KR100434407B1

KR100434407B1 - 반투과형 필드순차구동 액정표시소자

Info

Publication number: KR100434407B1
Application number: KR10-2001-0080292A
Authority: KR
Inventors: 이승철; 유장진; 김문철; 임무종
Original assignee: 엘지.필립스 엘시디 주식회사
Priority date: 2001-12-17
Filing date: 2001-12-17
Publication date: 2004-06-04
Also published as: KR20030049944A

Abstract

본 발명의 반투과형 필드순차구동 액정표시소자는 컬러필터가 형성되지 않은 반투과형 액정패널과, 상기 반투과형 액정패널의 후면에 장착되며, 적색광, 녹색광 및 청색광을 순차적으로 상기 반투과형 액정패널로 입사하여 액정패널을 투과한 광을 합성함으로써 컬러를 구현하는 백라이트과, 상기 반투과형 액정패널의 전면에 장착되며, 적색광, 녹색광 및 청색광을 순차적으로 상기 반사형 액정패널로 입사하여 반사되어 방출되는 광을 합성함으로써 컬러를 구현하는 프런트라이트로 구성된다.

Description

반투과형 필드순차구동 액정표시소자{A TRANS-REFLECTIVE FIELD-SEQUENTIAL LIQUID CRYSTAL DISPLAY DEVICE}

본 발명은 액정표시소자에 관한 것으로, 특히 R,G,B광원을 가진 프런트라이트와 백라이트를 반투과형 액정패널의 전면 및 후면에 부착하여 상기 프런트라이트 및 백라이트로부터 순차적으로 입사되는 적색과, 녹색광 및 청색광을 액정패널에 입사하여 컬러필터 없이도 반사형 또는 투과형으로 컬러를 구현할 수 있는 반투과형 필드순차구동 액정표시소자에 관한 것이다.

근래, 핸드폰(mobile phone), PDA, 노트북컴퓨터와 같은 각종 휴대용 전자기기가 발전함에 따라 이에 적용할 수 있는 경박단소용의 평판표시장치(Flat Panel Display device)에 대한 요구가 점차 증대되고 있다. 이러한 평판표시장치로는 LCD(Liquid Crystal Display), PDP(Plasma Display Panel), FED(Field Emission Display), VFD(Vacuum Fluorescent Display) 등이 활발히 연구되고 있지만, 양산화 기술, 구동수단의 용이성, 고화질의 구현이라는 이유로 인해 현재에는 액정표시소자(LCD)가 각광을 받고 있다.

이러한 액정표시소자로는 지금까지 투과형이 주로 사용되고 있었다. 투과형 액정표시소자는 액정패널의 후면, 즉 화면의 반대측에 백색광을 발광하는 백라이트를 장착하여 이 백라이트가 액정층을 투과함으로써 원하는 화상을 표시하는 것이다. 그러나, 이러한 투과형 액정표시소자에서는 전체 액정표시소자의 약 70％ 전력을 소비하는 백라이트에 의해 휴대용 전자기기에 적용될 경우 사용시간이 단축되는문제가 있었다.

이러한 문제를 해결하기 위해 제안된 액정표시소자가 반사형 액정표시소자이다. 이 반사형 액정표시소자에서는 광원으로서 고전력소비의 백라이트를 사용하는 대신에, 외부로부터 입사되는 자연광을 반사수단에 반사시켜 화상을 구현하는 것으로 투과형 액정표시소자에 비해 전력소모가 작고 경량화를 실현할 수 있다는 장점을 가지고 있다. 그러나, 이러한 반사형 액정표시소자에 있어서도, 자연광이 존재하지 않는 밤이나 어두운 실내에서는 사용할 수 없다는 치명적인 약점이 있었다.

따라서, 상기와 같은 투과형 액정표시소자와 반사형 액정표시소자의 장점을 수용한 반투과형 액정표시소자가 현재 활발히 연구되고 있다.

도 1 및 도 2에 이러한 반투과형 액정표시소자의 구조가 도시되어 있다. 도 1에 도시된 바와 같이, 액정패널(10)에는 종횡으로 배열되어 복수의 화소(11)를 정의하는 복수의 게이트라인(12)과 데이터라인(14)이 형성되어 있으며, 각 화소 내에는 스위칭소자인 박막트랜지스터(Thin Film Transistor;16)가 배치되어 상기 게이트라인(12)을 통해 주사신호가 입력되는 경우 스위칭되어 데이터라인(14)을 통해 입력되는 신호를 액정층(18)에 인가한다. 도면에서, 도면부호 Cst는 축적캐패시터로서, 입력되는 데이터신호를 다음 주사신호의 인가시까지 유지하는 역할을 한다. 액정층(18)에 인가된 신호에 의해 액정분자가 동작되며, 액정분자가 동작됨에 따라 액정층(18)을 투과한 광이 컬러필터를 통과하면서 액정표시소자의 컬러가 구현된다.

이러한 반투과형 액정표시소자의 화소구조를 도 2를 참조하여 설명한다. 도면에 도시된 바와 같이, 유리와 같은 투명한 절연물질로 이루어진 하부기판(20)상에는 금속으로 이루어진 게이트전극(24)이 형성되어 있으며, 상기 게이트전극(24)이 형성된 기판(20) 전체에 걸쳐서 게이트절연층(22)이 적층되어 있다. 게이트절연층(22) 위에는 반도체층(26)이 형성되어 있으며, 그 위에 금속으로 이루어진 소스/드레인전극(28)이 형성되어 있다.

