KR20050034801A - 반투과형 액정표시소자 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 단일갭으로 이루어진 반투과형 액정표시장치에 관한 것으로, 반사 영역의 액정은 하이브리 형태이며, 투과 영역에서는 수평 배열이고, 수직 전기장과 프린지 전기장을 이용한 각각의 단앨갭 반투과형 액정표시장치를 각각 제작할 수 있다.

Description

반투과형 액정표시소자{Transflective Liquid Crystal Display}
본 발명은 반투과형(transflective) 액정표시소자(liquid crystal display: 이하 LCD라 칭함)에 관한 것으로, 특히 투과 영역과 반사 영역의 단일 셀갭을 이용한 반투과형 LCD에 관한 것이다.
일반적으로 투과형 LCD는 내부 광원을 사용하기 때문에 반사형 LCD보다 화질이 우수하나, 전력 소비가 크고 옥외 시인성이 매우 낮다. 이러한 단점을 개선하기 위해서 반사형 LCD가 제안되어졌다. 반사형 LCD는 외부 광원을 사용하기 때문에 투과형 LCD보다 소비 전력도 적고 옥외 시인성도 우수하다. 그렇지만 주변 광원의 세기가 약해지면 디스플레이 화질이 저하된다. 따라서 주변 환경에 따라 적절하게 선택하여 사용할 수 있는 장치의 필요성으로 반투과형 LCD가 제안되고 있다.
도 1은 종래에 제안되어졌던 반투과형 LCD의 단면도이다. 도 1(a)는 하부 기판의 단차를 이용한 반투과형 LCD의 단면도이고, 도 1(b)는 상부 기판의 컬러 필터의 단차를 이용한 반투과형 LCD의 단면도이다. 도 1(a)에서 도시한 바와 같이, 상부 기판은 상부 편광판(1) 하부에 상부 유리 기판(2)이 놓여져 있으며, 상부 유리 기판(2) 아래에 컬러 필터(3)가 놓여져 있다. 하부 기판은 하부 편광판(8) 상부에 하부 유리 기판(7)이 놓여져 있으며, 하부 유리 기판(7) 위에 박막 트랜지스터(9)가 놓여져 있으며, 박막 트랜지스터(9) 위에 절연체(10)가 놓여져 있으며, 절연체 (10) 위에 투명 전극(6)과 반사형 전극이(5) 놓여져 있다. 도 1(b)에서 도시한 바와 같이, 상부 기판은 상부 편광판(1) 하부에 상부 유리 기판(2)이 놓여져 있으며, 상부 유리 기판(2) 아래에 컬러 필터(3)가 놓여져 있다. 하부 기판은 하부 편광판 (8) 상부에 하부 유리 기판(7)이 놓여져 있으며, 하부 유리 기판(7) 위에 박막 트랜지스터(9)가 놓여져 있으며, 박막 트랜지스터(9) 위에 절연체(10)가 놓여져 있으며, 절연체(10) 위에 투명 전극(6)과 반사형 전극이(5) 놓여져 있다.
따라서 기존의 반투과형 LCD는 반사 영역과 투과 영역의 이중 셀갭을 형성시키기 위해서 단차를 형성해야한다. 이러한 단차를 형성할시 복잡한 제조 공정이 필요하고, 제조 비용도 증가한다. 또한 투과 영역과 반사 영역의 경계에서 액정 방향자가 불완전하게 배열되어져 넓은 블랙 매트릭스 (black matrix: 이하 BM이라 칭함)을 형성하게 되어 개구율의 감소를 가져온다.
이와는 달리 반사 영역과 투과 영역이 단일갭이며, 수직 전기장과 프린지 전기장을 이용한 각각의 반투과형 LCD를 제작하는데 그 목적이 있다.
상기한 목적을 달성하기 위한, 본 발명은 최적이 반사형 액정 모드의 광학 셀구조를 설정한 후, 투과 영역은 반사 영역과 동일한 셀갭을 유지하면서 최적의 광학 셀구조를 제안하였다.
- 실시예 1 -
이하, 첨부한 도면에 의거하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 자세히 설명하도록 한다.
실시예 1은 단일갭의 반투과형 LCD를 제작함에 있어 수직 전기장을 이용한 방법으로, 초기 어둠 상태를 보이는 노멀리 블랙 (Normally black : NB) 모드와 노멀리 화이트 (Normally white : NW) 모드가 가능하다.
