KR20080071274A - 액정표시장치 - Google Patents

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KR20080071274A
KR20080071274A KR1020070009292A KR20070009292A KR20080071274A KR 20080071274 A KR20080071274 A KR 20080071274A KR 1020070009292 A KR1020070009292 A KR 1020070009292A KR 20070009292 A KR20070009292 A KR 20070009292A KR 20080071274 A KR20080071274 A KR 20080071274A
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박지혁
이승희
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엘지디스플레이 주식회사
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Abstract

본 발명은 액정표시장치에 관한 발명으로, 화상을 구현하는 액정패널, 상기 액정패널 상부에 형성되며 출사면이 오목렌즈로 되어 있는 하부필름과, 상기 하부필름 상부에 형성되며 입사면이 상기 오목렌즈에 대응하여 볼록렌즈로 되어 있는 상부필름으로 구성된 광제어필름을 포함하여 구성됨을 특징으로 한다.
액정표시장치, 시야각, 계조반전, 계조뭉침, 광제어필름

Description

액정표시장치{LIQUID CRYSTAL DISPLAY DEVICE}
도 1a 및 도 1b는 종래 액정표시장치의 동작을 나타내는 도면
도 2는 본 발명에 따른 액정표시장치를 나타내는 단면도
도 3은 본 발명에 따른 액정표시장치의 광제어필름을 확대한 단면도
도 4는 본 발명에 따른 액정표시장치의 동작을 나타내는 도면
도 5는 종래 액정표시장치의 시야각에 따른 휘도를 나타내는 그래프
도 6은 본 발명에 따른 액정표시장치의 시야각에 따른 휘도를 나타내는 그래프
<도면의 주요 부호에 대한 명칭>
3, 10 : 제 1 기판 5, 20 : 제 2 기판
9, 30 : 액정층 50 : 광제어필름
50a : 하부필름 50b : 상부필름
52a : 오목렌즈 52b : 볼록렌즈
본 발명은 액정표시장치에 관한 것으로, 특히 액정표시장치에 광제어필름을 배치함으로써, 시야각 특성을 향상시킬 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 액정표시장치가 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 일반적인 화면 표시장치로서 다양한 부분에 사용되기 위해서는 경량, 박형, 저소비전력의 특징을 유지하면서도 고정세, 고휘도, 대면적 등 고품위 화상을 얼마나 구현할 수 있는가에 발전의 관건이 걸려 있다고 할 수 있다.
이하에서는 종래 기술에 의한 액정표시장치 구동시 액정의 이동 및 시야각에 따른 복굴절율의 차이에 관해 알아본다.
도 1a 및 도 1b는 종래 액정표시장치의 동작을 나타내는 도면이다.
도 1a에 도시된 바와 같이, 제 1 기판(3)과 제 2 기판(5) 및 그 사이의 액정층(9)으로 이루어진 TN형(Twisted Nematic Mode) 액정표시장치에서 신호가 입력되 지 않은 오프(off)상태에서는 상기 제 1 기판(3) 및 제 2 기판(5)에 형성된 액정층(9)의 모든 액정분자(9a, 9b)가 배향막(도시하지 않음)의 배향방향을 따라 배향된다. 물론, 이때, 제 1 기판(3)의 배향방향과 제 2 기판(5)의 배향방향은 서로 수직으로 이루어지기 때문에, 액정분자(9a, 9b)는 제 1 기판(3)에서 제 2 기판(5)으로 트위스트된다.
이와 같이, 모든 액정분자(9a, 9b)가 평행하게 배향되어 있기 때문에, 액정표시소자의 시야각 방향, 즉 기판(5)과 수직한 시야각 방향과 좌우(또는 상하)의 시야각 방향에서의 복굴절율이 동일하게 되어 하기 수학식 1에 나타낸 바와 같이 전체 시야각 방향에서 d△n 값은 거의 동일하게 된다.
d△n1≒d△n2≒d△n3 (d:셀갭, n:복굴절율)
따라서, 신호가 입력되지 않은 오프 상태에서는 투과 특성이 시야각 방향에 관계없이 거의 일정하다.
