KR100997961B1 - 액정 표시 장치 - Google Patents

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Abstract

적색 화소, 녹색 화소, 청색 화소 및 흰색 화소가 소정의 순서로 배열되어 있는 액정 표시 장치에 있어서, 적색 화소, 녹색 화소, 청색 화소 및 흰색 화소로 이루어지는 도트가 연속적으로 배열되어 있으며, 녹색 화소 및 흰색 화소에는 적색 화소 및 청색 화소보다 개구율이 큰 절개 패턴이 형성되어 있으며, 적색 화소, 녹색 화소, 청색 화소 및 흰색 화소는 렌더링 구동에 의해 표시되는 액정 표시 장치.
렌더링, VA, 고휘도

Description

액정 표시 장치{Liquid crystal display}
도 1은 본 발명의 한 실시예에 따른 액정 표시 장치의 화소 배열 구조를 도시한 도면이고,
도 2는 본 발명에 한 실시예에 따른 액정 표시 장치의 단면도이고,
도 3은 인가된 전압(Voltage)에 대한 투과율(Transmittance)의 관계곡선이고,
도 4는 본 발명의 한 실시예에 따른 액정 표시 장치를 렌더링 구동하는 것을 도시한 도면이다.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
R : 적색 화소 G : 녹색 화소
B : 청색 화소 W : 흰색 화소
본 발명은 액정 표시 장치에 관한 것으로서, 특히 VA 모드(Vertical aligned mode)의 액정 표시 장치에 관한 것이다.
액정 표시 장치는 현재 가장 널리 사용되고 있는 평판 표시 장치 중 하나로 서, 전계 생성 전극이 형성되어 있는 두 장의 표시판과 그 사이에 삽입되어 있는 액정층으로 이루어져, 전극에 전압을 인가하여 액정층의 액정 분자들을 재배열시킴으로써 액정층을 통과하는 빛의 투과율을 조절하는 표시 장치이다.
액정 표시 장치 중에서도 현재 주로 사용되는 것은 전계 생성 전극이 두 표시판에 각각 구비되어 있는 것이다. 이중에서도 한 표시판에는 복수의 화소 전극이 행렬의 형태로 배열되어 있고 다른 표시판에는 하나의 공통 전극이 표시판 전면을 덮고 있는 구조의 액정 표시 장치가 주류이다. 이 액정 표시 장치에서의 화상의 표시는 각 화소 전극에 별도의 전압을 인가함으로써 이루어진다. 이를 위해서 화소 전극에 인가되는 전압을 스위칭하기 위한 삼단자 소자인 박막 트랜지스터를 각 화소 전극에 연결하고 이 박막 트랜지스터를 제어하기 위한 신호를 전달하는 게이트선과 화소 전극에 인가될 전압을 전달하는 데이터선을 표시판에 설치한다.
그런데, VA 모드(Vertical aligned mode)의 액정 표시 장치는 정면과 측면의 γ 곡선이 서로 달라 시야각 및 측면 시인성이 나쁜 것이 중요한 단점이다. 이러한 단점을 극복하고자 시야각을 넓히기 위한 다양한 방안이 개발되고 있는데, 그 중에서도 액정 분자를 상하 기판에 대하여 수직으로 배향하고 화소 전극과 그 대향 전극인 공통 전극에 일정한 절개 패턴을 형성하거나 돌기를 형성하는 방법이 유력시되고 있다. 이 경우 하부 기판과 경사지게 누운 액정의 장축이 이루는 각을 경사각 (tilt angle)이라 할 때, 동일한 인가 전압에 대해 절개 패턴이나 돌기에 의하여 분할되는 서로 다른 도메인에서 액정분자의 경사각은 동일하기 때문에 도메인의 광학적 특성의 보상율이 낮아서 측면 시인성에 문제점이 있다.
따라서, 이러한 문제점을 보완하기 위해 하나의 화소 영역을 다수개의 서브 화소 영역으로 나누고, 서브 화소 영역의 각각에 전압을 차등 인가하는 기술이 개발되었다. 이 때, 서로 다른 V-T 곡선, 즉, 인가된 전압(Voltage)에 대한 투과율(Transmittance)의 관계 곡선이 혼합되어 측면에서 보았을 때 액정 분자들의 경사각이 연속적인 분포를 보이며 따라서 정면과 측면의 γ 곡선의 차이가 감소된다.
