KR20050111243A - 다중모드 구조의 반투과형 액정표시장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 다중모드 구조의 반투과형 액정 표시 장치에 관한 것으로서, 본 발명의 장치는 전극이 부착된 유리 기판에 주기적으로 형성된 반사판과 균일하게 도포된 광배향막을 이용하여 다중모드 구조를 형성시키고 합착한 두 기판과 이 기판 사이에 주입된 액정을 포함한다. 주입된 액정은 인가된 전압에 따라 투과 영역과 반사 영역에서 계조표시를 할 수 있다. 본 발명에 의한 반투과형 액정 표시 장치는 반사 영역에 필요한 반사판을 광배향막의 다중모드 구조 형성을 위한 마스크로 이용하기 때문에 제작 공정이 간단한 장점이 있다.

Description

다중모드 구조의 반투과형 액정표시장치{MULTI-MODE TRANSFLECTIVE LIQUID CRYSTAL DISPLAY}

정보 전달의 고급화에 따라 고품질의 화상정보를 실내외 어디서든지 접할 수 있는 표시 장치에 대한 관심이 높아지면서 반사형과 투과형으로 동시에 사용할 수 있는 반투과형(transflective) 액정 표시 장치에 대한 연구가 활발하게 이루어지고 있다. 종래의 반투과형 액정 표시 장치는 반사 영역과 투과 영역의 액정층의 두께를 다르게 하여 광학 이방성을 보상하게 되므로 제조 공정이 복잡할 뿐만 아니라 고가의 제작비가 소요되는 단점이 있다.

그러므로 최근에는 반사 영역과 투과 영역의 액정층의 두께를 같게 하고 마스크 공정을 사용하여 두 영역의 액정 배향 방법을 다르게 하는 다중모드(multi-mode) 반투과형 액정 표시 장치를 제작하는 연구가 활발히 이루어지고 있다.

하지만 이러한 종래의 다중모드 반투과형 액정 표시 장치의 경우 액정의 다중 배향을 위한 별도의 마스크 공정이 필요하고, 다중 배향 구조의 액정층과 주기적으로 형성된 반사판을 정렬시키는 어려움이 있다. 또한, 액정층의 두께보다 두꺼운 유리 기판이 반사판의 안쪽에 위치하고 있어 유효 화소를 비스듬히 통과한 빛이 유효 화소를 벗어나 인접 화소의 반사판에 의하여 반사되는 문제점이 있다.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 이러한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것이다.

이러한 기술적 과제를 이루기 위한 본 발명의 한 특징에 따른 액정 표시 장치는, 제1 배향막과 그 아래에 위치한 복수의 반사 부재를 포함하는 제1기판, 상기 제1 배향막과 마주보는 제2 배향막을 포함하며 상기 제1기판과 소정의 간극을 두고 이격된 제2 기판, 그리고 상기 제1 기판과 상기 제2 기판 사이에 주입되어 있으며, 혼성 배향 구조를 가지는 복수의 혼성 배향 영역과 수평 배향 구조를 가지는 복수의 수평 배향 영역을 포함하는 액정층을 포함한다.

상기 반사 부재는 상기 혼성 배향 영역과 대응하는 위치에 배치되어 있는 것이 바람직하다.

상기 액정층의 두께는 상기 혼성 배향 영역과 상기 수평 배향 영역에서 실질적으로 동일한 것이 바람직하다.

상기 혼성 배향 영역의 액정은 상기 제1 배향막 부근에서 수직 배향되어 있고 상기 제2 배향막 부근에서 수평 배향되어 있거나, 반대로 상기 제1 배향막 부근에서 수평 배향되어 있고 상기 제2 배향막 부근에서 수직 배향되어 있을 수 있다.

상기 수평 배향 영역의 액정은 비틀림 배향되어 있을 수 있다.

상기 수평 배향 영역의 액정은 상기 제2 또는 제1 배향막 부근에서 상기 혼성 배향 영역의 액정과 동일한 방향으로 수평 배향되어 있을 수 있다.

상기 혼성 배향 영역의 수평 배향 방향과 상기 수평 배향 영역의 수평 배향 방향은 동일할 수 있다.

상기 반사 부재는 띠, 직사각형 또는 정사각형의 형태를 가질 수 있으며, 상기 혼성 배향 영역의 수평 배향 방향과 상기 수평 배향 영역의 수평 배향 방향은 상기 반사 부재의 경계와 평행 또는 수직인 것이 바람직하다.

상기 제1 및 제2 배향막 중 적어도 하나는 광배향되어 있을 수 있다.

이 액정 표시 장치는 상기 제1 및 제2 기판에 각각 부착되어 있으며 투과축이 서로 평행한 제1 및 제2 편광판을 더 포함할 수 있으며, 상기 제1 기판과 상기 제1 편광판 사이 또는 상기 제2 기판과 상기 제2 편광판 사이에 삽입되어 있으며 입사광 파장의 1/4의 지연을 주는 적어도 하나의 광학판을 더 포함할 수도 있다.

