KR20050106545A - 휘도를 극대화한 액정표시장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 발광 다이오드에 굴절률 정합제를 도포하여 휘도를 극대화한 액정표시장치에 관한 것이다. 이를 위하여 본 발명의 액정표시장치는, 화상이 표시되는 액정표시패널 어셈블리, 그리고 액정표시패널 어셈블리에 광을 공급하는 하나 이상의 발광 다이오드와 발광 다이오드로부터 입사된 광을 가이드하는 도광판을 구비한 백라이트 어셈블리를 포함하고, 굴절률 정합제가 발광 다이오드 각각에 별개로 도포되어 있는 것을 특징으로 한다. 이러한 본 발명을 통하여 액정표시장치의 휘도를 극대화할 수 있다.

Description

휘도를 극대화한 액정표시장치{A LIQUID CRYSTAL DISPLAY FOR MAXIMIZING BRIGHTNESS THEREOF}

본 발명은 휘도를 극대화한 액정표시장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 발광 다이오드(light emitting diode, LED)에 굴절률 정합제(index matching liquid)를 도포하여 휘도를 극대화한 액정표시장치에 관한 것이다.

근래 들어오면서 급속하게 발전하고 있는 반도체 기술을 중심으로 하여, 소형 및 경량화되면서 성능이 더욱 향상된 평판표시장치의 수요가 폭발적으로 늘어나고 있다.

이러한 평판표시장치 중에서 근래에 각광받고 있는 액정표시장치(liquid crystal display, LCD)는 소형화, 경량화 및 저전력 소비화 등의 이점을 가지고 있어서 기존의 브라운관(CRT, cathode ray tube)의 단점을 극복할 수 있는 대체 수단으로서 점차 주목받아 왔고, 현재는 디스플레이 장치가 필요한 거의 모든 정보처리기기에 장착되어 사용되고 있다.

일반적인 액정표시장치는 액정의 특정한 분자 배열에 전압을 인가하여 다른 분자배열로 변환시키고, 이러한 분자 배열에 의해 발광하는 액정셀의 복굴절성, 선광성, 2색성 및 광산란 특성 등의 광학적 성질의 변화를 시각 변화로 변환하는 것으로서 액정셀에 의한 광의 변조를 이용하여 정보를 표시하는 디스플레이 장치이다.

액정표시장치의 액정표시패널은 스스로 발광하지 못하는 수광 소자이므로, 액정표시패널 하부에서 액정표시패널에 광을 제공하는 백라이트를 구비하고 있다. 중대형 LCD 제품의 경우 백라이트로 램프를 사용하는 데, 램프로부터 방출되는 광이 램프와 광이 입사되는 도광판 사이의 공간에 존재하는 공기로 인하여 다량 손실되는 문제점이 있다. 이는 공기와 도광판간의 굴절률차에 따라 광이 반사되는 현상에 기인한다. 이러한 현상은 휴대폰 등의 모바일 제품의 소형 액정표시패널에 백라이트로 사용되는 소형 발광 다이오드의 경우에 더욱 심하다.

발광 다이오드의 경우, 반도체 소자이므로 수명이 길고 점등 속도가 빠를 뿐만 아니라 소비전력이 적고 내충격성에 강하며 소형화 및 박막화에 적합한 이점이 있다. 그러나 발광 다이오드는 소자 자체의 특성상 광의 방출 각도에 한계가 있어서 발광 다이오드로부터 전방향으로 광이 방출되지 못하는 단점이 있다. 특히, 적색(R), 녹색(G) 및 청색(B)의 3가지 발광 다이오드를 사용하는 LCD 제품의 경우, 광의 방출 각도 한계로 인하여 발광 다이오드의 사이마다 발광 다이오드 근처에 암부(hot spot)가 형성될 뿐만 아니라 상기한 광반사로 인하여 광손실이 더욱 많은 문제점이 있다.

따라서 이러한 문제점을 해결하기 위하여, 발광 다이오드와 도광판간의 간격을 최소화하여 광의 반사를 최소화하려고 하고 있으나 양자의 굴절률차가 커서 개선하는 데 근본적인 한계가 있다.

본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 발광 다이오드에 굴절률 정합제를 도포하여 광의 반사율을 최소화함으로써 휘도를 극대화한 액정표시장치를 제공하고자 한다.