상기 소스/드레인전극(28) 위에는 기판(20) 전체에 걸쳐 보호층(passivation layer;30)이 형성되며, 상기 보호층(30) 위에 반사층(31)이 형성되어 있다. 상기 반사층(31)은 외부로부터 입사되는 광을 반사하기 위한 것으로, AlNd와 같이 반사율이 좋은 알루미늄합금으로 형성하는 것이 바람직하다. 상기 반사층(31)에는 d의 폭을 갖는 광투과용 개구(35)가 형성되어 있다. 상기 반사층(31)이 형성된 보호층(30) 위에는 절연층(33)이 형성되어 있으며, 그 위에 ITO(Indium Tin Oxide)와 같은 투명한 금속으로 이루어진 화소전극(32)이 형성된다. 상기 화소전극(32)은 화소내의 일부 영역, 즉 실제 화상이 구현되는 화상표시영역에만 형성되는 것으로, 보호층(30) 및 절연층(33)에 형성된 컨택홀(contact hole)을 통해 소스/드레인전극(28)과 전기적으로 접속된다.

또한, 상부 기판(40)에는 화소의 화상 비표시영역, 즉 화소와 화소 사이 및 TFT영역으로 광이 누설되어 화질이 저하되는 것을 방지하기 위한 광차단층인 블랙매트릭스(42)가 형성되어 있으며, 화상표시영역에는 실제 컬러를 구현하는 컬러필터층(44)이 형성되어 있다. 도면에는 도시하지 않았지만, 상기 블랙매트릭스(42)와 컬러필터층(44) 위에는 ITO와 같은 투명한 금속으로 이루어진 공통전극이 형성되어 있다.

상기와 같이, 박막트랜지스터가 형성된 하부기판(20)과 컬러필터층(44)이 형성된 상부 기판(40)은 그 사이에 위치한 스페이서(spacer;52)에 의해 일정한 셀갭(cell gap)을 유지하며, 그 사이에 액정이 주입되어 액정층(50)이 형성된다.

또한, 도면에는 도시하지 않았지만, 상기 하부기판(20)과 상부기판(40)에는 각각 액정층(50)의 액정분자를 배향하기 위한 배향막이 적층되어 있다.

상기와 같이, 구성된 액정표시소자에서는 게이트라인(12)을 통해 외부로부터 입력되는 주사신호가 인가됨에 따라 반도체층(26)이 활성화되어 채널층이 형성되며, 이 채널층을 통해 소스/드레인전극(28)을 통해 데이터라인(14)으로부터 입력되는 데이터신호가 액정층(50)에 인가된다. 한편, 도 1에 도시된 바와 같이 횡으로 배열된 게이트라인(12)에는 복수의 화소에 배치된 TFT의 게이트전극(24)이 각각 접속되어 있다. 따라서, 게이트라인(12)에 주사신호가 인가됨에 따라 해당 게이트라인(12)과 접속된 복수의 TFT의 반도체층이 활성화되며, 이 상태에서 데이터라인(5)을 통해 데이터신호가 입력됨에 따라 해당 화소의 액정층(50)이 동작하게 된다.

액정패널(10)의 후면에는 백라이트(60)가 설치되어 액정층(50)으로 광이 입사된다. TFT의 게이트전극(24)에 주사신호가 인가되지 않는 경우 상기 액정층(50)에 데이터신호가 인가되지 않기 때문에 액정층(50)의 액정분자가 작동하지 않게 되므로, 백라이트(60)로부터 입사되는 광은 상기 액정층(50)을 투과하지 않게 된다. 반면에, TFT의 게이트전극(24)에 주사신호가 인가되면, 액정층(50)에 데이터신호가 인가되어 액정분자가 동작하게 되며, 그 결과 백라이트(60)로부터 투사되는 광이반사층(31)에 형성된 광투과용 개구(35)를 통해 상기 액정층(50)을 투과하여 화면에 컬러화상이 표시된다.

상기와 같이 구성된 반투과형 액정표시소자는 두가지 모드로 사용될 수 있다. 첫째 모드는 반사형 모드로서, 외부광원이 존재하는 경우에 사용되는 모드이다. 이 모드에서는 외부광원이 존재하기 때문에, 백라이트를 작동할 필요없게 된다. 즉, 외부의 광원으로부터 입사되는 광이 반사층(31)에 의해 반사되어 다시 액정층(50)을 통해 투과됨으로써 액정표시소자의 화면상에 화상을 구현하는 것이다.

둘째 모드는 투과형 모드로서, 외부광원이 존재하지 않거나 약한 경우 백라이트를 작동시켜 백라이트로부터 입사된 광이 반사층(31)에 형성된 광투과용 개구(35)를 통해 액정층(50)을 투과시킴으로써 화상을 구현하는 모드이다.

