KR100502103B1 - Liquid crystal display - Google Patents

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Abstract

투명한 제1, 제2 및 제3 기판이 서로 평행하게 배치되어 있다. 제1 기판과 제2 기판 사이의 안쪽 면에는 각각 투명 전극이 형성되어 있으며, 제2 기판의 상부면에는 두 개의 선형 전극이 서로 평행하게 형성되어 있다. 제2 기판을 중심으로 상부에 위치한 제3 기판과 제1 기판 사이에는 액정 물질이 각각 주입되어 있는 제1 및 제2 액정층이 있다. 이때, 제2 기판, 제3 기판 및 제2 액정층은 광시야각을 가지는 IPS 방식의 액정 패널이며, 제1 및 제2 기판 및 제1 액정층은 IPS 방식의 액정 패널의 광시야각을 유지하는 기능과 광시야각을 나쁘게 하여 협시야각을 유도하는 기능을 가지는 기능을 가지는 시야각 조절용 액정 패널이다. Transparent first, second and third substrates are arranged parallel to each other. Transparent electrodes are formed on inner surfaces of the first and second substrates, respectively, and two linear electrodes are formed parallel to each other on the upper surface of the second substrate. The first and second liquid crystal layers in which a liquid crystal material is injected are respectively disposed between the third substrate and the first substrate positioned above the second substrate. In this case, the second substrate, the third substrate and the second liquid crystal layer are IPS type liquid crystal panels having a wide viewing angle, and the first and second substrates and the first liquid crystal layer maintain a wide viewing angle of the IPS type liquid crystal panel. And a viewing angle adjustment liquid crystal panel having a function of inducing a narrow viewing angle by deteriorating a wide viewing angle.

Description

액정 표시 장치Liquid crystal display

본 발명은 액정 표시 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는, 광시야각 및 협시야각을 조절할 수 있는 액정 표시 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a liquid crystal display device, and more particularly, to a liquid crystal display device capable of adjusting a wide viewing angle and a narrow viewing angle.

일반적으로 액정 표시 장치는 두 장의 기판 사이에 액정을 주입하고, 여기에 가하는 전장의 세기를 조절하여 광 투과량을 조절하는 구조로 되어 있다. In general, a liquid crystal display device has a structure in which a liquid crystal is injected between two substrates, and the amount of light transmitted is controlled by adjusting the intensity of the electric field applied thereto.

비틀린 네마틱(twisted-nematic; TN) 방식의 액정 표시 장치는, 안쪽 면에 투명 전극이 각각 형성되어 있는 한 쌍의 투명 기판, 두 투명 기판 사이의 액정 물질, 각각의 투명 기판의 바깥 면에 부착되어 빛을 편광시키는 두 장의 편광판으로 구성된다. A twisted-nematic (TN) type liquid crystal display device includes a pair of transparent substrates each having transparent electrodes formed on an inner surface thereof, a liquid crystal material between two transparent substrates, and an outer surface of each transparent substrate. It consists of two polarizing plates that polarize light.

전기장을 인가하지 않은 상태에서는 두 기판 사이에 채워진 액정 분자들이 기판에 평행하며 일정한 피치(pitch)를 가지고 나선상으로 꼬여 있어 액정 분자의 장축의 방향이 연속적으로 변화되는 비틀린 구조를 가진다. 두 전극에 전원을 연결하여 액정층에 충분한 크기의 전기장을 형성하였을 때에는, 액정 분자의 장축이 전기장의 방향과 평행하게 된다. 즉 두 기판에 수직하게 배열된다. In the state in which no electric field is applied, the liquid crystal molecules filled between the two substrates are parallel to the substrate, twisted in a spiral with a constant pitch, and have a twisted structure in which the direction of the long axis of the liquid crystal molecules is continuously changed. When a power field is connected to two electrodes to form an electric field of sufficient size in the liquid crystal layer, the long axis of the liquid crystal molecules is parallel to the direction of the electric field. That is, perpendicular to the two substrates.

