KR100224699B1

KR100224699B1 - 액정표시소자

Info

Publication number: KR100224699B1
Application number: KR1019970015532A
Authority: KR
Inventors: 브이. 에프. 페트로브
Original assignee: 윤종용; 삼성전자주식회사
Priority date: 1996-10-31
Filing date: 1997-04-25
Publication date: 1999-10-15
Anticipated expiration: 2017-04-25
Also published as: KR19980069752A

Abstract

광시야각이 향상된 구조의 액정 표시소자에 대해 개시되어 있다. 이 액정 표시 소자는 그 표면상에 화소가 배열되어 있는 기판과, 기판 상에 형성된 배향막과, 기판과 소정 간격 이격되어 대향하는 광섬유 플레이트와, 기판 및 광섬유 플레이트의 이면에 각각 위치하는 제1 및 제2 편광판과, 제2 편광판의 대향면에 형성된 공통전극 및 제2 편광판과 기판 사이의 공간에 봉입된 액정을 구비햐여 이루어진다.

Description

액정 표시 소자

본 발명은 액정 표시소자에 관한 것으로, 특히 광 시야각을 향상 시킬 수 있는 새로운 구조의 액정 표시소자에 관한 것이다.

화상정보시대에서 정보전달의 주 매개체인 표시장치의 퍼스널(personal)화, 스페이스(space)의 절약화라는 요구에 부응하여 지금까지 표시장치의 주종이었던 거대한 음극선관(Cathode Ray Tube; CRT)을 대신하여 액정 표시소자(Liquid crystal Display; LCD), 플라즈마 디스플레이 패널(Plasma Display Panel; PDP), 일렉트론 루미네센스(Electr-Luminescence; EL)등 각종 평판 표시장치가 개발되어 왔다.

그중에서도 특히 LCD 는 전기장에 의하여 분자의 배열이 변화하는 액정의 광학적 성질을 이용하는 액정기술과 반도체기술을 융합한 표시장치로서, 평판표시장치의 대명사로 불리고 있다.

이러한 LCD의 구성을 도 1에 개략적으로 도시하였다.

도 1을 참조하면, 먼저 하부기판(10)상에는 신호선과 주사선에 의해 스위칭되는 박막트랜지스터(12)와 액정을 구동시키기 위한 화소전극(14)으로 구성되는 화소(Pixel)가 매트릭스(matrix) 형태로 배열되어 있다.

상기 하부기판(10)과 일정 간격 이격되어 대향하고 있는 상부 기판(20)상에는 상기 화소전극(14)과 대응되는 공통전극(24)과, 각 화소전극에 대응되는 칼라필터층(color filter layer; 22)이 형성되어 있다. 상기 하부기판(10)과 상부기판(20) 사이에는 전기장에 의하여 분자의 배열이 변화하는 액정이 주입되어 있고, 상기 한쌍의 유리기판(10, 20)의 이면에는 입사하는 빛을 편광시키는 기능을 갖는 편광판(30)이 각각 구비되어 있다.

상술한 바와 같이 구성된 LCD에 소정의 전압을 인가하면 상기 액정분자들은 배향막 표면의 러빙 방향에 따라 배향된다. 한쌍의 유리기판 사이에 들어있는 상기 액정 분자들은 일정한 피치(pitch)를 가지고 나선상으로 꼬여 있으며, 이러한 피치를 형성시키기 위해 액정내에 좌선성 또는 우선성의 카이랄 도펀트(chiraldopant)가 0.01중량% ~ 8.0중량%의 농도로 첨가될 수 있다.

평판표시(Flat Panel Display) 분야에 널리 적용되고 있는 트위스티드 네마틱 액정 표시(Twisted Nematic LCD; TN-LCD) 소자는 일반적으로 광 시야각(viewing angle)이 좁고 불균일하다고 알려져 있다. LCD의 시야각 형성은 주로 셀(cell)내의 중간에 위치하고 있는 액정 분자의 배향에 의해 결정되는데, 상기 액정 분자는 가늘고 긴 막대 모양으로 이루어져 있으며 그 장축과 단축이 입사한 편광 빛에 의해각기 다르게 작용한다. 전압이 인가된 상태의 LCD를 여러각도에서 보면, 액정 분자의 장축이 변하게 되므로 그레이(gray) 반전 및 시야각 감소현상이 나타난다.

이러한 문제를 해결하기 위해, 화소분할 러빙법, 지연층(retardation film)을 이용한 광학적 보상방법, 넌-러빙법(non-rubbing)을 이용한 TN-방식 LCD 및 광-중합(Photo -pllymerization)을 이용한 광배향 등이 보고 되었으나, 부가적인 공정 및 재료의 추가로 인한 코스트(cost)의 증가, 수율 감소등의 많은 문제점을 가지고 있다.

한편, LCD 소자중에서 반사형(reflective type) TFT-LCD는 기존의 화소전극을 반사판(알루미늄으로 구성됨)으로 대체하고, 자체광원이 없이 외부의 광원을 이용하며, FLC나 PDLC를 사용하여 버스라인(bus line)을 없앤 저소비전력을 위주로 하는 방식을 채택하고 있으며 최근에는 개발되는 추세에 있다.

도 2는 종래의 반사형 TFT-LCD의 일 예를 도시한 것이다.

도 2에 도시된 바와 같이, 알루미늄박의 광반사판이 LCD를 구성하는 배면기판의 이면에 부착되어 있으며, LCD의 전면으로 조사되는 입사광을 반사판에서 반사시켜 이용하고 있다. 트위스티드 네마틱(Twisted Nematic; TN) 모드나 수퍼트위스티드 네마틱(super twisted nematic; STN) 모드 등에서 배면 기판에 편광판과 표면이 바둑판상인 반사판이 겹쳐 부착되어 있다. 이 반사형 LCD는 비발광형이라는 점에서 LCD의 소비전력성을 특히 활용할 수 있으므로, 널리 채용되고 있다.

