KR100436703B1 - Ips 모드를 가지는 액정표시소자 - Google Patents

Abstract

본 발명은 IPS 모드(in-plane switching mode)를 가지는 액정표시소자에 관한 것이다. 서로 마주 보고 있는 제1 및 제2 기판, 상기 제1 기판에 배열되어 있는 복수개의 전극군 및 상기 제1 및 제2 기판 사이의 공간에 게재되어 있는 액정층을 포함하고 있는 IPS 모드를 가지는 액정표시소자에 있어서, 상기 전극군은 각각 상이한 각도로 배열된 3개의 전극으로 이루어져 있는 것을 특징으로 하는 본 발명의 IPS 모드를 가지는 액정표시소자는 칼라 필터 없이도 칼라의 구현이 가능하여 그 제조비용이 저렴하고 또한, 시야각이 넓고 입력 신호에 대한 응답속도가 빠르다.

Description

IPS(In- plane switching) 모드를 가지는 액정표시소자

본 발명은 IPS(In-plane switching)모드를 가지는 액정표시소자에 관한 것으로서, 특히 전극을 적절히 배치함으로써, 칼라 필터 없이도 칼라의 구현이 가능한 IPS 모드를 가지는 액정표시소자에 관한 것이다.

일반적으로 액정(liquid crystal)이란 액체의 유동성과 결정의 광학적 성질을 구비한 액체와 고체의 중간적 성질을 갖는 물질로서, 전계 또는 열에 의해 그 광학적 이방성이 변화될 수 있다. 이러한 성질을 이용한 것이 액정표시소자(LCD:Liquid crystal Display)로서, 플라즈마 디스플레이와 같은 발광장치와 더불어 평판 표시장치의 대표적인 것으로 알려져 있다.

액정을 이용한 표시장치는 음극선관을 이용한 표시장치에 비해 중량이 적게 나가고 크기가 작아서 휴대가 간편하며 인체에 유해한 전자파가 나오지 않는다는 장점이 있다. 따라서, 전자계산기의 표시부와 같은 소형에서 노트북 컴퓨터의 대형에 이르기까지 액정표시장치가 광범위하게 사용되고 있다.

도 1은 종래의 액정표시소자 패널을 나타내는 개략적인 단면도이다. 구체적으로, 하부 투명 기판 (11)과 상부 투명 기판 (12) 사이의 가장자리가 실링재 (17)로 서 밀봉되고 있고, 하부 투명 기판 (11) 위에는 데이터 전극 (13)과 하부 배향막 (15)이 상부 투명 기판 (12) 아래에는 공통 전극 (14)과 상부 배향막 (16)이 형성되어 있고, 하부 배향막 (15)과 상부 배향막 (16) 사이에 액정층 (18) 형성되어 있으며, 상부 투명기판 (11) 위에 편광판 (19)이 형성되어 있다.

이하, 통상적인 액정표시소자의 작동원리를 노말리 화이트 모드(normally white mode)의 액정표시소자를 예를 들어 설명하기로 한다. 전압이 인가되기 전의 OFF 상태에서 액정은 TN(twisted nematic mode)의 경우 90, STN형(super -twisted nematic mode)의 경우 210°정도 비틀린 배열을 하고 있다. OFF 상태에서는, 편광된 빛은 그 편광면이 액정층의 트위스트각(twist angle)에 따라 회전을 하여 기판을 투과한다. 상부 기판의 공통 전극과 하부 기판의 데이터 전극 사이의 전압이 인가되어 ON 상태가 되면, 액정은 전계방향에 평행하게, 즉, 기판에 수직하게 배열되어 편광된 빛은 편광면의 회전 없이 액정층을 통과하게 되어 기판을 투과하지 못하게 됨으로써 결과적으로 입력신호가 화상으로 표시되는 것이다.

그러나, 액정표시소자는 여러 가지 문제점을 가지고 있는데, 그중 하나는 시야각이 넓지 못하다는 것이다. 도 2a 에 나타난 바와 같이, 통상적인 TN 형에서 작동하는 TFT LCD(Thin film transistor LCD)에서는 전계가 인가될 경우 액정이 수직으로 배열하기 때문에 보는 위치에 따라 광학적 특성이 달라져 표시된 사이 변화하여 시야각이 제한되고 또한, 콘트라스트도 떨어지는 문제점을 가지고 있다. 통상적으로 TFT LCD의 시야각은 상하 ±30∼40, 좌우 ±40∼50˚이다.

