KR20060017220A - 액정표시장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 어떤 편광 기능이 있는 광학소자를 이용하여 액정표시장치를 보더라도 균일한 상을 볼 수 있도록 하기 위한 액정표시장치를 제공하기 위한 것으로, 이와 같은 목적을 달성하기 위한 액정표시장치는 백라이트 유닛과; 상기 백라이트 유닛 상부에 하부 편광판(Polarizer)과 액정셀과 상부 편광판(Analyzer)과 복굴절성이 있는 광학 필름이 적층 구성되어 최종적으로 원편광을 나타내는 액정패널로 구성됨을 특징으로 한다.

λ/4 필름, 편광판, 원편광

Description

액정표시장치{Liquid Crystal Display Device}

도 1은 일반적인 액정표시장치를 나타낸 개략적 구성도

도 2는 일반적인 편광판의 흡수축과 투과축을 나타낸 평면도

도 3a와 도 3b는 2장의 편광판의 흡수축과 투과축이 평행, 수직으로 겹쳐져 있을 때의 빛의 투과 상태를 나타낸 도면

도 4a와 도 4b는 편광소자(편광 선글라스)와 액정표시장치의 광학적 상호 작용에 따른 빛의 투과 상태를 나타낸 도면

도 5는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 액정표시장치의 구성도

도 6은 도 5의 구성을 갖는 액정표시장치의 편광 형태를 나타낸 도면

도 7은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 액정표시장치의 구성도

도 8은 도 7의 구성을 갖는 액정표시장치의 편광 형태를 나타낸 도면

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

50, 70 : 백라이트 유닛 51, 71 : 하부 편광판

52, 72 : 액정셀 53, 73 : 상부 편광판

54, 75 : λ/4 필름 60, 80 : 액정패널

74 : λ/2 필름

본 발명은 액정표시장치에 대한 것으로, 특히 어떤 편광 기능을 갖는 광학 소자를 사용하더라도 균일한 상을 볼 수 있는 액정표시장치에 관한 것이다.

정보화 사회가 발전함에 따라 표시장치에 대한 요구도 다양한 형태로 점증하고 있으며, 이에 부응하여 근래에는 LCD(Liquid Crystal Display), PDP(Plasma Display Panel), ELD(Electro Luminescent Display), VFD(Vacuum Fluorescent Display) 등 여러 가지 평판 표시 장치가 연구되어 왔고, 일부는 이미 여러 장비에서 표시장치로 활용되고 있다.

그 중에, 현재 화질이 우수하고 경량, 박형, 저소비 전력의 장점으로 인하여 이동형 화상 표시장치의 용도로 CRT(Cathode Ray Tube)를 대체하면서 LCD가 가장 많이 사용되고 있으며, 노트북 컴퓨터의 모니터와 같은 이동형의 용도 이외에도 방송신호를 수신하여 디스플레이하는 텔레비전, 및 컴퓨터의 모니터 등으로 다양하게 개발되고 있다.

이와 같이 액정표시장치가 여러 분야에서 화면 표시장치로서의 역할을 하기 위해 여러 가지 기술적인 발전이 이루어 졌음에도 불구하고 화면 표시장치로서 화상의 품질을 높이는 작업은 상기 장점과 배치되는 면이 많이 있다.

따라서, 액정표시장치가 일반적인 화면 표시장치로서 다양한 부분에 사용되기 위해서는 경량, 박형, 저 소비전력의 특징을 유지하면서도 고정세, 고휘도, 대면적 등 고 품위 화상을 얼마나 구현할 수 있는가에 발전의 관건이 걸려 있다고 할 수 있다.

이와 같은 액정표시장치는 화상을 표시하는 액정패널과 상기 액정패널을 구동하기 위한 구동부로 크게 구분될 수 있다.

상기 액정패널은 도 1에 도시한 바와 같이, 액정셀(10)과, 상,하부 편광판(11, 12)으로 구성된다.

상기 액정셀(10)은 일정 공간을 갖고 합착된 상, 하부기판과, 상기 상, 하부기판 사이에 형성된 액정층과, 상기 액정층 사이에 셀 갭을 균일하게 하기 위한 스페이서로 구성되었고, 상, 하부 편광판(11, 12)은 상기 상, 하부기판의 바깥 면에 각각 코팅되었다.

