KR20100097864A - 아이피에스모드를 이용한 시야각 조절 액정표시장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 아이피에스 (IPS: In-Plan Switching) 모드를 이용한 시야각 조절 액정표시장치에 관한 것으로, 추가적인 패널 없이 하나의 패널에 메인 이미지를 표현하는 영역과 시야각을 조절하는 영역으로 나누고 각각의 영역에 화소 전극과 공통 전극의 격자 방향을 다르게 패턴하여 시야각 조절이 가능한 액정표시장치를 제공한다.

IPS 모드, 시야각 조절, 액정표시장치

Description

아이피에스모드를 이용한 시야각 조절 액정표시장치 {Viewing Angle Controllable Liquid Crystal Display Device Using In-Plane Switching Mode}

본 발명은 아이피에스 (In-plane switching: 이하 IPS 라 칭함) 모드에 추가적인 공정 없이 메인 이미지를 표현하는 전극과 시야각 조절용 전극을 하나의 기판에 따로 패턴 하는 방식으로 전극의 격자 방향을 다르게 하여 시야각을 조절하는 액정표시장치에 관한 것이다.

액정표시장치는 일반적으로 광시야각 특징에 초점을 맞추어 진행되며 광시야각 특징이 있는 대표적인 모드에는 초기 액정이 수평배향되어 있는 IPS 모드와 프린지필드스위칭 (Frigne-field switching: FFS)모드가 있다.

이러한 광시야각 특징이 있는 액정표시장치는 공적인 장소에서 사용할 경우 정보누출의 가능성이 자연스럽게 노출되기 때문에 이러한 문제점을 극복하기 위하여 협 시야각 특징을 갖는 액정표시장치에 관한 연구가 제안되었다. 하지만 협 시야각 특징을 갖는 액정표시장치의 경우에는 사생활 보호를 위하여 단지 협 시야각 특징으로만 정보가 표현되기 때문에 광시야각 특징이 요구되는 환경에서는 디스플레이를 사용할 수 없기 때문에 응용분야의 범위가 매우 좁다. 따라서 광시야각 특 징과 협 시야각 특징의 전환이 자유로운 시야각 조절이 가능한 액정표시장치가 최근 개발 되고 있다. 하지만 기존의 시야각 조절이 가능한 액정표시장치는 두 개의 액정 패널을 적층하여 사용되기 때문에 두께가 두껍고, 제조비용이 많이 드는 문제가 발생한다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 추가적인 패널 추가 없이 하나의 패널에 메인 이미지를 표현하는 영역과 시야각을 조절하는 영역을 나누어 광시야각 특징과 협 시야각 특징을 효과적으로 조절할 수 있는 시야각 조절이 가능한 액정표시장치를 제공하는 것이다.

상술한 목적을 달성하기 위해 본 발명은 종래의 IPS 모드의 한 화소의 전극 구조를 정보를 표현하는 화소 영역(이하 주 화소라 칭함)과 시야각을 조절하는 보조적인 화소 영역(이하 보조 화소라 칭함)으로 분할하고, 시야각을 조절하는 보조 화소에 화소 전극과 공통 전극의 격자 방향을 액정의 러빙향향과 85~95도의 각을 이루도록 구성하고 이상적으로는 서로 수직이 되도록 구성하여, 보조 화소에 전압인가시 협시야각 모드가 되고 전압 무인가시 광시야각 모드가 되는 단일패널을 적용한 시야각 조절이 가능한 액정표시소자를 제공한다.

본 발명은 추가적인 패널 없이 하나의 패널에 메인 이미지를 표현하는 주화소와 시야각을 조절하는 보조화소를 분할하여 시야각을 조절하는 액정표시장치를 제공할 수 있다.

또한, 본 발명은 하나의 패널을 사용하기 때문에 두께가 얇고, 가벼우며, 제조비용이 감소하는 시야각 조절이 가능한 액정표시장치를 만들 수 있다.

