KR100790873B1

KR100790873B1 - 액정 표시 장치

Info

Publication number: KR100790873B1
Application number: KR1020060034181A
Authority: KR
Inventors: 민지홍; 이문규
Original assignee: 삼성전자주식회사
Priority date: 2006-04-14
Filing date: 2006-04-14
Publication date: 2008-01-03
Also published as: KR20070102264A

Abstract

액정 표시 장치가 개시된다. 개시된 액정 표시 장치는 광원;과 광원에 인접하여 배치된 제1편광판;과 제1편광판으로부터 출사된 광이 입사되는 입사면을 가지며 입사면을 통해 입사된 광이 상부로 출사되도록 가이드하는 것으로서, 제1기판 및 제1기판의 하부에 마련되어 제1방향의 편광을 제1기판 쪽으로 출사시키는 편광분리층을 구비한 일체형 도광판;과 일체형 도광판의 상부에 배치된 액정층;과 액정층의 상부에 마련되는 제2기판;과 제2기판의 상부에 마련되어 상기 제1방향과 직교하는 제2방향의 편광을 투과시키는 제2편광판;을 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

액정 표시 장치{Liquid crystal display}

도 1은 종래의 액정 패널의 기판과 일체형으로 형성된 도광판을 채용한 액정 표시 장치의 구조를 보인 단면도이다.

도 2는 본 발명의 실시예에 의한 일체형 도광판을 채용한 액정 표시 장치를 개략적으로 도시한 사시도이다.

도 3은 제1편광판을 투과하여 일체형 도광판에 입사하는 광의 편광상태를 개보이는 단면도이다.

도 4는 본 발명의 실시예에 의한 액정 표시 장치에 채용된 편광분리층의 구조를 보인 단면도이다.

도 5a 및 도 5b 각각은 본 발명의 액정 표시 장치가 온/오프 상태가 되는 광의 경로를 개략적으로 보인 단면도이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

20...광원 25...제1편광판

30...일체형 도광판 32...제1기판

34...편광분리층 36...미세패턴층

38...이방성물질층 40...액정층

45...제2기판 50...제2편광판

본 발명은 액정 표시 장치에 관한 것으로서, 상세하게는 액정 패널의 기판과 일체형으로 형성된 도광판을 채용하는 액정 표시 장치에 관한 것이다.

액정 표시 장치(liquid crystal display;LCD)는 전계 생성 전극이 각각 형성되어 있는 두 기판 사이에 액정 물질이 주입되어 형성된 액정 패널을 구비하며, 상기 전극에 인가된 전압에 의해 생성되는 전기장에 의해 액정 분자를 움직이게 함으로써 이에 따라 달라지는 빛의 투과율에 의해 화상을 표현하는 장치이다.

즉, 액정 패널은 스스로 빛을 내지 못하고 단지 빛의 투과율을 조절하는 것이므로 액정 표시 장치에는 별도의 광원이 필요하다. 따라서, 액정 패널 뒷면에 백라이트 유닛을 배치하고 그 백라이트로 유닛으로부터 나오는 빛을 액정 패널에 입사시켜 액정의 배열에 따라 빛의 양을 조절함으로써 화상을 표시한다.

이러한 백라이트 유닛은 광원을 액정 표시 장치의 밑면에 두어 기판 전면을 직접 조광하는 직하방식과 기판의 일 측면 또는 양 측면에 광원을 두어 도광판 및 반사판 등에 의해 빛을 반사하여 확산하는 가장자리 방식이 있다.

직하방식은 광원을 넓은 면적에 자유롭고 효과적으로 배치할 수 있기 때문에 LCD TV와 같은 30인치 이상의 대형 디스플레이에, 가장자리 방식은 광원이 도광판의 측면이라는 제한된 위치에 배치되고 부피를 감소시킬 수 있으므로 모니터나 휴대폰에 채용되는 중소형 디스플레이에 주로 사용된다.

이 때, 액정 패널과 백라이트 유닛을 별도로 구비하는 경우 구조가 복잡해져서 박형화에 저해되므로, 액정 패널의 기판과 도광판을 일체형으로 하는 액정 표시 장치가 선호되고 있다.