그러므로, 두 서브 화소 영역의 광학적 특성이 서로 효과적으로 보상되는 해프톤(half tone) 현상이 발생하여 측면 시인성이 개선되어 시야각이 넓어지게 된다.
또한, 측면 시인성의 문제점을 해결하기 위해 액정 표시 장치의 셀 리타데이션(cell retardation)을 낮추는 방법도 제안되었다.
그러나, 이러한 방법은 측면의 시인성을 향상시킬 수는 있으나 반면에 개구율을 감소시킨다는 단점이 있다.
본 발명의 기술적 과제는 휘도 및 측면의 시인성이 향상된 액정 표시 장치를 제공하는 것이다.
본 발명에 따른 액정 표시 장치는 적색 화소, 녹색 화소, 청색 화소 및 흰색 화소가 소정의 순서로 배열되어 있는 액정 표시 장치에 있어서, 적색 화소, 녹색 화소, 청색 화소 및 흰색 화소로 이루어지는 도트가 연속적으로 배열되어 있으며, 상기 녹색 화소 및 흰색 화소에는 상기 적색 화소 및 청색 화소보다 개구율이 큰 절개 패턴이 형성되어 있으며, 상기 적색 화소, 녹색 화소, 청색 화소 및 흰색 화소는 렌더링 구동에 의해 표시되는 것이 바람직하다.
또한, 상기 액정 표시 장치는 화소 전극과 스위칭 소자가 형성되어 있는 제1 기판, 상기 제1 기판과 마주보고 있으며 공통 전극이 형성되어 있는 제2 기판, 상기 제1 기판과 상기 제2 기판 사이에 밀봉되어 있는 액정 물질을 포함하고, 액정 물질에 포함되어 있는 액정 분자는 그 장축이 상기 제1 기판에 대하여 수직으로 배향되어 있는 것이 바람직하다.
또한, 상기 녹색 화소 및 흰색 화소의 절개 패턴은 서로 동일하며, 상기 적색 화소 및 청색 화소의 절개 패턴은 서로 동일한 것이 바람직하다.
또한, 상기 녹색 화소 및 흰색 화소의 절개 패턴은 쉐브론 구조인 것이 바람직하다.
그러면, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예에 대하여 첨부한 도면을 참고로 하여 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.
도면에서 여러 층 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 나타내었다. 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 동일한 도면 부호를 붙였다. 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "위에" 있다고 할 때, 이는 다른 부분 "바로 위에" 있는 경우뿐 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한 다. 반대로 어떤 부분이 다른 부분 "바로 위에" 있다고 할 때에는 중간에 다른 부분이 없는 것을 뜻한다.
이제 본 발명의 실시예에 따른 액정 표시 장치에 대하여 도면을 참고로 하여 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 한 실시예에 따른 액정 표시 장치의 화소 배열 구조를 나타낸 도면이다.
도 1에 도시되어 있듯이, 본 발명의 한 실시예에 따른 액정 표시 장치에서는 두 개의 화소행에 걸쳐서 하나의 도트를 이루는 적색 화소(R), 녹색 화소(G), 청색 화소(B) 및 흰색 화소(W)가 서로 인접하여 배열되어 있다. 예를 들어, 행 방향으로는 흰색 화소(W) 및 적색 화소(R) 또는 청색 화소(B) 및 녹색 화소(G)들이 순차적으로 배열되어 있으며, 열 방향으로는 흰색 화소(W) 및 청색 화소(B) 또는 적색 화소(R) 및 녹색 화소(G)들이 순차적으로 배열되어 있다.
여기서, 적색 화소(R), 녹색 화소(G), 청색 화소(B) 및 흰색 화소(W)가 배열되는 순서는 위에 기술된 것에 한정되지 않으며, 녹색 화소(G)의 투과율이 다른 색 화소에 비하여 높으므로 녹색 화소(G)와 흰색 화소(W)를 인접하여 배치하지 않는 것이 바람직하다.
이러한 본 발명의 한 실시예에 따른 화소 배열 구조에서는, 두 개의 화소행에 걸쳐서 형성되는 적색 화소(R), 녹색 화소(G), 청색 화소(B) 및 흰색 화소(W)들이 화상을 표시하기 위한 기본 단위인 "도트"로서 사용된다.