또한, 본 발명은 종래의 시야각 조절이 가능한 액정표시장치에 비해 전극구조가 단순하고 시야각을 조절하는 보조 화소에 신호를 인가하기 위한 별도의 회로가 추가적으로 필요하지 않기 때문에 제조공정 및 구조가 간단한 시야각 조절이 가능한 액정표시장치의 제조가 가능하다.

실시 예 1

실시 예1은 하나의 픽셀을 주 화소와 보조 화소로 분할하여, 주 화소의 격자 방향은 액정의 러빙방향과 1~40도의 각을 이루도록 하고 보조 화소의 격자 방향은 액정의 러빙방향과 85~95도의 각도로 이루도록 구성하여, 보조 화소의 액정이 전압에 따라 액정의 기울임 각 정도를 조절하도록 하여 정면 외 시야각 방향에서 어둠상태의 빛샘을 조절한 시야각 조절이 가능한 액정표시소자에 대해 개시한다.

이하, 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명의 제 1 실시 예에 따른 IPS 모드를 이용한 시야각 조절이 가능한 액정표시소자를 설명하기 위한 평면도이다. 도시한 바와 같이, 제 1 게이트 배선(1) 또는 제 2 게이트 배선(4)이 하나의 데이터 배선(2)과 수직 교차하도록 배열되어 있으며, 상기 제 1 게이트 배선(1)과 데이터 배선(2)의 교차부에는 제 1 스위칭 소자(100)가 형성되어있고, 제 2 게이트 배선(4)과 데이터 배선(2)의 교차부에는 제 2 스위칭 소자(200)가 형성되어 있다. 상기 제 1 게이트 배선(1)과 평행하게 배치되는 제 1 공통전극 신호배선(3)에 연결된 제 1 공통전극(10)과 제 1 스위칭 소자(100)와 연결된 제 1 화소전극(11)은 제 1 격자 방향(21)으로 격자 형태로 형성시키고, 상기 제 2 게이트 배선(4)과 평행하게 배치되는 제 2 공통전극 신호 배선(5)에 연결된 제 2 공통전극(12)과 상기 제 2 스위칭 소자(200)와 연결된 제 2 화소 전극(13)은 제 2 격자 방향(22)으로 격자 형태로 형성시킨다. 액정의 러빙 방향(20)은 상하 방향으로 하고, 상기 러빙 방향(20)과 제 1 격자 방향(21)이 이루는 각(23)은 1~40도를 유지하도록 형성하고, 상기 러빙 방향(20)과 제 2 격자 방향(22)이 이루는 각(24)은 85~95도를 이루도록 형성되는 것을 특징으로 한다.

상기 러빙 방향(20)과 제 2 격자 방향(22)이 이루는 각(24)을 85~95도의 각을 이루도록 하였으나 이상적으로는 서로 수직이 되도록 구성되어야 한다.

상기 제 1, 2 화소 전극과 상기 제 1, 2 공통전극의 폭은 1~10um로 하고, 전극 간거리는 0~15um로 한다.

상기 제 1, 2 화소 전극과 상기 제 1, 2 공통전극은 불투명 전극을 사용하거나 투명전극을 사용한다.

도 2는 협 시야각 모드 일 때의 도 1의 A-B의 단면도를 보여주고 있다. 도시한 바와 같이, 메인 이미지를 표현하는 주 화소(300) 영역의 제 1 액정 층(25)은 전압 인가 시, 액정의 러빙 방향과 수평전기장의 방향이 이루는 각이 89~50도가 되기 때문에 액정이 초기 러빙 방향에 대해 비틀림이 발생하여 정면에서 투과율이 발생하는 반면, 시야각을 조절하는 보조 화소(400) 영역의 액정층(26)은 액정의 러빙 방향과 수평전기장의 방향이 일치하기 때문에 액정의 비틀림이 없고 수직전기장(27)의 영향으로 액정의 틸트 각(28)만 변화되어 정면이 아닌 시야각 방향에서 빛 샘이 발생하게 되고 협 시야각 모드를 구현하다.

