KR20100064437A

KR20100064437A - 표시장치

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Publication number: KR20100064437A
Application number: KR1020080122871A
Authority: KR
Inventors: 김진환; 유재호; 파벨 세라피모비치; 황성모; 김재창; 윤태훈; 이각석; 이정현
Original assignee: 삼성전자주식회사; 부산대학교 산학협력단
Priority date: 2008-12-05
Filing date: 2008-12-05
Publication date: 2010-06-15

Abstract

표시장치가 개시된다. 표시장치는 상부 기판, 제1 편광층, 하부 기판, 액정층, 제1 위상 지연층, 제2 위상 지연층 및 반사판을 포함한다. 제1 편광층은 상부 기판의 상부에 배치되고, 제1 방향에 평행한 제1 편광판을 갖는다. 하부 기판은 상부 기판과 대향한다. 액정층은 상부 기판과 하부 기판 사이에 형성된다. 제1 위상 지연층은 상부 기판과 액정층 사이에 형성되고, 광의 위상을 1/2 파장만큼 변경시킨다. 제2 위상 지연층은 하부 기판과 액정층 사이에 형성되고, 광의 위상을 1/4 파장만큼 지연시킨다. 반사판은 하부 기판과 제2 위상 지연층 사이에 형성되고, 제1 위상 지연층을 통과한 광을 다시 제1 위상 지연층으로 반사한다. 이러한 표시장치에 따르면, 영상의 명암 대비비 및 휘도를 향상시킬 수 있고, 제조비용을 감소시킬 수 있다.

위상 지연층, 액정층, 반파장판, 사분파장판, 반사판, 위상 보상층

Description

표시장치{DISPLAY DEVICE}

본 발명은 표시장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 액정의 광 투과율을 이용하여 영상을 표시하는 액정 표시장치에 관한 것이다.

액정 표시장치는 액정층의 전기적 광학적 이방성을 이용하여 영상을 표시하는 장치이다. 액정 표시장치는 영상을 표시하기 위하여 박막 트랜지스터 및 화소전극을 갖는 제1 기판, 제1 기판과 대향하는 제2 기판, 제1 및 제2 기판들 사이에 개재된 액정층, 제1 기판의 상부 및 제2 기판의 하부에 배치된 두 장의 편광판 및 두개의 편광판 사이에 배치되는 위상 지연층들을 포함한다.

종래 액정층을 위상차층으로 이용하는 액정 표시장치 및 2 이상의 내부 층으로 형성된 위상차층을 구비하는 액정 표시장치 등이 연구되어 왔다.

하지만, 액정층을 위상차층으로 이용하는 액정 표시장치의 경우, 액정의 셀갭이 조금만 변화하더라도 표시되는 영상의 명암 대비비 및 휘도가 크게 저하되는 문제점이 있고, 2 이상의 내부 층으로 형성된 위상차층을 구비하는 액정 표시장치의 경우, 액정의 동작 전압이 높아지고, 제조 공정이 복잡해지는 문제점이 있다.

따라서, 본 발명에서 해결하고자 하는 기술적 과제는 이러한 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 높은 명암 대비비 및 휘도를 갖는 영상을 표시하고, 단일 감마 특성을 보여주는 표시장치를 제공하는 것이다.

상기한 본 발명의 일 실시예에 의한 표시장치는 상부 기판, 제1 편광층, 하부 기판, 액정층, 제1 위상 지연층, 제2 위상 지연층 및 반사판을 포함한다. 상기 제1 편광층은 상기 상부 기판의 상부에 배치되고, 제1 방향에 평행한 제1 편광축을 가진다. 상기 하부 기판은 상기 상부 기판과 대향하고, 상기 액정층은 상기 상부 기판과 상기 하부 기판 사이에 형성된다. 상기 제1 위상 지연층은 상기 상부 기판과 상기 액정층 사이에 형성되고, 광의 위상을 1/2 파장만큼 변경시킨다. 상기 제2 위상 지연층은 상기 하부 기판과 상기 액정층 사이에 형성되고, 광의 위상을 1/4 파장만큼 지연시킨다. 상기 반사판은 상기 하부 기판과 상기 제2 위상 지연층 사이에 형성되고, 상기 제2 위상 지연층을 통과한 광을 다시 상기 제2 위상 지연층으로 반사한다.

상기 제1 위상 지연층은 상기 제1 편광축에 대하여제1 각도만큼 기울어진 광축을 구비하고, 상기 제2 위상 지연층은 상기 제1 편광축에 대하여 상기 제1 각도의 두 배보다 45° 큰 제2 각도 또는 상기 제1 각도의 두 배보다 45° 작은 제3 각도로 기울어진 광축을 구비하는 것이 바람직하다. 또한, 전기장이 인가되지 않은 상태에서, 상기 액정층의 광축은 상기 제1 편광축에 대하여 상기 제1 각도의 두 배 인 제4 각도로 기울어진 것이 바람직하다. 예를 들면, 상기 제1 위상 지연층의 광축과 상기 제1 편광축 사이의 각도는 10° 내지 20° 범위 내에 있을 수 있다.

상기 하부기판에는 영상을 표시하는 다수의 단위 화소 영역이 정의되고, 각 단위 화소 영역은 외부에서 제공된 자연광을 반사하는 반사부 및 내부 백라이트에서 제공된 인공광을 투과시키는 투과부를 포함할 수 있다. 이러한 경우, 표시장치는 하부 편광판 및 위상 보상판을 더 포함할 수 있다. 상기 하부 편광판은 하부 기판의 하부에 배치되고, 상기 제1 편광축에 수직한 제2 편광축을 갖는다. 상기 위상 보상판은 상기 제1 위상 지연층과 상기 하부 기판 사이에 배치되고, 상기 백라이트로부터 제공되어 상기 하부 편광판을 통과한 광의 위상을 보상한다. 예를 들면, 상기 위상 보상판은 상기 하부 편광판을 통과한 광의 위상을 1/4 파장만큼 변경시키고, 상기 제2 편광축에 45°기울어진 광축을 가질 수 있다.

상기 표시장치는 상기 제2 위상 지연층과 상기 하부 기판 사이에 형성된 화소 전극 및 상기 화소 전극과 상기 하부 기판 사이에 형성된 대향 전극을 더 포함할 수 있고, 상기 화소 전극은 상기 반사부에 배치되는 제1 전극 패턴들 및 상기 투과부에 배치되는 제2 전극 패턴들을 포함할 수 있다. 상기 제1 전극 패턴들은 상기 제1 투과축에 대하여 제1 각도만큼 기울어진 방향으로 연장되고, 상기 제1 전극 패턴들 중 인접한 패턴들은 제1 간격만큼 이격될 수 있다. 또한, 상기 제2 전극 패턴들은 상기 제1 투과축에 대하여 상기 제1 각도보다 작은 제2 각도만큼 기울어진 방향으로 연장되고, 상기 제2 전극 패턴들 중 인접한 패턴들은 상기 제1 간격보다 작은 제2 간격만큼 이격될 수 있다. 예를 들면, 상기 제1 각도 및 상기 제2 각도는 각각 140° 및 125°이고, 상기 제1 간격 및 상기 제2 간격은 각각 16μm 및 4μm이며, 상기 제1 및 제2 전극 패턴들 각각의 폭은 4μm일 수 있다.

