KR20170130648A - 표시 장치 - Google Patents

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KR20170130648A
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KR
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liquid crystal
layer
light
polarizing element
retardation layer
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KR1020160060721A
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김상재
김광현
박영진
장윤
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삼성디스플레이 주식회사
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Abstract

복수의 화소를 포함하는 표시 장치로서, 제1 절연 기판, 상기 제1 절연 기판의 일면 상에 배치된 편광 소자, 상기 제1 절연 기판의 상기 일면과 대향하는 제2 절연 기판, 및 상기 편광 소자와 상기 제2 절연 기판 사이에 개재되며, 액정 및 이색성 염료(dichroic dye)를 포함하는 액정층을 포함하는 표시 장치가 제공된다.

Description

표시 장치{DISPLAY DEVICE}
본 발명은 표시 장치에 관한 것이다.
액정 표시 장치는 현재 가장 널리 사용되고 있는 표시 장치 중 하나이다. 일반적으로 액정 표시 장치는 액정층을 포함하는 표시 패널과 그 상하부의 두 장의 편광판 및 광원을 포함하며, 두 장의 편광판은 액정층과 함께 광원으로부터 제공되는 광의 양을 조절하는 셔터(shutter) 역할을 한다.
액정 표시 장치의 각 화소는 색 표시를 구현하기 위해서 기본색(primary color) 중 하나의 색상을 고유하게 표시할 수 있다. 각 화소가 하나의 기본색을 고유하게 표시하도록 하기 위한 하나의 방법으로, 광원으로부터 시청자에 이르는 광의 경로 상에 각 화소마다 컬러 필터(color filter)를 배치하는 방법을 예시할 수 있다. 컬러 필터는 두 장의 편광판 사이에 배치되어 입사광의 일부 파장 대역만을 투과시키고 다른 파장 대역을 흡수함으로써 기본색을 구현한다.
한편, 액정 표시 장치의 표시 품질을 더욱 개선하기 위한 방법이 요구된다.
표시 패널의 상하부에 부착된 두 장의 편광판은 외부 환경에 민감하여 예컨대, 수분 또는 열에 의해 변형이 발생할 수 있고 이는 표시 패널의 휨 문제를 야기할 수 있다. 또 두 장의 편광판 중 어느 하나의 편광판을 생략할 경우 이러한 패널 휨 문제는 더욱 심화된다.
한편, 액정 표시 장치를 정면에서 바라보았을 때 두 개의 편광판의 투과축은 서로 직교할 수 있다. 그러나 시청자가 액정 표시 장치를 측면에서 바라보았을 때 상기 두 개의 투과축은 완전히 직교하는 것으로 시인되지 않는다. 이러한 편광축 틀어짐 불량은 표시 장치의 측면 시인성 저하를 야기할 수 있다. 또, 액정층 내 액정이 수직 거동할 경우 시청자의 위치에 따라 액정의 배향 상태가 다르게 시인되고, 이는 액정이 갖는 굴절률 이방성에 의해 측면 시인성 저하의 원인이 될 수 있다.
이에, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 수분 또는 열에 의한 변형을 최소화할 수 있는 표시 장치를 제공하는 것이다.
또, 측면 시인성을 개선함과 동시에 이웃하는 화소로 빛이 새어나가는 혼색 불량을 최소화하여 표시 품질이 향상된 표시 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 과제를 해결하기 위한 일 실시예에 따른 표시 장치는, 복수의 화소를 포함하는 표시 장치로서, 제1 절연 기판; 상기 제1 절연 기판의 일면 상에 배치된 편광 소자; 상기 제1 절연 기판의 상기 일면과 대향하는 제2 절연 기판; 및 상기 편광 소자와 상기 제2 절연 기판 사이에 개재되며, 액정 및 이색성 염료(dichroic dye)를 포함하는 액정층을 포함한다.
상기 복수의 화소는 제1 색을 표시하는 제1 화소 및 상기 제1 색과 상이한 제2 색을 표시하는 제2 화소를 포함하고, 상기 표시 장치는, 입사광의 중심 파장을 상기 제1 색의 파장으로 변환시키는 제1 파장 변환 물질을 포함하고, 상기 제1 화소에 배치되는 제1 파장 변환층; 및 입사광의 중심 파장을 상기 제2 색의 파장으로 변환시키는 제2 파장 변환 물질을 포함하고, 상기 제2 화소에 배치되는 제2 파장 변환층을 더 포함할 수 있다.
또, 상기 제1 파장 변환층 및 상기 제2 파장 변환층은 상기 제2 절연 기판과 상기 액정층 사이에 배치될 수 있다.
또한, 상기 제1 파장 변환 물질과 상기 제2 파장 변환 물질은 각각 양자점, 양자 막대 또는 포스퍼(phosphor) 물질을 포함할 수 있다.
또한, 상기 편광 소자는 반사형 편광 소자일 수 있다.
아울러, 상기 반사형 편광 소자와 상기 액정층 사이에 배치된 위상차층을 더 포함할 수 있다.
더욱이, 상기 위상차층은 상기 반사형 편광 소자 상에 배치된 일축성 위상차층인 제1 위상차층 및 상기 제1 위상차층 상에 배치된 일축성 위상차층인 제2 위상차층을 포함할 수 있다.
또, 상기 위상차층은 상기 반사형 편광 소자 상에 배치된 일축성 위상차층인 제1 위상차층 및 상기 제1 위상차층 상에 배치된 이축성 위상차층인 제2 위상차층을 포함할 수 있다.
또, 상기 위상차층은 Nz 계수가 0 초과 1 미만인 이축성 위상차층을 포함할 수 있다.
또한, 상기 위상차층의 지상축은 상기 반사형 편광 소자의 투과축 또는 반사축과 평행할 수 있다.
아울러, 상기 위상차층과 상기 액정층 사이에 배치되고, 상기 각 화소마다 배치되는 화소 전극을 더 포함할 수 있다.
또, 상기 복수의 화소는 상기 제1 색 및 상기 제2 색과 상이한 제3 색을 표시하는 제3 화소를 더 포함하고, 상기 표시 장치는 상기 제3 화소에 배치되는 투광층을 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 제1 절연 기판의 타면 측에 배치되고, 상기 제1 색의 중심 파장 및 상기 제2 색의 중심 파장보다 짧은 중심 파장을 갖는 광을 제공하는 광원을 더 포함할 수 있다.
아울러, 상기 투광층은 광 투과성 수지 및 상기 광 투과성 수지 내에 분산된 광 산란 입자를 포함할 수 있다.
초기 배향 상태에서 평면상 상기 액정의 장축이 형성하는 방위각은 상기 편광 소자의 투과축과 평행할 수 있다.
또, 상기 액정층에 전계가 인가된 상태에서 평면상 상기 액정의 장축이 형성하는 방위각은 상기 편광 소자의 투과축과 평행할 수 있다.
또, 상기 액정층은 꼬인 네마틱상 액정층이고, 상기 액정층에 전계가 인가된 상태에서 상기 액정의 장축은 상기 편광 소자의 투과축과 교차할 수 있다.
또, 상기 제1 절연 기판의 타면 측에 배치된 광원을 더 포함하되, 상기 광원으로부터 제공되어 상기 제1 절연 기판을 투과한 광은 비편광 상태일 수 있다.
