KR101208515B1 - 솔라셀 내장 액정표시장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은, 본 발명은 액정표시장치(Liquid Crystal Display device)에 관한 것으로, 상부기판, 하부기판, 상기 하부기판 아래의 백라이트, 및 상기 하부기판 및 상기 상부기판 사이에 형성되어, 상기 하부기판 및 상기 상부기판을 통해 유입되는 광을 수광할 수 있는 솔라셀 유닛을 포함하는 솔라셀 내장 액정표시장치를 제공한다. 본 발명에 따르면 태양광이 강한 주간뿐만 아니라 야간에서도 백라이트광을 이용하여 전력을 생산하여 본 발명에 따른 솔라셀 내장 액정표시장치가 연결되는 단말기에 공급할 수 있으므로, 특히 한정된 전력으로 일정시간 동안 이동하면서 동작하는 특성을 갖는 예컨대 핸드폰과 같은 이동단말기에 응용되는 경우 소비전력감소 측면에서 매우 유리한 장점이 있다.
LCD, 액정표시소자, 솔라셀, 태양전지

Description

솔라셀 내장 액정표시장치{Liquid crystal display device with solar cell}
도 1은 종래의 액정표시장치의 개략적 구조를 나타내는 단면도이다.
도 2는 본 발명에 따라 솔라셀이 내장된 액정표시소자의 개략적 단면도이다.
도 3은 본 발명의 제 1 실시예에 따라 솔라셀 내장 액정표시장치가 임의 단말기에 장착되는 구성 및 이에 따른 동작원리를 설명하기 위한 회로도이다.
도 4는 본 발명의 제 2 실시예에 따라 솔라셀 내장 액정표시장치가 임의 단말기에 장착되는 구성 및 이에 따른 동작원리를 설명하기 위한 회로도이다.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
1, 3: 액정표시장치 10: 하부기판
13: 화소전극 15: 박막트랜지스터
30: 상부기판 70: 백라이트
90: 솔라셀유닛 91: 제 1 솔라셀
95: 제 2 솔라셀 200: 솔라셀선택용스위치
300: 단말기 배터리 400: 단말기본체
450: 단말기 제어부 500: 충전차단용스위치
본 발명은 액정표시장치(Liquid Crystal Display device)에 관한 것으로, 특히 솔라셀(태양전지)을 이용하여 소비전력을 더욱 감소시킨 액정표시장치에 관한 것이다.
액정표시장치는 액체의 유동성과 함께 고체의 결정과 같은 규칙적인 분자배열을 가지면서 광학적 이방성을 가지고 전압 등이 가해지면 전계의 방향에 따라 분자배열이 바뀌는 특성을 지닌 액정의 성질을 이용하여 화면을 구현하는 평판 디스플레이용 장치이다.
종래의 액정표시장치에 대해 도 1을 참조하여 살펴본다. 도 1은 종래의 액정표시장치의 개략적 구조를 나타내는 단면도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 액정표시장치(1)에는 투명한 하부기판(10) 및 상부기판(30)이 셀갭(cell gap)을 유지하기 위한 스페이서(spacer)(미도시)에 의하여 액정이 주입될 수 있는 소정의 간격을 두고 서로 대향하여 설치되어 있고, 액정(50)이 상기 하부기판(10) 및 상기 상부기판(30) 사이에 주입되어 있다.
그리고, 상기 하부기판(10)의 내면에 화소전극(13)이 복수개 형성되어 있고, 상기 각 화소전극(13)에는 소위칭소자로 기능하는 박막트랜지스터(15)가 형성되며, 상기 화소전극(13) 위에는 배향막(미도시)이 형성되어 있다. 여기서, 상기 박막 트랜지스터의 드레인 전극(미도시)이 화소전극(13)에 접속되는 부분이 된다. 그리고, 상기 하부기판(10)의 아래에는 액정표시장치의 광원역할을 하는 백라이트(70)가 배치된다.
한편, 상기 상부기판(30)의 내면에는 상기 복수개의 화소전극(10)에 대향하여 투명한 공통전극(33)이 형성되어 있고, 상기 공통전극(33) 상에도 배향막(미도시)이 형성되어 있다.
상기 화소전극(13) 및 상기 공통전극(33) 간에 구동전압이 인가되어 상기 액정(50)의 배열 방향이 조절되어 상기 백라이트(70)의 광이 각 화소별로 선택적으로 투과됨으로써 상기 액정표시장치(1)가 디스플레이로서 역할을 하게 된다.
근래에 상기 액정표시장치(1)는 이동단말기와 같은 각종 단말기에서의 디스플레이 장치로서 많이 사용되고 있다. 이동단말기는 한정된 전력으로서 일정시간 동안 동작하기 때문에 이에 장착되는 액정표시장치의 소비전력이 가능한 최소일 것이 절실히 요구되고 있다.
