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KR101131314B1 - 터치스크린 일체형 액정 디스플레이 장치 - Google Patents

터치스크린 일체형 액정 디스플레이 장치 Download PDF

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KR101131314B1
KR101131314B1 KR1020100032452A KR20100032452A KR101131314B1 KR 101131314 B1 KR101131314 B1 KR 101131314B1 KR 1020100032452 A KR1020100032452 A KR 1020100032452A KR 20100032452 A KR20100032452 A KR 20100032452A KR 101131314 B1 KR101131314 B1 KR 101131314B1
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KR
South Korea
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liquid crystal
touch screen
plate
crystal panel
cholesteric liquid
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김상화
오용수
이종영
진용현
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삼성전기주식회사
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Abstract

본 발명은 터치스크린 일체형 액정 디스플레이 장치에 관련된 것으로, 광을 방출하는 백라이트 유닛, 상기 백라이트 유닛 상측에 위치하는 제1 편광판, 상기 제1 편광판 상측에 위치하고 상기 백라이트 유닛에서 방출한 광을 공급받아 화상을 생성하는 액정 패널, 상기 액정 패널 상측에 위치하는 터치스크린, 상기 터치스크린 상측에 위치하는 콜레스테릭 액정판, 상기 콜레스테릭 액정판 상측에 위치하는 위상차 판, 및 상기 위상차 판 상측에 위치하는 제2 편광판을 포함한다.

Description

터치스크린 일체형 액정 디스플레이 장치{LIQUID CRYSTAL DISPLAY HAVING THE TOUCH SCREEN}
본 발명은 터치스크린 일체형 액정 디스플레이 장치에 관한 것이다.
정보화 사회가 발전함에 따라 디스플레이 장치에 대한 요구도 다양한 형태로 점증하고 있다. 이에 부응하여 근래에는 액정 디스플레이(LCD: Liquid Crystal Display), 플라즈마 디스플레이 패널(PDP: Plasma Display Panel), 전계발광소자(ELD: Electro Luminescent Display) 등을 포함한 다양한 평판 디스플레이 장치가 연구되어 왔고 디스플레이 장치로 널리 활용되고 있다.
이 중에서 액정 디스플레이 장치는 현재 화질이 우수하고 경량, 박형, 저소비 전력 등의 장점이 있어 브라운관(CRT)을 신속히 대체시키고 있다. 액정 디스플레이 장치는 노트북 모니터, 텔레비전 등으로 다양하게 개발되고 있다.
최근 들어, 액정 디스플레이 장치에 터치스크린을 장착하여, 터치에 의해 원하는 정보를 선택, 표시할 수 있게 되었다. 이러한 터치스크린은 저항막 방식과 정전용량 방식이 주로 사용되고 있다.
종래에는 액정 디스플레이 장치 상부에 접착필름 등을 사용하여 터치스크린을 액정 디스플레이 장치와 합체하는 방식이 많이 채택되었다. 하지만 이러한 방식은 두께의 증가시키고, 투과율을 감소시키는 등의 문제점이 발생하였다.
따라서, 최근에는 액정 디스플레이 장치 내부에 터치스크린 기능을 일체화시킨 터치스크린 일체형 액정 디스플레이 장치가 연구의 관심이 되고 있으며 상용화되고 있다.
이러한 터치스크린 일체형 액정 디스플레이 장치는 광학적, 물리적, 비용적 측면에서 여러 장점이 있지만, 극복하여야 할 문제점 또한 안고 있다.
종래의 터치스크린 일체형 액정 디스플레이 장치는 최상단에 편광판이 위치하고, 하단의 백라이트 유닛에서 방출한 광은 터치스크린을 통과하면서 투과율이 감소하게 된다. 특히, 저항막 방식의 터치스크린은 상부 전극층과 하부 전극층 사이에 공기층이 존재하여 이러한 현상은 더욱 심각해 진다.
