KR101761404B1 - 투명 액정표시장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 투명 액정표시장치에 관한 것이다. 본 발명에 의한 투명 액정표시장치는, 액정표시패널; 상기 액정표시패널의 배면과 직접 대면하는 선택형 확산판; 상기 선택형 확산판의 배면과 직접 대면하는 도광판; 그리고 상기 도광판의 일측면에 배치되는 광원을 포함한다. 본 발명에 의한 투명액정표시장치는, 고분자 확산 액정을 포함하는 선택적 확산판을 사용하여 투명 액정표시장치를 구현하였다.

Description

투명 액정표시장치{Transparent Liquid Crystal Display Device}
본 발명은 투명 액정표시장치에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 미 작동시에는 투명한 유리와 같은 상태로, 작동시에는 표시장치로 사용하는 액정표시장치에 관한 것이다.
액정표시장치는 경량, 박형, 저소비 전력구동 등의 특징으로 인해 그 응용범위가 점차 넓어지고 있는 추세에 있다. 액정표시장치는 노트북 PC와 같은 휴대용 컴퓨터, 사무 자동화 기기, 오디오/비디오 기기, 옥내외 광고 표시장치 등으로 이용되고 있다. 액정표시장치의 대부분을 차지하고 있는 투과형 (Transmittive) 액정표시장치는 액정층에 인가되는 전계를 제어하여 백라이트 유닛으로부터 입사되는 빛을 변조함으로써 화상을 표시한다.
도 1은 종래 기술 의한 액정표시장치의 구조를 나타내는 분해 사시도이다. 도 1을 참조하면, 에지형 백 라이트 유닛을 구비한 액정표시장치는 액정표시패널 (12), 액정표시패널(12)의 아래에 배치되는 에지형 백라이트 유닛을 포함한다.
액정표시패널(12)은 전술한 바와 같이 상부 유리기판과 하부 유리기판 사이에 액정층이 형성되며, 어떠한 액정 모드로도 구현될 수 있다. 액정표시패널 (12)의 전면부와 배면부에는 각각 상부 편광판(21)과 하부 편광판(23)이 배치된다.
에지형 백라이트 유닛은 광원(15), 도광판(16), 및 다수의 광학시트(14)를 포함한다. 광원(15)으로부터의 빛을 도광판(16)과 광학시트들(14)을 통해 균일한 면 광원으로 변환하여 액정표시패널(12)에 빛을 조사한다. 광원(15)은 도광판(16)의 적어도 하나 이상의 측면들에 대응하여 도광판(16)의 측면에 빛을 조사한다. 광학 시트들(14)은 1 매 이상의 프리즘 시트와 1 매 이상의 확산시트를 포함하여 도광판(14)으로부터 입사되는 빛을 확산하고 액정표시패널(12)의 광입사면에 대하여 실질적으로 수직인 각도로 빛의 진행경로를 굴절시킨다. 광학 시트들(14)은 DBEF (dual brightness enhancement film)를 포함할 수도 있다. 광원(15)과 도광판(16)의 아래에는 반사판(19)이 배치된다. 반사판(19)은 도광판(16)에서 배면부로 손실되는 빛을 다시 전면부로 반사시켜 액정표시패널(12)로 되돌려 보내는 기능을 한다.
도 2를 참조하여 에지형 백라이트 유닛에서 광학시트(14)들의 기능에 대하여 좀 더 상세히 설명한다. 도 2는 종래 기술에 의한 액정표시장치에서 광학 시트들의 집광 기능을 나타내는 그래프이다.
