KR20060112453A

KR20060112453A - 자발광 ｌｃｄ

Info

Publication number: KR20060112453A
Application number: KR1020050034918A
Authority: KR
Inventors: 임승재; 김병기; 최재영
Original assignee: 삼성전자주식회사
Priority date: 2005-04-27
Filing date: 2005-04-27
Publication date: 2006-11-01

Abstract

본 발명의 LCD는 전면판과 배면판의 각 내면에 마련되어 상기 액정에 전계를 형성하는 전극; 상기 전면판의 내측면 또는 외측면에 마련되어 자외선에 의해 가시광을 발생하는 발광층; 상기 전면판의 전방으로 부터 진입하는 주변광에 포함된 UV를 차단하는 UV필터;를 구비한다. 이로써 외광에 의한 발광층의 여기가 방지되고 따라서 불필요 발광에 의한 콘트라스트 저하를 억제한다.

Filter, Photo-Luminescence, LCD, UV, BLUE, ND

Description

자발광 ＬＣＤ{Photo-Luminescenct Liquid Crystal Display}

도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 LCD의 개략적 구조를 보이는 단면도이다.

도 2는 본 발명에 따른 LCD의 백라이트부의 한 실시예를 설명하는 도면이다.

도 3은 본 발명에 따른 LCD의 백라이트부의 다른 실시예를 설명하는 도면이다.

도 4는 본 발명의 제2실시예에 따른 LCD의 개략적 구조를 보이는 단면도이다.

도 5는 본 발명에 따른 LCD의 스위칭 소자와 화소전극의 구조를 보이는 단면도이다.

도 6 내지 도 8은 ND 물질별 PL 강도 변화를 보이는 그래프이다.

도 9는 종래 UV 여기 형광체들의 외부광에 의한 발광강도를 보이는 그래프이다.

미국특허 4,830,469

본 발명은 LCD에 관한 것으로 광이용효율이 높은 자발광(PL)- LCD(photo-luminescenct Liquid Crystal Display)에 관한 것이다.

LCD는 비능동발광 디스플레이로서 화면 표시를 위하여 별도의 백라이트장치(back light device)가 필요하고, 칼라 화상 표시를 위하여 R(Red), G(Green), B(Blue) 칼라필터가 LCD 자체의 화소 마다 각각 마련되어야 한다.

상기 R,G,B 칼라필터는 백라이트로 부터 입사하는 백색광 중 R,G, B 을 발생하며, 칼라 필터는 R, G, B 등의 필터가 이용된다. 칼라필터는 특정 파장의 광만을 통과시키므로 광손실이 크며, 따라서 충분한 밝기의 이미지를 구현하기 위하여서는 좀더 강한 휘도를 가지는 백라이트 장치가 요구된다.

미국특허 4,822,144호, 4,830,469 등에 개시된 UV로 형광체를 여기시키는 구조의 PL LCD는 칼라필터를 이용한 LCD에 높은 광이용효율을 가진다. PL-LCD에서 사용되는 UV는 근-가시 자외선(near visible UV)로서 기존의 CRT 등에서 사용되는 전자선 여기 형광체(electron beam activated phosphor)와 다른 UV 여기 형광체를 이용한다.

이러한 UV 여기 형광체는 주변광(ambient light)에 의해서도 자극될 수 있는데, 이는 주변광에 UV가 포함되어 있기 때문이다. 이러한 주변으로 부터의 UV는 LCD의 화상표시에 무관하게 형광체를 자극함으로써 콘트라스트 비를 떨어뜨린다.

본 발명의 목적은 주변광에 의한 콘트라스트 비의 감소 등을 억제하여 양질 의 화상을 표시할 수 있는 PL-LCD를 제공하는 것이다.

본 발명에 따른 LCD는:

전면판과 배면판;

상기 전면판과 배면판 사이에 마련되는 액정;

상기 전면판과 배면판의 각 내면에 마련되어 상기 액정에 전계를 형성하는 전극;

상기 전면판에 마련되어 자외선에 의해 가시광을 발생하는 발광층;

상기 배면판의 후측에 마련되어 상기 발광층의 자극에 필요한 자외선을 발생하는 UV 광원부;그리고,

상기 전면판의 전방으로 부터 진입하는 주변광에 포함된 UV를 차단하는 필터;를 구비한다.

본 발명의 바람직한 실시예에 따르면 상기 백라이트부는 UV LED, UV LAMP 광원을 포함한다.