그리고 상기 구동부는 액정패널에 빛을 균일하게 조사하는 백 라이트 유닛(Back Light)(13)과, 상기 액정 패널에 구동신호를 인가하기 위한 구동 회로부(미도시)로 구성된다.

여기서, 상기 하부기판(TFT 어레이 기판)에는, 일정 간격을 갖고 일방향으로 배열되는 복수개의 게이트배선과, 상기 각 게이트배선과 수직한 방향으로 일정한 간격으로 배열되는 복수개의 데이터배선과, 상기 각 게이트배선과 데이터배선이 교차되어 정의된 각 화소영역에 매트릭스 형태로 형성되는 복수개의 화소전극과, 상기 게이트배선의 신호에 의해 스위칭되어 상기 데이터배선의 신호를 상기 각 화소전극에 전달하는 복수개의 박막트랜지스터가 형성된다.

그리고 상부기판(칼라필터 어레이 기판)에는, 상기 화소영역을 제외한 부분의 빛을 차단하기 위한 블랙매트릭스층과, 칼라 색상을 표현하기 위한 R,G,B 칼라 필터층과 화상을 구현하기 위한 공통전극이 형성된다. 횡전계 방식 액정표시장치에서는 공통전극이 하부기판상에 형성된다.

상기 상, 하부기판에 각각 형성된 공통전극과 화소전극은 투명하고 전기 전도성을 갖는 전극으로 빛의 투과율이 높은 재료, 예를 들어, ITO(Indium Tin Oxide)와 같은 재료를 사용한다.

그리고 상기 상, 하부 편광판(11, 12)은 투과축(흡수축)이 서로 교차되는 방향으로 각각 상, 하부기판 바깥 면에 코팅되어 있다.

일반적으로 빛은 전자파이고, 그 진동 방향은 진행 방향에 수직이다. 그리고 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(13)에서 나오는 빛은 그 진동 방향이 모든 방향으로 같은 확률을 가진다. 이때, 상기 상, 하부 편광판(11, 12)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 액정층의 상하로 편광축이 서로 직교 또는 평행하도록 상, 하부 편광판(11,12)이 부착되기 때문에, 액정층을 통과하는 동안 편광축의 회전 정도에 따라 투과광의 세기가 조절되어 블랙(black)과 화이트(white) 및 그 사이의 그레이 (gray) 표현이 가능하게 된다.

상기와 같이 일반적인 투과형 액정표시장치는 상,하부기판 사이에 수 마이크로 단위의 두께로 형성되어 있는 액정층과 상기 상, 하부기판 바깥쪽에 형성된 상,하부 편광판에 의해서 빛을 제어하여 화상을 표시한다. 참고로, 반사형 액정표시장치는 백라이트 유닛 대신에 외부광을 사용하는 것으로 액정층과 1개의 편광판과 1개의 반사판에 의해 빛을 제어하여 화상을 표시한다.

상기와 같이 액정표시장치는 빛을 제어하기 위해서 백라이트 유닛이나 외부광에서 입사되는 편광이 아닌 빛을 편광으로 만들고, 이를 다시 액정층의 특성을 이용하여 제어, 출사되는 빛의 세기를 조절하여 화상을 표시한다.

상기 편광판은 도 2에 도시한 바와 같이, 흡수축과 투과축이 있으며, 흡수축과 평행으로 진동하는 빛은 흡수되고, 투과축과 평행한 빛만 통과한다. 이때 흡수축과 투과축은 서로 수직이다.

입사되는 빛을 편광으로 만드는 편광판을 폴러라이저(polarizer)라고 하고, 출사되는 빛을 검광하는 편광판을 애널라이저(analyzer)라고 한다.

액정표시장치에서 출사되는 빛은 항상 편광이고, 빛이 가장 마지막에 통과하는 광학소자가 직선 편광판이므로 출사되는 빛은 직선 편광이다.

