KR20100075136A - 액정표시장치 - Google Patents

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KR20100075136A
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박미경
박수정
김경훈
김진호
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엘지디스플레이 주식회사
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Abstract

본 발명은 넓은 시야각과 고휘도 구현이 가능한 액정표시장치에 관한 것이다.
본 발명의 특징은 제 1 편광판에 고굴절율층과 저굴절율층으로 이루어지는 집광층을 구성하는 것이다.
이로 인하여, 기존의 백라이트로부터 입사되는 빛을 집광하기 위해 구비되었던 집광시트를 삭제할 수 있어, 보다 저렴한 비용으로 백라이트 유닛을 제작할 수 있게 되며 액정표시장치의 모듈화 공정에서 있어서 작업 공정시간을 줄일 수 있어 공정의 효율성을 향상시킬 수 있다.
또한, 기존에 비해 높은 콘트라스트비, 블랙(black) 상태에서 패널의 대각방향 빛샘을 감소시킬 수 있다.
특히, 기존에 비해 총 편광판의 부피 및 무게를 줄 일 수 있다.
편광판, 고굴절율, 저굴절율, 스넬법칙, 액정표시장치

Description

액정표시장치{Liquid crystal display device}
본 발명은 넓은 시야각과 고휘도 구현이 가능한 액정표시장치에 관한 것이다.
최근 정보화 시대에 발맞추어 디스플레이(display) 분야 또한 급속도로 발전해 왔고, 이에 부응해서 박형화, 경량화, 저소비전력화 장점을 지닌 평판표시장치(flat panel display device : FPD)로서 액정표시장치(liquid crystal display device : LCD), 플라즈마표시장치(plasma display panel device : PDP), 전기발광표시장치(electroluminescence display device : ELD), 전계방출표시장치(field emission display device : FED) 등이 소개되어 기존의 브라운관(cathode ray tube : CRT)을 빠르게 대체하며 각광받고 있다.
이중에서도 액정표시장치는 동화상 표시에 우수하고 높은 콘트라스트비(contrast ratio)로 인해 노트북, 모니터, TV 등의 분야에서 가장 활발하게 사용되고 있는데, 이러한 액정표시장치는 자체 발광요소를 갖지 못하는 소자로 별도의 광원을 요구하게 된다.
이에 따라, 배면으로는 램프를 구비한 백라이트 유닛(backlight unit)이 마련되어 액정패널 전면을 향해 광을 조사하고 이를 통해서 비로소 식별 가능한 휘도의 화상이 구현된다.
일반적으로 백라이트는 빛을 발하는 광원의 위치에 따라 측광형(side type)과 직하형(direct type)으로 구분된다. 측광형은 액정패널에 대해 이의 후방의 일측면으로부터 출사된 광원의 빛을 별도의 도광판으로 굴절시켜 액정패널로 입사시키며, 직하형은 액정패널 배면으로 복수개의 광원을 직접 배치시켜 빛을 입사시킨다.
도 1은 일반적인 측광형 백라이트 유닛을 이용하는 액정표시장치모듈의 단면도이다.
도시한 바와 같이, 일반적인 액정표시장치모듈은 액정패널(10)과 백라이트 유닛(20), 그리고 서포트메인(30)과 커버버툼(50), 탑커버(40)로 구성된다.
여기서, 액정패널(10)은 화상표현의 핵심적인 역할을 담당하는 부분으로써 액정층을 사이에 두고 대면 합착된 제 1 및 제 2 기판(12, 14)으로 구성된다. 이러한 액정패널(10)의 서로 인접한 두 가장자리를 따라서는 연결부재(미도시)를 매개로 인쇄회로기판(미도시)이 각각 연결된다.
이때, 제 1 및 제 2 기판(112, 114)의 외면으로는 각각 편광판(미도시)이 부착된다.
이러한 액정패널(10) 후방으로는 백라이트 유닛(20)이 구비된다.
백라이트 유닛(20)은 서포트메인(30)의 적어도 일측 가장자리 길이방향을 따 라 배열되는 램프(24)와, 커버버툼(50) 상에 안착되는 백색 또는 은색의 반사판(22)과, 이러한 반사판(22) 상에 안착되는 도광판(26) 그리고 이의 상부로 개재되는 다수의 광학시트(60)를 포함한다.
그리고, 램프가이드(28)를 더욱 구비하여 램프(24)를 가이드한다.
이때, 다수의 광학시트(60)는 확산시트와 집광시트로 이루어지는데, 집광시트는 1장을 구성하여 사용할 수 있으나, 최근에는 고휘도를 구현하기 위해서는 여러장의 집광시트를 겹쳐서 사용한다.
이에 대하여 도 2를 참조하여 좀더 자세히 살펴보도록 하겠다.
도 2는 다수의 광학시트를 개략적으로 도시한 사시도이다.
도시한 바와 같이, 다수의 광학시트(60)는 확산시트(61) 그리고 고휘도를 구현하기 위하여 제 1 및 제 2 집광시트(63, 65)가 순차적으로 위치하며, 집광시트(63, 65) 상부에 제 2 집광시트(65)의 프리즘 산(65a)의 보호 및 확산기능을 위한 보호시트(67)가 더욱 구비된다.
