KR101938038B1 - 액정 표시 소자 - Google Patents

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Abstract

액정 표시 소자가 제공된다. 구체적으로, 액정 표시 소자는 제1 기판을 포함한다. 제1 기판 상에는 제1 방향으로 편향된 제1 콜레스테릭 액정층이 배치된다. 제1 콜레스테릭 액정층 상에는 제1 방향과 다른 제2 방향으로 편향된 제2 콜레스테릭 액정층이 적층된다. 제1 콜레스테릭 액정층 및 제2 콜레스테릭 액정층 사이에는 줄히팅(Joule heating) 전극이 배치된다. 제2 콜레스테릭 액정층 상에는 제2 기판이 적층된다.

Description

액정 표시 소자{LIQUID CRYSTAL DISPLAY ELEMENT}
본 발명은 표시 소자에 관한 것으로, 보다 상세하게는 액정 표시 소자에 관한 것이다.
액정 표시 소자는 어레이 기판과 대향 기판 사이에 배치되는 액정의 배향에 따라 입사광의 반사도 및 투과도가 조절되는 표시 소자이다. 이때, 입사광은 액정 표시 소자와 함께 조립되는 별도의 백라이트 광원에 의해 제공되거나, 자연 광원에 의해 제공될 수 있다.
일반적으로, 액정 표시 소자는 편광판을 포함하는데, 반사광을 이용하여 영상을 표시하는 경우, 반사되는 영상의 휘도를 높이기 위해 액정 표시 소자의 반사도를 높일 수 있는 편광판이 구비되어야 한다.
또한, 액정 표시 소자에 의해 원하는 파장의 컬러 영상을 표시하기 위해서는, 백라이트 광원을 필터링하기 위한 컬러 필터가 구비될 필요가 있다.
그러나 액정 표시 소자에 편광판이 포함되는 경우 편광판 자체에 의해 어느 정도 휘도가 감소하는 문제가 있다. 또한, 액정 표시 소자에 의해 색을 표시할 경우, 컬러 필터 없이 별도의 컬러 광을 표시하기 어려운 문제가 있고, 컬러 필터 자체에 의해 휘도가 감소할 수 있는 문제가 있다. 나아가, 입사광을 반사시키거나 투과시키는 동작을 용이하게 제어하면서 낮은 전력으로 영상을 표시하기 위한 디스플레이 소자가 개시되지 않은 한계가 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 반사도가 높고 반사광의 파장을 용이하게 변화시킬 수 있으며, 반사-투과 모드로 동작할 수 있는, 액정 표시 소자를 제공하는 데에 있다.
상기 과제를 해결하기 위하여 본 발명의 일 측면은 액정 표시 소자를 제공한다. 상기 액정 표시 소자는 제1 기판을 포함한다. 상기 제1 기판 상에는 제1 방향으로 편향된 제1 콜레스테릭 액정층이 배치된다. 상기 제1 콜레스테릭 액정층 상에는 상기 제1 방향과 다른 제2 방향으로 편향된 제2 콜레스테릭 액정층이 적층된다. 상기 제1 콜레스테릭 액정층 및 제2 콜레스테릭 액정층 사이에는 줄히팅(Joule heating) 전극이 배치된다. 상기 제2 콜레스테릭 액정층 상에는 제2 기판이 적층된다.
상기 제1 방향 및 제2 방향 중 어느 하나는 왼손 법칙에 따른 나선 방향이고, 상기 제1 방향 및 제2 방향 중 다른 하나는 오른손 법칙에 따른 나선 방향일 수 있다.
상기 줄히팅 전극에 인가되는 전압에 따라 상기 제1 콜레스테릭 액정층 및 상기 제2 콜레스테릭 액정층 중 적어도 하나에 의해 반사되는 외부 광의 파장이 달라지도록 구성될 수 있다.
상기 줄히팅 전극에 인가되는 전압이 클수록 상기 반사되는 외부 광의 파장은 짧아지도록 구성될 수 있다.
상기 전압은 10V 이내이고, 상기 반사되는 외부 광의 파장은 가시 스펙트럼 범위에 속하도록 구성될 수 있다.
상기 제1 콜레스테릭 액정층 및 제2 콜레스테릭 액정층의 사이에 제3 기판이 더 배치될 수 있다. 상기 줄히팅 전극은, 상기 제3 기판 및 상기 제1 콜레스테릭 액정층의 사이에 배치되는 제1 줄히팅 전극과, 상기 제3 기판 및 상기 제2 콜레스테릭 액정층의 사이에 배치되는 제2 줄히팅 전극을 포함할 수 있다.
상기 제1 줄히팅 전극 및 제2 줄히팅 전극에는 동일한 크기의 전압이 인가되도록 구성될 수 있다.
상기 제1 콜레스테릭 액정층 및 상기 제1 기판 사이에는 제1 화소 전극이 배치될 수 있다. 상기 제1 줄히팅 전극 및 상기 제1 콜레스테릭 액정층 사이에는 제1 공통 전극이 배치될 수 있다. 상기 제2 콜레스테릭 액정층 및 상기 제2 기판 사이에는 제2 화소 전극이 배치될 수 있다. 상기 제2 줄히팅 전극 및 상기 제2 콜레스테릭 액정층 사이에는 제2 공통 전극이 배치될 수 있다. 상기 제1 공통 전극 및 상기 제1 줄히팅 전극과, 상기 제2 공통 전극 및 상기 제2 줄히팅 전극은 각각, 절연막으로 분리될 수 있다.
상기 제1 줄히팅 전극 및 제2 줄히팅 전극은 각각, 적어도 하나의 개구를 포함한 패터닝된 면 형상을 가질 수 있다.
상기 개구는 상기 제1 화소 전극 및 제2 화소 전극 중 적어도 하나에 중첩할 수 있다.
상기 줄히팅 전극은 적어도 하나의 개구가 정의되는 패터닝된 면 형상을 가질 수 있다.