그러나, 상기한 반투과형 액정표시소자에는 다음과 같은 문제가 있다. 첫째, 고휘도의 실현이 어렵다는 것이다. 반투과형 액정표시소자를 투과형 모드와 반사형 모드로 사용하여 컬러화상을 구현하기 위해서는 광투과용 개구(35)를 투과한 광 또는 반사층(31)에 의해 반사된 광이 컬러필터층(44)을 통과해야만 하는데, 이때 액정층(50)을 투과한 광의 약 2/3가 상기 컬러필터층(44)에 의해 흡수된다. 따라서, 컬러필터층(44)을 투과하는 광은 최초 액정층(50)을 투과한 광에 비해 약 1/3밖에 되지 않기 때문에, 결국 고휘도의 액정표시소자를 제작하기란 대단히 어려운 일이다.

둘째, 고해상도의 액정표시소자 제작이 어렵다는 것이다. 반투과형 액정표시소자뿐만 아니라 투과형 액정표시소자와 반사형 액정표시소자도 컬러필터층을 이용하여 컬러를 구현한다. 즉, 백라이트의 광이나 외부의 자연광을 상기 컬러필터층에 투과시킴으로써 원하는 컬러를 구현하는 것이다. 일반적으로 컬러는 색의 3요소인 R(Red), G(Green), B(Blue)에 의해 구현된다. 따라서, 액정표시소자의 컬러필터층은 R, G, B의 컬러필터층으로 구성되어 있으며, 이들 각각의 R, G, B컬러필터층에 대응하는 TFT를 작동시킴으로써 원하는 컬러, 즉 합성된 컬러를 구현할 수 있게 된다. 이들 각각의 R, G, B컬러필터층은 도 1에 도시된 각각의 화소(즉, R, G, B화소이다)에 대응한다. 도 1의 설명에서는 이들 각각의 화소가 독립적인 화소로서 설명되고 있지만, 엄밀하게 얘기하자면 이들 화소는 R, G, B 서브화소(sub-pixel)이다. 다시 말해서, 도 1에 도시된 바와 같이 액정표시소자는 R, G, B 서브화소가 반복 형성되어 있는 것이다.

도 3에 R, G, B서브화소의 개념도가 도시되어 있다. 도면에 도시된 바와 같이, 각각의 R, G, B서브화소(11a,11b,11c)가 모여 완전한 하나의 화소(11)를 형성한다. 이때, 각각의 서브화소(11a,11b,11c)에는 도 1에 도시된 바와 같이, TFT가 형성되어 있다. 각 서브화소(11a,11b,11c)에 형성된 TFT가 턴온되어 각 서브화소(11a,11b,11c)의 화소전극에 신호가 인가됨에 따라 백라이트의 광 또는 외부의 자연광이 액정층을 투과하며, 그 결과 각 서브화소(11a,11b,11c)에 R, G, B의 색소가 구현되고 이들 R, G, B의 색소가 혼합되어 원하는 컬러를 표시하게 된다.

이와 같이, 종래의 반투과형 액정표시소자는 R,G,B 서브화소가 모여 하나의 화소를 형성한다. 따라서, n개의 게이트전극과 m개의 데이터전극에 의해 n×m개의 화소가 정의되는 경우에도, 실제 액정표시소자의 해상도는 형성된 화소에 대응하는n×m이 아니라 ( n×m)/3이 된다. 이것은 실제 형성되는 화소(즉, 서브화소)에 비해 화면상에 구현되는 해상도는 화소수에 비해 1/3 만큼 저하된다는 것을 의미하는 것이다. 다시 말해서, 상기한 종래의 반투과형 액정표시소자에서는 고해상도를 구현하는데 한계가 있었다.

본 발명은 상기한 점을 감안하여 이루어진 것으로, 컬러필터가 채용되지 않는 반투과형 액정표시소자의 전면 및 후면측에 R,G,B광원이 순차적으로 발광하는 백라이트 및 프런트라이트를 설치함으로써 고휘도 및 고해상도를 실현할 수 있는 반투과형 필드순차구동 액정표시소자를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 다른 목적은 컬러필터없이 R,G,B광원에 의해 컬러를 실현함으로서 흑백 및 컬러 겸용으로 사용할 수 있는 반투과형 필드순차구동 액정표시소자를 제공하는 것이다.

상기한 목적을 달성하기 위해, 본 발명에 따른 반투과형 필드순차구동 액정표시소자는 컬러필터가 형성되지 않은 반투과형 액정패널과, 상기 반투과형 액정패널의 후면에 장착되며, 적색광, 녹색광 및 청색광을 순차적으로 상기 반투과형 액정패널로 입사하여 액정패널을 투과한 광을 합성함으로써 컬러를 구현하는 백라이트와, 상기 반투과형 액정패널의 전면에 장착되며, 적색광, 녹색광 및 청색광을 순차적으로 상기 반사형 액정패널로 입사하여 반사되어 방출되는 광을 합성함으로써 컬러를 구현하는 프런트라이트로 구성된다.

본 발명의 액정표시소자에는 컬러필터가 형성되지 않는다. 각 화소에서의 컬러구현은 각 화소에 R,G,B의 데이터신호가 차례로 인가될 때, 데이터의 기입후 소거시 적색광, 녹색광 및 청색광이 순차적으로 상기 화소를 투과함으로써 합성된 컬러를 얻을 수 있게 된다.

이러한 본 발명에서는 R,G,B광원이 설치된 백라이트 또는/및 프런트라이트를 작동하는 경우 컬러 액정표시소자로서 사용하고 백라이트와 프런트라이트가 작동하지 않는 경우에는 흑백 액정표시소자로서 사용할 수 있게 된다.