본 발명에 따르면, 제1 위상 지연층, 액정층 및 제2 위상지연층의 광축 배열을 최적화함으로써 높은 명암 대비비 및 휘도를 갖는 영상을 표시하고, 신규 전극 구조를 도입함으로써 단일 감마 특성을 보여주는 표시장치를 제공할 수 있다.

이하, 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 보다 상세하게 설명하기로 한다.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다. 첨부된 도면에 있어서, 구조물들의 치수는 본 발명의 명확성을 기하기 위하여 실제보다 확대하여 도시한 것이다.

제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.

본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

또한, 다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 표시장치를 도시한 단면도이다.

도 1을 참조하면, 본 실시예에 따른 표시장치(100)는 상부 기판(110), 하부 기판(120), 액정층(130), 상부 편광판(140), 제1 위상 지연층(160), 제2 위상 지연층(170) 및 반사판(180)을 포함한다.

상부 기판(110)은 광을 투과시킬 수 있는 투명한 재질로 형성된다. 예를 들면, 상부 기판(110)은 투명한 절연 물질인 유리로 형성될 수 있다. 상부 기판(110) 에는 액정층(130)을 통과한 광의 색을 필터링하기 위한 컬러 필터들(미도시)이 형성될 수 있다. 상기 컬러 필터들은 적색광을 구현하기 위한 적색 컬러필터, 녹색광을 구현하기 위한 녹색 컬러필터 및 청색광을 구현하기 위한 청색 컬러 필터를 포함할 수 있다.

하부 기판(120) 역시 광을 투과시킬 수 있는 투명한 재질로 형성되고, 투명한 절연 물질인 유리로 형성될 수 있다. 하부 기판(120)에는 영상을 표시하는 다수의 화소 영역이 형성된다. 각 화소 영역에는 스위칭 소자, 스위칭 소자에 연결되어 스위칭 소자의 턴/오프를 제어하는 게이트 라인, 스위칭 소자를 통하여 데이터 신호를 제공하는 데이터 라인 및 데이터 라인으로부터 제공된 데이터 신호를 수신하는 화소 전극이 형성된다.

액정은 자체적으로 광을 발광할 수 없는 물질이므로, 액정표시장치가 영상을 표시하기 위해서는 액정에 광을 제공하기 위한 광원이 요구된다. 액정에 광을 제공하는 방법에 따라, 표시장치는 반사형 표시장치, 투과형 표시장치 및 반투과형 표시장치로 분류된다. 반사형 표시장치는 자연광을 액정에 제공하여 영상을 표시한다. 반사형 표시장치에 있어서, 하부 기판(120)의 각 화소의 전 영역은 자연광을 반사하는 반사부로 이루어진다. 투과형 표시장치는 백라이트를 이용한 인공광을 액정에 제공하여 영상을 표시한다. 투과형 표시장치에 있어서, 하부 기판(120)의 각 화소의 전 영역은 백라이트로부터의 인공광이 투과될 수 있는 투과부로 이루어진다. 반투과형 표시장치는 자연광 및 백라이트로부터의 인공광을 액정에 제공하여 영상을 표시한다. 반투과형 표시장치에 있어서, 하부 기판(120)의 각 화소영역은 자연광을 반사하기 위한 반사부와 인공광을 투과시키기 위한 투과부로 이루어진다. 도 1에는 반투과형 표시장치가 도시되어 있으나, 본 발명의 실시예는 반투과형 뿐만 아니라 반사형 표시장치도 포함한다.

액정층(130)은 상부 기판(110)과 하부 기판(120) 사이에 형성된다. 액정층(130)은 장축과 단축을 갖는 액정분자들로 형성되고, 표시장치(100)는 액정분자들의 전기적 및 광학적 이방성을 이용하여 영상을 표시한다. 액정의 동작을 위해 인가되는 전계의 방향에 따라 크게 수평 스위칭 모드와 수직 스위칭 모드로 구분된다. 수평 스위칭 모드는 상부 기판(110) 및 하부 기판(120)에 평행한 수평 전계를 액정층(130)에 인가하여 액정 배열을 변경시킨다. 수평 스위칭 모드에 사용되는 액정분자들의 장축은 상부 기판(110) 및 하부 기판(120)에 평행한 방향으로 배열된다. 예를 들면, 수평 스위칭 모드의 경우, 전계가 인가되지 않은 초기 상태의 경우, 액정의 장축은 상부 기판(110) 및 하부 기판(120)에 평행한 제1 방향을 따라 배열되고, 전계가 인가된 경우, 전계의 세기에 따라 상부 기판(110) 및 하부 기판(120)에 평행하게 액정의 장축들이 회전하게 된다. 수직 스위칭 모드는 상부 기판(110) 및 하부 기판(120)에 수직한 수직 전계를 액정층(130)에 인가하여 액정 배열을 변경시킨다. 수직 스위칭 모드에 사용되는 액정분자들은 전계가 인가되지 않은 경우, 장축이 상부 기판(110) 및 하부 기판(120)에 수직하게 배열되고, 전계가 인가된 경우, 장축이 상부 기판(110) 및 하부 기판(120)에 평행하게 배열된다. 이하에서는 액정 분자들의 장축이 배열되는 방향을 '액정층(130)의 광축'이라고 정의한다. 본 발명의 실시예는 수평 스위칭 모드뿐만 아니라 수직 스위칭 모드도 포함 한다.

상부 편광판(140)은 상부 기판(110)의 상부에 배치된다. 상부 편광판(140)은 제1 방향에 평행한 제1 편광축을 갖는다. 액정에 제공되는 자연광 및 백라이트로부터의 인공광은 편광되지 않은 무편광 광이고, 상부 편광판(140)은 무편광 광 중 제1 편광축에 평행한 방향으로 진동하는 성분만 투과시키고, 나머지 성분은 흡수 또는 반사한다. 따라서, 상부 편광판(140)을 통과한 광은 제1 방향으로 선편광된다.

