KR101197766B1 - 시야각 제어가 가능한 액정 표시 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 시야각 제어가 가능한 액정 표시 장치에 관한 것으로, 서로 교차되는 게이트 라인들과 데이터 라인들에 의해 픽셀 단위로 구분되고, 서로 인접한 4개의 픽셀들이 하나의 그룹 픽셀을 이루도록 구성되는 어레이 기판 및 어레이 기판과 마주보는 컬러 필터 기판과, 두 기판 사이에 형성된 액정층과, 그룹 픽셀 단위로 형성되며, 수평 전계를 형성하는 적색, 녹색, 청색 컬러 픽셀들과, 컬러 픽셀들에 인접하도록 그룹 픽셀 단위로 배치되며, 수직 전계를 형성하는 시야각 제어 픽셀과, 컬러 픽셀들 각각에 마주보도록 컬러 필터 기판 상에 형성된 적색, 녹색, 청색의 컬러 필터들과, 컬러 픽셀들 및 시야각 제어 픽셀을 구동하는 구동부를 포함하며, 그룹 픽셀들 중 수평 방향으로 인접하는 두 개의 그룹 픽셀에서, 각 그룹 픽셀 내 시야각 제어 픽셀들의 위치가 수직 방향으로 서로 엇갈리도록 배치되는 액정 표시 장치를 제공한다.
액정 표시 장치, 광시야각, 협시야각

Description

시야각 제어가 가능한 액정 표시 장치{Liquid crystal display controllable viewing angle}
도 1 및 도 2는 종래 기술에 따른 액정 표시 장치를 나타낸 구성도이다.
도 3은 도 1 및 도 2의 액정 표시 장치가 광시야각 모드일 경우, 시야각과 휘도의 관계를 나타낸 그래프이다.
도 4는 도 1 및 도 2의 액정 표시 장치가 협시야각 모드일 경우, 시야각과 휘도의 관계를 나타낸 그래프이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 액정 표시 장치의 개략적인 구성도이다.
도 6은 도 5의 액정 패널을 구성하는 어레이 기판의 일부를 개략적으로 나타낸 평면도이다.
도 7은 도 6의 일부를 보다 세부적으로 나타낸 평면도이다.
도 8은 도 7의 Ι-Ι＇라인을 개략적으로 나타낸 단면도이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에서, 그룹 픽셀을 구성하는 컬러 픽셀들과, 시야각 제어 픽셀의 배치를 나타낸 모형도이다.
도 10은 도 5에 나타난 타이밍 컨트롤러의 일부 구성도이다.
도 11 및 도 12는 도 9에 나타난 그룹 픽셀의 픽셀 배치를 변경한 경우를 나타낸 모형도이다.
(도면의 주요부분에 대한 부호의 설명)
100: 액정 패널 110: 어레이 기판
120: 컬러 필터 기판 130: 액정층
GP, GPA, GPB: 그룹 픽셀 R, G, B: 컬러 픽셀
E: 시야각 제어 픽셀 200: 구동부
210: 게이트 구동부 220: 데이터 구동부
230: 타이밍 컨트롤러
본 발명은 액정 표시 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 광시야각과 협시야각을 선택적으로 구현할 수 있는 액정 표시 장치에 관한 것이다.
액정 표시 장치는 상하부의 투명 절연 기판인 컬러 필터 기판과 어레이 기판 사이에 이방성 유전율을 갖는 액정층을 형성한 후, 액정층의 액정 물질에 형성되는 전계의 세기를 조정하여 액정 물질의 분자 배열을 변경시키고, 이를 통하여 컬러 필터 기판에 투과되는 빛의 양을 조절함으로써 원하는 화상을 표현하는 표시 장치이다. 액정 표시 장치로는 박막 트랜지스터(Thin Film Transistor; TFT)를 스위칭 소자로 이용하는 박막 트랜지스터 액정 표시 장치(TFT LCD)가 주로 사용되고 있다.
도 1 및 도 2는 종래 기술에 따른 액정 표시 장치를 나타낸 구성도로서, 특히, 시야각 제어가 가능한 형태의 액정 표시 장치가 광시야각 모드로 구동되는 경 우와 협시야각 모드로 구동되는 경우를 각각 도시하고 있다.
도 1 및 도 2에 나타난 시야각 제어 방식의 기본적인 원리는 다음과 같다.
광시야각을 갖는 횡전계 구조로 이루어져 화상을 표시하는 액정 패널의 상부 또는 하부에 시야각 조절을 위한 액정 패널을 추가하고, 추가된 액정 패널을 구동하여 광시야각과 협시야각 모드를 조절하는 것이다. 시야각 조절을 위하여 추가되는 액정 패널은 기본적으로 화상을 표시하는 액정 패널이 갖는 광시야각을 해치지 않는 기능과, 보안이나 사생활적인 측면에서 필요한 협시야각을 유도하는 기능을 가진다.
도 1 및 도 2에서, 제 1 액정층(80)을 포함하는 액정 패널은 시야각을 조절하는 패널이며, 제 2 액정층(90)을 포함하는 액정 패널은 광시야각을 갖도록 화상을 표시하는 패널이다. 제 1 액정층(80)에 전압을 가하지 않으면, 액정 분자(81)가 두 기판(10, 20)에 평행하게 배열되어 본래의 광시야각을 유지하므로 광시야각 모드가 되고, 제 1 액정층(80)에 전압을 가하면, 액정 분자(81)가 두 기판(10, 20)에 수직하게 배열되면서 시야각이 감소하므로 협시야각 모드가 된다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 제 1, 제 2, 제 3 투명 절연 기판(10, 20, 30)이 서로 평행하게 배치되어 있고, 제 1 투명 절연 기판(10)과 제 2 투명 절연 기판(20) 사이의 안쪽 면에는 각각 투명 전극(70, 60)이 형성되어 서로 마주보며, 제 2 투명 절연 기판(20)의 상부 면에는 두 개의 선형 전극(40, 50)이 서로 평행하게 형성되어 있다.
