KR20050068662A - 광효율 향상 필름 및 이를 이용한 액정표시장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 광효율 향상 필름 및 이를 이용한 액정표시장치에 대해 개시된다. 본 발명에 따른 액정표시장치는, 게이트 라인과 데이터 라인으로 화소 영역이 정의되며, 일측에 박막트랜지스터가 형성된 하판과; 상기 하판과 대응되며, 컬러필터가 형성된 상판과; 상기 상판과 상기 하판의 이격된 사이에 충진된 액정층과; 상기 하판에 마련되며, 자연광을 선편광으로 투과시키는 제 1 편광판과; 상기 상판에 마련되며, 상기 제 1 편광판과 수직인 광투과축을 갖는 제 2 편광판과; 상기 하판에 형성되며, 상기 제 1 편광판과 같은 광투과축을 갖는 광효율 향상 필름을 포함하는 점에 그 특징이 있다.

액정표시장치의 하판상에 이방성 물질을 이용한 광효율 향상 필름을 형성하여 편광도를 증가시킴으로써 광효율을 향상시킬 수 있다.

Description

광효율 향상 필름 및 이를 이용한 액정표시장치{LIGHT EFFICIENCY FILM AND THE USING OF LCD DEVICE}

본 발명은 광효율 향상 필름 및 이를 이용한 액정표시장치에 관한 것으로, 특히 액정표시장치의 하판상에 이방성 물질을 이용한 광효율 향상 필름을 형성하여 편광도를 증가시킴으로써 광효율을 향상시킬 수 있는 광효율 향상 필름 및 이를 이용한 액정표시장치에 관한 것이다.

최근 정보화 사회로 시대가 급발전함에 따라 박형화, 경량화, 저 소비전력화 등의 우수한 특성을 가지는 평판표시장치(flat panel display)의 필요성이 대두되었다.

일반적으로, 평판형 표시장치의 하나인 액정표시장치(LCD)는 음극선관 (CRT)에 비해 시인성이 우수하고 평균소비전력도 같은 화면크기의 CRT에 비해 작을 뿐만 아니라 발열량도 작기 때문에 플라즈마표시장치(PDP: Plasma Display Panel)나 전계방출표시장치(FED: Field Emission Display)와 함께 최근에 휴대폰이나 컴퓨터의 모니터, 텔레비젼의 차세대 표시장치로서 각광받고 있다.

액정표시장치는 전계 생성전극이 각각 형성되어 있는 두 기판을 두 전극이 형성되어 있는 면이 마주 대하도록 배치하고 두 기판 사이에 액정 물질을 주입한 다음, 두 전극에 전압을 인가하여 생성되는 전기장에 의해 액정 분자를 움직이게 함으로써, 이에 따라 달라지는 빛의 투과율을 조절하여 화상을 표현하는 장치이다.

일반적으로, 액정은 그 분자가 이방성을 가지고 있고, 그 분자로 이루어진 액정셀이나 필름의 이방성이 액정분자들의 분포 및 기판에 대해 기울어진 각도(tilt angle)의 분포정도에 의해 바뀌는 성질을 가지고 있다.

또한, 이러한 특성은 액정으로 이루어진 셀이나 필름을 보는 각도에 따라 빛의 편광성을 변화시키는 중요한 요인이 된다.

한편, 도 1은 일반적인 액정표시장치의 구조를 개략적으로 도시한 도면이다. 이에 도시된 바와 같이, 액정표시장치는, 박막트랜지스터를 구비한 하판(120)과; 컬러필터를 구비한 상판(130)과; 상기 상판(130)과 상기 하판(120)의 이격된 사이에 충진된 액정층(140)과; 상기 하판(120)의 하부면에 부착되어 자연광을 선편광으로 투과시키는 제 1 편광판(129)과; 상기 상판(130)의 상부면에 부착되고, 상기 제 1 편광판(129)과 수직인 투과축을 갖는 제 2 편광판(139)을 포함하여 구성된다.

또한, 상기 하판(120), 상기 상판(130) 및 상기 액정층(140)으로 이루어진 액정패널의 하부에 구비되어, 광원(111)으로부터 빛을 공급하는 백라이트 유닛(110)을 더 포함하게 된다.

