KR100860240B1 - 광굴절부를 구비하는 액정표시장치 - Google Patents

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Abstract

계조반전을 완화시켜 시야각을 향상시킨 액정표시장치가 개시된다. 액정표시장치는 광을 굴절시키기 위한 광굴절부와 제1전극을 구비하는 상부기판, 상부기판과 대향하며 제1전극과 함께 전기장을 형성하는 제2전극을 구비하는 하부기판, 상부기판과 하부기판 사이에 위치하는 액정층을 포함하는 액정표시패널 및 구동신호를 공급하기 위한 구동회로부를 포함하는 디스플레이 유닛, 디스플레이 유닛으로 광을 공급하는 백라이트 어셈블리 및 디스플레이 유닛과 백라이트 어셈블리를 수용하는 몰드프레임으로 구성된다. 이때, 광굴절부는 상부기판의 하부표면에 광의 진행방향으로 함몰된 다수의 홈으로 형성된다. 광굴절부는 액정의 평균틸트 방향과 수직한 방향으로 배열되어 홈으로 입사되는 광을 상부기판의 양 측단으로 굴절시킴으로써 액정표시패널의 정면방향 보다는 상단부 및 하단부에서 광량을 증가시켜 계조반전을 완화 내지 제거한다.

Description

광굴절부를 구비하는 액정표시장치{Liquid crystal display device having a light refraction portion}
도 1은 종래의 TN형 TFT-LCD 장치의 시야각과 대비비의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 2A는 본 발명의 일실시예에 의한 액정표시장치를 개략적으로 도시한 분해 사시도이다.
도 2B는 도 2A에 도시된 액정표시패널에 형성된 단위셀의 구조를 개략적으로 도시하는 구조도이다.
도 3은 상기 액정층의 상부에 TFT 기판이 형성된 단위셀의 구조를 개략적으로 도시한 구조도이다.
도 4A 내지 도 4C 및 도 5A 내지 도 5C는 본 발명의 일실시예에 의한 광굴절부의 단면을 나타내는 단면도이다.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *
100 : 디스플레이 유닛 110 : 칼라필터 기판
120 : TFT 기판 130 : 액정
140,150 : 편광판 170 : 액정표시패널
180 : 구동회로부 200 : 백라이트 어셈블리
210 : 도광판 220 : 집광시트류
230 : 반사판 240 : 광원
300 : 몰드 프레임
본 발명은 액정표시장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 액정을 통과한 광을 액정패널의 상하 방향으로 굴절시킴으로써 계조반전을 완화 또는 제거시켜 시야각을 개선시킨 액정표시장치에 관한 것이다.
최근 들어 정보 처리 장치는 다양한 형태와 기능, 더욱 빨라진 정보 처리 속도를 갖도록 급속하게 발전하고 있으며, 이에 따라 처리된 정보를 표시할 수 있는 디스플레이 장치도 다양하게 발전하고 있다. 최근에는 소형, 경량이면서도 저소비전력을 구현할 수 있는 평판형 표시장치인 액정표시(Liquid Crystal Display, 이하 LCD)장치가 개발되어 광범위하게 이용되고 있다. 상기 LCD 장치의 개발초기에는 디지털 시계나 전자계산기의 액정화면과 같은 소형 표시장치에 한정되어 사용되었으나, 최근에는 컴퓨터의 모니터, 벽걸이용 텔레비전 화면, 기타 대형 디스플레이 장치에까지 적용범위가 빠르게 확장되는 추세이다.
일반적으로 LCD 장치는 상부기판과 하부기판 사이에 있는 액정 분자들의 배열구조에 따라 변화하는 빛의 투과율 차이를 이용하는 디스플레이 장치로서 액정의 종류 및 배열구조나 구동신호의 인가방식을 기준으로 다양한 종류가 제시되어 있 다. 최근에는, 표시정보량의 증대와 이에 따른 표시면적의 증대라는 경향에 부응하기 위해 화면을 구성하는 모든 화소에 대해 개별적으로 구동신호를 인가하는 액티브 매트릭스(Active Matrix) 방식의 액정표시장치(이하, AMLCD)가 활발하게 연구되고 있다. 특히, 각 화소의 구동신호를 제어하기 위한 스위칭 소자로서 박막 트랜지스터를 이용하는 박막 트랜지스터 액정표시장치(TFT-LCD)는 저온 공정으로 대면적 유리기판에 적용할 수 있으며, 저전압으로도 충분히 구동할 수 있는 장점을 가지고 있어 가장 널리 사용되는 AMLCD 이다.
