KR100696282B1 - 유기 이엘 백라이트를 이용한 액정표시장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 유기 이엘 백라이트를 이용한 액정표시장치에 관한 것으로, 특히, 화소 전극 및 티에프티 어레이가 구현된 하부 기판과, 공통 전극 및 색필터가 구현된 상부 기판과, 상기 하부 기판과 상부 기판 사이에 충진된 액정과, 상기 상부 기판의 외부면에 형성된 상부 편광필름과, 양전극층, 유기 박막층, 및 보호막으로 덮여 있는 음전극층이 순차적으로 적층되어 있는 구조의 유기 이엘 소자, 및 상기 하부 기판에 인접하며 상기 양전극층의 바닥면과 일체형으로 이루어지는 하부 편광필름을 구비하는 백라이트를 포함하는 유기 이엘 백라이트를 이용한 액정표시장치에 관한 것이다.
액정표시장치, 편광필름, 유기 EL, 백라이트, 소비전력, 일체형

Description

유기 이엘 백라이트를 이용한 액정표시장치{LIQUID CRYSTAL DISPLAY COMPRISING ORGANIC ELECTRO LUMINESCENT BACKLIGHT}
도 1은 일반적인 디스플레이 시스템의 전체 구성을 도시한 개략도,
도 2a 및 도 2b는 종래의 티에프티 액정표시장치(TFT-LCD)의 구조를 도시한 개략도,
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 유기 이엘 백라이트를 이용한 액정표시 장치의 구조를 개략적으로 도시한 단면도,
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 유기 이엘 백라이트의 구조를 개략적으로 도시한 단면도.
- 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 -
21T : 상부 편광필름 21B : 하부 편광필름
22T : 상부 유리기판 22B : 하부 유리기판
23 : 색필터 24 : 블랙매트릭스
25T : 공통전극 25B : 화소전극
26 : 액정 27 : TFT 어레이
30 : 백라이트 40 : 보호막
본 발명은 유기 이엘 백라이트를 이용한 액정표시장치(Liquid Crystal Display : LCD)에 관한 것으로, 보다 상세하게는 유기 이엘(EL) 소자를 백라이트로 이용하되, TFT 어레이가 구현되어 있는 액정표시장치의 하면에 부착되어 있는 편광필름과 일체형으로 형성하여 액정표시장치의 두께를 최소화하는 유기 이엘 백라이트를 이용한 액정표시장치에 관한 것이다.
일반적으로, 액정표시장치는 디스플레이 장치의 하나로써 같은 용도로 쓰이는 음극선관(Cathode Ray Tub: CRT)과는 달리 자체발광을 하지 못하는 표시소자이기 때문에 화면 전체를 균일한 밝기로 유지시킬 수 있는 발광장치가 필요하다.
액정표시장치는 발광방식에 따라 반사형과 투과형 및 이 두가지를 조합한 반투과형으로 구분되는데, 투과형 또는 반투과형에서 사용되는 발광장치를 백라이트 유닛(Backlight Unit)이라 하고, 광원의 위치에 따라 직하방식(Top-Down method)과 옆면 조명방식(Edge illumination system)으로 구분된다.
통상의 액정표시장치는 도 1에 도시된 바와 같이, 크게 디스플레이 모듈(10)과 비디오 처리계통(11~13), 전원계통(17~18)으로 구분할 수 있고, 디스플레이 모듈(10)은 다시 액정 패널(16)과 구동부(14,15) 및 백라이트(19)로 구분할 수 있다.
도 1을 참조하면, CPU를 포함하는 영상신호를 처리하기 위한 비디오 램 보드 (11)에는 디스플레이를 위한 영상 데이터가 저장되어 있고, 타이밍 제어부(12)는 비디오 램 보드(11)로부터 영상신호(R,G,B)와 동기신호(SYNC)를 입력받아 디스플레이 모듈(10)을 구동하기 위한 각종 타이밍신호를 발생한다. 디스플레이를 위한 비디오 데이터(R,G,B)는 라인 메모리(13)에 저장된 후 데이트 구동부(15)로 전달되고, 타이밍 제어부(12)의 구동신호는 스캔 구동부(14)로 전달된다. 여기서, 상기 데이터 구동부(15)는 데이터 드라이버 혹은 소스 드라이버라고도 하고, 스캔 구동부(14)는 게이트 드라이버라고도 한다.
