KR0151207B1 - 능동형 액정표시소자 - Google Patents

능동형 액정표시소자

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KR0151207B1
KR0151207B1 KR1019940007377A KR19940007377A KR0151207B1 KR 0151207 B1 KR0151207 B1 KR 0151207B1 KR 1019940007377 A KR1019940007377 A KR 1019940007377A KR 19940007377 A KR19940007377 A KR 19940007377A KR 0151207 B1 KR0151207 B1 KR 0151207B1
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Abstract

본 발명은 능동형 액정표시소자에 관한 것으로, 프리즘의 색상분리원리를 이용하여 액정표시소자의 광이용 효율을 극대화시키기 위한 것이다.
본 발명은 백색광원과, 백색광을 일정방향으로 집속하는 제1마이크로렌즈와, 상기 집속된 광을 받아 세가지 색영역으로 분리하는 투명체와, 상기 투명체로 입사된 빛의 반사를 방지하는 제1반사방지막과, 상기 투명체를 통과한 빛이 다시 투명체로 입사하는 것을 방지하는 제2반사방지막과, 상기 분리된 각각의 빛을 소정의 표시영역에 입사시키는 제2마이크로렌즈로 구성된 능동형 액정표시소자를 제공한다.

Description

능동형 액정표시소자
제1도는 종래의 액정표시소자 구조도.
제2도는 본 발명의 액정표시소자의 광효율 증대원리를 도시한 개념도.
제3도는 본 발명의 액정표시소자의 광효율 증대방법의 실시예를 도시한 도면.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
10 : 마이크로렌즈 어레이 11 : 접착제
12 : 블랙매트릭스 13 : 박막트랜지스터
14 : 화소전극 15 : 액정표시소자 상부기판
16 : 액정표시소자 하부기판 17 : 액정층
18 : 액정표시소자 19 : 백색광
20 : 색재층 21 : 제1반사방지막
22 : 제2반사방지막 23 : 투명체
24 : 제1마이크로렌즈 25 : 제2마이크로렌즈
본 발명은 능동형 액정표시소자에 관한 것으로, 특히 광이용 효율을 증대시키기 위해 프리즘의 색상분리원리를 이용한 액정표시소자 모듈구조에 관한 것이다.
광이용 효율을 증대시키기 위한 종래의 기술을 제1도의 액정표시소자 모듈의 단면도를 참조하여 설명하면 다음과 같다.
일반적으로 액정표시소자(18)는 크게 상부기판(15), 하부기판(16), 액정층(17)으로 구성되어 있으며 박막트랜지스터(13)에 의한 전기적 스위칭에 의해 화소전극(14)에 전압이 인가되고 이 전압에 의해 액정층(17)이 스위칭되어 빛을 열고 닫음으로써 화소별로 구동이 이루어지고 화면을 형성하게 된다.
여기서, 화면의 콘트라스트(contrast)를 좋게 하기 위해 화소간에는 빛을 통과하지 않고 블랙매트릭스(12)의 설치가 필요하게 되며, 이 면적은 전체 화면 면적에 대해 50%이상을 차지하게 된다.
따라서 일반적인 액정표시소자는 블랙매트릭스에 의해서만 소모되는 빛이 50%를 상회하게 된다.
종래의 기술은 광효율 증대를 위해 마이크로렌즈 어레이(10)를 액정표시소자에 접착제(11)에 의해 접속시켜 각 화소별로 마이크로렌즈 1개씩을 설치함으로써 액정표시소자(18)에 백색광(19)의 조사시 블랙매트릭스(12)에 의해 흡수 또는 반사되어진 빛이 화소 내로 집속되게 되므로 일반적인 액정표시소자에 비해 약 1.5배 이상 광이용 효율이 증가되게 된다.