이에 본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위한 제안되는 것으로서, 솔라셀을 이용하여 기본적으로 전력소비소자인 액정표시장치가 경우에 따라 전력생산소자가 될 수 있도록 하여 이를 장착되는 단말기에 대해 전원공급장치로서도 동작할 수 있는 솔라셀 내장 액정표시장치를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위해 본 발명은, 상부기판, 하부기판, 상기 하부기판 아래의 백라이트, 및 상기 하부기판 및 상기 상부기판 사이에 형성되어, 상기 하부기판 및 상기 상부기판을 통해 유입되는 광을 수광할 수 있는 솔라셀 유닛을 포함하는 솔라셀 내장 액정표시장치를 제공한다.
또한, 상기 목적을 달성하기 위해 본 발명은, 임의의 단말기에 장착될 수 있는 솔라셀 내장 액정표시장치에 있어서, 상기 단말기의 배터리의 전압이 소정 전압 이상인 경우에는 상기 솔라셀의 상기 배터리와의 전기적 연결이 차단되는 것을 특징으로 하는 솔라셀 내장 액정표시장치를 제공한다.
본 발명에서는 전술한 바로부터 알 수 있듯이 액정표시소자에 솔라셀(Solar Cell)을 내장함으로써 상기 목적을 달성하고자 한다. 이하 상기 목적을 구체적으로 달성할 수 있는 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 설명한다. 종래와 동일한 구성요소는 설명의 편의상 동일 명칭 및 동일 부호를 부여하며 이에 대한 상세한 설명은 생략한다.
먼저, 도면을 참조하여 본 발명에 따라 솔라셀 내장된 액정표시소자(3)의 구성에 대해 살펴본다. 도 2는 본 발명에 따라 솔라셀이 내장된 액정표시소자의 개략적 단면도이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 액정표시소자(3)의 하부기판(10) 및 상부기판(30) 사이에 솔라셀 유닛(90)이 형성된다.
상기 솔라셀 유닛(90)은 크게 제 1 솔라셀(91), 제 1 전극층(93), 제 2 솔라셀(95), 제 2 전극층(97), 및 공통전극층(99)를 포함하여 구성된다.
제 1 솔라셀(91) 및 제 2 솔라셀(95)은 각각 P층(P형 반도체)(91-1, 95-1)와 N층(N형 반도체)(91-2, 95-2)을 포함하는, 광을 전류로 변환가능한 PN 접합 다이오드인 것이 바람직하다. 제 1 솔라셀(91) 또는 제 2 솔라셀(95)의 PN 접합면에 광이 가해지면 자유전자는 N형 반도체로 모이고 정공은 P형 반도체로 모이게 된다. 상기 자유전자와 상기 정공은 상기 솔라셀 유닛에 연결되는 부하에 대해 전류를 발생시킴으로써, 상기 솔라셀 유닛이 일종의 전원 역할을 할 수 있도록 한다. 이에 대해서는 이후 자세히 다시 후술된다.
상기 솔라셀 유닛(90)에 바람직하게는 두 개(또는 세 개 이상)의 솔라셀, 즉 제 1 솔라셀(91) 및 제 2 솔라셀(95)이 사용되는 이유는 상부기판을 통해 유입되는 광(예컨대, 태양광)뿐만 아니라 하부기판을 통해 유입되는 광(예컨대, 백라이트(70)광)을 효율적으로 수광하여 전원으로 변환시키기 위한 것이다. 제 1 솔라셀(91)을 하부기판(10)으로부터의 광을 수광하는 역할을 하고 제 2 솔라셀(95)은 상부기판(30)으로부터의 광을 수광하는 역할을 한다.
제 1 솔라셀(91)과 제 2 솔라셀(95)은 상기 공통전극층(99)을 사이에 두고 제 1 솔라셀(91)의 P층(91-1)과 제 2 솔라셀(95)의 P층(95-1)이 마주보도록 상호 접합되는 것이 바람직하다. 따라서, 제 1 솔라셀(91)의 N층(91-2)과 제 2 솔라셀(95)의 N층(95-2)은 각각 하부기판(10)과 상부기판(30)을 향할 수 있도록 배치되는 것이 바람직하다. 이는 솔라셀의 P층이 광원을 향할 때보다 솔라셀 N층이 광원을 향할 때 솔라셀의 효율이 일반적으로 더욱 높기 때문이다.
그리고, 제 1 솔라셀(91)의 N층(91-2) 상에는 제 1 전극층(93)이 형성되고, 제 2 솔라셀(95)의 N층(95-2) 상에는 제 2 전극층(97)이 형성되는 것이 바람직하다.