그러나, 도 1b에 도시된 바와 같이, 제 1 기판(3)에 형성된 화소 전극(도시하지 않음)에 신호가 인가된 상태에서는 화소 전극 및 제 2 기판(5)에 형성된 공통전극(도시하지 않음) 사이에 전계가 인가되면, 제 1 및 제 2 기판(3, 5) 사이에 위치한 액정분자(9b)가 전계 방향을 따라 회전하게 된다. 이때, 제 1 기판(3) 및 제 2 기판(5)에 인접한 액정분자(9a)는 배향막의 앵커링 에너지(anchoring energy)에 의해 회전하지 않고 액정층(9)의 중앙 영역에 있는 액정분자(9b)가 전계를 따라 회 전하게 된다. 이때, 회전된 액정분자(9b)는 제 1 및 제 2 기판(3, 5)의 표면과 수직한 것이 아니라 일정 각도로 비스듬하게 배향된다.
이와 같이, 액정층(9)의 중앙 영역의 액정분자(9b)가 비스듬한 각도로 배향되므로, 액정분자(9b)가 비스듬한 각도로 배향되므로, 액정표시소자의 시야각 방향에 따라 복굴절율이 달라진다. 즉, 제 1 및 제 2 기판(3, 5)과 수직한 방향의 시야각 방향과 좌우(또는 상하)의 시야각 방향에 따라 액정분자를 투과하는 광의 지연(retardation)이 달라지므로 하기 수학식 2에 나타낸 바와 같이 전체 시야각 방향에서 d△n 값은 서로 차이가 나게 된다.
d△n1≠d△n2≠d△n3 (d:셀갭, n:복굴절율)
따라서, 신호가 입력되는 온(On) 상태에서는 시야각 방향에 따라 투과 특성이 달라진다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로서, 액정표시장치에 광제어필름을 배치하여 각 시야각 방향으로 출력되는 광의 지연을 보상함으로써, 시야각 특성을 향상시킬 수 있는 액정표시장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 액정표시장치와 광제어필름 사이에 공기층을 없앰으로써, 이물 및 스크래치로 인한 손상을 방지할 수 있는 액정표시장치를 제공하는 것을 목적으로 한 다.
상기와 같은 목적에 따른 본 발명의 액정표시장치는 화상을 구현하는 액정패널, 상기 액정패널 상부에 형성되며 출사면이 오목렌즈로 되어 있는 하부필름과, 상기 하부필름 상부에 형성되며 입사면이 상기 오목렌즈에 대응하여 볼록렌즈로 되어 있는 상부필름으로 구성된 광제어필름을 포함하여 구성됨을 특징으로 한다.
또한, 상기 상부필름의 굴절율은 상기 하부필름의 굴절율보다 작은 것을 특징으로 한다.
이하, 첨부된 도면을 참고하여 본 발명에 의한 액정표시장치를 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 2는 본 발명에 따른 액정표시장치를 나타내는 단면도이고, 도 3은 본 발명에 따른 액정표시장치의 광제어필름을 확대한 단면도이다.
본 발명에 따른 액정표시장치는 도 2에 도시된 바와 같이, 일정 공간을 갖고 합착된 제 1 기판(10) 및 제 2 기판(20), 제 1, 제 2 기판(10, 20) 사이에 주입된 액정층(30)으로 구성된 액정패널과, 상기 제 1 기판(10)에 부착된 제 1 편광판(40)과, 상기 제 2 기판(20)에 부착된 제 2 편광판(42)과, 상기 제 2 편광판(42) 상부에 형성된 광제어필름(50)으로 구성되어 있다.
