KR20050096566A

KR20050096566A - 면내 스위칭 모드의 액정표시장치 및 그 구동방법

Info

Publication number: KR20050096566A
Application number: KR1020040021985A
Authority: KR
Inventors: 최수석
Original assignee: 엘지.필립스 엘시디 주식회사
Priority date: 2004-03-31
Filing date: 2004-03-31
Publication date: 2005-10-06
Also published as: KR100994232B1

Abstract

본 발명은 화질을 향상시킬 수 있는 면내 스위칭 모드의 액정표시장치 및 그 구동방법에 관한 것이다.

이 면내 스위칭 모드의 액정표시장치는 상부기판과 하부기판 각각에 형성되고 서로 다른 자발분극방향을 가지는 제1 및 제2 강유전성 액정층과; 상기 제1 강유전성 액정층과 상기 제2 강유전성 액정층 사이에 협지된 네마틱계 액정층과; 상기 상부기판과 상기 하부기판 각각에 형성되어 상기 제1 및 제2 강유전성 액정층에 전기장을 인가하기 위한 제1 및 제2 전극을 구비하며; 상기 제1 강유전성 액정층과 상기 제2 강유전성 액정층은 서로 다른 극성의 전기장에 각각 반응하여 상기 네마틱계 액정층의 액정분자의 면내 구동을 유도하는 것을 특징으로 한다.

Description

면내 스위칭 모드의 액정표시장치 및 그 구동방법{LIQUID CRYSTAL DISPLAY OF IN-PLANE-SWITCHING MODE AND METHOD OF DRIVING THE SAME}

본 발명은 액정표시장치에 관한 것으로, 특히 화질을 향상시킬 수 있는 면내 스위칭 모드의 액정표시장치 및 그 구동방법에 관한 것이다.

액정표시장치는 액정셀에 인가되는 전계를 제어하여 액정셀에 입사되는 광을 변조함으로써 화상을 표시하게 된다. 이 액정표시장치 내에 주입되는 액정은 유동성과 탄성의 성질을 함께 가지는 액체와 고체의 중간상태이다.

비틀린 네마틱 모드(Twisted Nematic mode, TN 모드)는 수직 전계방식으로 구동되며 현재 액정표시장치에서 가장 많이 적용되고 있는 액정 모드이다. 그런데 비틀린 네마틱 모드는 개구율이 비교적 넓은 장점이 있지만 시야각에 따라 관찰자가 느끼는 액정의 굴절율이 현저히 다르기 때문에 광시야각의 구현이 어렵고 액정의 응답속도가 느린 단점이 있다.

수평 전계방식은 동일 기판 상에 형성되는 전극들 사이에 전기장을 형성하고 그 전기장으로 액정분자들을 구동시키는 면내 스위칭 모드(In plane switching mode, IPS)가 대표적이다.

도 1은 종래 면내 스위칭 모드의 액정표시장치를 나타내는 단면도이다.

도 1을 참조하면, 종래 면내 스위칭 모드의 액정표시장치는 실재에 의해 합착된 상/하부기판(12,18)과; 상/하부기판(12,18) 배면에 각각 위치하는 상/하부 편광판(11,19)을 구비한다.

상부기판(12) 상에는 컬러필터 및 블랙매트릭스 등이 형성된다. 하부기판(18) 상에는 화소전극(16)과 공통전극(15)이 나란하게 형성되고 그 전극들(15, 16) 사이에 인가되는 전압차에 의해 수평방향의 전기장(20)이 형성된다. 이 수평방향의 전기장(20)에 의해 액정분자(14)는 기판의 면방향 내에서 회전하여 액정층을 통과하는 광의 편광성분을 변조한다.

상/하부 편광판(11,19)은 광투과축이 서로 직교한다. 즉, 액정층을 통과하는 광이 액정층에 의해 그 선편광이 변하게 되면 상부 편광판(11)을 통과하여 관찰자 쪽으로 진행한다. 반면에 액정층을 통과하는 광의 편광성분이 액정층을 통과할 때 변하지 않으면 상부 편광판(11)을 통과하지 못한다.

