KR20010045205A - reflection type liquid crystal display device with a cholesteric liquid crystal color filter - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 반사형 컬러필터를 갖는 반사형 액정표시장치에 관한 것으로, 더 상세히 설명하면 높은 색순도와 콘트라스트 비를 갖는 반사형 액정표시장치에 관한 것이다.The present invention relates to a reflective liquid crystal display device having a reflective color filter, and more particularly, to a reflective liquid crystal display device having high color purity and contrast ratio.
일반적으로 액정표시장치는 빛을 이용하는 방식에 따라 투과형(transmission type)과 반사형(reflection type)으로 나눌 수 있으며, 상기 투과형 액정표시장치는 액정패널의 뒷면에 부착된 배면광원으로부터 나오는 인위적인 빛을 액정에 입사시켜 액정의 배열에 따라 빛이 흡수되거나 통과하여 블랙 또는 화이트를 표시하는 형태이다.In general, a liquid crystal display device may be classified into a transmission type and a reflection type according to a method of using light, and the transmission type liquid crystal display device may display an artificial light emitted from a back light source attached to a rear surface of a liquid crystal panel. The light is absorbed or passed along the liquid crystal array to show black or white.
따라서, 상기 투과형 액정표시장치는 인위적인 배면광원을 사용함으로 전력소비가 큰 단점이 있는 반면, 반사형 액정표시장치는 빛의 대부분을 외부의 자연광이나 인조광원에 의존하는 구조를 하고 있음으로 상기 투과형 액정표시장치에 비해 전력소비가 적다는 장점이 있다. 이러한 장점으로 인해 상기 반사형 액정표시장치의 필요성이 대두되고 있다.Accordingly, the transmissive liquid crystal display device has a disadvantage in that power consumption is large by using an artificial back light source, whereas the reflective liquid crystal display device has a structure in which most of the light depends on external natural light or artificial light source. Compared to the display device, the power consumption is low. Due to these advantages, the necessity of the reflective liquid crystal display device is emerging.
도 1은 종래의 반사형 컬러 액정표시장치를 나타낸 단면도이다.1 is a cross-sectional view showing a conventional reflective color liquid crystal display device.
도시한 바와 같이, 종래의 반사형 컬러 액정표시장치는 컬러필터(15)가 형성된 상부기판(13)과, 반사전극(16)이 형성된 하부기판(11)과, 상기 상부기판(13)과 하부기판(11)사이에 개재된 액정(19)으로 구성된다. 상기 액정(19)은 전계에의해 소정의 방향으로 배열되어 빛의 흐름을 제어하는 광학적 이방성매질이다.As shown, the conventional reflective color liquid crystal display device includes an upper substrate 13 having a color filter 15, a lower substrate 11 having a reflective electrode 16, and an upper substrate 13 and a lower substrate. It consists of liquid crystals 19 interposed between the substrates 11. The liquid crystal 19 is an optically anisotropic medium arranged in a predetermined direction by an electric field to control the flow of light.
상기 액정(19)을 대신하여 이와 유사한 작용을 하는 광학적 이방성특성을 갖는 임의의 매질을 사용하는 것도 가능하다.It is also possible to use any medium having optically anisotropy that performs a similar function in place of the liquid crystal 19.
상기 상부기판(13)과 하부기판(11)의 외부 면에는 빛의 편광상태를 인위적으로 제어할 수 있는 다수의 셀을 배치한다.On the outer surfaces of the upper substrate 13 and the lower substrate 11 are arranged a plurality of cells that can artificially control the polarization state of light.
상기 다수의 셀 중 상기 상부기판(13)에는 산란필름(21)과 위상차판(23)과 편광판(25)이 차례로 적층되어 있다.The scattering film 21, the retardation plate 23, and the polarizing plate 25 are sequentially stacked on the upper substrate 13 of the plurality of cells.
이 때, 상기 산란필름(21)은 관측자의 입장에서 보다 넓은 범위의 시야각을 제공하기 위한 장치이다.In this case, the scattering film 21 is a device for providing a wider viewing angle from the observer's point of view.
상기 위상차판(23)은 상기 산란되어 입사된 빛이 우원편광(right circular polarization : RCP) 또는 좌원편광(left circular polarization : LCP)이 되도록한다. 상기 편광판(25)은 빛의 진행방향에 수직으로 특정의 방향에 진동하는 빛을 투과시키고 나머지 성분은 흡수하는 기능을 한다.The retardation plate 23 allows the scattered incident light to be right circular polarization (RCP) or left circular polarization (LCP). The polarizing plate 25 transmits light oscillating in a specific direction perpendicular to the traveling direction of light and absorbs the remaining components.
상기 상부기판(13)과 하부기판(11)의 사이에 개재된 액정은 트위스트 네마틱액정(twisted nematic liquid crystal : TN)을 주로 사용한다.The liquid crystal interposed between the upper substrate 13 and the lower substrate 11 mainly uses a twisted nematic liquid crystal (TN).
상기 트위스트 네마틱액정(TN)(19)은 분자축이 90o비틀려져 있으며, 액정층에 의한 위상지연이 λ/4가 되도록 설계되어 있다. 따라서 선편광이 입사하면 원편광으로 바뀌게 된다.The twisted nematic liquid crystal (TN) 19 is designed such that its molecular axis is twisted by 90 ° and the phase delay caused by the liquid crystal layer is λ / 4. Therefore, when linearly polarized light is incident, it is changed into circularly polarized light.
전술한 액정표시장치의 셀 구성에서, 온상태와 오프상태일 때의 빛의 진행상태를 이하 첨부한 도면을 참조하여 알아보도록 한다.In the above-described cell configuration of the liquid crystal display device, the progress of light in the on state and the off state will be described with reference to the accompanying drawings.