상기 과제를 해결하기 위하여 본 발명의 일 측면은 액정 표시 소자를 제공한다. 상기 액정 표시 소자는 순차적으로 적층되는 제1 기판, 제2 기판 및 제3 기판을 포함하는 투명 기판들을 포함한다. 상기 투명 기판들 중 서로 인접하는 2개의 기판들 사이에는 서로 다른 방향으로 편향된 콜레스테릭 액정층이 각각 배치된다. 상기 제2 기판과 상기 콜레스테릭 액정층들 사이에는 줄히팅 전극이 각각 배치된다. 상기 제1 기판 및 제2 기판의 사이와, 상기 제2 기판 및 제3 기판의 사이에는 화소 전극이 각각 배치된다. 상기 제1 기판 및 제2 기판의 사이와, 상기 제2 기판 및 제3 기판의 사이에서 공통 전극들은 상기 화소 전극들에 각각 대향한다. 상기 줄히팅 전극들에 전압이 인가되는 제1 타이밍은 상기 화소 전극들에 전압이 인가되는 제2 타이밍과 다르게 구성된다.
상기 제1 타이밍에는 상기 콜레스테릭 액정층들에 입사되는 외부 광으로부터 미리 설정된 파장의 광을 반사시키도록 구성될 수 있다.
상기 제2 타이밍에는 상기 콜레스테릭 액정층들에 입사되는 외부 광을 투과시키도록 구성될 수 있다.
상기 제2 타이밍에는 상기 화소 전극들에 동시에 전압이 인가되도록 구성될 수 있다.
상기 과제를 해결하기 위하여 본 발명의 일 측면은 액정 표시 소자를 제공한다. 상기 액정 표시 소자는 제1 기판을 포함한다. 상기 제1 기판 상에는 일 방향으로 편향된 제1 콜레스테릭 액정층이 배치된다. 상기 제1 콜레스테릭 액정층 상에는 상기 제1 콜레스테릭 액정층과 다른 방향으로 편향되는 제2 콜레스테릭 액정층이 배치된다. 상기 제2 콜레스테릭 액정층 상에는 제2 기판이 배치된다. 상기 제1 콜레스테릭 액정층 및 제2 콜레스테릭 액정층 사이에는 제3 기판이 배치된다. 상기 제1 기판 및 제3 기판의 사이에는, 전압이 인가되는 경우 상기 제1 콜레스테릭 액정층의 배향 방향을 바꾸도록 구성되는 제1 화소 전극 및 제1 공통 전극이 배치된다. 상기 제2 기판 및 제3 기판의 사이에는, 전압이 인가되는 경우 상기 제2 콜레스테릭 액정층의 배향 방향을 바꾸도록 구성되는 제2 화소 전극 및 제2 공통 전극이 배치된다. 상기 제1 기판 및 제2 기판의 사이에는, 전압이 인가되는 경우 상기 제1 콜레스테릭 액정층의 온도 및 상기 제2 콜레스테릭 액정층의 온도를 각각 변화시키도록 구성되는 제1 줄히팅(Joule heating) 전극 및 제2 줄히팅 전극이 배치된다.
상기 제1 줄히팅 전극은 상기 제1 기판 및 제3 기판의 사이에서, 상기 제1 기판에 더 인접하게 배치될 수 있다.
상기 제2 줄히팅 전극은 상기 제2 기판 및 제3 기판의 사이에서, 상기 제2 기판에 더 인접하게 배치될 수 있다.
상기 제1 줄히팅 전극 및 제2 줄히팅 전극에는 동일한 크기의 전압이 인가되도록 구성될 수 있다.
상기 제1 줄히팅 전극 및 제2 줄히팅 전극 중 적어도 어느 하나는 개구가 정의된 패터닝된 면 형상을 가질 수 있다.
본 발명에 따르면, 액정 표시 소자에 별도의 편광판이 포함되지 않더라도, 서로 다른 방향으로 편향되어 적층된 콜레스테릭 액정층들에 의해 높은 반사도를 갖는 액정 표시 소자를 구현할 수 있다.
또한, 액정 표시 소자의 화소 전극 및 공통 전극에 전압이 인가되지 않은 상태에서, 줄히팅 전극에 전압을 인가하여 발열시키고 그에 따라 콜레스테릭 액정층의 온도를 변화시킴으로써, 액정 표시 소자에 의해 반사되는 외부 광의 파장을 적절하게 변화시킬 수 있다.
또한, 줄히팅 전극은 적어도 하나의 개구가 정의되는 패터닝된 면 형상을 가짐으로써, 줄히팅 전극의 발열로 인해 콜레스테릭 액정층에서 온도가 증가되는 영역이 구분될 수 있고, 그에 따라, 액정 표시 소자의 반사 모드에서, 하나의 화소 영역 내에서도 서로 다른 파장의 광이 반사될 수 있다.
다만, 발명의 효과는 상기에서 언급한 효과로 제한되지 아니하며, 언급되지 않은 또 다른 효과들을 하기의 기재로부터 당업자에게 명확히 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 액정 표시 소자의 단위 화소를 도시한 단면도이다.
도 2는 도 1의 액정 표시 소자에 의해 외부 광이 반사되는 모습을 설명하기 위한 개략도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 액정 표시 소자에 의한 외부 광의 반사도를 나타내는 도면이다.
도 4a는 본 발명의 일 실시예에 따른 액정 표시 소자의 줄히팅 전극에 인가되는 전압에 따른 온도의 변화를 나타내는 도면이다.
도 4b는 본 발명의 일 실시예에 따른 액정 표시 소자의 온도에 따른 반사광의 파장 변화를 나타내는 도면이다.
도 5 및 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 액정 표시 소자의 동작 상태에 따라 외부 광이 투과되는 모습을 설명하기 위한 개략도들이다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 액정 표시 소자를 도시한 단면도이다.
도 8은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 액정 표시 소자를 도시한 단면도이다.
도 9는 본 발명의 더욱 다른 실시예에 따른 액정 표시 소자를 도시한 단면도이다.
도 10은 본 발명의 더욱더 다른 실시예에 따른 액정 표시 소자를 도시한 단면도이다.
