KR20020094854A

KR20020094854A - 고휘도 및 고속응답의 칼라액정표시장치

Info

Publication number: KR20020094854A
Application number: KR1020010033695A
Authority: KR
Inventors: 한관영
Original assignee: 한관영
Priority date: 2001-06-09
Filing date: 2001-06-09
Publication date: 2002-12-18

Abstract

본발명은 기존의 액정디스플레이를 칼라 표시기로 이용할 때 염료성 칼라필터를 사용함으로 투과율이 떨어지고, 기존의 액정모드(Twisted Nematic Mode)로 사용하면 응답속도가 낮아서 동화상으로 빠른 정보를 표시하는데 많은 문제가 있었다. 이를 해결하기 위하여 파이셀 모드의 액정표시기 2매를 활용하고, 전압에 의해 액정고유의 리타데이션(retardation)에 의한 칼라를 제어함으로 풀칼라의 빠른 디스플레이 실현을 하였음이 본 발명의 주요핵심이다. 이렇게 함으로써 칼라필터없는 풀칼라 액정표시기 실현이 가능하여, 칼라필터에서 장애가 된 투과율 감소를 극복할 수 있었다. 이를 응용하여 투과형 및 반사형의 고투과, 고속응답의 칼라화상의 실현이 가능하게 되었다. 또한 반투과형에도 적용함으로 빛이 있는 밝은 장소에서는 반사형으로, 빛이 없는 어두운 곳에서는 투과형으로 공히 사용할 수 있는 고휘도 및 고속응답의 액정디스플레이 실현이 가능하게 되었다.

Description

고휘도 및 고속응답의 칼라액정표시장치{Color Liquid Crystal Display with Fast response and High Brightness}

본 발명은 기존의 액정디스플레이가 저소비전력 및 경량화가 가능하여 많은 분야의 정보표시기로 응용되고 있다. 최근에 들어와 액정디스플레이가 이러한 이점을 가지고 있어 반사형으로의 적용이 활발히 진행되고 있는 상황이나 밝기면에서 어두운 특성을 나타낸다. 이는 액정표시기를 칼라로 실현하기 위해서는 염료성 칼라필터를 채용하여 적(red),녹(green),청(blue)의 색의 혼합으로 칼라를 실현하고 있다. 이러한 방식의 칼라실현은 컬라필터 자체가 흡수하는 광의 량으로 인하여 실제로 반사형액정표시기에 입사한 광의 3-4% 내외 밖에 이용할 수 없게 된다. 그러므로 반사율의 밝기가 떨어지는 동시에 시인성이 저조한 특성을 나타낸다. 또한 화상처리에 있어서 일반적으로 사용하고 있는 트위스티드 니마틱(Twisted Nematic)액정으로는 응답시간이 늦어서 동화상처리에 불충분한 상태였다. 이들을 개선하기 위해서 본 발명을 착안하게 되었다.

본 발명이 이루고자 하는 기술과제로는 첫째, 칼라디스플레이를 투과형으로 사용할 때는 투과율이 우수하며, 반사형으로 사용할 때에는 반사율이 우수한 표시기를 실현 할 수 있으며, 기존의 트위스티드 니마틱 (Twisted Nematic)액정모드가 동화대응에 응답속도가 따라가지 못하여 잔상을 남기는 문제점이 있어, 이를 개선한 액정모드를 실현하는 것이 본 발명의 기술적 과제이다.

도면1-1은 발명한 고투과율 및 고속응답의 투과형 칼라액정표시장치의 분해도

도면1-2는 발명한 고반사율 및 고속응답의 반사형 칼라액정표시장치의 분해도

도면1-3은 편광자의 위치를 개선한 발명한 반사형 칼라액정표시장치의 분해도

도면2는 고투과율 및 고속응답의 투과형 칼라액정표시장치의 단면도

도면3은 파이셀의 전압 옵(off) 및 온(on)시의 액정의 배치도

도면4는 투과형으로 표시할 때의 라이트로 이용하는 광원의 종류

(1:소형형광등의 CCFL 혹은 이중관, 2:면발광소자로서 무기,유기EL, 3:LED)

도면5는 파이셀2매의 색재현 및 광시야각실현을 위한 액정모드 배치도

도면6은 실제 본발명에 의한 적(Red), 초록(Green), 청색(Blue)의 선택파장 특성

도면7은 CIE색좌표에서의 본 발명장치의 색 특성

도면8은 광시야각의 고휘도, 고속응답의 액정표시장치의 단면도

＜도면의 주요부분에 대한 부호의 설명＞

(도면1-1)

