KR19980060832A

KR19980060832A - 칼라 액정 디스플레이

Info

Publication number: KR19980060832A
Application number: KR1019960080199A
Authority: KR
Inventors: 김시환
Original assignee: 손욱; 삼성전관 주식회사
Priority date: 1996-12-31
Filing date: 1996-12-31
Publication date: 1998-10-07

Abstract

백 라이트; 상기 백 라이트로부터 조사되는 광을 편광시키는 전면 및 배면 편광판; 상기 편광판 사이에 설치되며 대향면에 ITO 투명 전극이 상호 교차되어 형성되어 있는 전면 및 배면 투명 기판과, 상기 투명 기판 사이에 개재된 액정층을 포함하는 액정셀; 상기 전면 편광판과 전면 투명 기판 사이에 또는 상기 배면 편광판과 배면 투명 기판 사이에 설치되며, 파장이 550-589 nm 인 광에 대해 복굴절값이 50 nm 이하인 베이스 필름; 및 상기 베이스 필름 상에 형성되며 레드,그린,블루를 포함하는 칼라 필터층;을 포함하는 것을 특징으로 하는 칼라 액정 디스플레이가 개시되어 있다.

Description

칼라 액정 디스플레이

본 발명은 칼라 액정 디스플레이에 관한 것으로서, 구체적으로는 액정(liquid crystal)셀 밖에 컬러 필터층이 위치하는 칼라 액정 디스플레이에 관한 것이다.

종래의 투과형 칼라 액정 디스플레이는 광원과 상기 광원으로부터 방출된 광이 차례로 통과하는 다수의 층으로 구성된다. 상기 층들은 편광판과, 대향면에 전극이 형성된 투명 기판과 그들 투명 기판 사이에 위치하는 액정층을 포함하는 액정셀과, 칼라 화상을 구성하기 위한 칼라 필터층을 포함한다. 이들 층 중에서, 상기 편광판 및 액정층은 광학적으로 이방성(異方性, anisotropic)이며 복굴절성(複屈折性, birefringent)을 가진다. 빛이 복굴절성을 가진 임의의 분자층을 통과할 때 빛의 수평굴절률과 수직굴절률에 차이가 발생하여 빛의 수직속도와 수평속도가 서로 다르게 된다. 이러한 속도의 차이는 위상지연을 발생시키는데 이러한 위상지연 현상을 이용하여 액정 디스플레이가 구동된다. 따라서, 액정 디스플레이는 이러한 편광판과 액정층의 복굴절성을 이용하여 다양한 화상을 구성할 수 있다. 그러나, 상기 투명 기판은 유리 또는 플라스틱으로 제조될 수 있는데 이러한 기판은 복굴절성이 없어야 한다. 만약 투명 기판이 복굴절성을 가지면 콘트라스트(contrast) 및 색조(chromaticity)가 저하되어 전체 화상의 질이 떨어진다.

상기 칼라 필터층은 액정셀 내에 형성되기도 하고 또는 액정 외부에 설치될 수도 있다. 칼라 필터층을 구성하는 형광 물질을 상기 액정셀을 구성하는 투명 기판의 대향면 위에 직접 증착 또는 도포시킴으로써 액정셀 내에 칼라 필터층을 형성시킬 수 있다. 이러한 공정은 스핀 코팅(spin coating)을 이용하여 이루어지는 것이 일반적이다.

이와 같이 액정셀 내부에 칼라 필터층을 형성시킨 구조에 있어서, 상기 칼라 필터층을 구성하는 재료는 앨정 재료와 양립(compatible)할 수 있는 재료이어야 하며, 상기 칼라 필터층에는 보호층(passivation layer)을 추가적으로 코팅시키는 단계가 필요하므로, 제조 공정이 복잡하다.

칼라 필터층을 설치하는 또 하나의 방법은 액정셀과 칼라 필터층을 별도로 제조한 후 이를 조립하는 것이다. 즉, 이 경우에 상기 칼라 필터층은 액정셀 외부, 다시 말해, 액정셀의 투명 기판과 편광판 사이에 설치된다. 상기 칼라 필터층은 시트(sheet) 타입으로 제작되는데, 베이스 필름과 그 베이스 필름 위에 도포된 형광층으로 구성된다.

