KR102337786B1 - 백라이트 유닛 및 이를 포함하는 디스플레이 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 백라이트 유닛 및 이를 포함하는 디스플레이 장치에 관한 것이다.
본 발명에 따른 백라이트 유닛은 면광원 형태의 광원부 및 투명 전극과 상부 기판 사이에, 그리드선과 슬릿이 교대로 배열되는 메탈 그리드 편광자를 포함함으로써, 경량박형의 백라이트 유닛을 구현할 뿐만 아니라, 면광원으로부터 생성된 빛의 대부분을 재편광하여 광효율을 극대화할 수 있다.
또한, 이를 디스플레이 장치에 적용함으로써, 장치의 무게와 두께를 감소시킴과 동시에, 향상된 시인성 및 균일하고 우수한 휘도를 부여할 수 있다.

Description

백라이트 유닛 및 이를 포함하는 디스플레이 장치{BACKLIGHT UNIT AND DISPLAY DEVICE COMPRISING THE SAME}
본 발명은 백라이트 유닛 및 이를 포함하는 디스플레이 장치에 관한 것이며, 보다 상세하게는 구조가 단순화되고 광효율이 증가된 백라이트 유닛을 및 이를 포함하는 디스플레이 장치에 관한 것이다.
디스플레이 장치는 데이터를 시각적으로 표시하는 장치로, 액정 표시 장치(Liquid Crystal Display), 전기영동 표시 장치(Electrophoretic Display), 유기 발광 표시 장치(Organic Light Emitting Display), 무기 EL 표시 장치(Electro Luminescent Display), 전계 방출 표시 장치(Field Emission Display), 표면 전도 전자 방출 표시 장치(Surface-conduction Electron-emitter Display), 플라즈마 표시 장치(Plasma Display), 및 음극선관 표시 장치(Cathode Ray Display) 등이 있다.
이 중에서도 특히, 양산화 기술, 구동수단의 용이성, 고화질의 구현, 대면적 화면의 실현이 가능한 장점으로 인해 최근에는 액정표시장치(LCD)가 주로 각광을 받고 있다.
액정표시장치(Liquid Crystal Display Device; LCD)는 인가 전압에 따른 액정 투과도의 변화를 이용하여 각종 장치에서 발생되는 여러 가지 전기적인 정보를 시각정보로 변화시켜 전달하는 전자 소자이다. 액정표시장치는 저전력 구동, 박형 구조, 우수한 화질을 구현할 수 있어, 종래 사용되던 CRT(Cathode Ray Tube)의 단점을 극복할 수 있는 대체 수단으로 널리 사용되고 있는 실정이다.
이러한 액정표시장치는 크게 디스플레이 유닛, 회로부, 및 백라이트 유닛으로 구분할 수 있다. 디스플레이 유닛은 투과되는 빛의 양을 조절하여 화상을 표시하는 기능을 담당하고, 회로부는 구동시스템에서 전달된 각종 신호들을 상기 디스플레이 유닛에 신호를 인가하고 이러한 신호를 제어하는 기능을 하며, 상기 백라이트 유닛은 디스플레이 유닛 전체에 고르게 빛을 조사하는 조광장치로 사용된다.
구체적으로, 디스플레이 유닛은 서로 대향하는 두 기판 사이에 그 사이에 개재된 액정으로 이루어지고, 이러한 액정을 사이에 두고 발생한 전계에 의해 액정 배열을 변화시켜 영상을 표시하게 된다. 상기 두 기판들의 외부에는 각각 편광판이 부착되어 구성된다.
회로부는 각종 회로소자 및 인쇄회로기판(PCB; Printed Circuit Board)등을 포함하여 구성되어 액정표시장치 전반의 구동을 제어한다.
백라이트 유닛(Backlight Unit; BLU)은 액정표시장치의 광원으로, 액정표시장치가 자체적으로 발광하지 못하고 외부에서 들어오는 빛의 투과율을 조절하여 화상을 표시하는 수광성 소자이기 때문에 구비되는 광 공급장치이다.
이러한 백라이트 유닛은 광원의 위치에 따라 에지형 백라이트 유닛(Edge type BLU)와 직하형 백라이트 유닛(Bottom Type BLU)으로 구분된다. 또한, 백라이트 유닛(BLU)은 광원에 공급되는 광을 디스플레이 유닛에 효율적으로 전달 및 이용할 수 있도록 도광판과 여러 종류의 광학시트를 포함하여 구성된다.
도 1은 종래의 액정표시장치(100)의 구조를 도시한 것으로, 디스플레이 유닛(101)과 백라이트 유닛(102)을 개략적으로 나타내었다.
디스플레이 유닛(101)은 게이트선, 데이터선, 박막 트랜지스터(Thin Film Transistor; TFT) 및 화소 전극 등이 구비되어 있는 TFT 기판(7)과, 이에 대향하여 배치되며 컬러필터(Color filter) 및 공통 전극 등이 구비되어 있는 컬러필터 기판(9) 및 TFT 기판(7)과 컬러필터 기판(9) 사이에 액정이 채워져 있는 액정층(8) 등으로 구성된다.
TFT 기판(7)은 매트릭스상의 박막 트랜지스터가 구비되어 있는 투명한 유리 기판으로서, 소스 단자에는 데이터 라인이 연결되고, 게이트 단자에는 게이트 라인이 연결되어 있다. 드레인 단자에는 도전성 재질로서 투명한 ITO(indium tin oxide)로 이루어진 화소 전극이 구비된다.