전술한 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 액정표시장치는, 화상이 표시되는 액정표시패널 어셈블리, 그리고 액정표시패널 어셈블리에 광을 공급하는 하나 이상의 발광 다이오드(light emitting diode, LED)와 발광 다이오드로부터 입사된 광을 가이드하는 도광판을 구비한 백라이트 어셈블리(backlight assembly)를 포함하고, 굴절률 정합제(index matching liquid)가 발광 다이오드 각각에 별개로 도포되어 있다.

여기서, 굴절률 정합제는 발광 다이오드와 도광판 사이에 충진되어 있는 것이 바람직하다.

또한, 굴절률 정합제의 굴절률(n₃)은 (n₁+n₂)/2 < n₃ ≤ n₂를 만족할 수 있다. 여기서, n₁은 공기의 굴절률이고, n₂는 상기 도광판의 굴절률이다.

그리고 굴절률 정합제의 굴절률은 1.4 내지 1.5인 것이 바람직하다.

또한, 본 발명의 액정표시장치는 굴절률 정합제를 둘러싸는 하우징 (housing)을 더 포함하고, 하우징은 발광 다이오드와 도광판이 대향하는 측의 일면이 오픈(open)되어 도광판에 밀착되어 있는 것이 바람직하다.

그리고 하우징의 내면에는 광반사막이 도포되어 있는 것이 바람직하다.

이하에서는 도 1 내지 도 4를 통하여 본 발명의 실시예를 설명한다. 이러한 본 발명의 실시예는 단지 본 발명을 예시하기 위한 것이며, 본 발명이 여기에 한정되는 것은 아니다.

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 액정표시장치의 분해 사시도로서, 휴대폰 등의 모바일용 LCD 제품에 사용되는 액정표시장치를 예시한 도면이다.

도 1에 도시한 본 발명의 제1 실시예에 따른 액정표시장치(100)는, 크게는 광을 공급하기 위한 백라이트 어셈블리(20)와 광을 공급받아 화상이 표시되는 액정표시패널 어셈블리(70)로 이루어진다. 이외에, 이들을 고정 지지하기 위한 탑 섀시(60), 몰드 프레임(22) 및 바텀 섀시(28)를 구비한다. 도 1에 도시한 백라이트 어셈블리(20)는 액정표시패널 어셈블리(70)에 광을 공급하여 가이드하고, 백라이트 어셈블리(20)상에 위치하는 액정표시패널 어셈블리(70)는 화상이 표시되는 액정표시패널(75)을 제어한다.

액정표시패널 어셈블리(70)는 액정표시패널(75), 집적회로칩(integrated circuit chip, IC chip)(77) 및 연성회로기판(flexible printed circuit board, FPC)(79)으로 이루어진다.

액정표시패널(75)은 다수의 TFT(thin film transistor, 박막 트랜지스터)로 이루어진 TFT 기판(73)과 TFT 기판(73) 상부에 위치하는 컬러필터기판(71) 및 이들 기판사이에 주입되는 액정(미도시)으로 이루어진다. 집적회로칩(77)은 TFT 기판(73)상에 실장되어 액정표시패널(75)을 제어한다.

TFT 기판(73)은 매트릭스상의 박막 트랜지스터가 형성되어 있는 투명한 유리 기판이며, 소스 단자에는 데이터 라인이 연결되고, 게이트 단자에는 게이트 라인이 연결되어 있다. 그리고 드레인 단자에는 도전성 재질로서 투명한 ITO(indium tin oxide, 인듐 틴 옥사이드)로 이루어진 화소 전극이 형성된다.

전술한 액정표시패널(75)의 데이터 라인 및 게이트 라인은 연성회로기판(79)에 연결되어 연성회로기판(79)으로부터 전기적인 신호를 입력하면 TFT의 소스 단자와 게이트 단자에 전기적인 신호가 입력되고, 이들 전기적인 신호의 입력에 따라 TFT는 턴 온 또는 턴 오프되어 화소 형성에 필요한 전기적인 신호가 드레인 단자로 출력된다. 연성회로기판(79)은 액정표시패널(75)의 외부로부터 영상신호를 입력받아 액정표시패널(75)의 데이터 라인과 게이트 라인에 각각 구동신호를 인가한다.