따라서, 백라이트 유닛에서 방출한 광이 최종적으로 상부 편광판을 통과한 후 사용자에게 전달되는 광 투과율은 50%에도 미치지 아니한다. 이렇게 낮은 광 투과율을 보상하기 위해서는 백라이트 유닛의 발광 세기를 높여야 하며 결과적으로 소비전력이 증가하는 또 다른 문제가 발생한다. 그리고, 휴대용 전자기기에서 소비전력의 증가는 전자기기의 휴대성과 직접적으로 연결되어 문제가 더욱 심각하다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 백라이트 유닛에서 방출된 광이 편광판 및 터치스크린을 통과할 때 투과율이 감소되는 것을 최소화하기 위해 콜레스테릭 액정판 및 위상차 판을 포함하는 터치스크린 일체형 액정표시장치를 제안하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은 터치스크린 일체형 액정 디스플레이 장치에 관련된 것으로, 광을 방출하는 백라이트 유닛, 상기 백라이트 유닛 상측에 위치하는 제1 편광판, 상기 제1 편광판 상측에 위치하고 상기 백라이트 유닛에서 방출한 광을 공급받아 화상을 생성하는 액정 패널, 상기 액정 패널 상측에 위치하는 터치스크린, 상기 터치스크린 상측에 위치하는 콜레스테릭 액정판, 상기 콜레스테릭 액정판 상측에 위치하는 위상차 판, 및 상기 위상차 판 상측에 위치하는 제2 편광판을 포함한다.
또한, 본 발명은 상기 액정 패널과 상기 터치스크린 사이에 위치하는 확산시트를 더 포함한다.
또한, 본 발명은 상기 제2 편광판 상측에 보호필름을 더 포함한다.
또한, 본 발명은 상기 액정 패널의 상부기판과 상기 터치스크린의 하부기판은 하나의 기판으로 구성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 상기 콜레스테릭 액정판은 상기 터치스크린의 상부기판과 상기 위상차 판 사이에 콜레스테릭 액정을 코팅하여 형성된 것을 특징
본 발명의 특징 및 이점들은 첨부도면에 의거한 다음의 상세한 설명으로 더욱 명백해질 것이다.
이에 앞서 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이고 사전적인 의미로 해석되어서는 아니되며, 발명자가 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합되는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
본 발명에 따른 터치스크린 일체형 액정표시장치는 콜레스테릭 액정판을 포함하여 광 투과율이 향상된다.
또한, 본 발명은 콜레스테릭 액정판이 일반적으로 사용되는 터치스크린 내부에 포함되는 형태로, 코팅방식으로 형성되어 제조공정이 단순하고, 콜레스테릭 액정판과 터치스크린의 접착력은 증가한다.
또한, 본 발명은 광 투과율이 향상되어 소비전력이 감소되고, 휴대성이 향상된다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 터치스크린 일체형 액정표시장치의 단면도이다.
도 2는 도 1에 도시된 터치스크린 일체형 액정표시장치의 작동원리를 설명한 분해단면도이다.
도 3 내지 도 6은 본 발명의 바람직한 또 다른 실시예에 따른 터치스크린 일체형 액정표시장치의 단면도이다.
본 발명의 목적, 특정한 장점들 및 신규한 특징들은 첨부된 도면들과 연관되어지는 이하의 상세한 설명과 바람직한 실시예들로부터 더욱 명백해질 것이다. 본 명세서에서 각 도면의 구성요소들에 참조번호를 부가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 한해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 번호를 가지도록 하고 있음에 유의하여야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명은 생략한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 터치스크린 일체형 액정 디스플레이 장치의 단면도이다. 이하, 이를 참조하여 본 실시예에 따른 터치스크린 일체형 액정디스플레이 장치(이하, 액정디스플레이 장치)를 도 1을 참조하여 상세히 설명한다.
도 1에 도시된 것과 같이, 액정디스플레이 장치(100)는 백라이트 유닛(110)제1 편광판(120), 액정 패널(130), 터치스크린(140), 콜레스테릭 액정판(150), 위상차 판(160), 제2 편광판(170)을 포함한다.
백라이트 유닛(110)은 광을 방출하여 액정 패널(130)에 공급하고, 램프, 램프를 감싸는 램프 반사판, 도광판을 포함하여 구성된다.
제1 편광판(120)은 상기 백라이트 유닛(110) 상측에 위치하고, 백라이트 유닛에서 방출한 광 중에서 특정한 방향성을 갖는 제1 편광을 후술하는 액정 패널(130)에 공급한다.
액정 패널(130)은 제1 편광판(120) 상측에 위치하고, 백라이트 유닛(120)에서 방출한 광을 공급받아 화상을 생성한다. 이러한 액정 패널(130)은 투명한 공통전극이 형성된 상부기판(131)과 화소영역, 화소영역 상에 형성된 화소전극과 스위칭소자를 포함한 어레이 배선이 형성된 하부기판(133)으로 구성되며, 상기 상부기판과 하부기판 사이에는 액정(132)이 충진된다. 또한, 컬러필터기판(미도시)을 더 포함할 수 있다.
