KR100310697B1 - Reflection color LCD - Google Patents
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Abstract
목적: 본 발명은 반사층에서 되반사 되는 외부 광의 반사 효율을 향상시키고 칼라 필터를 생략하여 외부 입사광의 손실을 줄임으로써 화면의 휘도와 콘트라스트 향상 및 칼라 화상의 구현을 가능케 하는 반사형 칼라 액정 표시소자를 제공한다.Purpose: The present invention provides a reflective color liquid crystal display device which improves the reflection efficiency of external light reflected back from the reflective layer and omits the color filter to reduce the loss of external incident light, thereby improving the brightness and contrast of the screen and realizing a color image. to provide.
구성: 본 발명은 외부에서 입사되는 광을 반사층에서 되반사 시켜 화상 표시를 행하는 반사형 액정 표시소자이며, 상기 반사층이 고굴절층과 저굴절층이 번갈아 적층되는 다층 구조의 단위 픽셀 집합체로 이루어지고, 상기 단위 픽셀은 각각 적색 단위 픽셀과 녹색 단위 픽셀, 청색 단위 픽셀로 구분되어 100∼170nm 범위의 두께로 적층 형성되는 것이며, 상기 고굴절층은 ZrO2, TiO2, ZnSO4중에서 선택된 1종을, 또한 저굴절층으로는 MgF2, CeF2중에서 선택된 1종으로 형성된다.Constitution: The present invention is a reflective liquid crystal display device for displaying an image by reflecting light incident from the outside from a reflective layer, wherein the reflective layer is composed of a unit pixel assembly having a multilayer structure in which a high refractive index layer and a low refractive layer are alternately stacked. The unit pixel is divided into a red unit pixel, a green unit pixel, and a blue unit pixel, respectively. The unit pixels are stacked to have a thickness in the range of 100 to 170 nm. The high refractive layer is one of ZrO 2 , TiO 2 , and ZnSO 4 . The low refractive index layer is formed of one selected from MgF 2 and CeF 2 .
효과: 본 발명에 의하면 칼라 액정 표시소자의 화면 휘도 및 콘트라스트 향상과, 칼라 필터를 이용하지 않는 칼라 화상의 구현이 가능하게 된다.Effect: According to the present invention, it is possible to improve the screen brightness and contrast of a color liquid crystal display and to implement a color image without using a color filter.
Description
본 발명은 액정 표시소자에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 입사되는 외부 광을 반사시켜 출사되는 빛이 칼라 필터를 경유하여 칼라 화상으로 표시되는 구조를 갖춘 반사형 칼라 액정 표시소자에서, 상기 반사층의 반사 효율과 반사광의 파장대역 조절을 통해 화면 휘도와 콘트라스트 향상을 도모하고, 칼라 필터 없이도 칼라 화상의 구현이 가능한 구성으로 된 반사형 칼라 액정 표시소자에 관한 것이다.The present invention relates to a liquid crystal display device, and more particularly, in a reflection type color liquid crystal display device having a structure in which light emitted by reflecting incident external light is displayed as a color image via a color filter, the reflection of the reflection layer The present invention relates to a reflective color liquid crystal display device which is configured to improve screen brightness and contrast by adjusting efficiency and wavelength band of reflected light and to realize a color image without a color filter.
액정 표시소자는 액정이 가지는 유전 이방성을 이용한 광 투과 또는 광 차단 현상으로 화상을 표시하는 장치로서, 외부 광에 의한 화상 표시의 방식에 따라 외부 광을 투과시켜 화상 표시가 이루어지게 하는 투과형과, 외부 광을 되반사 시켜 명암 표시가 이루어지게 하는 반사형으로 구분되고 있다.Liquid crystal display device is a device for displaying an image by light transmission or light blocking phenomenon using the dielectric anisotropy of the liquid crystal, the transmission type to transmit the external light according to the image display method by the external light to make the image display, and the external It is classified into a reflection type that reflects light to make a contrast display.