상기와 같은 특성을 갖는 편광판이 구성된 액정표시장치에서, 액정표시장치와 관측자 사이에 편광 기능이 있는 광학소자를 구비시킨 후 액정표시장치를 본다면, 액정표시장치에서 출사되는 편광과 편광 기능이 있는 광학소자 간에 광학적 작용이 일어나게 되어 액정표시장치의 화면이 어둡게 보이거나, 보이지 않게 된다. 또는 편광소자의 축의 각도에 따라 쉽게 어둡게 보이거나 밝게 보이는 등의 왜곡이 일어나며, 액정표시장치의 화면의 크기나 편광소자의 특성에 따라 화면에 어두운 줄이 생기거나, 불필요한 명암 또는 그라디에이션이 보이는 왜곡된 상이 보이게 된다.

예를 들어, 도 3a와 같이 2장의 제 1, 제 2 편광판(30, 31)의 흡수축(투과축)이 평행으로 겹쳐질 경우에는 빛이 그대로 통과하지만, 도 3b와 같이 2장의 제 1, 제 2 편광판(30, 31)의 흡수축(투과축)이 수직으로 겹쳐질 경우에는 빛이 통과하지 못하여 화면이 어둡게 나타난다.

이와 같은 현상을 관찰할 수 있는 대표적인 광학소자에는 편광 선글라스가 있는데, 사용자가 편광 선글라스를 낀 상태에서 액정표시장치를 볼 경우를 살펴보면 다음과 같다.

도 4a에 도시한 바와 같이, 편광 선글라스(40)의 흡수축 또는 투과축이 편광판(41)과 평행하게 겹쳐지면 빛은 그대로 통과하여 정상적인 LCD 화면을 볼수 있지만, 도 4b에 도시한 바와 같이 편광 선글라스(42)의 흡수축 또는 투과축이 편광판(43)과 수직으로 겹쳐지면 빛이 통과하지 못하여 LCD 화면이 어둡게 보인다.

상기와 같이 편광소자를 사용하여 액정표시장치의 화면을 볼 경우, 편광소자 및 액정표시장치의 편광판의 흡수축과 투과축이 완전하게 평행으로 겹쳐지지 않을 경우에는 명암의 왜곡, 변화 또는 화상의 왜곡, 변화가 발생하여 정상적인 LCD 화면을 볼 수 없게 되는 문제가 발생한다.

본 발명은 상기와 같은 문제를 해결하기 위하여 안출한 것으로 특히, 어떤 편광 기능이 있는 광학소자를 이용하여 액정표시장치를 보더라도 균일한 상을 볼 수 있도록 하기 위한 액정표시장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 액정표시장치는 백라이트 유닛과; 상기 백라이트 유닛 상부에 하부 편광판(Polarizer)과 액정셀과 상부 편광판(Analyzer)과 복굴절성이 있는 광학 필름이 적층 구성되어 최종적으로 원편광을 나타내는 액정패널로 구성됨을 특징으로 한다.

상기 복굴절성이 있는 광학 필름으로 λ/4 필름을 사용함을 특징으로 한다.

상기 λ/4 필름의 광축은 상기 상부 편광판의 흡수축 또는 투과축에서 45°각도를 갖는 것을 특징으로 한다.

상기 복굴절성이 있는 광학 필름으로 λ/2 필름과 λ/4 필름을 적층하여 사용하는 것을 더 포함함을 특징으로 한다.

본 발명의 액정표시장치는 사용자가 편광 기능이 있는 광학 소자를 이용하여 액정표시장치를 볼 때, 액정표시장치에서 출사되는 편광과 편광 기능이 있는 광학 소자 사이의 광학적 작용을 최소화하여 명암의 왜곡 및 변화, 또는 화상의 왜곡 및 변화 없이 정상적인 화상을 볼 수 있는 것에 구성적 특징이 있다.

이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 액정표시장치에 대하여 설명하면 다음과 같다.

본 발명에 따른 액정표시장치는 상,하부 편광판 및 그 사이에 액정셀로 구성 된 액정패널의 상부 편광판 상부에 복굴절성이 있는 광학 필름을 구비시켜서 최종적으로 원편광이 출사되도록 구성한 것에 특징이 있다.

