KR20020002589A - 반사형 프린지 필드 구동 액정 표시 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 반사율을 개선시킬 수 있는 반사형 프린지 필드 구동 액정 표시 장치를 개시한다. 개시된 본 발명은, 소정 거리를 두고 대향하는 상,하부 기판; 상기 상하부 기판 사이에 개재되며, 수개의 액정 분자를 포함하는 액정층; 상기 하부 기판의 내측면에 배치되며, 전압 인가시 프린지 필드를 형성하여 상기 액정 분자를 동작시키는 카운터 전극과 화소 전극; 상기 하부 기판과 액정층 사이 및 상부 기판과 액정층 사이에 각각 개재되며, 러빙축을 갖는 상하 수평 배향막; 상기 상부 기판 외측면에 배치되며, 소정의 편광축을 갖는 편광자; 상기 하부 기판의 외측면 또는 상부 기판과 편광자 사이에 배치되는 λ/4판; 및 상기 λ/4판 외측면에 배치되는 반사판을 포함하는 반사형 프린지 필드 구동 액정 표시 장치로서, 카운터 전극과 화소 전극 사이에 전계가 형성되지 않은 경우, 광은 편광자, 액정층 및 λ/4판을 지나 반사판에 의하여 반사되고, 다시 λ/4판 및 액정층을 지나면서 그 편광상태가 변화되지 않아, 편광자를 통과하고, 카운터 전극과 화소 전극 사이에 전계가 형성되면, 광은 편광자, 액정층 및 λ/4판 지나 반사판에 의하여 반사되고, 다시 λ/4판 및 액정층을 통과하면서 그 편광 상태가 변화되어, 편광자에 의하여 흡수되는 것을 특징으로 한다.

Description

반사형 프린지 필드 구동 액정 표시 장치{REFLECTIVE TYPE - FRINGE FIELD SWITCHING LCD}

본 발명은 반사형 액정 표시 장치에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 반사율을 개선할 수 있는 반사형 프린지 필드 구동 액정 표시 장치에 관한 것이다.

일반적으로 반사형 LCD는 백라이트와 같은 별도의 광원이 요구되지 않고, 자연광이 광원으로 이용된다. 이러한 반사형 LCD의 개략적인 원리는 상부 기판으로부터 자연광이 입사되면, 하부 기판의 저면에 배치되는 반사판을 통하여, 다시 빛이 반사되어진다. 이때, 광은 액정 분자들의 배열 상태에 따라서 흡수되거나, 반사 및 통과된다.

현재에는 시야각 특성이 우수하며, 높은 반사율 및 개구율을 확보하기 위하여, 반사형 프린지 필드 구동 액정 표시 장치가 연구, 개발중이다. 이러한 반사형 프린지 필드 구동 액정 표시 장치는 도 1과 같은 구성을 갖는다.

도 1을 참조하여, 하부 기판(1)과 상부 기판(5)은 소정 거리를 두고 대향된다. 하부 기판(1)의 내측면에는 프린지 필드를 형성할 수 있도록 투명한 물질로 카운터 전극(2) 및 화소 전극(3)이 배치된다. 하부 기판(1)과 상부 기판(5) 사이에는 액정층(6)이 개재된다. 이때, 액정층(6)은 전계 인가시 그 위상이 λ/2(λ: 입사광의 파장)가 되도록 굴절율 및 셀갭이 선택된다. 하부 기판(1)의 내측 표면과 액정층(6) 사이 및 상부 기판(5)의 내측 표면과 액정층(6) 사이에는 수평 배향막(도시되지 않음)이 각각 개재된다. 수평 배향막 각각은 소정의 러빙축을 가지며, 상하 수평 배향막의 러빙축은 서로 비병렬하다. 그중 어느 하나의 러빙축(R)은 카운터 전극(2) 및 화소 전극(3) 사이에서 형성되는 프린지 필드를 기판면에 투영시킨 선(f)과 약 12°를 이룬다. 상부 기판(5)의 외측면에는 편광자(8)가 부착되고, 편광자(8)는 그 편광축(8a)이 러빙축(R)과 일치하도록 부착된다. 한편, 하부 기판(1)의 외측면에는 입사 또는 반사되는 광을 λ/4 만큼 편광시키는 λ/4판(9)과 λ/4판(9)을 통과한 광을 반사시키는 반사판(10)이 배치된다. 이때, λ/4판(9)의 패스트(fast)축(9a)은 러빙축(R:또는 편광축)과 45°를 이룬다.

