KR100752501B1 - 시야각 조절용 액정표시소자 - Google Patents

Abstract

본 발명은 전기적인 스위칭 동작에 의해 광시야각에서 협시야각으로 시야각을 제어할 수 있는 액정표시소자에 관한 것으로, 구체적으로 소정화상을 표현하는 수직배향(Vertical Alignment) 액정층과 스위칭에 따라 시야각 조정 역할을 하는 수평배향(Homogeneous Alignment) 액정층 그리고 보상 필름으로 구성되어 있다. 광시야각 모드 일 때는 시야각 조절 역할을 하는 수평배향에 전압을 인가하지 않은 상태로 수평배향 액정 층, 수직배향 액정 층과 보상필름이 서로 보상되어 광시야각을 형성하는 구조로 작용하고, 협시야각 모드 일 때는 시야각 조절 역할을 하는 수평배향에 전압을 인가한 상태로 액정분자들이 전기장 방향으로 경사각을 갖게 되어 액정의 굴절률 이방성이 시야각에서 커지게 되어 어둠 상태에서 빛 샘을 야기시켜 협시야각을 형성하게 된다.

시야각 조절 액정 표시 소자, 광시야각, 협시야각, 수직 배향 액정 모드,

Description

시야각 조절용 액정표시소자{Viewing angle Switchable Liquid Crystal Display}

도 1은 일반적인 수직배향 액정의 필름 보상의 개략도.

도 2는 본 발명의 시야각 조절용 액정표시소자의 개략도.

도 3a는 본 발명의 광시야각 모드에서의 어둠 상태인 화소에서의 액정의 배열을 개략적으로 나타낸 단면도.

도 3b는 본 발명의 광시야각 모드에서의 밝음 상태인 화소에서의 액정의 배열을 개략적으로 나타낸 단면도.

도 4a는 본 발명의 협시야각 모드에서의 어둠 상태의 화소에서의 액정의 배열을 개략적으로 나타낸 단면도.

도 4b는 본 발명의 협시야각 모드에서의 밝음 상태의 화소에서의 액정의 배열을 개략적으로 나타낸 단면도.

도 5a는 본 발명의 광시야각 모드에서의 명암대비율 곡선.

도 5b는 본 발명의 협시야각 모드에서의 명암대비율 곡선.

도 6는 일반적인 멀티 도메인(Multi - Domain) VA 모드의 구조.

본 발명은 액정 표시 장치 및 그 시야각 조절 방법에 관한 것이다.

용어의 정의

본원에 기재된 지연- 층, 필름 또는 플레이트(Plate)와 관련하여 사용되는 용어들은 다음과 같이 정의된다.

용어 "A 플레이트" 는 이상축(extraordinary axis) 및 정상축(ordinary axis)을 갖는 단일축의 포지티브(Positive) 복굴절성 액정물질 층을 이용하는 광학 지연제를 지칭하는 것으로 상기 이상축은 그 층의 평면에 대해 평행하게 배열되고 상기 정상축은 그 층의 평면에 대 수직으로, 즉 수직 입사광의 방향에 대해 평행하게 배열한다.

용어 "C 플레이트"는 이상축("c-축"이라고도 함)을 갖는 단일축의 포지티브 복굴절성 액정물질의 층을 이용하는 광학 지연제를 지칭하는 것으로, 상기 이상축은 그 층의 평면에 대해 수직으로, 즉 수직 입사광의 방향에 대해 평행하게 배열한다.

포지티브 복굴절성을 갖는 광학 단일축의 복굴절성 물질을 포함하는 "A 플레이트" 또는 "C 플레이트"는 "+A/C 플레이트" 또는 "포지티브 A/C 플레이트"라고 불리운다. 네가티브(Negative) 복굴절성을 갖는 광학 단일축의 복굴절성 물질을 포함하는 "A 플레이트" 또는 "C 플레이트"는 "-A/C 플레이트" 또는 "네가티브 A/C 플레이트"로도 불리운다.

액정디스플레이 패널의 크기는 더 많은 정보를 표현하기 위해 소형에서 대형으로 변화되는 추세이며, 그에 따라 시야각을 확보하기 위한 노력이 병행되고 있다. 따라서 광시야각을 확보하는 데 초점이 맞혀져 왔고 그 예로는 필름이 적용된 수직배향을 들 수 있다. 구체적으로 기존 수직배향 액정 모드는 정면에서 높은 명암대비율과 간단한 제조공정을 지니나 시야각이 좁은 단점이 있다. 그러나 도 1과 같이 필름 보상을 하는 경우에 있어서는 광시야각을 보여주는데, 여기서 도1의 (1)은 편광판, (2)는 포지티브 A 플레이트, (3)은 수직배향 액정, (4)는 네가티브 C 플레이트를 의미한다. 기존의 수직배향은 시야각에 따라 어둠 상태의 휘도가 증가하여 각도에 따른 시야각 특성이 저하되는데 도1과 같은 구조를 지니면 수직배향 액정 셀의 양의 굴절률 이방성을 음의 굴절률 이방성을 가지는 보상필름으로 보상했기 때문에 어둠 상태의 빛 샘을 최소화시킬 수 있게 된다. 이로써 좁은 시야각을 가진 수직배향 액정에서도 광시야각이 실현되는 것이다.

