KR102467877B1 - 액정표시패널 및 그를 갖는 액정표시장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 종래에 비해 색감차를 줄일 수 있는 액정표시패널 및 그를 갖는 액정표시장치에 관한 것으로, 하부기판, 상부기판, 상기 하부기판과 상기 상부기판 사이에 액정층을 구비하는 액정표시패널과, 상기 액정표시패널 일측 하부에 배치되는 광원을 포함하고, 상기 하부기판과 상기 상부기판 사이 간격인 셀갭은 광원이 배치된 액정표시패널의 일측에서 타측방향으로 갈수록 감소하는 것을 특징으로 한다.

Description

액정표시패널 및 그를 갖는 액정표시장치{LIQUID CRYSTAL DISPLAY PANEL AND DISPLAY DEVICE HAVING THE SAME}
본 발명은 액정표시패널 및 그를 갖는 액정표시장치에 관한 것으로, 특히 색감차를 개선할 수 있는 액정표시패널 및 그를 갖는 액정표시장치에 관한 것이다.
차세대 디스플레이 장치로 주목받는 액정표시장치(LCD; Liquid Crystal Display)는 자발적으로 빛을 발생시키지 못하므로, 화상을 표시하는 액정표시패널 뒷면에서 빛을 발생시키는 백라이트(Back light) 유닛을 구비하고 있다.
백라이트 유닛은 광원의 배치에 따라 직하형과 에지형(Edge)으로 구분된다. 특히, 모바일용 기기에는 슬림화, 박형화가 유리한 에지형 백라이트 유닛이 많이 사용되고 있다.
도 1은 종래의 액정표시장치의 일부 단면도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 광원(20)이 액정표시패널(10)의 일측 하단에 배치되어 광을 발생한다.
도광판(30)의 일측에는 광원으로부터 광이 입사되는 입광부(31)가 구비되며, 도광판(30)의 타측에는 반입광부(32)가 구비된다. 그리고, 도광판(30)의 상부면에는 광이 출사되는 출사면(33)이 구비된다.
한편, 광의 파장대별로 도광판에 대한 투과율의 차이를 보인다. 즉, 스넬의 법칙에 따라 단파장인 청색광은 굴절률이 커서 반사율이 큰 대신 투과율이 작다. 이와는 반대로, 장파장인 황색광은 굴절률이 작아서 투과율이 큰 대신 반사율이 작다.
이에 따라, 도광판의 입광부(31)에 가까운 부분에서 출사되는 광은 투과율이 작고 굴절률이 큰 청색광의 비율이 크고, 입광부(31)로부터 거리가 멀어지고, 반입광부(32)에 가까울 수록 청색광의 비율이 줄어들고 황색광의 비율이 늘어난다.
이에 따라, 액정표시패널 상에서 도광판의 입광부(31)와 가까운 부분에서는 옅은 푸른색을 띠게 되고(Bluewish), 반입광부(31)와 가까운 부분에서는 옅은 황색 색을 띠게 되는(yellowish) 색감차 문제가 발생한다.
이러한 색감차 문제는 도광판이 두께가 얇을 수록, 도광판의 면적이 커질수록 심화된다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서 색감차를 감소시킬 수 있는 액정표시패널 및 그를 갖는 액정표시장치를 제공하는 데에 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 창출된 것으로서, 하부기판, 상부기판, 상기 하부기판과 상기 상부기판 사이에 액정층을 구비하는 액정표시패널과, 액정표시패널의 일측 하부에 배치되는 광원 유닛을 포함하고, 상기 하부기판과 상기 상부기판 사이 간격인 셀갭은 광원 유닛이 배치된 상기 액정표시패널의 일측에서 타측방향으로 갈수록 감소되는 것을 특징으로 한다.
상기 셀갭의 크기는 상기 하부기판과 상기 상부기판 사이에 구비되는 스페이서에 의해 유지되는 것을 특징으로 한다.
셀갭이 일측에서 타측방향으로 갈수록 감소되는 기울기는 직선, 곡선, 또는 계단 형상인 것을 특징으로 한다.
상기와 같은 특징을 갖는 본 발명에 따른 액정표시패널 및 그를 갖는 액정표시장치는 다음과 같은 효과를 갖는다.
광원으로부터 멀어지는 방향으로 액정표시패널의 셀갭을 점차 작게 형성함으로써 액정표시패널의 색감차를 줄일 수 있고, 더불어 색균일성(Color Uniformity)를 향상시킬 수 있다.