먼저, 도 2a는 관측자(미도시)의 관측위치를 고정시키고, 오프상태일때 각 셀을 통과하는 빛의 진행상태를 볼 경우에 해당하며, 먼저 관측자의 방향에서 액정표시장치로 입사된 빛은 ㄱ)편광판(25)을 통과하면서 편광판의 투과축 방향과 평행한 성분의 선편광이 된다. 이 선편광은 상기 ㄴ)위상차판(23)을 통과하면서 우원편광을 하게되고, 다시 ㄷ)액정(19)을 통과하면서 선편광 된다.First, FIG. 2A corresponds to a case where the observer (not shown) fixes the observation position and sees the progress of light passing through each cell in the off state. Passing through the polarizing plate 25, linear polarization of a component parallel to the transmission axis direction of the polarizing plate is obtained. The linearly polarized light becomes circularly polarized light while passing through the b) phase difference plate 23, and is linearly polarized while passing through the c) liquid crystal 19 again.
이러한 선편광은 상기 ㄹ)반사전극에 의해 반사되어 다시 액정(19)을 통과하게 되는데 이 때 선편광은 상기 ㅁ)트위스트 네마틱액정(TN)(19)액정을 통과하면서 λ/4의 위상차를 갖게 되어 우원편광이 된다. 물론 관측자의 입장에서 빛은 왼쪽으로 회전하여 상기 액정을 통과하여 출사된다. 상기 우원편광은 다시 위상차판(23)을 통과하면서 선편광이 된다. 이러한 선편광은 상기 위상차판(23)의 투과축 방향과 평행한 성분이며, 따라서 상기 편광판을 투과하게 된다.The linearly polarized light is reflected by the r reflecting electrode and passes through the liquid crystal 19. At this time, the linearly polarized light has a phase difference of λ / 4 while passing through the ㅁ) twisted nematic liquid crystal (TN) 19 liquid crystal. Right circular polarization. Of course, from the perspective of the observer, the light rotates to the left and passes through the liquid crystal. The right circularly polarized light becomes linearly polarized light while passing through the retardation plate 23 again. Such linearly polarized light is a component parallel to the transmission axis direction of the retardation plate 23, and thus transmits the polarizing plate.
따라서, 전술한 바와 같이 오프상태에서 액정표시장치는 화이트상태가 된다.Therefore, as described above, in the off state, the liquid crystal display device is in a white state.
반대로, 도 2b에 도시한 바와 같이, 온 상태일 경우 상기 비틀린 네마틱액정(19)은 인가된 전계의 방향으로 액정분자가 분극하여 일정한 방향성을 갖는 등방적상태가 된다. 이 때, 빛의 진행상태를 살펴보면 아래와 같다.On the contrary, as shown in FIG. 2B, when in the on state, the twisted nematic liquid crystal 19 polarizes the liquid crystal molecules in the direction of the applied electric field, thereby becoming an isotropic state having a certain directivity. At this time, look at the progress of the light as follows.
빛이 상부기판(도 1의 113참조)을 통과하여 액정(19)에 다다를 때 까지의 빛의 진행상태는 전술한 오프상태일 때와 같다.The progress of light until the light passes through the upper substrate (see 113 in FIG. 1) and reaches the liquid crystal 19 is the same as in the off state described above.
따라서, 상기 ㄱ)편광판(25)과 ㄴ)위상차판(23)을 통과한 빛은 원편광이며, 이 빛은 전계에 의해 등방적으로 배열된(예를들면 수직배열) ㄷ)액정을 그대로 통과하게 된다. 상기 우원편광된 빛은 상기 ㄹ)반사전극(16)에 좌원편광으로 바뀌어 반사되며, 상기 좌원편광은 비틀린 네마틱액정(19)을 지나면서, 상기 편광판(25)의 투과축방향에 직교한 성분의 선편광을 만들게 된다. 이 선편광은 상기 편광판(25)을 지나는 동안 상기 편광판(25)에 흡수된다.Thus, the light passing through the a) polarizing plate 25 and the b) phase difference plate 23 is circularly polarized light, and the light passes through the liquid crystals that are isotropically arranged (for example, vertically arranged) by an electric field. Done. The right circularly polarized light is reflected by changing the left circularly polarized light to the r) reflecting electrode 16, and the left circularly polarized light passes through the twisted nematic liquid crystal 19 and is orthogonal to the transmission axis direction of the polarizing plate 25. Will create a linear polarization. This linearly polarized light is absorbed by the polarizing plate 25 while passing through the polarizing plate 25.
그럼으로, 관측자의 입장에서 상기 액정표시장치는 온 상태일 경우 다크상태 보이게 된다. 따라서 상기 컬러필터(15)를 갖는 액정표시장치는 온 상태일 경우에 상기 컬러필터를 통과하여 착색된 빛은 상기 편광판을 통과하면서 관측자의 육안으로 감지할 수있게 된다. 반대로 오프상태가 되면 상기 컬러필터의 색감이 표현되지 않게 된다. 따라서 화소에 대해 선택적으로 온상태와 오프상태를 만들어 줌으로써 원하는 색감의 이미지를 표현할 수 있다.Therefore, from the viewpoint of the observer, the liquid crystal display becomes dark when it is in an on state. Therefore, when the liquid crystal display having the color filter 15 is in an on state, light colored through the color filter passes through the polarizing plate and is visually detected by the viewer. On the contrary, when it is turned off, the color of the color filter is not expressed. Therefore, it is possible to express an image of a desired color by selectively creating on and off states for the pixels.
그러나, 전술한 바와 같은 구성은 굴절률이 다른 많은 셀층이 적층되어 있음으로 각 셀을 통과하는 빛은 서로 다른 매질을 통과하면서 반사되어 빛의 강도가 떨어진다. 예를 들면, 필름의 특성상 편광판(25)을 통과하면서 빛의 강도가 일차적으로 감소하고, 상기 반사형 컬러필터(15)를 통과하면서 흡수되거나 반사되어 빛의 강도가 현저히 떨어지게 된다.However, in the above-described configuration, since many cell layers having different refractive indices are stacked, light passing through each cell is reflected while passing through different media, and thus the intensity of light is reduced. For example, due to the characteristics of the film, the intensity of light is primarily reduced while passing through the polarizing plate 25, and is absorbed or reflected while passing through the reflective color filter 15, so that the intensity of light is significantly decreased.
