KR100941053B1 - 디스플레이 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 다수의 화소를 포함하는 디스플레이 장치에 관한 것으로, 상기 다수의 화소 중 적어도 하나는, 마이크로 렌즈; 광 투과시 상기 마이크로 렌즈에서 굴절되지 않은 직진광을 차단할 수 있는 위치에, 상기 마이크로 렌즈에서 굴절된 굴절광이 투과되도록 형성되는 제1 블랙 매트릭스; 상기 제1 블랙 매트릭스에 의해 차단되지 않았다면 상기 직진광이 지나게 되는 위치에 슬릿이 형성된 제2 블랙 매트릭스; 배열 상태에 따라 상기 슬릿을 통해 투과되는 상기 굴절광의 양이 조정되도록 하는 액정층; 및 상기 액정층에 상기 구동 전압을 인가하기 위한 한 쌍의 전극을 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 의한 디스플레이 장치는 기존의 액정표시장치 대비, 두께 개선, 제조 비용의 절감, 제조 공정의 간략화, 광시야각 개선의 효과가 있다.

액정, 마이크로 렌즈, 액정표시장치

Description

디스플레이 장치{DISPLAY APPARATUS}

본 발명은 액정을 이용한 디스플레이 장치에 관한 것이다. 본 발명의 화소 구조는 기존 액정표시장치(LCD) 외에도 다른 유형의 디스플레이 장치에서도 응용될 수 있다. 또한, 상호 직교하는 한 쌍의 편광자들을 배제할 수 있다는 점에서 본 발명의 기술분야는 액정표시장치로 한정되지 않으며, 오히려 범용의 디스플레이 장치로 보는 것이 합리적이다.

액정표시장치의 영상 표시 원리는 주지되어 있는 바이나, 본 발명과의 차이를 강조하기 위해 도1a 및 도1b를 참조하여 간략히 설명하도록 한다.

도1a 및 도1b는 LCD 영상 표시 원리를 개념적으로 설명하기 위한 것으로서, 상호 직교하는 한 쌍의 편광자들(101a,101b)이 대향하고 있고, 그 사이에는 한 쌍의 투명전극(102a,102b)과 액정(103)이 분포되어 있는 것을 확인할 수 있다.

도1a에 도시된 바와 같이, 두 편광자(101a,101b)는 상호 직교하므로 어떤 빛도 투과될 수 없는 것이 당연하다. 그러나, 도1b에 도시된 바와 같이 투명전 극(102a,102b)에 전압을 인가하여 액정(103)의 배열 상태를 바꾸면 상부 편광자(101a)를 통과한 편광의 위상이 지연되어 반대편 편광자(101b)를 투과하도록 할 수 있다. 물론, 액정(103)이 배향된 상태에 따라서는 전압을 인가할 때 도1a와 같은 배열로 바뀌기도 하지만, 상호 직교하는 편향자(101a,101b)와 액정(103)의 배열상태를 조정한다는 것은 기본적으로 동일하다는 것을 충분히 이해할 수 있을 것이다.

이와 같이, 백라이트로부터 입사되는 빛을 편광시켜 액정에 투과한 후, 또다른 편광자를 투과하도록 하는 기본적인 원리와 구성은 삼성전자사의 VA(Vertical Assignment) 계열의 액정 모드, LG 필립스사 IPS(In Plane Switching) 모드 등의 다양한 모드에서도 변경되지 않았다.

즉, 액정표시장치의 단점으로 지적되어 온 좁은 시야각을 개선하기 위하여 다양한 액정 배열, 전극 구조 등을 갖는 액정표시장치가 개발 및 상용화되었지만, 전술한 기본적인 원리와 구성에 어긋나게 동작하는 경우는 없었다.

이 점에 주목하는 것은 본 발명의 화소 구조가 직교하는 편광자를 이용하지 않으면서도 검정색을 비롯한 다양한 계조를 표현하는 것으로, 전술한 원리와 크게 다르기 때문이다.

한편, 수년간 디스플레이 분야에서의 최고의 화두는 플렉서블(휘는) 디스플레이이라고 해도 과언이 아닐 것이다. 그동안 플렉서블 디스플레이로 가장 주목받고 있는 것은 유기발광다이오드(OLED)였지만, 용액형 유기 반도체를 이용한 플렉서블 LCD 등 액정표시장치도 개발된 바 있다.

액정표시장치와 유기발광다이오드의 상대적인 장단점을 구체적으로 논의할 필요는 없겠지만, 유기발광다이오드는 액정표시장치 패널 두께의 약 1/3 두께로 제조될 수 있는 것으로 알려져 있다.