상기 하판(120)에는 도시되지 않았지만, TN 모드 액정표시장치의 하판을 예시적으로 설명하면, 투명기판상에 교차 배치되는 게이트 배선 및 데이터 배선이 형성되고, 상기 게이트 배선과 연장되는 게이트 전극과, 상기 게이트 전극을 포함한 전면에 형성된 게이트 절연막과, 상기 게이트 절연막상에 형성된 반도체층과, 상기 반도체층상에 형성된 소스/드레인 전극으로 이루어진 박막트랜지스터(TFT)가 형성되며, 상기 결과물상에 보호막을 형성한 후, 상기 보호막상에 콘택홀을 통해 상기 박막트랜지스터의 드레인 전극과 연결되는 화소전극이 형성된다.

상기 상판(130)에는 상기 화소전극을 제외한 영역으로 빛이 투과되는 것을 차단하기 위해 투명기판상에 블랙매트릭스가 형성되고, 상기 블랙매트릭스상에 색상을 표현하기 위한 적, 녹, 청의 칼라필터 패턴이 형성되며, 상기 칼라필터 패턴상에 공통전극이 형성된다.

상기 제 1, 제 2 편광판(129, 139)은 투과축이 서로 90도 교차되도록 각각 상기 하판(120) 및 상기 상판(130)의 바깥면에 형성되어, 입사되는 자연광을 편광 성분으로 나누어, 그 한쪽만을 통과시켜 다른 성분을 흡수 또는 분산시키게 된다.

즉, 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.

따라서, 상기 액정패널의 하부에 구비된 백 라이트 유닛(110)에서 나오는 빛은 그 진동 방향이 모든 방향으로 같은 확률을 가진다. 이때, 상기 제 1, 제 2 편광판(129, 139)은 이러한 빛 중에서 편광축과 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(140)의 상하로 편광축이 서로 직교하도록 하판 및 상판에 제 1 , 제 2 편광판(129, 139)이 부착되기 때문에, 상기 액정층(140)을 통과하는 동안 편광축의 회전 정도에 따라 투과광의 세기가 조절되어 블랙(black)과 화이트(white) 사이의 그레이(gray) 표현이 가능하게 된다.

그러나, 상기 액정패널의 하판에 부착된 제 1 편광판(129)에 의해 투과된 편광은 상기 액정패널의 내부를 통과하면서 비편광된 빛을 발생시킨다.

이는, 상기 하판(120)에 형성된 단차부와 상기 상판(130)에 형성된 컬러필터층(133) 등에 의해 요인으로 빛의 산란이 일어나 비편광된 빛으로 바뀌게 된다.

따라서, 상기 발생된 비편광된 빛들에 의해 액정표시장치의 광투과율이 매우 작아져서 휘도가 떨어지는 문제점이 발생된다.

본 발명은, 액정표시장치의 하판상에 이방성 물질을 이용한 광효율 향상 필름을 형성하여 편광도를 증가시킴으로써 광효율을 향상시킬 수 있는 광효율 향상 필름 및 이를 이용한 액정표시장치를 제공함에 그 목적이 있다.

상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 액정표시장치는,

게이트 라인과 데이터 라인으로 화소 영역이 정의되며, 일측에 박막트랜지스터가 형성된 하판과;

상기 하판과 대응되며, 컬러필터가 형성된 상판과;

상기 상판과 상기 하판의 이격된 사이에 충진된 액정층과;

상기 하판에 마련되며, 자연광을 선편광으로 투과시키는 제 1 편광판과;

상기 상판에 마련되며, 상기 제 1 편광판과 수직인 광투과축을 갖는 제 2 편광판과;

상기 하판에 형성되며, 상기 제 1 편광판과 같은 광투과축을 갖는 광효율 향상 필름을 포함하는 점에 그 특징이 있다.

여기서, 특히 상기 광효율 향상 필름은 굴절율 이방성을 갖는 물질로 형성되는 점에 그 특징이 있다.

여기서, 특히 상기 광효율 향상 필름은 자연광을 선편광으로 변환시키는 편광자의 특성을 갖는 점에 그 특징이 있다.

여기서, 특히 상기 광효율 향상 필름은 상기 하판상에 코팅되어 형성되는 점에 그 특징이 있다.

여기서, 특히 상기 제 1 편광판은 상기 광효율 향상 필름상에 코팅되어 형성되는 점에 그 특징이 있다.

여기서, 특히 상기 광효율 향상 필름은 상기 액정층과 상기 하판사이에 형성되는 점에 그 특징이 있다.

여기서, 특히 상기 광효율 향상 필름은 상기 하판의 외부면에 형성되는 점에 그 특징이 있다.