기타 실시예의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 표시 장치에 의하면, 이색성 염료를 포함하는 액정층은 그 자체로 광 셔터의 역할을 할 수 있기 때문에 액정이 수직 거동할 경우에 발생할 수 있는 측면 시인성 저하 문제를 방지할 수 있다. 또 어느 하나의 편광 소자를 생략함으로써 표시 패널의 박형화를 달성하고 제조 비용을 절감할 수 있다. 뿐만 아니라 서로 대향하는 두 개의 절연 기판 사이에 편광 소자를 개재함으로써 투습 등에 의한 패널 휨 문제를 방지하여 신뢰성이 향상된 표시 장치를 제공할 수 있다.
아울러, 입사광의 중심 파장을 변환시켜 산란된 광을 출사하는 파장 변환 물질을 이용하여 색 표시를 구현함으로써 광 효율을 향상시킬 수 있으며, 또한 측면 시인성을 더욱 개선할 수 있다. 동시에, 파장 변환 물질에 의해 방출된 산란광이 이웃하는 화소로 침범하는 경우에도 액정층 내 이색성 염료가 산란광의 적어도 일부를 흡수하여 혼색 불량을 최소화할 수 있다.
더욱이, 하측 편광 소자로서 반사형 편광 소자를 액정층과 절연 기판 사이에 배치하여 광원으로부터 제공되는 광의 일부를 광원측으로 반사할 수 있어 광 효율을 더욱 향상시키고, 동시에 파장 변환 물질이 방출한 산란광을 시청자 측으로 반사함으로써 휘도를 상승시킬 수 있다.
본 발명의 실시예들에 따른 효과는 이상에서 예시된 내용에 의해 제한되지 않으며, 더욱 다양한 효과들이 본 명세서 내에 포함되어 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 표시 장치의 단면도이다.
도 2는 도 1의 표시 장치의 광학축을 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 도 1의 표시 장치의 액정층에 전계가 인가된 상태의 단면도이다.
도 4는 도 3의 표시 장치의 광 경로와 편광 상태를 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 표시 장치의 단면도이다.
도 6은 도 5의 표시 장치의 액정층에 전계가 인가된 상태의 단면도이다.
도 7은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 표시 장치의 단면도이다.
도 8은 도 7의 표시 장치의 액정층에 전계가 인가된 상태의 단면도이다.
도 9는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 표시 장치의 단면도이다.
도 10은 도 9의 표시 장치의 액정층에 전계가 인가된 상태의 단면도이다.
도 11은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 표시 장치의 단면도이다.
도 12는 도 11의 표시 장치의 액정층에 전계가 인가된 상태의 단면도이다.
도 13은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 표시 장치의 광학축을 설명하기 위한 도면이다.
도 14는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 표시 장치의 단면도이다.
도 15는 실험예 및 비교예에 따라 시야각 특성과 명암비를 측정한 결과이다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.
소자(elements) 또는 층이 다른 소자 또는 층의 '위(on)'로 지칭되는 것은 다른 소자 바로 위에 또는 중간에 다른 층 또는 다른 소자를 개재한 경우를 모두 포함한다. 반면, 소자가 '직접 위(directly on)'로 지칭되는 것은 중간에 다른 소자 또는 층을 개재하지 않은 것을 나타낸다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다. '및/또는'는 언급된 아이템들의 각각 및 하나 이상의 모든 조합을 포함한다.
공간적으로 상대적인 용어인 '아래(below)', '아래(beneath)', '하부(lower)', '위(above)', '상부(upper)' 등은 도면에 도시되어 있는 바와 같이 하나의 소자 또는 구성 요소들과 다른 소자 또는 구성 요소들과의 상관관계를 용이하게 기술하기 위해 사용될 수 있다. 공간적으로 상대적인 용어는 도면에 도시되어 있는 방향에 더하여 사용시 소자의 서로 다른 방향을 포함하는 용어로 이해되어야 한다. 예를 들면, 도면에 도시되어 있는 소자를 뒤집을 경우, 다른 소자의 '아래(below 또는 beneath)'로 기술된 소자는 다른 소자의 '위(above)'에 놓여질 수 있다. 따라서, 예시적인 용어인 '아래'는 아래와 위의 방향을 모두 포함할 수 있다.
본 명세서에서, 제1 방향(D1)은 평면 내 임의의 일 방향을 의미하고, 제2 방향(D2)은 상기 평면 내에서 제1 방향(D1)과 교차하는 방향을 의미하며, 제3 방향(D3)은 상기 평면과 수직한 방향을 의미한다.
이하, 첨부된 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예들에 대하여 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 표시 장치의 단면도이다. 도 2는 도 1의 표시 장치의 광학축을 설명하기 위한 도면이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 표시 장치(31)는 표시 패널(11) 및 광원 어셈블리(20)를 포함한다.
표시 패널(11)은 복수의 화소를 포함한다. 상기 각 화소는 색 표시를 구현하기 위해서 기본색 중 하나의 색을 고유하게 표시할 수 있다. 예를 들어, 상기 복수의 화소는 적색을 표시하는 제1 화소(PXr), 녹색을 표시하는 제2 화소(PXg) 및 청색을 표시하는 제3 화소(PXb)를 포함할 수 있다. 제1 화소(PXr), 제2 화소(PXg) 및 제3 화소(PXb)는 하나의 단위를 이루고 제1 방향(D1) 및 제2 방향(D2)으로 반복 배치될 수 있다. 즉 상기 복수의 화소는 평면상 대략 매트릭스 형태로 배열될 수 있다.
표시 패널(11)은 제1 기판(101), 제1 기판(101)과 대향하는 제2 기판(201) 및 제1 기판(101)과 제2 기판(201) 사이에 개재된 액정층(301)을 포함한다. 광원 어셈블리(20)가 제1 기판(101) 외측(도면상 하측)에 배치될 경우 영상은 제2 기판(201) 외측(도면상 상측)에서 시인될 수 있다.
제1 기판(101)은 제1 절연 기판(110), 제1 절연 기판(110) 상에 배치된 편광 소자(120)를 포함하며, 편광 소자(120) 상에 배치된 위상차층(131) 및 위상차층(131) 상에 배치된 제1 전극(151)을 더 포함할 수 있다.
제1 절연 기판(110)은 투명한 절연 기판일 수 있다. 예를 들어, 제1 절연 기판(110)은 유리 기판 또는 플라스틱 기판일 수 있다.
편광 소자(120)는 제1 절연 기판(110)의 일면 상에 배치된다. 편광 소자(120)는 유기 또는 무기 물질로 이루어질 수 있다. 편광 소자(120)가 제1 절연 기판(110)과 제2 절연 기판(120) 사이에 삽입 배치됨으로써 습기 또는 열에 의한 편광 소자(120)의 변형을 방지하고 제조 비용을 절감할 수 있다.
예시적인 실시예에서, 편광 소자(120)는 반사형 편광 소자일 수 있다. 상기 반사형 편광 소자는 투과축(axT)과 평행한 편광 성분은 투과시키고 반사축(axR)과 평행한 편광 성분은 반사할 수 있다. 도 1 및 도 2에서는 상기 반사형 편광 소자로서 와이어 그리드 편광자(wire grid polarizer)를 예시하고 있으나 이에 제한되는 것은 아니며, 면내 일축 방향의 굴절률이 상이한 두 층을 교대로 반복 적층한 필름형 편광자일 수도 있다.
