KR101303152B1

KR101303152B1 - 액정표시소자

Info

Publication number: KR101303152B1
Application number: KR1020060059986A
Authority: KR
Inventors: 유재성
Original assignee: 엘지디스플레이 주식회사
Priority date: 2006-06-29
Filing date: 2006-06-29
Publication date: 2013-09-09
Also published as: KR20080001515A

Abstract

본 발명의 액정표시소자는 사용시간을 대폭 연장하기 위한 것으로, ㅍ외부로부터 신호가 인가됨에 따라 화상을 구현하는 액정패널과, 상기 액정패널에 형성되어 화상비표시영역으로 투과하는 광을 차단하고 외부로부터 광이 입력됨에 따라 전류를 생성하는 블랙매트릭스로 구성된다.

액정표시소자, 블랙매트릭스, 태양전지, 광, 전류

Description

액정표시소자{LIQUID CRYSTAL DISPLAY DEVICE}

도 1은 본 발명에 따른 액정표시소자의 패널구조를 나타내는 단면도.

도 2는 본 발명에 따른 액정표시소자의 블랙매트릭스의 구조를 나타내는 부분 확대단면도.

도 3은 본 발명에 따른 액정표시소자의 구조를 나타내는 도면.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *

3 : 게이트전극 7 : 소스전극

8 : 드레인전극 20,30 : 기판

34 : 컬러필터층 40 : 액정층

50 : 블랙매트릭스 52,58 : 전극

54 : P형 반도체층 56 : N형 반도체층

80 : 인터페이스부 82 : 제어부

84 : 직류/직류변환부 88 : 전류저장부

본 발명은 액정표시소자에 관한 것으로, 특히 블랙매트릭스를 전류를 생성하 는 태양전지로 형성하여 전력소모를 절감할 수 있는 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 액정표시소자는 통상적으로 액정분자를 동작시키는 방법에 따라 몇 가지 방식으로 나누어질 수 있지만, 현재에는 반응속도가 빠르고 잔상이 적다는 점에서 주로 액티브매트릭스(active matrix) 박막트랜지스터(Thin Film Transistor) 액정표시소자가 주로 사용되고 있다.

액정표시소자는 투과형 표시소자이다. 즉, 백라이트를 구비하여 이 백라이트로부터 공급되는 광이 액정표시소자의 액정층을 투과할 때, 그 투과율을 조절함으로써 화상을 구현하는 것이다. 그런데, 백라이트는 고전력을 소비하는 발광소자이다. 따라서, 액정표시소자는 고전력을 소비한다는 문제가 있었다. 특히, 휴대용 전자기기에 상기 액정표시소자가 채용되는 경우, 액정표시소자의 고전력소비로 인해 휴대용 전자기기의 전체 사용시간(휴대시간)이 저하된다는 치명적인 결함이 있었다.

본 발명은 상기한 점을 감안하여 이루어진 것으로, 블랙매트릭스를 태양전지로 형성하여 외부로부터 광이 입사됨에 따라 전류를 생성하여 사용시간을 대폭 연장할 수 있는 액정표시소자를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기한 목적을 달성하기 위해, 본 발명에 따른 액정표시소자는 제1기판 및 제2기판을 포함하는 액정패널; 상기 제1기판에 형성되어 복수의 화소를 정의하는 복수의 게이트라인 및 데이터라인; 각 화소에 형성된 박막트랜지스터; 상기 제2기판에 형성되어 컬러를 구현하는 컬러필터층; 상기 제2기판에 형성되어 화상비표시영역으로 투과하는 광을 차단하고, 외부로부터 광이 입력됨에 따라 전류를 생성하는 블랙매트릭스; 상기 게이트라인 및 데이터라인에 각각 게이트신호와 데이터신호를 출력하는 게이트구동수단 및 데이터구동수단; 외부로부터 데이터신호, 전원전압, 수직동기신호 및 데이터 인에이블신호가 입력되는 인터페이스부; 상기 인터페이스부를 통해 입력되는 데이터신호를 가공하여 상기 게이트구동수단 및 데이터구동수단에 출력하는 제어부; 상기 블랙매트릭스에서 생성된 전류를 저장하는 전류저장부; 상기 블랙매트릭스에서 생성된 전류를 상기 전류저장부로 공급하는 외부배선; 상기 인터페이스부를 통해 입력되는 전원전압의 레벨을 변환하고 상기 제어부의 신호에 따라 상기 전류저장부로부터 공급되는 전류의 전압레벨을 변환하는 직류/직류변환부; 상기 제1기판과 연결되어 상기 전류저장부가 형성되는 연성회로기판; 및
상기 제1기판 및 제2기판 사이에 배치되어 제2기판의 블랙매트릭스와 제1기판의 직류/직류변환부를 전기적으로 접속하는 은도트로 구성된다.