도 2는 실시예 1의 제 1 방법으로 제안된 NB 모드 반투과형 LCD의 개략적인 단면을 보여주고 있다. 하부 기판은 하부 편광판(11) 위에 반투과형 필름(10)이 존재하고, 그 위에 유리 기판(9)이 존재한다. 유리 기판(9) 위에는 투명 전극(8)이 놓여져 있으며, 그 위에 수평 배향막(7)이 코팅되어있다. 상부 기판은 상부 편광판(1) 아래에 유리 기판(2)이 놓여져 있으며, 유리 기판(2) 아래에는 투명 전극(3)이 놓여져 있다. 투명 전극(3) 아래에는 투과 영역은 수평 배향막(4)이 반사 영역에는 수직 배향막(5)이 각각 코팅되어있다. 상부 기판과 하부 기판 사이에는 액정(6)이 위치한다.
도 3은 도 2의 반투과형 LCD 광학 셀구조를 나타낸 것으로써, θ는 x축에 대해서 시계 반대 방향으로의 각을 의미한다. 상부 편광판(1) 투과축이 x축과 평행하게 놓여져 있다고 하면, 액정의 러빙 방향은 상,하 편광판(1,11) 투과축 방향에 대해서 -45o 틀어져 있다. 투과 영역의 하부 편광판(11) 투과축은 상부 편광판(1) 투과축 방향과 일치한다.
도 4는 도 3의 반투과형 LCD 광학 셀 구조에서, 입사 파장이 550nm일 때 전압 인가에 따른 반사율 및 투과율을 보이고 있다. 반사 및 투과 영역의 문턱 전압은 각각 0.71V와 1.63V이다. 그림에서 보는 것과 같이 전압에 따른 반사율 및 투과율이 상이한 곡선을 나타내는데, 이는 액정의 배열에 기인한 것이다. 투과 영역은 상하판에 수평으로 배열되어져 있으며, 반사 영역에서 하판은 수평 배열이고, 상판이 수직으로 배열되어져서 전압 인가시 상판쪽에서 액정들간의 인력이 적어서 액정 방향자가 더 쉽게 움직이기 때문에 구동 전압이 낮아진다.
도 5는 도 3에 의한 반투과형 LCD의 반사 영역과 투과 영역에서 시야각 특성을 나타낸다. 도 5(a)는 입사 파장이 550nm이고, 반사 영역의 시야각 특성을 보여주고 있다. 명암대비비(Contrast Ration: 이하, CR이라 한다)가 5 이상인 영역은 상하좌우에서는 80o까지 보이나, 대각선 방향에서는 55o정도이다. 도 5(b)는 입사 파장이 550nm이고, 투과 영역에서의 시야각 특성을 보여주고 있다. CR이 5 이상인 영역은 상하좌우에서는 80o까지 보이나, 대각선 방향에서는 55o정도이다.
도 6은 도 2의 경우보다 발전된 구성의 반투과형 LCD의 단면도이며, 반사 영역과 투과 영역에서 λ/2 특성을 가지는 위상차 필름(half wave plate :HWP)을 사용한 경우이다. 액정만 사용할 경우 액정 자체가 가지는 파장 분산성 때문에 초기 전압 인가전 상태에서, 파장별 빛샘 의존성을 보상하기 위한 것이다. 하부 기판은 하부 편광판(13) 위에 하부 HWP(12)가 놓여져 있으며, 그 위에 반투과형 필름(11)이 존재하고, 그 위에 유리 기판(10)이 존재한다. 그 위에는 투명 전극(9)이 놓여져 있으며, 그 위에 수평 배향막(8)이 코팅되어있다. 상부 기판은 상부 편광판(1) 아래에 상부 HWP(2)가 위치하며, 그 아래에 유리 기판(3)이 놓여져 있으며, 그 아래에는 투명 전극(4)이 놓여져 있다. 그 아래에는 투과 영역은 수평 배향막(5)이 반사 영역에는 수직 배향막(6)이 각각 코팅되어있다. 상부 기판과 하부 기판 사이에 액정(7)이 위치한다.
도 7은 도 6의 반투과형 LCD 광학 셀구조를 나타낸 것으로써, θ는 x축에 대해서 시계 반대 방향으로의 각을 의미한다. 상부 편광판(1)이 x축에 평행하게 배열되어져있고, 상부 HWP(2)가 편광판 투과축 방향에 대해서 15o, 액정의 러빙 방향은 75o, 하부 HWP(12)이 135o, 하부 편광판(13)이 60o 틀어져있다.