또한, 본 발명에서는 화소가 3개의 서브화소로 분할하지 않은 상태로 컬러를 구현할 수 있기 때문에, 고해상도의 액정표시소자를 제작할 수 있게 된다.

도 1은 종래의 반투과형 액정표시소자의 구조를 나타내는 평면도.

도 2는 종래의 반투과형 액정표시소자의 한 화소 구조를 나타내는 단면도.

도 3은 종래의 반투과형 액정표시소자의 화소를 나타내는 개념도.

도 4는 본 발명에 따른 반투과형 필드순차구동 액정표시소자의 구조를 나타내는 단면도.

도 5는 프런트라이트의 구조를 나타내는 도면.

도 6은 본 발명에 따른 반사형 필드순차구동 액정표시소자의 구동회로를 나타내는 도면.

도 7은 본 발명에 따른 반사형 필드순차구동 액정표시소자의 데이터신호와 라이트 구동신호의 타이밍챠트.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *

110 : 액정패널 120, 140 : 기판

122 : 게이트절연층 124 : 게이트전극

126 : 반도체층 128 : 소스/드레인전극

131 : 반사층 135 : 광투과용 개구

142 : 블랙매트릭스 150 : 액정층

160 : 백라이트 170 : 프런트라이트

172 : 광원 173 : 도광체

180 : 게이트구동IC 182 : 데이터구동IC

184 : 제어부 186 : 패널제어부

188 : 라이트 제어부

본 발명은 반투과형 액정표시소자에 관한 것이다. 그러나, 본 발명의 반투과형 액정표시소자는 반사형 모드시 외부의 자연광을 광원으로 하는 액정표시소자가 아니라 액정패널의 전면에 발광수단을 구비한 반투과형 액정표시소자이다. 즉, 발광수단이 액정패널의 전면과 후면에 장착되어 각각의 발광수단을 작동함에 따라 반사형 모드와 투과형 모드를 실행하는 것이다.

또한, 본 발명의 반투과형 액정표시소자에서는 컬러필터가 필요없다. 본 발명에서는 액정패널의 전면과 후면에 적색광(R), 녹색광(G), 및 청색광(B)을 순차적으로 발광하는 발광수단, 즉 프런트라이트(front light)와 백라이트를 설치하기 때문에 색을 구현하기 위한 별도의 컬러필터가 필요없게 된다. 따라서, 액정패널의 전면 및 후면에 설치되는 프런트라이트와 백라이트를 작동하지 않을 때에는 외부의 자연광을 이용한 반사모드의 흑백 표시소자로서 이용하고, 프런트라이트와 백라이트를 작동하는 경우에는 컬러 표시소자로서 이용할 수 있게 된다.

또한, 컬러필터를 채용하지 않기 때문에, 액정표시소자의 휘도를 대폭 향상시킬 수 있게 된다. 일반적으로 컬러필터가 채용된 종래의 액정표시소자에서는 액정패널을 투과하는 광의 2/3 이상이 상기 컬러필터에 의해 흡수되지만, 본 발명에서 광을 흡수하는 컬러필터가 없기 때문에, 모든 광이 액정패널을 투과하므로 종래의 액정표시소자에 비해 상대적으로 높은 휘도를 발휘할 수 있게 된다. 더욱이, 화소가 3개의 서브화소(R,G,B화소)로 이루어질 필요가 없기 때문에 고해상도의 액정표시소자를 용이하게 제작할 수 있게 된다.

프런트라이트와 백라이트는 적색광(R), 녹색광(G) 및 청색광(B)을 순차적으로 발광하는 광원이라면 어떠한 것도 사용될 수 있다. 예를 들면, R,G,B색에 대응하는 파장의 광을 각각 발산하는 발광다이오드(Light Emitting Diode)는 본 발명의 광원으로서 유용하게 사용될 수 있을 것이다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명에 따른 반투과형 필드순차구동 액정표시소자에 대하여 상세히 설명한다.

도 4는 본 발명에 따른 반투과형 필드순차구동 액정표시소자의 구조를 나타내는 도면이다. 도면에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 반투과형 액정패널의 내부 구조는 도 2에 도시된 종래의 반투과형 액정패널의 구조와 유사하다. 이를 간략하게 설명하면 다음과 같다.

도면에 도시된 바와 같이, 유리와 같은 투명한 절연물질로 이루어진 하부기판(120)상에는 금속으로 이루어진 게이트전극(124)이 형성되어 있으며, 상기 게이트전극(124)이 형성된 기판(120) 전체에 걸쳐서 게이트절연층(122)이 적층되어 있다. 상기 게이트절연층(122) 위에는 반도체층(126)이 형성되어 있으며, 그 위에 금속으로 이루어진 소스/드레인전극(128)이 형성되어 있다. 소스/드레인전극(128) 위에는 기판(20) 전체에 걸쳐 보호층(130)이 형성되며, 상기 보호층(30) 위에 반사층(31)이 형성되어 있다. 상기 반사층(31)은 외부로부터 입사되는 광을 반사하기 위한 것으로, AlNd와 같은 알루미늄합금으로 형성하는 것이 바람직하지만, 반사율이 좋은 금속이라면 어떠한 금속도 가능하다.

