KR20040039692A - 반사형 액정표시소자 및 그 제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 반사형 액정표시소자 및 그 제조방법에 관한 것으로, 제 1 유리기판 및 상기 제 1 유리기판 상부에 형성된 편광판을 포함하는 상부기판; 상기 제 1 유리기판의 하부에 형성되며, 배향각도가 수평라인에 대해 대략 0∼10°를 이루는 제 1 배향막; 상기 제 1 유리기판에 대향하여 배치된 제 2 유리기판 및 상기 제 2 유리기판 상부에 형성된 반사판을 포함하는 하부기판; 상기 반사판 상부에 형성되며, 배향각도가 수평라인에 대해 대략 -50∼-54°를 이루는 제 2 배향막; 및 상기 제 1 배향막 및 제 2 배향막 사이에 주입되며, 위상보상기능을 갖는 액정층을 포함하여 구성된다.

Description

반사형 액정표시소자 및 그 제조방법{Reflective Liquid Crystal Display and manufacturing method thereof}
본 발명은 반사형 액정표시소자 및 그 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 위상보상부재를 제거하여 제조가격의 저감, 제조공정의 단순화, 액정의 특성을 향상시킬 수 있는 반사형 액정표시소자 및 그 제조방법에 관한 것이다.
일반적으로 백라이트유닛을 필요로 하지 않는 반사형 액정표시소자는 저소비전력, 박형, 가벼운 무게로 인해 이동전화기, PDA등으로 널리 응용되기 시작하고 있다.
이러한 종래의 반사형 액정표시소자는 하부유리기판, 반사판, 하부배향막,액정층, 상부배향막, 투명전극, 컬러필터층, 상부유리기판, 위상보상부재, 편광판등으로 구성되어 있다. 상기 상부유리기판과 하부유리기판은 소정의 간격으로 배치되며, 상기 액정은 상부유리기판과 하부유리기판사이에 주입된다.
이러한 반사형 액정표시소자에 사용되는 액정상은 네마틱(nematic)액정, 콜레스트릭(cholestric)액정등이 있으며, 네마틱 액정의 경우 그 분자배열은 수평(homogeneous)배열, 수직(homeotropic)배열, 하이브리드형(hybrid)배열, 트위스티드(twisted)배열등이 있다.
이 중에서, 트위스티드 네마틱 액정배열은 두 개의 기판사이에 연속적으로 비틀어져 있는 형태를 이룬다. 이와 같은 트위스티드 네마틱 액정모드의 광학적 성질에 의한 반사형 액정표시소자는 다음과 같이 구현된다.
먼저, 전압을 비인가한 경우, 편광판을 통과해 선편광된 빛은 위상보상부재를 통과해 좌원편광으로 바뀐 후에 다시 액정층을 통과하여 선편광으로 바뀌어 반사판에 반사된다. 이어서, 상기 반사판에 반사된 빛은 다시 트위스티드 네마틱 액정층을 통과하여 좌원편광으로 바뀐 후에 위상보상부재를 통과하여 편광방향이 편광판의 편광축에 평행한 선편광으로 바뀌어 통과하게 된다.
한편, 전압을 인가한 경우, 편광판과 위상보상부재를 통과하여 좌원편광으로 변형된 빛은 트위스티드 네마틱 액정층을 아무런 변화없이 통과하여 반사판에서 반사되어 다시 우원편광으로 바뀐 후 다시 트위스티드 네마틱 액정층과 위상보상부재를 통과하여 편광방향이 편광판의 수직인 선형편광이 되므로 차단된다.
종래의 반사형 액정표시소자의 화상 구현은 액정셀의 각 구성요소의 특성값을 어떻게 최적화하는지에 좌우된다.
즉, 효율적인 반사율 증대를 위한 주요한 구성요소인 편광판의 투과축의 각도, λ/4 위상보상부재의 광학구조, 트위스티드 네마틱 액정층의 두께(d), 트위스티드 네마틱 액정층의 복굴절율(Δn), 트위스티드 네마틱 액정층의 트위스트각도, 반사판의 특성 및 액정배향막의 배향각도등을 상호 고려하여 이를 최적화시켜야 한다.
