KR20080001516A

KR20080001516A - 반사형 편광판 및 이를 구비한 액정표시소자

Info

Publication number: KR20080001516A
Application number: KR1020060059987A
Authority: KR
Inventors: 박재현; 이만환
Original assignee: 엘지.필립스 엘시디 주식회사
Priority date: 2006-06-29
Filing date: 2006-06-29
Publication date: 2008-01-03
Also published as: KR101281668B1

Abstract

본 발명에 따른 액정표시소자는 광손실을 최소화하여 휘도를 향상시키기 위한 것으로, 액정패널과, 상기 액정패널에 광을 공급하는 적어도 하나의 램프와, 상기 액정패널의 하부에 설치되어 램프로부터 발광된 광을 확산시키는 확산판과, 상기 액정패널과 확산판 사이에 배치되어 확산판에 의해 확산된 광중에서 편광축과 평행한 편광방향의 광은 투과하고 다른 편광방향의 광은 반사시키는 확산판으로 반사시키며, 렌즈형 집광판이 구비되어 투과되는 광을 집광하는 반사형 편광판으로 구성된다.

액정패널, 반사, 편광판, 집광, 렌즈

Description

반사형 편광판 및 이를 구비한 액정표시소자{REFLECTIVE POLARIZING PLATE AND LIQUID CRYSTAL DISPLAY DEVICE HAVING THEREOF}

도 1은 종래 백라이트가 구비된 액정표시소자의 구조를 나타내는 도면.

도 2는 본 발명의 제1실시예에 따른 액정표시소자의 구조를 간략하게 나타내는 도면.

도 3은 도 2의 A영역 확대도.

도 4는 본 발명의 제2실시예에 따른 액정표시소자의 구조를 간략하게 나타내는 도면.

도 5는 도 4의 B영역 확대도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *

203 : 액정패널 211 : 램프

215 : 확산판 216 : 편광판

217 : 집광판 218 : 반사부

본 발명은 액정표시소자의 반사형 편광판에 관한 것으로, 특히 광손실을 최 소화하여 휘도를 향상시킬 수 있는 반사형 편광판 및 이를 구비한 액정표시소자에 관한 것이다.

근래, 핸드폰(Mobile Phone), PDA, 노트북컴퓨터와 같은 각종 휴대용 전자기기가 발전함에 따라 이에 적용할 수 있는 경박단소용의 평판표시장치(Flat Panel Display Device)에 대한 요구가 점차 증대되고 있다. 이러한 평판표시장치로는 LCD(Liquid Crystal Display), PDP(Plasma Display Panel), FED(Field Emission Display), VFD(Vacuum Fluorescent Display) 등이 활발히 연구되고 있지만, 양산화 기술, 구동수단의 용이성, 고화질의 구현이라는 이유로 인해 현재에는 액정표시소자(LCD)가 각광을 받고 있다.

상기 액정표시소자는 투과형 표시소자로서, 액정분자의 굴절률 이방성에 의해 액정층을 투과하는 광의 양을 조절함으로써 원하는 화상을 화면상에 표시한다.

따라서, 액정표시소자에서는 화상의 표시를 위해 액정층에 광을 공급하여 액정표시소자에 화상을 표시하는 백라이트(back light)가 설치된다.

도 1에 백라이트가 적용된 종래 액정표시소자의 구조가 도시되어 있다.

도면에 도시된 바와 같이, 액정표시소자(1)는 크게 액정패널(liquid crystal display panel;3)과 상기 액정패널(3)의 후면에 설치된 백라이트(10)로 이루어진다. 액정패널(3)은 실제 화상이 구현되는 곳으로, 유리와 같은 투명한 하부기판(3a) 및 상부기판(3b)과 그 사이의 형성된 액정층(도면표시하지 않음)으로 이루어진다. 특히, 도면에는 도시하지 않았지만, 하부기판(3a)은 박막트랜지스터(thin film transistor)와 같은 구동소자 및 화소전극이 형성되는 TFT기판이고 상부기 판(3b)은 컬러필터층(color filter layer)이 형성되는 컬러필터기판이다. 또한, 상기 하부기판(3a)의 측면에는 구동회로부(5)가 구비되어 하부기판(3a)에 형성된 박막트랜지스터와 화소전극에 각각 신호를 인가한다.