그러나, 기판의 이면에 반사판을 갖는 종래의 반사형 LCD는 , 액정층과 반사판 사이에 일정 공간이 존재하기 때문에 통상적으로 입사광과 반사광이 서로 다른 화소를 통과하게 되어 시차(視差)를 야기하고 휘도를 떨어뜨리는 문제가 있다. 이러한 문제를 마이크로 칼라필터를 사용하는 칼라 LCD에서 더욱 심각하게 나타난다.

본 발명이이루고자 하는 기술적 과제는, 광 시야각이 향상된 새로운구조의 액정 표시소자를 제공하는 것이다.

본 발명이 이루고자 하는 다른 기술적 과제는 시차에 의한 휘도의 저하를 방지할 수 있는 반사형 액정 표시소자를 제공하는 것이다.

본 발명이 이루고자 하는 또다른 기술적 과제는, 광시야각이 향상된 인 플레인 스위칭 모드의 액정 표시소자를 제공하는 것이다.

도 1은 일반적인 액정 표시소자의 일 예를 입체적으로 도시한 입체도이다.

도 2는 종래의 반사형 액정 표시소자의 일 예를 도시한 단면도이다.

도 3은 본 발명의 제1 내지 제3 실시예에 의한 액정 표시소자를 설명하기 위하여 입체적으로 도시한 입체도이다.

도 4는 도 3에 도시된 본 발명의 액정 표시소자의 단면을 도시한 단면도이다.

도 5는 광섬유 플레이트(optical fiber's plate)에서의 빛의 투과경로를 도식화하여 나타낸 것이다.

도 6은 본 발명의 제4 실시에에 의한 액정 표시소자를 도시한 단면도이다.

도 7a 및 도 7b는 본 발명의 제1 내지 제4 실시예에 의한 액정 표시소자의 동작을 설명하기 위한 도면이다.

도 8은 본 발명의 제5 및 제6 실시예에 의한 액정 표시소자를 설명하기 위하여 도시한 입체도이다.

도 9는 본 발명의 제7 내지 제9 실시예에 의한 액정 표시소자를 도시한 것이다.

도 10은 본 발명의 제10 실시에에 의한 액정 표시소자의 단면을 도시한 것이다.

도 11은 본 발명의 제11 실시예에 의한 액정 표시소자의 단면을 도시한 것이다.

도 12는 본 발명의 제12 내지 제15 실시예에 의한 액정 표시소자의 단면을 도시한 것이다.

도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명

40.....하부기판42....화소전극

45.....상부기판50.....광섬유 플레이트

52.....공통전극55....액정

60,60a..편광판65....배향막

70.....분광자

상기 과제를 이루기 위하여 본 발명에 의한 액정표시소자는 그 표면상에 화소가 배열되어 있는 기판과, 상기 기판 상에 형성된 배향막과, 상기 기판과 소정간격 이격되어 대향하는 광섬유 플레이트와, 상기 기판 및 광섬유 플레이트의 이면에 각각 위치하는 제1 및 제2 편광판과, 상기 제2 편광판의 대향면에 형성된 공통전극 및 상기 제2 편광판과 기판 사이의 공간에 봉입된 액정을 구비하는 것을 특징으로한다.

상기 다른 과제를 이루기 위하여 본 발명에 의한 반사형 액정 표시소자는, 그 표면상에 입사광을 반사할 수 있는 금속전극이 형성되어 있고, 배향막이 코팅되어 있는 기판과, 상기 기판과 소정 간격 이격되어 대향하는 광섬유 플레이트와, 상기 기판 및 광섬유 플레이트의 이면에 각각 위치하는 제1 및 제2 편광판과, 상기 제2 편광판의 대향면에 형성된 공통전극, 및 상기 제2 편광판과 기판 사이의 공간에 봉입된 액정을 구비하는 것을 특징으로 한다.

상기 다른 과제를 이루기 위하여 본 발명에 의한 다른 반사형 액정 표시소자는, 소정 간격 이격되어 대향하는 상, 하부 기판과, 상기 하부 기판상에 형성되어 입사광을 반사시키는 전극 및 상부 기판에 형성된 공통전극과, 상기 상, 하부 기판에 각각 형성된 배향막과, 상기 상, 하부 기판의 이면에 각각 배치된 편광판과, 상기 상부 기판의 이면에 부착된 광섬유 플레이트, 및 상기 하부기판 및 상부기판 사이에 주입되어 있는 액정을 구비하는 것을 특징으로 한다.

상기 다른 과제를 이루기 위하여 본 발명에 의한 또다른 반사형 액정 표시소자는, 전극을 포함하고 그 표면에 반사형 폴리이미드막이 코팅되어 있는 하부기판과, 전극을 포함하고 그 표면에 액정의 플래너 배향을 제공하는 배향막이 코팅되어 있는 상부기판과, 상기 상부기판의 이면에 부착된 광섬유 플레이트, 및 상기 하부기판 및 상부기판 사이에 주입되어 있는 액정을 구비하는 것을 특징으로 한다.

상기 또다른 과제를 이루기 위하여 본 발명에 의한 인 플레인 스위칭 모드의 액정 표시소자는, 그 일면에 각각 전극을 포함하며 소정간격을 두고 대향하는 두 개의 기판과, 상기 두 개의 기판중 적어도 어느 하나의 대향면에 형성된 반사형 배향막과, 상기 두 개의 기판중 어느 하나의 이면에 부착된 광섬유 플레이트, 및 상기 두 기판 사이의 공간에 봉입되어 있으며, 고분자를 포함하는 액정층을 구비하는 것을 특징으로 한다.