그리고, 제 2 투명 절연 기판(20)을 중심으로 하부에 위치한 제 1 투명 절연 기판(10)과 상부에 위치한 제 3 투명 절연 기판(30) 사이에는 제 1, 제 2 액정층(80, 90)이 각각 형성되어 있다.
제 1, 제 2 투명 절연 기판(10, 20)과 두 기판(10, 20)의 사이에 있는 제 1 액정층(80)을 포함하는 액정 패널은 광시야각 및 협시야각을 조절할 수 있는 시야각 제어용 액정 패널이며, 전계를 인가하지 않은 상태에서는 도 1과 같이, 제 1 액정층(80)의 액정 분자(81)가 제 1, 2 투명 절연 기판(10, 20)에 평행하게 배향된다. 도 1과 같은 광시야각 모드에서는 제 2 액정층(90)의 액정 분자(91) 역시 동일한 방향으로 배향되므로, 액정 패널이 하나인 일반적인 횡전계 구조의 액정 표시 장치가 갖는 광시야각과 동일한 시야각을 갖게 되며, 횡전계 구조가 갖는 다른 특성에도 영향을 미치지 않는다.
제 1 투명 절연 기판(10)과 제 3 투명 절연 기판(30)의 바깥 면에는 통과하는 빛을 편광시키는 두 장의 편광판(11, 31)이 각각 부착되어 있다. 이때, 편광판(11, 31)의 투과축 방향은 액정 분자(81, 91)의 배향 방향에 대하여 수직하거나 평행하도록 배치된다.
도 2는 도 1의 액정 표시 장치를 협시야각 모드로 사용하는 경우를 도시한 것이다.
두 투명 전극(70, 60)에 전압을 인가하여 제 1, 제 2 투명 절연 기판(10, 20) 사이에 수직 방향의 전기장을 형성했을 때, 제 1 액정층(80)의 액정 분자(81)들은 전기장의 방향을 따라 두 기판(10, 20)에 수직하게 배열된다. 이때, 두 기판(10, 20)에 인접한 액정 분자(82)들은 전기장이 미치는 힘보다는 러빙에 따른 배향 력이 크기 때문에 두 기판(10, 20)에 평행하게 배열된다.
이러한 협시야각 모드에서는, 두 기판(10, 20)에 수직하게 배열된 액정 분자(81)들은 두 기판(10, 20)의 정면으로 진행하는 빛에 대한 지연(retardation)에 영향을 미치지 않는다. 그러나, 선 편광된 빛이 액정 분자(81)로 이루어진 제 1 액정층(80)을 통과하면서 지연에 의해 편광 상태가 바뀌게 되는데, 편광 상태가 바뀌는 비율의 차이가 정면에서 멀리 벗어날수록 심하게 발생하기 때문에 대비비가 감소하게 되어 시야각이 좁아지게 된다. 즉, 시야각 제어를 목적으로 추가된 제 1 액정층(80)에 전기장을 인가함으로써 액정 표시 장치의 시야각이 떨어지게 되어 협시야각화가 이루어진다.
도 3은 도 1 및 도 2의 액정 표시 장치가 광시야각 모드일 경우 시야각과 휘도의 관계를 나타낸 그래프이다.
광시야각 모드에서는, 도 3에 도시된 것처럼, 인가되는 전압에 따른 화이트와 블랙 상태가 시야각 방향에 따라 거의 변하지 않아서 그레이 인버젼(gray inversion)이 나타나지 않게 된다.
다음으로, 협시야각 모드는 광시야각 모드와는 다르게 제 1 액정층(80)에 3V 이상의 전압(일반적으로, 문턱 전압 이상의 전압)을 걸어주게 되면, 제 1 액정층(80)의 액정 분자(81)가 분극되어 일어서면서 측면에서의 시야각 특성이 나빠져 액정 표시 장치가 전체적으로 협시야각 모드가 될 수 있다.
도 4는 도 1 및 도 2의 액정 표시 장치가 협시야각 모드일 경우 시야각과 휘도의 관계를 나타낸 그래프이다.
도 4를 참조하면, 전압이 인가된 제 1 액정층(80)에 의해 전체 액정 표시 장치의 시야각 방향에 따른 휘도는 블랙 상태에서 변화가 심하다는 것을 알 수 있다.
이와 같이, 하나의 액정 표시 장치를 통해 협시야각과 광시야각 모드의 전환이 가능하므로, 필요에 따라 융통성 있는 시야각 특성을 보일 수 있다.
그런데, 이러한 구조를 통하여 액정 표시 장치의 시야각 특성을 조절하게 되면, 화상을 표시하는 액정 패널 이외에 시야각 조절을 위한 별도의 액정 패널이 사용되므로, 그에 따른 비용이나 제조 공정이 추가적으로 발생된다는 문제점이 있었다.
또한, 이러한 구조에서는, 화상을 표시하는 액정 패널의 화소 데이터와 무관하게, 시야각 조절을 위한 액정 패널의 전압 인가 여부에 따라 광시야각 모드와 협시야각 모드가 단순히 스위칭 되므로, 불필요하게 전력이 소모되는 측면이 있었다. 즉, 시야각 조절을 위한 액정 패널의 픽셀별 제어가 이루어지지 않으며, 화상을 표시하는 액정 패널에 화소 데이터가 블랙 레벨인지 화이트 레벨인지 여부를 고려하지 않고, 어느 경우에든 동일한 수준의 전압을 이 액정 패널에 인가하여 스위칭 동작을 제어하게 되어 소비 전력이 증가되었다.
