으로는 광을 반사하도록 실시하고, 다른 한편으로는 성극층을 통해서 적어도 부분적으로 반사광이 흡수되지 않도록 실시하는 것이다. 이러한 상기 개념에 따른 도면이 도 1에 도시되어 있다. 따라서, 도 1에서는 발광유니트(5)에 의해서 방사된 광이 한편으로는 액정 셀-유니트(9)를 통과하며, 또한 다른 한편으로는 엑정셀-유니트(9)에서 발광유니트(5)로 반사된다. 이어서 참조번호 69로 지시된 반사광의 일부는 발광유니트(5)에서 재차 액정 셀-유니트(9)를 향해 반사된다. 이러한 과정은 도 1에 도시된 바와 같이 수차례 반복되는데, 그 이유는 액정 셀-유니트(9)에서 역반사된 광(69)이 약화되지는 않기 때문이다.

도 3에서는 제 2 실시예에 따른 액정 셀-유니트(71)를 도면에 도식적으로 나타내고 있다. 단순화를 위해서 도 2의 구조물에서 동일한 층은 동일한 참조번호로 나타내어 반복된 기술에서는 제외시키기로 한다.

도 2의 실시예와는 달리 제 2 층(23)은 전극층(47)을 구비하고 있으며, 전극층(47)에는 투명한 전극(도시되지 않음) 또는 조정유니트(53)가 구비되어 있다. 또한, 상기의 경우 액티브 층은 액정 셀-유니트의 관찰자(B)를 향하는 층(23)이 된다.

전극층(47) 대신에 제 1 층(21)은 성극층(49)과 유리기판(45) 사이에 장착되는 하나의 층(73)을 구비한다. 상기 층(73)은 투명한 전극 옆에 섀도우 마스크(75; 블랙 매트릭스)를 구비하며, 섀도우 마스크(75)는 조정유니트(53)에 대면하는 상대측 영역에 광을 투과시킨다. 섀도우 마스크의 광투과영역 사이에 있는 중간공간에 광투과성 영역(77)이 구비되며, 상기 영역(77)은 예를 들어, 광학적 재료의 장착을 통해서 칼라필터로서 사용할 수 있다.

발광유니트(5)를 향하는 섀도우 마스크(75)의 측면은 매우 양질의 광반사를 이루는 구조로 되어 있다. 이에 따라서 이미 도 2에 따른 실시예와의 관계에서 기술되어 있는 바와 같이, 성극필터를 통해 약화됨이 없이 광이 발광유니트(5)로 역반사되도록 하고 또한 발광유니트(5)에서 각각의 반사수단을 통해 액정 셀로 재방사시킨다.

액정 셀-유니트(81)의 또다른 실시예는 도 4에서 도식적으로 도시되어 있다. 액정 셀-유니트(81)의 구조는 특히 도 3에 따른 실시예의 구조와 동일하므로, 동일한 참조번호로 나타낸 요소와 층으로 반복하고 있는 기술은 제외시키기로 한다.

상기 실시예와는 달리 전극층(47)은 제 1 층(21)의 성극층(49)과 유리기판(45) 사이에 장치되어 있다. 이에 대해서 층(47)은 이미 기술하였던 섀도우 마스크(75)를 포함하고 있다. 반대로 칼라필터는 층(83)으로서 제 2 층(23)에 수용된다. 이러한 칼라필터층(83)은 유리기판(59)과 방향층(63) 사이에 놓인다.

상기 실시예에 있어서, 전극측과 조정유니트(53)측 뿐만 아니라 각각의 섀도우 마스크(75)도 발광유니트(5)를 향하는 구조를 이루고 있다. 또한, 이러한 구조에서 발광유니트(5)의 방향으로 광이 반사되고, 반사된 발광유니트(5)에서 액정 셀-유니트(81)로 재반사됨으로써 발광효율이 증가된다.

물론, 또다른 층구조를 고려할 수도 있다. 그리고, 발광유니트(5)를 향하는 측면으로 양질의 광이 반사되도록 하고, 광의 약화를 초래하기 때문에 반사된 광이 극성필터를 투과하지 못하도록 하는 것이 본 발명에서 확실히 보장되어야 한다.

성극층은 예를 들어, 하나의 액정의 폴리머층으로 취급할 수 있으며, 이러한 폴리머층에는 이색성 칼라염료분자가 깔리게 된다. 이를 통해, 성극층에는 이색성 칼라염료분자가 깔린 조합형 LPP/LCP층이 형성된다. 또한, 성극층은 액정용 방향층으로 사용되며 하나의 분리된 방향층을 포함한다.

