KR20050105052A - 시야각 조절이 가능한 액정표시장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 시야각 조절이 가능한 액정표시장치에 관한 것으로, 특히 시야각을 선택에 따라 조절할 수 있는 액정표시장치에 관한 것이다. 본 발명의 액정표시장치는 복수의 게이트라인과 복수의 데이터라인에 의해 정의되는 복수의 단위화소와; 상기 단위화소내에 형성되는 제 1 전극과 ; 상기 제 1 전극과 평행하게 배열되는 제 2 전극과; 상기 단위화소가 배열되는 제 1 기판의 대향면인 제 2 기판에 배열되는 제 3전극과, 상기 제 1 기판과 제 2 기판 사이에 형성되는 액정층과; 상기 제 1 기판 및 제 2 기판의 외측에 각각 형성되는 한쌍의 편광판을 구비하여 사용자의 선택에 따라 시야각이 조절되는 액정표시장치를 제공한다.

Description

시야각 조절이 가능한 액정표시장치{LIQUID CRYSTAL DISPLAY DEVICE VIEWING ANGLE IS CONTROLLED}
본 발명은 시야각 변경이 가능한 액정표시장치에 관한 것으로 특히, 사용자의 선택에 따라 시야각을 넓히거나 좁힐 수 있는 액정표시장치에 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 액정분자의 배열에 따라 다양한 표시모드가 존재하지만, 현재에는 흑백표시가 용이하고 응답속도가 빠르며 구동전압이 낮다는 장점때문에 주로 TN모드의 액정표시소자가 사용되고 있다.
액정표시소자의 기본적인 구조는 단위화소가 배열되는 어레이기판과, 상기 어레이기판과 대향하는 컬러필터기판과 상기 어레이기판과 컬러필터기판 사이에 형성되는 액정을 포함한다. 또한 상기 어레이기판 및 컬러필터기판의 외곽으로는 각각 편광판이 형성되어 편광된 광이 액정에 이르도록 한다. 또한 상기 액정은 어레이기판에서 컬러필터기판에 이르도록 나선형으로 트위스트 되어 배열된다.
이러한 TN모드 액정표시소자에서는 기판과 수평하게 배향된 액정분자가 전압이 인가될 때 기판과 거의 수직으로 배향된다. 따라서, 액정분자의 굴절률 이방성(refractive anisotropy)에 의해 전압의 인가시 시야각이 좁아진다는 문제가 있었다.
이러한 시야각문제를 해결하기 위해, 근래 광시야각특성(wide viewing angle characteristic)을 갖는 각종 모드의 액정표시소자가 제안되고 있지만, 그 중에서도 횡전계모드(In Plane Switching Mode)의 액정표시소자가 실제 양산에 적용되어 생산되고 있다. 상기 IPS모드 액정표시소자는 전압을 인가했을 때 평면상의 횡전계를 형성하여 액정분자를 평면상으로 배향함으로써 시야각특성을 향상시킨 것으로, 도 1(a) 및 도 1(b)에 그 기본적인 개념이 도시되어 있다.
도 1(a)에 도시된 바와 같이, IPS모드 액정표시소자에서는 액정패널(1) 상에 공통전극(5) 및 화소전극(7)이 실질적으로 평행하게 배열되어 있고, 패널(1) 위에 형성되는 배향막의 러빙방향은 상기 공통전극(5)과 화소전극(7)과 일정한 각도로 형성된다. 따라서, 화소전극(7)이 전압이 인가되지 않는 경우 액정분자(42)는 러빙방향을 따라 배열되어 공통전극(5) 및 화소전극(7)과 일정한 각도로 배향된다.
상기 공통전극(5)과 화소전극(7)에 전압이 인가되면, 공통전극(5)과 화소전극(7) 사이에 패널(1)의 표면과 실질적으로 평행한 횡전계가 발생하여, 도 1(b)에 도시된 바와 같이 액정분자(42)가 공통전극(5) 및 화소전극(7)과 수직방향으로 배향된다.