편광 소자(120)가 와이어 그리드 편광자인 경우, 편광 소자(120)는 제2 방향(D2)으로 연장되고 제1 방향(D1)으로 상호 이격되어 반복 배치된 복수의 선격자를 포함한다. 편광 소자(120)의 투과축(axT)은 대략 제1 방향(D1)과 평행하고 반사축(axR)은 대략 제2 방향(D2)과 평행할 수 있다. 편광 소자(120)를 투과한 광은 제1 방향(D1)의 편광 성분만을 가질 수 있다. 상기 선격자는 알루미늄(Al), 은(Ag), 구리(Cu) 및/또는 니켈(Ni) 등을 포함하여 이루어질 수 있다. 도면에 도시하지 않았으나, 편광 소자(120)와 위상차층(131) 사이에 유기 또는 무기 물질로 이루어진 보호층(미도시)이 더 배치될 수도 있다.
위상차층(131)은 편광 소자(120) 상에 배치될 수 있다. 위상차층(131)은 하나 이상의 광학축을 갖는 복굴절층으로서 위상차층(131)을 투과하는 광의 편광 상태를 변화시키는 위상 지연층일 수 있다. 예시적인 실시예에서, 위상차층(131)은 편광 소자(120) 상에 배치되고 nz≠nx=ny를 만족하는 일축성(uniaxial) 위상차층인 제1 위상차층(131a) 및 제1 위상차층(131a) 상에 배치되고 nx≠ny=nz를 만족하는 일축성 위상차층인 제2 위상차층(131b)을 포함할 수 있다. 본 명세서에서, nx는 임의의 xyz 좌표계의 면내 x축 방향의 굴절률이고, ny는 면내 y축 방향의 굴절률이며, nz는 z축 방향, 즉 두께 방향의 굴절률을 의미한다.
구체적으로, 제1 위상차층(131a)은 nz>nx=ny를 만족하는 포지티브(positive)형 일축성 위상차층이고, 제2 위상차층(131b)은 nx<ny=nz를 만족하는 네거티브(negative)형 일축성 위상차층일 수 있다. 제1 위상차층(131a)의 두께 방향 위상차값(Rth)는 약 80 nm 내지 120 nm, 또는 약 100 nm이고, 제2 위상차층(131b)의 면내 위상차값(Ro)는 약 80 nm 내지 150 nm, 또는 약 120 nm이며, 제2 위상차층(131b)의 두께 방향 위상차값은 약 80 nm 내지 150 nm, 또는 약 120 nm일 수 있다.
한편, 위상차층(131)의 지상축은 편광 소자(120)의 반사축(axR)과 평행할 수 있다. 본 명세서에서 지상축은 면내 방향에서 굴절률이 가장 높은 광학 축을 의미한다. 위상차층(131)이 면내 방향에서 굴절률 차이를 갖지 않고 두께 방향의 광학축(axa)을 갖는 제1 위상차층(131a)과 면내 방향에서 굴절률 차이를 갖는 제2 위상차층(131b)을 포함할 경우 위상차층(131)의 지상축은 제2 위상차층(131b)의 지상축(axb)을 의미한다.
위상차층(131)을 투과하는 광 중에서, 표시 패널(11)에 수직한 방향(예컨대, 제3 방향)으로 투과하는 광은 편광 소자(120)를 투과한 선편광 상태를 유지하고, 표시 패널(11)에 비스듬한 방향으로 투과하는 광은 원편광 또는 타원 편광으로 변환되어 표시 장치(31)를 측면에서 바라보았을 때 광 셔터의 역할을 하는 액정층(301)의 투과축과 편광 소자(120)의 투과축(axT)이 틀어짐에 의해 발생하는 측면 시인성 저하를 완화할 수 있다.
다른 실시예에서, 제1 위상차층(131a)은 nz<nx=ny를 만족하는 네거티브형 일축성 위상차층이고 제2 위상차층(131b)은 nx>ny=nz를 만족하는 포지티브형 일축성 위상차층이거나, 또는 제1 위상차층(131a)은 nz≠nx=ny를 만족하는 일축성 위상차층이고 제2 위상차층(131b)은 nx≠ny≠nz를 만족하는 이축성(biaxial) 위상차층일 수도 있다. 도면에 도시하지 않았으나, 제1 위상차층(131a)과 제2 위상차층(131b) 사이에 소정의 층이 더 배치될 수 있다.
복수의 제1 전극(151)은 위상차층(131) 상에 배치될 수 있다. 각 제1 전극(151)은 화소(PXr, PXg, PXb)마다 배치되어 데이터 전압이 인가되는 화소 전극일 수 있다. 제1 전극(151)은 투명한 도전성 물질로 이루어질 수 있다. 예를 들어 제1 전극(151)은 인듐 틴 옥사이드, 인듐 징크 옥사이드, 징크 옥사이드 등으로 이루어질 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다.
도면에 도시하지 않았으나, 제1 절연 기판(110)과 제1 전극(151) 사이에는 구동 신호를 전달하는 게이트 라인과 데이터 라인을 포함하는 배선층, 스위칭 소자, 절연층 등이 더 배치될 수 있다. 이와 관련된 다양한 구성과 구조들이 당업계에 알려져 있는 바, 구체적 설명은 생략한다.
이어서 제2 기판(201)에 대해 설명한다. 제2 기판(201)은 제2 절연 기판(210), 제1 기판(101)과 대향하는 제2 절연 기판(210)의 일면 상에 배치된 차광 부재(220)와 파장 조절층(230), 파장 조절층(230) 상에 배치된 평탄화층(240) 및 평탄화층(240) 상에 배치된 제2 전극(251)을 포함할 수 있다.
제2 절연 기판(210)은 제1 절연 기판(110)과 같은 투명한 절연 기판일 수 있다. 차광 부재(220)는 제2 절연 기판(210)의 일면 상에 배치된다. 차광 부재(220)는 적어도 특정 파장대의 빛을 흡수하거나 반사하여 빛의 투과를 차단하는 물질, 즉 차광 물질을 포함할 수 있다. 예컨대, 차광 부재(220)는 블랙 매트릭스 일 수 있다. 차광 부재(220)는 각 화소(PXr, PXg, PXb)의 경계에 배치되어 각 화소(PXr, PXg, PXb)가 적어도 부분적으로 노출된 광 투과 영역을 정의한다.
파장 조절층(230)은 제2 절연 기판(210)의 일면 상에 배치될 수 있다. 구체적으로, 파장 조절층(230)은 상기 광 투과 영역을 채우고 적어도 일부는 차광 부재(220)와 중첩할 수 있다.
파장 조절층(230)은 투과되는 빛의 파장을 유지하거나 변환하는 역할을 한다. 예시적인 실시예에서, 파장 조절층(230)은 제1 화소(PXr)에 배치되는 제1 파장 변환층(230r) 및 제2 화소(PXg)에 배치되는 제2 파장 변환층(230g)을 포함할 수 있으며, 제3 화소(PXb)에 배치되는 투광층(230b)을 더 포함할 수 있다.
