KR100658527B1

KR100658527B1 - 면내 스위칭 모드의 액정표시장치와 그 구동방법

Info

Publication number: KR100658527B1
Application number: KR1020030099333A
Authority: KR
Inventors: 홍형기
Original assignee: 엘지.필립스 엘시디 주식회사
Priority date: 2003-12-29
Filing date: 2003-12-29
Publication date: 2006-12-15
Also published as: KR20050068171A

Abstract

본 발명은 응답속도를 개선하도록 한 면내 스위칭 모드의 액정표시장치와 그 구동방법에 관한 것이다.

이 면내 스위칭 모드의 액정표시장치와 그 구동방법은 입사광을 45°위상 지연시키고 액정분자의 면내 스위칭을 이용하여 상기 위상 지연된 입사광을 변조한다.

Description

면내 스위칭 모드의 액정표시장치와 그 구동방법{LIQUID CRYSTAL DISPLAY OF IN-PLANE-SWITCHING MODE AND DRIVING METHOD THEREOF}

도 1은 면내 스위칭 모드의 액정표시소자를 개략적으로 나타내는 도면이다.

도 2는 도 1에 도시된 상부 편광자와 하부 편광자의 광투과축 및 액정분자의 회전각을 나타내는 도면이다.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 면내 스위칭 모드의 액정표시소자를 개략적으로 나타내는 도면이다.

도 4는 도 3에 도시된 상부 편광자와 하부 편광자의 광투과축 및 액정분자의 회전각을 나타내는 도면이다.

< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >

11, 19, 31, 39 : 편광자 12, 18, 32, 38 : 유리기판

13, 17, 33, 37 : 배향막 14, 34 : 액정분자

15, 16, 35, 36 : 전극 20, 50; 전기장

21, 22, 41, 42 : 편광자의 광투과축 40 : 보상필름

43 : 보상필름의 광축

본 발명은 액정표시소자에 관한 것으로 특히, 응답속도를 개선하도록 한 면내 스위칭 모드의 액정표시장치와 그 구동방법에 관한 것이다.

액정표시장치는 액정셀에 인가되는 전계를 제어하여 액정셀에 입사되는 광을 변조함으로써 화상을 표시하게 된다. 이러한 액정표시소자는 액정을 구동시키는 전계의 방향에 따라 수직 전계방식과 수평 전계방식으로 대별될 수 있다.

수직 전계방식은 수직으로 대향하는 상부기판과 하부기판에 수직으로 대향하는 화소전극과 공통전극을 형성하고 그 전극들에 인가되는 전압으로 액정셀에 수직방향으로 전계를 인가하게 된다. 이 수직 전계방식의 대표적인 비틀린 네마틱 모드(Twisted Nematic mode, TN 모드)는 현재 가장 많이 적용되고 있다. 그런데 수직 전계방식은 개구율이 비교적 넓지만 시야각에 따라 관찰자가 느끼는 액정의 굴절율이 현저히 다르기 때문에 광시야각의 구현이 어려운 단점이 있다.

수평 전계방식은 동일 기판 상에 형성되는 전극들 사이에 전기장을 형성하고 그 전기장으로 액정분자들을 구동시키는 면내 스위칭 모드(In plane switching mode, 이하, "IPS 모드"라 한다)가 대표적이다. IPS 모드는 도 1과 같이 한 쪽의 하부 유리기판(18) 상에 화소전극(15)과 공통전극(16)이 형성되고 그 전극들(15, 16) 사이에 인가되는 전압차에 의해 수평방향의 전기장(20)이 형성된다. 이 수평 방향의 전기장(20)에 의해 액정분자(14)는 기판의 면방향 내에서 회전하여 액정층을 통과하는 광의 편광성분을 변조한다. 도 1에 있어서, 도면부호 '11'과 '19'는 상부 유리기판(12)과 하부 유리기판(18)에 부착되는 편광자(polarizer)로서 광투과축이 서로 직교한다. 도면부호 '13'과 '17'은 상부 유리기판(12)과 하부 유리기판(18) 각각에 형성되는 배향막이다.

이러한 IPS 모드에 있어서, 노말리 블랙 모드(Normally black mode)로 가정할 때 화소전극(15)과 공통전극(16) 사이에 전계가 인가되지 않는 비활성 상태의 초기 상태에서 액정분자들(14)의 방위각은 도 2와 같이 상부 편광자(11)와 하부 편광자(19)의 광투과축(21, 22)에 대하여 0° 또는 90°이다. 즉, 비활성 상태에서 액정분자들(14)의 장축방향은 상부 편광자(11)와 하부 편광자(19) 중 어느 하나의 광투과축(21, 22)과 나란하게 된다. 그리고 화소전극(15)과 공통전극(16) 사이에 전계가 인가되는 활성 상태에서 액정분자들(14)은 기판면과 동일한 면 상에서 회전한다. 이 활성 상태에서 액정분자들(14)의 방위각이 도 2와 같이 상부 편광자(11)와 하부 편광자(19)의 광추과축(21, 22)에 대하여 대략 45°에 도달할 때 IPS 모드는 최대 휘도로 광을 투과시킬 수 있다. 이 때 액정분자들(14)을 포함한 액정층은 하부 편광자(19)를 통과한 입사광을 λ/2(단, λ는 빛의 파장) 만큼 위상 지연시켜 입사광의 선편광과 직교하는 광축의 선편광으로 입사광을 변조한다. 즉, IPS 모드의 액정층은 위상지연값(retardation)이 λ/2이다.