도광판(16)은 일측면에서 광원(15)으로부터 입사된 빛을 도광판(16) 전체 영역으로 확산시킴과 동시에, 배면 방향에 형성된 반사 패턴(도시하지 않음)에 의해 전면 방향 즉, 액정표시패널(12)이 배치된 방향으로 빛을 방출한다. 그러나, 도광판(16) 내에서 확산되는 빛은 주로 수평 방향으로 확산되기 때문에 도광판(16)의 전면부로 출사되는 빛은 수직 방향에서 60~80도의 각도를 갖는다. 따라서, 백 라이트를 액정표시패널(12)에 거의 수직한 방향으로 집광 시킬 필요가 있다. 이를 위해 광학 시트(14)들이 배치된다. 광학 시트(14)들을 배치하는 방법에는 여러 방법이 있을 수 있다. 대표적으로, 하부 확산시트(41), 하부 프리즘시트(43), 상부 확산시트(45) 그리고 상부 프리즘시트(47)가 적층된 구조를 갖는다.
하부 확산시트(41)는 도광판(16)에서 출사된 빛을 좀 더 전체 면적에 걸쳐 일정한 휘도를 갖고 고르게 확산시키는 기능을 한다. 아울러 도광판(16)에서 출사된 빛을 어느 정도 수직 방향으로 집광을 하기도 하여, 하부 확산시트(41)에서 출사된 빛은 수직 방향에서 45~55도의 각도를 갖는다.
하부 프리즘시트(43)은 하부 확산시트(41)로부터 입사한 빛을 수직 방향으로 집광하는 기능을 한다. 하부 프리즘시트(43)에서 출사된 빛은 수직 방향에서 30~40도의 각도를 갖는다. 하부 프리즘시트(43)로 집광된 빛은 액정표시패널 (12) 전면에 걸쳐 일정한 휘도를 확보하지 못하는 경우가 있을 수 있다. 따라서, 상부 확산시트(45)를 이용하여 하부 프리즘시트(43)로 집광된 빛을 다시 전면에 걸쳐 고른 휘도를 갖도록 확산시킨다. 하부 프리즘시트(43)을 출사한 빛은 확산 기능 때문에 하부 프리즘시트(43)을 출사하였을 때보다는 수평 방향으로 퍼진 출사각을 갖는다. 결국, 하부 프리즘시트(43)을 출사한 빛은 수직방향에서 35~45도의 각도를 갖는다.
상부 프리즘시트(47)은 액정표시패널(12) 전면에 걸쳐 고르게 분포된 빛을 액정표시패널(12)의 입사면에 수직에 가까운 각도가 되도록 집광시킨다. 따라서, 상부 프리즘시트(47)을 출사한 빛은 수직방향에서 약 5도 이내의 각도를 갖는다.
광원(15), 도광판(16) 그리고 반사판(19)의 아래에는 커버 버텀(17)이 배치된다. 커버 버텀(17)은 광원(15)으로부터의 열을 외부로 원할히 방출할 수 있도록 높은 열 전도율과 고강성을 가지는 재료를 포함한다. 일 예로, 커버 버텀(17)은 알루미늄, 알루미늄 나이트라이드(AlN), 전기아연도금강판(EGI), 스테인레스(SUS), 갈바륨(SGLC), 알루미늄도금강판(일명 ALCOSTA), 주석도금강판(SPTE) 등과 같은 금속판으로 제작될 수 있다. 또한, 이러한 금속판에는 열전달을 촉진시키기 위한 고전도율 소재가 코팅될 수 있다.
액정표시패널(12)의 가장자리에는 가이드 패널(13)과 탑 케이스(11)가 배치된다. 가이드 패널(13)은 폴리카보네이트(polycabonate) 등의 합성수지 내에 유리섬유가 혼입된 직사각형 몰드 프레임으로써 액정표시패널(12)의 상면 가장자리와 측면을 감싸고 백라이트 유닛의 측면을 감싼다. 이 가이드 패널(13)은 액정표시패널(12)을 지지하고 액정표시패널(12)과 광학시트들(14)의 간격을 일정하게 유지시킨다. 탑 케이스(11)는 아연도금강판 등 금속소재로 제작되어 가이드 패널(13)의 상면 및 측면을 감싸는 구조를 가지며, 가이드 패널(13) 및 버텀 커버(17) 중 적어도 어느 하나에 후크나 스크류로 고정된다.