이러한 종래의 반사형 프린지 필드 구동 액정 표시 장치는 다음과 같은 동작을 한다.

먼저, 카운터 전극(2)과 화소 전극(3) 사이에 전압차가 발생되지 않으면, 액정 분자들은 러빙축(R)과 장축이 평행하도록 배열된다. 이에따라, 자연광은 편광자(8)를 통과하면서 도 2a에 도시된 바와 같이 x축으로 부터 12°선편광된다. 그후, 12°선편광된 광(100a)은 편광축(8a)과 액정 분자(도시되지 않음)의 장축이 일치되도록 배열된 액정층(6)을 통과하면서, 그 편광 상태가 변화되지 않는다. 따라서, 액정층(6)을 통과한 광은 도 2b와 같이, x축으로 부터 12° 선편광된 상태를 유지한다. 그후, 액정층(6)을 통과한 12°선편광된 광(100a)은 액정 분자의 장축과 45°의 각을 이루는 패스트축(도시되지 않음)을 갖는 λ/4판(9)을 통과하면서, 45°위상차를 일으켜, 도 2c에 도시된 바와 같이, 원편광된다. 그후, 원편광된 광(100a)은 반사판(10)에 의하여 180° 반사되어, 도 2d에서와 같이 여전히 원편광 상태를 유지한다. 다음, 원편광된 광(100a)은 λ/4판(9)을 지나면서, 다시 45°위상차를 일으키게 되어, 도 2e에 도시된 바와 같이, x축으로 부터 102°선편광된다. 그후, 102°선편광된 광(100a)은 액정층을 지나면서, 그 편광 상태가 변화되지 않아, 12°편광축(P)을 갖는 편광판을 통과하지 못한다. 따라서, 화면은 다크가 된다.

한편, 카운터 전극(2)과 화소 전극(3) 사이에 프린지 필드가 형성되면, 액정 분자들은 프린지 필드의 형태로 재배열된다. 이에따라, 액정 분자들의 광축은 편광축(8a)과 소정의 각도를 이루게 된다. 그러면, 편광자(8)를 통과한 자연광은 도 3a에 도시된 바와 같이, 12°선편광된다. 그후, 12°선편광된 광(100b)은 λ/2판 역할을 하는 액정층(6)을 통과하면서 도 3b에 도시된 바와 같이, 57°선편광된다. 그후, 57°선편광된 광(100b)은 λ/4판(9)을 지나면서, λ/4판(9)의 패스트축과 일치하므로, 도 3c와 같이, 57°선편광된 상태를 유지한다. 그후, λ/4판(9)을 통과한 57°선편광된 광(100b)은 반사판에 의하여 180°반사되어져, 도 3d에 도시된 바와 같이, 여전히 57°선편광 상태를 유지한다. 그후, 57°선편광 상태를 유지하는 광(100b)은 다시 λ/4판(9)을 지나면서, 편광 상태가 변화되지 않는다. 다음으로, 57°선편광된 광(100b)은 λ/2판 역할을 하는 액정층(6)을 지나면서, 도 3e에 도시된 바와 같이, 12°선편광된다. 그후, 12°선편광된 광은 12°편광축(8a)을 갖는 편광자(8)를 통과하여, 화면은 화이트가 된다.

종래의 반사형 프린지 필드 구동 액정 표시 장치는 전압차가 발생되지 않을때에는 다크 상태를 나타내고, 프린지 필드가 발생되면 화이트 상태를 나타내는 노말리 블랙 모드(normally black mode)로 구성되어 있다. 그러나, 노말리 블랙 모드로 구성되는 반사형 모드는 화이트 상태에서 고 반사율을 얻을 수 없다는 고질적인 문제점을 가지고 있다.

그러므로, 반사형 프린지 필드 구동 액정 표시 장치는 광시야각을 확보한다는 장점은 있으나, 반사율 측면에서는 매우 열악하다.

