KR19990019701A - 액정표시장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 액정표시장치의 칼라필터기판 쪽에 홀로그래픽 확산판(Holographic Diffuser)을 형성하여 높은 콘트라스트비와 광시야각을 갖는 액정표시장치를 제공하는데 목적이 있다.
본 발명의 액정표시장치는 화소전극 530과 화소전극 530에 접속된 스위칭소자 540이 형성된 글래스기판 520과, 칼라필터 570이 형성된 글래스기판 510 사이에 액정 580을 개재하여 합착하고, 그 합착된 기판의 양쪽 면에 편광판 600과 700을 구비하고, 글래스기판 510 쪽에 구비된 편광판 600의 외측 면에 편광판 600을 통과한 광 750이 입사각도에 관계없이 정해진 방향과 정해진 각도로 발산되도록 하는 홀로그래픽 확산판 511을 구비한다.
따라서, 본 발명의 액정표시장치는 광시야각과 높은 콘트라스트비를 얻는 효과가 있다.

Description

액정표시장치
본 발명은 퍼스널컴퓨터, 모빌컴퓨터(mobile computer) 등의 정보통신기기나 게임기, 시뮬레이션기기 등에 이용되는 액정표시장치에 관련된 것으로써, 더 상세히는 액정표시장치의 칼라필터기판 쪽에 홀로그래픽 확산판(Holographic Diffuser)을 형성하여 광시야각과 높은 콘트라스트비를 갖는 액정표시장치를 구성하는 것에 관련된 것이다.
먼저, 도 1, 도 2(도 1의 단면도)를 참고하여 액티브매트릭스 액정표시장치의 구조를 설명한다.
하측의 글래스기판 20의 내측 표면에는 매트릭스상으로 배열된 복수개의 화소가 형성된다.
각각의 화소는 투명도전막으로 이루어진 화소전극 30과 구동용 박막트랜지스터(TFT) 40 등으로 구성된다.
TFT 40의 소스전극에는 화소전극 30이 접속되고, 드레인전극에는 데이터버스라인 50이 접속되고, 게이트전극에는 게이트버스라인 60이 접속된다.
한편, 상측의 글래스기판 10의 내측 표면에는 R,G,B의 3원색의 세그먼트를 갖는 칼라필터 70이 형성된다.
각각의 칼라필터의 세그먼트는 화소와 대응하는 위치에 형성된다.
상하 한쌍의 기판 10과 20 사이에는 액정 80이 주입된 후 씰(seal) 90에 의하여 봉합된다.
기판 10과 20의 외측에는 각각 편광판 100과 200이 배치된다.
화소가 형성된 기판쪽에 배치된 편광판 200의 외측에는 백라이트장치(도시되지않음)가 배치되고 상기 백라이트장치에서 광 250이 발산된다.
상기와 같이 구성되는 종래의 액정표시장치는 액정층 80의 액정분자의 동작모드를 컨트롤함으로써 액정층을 통과하는 광 250을 컨트롤하여 문자나 그림 등을 액정표시장치의 화면에 표시한다.
상기 문자나 그림 등을 표시하는 메커니즘은 도 3, 도 4를 참고하여 상세히 설명 한다.
액정분자의 동작모드는 여러 가지가 있지만 본 발명에서는 트위스트네마틱(Twist Nematic:TN) 노멀리 화이트(normally white) 모드를 예로들어 설명 한다.
기판 10과 20 사이에 네마틱액정을 주입하고, 90°트위스트 배향시키면 도 3의 구조가 된다.
글래스기판 10과 20의 외측에 편광축의 각도가 서로 90°가 되도록 편광판 100과 200이 배치되어 있다.
편광판 200을 통과한 직선편광 255는 상기 TN액정의 내부에서 액정이 갖는 선광성과 복굴절성의 2개의 성질에 의하이 직선편광 255가 90°회전하는 현상이 일어 난다.