종래 기술에 있어서의 실제 광이용효율은 화소내로 집속된 광의 강도를 100으로 가정했을 경우, 칼라 액정표시소자를 위해 각 화소별로 구성되어 있는 R, G, B 색재층(20)을 통과하여 백색광(19)이 1가지 색상을 내기 위해서는 적어도 40% 정도의 광이 다시 흡수되게 되며 액정층(17), 편광판 등의 재료를 통과함에 따라 최종의 투과된 빛은 3~5% 정도의 강도를 가지게 된다.
이상과 같이 종래의 기술은 광이용 효율을 증대시키는데는 유효하지만 기본적으로 색을 나타내기 위해서 색재층(20)이 소요되므로 입사된 백색광에 대해서 한 화소에 입사된 광Q에 대해 색재가 흡수한 광량은 R인 경우 G와 B를 흡수하고 R영역의 70%만이 통과하므로 실제 사용효율은 0.33 × 0.7 ≒ 23% 가 되어 광이용 효율이 떨어지는 문제가 있다.
본 발명은 프리즘의 색상분리원리를 이용하여 액정표시소자 모듈의 광이용 효율을 증대시키는 것을 그 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 능동형 액정표시소자는 백색광원과, 상기 백색광을 일정방향으로 집속하는 제1마이크로렌즈와, 상기 집속된 광을 받아 세가지 색영역으로 분리하는 투명체와, 상기 투명체로 입사된 빛의 반사를 방지하는 제1반사방지막과, 상기 투명체를 통과한 빛이 다시 투명체를 입사되는 것을 방지하는 제2반사방지막과 상기 분리된 각각의 빛을 소정의 표시영역에 입사시키는 제2마이크로렌즈로 구성된 것을 특징으로 한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명한다.
본 발명의 광효율 증대원리의 개념도를 제2도에 도시하였다.
본 발명은 입사된 광을 θ1이 0.5°이내가 되도록 집속시키는 역할을 하는 곡률반경, γ1, 굴절율 n1인 제1마이크로렌즈(24), 굴절률 n2인 투명체(23), 투명체(23)에 입사각도 θ2에 대해서 반사율이 5% 이내가 되도록 설계된 제1반사방지막(21), 상기 투명체(23)를 투과한 빛이 투명체(23) 내로 다시 반사되는 것을 방지하기 위한 제2반사방지막(22), 투명체(23)를 통과한 빛을 액정표시소자 모듈(18)측의 블랙매트릭스(12)내로 집속시키는 역할을 하는 곡률반경 γ2를 갖는 제2마이크로렌즈(25)로 구성된다.
이와 같이 구성된 본 발명의 액정표시소자의 광이용효율을 다음의 식을 통해 설명한다. R, G, B 의 대표적 파장을 각각 λ1, λ2, λ3로 정의하고, 다시 각각이 입사된 광의 광축으로 부터 굴절된 각도를 각각 Ф1, Ф2, Ф3로 정의한다.
또한, 직경 y1의 제1마이크로렌즈(24)로 부터 투명체(23)까지의 거리를 χ1, 투명체(23)의 두께를 d, 액정표시소자 모듈(18)의 화소의 길이를 y2라고 정의한다.
여기서, 제1마이크로렌즈(24)의 곡률반경(γ1)은 제1마이크로렌즈 이외의 부분의 굴절율을 n3라 할 경우
를 만족시킨다.
그리고 입사광의 입사각도 θ1이 0.5°이하가 되도록
θ1= Tan-1(y1/2χ1) ≤ 0.5°가 되도록 한다.
예) y1= 300 ㎛ 인 경우, χ117 mm 가 된다.
한편, 입사된 백색광의 R, G, B 중심파장 λ1, λ2, λ3에 대한 굴절율을 각각 n2(λ1), n2(λ2), n2(λ3)라 할 때, 스넬(snell)의 법칙에 따라 굴절각도 Ф1, Ф2, Ф3는 다음과 같이 정해진다.
다음에 투명체의 두께 d를 계산하면
가 된다.
예 y2 = 100 ㎛, θ2 = 45°로 하고,
