KR20060010542A - Color filter and liquid crystal display device using the same - Google Patents
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Abstract
본 발명은 소정의 파장별 반사특성을 갖는 광 결정을 이용하여 각 화소별 전자 펌프 방식으로 구동되는 컬러 필터 및 이를 이용한 액정 표시 장치에 관한 것으로, 액정 표시 장치는 서로 대향되는 제 1, 제 2 기판과, 상기 제 1 기판 내에 서로 이격되어 형성된 복수개의 홀과, 상기 각 홀 내의 표면에 형성된 복수개의 전극과, 상기 각 전극에 접하여 홀 내에 형성되며, 해당 전극에 전압 인가되면 소정 파장의 광을 반사하는 광 결정 및 상기 제 1, 제 2 기판 사이에 형성된 액정을 포함하여 이루어짐을 특징으로 한다.The present invention relates to a color filter driven by an electron pump method for each pixel by using a light crystal having a predetermined wavelength-specific reflection characteristic, and a liquid crystal display device using the same, wherein the liquid crystal display device includes first and second substrates facing each other. And a plurality of holes spaced apart from each other in the first substrate, a plurality of electrodes formed on a surface of each hole, and formed in the hole in contact with each of the electrodes, and reflecting light having a predetermined wavelength when voltage is applied to the electrodes. And a liquid crystal formed between the photonic crystal and the first and second substrates.
전자 펌프(electro pump), 광 결정(photonic crystal), 컬러 필터, 광 밴드갭(photonic bandgap)Electron pump, photonic crystal, color filter, photonic bandgap
Description
도 1은 일반적인 액정 표시 장치를 나타낸 분해사시도1 is an exploded perspective view showing a general liquid crystal display device
도 2는 색을 나타내는 두 가지 방식을 나타낸 도면2 shows two ways of representing color;
도 3a 내지 도 3c는 각 차원별로 배열된 광 결정 구조를 나타낸 도면 3A to 3C show a photonic crystal structure arranged for each dimension
도 4는 브래그 관계식 및 이에 따른 빛의 전송을 나타낸 도면4 is a diagram showing Bragg relation and light transmission accordingly;
도 5는 오팔의 광 투과성을 나타낸 스펙트럼5 is a spectrum showing the light transmittance of the opal
도 6은 콜로이드 입자로 이루어진 광 결정을 나타낸 도면6 shows a photonic crystal composed of colloidal particles
도 7a 및 도 7b는 전자 펌프의 오프 상태와 온 상태의 동작을 나타낸 도면7A and 7B show the operation of the off state and the on state of the electronic pump;
도 8은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 액정 표시 장치를 나타낸 개략도8 is a schematic diagram illustrating a liquid crystal display according to a first embodiment of the present invention.
도 9는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 액정 표시 장치를 나타낸 개략도9 is a schematic diagram illustrating a liquid crystal display according to a second embodiment of the present invention.
도 10a 및 도 10b는 본 발명의 액정 표시 장치의 각 화소별 온/오프 구동을 나타낸 도면10A and 10B illustrate on / off driving for each pixel of the liquid crystal display of the present invention.
도 11은 본 발명의 제 3 실시예에 따른 액정 표시 장치를 나타낸 개략도11 is a schematic diagram illustrating a liquid crystal display according to a third exemplary embodiment of the present invention.
도 12는 도 11의 회로도12 is a circuit diagram of FIG.
*도면의 주요 부분에 대한 부호 설명** Description of symbols on the main parts of the drawings *
40 : 액정 50 : 공동 40: liquid crystal 50: cavity
60 : 전극 100 : 제 2 기판60
110 : 제 1 기판 111 : 제 1 전극110: first substrate 111: first electrode
112 : 제 2 전극 113 : 제 3 전극112: second electrode 113: third electrode
114 : 제 1 공동 115 : 제 1 입자114: first cavity 115: first particle
116 : 제 2 입자 117 : 제 2 공동116: Second Particle 117: Second Cavity
118 : 제 3 공동 119 : 제 3 공동118: Third Joint 119: Third Joint
120 : 액정 131 : 제 1 광 결정120: liquid crystal 131: first photonic crystal
132 : 제 2 광 결정 132 : 제 3 광 결정 132: second photonic crystal 132: third photonic crystal
135 : 공통 전극 140 : 투명 전극135
151 : 게이트 라인 152 : 데이터 라인151: gate line 152: data line
200 : 제 1 기판 210 : 제 2 기판200: first substrate 210: second substrate
211 : 제 1 화소 전극 212 : 제 2 화소 전극211: first pixel electrode 212: second pixel electrode
213 : 제 3 화소 전극 214 : 제 1 광 결정213: third pixel electrode 214: first photonic crystal
215 : 제 2 광 결정 216 : 제 3 광 결정215: second photonic crystal 216: third photonic crystal
220 : 액정 225 : 보호막220: liquid crystal 225: protective film
본 발명은 액정 표시 장치에 관한 것으로 특히, 소정의 파장별 반사특성을 갖는 광 결정을 이용하여 각 화소별 전자 펌프 방식으로 구동되는 컬러 필터 및 이 를 이용한 액정 표시 장치에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE
정보화 사회가 발전함에 따라 표시 장치에 대한 요구도 다양한 형태로 점증하고 있으며, 이에 부응하여 근래에는 LCD(Liquid Crystal Display Device), PDP(Plasma Display Panel), ELD(Electro Luminescent Display), VFD(Vacuum Fluorescent Display) 등 여러 가지 평판 표시 장치가 연구되어 왔고, 일부는 이미 여러 장비에서 표시 장치로 활용되고 있다.As the information society develops, the demand for display devices is increasing in various forms, and in recent years, liquid crystal display devices (LCDs), plasma display panels (PDPs), electro luminescent displays (ELD), and vacuum fluorescent (VFD) Various flat panel display devices such as displays have been studied, and some of them are already used as display devices in various devices.
그 중에, 현재 화질이 우수하고 경량, 박형, 저소비 전력의 특징 및 장점으로 인하여 이동형 화상 표시 장치의 용도로 CRT(Cathode Ray Tube)를 대체하면서 LCD가 가장 많이 사용되고 있으며, 노트북 컴퓨터의 모니터와 같은 이동형의 용도 이외에도 방송 신호를 수신하여 디스플레이하는 텔레비젼 및 컴퓨터의 모니터 등으로 다양하게 개발되고 있다.Among them, LCD is the most widely used as the substitute for CRT (Cathode Ray Tube) for mobile image display device because of its excellent image quality, light weight, thinness, and low power consumption. In addition to the use of the present invention has been developed in various ways such as a television and a computer monitor for receiving and displaying broadcast signals.
이와 같은 액정 표시 장치가 일반적인 화면 표시 장치로서 다양한 부분에 사용되기 위해서는 경량, 박형, 저 소비 전력의 특징을 유지하면서도 고정세, 고휘도, 대면적 등 고품위 화상을 얼마나 구현할 수 있는가에 관건이 걸려 있다고 할 수 있다.In order to use such a liquid crystal display as a general screen display device in various parts, it is a matter of how high quality images such as high definition, high brightness and large area can be realized while maintaining the characteristics of light weight, thinness and low power consumption. Can be.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 일반적인 액정 표시 장치 및 근래에 거론되고 있는 광 결정에 대하여 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, a general liquid crystal display device and a photonic crystal mentioned in recent years will be described with reference to the accompanying drawings.
도 1은 일반적인 액정 표시 장치를 나타낸 분해사시도이다.1 is an exploded perspective view showing a general liquid crystal display.
