KR20040073460A - 반투과형 액정 디스플레이 디바이스 및 그 어드레싱 방법 - Google Patents

반투과형 액정 디스플레이 디바이스 및 그 어드레싱 방법 Download PDF

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KR20040073460A
KR20040073460A KR10-2004-7008665A KR20047008665A KR20040073460A KR 20040073460 A KR20040073460 A KR 20040073460A KR 20047008665 A KR20047008665 A KR 20047008665A KR 20040073460 A KR20040073460 A KR 20040073460A
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KR10-2004-7008665A
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루센달샌더제이
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코닌클리즈케 필립스 일렉트로닉스 엔.브이.
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Abstract

본 발명은 적어도 하나의 화소를 포함하는 반투과형 액정 디스플레이 디바이스에 관한 것으로, 이 화소는 제 1 액정 셀을 포함하는 반사형 서브 화소(11b) 및 제 2 액정 셀을 포함하는 투과형 서브 화소(11a)를 포함한다. 이 디바이스는 제 1 및 제 2 액정 셀은 서로 다른 구동 전압으로 구동된다. 본 발명은 이러한 반투과형 디스플레이를 구동하는 방법에 관한 것이다.

Description

반투과형 액정 디스플레이 디바이스 및 그 어드레싱 방법{TRANSFLECTIVE LIQUID CRYSTAL DISPLAY DEVICE}
낮은 전력 소비, 신뢰가능성 및 저렴한 가격으로 인해서, 액정 디스플레이 또는 LCD는 PDA, 랩톱 및 휴대 전화와 같은 모바일 애플리케이션의 표준 디스플레로 채택되어 왔다. 현재 액티브 매트릭스 반사형 및 투과형 LCD의 서로 다른 타입의 LCD가 시판되고 있다. 반사형 LCD는 특히 야외 직사 광선 하에서 사용하기 적합하다. 투과형 디스플레이에 비해서 콘트래스트 비가 비교적 낮아서, 이러한 종류의 디스플레이의 명도는 조명이 어두운 곳에서는 낮은 편이다. 반면에 투과형 LCD는 우수한 콘트래스트 비를 갖고 있지만, 직사 광선 하에서는 실제로 시인성이저하된다. 또한, 투과형 디스플레이는 백라이트를 사용하기 때문에 전력 소비가 많다.
결론적으로, 모든 조명 환경 하에서 양호한 디스플레이 특성을 가진 디스플레이가 요구된다. 한가지 해법은 반사 및 투과 모드로 동시에 사용될 수 있는 이른바 반투과형 LCD를 사용하는 것이다. 조명 상태에 따라서 백라이트의 광도가 수동으로 혹은 광 다이오드 등을 사용해서 자동으로 튜닝될 수 있다. 본 발명은 반투과형 액정 디스플레이 및 이러한 디스플레이의 백라이트 효율을 개선하는 방법에 관한 것이다.
위에서 설명된 반투과형 디스플레이는 예컨대 미국 특허 6,195,140 호에 개시되어 있으며, 여기서 액정 디스플레이 디바이스는 반사 영역 및 투과 영역을 포함한다.
그러나, 양호한 콘트래스트를 가진 반투과형 디스플레이를 획득하기 위해서는, 기본적으로 디스플레이의 서브 화소를 각각 구성하는 반사 영역 및 투과 영역 모두를 투과율 혹은 반사율이 0인 상태로 구동할 수 있어야 한다. 이를 양호한 다크 상태(dark state)라 한다.
디스플레이 디바이스의 서로 다른 상태인 투과율 또는 반사율은 디스플레이의 트위스트 각 및 유효 광 두께 u에 따라 달라지고, 이는 다음과 같다(비-트위스티드 네마틱 층).
여기서 d는 셀 갭이고, Δn은 액정층의 복굴절율이며, λ는 입사광의 파장이다. 전기장(임계값 이상의)이 액정 셀에 인가되면, 액정은 경사지기 시작하고, 셀을 지나는 광의 복굴절율은 낮아진다. 따라서, 셀의 유효 복굴절율(Δn) 및 유효 광 두께(ueff)는 식 (1)과 유사하게 정의될 수 있다. Δneff및 ueff는 셀에 인가되는 전압의 함수이다.
