KR100559528B1 - 투과율이 향상된 액정디스플레이 패널 - Google Patents

Abstract

본 발명은 액정디스플레이 패널에 관한 것으로서, TFT전극을 포함하는 광 차단 영역과 픽셀전극을 포함하는 광 투과 영역이 형성되고, 배향막이 적층 형성되는 하부기판과 하부기판에 대향되어 배치되는 대향기판과 하부기판과 대향되는 대향기판의 면상의 상기 광 차단 영역의 수직 연장선상의 위치에 적층 형성되며, 대향기판으로부터 하부기판으로 갈수록 끝이 뾰족해지는 경사면을 가지는 뿔 형상으로 형성되는 돌기형 렌즈 및 대향기판과 상기 하부기판 사이에 주입되는 액정을 구비하는 것을 특징으로 하는 투과율이 향상된 액정 디스플레이 소자에 제조에 필요한 원자재의 수를 줄일 수 있으며 제조공정을 간단히 할 수 있으며, 제조원가를 낮출 수 있다. 또한, 전력을 적게 소비한다.

액정디스플레이, 굴절, 개구율

Description

투과율이 향상된 액정디스플레이 패널{DISPLAY PANEL WITH AN IMPROVED TRANSMITTANCE}

도 1은 종래 기술에 의한 마이크로 렌즈가 형성된 액정디스플레이 패널에 관한 평면도이다.

도 2는 도 1에 의한 액정디스플레이 패널에 관한 단면도이다.

도 3은 종래 기술에 의한 광차단부 상부에 마이크로 렌즈 어레이가 형성되어 있는 액정디스플레이 패널을 도시한 단면도이다.

도 4는 본 발명에 따른 투과율이 향상된 액정디스플레이 패널의 일실시례의 구조를 나타내는 구조도이다.

도 5는 본 발명에 따른 투과율이 향상된 액정디스플레이 패널의 일실시례의 구조를 나타내는 구조도이다.

본 발명은 액정디스플레이 패널에 관한 것으로서, 더욱 상세히 설명하면, 광차단부 또는 배선부에 조사되는 빛을 대향기판과 액정층 사이에 사진식각 공정만을 적용하여 형성한 렌즈를 이용하여 빛이 투과되는 영역인 광투과영역으로 굴절되 도록 하여 더 많은 빛이 광투과영역으로 조사되도록 하는 투과율을 향상된 액정디스플레이 패널에 관한 것이다.

액정디스플레이 패널과 같은 표시소자에서 개구율은 성능을 결정하는 매우 중요한 요소로 빛을 투과하는 정도를 나타낸다. 개구율이 높은 표시소자는 빛을 통과시키는 영역이 상대적으로 넓기 때문에, 상대적으로 낮은 개구율을 갖는 표시소자에 비해 밝게 표시할 수 있다. 따라서, 대각 길이 및 해상도가 같은 표시소자라면, 개구율이 높은 표시소자를 사용하는 경우 상대적으로 낮은 전력으로 램프를 구동하여 원하는 밝기를 구현할 수 있는 장점이 있다. 또한, 밝기가 뛰어나기 때문에 밝은 색을 표시하는 경우, 실제와 더욱 비슷한 색깔을 표시하여 디스플레이의 품격을 더 높일 수 있다. 복수 개의 픽셀로 구성되는 액정디스플레이 패널에서 픽셀과 픽셀 사이에 광차단부가 위치하도록 하여 콘트라스트(Contrast)를 높이고 배선부 또는 배선부 주변에 빛이 집중적으로 조사되는 것을 방지함으로써 TFT 채널부에 발생하는 누설전류의 발생을 방지한다. 즉 입사되는 빛에 의해 생성되는 열에너지 또는 빛 자체의 에너지에 의해 TFT의 트랜지스터 채널에 누설전류가 발생하는 것을 막는 것이다. 하지만 광차단부의 영역이 넓어지면 그에 상응하여 개구율이 감소되어 표시자체가 어두워지는 문제점이 발생한다.

이러한 문제점을 해결하기 위하여 종래에는 광투과율을 높이기 위하여 액정디스플레이 패널에 마이크로 렌즈 어레이를 부착하여 마이크로 렌즈에 의해 빛을 개구부에 모아주는 방법이 제시되었다.