이러한 TFT-LCD 장치는 디스플레이 정보를 표시하는 단위인 액정표시패널과 이를 구동하기 위한 구동회로를 포함하는 디스플레이 유닛, 화면표시를 위한 광을 공급하는 백라이트 어셈블리 및 상기 디스플레이 유닛과 백라이트 어셈블리를 고정, 수용하는 몰드 프레임으로 구성된다. 상기 액정표시 패널은 색상을 구현하기 위한 칼라필터를 구비하는 C/F 기판, 박막 트랜지스터 등의 스위칭 소자와 화소전극이 구비된 TFT 기판 및 상기 C/F 기판과 TFT 기판 사이에 삽입된 액정으로 형성된다. 현재 가장 상용화되어 있는 TFT-LCD 장치는 상기 액정으로서 상하 배향막을 90°로 다르게 배열하고, 콜레스테릭 액정을 섞은 네마틱(Nematic) 액정을 사용하고 상기 양 기판사이에서 꼬이게(twisted) 배치한 90°TN 형이 주류를 이루고 있다.
LCD 장치의 응용범위가 대형 디스플레이 장치로 확대되면서 문제가 되는 것중의 하나가 시야각(viewing angle)이다. 시야각이란 액정패널에 표시된 정보를 인식할 수 있는 사용자의 위치범위를 나타내는 개념으로서, 액정패널의 정면을 기준 으로 상하방향과 좌우방향에서 표시된 정보를 인식할 수 있는 각도범위를 의미한다. 보통 TFT-LCD의 시야각 범위는 대비비(contrast ratio)가 10 이상이고 8계조로 구동했을 때, 계조반전이 없는 영역을 나타낸다. 패시브 메트릭스(Passive matrix)형 LCD 장치는 2계조만을 표시하므로 대비비만으로 시야각을 결정할 수 있지만, 다수의 계조를 사용하는 그래픽 모드(graphic mode)의 패시브 메트릭스(Passive matrix)형 LCD 장치나 칼라를 구현할 수 있는 TFT-LCD 장치는 대비비보다는 계조반전을 개선시키는 것이 양호한 화질을 구현하는데 있어 더욱 중요하다.
도 1은 종래의 TN형 TFT-LCD 장치의 시야각과 대비비의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 1에 있어서, 시야각의 측정은 사용자의 눈과 액정패널의 화면이 정면이 될 때의 각도를 0°로 정하고 상기 액정패널을 상하방향으로 -90°∼ 90°방향으로 회전시키면서 각 계조(계조레벨 8)에서의 대비비를 측정하였다. TN형 LCD 장치에 있어서는 좌우방향보다는 상하방향의 표시특성에 의해 액정패널의 전체 표시특성이 영향을 받으므로 상하방향의 시야각을 중심으로 고찰한다. 상기 대비비란 액정패널의 정면중앙에서 블랙(Black) 상태의 휘도값에 대한 화이트(White) 상태의 휘도값의 비율로 정의되는 무차원 값으로서 화면상에서 표시된 정보가 얼마나 뚜렷하게 보이는가를 계량적으로 나타내는 값이다. 이때, 그래프 1은 블랙상태를 형성하는 계조전압이 인가된 경우이며, 그래프 8은 화이트 상태를 형성하는 계조전압이 인가된 경우이다. 그래프 2 내지 7은 블랙상태와 화이트상태 사이의 색상을 표현하기 위한 중간단계의 계조전압이 인가된 경우이다.
도 1에 의하면, 화면 중앙에서는 계조전압의 증가에 따라 블랙 상태에서 화이트 상태로 순차적으로 대비비가 증가하여 각 계조단계에서의 표현색상을 구별 할 수 있으며, 이러한 구별의 정도는 화면을 바라보는 사용자의 위치가 상하방향으로 변경됨에 따라 점차 약해지고 있다. 특히, 시야각이 특정값(a1) 이상이 되면, 낮은 계조전압의 대비비가 높은 계조전압의 대비비보다 우수하게 되어 화면에 표시되는 정보가 모두 낮은 계조전압의 색상으로 표현됨으로써 정보의 구별이 불가능하게 된다(계조반전 현상). 따라서, 시야각은 -a1°∼ a1°까지로 한정되며, 넓은 시야각을 확보하기 위해서는 계조반전이 발생하는 각도인 a1의 값을 높일 필요가 있다. 일반적으로 계조반전을 고려한 시야각의 범위는 -60°∼ 60°에 걸쳐 형성되는 것으로 알려져 있다.