상기한 또다른 과제를 이루기 위하여 본 발명에 의한 다른 인 플레인 스위칭 모드의 액정 표시소자는, 그 일면에 교대로(interdigitally) 배치된 전극을 포함하는 하부기판과, 상기 하부기판과 소정거리 이격되어 대향하며 전극을 포함하지 않은 상부기판과, 상기 상부기판의 이면에 배치된 편광자와, 상기 상부기판의 이면에 배치되며 그 축이 상기 편광자의 편광축에 대해 열십자(+) 모양으로 배치된 분광자, 및 상기 하부기판 및 상부기판 사이의 공간에 봉입된 액정층을 구비하는 것을 특징으로 한다.

상기한 또다른 과제를 이루기 위하여 본 발명에 의한 또다른 인 플레인 스위칭 모드의 액정 표시소자는, 그 일면에 교대로(interdigitally) 배치된 전극을 포함하며 반사형 고분자막이 코팅된 하부기판과, 상기 하부기판과 소정거리 이격되어 대향하며 전극을 포함하지 않은 상부기판과, 상기 상부기판의 이면에 배치된 편광판과, 상기 편광판의 이면에 부착된 광섬유 플레이트, 및 상기 하부기판 및 상부기판 사이의 공간에 봉입된 액정층을 구비하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따르면, 다중 반사를 일으키는 광섬유 플레이트를 채용하고 이에 적절한 배향막과 액정을 사용함으로써 광 시야각을 향상시킬 수 있다. 또한, 종래 의 반사판 대신에 반사형 배향막 또는 전극을 채용함으로써 시차에 의한 휘도의 저하를 방지할 수 있다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 더욱 상세히 설명하기로 한다.

도 3은 본 발명의 제1 내지 제4 실시예에 의한 액정표시소자를 도시한 입체도이고, 도 4는 상기 액정표시소자의 단면도이다.

도 3 및 도 4를 참조하면, 유리기판(40)상에는 신호선과 주사선에 의해 스위칭되는 박막트랜지스터(42)와 액정을 구동시키기 위한 화소전극(44)으로 구성되는 화소가 매트릭스 형태로 배열되어 있고, 그 위에는 액정을 일정 방향으로 배열시키는 배향막(65)이 코팅되어 있다.

한편, 상부를 보면 종래의 상부기판(도 1의 참조부호 20)대신에 광섬유로 이루어진 투명 플레이트(50)가 상기 유리기판(40)과 대향하고 있다. 상기 광섬유 플레이트(optical fiber's plate)(50)의 대향면에는 상기유리기판의 화소전극(44)과 대응되도록 형성되어 있다.

상기 유리기판(40)의 이면과 광섬유 플레이트(50)의 대향면에는 입사하는 빛을 편광시키기 위한 편광판(60,60a)이 각각 구비되어 있고, 상기 유리기판(40)과 광섬유 플레이트(50) 사이의 공간에는 전기장에 의하여 분자의 배열이 변화하는 액정이 주입되어 있다.

본 발명은 상기 배향막과 액정의 종류에 따라 여러 가지 실시예로 나뉘어질 수 있다.

본 발명의 바람직한 제1 실시예에 의하면, 상기 배향막(65)은 주입된 액정이호메오트로픽 배향(homeotropic orientation), 즉 액정 분자의 디렉터(director)가 기판이 표면에 수직한 방향으로 배열되도록 러빙된(rubbed) 폴리이미드막(polyimide layer)으로 구성되고, 상기 액정은 유전율 이방성이 양(positive)인 네마틱 액정이 사용된다.

본 발명의 제2 실시예에 의하면, 상기 배향막(65)은 러빙되지 않은 (unrubbed) 폴리이미드막으로 구성되고 상기 액정으로는 유전율 이방성이 양이며 광중합 도펀트로 도핑된 네마틱 액정이 사용된다. 상기 광중합된 도펀트는 시나메이트(cinnamate), 아크릴레이트(acrylate) 및 쿠마린(coumarin) 유도체로 이루어진 그룹에서 선택된 어느 하나이고, 그 농도는 5중량% 이하인 것이 바람직하다.

본 발명의 제3 실시예에 의하면, 상기 배향막(65)은 러빙된 폴리이미드막으로 구성되고, 상기 액정은 유전율 이방성이 음인 네미틱 액정으로서 카이랄 도펀트로 도핑되어 있다. 이때 액정 셀의 두께와 액정이 이루는 피치의 비(d/p)가 0.25~0.50의 범위내인 것이 바람직하고, 상기 범위를 만족하는 카이랄 도펀트의 농도는 0.25~0.5중량% 정도이다.

도 5는 본 발명의 제4 실시예에 의한 액정 표시소자의 단면을 도시한 것으로, 도 4에 도시된 액정 표시소자에 비해 공통전극952)과 상부 편광판(60a) 사이에 상부기판(45)이 더 구비되어 있다.

본 발명의 제4 실시예에 의하면, 상기 배향막(65)은 러빙되지 않은 폴리이미드막으로 구성되고, 상기 액정으로는 유전율 이방성이 양이고 공중합 도펀트로 도핑되어 있는 네미틱 액정이 사용된다.

본 발명의 제2 및 제4 실시예에 있어서, 네마틱 액정과 광중합된 도펀트의 혼합물을 준비하고, 이것을 셀에 봉입하는 과정은 다음과 같다.

① 셀에 액정을 주입하기 전에, 도펀트로서 예를 들어 광경화성(photocurable)의 비닐4-메톡시-시나메이트(viny14-methoxy-cinnamate) 2%를 네마틱 액정에 도핑시킨다. 상기 도펀트는 시나메이트, 아크릴레이트(acrylate) 및 쿠마린(coumarin) 유도체 중의 어느 하나를 사용할 수 있으며, 도핑 농도는 0.01~5중량% 정도가 바람직하다.