이러한 TFT 기판(7)에 대향하여 그 위에 컬러필터 기판(9)이 배치된다. 컬러필터 기판(9)은 광이 통과하면서 소정의 색이 발현되는 색 화소인 R, G, B 화소가 박막 공정에 의해 구비된 기판으로, 전면에 ITO로 이루어진 공통 전극이 구비 되어 있다.
상기 액정층(8)은 상기 TFT 기판(7)과 컬러필터 기판(9)의 사이에 마련되며, 내부에 액정이 채워지며, 화소 단위를 이루는 액정셀(8')들이 매트릭스 형태로 배열되어 있다. 상기 액정셀(8')은 화상신호 정보에 따라 배열이 변경되어 광투과율을 조절함으로써, 화상을 구비하게 된다.
또한, TFT 기판(7)의 하부와 컬러필터기판(9)의 상부에는 광원에서 제공되는 무편광의 광을 직선 편광으로 편광시키는 편광판(6, 10)이 구비된다. 이러한 편광판(6, 10)은 액정층(8)의 액정셀(8') 배향방향에 따라 광의 투과방향을 일정하게 유지시켜 준다.
한편, 백라이트 유닛(102)은 TFT 기판(7)의 배면에 구비되어 있다. 백라이트 유닛(102)은 빛의 활용률을 높이기 위한 반사판(1), 빛을 제공하는 램프(2), 빛을 기판의 전영역에 고루 분포시키기 위한 도광판(3) 및 확산판(4) 등이 구비된다.
또한, 휘도를 향상시키기 위하여 디스플레이 유닛(101)의 편광판(6, 10)과는 별도로 특정 편광 방향의 광을 투과시키고 다른 편광 방향의 광은 반사시켜 광의 재활용률을 높일 수 있는 반사형 편광필름(5)이 구비된다.
반사형 편광필름(5) 중에서 이중휘도향상필름(Dual Brightness Enhanced Film; DBEF)는 휘도 향상 비율이 가장 높기 때문에 액정표시장치에 적용할 경우 광 효율 특성을 높일 수 있는 장점을 갖는다.
그러나, 종래의 액정표시장치(100)의 백라이트 유닛(102)은 구성요소가 많아서 구조가 복잡하고, 제조단가가 높아 저가의 액정표시장치를 구현하기 어려운 문제점이 있다. 또한, 광원에서 제공되는 빛 중 편광만을 사용하기 때문에 광효율이 떨어지고, 이중휘도향상필름을 사용하는 경우 광효율은 개선되나 제조 단가가 매우 높은 문제점이 있다.
최근, 디스플레이 장치를 보다 경량, 박형화하기 위한 연구가 가속화되고 있는 바, 복잡한 구조를 가진 백라이트 유닛부를 간소화할 수 있는 기술이 필요한 실정이다.
본 발명은 상술한 문제점 등을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명은 복잡한 백라이트 유닛의 구조를 간소화하여 경량박형의 백라이트 유닛 및 상기 백라이트 유닛이 적용된 디스플레이 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 얇은 두께를 가짐과 동시에 간소화된 제조 공정을 통해 구현 가능한 백라이트 유닛 및 상기 백라이트 유닛이 적용된 디스플레이 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
추가적으로, 본 발명은 광원에서 생성된 빛의 대부분을 재편광화하여 사용함으로써 광효율이 최대화된 백라이트 유닛 및 상기 백라이트 유닛이 적용된 디스플레이 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 제조시 구조 및 공정이 단순하여 제조 원가가 절감된 백라이트 유닛 및 상기 백라이트 유닛이 적용된 디스플레이 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 측면에 따르면, 면광원 형태의 광원부 및 메탈 그리드 편광자를 포함하는 백라이트 유닛을 제공할 수 있다.
보다 구체적으로, 본 발명의 일 측면에 따른 백라이트 유닛은 면광원 형태의 광원부, 상기 광원부의 하면에 반사 전극, 상기 반사 전극의 하면에 하부 기판, 상기 광원부의 상면에 투명 전극, 상기 투명 전극의 상면에 상부 기판 및 상기 투명 전극과 상기 상부 기판 사이에, 메탈 그리드선과 슬릿이 교대로 배열되는 메탈 그리드 편광자를 포함할 수 있다.
여기서, 상기 광원부는 유기발광다이오드 소자 (OLED)를 포함함으로써, 디스플레이 유닛에 도광판 사용 없이 면광원을 직접 조사할 수 있다.
상기 메탈 그리드선은 일방향으로 평행하게 배열됨으로써, 메탈 그리드선과 슬릿이 평행하게 번갈아 위치될 수 있다.
또한, 메탈 그리드선 자체의 폭은 50 nm 내지 100 nm, 하나의 메탈 그리드선과 그와 이웃한 메탈 그리드선 사이의 간격인 슬릿의 폭은 30 nm 내지 100 nm일 수 있어, 광원부로부터 제공되는 빛에 대하여 높은 편광도를 제공할 수 있다.
또한, 상기 메탈 그리드선은 반사율이 높은 Al, Ag, Al 합금 및 Ag 합금으로부터 선택된 적어도 하나로 구성될 수 있어, 광원에서 생성된 빛의 대부분을 재편광화하여 사용함으로써 광효율을 최대화할 수 있다.