위상 지연층은 광의 위상을 변경시키기 위하여 사용된다. 위상 지연층은 하나 이상의 광축을 가질 수 있다. 위상 지연층의 광축과 평행한 방향으로 편광된 광은 제1 속도로 위상 지연층을 통과하게 되고, 위상 지연층의 광축에 수직한 방향으로 편광된 광은 제1 속도와 다른 제2 속도로 위상 지연층을 통과하게 되며, 위상 지연층은 이러한 특성을 이용하여 입사광의 위상을 변경할 수 있게 된다. 예를 들면, 위상 지연층의 광축에 45° 기울어진 방향으로 편광된 광이 위상 지연층으로 입사하게 되는 경우, 위상 지연층의 광축에 평행한 방향으로 편광된 입사광 성분은 제1 속도로 위상 지연층을 통과하게 되고, 위상 지연층의 광축에 수직한 방향으로 편광된 입사광 성분은 제1 속도와 다른 제2 속도로 위상 지연층을 통과하게 되므로, 위상 지연층을 통과한 광은 변경된 위상을 갖게 된다.

제1 위상 지연층(160)은 상부 기판(110)과 액정층(130) 사이에 형성된다. 제1 위상 지연층(160)은 입사광의 위상을 1/2 파장만큼 변경시켜 출사하는 반파장판을 포함할 수 있다. 예를 들면, 제1 위상 지연층(160)의 광축에 평행하거나 수직한 방향으로 선편광된 광의 평광 상태는 제1 위상 지연층(160)에 의해 영향을 받지 않 지만, 제1 위상 지연층(160)의 광축에 대해 비스듬하게 기울어진 방향으로 선편광된 광의 경우, 제1 위상 지연층(160)을 통과한 출사광은 제1 위상 지연층(160)을 통과하기 전의 입사광보다 1/2 파장만큼 지연된 위상을 가질 수 있다. 반파장판의 광축에 대해 기울진 각도로 선편광된 입사광이 반파장판을 통과하는 경우, 출사광의 선편광 방향은 변경된다. 예를 들면, 0° 방향으로 선편광된 광이 10° 방향의 광축을 갖는 반파장판을 통과하게 되면, 입사광의 선편광 각도에 반파장판의 광축과 입사광의 선편광 방향이 이루는 각도의 두 배를 합한 각도인 20° 방향으로 선편광된 광이 출사된다.

제2 위상 지연층(170)은 하부 기판(120)과 액정층(130) 사이에 형성된다. 제2 위상 지연층(170)은 입사광의 위상을 1/4 파장만큼 변경시켜 출사하는 사분파장판을 포함할 수 있다. 예를 들면, 제2 위상 지연층(170)의 광축에 평행하거나 수직한 방향으로 선편광된 광의 평광 상태는 제2 위상 지연층(170)에 의해 영향을 받지 않지만, 제2 위상 지연층(170)의 광축에 대해 비스듬하게 기울어진 방향으로 선편광된 광의 경우, 제2 위상 지연층(170)을 통과한 출사광은 제2 위상 지연층(170)을 통과하기 전의 입사광보다 1/4 파장만큼 지연된 위상을 가질 수 있다.

반사판(180)은 하부 기판(120)과 제2 위상 지연층(170) 사이에 형성된다. 반사판(180)은 외부에서 제공되어 상부 편광판(140), 제1 위상 지연층(160), 액정층(130) 및 제2 위상 지연층(170)을 통과한 자연광을 제2 위상 지연층(170) 쪽으로 반사한다. 반사판(180)은 광 반사율이 좋은 재질로 형성되는 것이 바람직하다. 예를 들면, 반사판(180)은 광 반사율이 좋은 금속 재질로 형성될 수 있다. 반투과 표 시장치의 경우, 반사판(180)은 화소 영역의 일부인 반사부에만 형성되는 것이 바람직하고, 반사형 표시장치의 경우, 반사판(180)은 화소 영역 전체에 형성되는 것이 바람직하다.

액정층(130)의 두께인 셀갭에 따라 표시 장치(100)에 의해 표시되는 영상의 명암 대비비 및 휘도 등이 크게 영향을 받는 경우, 액정 표시장치의 제조 과정에서 발생될 수 있는 불량률이 증가하게 되고, 그 결과, 제품 생산성이 저하되게 된다. 이러한 문제점은 액정층(130)이 블랙 영상을 표시하는 상태에서 광의 편광 상태에 영향을 미치지 않도록 액정층(130)의 광축을 배열하면 해결될 수 있다.

본 실시예에 있어서, 제2 위상 지연층(170)의 광축과 제1 위상 지연층(160)의 광축은 하기의 식(1)을 만족하도록 배열된다. 하기의 식(1)에서, θ_Q는 제2 위상 지연층(170)의 광축과 상부 편광판(140)의 제1 편광축 사이의 각도를 나타내고, θ_H는 제1 위상 지연층(160)의 광축과 상부 편광판(140)의 제1 편광축 사이의 각도를 나타낸다.

θ_Q=2*θ_H±45° -------------------------------------(1)

본 실시예에 있어서, 전계가 인가되지 않은 상태에서의 액정층(130)의 광축과 상부 편광판(140)의 제1 편광축 사이의 각도는 제1 위상 지연층(160)의 광축과 상부 편광판(140)의 제1 편광축 사이의 각도의 2배에 해당하는 각도가 되도록 액정층(130)의 광축을 배열한다. 외부에서 제공되는 자연광의 경우, 상부 편광판(140), 제1 위상 지연층(160), 액정층(130) 및 제2 위상 지연층(170)을 순차적으로 경유한 후 반사판(180)에서 반사되어 다시 제2 위상 지연층(170), 액정층(130), 제1 위상 지연층(160) 및 상부 편광판(140)을 순차적으로 경유하게 된다. 반사판(180)에서 반사되기 전, 제1 위상 지연층(160)을 통과한 광은 상부 편광판(140)의 제1 편광축에 대해 상부 편광판(140)의 제1 편광축과 제1 위상 지연층(160)의 광축 사이의 각도의 두 배에 해당하는 각도의 방향으로 선편광되게 된다. 예를 들면, 전계가 인가되지 않은 상태에서의 액정층(130)의 광축과 상부 편광판(140)의 제1 편광축 사이의 각도는 제1 위상 지연층(160)의 광축과 상부 편광판(140)의 제1 편광축 사이의 각도의 2배에 해당하는 각도가 되도록 액정층(130)의 광축이 배열되는 경우, 제1 위상 지연층(160)을 통과한 광은 액정층(130)의 광축과 평행한 방향으로 선편광되므로, 액정층(130)을 통과하더라도 액정층(130)에 의해 편광 상태가 변경되지 않게 된다. 또한, 액정층(130)을 통과한 후 반사판(180)에서 반사되어 다시 액정층(130)으로 입사하게 되는 광은 액정층(130)의 광축에 수직한 방향으로 선편광되므로, 액정층(130)을 통과하더라도 액정층(130)에 의해 편광 상태가 변경되지 않게 된다. 즉, 상기와 같이 액정층(130)의 광축을 배열하게 되면, 액정층(130)은 전계를 인가하지 않은 상태에서 광의 편광 상태에 전혀 영향을 미치지 않게 된다. 명암 대비비는 블랙 영상 상태에서의 광의 누설에 크게 영향을 받게 되고, 본 실시예는 전계를 인가하지 않은 상태에서 블랙 영상을 표시하므로, 본 실시예에 따른 표시장치에 의해 표시되는 영상의 명암 대비비는 액정층(130)의 두께인 셀갭의 변화에 크게 영향을 받지 않게 된다.