다시 말해서, 전압이 인가되는 경우 액정분자(42)는 횡전계를 따라 동일 평면상에서 회전하게 되며, 그 결과 액정분자(42)의 굴절률 이방성에 의한 계조반전을 방지할 수 있게 된다.
또한 상기 IPS모드 액정표시소자는 액정의 초기배향이 기판과 평행하게 배열되며 기판에 실질적으로 평행방향으로 전계에 따른 회전이 일어나므로 시야각 특성이 우수한 점이 있다.
그러나 IPS 모드는 시야각 특성이 우수한 대신에 응답속도가 느리고 개구율이 감소되는 문제가 있다.
또한 시야각이 넓은 것만이 사용자에게 유리한 것이 아닐 수 있다. 사용자의 선택에 따라 좁은 시야각 특성을 타나내는 평판 디스플레이가 필요할 수 있다. 따라서 사용자의 선택에 따라 시야각을 좁히거나 넓힐 수 있는 평판 디스플레이의 개발이 요구된다.
그러므로 본 발명은 하나의 액정표시장치에서 사용자의 선택에 따라 시야각을 넓히거나 좁히는 것이 가능한 액정표시장치를 안출하는 것을 목적으로 한다.
상기 목적을 위하여 본 발명의 액정표시장치는 복수의 게이트라인과 복수의 데이터라인에 의해 정의되는 복수의 단위화소와; 상기 단위화소내에 형성되는 제 1 전극과 ; 상기 제 1 전극과 평행하게 배열되는 제 2 전극과; 상기 단위화소가 배열되는 제 1 기판의 대향면인 제 2 기판에 배열되는 제 3전극과, 상기 제 1 기판과 제 2 기판 사이에 형성되는 액정층과; 상기 제 1 기판 및 제 2 기판의 외측에 각각 형성되는 한쌍의 편광판을 구비하는 것을 특징으로 한다.
이하 도 2를 참조하여 본 발명의 액정표시장치의 구조를 살펴본다.
액정표시장치는 액정의 배열과 액정에 전계를 인가하는 전극의 배열 형태에 따라 ECB(Electrically Controlled Bireringence)모드, VA(Vertical Alignment)모드, TN(twisted Nematic)모드, 및 IPS(In Plane Switching)모드 등으로 구분된다.
통상 상기 ECB모드는 액정의 초기배향이 기판에 평행하게 배열되고 전극은 상, 하부 기판에 각각 형성되어 액정에 수직전계를 공급하며, VA모드는 액정의 초기 배향이 기판에 수직하게 배열되며 전극은 상, 하부 기판에 각각 형성되어 액정에 수직전계를 인가하며, TN모드는 액정이 하부에서 상부로 진행하면서 나선형으로 트위스트 되면서 배열되며 전극은 상, 하부 기판에 각각 형성되어 수직전계를 인가한다.
반면, 상기 IPS모드는 액정이 기판에 수평하게 배열되면서 액정에 전계를 인가하는 전극이 어레이 기판면에 모두 형성되어 수평전계를 형성한다.
액정은 통상 타원형을 구성되며 전계에 따라 장축으로 분극되는 포지티브(positive) 형 액정과 단축으로 분극되는 네거티브 형(negative)형 액정으로 구분된다. 또한 액정은 광이 액정을 통과하는 방향에 따라 굴절률 이방성을 나타내는 데, 특히 광축이 액정의 장축을 통과할 때는 90도 위상지연이 발생하는 현상을 나타낸다. 이러한 액정의 굴절률 이방성을 인하여 액정을 화소를 표현하는 인자로 사용할 수 있게 되는데, 한편, 이러한 액정의 성질로 인하여 액정표시소자는 사용자가 액정표시장치를 보는 시야각에 따라 시야각의 차이를 나타내는 문제가 있다. 특히 액정이 전계에 수직으로 배열될 때 시야각 특성이 더욱 나쁘다.