상기 상부 기판과 상기 메탈 그리드선 사이에 블랙 매트릭스가 포함될 수 있는 바, 블랙 매트릭스의 상부 차광을 해 디스플레이 장치에 외부의 광원에 의해서 디스플레이 유닛에서 입사된 빛의 반사를 방지할 수 있다.
상기 투명 전극은 상기 메탈 그리드 편광자를 덮도록 구비될 수 있고 이러한 구조를 통해 높은 투명 전극의 저항을 메탈 그리드선으로 보상할 수 있어, 메탈 그리드 편광자는 상기 투명 전극의 보조 전극역할을 수행할 수 있다.
또한, 상기 투명 전극은 상호 전기적으로 분리되는 복수의 전극 영역으로 분할될 수 있는 바, 분리된 투명 전극 중 단락된 일부분의 배선을 끊을 수 있어 일부 단락으로 인한 전체 전극의 단락을 방지할 수 있다.
또한, 상기 반사 전극은 Al, Ag, Al 합금 및 Ag 합금으로부터 선택된 적어도 하나로 구성될 수 있고, 백라이트 유닛에서 전극 역할뿐만 아니라, 면광원의 재활용을 위한 반사판 역할을 수행할 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 면광원 형태의 광원부, 상기 광원부의 하면에 반사 전극, 상기 반사 전극의 하면에 하부 기판, 상기 광원부의 상면에 투명 전극, 상기 투명 전극의 상면에 상부 기판 및 상기 투명 전극과 상기 상부 기판 사이에, 메탈 그리드선과 슬릿이 교대로 배열되는 메탈 그리드 편광자를 포함하는 백라이트 유닛 및 상기 백라이트 유닛 상부에 디스플레이 유닛을 포함하는 디스플레이 장치를 제공할 수 있다.
여기서, 상기 광원부는 유기발광다이오드 소자 (OLED)를 포함함으로써, 면광원으로 전환을 위한 다양한 광학부품 없이 디스플레이 유닛에 면광원을 제공할 수 있다.
또한, 상기 메탈 그리드선은 일방향으로 평행하게 배열됨으로써, 메탈 그리드선과 슬릿이 평행하게 번갈아 위치될 수 있고, 편광판 역할을 수행할 수 있기 때문에 디스플레이 장치에 적용시 디스플레이 유닛의 하부 편광판을 생략할 수 있다.
또한, 상기 메탈 그리드 편광자의 하나의 메탈 그리드선과 그와 이웃한 메탈 그리드선 사이의 간격인 슬릿의 폭은 30 nm 내지 100 nm일 수 있어, 광원부로부터 제공되는 빛에 대하여 높은 편광도를 구현하는 디스플레이 장치를 제공할 수 있다.
또한, 상기 투명 전극은 상기 메탈 그리드 편광자를 덮도록 구비될 수 있고 이러한 구조를 통해 높은 투명 전극의 저항을 메탈 그리드선으로 보상할 수 있어, 디스플레이 장치의 전기적 안정성을 향상시키고 소비 전력을 감소시킬 수 있다.
상기 디스플레이 장치는 구조가 간소화되고 광효율이 우수한 백라이트 유닛을 포함함으로써, 경량박형을 요구하는 제품에 적용할 수 있어 신시장 또는 대체 시장의 창출이 가능한 이점이 있다.
본 발명에 따르면, 복잡한 백라이트 유닛의 구조를 단순화시킬 수 있으므로, 이러한 백라이트 유닛이 적용되는 디스플레이 장치 제품 전체의 두께를 줄이고 무게를 감소시킬 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 편광 역할 및 광원 재활용을 위한 반사판 역할을 동시에 수행할 수 있는 메탈 그리드 편광자를 백라이트 유닛에 배치함으로써, 광효율을 극대화할 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 투명 전극의 보조 전극 역할을 할 수 있는 메탈 그리드 편광자를 백라이트 유닛에 배치함으로써, 투명 전극의 저항을 보상하여 전기적 안정성을 확보하고 소비전력을 감소시킬 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 백라이트 유닛에 포함되는 필수 구성 요소를 줄이고 특히, 이중휘도향상필름 등 고가의 제품을 사용하지 않고서도 높은 휘도를 구현할 수 있기 때문에, 제조 원가를 절감할 수 있다.
도 1은 종래의 일반적인 액정표시장치의 구조를 도시한 단면도로서, 액정표시장치에 포함된 디스플레이 유닛과 백라이트 유닛을 개략적으로 나타낸 것이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 백라이트 유닛을 도시한 단면도로서, 광원부 상부에 메탈 그리드 편광자를 포함하는 백라이트 유닛을 개략적으로 나타낸 것이다.
도 3은 상부 기판 하면에 배치되는 메탈 그리드 편광자를 도시한 사시도로서, 메탈 그리드선과 슬릿이 교대로 일방향으로 평행하게 배열되는 것을 개략적으로 나타낸 것이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 백라이트 유닛을 도시한 단면도로서, 상부 기판과 메탈 그리드선 사이에 블랙 매트릭스를 포함하는 백라이트 유닛을 개략적으로 나타낸 것이다.
도 5a및 5b는 본 발명의 다른 실시예에 따른 백라이트 유닛을 도시한 단면도로서, 상호 전기적으로 분리되는 복수의 전극 영역으로 분할되는 투명 전극을 포함하는 백라이트 유닛을 개략적으로 나타낸 것이다.
