KR101222950B1 - 액정표시장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 백라이트 또는 액정패널의 특정층에 형광물질과 같은 발광물질을 구비하여 백라이트로부터 제공되는 빛을 증폭시켜 소자의 휘도를 향상시키고자 하는 액정표시장치에 관한 것으로, 대향하는 제 1 ,제 2 기판 사이에 액정층이 형성된 액정패널과, 상기 액정패널 하부에 구비되어 광을 제공하는 발광램프과, 상기 발광램프의 광을 상기 액정패널로 전달하기 위해 차례로 적층된 반사판, 도광판, 광학시트류로 구성되는 백라이트와, 상기 액정패널 또는 백라이트에 구비되어 상기 광을 증폭시키는 발광층을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
Figure R1020050094474
백라이트, 액정패널, 발광층, 형광물질

Description

액정표시장치{Liquid Crystal Display Device}
도 1은 종래 기술에 의한 액정표시장치를 나타낸 단면도.
도 2는 본 발명에 의한 액정표시장치를 나타낸 단면도.
도 3은 본 발명의 실시예에 의한 액정패널의 단면도.
도 4 및 도 5는 본 발명의 또다른 실시예에 의한 컬러필터 어레이 기판의 단면도.
*도면의 주요 부분에 대한 부호설명
200 : 액정층 201 : 컬러필터 어레이 기판
202 : TFT 어레이 기판 211 : 블랙 매트릭스
212 : 컬러필터층 213 : 공통전극
215 : 스페이서 216 : 씨일제
221 : 박막트랜지스터 222 : 화소전극
311 : 발광램프 313 : 도광판
314 : 광학시트류 316 : 발광층
본 발명은 액정표시장치에 관한 것으로, 특히 액정패널 또는 백라이트에 발광물질을 코팅하여 기존의 백라이트의 한계를 극복하고 보다 밝은 광을 제공하고자 하는 액정표시장치에 관한 것이다.
최근들어, 평판표시장치에 대한 연구가 활발한데, 그 중에서 각광받고 있는 것으로 액정표시장치(LCD;Liquid Crystal Display Device), FED(Field Emission Display Device), ELD(Electro-luminescence Display Device), PDP(Plasma Display Panels) 등이 있다.
이 중, 액정표시장치는 콘트라스트 비(contrast ratio)가 크고, 계조 표시나 동화상 표시에 적합하며 전력소비가 적다는 특징 때문에 노트북 PC, 데스크탑 모니터, 및 액정TV로 그 영역이 확대되고 있는 추세이다.
하지만, 상기 액정표시장치는 그 자체가 비발광성이므로 빛을 조사하기 위한 별도의 외부광원이 필요하다. 특히, 투과형 액정표시장치의 경우 LCD 패널의 배면에 광을 발산하고 안내하는 별도의 조광장치, 즉 백라이트 어셈블리가 반드시 필요하다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 종래 기술에 따른 액정표시소자용 백라이트 어셈블리를 설명하면 다음과 같다.
도 1은 종래 기술에 의한 액정표시장치를 나타낸 단면도이다.
일반적으로, 액정표시장치는 액정층의 구동에 의한 화상변환이 수행되는 액정패널과 상기 액정패널 하부에 배치되어 액정패널에 대해 광을 제공하는 백라이트로 구성되는바, 상기 액정패널은, 도 1에 도시된 바와 같이, 색상구현을 위한 컬러 필터층(112)이 형성된 컬러필터 어레이 기판(101)과, 액정분자의 배열 방향을 변환시킬 수 있는 스위칭 소자(박막트랜지스터)가 형성된 TFT 어레이 기판(102)과, 상기 두 기판(101,102) 사이에 형성된 액정층(100)으로 구성된다.
상기 컬러필터 어레이 기판(101)에는 상기 컬러필터층(112) 외에 빛샘을 차단하는 블랙 매트릭스(111)와 액정층(100)에 전압을 인가하는 제 1 전극인 공통전극(113)이 더 형성되어 있으며, 상기 TFT 어레이 기판(102)에는 상기 스위칭 소자인 박막트랜지스터(121) 외에 상기 박막트랜지스터로부터 신호를 인가받고 액정층(100)에 전압을 인가하는 제 2 전극인 화소전극(122)이 더 형성되어 있다.