이러한 계조반전 현상을 개선하고 넓은 시야각을 확보하기 위한 광시야각(wide viewing angle) 기술로서, 한 화소를 다수의 영역으로 나누어 각 영역마다 액정분자의 배향을 다르게 하여 화소의 특성이 그 속에 들어 있는 다수 영역(domain) 특성의 평균값이 되게 하는 다중영역 분할기술, 위상차 필름을 사용하여 시야방향의 변화에 대한 위상차의 변화를 줄이는 광보상 기술, 수평방향 전기장을 걸어주어 액정의 방향자가 배향막에 나란한 평면에서 꼬이게 하는 IPS(In Plane Switch) 기술, 수직 배향막과 유전율 이방성이 음인 액정을 사용하는 수직정렬(Vertical Alignment) 기술 등이 알려져 있다.
그러나, 광보상 기술은 비대칭적 시각 특성과 계조 반전 특성이 그대로 남아 있어 시야각 확장효과가 별로 없다는 문제점이 있으며, 다중영역 분할기술은 여러 번의 부가적인 포토리소그래피(photolithography)공정과 러빙(rubbing) 공정을 거쳐야 하므로 공정 수가 증가하고 수율이 낮아진다는 문제점이 있다. 또한, 다중영역 분할기술은 동일 보상필름을 적용하는 경우 보상되는 영역과 보상되지 않는 영역이 존재하여 계조반전과 시야각은 서로 대립되는 관계를 형성함으로써 계조반전을 개선하여 시야각을 향상하고자 하는 노력이 원천적으로 불가능하게 되는 문제점이 있다.
따라서, 본 발명의 목적은 추가공정의 투입을 최소한으로 억제하면서 액정을 통과한 광을 액정패널의 상부 및 하부방향으로 굴절시킴으로써 액정패널의 상부 및 하부에서 발생하는 계조반전 현상을 완화 또는 제거하여 시야각을 향상시킬 수 있는 액정표시장치를 제공하는 것이다.
상술한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, i) 제1전극을 포함하며, 광을 굴절시키기 위한 광굴절부를 구비하는 제1기판, 상기 제1기판과 대향하며 상기 제1전극과 함께 전기장을 형성하기 위한 제2전극을 구비하는 제2기판, 상기 제1기판의 하부 및 상기 제2기판 상부 사이에 위치하는 액정층을 포함하며, 상기 광굴절부는 상기 액정을 통과한 광을 상기 제1기판의 주변부로 굴절시키는 액정표시패널과 ii) 상기 액정표시패널로 디스플레이 정보를 포함하는 구동신호를 공급하기 위한 구동회로부를 포함하는 디스플레이 유닛; 상기 디스플레이 정보를 표시하기 위한 광을 상기 디스플레이 유닛으로 공급하는 백라이트 어셈블리; 및 상기 디스플레이 유닛 및 상기 백라이트 어셈블리를 수용하여 고정하는 수용체를 구비하는 것을 특징으로 하는 액정표시장치를 제공한다.
이때, 상기 제1기판은 상기 제2기판의 상부면과 대향하는 면에 색상을 구현하기 위한 칼라필터 및 상기 제1기판을 평탄화 하기 위한 코팅층(over-coating layer)을 더 포함하며, 상기 광굴절부는 상기 코팅층의 표면 또는 상기 칼라필터가 형성된 상기 제1 기판에 직접 형성된다. 또는, 상기 제1기판은 상기 제2기판의 상부면과 대향하는 면에 위치하여 상기 제1전극에 인가되는 전류를 제어하는 박막 트랜지스터(thin film transistor)를 더 포함하는 TFT 기판일 수 있으며, 상기 광굴절부는 상기 TFT 기판에 형성된 박막 트랜지스터 보호막(Passivation layer) 또는 게이트 보호막 상에 형성될 수 있다.
상기 광굴절부는 평탄한 수평막의 표면으로부터 광의 진행방향으로 함몰된 다수의 홈으로 형성되며, 상기 다수의 홈은 일정한 간격을 유지하면서 상기 액정의 평균 틸트(tilt) 방향과 수직한 방향으로 서로 평행하게 배열되어 상기 액정을 통과한 광 중 상기 홈으로 입사되는 광은 상기 제1기판의 양 측단으로 굴절되고 상기 홈 사이의 평탄한 막인 수평막으로 입사되는 광은 상기 제1기판의 정면방향으로 직진하게 된다. 이때, 상기 홈은 오목곡면 또는 2개의 경사평면으로 구성한다.
따라서, 본 발명에 의하면, 액정표시패널의 상부 및 하부방향으로의 광량 증가에 의해 계조반전을 제거 또는 억제시킴으로써 상기 액정표시패널의 상단부 및 하단부에서 표시특성을 개선시킬 수 있다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면에 따라서 더욱 상세히 설명하기로 한다.
도 2A는 본 발명의 일실시예에 의한 액정표시장치를 개략적으로 도시한 분해 사시도이며, 도 2B는 도 2A에 도시된 액정표시패널에 형성된 단위셀의 구조를 개략적으로 도시하는 구조도이다.