본 발명의 다른 특징에 따른 액정 표시 장치는, 복수의 반사 영역과 복수의 투과 영역을 포함하는 액정 표시 장치로서, 제1 배향막을 포함하는 제1기판, 상기 제1 배향막과 대면하는 제2 배향막을 포함하며, 상기 제1기판과 소정의 간격을 두고 이격된 제2 기판, 그리고 상기 제1 기판과 상기 제2 기판 사이에 주입된 액정층을 포함하며, 상기 제1기판은 상기 제1 배향막 아래에 구비되며 상기 반사 영역에 위치한 복수의 반사판을 포함한다.

본 발명의 한 실시예에 따르면, 상기 반사 영역의 액정층은 상기 제1배향막에 인접한 곳에서는 제1 경사각으로 배향되어 있고 상기 투과 영역의 액정층은 상기 제1 배향막에 인접한 곳에서 상기 제1경사각과는 다른 제2 경사각으로 배향되어 있으며, 상기 액정층은 제2 기판에 인접한 곳에서 제3 경사각으로 배향되어 있다.

본 발명의 다른 실시예에 따르면, 상기 반사 영역의 액정층은 상기 제2 배향막에 인접한 곳에서는 제1 경사각으로 배향되어 있고 상기 투과 영역의 액정층은 상기 제2 배향막에 인접한 곳에서 상기 제1 경사각과는 다른 제2 경사각으로 배향되어 있으며, 상기 액정층은 제1 기판에 인접한 곳에서 제3 경사각으로 배향되어 있다.

상기 액정층의 두께는 상기 반사 영역과 상기 투과 영역에서 동일한 것이 바람직하다.

상기 반사판은 띠의 형태로 뻗어 있고 한 방향으로 배열되어 있거나 섬의 형태로 사방으로 배열되어 있을 수 있으며, 상기 제1배향막과 상기 제2배향막 중 적어도 하나는 광배향 물질로 이루어질 수 있다. 상기 제1 경사각은 85 내지 90 범위 내에 있고, 상기 제2 및 제3 경사각은 0 내지 5 범위 내에 있을 수 있으며, 상기 투과 영역의 액정층은 비틀린 수평 배향되어 있을 수 있다.

이 액정 표시 장치는, 상기 제1 및 제2 기판에 각각 부착되어 있으며 투과축이 서로 평행한 제1 및 제2 편광판을 더 포함할 수 있고, 상기 제1 기판과 상기 제1 편광판 사이 또는 상기 제2 기판과 상기 제2 편광판 사이에 삽입되어 있으며 입사광 파장의 1/4의 지연을 주는 적어도 하나의 광학판을 더 포함할 수 있다.

본 발명의 한 특징에 따른 액정 표시 장치의 제조 방법은, 제1면과 제2면을 가지는 기판의 제1면 위에 복수의 반사판을 형성하는 단계, 상기 반사판 위에 배향막을 도포하는 단계, 그리고 상기 반사판을 이용하여 상기 배향막을 처리하여 액정에 서로 다른 경사각을 주는 복수의 영역을 상기 배향막에 형성하는 단계를 포함한다.

상기 배향막의 처리는 상기 기판의 제2면으로부터 상기 배향막에 빛을 조사하는 것을 포함할 수 있다.

본 발명의 다른 특징에 따른 액정 표시 장치의 제조 방법은, 제1 기판 위에 복수의 반사판을 형성하는 단계, 제2 기판 위에 제2 배향막을 도포하는 단계, 그리고 상기 제1 기판을 이용하여 상기 제2 배향막을 처리하여 액정에 서로 다른 경사각을 주는 복수의 영역을 상기 제2 배향막에 형성하는 단계를 포함한다.

상기 제2 배향막의 처리는 상기 제1 기판을 통하여 상기 제2 배향막에 빛을 조사하는 것을 포함할 수 있다.

상기 제2 배향막의 처리 이전에 상기 제1 기판과 상기 제2 기판을 결합하는 단계를 더 포함할 수 있다.

첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.

도면에서 여러 층 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 나타내었다. 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 동일한 도면 부호를 붙였다. 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "위에" 있다고 할 때, 이는 다른 부분 "바로 위에" 있는 경우뿐 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다. 반대로 어떤 부분이 다른 부분 "바로 위에" 있다고 할 때에는 중간에 다른 부분이 없는 것을 뜻한다.

본 발명의 실시예에 따른 다중모드 구조의 반투과형 액정 표시 장치에 대하여 도 1 내지 도 4를 참조하여 상세히 설명하기로 한다.

도 1 내지 도 4는 본 발명의 서로 다른 실시예에 따른 액정 표시 장치의 개략도이다.

,,,본 실시예에 따른 액정 표시 장치는 서로 마주 보는 하부 및 상부 기판 집합체(10, 20)와 두 기판 집합체(10, 20)의 안쪽 면 사이의 간극(間隙)에 채워져 있는 유전 이방성 액정 물질로 이루어진 액정층(1)을 포함한다. 액정 표시 장치는 또한 기판 집합체(10, 20)의 바깥 면에 각각 부착되어 있는 광학판(14, 24)과 그 위의 편광판(15, 25)을 포함한다.