위에서 나타내는 바와 같이, 반투과형 디스플레이의 투과율 및 반사율은 광 두께 u 및 트위스트 각()에 따라 달라진다. 또한, u(ueff)의 유효값은 디스플레이에 전기장을 인가함으로써 변경될 수(낮아질 수) 있다. 종래, 반투과형 디스플레이의 반사형 및 투과형 서브 화소는 모두 동일한 광 두께를 갖고 있었다. 따라서, 디스플레이는 각각 서브 화소의 투과율과 반사율이 모두 비교적 높은 값(브라이트 상태)을 갖는 u의 값을 갖고 있고, 각각의 서브 화소의 투과율 및 반사율이 모두 비교적 낮은 값(다크 상태)을 갖는 ueff의 값을 갖는 디스플레이가 제조될 수 있다. 셀의 다크 상태가 반사형 및 투과형 서브 화소 모두에 대해서 동일한 ueff의 값을 가져야 하기 때문에, 반사형 서브 화소의 반사기 바로 뒤의 광의 편광 상태는 투과형 서브 화소의 액정층에 입사하는 광의 편광 상태와 같다. 다크 상태에서, 광의 이러한 편광 상태는 원형 편광 상태이다. 투과형 서브 화소에서 이를 달성하기 위해서, 보상 호일(foil)이 제공되어서 입사 편광기의 선형 편광을 원형 편광된 광으로 변환해야 한다. 반사형 서브 화소의 브라이트 상태에서의 반사율을 최대화하기 위해서, 반사기 직후의 광은 선형으로 편광되어야 하고, 셀의 광 두께 및 트위스트 각은 이를 달성하도록 조정되어야 한다. 그러나, 투과형 서브 화소의 브라이트 상태에서, 액정층에 입사하는 광은 계속해서 보상 호일에 의해 원형으로 편광되고 있다. 선형 편광 상태를 선형 편광 상태로 변환하는 액정층이 원형 편광 상태를 원형 편광 상태로 변환할 것이라는 것을 알 수 있다. 따라서, 편광기 출구에서 광의 절반이 흡수되어서 브라이트 상태의 투과율은 50%만이 될 것이다.
이러한 문제, 즉 브라이트 투과형 서브 화소에서 낮은 투과율 문제를 해결하는 한가지 해법이 위의 문서 US 6,195,140에 제안되어 있으며, 여기서는 반사형 및 투과형 서브 화소에 대해서 서로 다른 셀 갭을 가진 디스플레이 디바이스를 제공해서 u의 값을 최적화시키고 있다. 그러나, 이러한 해법은, 위의 서로 다른 셀 갭을 제공하기 위해서는 더 낮은 영역과 더 높은 영역이 액티브 플레이트의 표면에 마련되어야 하고, 따라서 액티브 플레이트의 제조 단가가 상승한다는 단점을 갖고 있다. 따라서 이런 기술적인 문제를 해결하는 다른 수단이 바람직하다.
본 발명은 적어도 하나의 화소를 포함하는 반투과형 액정 디스플레이 디바이스에 관한 것으로, 이 화소는 제 1 액정 셀을 포함하는 반사형 서브 화소 및 제 2 액정 셀을 포함하는 투과형 서브 화소를 포함한다.
본 발명은 또한 이러한 반투과형 액정 디스플레이 디바이스를 어드레싱하는(addressing) 방법에 관한 것이다.
본 발명은 첨부된 도면을 참조로 더 상세하게 설명될 것이다.
도 1은 투과형 디스플레이 화소의 개략 단면도,
도 2는 본 발명의 제 1 실시예를 도시하는 회로도,
도 3은 본 발명의 제 2 실시예를 도시하는 제 2 회로도,
도 4는 비 트위스티드 반투과형 셀의 구동 전압 대 반사율 및 투과율을 도시하는 도면,
도 5는 57°의 트위스티드 반투과형 디스플레이의 구동 전압 대 반사율 및 투과율을 도시하는 도면,
도 6은 63°/90°의 트위스티드 반투과형 셀의 구동 전압 대 반사율 및 투과율을 도시하는 도면,
도 7a는 63°의 트위스티드 네마틱 디스플레이의 반사형 서브 화소에 대한 콘트래스트 비를 도시하는 도면,
도 7b는 63°의 트위스티드 네마틱 디스플레이의 투과형 서브 화소에 대한 콘트래스트 비를 도시하는 도면,
도 7c는 63°/90°의 트위스티드 네마틱 디스플레이의 투과형 서브 화소에 대한 콘트래스트 비를 도시하는 도면.
결론적으로, 본 발명의 목적은 위에 설명된 결함을 극복한 반투과형 액정 디스플레이 디바이스를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 증가된 백라이트 효율을 갖고 있는 반투과형 액정 디스플레이 디바이스를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 증가된 트위스트 각을 갖고 있는 반투과형 액정 디스플레이 디바이스를 제공하는 것이다.
이러한 목적은 도입부에 설명된 바와 같은 디스플레이 디바이스에 의해 달성될 수 있으며, 이 디바이스는 서브 화소가 서로 다른 구동 전압으로 구동되는 것을 특징으로 한다. 따라서, 더 높은 자유도가 도입되어서 투과형 및 반사형 서브 화소의 투과율을 최적화하는 데 사용될 수 있다. 본 발명을 사용함으로써, 반사형 및 투과형 서브 화소의 다크 상태가 서로 다른 ueff의 값을 갖는 것을 가능하게 한다. 결론적으로, 서로 다른 서브 화소의 다크 상태는 서로 다른 전압에 있을 수 있다. 적절하게, 이러한 서브 화소 중 하나에는 서브 화소 전압 변경 디바이스가 제공되어야 한다. 이러한 서브 화소 중 하나에 전압 변경 디바이스를 포함시킴으로써, 반사형 및 투과형 화소의 액정 셀을 서로 다른 전압으로 구동할 수 있다. 서브 화소에 전압 변경 디바이스를 포함시킴으로써, 더 간단한 구동 집적 회로를 사용해서 디스플레이의 데이터 라인의 수를 감소시킬 수 있다.