도 3은 도 1과 전극 구조는 같고 신호배선을 다르게 가져간 IPS모드를 이용한 시야각 조절 액정표시장치의 평면도를 보여주고 있다.

도시한 바와 같이 하나의 게이트 배선(1')이 제 1 데이터 배선(2') 또는 제 2 데이터 배선(6)과 수직 교차되도록 배열되어 있으며, 상기 게이트 배선(1')과 제 1 데이터 배선(2')의 교차부에는 제 1 스위칭 소자(100)가 형성되고 게이트 배선(1)과 제 2 데이터 배선(6)의 교차부에는 제 2 스위칭 소자(200)가 형성된다. 메인 이미지를 표현하는 주 화소 영역의 전극패턴과 시야각을 조절하는 보조 화소 영역의 전극 패턴은 도 1과 같다.

도 4는 도 1의 전극 구조에서 시야각을 조절하는 보조 화소 영역에 전압을 인가함에 따라 좌우 방향에서의 빛 샘의 정도를 보여주는 컴퓨터 시뮬레이션 결과이다.

시뮬레이션 프로그램은 Shintech사의 LCD master를 사용하였고, 액정 셀의 위상지연값은 0.32um이고, 제 2 화소전극과 제 2 공통전극의 전극 폭은 5um, 전극간 간격은 10um로 하였다. 도시한 바와 같이 전압이 인가될수록 좌우 방향에서의 빛 샘의 정도가 증가하는 것을 확인하였다.

도 5는 도 1의 전극 구조에서 광시야각 모드 일 때와 협시야각 모드 일 때의 어둠상태에서의 등 휘도 곡선을 보여주고 있는 컴퓨터 시뮬레이션 결과이다.

시뮬레이션 조건은 도 4와 같고 빛샘 수치는 광시야각 모드 일 때의 최대 빛샘을 기준으로 각각 70%, 50% 30%의 빛샘이 발생하는 영역이다. 도시한 바와 같이 (가)는 광시야각 모드 일 때의 어둠 상태의 빛 샘의 정도를 보여주고 있으며 (나) 는 협 시야각 모드 일때의 어둠 상태의 빛 샘의 정도를 보여주고 있다. 정면에서의 빛샘을 수치로 표현하면 0.000092이고, 최대 빛샘을 기준으로 70%의 빛샘을 수치로 표현하면 0.006230으로 정면대비 67%의 빛샘을 내고 있다. 광시야각 모드 일 때는 빛 샘의 정도가 적은 반면 협 시야각 모드 일 때는 좌우 방향에서 빛 새는 정도가 매우 큰 것을 알 수 있다.

실시예 2

실시예 2는 한 화소를 4개의 단위 화소로 분할하여 메인 이미지를 표현하는 3개의 단위 화소는 레드(Red: 이하 R로 칭함), 그린(Green: 이하 G로 칭함), 불루(Blue: 이하 B로 칭함)의 컬러필터를 코팅하고, 나머지 한 개의 단위 화소는 시야각을 조절하는 부분으로 컬러필터를 코팅하지않아 화이트(White: 이하 W로 칭함)로 구동되는 시야각 조절이 가능한 액정표시장치에 대해 개시한다.

이하, 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명하기로 한다.

도 6은 본 발명의 제 2 실시 예에 따른 IPS 모드를 이용한 시야각 조절이 가능한 액정표시소자를 설명하기 위한 평면도이다. 도시한 바와 같이, 본 발명의 시야각 조절 액정표시장치는 시야각을 조절하는 단위화소를 추가하여 4개의 단위화소를 갖는 시야각 조절이 가능한 액정표시장치를 보여주고 있다. 정보를 표시하는 R, G, B의 단위 화소는 제 1 공통 전극(10)과 제 1 화소 전극(11)을 포함하고 있으며 제 1 스위칭 소자(100)에 의해 구동되고, 시야각을 조절하는 W의 단위 화소는 제 2 공통전극(12)과 제 2 화소 전극(13)을 포함하고 있으며 제 2 스위칭 소자(200)에 의해 구동된다.