도 1은 종래의 액정 패널의 기판과 일체형으로 형성된 도광판을 구비한 액정 표시 장치의 구조를 보인 도면이다. 도면을 참조하면, 액정 표시 장치는 하부기판(5), 상부기판(3) 및 하부기판(5)과 상부기판(3) 사이의 액정층(4)을 포함한다. 하부기판(5)의 일측면에 광원(9)이 마련되며, 하부기판(5)과 액정층(4)사이에는 트랜스플렉터(7)와 제1편광판(6)이 순차적으로 마련되고, 상부기판(3)의 상면에 제2편광판(2)이 마련되어 있다. 이 때, 제1편광판(2)은 점착제를 사용하여 하부기판(5)에 접착되며, 이러한 공정에서 액정층(4)의 두께에 영향을 미치게 된다. 액정층(4)은 수 마이크론 오더로 관리되어야 하는 반면 제1편광판(6)의 두께는 약 200㎛ 정도이며 약 ±30㎛ 정도의 공차를 가지기 때문에, 상기와 같은 접착 공정이 추가되는 경우 액정층(4)의 두께를 일정하게 유지하기 어렵게 되는 것이다. 액정 표시 장치에 있어서 액정층(4)의 두께는 성능을 좌우하는 중요한 요소로서 두께가 일정치 않다면 콘트라스트 비 등 디스플레이 성능이 급격히 저하된다.

따라서, 본 발명은 상기한 문제점을 감안하여 안출된 것으로 기판과 일체화된 도광판을 사용하는 경우에 있어서, 액정층의 두께에 영향을 주는 공정을 생략할 수 있고 또한 디스플레이 특성이 개선되게 하는 구조의 액정 표시 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 액정 표시 장치는 광원;과 상기 광원에 인접하여 배치된 제1편광판;과 상기 제1편광판으로부터 출사된 광이 입사되는 입사면을 가지며 상기 입사면을 통해 입사된 광이 상부로 출사되도록 가이드하는 것으로서, 제1기판 및 상기 제1기판의 하부에 마련되어 제1방향의 편광을 상기 제1기판 쪽으로 출사시키는 편광분리층을 구비한 일체형 도광판;과 상기 일체형 도광판의 상부에 배치된 액정층;과 상기 액정층의 상부에 마련되는 제2기판;과 상기 제2기판의 상부에 마련되어 상기 제1방향과 직교하는 제2방향의 편광을 투과시키는 제2편광판;을 포함하는 것을 특징으로 한다.

이하, 첨부된 도면들을 참조하면서 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 액정 표시 장치를 상세히 설명하기로 한다. 그러나 아래에 예시되는 실시예는 본 발명의 범위를 한정하는 것이 아니며, 본 발명을 이 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 충분히 설명하기 위해 제공되는 것이다. 이하의 도면들에서 동일한 참조부호는 동일한 구성요소를 지칭하며, 도면상에서 각 구성요소의 크기는 설명의 명료성과 편의상 과장되어 있을 수 있다.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 액정 표시 장치의 구조를 보인 사시도이다. 도면을 참조하면, 액정 표시 장치는 광원(20)과, 광원(20)에서 조사된 광의 편광 중 제1방향(X)의 직선 편광을 투과시키는 제1편광판(25)과, 제1편광판(25)을 경유하여 입사된 광을 상부로 출사되게 가이드하는 일체형 도광판(30)을 포함한다.

광원(20)으로는, 예를들면, CCFL (cold cathode flurescent lamp)과 같은 선 광원 또는 LED (light emitting diode)와 같은 점광원이 사용될 수 있다.

일체형 도광판(30)은 도 3에 도시된 바와 같이 제1편광판(25)을 경유하여 출사된 광이 입사되는 입사면(30a)을 가지며, 제1기판(32)과 제1기판(32)의 하부에 배치된 편광분리층(34)을 포함한다. 입사면(30a)을 통해 입사된 광을 상부로 가이드 함에 있어서, 상기 편광분리층(34)은 특정 방향으로 편광된 광만을 제1기판(32) 쪽으로 출사시키는 층으로 그 자세한 구조 및 원리는 후술하기로 한다.

일체형 도광판(30)의 상부에는 액정 물질로 채워진 액정층(40)이 형성되어 있고, 액정층(40)의 상부에는 제2기판(45)이 배치되어 있다. 제2기판(45)의 상부에는 출사된 광 중 상기 제1방향과 직교하는 제2방향(Y)의 편광 성분만을 출사시키는 제2편광판(50)이 배치되어 있다. 일체형 도광판(30)의 하부에는 흡수판(55)이 마련되어 있다. 흡수판(55)은 편광분리층(34)에서 분리되어 상부로 출사되지 못한 광을 흡수한다.