또한, 상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 광효율 향상 필름은,

굴절율 이방성을 갖는 물질로 형성된 일축성 필름층과, 등방성 필름층이 교대로 번갈아 다수층으로 적층되어 형성되는 점에 그 특징이 있다.

여기서, 특히 상기 일축성 필름층으로는 A - 플레이트가 사용되는 점에 그 특징이 있다.

여기서, 특히 상기 등방성 필름을 대신하여 이축성 필름의 C - 플레이트나 수직 배향의 네가티브 C - 플레이트가 사용되는 점에 그 특징이 있다.

이와 같은 본 발명에 의하면, 액정표시장치의 하판상에 이방성 물질을 이용한 광효율 향상 필름을 형성하여 편광도를 증가시킴으로써 광효율을 향상시킬 수 있다.

이하 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명의 실시 예를 상세히 설명한다.

도 2는 본 발명에 따른 액정표시장치의 구조를 개략적으로 도시한 도면이다. 이에 도시된 바와 같이, 박막트랜지스터가 형성된 하판(220)과; 상기 하판(220)과 대응되며, 컬러필터가 형성된 상판(240)과; 상기 상판(240)과 상기 하판(220)의 이격된 사이에 충진된 액정층(230)과; 상기 하판(220)의 하부면에 부착되어 자연광을 선편광으로 투과시키는 제 1 편광판(229)과; 상기 상판(240)의 상부면에 부착되고, 상기 제 1 편광판(229)과 수직인 투과축을 갖는 제 2 편광판(239)과; 상기 하판(220)에 형성되며, 상기 제 1 편광판(229)과 같은 광투과축을 갖는 광효율 향상 필름(228)을 포함하여 구성된다.

또한, 상기 하판(220), 상기 상판(240) 및 상기 액정층(230)으로 이루어진 액정패널(200)의 하부에 구비되어, 빛을 공급하는 백라이트 어셈블리(210)를 더 포함하게 된다.

상기 백라이트 어셈블리(210)의 광원(211)으로부터 빛이 출사되면 도광판으로 입사되어 선형광원을 균일한 면광원으로 변환하여, 광의 진행경로를 액정패널에 대해 수직으로 출사시킨다.

또한, 상기 하판(220) 및 상기 상판(240) 중 적어도 하나의 기판 외부면에 위상차필름(미도시)이 더 형성될 수 있다. 상기 위상차필름(미도시)은 기판에 수직인 방향과 시야각 변화에 따른 방향에서 시야각을 보상하여 계조반전(gray inversion)이 없는 영역을 넓히고, 경사 방향에서 콘트라스트비를 높이는 역할을 하는 것으로, 광축이 하나인 음성 일축성 필름(negative uniaxialfilm), 또는 광축이 둘인 음성 이축성 필름(negative biaxial film)으로 형성될 수 있으나, 음성이축성 필름이 광시야각면에서 보다 바람직하다.

상기 하판(220)은 한쪽의 투명기판의 내면에 매트릭스상으로 게이트버스선과 데이터버스선이 형성된다.

그리고, 상기 게이트버스선과 데이터버스선의 교차점에 스위칭 소자로 기능하는 TFT(Thin Film Transistor: TFT)가 각각 형성되고, 상기 TFT의 드레인 전극에 접촉되는 정방형의 화소전극이 게이트버스선과 데이터버스선에 포위된 형태로 각각 형성된다.

여기서, 상기 하판(220)에 형성되는 TFT(Thin Film Transistor: TFT)는, 구성하는 요소중 활성층(Active layer)인 반도체층의 그 결정상태에 따라 격자의 주기성이 없는 수소를 포함한 비정질 실리콘(amorphous silicon)을 사용한 아모포스형 박막트랜지스터(amorphous TFT)를 적용하거나 다결정 고체인 폴리실리콘(crystalline poly silicon)을 사용한 폴리실리콘형 박막트랜지스터 (poly silicon TFT)를 적용한다.

또한, 상기 복수개의 화소전극이 형성된 투명기판과 대향하는 다른 한쪽의 상판(230)은 투명기판의 내면에 BM(Black Matrix: BM)과 칼라필터층과 공통전극이 형성되어 있다.

상기와 같이 구성된 액정패널(200)의 게이트버스선과 데이터버스선을 각 1개씩 선택하여 전압을 인가하면 상기 전압이 인가된 TFT(Thin Film Transistor: TFT)만이 온(on)되고, 상기 온(on)된 TFT의 드레인 전극에 접속된 화소전극에 전하가 축적되어 공통 전극과의 사이의 액정분자의 각도를 변화시킨다.

