KR20160010113A

KR20160010113A - 액정 표시장치

Info

Publication number: KR20160010113A
Application number: KR1020140091020A
Authority: KR
Inventors: 김재훈
Original assignee: 한양대학교 산학협력단
Priority date: 2014-07-18
Filing date: 2014-07-18
Publication date: 2016-01-27
Also published as: KR101596585B1

Abstract

액정 표시장치를 제공한다. 이러한 액정 표시장치는 반사판 및 상기 반사판 상에 위치하되, 편광을 발광하는 활성층을 포함하는 유기발광소자를 포함하는 투과 광원부, 상기 투과 광원부 상에 위치하되, 액정층 및 상기 액정층 상에 위치하는 편광판을 포함하는 액정 패널을 포함하고, 외부광을 이용한 반사모드 또는 상기 투과 광원부의 편광을 이용한 투과모드로 동작 가능한 것을 특징으로 한다. 따라서, 편광 유기발광소자를 이용하여 반사 모드 또는 투과 모드로 동작하는 액정 표시장치를 구현할 수 있다.

Description

액정 표시장치{Liquid crystal display}

본 발명은 액정 표시장치에 관한 것으로, 더욱 자세하게는 편광 유기발광소자를 이용한, 반사 및 투과 모드가 선택 가능한 액정 표시장치에 관한 것이다.

일반적으로 액정 표시장치는 사용되는 광원에 따라 투과형(transmission type) 및 반사형(reflection type) 등으로 구분할 수 있다.

투과형은 액정 패널의 배면에 위치되는 백 라이트(back light)의 빛을 광원으로 사용하며, 반사형은 백 라이트의 빛을 사용하지 않는 대신 외부의 자연광원 또는 인조광원을 사용한다.

이때의 투과형은 인위적인 배면 광원을 사용하므로 전력소비가 크고 주변이 밝은 장소에서 화질이 저하된다는 단점이 있으며, 반사형은 외부로부터 유입되는 광에 의존하므로 어두운 장소에서 휘도가 저하된다는 단점이 있다.

이러한 문제점들에 의해 대한민국 공개특허 제10-2007-0027918(2007.03.12.) 등과 같이, 반사투과형(transflection type) 액정표시장치가 제안되었다. 반사투과형 액정표시장치는 하나의 화소 내에 투과 영역과 반사 영역이 공존하여, 어두운 환경에서는 투과 영역을 통해 배면광을 이용하여 투과형으로 사용하고 밝은 환경에서는 주변광을 이용하여 반사형으로 사용하는 액정 표시장치이다.

그러나, 이러한 반사투과형 방식은 투과 영역과 반사 영역이 구분되어 존재하는 것이기 때문에 그 구조가 복잡하며, 해상도 저하 및 각각의 모드의 휘도가 낮아진다는 문제점이 있다.

본 발명이 해결하고자 하는 과제는 반사형과 투과형 방식이 단일 또는 복합적으로 기능하여 시인성이 우수한 고품질의 액정 표시장치를 제공함에 있다.

상기 과제를 이루기 위하여 본 발명의 일 측면은 액정 표시장치를 제공한다. 이러한 액정 표시장치는 반사판 및 상기 반사판 상에 위치하되, 편광을 발광하는 활성층을 포함하는 유기발광소자를 포함하는 투과 광원부 및 상기 투과 광원부 상에 위치하되, 액정층 및 상기 액정층 상에 위치하는 편광판을 포함하는 액정 패널을 포함하고, 외부광을 이용한 반사모드 또는 상기 투과 광원부의 편광을 이용한 투과모드로 동작 가능한 것을 특징으로 한다.

이때의 유기발광소자는, 하부 전극, 상기 하부 반사전극 상에 위치하되, 편광을 발광하는 활성층 및 상기 활성층 상에 위치하는 상부 투과전극을 포함할 수 있다.

또한, 상기 반사판이 상기 유기발광소자의 하부 전극일 수 있다.

또한, 상기 반사판 상에 유기발광소자의 하부 전극이 별도로 구비된 경우, 상기 하부 전극은 투과전극일 수 있다.

또한, 상기 반사판은 Ag, Al, Ni, Cu, Pt, Pd, Rh 또는 이들의 합금으로 이루어지는 것일 수 있다.

또한, 상기 활성층은 한 방향으로 배열된 단일축의 액정 폴리머 또는 올리고머를 포함할 수 있다.