하부 기판 집합체(10)는 투명한 유리 따위로 이루어진 하부 절연 기판(13), 기판(13) 안쪽 면 위에 위치하며 ITO(indium tin oxide) 따위로 만들어진 하부 투명 전극(12), 하부 투명 전극(12) 위에 주기적으로 배치되어 있으며 반사성 금속 따위로 이루어진 복수의 반사판(16), 그리고 투명 전극(12)과 반사판(16) 위에 도포되어 있는 하부 표면 배향막(11, 17)을 포함한다. 반사판(16)은 띠 모양, 직사각형, 정사각형 등의 형태를 취할 수 있으나 이외에도 다양한 모양이 가능하다. 반사판(16)은 사진전사법(photolithography) 또는 섀도 마스크(shadow-mask)를 사용하여 형성할 수 있다.

상부 기판 집합체(20)는 투명한 유리 따위로 이루어진 상부 절연 기판(23), 기판(23) 안쪽 면 위에 위치하며 ITO 따위로 만들어진 상부 투명 전극(22), 그리고 상부 투명 전극(12) 위에 도포되어 있는 상부 표면 배향막(21, 27)을 포함한다.

두 기판 집합체(10, 20) 사이의 간극은 두 집합체(10, 20) 사이에 불규칙 또는 규칙적으로 분포하는 구형(타원체형) 또는 기둥형 스페이서(spacer)(도시하지 않음) 등으로 유지하며 두 기판 집합체(10, 20)는 에폭시 등으로 이루어진 결합재(도시하지 않음)로 결합되어 있다.

액정층(1)의 액정 물질은 양 또는 음의 유전율 이방성을 가지며 배향막(11, 21, 17, 27)의 표면에 대하여 실질적으로 수평 또는 수직으로 배향되어 있다. 실질적으로 수평 또는 수직이라 함은 약간의 선경사(pretilt)가 있는 경우를 포함함을 뜻하는데, 수직 배향인 경우의 경사각은 85 이상 90 이하의 범위에 있는 것이 바람직하고, 수평 배향 경우의 경사각은 0 이상 5 이하의 범위에 있는 것이 바람직하다. 배향막(11, 21, 17, 27)의 표면은 기판(13, 23)의 표면에 거의 평행하다.

광학판(14, 24)은 입사광 파장의 1/4 정도의 지연(retardation)을 주는 지연 필름으로서 각각 두 장 이상일 수도 있으며, 편광판(15, 25)은 그 편광축이 서로 거의 평행하게 배치되어 있다.

이러한 액정 표시 장치는 반사판(16)이 위치한 반사 영역과 그렇지 않은 투과 영역으로 나눌 수 있는데, 반사 영역에서는 상부 기판 집합체(20)의 위쪽에서 입사한 자연광 등의 빛이 반사판(16)에 의하여 반사되어 다시 위로 나가고, 투과 영역에서는 하부 기판 집합체(10)의 아래쪽에서 배치되어 있는 백라이트 램프(도시하지 않음) 따위에서 발광된 빛이 액정층(1)을 통과하여 위쪽으로 나간다. 본 실시예에 따르면, 반사 영역과 투과 영역에서의 액정층(1)의 배향 상태가 다르지만 액정층(1)의 두께는 실질적으로 동일하다.

반사 영역에 위치한 액정 물질은 상부 배향막(21, 27)과 하부 배향막(11,17) 중 한 배향막에 대해 수직으로, 다른 배향막에 대하여 수평으로 배향되어 있는 혼성(hybrid) 배향 구조를 가진다. 반면, 투과 영역에 위치한 액정 물질은 상부 배향막(21, 27)과 하부 배향막(21, 27)에 모두 수평으로 배향되어 비틀림(twisted)이 있거나 없는 수평 배향 구조를 가진다. 이때 수평 배향 구조의 수평 배향 방향 중 적어도 한 쪽은 혼성 배향 구조의 수평 배향 방향과 실질적으로 동일할 수 있으며, 비틀린 수평 배향 구조의 경우 비틀림각은 대략 90도 정도인 것이 바람직하나 대략 270도일 수도 있다. 도면에서 기판(13, 23) 면에 수직인 방향을 z, 세로 방향, 즉 인접한 반사판(16) 사이의 경계선 방향을 x, 그리고 가로 방향을 y로 표시하였다.

액정층(1)에 전기장이 인가되지 않았을 때, 혼성 배향 구조가 주는 광학적 지연(retardation), 즉 굴절률 이방성에 액정층(1)의 두께를 곱한 값은 상기 수평 배향 구조가 주는 광학적 지연의 대략 절반이 된다. 반사 영역으로 입사한 빛은 입사와 반사를 통해 두 번 액정층(1)을 지나고 투과 영역으로 입사한 빛은 액정층(1)을 한번 지나므로 반사 영역의 반사도와 투과 영역의 투과도는 같다.

하부 투명 전극(12)과 상부 투명 전극(22)에 서로 다른 크기의 전압이 인가되어 액정층(1)에 충분한 크기의 수직 전기장, 즉 기판(13, 23) 면에 대하여 수직인 전기장이 생성되면, 예를 들어 양의 유전 이방성을 갖는 액정층(1)의 액정 분자들은 그 장축이 전기장의 방향과 평행하게 되도록 재배열하므로 두 영역의 액정 분자들은 기판(13, 23)에 수평한 면에 대해서 수직하게 배열되어 반사 영역의 반사도와 투과 영역의 투과도가 사라진다.