상기 광제어필름(50)은 도 3에 확대 도시된 바와 같이, 액정패널의 제 2 기판(20) 상부에 형성되며 빛이 출사되는 면이 오목렌즈(52a)로 되어 있는 하부필름(50a)과, 하부필름(50a) 상부에 형성되며 빛이 입사되는 면이 상기 오목렌 즈(52a)와 맞물려 대응하도록 볼록렌즈(52b)로 되어 있는 상부필름(50b)으로 구성된 광제어필름(50)으로 구성되어 있다.
즉, 광제어필름(50)을 볼록렌즈(52b)와 오목렌즈(52a)가 각각 형성된 두개의 필름의 조합으로 구성함으로써, 광제어필름(50)과 액정패널 사이에 공기층이 형성되지 않도록 한다. 이에 따라 광제어필름(50)과 액정패널 사이에 이물이 개재될 우려가 없으며, 스크래치로 인한 손상을 방지할 수 있다.
상기 액정패널을 보다 구체적으로 설명하면, 제 1 기판(10)에는 화소 영역을 정의하기 위하여 일정한 간격을 갖고 일방향으로 복수개의 게이트 라인(도시하지 않음)이 배열되고, 게이트 라인에 수직한 방향으로 일정한 간격을 갖고 복수개의 데이터 라인(14)이 배열된다. 그리고, 게이트 라인과 데이터 라인(14)에 의해 정의되는 각 화소 영역에는 화소 전극(17)이 형성되고, 각 게이트 라인(도시하지 않음)과 데이터 라인(14)이 교차하는 부분에는 게이트 라인의 스캔 신호에 따라 턴온/턴오프(turn on/turn off)되어 데이터 라인(14)의 데이터 신호를 각 화소 전극(17)에 인가하는 박막 트랜지스터가 형성되어 있다. 이와 같이 박막 트랜지스터가 형성된 제 1 기판(10)을 박막 트랜지스터 어레이 기판이라 한다.
이때, 박막 트랜지스터는 게이트 라인으로부터 돌출된 게이트 전극(11a), 게이트 전극(11a)을 포함한 제 1 기판(10) 전면에 형성된 게이트 절연막(12), 게이트 전극(11a) 상부의 게이트 절연막(12) 상에 형성된 반도체층(13), 데이터 라인(14)으로부터 반도체층(13)으로 돌출되고, 일정 간격 이격되어 형성된 소스 전극(14a) 및 드레인 전극(15)으로 구성되어 있다.
그리고 제 2 기판(20)에는 화소 영역을 제외한 부분의 빛을 차단하기 위한 블랙 매트릭스층(21)과, 컬러 색상을 표현하기 위한 R,G,B 컬러 필터층(22)과, 화상을 구현하기 위한 공통 전극(24)이 형성되어 있다. 이와 같이 컬러 필터가 형성된 제 2 기판(20)을 컬러 필터 어레이 기판이라 한다.
상기와 같은 액정표시장치는 화소 전극(17)과 공통 전극(24) 사이의 전계에 의해 제 1 및 제 2 기판(10, 20) 사이에 형성된 액정층(30)의 액정이 배향되고, 액정층(30)의 배향 정도에 따라 액정층(30)을 투과하는 빛의 양을 조절하여 화상을 표현할 수 있다. 이러한 방식으로 구동하여 화상을 표현하는 액정표시장치를 TN형(Twisted Nematic Mode) 액정표시장치라 한다.
이때, 광제어필름(50)의 오목렌즈(52a)와 볼록렌즈(52b)의 지름(r)은 적어도 게이트 라인과 데이터 라인(14)이 서로 교차되어 형성되는 한 화소 영역의 크기보다 작아야 한다. 또한, 오목렌즈(52a)와 볼록렌즈(52b)의 지름(r)을 작게 형성할수록 본 발명의 효과를 더 증가시킬 수 있다.
다음으로, 본 발명에 의한 액정표시장치의 구동원리에 대해 설명한다.
도 4는 본 발명에 따른 액정표시장치의 동작을 나타내는 도면이다.