실시예 2에서 제안한 구조는 추가적인 게이트 배선과 데이터 배선 없이 종래의 IPS 구동 방식대로 하나의 단위 화소를 구현하기 위해 각각 한 개의 게이트 배선 (1, 1')과 데이터 배선(2, 2')이 필요하고, 상기 게이트 배선(1, 1')과 평행하게 공통전극 신호배선(3, 3')이 배치되고, 한 화소 안에 세 개의 제 1 스위칭 소자(100)와 한 개의 제 2 스위칭 소자(200)를 형성된다.

또한, 실시예 2의 제 1 공통 전극과 제 1 화소 전극의 전극 폭, 전극간 거리, 격자 방향, 러빙방향은 실시예 1과 같다.

또한, 메인 이미지를 표현하는 3개의 단위 화소 영역은 R, G, B 컬러 필터를 형성시키고, 시야각을 조절하는 한 개의 단위 화소 영역은 컬러 필터를 형성시키지 않아 W를 내어 시야각을 조절하는 영역의 전압을 가변하여 시야각 방향에서 중간 계조를 표시할 수 있기 때문에 시야각 방향에서 화면을 볼 때 글자나 이미지가 겹쳐 보이게 할 수 있다.

이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예로서 설명하였으나, 본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 안으며, 특허 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형이 가능할 것이다.

도 1은 본 발명의 제 1 실시 예에 따른 IPS 모드를 이용한 시야각 조절이 가능한 액정표시소자를 설명하기 위한 평면도

도 2는 도 1의 A-B의 단면도

도 3은 도 1과 전극 구조는 같고 신호배선을 다르게 가져간 IPS모드를 이용한 시야각 조절 액정표시장치의 평면도

도 4는 도 1의 전극 구조에서 시야각을 조절하는 보조 화소 영역에 전압을 인가함에 따라 좌우 방향에서의 빛 샘의 정도를 보여주는 컴퓨터 시뮬레이션 결과

도 5는 도 1의 전극 구조에서 광시야각 모드 일 때와 협시야각 모드 일 때의 어둠상태에서의 등 휘도 곡선을 보여주고 있는 컴퓨터 시뮬레이션 결과

도 6은 본 발명의 제 2 실시 예에 따른 IPS 모드를 이용한 시야각 조절이 가능한 액정표시소자를 설명하기 위한 평면도

Claims (8)

1. 하부 기판과;

   상기 하부기판의 상부의 일부 영역에 위치하는 격자 형태의 제 1 공통전극과;

   상기 제 1 공통전극의 상부나 같은 평면상에 위치한 격자 형태의 제 1 화소전극과;

   상기 하부기판의 상부의 제 1 공통전극이 위치하지 않은 나머지 영역에 위치한 격자 형태의 제 2 공통전극과;

   상기 제 2 공통전극의 상부나 같은 평면상에 위치한 격자 형태의 제 2화소 전극과;

   각 화소에 신호를 전달하기 위해 두 개의 게이트 배선과 한 개의 데이터 배선을 형성하는 것과;

   상기 두 개의 게이트 배선과 한 개의 데이터 배선의 교차부에 각각 형성하는 두 개의 스위칭 소자와;

   상기 하부 기판과 대향 배치되는 상부 기판과;

   상기 하부 기판과 상기 상부 기판 사이에 위치하는 액정층과;

   상기 제 1 화소 전극과 제 2 공통전극의 격자 방향은 액정의 러빙 방향과 1~40도의 각을 이루고, 상기 제 2 화소전극과 제 2 공통전극의 격자 방향은 액정의 러빙 방향과 85~95도의 각을 이루도록 하는 IPS모드를 이용한 시야각 조절 액정표 시장치
2. 하부 기판과;

   상기 하부기판의 상부의 일부 영역에 위치하는 격자 형태의 제 1 공통전극과;

   상기 제 1 공통전극의 상부나 같은 평면상에 위치한 격자 형태의 제 1 화소전극과;

   상기 하부기판의 상부의 제 1 공통전극이 위치하지 않은 나머지 영역에 위치한 격자 형태의 제 2 공통전극과;