상기 두 기판 내측면에는 액정분자를 일정한 방향으로 초기배열하기 위해 배향막(150)이 더 구비된다.
그리고, 상기 두 기판(101,102) 사이에는 두 기판의 간격을 일정하게 유지하기 위한 스페이서(115)가 삽입되어 있고, 기판의 가장자리에는 액정이 외부로 흐르는 것을 방지하기 위한 씨일제(116)가 형성되어 있다.
이와 같은 액정패널에 광을 제공하기 위한 광원이 필요한데, 상기 액정패널이 투과형, 반투과형인 경우 액정패널 하면에 백라이트 어셈블리가 더 장착된다.
상기 백라이트 어셈블리는 일측 모서리 부분에 내설되어 빛을 방출하는 발광램프(11)와, 상기 발광램프에서 조사된 빛을 LCD 패널에 균일하게 공급하는 도광판(13)과, 상기 도광판(13) 상부에 위치하여 도광판에서 나온 빛을 균일하게 확산시켜 주는 광학시트류(14)로 구성된다. 따라서, 발광램프로부터 출사된 광은 도광판 및 광학시트류를 통과하여 액정패널에 조사하게 된다.
이와같이, 액정패널에 빛이 조사되면, 액정패널에서는 액정셀별로 화소전압신호에 따라 화소전극과 공통전극 사이에 인가되는 전계에 의해 광투과율을 조절함으로써 화상을 표시하게 된다.
그러나, 종래 기술에 의한 액정표시장치의 문제점은 다음과 같다.
즉, 백라이트 어셈블리로부터 출사되는 빛은 액정패널을 통과하면서 각종패턴에 의해 흡수되므로 광효율이 많이 떨어지는데, 이로인해 화면이 밝게 표현되지 못하고 또한, 화면을 밝게 표현하기 위해 백라이트 어셈블리의 소비전력을 높여야 하는 문제점이 있었다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출한 것으로, 백라이트 또는 액정패널의 특정층에 형광물질과 같은 발광물질을 구비하여 백라이트로부터 오는 빛을 증폭시킴으로써 보다 밝은 빛을 제공하여 화상품질을 향상시키고자 하는 액정표시장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 액정표시장치는 대향하는 제 1 ,제 2 기판 사이에 액정층이 형성된 액정패널과, 상기 액정패널 하부에 구비되어 광을 제공하는 발광램프과, 상기 발광램프의 광을 상기 액정패널로 전달하기 위해 차례로 적층된 반사판, 도광판, 광학시트류로 구성되는 백라이트와, 상기 액정패널 또는 백라이트에 구비되어 상기 광을 증폭시키는 발광층을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 발광층을 액정패널에 구비하는 경우, 상기 발광층을 제 1 기판 또는 제 2 기판의 내측면 또는 외측면에 형성할 수 있다. 제 1 기판 또는 제 2 기판의 내측면에 형성한다 함은 기판의 내측면의 특정층에 구비되어 백라이트로부터 출사되는 빛을 증폭시킨다는 것을 말한다.
그리고, 상기 발광층을 백라이트 어셈블리에 구비하는 경우, 상기 발광층을 상기 백라이트의 도광판, 반사판 또는 광학시트류 중 적어도 어느 하나의 구성요소의 상면에 구비한다.
이러한 발광층은 형광물질 또는 포르피린 나노 튜브 등의 발광물질을 코팅법 등에 의해 형성된다.
즉, 액정패널 내부에 형광물질과 같은 발광물질을 코팅하여 백라이트 어셈블리로부터 출사되는 빛을 증폭시키는 것을 특징으로 한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 의한 액정표시장치를 상세히 설명하면 다음과 같다.
제 1 실시예
본 발명의 제 1 실시예에 의한 액정표시장치는 발광층을 백라이트 내부에 구비하는 것을 특징으로 한다.