본 발명에 의한 액정표시장치는 온(On) 상태에서 게이트 전극(11a)에 외부로부터 게이트 신호가 인가되면 반도체층(13)이 활성화되어 채널이 형성되고, 동시에 데이터 라인(14)으로 입력된 데이터 신호가 소스 전극(14a), 드레인 전극(15)을 통해 화소 전극(17)에 인가된다.
화소 전극(17)에 데이터 신호가 인가됨에 따라 제 1 기판(10)의 화소 전극과 제 2 기판(20)의 공통 전극(24) 간에 전계가 형성되고, 액정(30)이 전계 방향을 따라 회전하게 된다.
이때, 제 1 기판(10) 및 제 2 기판(20)에 인접한 액정분자(30a)는 배향막의 앵커링 에너지(anchoring energy)에 의해 회전하지 않고 액정층(30)의 중앙 영역에 있는 액정분자(30b)가 전계를 따라 회전하게 된다. 이때, 회전된 액정분자(30b)는 제 1 및 제 2 기판(10, 20)의 표면과 수직한 것이 아니라 일정 각도로 비스듬하게 배향된다.
상기와 같은 상태에서 액정 패널의 하부에 위치한 백라이트로부터 광이 공급되어 액정층(30)을 통과하게 되면, 제 2 기판(20)의 상부에 형성되어 볼록렌즈와 오목렌즈를 구비하는 광제어필름(50)에 의해 광의 경로가 변경되어, 분산되는 효과가 있다.
상기 일정 각도로 비스듬하게 배향된 액정분자(30b)의 장축방향의 시야각 방향을 따라 액정층(30)을 투과한 광은 광제어필름(50)에 의해 그 일부가 굴절되어 액정분자(30b)의 단축방향의 시야각 방향으로 그 경로가 변경된다. 또한, 액정분자(30b)의 단축방향의 시야각 방향을 따라 액정층(30)을 투과한 광은 광제어필름(50)에 의해 그 일부가 굴절되어 액정분자(30b)의 장축방향의 시야각 방향으로 그 경로가 변경된다. 따라서, 액정분자(30b)의 장축방향으로 투과되는 광, 단축방향으로 투과되는 광, 및 정면으로 투과되는 광의 각각의 d△n 값은 하기 수학식 3에 나타낸 바와 같이 서로 유사하게 된다.
d△n1≒d△n2≒d△n3 (d:셀갭, n:복굴절율)
즉, 본 발명에 따른 액정표시장치에서는 신호가 입력되지 않은 오프(off) 상태 뿐만 아니라, 신호가 입력되는 온(on) 상태에서도 투과 특성이 시야각 방향에 관계없이 거의 일정하다.
본 발명은 주시야각 방향을 보상한다는 점에서 복수의 도메인을 형성하는 멀티 도메인(multi-domain)과 유사한 목적을 가진다. 그러나 멀티 도메인 방식에서는 하나의 화소 영역을 복수의 영역(domain)으로 분할한 후 각각의 도메인을 서로 다른 배향 방향을 가지도록 배향공정을 진행해야 하기 때문에 제조공정이 복잡해지고 수율이 저하되는 문제가 있었다. 이에 비해 본 발명에서는 광제어필름을 액정패널 상부에 배치하는 것으로서 멀티 도메인 방식보다 더 단순한 공정으로 유사한 목적을 달성할 수 있다.
다음으로 종래 액정표시장치와 본 발명에 의한 액정표시장치의 상하 시야각에 따른 휘도를 살펴봄으로써 투과 특성을 비교해본다.
도 5는 종래 액정표시장치의 시야각에 따른 휘도를 나타내는 그래프이고, 도 6은 본 발명에 따른 액정표시장치의 시야각에 따른 휘도를 나타내는 그래프이다.
종래 액정표시장치와 본 발명의 액정표시장치에 G0 에서 G8까지 9가지 신호를 인가하여 전계를 형성하고, 각각의 경우에 하시야각(그래프에 '-'부호로 표시) 80°부터 상시야각 80°까지의 휘도(Luminance)를 측정하여 이를 그래프로 나타낸 것이다.