제1 파장 변환층(230r)은 제1 광 투과성 수지(231r)와 제1 광 투과성 수지(231r) 내에 분산되어 입사광의 중심 파장을 제1 색 파장으로 변환 또는 시프트(shift)시키는 제1 파장 변환 물질(232r)을 포함할 수 있다. 또, 제2 파장 변환층(230g)은 제2 광 투과성 수지(231g)와 제2 광 투과성 수지(231g) 내에 분산되어 입사광의 중심 파장을 제2 색 파장으로 변환 또는 시프트시키는 제2 파장 변환 물질(232g)을 포함할 수 있다. 또한 투광층(230b)은 제3 광 투과성 수지(231b) 및 제3 광 투과성 수지(231b) 내에 분산되어 입사광을 산란시켜 출사하는 광 산란 물질(232b)을 포함할 수 있다. 예시적인 실시예에서 상기 제1 색은 적색이고 상기 제2 색은 녹색일 수 있다. 이하에서는 설명의 편의를 위해 상기 제1 색은 적색이고, 상기 제2 색은 녹색인 경우를 예시로 하여 설명한다.
제1 광 투과성 수지(231r), 제2 광 투과성 수지(231g) 및 제3 광 투과성 수지(231b)는 각각 입사광의 파장을 변환시키지 않고 투과시키는 투명한 물질로 이루어질 수 있다. 제1 내지 제3 광 투과성 수지(231r, 231g, 231b)는 서로 동일하거나 상이한 물질일 수 있다.
제1 파장 변환 물질(232r) 및 제2 파장 변환 물질(232g)은 각각 양자점(quantum dot), 양자 막대(quantum rod) 또는 포스퍼(phosphor) 물질을 포함할 수 있다. 제1 및 제2 파장 변환 물질(232r, 232g)은 입사광을 흡수하여 상기 입사광과 상이한 중심 파장을 갖는 빛을 방출할 수 있다. 또, 제1 및 제2 파장 변환 물질(232r, 232g)은 각각 제1 화소(PXr) 및 제2 화소(PXg)로 입사되는 광을 입사각과 무관하게 여러 방향으로 산란시켜 방출할 수 있다. 또한, 방출광은 편광이 해소되어 비편광 상태일 수 있다. 본 명세서에서, 비편광(unpolarized)된 광이란 특정 방향의 편광 성분만으로 이루어지지 않은 광, 즉 특정 방향만으로 편광되지 않은 광, 다시 말해서 무작위화된 편광(random polarization) 성분으로 이루어진 광을 의미한다. 비편광된 광의 예로는 자연광(natural light)을 들 수 있다.
예시적인 실시예에서, 입사광의 중심 파장을 적색 파장으로 변환시키는 제1 파장 변환 물질(232r)의 평균 입자 크기는 입사광의 중심 파장을 녹색 파장으로 변환시키는 제2 파장 변환 물질(232g)의 평균 입자 크기보다 클 수 있다. 제1 및 제2 파장 변환 물질(232r, 232g)은 서로 동일하거나 상이한 물질일 수 있다.
광 산란 입자(232b)는 제3 화소(PXb)로 입사되는 광을 입사각과 무관하게 여러 방향으로 산란시켜 방출할 수 있다. 또, 방출광은 편광이 해소되어 비편광 상태일 수 있다. 제1 및 제2 화소(PXr, PXg) 뿐만 아니라 제3 화소(PXb)를 투과하는 광 또한 산란광으로 하여 각 화소들의 광 방출 특성을 유사하게 할 수 있고 측면 시인성을 개선할 수 있는 효과가 있다.
광 산란 입자(232b)는 제3 광 투과성 수지(231b)와 상이한 굴절률을 갖는 물질일 수 있다. 예를 들어, 유기 또는 무기 입자, 유무기 복합 입자, 또는 중공 구조를 갖는 입자일 수 있다. 유기 입자의 예로는 아크릴 수지 입자 또는 우레탄 수지 입자를 들 수 있고, 무기 입자의 예로는 산화 티타늄과 같은 금속 산화물 입자를 들 수 있다.
다른 실시예에서, 제1 파장 변환층(230r), 제2 파장 변환층(230g) 및 투광층(230b) 중 하나 이상은 생략될 수도 있다. 또는 다른 실시예에서 투광층(230b) 대신 제3 파장 변환층이 위치할 수도 있으며, 상기 제3 파장 변환층은 제3 광투과성 수지 및 상기 제3 투과성 수지 내에 분산되어 입사광의 중심 파장을 제3 색 파장으로 변환 또는 시프트시키는 제3 파장 변환 물질을 포함할 수 있다.
평탄화층(240)은 파장 조절층(230) 상에 배치될 수 있다. 평탄화층(240)은 유기 물질로 이루어질 수 있다. 제1 파장 변환층(230r), 제2 파장 변환층(230g) 및 투광층(230b)의 두께가 상이할 경우 평탄화층(240)은 제2 절연 기판(210)의 일면 상에 적층된 구성요소들의 높이를 균일하게 만들 수 있다. 몇몇 실시예에서 평탄화층(240)은 생략될 수도 있다.
제2 전극(251)은 평탄화층(240) 상에 배치될 수 있다. 제2 전극(251)은 화소의 구분 없이 일체화되어 공통 전압이 인가되는 공통 전극일 수 있다. 제2 전극(251)은 제1 전극(151)과 같은 투명한 도전성 물질로 이루어질 수 있다. 예를 들어 제2 전극(251)은 인듐 틴 옥사이드, 인듐 징크 옥사이드, 징크 옥사이드 등으로 이루어질 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다.
이어서 액정층(301)에 대해 설명한다. 액정층(301)은 호스트 물질인 액정(311) 및 게스트 물질인 이색성 염료(dichroic dye)(320)을 포함한다.
예시적인 실시예에서, 액정(311)은 양의 유전율 이방성을 가지고 액정층(301)에 전계가 인가되지 않은 초기 배향 상태에서 실질적으로 수평 배향된 액정일 수 있다. 구체적으로, 초기 배향 상태에서 평면상 액정(311)의 장축의 방향자(axLC)가 형성하는 방위각은 대략 제1 방향(D1)과 평행하도록 배열되어 안정화된 상태를 유지하고 있을 수 있다. 몇몇 실시예에서, 액정(311)은 소정의 선경사 각도를 가질 수도 있다.
이색성 염료(320)는 액정층(301) 내에서 균일하게 혼합되어 특정 파장의 빛을 흡수할 수 있다. 예를 들어, 이색성 염료(320)는 장축과 단축을 가지되 장축과 평행한 편광 성분을 흡수하는 염료일 수 있다. 이색성 염료(320)의 예로는 아조(azo)계 염료, 안트라퀴논(anthraquinone)계 염료, 쿠마린(coumarin)계 염료, 페릴렌(perylene)계 염료, 메로시아닌(merocyanine)계 염료, 인디고(indigo)계 염료 또는 폴리티오펜(polythiophene)계 염료 등을 들 수 있다. 예시적인 실시예에서, 광원(21)이 청색 광을 제공하는 경우 이색성 염료(320)는 청색 파장에 대한 흡수율이 높은 노란색 염료가 적용될 수 있다.
액정(311)과 이색성 염료(320)의 기하학적 분자 구조에 의해 액정(311)의 장축의 방향자(axLC)와 이색성 염료(320)의 장축의 방향자(axDD)는 대략 일치할 수 있다. 따라서 액정층(301)에 전계가 인가되지 않은 상태에서 이색성 염료(320)의 장축의 방향자(axDD)가 형성하는 방위각은 대략 제1 방향(D1)과 평행하도록 배열되어 안정화된 상태를 유지하고 있을 수 있다. 이 경우 편광 소자(120)를 투과한 광의 편광 방향은 이색성 염료(320)의 장축 방향과 일치한다. 따라서 광원(21)으로부터 제공된 광은 이색성 염료(320)에 의해 상대적으로 많은 양이 흡수되고, 상대적으로 적은 양의 광이 파장 조절층(230)에 도달할 수 있다. 즉, 이색성 염료(320)에 의한 광 흡수율이 충분할 경우 액정층(301)의 상측에 별도의 편광 소자가 없더라도 액정층(301)에 인가되는 전압에 따라 광을 효과적으로 차단할 수 있다.
