KR102377174B1 - 액정표시장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 액정표시장치에 관한 것으로, 액정층 상부에 컬러변환층을 배치하여 광손실을 최소화하고, 컬러변환층 상부에 컬러필터층을 배치하여 색재현성을 향상시킬 수 있게 된다.
또한, 제 2 편광판을 와이어 그리드 편광판을 포함하는 인셀 편광판으로 배치함으로써, 반사되는 광을 재이용하여 광효율을 향상시킬 수 있게 된다.
더욱이, 제 2 편광판은 이색성 염료가 포함된 반응성 액정단량체(또는 액정성 고분자)를 포함하여, 와이어 그리드 편광판과 편광층이 동일한 투과축을 갖게 함으로써, 편광도 및 대조비를 효과적으로 향상시킬 수 있게 된다.
또한, 액정층 상부에 형성되는 제 2 편광판에 의하여 상부 배향막을 생략할 수 있게 되어 제조 공정을 간소화할 수 있게 된다.

Description

액정표시장치{LIQUID CRYSTAL DISPLAY DEVICE}
본 발명은 액정표시장치에 관한 것으로, 특히 편광도 및 대조비를 향상시킬 수 있는 액정표시장치에 관한 것이다.
최근 정보 디스플레이에 관한 관심이 고조되고 휴대가 가능한 정보매체를 이용하려는 요구가 높아지면서 기존의 표시장치인 브라운관(Cathode Ray Tube; CRT)을 대체하는 경량 박막형 평판표시장치(Flat Panel Display; FPD)에 대한 연구 및 상업화가 중점적으로 이루어지고 있다.
특히, 이러한 평판표시장치 중 액정표시장치(Liquid Crystal Display; LCD)는 액정의 광학적 이방성을 이용하여 이미지를 표현하는 장치로서, 해상도와 컬러표시 및 화질 등에서 우수하여 노트북이나 데스크탑 모니터 등에 활발하게 적용되고 있다.
액정표시장치는 컬러필터(color filter) 기판과, 어레이(array) 기판 및 컬러필터 기판과 어레이 기판 사이에 형성된 액정층(liquid crystal layer)으로 구성된다.
도 1은 종래 액정표시장치를 개략적으로 보여주는 분해사시도이고, 도 2는 종래 액정표시장치의 구조를 개략적으로 보여주는 단면도이다
도 1 및 도 2를 참조하면, 일반적으로 액정표시장치(1)는 크게 컬러필터 기판(20)과, 어레이 기판(10)과, 컬러필터 기판(20) 및 어레이 기판(10) 사이에 형성된 액정층(30)과, 어레이 기판(10) 하부에 배치된 백라이트 유닛(40)으로 구성된다.
이때, 컬러필터 기판(20)에는 적색, 녹색, 청색을 구현하는 다수의 컬러필터 패턴(23a, 23b, 23c)으로 구성된 컬러필터층(23)과, 컬러필터 패턴(23a, 23b, 23c) 사이를 구분하고 액정층(30)을 투과하는 광을 차단하는 블랙매트릭스(BM), 그리고 액정층(30)에 전압을 인가하는 투명한 공통전극(28)이 형성된다.
어레이 기판(10)에는 종횡으로 배열되어 다수의 화소영역(P)을 정의하는 다수의 게이트라인(16)과 데이터라인(17), 각각의 게이트라인(16)과 데이터라인(17)의 교차영역에 형성된 스위칭 소자인 박막 트랜지스터(Thin Film Transistor; TFT)(T) 및 화소영역(P) 위에 형성된 화소전극(18)이 형성된다.
이와 같이 구성된 컬러필터 기판(20)과 어레이 기판(10)은 화상표시 영역의 외곽에 형성된 실런트(sealant)(미도시)에 의해 대향하도록 합착되어 액정패널을 구성한다.
액정표시장치(1)에 사용되는 컬러필터(23)는 염료(dye) 또는 안료(pigment)를 이용하여 불필요한 색상의 광은 흡수하여 소멸시키고 구현하고자 하는 색상의 광만 투과시켜 컬러를 구현한다. 이에 따라 하나의 화소영역(P)을 기준으로 입사된 백색광에서 RGB 삼원색 중 한가지색만 투과시킴으로써 투과율이 30%이상 되기 어려워 광효율이 저하되는 문제가 발생한다.
또한, 컬러필터 기판(20)과 어레이 기판(10) 외측에 배치된 편광판(11, 21)은 폴리비닐알코올(PVA) 필름에 요오드나 이색성 염료를 흡착시키고 이를 일정방향으로 연신하여 제조하여, 그 자체가 투과축의 방향에 대한 기계적 강도가 약하고, 열이나 수분에 의해 수축하여 편광도가 현저히 저하되며, 특정 방향으로 진동하는 빛만을 통과시켜 선평관을 만들기 때문에 편광판의 효율이 이론적으로 50%를 넘을 수 없으므로 LCD의 효율과 휘도를 저하시키는 가장 큰 요인이 되고 있다.