또한, 상기 활성층은 상기 활성층은 네마틱 상을 가지는 발광물질을 포함할 수 있다.

또한, 상기 상부 투과전극은 ITO, FTO, IZO, AZO, ZnO 또는 Au 박막으로 이루어질 수 있다.

또한, 상기 액정층은 λ/4의 위상값을 가지는 네마틱 액정층일 수 있다.

또한, 상기 액정층은 TN(Twisted Nematic), STN(Super Twisted Nematic), ECB(Electrically Controlled Birefringence), OMI(Optical Mode Interference), OCB(Optically Compensated Birefringence), HAN(Hybrid Aligned Nematic), IPS(In Plane Switching), VA(Vertical Alignment)모드 중 어느 하나의 모드로 적용되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 활성층에서 발광되는 편광의 광축은 상기 편광판의 축과 일치하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 투과 광원부는 액티브 매트릭스 방식 또는 패시브 매트릭스 방식으로 구동되는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따르면, 편광 유기발광소자를 이용함으로써, 반사형과 투과형 방식이 단일 또는 복합적으로 기능할 수 있는 시인성이 우수한 고품질의 액정 표시장치를 제공할 수 있다.

또한, 간단한 구조를 가지면서도 액정 셀 전체가 선택적으로 투과모드 또는 반사모드로 사용될 수 있다.

본 발명의 기술적 효과들은 이상에서 언급한 것들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 효과들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 액정 표시장치의 개략적인 구성을 나타낸 단면도이다.
도 2는 유기발광소자의 일 단면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 액정 표시장치의 투과모드 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 액정 표시장치의 반사모드 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 제조예에 따라 제조된 액정 표시장치의 특성을 측정한 그래프이다.

이하, 첨부된 도면을 참고하여 본 발명에 의한 실시예를 상세히 설명하면 다음과 같다.

본 발명이 여러 가지 수정 및 변형을 허용하면서도, 그 특정 실시예들이 도면들로 예시되어 나타내어지며, 이하에서 상세히 설명될 것이다. 그러나 본 발명을 개시된 특별한 형태로 한정하려는 의도는 아니며, 오히려 본 발명은 청구항들에 의해 정의된 본 발명의 사상과 합치되는 모든 수정, 균등 및 대용을 포함한다.

층, 영역 또는 기판과 같은 요소가 다른 구성요소 "상(on)"에 존재하는 것으로 언급될 때, 이것은 직접적으로 다른 요소 상에 존재하거나 또는 그 사이에 중간 요소가 존재할 수도 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다.

비록 제1, 제2 등의 용어가 여러 가지 요소들, 성분들, 영역들, 층들 및/또는 지역들을 설명하기 위해 사용될 수 있지만, 이러한 요소들, 성분들, 영역들, 층들 및/또는 지역들은 이러한 용어에 의해 한정되어서는 안 된다는 것을 이해할 것이다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 액정 표시장치의 개략적인 구성을 나타낸 단면도이다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 액정 표시장치는 자발광원인 투과광원부(10) 및 액정 패널(20)을 포함한다.

투과광원부(10)는 반사판(100) 및 상기 반사판(100) 상에 위치하되, 편광을 발광하는 활성층(220)을 포함하는 유기발광소자(200)를 포함할 수 있다. 이러한 유기발광소자(200)를 편광 OLED라 한다.

반사판(100)은 외부광 또는 유기발광소자(200)에서 방출되는 편광을 상부로 반사시키는 역할을 한다.

이러한 반사판(100)은 Ag, Al, Ni, Cu, Pt, Pd, Rh 또는 이들의 합금으로 이루어질 수 있다.

이러한 반사판(100)은 경우에 따라 후술하는 유기발광소자(200)의 하부 전극(210) 역할을 할 수도 있다. 즉, 반사판(100)이 하부 전극(210) 역할을 할 경우, 반사판(100)은 반사전극일 수 있다.

유기발광소자(200)는 반사판(100) 상에 위치한다. 유기발광소자(200)와 관련하여 도 2를 참조하여 설명한다.

도 2는 유기발광소자의 일 단면도이다.

도 2를 참조하면, 유기발광소자(200)는 하부 전극(210), 상기 하부 전극(210) 상에 위치하되, 편광을 발광하는 활성층(220) 및 상기 활성층(220) 상에 위치하는 상부 투과전극(230)을 포함할 수 있다.