액정층(301) 내 이색성 염료(320)의 농도는 광원(21)으로부터 제공된 광을 충분히 흡수할 수 있으면 특별히 제한되지 않으나, 예를 들어 이색성 염료(320)는 액정(311)에 대해 약 0.1 내지 15 중량%의 비율로 혼합될 수 있다.
광원 어셈블리(20)는 광원(21), 광학 부재(22) 및 반사 부재(23)를 포함할 수 있다. 광원(21)은 LED 광원, OLED 광원, 형광 램프 광원 등이 적용될 수 있다. 광원(21)은 특정 파장의 빛을 표시 패널(11) 측으로 출사할 수 있다. 예시적인 실시예에서, 광원(21)은 적색의 중심 파장 및 녹색의 중심 파장보다 짧은 단일 중심 파장을 갖는 광을 제공할 수 있다. 예컨대, 광원(21)은 중심 파장이 약 400 내지 500 nm 범위 내에 있는 청색 광을 제공하는 광원일 수 있다. 다른 실시예에서, 광원(21)은 자외선 파장의 광을 제공할 수도 있다. 이 경우, 청색을 표시하는 화소에 광 산란 물질 대신 입사광의 중심 파장을 청색 파장으로 변환시키는 제3 파장 변환 물질이 배치될 수 있다.
광학 부재(22)는 광원(21)과 표시 패널(11) 사이에 배치된다. 광학 부재(22)는 확산 시트, 프리즘 시트, 렌즈 시트 등을 포함할 수 있으며, 광원(21)으로부터 제공받은 광의 특성과 경로를 변조할 수 있다. 몇몇 실시예에서 광학 부재(22)는 생략될 수도 있다. 반사 부재(23)는 광원(21) 하측에 배치될 수 있다. 반사 부재(23)는 광원(21)으로부터 하측으로 출사되거나, 또는 편광 소자(120) 등에 의해 반사되어 하측으로 향하는 광을 재반사하여 표시 패널(11) 측으로 다시 제공할 수 있으며, 이에 따라 표시 장치의 광 효율이 향상될 수 있다. 광원 어셈블리(20)와 관련된 다양한 구성과 구조들이 당업계에 알려져 있는 바, 보다 구체적인 설명은 생략한다.
이하, 본 발명의 일 실시예에 따른 표시 장치의 동작에 대해 설명한다.
도 3은 도 1의 표시 장치의 액정층에 전계가 인가된 상태의 단면도이다.
도 3을 참조하면, 제1 전극(151)과 제2 전극(251)에 서로 다른 전압이 제공되어 액정층(301)에 수직 전계가 인가되면 양의 유전율 이방성을 갖는 액정(311)은 그 장축이 전계 방향에 대략 평행하도록 재배열될 수 있다. 또, 액정(311)의 재배열에 따라 이색성 염료(320) 또한 액정(311)과 방향자가 일치하도록 재배열될 수 있다. 이 경우 편광 소자(120)를 투과한 광의 편광 방향(D1)은 이색성 염료(320)의 장축 방향(D3)과 교차한다. 따라서 광원(21)으로부터 제공된 광은 이색성 염료(320)에 의해 상대적으로 적은 양이 흡수되고, 상대적으로 많은 양의 광이 파장 조절층(230)에 도달하여 색 표시에 기여할 수 있다.
앞서 설명한 바와 같이 이색성 염료(320)를 포함하는 액정층(301)은 그 자체로 광 셔터로서 역할을 수 있어 적어도 하나의 편광 소자를 생략할 수 있다. 편광 소자가 생략되면 표시 장치(31)의 박형화를 달성하고 제조 비용을 절감할 수 있다. 또, 액정층(301)이 편광 상태를 변화시킬 뿐만 아니라 특정 편광 상태의 광을 흡수하기 때문에 액정(311)이 수직 거동함에도 불구하고 측면 시인성이 저하되는 문제가 발생하지 않는다. 더욱이 광 셔터의 역할을 하는 액정층(301)과 그 상부의 파장 조절층(230) 사이의 거리를 최소화할 수 있어 이웃하는 화소로 빛이 새어나가는 혼색 불량을 억제할 수 있다.
도 4는 도 3의 표시 장치의 광 경로와 편광 상태를 설명하기 위한 도면이다.
도 4를 참조하면, 광원(21)으로부터 제공된 비편광 상태의 광(L1a)은 광학 부재(22)를 투과하여 표시 패널(11)에 제공된다. 표시 패널(11)과 광원(21) 사이에 별도의 편광 소자가 배치되지 않을 수 있다. 따라서, 제1 절연 기판(110)을 투과하는 광 또는, 투과한 광(L1b)은 여전히 비편광 상태일 수 있다.
제1 절연 기판(110)을 투과한 비편광 상태의 광(L1b)은 편광 소자(120)에 도달하여 편광 성분이 분리될 수 있다. 구체적으로, 편광 소자(120)의 투과축(예컨대, 제1 방향)과 평행한 편광 성분을 갖는 광(L1c)은 편광 소자(120)를 투과하고, 편광 소자(120)의 반사축(예컨대, 제2 방향)과 평행한 편광 성분을 갖는 광(L1d)은 편광 소자(120)에 의해 반사될 수 있다. 편광 소자(120)를 투과한 광(L1c)은 파장 조절층(230)에 도달하여 표시 장치의 색 표시에 기여하고, 편광 소자(120)에 의해 반사된 광(L1d)은 하부의 광원 어셈블리(20) 등에 의해 재귀 반사될 수 있다.
한편, 파장 조절층(230) 내 제1 및 제2 파장 변환 물질 및 광 산란 입자는 입사광의 입사각과 무관하게 여러 방향으로 산란된 비편광 상태의 광을 방출할 수 있다.
예를 들어, 제2 파장 변환층(230g)이 표시 패널(11)의 외측(도면상 상측)으로 방출하는 광 중에서 표시 패널(11)에 수직한 방향(예컨대, 제3 방향)으로 출사되는 광(L2a)은 표시 장치의 정면에서 녹색으로 시인되고, 표시 패널(11)에 비스듬한 방향으로 출사되는 광(L2b)은 표시 장치의 측면에서 녹색으로 시인될 수 있다.
또, 제2 파장 변환층(230g)이 표시 패널(11)의 내측(도면상 하측)으로 방출하는 광 중에서 표시 패널(11)에 수직한 방향으로 출사되는 광(L3a)은 인가 전압에 따라 투과축이 달라지는 액정층(301)과 위상차층(131)을 투과한 후 편광 소자(120)에 의해 적어도 일부가 반사될 수 있다. 또한 편광 소자(120)에 의해 반사된 광은 표시 장치의 색 표시에 기여할 수 있다.
또한, 제2 파장 변환층(230g)이 표시 패널(11)의 내측으로 방출하는 광 중에서 표시 패널(11)에 비스듬한 방향으로 출사되는 광(L3b)의 적어도 일부는 인가 전압에 따라 흡수축이 달라지는 액정층(301)에 의해 흡수됨으로써 이웃하는 화소를 침범하여 혼색 불량을 야기하는 것을 방지할 수 있다.
