KR20020009202A - 반투과형 액정 표시장치 - Google Patents

Abstract

투과 모드에서의 휘도 저하를 유발하지 않으면서 외광을 이용하는 반사 모드의 시인성을 효과적으로 향상시킬 수 있도록 한 반투과형 액정 표시장치에 관한 것으로서,

마주하는 내표면으로 투명 도전막이 형성된 2매의 기판 사이에 액정이 배향된 액정셀과, 액정셀의 일면에 부착되는 편광판과, 액정셀의 다른 일면에 구비되며, 입사하는 빛에 대하여 20∼30%의 투과율과 70∼80%의 반사율을 나타내는 반투과판과, 반투과판과 마주하는 액정셀의 일면에 배치되며 구동시 액정셀을 향하여 빛을 방출하는 백 라이트와, 반투과판과 백 라이트 사이에 배치되며 자신의 투과축과 평행한 방향으로 진동하는 빛은 투과시키고 투과축과 직교하는 방향으로 진동하는 빛은 반사시키면서 백 라이트에 구비된 확산층을 통해 반사광을 재이용하는 반사형 편광판을 포함하는 반투과형 액정 표시장치를 제공한다.

Description

반투과형 액정 표시장치 {Transflective type liquid crystal display}

본 발명은 투과 모드에서의 휘도 저하 없이도 외광을 이용하는 반사 모드에서의 시인성을 효과적으로 향상시킬 수 있도록 한 반투과형 액정 표시장치에 관한 것이다.

일반적으로 액정 표시장치는 인가 전압에 따라 비틀림각이 변화하는 액정의 유전이방성을 이용하여 소정의 화면을 구현하는 표시장치로서, 투명 전극이 형성된 2매의 기판 내부에 액정이 주입 밀봉된 액정셀을 기본 단위로 하여 여기에 편광판과 위상차판 및 칼라 필터 등이 조합되어 이루어진다.

여기서 상기 액정셀은 스스로 빛을 내지 못하는 비발광형이기 때문에, 백 라이트를 구비하여 빛을 제공받거나(투과형), 반사판을 구비하여 외부에서 액정셀로입사한 빛을 이용하는데(반사형), 최근에는 휴대용 통신기기의 표시장치로서 투과형과 반사형을 조합한 반투과형이 주로 사용되고 있다.

도 4는 종래 기술에 의한 반투과형 액정 표시장치의 단면도로서, 반투과형 액정 표시장치는 투명 도전막(1)이 형성된 2매의 기판(3) 내부에 액정(5)이 주입 밀봉된 액정셀(7)과, 액정셀(7)에 구비되는 반투과판(9)과, 액정셀(7)의 외표면에 부착되는 한쌍의 위상차판(11a, 11b) 및 편광판(13a, 13b)과, 하부 편광판(13b) 저면에 구비되는 백 라이트(15)로 이루어진다.

상기 액정셀(7)에 구비되는 반투과판(9)은 일례로 투명한 베이스 필름에 알루미늄 등을 증착한 반투명 거울(half mirror; semi-transparent mirror) 또는 매직 미러로 이루어지며, 입사하는 빛에 대하여 일정 부분은 반사시키고, 나머지 부분은 투과시키는 기능을 갖는다.

이로서 외부 광량이 충분할 때에는 점선으로 도시한 바와 같이 반투과판(9)이 반사한 외광을 이용하고, 외부 광량이 충분하지 못할 때에는 쇄선으로 도시한 바와 같이 백 라이트(15)를 구동하여 액정셀(7)이 구현한 화면을 사용자에게 제공하게 된다.

이와 같이 반투과형 액정 표시장치는 반사 모드와 투과 모드를 선택적으로 구현할 수 있으므로, 소비 전력이 낮은 반사형의 장점과 시인성이 좋은 투과형의 장점을 모두 구현할 수 있는 장점이 있다.