바람직하게는, 위의 서브 화소 전압 변경 디바이스는 하나의 서브 화소의 액정 셀과 직렬로 접속된다. 따라서, 위에 설명된 전압 변경은 전압 분할을 통해서 달성되며, 이는 비교적 빠른 방법이다. 본 발명의 바람직한 실시예에 따라서, 서브 화소 전압 변경 디바이스는 제 1 캐패시터로 이루어진다. 따라서, 간단하고 안정적이며 비용 효율적인 전압 변경 디바이스가 획득된다.
또한, 제 2 변경 회로는 하나의 서브 화소의 액정 셀과 병렬로 접속되는 것이 적합하며, 이는 서브 화소 전압 변경 디바이스와는 직렬로 접속된다. 따라서, 구동 전자 제품의 하나의 전압은 서브 화소 모두의 단일 그레이 레벨에 대응하므로, 디스플레이에 비교적 간단한 구동 전자 제품을 사용한다. 바람직하게는 제 1 변경 회로는 제 1 캐패시터로 이루어진다. 따라서, 간단하고, 안정적이며 비용 효율적인 디바이스가 획득된다.
본 발명의 다른 실시예에 따라서, 반사형 및 투과형 서브 화소는 제 1 및 제 2 액정층 세그먼트를 각각 포함하고, 이들은 서로 다른 트위스트 각을 갖고 있다. 투과형 서브 화소의 백릿 측 상에서의 보상 호일 및 편광기 방향 선택의 높은 자유도가 달성되고, 이는 백라이트의 전체 효율을 증가시키기 위해 사용될 수 있다.
또한, 위의 서브 화소 전압 변경 디바이스는 디스플레이의 데이터 라인에 의해서 위의 하나의 화소에 인가되는 전압을 변경한다. 따라서, 모든 데이터 라인에 공통 전압이 인가될 수 있고, 이로써 디스플레이용으로 비교적 간단한 구동 전자 제품을 사용하게 된다.
본 발명의 목적은 도입부에서 설명된 방법에 의해서도 달성되며, 이 방법은
제 1 액정 셀에 제 1 구동 전압(V1)을 인가하는 단계와,
제 2 액정 셀에 제 2 구동 전압(V2)을 인가하는 단계를 포함하고,
제 1 구동 전압은 제 2 구동 전압과는 다르다.
따라서, 높은 자유도가 도입되어서 반사형 및 투과형 서브 화소의 투과율을 최적화하는 데 사용될 수 있다. 본 발명을 사용함으로써 반사형 및 투과형 서브 화소의 다크 상태가 서로 다른 ueff의 값을 갖게 할 수 있다. 결론적으로 서로 다른 서브 화소의 다크 상태는 서로 다른 전압에 있을 수 있다.
바람직하게는, 액정 디스플레이가 제 1 서브 화소에 서브 화소 변경 디바이스를 포함하면, 이 방법은
원하는 제 2 구동 전압(V2)과 동일한 공통 전압(VTOT)을 제 1 및 제 2 서브 화소에 각각 인가하는 단계를 더 포함하며,
제 2 구동 전압이 제 2 서브 화소에 인가되면, 서브 화소 전압 변경 디바이스로 인해서 제 1 액정 셀(15a) 양단의 전압은 제 1 구동 전압(V1)과 실질적으로 동일하게 된다.
따라서, 하나의 데이터 전압을 제공하는 단일 구동 회로가 사용될 수 있다. 또한, 이 방법은 위의 디스플레이 디바이스의 반사형 서브 화소의 경우에는 반사율 또는 투과형 서브 화소의 경우에는 투과율을 최적화시키기 위해서 구동 전압을 개별적으로 결정하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따라서, 제 1 서브 화소에 서브 회로 전압 변경 디바이스를 배치하는 단계는 서브 화소 전압 변경 디바이스를 서브 화소의 액정 셀과 직렬로 배치하는 단계를 포함한다. 따라서, 개선된 액정 셀 사이의 전압 차는 전압 분할을 통해서 용이하게 달성된다. 바람직하게는, 서브 화소 전압 변경 디바이스는 제 1 캐패시터로 이루어지므로, 개선된 결과를 달성하는 비용 효율적인 빠른 방법이다.
다른 실시예에 따라서, 이 방법은 하나의 화소의 액정 셀과 병렬로 제 1 변경 회로를 접속시키는 단계를 포함하며, 이 서브 화소는 서브 화소 전압 변경 디바이스와 직렬로 접속되어서 제 1 구동 전압과 제 2 구동 전압 사이의 추가적인 관계를 결정하는 데 있어서 자유도를 더 높인다. 적절하게, 제 2 변경 회로는 제 2 캐패시터로 이루어진다.