예컨대, 최근 개발된 2.2 인치 유기발광다이오드 디스플레이의 두께는 0.52 mm인 반면, 2.2 인치 TFT-LCD의 두께는 1.7mm 이다.

광원의 유무를 차치하더라도, 이와 같은 두께의 차이는 유기발광다이오드가 플렉서블 디스플레이로서 더 우수한 이유를 보여주는 분명한 반증이라 할 것이다. 액정표시장치가 플렉서블 디스플레이로서 활용되기 위해서는, 더 얇은 두께로 구현되어 유기발광다이오드 디스플레이에 대해 경쟁력을 갖추어야 할 것이다.

따라서, 본 발명은 종전의 액정표시장치보다 두께가 얇고 제조 비용을 절감할 수 있으며, 공정이 간소하고 양호한 시야각을 보장할 수 있는 화소 구조를 갖는 디스플레이 장치를 제공하기 위한 것이다.

상기 목적은 본 발명에 따른 다수의 화소를 포함하는 디스플레이 장치에 있어서, 상기 다수의 화소 중 적어도 하나는, 마이크로 렌즈; 광 투과시 상기 마이크로 렌즈에서 굴절되지 않은 직진광을 차단할 수 있는 위치에, 상기 마이크로 렌즈에서 굴절된 굴절광이 투과되도록 형성되는 제1 블랙 매트릭스; 상기 제1 블랙 매트릭스에 의해 차단되지 않았다면 상기 직진광이 지나게 되는 위치에 슬릿이 형성된 제2 블랙 매트릭스; 배열 상태에 따라 상기 슬릿을 통해 투과되는 상기 굴절광의 양이 조정되도록 하는 액정층; 및 상기 액정층에 상기 구동 전압을 인가하기 위한 한 쌍의 전극을 포함하는 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치에 의해 달성될 수 있다.

여기에서, 상기 적어도 하나의 화소는 상기 제2 블랙 매트릭의 슬릿에 형성되는 컬러 필터를 더 포함하는 것이 바람직하다. 이는 컬러 필터를 별도의 층으로 형성하지 않고 슬릿에 소량, 잉크젯 방식으로 형성할 수 있는 장점이 있다.

본 발명은 상기 마이크로 렌즈 및 상기 액정층을 투과하는 광은 편광되지 않 은 무편광을 입사광으로 할 수 있다. 즉, 본 발명에 있어 편광자는 반드시 필요한 구성이 아니다. 이는 제조 비용의 절감 및 두께의 감축, 제조 공정의 간소화 등의 효과를 얻을 수 있도록 해 준다.

상기 디스플레이 장치에서, 상기 마이크로 렌즈 및 상기 액정층은 투과광이 상기 액정층을 투과한 후 상기 마이크로 렌즈를 투과하도록 순차적으로 형성될 수 있고, 또는 상기 액정층 및 상기 마이크로 렌즈는 투과광이 상기 액정층을 투과한 후 상기 마이크로 렌즈를 투과하도록 순차적으로 형성될 수도 있다.

또한, 상기 액정층은 액정고분자층을 포함할 수 있는데, 이에 의해 액정 분자의 빠른 응답을 기대할 수 있다.

본 발명은 TFT-LCD와 같이, 상기 한 쌍의 전극에 상기 구동 전압을 인가하기 위한 트랜지스터를 포함하는 구동부를 더 포함하여, 구동될 수 있음은 물론이다.

상기 목적은 본 발명의 다른 양상에 따른 다수의 화소를 포함하는 디스플레이 장치에 있어서, 상기 다수의 화소 중 적어도 하나는, 마이크로 렌즈; 광 투과시 상기 마이크로 렌즈에서 굴절되지 않은 직진광을 차단할 수 있는 위치에, 광 투과시 상기 마이크로 렌즈에서 굴절되는 굴절광이 투과되도록 형성되는 제1 블랙 매트릭스; 상기 제1 블랙 매트릭스에서 차단되지 않은 상기 굴절광이 선택적으로 투과되는 슬릿이 형성된 제2 블랙 매트릭스; 배열 상태에 따라 상기 슬릿을 통해 투과되는 상기 굴절광의 양이 조정되도록 하는 액정층; 및 상기 액정층에 상기 구동 전압을 인가하기 위한 한 쌍의 전극을 포함하는 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치에 의해 달성될 수 있다.