그러나 상기한 반투과판(9)은 백 라이트(15)에서 방출된 빛을 투과시킬 수 있도록 대략 40∼60%의 투과율을 가지기 때문에, 전반사에 가까운 반사율을 나타내는 기존의 반사판과 비교하여, 외광의 40∼60% 만을 반사하게 되므로 광 손실로 인해 시인성이 저하되는 단점이 있다.

그러나 반사 모드에서의 시인성 문제를 개선하고자 반투과판(9)의 반사율만을 높이게 될 경우, 반투과판(9)의 투과율이 저하되므로 백 라이트(15)에서 방출된 빛의 50% 정도가 하부 편광판(13b)에서 손실되는 것에 더하여 반투과판(9)에서 다시 높은 비율로 차단되기 때문에, 백 라이트(15)에서 방출된 빛의 대부분이 손실되어 액정 표시장치의 전체 휘도를 급격히 저하시킨다.

따라서 지금까지의 반투과형 액정 표시장치는 투과 모드에서의 휘도와 반사 모드에서의 휘도 특성을 고려하여 반투과판(9)의 반사율을 적정선으로 설계하고 있으나, 여전히 반투과판(9)의 투과 특성에 의해 외광을 이용하는 반사 모드에서의 시인성이 기존의 반사형 액정 표시장치에 비해 현저하게 저하되는 단점을 안고 있다.

따라서 본 발명은 상기한 문제점을 해소하기 위하여 고안된 것으로서, 본 발명의 목적은 투과 모드에서의 휘도 저하를 유발하지 않으면서 반사 모드에서의 반사율을 높여 시인성을 향상시킬 수 있도록 한 반투과형 액정 표시장치를 제공하는데 있다.

도 1은 본 발명에 의한 반투과형 액정 표시장치의 단면도.

도 2는 반사형 편광판과 백 라이트의 확대 단면도.

도 3은 반사형 편광판의 다른 실시예를 도시한 단면도.

도 4는 종래 기술에 의한 반투과형 액정 표시장치의 단면도.

상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명은,

마주하는 내표면으로 투명 도전막이 형성된 2매의 기판 사이에 액정이 배향된 액정셀과,

상기 액정셀의 일면에 구비되는 편광판과,

상기 액정셀에 제공되며, 입사하는 빛에 대하여 20∼30%의 투과율과 70∼80%의 반사율을 나타내는 반투과판과,

상기 반투과판과 마주하는 액정셀의 다른 일면에 배치되며, 구동시 액정셀을 향하여 빛을 방출하는 백 라이트와,

상기 반투과판과 백 라이트 사이에 배치되며, 자신의 투과축과 평행한 방향으로 진동하는 빛은 투과시키고, 투과축과 직교하는 방향으로 진동하는 빛은 반사시키면서 백 라이트에 구비된 확산층을 통해 반사광을 재이용하는 반사형 편광판을 포함하는 반투과형 액정 표시장치를 제공한다.

상기 반사형 편광판이 반사광을 재이용하여 백 라이트에서 방출된 빛의 대부분을 직선 편광시킴으로써 결과적으로 백 라이트에서 액정셀로 투과되는 빛의 양을 기존 대비 2배 가량 향상시킬 수 있다.

따라서 반투과판의 반사율을 높이더라도 백 라이트 구동시 반투과판을 통과하여 최종적으로 사용자에게 도달하는 광량에는 거의 변화가 없으므로, 외광을 이용하는 반사 모드에서의 시인성을 효과적으로 향상시킬 수 있다.

이하, 첨부한 도면을 참고하여 본 발명의 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 실시예에 의한 반투과형 액정 표시장치의 단면도로서, 반투과형 액정 표시장치는 2매의 기판 사이에 액정(2)이 배향된 액정셀(4)과, 액정셀(4)의내부에 구비되는 반투과판(6)과, 액정셀(4)의 외면에 부착되는 한쌍의 위상차판(8a, 8b)과, 상부 위상차판(8a) 표면에 구비되는 편광판(10)과, 하부 위상차판(8b) 저면에 구비되는 반사형 편광판(12)과, 반사형 편광판(12) 저면에 배치되는 백 라이트(14)로 이루어진다.