② 상기 도핑된 액정을 셀에 봉입하되, 네마틱 액정의 클리어링 온도(clearing temperature) 이상의 온도에서 액정의 봉입이 이루어져야 한다.

③ 액정 봉입 후, 상기 셀에 선형 편광된(linearly polarized) 파장이 320㎚인 자외선을 5J/㎠ 정도로 약 10분간 조사한다. 이때, 상기 자외선은 10mV/㎠의 광세기를 갖는 고압 수은램프를 사용하여 얻을 수 있다. 그리고, 전압은 5~20볼트(V)로 인가하고, 상기 네마틱 액정의 클리어링 온도 이상의 온도에서 조사한다.

한편, 본 발명의 제1 내지 제4 실시예에 사용된 고밀도의 광섬유 플레이트(50)를 마련하는 방법은, Chemical processing of synthetic fibers and blends, John Wiley Sons, Inc., Newyork, 1984, 저자; K .V. Datye, 또는 Sol-gel technology for thin films, fibers, performs, electronics, and especially shapes, Noeys Publications, New Jersey, 1988, 저자; L.C. Klein에 잘 나타나 있다.

상기 광섬유 플레이트(50)는 입사된 빛을 그 내부에서 다중 반사되게하여 한 방향으로 입사된 빛이 모든 방위각도로 출사되도록 함으로써 광 시야각을 향상시키는 역할을 한다.

도 6은 광섬유 플레이트를 투과하는 빛의 경로를 도식적으로 나타낸 것이다.

광섬유 플레이트에 입사되는 빛의 입사각은 다음과 같은 식 1을 만족한다.

[수학식 1]

여기서, n은 광섬유 플레이트 외부 매질의 굴절율이고, ψ는 광섬유 플레이트에 입사되는 빛의 입사각도이며, NUMA는 광섬유의 개구수(numeral aperture)이다.

상기 광섬유 플레이트의 중심부(core)(51)에 ψ의 입사각으로 입사되는 빛은, 상기 중심부(51)를 감싸고 있으며 상기 중심부(51)보다 굴절율이 작은 피복부(cladding)(53)의 경계면에서 전반사된다. 이러한 전반사는 알려진 바와 같이 상기 중심부에 입사되는 빛의 입사각(ψ)이 임계각을 넘어설 때 일어난다. 일단 상기 중심부(51) 내부에서 전반사가 시작되면, 상기 공섬유 플레이트에서 빛이 벗어날 때까지 전반사는 계속된다.

한편, 도 6에 도시된 광섬유 플레이트는 균일한 두께를 갖는 유리판으로 볼수 있으므로 상기 광섬유 플레이트를 통과한 빛의 굴절각(ψ')은 입사각(ψ)과 동일하게 된다. 결국, 소정의 입사각(ψ)을 가지고 단일 방향에서 입사된 빛은 입사각과 동일한 꼭지점각(apex angle)을 갖는 빈 원뿔(hollow cone)모양을 이루며 광 섬유 플레이트를 출사하게 된다. 이러한 현상은 모든 방위각도에서 빛을 균일하게 하며, 따라서 시야각이 넓어지게 된다.

도 7a는 전압이 인가되지 않은 상태를 도시한 것으로, 참조부호A는 상부 편광판(60a)의 편광축(axes of polarizer)이고, P는 하부기판(40)에 부착된 하부 편광판(60)의 편광축이다.

도시된 바와 같이, 액정 분자의 디렉터(director)가 하부기판(40)에 대해 수직한 방향으로 배열되어 있는 상태에서 전압이 인가되지 않을 경우에는 상, 하의 편광판의 편광축이 서로 지교하도록 놓여 있으므로 액정 분자에 의해 선꽝이 되지 않으므로 빛이 통과하지 못하게 된다.

도 7b는 전압이 인가된 상태를 되시한 것으로, 나선상으로 90° 비틀려서 액정 분자가 배열되고, 상기 액정분자의 배열에 맞춰 배치된 편광판에 의해 입사광의 편광면이 90° 회전하므로 빛이 투과하게 된다.

도 8은 참조하면, 유리기판(40)상에 신호선과 주사선에 의해 스위칭되는 박막트랜지스터(도시되지않음)와 액정을 구동시키기 위한 전극(42)으로 구성되는 화소가 매트릭스 형태로 배열되어 있다. 상기 전극(42)은 알루미늄(Al)과 같이 빛을 반사시킬수 있는 물질로 이루어져 입사광을 반사시키는 미러(mirror)로 작용한다.

종래에는 반사판이 하부기판의 이면에 부착되어 있어서, 상부기판으로 입사된 입사광과 반사판에서 반사된 반사광이 서로 다른 화소를 통과함으로써 시차를 유발하고 휘도가 저하된 문제가 있었다(도 2 참조). 그러나, 본 발명에서는 반사판 작용을 하는 전극(42)이 기판의 표면상에 형성되어 있으므로 상기한 종래의 문제점을 해소 할 수 있다.

전극이 형성된 상기 유리기판(40)상에는 주입된 액정이 호메오트로픽(homeotropic) 배향, 즉 액정분자의 디렉터(director)가 기판표면에 수직한 방향으로 배열되도록 하는 배향막이 코팅되어 있다.

한편, 상부를 보면 종래의 상부기판 대신에 광섬유로 이루어진 투명 플레이트(50)가 상기 유리기판(40)과 대향하고 있고, 상기 광섬유 플레이트의 이면에는 전극(52)을 포함하는 편광판(60)이 부착되어 있다. 그리고, 상기 유리기판(40)과 광섬유 플레이트(50) 사이에는 전기장에 의하여 분자의 배열이 변화하는 액정이 주입되어 있다.