상기 발광층은 무기 형광체층 또는 CdSe, CdS, CdSeS 등의 물질에 의한 나노 돗트(nano dot)이다.

상기 UV 필터는 350~420nm 범위의 파장을 가지는 UV를 흡수하는 화학적 차단제 또는 입사하는 UV를 반사 및 분산시키는 물리적 차단제를 이용할 수 있다.

화학적 차단제로는 PABA(Aminobenzoic acid) 유도체와 cinnamate 유도체, 살리실산 유도체, 벤조 페논 및 이의 유도체, anthranilate 및 이의 유도체등 이 있 다.

물리적 차단제로는 아연산화물, 티타늄 산화물, 철산화물, 마그네슘 산화물등이다.

상기 필터는 상기 전면판의 내면 또는 외면에 선택적으로 형성될 수 있다.

이하, 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 제1실시예에 따른 LCD는 디스플레이 패널(10)과 UV 백 라이트(20)를 포함한다.

먼저 디스플레이 패널(10)을 살펴보면, 전면판(18)과 배면판(11)이 소정간격을 두고 이격되어 있고 이들 사이의 공간에 액정(LC)층(14)이 마련된다.

전면판(18)의 내면에는 R(Red), G(Green), B(Blue) 발광층(17)이 형성되고 그 위에 공통전극(16) 및 상부 배향막(15)이 순차적으로 형성되어 있다. 그리고 배면판(11)의 내면에는 TFT 등의 스위칭 소자(SW) 및 화소전극(12)이 형성되고 그 위에 하부 배향막(13)이 형성된다. 여기에서 상기 발광층(17)은 UV를 흡수하여 주어진 색광을 발현하는 것으로 일반적으로 알려진 형광체 또는 자발광 물질로 된 ND이며, 자발광 ND에 대해서는 후에 더 설명된다. 상기 전면판(18)의 외측면에 편광판(23) 및 본 발명을 특징지우는 UV 필터(19)가 마련되어 있다.

상기 UV 필터(19)는 UV를 흡수하는 화학적 차단제 또는 입사하는 UV를 반사 및 분산시키는 물리적 차단제를 이용할 수 있다. 화학적 차단제로는 PABA(Aminobenzoic acid) 유도체와 cinnamate 유도체, 살리실산 유도체, 벤조 페논 및 이의 유도체, anthranilate 및 이의 유도체등 이 있다. 물리적 차단제로는 아연산화물, 티타늄 산화물, 철산화물, 마그네슘 산화물 등이다. 이러한 UV 필터(19)는 상기한 발광층(17)을 자극하여 이로 부터 불필요한 발광을 유발하는 UV가 발광층(17)으로 입사되지 못하게 방지한다.

한편 편광판(24)이 형성된 배면판(11)의 바깥면 가까이에 UV 광원장치(20)가 마련된다. 광원장치(20)는 예를 들어 UV 램프(21), 예를 들어 UV LED 또는 수은 램프가 마련된다. 램프(21)와 배면판(11)의 사이에는 램프(21)로 부터의 UV를 상기 배면판(11) 측으로 도파시킴과 아울러 이를 고른 분포로 확산시키는 도광/확산부재(22)가 마련된다. 여기에서 도광/확산부재(22)는 선택적이며, 이 경우 상기 램프(21)는 상기 배면판(11)의 전면에 대응하는 크기를 가지며, 예를 들어 램프가 LED인 경우 다수의 LED 가 평면상으로 밀집 배치되고, 수은 램프의 경우 배면판에 맞대응하는 크기를 가진다. 이와 같이 LCD 전면에 걸쳐 UV를 공급하는 광원은 대형의 LCD 구현에 필요하다.

LED에 의한 램프의 경우 도 2의 도시된 바와 같이 소위 에지라이팅(edge lighting) 방식으로서 도광/확산부재의 일측가장자리에 일렬로 다수 나란하게 배치되는 구조를 가질 수 있다. 다른 실시예에 따르면 도 3에 도시된 바와 같이 배면판(11)의 전체 면에 걸친 도광/확산부재(22)의 평면 전체에 LED가 배치될 수 있다.

도 4는 본 발명의 제2실시예에 따른 LCD의 개략적 단면구조를 가진다.

제2실시예의 LCD와 제1실시예의 LCD의 차이점은 UV 필터(19)의 위치이다. 도 4를 참조하면, 본 발명의 제2실시예에 따른 LCD는 디스플레이 패널(10)과 UV 광원 부(20)를 포함한다.

