KR20030081959A - 액정 표시 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 외부광이 관측자의 시야로 직접 반사되는 현상을 제어하여 표시 장치 표면에서 산란을 일으키도록 하며, 상기 산란시 내부 투과광은 영향을 받지 않도록 함으로써 표시 장치의 해상도 손실을 방지하도록 한 액정 표시 장치에 관한 것으로, 액정 패널 상부의 편광판 상에 광학적 이방성 물질층과 광학적 등방성 물질층이 순차 적층되어 형성된 안티 글레어층을 더 포함함에 그 특징이 있으며, 상기 상부 편광판의 투과축 방향과 같은 방향에서의 안티 글레어층의 두 물질의 굴절률 값은 서로 같게 하며, 또한, 상기 안티 글레어 층의 두 물질간의 경계는 상부 편광판의 투과축 방향과 같은 방향에서 굴곡을 가지며, 상기 상부 편광판의 흡수축 방향과 같은 방향에서의 안티 글레어층의 두 물질의 굴절률 값이 서로 달라 두 물질의 경계에서 외부광을 산란시킬 수 있다.

Description

액정 표시 장치{Liquid Crystal Display}

본 발명은 액정 표시 장치에 관한 것으로 특히, 외부광이 관측자의 시야로 직접 반사되는 현상을 제어하여 표시 장치 표면에서 산란을 일으키도록 하며, 상기 산란시 내부 투과광은 영향을 받지 않도록 하여 표시 장치의 해상도 손상을 방지한 안티 글레어 층이 액정 패널 상부의 편광판에 코팅된 액정 표시 장치에 관한 것이다.

액정(Liquid Crystal)은 액체의 유동성과 고체의 결정과 같은 규칙적인 분자배열을 동시에 갖는다. 또한, 광학적 이방성을 가지면서 전압이 가해지면 전계의 방향을 따라 액정의 분자 배열이 바뀌는 특성을 가지고 있다. 이러한 액정의 성질을 이용하여 도형, 문자 또는 그림을 표시하는 장치를 액정 표시 장치(LCD : Liquid Crystal Display)라 한다.

이러한 액정 표시 장치는 표면에 투명 전극을 형성한 2장의 기판 사이에 액정을 주입한 액정 패널과, 상기 액정 패널에 빛을 균일하게 조사하는 백 라이트 유닛(Back Light)과, 상기 액정 패널을 구동시키는 구동 회로부 및 패키징을 위한 샤시 유닛(Chassis Unit)으로 구성된다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 일반적인 액정 표시 장치의 구조에 대해 설명한다.

도 1은 기본적인 액정 표시 장치를 나타낸 도면이다.

도 1에 도시한 액정 표시 장치는 구동 회로부 및 샤시 유닛을 생략하고 액정 패널과 백 라이트 유닛만을 나타낸 도면이다.

도 1과 같이, 기본적인 액정 패널은, 상하부 기판(11, 12)과, 상기 상하부 기판(11, 12) 사이에 충진된 액정층(13)과, 상기 액정층(13) 사이에 셀 갭을 균일하게 하기 위한 스페이서(14)와, 상하부 기판(11, 12)이 마주보는 안쪽 면에 형성된 상하부 전극(15, 16)과, 상기 상하부 기판(11, 12) 바깥 면에 코팅된 상하부 편광판(17, 18)으로 구성된다.

또한, 도 1에는 상기 하부 편광판(18) 하부에 위치하여 상기 액정 패널(11~18)에 균일하게 빛을 면조사하는 백 라이트 유닛(19)이 도시되어 있다.

PDP(Plasma Display Panel), FED(Field Emission Display) 등과는 달리 액정 표시 장치(LCD)에는 액정 자체가 비발광성 물질이기 때문에, 빛이 없는 곳에서는 사용이 불가능하다. 이러한 단점을 보완하기 위하여 어두운 곳에서 사용이 가능하게 할 목적으로 정보 표시면을 균일하게 면조사하는 백 라이트(Back Light) 유닛이 개발되었다.

기본적인 백 라이트 유닛은 광원, 도광판, 확산판, 프리즘 시트(Prism Sheet)로 이루어진 것으로, 그 기능은 도광판 일측면에 위치하는 광원이 도광판 전면에 균일하게 빛을 보내고, 도광판 상부의 확산판 및 프리즘 시트를 통해 액정 패널로 빛이 투과되게 되어 디스플레이 하는 것이다. 도 1에 도시된 백 라이트 유닛(19)은 광원 등을 생략하고, 도광판만을 나타낸 것으로, 실제 백 라이트의 투과 방향이 도시되어 있다.

