KR101137857B1 - 가변 시야각을 갖는 액정 표시장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 가변 시야각을 갖는 액정 표시장치에 관한 것으로서, 대향합착되어 그 사이에 제 1 액정층이 개재되는 제 1 및 제 2 기판과, 상기 제 1 기판의 내측면에 형성되는 박막트랜지스터 및 화소전극과, 상기 화소전극에 대향되어 상기 제 1 액정층에 전계를 인가하는 공통전극으로 이루어져 화상을 표시하는 제 1 액정셀과, 상기 제 1 액정셀 상에 형성된 제 2 액정셀을 포함하며, 상기 제 2 액정셀은 대향합착되어 그 사이에 제 2 액정층이 개재되는 제 3 및 제 4 기판과, 상기 제 3 기판 내측면에 형성되며 전압이 인가되는 구동전극과, 상기 구동전극과 교번하여 형성되며 전압이 인가되지 않는 제 1 비구동전극과, 상기 제 4 기판 내측면에 형성되며 상기 제 1 비구동전극과 연결된 제 2 비구동전극을 포함하여 구성되어, 구동전극과 제 2 비구동전극 사이의 액정층이 선택적으로 구동되어 시야각을 스위칭한다.

시야각, TN

Description

가변 시야각을 갖는 액정 표시장치{Liquid Crystal Display Device Having Variable Viewing Angle}

도 1은 종래 기술에 의한 액정표시소자의 단면도.

도 2는 본 발명에 의한 액정표시소자의 단면도.

도 3a는 전계를 인가하지 않았을 경우의 본 발명에 의한 제 2 액정셀을 나타낸 단면도.

도 3b 및 도 4는 전계를 인가했을 경우의 본 발명에 의한 제 2 액정셀을 나타낸 단면도.

도 5는 전계를 인가했을 경우의 본 발명에 의한 제 2 액정셀의 투과도를 나타낸 사진도.

*도면의 주요 부분에 대한 부호설명

101 : 제 1 기판 102 : 제 2 기판

103 : 제 1 액정층 111 : 제 3 기판

112 : 제 4 기판 113 : 제 2 액정층

113a : 액정분자 151 : 구동전극

152 : 제 1 비구동 전극 153 : 제 2 비구동 전극

본 발명은 액정표시소자(LCD ; Liquid Crystal Display Device)에 관한 것으로, 특히 사용자의 필요에 따라 시야각을 가변시킬 수 있는 액정표시소자에 관한 것이다.

최근, 계속해서 주목받고 있는 평판표시소자 중 하나인 액정표시소자는 액체의 유동성과 결정의 광학적 성질을 겸비하는 액정에 전계를 가하여 광학적 이방성을 변화시키는 소자로서, 종래 음극선관(Cathod Ray Tube)에 비해 소비전력이 낮고 부피가 작으며 대형화 및 고정세가 가능하여 널리 사용되고 있다.

상기 액정표시소자는 액정의 성질과 패턴의 구조에 따라서 여러 가지 다양한 모드가 있다.

구체적으로, 액정 방향자가 90°트위스트 되도록 배열한 후 전압을 가하여 액정 방향자를 제어하는 TN 모드(Twisted Nematic Mode)와, 한 화소를 여러 도메인으로 나눠 각각의 도메인의 주시야각 방향을 달리하여 광시야각을 구현하는 멀티도메인 모드(Multi-Domain Mode)와, 보상필름을 기판 외주면에 부착하여 빛의 진행방향에 따른 빛의 위상변화를 보상하는 OCB 모드(Optically Compensated Birefringence Mode)와, 한 기판 상에 두개의 전극을 형성하여 액정의 방향자가 배향막의 나란한 평면에서 꼬이게 하는 횡전계방식(In-Plane Switching Mode)과, 네가티브형 액정과 수직배향막을 이용하여 액정 분자의 장축이 배향막 평면에 수직 배열되도록 하는 VA 모드(Vertical Alignment) 등 다양하다.