도 1은 종래 기술에 의한 마이크로 렌즈가 형성된 액정디스플레이 패널에 관한 평면도이다. 도 1을 참조하여 설명하면, 디스플레이 화면 전체에 해당하는 영역에 마이크로 렌즈 어레이(MLA)를 형성되도록 한다. 마이크로 렌즈 어레이는 빛이 투과되도록 하는 화소(3) 위에 각각의 마이크로 렌즈(1)가 형성되도록 하고 마이크로 렌즈 어레이의 각 마이크로 렌즈(1)의 사이에 배선부와 블랙매트릭스 등의 광차단 영역(2)을 위치 시키게 된다.

도 2는 도 1에 의한 액정디스플레이 패널에 관한 단면도이다. 도 2를 참조하여 설명하면, 마이크로 렌즈 어레이에 사용되는 마이크로 렌즈(1)는 포지티브의 볼록렌즈를 사용하도록 하여 광차단부(2)에 투사되는 빛을 화소(3)로 굴절시켜 밝기를 향상시키도록 한다. 하지만, 마이크로 렌즈(1)는 2차원 평면에서 볼 경우 원형또는 원형에 가까운 형태를 가지므로 도 1에 도시된 바와 같이 마이크로 렌즈(1) 사이에 렌즈가 덮이지 않는 공간이 형성되며 이러한 공간에 투사되는 빛은 굴절되지 않으므로 화면의 휘도를 향상시키는데 한계가 있었다.

따라서, 이러한 문제점을 해결하기 위하여 마이크로 렌즈를 네가티브한 오목렌즈를 사용을 하며, 마이크로 렌즈가 광차단부의 상부에 형성되도록 하는 마이크로 렌즈 어레이를 사용을 하는 방법이 제시되었다.

도 3은 종래 기술에 의한 광차단부 상부에 마이크로 렌즈 어레이가 형성되어 있는 액정디스플레이 패널을 도시한 단면도이다. 도 3을 참조하여 설명하면,

네가티브의 오목렌즈인 마이크로 렌즈(11)의 중심축을 기준으로 하여 배선부 등의 광차단부(12) 상부에 형성되어 있으며, 각각의 화소(13)부분에 입사되는 빛은 굴절되지 않고 그대로 통과되도록 하며, 광차단부(12)의 상부에서 조사되는 빛은 마이크로 렌즈(11)에 의해 굴절시킨 후 화소(13)쪽으로 입사 되도록 한다. 따라서, 도 1 또는 도 2에 도시된 바와 달리 마이크로 렌즈(11)가 빛을 차단하는 광차단부에 형성되어 광차단부로 입사되는 빛을 굴절시켜 빛이 화소로 집중되도록 하여 더 많은 양의 빛이 화소를 통과하게 되어 밝기가 향상되도록 한다.

이러한 마이크로 렌즈 어레이가 부착되어 있는 액정디스플레이 패널을 제작하는 방법에는 두 가지가 있을 수 있는데, 첫번째는 반도체 사진식각공정을 활용하여 대향기판의 GLASS 표면을 엠보싱면으로 만들고 그 위에 GLASS의 굴절률과 다른 수지를 코팅, 평탄화 한 후 COVER GLASS를 덮고 연마를 하여 대향기판을 완성하는 것이다. 대향기판은 연마에 의해서 수십마이크로미터 정도의 두께로 구비되도록 한다.

두번째는 몰딩법을 사용하는데, 유리기판 위에 제 1수지를 코팅을 하고 몰더를 이용해서 마이크로 렌즈가 형성될 위치에 압력을 가하고 UV를 이용해서 제 1수지를 경화시키는 것이다. 그리고, 제 1 수지와 굴절율이 다른 제 2 수지를 코팅을 하고 다시 UV를 이용해서 경화를 시킨 후에 COVER GLASS를 덮고 연마를 하여 대향기판을 완성을 한다.

첫번째 경우의 구조는 대향기판-수지-COVER GLASS-투명전극-배향막-액정-...이 되며, 두번째의 경우는 대향기판-수지-수지-COVER GLASS-투명전극-배향막-액정-...이 된다.