본 발명의 한 실시예와 같이 흰색 화소(W), 적색 화소(R), 녹색 화소(G) 및 청색 화소(B)가 시계 방향으로 차례로 배치되어 있는 하나의 도트를 이용하여 화상을 표시하면, 전체적으로 광효율이 높아진다. 예를 들어, 액정 표시 장치에서 박막 트랜지스터 표시판 쪽 편광기(polaizer)를 통과하는 빛의 양을 "1"이라고 하자. 적색 화소(R), 녹색 화소(G) 및 청색 화소(B)의 3개의 화소로 도트를 표시하는 경우에는 각 화소의 면적은 1/3이고, 각 화소의 투과율은 색필터에 의하여 1/3이므로, 하나의 도트의 전체 투과율은 [1/3 ×1/3(R)] + [1/3×1/3(G)] + [1/3×1/3(B)] = 1/3 = 33.3%가 된다.
그러나, 본 발명의 한 실시예에서는 각 화소의 면적은 1/4이고, 흰색 화소(W)의 투과율은 1이므로, 하나의 도트의 전체 투과율은 [1/4 ×1/3(R)] + [1/4×1/3(G)] + [1/4×1/3(B)] + [1/4×1(W)] = 1/2 = 50%가 된다. 이와 같이 본 발명의 한 실시예에 따르면 종래의 액정 표시 장치에 비하여 휘도가 약 1.5배 정도 더 높아짐을 알 수 있다.
그리고, 도 1에 도시된 바와 같이, 녹색 화소(G) 및 흰색 화소(W)에는 적색 화소(R) 및 청색 화소(B)보다 개구율이 큰 절개 패턴(51)이 형성되어 있다. 즉, 녹색 화소(G) 및 흰색 화소(W)의 절개 패턴(51)은 쉐브론(Chevron) 구조로서, 절개되는 영역이 적으므로 개구율이 큰 절개 패턴(51)이고, 적색 화소(R) 및 청색 화소(B)의 절개 패턴(52)은 꽃잎 모양의 구조로서, 절개되는 영역이 많으므로, 개구율이 작은 절개 패턴(52)이다.
이러한, 녹색 화소(G) 및 흰색 화소(W)의 절개 패턴(51)은 서로 동일하며, 적색 화소(R) 및 청색 화소(B)의 절개 패턴(52)은 서로 동일한 것이 바람직하다.
이는 휘도에 영향이 큰 녹색 화소(G) 및 흰색 화소(W)에는 개구율이 큰 절개 패턴(51)을 형성하고, 휘도에 영향이 크지 않은 적색 화소(R) 및 청색 화소(B)에는 개구율이 작은 절개 패턴(52)을 형성하여 도트의 전체적인 휘도를 향상시키는 것이다.
이러한 절개 패턴(51, 52)은 시야각 및 측면 시인성이 나쁜 액정 표시 장치의 단점을 극복하기 위한 형성되어 있다.
즉, 화소 전극과 공통 전극에 각각 절개 패턴을 형성하여 이들 절개 패턴으로 인하여 형성되는 프린지 필드(fringe field)를 이용하여 액정의 기우는 방향을 4방향으로 고르게 분산시킴으로써 시야각을 확보한다.
또한, 상하 기판 위에 형성되어 있는 화소 전극과 공통 전극 위에 각각 돌기를 형성하여 둠으로써 돌기에 의하여 왜곡되는 전기장을 이용하여 액정 분자의 눕는 방향을 조절하여 시야각을 확보할 수도 있다.
이 경우 하부 기판과 경사지게 누운 액정의 장축이 이루는 각을 경사각 (tilt angle)이라 할 때, 동일한 인가 전압에 대해 절개 패턴이나 돌기에 의하여 분할되는 서로 다른 도메인에서 액정 분자의 경사각은 동일하기 때문에 도메인의 광학적 특성의 보상율이 낮아서 측면 시인성에 문제점이 있다.
따라서, 이러한 문제점을 보완하기 위해 하나의 화소 영역을 다수개의 서브 화소 영역으로 나누고, 서브 화소 영역의 각각에 전압을 차등 인가하는 기술이 개발되었다. 이 때, 서로 다른 V-T 곡선, 즉, 인가된 전압(Voltage)에 대한 투과율(Transmittance)의 관계 곡선이 혼합되어 측면에서 보았을 때 액정 분자들의 경사각이 연속적인 분포를 보이며 따라서 정면과 측면의 γ 곡선의 차이가 감소된다.