이러한 TN 방식의 액정 표시 장치는 시야각이 좁고 계조 반전이 일어나는 문제점을 가지고 있다.The TN type liquid crystal display has a problem that the viewing angle is narrow and gray level inversion occurs.

한편, 최근에는 새로운 방식인 IPS(in-plane switching) 방식의 액정 표시 장치가 제안되었다.Recently, a new liquid crystal display (IPS) type liquid crystal display has been proposed.

IPS 방식의 액정 표시 장치에서는, 서로 평행하며 선형인 두 전극이 한 기판에 모두 형성되어 있으며, 두 투명 기판 사이에 채워진 액정 물질의 액정 분자는 두 기판에 평행하게 배열되어 있다.In the IPS type liquid crystal display device, two parallel and linear electrodes are formed on one substrate, and liquid crystal molecules of the liquid crystal material filled between the two transparent substrates are arranged in parallel to the two substrates.

전기장을 인가하지 않을 때에는, 두 기판 사이에 채워진 액정층의 액정 분자의 장축은 두 기판 면에 평행하며 전극과 평행하거나 일정 각도를 이루는 방향으로 배열되어 있다. 두 전극에 전원을 연결하여 충분한 크기의 전기장을 인가하였을 때에는, 본질적으로 기판에 평행하고 평행한 선형 전극에 수직인 전기장이 생성되며, 이에 따라 액정층의 중앙에 위치한 액정 분자들의 장축이 전기장에 평행하게 배열된다.When no electric field is applied, the long axes of the liquid crystal molecules of the liquid crystal layer filled between the two substrates are parallel to the two substrate surfaces and arranged in a direction parallel to or at an angle with the electrodes. When a sufficient magnitude of the electric field is applied by connecting power to both electrodes, an electric field is created which is essentially parallel to the substrate and perpendicular to the linear electrode, whereby the long axis of the liquid crystal molecules located in the center of the liquid crystal layer is parallel to the electric field. Are arranged.

이러한 IPS 방식의 액정 표시 장치는 기존의 TN 방식의 액정 표시 장치가 가지는 단점인 좁은 시야각을 개선하기 위해 제안된 구조이며, 광시야각화를 위한 개발이 활발하게 진행되고 있다.The IPS type liquid crystal display is a structure proposed to improve a narrow viewing angle, which is a disadvantage of the conventional TN type liquid crystal display, and development for wide viewing angle has been actively conducted.

그러나, 데스크 탑(desk top)뿐 아니라 노트북(note book) 개인용 컴퓨터가 널리 보급됨에 따라 보안적인 측면이나 사생활적인 측면에서 협시야각이 요구된다.However, with the widespread use of notebook computers as well as desktops, narrow viewing angles are required in terms of security and privacy.

본 발명에 과제는 광시야각 및 협시야각을 조절할 수 있는 액정 표시 장치를 제공하기 위한 것이다.An object of the present invention is to provide a liquid crystal display device capable of adjusting a wide viewing angle and a narrow viewing angle.

이러한 과제를 해결하기 위한 본 발명의 액정 표시 장치에는 광시야각을 가지는 액정층의 상부 또는 하부에 두 기판에 평행하게 배향되어 있으며, 두 기판에 각각 형성되어 있는 전극에 의해 구동되는 시야각 조절용 액정층이 추가로 형성되어 있다.In the liquid crystal display device of the present invention for solving this problem, a liquid crystal layer for viewing angle control, which is oriented parallel to two substrates on the upper or lower portion of the liquid crystal layer having a wide viewing angle, and driven by electrodes formed on the two substrates, respectively. It is further formed.

여기서, 광시야각을 가지는 액정층은 TN, IPS 또는 VA-TN 방식을 적용한 액정 표시 장치이다.Here, the liquid crystal layer having a wide viewing angle is a liquid crystal display device employing the TN, IPS or VA-TN method.