도 8은 도 7의 반투과형 LCD의 입사 파장이 550nm일 때, 전압 인가에 따른 반사율 및 투과율을 보이고 있다. 반사 및 투과 영역의 문턱 전압은 각각 0.71V와 1.63V이다.
도 9은 도 7에 의한 반투과형 LCD에 5V 전압 인가시 반사 영역과 투과 영역의 시야각 특성을 나타낸다. 도 9(a)는 입사 파장이 550nm이고, 반사 영역의 시야각 특성을 보여주고 있다. CR이 5 이상인 영역은 상하좌우에서는 70o까지이다. 도 9(b)는 입사 파장이 550nm이고, 투과 영역에서의 시야각 특성을 보여주고 있다. CR이 5 이상인 영역은 상하 55o이고, 좌우에서는 60o 정도이다.
도 10은 실시예 1의 NW모드의 반투과형 LCD의 단면도를 나타낸 것이다. 반사 영역과 투과 영역에 HWP과 λ/4 특성을 가지는 위상차 필름(quarter wave plate :QWP)을 사용한 경우이다. 하부 기판은 하부 편광판(15) 위에 하부 HWP(14)가 놓여져 있으며, 하부 HWP(14)위에 하부 QWP(13)가 놓여져 있으며, 그 위에 반투과형 필름(12)이 존재하고, 그 위에 유리 기판(11)이 존재한다. 그 위에는 투명 전극(10)이 놓여져 있으며, 그 위에 수평 배향막(9)이 코팅되어있다. 상부 기판은 상부 편광판(1) 아래에 상부 HWP(2)가 위치하며, 상부 HWP(2) 위에 상부 QWP(3)가 놓여져 있으며, 그 아래에 유리 기판(4)이 놓여져 있으며, 그 아래에는 투명 전극(5)이 놓여져 있다. 그 아래에는 투과 영역은 수평 배향막(6)이 반사 영역에는 수직 배향막(7)이 각각 코팅되어있다. 상부 기판과 하부 기판 사이에는 액정(8)이 위치한다.
도 11은 도 10의 반투과형 LCD의 광학 셀구조를 나타낸 것으로써, θ는 x축에 대해서 시계 반대 방향으로의 각을 의미한다. 상부 편광판(1)이 x축에 평행하게 배열되어져있고, 상부 HWP(2)가 편광판 투과축 방향에 대해서 15o, 상부 QWP가 75o , 액정의 러빙 방향은 165o, 하부 QWP가 165o, 하부 HWP(12)이 105o, 하부 편광판(13)이 90o 틀어져있다.
도 12은 도 9의 전압 인가에 따른 반사율 및 투과율을 보여주고 있다. 초기 반사 영역과 투과 영역의 광효율은 각각 94%, 99%이며, 고전압일수록 어둠 상태가 보다 더 완벽해짐을 알 수 있다.
- 실시예 2 -
본 발명의 제 2 실시예는 상기 제 1 실시예와는 달리 프린지(fringe) 전기장을 이용한 단일갭의 반투과형 LCD이다.
이하, 첨부한 도면에 의거하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 자세히 설명하도록 한다.
도 13은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 프린지 전기장을 이용한 단일갭의 반투과형 LCD의 단면도이다. 도시한 바와 같이, 상부 기판은 상부 편광판(1) 하부에 상부 HWP(2)가 위치하고, 상기 상부 HWP(2)의 하부에 상부 유리 기판(3)이 존재하며, 상부 유리 기판(3) 하부에는 투과 영역인 수평 배향막(4)과 반사 영역인 수직 배향막(5)이 코팅되어있다. 하부 기판은 하부 편광판(14)위에 하부 HWP(13)가 위치하며, 하부 HWP(13)위에 반투과형 필름(12)이 위치한다. 반투과형 필름(12) 상부에 하부 유리 기판(11)이 위치하며, 하부 유리 기판(11) 상부에는 평면 전극인 투명 전극(10)이 코팅되어있다. 투명 전극(10) 상부에는 절연체(9)가 놓여져 있으며, 절연체(9) 위에 화소 전극 폭이 0.1㎛~6㎛정도이고, 화소 전극간 간격은 1㎛~6㎛정도의 슬릿 형태의 투명 전극(8)이 놓여져있다. 투명 전극 상부에는 수평 배향막(7)이 코팅되어 있으며, 상부 기판과 하부 기판 사이에 액정(6)이 위치한다.
