상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 시야각제어 시스템은 협시야각이 구현될 위치정보를 포함한 화상데이터를 출력하는 호스트시스템과; 액정패널에 시야각 제어화소가 반복적으로 배열되고, 상기 호스트시스템으로부터 인가되는 화상데이터에 따라 상기 액정패널 중 선택영역을 협시야각 모드로 표시하는 액정표시장치를 포함하여 구성된다.
도2는 본 발명의 제1실시예에 따른 광시야각과 협시야각의 모드전환이 가능한 액정표시장치의 단면도이다.
도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 광시야각모드와 협시야각모드로 전환가능한 액정표시장치는 백라이트(미도시)와, 상기 백라이트(미도시)상에 배치되는 광시 야각 모드의 액정표시패널(100)과, 상기 광시야각 모드의 액정표시패널(100)상에 배치되어 상기 협시야각 모드를 구현하는 시야각 제어셀(200)를 포함하여 구성된다. 이때, 상기 협시야각 모드를 구현하는 시야각 제어셀(200)은 상기 광시야각 모드의 액정표시패널(100) 하부에 배치될 수도 있다.
여기서, 상기 광시야각 모드의 액정표시패널(100)은 박막트랜지스터 어레이기판(111)과 컬러필터기판(141)이 대향하여 균일한 간격을 갖도록 합착되며, 그 박막트랜지스터 어레이기판(111)과 컬러필터기판(141)사이에 액정층(151)이 개재 된다.
또한, 상기 박막트랜지스터 어레이기판(111)에는 화소들이 매트릭스 형태로 배열되며, 그 단위 화소에는 박막트랜지스터(120), 화소전극(127) 및 커패시터(미도시)가 형성된다. 또한, 상기 박막트랜지터(120)는 어레이기판(111)상에 형성된 게이트전극(113)과, 상기 게이트전극(113)을 포함한 어레이기판(111)상에 형성된 게이트절연막(115)과 반도체층(117) 및 상기 반도체층(117)상에 형성되어 일정간격만큼 이격된 소스/드레인전극(121,123)으로 구성된다.
그리고, 상기 화소전극(127)은 상기 소스/드레인전극(21)(23)을 포함한 어레이기판(11)전면에 형성된 보호막 (125)내에 형성되는 드레인콘택홀(미도시)을 통해 상기 드레인전극(123)과 전기적으로 접속되어 있다.
또한, 상기 컬러필터기판(141)은 상기 화소전극(127)과 함께 상기 액정층 (151)에 전계를 인가하는 공통전극(147)과 실제 컬러를 구현하는 RGB 컬러필터 (145) 및 블랙매트릭스(143)가 형성되어 있다.
그리고, 상기 박막트랜지스터 어레이기판(111)과 컬러필터기판(141)의 대향면에는 배향막(미도시)이 형성되고, 이 배향막(미도시)표면에는 러빙에 의해 액정이 일정한 방향으로 배열되어 있다. 이때, 액정은 박막트랜지스터 어레이기판(111)의 단위 화소별로 형성된 화소전극(127)과 컬러필터기판(141)의 전면에 형성된 공통전극(147)사이에 전계가 인가될 경우에 유전 이방성에 의해 회전하므로써, 단위 화소별로 빛을 통과시키거나 차단시켜 문자나 화상을 표시하게 된다.
또한, 상기 컬러필터기판(141)과 박막트랜지스터 어레이기판(111)배면에는 각각 제1,2편광판(161)(163)이 마련되어 있다. 이때, 이들 편광판(161,163)은 여러 방향으로 진동하면서 입사되는 자연광을 한쪽 방향으로만 진동하는 빛(즉, 편광)이 되도록 하는 기능을 가지고 있다.
한편, 상기 시야각제어셀(200)은 하판(211)과 상기 하판(211)상에 형성된 제1전극(213)과, 상기 하판(211)과 일정간격만큼 이격되어 배치된 상판(241)과, 상기 상판(241)상에 형성된 제2전극(243) 및, 상기 하판(211)과 상판(241)사이에 개재되고 준안정(bi-stable)한 특성을 가지는 FLC층(251)으로 구성되어 있다. 또한, 상기 상판(241)배면에는 제3편광판(261)이 마련되어 있다.
도3은 도2의 액정표시장치에서 광시야각 모드과 협시야각 모드일때의 화면 대조비를 각각 도시한 예시도이다.
도면을 참조하면, 좌측도면은 본 발명에 따른 액정표시장치에서 광시야각 모드를 구동한 경우 나타나는 대조비(contrast ratio: CR)로서, 화면의 상하좌우측에 고르게 분포된다. 즉, 광시야각 모드에서는 화면의 상하좌우에서 용이하게 화상을 식별할 수 있게된다.