또한, 액정표시장치 전체를 보았을 때, 디스플레이(display)의 중앙에서는 빛의 진행방향이 상기 액정표시장치에 대해 수직으로 진행함으로 시인성이 좋으나 양측면으로 갈수록 빛의 시인성과 컨트라스트는 현저히 떨어진다. 따라서 전술한 구성을 갖는 액정표시장치는 넓은 시야각 범위에서 시인성이 좋지 않고 높은 컨트라스트 구현이 어렵다.In addition, when the entire LCD is viewed, visibility of the light is improved in the center of the display by moving the light perpendicular to the LCD, but the visibility and contrast of the light are remarkably decreased toward both sides. Therefore, the liquid crystal display device having the above-described configuration is poor in visibility and difficult to implement high contrast in a wide viewing angle range.
따라서, 전술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위해, 본 발명은 새로운 반사형 컬러필터를 사용하여 색순도를 개선하고, 시야각을 보상하는 셀을 구성함으로써 보다 넓은 범위에서 높은 색순도와 콘트라스트 특성을 갖는 액정표시장치를 제안하고자 한다.Therefore, in order to solve the above problems, the present invention improves color purity by using a novel reflective color filter, and composes a cell for compensating a viewing angle, thereby having a high color purity and contrast characteristics in a wider range. I would like to propose.
도 1은 컬러필터를 포함한 종래의 컬러액정표시장치의 단면을 도시한 단면도이고,1 is a cross-sectional view showing a cross section of a conventional color liquid crystal display device including a color filter;
도 2a 와 도 2b는 각각 온/오프 상태일 경우, 상기 종래의 액정표시장치를 구성하는 각 셀을 통과하는 빛의 진행상태를 도시한 도며이고,2A and 2B are diagrams illustrating a traveling state of light passing through each cell constituting the conventional liquid crystal display when the on / off state is performed.
도 3은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 액정표시장치를 구성하는 각 셀의 구성 단면도이고,3 is a cross-sectional view of each cell constituting the liquid crystal display device according to the first embodiment of the present invention;
도 4a 와 도4b는 각각 온/오프 상태일 경우, 본 발명에 따른 액정표시장치의 각 셀을 통과하는 빛의 진행상태를 도시한 도면이고,4A and 4B are diagrams illustrating a traveling state of light passing through each cell of the liquid crystal display according to the present invention when the on / off state is performed.
도 5a 내지 도 5b는 각각 온/오프상태일 경우, IPS모드로 동작하는 액정표시장치의 단면을 도시한 단면도이고,5A to 5B are cross-sectional views illustrating a cross section of the liquid crystal display device operating in the IPS mode when each is on / off.
도 6은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 액정표시장치의 단면을 도시한 단면도이고,6 is a cross-sectional view showing a cross section of a liquid crystal display according to a second embodiment of the present invention;
도 7a 와 도7b는 각각 온/오프 상태일 경우, IPS모드로 동작되는 액정표시장치의 각 셀을 통과하는 빛의 진행상태를 도시한 도면이다.7A and 7B are diagrams illustrating a progress state of light passing through each cell of the liquid crystal display device operating in the IPS mode when it is in an on / off state, respectively.
〈도면의 부호에 대한 간단한 설명〉<Brief description of the symbols in the drawings>
117 : 컬러필터 119: 일축성필름117: color filter 119: uniaxial film
121 : 위상차판 123 : 편광판121: phase difference plate 123: polarizing plate
본 발명에 따른 액정표시장치는 외부로부터 입사된 자연광을 선편광으로 변화시키는 편광판과; 상기 편광판의 하부에 위치하여 선편광을 원편광으로 변화시키는 위상차판과; 상기 위상차판의 하부에 위치하여 액정과의 위상차를 보상하여 주는 일축성필름과; 전계의 인가여부에 따라 빛의 위상을 변화시키는 액정과; 상기 액정을 통과한 빛을 선택적으로 반사시키는 콜레스테릭 액정컬러필터와; 상기 콜레스테릭 액정컬러필터를 통과한 빛을 흡수하는 흡수층을 포함한다.A liquid crystal display device according to the present invention includes a polarizing plate for changing the natural light incident from the outside into linearly polarized light; A phase difference plate positioned under the polarizer to change linearly polarized light into circularly polarized light; A uniaxial film positioned under the retardation plate to compensate for retardation with the liquid crystal; A liquid crystal for changing a phase of light depending on whether an electric field is applied; A cholesteric liquid crystal color filter for selectively reflecting light passing through the liquid crystal; It includes an absorption layer for absorbing light passing through the cholesteric liquid crystal color filter.
상기 액정은 전압이 인가되지 않았을 경우에 수직배열을 하는 것을 특징으로 한다.The liquid crystal is characterized in that the vertical arrangement when no voltage is applied.
본 발명의 특징에 따른 반사형 컬러 액정표시장치는 소정간격 만큼 이격된 제 1 및 제 2 기판과; 상기 제 1 기판과 제 2 기판 사이에 위치하여 전계의 인가여부에 따라 입사광의 위상을 변환시키면서 투과시키는 제 1 스위칭 상태와, 입사광의 위상을 변환시키지 않고 투과시키는 제 2 스위칭상태를 가진 액정층과; 상기 액정층을 사이에 두고 전계를 인가하기 위한 제 1 및 제 2 전극과; 상기 제 1 기판상에 위치하여 외부의 자연광을 선편광으로 변환시키는 편광판과; 상기 제 1 기판과 편광필름에 개재되고, 입사한 빛과 액정과의 위상차를 보상하는 일축성필름과; 상기 제 2 기판상에 위치하여 입사광을 적어도 하나의 색상의 빛으로 반사시키는 제 1 편광상태와, 적어도 하나의 색상의 빛으로 투과시키는 제 2 편광상태에서 작동하는 콜레스테릭액정 컬러필터와; 상기 제 2 기판의 배면에 위치하여 상기 콜레스테릭액정 컬러필터의 투과광을 흡수하기 위한 흡수층을 포함한다.According to an aspect of the present invention, a reflective color liquid crystal display device includes: first and second substrates spaced apart by a predetermined interval; A liquid crystal layer positioned between the first substrate and the second substrate and having a first switching state that transmits while changing a phase of incident light according to whether an electric field is applied, and a second switching state which transmits without changing the phase of the incident light; ; First and second electrodes for applying an electric field with the liquid crystal layer interposed therebetween; A polarizer disposed on the first substrate to convert external natural light into linearly polarized light; An uniaxial film interposed between the first substrate and the polarizing film and compensating for a phase difference between incident light and liquid crystal; A cholesteric liquid crystal color filter positioned on the second substrate and operating in a first polarization state for reflecting incident light with light of at least one color and in a second polarization state for transmitting with at least one color of light; Located on the back of the second substrate includes an absorption layer for absorbing the transmitted light of the cholesteric liquid crystal color filter.