상기 백라이트(10)는 직하형 백라이트로서, 액정패널(3)의 하부에 위치하여 광을 방출함에 따라 액정패널(3)에 광을 공급하는 하는 램프(11)와, 상기 램프(11)로부터 방출되는 광을 반사하여 광효율을 향상시키는 반사판(reflector;17)과, 상기 램프(11)로부터 방출된 광을 액정패널(3)로 균일하게 입사시키는 광학시트(15)로 구성된다.

상기와 같이 백라이트(10)로부터 출력된 광은 액정패널(3)에 부착된 제1편광판(16a)를 투고하면서 특정 편광방향의 광만이 액정패널(3)에 공급된다. 도면에서 도면부호 16b는 액정패널(3)에 부착된 제2편광판으로 액정패널(3)을 투과하는 광중에서 특정 편광방향을 갖는 광만을 투과시킨다.

통상적으로 램프(11)에서 발광된 광은 액정패널(3)의 하부에 부착된 제1편광판(16a)을 투과하면 상기 제1편광판(16a)에 의해 광손실이 발생하게 되어 입사된 광의 약 50％만이 투과하게 되어, 휘도가 저하되는 문제가 있었다.

본 발명은 상기한 문제를 해결하기 위한 것으로, 집광판이 일체로 형성된 반사형 편광판을 사용하여 광손실을 최소화할 수 있는 반사형 편광판구조를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 다른 목적은 집광판을 렌즈형상으로 형성함으로써 집광판에 의한 편광의 깨짐현상이나 불연속적인 스펙트럼분산을 방지할 수 있는 반사형 편광판구조를 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 상기와 같은 반사형 편광판을 구비함으로써 휘도를 향상시키고 두께를 감소할 수 있는 액정표시소자를 제공하는 것이다.

상기한 목적을 달성하기 위해, 본 발명에 따른 반사형 편광판구조는 편광축과 평행한 편광방향의 광은 투과하고 다른 편광방향의 광은 반사시키는 편광판과, 상기 편광판의 상부에 일체로 형성되어 편광판에 의해 편광된 광을 집광시키는 렌즈형상의 집광판로 구성된다.

상기 편광판 및 집광판 사이의 렌즈형상의 경계에는 반사부가 형성되어 임계 각도 이상으로 입력되는 광을 반사시킨다. 상기 집광판은 뒤집어진 U자형 렌즈형상으로 이루어지는데, 그 곡률은 반사부의 폭과 간격에 따라 달라진다.

또한, 본 발명에 따른 액정표시소자는 액정패널과, 상기 액정패널에 광을 공급하는 적어도 하나의 램프와, 상기 액정패널의 하부에 설치되어 램프로부터 발광된 광을 확산시키는 확산판과, 상기 액정패널과 확산판 사이에 배치되어 확산판에 의해 확산된 광중에서 편광축과 평행한 편광방향의 광은 투과하고 다른 편광방향의 광은 반사시키는 확산판으로 반사시키며, 렌즈형 집광판이 구비되어 투과되는 광을 집광하는 반사형 편광판으로 구성된다.

본 발명에서는 액정패널로 입사되는 광의 손실을 최소화하기 위해 반사형 편광판을 이용한다. 반사형 편광판은 일반적인 투과형 편광필름에 반사특성이 좋은 금속이 증착된 필름을 부착한 것으로, 편광판과 편광축이 평행한 편광방향의 광은 투과시키고 다른 편광방향의 광은 반사시키는 특성을 가진다. 본 발명에서는 이러한 반사형 편광판을 이용하여 편광판에서 반사된 광을 확산판에서 다시 편광판으로 반사시켜 액정층에 공급함으로써 광손실을 최소화하고 휘도저하를 방지하는 것이다. 특히, 본 발명에서는 반사형 편광판과 집광판을 일체로 형성함으로써 집광특성을 더욱 향상시키고 액정표시소자의 크기를 감소할 수 있게 된다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명에 따른 액정표시소자에 대해 상세히 설명한다.

도 2는 본 발명의 제1실시예에 따른 액정표시소자의 구조를 간략하게 나타내는 개념도이다.

도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 액정표시소자는 신호가 입력됨에 따라 화상을 구현하는 액정패널(103)과, 상기 액정패널(103)의 하부에 위치하여 상기 액정패널(103)에 광을 공급하는 램프(111)와, 상기 램프(111)로부터 발광된 광을 확산시켜 액정패널(103)에 균일한 광을 공급하는 확산판(115)과, 상기 액정패널(103)의 하부에 위치하여 확산판(215)에서 확산되어 입사되는 광을 편광시키고 투과되는 광을 집광하는 편광판(116)으로 구성된다.