이와 같은 액정표시장치는 광원(15)에서 출사한 빛을, 광 투과축이 서로 직교하도록 배치된 두 장의 편광필름(21, 23) 사이에 개재된 액정표시패널(12)로 조사하여, 빛의 편광 성질과 액정의 광 굴절율 이방성을 이용하여 편광된 빛의 투과율을 조정함으로써 영상을 구현하는 표시장치이다. 이와 같이 액정표시장치는 빛의 투과도를 조절하여 영상을 구현하는 것으로서, 자체적으로 독립된 표시장치로만 개발되어 있을 뿐, 사용하지 않을 때 액정표시장치를 투과하여 외부 이미지를 보여주는 다양한 소재로 사용하지 못하고 있다.
본 발명의 목적은 종래의 액정표시장치의 한계를 극복하기 위해 고안된 것으로, 사용하지 않을 때에는 투명 상태를 유지하여 다양한 광학적 제품으로 응용할 수 있고, 작동할 경우에는 표시장치로 활용할 수 있는 다목적 투명 액정표시장치를 제공하는 데 있다.
상기 본 발명의 목적을 달성하기 위해, 본 발명에 의한 투명 액정표시장치는, 액정표시패널; 상기 액정표시패널의 배면과 직접 대면하는 선택형 확산판; 상기 선택형 확산판의 배면과 직접 대면하는 도광판; 그리고 상기 도광판의 일측면에 배치되는 광원을 포함한다.
상기 도광판의 배면과 직접 대면하는 휘도보상필름을 더 포함한다.
상기 액정표시패널은, 일정 간격으로 합착된 상부 기판과 하부 기판, 상기 상부 기판과 상기 하부 기판 사이에 개재된 액정층, 상기 상부 기판 위에 배치된 상부 편광판, 그리고 상기 하부 기판 아래에 배치된 하부 편광판을 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 선택형 확산판은 상기 하부 편광판과 직접 대면하는 것을 특징으로 한다.
상기 하부 편광판은 휘도보상 편광판인 것을 특징으로 한다.
상기 선택형 확산판은 고분자 확산 액정을 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 액정표시패널은 노멀리 화이트 모드인 것을 특징으로 한다.
상기 액정표시패널에 전원이 인가되어 표시장치로 기능을 나타낼 때, 상기 선택형 확산판은 확산 기능을 나타내며; 상기 액정표시패널이 노멀 상태로 투명 상태를 유지할 때, 상기 선택형 확산판은 투명 기능을 나타내는 것을 특징으로 한다.
상기 선택형 확산판은 고분자 확산 액정을 포함하는 것으로, 상기 액정표시패널에 전원이 인가되면, 상기 선택형 확산판은 전원이 차단되고; 상기 액정표시패널에 전원이 차단되면, 상기 선택형 확산판은 전원이 인가되는 것을 특징으로 한다.
상기 도광판의 배면에 프리즘 형상, 렌티 큘라 형상, 및 마이크로 렌즈 형상 중 적어도 어느 하나를 포함하는 반사 패턴이 형성된 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의한 투명 액정표시장치는 표시장치로 활용할 수 있으며, 표시장치로 사용하지 않을 때에는 투명 상태를 유지하도록 함으로써, 다양한 광학적 소재로 활용할 수 있다. 본 발명에 의한 투명 액정표시장치는, 고분자 확산 액정을 포함하는 선택적 확산판을 사용함으로써, 최소 200nit 이상의 휘도를 갖는 투명 액정표시장치를 구현하였다.
도 1은 종래 기술에 의한 에지형 백 라이트 유닛을 구비한 액정표시장치를 나타내는 분해 사시도.
도 2는 종래 기술에 의한 액정표시장치에서 광학 시트들의 집광 기능을 나타내는 그래프.
도 3은 본 발명에 의한 투명 액정표시장치의 구조를 나타내는 분해 사시도.
이하, 첨부한 도면들, 도 3을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시 예를 설명한다. 도 3은 본 발명에 의한 투명 액정표시장치의 구조를 나타내는 분해 사시도이다.