여기서, 각각의 제 1 및 제 2 집광시트(63, 65)는 띠 모양으로 인접 배열됨으로써 산과 골이 반복되는 형태의 다수개의 프리즘 산(63a, 65a)이 열을 지어 지지층으로부터 돌출 배열되는데, 이러한 제 1 및 제 2 집광시트(63, 65)는 각 프리즘 산(63a, 65a) 배열이 서로 수직하게 엇갈리도록 배치한다.
따라서, 제 1 및 제 2 집광시트(63, 65)는 제 1 및 제 2 집광시트(63, 65)의 상부에 위치하는 액정패널(도 1의 10)로 고휘도의 광을 집광하게 된다.
그러나, 이는 광학시트(도 2의 60)의 개수를 늘리게 됨으로써 액정표시장치 의 모듈화 공정에서 있어서 작업 공정시간이 증가되어 공정의 효율성이 저하되며, 제작 원가가 높아지는 문제점을 가져온다.
특히, 최근 액정표시장치를 경량 및 박형으로 제작하고자 하는 노력에도 불구하고, 액정표시장치의 전체적인 두께에 가장 큰 영향을 미치는 백라이트 유닛(도 1의 20)의 구성요소가 너무 많아짐에 따라 액정표시장치의 박형 및 경량을 저해하고 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 액정표시장치의 경량 및 박형을 구현하는 동시에 액정표시장치의 모듈화과정에서 조립시간 단축 및 재료비용을 절감하고자 하는 것을 제 1 목적으로 한다.
또한, 액정표시장치의 표시화면을 균일 휘도의 고품위로 구현하는 것을 제 2 목적으로 한다.
전술한 바와 같은 목적을 달성하기 위해, 본 발명은 제 1 및 제 2 기판을 포함하는 액정패널과; 상기 제 1 기판의 외면에 위치하고, 순차적으로 접착층과 제 1 TAC 필름과 제 1 편광층 그리고 고굴절율층과 저굴절율층을 포함하는 집광층으로 이루어진 제 1 편광판과; 상기 제 2 기판의 외면에 위치하고, 순차적으로 접착층과 제 2 편광층 그리고 제 2 편광층의 양측의 제 2 및 제 3 TAC 필름으로 이루어진 제 2 편광판을 포함하며, 상기 고굴절율층과 상기 저굴절율층 사이에 경계면을 이루는 패턴을 포함하는 액정표시장치를 제공한다.
상기 패턴은 산과 골이 반복되어 배열되며, 상기 패턴은 네가티브(negative) 프리즘 산 형태이다.
또한, 상기 패턴은 네가티브(negative) 렌티큘러 렌즈 형태이며, 상기 고굴절율층은 1.48 ~ 1.55의 굴절율을 가지며, PMMA(polymethylmethacrylate), 염화비닐, 아크릴계 수지, PC(polycarbonate)계, PET(polyethylene therephtalate)계, PE(polyethylene)계, PS(polystryrene)계, PP(polypropylene)계, PI(polyimide)계 수지, 유리, 실리카 중 선택된 하나의 물질로 이루어진다.
상기 저굴절율층은 1.26 ~ 1.46의 굴절율을 가지며, CaF2, NaF, MgF2, SiO2 중 선택된 하나의 물질로 이루어지며, 상기 제 1 편광판의 배면에 확산시트와, 광원 그리고 반사판으로 이루어진 백라이트 유닛을 포함한다.
이때, 상기 백라이트 유닛은 도광판을 포함한다.
위에 상술한 바와 같이, 본 발명에 따라 본 발명의 특징은 제 1 편광판에 고굴절율층과 저굴절율층으로 이루어지는 집광층을 구성함으로써, 기존의 백라이트로부터 입사되는 빛을 집광하기 위해 구비되었던 집광시트를 삭제할 수 있어, 보다 저렴한 비용으로 백라이트 유닛을 제작할 수 있게 되며 액정표시장치의 모듈화 공 정에서 있어서 작업 공정시간을 줄일 수 있어 공정의 효율성을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
또한, 기존에 비해 높은 콘트라스트비, 블랙(black) 상태에서 패널의 대각방향 빛샘을 감소시킬 수 있어, 액정표시장치의 표시화면을 균일 휘도의 고품위로 구현하는 효과가 있다.
특히, 기존에 비해 총 편광판의 부피 및 무게를 줄 일 수 있는 효과가 있다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명에 따른 실시예를 상세히 설명한다.
도 3a ~ 3b는 본 발명의 실시예에 따른 액정패널을 투과하는 빛의 특성을 살펴보기 위한 모식도이다.
도시한 바와 같이, 액정표시장치는 액정패널(110) 및 이의 배면에서 빛을 공급하는 백라이트(220)로 이루어지며, 이중 액정패널(110)은 액정층(105)을 사이에 두고 대면된 제 1 및 제 2 기판(101, 103) 그리고 제 1 및 제 2 기판(101, 103) 외면에 각각 부착된 제 1 및 제 2 편광판(120, 130)을 포함한다.
이때 제 1 기판(101) 내면에는 투명 화소전극이 형성된 다수의 화소와 이들 각 화소전극으로 전달되는 액정구동전압을 온/오프(on/off) 제어하는 박막트랜지스터가 마련되고, 제 2 기판(103) 내면에는 컬러구현을 위한 컬러필터와 공통전극이 구비된다.