한편, TFT 기판(73)에 대향하여 그 위에 컬러필터기판(71)이 배치되어 있다. 컬러필터기판(71)은 광이 통과하면서 소정의 색이 발현되는 색화소인 RGB 화소가 박막 공정에 의해 형성된 기판으로, 전면에 ITO로 이루어진 공통 전극이 도포되어 있다. TFT의 게이트 단자 및 소스 단자에 전원이 인가되어 박막 트랜지스터가 턴온되면, 화소 전극과 컬러 필터 기판의 공통 전극사이에는 전계가 형성된다. 이러한 전계에 의해 TFT 기판(71)과 컬러필터기판(73)사이에 주입된 액정의 배열각이 변화되고 변화된 배열각에 따라서 광투과도가 변경되어 원하는 화소를 얻게 된다.

연성회로기판(79)은 액정표시장치(100)를 구동하기 위한 신호인 데이터 신호, 게이트 구동 신호, 그리고 이들 신호들을 적절한 시기에 인가하기 위한 복수의 타이밍 신호들을 발생시키고, 게이트 구동 신호 및 데이터 구동 신호를 액정표시패널(75)의 게이트 라인 및 데이터 라인에 각각 인가한다.

액정표시패널 어셈블리(70)의 하부에는 액정표시패널(75)에 균일한 광을 제공하기 위한 백라이트 어셈블리(20)가 구비되어 바텀 섀시(28)상에 수납되어 있다.

몰드 프레임(22)에 고정되며 액정표시패널 어셈블리(70)에 광을 공급하는 하나 이상의 발광 다이오드(12)(점선으로 표시), 발광 다이오드(12)에 전원을 공급하는 기판(14), 발광 다이오드(12)로부터 방출되는 광을 가이드하여 액정표시패널 어셈블리(70)로 공급하는 도광판(16), 도광판(16)의 하부 전면에 위치하여 광을 반사시키는 반사시트(26), 그리고 발광 다이오드(12)로부터의 광의 휘도 특성을 확보하여 액정표시패널 어셈블리(70)로 제공하기 위한 광학시트류(24)를 구비한다.

도 1에는 도시하지 않았지만, 바텀 섀시(28)의 배면에는 전원공급용 PCB인 인버터 보드와 신호변환용 PCB를 설치한다. 인버터 보드는 외부 전원을 일정한 전압 레벨로 변압하여 발광 다이오드(12)에 제공하고, 신호변환용 PCB는 연성회로기판(79)과 접속하여 아날로그 데이터 신호를 디지털 데이터 신호로 변환하여 액정표시패널(75)에 제공한다.

액정표시패널 어셈블리(70)상에는 연성회로기판(79)을 몰드 프레임(22)의 외부로 절곡시키면서 액정표시패널 어셈블리(70)가 바텀 섀시(28)로부터 이탈되는 것을 방지하기 위한 탑 섀시(60)를 구비한다. 도 1에는 도시하지는 않았지만, 탑 섀시(60)의 상부와 바텀 섀시(28)의 하부에는 각각 전면 케이스 및 배면 케이스가 위치하여 이들의 결합으로 액정표시장치(100)를 이룬다.

도 1에 도시한 본 발명의 액정표시장치(100)에서는 굴절률 정합제(10)가 발광 다이오드(12) 각각에 별개로 도포되어 있다. 매질과 공기와의 굴절률차에 의하여 프리넬 반사가 생기는 데, 반사로 인하여 접속 손실이 증가할 뿐만 아니라 광원에까지 반사광이 돌아와 광원의 동작을 혼란시킨다. 따라서 이러한 반사광을 방지하기 위해 매질과 유사한 굴절률을 가지는 물질을 삽입하는 데 이러한 물질을 굴절률 정합제라고 한다.

도 1에는 굴절률 정합제(10)가 직육면체 형태로 도포된 것으로 도시하였으나, 이는 단지 본 발명을 예시하기 위한 것이며, 그 형태가 여기에 한정되는 것은 아니다. 따라서, 발광 다이오드를 둘러싸기만 하면 여러가지 형태로 가능하다.

도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 액정표시장치의 결합 사시도로서, 도 1에 도시한, 액정표시장치의 각 부품을 결합하여 나타낸 도면이다.