따라서, 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 시야각 제어 픽셀들을 구성하고, 인접한 컬러 픽셀들의 화소 데이터나 액정의 특성 등에 맞춰 시야각 제어를 위한 화소 데이터를 가변적으로 생성하여 적용함으로써, 픽셀 단위로 시야각을 제어하고, 액정의 특성을 최대한 살려 소비 전력을 최소화하면서, 협시야각 모드에서 좌우 시야각을 최대로 줄일 수 있는 액정 표시 장치를 제공하는 것이다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 액정 표시 장치는, 서로 교차되는 수평 방향의 게이트 라인들과 수직 방향의 데이터 라인들에 의해 픽셀 단위로 구분되는 어레이 기판 및 상기 어레이 기판과 마주보는 컬러 필터 기판과, 상기 컬러 필터 기판 및 상기 어레이 기판 사이에 형성된 액정층과, 상기 어레이 기판 상에 형성되며, 수평 전계를 형성하여 상기 액정층의 배향을 제어하는 적색, 녹색, 청색 컬러 픽셀들과, 수직 전계를 형성하여 상기 액정층의 배향을 제어하는 시야각 제어 픽셀로 구성되는 복수 개의 그룹 픽셀들과, 상기 컬러 픽셀들 각각에 마주보도록 상기 컬러 필터 기판 상에 형성된 적색, 녹색, 청색의 컬러 필터들과, 상기 컬러 픽셀들의 화소 데이터에 대응하는 데이터 전압과, 상기 시야각 제어 픽셀의 화소 데이터에 대응하는 시야각 제어 전압을 인가하여 상기 그룹 픽셀들을 구동하는 구동부를 포함하며, 상기 그룹 픽셀들 중 수평 방향으로 인접하는 두 개의 그룹 픽셀에서, 각 그룹 픽셀 내 시야각 제어 픽셀들의 위치가 수직 방향으로 서로 엇갈리도록 배치되는 것을 특징으로 한다.
수평 방향으로 인접하는 상기 두 개의 그룹 픽셀에서, 하나의 그룹 픽셀은 적색, 녹색 컬러 픽셀이 수평 방향으로 나란히 형성되고, 시야각 제어 픽셀 및 청색 컬러 픽셀이 수평 방향으로 나란히 형성되며, 상기 적색 컬러 픽셀과 상기 시야각 제어 픽셀, 상기 녹색 컬러 픽셀과 상기 청색 컬러 픽셀이 수직 방향으로 서로 인접하도록 구성되고, 인접한 다른 그룹 픽셀은 상기 적색 컬러 픽셀과 상기 시야각 제어 픽셀의 위치가 바뀌도록 구성될 수 있다.
하나의 그룹 픽셀은 적색, 녹색 컬러 픽셀이 수평 방향으로 나란히 형성되고, 시야각 제어 픽셀 및 청색 컬러 픽셀이 수평 방향으로 나란히 형성되며, 상기 적색 컬러 픽셀과 상기 시야각 제어 픽셀, 상기 녹색 컬러 픽셀과 상기 청색 컬러 픽셀이 수직 방향으로 서로 인접하도록 구성되고, 인접한 다른 그룹 픽셀은 수평 방향으로 서로 나란한 상기 적색 및 녹색 컬러 픽셀과, 상기 시야각 제어 픽셀 및 청색 컬러 픽셀의 수직 방향 위치가 바뀌도록 구성될 수 있다.
상기 시야각 제어 픽셀의 화소 데이터는, 상기 시야각 제어 픽셀에 인접하도록 배치된 컬러 픽셀들의 화소 데이터에 대한 평균 값으로 산출할 수 있다.
상기 시야각 제어 픽셀의 화소 데이터는, 상기 시야각 제어 픽셀에 인접하도록 배치된 컬러 픽셀들의 화소 데이터에 대한 평균 값으로 산출하되, 화소 데이터별 가중치를 부여하여 산출할 수 있다.
상기 화소 데이터별 가중치는, 상기 시야각 제어 픽셀에 인접하도록 배치된 컬러 픽셀들의 위치에 따라 설정될 수 있다.
상기 시야각 제어 픽셀의 화소 데이터는, 상기 컬러 픽셀들의 화소 데이터별 전압 특성과 상기 시야각 제어 픽셀의 화소 데이터별 전압 특성을 고려하여, 룩업 테이블을 이용해 보정될 수 있다.
상기 구동부는, 상기 시야각 제어 픽셀에 인접하도록 배치된 컬러 픽셀들의 화소 데이터를 이용하여 상기 시야각 제어 픽셀의 화소 데이터를 산출하고, 룩업 테이블을 이용해 상기 시야각 제어 픽셀의 화소 데이터를 보정하며, 구동 타이밍을 제어하기 위한 게이트 제어 신호 및 데이터 제어 신호를 생성하는 타이밍 컨트롤러와, 상기 게이트 제어 신호에 따라 상기 게이트 라인들에 순차적으로 스캔 펄스를 공급하는 게이트 구동부와, 상기 데이터 제어 신호에 따라 상기 컬러 픽셀들의 화소 데이터 및 상기 보정된 시야각 제어 픽셀의 화소 데이터에 각각 대응하는 상기 데이터 전압 및 상기 시야각 제어 전압을 상기 데이터 라인들로 공급하는 데이터 구동부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 타이밍 컨트롤러는, 상기 게이트 라인들 중 한 쌍의 기준 게이트 라인에 접속된 컬러 픽셀들의 제 1 화소 데이터를 공급 받아 저장하는 라인 메모리와, 한 쌍의 다음 게이트 라인에 접속된 컬러 픽셀들의 제 2 화소 데이터가 공급되면, 상기 라인 메모리로부터 읽어들인 상기 제 1 화소 데이터와 상기 제 2 화소 데이터를 이용하여 상기 한 쌍의 기준 게이트 라인에 접속된 시야각 제어 픽셀들의 제 3 화소 데이터를 산출하는 데이터 계산부와, 상기 데이터 계산부로부터 상기 제 3 데이터를 수신하고, 룩업 테이블을 이용해 상기 제 3 데이터를 보정하는 데이터 보정부를 포함하도록 구성될 수 있다.