먼저 디스플레이 패널(10)을 살펴보면, 전면판(18)과 배면판(11)이 소정간격으로 이격되어 있고 이들 사이의 공간에 액정(LC)층(14)이 마련된다.

전면판(18)의 내면에는 공통전극(16) 및 상부 배향막(15)이 순차적으로 형성되어 있다. 그리고 배면판(11)의 내면에는 TFT 등의 스위칭 소자(SW) 및 화소전극(12)이 형성되고 그 위에 하부 배향막(13)이 형성된다.

전면판(18)과 배면판(11)의 외측면에 편광판(25, 24)이 마련된다. 전면판(18) 측의 편광판(25) 위에 UV에 의해 주어진 색광을 발현하는 발광층(17)이 형성된다. 상기 발광층(17)은 UV를 흡수하여 주어진 색광을 발현하는 것으로 일반적으로 알려진 형광체 또는 자발광 물질로 된 ND이며, 자발광 ND에 대해서는 후에 더 설명된다. 그리고 발광층(17)은 보호기판(23)에 의해 덮혀 있고, 보호기판(23)의 표면에는 전술한 바와 같은 기능의 UV 필터(19)이 형성된다.

도 5는 본 발명의 LCD에서 스위칭 소자인 TFT와 이에 연결되는 화소전극(12) 의 수직 구조를 보이는 단면도이다. 도 5에 도시된 TFT는 바텀 게이트 방식으로서 게이트(SWg)가 실리콘 채널(SWc)의 하부에 마련되는 구조를 가진다. 구체적으로 기판(11)의 일측에 게이트(SWg)가 형성되고 그 위의 기판 전체에 게이트 절연층(SWi)가 형성된다. 게이트 절연층(SWi) 위에는 상기 게이트(SWg)의 직상방의 실리콘 채널(SWc)과 실리콘 채널(SWc) 옆의 ITO 등 투명성 화소전극(12)이 형성된다. 그리고 실리콘채널(SWc)의 상부 양측에는 소스(SWs)와 드레인(SWd)이 위치하며 이들 위에는 페시베이션층(SWp)이 형성된다. 상기 드레인(SWd)는 상기 화소전극(12)에 까지 연장되어 상기 드레인(SWd)과 화소전극(12)을 전기적으로 연결된다. 상기 TFT 스위칭 소자(SW)와 상기 화소전극(12)의 전체 위에는 액정(LC)에 접촉되어 액정을 배향하는 하부 배향막(13)이 덮힌다.

전술한 바와 같이 본 발명의 발광층은 자외선에 여기되는 기존의 형광물질 또는 아래에 기술되는 청색계 UV에 의해 발광하는 자발광 물질에 의한 ND로 형성될 수 있다.

상기 형광물질로서는 알려진 색상별 형광물질은 아래의 표 1과 같다.

	Phosphor
RED	Y₂O₂S:Eu³⁺
	Y₂O₂S:Eu³⁺,Bi³⁺
	YVO₄: Eu³⁺,Bi³⁺
		Y₂O₃: Eu³⁺,Bi³⁺
			SrS:Eu²⁺
				(Ca,Sr)S: Eu²⁺
	SrY₂S₄: Eu²⁺
CaLa₂S₄:Ce³⁺
GREEN
		YBO₃: Ce³⁺,Tb³⁺
			BaMgAl₁₀O₁₇:Eu²⁺,Mn²⁺
		(Sr,Ca,Ba)(Al,Ga)₂S₄:Eu²⁺
				ZnS:Cu,Al
				Ca₈Mg(SiO₄)₄Cl₂: Eu²⁺,Mn²⁺
	Ba₂SiO₄: Eu²⁺
					(Ba,Sr)₂SiO₄:Eu²⁺
					Ba₂(Mg, Zn)Si₂O₇:Eu²⁺
						(Ba,Sr)Al₂O₄: Eu²⁺
							Sr₂Si₃O₈.2SrCl₂:Eu²⁺
BLUE
								(Sr,Mg,Ca)₁₀(PO₄)₆Cl₂:Eu²⁺
			BaMgAl₁₀O₁₇:Eu²⁺
BaMg₂Al₁₆O₂₇:Eu²⁺