그리고, 터치스크린(140)은 액정 패널(130)의 상측에 위치한다. 터치스크린은 저항막 방식 또는 정전용량 방식 터치스크린이 모두 채용될 수 있다.
저항막 방식의 터치스크린을 예로 들어 설명하면, 기판의 하면에 ITO(Indium Tin Oxide), 산화주석 (SnO2), 산화 인듐(In2O3), 전도성 고분자 등으로 이루어지는 균일한 두께의 상부 투명전극막이 패터닝되고, 상부 투명전극막과 통전되도록 금속(예를 들면 은, 구리)으로 구성된 상부 전극배선이 X 방향으로 인쇄된 상부기판(141), 전기적 부도체로 형성된 스페이서(142)에 의해 분리되며, 상부기판(141)과 같이 하부 투명전극막, 하부 전극배선이 Y 방향으로 인쇄된 하부기판(143)을 포함한다.
그리고, 디지털 저항막 방식의 터치스크린은 상부, 하부 투명전극막이 복수로 분리되게 패터닝된 형상이다. 예를 들면, 바 형상의 전극패턴이 복수로 배열된 형상을 가질 수 있다.
또한, 정전용량 방식의 터치스크린 역시 상부기판과 하부기판에 X, Y 방향 투명 전극패턴이 복수로 형성된다. 다만, 정전용량 방식은 상부기판과 하부기판이 접촉하지 않고, X 방향 투명 전극패턴과 Y 방향 투명 전극패턴이 투명 절연체층에 의해 분리되어 있다.
한편, 저항막 방식을 구성하는 기판은 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET), 폴리에틸렌나프탈렌디카르복실레이트(PEN), 폴리카보네이트(PC), 폴리에테르술폰(PES), 폴리이미드(PI), 시클릭 올레핀 공중합체(COC), 스틸렌 중합체, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌 등으로 구성된 필름기판이 많이 채용되며, 정전용량 방식은 유리기판을 통상적으로 채용한다.
또한, 전극막 또는 전극패턴을 형성하는 전도성 고분자는 폴리티오펜계, 폴리아세탈계, 폴리피롤계, 폴리아닐린계, 폴리페닐렌비닐렌계, 폴리파라페닐렌계, 폴리이소티아나프텐계 중에서 적어도 하나 이상을 포함하며, 특히 폴리티오펜계 고분자가 적합하다.
콜레스테릭 액정판(150)은 터치스크린(140)의 상측에 위치하여 터치스크린(140)을 통과한 광 중에서 일부는 통과시키고, 일부는 반사시킨다. 이러한 콜레스테릭 액정판(150)은 상부 필름기판(151)과 하부 필름기판(153) 사이에 콜레스테릭 액정(152)이 코팅된 구조를 갖는다.
하부 필름기판(153)에 액정(152)을 코팅(예를 들면, 스핀 코팅, 바(bar) 코팅, 스프레이 코팅, 잉크젯 프린팅, 스프레딩 또는 침지법 등)한 후 상부 필름기판(151)을 형성하여 콜레스테릭 액정판(150)을 제조한다. 좀더 상세히 검토하면, 콜레스테릭 액정(152)을 하부 필름기판(153)에 도포한 후 UV를 조사하여 중합을 시키는 방식에 의해 형성된다. 이때 사용되는 UV 강도는 0.1㎽/㎠ 내지 10㎽/㎠ 이고, 조사시간은 1분 내지 10분이다. 0.8㎽/㎠ 강도로 2분 내지 5분간 조사하는 것이 바람직하고, 이때 액정층의 두께는 약 2㎛~10㎛이 된다.
콜레스테릭 액정판(150)은 액정의 배향벡터가 나선 구조를 형성하고 있다. 나선 방향이 오른쪽으로 꼬여 있다면 우향 원편광을 반사하고 좌향 원편광을 통과시키며, 나선 방향이 왼쪽으로 꼬여 있다면 좌향 원편광을 반사하고 우향 원편광을 통과시킨다. 즉, 입사한 광의 편광상태가 나선 방향과 같고 브래그의 반사조건을 만족하는 파장은 반사되는 것이다.
위상차 판(160)은 콜레스테릭 액정판(150) 상측에 형성되어 콜레스테릭 액정판(150)을 통과한 원편광을 선편광으로 변환한다. 이러한 위상차 판(160)은 상기 콜레스테릭 액정판(150)과 연속되게 적층될 수 있고 이격되어 적층될 수 있다. 이러한 위상차 판(160)은 1/4 플레이트(quartwave plate)가 채용되는 것이 바람직하다.