도면에는 자세히 도시하지 않았지만, 상기 액정패널(103)은 박막트랜지스터와 같은 각종 어레이가 형성되는 제1기판(103a)과, 컬러필터층이 형성되는 제2기판(103b)과, 상기 제1기판(103a) 및 제2기판(103b) 사이에 형성된 액정층(103c)으로 구성되어, 화상신호가 입력됨에 따라 상기 램프(111)로부터 입력되는 광의 투과 율을 조절함으로써 원하는 화상을 구현한다.

상기 편광판(116)은 반사형 편광판으로 일반적인 투과형 편광판에 반사특성이 좋은 필름을 형성한 것으로서, 편광판(116)의 편광축과 평행한 편광방향의 광은 투과하고 다른 편광방향의 광은 반사한다.

상기 편광판(116)에 의해 반사된 광, 즉 편광판(116)의 편광축방향과는 다른 편광방향을 갖는 광은 상기 편광판(116)에서 반사된 후 다시 확산판(215)에 의해 일부가 반사되어 편광판(116)으로 입사된다. 이때, 상기 확산판(215)에서 반사된 광은 그 편광방향이 반전된다. 따라서, 확산판(215)에서 반사되어 편광방향이 반전된 광의 일부(즉, 편광판(116)의 편광축방향과 평행한 광)는 편광판(116)을 투과하고 나머지가 다시 확산판(215)으로 반사된다. 이와 같이, 편광판(116)과 확산판(115) 사이의 반사에 의해 최초에 편광판(116)을 투과하는 광 이외의 광도 편광판(116)을 투과할 수 있게 된다. 통상적으로, 투과형 편광판을 사용하는 경우 50％의 광만이 편광판(116)을 투과하는데 반해, 본 발명과 같이 반사형 편광판(116)을 사용하는 경우 약 80％이 광이 편광판(116)을 투과하게 된다. 따라서, 종래의 액정표시소자비해 광효율이 향상되어 휘도를 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라 작은 전압에 의해서도 원하는 양의 광을 액정패널(103)로 공급할 수 있게 되므로 램프(111)에 인가되는 전력을 대폭 감소할 수 있게 된다. 이와 같이, 램프(111)에 인가되는 전압을 감소함에 따라 액정표시소자에서 필요로 하는 전력을 감소할 수 있게 된다.

한편, 상기 편광판(116)에는 집광판(117)이 일체로 형성된다. 즉, 편광판(116)을 투과하는 광을 집광하는 프리즘형상의 집광판(117)을 편광판(116) 위에 일체로 형성하는 것이다. 이와 같이, 집광판(117)을 편광판(116) 상부에 형성함에 따라 상기 편광판(116)으로 입사되어 투과되는 광이 상기 집광판(117)의 표면에서 집광하여 액정패널(103) 정면으로 광을 공급한다.

이와 같이, 집광판(117)을 반사형 편광판(116)에 일체로 형성함에 따라 집광판(117)이 공간을 사이에 두고 별도로 배치되던 종래의 액정표시소자에 비해, 집광효율을 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라 액정표시소자의 크기를 감소할 수 있게 된다.

도 4는 본 발명의 제1실시예에 따른 액정표시소자의 구조를 개념적으로 나타내는 도면이다. 이 실시예의 액정표시소자와 제1실시예의 액정표시소자의 구조상의 차이는 단지 반사형 편광판(216)에 일체로 형성되는 집광판(217)뿐이다. 따라서, 제1실시예와 동일한 구조에 대해서는 설명을 생략하고 상기와 같은 집광(217)에 대해서만 설명한다.

도 4에 도시된 바와 같이, 이 실시예의 집광판(217)은 그 형상이 렌즈형상으로 이루어져 있는데, 이와 같이 이 실시예에서 집광판(217)의 모양을 렌즈형상으로 형성한 것은 다음과 같은 이유 때문이다.

도 3에 도시된 바와 같이, 제1실시예에서 삼각형상(또는 프리즘형상)의 집광판(117)을 사용하는 경우, 편광판(116)에 의해 편광된 광의 편광이 상기 프리즘 형상의 집광판(117)에 의해 다시 편광되어 원래의 편광상태가 깨지게 된다. 이와 같이 편광상태가 깨진 광은 상기 집광판(117)을 투과하면서 다시 광손실이 발생하므로, 원래의 광손실 방지효과가 저하된다. 더욱이, 프리즘의 형상의 집광판(117)을 투과하는 광이 프리즘의 광학적인 특성에 의해 불연속적인 스펙트럼분산이 발생하게 되어 액정표시소자의 색재현이 불량으로 된다.