액정셀 외부에 칼라 필터층이 구비된 액정 디스플레이의 구성은 실버스타인(Silverstein) 등의 미국특허 제5,442,467호에 개시되어 있는데, 이를 도 1에 나타내었다.

도 1에 도시된 투과형 액정 디스플레이는, 냉음극 형광램프와 같은 백 라이트(11)와, 상기 백 라이트(11)로부터 나온 광을 전달시키는 확산판(12, diffuser)과, 배면 편광판(13)과, 액정셀(14)과, 모자이크 배열(mosaic array)의 칼라 필터층(15)과, 전면 편광판(16)으로 구성된다. 상기 액정셀(14)은 매트릭스 어드레싱 엘리먼트(22)와 ITO 픽셀 전극을 포함한 배면 유리 기판(21)과, 바람직하게 트위스티드-네마틱(twisted-nematic,TN) 액정 물질로 된 액정층(23)과, 전면 유리 기판(24)을 포함한다.

상기와 같은 구조를 가진 종래의 칼라 액정 디스플레이에 있어서, 상기 액정셀(14)과 편광판(16) 사이에 설치되는 칼라 필터층(15)은 유리, 플라스틱 또는 젤라틴 등의 다양한 필터 재료로 제조될 수 있으나, 그러한 재료의 광학적 특성은 구체적으로 정의되어야 한다. 즉, 상기 칼라 필터층(15)은 전면 편광판(16) 내에 설치되는 것이므로 복굴절성이 없어야만 한다. 통상적으로, 필터 기판을 연신하는 방법에 의해 제조하게 되면, 연신과정에서 분자가 배열되어 복굴절성을 가지게 된다.

또한, 상기 칼라 액정 디스플레이에 전원이 인가되면, 상기 액정셀(14)의 매트릭스 어드레싱 엘리먼트(22)와 ITO 픽셀 전극에 의해 디스플레이 화소가 형성되는데 이러한 각각의 디스플레이 화소는 상기 칼라 필터층(15)과 정확하게 정렬되어 대응되어야만 한다. 즉, 레드(red)에 대한 화상신호에 의해 레드에 해당하는 디스플레이 화소가 형성되면 그 디스플레이 화소는 칼라 필터층(15)의 레드(R) 필터층과 정확하게 일치됨으로써 백 라이트(11)로부터 나온 광이 상기 레드(R) 필터층으로 조사될 수 있다. 그러나, 상기 칼라 필터층(15)과 디스플레이 화소 사이에는 전면 유리 기판(24)이 개재되어 있으므로 이러한 전면 유리 기판(24)의 두께 때문에 상기 디스플레이 화소와 각각의 칼라 필터층(15)이 부정합(incorrect registration)되어 어긋나는 경향이 있다. 이러한 현상은 상기 전면 유리 기판(24)의 두께를 최소화함으로써 줄일 수 있으나, 전면 유리 기판(24)의 두께를 줄이는데에는 한계가 있으므로 이러한 현상을 완전히 막을 수는 없다. 더욱이, 이러한 부정합은 칼라 필터층을 구성하는 재료에 의해 더욱 악화되므로, 전술한 바와 같이 칼라 필터층의 재료는 복굴절성을 가지지 않는 재료로 한정되어야만 한다.

본 발명은 복굴절성이 없는 칼라 필터층을 액정셀 외부에 설치함으로써 화상의 콘트라스트 및 색조를 향상시킬 수 있는 개선된 칼라 액정 디스플레이를 제공하는데 그 목적이 있다.

도 1은 종래의 칼라 액정 디스플레이의 구성을 나타낸 분리사시도이다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 칼라 액정 디스플레이를 나타낸 단면도이다.

도 3은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 칼라 액정 디스플레이를 나타낸 단면도이다.