본 실시예에 따른 표시장치는 하부 편광판(150) 및 위상 보상판(190)을 더 포함할 수 있다.

하부 편광판(150)은 하부 기판(120)의 하부에 배치된다. 하부 편광판(150)은 제2 방향에 평행한 제2 편광축을 갖는다. 백라이트로부터 발생한 인공광은 하부 편광판(150)은 통과함으로써 제2 방향으로 선편광된다. 본 발명의 일 실시예에서, 하부 편광판(150)의 제2 편광축은 상부 편광판(140)의 제1 편광축과 수직할 수 있다. 이와 달리, 본 발명의 다른 실시예에서, 하부 편광판(150)의 제2 편광축은 상부 편광판(140)의 제1 편광축과 평행할 수 있다.

위상 보상판(190)은 반사판(180)과 하부 편광판(150) 사이에 배치된다. 위상 보상판(190)은 백라이트부터 제공되는 인공광의 위상을 변경시켜 제2 위상 지연층(170)에 제공한다. 예를 들면, 위상 보상판(190)은 입사광의 위상을 1/4 파장만큼 변경할 수 있다. 위상 보상판(190)의 광축은 하부 편광판(150)의 제2 편광축에 비스듬하게 기울어지게 형성되고, 또한, 제2 위상 지연층(170)의 광축과 다른 방향으로 연장되는 것이 바람직하다. 예를 들면, 하부 편광판(150)을 통과한 광이 위상 보상판(190)을 통과하면 원편광이 되고, 위상 보상판(190)을 통과한 광이 제2 위상 지연층(170)을 통과하면 선편광이 되도록 위상 보상판(190)의 광축이 배열될 수 있다. 본 발명의 다른 실시예에서, 위상 보상판(190)은 반사판(180)과 동일한 층으로 형성될 수 있다. 예를 들면, 반투과형 표시장치에 있어서, 반사판(180)은 반사부에 형성되고, 위상 보상판(190)은 반사판(180)과 투과부에 형성될 수 있다.

도 2는 뮬러 매트릭스 방법에 의해 계산된 파장과 편광 편차(Polarization Deviation)의 관계를 나타내는 그래프이다. 도 2에서, 곡선 a, b, c, d 및 e는 각 각 상부 편광판의 제1 편광축과 제1 위상 지연층의 광축이 이루는 각도가 0°, 5°, 10°, 15° 및 20°인 경우들을 나타낸다.

광대역 특성을 위한 상부 편광판(140)의 제1 편광축, 제1 위상 지연층(160)의 광축, 제2 위상 지연층(170)의 광축 및 액정층(130)의 광축의 광학적 관계는 뮬러 행렬(Muller matrix)을 사용함으로써 발견될 수 있다. 제1 위상 지연층(160), 액정층(130) 및 제2 위상 지연층(170)을 순차적으로 통과한 광의 출력 스토크스 벡터(So)는 하기의 식(2)와 같이 표현된다. 하기 식(2)에서, Si는 광의 입력 스토크스 벡터를 나타내고, M_Q, M_LC 및 M_H는 각각 제2 위상 지연층(170)을 위한 뮬러 행렬, 액정층(130)을 위한 뮬러 행렬 및 제1 위상 지연층(160)을 위한 뮬러 행렬을 나타낸다.

So=M_QM_LCM_HSi-------------------------------(2)

가시광선의 전범위에 걸친 파장 의존성을 나타내기 위하여 편광 편차(Polarization Deviation: △S)의 개념을 도입한다. 편광 편차는 출력 스토크스 벡터[So=(S₀, S₁, S₂, S₃)]가 푸앵카레 구면(Poincare sphere) 상에 존재하는 표준 스토크스 벡터로부터 벗어난 정도를 나타낸다. 원편광된 광의 스토크스 벡터는 (1, 0, 0, ㅁ 1)으로 표현되고, 푸앵카레 구면 상의 편광 편차는 기하학적인 계산에 의해 하기 식(3)과 같이 정의 될 수 있다.

△S = cos^-1[{2-(S₁ ²+S₂ ²+(S_3± 1)²)}/2]-----------(3)

도 2를 참조하면, 상부 편광판(140)의 제1 편광축과 제1 위상 지연층(160)의 광축의 각도에 따라 편광 편차의 스펙트럼 특성이 달라지는 것을 알 수 있다. 편광 편차의 스펙트럼 특성은 15°가 될 때까지는 상부 편광판(140)의 제1 편광축과 제1 위상 지연층(160)의 광축의 각도가 증가할수록 향상되나, 15° 이상의 각도에서는 상부 편광판(140)의 제1 편광축과 제1 위상 지연층(160)의 광축의 각도가 증가할수록 저하된다. 따라서, 상부 편광판(140)의 제1 편광축과 제1 위상 지연층(160)의 광축 사이의 각도는 10° 내지 20°의 범위 내에 있는 것이 바람직하다. 예를 들면, 상부 편광판(140)의 제1 편광축과 제1 위상 지연층(160)의 광축 사이의 각도는 15°일 수 있다.

도 3은 반사부에서의 광의 진행에 따른 편광 상태를 나타내기 위한 도면들이다. 구체적으로, 도 3a는 전계가 인가되지 않은 상태에서의 광의 진행에 따른 편광 상태를 나타낸 도면이고, 도 3b는 전계가 인가된 상태에서의 광의 진행에 따른 편광 상태를 나타낸 도면이다.

도 3a 및 도 3b에서, 상부 편광판(140)의 제1 편광축의 방향을 0°로 정의하고, 제1 위상 지연층(160)의 광축은 제1 편광축에 대하여 10° 기울어져 있으며, 제2 위상 지연층(170)의 광축은 제1 편광축에 대하여 -25°기울어져 있다. 또한, 액정층(130)의 광축은 전계를 인가하지 않은 상태에서는 제1 편광축에 대하여 20° 기울어져 있고, 전계가 인가된 상태에서는 제1 편광축에 대하여 42.5° 기울어져 있다.