여기에서,상기 슬릿은 상기 제1 블랙 매트릭스와 상기 제2 블랙 매트릭스 사이의 간극으로 형성되는 것이 또한 바람직하다. 제1 블랙 매트릭스와 제2 블랙 매트릭스를 동시에 형성할 수 있도록 하여, 제조 공정을 줄일 수 있는 효과가 있다.

본 발명에 의한 디스플레이 장치는 기존의 액정표시장치 대비, 두께 개선, 제조 비용의 절감, 제조 공정의 간략화, 광시야각 개선의 효과가 있다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 구체적으로 설명한다.

(제1 실시예)

도2a 내지 도2c는 본 발명의 제1 실시예에 따른 화소의 구조를 보여주는 단면도로서, 수평으로 배향된 네마틱 액정의 배열 상태에 따라 투과되는 광량이 변화되는 모습을 보여준다.

먼저 도2a를 참조하여 제1 실시예에 다른 화소의 구조를 살펴본다.

제1 실시예의 화소는 편광자(1), 상부 ITO 유리 기판(2), 액정층(3), 오목렌즈(4), 제1 블랙 매트릭스(5), 하부 ITO 유리 기판(6), 제2 블랙 매트릭스(7)를 순차적으로 포함하는 구조를 갖는다.

편광자(1)는 백라이트(미도시)로부터의 입사광을 편광시키기 위한 것이다. 주목할 것은, 종래 액정표시장치와 같이 상호 직교하는 한 쌍의 편광자(1)가 함께 화소에 포함되지 않고, 하나의 편광자(1)만이 광 입사측에 형성되어 있다는 점이다. 또한, 편광자(1)는 광 제어의 편의를 위하여 포함된 것으로, 후술하는 실시예에서 보는 바와 같이 생략 가능하며, 본 발명의 필수적인 구성요소는 아니라는 것이다.

편광자(1)의 하부에는 상부 ITO 유리 기판(2)이 위치한다. 상부 ITO 유리 기판(2)은 후술되는 하부 ITO 유리 기판(6)과 쌍을 이루어 사이에 개재된 액정층(3)에 전압을 인가하기 위한 것이다.

액정층(3)은 수평으로 배향된 네마틱상 액정으로, 전압이 인가되지 않은 때에 광을 투과시키는 이른바 '노멀리 화이트 모드(normally white mode)'로 형성되어 있다. 물론, 액정층(3)의 상은 반드시 네마틱일 필요는 없으며, 수평 방향으로 배향되어 있을 필요는 없다. 즉, 본 발명은 이에 한정되지 않고 스메틱, 콜레스테릭, 및 이들의 꼬인 상태들 예컨대, 꼬인 네마틱(TN), 카이럴 등의 액정을 이용할 수 있고, 수직으로 배향된 액정도 이용할 수 있다.

액정층(3)의 하부에는 오목렌즈(4)가 위치해 있다. 도2a에 도시된 화소 구조를 더욱 명확히 이해하기 위하여, 액정층(3) 이하를 입체적으로 표현한 투시도인 도3을 참조하도록 한다.

오목렌즈(4)는 일정한 굴절율을 가지며, UV 경화성 중합체로 형성된다. 액정층(3)과 맞닿은 오목렌즈(4)의 계면에서 투과광의 굴절이 일어나며, 굴절각은 다음과 같은 스넬의 법칙에 따라 결정되는 것으로 모델링될 수 있다:

N₁sinθ₁ = N₂sinθ₂

여기에서, N₁은 액정층(3)의 굴절률이고 N₂는 오목렌즈(4)의 굴절률이며, θ₁는 액정층(3)으로부터 오목렌즈(4)로의 입사각이고 θ₂는 오목렌즈(4)에서의 굴절각이다. 액정층(3) 내에서의 액정분자의 배열이 바뀌면 N1이 변경되므로 마이크로 렌즈(4)에서의 굴절각도 바뀐다. 따라서, 상기 수식은 개략적인 모델링으로서의 의미가 있을 뿐이며, 굴절각을 예측하는 정확한 식으로 활용하기는 어려운 면이 있다.

마이크로 렌즈(4) 하부에, 더욱 정확하게는, 마이크로 렌즈(4)에서 굴절이 일어나지 않는 렌즈의 중심축 하단에, 굴절이 일어나지 않은 직진광이 지나는 지점에, 제1 블랙 매트릭스(5)가 위치한다. 제1 블랙 매트릭스(5)는 굴절각을 제어할 수 없는 직진광을 차단하기 위한 것으로 광 투과가 일어날 때 거의 직진광만을 차단하고, 굴절광은 통과시키는 크기로 형성된다.