앞에서 살펴보았듯이, 액정표시장치는 액정표시패널의 하부에 광학시트들과, 도광판, 그리고 반사시트들이 차례로 적층되어 있으므로, 액정표시장치를 완전히 투과하여 투명한 표시장치로 구현하기 어려운 구조로 되어 있다. 액정표시장치를 투명한 표시장치로 구현하고자 한다면, 액정표시패널(12)의 배면이 빛을 투과하는 구조로 설계하여야 한다. 이를 위해, 광원은 액정표시패널(12)의 배면이 아닌 측면에 위치시켜야 하므로 도 1과 같은 에지형 액정표시장치의 구조를 고려하여야 한다. 또한, 커버 버텀(17)을 투명하게 하여야 한다. 그리고, 반사판(19)을 제거하여야 한다. 액정표시패널(12)의 배면에 도광판(16)은 측면의 광원(15)으로부터 측면방향으로 진행하는 빛을 액정표시패널(12) 쪽으로 굴절시켜야하므로 필수적으로 구비하여야 한다. 다만, 투명성을 보장하여야 한다. 그리고, 광학 시트(14)는 제거하거나, 광학 시트(14)의 기능을 대신하되, 투명성을 보장하는 새로운 구성 요소를 도입하여야 한다.
이를 위해, 본 발명에 의한 투명 액정표시장치는 도 3과 같이, 액정표시패널(LCP), 도광판(LG), 광원(LS), 선택형 확산판(SD), 그리고 휘도보상필름(BF)을 포함한다. 액정표시패널(LCP) 하부에 도광판(LG)을 포함한다. 그리고, 도광판(LG)의 일측면부에 광원(LS)이 배치된다. 그리고, 도광판(LG)과 액정표시패널 (LCP) 사이에는 선택형 확산판(SD)가 배치된다. 이하, 본 발명에 의한 액정표시장치를 구성하는 각 구성 요소들의 구조 및 배치 상태에 대하여 좀 더 상세히 설명한다.
액정표시패널(LCP)은 상부기판(SU)과 하부기판(SL), 그 사이에 개재된 액정층(LC), 그리고, 상부 편광판(PU)과 하부 편광판(PL)을 포함한다. 상부기판(SU)과 하부기판(SL)에는 도면으로 도시하지 않았으나, 매트릭스 방식으로 나열된 화소 영역을 정의하는 배선 및 블랙 매트릭스가 형성될 수 있으며, 액정층(LC)을 구동하기 위한 공통 전극과 화소 전극을 구비한다. 또한, 색상을 구현하기 위한 칼라필터를 포함할 수 있다. 상부기판(SU)의 상부에는 상부 편광판(PU)이 부착되고, 하부기판(SL)의 하부에는 하부 편광판(PL)이 부착된다. 상부 편광판(PU)와 하부 편광판(PL)의 광 투과축은 서로 직교하도록 배치하여야 흑색을 표현할 때 완전한 흑색 계조를 구현할 수 있다. 액정표시패널(LCP)을 사용하지 않을 때에는 액정표시패널(LCP)이 투명한 상태를 나타내어야 한다. 따라서, 액정표시패널(LCP)은 노멀리 화이트(Normally White: NW) 모드로 작동하여야 한다. 이를 위해, 액정층(LC)은 트위스티드 네마틱(Twisted Nematic) 모드를 사용하는 것이 바람직하다. 경우에 따라, 수평전계 방식을 사용하고자 할 경우에는, 초기 액정층의 초기 배열 상태가 상부 편광판(PU) 및 하부 편광판(PL)의 광 투과축과 45도 기울어진 상태를 갖도록 배향하는 것이 바람직하다.