기타 실시예들의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다. 본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 시야각 제어가 가능한 액정 표시 장치에 대하여 첨부된 도면들을 참조하여 상세히 설명한다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 액정 표시 장치의 개략적인 구성도이고, 도 6은 도 5의 액정 패널을 구성하는 어레이 기판의 일부를 개략적으로 나타낸 평면도이다.
도 5를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 액정 표시 장치는 크게 액정 패널(100)과, 액정 패널(100)을 구동하기 위한 구동부(200)로 구분된다.
액정 패널(100)의 어레이 기판은 n개의 게이트 라인들(GL1, GL2, GL3, …, GLn)과 m개의 데이터 라인들(DL1, DL2, DL3, …, DLm)이 매트릭스 형태로 교차 배치되어 여러 개의 픽셀들(R, G, B, E)을 구분하도록 구성된다. 이하의 설명에서는, 구분이 불필요한 경우, n개의 게이트 라인들(GL1, GL2, GL3, …, GLm)과 m개의 데이터 라인들(DL1, DL2, DL3, …, DLm)을 게이트 라인들(GL)과 데이터 라인들(DL)로 통칭한다.
그룹 픽셀(GP)은 도 6에 도시된 것처럼, 서로 인접한 4개의 픽셀들, 즉, 적색, 녹색, 청색 컬러 픽셀(R, G, B)과 시야각 제어 픽셀(E)로 이루어지는 쿼드(Quad) 타입으로 구성된다. 각 그룹 픽셀(GP)에는, 적색, 녹색 컬러 픽셀(R, G)이 수평 방향으로 나란히 형성되고, 시야각 제어 픽셀(E)이 녹색 컬러 픽셀(G)의 대각선 방향에 배치되어 적색 컬러 픽셀(R)과 수직 방향으로 인접하면서, 청색 컬러 픽 셀(B)과 수평 방향으로 나란히 형성되어 있다.
이러한 구조는 그룹 픽셀(GP) 단위로 적색, 녹색, 청색 컬러 픽셀(R, G, B)과 함께 시야각 제어 픽셀(E)을 도입하여 인 셀 타입(in-cell type)으로 구성한 것이다.
이와 같이, 적색, 녹색, 청색 컬러 픽셀(R, G, B)과 시야각 제어 픽셀(E)이 하나의 그룹 픽셀(GP)을 이루는 구조에서, 적색, 녹색, 청색 컬러 픽셀(R, G, B)를 투과하는 빛의 양과 시야각 제어 픽셀(E)을 투과하는 빛의 양을 맞춰서, 두 종류의 픽셀에 비슷한 그레이가 표시되도록 하여 좌우 시야각을 줄임으로써, 측면에서 화면 식별이 어려운 협시야각 모드를 구현하는 것이다.
구동부(200)는 액정 패널(100)의 게이트 라인들(GL)을 구동하기 위한 게이트 구동부(210)와, 게이트 구동부(210) 및 데이터 구동부(220)의 구동 타이밍을 제어하기 위한 타이밍 컨트롤러(230) 등을 구비한다.
타이밍 컨트롤러(230)는 외부의 시스템(미도시)으로부터 입력되는 수직 및 수평 동기 신호(Hsync, Vsync), 클럭(CLK), 데이터 인에이블 신호(DE) 등을 이용하여 게이트 구동부(210)를 제어하기 위한 게이트 제어 신호(GCS)와, 데이터 구동부(220)를 제어하기 위한 데이터 제어 신호(DCS)를 발생하며, 시스템(미도시)으로부터 전송되는 컬러 픽셀들(R, G, B)의 화소 데이터(DATA1)를 공급받게 된다.
게이트 제어 신호(GCS)로는 게이트 스타트 펄스(GSP; Gate Start Pulse), 게이트 쉬프트 클럭(GSC; Gate Shift Clock), 게이트 출력 인에이블(GOE; Gate Output Enable) 등이 포함되고, 데이터 제어 신호(DCS)로는 소스 스타트 펄스(SSP; Source Start Pulse), 소스 쉬프트 클럭(SSC; Source Shift Clock), 소스 출력 인에이블(SOC; Source Output Enable), 극성 반전 신호(POL; Polarity) 등이 포함된다.
또한, 타이밍 컨트롤러(230)는 컬러 픽셀들(R, G, B)의 화소 데이터(DATA1)를 이용하여 시야각 제어 픽셀(E)의 화소 데이터(DATA2)를 산출하며, 산출된 시야각 제어 픽셀(E)의 화소 데이터(DATA2)을 컬러 픽셀들(R, G, B)의 화소 데이터(DATA1)와 함께 데이터 구동부(220)로 공급하게 된다.
게이트 구동부(210)는 타이밍 컨트롤러(230)로부터 전송되는 게이트 제어 신호(GCS)에 응답하여 게이트 라인들(GL)에 순차적으로 스캔 펄스를 공급함으로써, 게이트 라인들(GL)에 접속된 박막 트랜지스터(TFT1, TFT2; 도 7 부분 참조)를 게이트 라인 별로 구동한다.
데이터 구동부(220)는 타이밍 컨트롤러(230)로부터 전송된 컬러 픽셀들(R, G, B)의 화소 데이터(DATA1) 및 시야각 제어 픽셀(E)의 화소 데이터(DATA2)를 래치한 후에, 래치된 화소 데이터를 감마 전압에 따라 아날로그 값인 데이터 전압 및 시야각 제어 전압으로 각각 변환하고, 그 데이터 전압과 시야각 제어 전압을 매 수평 동기 기간마다 데이터 라인들(DL)에 동시에 공급한다.