또한 이들 양 기판(101, 103) 사이로 개재된 액정층(105)은 TN 모드로서, 전 압의 오프(off)상태에서, 분자의 장축방향이 양 기판(101, 103)과 평행을 유지한 채 제 1 기판(101)에서 제 2 기판(103)에 이르기까지 90°의 방위각으로 꼬인 정렬상태를 나타내며, 제 1 및 제 2 편광판(120, 130)의 편광축은 서로 직교한다.
그리고 백라이트(220)는 자연광에 가까운 산란광을 액정패널(110)로 공급한다.
이에 도 3a와 같은 전압이 오프(off) 상태일 때 백라이트(220)로부터 출사된 산란광은 제 1 편광판(120)에 의해 이의 편광축과 나란한 선형편광만이 투과되고 나머지는 흡수되며, 액정층(105)을 통과하는 동안 이의 방위각을 따라 90°로 회전됨으로써 제 2 편광판(130)을 투과해서 화이트(white)를 표시한다.
다음으로 도 3b와 같은 전압이 온(on) 상태일 때, 액정분자의 장축이 양 기판(101, 103)에 대해 수직하게 배열되어 90°의 선광성(optical rotatory power)을 상실하게 되어, 제 1 편광판(120)을 투과한 선형편광은 제 2 편광판(130)에서 차단되어 블랙(black)을 표시한다.
한편, 본 발명의 액정표시장치는 집광성능이 포함된 편광판(120)에 의해 기존의 액정표시장치에 비해 부피 및 무게가 감소된 것을 특징으로 하는데, 이에 대해 좀더 자세히 살펴보도록 하겠다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 편광판을 포함하는 수직전계 방식 액정표시장치를 개략적으로 도시한 도면이다.
도시한 바와 같이, 액정패널(110)의 하부에 제 1 편광판(120)이 위치하고 액정패널(110)의 상부에 제 2 편광판(130)이 위치한다.
도시하지는 않았지만, 액정패널(110)은 하부의 제 1 기판(101)과, 상부의 제 2 기판(103) 그리고 제 1 및 제 2 기판(101, 103) 사이에 위치하는 액정층(105)을 포함한다. 액정패널(110)은 수직전계 방식으로, 제 1 기판(101)의 안쪽면에는 박막트랜지스터와 화소전극이 형성되어 있으며, 제 2 기판(103)의 안쪽면에는 블랙매트릭스 및 컬러필터층 그리고 공통전극이 형성되어 있다. 또한, 제 2 기판(103)의 안쪽면에는 블랙매트릭스 및 컬러필터층을 덮는 오버코트층이 형성되어 있을 수 있다.
이러한 액정패널(110)의 하부에 위치하는 제 1 편광판(120)은 점착층(127)과 제 1 TAC 필름(123a), 빛의 편광특성을 변화시키는 편광축이 형성된 제 1 편광층(121) 그리고 집광층(125)으로 이루어지는데, 제 1 편광층(121)은 일방향으로 투과축이 형성되어 투과축에 평행한 성분의 빛만이 투과되는 특성을 갖는다. 이러한 특성은 편광자인 요오드를 흡수한 폴리비닐알코올(polyvinylalcohol : PVA)을 강한 장력으로 연신하여 제작함으로써 가능해진다.
그리고 제 1 TAC 필름(123a)은 제 1 편광층(121)의 일측에 형성되며, 트리아세틸셀룰로오스(tri-acetatecellulose)로 이루어져, 제 1 편광층(121)의 연신상태를 유지시키는 역할을 한다.
그리고, 집광층(125)은 제 1 편광층(121)의 제 1 TAC 필름(123a)과 대향되는 타측에 형성되며, 고굴절율층(125a)과 저굴절율층(125b)으로 이루어진다.
이때, 저굴절율층(125b)은 고굴절율층(125a)에 네가티브(negative) 프리즘 산 형태나 네가티브(negative) 렌티큘러 렌즈 형태로 형성된다.
여기서, 제 1 편광층(121)은 제 1 TAC 필름(123a)과 집광층(125) 사이에 위치하여, 제 1 TAC 필름(123a)과 집광층(125)에 의해 보호 및 지지된다.
그리고, 제 1 편광판(120)은 제 1 TAC 필름(123a)의 일측에 점착층(127)을 포함할 수 있는데, 점착층(127)은 제 1 편광판(120)을 기판(101)에 부착하기 위해 감압성 점착제(pressure sensitive adhesive : PSA)를 포함한다.
그리고 제 2 편광판(130)은 빛의 편광특성을 변화시키는 편광축이 형성된 제 2 편광층(131)과 제 2 편광층(131)의 양측면에 형성되어 제 2 편광층(131)을 보호 및 지지하는 제 2 및 제 3 TAC 필름(tri-acetatecellulose film : 133a, 133b) 그리고 점착층(137)으로 이루어진다.