도 2는 본 발명에 의한 액정표시장치를 나타낸 단면도이다.
본 발명에 의한 액정표시소자는, 도 2에 도시된 바와 같이, 매트릭스 상으로 화소가 배열되어 있는 TFT 어레이 기판(202)과 컬러필터층이 형성된 컬러필터 어레이 기판(201)이 액정층(200)을 사이에 두고 부착된 액정패널과, 상기 두 기판의 외 측면에 각각 부착되어 자연광을 편광시키는 편광판(260)과, 상기 화소 각각에 전압을 인가하고 액정을 구동하기 위한 각종 신호를 공급하는 드라이버 IC(Intergrated Circuit)(352)와, 상기 액정패널의 하부에 부착되어 정보표시면을 균일하게 조사하는 백라이트와, 상기 백라이트에 형광물질과 같은 발광물질을 코팅하여 형성된 발광층(316)으로 구성되어, 상기 백라이트로부터 출광하는 광이 상기 발광층을 통해 증폭된 후 액정패널을 투과하여 화상을 표시한다.
이 때, 상기 TFT 어레이 기판(202) 상에는 수직교차하는 게이트 배선과 데이터 배선에 의해 정의된 각 단위 화소에 박막트랜지스터(TFT)(221) 및 화소전극(222)이 형성되어 있고, 컬러필터 어레이 기판(201) 상에는 빛샘을 차단하는 블랙 매트릭스(211)와 색상구현을 위한 R,G,B의 컬러필터층(212)과 상기 화소전극에 대향하는 공통전극(213)이 형성되어 있다.
그리고, 상기 드라이브 IC(352)는 TCP(Tape Carrier Package) 필름(351)에 의해 외부 PCB(Printed Circuit Board) 기판(353)에 실장(packaging)된다.
또한, 백라이트는 일측 모서리 부분에 내설되어 빛을 방출하는 발광램프(311)와, 상기 발광램프에서 조사된 빛을 LCD 패널에 균일하게 공급하기 위한 도광판(313)과, 상기 도광판(313) 상부에 위치하여 도광판(313)에서 나온 빛을 균일하게 확산시켜 주는 광학시트류(314)와, 상기 도광판(313) 하부에 배치되어 도광판 저면으로 새어나오는 빛을 액정패널 측으로 반사시켜 주는 반사판(도시하지 않음)과, 상기 구성 요소들을 수납하여 고정시켜주는 메인 지지대(도시하지 않음)를 포함하여 구성된다. 여기서, 광학시트류는 빛을 균일하게 확산시켜 주는 확산시트와, 확산시트에서 확산시킨 빛을 집광시켜 액정패널로 전달해주는 프리즘 시트와, 상기 프리즘 시트를 보호하는 보호시트 등을 말한다.
한편, 상기 발광층(316)은 백라이트에 구비되는바, 상기 반사판, 도광판(313), 광학시트류(314) 중 적어도 하나 이상의 구성요소의 상면에 구비된다. 다만, 도 2에서는 발광층을 광학시트류 상면에 구비하는 것으로 도시하였다.
구체적으로, 반사판, 도광판 또는 광학시트류 중 적어도 어느 하나의 구성요소에 대해서 발광층을 형성하기 위해서는, 전체면에 형광 및 발광물질을 도료에 혼합하여서 제조된 액상의 형광 및 발광 코팅제조성물을 공지된 스프레이 분사법, 딥코팅법, 롤코팅법, 스핀코팅법 등을 이용하여 도포하고 건조하여 형성한다. 이와같이, 반사판, 도광판 또는 광학시트류 중 적어도 어느 하나의 구성요소에 발광층을 형성한 이후에는, 이를 조립하여 백라이트를 완성한다.