상기 (제2식)에 n2(λ1) = 1.71303, n2(λ2) = 1.72000, n2(λ3) = 1.73780을 대입하면
Ф1= 24.38°, Ф2= 24.27°, Ф3= 24.01°로 된다.
여기서, Ф1, Ф2, Ф3를 상기 (제3식)에 대입하면,
d ≒ 61mm 가 된다.
투명체(23)를 투과한 빛은 다시 곡률반경 γ2의 제2마이크로렌즈(25)에서 집속되어 액정표시소자 모듈(18)이 블랙매트릭스(12) 내의 화소로 집속된다.
이때 마이크로렌즈는 종래 기술과 동일한 방법으로 설계한다.
본 발명의 액정표시소자 모듈의 광이용 효율을 종래 기술과 대비하여 계산하면 다음과 같다.
θ1＜ 0.5°이고, 제1반사방지막(21) 표면에 집속된 광을 점광원으로 가정하고, 제1반사막 및 제2반사막에서의 방사율을 5%라고 가정하고 블랙매트릭스가 없고, 색재층의 광흡수만 고려하고, R, G, B 의 한 화소에 Q 의 입사광(백상광)이 입사되며, 입사광이 색재층의 색별로 100% 통과한다고 가정하면, 광효율은 0.95 × 0.95/0.33 ≒ 2.73 이 된다.
따라서, 상술한 바와 같이 종래의 광효율과 비교해보면 0.95 × 0.95Q/0.23Q = 3.92배가 향상되게 된다.
한편, 본 발명에서 색순도 향상을 위해 프리즘과 색재층을 사용할 경우에도 종래 기술에 비해 Q × 0.95 × 0.95 × 0.7/Q × 0.23 ≒ 2.74 배가 향상된다.
또한 상기 가정 중에서 점광원 대신 직경 10㎛ 의 면광원이 집속된다고 가정하면 화소의 크기(y2) = 100㎛ 이므로 10㎛ 의 화소와의 미스매치 및 공정간의 공치를 고려할 경우, 블랙매트릭스를 20㎛ 설치한다고 하면, 오픈 면적비 = (80)2/(100)2= 0.64가 된다.
따라서, 3.92배 × 0.64 = 2.5배 색재층 사용시는 2.74배 × 0.64 ≒ 1.75배의 광효율 증가가 얻어진다.
제3도는 본 발명에 의한 액정표시소자의 광효율 증대방법의 실시예를 도시한 것으로, 마이크로렌즈를 통과한 백색광이 투명체(프리즘)의 색상분리원리에 의해 R, G, B의 세가지 영역으로 분리되어 화소로 입력되는 것을 알 수 있다.
따라서 본 발명의 액정표시소자는 칼라필터를 사용하지 않고 마이크로 프리즘을 이용함으로써 R, G, B의 세가지 색을 구현한다.
이상 상술한 바와 같이 본 발명에 의하면, 칼라필터를 이용하지 않고, 프리즘의 색상분리원리를 이용하여 칼라 액정표시소자를 구현할 수 있으므로 종래 칼라필터층 등에 의해 입사된 광이 흡수되어 광이용효율이 저하되는 문제점을 해결할 수 있게 되어 광이용효율이 극대화된 액정표시소자를 실현할 수 있게 된다.

Claims (4)

  1. 백색광원과, 상기 백색광을 일정방향으로 집속하는 제1마이크로렌즈와, 상기 집속된 광을 받아 세가지 색영역으로 분리하는 투명체와, 상기 투명체로 입사되는 빛의 반사를 방지하는 제1반사방지막과, 상기 투명체를 통과한 빛이 다시 투명체로 입사하는 것을 방지하기 위한 제2반사방지막과, 상기 분리된 각각의 빛을 소정의 표시영역에 입사시키는 제2마이크로렌즈로 구성된 것을 특징으로 하는 능동형 액정표시소자.
  2. 제1항에 있어서, 상기 제1마이크로렌즈의 입사각도가 0.5°이내가 되도록 광을 집속시키는 것을 특징으로 하는 능동형 액정표시소자.
  3. 제1항에 있어서, 상기 제1반사방지막은 입사광의 방사율이 5%이내가 되도록 하는 것을 특징으로 하는 능동형 액정표시소자.
  4. 제1항에 있어서, 상기 투명체는 프리즘인 것을 특징으로 하는 능동형 액정표시소자.
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