상기 블랙매트릭스는 제2기판에 형성된 제1전극와, 상기 제1전극 위에 형성된 P형 반도체층와, 상기 P형 반도체층과 접합하는 N형 반도체층과, 상기 N형 반도체층 위에 형성된 제2전극으로 이루어져, 외부로부터 광이 입사됨에 따라 전류를 생성한다. 상기 생성된 전류를 외부배선을 통해 전류저장부에 저장된 후 제어부의 신호에 따라 직류/직류변환부에서 전압레벨이 변환된 후 게이트구동IC와 데이터구동IC에 공급된다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명에 따른 액정표시소자에 대해 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명에 따른 액정패널의 구조를 나타내는 단면도이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 제1기판(20) 위에는 게이트전극(3)이 형성되고 제1기판(20) 전체 에 걸쳐 게이트절연층(22)이 형성된다. 상기 게이트절연층(22) 위에는 게이트전극(3)에 신호가 인가됨에 따라 활성화되어 채널층을 형성하는 반도체층(7)이 형성되고 그 위에 소스전극(8) 및 드레인전극(9)이 형성되며, 상기 제1기판(20) 전체에 걸쳐 보호층(passivation layer;25)이 형성된다.

상기 보호층(25) 위에는 보호층(25)에 형성된 컨택홀을 통해 드레인전극(9)과 접속되는 화소전극(10)이 형성되어 박막트랜지스터의 소스전극(8) 및 드레인전극(9)을 통해 화소전극(10)에 신호가 인가됨에 따라 액정을 구동하여 화상을 표시하게 된다.

한편, 제2기판(30)에는 화상비표시영역으로 광이 투과하는 것을 차단하는 블랙매트릭스(50)와 실제 컬러를 구현하는 컬러필터층(34)이 형성되어 있다. 또한, 상기 컬러필터층(34) 위에는 화소전극(28)에 신호가 인가됨에 따라 상기 화소전극(28)과 전계를 형성하는 공통전극(36)이 형성되어 있다. 그리고, 상기 제1기판(20)과 제2기판(30) 사이에 액정층(40)이 형성되어 액정패널이 완성된다.

상기 블랙매트릭스(50)는 화상비표시영역, 예를 들면 박막트랜지스터 형성영역과 화소와 화소 사이 영역(즉, 게이트라인 및 데이터라인이 형성되는 영역) 등에 형성되어 해당 영역으로 광이 투과하는 것을 차단한다. 또한, 상기 블랙매트릭스(50)는 단순히 화상비표시영역으로 광이 투과되는 것을 차단하는 것이 아니라 외부로부터 광이 입사됨에 따라 전류를 생성하는 태양전지기능을 수행한다. 따라서, 종래 액정표시소자에서는 상기 블랙매트릭스가 블랙수지나 CrOx와 같은 금속으로 이루어지는데 반해, 본 발명의 블랙매트릭스는 좀더 복잡한 구조로 이루어진다.

도 2는 본 발명에 따른 액정패널의 블랙매트릭스 구조를 나타내는 부분확대 단면도이다.

도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 블랙매트릭스(50)는 제2기판(30)에 형성된 제1전극(52)과, 상기 제1전극(52) 위에 형성된 P형 반도체층(54)과, 상기 P형 반도체층(54)과 접하는 N형 반도체층(56)과, 상기 N형 반도체층(56) 위에 형성된 제2전극(58)으로 구성된다. 상기 P형 반도체층(54) 및 N형 반도체층(56)은 실리콘이나 갈륨비소, 또는 황화카드뮴으로 이루어지며, 그 접합면에 P-N접합을 형성한다.

상기와 같이 구성된 블랙매트릭스(50)의 외부, 즉 제2기판(30) 외부의 전면으로부터 광이 입사되어 P-N접합면에 도달하면, 상기 P-N접합면에서 광자를 흡수하여 1쌍의 전자와 양공이 생긴다. 이때 전자는 N-형, 양공은 P-형 부분으로 이동하여 전류가 발생한다. 상기와 같이 발생된 전류는 저장수단에 의해 저장된 후 액정표시소자에 공급된다.

도 3은 상기와 같은 태양전지 기능을 구비한 블랙매트릭스가 형성된 액정패널이 구비된 액정표시소자를 나타내는 도면이다. 이때, 도면에서는 설명의 편의를 위해 액정패널의 박막트랜지스터 기판 및 컬러필터기판을 분리하여 도시하였지만, 실제로는 실런트에 의해 서로 합착되어 있다.