일예로, 스핀코팅법으로 광학시트류 상면에 발광층을 형성하는 것에 대해 설명하면, 먼저 스핀코팅장치의 척(chuck)의 상부에 광학시트류를 올려놓고 상기 척의 하부로 공기를 방출시키면서 상기 광학시트류를 척에 고정시킨다. 이어서, 분사기구를 이용하여 소정 양의 형광물질을 광학시트류 상면에 떨어뜨린 후, 상기 척을 이정한 회전속도로 회전시켜 광학시트류 위에 균일한 두께의 형광체를 도포하여 발광층을 형성한다. 이와같이, 스핀코팅방식을 통해 발광층을 형성한 후, 상기 발광층을 100 내지 200℃에서 열처리하여 경화하여 건조한다.
상기 발광물질로는, 포르피린 나노 튜브 및 형광 물질 (螢光, Fluorescence)을 들 수 있다. 상기 포르피린 나노 튜브는 강한 빛에 노출될 경우 그 구조가 바뀌면서 광촉매 활동이 촉진되고 이온성분의 감소로 인해 광산란이 시작되는 특징이 있다.
그리고, 형광물질은 물질이 빛의 자극에 의해서 발광하는 현상을 이용하는 것으로, 빛에너지를 흡수한 형광물질이 그 일부를 다시 빛에너지로서 복사하는 물리적 현상으로 발생된다. 이러한 형광물질에는 무기안료와 유기안료가 있는데, 무기안료에는 황화아연 및 황화아연카드뮴 화합물이 있고, 유기안료에는 알코올 용성 염료인 로다민, 오라민, 에오신, 우라닌, 호스핀 등과 유용성 염료인 올레인산염, 스테라인산염 등이 있다. 다만, 유기안료의 대부분은 내구성이 낮기 때문에, 최근에는 소듐레드레이크 C, 로다민텅스테이트, 오라민텅스테이트 등으로 대체되고 있다.
이와같이, 발광층은 백라이트의 구성요소 중 적어도 어느 하나이상의 구성요소 상면에 구비하여, 액정패널에 제공되는 광을 밝게 할 수 있다.
제 2 실시예
제 2 실시예의 액정표시장치는 발광층을 백라이트에 구비하지 않고 액정패널의 기판 외측면 또는 내측면에 구비하는 것을 특징으로 한다.
도 3은 본 발명의 실시예에 의한 액정패널의 단면도이고, 도 4 및 도 5는 본 발명의 또다른 실시예에 의한 컬러필터 어레이 기판의 단면도이다.
먼저, 기판 외측면에 발광층을 구비한 액정패널은, 도 3에 도시된 바와 같이, 컬러필터층(412)이 구비된 컬러필터(color filter) 어레이 기판(401)과 TFT가 구비된 TFT(Thin Film Transistor) 어레이 기판(411)이 서로 대향되도록 배치되고, 그 사이에 유전 이방성을 갖는 액정층이 형성되는 구조를 가지는 것으로, 상기 TFT 어레이 기판(411)의 외측면에 발광층이 구비되어 백라이트로부터 제공되는 광을 증폭시켜 화상을 밝게 한다.
한편, 상기 TFT 어레이 기판 외측면에 발광층을 구비하지 않고, 컬러필터층 등의 패턴이 형성되어 있지 않는 컬러필터 어레이 기판(401)의 외측면에 발광층을 구비하여도 된다.
상기 TFT 어레이 기판 또는 컬러필터 어레이 기판에 발광층을 형성하는 방법은, 제 1 실시예에서와 같이, 포르피린 나노 튜브, 형광 물질 등의 발광물질을 도료에 혼합하여서 제조된 액상의 발광 코팅제조성물을 공지된 스프레이 분사법, 딥코팅법, 롤코팅법, 스핀코팅법 등을 이용하여 도포하고 건조하여 형성한다. 기판에 발광층을 형성하는 공정은, 기판 상에 패턴을 형성하기 이전에 할 수도 있고, 기판에 패턴을 형성한 후 기판을 대향합착하고 그 사이에 액정층을 봉입하여 액정패널을 완성한 후에도 할 수 있다.