이때, 두 개의 액정층을 만들기 위해 필요한 기판은 세 장 또는 네장을 사용할 수 있다.In this case, three or four sheets may be used as a substrate required to make two liquid crystal layers.

이러한 본 발명에 따른 액정 표시 장치에서 두 전극을 통하여 시야각 조절용 액정층에 전계를 인가하면, 액정층의 액정 분자는 전기장의 방향을 따라 두 기판의 면에 수직하게 배열된다.In the liquid crystal display according to the present invention, when an electric field is applied to the liquid crystal layer for adjusting the viewing angle through two electrodes, the liquid crystal molecules of the liquid crystal layer are arranged perpendicular to the planes of the two substrates along the direction of the electric field.

그러면, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 따른 액정 표시 장치의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 기술을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세히 설명한다.Next, exemplary embodiments of a liquid crystal display according to an exemplary embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings so that those skilled in the art may easily implement the present invention.

도 1 및 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 액정 표시 장치의 구조를 개략적으로 도시한 단면도이다. 1 and 2 are cross-sectional views schematically illustrating a structure of a liquid crystal display according to an exemplary embodiment of the present invention.

도 1 및 도 2에서 알 수 있는 바와 같이, 투명한 제1, 제2 및 제3 기판(10, 20, 30)이 서로 평행하게 배치되어 있다. 제1 기판(10)과 제2 기판(20) 사이의 안쪽 면에는 각각 투명 전극(60, 70)이 형성되어 있으며, 제2 기판(20)의 상부 면에는 두 개의 선형 전극(40, 50)이 서로 평행하게 형성되어 있다. 제2 기판(20)을 중심으로 상부에 위치한 제3 기판(30)과 제1 기판(10) 사이에는 액정 물질이 각각 주입되어 있는 제1 및 제2 액정층(80, 90)이 있다. As can be seen in FIGS. 1 and 2, the transparent first, second and third substrates 10, 20, 30 are arranged in parallel with each other. Transparent electrodes 60 and 70 are formed on the inner surface between the first substrate 10 and the second substrate 20, and two linear electrodes 40 and 50 are formed on the upper surface of the second substrate 20. These are formed parallel to each other. The first and second liquid crystal layers 80 and 90 into which the liquid crystal material is injected are respectively disposed between the third substrate 30 and the first substrate 10 positioned above the second substrate 20.

이때, 제2 기판(20)과 제3 기판(30) 및 이들 사이에 있는 제2 액정층(90)을 포함한 액정 패널의 구조는 우수한 광시야각을 가지는 IPS 방식의 구조이지만, TN 방식이나 VA-TN 방식 등 다양한 구조로 형성할 수도 있다. At this time, the structure of the liquid crystal panel including the second substrate 20 and the third substrate 30 and the second liquid crystal layer 90 therebetween is an IPS type structure having an excellent wide viewing angle, but a TN type or a VA- type. It can also be formed in various structures such as a TN method.

제1 및 제2 기판(10, 20) 및 이들 사이에 있는 제1 액정층(80)을 포함하는 액정 패널은 광시야각 및 협시야각을 조절할 수 있는 시야각 조절용 액정 패널이며, 전계를 인가하지 않은 상태에서는 도 1에서 보는 바와 같이 제1 액정층(80)의 액정 분자(81)는 제1 및 제2 기판(10, 20)에 평행하게 배향되어 있다. 이러한 구조는 제2 액정층(90)의 액정 분자(91)와 동일하게 배향되어 있으므로 IPS 구조가 가지는 광시야각과 동일한 시야각을 가지며, IPS 방식이 가지는 다른 특성에도 영향을 미치지 않는다. The liquid crystal panel including the first and second substrates 10 and 20 and the first liquid crystal layer 80 therebetween is a liquid crystal panel for adjusting the viewing angle and the narrow viewing angle, and has no electric field applied thereto. In FIG. 1, the liquid crystal molecules 81 of the first liquid crystal layer 80 are oriented parallel to the first and second substrates 10 and 20. Since the structure is aligned in the same manner as the liquid crystal molecules 91 of the second liquid crystal layer 90, the structure has the same viewing angle as that of the IPS structure, and does not affect other characteristics of the IPS scheme.