도 14은 도 13의 광학 셀구조를 나타낸 것이다. X축에 대해서 상부 편광판(1)이 87o, 상부 HWP(2)가 72o, 액정의 러빙 방향은 12o, 하부 HWP(13)가 72o, 하부 편광판(14)이 87o 각각 틀어져있다. 액정의 러빙 방향은 유전율 이방성이 음인 액정의 경우 1o~45o이며, 유전율 이방성이 양인 액정 경우 45o~90 o이다.
도 15는 도 13의 반투과형 LCD의 입사 파장이 550nm일 때, 전압 인가에 따른 반사율 및 투과율을 보이고 있다. 반사 및 투과 영역의 구동 전압은 각각 4.0V와 5.1V이다.
도 16은 도 13에 의한 반투과형 LCD의 반사 영역과 투과 영역의 시야각 특성을 나타낸다. 도 16a는 입사 파장이 550nm일 경우, 반사 영역의 시야각 특성을 나타낸 것으로써, CR이 5이상인 영역은 상하에서는 80o이지만, 좌우에서는 60o이다. 특히 60o 대각선 방향에 우수한 시야각 특성을 보인다. 도 16b는 반사 영역의 시야각 특성을 나타낸 것으로써, CR이 5이상인 영역은 수평 방향에서는 120o이지만, 수직 방향에서는 100o이다.
도 17은 도 14의 또다른 광학 셀구조로써, X축에 대해서 상부 편광판(1)이 177o, 상부 HWP(2)가 72o, 액정의 러빙 방향은 12o, 하부 HWP(13)가 72 o, 하부 편광판(14)이 177o 각각 틀어져있다.
도 18a는 도 17의 반사 영역의 시야각 특성을 보여주고 있다. CR이 5이상인 영역을 살펴보면, 좌우 60o, 상하 80o이고, 45o 대각선 방향에서 매우 우수한 시야각 특성을 보인다.
도 18b는 도 17의 투과 영역의 시야각 특성을 보여주고 있다. CR이 5이상인 영역을 살펴보면, 수평 방향에서는 120o, 수직 방향에서는 100o이고, 135o 대각선 방향에서 매우 우수한 시야각 특성을 보인다.
도 19a는 실시예 1에서 반투과형 필름 대신 하부 화소 전극을 투과 영역에서는 투명 전극으로, 반사 영역에서 반사형 전극으로 형성된 단일갭 반투과형의 단면도를 보여주고 있다. 하부 기판은 하부 편광판(11) 위에 유리 기판(10)이 존재한다. 유리 기판(10) 위에는 반사 영역에서는 반사형 전극(8), 투과 영역에서는 투명 전극(9)이 놓여져 있으며, 그 위에 수평 배향막(7)이 코팅되어있다. 상부 기판은 상부 편광판(1) 아래에 유리 기판(2)이 놓여져 있으며, 유리 기판(2) 아래에는 투명 전극(3)이 놓여져 있다. 투명 전극(3) 아래에는 투과 영역은 수평 배향막(4)이 반사 영역에는 수직 배향막(5)이 각각 코팅되어있다. 상부 기판과 하부 기판 사이에는 액정(6)이 위치한다.
도 19b는 실시예 2에서 반투과형 필름 대신 하부 화소 전극을 투과 영역에서는 투명 전극으로, 반사 영역에서 반사형 전극으로 형성된 단일갭 반투과형의 단면도를 보여주고 있다. 상부 기판은 상부 편광판(1) 하부에 상부 HWP(2)가 위치하고, 상기 상부 HWP(2)의 하부에 상부 유리 기판(3)이 존재하며, 상부 유리 기판(3) 하부에는 투과 영역인 수평 배향막(4)과 반사 영역인 수직 배향막(5)이 코팅되어있다. 하부 기판은 하부 편광판(14)위에 하부 HWP(13)가 위치하며, 하부 HWP(13)위에 하부 유리 기판(12)이 위치하며, 하부 유리 기판(12) 상부에는 반사 영역에서는 반사형 전극(10), 투과 영역에서는 투명 전극(11)으로 평면 전극이 코팅되어있다. 평면 전극(10,11) 상부에는 절연체(9)가 놓여져 있으며, 절연체(9) 위에 화소 전극 폭이 0.1㎛~6㎛정도이고, 화소 전극간 간격은 1㎛~6㎛정도의 슬릿 형태의 투명 전극(8)이 놓여져있다. 투명 전극 상부에는 수평 배향막(7)이 코팅되어져있으며, 상부 기판과 하부 기판 사이에 액정(6)이 위치한다.