하부 전극(210)은 음극(cathode)일 수 있다. 다만, 경우에 따라 하부 전극(210)은 양극(anode)일 수도 있다.

이러한 하부 전극(210)은 상기 반사판 상에 별도로 구비된 경우, 투과전극일 수 있다.

한편, 상술한 반사판(100)이 전극 역할을 하는 경우, 반사판(100)이 유기발광소자의 하부 전극(210)이 되며, 반사판 상에 별도의 전극을 구비할 필요가 없다. 이 경우, 하부 전극(210)은 반사전극일 것이다.

활성층(220)은 편광을 발광하는 물질을 포함할 수 있다. 유기발광소자(200)의 상부 전극(230) 및 하부 전극(210)에 전압을 인가하면 양극에서 정공이 음극에서 전자가 활성층(220)으로 이동하여 전자와 정공이 결합한 엑시톤을 형성하고 엑시톤이 여기상태에서 기저상태로 전이하면서 빛을 방출하게 된다. 이러한 방출된 빛은 활성층(220)의 물질 종류에 따라 편광을 발광할 수 있다.

이러한 활성층(220)은 네마틱 상을 가지는 발광물질을 포함할 수 있다. 예를 들어, 활성층(220)은 PPV(Poly(phenylene vinylene)) 또는 PFO(Polyfluorenes)를 포함할 수 있다.

또한, 활성층(220)은 한 방향으로 배열된 단일축의 액정 폴리머 또는 올리고머를 포함할 수 있다.

다시 도 1을 참조하면, 상부 투과전극(230)은 활성층(220) 상에 위치한다. 이러한 상부 투과전극(230)은 양극(anode)일 수 있다. 한편, 경우에 따라 하부 전극(210)이 양극인 경우, 상부 전극(230)은 음극일 수 있다.

이러한 상부 투과전극(230)은 ITO(Indium Tin Oxide), FTO(Fluorine-doped Tin Oxide), IZO(Indium Zinc Oxide), AZO(Al-doped ZnO), ZnO 또는 Au 박막으로 이루어지는 것일 수 있다.

액정 패널(20)은 상기 투과 광원부(10) 상에 위치하되, 액정층(300) 및 상기 액정층(300) 상에 위치하는 편광판(400)을 포함할 수 있다.

액정 패널(20)은 광을 변조시켜 화상을 형성하는 역할을 한다. 액정 패널(20)의 액정층(300)은 TN(Twisted Nematic), STN(Super Twisted Nematic), ECB(Electrically Controlled Birefringence), OMI(Optical Mode Interference), OCB(Optically Compensated Birefringence), HAN(Hybrid Aligned Nematic), IPS(In Plane Switching), VA(Vertical Alignment)모드 중 어느 하나의 모드로 적용될 수 있다. 예를 들어, 액정 패널(20)은 VA-ECB(Electrically Controlled Birefringence) 모드일 수 있다.

또한, 액정층(300)은 λ/4의 위상값을 가지는 네마틱 액정층일 수 있다.

이러한 액정층(300)은 두 전극(미도시)에 인가된 전압차에 의해 발생된 전계에 의해 구동될 수 있다.

예를 들어, 액정층(300)의 상부 및 하부에는 상부기판(미도시) 및 하부기판(미도시)이 위치할 수 있다. 또한, 이러한 기판과 액정층 사이에 액정층용의 배향막(미도시)이 더 위치할 수 있다. 한편, 이러한 경우, 편광판(400)은 상부기판 상에 위치할 것이다.

이때의 하부기판은 TFT 어레이 기판일 수 있다. 이러한 TFT 어레이 기판에는 데이터라인들, 게이트라인들, TFT(Thin Film Transistor), 및 스토리지 커패시터(Storage Capacitor, Cst) 등이 형성될 수 있다. 그리고 이러한 하부기판에는 TFT에 접속된 화소 전극이 위치할 수 있다.

또한, 이때의 상부기판은 컬러필터 어레이 기판일 수 있다. 이러한 컬러필터 어레이 기판은 블랙매트릭스(BM), 컬러필터 및 공통 전극 등이 형성될 수 있다.

따라서, 공통 전극에 인가된 공통 전압과 화소 전극에 인가된 화소 전압의 차이에 의해 액정층(300)에 전계가 형성되며, 그에 의해 액정이 구동될 수 있다.