따라서, 본 발명은 상기한 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 고반사율율을 확보할 수 있는 반사형 프린지 필드 구동 액정 표시 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

도 1은 종래 기술에 따른 반사형 프린지 필드 구동 액정 표시 장치를 나타낸 도면.

도 2a 내지 도 2f는 종래 기술에 따른 반사형 프린지 필드 구동 액정 표시 장치의 전계 오프시 광 진행을 설명하기 위한 도면.

도 3a 내지 도 3e는 종래 기술에 따른 반사형 프린지 필드 구동 액정 표시 장치의 전계 인가시 광 진행을 설명하기 위한 도면.

도 4는 본 발명에 따른 반사형 프린지 필드 구동 액정 표시 장치를 나타낸 도면.

도 5a 내지 도 5f는 본 발명에 따른 반사형 프린지 필드 구동 액정 표시 장치의 전계 오프시 광 진행을 설명하기 위한 도면.

도 6a 내지 도 6f는 본 발명에 따른 반사형 프린지 필드 구동 액정 표시 장치의 전계 인가시 광 진행을 설명하기 위한 도면이다.

(도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명)

21 - 하부 기판 22 - 카운터 전극

23 - 화소 전극 25 - 상부 전극

26 - 액정층 28 - 편광자

28a - 편광축 29 - λ/4판

29a - λ/4판의 패스트축 30 - 반사판

상기한 본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 본 발명은 소정 거리를 두고 대향하는 상,하부 기판; 상기 상하부 기판 사이에 개재되며, 수개의 액정 분자를 포함하는 액정층; 상기 하부 기판의 내측면에 배치되며, 전압 인가시 프린지 필드를 형성하여 상기 액정 분자를 동작시키는 카운터 전극과 화소 전극; 상기 하부 기판과 액정층 사이 및 상부 기판과 액정층 사이에 각각 개재되며, 러빙축을 갖는 상하 수평 배향막; 상기 상부 기판 외측면에 배치되며, 소정의 편광축을 갖는 편광자; 상기 하부 기판의 외측면 또는 상부 기판과 편광자 사이에 배치되는 λ/4판; 및 상기 λ/4판 외측면에 배치되는 반사판을 포함하는 반사형 프린지 필드 구동 액정 표시 장치로서, 상기 카운터 전극과 화소 전극 사이에 전계가 형성되지 않은 경우, 광은 편광자, 액정층 및 λ/4판을 지나 반사판에 의하여 반사되고, 다시 λ/4판 및 액정층을 지나면서 그 편광상태가 변화되지 않아, 편광자를 통과하고, 상기 카운터 전극과 화소 전극 사이에 전계가 형성되면, 광은 편광자, 액정층 및 λ/4판 지나 반사판에 의하여 반사되고, 다시 λ/4판 및 액정층을 통과하면서 그 편광 상태가 변화되어, 편광자에 의하여 흡수되는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명은, 소정 거리를 두고 대향하는 상,하부 기판; 상기 상하부 기판 사이에 개재되며, 수개의 액정 분자를 포함하는 액정층; 상기 하부 기판의 내측면에 배치되며, 전압 인가시 프린지 필드를 형성하여 상기 액정 분자를 동작시키는 카운터 전극과 화소 전극; 상기 하부 기판과 액정층 사이 및 상부 기판과 액정층 사이에 각각 개재되며, 러빙축을 갖는 상하 수평 배향막; 상기 상부 기판 외측면에 배치되며, 소정의 편광축을 갖는 편광자; 상기 하부 기판의 외측면 또는 상부 기판과 편광자 사이에 배치되는 λ/4판; 및 상기 λ/4판 외측면에 배치되는 반사판을 포함하며, 상기 상하 수평 배향막중 어느 하나의 러빙축은 상기 편광축과 10 내지 40°의 각을 이루고, 상기 액정층의 위상 지연값은 입사광 파장의 2분의 1값을 가지며, 상기 프린지 필드를 형성하기 위한 전압은 상기 액정 분자의 광축이 상기 편광축과 일치될정도로 트위스트 될 만큼 인 것을 특징으로 한다.