그러면 도 1 내지 도 4에 도시한 각 액정 표시 장치에서의 액정층(1)의 배향 상태에 대하여 상세하게 설명한다. 설명의 편의상 앞으로는 액정층(1)이 양의 유전율 이방성을 가지는 것으로 가정한다.

도 1에 도시한 액정 표시 장치의 경우, 반사 영역의 액정(1)은 혼성 배향되어 있고 투과 영역의 액정(1)은 비틀림 없는 수평 배향되어 있다. 상세하게 설명하자면, 상부 기판(23)에 인접한 액정 분자는 모두 수평으로 배향되어 있지만, 하부 기판(13)에 인접한 액정 분자는 반사 영역에서는 수직으로 배향되어 있으며, 투과 영역에서는 수평으로 배향되어 있다. 여기에서 반사 영역의 하부 기판(13) 부근에서의 수직 배향 방향은 도면 부호 31로 표시하였고, 투과 영역의 하부 기판(13) 표면 부근에서의 수평 배향 방향은 세로 방향으로서 도면 부호 32로 표시하였으며, 상부 기판(23) 표면 부근에서의 수평 배향 방향은 세로 방향으로서 도면 부호 33으로 표시하였다.

도 2에 도시한 액정 표시 장치의 경우에도, 반사 영역의 액정(1)은 혼성 배향되어 있고 투과 영역의 액정(2)은 비틀림 없는 수평 배향되어 있다. 상세하게 설명하자면, 하부 기판(13)에 인접한 액정 분자는 모두 수평으로 배향되어 있지만, 상부 기판(23)에 인접한 액정 분자는 반사 영역에서는 수직으로 배향되어 있지만, 투과 영역에서는 수평(35)으로 배향되어 있다. 여기에서, 투과 영역의 상부 기판(23) 부근에서의 수평 배향 방향은 세로 방향으로서 도면 부호 35로 표시하였고, 반사 영역의 상부 기판(23) 표면 부근에서의 수직 배향 방향은 도면 부호 36으로 표시하였으며, 하부 기판(23) 표면 부근에서의 수평 배향 방향은 세로 방향으로서 도면 부호 37로 표시하였다.

도 3에 도시한 액정 표시 장치의 경우, 반사 영역의 액정(1)은 혼성 배향되어 있고 투과 영역의 액정(1)은 비틀린 수평 배향되어 있다. 상세하게 설명하자면, 상부 기판(23)에 인접한 액정 분자는 모두 수평으로 배향되어 있지만, 하부 기판(13)에 인접한 액정 분자는 반사 영역에서는 수직(31)으로 배향되어 있으며, 반사 영역에서는 수평으로 배향되어 있다. 여기에서 반사 영역의 하부 기판(13) 부근에서의 수직 배향 방향은 도면 부호 31로 표시하였고, 투과 영역의 하부 기판(13) 표면 부근에서의 수평 배향 방향은 세로 방향으로서 도면 부호 32로 표시하였으며, 상부 기판(23) 표면 부근에서의 수평 배향 방향은 가로 방향으로서 도면 부호 34로 표시하였는데, 상부 기판(23) 표면 부근에서의 액정 분자의 수평 배향 방향(34)이 가로 방향으로서, 세로 방향인 도 1의 경우와 구별된다.

도 4에 도시한 액정 표시 장치의 경우, 반사 영역의 액정(1)은 혼성 배향되어 있고 투과 영역의 액정(1)은 비틀린 수평 배향되어 있다. 상세하게 설명하자면, 하부 기판(13)에 인접한 액정 분자는 모두 수평으로 배향되어 있지만, 상부 기판(23)에 인접한 액정 분자는 반사 영역에서는 수직으로 배향되어 있으며, 투과 영역에서는 수평으로 배향되어 있다. 여기에서, 투과 영역의 상부 기판(23) 부근에서의 수평 배향 방향은 세로 방향으로서 도면 부호 35로 표시하였고, 반사 영역의 상부 기판(23) 표면 부근에서의 수직 배향 방향은 도면 부호 36으로 표시하였으며, 하부 기판(23) 표면 부근에서의 수평 배향 방향은 가로 방향으로서 도면 부호 38로 표시하였는데, 하부 기판(13) 표면 부근에서의 수평 배향 방향(38)이 가로 방향으로서, 세로 방향인 도 1의 경우와 구별된다.

이와 같은 수직 배향 및 수평 배향은 상부 및 하부 배향막(11, 21)의 종류를 달리하고 적절한 표면 처리를 함으로써 얻을 수 있다. 예를 들면, 배향막(11, 21)을 폴리이미드(polyimide) 등의 일반적인 액정 배향제로 만드는 경우에는, 수직 배향이 필요한 곳은 수직 배향을 주는 재료를, 수평 배향이 필요한 곳은 수평 배향을 주는 재료를 선택하고, 수평 배향 방향은 마스크를 사용하여 영역에 따라 서로 다른 방향으로 러빙(rubbing)함으로써 결정할 수 있다.. 다른 예로는, 자외선 영역에서 흡수 파장 대역을 가지며, 가시광선 영역에서 높은 투과율을 갖는 광반응성 수지로 배향막(11, 21)을 제조하는 것이다. 특정 종류의 광반응성 수지로 만든 배향막(11, 21)에 자외선을 조사하지 않았을 경우 이 배향막(11, 21)은 액정 분자들을 수직으로 배향시키고, 자외선을 조사하면 입사광의 편광 방향에 수직한 평면으로 액정 분자들이 배향된다. 이와는 달리, 다른 종류의 광반응성 수지로 배향막(11, 21)을 만들면, 이 배향막(11, 21)은 예컨대 자외선을 조사하지 않으면 수평 배향을 주고 자외선을 조사하면 자외선 조사 방향에 따라 일정한 방향으로 재배열하는 특성을 가지게 될 수 있다.