액정 표시 장치는, 도 1과 같이, 일정 공간을 갖고 합착된 제 1 기판(1) 및 제 2 기판(2)과, 상기 제 1 기판(1)과 제 2 기판(2) 사이에 형성된 액정층(3)으로 구성되어 있다.As shown in FIG. 1, the liquid crystal display device includes a liquid crystal layer formed between the
보다 구체적으로 설명하면, 상기 제 1 기판(1)에는 화소 영역(P)을 정의하기 위하여 일정한 간격을 갖고 일방향으로 복수개의 게이트 라인(4)과, 상기 게이트 라인(4)에 수직한 방향으로 일정한 간격을 갖고 복수개의 데이터 라인(5)이 배열된다. 그리고, 상기 각 화소 영역(P)에는 화소 전극(6)이 형성되고, 상기 각 게이트 라인(4)과 데이터 라인(5)이 교차하는 부분에 박막 트랜지스터(T)가 형성되어, 상기 박막트랜지스터가 상기 게이트 라인에 신호에 따라 상기 데이터 라인의 데이터 신호를 상기 각 화소 전극에 인가한다.In more detail, the
그리고, 상기 제 2 기판(2)에는 상기 화소 영역(P)을 제외한 부분의 빛을 차단하기 위한 블랙 매트릭스층(7)이 형성되고, 상기 각 화소 영역에 대응되는 부분에는 색상을 표현하기 위한 R, G, B 컬러 필터층(8)이 형성되고, 상기 컬러 필터층(8)위에는 화상을 구현하기 위한 공통 전극(9)이 형성되어 있다.In addition, a
상기와 같은 액정 표시 장치는 상기 화소 전극(6)과 공통 전극(9) 사이에 형성되는 전계에 의해 상기 제 1, 제 2 기판(1, 2) 사이에 형성된 액정층(3)이 배향되고, 상기 액정층(3)의 배향 정도에 따라 액정층(3)을 투과하는 빛의 양을 조절하여 화상을 표현할 수 있다.In the liquid crystal display as described above, the
한편, 우리가 눈으로 볼 수 있는 빛, 즉, 가시광선은 파장이 4백 내지 7백 nm 사이로 보라색에서 빨간색까지 무지개색 순서로 펼쳐져 있다. 이들 파장의 빛이 모두 합쳐졌을 때, 우리 눈에는 색이 없는 밝은 빛, 즉, 백색광으로 느껴진다.On the other hand, the light we can see, namely visible light, is spread in rainbow colors from violet to red with wavelengths between 400 and 700 nm. When all of these wavelengths are combined, our eyes feel like bright light without color, or white light.
상술한 일반적인 액정 표시 장치나 그 밖의 표시 장치에서는 디스플레이시 하부의 백 라이트로부터 입사되는 백색광을 각 화소별 형성된 R, G, B 컬러 필터를 이용하여 해당 색상의 광을 표시하도록 한다. 이 때, 상기 R, G, B 컬러 필터는 표시하고자 하는 색상의 색소를 포함하는 안료 또는 색 필름으로 이루어진다.In the above-described general liquid crystal display or other display devices, the white light incident from the lower backlight during display is displayed using R, G, and B color filters formed for each pixel to display light of a corresponding color. At this time, the R, G, B color filter is composed of a pigment or color film containing a pigment of the color to be displayed.
그러나, 색을 내는데 항상 색소가 필요한 것은 아니다. 상술한 색소를 이용하여 나타내는 방법 외에 광 결정(Photonic Crystal)을 이용하여 나타내는 방식이 있다.However, coloring does not always require coloring. In addition to the above-described method of using a dye, there is a method of using a photonic crystal.
빛은 입자성과 함께 파동의 성질도 갖고 있다. 따라서, 파동의 특징인 간섭 현상을 보인다. 간섭이란 파동의 위상이 같을 때는 진폭이 더 강화되고(간섭 보강) 위상이 반대일 때는 소멸되는(간섭 소멸) 현상이다. 백색광이 어떤 매질을 만나 간섭을 일으키면 특정 파장 영역은 간섭 보강이 일어나고 다른 파장은 간섭 소멸이 일어나 특정 파장의 광만이 표시되게 된다.Light has particle properties and wave properties. Therefore, the interference phenomenon which is characteristic of the wave is shown. Interference is a phenomenon in which the amplitude is further enhanced when the waves are in phase (interference reinforcement) and disappears when the phases are opposite (interference disappearance). When white light encounters a medium and interferes with it, interference reinforcement occurs in a specific wavelength region, and interference disappears in another wavelength so that only light of a specific wavelength is displayed.
광 구조는 이러한 빛의 입자성과 파동성을 동시에 이용한 색 표시 방법이다.The light structure is a color display method using the particle and wave characteristics of light at the same time.
도 2는 색을 나타내는 두 가지 방식, 즉, 색소와 광 구조를 이용한 색 표시 방식을 나타낸 도면이다.2 is a view showing two methods of displaying color, that is, a color display method using a dye and a light structure.
색소를 이용한 색 표시 방식은 가시광선의 일부를 흡수하고 나머지를 반사해 색을 나타내는 색소 분자의 성질을 이용한 것이다. 도 2의 좌측과 같이, 예를 들어, 잎이 녹색인 이유는 엽록소가 녹색 빛을 반사하고 나머지 영역의 빛은 흡수하기 때문이다. 이 때 흡수된 빛에너지는 엽록소 분자의 전자가 바닥 상태로 올라가는데 쓰인다.The color display method using a dye uses a property of a dye molecule that absorbs part of visible light and reflects the rest to show color. As shown in the left side of Fig. 2, for example, the reason why the leaves are green is that chlorophyll reflects green light and absorbs light in the remaining areas. The absorbed light energy is then used to raise the electrons of the chlorophyll molecules to the ground.
도 2의 우측과 같이, 몰포(Morpho) 나비의 표면의 단면을 전자 현미경으로 확대해보면 기와를 쌓아올린 것과 같은 규칙적인 배열이 나타난다. 이러한 규칙적인 배열의 구조에 빛을 비추면 특정 파장의 빛만 반사되고 나머지는 통과한다. As shown in the right side of FIG. 2, when the cross section of the surface of the Morpho butterfly is magnified with an electron microscope, a regular arrangement such as stacking tiles appears. When light shines onto this regular array of structures, only light of a certain wavelength is reflected and the rest passes through.
이러한 기하하적 형태를 광 결정(Photonic Crystal)이라고 부른다. 광 결정은 특정한 파장의 빛만을 반사시키고 나머지는 흡수하는 성질이 있다. 상술한 몰포 나비의 광 결정은 파란 빛만을 반사시키게 설계되어 있는 셈이다.This geometric form is called photonic crystal. Photonic crystals reflect only light of a specific wavelength and absorb the rest. The photonic crystal of the morpho butterfly described above is designed to reflect only blue light.
이 경우, 상기 몰포 나비의 날개 표면으로 입사된 광은 각 층에서 반사될 때 파장인 청색 광은 보강간섭을 일으켜 반사되고 나머지 색상의 광은 반사될 때 상쇄 간섭을 일으켜 소멸되므로 실제로는 반사되지 않고 층을 투과한다. 이는 몰포 나비의 날개가 파랗게 보이는 이유이다.In this case, when the light incident on the wing surface of the flying butterfly is reflected in each layer, the blue light, which is the wavelength, is reflected by constructive interference, and the light of the remaining colors causes destructive interference when it is reflected. Penetrates the layer. This is why the wings of the Morpho butterfly look blue.
색소로 인한 색과 광 결정에 의한 색 표시는 다음과 같은 차이점을 갖는다.The color due to the pigment and the color display due to the photonic crystal have the following differences.
먼저, 색소에 의해 표시되는 색은 빛과 색소분자의 상호작용의 결과이므로 표시되는 색과 색소 분자의 형상과 상관이 없다. 즉, 색소를 함유한 물질이 가루이건 덩어리이건 빛이 닿는 표면의 색소 분자가 색을 내기 때문이다. First, the color represented by the dye is a result of the interaction of light and pigment molecules, and thus has no relation to the displayed color and the shape of the dye molecule. That is, the pigment molecules on the surface where the light comes into contact with the pigment, whether powder or lump, give color.
그러나, 광 결정에 의해 표시되는 색은 구조의 형상에 따라 색이 바뀌거나 없어지기도 한다. 만일 몰포나비의 날개 표면에 있는 기와 모양의 조직의 간격을 넓히거나 좁히면 빛의 경로가 바뀌어 간섭 보강, 즉, 반사되는 빛의 파장도 바뀐다. 또 날개 표면으로 들어오는 빛의 각도에 따라서도 반사되는 색이 바뀐다. 나비의 색이 보는 각도에 따라 같지 않은 것도 이 때문이다.However, the color displayed by the photonic crystal may change or disappear depending on the shape of the structure. If you increase or decrease the spacing of the tile-like tissue on the wing surface of the Morpho butterfly, the path of the light changes, thus reinforcing interference, that is, the wavelength of the reflected light. The reflected color also changes depending on the angle of light entering the wing surface. This is why the color of the butterfly is not the same depending on the viewing angle.
자연계에 존재하는 오팔(Opal)의 경우 이런 광 구조가 3차원적으로 펼쳐져 있다. In the case of Opal in nature, this optical structure is spread in three dimensions.