상기 트위스티드 네마틱 액정층은 빛의 위상보완을 위한 것이며, 상기 λ/4 위상보상부재는 빛의 광학적 보상을 위한 일축성 필름이다.
종래의 액정표시소자의 액정셀 구성은 트위스트 각도가 90°이며, 상기 일축성 λ/4 위상보상부재의 광축과 편광판의 축은 45°를 이루고 있다.
도 1은 종래기술에 따른 반사형 액정표시소자의 액정셀을 도시한 공정단면도이다.
이러한 종래의 반사형 액정표시소자의 액정셀은 제 1 유리기판(60), 상기 제 1 유리기판 상부에 형성된 위상보상부재(70) 및 상기 위상보상부재(70) 상부에 형성된 편광판(80)으로 이루어진 상부기판; 상기 제 1 유리기판의 하부에 형성된 제 1 배향막(50); 상기 제 1 유리기판(60)에 대향하여 배치된 제 2 유리기판(10) 및 상기 제 2 유리기판 상부에 형성된 반사판(20)으로 이루어진 하부기판; 상기 반사판(20) 상부에 형성된 제 2 배향막(30); 그리고 상기 제 1 배향막(50) 및 제 2 배향막(30) 사이에 주입된 액정층(40)을 포함하여 구성된다.
또한, 이러한 종래의 반사형 액정표시소자는 반사판(20)을 액정셀 내부에 배치하여 화상의 시차문제(parallax)를 해결하고 있으며, 이와 더불어 편광판(80)을 하나만 사용하여도 되기 때문에 원가절감에도 기여하는 구조로 진행되고 있다.
그러나, 이러한 위상보상부재가 가시광 파장의 넓은 영역에서 λ/4 위상차의 보상기능을 갖게 하기 위해서는 액정층의 설계가 중요한데, 상기 위상보상부재가 고가라는 점과 위상보상부재가 부가됨으로 인해 제조공정이 복잡해진다는 문제점이 있다.
또한, 이러한 종래의 반사형 액정표시소자에서 액정층의 동적 광위상보상부재의 역할을 보상하기 위해 상기 일축성 λ/4위상 보상부재를 2매로 구성하기도 하고, 이축성 필름을 사용하기도 하며, λ/4위상 보상부재와 λ/2위상 보상부재를 동시에 부착하여 광보상기능을 구현하기도 하지만, 이는 공정 수를 증가시켜 공정을 복잡하게 하고 제조원가를 상승시키는 문제점이 있다.
따라서, 본 발명은 상기 종래기술의 제반 문제점을 해결하기 위하여 안출한 것으로서, 넓은 시야각에서 높은 반사율과 높은 콘트라스트 비(Contrast ratio : C/R) 그리고 양호한 칼라필터 특성을 갖도록 하기 위한 반사형 액정표시소자 및 그 제조방법을 제공함에 그 목적이 있다.
도 1은 종래기술에 따른 반사형 액정표시소자의 액정셀을 도시한 단면도.
도 2는 본 발명에 따른 반사형 액정표시소자의 액정셀을 도시한 단면도.
도 3a는 본 발명에 따른 반사형 액정표시소자의 트위스티드 네마틱(Twisted Nematic) 액정셀의 복굴절 설계 범위를 도시한 그래프.
도 3b는 본 발명에 따른 반사형 액정표시소자의 트위스티드 네마틱 액정셀의 축(axis) 배열을 도시한 도면.
도 4a 및 도 4b는 종래기술과 본 발명 각각에 따른 액정표시소자의 전압인가시 액정층의 온/오프 특성을 비교한 그래프.
도 5a 및 도 5b는 본 발명에 따른 액정표시소자의 전압인가시 좌우측 시야각과 상하측 시야각에 따른 각각의 반사율(Reflectance : R) 특성을 도시한 그래프.
도 6a 및 도 6b는 본 발명에 따른 액정표시소자의 좌우측 편광판의 각도와 상하측 편광판의 각도에 따른 각각의 콘트라스트 비(Contrast Ratio : C/R) 특성을 도시한 그래프.
도 7은 본 발명에 따른 액정표시소자의 전압(V)에 따른 콘트라스트 비(C/R)의 특성을 도시한 그래프.
도 8은 본 발명에 따른 액정표시소자의 파장(λ)에 따른 반사율(R) 특성을 도시한 그래프.