이때, 제 3 TAC 필름(133b)의 일측에 실리카 비드(silica bead)가 포함된 눈부심방지(anti-glare : 135)층이 더욱 형성될 수 있으며, 최근 시야각 특성을 더욱 개선하기 위해 제 2 TAC 필름(133a)에 디스코틱(discotic) 액정분자가 하이브리드(hybrid) 형태로 배열된 디스코틱 액정층을 더욱 구성할 수도 있다.
그리고, 눈부심방지층(135) 외에도 제 2 편광판(130) 표면의 손상 방지를 위한 하드 코팅(hard coating)층 또는 인접층과의 밀착 방지를 위한 스티킹(sticking) 방지층 등을 구성하기도 한다.
이때, 제 1 및 제 2 편광판(120, 130)의 점착층(127, 137)의 하부로는 별도의 보호층(미도시)이 포함될 수 있는데, 이는 편광판(120, 130) 부착공정에서 탈착되어 점착층(127, 137)을 노출시키며, 운반 및 이송 등의 과정에서 점착층(125, 135)이 오염되지 않도록 보호하는 역할을 한다.
이때, 제 1 내지 제 3 TAC 필름(123a, 133a, 133b)은 위상차를 가질 수도 있으며, 이러한 경우 네거티브(negative) C-플레이트(plate)의 광학특성을 가질 수 있다.
이처럼, 본 발명의 제 1 편광판(120)은 집광층(125)에 의해 백라이트(도 3의 220)로부터 입사되는 빛을 집광할 수 있는데, 이에 대해 아래 도면을 참조하여 좀더 자세히 살펴보도록 하겠다.
도 5a ~ 5b는 본 발명의 실시예에 따른 제 1 편광판의 집광층을 개략적으로 도시한 도면이다.
도시한 바와 같이, 제 1 편광판(도 4의 120)의 집광층(125)은 고굴절율층(125a)과 저굴절율층(125b)의 이중층으로 이루어지며, 이의 경계면은 일정한 형태가 반복 배열되는 패턴(129)을 가진다.
이때, 고굴절율층(125a)은 빛의 편광 여하에 따라 1.48 ~ 1.55의 굴절율을 가지는데, 이러한 고굴절율층(125a)은 제 1 편광층(도 4의 121)의 보호기능도 필요하므로, PMMA(polymethylmethacrylate), 염화비닐, 아크릴계 수지, PC(polycarbonate)계, PET(polyethylene therephtalate)계, PE(polyethylene)계, PS(polystryrene)계, PP(polypropylene)계, PI(polyimide)계 수지, 유리, 실리카 등이 이용될 수 있다.
그리고 저굴절율층(125b)은 1.26 ~ 1.46의 굴절율을 가지며 더욱 바람직하게는 1.20의 굴절율을 갖는데, 이러한 저굴절율층(125b)은 CaF2, NaF, MgF2, SiO2 등이 이용될 수 있다.
이러한 저굴절율층(125b)은 0.15 ~ 14㎛의 두께를 갖도록 형성하는 것이 바람직하다.
아래 표(1)은 저굴절율층(125b)의 각 재료의 두께에 따른 굴절율을 나타내었다.
재료 두께(㎛) 굴절율
CaF2 0.15 ~ 12 1.23 ~ 1.26
NaF 0.25 ~ 14 1.34
MgF2 0.21 ~ 10 1.38
SiO2 0.16 ~ 8 1.46
표(1)
따라서, 고굴절율층(125a)과 저굴절율층(125b)은 굴절율의 차이를 갖게 되고, 이를 통해, 그 경계인 패턴(129)에서 굴절이 발생하게 된다.
이 경우 스넬의 법칙(snell's law)에 의해 빛이 입사되는 지점에서의 법선을 기준으로 더 큰 각도를 가지며 굴절되어 나아가게 된다.
이때, 스넬의 법칙은
n1sinθ1 = n2sinθ2 .....식(1)
의 식으로 표현되며, 이때, n1, n2는 각각 굴절율을, θ1은 입사각, θ2는 굴절각을 나타낸다.
즉, 집광층(125)에 소정각도(θ1)로 입사되는 빛은 집광층(125)에서 소정각도(θ2)로 굴절되어 굴절율이 n2인 저굴절율층(125b)으로 출사된다.
이를 이용하여 집광층(125)의 패턴(129)에 대해 θa의 각도를 가지고 입사한 빛의 집광층(125)을 통과한 후의 굴절각θ를 구해보면, 굴절각 θ에 대한 사인 값 은,
Figure 112008088977630-PAT00001
.....식(2)
로 표시될 수 있다.
이때, n은 고굴절율층(125a)의 굴절율이며 n'은 저굴절율층(125b)의 굴절율이다.
위의 식(2)을 통해 입사각 θa는 다음과 같은 식으로 표시될 수 있다.
Figure 112008088977630-PAT00002
.....식(3)
여기서,
Figure 112008088977630-PAT00003
는 패턴의 기울기를 나타내는데, 위의 식(3)을 통해 패턴(129)의 각도
Figure 112008088977630-PAT00004
를 변경함으로써 집광층(125)에 입사되는 빛의 입사각을 변경시킬 수 있으며, 이에 의해 집광층(125)을 빠져나가는 빛의 굴절각을 조절할 수 있다.
