KR20010098096A - 액정표시소자 - Google Patents

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Abstract

목적: 액정표시소자에 고분자분산형 액정층을 설치하여 빛을 반사시키거나 투과시킬 수 있고 아울러 반사율의 조절이 용이하며 공정을 단순화할 수 있는 반사투과 선택수단을 갖는 액정표시소자를 제공한다.
구성: 상,하부 기판의 사이공간에 액정이 주입되고 상기 양 기판에 설치된 투명 전극에 전압이 인가됨으로써 화면이 구현되는 액정표시소자에 있어서, 하부 기판의 배면에 고분자분산형 액정층과 상기 액정층에 전기장을 인가할 수 있는 투명전극이 형성된 구성으로 이루어진다.
효과: 액정표시소자의 내부에 고분자분산형 액정층을 형성하여 반사모드에서는 고분자분산형 액정층에 전기장을 인가하지 않고 투과모드에서는 전기장을 인가하므로써, 선명한 화상을 구현할 수 있고, 반사모드 영역과 투과모드 영역을 선택할 수 있다. 또한 액정의 비율에 따라 반사율을 정할 수 있고 온도 및 광학보상기능을 겸비할 수 있으며 제작이 용이해진다.

Description

액정표시소자{Liquid Crystal Display}
본 발명은 고분자분산형 액정층(PDLC:Polymer Dispersed Liquid Crystal layer)을 갖는 액정표시소자에 관한 것으로, 보다 상세하게는 고분자분산형 액정패널을 설치하여 반사모드에서는 디퓨저(diffuser)로 사용하고 투과모드에서는빛을 투과시킴으로써 반사율과 투과율을 조절할 수 있는 반사투과 선택수단을 갖는 액정표시소자에 관한 것이다.
액정표시소자는 액체의 유동성과 함께 고체의 결정과 같은 규칙적인 분자배열과 광학적 이방성을 가지면서 전압등이 가해지면 전계의 방향을 따라 분자의 배열이 바뀌는 액정의 성질을 이용하여 도형, 문자 또는 그림을 표시하는 장치를 일컫는다.
상기 액정표시소자는 저전력으로 구동이 가능하고 경박단소하게 제작할 수 있는 잇점이 있어 휴대용 전자계산기, 휴대용 전화기나 손목시계 등과 같은 휴대용 표시장치로 많이 이용되고 있으며 최근에는 컬러 액정표시소자의 개발로 노트 컴퓨터, 캠코더 뿐 아니라 대형 모니터에도 사용되어 기존의 음극선관을 대체해 가고 있는 상태이다.
액정표시소자는 빛이 사용자에게 인식되는 형태에 따라 투과형과 반사형 액정표시소자로 나눌수 있다.
투과형은 액정표시소자의 배면에 광을 조사할 수 있는 백라이트를 채용한 형태로서 백라이트에서 조사되어 나온 빛이 액정을 통과하여 사용자에게 인식되는 형태이고, 반사형 액정표시소자는 액정표시소자의 액정층 밑에 반사층을 설치하여 입사된 자연광이 반사되어 나오는 것으로 화면을 인식할 수 있도록 하는 것이다.
투과형 액정표시소자는 항상 백라이트를 채용해야 하고 또한 백라이트의 두께가 가미되어 액정표시소자를 얇게 가져갈 수 없는 단점이 있으며, 반사형 액정표시소자는 상기와 같은 백라이트를 채용하지는 않으나 자연광만을 이용하므로 휘도가 약하고 야간사용에 제약이 따르는 단점이 있다.
상기와 같은 반사형 액정표시소자의 단점을 해소하기 위하여 근래에는 반투과형 액정표시소자가 개시되어 있다.