그러므로 액정이 수직으로 배열되는 VA 모드등에서는 특히 시야각 특성이 좋지 않아 좁은 시야각을 나타낸다. 반면, IPS모드의 액정표시소자는 액정이 기판에 수평하게 배열되고 수평전계에 의해 기판에 수평하게 구동하기 때문에 시야각 특성이 우수하여 넓은 시야각을 나타낸다.
그러므로 본 발명은 도 2 에 도시 된 바와 같이, 액정에 수평전계 및 수직전계를 임의적으로 선택 제공할 수 있도록, 제 1 기판(201)상에 제 1 전극(202)과 상기 제 1전극과 수평한 제 2 전극(203)과, 상기 제 1 기판(201)에 대향하는 제 2 기판(250)에 형성되는 제 3 전극(204)을 구비하여 형성된다. 상기 제 1 전극(202) 및 제 2 전극(203)은 제 1 기판(201)상에 형성되는 다수의 게이트 라인(미도시)과 데이터 라인(미도시)의 교차에 의해 정의되는 복수의 단위화소에 적어도 한쌍을 이루며 형성되고, 상기 제 3 전극(204)은 제 2 기판(250)의 전면에 일체로 형성된다. 또한 상기 제 1,2,3 전극은 모두 투명전극으로 구성될 수도 있다.
또한, 본 발명의 제 1기판(201)의 외측으로는 제 1 편광판(210a)이 형성되며, 상기 제 2 기판(250)의 외측으로는 제 2 편광판(210b)이 형성되는 데, 상기 제 1 편광판(210a) 및 제 2 편광판(210b)의 투과축은 서로 수직한다.
또한 상기 제 1 기판(201)과 제 2 기판(250) 사이에는 액정층(220)이 형성되어 있다.
다음으로 본 발명의 일 실시 예에 의한 제 1 기판(201)의 평면도를 도시한 도 3을 참조하여 제 1 전극(202)과 제 2 전극(203)의 배치를 살펴본다.
제 1 기판(201)에는 복수의 게이트라인(302)과 상기 게이트라인(302)과 교차되며 형성되는 복수의 데이터라인(303)에 의해 정의되는 복수의 단위화소가 형성된다. 도 3은 하나의 단위화소를 주목하여 도시한 것으로, 단위화소내에는 상기 게이트라인(302)에 수평한 공통전극라인(304)과 상기 공통전극라인으로 부터 분기하는 적어도 하나이상의 제 2 전극(203)이 형성되며, 상기 제 2 전극(203)과 수평한 적어도 하나 이상의 제 1전극(203)이 형성된다. 상기 제 1 전극(202)과 제 2 전극(203)은 동일층상에 형성될 수 도 있으나, 상기 실시 예에서는 상기 제 2 전극(203)이 게이트라인(302)과 동일한 면에 형성되고 상기 제 1 전극(202)은 절연층을 사이에 개재한 채 상기 제 2 전극(203)과 다른 층에 형성된다.
또한 상기 제 1 전극(202)은 제 1전극(202)에 데이터전압을 인가하는 스위칭 소자와 연결되어 인가되는 데이터전압에 의해 제 2 전극(203)과 더불어 횡전계를 형성할 수 있게 한다.
상기 스위칭 소자(315)는 게이트라인(302)으로부터 분기하는 게이트전극(312)과 상기 데이터라인(303)으로 부터 분기하는 소스전극(313)과 데이터전압을 상기 화소전극(202)에 전달하는 드레인전극(314)과 채널로 적용되는 반도체층(311)을 구비하는 박막트랜지스터일 수 있다.
상기 제 1 전극(202)은 본 발명이 횡전계에 의해 액정을 구동할 때에 횡전계를 인가하는 일전극으로서 화소전극으로 작용할 수 있으며, 상기 제 2 전극(304)은 상기 화소전극과 일조를 이루어 횡전계를 형성하는 공통전극으로 작용할 수 있다.