이러한 액정 표시 장치에서, 게이트 라인들(GL)을 통해 스캔 펄스가 공급되면, 스캔 펄스에 응답하여 적색, 녹색, 청색의 컬러 필터(R, G, B)에 연결된 데이터 라인들(DL)로는 데이터 전압이, 시야각 제어 픽셀(E)의 데이터 라인들(DL)로는 시야각 제어 전압이 각각 인가되어 액정 패널(100) 상에 영역별로 수평 전계 및 수 직 전계가 형성되면서 화상을 표시하게 된다.
도 7은 도 6의 일부를 보다 세부적으로 나타낸 평면도이고, 도 8은 도 7의 Ι-Ι＇라인을 개략적으로 나타낸 단면도로서, 시야각 제어 픽셀(E)의 구조와 청색 컬러 픽셀(B) 구조를 대표적으로 도시하고 있다.
도 7 및 도 8을 참조하면, 액정 패널(100)은 액정층(130)의 배향을 제어하여 컬러 필터 기판(120)으로 투과되는 빛의 양을 조절하기 위한 어레이 기판(110)과, 파장별로 빛을 투과시키는 적색, 녹색, 청색 컬러 픽셀(R, G, B)이 형성되어 화상을 표시하는 컬러 필터 기판(120), 두 기판(110, 120) 사이에 형성된 액정층(130)을 구비한다.
어레이 기판(110) 상의 각 그룹 픽셀(GP)은 수평 전계를 형성하여 액정층(130)의 배향을 제어하는 컬러 픽셀들(R, G, B)과, 수직 전계를 형성하여 액정층(130)의 배향을 제어하는 시야각 제어 픽셀(E)로 이루어지게 된다.
적색, 녹색, 청색 컬러 픽셀(R, G, B)과, 시야각 제어 픽셀(E)은 수직 및 수평 방향으로 서로 교차하도록 형성되는 게이트 라인들(GL)과 데이터 라인들(DL)에 의해 각각의 영역이 정의된다.
여기서, 적색, 녹색, 청색 컬러 픽셀(R, G, B)과 시야각 제어 픽셀(E)은 각각 IPS(In-Plane Switching) 구조 및 ECB(Electrically Controlled Birefringence) 구조로 형성하여 구동 전압(데이터 전압이나 시야각 제어 전압과, 공통 전압의 차전압)이 인가될 때, 각각 수평 전계 및 수직 전계를 형성하도록 한다.
청색 컬러 픽셀(B)에서, 게이트 라인(GL2)과 데이터 라인(DL2)의 교차 부위 에는 화소 박막 트랜지스터(TFT1)가 위치하고, 화소 박막 트랜지스터(TFT1)에 연결된 화소 라인(113)은 게이트 라인(GL2)과 평행한 방향으로 배치된다. 제 1 화소 전극(114)들은 화소 라인(113)과 연결되어 데이터 라인(DL2)과 평행한 방향으로 형성되며, 제 1 화소 전극(114)들과 서로 엇갈리는 제 1 공통 전극(116)들이 형성된다. 제 1 공통 전극(116)들은 게이트 라인(GL2)과 평행한 공통 라인(115)을 통해 서로 연결된다.
이와 같이, 적색, 녹색, 청색 컬러 픽셀(R, G, B)은 서로 교차하는 게이트 라인들(GL) 및 데이터 라인들(DL)과, 그 교차 부위에 형성되어 스위칭 소자로 동작하는 화소 박막 트랜지스터(TFT1), 서로 엇갈리게 교차되어 횡전계를 발생시키는 제 1 공통 전극(116) 및 제 1 화소 전극(114)이 형성되는 횡전계 구조의 범위 내에서, 다양한 형태로 구현할 수 있다.
일례로, 제 1 화소 전극들(114)과 제 1 공통 전극(116)들은 서로 평행한 직선 형상으로 구성할 수도 있고, 도 7에 도시된 것처럼, 한 번 이상 꺾어져 그 사이에 액정의 배향 방향이 서로 다른 멀티 도메인(D1, D2, D3)이 형성되도록 구성할 수도 있다. 픽셀들이 꺾인 구조를 갖는 경우, 응답 속도나 컬러 쉬프트 등이 개선되어 화상 품질이 향상되는 효과가 있다.
시야각 제어 픽셀(E) 상에서, 게이트 라인(GL2) 및 데이터 라인(DL1)의 교차 부위에는 시야각 제어용 박막 트랜지스터(TFT2)가 배치되며, 여기에 연결된 제 2 화소 전극(117)과, 제 2 화소 전극(117)에 대향하는 컬러 필터 기판(120) 상의 제 2 공통 전극(122)에, 시야각 제어 전압(Vpxl_2) 및 공통 전압(Vcom)이 각각 인가되 어 수직 전계를 형성하면서 시야각을 제어하게 된다.
도 8의 경우에, 청색 컬러 픽셀(B)에 대향하는 컬러 필터 기판(120) 상의 영역에 청색의 컬러 필터(123)가 형성된 것처럼, 적색, 녹색, 청색의 컬러 필터들이 형성되어 컬러 픽셀들(R, G, B) 각각에 대응하게 되며, 시야각 제어 픽셀(E)의 상부에는 제 2 공통 전극(122)이 구성되어 제 2 화소 전극(117)과 함께 수직 전계를 형성한다.
