KR20070031507A - 컬러 액정 표시 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 풀 컬러 구현이 가능한 컬러 액정 표시 장치를 개시한다. 개시된 본 발명의 컬러 액정 표시장치는, 박막트랜지스터 및 화소전극을 구비한 어레이 기판; 상기 어레이 기판과 마주보도록 배치된 투명전극 기판; 및 상기 어레이 기판과 투명전극 기판 사이에 개재되며, 고분자 혼합물, 이색성의 염료가 첨가된 액정 및 안료(pigment)를 포함하는 고분자 분산 액정층;을 포함하는 것을 특징으로 한다. 이러한 구성을 갖는 컬러 액정 표시 장치는 오프 상태(차단 상태)에서 상기 이색성 염료에 의해 검은색이 표현되고, 온 상태(투과 상태)에서 안료에 의해 컬러의 표현이 가능한 특성을 갖는다.

Description

컬러 액정 표시 장치{COLOR LIQUID CRYSTAL DISPLAY}
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 컬러 액정 표시 장치를 나타낸 개략적인 구성도이다.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
100 : 어레이 기판 110 : 제1 투명기판
115 : 밀봉 부재 120 : 화소전극
150 : 투명전극 기판 160 : 제2 투명기판
170 : 공통전극 190 : 고분자 분산 액정층
192 : 고분자 혼합물 194 : 이색성 염료 (굵은 선)
196 : 액정 (가는 선) 198 : 안료
본 발명은 액정 표시 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 풀 컬러 구현이 가능한 고분자 분산 액정층을 포함하는 컬러 액정 표시 장치에 관한 것이다.
일반적으로, 폴리머 분산 액정(PDLC : polymer dispersed liquid crystal) 표시장치는 서로 마주보는 두 장의 투명기판과 상기 기판들 사이에 개재되는 고분 자 분산 액정층을 포함한다. 이때, 상기 고분자 분산 액정층은 화학적으로 액정에 해가 될 수도 있는 산소와 수분과 접촉되지 못하도록 상기 두장의 투명기판 사이에 밀봉(sealing)되어 있다.
상기 고분자 분산 액정 기술에 대한 예는 P. S. Drzaic의 저서 'Liquid Crystal Kispersions' (1995)에 개시되어 있다.
전형적으로, 상기 고분자 분산 액정은 고분자 접합체(polymer binder) 내에서 분산된 작은 분자량의 네마틱(nematic) 액정의 마이크론 크기의 작은 방울 (droplets)로 구성된다. 네마틱 방울은 광을 강하게 산란시켜서 재료가 하얀 불투명체나 불투명한 외관을 갖도록 한다(차단 상태). 그리고, 각 투명기판에 구비된 양 전극들 사이에 전압차이가 발생되면(투과 상태), 전계는 액정의 통상적인 굴절률이 거의 등방성 고분자 매트릭스의 굴절률에 일치하도록 방울을 정렬시키고 실질적으로 방울의 산란 전력이 감소되어 광이 통과할 수 있도록 한다. 따라서, 온 상태인 투과 상태에서의 셀은 맑거나 혹은 투명하게 보이며, 오프 상태인 차단 상태에서는 불투명하게 보인다.
그리고, 게스트-호스트(guest-host) 고분자 분산 액정 표시장치에서, 염료 (dye), 특히, 다색성 또는 이색성의 염료는 액정에 첨가되어 칼라(color) 표시장치를 만든다. 예를 들어, 만약 막대모양(bar-shaped) 구조를 갖는 이색성 염료가 고분자 분산 액정에 첨가된다면, 이색성 염료 분자는 고분자 분산 액정분자에 평행하게 방향이 맞추어지는 특성을 갖기 때문에, 마주보고 있는 양 전극에 전계를 인가함으로써 액정의 분자 방향이 바뀌면, 이색성 염료 분자의 방향 역시 변화한다. 상 기 이색성 염료는 채색되거나 정렬방향에 의존함이 없이 만들어지기 때문에, 오프 상태와 '온 상태 사이의 스위칭이 가능하다. 상기 이색성 염료를 게스트-호스트 고분자 분산 액정 표시장치에 사용하여 색대 비율을 향상시키는 것은 당업자에게 있어서는 자명하다.
아울러, 고분자 분산 액정 표시장치는 투과형 액정 표시장치 또는 반사형 액정 표시장치로 구분될 수 있다.
상기 투과형 고분자 분산 액정 표시장치는 내부 광원을 가지고 있다. 양극에 전압을 인가하면, 광은 고분자 분산 액정층을 통과하여 지나갈 수 있다. 상기 투과형 액정 표시 장치는 고분자 분산 액정의 산란 특성으로 인해 검은색의 구현이 어려워 백 라이트 이외에 광 조절막이 더 필요하다. 그러나 상기 광 조절막에 의해 시야각의 제한이 발생된다.