투과형은 배면에 자체 광원으로서 백 라이트를 배치하는 구성이기 때문에 화면의 휘도가 높아지는 이점이 있어서 칼라 필터와 박막 트랜지스터를 이용한 칼라 화상 표시소자로 이용되고 있으나 상기 칼라 필터와 박막 트랜지스터의 제조 공정이 까다로워 코스트가 비싼 문제를 가지고 있다.The transmissive type has the advantage that the brightness of the screen is increased because the backlight is disposed as its own light source on the back side, so it is used as a color image display device using a color filter and a thin film transistor, but the manufacturing process of the color filter and the thin film transistor is difficult Has an expensive problem.
반사형은 자체 광원이 없는 관계로 슬림화에 유리하고 구조가 간단하여 제조 코스트는 저렴하지만 화면의 휘도와 콘트라스트가 낮아 칼라 표시소자로는 부적합한 것으로 평가되고 있다.The reflective type has no self-light source, which is advantageous for slimming and its simple structure, so that the manufacturing cost is low, but the luminance and contrast of the screen are low, making it unsuitable for color display devices.
도 1은 반사형 칼라 액정 표시소자의 일반적 구성을 나타내는 도면으로서, 2장의 글라스 기판(2)(4)이 서로 마주보게 대향 배치되고, 이들의 대향면에는 한쪽에 칼라 필터(6)와 박막 트랜지스터(8)가 적층 형성되어서 각각 보호층(10)(12)으로 피착되고, 그 주변은 실란트(14)에 의해 밀봉되고 액정(16)이 주입 충전된 액정 셀을 구성하고 있으며, 상기 상측 글라스 기판(2)의 외측면에는 편광자(18)가, 그리고 하측 글라스 기판(4)의 외측면에는 반사층(20)이 각각 적층된 구성으로 되어 있다.FIG. 1 is a view showing a general configuration of a reflective color liquid crystal display device, in which two glass substrates 2 and 4 are disposed to face each other, and a color filter 6 and a thin film transistor on one side of the opposite surface. (8) is laminated and deposited on the protective layers (10) and (12), respectively, and the periphery thereof is sealed by a sealant (14) and constitutes a liquid crystal cell injected and filled with the liquid crystal (16), and the upper glass substrate The polarizer 18 is arrange | positioned on the outer side surface of (2), and the reflection layer 20 is laminated | stacked on the outer side surface of the lower glass substrate 4, respectively.
이러한 구성에서 상기 반사층(20)은 Ag 또는 Al을 시트상으로 하여 접착시키거나 증착, 도포하여 형성함이 일반적이다.In this configuration, the reflective layer 20 is generally formed by bonding, depositing, or applying Ag or Al in a sheet form.
반사형 액정 표시소자에서, 외부 광은 편광자(18)-상측 글라스 기판(2)-칼라 패턴(6)-액정(16)-박막 트랜지스터(8)-하측 글라스 기판(4)을 투과하고 반사층(20)에서 되반사 되는 것에 의해 상기의 경로를 거꾸로 경과해서 편광자(18)를 통해 출사된다.In the reflective liquid crystal display device, external light passes through the polarizer 18-the upper glass substrate 2-the color pattern 6-the liquid crystal 16-the thin film transistor 8-the lower glass substrate 4 and the reflective layer ( By reflecting back at 20), the above path is reversed and emitted through the polarizer 18.
이 때문에 반사형 액정 표시소자의 화면 휘도와 콘트라스트는 전적으로 외부 광의 반사 효율에 좌우되어 화질이 열악하게 나타나기 때문에 칼라 화상 표시로는 적합치 않은 것이다.For this reason, the screen brightness and contrast of the reflective liquid crystal display element are entirely unreliable on the reflection efficiency of external light, so that the image quality is poor, which is not suitable for color image display.
