KR101596374B1 - Liquid crystal display - Google Patents
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Abstract
본 발명은 내부 위상차 지연층을 포함하는 반투과형 액정 표시 장치에서 구동 전압의 증가를 방지하는 것으로서, 본 발명의 실시예에 액정 표시 장치는 반사 영역 및 투과 영역을 포함하는 제1 기판, 제1 기판 위에 형성되어 있는 게이트선 및 데이터선, 게이트선 및 데이터선에 연결되어 있는 박막 트랜지스터, 박막 트랜지스터에 연결되어 있으며, 반사 전극과 투명 전극을 포함하는 화소 전극, 그리고 화소 전극 위에 형성되어 있는 위상차 지연층을 포함하고, 위상차 지연층에는 나노 파티클이 도핑되어 있다.A liquid crystal display device according to an embodiment of the present invention includes a first substrate including a reflective region and a transmissive region, a first substrate including a reflective region and a transmissive region, A thin film transistor connected to a gate line and a data line, a gate line and a data line formed on the substrate, a pixel electrode including a reflective electrode and a transparent electrode, And the retardation retardation layer is doped with nanoparticles.
이와 같이, 내부 위상차 지연층에 유전 상수가 5 이상인 나노 파티클을 도핑하여 반투과형 액정 표시 장치의 구동 전압의 증가를 방지할 수 있다.Thus, the nano particles having a dielectric constant of 5 or more can be doped in the internal retardation layer to prevent an increase in the driving voltage of the transflective liquid crystal display device.
반투과형 액정 표시 장치, 내부 위상차 지연층, 나노 파티클, 유전상수 Transflective liquid crystal display, internal retardation retardation layer, nanoparticle, dielectric constant
Description
본 발명은 반투과형 액정 표시 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a transflective liquid crystal display device.
액정 표시 장치는 현재 가장 널리 사용되고 있는 평판 표시 장치 중 하나로서, 전극이 형성되어 있는 두 장의 표시판과 그 사이에 삽입되어 있는 액정층으로 이루어져 전극에 전압을 인가하여 액정층의 액정 분자들을 재배열시킴으로써 투과되는 빛의 양을 조절하는 표시 장치이다.The liquid crystal display device is one of the most widely used flat panel display devices, and is composed of two display panels having electrodes formed thereon and a liquid crystal layer interposed therebetween, and applying voltage to the electrodes to rearrange the liquid crystal molecules of the liquid crystal layer It is a display device that adjusts the amount of transmitted light.
이러한 액정 표시 장치는 스스로 발광하지 못하는 수광형 표시 장치이므로, 백라이트(Backlight)나 자연광 등의 외부광을 이용하여 화상을 표시한다. 백라이트에서 발산된 빛이 액정층을 투과하여 화상을 표시하는 방식을 투과형(transmission) 액정 표시 장치라고 하고, 외부광이 액정층으로 입사하였다가 반사되어 화상을 표시하는 방식을 반사형(reflective) 액정 표시 장치라고 한다. 그리고, 투과 및 반사의 방식을 모두 사용하는 방식을 반투과형(transrelective) 액정 표시 장치라 한다.Since such a liquid crystal display device is a light-receiving display device that can not emit light by itself, an image is displayed by using external light such as a backlight or natural light. A method in which light emitted from a backlight passes through a liquid crystal layer to display an image is referred to as a transmission liquid crystal display device and a method in which external light is incident on a liquid crystal layer and then reflected to display an image is called a reflective liquid crystal It is called a display device. A method of using both transmission and reflection is referred to as a transrelective liquid crystal display.
일반적으로 반투과형 액정 표시 장치에서는 반사부에서의 빛이 액정을 통과하는 길이가 투과부에서의 빛이 액정을 통과하는 길이보다 더 길기 때문에 이러한 차이를 극복하기 위하여 반사 전극과 투과 전극에 단차를 형성하게 되는데, 이러한 경우에 공정이 복잡하게 되므로, 단차를 없애기 위하여 위상차 지연층을 액정 셀 내부에 형성한다.Generally, in a transflective liquid crystal display device, since the length of light passing through the liquid crystal at the reflective portion is longer than the length of light passing through the liquid crystal at the transmissive portion, a step is formed between the reflective electrode and the transmissive electrode In this case, since the process becomes complicated, a retardation retardation layer is formed inside the liquid crystal cell in order to eliminate a step.