한편, 도면에는 도시되지 않았지만, 제 2 기판(204)이 상기 제 1 기판(201)과 대향하도록 구성되며 상기 제 2 기판(204)에는 제 3 전극(204)이 일체를 이루며 형성된다. 제 3전극(204)은 본 발명이 수직전계를 발생시킬 때, 상기 제 1 전극(202)과 일조를 이루어 액정에 수직전계를 형성한다.
이하 도 4a~4c를 참조하여 본 발명이 횡전계를 형성하여 액정을 구동할 때의 동작 및 원리를 살펴본다.
먼저, 본 발명의 액정표시장치가 횡전계를 발생하여 액정을 구동하는 모드에서는 상기 제 1 전극(202)에 스위칭소자를 통해 데이터전압이 인가되고 상기 제 1 전극(202)과 수평으로 구성되는 제 2 전극(203)에 공통전압이 인가되어 제 1 전극(202)과 제 2 전극(203)사이에 수평전계가 발생한다. 이때, 제 2 기판(204)에 형성되는 제 3 전극(204)에는 아무런 신호나 전압이 인가되지 않아 동작하지 않는다. 즉, 본 발명의 액정표시장치가 횡전계를 형성할 때에는 제 1 전극(202)과 제 2 전극(203)만이 액정의 동작에 관여한다.
도 4a에 도시 된 바와 같이, 제 1 전극(203) 및 제 2 전극(203)에 의해 액정층(220)에 횡전계가 인가되면 액정은 전계 방향에 따라 제 1 기판(201)에 실질적으로 수평하게 회전하면서 액정패널을 통과하는 빛을 온/오프한다.
도 4b 및 4c를 참조하여 본 발명의 액정(400)의 배열과 그 동작을 살펴본다.
도 4b에 도시 된 바와 같이, 제 1 기판(201)상에는 수평한 제 1 전극(202)과 제 2 전극(203)이 쌍을 이루며 형성되어 있다.
한편, 제 1 기판(201)과 제 2 기판(250)사이에 충진되는 액정(400)은 러빙공정을 통해 일정한 방향으로 배열되어 있다. 본 발명에서는 액정이 수직전계 및 수평전계에 의해 반응할 수 있어야 하므로 액정의 배열방향은 중요한 요소로 작용한다. 본 실시 예에서는 액정표시장치의 초기 모드가 노말리 화이트 모드(normally white mode)가 되도록 액정의 장축이 편광판의 투과축과 소정의 각을 이루도록 액정이 배향된다.
본 실시 예에서 제 1 기판(201)의 외측에 형성되는 제 1 편광판(210a)의 제 1 투과축(401)과 제 2기판(250)의 외측에 형성되는 제 2 편광판(210b)의 제 2 투과축(402)은 서로 수직하도록 제 1 편광판(210a)과 제 2 편광판(210b)이 배열되며 액정(400)은 그 장축이 상기 투과축과 소정의 각, 특히 45도를 이루며 형성시킬 수 있다.
상기 액정의 장축을 투과축과 소정의 각을 이루도록 액정을 배향함으로써 노말리 화이트 모드를 형성할 수 있다.
노말리 화이트 모드가 되는 이유는 빛이 제 1 편광판(210a)을 통해 편광되어 입사되면 제 1 편광판(210a)과 소정의 각을 이루는 액정에 의해 위상지연이 발생한다. 위상지연이 발생한 편광된 광은 제 2 편광판(210b)을 통과할 수 있게 되어 노말리 화이트 모드가 된다. 이론상으로 액정의 장축이 서로 수직하게 배열되는 제 1투과축(401)및 제 2 투과축(402)과 45도를 이룰 경우 완전한 화이트 모드를 형성할 수 있다.
한편 본 발명의 액정(400)은 수직전계 및 수평전계에서 반응을 할 수 있어야하므로 분극이 액정의 장축으로 발생하는 포지티브형 액정을 사용할 수 있다.