즉, 도 1은 본 발명의 실시예에 따른 액정 표시 장치를 광시야각용으로 사용하는 경우를 나타낸 것이다. That is, FIG. 1 illustrates a case where the liquid crystal display according to the exemplary embodiment of the present invention is used for a wide viewing angle.

여기서, 제2 기판(20)과 제3 기판(30) 및 제2 액정층(90)으로 이루어진 액정 패널이 IPS 방식의 구조가 아니라면 제1 및 제2 기판(10, 20) 및 제1 액정층(80)으로 이루어진 액정 패널의 구조는 다르게 형성할 수도 있다. 즉, 제1 액정층(80)의 액정 분자(81)를 다르게 배향하거나, 투명 전극(60, 70)을 다른 구조로 형성할 수도 있다. 예를 들면, 제2 액정층(80)의 액정 분자(81)는 수직 배향 구조로 형성할 수도 있으며, 비틀린 네마틱(twisted nematic) 방식으로 형성할 수도 있으며, OCB(optically compansated bend) 방식으로 형성할 수도 있다.Here, unless the liquid crystal panel composed of the second substrate 20, the third substrate 30, and the second liquid crystal layer 90 has an IPS structure, the first and second substrates 10 and 20 and the first liquid crystal layer The structure of the liquid crystal panel made of 80 may be formed differently. That is, the liquid crystal molecules 81 of the first liquid crystal layer 80 may be aligned differently, or the transparent electrodes 60 and 70 may be formed in different structures. For example, the liquid crystal molecules 81 of the second liquid crystal layer 80 may be formed in a vertical alignment structure, may be formed in a twisted nematic manner, or may be formed in an OCB (optically compansated bend) manner. You may.

이러한 본 발명의 실시예에 따른 액정 표시 장치에서, 제1 기판(10)과 제2 기판(20) 사이 제2 액정층(80)의 액정 분자(81)들은 두 기판(10, 20)에 대하여 로우 틸트(low tilt) 또는 하이 틸트(high tilt)의 선경사각을 가지도록 배향되어 있으며, 제1 기판(10)에서 제2 기판(20)에 이르도록 앤티 패럴(anti parallel)하게 배향되어 있다.In the liquid crystal display according to the exemplary embodiment of the present invention, the liquid crystal molecules 81 of the second liquid crystal layer 80 between the first substrate 10 and the second substrate 20 with respect to the two substrates 10 and 20. It is oriented to have a pretilt angle of low tilt or high tilt, and is oriented anti-parallel to reach from the first substrate 10 to the second substrate 20.

여기서, 서로 평행한 두 개의 선형 전극(40, 50)은 투명 또는 불투명 도전 물질일 수 있다. 또한, 제1 및 제2 액정층(80, 90)을 만들어 주기 위하여 네 장의 기판을 사용할 수도 있다. Here, the two linear electrodes 40 and 50 parallel to each other may be a transparent or opaque conductive material. In addition, four substrates may be used to form the first and second liquid crystal layers 80 and 90.

또한, 상부 및 하부 유리 기판(10, 30)의 바깥 면에는 통과하는 빛을 편광시키는 두 장의 편광판(100, 110)이 각각 부착되어 있다. In addition, two sheets of polarizing plates 100 and 110 for polarizing light passing through are attached to outer surfaces of the upper and lower glass substrates 10 and 30, respectively.

이때, 편광판(100, 110)의 투과측 방향은 액정 분자(81, 91)의 배향 방향에 대하여 수직 또는 평행하도록 배치되어 있으며, 보상 필름을 추가할 수도 있다.In this case, the transmissive side directions of the polarizing plates 100 and 110 are disposed to be perpendicular or parallel to the alignment direction of the liquid crystal molecules 81 and 91, and a compensation film may be added.