그러면, 자외선 조사 전에 수직 배향을 주는, 앞서 설명한 광반응성 수지와 자외선 조사법을 사용하여 수직 및 수평 배향을 얻는 방법에 대하여 도 5 및 도 6을 참고로 하여 상세하게 설명한다.

도5는 하부 기판(13)에 수직 및 수평 배향을 얻는 방법을 나타낸 도면이다.

도 5를 참고하면, 광반응성 수지로 만들어진 배향막(11)에 하부 기판(13)의 바깥 면 쪽에서 자외선을 조사하면 반사판(16)에 의해 자외선이 차단되는 반사 영역에서는 도면 부호 31로 표시한 방향의 수직 배향을 얻을 수 있고, 자외선이 통과하여 조사되는 투과 영역에서는 예를 들면 도면 부호 32로 표시한 방향의 수평 배향을 얻을 수 있다.

도6은 상부 기판(23)에 수직 및 수평 배향을 얻는 방법을 나타내는 도면이다.

도 6을 참고하면, 투명 전극(12)과 반사판(16)이 형성된 하부 기판(13)의 안쪽 면에 자외선 영역에서 흡수 파장 대역을 갖지 않는 배향막(17)을 도포하여 하부 기판 집합체(70)를 만들고, 투명 전극(22)이 형성된 상부 기판(23)의 안쪽 면에 광반응성 수지를 도포하여 상부 기판 집합체(80)를 만든 다음, 두 기판 집합체(70, 80)를 결합한다. 하부 기판 집합체(70)의 바깥 면 쪽에서 자외선을 조사하면 반사판(16)에 의해 자외선이 차단되는 반사 영역에서는 상부 기판(23)에 도면 부호 36으로 나타낸 방향의 수직 배향을 얻을 수 있고, 자외선이 통과하여 조사되는 투과 영역에서는 예를 들면 도면 부호 35로 나타낸 방향의 수평 배향을 얻을 수 있다.

이와 같이 반사판(16)을 차광 부재로 사용하여 수평 배향과 수직 배향을 형성하므로, 하부 기판(13) 또는 상부 기판(23)에 형성되는 수직 배향과 수평 배향 영역의 모양과 반복 주기는 반사판(16)의 모양과 반복 주기에 의해 결정된다.

도7과 도8은 하부 기판(13)에 형성된 반사판(16)의 모양과 반복 주기를 나타낸 도면으로서, 도 7은 1차원 주기적으로, 도 8은 2차원 주기적으로 반사판을 형성한 예를 보여주고 있다. 반사판(16)이 반복되어 형성되는 주기(X1, Y1)와 반사판(16)의 폭과 길이(X2, Y2)는 제한이 없으나 반사판(16)의 폭은 주기보다 작은 것이 바람직하다. 또한, 반사판(16)의 모양은 사각형이 아니어도 가능하며, 반사판(16)의 반복 주기를 이루는 단위 반사판(16)은 하나 이상의 기하학적 모양으로 구성될 수 있다.

그러면, 도9와 도10을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 다중모드 구조의 반투과형 액정 표시 장치의 동작에 대하여 상세하게 설명한다.

도9 및 도 10 각각 도 1에 도시한 다중모드 구조의 반투과형 액정 표시 장치의 밝은 상태와 어두운 상태를 나타낸 도면이다.

앞서 설명한 것처럼, 전기장이 없을 때, 양의 유전 이방성을 갖는 액정층(1)이 반사판(16)이 있는 반사 영역에서는 상부와 하부 기판(13, 23)에서 각각 수평과 수직으로 배향된 혼성 배향 구조를 이루고, 반사판(16)이 없는 투과 영역에서는 상부와 하부 기판(13, 23)에서 수평으로 배향된 수평 배향 구조를 이룬다.

여기서, 수평 배향된 투과 영역에서 액정층(1)의 광학적 지연(retardation), 즉 굴절률 이방성(Δn)에 액정층(1)의 두께(d)를 곱한 값이 입사광의 파장(λ)의 절반(λ/2)이 되는 경우에, 혼성 배향된 반사 영역에서의 지연값은 투과 영역에서의 지연값의 대략 절반인 λ/4가 된다.

도9를 참조하여, 반사 영역에서는 액정층(1)의 지연이 λ/4이므로, 상부 기판(23)의 외부에서 입사되는 빛은 상부 편광판(25)에 의해 편광축 방향으로 선형 편광(51)되고, 선형 편광(51)된 빛은 λ/4의 위상차를 주는 광학판(24)을 통과하면서 원형 편광(52)되고, 원형 편광(52)된 빛은 λ/4의 지연을 주는 액정층(1)을 통과하여 선형 편광(51)과 직교하는 선형 편광(53)을 가지게 된다. 이 빛은 반사판(16)에서 반사되어 반사전의 선형 편광(53)과 위상이 180도 다르고 편광 방향은 같은 선형 편광(54)을 가지며, 이 빛은 액정층(1)을 다시 통과하여 원형 편광(55)되고, 원형 편광(55)된 빛은 광학판(24)을 통과하여 상부 편광판(25)의 편광축과 같은 방향으로 선형 편광(56)되므로, 결국 반사 영역에서 밝은 상태를 나타낸다.