이러한 광 결정은 자연계뿐만이 아니라 인공적으로도 조성할 수도 있는 것으로, 다양한 구조로 광 결정을 형성하여 표시 장치에 응용하고자 하는 연구가 이루어지고 있다.Such photonic crystals may be artificially formed as well as natural, and researches for forming photonic crystals with various structures and applying them to display devices have been made.
도 3a 내지 도 3c는 각 차원별로 배열된 광 결정을 나타낸 도면이다.3A to 3C are diagrams showing photonic crystals arranged in each dimension.
도 3a 내지 도 3c와 같은 광 결정은 수백 나노미터(nm)에서 수 마이크로미터(㎛) 크기의 주기를 가지며 서로 다른 굴절률을 갖는 제 1 유전체(11), 제 2 유전체(12)가 각각 1차원, 2차원 혹은 3차원으로 배열되어 있는 특징을 가지고 있다. 이러한 광 결정의 배열은 몰포 나비의 날개, 오팔 등과 같이 자연계에 존재하는 구조와 같이, 인공적으로도 형성이 가능하다.The photonic crystals of FIGS. 3A to 3C have a period of several hundred nanometers (nm) to several micrometers (μm) and have a
도 3a와 같이, 일차원적(one-dimensional)으로 형성된 광 결정은 제 1 유전체(11)와 제 2 유전체(12)가 도시된 측면상에서 층상으로 교번하여 배치되어 이루어진다. 이러한 광 결정은 일차원적으로 소정 파장 영역대의 광이 반사 특성을 갖는다. As shown in FIG. 3A, the one-dimensional photonic crystal is formed by alternately arranged in layers on the side surface of the
예를 들어, 몰포 나비의 날개는 기와 형상의 큐티클인 제 1 유전체(11)와 공기(air) 성분의 제 2 유전체(12)가 규칙적인 배열을 취하고 있는 셈이다.For example, the wing of the morpho butterfly is a regular arrangement of the
도 3b와 같이, 이차원적(two-dimensional)으로 형성된 광 결정는, 도시된 측면상으로 실린더 형상의 제 1 유전체(11)와 제 2 유전체(12)가 주기적으로 반복된 구조를 일 층상으로 하여 이러한 층이 복수개 배치되어 이루어진다. 이러한 광 결정은 이차원적으로 소정 파장 영역대의 광이 반사 특성을 갖는다.As shown in FIG. 3B, the two-dimensional photonic crystal is formed by forming a structure in which a cylindrical
도 3c와 같이, 삼차원적(three-dimensional)으로 형성된 광 결정은 입방 구 조에서 제 1 유전체(11)와 제 2 유전체(12)가 주기적으로 격자형으로 반복되어 배치되도록 이루어진다. 이러한 광 결정은 삼차원적으로 소정 파장 영역대의 광이 반사 특성을 갖는다.As shown in FIG. 3C, the three-dimensional photonic crystal is formed such that the
예를 들어, 오팔(Opal)과 같은 광물은 입자 형태의 제 1 유전체(11)와 상기 제 1 유전체(11)의 외곽을 채우는 제 2 유전체(12)가 주기적인 배열을 취하여 전체 입방체를 형성한다.For example, minerals such as opal have a
여기서는 상기 제 1 유전체(11)와 제 2 유전체(12)의 간격과 굴절률에 따라 각 유전체를 선택함으로써, 반사되는 영역대의 파장을 조정할 수 있다. 이와 같이, 제 1, 제 2 유전체(11, 12)의 간격과 해당 굴절률의 유전체를 선택하여 제조된 광 결정에서 소정 파장 영역의 광이 반사되며, 나머지 파장 영역대의 광은 투과된다. 이 때, 광 결정에서 반사되는 소정 파장 영역을 광 밴드갭(photonic bandgap)이라 한다.In this case, the wavelengths of the reflected region can be adjusted by selecting each dielectric material according to the distance between the first
도 4는 브래그(Bragg) 관계식 및 이에 따른 빛의 전송을 나타낸 도면이다.4 is a diagram illustrating a Bragg relationship and transmission of light accordingly.
도 4와 같이, 상술한 광 결정에서 광의 전달이 이루어지는 원리는, 브래그(Bragg)에 의해 밝혀진 주기적인 원자배열에 의해 X선이 산란되는 방식과 유사하다(브래그 조건은 sinθ=λ/2d(여기서, θ는 입사각, λ은 파장, d는 원자간 거리)). 즉, 빛이 광 결정을 만나게 되면 소정 파장의 영역의 광은 입자(21, 제 1 유전체)의 표면에서 반사하고, 나머지 파장 영역대의 광은 상기 광 결정 내의 매질(22, 제 2 유전체)를 투과하여 지나가게 된다. 이 때 광 결정을 투과하지 못하고 반사되어 나오는 빛의 파장 영역을 광 밴드갭(photonic bandgap)이라 한다. As shown in FIG. 4, the principle of light transmission in the above-described photonic crystal is similar to the manner in which X-rays are scattered by periodic atomic arrangements revealed by Bragg (the Bragg condition is sinθ = λ / 2d (where , θ is the angle of incidence, λ is the wavelength, and d is the distance between atoms. That is, when light meets the photonic crystal, light of a predetermined wavelength range is reflected from the surface of the particles 21 (first dielectric), and light of the remaining wavelength range passes through the medium 22 of the photonic crystal (second dielectric). Will pass by. At this time, the wavelength region of the reflected light that does not pass through the photonic crystal is called a photonic bandgap.
이러한 광 결정에서의 빛이 반사하는 성질은 광 결정 내에서의 입자(21) 구조나 입자(21) 및 입자 주위의 매질(22)의 굴절률에 영향을 받는다. 일반적으로 광 결정은, 광 결정을 이루는 입자(21)와 매질(22)의 굴절률 차이가 클수록 넓은 광밴드갭을 갖는다. 다시 말해, 제어할 수 있는 빛의 영역이 넓어지게 되는 것이다.The reflection of light in such a photonic crystal is influenced by the structure of the
도 5는 오팔의 광 투과성을 나타낸 스펙트럼이다.5 is a spectrum showing the light transmittance of the opal.
오팔이 갖는 결정 구조에 착안하여 인공적으로 오팔을 제조할 수 있다. 이 경우, 인공 오팔은 구형상의 SiO2 분자를 단일 산란(monodisperse)시켜 상기 SiO2 분자가 규칙성을 갖고 결정 구조를 이루도록 형성한다.The opal can be artificially produced by paying attention to the crystal structure of the opal. In this case, the artificial opal single-scatters spherical SiO 2 molecules to form the SiO 2 molecules with regularity to form a crystal structure.
이 때, 상기 인공 오팔의 결정 구조에서 SiO2 분자를 제외한 영역이 비어있을 경우(비어있는 영역에 공기(air, n=1)가 채워짐)는 도 5의 상단 그래프에서 관찰할 수 있는 바와 같이, 약 450nm의 파장 영역대에서 타 영역에 비해 낮은 투과성을 보인다.At this time, when the region except for SiO 2 molecules in the crystal structure of the artificial opal is empty (the empty region is filled with air (air, n = 1)) can be observed in the upper graph of FIG. The transmittance is lower than that of other regions in the wavelength region of about 450 nm.
그리고, 상기 인공 오팔의 결정 구조에서 SiO2 분자를 제외한 영역에 각각 (1)메탄올(methanol, n=1.328), (2)에탄올(ethanol, n=1.361), (3)시클로헥산(cyclohexane, n=1.427), (4)톨루엔(toluene, n=1.497)을 채웠을 경우는, 도 5의 하단 그래프의 위에서부터 차례로 관찰할 수 있는 바와 같이, 약 480nm~500nm 파장 영역대의 광이 상대적으로 타영역에 비해 낮은 투과율을 갖고 있음을 알 수 있다. In addition, the artificial opal crystal structure, respectively (1) was dissolved in methanol in a region other than the SiO 2 molecules in the (methanol, n = 1.328), (2) Ethanol (ethanol, n = 1.361), (3) cyclohexane (cyclohexane, n = 1.427) and (4) when toluene (n = 1.497) is filled, the light in the wavelength region of about 480 nm to 500 nm is relatively in the other region as can be observed in order from the top of the lower graph of FIG. It can be seen that it has a low transmittance in comparison.