또한, 컬러필터 기판(20) 및 어레이 기판(10)과 액정층(30)의 각각의 경계면에는 액정의 초기 분자배열 방향을 결정하는 상, 하부 배향막이 형성되어야 하므로, 그에 따른 공정이 복잡해지고, 제조비용이 증가하는 문제가 있다
본 발명은, 이러한 문제점을 해결하기 위하여 제시된 것으로, 광효율 및 편광도를 향상시킬 수 있는 액정표시장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
위와 같은 과제의 해결을 위해, 본 발명은, 제 1 기판과 상기 제 1 기판과 마주하는 제 2 기판과 상기 제 1 기판과 상기 제 2 기판 사이에 배치되는 액정층과 상기 액정층과 상기 제 2 기판 사이에 배치되는 제 2 편광판과 상기 제 2 편광판은, 와이어 그리드 편광판(Wire Grid Polarizer)과, 상기 와이어 그리드 편광판과 상기 액정층 사이에 배치되며, 호스트에 이색성 염료(Dichroic Dye)가 포함된 편광층을 포함하며, 상기 호스트는 반응성 액정 단량체(Reactive Mesogen) 또는 액정성 고분자인 액정표시장치를 제공한다.
또한, 상기 제 2 편광판과 상기 제 2 기판 사이에 배치되는 컬러필터층과 상기 제 2 편광판과 상기 컬러필터층 사이에 배치되며, 제 1, 2, 3 영역을 포함하는 컬러변환층을 더 포함할 수 있다.
그리고, 상기 컬러변환층의 제 1 영역 및 제 2 영역은, 단색의 빛이 입사되면 특정 파장대의 빛을 출사시키는 컬러변환 물질로 이루어지며, 상기 컬러변환 물질은 유기 발광 물질 또는 퀀텀 도트일 수 있다.
여기서, 상기 컬러변환층의 제 3 영역은 투명층일 수 있다.
그리고, 상기 제 1 기판의 하부에 배치되는 백라이트 유닛을 더 포함하며, 상기 백라이트 유닛은 적, 녹, 청색 중 어느 하나의 색을 발광하는 LED를 광원으로 할 수 있다.
여기서, 상기 LED는 청색을 발광할 수 있다.
또한, 상기 제 1 영역은 청색의 광을 적색의 광으로 변환시키며, 상기 제 2 영역은 청색의 광을 녹색의 광으로 변화시키고, 상기 제 3 영역은 청색의 광을 그대로 투과시킬 수 있다.
그리고, 상기 제 1 기판과 상기 백라이트 유닛 사이에 배치되는 제 1 편광판을 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 제 1 기판과 상기 액정층 사이에 배향막을 더 포함할 수 있다.
한편, 본 발명은 투명한 기판과 금속 와이어를 포함하는 와이어 그리드 편광판(Wire Grid Polarizer)과 상기 와이어 그리드 편광판 상부에 배치되며, 호스트에 이색성 염료(Dichroic Dye)가 포함된 편광층을 포함하며,상기 호스트는 반응성 액정 단량체(Reactive Mesogen) 또는 액정성 고분자인 편광판을 제공한다.
본 발명은, 액정표시장치의 컬러필터 하부에 컬러변환층을 배치하여 광손실을 방지함과 동시에 색재현성을 향상시키고, 와이어 그리드 편광판 및 이색성 염료를 포함한 편광층으로 이루어진 인셀 편광판을 배치하여 광효율 및 편광도를 향상시킬 수 있게 된다.
또한, 상부 배향막을 생략할 수 있게 되어 제조공정을 단순화 할 수 있게 된다
도 1은 종래 액정표시장치를 개략적으로 보여주는 분해사시도이다.
도 2는 종래 액정표시장치의 구조를 개략적으로 보여주는 단면도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 액정표시장치를 개략적으로 나타낸 단면도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 제 2 편광판을 개략적으로 도시한 사시도이다.
도 5는 와이어 그리드 편광판의 금속 와이어의 피치에 따른 앵커링 에너지의 변화를 나타낸 그래프이다.
도 6는 본 발명의 실시예에 따른 액정표시장치의 대조비를 나타낸 그래프이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 액정표시장치를 개략적으로 나타낸 단면도이며, 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 제 2 편광판을 개략적으로 도시한 사시도이다.
도 3 및 도 4에 도시한 바와 같이, 본 발명에 따른 액정표시장치(100)는 제1 기판(110)과, 제 1 기판(110)에 마주하는 제 2 기판(120)과, 이들 두 기판(110, 120) 사이에 개재된 액정층(130)과, 제 1 기판(110)의 외측면에 배치된 제 1 편광판(111) 및 제 2 기판(120)과 액정층(130) 사이에 배치된 제 2 편광판(121)과, 제 1 편광판(111) 하부에 백라이트 유닛(140)을 포함할 수 있다.