도 2A 및 도 2B를 참조하면, 액정표시장치(900)는 화상을 표시하기 위한 디스플레이 유닛(100), 상기 디스플레이 유닛(100)으로 광을 공급하는 백라이트 어셈블리(200) 및 상기 디스플레이 유닛(100)과 상기 백라이트 어셈블리(200)를 수용하는 몰드 프레임(300)을 포함한다.
상기 디스플레이 유닛(100)은 화상을 표현하는 액정표시패널(170)과 상기 액정표시패널(170)로 디스플레이 정보를 포함하는 구동신호를 공급하는 구동회로부(180)를 포함한다.
일 실시예로서, 상기 액정표시패널(170)은 색상을 구현하는 제1기판인 칼라필터 기판(110), 이와 대향하며 TFT로 구성된 스위칭 소자를 구비하는 제2기판인 TFT 기판(120) 및 상기 칼라필터 기판(110)과 TFT 기판(120) 사이에 위치하는 액정(130)으로 형성된다.
상기 액정(130)은 일실시예로서 90°로 비틀린 네마틱(Twisted Nematic) 액정(이하 90°TN형 액정)을 사용한다. 따라서, 상기 액정(130)의 장축방향은 상기 TFT 기판(120) 및 상기 칼라필터 기판(110) 부근과 그 중앙에서 서로 90°의 각도를 형성하고 있다. 이하에서는, 수직전계 수평배향 액정의 평균 틸트(tilt) 방향을 제1방향, 이와 수직하는 방향을 제2방향이라 정의한다. 따라서, 상기 제1방향은 상기 TFT 기판(120) 및 상기 칼라필터 기판(110) 표면과 인접한 영역에 위치하는 상기 액정 방향자의 방향과 대체로 일치한다. 또한, 상기 제1방향을 따른 상기 액정표시패널(170) 전면의 일측부를 액정표시패널의 상부전면으로, 이와 대향하는 타측부를 액정표시패널의 하부전면으로 정의한다.
상기 칼라필터 기판(110)에는 색상을 구현하기 위한 색화소가 형성된 칼라필터(112), 상기 칼라필터(112)를 보호하며, 기판의 표면을 평탄하게 하기 위한 표면 보호막인 코팅층(over-coating layer, 114), 상기 코팅층(114)의 표면에 형성된 제1 전극인 공통전극(116) 및 상기 공통전극(116)의 표면에 형성된 액정을 배향하기 위한 배향막(118)이 차례대로 적층되어 있다. 이때, 상기 코팅층(114)의 표면에는 상기 칼라필터 기판(110)으로 입사하는 광을 굴절시켜 상기 액정표시패널(170)의 상부전면 및 하부전면으로 굴절시키기 위한 광굴절부(115)가 형성되어 있다.
상기 광굴절부(115)는 상기 코팅층(114)으로부터 광의 진행방향으로 일정한 깊이만큼 파여진 홈 형상을 구비한다. 상기 홈은 광의 진행방향에 대하여 오목하게 형성된 오목곡면을 구비하여 형성될 수 있으며, 또는 우상향으로 경사진 제1경사평면과 좌상향으로 경사진 제2경사평면이 서로 인접하여 형성될 수 있다. 상기 광굴절부(115)는 다수의 홈이 일정한 간격을 가지며 상기 제2 방향으로 평행하게 배열하도록 형성된다. 따라서, 상기 칼라필터 기판(110)으로 입사되는 광은 상기 광굴절부(115)에 의해 굴절되어 상기 액정표시패널(170)의 상부 전면 및 하부전면 방향으로 입사된다. 따라서, 종래와 비교하여 상기 액정표시패널(170)의 상부전면 및 하부전면으로 입사되는 광량을 증가시킴으로써 광투과율을 증대시킨다. 이에 따라, 상기 액정표시패널(170)의 상부전면 및 하부전면에서 발생하는 계조반전 현상을 완화 내지 제거시킴으로써 액정표시장치의 표시성능을 개선시킬 수 있다. 상기 광굴절부(115)에 대하여는 이하에서 상설된다.