여기서, 상기 인공 오팔 내의 SiO2 분자를 제외한 영역이 비어있을 경우와 무언가가 채워져 있을 경우를 비교할 때, 특히 인공 오팔 내의 SiO2 분자를 제외한 영역에 굴절률이 큰 물질이 채워질 경우 광 밴드갭 영역이 상대적으로 넓고, 딥(dip, 투과율을 나타내는 도 5의 그래프에서 광 밴드갭 영역에서 움푹 들어간 정도)이 크게 발생하는 것을 알 수 있다.Here, when comparing the case in which the region other than the SiO 2 molecules in the artificial opal is empty and the case in which something is filled, in particular, the optical bandgap region is relative when the region having the large refractive index is filled in the region except the SiO 2 molecules in the artificial opal. It can be seen that a wider dip and a larger dip occur in the optical bandgap region in the graph of FIG.
이와 같이, 상대적으로 낮은 투과율을 갖는 파장 영역대가 해당 인공 오팔의 반사가 이루어지는 파장 영역대이다.As such, the wavelength range having a relatively low transmittance is the wavelength range in which the artificial opal is reflected.
도 6은 콜로이드 입자로 이루어진 광 결정 구조를 나타낸 도면이다.6 is a view showing a photonic crystal structure composed of colloidal particles.
도 6과 같이, 콜로이드의 광 결정 구조는 인공적으로 콜로이드의 입자가 규칙성을 갖고 일정 간격 이격되도록 조성한 것이다.As shown in FIG. 6, the photonic crystal structure of the colloid is artificially formed such that the particles of the colloid are regularly spaced apart from each other.
콜로이드는 크기가 수십 나노미터에서 수백 마이크로미터에 이르는 구형의 고체 혹은 액체 입자가 혼합되지 않는 용매에 분산되어 있는 시스템이다. 우리가 자주 마시는 우유도 콜로이드 용액 중 하나로 단백질과 같은 구성 성분이 입자의 형태로 분산되어 있다. 이 때, 입자는 정전기적 반발력 혹은 입자 표면에 고분자에 의하여 서로 엉기지 않고 안정화되어 있으며 브라운 운동으로 무질서하게 운동하고 있다.Colloids are systems in which spherical solid or liquid particles ranging in size from tens of nanometers to hundreds of micrometers are dispersed in an unmixed solvent. Milk, which we often drink, is also a colloidal solution in which components such as proteins are dispersed in the form of particles. At this time, the particles are stabilized without being entangled with each other by the electrostatic repulsive force or the polymer on the surface of the particles and are disorderly moving by the Brownian motion.
이러한 콜로이드의 광 결정 구조는 콜로이드 내에 입자의 농도가 증가할수록 입자간의 배열이 무질서한 배열에서 점차 규칙적인 결정 구조로 바뀌게 되는 자가 배열을 통해 형성한다.The photonic crystal structure of the colloid is formed through a self-arrangement in which the arrangement between particles gradually changes from a disordered arrangement to a regular crystal structure as the concentration of particles in the colloid increases.
예를 들어, 콜로이드가 광 결정 구조의 형성 방법으로는, 콜로이드 용액을 중력에 의해 침전시키거나, 수직으로 기판을 두어 모세관력(Capillary force)에 의해 기판 표면에 쌓은 후, 수분을 제거하거나 혹은 기판 상에 포토 레지스트(photo-resist)를 도포하고, 이를 노광 및 현상하여 이의 소정 영역을 제거한 후, 상기 제거 영역에 콜로이드를 채운 후 수분을 증발시키는 등의 방법이 있다.For example, colloids may form photonic crystal structures by collapsing colloidal solutions by gravity, or placing the substrate vertically on a substrate surface by capillary force, and then removing moisture or There is a method of applying a photo-resist onto a photoresist, exposing and developing the photoresist to remove a predetermined region thereof, filling a colloid in the removed region, and evaporating moisture.
여기서, 참조 부호 21은 콜로이드 결정을 나타내고, 참조 부호 22는 공기로 콜로이드 결정화 직후 광 결정 구조 내에서 별도의 물질이 채워지지 않은 상태이다. 그리고, 상기 콜로이드 결정(21)과 공기(22)는 각각 광 결정 구조를 이루는 제 1, 제 2 유전체로 작용한다. 이 경우, 공기(22)가 채워진 부위는 여러 가지 수용액 등이 대체되어 채워질 수 있다. Here,
그러나, 상기와 같은 종래의 액정 표시 장치는 다음과 같은 문제점이 있다.However, the conventional liquid crystal display device as described above has the following problems.
종래의 액정 표시 장치는 색소를 포함한 컬러 필터를 이용하기 때문에 해당 색상의 컬러 필터는 백 라이트에서 나오는 빛 중 투과하고자 하는 색상의 광을 제외하고는 나머지 파장의 광을 흡수한다. 따라서, 백 라이트가 발현하는 원래의 휘도에 비해 약 1/3의 휘도밖에 이용하지 못하는 셈이다. 색소를 포함한 컬러 필터의 이러한 문제점 때문에 색 순도를 향상시킨 또 다른 소재의 컬러 필터의 연구가 이루어지고 있다. 이러한 노력 중의 하나가 광 결정의 연구다.Since a conventional liquid crystal display uses a color filter including a dye, the color filter of the color absorbs light of the remaining wavelengths except for light of a color to be transmitted among the light emitted from the backlight. Therefore, only about 1/3 of the luminance is used compared to the original luminance of the backlight. Due to this problem of color filters including dyes, research has been made on color filters of another material which has improved color purity. One such effort is the study of photonic crystals.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로 소정의 파장별 반사특성을 갖는 광 결정을 이용하여 각 화소별 전자 펌프 방식으로 구동되는 컬러 필터 및 이를 이용한 액정 표시 장치를 제공하는 데, 그 목적이 있다.The present invention has been made to solve the above problems, and provides a color filter driven by an electron pump method for each pixel using a light crystal having a predetermined reflection characteristic for each wavelength, and a liquid crystal display device using the same. There is a purpose.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 액정 표시 장치는 서로 대향되는 제 1, 제 2 기판과, 상기 제 1 기판 내에 서로 이격되어 형성된 복수개의 홀과, 상기 각 홀 내의 표면에 형성된 복수개의 전극과, 상기 각 전극에 접하여 홀 내에 형성되며, 해당 전극에 전압 인가되면 소정 파장의 광을 반사하는 광 결정 및 상기 제 1, 제 2 기판 사이에 형성된 액정을 포함하여 이루어짐에 그 특징이 있다.In order to achieve the above object, a liquid crystal display of the present invention includes a first and a second substrate facing each other, a plurality of holes formed spaced apart from each other in the first substrate, and a plurality of electrodes formed on a surface of each hole. And a liquid crystal formed between the first and second substrates and a photo crystal formed in the hole in contact with each electrode and reflecting light having a predetermined wavelength when a voltage is applied to the electrode.
상기 광 결정은 상기 홀 내부에 복수개의 입자가 규칙적으로 배열되어 각 입자 사이에 공동을 형성하도록 결정 배열로 이루어진다.The photonic crystal has a crystal arrangement such that a plurality of particles are regularly arranged inside the hole to form a cavity between the particles.
상기 광 결정의 입자는 상기 액정과 서로 다른 굴절률을 갖는 물질이다.Particles of the photonic crystal is a material having a refractive index different from that of the liquid crystal.
상기 전극에 전압 인가시 상기 액정이 상기 광 결정 입자 사이의 공동을 채운다.When a voltage is applied to the electrode, the liquid crystal fills the cavity between the photonic crystal particles.
상기 광 결정은 각각 접하여 있는 전극에 전압 인가시 각각 적색(R), 녹색(G), 청색(B)의 광을 반사하는 제 1, 제 2, 제 3 광 결정으로 이루어진다.The photonic crystal is composed of first, second, and third photonic crystals that reflect light of red (R), green (G), and blue (B), respectively, when voltage is applied to the electrodes in contact with each other.
상기 제 1, 제 2, 제 3 광 결정에 접한 각각의 전극들에는 선택적으로 또는 함께 전압이 인가된다.Voltages are selectively or together applied to the respective electrodes in contact with the first, second and third photonic crystals.
상기 전극에 전압 인가시 상기 전극과 상기 액정 사이에 전기적 필드가 형성된다.An electrical field is formed between the electrode and the liquid crystal when a voltage is applied to the electrode.
상기 제 2 기판은 서로 수직으로 교차하며 화소 영역을 정의하는 게이트 라인 및 데이터 라인과, 상기 게이트 라인과 데이터 라인 사이에 형성된 박막 트랜지스터와, 상기 화소 영역에 형성된 화소 전극을 더 구비한다. The second substrate further includes a gate line and a data line vertically crossing each other and defining a pixel area, a thin film transistor formed between the gate line and the data line, and a pixel electrode formed in the pixel area.