반면, 투과 영역에서는 액정층(1)의 지연이 λ/2이므로, 기판(23)의 바깥 면에서 입사된 빛은 하부 편광판(15)에 의해 편광축 방향으로 선형 편광(61)되고, 선형 편광(61)된 빛은 λ/4의 위상차를 주는 하부 광학판(14)을 통과하면서 원형 편광(62)되고, 원형 편광(62)된 빛은 λ/2의 지연을 주는 액정층(1)을 통과하여 원형 편광(62)과 위상이 180도 차이가 나는 원형 편광(63)이 되고, 원형 편광(63)된 빛은 하부 광학판(14)과 같이 λ/4의 위상차를 주는 상부 광학판(24)을 통과하여 상부 편광판(25)의 편광축과 같은 방향으로 선형 편광(64)되므로, 결국 투과 영역에서도 밝은 상태를 나타낸다.

도10에서와 같이, 액정층(1)에 충분한 크기의 수직 전기장이 인가되면, 양의 유전 이방성을 갖는 액정(1)은 배향막(11, 21) 표면에서는 초기 상태를 거의 유지한다. 즉, 수직 배향된 곳에서는 수직 배향을 유지하고, 수평 배향된 곳에서도 비교적 수평 배향을 유지한다. 그러나 배향막(11, 21) 표면을 제외한 부피(bulk) 영역에서는 전기장의 방향에 따라 재배열하여 수직으로 배향하므로 반사 영역과 투과 영역의 액정층에서 지연이 나타나지 않는다.

도10을 참조하면, 반사 영역에서는 액정층(1)의 지연이 없으므로, 상부 기판(23)의 외부에서 입사된 빛은 상부 편광판(25)에 의해 편광축 방향으로 선형 편광(71)되고, 선형 편광(71)된 빛은 λ/4의 위상차를 주는 광학판(24)을 통과하면서 원형 편광(72)되고, 원형 편광(72)된 빛은 편광 변화 없이 액정층(1)을 통과하여 원형 편광(72)과 같은 원형 편광(73)을 유지한다. 이 빛은 반사판(16)에서 반사되어 반사 전의 원형 편광(73)과 위상이 180도 다른 원형 편광(74)을 가지고, 이 빛은 편광 변화 없이 액정층(1)을 다시 통과하여 원형 편광(74)과 같은 원형 편광(75)을 유지하며, 원형 편광(75)된 빛은 광학판(24)을 통과하여 상부 편광판(25)의 편광축과 직교하는 방향으로 선형 편광(76)되므로, 결국 반사 영역에서 어두운 상태를 나타낸다.

반면, 투과 영역에서도 액정층(1)의 지연이 없으므로, 기판(13)의 바깥 면에서 입사된 빛은 하부 편광판(15)에 의해 편광축 방향으로 선형 편광(81)되고, 선형 편광(81)된 빛은 λ/4의 위상차를 갖는 하부 광학판(14)을 통과하면서 원형 편광(82)되고, 원형 편광(82)된 빛은 편광 변화 없이 액정층을 통과하여 원형 편광(82)과 같은 원형 편광(83)을 유지하고, 원형 편광(83)된 빛은 하부 광학판(14)과 같이 λ/4의 위상차를 주는 상부 광학판(24)을 통과하여 상부 편광판(25)의 편광축과 직교하는 방향으로 선형 편광(84)되므로, 결국 투과 영역에서도 어두운 상태를 나타낸다.

도11a 및 도 11b는 도 1 내지 도 4에 도시한 다중모드 구조의 반투과형 액정 표시 장치에서 반사판을 제거한 후 직교 편광자 하에서 현미경으로 관찰한 사진으로서, 각각 전기장이 없을 때와 있을 때를 보여준다. 여기서, 화살표는 직교 편광자의 편광 방향을 나타내는 것으로서 P는 하부 편광판, 즉 편광자(polarizer)의 편광 방향을, A는 상부 편광판, 즉 검광자(analyzer)의 편광 방향을 나타낸다. 액정 물질로는 Merck사에 판매하는 8.2의 양의 유전 이방성을 갖는 상품명 MLC-6012를 사용하였다.

도11a에서 보는 바와 같이, 전기장이 없을 때, 수평 배향이 되어 있는 투과 영역이 반사판이 제거되고 혼성 배향되어 있는 반사 영역보다 밝은 것으로 나타났다. 앞서 설명하였듯이 반사 영역이 투과 영역에 비해 굴절률 이방성이 절반으로 작아 밝기가 다르게 나타나는 것이다. 도11b에서 보는 바와 같이, 충분한 크기의 전기장이 인가된 경우에는 투과 영역과 반사 영역이 모두 어두워졌다. 앞서 설명하였듯이 액정이 두 영역에서 모두 수직 배향되어 굴절률 이방성이 사라지기 때문에 어두워지는 것이다.