이와 같이, 도 1에 도시된 면내 스위칭 모드는 시야각에 따라 관찰자가 느끼는 액정의 굴절율 변화가 심하지 않으므로 광시야각 구현에 유리하다. 그런데 면내 스위칭 모드는 화소전극(16)과 공통전극(15) 상에서 액정분자들(14)에 인가되는 전기장이 굽어지기 때문에 그 전극들(15, 16) 상에서 광 스위칭이 정상적으로 이루어지지 못하고, 그로 인하여 개구율이 낮은 단점이 있다.

따라서, 본 발명의 목적은 화질을 향상시킬 수 있는 면내 스위칭 모드의 액정표시장치 및 그 구동방법에 관한 것이다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 실시예에 따른 면내 스위칭 모드의 액정표시장치는 상부기판과 하부기판 각각에 형성되고 서로 다른 자발분극방향을 가지는 제1 및 제2 강유전성 액정층과; 상기 제1 강유전성 액정층과 상기 제2 강유전성 액정층 사이에 협지된 네마틱계 액정층과; 상기 상부기판과 상기 하부기판 각각에 형성되어 상기 제1 및 제2 강유전성 액정층에 전기장을 인가하기 위한 제1 및 제2 전극을 구비하며; 상기 제1 강유전성 액정층과 상기 제2 강유전성 액정층은 서로 다른 극성의 전기장에 각각 반응하여 상기 네마틱계 액정층의 액정분자의 면내 구동을 유도하는 것을 특징으로 한다.

상기 강유전성 액정층은 하프 브이 스위칭 모드로 동작하는 것을 특징으로 한다.

상기 면내 스위칭 모드의 액정표시장치는 상기 상부기판 상에 형성된 제1 배향막과; 상기 하부기판 상에 형성된 제2 배향막을 추가로 구비하는 것을 특징으로 한다.

상기 제1 및 제2 배향막 중 적어도 어느 하나는 극성 매질 및 비극성 매질 중 어느 하나인 것을 특징으로 한다.

상기 제1 강유전성 액정층의 자발분극은 상기 제1 배향막쪽으로 향하며, 상기 제2 강유전성 액정층의 자발분극은 상기 제2 배향막쪽으로 향하는 것을 특징으로 한다.상기 제1 강유전성 액정층이 정극성의 전기장에 반응하거나 상기 제2 강유전성 액정층이 부극성의 전기장에 반응하여 상기 네마틱계 액정층의 액정분자의 면내 스위칭 거동이 유도되는 것을 특징으로 한다.

상기 제1 강유전성 액정층의 자발분극은 상기 제2 배향막쪽으로 향하며, 상기 제2 강유전성 액정층의 자발분극은 상기 제1 배향막쪽으로 향하는 것을 특징으로 한다.