마이크로 렌즈(4)의 하부에는 하부 ITO 유리 기판(6)이 위치하고, 그 하부에는 제2 블랙 매트릭스(7)가 위치한다. 주목할 것은, 제2 블랙 매트릭스(7)가 광 투과가 일어나는 부분을 대부분 차단하고 있고, 광 투과는 제2 블랙 매트릭스(7) 상의 슬릿(8)을 통해서만 일어난다는 점이다. 이는 종래 액정표시장치에서, 블랙 매트릭스가 화소간의 광 분리 및 혼입을 방지하기 위해 화소의 경계에 형성되고, 화소의 휘도를 높이기 위하여 화소의 전면부가 최대로 형성된다는 것과 큰 대조를 이루는 것이다.

제2 블랙 매트릭스(7) 상에 형성된 슬릿(8)은 오목렌즈(4)로부터 굴절되는 광을 투과시키기 위한 것으로, 제1 블랙 매트릭스(5) 하부 즉 화소의 중심에 위치하고 있다. 이는 렌즈(4)로부터의 굴절광을 집광하기 위한 가장 바람직한 위치로서 선택된 것이며, 슬릿(8)의 크기를 적절히 선택하면 굴절각에 따라 넓은 시야각을 확보할 수 있다.

이제, 도2a~도2c를 참조하여 액정의 배열에 따른 계조 변화를 설명하도록 한다.

도2a를 참조하면, 상/하부 ITO 유리 기판(6)(2,6)에 전압이 인가되지 않은 때 액정은 배향된 상태를 유지하며 수평으로 누워있다.

백라이트(미도시)로부터 입사된 입사광이 편광자(1)를 통해 편광된 후 액정층(3)으로 입사되면, 입사광은 액정의 이상굴절률(n_e)에 따라 굴절 또는 위상 지연된다.

액정의 이상굴절률이 렌즈(4)의 굴절률보다 크므로 굴절각이 커져, 입사광은 도2a에 도시된 바와 같이 슬릿(8)으로 집광되어 투과된다. 투과되는 광의 양이 최대가 되는 지점에 슬릿(8)이 형성되도록 하부 ITO 유리 기판(6)의 두께를 조정하는 것이 가능하다.

도시된 바와 같이, 렌즈(4)에서 굴절되지 않는 직진광은 제1 블랙 매트릭스(5)에서 차단되고, 슬릿(8)을 통과하지 못하는 굴절광도 제2 블랙 매트릭스(7)를 통해 차단된다.

따라서, 액정이 누운 상태를 유지할 때, 최대 광량의 빛이 슬릿(8)에 집광되 어 투과된다.

다음, 도2b를 참조하면, 상/하부 ITO 유리 기판(2,6)에 적정 전압이 인가되어 액정이 수직 방향을 향하고 있다.

백라이트(미도시)로부터 입사된 입사광이 편광자(1)를 통해 편광된 후 액정층(3)으로 입사되면, 입사광은 액정의 정상굴절률(n_o)에 따라 굴절 또는 위상 지연된다.

액정의 정상굴절률은 렌즈(4)의 굴절률보다 작으므로 굴절각이 작아지고, 입사광은 도2a에 도시된 바와 같이 슬릿(8)으로부터 멀어지는 방향으로 굴절된다. 결국, 굴절광은 제2 블랙 매트릭스(7)에서 모두 차단되고, 렌즈(4)에서 굴절되지 않는 직진광도 제1 블랙 매트릭스(5)에서 차단되어, 화소에서 발산되는 광량은 0이 되고 검정색으로 보이게 될 것이다.

다음, 도2c를 참조하면, 상기 도2b에 인가된 전압보다 작은 전압이 상/하부 ITO 유리 기판(6)(2,6)에 인가되어 액정이 약 40°정도 수직 방향으로 뒤틀려있다.

백라이트(미도시)로부터 입사된 입사광이 편광자(1)를 통해 편광된 후 액정층(3)으로 입사되면, 입사광은 액정의 정상굴절률(n_o)과 이상굴절률(n_e) 사이의 굴절율에 의해 굴절된다. 따라서, 어떤 계면에서는 슬릿(8)에 굴절광을 투과하기도 하고, 어떤 계면에서는 제2 블랙 매트릭스(7) 상으로 굴절광을 보내게 된다.