도 6a, 도 6b 및 도 6c는 본 발명의 일 실시예에 따른 백라이트 유닛의 면광원에서 발산되는 광의 편광 방향을 개략적으로 나타낸 것이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 디스플레이 장치를 도시한 단면도로서, 광원부 상부에 메탈 그리드 편광자를 포함하는 백라이트 유닛을 포함하는 것을 개략적으로 나타낸 것이다.
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 디스플레이 장치를 도시한 단면도로서, 백라이트 유닛으로부터 발산되는 광의 방향을 개략적으로 나타낸 것이다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.
본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 붙이도록 한다.
도면에서 여러 층 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 나타내었다. 그리고 도면에서, 설명의 편의를 위해, 일부 층 및 영역의 두께를 과장되게 나타내었다.
이하에서 기재의 "상부 (또는 하부)" 또는 기재의 "상 (또는 하)"에 임의의 구성이 구비 또는 배치된다는 것은, 임의의 구성이 상기 기재의 상면 (또는 하면)에 접하여 구비 또는 배치되는 것을 의미할 뿐만 아니라, 상기 기재와 기재 상에 (또는 하에) 구비 또는 배치된 임의의 구성 사이에 다른 구성을 포함하지 않는 것으로 한정하는 것은 아니다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 백라이트 유닛 및 이를 포함하는 디스플레이 장치에 대하여 상세히 설명한다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 면광원 형태의 광원부, 상기 광원부의 하면에 반사 전극, 상기 반사 전극의 하면에 하부 기판, 상기 광원부의 상면에 투명 전극, 상기 투명 전극의 상면에 상부 기판 및 상기 투명 전극과 상부 기판 사이에, 메탈 그리드선과 슬릿이 교대로 배열되는 메탈 그리드 편광자를 포함하는 백라이트 유닛이 제공될 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 백라이트 유닛을 도시한 단면도로서, 광원부와 상부 기판 사이에 메탈 그리드 편광자를 포함하는 백라이트 유닛을 개략적으로 나타낸 것이다.
구체적으로, 본 발명의 일 실시예에 따른 백라이트 유닛(200)은 면광원 형태의 광원부(23)를 포함하며, 유기발광다이오드 소자(OLED)를 포함할 수 있다.
일반적인 디스플레이 장치에서 백라이트 유닛은, 균일한 휘도를 통한 우수한 화질을 구현하기 위해 디스플레이 유닛 화면 전체에 균일하게 광을 조사할 필요가 있다. 이러한 이유로 종래 백라이트 유닛은 도광판, 확산판, 프리즘 시트 등 다수의 광학부품들을 사용하여 점광원 또는 선광원을 면광원으로 변환하고 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 백라이트 유닛(200)은 광원부(23) 자체에서 면광원 형태의 광을 공급하는데, 유기발광다이오드 소자, 보다 바람직하게는 백색 유기발광다이오드 소자를 포함할 수 있다.
유기발광다이오드 소자란 형광성 유기화합물에 전류가 흐르면서 빛을 내는 전계발광현상(electroluminescence)을 이용한 자체발광소자로, 면광원 형태의 빛을 발산하기 때문에 위치에 상관없이 디스플레이 유닛 전반에 균일한 광을 공급할 수 있다.
따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 백라이트 유닛(200)은 광원으로부터 생성되는 광을 면광원으로 변환하기 위한 광학부품들을 포함할 필요가 없어, 경량박형의 구조가 가능하고 제조 원가를 절감할 수 있다.
또한, 상기 광원부(23)의 상면에 투명 전극(24), 하면에 반사 전극(22)과 상기 반사 전극(22)의 하면 및 상기 투명 전극(24)의 상면에 상부 및 하부 기판(21, 26)을 포함하고, 이 때 메탈 그리드 편광자(25')를 광원부(23)의 상부에 포함할 수 있다.
메탈 그리드 편광자(25')는 상부 기판(26) 하면에 일정한 간격을 두고 배열된 복수의 메탈 그리드선(25)과, 하나의 메탈 그리드선과 이와 이웃한 메탈 그리드선 간의 간격인 슬릿을 포함하며, 반사율이 좋은 금속으로 이루어질 수 있다.
면광원 특히, OLED 광원은 균일한 휘도를 구현할 수 있는 이점이 있으나, 같은 광도를 갖는 점광원 또는 선광원보다 휘도의 정도가 약하기 때문에 밝기가 어두울 우려가 있다.
이에 백라이트 유닛(200)에 상기 메탈 그리드 편광자(25')를 광원부(23)의 상부에 위치시킴으로써, 편광판 역할 뿐만 아니라 광원으로부터 발생하는 광을 반사하여 반사 전극에서 광을 다시 반사시켜 재편광시키는 역할을 동시에 구현할 수 있다.
따라서, 메탈 그리드 편광자(25')를 백라이트 유닛(200)의 광원부(23)와 근접한 위치에 배치시킴으로써, 디스플레이 유닛의 하부 편광판을 생략하면서 광효율을 극대화시킬 수 있다.
도 3은 상부 기판 하면에 배치되는 메탈 그리드 편광자를 도시한 사시도로서, 메탈 그리드선(25)과 슬릿이 기판에 교대로 일방향으로 평행하게 배열되는 것을 개략적으로 나타낸 것이다.