반투과형 액정표시소자는 액정표시소자의 하부에 편광판을 채용하는 대신 고굴절층과 저굴절층을 번갈아 적층한 반투과판을 설치함으로써, 투과 모드와 반사모드에 동시에 사용할 수 있도록 되어 있다. 상기 반투과형 액정표시소자나 위에 설명한 반사형 액정표시소자는 빛의 반사율을 높이기 위해 디퓨징 필름을 부착하거나 혹은 글래스 안쪽면에 미세한 굴곡을 형성한다. 이와 같은 디퓨징 필름이나 글래스에 형성된 굴곡은 빛을 산란시켜 반사율을 높이게 되는 것이다.
도 4에는 종래 디퓨저가 장착된 반투과형 액정표시소자를 단면으로 도시하였다.
도면을 참조하면, 상부기판(2a)과 하부기판(2b)의 사이공간에 액정물질(4)이 주입되고 상기 양 기판(2a)(2b)의 대향면에는 적어도 투명전극(6a)(6b) 및 배향층(8a)(8b)이 형성된다. 상부 기판(2a)의 전면 외측에는 편광판(10)이 부착되어 입사되는 광에 방향성을 부여하고 있으며, 하부기판(2b)의 배면에는 디퓨저(12)와 반투과판(14)이 차례로 설치된다. 위와 같은 구조의 저면에 백라이트(16)가 설치되어 액정(4)에 광을 조사하도록 되어 있다.
백라이트(16)를 오프(off)시켜 반사모드(A)로 보고자 할 때는 입사된 빛의 일부가 디퓨저(12)와 반투과판(14)에서 산란,반사되고 백라이트(16)를 온 시킨 상태에서 투과모드(B)로 보고자 할 때는 반투과판(14)과 디퓨저(12)를 통과하여 액정층을 지나 사용자의 눈에 인식되는 것이다.
그러나 디퓨저(12)는 기본적으로 광을 반사시키기 위한 목적으로 사용되기 때문에 투과모드(B)에서는 투과율을 떨어뜨리는 문제점이 있으며 공정과정에서도 반투과판(14)외에 별도로 디퓨저(12)를 설치해야 하므로 공정이 복잡해지고 생산성을 감소시키는 문제점이 있다.
위에 서술한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 새롭게 제시된 본 발명은 액정표시소자에 고분자분산형 액정층을 설치하여 빛을 반사시키거나 투과시킬 수 있고 아울러 반사율의 조절이 용이하며 공정을 단순화할 수 있는 액정표시소자를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 목적을 달성하기 위하여 상,하부 기판의 사이공간에 액정이 주입되고 상기 양 기판에 설치된 투명 전극에 전압이 인가됨으로써 화면이 구현되는 액정표시소자에 있어서, 하부 기판의 배면에 고분자분산형 액정으로 구성된 층막을형성한 구성으로 이루어진다.
상기 고분자분산형 액정막이 주입된 공간의 전면과 후면에는 고분자 분산형 액정에 전압을 인가할 수 있도록 투명전극이 형성된다.
상기 고분자 분산형 액정막은 고분자분산형 액정에 미량의 PHOTO CURABLE MONOMER 혹은 PREPOLYMER를 첨가하고 자외선이나 전자빔을 조사하여 생성한다.
상기와 같은 구성으로 이루어진 액정표시소자는 반사모드로 보고자할 때는 고분자분산형 액정막에 전기장을 인가하지 않고 투과모드로 보고자할 때는 전기장을 인가하여 선명한 화상을 구현할 수 있다. 또한 고분자분산형 액정의 비율을 조절하여 소망하는 반사율을 얻을 수 있으며 반투과 기능과 함께 디퓨징 기능을 가지고 있어 공정이 단순해 질수 있다.
도 1 은 본 발명에 의한 액정표시소자의 단면을 도시한 도면.
도 2 는 전기장이 인가되지 않은 고분자 분산형 액정층을 도시한 도면.
도 3 은 전기장이 인가된 고분자 분산형 액정층을 도시한 도면.
도 4 는 종래 디퓨저가 설치된 반투과형 액정표시소자를 도시한 도면.