편광판(400)은 무편광인 외부광을 편광시키는 역할을 한다. 또한, 이러한 편광판(400)은 액정층(300)을 지나 외부로 방출되는 편광 중 편광판(400)의 광축과 일치하는 편광만 방출시키는 역할을 한다.

이러한 편광판(400)의 축은 활성층(220)에서 발광되는 편광의 광축과 일치할 수 있다. 한편, 경우에 따라 편광판의 축은 활성층(220)에서 발광되는 편광의 광축과 직교할 수도 있다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 액정 표시장치의 투과모드(Transmissive mode) 동작을 설명하기 위한 도면이다.

도 3을 참조하면, 편광 OLED는 PM 방식으로 구동되는 것(PM OLED)을 예로 설명한다.

투과모드에서는 편광 OLED가 배면 광원 역할을 하기 때문에 편광 OLED는 스위치 온(on) 상태(PMOLED on)가 유지된다. 그리고 액정 스위칭(LC switching)을 통하여 화이트(white) 상태 또는 블랙(black) 상태를 구현할 수 있다.

또한, 편광 OLED에서 방출되는 편광의 광축(0도)과 편광판의 축(0도)은 일치한다.

만일, 액정층에 전계를 인가하지 않은 경우(Field off), 액정은 수직으로 서 있게 되고, 편광 OLED에서 방출된 편광은 액정층을 위상 지연 변화가 없이 통과하게 되므로, 편광판을 통과할 수 있는 바, 화이트(white) 상태가 된다.

만일, 액정층에 전계를 인가하는 경우(Field on), 액정이 위상 지연값 (half wave plate)을 나타내어, 액정층을 통과한 편광의 위상이 약 90도 변화하게 되므로, 편광판을 통과할 수 없는 바, 블랙(black) 상태가 된다.

한편, 이러한 편광 OLED는 PM 구동뿐만 아니라 AM 구동(AM OLED)도 가능하다. 투과 모드에서 AM OLED 구동을 할 경우에는 액정층은 수직으로 서있으며, 편광 OLED의 광축은 상부의 편광판 축과 일치하게 되어 편광 OLED 에서 발광되는 빛은 96% 이상 투과하게 되어 기존 배면 광원 대비 약 2배의 광 효율을 나타낼 수 있다. 한편, 이러한 광 효율 향상 효과는 PM 구동에서도 마찬가지로 나타난다.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 액정 표시장치의 반사모드(Reflective mode) 동작을 설명하기 위한 도면이다.

도 4를 참조하면, 편광 OLED는 PM 방식으로 구동되는 것(PM OLED)을 예로 설명한다.

반사모드에서는 외부광이 광원 역할을 하기 때문에 편광 OLED는 스위치 오프(off) 상태(PMOLED off)가 유지된다. 그리고, 액정 스위칭(LC switching)을 통하여 화이트(white) 상태 또는 블랙(black) 상태를 구현할 수 있다.

이 경우, 먼저 외부광이 편광판을 지나 편광된 외부광이 된다.

그 다음에, 만일, 액정층에 전계를 인가하지 않은 경우(Field off), 액정은 수직으로 서 있게 되고, 편광된 외부광이 액정층을 위상 지연 변화가 없이 통과 후, 유기발광소자를 통과하며, 반사판을 통해 반사되고, 다시 유기발광소자 및 액정층을 위상 지연 변화가 없이 통과하게 되므로, 편광판을 통과할 수 있는 바, 화이트(white) 상태가 된다.

한편, 만일, 액정층에 전계를 인가하는 경우(Field on), 이때의 액정층의 위상 지연을 quarter wave plate로 조절할 경우, 편광된 외부광이 액정층을 지나 반사판을 통해 반사되고, 다시 액정층을 통과하면서 편광된 외부광의 위상이 약 90도 변화하게 되므로, 편광판을 통과할 수 없는 바, 블랙(black) 상태가 된다.

또한, OLED층 구성을 위해 사용되는 기판을 액정 패널에 일체형으로 부착이 가능하다. 따라서, 추가적인 백라이트 모듈(backlight module) 없이 디스플레이 소자 구현이 가능하다.

제조예

본 발명의 일 실시예에 따른 액정 표시장치를 제조하였다.