여기서, 제 1 기판(110) 상부에는 게이트 절연막(155)과, 서로 교차하여 다수의 화소영역을 정의하는 다수의 게이트 및 데이터 배선(미도시)이 형성될 수 있다.
또한, 각 화소영역에는 게이트 배선(미도시) 및 데이터 배선(미도시)과 연결되며, 순차 적층된 형태로 게이트 전극(153)과, 게이트 절연막(155)과, 순수 비정질 실리콘의 액티브층(158a)과 불순물 비정질 실리콘의 오믹콘택층(158b)으로 구성된 반도체층(158)과, 서로 이격하는 소스 및 드레인 전극(161, 163)으로 이루어진 박막트랜지스터(Tr)가 형성될 수 있다.
이때, 게이트 전극(153)은 게이트 배선(미도시)에서 분기하거나, 또는 게이트 배선(미도시)의 일부로 이루어 질 수 있으며, 소스 전극(161)은 데이터 배선(미도시)에서 분기하거나, 상기 데이터 배선(미도시)의 일부로 이루어질 수 있다.
또한, 박막트랜지스터(Tr)를 덮으며, 박막트랜지스터(Tr)의 드레인 전극(163)의 일부를 노출시키는 드레인 콘택홀(167)을 갖는 보호층(165)이 배치될 수 있다.
그리고, 보호층(165) 위로 투명 도전성 물질 예를 들면, 인듐-틴-옥사이드(ITO) 또는 인듐-징크-옥사이드(IZO)로서 드레인 콘택홀(167)을 통해 드레인 전극(163)과 접촉하며 상기 각 화소영역별로 화소전극(169)이 형성될 수 있다.
또한, 화소전극(169)으로부터 이격되는 공통전극(미도시)이 형성될 수 있다.
화소전극(168) 및 공통전극은, 바(bar) 형상을 갖고, 금속물질 또는 투명도전성 물질로 이루어질 수 있으며, 화소영역 내에서 교대로 배치될 수 있고 절연층을 사이에 두고 상이한 층에 배치될 수도 있다.
그리고, 제 1 기판(110)의 외측면에는 제 1 방향으로 편광축을 갖는 제 1 편광판(111)이 부착될 수 있다.
한편, 백라이트 유닛(140)은 광원(145)과, 백색 또는 은색의 반사판(142)과, 반사판(142) 상에 안착되는 도광판(141) 그리고 도광판(141) 상부의 광학시트(143)를 포함할 수 있다.
여기서, 광원(145)은 적, 녹, 청색 중 어느 하나의 색을 발광하는 LED어셈블리로 이루어질 수 있다.
LED어셈블리는 도광판(141)의 일측면에 대면하는 다수의 LED와, 다수의 LED가 일정 간격 이격하여 장착되는 PCB를 포함할 수 있다.
광원(145)로부터 출사된 광이 입사되는 도광판(141)은 광원(145)로부터 입사된 광이 여러 번의 전반사에 의해 도광판(141) 내를 진행하면서 도광판(141)의 넓은 영역으로 균일하게 퍼지도록 하여 상부에 액정패널에 균일한 면 광을 제공할 수 있다.
도광판(141)은 균일한 면광원을 공급하기 위해 하부면에 특정 모양의 패턴을 포함할 수 있다. 여기서, 패턴은 도광판(141) 내부로 입사된 광을 가이드하기 위하여, 타원형의 패턴(elliptical pattern), 다각형의 패턴(polygon pattern), 홀로그램 패턴(hologram pattern) 등 다양하게 구성할 수 있으며, 이와 같은 패턴은 도광판(141)의 하부면에 인쇄방식 또는 사출방식으로 형성한다.
반사판(142)은 도광판(141)의 후방에 위치하며, 도광판(141)의 배면을 통과한 광을 액정패널쪽으로 반사시키는 작용을 하여 광의 휘도를 향상시키게 된다.
도광판(141) 상에는 광학시트(143)가 배치될 수 있다. 예를 들어, 광학시트(143)는 확산시트와 집광시트를 포함하며, 도광판(141)에서 출사된 광을 확산하고 집광하여 액정패널에 고품위로 가공된 보다 균일한 면 광이 입사되도록 작용할 수 있다
한편, 제 1 기판(110)과 마주하는 제 2 기판(120)의 내측면에는 컬러필터층(123)과, 컬러변환층(125)과, 제 1 기판(110)의 각 화소영역 경계에 구비된 데이터 배선(미도시)과 게이트 배선(미도시) 및 박막트랜지스터(Tr)에 대응하여 이와 중첩하는 격자 형태의 블랙매트릭스(미도시)가 형성될 수 있다.
여기서, 본 발명의 실시예에 따른 액정표시장치(100)는 컬러필터층(123)과 액정층(130) 사이에 컬러변환층(125)이 형성될 수 있다.