이하, 도면을 참조하여 종래 기술에 의한 액정표시소자를 설명하면 다음과 같다.

도 1은 종래기술에 의한 액정표시소자의 단면도이다.

액정표시소자는, 도 1에 도시된 바와 같이, 상부기판인 컬러필터(color filter) 어레이 기판(1)과 하부기판인 TFT(Thin Film Transistor) 어레이 기판(2)이 접착제 역할을 하는 시일제(16)에 의해 서로 대향합착되고, 그 사이에 유전 이방성을 갖는 액정(3)이 형성되는 구조를 가져, 화소 선택용 어드레스(address) 배선을 통해 수십 만개의 화소에 부가된 TFT를 스위칭 동작시켜 해당 화소에 전압을 인가해 주는 방식으로 구동된다.

이 때, 상기 컬러필터 어레이 기판(1)에는 일정한 순서로 배열되어 색상을 구현하는 적색(Red), 녹색(Green), 청색(Blue)의 컬러필터층(12)과, R,G,B 셀 사이의 구분과 광차단 역할을 하는 블랙 매트릭스(11)와, 그리고 액정층(3)에 전압을 인가하기 위한 공통 전극(13)이 형성되어 있다.

그리고, 상기 TFT 어레이 기판(2)에는, 단위 픽셀(sub-pixel)을 정의하기 위해 게이트 배선(도시하지 않음)과 데이터 배선(35)이 서로 교차하여 배열되고, 상기 게이트 배선과 데이터 배선의 교차 부위에는 액정분자의 배열 방향을 변환시키기 위해 전압의 온/오프를 스위칭하는 박막트랜지스터(TFT)가 형성되며, 각 단위 픽셀에 상기 박막트랜지스터와 전기적으로 연결되어 액정층(3)에 전압을 인가하는 화소전극(22)이 형성되어 있다.

이와같이 구성된 액정표시소자의 외측면에는 그 투과축이 서로 직교하도록 제 1 ,제 2 편광판(61,62)이 각각 부착되어 있다.

따라서, 제 2 기판(2)에 수직으로 입사한 광은 제 2 편광판(62)에서 편광되어 액정셀을 통과중에 액정분자(3)의 트위스트에 따라서 90° 회전하고 제 1 편광판(61)을 통과하여 화상을 표시하게 된다.

그러나, 종래기술에 의한 액정표시소자는 개인적인 이유로 컴퓨터를 사용할 경우, 인접한 사람들로부터 사생활을 침해받을 수 있다는 문제점이 있다.

즉, 노트북, 테스크탑을 사용하여 비밀 문서를 작성, 열람하거나 보안이 필요한 작업을 할 경우 또는 ATM 기기 등을 사용할 경우에 있어서는 광시야각보다는 협시야각이 더욱 요구된다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출한 것으로, 광시야각과 협시야각의 스위칭이 가능하도록 함으로써 사생활 보호기능을 동시에 구현하고자 하는 액정표시소자를 제공하는데 그 목적이 있다.

즉, 액정의 스위칭을 이용하여 시야각을 조절할 수 있는 구조로 정면에 보았을 때 정상적인 화면이 나타나지만 좌우 방향에서 보았을 때 검은 줄무늬가 나타나 화면의 정보를 볼 수 없도록 하판에 전압 구동부와 전압 비구동부를 함께 배치하는 것을 특징으로 한다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 액정표시소자는 대향합착되어 그 사이에 제 1 액정층이 개재되는 제 1 및 제 2 기판과, 상기 제 1 기판의 내측면에 형성되는 박막트랜지스터 및 화소전극과, 상기 화소전극에 대향되어 상기 제 1 액정층에 전계를 인가하는 공통전극으로 이루어져 화상을 표시하는 제 1 액정셀과, 상기 제 1 액정셀 상부에 배치되고, 대향합착되어 그 사이에 제 2 액정층이 개재되는 제 3 및 제 4 기판과, 상기 제 3 기판 내측면에 교번하게 배열되는 구동전극 및 제 1 비구동전극과, 상기 제 4 기판 내측면에 형성되는 제 2 비구동전극으로 이루어져 시야각을 스위칭하는 제 2 액정셀을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