제2실시예는 집광판(217)에 의한 광손실을 방지하고 불연속적인 스펙트럼분산에 의한 색재현의 불량을 방지하기 위한 것으로, 프리즘형상 대신 렌즈형상의 집광판(217)을 편광판(216)에 일체로 형성함으로써 상기와 같은 목적을 달성하는 것이다.

도 4에 도시된 바와 같이, 이 실시예에서는 집광판(217)을 뒤집어진 U자형의 렌즈형상으로 형성하기 때문에, 편광판(216)을 투과하면서 편광된 광이 상기 집광판(217)에 의해 다시 편광되지 않으므로, 광이 상기 집광판(217)을 투과하면서 편광상태가 깨지는 것을 방지할 수 있게 된다.

한편, 렌즈형 집광판(217)의 하부, 즉 집광판(217)과 편광판(216)의 사이에는 반사부(218)가 형성된다. 상기 반사부(218)는 도 5에 도시된 바와 같이 집광판(217)과 편광판(216)의 사이의 집광판(217) 렌즈의 경계영역에 형성되어 상기 집광판(217)으로 임계 각도 이상으로 입사되는 광을 반사시킨다. 또한, 반사형 편광판(216)의 하면에는 반사율이 좋은 반사필름이 형성되어 있기 때문에, 상기 반사부(218)에서 편광판(216)의 하면으로 반사된 광이 다시 상기 편광판(216)의 하면에서 반사되어 집광판(217)으로 입사된다. 이때, 편광판(218)의 하면에서 반사되는 광의 경로는 최초의 경로와는 변하게 되어, 집광판(217) 내부로 임계 각도 이하도 입사되는 것이다. 이와 같이, 본 발명의 제2실시예에 따른 액정표시소자에서는 모든 광이 임계 각도 이하로 집광판(217)으로 입사되기 때문에, 집광판(217)으로 입 사되는 광이 모두 표면에서 굴절되어 액정패널(203)로 집광되어 공급된다.

상기 반사부(218)의 폭과 간격은 집광판(217)의 렌즈형상의 곡률과 따라 달라진다. 즉, 집광판(217)이 편광판(216)으로 입사되는 광을 집광하여 액정패널(203)로 효율적으로 공급할 수 있도록 상기 반사부(218)의 폭과 간격 및 집광판(217)의 곡률을 설계해야만 한다는 것이다. 상기 반사부(218)는 금속이나 그 이외의 반사특성이 좋은 물질을 편광판(216) 또는 집광판(217)의 표면에 부착하거나 적층하는 다양한 방법에 의해 형성할 수 있을 것이다. 또한, 상기 반사부(218)는 타이타늄옥사이드(SrTi0₃)나 알루미늄옥사이드(Al₂O₃) 등의 금속산화물로 이루어질 수도 있을 것이다.

상기와 같이, 본 발명에 따른 제2실시예의 액정표시소자에서는 집광판(217) 자체에 의한 편광에 의해 편광판(216)에서 편광된 광의 편광이 깨져 광손실이 발생하는 것을 방지할 수 있을 뿐만 아니라 불연속적인 스펙트럼분산에 의해 색재현율이 저하되는 것을 방지할 수 있게 된다. 또한, 프리즘형상의 집광판에 비해 반치각특성도 향상된다.

한편, 도 4에 도시된 렌즈형상의 집광판(217)은 뒤집어진 U자의 렌즈형상을 이루고 있지만, 본 발명이 이러한 형상에만 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 볼록렌즈형상과 같은 렌즈형상도 본 발명에 적용될 수 있을 것이다. 이러한 집광판(217)의 설계는 앞서서 설명한 바와 같이, 반사부(218)의 폭이나 간격에 따라 다양한 형태로 설계될 수 있을 것이다.

또한, 상술한 설명에서는 액정패널의 하부에 위치하여 액정패널에 광을 직접 공급하는 직하형 액정패널에 대해서만 설명하고 있지만, 이는 설명의 편의를 위한 것이지 본 발명을 특정짓는 것은 아니다. 본 발명은 액정표시소자의 일측면 또는 양측면에 램프가 설치되어 램프로부터 발광된 광이 도광판을 통해 인도되어 액정패널로 광이 공급되는 측면형 액정표시소자에도 적용될 수 있을 것이다. 그리고, 상기 램프의 상면에는 램프로부터 방출되는 광의 광학적특성을 향상시키는 광학시트가 설치될 것이다.