도 3에 도시된 바와 같이, 상기 액정표시소자는 외부의 호스트(host), 예를 들면 컴퓨터의 CPU등으로부터 데이터, 클럭신호, 수평동기신호(H_sync), 수직동기신 호(V_sync) 및 인에이블신호와 같은 각종 신호가 입력되는 인터페이스부(80), 상기 인터페이스부(80)에 접속되어 상기 인터페이스부(80)를 통해 입력되는 데이트를 가공하고 제어신호를 생성하여 출력하는 제어부(82)와, 상기 인터페이스부(80)에 접속되어 인터페이스부(80)를 통해 공급되는 전원전압의 레벨을 변환하여 액정패널에 필요한 전압으로 만드는 직류/직류변환부(DC/DC Converter;84)와, 제어부(82)와 연결되어 상기 제어부(82)로부터 입력되는 신호에 따라 구동하여 각각 게이트신호와 데이터신호를 출력하는 게이트구동IC(gate driver Integrated Circuit;70) 및 데이터구동IC(data driver IC;72)와, 상기 게이트구동IC(70) 및 데이터구동IC(72)로부터 신호가 인가되는 제1기판(20)로 구성된다.

상기 제1기판(20)에는 복수의 게이트라인(63) 및 데이터라인(65)이 배열되어 있으며,상기 화소내에는 각각 박막트랜지스터(67)가 형성되어 있다. 상기 박막트랜지스터(67)의 게이트전극은 게이트라인(63)에 접속되고 드레인전극은 데이터라인(65)에 접속되어, 게이트구동IC(70)로부터 게이트라인(63)을 통해 게이트전극에 주사신호가 인가되는 경우 박막트랜지스터의 반도체층이 활성화되어 데이터구동IC(72)에서 데이터라인(65)으로 공급된 데이터신호가 상기 소스전극 및 드레인전극을 통해 화소내에 형성된 화소전극에 인가됨으로써 액정분자가 동작하게 된다.

한편, 제어부(82)와 직류/직류변환부(84)에는 직류전압, 예를 들어 약 3.3V의 직류전압이 상기 인터페이스부(80)를 통해 입력되며, 상기 직류/직류변환부(84)에서는 상기 입력되는 직류전압의 레벨을 변환하여, 예를 들어 약 -5V, 8.7V, 16V 의 직류전압을 출력한다. 이때, 상기 직류/직류변환부(84)에 의해 레벨 변환되어 출력되는 직류전압은 게이트구동IC(70)와 데이터구동IC(72)를 작동시키기 위한 것으로, 통상적으로 게이트구동IC(70)에는 -5V(V_gl)와 16V(V_gh)의 직류전압이 인가되고 데이터구동IC(72)에는 8.7V의 직류전압이 인가된다.

상기 제어부(82)에서는 액정표시소자를 구동하기 위한 신호를 생성, 출력하는데, 이러한 출력신호는 인터페이스부(80)를 통해 입력되는 동기신호(H_sync,V_sync), 데이터 인에이블신호(Data Enable), 클럭신호에 의해 생성된다. 제어부(82)에 의해 생성된 신호는 게이트구동IC(70) 및 데이터구동IC(72)로 입력되어 액정패널(1)을 구동한다.

제2기판(30)에는 각각의 컬러필터층과 블랙매트릭스(50)가 형성된다. 상기 블랙매트릭스(50)는 제2기판(30)에 매트릭스 형상으로 형성되며, 외부배선(59)에 의해 전류저장부(88)에 연결되어, 블랙매트릭스(50)에 광이 조사되어 전류가 발생하는 경우 이 발생된 전류가 상기 전류저장부(88)에 저장되다. 또한, 상기 전류저장부(88)는 직류/직류변환부(84)에 연결되어 제어부(82)의 신호에 따라 저장된 전류를 상기 직류/직류변환부(84)로 공급한다. 상기 직류/직류변환부(84)에서는 전류저장부(88)로부터 공급되는 전류의 전압레벨을 변환하여, 예를 들어 약 -5V, 8.7V, 16V의 직류전압을 출력하며, 이 직류전압이 게이트구동IC(70)와 데이터구동IC(72)으로 공급되어 액정표시소자를 구동한다.