(도면의 주요부분에 대한 부호설명)
100 : 제 1 유리기판120 : 반사판
130 : 제 2 배향막140 : 액정층
150 : 제 1 배향막160 : 제 1 유리기판
180 : 편광판 200 : 편광판의 투과축
220 : 제 1 유리기판의 러빙축240 : 제 2 유리기판의 러빙축
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 제 1 유리기판 및 상기 제 1 유리기판 상부에 형성된 편광판을 포함하는 상부기판; 상기 제 1 유리기판의 하부에 형성되며, 배향각도가 수평라인에 대해 대략 0∼10°를 이루는 제 1 배향막; 상기 제 1 유리기판에 대향하여 배치된 제 2 유리기판 및 상기 제 2 유리기판 상부에 형성된 반사판을 포함하는 하부기판; 상기 반사판 상부에 형성되며, 배향각도가 수평라인에 대해 대략 -50∼-54°를 이루는 제 2 배향막; 및 상기 제 1 배향막 및 제 2 배향막 사이에 주입되며, 위상보상기능을 갖는 액정층을 포함하여 구성됨을 특징으로 한다.
(실시예)
이하, 첨부된 도면에 의거하여 본 발명의 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명하도록 한다.
도 2는 본 발명에 따른 반사형 액정표시소자의 액정셀을 도시한 단면도이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 반사형 액정표시소자의 액정셀은 제 1 유리기판(160) 및 상기 제 1 유리기판 상부에 형성된 편광판(180)으로 이루어진 상부기판; 상기 제 1 유리기판의 하부에 형성된 제 1 배향막(150); 상기 제 1 유리기판(160)에 대향하여 배치된 제 2 유리기판(100) 및 상기 제 2 유리기판 상부에 형성된 반사판(120)으로 이루어진 하부기판; 상기 반사판 상부에 형성된 제 2 배향막(130); 및 상기 제 1 배향막(150) 및 제 2 배향막(130) 사이에 주입된 액정층(140)을 포함하여 구성되어 있다. 여기서, 본 발명의 반사형 액정표시소자의 액정셀에서는 종래의 위상보상부재가 제거되어 있다.
이와 같이, 본 발명의 제 1 실시예에 따른 반사형 액정표시소자에서는 종래의 위상보상부재를 제거한 대신 액정층(140)에 위상보상부재의 기능을 부가하여 원형편광을 조절한다.
즉, 액정층의 온/오프 특성이 중요시되는 투과형 액정표시소자와는 달리, 본 발명에 따른 반사형 액정표시소자의 액정층(140)이 동적 광위상보상부재로서 기능하도록 액정셀을 설계한다.
따라서, 액정표시소자의 주요 구성요소인 편광판(180)의 투과축 각도, 액정층(140)의 복굴절 dΔn, 액정배향막(130)(150)의 트위스트 각도를 결정하는 러빙축각도등을 상기 액정층(140)의 광축에 맞게 최적화시켜 높은 반사율(R)과 높은 콘트라스트비(C/R)를 제공한다.
이와 같이, 본 발명에서는 위상보상부재를 제거함으로써 공정을 단순화하는 한편 반사율(Reflectance : R)과 콘트라스트비(Contrast Ratio : C/R)를 동시에 개선할 수 있는 최적의 액정 셀을 제공하게 된다.
또한, 본 발명의 다른 제 2 실시예에 따른 액정표시소자에서는, 위상보상부재를 제거한 대신 일정한 광축을 갖는 제 1 유기기판(160)에 위상보상부재의 기능을 부가하여 원형편광을 조절할 수도 있다.
즉, 액정표시소자의 주요 구성요소인 편광판(180)의 투과축 각도, 액정층(140)의 복굴절Δn, 액정셀의 복굴절 dΔn (단, d는 셀의 간격임), 액정배향막(130)(150)의 트위스트 각도를 결정하는 러빙축각도등을 상기 제 1 유리기판(160)의 광축에 맞게 최적화시켜 높은 반사율(R)과 높은 콘트라스트비(C/R)를 제공할 수도 있다.
도 3a는 본 발명에 따른 반사형 액정표시소자의 트위스티드 네마틱(Twisted Nematic) 액정셀의 복굴절 설계 범위를 도시한 그래프이고, 도 3b는 본 발명에 따른 반사형 액정표시소자의 트위스티드 네마틱 액정 셀의 축 배열을 도시한 도면이다.