이때, 컬러변환층(125)은 어떠한 파장대의 빛이 입사되더라도 이를 변환하여 특정 파장대의 빛을 출사시키는 컬러변환 물질을 포함할 수 있다.
예를 들어, 컬러변환층(125)은 430nm 내지 470nm 파장대를 갖는 청색을 나타내는 빛이 입사된다 하더라도 그 내부에서 변환되어 적색을 나타내는 650nm 내지 680nm 파장대 또는 녹색을 나타내는 540nm 내지 560nm 파장대로 각각 변환되어 각각 적색 또는 녹색의 빛을 방출할 수 있는 컬러변환 물질을 포함할 수 있다.
여기서, 컬러 변환 물질은 양자효율이 높은 형광물질일 수 있다. 예를 들면, 유기 발광 물질 또는 퀀텀 도트(Quantum Dot) 가 될 수 있다.
한편, 컬러변환층(125)는 제 1, 2, 3 영역(A1, A2, A3)을 포함할 수 있다.
여기서, 컬러변환층(125)의 제 1 영역(A1)은 적색광이 출력되는 화소영역(Sub Pixel)에 대응될 수 있고, 제 2 영역(A2)은 녹색광이 출력력는 화소영역(Sub Pixel)에 대응될 수 있으며, 제 3 영역(A3)은 청색광이 출력되는 화소영역(Sub Pixel)에 대응될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
즉, 적색광을 표시해야 하는 제 1 영역(A1)에 대해서는 650nm 내지 680nm 파장대의 빛만을 출사시키는 제 1 컬러변환 물질로 이루어진 제 1 컬러변환 물질패턴(125a)이 형성되며, 녹색광을 표시해야 하는 제 2 영역(A2)에 대해서는 540nm 내지 560nm 파장대의 빛만을 출사시키는 제 2 컬러 변환 물질로 이루어진 제 2 컬러변환 물질패턴(125b)이 형성될 수 있다.
한편, 제 2 영역(A2)과 인접한 제 3 영역(A3)에는 투명한 절연물질 패턴(미도시)이 형성될 수도 있고, 또는 430nm 내지 470nm 파장대의 빛만을 출사시키는 제 3 컬러변환 물질로 이루어진 제 3 컬러변환 물질패턴(미도시)이 형성될 수도 있다.
이하, 본 발명의 실시예에 따른 액정표시장치(100)의 백라이트 유닛(140)의 광원(145)이 청색인 경우를 일 예로 좀 더 자세히 설명한다.
이 경우, 컬러변환층(125)의 제 1 컬러변환 물질패턴(125a)은 백라이트 유닛(140)에서 공급된 청색광을 적색광으로 변환시킬 수 있다.
이때, 컬러변환층(125)의 제 1 컬러변환 물질패턴(125a)은 적색 형광체로 이루어질 수 있다. 예를 들면, (Ca, Sr, Ba)S, (Ca, Sr, Ba)2Si5N8, 카즌(CaAlSiN3), CaMoO4, Eu2Si5N8 중 적어도 하나의 물질을 사용할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
그리고, 컬러변환층(125)의 제 2 컬러변환 물질패턴(125b)은 백라이트 유닛(140)에서 공급된 청색광을 녹색광으로 변환시킬 수 있다.
이때, 컬러변환층(125)의 제 2 컬러변환 물질패턴(125b)은 녹색 형광체로 이루질 수 있다. 예를 들면, 녹색 형광체로는 이트륨 알루미늄 가닛(yttrium aluminumgarnet, YAG), (Ca, Sr, Ba)2SiO4, SrGa2S4, BAM, 알파 사이알론(α-SiAlON), 베타 사이알론(β-SiAlON), Ca3Sc2Si3O12, Tb3Al5O12, BaSiO4, CaAlSiON, (Sr1-xBax)Si2O2N2 중 적어도 하나의 물질을 사용할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
한편, 컬러변환층(125)의 제 1 컬러변환 물질패턴(125a) 및 제 2 컬러변환 물질패턴(125b)은 크기(직경)에 따라 색이 변화하는 퀀텀 도트(Quantum Dot)로 이루어질 수 있다.
여기서, 퀀텀 도트(Quantum Dot)는 II-VI족 화합물, IV-VI족 화합물, IV족 원소, IV족 화합물 및 이들의 조합에서 선택될 수 있다.
II-VI족 화합물은 CdSe, CdTe, ZnS, ZnSe, ZnTe, ZnO, HgS, HgSe, HgTe, MgSe, MgS 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 이원소 화합물; CdSeS, CdSeTe, CdSTe, ZnSeS, ZnSeTe, ZnSTe, HgSeS, HgSeTe, HgSTe, CdZnS, CdZnSe, CdZnTe, CdHgS, CdHgSe, CdHgTe, HgZnS, HgZnSe, HgZnTe, MgZnSe, MgZnS 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 삼원소 화합물; 및 HgZnTeS, CdZnSeS, CdZnSeTe, CdZnSTe, CdHgSeS, CdHgSeTe, CdHgSTe, HgZnSeS, HgZnSeTe, HgZnSTe 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 사원소 화합물로 이루어진 군에서 선택될 수 있다.