본 발명의 제5 실시예에 의하면 상기 액정으로 유전율 이방성이 양이고 카이랄 도펀트로 도핑되어 있는 네마틱 액정이 사용된다.

본 발명의 제6 실시예에 의하면, 상기 액정은 광중합된 도펀트 및 카이랄 도펀트로 도핑되어 있는 네마틱 액정이 사용된다.

본 발명의 제5 및 제6 실시예에 있어서, 상기 카이랄 도펀트의 농도는 액정셀의 두께와 액정의 피치의 비(d/p)가 0.25 ~ 0.50 정도가 되도록 하는 농도로 첨가되는 것이 바람직하다. 그리고, 제6 실시예의 상기 광중합 도펀트로는 시나메이트, 아크릴레이트 및 쿠마린 유도체로 이루어진 그룹에서 선택된 어느 하나이고, 그 농도는 5중량% 이하인 것이 바람직하다.

상기 네마틱 액정과 공중합된 도펀트의 혼합물을 준비하고, 셀에 봉입하는 과정은 본 발명의 제2 및 제4 실시예에서 설명한 바와 동일하다.

도 9는 본 발명의 제7내지 제9 실시예에 의한 액정 표시소자를 도시한 단면도로서, 소자의 온(on) 및 오프(off) 상태가 도시되어있다.

두 개의 유리기판(40, 45)이 대향하고 있는데, 하부기판(40) 상에는 알루미늄(Al)과 같이 빛을 반사시킬 수 있는 물질로 이루어진 전극(42)이 형성되어 있다. 이 전극(42)은 입사광을 반사시키는 반사판으로 작용한다.

상부기판(45)의 이면에는 광섬유로 이루어진 투명 플레이트(50)가 부착되어 있고, 상기 상부가판의 대향면에는 공통전극(52)이 형성되어 있다. 그리고, 상기 하부기판 (40)과 상부기판(45)의 대향면에는 액정을 일정 방향으로 배열시키기 위한 배향막(65)이 도포되어 있다. 상기 배향막(65)은 액정을 플래너(planar) 배향, 즉 액정분자의 나선축이 기판표면에 직교하도록 배향하기 위한 것이다. 상기 배향막사이의 공간에는 전기장에 의하여 분자의 배열이 변화하는 액정이 주입되어 있다.

본 발명의 바람직한 제7 실시예에 의하면, 상기 배향막(65)은 폴리이미드로 구성되고, 상기 액정은 유전율 이방성이 음이고, 이색성 염료 및 광중합 도펀트로 도핑된 네마틱 액정이 사용된다.

본 발명의 제9 실시예에 의하면, 하부기판에 코팅된 배향막은 액정을 플래너 배향시키는 배향막으로서, 입사광을 반사시킬 수 있는 물질, 예를 들어 반사형 폴리이미드막으로 구성된다. 그리고, 상기 하부기판과 상부기판 사이에 주입된 액정은 이색성 염료와 공중합 도펀트로 도핑되어 있으며, 유전율 이방성이 양인 네마틱 액정이 주입되어 있다.

상기 네마틱 액정과 광중합 도펀트를 혼합하여 셀에 봉입하는 과정은 제2 및 제4 실시예에서 설명한 바와 동일하며, 광중합 도펀트의 농도와 도펀트의 종류도 동일하다.

도 9를 참조하여 본 발명의 제7 내지 제9 실시예에 의한 액정 표시소자의 동작을 설명하면, 전압을 인가하지 않은 오프(off) 상태에서 임사광은 이색성 염료에 흡수되고 이에 따라 셀이 불투명하게 된다. 여기에 전압을 인가하여 셀이 온(on) 상태가 되면 입사광이 광섬유 플리이트(50)에서 산란된 후 액정층을 통과하게 되고, 액정층을 통과한 후 반사판 작용을 하는 전극(42) 또는 반사형 폴리이미드로 이루어진 배향막(65)의 표면에서 입사각과 동일한 각도로 반사된다. 이렇게 반사된 빛은 광섬유 플레이트(50)에서 다시 산란된 다음 셀 밖으로 빠져 나간다. 따라서, 단일 각도로 입사된 입사광은 상기 광섬유 플레이트(50)에서 두 번의 산란을 거친 후 입사각보다 훨씬 넓어진 각도로 산란되어 셀을 출사하게 되므로, 광 시야각이 향상된다.

도 10은 본 발명의 제10 실시예에 의한 액정 표시소자의 단면을 도시한 것으로, 셀의 온(on) 및 오프(off) 상태가 도시되어 있다.

도 10을 참조하면, 하부기판(40)상에 신호선과 주사선에 의해 스위칭되는 박막트랜지스터(도시되지않음)와 액정을 구동시키기 위한 전극(42)으로 구성되는 화소가 매트릭스 형태로 배열되어 있다.

상기 하부기판과 일정 간격을 두고 대향하고 있는 상부기판(45)의 대항면에 는 공통전극(52)이 형성되어 있고, 상부기판의 이면에는 광섬유 플례이트(50)가 부착되어 있다. 그리고, 상기 전극(42)과 공통전극(52)의 표면에는 배향막으로서 반사형 폴리사이드막 (65)이 코팅되어 있는데, 상기 폴리이미드막(65)은 액정을 배향시키는 배향막 역할을 함과 동시에 입사광을 반사시키는 반사판의 역할을 한다.

상기 하부기판(40)과 상부기판(45) 사이에는 액정층이 형성되어 있는데, 상기 액정층은 전기장에 의하여 분자의 배열이 변화하는 액정이 고분자에 분산된 고분자 분산형 액정층(polymer Dispersed Liquid Crystal)이다.