상기 액정셀(4)은 투명 도전막(16)과 절연막(18) 및 배향막(20)이 적층된 2매의 기판(22) 내부에 액정(2)이 배향된 구성으로 이루어지며, 상기 투명 도전막(16)이 각각 공통 전극과 화소 전극으로 기능하여 인가되는 전압 시그널에 따라 각 화소별로 액정의 비틀림각을 변화시켜 입사하는 빛을 타원 편광시킨다.

상기한 구성의 액정셀(4) 외면으로 직선 편광 기능을 갖는 편광판(10)과 반사형 편광판(12)이 각각 배치되어 액정셀(4)의 타원 편광과의 조합으로 화소별로 광 투과율을 제어함으로써 소정의 화면을 구현하게 된다.

그리고 액정(2)의 장축방향 굴절률과 단축방향 굴절률이 서로 다른 복굴절성에 의해 시야각에 따라 액정의 편광 정도에 차이가 생기는 현상, 즉 위상차 현상을 보상하기 위하여 액정셀(4) 외면에 한쌍의 위상차판(8a, 8b)을 부착하여 광시야각 및 고시인성을 구현한다.

여기서 본 실시예가 제공하는 반투과판(6)은 투명 베이스 필름에 알루미늄 등을 증착한 반투명 거울 또는 매직 미러로 이루어지며, 특히 20∼30%의 투과율과 70∼80%의 반사율을 나타내는바, 반투과판(6)의 높은 반사율은 베이스 필름에 증착되는 알루미늄의 양을 증가시키는 것으로 용이하게 실현할 수 있다.

이와 같이 반투과판(6)은 기존 반투과판의 투과율(40∼60%)과 비교하여 절반정도로 감소된 20∼30%의 투과율을 나타내고, 투과율 저하에 비례하여 반사율이 향상됨에 따라 동일한 광량의 외광에 대하여 외광의 70∼80%의 빛을 반사하므로, 반사 모드에서의 시인성을 효과적으로 향상시킬 수 있다.

상기한 구성의 반투과판(6)은 도시한 바와 같이 액정셀(4)의 하부 도전막이 형성되는 하부 기판의 표면에 형성되는 것 이외에, 다른 실시예로서 하부 위상차판(8b)과 마주하는 하부 기판의 저면에 형성될 수 있다.

그러나 반투과판(6)의 투과율 저하에 의해 백 라이트(14)에서 액정셀(4)로 투과되는 빛의 이용 효율을 저하시킬 수 있으므로, 본 실시예에 의한 반투과형 액정 표시장치는 일반 편광판 대신, 반사형 편광판(12)을 구비한다.

상기 반사형 편광판(12)은 백 라이트(14)에서 방출되는 광량의 거의 100%를 직선 편광시킴에 따라 결과적으로 일반 편광판에서의 광 손실을 보상하여 백 라이트(14)에서 액정셀(4)로 투과되는 빛의 양을 2배 정도 상승시키는 역할을 한다.

보다 상세하게, 반사형 편광판(12)은 도 2에서 도시한 바와 같이, 콜레스테릭 액정필름(24)과 1/4 파장판(26)의 조합으로 이루어진다. 그리고 반사형 편광판(12) 저면에 배치되는 백 라이트(14)는 빛을 방출하는 광원(28)과, 저면과 표면에 각각 반사판(30)과 확산판(32)을 구비하여 광원(28)에서 빛을 제공받아 액정셀(4)의 전면으로 고루 확산시키는 도광판(34)으로 이루어진다.

여기서 상기 반사형 편광판(12)과 마주하는 확산판(32)은 일종의 프리즘 시트이며, 일례로 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET) 재질의 투명 필름에 3각 단면의 프리즘을 다수개 형상한 구조로 이루어진다.

이로서 백 라이트(14)에서 방출된 빛 A는 콜레스테릭 액정필름(24)에 입사하면서 콜레스테릭 액정의 꼬임방향과 동일한 우회전(또는 좌회전)의 원편광 성분만이 투과되고, 좌회전(또는 우회전)의 원편광 성분 B는 반사된다. 그리고 콜레스테릭 액정필름(24)에서 투과된 원편광 성분은 1/4 파장판(26)을 통과하면서 특정 방향의 직선편광 C가 되어 액정셀(4)로 출사한다.