상기 메탈 그리드선은 일방향으로 평행하게 배열됨으로써, 메탈 그리드선과 슬릿이 평행하게 번갈아 위치될 수 있고, 편광판 역할을 수행할 수 있기 때문에 디스플레이 장치에 적용시 디스플레이 유닛의 하부 편광판을 생략할 수 있다.
상기 메탈 그리드선의 폭(G)은 50 nm 내지 100 nm일 수 있고, 이러한 간격으로 메탈 그리드선이 배열되는 경우 보다 높은 광효율을 얻을 수 있다.
슬릿의 폭(S)은 30 nm 내지 100 nm일 수 있고 특히, 슬릿의 폭(S)이 상기 범위를 만족하는 경우 반사를 통한 재편광 및 편광의 정도가 가장 우수하여 최대의 광효율을 구현할 수 있다.
상기 메탈 그리드 편광자의 메탈 그리드선(25)은 포토리소그래피(photolithography)방법 또는 임프린팅(imprinting) 방법으로 포토 레지스트를 도포 후 건식 또는 습식 식각을 통해 증착될 수 있다.
이 때, 상기 메탈 그리드선(25)은 Al, Ag, Al 합금 및 Ag 합금으로부터 선택된 적어도 하나로 구성될 수 있고, 가장 바람직하게는 Ag일 수 있다.
광원부(23)에서 발생되는 빛 중 비편광 빛을 재활용하기 위해 상기와 같이 반사율이 높은 금속으로 편광자를 구비함으로써, OLED 광원을 사용하는 백라이트 유닛을 구비하는 디스플레이 장치에 높은 휘도를 부여할 수 있다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 백라이트 유닛(201)을 도시한 단면도로서, 상부 기판(26)과 메탈 그리드선(25) 사이에 블랙 매트릭스(27)를 포함하는 백라이트 유닛을 개략적으로 나타낸 것이다.
블랙 매트릭스(27)는 메탈 그리드 편광자를 기판에 증착시키기 전에 처리하여 구비되는 것으로, 블랙 매트릭스 증착 후 블랙 매트릭스 상부에 각 메탈 그리드선을 증착시킬 수 있다.
또한, 블랙 매트릭스(27)는 카본 블랙이나 안료가 첨가된 감광성 유기 물질의 블랙 수지 등으로 구비될 수 있다.
상기 블랙 매트릭스(27)는 메탈 그리드 편광자의 외광 반사를 방지하기 위해 구비된다. 구체적으로, 디스플레이 유닛 외부로부터 백라이트 유닛부로 입사되는 빛이 있을 경우, 이러한 빛을 반사율이 뛰어난 메탈 그리드 편광자가 반사시키지 않도록 방지하는 역할을 수행할 수 있다.
따라서, 상기 백라이트 유닛(201)을 구비하는 디스플레이 장치는 높고 균일한 휘도를 구현할 뿐만 아니라, ACR(Ambient Contrast Ratio, 실외 환경에서의 명암비)가 향상될 수 있어 특히 야외에서 디스플레이 장치를 사용하는 경우 우수한 시인성을 나타낼 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 백라이트 유닛(200)의 투명 전극은 메탈 그리드 편광자를 덮도록 구비될 수 있다.
도 2를 참조하면, 투명 전극(24)는 메탈 그리드 편광자(25')의 메탈 그리드 선(25)과 메탈 그리드선 간의 간격인 슬릿 즉, 메탈 그리드 선이 배치되지 않은 상부 기판(26)의 하면을 덮도록 구비될 수 있다.
상기 투명 전극(24)은 ITO(Indium Tin Oxide), IZO(Indium Zinc Oxide), ITZO(Indium Tin Zinc Oxide), ZnO(Zinc Oxide), IGZO(Indium Gallium Zinc Oxide) 및 그라핀(graphene) 중 선택될 수 있는데, 디스플레이 장치를 보다 경량박형화하기 위해서 투명 전극(24)의 두께를 얇게 할수록 면저항이 커지는 문제점이 있다.
이 때, 상기 백라이트 유닛(200)의 구조는 메탈 그리드 편광자(25')와 투명 전극(24)이 접합된 구조로, 반사율뿐만 아니라 전기 전도성도 우수한 개개의 메탈 그리드선(25)이 투명 전극(24)의 높은 저항을 보상해주는 효과가 있다.
따라서, 투명 전극(24)이 메탈 그리드선(25)과 메탈 그리드선 사이의 노출된 기판(슬릿 부분)을 덮도록 구비됨으로써, 메탈 그리드선(25)이 투명 전극의 보조 전극이 될 수 있어, 적용된 디스플레이 장치의 전기적 안정성을 확보하고 소비전력을 감소시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 다른 실시예에 따른 백라이트 유닛(201)의 상기 투명 전극(24')은 상호 전기적으로 분리되는 복수의 전극 영역으로 분할될 수 있다.
따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 백라이트 유닛의 투명 전극(24')은 일 방향으로 평행하게 배열된 메탈 그리드 편광자(25')를 덮도록 구비됨과 동시에, 전기적으로 분리되어 공통전극이 아닌 적어도 2 이상의 개별전극일 수 있다.
상기 투명 전극(24')에서 상호 전기적으로 분리되는 복수의 전극 영역으로의 분할은 이에 대응하는 패턴이 형성된 스크린 마스크를 이용한 식각 공정 및 레이저 식각을 통해 구비될 수 있다.