이하, 본 발명의 다른 실시예들에 따른 표시 장치에 대해 설명한다. 다만 발명의 본질을 흐리지 않기 위해 전술한 일 실시예에 따른 표시 장치와 실질적으로 동일한 구성에 대한 설명은 생략하며, 이는 첨부된 도면으로부터 당업계의 통상의 기술자에게 명확히 이해될 수 있을 것이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 표시 장치의 단면도이다. 도 6은 도 5의 표시 장치의 액정층에 전계가 인가된 상태의 단면도이다.
우선 도 5를 참조하면, 도 5의 실시예에 따른 표시 장치(32)의 액정(312)은 음의 유전율 이방성을 가지고 액정층(302)에 전계가 인가되지 않은 초기 배향 상태에서 실질적으로 수직 배향된 액정인 점이 도 1의 실시예에 따른 표시 장치(31)와 상이한 점이다.
구체적으로, 초기 배향 상태에서 액정(312)은 장축의 방향자가 배향 표면에 대해 대략 법선 방향(예컨대, 제3 방향)을 향하도록 배열되어 안정된 상태를 유지하고 있을 수 있다. 몇몇 실시예에서, 액정(312)은 소정의 선경사 각도를 가질 수도 있다.
액정(312)의 장축의 방향자와 이색성 염료(320)의 장축의 방향자는 대략 일치할 수 있다. 따라서 액정층(302)에 전계가 인가되지 않은 상태에서 이색성 염료(320)는 장축의 방향자가 대략 제3 방향(D3)을 향하도록 배열되어 안정화된 상태를 유지하고 있을 수 있다. 이 경우 편광 소자(120)를 투과한 광의 편광 방향(D1)은 이색성 염료(320)의 장축 방향(D3)과 교차한다. 따라서 광원(21)으로부터 제공된 광은 이색성 염료(320)에 의해 상대적으로 적은 양이 흡수되고, 상대적으로 많은 양의 광이 파장 조절층(230)에 도달하여 색 표시에 기여할 수 있다.
이어서 도 6을 참조하면, 제1 전극(151)과 제2 전극(251)에 서로 다른 전압이 제공되어 액정층(302)에 수직 전계가 인가되면 음의 유전율 이방성을 갖는 액정(312)은 그 장축이 전계 방향에 대략 수직하도록 재배열될 수 있다. 구체적으로 액정층(302)에 전계가 인가된 상태에서 평면상 액정(312)의 장축의 방향자가 형성하는 방위각은 대략 제1 방향(D1)과 평행하도록 재배열될 수 있다. 또, 액정(312)의 재배열에 따라 이색성 염료(320) 또한 액정(312)과 방향자가 일치하도록 재배열될 수 있다. 이 경우 편광 소자(120)를 투과한 광의 편광 방향은 이색성 염료(320)의 장축 방향과 일치한다. 따라서 광원(21)으로부터 제공된 광은 이색성 염료(320)에 의해 상대적으로 많은 양이 흡수되고, 상대적으로 적은 양의 광이 파장 조절층(230)에 도달할 수 있다.
도 7은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 표시 장치의 단면도이다. 도 8은 도 7의 표시 장치의 액정층에 전계가 인가된 상태의 단면도이다.
우선 도 7을 참조하면, 도 7의 실시예에 따른 표시 장치(33)의 액정층(303)은 양의 유전율 이방성을 갖는 액정(313)을 포함하는 꼬인 네마틱(twisted nematic)상 액정층인 점이 도 1의 실시예에 따른 표시 장치(31)와 상이한 점이다.
구체적으로, 액정층(303)에 전계가 인가되지 않은 초기 배향 상태에서 액정(313)은 실질적으로 수평 배향되되, 액정층(303) 내의 액정(313)들의 장축은 두께 방향(제3 방향) 위치에 따라 점진적으로 꼬인 상태로 배열될 수 있다. 도 7에는 제1 기판(101)에 인접한 액정의 장축과 제2 기판(201)에 인접한 액정의 장축이 약 90° 꼬인 경우를 예시하고 있으나, 꼬임각은 약 180°, 또는 약 270°, 또는 360°, 또는 그 이상일 수도 있다.
액정(313)과 이색성 염료(320)의 기하학적 분자 구조에 의해 게스트 물질인 이색성 염료(320)는 액정(313)의 배열을 방해하지 않고 액정(313)과 유사한 배열 상태를 가질 수 있다. 즉, 액정층(303)에 전계가 인가되지 않은 상태에서 이색성 염료(320)는 두께 방향(D3)으로 점진적으로 꼬인 배열을 갖는 액정(313)과 유사하게 배열되어 안정화된 상태를 유지하고 있을 수 있다. 이 경우 편광 소자(120)를 투과한 편광의 광축은 두께 방향(D3)으로 꼬인 액정(313)의 방향자를 따라 회전될 수 있고 나아가 회전된 편광의 광축은 액정(313)과 유사한 꼬임 배열을 갖는 이색성 염료(320)의 장축 방향과 일치한다. 따라서 광원(21)으로부터 제공된 광은 이색성 염료(320)에 의해 상대적으로 많은 양이 흡수되고, 상대적으로 적은 양의 광이 파장 조절층(230)에 도달할 수 있다.
이어서 도 8을 참조하면, 제1 전극(151)과 제2 전극(251)에 서로 다른 전압이 제공되어 액정층(303)에 수직 전계가 인가되면 양의 유전율 이방성을 갖는 액정(313)은 그 장축이 전계 방향에 대략 평행하도록 재배열될 수 있다. 구체적으로 액정층(303)에 전계가 인가된 상태에서 액정(313)의 장축의 방향(D3)은 편광 소자(120)의 투과축 방향(D1)과 교차하도록 재배열될 수 있다. 또, 액정(313)의 재배열에 따라 이색성 염료(320) 또한 액정(313)과 방향자가 일치하도록 재배열될 수 있다. 이 경우 편광 소자(120)를 투과한 광의 편광 방향(D1)은 이색성 염료(320)의 장축 방향(D3)과 교차한다. 따라서 광원(21)으로부터 제공된 광은 이색성 염료(320)에 의해 상대적으로 적은 양이 흡수되고, 상대적으로 많은 양의 광이 파장 조절층(230)에 도달하여 색 표시에 기여할 수 있다.
도 9는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 표시 장치의 단면도이다. 도 10은 도 9의 표시 장치의 액정층에 전계가 인가된 상태의 단면도이다.
우선 도 9를 참조하면, 도 9의 실시예에 따른 표시 장치(34)의 제2 전극(254)은 제2 기판(204) 내에 배치되지 않고 제1 기판(104) 내에 배치되며, 액정(314)은 음의 유전율 이방성을 갖는 점이 도 1의 실시예에 따른 표시 장치(31)와 상이한 점이다.
구체적으로, 제2 전극(254)은 위상차층(131) 상에 배치될 수 있다. 제2 전극(254) 상에는 층간 절연막(140)이 배치되고, 층간 절연막(140) 상에 제2 전극(254)과 절연되도록 제1 전극(154)이 배치될 수 있다. 제1 전극(154)은 이웃하는 복수의 가지 전극을 포함하여 그 사이에 슬릿을 가질 수 있다. 상기 슬릿의 연장 방향은 대략 제2 방향(D2)일 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다. 이 경우 슬릿 내에 위치한 제2 전극(254)과 그 양쪽에 위치한 제1 전극(154) 사이에 강한 수직 전계 및 수평 전계가 형성될 수 있다.