상기 TFT 기판(120)에는 각 픽셀(Pixel)마다 설치된 스위칭 소자인 TFT(미도시), 커패시터(Capacitor, 미도시), 이들을 매트릭스(matrix) 형태로 서로 연결하는 게이트와 데이터 배선(미도시) 및 제1전극인 상기 공통전극(116)과 함께 전기장을 형성하는 제2전극인 화소전극(122)으로 구성된다. 상기 TFT는 상기 구동신호의 일부인 데이터 신호를 공급받는 소스 전극, 상기 소스전극으로부터 상기 데이터 신호를 상기 화소전극으로 전달하는 드레인 전극 및 상기 구동신호의 일부인 게이트 신호에 의해 상기 소스전극과 드레인 전극의 접속을 제어하는 게이트 전극을 구비한다. 이때, 상기 게이트 전극은 상기 소스전극 및 드레인 전극의 하부에 위치하는 바템 게이트(bottom gate) 방식으로 형성된다. 상기 TFT 기판(120)의 상부표면에는 외부 스크래칭이나 오염원으로부터 상기 스위칭 소자와 화소전극(122)을 보호하기 위한 보호막(Passivation layer,124)이 증착되어 있다. 이때, 상기 공통전극(116)과 상기 화소전극(122)은 일실시예로서 투명 도전막인 ITO(Indium Tin Oxide)막으로 형성한다. 상기 TFT 기판(120)의 하부 및 상기 칼라 필터 기판(110)의 상부에는 편광판(140, 150)이 형성되어 일정방향의 광을 선택적으로 통과시킨다.
상기 구동회로부(180)는 상기 TFT 기판(120)의 주변부에 구동 집적회로(Driver IC)를 포함하도록 설치된다. 구동회로는 인쇄회로기판 형태를 취 하며 회로부품은 박형화와 고밀도 실장을 위하여 표면 실장기술(Surface Mounting Technology) 기술을 이용하여 탑재된다. 이때, 상기 구동 집적회로는 일실시예로서 테이프 캐리어 패키지(Tape Carrier Package(TCP)) 형태로 제작되어 상기 인쇄회로기판과 TFT 기판(120)에 연결된다.
상기 디스플레이 유닛(100)의 하부에는 상기 액정표시패널(170)로 광을 공급하기 위한 백라이트 어셈블리(200)가 위치한다. 상기 백라이트 어셈블리(200)는 광을 발생하는 광원(240)과 상기 광원(240)으로부터 발생된 광을 상부에 위치하는 상기 디스플레이 유닛(100)으로 면조사하기 위한 도광판(210), 상기 디스플레이 유닛(100)으로 입사되는 광의 집광성능을 향상하기 위한 집광시트류(220) 및 누설광을 상기 디스플레이 유닛(100) 방향으로 반사시키기 위한 반사판(230)을 포함한다.
상기 몰드 프레임(300)은 상면이 개구된 직육면체 형상으로 구성되어 4개의 측벽과 1개의 바닥면을 가진다. 바닥면에는 상기 인쇄회로기판을 상기 몰드 프레임(300)의 외측면을 따라 절곡시켜서 안착시키기 위한 개구부들이 형성되어 있다.
상기 디스플레이 유닛(100)과 백라이트 어셈블리(200)를 상기 몰드 프레임(300)의 내부에 수용하고, 바텀 샤시 및 탑 샤시(미도시)를 견고하게 고정함으로써 액정표시장치는 완성된다.
상술한 바와 같은 구조를 갖는 액정표시장치(900)에 상기 구동회로부(180)를 통하여 구동신호가 인가되면 상기 화소전극(122)과 공통전극(116) 사이에 전기장이 형성되며, 전기장의 방향을 따라 상기 액정(130)은 배열하게 된다. 따라서, 상기 TFT 기판(120)을 통과한 광이 상기 공통전극(116)에 도달하는 정도는 전기장에 의한 액정(130)의 배열형상에 의해 결정된다. 이때, 상기 공통전극(116)을 통과한 광이 상기 광굴절부(115)를 통과하면서 광굴절부의 표면에서 상기 칼라 필터 기판(110)의 양 측단부 방향으로 각각 굴절되어 상기 액정표시패널의 상부전면 및 하부전면에서 투과되는 광량을 증가시킨다. 따라서, 직진광량은 감소되어 정면방향의 투과율이 감소되는 만큼 액정표시패널의 상부전면 및 하부전면에서의 투과율이 증가되어 계조반전을 개선 또는 제거시키는 효과를 얻을 수 있다.
상술한 실시예는 백라이트에서 발생된 광이 TFT 기판 및 액정층을 경유하여 칼라필터 기판을 통과하면서 상을 표시하는 구조를 갖고 있지만, 이와 달리 칼라필터 기판 및 액정을 경유하여 TFT 기판을 통과하는 구조에 의해서도 상을 표시할 수 있다.
도 3은 상기 액정층의 상부에 TFT 기판이 형성된 단위셀의 구조를 개략적으로 도시한 구조도이다. 본 실시예는 도 2B에 도시된 단위셀과 비교하여 액정층을 중심으로 칼라필터 기판과 TFT 기판의 위치가 서로 바뀌어 있으며, 이에 따라 상기 광굴절부의 위치가 TFT 기판의 하부면에 형성되어 있다는 점을 제외하고는 동일한 구조를 갖고 있다. 따라서, 도 2B에 도시된 부재와 동일한 부재에 대하여는 동일한 참조부호를 사용한다.