그리고, 백라이트(19)는 전원공급장치(17)의 출력을 인버터(18)를 통해 전달받아 발광하는데, 지금까지의 액정표시장치 백라이트(19)로 사용되는 광원의 종류로는 소형 전구, 무기후막 EL, LCD, CCFL, EEFL 등 다양한 종류가 사용되어 왔다. 이중에서도 풀 칼라(Full Color)를 구형하기 위한 STN 또는 TFT 방식의 액정표시장치용 백라이트로서는 고휘도를 낼 수 있는 CCFL이 가장 널리 사용되고 있다.
그런데, CCFL은 소비 전력이 높을 뿐만 아니라 두께가 두꺼워 전체적인 액정표지장치의 두께 또한 두껍게 하여 소형화를 어렵게 하는 문제가 있다.
그러면, 도 2a 및 도 2b를 참조하여 상기와 같은 종래 문제에 대하여 보다 상세하게 설명하기로 한다.
도 2a는 종래의 티에프티 액정표시장치(TFT-LCD)의 구조를 개략적으로 도시한 단면도이고, 도 2b는 종래의 티에프티 액정표시장치(TFT-LCD)의 한 화소를 도시한 개략도이다.
먼저, 도 2a를 참조하면, 액정 패널부는 크게 화소전극(25B) 및 박막트랜지 스터가 매트릭스 형태로 배열되어 있는 하부 유리기판(Bottom Glass: 22B)과, 공통전극(25T) 및 색필터(23)층이 형성되어 있는 상부 유리기판(Top Glass: 22T), 그리고 상, 하부 유리기판 사이에 채워지는 액정(26)층으로 구분된다. 또한, 도 2a에 도시된 구조를 보면 가장 아래에 백라이트(19)가 위치하고, 하부 유리기판(22B)의 하면에는 편광필름(21B)이 부착되어 있으며, 상면에는 화소전극(25B) 및 TFT 어레이(27)가 구현되어 있다. 그리고, 상부 유리기판(22T)의 상면에는 편광필름(21T)이 부착되어 있으며, 하면에는 R, G, B 색필터(23)와 블랙매트릭스(24) 및 공통전극(25T)이 위치하고 있다.
그리고, 하나의 화소는 도 2b에 도시된 바와 같이, R,G,B 색필터(23)와 공통전극(25T), 데이터선(Data Line)과 게이트선(Gate Line)등으로 이루어져 있다.
그런데, 상기와 같은 종래의 액정표시장치 구조는 백라이트(19)에서 나오는 백색광을 액정(26)층으로 광량 제어하여 그 빛을 다시 R, G, B 색필터(23)를 통과시켜서 풀 칼라를 얻는 구조로 되어 있는 반면에, 액정표시장치에서 사용되는 색필터(23)는 광투과율이 30~40% 정도로 낮기 때문에 그 만큼 상대적으로 밝은 백라이트를 사용해야 하는 어려움이 있다.
이에 따라, 종래에는 백라이트로 고휘도를 낼 수 있는 CCFL를 사용하였으나, 이는 소비 전력이 높을 뿐만 아니라 두께가 두꺼워 액정표시장치의 전체적인 두께를 두껍게 하는 문제가 있다. 즉, 백라이트의 두께는 액정표시장치를 소형화시키는 장해 요소 중 비중이 큰 요소로 작용하는 바, 액정표시장치의 소형화시키는데 한계가 있다.