상기 게이트 라인과 데이터 라인들은 상기 홀과 홀 사이에 영역에 대응된다.The gate line and the data lines correspond to an area between the hole and the hole.
상기 홀은 상기 화소 영역에 상응하는 부분에 형성된다.The hole is formed in a portion corresponding to the pixel area.
상기 복수개의 전극에 전기적으로 연결되도록 상기 제 1 기판의 전면에 공통 전극이 더 형성된다.A common electrode is further formed on the front surface of the first substrate to be electrically connected to the plurality of electrodes.
상기 복수개의 전극들은 서로 전기적으로 연결되어 공통 전극으로 이용된다.The plurality of electrodes are electrically connected to each other to serve as a common electrode.
상기 제 1 기판의 홀과 홀 사이에는 블랙 매트릭스층이 더 형성된다.A black matrix layer is further formed between the holes and the holes of the first substrate.
상기 복수개의 전극들은 투명 도전성 금속이다.The plurality of electrodes is a transparent conductive metal.
또한, 동일한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 액정 표시 장치는 서로 대향되는 제 1, 제 2 기판과, 상기 제 1 기판 상에 서로 수직으로 교차하며 화소 영역을 정의하는 게이트 라인 및 데이터 라인과, 상기 화소 영역에 상응하는 부위에 홀을 구비하여 상기 제 1 기판 상에 형성된 보호막과, 상기 홀 내부의 표면에 형성된 화소 전극과, 상기 게이트 라인과 데이터 라인의 교차 부분에 형성되어 상기 게이트 라인의 신호에 따라 상기 데이터 라인의 신호르 상기 화소 전극에 인가하는 박막 트랜지스터와, 상기 홀 내부에 형성된 광 결정과, 상기 제 2 기판 상부 전면에 형성된 공통 전극 및 상기 제 1, 제 2 기판 사이에 형성된 액정을 포함하여 이루어짐에 또 다른 특징이 있다.In addition, the liquid crystal display of the present invention for achieving the same object, the first and second substrates facing each other, the gate line and the data line perpendicularly cross each other on the first substrate to define a pixel region, and A protective film formed on the first substrate by having a hole in a portion corresponding to the pixel region, a pixel electrode formed on a surface inside the hole, and formed at an intersection of the gate line and the data line, And a thin film transistor to apply the signal of the data line to the pixel electrode, a photo crystal formed inside the hole, a common electrode formed on an upper surface of the second substrate, and a liquid crystal formed between the first and second substrates. There is another feature to be done.
상기 광 결정은 상기 홀 내부에 복수개의 입자가 규칙적으로 배열되어 각 입자 사이에 공동을 형성하는 결정 배열로 이루어진다.The photonic crystal has a crystal array in which a plurality of particles are regularly arranged inside the hole to form a cavity between the particles.
상기 광 결정의 입자와 상기 액정과는 서로 다른 굴절률을 갖는 물질이다.It is a material having a refractive index different from the particles of the photonic crystal and the liquid crystal.
상기 화소 전극에 전압 인가시 상기 액정이 상기 광 결정 입자 사이의 공동 을 채운다.When a voltage is applied to the pixel electrode, the liquid crystal fills the cavity between the photonic crystal particles.
상기 전극에 전압 인가시 상기 전극과 상기 액정 사이에 전기적 필드가 형성된다.An electrical field is formed between the electrode and the liquid crystal when a voltage is applied to the electrode.
상기 광 결정은 각각 접하여 있는 화소 전극에 전압 인가시 각각 적색(R), 녹색(G), 청색(B)의 광을 반사하는 제 1, 제 2, 제 3 광 결정으로 이루어진다.The photonic crystal is composed of first, second and third photonic crystals that reflect red (R), green (G), and blue (B) light, respectively, when voltage is applied to adjacent pixel electrodes.
상기 보호막은 투명 절연막이다.The protective film is a transparent insulating film.
상기 화소 전극은 투명 도전성 금속이다.The pixel electrode is a transparent conductive metal.
동일한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 컬러 필터는 액정과, 상기 액정에 대응되는 부분이 오픈되며, 오픈된 단부가 상기 액정에 담궈지고 액정 상부에 소정 높이로 형성된 전극 및 상기 전극 내부에 액정과 간극을 가지도록 형성되며, 상기 전극에 전압 인가되면 소정 파장의 광을 반사하는 광 결정을 포함하여 이루어짐에 그 특징이 있다.The color filter of the present invention for achieving the same object is a liquid crystal, an electrode corresponding to the liquid crystal is opened, an electrode whose open end is immersed in the liquid crystal and formed to a predetermined height above the liquid crystal, and the liquid crystal and the gap inside the electrode It is formed to have a, it is characterized by including a photonic crystal that reflects light of a predetermined wavelength when a voltage is applied to the electrode.
상기 광 결정은 복수개의 입자가 동일한 간격으로 이격되며 각 입자간 공동을 구비하도록 형성된다.The photonic crystal is formed such that a plurality of particles are spaced at equal intervals and have cavities therebetween.
상기 전극에 전압 인가시 상기 액정은 상기 광 결정의 공동을 채운다.Upon application of a voltage to the electrode, the liquid crystal fills the cavity of the photonic crystal.
상기 광 결정의 입자의 사이즈 및 입자 간 간격을 조정하여 상기 전극에 전압 인가시 반사되는 특성의 파장 영역을 조절한다.The size of the particles of the photonic crystal and the spacing between the particles are adjusted to adjust the wavelength region of the property reflected when the voltage is applied to the electrode.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 컬러 필터 및 이를 이용한 액정 표시 장치를 상세히 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, a color filter and a liquid crystal display using the same will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 7a 및 도 7b는 전자 펌프의 오프 상태와 온 상태의 동작을 나타낸 도면이 다.7A and 7B are diagrams showing operations of the off state and the on state of the electronic pump.
본 발명에 액정 표시 장치의 컬러 필터층을 이루는 전자 펌프(electro-pump)는 도 7a와 같이, 내부에 공동(cavity, 50)을 갖는 전극(60)의 단부(端部)가 액정(40)에 일부 들어가도록 이루어진다. In the present invention, an electropump, which forms a color filter layer of a liquid crystal display, has an end portion of an
상기 전자 펌프(electro-pump)는 초기에는 도 7a와 같이, 전극(60)에 전압이 인가되지 않은 상태로 오프(off) 상태로 있다가, 도 7b와 같이, 상기 전극(60)에 전압을 인가하여 상기 액정(40)과 전극(60) 사이에 전기적 필드(Electric field)를 걸어주면, 상기 액정(40)과 전극(60)간의 전기적 포텐셜 차(electric potential difference)와 상기 전극(60) 내부의 공동(cavity)에 표면 에너지 변화로 인해 상기 액정(40)이 상기 공동(50) 내부로 유입되어 올라간다.The electro-pump is initially in an off state without a voltage applied to the
여기서, 상기 전자 펌프의 전극(60)은 액정(40)에 대응되는 부분이 오픈된 관(tube)의 형상을 갖는다.Here, the
이러한 전자 펌프의 원리를 이용하여, 상기 전극(60) 내부에 소정 높이로, 규칙적인 입자 배열을 갖고 입자간 공동을 구비한 광 결정 구조(도 8, 9참조)를 형성하여, 이를 컬러 필터로 응용할 수 있다.By using the principle of the electron pump, a photonic crystal structure (see FIGS. 8 and 9) having a regular particle arrangement and interparticle cavities is formed at a predetermined height inside the
이 경우, 컬러 필터로 동작시에는 상기 전극(60)에 전압이 인가되어야 하고, 이 때, 액정(40)이 상기 광 결정 구조 내부의 입자간의 공동을 채우도록 하여, 액정(40)과 광 결정 구조 내부의 입자간의 굴절률 차이로 인해 소정 파장의 광이 반사되도록 할 수 있다.In this case, when operating as a color filter, a voltage must be applied to the
상기 전극(60)에 항상 전압을 인가함으로써, 일반적인 컬러 필터처럼 이용할 수 있으며, 상기 전극(60)에 선택적으로 전압을 인가함으로써, 스위칭 기능을 구비한 컬러 필터로도 이용 가능하다.By applying a voltage to the
이 경우, 상기 입자의 사이즈와 입자간 간격을 조절함으로써, 선택적으로 반사가 이루어지는 파장의 영역대를 변경할 수 있으며, 이와 같은 원리로, 각각 R(적색), G(녹색), B(청색)에 해당하는 컬러 필터를 형성할 수 있다.In this case, by adjusting the size of the particles and the spacing between the particles, it is possible to selectively change the range of the wavelength where the reflection is made. In the same principle, R (red), G (green), and B (blue) The corresponding color filter can be formed.