III-V족 화합물은 GaN, GaP, GaAs, GaSb, AlN, AlP, AlAs, AlSb, InN, InP, InAs, InSb 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 이원소 화합물; GaNP, GaNAs, GaNSb, GaPAs, GaPSb, AlNP, AlNAs, AlNSb, AlPAs, AlPSb, InNP, InNAs, InNSb, InPAs, InPSb, GaAlNP 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 삼원소 화합물; 및 GaAlNAs, GaAlNSb, GaAlPAs, GaAlPSb, GaInNP, GaInNAs, GaInNSb, GaInPAs, GaInPSb, InAlNP, InAlNAs, InAlNSb, InAlPAs, InAlPSb 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 사원소 화합물로 이루어진 군에서 선택될 수 있다.
IV-VI족 화합물은 SnS, SnSe, SnTe, PbS, PbSe, PbTe 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 이원소 화합물; SnSeS, SnSeTe, SnSTe, PbSeS, PbSeTe, PbSTe, SnPbS, SnPbSe, SnPbTe 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 삼원소 화합물; 및 SnPbSSe, SnPbSeTe, SnPbSTe 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 사원소 화합물로 이루어진 군에서 선택될 수 있다.
IV족 원소로는 Si, Ge 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택될 수 있다.
IV족 화합물로는 SiC, SiGe 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 이원소 화합물일 수 있다.
이 때, 이원소 화합물, 삼원소 화합물 또는 사원소 화합물은 균일한 농도로 입자 내에 존재하거나, 농도 분포가 부분적으로 다른 상태로 나누어져 동일 입자 내에 존재하는 것일 수 있다.
또한, 하나의 퀀텀 도트가 다른 퀀텀 도트를 둘러싸는 코어(Core)/쉘(Shell) 구조를 가질 수도 있다. 이때, 코어와 쉘의 계면은 쉘에 존재하는 원소의 농도가 중심으로 갈수록 낮아지는 농도 구배(gradient)를 가질 수 있다.
또한, 퀀텀 도트의 형태는 구형, 피라미드형, 다중 가지형(multi-arm), 또는 입방체(cubic)의 나노 입자, 나노 튜브, 나노와이어, 나노 섬유, 나노 판상 입자 등 일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
한편, 본 발명의 실시예에 의해서는 컬러변환층(125)은 적색, 녹색, 청색 광을 출사시키는 제 1, 2, 3 컬러변환 물질패턴(125a, 125b, 미도시)으로 구성되거나, 또는 적색, 녹색을 출사시키는 제 1, 2 컬러변환 물질패턴(125a, 125b)과 청색광을 그대로 투과 시키는 투명층으로 구성될 수 있다.
또한, 투명층은 투명 폴리머에 복수개의 공극 또는 투명한 비즈(beads)를 포함할 수 있다.
이에 따라, 제 1, 2 컬러변환 물질패턴(125a, 125b)과의 단차를 제거함과 동시에, 직사 투과 광인 청색 광을 확산시켜 시야각 문제를 해결할 수 있다.
한편, 청색광이 출력되는 제 3 영역(A3)에 대응하는 컬러변환층(125)에는 복수개의 공극 또는 투명한 비즈(beads)를 포함하지 않는 투명한 폴리머만으로 이루어질 수 있으며, 투명층은 생략될 수도 있다.
이러한, 컬러변환층(125)은 백라이트 유닛(140)로부터 출력된 광을 각 파장의 빛으로 변환함으로써, 광의 손실을 최소화할 수 있게 한다.
또한, 컬러변환층(125) 상부에 컬러필터층(123)이 배치될 수 있다
즉, 컬러변환층(125)의 적색, 녹색, 청색 광을 출사시키는 제 1, 2, 3 컬러변환 물질패턴(125a, 125b, 미도시)에 의하여 변환된 컬러에 대응하여 컬러필터 패턴(123a,123b)이 배치될 수 있다.
예를 들어, 제 1 컬러변환 물질패턴(125a)이 적색으로 컬러를 변환시키는 경우 제 1 컬러변환 물질패턴(125a) 상부에는 적색의 컬러필터 패턴(123a)이 배치될 수 있다.
또한, 제 2 컬러변환 물질패턴(125b)이 녹색으로 컬러를 변환시키는 경우 제 2 컬러변환 물질패턴(125b) 상부에는 녹색의 컬러필터 패턴(123b)이 배치될 수 있다.
그리고, 제 3 컬러변환 물질패턴(미도시)이 청색으로 컬러를 변환시키는 경우 제 3 컬러변환 물질패턴(미도시) 상부에는 청색의 컬러필터 패턴(미도시)이 배치될 수 있다.