한편, 반사형 칼라 액정 표시소자를 구현하기 위하여 반사층에 의한 반사율의 향상을 도모한 바가 없지는 않으나, 종래의 반사층은 단일 성분의 층 재료를 채택하고 있어서 반사 효율이 일정 한도 이상으로 향상되지 않으며, 게다가 외부 광의 입사와 출사 경로 상에는 편광자(18), 칼라 필터(6) 등이 개재되어 광의 이용율을 저해하는 요인으로 작용하고 있기 때문에 화면의 휘도와 콘트라스트 향상에는 한계가 있다.On the other hand, in order to implement a reflective color liquid crystal display device, it is not intended to improve the reflectance by the reflective layer, but the conventional reflective layer adopts a single component layer material, so that the reflection efficiency is not improved beyond a certain limit. In addition, since the polarizer 18, the color filter 6, and the like are interposed on the incidence and the emission path of the external light, the brightness and contrast of the screen are limited.
본 발명의 목적은 반사층에서 되반사 되는 외부 광의 반사 효율을 향상시키고 칼라 필터를 생략하여 외부 입사광의 손실을 줄임으로써 화면의 휘도와 콘트라스트 향상 및 칼라 화상의 구현을 가능케 하는 반사형 칼라 액정 표시소자를 제공함에 있다.SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a reflective color liquid crystal display device which improves the reflection efficiency of external light reflected back from the reflection layer and omits a color filter to reduce the loss of external incident light, thereby improving the brightness and contrast of a screen and realizing a color image. In providing.
상기의 목적에 따라 본 발명은 외부에서 입사되는 광을 반사층에서 되반사 시켜 화상 표시를 행하는 반사형 액정 표시소자에 있어서, 상기 반사층이 고굴절층과 저굴절층이 번갈아 적층되는 다층 구조의 단위 픽셀로 이루어지고, 상기 단위 픽셀은 각각 적색 단위 픽셀과 녹색 단위 픽셀, 청색 단위 픽셀로 구분 형성된 반사형 칼라 액정표시소자를 제안한다.In accordance with the above object, the present invention provides a reflective liquid crystal display device which displays an image by reflecting light incident from the outside from a reflective layer, wherein the reflective layer is a unit pixel having a multilayer structure in which a high refractive index layer and a low refractive layer are alternately stacked. A reflective color liquid crystal display device is provided, wherein each of the unit pixels is divided into a red unit pixel, a green unit pixel, and a blue unit pixel.
본 발명에서 고굴절층과 저굴절층의 적층은 스퍼터링 또는 증착을 통해 형성될 수 있고, 상기 고굴절층은 굴절율 2.1의 ZrO2, 2.4의 굴절율을 가지는 TiO2, 2.32의 굴절율을 가지는 ZnSO4중에서 선택된 1종을, 또한 저굴절층으로는 굴절율 1.38의 MgF2, 1.63의 CeF2중에서 선택된 1종을 적합하게 이용할 수 있다.Laminating the high refractive index layer and the low refractive index layer in the present invention may be formed through sputtering or vapor deposition, wherein the high refractive index layer has a refractive index 2.1 of ZrO 2, ZnSO 4 in a selected has a refractive index of TiO 2, 2.32 having a refractive index of 2.4 1 As the low refractive layer, one selected from MgF 2 and 1.63 CeF 2 with a refractive index of 1.38 can be suitably used.
상기 고굴절층과 저굴절층은 모두 유전체이며, 그 두께는 반사시키고자 하는 색조에 따라 100∼170nm 범위의 두께로 적층된다.The high refractive index layer and the low refractive layer are both dielectric materials, the thickness of which is laminated to a thickness in the range of 100 to 170 nm depending on the color tone to be reflected.
더 구체적으로 적색 단위 픽셀은 170nm, 녹색 단위 픽셀은 130∼150nm, 청색 단위 픽셀은 100nm이다.More specifically, the red unit pixel is 170 nm, the green unit pixel is 130 to 150 nm, and the blue unit pixel is 100 nm.