상기 흡수층은 상기 콜레스테릭액정 컬러필터의 하부에 위치한 것을 특징으로 한다.The absorption layer is characterized in that located below the cholesteric liquid crystal color filter.
상기 흡수층은 빛을 흡수하는 물질로 이루어진 것을 특징으로 한다.The absorbing layer is made of a material which absorbs light.
본 발명의 특징에 따른 반사형 컬러액정표시장치는 상부기판과; 상부기판과는 소정간격 이격되고, 다수의 투명한 화소전극과 공통전극이 소정간격 이격되어 형성된 하부기판과; 외부로부터 입사된 자연광을 선평광으로 변화시키는 편광판과; 전계의 인가여부에 따라 빛의 위상을 변화시키는 액정과; 상기 액정을 통과한 빛을 선택적으로 반사시키는 콜레스테릭 액정컬러필터와; 상기 콜레스테릭 액정컬러필터를 통과한 빛을 흡수하는 흡수층을 포함한다.A reflective color liquid crystal display device according to an aspect of the present invention includes an upper substrate; A lower substrate spaced apart from the upper substrate by a predetermined interval, and the plurality of transparent pixel electrodes and the common electrode spaced by a predetermined interval; A polarizing plate for converting natural light incident from the outside into linear flat light; A liquid crystal for changing a phase of light depending on whether an electric field is applied; A cholesteric liquid crystal color filter for selectively reflecting light passing through the liquid crystal; It includes an absorption layer for absorbing light passing through the cholesteric liquid crystal color filter.
상기 액정층 상부에 위치한 일축성필름을 더욱 포함하는 것을 특징으로 한다.Characterized in that it further comprises a uniaxial film located above the liquid crystal layer.
상기 공통전극과 화소전극은 인듐-틴-옥사이드(ITO)와 인듐징크옥사이드(IZO)와 같은 투명도전성 금속인 것을 특징으로한다.The common electrode and the pixel electrode may be a transparent conductive metal such as indium tin oxide (ITO) and indium zinc oxide (IZO).
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 반사형 컬러 액정표시장치에 대해 알아보도록 한다.Hereinafter, a reflective color liquid crystal display device according to an exemplary embodiment of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
-- 제 1 실시예--Example 1
본 발명에 따른 제 1 실시예는 전압이 인가되지 않았을 경우 수직배열상태로 존재하는 액정과, 콜레스테릭액정 컬러필터를 포함하는 액정표시장치에서의 색 보상과 시야각 개선을 위해 제안되었다.A first embodiment according to the present invention has been proposed for color compensation and viewing angle improvement in a liquid crystal display including a liquid crystal and a cholesteric liquid crystal color filter in a vertically arranged state when no voltage is applied.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 반사형 컬러 액정표시장치의 단면을 도시한 단면도로서, 본 발명에 따른 반사형 컬러 액정표시장치는 크게 상부기판(111)과 하부기판(113)과 상기 상부기판(111)과 하부기판(113) 사이에 개재된 액정(115)으로 구성된다.3 is a cross-sectional view illustrating a reflective color liquid crystal display device according to an exemplary embodiment of the present invention. The reflective color liquid crystal display device according to the present invention is largely characterized by an upper substrate 111 and a lower substrate 113 and an upper portion thereof. The liquid crystal 115 is interposed between the substrate 111 and the lower substrate 113.
상기 상부기판(111)에는 위상차판(121)과 편광판(123)과 시야각보상 및 색을 보상하기 위한 일축성필름(negative uniaxial film)(119)이 차례로 적층되어 있고, 상기 하부기판(113)은 상기 상부기판(111)과 마주보는 면에 콜레스테릭 액정컬러필터(cholesteric liquid crystal color filter)(117)가 구성되어 있으며, 상기 콜레스테릭액정 컬러필터(117)가 형성되는 면의 반대면에는 빛을 흡수하는 흡수층(black layer)(124)이 형성되어 있다.On the upper substrate 111, a retardation plate 121, a polarizing plate 123, and a negative uniaxial film 119 for compensating viewing angle compensation and color are sequentially stacked, and the lower substrate 113 is A cholesteric liquid crystal color filter 117 is formed on the surface facing the upper substrate 111, and on the opposite side of the surface on which the cholesteric liquid crystal color filter 117 is formed. A black layer 124 is formed to absorb light.
도시하지는 않았지만, 상기 콜레스테릭액정 컬러필터(117)의 상부에는 투명한 화소전극(미도시)이 형성되어 있고, 상기 상부기판(111)의 안쪽면에는 투명한 공통전극(미도시)이 형성되어 상기 액정(115)에 전압을 인가하는 역할을 한다.Although not shown, a transparent pixel electrode (not shown) is formed on the cholesteric liquid crystal color filter 117, and a transparent common electrode (not shown) is formed on an inner surface of the upper substrate 111. It serves to apply a voltage to the liquid crystal 115.
상기 액정은 전압이 인가되지 않은 오프상태일 경우, 액정분자의 장축이 상기 상부기판과 하부기판에 수직한 배열을 하며, 전압이 인가된 온 상태일 경우, 상기 액정분자의 장축이 상기 두 기판과 평행한 배열을 하는 특성을 갖는다.When the liquid crystal is in an off state where no voltage is applied, the long axes of the liquid crystal molecules are arranged perpendicular to the upper and lower substrates. When the voltage is applied, the long axes of the liquid crystal molecules are aligned with the two substrates. It has the property of making a parallel arrangement.
상기 콜레스테릭액정 컬러필터(117)는 콜레스테릭 액정을 컬러필터로 사용한 것으로, 빛의 투과와 반사를 선택적으로 유발할 수 있다.The cholesteric liquid crystal color filter 117 uses a cholesteric liquid crystal as a color filter, and may selectively cause transmission and reflection of light.