액정층 80을 통과한 직선편광 255는 편광판 100을 통과하는데, 편광판 100이 직선편광의 통과각도와 일치하기 때문에 액정층을 나온 직선편광 255가 모두 그대로 투과하게 된다.
단, 편광판은 입사광 중 특정의 직선편광밖에 투과하지 않기 때문에 광량은 최초의 50% 이하로 감소한다.
상기 도 3의 상태에서 도 4와 같이 교류전압을 액정층에 인가하면 액정분자의 각도가 변하여 직선편광 255와 액정분자의 장축이 수직으로 되기 때문에 액정분자의 장축에 대하여 직선편광 255는 수직으로 입사한다.
상기 도 4에서 편광판 200을 통과한 직선편광 255는 액정의 방향이 대부분 일치하기 때문에 광학적으로 균일하고, 각도의 변화없이 입사방향에 대하여 평행한 상태로 액정층을 통과한다.
이어서 액정층을 통과한 직선편광 255가 편광판 100을 통과하려고 하지만 상기 직선편광과 편광판의 통과 가능각도가 90° 틀어져 있기 때문에 액정층을 통과한 직선편광 255는 편광판 100을 통과할 수 없게된다.
상기 도 3, 도 4의 구조에서 알 수 있는 것처럼 각각의 화소전극 단위로 액정분자의 각도를 제어함으로써 백라이트장치에서 입사되는 광의 통과 여부를 각각의 화소전극 마다 컨트롤하고, 궁극적으로 문자나 그림 등을 표시할 수 있는 것이다.
그런데, 상기 TN모드 등으로 구동되는 액정표시장치는 표시화면의 경사진 방향에서 보면 콘트라스트의 저하가 일어나는 문제점이 있다.
즉, 액정표시장치는 CRT(Cathode Ray Tube) 표시장치와 비교하여 얇고, 가볍고, 저소비전력으로 구동할 수 있는 장점이 있지만 시야각이 좁아 측면에서 선명한 화면을 볼수없는 결점이 있다.
상기와 같이 액정표시장치의 표시화면의 시야각이 좁은 원인은 경사진 방향에서 입사된 광이 액정층에서 복굴절을 일으켜 편광 상태가 변하기 때문이다.
본 발명에서 예로든 TN형 액정구동 모드의 시야각 의존성을 나타내는 콘트라스트의 분포곡선은 도 5에 나타내는 것처럼 액정표시장치의 화면 150에 대하여 수직 방향을 0°로 하고, 각각의 각도에서 측정점을 일주시킨 때의 콘트라스트 값을 측정한다.
그래프는 동심원상에 표시화면 150에 대한 수직선 즉, 축 160과의 각도 θ를 나타내고, 방사선상에 수평방향의 각도 Φ를 나타내고, 콘트라스트값을 파라메타로 취하여 곡선을 나타내면 일반적으로 도 6과 같은 그래프를 나타낸다.
도 6에서 곡선 170이 각각의 각도에서 콘트라스트값을 파라메타로 나타낸 것이다.
상기 도 6의 그래프에서 보는 바와 같이 표시문자의 보는 각도에 따라 콘트라스트가 다른 문제점 즉, 좁은 시야각의 문제점을 해결하기 위하여 화소전극분할법, 액정의 배향분할법 등이 제안되어 실용화되고 있으나 시야각의 문제점을 획기적으로 개선할 수는 없다.
본 발명은 시야각의 문제점을 개선하기 위하여 칼라필터가 형성된 기판쪽의 편광판을 통과한 광이 방사상으로 분산하여 퍼지도록 조정할 필요가 있다.
본 발명에서는 칼라필터가 형성된 기판쪽에 배치된 편광판의 한면에 홀로그래픽 확산판(Holographic Diffuser)을 형성하여 광을 방사상으로 분산시킨다.