그리고 본 발명에서 반사층은 실제에 있어서 각 단위 픽셀의 집합체로 되는 것이기 때문에 각 픽셀 사이를 블랙 매트릭스로 충전시켜 산란 광이 주변으로 진행하여 색 순도를 해치거나 하는 문제를 일으키지 않도록 할 필요가 있다.In the present invention, since the reflective layer is actually an aggregate of each unit pixel, it is necessary to fill each pixel with a black matrix so as to prevent scattered light from advancing to the periphery to impair color purity.
또한, 번갈아 적층되는 고굴절층과 저굴절층의 층수는 외부 광에 대한 편광각을 결정하게 되며, 이 경우 편광각 θP= Tan-1(η2/η1)의 관계를 가지므로 이를 통해 반사 기능과 편광 기능을 겸비하게 할 수도 있다.In addition, the number of alternating layers of the high refractive index layer and the low refractive index layer determines the polarization angle with respect to the external light, and in this case, the polarization angle θ P = Tan −1 (η 2 / η 1 ), which is reflected by the reflection It can also combine the function and the polarization function.
상기 식에서 η1은 투명 전극의 굴절율, η2는 반사층의 굴절율이다.Η 1 is the refractive index of the transparent electrode, η 2 is the refractive index of the reflective layer.
도 1은 본 발명이 적용되는 반사형 칼라 액정 표시소자의 일반적 구성을 도시하는 측단면도.1 is a side sectional view showing a general configuration of a reflective color liquid crystal display device to which the present invention is applied.
도 2는 본 발명이 적용된 칼라 액정 표시소자의 구조를 나타내는 단층도.Fig. 2 is a tom diagram showing the structure of a color liquid crystal display device to which the present invention is applied.
도 3은 도 2의 반사층에 관련된 다층 구조를 도시하는 일부 확대 단면도.3 is a partially enlarged cross-sectional view showing a multilayer structure related to the reflective layer of FIG.
도 4는 도 2의 다층막에 의한 반사광의 파장 분포 별 반사율을 나타내는 측정 그래프.4 is a measurement graph illustrating reflectance for each wavelength distribution of reflected light by the multilayer film of FIG. 2;
*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명** Description of the symbols for the main parts of the drawings *
2, 4 : 글라스 기판 6 : 칼라 필터2, 4: glass substrate 6: color filter
8 : 박막 트랜지스터 9 : 절연층8: thin film transistor 9: insulating layer
10, 12 : 보호막 22 : 반사층10, 12: protective film 22: reflective layer
220 : 단위 픽셀 220a : 고굴절층220: unit pixel 220a: high refractive layer
220b : 저굴절층220b: low refractive layer
이하, 본 발명을 첨부 도면 도 2 및 도 4에 따른 바람직한 실시 예로 상세하게 설명한다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to FIGS. 2 and 4.
도 2는 본 발명이 적용된 반사형 액정 표시소자의 구조를 나타내는 단면도이며, 상술한 도 1과 동일한 부분은 설명의 중복을 피하고자 동일 부호로 표시하기로 한다.FIG. 2 is a cross-sectional view illustrating a structure of a reflective liquid crystal display device to which the present invention is applied, and the same parts as those of FIG. 1 will be denoted by the same reference numerals in order to avoid duplication of description.
서로 대향 배치되는 상 하측 글라스 기판(2)(4)에서 상측 글라스 기판(2)의 대향면에는 보호층(10)만이 존재하고, 하측 글라스 기판(4)에서는 박막 트랜지스터(8)와의 사이에 절연층(9)을 개재하여 본 발명과 관련되는 반사층(22)이개재되어 있으며, 상기 상 하측 글라스 기판(2)(4)의 주변은 실란트(14)에 의해 밀봉되고 그 사이에 액정(16)이 주입 충전된 구성으로 되어 있다. 상기 절연층(9)은 박막 트랜지스터(8)와 반사층(22) 사이의 전기적 연관이 발생하지 않게 차단하여 주는 작용을 한다.Only the protective layer 10 exists on the opposing surface of the upper glass substrate 2 in the upper and lower glass substrates 2 and 4 disposed to face each other, and the lower glass substrate 4 insulates the thin film transistors 8 from each other. The reflective layer 22 according to the present invention is interposed between the layers 9, and the periphery of the upper and lower glass substrates 2 and 4 is sealed by the sealant 14 and the liquid crystal 16 therebetween. This injection-filled configuration is provided. The insulating layer 9 serves to block an electrical connection between the thin film transistor 8 and the reflective layer 22 so as not to occur.