제2 편광판(170) 위상차 판(160) 상측에 위치하여 액정 패널(140)에서 생성된 화상을 외부의 사용자에게 전달한다.
이러한 제2 편광판(170)은 제1 편광판(120)과 편광성이 동일하거나 수직을 이룰수 있으며, 이는 액정 패널(140)이 노멀리 화이트, 노멀리 블랙인지 여부에 따라 변경될 수 있다.
도 2를 참조하여 터치스크린 일체형 액정표시장치(100)의 작동원리를 설명한다.
백라이트 유닛(110)에서 방출된 광은 하부편광판(120)을 지나 제 1 방향성을 갖는 제1 편광이 되어 액정 패널(130)에 진입한다. 액정 패널(130)의 작동에 따라 컬러필터를 통과한 제1 편광은 화상을 생성하고 터치스크린(140)에 진입한다. 그리고, 화상이 생성된 광은 터치스크린(140)을 지나 콜레스테릭 액정판(150)에 다다른다. 이러한 광은 좌향 원편광과 우향 원편광을 모두 포함한다.
그리고 콜레스테릭 액정판(150)의 나선 방향과 동일한 방향성을 갖는 원편광은 반사되고, 다른 방향성을 갖는 원편광은 통과한다. 예를 들어, 도 2에 도시된 것과 같이 콜레스테릭 액정판(150)이 오른쪽으로 꼬여 있는 경우 좌향 원편광은 통과시키고 우향 원편광은 반사시킨다.
콜레스테릭 액정판(150)을 통과된 원편광은 위상차 판(160)을 거쳐 선편광이 되고, 제2 편광판(170)을 거쳐 외부에 방출되어 사용자에 화상을 전달한다.
한편, 콜레스테릭 액정판(150)의 나선 방향과 동일한 방향성을 가져 반사된 광(예를 들면, 우향 원편광)은 콜레스테릭 액정판(150) 하측에 형성된 터치스크린(140), 액정 패널(130)에서 재반사된다. 재반사된 광은 다시 좌향 원편광과 우향 원편광 성분으로 나뉘고 다시 콜레스테릭 액정판(150)으로 진입한다. 이 중에서 콜레스테릭 액정판(150)의 나선 방향과 다른 방향성을 갖는 광은 통과한다.
이러한 과정을 반복하면 콜레스테릭 액정판(150)을 통과하는 광은 증가하고, 결과적으로 콜레스테릭 액정판(150)은 광을 리사이클링(recycling)시켜 광 투과율을 높일 수 있다. 그에 따라 터치스크린 일체형 액정 디스플레이 장치(100)의 휘도가 향상된다.
도 3 내지 도 6은 본 발명의 바람직한 또 다른 실시예에 따른 터치스크린 일체형 액정표시장치의 단면도이다. 이하, 이를 참조하여 본 실시예에 따른 액정 디스플레이 장치에 대해 설명하기로 한다. 다만, 도 1 및 도 2를 참조하여 설명한 구성과 통일한 구성에 대해서는 생략한다.
도 3에 도시된 것과 같이, 본 실시예에 따른 액정 디스플레이 장치(100-1)는 상기 액정 패널(130)과 터치스크린(140) 사이에 위치하는 확산시트(180)를 더 포함한다.
이러한 확산시트(180)는 상기 콜레스테릭 액정판(150)에서 반사된 광을 재반사하여 외부로 방출되는 광 투과율을 향상시킨다.
일반적으로 콜레스테릭 액정판(150)에서 반사된 반사광이 터치스크린(140), 액정 패널(130)에서 재반사하더라도, 터치스크린(140), 액정 패널(130)에서 일부를 흡수하여 재반사 효율이 떨어지는데, 이러한 확산시트(180)는 콜레스테릭 액정판(150)에서 반사된 광을 대부분 재반사 시킬 수 있다.
도 4에 도시된 것과 같이, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 액정 디스플레이 장치(100-2)는 제2 편광판(170) 상측에 보호필름(190)을 더 포함한다.
제2 편광판(170)이 외부에 노출되는 경우 손상될 수 있고, 그에 따라 액정 디스플레이 장치의 휘도를 감소시킬 수 있다.
특히, 본 실시예에 따른 액정 디스플레이 장치(100-2)가 저항막 방식의 터치스크린(140)을 채용하는 경우 사용자의 손가락 등으로 제2 편광판(170)을 자주 접촉할 수 있어 더욱 문제된다.
따라서, 투명 재질의 보호필름(190)이 제2 편광판(170) 상측에 위치하면 제2 편광판(170)을 보호하고, 휘도는 유지시킬 수 있다.