상기 홀로그래픽 확산판은 광의 입사각도에 관계없이 그 광을 정해진 방향과 정해진 각도로 발산시키는 작용을 하도록 형성된다.
따라서 본 발명은 광시야각과 높은 콘트라스트비를 갖는 액정표시장치를 제공하는데 목적이 있다.
도 1은 종래 액정표시장치의 투시도이고,
도 2는 종래 액정표시장치의 단면도이고,
도 3, 도 4는 TN모드의 액정표시장치에 있어서 광의 통과 과정을 설명하기 위한 투시도이고,
도 5는 TN모드의 액정표시장치에 있어서 콘트라스트의 곡선을 정의하기 위한 도면이고,
도 6은 TN모드의 액정표시장치에 있어서 콘트라스트의 분포곡선을 나타내는 도면이고,
도 7은 본 발명의 액정표시장치의 단면도이고,
도 8은 홀로그래픽 확산판의 제조과정을 설명하기 위한 모식도이고,
도 9는 홀로그래픽 확산판을 통과한 광의 발산 상태를 나타내는 도면이다.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
10,20,510,520 : 글래스기판 30,530 : 화소전극
40,540 : 스위칭 소자(TFT) 50 : 데이터 버스라인
60 : 게이트버스라인 70,570 : 칼라필터
80,580 : 액정 90,590 : 씰(seal)
100,200,600,700 : 편광판 150 : 액정패널의 화면
170 : 콘트라스트곡선 250,750 : 백라이트장치에서 입사되는 광
511 : 홀로그래픽 확산판
본 발명의 액정표시장치는 소정의 패턴으로 형성된 화소전극과 상기 화소전극에 접속된 스위칭소자가 포함되어 형성된 제1기판과, 칼라필터가 포함되어 형성된 제2기판을 액정을 개재하여 합착하고, 상기 합착된 기판의 양쪽 면에 편광판을 구비하고, 상기 제2기판 쪽에 구비된 편광판의 한 면에 홀로그래픽(holographic) 확산판을 구비한다.
상기 홀로그래픽 확산판은 정해진 각도 범위 이내로 입사하는 빛을 입사 각도에 관계없이 일정한 방향과 일정한 각도로 발산시키는 작용을 하기 때문에 본 발명의 액정표시장치는 높은 콘트라스트비를 갖고, 광시야각을 갖는다.
이하 실시예에서 본 발명의 액정표시장치의 구성 방법 및 작용 등을 상세히 설명한다.
도 7과 같이 글래스기판 520의 내측 표면에는 매트릭스상으로 배열된 복수개의 화소전극 530이 투명도전막 등으로 형성되고, 각각의 화소전극 530은 구동용 스위칭소자로 기능하는 박막트랜지스터(Thin Film Transistor:TFT) 540의 한 전극과 접촉되어 구성된다.
상기 도 7에는 도시되지 않았지만 TFT 540의 소스전극에는 화소전극이 접속되고, 드레인전극에는 데이터 버스라인이 접속되고, 게이트 전극에는 게이트 버스라인이 접속된다.
또한, 글래스기판 510의 내측 표면에는 R,G,B의 3원색의 세그먼트를 갖는 칼라필터 570이 형성된다.
각각의 칼라필터는 화소전극과 대응하는 위치에 형성된다.
상기 한쌍의 글래스기판 510과 520 사이에는 액정 580이 주입되고, 씰 590에 의하여 봉합된다.
각 글래스기판의 외측에는 각각 편광판 600과 700이 배치된다.
칼라필터 570이 형성된 글래스기판 510 쪽에 위치하는 편광판 600의 한 면 즉, 편광판 600의 외면에 홀로그래픽(holographic) 확산판 511이 배치된다.
상기 홀로그래픽 확산판은 dichromate gelatin(중크롬산염 제라틴), photoresist(포토레지스트), photopolymer(포토폴리머 ), silver halide(실버 할로겐화합물)등의 광굴절물질에 레이저광을 조사하여 speckle(스펙클)형태의 간섭무늬를 형성하여 줌으로써 제조된다.