상기 반사형 액정 표시장치는 전형적으로 투명상태에서 보이게 되는 검정 반사(reflective black) 또는 컬러 필터(colored filter)를 포함한다. 그러나, 반사형 액정 표시장치는 오프 상태에서 검정색 상태로 동작하고, 온 상태에서 투과 상태로 동작하기 때문에 휘도는 증가하지만 검정색을 표현하기 어려운 문제점을 가지고 있다. 또한, 이색 염료를 포함하는 고분자 분산 액정을 사용할 경우만 단색 표현만 가능한 문제점을 갖는다.
따라서, 본 발명의 목적은 풀 컬러의 구현이 가능한 고분자 분산 액정층을 포함하는 컬러 액정 표시 장치를 제공하는데 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 컬러 액정 표시장치는, 박막트랜지스터 및 화소전극을 구비한 어레이 기판; 상기 어레이 기판과 마주보도록 배치된 투명전극 기판; 및 상기 어레이 기판과 투명전극 기판 사이에 개재되며 고분자 혼합물, 이색성의 염료가 첨가된 액정 및 안료(pigment)를 포함하는 고분자 분산 액정층;을 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 이색성 염료는 검정색을 띠는 염료이며,
상기 안료의 예로는 빨간색 안료, 파란색 안료, 녹색 안료 등을 들 수 있다.
상기 액정은 고분자 혼합물 내에서 방울 상태로 분산되고, 상기 안료는 상기 고분자 혼합물 내에 분산된다.
그리고, 상기 어레이 기판 하부에 구비되는 백라이트 유닛 또는 반사 유닛을 더 포함할 수 있다.
전술한 바와 같은 본 발명의 컬러 액정 표시 장치는 이색성 염료를 포함하는 액정과 상기 안료를 포함하는 고분자 분산 액정층을 포함하고 있어, 오프 상태(차단 상태)에서 상기 이색성 염료에 의해 검은색이 표현되고, 온 상태(투과 상태)에서 안료에 의해 컬러의 표현이 가능한 특성을 갖는다. 즉, 풀 컬러의 구현이 가능할 뿐만 아니라 동시에 명암비 및 컬러의 해상도를 향상된다.
또한, 전술한 바와 같은 본 발명의 컬러 액정 표시 장치는 반사 유닛 또는 백라이트 유닛과 결합됨으로 인해 기존의 액정 표시장치 대비 밝기, 컬러의 구현정도 및 시야각 등이 향상된 특성을 가질 수 있다.
(실시예)
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 컬러 액정 표시 장치를 상세하게 설명하기로 한다. 본 발명은 여기서 설명되어지는 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시예들은 개시된 내용이 보다 완전해질 수 있도록, 그리고, 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되어지는 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 컬러 액정 표시 장치를 나타낸 개략적인 구성도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 컬러 액정 표시 장치는 어레이 기판(100), 투명전극 기판(150), 고분자 분산 액정의 수납영역을 정의하는 밀봉부재(115), 상기 어레이 기판(100) 또는 투명전극 기판(150)에 형성되어 상기 고분자 분산 액정층의 셀 갭을 정의하는 컬럼 스페이서(도시하지 않음) 및 상기 어레이 기판(100)과 투명전극 기판(150) 사이에 개재되는 고분자 분산 액정층(190)을 포함한다.
상기 어레이 기판(100)은 제1 투명기판(110) 및 화소전극(120)을 포함하며, 또한, 도시하지는 않았으나, 박막트랜지스터(Thin Film Transistor), 소스 라인, 게이트 배선, 게이트 절연막 및 유기막 등을 포함한다.
구체적으로, 상기 제1 투명기판(110)은 광을 통과시킬 수 있는 투명한 재질의 유리기판이다. 상기 유리기판은 무알칼리 특성을 갖는다. 만약, 상기 유리기판이 알칼리 특성을 가지면, 유리에서 알칼리 이온이 고분자 분산 액정층으로 용출되고, 이러한 알칼리 이온의 용출은 고분자 분산 액정층의 비저항 저하를 초래함은 물론 밀봉부재(115), 즉, 실런트와 유리기판간의 접착력을 저하시키고, 아울러, 박 막트랜지스터의 동작에 악영향을 준다. 따라서, 상기 유리기판은 무알칼리 특성을 가진 것을 사용한다.
상기 박막트랜지스터는 제1 투명기판(110)의 각 화소영역 마다 형성되며, 게이트 배선 및 데이터 배선이 교차되는 곳에 형성된다. 특히, 상기 박막트랜지스터는 게이트 전극, 게이트 절연막, 채널막, 소오스 전극과 드레인 전극으로 이루어진 데이터 전극으로 이루어진다.