도 3을 참조하면, 바텀 게이트 방식의 TFT 기판 표면에는 박막 트랜지스터의 스크래칭을 방지하고 오염을 방지하기 위한 보호막(124)이 구비되어 있으며, 상기 보호막(124)의 표면에는 액정(130)층을 통과한 광을 상기 TFT 기판(120)의 양 측단으로 굴절시키기 위한 광굴절부(125)가 형성되어 있다. 따라서, 백라이트 어셈블리에서 공급된 광은 먼저 칼라필터(122)에 의해 분광되어 상기 액정층에 유입되며, 액정층을 통과한 광은 상기 TFT 기판을 경유하여 상기 액정표시패널(170) 상에 상을 형성하게 된다. 이때, 상기 TFT 기판의 박막 트랜지스터로서 게이트 전극이 트랜지스터의 상부에 형성되는 탑 게이트 방식인 경우에는 게이트 보호막 위에 상기 광굴절부를 형성할 수도 있다.
도 4A 내지 도 4C 및 도 5A 내지 도 5C는 본 발명의 일실시예에 의한 광굴절부를 제1방향으로 절단한 단면을 나타내는 단면도이다. 이하에서 편의상 광굴절부는 칼라 필터 기판에 형성된 것을 기준으로 설명한다.
도 4A를 참조하면, 상기 광굴절부(115)는 일실시예로서 상기 코팅층(114)의 표면으로부터 액정층을 통과한 광의 진행방향으로 파여진 다수개의 홈으로 형성되며, 상기 홈의 내부에는 광의 진행방향에 대하여 오목하게 형성된 오목곡면(1152)이 구비된다. 이때, 상기 홈은 상기 액정의 평균 틸트 방향과 수직한 방향인 제2 방향으로 서로 평행하게 배열되어 상기 액정을 통과한 광중 상기 홈으로 입사되는 광은 상기 제1기판의 양 측단으로 굴절되고 상기 홈 사이의 코팅층(114)으로 입사되는 광은 상기 액정표시패널의 정면방향으로 직진하게 된다.
상기 오목곡면(1151)은 곡면에 접하는 접선면이 양의 기울기를 갖는 제1구역(1151a)과 음의 기울기를 갖는 제2구역(1151b)으로 형성된다. 상기 제1구역(1151a)으로 입사되는 광(ⓐ)은 곡면에 의해 굴절되어 상기 액정표시패널의 상부전면으로 투과되고, 상기 제2구역(1151b)으로 입사되는 광(ⓑ)은 곡면에 의해 굴절되어 상기 액정표시패널의 하부전면으로 투과된다. 따라서, 상기 코팅층(114)의 굴절률은 최소한 1 이상이어야 하며, 굴절률의 차이에 따라 상기 액정표시패널의 상부전면 또는 하부전면으로 굴절되는 정도가 달라지게 된다. 바람직하게는, 상기 코팅층의 굴절률을 1.5가 되도록 형성한다.
상기 광굴절부(115)는 일정한 간격을 갖도록 서로 평행하게 제2방향으로 형성되어 서로 인접하는 상기 오목곡면(1151) 사이에는 상기 코팅층(114)의 표면층이 변형되지 않은 수평막(1152)이 형성되어 있다. 또한, 상기 코팅층(114)의 제1방향 양 측단과 상기 오목부 사이에도 상기 수평막(1152)이 형성되어 있다. 상기 수평막(1152)으로 입사한 광(ⓔ)은 굴절되지 않고 직진하여 상기 액정표시패널의 정면방향으로 진행하는 직진광(ⓕ) 된다. 따라서, 종래에는 상기 코팅층(114)에 대하여 수직하게 입사한 광이 모두 직진광으로서 상기 액정표시패널의 정면방향으로 출사되었지만, 본 발명에 의한 굴절부에 의해 입사광 중의 일부는 굴절되어 상기 액정표시패널의 상부전면 및 하부전면 방향으로 출사된다. 따라서, 액정표시패널의 정면으로 출사되는 광량을 일부 줄이는 대신, 상부전면 및 하부전면으로 출사되는 광량을 증가시켜 액정표시패널의 상부전면 및 하부전면에서 발생하는 계조반전 현상을 완화 내지 제거시킬 수 있다.