도면의 주요부분에 대한 설명

11...백라이트 12....확산판

13,16...편광판14....액정셀

15...칼라 필터층21,24...유리 기판

23...액정층30...배면 편광판

32...배면 투명 기판33...ITO 투명 전극

34...액정층35...전면 투명 기판

36,66...필터층37...베이스 필름

38,68...전면 편광판39...집광부

40...액정셀50...칼라 필터

상기와 같은 목적을 달성하기 위해서 본 발명에 따른 칼라 액정 디스플레이는, 백 라이트; 상기 백 라이트로부터 조사되는 광을 편광시키는 전면 및 배면 편광판; 상기 편광판 사이에 설치되며 대향면에 ITO 투명 전극이 상호 교차되어 형성되어 있는 전면 및 배면 투명 기판과, 상기 투명 기판 사이에 개재된 액정층을 포함하는 액정셀; 상기 전면 편광판과 전면 투명 기판 사이에 또는 상기 배면 편광판과 배면 투명 기판 사이에 설치되며, 파장이 550-589 nm인 광에 대해 복굴절값이 50 nm 이하인 베이스 필름; 및 상기 베이스 필름 상에 형성되며 레드,그린,블루를 포함하는 칼라 필터층;을 포함하는 것을 특징으로 한다.

여기서, 상기 베이스 필름은 폴리카보네이트 또는 PET 필름중 어느 하나인 것이 바람직하며, 상기 베이스 필름이 설치되는 측의 투명 기판은 플라스틱으로 된 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따르면 상기 베이스 필름은 캐스팅에 의해 제조된다.

본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 백 라이트; 상기 백 라이트로부터 조사되는 광을 편광시키는 전면 및 배면 편광판; 상기 편광판 사이에 설치되며 대향면에 ITO 투명 전극이 상호 교차되어 형성되어 있는 전면 및 배면 투명 기판과, 상기 투명 기판 사이에 개재된 액정층을 포함하는 액정셀; 및 상기 전면 및 배면 편광판 중 어느 하나상에 직접 형성되며 레드,그린,블루를 포함하는 칼라 필터층;을 포함하는 것을 특징으로 하는 칼라 액정 디스플레이가 제공된다.

이하 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.

도 2는 본 발명에 따른 칼라 액정 디스플레이를 나타낸다. 도면을 참조하면, 본 발명의 칼라 액정 디스플레이는 배면 편광판(30)과, 그 대향면에 ITO 투명 전극(33)이 상호 교차되어 형성되어 있는 배면, 전면 투명 기판(32,35) 및 상기 투명 기판(32,35) 사이에 형성된 액정층(34)을 포함하는 액정셀(40)과, 상기 액정셀(40) 외부에 설치되는 칼라 필터(50)와, 상기 칼라 필터(50) 바깥쪽에 설치되는 전면 편광판(38)을 포함한다. 또한, 미도시된 백 라이트와 배면 편광판(30) 사이에는 마이크로렌즈와 같은 집광부(39)를 설치할 수 있다.

상기 칼라 필터(50)는 베이스 필름(37)과 그 베이스 필름(37) 위에 형성되는 필터층(36)으로 구성된다. 상기 필터층(36)은 레드(R), 그린(G), 불루(B) 필터로 구성되며 당해 기술분야에서 알려진 방법들에 의해 상기 베이스 필름(37) 위에 도포된다. 예를 들어, 미국 특허 제5,521,035호에 개시된 것으로서, 베이스 필름위에 도너(Donor) 필름을 부착하고 레이저에 의해 전사하는 방법에 의해 상기 필터층을 형성시킬 수 있다.

본 발명의 특징에 따르면, 상기 베이스 필름(37)은 복굴절성이 작거나 없는 재료로 구성된다. 상기 베이스 필름(37)은 연신법이 아닌 캐스팅(주물)법에 의해 제조되는 고분자 필름이다. 즉, 캐스팅에 의해 제조시 분자가 무질서하게 배열되어 각 분자의 복굴절성이 서로 상쇄됨으로써 전체적으로 복굴절성을 띠지 않는다. 본 발명자에 의하면, 상기 캐스팅에 의해 제조되는 고분자 필름의 복굴절값은 빛의 파장이 550nm 내지 589nm 일 때 통상 50nm, 바람직하게는 30 nm 이하가 바람직하다는 것이 밝혀졌다.