본 발명의 목적은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 유기 이엘(EL) 소자를 백라이트로 이용하되, TFT 어레이가 구현되어 있는 액정표시장치의 하면에 부착되어 있는 편광필름과 일체형으로 형성하여 액정표시장치의 전체적인 두께를 최소화하는 동시에 소비전력을 감소시킬 수 있는 키는 유기 이엘 백라이트를 이용한 액정표시장치를 제공하는 데 있다.
화소 전극 및 티에프티 어레이가 구현된 하부 기판과, 공통 전극 및 색필터가 구현된 상부 기판과, 상기 하부 기판과 상부 기판 사이에 충진된 액정과, 상기 상부 기판의 외부면에 형성된 상부 편광필름과, 양전극층, 유기 박막층, 및 보호막으로 덮여 있는 음전극층이 순차적으로 적층되어 있는 구조의 유기 이엘 소자, 및 상기 하부 기판에 인접하며 상기 양전극층의 바닥면과 일체형으로 이루어지는 하부 편광필름을 구비하는 백라이트를 포함하는 유기 이엘 백라이트를 이용한 액정표시장치.
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이하 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 도면에서 여러 층 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 나타내었다. 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 동일한 도면 부호를 붙였다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 유기 이엘 백라이트를 이용한 액정표시 장치의 구조를 개략적으로 도시한 단면도이고, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 유기 이엘 백라이트의 구조를 개략적으로 도시한 단면도이다..
먼저, 도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 유기 이엘 백라이트를 이용한 액정표시장치의 액정 패널부는 크게 화소전극(25B) 및 박막트랜지스터가 매트릭스 형태로 배열되어 있는 하부 유리기판(Bottom Glass: 22B), 공통전극(25T) 및 색필터(23)층이 형성되어 있는 상부 유리기판(Top Glass: 22T), 그리고 상, 하부 유리기판(22T, 22B) 사이에 채워지는 액정(26)층으로 구분된다.
보다 상세하게, 도 3에 도시된 구조를 보면 상부 유리기판(22T)의 상면에는 편광필름(21T)이 부착되어 있으며, 하면에는 R, G, B 색필터(23)와 블랙매트릭스(24) 및 공통전극(25T)이 위치하고 있다.
그리고, 상기 상부 유리기판(22T)과 대향하는 하부 유리기판(22B)의 상면에는 화소전극(25B) 및 TFT 어레이(27)가 구현되어 있으며, 하면에는 편광필름(21B)이 부착되어 있다.
또한, 상기 하부 유리기판(22B)의 하면에 부착되어 있는 편광필름(21B)의 다른 면에는 전력소비가 낮을 뿐만 아니라 크기(두께)가 작은 유기 이엘(EL) 소자를 포함하는 백라이트(30)가 부착되어 있다.
그러면, 본 발명에 따른 유기 이엘 백라이트에 대하여 상세히 설명하기로 한다.
본 발명에 따른 백라이트용 유기 이엘 소자는 양전극층(31), 유기 박막층(32) 및 음전극층(33)이 순차 적층되어 있는 구조를 가지고 있으며, 이중 양전극층(31)은 하부 유리기판(22B)의 하면에 부착되어 있는 편광필름(21B)과 접하여 편광필름(21B)과 일체형으로 이루어져 있다. 즉, 액정표시장치와 일체형으로 이루어져 있기 때문에 백라이트를 구동하기 위한 별도의 구동부를 필요로 하지 않으며, 유기 이엘 소자로 이루어져 있기 때문에 소비전력을 최소화할 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 유기 이엘 소자를 포함하는 백라이트는 종래 기술에 따른 액정표시장치의 CCFL 보다 크기(두께)가 작으므로, 액정표시장치를 소형화시키는 것이 가능하다.