하지만, 위상차 지연층을 액정 셀 내부에 형성할 경우 액정 표시 장치의 구동 전압이 증가하는 문제점이 발생한다.However, when the retardation layer is formed inside the liquid crystal cell, the driving voltage of the liquid crystal display increases.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 내부 위상차 지연층을 포함하는 반투과형 액정 표시 장치에서 구동 전압의 증가를 방지하는 것이다.A problem to be solved by the present invention is to prevent an increase in driving voltage in a transflective liquid crystal display device including an internal retardation layer.
본 발명의 실시예에 액정 표시 장치는 반사 영역 및 투과 영역을 포함하는 제1 기판, 제1 기판 위에 형성되어 있는 게이트선 및 데이터선, 게이트선 및 데이터선에 연결되어 있는 박막 트랜지스터, 박막 트랜지스터에 연결되어 있으며, 반사 전극과 투명 전극을 포함하는 화소 전극, 그리고 화소 전극 위에 형성되어 있는 위상차 지연층을 포함하고, 위상차 지연층에는 나노 파티클이 도핑되어 있다.A liquid crystal display device according to an embodiment of the present invention includes a first substrate including a reflective region and a transmissive region, a gate line and a data line formed on the first substrate, a thin film transistor connected to the gate line and the data line, A pixel electrode including a reflective electrode and a transparent electrode, and a retardation layer formed on the pixel electrode, wherein the retardation retardation layer is doped with nanoparticles.
반사 전극은 반사 영역에 형성되어 있을 수 있다.The reflective electrode may be formed in the reflective region.
나노 파티클의 유전 상수는 5 이상일 수 있다.The dielectric constant of the nanoparticles can be at least 5.
나노 파티클은 TiO2 또는 MoSiO2 일 수 있다.The nanoparticle may be TiO 2 or MoSiO 2 .
위상차 지연층은 TiO2 가 5 wt% 도핑되어 있을 수 있다.The retardation layer may be doped with 5 wt% of TiO 2 .
위상차 지연층의 유전 상수는 17.2 일 수 있다.The dielectric constant of the retardation layer may be 17.2.
제1 기판에 대향하며, 공통 전극을 포함하는 제2 기판을 더 포함할 수 있다.And a second substrate facing the first substrate and including a common electrode.
본 발명의 실시예에 의하면, 내부 위상차 지연층에 유전 상수가 5 이상인 나노 파티클을 도핑하여 반투과형 액정 표시 장치의 구동 전압의 증가를 방지할 수 있다.According to the embodiments of the present invention, the nano particles having a dielectric constant of 5 or more can be doped in the internal retardation layer to prevent an increase in the driving voltage of the transflective liquid crystal display device.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings so that those skilled in the art can easily carry out the present invention. The present invention may, however, be embodied in many different forms and should not be construed as limited to the embodiments set forth herein.
도면에서 여러 층 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 나타내었다. 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 동일한 도면 부호를 붙였다. 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "위에" 있다고 할 때, 이는 다른 부분 "바로 위에" 있는 경우 뿐만 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다. 반대로 어떤 부분이 다른 부분 "바로 위에" 있다고 할 때에는 중간에 다른 부분이 없는 것을 뜻한다.In the drawings, the thickness is enlarged to clearly represent the layers and regions. Like parts are designated with like reference numerals throughout the specification. Whenever a portion of a layer, film, region, plate, or the like is referred to as being "on" another portion, it includes not only the case where it is "directly on" another portion, but also the case where there is another portion in between. Conversely, when a part is "directly over" another part, it means that there is no other part in the middle.
그러면 본 발명의 실시예에 따른 액정 표시 장치에 대하여 도 1 및 도 2를 참고로 상세하게 설명한다. A liquid crystal display according to an embodiment of the present invention will now be described in detail with reference to FIGS. 1 and 2. FIG.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 액정 표시 장치의 배치도이고, 도 2는 도 1 의 액정 표시 장치를 II-II 선을 따라 자른 단면도이다.FIG. 1 is a layout view of a liquid crystal display device according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a cross-sectional view taken along line II-II of the liquid crystal display device of FIG.