이들 경우의 제작방법에 따르면, 구조가 복잡하게 되어 제작 원가가 고가인 문제점이 발생한다. 마이크로 렌즈의 크기가 커서 마이크로 렌즈 어레이를 기판 위에 따로 만들어서 TFT의 대향 기판에 붙여야 하므로, 이러한 조립 공정에서 마이크로 렌즈 어레이의 정렬이 정확하게 되지 않는 정열오차(misalign) 문제를 발생할 수 있어 오히려 빛의 이용효율을 떨어지게 되는 문제점이 있었다. 또한, 마이크로 렌즈 어레이의 균일성을 확보하여야 하는 어려움으로 인해 수율이 매우 낮아서 디바이스의 가격을 상승시키는 문제점이 있다. 더욱이 종래의 마이크로렌즈 제작 후반공정에서는 렌즈의 초점거리를 맞추어주기 위해 COVER GLASS를 붙여야 했으며, 이를 일정한 두께를 갖도록 연마해야하는 복잡 공정이 요구되는 문제점이 있다. 종래의 이러한 구조 및 공정으로 인해 공정문제, 제작비용 문제가 심각하였다.

따라서, 본 발명의 목적은 상기 종래 기술의 문제점을 해결하고자 제시된 것으로서, 이상적 개구율 100% 를 달성하여 빛의 이용효율을 높이고, 빛이 차단되는 배선부에 대응되는 대향기판의 적어도 일부분에 렌즈를 형성하여 배선부에 입사되는 빛의 경로를 바꿔주는 표시소자를 제공하는 것이다.

상기 본 발명의 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 투과율을 향상시킨 표시소자는, TFT전극을 포함하는 광 차단 영역과 픽셀전극을 포함하는 광 투과 영역이 형성되고, 배향막이 적층 형성되는 하부기판과 하부기판에 대향되어 배치되는 대향기판과 하부기판과 대향되는 대향기판의 면상의 상기 광 차단 영역의 수직 연장선상의 위치에 적층 형성되며, 대향기판으로부터 하부기판으로 갈수록 끝이 뾰족해지는 경사면을 가지는 뿔 형상으로 형성되는 돌기형 렌즈 및 대향기판과 상기 하부기판 사이에 주입되는 액정을 구비하는 것을 특징으로 하는 투과율이 향상된 액정 디스플레이 소자로 구성되는 것을 특징으로 한다.

이하 본 발명의 장점, 특징 및 바람직한 실시례는 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도 4는 본 발명에 따른 투과율이 향상된 액정디스플레이 패널의 일실시례의 구조를 나타내는 구조도이다. 하부기판은 광차단 영역(32)과 광투과 영역(33)을 구비하며, 이와 대향되는 상부기판에는 원뿔형상의 렌즈(31)이 형성되어 있음을 보여준다. 원뿔형상의 렌즈(31)는 상부기판 외에도 종래 발명에서 기술한 바와 같이 별도의 렌즈를 형성한 후 상부기판에 부착하여도 무방할 것이나 정렬(align) 문제로 인하여 상부기판에 직접적으로 형성하는 것이 바람직하다. 도 4를 참조하여 설명하면, 액정의 평균 굴절률(n₂)이 렌즈 재료 굴절률(n₁)보다 더 큰 경우에는 렌즈(31)는 도시된 바와 같은 가운데가 볼록한 원뿔의 형태를 갖도록 형성을 하며, 상부기판의 렌즈(31)가 형성되는 영역과 대향되는 하부기판의 영역에 광차단 영역(32)이 위치되도록 하여 광차단 영역(32)으로 조사되는 빛을 굴절시켜 화소에 조사될 수 있도록 한다.

광차단 영역(32)의 폭을 2L, 입사각을 θ, 굴절각을 θ' 광차단 영역(32)에서 렌즈 (31)까지의 거리를 D, 렌즈(31)의 높이를 d, 광차단 영역(32)에서 대향기판까지의 거리를 t, 렌즈(31) 중심으로부터 입사된 빛이 광차단 영역(32)에 부딪히지 않도록 경로가 바뀌여 통과할 수 있는 최소의 각도를 α라고 정의를 하면 수학식 1을 얻을 수 있다.

n₁ 의 값이 n₂ 의 값 보다 작기 때문에 굴절각 θ'의 크기가 입사각 θ의 크기보다 작게 되어 입사하는 빛이 광투과 영역(33)으로 굴절되도록 한다. 따라서, 액정 디스플레이 패널이 수학식 1을 만족하면 개구율이 100%인 이상적인 개구율을 갖는 투과율이 향상된 액정디스플레이를 구현할 수 있다.