따라서, 유전이방성을 가지는 액정분자에 인가되는 전계를 제어하여 광을 투과 또는 차단하여 화상 또는 영상을 표시하게 된다. 여기서, 상기 액정은 예시적으로 TN(Twist Nematic) 모드를 설명한다.

상기 제 1, 제 2 편광판(229, 239)은 상기 상판 및 하판에 각각 마련되며, 자연광을 편광시키기 위하여 일방향으로 진동하는 빛만 투과시키는 역할을 하게 된다. 이때, 상기 제 1, 제 2 편광판(229, 239)은 서로 광투과축이 90°를 이루어 형성되어 있다.

상기 광효율 향상 필름(228)은 상기 액정층(230)과 상기 하판(220)사이에 코팅되어 In-cell 방식으로 형성될 수 있고, 상기 하판(220)의 외부면에 코팅되어 형성될 수도 있다.

도 3은 본 발명에 따른 광효율 향상필름의 구조를 개략적으로 도시한 도면이다. 이에 도시된 바와 같이, 광효율 향상 필름(228)은, 굴절율 이방성을 갖는 물질로 형성된 일축성 필름층(310)과, 등방성 필름층(320)이 교대로 번갈아 다수층으로 적층되어 형성된다.

즉, 일축성 필름층(310)으로는 A - 플레이트가 사용될 수 있으며, 상기 등방성 필름층(320)을 대신하여 이축성 필름의 C - 플레이트나 수직 배향의 네가티브 C - 플레이트가 사용될 수 있다.

이때, 상기 광효율 향상필름(228)은 광경화성 액정 폴리머를 배향하여 일정한 광축을 갖도록 하여 형성하게 된다.

상기와 같이 형성된 일축성 필름층(310)과, 등방성 필름층(320)이 다수층으로 형성된 광효율 향상 필름(228)은 편광자의 역할을 하게 된다.

즉, 광효율 향상 필름(228)을 형성하는 일축성 필름층(310)과, 등방성 필름층(320)을 이루는 액정은 입사된 빛을 피치(pitch)에 따라 특정 파장만을 반사시키는 선택 반사 특성을 가지며, 이때 액정의 방향에 따라 반사되는 빛의 편광상태도 결정된다. 예를 들면, 액정분자들이 회전축을 따라 반시계 방향으로 회전하며 꼬인 구조(즉, left-handed structure)를 가질 때는 좌원편광된 광만 해당 색상에서 반사하게 된다.

한편, 상기 광효율 향상 필름(228)이 적용된 액정표시장치의 광투과 경로를 살펴보기로 한다.

도 4a에 도시된 바와 같이, 액정표시장치에 전압을 인가하지 않은 경우의 빛의 편광 경로를 도시한 도면이다. 이에 도시된 바와 같이, 액정표시장치에 입사되는 자연광 및 주변광속에 섞여 있는 입사광중에서 제 1 선편광(예를 들면,s파)만 상기 광효율 향상필름(228)을 투과하게 된다.

상기 광효율 향상필름(228)을 투과한 제 1 선편광 중에서 비편광된 광은 상기 제 1 편광판(229)을 투과하면서 상기 제 1 선편광으로 다시 편광된다. 이때, 상기 광효율 향상필름(228)의 투과축과 상기 제 1 편광판(229)의 투과축은 일치되어 있다.

상기 제 1 편광판(229)을 투과한 제 1 선편광은 상기 액정층(230)에 조사된다. 이때, 상기 액정층(230)은 전압이 인가되지 않은 상태이기 때문에 상기 액정층(230)에 조사된 광은 위상이 90°바뀐 제 2 선편광(예를 들면, p파)으로 투과된다.

그리고, 상기 제 2 선편광은 상기 상판(240)을 투과하고, 상기 제 1 편광판(239)을 통과하게 된다.

또한, 도 4b 본 발명에 따른 액정표시장치에 전압을 인가하지 않은 경우의 빛의 편광 경로를 도시한 도면이다. 이에 도시된 바와 같이, 액정표시장치에 전압을 인가할 때 액정표시장치의 구동은 먼저, 액정표시장치에 입사되는 자연광 및 주변광속에 섞여 있는 입사광중에서 제 1 선편광(예를 들면,s파)만 상기 광효율 향상필름(228)을 투과하게 된다.