액정표시소자의 시야각을 넓히기 위하여 여러 가지 방법이 제안되어 왔다.

그중의 하나는 하나의 화소를 여러개의 화소로 나누어 각각에 액정방향을 다르게 하는 것이다. 그러나 이 방법은 시야각 특성은 향상시키지만 콘드라스트가 떨어지는 문제점은 여전히 남아 있다.

최근에 히다찌(Hitachi)에서는 상기 문제점을 해결하기 위하여, 이른바 IPS(In-plane switching )라고 불리는 새로운 작동 모드를 사용한 액정표시소자를 제안하였다.

이는 주로 TFT LCD 에 이용되는 것으로서, TFT가 형성된 가판의 반대쪽 기판에만 ITO 전극 패턴을 형성하여 인접한 전극끼리 전압을 인가함으로써, 액정이 기판에 수평하게 스위칭하도록 하는 것이다.

도 3a 내지 도 3b는 IPS 모드를 사용한 액정표시소자에서 액정의 배열상태를 나타내는 도면이다. 도시된 바와 같이 액정은 전압을 인가할 경우 기판에 평행한 면내에서 회전한다. 즉, OFF상태 (도 3a), ON상태 (도 3b) 모두 액정은 기판에 평행하게 배열된다.

액정이 기판에 평행하게 배열되는 경우에는 도 2b 에 나타난 바와 같이, 보는 위치가 변하더라도 액정의 광학적 성질은 변하지 않아 시야각이 넓어지게 되는 것이다. IPS 모드를 사용할 경우 액정표시소자의 시야각은 상하, 좌우 ±70∼80˚정도로 향상된다.

그러나, 상기 IPS 모드를 사용한 액정표시소자는 전극이 한쪽 기판에만 배열되어 있으므로, 전극이 형성되지 않는 반대편 기판에 가까운 액정은 전계가 인가되더라도 스위칭되는 정도가 둔하게 되어 입력신호에 대한 응답시간이 느리다는 단점이 있고, 또한, TFT LCD에만 그 용도가 한정된다는 단점이 있다.

한편, 액정표시소자에서 색을 표현하기 위해서는 칼라 필터를 사용한다. 그러나, 칼라 필터는 고가이므로 액정 표시 소자의 제조비용이 많이 들고 또한 칼라 필터가 설치됨으로서 광투과율이 14% 정도로 낮아져서 사실상 고투과형 칼라 액정표시소자를 실현하기 어렵다는 문제가 있다. 또한, 칼라 필터 제조시 발생되는 막 두께의 불균일에 의해 색표시 재현이 불균일할 가능성이 있고, 칼라 필터의 단차에 의하여 액정 배향시 디펙트(defect)가 발생할 수 있다.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 상기 문제점을 해결하여, 칼라 필터 없이도 칼라의 구현이 가능한 IPS 모드를 가지는 액정표시소자를 제공하는 것이다.

도 1은 종래 액정표시소자 패널의 구조를 나타내는 개략적인 단면도이다.

도 2a 내지 2b는 액정표시소자의 시야각 특성을 나타내는 도면으로서, 이중 도 2a는 종래의 TFT LCD의 경우이고, 도 2b는 IPS 모드를 사용하는 LCD의 경우이다.

도 3a 내지 도 3b는 IPS 모드를 나타내는 도면으로서, 이중 도 3a는 OFF 상태를 나타내고, 도 3b는 ON 상태를 나타낸다.

도 4는 본 발명에 따른 액정표시소자의 전극 패턴을 나타내는 도면이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

11. 하부 투명 기판12. 상부 투명 기판

13. 데이터 전극14. 공통 전극

15. 하부 배향막16. 상부 배향막

17. 실링재18. 액정

19. 편광판21. 액정분자

31. 액정분자32. 전극

33. 하부 기판34. 상부 기판

41. 배향막42. 기판

43, 44, 45. 전극군

상기 과제를 이루기 위하여 본 발명에서는 , 서로 마주보고 있는 제1 및 제2기판, 상기 제1 기판에 배열되어 있는 복수개의 전극군 및 상기 제1 및 제2 기판 사이의 공간에 형성되어 있는 액정층을 포함하고 있는 IPS 모드를 가지는 액정표시 소자에 있어서, 상기 전극군은 기판에 대하여 상이한 각도로 배열된 3개의 전극으로 이루어져 있는 것을 특징으로 하는 IPS 모드를 가지는 액정표시소자가 제공된다.