한편, 상기 ND는 양자고립효과(quantum confinement effect)를 가지는 소정크기의 반도체 입자를 말하며, 이러한 양자점의 직경은 1 내지 10nm의 범위에 있다. 상기 양자점은 화학적 습식방법에 의해 합성될 수 있다. 여기에서, 상기 화학적 습식방법은 유기용매에 전구체 물질을 넣어 입자를 성장시키는 방법으로, 화학적 습식방법에 의한 양자점의 합성방법은 이미 공지된 기술이다. 상기 양자점의 일례로는, CdSe, CdTe, CdS, ZnSe, ZnTe, ZnS, HgTe 또는 HgS 등의 II-VI 화합물이 있다. 또한, 상기 양자점은 코어-쉘 구조(core-shell)를 가질 수 있다. 여기에서, 상기 코어는 CdSe, CdTe, CdS, ZnSe, ZnTe, ZnS, HgTe 및 HgS 으로 이루어지는 그룹에서 선택된 어느 한 물질을 포함하고, 상기 쉘은 CdSe, CdTe, CdS, ZnSe, ZnTe, ZnS, HgTe 및 HgS 으로 이루어지는 그룹에서 선택된 어느 한 물질을 포함한다. 아울러 InP 등의 III-V 화합물도 가능하다.

도 6 내지 도 7는 자발광 물질인 CdSe, CdS 및 CdSeS 의 PL(photo-luminescence) 강도 변화를 보인다.

먼저 도 6를 참조하면, G 발광물질인 CdSe ND는 420nm 근방의 파장에서 최대의 PL 강도가 나타나며, 400nm 파장의 UV에 의해 530nm 중심파장의 G(녹색) 광을 발광한다.

도 7을 참조하면, B 발광물질인 CdS ND는 대략 400nm 근방의 파장에서 최대의 PL 강도가 나타나며, 400nm 파장의 UV에 의해 대략 480nm 중심파장의 B(청색) 광을 발광한다.

한편, 도 8을 참조하면, R 발광물질인 CdSeS ND는 465nm 근방의 파장에서 최대의 PL 강도가 나타나며, 400nm 파장의 UV에 의해 대략 600nm 중심파장의 R(적색) 광을 발광한다.

위의 PL 특성그래프를 종합해 보면 400nm 의 UV에 의해 R, G, B 색광의 발생이 가능함으로 알 수 있다.

도 9는 밝은조명이나 이나 태양광 등의 주변광에 포함되는 392nm 의 UV에 의한 종래 형광체의 발광강도의 변화를 보인다. 도 9의 결과는 종래의 UV 여기 형광체로서 각 색상마다 제조사가 다른 2가지의 형광체가 이용되었고, 실험을 위한 광원으로 392nm LED를 이용하였다.다.

도 9에 도시된 바와 같이 외부광으로서 392nm 정도의 파장을 가지는 UV가 적,녹,청(Red, Green, Blue) 형광체를 자극하며, 가장 단파장의 두 종류의 청색 형광체에서 비슷한 레벨의 청색발광이 일어난다. 그리고 녹색의 경우는 제작사에 따라 강하고 약한 녹색광이 녹생 형광체에서 발현되었고, 그리고 적색의 경우는 상대적으로 매우 약한 발광이 나타났다.

이러한 발광을 고려할때 PL LCD가 주변광이 아주 강한 환경에 놓였을때 화명표시와는 상관이 없는 발광이 디스플레이 전면에서 일어나며 따라서 색상별 콘트라스트가 극히 떨어지며, 특히 청색과 녹색은 적색에 비해 매우 좋지 않은 콘트라스트비가 나타난다.

따라서, 본 발명은 상기와 같은 외광을 LCD의 발광체에 입사하지 못하도록 UV 필터를 LCD의 한 주요 요소로 적용한다. UV 필터는 전술한 바와 같이 화학적 또는 물리적 수단을 이용하며 이를 통해서 외광에 의한 콘트라스트비의 저하을 억제한다.

이러한 본 발명에 있어서, 가장 바람직하기로는 형광물질은 전술한 PL 물질에 의한 ND를 적용하는 것인데. 이는 400nm 의 파장은 LC의 흡수가 적고 따라서 LC의 열화가 적기 때문이다. 즉, CdSeS, CdS, CdSe를 전술한 PL층(17)의 R, G, B 층의 재료로 이용하면 LC에 의한 흡수가 적은 360~460nm, 바람직하게는 400nm 의 UV에 의한 발광하는 LCD를 얻을 수 있게 된다. 기존의 형광체를 이용한 LCD의 경우는 400 nm 이하의 UV 즉 LC에 흡수되어 LC를 열화시킬 수 있는 파장의 UV를 이용해야할 뿐 만 아광이용효율이 70% 정도 불과하나 ND 발광체를 이용함으로써 LC의 열화가 방지를 통한 수명 연장도 가능하며 나아가서는 광이용효율을 90% 이상 끌어 올릴 수 있다.