이하, 본 발명을 보다 구체적으로 설명하기 위하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 보다 상세하게 설명한다. 그러나, 본 발명은 여기서 설명되는 실시예에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다.
도면들에 있어서, 층이 다른 층 또는 기판 "상"에 있다고 언급되는 경우에 그것은 다른 층 또는 기판 상에 직접 형성될 수 있거나 또는 그들 사이에 제 3의 층이 개재될 수도 있다. 도면들에 있어서, 층 및 영역들의 두께는 명확성을 기하기 위하여 과장 또는 축소된 것일 수 있다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참고번호들은 동일한 구성요소들을 나타낸다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 액정 표시 소자의 단위 화소를 도시한 단면도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 액정 표시 소자는 제1 기판(10), 제2 기판(20), 제1 콜레스테릭 액정층(13), 제2 콜레스테릭 액정층(23), 제1 줄히팅 전극(19) 및 제2 줄히팅 전극(29)을 포함할 수 있다. 또한, 상기 액정 표시 소자는 제3 기판(30), 화소 전극들(11, 21), 공통 전극들(15, 25) 및 절연막들(17, 27)을 더 포함할 수 있다. 도시되지는 않았지만, 콜레스테릭 액정층(13, 23) 및 화소 전극(11, 21)의 사이와, 콜레스테릭 액정층(13, 23) 및 공통 전극(15, 25)의 사이에는 각각, 콜레스테릭 액정층(13, 23)을 배향시키기 위한 배향막이 더 포함될 수 있다.
제1 기판(10), 제2 기판(20) 및 제3 기판(30)은 콜레스테릭 액정층들(13, 23)이 배치되는 기판으로서, 제3 기판(30)은 제1 기판(10) 및 제2 기판(20)의 사이에 배치된다. 이러한 기판들(10, 20, 30)은 투명한 절연 물질을 포함할 수 있다. 예를 들어, 기판들(10, 20, 30)은 유리(glass), 석영(quartz), 플라스틱(plastic), 폴리에틸렌(polyethylene) 수지, 폴리카보네이트(polycarbonate) 수지 등을 포함할 수 있다.
화소 전극들(11, 21)은 기판들(10, 20, 30) 중 적어도 어느 하나에 배치되는 투명한 도전성 물질들로서, 제1 화소 전극(11) 및 제2 화소 전극(21)을 포함할 수 있다. 화소 전극들(11, 21)은 예를 들어, ITO(Indium Tin Oxide), IZO(Indium Zinc Oxide) 등의 재질을 포함할 수 있다. 본 실시예에서, 제1 화소 전극(11)은 제1 기판(10) 상에 배치되고, 제2 화소 전극(21)은 제2 기판(20) 상에 배치될 수 있다.
줄히팅 전극들(19, 29)은 전압이나 전류가 인가되는 경우, 줄 열(Joule-heating)이 유도되는 물질을 포함한다. 예를 들어, 줄히팅 전극들(19, 29)은 바나듐 산화물, 나이오븀 산화물 등을 포함할 수 있다. 본 실시예에서, 제1 줄히팅 전극(19)은 제3 기판(30) 및 제1 기판(10)의 사이에서 제3 기판(30) 상에 배치되고, 제2 줄히팅 전극(29)은 제3 기판(30) 및 제2 기판(20)의 사이에서 제3 기판(30) 상에 배치될 수 있다. 즉, 줄히팅 전극들(19, 29)은 제3 기판(30)의 양면 상에 각각 배치될 수 있다.
공통 전극들(15, 25)은 화소 전극들(11, 21)에 대향하여 기판들(10, 20, 30) 중 적어도 하나에 배치된다. 본 실시예에서, 공통 전극들(15, 25)은 줄히팅 전극들(19, 29)이 배치된 제3 기판(30) 상에 배치될 수 있다. 공통 전극들(15, 25)은 제3 기판(30) 상의 제1 줄히팅 전극(19) 위에 배치되는 제1 공통 전극(15)과, 제3 기판(30) 상의 제2 줄히팅 전극(29) 위에 배치되는 제2 공통 전극(25)을 포함할 수 있다. 이러한 공통 전극들(15, 25)은 투명한 도전성 재질을 포함할 수 있고, 예를 들어, 화소 전극들(11, 21)과 동일한 재질을 포함할 수 있다.
절연막들(17, 27)은 줄히팅 전극들(19, 29)과 공통 전극들(15, 25)을 전기적으로 분리시키는 층들이다. 제1 절연막(17)은 제1 줄히팅 전극(19) 및 제1 공통 전극(15)의 사이에 배치되고, 제2 절연막(27)은 제2 줄히팅 전극(29) 및 제2 공통 전극(25)의 사이에 배치될 수 있다. 절연막들(17, 27)은 투명한 절연 재질을 포함할 수 있다. 예를 들어, 절연막들(17, 27)은 실리콘 산화물, 실리콘 질화물 등을 포함할 수 있다.
콜레스테릭 액정층들(13, 23)은 네마틱(nematic) 액정(liquid crystal)에 카이랄 성분(chiral dopant)이 더해진 액정층들이다. 콜레스테릭 액정층들(13, 23)은 각각, 제1 기판(10) 및 제3 기판(30)의 사이와, 제2 기판(20) 및 제3 기판(30)의 사이에 배치된다. 이때, 제1 기판(10) 및 제3 기판(30)의 사이에는 왼손 법칙에 따른 나선 방향으로 편향되는 제1 콜레스테릭 액정층(13)이 배치되고, 제2 기판(20) 및 제3 기판(30)의 사이에는 오른손 법칙에 따른 나선 방향으로 편향되는 제2 콜레스테릭 액정층(23)이 배치될 수 있다. 다만, 제1 콜레스테릭 액정층(13) 및 제2 콜레스테릭 액정층(23)의 편향 방향이 이에 한정되는 것은 아니고, 서로 다른 방향으로 편향되면 얼마든지 이와 다르게 편향될 수 있다. 예를 들어, 실시예에 따라서는 제1 콜레스테릭 액정층(13)이 오른손 법칙에 따른 나선 방향으로 편향되고, 제2 콜레스테릭 액정층(23)이 왼손 법칙에 따른 나선 방향으로 편향될 수도 있다. 이하에서는 설명의 편의를 위해, 제1 콜레스테릭 액정층(13)이 왼손 법칙에 따른 나선 방향으로 편향(이하, ‘좌편향’이라 함)되고, 제2 콜레스테릭 액정층(23)이 오른손 법칙에 따른 나선 방향으로 편향(이하, ‘우편향’이라 함)되는 것으로 가정하여 설명하도록 한다.