상기 베이스 필름(37)은 폴리카보네이트(Poly carbonate) 또는 PET 필름인 것이 바람직하다. 또한, 액정셀(40)의 배면 투명 기판(32)은 유리 등으로 제조될 수 있으나, 칼라 필터(50)가 설치되는 전면 투명 기판(35)은 그 두께를 최대한 얇게 만들기 위해 플라스틱으로 제작되는 것이 바람직하다. 이 경우, 상기 플라스틱으로 제조된 전면 투명 기판(35)의 두께는 200㎛이하로 될 수 있으며, 따라서 전술한 바와 같이 디스플레이 화소와 각각의 필터층(36)이 부정합되어 어긋나는 것을 방지할 수 있다.

본 실시예에서는 칼라 필터(50)가 액정셀(40)의 전면 투명 기판(35)과 전면 편광판(38) 사이에 설치되었으나, 상기 칼라 필터는 배면 투명 기판(32)과 배면 편광판(30) 사이에 설치될 수도 있다. 이 경우, 필터층(36)은 베이스 필름(37)과 배면 투명 기판(32) 사이에 위치한다.

본 발명의 또 다른 실시예에 따른 칼라 액정 디스플레이가 도 3에 도시되어 있다. 여기서, 도 2에 도시된 참조부호와 동일한 참조부호는 동일한 기능을 하는 동일한 부재를 가리킨다.

도면을 참조하면, 본 실시예의 칼라 액정 디스플레이에서는 필터층(66)이 전면 편광판(68)상에 직접 형성된다. 다시 말해, 전면 편광판(68)이 도 2에 도시된 실시예에서의 베이스 필름(37)(도 2 참조)와 같은 역할을 한다. 이때, 전면 편광판(68) 위에 필터층(66)이 잘 형성될 수 있도록 상기 전면 편광판(68)은 잘 알려진 방법에 따라 적절한 화학처리가 이루어지는 것이 바람직하다.

본 실시예에서는 필터층(66)이 전면 편광판(68) 상에 형성되었으나, 상기 필터층(66)은 배면 편광판(30) 상에 형성될 수 있음은 물론이다. 본 실시예에 따른 칼라 액정 디스플레이에 있어서도 전술한 바와 같이 필터층이 형성되는 액정셀의 기판은 두께를 얇게 하기 위해 플라스틱으로 제작되는 것이 바람직하다. 본 실시예에 따르면, 액정셀의 기판과 편광판 사이에 복굴절성을 가지는 베이스 필름이 개재되지 않는다.

본 발명의 효과는 이하에서 설명하는 실험예를 통해 보다 명확히 설명될 것이다.

[실험예]

셀 갭(gap)이 7㎛이고 최초 콘트라스트가 23:1인 트위스티드 네마틱 액정 디스플레이에 있어서 베이스 필름의 복굴절값에 따른 콘트라스트를 측정하여 그 결과를 아래 표 1에 나타내었다. 여기서 콘트라스트는 예컨대, LCD-5000(OTSUKA,JAPAN)과 같은 광학기기로 측정하였고, 복굴절률은 엘립소미터(ELLIPSO METER)로 측정하였다. 또한, 상기 복굴절값은 파장이 550-589nm인 빛에 대해 측정되었으며, 상기 콘트라스트는 가시광선 영역에서의 평균값으로 나타내었다. 표 1에서, (a)와 (b)는 본 발명에 따라 캐스팅법에 의해 제작된 베이스 필름으로서 폴리카보네이트로 제조되었으며 그 두께가 각각 100㎛와 200㎛이다. 비교예(c)는 역시 캐스팅법에 의해 제조되었으나 두께가 400㎛인 베이스 필름이며, 비교예(d)는 연신법에 의해 제조된 두께 200㎛인 베이스 필름이다.