이때, 제 2 액정셀의 구동전극에 전압을 인가하여 구동전극과 제 2 비구동전극 사이에 전기장을 형성함으로써 초기 수평배향되었던 제 2 액정층을 수직배향시켜 시야각을 변화시키는 것을 특징으로 한다. 수직배향된 액정분자를 통과한 빛은 정면에서는 밝게 보이나 좌우방향에서는 어둡게 보이므로 사생활 보장이 이루어지는 것이다.

이하, 도면을 참조하여 본 발명에 따른 가변 시야각을 갖는 액정 표시장치를 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 2는 본 발명에 의한 액정표시소자의 단면도이고, 도 3a는 전계를 인가하지 않았을 경우의 본 발명에 의한 제 2 액정셀을 나타낸 단면도이다.

그리고, 도 3b 및 도 4는 전계를 인가했을 경우의 본 발명에 의한 제 2 액정셀을 나타낸 단면도이고, 도 5는 전계를 인가했을 경우의 본 발명에 의한 제 2 액정셀의 투과도를 나타낸 사진도이다.

본 발명에 의한 액정표시소자는, 도 2에 도시된 바와 같이, 화상정보에 따라 구동되는 제 1 액정셀(LC1)과 사용자의 필요에 따라 시야각을 조절하기 위해 구동 되는 제 2 액정셀(LC2)로 구성되는바, 상기 제 1 액정셀(LC1) 상부에 상기 제 2 액정셀(LC2)이 배치된다.

상기 제 1 액정셀(LC1)은 서로 대향하는 제 1 기판(101) 및 제 2 기판(102)과 그 사이의 제 1 액정층(103)으로 형성되고 상기 제 2 액정셀(LC2)은 서로 대향하는 제 3 기판(111) 및 제 4 기판(112)과 그 사이의 제 2 액정층(113)으로 형성되며, 상기 제 1 액정셀의 제 1 기판(101) 외측면과 제 2 액정셀의 제 4 기판(112) 외측면에 제 1 ,제 2 편광판(161,162)이 각각 부착된다.

구체적으로, 제 1 액정셀의 제 1 기판(101)에는 일렬로 배치된 복수개의 게이트 배선과, 상기 게이트 배선에 수직 교차하여 단위 화소를 정의하는 복수개의 데이터 배선과, 상기 두 배선의 교차 지점에 형성되어 전압을 스위칭하는 박막트랜지스터(TFT)와, 상기 박막트랜지스터(TFT)에 연결되어 액정을 구동시키기 위한 전계를 형성하는 화소전극이 구비되고, 제 1 액정셀의 제 2 기판(102)에는 R,G,B의 컬러필터층과, 빛샘 방지용 블랙 매트릭스와, 대향하는 화소전극과 함께 액정을 구동시키기 위한 전계를 형성하는 공통전극이 구비된다.

상기 제 1 액정셀은 TN 모드, 멀티도메인 모드, OCB 모드, IPS 모드, VA 모드인 것을 불문하며, 다만 IPS모드인 경우 화소전극과 공통전극은 하나의 기판에 형성되어 수평전계에 의해 액정을 구동한다.

그리고, 제 2 액정셀의 제 3 기판(111)에는 구동전극(151) 및 제 1 비구동 전극(152)이 스트라이프 형태로 서로 교번하여 배열되고, 제 4 기판(112)에는 전면에 제 2 비구동 전극(153)이 구비되며, 두 기판 사이에는 수평방향으로 초기배열되어 있는 제 2 액정층(113)이 구비되어 있다.

상기 제 2 액정층(113)은 트위스티드 네마틱(TN: Twisted Nematic)을 사용하는데, 상기 트위스티드 네마틱 액정을 사용하기 위해서 액정의 초기 배향을 제어하기 위한 배향막을 제 3 ,제 4 기판 내측면에 더 형성할 수도 있다.