제1 콜레스테릭 액정층(13)은 제1 화소 전극(11) 및 제1 공통 전극(15)의 사이에 배치되어, 제1 화소 전극(11)과 제1 공통 전극(15)에 의해 형성되는 전계에 의해 배향(align) 방향이 달라질 수 있다. 비슷하게, 제2 콜레스테릭 액정층(23)은 제2 화소 전극(21) 및 제2 공통 전극(25)의 사이에 배치되어, 제2 화소 전극(21)과 제2 공통 전극(25)에 의해 형성되는 전계에 의해 배향 방향이 달라질 수 있다. 도 1에서는 화소 전극들(11, 21) 및 공통 전극들(15, 25)에 전압이 인가되지 않은 상태의 단면이 도시되었다.
도 2는 도 1의 액정 표시 소자에 의해 외부 광이 반사되는 모습을 설명하기 위한 개략도이고, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 액정 표시 소자에 의한 외부 광의 반사도를 나타내는 도면이다.
도 2에서는 설명의 편의를 위해, 도 1의 액정 표시 소자에 포함되는 기판들(10, 20, 30)과 콜레스테릭 액정층들(13, 23)만 도시되고, 다른 구성요소들은 생략되었다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 화소 전극들(11, 21)과 공통 전극들(15, 25)에 전압이 인가되지 않는 경우, 서로 다른 방향으로 편향된 콜레스테릭 액정층들(13, 23)에 의해 외부 광이 대부분 반사될 수 있다. 구체적으로, 도 3에 도시된 바와 같이, 소정의 파장 대역을 갖는 외부 광이 콜레스테릭 액정층을 포함한 액정 표시 소자에 의해 반사되는 경우, 어느 한 방향으로만 편향된(예컨대, 좌편향(L)되거나 우편향(R)된) 콜레스테릭 액정층만을 포함할 때에는 약 50%의 반사도를 나타낼 수 있다. 이 경우, 콜레스테릭 액정층(13) 자체에 의한 반사도는 약 40%일 수 있고, 상기 콜레스테릭 액정층(13)이 배치된 기판에 의한 반사도는 약 10%일 수 있다. 그러나 본 실시예에서와 같이, 서로 다른 방향으로 편향된 콜레스테릭 액정층들(13, 23)이 적층된 구조(L+R, R+L)를 가진 액정 표시 소자에서는 외부 광이, 좌편향된 콜레스테릭 액정층(13)과 우편향된 콜레스테릭 액정층(23)에 의해 각각 반사됨으로써, 콜레스테릭 액정층들(13, 23)이 적층된 순서에 관계없이, 기판들(10, 20, 30)에 의한 반사도 약 20%와 합하여, 전체적으로 약 100%에 근사하는 반사도를 나타낼 수 있다.
이에 따라, 액정 표시 소자에 별도의 편광판이 포함되지 않더라도, 서로 다른 방향으로 편향되어 적층된 콜레스테릭 액정층들(13, 23)에 의해 높은 반사도를 갖는 액정 표시 소자를 구현할 수 있다.
도 4a는 본 발명의 일 실시예에 따른 액정 표시 소자의 줄히팅 전극에 인가되는 전압에 따른 온도의 변화를 나타내는 도면이고, 도 4b는 본 발명의 일 실시예에 따른 액정 표시 소자의 온도에 따른 반사광의 파장 변화를 나타내는 도면이다.
도 4a를 참조하면, 본 실시예에 따른 액정 표시 소자의 줄히팅 전극들(19, 29)에 전압이 인가되는 경우 전류가 흐름에 따라 열이 발생하여, 줄히팅 전극들(19, 29) 자체 및 이들에 인접한 구성요소의 온도를 증가시킬 수 있다. 예를 들어, 전압이 미인가될 때 줄히팅 전극들(19, 29)의 온도가 약 28도라면, 약 5V의 전압이 인가될 때 줄히팅 전극들(19, 29)의 온도는 약 32도로 상승할 수 있다. 또한, 더 큰 전압이 인가됨에 따라 줄히팅 전극들(19, 29)의 발열도 증가하여 온도가 더 상승할 수 있다. 예를 들어, 약 10V의 전압이 인가될 때 줄히팅 전극들(19, 29)의 온도는 약 38도로 상승할 수 있다. 이때, 줄히팅 전극들(19, 29)의 발열로 인해 액정 표시 소자의 온도가 증가함으로써, 콜레스테릭 액정층들(13, 23)에서 반사되는 외부 광의 파장이 달라질 수 있는데, 이는 도 4b를 참조하여 설명하도록 한다.
도 4b를 참조하면, 우편향된 콜레스테릭 액정층(23)에 의한 외부 광의 반사도가 파장에 따라 도시되었다. 우편향된 콜레스테릭 액정층(23)의 온도가 섭씨 약 28.5도인 경우, 외부로부터 입사되는 광 중 약 650 nm의 파장을 갖는 적색 계열의 광이 주로 반사될 수 있고, 우편향된 콜레스테릭 액정층(23)의 온도가 섭씨 약 30.5도인 경우, 외부로부터 입사되는 광 중 약 550 nm의 파장을 갖는 녹색 계열의 광이 주로 반사될 수 있다. 한편, 우편향된 콜레스테릭 액정층(23)의 온도가 섭씨 약 34.0도인 경우, 외부로부터 입사되는 광 중 약 470 nm의 파장을 갖는 청색 계열의 광이 주로 반사될 수 있다. 이와 같이, 콜레스테릭 액정층(23)의 온도가 증가함에 따라, 가시 스펙트럼 내에서 반사되는 외부 광의 파장은 짧아질 수 있다.