도 2에 도시한 바와 같이, 액정표시장치(100)에 내장된 발광 다이오드(12)로부터 화살표로 나타낸 바와 같이 광이 방출되어 액정표시패널(75)상에 화상이 표시된다. 특히, 굴절률 정합제(10)를 발광 다이오드(12) 각각에 일체로 도포하지 않고 별개로 도포함으로써 일체로 된 굴절률 정합제로 인하여 발생하는 광손실을 최소화한다. 즉, 각 발광 다이오드에 굴절률 정합제를 일체로 도포하는 경우, 각 발광 다이오드로부터 방출된 광이 상호 간섭되어 도광판으로 입사되는 광이 일부 손실될 우려가 있다. 따라서, 이러한 점을 감안하여 발광 다이오드 각각에 별개로 굴절률 정합제를 도포한다.

도 3은 도 2의 AA선을 따라 자른 단면도로서, 발광 다이오드(12) 및 굴절률 정합제(10)를 관통하여 자른 액정표시장치(100)의 단면을 나타내는 도면이다.

도 3에 도시한 바와 같이, 굴절률 정합제(10)가 발광 다이오드(12)와 도광판(16) 사이에 충진되어 있다. 굴절률 정합제(10)는 발광 다이오드(12)와 도광판(16)의 이격으로 인한 광손실을 최소화하기 위하여 양자 사이에 충진된다.

발광 다이오드와 도광판을 이격시키는 경우, 양자간에 존재하는 공기로 인하여 광손실이 발생하는 데 이는 공기와 도광판간의 굴절률차에 기인한다. 공기의 굴절률(n₁)은 0이며, PMMA(polymethyl methacrylate, 폴리메틸 메타크릴레이트) 소재의 도광판의 굴절률(n₂)은 1.5 정도이다. 따라서 발광 다이오드와 도광판간에 충진되는 점을 고려하여 공기와 도광판의 중간 정도의 굴절률을 가지되, 되도록이면 광을 가이드하는 도광판의 굴절률(n₂)에 가까운 굴절률을 가지는 굴절률 정합제를 충진하는 것이 바람직하다.

이러한 점을 감안하여, 굴절률 정합제의 굴절률(n₃)이 공기의 굴절률(n₁)과 도광판의 굴절률(n₂)의 평균보다는 크고, 도광판의 굴절률(n₂) 이하가 되도록 하는 소재를 선택하는 것이 바람직하다. 예를 들면, 이러한 소재로서 굴절률이 1.46 정도인 글리세린을 들 수 있다. 글리세린을 발광 다이오드와 도광판 사이에 도포한 다음, 자외선으로 경화시켜 액정표시장치를 제조한다. 상기한 굴절률 정합제의 굴절률(n₃)과 공기의 굴절률(n₁) 및 도광판의 굴률(n₂)과의 관계를 수식으로 나타내면 다음의 수학식 1과 같다.

특히, 굴절률 정합제의 굴절률은 1.4 내지 1.5인 것이 바람직하다. 굴절률이 1.4 미만이면 반사율이 커져서 광의 손실이 많아지는 문제점이 있고, 도광판의 굴절률이 대체로 1.5인 점을 감안할 때, 굴절률 정합제의 굴절률은 1.5를 초과하지 않는 것이 바람직하다.

상기한 바와 같은 조건을 만족하는 굴절률 정합제를 사용하여, 도 3에 화살표로 도시한 바와 같이, 발광 다이오드(12)로부터 방출된 광이 굴절률 정합제(10)를 거치면서 광의 손실을 최소화하고 도광판(16)에 입사된다.

도 4는 본 발명의 제2 실시예에 따른 액정표시장치(200)의 배면 사시도로서, 굴절률 정합제(10)를 둘러싸는 하우징(18)을 더 포함하는 것을 나타낸 도면이다.

도 4에 도시한 본 발명의 제2 실시예에 따른 액정표시장치(200)는 하우징(18)을 제외하고는 본 발명의 제1 실시예에 따른 액정표시장치(100)(도 1 내지 도 3에 도시)와 그 구조가 동일하므로 동일한 부분에 대해서는 그 자세한 설명을 생략한다. 도 4에서는 하우징(18)에 대한 설명을 위하여 편의상 탑 새시, 바텀 섀시 및 반사판을 생략하여 도시한다.

