KR20050112596A - 액정표시장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 단순하게 제작된 컬러필터층을 액정패널과 백라이트 사이에 위치시키고 상기 컬러필터층을 통과한 R,G,B광이 광섬유를 통해 액정패널에 이르도록 함으로써 구조를 단순화한 액정표시장치에 관한 것으로서, 복수의 단위 픽셀이 정의되고 두 기판 사이에 액정층이 구비된 액정패널과, 상기 액정패널 배면에 일정한 갭을 가지고 장착되어 광을 제공하는 백라이트와, 상기 백라이트 상면에 형성되는 컬러필터층과, 상기 컬러필터층에 연결되어 상기 액정패널의 각 단위픽셀에 이르는 광섬유를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

Description

액정표시장치{LIQUID CRYSTAL DISPLAY DEVICE}

본 발명은 광섬유를 이용한 액정표시장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 컬러필터층을 백라이트 상부에 위치시킨 후 상기 컬러필터층에 광섬유를 연결하여 액정패널에 광을 제공하는 액정표시장치에 관한 것이다.

최근 들어, 평판표시장치에 대한 연구가 활발한데, 그 중에서 각광받고 있는 것으로 액정표시장치(LCD; Liquid Crystal Display Device), FED(Field Emission Display Device), ELD(Electro-luminescence Display Device), PDP(Plasma Display Panels) 등이 있다.

그 중에서도 액정표시장치는 평판 표시기의 대표적인 기술로써 박형, 저가, 저소비 전력 구동 등의 특징을 가져 랩 톱 컴퓨터(lap top computer)나 포켓 컴퓨터(pocket computer)의 표시 외에 차량 적재용, 칼라 TV의 화상용으로도 그 용도가 급속하게 확대되고 있다.

이러한 특성을 가지는 액정표시장치는, 도 1에 도시된 바와 같이, 상부기판인 컬러필터(color filter) 어레이 기판(1)과 하부기판인 TFT(Thin Film Transistor) 어레이 기판(2)이 서로 대향되도록 배치되고, 그 사이에 유전 이방성을 갖는 액정(5)이 형성되는 구조를 가져, 화소 선택용 어드레스(address) 배선을 통해 수십 만개의 화소에 부가된 TFT를 스위칭 동작시켜 해당 화소에 전압을 인가해 주는 방식으로 구동된다. 상기 컬러필터 어레이 기판(1)과 TFT 어레이 기판(2)은 씨일제(20)에 의해 대향합착된다.

구체적으로, 상기 TFT 어레이 기판(2)에는 단위 픽셀(sub-pixel)을 정의하기 위해 게이트 배선(도시하지 않음)과 데이터 배선(15)이 서로 교차하여 배열되고, 상기 게이트 배선과 데이터 배선의 교차 부위에는 액정분자의 배열 방향을 변환시키기 위해 전압의 온/오프를 스위칭하는 박막트랜지스터(TFT)가 형성되며, 각 단위 픽셀에 상기 박막트랜지스터와 전기적으로 연결되어 액정층(5)에 전압을 인가하는 화소전극(17)이 형성되어 있다.

그리고, 상기 컬러필터 어레이 기판(1)에는 각 단위 픽셀별로 일정한 순서로 배열되어 색상을 구현하는 적색(Red), 녹색(Green), 청색(Blue)의 컬러필터층(11)과 R,G,B 셀 사이의 구분과 광차단 역할을 하는 블랙 매트릭스(10)와, 그리고 액정층(5)에 전압 인가를 위한 공통 전극(12)으로 구성된다.

상기 R,G,B의 컬러필터층(11)은 각 색상의 컬러필터층의 배열방법에 따라 스트라이프(stripe)배열, 모자이크(mosaic)배열, 델타(delta)배열, 쿼드(quad)배열 등으로 구분되는데, 수직 스트라이프(vertical stripe) 구조가 가장 많이 사용된다.

그리고, 이러한 R,G,B의 컬러필터층(11)을 형성하기 위해서는, 각 색상별로 색상이 착색된 컬러 레지스트를 도포하고 일정한 패턴이 형성되어 있는 포토 마스크를 배치하여 노광을 실시한 뒤 이를 현상하여 패터닝하는 포토식각공정들을 반복수행하여 형성하는데, 각 단위 픽셀의 면적이 작아 R,G,B의 컬러필터층의 패턴 정밀도가 떨어질 염려가 있다.