상술한 도 3 및 도 4 구조를 기반으로 시편을 제작하였다.

액정층의 액정(LC)은 MLC-6608(negative LC)를 사용하였고, 이러한 액정을 배향하기 위한 배향막은 AL60702(JSR)을 사용하였다.

또한, 액정층의 액정 모드는 VA-ECB 모드이고, 액정층의 상/하부에 기판을 위치시켰다. 이때의 상/하부 기판은 anti-parallel 러빙된 기판을 이용하였다.

또한, 러빙축은 45도이고, 편광판 축은 0도, OLED 발광 축은 0도로 설정하였다.

실험예

제조예에 따라 제조된 액정 표시장치의 특성을 측정하였다.

투과 모드(transmisiive mode) 실험은 OLED를 on 상태에서 액정층에 전압을 인가하여 액정 표시장치의 특성을 측정하였고, 반사 모드(reflective mode) 실험은 OLED를 off 상태에서 액정층에 전압을 인가하여 액정 표시장치의 특성을 측정하였다.

도 5는 제조예에 따라 제조된 액정 표시장치의 특성을 측정한 그래프이다.

도 5를 참조하면, 투과 모드(transmisiive mode) 및 반사 모드(reflective mode) 모두, normally white 모드로 동작함을 알 수 있다. 따라서, 외부광 조건에 따라 각각의 모드 사용을 결정 할 수 있음을 알 수 있다.

한편, 본 명세서와 도면에 개시된 본 발명의 실시 예들은 이해를 돕기 위해 특정 예를 제시한 것에 지나지 않으며, 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다. 여기에 개시된 실시 예들 이외에도 본 발명의 기술적 사상에 바탕을 둔 다른 변형 예들이 실시 가능하다는 것은, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것이다.

10: 투과 광원부 20: 액정 패널
100: 반사판 200: 유기발광소자
210: 하부 전극 220: 활성층
230: 상부 투과전극 300: 액정층
400: 편광판

Claims

반사판 및 상기 반사판 상에 위치하되, 편광을 발광하는 활성층을 포함하는 유기발광소자를 포함하는 투과 광원부; 및
상기 투과 광원부 상에 위치하되, 액정층 및 상기 액정층 상에 위치하는 편광판을 포함하는 액정 패널을 포함하고,
외부광을 이용한 반사모드 또는 상기 투과 광원부의 편광을 이용한 투과모드로 동작 가능한 것을 특징으로 하는 액정 표시장치.
제1항에 있어서,
상기 유기발광소자는,
하부 전극;
상기 하부 전극 상에 위치하되, 편광을 발광하는 활성층; 및
상기 활성층 상에 위치하는 상부 투과전극을 포함하는 액정 표시장치.
제2항에 있어서,
상기 반사판이 상기 유기발광소자의 하부 전극인 것을 특징으로 하는 액정 표시장치.
제2항에 있어서,
상기 하부 전극은 투과전극인 액정 표시장치.
제1항에 있어서,
상기 반사판은 Ag, Al, Ni, Cu, Pt, Pd, Rh 또는 이들의 합금으로 이루어지는 것인 액정 표시장치.
제2항에 있어서,
상기 활성층은 네마틱 상을 가지는 발광물질을 포함하는 액정 표시장치.
제2항에 있어서,
상기 상부 투과전극은 ITO, FTO, IZO, AZO, ZnO 또는 Au 박막으로 이루어지는 것인 액정 표시장치.
제1항에 있어서,
상기 액정층은 λ/4의 위상값을 가지는 네마틱 액정층인 액정 표시장치.
제1항에 있어서,
상기 액정층은 TN(Twisted Nematic), STN(Super Twisted Nematic), ECB(Electrically Controlled Birefringence), OMI(Optical Mode Interference), OCB(Optically Compensated Birefringence), HAN(Hybrid Aligned Nematic), IPS(In Plane Switching), VA(Vertical Alignment)모드 중 어느 하나의 모드로 적용되는 것을 특징으로 하는 액정 표시장치.
제1항에 있어서,
상기 활성층에서 발광되는 편광의 광축은 상기 편광판의 축과 일치하는 것을 특징으로 하는 액정 표시장치.
제1항에 있어서,
상기 투과 광원부는 액티브 매트릭스 방식 또는 패시브 매트릭스 방식으로 구동되는 것을 특징으로 하는 액정 표시장치.