여기서, 상기 게이트 전극은 제1 투명기판(110) 상에 형성되며, 게이트 배선과 연결된다. 상기 게이트 절연막은 게이트 전극을 포함한 게이트 배선 상에 형성되며, 상기 게이트 전극이 다른 도전성 패턴과 접촉되어 쇼트되는 것을 방지하는 역할을 한다. 특히, 상기 게이트 절연막은 실리콘 질화물(SiNx)이다.
상기 채널막은 게이트 전극과 절연된 상태로 게이트 전극의 상면에 배치된다. 구체적으로, 상기 채널막은 바람직하게 비정질 실리콘 박막(amophous silicon film) 및 비정질 실리콘 박막의 상면에 배치된 n+ 비정질 실리콘 박막(n+ amophous silicon film)으로 이루어진다. 그리고, 상기 채널막은 상기 게이트 절연막 상에 배치되며, 게이트 전극에 상기 선택 신호가 인가되면, 이러한 채널막을 통해 소스 전극과 드레인 전극 사이에 전류가 흐른다. n+ 비정질 실리콘 박막은 비정질 실리콘 박막의 표면에 2개로 나뉘어져 형성된다.
상기 소오스 전극은 각 데이터 배선과 연결되고, 상기 소오스 전극은 2개로 나뉘어진 n+ 비정질 실리콘 박막 중 하나에 접촉된다. 상기 드레인 전극은 2개로 나뉘어진 n+ 비정질 실리콘 박막 중 나머지 하나에 접촉된다.
상기 유기막은 상기 박막트랜지스터의 드레인 전극을 노출시키는 콘택홀을 포함한다.
상기 화소전극(120)은 유기막 상에 형성되는 투명전극으로서 상기 콘택홀을 통해 드레인 전극과 전기적으로 연결된다. 상기 화소전극(120)은 산화 주석 인듐(Indium Tin Oxide; 이하, ITO), 산화 아연 인듐(Indium Zinc Oxide; 이하, IZO), 또는, 산화 아연(Zinc Oxide; 이하, ZO)과 같은 도전성 산화막으로 형성된다. 또한, 상기 화소전극(120)은 투명전극 기판(150)의 공통전극(170)과의 사이에 인가된 전압에 의해 고분자 분산 액정층(190) 내의 액정을 제어하여 광의 투과도를 조절한다.
상기 투명전극 기판(150)은 제2 투명기판(160) 및 공통전극(170)을 포함한다. 상기 제2 투명기판(160)은 광을 통과시킬 수 있는 투명한 재질의 유리기판이다. 상기 유리기판은 무알칼리 특성을 갖는다. 상기 공통전극(170)은 ITO, IZO 또는 ZO와 같은 투명한 도전성 물질로 형성된다.
상기 밀봉부재(115)는 고분자 분산 액정의 수납공간을 확보하기 위해 상기 기판들(100, 150)의 외측을 따라 형성되며, 폐곡선 모양을 갖는다. 상기 밀봉부재(115)로는 자외선에 의해 경화되는 UV 경화형 실런트, 또는, 열에 의해 경화되는 열 경화형 실런트가 사용될 수 있다.
상기 컬럼 스페이서는 상기 어레이 기판(100)과 투명전극 기판(150) 사이를 이격시키는 역할을 한다. 구체적으로는 고분자 분산 액정층(190)이 형성되는 셀 갭을 유지하는 역할을 한다. 일 예로서, 상기 컬럼 스페이서는 어레이 기판(100)의 화소영역에 형성되고, 상기 어레이 기판(100)의 화소영역에 대응되는 투명전극 기판(150)의 영역에 형성될 수 있다. 상기 컬럼 스페이서는 일반의 포토레지스트 패턴을 형성하는 공정을 수행하여 형성될 수 있다.
상기 고분자 분산 액정층(190)은 컬럼 스페이서에 의해 이격되는 어레이 기판(100)과 투명전극 기판(150) 사이에 개재되며, 밀봉부재(115)에 의해 수납 공간이 정의된다.
특히, 상기 고분자 분산 액정층(190)은 고분자 혼합물(192)고, 이색성의 염료(194)가 첨가된 액정(196) 및 안료(pigment; 198)를 포함하는 구성을 갖는다. 본 실시예에서의 고분자 분산 액정층(190)은 상기 액정(196)에 첨가되는 염료(194)와 상기 안료(198)가 서로 혼합되지 않는 것을 특징으로 하고 있다.