상기 상하부 기판(11, 12)은 글래스 성분으로 구동 방식에 따라 다른 재료의 글래스를 사용한다. 예를 들어, 단순 구동 매트릭스의 경우는 소다 라임 글래스(soda lime glass)가 사용되고, 액티브 매트릭스(active matrix)의 경우에는 무알칼리 글래스(alkali free glass)와 보로실리케이트 글래스(borosilicate glass)가 사용된다.

액정 셀이 갖는 특성 가운데, 응답 속도(블랙과 화이트 사이의 전환 속도), 명암 대비비(C/R), 시야각, 휘도 균일성 등은 액정층(13)의 두께와 밀접한 관련을 갖기 때문에 셀 갭(cell gap)을 일정하게 유지하는 것이 중요하다. 액정 표시 장치에서는 일정한 셀 갭을 유지하기 위하여 액정층(13) 사이에 일정한 크기와 형태를갖는 플라스틱 재질의 스페이서(14)라는 물질을 삽입한다.

복수의 층으로 형성되는 액정 표시 장치 중앙에 충진되는 상기 액정층(13)은 고체와 액체의 중간 상태로 인가되는 전압에 따라 액정의 분자 배열이 바뀌면서 빛을 투과시키거나 차단시키는 기능을 한다.

도 1의 액정 패널을 기본으로 하여, 상하부 기판(11, 12)상에 형성되는 전극(15, 16)을 다르게 패터닝함으로써, 그 구동 방식을 다르게 할 수 있다.

액정 표시 장치의 구동 방식은 크게, TN(Twisted Nematic)형과 STN(Super Twisted Nematic)형의 단순 매트릭스(Passive Matrix) 방식과, TFT(Thin Film Transistor)형의 액티브 매트릭스(Active Matrix) 방식이 있다.

단순 매트릭스 방식을 구현하기 위해서는 도 1의 기본적인 액정 표시 장치의 하부전극(16)을 주사전극으로, 상부전극(15)을 신호전극으로 하고, 이를 서로 XY형(즉, 서로 수직으로 교차되게)으로 배치하여 그 교차 부분을 표시화소로 이용한다.

또한, 액티브 매트릭스 방식은 도 1의 기본적인 액정 표시 장치의 하부 기판(12)에 TFT 소자, 게이트 배선, 데이터 배선을 포함하는 TFT 어레이를 형성하고, 각각의 TFT 소자에 연결된 화소 전극을 포함한다. 이 경우 화소 전극으로는 도 1의 기본적인 액정 표시 장치의 하부 전극(16)이 이용되며, 이 때의 상부 전극(15)은 공통 전극으로 이용된다. 액티브 매트릭스 방식은 하나 하나의 화소를 직접 트랜지스터를 통해 구동하기 때문에, 고품질의 화면이 가능하고, 컬러 디스플레이에 유용하다.

또한, 컬러 디스플레이는 도 1의 구조에서 상부 전극(15)과 상부 기판(11) 사이에 컬러 필터를 코팅시킴으로써, 구현 가능하다.

상기 상하부 전극(15, 16)은 투명하고 전기 전도성을 갖는 전극으로 빛의 투과율이 높은 재료, 예를 들어, ITO(Indium Tin Oxide)와 같은 재료를 사용한다.

상기 상하부 편광판(17, 18)은 서로 교차되는 방향으로 각각 상하부 기판 바깥 면에 코팅되어 있다.

빛은 전자파이고, 그 진동 방향은 진행 방향에 수직이다. 편광은 그 진동 방향에 치우치고 있는 빛이다. 즉, 진행 방향에 수직인 방향 가운데 특정 방향에 강하게 진동하고 있는 빛을 말한다. 편광판은 입사광을 서로 직교하는 2 가지 편광 성분으로 나누고, 그 한쪽만을 통과시켜 다른 성분을 흡수 또는 분산시키는 것이다.