본 발명의 또 다른 바람직한 실시예에 따라서, 이 방법은
서브 화소의 액정층의 원하는 제 1 트위스트 각을 결정하는 단계와,
제 2 서브 화소의 액정층의 원하는 제 2 트위스트 각을 결정하는 단계와,
제 1 및 제 2 서브 화소의 각각의 액정층에 제 1 및 제 2 트위스트 각을 인가하는 단계를 포함하되, 제 1 트위스트 각과 제 2 트위스트 각은 서로 다르다. 따라서, 투과형 서브 화소의 백릿측 상에서의 보상 호일 및 편광기 방향의 선택의 높은 자유도가 달성되며, 이는 백라이트의 전체 효율을 높이는 데 사용될 수 있다.
도 1에는 반투과형 액정 디스플레이 장치(11)가 도시되어 있다. 반투과형 디스플레이는 반사형 모드 및/또는 투과형 모드로 구동될 수 있는 디스플레이이다. 도 1에 따른 디스플레이는 제 1 실시예에서, 트위스티드 네마틱 액정층인 액정층(12)을 포함한다. 이 층(12)은 투명 전면 전극(13)과 후면 전극(14) 사이에 놓인다. 또한 액정 물질층(12)의 트위스트 및 프리 틸트 각은 물론 평행 상태 배향을 만들기 위해서 배향층(도시 생략)이 전극(13, 14) 상에 배치된다. 디스플레이(11)는 복수의 화로 세분되고, 이 화소는 종래의 기술에 따라서 복수의 데이터 라인 및 어드레싱 라인에 배치된다. 도 1은 이러한 화소 중 하나를 개략적으로 도시한다.
도 1에 도시된 바와 같이, 각각의 화소는 제 1 및 제 2 서브 화소(11a, 11b)로 각각 세분되되, 이들이 동일한 면적을 가질 필요는 없고, 여기서 제 1 서브 화로(11a)는 투과형 서브 화소이고, 제 1 서브 화소는 반사형 서브 화소이다. 각각의 투과형 서브 화소(11a)는 투명한, 예컨대 ITO로 제조된 제 1 후면 전극부(14a)를 포함하고, 각각의 반사형 서브 화소는 제 2 후면 전극부(14b)를 포함하며, 이는 알루미늄 층 등과 같은 반사기와 결합되어 있다. 결론적으로 위의 제 1 전극부(14a)는 투과형 화소부를 형성하고, 제 2 전극부(14b)는 반사형 화소부를 형성한다. 또한, 위의 액정층(12) 및 전극(13, 14)은 제 1 및 제 2 액정 셀(15a, 15b)를 이룬다. 셀의 서브 화소가 모두 거의 동일한 셀 갭을 갖는다는 것에 주의한다.
또한, 액정 셀은 전면 광 호일(16a)과 후면 광 호일(16) 사이에 놓인다. 또한, 도 1에 도시된 바와 같이, 디바이스의 시청측에는 전면 편광기(17a)가 배치되고, 후면측에는 후면 편광기(17b) 및 백라이트 패널(18)이 배치된다.
본 발명의 제 1 실시예가 도 2에 도시되어 있다. 도 2는 단일 화소에 대해서 전기적으로 등가이며(디스플레이 디바이스의 데이터 라인 m과 어드레스 라인 n), 위에 설명된 바와 같은 투과형 및 반사형 서브 화소를 갖고 있다. 투과형 서브 화소는 캐패시턴스(CT)로 개략적으로 도시되어 있으며, 반사형 서브 화소는 캐패시턴스(CR)로 개략적으로 도시되어 있다. 도 2에서 기생 캐패시턴스를 고려하지 않는다. 투과형 서브 화소의 CT의 값 및 반사형 서브 화소의 CR의 값은 예컨대 각각의 서브 화소의 액정 셀 내의 액정 분자의 평균 배향에 따라 달라지고, 따라서 각각의 액정 셀에 인가된 전압에 따라 달라진다. 도 2에 도시된 회로는 또한 디스플레이의 어드레스 라인(n)과 이전 혹은 다음 어드레스 라인 사이에 접속된 저장 캐패시터(Cstore)를 포함하지만, 그 기능이 본 발명에 필수적인 것은 아니며, 따라서 여기서 더는 설명되지 않을 것이다.
그러나, 본 발명에 따라서, 제 1 캐패시턴스(C1)인 전압 변경 디바이스는 투과형 서브 화소와 반사형 서브 화소(CR, CT) 중 하나와 각각 직렬로 연결된다. 도 2에 도시된 실시예에서, 제 1 캐패시터(C1)는 반사형 서브 화소(CR)와 직렬로 접속되고, 따라서 반사형 서브 화소(CR) 양단의 전압은 C1과 CR의 전압 분할로 인해서 낮아진다.