상기 반사층(131)에는 d의 폭을 갖는 광투과용 개구(135)가 형성되어 있다. 도면에는 비록 상기 광투과용 개구(135)의 형상이 자세히 도시되어 있지는 않지만, 반사층(131)의 표면상에 어떠한 형상으로도 형성될 수 있다. 예를 들면, 직경이 d인 원형상이나 장축 또는 단축이 d인 타원형상, 또는 한변의 길이가 d인 사각형상의 개구(135)는 본 발명의 목적을 달성하기 위해 훌륭하게 사용될 수 있을 것이다.

상기 반사층(131)이 형성된 보호층(130) 위에는 절연층(133)이 형성되어 있으며, 그 위에 ITO로 이루어진 화소전극(32)이 형성된다. 상기 화소전극(132)은 화소내의 일부 영역, 즉 실제 화상이 구현되는 화상표시영역에만 형성되는 것으로, 보호층(130) 및 절연층(133)에 형성된 컨택홀을 통해 소스/드레인전극(128)과 전기적으로 접속된다.

또한, 상부기판(140)에는 블랙매트릭스(142)가 형성되어 있다. 상기 블랙매트릭스(142)는 화소와 화소 사이 및 TFT영역 등과 같이 화면상에 화상이 표시되지 않는 영역에 형성되는 것으로 이 영역으로 광이 누설되어 화질이 저하되는 것을 방지하기 위한 것이다. 도면에는 도시하지 않았지만, 상기 블랙매트릭스(142)가 형성된 상부기판(140)에는 ITO로 이루어진 공통전극이 형성되어 있다.

하부기판(120)과 상부기판(140)은 그 사이에 위치한 스페이서(52)에 의해 일정한 셀갭을 유지하며, 그 사이에 액정이 주입되어 액정층(150)이 형성된다.

또한, 도면에는 도시하지 않았지만, 상기 하부기판(120)과 상부기판(140)에는 각각 액정층(150)의 액정분자를 배향하기 위한 배향막이 적층되어 있다.

종래의 반투과형 액정표시소자에서는 상부기판(140)에 형성된 블랙매트릭스(142)의 사이, 즉 화소의 화상표시영역에 컬러를 구현하기 위한 컬러필터층이 형성되어 있었다. 그러나, 본 발명에서는 이러한 컬러필터층이 형성되어 있지 않다. 따라서, 본 발명에서는 블랙매트릭스(142)가 형성된 상부기판(140)에 컬러필터의 형성없이 곧바로 공통전극과 배향막(도면표시하지 않음)이 형성되어 있다.

본 발명에서는 컬러필터가 없는 대신에 액정패널의 전후면에 각각 적색광, 녹색광 및 청색광을 순차적으로 발광하는 프런트라이트(170) 및 백라이트(160)를 장착하여 컬러를 구현한다.

도면에 도시된 바와 같이, 백라이트(160)와 프런트라이트(170)는 각각 측면에 설치되어 광을 방출하는 광원(162a,162b,162c;172a,172b,172c)과 상기 광원(162a,162b,162c;172a,172b,172c)으로부터 방출된 광이 진행하여 액정패널로 광을 입사시키는 도광체(164,173)로 구성되어 있다. 백라이트(160)의 광원(162a,162b,162c)과 프런트라이트(170)의 광원(172a,172b,172c)은 각각 적색(R), 녹색(G) 및 청색(B)에 대응하는 주파수의 광을 순차적으로 발산하는 LED와 같은 3개의 광원으로 구성되어, 입사면(166,176)을 통해 각각의 광이 도광체(164,173)로 입사된다.

백라이트(160)에 장착된 광원(162a,162b,162c)으로부터 발광된 광은 도광체(164)를 거쳐 액정패널로 입사된다. 액정패널에 입사된 광은 반사층(131)에 형성된 개구(135)를 통해 액정층(150)을 투과한 후 외부(즉, 액정표시소자의 화면측)으로 진행한다. 또한, 프런트라이트(170)에 장착된 광원(172a,172b,172c)으로부터 발광된 광은 도광체(173)를 거쳐 액정패널로 입사되며, 이 입사된 광이 반사층(131)에 반사한 후 액정층(150)을 투과하여 외부로 진행하게 된다.

상기와 같이, 본 발명의 액정표시소자에서는 적색광(R), 녹색광(G), 청색광(B)을 발광하는 백라이트(160)와 프런트라이트(170)을 액정패널의 전면 또는 후면에 장착한 후 반사모드와 투과모드에 따라 상기 백라이트(160)와 프런트라이트(170)를 동작시켜 화면상에 컬러화상을 구현한다. 또한, 상기 백라이트(160)와 프런트라이트(170)를 동시에 작동하여 사용할 수도 있다.

일반적으로 백라이트(160)와 프런트라이트(170)는 거의 유사한 구조로 이루어져 있다. 따라서, 도 5에 도시된 프런트라이트(170)의 자세한 구조만을 개시함으로써 상기 백라이트(160)와 프런트라이트(170)의 구체적인 구조를 설명한다.