또한, 별도의 새로운 구성을 부가함이 없이 기존에 존재하는 표시패널의 셀갭을 조정하여 색감차를 줄일 수 있어서, 별도의 새로운 구성을 부가하기 위한 추가적인 공정이 필요없다.
도 1은 종래의 액정표시장치의 일부 단면도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 액정표시장치의 분해사시도이다.
도 3은 도 2에 도시된 액정표시장치의 일부 단면도이다.
도 4는 도광판 내에서 입사된 광의 파장대에 따른 투과율을 나타낸 그래프이다.
도 5는 셀갭 크기에 따른 광의 파장대에 따른 투과율을 나타낸 단면도이다.
도 6은 색균일성을 측정하기 위한 측정포인트를 나타내는 도면이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예의 액정표시패널 및 그를 갖는 액정표시장치를 보다 구체적으로 설명하면 다음과 같다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 액정표시장치의 분해사시도이고, 도 3은 도 2에 도시된 액정표시장치의 단면도이다.
도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 액정표시장치는 화상을 표시하기 위한 액정표시패널(100)과 상기 액정표시패널(100)에 광을 공급하기 위한 백라이트 유닛(200)을 포함한다.
액정표시패널(100)은 하부기판(110), 상부기판(120), 액정층(130), 상부편광판(140), 하부편광판(150)으로 구성된다. 그리고 백라이트 유닛(200)은 광원(220), 도광판(210), 광학시트들(120, 130)을 포함한다.
백라이트 유닛(200)은 액정표시패널(100)의 일측 하부에 광원(220)이 배치되는 에지(Edge)형으로 구성된다. 에지형 백라이트는 직하형 백라이트 보다 슬림화, 박형화에 적합하다. 한편, 표시패널의 배면 전면에 배치되어 광을 공급하는 직하형 백라이트인 경우에는 도광판 배면 전면에 배치되므로 색감차가 발생하지 않는다. 따라서 직하형 백라이트는 본 발명에 적용이 없다.
상기 광원(220)으로는 CCFL(Cold Cathode Fluorescent Lamp), EEFL(External Electrode Fluorescent Lamp), HCFL(Hot Cathode Fluorescent Lamp), LED(Light emitting diode)가 사용될 수 있다.
LED가 광원(220)으로 사용되는 경우, 유색 LED와 형광체를 이용하여 백색광을 공급할 수 있다.
도광판(210)은 광원(220)으로부터 입사된 광을 가이드하여 액정표시패널(100) 전면에 균일하게 공급한다.
도광판(210)의 일측에는 광원(220)으로부터 출사된 광이 입사하는 입광부(211)가 구비된다. 도광판(210)의 타측, 즉 상기 입광부의 반대측은 반입광부(212)가 구비된다. 그리고, 도광판(210)의 상부면에 상기 입광부(211)를 통해 입사한 광이 출사되는 출사면(213)을 구비한다. 상기 도광판(210)의 하부 면에는 입사된 광을 산란, 반사시키는 패턴들(미도시)이 형성될 수 있다.
도광판(210)의 재질로서, TV 등과 같은 중형 기기 이상에서는 PMMA (Polymethylmethacrylate)가 사용될 수 있으며, 모바일(Mobile)과 같은 소형 기기에서는 PC(Polycarbonate, 폴리카보네이트)가 사용될 수 있다.
광학시트(230)는 확산시트(231), 프리즘시트(323)를 포함한다.
확산시트(231)은 도광판의 출사면 상부에 배치되어, 도광판으로부터의 광을 액정표시패널 전면에 확산시켜 표시패널의 특성을 향상시킨다. 프리즘시트(232)는 삼각형 또는 반원형의 다수의 입체형상을 이용하여 휘도를 증가시키거나 시야각을 향상시킬 수 있다.
액정표시패널(100)은 하부기판(110), 상부기판(120), 상기 하부기판(110)과 상부기판(120) 사이에 액정층(130), 상기 하부기판(110)과 상부기판(120) 사이 간격인 셀갭(d)을 유지하는 다수의 스페이서(160), 상기 상부기판(120) 상부면에 상부편광판(140), 상기 하부기판(110) 하부에 하부편광판(150)을 포함한다.
하부기판(110) 상에는 서로 교차되게 형성된 게이트 라인과 데이터 라인, 그들의 교차부에 형성된 박막트랜지스터와, 박막트랜지스터와 접속된 화소전극이 형성된다. 박막트랜지스터는 대응하는 화소 전극에 인가되는 전압을 제어한다.