도 3a를 참조하면, 무편광의 외부 자연광이 상부 편광판(140)을 통과하면 0 ° 방향으로 선편광되고, 0° 편광된 광이 10° 방향의 광축을 갖는 제1 위상 지연층(160)을 통과하면 20° 방향으로 선편광된 광이 된다. 20° 방향으로 선편광된 광은 20° 방향의 광축을 갖는 액정층(130)을 통과하더라도 편광 상태에 영향을 받지 않게 되고, 따라서, 20° 방향으로 선편광된 광이 제2 위상 지연층(170)에 입사하게 된다. 20° 방향으로 선편광된 광이 -25° 방향의 광축을 갖는 제2 위상 지연층(170)을 통과하면 좌원편광된 광이 되고, 좌원편광된 광이 반사판(180)에 의해 반사되어 다시 제2 위상 지연층(170)을 통과하게 되면 110° 방향으로 선편광된 광이 된다. 110° 방향으로 선편광된 광이 20° 방향의 광축을 갖는 액정층(130)에 입사하게 되면, 광의 편광 방향이 액정층(130)의 광축과 수직하므로, 편광 상태가 변화하지 않고 액정층(130)을 통과하게 된다. 110° 방향으로 선편광된 광이 제1 위상 지연층(160)을 통과하게 되면, 90° 방향으로 선편광된 광이 되고, 90° 방향으로 선편광된 광은 상부 편광판(140)을 통과할 수 없으므로, 표시장치(100)는 블랙 영상을 표시하게 된다.

도 3b를 참조하면, 무편광의 외부 자연광이 상부 편광판(140)을 통과하면 0° 방향으로 선편광되고, 0° 편광된 광이 10° 방향의 광축을 갖는 제1 위상 지연층(160)을 통과하면 20° 방향으로 선편광된 광이 된다. 20° 방향으로 선편광된 광이 42.5° 방향의 광축을 갖는 액정층(130)을 통과하면, 액정층(130)은 반파장판으로 작용하므로 65° 방향으로 선편광된 광이 된다. 65° 방향으로 선편광된 광이 -25° 방향의 광축을 갖는 제2 위상 지연층(170)으로 입사하면, 선편광 방향과 제2 위상 지연층(170)의 광축이 서로 수직하므로 편광 상태의 변경 없이 통과하게 되 고, 65° 방향으로 선편광된 광이 반사판(180)에 의해 반사되어 다시 제2 위상 지연층(170)을 입사되면 다시 편광 상태의 변화 없이 통과하게 된다. 65° 방향으로 선편광된 광이 42.5° 방향의 광축을 갖는 액정층(130)을 통과하게 되면, 액정층(130)은 반파장판으로 작용하므로, 20° 방향으로 선편광된 광이 된다. 20° 방향으로 선편광된 광이 제1 위상 지연층(160)을 통과하게 되면, 0° 방향으로 선편광된 광이 되고, 0° 방향으로 선편광된 광은 상부 편광판(140)을 통과할 수 있으므로, 표시장치(100)는 화이트 영상을 표시하게 된다.

도 4는 투과부에서의 광의 진행에 따른 편광 상태를 나타내기 위한 도면들이다. 구체적으로, 도 4a는 전계가 인가되지 않은 상태에서의 광의 진행에 따른 편광 상태를 나타낸 도면이고, 도 4b는 전계가 인가된 상태에서의 광의 진행에 따른 편광 상태를 나타낸 도면이다.

도 4a 및 도 4b에서, 상부 편광판(140)의 제1 편광축의 방향을 0°로 정의하고, 제1 위상 지연층(160)의 광축은 제1 편광축에 대하여 10° 기울어져 있으며, 제2 위상 지연층(170)의 광축은 제1 편광축에 대하여 -25° 기울어져 있다. 또한, 위상 보상판(190)의 광축은 제1 편광축에 대하여 45° 기울어져 있고, 하부 편광판(150)의 제2 편광축은 제1 편광축과 90°의 각도를 이룬다. 액정층(130)의 광축은 전계를 인가하지 않은 상태에서는 제1 편광축에 대하여 20° 기울어져 있고, 전계가 인가된 상태에서는 제1 편광축에 대하여 65° 기울어져 있다.

도 4a를 참조하면, 백라이트에서 발생한 무편광의 인공광은 하부 편광판을 통과하면서 90° 방향으로 선편광되고, 90° 방향으로 선편광된 광이 45° 방향의 광축을 갖는 위상 보상판(190)을 통과하면 좌원편광된 광이 된다. 좌원편광된 광이 -25° 방향의 광축을 갖는 제2 위상 지연층(170)을 통과하면, 110° 방향으로 선편광된 광이 된다. 110° 방향으로 선편광된 광이 20° 방향의 광축을 갖는 액정층(130)에 입사하면, 광의 편광 방향과 액정층(130)의 광축이 수직하므로 편광 상태의 변경 없이 광은 액정층(130)을 통과하게 된다. 110° 방향으로 선편광된 광이 10° 방향의 광축을 갖는 제1 위상 지연층(160)을 통과하게 되면, 90° 방향으로 선편광된 광이 되고, 90° 방향으로 선편광된 광은 0° 방향의 편광축을 갖는 상부 편광판(140)을 통과할 수 없으므로, 표시장치(100)는 블랙 영상을 표시하게 된다.

도 4b를 참조하면, 백라이트에서 발생한 무편광의 인공광은 하부 편광판(150)을 통과하면서 90° 방향으로 선편광되고, 90° 방향으로 선편광된 광이 45° 방향의 광축을 갖는 위상 보상판(190)을 통과하면 좌원편광된 광이 된다. 좌원편광된 광이 -25° 방향의 광축을 갖는 제2 위상 지연층(170)을 통과하면, 110° 방향으로 선편광된 광이 되고, 110° 방향으로 선편광된 광이 65° 방향의 광축을 갖는 액정층(130)에 통과하면 액정층(130)은 반파장판으로 작용하므로 20° 방향으로 선편광된 광이 된다. 20° 방향으로 선편광된 광이 10° 방향의 광축을 갖는 제1 위상 지연층(160)을 통과하게 되면, 0° 방향으로 선편광된 광이 되고, 0° 방향으로 선편광된 광은 0° 방향의 편광축을 갖는 상부 편광판(140)을 통과할 수 있으므로, 표시장치(100)는 화이트 영상을 표시하게 된다.

일반적으로, 반투과 표시장치에 있어서는 반사부의 전기 광학 특성은 투과부의 전기 광학 특성과 다르므로, 반사부와 투과부의 전기 광학 수행을 동일하게 하 기 위해서는 반사부를 위한 구동회로와 투과부를 위한 구동회로가 요구된다. 하지만, 두 개의 구동회로를 형성하는 경우, 각 화소에 두개의 박막 트랜지스터를 형성하여야 하므로 개구율이 감소되어 표시되는 영상의 휘도가 저하될 수 있을 뿐만 아니라, 제조 과정이 복잡해지는 등의 문제점이 있다. 이러한 문제점은 전극 구조를 개선하여 반사부와 투과부를 단일 감마에 의해 구동하면 해결될 수 있다.