여기서, 백라이트 유닛(140)의 광원(145)이 청색인 경우를 일 예로 설명하면, 적색의 컬러필터 패턴(123a), 녹색의 컬러필터 패턴(123b)은 각각 적색광, 녹색광을 투과시키는 필터이므로, 각각 제 1 컬러변환 물질패턴(125a), 제 2 컬러변환 물질패턴(125b)에 입사된 청색광 중 적색광, 녹색광으로 변환되지 않은 광이 투과되는 것을 막는 역할을 할 수 있다.
그리고, 적색 및 녹색의 컬러필터 패턴(123a, 123b)은 각각 염료형 컬러 필터일 수 있고, 청색의 컬러 필터는 생략될 수도 있다. 즉, 광원(145)에서 출력되는 청색광을 그대로 출력할 수 있다.
이와 같이, 컬러변환층(125) 상부에 컬러필터층(123)을 배치함으로써, 변환되지 않은 광의 투과를 방지하여 색재현성을 더욱 향상시킬 수 있게 된다.
한편, 본 발명의 실시예에 따른 액정표시장치(100)의 제 2 편광판(121)은 인셀 편광판(in-cell polarizer)일 수 있다.
즉, 컬러변환층(125) 하부에는 제 2 편광판(121)이 배치될 수 있다.
여기서, 도 4를 참조하면, 제 2 편광판(121)은 와이어 그리드 편광판(wire grid polarizer)(121a)과 와이어 그리드 편광판(121a) 하부에 배치된 편광층(121b)을 포함할 수 있다.
와이어 그리드 편광판(121a)은 투명 기판(K)과, 투명 기판(K)에 형성된 금속 와이어(W)로 이루어질 수 있으며, 컬러변환층(125) 하부에 직접 금속 와이어(W)가 형성될 수도 있다.
여기서, 금속 와이어(W)와 평행한 편광 성분(S 편광)은 반사하고, 수직한 편광 성분(P 편광)은 투과시키게 된다.
즉, 와이어 그리드 편광판(121a)은 반사 및 투과에 의하여 전기장 성분을 분리하는 반사형 편광소자로써, 반사된 광을 재이용하여 광효율을 향상시킬 수 있게 된다.
따라서, 와이어 그리드 편광판(121a)의 금속 와이어(W)와 평행한 Y-방향의 편광성분은 반사되고, 금속 와이어(W)에 수직한 X-방향의 편광성분은 투과하여 X-방향이 투과축이 된다.
여기서, 와이어 그리드 편광판(121a)은 금속 와이어(W)의 주기(패턴의 피치)가 입사광의 파장에 비하여 1/2 정도로 상당히 짧아야 편광 소멸비가 높아지므로, 단 파장 대역에서 명암대조비(C.R, contrast ratio)가 낮게 나타나게 된다.
이에, 본 발명의 실시예에 따른 액정표시장치(100)의 제 2 편광판(121)은 와이어 그리드 편광판(121a)의 금속 와이어(W) 하부에 편광층(121b)을 배치한다.
여기서, 편광층(121b)은 호스트와 이색성 염료(Dichroic Dye)(DD)를 포함할 수 있으며, 호스트는 반응성 액정 단량체(Reactive Mesogen)또는 액정성 고분자(LCP)일 수 있다
즉, 그 내부에 편광자를 가져 편광판의 역할을 하는 편광층(121b)은 반응성 액정 단량체(또는 액정성 고분자)(LCP)와 적, 녹, 청색을 띠는 이색성 염료(DD)로 이루어질 수 있다.
이색성 염료(DD)는 광의 두 개의 편광성분 중에서 하나의 성분은 흡수하고 다른 하나의 성분은 투과할 수 있다. 이색성 염료로는 요오드계, 안트라퀴논(anthraquinone)계 프로피린 아조, 비아조, 트리아조 등이 사용될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
이러한, 편광층(121b)의 이색성 염료(DD)가 포함된 반응성 액정단량체(또는 액정성 고분자)(LCP)는 별도의 배향막 없이도 와이어 그리드 편광판(121a)의 금속 와이어(W)와 평행하게 Y-방향을 따라 장축이 배열될 수 있다.
즉, 반응성 액정단량체(또는 액정성 고분자)(LCP)와 이색성 염료(DD)가 혼합된 편광층(121b)을 와이어 그리드 편광판(121a)에 도포하면, 와이어 그리드 편광판(121a)의 금속 와이어(W)의 피치(T)에 의해 형성된 미세홈과 반응성 액정단량체(또는 액정성 고분자)(LCP)가 상호 작용하여 반응성 액정단량체(또는 액정성 고분자)(LCP)가 Y-방향을 따라 배열되며, 이색성 염료(DD)도 반응성 액정단량체(62)를 따라 배열되어 고분자화가 진행됨에 따라 배열 방향은 유지될 수 있게 된다.
도 5는 와이어 그리드 편광판의 금속 와이어(W)의 피치에 따른 앵커링 에너지를 나타낸 그래프이다.