도 5는 본 발명에 따른 투과율이 향상된 액정디스플레이 패널의 일실시례의 구조를 나타내는 구조도이다. 하부기판은 TFT 전극, 블랙 매트릭스 또는 배선부로 형성되는 광차단 영역(42)과 화소전극으로 형성되는 광투과 영역(43)을 구비하며, 이와 대향되는 상부기판에는 가운데가 오목한 형상의 렌즈(41)가 형성되어 있음을 보여준다. 도 5를 참조하여 설명하면, 액정(50)의 평균 굴절율(n₂)보다 렌즈(41)의 굴절율(n₁)이 더 작은 경우에 상부기판에 형성되는 렌즈(41)는 도시된 바와 같이 가운데가 오목한 원기둥의 형태로 형성되도록 하며, 렌즈(41)가 형성되는 상부기판과 대향되는 하부기판의 하단부에는 배선부, 블랙매트릭스 등의 광차단 영역(42)이 위치하도록 한다.

입사되는 빛의 입사각을 θ, 굴절각을 θ', 렌즈(41)의 굴절률을 n₁, 액정 (50)의 굴절률을 n₂, 렌즈(41)의 중심으로부터 광차단 영역(42)까지의 거리를 D, 광차단 영역(42)의 폭을 2L이라고 정의를 하며, 또한, 렌즈(41) 중심으로부터 입사된 빛이 광차단 영역(42)에 부딪히지 않고 렌즈(41)의 표면에서 반사되어 경로가 바뀌어 통과할 수 있는 최소의 각도를 α라고 정의를 하면 수학식 2를 얻을 수 있다.

n₁ 의 값이 n₂ 의 값 보다 크기 때문에 굴절각 θ'의 크기가 입사각 θ보다 크게 되어 입사하는 빛이 광투과 영역(43)으로 굴절되도록 한다. 따라서, 액정 디스플레이 패널이 수학식 2를 만족하면 개구율이 100%인 이상적인 개구율을 갖는 투과율이 향상된 액정디스플레이를 구현할 수 있다.

도 4 또는 도 5에 도시된 액정 디스플레이 소자는 하부기판에는 배선부, 블랙 매트릭스 등으로 이루어지는 광차단 영역이 구비되고, 하부기판과 대향되는 대향기판(상부기판)에는 대향전극이 구비되고, 광차단 영역과 대향되는 영역에는 도 4 또는 도 5에 도시된 바와 같은 형상의 복수 개 렌즈가 돌출되도록 형성한다.

렌즈가 돌출되어 형성되도록 하기 위한 공정은 먼저 렌즈용 수지를 기판위에 코팅을 한다. 렌즈용 수지는 감광성 수지가 바람직하지만, 감광성수지가 아닌경우는 반도체용 포토레지스터를 활용하여 패터닝을 하도록 한다. 패터닝 후에 잔류되어 있는 렌즈용 수지는 하부기판의 배선부, 광차단 영역 또는 TFT 채널부에 대응되어 형성하도록 한다. 따라서, 렌즈가 형성되는 층을 별도로 제작을 한 후에 기판에 부착하지 않고 렌즈를 기판에 직접 형성하도록 함으로써 공정의 단순화와 렌즈의 정열의 문제를 해결할 수 있다.

또한, 잔류하고 있는 렌즈용 수지가 현상 또는 스트립(Strip) 공정을 통하여 경사면을 갖도록 한다. 경사면을 얻은 후에 열처리공정을 한다.

렌즈용 재료로는 무기재료 또는 산화막을 사용할 수 있으며, 이 경우에도 일반적인 사진식각 반도체 공정으로 형성할 수 있다.

그리고, 대향기판(상부기판)에 돌출되어 있는 렌즈에 의해 액정의 배향이 교란될 수 있으므로, 렌즈와 다른 굴절율을 갖는 수지 또는 무기 재료를 렌즈의 높이와 동일한 높이를 갖도록 충진 물질을 코팅하여 평탄화하는 것이 바람직하다.

도 4의 경우에는 평탄화층의 굴절률이 렌즈의 굴절률보다 크고 액정의 굴절률과 같거나 보다 큰 값을 갖도록 하며, 도 5의 경우에는 평탄화층의 굴절률이 액정의 굴절률과 같거나 보다 큰 값을 갖도록 하며 렌즈의 굴절률보다 작은 값을 갖도록 한다. 바람직하게는 평탄화를 위해 구비되는 충진 물질의 굴절율이 액정과 동일하게 구비하도록 하는 것이다.