그런데 IPS 모드는 광시야각에 장점이 있지만 많은 연구에도 불구하고 아직까지 응답속도가 만족할 만한 수준에 이르지 못하는 문제점이 있다. 응답속도가 늦으면 동영상에서 표시영상이 흐린하게 보이는 모션 블러링(motion blurring)이나 윤곽이 끌리는 것처럼 보이는 테일링(tailing) 현상 등이 나타나기 쉽다.

따라서, 본 발명의 목적은 IPS 모드의 응답특성을 향상시키도록 한 면내 스위칭 모드의 액정표시장치와 그 구동방법을 제공하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 실시예에 따른 면내 스위칭 모드의 액정표시장치는 광을 편광시키기 위한 광투과축을 가지는 입사측 편광자와; 상기 입사측 편광자 상에 위치하며, 상기 입사측 편광자를 통과한 광의 위상을 45°의 위상지연값으로 변조하는 보상필름과; 상기 보상필름 상에 위치하며, 상기 보상필름을 통과한 광을 변조하는 액정층과; 상기 액정층 상에 위치하며, 상기 입사측 편광자의 광투과축과 직교하는 광투과축을 가지고, 상기 액정층을 통과한 광을 편광시키는 출사측 편광자를 구비한다.
상기 액정층의 위상지연값은 상기 보상필름과 동일하다.
상기 액정층의 액정분자들은 그 장축방향이 상기 보상필름의 광축과 대략 90°각도를 이룬다.
상기 입사측 및 출사측 편광자들의 광투과축은 상기 액정층의 장축 및 상기 보상필름의 광축과 대략 45°각도를 이룬다.
상기 액정분자들의 회전각이 대략 90°일 때 최대 휘도로 상기 광이 상기 출사측 편광자를 통과한다.
본 발명의 실시예에 따른 면내 스위칭 모드 액정표시장치의 구동방법은 입사광을 45°위상 지연시키는 단계와; 액정분자의 면내 스위칭을 이용하여 상기 위상 지연된 입사광을 변조하는 단계를 포함한다.
상기 입사광을 변조하는 단계는 상기 45°위상지연값으로 상기 위상 지연된 입사광을 변조한다.

삭제

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 도 3 및 도 4를 참조하여 상세하게 설명하기로 한다.

도 3 및 도 4를 참조하면, 본 발명에 따른 IPS 모드의 액정표시장치는 화소전극(35)과 공통전극(36)이 형성된 하부 유리기판(38)과, 하부 유리기판(38)과 상부 유리기판(32) 사이에서 -45°로 액정분자들이 배향된 액정층(60)과, 하부 유리기판(38)과 하부 편광자(39) 사이에 배치된 보상필름(40)을 구비한다.

상부 유리기판(32)과 하부 유리기판(38) 각각에는 액정분자들(34)의 프리틸트각을 설정하기 위한 배향막(33, 37)에 형성된다. 액정분자들(34)은 네마틱계 액정이다. 배향막(33, 37)의 러빙방향은 보상필름(40)의 광축에 대하여 90°각도를 이룬다. 이 러빙방향은 액정분자들(34)의 회전각이 0°∼90°가 되도록 전극들(35, 36)에 대하여 0°∼10° 사이로 설정된다.

상부 편광자(31)의 광투과축(41)과 하부 편광자(39)의 광투과축(42)은 서로 90°각도를 이루고 액정층(60)과 보상필름(40)의 광축(43)에 대하여 대략 45°각도를 이룬다.

액정층(60)과 보상필름(40)의 위상지연값은 λ/4 이상(단, λ는 빛의 파장)으로 동일하다.

액정층(60)의 위상지연값이 종래의 IPS 모드에 비하여 대략 1/2 이하로 작기 때문에 액정층(60)의 셀갭은 종래의 IPS 모드에 비하여 대략 1/2 이하로 줄어든다. 즉, 도 1에 도시된 IPS 모드의 셀갭을 'd'라 할 때 본 발명에 따른 액정층(60)의 셀갭은 대략 d/2 이하이다.