반면에, 우측도면은 협시야각 모드를 구동한 경우 나타나는 대조비로서, 화면의 상하로만 화상의 용이한 식별이 가능하다. 화면의 좌우는 대조비가 낮기 때문에 화상이 선명도가 떨어지게되어 화상 식별이 어렵다.
도4는 도3에 따른 결과를 화면에 실제 구현한 것을 보인 예시도이다.
도면을 보면, 화면을 정면에서 바라보는 경우에는 화상의 식별이 가능하나, 좌우에서 바라보는 경우 화상이 희미하기때문에 화상의 식별이 곤란하다.
도5는 본 발명의 제2실시예에 따른 액정표시장치를 구비한 시야각 제어시스템을 보인 도면이다.
도5를 참조하면, 시야각 제어시스템은 협시야각이 구현될 위치정보를 포함한 화상데이터를 출력하는 호스트시스템(host system, 50)과, 액정패널에 시야각 제어화소(C)가 반복적으로 배열되고, 상기 호스트시스템(50)으로부터 인가되는 화상데이터에 따라 상기 액정패널 중 선택영역을 협시야각 모드로 표시하는 액정표시장치를 포함하여 구성된다.
상기 액정표시장치는 제1기판(10)과 제2기판(20)이 일정한 셀-갭으로 합착되고, 그 셀-갭에 액정이 주입된 액정패널과, 상기 제1,2기판(10,20)에 각각 제1공통전압(VCOM1)과 제2공통전압(VCOM2)을 공급하는 공통전압부(70)와, 상기 호스트시스템(50)로부터 인가받은 화상데이터를 위치정보에 따라 변환하여 출력하는 타이밍제어부(60)와, 상기 타이밍제어부(60)로부터 인가받은 화상데이터에 따라 액정패널 중 선택영역을 협시야각으로 표시하는 데이터구동부(30)를 포함하여 구성된다.
본 발명의 제1실시예와 제2실시예의 가장 큰 차이는 제1실시예에서는 액정패널 외에 별도의 시야각제어셀을 구비하는 것에 반해 제2실시예에서는 액정패널에 시야각 제어화소(C)를 반복적으로 배열함에 따라 액정패널 내에 시야각제어기능을 포함시킨 것이다.
상기 제1기판(10)에는 적색화소(R), 녹색화소(G), 청색화소(B) 및 시야각 제어화소(C)가 반복적으로 배열된다. 특히, 4 화소(R,G,B,C)는 쿼드(quad) 형태로 배열된다.
상기 적색화소(R), 녹색화소(G), 청색화소(B) 및 시야각 제어화소(C)는 상기 제1기판(10)에 형성될 때, 동일한 방향으로 배향된다. 특히, 상기 적색화소(R), 녹색화소(G) 및 청색화소(B)를 IPS(in-plane switching)모드 적용을 위해 수평배향시키는 경우 상기 시야각 제어화소(C)도 동일하게 수평배향시킨다.
사용자는 상기 호스트시스템(50)을 통해 필요에 의해 협시야각 모드를 구현하기를 원하는 화면의 영역을 선택할 수 있다. 이 선택된 영역은 호스트시스템(50) 내에서 위치정보로 변환되어 화상데이터에 포함된다.
상기 호스트시스템(50)에서 출력되는 화상데이터는 상기 타이밍제어부(60)에 입력되며, 상기 타이밍제어부(60)는 화상데이터를 위치정보에 따라 변환시킨다.
먼저, 위치정보가 더미(dummy)인 경우, 즉, 위치정보가 없는 경우는 액정패널 전체의 화상을 광시야각 모드로 표시한다는 것이므로, 협시야각 모드는 구현할 필요가 없다.
광시야각 모드로 화상을 표시하기 위해서는 시야각 제어화소(C)를 통해 블랙 을 표시하여 하여 협시야각 모드를 수행할 수 없도록 한다. 즉, 상기 타이밍제어부(60)는 상기 호스트시스템(50)을 통해 공급되는 화상데이터 중 시야각 제어화소(C)에 해당하는 데이터를 모두 블랙데이터로 변환시켜야 한다. 여기서, 블랙데이터는 최저계조를 갖는 화상데이터를 가리킨다.
이와는 다르게, 위치정보가 더미가 아니라 액정패널의 일부 영역을 협시야각으로 표시하도록 가리키고 있다면, 그 위치정보에 따른 영역에 대응하는 시야각 제어화소(C)에 인가될 화상데이터는 동일 쿼드 내에 함께 배열된 적색, 녹색 및 청색화소(R,G,B)의 평균 화상데이터값으로 설정할 수도 있고, 해당 프레임의 액정패널 전체 적색, 녹색 및 청색화소(R,G,B)의 평균 화상데이터값으로도 설정할 수 있다. 상기 시야각 제어화소(C)에 인가될 화상데이터는 상기한 방법 외에도 여러가지 방법에 의해 산출할 수 있을 것이다.