이와 같은 솔라셀 내장 액정표시장치가 임의의 단말기에 장착되는 구성 및 이에 따른 동작원리에 대해 제 1 실시예 및 제 2 실시예로 나누어 자세히 살펴본 다.
제 1 실시예
도 3은 본 발명의 제 1 실시예에 따라 솔라셀 내장 액정표시장치가 임의 단말기에 장착되는 구성 및 이에 따른 동작원리를 설명하기 위한 회로도이다. 도 3에서는 설명의 간편함을 위해 본 발명에 따른 솔라셀 내장 액정표시장치(3) 중 솔라셀 유닛(90)만이 도시되어 있다.
상기 솔라셀유닛(90)은 도 3에 도시된 바와 같이 단말기와 연결된다. 즉, 제 1 전극층(93) 및 제 2 전극층(97) 중 하나는 솔라셀선택용스위치(200)를 통해 단말기 배터리(300)의 제 1 전극으로 연결되고, 상기 공통전극층(99)은 상기 단말기 배터리(400)의 제 2 전극으로 연결된다.
상기 솔라셀선택용스위치(200)는 상기 단말기 배터리(300)에 제 1 솔라셀(91)과 제 2 솔라셀(95) 중 어느 것으로부터의 전류가 공급될 것인지가 선택될 수 있도록 한다. 예를 들면, 상기 솔라셀선택용스위치(200)는, 밤에는 외부광보다 백라이트광이 밝을 것이므로 백라이트광을 수광하여 전류를 발생하는 제 1 솔라셀(91)의 제 1 전극층(93)이 상기 단말기 배터리(300)의 제 1 전극에 연결되도록 하고, 낮에는 백라이트광보다 외부광(예컨대, 태양광)이 밝을 것이므로 외부광을 수광하여 전류를 발생하는 제 2 솔라셀(95)의 제 2 전극층(97)이 상기 단말기 배터리(300)의 제 1 전극에 연결되도록 한다.
외부광 및 백라이트광의 상호 밝기 비교에 따른 상기 솔라셀선택용스위치(200)의 제어는 여러 가지 방식으로 행해질 수 있겠으나, 단순하게는 CdS셀(250)로 도 구현가능하다. 즉, 백라이트광의 밝기는 언제나 일정하므로, CdS셀(250)을 이용하여 외부광의 밝기를 감지하여 상기 외부광이 소정 밝기(즉, 상기 백라이트광의 밝기)보다 더 밝으면 소정 신호를 출력하고 상기 소정 신호는 상기 솔라셀선택용스위치(200)의 제어신호로서 사용되도록 하는 것이다.
이로써, 외부광과 백라이트광 중 더 밝은 광을 수광할 수 있는 제 1 솔라셀(91) 또는 제 2 솔라셀(95)에서 발생된 전류가 단말기 배터리에 충전될 수 있다. 따라서, 주간뿐만 아니라 야간의 경우에도 백라이트광을 이용한 단말기 배터리 충전이 가능해진다.
제 2 실시예
전술한 제 1 실시예의 경우에, 상기 단말기 배터리(300)에 이미 충분히 충전되어 있는 경우 상기 단말기 배터리(300)의 제 1 전극 및 제 2 전극 양단의 전압이, 상기 단말기 배터리(300)에 연결되는 제 1 솔라셀(91)에 따른 제 1 전극층 및 공통전극층 간의 전압 또는 제 2 솔라셀(95)에 따른 제 2 전극층 및 공통전극층 간의 전압보다 더 클 수 있다. 이와 같은 경우 상기 솔라셀에는 역전류가 흘러서 상기 솔라셀이 파손될 우려가 높다. 이에 본 발명의 제 2 실시예는 이와 같은 제 1 실시예의 문제점을 해결할 수 있도록 솔라셀 내장 액정표시장치(3)가 임의의 단말기에 장착되는 구성 및 이에 따른 동작원리에 관한 것이다.
도 4는 본 발명의 제 2 실시예에 따라 솔라셀 내장 액정표시장치가 임의 단말기에 장착되는 구성 및 이에 따른 동작원리를 설명하기 위한 회로도이다. 도 4에서도 설명의 간편함을 위해 본 발명에 따른 솔라셀 내장 액정표시장치(3) 중 솔라 셀 유닛(90)만이 도시되어 있다. 그리고, 제 2 실시예에 따른 도 4의 구성에 대한 설명에 있어 전술한 제 1 실시예에 따른 도 3의 구성과 동일한 부분은 설명의 간편함을 위해 생략하도록 하겠다.
도 4에 도시된 바와 같이, 상기 솔라셀선택용스위치(200)와 상기 단말기 배터리(300) 사이에는 충전차단용스위치(500)가 구성되어 있다. (상기 충전차단용스위치(500)는 상기 공통전극층(99) 및 상기 단말기 배터리(300) 사이에 구성되어도 무방함.) 그리고, 상기 충전차단용스위치(500)는 상기 단말기 본체(400)의 제어부(450)의 제어를 받는다.