도 1 및 도 2를 참고하면, 본 발명의 실시예에 따른 액정 표시 장치는 박막 트랜지스터 표시판(100) 및 이와 마주하는 공통 전극 표시판(200), 그리고 두 표시판(100, 200) 사이에 있는 액정층(3)을 포함한다.1 and 2, a liquid crystal display according to an exemplary embodiment of the present invention includes a thin
먼저 박막 트랜지스터 표시판(100)에 대하여 설명한다.First, the thin film
투명한 유리 또는 플라스틱 따위의 절연 물질로 만들어진 기판(110) 위에 복수의 게이트선(121)이 형성되어 있다. 그 위에는 게이트 절연막(140), 복수의 반도체(154), 복수의 저항성 접촉 부재(ohmic contact)(163, 165), 복수의 데이터선(171) 및 복수의 드레인 전극(175)이 차례로 형성되어 있다.A plurality of
게이트선(121)은 게이트 신호를 전달하며 주로 가로 방향으로 뻗어 있다. 각 게이트선(121)은 위로 돌출한 복수의 게이트 전극(124)을 포함한다.The
데이터선(171)은 데이터 신호를 전달하며 주로 세로 방향으로 뻗어 게이트선(121)과 교차한다. 각 데이터선(171)은 게이트 전극(124)을 향하여 뻗은 복수의 소스 전극(173)을 포함한다. 드레인 전극(175)은 데이터선(171)과 분리되어 있으며 게이트 전극(124)을 중심으로 소스 전극(173)과 마주한다.The
반도체(154)는 게이트 전극(124) 위에 위치하며 그 위의 저항성 접촉 부재(163, 165)는 반도체(154)와 데이터선(171) 및 드레인 전극(175) 사이에 배치되어 이 둘 사이의 접촉 저항을 낮추어 준다.The
하나의 게이트 전극(124), 하나의 소스 전극(173) 및 하나의 드레인 전극(175)은 반도체(154)와 함께 하나의 박막 트랜지스터(thin film transistor, TFT)를 이루며, 박막 트랜지스터의 채널(channel)은 소스 전극(173)과 드레인 전극(175) 사이의 반도체(154)에 형성된다.One
게이트 절연막(140), 데이터선(171) 및 드레인 전극(175) 위에는 보호막(180)이 형성되어 있다. 보호막(180)에는 드레인 전극(175)을 노출하는 접촉구(185)가 형성되어 있으며, 그 표면에는 요철(도시하지 않음)이 형성될 수 있다.A
보호막(180) 위에는 화소 전극(191)이 형성되어 있다. 화소 전극(191)은 투명 전극(192) 및 그 위의 반사 전극(194)을 포함한다. 반사 전극(194)은 보호막(180) 표면의 요철을 따라 우툴두툴하게 형성될 수 있다.On the
투명 전극(192)은 ITO 또는 IZO 등의 투명한 도전 물질로 만들어지고, 반사 전극(194)은 알루미늄, 은, 크롬 또는 그 합금 등의 반사성 금속으로 만들어진다. 그러나 반사 전극(194)은 알루미늄, 은 또는 그 합금 등 저저항 반사성 상부막(도시하지 않음)과 몰리브덴 계열 금속, 크롬, 탄탈륨 및 티타늄 등 ITO 또는 IZO와 접촉 특성이 좋은 하부막(도시하지 않음)의 이중막 구조를 가질 수 있다. The
화소 전극(191) 위에는 위상차 지연층(14)이 형성되어 있다. 위상차 지연층(14)은 유전 상수를 높이기 위하여 TiO2 또는 MoSiO2 같은 유전 상수가 5 이상인 나노 파티클이 도핑되어 있다.A
이어서, 공통 전극 표시판(200)에 대해 설명한다.Next, the common
유리 또는 플라스틱 따위의 절연 물질로 만들어진 기판(210) 위에 블랙 매트릭스(black matrix)라고 하는 복수의 차광 부재(220)가 형성되어 있다.A plurality of
절연 기판(210) 및 차광 부재(220) 위에는 색필터(230)가 형성되어 있으며, 색필터(230) 위에는 공통 전극(270)이 형성되어 있다.A
두 기판(110, 210)의 바깥쪽 면에는 각각 편광판(12, 22)이 구비되어 있다.Polarizing
화소 전극(191)은 접촉 구멍(185)을 통하여 드레인 전극(175)과 물리적ㅇ전기적으로 연결되어 있으며, 드레인 전극(175)으로부터 데이터 전압을 인가 받는다. 데이터 전압이 인가된 화소 전극(191)은 공통 전압(common voltage)을 인가 받는 공통 전극 표시판(200)의 공통 전극(common electrode)(270)과 함께 전기장을 생성함으로써 두 전극(191, 270) 사이의 액정층(3)의 액정 분자의 방향을 결정한다. 이와 같이 결정된 액정 분자의 방향에 따라 액정층(3)을 통과하는 빛의 편광이 달라진다. 화소 전극(191)과 공통 전극(270)은 축전기[이하 "액정 축전기(liquid crystal capacitor)"라 함]를 이루어 박막 트랜지스터가 턴 오프된 후에도 인가된 전압을 유지한다. The
박막 트랜지스터 표시판(100), 컬러 필터 표시판(200) 및 액정층(3) 등을 포함하는 반투과형 액정 표시 장치는 투명 전극(192) 및 반사 전극(194)에 의하여 각각 정의되는 투과 영역(TA) 및 반사 영역(RA)으로 구획될 수 있다. 구체적으로는, 투명 전극(192) 중 반사 전극(194)으로 덮여 있지 않은 부분 아래위에 위치하는 부분은 투과 영역(TA)이 되고, 반사 전극(194) 아래위에 위치하는 부분은 반사 영역(RA)이 된다.The transflective liquid crystal display device including the thin film