또, 액정층(304)에 전계가 인가되지 않은 초기 배향 상태에서 평면상 액정(314)의 장축의 방향자가 형성하는 방위각은 대략 제1 방향(D1)과 평행하도록 배열되어 안정화된 상태를 유지하고 있을 수 있다.
액정(314)의 장축의 방향자와 이색성 염료(320)의 장축의 방향자는 대략 일치할 수 있다. 따라서 액정층(304)에 전계가 인가되지 않은 상태에서 이색성 염료(320)는 장축의 방향자가 대략 제1 방향(D1)을 향하도록 배열되어 안정화된 상태를 유지하고 있을 수 있다. 이 경우 편광 소자(120)를 투과한 광의 편광 방향은 이색성 염료(320)의 장축 방향과 일치한다. 따라서 광원(21)으로부터 제공된 광은 이색성 염료(320)에 의해 상대적으로 많은 양이 흡수되고, 상대적으로 적은 양의 광이 파장 조절층(230)에 도달할 수 있다.
이어서 도 10을 참조하면, 제1 전극(154)과 제2 전극(254)에 서로 다른 전압이 제공되어 액정층(304)에 수직 전계 및 수평 전계가 인가되면 음의 유전율 이방성을 갖는 액정(314)은 그 장축이 전계 방향에 대략 수직하도록 면 내에서 재배열될 수 있다. 또, 액정(314)의 재배열에 따라 이색성 염료(320) 또한 액정(314)과 방향자가 일치하도록 재배열될 수 있다. 이 경우 편광 소자(120)를 투과한 광의 편광 방향(D1)은 이색성 염료(320)의 장축 방향(D2)과 교차한다. 따라서 광원(21)으로부터 제공된 광은 이색성 염료(320)에 의해 상대적으로 적은 양이 흡수되고, 상대적으로 많은 양의 광이 파장 조절층(230)에 도달하여 색 표시에 기여할 수 있다.
다른 실시예에서, 편광 소자(120)의 투과축은 대략 제2 방향(D2)과 평행할 수 있다. 또 다른 실시예에서, 액정층(304)은 꼬인 네마틱상 액정층일 수도 있다.
도 11은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 표시 장치의 단면도이다. 도 12는 도 11의 표시 장치의 액정층에 전계가 인가된 상태의 단면도이다.
우선 도 11을 참조하면, 도 11의 실시예에 따른 표시 장치(35)의 제2 전극(255)은 제1 전극(155)과 동일한 층에 배치되며, 액정(315)은 양의 유전율 이방성을 가지고 액정층(305)에 전계가 인가되지 않은 초기 배향 상태에서 평면상 액정(315)의 장축의 방향자가 형성하는 방위각은 대략 제2 방향(D2)과 평행하도록 배열되어 안정화된 상태를 유지하는 점이 도 9의 실시예에 따른 표시 장치(34)와 상이한 점이다.
구체적으로, 제1 전극(155) 및 제2 전극(255)은 위상차층(131) 상에 상호 이격되어 배치될 수 있다. 제1 전극(155)과 제2 전극(255)은 교번적으로 배치되어 이웃하는 제1 전극(155)과 제2 전극(255) 사이에 슬릿을 가질 수 있다. 상기 슬릿의 연장 방향은 대략 제2 방향(D2)일 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다. 이 경우 이웃하는 제1 전극(155)과 제2 전극(255) 사이에 수평 전계가 형성될 수 있다.
또, 액정(315)의 장축의 방향자와 이색성 염료(320)의 장축의 방향자는 대략 일치할 수 있다. 따라서 액정층(305)에 전계가 인가되지 않은 상태에서 이색성 염료(320)는 장축의 방향자가 대략 제2 방향(D2)을 향하도록 배열되어 안정화된 상태를 유지하고 있을 수 있다. 이 경우 편광 소자(120)를 투과한 광의 편광 방향(D1)은 이색성 염료(320)의 장축 방향(D2)과 교차한다. 따라서 광원(21)으로부터 제공된 광은 이색성 염료(320)에 의해 상대적으로 적은 양이 흡수되고, 상대적으로 많은 양의 광이 파장 조절층(230)에 도달하여 색 표시에 기여할 수 있다.
이어서 도 12를 참조하면, 제1 전극(155)과 제2 전극(255)에 서로 다른 전압이 제공되어 액정층(305)에 수평 전계가 인가되면 양의 유전율 이방성을 갖는 액정(315)은 그 장축이 전계 방향에 대략 평행하도록 재배열될 수 있다. 구체적으로 액정층(305)에 전계가 인가된 상태에서 평면상 액정(315)의 장축의 방향자가 형성하는 방위각은 대략 제1 방향(D1)과 평행하도록 재배열될 수 있다. 또, 액정(315)의 재배열에 따라 이색성 염료(320) 또한 액정(315)과 방향자가 일치하도록 재배열될 수 있다. 이 경우 편광 소자(120)를 투과한 광의 편광 방향은 이색성 염료(320)의 장축 방향과 일치한다. 따라서 광원(21)으로부터 제공된 광은 이색성 염료(320)에 의해 상대적으로 많은 양이 흡수되고, 상대적으로 적은 양의 광이 파장 조절층(230)에 도달할 수 있다.
다른 실시예에서, 편광 소자(120)의 투과축은 대략 제2 방향(D2)과 평행할 수 있다. 또 다른 실시예에서, 액정층(305)은 꼬인 네마틱상 액정층일 수도 있다.
도 13은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 표시 장치의 광학축을 설명하기 위한 도면이다.
도 13을 참조하면, 도 13의 실시예에 따른 표시 장치의 위상차층(136)의 지상축은 편광 소자(120)의 투과축(axT)과 평행한 점이 도 1의 실시예에 따른 표시 장치(31)와 상이한 점이다. 위상차층(136)이 면내 방향에서 굴절률 차이를 갖지 않고 두께 방향의 광학축(axa)을 갖는 제1 위상차층(136a)과 면내 방향에서 굴절률 차이를 갖는 제2 위상차층(136b)을 포함할 경우 위상차층(136)의 지상축은 제2 위상차층(136b)의 지상축(axb)을 의미한다. 편광 소자(120)를 투과한 광의 편광 방향(즉, 제1 방향)과 위상차층(136)의 지상축을 평행하게 하여 표시 장치의 명암비를 개선할 수 있다.
도 14는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 표시 장치의 단면도이다.
도 14를 참조하면, 도 14의 실시예에 따른 표시 장치(37)의 위상차층(137)은 nx≠ny≠nz를 만족하는 하나의 이축성 위상차층만으로 이루어지는 점이 도 1의 실시예에 따른 표시 장치(31)와 상이한 점이다.
구체적으로, 위상차층(137)은 nx>nz>ny를 만족하는 이축성 위상차층일 수 있다. 또, 위상차층(137)의 (nx-ny) 값에 대한 (nx-nz) 값으로 정의되는 Nz 계수는 0 초과 1 미만일 수 있다. 몇몇 실시예에서, 위상차층(137)의 Nz 계수는 약 0.4 이상 0.6 이하, 또는 약 0.5일 수 있다. 한편, 위상차층(137)의 지상축은 편광 소자(120)의 투과축 또는 반사축과 평행할 수 있다.