상기 제1 강유전성 액정층이 부극성의 전기장에 반응하거나 상기 제2 강유전성 액정층이 정극성의 전기장에 반응하여 상기 네마틱계 액정층의 액정분자의 면내 스위칭 거동이 유도되는 것을 특징으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 상부기판과 하부기판 각각에 형성되고 서로 다른 자발분극방향을 가지는 제1 및 제2 강유전성 액정층, 상기 제1 강유전성 액정층과 상기 제2 강유전성 액정층 사이에 협지된 네마틱계 액정층, 상기 상부기판과 상기 하부기판 각각에 형성되어 상기 제1 및 제2 강유전성 액정층에 전기장을 인가하기 위한 제1 및 제2 전극을 가지는 면내 스위칭 모드의 액정장치의 구동방법은 상기 제1 및 제2 전극을 이용하여 상기 제1 및 제2 강유전성 액정층에 전기장을 인가하는 단계와; 상기 제1 및 제2 강유전성 액정층 중 어느 하나가 상기 전기장에 반응하여 상기 네마틱계 액정층의 액정분자의 면내 스위칭 거동을 유도하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 제1 및 제2 전극을 이용하여 상기 제1 및 제2 강유전성 액정층에 전기장을 인가하는 단계는 상기 제1 및 제2 전극을 이용하여 상기 제1 및 제2 강유전성 액정층에 정극성 및 부극성 중 어느 한 극성의 전기장을 인가하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 제1 및 제2 강유전성 액정층 중 어느 하나가 상기 전기장에 반응하여 상기 네마틱계 액정층의 액정분자의 면내 스위칭 거동을 유도하는 단계는 상기 제1 강유전성 액정층이 정극성의 전기장에 반응하거나 상기 제2 강유전성 액정층이 부극성의 전기장에 반응하여 상기 네마틱계 액정층의 액정분자의 면내 스위칭 거동이 유도되는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 제1 및 제2 강유전성 액정층 중 어느 하나가 상기 전기장에 반응하여 상기 네마틱계 액정층의 액정분자의 면내 스위칭 거동을 유도하는 단계는 상기 제1 강유전성 액정층이 부극성의 전기장에 반응하거나 상기 제2 강유전성 액정층이 정극성의 전기장에 반응하여 상기 네마틱계 액정층의 액정분자의 면내 스위칭 거동이 유도되는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 목적 외에 본 발명의 다른 목적 및 특징들은 첨부한 도면들을 참조한 실시예에 대한 설명을 통하여 명백하게 들어나게 될 것이다.

이하, 도 2 내지 도 15를 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하기로 한다.

도 2는 본 발명에 따른 면내 스위칭 모드의 액정표시장치를 나타내는 블럭도이다.

도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 면내 스위칭 모드의 액정표시장치는 강유전성 액정층 사이에 네마틱계 액정이 협지된 액정패널(64)과, 액정패널(64)의 데이터라인(D)을 구동시키기 위한 데이터 구동부(62)와, 액정패널(64)의 게이트라인(G)을 구동시키기 위한 게이트구동부(63)와, 데이터구동부(62) 및 게이트구동부(63)를 제어하기 위한 타이밍 제어부(61)와, 액정패널(64)의 공통전극에 공통전압(Vcom)을 공급하기 위한 공통전압발생부(65)를 구비한다.

타이밍제어부(61)는 외부로부터 입력되어진 화소데이터 신호(R,G,B Data)를 데이터 구동부(62)에 공급한다. 또한, 타이밍 제어부(61)는 외부로부터 입력된 제어신호(H,V,DE,CLK)에 응답하여 게이트 구동부(63) 및 데이터 구동부(62) 각각을 제어하기 위한 게이트제어신호(GDC), 데이터제어신호(DDC)를 발생한다.

게이트 제어신호들(GDC)에는 게이트 스타트 펄스(GSP), 게이트 쉬프트 클럭신호(GSC), 게이트 출력 이네이블 신호(GOE) 등이 포함된다. 데이터 제어신호들(DDC)에는 소스 스타트 펄스(SSP), 소스 쉬프트 클럭신호(SSC), 소스 출력 이네이블 신호(SOE), 극성제어신호(POL) 등이 포함된다.

게이트 구동부(63)는 타이밍 제어부(61)로부터의 게이트 제어신호들(GDC)에 응답하여 게이트라인들(G1 내지 Gm)에 순차적으로 게이트 하이전압(VGH)을 공급한다. 이에 따라, 게이트 구동부(63)는 게이트라인(G1 내지 Gm)에 접속된 박막트랜지스터(TFT)가 게이트라인(GL) 단위로 구동되게 한다.

데이터 구동부(62)는 타이밍 제어부(61)로부터의 데이터 제어신호들(DDC)에 응답하여 수평기간(H1, H2, ...)마다 1 수평라인분씩의 화소신호를 데이터라인들(D1 내지 Dn)에 공급한다. 특히, 데이터 구동부(62)는 타이밍 제어부(61)로부터의 디지털 화소데이터(R, G, B)를 감마전압 발생부(도시하지 않음)로부터의 감마전압을 이용하여 아날로그 화소신호로 변환하여 공급한다.