한편, 유기 이엘 소자를 포함하는 백라이트(30)는 수분 및 산소 등에 취약하기 때 문에 외부로부터의 수분 및 산소 등이 유기 이엘 소자로 침투되는 것을 방지하기 위해 음전극층(33) 위에 보호막(40)을 덮어 백라이트(30)를 보호하는 것이 바람직하다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 유기 이엘 백라이트의 구조를 개략적으로 도시한 단면도로서, 이러한 유기 이엘 백라이트는, 예를 들어 ITO(Indium Tin Oxide), 폴리아닐린(Polyaniline), 은(Au)과 같이 높은 일함수 금속의 양전극층(31), 양전극층(31) 위에 형성되는 유기 박막층(32), 유기 박막층(32) 위에 형성되는 예를 들어 알루미늄과 같은 낮은 일함수 금속의 음전극층(33) 및 양전극층(31)과 양(+)으로 접속되고, 음전극층(33)과는 음(-)으로 접속되는 전원(35)으로 구성된다. 여기서, 유기 박막층(32)은 양전극층(31)으로부터 주입된 정공(hole)을 발광층(32-2)으로 전달하기 위한 정공 수송층(32-1)과 음전극층(33)으로부터 주입된 전자를 발광층(32-2)으로 전달하기 위한 전자 수송층(32-3) 및 전자와 정공의 결합에 의해 빛을 발광하기 위한 발광층(32-2)으로 구성된다.
여기서, 상기 정공 수송층(32-1)은 정공 주입층 및 정공 전달층을 포함할 수 있으며, 상기 전자 수송층(32-3)은 전자 주입층 및 전자 전달층을 포함할 수 있다. 이러한 정공 주입층, 정공 전달층, 전자 주입층 및 전자 전달층 등은 종래부터 유기 전계 발광 소자에서 사용되어 오던 통상적인 물질을 사용하여 형성할 수 있다.
그리고, 상기 유기 이엘 소자가 백라이트에 포함되는 것이기 때문에, 상기 발광층(32-2)은 백색광을 내어야 하는데, 이러한 발광층(32-2)은 백색광을 낼 수 있도록 하기 위해 단일층의 백색 광원 물질로 이루어질 수도 있으며, 이와 달리, 적색 형 광층, 녹색 형광층 및 청색 형광층의 다층 구조를 포함할 수도 있다.
상기 발광층(32-2)이 이러한 다층 구조를 포함하는 경우, 상기 각 형광층에서 적색광, 녹색광 및 청색광이 각각 발광되어 이들 빛들이 서로 혼색됨에 따라, 상기 발광층(32-2)을 포함하는 유기 이엘 소자로부터 백색광이 발광될 수 있다.
또한, 다른 실시예로서, 상기 발광층(32-2)은 청색 형광층 및 적색 형광층의 다층 구조를 포함하거나, 청색광을 내는 호스트에 적색광을 내는 도펀트를 주입한 단일층을 포함하여, 이러한 발광층(32-2)을 포함하는 유기 이엘 소자가 백색광을 내도록 할 수도 있다.
한편, 상기 백색 광원 물질, 청색 형광 물질, 적색 형광 물질 및 녹색 형광 물질로는, 종래부터 유기 전계 발광 소자에서 이용되어 오던 통상적인 발광 물질들을 당업자에게 자명하게 이용할 수 있다.
이와 같이, 유기 이엘 소자는 자체 발광 형태이므로 휘도가 우수하고, 구조가 간단하여 제작이 용이하고 경량 박형의 장점을 가지고 있으므로, 이와 일체형으로 구성한 본 발명에 따른 유기 이엘 백라이트 액정표시장치는 우수한 휘도를 확보하는 동시에 소형화시킬 수 있다.
한편, 상술한 실시예에서는, 상기 백라이트(30)의 유기 이엘 소자가 별도의 기판을 포함하지 않고, 상기 양전극층(31) 자체가 직접 상기 하부 편광필름(21B)과 접하여, 상기 유기 이엘 소자가 상기 하부 편광필름(21B)과 일체형으로 이루어져 있으나, 이와 달리, 상기 유기 이엘 소자가 상기 양전극층(31) 하부에 별도의 플라스틱 기판 등을 포함하고, 이러한 플라스틱 기판이 상기 하부 편광필름(21B)과 접 하여, 상기 유기 이엘 소자가 상기 하부 편광필름(21B)과 일체형으로 이루어진 구조로 이루어질 수도 있다.
