KR19980026330A - 마이크로렌즈를 가지는 액정표시장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 액정표시장치에 관한 것으로, 비투광성의 화소전극과 상기 화소전극에 대향하는 비투광성의 대향전극을 포함하는 빛이 투과하지 못 하는 부분과 상기 빛이 투과하지 못 하는 부분으로 둘러싸인 빛이 투과하는 부분으로 구성된 제1기판과, 제1기판과 대향하며 컬러필터층이 형성된 제2기판으로 이루어진 액정표시장치는, 상기 빛이 투과되는 부분에 대응하는 위치에 마이크로렌즈가 형성되어 있다. 컬리필터층 상에 형성된 오버코트층 등을 패터닝하여 형성된 마이크로렌즈에 의해 비투광성의 화소전극과 대향전극을 포함하는 빛이 투과되지 못 하는 부분에 의해 차단되었던 빛이 그 방향이 꺾어져 빛이 투과되는 부분을 투과하게 되어 액정표시 장치의 투과율이 향상되고 저전력구동이 가능해진다.

Description

마이크로렌즈를 가지는 액정표시장치
본 발명은 액정표시장치에 관한 것으로, 특히 렌즈가 형성되어 고투과율을 갖는 횡전계방식 액정표시장치에 관한 것이다.
경량, 소형 등의 특성을 지닌 액정표시장치는 여러 분야에서 널리 이용되고 있으나, 액정의 광학적 특성상 시야각이 좁다는 단점이 있다. 이러한 시야각 개선을 위해 횡전계방식(IPS mode ; In Plane switching mode)의 액정표시장치가 제안되었다. 횡전계방식의 액정표시장치는 액정층을 구동하기 위한 2개의 전극, 화소전극과 화소전극에 대응하는 대향전극이 하나의 기판에 형성되어 전기장이 기판에 수평한 방향으로 형성되기 때문에 화소전극과 대향전극이 2매의 서로 대향되는 기판에 각각 형성되어 기판에 수직한 방향의 전기장이 형성되는 종전계방식의 액정표시장치에 비하여 넓은 시야각을 가지게 된다.
제 1도는 횡전계방식의 액정표시장치의 사시도이며, 제 2도는 제 1도의 II-II에 따른 단면도인데, 이하 제 1, 2도를 이용하여 횡전계방식의 액정표시장치를 설명한다.
제 1투명유리기판(10) 상에는 게이트버스배선(11)이 수평방향으로 평행하게 복수 개 형성되어 있으며, 소스버스배선(15)은 수직방향으로 평행하게 복수 개 형성되어 있다. 알파벳 I자 형의 화소전극(17)은 각각의 소스버스배선과 게이트버스배선에 전기적으로 연결된 복수 개의 스위칭소자인 박막트랜지스터(14)의 드레인전극에 연결되어 있다. 그리고 대향전극(12)은 전기장이 기판에 수평한 방향으로 형성될 수 있도록 소정의 형상을 가지는데 여기서는 제 1도에 도시된 것과 같이 화소전극을 사이에 두고 서로 마주보는 변을 가지는 사각형의 형성을 갖는다. 그리고 도면에는 도시되지 않았지만 기판의 전체면에 걸쳐 액정을 배향하기 위한 배향막이 형성되어 있다.
제 2투명유리기판(20) 상에는 복수 개의 컬러필터로 이루어진 컬러 필터층(23)이, 그리고 각각의 컬러필터 사이에는 블랙매트릭스(21)가 형성되어 있다. 컬러필터층(23) 상에는 오버코트층(25)이 형성되어 있으며 오버코트층(25) 상에는 액정을 배향하기 위한 배향막(28)이 형성되어 있다.
상기와 같은 구성의 횡전계방식 액정표시장치의 II-II선에 따른 단면도인 제 2도를 참조하면, 제 1투명유리기판(10) 상에 대향전극(12)이 형성되어 있고 대향전극(12)을 포함한 기판의 전체면에, 또는 일부분에 선택적으로 질화실리콘 등으로 된 절연막(13)이 형성되어 있으며 절연막 상에 소스버스배선(15)과 화소전극(17)이 형성되어 있다. 대향전극 및 화소전극은 종전계방식의 액정표시장치에서와는 달리 투광성의 ITO가 아닌 비투광성의 알루미늄이나 크롬 등의 금속으로 이루어져 있다.
제 2투명유리기판 상에는 빨강, 녹색, 파랑 등의 색의 컬러필터 복수 개로 이루어진 컬러필터층과 고분자막의 오버코트층과 폴리이미드의 배향막이 차례로 형성되어 있는데 오버코트층은 평탄면을 형성하며 액정을 보호하는 역할을 한다. 이와 같은 액정표시장치에서 제1기판 또는 제2기판에 설치된 광원으로부터 나온 빛은 도면의 화살표가 나타내는 것과 같이 금속으로 된 비투과성의 버스배선, 화소전극 및 대향전극 등으로 된 광비전달부(비투과성의 빛이 투과하지 못 하는 부분)에 의해 차단되며 광비전달부로 에워싸인 광전달부(투과성의 빛이 투과하는 부분)만을 투과한다. 상기의 예에서는 광전달부가 크게 2부분으로 한정됐지만, 화소전극과 대향전극의 구성에 따라 다양한 모양이 여러 광전달부가 형성된다.