도 5a 를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 백라이트 유닛은, 메탈 그리드 편광자의 정 중앙 슬릿에서 분리된 투명 전극(24')을 포함할 수 있다. 특히, 상기 투명 전극(24')은 메탈 그리드선이 배열된 방향과 평행한 방향에 따라 전기적으로 분리된 형태일 수 있고, 적어도 2 이상의 복수의 전극 영역으로 분할될 수 있다.
또한, 도 5b 를 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 백라이트 유닛은 상부 기판(26)에 구비된 메탈 그리드 편광자(25)를 덮도록 구비된 투명 전극(24')이 메탈 그리드 슬릿 중 정 가운데 슬릿 부분에서 분리되어 있고, 메탈 그리드선이 배열된 방향과 수직인 방향으로 추가로 분리될 수 있다.
따라서, 백라이트 유닛(201)을 포함하는 디스플레이 장치 구동시, 투명 전극의 일 부분에서 단락이 발생하는 경우, 상호 전기적으로 분리된 영역이기 때문에 단락된 투명 전극과 관련된 부분을 끊어 일 부분의 단락으로 전체 전극이 단락되는 것을 방지할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 백라이트 유닛의 반사 전극은 Al, Ag, Al 합금 및 Ag 합금으로부터 선택된 적어도 하나로 구성될 수 있다.
본 발명의 일 측면에 따른 백라이트 유닛의 반사 전극(22)은 고반사 전극으로 메탈 그리드 편광자와 함께 광효율을 극대화시키는 역할을 한다.
광원부(23)에서 발생되는 빛 중 비편광된 빛을 메탈 그리드선(25)이 반사시키면, 상기와 같이 반사율이 높은 금속으로 구성된 반사전극에서 재반사시켜 재편광을 통해 빛을 재활용할 수 있다.
도 6a, 도 6b 및 도 6c는 본 발명의 일 실시예에 따른 백라이트 유닛의 면광원에서 발산되는 광의 편광 방향을 개략적으로 나타낸 것이다.
도 6a를 참조하면, 광원부에서 발산되는 빛의 방향이 어디에도 반사되지 않고 슬릿을 직접 통과하는 것을 알 수 있다. L1은 광원부에서 발산되는 빛 중 메탈 그리드선(25)에 부딪히지 않고 메탈 그리드 편광자의 슬릿을 통과하는 빛을 나타낸다.
도 6b를 참조하면, 광원부에서 발산되는 빛의 방향이 먼저 반사전극(22)를 향한다. 이 때, 반사 전극은 매우 반사율이 좋은 고반사 전극으로 구비되기 때문에, 빛의 방향이 L2와 같이 슬릿을 직접 통과하지 않아도 반사 전극에 반사되어 메탈 그리드 편광자의 슬릿을 통과할 수 있다.
도 6c를 참조하면, 광원부에서 발산되는 빛의 방향이 먼저 메탈 그리드선을 향한다. L3은 광원부에서 발산되는 빛 중 메탈 그리드선(25)에 부딪히는 빛으로, 고반사성 금속으로 구비된 메탈 그리드선에 의해 재반사되어 또 고반사성 금속으로 구비된 반사 전극으로 반복적으로 반사되다가 메탈 그리드 편광자의 슬릿을 통과할 수 있다.
이와 같이, 본 발명의 일 측면에 따른 백라이트 유닛(200, 201)은 광원에서 발산되는 빛의 방향에 구애받지 않고 광을 편광시킬 수 있다. 특히, 고반사성 메탈 그리드 편광자와 고반사성 반사 전극을 함께 구비함으로써, L3와 같이 빛이 재편광되어 백라이트 유닛을 통과할 수 있어 광효율을 최대화시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 백라이트 유닛의 상부 기판 및 하부 기판은 글라스(glass) 소재 또는 플라스틱(plastic) 소재로 구성될 수 있다.
상부 기판 및 하부 기판이 글라스 소재로 구성되는 경우 높은 투명도와 낮은 투습성을 구현할 수 있는 장점이 있고, 플라스틱 소재로 구성되는 경우에는 기판의 유연성이 뛰어나고, 무게가 가벼운 장점이 있다.
특히, 플라스틱 소재를 사용함으로써 기판의 유연성을 확보하여, 플렉서블 디스플레이를 구현할 수 있고, 비제한적 예시로서 PET(polyethylene terephthalate), PEN(polyethylenapthanate), PC(poly carbonate), PI(polyimide) 및 PNB(polynorborneen) 등의 물질을 사용할 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 면광원 형태의 광원부, 상기 광원부의 하면에 반사 전극, 상기 반사 전극의 하면에 하부 기판, 상기 광원부의 상면에 투명 전극, 상기 투명 전극의 상면에 상부 기판 및 상기 투명 전극과 상부 기판 사이에, 메탈 그리드선과 슬릿이 교대로 배열되는 메탈 그리드 편광자를 포함하는 백라이트 유닛 및 상기 백라이트 유닛 상부에, 디스플레이 유닛을 포함하는 디스플레이 장치를 제공할 수 있다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 디스플레이 장치(400)를 도시한 단면도로서, 광원부(43) 상부에 메탈 그리드 편광자를 포함하는 백라이트 유닛과 상기 백라이트 유닛으로부터 광을 공급받아 영상을 표시하는 디스플레이 유닛을 포함하는 것을 개략적으로 나타낸 것이다.