그러므로, 두 서브 화소 영역의 광학적 특성이 서로 효과적으로 보상되는 해프톤(half tone) 효과가 발생하여 측면 시인성이 개선되며, 시야각이 넓어지게 된다.
이하에서 상세히 설명한다.
액정 표시 장치의 제1 서브 화소 영역(Pa)에 제2 서브 화소 영역(Pb)보다 낮은 전압이 인가될 때, 시야각 측면에서 어떤 현상이 발생하는지를 노말리 블랙 VA 모드(Normally black vertical aligned mode)를 예로 들어 살펴본다.
도 2에 도시된 바와 같이, 액정 표시 장치는 박막 트랜지스터 표시판(110)에 대향하여 공통 전극 기판(210)이 소정의 간격을 두고 배치되어 있고, 박막 트랜지스터 표시판(110)과 공통 전극 기판(210) 사이에는 액정(3)이 주입되어 있다. 또, 공통 전극 기판(210)에는 색필터(250) 및 오버 코트막(250)이 차례로 형성되어 있다. 박막 트랜지스터 표시판(110)의 화소 전극(190)과의 사이에서 액정 용량을 형성하는 공통 전극(270)이 오버 코트막(250)의 저면에 형성되어 있다.
제1 서브 화소 영역(Pa)과 제2 서브 화소 영역(Pb)간에는 인가되는 전압이 다르므로 두 서브 화소 영역(Pa, Pb) 사이에 위치하는 액정 분자의 경사각이 서로 달라진다. 즉, 제1 서브 화소 영역(Pa)의 액정의 경사각(β1)보다 제2 서브 화소 영역(Pa)의 액정의 경사각(β2)이 작다. 이는 제1 서브 화소 영역(Pa)에는 제2 서브 화소 영역(Pb)보다 낮은 전압이 인가되므로, 전압이 인가되지 않은 상태에서 수 직으로 세워져 있던 액정이 제1 서브 화소 영역(Pa)에서는 조금 누워지고, 제2 서브 화소 영역(Pa)에서는 보다 많이 눕기 때문이다.
따라서, 도 3에 도시된 바와 같이, 인가된 전압(Voltage)에 대한 투과율(Transmittance)의 관계곡선, 즉, V-T 곡선은 서로 차이가 난다. 따라서, 두 영역(Pa, Pb)의 광학적 특성이 서로 효과적으로 보상되어 시야각이 넓어지게 된다. 이는 VA 모드뿐만 아니라 TN(Twisted nematic) 모드나 OCB(Optical compensated bend) 모드 등에도 동일하게 적용된다.
본 발명의 한 실시예에서는 이러한 해프톤 효과를 4컬러 렌더링 구동을 통해 구현한다. 이하에서 상세히 설명한다.
렌더링 구동이란 특정 형상으로 이루어진 화상을 표시하기 위하여 특정 화소가 구동되는 경우, 특정 화소만을 구동시키지 않고 구동하고자 하는 특정 화소 주변의 주변 화소를 구동시켜 특정 화소가 구동되는 효과를 나타내고, 해당하는 특정 화상이 자연스럽게 표시되도록 하는 것을 말한다. 렌더링 구동을 할 경우에 특정 화소에 전체의 반정도의 가중치를 부여한다.
도 4에는 렌더링 구동의 한 실시예가 도시되어 있다.
도 4에 도시된 바와 같이, 렌더링 구동시 특정 화소의 위치에 해당되는 녹색 화소(G1)와, 녹색 화소(G1) 주변의 적색 화소(R1, R2) 및 녹색 화소(G2)를 모두 구동시킨다. 이러한 렌더링 구동을 실시할 때 청색 화소(B1, B2)는 해상도에 미치는 영향이 미세하기 때문에 적색 화소(R1, R2)와 녹색 화소(G1, G2)에만 화소 전압을 인가한다. 즉, 청색 화소(B1, B2)는 해상도에 영향을 거의 미치지 않기 때문에 렌 더링 구동시에 청색 화소(B1, B2)의 영역은 무시하는 조건으로 적색 화소(R1, R2) 또는 녹색 화소(G1, G2)에 인가되는 화소 전압을 설정하여 인가한다.
특정한 계조를 구현하기 위해 원래 특정 화소에 인가되는 전압을 100%라 할 때, 특정 화소의 위치에 해당되는 녹색 화소(G1)에 50% 의 전압을 인가하고, 두 개의 적색 화소(R1, R2)에 각각 16%의 전압을 인가하고, 녹색 화소(G2)에 16%의 전압을 인가하여 특정 계조를 구현한다.