도면에 도시된 바와 같이, 액정패널과 대향하는 도광체(173)의 계면(175)은 평탄한 면으로 이루어진 반면에 외부에 노출되는 계면(174)은 평탄면(174a)과 경사면(174b)으로 이루어져 있다. 도광체(173)의 일측면에 설치된 광원(172a,172b,172c)으로부터 각각 발산된 적색광(R), 녹색광(G) 및 청색광(B)은 입사면을 통해 도광체(173) 내부로 입사된다. 입사된 광의 일부는 도광체(173)를 직진하며 다른 일부의 광은 도광체(173)의 양계면(174,175)에서 반사되어 다른 측면으로 진행한다. 한편, 도광체(173)의 주변은 공기로 둘러 싸여져 있기 때문에, 스넬의 법칙에 의해 서로 다른 매질의 계면(즉, 도광체와 공기의 계면)에 입사된 광은 특정 각도 이상에서는 전반사되며, 특정 각도 이하에서는 투과하게 된다.

따라서, 광원(172a,172b,172c)으로부터 계면(175)을 통해 입사된 광 중에서, 반사면(174b)에서 전반사된 광과 계면(175)에서 전반사한 후 경사부(174b)에서 반사된 광은 계면(175)을 통해 액정패널로 입사된다. 액정패널로 입사된 광은 도 5에 도시된 액정층(150)을 투과한 후 반사층(131)에서 반사되어 다시 도광체(173)에 입사되어 평탄면(174a)을 통해 외부로 방출된다.

한편, 상기 광원(172a,172b,172c)은 도면에 도시된 바와 같이, 도광체(173)의 일측면에 설치될 수도 있지만, 다른 측면에 설치될 수도 있으면 양측면에 설치될 수도 있다.

상기 백라이트(160)에 설치된 광원(162a,162b,162c) 및 프런트라이트(170)에 설치된 광원(172a,172b,172c)은 순차적으로 동작한다. 각 광원의 순차적 동작에 의해 적색광(R), 녹색광(G) 및 청색광(B)이 액정패널로 입사된 후 개구(135)를 통해 투과되어 또는 반사층(131)에 의해 반사되어 화소에는 순차적으로 R,G,B의 컬러가 구현된다. 화소에 구현되는 이러한 R,G,B의 컬러는 시간 간격을 두고 이루어지는데 이러한 시간 간격을 '필드(field)'라고 한다. 따라서, 상기와 같이, R,G,B광원을순차적으로 구동함으로써 컬러를 구현하는 방식을 필드순차구동방식이라 한다.

일반적으로 화소가 3개의 서브화소(R,G,B서브화소)로 분할되어 있는 종래의 LCD에서는 상기 서브화소의 크기는 사람이 인식할 수 없을 정도로 작은 크기로 되어 있다. 따라서, 사람의 눈은 상기 서브화소에 의해 구현되는 컬러를 개별적으로 인식하는 것이 아니라 R,G,B컬러가 합성된 컬러를 인식한다. 그 결과, 상기 R,G,B서브화소의 그레이레벨(gray level)을 변화시킴으로써 사용자가 인식할 수 있는 컬러를 구현할 수 있게 되는 것이다.

한편, 필드순차구동방식에서는 종래 액정표시소자에 적용되는 프레임(frame)이 3개의 필드로 분할되며, 각 필드 동안, 프런트라이트로부터 적색광, 녹색광 및 청색광이 액정패널로 입사된다.

통상적으로 60Hz로 구동하는 액정표시소자의 한 프레임의 시간 간격은 16.7ms(1/60s)이다. 따라서, 필드순차구동방식의 필드는 5.55ms(1/180s)의 시간 간격을 갖는다. 이 시간 간격은 매우 짧은 시간으로서, 이 짧은 시간 간격의 필드 변화는 사람의 눈으로 감지할 수 없게 된다. 결국, 사람은 눈에는 16.7ms의 통합된 시간으로 인식되어 R,G,B의 합성된 컬러가 인식되는 것이다.

이러한 필드순차구동방식의 액정표시소자에서는 액정패널의 화소에 인가되는 데이터신호에 연동하여 프런트라이트를 구동되기 때문에, 종래의 액정표시소자 구동회로와는 다른 구성으로 이루어져야만 한다. 도 6 및 도 7에 본 발명에 따른 반사형 필드순차구동방식 액정표시소자의 구동회로와 이 구동회로의 타이밍챠트가 도시되어 있다.

도6에 도시된 바와 같이, 액정패널(110)내에 형성된 게이트라인과 데이터라인에 각각 연결되어 화소내에 신호를 인가하는 게이트구동IC(180) 및 데이터구동IC(182)는 패널제어부(186)에 접속되어 있으며, 상기 패널제어부(186)는 제어부(184)에 연결되어 있다. 또한, 상기 제어부(184)에는 백라이트(160)와 프런트라이트(170)를 제어하는 라이트제어부(188)가 연결되어 있다. 패널제어부(186)는 상기 게이트구동IC(180)와 데이터구동IC(182)를 제어하여 패널 내부에 주사신호와 데이터신호를 인가하도록 한다. 상기 라이트제어부(188)는 백라이트(160)와 프런트라이트(170)에 제어신호를 출력하여 R,G,B광원을 순차적으로 구동한다.

제어부(184)로 외부의 호스트 등으로부터 명령이 입력되면, 상기 제어부(184)는 패널제어부(186) 및 라이트제어부(188)를 제어하여 연동된 데이터신호와 백라이트 및 프런트트라이트 구동신호를 출력하도록 한다. 이때, 도 7에 도시된 바와 같이, 패널제어부(186)의 제어에 의해 데이터구동IC(182)에서는 60Hz의 프레임신호를 출력한다. 상기 프레임신호는 R,G,B의 서브프레임으로 이루어져 있으며, 각각의 서브프레임은 R,G,B신호의 기입(write)과 소거로 구성된다.