도 3은 제1편광판(25)을 투과하여 일체형 도광판(30)에 입사하는 광의 편광상태를 보이는 단면도이다. 도면을 참조하면, 광원(20)에서 조사된 광은 제1편광판(25)의 입광면(25a)의 법선과 이루는 각(θ)이 0°가 되게 입사되거나 또는 0이 아닌 각을 가지며 입사된다. θ가 0°로 입사된 광(I₁)의 경우 제1편광판(25)에 의해 S편광 성분만을 가지고 출사되나, 소정의 각(θ)을 가지고 제1편광판(25)입사된 광(I₂)의 경우 S편광 성분 뿐 만 아니라 P편광 성분을 가지고 출사되게 된다.

한편, 액정 표시 장치는 액정층(40)의 양단에 걸리는 전기장에 따라 액정 배 열이 달라져서 입사되는 광의 편광을 변화시키며, 이에 따라 특정 편광의 광을 투과 또는 차단할 수 있어 화상을 형성하는 것이다. 즉, 전기장의 ON/OFF에 따라 액정층(40)을 지나는 광의 편광상태는 그대로 유지되거나 원래의 편광방향과 직교하는 방향의 편광 상태로 변환되며, 액정층(40)의 상부에 놓이는 제2편광판(50)은 제1편광판(25)을 투과하는 광의 편광과 수직인 편광에 해당하는 광만 투과시키도록 구성되므로 화상이 ON/OFF 되는 것이다. 따라서, 제1편광판(20)을 투과한 광에 S편광 성분만이 아니라 P편광 성분이 포함된다면, 액정층(40)의 양단에 전기장이 가해지는 오프 상태에서 P편광 성분의 광이 제2편광판(50)을 투과하게 되는 문제가 있을 수 있다.

본 발명의 실시예에 채용되는 일체형 도광판(30)은 제1기판(32)의 하면에 특정 편광의 광만 출사시키는 편광분리층(34)을 포함하도록 구성함으로써 이러한 문제를 해결하고 있다.

도 4는 본 발명의 액정 표시 장치에 채용된 편광분리층(34)의 구조와 편광분리층(34)에서 특정 편광의 광을 출사시키는 경로를 보인 단면도이다. 도면을 참조하면, 편광분리층(34)은 미세패턴층(36) 및 미세패턴층(36) 위에 형성된 이방성물질층(38)을 포함한다. 미세패턴층(36)은 광의 편광 여하에 따라 일정한 굴절률을 갖는 광학적 등방성 물질이며 편광분리를 위한 것이다. 미세패턴층(36)은, 예를 들면, 다수의 미세 프리즘을 균일한 간격으로 배열한 미세 프리즘 어레이가 될 수 있다. 이방성물질층(38)은 광의 편광에 따하 다른 굴절률을 갖는 광학적 이방성 물질로 이루어진다. 광학적 이방성 물질은 광의 편광 방향에 따라 상이한 굴절률을 가 지는 재료이다. 예컨대, PET(Poly Ethylene Terephthalate)나 PEN(Poly Ethylene Naphthalate)과 같은 고분자 시트를 일축으로 연신하여 형성된다. 이방성물질층(38)을 이루는 광학적 이방성 물질은 제1편광판(25)의 편광방향에 해당하는 S편광의 광에 대해서는 미세패턴층(36)의 굴절률보다 큰 굴절률을 가진다. 또한, 그 외의 방향의 편광에 대해서는 미세패턴층(36)의 굴절률과 같거나 작게 형성될 수 있으며, 보다 효과적인 편광분리를 위해서 미세패턴층(36)의 굴절률과 같은 것이 바람직하다. 편광분리층(34)에 입사되는 광은 제1편광판(25)을 투과한 광으로 주로 S편광을 가진 광이지만, 전술한 대로 다른 방향의 편광 성분을 가지게 된다. 이러한 광이 이방성물질층(38)을 지나 미세패턴층(36)에 입사될 때, S편광의 광의 경우 미세패턴층(36)에서 전반사에 의해 상부로 향할 수 있으나, 나머지 편광의 광의 경우 미세패턴층(36)과 이방성물질층(38)의 굴절률이 같으므로 굴절, 반사됨이 없이 그대로 하부를 향하게 된다.

미세패턴층(36)의 하부에는 흡수판(55)이 마련될 수 있고, 이에 의해 상부로 출사되지 못한 S편광 이외의 광이 흡수되게 된다.