즉, 액정이 수평 배열에서 수직 방향으로 약간 경사져 배열되면, 렌즈(4)의 중심에서 가장 멀리 있는 계면의 지점에서 나오는 굴절광이 슬릿(8)을 벗어나게 된 다. 다음, 경사각이 약간 더 커지게 되면, 이전보다 렌즈(4)의 중심으로부터 좀더 가까운 지점에서의 굴절광이 슬릿(8)을 벗어나게 된다.

결국, 액정의 경사각이 커질수록 슬릿(8)을 벗어나는 굴절광이 증가하는데, 그러한 현상은 렌즈(4)의 중심에서 먼 계면에서부터 가까운 계면으로 접근하면서 일어난다.

슬릿(8)을 벗어나는 굴절광은 제2 블랙 매트릭스(7)에 의해 차단되고 직진광은 제1 블랙 매트릭스(5)에 의해 차단되어, 슬릿(8)을 통해 투과되는 빛의 양이 조정되며, 이에 따라 다양한 계조의 표현이 가능하게 된다.

이상과 같이, 제1 실시예에 따른 본 발명의 화소 구조는 액정, 마이크로 렌즈(4), 슬릿(8), 블랙 매트릭스(5,7)를 적절히 이용하여 투과하는 광의 양을 조정하므로, 직교하는 한 쌍의 편광자(1)를 필요로 하지 않는다. 또한, 슬릿(8)을 통해 투과되는 광은 굴절되어 광시야각을 확보할 수 있도록 하므로, 시야각 보상 필름을 배제할 수 있다.

편광자 및 시야각 보상 필름을 배제하면서도 동일한 효과를 기대할 수 있으므로, 제조 비용을 절감할 수 있고 제조 공정을 단순화하여 높은 수율을 기대할 수 있다.

(제2 실시예)

도4a는 본 발명의 제2 실시예에 따른 화소 구조를 도시한 것으로, 도2a의 화소 구조를 일부 변형한 것이다. 도2a로부터 개선된 부분을 중심으로, 도4a를 참조 하여 본 발명의 제2 실시예에 따른 화소 구조를 상세히 설명하도록 한다.

본 실시예의 화소 구조는 슬릿(8)에 컬러 필터(9)가 형성되는 것에 주된 특징이 있다. 적색(R), 녹색(G), 청색(B)의 서브 픽셀로 구성되는 화소의 경우, 도4a는 하나의 서브 픽셀(R)로 이용될 수 있다.

도4a의 화소에서, 슬릿(8)을 투과하는 광이 컬러 필터(9)에 의해 색상을 갖는다는 점에 차이가 있을 뿐, 계조를 표현하는 방식은 모두 제1 실시예와 동일하므로 설명을 생략하도록 한다.

도4b는 도4a의 화소가 격자로 배치된 상태에서, 각 화소의 상/하부 ITO 유리 기판(2,6) 사이에 0[V]의 전위를 인가했을 때에 발광된 모습을 나타낸 것이다. 이에 대조적으로, 도4c는 각 화소의 상/하부 ITO 유리 기판(2,6) 사이에 6[V]의 전압을 인가했을 때의 소광 상태를 나타낸다.

이와 같이, 도4a의 화소는 '노멀리 화이트 모드'로 구동되고, 소정의 전압이 인가될 때 빛이 제1 블랙 매트릭스(5)에 집광되어 차단되므로 완전하지는 않지만 검정색에 가까운 소광 상태를 나타낸다.

이러한 실험 데이터가 도4d에 도시되어 있다. 구체적으로, 도4d는 도4a에 도시된 바와 같이 하나의 편광자가 있는 경우에, 상/하부 ITO 유리 기판(2,6) 사이에 인가되는 전위와 투과량 사이의 관계를 보여준다.

도4d의 실험 데이터를 통해, 제3 실시예의 화소는 전압이 인가되지 않을 때는 높은 휘도를 나타내지만, 2[V] 이상의 전압이 인가되면서 급격히 광량이 줄어들고, 6[V] 이상에서는 검정색으로 거의 소광되는 것을 볼 수 있다.

본 실시예의 의의는 제1 실시예와 비교하여, 컬러 필터(9)의 위치에 따른 제조 공정상 및 제조 비용 절감적인 측면에 있다고 할 수 있다.