본 발명에서 반사층(22)은 도 3의 도시와 같이 다층 구조를 가진 단위 픽셀(220)의 집합체로 이루어진다.In the present invention, the reflective layer 22 is composed of a collection of unit pixels 220 having a multilayer structure as shown in FIG. 3.
더 구체적으로 각 단위 픽셀(220)의 다층 구조는 고굴절층(220a)과 저굴절층(220b)을 번갈아 적층시켜 형성되고 그 적층수는 5층 이상, 바람직하게는 6층으로 되는 것이다.More specifically, the multi-layer structure of each unit pixel 220 is formed by alternately stacking the high refractive layer 220a and the low refractive layer 220b, and the number of stacked layers is 5 or more, preferably 6 layers.
상술한 본 발명에서 고굴절층(22a)의 형성에 적합한 물질은 ZrO2, TiO2, ZnSO4가 있고, 저굴절층(22b)에는 MgF2, CeF2가 있다. 여기서 상기 ZrO2의 굴절율은 2.1, TiO2는 2.4, ZnSO4는 2.32이고, MgF2는 1.38, CeF2는 1.63이다.Suitable materials for forming the high refractive layer 22a in the present invention described above include ZrO 2 , TiO 2 , and ZnSO 4 , and the low refractive layer 22b includes MgF 2 and CeF 2 . The refractive index of ZrO 2 is 2.1, TiO 2 is 2.4, ZnSO 4 is 2.32, MgF 2 is 1.38 and CeF 2 is 1.63.
또, 다층 구조에 의한 반사율은 도 4의 측정 그래프를 통해 확인되듯이 층수가 많을수록 반사율이 높아지므로 5층 이상의 층수로 하는 것이 좋고, 더 바람직하게는 450nm ∼ 715nm 파장대만 선별하여 98％의 평탄한 반사율로 반사시키는 6층 구조로 하는 것이 좋다.In addition, since the reflectance by the multilayer structure is confirmed by the measurement graph of FIG. 4, the higher the number of layers, the higher the reflectance is. Therefore, it is preferable to set the number of layers to 5 or more layers. More preferably, the reflectance of 98% is selected by selecting only the 450 nm to 715 nm wavelength band. It is good to have a six-layer structure that reflects the light.
상기 반사율은 고굴절층(22a)과 저굴절층(22b)의 재질에는 관계없이 나타나는 것이나, 반사되는 빛의 파장대역은 두께 조절을 통해 차이가 생기게 할 수 있다.The reflectance may appear regardless of the material of the high refractive index layer 22a and the low refractive index layer 22b, but the wavelength range of the reflected light may cause a difference through thickness control.
구체적인 예로 설명하면, 적색 색조만 반사시키는 단위 픽셀(220)은 170nm의 두께로, 녹색 색조만 반사시키는 단위 픽셀(220)은 130 ∼150nm, 청색 색조만 반사시키는 단위 픽셀(220)은 100nm 의 두께로 적층 형성하면, 각각 특정 파장대의 빛만 반사시키게 되어 각 단위 픽셀(220)은 고유의 색조를 띄게 되는 것이다.As a specific example, the unit pixel 220 reflecting only the red hue is 170 nm thick, the unit pixel 220 reflecting only the green hue is 130-150 nm, and the unit pixel 220 reflecting only the blue hue is 100 nm thick. In this case, each unit pixel 220 has a unique color tone by reflecting only light of a specific wavelength band.