본 발명의 제10 실시예에 있어서 셀의 온(on)/ 오프(off) 상태를 보면, 전압이 인가되지 않은 오프(off) 상태에서는 입사광은 액정층에 분산되어 있는 고분자들에 의해 흡수되어 셀이 불투명하게 된다. 반면, 전압이 인가되어 셀이 온(on) 상태가 되면, 입사광은 광섬유 플레이트(50)에서 산란된 후 액정층을 통과하게 된다.

상기 액정층을 통과한 입사광은 반사판, 즉 반사형 폴리이미드막(65)에서 입사각과 동일한 각도로 반사된다. 상기 반사판에서 반사된 빛은 다시 광섬유 플레이트(50)에서 산란된 후 셀을 출사하게 되는데, 이렇게 두번의 산란을 거치게 도므로 산란 각도가 더욱 넓어지게 된다.

도 11은 본 발명의 제11 실시예에 의한 액정 표시소자를 도시한 것으로, 셀의 온(on) 및 오프(off) 상태를 나타낸다.

이 액정 셀은 폴리머 너트위크에 액정분자들이 공존하는 인- 플레인 스위칭(In Plane Switching ; IPS) 모드이다. 상부기판(40)과 그 일면에 교대로 배치된(interdigital) 전극(52)을 포함하는 하부기판(45)의 두 기판 사이에, 유전율 이방성이 음이고 공중합된 도펀트로 도핑된 네미틱 액정 분자들이 동일 방향으로 (homogeneously) 배열되어 있다. 상기 액정분자(55)들의 광축은 초기상태에서 편광판(polarizer)(60)의 편광축에 대해 평행하게 배열되어 있고, 상기 편광판과 분광자(analizer)(70)는 그 축이 서로 열십자(+)를 이루도록 배치되어 있다. 이와 같이편광판(60)과 분광자(70)의 축이 서로 직교하도록 배열되어 있기 때문에, 전계가 인가되지 않는 오프(off) 상태에서 액정 셀은 퓨어블랙(pure black) 상태를 나타낸다.

이러한 퓨어 모듈레이션(pure modulation)은 빛이 하나의 이상광선 (eztraordinary ray)으로 작용하기 때문에 가능하다.

액정 분자를 갖는 상기 폴리머 네트위크에 기판의 평면과 평행한 전계가 인가되면, 이로 인해 광축이 편광축으로부터 소정 각도로 편향된다. 그 결과, 폴리며네트위크내에 포함된 액정에서의 광선과 이상광선 사이의 전파속도의 차이에 기인하는 위상지연(phase retardation)에 의해 광투과량이 점차 증가하게 된다.

이때, 상기 액정(55)의 광학 축이 편광축으로부터 45°편향되어 있을 때 광투과량이 최대가 된다. LCD로부터 출사되는 광선이 더욱 밝고 높은 콘트라스트 비와 광강도를 갖도록 하기 위해서는, d·△n을 광원의 파장의 1/2로 조절하는 것이바람직하다.

상기 네마틱 액정과 공중합 도펀트를 혼합하여 셀에 봉입하는 과정은 제2 및 제4 실시예에서 설명한 바와 동일하며, 광중합 도펀트의 농도와 도펀트의 종류도 동일하다.

도 12는 본 발명의 제12 내지 제15 실시예에 의한 액정 표시소자의 단면을 도시한 것으로, 셀의 온(on) 및 오프(off) 상태가 도시되어 있다.

도 12를 참조하면, 전극이 형성되어 있지 않은 상부기판(45)과, 그 일면에 교대로 배치된 전극(42)을 포함하는 하부기판(40)이 소정 간격을 두고 대향하고 있고, 전극(42)이 배치되어 있는 상기 하부기판(40) 위에는 배향막(65)이 코팅되어 있다.

상기 상부기판(45)의 이면에는 편광판(60)이 있고, 상기 편광판(60)의 이면에는 광섬유 플레이트(50)가 부착되어 있으며, 상기 상부기판(45)과 하부기판(40)사이에는 액정층(55)이 형성되어 있다. 상기 광섬유 플레이트(50)는 입사된 빛을 그 내부에서 다중 반사되게하여 단일 방향으로 입사된 빛이여러 방위각도로 출사되도록 함으로써 광 시야각을 향상시키는 역할을 한다.

본 발명의 바람직한 제12 실시예에 의하면, 상기 배향막(65)은 반사형 폴리이미드막으로 구성되어 액정을 일정 방향으로 배향시키는 배향막 역할을 함과 동시에, 입사광을 반사시키는 반사판의 역할을 한다. 상기 액정층은 유전율 이방성이 음인 네미틱 액정으로 이루어져 있다.

본 발명의 제13 실시예에 의하면, 상기 배향막(65)은 러빙되지 않은 폴리이미드막으로 구성되고, 상기 액정층(55)은 유전율 이방성이 양인 네마틱 액정으로서, 광중합 도펀트로 도핑되어 있다.

본 발명의 제14 실시예에 의하면, 상기 배향막(65)은 반사형 폴리이미드막으로 구성되고, 상기 액정층은 전기장에 의하여 분자의 배열이 변화하는 액정이 고분자에 분산된 고분자 분산형 액정층이 사용된다.

본 발명의 제15 실시예에 의하면, 상기 배향막(65)은 반사형 폴리이미드막으로 구성되고, 상기 액정층(55)은 이색성 염료와 공중합 도펀트로 도핑된 네미틱 액정이다. 상기 제13 및 제15 실시예에 있어서, 상기 네미틱 액정과 광중합 도펀트를 혼합하여 셀에 봉입하는 과정은 제2 및 제4 실시예에서 설명한 바와 동일하며 광중합 도펀트의 농도와 도펀트의 종류도 동일하다.