한편, 상기 오목곡면(1151)은 필요에 따라 서로 상이한 곡률을 갖는 곡면으로 형성될 수 있다. 일 실시예로서, 도 4B에 도시된 바와 같이 상기 제2구역(1151b)에서의 곡률을 상기 제1구역(1151a)에서의 곡률보다 작게 형성하여 액정표시패널의 상부전면에서 출사되는 광량을 더욱 증가시킬 수 있다. 따라서, 액정표시패널의 상부전면과 하부전면중 계조반전 효과가 더욱 필요한 영역으로 광을 투사할 수 있다. 상기 제2구역(1151b)의 곡률을 무한대로 작게 형성하면 곡면과 평면으로 형성된 광굴절부(115)를 형성할 수도 있다. 또한, 도 4C에 도시한 바와 같이, 상기 수평막(1152)의 형상을 광의 진행방향에 대하여 볼록한 형상으로 구성하여 직진광의 집중도를 더욱 향상할 수 있다.
도 5A에 도시한 바와 같이, 상기 제1구역(1151a) 및 제2구역(1151b)의 곡률을 모두 무한대로 작게 형성하여 우상향으로 경사진 제1경사평면(1153)과 좌상향으로 경사진 제2경사평면(1154)으로 상기 홈을 구성할 수도 있다. 이때, 상기 제1경사평면(1153) 및 제2경사평면(1154)이 상기 코팅층(114)의 표면과 이루는 각도에 따라 상기 액정표시패널의 상부전면과 하부전면으로 굴절되는 광량이 결정된다. 또한, 상기 액정표시패널에 대한 직진광의 성분을 강화할 필요가 있는 경우에는, 도 5B에 도시된 바와 같이 상기 제1경사평면(1153)과 제2경사평면(1154) 사이에 수평부(1155)를 형성하여 상기 광굴절부(115)의 단면이 사다리꼴 형상을 갖도록 한다. 따라서, 상기 수평막(1152) 및 수평부(1155)로 입사되는 광은 상기 액정표시패널의 정면방향으로 출사되는 직진광이 되며, 상기 제1경사평면(1153) 및 상기 제2경사평면(1154)으로 출사되는 광은 상기 액정표시패널의 상부전면 및 하부전면방향으로 출사되어 계조반전을 완화 내지 제거시킬 수 있게 된다. 또한, 상기 액정표시패널의 상부전면 및 하부전면 방향으로 출사되는 광량을 달리 설정하기 위하여 도 5A 및 도 5C에 도시된 바와 같이, 최외각 수평막을 상기 코팅층(114)의 제1방향 상단 또는 하단중의 어느 하나에만 형성할 수 있다.
도 4A 내지 도 4C 및 도 5A 내지 도 5C에 도시된 바와 같이, 상기 광굴절부(115)가 소정의 곡률을 갖는 경우에는 여러 각도로 균일하게 광을 굴절시키지만, 무한대로 작은 곡률을 갖는 경사평면으로 형성되는 경우에는 특정각도로만 광을 굴절시킬 수 있는 차이가 있다.
상기 광굴절부(115)는 코팅층(114)을 형성하는 공정에 소정의 형상을 갖도록 패턴화 시킴으로써 형성할 수 있다. 따라서, 상기 광굴절부(114)를 형성하기 위한 별도의 추가적인 공정을 필요로 하지 않는다. 따라서, 종래의 액정표시패널 제조공정을 변경함이 없이 계조반전을 개선할 수 있는 장점이 있다.
상기 실시예의 경우에는, 상하 방향 시야각을 개선하기 위해 다수의 홈을 제2방향과 평행하게 형성하였지만, 좌우 방향 시야각을 개선하기 위해서는 상기 홈의 형성방향을 상기 제1방향으로 변경하는 것만으로 족하다. 따라서, 상하방향 시야각뿐 아니라 좌우방향 시야각도 상술한 바와 같은 동일한 구성을 통하여 개선할 수 있다.