즉, 일반적으로 액정표시장치의 컬러 필터(9)는 하부 ITO 유리 기판(6)의 하부에 넓게 형성되지만, 본 실시예의 컬러 필터(9)는 슬릿(8)에만 형성되어 잉크젯 방식의 간단한 공정으로 형성할 수 있다. 따라서, 본 발명의 제2 실시예는 소면적에 컬러 필터(9)를 형성하므로 제조 비용을 더욱 감소시키고, 제조 공정을 더욱 간략하게 할 수 있는 장점이 있는 것이다.

(제3 실시예)

본 발명에 따른 제3 실시예를 도5a 및 도5b를 참조하여 간략히 설명하도록 한다. 도5a는 본 발명의 제3 실시예에 따른 화소의 구조를 나타내고, 도5b는 도5a의 화소 구조에서 상/하부 ITO 유리 기판(2,6) 사이에 인가되는 전압과 투과량 사이의 관계를 나타내는 실험 데이터이다.

도5a의 화소는 편광자(1)가 생략된 것을 제외하고, 도2a의 화소와 동일한 구조를 갖는다. 따라서, 백라이트(미도시)에서 입사되는 광은 편광되지 않은 상태로 즉, 무편광으로 화소에 입사된다.

도5a와 같이 무편광이 화소에 입사될 때와, 도2a 및 도4a와 같이 편광이 화소에 입사될 때 나타나는 휘도의 차이를 비교하기 위하여, 도5b 및 도4d를 참조하여 상호 비교할 필요가 있다.

도5b 및 도4d를 상호 비교하면, 노멀리 화이트 모드에서, 최대 광량이 무편 광의 경우 약 0.17 [A.U]를 나타내는 반면, 편광의 경우 약 0.043[A.U]를 나타내는 것을 볼 수 있다. 즉, 무편광이 입사될 때 휘도가 3배 이상 상승하는 효과가 있는 반면, 소광 상태는 거의 차이가 없는 것을 알 수 있다.

제3 실시예에 따른 화소는 제1 실시예 및 제2 실시예와 비교할 때, 편광자(1)를 생략한 만큼의 제조 비용 절감, 패널 두께 감축, 및 제조 공정 단축의 효과가 있다.

(제4 실시예)

도6은 본 발명의 제4 실시예에 따른 화소를 도시한 것으로, 액정층(3)에 액정고분자(LCP) 층이 포함된 것을 제외하고 도2a의 화소와 거의 동일한 구조를 나타낸다.

도2a의 화소와 비교할 때, 도6의 화소 구조는 액정 분자로 구성되는 층을 더욱 얇게 할 수 있는 매우 빠른 구동을 할 수 있는 효과를 기대할 수 있다.

(제5 실시예)

본 발명의 제5 실시예에 따른 화소 구조를 도7a 및 도7b를 참조하여 설명하도록 한다.

도7a 및 도7b를 참조하면, 본 실시예의 화소 구조는 제1 블랙 매트릭스(5)가 하부 ITO 유리 기판(6)의 하부 중앙에 위치하고 제2 블랙 매트릭스(7)이 생략된 점에 주된 특징이 있고, 이 점을 제외하면 도2a 및 도3과 거의 차이가 없다.

제1 블랙 매트릭스(5)의 위치는 액정의 배열로 인해 화소가 검정색을 나타내는 소광 상태에서 거의 모든 굴절광 및 직진광이 집광되는 중심 지점으로 결정된다. 즉, '노멀리 화이트 모드'이든 '노멀리 블랙 모드'이든 관계없이, 화소가 검정색을 나타내는 소광 상태에서 굴절광이 중앙으로 집광될 때 차단할 수 있는 위치로 결정된다.

도7a에 도시된 바와 같이, 초기에 액정이 수평 배향된 상태에서는 '노멀리 블랙 모드'로 동작하게 된다. 즉, 상/하부 ITO 유리 기판(2,6)에 전압이 인가되지 않을 때, 직진광 및 모든 굴절광이 제1 블랙 매트릭스(5)에 집광되고 차단되어 검정색의 소광 상태를 나타내게 된다.

이하 설명의 편의를 위해, 제1 블랙 매트릭스(5)와 같은 층을 이루면서 빛이 투과되는 개구 혹은 광 투과부와, 제1 블랙 매트릭스(5)가 이루는 층을 스크린층이라 부르기로 한다.

ITO 유리 기판(2,6) 사이의 전위가 증가함에 따라 도7a의 수평한 액정 배열로부터 액정이 점점 경사지게 되고, 이에 따라 굴절각도 더욱 크게 변화되어 제1 블랙 매트릭스(5)를 벗어나 광 투과부를 지나는 광의 양이 점차 증가하게 된다. 액정이 수직으로 배열되기에 이르면, 거의 모든 굴절광이 제1 블랙 매트릭스(5)를 벗어나 광 투과부를 지나게 되고 투과되는 광량은 최대가 된다.