상기와 같이, 화상데이터에 포함된 위치정보에 따라 화상데이터를 변환시킨 후 상기 타이밍제어부는 그 변환된 화상데이터를 상기 데이터구동부(30)로 출력한다.
상기 데이터구동부(30)는 상기 게이트구동부(40)에서 게이트라인(42)들에 순차적으로 출력되는 주사신호에 따라 데이터라인(32)을 통해 화소(R,G,B,C)들에 변환된 화상데이터를 인가한다.
상기 데이터구동부(30)로부터 변환된 화상데이터를 인가받은 적색, 녹색, 청색 및 시야각 제어화소(R,G,B,C) 중 상기 시야각 제어화소(C)에 인가되는 화상데이터만 상기 타이밍제어부(60)에서 변환되기 때문에 상기 적색, 녹색 및 청색화소 (R,G,B)는 상기 호스트시스템(50)에서 출력된 원래의 화상을 그대로 표시하며, 상기 시야각 제어화소(C)는 변환된 화상데이터에 따라 협시야각 모드를 표시하거나 광시야각 모드를 표시하게 될 것이다.
상기한 바와 같이, 상기 적색, 녹색, 청색 및 시야각 제어화소(R,G,B,C)는 제1기판(10) 상에 동일하게 배향된다. 그럼에도 불구하고, 상기 시야각 제어화소(C)가 다르게 구동되는 것은 상기 적색, 녹색 및 청색화소(R,G,B)는 수평전계에 의해 구동되지만, 상기 시야각 제어화소(C)는 수직전계에 의해 구동되기 때문이다.
더욱 자세하게는, 상기 적색, 녹색 및 청색화소(R,G,B)에는 각각 수평전계를 형성하기 위한 공통전극과 화소전극이 제1기판(10) 상에 형성된다. 상기 공통전압부(70)는 제1기판(10)에 제1공통전압(VCOM1)을 인가하여 상기 제1공통전압(VCOM1)이 상기 적색, 녹색 및 청색화소(R,G,B)의 화소전극에 인가된 화상데이터와 액정에 전계를 형성하도록 한다.
한편, 상기 시야각 제어화소(C)에는 화소전극만 제1기판(10) 상에 형성되며, 상기 제2기판(20)에 공통전극이 형성되어 상기 화소전극과 함께 액정에 수직전계를 형성한다.
즉, 동일한 제1기판(10)에 함께 배열된 적색, 녹색, 청색 및 시야각 제어화소(R,G,B,C)지만 상기 적색, 녹색 및 청색화소(R,G,B)와, 시야각 제어화소(C)는 서로 다른 전계에 의해 구동된다. 따라서, 시야각 제어화소(C)에 의한 시야각 제어를 수행하게 된다.
도6a는 도5의 액정패널에서 화소를 확대도시한 도면이고, 도6b는 제2기판에 형성되는 공통전극을 확대도시한 도면이다.
도면을 참조하면, 제1기판에는 복수의 데이터라인(DL1~DL3) 및 게이트라인(GL1~GL3)이 종횡으로 배열되고, 그 데이터라인(DL1~DL3) 및 게이트라인(GL1~GL3)에 의해 구획된 영역에는 화소(PX[R,G,B,C])가 구비된다.
상기 적색, 녹색 및 청색화소(PX[R,G,B])에는 상기 데이터라인(DL1~DL3) 및 게이트라인(GL1~GL3)과 전기적으로 접속되는 박막트랜지스터(T1)가 구비되고, 수평전계를 형성하는 화소전극(11)과 공통전극(13)이 함께 구비된다.
이와 반면에, 상기 시야각 제어화소(PX[C])에는 상기 데이터라인(DL1~DL3) 및 게이트라인(GL1~GL3)과 전기적으로 접속되는 박막트랜지스터(T1)는 상기 적색, 녹색 및 청색화소(PX[R,G,B])와 마찬가지로 구비되지만, 화소전극(12)만 구비될뿐이며, 공통전극은 구비되지 않는다.
도6b를 참조하면, 제2기판에는 적색, 녹색, 청색 및 시야각 제어화소(R,G,B,C)를 구분하여 빛샘현상을 방지하는 블랙매트릭스(black matrix,22)가 형성되며, 그 블랙매트릭스(22) 위에는 제2공통전압라인(24)이 배열된다. 이 제2공통전압라인(24)은 상기 블랙매트릭스(22) 위에 형성되기 때문에 화소의 개구율에는 전혀 영향을 미치지 않는다.