즉, 콜레스테릭액정은 분자구조가 우측으로 트위스트 되어있으면 우원편광만을 반사시키고 좌원편광은 반사시키지 않는다.That is, the cholesteric liquid crystal reflects only the right circularly polarized light and does not reflect the left circularly polarized light when its molecular structure is twisted to the right.
또한, 상기 콜레스테릭액정 컬러필터(117)의 선택반사 파장대는 액정분자의 피치(pitch)로써 결정되기 때문에, 한 픽셀에서 피치의 분포에 따라서 반사되는 파장대를 조절할 수 있다. 좀 더 상세히 설명하면, 인간이 눈으로 볼수 있는 가시광의 파장영역은 400∼700㎚ 사이의 작은 파장영역에 한정된다. 이 때, 상기 가시광선 중 빨간색은 660nm의 파장에 해당하며, 초록색은 530nm에 해당하며, 파란색은 470nm의 파장에 해당한다. 즉, 액정의 피치를 인위적으로 조작할 수 있으며, 이러한 인위적인 액정모드는 가시광선 중 각 픽셀에 해당하는 상기 컬러의 고유한 파장만을 선택적으로 반사시키도록 함으로써 고순도의 색감을 표시할 수 있도록 한다.In addition, since the selective reflection wavelength band of the cholesteric liquid crystal color filter 117 is determined by the pitch of the liquid crystal molecules, the wavelength band reflected by the distribution of pitch in one pixel can be adjusted. In more detail, the wavelength range of visible light visible to the human eye is limited to a small wavelength range between 400 and 700 nm. In this case, red of the visible light corresponds to a wavelength of 660 nm, green corresponds to 530 nm, and blue corresponds to a wavelength of 470 nm. That is, the pitch of the liquid crystal can be artificially manipulated, and the artificial liquid crystal mode enables the display of high purity color by selectively reflecting only the unique wavelength of the color corresponding to each pixel of the visible light.
따라서, R/G/B의 삼색의 배치에 의해 이미지가 표현되는 컬러필터를 전술한 파장의 특성을 이용하여 구현할 수 있다. 따라서, 상기 콜레스테릭액정 컬러필터(117)는 고유의 색을 더욱 선명하게 표현할 수 있다.Therefore, a color filter in which an image is represented by three color arrangements of R / G / B can be implemented using the above-described wavelength characteristics. Therefore, the cholesteric liquid crystal color filter 117 can express a unique color more clearly.
본 실시예에서는 우원편광된 빛만을 선택적으로 투과시키도록 제어된 콜레스테릭액정 컬러필터(117)를 사용하였다.In this embodiment, a cholesteric liquid crystal color filter 117 controlled to selectively transmit only right circularly polarized light is used.
상기 일축성필름(119)은 색순도와 콘트라스트를 보상하여 시야각범위를 개선하는 역할을 하게 된다.The uniaxial film 119 serves to improve the viewing angle range by compensating for color purity and contrast.
전술한 구성을 토대로 액정표시장치를 구성하는 각 셀에 따른 빛의 회절상태를 알아보도록 한다.Based on the above-described configuration, the diffraction state of light according to each cell constituting the liquid crystal display is examined.
도 4a는 오프상태일 경우, 본 발명에 따른 반사형 액정표시장치를 구성하는 각 셀을 지날때의 빛의 편광상태와 최종 표시색을 나타내었다.4A illustrates the polarization state and final display color of light when passing through each cell of the reflective liquid crystal display according to the present invention in the off state.
도시한 바와 같이, 먼저, 상기 상부기판(도 3의 111 참조)상의 ㄱ)편광판(123)을 통과한 빛은 상기 평관판(123)의 투과축방향(45o)과 평행한 성분의 빛만이 선편광의 형태로 출사된다. 상기 선편광은 상기 ㄴ)위상차판(121)을 통과하면서 우원편광된다. 상기 우원편광은 상기 위상차판(121)의 하부에 위치한 일축성필름을 지나게 된다. 상기 우원편광된 빛은 분자의 장축이 상기 두기판(111)(113)과 수직한 수직배열모드의 ㄷ)액정을 통과하게 된다. 이 때 우원편광된 빛은 상기 액정층(115)을 그대로 통과하게 된다. 상기 액정을 통과한 우원편광은 전술한 특성을 갖는 ㄹ)콜레스테릭액정 컬러필터(117)를 투과하여 상기 흡수층(124)에 흡수된다. 따라서, 전압이 인가된 상태의 표시색은 블랙으로 표현된다.As shown, first, light passing through a) the polarizing plate 123 on the upper substrate (see 111 in FIG. 3) is only light having a component parallel to the transmission axis direction 45 o of the flat plate 123. It is emitted in the form of linearly polarized light. The linearly polarized light is circularly polarized while passing through the b) phase difference plate 121. The right circularly polarized light passes through the uniaxial film disposed under the retardation plate 121. The right polarized light is passed through the c) liquid crystal of the vertical alignment mode of the long axis of the molecules perpendicular to the two substrates (111, 113). At this time, the right circularly polarized light passes through the liquid crystal layer 115 as it is. The right circularly polarized light that has passed through the liquid crystal passes through the d) cholesteric liquid crystal color filter 117 having the above-described characteristics and is absorbed by the absorption layer 124. Therefore, the display color of the state where the voltage is applied is represented by black.
여기서 상기 일축성필름(도 3의 119참조)은 외부에서 소정의 각으로 입사하는 일부 빛의 위상을 보상하여, 상기 소정의 각을 가지고 입사하는 빛과 상기 액정(115)과의 위상차를 보상함으로써, 상기 위상차판(121)을 통해 원편광된 빛이 그대로 상기 액정을 통과하여 상기 콜레스테릭액정 컬러필터에에 흡수될수 있도록 유도함으로써 액정표시장치의 다크특성을 높이는 역할을 하게 된다.Here, the uniaxial film (see 119 of FIG. 3) compensates for the phase of some light incident at a predetermined angle from the outside, and compensates the phase difference between the light incident at the predetermined angle and the liquid crystal 115. In addition, the circularly polarized light through the retardation plate 121 may be passed through the liquid crystal as it is to be absorbed by the cholesteric liquid crystal color filter, thereby increasing the dark characteristics of the liquid crystal display device.