이하에서는 광 결정 구조를 이용하여 컬러 필터를 형성한 액정 표시 장치의 여러 가지 실시예에 대해서 살펴본다.Hereinafter, various embodiments of a liquid crystal display in which a color filter is formed using a photonic crystal structure will be described.
- 제 1 실시예 -First Embodiment
도 8은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 액정 표시 장치를 나타낸 개략도이다.8 is a schematic diagram illustrating a liquid crystal display according to a first exemplary embodiment of the present invention.
도 8과 같이, 본 발명의 제 1 실시예에 따른 액정 표시 장치는 서로 대향되는 제 1 기판(110) 및 제 2 기판(100)과, 상기 제 1 기판(110) 내에 서로 이격되어 형성된 복수개의 홀(121)과, 상기 복수개의 홀(121)들 각각의 표면에 형성된 복수개의 전극(111, 112, 113)과, 상기 복수개의 전극(111, 112, 113) 내에 형성되며, 해당 전극에 전압이 인가되면 소정 파장의 광을 반사하는 제 1, 제 2, 제 3 광 결정(131, 132, 133) 과, 상기 제 1, 제 2 기판(110, 100) 사이에 채워진 액정(120)을 포함하여 이루어진다.As shown in FIG. 8, the liquid crystal display according to the first exemplary embodiment of the present invention includes a plurality of first and
여기서, 상기 제 1 기판(110) 상의 홀(121)은 식각 공정을 통해 소정 부위를 소정 깊이로 제거하여 형성할 수 있다. 이러한 홀은 상기 제 1 기판(110) 상에 소정 두께로 보호막(미도시)을 증착하고, 소정 부위에 식각 공정을 진행하여 소정 부위의 제 1 기판(110)이 노출되도록 하여 동일한 구조를 얻을 수 있다.
Here, the
본 발명의 제 1 기판(110)의 형성된 복수개의 홀(121) 내에는 일정한 두께의 전극(111, 112, 113)이 형성된다. 따라서, 상기 홀(121)이 제 1 기판(110)의 표면과 갖는 단차를 그대로 유지하여 형성된다.The
상기 복수개의 전극(111, 112, 113)에 각각 형성되는 광 결정은 상기 광 결정이 각각 접하여 있는 전극(111, 112, 113)에 전압 인가시 각각 적색(R), 녹색(G), 청색(B)의 광을 반사하는 제 1, 제 2, 제 3 광 결정(131, 132, 133)으로 이루어진다.The photonic crystals formed on the plurality of
이러한 제 1, 제 2, 제 3 광 결정(131, 132, 133)은 일반적인 컬러 필터와 같이, 적색(R), 녹색(G), 청색(B) 각각의 광을 반사하는 제 1, 제 2 제 3 광 결정(131, 132, 133)의 배열이 규칙적으로 각각의 전극(111, 112, 113)에 접하여 그 내부에 형성된다.The first, second, and third
여기서, 제 1 광 결정(131)은 상기 전극(111) 내의 하부 표면으로부터 소정 높이(상기 전극(111)이 갖는 높이보다는 작게)로 형성되며, 제 1 공동(114, cavity)과 제 1 입자(115)가 교번하여 배치되어 이루어진다. Here, the
이러한 입자(115)는 입자간의 간격이 동일하도록 배치된다. 상기 입자(115)를 형성하는 방법으로는, 콜로이드 용액을 중력에 의해 침전시켜 규칙적인 입자 배열을 갖도록 하거나, 또는 콜로이드 입자를 주형(template)으로 채운 후, 상기 콜로이드 입자를 제거하여 역전된 형상의 입자 배열을 형성하거나, 또는 포토 레지스트를 도포 후 소정 부위를 제거한 후, 제거된 부위에 입자를 채워 형성하는 등의 방법이 있다.
These
이 경우 각각의 입자는 동일한 간격으로 이격되도록 형성되며, 수백 나노(100~990nm)의 사이즈를 갖는 구 또는 결정체의 형상을 갖는다.In this case, each particle is formed to be spaced at equal intervals, and has the shape of spheres or crystals having a size of several hundred nanometers (100-990 nm).
그리고, 상기 전극(111)에 전압 인가시 상술한 바와 같은 원리에 의해 전극(111) 하부에 위치하는 액정(120)이 상기 공동(cavity, 114) 내부를 채운다.When the voltage is applied to the
한편, 상기 제 2 광 결정(132)은 상기 전극(112) 내의 하부 표면으로부터 소정 높이(상기 전극(112)이 갖는 높이보다는 작게)로 형성되며, 제 2 공동(117, cavity)과 제 1 입자(116)가 교번하여 배치되어 이루어지며, 상기 제 3 광 결정(133)은 상기 전극(113) 내의 하부 표면으로부터 소정 높이(상기 전극(113)이 갖는 높이보다는 작게)로 형성되며, 제 3 공동(118, cavity)과 제 3 입자(119)가 교번하여 배치되어 이루어지는 것으로, 상기 제 1 광 결정(131)과 유사한 구조를 취한다. 단, 상기 제 1 광 결정(131), 제 2 광 결정(132), 제 3 광 결정(133)의 각 입자(115, 116, 119)들은 액정과의 각각 다른 굴절률 차이를 가지고 있으며, 액정이 제 1, 제 2, 제 3 공동(114, 117, 118)에 채워질 경우 각각 적색, 녹색, 청색의 광만을 반사하고 나머지 영역대의 광은 투과시키는 특성을 지닌 점만을 차이점으로 하고 있다.Meanwhile, the
상기 제 1, 제 2, 제 3 광 결정(131, 132, 133)에 접한 각각의 전극들(111, 112, 113)에는 선택적으로 전압이 인가되거나 혹은 동시에 전압이 인가된다.A voltage is selectively applied to each of the
이와 같이, 상기 각 전극(111, 112, 113)에 전압 인가시 전극(111, 112, 113) 하부의 액정(120)이 전압이 인가된 전극 내부로 들어와 상기 광 결정(131, 132, 133)의 공동(114, 117, 118)을 채운다.
As such, when a voltage is applied to each of the
이와 같이, 상기 전극(111, 112, 113)에 전압 인가시 상기 전극(111, 112, 113)과 상기 액정(120) 사이에 전기적 필드가 형성된다.As such, when a voltage is applied to the
상기 제 1, 제 2, 제 3 광 결정(131, 132, 133)의 입자(115, 116, 119)는 상기 액정(120)과 서로 다른 굴절률을 갖는 물질이다.The
여기서, 상기 전극(111, 112, 113)과 상기 전극(111, 112, 113) 내에 형성된 제 1, 제 2, 제 3 광 결정(131, 132, 133)은 컬러 필터층의 기능을 한다. 이 경우, 본 발명의 적용되는 전극(111, 112, 113)과 제 1 내지 제 3 광 결정(131, 132, 133)은 외부광을 손실없이, 각 파장 영역별로 투과시킬 수 있다. 따라서, 백 라이트 유닛 등의 별도의 광원을 요구하지 않고, 표시를 행할 수 있다.Here, the
도 8에 도시된 본 발명의 액정 표시 장치는 TN(Twisted Nematic) 모드로 구동되는 액정 표시 장치이다. 8 is a liquid crystal display device driven in a twisted nematic (TN) mode.
이러한 액정 표시 장치의 상기 제 1 기판(110)은 컬러 필터 기판으로 기능하며, 상기 제 2 기판(100)은 박막 트랜지스터 어레이 기판으로 기능한다.The
상기 제 2 기판(100) 상에는 서로 수직으로 교차하며 화소 영역을 정의하는 게이트 라인(미도시) 및 데이터 라인(미도시)과, 상기 게이트 라인과 데이터 라인 사이에 형성된 박막 트랜지스터(미도시)와, 상기 화소 영역에 형성된 화소 전극(미도시)이 형성된다.A gate line (not shown) and a data line (not shown) intersecting each other perpendicularly to each other on the
그리고, 상기 게이트 라인과 데이터 라인들은 상기 홀(121)과 홀(121) 사이에 영역에 대응되어 형성된다. 이는 상기 홀(121)과 홀(121) 사이의 영역에 발생할 수 있는 빛샘 현상을 방지하기 위함이다.