상기 백 라이트 유닛(19)에서 나오는 빛은 그 진동 방향이 모든 방향으로 같은 확률을 가진다. 이 때, 상기 상하부 편광판(17, 18)은 이러한 빛 중에서 편광 축과 동일한 방향으로 진동하는 빛만 투과시키고, 그 외의 나머지 방향으로 진동하는 빛은 적당한 매질을 이용하여 흡수 또는 반사하여 특정한 한 방향으로 진동하는 빛을 만드는 역할을 한다.

상기 액정층(13)의 상하로 편광축이 서로 직교 또는 평행하도록 상하부 편광판(17, 18)이 부착되기 때문에, 액정층(13)을 통과하는 동안 편광축의 회전 정도에 따라 투과광의 세기가 조절되어 블랙(black)과 화이트(white) 사이의 그레이(gray) 표현이 가능하게 된다.

특히, 상기 백 라이트 유닛(11)으로부터 나오는 내부 투과광의 편광 방향을 정의하는 편광판 중, 특히, 관측자에게 직접 디스플레이되는 쪽의 상부 편광판(17)은 편광판(17a)상에, 안티 글레어 층(Anti Glare Layer)(17b)을 코팅하여 실제 백 라이트의 투과 이외에도 외부광으로 인한 관측자에 대한 직접 반사를 발생시키는 현상을 방지하고 있다.

도 2는 종래의 액정 표시 장치의 눈부심 방지 처리 방법을 나타낸 도면이다.

관측자가 외부에서 액정 표시 장치를 볼 때, 외부광, 예를 들어 태양광이나 형광등의 직접적인 반사광을 받게 되면, 관측자는 눈부심(glossiness) 현상을 느끼게 되고, 제대로 화면을 볼 수가 없게 된다.

따라서, 액정 패널 상부의 증착되는 편광판 상에 안티 글레어(Anti-Glare:눈부심 방지) 처리를 하고 있다.

일반적으로 도 2와 같이, 관측자(21)가 느끼는 눈부심 현상을 제어하도록, 액정 패널 상부에 위치하는 편광판(22)상에 구(sphere)형의 AG 파티클(Anti Glare particle)(23)이 균일하게 산포되어 있다. 이 때, 상기 AG 파티클(23)은, 빛이 입사되는 구면의 각 방향에서 반사광을 발생시키는 것으로, 외부광 입사에 대한 직접적인 반사광을 줄일 수 있다. 이는 빛이 구의 표면에서 난반사되는 현상을 이용한 것이다.

즉, 상기의 구형의 AG 파티클(23)은 액정 패널 상부의 편광판(22)으로 입사되는 외부광을 구의 표면의 각 방향에서 산란시킴으로써, 관측자로서는, 평면으로 입사되는 외부광이 일방향으로 반사되는 광량에 비해 훨씬 작은 광량을 반사광으로받으므로, 눈부심 현상을 훨씬 덜 느끼게 된다.

도 3은 도 2의 안티 글레어 파티클이 표시 장치 표면에 산포된 형상을 나타낸 도면이다.

도 3과 같이, 내부 투과광이 나오는 표시 장치(22) 표면의 산포된 안티 글레어 파티클(23)은 구형이므로, 상기 안티 글레어 파티클(23)의 표면으로 입사되는 외부광은 산란현상이 일어나겠지만, 또한, 상기 내부 투과광으로 인해 나오는 영상 신호가 산란되는 현상이 발생하게 된다. 이와 같이, 내부 투과광에 기인한 영상 신호가 산란되면, 화상의 해상도가 떨어지게 된다.

즉, 안티 글레어 파티클을 표시 장치 표면에 많이 증착할수록 해상도는 저하되는 것이다.

상기와 같은 종래의 눈부심 방지 처리 방법은 다음과 같은 문제점이 있다.

즉, 종래의 눈부심 방지 처리 방법은 외부광에 의한 관측자의 눈부심 현상을 제거하기 위해서 액정 상부에 위치한 편광판 표면에 안티 글레어 파티클을 산포시키면, 상기 안티 글레어 파티클은 구형이므로 입사되는 빛을 산란시키는 원리이다.

이 때, 외부광의 산란 현상이 일어날 때에는, 내부 투과광의 산란 현상도 더불어 발생하여 해상도가 저하되는 문제점이 발생한다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로 외부광이 관측자의 시야로 직접 반사되는 현상을 제어하여 표시 장치 표면에서 산란을 일으키도록 하며, 상기 산란시 내부 투과광은 영향을 받지 않도록 하여 표시 장치의 해상도 손상을 방지한 안티 글레어 층이 액정 패널 상부의 편광판에 코팅된 액정 표시 장치를 제공하는 데, 그 목적이 있다.