이때, 상기 TFT 어레이 기판의 내측면에는, 복수개의 박막트랜지스터(TFT)를 능동적으로 구동하기 위해 주사신호를 전달하는 게이트 배선(도시하지 않음)과 이미지 데이터 신호를 전달하는 데이터 배선(도시하지 않음)이 서로 교차하여 화소를 정의하고, 그 교차 지점에 박막트랜지스터가 구비되어 화소전극(417)에 인가되는 전압의 극성을 제어한다. 상기 게이트 배선 및 데이터 배선의 끝단에는 패드전극(425)이 연장형성되어 상기 패드전극에 콘택되는 외부 구동회로로부터 각종 신호가 제공된다.
상기 박막트랜지스터(TFT)는 상기 게이트 배선에서 분기된 게이트 전극(412a)과, 상기 게이트 전극(412a) 상부에 형성된 게이트 절연막(413)과, 상기 게이트 전극(412a) 상부에 적층된 반도체층(414)과, 상기 데이터 배선에서 분기되어 상기 반도체층(414) 상부에 형성된 소스/드레인 전극(415a,415b)으로 구성되며, 상기 드레인 전극(415b)은 보호막(416)을 관통하여 상기 화소전극(417)에 접속된다.
그리고, 컬러필터 어레이 기판(401)의 내측면에는, R,G,B 셀 사이의 구분과 광차단 역할을 하는 블랙 매트릭스(411)와, 일정한 순서로 배열되어 색상을 구현하는 적색(Red), 녹색(Green), 청색(Blue)의 R,G,B 컬러필터층(412)이 구비된다.
상기 컬러필터층을 구성하는 세가지 색은 각각 독립적으로 구동되고 이들의 조합에 의해 한 화소(pixel)의 색이 표시된다.
한편, 발광층을 TFT 어레이 기판 또는 컬러필터 어레이 기판의 외측면에 구비하지 않고, 도 3에 도시된 바와 같이, 컬러필터층 형성용 혼합물에 포르피린 나노 튜브, 형광 물질 등의 발광물질을 첨가하여 발광층과 동일한 효과를 낼 수 있다.
즉, 상기 컬러필터층 형성용 혼합물(컬러 레지스트)의 주요 성분은 바인더 수지(binder monomer)와, 다기능 단량체(multi-functional monomer)와, 광경화성 수지와, R,G,B의 색상을 구현하는 안료(pigment)와, 용매(solvent)와, 첨가제(additives)를 포함하여 구성되는데, 여기에 발광물질을 첨가한다.
이와같이, 발광물질이 첨가된 컬러 레지스트를 기판 상에 도포하는 방법에는 스핀(spin)법과 롤 코트(roll coat)법이 있는데, 상기 스핀법은 기판 위에 컬러 레 지스트를 적당히 흘려 놓고 기판을 고속으로 회전시킴으로써 상기 컬러 레지스트를 기판 전체에 고루 퍼지게 하는 방법이고, 상기 롤 코트법은 롤 위에 전개한 컬러 레지스트를 기판에 전사/인쇄하여 가는 방법이다.
평탄하게 도포된 컬러 레지스트는 저온에서 소프트-베이킹(soft baking)시키고, 자외선 노광, 현상, 세정 등으로 이루어진 주지의 포토리소그래피법을 적용하여 패터닝한 후, 하드-베이킹(hard baking)시켜 컬러필터층을 완성한다.
상기와 같은 순서대로, 적(R), 녹(G), 및 청(B)의 3가지 색상의 안료가 착색된 컬러필터층(412)을 순차적으로 형성함으로써 풀 칼라 소자를 위한 액정표시소자의 컬러필터 어레이 기판(401)을 완성한다. 이로써 백라이트로부터 제공되는 광은 발광물질이 첨가된 컬러필터층을 통과하면서 보다 밝아지게 된다.
또한, 패턴이 형성되어 있지 않는 기판 내측면에 발광층을 형성하거나 또는 발광물질을 컬러필터층에 첨가하여 발광층과 동일한 효과를 내는 방법 이외에, 기판의 내측면의 특정층에 발광층을 형성할 수 있다.