투과 영역(TA)에서는 액정 표시 장치의 뒷면, 즉 박막 트랜지스터 표시판(100) 쪽에서 입사된 빛이 액정층(3)을 통과하여 앞면, 즉 컬러 필터 표시 판(200) 쪽으로 나옴으로써 표시를 수행한다. 반사 영역(RA)에서는 앞면에서 들어온 빛이 액정층(3)으로 들어왔다가 반사 전극(194)에 의하여 반사되어 액정층(3)을 다시 통과하여 앞면으로 나옴으로써 표시를 수행한다. 이때, 반사 전극(194)의 우툴두툴한 표면(도시하지 않음)은 빛의 난반사를 유도하여 화면에 물체가 비치는 현상을 방지할 수 있다.In the transmissive area TA, the light incident from the rear surface of the liquid crystal display device, that is, the thin film
다음은 식 1, 도 3 및 도 4를 참고하여, 내부 위상차 지연층과 액정 표시 장치의 구동 전압과의 관계에 대해서 설명한다.Next, the relationship between the internal retardation layer and the driving voltage of the liquid crystal display will be described with reference to equations (1), (3) and (4).
식 1은 액정 표시 장치의 총 구동 전압을 구하는 식이다. 식 1에 의하면 액정 표시 장치의 총 구동 전압은 액정층의 구동 전압과 내부 위상차 지연층의 구동 전압의 합으로 구할 수 있으며, 내부 위상차 지연층의 유전 상수의 값(εretarder)을 증가 시키면, 총 구동 전압이 감소됨을 알 수 있다.Equation 1 is an equation for obtaining the total driving voltage of the liquid crystal display device. The total driving voltage of the liquid crystal display device according to formula 1 can be obtained as the sum of the drive voltage of the drive voltage and the internal phase delay layer of a liquid crystal layer, by increasing the dielectric value of the constant (ε retarder) of the internal phase delay layer, total It can be seen that the driving voltage is decreased.
[식 1][Formula 1]
여기서, S는 액정층과 내부 위상차 지연층의 면적, Q는 전하 밀도, dLC는 액정층의 셀갭, dretarder는 내부 위상차 지연층의 두께, ε0는 공기의 유전 상수, εLC는 액정층의 유전 상수, εretarder는 내부 위상차 지연층의 유전 상수를 나타낸다.D LC is the cell gap of the liquid crystal layer, d retarder is the thickness of the internal retardation retardation layer ,? 0 is the dielectric constant of air,? LC is the thickness of the liquid crystal layer the dielectric constant, ε represents the dielectric constant of the retarder internal phase delay layer.
도 3는 반사부에서의 내부 위상차 지연층에 따른 구동 전압의 변화를 나타낸 그래프이고, 도 4는 투과부에서의 내부 위상차 지연층에 따른 구동 전압의 변화를 나타낸 그래프이다.FIG. 3 is a graph showing a change in a driving voltage according to an internal retardation layer in a reflection part, and FIG. 4 is a graph showing a change in driving voltage according to an internal retardation layer in a transmission part.
도 3 및 도 4는 내부 위상차 지연층이 없는 경우, 내부 위상차 지연층에 나노 파티클을 도핑하지 않은 경우 및 내부 위상차 지연층에 나노 파티클을 도핑한 경우에 따른 구동 전압의 변화를 나타내었다. FIGS. 3 and 4 show changes in the driving voltage when the inner retardation layer is not doped, when the inner retardation layer is not doped with nanoparticles, and when the inner retardation layer is doped with nanoparticles.
본 발명의 실시예에서는 나노 파티클로 TiO2를 사용하였으며, 내부 위상차 지연층의 총 중량에 대해 5 wt%를 도핑하였다.In the example of the present invention, TiO 2 was used as a nanoparticle and doped with 5 wt% of the total weight of the internal retardation layer.