본 발명에 의하면, 별도의 공정추가 없이 액정표시패널의 상부기판 표면에 광굴절부를 형성함으로써 액정표시패널의 상부전면 및 하부전면 방향으로 입사되는 광량을 증가시켜 계조반전을 개선시킬 수 있다. 따라서, 액정표시패널의 상부전면 및 하부전면에서 시야각을 개선함으로써 액정표시장치의 표시특성을 향상시킬 수 있다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

Claims (13)

  1. i) 제1전극을 포함하며, 평탄화를 위한 코팅층(over-coating layer)이 형성되고 상기 코팅층의 표면에 광을 굴절시키기 위한 광굴절부가 형성된 제1기판, 그 상부면이 상기 코팅층과 대향하며 상기 제1전극과 함께 전기장을 형성하기 위한 제2전극을 구비하는 제2기판, 상기 제1기판의 하부 및 상기 제2기판 상부 사이에 위치하는 액정층을 포함하며, 상기 광굴절부는 상기 액정층을 통과한 광을 상기 제1기판의 주변부로 굴절시키기 위하여 상기 코팅층의 표면의 평탄한 수평막으로부터 상기 광의 진행 방향으로 함몰된 다수의 홈으로 형성된 액정표시패널과 ii) 상기 액정표시패널로 디스플레이 정보를 포함하는 구동신호를 공급하기 위한 구동회로부를 포함하는 디스플레이 유닛;
    상기 디스플레이 정보를 표시하기 위한 광을 상기 디스플레이 유닛으로 공급하는 백라이트 어셈블리; 및
    상기 디스플레이 유닛 및 상기 백라이트 어셈블리를 수용하여 고정하는 수용체를 구비하는 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 제1기판은 상기 제2기판의 상부면과 대향하는 면에 상기 코팅층에 의해 보호되면서 색상을 구현하기 위한 컬러필터를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서, 상기 제1기판은 상기 제2기판의 상부면과 대향하는 면에 위치하여 상기 제1전극에 인가되는 전류를 제어하는 박막 트랜지스터(thin film transistor)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
  6. 제5항에 있어서, 상기 박막 트랜지스터는 상기 구동신호의 일부인 데이터 신호를 공급받는 소스 전극, 상기 소스 전극으로부터 상기 데이터 신호를 상기 제1 전극에 전달하는 드레인 전극, 상기 소스전극 및 드레인 전극의 하부에 위치하며 상기 구동신호의 일부인 게이트 신호에 의해 상기 소스 전극과 드레인 전극의 접속을 제어하는 게이트 전극 및 상기 박막 트랜지스터를 보호하기 위한 박막 트랜지스터 보호막(passivation layer)을 구비하는 바텀 게이트(bottom-gate) 방식으로 형성되며, 상기 박막 트랜지스터 보호막(passivation layer) 상에 상기 광굴절부가 형성된 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
  7. 제5항에 있어서, 상기 박막 트랜지스터는 상기 구동신호의 일부인 데이터 신호를 공급받는 소스 전극, 상기 소스 전극으로부터 상기 데이터 신호를 상기 제1 전극에 전달하는 드레인 전극, 상기 소스전극 및 드레인 전극의 상부에 위치하며 상기 구동신호의 일부인 게이트 신호에 의해 상기 소스전극과 드레인 전극의 접속 을 제어하는 게이트 전극, 상기 게이트 전극의 상부에 형성되어 박막 트랜지스터를 보호하는 게이트 보호막을 구비하는 탑 게이트(top-gate) 방식으로 형성되며, 상기 광굴절부는 상기 게이트 보호막 상에 형성된 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
  8. 제1항에 있어서, 상기 다수의 홈은 일정한 간격을 유지하면서 상기 액정의 평균 틸트(tilt) 방향과 수직한 방향으로 서로 평행하게 배열되어 상기 액정을 통과한 광 중 상기 홈으로 입사되는 광은 상기 제1기판의 양 측단으로 굴절되고 상기 홈 사이의 평탄한 막인 수평막으로 입사되는 광은 상기 제1기판의 정면방향으로 직진하는 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
  9. 제8항에 있어서, 상기 홈은 광의 진행방향에 대하여 오목하게 형성된 오목곡면을 구비하며, 상기 오목곡면은 접선면이 양의 기울기를 갖는 제1구역 및 음의 기울기를 갖는 제2구역으로 형성되어 상기 제1구역으로 입사하는 광은 상기 제1기판의 제1측단으로 굴절되고 상기 제2구역으로 입사하는 광은 상기 제1측단과 대향하는 제2측단으로 굴절되는 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
  10. 제9항에 있어서, 상기 오목곡면은 상기 제1구역과 상기 제2구역의 곡률을 상이하게 형성하여 상기 제1측단과 제2측단으로 굴절되는 광의 방향과 광량을 상이하게 조절할 수 있는 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
  11. 제8항에 있어서, 상기 홈은 상기 제1기판의 제1측단으로 광을 굴절시키는 제1경사평면 및 상기 제1기판의 제2측단으로 광을 굴절시키는 제2경사평면을 포함하는 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
  12. 제11항에 있어서, 상기 홈은 그 내부에 상기 제1경사평면 및 제2경사평면과 동시에 교차하며, 상기 수평막과 평행한 수평면을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
  13. 제8항에 있어서, 인접하는 상기 홈의 사이 및 상기 홈과 상기 제1기판의 측단부 사이의 상기 수평막은 광의 집중도를 향상하기 위하여 광의 진행방향에 대하여 볼록하게 형성된 볼록곡면인 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
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