상기와 같은 구성을 갖는 횡전계방식(IPS ; in plane switching)의 액정표시장치는 광시야각을 갖는다는 장점이 있으나 공통전극이 화소전극과 더불어 제1기판에 형성되기 때문에 광이 투과할 수 있는 광전달부의 면적(aperature area)이 화소면적의 30%~40%에 불과하다. 따라서, 액정표시장치의 화면이 전체적으로 어둡게 되고, 어두운 화면을 보상하기 위해서 많은 양의 전력이 소모된다. 전력의 소모량이 크기 때문에 많은 양의 전지가 필요하게 되어 액정표시장치가 무거워진다.
따라서, 본 발명의 목적은 투과율이 향상된 액정표시장치을 제공하는데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 밝은 화면을 갖는 액정표시장치를 제공하는데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 저소비전력의 액정표시장치를 제공하는데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 초경량의 액정표시장치를 제공하는데 있다.
도 1은 종래의 일반적인 횡전계방식 액정표시장치의 구성을 나타내는 사시도이다.
도 2는 제 1도의 II-II선에 따른 단면도이다.
도 3은 본 발명의 실시예 1에 따른 액정표시장치의 단면도이다.
도 4는 본 발명의 실시예 2에 따른 액정표시장치의 단면도이다.
이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 액정표시장치는 비투광성의 화소전극과 상기 화소전극에 대향하는 비투과성의 대향전극을 포함하는 빛이 투과되지 못 하는 부분과 상기 빛이 투과되지 못 하는 부분으로 둘러싸인 빛이 투과되는 부분으로 구성된 제1기판과, 상기 제 1기판과 대향하며 컬러필터층이 형성된 제 2기판으로 이루어진 액정표시장치에 있어서, 상기 빛이 투과되는 부분에 대응하는 위치에 마이크로렌즈가 형성된 것을 특징으로 하고 있다.
각각의 광전달부에 대응하는 오버코트층의 각각의 부분을 대략 각각의 광전달부에 대응하는 크기를 갖는 렌즈의 형상으로 패터닝함으로 광원에서 나온 빛이 그 방향이 각각의 광전달부의 중앙부분을 향하여 꺾어져 광비전달부에 의해 차단되지 않고 광전달부를 통과하여 빛의 투과율이 높아진다. 따라서, 고휘도, 초경량의 액정표시장치가 얻어진다. 오버코트층이 아닌 다른 층을 렌즈의 형상으로 패터닝하거나, 별도의 층을 형성하여 패터닝하여 렌즈를 형성해도 투과율은 향상된다. 특히, 오버코트층을 렌즈의 형상으로 패터닝할때에는 별도의 층이 형성되지 않기 때문에 액정표시장치의 두께가 변화가 없으며 비용의 상승도 없고 다른 층에 비해 렌즈의 형성이 용이해진다. 오버코트층을 볼록으로 패터닝하느냐, 또는 오목으로 패터닝하느냐는 오버코트층 및 오버코트층을 지나는 빛이 통과하는 매질의 굴절률에 의해 결정된다.
굴절률이 n1이 매질에서 굴절률이 n2인 매질로 매질의 경계면의 법선에 대하여 θ1각을 가지고 입사하는 빛은 매질의 경계면의 법선에 대하여 θ2만큼 꺾어진다. 매질의 굴절률과 입사각 및 굴절각의 관계는 스넬의 법칙으로 알려진 다음의 식으로 알 수 있듯이 입사각 θ1을 갖는 빛은 n1이 n2보다 클 경우 n1이 n2보다 작은 경우에 비해 굴절각 θ2의 값이 작다. 빛의 투과율을 높이기 위한 가장 적절한 굴절각 θ2는 굴절률 n1, n2를 적절히 설정하고 오버코트층을 굴절률의 관계에 따라 볼록, 또는 오목의 형상으로 패터닝하여 얻어진다.
종래의 액정표시장치에서 빛이 투과되지 못 하는 부분에 의해 차단되었던 빛이 본 발명의 액정표시장치에 의해 형성된 렌즈에 의해 광전달부의 중앙을 향하도록 꺾어지게 하여, 차단되는 빛이 없이 광원에서 나온 빛의 전부가 투과될 수 있도록 하기 위해서는 빛이 통과하는 매질들의 굴절률을 적절히 설정하고, 보다 효과적으로 꺾어지도록 매질들을 적절한 형상으로 패터닝함으로써 가능하다. 패터닝에 의해 매질은 각각의 광전달부에 대응하는 크기의 렌즈의 형상이나 광비전달부에 대응하는 부분이 곡면인 형상이나 광비전달부에 대응하는 소정의 크기에 렌즈의 형상을 갖는다.
