마이크로 프리즘을 이용한 액정표시장치 document_id A220623018953

본 발명은 액정표시장치에 관한 것으로, 특히 백라이트에서 입사되는 백색광을 마이크로 프리즘 기능을 이용하여 각각의 적색, 녹색, 청색 서브 컬러필터로 각각의 색성분으로 분리되게 입사함으로써, 광손실을 최소화하여 액정표시장치의 휘도를 향상시킴으로 인해, 소비 전력을 감소시키는 것을 특징으로 한다. 일반적으로, 영상 정보를 화면에 나타내는 영상표시장치들 중에서 브라운관 표시장치(Cathode Ray Tube: CRT)가 가장 많이 사용되어 왔으나, 이것은 표시 면적에 비해 부피가 크고 무겁기 때문에 사용하는데 많은 불편함이 수반되었다. 이에 부응하여, 표시 면적이 크더라도 그 두께가 얇아서 어느 장소에서든지 쉽게 사용할 수 있는 박막형 평판표시장치가 개발되었고, 점점 브라운관 표시장치를 대체하고 있다. 특히, 액정표시장치(Liquid Crystal Display Device: LCD)는 표시 해상도가 다른 평판표시장치 보다 뛰어나고, 동화상을 구현할 때 그 품질이 브라운관에 비할 만큼 반응 속도가 빠른 특성을 나타내고 있다. 알려진 바와 같이, 액정표시장치의 구동 원리는 액정의 광학적 이방성과 분극 성질을 이용한 것이다. 액정은 구조가 가늘고 길기 때문에 분자 배열에 방향성과 분극성을 갖고 있는 액정 분자들에 인위적으로 전자기장을 인가하여 분자 배열 방향을 조절할 수 있다. 따라서, 배향 방향을 임의로 조절하면 액정의 광학적 이방성에 의하여 액정 분자의 배열 방향에 따라 빛을 투과 혹은 차단시킬 수 있게 되어, 색상 및 영상을 표시할 수 있게 된다. 그리고, 액티브 매트릭스 액정표시장치는 매트릭스 형태로 배열된 각 화소에 액티브 소자를 부가하고, 이 소자의 스위칭 특성을 이용하여 각 화소의 동작을 제어하는 것으로서, 액정의 전기광학효과를 통하여 메모리 기능을 구현한 것이다. 일반적으로 액정표시장치는 자체 광원이 없는 수동 표시장치로서 램프, 도광판 및 시트(sheet)류 등의 백라이트 어셈블리를 필요로 하고, 이는 액정표시장치의 디스플레이 성능에 있어서 중요한 역할을 하게 된다. 이하, 첨부한 도면을 참조하여 종래의 액정표시장치에 대해 설명한다. 도 1은 종래의 액정표시장치에 대한 개략적인 단면도이다. 도시한 바와 같이, 서로 일정 간격 이격되고 대향되게 배치된 제 1, 2 기판(10, 20)과, 상기 제 1, 2 기판(10, 20) 사이에 개재된 액정층(30)을 포함하는 액정패널(50)과, 상기 액정패널(50)의 배면에 배치된 백라이트 유닛(back light unit, 70)을 포함하여 액정표시장치(80)가 구성되어 있다. 상기 제 1, 2 기판(10, 20)의 내부면에는 각각 제 1, 2 투명 전극(15, 25)이 형성되어 있어, 전압 인가 시 제 1, 2 투명 전극(15, 25) 간에 형성되는 전계에 의해 전술한 액정층(30)의 배열이 이루어지는데, 액정층(30)은 복굴절 특성을 가지는 액정 분자로 이루어져 이러한 액정 분자의 복굴절 특성에 따라, 전술한 백라이트 유닛(70)으로부터 공급되는 빛을 원하는 화면으로 구현할 수 있게 된다. 여기서, 도면으로 상세히 제시하지는 않았지만, 상기 제 1 기판(10)에는 화면을 구현하는 최소 단위인 서브 픽셀 단위로 전압을 온/오프 하는 스위칭 소자(미도시)가 형성되어 있으며, 상기 스위칭 소자와 연결된 제 1 전극(15)은 화소 전극 역할을 하며, 상기 제 2 기판(20)에는 전술한 백라이트 유닛(70)으로부터 공급되는 빛을 각각의 적색, 녹색, 청색 서브 컬러필터(미도시)로 입사하여 화면을 구현하게 되며, 상기 제 2 기판(20) 하부 전면에 형성된 제 2 투명 전극(25)은 공통 전압이 인가되는 공통 전극 역할을 한다. 