상기 액정(196)은 고분자 혼합물 내에서 방울 상태로 분산되고, 화소전극(120) 및 공통전극(170)에 의해 형성되는 전기장에 의해서 구동된다. 상기 액정(196)에 첨가되는 이색성 염료(194)는 검정색의 이색성 염료이다. 특히, 상기 검정색의 이색성 염료는 상기 화소전극(120) 및 공통 전극(170)에 의해 형성되는 전기장에 의해 액정(196)과 함께 구동된다. 특히, 상기 검정색의 이색성 염료는 온 상태(투과 상태)를 컬러 상태로 적용 가능하도록 하여 밝기 및 색 재현성의 특성을 향상시키는 역할을 한다. 아울러, 상기 안료(198)는 상기 고분자 혼합물(192) 내에 분산되고, 빨간색(red) 안료, 파란색(blue) 안료, 녹색(green) 안료 등을 포함한다. 상기 안료(198)는 단독 또는 혼합하여 사용할 수 있다.
상기 안료(198)는 고분자 분산 액정층(190)에 포함되어 상기 액정 표시 장치 의 풀 컬러의 구현이 가능하도록 한다. 즉, 상기 고분자 분산 액정층(190)을 포함하는 본 발명에 따른 컬러 액정 표시 장치는, 오프 상태(차단 상태)에서 상기 이색성 염료(194)에 의해 검은색이 표현되는 특성을 갖고, 온 상태(투과 상태)에서 안료(198)에 의해 컬러의 표현이 가능한 특성을 갖는다. 즉, 풀 컬러의 구현이 가능할 뿐만 아니라, 동시에 명암비 및 컬러의 해상도가 향상된다.
그리고, 도시하지 않았지만, 본 발명의 컬러 액정 표시장치는 그 특성을 보다 향상시키기 위해 백라이트 유닛 및 반사 유닛을 더 포함할 수 있다. 만약, 상기 백라이트 유닛이 적용되는 컬러 액정 표시 장치는 투과형 컬러 액정 표시 장치로 응용이 가능하다. 즉, 오프 상태에서 검정색으로 구동하고, 온 상태에 컬러 상태로 구동된다. 또한, 상기 반사 유닛이 적용되는 컬러 액정 표시 장치는 반사형 컬러 액정 표시 장치로 응용이 가능한다. 즉, 오프 상태에서 검정색으로 구동하고, 온 상태에 컬러 상태로 구동된다.
이상에서와 같이 본 발명에 따른 컬러 액정 표시 장치는 고분자 혼합물, 이색성 염료를 포함하는 액정과 상기 안료를 포함하는 고분자 분산 액정층을 포함한다. 그러므로, 본 발명의 상기 컬러 액정 표시 장치는 오프 상태(차단 상태)에서 상기 이색성 염료에 의해 검은색이 표현되고, 온 상태(투과 상태)에서 안료에 의해 컬러의 표현이 가능한 특성을 갖는다. 즉, 풀 컬러의 구현이 가능할 뿐만 아니라 동시에 명암비 및 컬러의 해상도를 향상되는 특성을 갖는다. 또한, 본 발명의 컬러 액정 표시 장치는 반사 유닛 또는 백라이트 유닛과 결합됨으로 인해 기존의 액정 표시장치 대비 밝기, 컬러의 구현 정도 및 시야각 등이 향상된 특성을 가질 수 있다.
이상에서는 실시예들을 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

Claims (7)

  1. 박막트랜지스터 및 화소전극을 구비한 어레이 기판;
    상기 어레이 기판과 마주보도록 배치된 투명전극 기판; 및
    상기 어레이 기판과 투명전극 기판 사이에 개재되며, 고분자 혼합물, 이색성의 염료가 첨가된 액정 및 안료(pigment)를 포함하는 고분자 분산 액정층;을 포함하는 것을 특징으로 하는 컬러 액정 표시 장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 이색성 염료는 검정색을 띠는 염료인 것을 특징으로 하는 컬러 액정 표시 장치.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 안료는 빨간색(red) 안료, 파란색(blue) 안료 및 녹색(green) 안료로 구성된 그룹으로부터 선택되는 어느 하나인 것을 특징으로 하는 컬러 액정 표시 장치.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 액정은 고분자 혼합물 내에서 방울 상태로 분산되는 것을 특징으로 하는 컬러 액정 표시 장치.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 안료는 고분자 혼합물 내에 분산되어 있는 것을 특징으로 하는 컬러 액정 표시 장치.
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 어레이 기판 하부에 구비되는 백라이트 유닛을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 컬러 액정 표시 장치.
  7. 제 1 항에 있어서, 상기 어레이 기판 하부에 구비되는 반사 유닛을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 컬러 액정 표시 장치.
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