또한, 상기와 같이 구분 형성되는 각 단위 픽셀(220) 사이는 블랙 매트릭스(24)에 의해 격리되는 구조로 된다. 이 블랙 매트릭스(24)는 외부 광이 입사되는 단위 픽셀(220)에서 반사되는 빛이 주변으로 산란되지 않도록 산란광의 진행을 차단시켜서 화면상의 색 순도를 유지하게 하는 작용을 하게 되는 것이며, 이것은 흑연 페이스트 또는 흑색 도료를 이용한 에칭법이나 프린트 기법으로 형성할 수 있다.In addition, the unit pixels 220 separated and formed as described above are separated from each other by the black matrix 24. The black matrix 24 serves to block the progress of the scattered light so that the light reflected from the unit pixel 220 to which external light is incident is not scattered to the surroundings to maintain color purity on the screen. Or it can form by the etching method or the printing technique using black paint.
이렇게 적색, 녹색, 청색의 색조만을 반사하게 형성되는 반사층(22)으로부터 반사되는 반사광은 편광각 θP= Tan-1(η2/η1)의 관계에 따라 편광된다.The reflected light reflected from the reflective layer 22 formed so as to reflect only the red, green, and blue color tones is polarized according to the relationship of polarization angle θ P = Tan −1 (η 2 / η 1 ).
상기 식에서 η1은 박막 트랜지스터의 굴절율, η2는 반사층의 굴절율이다.Η 1 is the refractive index of the thin film transistor, η 2 is the refractive index of the reflective layer.
이에 따라 본 발명에 관련된 반사층(22)은 도 3에 도시한 바와 같이 외부로부터 입사되는 빛 중에서 상기 편광각 이상으로 입사되는 빛 Es 만 굴절 반사시키고 그 이하의 편광각으로 입사되는 빛 Ep는 통과시키는 성질을 가지게 되어 반사와 편광 기능을 겸비하는 작용도 함께 가지게 된다.Accordingly, the reflective layer 22 according to the present invention refracts and reflects only the light Es incident above the polarization angle among the light incident from the outside, as shown in FIG. 3, and passes the light Ep incident at the polarization angle below it. It has the property to combine the function of reflection and polarization.
이상 설명한 바와 같이 본 발명은 외부에서 입사되는 광을 반사층에서 되반사 시켜 화상 표시를 행하는 반사형 액정 표시소자에 있어서, 상기 반사층이 고굴절층과 저굴절층이 번갈아 적층되는 다층 구조의 단위 픽셀로 이루어지고, 상기 단위 픽셀은 각각 적색 단위 픽셀과 녹색 단위 픽셀, 청색 단위 픽셀로 구분 형성된 것이므로 이를 통해 반사되는 반사광은 각각 고유의 적, 녹, 청의 색조를 띄게 되고, 또 이러한 반사광은 박막 트랜지스터의 동작에 의해 상측 글라스 기판을 선별적으로 통과 출사하여 상측 글라스 기판 상에 칼라 화상을 표출하게 되는 것이므로 결과적으로 칼라 필터가 없이도 칼라 화상을 표시할 수 있는 효과와, 상기 칼라 필터의 생략에 의해 제조 코스트와 광 손실의 절감 효과를 얻게 되어 화면의 휘도와 콘트라스트가 향상되는 효과를 나타내게 되는 것이다.As described above, the present invention is a reflective liquid crystal display device which displays an image by reflecting light incident from the outside in a reflective layer, wherein the reflective layer is formed of unit pixels having a multilayer structure in which a high refractive index layer and a low refractive layer are alternately stacked. Since the unit pixel is formed into a red unit pixel, a green unit pixel, and a blue unit pixel, the reflected light reflected through the unit pixel has its own red, green, and blue hue, respectively. By selectively passing through the upper glass substrate to express a color image on the upper glass substrate, as a result, a color image can be displayed without a color filter, and the manufacturing cost and light can be reduced by omitting the color filter. Reduced loss results in higher brightness and contrast Which it will exhibit the effect.
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