액정분자들의 움직임과 전게의 관계는 하기 식(4)에 의해 정의되는 유전율 토크(D)에 의해 설명될 수 있다. 식(4)에 있어서, E₀,△ε 및 β는 각각 전계 세기, 액정의 유전율 이방성 및 액정분자와 전계 사이의 각도를 나타낸다.

｜D｜= 0.5×ε₀｜△ε｜E₀ ²sin(2β) ----------------(4)

수직 스위칭 모드와 달리 수평 스위칭 모드는 전기장의 세기 및 액정분자와 전계 사이의 각도를 제어할 수 있는 몇가지 인자를 가지고 있다. 예를 들면, 전기장의 세기는 전극 사이의 간격을 변화시킴으로써 제어할 수 있고, 액정분자와 전계 사이의 각도는 전극의 방향을 변화시킴으로써 제어할 수 있다. 따라서, 반사부와 투과부에서 서로 다른 구조를 갖는 전극을 도입한다면, 반사부와 투과부는 단일 감마에 의해 구동될 수 있다.

도 5는 상부 편광판의 제1 편광축에 대한 전극 방향에 따른 액정의 문턱전압, 액정의 피크 휘도에서의 전압인 피크 전압, 최대 반사율 및 최대 투과율을 설명하기 위한 그래프이고, 도 6은 전극폭과 전극간 이격 거리의 비에 따른 액정의 문턱전압, 피크 전압, 최대 반사율 및 최대 투과율을 설명하기 위한 그래프이다. 구체적으로, 도 5a는 반사부에서의 전극 방향에 따른 액정의 문턱전압(Vth), 피크 전압(Vpeak) 및 최대 반사율(Rmax)을 설명하기 위한 그래프이고, 도 5b는 투과부에서의 전극 방향에 따른 액정의 문턱전압(Vth), 피크 전압(Vpeak) 및 최대 투과율(Tmax)을 설명하기 위한 그래프이다. 또한, 도 6a는 반사부에서의 전극 폭과 전극간 이격 거리의 비에 따른 액정의 문턱전압(Vth), 피크 전압(Vpeak) 및 최대 반사율(Rmax)을 설명하기 위한 그래프이고, 도 6b는 투과부에서의 전극 폭과 전극간 이격 거리의 비에 따른 액정의 문턱전압(Vth), 피크 전압(Vpeak) 및 최대 투과율(Tmax)을 설명하기 위한 그래프이다.

도 5a, 도 b, 도 6a 및 도 6b를 참조하면, 상부 편광판(140)의 제1 편광축에 대한 전극 방향이 이루는 각도가 증가할수록, 문턱전압은 감소하나, 피크 전압은 증가함을 알 수 있다. 즉, 전압-투과율(또는 반사율) 곡선에서 기울기가 감소됨을 알 수 있다. 또한, 전극들 사이의 이격 거리가 증가함에 따라, 문턱전압 및 피크 전압이 증가함을 알 수 있다. 즉, 전극들 사이의 간격이 증가함에 따라 액정의 동작 전압이 증가함을 알 수 있다. 도 5a, 도 5b, 도 6a 및 도 6b에 도시된 바와 같이, 문턱 전압 및 전압-투과율(반사율) 곡선의 기울기는 전극들 사이의 간격 및 전극의 방향을 각각 변화시킴으로써, 독립적으로 제어될 수 있다.

도 7은 본 발명의 일실예에 따른 전극 구조를 갖는 표시장치의 단일 감마 특성을 나타내는 그래프이다. 도 7의 곡선 a는 반사부에서의 반사율과 인가 전압의 관계를 나타내는 것으로서, 전극폭과 전극간 거리의 비는 4:16이고, 전극 방향은 140°이다. 또한, 도 7의 곡선 b는 투과부에서의 투과율과 인가 전압의 관계를 나 타내는 것으로서, 전극폭과 전극간 거리의 비는 4:4이고, 전극 방향은 125°이다.

도 7을 참조하면, 단일 감마에 의해 구동되더라도 반사부에서의 전기 광학 특성과 투과부에서의 전기 광학 특성이 유사하게 달성될 수 있음을 알 수 있다. 예를 들면, 반사부에는 전극과 상부 편광판(140)의 제1 투과축이 이루는 각도, 전극들 사이의 이격거리 및 전극폭이 각각 140°, 16μm 및 4μm인 전극을 형성하고, 투과부에는 전극과 상부 편광판(140)의 제1 투과축이 이루는 각도, 전극들 사이의 이격거리 및 전극폭이 각각 125°, 4μm 및 4μm인 전극을 형성하면, 도 7에 도시된 바와 같이 반사부와 투과부가 단일 감마에 의해 구동될 수 있다.

도 8 및 도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 표시장치에 있어서, 광의 진행에 따른 편광 상태를 나타내기 위한 도면들이다. 구체적으로, 도 8a는 반사부에 있어서, 전계를 인가하지 않은 상태의 광의 진행에 따른 편광 상태를 나타내는 도면이고, 도 8b는 반사부에 있어서, 전계를 인가한 상태의 광의 진행에 따른 편광 상태를 나타내는 도면이다. 도 9a는 투과부에 있어서, 전계를 인가하지 않은 상태의 광의 진행에 따른 편광 상태를 나타내는 도면이고, 도 9b는 투과부에 있어서, 전계를 인가한 상태의 광의 진행에 따른 편광 상태를 나타내는 도면이다.

본 실시예에 따른 표시장치(200)는 상부 기판(미도시), 하부 기판(미도시), 액정층(230), 상부 편광판(240), 하부 편광판(250), 제1 위상 지연층(260), 제2 위상 지연층(270), 반사판(280) 및 위상 보상판(290)을 포함한다.

본 실시예에 따른 표시장치(200)는 액정층(230)을 제외하고는 앞서 설명한 실시예와 실질적으로 동일한 구성을 가지고 있으므로, 중복되는 설명은 생략한다.

액정층(230)의 경우, 전계가 인가되지 않은 상태에서는 액정분자들의 장축이 상부 기판(110) 및 하부 기판(120)에 수직하게 배열되고, 전계가 인가된 상태에서는 액정분자들의 장축이 상부 기판(110) 및 하부 기판(120)에 평행하게 배열된다. 예를 들면, 전계가 인가된 상태에서, 반사부 액정층(230)의 광축은 상부 편광판(240)의 제1 편광축에 대하여 52.5°만큼 기울어질 수 있고, 투과부 액정층(230)의 광축은 상부 편광판(240)의 제1 편광축에 대하여 75°만큼 기울어질 수 있다.

상부 편광판(240), 하부 편광판(250), 제1 위상 지연층(260), 제2 위상 지연층(270), 반사판(280) 및 위상 보상판(290)의 구성 및 광축의 배열은 앞서 설명한 바와 동일하므로 구체적인 설명은 생략한다.