그리고, 상기 구동전극(151), 제1, 제2 비구동 전극(152,153)은 인듐-틴-옥사이드(indium-tin-oxide : ITO) 또는 인듐-징크-옥사이드(Indium Zinc Oxide : IZO)와 같이 빛의 투과율이 비교적 뛰어난 투명도전성 금속을 재료로 사용하여 형성하며, 최소한 R,G,B로 구성되는 화소를 커버할 수 있는 폭(ex, 100㎛ 내외)을 가지도록 형성한다. 이때, 상기 구동전극과 비구동 전극의 폭은 동일하거나 달라도 된다.

그리고, 상기 제 1 ,제 2 비구동 전극(152,153)은 서로 연결되어 동일한 전압을 가지거나 전압이 인가되지 않도록 하고, 상기 구동전극은 구동전극끼리 연결되어 사용자의 선택에 따라 전압 인가의 유무가 결정되도록 한다.

이와같은 제 2 액정셀(LC2)은, 도 3a에 도시된 바와 같이, 전면의 액정분자(113a)가 수평 방향으로 초기 배열되어 빛을 투과시키게 된다.

그러나, 사용자의 필요에 따라 구동전극(151)에 전압을 인가하면, 도 3b에 도시된 바와 같이, 구동전극(151)과 제 2 비구동 전극(153) 사이에 전기장이 형성되어 초기에 수평방향으로 배열되었던 액정분자(113a)가 전기장 방향과 평행하게 수직으로 재배열되고, 제 1 비구동 전극(152)과 제 2 비구동 전극(153) 사이에는 전기장이 형성되지 않으므로 액정분자(113a)가 계속해서 수평 방향을 유지하게 된다.

이때, 전계가 인가되어 액정이 수직으로 배열되는 부분과 수평으로 배열되는 부분으로 나누어지게 되는데, 수평으로 배열된 부분은 정면 뿐 아니라 좌우 시야각이 넓어 어느쪽에서 보아도 빛을 밝게 투과하고, 수직으로 배열된 부분은, 도 4에 도시된 바와 같이, 정면(①)에서는 수평과 마찬가지로 빛을 밝게 투과하지만 좌우(②,③)에서는 편광이 달라져 어두운 그레이를 표시한다.

이와같이, 액정의 광학적 이방성을 이용하여 ②,③ 방향의 편광을 바꿈으로써 좌우방향에 있는 사람들에게는 어둡게 보이도록 하는 것이다. 도 5의 시물레이션 결과를 살펴보면, 도 5(a)는 정면으로부터 45°기울인 위치에서 화면을 바라보았을 때의 투과도이고 도 5(b)는 정면으로부터 60°기울인 위치에서 화면을 바라보았을 때의 투과도로서, 좌우 방향에서 화면을 바라본 사람들은 전면이 밝게 보이지 않고 화면 중간에 줄무늬가 나타나게 된다. 여기서 줄무늬가 나타난 영역은 액정분자가 수직방향으로 배열된 영역이고, 밝은 영역은 액정분자가 수평방향으로 초기배열된 영역이며, 사생활 보호를 위해서 구동전극에 전계를 인가했을 때 이러한 현상이 나타나게 된다.

그리고, 시물레이션 결과에서 보는 바와 같이, 정면으로부터 기울어진 각도가 클수록 줄무늬가 더욱 어둡고 선명하게 나타나는바 사생활 보호가 더욱 이뤄지게 된다.

결국 , 사용자의 선택에 따라 사생활 보호 기능을 수행할 수 있는 것이다. 즉, 제 2 액정셀의 구동전극에 전압을 인가하지 않으면 사생활 보호 기능이 수행되지 않는 것이고, 전압을 인가하면 화상 중간에 나타나는 줄무늬에 의해 사생활 보 호가 되는 것이다.