본 발명에 있어서, 상기 제2 기판에는 상기 제1 기판에 형성되어 있는 전극군과 동일한 전극군이 형성되어 있는 것이 바람직하다.

본 발명의 액정표시소자에서는 ITO 전극군을 이루는 전극들이 서로 평행하도록 배열되는 것이 아니라 기판에 대하여 각각 상이한 각도로 배열되어 각각에 해당하는 액정의 스위칭 각도를 변화시켜 칼라를 구현하는 것이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 설명하기로 한다.

도 4는 본 발명에 따른 전극 패턴을 도시한 도면이다. 구체적으로, 배향막(41)이 형성되어 있는 기판 (42)에 3개의 전극군 (43, 44, 45)이 형성되어 있다. 상기 전극군 (43, 44, 45)은 기판 (42)에 대하여 각각 α,β,θ의 각도로 배열되어 있다. 여기서, 전압을 인가할 경우, 전극군 (43)상의 액정층은 입사관증 적색 파장만을 투과하도록 소정의 각도로 스위칭되며, 유사하게 전극군 (44)상의 액정층은 녹색 파장만을, 전극군 (45)상의 액정층은 청색 파장만을 투과하도록 각각 상이한 각도로 스위칭된다.

이하, 본 발명의 작동원리를 설명하고자 한다.

동일한 기판에 형성된 서로 인접한 전극끼리 전압을 인가하게 되면, 액정의 장축 방향은 전계 방향과 동일하게 스위칭된다. 즉, 기판에 평행한 면 내에서 액정은 스위칭(in plane switching)하는 것이다.

본 발명의 전극 패턴과 같이 기판에 소정의 상이한 각도로 배열된 전극에 의해 스위칭되는 정도는 경사 방향과 동일하게 된다.

액정이 스위칭되는 정도에 따라 액정층을 통과하는 입사광은 특정 영역만 투과하게 된다. 본 발명자는 이를 착안하여 액정의 스위칭 각도를 조절함으로써 칼라의 구현이 가능한 본 발명을 제안하였다.

한 화소를 이루기 위해서는 적색, 녹색, 청색 파장만을 투과하는 영역이 필요하며, 3개의 상이한 각도를 가지는 액정층을 형성하기 위해서는 최소한 3개의 전극이 필요하다.

본 발명의 액정표시소자는 3개의 전극군이 기판내에 매트릭스 상으로 배열됨으로써 이들에 의해 스위칭되는 액정층을 투과한 빛의 가법혼색에 의해 칼라가 구현되는 것이다.

본 발명의 액정표시소자는 액정이 기판에 평행하게 배열되므로, 보는 위치에 따라 상이 변화하지 않아 시야각이 넓어진다.

본 발명의 바람직한 형태의 액정표시소자는 양쪽 기판 모두에 상기 전극군이 형성되어 있는 것이다. 즉, 양쪽 기판에 전극 패턴이 형성될 경우, 액정의 스위칭 되는 속도는 더욱 증가되어 입력 신호에 대한 응답속도가 매우 빠르게 되고 전체적으로 균일하게 액정이 스위칭되므로 표시화면이 더욱 깨끗해진다.

이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명에 따른 액정표시소자는 칼라 필터 없이도 칼라의 구현이 가능하여 제조비용이 저렴하고, 시야각이 넓으며, 입력신호에 대한 응답속도 또한 빠르다.

Claims (2)

1. 서로 마주 보고 있는 제1 및 제2 기판:

   상기 제1 기판에 배열되어 있는 복수개의 전극군;

   상기 제1 및 제2 기판 사이의 공간에 형성되어 있는 액정층;을 포함하고 있는 IPS 모드를 가지는 액정표시소자에 있어서,

   상기 전극군은 기판에 대하여 상이한 각도로 배열된 3개의 전극으로 이루어져 있는 것을 특징으로 하는 IPS 모드를 가지는 액정표시소자.
2. 제1항에 있어서, 상기 제2 기판에는 상기 제1 기판에 형성되어 있는 전극군과 동일한 전극군이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 IPS 모드를 가지는 액정표시소자.