도 8a 및 도 8b에서, 상부 편광판(240)의 제1 편광축의 방향을 0°로 정의하고, 제1 위상 지연층(260)의 광축은 제1 편광축에 대하여 15° 기울어져 있으며, 제2 위상 지연층(270)의 광축은 제1 편광축에 대하여 75°기울어져 있다. 또한, 액정층(230)의 광축은 전계를 인가하지 않은 상태에서는 상부 기판(110) 및 하부 기판(120)에 수직하고, 전계가 인가된 상태에서는 제1 편광축에 대하여 52.5° 기울어져 있다.

도 8a를 참조하면, 무편광의 외부 자연광이 상부 편광판(240)을 통과하면 0° 방향으로 선편광되고, 0° 편광된 광이 15° 방향의 광축을 갖는 제1 위상 지연층(260)을 통과하면 30° 방향으로 선편광된 광이 된다. 30° 방향으로 선편광된 광은 상부 기판(110) 및 하부 기판(120)에 수직한 광축을 갖는 액정층(230)을 통과하더라도 편광 상태에 영향을 받지 않고, 따라서, 30° 방향으로 선편광된 광이 제 2 위상 지연층(270)에 입사하게 된다. 30° 방향으로 선편광된 광이 75° 방향의 광축을 갖는 제2 위상 지연층(270)을 통과하면 우원편광된 광이 되고, 우원편광된 광이 반사판(280)에 의해 반사되어 다시 제2 위상 지연층(270)을 통과하게 되면 120° 방향으로 선편광된 광이 된다. 120° 방향으로 선편광된 광은 편광 상태의 변화 없이 액정층(230)을 통과하게 되고, 120° 방향으로 선편광된 광이 제1 위상 지연층(260)을 통과하게 되면, 90° 방향으로 선편광된 광이 된다. 90° 방향으로 선편광된 광은 상부 편광판(240)을 통과할 수 없으므로, 표시장치(200)는 블랙 영상을 표시하게 된다.

도 8b를 참조하면, 무편광의 외부 자연광이 상부 편광판(240)을 통과하면 0° 방향으로 선편광되고, 0° 편광된 광이 15° 방향의 광축을 갖는 제1 위상 지연층(260)을 통과하면 30° 방향으로 선편광된 광이 된다. 30° 방향으로 선편광된 광이 52.5° 방향의 광축을 갖는 액정층(230)을 통과하면, 액정층(230)은 반파장판으로 작용하므로 75° 방향으로 선편광된 광이 된다. 75° 방향으로 선편광된 광이 75° 방향의 광축을 갖는 제2 위상 지연층(270)으로 입사하면, 선편광 방향과 제2 위상 지연층(270)의 광축이 서로 평행하므로 편광 상태의 변경 없이 통과하게 되고, 75° 방향으로 선편광된 광이 반사판(280)에 의해 반사되어 다시 제2 위상 지연층(270)을 입사되면 다시 편광 상태의 변화 없이 통과하게 된다. 75° 방향으로 선편광된 광이 52.5° 방향의 광축을 갖는 액정층(230)을 통과하게 되면, 액정층(230)은 반파장판으로 작용하므로, 30° 방향으로 선편광된 광이 되고, 30° 방향으로 선편광된 광이 제1 위상 지연층(260)을 통과하게 되면, 0° 방향으로 선편 광된 광이 된다. 0° 방향으로 선편광된 광은 상부 편광판(240)을 통과할 수 있으므로, 표시장치는 화이트 영상을 표시하게 된다.

도 9a 및 도 9b에서, 상부 편광판(240)의 제1 편광축의 방향을 0°로 정의하고, 제1 위상 지연층(260)의 광축은 제1 편광축에 대하여 15° 기울어져 있으며, 제2 위상 지연층(270)의 광축은 제1 편광축에 대하여 75° 기울어져 있다. 또한, 위상 보상판(290)의 광축은 제1 편광축에 대하여 135° 기울어져 있고, 하부 편광판(250)의 제2 편광축은 제1 편광축과 90°의 각도를 이룬다. 액정층(230)의 광축은 전계를 인가하지 않은 상태에서는 상부 기판(110) 및 하부 기판(120)에 수직하고, 전계가 인가된 상태에서는 제1 편광축에 대하여 75° 기울어져 있다.

도 9a를 참조하면, 백라이트에서 발생한 무편광의 인공광은 하부 편광판(250)을 통과하면서 90° 방향으로 선편광되고, 90° 방향으로 선편광된 광이 135° 방향의 광축을 갖는 위상 보상판(290)을 통과하면 우원편광된 광이 된다. 우원편광된 광이 75° 방향의 광축을 갖는 제2 위상 지연층(270)을 통과하면, 120° 방향으로 선편광된 광이 된다. 120° 방향으로 선편광된 광이 상부 기판(110) 및 하부 기판(120)에 수직한 광축을 갖는 액정층(230)에 입사하면 편광 상태의 변경 없이 액정층(230)을 통과한다. 120° 방향으로 선편광된 광이 15° 방향의 광축을 갖는 제1 위상 지연층(260)을 통과하게 되면, 90° 방향으로 선편광된 광이 되고, 90° 방향으로 선편광된 광은 0° 방향의 편광축을 갖는 상부 편광판(240)을 통과할 수 없으므로, 표시장치(200)는 블랙 영상을 표시하게 된다.

도 9b를 참조하면, 백라이트에서 발생한 무편광의 인공광은 하부 편광 판(250)을 통과하면서 90° 방향으로 선편광되고, 90° 방향으로 선편광된 광이 135° 방향의 광축을 갖는 위상 보상판(290)을 통과하면 우원편광된 광이 된다. 우원편광된 광이 75° 방향의 광축을 갖는 제2 위상 지연층(270)을 통과하면, 120° 방향으로 선편광된 광이 되고, 120° 방향으로 선편광된 광이 75° 방향의 광축을 갖는 액정층(230)에 통과하면 액정층(230)은 반파장판으로 작용하므로 30° 방향으로 선편광된 광이 된다. 30° 방향으로 선편광된 광이 15° 방향의 광축을 갖는 제1 위상 지연층(260)을 통과하게 되면, 0° 방향으로 선편광된 광이 되고, 0° 방향으로 선편광된 광은 0° 방향의 편광축을 갖는 상부 편광판(240)을 통과할 수 있으므로, 표시장치는 화이트 영상을 표시하게 된다.

본 실시예들에 따르면, 제1 위상 지연층(260), 액정층(230) 및 제2 위상 지연층(270)의 광축 배열을 최적화함으로써 높은 명암 대비비 및 휘도를 갖는 영상을 표시하고, 신규 전극 구조를 도입함으로써 단일 감마 특성을 보여주는 표시장치를 제공할 수 있다.