도 5를 참고하면, 종래 액정표시장치에서는 하시야각 약 15°부터 80°까지는 계조 뭉침 및 계조 반전 현상이 일어나고, 상시야각 약 20°부터 80°까지는 계조 반전 현상이 일어남을 알 수 있다.
계조 뭉침 현상이란 밝은 계조와 어두운 계조가 서로 구분이 되지 않고 뭉치는 현상을 말하고, 계조 반전 현상이란 어두운 계조가 밝은 계조보다 더 밝게 보이는 현상을 말한다.
예를 들면, G5는 G4보다 더 밝은 계조에 해당되는 것으로, 정면에서 화면을 보는 경우(즉, 시야각 0°부근)에는 G5와 G4의 휘도차가 크므로 제대로 구분할 수 있다. 반면에, 하시야각 60°부근에서 화면을 보는 경우에는 G5와 G4의 휘도차가 거의 없으므로 구분을 할 수가 없다. 이는 계조 뭉침 현상으로 인한 것이다.
다음으로, G8은 G7보다 더 밝은 계조에 해당되는 것으로, 정면에서 화면을 보는 경우(즉, 시야각 0°부근)에는 G8이 G7보다 더 밝게 보이지만, 상시야각 40°부근에서 화면을 보는 경우에는 G7이 G8보다 더 밝게 보이는 현상이 발생한다. 즉, 원하는 휘도의 영상을 재현할 수가 없게 된다. 이는 계조 반전 현상에 의한 것이다.
반면에, 도 6을 참고하면, 본 발명의 액정표시장치에서는 종래의 액정표시장치와 비교하여 계조 뭉침과 계조 반전 현상이 개선되었음을 알 수 있다. 즉, G0부터 G8까지의 서로 다른 계조가 하시야각 80°부터 상시야각 80°에 걸쳐서 뭉치거나 반전되지 않고, 제대로 구분되어 나타난다.
한편, 이상에서 설명한 본 발명은 상술한 실시예 및 첨부된 도면에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경 가능하다는 것이 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.
상기한 바와 같은 본 발명에 의한 액정표시장치는 다음과 같은 효과가 있다.
첫째, 광제어필름을 볼록렌즈와 오목렌즈가 각각 형성된 두개의 필름의 조합으로 구성함으로써, 광제어필름과 액정패널 사이에 공기층이 형성되지 않도록 하여 광제어필름과 액정패널 사이에 이물이 개재될 우려가 없으며, 스크래치로 인한 손상을 방지할 수 있다.
둘째, 광제어필름과 액정패널 사이에 이물 및 스크래치로 인한 손상을 방지함으로써, 기계광학적인 불량을 방지할 수 있는 효과가 있다.
셋째, 액정 패널 상부에 광제어필름을 형성하여 서로 다른 시야각 방향으로 입사되는 광의 경로를 변경하여 계조 뭉침과 계조 반전 현상을 개선시킴으로써, 시야각 특성을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

Claims (5)

  1. 화상을 구현하는 액정패널;
    상기 액정패널 상부에 형성되며 출사면이 오목렌즈로 되어 있는 하부필름과, 상기 하부필름 상부에 형성되며 입사면이 상기 오목렌즈에 대응하여 볼록렌즈로 되어 있는 상부필름으로 구성된 광제어필름을 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 액정표시장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 상부필름의 굴절율은 상기 하부필름의 굴절율보다 작은 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 액정패널은 서로 교차되어 형성되는 배선들에 의해 화소 영역이 정의되는 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 볼록렌즈 및 오목렌즈의 지름의 길이는 상기 화소 영역의 크기보다 작은 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항에 있어서, 상기 액정패널은
    박막 트랜지스터 어레이가 형성된 제 1 기판;
    컬러 필터 어레이가 형성된 제 2 기판;
    상기 제 1 및 제 2 기판 사이에 형성된 액정층을 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 액정표시장치.
KR1020070009292A 2007-01-30 2007-01-30 액정표시장치 KR20080071274A (ko)

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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