(실시예)

이하 첨부한 도면에 의거하여 본 발명의 바람직한 실시예를 자세히 설명하도록 한다.

첨부한 도면 도 4는 본 발명에 따른 반사형 프린지 필드 구동 액정 표시 장치를 나타낸 도면이고, 도 5a 내지 도 5f는 본 발명에 따른 반사형 프린지 필드 구동 액정 표시 장치의 전계 오프시 광 진행을 설명하기 위한 도면이며, 도 6a 내지 도 6e는 본 발명에 따른 반사형 프린지 필드 구동 액정 표시 장치의 전계 인가시 광 진행을 설명하기 위한 도면이다.

먼저, 도 4를 참조하여, 하부 기판(21)과 상부 기판(25)은 소정 거리를 두고 대향된다. 하부 기판(21)의 내측면에는 프린지 필드를 형성할 수 있도록 카운터 전극(22) 및 화소 전극(23)이 소정의 형태로 형성된다. 이때, 카운터 전극(22) 및 화소 전극(23)은 고 반사율을 갖는 금속막으로 형성될 수 있다. 하부 기판(21)과 상부 기판(25) 사이에는 액정층(26) 예를들어, 유전율 이방성이 양인 액정층(26)이 개재된다. 여기서, 액정층(26)은 액정층(26) 자체가 λ/2판의 역할을 하도록 위상 지연값 즉, 굴절율 이방성(Δn)과 상하 기판간의 거리(d)의 곱을 조절한다. 바람직하게는 액정층(26)의 위상 지연값은 약 0.1 내지 0.4㎛가 적당하다. 또한, 하부 기판(21)의 내측 표면과 액정층(26) 사이 및 상부 기판(25)의 내측 표면과 액정층(26) 사이에는 수평 배향막(도시되지 않음)이 각각 개재된다. 이때, 수평 배향막 각각은 소정의 러빙축을 가지며, 상하 수평 배향막의 러빙축은 서로 비병렬(anti-parallel)하다. 아울러, 각각의 배향막은 러빙축이 프린지 필드의 기판 투영선과 소정 각도를 이루도록 러빙된다. 한편, 상부 기판(25)의 외측면에는 소정의 편광축을 갖는 편광자(28)가 부착된다. 이때, 편광자(28)는 그 편광축이 러빙축과 소정 각도, 예를들어, 10 내지 40°, 바람직하게는 22.5°를 이루도록 배치됨이 바람직하다. 하부 기판(21)의 외측면에는 입사 또는 반사되는 광을 λ/4 만큼 편광시키는 λ/4판(29)이 배치되고, λ/4판(29)의 외측면에는 λ/4판(29)을 통과한 광을 반사 즉, 180°편광시키는 반사판(30)이 배치된다. 이때, λ/4판(29)의 패스트축(29a, 또는 슬로우축)은 편광축(28a)과 30 내지 60°, 바람직하게는 45°를 이룬다.

이와같은 구성을 갖는 본 발명의 프린지 필드 구동 액정 표시 장치는 다음과 같은 동작을 한다.

먼저, 카운터 전극(22)과 화소 전극(23) 사이에 필드가 형성되지 않으면, 액정 분자들(도시되지 않음)은 러빙축(R)과 장축이 평행하게 배열된다. 이때, 자연광은 편광자(28)를 통과하면서, 도 5a에 도시된 바와 같이, 12°만큼 선편광(200a)된다. 편광자(28)를 통과한 12°선편광(200a)은 λ/2판 역할을 하면서 편광축과 상하 22.5°를 이루도록 액정 분자들이 배열된 액정층(26)을 통과하면서 도 5b에 도시된 바와 같이, x축으로 부터 57°만큼 선편광된다. 이에따라, 액정층(26)을 통과한 57°선편광된 광(200a)은 λ/4판(29)의 패스트축(29a,또는 슬로우축)과 일치하게되어, λ/4판(29)을 통과하여도 도 5c에서와 같이, 그 편광 상태는 변화되지 않는다. 그후, 반사판(30)에 도달된 광은 다시 λ/4판(29)으로 반사된다. 이때, 반사판(30)에 의하여 반사되어진 광은 57°만큼 선편광된 광(200a)을 180°반사시킨 것이므로, 이는 λ/4판(29)의 패스트축(29a, 또는 슬로우축)과 또 다시 일치하게 된다. 이에따라, 도 5d에서와 같이, λ/4판(29)을 통과한 광(200a) 역시 57°선편광된 상태를 유지한다. 그후, λ/4판(29)을 통과한 광(200a)은 액정층(26)을 지나면서, 액정 분자와 45°각도를 이루게 되어, 액정층(26)을 통과한후 광은 12°만큼 선편광된 상태가 된다. 이에따라, 액정층(26)을 통과한 광(200a)은 편광축(P)과 일치하므로써, 화면은 화이트 상태가 된다.