빗금으로 표시한 하우징(18)은 굴절률 정합제(10)를 둘러싸고 있고, 발광 다이오드(12)와 도광판(16)이 대향하는 측의 일면이 오픈되어 도광판(16)에 밀착되어 있다. 하우징(18)은 굴절률 정합제(10)를 둘러싸고 있으므로, 발광 다이오드(12)로부터 방출되는 광이 다른 곳으로 비산하는 것을 막아주며, 도광판(16)으로 입사되도록 해 준다. 또한, 하우징(18)의 내면에는 광반사막이 도포되어 굴절률 정합제(10)과 인접함으로써 광 손실을 최소화한다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 액정표시장치는 굴절률 정합제가 발광 다이오드 각각에 별개로 도포되어 있으므로, 발광 다이오드로부터 방출되는 광의 상호 간섭을 방지할 수 있을 뿐만 아니라 발광 다이오드의 고장시에도 각각 따로 수리할 수 있다.

또한, 굴절률 정합제를 발광 다이오드와 도광판 사이에 충진하여 발광 다이오드와 도광판의 이격으로 인한 광반사를 최소화할 수 있다.

그리고 굴절률 정합제의 굴절률(n₃)은 공기의 굴절률(n₁)과 도광판의 굴절률(n₂)의 평균보다는 크고, 도광판의 굴절률(n₂) 이하이므로 발광 다이오드로부터 방출되는 광의 손실을 최소화하여 도광판에 입사시킬 수 있다.

또한, 굴절률 정합제의 굴절률을 1.4 내지 1.5로 하여 발광 다이오드로부터 방출되는 광반사를 최소화할 수 있다.

본 발명의 액정표시장치에서는 굴절률 정합제를 둘러싸는 하우징을 더 포함하므로, 굴절률 정합제로부터 빠져나오는 광을 차단할 수 있는 이점이 있다.

또한, 이를 위하여 하우징의 내면에 광반사막을 도포하여 광차단효과를 더욱 증대시킬 수 있다.

본 발명을 앞서 기재한 바에 따라 설명하였지만, 다음에 기재하는 특허청구범위의 개념과 범위를 벗어나지 않는 한, 다양한 수정 및 변형이 가능하다는 것을 본 발명이 속하는 기술 분야에 종사하는 자들은 쉽게 이해할 것이다.

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 액정표시장치의 분해 사시도이다.

도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 액정표시장치의 결합 사시도이다.

도 3은 도 2의 AA선을 따라 자른 단면도이다.

도 4는 본 발명의 제2 실시예에 따른 액정표시장치의 배면 사시도이다.

Claims (6)

1. 화상이 표시되는 액정표시패널 어셈블리, 및

   상기 액정표시패널 어셈블리에 광을 공급하는 하나 이상의 발광 다이오드(light emitting diode, LED)와, 상기 발광 다이오드로부터 입사된 광을 가이드하는 도광판을 구비한 백라이트 어셈블리(backlight assembly)

   를 포함하고, 굴절률 정합제(index matching liquid)가 상기 발광 다이오드 각각에 별개로 도포되어 있는 액정표시장치.
2. 제1항에서,

   상기 굴절률 정합제가 상기 발광 다이오드와 상기 도광판 사이에 충진되어 있는 액정표시장치.
3. 제2항에서,

   상기 굴절률 정합제의 굴절률(n₃)은 (n₁+n₂)/2 < n₃ ≤ n ₂를 만족하는 액정표시장치.

   여기서, n₁은 공기의 굴절률이고, n₂는 상기 도광판의 굴절률임.
4. 제2항에서,

   상기 굴절률 정합제의 굴절률은 1.4 내지 1.5인 액정표시장치.
5. 제1항에서,

   상기 굴절률 정합제를 둘러싸는 하우징(housing)을 더 포함하고, 상기 하우징은 상기 발광 다이오드와 상기 도광판이 대향하는 측의 일면이 오픈(open)되어 상기 도광판에 밀착되어 있는 액정표시장치.
6. 제5항에서,

   상기 하우징의 내면에는 광반사막이 도포되어 있는 액정표시장치.