따라서, 본 발명의 제 1 편광판(도 4의 120)은 이러한 집광층(125)에 의해 백라이트(도 3의 220)로부터 입사되는 빛을 집광할 수 있으며 보다 광손실을 최소화 할 수 있게 된다.
이는, 고굴절율층(125a)과 저굴절율층(125b)의 경계면을 이루는 패턴(129)이 일정한 형태가 반복 배열됨으로써 크게 반사와 집광 두 가지 광특성을 나타낼 수 있다.
즉, 도 5b에 도시한 바와 같이 패턴(129)은 프리즘 산이 거꾸로 형성된 네가티브(negative) 프리즘 산 형태로 고굴절율층(125a)과 저굴절율층(125b)의 경계면을 이루게 되는데, 이러한 네가티브(negative) 프리즘 산 형태에 패턴(129)은 꼭지 점으로부터 소정의 각도로 경사진 제 1 및 제 2 경사면을 갖는다.
이러한 다수개의 네가티브(negative) 프리즘 산 형태의 패턴(129)은 띠 모양으로 인접 배열됨으로써 그 횡단면이 산과 골이 반복되는 형태를 띤다.
따라서, 이러한 패턴(129)에 의해서 집광층(125)으로 입사된 빛은 전반사영역(B)과 집광영역(A)으로 분리되어 입사된다.
이에 대하여 좀더 자세히 살펴보면, 집광층(125)으로 입사되는 빛이 집광층(125)의 하부면에 대해 수직인 선과 5°정도 기울어져 입사된다는 전제로, 집광영역(A)으로 입사된 빛은 네가티브(negative) 프리즘 산 형태의 패턴(129)에 의한 굴절을 통해 액정패널(도 4의 110) 방향으로 집광되어 실질적으로 휘도를 향상시키게 된다.
또한, 전반사영역(B)으로 입사된 빛은 패턴(129)의 표면에서의 전반사에 의해 다시 하측방향으로 반사되고, 하측방향으로 반사된 빛은 반사판(미도시) 등에 의해 반사되어 집광층(125)으로 재공급되고, 이러한 빛의 순환을 통해서 광손실을 최소화하게 된다.
이때, 패턴(129)의 네가티브(negative) 프리즘 산의 제 1 및 제 2 경사면은 각각 집광층(125)의 상면으로부터 약 45 ~ 50° 경사지도록 형성하는 것이 바람직하다.
또한, 네가티브(negative) 프리즘 산 형태의 패턴(129)의 간격 즉, 제 1 및 제 2 경사면 사이의 간격(p1)을 좁게 할수록 빛의 굴절에 의한 집광효과를 더욱 가져올 수 있는데, 이러한 간격(p1)은 집광층(125)의 의 두께, 굴절율 및 원하는 출 사광의 각 분포에 따라 달리 설정할 수 있다.
이러한 패턴(129)은 다양한 형태를 가질 수 있는데, 도 6을 참조하여 좀더 자세히 살펴보도록 하겠다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 제 1 편광판(도 4의 120)의 집광층(125)을 개략적으로 도시한 도면으로, 이때, 앞서 전술한 도 4의 설명에서 동일한 구조에 대해서는 동일한 식별부호를 부여하여 중복된 설명을 생략하고 차이점만을 살펴보도록 하겠다.
도시한 바와 같이, 집광층(125)은 고굴절율층(125a)과 저굴절율층(125b)으로 이루어지며, 이의 경계면은 일정한 형태가 반복 배열되는 패턴(129)이 구성된다.
패턴(129)은 돔(dome)형의 렌티큘러 렌즈가 거꾸로 형성된 네가티브(negative) 렌티큘러 렌즈 형태의 패턴(129) 다수개가 열을 지어 배열된다. 이러한 다수개의 네가티브(negative) 렌티큘러 렌즈형태의 패턴(129)은 띠 모양으로 인접 배열됨으로써 그 횡단면이 산과 골이 반복되는 형태를 띤다.
이러한, 네가티브(negative) 렌티큘러 렌즈 형태의 패턴(129)은 앞서 설명한 네가티브(negative) 프리즘 산 형태의 패턴(129)과 같이 집광층(125)으로 입사된 빛이 전반사영역과 집광영역으로 분리되어 입사되도록 한다.
따라서, 집광영역으로 입사된 빛은 네가티브(negative) 렌티큘러 렌즈 형태의 패턴(129)에 의한 굴절을 통해 액정패널(도 4의 110) 방향으로 집광되어 실질적으로 휘도를 향상시키게 되며, 전반사영역으로 입사된 빛은 패턴(129)의 표면에서의 전반사에 의해 다시 하측방향으로 반사되고, 하측방향으로 반사된 빛은 반사판 (미도시)에 의해 반사되어 집광층으로 재공급되고, 이러한 빛의 순환을 통해서 광손실을 최소화하게 된다.
이때, 네가티브(negative) 렌티큘러 렌즈 형태 패턴(129)의 곡률 반경(p2)을 좁게 할수록 빛의 굴절에 의한 집광효과를 더욱 가져올 수 있는데, 패턴의 곡률 반경(p2)은 집광층(125)의 두께, 굴절율 및 원하는 출사광의 각 분포에 따라 달리 설정할 수 있다.