도 5에 도시된 것과 같이, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 액정 디스플레이 장치(100-3)는 액정 패널(130)의 상부기판(131)과 터치스크린(140)의 하부기판(141)이 하나의 기판으로 구성되는 것을 특징으로 한다.
그에 따라, 본 실시예에 따른 액정 디스플레이 장치(100-3)는 슬림한 구조를 획득할 수 있다. 이러한 액정 디스플레이 장치(100-3)는 하면에 액정 패널(130)의 투명한 공통전극이 형성된 상부기판(131)의 상면에 터치스크린(140)의 하부 투명전극막, 하부 전극배선을 인쇄함으로써 형성된다. 따라서, 도 1에 도시된 액정 디스플레이 장치와 달리 터치스크린의 하부기판이 생략된다.
도 5에 도시된 것과 같이 액정 디스플레이 장치(100-3)가 슬림한 구성을 가짐으로써 콜레스테릭 액정판(150)과 더불어 광 투과율이 향상되고, 제조공정이 단순해진다.
도 6에 도시된 것과 같이, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 액정 디스플레이 장치(100-4)는 콜레스테릭 액정판(150)이 터치스크린(140)의 상부기판(141)과 위상차 판(160) 사이에 콜레스테릭 액정(152)을 코팅하여 형성된 것을 특징으로 한다.
그에 따라, 콜레스테릭 액정판(150)의 상부 필름기판(151)과 하부 필름기판(153)이 생략될 수 있어 본 실시예에 따른 액정 디스플레이 장치(100-4)는 슬림한 구조를 획득할 수 있고, 제조공정이 단순해진다.
콜레스테릭 액정판(150)은 상술한 것과 같이 상부 필름기판(151)과 하부 필름기판(153) 사이에 콜레스테릭 액정(152)을 코팅하여 형성되는데, 본 실시예에 따른 액정 디스플레이 장치(100-4)는 별도의 콜레스테릭 액정판(150)을 형성한 후 터치스크린에 접착시키는 것이 아니고, 터치스크린(140)의 상부기판(141)에 콜레스테릭 액정(152)을 직접 코팅한 후, 위상차 판(160)을 적층함으로써 형성된다.
한편 본 발명은 기재된 실시예에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양하게 수정 및 변형을 할 수 있음은 이 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게는 자명하다. 따라서, 그러한 변형예 또는 수정예들은 본 발명의 특허청구범위에 속한다 해야 할 것이다.
100 : 터치스크린 일체형 액정 디스플레이 장치
110 : 백라이트 유닛 120 : 제1 편광판
130 : 액정 패널 140 : 터치스크린
150 : 콜레스테릭 액정판 160 : 위상차 판
170 : 제2 편광판 180 : 확산시트
190 : 보호필름

Claims (5)

  1. 광을 방출하는 백라이트 유닛;
    상기 백라이트 유닛 상측에 위치하는 제1 편광판;
    상기 제1 편광판 상측에 위치하고 상기 백라이트 유닛에서 방출한 광을 공급받아 화상을 생성하는 액정 패널;
    상기 액정 패널 상측에 위치하는 터치스크린;
    상기 터치스크린 상측에 위치하는 콜레스테릭 액정판;
    상기 콜레스테릭 액정판 상측에 위치하는 위상차 판; 및
    상기 위상차 판 상측에 위치하는 제2 편광판;
    을 포함하고,
    상기 콜레스테릭 액정판은 상기 콜레스테릭 액정판과 상기 터치스크린 사이 또는 상기 콜레스테릭 액정판과 상기 액정 패널 사이에서 상기 백라이트 유닛에서 방출한 광을 리사이클링(recycling)시켜 휘도를 향상시키는 것을 특징으로 하는 터치스크린 일체형 액정 디스플레이 장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 액정 패널과 상기 터치스크린 사이에 위치하는 확산시트를 더 포함하는 터치스크린 일체형 액정 디스플레이 장치.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 제2 편광판 상측에 보호필름을 더 포함하는 터치스크린 일체형 액정 디스플레이 장치.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 액정 패널의 상부기판과 상기 터치스크린의 하부기판은 하나의 기판으로 구성되는 것을 특징으로 하는 터치스크린 일체형 액정 디스플레이 장치.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 콜레스테릭 액정판은 상기 터치스크린의 상부기판과 상기 위상차 판 사이에 콜레스테릭 액정을 코팅하여 형성된 것을 특징으로 하는 터치스크린 일체형 액정 디스플레이 장치.
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