UV 필터의 차단 파장은 예를 들어 발광체의 여기에 필요한 400nm 전후의 파장 대역을 포함하는 청색가시광 대역의 이하로서 화상표시에 필요한 가시광선 영역은 포함되지 않는다.

CdSeS, CdS, CdSe를 전술한 PL층(17)의 R, G, B 층의 재료로 이용하면 LC에 의한 흡수가 적은 360~460nm, 바람직하게는 400nm 의 UV에 의한 발광하는 LCD를 얻을 수 있게 된다. 기존의 형광체를 이용한 LCD의 경우는 400 nm 이하의 UV 즉 LC에 흡수되어 LC를 열화시킬 수 있는 파장의 UV를 이용해야할 뿐 만 아광이용효율이 70% 정도 불과하다. 그러나 발명에 따른 LCD는 ND 발광체와 함께 400 nm 이상의 UV를 사용할 수 있음으로써 LC의 열화가 방지를 통한 수명연장이 가능할 뿐 아니라 광이용효율을 90% 이상 끌어 올릴 수 있다.

상기한 실시예의 설명에 따르면 본 발명에 따른 LCD는 TFT에 의한 액티브 구동형으로서 설명되었으나 이것은 본 발명의 기술적 범위를 제한하지 않는다. 본 발명의 다른 실시예에 따르면, 스위치 소자가 없는 단순 매트릭스형으로의 변형도 가능하다.

이와 같이 본 발명은 PL LCD의 약점이 될 수 있는 외광에 의한 발광층의 여기 및 이에 따른 콘트라스트비의 저하를 방지함으로써 높은 휘도와 광이용효율 을 갖는 양질의 화상을 보장한다.

이러한 본원 발명의 이해를 돕기 위하여 몇몇의 모범적인 실시예가 설명되고 첨부된 도면에 도시되었으나, 이러한 실시예들은 단지 넓은 발명을 예시하고 이를 제한하지 않는다는 점이 이해되어야 할 것이며, 그리고 본 발명은 도시되고 설명된 구조와 배열에 국한되지 않는다는 점이 이해되어야 할 것이며, 이는 다양한 다른 수정이 당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 일어날 수 있기 때문이다.

Claims

전면판과 배면판;

상기 전면판과 배면판 사이에 마련되는 액정;

상기 전면판과 배면판의 각 내면에 마련되어 상기 액정에 전계를 형성하는 전극;

상기 전면판에 마련되어 자외선에 의해 가시광을 발생하는 발광층;

상기 배면판의 후측에 마련되어 상기 발광층의 자극에 필요한 자외선을 발생하는 UV 광원부;그리고,

상기 전면판의 전방으로 부터 진입하는 주변광에 포함된 UV를 차단하는 UV필터;를 구비하는 것을 특징으로 하는 자발광 LCD.
제 1 항에 있어서,

상기 UV 필터는 UV를 흡수하는 화학적 차단제로 형성되는 것을 특징으로 하는 자발광 LCD.
제 2 항에 있어서,

상기 화학적 차단제로는 PABA(Aminobenzoic acid) 유도체와 cinnamate 유도체, 살리실산 유도체, 벤조 페논 및 이의 유도체, anthranilate 및 이의 유도체 중 어느 하나의 물질인 것을 특징으로 하는 자발광 LCD.
제 1 항에 있어서,

상기 UV 필터는 UV를 반사 및 분산을 일으키는 물리적 차단제로 형성되는 것을 특징으로 하는 자발광 LCD.
제 4 항에 있어서,

상기 물리적 차단제는 아연산화물, 티타늄 산화물, 철산화물, 마그네슘 산화물 중의 어느 하나로 형성되는 것을 특징으로 하는 자발광 LCD.
제 1 항에 있어서,

상기 발광층은 상기 전면판의 외측면에 형성되고, 발광층 위에 보호 글래스가 형성되고 보호글래스의 표면에 상기 UV 필터가 형성되는 것을 특징으로 하는 자발광 LCD.
제 2 항 내지 제 6항 중의 어느 한 항에 있어서,

발광층은 CdSeS, CdS, CdS 중 적어도 어느 하나의 물질을 포함하는 것을 특징으로 하는 자발광 LCD.
제 7 항에 있어서,

상기 발광층은 CdSeS층, CdSe층, CdSeS층에 의한 R,G,B 층을 구비하는 것을 특징으로 하는 자발광 LCD.