1:입사광의 광 진입방향, 2:수직축, 3:편광자, 4:수평축, 5:수직축, 6:파이셀1의 액정배향방향과 수평축과의 각도, 7: 파이셀1, 8:편광자, 9:파이셀2, 10:파이셀2의 액정배향방향과 수평축과의 각도, 11:편광자, 12:출력광

(도면1-2)

1:입사광의 광 진입방향, 2:수직축, 3:편광자, 4:수평축, 5:수직축, 6:파이셀1의 액정배향방향과 수평축과의 각도, 7: 파이셀1, 8:반사판, 9:파이셀2, 10:파이셀2의 액정배향방향과 수평축과의 각도, 11:편광자, 12:출력광

(도면1-3)

1:입사광의 광 진입방향, 2:수직축, 3:편광자, 4:수평축, 5:수직축, 6:파이셀1의 액정배향방향과 수평축과의 각도, 7: 파이셀1, 8:편광자, 9:파이셀2, 10:파이셀2의 액정배향방향과 수평축과의 각도, 11:반사판, 12:출력광

(도면2)

1:편광자, 2:유리판, 3:투명전극(ITO), 4:배향막, 5:파이셀1, 6:배향막, 7:투명전극(ITO), 8:유리판, 9:편광자, 10:유리판, 11:투명전극(ITO), 12:배향막, 13:파이셀2, 14:배향막, 15:투명전극(ITO), 16:유리판, 17:편광자, 18:도광판, 19:백라이트 광원

(도면3-1, 도면3-2)

1, 3, 5와7:배향막코팅된 유리판, 2:전압옵(off)상태시 파이셀의 액정배향상태, 4와 8:기판상의 액정과 기판과의 프리틸트 경사각, 6:전압온(on)상태시 파이셀의 액정배향상태

(도면4)

1:소형형광등의 백라이트(CCFL혹은 이중관), 2:면발광의 백라이트(유기EL, 무기EL), 3:점광원의 백라이트(LED)

(도면5)

1,3,4,6:배향막이 코팅된 유리기판, 2:파이셀1의 전압 옵(off)상태시 액정배향, 3:파이셀2의 전압 옵(off)상태시 액정배향

(도면8)

21: 이축성 광시야각 λ/4(사분의 일파장)필름

본 발명의 핵심은 칼라필터를 사용하지 않고 칼라를 실현하는 것이 주요핵심을 이룬다. 그러기 위해서는 도면1-1과 같이 편광자3매(도면1의 3,8,11)와 액정셀로는 파이셀(도면3-1의 모드와 같음) 2매(도면1의 7과 8)를 사용하여 전압에 따른 적(Red),녹(Green),청(Blue)를 실현하였다. 도면1-1에서 광이 1방향으로 입사하면 3번의 편광자에서 편광방향을 결정하며, 그 편광된 광은 7번 파이셀에서 리타데이션(Retardation)을 가지고 이상광과 상광이 분리되어 통과하고, 그 광은 편광자8을 통과함으로 혼합이 되어 특정파장의 광을 통과하나 완전하지 못한 선택광을 투과한다. 그러한 광이 파이셀9와 편광자를11를 통과함으로 완전한 선택파장으로 원하는 파장의 빛을 뽑아낼 수 있다. 이 때의 선택파장의 선별은 파이셀7과 파이셀10에 각각 걸어준 전압에 의하여 구분할 수 있다. 투과형은 이와 같이 1번에서 들어온 광을 12번으로 통과할 때 색의 선별이 가능하게 된다. 이 때에 선택파장은 파이셀1(도면1-1의 7)과 파이셀2(도면1-1의 9)에 각각 인가함으로서 얻어지게 된다.

반면에 반사형은 도면 1-2 혹은 1-3과 같이 2개의 편광자(도1-2에서3,11, 도1-3에서 3,8)와 2개의 파이셀(도면1-2의 7,10, 도면1-3의 7,9)로 구성된다. 원리는 도면1-1에 표시한 투과형 액정표시기와 동등한 원리를 사용 하였다. 도면1--1에 표시한 투과형표시기의 단면도를 도면2에 표시 하였다. 도면2의 20에 표시한 전압원의 전압을 제어함으로 선택파장을 선별할 수 있다. 이 때의 전압의 온(on)과 옵(off)시의 액정배향상태는 도면3-1(off상태), 도면3-2(on상태)와 같이 동작한다.

즉 전원이 가해지지 않은 상태에서는 스프레이셀 구조를 이루고(도면3-1), 전원이 가해진 상태에서는 밴드구조(도면3-2)를 이룬다. 이와 같은 파이셀구조는 기존의 트위스티드 니마틱(TN)구조보다 20배이상 빠른 응답시간을 갖는다. 이렇게 함으로 빠른 동화상에도 대응가능한 투과형, 반사형 칼라표시기가 가능하게 된다.