섀도우 마스크는 특히 금속으로 제조되며, 상기 금속은 매우 양질의 반사를 이룰수 있는 성질을 가지고 있다. 또한, 전극은 IPS-셀의 경우 양질의 반사를 이루는 재료로 제조되며, 관찰방향(B)을 향하는 측면은 하나 내지 다수의 유전체의 중간층을 통해 편향되어 있다.

도 2 내지 도 4의 상기 실시예의 경우 전망성을 이유로 도시되지 않고 있는 제 2 성극층은 제 2 성극필터를 구성하고 있다. 그리고, 제 2 성극필터는 예를 들어, 액정의 반대측을 향하는 제 2층(23)의 유리기판 측면에 장착가능하다. 확실히 제 2 성극층은 액정을 향하는 유리기판의 측면을 구비할 수 있도록 되어 있다.

또한, 도 5에 도시된 바와 같이, 발광유니트(5)가 광유도개념에 따라서 기능을 수행하고 있을 경우, 역반사되는 광은 광유도체를 통하여 관통되지 않고 오히려 흡수된다는 점에 유의하여야 한다. 따라서 광유도체 아래에는 반사경이 장치되어 있으며, 장치된 반사경은 일반적으로 광유도체와 광학적인 접촉을 하지 않는다.

Claims (12)

1. 제 1층과 제 2층, 이 두 층사이에 장치된 액정, 액정에 대응되는 두개의 전극을 포함하고, 적어도 하나의 전극이 제 2 층에 전극층으로서 구비되며, 제 2 층에 구비된 적어도 하나의 성극층과 액정의 반대측을 향하는 제 2 층 측면에 장착된 발광수단을 포함하는 액정 셀에 있어서,

   성극층(49)은 제 2 층에서 발광수단(5)의 반대측을 향하는 전극층 측면에 장치되는 것을 특징으로 하는 액정 셀.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 발광수단(5)은 광반사수단으로서 제 2 층으로부터 반사된 방사광의 반사를 위해서 사용되는 것을 특징으로 하는 액정 셀.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 제 2 층(21)은 두개의 전극(55)을 전극층(47)으로 구비하고, 또한 전극은 하나의 인터디지탈의 전극구조를 형성하는 것을 특징으로 하는 액정 셀.
4. 제 1 항 내지 제 3 항중 어느 한 항에 있어서, 상기 제 2 층(21)은 하나의 지반층(45)을 포함하고, 지반층(45) 위에 전극층(47)과 극성필터-층(49)이 장착되고, 제 2 층(21)은 하나의 섀도우-층(45)과 전극층(47)을 구비하며, 설정된 영역에는 광이 투과되지 않는 것을 특징으로 하는 액정 셀.
5. 제 4 항에 있어서, 상기 섀도우 마스크(75)는 하나의 반사가능한 재료, 특히 금속으로 이루어져 있는 것을 특징으로 하는 액정 셀.
6. 제 1 항 내지 제 5 항중 어느 한 항에 있어서, 상기 발광수단(5)을 향하는 전극(55) 측면은 광반사되는 구조를 이루며, 발광수단(5)의 반대측 전극측면은 편향되는데, 특히 유전질의 중간층을 이용하여 편향되는 것을 특징으로 하는 액정 셀.
7. 제 1 항 내지 제 6 항중 어느 한 항에 있어서, 상기 성극층(59)은 이색성 칼라염료분자로 깔린 조합형 LPP/LCP 층으로 구성되는 것을 특징으로 하는 액정 셀.
8. 제 7 항에 있어서, 상기 성극층(49)은 방향층으로 경계를 이루는 액정의 정렬을 위해서 사용되는 것을 특징으로 하는 액정 셀.
9. 제 1 항 내지 제 8 항중 어느 한 항에 있어서, 상기 성극층(49)은 이색성 칼라염료분자로 깔린 액정 폴리머층으로 형성되는 것을 특징으로 하는 액정 셀.
10. 제 1 항 내지 제 9 항에 있어서, 상기 제 2 층(21)은 전극층과 성극층(49) 사이에 배치되는 칼라필터를 포함하는 것을 특징으로 하는 액정 셀.
11. 제 1 항 내지 제 10 항중 어느 한 항에 있어서, 상기 액정(43)은 게스트-호스트 액정 또는 액정-폴리머를 기초로 한 복합체를 형성하는 것을 특징으로 하는 액정 셀.
12. 상기 LCD 표시장치, 특히 칼라-LCD 표시장치에 제 1 항 내지 제 11 항중 어느 한 항에 기재된 액정 셀을 사용하는 방법.