도 4 및 도 5를 참조하면, 와이어 그리드 편광판(121)의 금속 와이어(W)의 피치(T)에 따른 앵커링 에너지(anchoring energy)의 변화가 나타나있다. 즉, 금속 와이어(W)의 피치(T)가 작아질수록 앵커링 에너지가 증가하는 것을 알 수 있다.
예를 들어, 와이어 그리드 편광판(121)의 금속와이어(W)의 높이가 130nm이고, K(Frank elastic constant)가 13pN일 때, 금속 와이어(W)의 피치(T)가 130nm 이하면, 5 X
Figure 112017047266715-pat00001
N/m 이상의 앵커링 에너지가 발생하므로 배향력을 가질 수 있게 된다.
이와 같은 편광층(121a)에 광이 입사되면, 이색성 염료(DD)가 포함된 반응성 액정단량체(또는 액정성 고분자)(LCP)의 장축 배열과 평행한 Y-방향의 편광성분은 이색성 염료(DD)에 의하여 흡수되므로 Y-방향이 광흡수축이 되고, 장축 배열과 수직한 X-방향의 편광성분은 이색성 염료(DD)에 의하여 흡수되지 않고 그대로 투과하여 X-방향이 광투과축이 된다.
즉, 편광층(121b)과 와이어 그리드 편광판(121a)은 동일한 투과축을 갖게 된다.
이에 따라, 제 1 편광판(111)을 통과한 광은 1 차적으로 편광층(121b)을 통하여 편광되고, 2 차적으로 와이어 그리드 편광판(121a)에서 편광되므로, 편광도를 향상시킬 수 있게 된다.
전술한 바와 같은 구성을 갖는 제 1 기판(110)과 제 2 기판(120) 사이에는 액정층(130)이 개재되며, 제 1 기판(110)과 제 2 기판(120)을 합착함으로써 액정표시장치(100)를 이루게 된다.
이때, 제 2 편광판(121)의 편광층(121b)은 액정층(130)과 접촉하며 배치될 수 있으며, 액정층(130)의 상부계면의 초기배향방향을 결정할 수 있다, 이에 따라, 상부 배향막을 생략할 수 있게 되어 제조공정을 간소화할 수 있다.
또한, 제 1 기판(110)과 액정층(130)의 경계면에는 액정의 초기 분자배열 방향을 결정하는 하부 배향막(미도시)이 형성될 수 있다.
도 6는 본 발명의 실시예에 따른 액정표시장치의 대조비를 나타낸 그래프이다.
본 발명의 실시예에 따른 액정표시장치(도3의 100)는 와이어 그리드 편광판(도4의 121a)과 편광층(도4의 121b)으로 이루어진 제 2 편광판(도4의 121)이 배치된 경우이며, 비교예의 경우 제 2 편광판을 와이어 그리드 편광판만으로 구성한 경우이다.
도 5에 도시된 바와 같이, 제 2 편광판을 와이어 그리드 편광판(도4의 121a)만으로 구성된 경우와 비교하여, 본 발명의 실시예에 따른 제 2 편광판(도4의 121), 즉, 와이어 그리드 편광판(도4의 121a) 및 반응성 액정 단량체(Reactive Mesogen)(또는 액정성 고분자)(LCP)와 이색성 염료(Dichroic Dye)(DD)로 이루어진 편광층(도4의 121b)으로 이루어진 경우 대조비가 효과적으로 증가할 것을 볼 수 있다.
즉, 편광층(도 4의 121b)이 와이어 그리드 편광판(도 4의121a)과 동일한 투과축을 갖게 됨으로써, 편광도가 향상되고, 이에 따라 대조비가 증가한 것을 볼 수 있다.
본 발명을 설명함에 있어, 광원(도3의 145)으로 청색광을 일 예로 설명하였으나, 이에 한정되지 않고, 다양하게 변형될 수 있다.
또한, 컬러변환층(도 3의 125)이 제 1 및 제 2 컬러 변환 물질패턴(도 3의 125a, 도 3의 125b)과 투명층(미도시)으로 이루어지는 경우, 제 1 및 제 2 컬러 변환 물질패턴(도 3의 125a, 도 3의 125b)은 각각 적색과 녹색을 출사시키는 컬러변환 물질로 이루어짐을 일 예로 보이고 있지만, 이에 한정되지 않고 다양하게 변경될 수 있다.
그리고, 편광층(도 4의 121b)은 반응성 액정 단량체(Reactive Mesogen)(또는 액정성 고분자)(LCP)와 적, 녹, 청색을 띠는 이색성 염료(Dichroic Dye)(DD)로 이루어지는 단일층인 것을 일 예로 설명하였으나, 이에 한정되는 것은 아니고 적, 녹, 청색 중 어느 하나의 색을 띠는 이색성 염료(Dichroic Dye)(DD)로 이루어지며, 각각 다른 컬러의 이색성 염료를 포함하는 복수의 층으로 이루어질 수 있다
이와 같이, 본 발명에 의한 액정표시장치(도 3의 100)는, 액정층(도 3의 130) 상부에 컬러변환층(도 3의 125)을 배치하여 광손실을 최소화하고, 컬러변환층(도 3의 125) 상부에 컬러필터층(도 3의 123)을 배치하여 색재현성을 향상시킬 수 있게 된다.