앞서 설명한 본 발명의 상세한 설명에서는 본 발명의 바람직한 실시예들을 참조하여 설명하였지만, 해당 기술분야의 숙련된 당업자 또는 해당 기술분야에 통상의 지식을 갖는 자라면 후술될 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 기술 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

도 2는 뮬러 매트릭스 방법에 의해 계산된 파장과 편광 편차(Polarization Deviation)의 관계를 나타내는 그래프이다.

도 3은 반사부에서의 광의 진행에 따른 편광 상태를 나타내기 위한 도면들이다.

도 4는 투과부에서의 광의 진행에 따른 편광 상태를 나타내기 위한 도면들이다.

도 5는 상부 편광판의 제1 편광축에 대한 전극 방향에 따른 액정의 문턱전압, 액정의 피크 휘도에서의 전압인 피크 전압, 최대 반사율 및 최대 투과율을 설명하기 위한 그래프이이다.

도 6은 전극폭과 전극간 이격 거리의 비에 따른 액정의 문턱전압, 피크 전압, 최대 반사율 및 최대 투과율을 설명하기 위한 그래프이다.

도 7은 본 발명의 일실예에 따른 전극 구조를 갖는 표시장치의 단일 감마 특성을 나타내는 그래프이다.

도 8 및 도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 표시장치에 있어서, 광의 진행에 따른 편광 상태를 나타내기 위한 도면들이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

100, 200 : 표시장치 110 : 상부 기판

120 : 하부 기판 130, 230 : 액정층

140, 240 : 상부 편광판 150, 250 : 하부 편광판

160, 260 : 제1 위상 지연층 170, 270 : 제2 위상 지연층

180, 280 : 반사판 190, 290 : 위상 보상판

Claims

상부 기판;

상기 상부 기판의 상부에 배치되고, 제1 방향에 평행한 제1 편광판을 가지는 제1 편광층;

상기 상부 기판과 대향하는 하부 기판;

상기 상부 기판과 상기 하부 기판 사이에 형성된 액정층;

상기 상부 기판과 상기 액정층 사이에 형성되고, 광의 위상을 1/2 파장만큼 변경시키는 제1 위상 지연층;

상기 하부 기판과 상기 액정층 사이에 형성되고, 광의 위상을 1/4 파장만큼 지연시키는 제2 위상 지연층;

상기 하부 기판과 상기 제2 위상 지연층 사이에 형성되고, 상기 제2 위상 지연층을 통과한 광을 다시 상기 제2 위상 지연층으로 반사하는 반사판을 포함하는 표시장치.
제1항에 있어서, 상기 제1 위상 지연층은 상기 제1 편광축에 대하여 제1 각도만큼 기울어진 광축을 구비하고, 상기 제2 위상 지연층은 상기 제1 편광축에 대하여 상기 제1 각도의 두 배보다 45° 큰 제2 각도 또는 상기 제1 각도의 두 배보다 45° 작은 제3 각도로 기울어진 광축을 구비하는 것을 특징으로 하는 표시장치.
제2항에 있어서, 전기장이 인가되지 않은 상태에서, 상기 액정층의 광축은 상기 제1 편광축에 대하여 상기 제1 각도의 두 배인 제4 각도로 기울어진 것을 특징으로 하는 표시장치.
제3항에 있어서, 상기 제1 위상 지연층의 광축과 상기 제1 편광축 사이의 각도는 10° 이상이고 20° 이하인 각도 범위 내에 있는 것을 특징으로 하는 표시장치.
제3항에 있어서, 상기 하부기판에는 영상을 표시하는 다수의 단위 화소 영역이 정의되고, 각 단위 화소 영역은 외부에서 제공된 자연광을 반사하는 반사부 및 내부 백라이트에서 제공된 인공광을 투과시키는 투과부를 포함하는 것을 특징으로 하는 표시장치.
제5항에 있어서, 상기 반사판은 상기 반사부의 상부에 배치되는 것을 특징으로 하는 표시장치.
제6항에 있어서, 상기 하부 기판의 하부에 배치되고, 상기 제1 편광축에 수직한 제2 편광축을 갖는 하부 편광판; 및

상기 제1 위상 지연층과 상기 하부 기판 사이에 배치되고, 상기 백라이트로부터 제공되어 상기 하부 편광판을 통과한 광의 위상을 보상하는 위상 보상판을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 표시장치.
제7항에 있어서, 상기 위상 보상판은 상기 하부 편광판을 통과한 광의 위상을 1/4 파장만큼 변경시키고, 상기 제2 편광축에 대하여 45°기울어진 광축을 갖는 것을 특징으로 하는 표시장치.
제5항에 있어서, 상기 제2 위상 지연층과 상기 하부 기판 사이에 형성된 화소 전극; 및

상기 화소 전극과 상기 하부 기판 사이에 형성된 대향 전극을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 표시장치.
제9항에 있어서, 상기 화소 전극은 상기 반사부에 배치되는 제1 전극 패턴들 및 상기 투과부에 배치되는 제2 전극 패턴들을 포함하는 것으로 특징으로 표시장치.
제10항에 있어서, 상기 제1 전극 패턴들은 상기 제1 투과축에 대하여 제1 각도만큼 기울어진 방향으로 연장되고, 상기 제1 전극 패턴들 중 인접한 패턴들은 제1 간격만큼 이격되어 있으며,

상기 제2 전극 패턴들은 상기 제1 투과축에 대하여 상기 제1 각도보다 작은 제2 각도만큼 기울어진 방향으로 연장되고, 상기 제2 전극 패턴들 중 인접한 패턴 들은 상기 제1 간격보다 작은 제2 간격만큼 이격되어 있는 것을 특징으로 표시장치.
제11항에 있어서, 상기 제1 각도 및 상기 제2 각도는 각각 140° 및 125°이고, 상기 제1 간격 및 상기 제2 간격은 각각 16μm 및 4μm이며, 상기 제1 및 제2 전극 패턴들 각각의 폭은 4μm인 것을 특징으로 하는 표시장치.
제1항에 있어서, 상기 액정층의 광축은 전계가 인가되지 않는 경우 상기 상부 기판 및 상기 하부 기판에 수직한 것을 특징으로 하는 표시장치.
제13항에 있어서, 상기 하부기판에는 영상을 표시하는 다수의 단위 화소 영역이 정의되고, 각 단위 화소 영역은 외부에서 제공된 자연광을 반사하는 반사부 및 내부 백라이트에서 제공된 인공광을 투과시키는 투과부를 포함하는 것을 특징으로 하는 표시장치.
제14항에 있어서, 상기 액정층에 전계가 인가된 경우, 상기 액정층의 광축은 상기 제1 편광축을 기준으로 상기 반사부에서는 52.5°만큼 기울어 지고, 상기 투과부에서는 75°만큼 기울어진 것을 특징으로 하는 표시장치.