이렇듯, 제 1 편광판(도 4의 120)의 집광층(125)에 의해 집광된 빛은 제 1 편광층(도 4의 120)을 통과하면서, 제 1 편광층(도 4의 121)의 편광축과 나란한 빛은 제 1 편광판(도 4의 120)을 지나 액정패널(도 4의 110)의 액정층(도 4의 105)을 통과하게 되고, 이때 액정층(도 4의 105)을 통과하면서 빛은 제 1 편광판(도 4의 120)의 편광축에 대해 90°틀어진 방향의 선편광이 된 후, 제 2 편광판(도 4의 130)의 제 2 편광층(도 4의 131)을 그대로 통과하게 됨으로써 화상이 구현된다.
이처럼, 본 발명의 편광판(도 4의 120, 130)은 집광층(125)을 통해 제 1 편광판(도 4의 130)에서 제 1 편광층(도 4의 131)을 보호하기 위한 보호필름 기능과 백라이트(도 3의 220)로부터 입사되는 빛의 집광기능을 동시에 할 수 있어, 기존의 백라이트(도 3의 220)로부터 입사되는 빛을 집광하기 위해 구비했던 집광시트(도 2의 63, 65)를 삭제 할 수 있다.
이로 인하여, 액정표시장치 전체적으로 줄어든 두께를 갖게 된다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 제 1 편광판을 포함하는 액정패널이 구비된 액정표시장치모듈의 분해 사시도를 도시한 도면이다.
도시한 바와 같이, 액정표시장치모듈은 액정패널(110)과 백라이트 유닛(220) 그리고 서포트메인(230)과 커버버툼(250), 탑커버(240)로 구성된다.
먼저 액정패널(110)은 화상표현의 핵심적인 역할을 담당하는 부분으로서, 액정층(105)을 사이에 두고 서로 대면 합착된 제 1 기판(101) 및 제 2 기판(103)을 포함한다.
이때, 능동행렬 방식이라는 전제 하에 비록 도면상에 나타나지는 않았지만 통상 하부기판 또는 어레이기판이라 불리는 제 1 기판(101) 내면에는 다수의 게이트라인과 데이터라인이 교차하여 화소(pixel)가 정의되고, 각각의 교차점마다 박막트랜지스터(Thin Film Transistor : TFT)가 구비되어 각 화소에 형성된 투명 화소전극과 일대일 대응 연결되어 있다.
그리고 상부기판 또는 컬러필터기판이라 불리는 제 2 기판(103) 내면으로는 각 화소에 대응되는 일례로 적(R), 녹(G), 청(B) 컬러의 컬러필터(color filter) 및 이들 각각을 두르며 게이트라인과 데이터라인 그리고 박막트랜지스터 등의 비표시요소를 가리는 블랙매트릭스(black matrix)가 구비된다. 또한, 이들을 덮는 투명 공통전극이 마련되어 있다.
그리고 제 1, 제 2 기판(101, 103)의 외면으로는 특정 빛만을 선택적으로 투과시키는 제 1 및 제 2 편광판(120, 130)이 각각 부착되는데, 제 1 기판(101)의 외면에 부착되는 제 1 편광판(130)은 집광층(도 6의 125)을 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한 이 같은 액정패널(110) 적어도 일 가장자리를 따라서는 연성회로기판 이나 테이프케리어패키지(tape carrier package : TCP) 같은 연결부재(미도시)를 매개로 인쇄회로기판(217)이 연결되어 모듈화 과정에서 서포트메인(230)의 측면 내지는 커버버툼(250) 배면으로 적절하게 젖혀 밀착된다.
이에 상술한 구조의 액정패널(110)은 스캔 전달되는 게이트구동회로의 온/오프 신호에 의해 각 게이트라인 별로 선택된 박막트랜지스터가 온(on) 되면 데이터구동회로의 신호전압이 데이터라인을 통해서 해당 화소전극으로 전달되고, 이에 따른 화소전극과 공통전극 사이의 전기장에 의해 액정분자의 배열방향이 변화되어 투과율 차이를 나타낸다.
아울러 본 발명에 따른 액정표시장치모듈에는 액정패널(110)이 나타내는 투과율의 차이가 외부로 발현되도록 이의 배면에서 빛을 공급하는 백라이트 유닛(220)이 구비된다.
백라이트 유닛(220)은 서포트메인(230)의 적어도 일 가장자리 길이방향을 따라 배열되는 램프(224)와, 커버버툼(250) 상에 안착되는 백색 또는 은색의 반사판(222)과, 이러한 반사판(222) 상에 안착되는 도광판(226) 그리고 이의 상부로 개재되는 확산시트(260)를 포함한다.
그리고, 램프(224)를 가이드 하는 램프가이드(228)가 더욱 구비되는데, 램프가이드(228)는 도광판(226)을 향하는 내측이 개구된 상태로 램프(224)의 상하 그리고 외측을 둘러, 램프(224)의 보호와 더불어 빛을 도광판(226) 방향으로 집중시키게 된다.
이때, 램프(224)는 광원으로서, 음극전극형광램프(cold cathode fluorescent lamp)나 외부전극형광램프(external electrode fluorescent lamp)와 같은 형광램프가 이용될 수 있다. 또는, 이러한 형광램프 이외에 발광다이오드 램프(light-emitting diode lamp)를 이용할 수도 있으며, 발광다이오드 램프를 사용할 경우 램프가이드(228)는 생략될 수 있다.