한편, 상기 전류저장부(88)는 상기 직류/직류변환부(84)와 인터페이스부(80) 가 형성되는 인쇄회로기판(PCB)이나 인쇄회로기판과 제1기판(20)을 전기적으로 연결시키는 TCP(Tape Carrier Package)에 형성되는 반면에, 블랙매트릭스(50)는 제2기판(30)에 형성된다. 따라서, 제2기판(30)의 블랙매트릭스(50)에서 생성된 전류를 제1기판(20)으로 보내기 위해 상기 제1기판(20)과 제2기판(30) 사이에는 은도트(Ag dot)와 같은 전기적 연결수단이 구비된다.

상술한 바와 같이, 본 발명에서는 태양전지를 블랙매트릭스로 형성하여 액정패널의 화상비표시영역을 투과하는 광을 차단함과 동시에 상기 블랙매트릭스로 입사되는 외부광(즉, 태양광)에 의해 전류를 생성하여 이를 액정표시소자의 구동전압으로서 사용한다. 이러한 본 발명의 태양전지를 구비한 액정표시소자는 특히 휴대폰과 같이 실외에서 주로 사용되는 이동통신기기에 훌륭하게 적용될 수 있지만, 노트북컴퓨터와 같은 다른 전자기기에도 적용될 수 있을 것이다.

또한, 상술한 설명에서는 화소전극이 제1기판에 구비되고 공통전극이 상부에 배치되는 TN(Twisted Nematic)모드 액정표시소자에 대해서만 설명하고 있지만, 본 발명이 이러한 TN모드 액정표시소자에만 한정되는 것이 아니라, IPS(In Plane Switching)모드 액정표시소자, FFS(Fringe Field Switching)모드 액정표시소자, VA(Vertical Alignment)모드 액정표시소자와 같이 다양한 모드의 액정표시소자에 적용될 수 있을 것이다. 다시 말해서, 본 발명은 블랙매트릭스를 구비하는 모든 구조의 표시소자에 적용될 수 있을 것이다.

상술한 바와 같이, 본 발명에서는 블랙매트릭스를 광의 입사에 따라 전류를 생성하는 태양전지로 구성함으로써, 전자기기의 사용시간을 대폭 연장할 수 있게 된다.

Claims

제1기판 및 제2기판을 포함하는 액정패널;

상기 제1기판에 형성되어 복수의 화소를 정의하는 복수의 게이트라인 및 데이터라인;

각 화소에 형성된 박막트랜지스터;

상기 제2기판에 형성되어 컬러를 구현하는 컬러필터층;

상기 제2기판에 형성되어 화상비표시영역으로 투과하는 광을 차단하고, 외부로부터 광이 입력됨에 따라 전류를 생성하는 블랙매트릭스;

상기 게이트라인 및 데이터라인에 각각 게이트신호와 데이터신호를 출력하는 게이트구동수단 및 데이터구동수단;

외부로부터 데이터신호, 전원전압, 수직동기신호 및 데이터 인에이블신호가 입력되는 인터페이스부;

상기 인터페이스부를 통해 입력되는 데이터신호를 가공하여 상기 게이트구동수단 및 데이터구동수단에 출력하는 제어부;

상기 블랙매트릭스에서 생성된 전류를 저장하는 전류저장부;

상기 블랙매트릭스에서 생성된 전류를 상기 전류저장부로 공급하는 외부배선;

상기 인터페이스부를 통해 입력되는 전원전압의 레벨을 변환하고 상기 제어부의 신호에 따라 상기 전류저장부로부터 공급되는 전류의 전압레벨을 변환하는 직류/직류변환부;

상기 제1기판과 연결되어 상기 전류저장부가 형성되는 연성회로기판; 및

상기 제1기판 및 제2기판 사이에 배치되어 제2기판의 블랙매트릭스와 제1기판의 직류/직류변환부를 전기적으로 접속하는 은도트로 구성된 액정표시소자.
제1항에 있어서, 상기 블랙매트릭스는,

제2기판에 형성된 제1전극;

상기 제1전극 위에 형성된 P형 반도체층;

상기 P형 반도체층과 접합하는 N형 반도체층; 및

상기 N형 반도체층 위에 형성된 제2전극으로 이루어진 것을 특징으로 하는 액정표시소자.
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제1항에 있어서, 상기 직류/직류변환부에서 변화된 전압이 공급되어 게이트라인과 데이터라인에 각각 신호를 인가하는 게이트드라이버IC 및 데이터드라이버IC를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 액정표시소자.
제1항에 있어서, 상기 연성회로기판은 PCB 또는 TCP인 것을 특징으로 하는 액정표시소자.
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제1항에 있어서, 상기 액정패널은 TN모드, IPS모드, FFS모드 또는 VA모드 액정패널인 것을 특징으로 하는 액정표시소자.
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