제 1 실시예

도 5는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 액정표시장치의 구성도이고, 도 6은 도 5의 구성을 갖는 액정표시장치의 편광 형태를 나타낸 도면이다.

본 발명의 제 1 실시예에 따른 액정표시장치는, 도 5에 도시한 바와 같이, 백라이트 유닛(50)과, 상기 백라이트 유닛(50) 상부에 하부 편광판(Polarizer)(51)과 액정셀(52)과 상부 편광판(Analyzer)(53)과 λ/4 필름(54)이 적층 구성된 액정패널(60)로 구성된다.

액정표시장치의 광원으로 사용되는 백라이트 유닛(50)은 원통형의 형광 램프 또는 LED를 이용한 에지 방식과 직하 방식으로 구성할 수도 있고, 면발광 램프를 사용하여 구성할 수도 있다.

그리고 상기 액정셀(52)은 상,하부기판과 상기 상,하부기판 사이에 주입된 액정층으로 구성된다.

상기 하부기판에는, 유리기판에 일정 간격을 갖고 일방향으로 배열되는 복수개의 게이트 라인들과, 매트릭스 형태의 화소 영역을 정의하기 위하여 상기 각 게이트 라인에 수직한 방향으로 일정한 간격을 갖고 배열되는 데이터라인들과, 상기 각 화소 영역에 형성되는 복수개의 화소 전극들과, 상기 각 게이트 라인과 데이터 라인이 교차되는 부분의 각 화소 영역에 형성되어 상기 게이트 라인의 신호에 따라 상기 데이터 라인의 데이터 신호를 해당 화소 전극에 인가하는 복수개의 박막 트랜 지터들이 배열된다. 그리고, 상부기판에는, 상기 하부기판의 화소 영역을 제외한 부분으로 빛이 조사되지 않도록 하기 위한 블랙 매트릭스층과, 상기 블랙 매트릭스층 사이의 각 화소 영역에 색상을 표현하기 위한 칼라 필터층과, 상기 칼라 필터층을 포함한 기판 전면에 형성되는 공통전극이 배열된다. 이와 같이 형성된 상,하부기판 사이에 액정이 주입된다.

이때 λ/4 필름(54)의 광축은 설계에 따라 상부 편광판(53)의 흡수축 또는 투과축을 고려하여 자유롭게 설정할 수 있지만, 도 5에 도시한 바와 같이 상부 편광판(53)의 흡수축 또는 투과축에서 45°각도로 부가하는 것이 가장 바람직하다.

상기와 같이 구성된 액정표시장치는 도 6에 도시한 바와 같이, 상기 백라이트 유닛(50)으로부터 나온 빛이 하부 편광판(Polarizer)(51)과 액정셀(52)과 상부 편광판(Analyzer)(53)을 지나면서 직선 편광되고, λ/4 필름(54)을 지나면서 원편광으로 바뀐다.

이때 원편광은 상,하부 편광판(53, 51) 및 액정셀(52)의 액정의 배열 상태에 따라 좌원편광 또는 우원편광될 수 있고, 이와 같이 LCD가 원편광을 출사하게 되면 사용자 편광 광학 소자의 흡수측의 각도에 상관없이 일정한 투과율을 낼 수 있다.

상기와 같이 LCD가 최종적으로 원편광을 출사시키게 되면, 사용자가 편광성을 가지지 않는 광학 소자를 통해서 LCD 화면을 보거나 맨 눈으로 LCD 화면을 보거나 또는 편광 기능이 있는 광학소자를 통해서 LCD 화면을 보거나에 상관없이 동일한 특성의 LCD 화면을 볼 수 있다.

제 2 실시예

도 7은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 액정표시장치의 구성도이고, 도 8은 도 7의 구성을 갖는 액정표시장치의 편광 형태를 나타낸 도면이다.

본 발명의 제 2 실시예에 따른 액정표시장치는, 도 7에 도시한 바와 같이, 백라이트 유닛(70)과, 상기 백라이트 유닛(70) 상부에 하부 편광판(Polarizer)(71)과 액정셀(72)과 상부 편광판(Analyzer)(73)과 λ/2 필름(74)과 λ/4 필름(75)이 적층 구성된 액정패널(80)로 구성된다.