VT가 도 2의 투과형 서브 화소(CT) 양단의 전압이면, 반사형 서브 화소(CR) 양단의 전압(VR)은 다음과 같다.
위의 관계식에서 CR가 액정의 구동 상태에 따라 달라지기 때문에(CR이 위에 설명된 바와 같이 반사형 서브 화소를 개략적인 표기이기 때문에), α이다. 예컨대, 양의 Δε값을 가진 액정 물질(유전체 이방성)에 대해서, α의 값은 평면, 비스위칭 상태에서 1에 가깝기 때문에, 액정 물질의 분자 경사가 증가함에 따라서(스위칭에 의해서) 감소된다.
대응해서, 제 1 캐패시턴스(C1)가 서브 화소(CT)와 직렬로 접속되면, 투과형화소 양단의 전압은 위에 설명한 방식으로 낮아질 수 있다.
또한 본 발명의 제 2 실시예가 도 3에 개시되어 있다. 도 3은 위에 설명된 투과형 및 반사형 서브 화소를 가진 하나의 화소(디스플레이 디바이스의 데이터 라인 m 및 어드레싱 라인 n)에 대해서 전기적인 등가 회로를 개시하고 있다. 투과형 서브 화소는 여기서 캐패시턴스(CT)로 개략적으로 도시되어 있으며, 반사형 서브 화소는 캐패시턴스(CR)로 개략적으로 도시되어 있다. 도 3에서 기생 캐패시턴스를 고려하지 않는다. 투과형 서브 화소의 CT의 값 및 반사형 서브 화소의 CR의 값은 예컨대 각각의 서브 화소의 액정 셀 내의 액정 분자의 배향에 따라 달라지고, 따라서 각각의 액정 셀에 인가된 전압에 따라 달라진다. 도 3에 도시된 회로는 도 2와 관련해서 위에서 설명한 저장 캐패시터(Cstore)를 포함한다.
그러나, 본 발명에 따라서 도 2를 참조하여 설명된 바와 같이 제 1 캐패시턴스(C1)인 서브 화소 전압 변경 디바이스는 투과형 서브 화소 혹은 반사형 서브 화소(CR, CT) 중 하나와 각각 직렬로 배치된다. 또한, 여기서 캐패시턴스(C2)인 제 2 변경 디바이스는 투과형 서브 화소 혹은 반사형 서브 화소(CR, CT) 중 하나와 각각 병렬로 배치된다. 도 3에 도시된 실시예에서, 제 1 캐패시터(C1)는 투과형 서브 화소(CT)와 직렬로 접속되고, 제 2 캐패시터(C2)는 투과형 서브 화소(CT)와 병렬로 접속된다. 이 경우, VR이 도 3에서 반사형 서브 화소(CR) 양단의 전압이라 하면,투과형 서브 화소(CT)에 대한 전압(VT)은 다음과 같다.
따라서, 캐패시터(C1, C2)의 값을 적절한 방식으로 선택함으로써, β의 값이 전압 의존성이 변화될 수 있다. C2와 같은 병렬 캐패시터는 리소그래피 스페이서를 사용함으로써 제조될 수 있다. 스페이서 물질 및 스페이서 면적을 선택함으로써, 적절한 플랫 플레이트 캐패시터가 전극에 의해 형성될 수 있으며, 이는 스페이서에 의해 분리된다. 이 방법은 스페이서의 추가 위치 지정을 요구하며 이는 리소그래피에 의해 달성될 수 있다.
본 발명의 위의 실시예의 예가 설명될 것이다.
도 4는 비 트위스티드 반투과형 디스플레이의 시뮬레이션된 반사율 및 투과율 곡선을 도시하고 있다. 도 1에 도시된 바와 같이, 편광기(17a, 17b)는 액정층(12)의 LC 디렉터(director)에 대해서 45도의 각을 이루고 있으며, 셀 갭은 반사율이 최대인 광 유효 두께 dΔn/λ=0.5에 일치하도록 조정한다. 이 경우, 액정 물질은 ε||= 2이고, Δε=8.3을 갖고 있다. 2개의 투과율 곡선이 도 4에 도시되어 있다. 제 1 곡선(T1)은 종래의 솔루션으로 여기서 ueff는 투과형 서브 화소 및 반사형 서브 화소 모두에 대해서 동일하다. 다크 상태에서 원형 편광이 필요하기 때문에 브라이트 상태에서의 투과율은 50% 미만으로 제한된다. 두번째인 T2의 경우에, 투과형 서브 화소는 1.5와 4.5V 사이에서 스위칭되고, 제 1 캐패시터(C1)의값은 반사형 서브 화소가 1.26V와 2.57V 사이에서 스위칭되도록 조정된다. 따라서 백라이트의 효율은 45%에서 72%로 증가된다.