한편, 라이트제어부(188)는 상기 R,G,B 서브프레임 동안 R,G,B광원을 작동시킨다. 예를 들면, 데이터구동IC(182)로부터 화소전극(즉, 반사층(131))에 R,G,B신호가 순차적으로 인가되면, 상기 R신호의 소거기간중에는 백라이트(160) 또는/및 프런트라이트(170)의 R광이 작동하여 적색광이 액정패널로 입사된다. 이후, G,B신호가 순차적으로 인가됨에 따라 백라이트(160) 또는/및 프런트라이트(170)의 G광원과 B광원이 순차적으로 작동됨으로써 녹색광과 청색광이 액정패널로 순차적으로 입사된다. 순차적으로 입사된 적색광(R), 녹색광(G) 및 청색광(B)이 반사층(131)에 의해 반사된 후 외부로 방출됨으로서 합성된 컬러가 구현된다.

상기한 바와 같이, 본 발명에서는 순차적으로 발광하는 백라이트 및 프런트라이트를 구비한 반투과형 액정표시소자를 제작하였다. 따라서, 외부 환경에 따라 액정표시소자를 투과형 모드로 작동하거나 반사형 모드로 작동할 수 있으며, 경우에 따라서는 백라이트와 프런트라이트를 동시에 작동하여 사용할 수도 있게 된다.

이러한 본 발명의 반투과형 필드순차구동 액정표시소자에서는 적색광, 녹색광 및 청색광을 각각 발광하는 R,G,B광원을 백라이트와 프런트라이트로 채용하여 컬러를 구현하기 때문에 컬러필터가 필요없게 된다. 따라서, 컬러필터에 의해 액정층을 투과하는 광의 대부분이 흡수되던 종래의 액정표시소자에 비해 고휘도를 실현할 수 있게 된다. 특히, 본 발명의 액정표시소자에는 컬러필터가 형성되어 있지 않기 때문에, 컬러 표시소자와 흑백 표시소자용으로 사용될 수 있다. 즉, 광원을 작동시키기 않은 상태에서는 외부의 자연광을 이용한 반사모드에 의해 흑백용으로 사용하고 광원을 작동시킨 상태에서는 컬러용으로 사용하는 것이다. 이러한 컬러 및 흑백 겸용 표시소자의 장점은 저밀도 정보의 표시시에는 흑백으로 사용하고 고밀도 정보의 사용시에는 컬러로 사용할 수 있기 때문에, 휴대용 전자기기에 채용될 때 상기 흑백과 컬러를 적당히 조절함으로서 장시간의 사용이 가능하게 된다.

이때, 본 발명에 따른 반사형 필드순차구동 액정표시소자의 화소구조는 컬러필터를 제외하고는 종래의 반투과형 액정표시소자의 화소구조와는 동일하다. 따라서, 본 종래의 반사형 액정표시소자에 적용되던 다양한 구조 역시 본 발명에 어려움 없이 적용될 수 있을 것이다. 예를 들면, 광투과용 개구(135)가 형성된 반사층(131)을 TFT의 소스/드레인전극(128)과 동일한 층에 형성하거나, 보호층(132) 위에 화소의 평탄화를 위한 유기보호층을 형성하는 등의 구조 역시 본 발명에 용이하게 적용될 수 있을 것이다. 또한, 반사층(131)에 요철과 같은 반사효율 향상수단을 구비하는 구조 역시 본 발명에 훌륭하게 적용될 수 있을 것이다. 그리고, 상기한 설명에서는 R,G,B광원은 주로 LED를 개시하고 있지만, 이러한 R,G,B광원은 적색광, 녹색광 및 청색광을 발광할 수 있는 발광수단이라면 어떠한 것도 가능하다.

따라서, 본 발명의 권리는 범위는 상술한 상세한 설명에 예시한 구조에 의해 결정되는 것이 아니라 첨부한 특허청구범위에 의해 결정되어야만 할 것이다.

상술한 바와 같이 구성된 본 발명의 반투과형 필드순차구동 액정표시소자는 다음과 같은 장점을 가진다.

첫째, 컬러필터를 채용하지 않기 때문에, 컬러필터에 의한 광흡수가 발생하지 않게 되어 고휘도의 실현이 가능하게 된다.

둘째, 백라이트 또는/및 프런트라이트를 작동하여 컬러 표시소자로 사용할 수 있으며 백라이트 및 프런트라이트를 작동하지 않는 반사모드로 구동함으로써 흑백용 표시소자로 사용할 수 있다. 즉, 흑백 및 컬러 겸용이 가능하다.

셋째, 화소가 R,G,B의 서브화소로 분할되지 않기 때문에 고해상도의 액정표시소자를 제작할 수 있게 된다.

넷째, R,G,B서브화소로 이루어진 종래의 액정표시소자가 각각의 R,G,B서브화소에 데이터신호를 인가하는 구동소자를 3개 구비해야만 하는 반면에, 본 발명에서는 단지 하나의 구동소자만이 필요하게 되므로 제조비용을 절감할 수 있다.