또한, 도면1-1～도면1-3, 도면2에서 보여준 바와 같이 칼라필터를 사용하고 있지 않음으로 칼라필터에서 흡수하는 광량을 통과함으로 투과율 및 반사율이 기존의 액정표시기보다 20%-30%이상 밝은 액정표시기 구현이 가능하게 되었다.

이렇게 발명한 액정표시기를 투과형으로 이용할 때에는 도면4에 표시한 백라이트(Back Light)를 사용한다. 도면4의 1은 소형형광등(CCFL), 2는 면발광소자(유기EL, 무기EL등), 도면4의 3은 LED를 나타낸다. 어느 것이든 백라이트로 사용하여 백색광원(white light source)투과형 및 반사형의 반투과형으로 사용이 가능하다.

도면5는 파이셀(도면1-1의 7,9, 도면1-2의 7,9, 도면1-3의 7,9)의 광축방향을 파이셀1과 파이셀2의 액정다이렉터의 방향을 직각 배열하여 시야각 및 온도보상이 되도록 배치 하였다.

도면6은 도면1-1에서 표시한 투과형셀의 전압을 조정하여 적,녹,청 파장을 선별한 특성을 나타내었다. 도면6에서와 같이 색감이 좋은 적,녹,청의 파장선별이 가능함을 알 수 있고, 이를 CIE 좌표계에서 표시하면 도면7과 같은 양호한 특성이 얻어진다.

이렇게 함으로 기존의 문제가 되고 있는 투과율 및 반사율, 응답속도면에서 우수한 특성의 새로운 액정표시기를 발명하였다. 그리고 도면8은 대화면에 사용시 광시야각이 필요시 되므로 파이셀2매의 고휘도, 고속응답의 액정표시장치 윗면에 2축성광시약필름(4분의 일 파장)으로 보상함으로써 보다 넓은 광시야각이 가능하게 된다.

빠른 응답모드를 가지는 파이셀 2매(응답속도 1msec범위)와 편광자 3매를 가지고 투과형 칼라액정표시기가 가능하게 되었다. 흰색 백라이트를 사용하고, 액정의 빠른 응답속도와 전압에 따라 칼라가 가능하므로 칼라필터가 필요없는 필드시퀸셀(field sequential)의 칼라액정표시기가 발명되었다. 이렇게 함으로 기존의 칼라필터로 칼라를 실현하는 기존의 액정표시기보다 투과율 20%-30%이상 향상하게 되었다. 또한 이를 도면1-2, 도면1-3과 같이 파이셀 2매, 편광자 2매를 사용하면 반사형으로도 가능하게 되어, 반사율이 기존대비 20%이상 향상시킬 수 있는 장점을 가지는 동시에 전압레벨의 폭과 파이셀1, 파이셀2의 전압크기 조합으로 중간조의 실현도 가능하게 되었으며, 멀티칼라 실현이 가능한 고투과율의 고속응답 액정표시기가 가능하게 되었다.

Claims

파이셀 모드로 구성된 (도면5) 액정셀 2매와 편광자3매로 고투과율의 칼라실현이 가능한 고속응답의 액정표시장치 이다. 본 장치의 칼라실현은 파이셀1과 피이셀2의 전압을 제어하여 적(red),녹(green),청(blue)의 풀칼라 실현이 가능한 표시장치이다.
[청구항 1] 에서 칼라 및 광시야각을 실현하기 위하여 파이셀1과 파이셀2의 각각의 액정배향방향은 도면5와 같이 상호수직 또는 상호 리타데이션이 보상되는 방향으로 배향시키며, 파이셀2매, 편광판3매와 광시야각 보상필름이 일체가 된 고휘도,고속응답의 액정표시장치(도면8)이다.
파이셀 모드의 액정셀(도면1-2, 도면1-3) 2매와 편광자 2매로 구성된 반사형 칼라실현이 가능한 고속응답의 액정표시장치 이며, 칼라의 실현은 파이셀1과 피이셀2의 전압을 제어하여 적(red),녹(green),청(blue)의 풀칼라 실현이 가능한 표시장치이다.
[청구항 3] 에서 파이셀2매, 편광판2매와 광시야각 보상필름이 일체가 된 고휘도,고속응답의 칼라액정표시장치(도면1-2, 도면1-3의 3번편광자 전면에 광시야각 보상 4분의 일파장 필름이 일체로 됨)이다.