또한, 제 2 편광판(도 4의 121)을 와이어 그리드 편광판(도 4의 121a)을 포함하는 인셀 편광판으로 배치함으로써, 반사되는 광을 재이용하여 광효율을 향상시킬 수 있게 된다.
더욱이, 제 2 편광판(도 4의 121)은 이색성 염료(도 4의 DD)가 포함된 반응성 액정단량체(또는 액정성 고분자)(도 4의 LCP)를 포함하여, 와이어 그리드 편광판(도 4의 121a)과 편광층(도4의 121b)이 동일한 투과축을 갖게 함으로써, 편광도 및 대조비를 효과적으로 향상시킬 수 있게 된다.
또한, 액정층(도 3의 130) 상부에 형성되는 제 2 편광판(도3의 121)에 의하여 상부 배향막을 생략할 수 있게 되어 제조 공정을 간소화할 수 있게 된다.
100: 액정표시장치 110: 제 1 기판
111: 제 1 편광판 120: 제 2 기판
121: 제 2 편광판 121a: 와이어 그리드 편광판
121b: 편광층 123: 컬러필터층
123a: 제 1 컬러필터 패턴 123b: 제 2 컬러필터 패턴
125: 컬러변환층 123a: 제 1 컬러변환 물질패턴
123b: 제 2 컬러변환 물질패턴 130: 액정층
140: 백라이트 유닛 141: 도광판
142: 반사판 143: 광학시트
145: 광원 153: 게이트 전극
155: 게이트 절연막 158: 반도체층
158a: 액티브층 158b: 오믹콘택층
161: 소스 전극 163: 드레인 전극
165: 보호층 167: 드레인 콘택홀
169: 화소전극 A1: 제 1 영역
A2: 제 2 영역 A3: 제 3 영역

Claims (11)

  1. 제 1 기판과;
    상기 제 1 기판과 마주하는 제 2 기판과;
    상기 제 1 기판과 상기 제 2 기판 사이에 배치되는 액정층과;
    상기 액정층과 상기 제 2 기판 사이에 배치되는 제 2 편광판을 포함하며;
    상기 제 2 편광판은,
    와이어 그리드 편광판(Wire Grid Polarizer)과,
    상기 와이어 그리드 편광판과 상기 액정층 사이에 배치되며, 호스트에 이색성 염료(Dichroic Dye)가 포함된 편광층을 포함하며,
    상기 호스트는 반응성 액정 단량체(Reactive Mesogen) 또는 액정성 고분자이며,
    상기 와이어 그리드 편광판은 투명기판과 금속 와이어로 이루어지며, 상기 편광층은 상기 금속 와이어 하부로 위치하며,
    상기 이색성 염료의 장축이 상기 금속 와이어의 방향을 따라 배열되는 액정표시장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 2 편광판과 상기 제 2 기판 사이에 배치되는 컬러필터층과;
    상기 제 2 편광판과 상기 컬러필터층 사이에 배치되며, 제 1, 2, 3 영역을 포함하는 컬러변환층
    을 더 포함하는 액정표시장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 컬러변환층의 제 1 영역 및 제 2 영역은, 단색의 빛이 입사되면 특정 파장대의 빛을 출사시키는 컬러변환 물질로 이루어지며,
    상기 컬러변환 물질은 유기 발광 물질 또는 퀀텀 도트인 액정표시장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 컬러변환층의 제 3 영역은 투명층인 액정표시장치.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 1 기판의 하부에 배치되는 백라이트 유닛을 더 포함하며,
    상기 백라이트 유닛은 적, 녹, 청색 중 어느 하나의 색을 발광하는 LED를 광원으로 하는 액정표시장치.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 LED는 청색을 발광하는 액정표시장치.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 제 1 영역은 청색의 광을 적색의 광으로 변환시키며, 상기 제 2 영역은 청색의 광을 녹색의 광으로 변화시키고, 상기 제 3 영역은 청색의 광을 그대로 투과시키는 액정표시장치.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 제 1 기판과 상기 백라이트 유닛 사이에 배치되는 제 1 편광판을 더 포함하는 액정표시장치.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 제 1 기판과 상기 액정층 사이에 하부 배향막을 더 포함하는 액정표시장치.
  10. 삭제
  11. 제 9 항에 있어서,
    상기 액정층의 하부계면의 초기배향방향은 상기 하부 배향막에 의해 결정되며,
    상기 액정층은 상기 편광층과 접촉되며, 상기 액정층의 상부계면의 초기배향방향은 상기 편광층에 의해 결정되는 액정표시장치.

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