도 1, 도 4a 및 도 4b를 함께 참조하면, 줄히팅 전극들(19, 29)에 인가되는 전압의 크기가 증가함에 따라, 소자들의 온도가 증가하고, 따라서 콜레스테릭 액정층들(13, 23)에서 반사되는 외부 광의 파장도 짧아질 수 있다. 예를 들어, 줄히팅 전극들(19, 29)에 인가되는 전압의 크기가 0V를 초과하여 약 10V 이내에서 변화하는 경우, 콜레스테릭 액정층들(13, 23)에서 반사되는 외부 광의 파장은 가시 스펙트럼 범위 내에서 변할 수 있다. 이를 이용하면, 종래의 액정 표시 소자에서 적색 광을 표시하기 위해 예컨대, 적색 필터, 녹색 필터 및 청색 필터와 같은 3개의 컬러 필터가 배치된 영역에 각각 단위 화소가 중첩되어야 하던 구조와 다르게, 하나의 단위 화소 영역 내에서도 예컨대, 적색 광, 녹색 광 및 청색 광과 같은 다양한 색을 표시할 수 있고, 그에 따라 이러한 액정 표시 소자들이 포함된 액정 표시 장치의 디스플레이 해상도를 향상시킬 수 있다.
실시예에 따라, 제1 콜레스테릭 액정층(13)의 온도에 영향을 주기 위해 제1 줄히팅 전극(19)에 인가되는 전압과, 제2 콜레스테릭 액정층(23)의 온도에 영향을 주기 위해 제2 줄히팅 전극(29)에 인가되는 전압의 크기는 실질적으로 동일할 수 있다. 다만, 제1 줄히팅 전극(19)에 인가되는 전압과 제2 줄히팅 전극(29)에 인가되는 전압이 반드시 동일할 필요는 없으며, 필요에 따라 줄히팅 전극들(19, 29)에 인가되는 전압의 크기는 서로 다를 수 있다.
이와 같이, 액정 표시 소자의 화소 전극들(11, 21) 및 공통 전극들(15, 25)에 전압이 인가되지 않은 상태에서, 줄히팅 전극들(19, 29)에 전압을 인가하여 발열시키고 그에 따라 콜레스테릭 액정층들(13, 23)의 온도를 변화시킴으로써, 액정 표시 소자에 의해 반사되는 외부 광의 파장을 적절하게 변화시킬 수 있다. 또한, 적층된 콜레스테릭 액정층들(13, 23)이 서로 다른 방향으로 편향됨에 따라 상기 반사되는 외부 광의 반사도가 향상될 수 있어, 원하는 파장의 광을 높은 반사도로 반사시킬 수 있다.
이하에서는 본 실시예에 따른 액정 표시 소자의 동작을 중심으로 설명하도록 한다. 액정 표시 소자의 동작은 반사 모드(reflective mode) 및 투과 모드(transmissive mode)로 구분될 수 있다. 반사 모드는, 도 1에 도시된 액정 표시 소자에서와 같이, 줄히팅 전극들(19, 29)에 전압 또는 전류가 인가되어 콜레스테릭 액정층들(13, 23)의 온도에 영향을 주고, 화소 전극들(11, 21) 및 공통 전극들(15, 25)에 의한 전계는 형성되지 않는 모드이다. 투과 모드는, 도 5 또는 도 6에서와 같이, 화소 전극들(11, 21) 및 공통 전극들(15, 25)에 의해 형성된 전계로 인해 콜레스테릭 액정층들(13, 23)의 배향이 바뀌거나, 콜레스테릭 액정층들(13, 23)의 온도가 등방성(isotropic) 특징을 갖는 온도 이상으로 증가하여 외부의 광이 투과될 수 있는 모드이다.
도 5 및 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 액정 표시 소자의 동작 상태에 따라 외부 광이 투과되는 모습을 설명하기 위한 개략도들이다.
도 5 및 도 6에서도 설명의 편의를 위해, 액정 표시 소자에 포함되는 기판들(10, 20, 30)과 콜레스테릭 액정층들(13, 23)만 도시되고, 다른 구성요소들은 생략되었다.
도 1 및 도 5를 참조하면, 화소 전극들(11, 21)과 공통 전극들(15, 25) 사이에 전계가 형성되는 경우, 콜레스테릭 액정층들(13, 23)의 액정들은 기판들(10, 20, 30)에 수직한, 호메오트로픽(homeotropic) 상태로 변화될 수 있다. 이에 따라, 외부로부터 액정 표시 소자에 입사되는 광은 기판들(10, 20, 30)과 콜레스테릭 액정층들(13, 23)을 투과하여, 액정 표시 소자가 투과 모드로 동작될 수 있다.
도 1 및 도 6을 참조하면, 화소 전극들(11, 21)과 공통 전극들(15, 25)에 전압이 인가되지 않더라도, 콜레스테릭 액정층들(13, 23)의 온도가, 액정들이 등방성(isotropic)을 가지는 온도까지 증가된 경우에는, 도 5에서와 비슷하게, 외부로부터 입사되는 광이 액정 표시 소자의 기판들(10, 20, 30) 및 콜레스테릭 액정층들(13, 23)을 투과하여, 액정 표시 소자가 투과 모드로 동작될 수 있다.
이와 같이, 도 2, 도 5 및 도 6에 도시된 동작 상태를 적절히 제어함으로써, 외부로부터 입사되는 광을 액정 표시 소자에서 적절히 반사시키거나 투과시킬 수 있다. 구체적으로, 도 2에 도시된 바와 같이, 액정 표시 소자의 화소 전극들(11, 21) 및 공통 전극들(15, 25)에 의해 전계가 형성되지 않는 경우, 상기 액정 표시 소자의 줄히팅 전극들(19, 29)에 인가되는 전압을 제어하여 콜레스테릭 액정층들(13, 23)의 온도에 영향을 줌으로써, 원하는 파장의 광을 높은 반사도로 반사시킬 수 있다. 또한, 도 5에 도시된 바와 같이 액정 표시 소자의 화소 전극들(11, 21) 및 공통 전극들(15, 25)에 의한 전계를 형성하여 콜레스테릭 액정층들(13, 23)의 배향을 변화시키거나, 또는, 도 6에 도시된 바와 같이 액정 표시 소자의 콜레스테릭 액정층들(13, 23)의 온도를 각각의 액정층이 등방성을 갖는 온도까지 높임으로써, 입사되는 광을 투과시킬 수도 있다.