도 2는 도 1의 본 발명에 따른 액정 표시 장치를 협시야각용으로 사용하는 경우를 도시한 도면이다.FIG. 2 is a diagram illustrating a case in which the liquid crystal display according to the present invention of FIG. 1 is used for a narrow viewing angle.

도 2에서 보는 바와 같이, 두 전극(60, 70)에 전압을 인가하여 제1 및 제2 기판(10, 20)에 수직하게 전기장을 형성했을 때, 제1 액정층(80)의 액정 분자(81)들은 전기장의 방향을 따라 두 기판(10, 20)에 수직하게 배열된다. 이때, 두 기판(10, 20)에 인접한 액정 분자(82)들은 전기장이 미치는 힘보다는 러빙에 따른 배향력이 크기 때문에 두 기판(10, 20)에 평행하게 배열된다.As shown in FIG. 2, when a voltage is applied to the two electrodes 60 and 70 to form an electric field perpendicular to the first and second substrates 10 and 20, the liquid crystal molecules of the first liquid crystal layer 80 ( 81 are arranged perpendicular to the two substrates 10, 20 along the direction of the electric field. In this case, the liquid crystal molecules 82 adjacent to the two substrates 10 and 20 are arranged in parallel to the two substrates 10 and 20 because the orientation force due to rubbing is greater than the force exerted by the electric field.

이러한 구조에서 두 기판(10, 20)에 수직하게 배열된 액정 분자(81)들은 두 기판(10, 20)의 정면으로 진행하는 빛에 대한 지연(retardation)에 영향을 미치지 않는다. 그렇지만, 선편광된 빛이 액정 분자(81)로 이루어진 액정층(80)을 통과하면서 지연에 의해 편광 상태가 바뀌게 되는데, 편광 상태가 바뀌는 비율에 차이가 정면에서 멀리 벗어날수록 심하게 발생하기 때문에 대비비가 감속하게 되어 시야각이 좁아지게 된다. 즉, 추가된 제1 액정층(80)에 전기장을 인가함으로써 본 발명에 따른 액정 표시 장치의 시야각이 떨어지게 되어 협시야각화가 이루어진다.In this structure, the liquid crystal molecules 81 arranged perpendicular to the two substrates 10 and 20 do not affect the retardation of light traveling to the front of the two substrates 10 and 20. However, as the polarized light passes through the liquid crystal layer 80 made of the liquid crystal molecules 81, the polarization state is changed by delay. This results in a narrower viewing angle. That is, by applying an electric field to the added first liquid crystal layer 80, the viewing angle of the liquid crystal display according to the present invention is reduced, thereby narrowing the viewing angle.

이러한 본 발명에 따른 기본적인 원리를 상세하게 설명하면 다음과 같다.The basic principle according to the present invention will be described in detail as follows.

광시야각을 가지며 화상을 표시하기 위한 제1 액정 패널의 상부 또는 하부에 시야각 조절용 제2 액정 패널을 추가하고, 제2 액정 패널을 구동하여 광시야각과 협시야각 사이를 조절하는 것이다. A second liquid crystal panel for adjusting the viewing angle is added to an upper portion or a lower portion of the first liquid crystal panel for displaying an image having a wide viewing angle, and the second liquid crystal panel is driven to adjust between the wide viewing angle and the narrow viewing angle.

이때, 제2 액정 패널은 ITO로 이루어진 투명한 전극, 배향막을 추가로 형성하여 만들 수 있으며, 이러한 제2 액정 패널은 기본적으로 제1 액정 패널이 가지는 광시야각을 해치지 않는 기능과 협시야각을 유도하는 기능을 가진다.In this case, the second liquid crystal panel may be formed by additionally forming a transparent electrode and an alignment layer made of ITO, and the second liquid crystal panel basically does not harm the wide viewing angle of the first liquid crystal panel and induces a narrow viewing angle. Has

따라서, 본 발명에 따른 액정 표시 장치는 시야각 조절용 액정층을 추가하여 구동함으로써 광시야각 및 협시야각을 조절할 수 있다.Therefore, the liquid crystal display according to the present invention can adjust the wide viewing angle and the narrow viewing angle by driving the liquid crystal layer for adjusting the viewing angle.