한편, 상기 컬러필터 어레이 기판(1) 및 TFT 어레이 기판(2)의 외측면에는 편광판(도 2의 6)이 각각 부착되어 일정방향의 광만 투과시킨다.

하지만, 상기 액정표시장치는 그 자체가 비발광성이므로 빛을 조사하기 위한 별도의 외부광원이 필요하다. 특히, 투과형 액정표시장치의 경우 LCD 패널의 배면에 광을 발산하고 안내하는 별도의 조광장치, 즉 백라이트가 반드시 필요하다.

상기 백라이트는 매트릭스 형태로 배열되어진 다수의 액정셀들과 이들 액정셀들 각각에 공급될 비디오 신호를 절환하기 위한 다수의 제어용 스위치들로 구성된 액정패널에 의해 광의 투과량을 조절하여 화면에 원하는 화상을 표시한다.

즉, 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 백라이트(9)는 액정층(5)을 그 사이에 두고 컬러필터 어레이 기판(1) 및 TFT 어레이 기판(2)이 대향합착되어 이루어지는 액정패널(8) 하부에 일정한 갭을 두고 장착되어 액정패널에 광을 제공한다.

이 때, 상기 컬러필터 어레이 기판(1) 내측면에는 R,G,B의 색상을 가지는 컬러필터층(11)이 형성되어 있어 상기 백라이트로부터 출광되는 백색광이 각 색상의 컬러필터층(11)을 통과함으로써 각종 색상을 구현한다. 그리고, 액정층의 배열 상태와 편광판의 편광축 위치에 따라 백라이트(9)에서 발생하는 빛의 양이 조절되어 그레이 스케일(gray scale)을 구현한다.

참고로, 상기 백라이트는 크게 도광판 방식 및 직하형 방식으로 구분할 수 있는데, 상기 도광판 방식은 액정패널의 측면에 발광램프(열음극, 냉음극) 등의 관형상의 선광원을 설치하고, 투명한 도광판을 이용하여 발광램프로부터의 광을 액정패널 화면 전체에 투사시키는 방식이고, 직하형 방식은 액정패널 전면적 하부에 장착된 발광램프에서 나오는 광이 발광램프와 액정패널 사이에 설치된 확신시트에 의해 확산되어 액정패널 화면 전체에 분포되도록 하는 방식이다.

그러나, 상기와 같은 종래의 액정표시장치는 다음과 같은 문제점이 있었다.

즉, R,G,B의 컬러필터층을 각 단위 픽셀에 상응하는 크기로 형성하여야 하는데, 각 색상의 컬러필터층이 다양한 패턴으로 배열되고 단위 픽셀의 면적이 작으며 포토식각공정을 수행해야 하므로 R,G,B 컬러필터층의 패턴 정밀도가 떨어지고 공정이 복잡해진다.

그리고, 각 색상의 컬러필터층의 배열방법에 따라 포토마스크의 패턴이 달라져야 하므로 마스크 제작에 어려움이 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해서, R,G,B의 컬러필터층을 가장 단순한 형태로 배열하여 공정의 간소화 및 구조의 단순화를 추구하고자 하는 액정표시장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명의 다른 목적은, 상기 컬러필터층을 액정패널과 백라이트 사이에 위치시키고 상기 컬러필터층을 통과한 R,G,B광이 광섬유를 통해 각 단위 픽셀에 제공되도록 한 뒤, 상기 각 광섬유를 제어하여 R,G,B를 구현함으로써 고화질이 가능한 액정표시장치를 제공하는 것이다.

전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 액정표시장치는 복수의 단위 픽셀이 정의되고 두 기판 사이에 액정층이 구비된 액정패널과, 상기 액정패널 배면에 일정한 갭을 가지고 장착되어 광을 제공하는 백라이트와, 상기 백라이트 상면에 형성되는 컬러필터층과, 상기 컬러필터층에 연결되어 상기 액정패널의 각 단위픽셀에 이르는 광섬유를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

즉, 단위 픽셀에 해당하는 크기의 패턴을 다양한 방법으로 배열하여 컬러필터층을 형성하였던 종래와 달리, 본 발명은 액정패널과 백라이트 사이에서 가장 단순한 구조로 컬러필터층을 형성함으로써 공정을 간소화하고 용이하게 함을 특징으로 한다.