그러므로 본 실시예에 따른 액정 표시 소자는 별도의 편광판을 포함하지 않고도, 줄히팅 전극들(19, 29)에 의한 발열 및 그로 인한 콜레스테릭 액정층들(13, 23)의 광 반사 파장의 변화(반사 모드)와, 화소 전극들(11, 21) 및 공통 전극들(15, 25) 간의 전계에 의한 콜레스테릭 액정층들(13, 23)의 배향 변화(투과 모드)를 이용함으로써, 높은 휘도로 원하는 색광을 반사하거나 투과시킬 수 있는 반사-투명 디스플레이 소자를 구현할 수 있다. 이러한 반사-투명 디스플레이 소자는 화소 전극들(11, 21) 및 공통 전극들(15, 25)에 별도의 전압이 인가되지 않더라도, 서로 다른 방향으로 적층된 콜레스테릭 액정층들(13, 23) 자체에 의해서 높은 반사도를 가질 수 있으므로, 비교적 낮은 전력으로 원하는 색광을 반사킬 수 있다.
한편, 반사-투명 디스플레이 소자로서 구현되기 위해, 실시예에 따라서는, 줄히팅 전극들(19, 29)에 전압이 인가되는 제1 타이밍과, 화소 전극들(11, 21) 및 공통 전극들(15, 25)에 전압이 인가되는 제2 타이밍이 서로 다르도록 구성될 수 있다. 이 경우, 상기 제1 타이밍과 제2 타이밍이 서로 구분됨으로써, 액정 표시 소자의 반사 모드와 투과 모드가 구분되어 동작될 수 있다.
실시예에 따라, 투과 모드에서 광의 투과도를 높이기 위해 콜레스테릭 액정층들(13, 23)의 배향을 함께 바꾸도록, 화소 전극들(11, 21)에는 실질적으로 동일한 타이밍에 전압이 인가되도록 구성될 수 있다. 이 경우, 제1 기판(10) 및 제3 기판(30)의 사이와, 제2 기판(20)과 제3 기판(30)의 사이에서 각각 실질적으로 동일한 타이밍에 전계가 형성됨으로써, 기판들(10, 20, 30) 사이의 콜레스테릭 액정층들(13, 23)이 실질적으로 동일한 타이밍에 수직으로 배향될 수 있다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 액정 표시 소자를 도시한 단면도이다.
도 7을 참조하면, 본 실시예에 따른 액정 표시 소자는, 줄히팅 전극들(19, 29)이 각각, 개구(19a, 29a)가 정의되는 패터닝된 형상을 가진 점을 제외하면, 도 1에 도시된 액정 표시 소자와 실질적으로 동일하다. 이하, 동일한 구성요소에 대한 설명은 생략하거나 간략히 하도록 한다.
본 실시예에 따른 액정 표시 소자는 제1 기판(10), 제2 기판(20) 및 제3 기판(30)을 포함하고, 제1 기판(10) 및 제2 기판(20)의 사이에 각각 배치되는 제1 화소 전극(11), 제1 콜레스테릭 액정층(13), 제1 공통 전극(15), 제1 절연막(17) 및 제1 줄히팅 전극(19)을 포함한다. 또한, 상기 액정 표시 소자는 제2 기판(20) 및 제3 기판(30)의 사이에 각각 배치되는 제2 화소 전극(21), 제2 콜레스테릭 액정층(23), 제2 공통 전극(25), 제2 절연막(27) 및 제2 줄히팅 전극(29)을 포함한다.
줄히팅 전극들(19, 29)에는 각각, 개구(19a, 29a)가 정의될 수 있다. 도 7에서는 제1 줄히팅 전극(19)에 정의되는 제1 개구(19a)와 제2 줄히팅 전극(29)에 정의되는 제2 개구(29a)가 평면 상에서 볼 때 동일한 영역에 정의되는 것으로 도시되었으나, 이는 예시적일 뿐 제1 개구(19a)가 정의되는 영역 및 제2 개구(29a)가 정의되는 영역은 얼마든지 다르게 설정될 수 있다. 또한, 제1 개구(19a)의 개수 및 폭과, 제2 개구(29a)의 개수 및 폭 또한, 실시예에 따라 다르게 설정될 수 있다.
이와 같이, 줄히팅 전극들(19, 29)은 적어도 하나의 개구(19a, 29a)가 정의되는 패터닝된 면 형상을 가짐으로써, 줄히팅 전극들(19, 29)의 발열로 인해 콜레스테릭 액정층들(21, 23)에서 온도가 증가되는 영역이 구분될 수 있다. 또한, 개구들(19a, 29a)의 크기가 충분히 크지 않은 경우에 줄히팅 전극들(19, 29)로부터 발생된 열의 확산을 이용하면, 콜레스테릭 액정층들(13, 23)로 하여금 외부 광의 원하는 파장을 반사시키는데 필요한 온도를 유지하게 하면서도, 줄히팅 전극들(19, 29)에 인가되는 전기 에너지를 감소시킬 수 있다. 나아가, 액정 표시 소자의 반사 모드에서, 적절한 크기 또는 영역을 가지는 개구(19a, 29a)를 이용함으로써, 콜레스테릭 액정층들(21, 23) 내에서의 온도 차이로 인해 단위 화소 영역 내에서 적어도 부분적으로 서로 다른 파장의 광이 반사되도록 구성될 수 있다. 이 경우, 개구(19a, 29a)는 화소 전극들(11, 21)과 적어도 부분적으로 중첩할 수 있다.