이때 λ/4 필름(75)의 광축은 설계에 따라 상부 편광판(73)의 흡수축 또는 투과축을 고려하여 자유롭게 설정할 수 있지만, 도 7에 도시한 바와 같이 상부 편광판(73)의 흡수축 또는 투과축에서 45°각도로 부가하는 것이 가장 바람직하다.

상기와 같이 구성된 액정표시장치는 도 8에 도시한 바와 같이, 상기 백라이트 유닛(70)으로부터 나온 빛이 하부 편광판(Polarizer)(71)과 액정셀(72)과 상부 편광판(Analyzer)(73)을 지나면서 직선 편광되고, λ/2 필름(74)과 λ/4 필름(75)을 지나면서 원편광으로 바뀐다.

이때 원편광은 상,하부 편광판(73, 71) 및 액정셀(72)의 액정의 배열 상태에 따라 좌원편광 또는 우원편광될 수 있고, 이와 같이 LCD가 원편광을 출사하게 되면 사용자 편광 광학 소자의 흡수측의 각도에 상관없이 일정한 투과율을 낼 수 있다.

상기와 같이 LCD가 최종적으로 원편광을 출사시키게 되면, 제 1 실시예에서 설명한 바와 같이, 사용자가 편광성을 가지지 않는 광학 소자를 통해서 LCD 화면을 보거나 맨 눈으로 LCD 화면을 보거나 또는 편광 기능이 있는 광학소자를 통해서 LCD 화면을 보거나에 상관없이 동일한 특성의 LCD 화면을 볼 수 있다.

상기 제 1, 제 2 실시예에 따른 액정표시장치는, 일반 범용 LCD 모니터 외에도 야외에서 사용하는 액정표시장치나 운전자가 편광 안경 또는 헬멧에 달린 고글을 쓰고 액정표시장치를 보아야 하는 카-네비게이션(Car-Navigation) 또는 항공기(air-craft)에서 사용하는 액정표시장치에도 다양하게 적용할 수 있다.

또한, 상기 λ/2 필름과 λ/4 필름은 액정표시장치에 부착하거나 탈거할 수 있는 필름 형태로 부가 가능하다.

또한, 도면에는 도시되지 않았지만, 본 발명의 제 1, 제 2 실시예에 설명한 상기 λ/4 필름이나, 적층된 λ/2 필름과 λ/4 필름은 사용자 편광 광학 소자에 부가해서 구성시킬 수도 있다.

이상 설명한 내용을 통해 당업자라면 본 발명의 기술 사상을 이탈하지 아니하는 범위에서 다양한 변경 및 수정이 가능함을 알 수 있을 것이다.

따라서, 본 발명의 기술 범위는 상기 실시예에 기재된 내용으로 한정되는 것이 아니라, 특허 청구의 범위에 의하여 정해져야 한다.

상기와 같은 본 발명의 액정표시장치는 다음과 같은 효과가 있다.

λ/4필름 또는 λ/2 필름과 λ/4 필름이 적층된 필름을 상부 편광판 상부에 구비시켜서 최종적으로 원편광을 출사시킴으로써, 사용자가 어떤 편광 기능이 있는 광학 소자를 이용해서 액정표시장치를 보더라도 균일한 상을 볼 수 있게 할 수 있다.

Claims (4)

1. 백라이트 유닛과;

   상기 백라이트 유닛 상부에 하부 편광판(Polarizer)과 액정셀과 상부 편광판(Analyzer)과 복굴절성이 있는 광학 필름이 적층 구성되어 최종적으로 원편광을 나타내는 액정패널로 구성됨을 특징으로 하는 액정표시장치.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 복굴절성이 있는 광학 필름으로 λ/4 필름을 사용함을 특징으로 하는 액정표시장치.
3. 제 2 항에 있어서,

   상기 λ/4 필름의 광축은 상기 상부 편광판의 흡수축 또는 투과축에서 45°각도를 갖는 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
4. 제 1 항에 있어서,

   상기 복굴절성이 있는 광학 필름으로 λ/2 필름과 λ/4 필름을 적층하여 사용하는 것을 더 포함함을 특징으로 하는 액정표시장치.

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