각 그룹 픽셀(GP)에는, 액정 셀에 충전되는 구동 전압, 즉, 제 1 화소 전극(114)으로 인가되는 데이터 전압(Vpxl_1)과 공통 전압(Vcom)의 차전압, 또는 시야각 제어 전압(Vpxl_2)과 공통 전압(Vcom)의 차전압을 다음 전압이 충전될 때까지 유지하기 위한 스토리지 커패시터(Cst)가 구성된다. 이러한 스토리지 커패시터(Cst)는 한 층이나 그 이상의 절연막(112)을 사이에 두고 중첩되는 공통 라인(115)과 화소 전극(114, 117)의 구조 등을 통하여 형성할 수 있다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에서, 그룹 픽셀을 구성하는 컬러 픽셀들과, 시야각 제어 픽셀의 배치를 나타낸 모형도로서, 컬러 픽셀들(R, G, B)과, 시야각 제어 픽셀(E)이 서로 인접하면서 하나의 그룹 픽셀(GP)을 이루고, 동일한 픽셀 배치를 갖는 그룹 픽셀(GP)들이 반복적으로 형성된 경우를 도시하고 있다.
도 9를 참조하면, 수평 방향으로 나란히 형성된 적색, 녹색 컬러 픽셀(R, G)과, 역시 수평 방향으로 나란히 형성된 시야각 제어 픽셀(E) 및 청색 제어 픽셀(B)이 수직으로 서로 인접하도록 구성되어 있다.
시야각 제어 픽셀(E)의 화소 데이터는 간단히 보면 같은 그룹 픽셀(GP)을 이 루는 컬러 픽셀들(R, G, B)의 화소 데이터로부터 생성할 수 있다. 그러나, 시야각 제어 픽셀(E)이 구동되어 동작하면 인접한 다른 그룹 픽셀(GP)까지 좌우 시야각에 영향을 주기 때문에, 시야각 제어 픽셀(E)의 화소 데이터를 생성할 때 주변에 위치한 모든 컬러 픽셀들의 화소 데이터를 모두 고려할 필요가 있다.
따라서, 시야각 제어 픽셀(E)의 화소 데이터는, 주변에 인접하도록 배치된 컬러 픽셀들(R, G, B)의 화소 데이터에 대한 산술적인 평균 값으로 산출할 수 있다.
또한, 시야각 제어 픽셀(E)에 주변의 컬러 픽셀들(R, G, B)이 영향을 미치는 정도는 각 컬러 픽셀의 위치에 따라 달라지게 되므로, 주변에 위치한 컬러 픽셀들(R, G, B)의 화소 데이터에 대한 평균 값으로 산출하되, 컬러 픽셀들(R, G, B)의 화소 데이터별 가중치를 부여하여 산출할 수도 있다. 이때, 화소 데이터별 가중치는 시야각 제어 픽셀(E)에 인접하도록 배치된 컬러 픽셀들(R, G, B)의 위치에 따라 설정된다.
이렇게 생성된 시야각 제어 픽셀(E)의 화소 데이터는 컬러 픽셀들(R, G, B)의 화소 데이터별 전압 특성과, 시야각 제어 픽셀(E)의 화소 데이터별 전압 특성을 고려하여, 룩업 테이블(Look-Up Table)을 이용해 보정되어야 한다.
컬러 픽셀들(R, G, B)은 수평 전계를 생성하는 IPS 구조로 형성되고, 시야각 제어 픽셀(E)은 수직 전계를 생성하는 ECB 구조로 형성되므로, 두 종류의 픽셀들이 서로 다른 구동 특성을 갖게 되는데, 데이터 구동부(220)는 컬러 픽셀용으로서 미리 지정된 컬러 픽셀들(R, G, B)의 구동 특성에 따라 화소 데이터별 (데이터) 전압 을 생성하게 되므로, 이를 시야각 제어 픽셀(E)의 구동 특성에 맞게 변환하는 것이다.
예를 들어, 8비트 구동의 경우, 데이터 구동부(220)로 쓰이는 드라이버 칩은 제한된 범위의 화소 데이터만 받아들이게 되므로, 시야각 제어 픽셀(E)의 화소 데이터를 컬러 픽셀들(R, G, B)의 화소 데이터가 갖는 범위인 0~255 사이의 값으로 변환해야 한다. 이를 위해서, 타이밍 컨트롤러(230)는 산출된 화소 데이터 값을 룩업 테이블을 통해서 보정하여 데이터 구동부(220)로 전달하게 된다.
이와 같이, 도 9의 구조에서, 시야각 제어 픽셀(E)의 화소 데이터는 주변에 위치한 컬러 픽셀들(R, G, B)의 화소 데이터에 의하여 생성되고, 그 값으로 시야각 특성을 제어하게 된다.
결과적으로, 본 발명에 따르면, 컬러 픽셀들(R, G, B)의 화소 데이터나, 컬러 픽셀들(R, G, B) 및 시야각 제어 픽셀들(E)에 사용되는 액정의 특성에 따라 시야각 제어 픽셀(E)의 화소 데이터가 가변적으로 결정되는 것이다.
따라서, 시야각 제어 픽셀(E)의 화소 데이터가 주변의 컬러 픽셀들(R, G, B)의 밝기에 따라 능동적으로 가변되므로, 블랙 상태나 화이트 상태를 포함한 어떤 경우에든 시야각 제어 픽셀(E)의 화소 데이터를 조절하여 시야각 제어 능력을 최적화할 수 있다. 또한, 액정의 특성에 맞춰 시야각 제어 픽셀들(E)의 화소 데이터를 가변적으로 생성하여 보정할 수 있기 때문에, 액정의 특성을 최대한 살릴 수 있다.
도 10은 도 5에 나타난 타이밍 컨트롤러의 일부 구성도이다.
도 10을 참조하면, 타이밍 컨트롤러(220)는 도 9에서 설명한 동작을 구현하 기 위하여 라인 메모리(231), 데이터 계산부(232), 데이터 보정부(233) 등을 구비한다.
라인 메모리(231)는 N번째 게이트 라인에 접속된 컬러 픽셀들(R, G, B)의 제 1 화소 데이터(N번째 게이트 라인의 RGB Data Out)를 공급 받아 저장한다.