도 5는 57°트위스티드 반투과형 디스플레이의 시뮬레이션된 반사율 및 투과율을 도시하고 있다. 시청측 편광기(17a)는 도 1에 도시된 바와 같이 시청측 LC 디렉터에 대해서 30도의 각을 이루고 있고, 셀 갭은 광 두께 dΔn/λ=0.88에 일치하도록 조정한다. 이 경우, 액정 물질은 ε||= 3.6이고, Δε=6.7이다. 여기서, 투과형 서브 화소의 다른 3가지 방안이 도 5에 도시되어 있다. 서브 화소가 모두 1.3V과 2V 사이에서 스위칭되면, 백라이트 효율은 37%이다. 투과형 서브 화소가 1.5V과 2.8V 사이에서 스위칭되고, 반사형 서브 화소가 1.3V와 2V 사이에서 스위칭되는 다른 변형예에서, 백라이트의 효율은 90%까지 증가된다. 투과형 서브 화소가 1.6V와 2.7V 사이에서 스위칭되는 세번째 변형예에서, 백라이트의 효율은 82%까지 증가된다. 두 경우에, 백라이트 효율은 두배 이상이 된다.
위의 주어진 모든 실시예에서, 위에 설명된 바와 같이 블랙 상태에서 더 낮은 α와 β의 값이 요구되기 때문에 α와 β 모두의 전압 의존성 면에서 유익하다.
위에 설명된 것은 본 발명에 따른 반투과형 액정 디스플레이에서 사용될 수 있는 반사형 모드에만 한정되는 것이 아니라, 이론적으로 모든 반사형 액정 모드가 사용될 수 있다.
본 발명의 세번째 실시예에 따라서, 투과형 디스플레이는 도 1에 도시되어서 위에서 설명된 바와 같이 투과형 및 반사형 서브 화소를 갖고 있다. 위에 설명된바와 같이 투과형 서브 화소는 캐패시턴스(CT)로 개략적으로 표시될 수 있으며, 반사형 서브 화소는 캐패시턴스(CR)로 개략적으로 표시될 수 있다. 본 발명에 따라서, 제 1 캐패시터(C1)와 같은 서브 화소 전압 변경 디바이스가 투과형 서브 화소 및 반사형 서브 화소(CR, CT) 중 하나와 각각 직렬로 배치된다. 서브 화소 중 하나를 캐패시터와 직렬로 접속시킴으로써 서브 화소는 서로 다른 전압으로 구동될 수 있다. 또한, 반사형 및 투과형 서브 화소의 액정 물질은 각각 다른 트위스트 각을 갖도록 배치된다. 이는 종래에 알려진 바와 같이, 위의 배향층을 광정렬시킴으로써 달성될 수 있으며, 광정렬을 사용함으로써 액정 분자의 배향을 국부적으로 광 정렬시키는 것이 가능하다. 이로써, 보상 호일을 선택할 때 2개의 자유도(다크 상태 전압 및 트위스트 각)를 이용할 수 있어서 백라이트의 효율을 증가시킨다. 투과형 서브 화소의 트위스트 각을 신중하게 선택함으로써 그레이 스케일 선형성 및/또는 시야각 모두 개선될 수 있으며, 위에 설명된 바와 같이 구동 전압을 낮아질 것이다. 이로써 상당한 전력 감소 및 시야각 개선이 달성된다.
위에 설명된 본 발명의 제 3 실시예의 디스플레이의 반사율 및 투과율의 예가 도 6에 도시되어 있다. 도 6은 반사형 서브 화소가 63°의 트위스트 각을 갖는, 본 발명에 따른 반투과형 디스플레이의 반사율 대 전압 및 투과율 대 전압 곡선을 도시하고 있다. 액정 물질 및 셀 갭은 dΔn/λ=0.75이고, 액정 물질이 ε||= 3.6이고, Δε=6.7을 갖도록 조정된다. 도 6에 도시된 바와 같이, 투과형 서브 화소의 전압을 증가시킴으로써(디스플레이의 백릿 층 상에 적절한 보정 호일을 도포함으로써), 백라이트 효율이 40%에서 80%로 증가된다. 도 2는 90°트위스티드 셀의 경우에 대응하는 곡선을 도시한다. 트위스트 각을 증가시키는 것은 두가지 이점이 있다. 우선, 낮은 전압으로 다크 상태에 이르므로, 디스플레이 패널 및 드라이버 집적 회로 모두에서 전력을 절감한다. 두번째로, 백라이트의 효율이 더 높아진다. 따라서, 투과형 서브 화소를 3.8V와 1.6V 사이에서 구동시키고, 반사형 서브 화소를 2.5V와 1.3V 사이에서 구동시킴으로써, 90%의 백라이트 효율이 달성된다. 서브 화소들 사이의 그레이 스케일 선형성의 차이가 최소화된다. 63°트위스티드의 경우와 유사한 그레이 스케일 양을 이루기 위해서는, 1.9V의 브라이트 상태를 구동해야 하고, 이는 백라이트 효율을 75%까지 감소시킨다.