또한, 본 발명의 반사형 편광판은 단지 액정표시소자에만 한정되는 것이 아니라, 편광된 광이 입사됨으로써 화상을 구현할 수 있는 모든 종류의 표시패널에 적용될 수도 있을 것이다.

따라서, 본 발명의 권리의 범위는 상기한 상세한 설명에 의해 결정되는 것이 아니라 첨부한 특허청구범위에 의해 결정되어야만 할 것이다.

상술한 바와 같이, 본 발명에서는 반사형 편광판을 사용하므로 액정패널에 입사되는 광의 손실을 최소화하여 휘도를 향상시키고 전력의 소모를 최소화할 수 있게 된다.

또한, 본 발명에서는 렌즈형상의 집광판을 편광판과 일체로 형성하므로, 액정패널로 입사되는 광의 집광특성을 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라 액정표시소자의 두께를 감소할 수 있게 된다.

Claims

편광축과 평행한 편광방향의 광은 투과하고 다른 편광방향의 광은 반사시키는 편광판; 및

상기 편광판의 상부에 일체로 형성되어 편광판에 의해 편광된 광을 집광시키는 렌즈형상의 집광판로 구성된 반사형 편광판구조.
제1항에 있어서, 상기 편광판 및 집광판 사이의 렌즈형상의 경계에 형성되어 임계 각도 이상으로 입력되는 광을 반사시키는 반사부를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 반사형 편광판구조.
제2항에 있어서, 상기 반사부는 금속으로 이루어진 것을 특징으로 하는 반사형 편광판구조.
제2항에 있어서, 상기 반사부는 금속산화물로로 이루어진 것을 특징으로 하는 반사형 편광판구조.
제4항에 있어서, 상기 금속산화물은 타이타늄 옥사이드 또는 알루미늄 옥사이드를 포함하는 것을 특징으로 하는 반사형 평관판구조.
제1항에 있어서, 상기 편광판은 반사율이 좋은 금속필름을 포함하는 것을 특징으로 하는 반사형 편광판구조.
제1항에 있어서, 상기 집광판은 뒤집어진 U자형 렌즈형상으로 이루어진 것을 특징으로 하는 반사형 편광판구조.
제1항에 있어서, 상기 집광판의 곡률은 반사부의 폭과 간격에 따라 달라지는 것을 특징으로 하는 반사형 편광판구조.
액정패널;

상기 액정패널에 광을 공급하는 적어도 하나의 램프;

상기 액정패널의 하부에 설치되어 램프로부터 발광된 광을 확산시키는 확산판; 및

상기 액정패널과 확산판 사이에 배치되어 확산판에 의해 확산된 광중에서 편광축과 평행한 편광방향의 광은 투과하고 다른 편광방향의 광은 반사시키는 확산판으로 반사시키며, 렌즈형 집광판이 구비되어 투과되는 광을 집광하는 반사형 편광판으로 구성된 액정표시소자.
제9항에 있어서, 상기 반사형 편광판에 의해 반사된 광은 확산판에서 반사되어 편광방향이 변경된 후 다시 반사형 편광판으로 입사되는 것을 특징으로 하는 액 정표시소자.
제9항에 있어서, 상기 편광판의 렌즈형상의 경계에 형성되어 임계 각도 이상으로 입력되는 광을 반사시키는 반사부를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 액정표시소자.
제10항에 있어서, 상기 반사부는 금속으로 이루어진 것을 특징으로 하는 액정표시소자.
제10항에 있어서, 상기 반사부에 의해 반사된 광은 편광판의 하면에서 반사되어 임계 각도 이하로 집광판에 입사되는 것을 특징으로 하는 액정표시소자.
제9항에 있어서, 상기 집광판은 뒤집어진 U자형 렌즈형상으로 이루어진 것을 특징으로 하는 액정표시소자.
제9항에 있어서, 상기 집광판의 곡률은 반사부의 폭과 간격에 따라 달라지는 것을 특징으로 하는 액정표시소자.
제9항에 있어서, 상기 확산판 하부에 설치되어 액정패널로 공급되는 광의 광학적 특성을 향상시키는 광학시트를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 액정표시 소자.