만약 전술한 일축성필름(119)을 사용하지 않는다면 다크특성이 낮아짐으로 시야각 특성이 좋지않다. 좀더 자세히 설명하면, 일반적으로 상기 편광판(123)과 상기 위상차판(121)을 통해 들어오는 빛의 일부는 소정의 각을 가지고 입사하게 되며, 이는 상기 위상차판(121)을 통해 우원편광하게 된다. 상기 위상차판(121)을 통과하면서 우원편광하는 빛은 상기 수직배열을한 액정(115)을 통과할 때 액정의 분자축의 방향과 소정의 각을 이루어 입사하게 됨으로 액정의 분자축과의 작용에 의해 위상값이 달라진다. 결과적으로 상기 우원편광은 위상지연에 의해 편광상태가 변하게 되고, 상기 콜레스테릭 액정컬러필터를 투과하지 못하고 반사된다. 따라서, 액정표시장치 전체를 보았을 경우 다크특성이 매우 낮아진다. 이를 보상하기 위해 전술한 바와같은 일축성필름(119)을 사용한다.If the uniaxial film 119 described above is not used, the dark angle is lowered and thus the viewing angle characteristic is not good. In more detail, in general, a part of the light entering through the polarizing plate 123 and the retardation plate 121 is incident at a predetermined angle, which causes right circular polarization through the retardation plate 121. The right circularly polarized light passing through the retardation plate 121 is incident at a predetermined angle with the direction of the molecular axis of the liquid crystal when it passes through the vertically arranged liquid crystal 115. The phase value varies. As a result, the polarization state of the right circularly polarized light is changed by phase delay, and is reflected through the cholesteric liquid crystal color filter. Therefore, when the whole liquid crystal display is viewed, the dark characteristic is very low. In order to compensate for this, the uniaxial film 119 as described above is used.
도 4b는 온 상태일 경우, 본 발명에 따른 반사형 액정표시장치를 구성하는 각 셀에 대한 빛의 진행상태와 최종 표시색을 나타내었다.FIG. 4B shows the progress state and the final display color of light for each cell of the reflective liquid crystal display according to the present invention in the on state.
온 상태일 경우, 액정(115)은 기판에 평행하게 수평 배열을 하게 되며, 이러한 액정배열은 입사된 광의 편광방향을 반대로 변하게 하는 성질을 갖는다. 따라서, 먼저 ㄱ)편광판으로부터 출사된 선편광은 상기 ㄴ)위상차판(121)을 통과하여 우원편광이 되고, 상기 우원편광은 상기 ㄷ)일축성필름(도 3의 119참조)과 ㄹ)액정(115)을 통과하면서 좌원편광된 빛이 되어 상기 액정층으로부터 출사하게 된다. 상기 좌원편광된 빛은 상기 좌원편광된 빛만을 반사시키도록 제어된 ㅁ)콜레스테릭액정 컬러필터(117)에 의해 반사되어, 다시 상기 액정을 통과하면서 다시 우원편광이 된다. 상기 우원편광된 빛은 상기 ㄹ)위상차판(121)을 통과하면서 상기 편광판(123)의 투과축방향(45o)과 평행한 성분의 선편광이 된다. 따라서, 상기 위상차판(121)을 통과한 선편광은 상기 편광판을 통과하여 백색을 표시하게 된다.When in the on state, the liquid crystal 115 is arranged in a horizontal parallel to the substrate, the liquid crystal array has a property of changing the polarization direction of the incident light reversely. Therefore, first, a) linearly polarized light emitted from the polarizing plate passes through the b) phase difference plate 121 to become circularly polarized light. It becomes the left circularly polarized light passing through the) and is emitted from the liquid crystal layer. The left circularly polarized light is reflected by the?) Cholesteric liquid crystal color filter 117 controlled to reflect only the left circularly polarized light, and again passes through the liquid crystal to become right circularly polarized light. The circularly polarized light passes through the phase difference plate 121 and becomes linearly polarized light having a component parallel to the transmission axis direction 45 o of the polarizing plate 123. Therefore, the linearly polarized light passing through the retardation plate 121 passes through the polarizing plate to display white color.
여기서, 고려해야 할 점은 액정(115)에 전압을 인가했을 경우에 상기 상·하기판(111)(113)과 상기 상·하기판에 직접 접촉하는 액정분자와의 앤커링에너지(Anchoring energy)이다. 상기 앤커링에너지는 상기 기판(111)(113)과 액정분자간의 접촉에너지를 나타내며 이는 액정에 인가된 전계보다 강한 에너지 상태를 나타낸다.Here, the consideration is the anchoring energy between the upper and lower substrates 111 and 113 and the liquid crystal molecules in direct contact with the upper and lower substrates when a voltage is applied to the liquid crystal 115. . The ankering energy represents the contact energy between the substrates 111 and 113 and the liquid crystal molecules, which represents an energy state stronger than that of the electric field applied to the liquid crystal.
따라서, 액정에 전계를 인가했을 때, 상기 상·하 기판(111)(113)과 접촉한 액정분자는 분자의 장축방향이 전계의 방향과 거의 평행하게 배열된 상태로 남아 있다. 이때 상기 일축성필름(도 3의 119 참조)은 소정의 각을 가지고 입사하는 일부 빛과 상기 기판 표면의 액정분자와의 위상차값을 보상하여 상기 위상차판(121)을 통과한 원편광이 의도된 설계대로 상기 액정층을 통과하여 상기 콜레스테릭 액정(117)에 반사될 수 있도록 한다.Therefore, when an electric field is applied to the liquid crystal, the liquid crystal molecules in contact with the upper and lower substrates 111 and 113 remain in a state in which the major axis direction of the molecules is arranged substantially parallel to the direction of the electric field. In this case, the uniaxial film (see 119 of FIG. 3) compensates for the phase difference between the incident light having a predetermined angle and the liquid crystal molecules on the surface of the substrate, and circularly polarized light passing through the retardation plate 121 is intended. As it is designed to pass through the liquid crystal layer can be reflected to the cholesteric liquid crystal 117.