이러한 구조를 갖는 액정 디스플레이 소자는 대향기판 상에 미세한 돌출부분을 형성하여 렌즈로 사용할 수 있으므로, 액정 디스플레이 소자에 제조에 필요한 원자재의 수를 줄일 수 있으며 제조공정을 간단히 할 수 있다.

본 발명에 따른 투과율이 향상된 액정디스플레이 패널에 의하면, 배선부, 블랙매트릭스 등의 빛이 차단되는 영역에 조사되는 빛이 화소로 굴절하게 되어 더 많은 양의 빛이 화소를 통과하게 되어 개구율을 향상시킬 수 있게 된다.

본 발명에 따른 투과율이 향상된 액정디스플레이 패널이 사용되는 프로젝터에서 소비되는 전력의 양을 줄일 수 있으며, 더욱 밝게 디스플레이를 할 수 있도록 하여 실제 색과 동일한 재현할 수 있도록 하여 디스플레이의 품격을 높일 수 있다. 또한, 렌즈의 크기가 마이크로 렌즈 어레이를 사용할 때 보다 작아지게 되어 misalign을 방지할 수 있게 되어 빛의 사용하는 효율을 더욱 극대화 시킬 수 있게 된다.

그리고, 광원의 효율이 더 좋게 되어 빛을 발산하는 광원의 크기를 작게 하 여 광원에 의하여 발생하는 열이 줄게 되어 열에 의한 프로젝터의 성능 저하를 방지할 수 있게 되며, 고장 등이 생기지 않게 한다.

그리고, 액정디스플레이 패널의 구조가 단순하기 때문에 제조 공정이 복잡하지 않고, Cover Glass가 필요하지 않으며 별도의 수지가 필요하지 않게 되어 필요한 원자재의 수가 적어 제조원가가 저렴하게 되어 제작비 절감효과가 있어 프로젝터를 저렴한 가격에 공급할 수 있도록 한다.

본 발명의 바람직한 실시례가 특정 용어들을 사용하여 기술되어 왔지만, 그러한 기술은 오로지 설명을 하기 위한 것이며, 다음의 청구범위의 기술적 사상 및 범위로부터 이탈되지 않고서 여러 가지 변경 및 변화가 가해질 수 있는 것으로 이해되어져야 한다.

Claims (7)

1. TFT전극을 포함하는 광 차단 영역과 픽셀전극을 포함하는 광 투과 영역이 형성되고, 배향막이 적층 형성되는 하부기판;

   상기 하부기판에 대향되어 배치되는 대향기판;

   상기 하부기판과 대향되는 대향기판의 면상의 상기 광 차단 영역의 수직 연장선상의 위치에 적층 형성되며, 대향기판으로부터 하부기판으로 갈수록 끝이 뾰족해지는 경사면을 가지는 뿔 형상으로 형성되는 돌기형 렌즈; 및

   상기 대향기판과 상기 하부기판 사이에 주입되는 액정을 구비하는 것을 특징으로 하는 투과율이 향상된 액정 디스플레이 소자.
2. 삭제
3. 삭제
4. 제 1항에 있어서,

   상기 액정의 평균 굴절률보다 상기 돌기형 렌즈를 이루는 물질의 굴절률이 더 작게 구비되며, 상기 돌기형 렌즈는 외곽부에 대비하여 중심부가 돌출된 형상으로 구비되는 것을 특징으로 하는 투과율이 향상된 액정 디스플레이 소자.
5. 제 1항에 있어서,

   상기 액정의 평균 굴절률보다 상기 돌기형 렌즈를 이루는 물질의 굴절률이 더 크게 구비되며, 상기 돌기형 렌즈는 외곽부에 대비하여 가운데가 오목한 형상으로 구비되는 것을 특징으로 하는 투과율이 향상된 액정 디스플레이 소자.
6. 삭제
7. 제 1항에 있어서,

   상기 하부기판과 대향되는 상기 대향기판의 면상의 상기 돌기형 렌즈가 형성되지 않는 영역에 채워져서 돌기형 렌즈와 함께 평탄면을 형성하는 충진 물질을 더 구비하고, 상기 충진 물질의 굴절률은 상기 액정의 평균 굴절률과 같은 것을 특징으로 하는 투과율이 향상된 액정 디스플레이 소자.

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