도 2는 종래의 액정표시장치에 전압을 인가한 경우를 나타낸 단면도로, 이를 참조하여 상세히 설명한다. 도시한 바와 같이, 상기 백라이트 유닛(70)에 구비된 형광램프(75)와, 상기 백라이트 유닛(70)과 이격된 상부로, 이로부터 입사된 빛을 모아주는 프리즘 시트(60)가 구성되며, 상기 프리즘 시트(60) 상부로 제 1 편광판(65)이 구성된다. 상기 제 1 편광판(65) 상부로 제 1 기판(10)인 어레이 기판이 구성되어 있고, 상기 제 1 기판(10)과 이격된 상부로 제 2 기판(20)인 컬러필터 기판이 구성되어 있으며, 상기 제 1 기판(10)과 제 2 기판(20)을 이격한 사이에 액정층(30)이 개재된 상태에서, 상기 제 2 기판(20) 상부로 제 2 편광판(66)이 구성된다. 또한, 상기 제 2 기판(20) 내부에는 비 화상영역을 차단하는 블랙매트릭스(82)가 상기 적색, 녹색, 청색 서브 컬러필터(20a, 20b, 20c) 각각의 사이 구간에 구성된다. 상기 액정표시장치(80)에 전압을 인가하면, 상기 백라이트 유닛(70)으로부터 입사된 백색광(90)은 프리즘 시트(60)에 의해 중앙으로 모인 상태에서, 상기 프리즘 시트(60) 상부의 제 1 편광판(65)을 통과하게 된다. 여기서, 상기 제 1및 제 2 편광판(65, 66)은 수직편광과 수평편광 중에서 선택적으로 어느 하나의 편광은 거의 모두 통과시키지만 다른 하나의 편광은 거의 모두 반사시키는 특성을 가지는 것으로서 선형 반사타입의 편광재료로부터 얻을 수 있다. 이어, 상기 제 1 편광판(65)을 투과한 빛은 제 1 기판(10)을 통과하여 각각의 적색, 녹색, 청색 서브 컬러필터(20a, 20b, 20c)로 입사되어 원하는 영상을 표시하게 된다. 그러나, 상기 프리즘 시트(60)를 통과한 빛은 각각의 적색, 녹색, 청색 서브 컬러필터(20a, 20b, 20c)에 구분없이 일괄적으로 각각의 서브 컬러필터(20a, 20b, 20c)에 입사하게 된다. 전술한 바와 같이, 종래의 액정표시장치는 크게 3가지 구성요소인 액정 패널(50), 회로부(미도시)와 백라이트(70)로 이루어져 있으며, 이 중에서 백라이트(70)는 광원의 역할을 하며, 액정 패널(50)은 신호를 받아서 영상을 표시해주는 역할을 하며, 회로부는 주로 입력신호의 타이밍 신호를 맞추어주거나 신호처리를 통해서 액정 패널(50)에 적합한 신호로 만들어 준다. 그런데, 액정표시장치의 광효율 측면을 보면, 백라이트(70)로부터 처음 입사되는 광량의 약 5% 정도 밖에 출력하지 못하고, 액정 패널(50) 내부에서 95% 정도가 손실되는 구조이다. 이를 상세히 설명하면, 백라이트(70)로부터 입사되는 광을 100이라고 했을 때, 약 55% 정도는 편광판(65, 66)에서 손실되며, 또한 개구율 측면에서도 50% 정도가 손실된다. 게다가, 제 2 기판(20)인 컬러필터 기판에서 75% 정도 손실되며, 최종적으로 원래 광량의 5% 정도만이 투과되는 것이다. 따라서, 종래에는 이러한 손실을 보상하기 위한 다양한 방법이 고안되어 왔으며, 가장 일반적인 방법으로 전술한 프리즘 시트를 백라이트에 접목하여 빛을 중앙으로 집중시켜 중앙에서의 휘도를 향상시키는 효과를 얻어왔으며, 또한 편광판에서 손실되는 광을 복원하는 기술을 접목하여 약 35% 정도의 휘도를 향상 시키는 효과를 얻기도 하고 있다. 그러나, 종래의 액정표시장치에 있어서 백라이트는 광원으로써 백색광을 만들고, 이 백색광은 각각의 적색, 녹색, 청색 서브 컬러필터에 구분없이 일괄적으로 입사하게 되어 각각의 서브 컬러필터와 동일하지 않은 성분의 광은 그 컬러필터막에 흡수되어 전체적으로 광손실이 일어나게 되는 문제점을 야기하였다.