다음으로, 상기 본 발명에 따른 유기 이엘 백라이트(30) 및 편광 필름(21B)을, TFT 어레이가 구현되어 있는 하부 유리기판(22B) 하면에 부착하여, 상기 본 발명의 일 실시예에 따른 유기 이엘 백라이트를 이용한 액정표시장치를 제조하는 방법에 대해 구체적으로 설명하기로 한다.
보통, 편광필름의 두께는 약 200㎛ 이하로 매우 얇으므로 편광필름 위에 바로 유기 이엘(EL) 소자를 포함하는 백라이트(30)를 형성하여 TFT 어레이가 구현되어 있는 하부 유리기판 하면에 편광필름과 백라이트가 일체형으로 이루어진 액정표시장치를 형성하기는 어렵다.
이에 따라, 본 발명의 제 1 실시예에 따르면, 우선, TFT 어레이가 구현되어 있는 하부 유리기판(22B)이 아닌 별도의 유리기판을 준비한 다음, 그 위에 하부 편광필름(21B)을 부착한다.
그 다음, 상기 별도로 준비한 유리기판을 지지대로 이용하여 하부 편광필름(21B) 위에 유기 이엘 소자를 포함하는 백라이트(30)를 형성한다.
그리고, 상기 백라이트(30)가 형성된 하부 편광필름(21B)을, 상기 별도로 준비한 유리기판으로부터 분리한 다음, 분리된 하부 편광필름(21B)을 TFT 어레이가 구현되어 있는 하부 유리기판(22B)의 하면에 부착하여 하부 편광필름(21B)과 유기 이엘 소자를 포함하는 백라이트(30)가 일체형으로 이루어진 액정표시 장치를 형성하는 것이 가능하다.
또한, 상기 유기 이엘 소자를 포함하는 백라이트(30)는 수분 및 산소 등에 취약하기 때문에 하부 편광필름(21B)을 하부 유리기판(22B)의 하면에 부착한 다음, 외부로부터의 수분 및 산소 등이 유기 이엘 소자로 침투되는 것을 방지하기 위해 encap 공정 등의 통상의 보호막 형성공정을 통해 보호막을 형성하는 것이 바람직하다.
이러한 방법으로 본 발명에 따른 액정표시장치를 제조하면, 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 유기 이엘 백라이트(30)의 상기 양전극층(31)이 상기 하부 편광필름(21B)과 직접 접하여, 상기 유기 이엘 백라이트(30)가 하부 편광필름(21B)과 일체형으로 이루어진 구조로 유기 이엘 백라이트를 이용한 액정표시 장치가 제조된다.
한편, 상술한 제조 방법에서는 백라이트(30)가 형성된 하부 편광필름(21B)을 별도로 준비한 유리기판으로부터 분리한 다음, TFT 어레이가 구현되어 있는 하부 유리기판(22B)의 하면에 부착하였으나, 이를 분리하지 않고, 상기 별도로 준비한 유리기판을 그대로 TFT 어레이가 구현되어 있는 하부 유리기판(22B)의 하면에 부착하여 하부 편광필름(21B)과 유기 이엘 소자를 포함하는 백라이트(30)가 일체형으로 이루어진 액정표시 장치를 형성할 수도 있다.
또한, 상기와 같이, 백라이트(30) 및 하부 편광필름(21B)이 형성된 유리 기판(40)을 바로 TFT 어레이가 구현되어 있는 하부 유리기판(22B)의 하면에 부착할 경우, 유리기판(40)을 부착하기 전에 수분 및 산소 등이 유기 이엘 소자를 포함하는 백라이트(30)로 침투되는 것을 방지하기 위한 보호막(40)을 형성할 수 도 있다.
이러한 방법으로 본 발명에 따른 액정표시장치를 제조하더라도, 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 유기 이엘 백라이트(30)의 상기 양전극층(31)이 상기 하부 편광필름(21B)과 직접 접하여, 상기 유기 이엘 백라이트(30)가 하부 편광필름(21B)과 일체형으로 이루어진 구조로 유기 이엘 백라이트를 이용한 액정표시 장치가 제조된다.