이와 같이, 면광원을 발산하는 OLED를 광원(43)으로 게재하고, 고반사성 반사 전극 및 상부 기판(46) 하부에 고반사성 메탈 그리드 편광자를 배치시킴으로써, 디스플레이 유닛의 하부 편광판 및 도광판, 확산판 및 반사판 등의 면광원으로 전환을 위한 광학 부품을 생략할 수 있어 경량박형의 디스플레이 장치를 구현할 수 있다.
구체적으로, 본 발명의 일 실시예에 따른 디스플레이 장치(400)에서, TFT 기판, 상기 TFT 기판에 대향되어 배치되는 컬러필터 기판 및, 상기 TFT 기판 및 컬러필터 기판의 사이에 게재되는 액정층을 포함하는 디스플레이 유닛을 포함할 수 있다.
도 7을 참조하면, 디스플레이 유닛은 서로 대향되도록 배치되는 컬러필터 기판(49)과 TFT 기판(47)을 포함하고, 그 사이에 유전 이방성을 갖는 액정층(48)이 구비되어 있다.
구체적으로, TFT 기판(47)에는 서브 픽셀을 정의하기 위한 게이트 배선 및 데이터 배선이 교차 배열되고, 교차 부위에는 액정셀의 배열 방향을 변환시키기 위한 전압의 전원을 스위칭하는 박막트랜지스터(TFT)가 구비되고, 각 서브 픽셀에는 박막트랜지스터와 전기적으로 연결되어 액정층(48)에 전압을 인가하는 화소전극이 구비될 수 있다.
또한, 컬러필터 기판(49)은 각 서브 픽셀별로 일정한 순서로 배열되어 색상을 구현하는 적색(Red), 녹색(Green), 청색(Blue)의 컬러필터층과 R,G,B 셀 사이의 구분과 광차단 역할을 하는 블랙 매트릭스 및 액정층(48)에 전압 인가하는 공통 전극이 구비될 수 있다.
이와 같이, TFT-LCD는 다수의 액정셀들에 공급될 신호를 전환하기 위한 다수의 제어용 스위치들로 구성된 구조가 복잡하고 이로 인해 제조 비용이 높고 경량 박형이 어려운 디스플레이 유닛을 구비하는 바, 본 발명의 일 측면에 따른 단순한 구조의 백라이트 유닛을 구비함으로써 경량박형의 디스플레이를 구현할 수 있다.
상기 디스플레이 장치에 포함되는 백라이트 유닛은 광원부(43) 자체에서 면광원 형태의 광을 공급하는데, 유기발광다이오드 소자, 보다 바람직하게는 백색 유기발광다이오드 소자를 포함할 수 있다.
따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 디스플레이 장치(400)는 광원으로부터 생성되는 광을 면광원으로 변환하기 위한 광학부품들을 포함할 필요가 없어, 경량박형의 구조가 가능하고 제조 원가를 절감할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 디스플레이 장치(400)는 메탈 그리드 편광자(45)를 백라이트 유닛의 광원부(23)와 근접한 위치에 배치시킴으로써 광효율을 극대화시킬 수 있다.
구체적으로, 메탈 그리드선(45)은 슬릿과 상부 기판(46)에 교대로 일방향으로 평행하게 배열되는 바, 메탈 그리드 편광자가 편광판 역할을 수행할 수 있기 때문에 디스플레이 장치에 적용시 디스플레이 유닛의 하부 편광판을 생략하여 장치의 두께를 보다 줄일 수 있다.
또한, 상기 메탈 그리드 편광자의 슬릿의 폭은 30 nm 내지 100 nm일 수 있고, 이 때 편광도 및 반사를 통한 재편광도가 가장 높아 광효율을 최대화할 수 있다.
또한, 상기 메탈 그리드선(45) 및 반사 전극(42)는 고반사성 재료인 Al, Ag, Al 합금 및 Ag 합금으로부터 선택된 적어도 하나로 구성될 수 있어, 비편광 빛을 재반사시켜 편광시킬 수 있다.
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 디스플레이 장치를 도시한 단면도로서, 백라이트 유닛으로부터 발산되는 광의 방향을 개략적으로 나타낸 것이다.
이와 같이, 광원에서 발산되는 빛의 시작 방향과 상관없이, 반사 전극 또는 메탈 그리드선을 통해 재반사되어 재편광시킴으로써, 디스플레이 유닛으로 최대 효율의 광량이 발산될 수 있다.
따라서, 면광원에 의해 얻어지는 균일한 휘도 뿐만 아니라, 극대화된 광효율을 통해 높은 휘도를 갖는 디스플레이 장치를 구현할 수 있다.
또한, 디스플레이 장치(400)의 투명 전극(44)은 메탈 그리드 편광자를 덮도록 구비되는데, 이 때 반사율뿐만 아니라 전기 전도성도 우수한 개개의 메탈 그리드선(45)이 투명 전극(44)의 높은 저항을 보상해줄 수 있어, 디스플레이 장치(400)의 전기적 안정성을 확보하고 소비전력을 감소시킬 수 있다.
이상에서는 본 발명의 실시예를 중심으로 설명하였지만, 통상의 기술자의 수준에서 다양한 변경이나 변형을 가할 수 있다. 따라서, 이러한 변경과 변형이 본 발명의 범위를 벗어나지 않는 한 본 발명의 범주 내에 포함되는 것으로 이해할 수 있을 것이다.