도12는 본 발명의 한 실시예에 따른 다중모드 구조의 반투과형 액정 표시 장치의 투과율 특성을 나타낸 도면으로서, 혼성 배향된 반사 영역의 반사도와 수평 배향된 투과 영역의 투과도를 액정층에 인가된 전압, 즉 하부 전극(12)과 상부 전극(22) 사이의 전압의 함수로 나타낸 그래프이다. 여기서, 인가된 전압의 크기가 커짐에 따라 반사도 및 투과도가 감소하여 어두워지는 것을 확인할 수 있다.

이상과 같이, 본 발명은 주기적으로 배치된 반사판과 광반응성 물질을 사용하여 다중모드 구조의 반투과형 액정 표시 장치를 제공할 수 있다. 본 발명의 액정 표시 장치는 반사 영역과 투과 영역에서의 액정층의 두께가 동일하면서도 반사형과 투과형으로 사용될 수 있으며, 추가 공정 및 추가 소자가 필요하지 않은 장점이 있으므로 실내와 실외에서 동시에 사용할 수 있는 반투과형 액정 표시 장치로 적합하다.

이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.

도 1 내지 도 4는 본 발명의 여러 실시예에 따른 액정 표시 장치의 개략도이고,

도 5는 본 발명의 한 실시예에 따라 액정 표시 장치의 하부 기판을 제작하는 방법을 나타낸 도면이고,

도 6은 본 발명의 한 실시예에 따라 상부 기판을 제작하는 방법을 나타낸 도면이고,

도 7 및 도 8은 본 발명의 실시예에 따른 반사판의 모양을 나타낸 도면이고,

도 9 및 도 10은 각각 도 1의 다중모드 구조의 반투과형 액정 표시 장치의 밝은 상태와 어두운 상태를 구현하는 원리를 나타낸 도면이고.

도 11a 및 도 11b는 본 발명의 한 실시예에 의한 다중모드 구조의 반투과형 액정 표시 장치를 수평 배향된 투과 영역과 혼성 배향된 반사 영역의 직교 편광자 하에서의 현미경 사진으로서, 도11a는 전기장이 없을 때를 나타내고, 도11b는 전기장이 있을 때를 나타내며,

도 12는 본 발명의 한 실시예에 따른 다중모드 구조의 반투과형 액정 표시 장치의 투과 영역에서의 투과도와 반사 영역에서의 반사도를 전압의 함수로 나타낸 도면이다.

Claims (29)

1. 제1 배향막과 그 아래에 위치한 복수의 반사 부재를 포함하는 제1기판,

   상기 제1 배향막과 마주보는 제2 배향막을 포함하며 상기 제1기판과 소정의 간극을 두고 이격된 제2 기판, 그리고

   상기 제1 기판과 상기 제2 기판 사이에 주입되어 있으며, 혼성 배향 구조를 가지는 복수의 혼성 배향 영역과 수평 배향 구조를 가지는 복수의 수평 배향 영역을 포함하는 액정층을 포함하는 액정 표시 장치.
2. 제1항에서,

   상기 반사 부재는 상기 혼성 배향 영역과 대응하는 위치에 배치되어 있는 액정 표시 장치.
3. 제2항에서,

   상기 액정층의 두께는 상기 혼성 배향 영역과 상기 수평 배향 영역에서 실질적으로 동일한 액정 표시 장치.
4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에서,

   상기 혼성 배향 영역의 액정은 상기 제1 배향막 부근에서 수직 배향되어 있고 상기 제2 배향막 부근에서 수평 배향되어 있는 액정 표시 장치.
5. 제4항에서,

   상기 수평 배향 영역의 액정은 비틀림 배향되어 있는 액정 표시 장치.
6. 제5항에서,

   상기 수평 배향 영역의 액정은 상기 제2 배향막 부근에서 상기 혼성 배향 영역의 액정과 동일한 방향으로 수평 배향되어 있는 액정 표시 장치.
7. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에서,

   상기 혼성 배향 영역의 액정은 상기 제1 배향막 부근에서 수평 배향되어 있고 상기 제2 배향막 부근에서 수직 배향되어 있는 액정 표시 장치.
8. 제7항에서,

   상기 수평 배향 영역의 액정은 비틀림 배향되어 있는 액정 표시 장치.
9. 제8항에서,

   상기 수평 배향 영역의 액정은 상기 제1 배향막 부근에서 상기 혼성 배향 영역의 액정과 동일한 방향으로 수평 배향되어 있는 액정 표시 장치.
10. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에서,

    상기 혼성 배향 영역의 수평 배향 방향과 상기 수평 배향 영역의 수평 배향 방향은 동일한 액정 표시 장치.
11. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에서,

    상기 반사 부재는 띠, 직사각형 또는 정사각형의 형태를 가지는 액정 표시 장치.
12. 제11항에서,

    상기 혼성 배향 영역의 수평 배향 방향과 상기 수평 배향 영역의 수평 배향 방향은 상기 반사 부재의 경계와 평행 또는 수직인 액정 표시 장치.
13. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에서,

    상기 제1 및 제2 배향막 중 적어도 하나는 광배향되어 있는 액정 표시 장치.
14. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에서,