그리고, 백라이트 및 컬러필터층을 통과한 색광이 광섬유를 통해 액정패널의 각 단위 픽셀에 전달되므로 광섬유를 적절하게 제어하는 것에 의해 화상품질이 향상되도록 함을 특징으로 한다.

여기서, 본 발명에 의한 컬러필터층은 크게 R(Red), G(Green), B(Blue)의 세영역으로 분할되어 색광을 제공하고, 상기 광섬유는 R 컬러필터층에 연결되어 R색을 제공하는 제 1 광섬유와, G 컬러필터층에 연결되어 G색을 제공하는 제 2 광섬유와, B 컬러필터층에 연결되어 B색을 제공하는 제 3 광섬유로 구성되어 각 단위 픽셀에 색광을 전달한다.

이하, 도면을 참조로 하여 본 발명의 실시예에 의한 액정표시장치를 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 3은 본 발명에 의한 액정표시장치의 단면도이고, 도 4는 본 발명에 의한 컬러필터층 구조를 나타낸 사시도이다.

도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 액정표시장치는 서로 대향합착되는 TFT 어레이 기판(102) 및 대향기판(101)과 상기 두 기판 사이에 봉입되어 있는 액정층(105)으로 구성되는 액정패널(108)과, 상기 액정패널(108)의 양 외측면에 각각 부착되어 광을 편광시키는 편광판(106)과, 상기 액정패널(108)로부터 일정한 갭을 가지고 배치되어 백색광을 제공하는 백라이트(109)와, 상기 백라이트(109) 상면에 형성되어 있는 백색광을 각종 색광으로 바꾸는 컬러필터층(111)과, 상기 컬러필터층(111)의 색광을 상기 액정패널(108)에 전달하는 복수개의 광섬유(150)로 구성된다.

이 때, 도시하지는 않았으나, 상기 TFT 어레이 기판(102)에는 서로 수직한 방향으로 배열되어 단위 픽셀을 정의하는 게이트 배선 및 데이터 배선과, 상기 게이트 배선과 데이터 배선의 교차 부위에 형성된 박막트랜지스터(TFT)와, 상기 박막트랜지스터에 연결된 화소전극이 형성되어 있다.

그리고, 상기 대향기판(101)에는 차광층 역할을 하는 블랙 매트릭스층과, 상기 화소전극과 더불어 전계를 형성하여 액정의 배열을 제어하는 공통전극이 형성되어 있는데, 본 발명에 의한 컬러필터층(111)은 대향기판(101) 내측면에 형성되지 않고 백라이트(109) 상면에 형성되는 것을 특징으로 한다.

상기 컬러필터층(111)은 백라이트(109) 상면에서 R(Red), G(Green), B(Blue)의 세영역으로 분할되어 형성되는데, 경우에 따라서는 W(White)의 영역도 구비할 수 있을 것이다.

이와같은 컬러필터층은 다양한 방법으로 형성될 수 있는데, 도 4를 참고로 하여 구체적으로 살펴보면 다음과 같다.

먼저, 3영역으로 분할된 백라이트(109) 상면의 제 1 영역에 적색(Red)이 착색된 고분자 물질 즉, 컬러 레지스트를 프린팅 방법으로 인쇄하여 R 컬러필터층을 형성한 후, 상기 공정을 반복 수행하여 녹색, 청색(Green, Blue)이 각각 착색된 G 컬러필터층과 B 컬러필터층을 형성하여 컬러필터층(111)을 완성한다.

이외에, 백라이트(109) 상면에 안료가 첨가되어 제작된 R,G,B의 필름을 각 영역에 부착하여 컬러필터층(111)을 완성하기도 한다.