The gate line and the data lines are formed to correspond to an area between the
빛샘 현상을 방지하기 위해서, 상기 홀(121)과 홀(121) 사이의 영역에 대응되어 상기 제 1 기판(110)의 배면 또는 상부면에 블랙 매트릭스층(미도시)을 더 형성할 수도 있다.In order to prevent light leakage, a black matrix layer (not shown) may be further formed on the rear surface or the upper surface of the
그리고, 상기 화소 영역에 대응되어 상기 전극들(111, 112, 113)이 형성되도록 한다.The
상기 제 1 기판(110) 상의 홀(121)을 제외한 영역에 공통 전극(135)이 더 형성되어, 액정 표시 장치의 구동시 제 2 기판(100)과의 사이에 수직 전계를 형성한다. 여기서, 상기 전극들(111, 112, 113)과 상기 공통 전극(135)은 서로 접촉되어 전기적으로 연결된다. The
여기서, 상기 복수개의 전극들(111, 112, 113) 및 공통 전극(135)은 투명 도전성 금속으로 이루어진다.The plurality of
그리고, 제 1 실시예의 액정 표시 장치에 있어서는 상기 제 2 기판(100)이 표시면으로 작용하며, 상기 제 2 기판(100) 배면으로부터 입사되는 외부광을 상기 제 1, 제 2, 제 3 광 결정(131, 132, 133)에서 각각 적색(R), 녹색(G), 청색(B) 광으로 선택적으로 반사시켜 출사시키는 것을 원리로 한다.In the liquid crystal display of the first embodiment, the
- 제 2 실시예 -Second Embodiment
도 9는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 액정 표시 장치를 나타낸 개략도이다.9 is a schematic diagram illustrating a liquid crystal display according to a second exemplary embodiment of the present invention.
도 9는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 액정 표시 장치는, 제 1 실시예의 공통 전극(135)과 전극(111, 112, 113)이 동시에 형성된 것으로, 복수개의 이격된 홀(121)을 구비한 제 1 기판(110) 상의 전 표면에 투명 전극(140)을 증착하여 형성한 다. FIG. 9 illustrates a liquid crystal display according to the second exemplary embodiment in which the
이 때, 제 1, 제 2, 제 3 광 결정(131, 132, 133)은 규칙적으로 상기 투명 전극(140)이 증착된 홀(121) 내에 형성된다. 상기 투명 전극(140)에 영역에 관계없이 전압이 인가되게 되므로, 상기 투명 전극(140)에 전압 인가시 상기 제 1, 제 2, 제 3 광 결정(131, 132, 133)의 각 공동(114, 117, 118)에 동시에 액정이 채워지며, R, G, B 광의 투과가 이루어지게 된다. In this case, the first, second, and third
이 경우, 소정 색상의 광을 선택적으로 표시하는 것은 제 2 기판(100) 상에 형성되는 게이트 라인 및 데이터 라인들의 선택적인 구동을 통해서 이루어질 수 있다.In this case, selectively displaying light of a predetermined color may be achieved through selective driving of gate lines and data lines formed on the
마찬가지로, 제 2 실시예의 액정 표시 장치에 있어서는 상기 제 2 기판(100)이 표시면으로 작용하며, 상기 제 2 기판(100) 배면으로부터 입사되는 외부광을 상기 제 1, 제 2, 제 3 광 결정(131, 132, 133)에서 각각 적색(R), 녹색(G), 청색(B) 광으로 선택적으로 반사시켜 출사시키는 것을 원리로 한다.Similarly, in the liquid crystal display of the second embodiment, the
도 10a 및 도 10b는 본 발명의 액정 표시 장치의 각 화소별 온/오프 구동을 나타낸 도면이다.10A and 10B are diagrams illustrating on / off driving for each pixel of the liquid crystal display of the present invention.
도 10a와 같이, 본 발명의 액정 표시장치의 적색 컬러 필터부는 제 1 기판(110)의 홀(121) 내에 전극(111)이 구비되고, 상기 전극(111)에는 하부에서부터 소정 높이로 제 1 광 결정(131)이 형성된다. 상기 제 1 광 결정(131)은 제 1 공동(114)과 제 1 입자(115)가 주기적으로 배열 구조를 갖도록 형성된 것으로, 실제로 상기 제 1 입자(115)만을 물리 화학적(콜로이드(colloid) 용액을 이용한 침전법, 주형을 이용한 역상 구조 형성법, 포토 레지스트를 이용한 리소법 등)으로 형성하여 이러한 배열 구조를 형성할 수 있다.As shown in FIG. 10A, the red color filter unit of the liquid crystal display device of the present invention includes an
도 10a와 같이, 이러한 적색 컬러 필터부의 전극(111)에 전압이 인가되지 않은 상태에서 상기 전극(111)에 대응되는 액정(120)은 상기 제 1 기판(110)의 표면과 동일한 높이를 유지하고 있다. 이 경우, 상기 제 1 광 결정(131) 내의 제 1 공동(114)은 비어있는 상태이므로, 두 가지 이상의 다른 굴절률을 갖도록 배열되어야 소정의 광 반사 특성을 갖는 광 결정의 특성상, 상기 적색 컬러 필터부에서는 어떠한 광도 투과되지 않고 있다.As shown in FIG. 10A, in the state where no voltage is applied to the
녹색 컬러 필터부, 청색 컬러 필터부도 상기 적색 컬러 필터부와 마찬가지로, 해당 광 결정에 인접한 전극에 전압이 인가되지 않은 경우, 어떠한 광도 투과시키지 않는다.Like the red color filter unit, the green color filter unit and the blue color filter unit do not transmit any light when no voltage is applied to the electrode adjacent to the photonic crystal.
도 10b와 같이, 상기 전극(111)에 전압이 인가될 경우는, 상기 전극(111)과 액정(120)과의 사이에 전기적 필드가 형성되어, 상기 액정(120)과 전극(111)간의 전기적 포텐셜 차(electric potential difference)와 상기 전극(111) 내부의 제 1 공동(114)에 표면 에너지 변화로 인해 상기 액정(120)이 상기 홀(121) 내부로 유입되어 올라가 상기 제 1 공동(114) 내부를 채우게 된다.As shown in FIG. 10B, when a voltage is applied to the
이 때, 상기 액정(120)과 상기 제 1 입자(115)가 갖는 굴절률 차에 의해, 상기 제 2 기판(100)의 배면에 입사되는 외부광 중 적색 광만이 상기 제 1 광 결정(131)을 만나 상기 제 1 기판(110)의 외부로 반사하게 된다.In this case, due to the difference in refractive index between the
상기에 기술한 적색 컬러 필터부와 같은 원리로 상기 녹색 컬러 필터부 및 청색 컬러 필터부도 구동된다.The green color filter part and the blue color filter part are also driven on the same principle as the red color filter part described above.
이와 같이, 본 발명의 구성된 컬러 필터부(전극과 광 결정으로 이루어짐)는 전극에 전압 인가 전에는 블랙 상태를 나타내고, 전압 인가 후에는 해당 광 결정에 따른 색상의 광을 구현한다.As described above, the color filter unit (consisting of the electrode and the photonic crystal) of the present invention exhibits a black state before applying voltage to the electrode, and implements light of color according to the photonic crystal after applying the voltage.
- 제 3 실시예 -Third embodiment
도 11은 본 발명의 제 3 실시예에 따른 액정 표시 장치를 나타낸 개략도이며, 도 12는 도 11의 회로도다.FIG. 11 is a schematic diagram illustrating a liquid crystal display according to a third exemplary embodiment of the present invention, and FIG. 12 is a circuit diagram of FIG. 11.