이하, 본 발명의 실시예에 따르는 액정표시장치를 나타낸다. 제 4도는 실시예 1에 따른 액정표시장치의 구성을 제 5도는 실시예 2에 따른 액정표시장치의 구성을 나타낸 단면도이다.
[실시예 1]
제 2투명유리기판(120) 상에 복수의 컬러필터로 이루어진 컬리필터층(123)이 형성되어 있다. 컬러필터층(123) 상에는 오버코트층(125)이 형성되어 있다. 오버코트층은 그 자체의 투과율이 90% 이상이다. 제 1기판의 각각의 광전달부에 대응하는 오버코트층의 각각의 부분은 제 1투명유리기판을 향하여 볼록하게 나온 렌즈의 형상을 하고 있다. 렌즈를 형성하는 오버코트층상에는 폴리이미드 등으로 된 배향막(128)이 형성되어 있다. 제 1기판의 각각의 광전달부에 대응하는 각각의 오버코트층부분이 볼록렌즈 형상으로 패터닝되어 있는 오버코트층에서 폴리이미드 막으로 입사하는 빛은 제 1투명유리기판의 각각의 광전달부의 중앙을 향하여 꺾어진다. (오버코트층의 굴절률은 일반적인 배향막의 굴절률을 고려할 때 1.4 이상의 값을 가지며 그 값이 커질수록 빛이 꺾어지는 정도는 더욱 커지게 된다.) 따라서, 빛은 비투광성의 화소전극(17)과 대향전극(12) 등의 광비전달부에 의해 차단되지 않고 광전달부를 통하여 제 1투명유리기판을 투과한다.
[실시예 2]
제 2투명유리기판(120) 상에 복수의 컬러필터로 이루어진 컬리필터층(123)이 형성되어 있다. 컬러필터층 상에는 오버코트층(125)이 형성되어 있다. 오버코트층은 그 자체의 투과율이 90% 이상의 값을 갖는다. 제 1기판의 각각의 광전달부에 대응하는 오버코트층의 각각의 부분은 제 2투명유리기판을 향하여 오목하게 들어간 렌즈의 형상을 하고 있다. 오버코트층상에는 폴리이미드 등으로 된 배향막(128)이 형성되어 있다. 오버코트층의 굴절률은 배향막인 폴리이미드의 굴절률보다 작다. 제 1기판의 각각의 광전달부에 대응하는 각각의 오버코트층부분이 오목렌즈 형상으로 패터닝되어 있고, 오버코트층의 굴절률이 폴리이미드의 굴절률보다 작기 때문에 오버코트층에서 폴리이미드막으로 입사하는 빛은 제 1투명유리기판의 각각의 광전달부의 중앙을 향하여 꺾어진다. 따라서, 빛은 비투광성의 화소전극(117)과 대향전극(112) 등의 광비전달부에 의해 차단되지 않고 광전달부를 통하여 제 1투명유리기판을 투과한다.
본 발명에 의하면, 각각의 광전달부에 대응하는 오버코트층부분을 대략 광전달부에 대응하는 크기를 갖는 렌즈의 형상을 갖도록 패터닝하여 광원에서 나온 빛이 광비전달부에 의해 차단되지 않고 렌즈에 의해 광전달부로 꺾어져서 광전달부를 투과하여 고투과율의 횡전계방식 액정표시장치를 얻을 수 있다.

Claims (10)

  1. 비투광성의 화소전극과 상기 화소전극에 대향하는 비투광성의 대향전극을 포함하는 빛이 투과되지 못 하는 부분과 상기 빛이 투과되지 못 하는 부분을 제외한 투광성의 빛이 투과되는 부분으로 구성된 제 1기판과, 상기 제 1기판과 대향하며 컬러필터층이 형성된 제 2기판으로 이루어진 액정표시장치에 있어서, 상기 빛이 투과되는 부분에 대응하는 위치에 마이크로렌즈가 형성된 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
  2. 1항에 있어서, 상기 컬러필터층 상에 오버코트층이 형성된 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
  3. 2항에 있어서, 상기 마이크로렌즈는 상기 오버코트층을 패터닝하여 형성된 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
  4. 3항에 있어서, 상기 오버코트층의 굴절률은 상기 오버코트층 상에 형성된 물질의 굴절률보다 큰 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
  5. 4항에 있어서, 상기 오버코트층의 굴절률은 1.4 이상인 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
  6. 4항에 있어서, 상기 마이크로렌즈는 상기 제 1기판을 향하여 볼록하게 나온 볼록렌즈인 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
  7. 3항에 있어서, 상기 오버코트층의 굴절률은 상기 오버코트층 상에 형성된 물질의 굴절률보다 작은 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
  8. 7항에 있어서, 상기 마이크로렌즈는 상기 제 2기판을 향하여 오목하게 들어간 오목렌즈인 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
  9. 1항 내지 8항 중 어느 한 항에 있어서, 광원은 상기 제2기판쪽에 형성된 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
  10. 1항에 있어서, 상기 마이크로렌즈는 상기 빛이 투과되는 부분에 대응하는 크기를 갖는 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
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