한편, 카운터 전극(22)과 화소 전극(23)에 소정의 전압을 인가하여, 액정층내에 프린지 필드가 형성된다. 이때, 전압은 액정 분자들의 장축이 편광축과 일치될수 있도록 트위스트가 가능할 만큼 공급됨이 바람직하다. 이에따라, 프린지 필드에 의하여 트위스트된 액정 분자의 장축은 편광축(28a)과 일치하게 된다. 이러한 액정 표시 장치의 편광자에 자연광이 입사되면, 자연광은 편광자(28)를 통과하면서, 도 5a에서와 같이, 12°만큼 선편광된다. 편광자(28)를 통과한 광(200b)은 편광축(28a)과 장축이 일치되도록 액정 분자들이 배열된 액정층(26)을 지나면서, 도 2b에서와 같이, 편광 상태가 변화되지 않는다. 그후, 액정층(26)을 통과한 광(200b)은 λ/4판(29)의 패스트축(29a,또는 슬로우축)과 45°위상차가 발생된다. 이에따라, λ/4판(29)을 통과한 광(200b)은 도 6c에 도시된 바와 같이, 원편광 상태가 된다. 그후, 원편광된 광(200b)은 반사판(30)에 도달 및 반사되면서, 도 6d와 같이, 여전히 원편광 상태를 유지하게 된다. 그후, 반사판(30)에 의하여 반사되어진 원편광된 광(200b)은 다시 λ/4판(29)으로 입사되고, λ/4판(29)을 통과하면서, 다시 45°위상차가 발생되어, 도 6e에 도시된 바와 같이, x축으로 부터 102°만큼 선편광된다. 이러한 102°선편광된 광(200b)은 액정층(26)에 입사한다. 이때, 102°선편광된 광(200b)은 액정 분자의 단축과 일치하게 되어, 액정층(26)을 통과하면서, 그 위상은 도 6f에 도시된 바와 같이 변화되지 않는다. 이렇게 액정층(26)을 통과한 102°선편광된 광(200b)은 편광축(12°편광:P)과 직교하게 되어, 화면은 다크가 된다.

본 실시예에서는 예를들어, 편광자의 편광축 및 배향막의 러빙축을 소정 각도로 지정하여 설명하였지만, 이에 국한되지 않고, 다양하게 지정할 수 있다.

아울러, 본 실시예에서 λ/4판을 하부 기판 뒷면에 배치시켰지만, 이에 국한하지 않고, 상부 기판 뒷면에도 배치시킬 수 있다.

이상에서 자세히 설명된 바와 같이, 본 발명에 의하면, 배향막의 러빙축을 편광축과 22.5°만큼의 각을 이루도록 하면서, 액정층이 λ/2판 역할을 할 수 있도록 위상 지연값을 조절하고, 필드 인가시, 화소 전극에 공급되는 전압을 액정 분자가 편광축과 일치될수 있을 정도 만큼 인가한다. 이와같은 구성에 따라, 반사형 프린지 필드 구동 액정 표시 장치는 전계 오프시 화면은 화이트를 띠게 되고, 전계 인가시 다크를 띠게 되어, 노말리 화이트 모드로 구동하게 된다. 이에따라, 반사율이 반사형 프린지 필드 구동 액정 표시 장치의 투과율에 영향을 받지 않으므로, 반사율을 극대화할 수 있다.