상부기판(120) 상에는 하부기판 상에 형성된 다수의 화소전극에 대응하여 R(적색), G(녹색), B(청색)의 컬러필터를 구비한다. 또한, 하부기판 상에 형성된 화소전극과 수직 전계를 형성하는 공통전극이 형성된다. 이와는 달리, 공통전극은 수평 전계 또는 프린지 전계를 형성하는 경우 하부기판(110) 상에 형성될 수 있다.
이러한 하부기판(110)과 상부기판(120)는 액정층(130)을 사이에 두고 서로 대향하여 합착된다. 액정층은 화소전극과 공통전극 사이 전계에 의해 회전하게 되며, 액정층의 회전 정도에 따라서 광투과량을 제어할 수 있다.
하부 편광판(150)은 하부기판(110)의 하부면에 부착되고, 상부 편광판(140)은 상부 기판(120)의 상부면에 부착된다. 하부 편광판(1150) 및 상부 편광판(140) 각각은 입사되는 광에 대하여 자신의 투과축과 나란한 선편광된 광만을 선택적으로 투과시킨다.
다수의 스페이서(160)는 상기 하부기판(110)과 상부기판(120)의 사이 간격인 셀갭(d)을 유지한다. 스페이서(160)가 존재하지 않는 경우, 상부기판(120)과 하부기판(110)을 합착시 사용되는 실런트(미도시)만으로는 상부기판(120)의 처짐을 방지할 수 없어, 셀갭을 유지하기 힘들어진다.
이러한 다수의 스페이서(160)는 여러가지 형태의 기둥 모양일 수 있으며, 구(Sphere) 모양으로 형성될 수도 있다.
또한, 각각의 스페이서(160)가 일정한 간격으로 이격되어 형성될 수 있고, 일정하지 않은 간격으로 형성될 수도 있다.
특히, 도광판의 일측인 입광부(211)쪽에서 멀어지고 도광판의 타측인 반입광부(212)쪽에 가까울수록 스페이서(160)를 낮게 형성한다.
이에 따라, 광원 유닛이 배치된 액정표시패널의 일측에서 멀어지고 액정표시패널의 타측에 가까울수록 액정표시패널의 셀갭(d)이 감소된다. 다른 말로 표현하면, 도광판의 입광부(211)에서 멀어지고, 반입광부(212)에 가까울수록 액정표시패널의 셀갭(d)이 감소된다.
상술한 바와 같이, 색감차가 발생하는 이유는 도광판(210)에 대한 광투과율이 파장대별로 다르기 때문인데, 액정표시패널(100)에서도 셀갭(d)의 차이에 따라 광투과율이 파장대별로 달라지는 특성을 갖는다.
액정표시패널의 셀갭(d)이 감소하면 장파장인 황색광의 투과율이 떨어지고, 단파장인 청색광의 투과율이 올라간다. 이와는 반대로, 셀갭(d)이 증가하면 단파장인 청색광의 투과율은 떨어지고, 장파장인 황색광의 투과율이 올라간다.
이에 따라 일측에서부터 타측방향으로 갈수록 셀갭이 감소되는 액정표시패널을 색감차를 발생시키는 도광판 상에 배치할 때, 광원 유닛과 가까운 입광부쪽 상부에 액정표시패널의 일측을 배치하고, 광원 유닛과 먼 반입광부쪽 상부에 액정표시패널의 타측이 오도록 배치하여 도광판의 의한 색감차를 상쇄시킬 수 있다.
즉, 도광판의 일측인 입광부쪽 출사면에서 많이 출사되는 청색광의 액정표시패널에 대한 투과율을 낮추고, 도광판의 타측인 반입광부쪽 출사면에서 많이 출사되는 황색광의 액정표시패널에 대한 투과율을 낮추어 황색광과 청색광의 비율을 맞춰서 색감차를 줄일 수 있다.
한편, 셀갭(d)이 액정표시패널의 일측에서 타측으로 감소하는 기울기는 감소비율이 일정한 직선이나 광원과 거리가 멀어질수록 감소비율이 증가하거나 감소하는 곡선일 수 있다.
또한, 셀갭(d)이 액정표시패널의 일측에서 타측으로 감소하는 기울기는 몇 개의 구역으로 나누어 구역별로 일정한 셀갭을 갖도록 하되 광원과 거리가 먼 구역일수록 셀갭이 감소되는 계단 형상일 수도 있다.
이러한 셀갭(d)가 감소하는 기울기는 액정표시장치의 크기, 모델의 특성에 따라 조절될 수 있다.