Claims

컬러필터가 형성되지 않은 반투과형 액정패널;

상기 반투과형 액정패널의 후면에 장착되며, 적색광, 녹색광 및 청색광을 설정된 3개의 필드 동안 순차적으로 상기 반투과형 액정패널로 입사하여 액정패널을 투과한 광을 합성함으로써 1프레임의 컬러를 구현하는 백라이트; 및

상기 반투과형 액정패널의 전면에 장착되며, 적색광, 녹색광 및 청색광을 설정된 3개의 필드 동안 순차적으로 상기 반투과형 액정패널로 입사하여 반사되어 방출되는 광을 합성함으로써 1프레임의 컬러를 구현하는 프런트라이트로 구성된 반투과형 액정표시소자.
제1항에 있어서, 상기 반투과형 액정패널은,

하부기판 및 상부기판;

상기 하부기판 및 상부기판 사이에 형성된 액정층;

상기 하부기판에 형성되어 복수의 화소영역을 정의하는 게이트라인 및 데이터라인;

상기 화소에 각각 형성된 박막트랜지스터;

상기 화소에 형성되어 박막트랜지스터를 통해 입력되는 신호를 액정층에 인가하는 화소전극;

상기 화소에 형성되며 광투과용 개구가 형성되어 입사되는 광을 투과하거나 반사시키는 반사층; 및

상부기판에 형성되어 화상 비표시영역으로 광이 누설되는 것을 방지하는 블랙매트릭스로 이루어진 것을 특징으로 하는 반투과형 액정표시소자.
제2항에 있어서, 상기 반사층은 AlNd로 이루어진 것을 특징으로 하는 반투과형 액정표시소자.
제1항에 있어서, 상기 백라이트는 및 프런트라이트는,

적색광, 녹색광 및 청색광을 발광하는 R,G,B광원; 및

상기 R,G,B광원으로부터 입사된 빛이 진행하여 상기 반투과형 액정패널로 광을 입사시키는 도광체로 이루어진 것을 특징으로 하는 반투과형 액정표시소자.
제4항에 있어서, 상기 R,G,B광원은 LED를 포함하는 것을 특징으로 하는 반투과형 액정표시소자.
제4항에 있어서, 상기 R,G,B광원은 도광체의 일측면 또는 양측면에 설치되는 것을 특징으로 하는 반투과형 액정표시소자.
제4항에 있어서, 백라이트의 도광체는,

액정패널과 대향하는 평탄한 제1면; 및

R,G,B광원으로부터 입사되는 광을 내부로 반사하는 평탄면과 R,G,B광원으로부터 입사되는 광을 반사하여 액정패널로 입사시키는 경사면으로 이루어진 제2면으로 이루어진 것을 특징으로 하는 반투과형 액정표시소자.
제4항에 있어서, 프런트라이트의 도광체는,

액정패널과 대향하는 평탄한 제1면; 및

외부로 노출되며, R,G,B광원으로부터 입사되는 광을 내부로 반사함과 동시에 액정패널로부터 반사되는 광을 외부로 투과하는 평탄면과 R,G,B광원으로부터 입사되는 광을 반사하여 액정패널로 입사시키는 경사면으로 이루어진 제2면으로 이루어진 것을 특징으로 하는 반투과형 액정표시소자.
제1항에 있어서, 상기 백라이트 또는/및 프런트라이트는 고밀도의 정보 표시 경우에만 작동하여 흑백용과 컬러용으로 사용되는 것을 특징으로 하는 반투과형 액정표시소자.
액정패널에 광투과용 개구가 형성된 반사층을 구비되어 투과모드와 반사모드로 동작하는 액정표시소자에 있어서,

액정패널의 전면과 후면에 각각 적색광, 녹색광 및 청색광을 설정된 3개의 필드 동안 순차적으로 발광하는 발광수단이 장착되어, 투과모드에서는 액정패널의 후면에 장착된 발광수단을 순차적으로 작동시키고 반사모드에서는 액정패널의 전면에 장착된 발광수단을 순차적으로 작동시키는 것을 특징으로 하는 반투과형 액정표시소자.
제10항에 있어서, 액정패널의 전면 및 후면에 장착된 발광수단의 작동없이 외부의 자연광을 이용하여 흑백의 반사모드로 동작하는 것을 특징으로 하는 반투과형 액정표시소자.
제1항에 있어서, 상기 액정패널, 백라이트, 프런트라이트에 각각 액정패널 제어신호 및 라이트제어신호를 출력하여 백라이트 및 프런트라이트를 화소신호에 연동하여 구동하는 제어수단을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 반투과형 액정표시소자.
제12항에 있어서, 상기 제어수단은,

액정패널 내부에 주사신호와 데이터신호를 인가하는 패널제어부;

백라이트 및 프런트라이트를 제어하는 라이트제어부; 및

상기 패널제어부 및 라이트제어부에 연결되어 패널제어부와 라이트제어부에 제어신호를 출력하는 제어부로 이루어진 것을 특징으로 하는 반투과형 액정표시소자.
제13항에 있어서, 상기 데이터신호는 R, G, B 서브프레임으로 이루어진 프레임신호이고 상기 제어신호는 R, G, B 서브프레임 동안 각각 R, G, B광원을 동작시키는 구동신호인 것을 특징으로 하는 반투과형 액정표시소자.
제14항에 있어서, 상기 프레임신호의 시간 간격은 16.7ms이고 필드의 시간 간격은 5.55ms인 것을 특징으로 하는 반투과형 액정표시소자.