도 1 및 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 액정 표시 장치의 구조를 개략적으로 도시한 단면도이다.1 and 2 are cross-sectional views schematically illustrating a structure of a liquid crystal display according to an exemplary embodiment of the present invention.

Claims (11)

화상 신호에 따라 빛의 투과량을 조절하는 제1 액정층이 개재된 서로 대향하는 두 기판을 포함하는 제1 액정 패널, 및A first liquid crystal panel comprising two substrates opposing each other with a first liquid crystal layer interposed between the first liquid crystal layers to adjust the amount of light transmitted according to an image signal, and 서로 대향하는 두 기판 사이에 개재되어 있는 제2 액정층을 포함하고 상기 제1 액정 패널과 평행하게 배치된 제2 액정 패널을 포함하는 액정 표시 장치.And a second liquid crystal panel interposed between two substrates facing each other, and including a second liquid crystal panel disposed in parallel with the first liquid crystal panel. 제1항에서,In claim 1, 상기 제2 액정 패널의 상기 두 기판에는 전극이 구비되어 있는 액정 표시 장치.And two electrodes on the two substrates of the second liquid crystal panel. 제1항에서,In claim 1, 상기 제1 액정 패널과 상기 제2 액정 패널은 하나의 기판을 공유하여 3개의 기판을 사용하는 액정 표시 장치.The first liquid crystal panel and the second liquid crystal panel share a single substrate and use three substrates. 제1항에서,In claim 1, 상기 제1 및 제2 액정 패널의 양면에 각각 부착되어 있는 편광판을 더 포함하는 액정 표시 장치.And a polarizing plate attached to both surfaces of the first and second liquid crystal panels, respectively. 제1항에서,In claim 1, 상기 제2 액정층의 액정 분자는 로우 틸트(low tilt) 또는 하이 틸트(high tilt)로 상기 제1 및 제2 기판과 평행하며 상기 제1 기판에서 상기 제2 기판에 이르기까지 앤티 패럴(anti-parallel)하게 배향되어 있는 액정 표시 장치.The liquid crystal molecules of the second liquid crystal layer are parallel to the first and second substrates at low tilt or high tilt and are anti-parallel from the first substrate to the second substrate. liquid crystal display devices which are aligned in parallel. 제4항에서,In claim 4, 상기 제2 액정층은 상기 편광판 중의 어느 하나의 편광판의 편광 방향과 평행 또는 수직하게 수평 배향되어 있는 액정 표시 장치.And the second liquid crystal layer is horizontally oriented parallel or perpendicular to the polarization direction of any one of the polarizing plates. 제1항에서,In claim 1, 상기 제2 액정층은 수직으로 배향되어 있는 액정 표시 장치.And the second liquid crystal layer is vertically aligned. 제7항에서,In claim 7, 상기 제2 액정 패널에 보상 필름을 더 포함하는 액정 표시 장치.And a compensation film on the second liquid crystal panel. 제1항에서,In claim 1, 상기 제2 액정 패널은 비틀린 네마틱 방식을 적용한 액정 표시 장치.The second liquid crystal panel is a liquid crystal display using a twisted nematic method. 제9항에서,In claim 9, 상기 제2 액정 패널에 보상 필름을 더 포함하는 액정 표시 장치.And a compensation film on the second liquid crystal panel. 제1항에서,In claim 1, 상기 제2 액정 패널은 OCB 방식인 액정 표시 장치.The second liquid crystal panel is an OCB type liquid crystal display device.
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