도 12를 참조하여 본 발명의 제12 내지 제15 실시예에 의한 액정 표시소자으 온(on)/오프(off) 동작을 설명한다.

먼저, 전압이 인가되지 않는 오프(off) 상태에서는 입사된 빛은 액정층(55)에 분산된 고분자 또는 이색성 염료 분자에 흡수되어 셀이 불투명하게 된다. 반면, 전압이 인가되어 셀이 온(on) 상태가 되면, 입사광은 광섬유 플레이트(50)에서 1차 산란된 후 액정층(55)을 통과하게 된다. 상기 액정층(55)을 통과한 입사광은 반사형 폴리이미드막(65)에서 입사각과 동일한 각도로 반사된다. 그리고, 상기 반사형 폴리이미드막(65)에서 반사된 빛은 다시 광섬유 플레이트(50)에서 2차 산란된 후 셀을 출사하게 되는데, 두 번의 산란을 거치게 되므로 산란각도가 더욱 넓어지게 된다.

이상 본 발명의 바림직한 실시예들을 상세히 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않고 본 발명이 속하는 기술적 사상내에서 당분야의 통상의 지식을 가지 자에 의해 많은 변형이 가능함은 물론이다.

상술한 본 발명에 의한 액정 표시소자에 따르면, 다중 반사를 일으키는 광섬유 플레이트를 채용하고 이에 적절한 배향막과 액정을 사용함으로써 광 시야각을 향상시킬수 있다. 또한, 종래의 반사판 대신에 반사형 배향막 또는 전극을 채용함으로써 시차에 의한 휘도의 저하를 방지할 수 있다.

Claims

그 표면상에 화소가 배열되어 있는 기판 ;

상기 기판 상에 형성된 배향막;

상기 기판과 소정 간격 이격되어 대향하는 공섬유 플레이트;

상기 기판 및 광섬유 플레이트으 이면에 각각 위치하는 제1 및 제2 편광판;

상기 제2 편광판의 대향면에 형성된 공통전극; 및

상기 제2 편광판과 기판 사이의 공간에 봉입된 액정을 구비하는 것을 특징으로 하는 액정포시소자.
제 1 항에 있어서, 상기 배향막은 러빙된 폴리이미드막으로 이루어지고,

상기 액정은 유전율 이방성이 양인 네마틱 액정인 것을 특징으로 하는 액정 표시소자.
제 1 항에 있어서, 상기 배향막은 러빙되지 않은 폴리이미드막으로 이루어지고,

상기 액정은 광중합된 도펀트(photopolymerized dopant)로 도우되어 있으며, 유전율 이방성이 양인 네마틱 액정인 것을 특징으로 하는 액정 표시소자.
제 3 항에 있어서, 상기 광중합된 도펀트는,

시나메이트(cinnamate), 아크릴레이트(acrylate) 및 쿠마린(coumarin) 유도체로 이루어진 그룹에서 선택된 어느 하나인 것을 특징으로 하는 액정 표시소자.
제 3 항에 있어서, 상기 광중합된 도펀트의 농도는 0.01~5중량%인 것을 특징으로 하는 액정 표시소자.
제 1 항에 있어서, 상기 배향막은 러빙된 폴리이미드막으로 이루어지고,

상기 액정은 카이랄 도펀트(chiral dopant)로 도핑되어 있으며, 유전율 이방성이 음인 네마틱 액정인 것을 특징으로 하는 액정 표시소자.
제 6 항에 있어서, 상기 액정 셀의 두께와 액정의 피치(pitch)의 비(d/p)가 0.25~0.50범위내인 것을 특징으로 하는 액정 표시소자.
제 7 항에 있어서, 상기 비대칭 도펀트의 농도는,

0.25~0.50중량%인 것을 특징으로 하는 액정 표시소자.
제 1 항에 있어서, 상기 제2 편광판의 이면에 위치하는 상부기판을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 액정 표시소자.
제 9 항에 있어서, 상기 배향막은 러빙되지 않은 폴리이미드막으로 이루어지고,

상기 액정은 광중합 도펀트로 도핑되어 있으며, 유전율 이방성이 양인 네마틱 액정인 것을 특징으로 하는 액정 표시소자.
그 표면상에 입사광을 반사할 수 있는 금속전극이 형성되어 있고, 배향막이코팅되어 있는 기판;

상기 기판과 소정 간격 이격되어 대향하는 광섬유 플레이트;

상기 기판 및 광섬유 플레이트의 이면에 각각 위치하는 제1 및 제2 편광판;

상기 제2 편광판의 대향면에 형성된 공통전극; 및

상기 제2 편광판과 기판 사이의 공간에 봉입된 액정을 구비하는 것을 특징으로 하는 반사형 액정 표시소자.
제 11 항에 있어서, 상기 배향막은 호메오트로픽(homeotropic) 배향을 제공하는 배향막이며,

상기 액정은 카이랄 도펀트로 도핑된 네마틱 액정인 것을 특징으로 하는 반사형 액정 표시소자.
제 12 항에 있어서, 상기 액정 셀의 두께와 액정의 피치의 비가 0.25~0.50 범위내인 것을 특징으로 하는 반사형 액정 표시소자.
제 11 항에 있어서, 상기 배향막은 호메오트로픽 배향을 제공하는 배향막이며,

상기 액정은 광중합된 도펀트 및 카이랄 도펀트로 도핑된 네마틱 액정인 것을 특징으로 하는 반사형 액정 표시소자.
제 14 항에 ,있어서 상기 카이랄 도펀트의 농도는 상기 액정 셀의 두께와 액정 피치의 비가 0.25~0.50 정도가 되도록 하는 농도인 것을 특징으로 하는 반사형 액정 표시소자.
제 14 항에 있어서, 상기 광중합된 도펀트는,