상기 일축성필름(도 3의 119)은 상기 제 1 실시예의 액정과는 반대의 배열모드를 갖는 즉, 오프상태 일때 호모지니어스한 배열을 하는 액정을 사용한 액정표시장치에도 사용가능하다.The uniaxial film (119 in FIG. 3) can be used in a liquid crystal display device using a liquid crystal having an arrangement mode opposite to that of the liquid crystal of the first embodiment, that is, homogeneous arrangement in the off state.
-- 제 2 실시예 --Second Embodiment
본 발명의 제 2 실시예는 상기 콜레스테릭액정 컬러필터를 포함하는 IPS(In Plane switching)모드의 액정표시장치를 설명한다.A second embodiment of the present invention describes a liquid crystal display device in IPS (In Plane switching) mode including the cholesteric liquid crystal color filter.
상기 IPS모드는 박막트랜지스터 배열기판 상에 화소전극과 공통전극이 동일 평면 상에 형성되는 형태이며, 액정은 동일 기판 상에 화소전극과 공통전극의 수평 전계에 의해 작동한다.In the IPS mode, the pixel electrode and the common electrode are formed on the same plane on the thin film transistor array substrate, and the liquid crystal is operated by the horizontal electric field of the pixel electrode and the common electrode on the same substrate.
이하 첨부한 도면을 참조하여 상기 IPS모드의 동작에 대해 설명하도록 한다.Hereinafter, the operation of the IPS mode will be described with reference to the accompanying drawings.
도 5a 와 도 5b는 각각 IPS 모드에서 온/오프시 액정의 상변위 모습을 나타내는 도면이다.5A and 5B are diagrams illustrating a phase shift state of the liquid crystal when the IPS mode is turned on and off, respectively.
도시한 바와 같이, 상부기판(217)과 이와는 소정간격 이격된 하부기판(219)이 위치하고, 상기 두 기판사이에 액정(215a)이 개재되어 있으며, 상기 두 기판의 외부면에는 각각 상부 편광판(221)과 하부편광판(223)이 구성된다.As illustrated, the upper substrate 217 and the lower substrate 219 spaced apart from each other are positioned, and the liquid crystal 215a is interposed between the two substrates, and the upper polarizers 221 are disposed on the outer surfaces of the two substrates, respectively. ) And a lower polarizing plate 223 are configured.
상기 하부기판(219)상에는 화소전극(211)과 공통전극(213)이 소정의 간격으로 이격되어 있다. 이때 두 전극은 인듐-틴-옥사이드와 같은 투명한 도전성 금속을 사용한다.The pixel electrode 211 and the common electrode 213 are spaced apart at predetermined intervals on the lower substrate 219. The two electrodes use a transparent conductive metal such as indium tin oxide.
도 5a는 상기 화소전극(211)과 공통 전극(213)에 수평장의 전계가 인가되지 않은 상태에서는 액정(215a)의 상 변위가 일어나지 않고 있음을 보이고 있다. 예를 들어 두 전극(211)(213)의 수평 방향에서 기본적으로 90°틀어져있다FIG. 5A shows that phase shift of the liquid crystal 215a does not occur in a state where a horizontal field is not applied to the pixel electrode 211 and the common electrode 213. For example, the two electrodes 211 and 213 are basically twisted by 90 ° in the horizontal direction.
도 5b는 상기 화소전극(211)과 공통 전극(213)에 전압이 인가되었을때, 도 3a의 오프 상태와 비교해서 액정(215b)이 90°정도로 뒤틀림 각을 가짐을 알 수 있다.5B shows that when the voltage is applied to the pixel electrode 211 and the common electrode 213, the liquid crystal 215b has a twist angle of about 90 ° compared to the off state of FIG. 3A.
상술한 바와 같이 IPS 모드를 사용하는 액정 표시장치는 동일 평면 상에 화소전극(211)과 공통전극(213)이 모두 존재하기 때문에 평행장을 이용한다는 특징이 있다. 상기 IPS 모드의 장점으로는 광시야각이 가능하다는 것이다. 즉, 액정 표시장치를 정면에서 보았을때, 상/하/좌/우 방향으로 약 70°방향에서 가시할 수 있다. 그리고, 일반적으로 사용되는 액정 표시장치에 비해 제작공정이 간단하고, 시야각에 따른 색의 이동이 적은 장점이 있다.As described above, the liquid crystal display using the IPS mode uses a parallel field because both the pixel electrode 211 and the common electrode 213 exist on the same plane. An advantage of the IPS mode is that a wide viewing angle is possible. That is, when the liquid crystal display is viewed from the front, the liquid crystal display may be visible in the about 70 ° direction in the up / down / left / right directions. In addition, the manufacturing process is simpler than the liquid crystal display device generally used, and there is an advantage in that the color shift according to the viewing angle is small.
도 6은 전술한 IPS모드를 사용하고, 하부에 콜레스테릭액정 컬러필터를 포함하는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 액정표시장치의 단면도이다.6 is a cross-sectional view of a liquid crystal display device according to a second embodiment of the present invention using the above-described IPS mode and including a cholesteric liquid crystal color filter below.
도시한 바와 같이, 액정표시장치는 상부기판(311)과 하부기판(313)과 그리고 상기 두 기판사이에 개재된 액정(315)으로 구성되며, 상기 액정(315)과 상기 하부기판(313)의 사이에는 콜레스테릭액정 컬러필터(319)가 개재된다.As shown, the liquid crystal display device is composed of an upper substrate 311 and a lower substrate 313 and a liquid crystal 315 interposed between the two substrates, the liquid crystal 315 and the lower substrate 313 A cholesteric liquid crystal color filter 319 is interposed therebetween.
도시되지는 않았지만 상기 콜레스테릭액정 컬러필터(319)의 상부에 투명한 공통전극과 화소전극이 서로 이격되어 다수개 형성된다.Although not shown, a plurality of transparent common electrodes and pixel electrodes are spaced apart from each other on the cholesteric liquid crystal color filter 319.