이하, 실험예와 비교예를 참조로 하여 본 발명에 대해 더욱 상세하게 설명한다.
< 실험예 >
대향하는 두 개의 절연 기판 사이에 개재되고 액정과 이색성 염료를 포함하는 액정층, 하측 절연 기판과 액정층 사이에 순서대로 적층된 와이어 그리드 편광자층, nz>nx=ny를 만족하는 포지티브형 일축성 위상차층, nx<ny=nz를 만족하는 네거티브형 일축성 위상차층, 및 액정층에 수직 전계를 인가하도록 구성된 화소 전극과 공통 전극을 포함하는 표시 패널의 하측에서 청색 광을 제공하여 0.1V와 15V를 인가했을 때의 시야각 특성을 각각 측정하고, 명암비(contrast ratio) 정량화를 수행하였다. 명암비는 0.1V를 인가했을 때의 휘도와 15V를 인가했을 때의 휘도 차이를 측정하여 정량화하였다. 이 때 표시 패널 외측에 별도의 편광 소자를 배치하지 않았다.
< 비교예 >
하측 절연 기판과 액정층 사이에 위상차층을 배치하지 않은 것을 제외하고는 실험예와 동일한 표시 패널의 하측에서 청색 광을 제공하여 0.1V와 15V를 인가했을 때의 시야각 특성을 각각 측정하고, 명암비(contrast ratio) 정량화를 수행하였다. 이 때 표시 패널 외측에 별도의 편광 소자를 배치하지 않았다.
도 15는 실험예 및 비교예에 따라 시야각 특성과 명암비를 측정한 결과이다.
도 15를 참조하면, 실험예에 따른 표시 패널은 비교예에 따른 표시 패널에 비해 저전압(0.1V)을 인가하였을 경우에 측면에서 시인되는 빛샘이 상대적으로 적은 것을 확인할 수 있다. 또, 실험예에 따른 표시 패널은 비교예에 따른 표시 패널에 비해 시야각 특성이 개선됨에 따라 명암비 또한 우수함을 확인할 수 있다.
이상에서 본 발명의 실시예를 중심으로 설명하였으나 이는 단지 예시일 뿐 본 발명을 한정하는 것이 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 실시예의 본질적인 특성을 벗어나지 않는 범위에서 이상에 예시되지 않은 여러 가지의 변형과 응용이 가능함을 알 수 있을 것이다. 예를 들어, 본 발명의 실시예에 구체적으로 나타난 각 구성 요소는 변형하여 실시할 수 있다. 그리고 이러한 변형과 응용에 관계된 차이점들은 첨부된 청구 범위에서 규정하는 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
31: 표시 장치
110: 제1 절연 기판
120: 편광 소자
131: 위상차층
151: 제1 전극
210: 제2 절연 기판
230: 파장 조절층
251: 제2 전극
311: 액정
320: 이색성 염료

Claims (18)

  1. 복수의 화소를 포함하는 표시 장치로서,
    제1 절연 기판;
    상기 제1 절연 기판의 일면 상에 배치된 편광 소자;
    상기 제1 절연 기판의 상기 일면과 대향하는 제2 절연 기판; 및
    상기 편광 소자와 상기 제2 절연 기판 사이에 개재되며, 액정 및 이색성 염료(dichroic dye)를 포함하는 액정층을 포함하는 표시 장치.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 복수의 화소는 제1 색을 표시하는 제1 화소 및 상기 제1 색과 상이한 제2 색을 표시하는 제2 화소를 포함하고,
    상기 표시 장치는,
    입사광의 중심 파장을 상기 제1 색의 파장으로 변환시키는 제1 파장 변환 물질을 포함하고, 상기 제1 화소에 배치되는 제1 파장 변환층; 및
    입사광의 중심 파장을 상기 제2 색의 파장으로 변환시키는 제2 파장 변환 물질을 포함하고, 상기 제2 화소에 배치되는 제2 파장 변환층을 더 포함하는 표시 장치.
  3. 제2 항에 있어서,
    상기 제1 파장 변환층 및 상기 제2 파장 변환층은 상기 제2 절연 기판과 상기 액정층 사이에 배치되는 표시 장치.
  4. 제3 항에 있어서,
    상기 제1 파장 변환 물질과 상기 제2 파장 변환 물질은 각각 양자점, 양자 막대 또는 포스퍼(phosphor) 물질을 포함하는 표시 장치.
  5. 제3 항에 있어서,
    상기 편광 소자는 반사형 편광 소자인 표시 장치.
  6. 제5 항에 있어서,
    상기 반사형 편광 소자와 상기 액정층 사이에 배치된 위상차층을 더 포함하는 표시 장치.
  7. 제6 항에 있어서,
    상기 위상차층은 상기 반사형 편광 소자 상에 배치된 일축성 위상차층인 제1 위상차층 및 상기 제1 위상차층 상에 배치된 일축성 위상차층인 제2 위상차층을 포함하는 표시 장치.
  8. 제6 항에 있어서,
    상기 위상차층은 상기 반사형 편광 소자 상에 배치된 일축성 위상차층인 제1 위상차층 및 상기 제1 위상차층 상에 배치된 이축성 위상차층인 제2 위상차층을 포함하는 표시 장치.
  9. 제6 항에 있어서,
    상기 위상차층은 Nz 계수가 0 초과 1 미만인 이축성 위상차층을 포함하는 표시 장치.
  10. 제6 항에 있어서,
    상기 위상차층의 지상축은 상기 반사형 편광 소자의 투과축 또는 반사축과 평행한 표시 장치.
  11. 제10 항에 있어서,
    상기 위상차층과 상기 액정층 사이에 배치되고, 상기 각 화소마다 배치되는 화소 전극을 더 포함하는 표시 장치.
  12. 제2 항에 있어서,
    상기 복수의 화소는 상기 제1 색 및 상기 제2 색과 상이한 제3 색을 표시하는 제3 화소를 더 포함하고,
    상기 표시 장치는 상기 제3 화소에 배치되는 투광층을 더 포함하는 표시 장치.
  13. 제12 항에 있어서,
    상기 제1 절연 기판의 타면 측에 배치되고, 상기 제1 색의 중심 파장 및 상기 제2 색의 중심 파장보다 짧은 중심 파장을 갖는 광을 제공하는 광원을 더 포함하는 표시 장치.
  14. 제13 항에 있어서,
    상기 투광층은 광 투과성 수지 및 상기 광 투과성 수지 내에 분산된 광 산란 입자를 포함하는 표시 장치.
  15. 제1 항에 있어서,
    초기 배향 상태에서 평면상 상기 액정의 장축이 형성하는 방위각은 상기 편광 소자의 투과축과 평행한 표시 장치.
  16. 제1 항에 있어서,
    상기 액정층에 전계가 인가된 상태에서 평면상 상기 액정의 장축이 형성하는 방위각은 상기 편광 소자의 투과축과 평행한 표시 장치.
  17. 제1 항에 있어서,
    상기 액정층은 꼬인 네마틱상 액정층이고,
    상기 액정층에 전계가 인가된 상태에서 상기 액정의 장축은 상기 편광 소자의 투과축과 교차하는 표시 장치.
  18. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 절연 기판의 타면 측에 배치된 광원을 더 포함하되,
    상기 광원으로부터 제공되어 상기 제1 절연 기판을 투과한 광은 비편광 상태인 표시 장치.
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