액정표시패널(LCP)의 아래에는 도광판(LG)과 광원(LS)이 위치한다. 광원(LS)은 도광판(LG)의 일측면에 배치되어 도광판(LG) 내부로 빛을 조사한다. 도광판(LG)은 측면으로부터 입사된 빛을 도광판(LG)내부의 전체 영역으로 확산시키며, 전면부 즉 액정표시패널(LCP)이 위치한 면으로 빛을 굴절 시킨다. 이를 위해, 도광판(LG)의 배면에는 반사 패턴이 형성되어 있다. 특히, 도광판(LG) 역시 투명성을 보장하여야 하므로, 프리즘 형상, 렌티 큘라 형상, 혹은 마이크로 렌즈 형상을 배면에 새긴 패턴인 것이 바람직하다. 즉, 반사 패턴은 불투명 잉크 패턴을 사용하는 것은 바람직하지 않다. 도광판(LG)의 배면에 형성된 반사 패턴에 의해 반사되어 전면부로 출사되는 빛은 반사 패턴의 형상으로 인해 빛의 분포가 균일하지 못하다. 즉, 도광판(LG)에서 출사된 빛을 그대로 백 라이트로 사용하게되면 반사 패턴에 의한 모아레(Moire)가 발생하여 화질이 저하되는 문제가 있다. 또한, 도광판(LG)에서 전면부로 출사되는 빛은 수직 방향에 대해 60~80도의 각도를 갖는다. 따라서, 도광판(LG)과 액정표시패널(LCP) 사이에 집광 및 확산을 위한 광학적 수단이 필요하다.
액정표시패널(LCP)의 하부 편광판(PL)과 도광판(LG) 사이에는 선택형 확산판(SD)이 위치한다. 선택형 확산판(SD)은 확산 기능과 투명 기능을 선택적으로 사용할 수 있는 특성을 갖는다. 예를 들어, 선택형 확산판(SD)는 고분자 분산형 액정 (Polymer Dispersed Liquid Crystal: PDLC)을 두 장의 유리기판에 개재하여 구성하거나, 필름 형태로 구성할 수 있다. 두 장의 유리 기판은 각각 내측면에 투명 면전극이 형성되어 있다. 마주 보는 투명 면전극 사이에 고분자 분산형 액정을 채우고 밀봉한 형태로 선택형 확산판(SD)을 형성할 수 있다. 또는, 두 장의 필름형 투명 전극판 사이에 고분자 분산형 액정 필름판을 삽입하여 합착한 형태로 선택형 확산판(SD)을 형성할 수 있다.
고분자 분산형 액정을 구비한 선택형 확산판(SD)의 마주보는 두 면전극에 전원을 인가하면, 고분자 분산형 액정이 전압에 의해 일정 방향을 갖고 배열하여 투명성을 갖는다. 반면에, 전원을 인가하지 않은 상태에서는 고분자 분산형 액정이 임의적으로 배열되어 있으므로, 입사되는 빛을 확산 및 집광 시키는 기능을 한다. 도 2에서도 살펴 보았듯이, 하부 확산판에 의해서도 도광판에서 출사된 빛이 어느 정도 집광되는 것을 알 수 있다. 본 발명의 구성 요소인 선택형 확산판(SD)을 사용한 경우, 적어도 노트북 용 액정표시장치에서 필요로 하는 200nit의 집광성을 보장한다.
본 발명의 선택형 확산판(SD)은 액정표시패널(LCP)가 작동할 때는 확산 기능을 구현하여야 한다. 반면에 액정표시패널(LCP)를 작동하지 않을 때는 투명 성질을 나타내어야 한다. 예를 들어, 선택형 확산판(SD)가 고분자 분산형 액정을 이용하여 구성한 것이라면, 액정표시패널(LCP)을 작동할 때는 전원을 차단하여 확산 기능을 구현하도록 하여야 한다. 한 편, 액정표시패널(LCP)를 사용하지 않을 경우에는 전원을 인가하여 고분자 분산 액정을 정렬시켜 투명성을 확보하여야 한다. 즉, 액정표시패널(LCP)을 켤(턴-온: Turn-On) 때는 고분자 분산형 액정을 구비한 선택형 확산판(SD)을 끄고(턴-오프: Turn-Off), 액정표시패널 (LCP)을 끌(턴-오프: Turn-Off) 때는 고분자 분산형 액정을 구비한 선택형 확산판(SD)을 켜는(턴-온: Turn-On) 것이 바람직하다.