따라서 본 발명에 따른 반투과형 LCD는 단일갭을 이용함으로써, 제조상의 복잡함을 없애고, 수직 전기장 또는 프린지 전기장을 이용한 반투과형 LCD 장치를 제작할 수 있는 효과가 있다. 단일갭 반투과형 LCD는 종래의 이중갭 반투과형 LCD에 비해 수율 및 화질 개선에 큰 기여를 할 것이다.
도 1a는 하부 기판의 단차를 이용한 반투과형 LCD.
도 1b는 상부 컬러 필터의 단차를 이용한 반투과형 LCD.
도 2는 제 1 실시예에 따른 NB 모드의 반투과형 LCD 단면도.
도 3은 도 2의 광학 셀 구조도.
도 4는 도 2의 전압 인가에 따른 반사율 및 투과도 곡선.
도 5a는 도 2의 반사 영역에서 등 명암대비율 곡선.
도 5b는 도 2의 투과 영역에서 등 명암대비율 곡선.
도 6은 도 2의 상/하부에 HWP를 첨가한 NB 모드의 반투과형 LCD 단면도.
도 7은 도 6의 광학 셀 구조도.
도 8은 도 6의 전압 인가에 따른 반사율 및 투과율 곡선.
도 9a는 도 6의 반사 영역에서 등 명암대비율 곡선.
도 9b는 도 6의 투과 영역에서 등 명암대비율 곡선.
도 10은 제 1 실시예에 따른 NW 모드의 반투과형 LCD 단면도.
도 11은 도 10의 광학 셀 구조도.
도 12는 도 10의 전압 인가에 따른 반사율 및 투과율 곡선.
도 13는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 반투과형 LCD의 단면도.
도 14는 도 13의 광학 셀 구조도.
도 15은 도 13의 전압 인가에 따른 반사율 및 투과율 곡선.
도 16a은 도 13의 반사 영역에서 등 명암대비율 곡선.
도 16b은 도 13의 투과 영역에서 등 명암대비율 곡선.
도 17은 도 13의 또 다른 광학 셀 구조도
도 18a는 도 17의 반사 영역에서의 등 명암대비율 곡선.
도 18b는 도 17의투과 영역에서의 등 명암대비율 곡선.
도 19a는 실시예 1의 반투과형 필름을 제거한 반투과형 LCD의 단면도.
도 19b는 실시예 2의 반투과형 필름을 제거한 반투과형 LCD의 단면도.

Claims (4)

  1. 상부 편광판과;
    상기 상부 편광판의 하부에 위치한 상부 위상필름과;
    상기 상부 위상필름의 하부에 위치한 상부 기판과;
    상기 상부 기판의 하부에 투과 영역과 반사 영역의 셀갭이 동일하며, 반사 영역에서의 하이브리 배열이며, 투과 영역에서는 수평 배열된 액정층과;
    상기 액정층 하부에 위치한 하부 기판과;
    상기 하부 기판 하부에 위치한 하부 위상필름과;
    상기 하부 위상필름 하부에 위치한 하부 편광판을 포함하는 단일갭의 수직 전기장을 이용한 NB 모드 반투과형 LCD.
  2. 제 1항에 있어 상부 위상필름과 하부 위상필름을 제거한 단일갭의 수직 전기장을 이용한 NB 모드 반투과형 LCD.
  3. 제 1항에 있어 상부 위상필름과 하부 위상필름을 사용한 단일갭의 수직 전기장을 이용한 NW 모드 반투과형 LCD.
  4. 상부 편광판과;
    상기 상부편광판의 하부에 위치한 상부 위상필름(HWP)과;
    상기 상부 위상필름(HWP) 하부에 위치한 상부 기판과;
    상기 상부 기판의 하부에 투과 영역과 반사 영역의 셀갭이 동일하며, 반사 영역에서는 하이브리 배열이며, 투과 영역에서는 수평 배열된 액정층과;
    상기 액정층 하부에 위치한 화소 전극 폭이 0.1~6㎛정도이고, 화소 전극간 간격은 1~6㎛정도의 슬릿 형태의 투명 전극인 화소 전극과;
    상기 화소 전극 하부에 위치한 절연층과;
    상기 절연층 하부에 평면 형태의 투명 전극인 공통 전극과;
    상기 공통 전극 하부에 위치한 하부 기판과;
    상기 하부 기판 하부에 상부 위상필름(HWP)이 위치하고;
    상기 상부 위상필름(HWP) 하부에 하부 편광판을 포함하는 단일갭 프린지 전기장을이용한 반투과형 LCD.
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KR100890752B1 (ko) * 2004-08-27 2009-03-26 나노 로아 인코포레이티드 반투과형 액정 소자
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