한편, 본 발명의 제 2 실시예에 따른, 상기 유기 이엘 백라이트를 이용한 액정표시장치를 제조하는 방법에 대해 설명하면 다음과 같다.
우선, 플라스틱 기판 상에 소정의 양전극층(31), 유기 박막층(32) 및 음전극층(33)을 순차 형성하고, 보호막(40) 형성 공정 등을 진행하여, 유기 이엘 백라이트(30)를 형성한다. 이 때, 상기 양전극층(31)과 플라스틱 기판과의 접착성을 향상시키기 위하여, 상기 양전극층(31)의 형성 전에 플라스틱 기판에 대한 표면 처리를 함이 바람직하다. 또한, 상기 플라스틱 기판 위에 실리콘 산화막(SiO2)또는 실리콘 질화막(Si3N4)과 같은 무기물 완충층을 형성함으로서, 상기 양전극층(31)의 접착성을 향상시킬 수도 있다.
이후, TFT 어레이가 구현되어 있는 하부 유리기판(22B)의 하면에 하부 편광 필름(21B)을 부착하고, 이러한 하부 편광필름(21B)의 하면에 상기 유기 이엘 백라이트(30)의 플라스틱 기판을 부착하면, 하부 편광필름(21B)과 유기 이엘 소자를 포함하는 백라이트(30)가 일체형으로 이루어진 액정표시 장치를 형성하는 것이 가능하다.
이러한 방법으로 본 발명에 따른 액정표시장치를 제조하면, 도 3에 도시된 구조에서, 상기 하부 편광필름(21B)과 양전극층(31) 사이에 별도의 플라스틱 기판이 개재되어, 이러한 플라스틱 기판이 상기 하부 편광필름(21B)과 접하게 됨으로서, 상기 유기 이엘 백라이트(30)가 상기 하부 편광필름(21B)과 일체형으로 이루어진 구조로 상기 유기 이엘 백라이트를 이용한 액정표시 장치가 제조된다.
한편, 상술한 제 2 실시예에 따른 제조 방법에서는, 플라스틱 기판 상에 보호막(40) 형성 공정까지를 모두 진행하여 유기 이엘 백라이트(30)를 최종 형성한 후, 이를 하부 편광필름(21B)에 부착하였으나, 이와 달리, 플라스틱 기판 상에 음전극층(33)까지만 형성하고, 이러한 플라스틱 기판을 하부 편광필름(21B)에 부착한 후, 보호막(30) 형성 공정을 진행하여 최종적으로 유기 이엘 백라이트 및 이를 이용한 액정 표시 장치를 제조할 수도 있다.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.
상기한 바와 같이, 본 발명은 유기 이엘(EL) 소자를 백라이트로 이용하되, TFT 어레이가 구현되어 있는 액정표시장치의 하면에 부착되어 있는 편광필름과 일 체형으로 형성함으로써, 액정표시장치의 두께를 최소화하여 액정표시장치를 소형화시킬 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 백라이트는 유기 이엘 소자로 이루어져 있기 때문에 유기 이엘 소자의 장점인 우수한 휘도와 낮은 소비전력을 얻을 수 있는 이점이 있다.

Claims (8)

  1. 화소 전극 및 티에프티 어레이가 구현된 하부 기판과, 공통 전극 및 색필터가 구현된 상부 기판과, 상기 하부 기판과 상부 기판 사이에 충진된 액정과, 상기 상부 기판의 외부면에 형성된 상부 편광필름과, 양전극층, 유기 박막층, 및 보호막으로 덮여 있는 음전극층이 순차적으로 적층되어 있는 구조의 유기 이엘 소자, 및 상기 하부 기판에 인접하며 상기 양전극층의 바닥면과 일체형으로 이루어지는 하부 편광필름을 구비하는 백라이트를 포함하는 유기 이엘 백라이트를 이용한 액정표시장치.
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