시나메이트, 아크릴레이트 및 쿠마린 유도체로 이루어진 그룹에서 선택된 어느 하나인 것을 특징으로 하는 반사형 액정 표시소자.
제 16 항에 있어서, 상기 광중합된 도펀트의 농도는,

0.01~5중량%인 것을 특징으로 하는 반사형 액정 표시소자.
소정간격 이격되어 대향하는 상, 하부 기판;

상기 하부 기판상에 형성되어 입사광선을 반사시키는 전극 및 상부 기판에 형성된 공통전극;

상기 상, 하부 기판에 각각 형성된 배향막;

상기 상, 하부 기판의 이면에 부착된 광섬유 플레이트; 및

상기 상, 하부 기판 사이의 공간에 봉입된 액정을 구비하는 것을 특징으로 하는 반사형 액정 표시소자.
제 18 항에 있어서, 상기 액정은,

유전율 이방성이 양이며 이색성 염료(dichroic dye)로 도핑된 네마틱 액정인것을 특징으로 하는 반사형 액정 표시소자.
제 18 항에 있어서, 상기 배향막은 액정의 플래너(planar)배향을 제공하는 배향막이며,

상기 액정은 유전율 이방성이 양이며 이색성 염료 및 광중합 도펀트로 도핑된 네마틱 액정인 것을 특징으로 하는 반사형 액정 표시소자.
전극을 포함하고, 그 표면에 반사형 폴리이미드막이 코팅되어 있는 하부 기판;

전극을 포함하고, 그 표면에 액정의 플래너 배향을 제공하는 배향막이 코팅되어 있는 상부 기판;

상기 상부기판의 이면에 부착된 광섬유 플레이트; 및

상기 하부기판 및 상부기판 사이에 주입되어 있는 액정을 구비하는 것을 특징으로 하는 반사형 액정 표시소자.
제 21 항에 있어서, 상기 액정은.

이색성 염료 및 공중합 도펀트로 도핑되어 있고, 유전율 이방성이 양인 네마틱 액정인 것을 특징으로 하는 반사형 액정표시소자.
제 22 항에 있어서, 상기 광중합 도펀트는 시나메이트, 아크릴레이트 및 쿠마린 유도체로 이루어진 그룹에서 선택된 어느 하나인 것을 특징으로 하는 반사형 액정 표시소자.
제 22 항에 있어서, 상기 광중합 도펀트의 농도는,

0.01~5중량%인 것을 특징으로 하는 반사형 액정표시소자.
그 일면에 각각 전극을 포함하며, 소정 간격을 두고 대향하는 두 개의 기판;

상기 두 개의 기판중 적어도 어느 하나의 대향면에 형성된 반사형 배향막;

상기 두 개의 기판중 어느 하나의 이면에 부착된 광섬유 플레이트; 및

상기 두 기판 사이의 공간에 봉입되어 있으며, 고분자를 포함하는 액정층을 구비하는 것을 특징으로 하는 액정 표시장치.
그 일면에 교대로(interdigitally)배치된 전극을 포함하는 하부기판;

상기 하부기판과 소정거리 이격되어 대향하며, 전극을 포함하지 않은 상부기판;

상기 하부기판의 이면에 배치된 편광자;

상기 상부기판의 이면에 배치되며, 그 축이 상기 편광자의 편광축에 대해 열십자(+) 모양으로 배치된 분광자; 및

상기 하부기판 및 상부기판 사이의 공간에 봉입된 액정층을 구비하는 것을 특징으로 하는 액정 표시소자.
제 26 항에 있어서, 상기 액정은,

광중합된 도펀트로 도핑되어 있으며, 유전율 이방성이 음인 네마틱 액정인 것을 특징으로 하는 액정 표시소자.
제 27 항에 있어서, 상기 광중합된 도펀트는,

시나메이트, 아크릴레이트 및 쿠마린 유도체로 이루어진 그룹에서 선택된 어느 하나인 것을 특징으로 하는 액정 표시소자.
제 27 항에 있어서, 상기 광중합된 도펀트의 농도는 0.01~5중량%인 것을 특징으로 하는 액정 표시소자.
제 27 항에 있어서, 상기 분광자의 이면에 광섬유로 이루어진 플레이트를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 액정표시소자.
그 일면에 교대로 배치된 전극을 포함하여 반사형 고분자막이 코팅된 하부기판;

상기 하부기판과 소정거리 이격되어 대향하며, 전극을 포함하지 않은 상부기판;

상기 상부기판의 이면에 배치된 편광판;

상기 편광판의 이면에 부착된 광섬유 플레이트; 및

상기 하부기판 및 상부기판 사이의 공간에 봉입된 액정층을 구비하는 것을 특징으로 하는 액정 표시소자.
제 31 항에 있어서, 상기 액정은,

이색성 염료 및 광중합 도펀트로 도핑된 네마틱 액정인 것을 특징으로 하는액정 표시소자.
제 32 항에 있어서, 상기 광중합된 도펀트는,

시나메이트, 아크릴레이트 및 쿠마린 유도체로 이루어진 그룹에서 선택된 어느 하나인 것을 특징으로 하는액정 표시소자.
제 32 항에 있어서, 상기 광중합된 도펀트의 농도는 0.01~5중량%인 것을 특징으로 하는 액정 표시소자.
제 31 항에있어서, 상기 액정은,

유전율 이방성이 음인 네마틱 액정인 것을 특징으로 하는 액정표시소자.
제 31 항에 있어서, 상기 액정은,

액정에 고분자가 분산형(polymer dispersed) 액정인 것을 특징으로 하는 액정 표시소자.