상기와 같은 렌더링 구동은 적색 화소(R), 녹색 화소(G), 청색 화소(B) 및 흰색 화소(W)의 각 화소마다 인가되는 전압이 서로 다르므로 인가된 전압(Voltage)에 대한 투과율(Transmittance)의 관계곡선, 즉, V-T 곡선은 적색 화소(R), 녹색 화소(G), 청색 화소(B) 및 흰색 화소(W)마다 서로 차이가 난다. 따라서, 각 화소의 광학적 특성이 서로 효과적으로 보상되어 시야각이 넓어지게 된다. 즉, 4컬러 렌더링 구동을 통해 해프톤 효과를 구현한다.
또한, VA(vertically aligned) 모드, ECB(electrically controllable birefringence) 모드 및 TN(twisted nematic) 모드 등의 수직 스위칭(vertical switching) 모드에서는 빛의 파장별로 전압에 따른 투과율 변화가 서로 일치하지 않고 분산되는 특성이 있다. 이러한 특성으로 인하여 수직 스위칭 모드의 액정 표시 장치에서는 적색 화소(R), 녹색 화소(G), 청색 화소(B) 및 흰색 화소(W)간 색이동(color shift) 현상이 발생한다. 이러한 문제는 ACC(accuracy color compensation)의 구동 변환을 하여 해결한다. ACC 구동 변환시 청색 화소(B)는 약 80%의 휘도밖에 확보할 수 없고, 적색 화소(R)는 약 60%의 휘도 밖에 확보할 수 없 게 되는 문제점은 흰색 화소(W)를 도입함으로써 해소할 수 있다.
본 발명은 첨부된 도면에 도시된 일 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 보호범위는 첨부된 청구범위에 의해서만 정해져야 할 것이다.
본 발명에 따른 액정 표시 장치는 적색 화소, 녹색 화소, 청색 화소 및 흰색 화소를 렌더링 구동하여 해프톤 효과를 발생시킴으로써 측면 시인성을 향상시키고, 동시에 휘도에 큰 영향을 주는 흰색 화소 및 녹색 화소는 개구율이 큰 절개 패턴을 형성하여 휘도를 향상시킬 수 있다는 장점이 있다.

Claims (4)

  1. 적색 화소, 녹색 화소, 청색 화소 및 흰색 화소가 소정의 순서로 배열되어 있는 액정 표시 장치에 있어서,
    상기 액정 표시 장치는
    화소 전극과 스위칭 소자가 형성되어 있는 제1 기판;
    상기 제1 기판과 마주보고 있으며 공통 전극이 형성되어 있는 제2 기판을 포함하고,
    적색 화소, 녹색 화소, 청색 화소 및 흰색 화소로 이루어지는 도트가 연속적으로 배열되어 있으며, 상기 녹색 화소 및 상기 흰색 화소에 형성된 상기 화소 전극 또는 상기 공통 전극에는 상기 적색 화소 및 상기 청색 화소에 형성된 상기 화소 전극 또는 상기 공통 전극보다 개구율이 큰 절개 패턴이 형성되어 있으며,
    상기 적색 화소, 녹색 화소, 청색 화소 및 흰색 화소는 렌더링 구동에 의해 표시되는 액정 표시 장치.
  2. 제1항에서,
    상기 액정 표시 장치는
    상기 제1 기판과 상기 제2 기판 사이에 밀봉되어 있는 액정 물질을 더 포함하고, 액정 물질에 포함되어 있는 액정 분자는 그 장축이 상기 제1 기판에 대하여 수직으로 배향되어 있는 액정 표시 장치.
  3. 제2항에서,
    상기 녹색 화소 및 상기 흰색 화소에 형성된 상기 화소 전극 또는 상기 공통 전극의 절개 패턴의 면적 또는 형상은 서로 동일하며, 상기 적색 화소 및 상기 청색 화소에 형성된 상기 화소 전극 또는 상기 공통 전극의 절개 패턴의 면적 또는 형상은 서로 동일한 액정 표시 장치.
  4. 제3항에서,
    상기 녹색 화소 및 상기 흰색 화소에 형성된 상기 화소 전극 또는 상기 공통 전극의 절개 패턴의 형상은 쉐브론 구조인 액정 표시 장치.
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