도 11 및 도 12와 같이, 본 발명의 제 3 실시예에 따른 액정 표시 장치는 서로 대향되는 제 1, 제 2 기판(200, 210)과, 상기 제 1 기판(200) 상에 서로 수직으로 교차하며 화소 영역을 정의하는 게이트 라인(도 12의 151참조, 도 11에는 미도시, 제 1 기판(200) 내부에 포함됨) 및 데이터 라인(도 12의 152 참조, 도 11에는 미도시, 제 1 기판(200) 내부에 포함됨)과, 상기 화소 영역에 상응하는 부위에 홀을 구비하여 상기 데이터 라인(152) 상부에 소정 두께로 형성된 보호막(225)과, 상기 홀 내부의 표면에 형성된 제 1, 제 2, 제 3 화소 전극(211, 212, 213)과, 상기 제 1, 제 2, 제 3 화소 전극(211, 212, 213)이 형성된 홀 내부에 형성되는 제 1, 제 2, 제 3 광 결정(214, 215, 216)과, 상기 제 2 기판(210) 상부 전면에 형성된 공통 전극(215) 및 상기 제 1, 제 2 기판(200, 210)사이에 형성된 액정(220)을 포함하여 이루어진다.11 and 12, the liquid crystal display according to the third exemplary embodiment of the present invention vertically crosses the first and
상기 제 1, 제 2, 제 3 광 결정(214, 215, 216)은 상기 홀 내부에 복수개의 입자가 규칙적으로 이격되어 결정 배열로 이루어지는 것으로, 상기 액정(220)과 서 로 다른 굴절률을 갖는 물질들이다.The first, second, and third
그리고, 상기 제 1, 제 2, 제 3 광 결정(214, 215, 216)은 각각 접하여 있는 제 1, 제 2, 제 3 화소 전극(211, 212, 213)에 전압 인가시 각각 적색(R), 녹색(G), 청색(B)의 광을 반사하는 성질을 갖는 제 1, 제 2, 제 3 광 결정으로 이루어진다. 상기 제 1, 제 2, 제 3 광 결정은 각각 서로 다른 크기를 갖는 입자가 상기 각각 제 1, 제 2, 제 3 화소 전극(214, 215, 216) 내부에서 규칙적으로 이격되어 형성되며, 입자와 입자 사이의 공간은 공동(cavity)을 이룬다.The first, second, and third
상기 제 1, 제 2, 제 3 광 결정(214, 215, 216)에 접한 각각의 제 1, 제 2, 제 3 화소 전극(211, 212, 213)에는 선택적으로 전압이 인가된다.A voltage is selectively applied to each of the first, second, and
상기 제 1 내지 제 3 화소 전극(211, 212, 213)에 전압 인가시에는 해당 화소 전극 하부의 액정(220)이 해당 화소 전극 내부의 광 결정 내 공동을 채운다. 이 경우, 상기 해당 화소 전극과 액정간에는 전기적 필드(electric field)가 형성된다.When voltage is applied to the first to
여기서, 상기 데이터 라인(152)은 상기 화소 전극과 전기적으로 연결된다. 이를 위해 상기 게이트 라인(151)과 데이터 라인(152)이 교차하는 부분에 박막 트랜지스터(TFT)를 형성하고, 상기 게이트 라인(151)에 인가되는 스캔 신호에 따라 상기 박막 트랜지스터(TFT)가 온(on)/오프(off)되어 상기 데이터 라인(152)의 데이터 신호를 해당 화소 전극에 전달한다.The
여기서, 상기 제 1 기판(200) 상에 형성되는 상기 보호막(225)은 투명 절연막이다. 그리고, 상기 제 1 내지 제 3 화소 전극(211, 212, 213)은 투명 도전성 금 속이다.Here, the
이러한 제 3 실시예에 따른 액정 표시 장치는 화소별로 형성되는 화소 전극들(211, 212, 213)을 보호막 내 홀 내부에 형성하고, 상기 화소 전극(211, 212, 213) 내에 해당 색상의 광 결정(214, 215, 216)을 형성함으로써, 화소 전극의 화소 전압 충진에 따른 표시 기능과 해당 색상의 컬러 필터 기능을 동시에 할 수 있다.In the liquid crystal display according to the third exemplary embodiment,
이 때, 상기 화소 전극(211, 212, 213)에 신호 인가는 전기적으로 연결된 해당 데이터 라인(152)을 통해 이루어진다. 이 경,우 상기 화소 전극(211, 212, 213)은 앞서 설명한 화소별로 온/오프 구동만을 하는 제 1, 제 2 실시예의 전극(111, 112, 113)과 달리, 상기 데이터 라인(152)으로부터 계조별 전압을 인가받을 수 있어, 다양한 계조의 색상을 표시할 수 있을 것이다.In this case, a signal is applied to the
본 발명의 제 3 실시예에 따른 컬러 필터부는 화소 전극(211, 212, 213)과 광 결정(214, 215, 216)으로 이루어진다.The color filter part according to the third exemplary embodiment of the present invention includes the
이러한 제 3 실시예의 액정 표시 장치에 있어서는 상기 제 2 기판(210)이 표시면으로 작용하며, 상기 제 2 기판(210) 배면으로부터 입사되는 외부광을 상기 제 1, 제 2, 제 3 광 결정(214, 215, 216)에서 각각 적색(R), 녹색(G), 청색(B) 광으로 선택적으로 반사시켜 출사시키는 것을 원리로 한다.In the liquid crystal display of the third exemplary embodiment, the
한편, 평판 표시 장치는 점차적으로 대형화되어짐에 따라 고휘도, 저가격화, 경량 및 슬림화하기 위한 경쟁이 가속화되고 있다. Meanwhile, as the flat panel display device is gradually enlarged in size, competition for high brightness, low cost, light weight, and slimness is accelerating.
본 발명의 액정 표시 장치는 이에 독자적 가격 경쟁력을 확보하기 위해 백 라이트 유닛을 생략하고, 동시에 고휘도 성능을 갖도록 새로운 개념의 광 결정으로 컬러 필터부를 형성하고, 이를 구동시키는 방법에 대해서 설명한 것이다.The liquid crystal display of the present invention has described a method of omitting a back light unit in order to secure an independent price competitiveness, and simultaneously forming and driving a color filter unit with a new concept of photonic crystal to have high brightness performance.
본 발명은 컬러 필터부는 전극 또는 화소 전극과 상기 전극 또는 화소 전극 내부에 형성되는 광 결정으로 이루어지며, 상기 전극 또는 화소 전극에 전압 인가시 상기 광 결정 내부에 액정이 채워지며, 액정과 상기 광 결정의 입자와 액정간의 굴절률 차이가 극대화되어 광 밴드갭(photo bandgap)이 형성되어 각각 적색(R), 녹색(G), 청색(B) 파장에 대해 선택적 필터링을 하게 된다.According to an embodiment of the present invention, a color filter part includes an electrode or a pixel electrode and a photonic crystal formed inside the electrode or the pixel electrode, and when a voltage is applied to the electrode or the pixel electrode, a liquid crystal is filled in the photonic crystal, and a liquid crystal and the photonic crystal The difference in refractive index between the particles and the liquid crystal is maximized to form a photo bandgap to selectively filter the red (R), green (G), and blue (B) wavelengths, respectively.
상기와 같은 본 발명의 칼라 필터 및 이를 이용한 액정 표시 장치는 다음과 같은 효과가 있다.The color filter of the present invention and the liquid crystal display using the same have the following effects.
첫째, 필터링을 행하는 소정 색상의 광을 제외하고는 나머지 색상의 광을 흡수하는 종래 염료를 사용한 컬러 필터 대신 소정 파장에 대해 선택적인 광 반사 특성을 갖는 광 결정을 컬러 필터에 이용함으로써, 광 효율을 높일 수 있고, 표시에 있어서 광의 순도를 높일 수 있다.First, by using a light crystal having a light reflection characteristic selective to a predetermined wavelength in the color filter instead of a color filter using a conventional dye that absorbs the light of the remaining colors except for the light of the predetermined color to filter, the light efficiency is improved. It is possible to increase the purity of light in display.
둘째, 광 효율을 높아져 백 라이트 유닛을 요구하지 않고, 외부광만을 이용하여 표시를 행할 수 있다. Second, the light efficiency is increased, so that display can be performed using only external light without requiring a backlight unit.
셋째, 광 결정의 내부를 이루는 입자의 크기 및 사이즈를 조정함으로써, 액정과의 굴절률 차를 크게 하여 광 밴드갭을 늘릴 수 있으며, 이로써, 색 조정 범위를 넓힐 수 있다.Third, by adjusting the size and size of the particles constituting the inside of the photonic crystal, it is possible to increase the optical bandgap by increasing the refractive index difference with the liquid crystal, thereby widening the color adjustment range.
넷째, 전극과 광 결정만을 이용하여 화소 전압의 충진 기능과, 컬러 필터의 기능을 동시에 할 수 있어, 액정 표시 장치의 구조를 단순화할 수 있다.Fourth, the filling function of the pixel voltage and the function of the color filter can be simultaneously performed using only the electrode and the photonic crystal, thereby simplifying the structure of the liquid crystal display device.
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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WITN | Withdrawal due to no request for examination |