부연하면, 상기 단말기 제어부(450)는 상기 단말기 배터리(300)의 충전전압을 모니터한다. 모니터 결과 상기 단말기 배터리(300)의 충전전압이 소정 전압(즉, 솔라셀에 역전류를 발생시키는 임계전압) 이상이면 상기 충전차단용스위치(500)에 제어신호를 보내어 상기 충전차단용스위치(500)가 개방되도록 한다.
그러면, 상기 솔라셀유닛(90)과 상기 단말기 배터리(300)는 상호 전기적 연결이 해제되므로, 상기 단말기 배터리(300)에 과충전되어 있는 경우 제 1 솔라셀(91) 또는 제 2 솔라셀(95)에 역전류가 발생될 가능성을 원천적으로 방지한다.
본 발명은 본 발명의 정신 및 필수적 특징을 벗어나지 않는 범위에서 다른 특정한 형태로 구체화될 수 있음은 당업자에게 자명하다. 예를 들면, 이상에서는 제 1 솔라셀 또는 제 2 솔라셀 중 어느 한 솔라셀을 선택적으로 이용하여 단말기 배터리를 충전할 수 있는 구성에 대해 설명되었으나, 본 기술분야의 당업자라면 본 명세서에서 설명된 구성으로부터 제 1 솔라셀 및 제 2 솔라셀 모두를 동시에 이용 하여 단말기 배터리에 충전할 수 있는 구성으로 쉽게 변형 가능할 것이다.
따라서, 상기의 상세한 설명은 모든 면에서 제한적으로 해석되어서는 아니되고 예시적인 것으로 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 첨부된 청구항의 합리적 해석에 의해 결정되어야 하고, 본 발명의 등가적 범위 내에서의 모든 변경은 본 발명의 범위에 포함된다.
이상에서 설명한 본 발명에 따른 솔라셀 내장 액정표시장치의 효과를 설명하면 다음과 같다.
전술한 바와 같이, 본 발명에 따르면 태양광이 강한 주간뿐만 아니라 야간에서도 백라이트광을 이용하여 전력을 생산하여 본 발명에 따른 솔라셀 내장 액정표시장치가 연결되는 단말기에 공급할 수 있다. 따라서, 특히 한정된 전력으로 일정시간 동안 이동하면서 동작하는 특성을 갖는 예컨대 핸드폰과 같은 이동단말기에 응용되는 경우 소비전력감소 측면에서 매우 유리한 장점이 있다.

Claims (8)

  1. 상부기판,
    하부기판,
    상기 하부기판 아래의 백라이트,
    N층이 상기 하부기판을 향하고, 상기 N층 상에 제1 전극층이 형성되며 상기 하부기판을 통해 유입되는 광을 수광하는 PN형의 제 1 솔라셀,
    P층이 상기 제 1 솔라셀의 P층과 서로 대향되고, N층이 상기 상부기판을 향하고, 상기 N층 상에 제2 전극층이 형성되며 상기 상부기판을 통해 유입되는 광을 수광하는 PN형의 제 2 솔라셀, 및
    상기 제 1 솔라셀 및 제 2 솔라셀의 P층 사이에 형성되는 공통전극층을 포함하는 솔라셀 내장 액정표시장치;
    제 1 전극이 상기 제 1 전극층 및 제 2 전극층 중 어느 하나와 연결되고, 제 2 전극이 상기 공통전극층과 연결되는 배터리; 및
    상기 배터리의 전압이 기 설정된 전압 이상이면, 상기 제 1 전극층 및 제 2 전극층 중 어느 것도 상기 배터리의 제 1 전극과 연결되지 않도록 제어하는 제어부;를 포함하여 이루어지는 솔라셀 내장 액정표시장치를 구비한 단말기.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 제어부는, 상기 제 2 솔라셀로 유입되는 광의 세기가 상기 제 1 솔라셀로 유입되는 광의 세기보다 크면 상기 제 2 전극층이 상기 배터리의 제 1 전극과 연결되도록 제어하고, 그렇지 않으면 상기 제 1 전극층이 상기 배터리의 제 1 전극과 연결되도록 제어하는 것을 특징으로 하는 솔라셀 내장 액정표시장치를 구비한 단말기.
  6. 삭제
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 제어부는, 상기 배터리의 전압이 상기 기 설정된 전압 이상이면, 상기 공통전극층이 상기 배터리의 제 2 전극과 연결되지 않도록 제어하는 것을 특징으로 하는 솔라셀 내장 액정표시장치를 구비한 단말기.
  8. 삭제
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