도 3a에 도시된 바와 같이, 종래기술에 따른 그룹 I 및 II의 경우 액정층의 복굴절(즉, 위상지연값) dΔn의 설계범위는 각각 0.45∼0.53㎛와 0.20∼0.27㎛임을 도시하고 있다.
한편, 본 발명에 따른 그룹 III의 경우 액정층(140)의 복굴절 dΔn의 설계범위는 0.15∼0.17㎛, 바람직하게는 0.1568 ㎛이고, 트위스트 각도가 왼쪽방향(즉, 시계방향)으로 54°인 부분의 액정층이 가장 우수한 복굴절 특성을 나타냄을 알 수 있다.
또한, 도 3b에 도시된 바와 같이, 상기 제 1 유리기판의 러빙축(220)과 상기 제 2 유리기판의 러빙축(240)이 이루는 트위스트 각도(α)는 대략 54°정도이며, 상기 제 2 유리기판의 러빙축(240)의 각도(β)는 수평라인에 대해 대략 -50∼-54°이고, 상기 편광판의 투과축(200) 각도(γ)는 수평라인에 대해 대략 116°그리고 상기 상부기판의 러빙축(220) 각도(Φ)는 상기 수평라인에 대해 대략 0∼10°를 이룬다.
즉, 상부 액정배향막의 배향각도(Φ)는 수평라인에 대해 대략 0∼10°를 이루며, 하부 액정배향막의 배향각도(β)는 수평라인에 대해 대략 -50∼-54°를 이루며, 상기 상부기판과 하부기판 사이의 액정층은 대략 0.15∼0.17㎛의 복굴절(즉,위상지연값)을 가지며 왼쪽방향(즉, 시계방향)의 트위스트 각도(α) 54°를 이루고 있다. 또한, 상기 제 1 유리기판 상부에 형성된 편광판의 투과축(200) 각도(γ)는 대략 112.0∼120.0°를 이루고 있다.
도 4a 및 도 4b는 종래기술 및 본 발명 각각에 따른 반사형 액정표시소자의 전압인가시 액정층의 온/오프 특성을 비교한 그래프이다.
도 4a 및 도 4b에 도시된 바와 같이, 종래기술에 비해 본발명의 온/오프 특성 곡선이 개선되었음을 알 수 있다.
즉, 본 발명의 반사형 액정표시소자는 각각의 편광판 각도 (112°, 114°, 116°, 118° 및 120°)에 따라 전압인가시 액정층의 온/오프 특성이 달라짐을 알 수 있으며, 편광판 각도가 대략 116°일 때 가장 우수한 액정층의 온/오프 특성을 보여주고 있다.
도 5a 및 도 5b는 본 발명에 따른 액정표시소자의 전압인가시 좌우측 시야각과 상하측 시야각에 따른 각각의 반사율(Reflectance : R) 특성을 도시한 그래프이다.
도 6a 및 도 6b는 본 발명에 따른 액정표시소자의 좌우측 편광판의 각도와 상하측 편광판의 각도에 따른 각각의 콘트라스트비(Contrast Ratio : C/R) 특성을 도시한 그래프이다.
도 7은 본 발명에 따른 액정표시소자의 인가전압(V)에 따른 콘트라스트 비(C/R) 특성을 도시한 그래프이다.
한편, 본 발명의 또 다른 제 3 실시예로서, 도 7에 도시된 바와 같이 본 발명의 제 1 실시예의 액정층에 대략 153∼160nm복굴절(위상지연값)의 위상보상부재를 부가하여 550nm파장에서 완전히 원형편광으로 바꾸는등 제 1 실시예 보다 효과적으로 원형편광을 조절할 수도 있다.
도 8은 본 발명에 따른 액정표시소자의 파장(λ)에 따른 반사율(R) 특성을 도시한 그래프이다.
도 8에 도시된 바와 같이, 파장(λ)에 대한 반사율(R)의 의존성이 최소화됨을 알 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명은 반사형 액정표시소자의 위상보상부재를 제거함으로써 가격을 저감시키고, 공정을 단순화시키고, 액정층의 특성을 향상시키는 효과가 있다.