이때, 도광판(226)은 램프(224)로부터 입사된 빛을 여러번의 전반사에 의해 도광판(226) 내부를 진행하도록 하면서 도광판(226) 면내로 골고루 퍼지도록 하여 액정패널(110)에 면광원을 제공한다.
이러한 도광판(226)은 균일한 면광원을 공급하기 위해 배면에 특정 모양의 패턴을 포함할 수 있다.
또한, 반사판(222)은 도광판(226)의 배면에 위치하여, 도광판(226)의 배면을 통과한 빛을 액정패널(110) 쪽으로 반사시킴으로써 빛의 휘도를 향상시킨다.
도광판(226) 상부의 확산시트(260)는 도광판(226)을 통과한 빛을 확산하여 제 1 편광판(120)에 형성된 집광층(도 6의 125)을 통해 집광되도록 한다.
이로써, 액정패널(110)로 보다 균일한 면광원을 입사 시키도록 한다.
이러한 액정패널(110)과 백라이트 유닛(220)은 탑커버(240)와 서포트메인(230) 그리고 커버버툼(250)을 통해 모듈화 되는데, 탑커버(240)는 액정패널(110)의 상면 가장자리 및 측면을 덮도록 구성한다.
또한, 액정패널(110) 및 백라이트 유닛(220)이 안착하는 커버버툼(250)은 사각모양의 하나의 판 형상으로 이의 가장자리를 소정높이 수직 절곡하여 구성한다.
이러한 커버버툼(250) 상에 안착되며 액정패널(110) 및 백라이트 유닛(220) 의 가장자리를 두르는 사각테 형상의 서포트메인(230)이 탑커버(240) 및 커버버툼(250)과 결합되어 액정표시장치를 완성한다.
이때, 탑커버(240)는 케이스탑 또는 탑케이스라 일컬어지기도 하고, 서포트메인(230)은 가이드패널 또는 메인서포트, 몰드프레임이라 일컬어지기도 하며, 커버버툼(250)은 버텀커버 또는 하부커버라 일컬어지기도 한다.
이때, 상술한 구조의 백라이트 유닛(220)은 통상 사이드라이트 방식이라 불리는 것으로, 목적에 따라서 램프(224)를 서포트메인(230)의 서로 대면하는 양 가장자리 내부 길이방향을 따라 구성할 수도 있으며, 별도의 도면으로 나타나지는 않았지만 직하형의 백라이트 유닛을 사용하는 것도 가능하다.
이 경우 상술한 구조에서 도광판(223)을 생략한 상태에서 다수의 램프(224)를 나란하게 배열하고, 이의 상부로 확산시트(260)를 개재할 수 있다.
또한, 상술한 구조의 액정패널(110)은 TN(Twisted Nematic)모드를 일예로 하고 있으나, IPS(In Plane Switching)모드, ECB(Electrically Controllable Birefrengence)모드, VA(Vertical Alignment)모드 또는 멀티 도메인모드 등 액정표시장치의 모드에 따라 다양하게 변경 형성가능하다.
이를 통해, 본 발명은 집광시트(도 2의 63, 65) 삭제를 통해 기존의 액정표시장치에 비해 두께가 감소됨을 알 수 있다.
즉, 기존의 액정패널(110)에 부착되는 제 1 편광판(120)의 두께는 약 173㎛이며, 1매의 집광시트(도 2의 63, 65)의 두께는 약 200㎛로 제 1 편광판(120)과 1매의 집광시트(도 2의 63, 65)의 총 두께는 373㎛이다.
특히, 고휘도를 구현하기 위하여 집광시트(도 2의 63, 65)를 2매 이상 구비할 경우 이의 총 두께는 더욱 늘어나게 된다.
그러나, 본 발명은 제 1 편광판(120)에서 제 1 편광층(도 5a의 121)을 보호하기 위한 보호필름 기능과 빛을 집광할 수 있는 기능을 동시에 할 수 있는 집광층(도 6의 125)을 포함함으로써, 제 1 편광판(120)의 두께는 약 213㎛ 밖에 되지 않음으로써, 기존에 비해 적어도 160㎛ 이상의 두께 감소 효과를 볼 수 있다.
이를 통해 집광시트(도 2의 63, 65)를 별도로 구비하였던 기존에 비해 제조비용을 절감할 수 있으며, 이로 인하여 액정표시장치의 전체적인 제조비용을 절감할 수 있다.
이는, 액정표시장치의 모듈화 공정에서 있어서 작업 공정시간을 줄일 수 있어 공정의 효율성을 향상시킬 수 있는 효과 또한 가져온다.
특히, 본 발명은 기존에 비해 두께가 줄어듬에도 불구하고, 본 발명은 집광시트(도 2의 63, 65)를 별도로 구비하였던 기존에 비해 색감의 변화가 없으며, 기존에 비해 높은 콘트라스트비 그리고 블랙(black) 표시 상태에서의 빛샘을 줄일 수 있다. 이에 대해 좀더 자세히 살펴보도록 하겠다.