베이스 필름	복 굴 절 값	콘트라스트
a	폴리카보네이트, 두께100㎛, 캐스팅법	30 nm	21.5:1
b	폴리카보네이트, 두께200㎛, 캐스팅법	50 nm	17.1:1
c	폴리카보네이트, 두께400㎛, 캐스팅법	100 nm	8.5:1
d	폴리카보네이트, 두께200㎛, 연신법	200 nm	3:1

상기 표 1에서 보듯이, 복굴절값이 점차 증가할수록 콘트라스트는 상대적으로 감소하는 것을 알 수 있다. 연신법에 의해 제조된 비교예(d)의 베이스 필름 분자는 일방향으로 배열되어 복굴절값이 크게 나타나며 따라서 액정 디스플레이의 콘트라스트가 저하된다. 반면에 캐스팅법에 의해 제조된 (a),(b),(c)는 비교적 작은 복굴절값을 가지지만 두께가 지나치게 두꺼우면 예컨대, 400㎛이상이면 복굴절값 또한 증가되어 화상의 콘트라스트가 저하되는 경향을 나타낸다. 따라서, 본 발명에 따르면, 복굴절값이 50nm이하인 (a) 및 (b)에 해당하는 베이스 필름이 가장 바람직하다.

본 발명은 상기 실험예에 의해 한정되는 것은 아니며, 베이스 필름의 두께와 캐스팅법의 조건에 따라 복굴절값은 적절히 변형될 수 있는 것으로 하며, 다만 이경우에도 복굴절값이 50nm이하가 되는 것으로 한다. 나아가, 복굴절값이 50 nm는 빛의 파장이 550-589nm 영역에서 측정된 수치이지만 빛의 파장이 이 범위를 조금씩 벗어나더라도 상기 복굴절값에는 큰 변화가 없다.

본 발명에 따른 칼라 액정 디스플레이는 액정셀과 편광판 사이에 설치되는 칼라 필터의 베이스 필름이 복굴절성이 작으므로 화상의 콘트라스트가 높은 이점이 있다. 또한 본 발명에 따르면, 칼라 필터층이 편광판 상에 직접 도포되어 형성되므로 액정셀과 편광판 사이에 복굴절성을 가진 개재물이 없어 우수한 화상을 얻을 수 있다.

Claims

백 라이트;

상기 백 라이트로부터 조사되는 광을 편광시키는 전면 및 배면 편광판;

상기 편광판 사이에 설치되며 대향면에 ITO 투명 전극이 상호 교차되어 형성되어 있는 전면 및 배면 투명 기판과, 상기 투명 기판 사이에 개재된 액정층을 포함하는 액정셀;

상기 전면 편광판과 전면 투명 기판 사이에 또는 상기 배면 편광판과 배면 투명 기판 사이에 설치되며, 파장이 550-589 nm인 광에 대해 복굴절값이 50 nm 이하인 베이스 필름; 및

상기 베이스 필름 상에 형성되며 레드,그린,블루를 포함하는 칼라 필터층;을 포함하는 것을 특징으로 하는 칼라 액정 디스플레이.
제1항에 있어서,

상기 베이스 필름은 폴리카보네이트 또는 PET 필름중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 칼라 액정 디스플레이.
제1항에 있어서,

상기 베이스 필름이 설치되는 측의 투명 기판은 플라스틱으로 된 것을 특징으로 하는 칼라 액정 디스플레이.
제1항에 있어서,

상기 베이스 필름은 캐스팅에 의해 제조된 것을 특징으로 하는 칼라 액정 디스플레이.
백 라이트;

상기 백 라이트로부터 조사되는 광을 편광시키는 전면 및 배면 편광판;

상기 편광판 사이에 설치되며 대향면에 ITO 투명 전극이 상호 교차되어 형성되어 있는 전면 및 배면 투명 기판과, 상기 투명 기판 사이에 개재된 액정층을 포함하는 액정셀; 및

상기 전면 및 배면 편광판 중 어느 하나상에 직접 형성되며 레드,그린,블루를 포함하는 칼라 필터층;을 포함하는 것을 특징으로 하는 칼라 액정 디스플레이.
제5항에 있어서,

상기 칼라 필터층이 형성된 편광판과 인접하는 투명 기판은 플라스틱으로 된 것을 특징으로 하는 칼라 액정 디스플레이.