한편, 이상에서 설명한 본 발명은 상술한 실시예 및 첨부된 도면에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것이 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.

상기와 같은 본 발명의 가변 시야각을 갖는 액정 표시장치는 다음과 같은 효과가 있다.

즉, 제 1 액정셀 위에 시야각을 가변시킬 수 있는 제 2 액정셀을 더 구비함으로써, 주위 사람들이 화상의 내용을 볼 수 없도록 하여 사생활 보호를 도모하게 된다.

제 2 액정셀의 구동전극에 전압을 인가하거나 또는 인가하지 않는 것에 의해 광시야각 모드와 협시야각 모드의 스위칭이 가능하도록 한다.

따라서, 광시야각이 요구될 때에는 광시야각 모드로 스위칭하여 사용하고, 사생활 보호기능이 요구될 때에는 협시야각 모드로 스위칭하여 사용할 수 있다.

Claims (12)

1. 대향합착되어 그 사이에 제 1 액정층이 개재되는 제 1 및 제 2 기판과, 상기 제 1 기판의 내측면에 형성되는 박막트랜지스터 및 화소전극과, 상기 화소전극에 대향되어 상기 제 1 액정층에 전계를 인가하는 공통전극으로 이루어져 화상을 표시하는 제 1 액정셀과,

   상기 제 1 액정셀 상에 형성된 제 2 액정셀을 포함하며,

   상기 제 2 액정셀은 대향합착되어 그 사이에 제 2 액정층이 개재되는 제 3 및 제 4 기판과, 상기 제 3 기판 내측면에 형성되며 전압이 인가되는 구동전극과, 상기 구동전극과 교번하여 형성되며 전압이 인가되지 않는 제1 비구동전극과, 상기 제 4 기판 내측면에 형성되며 상기 제 1 비구동전극과 연결된 제 2 비구동전극을 포함하여 구성되어, 구동 전극과 제 2 비구동전극 사이의 액정층이 선택적으로 구동되어 시야각을 스위칭하는 것을 특징으로 하는 액정표시소자.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 제 1 기판 내측면에 게이트 배선 및 데이터 배선이 수직교차하여 정의된 각 단위 화소 내에 R(Red), G(Green), B(Blue)의 컬러필터층이 순차적으로 배열되어 화상을 표시하는 것을 특징으로 하는 액정표시소자.
3. 제 2 항에 있어서,

   상기 구동전극 및 제 1 비구동전극은 R,G,B로 이루어지는 화소 크기를 커버하는 폭을 가지는 것을 특징으로 하는 액정표시소자.
4. 제 3 항에 있어서,

   상기 구동전극과 제 1 비구동전극은 동일한 폭을 가지거나 서로 다른 폭을 가지는 것을 특징으로 하는 액정표시소자.
5. 제 1 항에 있어서,

   상기 구동전극 및 제 1 비구동전극은 스트라이프 형태로 교번하여 형성되는 것을 특징으로 하는 액정표시소자.
6. 제 1 항에 있어서,

   상기 구동전극 및 제 1 비구동전극은 투명한 도전물질로 형성되는 것을 특징으로 하는 액정표시소자.
7. 삭제
8. 삭제
9. 제 1 항에 있어서,

   상기 제 2 액정층은 TN(Twisted Nematic) 액정으로 구성되는 것을 특징으로 하는 액정표시소자.
10. 제 9 항에 있어서,

    상기 제 2 액정층은 초기에 수평방향으로 배향되는 것을 특징으로 하는 액정표시소자.
11. 제 1 항에 있어서,

    상기 구동전극은 사용자의 선택에 따라 전압의 인가유무가 결정되는 것을 특징으로 하는 액정표시소자.
12. 제 10 항에 있어서,

    상기 구동전극에 전압 인가시, 상기 구동전극과 제 2 비구동전극 사이에 전계가 형성되어, 상기 구동전극과 제 2 비구동전극 사이의 제 2 액정층이 수직배향되는 것을 특징으로 하는 액정표시소자.

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