본 실시 예에서는 포지티브 형 액정을 사용하였으므로 제 1전극(202)과 제 2 전극(203)에 횡전계가 인가되면 액정은 횡전계에 의해 제 1 투과축(401)과 평행하도록 회전하여 액정패널을 투과하는 광을 온/오프한다. 액정의 초기 배향에 따라 상기 액정은 제 2 투과축(402)에 평행하도록 회전시킬 수도 있다.
상기와 같이, 액정이 제 1 기판(201)에 수평하게 배열되고 횡으로 회전하여 액정패널을 투과하는 광을 오/오프할 때는 액정을 투과하는 광이 액정의 단축을 통과하게 되므로 시야각 특성이 매우 양호하다. 즉, 보는 방향에 따른 명암대비비가 우수하다.
도 4c는 액정(400)에 횡전계가 인가되었을 때, 액정(400)이 제 1투과축(401)에 수직하게 배열되어 블랙모드가 되는 경우를 보여준다.
다음으로 도 5a~5c를 참조하여 본 발명이 수직전계를 액정에 인가하는 동작 및 그로 인하여 좁은 시야각을 만드는 원리를 살펴본다.
도 5a에 도시된 바와 같이, 본 발명이 수직전계를 형성할 때는, 제 1전극(202)과 제 3전극(204)사이에 전계가 형성된다. 즉, 본 발명이 수직전계를 형성할 때는 제 2 전극(203)은 동작하지 않고 제 1 전극(202)과 제 3 전극(204)만이 전극으로 작용하여 액정에 수직전계를 제공한다.
수직전계가 형성될 경우, 상기 제 1 전극(202)은 화소전극으로 작용하고 제 3 전극(204)은 공통전극으로 작용한다. 즉, 제 1 전극(202)은 스위칭소자를 통해 데이터신호를 인가 받고 제 2 전극(203)은 오프되며, 제 3 전극(204)은 공통전압을 인가 받게 된다.
상기 구동에 의해 액정에 수직전계가 형성되면 포지티브형인 액정은 수직으로 회전하여 제 1 기판(201)및 제 2 기판(250)과 실질적으로 수직하게 배열된다.
이하 도 5b및 5c를 참조하여 수직전계에 따른 액정의 동작을 살펴본다.
도 5b에 도시된 바와 같이, 액정의 초기배향은 상기에서 살펴본 횡전계에 의해 동작할 경우와 동일하다. 즉, 액정은 제 1 기판(201)의 외측에 형성되는 제 1 편광판(210a)의 제 1 투과축(401) 및 상기 제 1 투과축(401)과 수직하는 제 2 투과축(402)과 소정의 각을 이루며 배향된다. 상기 각은 45도일 수 있다.
상기 액정배향의 경우, 제 1 편광판(210a)을 통과하는 광은 액정에 의해 상기 액정(400)에 의해 위상지연이 발생하여 제 2 투과축(210b)을 통과할 수 있으므로 노말리 화이트 모드를 이룰 수 있다.
이어서, 상기 제 1 전극(202) 및 제 3 전극(203)의해 수직전계가 형성되면 포지티브형인 액정(400)은 수직전계에 따라 수직방향으로 회전하여 제 1 기판(201)및 제 2 기판(250)에 수직하게 세워진다. 즉, 제 1 전극(202)과 제 3 전극(204)에 의해 수직전계가 발생하는 경우에는 액정(400)은 수직방향으로 회전운동을 한다.
도 5c는 수직전계에 의해 액정이 제 1 기판(201)에 수직하게 배향된 모습을 도시하고 있다.
본 발명의 수직전계에서의 동작은 액정(400)이 수직방향으로 회전하는 동작을 기본으로 하므로 액정이 수직으로 서는 정도에 따라 화이트에서 불랙에 이르는 광 투과를 조절한다.