이와 같이, 제1 내지 제4 실시예가 '노멀리 화이트 모드'를 나타낸 것이었다면, 제5 실시예는 오목렌즈 구조의 수평 배향에서 '노멀리 블랙 모드'를 구현한 구성을 나타낸 것이라고 말할 수 있다.

오목렌즈의 구조에서 '노멀리 블랙 모드'는 '노멀리 화이트 모드'보다 휘도 및 시야각 측면에서 더 우수한 특성을 나타낸다. 즉, 제5 실시예의 광 투과부가 제1 내지 제4 실시예의 슬릿보다 넓기 때문에 화소의 휘도가 더욱 향상되고, 넓은 광 투과부에 광이 굴절되어 투과되므로 시야각을 더욱 크게 할 수 있다.

(제6 실시예)

본 발명의 제6 실시예에 따른 화소 구조를 도8a 내지 도8c를 참조하여 설명하도록 한다.

도8a 내지 도8c에 도시된 화소 구조는, 제1 실시예에 따른 도2a 내지 도2c의 화소 구조에 각각 대응하는 것으로, 렌즈의 타입이 오목렌즈(4)에서 볼록렌즈(4a)로 변경되었다는 것을 제외하고 나머지는 거의 동일하다.

도8a 내지 도8c를 참조하면, 렌즈의 타입이 볼록렌즈(4a)로 변경되면서, 액정의 배열 상태에 다른 광의 집광 및 투과 여부가 제1 실시예와 반대로 된다는 것을 볼 수 있다.

제6 실시예는 본 발명에서 이용되는 마이크로 렌즈(4)의 종류 및 유형이 다양하게 취사 선택될 수 있다는 것을 보여준다.

(제7 실시예)

본 발명의 제7 실시예에 따른 화소 구조가 도9에 도시되어 있다.

도9의 화소는 마이크로 렌즈(4)가 상부 ITO 유리 기판(2)에 형성되는 것을 제외하고, 도2a의 화소와 동일한 구조를 갖는 것을 보여준다.

동일한 구조에 따른 구동 방식의 중복 설명은 생략하도록 한다. 다만, 광의 입사 측으로 볼록렌즈(4a)가 위치하면서 슬릿(8)에 광이 집광되는 경우가 제6 실시예와 달라지는 것을 볼 수 있다.

제7 실시예는 본 발명의 마이크로 렌즈(4)와 액정층(3)의 위치가 상대적으로 바뀔 수 있다는 것을 보여준다.

(제8 실시예)

본 발명의 제8 실시예에 따른 화소는 전극의 구조와 액정의 배향에 있어서 제1~7 실시예와 다소 다르다.

제8 실시예에 따른 화소 구조(미도시)는 액정표시장치 중 IPS 모드와 같이, 횡전계를 인가하도록 전극이 형성되고, 액정은 초기에 수직하거나 경사지도록 배향된다.

이와 같은 액정 배향 상태에서, 횡전계가 인가되더라도 본 발명에 따른 화소의 구동 방식이 변화하지 않는다.

제8 실시예는 IPS 모드와 같은 방식에서도 본 발명이 적용될 수 있음을 보여주는 것이다.

비록 지금까지 몇몇 실시예에 한정하여 본 발명의 구체적인 구현예를 설명하였으나, 본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 않는다는 것을 당업자는 이해할 수 있을 것이다.

구체적으로, 상기 제1 내지 제7 실시예는 서로 중첩적으로 적용이 가능하다. 즉, 제1 내지 제7 실시예는 렌즈가 2개 이상 설치되지 않는 이상 임의의 조합이 가능하며, 그 유리한 효과들이 그대로 기대될 수 있다.

상기 실시예에서 도시되거나 설명되지 않은 구성요소들 중 본 발명에 선택적으로 혹은 반드시 있을 것으로 예상되는 구성요소가 있을 수 있다는 것을 당업자는 이해할 수 있을 것이다.

예를 들어, ITO 유리 기판에 구동 전압을 인가하기 위한 구동부로서 TFT-LCD와 같은 TFT 어레이가 본 발명에 더 포함될 수 있다. 또한, 단면도에 도시되어 있지 않지만 액정 배향을 위한 배향막과 이 밖에 기타 다른 막들이 더 포함될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다.