본 발명의 원리와 정신에 위배되지 않는 범위에서 여러 실시예는 이 기술에 속하는 당업자에게 자명할 뿐만 아니라 용이하게 발명해낼 수 있다. 따라서 여기에 첨부된 청구범위는 앞서 설명된 것에 한정하지 않고, 상기 의 청구범위는 이 발명에 내제되어 있는 특허성 있는 신규한 모든 것을 포함하며, 아울러 이 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에 의해서 균등하게 처리되는 모든 특징을 포함한다.

Claims (6)

1. 소정 거리를 두고 대향하는 상,하부 기판; 상기 상하부 기판 사이에 개재되며, 수개의 액정 분자를 포함하는 액정층; 상기 하부 기판의 내측면에 배치되며, 전압 인가시 프린지 필드를 형성하여 상기 액정 분자를 동작시키는 카운터 전극과 화소 전극; 상기 하부 기판과 액정층 사이 및 상부 기판과 액정층 사이에 각각 개재되며, 러빙축을 갖는 상하 수평 배향막; 상기 상부 기판 외측면에 배치되며, 소정의 편광축을 갖는 편광자; 상기 하부 기판의 외측면 또는 상부 기판과 편광자 사이에 배치되는 λ/4판; 및 상기 λ/4판 외측면에 배치되는 반사판을 포함하는 반사형 프린지 필드 구동 액정 표시 장치로서,

   상기 카운터 전극과 화소 전극 사이에 전계가 형성되지 않은 경우, 광은 편광자, 액정층 및 λ/4판을 지나 반사판에 의하여 반사되고, 다시 λ/4판 및 액정층을 지나면서 그 편광상태가 변화되지 않아, 편광자를 통과하고,

   상기 카운터 전극과 화소 전극 사이에 전계가 형성되면, 광은 편광자, 액정층 및 λ/4판 지나 반사판에 의하여 반사되고, 다시 λ/4판 및 액정층을 통과하면서 그 편광 상태가 변화되어, 편광자에 의하여 흡수되는 것을 특징으로 하는 반사형 프린지 필드 구동 액정 표시 장치.
2. 소정 거리를 두고 대향하는 상,하부 기판;

   상기 상하부 기판 사이에 개재되며, 수개의 액정 분자를 포함하는 액정층;

   상기 하부 기판의 내측면에 배치되며, 전압 인가시 프린지 필드를 형성하여 상기 액정 분자를 동작시키는 카운터 전극과 화소 전극;

   상기 하부 기판과 액정층 사이 및 상부 기판과 액정층 사이에 각각 개재되며, 러빙축을 갖는 상하 수평 배향막;

   상기 상부 기판 외측면에 배치되며, 소정의 편광축을 갖는 편광자;

   상기 하부 기판의 외측면 또는 상부 기판과 편광자 사이에 배치되는 λ/4판; 및

   상기 λ/4판 외측면에 배치되는 반사판을 포함하는 반사형 프린지 필드 구동 액정 표시 장치로서,

   상기 상하 수평 배향막중 어느 하나의 러빙축은 상기 편광축과 10 내지 40°의 각을 이루고,

   상기 액정층의 위상 지연값은 입사광 파장의 2분의 1값을 가지며,

   상기 프린지 필드를 형성하기 위한 전압은 상기 액정 분자의 광축이 상기 편광축과 일치될 정도로 트위스트 될 만큼 인 것을 특징으로 하는 반사형 프린지 필드 구동 액정 표시 장치.
3. 제 2 항에 있어서, 상기 러빙축은 상기 편광축과 22.5°를 이루는 것을 특징으로 하는 반사형 프린지 필드 구동 액정 표시 장치.
4. 제 2 항에 있어서, 상기 위상 지연값은 0.1 내지 0.4㎛인 것을 특징으로 하는 반사형 프린지 필드 구동 액정 표시 장치.
5. 제 2 항에 있어서, 상기 λ/4판의 패스트축 또는 슬로우축은 상기 편광판의 편광축과 약 30 내지 60°를 이루는 것을 특징으로 하는 반사형 프린지 필드 구동 액정 표시 장치.
6. 제 5 항에 있어서, 상기 λ/4판의 패스트축 또는 슬로우축은 상기 편광판의 편광축과 약 45°를 이루는 것을 특징으로 하는 반사형 프린지 필드 구동 액정 표시 장치.