도 8은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 액정 표시 소자를 도시한 단면도이다.
도 8을 참조하면, 본 실시예에 따른 액정 표시 소자는 제2 기판(20) 및 제3 기판(30) 사이의 구성요소들의 적층 순서가 바뀐 점만 제외하면, 도 1에 도시된 액정 표시 소자와 실질적으로 동일하다. 이하, 동일한 구성요소에 대한 설명은 생략한다.
도 8을 참조하면, 제2 기판(20) 및 제3 기판(30)의 사이에서, 제3 기판(30)에 인접한 순서대로, 제2 화소 전극(21), 제2 콜레스테릭 액정층(23), 제2 공통 전극(25), 제2 절연막(27) 및 제2 줄히팅 전극(29)이 각각 배치될 수 있다.
이 경우, 제2 줄히팅 전극(29)의 발열이 제2 콜레스테릭 액정층(23)의 온도를 증가시키는 영향은 유지하면서도, 제2 줄히팅 전극(29)에 인가되는 전압으로 인해 제1 화소 전극(11) 및/또는 제1 공통 전극(15)에 유도되는 크로스토크(crosstalk)를 감소시킬 수 있다.
도 9는 본 발명의 더욱 다른 실시예에 따른 액정 표시 소자를 도시한 단면도이다.
도 9를 참조하면, 본 실시예에 따른 액정 표시 소자는 제1 기판(10) 및 제3 기판(30) 사이의 구성요소들의 적층 순서가 바뀐 점만 제외하면, 도 1에 도시된 액정 표시 소자와 실질적으로 동일하다. 이하, 동일한 구성요소에 대한 설명은 생략한다.
도 9를 참조하면, 제1 기판(10) 및 제3 기판(30)의 사이에서, 제3 기판(30)에 인접한 순서대로, 제1 화소 전극(11), 제1 콜레스테릭 액정층(13), 제1 공통 전극(15), 제1 절연막(17) 및 제1 줄히팅 전극(19)이 각각 배치될 수 있다.
이 경우, 제1 줄히팅 전극(19)의 발열이 제1 콜레스테릭 액정층(13)의 온도를 증가시키는 영향은 유지하면서도, 제1 줄히팅 전극(19)에 인가되는 전압으로 인해 제2 화소 전극(21) 및/또는 제2 공통 전극(25)에 유도되는 크로스토크를 감소시킬 수 있다.
도 10은 본 발명의 더욱더 다른 실시예에 따른 액정 표시 소자를 도시한 단면도이다.
도 10을 참조하면, 본 실시예에 따른 액정 표시 소자는 제1 기판(10) 및 제3 기판(30)의 사이와, 제2 기판(20) 및 제3 기판(30)의 사이에 배치된 구성요소들의 적층 순서가 바뀐 점을 제외하면 도 1에 도시된 액정 표시 소자와 실질적으로 동일하다.
도 10에서는, 제1 줄히팅 전극(19)과 제2 화소 전극(21) 간의 거리, 또는 제1 줄히팅 전극(19)과 제2 공통 전극(25) 간의 거리가 도 1에 도시된 액정 표시 소자에 비해 더 멀어짐에 따라, 제1 줄히팅 전극(19)에 인가되는 전압으로 인해 제2 화소 전극(21) 및/또는 제2 공통 전극(25)에 유도되는 크로스토크가 더 감소될 수 있다.
마찬가지로, 제2 줄히팅 전극(29)과 제1 화소 전극(11) 간의 거리, 또는 제2 줄히팅 전극(29)과 제1 공통 전극(15) 간의 거리가 멀어짐에 따라, 제2 줄히팅 전극(29)에 인가되는 전압으로 인해 제1 화소 전극(11) 및/또는 제1 공통 전극(15)에 유도되는 크로스토크 또한 더 감소될 수 있다.
상기와 같이, 본 발명에 따르면, 액정 표시 소자에 별도의 편광판이 포함되지 않더라도, 서로 다른 방향으로 편향되어 적층된 콜레스테릭 액정층들에 의해 높은 반사도를 갖는 액정 표시 소자를 구현할 수 있고, 줄히팅 전극에 전압을 인가하여 발열시키고 그에 따라 콜레스테릭 액정층의 온도를 변화시킴으로써, 액정 표시 소자에 의해 반사되는 외부 광의 파장을 적절하게 변화시킬 수 있는 반사-투명 디스플레이 소자를 구현할 수 있다.
한편, 본 명세서와 도면에 개시된 본 발명의 실시예들은 이해를 돕기 위해 특정 예를 제시한 것에 지나지 않으며, 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다. 여기에 개시된 실시예들 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, 20, 30: 기판
11, 21: 화소 전극
13, 23: 콜레스테릭 액정층
15, 25: 공통 전극
17, 27: 절연막
19, 29: 줄히팅 전극

Claims (20)

  1. 제1 기판;
    상기 제1 기판 상에 배치되고 제1 방향으로 편향된 제1 콜레스테릭 액정층;
    상기 제1 방향과 다른 제2 방향으로 편향되고 상기 제1 콜레스테릭 액정층 상에 적층된 제2 콜레스테릭 액정층;
    상기 제1 콜레스테릭 액정층 및 제2 콜레스테릭 액정층 사이에 배치되는 줄히팅(Joule heating) 전극; 및
    상기 제2 콜레스테릭 액정층 상에 적층된 제2 기판을 포함하고,
    상기 제1 콜레스테릭 액정층 및 제2 콜레스테릭 액정층의 사이에 배치되는 제3 기판을 더 포함하고,
    상기 줄히팅 전극은, 상기 제3 기판 및 상기 제1 콜레스테릭 액정층의 사이에 배치되는 제1 줄히팅 전극; 및 상기 제3 기판 및 상기 제2 콜레스테릭 액정층의 사이에 배치되는 제2 줄히팅 전극을 포함하고,
    상기 제1 콜레스테릭 액정층 및 상기 제1 기판 사이에 배치되는 제1 화소 전극;
    상기 제1 줄히팅 전극 및 상기 제1 콜레스테릭 액정층 사이에 배치되는 제1 공통 전극;
    상기 제2 콜레스테릭 액정층 및 상기 제2 기판 사이에 배치되는 제2 화소 전극; 및
    상기 제2 줄히팅 전극 및 상기 제2 콜레스테릭 액정층 사이에 배치되는 제2 공통 전극을 더 포함하고,
    상기 제1 공통 전극 및 상기 제1 줄히팅 전극과, 상기 제2 공통 전극 및 상기 제2 줄히팅 전극은 각각, 절연막으로 분리되는, 액정 표시 소자.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 방향 및 제2 방향 중 어느 하나는 왼손 법칙에 따른 나선 방향이고, 상기 제1 방향 및 제2 방향 중 다른 하나는 오른손 법칙에 따른 나선 방향인 액정 표시 소자.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 줄히팅 전극에 인가되는 전압에 따라 상기 제1 콜레스테릭 액정층 및 상기 제2 콜레스테릭 액정층 중 적어도 하나에 의해 반사되는 외부 광의 파장이 달라지도록 구성되는 액정 표시 소자.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 줄히팅 전극에 인가되는 전압이 클수록 상기 반사되는 외부 광의 파장은 짧아지도록 구성되는 액정 표시 소자.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 전압은 0V 초과 및 10V 이하이고, 상기 반사되는 외부 광의 파장은 가시 스펙트럼 범위에 속하도록 구성되는 액정 표시 소자.