TiO2를 도핑하지 않은 내부 위상차 지연층의 유전 상수는 3.5를 나타내었지만, TiO2를 도핑한 내부 위상차 지연층의 유전 상수는 17.2를 나타내어, 내부 위상차 지연층에 TiO2를 도핑함으로써, 유전 상수가 5배 이상 증가함을 알 수 있다.The dielectric constant of the inner retardation layer not doped with TiO 2 was 3.5, but the dielectric constant of the inner retardation layer doped with TiO 2 was 17.2. By doping the inner retardation layer with TiO 2 , the dielectric constant 5-fold increase.
도 3에 의하면, 반사율이 약 27% 에서 내부 위상차 지연층에 TiO2를 도핑하지 않은 경우에 구동 전압은 약 4.4V를 나타내지만, 내부 위상차 지연층에 TiO2를 도핑한 경우에 구동 전압은 약 3.4V를 나타내었다. 또한, 내부 위상차 지연층이 없는 경우에 구동 전압은 약 2.7V를 나타내었다.Referring to FIG. 3, when the reflectivity is about 27%, the driving voltage is about 4.4 V when TiO 2 is not doped in the internal retardation layer. However, when TiO 2 is doped in the internal retardation layer, Respectively. Also, in the absence of the internal retardation retardation layer, the driving voltage showed about 2.7V.
따라서, TiO2를 도핑한 내부 위상차 지연층을 사용하면 반사부에서의 구동 전압 증가량은 1.4V에서 0.7V로 감소함을 알 수 있다.Therefore, when the internal retardation layer doped with TiO 2 is used, the increase in the driving voltage in the reflective portion decreases from 1.4V to 0.7V.
도 4에 의하면, 투과율이 약 27%에서 내부 위상차 지연층에 TiO2를 도핑하지 않은 경우에 구동 전압은 약 8V를 나타내지만, 내부 위상차 지연층에 TiO2를 도핑한 경우에 구동 전압은 약 5.2V를 나타내었다. 또한, 내부 위상차 지연층이 없는 경우에 구동 전압은 약 4.5V를 나타내었다.Referring to FIG. 4, when the transmittance is about 27% and the TiO 2 is not doped in the internal retardation layer, the driving voltage is about 8 V. However, when the internal retardation layer is doped with TiO 2 , the driving voltage is about 5.2 V, respectively. Further, in the absence of the internal retardation layer, the driving voltage was about 4.5V.
따라서, TiO2를 도핑한 내부 위상차 지연층을 사용하면 투과부에서의 구동 전압 증가량은 2.8V에서 0.7V로 감소함을 알 수 있다.Therefore, it can be seen that the use of the inner retardation layer doped with TiO 2 reduces the increase in driving voltage in the transmissive portion from 2.8 V to 0.7 V.
또한, 반사부 및 투과부에서 TiO2를 도핑에 따른 반사율 및 투과율의 변화는 거의 없음을 알 수 있다.In addition, it can be seen that there is almost no change in the reflectance and the transmittance due to the doping of TiO 2 in the reflective portion and the transmissive portion.
이와 같이, 반투과형 액정 표시 장치에서 유전 상수가 5 이상인 나노 파티클이 도핑된 위상차 지연층을 액정 셀 내에 형성하면, 반사율 및 투과율의 변화 없이 구동 전압의 증가량을 감소시킬 수 있다.As described above, when the nanoparticle-doped phase difference retardation layer having a dielectric constant of 5 or more is formed in the liquid crystal cell in the transflective liquid crystal display device, the increase amount of the driving voltage can be reduced without changing the reflectance and the transmittance.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments, Of the right.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 액정 표시 장치의 배치도이다.1 is a layout diagram of a liquid crystal display device according to an embodiment of the present invention.
도 2는 도 1의 액정 표시 장치를 II-II 선을 따라 자른 단면도이다.2 is a cross-sectional view of the liquid crystal display device of FIG. 1 taken along line II-II.
도 3는 반사부에서의 내부 위상차 지연층에 따른 구동 전압의 변화를 나타낸 그래프이다.3 is a graph showing a change in driving voltage according to an internal retardation layer in a reflection portion.
도 4는 투과부에서의 내부 위상차 지연층에 따른 구동 전압의 변화를 나타낸 그래프이다.4 is a graph showing a change in driving voltage according to an internal retardation layer in a transmissive portion.
<주요 도면 부호의 설명> Description of Main Drawings:
14: 위상차 지연층 191: 화소 전극14: retardation retardation layer 191: pixel electrode
192: 투명 전극 194: 반사 전극192: transparent electrode 194: reflective electrode
TA: 투과 영역 RA: 반사 영역TA: transmissive area RA: reflective area
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