도1a 및 도1b는 LCD 영상 표시 원리를 설명하기 위한 개념도,

도2a 내지 도2c는 본 발명의 제1 실시예에 따른 화소의 구조를 보여주는 단면도,

도3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 화소 구조 중 액정층 이하를 입체적으로 표현한 투시도,

도4a는 본 발명의 제2 실시예에 따른 화소의 구조를 보여주는 단면도,

도4b는 도4a의 화소가 격자 형태로 형성된 때 전압 미인가시의 발광 모습을 나타내는 도면,

도4c는 도4a의 화소가 격자 형태로 형성된 때 6[V]의 전압 인가시 발광 모습을 나타내는 도면,

도4d는 도4a의 화소에서 인가 전압과 투과광 사이의 관계를 나타내는 도면,

도5a 및 도5b는 본 발명의 제3 실시예에 따른 화소의 구조를 보여주는 단면도 및 인가 전압과 투과광 사이의 관계를 나타내는 그래프,

도6은 본 발명의 제4 실시예에 따른 화소의 구조를 보여주는 단면도,

도7a 및 도7b는 본 발명의 제5 실시예에 따른 화소의 구조를 보여주는 단면도 및 투시도,

도8a 내지 도8c는 본 발명의 제6 실시예에 따른 화소의 구조를 보여주는 단면도, 및

도9는 본 발명의 제7 실시예에 따른 화소의 구조를 보여주는 단면도이다.

Claims (10)

1. 다수의 화소를 포함하는 디스플레이 장치에 있어서,

   상기 다수의 화소 중 적어도 하나는,

   마이크로 렌즈;

   광 투과시 상기 마이크로 렌즈에서 굴절되지 않은 직진광을 차단할 수 있는 위치에, 상기 마이크로 렌즈에서 굴절된 굴절광이 투과되도록 형성되는 제1 블랙 매트릭스;

   상기 제1 블랙 매트릭스에 의해 차단되지 않았다면 상기 직진광이 지나게 되는 위치에 슬릿이 형성된 제2 블랙 매트릭스;

   배열 상태에 따라 상기 슬릿을 통해 투과되는 상기 굴절광의 양이 조정되도록 하는 액정층; 및

   상기 액정층에 구동 전압을 인가하기 위한 한 쌍의 전극을 포함하는 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치.
2. 제1항에 있어서,

   상기 적어도 하나의 화소는 상기 제2 블랙 매트릭스의 슬릿에 형성되는 컬러 필터를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치.
3. 제1항에 있어서,

   상기 마이크로 렌즈 및 상기 액정층을 투과하는 광은 편광되지 않은 무편광인 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치.
4. 제1항에 있어서,

   상기 마이크로 렌즈 및 상기 액정층은 투과광이 상기 액정층을 투과한 후 상기 마이크로 렌즈를 투과하도록 순차적으로 형성되는 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치.
5. 제1항에 있어서,

   상기 액정층 및 상기 마이크로 렌즈는 투과광이 상기 액정층을 투과한 후 상기 마이크로 렌즈를 투과하도록 순차적으로 형성되는 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치.
6. 제1항에 있어서,

   상기 적어도 하나의 화소는 상기 액정층 및 상기 마이크로 렌즈에 투과되기 전에 투과광을 편광시키기 위한 편광자를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치.
7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 액정층은 액정고분자층을 포함하는 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치.
8. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 한 쌍의 전극에 상기 구동 전압을 인가하기 위한 트랜지스터를 포함하는 구동부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치.
9. 다수의 화소를 포함하는 디스플레이 장치에 있어서,

   상기 다수의 화소 중 적어도 하나는,

   마이크로 렌즈;

   상기 화소가 소광 상태에 있을 때 상기 마이크로 렌즈로부터 입사되는 모든 굴절광이 집광되는 위치에 소정의 크기로 형성되어 상기 소광 상태에서 상기 모든 굴절광을 차단하는 블랙 매트릭스와, 상기 블랙 매트릭스 주변으로는 상기 화소가 소광 상태가 아닐 때 상기 굴절광이 투과되도록 마련된 광 투과부가 층을 이루어 형성된 스크린층;

   배열 상태에 따라 상기 굴절광의 굴절률을 조정하여 상기 광 투과부를 통해 투과되는 광의 양이 조정되도록 하는 액정층; 및

   상기 액정층에 구동 전압을 인가하기 위한 한 쌍의 전극을 포함하는 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치.
10. 제9항에 있어서,

    상기 광 투과부에 컬러 필터가 형성되는 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치.

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