** 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 **
2a,2b: 상, 하부 기판 4: 액정
6a,6b,6c,6d: 투명전극 8a,8b: 배향층
10,10a,10b: 편광판 12: 디퓨저
14: 반투과판 16: 백라이트
20: 고분자 분산형 액정층 22: 고분자 분산형 액정
본 발명의 구성에 대하여 첨부한 도면을 참조하여 보다 상세하게 설명한다. 참고로 본 발명을 설명하기에 앞서 종래 기술에서 인용된 부분과 동일한 부분에 대해서는 종래 도면 부호를 그대로 인용하기로 한다.
도 1은 본 발명에 의한 반사투과 선택수단을 갖는 액정표시소자에서 반사모드(A)와 투과모드(B)를 동시에 도시한 단면도이다.
도면을 참조하면, 상부 기판(2a)과 하부 기판(2b)의 대향면에는 적어도 투명전극(6a)(6b) 및 배향층(8a)(8b)이 형성되어 있고, 상기 상부 기판(2a)과 하부 기판(2b)의 사이공간에는 액정물질(4)이 주입되어 있다. 상기 액정물질은 통상TN(Twist Nematic)이나 STN(Super Twist Nematic)을 주입한다.
상부 기판(2a)의 외측면에는 전면 편광판(10a)이 부착되어 입사되는 광에 방향성을 부여해주며, 하부 기판(2b)의 배면에는 반사와 투과를 선택적으로 채용할 수 있는 고분자분산형 액정층(20)이 설치되고 상기 고분자 분산형 액정층(20)의 배면에는 후면 편광판(10b)이 설치된다.
상기 고분자 분산형 액정의 주입공간을 정의하는 하부 기판(2b)과 후면 편광판(10b)에는 고분자 분산형 액정층(20)에 전기장을 인가할 수 있도록 각각 투명전극(6c)(6d)이 설치되어 있다.
상기 고분자분산형 액정은 고분자 물질의 모체안에 미세한 액정방울들이 형성되어 외부에서 인가되는 전압에 반응하여 산란 또는 흡수의 형태로 정보를 표시할 수 있는 액정으로서 자외선이나 열에 의해서 경화되는 고분자 물질이 액정과 혼합되어 액정시편에 주입된다. 외부 전압이 가해지지 않은 상태에서 액정방울내의 액정들은 임의의 방향으로 배열하고 있으며 빛은 불규칙하게 산란된다. 산란되는 원리는 액정의 실효 굴절률과 고분자의 굴절률이 서로 다르기 때문이다.
외부에서 전압이 인가되면 방울내의 액정은 전압의 방향에 따라 배향하고 이러한 상태에서는 액정 분자들이 한 방향으로 정렬해서 빛이 투과되며 액정시편은 투명한 상태가 된다.
도 2와 도 3에는 상기 고분자 분산형 액정층(20)에 전기장이 인가되지 않은 경우와 전기장이 인가된 경우를 각각 도시하였다.
도 2에서 보는 바와 같이 전기장이 인가되지 않은 경우에 고분자 분산형 액정(22)은 균일한 고분자(24)내에 임의의 배열을 하고 있으며 양쪽 벽면에는 투명전극(6c)(6d)이 설치되어 있다. 상기 고분자 분산형 액정층(20)으로 빛이 입사되면 도면과 같이 액정(22)과 고분자(24)의 굴절률이 다르기 때문에 일부는 투과하고 일부는 산란되다가 반사된다.
고분자 분산형 액정층(20)에 의한 빛의 산란정도와 반사율은 액정(22)의 비율에 따라 조절되므로 반사효율을 높이기 위해서는 액정(22)의 비율을 높여 빛의 산란성 및 반사율을 증가시킬 수 있게 된다.
도 3에는 전기장이 인가된 고분자 분산형 액정층(20)을 도시하였다.
고분자 분산형 액정층(20)의 양 벽면에 설치된 투명전극(6c)(6d)에 전기장을 인가하면 고분자(24)내에 있는 액정들은 전기장 방향을 따라 배열한다. 상기 배열된 액정층(20)에 빛이 입사하면 굴절률의 변화없이 액정을 투과한다.