도 7a는 반사형 서브 화소의 콘트래스트 비를 도시하고 있다. 콘트래스트 비는 브라이트 상태의 반사율과 다크 상태의 반사율의 비로 계산되며, 이 경우에 다크 상태는 2.5V이다. 도 7b는 투과형 서브 화소의 콘트래스트의 비를 나타내고, 반면에 도 7c는 90°트위스티드 투과형 서브 화소의 콘트래스트의 비를 나타낸다. 3개의 도면 모두에서, 직각인 시야각 방향의 콘트래스트 비는 25보다 훨씬 높다. 도 7b 및 7c로부터 알 수 있는 바와 같이, 콘트래스트 비가 25이상인 경우의 중심부는 63°트위스티드 솔루션보다 90°트위스티드 솔루션이 더 높다.
이러한 시야각의 개선은 추가 보상 호일을 사용하지 않고 달성된다. 물론 수직 입사광의 편광 상태를 변경하지 않는 보상 호일을 사용함으로써, 디스플레이의 시야각 특성이 더 개선될 수 있다.
요컨대, 반사형 서브 화소와 투과형 서브 화소를 각각 구비한 반투과형 디스플레이가 제안되었다. 이러한 디스플레이는 동시에 두 가지 모드로 동작될 수 있고, 따라서, 애플리케이션의 범위를 크게 증가시킨다. 두 가지 서브 화소가 다른 전압으로 구동될 수 있다. 이는 투과형 서브 화소의 백릿측에서의 보상 호일 및 편광기 배향의 선택의 자유도를 크게 증가시켜서, 백라이트의 전체 효율을 증가시키는 데 사용될 수 있다. 이는 서브 화소 중 하나에 전압 변경 디바이스를 포함시킴으로써 달성될 수 있다. 제시된 한가지 예는 캐패시터를 포함시키는 것으로, 이 캐패시터는 서브 화소의 액정 셀과 직렬로 접속되어서 전압 분할을 사용한다.
이런 식으로, 백라이트의 효율은 2배 이상이 될 수 있고, 이는 개선된 디스플레이를 포함하고 있는 예컨대 모바일 디바이스의 배터리 수명을 크게 증가시킬 것이다. 이 솔루션은 화소별로 다른 셀 갭을 갖는 다른 솔루션에 비해서 제조하기 용이하다. 또한, 투과형 셀 갭은 반사형 셀 갭의 2개가 될 수 있고(종래의 디바이스에 비해서), 이는 개선된 디바이스의 제조를 용이하게 한다. 또한, 개선된 솔루션은 종래의 단일 갭 디바이스보다 광 투과율이 더 높고 광정렬을 사용할 필요가 없다.
다른 방안으로, 서로 다른 트위스트 각을 가진 별개의 반사형 서브 화소 및 투과형 서브 화소를 구비한 반투과형 디스플레이가 제안된다. 서로 다른 트위스트 각은 광정렬을 통해서 달성된다. 두 서브 화소가 다른 전압으로 구동될 수 있다. 이는 투과형 서브 화소의 백릿측에서의 보상 호일 및 편광기 배향의 선택의 자유도를 크게 증가시켜서, 백라이트의 전체 효율을 증가시키는 데 사용될 수 있다. 이는 서브 화소 중 하나에 전압 변경 디바이스를 포함시킴으로써 달성될 수 있다. 제시된 한가지 예는 캐패시터를 포함시키는 것으로, 이 캐패시터는 서브 화소의 액정 셀과 직렬로 접속되어서 전압 분할을 사용한다. 이런 식으로, 백라이트의 효율은 위에 설명한 바와 같이 2배 이상이 될 수 있다. 투과형 서브 화소의 트위스트 각을 신중하게 선택함으로써 디스플레이의 그레이 스케일 선형성 및/또는 시야각 모두 개선될 수 있으며, 동시에 위에 설명된 바와 같이 구동 전압을 낮아질 것이다. 이로써 상당한 전력 감소 및 시야각 개선이 달성된다.
위에 설명된 서브 화소별로 다른 전압은 위에 설명된 바와 같이 집적 회로를 구동해서 상이한 구동 전압이 직접 생성되게 하거나(즉, 구동 IC에 전압 변경 디바이스를 집적함) 혹은 서브 화소에 전압 변경 디바이스를 포함시킴으로써 달성될 수 있다는 점에 주목한다. 후자의 방법은 더 간단한 구동 집적 회로가 사용될 수 있고, 디스플레이의 데이터 라인의 수가 감소될 수 있다는 점에서 유익하다.
위에 설명된 화소 전압 변경 디바이스는 위의 단일 캐패시터보다 더 복잡한 회로로서 구현될 수 있다는 점에 주목한다. 예컨대, LTPS(Low temperature Poly-Si)의 경우에, 다수의 트랜지스터, 저항 및 캐패시터를 포함하는 전압 변경 디바이스가 선호된다.