이후, 외부의 시스템(미도시)으로부터 데이터 계산부(232)로 N+1번째 게이트 라인에 접속된 컬러 픽셀들의 제 2 화소 데이터(N+1번째 게이트 라인의 RGB Data In)가 공급되면, 데이터 계산부(232)는 라인 메모리(231)로부터 제 1 화소 데이터를 읽어들이고, 제 2 화소 데이터와, 읽어들인 제 1 화소 데이터를 이용하여 N번째 게이트 라인에 접속된 시야각 제어 픽셀(En)들의 제 3 화소 데이터를 생성한다. 제 3 화소 데이터는 도 9에서 설명된 방식으로 수학식 1 내지 수학식 3을 이용하여 산출할 수 있다.
데이터 보정부(231)는 데이터 계산부(232)로부터 제 3 데이터를 수신하고, 룩업 테이블(LUT)을 이용해 시야각 제어 픽셀(En)의 구동 특성에 맞게 제 3 데이터를 보정한다. 보정된 시야각 제어 픽셀의 제 3 데이터(En의 Data)는 타이밍 컨트롤러(230)의 출력이 되어서 데이터 구동부(220)로 입력된다.
이러한 알고리즘은 별도의 프레임 메모리 없이 라인 메모리(231) 만으로 구현할 수 있어 하드웨어가 간단해지므로, 타이밍 컨트롤러(230)의 내부에 집적하여 구성할 수 있다는 장점이 있다.
도 10에서는 N번째 시야각 제어 픽셀(En)의 화소 데이터를 산출할 때, N번째 게이트 라인과 N+1번째 게이트 라인에 접속된 컬러 픽셀들(R, G, B)의 화소 데이터 를 이용하는 경우를 예시하고 있다. 그러나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 라인 메모리(231)의 개수를 늘려 더 많은 게이트 라인들(GL)에 접속된 컬러 픽셀들(R, G, B)의 화소 데이터를 이용해 시야각 제어 픽셀(E)의 화소 데이터를 산출할 수 있다.
도 11 및 도 12는 도 9에 나타난 그룹 픽셀의 픽셀 배치를 변경한 경우를 나타낸 모형도이다.
그룹 픽셀(GP)들이 도 9와 같은 형태의 픽셀 배치를 갖도록 구성되는경우, 청색 컬러 픽셀(B) 옆에 시야각 제어 픽셀(E)이 위치하게 된다. 그런데, 협시야각 모드에서 좌우 시야각은 좁게 만들 수 있지만, 상하 시야각은 조절하기 어려운 시야각 제어 픽셀(E)의 시야각 특성 상, 이러한 구조에서는, 적색이나 녹색 계열이 많이 표시되는 이미지의 경우 시야 제어 효과가 크게 감소하는 경향이 있다.
즉, 도 9에서와 같이, 시야각 제어 픽셀(E)의 위치가 그룹 픽셀(GP) 별로 고정된 형태이면, 게이트 라인들(GL) 간의 휘도 차에 의하여 시야 제어 불균일이 발생하게 되는 것이다.
도 11 및 도 12와 같은 픽셀 배치를 도입하면, 여러 그룹 픽셀들 중 수평 방향으로 인접하는 두 개의 그룹 픽셀(GPA, GPB)에서, 각 그룹 픽셀(GPA, GPB) 내 시야각 제어 픽셀(E)들의 위치가 수직 방향으로 서로 엇갈리도록 배치함으로써 게이트 라인들(GL) 간에 발생할 수 있는 시야 제어 불균일을 개선할 수 있다.
도 11은 A 타입 그룹 픽셀(GPA)과 B 타입 그룹 픽셀(GPB)을 혼합하여 배치한 형태로 게이트 라인들(GL)이 형성되는 수평 방향으로 보았을 때 시야각 제어 픽셀 (E)들의 개수가 도 9의 경우에 비하여 균일한 것을 알 수 있다.
A 타입 그룹 픽셀(GPA)의 픽셀 배치와 B 타입 그룹 픽셀(GPA)의 픽셀 배치 간의 차이는 적색 컬러 픽셀(R)과 시야각 제어 픽셀(E)의 위치가 바뀐 것으로, 이러한 픽셀 배치를 통하여 도 9의 경우와 달리 적색이나 녹색 계열의 이미지가 표현되어도 게이트 라인들(GL) 간 불균일이 줄어들어 시야 제어 효과가 높아진다.
도 12는 도 11의 A 타입 그룹 픽셀(GPA)과, A 타입 그룹 픽셀(GPA)에서 적색 및 녹색 컬러 픽셀(R, G)의 위치와, 청색 컬러 픽셀(B) 및 시야각 제어 픽셀(E)의 위치를 바꾸어서 배치한 C 타입 그룹 픽셀(GPC)을 반복적으로 구성한 것이다. 이러한 픽셀 배치 역시 게이트 라인들(GL) 별로 시야각 제어 화소(E)의 개수가 균일하게 배치되도록 하여 시야각 제어 효과를 최대화할 수 있는 장점이 있다.
이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다.
따라서, 이상에서 기술한 실시예들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이므로, 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 하며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.
상기한 바와 같이 이루어진 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 액정 표시 장 치는 시야각 제어 픽셀들이 구성되고, 이들의 화소 데이터를 인접한 컬러 픽셀들의 화소 데이터나 액정의 특성 등에 맞춰 가변적으로 생성하여 적용함으로써, 픽셀 단위로 시야각을 제어할 수 있으며, 액정의 특성을 최대한 살려 소비 전력을 최소화하면서, 협시야각 모드에서 좌우 시야각을 최대로 줄일 수 있다.