한편, 콜레스테릭 액정필름(24)에서 반사된 원편광 B는 백 라이트(14)에 구비된 확산판(32)에 의해 임의의 방향으로 진동하는 빛 D로 확산 반사되어 다시 반사형 편광판(12)에 입사하며, 상기 빛 D가 콜레스테릭 액정필름(240에 입사하면서 콜레스테릭 액정의 꼬임방향과 동일한 우회전(또는 좌회전)의 원편광 성분만이 투과되고 1/4 파장판(26)을 거치면서 직선 편광 C가 되어 다시 액정셀(4)로 출사한다.

반면, 콜레스테릭 액정필름(24)에서 반사된 콜레스테릭 액정의 꼬임방향과 반대인 좌회전(또는 우회전)의 원편광 성분 E는 확산판(32)에 의해 다시 임의의 방향으로 진동하는 빛 F가 되어 반사형 편광판(12)에 재입사한다.

따라서 반사형 편광판(12)은 위와 같은 과정을 반복하면서 백 라이트(14)에서 방출된 빛의 거의 대부분을 직선 편광시켜 백 라이트(14) 빛의 거의 100%를 투과시킴으로써 반투과판(6)의 투과율이 저하되더라도 액정셀(4)을 통과한 전체 광량은 기존과 동일하게 유지할 수 있다.

이와 같은 기능의 반사형 편광판(12)은 다른 실시예로서, 도 3에서 도시한 바와 같이 굴절률 이방성을 가진 일축이방성 투영층(36a)과 등방성 투영층(36b)이적층된 다층막(36)으로 이루어질 수 있다.

상기 구조에 의해, 백 라이트(14)에서 방출된 빛 G는 다층막(36)을 통과하면서 다층막(36)의 투과축과 평행한 직선편광 성분 H만이 투과되고, 투과축과 직교하는 직선편광 I는 반사된다. 반사된 직선편광 I는 확산판(32)에 의해 산란광 J로 확산 반사되어 다시 다층막(36)에 입사하고, 투과축에 따라 선택적으로 투과 및 반사되는 과정을 반복하면서 백 라이트(14)에서 방출된 광량의 거의 100%를 직선 편광시킨다.

이와 같이 본 실시예는 백 라이트(14)의 전면에 일반 편광판 대신 반사형 편광판(12)을 구비함으로써 백 라이트(14)에서 액정셀(4)로 투과되는 빛의 양을 증가시켜 반투과판(6)의 투과율 저하를 보상할 수 있으므로, 투과 모드에서의 휘도 저하를 유발하지 않으면서도 반사 모드에서의 시인성을 효과적으로 향상시킬 수 있다.

또한 반사형 편광판(12)을 구비하면, 반사 모드로 기능시 반투과판(6)을 투과하여 반사형 편광판(12)에 입사한 빛 가운데 반사형 편광판(12)의 투과축과 직교하는 방향으로 진동하는 빛을 다시 반사하게 되므로, 반투과형 액정 표시장치의 반사 효율을 더욱 향상시킬 수 있다.

다음으로, 상기 반투과판과 반사형 편광판 제공에 따른 반사 모드와 투과 모드에서의 구체적인 휘도 특성을 종래 기술에 의한 반투과형 액정 표시장치와 비교하여 살펴보기로 한다.

다음의 표 1은 본 실시예와 종래 기술에 의한 반투과형 액정 표시장치에서반투과판의 투과율과 반사율 및 반사형 편광판과 하부 편광판의 투과율 특성을 나타낸 것이다. 이 때 본 실시예와 종래 기술에 의한 반투과형 액정 표시장치에서 상부 편광판과 한쌍의 위상차판 및 액정셀은 동일한 구조이므로, 이들 부재에서의 광손실은 무시하였다.