본 발명에 따른 IPS 모드의 액정표시장치에 대한 구동을 설명하면 다음과 같다. 화소전극(35)과 공통전극(36) 사이에 전계가 인가되지 않는 비활성 상태의 초기 상태에서 액정분자들(34)의 방위각은 도 4와 같이 상부 편광자(31)와 하부 편광자(39)의 광투과축(41, 42)에 대하여 대략 -45°이다. 이 때 보상필름(40)의 광축(43)과 액정층(60)의 광축은 90°각도를 이루어 보상필름(40)에 의한 입사광의 위상변화가 액정층(60)에 의해 상쇄되므로 입사광이 상부 편광자(31)를 투과하지 못하고 차단된다.

화소전극(15)과 공통전극(16) 사이에 전계가 인가되는 활성 상태에서 화소전극(15)에 인가되는 구동전압이 점차 증가하면, 화소전극(35)과 공통전극(36) 사이에 수평방향의 전기장(50)이 형성되고 그 전기장(50)에 의해 액정분자들(34)은 실질적인 면내 스위칭으로 회전하면서 방위각이 변하게 된다. 이 때 액정분자들(34)의 회전각이 초기각도로부터 대략 90°에 도달하여 그 액정분자들(34)의 장축방향이 보상필름(40)의 광축(43)과 나란하게 되면 입사광이 100% 상부 편광자를 투과한다.

액정분자들(34)의 회전각이 초기각도로부터 대략 90°미만인 경우에도 투광율 손실이 크지 않다. 예컨대, 액정분자들(34)의 회전각이 초기각도로부터 80°에 도달할 때 입사광은 최대 휘도(100%)의 대략 96% 정도 상부 편광자(31)를 통과한다. 이를 상세히 하면, 비활성 상태에서 입사광은 하부 편광자(39)를 통과하면서 하부 편광자(39)의 광투과축(42)과 나란한 광축의 선편광으로 보상필름(40)에 입사되고 보상필름(40)에 의해 위상이 45°만큼 지연되어 원편광으로 변한 다음, 액정층(34)을 통과하면서 다시 45°만큼 지연되어 상부 편광자(31)의 광투과축(41)과 나란한 선편광으로 변하여 상부 편광자(31)를 통과한다. 즉, 활성 상태에서 하부 편광자(39)를 통과한 선편광은 보상필름(40)의 위상 지연값 45°+ 액정층(60)의 위상 지연값 45°= 90°만큼 위상지연되어 액정층(60)을 통과한 후에 상부 편광자(31)의 광투과축(41)과 나란한 광축의 선편광으로 변한다.

이러한 활성 상태에서 본 발명에 따른 IPS 모드의 액정표시장치는 광투과율이 액정분자(34)의 회전각을 'θ'라 할 때 sin²θ에 비례한다.

상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 IPS 모드의 액정표시장치와 그 구동방법은 위상지연값이 45°인 보상필름을 하부 편광자와 하부 유리기판 사이에 배치하고 액정층의 위상지연값이 45°가 되게 한다. 그 결과, 본 발명에 따른 면내 스위칭 모드의 액정표시장치는 액정셀의 셀갭을 종래 대비 대략 1/2 이하로 줄일 수 있으므로 액정의 응답속도를 빠르게 할 수 있다. 따라서, 본 발명에 따른 면내 스위칭 모드는 동영상에서의 표시품질을 높일 수 있다.

이상 설명한 내용을 통해 당업자라면 본 발명의 기술사상을 일탈하지 아니하는 범위에서 다양한 변경 및 수정이 가능함을 알 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 기술적 범위는 명세서의 상세한 설명에 기재된 내용으로 한정되는 것이 아니라 특허 청구의 범위에 의해 정하여져야만 할 것이다.

Claims

삭제
광을 편광시키기 위한 광투과축을 가지는 입사측 편광자와;

상기 입사측 편광자 상에 위치하며, 상기 입사측 편광자를 통과한 광의 위상을 45°의 위상지연값으로 변조하는 보상필름과;

상기 보상필름 상에 위치하며, 상기 보상필름을 통과한 광을 변조하는 액정층과;

상기 액정층 상에 위치하며, 상기 입사측 편광자의 광투과축과 직교하는 광투과축을 가지고, 상기 액정층을 통과한 광을 편광시키는 출사측 편광자를 구비하며,

상기 액정층의 위상지연값은 상기 보상필름과 동일한 것을 특징으로 하는 면내 스위칭 모드의 액정표시장치.
제 2 항에 있어서,

상기 액정층의 액정분자들은 그 장축방향이 상기 보상필름의 광축과 대략 90°각도를 이루는 것을 특징으로 하는 면내 스위칭 모드의 액정표시장치.
제 2 항에 있어서,

상기 입사측 및 출사측 편광자들의 광투과축은 상기 액정층의 장축 및 상기 보상필름의 광축과 대략 45°각도를 이루는 것을 특징으로 하는 면내 스위칭 모드의 액정표시장치.
제 3 항에 있어서,

상기 액정분자들의 회전각이 대략 90°일 때 최대 휘도로 상기 광이 상기 출사측 편광자를 통과하는 것을 특징으로 하는 면내 스위칭 모드의 액정표시장치.
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