또한, 액정표시패널(100)의 셀갭(d)차이에 따라 생기는 단차는 백라이트 유닛을 구성하는 가이드 패널(미도시), 커버버텀(미도시) 등에서 광원과 가까운 부분을 얇고, 광원과 먼 부분을 두껍게 설계하여 셀갭의 차이에 따른 액정표시장치의 두께를 보상할 수 있다.
이하에서는 본 발명에 따른 액정표시장치에서 색감차가 감소되는 이유를 살펴보면 다음과 같다.
도 4는 도광판에 대한 광의 파장대별 투과율을 나타내는 그래프이다.
액정표시장치는 여러가지 조합의 형광체와 유색LED를 사용할 수 있다. 이하에서는 황색 형광체와 청색LED를 이용하여 백색광을 발생시키는 광원을 사용한 액정표시장치를 예로 들어 설명한다.
도 4에 도시된 그래프의 x축은 파장(Wavelength)을 나타내고, y축은 투과율(Transmittance)을 나타낸다. 그래프에서 파장이 증가할수록, 투과율이 증가하는 것을 알 수 있다.
청색 광은 파장대가 450 ~ 490nm에 위치하고, 황색 광은 파장대가 565 ~ 590nm에 위치한다. 도 4에 도시된 그래프에 따르면, 청색광은 황색광보다 파장이 짧아서 황색광보다 도광판에 대한 투과율이 작다. 이와는 반대로 황색광은 청색광보다 파장이 길어서 청색광보다 도광판(210)에 대한 투과율이 크다.
황색광에 비해 도광판(210)에 대한 투과율이 작은 청색광은 도광판(210)의 내부에 입사되어 진행도중 반사 산란되므로, 입광부(211) 근처의 출사면에서 출사되는 비율이 황색광보다 크다. 이와 반대로, 반입광부(212) 근처의 출사면에서 출사되는 비율은 황색광보다 작게 된다. 이에 따라 액정표시패널에도 색감차가 발생한다.
도 5는 액정표시패널의 셀갭 크기별로 광의 파장대에 따른 투과율을 나타내는 그래프이다.
도 5에 도시된 그래프이 x축은 파장(Wavelength(nm))를 나타내며, y축은 투과율(Transmittance(%))을 나타낸다. 그리고 그래프의 오른쪽에 표시된 3.2um 내지 3.6um 범위를 갖는 숫자는 셀갭에 해당한다.
셀갭이 3.2um일 때, 최대 투과율을 갖는 파장대는 450 ~ 490nm에 위치하고 청색광이 이에 해당한다. 그리고, 셀갭이 3.6um일 때, 최대 투과율을 갖는 파장대는 565 ~ 590nm에 위치하고, 황색광이 이에 해당한다.
즉, 셀갭(d)이 커질수록 황색광의 투과율이 높아지고, 셀갭(d)이 작아질수록 청색광의 투과율이 높아진다. 이때 액정표시패널(100)에 대한 투과율이 낮으면, 액정표시패널(100)을 통과하지 못하고 반사될 수 있다.
청색광이 많이 출사되는 입광부(211)쪽과 가까운 액정표시패널(100)의 셀갭(d)을 크게 형성하여 청색광의 투과율을 떨어뜨리면, 액정표시패널(100)을 통과하는 청색광의 비율이 줄어든다. 이에 따라 황색광의 비율이 높아져서, 청색광과 황색광의 비율을 동일 또는 유사하게 만들 수 있다.
이와 마찬가지로, 황색광이 많이 출사되는 반입광부(212) 쪽과 가까운 액정표시패널의 셀갭(d)을 작게 형성하여 황색광의 투과율을 떨어뜨리면, 액정표시패널(100)을 통과하는 황색광의 비율은 줄어든다. 이에 따라 청색광의 비율은 높아져서 청색광과 황색광의 비율을 동일 또는 유사하게 만들 수 있다.
즉 도광판은 입광부쪽(211)을 청색화(bluewish), 반입광부쪽(212)을 황색화(yellowish)시키지지만, 액정표시패널은 입광부쪽(211)과 가까운 부분을 황색화(yellowish), 반입광부(212)쪽과 가까운 부분을 청색화(bluewish)시키므로, 서로 상쇄되어 색감차가 줄어든다.
다음은 셀갭을 조정하지 않은 종래의 액정표시패널의 경우와, 셀갭을 조정한 본발명의 실시예에 따른 액정표시패널(100)의 경우에 있어서, 색균일성(Color Uniformity)를 측정한 결과이다.