도 8a ~ 8b는 종래의 집광시트(도 2의 63, 65)가 구비된 액정표시장치와 본 발명의 집광층(도 5의 125)이 형성된 제 1 편광판(도 7의 120)이 구비된 액정표시장치의 콘트라스트비(contrast ratio)를 비교 설명하기 위한 그래프이다.
그래프를 참조하면, 도 8b의 본 발명의 별도의 집광시트(도 2의 63, 65) 없이 제 1 편광판(도 7의 120)에 집광층(도 5의 125)을 형성한 액정표시장치의 콘트 라스트비가 도 8a의 집광시트(도 2의 63, 65)를 포함하는 액정표시장치의 콘트라스트비에 비해 높은 것을 확인할 수 있다.
또한, 블랙(black) 상태의 휘도를 측정한 결과를 도 9a ~ 9b에 도시하였다.
여기서, 도 9a는 기존의 집광시트(도 2의 63, 65)를 사용하였을 때의 블랙 표시 상태에서의 측정한 결과이며, 도 9b는 본 발명의 실시예에 따른 집광시트(도 2의 63, 65) 삭제 후 제 1 편광판(도 7의 120)에 집광층(도 5의 125)을 구성하였을 때의 블랙 표시 상태에서의 측정한 결과이다.
도시한 바와 같이, 블랙 표시 상태에서 휘도가 줄어들었으며, 패널의 대각 방향 빛샘이 기존의 집광시트(도 2의 63, 65)를 사용하였을 때와 대비하여 확연히 줄어든 것을 확인할 수 있다.
그리고, 도 10a ~ 10b에 도시한 바와 같이, 본 발명은 별도의 집광시트(도 2의 63, 65)를 구비한 액정표시장치의 색감에 대비하여 큰 차이가 없는 것을 확인 할 수 있다.
그러나, 본 발명은 기존의 집광시트(도 2의 63, 65)를 사용할 경우에 비해 액정표시장치의 총 부피 및 무게를 줄일 수 있다.
본 발명은 상기 실시예로 한정되지 않고, 본 발명의 취지를 벗어나지 않는 한도내에서 다양하게 변경하여 실시할 수 있다.
도 1은 일반적인 측광형 백라이트 유닛을 이용하는 액정표시장치모듈의 단면도.
도 2는 다수의 광학시트를 개략적으로 도시한 사시도.
도 3a ~ 3b는 본 발명의 실시예에 따른 액정패널을 투과하는 빛의 특성을 살펴보기 위한 모식도.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 편광판을 포함하는 수직전계 방식 액정표시장치를 개략적으로 도시한 도면.
도 5a ~ 5b는 본 발명의 실시예에 따른 제 1 편광판의 집광층을 개략적으로 도시한 도면.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 제 1 편광판의 집광층(125)을 개략적으로 도시한 도면.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 제 1 편광판을 포함하는 액정패널이 구비된 액정표시장치모듈의 분해 사시도를 도시한 도면.
도 8a ~ 8b는 종래의 집광시트가 구비된 액정표시장치와 본 발명의 집광층이 형성된 제 1 편광판이 구비된 액정표시장치의 콘트라스트비(contrast ratio)를 비교 설명하기 위한 그래프.
도 9a ~ 9b는 블랙 표시 상태의 휘도 특성을 측정한 결과를 도시한 그래프.
도 10a ~ 10b는 색감 차이를 측정한 결과를 도시한 그래프.

Claims (8)

  1. 제 1 및 제 2 기판을 포함하는 액정패널과;
    상기 제 1 기판의 외면에 위치하고, 순차적으로 접착층과 제 1 TAC 필름과 제 1 편광층 그리고 고굴절율층과 저굴절율층을 포함하는 집광층으로 이루어진 제 1 편광판과;
    상기 제 2 기판의 외면에 위치하고, 순차적으로 접착층과 제 2 편광층 그리고 제 2 편광층의 양측의 제 2 및 제 3 TAC 필름으로 이루어진 제 2 편광판
    을 포함하며, 상기 고굴절율층과 상기 저굴절율층 사이에 경계면을 이루는 패턴을 포함하는 액정표시장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 패턴은 산과 골이 반복되어 배열되는 액정표시장치용 백라이트 유닛.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 패턴은 네가티브(negative) 프리즘 산 형태인 액정표시장치.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 패턴은 네가티브(negative) 렌티큘러 렌즈 형태인 액정표시장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 고굴절율층은 1.48 ~ 1.55의 굴절율을 가지며, PMMA(polymethylmethacrylate), 염화비닐, 아크릴계 수지, PC(polycarbonate)계, PET(polyethylene therephtalate)계, PE(polyethylene)계, PS(polystryrene)계, PP(polypropylene)계, PI(polyimide)계 수지, 유리, 실리카 중 선택된 하나의 물질로 이루어지는 액정표시장치.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 저굴절율층은 1.26 ~ 1.46의 굴절율을 가지며, CaF2, NaF, MgF2, SiO2 중 선택된 하나의 물질로 이루어지는 액정표시장치.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 편광판의 배면에 확산시트와, 광원 그리고 반사판으로 이루어진 백라이트 유닛을 포함하는 액정표시장치.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 백라이트 유닛은 도광판을 포함하는 액정표시장치.
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