Claims (9)

  1. 서로 교차되는 수평 방향의 게이트 라인들과 수직 방향의 데이터 라인들에 의해 픽셀 단위로 구분되는 어레이 기판 및 상기 어레이 기판과 마주보는 컬러 필터 기판;
    상기 컬러 필터 기판 및 상기 어레이 기판 사이에 형성된 액정층;
    상기 어레이 기판 상에 형성되며, 수평 전계를 형성하여 상기 액정층의 배향을 제어하는 적색, 녹색, 청색 컬러 픽셀들과, 수직 전계를 형성하여 상기 액정층의 배향을 제어하는 시야각 제어 픽셀로 구성되는 복수 개의 그룹 픽셀들;
    상기 컬러 픽셀들 각각에 마주보도록 상기 컬러 필터 기판 상에 형성된 적색, 녹색, 청색의 컬러 필터들; 및
    상기 컬러 픽셀들의 화소 데이터에 대응하는 데이터 전압과, 상기 시야각 제어 픽셀의 화소 데이터에 대응하는 시야각 제어 전압을 인가하여 상기 그룹 픽셀들을 구동하는 구동부를 포함하며,
    상기 그룹 픽셀들 중 수평 방향으로 인접하는 두 개의 그룹 픽셀에서, 각 그룹 픽셀 내 시야각 제어 픽셀들의 위치가 수직 방향으로 서로 엇갈리도록 배치되는 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    수평 방향으로 인접하는 상기 두 개의 그룹 픽셀에서,
    하나의 그룹 픽셀은 적색, 녹색 컬러 픽셀이 수평 방향으로 나란히 형성되고, 시야각 제어 픽셀 및 청색 컬러 픽셀이 수평 방향으로 나란히 형성되며, 상기 적색 컬러 픽셀과 상기 시야각 제어 픽셀, 상기 녹색 컬러 픽셀과 상기 청색 컬러 픽셀이 수직 방향으로 서로 인접하도록 구성되고,
    인접한 다른 그룹 픽셀은 상기 적색 컬러 픽셀과 상기 시야각 제어 픽셀의 위치가 바뀌도록 구성된 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    수평 방향으로 인접하는 상기 두 개의 그룹 픽셀에서,
    하나의 그룹 픽셀은 적색, 녹색 컬러 픽셀이 수평 방향으로 나란히 형성되고, 시야각 제어 픽셀 및 청색 컬러 픽셀이 수평 방향으로 나란히 형성되며, 상기 적색 컬러 픽셀과 상기 시야각 제어 픽셀, 상기 녹색 컬러 픽셀과 상기 청색 컬러 픽셀이 수직 방향으로 서로 인접하도록 구성되고,
    인접한 다른 그룹 픽셀은 수평 방향으로 서로 나란한 상기 적색 및 녹색 컬러 픽셀과, 상기 시야각 제어 픽셀 및 청색 컬러 픽셀의 수직 방향 위치가 바뀌도록 구성된 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 시야각 제어 픽셀의 화소 데이터는,
    각각의 상기 그룹 픽셀들 내에서 상기 시야각 제어 픽셀에 인접하도록 배치된 컬러 픽셀들의 화소 데이터에 대한 평균 값인 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 시야각 제어 픽셀의 화소 데이터는,
    각각의 상기 그룹 픽셀들 내에서 상기 시야각 제어 픽셀에 인접하도록 배치된 컬러 픽셀들의 화소 데이터에 대한 평균 값으로 산출하되, 화소 데이터별 가중치를 부여하여 산출하는 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 화소 데이터별 가중치는,
    각각의 상기 그룹 픽셀들 내에서 상기 시야각 제어 픽셀에 인접하도록 배치된 컬러 픽셀들의 위치에 따라 설정되는 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
  7. 제4항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 시야각 제어 픽셀의 화소 데이터는,
    상기 컬러 픽셀들의 화소 데이터별 전압 특성과 상기 시야각 제어 픽셀의 화소 데이터별 전압 특성을 고려하여, 룩업 테이블을 이용해 보정되는 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 구동부는,
    상기 시야각 제어 픽셀에 인접하도록 배치된 컬러 픽셀들의 화소 데이터를 이용하여 상기 시야각 제어 픽셀의 화소 데이터를 산출하고, 룩업 테이블을 이용해 상기 시야각 제어 픽셀의 화소 데이터를 보정하며, 구동 타이밍을 제어하기 위한 게이트 제어 신호 및 데이터 제어 신호를 생성하는 타이밍 컨트롤러;
    상기 게이트 제어 신호에 따라 상기 게이트 라인들에 순차적으로 스캔 펄스를 공급하는 게이트 구동부; 및
    상기 데이터 제어 신호에 따라 상기 컬러 픽셀들의 화소 데이터 및 상기 보정된 시야각 제어 픽셀의 화소 데이터에 각각 대응하는 상기 데이터 전압 및 상기 시야각 제어 전압을 상기 데이터 라인들로 공급하는 데이터 구동부를 포함하는 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 타이밍 컨트롤러는,
    상기 게이트 라인들 중 한 쌍의 기준 게이트 라인에 접속된 컬러 픽셀들의 제 1 화소 데이터를 공급 받아 저장하는 라인 메모리;
    한 쌍의 다음 게이트 라인에 접속된 컬러 픽셀들의 제 2 화소 데이터가 공급되면, 상기 라인 메모리로부터 읽어들인 상기 제 1 화소 데이터와 상기 제 2 화소 데이터를 이용하여 상기 한 쌍의 기준 게이트 라인에 접속된 시야각 제어 픽셀들의 제 3 화소 데이터를 산출하는 데이터 계산부; 및
    상기 데이터 계산부로부터 상기 제 3 화소 데이터를 수신하고, 룩업 테이블을 이용해 상기 제 3 화소 데이터를 보정하는 데이터 보정부를 포함하는 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
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