또한, 위상보상부재가 제거된 편광판은 위상보상부재가 부착된 기존의 편광판에 비해 대략 10배 정도의 가격경쟁력이 있다.
한편, 본 발명은 상술한 특정의 바람직한 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변경 실시가 가능할 것이다.

Claims (13)

  1. 제 1 유리기판 및 상기 제 1 유리기판 상부에 형성된 편광판을 포함하는 상부기판;
    상기 제 1 유리기판의 하부에 형성되며, 배향각도가 수평라인에 대해 0∼10°를 이루는 제 1 배향막;
    상기 제 1 유리기판에 대향하여 배치된 제 2 유리기판 및 상기 제 2 유리기판 상부에 형성된 반사판을 포함하는 하부기판;
    상기 반사판 상부에 형성되며, 배향각도가 수평라인에 대해 -50∼-54°를 이루는 제 2 배향막; 및
    상기 제 1 배향막 및 제 2 배향막 사이에 주입되며, 위상보상기능을 갖는 액정층을 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 액정표시소자.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 반사판이 요철형상인 것을 특징으로 하는 액정표시소자.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 액정층이 0.15∼0.17㎛의 복굴절을 가지며 왼쪽의 트위스티드 각도 54°를 갖는 것을 특징으로 하는 액정표시소자.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 편광판의 투과축은 수평라인에 대해 112.0∼120.0°인 것을 특징으로 하는 액정표시소자.
  5. 제 1 유리기판, 상기 제 1 유리기판 상부에 형성된 소정의 복굴절을 갖는 위상보상부재, 및 상기 위상보상부재의 상부에 형성된 편광판을 포함하는 상부기판;
    상기 제 1 유리기판의 하부에 형성되며, 배향각도가 수평라인에 대해 0∼10°를 이루는 제 1 배향막;
    상기 제 1 유리기판에 대향하여 배치된 제 2 유리기판 및 상기 제 2 유리기판 상부에 형성된 반사판을 포함하는 하부기판;
    상기 반사판 상부에 형성되며, 배향각도가 수평라인에 대해 -50∼-54°를 이루는 제 2 배향막; 및
    상기 제 1 배향막 및 제 2 배향막 사이에 주입되며, 위상보상기능을 갖는 액정층을 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 액정표시소자.
  6. 제 5 항에 있어서, 상기 반사판이 요철형상인 것을 특징으로 하는 액정표시소자.
  7. 제 5 항에 있어서, 상기 소정의 복굴절은 153∼160nm인 것을 특징으로 하는 액정표시소자.
  8. 제 5 항에 있어서, 상기 액정층이 0.15∼0.17㎛의 복굴절을 가지며 왼쪽의 트위스티드 각도 54°를 갖는 것을 특징으로 하는 액정표시소자.
  9. 제 5 항에 있어서, 상기 편광판의 투과축은 수평라인에 대해 112.0∼120.0°인 것을 특징으로 하는 액정표시소자.
  10. 위상보상기능을 갖는 제 1 유리기판 및 상기 제 1 유리기판 상부에 형성된 편광판을 포함하는 상부기판;
    상기 제 1 유리기판의 하부에 형성되며, 배향각도가 수평라인에 대해 0∼10°를 이루는 제 1 배향막;
    상기 제 1 유리기판에 대향하여 배치된 제 2 유리기판 및 상기 제 2 유리기판 상부에 형성된 반사판을 포함하는 하부기판;
    상기 반사판 상부에 형성되며, 배향각도가 수평라인에 대해 -50∼-54°를 이루는 제 2 배향막; 및
    상기 제 1 배향막 및 제 2 배향막 사이에 주입된 액정층을 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 액정표시소자.
  11. 제 10 항에 있어서, 상기 반사판이 요철형상인 것을 특징으로 하는 액정표시소자.
  12. 제 10 항에 있어서, 상기 액정층이 0.15∼0.17㎛의 복굴절을 가지며 왼쪽의 트위스티드 각도 54°를 갖는 것을 특징으로 하는 액정표시소자.
  13. 제 10 항에 있어서, 상기 편광판의 투과축은 수평라인에 대해 112.0∼120.0°인 것을 특징으로 하는 액정표시소자.
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