도 6은 외부로부터 입력되는 영상데이터가 화이트일 때의 색균일성을 측정하기 위한 측정 포인트를 나타내는 도면이고, 아래 표 1은 종래의 액정표시패널의 색균일성을 측정한 결과표이고, 표 2는 본 발명의 실시예에 따른 액정표시패널의 색균일성을 측정한 결과표이다.
Figure 112015111446692-pat00001
상기 표 1에서 L은 휘도를 나타내며, Wx, Wy는 아래의 CIE 1931색좌표계로 나타낸 좌표값이고, u', v'는 아래의 1976 색좌표계로 나타낸 좌표값이다. 이 중 u', v' 색좌표계를 사용하여 색균일성을 계산한다.
측정 포인트는 도 6에 도시된 바와 같이, 1, 5, 6포인트는 액정표시패널의 중앙 부분이고, 2, 3, 4포인트는 광원으로부터 먼 부분, 즉 반입광부(212)쪽과 가까운 부분이고, 7, 8, 9포인트는 광원으로부터 가까운 부분, 즉 입광부(211)쪽과 가까운 부분이다.
그리고, 상기 표 1의 Center는 중앙인 측정포인트1의 값을 나타내며, Avg는 휘도(L)의 평균을 나타낸다. Uniformity는 휘도(L)에서 최소값을 최대값으로 나누고 100을 곱한 값이다. 즉, 382 / 415 * 100 = 92(%)가 된다.
CIE 1976색좌표계로 나타낸 (u, v)값을 이용하여 측정한 결과로서, 입력되는 영상데이터가 모두 화이트일 때에 도 6에 도시된 1 내지 9포인트에서의 색좌표값을 측정하고, 두 지점간의 각각의 거리를 계산하여 가장 먼 거리를 색균일성이 된다. 표 2에서의 색균일성은 0.007이다. 색균일성은 작을수록 좋다.
아래의 표 2는 본 발명의 실시예에 따른 액정표시장치에 대한 색균일성(Color Uniformity)을 측정한 값이다.
Figure 112015111446692-pat00002
표 2에 의하면, 본 발명의 실시예에 따른 액정표시장치의 색균일성(Color Uniformity)는 0.002이며, 종래의 0.007보다 낮은 값으로 색균일성이 향상되었음을 알 수 있다.
결국, 본 발명의 실시예에 따른 액정표시장치는 광원으로부터 멀어지는 방향으로 액정표시패널의 셀갭을 점차 작게 형성함으로써 액정표시패널의 색감차를 줄일 수 있고, 이와 더불어 색균일성(Color Uniformity)를 향상시킬 수 있다.
또한, 기존에 존재하는 표시패널의 셀갭을 조정하여 색감차를 줄일 수 있어서, 별도의 새로운 구성을 부가하기 위한 추가적인 공정이 필요없다.
한편, 이상에서 설명한 본 발명은 상술한 실시예 및 첨부된 도면에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것이 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.
100 : 액정표시패널 110: 하부기판
120: 상부기판 130: 액정층
140: 상부편광판 150: 하부편광판
160: 스페이서 200: 백라이트 유닛
210: 도광판 220: 광원 유닛
221: LED 222: LED하우징
230: 광학시트 231: 확산시트
232: 프리즘시트

Claims (6)

  1. 삭제
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 도광판 및 상기 도광판의 일측 측면 상에 위치하는 광원을 구비하는 백라이트 유닛; 및
    상기 도광판의 상부면 상에 위치하고, 하부기판과 상부기판 사이에 위치하는 액정층 및 상기 하부기판과 상기 상부기판 사이 간격인 셀갭을 조절하는 다수의 스페이서를 구비하는 액정표시패널을 포함하되,
    상기 도광판의 광투과율은 파장대에 비례하며,
    상기 스페이서들의 크기는 상기 광원에 가까운 상기 액정표시패널의 일측에서 상기 광원에서 먼 상기 액정표시패널의 타측 방향으로 갈수록 감소함으로써, 상기 셀갭이 상대적으로 큰 상기 액정표시패널의 일측에서 광투과율은 파장대에 비례하고, 상기 셀갭이 상대적으로 작은 상기 액정표시패널의 타측에서 광투과율은 파장대에 반비례하는 액정표시장치.
  5. 삭제
  6. 제 4 항에 있어서,
    상기 셀갭이 상기 액정표시패널의 일측에서 타측방향으로 갈수록 감소되는 기울기는 직선, 곡선, 또는 계단 형상인 액정표시장치.
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