도 5a 및 도 5b 각각은 액정 표시 장치가 온/오프 상태가 되는 광의 경로를 개략적으로 보인 단면도이다. 광원(20)에서의 광은 제1편광판(25)을 통과하며 S편광의 광으로 출사되고 일체형 도광판(30)에 입사된다. 입사된 광은 일체형 도광판(30)에 의해 상부로 가이드 되어 액정층(40)에 입사하게 된다. 이 때 제1편광판(25)을 투과한 광에는 S편광 성분 뿐만 아니라 P편광 성분이 포함될 수 있지만, 전술한 바와 같이 편광분리층(34)에 의해 S편광 성분의 광만이 상부로 가이드되어 출사되게 된다. 액정층(40)에 입사된 광은 전기장의 ON/OFF에 따라 그 편광상태가 유지 또는 변환된다. 예를들어, 액정층(40)을 이루는 액정이 TN 모드 액정이라면, 도 5a에 도시된 바와 같이, 전기장이 없는 상태에서 액정층(40)을 통과한 광은 P편광 상태로 변환된다. 액정층(40)을 통과하여 P편광 상태로 변환된 광은 P편광을 투과시키는 제2편광판(50)을 투과할 수 있어 온(ON) 상태가 된다. 다음, 도5b를 참조하면, 액정층(40)이 전기장 내에 있게 될 때 액정층(30)을 지나는 광은 S편광 상태를 그대로 유지하여 출사되며, 따라서 P편광 성분만을 투과시키는 제2편광판(50)을 투과하지 못하여 오프(OFF) 상태가 된다. 본 발명의 실시예에 의할 때, 제2편광판(50)에 입사하는 광에 포함될 수 있는 P편광 이외의 광을 최소화하게 되므로 오프 상태에서 발생할 수 있는 누광이 최소화 될 수 있어 콘트라스트 특성이 우수하게 된다.

상기한 바와 같이 구성된 본 발명에 따른 액정 표시 장치는 일체형 도광판의 측면에 제1편광판을 배치한 구조를 갖는다. 이에 의해, 종래 일체형 도광판의 제작시 발생하는, 액정층과 하부기판 사이에 편광판을 접착시킴으로써 액정층의 두께에 영향을 주는 공정을 생략할 수 있다. 또한, 채용되는 광 부품수가 감소하여 광이용효율이 증가된다는 장점이 있으며, 측면에 제1편광판을 배치하므로 종래와 같이 액정패널의 크기와 동일한 크기로 제1편광판을 제작할 필요 없어, 그 크기를 줄일 수 있으므로 보다 경제적이다. 또한, 일체형 도광판은 기판의 하부에 편광분리층을 구비하는 구조로서 제1편광판의 기능을 보완할 수 있게 되어 디스플레이 특성이 개선 된다는 장점이 있다.

상기한 실시예들은 예시적인 것에 불과한 것으로, 당해 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 아래의 특허청구범위 내에서 정해져야만 할 것이다.

Claims

광원;과

상기 광원에 인접하여 배치된 제1편광판;과

상기 제1편광판으로부터 출사된 광이 입사되는 입사면을 가지며 상기 입사면을 통해 입사된 광이 상부로 출사되도록 가이드하는 것으로서, 제1기판 및 상기 제1기판의 하부에 마련되어 제1방향의 편광을 상기 제1기판 쪽으로 출사시키는 편광분리층을 구비한 일체형 도광판;과

상기 일체형 도광판의 상부에 배치된 액정층;과

상기 액정층의 상부에 마련되는 제2기판;

상기 제2기판의 상부에 마련되어 상기 제1방향과 직교하는 제2방향의 편광을 투과시키는 제2편광판;을 포함하는 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
제1항에 있어서, 상기 편광분리층은,

광학적 등방성 재료로 이루어진 미세패턴층; 및

상기 미세패턴층 위에 형성되는 것으로 상기 제1편광의 광에 대해서 상기 미세패턴층의 굴절률보다 큰 굴절률을 갖는 이방성 물질로 이루어진 이방성물질층;을 포함하는 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
제2항에 있어서,

상기 미세패턴층은 미세 프리즘 어레이인 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
제2항 또는 제3항에 있어서,

상기 미세패턴층의 굴절률은 상기 제1편광과 수직인 제2편광에 대한 상기 이방성물질층의 굴절률과 같은 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 일체형 도광판의 하부에는 상기 제1방향 이외의 방향으로 편광되어 상기 편광분리층의 하부로 향하는 광을 흡수하는 흡수판이 더 구비되는 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치.