그러나 최근 노트북 PC, PDA, 화상전화, Tablet PC 등과 같이 휴대용 디스플레이의 증가하는 수요에 따라 개인의 사생활 보호는 중요가 이슈가 되어졌고. 이러한 목적으로 광시야각뿐만 아니라 협시야각도 필요하게 되었다. 그 결과 기존의 액정표시소자와는 다르게 광시야각뿐만 아니라 협시야각까지 표현가능한 시야각 조절용 소자로서 새로운 타입의 디스플레이 필요하게 된 것이다.

본 발명의 과제는 사용자의 주변환경이나 목적에 따라, 광시야각 및 협시야 각이 조절가능한 액정표시장치를 제작하는데 그 목적이 있다.

위와 같은 과제를 해결하기 위하여 본 발명에 따른 액정 표시장치에서는 별도의 시야각 조절용 액정층을 두고 있으며, 액정층에 인가된 전압에 의해 시야각에 따른 액정의 위상지연 값이 보상되거나 상쇄시켜 시야각 스위칭을 하게 된다.

본 발명에 있어서, 소정화면을 표현하기 위해 수직배향액정셀이 사용되었는데 이는 필름이 적용되지 않은 수직배향은 협시야각을 나타내고, 반면에 필름 적용된 수직배향은 광시야각을 나타내 시야각 조절용 LCD에 적합했기 때문이다. 필름이 적용된 경우와 적용되지 않은 경우의 스위칭은 또 다른 시야각 조절용 수평배향 액정층을 이용하여 조절하였다. 수직배향 액정셀은 필름 보상시 네가티브 C 플레이트(4)와 포지티브 A 플레이트(2)로 구성되는데, 본 발명은 네가티브 C 플레이트 필름을 사용하고 포지티브 A 플레이트를 수평배향 액정으로 대체하였다. 이는 수평배향 액정이 전압에 의해 포지티브 A 플레이트와 포지티브 C 플레이트 역할로 조절 가능함을 이용한 것이다.

이하, 본 발명에 따른 시야각 조절은 첨부도면을 참조하여 상세하게 설명한다.

- 실시예 1 -

먼저 본 발명의 실시예 1을 설명하기 위하여 도2를 참조한다.

도2는 필름이 적용된 수직배향 구조의 개념을 적용한 것으로 포지티브 A 플레이트를 수평배향 액정층으로 대체하였다. 따라서 광학구조는 도 2와 같이 수직배 향 액정층에 포지티트 A 플레이트(2) 역할을 하는 수평배형 액정층 및 네가티브 C 플레이트(4)로 구성되어 있다.

또한, 본 발명에 있어서, 사용되는 수직배향 액정의 위상 지연값은 0.20 ~ 0.55 ㎛이고, 수평배향 액정의 위상 지연값은 0.10 ~ 0.60 ㎛이다. 상기와 같은 조건의 위상지연범위에서 광시야각과 협시야각의 조정이 가능함을 특징으로 한다.

도 3a는 본 발명의 광시야각 모드에서의 어둠상태인 화소에서의 액정의 배열을 개략적으로 나타낸 단면도이다. 기존의 수직배향 액정만으로는 시야각에 따라 액정의 위상지연 차가 발생하여 정면을 제외하고는 빛샘이 발생하지만, 네가티브 C플레이트와 포저티브 역할을 하는 수평 배향 액정 셀이 어둠 상태의 빛샘을 보상하게 된다.

도 3b와 같이 수직방향 액정에 문턱치 이상의 전계가 인가된 경우에는 수직배향 액정에서 발생한 위상지연 차가 수평 배열된 액정층에 의해 상쇄가 되어서 모든 방향에서 밝음 상태(White state)를 유지하게 된다.

도 4a와 4b는 수평배향된 액정층에 전압이 인가된 경우를 보여주며, 이때 포저티브 C 플레이트와 같은 역할을 하게 된다. 더 구체적으로, 도 4a는 본 발명의 협시야각 모드에서의 어둠상태인 화소에서의 액정의 배열을 개략적으로 나타낸 단면도이다. 보이는 바와 같이 협시야각 어둠 상태하에서는 액정분자들이 모두 수직으로 배열하기 때문에 시야각에 따른 위상지연차가 더 증가하고 이로 인해 정면, 수직방향을 제외하고는 강한 빛샘을 보여 협시야각이 실현된다.

도 4b는 본 발명의 협시야각 모드에서의 밝음 상태의 화소에서의 액정 의 배열을 개략적으로 나타낸 단면도이다. 보는 바와 같이 협시야각 밝음 상태일 때는 정면과 셀의 상부 ,하부 영역에서는 밝음상태를 보이는데 그 외 영역에서는 Dark leakage를 보여주게 되어 협시야각이 실현됨을 보여준다.