도광판(LG)에서 많은 양의 빛이 반사 패턴에 의해 전면부로 굴절 및 반사 되지만, 상당 양의 빛이 도광판(LG) 배면부로 손실될 수 있다. 이 손실되는 빛으로 인해 액정표시패널(LCP)의 전면부에서 휘도가 저하된다. 이를 보상하기 위해 도광판(LG)의 배면에는 휘도보상필름(BF)을 부착한다. 예를 들어, 휘도보상필름(BF)은 투명성을 보장하여야 하므로 DBEF (dual brightness enhancement film)를 사용하는 것이 바람직하다. 또한, 액정표시패널(LCP)의 전면부에서의 휘도를 더욱 보상하기 위해, 선택형 확산판(SD)을 출사한 빛을 집광시키기 위해 하부 편광판(PU)에 휘도향상 편광필름을 사용하는 것이 바람직하다.
이상 설명한 본 발명에 의한 투명 액정표시장치는 표시장치로 사용할 경우에는 선택형 확산판(SD)의 전원을 차단하여 확산 기능을 구현하도록 하여 최하 전면부에서의 휘도가 200nit 이상인 양질의 표시장치를 얻었다. 한 편, 표시장치로 사용하지 않을 때는 선택형 확산판(SD)에 전원을 인가하여 액정표시장치가 투명성을 나타내도록 하였다.
이상 설명한 내용을 통해 당업자라면 본 발명의 기술 사상을 일탈하지 아니하는 범위에서 다양한 변경 및 수정이 가능함을 알 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 기술적 범위는 명세서의 상세한 설명에 기재된 내용으로 한정되는 것이 아니라 특허 청구의 범위에 의해 정해져야만 할 것이다.
11: 탑 케이스 13: 가이드 패널
12, LCP: 액정표시패널 14: 광학 필름
41: 하부 확산시트 43: 하부 프리즘시트
45: 상부 확산시트 47: 상부 프리즘시트
15, LS: 광원 16, LG: 도광판
19: 반사판 17: 커버 버텀
21, PU: 상부 편광판 23, PL: 하부 편광판
SU: 상부 기판 SL: 하부 기판
LC: 액정층 SD: 선택형 확산판
BF: 휘도보상필름

Claims (10)

  1. 노멀리 화이트 모드의 액정표시패널;
    상기 액정표시패널의 배면과 직접 대면하며, 고분자 확산 액정을 구비하는 선택형 확산판;
    상기 선택형 확산판의 배면과 직접 대면하는 도광판; 그리고
    상기 도광판의 일측면에 배치되는 광원을 포함하되,
    상기 액정표시패널에 전원이 인가되어 표시장치로 기능을 나타낼 때, 상기 선택형 확산판은 전원이 차단되어 확산 기능을 나타내고,
    상기 액정표시패널에 전원이 차단되어 노멀 상태로 투명 상태를 유지할 때, 상기 선택형 확산판은 전원이 인가되어 투명 기능을 나타내는 것을 특징으로 하는 투명 액정표시장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 도광판의 배면과 직접 대면하는 휘도보상필름을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 투명 액정표시장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 액정표시패널은, 일정 간격으로 합착된 상부 기판과 하부 기판, 상기 상부 기판과 상기 하부 기판 사이에 개재된 액정층, 상기 상부 기판 위에 배치된 상부 편광판, 그리고 상기 하부 기판 아래에 배치된 하부 편광판을 포함하는 것을 특징으로 하는 투명 액정표시장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 선택형 확산판은 상기 하부 편광판과 직접 대면하는 것을 특징으로 하는 투명 액정표시장치.
  5. 제 3 항에 있어서,
    상기 하부 편광판은 휘도보상 편광판인 것을 특징으로 하는 투명 액정표시장치.
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 삭제
  9. 삭제
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 도광판의 배면에 프리즘 형상, 렌티 큘라 형상, 및 마이크로 렌즈 형상 중 적어도 어느 하나를 포함하는 반사 패턴이 형성된 것을 특징으로 하는 투명 액정표시장치.
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