도 8을 참고하여 더 구체적으로 설명하면 레이저총 800과 렌즈 880, 레이저확산판 830이 순차 배치된 장치에 상기 광굴절물질이 도포된 홀로그래픽 확산판 511을 세팅한다.
상기 레이저총 800에서 발사된 레이저광 790은 레이저확산판 830에 의하여 확산된 후, 홀로그래픽 확산판 511의 광굴절물질에 조사된다. 상기 광굴절물질에 조사된 레이저광은 a,b,c와 같은 스펙클형태의 간섭무늬를 상기 광 굴절물질에 형성한다. 상기 a,b,c의 스팩클형태의 간섭무늬의 크기는 레이저확산판 830과 홀로그래픽 확산판 511 사이의 거리 D에 의하여 결정된다.
거리 D가 크면 스펙클 형태의 간섭무늬의 크기 즉, a,b,c의 크기가 커지고, 거리 D가 작으면 a,b,c의 크기가 작아진다. 또 상기 a,b,c의 각각의 크기는 상기 레이저확산판 830과 홀로그래픽 확산판 511 사이에 소정의 형태로 패턴된 마스크를 개재하여 조정할 수도 있다.
상기 스펙클 형태의 간섭무늬가 작게 형성될수록 상기 홀로그래픽 확산판 511을 통과하는 광이 더 많이 확산되고, 광의 각도분포가 더 넓어진다.
상기와 같이 형성된 홀로그래픽 확산판 511이 편광판 600의 외면에 배치됨으로써 백라이트장치에서 입사되는 광 750이 도 9와 같이 홀로그래픽 확산판 511에 대하여 소정의 경사진 각도로 입사되더라도 홀로그래픽 확산판 511을 광이 통과한 후에 홀로그래픽 확산판 511의 수직선축 521을 기준하여 입사된 광의 각도에 관계없이 일정한 각도의 폭으로 발산된다. 따라서, 도 5, 도 6에 나타낸 종래 액정표시장치의 콘트라스트비를 획기적으로 개선할 수 있고, 광시야각을 구현할 수 있다.
본 발명은 도 7과 같이 소정의 패턴으로 형성된 화소전극 530과 상기 화소전극에 접속된 스위칭소자 540이 포함되어 형성된 글래스기판 520과, 칼라필터 570가 포함되어 형성된 글래스기판 510 사이에 액정 580을 개재하여 합착하고, 상기 합착된 기판의 양쪽 면에 편광판 600과 700을 구비하고, 상기 글래스기판 510 쪽에 구비된 편광판 600의 외측 면에 홀로그래픽(holographic)확산판 511을 구비하여 액정표시장치를 구성한다. 상기 홀로그래픽 확산판은 소정의 각도 범위 이내로 입사하는 광을 입사 각도에 관계없이 정해진 방향과 정해진 각도로 발산시키는 작용을 하도록 형성되기 때문에 홀로그래픽 확산판이 구비되지 않은 종래의 액정 표시장치와 비교하여 높은 콘트라스트비를 갖고, 광시야각을 갖는 효과가 있다.

Claims (2)

  1. 소정의 패턴으로 형성된 화소전극과 상기 화소전극에 접속된 스위칭소자가 포함되어 형성된 제1기판과, 칼라필터가 포함되어 형성된 제2기판을 액정을 개재하여 합착하고, 상기 합착된 기판의 양쪽 면에 편광판을 구비하여 형성된 액정표시장치에 있어서, 상기 제2기판 쪽에 구비된 편광판의 외측면에 홀로그래픽(holographic)확산판을 구비한 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 홀로그래픽 확산판은 소정의 각도 범위 이내로 입사하는 광을 입사 각도에 관계없이 정해진 방향과 정해진 각도로 발산시키는 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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