    상기 제1 및 제2 기판에 각각 부착되어 있으며 투과축이 서로 평행한 제1 및 제2 편광판을 더 포함하는 액정 표시 장치.
15. 제14항에서,

    상기 제1 기판과 상기 제1 편광판 사이 또는 상기 제2 기판과 상기 제2 편광판 사이에 삽입되어 있으며 입사광 파장의 1/4의 지연을 주는 적어도 하나의 광학판을 더 포함하는 액정 표시 장치.
16. 복수의 반사 영역과 복수의 투과 영역을 포함하는 액정 표시 장치로서,

    제1 배향막을 포함하는 제1기판,

    상기 제1 배향막과 대면하는 제2 배향막을 포함하며, 상기 제1기판과 소정의 간격을 두고 이격된 제2 기판, 그리고

    상기 제1 기판과 상기 제2 기판 사이에 주입된 액정층

    을 포함하며,

    상기 제1기판은 상기 제1 배향막 아래에 구비되며 상기 반사 영역에 위치한 복수의 반사판을 포함하고,

    상기 반사 영역의 액정층은 상기 제1배향막에 인접한 곳에서는 제1 경사각으로 배향되어 있고 상기 투과 영역의 액정층은 상기 제1 배향막에 인접한 곳에서 상기 제1경사각과는 다른 제2 경사각으로 배향되어 있으며,

    상기 액정층은 제2 기판에 인접한 곳에서 제3 경사각으로 배향되어 있는 액정 표시 장치.
17. 반사 영역과 투과 영역을 포함하는 액정 표시 장치로서,

    제1 배향막을 포함하는 제1기판,

    상기 제1배향막과 대면하는 제2 배향막을 포함하며, 상기 제1기판과 소정의 간격을 두고 이격된 제2 기판, 그리고

    상기 제1 기판과 상기 제2 기판 사이에 주입된 액정층

    을 포함하며,

    상기 제1 기판은 상기 제1 배향막 아래에 구비되며 상기 반사 영역에 위치하는 복수의 반사판을 포함하고,

    상기 반사 영역의 액정층은 상기 제2 배향막에 인접한 곳에서는 제1 경사각으로 배향되어 있고 상기 투과 영역의 액정층은 상기 제2 배향막에 인접한 곳에서 상기 제1 경사각과는 다른 제2 경사각으로 배향되어 있으며,

    상기 액정층은 제1 기판에 인접한 곳에서 제3 경사각으로 배향되어 있는

    액정 표시 장치.
18. 제16항 또는 제17항에서,

    상기 액정층의 두께는 상기 반사 영역과 상기 투과 영역에서 동일한 액정 표시 장치.
19. 제18항에서,

    상기 반사판은 띠의 형태로 뻗어 있고 한 방향으로 배열되어 있거나 섬의 형태로 사방으로 배열되어 있는 액정 표시 장치.
20. 제18항에서,

    상기 제1배향막과 상기 제2배향막 중 적어도 하나는 광배향 물질로 이루어진 액정 표시 장치.
21. 제18항에서,

    상기 제1 경사각은 85 내지 90 범위 내에 있고, 상기 제2 및 제3 경사각은 0 내지 5 범위 내에 있는 액정 표시 장치.
22. 제18항에서,

    상기 투과 영역의 액정층은 비틀린 수평 배향되어 있는 액정 표시 장치.
23. 제18항에서,

    상기 제1 및 제2 기판에 각각 부착되어 있으며 투과축이 서로 평행한 제1 및 제2 편광판을 더 포함하는 액정 표시 장치.
24. 제23항에서,

    상기 제1 기판과 상기 제1 편광판 사이 또는 상기 제2 기판과 상기 제2 편광판 사이에 삽입되어 있으며 입사광 파장의 1/4의 지연을 주는 적어도 하나의 광학판을 더 포함하는 액정 표시 장치.
25. 제1면과 제2면을 가지는 기판의 제1면 위에 복수의 반사판을 형성하는 단계,

    상기 반사판 위에 배향막을 도포하는 단계, 그리고

    상기 반사판을 이용하여 상기 배향막을 처리하여 액정에 서로 다른 경사각을 주는 복수의 영역을 상기 배향막에 형성하는 단계

    를 포함하는 액정 표시 장치의 제조 방법.
26. 제25항에서,

    상기 배향막의 처리는 상기 기판의 제2면으로부터 상기 배향막에 빛을 조사하는 것을 포함하는 액정 표시 장치의 제조 방법.
27. 제1 기판 위에 복수의 반사판을 형성하는 단계,

    제2 기판 위에 제2 배향막을 도포하는 단계, 그리고

    상기 제1 기판을 이용하여 상기 제2 배향막을 처리하여 액정에 서로 다른 경사각을 주는 복수의 영역을 상기 제2 배향막에 형성하는 단계

    를 포함하는 액정 표시 장치의 제조 방법.
28. 제27항에서,

    상기 제2 배향막의 처리는 상기 제1 기판을 통하여 상기 제2 배향막에 빛을 조사하는 것을 포함하는 액정 표시 장치의 제조 방법.
29. 제27항 또는 제28항에서,

    상기 제2 배향막의 처리 이전에 상기 제1 기판과 상기 제2 기판을 결합하는 단계를 더 포함하는 액정 표시 장치의 제조 방법.