도 1은 기본적인 액정 표시 장치를 나타낸 단면도

도 2는 종래의 액정 표시 장치의 눈부심 방지 처리 방법을 나타낸 도면

도 3은 도 2의 안티 글레어 파티클이 표시 장치 표면에 산포된 형상을 나타낸 도면

도 4는 본 발명의 안티 글레어 층을 갖는 액정 표시 장치의 안티 글레어 층의 기술적 원리를 도시한 도면

도면의 주요 부분에 대한 설명

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 액정 표시 장치는 액정 패널 상부의 편광판 상에 광학적 이방성 물질층과 광학적 등방성 물질층이 순차 적층되어 형성된 안티 글레어층을 더 포함함에 그 특징이 있다.

여기서, 상기 상부 편광판의 투과축 방향과 같은 방향에서의 안티 글레어층의 두 물질의 굴절률 값은 서로 같게 함이 바람직하다.

또한, 상기 안티 글레어 층의 두 물질간의 경계는 상부 편광판의 투과축 방향과 같은 방향에서 굴곡을 갖고 있음이 바람직하다.

상기 상부 편광판의 흡수축 방향과 같은 방향에서의 안티 글레어층의 두 물질의 굴절률 값이 서로 달라 두 물질의 경계에서 외부광이 산란되어진다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 액정 표시 장치의 안티 글레어 층을 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 4는 본 발명 안티 글레어 층을 갖는 액정 표시 장치에서의 안티 글레어 층의 기술적 원리를 도시한 도면이다.

도 4의 도면에서 광학적 이방성 물질로 표시된 층 하부에는 액정 표시 장치의 최상면(일반적으로는, 액정 패널 상부에 위치하는 편광판)이 위치한다(도면상 미도시).

도 4와 같이, 본 발명의 안티 글레어 층은, 액정 패널 상부 편광판 상에 위치하며, 광학적 이방성 물질층(굴절률이 (n_e, n_o)) 및 광학적 등방성 물질층(굴절률이 (n_o, n_o))의 2층으로 구성된다. 여기서, 상기 광학적 이방성 물질층 및 상기 광학적 등방성 물질층과의 경계면은 굴곡을 가진다.

이 때, 상기 광학적 이방성 물질층이 내부 투과광의 편광방향과 일치하는 광축이 갖는 굴절률(n_o)과 자신의 임의의 방향에서의 굴절률(n_o)이 같은 광학적 등방성 물질층(굴절률이 (n_o, n_o))으로 이루어진다.

상부 편광판의 투과축 방향과 같은 방향에서의 안티 글레어층의 두 물질의 굴절률 값은 서로 같게 한다. 즉, 상기 내부 투과광의 편광 방향에서의 굴절률은 광학적 등방성 물질층 및 광학적 이방성 물질층 모두 같게 된다.

이 때, 상기 상부 편광판의 흡수축 방향과 같은 방향에서의 안티 글레어층의 두 물질은 서로 그 굴절률이 다르기 때문에 상기 안티 글레어층으로 외부광이 입사될 때, 두 물질의 경계에서 외부광은 산란이 일어나게 된다.

상기와 같은 구조의 안티 글레어 층을 이용하여 액정 패널 상부에 위치한 편광판 표면에서 발생하는 외부광으로 인한 눈부심(Glossiness) 현상을 방지한다.

상기 안티 글레어 층을 이용한 눈부심 방지 처리 방법은 다음과 같다.

외부광이 안티 글레어 층으로 입사되게 되면, 상기 광학적 등방성 물질층과 상기 광학적 이방성 물질층과의 경계면에서 산란 현상이 일어나게 되며, 유일하게 내부 투과광의 편광 방향(상부 편광판의 투과축 방향)과 일치하는 방향의 성분만이 액정 패널 상부의 편광판으로 입사되어 상기 상부 편광판 내부의 액정 패널로 들어가게 된다.

상기 액정 패널 상부의 편광판으로 입사되는 외부광의 성분은 상기 상부 편광판의 내부 투과광 투과 방향과 일치하는 성분이므로, 실제 내부 투과광으로 인해 영상 신호가 액정 표시 장치에 디스플레이 될 때, 내부 투과광의 진행 방향에 대해 해상도에 전혀 영향이 없는 성분이다.