즉, 도 4에 도시된 바와 같이, 발광층(550)을 컬러필터 어레이 기판(501)과 블랙 매트릭스(511) 사이의 전체면에 구비할 수 있다. 즉, 블랙 매트릭스를 형성하기 이전에, 컬러필터 어레이 기판의 내측면 전체에 포르피린 나노 튜브, 형광 물질 등의 발광물질을 도료에 혼합하여서 제조된 액상의 발광 코팅제조성물을 공지된 스프레이 분사법, 딥코팅법, 롤코팅법, 스핀코팅법 등을 이용하여 도포하고 이를 건조하여 발광층(550)을 형성하는 것이다.
한편, 도 5에 도시된 바와 같이, 발광층(550)을 컬러필터층(512)과 공통전극 (513) 사이에 구비할 수도 있다. 즉, 컬러필터층(512)을 형성하고 공통전극(513)을 형성하기 이전에, 블랙 매트릭스(511) 및 R,G,B의 컬러필터층(512)이 형성되어 있는 컬러필터 어레이 기판(501) 상에 포르피린 나노 튜브, 형광 물질 등의 발광물질을 도료에 혼합하여서 제조된 액상의 발광 코팅제조성물을 공지된 스프레이 분사법, 딥코팅법, 롤코팅법, 스핀코팅법 등을 이용하여 도포하고 이를 건조하여 발광층(550)을 형성하는 것이다. 상기 발광층(550)을 형성한 이후, 상기 발광층 상면에 ITO(Indium Tin Oxide)와 같은 투명도전물질을 증착하고 패터닝하여 공통전극(513)을 완성한다.
상기에서는 컬러필터 어레이 기판의 내측면에 구비된 블랙 매트릭스, 컬러필터층 또는 공통전극의 상면 또는 배면에 발광층을 형성하는 것에 한정하여 설명하였으나, 이에 한정하지 않고 TFT 어레이 기판(411)과 게이트 전극(412a) 사이의 기판 전면에 구비하거나, 게이트 절연막(413)의 상면 또는 배면에 구비하거나 또는 보호막(416)의 상면 또는 배면에 구비할 수도 있다.(도 3참고)
한편, 이상에서 설명한 본 발명은 상술한 실시예 및 첨부된 도면에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것이 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다. 즉, 하나의 액정표시장치에 대해서 발광층을 한층만 형성하는 것이 아니라, 상기 실시예를 복합적으로 적용하여 발광층을 복수개 형성할 수도 있을 것이다.
상기와 같은 본 발명의 액정표시장치는 다음과 같은 효과가 있다.
첫째, 백라이트 또는 액정패널의 특정층에 형광물질과 같은 발광물질을 구비하여 백라이트로부터 제공되는 빛을 증폭시킴으로써 기존의 백라이트의 한계를 극복하고 빛의 효율을 향상시킬 수 있다.
둘째, 빛의 효율이 향상되므로 화이트 휘도가 밝아져 화상품질이 우수해진다.
셋째, 액정내부에 구비되는 발광층은 다양한 층에 코팅하여 형성할 수 있고, 심지어 컬러필터층 형성시 안료와 섞어 형성가능하므로 복잡한 공정의 추가없이 백라이트의 효율을 향상시킬 수 있다.

Claims (14)

  1. 대향하는 제1 및 제2 기판 사이에 액정층이 형성된 액정패널과,
    상기 액정패널 하부에 구비되어 광을 제공하는 발광램프과, 상기 발광램프의 광을 상기 액정패널로 전달하기 위해 차례로 적층된 반사판, 도광판, 광학시트류로 구성되는 백라이트와,
    상기 제2 기판의 내측면에 배치되어 빛샘을 방지하는 블랙 매트릭스와 색상을 구현하는 컬러필터층을 구비하고,
    상기 컬러필터층은 상기 백라이트의 상기 발광램프로부터 제공된 광을 증폭시키기는 발광물질이 첨가되고,
    상기 발광물질은 형광물질 또는 포르피린 나노 튜브 물질인 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
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