여기서, 상기 백라이트(109)는 복수개의 발광 램프(111)들과, 상기 발광 램프의 양쪽 전극에 램프 구동을 위한 전원을 전달하는 전원인입선(109,109a)과, 상기 발광 램프(111)들을 고정시키고 지지하는 케이스(103)와, 상기 발광 램프(111)와 액정 패널 사이에 배치된 확산시트(115), 프리즘 시트(116), 보호시트(117)로 이루어진 광학시트류와, 상기 발광램프(111)의 하측에 배치되어 발광 램프(111)에서 새어나온 광을 액정 패널 측으로 반사시키는 반사판(114)으로 구성되어, 발광램프(111)로부터 발하게 된 빛이 각종 광학시트류를 차례로 거쳐 정보표시면에 전달하게 된다.

도 4에 도시된 백라이트(109)는 전면에 발광램프가 배치되어 있는 직하형 방식에 의한 것으로, 본 발명은 이에 한정되지 않고 도광판 방식의 백라이트에도 적용가능하다.

이와같이, 컬러필터층을 액정패널에 형성하지 아니하고, 백라이트 상면에 형성함으로써 컬러필터층의 형성공정을 용이하게 할 수 있다. 즉, 기존에는 R,G,B 등의 컬러필터층을 스트라이프 배열, 모자이크 배열, 델타 배열, 쿼드 배열 등의 다양한 방법으로 배열하기 위해 특정 패턴이 형성되어 있는 포토마스크를 사용하여 복수회에 걸쳐 패터닝해야 하는 번거로움이 있었지만, 본발명에 의한 컬러필터층은 크게 3영역으로 분할하여 간소한 방법 일예로, 프린팅 방법으로 형성하므로 공정이 훨씬 용이해진다.

한편, 컬러필터층(111)을 통과한 색광을 액정패널에 전달하기 위해 광섬유가 요구되는데, 상기 R 컬러필터층에 연결되어 R색을 전달하는 제 1 광섬유와, 상기 G 컬러필터층에 연결되어 G색을 전달하는 제 2 광섬유와, 상기 B 컬러필터층에 연결되어 B색을 전달하는 제 3 광섬유로 구성된다.

이 때, 상기 제 1 ,제 2 ,제 3 광섬유는 액정패널의 각 단위 픽셀에 특정 색광이 입사되도록 일정한 순서를 가지고 배치되는데, 스트라이프 배열, 모자이크 배열, 델타 배열, 쿼드 배열 등으로 액정표시패널의 크기, 컬러필터의 형상 및 색배열에 따라 다양하게 배열할 수 있다. 여기서, 제 1 ,제 2 ,제 3 광섬유에서 전달하는 R,G,B 색상이 합쳐져 하나의 색상을 구현하는 화소를 이룬다.

즉, R 컬러필터층 및 제 1 광섬유를 통과한 R색광은 특정 단위 픽셀에 전달되어 R 색상을 구현하고, G 컬러필터층 및 제 2 광섬유를 통과한 G색광은 특정 단위 픽셀에 전달되어 G 색상을 구현하고, B 컬러필터층 및 제 3 광섬유를 통과한 G색광은 특정 단위 픽셀에 전달되어 G 색상을 구현한다. 따라서, 광섬유의 개수는 단위 픽셀의 개수와 상응하게 된다.

이 때, 광섬유를 통과하는 색광의 온/오프의 결정 및 그레이 정도는, 일반적인 액정표시장치와 동일하게, 액정패널의 액정분자 배향정도에 따라서 제어 결정된다.

이와같이, 광섬유의 개수, 배열 방법 및 광섬유를 통과하는 색광의 온/오프를 적절하게 제어하여 원하는 화상품질을 구현할 수 있다.

그리고, 백라이트(109)로부터 제공되는 면발광이 광섬유(150)에 의해 점광원으로 전환되므로, 광섬유의 배열패턴에 따라 원형 디스플레이나 또는 타원형 디스플레이드 등을 제작할 수도 있다.

참고로, 광섬유는 재질에 따라 유리 광섬유와 플라스틱 광섬유로 나눌 수 있는데, 상기 유리 광섬유는 실리카계 광섬유, 불소계 광섬유, 희토류계 광섬유 등이 있다. 그러나, 유리 광섬유는 깨지기 쉽고 형상 가공이 어려우며 일정 크기 이상의 형태를 가공함에 있어 생산성의 문제가 있기 때문에, 광학적으로 투명한 고분자 재료를 이용하여 기존 광학 유리 재료를 대체하고 있다.