   상기 제 2 공통전극의 상부나 같은 평면상에 위치한 격자 형태의 제 2화소 전극과;

   각 화소에 신호를 전달하기 위해 한 개의 게이트 배선과 두 개의 데이터 배선을 형성하는 것과;

   상기 한개의 게이트 배선과 두개의 데이터 배선의 교차부에 각각 형성하는 두 개의 스위칭 소자와;

   상기 하부 기판과 대향 배치되는 상부 기판과;

   상기 하부 기판과 상기 상부 기판 사이에 위치하는 액정층과;

   상기 제 1 화소 전극과 제 2 공통전극의 격자 방향은 액정의 러빙 방향과 1~40도의 각을 이루고, 상기 제 2 화소전극과 제 2 공통전극의 격자 방향은 액정의 러빙 방향과 85~95도의 각을 이루도록 하는 IPS모드를 이용한 시야각 조절 액정표 시장치
3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,

   상기 제 1, 2 화소 전극과 제 1, 2 공통 전극의 격자 패턴에 있어서 전극의 폭은 1~10um의 값을 갖고, 전극 간 거리는 0~15um의 값을 갖는 것을 특징으로 하는 IPS모드를 이용한 시야각 조절 액정표시장치
4. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,

   상기 제 1, 2 화소 전극과 제 1, 2 공통 전극은 불투명 전극이나 투명전극을 사용하는 것을 특징으로 하는 IPS모드를 이용한 시야각 조절 액정표시장치
5. R, G, B, W 컬러필터를 포함하는 4개의 단위화소를 갖는 IPS 모드에 있어서,

   하부 기판과

   상기 하부기판 상부에 3개의 단위 화소에 격자 형태로 패턴되어 있는 제 1 공통 전극과;

   상기 제 1 공통전극의 상부나 같은 평면상에 위치한 격자 형태로 패턴되어 있는 제 1 화소 전극과;

   상기 하부기판 상부에 나머지 1개의 단위 화소에 격자 형태로 패턴괴어 있는 제 2 공통전극과;

   상기 제 2 공통전극의 상부나 같은 평면상에 위치한 격자형태로 패턴되어 있는 제 2 화소 전극과;

   각각 하나의 단위 화소마다 한 개의 게이트 전극과 한 개의 신호선과 한 개의 스위칭 소자를 위치시킨 것과;

   상기 하부 기판과 대향 배치되는 상부 기판과;

   상기 상부 기판 하부에 메인 이미지를 표현하는 3개의 단위 화소에는 R, G, B 컬러필터층을 형성하는 것과;

   상기 상부 기판 하부에 시야각을 조절하는 나머지 1개의 단위 화소에는 컬러필터층을 형성하지 않는 것과;

   상기 하부 기판과 상기 상부 기판 사이에 위치하는 액정층과;

   상기 제 1 화소 전극과 제 2 공통전극의 격자 방향은 액정의 러빙 방향과 1~40도의 각을 이루고, 상기 제 2 화소전극과 제 2 공통전극의 격자 방향은 액정의 러빙 방향과 85~95도의 각을 이루도록 하는 IPS모드를 이용한 시야각 조절 액정표시장치
6. 제 5항에 있어서,

   상기 시야각을 조절하는 단위 화소에 단차를 보정하기 위해 유기박막을 코팅하는것을 특징으로 하는 IPS모드를 이용한 시야각 조절 액정표시장치
7. 제 5항에 있어서,

   상기 제 1, 2 화소 전극과 제 1, 2 공통 전극의 격자 패턴에 있어서 전극의 폭은 1~10um의 값을 갖고, 전극 간 거리는 0~15um의 값을 갖는것을 특징으로 하는 IPS모드를 이용한 시야각 조절 액정표시장치
8. 제 5항에 있어서,

   상기 제 1, 2 화소 전극과 제 1, 2 공통 전극은 불투명 전극이나 투명전극을 사용하는 것을 특징으로 하는 IPS모드를 이용한 시야각 조절 액정표시장치

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