상기 제1기판에 형성된 시야각 제어화소(PX[C])의 화소전극과 수직전계 를 형성하기 위하여 상기 제2기판에는 합착되는 제1기판의 시야각 제어화소(PX[C])에 대응하는 위치마다 공통전극(26)을 형성하여야 한다. 이 공통전극(26)은 상기 제2공통전압라인(24)에 접속되어 제2공통전압을 인가받는다. 상기 공통전극(26)은 제1 기판의 시야각 제어화소(PX[C]))에 대응하여 일정한 면적을 갖도록 형성되므로, 화소의 개구율을 저하시키지 않는 투명한 도전성 물질인 인듐-틴-옥사이드(indium-tin-oxide:ITO)로 형성한다.
도7은 본 발명에 따른 액정표시장치를 구비한 시야각 제어시스템에 있어서, 호스트시스템에서 출력되는 신호들을 보인 도면이다.
도7을 참조하면, 호스트시스템은 다수의 신호들을 출력하는데, 1프레임의 구간을 정의하기 위한 수직동기신호(Vsync)와, 1수평주기를 정의하기 위한 수평동기신호(Hsync)와, 매 수평주기에서 화소에 화상데이터를 인가할 시간을 정의하기 위한 데이터 인에이블(data enable: DE) 신호와, 화상데이터(DATA)를 출력한다.
상기 데이터 인에이블(DE) 신호는 가로 해상도가 768을 갖는 액정패널을 기준으로 도시된 것이다.
상기 화상데이터(DATA)는 RGB데이터(RGB)와 협시야각을 구현할 액정패널의 위치를 지정하는 위치정보(CON_INF)를 포함한다. 상기 RGB데이터(RGB)는 액정패널에 배열된 적색, 녹색 및 청색화소에 인가될 데이터이다.
상기 위치정보(CON_INF)는 실제로 적색, 녹색 및 청색화소에 인가될 데이터가 아니므로, 데이터 인에이블(DE) 신호가 저전위를 유지하는 동안, 즉, 더미구간동안 상기 호스트시스템으로부터 출력된다.
도8a는 본 발명에 따른 시야각 제어시스템에서 광시야각 모드 구현시 화소의 시야각에 따른 휘도특성을 나타낸 그래프이고, 도8b는 도8a의 대조비를 나타낸 그래프이다.
도8a를 참조하면, 협시야각 모드를 실행시키지 않고, 광시야각만을 실행시킨 액정패널에서 화이트 휘도는 화소의 좌우 시야각에 따라 완만한 곡선형태로 나타난다. 즉, 액정패널의 좌우에서 화상의 식별이 가능하다.
이는 도8b의 대조비 곡선에서도 나타나는데, 화소의 좌우 시야각에 따라 화상의 대조비는 완만하다. 좌우 시야각으로 갈수록 대조비는 점점 감소하게 되지만, 완만하게 감소하므로, 화상의 식별은 가능하다.
도9는 본 발명에 따른 시야각 제어시스템에서 협시야각 모드 구현시 시야각 제어화소의 시야각에 따른 휘도특성을 나타낸 그래프이다.
도면을 참조하면, 협시야각 모드에서는 시야각 제어화소의 좌우 시야각에 따른 휘도는 쌍곡선 형태로 나타난다.
즉, 협시야각 모드에서 시야각 제어화소의 휘도는 좌우 시야각 범위에서 더 높게 나타나고, 정면에서는 오히려 낮게 나타난다. 이러한 시야각 제어화소의 휘도특성을 이용하여 화상의 협시야각을 실현하는 것이다.
도10a는 본 발명에 따른 시야각 제어시스템에서 협시야각 모드 구현시 시야각 제어화소와 적색, 녹색 및 청색화소의 시야각에 따른 휘도특성을 각각 나타낸 도면이고, 도10b는 도10a에 도시된 2개의 휘도특성에 따른 대조비를 나타낸 도면이다.
도면을 참조하면, 적색, 녹색 및 청색화소의 좌우 시야각 범위에서 휘도곡선(b)과 시야각 제어화소의 좌우 시야각 범위에서 휘도곡선(a)은 유사한 형태를 이루고 있다. 즉, 적색, 녹색, 청색 및 시야각 제어화소는 좌우 시야각 범위에서 휘도 값이 유사하게 나타난다.
상기와 같이, 적색, 녹색, 청색 및 시야각 제어화소는 좌우 시야각 범위에서 휘도값이 유사하다는 것은 좌우 시야각 범위에서 대조비가 낮다는 것이므로, 화상의 선명도가 떨어지게 되어 액정패널의 좌우 시야각 범위에서는 화상의 식별이 곤란해진다.