실시예	반투과판	반사형 편광판
	투과율20∼30%	반사율70∼80%	투과율 99%
종래	반투과판	하부 편광판
	투과율40∼60%	반사율40∼60%	투과율 50%

따라서 다음의 표 2와 같이 동일한 광량의 외광에 대하여 본 실시예의 반투과판이 70∼80%의 반사 효율을 나타내는 반면, 종래 구조에서의 반투과판은 외광의 40∼60% 만을 반사하므로 본 실시예에 의한 반투과형 액정 표시장치의 반사 효율이 현저하게 향상되었음을 알 수 있다.

	반사 효율
실시예	70∼80%
종래	40∼60%

또한 다음의 표 3과 같이 투과 모드에서의 투과 효율을 살펴보면, 본 실시예는 반사형 편광판을 통하여 백 라이트에서 방출된 빛의 99%를 투과시키고, 반투과판이 상기 투과된 빛의 20∼30%를 투과시킴으로써 결과적으로 백 라이트에서 방출된 광량의 19.8∼29.3%를 액정셀로 투과시킨다.

반면 종래 구조에 의한 반투과형 액정 표시장치는 하부 편광판을 통하여 백 라이트에서 방출된 빛의 50%를 투과시키고, 반투과판이 상기 투과된 빛의 40∼60%를 투과시킴으로써 결과적으로 백 라이트에서 방출된 광량의 20∼30%를 액정셀로 투과시킨다.

	투과 효율
실시예	19.8∼29.3%
종래	20∼30%

이와 같이 본 실시예는 반투과판의 반사율을 높여 반사 모드의 시인성을 효과적으로 향상시킬 수 있으며, 이와 동시에 반사형 편광판을 구비하여 백 라이트에서 방출된 빛의 거의 대부분을 직선 편광시킴으로써 투과 모드에서의 급격한 휘도 저하를 유발하지 않는다.

상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고 이 또한 본 발명의 범위에 속하는 것은 당연하다.

이와 같이 본 발명에 의한 반투과형 액정 표시장치는 백 라이트 상부에 일반 편광판 대신 반사형 편광판을 구비함으로써 확산판과의 상호 작용으로 백 라이트에서 방출된 광량의 거의 대부분을 직선 편광시킨다. 이로서 액정셀로 투과되는 빛의 양이 증가되어 반투과판의 투과율을 낮추고 반사율을 높이더라도 투과 모드에서의 휘도 저하를 유발하지 않으면서 높아진 반사율에 의해 반사 모드에서의 시인성을 효과적으로 향상시킬 수 있다.

Claims (5)

1. 마주하는 내표면으로 투명 도전막이 형성된 2매의 기판 사이에 액정이 배향된 액정셀과;

   상기 액정셀의 일면에 구비되는 편광판과;

   상기 액정셀에 제공되며, 입사하는 빛에 대하여 20∼30%의 투과율과 70∼80%의 반사율을 나타내는 반투과판과;

   상기 반투과판과 마주하는 액정셀의 다른 일면에 배치되며, 구동시 액정셀을 향하여 빛을 방출하는 백 라이트와;

   상기 반투과판과 백 라이트 사이에 배치되며, 자신의 투과축과 평행한 방향으로 진동하는 빛은 투과시키고, 투과축과 직교하는 방향으로 진동하는 빛은 반사시키면서 백 라이트에 구비된 확산층을 통해 반사광을 재이용하는 반사형 편광판을 포함하는 반투과형 액정 표시장치.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 반투과판이 액정셀의 하부 기판 내면에 형성되는 반투과형 액정 표시장치.
3. 제 1항에 있어서,

   상기 반투과판이 액정셀의 하부 기판 외면에 형성되는 반투과형 액정 표시장치.
4. 제 1항에 있어서,

   상기 반사형 편광판이 콜레스테릭 액정필름과 1/4 파장판으로 이루어지는 반투과형 액정 표시장치.
5. 제 1항에 있어서,

   상기 반사형 편광판이 굴절률 이방성을 가진 일축이방성 투영층과 등방성 투영층의 다층막으로 이루어지는 반투과형 액정 표시장치.