이하 상기 고분자 분산형 액정을 이용한 액정표시소자가 반사모드(A)와 투과모드(B)에서 작동되는 상태를 도 1을 참조하면서 설명한다.
상기 액정표시소자의 좌측에는 고분자분산형 액정층(20)에 전기장을 가하지 않았을 때를 도시하였고, 우측에는 전기장을 인가하였을 때를 도시하였다.
액정표시소자의 좌측 부분과 같이 고분자분산형 액정층(20)에 전기장을 가하지 않았을 때는 고분자분산형 액정층(20)이 불투명해지고, 전면 편광판(10a)과 상부 기판(2a) 및 액정셀을 통해 입사한 빛은 고분자분산형 액정층(20)에 부딪혀 산란되면서 반사하게 된다. 이와 같은 때는 반사모드일 때를 도시한 것으로 상기 고분자분산형 액정층이 디퓨저의 기능을 겸비하게 된다.
액정표시소자의 우측 부분에 도시된 바와 같이 고분자 분산형 액정층(20)에 전기장을 인가하게 되면 상기 고분자분산형 액정층(20)의 액정(22)들이 전기장방향으로 배열하여 빛이 장애없이 투과할 수 있게 되고 백라이트(16)에서 조사된 빛이 후면 편광판(10b)과 고분자분산형 액정층(20)을 통과하여 사용자에게 인식된다. 이 과정을 이용하여 사용자가 투과모드(B)로 보고자 할때는 고분자분산형 액정층(20)에 전기장을 인가해서 볼 수 있는 것이다.
상술한 바와 같은 구조의 본 발명은 고분자분산형 액정층(20)에 전기장을 인가하거나 인가하지 않으므로써, 반사모드(A)와 투과모드(B)를 선택하여 볼 수 있으며, 선명한 화상을 구현할 수 있고, 액정의 비율에 따라 산란비를 조정할 수 있으므로 반사율 또한 소망하는 바대로 제조할 수 있다.
또한 고분자 분산형 액정층(20)이 보상셀의 역할을 할 수 있어 액정표시소자의 온도보상기능 및 광학 보상기능을 겸비할 수 있으며 별도로 디퓨저를 설치하거나 요철을 형성하지 않아도 되므로 제작이 용이해진다.
액정표시소자의 내부에 고분자분산형 액정층을 형성하여 반사모드에서는 고분자분산형 액정층에 전기장을 인가하지 않고 투과모드에서는 전기장을 인가하므로써, 선명한 화상을 구현할 수 있고, 반사모드 영역과 투과모드 영역을 선택할 수 있다. 또한 액정의 비율에 따라 반사율을 정할 수 있고 온도 및 광학보상기능을 겸비할 수 있으며 제작이 용이해진다

Claims (6)

  1. 상부기판과 하부기판 사이공간에 액정이 주입되고 양 기판의 대향면에 적어도 투명전극과 배향층이 형성되며 기판의 외측면에 각각 편광판이 설치된 액정표시소자에 있어서,
    상기 하부기판에 반사투과 선택수단이 설치된 것을 특징으로 하는 액정표시소자.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 반사투과 선택수단은 상,하의 투명전극 사이에 고분자분산형 액정(PDLC:Polymer Dispersed Liquid crystal)이 주입된 것을 특징으로 하는 액정표시소자.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 반사투과 선택수단은 하부기판의 배면에 형성된것을 특징으로 하는 액정표시소자.
  4. 제 2 항에 있어서, 상기 고분자 분산형 액정은 네마틱 액정에 프리폴리머(prepolymer)가 혼합된 것을 특징으로 하는 액정표시소자.
  5. 제 2 항에 있어서, 상기 고분자 분산형 액정은 네마틱 액정에 광 경화 모노머(photocurable monomer)가 혼합된 것을 특징으로 하는 액정표시소자.
  6. 제 2 항에 있어서, 상기 투명전극은 고분자 분산형 액정과 접촉하는 하부기판의 배면과 후면 편광판의 전면에 형성된 것을 특징으로 하는 반사투과 선택수단을 갖는 액정표시소자.
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