100, 400: 디스플레이 장치
102, 200, 201: 백라이트 유닛
101: 디스플레이 유닛
1: 반사판
2: 광원부
3: 도광판
4: 확산판
5: 반사형 편광필름
6, 10, 50: 편광필름
7, 47: TFT 기판
8, 48: 액정층
8': 액정셀
9, 49: 컬러필터 기판
21, 26, 41, 46: 기판
22, 42: 반사 전극
23, 43: 광원부
24, 24', 44: 투명 전극
25, 45: 메탈 그리드선
25': 메탈 그리드 편광자
27: 블랙 매트릭스
G: 메탈 그리드선의 폭
S: 슬릿의 폭
L1, L2, L3: 편광 방향

Claims (17)

  1. 면광원 형태의 광원부;
    상기 광원부의 하면에 반사 전극;
    상기 반사 전극의 하면에 하부 기판;
    상기 하부 기판의 상면과 마주보는 위치에 배치되고 상면 및 상기 상면에 대향하는 하면으로 구성된 상부 기판;
    상기 상부 기판의 하면에 상기 광원부와 마주보는 방향으로 배치된 복수개의 메탈그리드선과 상기 상부 기판의 표면을 노출시키면서 이웃하는 메탈 그리드선 사이에 배치된 슬릿으로 구성된 메탈 그리드 편광자; 및
    상기 광원부의 상면에 배치되고 상기 상부 기판의 노출된 하면의 표면을 덮으면서 상기 메탈 그리드 편광자와 접합된 투명 전극을 포함하는,
    백라이트 유닛.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 광원부는 유기발광다이오드 소자(OLED)를 포함하는,
    백라이트 유닛.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 메탈 그리드선은 일방향으로 평행하게 배열되는,
    백라이트 유닛.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 메탈 그리드선의 폭은 50 nm 내지 100 nm인,
    백라이트 유닛.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 슬릿의 폭은 30 nm 내지 100 nm인,
    백라이트 유닛.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 메탈 그리드선은 Al, Ag, Al 합금 및 Ag 합금으로부터 선택된 적어도 하나로 구성되는,
    백라이트 유닛.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 상부 기판의 하면에 배치되면서 상기 복수의 메탈 그리드선 하부 각각에 배치되고 상기 상부 기판의 표면을 노출시키는 복수의 블랙 매트릭스를 더 포함하는 백라이트 유닛.
  8. 삭제
  9. 제1항에 있어서,
    상기 투명 전극은 상기 메탈 그리드선이 배열된 방향과 평행한 방향으로 분리되어 상기 상부 기판의 하면을 노출시키면서 인접하는 투명 전극을 상호 전기적으로 분리하여 적어도 2개 이상의 개별전극으로 분할되는,
    백라이트 유닛.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 반사 전극은 Al, Ag, Al 합금 및 Ag 합금으로부터 선택된 적어도 하나로 구성되는,
    백라이트 유닛.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 상부 기판 및 상기 하부 기판은 글라스(glass) 소재 또는 플라스틱(plastic) 소재로 구성되는,
    백라이트 유닛.
  12. 면광원 형태의 광원부, 상기 광원부의 하면에 반사 전극, 상기 반사 전극의 하면에 하부 기판, 상기 하부 기판의 상면과 마주보는 위치에 배치되고 상면 및 상기 상면에 대향하는 하면으로 구성된 상부 기판;
    상기 상부 기판의 하면에 상기 광원부와 마주보는 방향으로 배치된 복수개의 메탈 그리드선과 상기 상부 기판의 표면을 노출시키면서 이웃하는 메탈 그리드선 사이에 배치된 슬릿으로 구성된 메탈 그리드 편광자;
    상기 광원부의 상면에 배치되고 상기 상부 기판의 노출된 하면의 표면을 덮으면서 상기 메탈 그리드 편광자와 접합된 투명 전극을 포함하는 백라이트 유닛; 및
    상기 백라이트 유닛 상부에 디스플레이 유닛;을 포함하는,
    디스플레이 장치.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 디스플레이 유닛은,
    TFT 기판;
    상기 TFT 기판에 대향되어 배치되는 컬러필터 기판; 및
    상기 TFT 기판 및 컬러필터 기판의 사이에 게재되는 액정층;을 포함하는,
    디스플레이 장치.
  14. 제12항에 있어서,
    상기 메탈 그리드선은 일방향으로 평행하게 배열되는,
    디스플레이 장치.
  15. 제12항에 있어서,
    상기 슬릿의 폭은 30 nm 내지 100 nm인,
    디스플레이 장치.
  16. 제12항에 있어서,
    상기 상부 기판의 하면에 배치되면서 상기 복수의 메탈 그리드선 하부 각각에 배치되고 상기 상부 기판의 표면을 노출시키는 복수의 블랙 매트릭스를 더 포함하는 디스플레이 장치.
  17. 제12항에 있어서,
    상기 투명 전극은 상기 메탈 그리드 선이 배열된 방향과 평행한 방향으로 분리되어 상기 상부 기판의 하면을 노출시켜 상호 전기적으로 분리되어 적어도 2개 이상의 개별전극으로 형성되는 는 복수의 전극 영역으로 분할되는 디스플레이 장치.
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