  6. 삭제
  7. 제1항에 있어서,
    상기 제1 줄히팅 전극 및 제2 줄히팅 전극에는 동일한 크기의 전압이 인가되도록 구성되는 액정 표시 소자.
  8. 삭제
  9. 제1항에 있어서,
    상기 제1 줄히팅 전극 및 제2 줄히팅 전극은 각각, 적어도 하나의 개구를 포함한 패터닝된 면 형상을 갖는 액정 표시 소자.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 개구는 상기 제1 화소 전극 및 제2 화소 전극 중 적어도 하나에 중첩하는 액정 표시 소자.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 줄히팅 전극은 적어도 하나의 개구가 정의되는 패터닝된 면 형상을 갖는 액정 표시 소자.
  12. 순차적으로 적층되는 제1 기판, 제2 기판 및 제3 기판을 포함하는 투명 기판들;
    상기 투명 기판들 중 서로 인접하는 2개의 기판들 사이에 각각 배치되고, 서로 다른 방향으로 편향된 콜레스테릭 액정층들;
    상기 제2 기판과 상기 콜레스테릭 액정층들 사이에 각각 배치되는 줄히팅 전극들;
    상기 제1 기판 및 제2 기판의 사이와, 상기 제2 기판 및 제3 기판의 사이에 각각 배치되는 화소 전극들; 및
    상기 제1 기판 및 제2 기판의 사이와, 상기 제2 기판 및 제3 기판의 사이에서 상기 화소 전극들에 각각 대향하는 공통 전극들을 포함하고,
    상기 줄히팅 전극들에 전압이 인가되는 제1 타이밍은 상기 화소 전극들에 전압이 인가되는 제2 타이밍과 다르게 구성되는 액정 표시 소자.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 제1 타이밍에는 상기 콜레스테릭 액정층들에 입사되는 외부 광으로부터 미리 설정된 파장의 광을 반사시키도록 구성되는 액정 표시 소자.
  14. 제12항에 있어서,
    상기 제2 타이밍에는 상기 콜레스테릭 액정층들에 입사되는 외부 광을 투과시키도록 구성되는 액정 표시 소자.
  15. 제12항에 있어서,
    상기 제2 타이밍에는 상기 화소 전극들에 동시에 전압이 인가되도록 구성되는 액정 표시 소자.
  16. 제1 기판;
    상기 제1 기판 상에 배치되고 일 방향으로 편향된 제1 콜레스테릭 액정층;
    상기 제1 콜레스테릭 액정층과 다른 방향으로 편향되고, 상기 제1 콜레스테릭 액정층 상에 배치된 제2 콜레스테릭 액정층;
    상기 제2 콜레스테릭 액정층 상에 배치된 제2 기판;
    상기 제1 콜레스테릭 액정층 및 제2 콜레스테릭 액정층 사이에 배치된 제3 기판;
    상기 제1 기판 및 제3 기판의 사이에 배치되어, 전압이 인가되는 경우 상기 제1 콜레스테릭 액정층의 배향 방향을 바꾸도록 구성되는 제1 화소 전극 및 제1 공통 전극;
    상기 제2 기판 및 제3 기판의 사이에 배치되어, 전압이 인가되는 경우 상기 제2 콜레스테릭 액정층의 배향 방향을 바꾸도록 구성되는 제2 화소 전극 및 제2 공통 전극; 및
    상기 제1 기판 및 제2 기판의 사이에 배치되어, 전압이 인가되는 경우 상기 제1 콜레스테릭 액정층의 온도 및 상기 제2 콜레스테릭 액정층의 온도를 각각 변화시키도록 구성되는 제1 줄히팅(Joule heating) 전극 및 제2 줄히팅 전극을 포함하는 액정 표시 소자.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 제1 줄히팅 전극은 상기 제1 기판 및 제3 기판의 사이에서, 상기 제1 기판에 더 인접하게 배치되는 액정 표시 소자.
  18. 제16항에 있어서,
    상기 제2 줄히팅 전극은 상기 제2 기판 및 제3 기판의 사이에서, 상기 제2 기판에 더 인접하게 배치되는 액정 표시 소자.
  19. 제16항에 있어서,
    상기 제1 줄히팅 전극 및 제2 줄히팅 전극에는 동일한 크기의 전압이 인가되도록 구성되는 액정 표시 소자.
  20. 제16항에 있어서,
    상기 제1 줄히팅 전극 및 제2 줄히팅 전극 중 적어도 어느 하나는 개구가 정의된 패터닝된 면 형상을 갖는 액정 표시 소자.
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