본 발명의 수직전계에서 동작할 경우, 액정이 수직방향으로 세워지는 동작을 하므로 시야각이 좁아지는 특성에 따라 화상을 볼 수 있는 각이 좁아진다.
그러므로 본 발명은 사용자의 선택에 따라 넓은 시야각의 화면표시장치 또는 좁은 시야각의 액정표시장치로 사용할 수 있는 액정표시장치를 형성할 수 있다.
상기 제 1,2,3 전극을 구비하는 본 발명은 제 1 기판(201)에 형성되는 제 1 전극(202)과 제 2 전극(203)에 의해 액정에 횡전계를 형성하여 광대역의 시야각을 확보하며, 제 1 전극과 제 3 전극(203)에 의해 수직전계를 형성하여 좁은 시야각을 확보할 수 있게 하여 사용자의 선택에 따라 넓은 시야각의 화면표시장치 또는 좁은 시야각의 액정표시장치로 사용할 수 있는 액정표시장치를 제조할 수 있다.
도 1a 및 1b는 일반적인 횡전계에 의해 액정이 구동하는 모습을 도시한 개략도.
도 2는 본 발명의 액정표시장치의 구성을 나타내는 단면도.
도 3은 본 발명의 액정표시장치의 단위화소를 나타내는 평면도.
도 4a~4c는 본 발명이 횡전계에 의한 동작을 나타내는 개념도.
도 5a~5c는 본 발명의 수직전계에 의한 동작을 나타내는 개념도.
***** 본 발명의 주요부분에 대한 부호의 설명 *****
201:제 1 기판 250:제 2 기판
202:제 1 전극 203:제 2 전극
204:제 3 전극 210a,210b:편광판
400:액정 401:제 1 투과축
402:제 2 투과축

Claims (9)

  1. 복수의 게이트라인 및 데이터라인의 교차에 의해 정의되는 복수의 단위화소와;
    상기 단위화소마다 형성되며 상기 데이터전극과 평행한 적어도 하나의 제 1 전극과;
    상기 단위화소마다 형성되며 상기 제 1 전극과 한 쌍을 이루는 적어도 하나의 제 2 전극과;
    상기 제 1 전극 및 제 2 전극이 형성되는 제 1 기판에 대향하는 제 2 기판에 형성되는 제 3 전극과;
    상기 제 1 기판 및 제 2 기판사이에 형성되는 액정층과;
    상기 제 1 기판 및 제 2 기판의 외측에 각각 형성되는 한쌍의 편광판을 구비하는 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 한쌍의 편광판의 투과축방향이 서로 수직한 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 액정의 초기 배향방향은 상기 편광판의 투과축 방향과 소정의 각을 이루는 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
  4. 제 3항에 있어서, 상기 각은 45도인 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
  5. 제 1항에 있어서, 상기 액정은 분극이 액정의 장축방향으로 발생하는 포지티브형 액정인 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
  6. 제 1항에 있어서, 상기 제 1 전극 및 제 2 전극에 의해 횡전계가 발생하며 횡전계가 발생할 때, 상기 제 3 전극에는 전압이 인가되지 않는 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
  7. 제 1항에 있어서, 상기 제 1 전극과 제 3 전극에 의해 수직전계가 발생하며 수직전계가 발생할 때, 상기 제 2 전극에는 전압이 인가되지 않는 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
  8. 제 1 항에 있어서, 상기 제 3전극은 상기 제 2 기판 전체에 일체형으로 형성되는 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
  9. 제 1 항에 있어서, 상기 데이터라인을 통해 인가되는 데이터 신호를 제 1 전극에 전달하는 스위칭소자를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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DE102006029909B4 (de) * 2005-11-30 2010-02-18 Lg Display Co., Ltd. Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung mit In-Plane Schaltungsmodus mit einstellbarem Betrachtungswinkel und Verfahren zum Herstellen derselben
KR101330433B1 (ko) * 2006-06-30 2013-11-15 엘지디스플레이 주식회사 시야각 제어 가능한 액정 표시 장치

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