Claims (16)

  1. 적어도 하나의 화소를 포함하는 반투과형 액정 디스플레이 디바이스(11)에 있어서,
    상기 화소는 제 1 액정 셀을 포함하는 반사형 서브 화소(11b) 및 제 2 액정 셀을 포함하는 투과형 서브 화소(11a)를 포함하고,
    상기 제 1 및 제 2 액정 셀은 서로 다른 구동 전압으로 구동되는
    반투과형 액정 디스플레이 디바이스.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 서브 화소(11a, 11b) 중 하나에는 서브 화소 전압 변경 디바이스(C1)가 제공되는
    반투과형 액정 디스플레이 디바이스.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 서브 화소 전압 변경 디바이스(C1)는 상기 하나의 서브 화소의 액정 셀과 직렬로 접속되는
    반투과형 액정 디스플레이 디바이스.
  4. 제 2 항 또는 제 3 항에 있어서,
    상기 서브 화소 전압 변경 디바이스는 제 1 캐패시터(C1)로 이루어지는
    반투과형 액정 디스플레이 디바이스.
  5. 제 2 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    제 2 변경 회로가, 상기 서브 화소 전압 변경 디바이스와는 직렬로 접속되는 상기 하나의 서브 화소의 상기 액정 셀과 병렬로 접속되는
    반투과형 액정 디스플레이 디바이스.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 제 2 변경 회로는 제 2 캐패시터(C2)로 이루어지는
    반투과형 액정 디스플레이 디바이스.
  7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 1 및 제 2 액정 셀의 상기 액정 물질은 서로 다른 트위스트 각을 갖는
    반투과형 액정 디스플레이 디바이스.
  8. 제 2 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 서브 화소 전압 변경 디바이스는 상기 디스플레이의 데이터 라인을 통해서 상기 하나의 서브 화소에 인가되는 전압을 변경하는
    반투과형 액정 디스플레이 디바이스.
  9. 적어도 하나의 화소(11)를 포함하는 반투과형 액정 디스플레이 디바이스를 어드레싱하는(addressing) 방법에 있어서 - 상기 화소는 제 1 액정 셀(15a)을 포함하는 제 1 서브 화소(11a) 및 제 2 액정 셀(15b)을 포함하는 제 2 서브 화소(11b)를 포함함 - ,
    상기 제 1 액정 셀에 제 1 구동 전압(V1)을 인가하는 단계와,
    상기 제 2 액정 셀에 제 2 구동 전압(V2)을 인가하는 단계를 포함하되,
    상기 제 1 구동 전압은 상기 제 2 구동 전압과는 상이한
    반투과형 액정 디스플레이 디바이스 어드레싱 방법.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 액정 디스플레이 디바이스는 상기 제 1 서브 화소에 서브 화소 전압 변경 디바이스를 포함하고,
    상기 방법은 원하는 상기 제 2 구동 전압(V2)과 동일한 공통 전압(VTOT)을 상기 제 1 및 제 2 서브 화소에 각각 인가하는 단계를 더 포함하며,
    상기 제 2 구동 전압이 상기 제 2 서브 화소에 인가되면, 상기 서브 화소 전압 변경 디바이스로 인해서 상기 제 1 액정 셀(15a) 양단의 전압은 상기 제 1 구동 전압(V1)과 실질적으로 동일하게 되는
    반투과형 액정 디스플레이 디바이스 어드레싱 방법.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 구동 전압(V1, V2)은 상기 디스플레이 디바이스의 반사형 서브 화소의 경우에는 반사율을, 투과형 서브 화소의 경우에는 투과율을 최적화시키도록 개별적으로 결정되는
    반투과형 액정 디스플레이 디바이스 어드레싱 방법.
  12. 제 10 항 또는 제 11 항에 있어서,
    상기 화소 전압 변경 디바이스(C1)는 상기 하나의 서브 화소의 상기 액정 셀(15a)과 직렬로 배치되는
    반투과형 액정 디스플레이 디바이스 어드레싱 방법.
  13. 제 10 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 서브 화소 전압 변경 디바이스는 제 1 캐패시터(C1)로 이루어지는
    반투과형 액정 디스플레이 디바이스 어드레싱 방법.
  14. 제 10 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 디바이스는, 상기 서브 화소 전압 변경 디바이스와는 직렬로 접속된 상기 하나의 서브 화소의 상기 액정 셀(15a)과 병렬 접속된 제 2 변경 회로(C2)를 더 포함하는
    반투과형 액정 디스플레이 디바이스 어드레싱 방법.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 제 2 변경 회로는 제 2 캐패시터(C2)로 이루어지는
    반투과형 액정 디스플레이 디바이스 어드레싱 방법.
  16. 제 9 항 내지 제 15 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 디바이스는 제 1 트위스트 각을 갖는 상기 제 1 서브 화소의 액정층 및 제 2 트위스트 각을 갖는 상기 제 2 서브 화소의 액정층을 포함하며,
    상기 제 1 및 제 2 트위스트 각은 서로 다른
    반투과형 액정 디스플레이 디바이스 어드레싱 방법.
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