상기 광효율 향상필름(228)을 투과한 제 1 선편광 중에서 비편광된 광은 상기 제 1 편광판(229)을 투과하면서 상기 제 1 선편광으로 다시 편광된다. 이때, 상기 광효율 향상필름(228)의 투과축과 상기 제 1 편광판(229)의 투과축은 일치되어 있다.

상기 광효율 향상필름(228)을 투과한 제 1 선편광은 상기 액정층(230)에 조사된다. 이때, 액정층(230)은 전압이 인가된 상태이기 때문에 액정층(230)에 조사된 광은 변하지 않고 그대로 제 1 선편광이 상기 상판(240)을 투과하게 된다.

그리고, 상기 상판(240)을 투과한 광은 상기 제 1 편광판(229)에 수직인 흡수축을 가진 제 2 편광판(239)을 통과하지 못한다.

따라서, 상기와 같이 상기 제 1 편광판(229)과 투과축이 일치하는 이방성 물질을 이용한 광효율 향상 필름(228)을 액정패널(200)내에 형성함으로써 하판에 의해 발생되는 비편광된 빛에 대해 편광도를 증가시켜 휘도를 향상시킬 수 있다.

본 발명은 도면에 도시된 실시 예를 참고로 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시 예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.

이상의 설명에서와 같이 본 발명에 따른 광효율 향상 필름 및 이를 이용한 액정표시장치는, 액정표시장치의 하판상에 이방성 물질을 이용한 광효율 향상 필름을 형성하여 편광도를 증가시킴으로써 광효율을 향상시킬 수 있다.

도 1은 일반적인 액정표시장치의 구조를 개략적으로 도시한 도면.

도 2는 본 발명에 따른 액정표시장치의 구조를 개략적으로 도시한 도면.

도 3은 본 발명에 따른 광효율 향상필름의 구조를 개략적으로 도시한 도면.

도 4a에 도시된 바와 같이, 액정표시장치에 전압을 인가하지 않은 경우의 빛의 편광 경로를 도시한 도면.

도 4b 본 발명에 따른 액정표시장치에 전압을 인가하지 않은 경우의 빛의 편광 경로를 도시한 도면.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

200 --- 액정패널 210 --- 백라이트 어셈블리

220 --- 하판 228 --- 광효율 향상 필름

229 --- 제 1 편광판 230 --- 상판

239 --- 제 2 편광판 240 --- 액정층

310 --- 일축성 필름층 320 --- 등방성 필름층

Claims (10)

1. 게이트 라인과 데이터 라인으로 화소 영역이 정의되며, 일측에 박막트랜지스터가 형성된 하판과;

   상기 하판과 대응되며, 컬러필터가 형성된 상판과;

   상기 상판과 상기 하판의 이격된 사이에 충진된 액정층과;

   상기 하판에 마련되며, 자연광을 선편광으로 투과시키는 제 1 편광판과;

   상기 상판에 마련되며, 상기 제 1 편광판과 수직인 광투과축을 갖는 제 2 편광판과;

   상기 하판에 형성되며, 상기 제 1 편광판과 같은 광투과축을 갖는 광효율 향상 필름을 포함하는 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 광효율 향상 필름은 굴절율 이방성을 갖는 물질로 형성되는 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
3. 제 1항에 있어서,

   상기 광효율 향상 필름은 자연광을 선편광으로 변환시키는 편광자의 특성을 갖는 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
4. 제 1항에 있어서,

   상기 광효율 향상 필름은 상기 하판상에 코팅되어 형성되는 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
5. 제 1항에 있어서,

   상기 제 1 편광판은 상기 광효율 향상 필름상에 코팅되어 형성되는 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
6. 제 1항에 있어서,

   상기 광효율 향상 필름은 상기 액정층과 상기 하판의 사이에 형성되는 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
7. 제 1항에 있어서,

   상기 광효율 향상 필름은 상기 하판의 외부면에 형성되는 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
8. 굴절율 이방성을 갖는 물질로 형성된 일축성 필름층과, 등방성 필름층이 교대로 번갈아 다수층으로 적층되어 형성되는 것을 특징으로 하는 광효율 향상 필름.
9. 제 8항에 있어서,

   상기 일축성 필름층으로는 A - 플레이트가 사용되는 것을 특징으로 하는 광효율 향상 필름.
10. 제 8항에 있어서,

    상기 등방성 필름을 대신하여 이축성 필름의 C - 플레이트나 수직 배향의 네가티브 C - 플레이트가 사용되는 것을 특징으로 하는 광효율 향상 필름.