따라서, 본 발명의 안티 글레어 층은 해상도의 손실이 전혀 없게 되며, 또한, 관측자가 받는 눈부심 현상까지 제어가 가능하다.

본 발명의 안티 글레어 층은, 액정 표시 장치 내부 패널에서 나오는 백 라이트로 인한 내부 투과광(백 라이팅)이 일정한 편광 방향을 가지고 있다는 사실에 기인하여, 외부광의 표시 장치 표면 입사시 그 편광성분은 산란 없이 그대로 통과하고, 편광이 되어있지 않은 외부광은 일부(내부 투과광과 편광 방향이 일치하는 성분)를 제외하고 광학적 특성이 다른 두 물질층간의 경계에서 산란시키는 역할을 한다.

이 때, 외부광과 달리, 내부 투과광은 투과측 방향의 굴절률이 광학적 이방성 물질층, 광학적 등방성 물질층에서 모두 n_o로 같으므로, 상부 편광판의 투과 방향에서 산란이 일어나지 않게 되고, 그대로 내부 투과광에 기인한 영상 신호를, 투과시킬 수 있게 된다. 즉, 실제 영상 신호를 전달하는 내부 투과광의 해상도의 손실이 전혀 없다.

이와 같이, 물질의 광학적 특성을 이용하여 해상도의 손실이 전혀 없으면서도 외부광에 의한 눈부심 현상이 모두 제어가 가능한 안티 글레어 층을 형성할 수 있다.

상기 광학적 이방성 물질층의 각각의 광축은 반드시 고정된 방향을 가질 필요는 없다.

단, 본 발명의 안티 글레어 층과 같이 내부 투과광의 편광 성분의 방향만을 광학적 등방성 물질층과 광학적 이방성 물질층의 경계면에서 투과시키기 위해서는, 상기 내부 투과광의 편광 방향을 광축으로 한 광학적 이방성 물질층의 실효 굴절률(effective refractive index : n_eff)이 상기 광학적 등방성 물질층의 굴절률(n)이 같아야 한다.

상기와 같은 본 발명의 안티 글레어 층을 갖는 액정 표시 장치는 다음과 같은 효과가 있다.

첫째, 내부 투과광의 편광 방향과 일치하는 성분을 제외하고 외부 투과광으로 인한 성분은 2층의 안티 글레어 층 내부에서 산란시키도록 하여, 관측자가 느끼는 눈부심 현상을 방지할 수 있다.

즉, 외부광이 본 발명의 안티 글레어 층으로 입사되면, 내부 투과광의 편광 방향과 동일한 방향의 입사 성분만을 제외하고는 광학적 이방성 및 등방성 물질층의 경계면에서 난반사가 일어나게 된다. 따라서, 관측자가 느끼는 눈부심 현상을 방지할 수 있다.

둘째, 상기 외부광이 안티 글레어 층을 지나 내부의 편광판으로 입사되는 성분은 내부 투과광과는 동일 방향이므로, 실제 영상 신호를 표시 장치하는 내부 투과광의 투과에는 영향이 없으므로, 해상도의 손상이 없는 안정적인 표시 장치 구현이 가능하다.

즉, 내부 투과광의 방향과 동일한 외부광의 성분은 광학적으로 성질이 다른 물질층(등방성 및 이방성)의 서로간의 경계면에서 내부 투과광의 방향을 광축으로 한 상하층(광학적 등방성 물질층 및 이방성 물질층)의 굴절률이 같으므로, 상기 상하층의 경계에서 굴절이나 반사 없이 투과된다.

Claims (4)

1. 액정 패널 상부의 편광판 상에 광학적 이방성 물질층과 광학적 등방성 물질층이 순차 적층되어 형성된 안티 글레어층을 더 포함함을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
2. 제 1항에 있어서, 상기 상부 편광판의 투과축 방향과 같은 방향에서의 안티 글레어층의 두 물질의 굴절률 값은 서로 같음을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 상기 안티 글레어 층의 두 물질간의 경계는 상부 편광판의 투과축 방향과 같은 방향에서 굴곡을 갖고 있음을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
4. 제 1항에 있어서, 상기 상부 편광판의 흡수축 방향과 같은 방향에서의 안티 글레어층의 두 물질의 굴절률 값이 서로 달라 두 물질의 경계에서 외부광을 산란시킴을 특징으로 하는 액정 표시 장치.