도 5a는 수평배향 액정 층과 수직배향 액정 층이 각각 0.54㎛, 0.35㎛의 위상지연값을 가졌을 때도 2의 구조에 따른 광시야각에서의 명암대비율 곡선이다. 광시야각에서는 어둠의 빛 샘이 보상이 되어 높은 명암대비율이 모든 시야각 방향에서 일어남을 보여준다. 도 5b는 수평배향 액정 층과 수직배향 액정 층이 각각 0.54㎛, 0.35㎛의 위상지연 값을 가졌을 때도 2의 구조에 따른 협시야각에서의의 명암대비율 곡선이다. 도 5b와 같이 협시야각에서는 명암대비율이 좌측과 우측 경사각 30도에서 약 2 정도로 시야각이 매우 좁다는 걸 확인할 수 있다.

- 실시예 2 -

본 발명의 실시예 2는 실시예 1과는 달리 소정 화소를 표현하는 수직배향액정층을 시야각특성이 우수한 멀티 도메인(Multi-domain) 구조로 대체한 구조이다. 본 발명에 있어서, 사용되는 수직배향 액정의 위상 지연값은 0.20 ~ 0.55㎛이고, 수평배향 액정의 위상 지연값은 0.10 ~ 0.60 ㎛이다. 상기와 같은 조건의 위상지연범위에서 광시야각과 협시야각의 조정이 가능함을 특징으로 한다.

도 6은 일반적인 멀티 도메인 수직배향 구조의 단면도인데, 발명의 실시예2를 구체적으로 설명하기 위해 도6를 참조한다. 실시예 2는 멀티 도메인 수직배향은 액정층에 수직전기장 인가시 액정 방향자의 눕는 방향(5,6)이 서로 달라 멀티 도메인 효과를 내어서 어둠 상태 이외의 계조 및 밝음 상태의 시야각을 보상해 줄 수 있기 때문에 더 넓은 광시야각 효과가 가능해진다. 따라서 실시예 1보다 더 넓은 광시야각을 얻을 수 있을 뿐 아니라 협시야각 모드에서도 실시예 1과 같이 수직배향된 멀티 도메인 구조 상부에 수평배향된 액정층을 구동시켜 시야각 방향에서 액정의 굴절율 이방성을 크게 하여 협소한 시야각 특성을 나타낸다.

본 발명에 따른 시야각 조절용 액정 표시 장치는 시야각 조절용 수평배향 액정층을 셀 상부에 위치시켜 수직전기장에 의해 액정분자의 경사각을 조절함으로써 소정화면을 적절하게 광시야각과 협소한 시야각을 구현할 수 있다.

Claims (2)

1. 상부 편광판과;

   상기 상부 편광판의 하부에 위치한 상부 기판1과;

   상기 상부 기판 1의 하부에 형성되어 있는 제 1 공통전극과;

   상기 제 1 공통전극 하부에 위치한 위상지연 값이 0.10 ~ 0.60 ㎛인 수평배향 액정 층과;

   상기 수평배향 액정 층의 하부에 위치한 하부 기판1과;

   상기 하부 기판 1에 상부에 위치한 제1 화소 전극과;

   상기 제 1 화소 전극 하부에 위치하는 상부기판 2와;

   상기 상부기판 2의 하부에 형성되어 있는 제 2 공통전극과;

   상기 제 2 공통전극 하부에 위치한 위상 지연 값이 0.20 ~ 0.55 ㎛인 수직배향 액정 층과;

   상기 수직배향 액정 층의 하부에 위치한 하부기판 2와;

   상기 하부기판 2의 상부에 위치한 제 2 화소 전극과;

   상기 제 2 화소전극의 하부에 위치한 네가티브 C 플레이트 필름과;

   상기 네가티브 C 플레이트 필름 하부에 위치한 하부 편광판을 이용한 시야각 조절용 LCD.
2. 상부 편광판과;

   상기 상부 편광판의 하부에 위치한 상부 기판1과;

   상기 상부 기판 1의 하부에 형성되어 있는 제 1 공통전극과;

   상기 제 1 공통전극 하부에 위치한 위상지연 값이 0.10 ~ 0.60㎛ 수평배향 액정 층과;

   상기 수평배향 액정 층의 하부에 위치한 하부 기판1과;

   상기 하부 기판 1에 상부에 위치한 제1 화소 전극과;

   상기 제 1 화소 전극 하부에 위치하는 상부기판 2와;

   상기 상부기판 2의 하부에 형성되어 있는 제 2 공통전극과;

   상기 제 2 공통전극 하부에 위치한 위상 지연 값이 0.20 ~ 0.55㎛이면서 멀티도메인 구조인 수직배향된 액정 층과;

   상기 멀티도메인 구조로 수직배향된 액정 층의 하부에 위치한 하부기판 2와;

   상기 하부기판 2의 상부에 위치한 제 2 화소전극과;

   상기 제 2 화소전극의 하부에 위치한 네가티브 C 플레이트 필름과;

   상기 네가티브 C 플레이트 필름 하부에 위치한 하부 편광판을 이용한 시야각 조절용 LCD.

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