또한, 상기 상부기판(311)의 외부면에는 차례로 일축성필름(318)(negative uniaxial film)과 상부편광판(321)이 적층되며, 상기 하부기판(313)의 외부면에는 흡수층인 블랙층(black layer)(323)이 위치한다.In addition, a uniaxial film 318 and an upper polarizing plate 321 are sequentially stacked on the outer surface of the upper substrate 311, and a black layer, which is an absorbing layer, on the outer surface of the lower substrate 313. layer 323 is located.
상기 액정은 일방향으로 배열된 네마틱 액정을 예를들어 설명한다. 여기서 콜레스테릭 액정은 제 1 실시예에서 설명한 바와 같이 좌원편광은 반사하고 우원편광은 흡수하는 특성을 갖는다. 또한, 상기 흡수층(323)은 빛을 잘 흡수하는 재질을 사용하여야 하며, 바람직하게는 폴리머(polymer)와 같은 고분자를 사용한다.The liquid crystal is described by way of example a nematic liquid crystal arranged in one direction. Herein, the cholesteric liquid crystal has a characteristic of reflecting left circularly polarized light and absorbing right circularly polarized light as described in the first embodiment. In addition, the absorbing layer 323 should be made of a material that absorbs light well, preferably a polymer such as polymer (polymer).
도 7a와 7b는 각각 온/오프 상태일 때, 상기 액정표시장치을 구성하는 각 셀을 통과하는 빛의 진행상태를 도시한 도면이다.7A and 7B are diagrams illustrating a progress state of light passing through each cell constituting the liquid crystal display when in an on / off state, respectively.
7a에 도시한 바와 같이, 오프상태일 때, 상기 액정은 상기 공통전극(미도시)과 화소전극(미도시)에 평면적으로 수직하게 배열되어 있다. 따라서, 상기 편광판(321)을 투과하여 선편광된 빛은 상기 일축성필름(도6의 318 참조)과 상기 액정을 통과하는 동안 λ/4의 위상차를 가지게 되어 상기 액정을 통과하면서 좌원편광된다. 상기 좌원편광은 다시 상기 콜레스테릭액정 컬러필터(319)에 의해 반사되어 다시 액정층(311)을 통과하게 된다. 이때 상기 좌원편광은 λ/4의 위상값을 주는 액정층(311)을 통과하면서, 빛의 한 성분만이 남아 선편광이 된다. 이 선편광은 편광판(321)의 투과축 방향과 평행한 성분이며, 상기 편광판(321)을 투과함으로 액정표시장치는 화이트상태가 된다.As shown in FIG. 7A, when in the off state, the liquid crystals are arranged perpendicular to the common electrode (not shown) and the pixel electrode (not shown). Accordingly, the linearly polarized light passing through the polarizing plate 321 has a phase difference of λ / 4 while passing through the uniaxial film (see 318 of FIG. 6) and the liquid crystal and is left circularly polarized while passing through the liquid crystal. The left circularly polarized light is reflected by the cholesteric liquid crystal color filter 319 again to pass through the liquid crystal layer 311. At this time, the left circularly polarized light passes through the liquid crystal layer 311 giving a phase value of λ / 4, and only one component of the light remains linearly polarized light. This linearly polarized light is a component parallel to the transmission axis direction of the polarizing plate 321, and the liquid crystal display device is in a white state by transmitting the polarizing plate 321.
도 7b에 도시한 바와 같이, 온상태일 때 상기 액정은 상기 IPS스위칭모드의 평행장에 의해 각 분자는 수평으로 90O로 뒤틀려 배열하게 된다. 따라서, 상기 액정은 선편광을 우원편광으로 변화시키는 λ/4 플레이트의 역할을 하게 된다. 따라서 상기 편광판(321)을 통과한 선편광은 상기 일축성필름(도 6의 318 참조)과 상기 액정층(315)을 진행하면서 우원편광이 된다. 상기 우원편광된 빛은 콜레스테릭액정 컬러필터(319)를 그대로 통과하여 상기 흡수층(323)에 흡수된다. 따라서 액정표시장치는 다크상태가 된다. 상기 일축성필름(도 6의 318참조)은 시야각 보상필름으로서 전술한 제 1 실시예에서와 같이 시야각을 보상하여 명확한 다크특성이 나타날 수 있도록 한다.As it is shown in Figure 7b, when the on-state, liquid crystal molecules are each by a parallel section of the IPS mode is switched to the horizontally arranged in a distorted O 90. Thus, the liquid crystal acts as a λ / 4 plate which changes linearly polarized light into right circularly polarized light. Accordingly, the linearly polarized light passing through the polarizing plate 321 becomes right circularly polarized light while traveling through the uniaxial film (see 318 of FIG. 6) and the liquid crystal layer 315. The circularly polarized light passes through the cholesteric liquid crystal color filter 319 as it is and is absorbed by the absorption layer 323. Therefore, the liquid crystal display device is in a dark state. The uniaxial film (see 318 of FIG. 6) is a viewing angle compensation film to compensate for the viewing angle as in the above-described first embodiment so that a clear dark characteristic may appear.
전술한 바와 같이, IPS모드로 동작하는 액정표시장치에 콜레스테릭 액정 컬러필터를 사용함으로써 공정단순화와 더불어 색순도가 더욱 향상된다.As described above, by using the cholesteric liquid crystal color filter in the liquid crystal display device operating in the IPS mode, color purity is further improved along with process simplicity.
따라서, 본 발명에 따른 반사형 액정표시장치는 콜레스테릭액정 컬러필터를 사용함으로써 색순도를 획기적으로 향상시킬 수 있고, 빛의 휘도를 극대화하는 효과가 있다.Therefore, the reflective liquid crystal display device according to the present invention can significantly improve the color purity by using the cholesteric liquid crystal color filter, and has the effect of maximizing the brightness of light.
또한 기존 공정조건을 그대로 활용하기 때문에 공정의 효율성을 극대화 시킬수 있다.In addition, it can maximize the efficiency of the process because it utilizes the existing process conditions.
그리고, 일축성 필름인 보상필름을 사용하여 줌으로써 넓은 시야각 범위와 높은 콘트라스트비를 갖는 효과가 있다.And, by using a compensation film which is a uniaxial film, there is an effect having a wide viewing angle range and a high contrast ratio.
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