투명한 고분자를 이용한 광섬유가 플라스틱 광섬유인데, 이는 일반적으로 코어물질로 아크릴계 고분자를 사용하고 클래딩 물질로는 불소계고분자를 사용한다. 이러한 플라스틱 광섬유는 열이 발생하지 않아서 전시용 조명이나 열에 민감한 반도체 공정 장비의 조명으로 적합하다.

한편, 상기한 실시예는 본 발명의 바람직한 실시예를 설명한 것에 불과하고, 본 발명의 적용 범위는 이와 같은 것에 한정되는 것은 아니며, 본 발명은 동일 사상의 범주내에서 적절하게 변경 가능한 것이다. 예를 들어 본 발명의 실시예에 구체적으로 나타난 각 구성 요소의 형상 및 구조는 변형하여 실시할 수 있으며, 본 발명의 기술적 사상은 액정표시장치 뿐만 아니라, 화상을 디스플레이하는 모든 디스플레이 장치에 적용가능하다.

상기와 같은 본 발명의 액정표시장치는 다음과 같은 효과가 있다.

첫째, 백라이트 상면에 R,G,B의 컬러필터층을 가장 단순하게 배열·형성함으로써 공정을 간소화하고 액정표시장치의 구조를 단순화한다.

둘째, 상기 컬러필터층을 액정패널과 백라이트 사이에 위치시키고 상기 컬러필터층을 통과한 R,G,B광이 광섬유를 통해 각 단위 픽셀에 제공되도록 한 뒤, 상기 각 광섬유를 제어하여 R,G,B를 구현함으로써 R,G,B 컬러필터층의 패턴 정밀도에 대한 문제점을 해결하고 고화질의 화상을 제공한다.

도 1은 종래 기술에 의한 액정패널의 단면도.

도 2는 종래 기술에 의한 액정표시장치의 단면도.

도 3은 본 발명에 의한 액정표시장치의 단면도.

도 4는 본 발명에 의한 컬러필터층의 구조를 나타낸 사시도.

< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >

101 : 대향기판 102 : TFT 어레이 기판

105 : 액정층 106 : 편광판

108 : 액정패널 109 : 백라이트

111 : 컬러필터층 150 : 광섬유

Claims (8)

1. 복수의 단위 픽셀이 정의되고 두 기판 사이에 액정층이 구비된 액정패널과,

   상기 액정패널 배면에 일정한 갭을 가지고 장착되어 광을 제공하는 백라이트와,

   상기 백라이트 상면에 형성되는 컬러필터층과,

   상기 컬러필터층에 연결되어 상기 액정패널의 각 단위픽셀에 이르는 광섬유를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 컬러필터층은 R(Red), G(Green), B(Blue)의 세영역으로 분할되는 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
3. 제 2 항에 있어서,

   상기 광섬유는,

   상기 R 컬러필터층에 연결되어 R색을 제공하는 제 1 광섬유와,

   상기 G 컬러필터층에 연결되어 G색을 제공하는 제 2 광섬유와,

   상기 B 컬러필터층에 연결되어 B색을 제공하는 제 3 광섬유로 구성되는 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
4. 제 3 항에 있어서, 상기 제 1 ,제 2 ,제 3 광섬유는 각 단위 픽셀에 특정 색광이 입사되도록 일정한 순서를 가지고 배치되는 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
5. 제 1 항에 있어서,

   상기 컬러필터층은 안료가 첨가된 고분자 물질의 도포후, 이를 패터닝하여 형성되는 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
6. 제 1 항에 있어서,

   상기 컬러필터층은 안료가 첨가된 필름을 부착하여 형성되는 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
7. 제 1 항에 있어서,

   상기 액정패널은,

   단위 픽셀을 정의하는 게이트 배선 및 데이터 배선의 교차지점에 박막트랜지스터가 구비되어 있는 TFT 어레이 기판과,

   상기 TFT 어레이 기판에 대향하는 대향기판과,

   상기 TFT 어레이 기판 및 대향기판 사이에 형성된 액정층으로 구성되는 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
8. 제 1 항에 있어서,

   상기 광섬유의 개수는 상기 단위 픽셀의 개수와 상응하는 것을 특징으로 하는 액정표시장치.