액정패널(64)은 도 3에 도시된 바와 같이 실재에 의해 합착된 상판(100) 및 하판(110)과, 상판(100)과 하판(110) 상에 형성된 제1 및 제2 강유전성 액정층(24,34)과, 제1 및 제2 강유전성 액정층(24,34) 사이에 주입되는 네마틱계 액정(50)을 구비한다.

상판(46)은 상부기판(21)과, 칼라 구현을 위한 칼라필터와, 빛샘을 방지하기 위한 블랙매트릭스와, 공통전압발생부(65)에서 생성된 공통전압(Vcom)이 인가되는 공통전극(22)과, 그들 위에 제1 강유전성 액정 분자(24)의 배향을 위해 도포된 상부배향막(23)으로 구성된다.

하판(48)은 데이터신호가 공급되는 데이터라인들과, 게이트신호가 공급되는 게이트라인들과, 데이터라인들과 게이트라인들의 교차부에 액정셀들을 스위칭하기 위한 박막트랜지스터와, 박막트랜지스터에 접속되어 액정셀을 구동하는 화소전극(32)과, 그들 위에 제2 강유전성 액정 분자(34)의 배향을 위해 도포된 하부배향막(33)으로 구성된다.

하부 기판(31)의 광입사면과 상부 기판(21)의 광출사면 상에는 광투과축이 직교하는 도시하지 않은 편광판이 각각 부착된다.

제1 및 제2 강유전성 액정층(24,34)은 하프 브이 스위칭 모드로 동작하며 자발분극 방향이 서로 다르다.

예를 들어, 제1 강유전성 액정층(24)이 도 3에 도시된 바와 같이 부극성의 전계 방향과 동일한 자발 분극 방향을 가지면, 제2 강유전성 액정층(34)은 정극성의 전계 방향과 동일한 자발 분극 방향을 가지게 된다. 이 때, 제1 강유전성 액정층(24)은 정극성 전계에 반응하여 제1 강유전성 액정(24)의 자발 분극 방향이 정극성 전계 방향과 동일한 방향으로 바뀌면서 면내 구동되고, 제2 강유전성 액정층(34)은 부극성 전계에 반응하여 제2 강유전성 액정(34)의 자발 분극 방향이 부극성 전계 방향과 동일한 방향으로 바뀌면서 면내 구동된다.

또는, 제1 강유전성 액정층(24)이 도 4에 도시된 바와 같이 정극성 전계 방향과 동일한 자발 분극 방향을 가지면, 제2 강유전성 액정층(34)은 부극성 전계 방향과 동일한 자발 분극 방향을 가지게 된다. 이 때, 제1 강유전성 액정층(24)은 부극성 전계에 반응하여 제1 강유전성 액정(24)의 자발 분극 방향이 부극성 전계 방향과 동일한 방향으로 바뀌면서 면내 구동되고, 제2 강유전성 액정층(34)은 정극성 전계에 반응하여 제2 강유전성 액정의 자발 분극 방향이 정극성 전계 방향과 동일한 방향으로 바뀌면서 면내 구동된다.

네마틱계 액정층(50)은 스위칭각이 90도이며 제1 및 제2 강유전성 액정층(24, 34)과 계면을 형성한다. 이러한 네마틱계 액정층(50)은 자발 분극 방향이 전계 방향과 동일한 방향으로 바뀌면서 면내 구동되는 제1 및 제2 강유전성 액정층(24, 34) 중 어느 하나에 의해 면내 구동이 유도된다.

도 5a 내지 도 5d는 본 발명에 따른 면내 스위칭 모드의 액정표시소자의 제조방법을 단계적으로 나타낸다. 여기서, 도 5a 내지 도 5d에 도시된 제조방법으로 도 3에 도시된 상판과 하판이 제작된다.

먼저, 도 5a에 도시된 바와 같이 기판(51) 상에 전극(52)과 극성 배향막(53)이 형성된다. 전극(52)은 인듐 틴 옥사이드(Indium-Tin-Oxide)와 같은 투명 도전성 물질로 형성된다. 극성 배향막(53)은 폴리아믹 산(Polyamic acid)과 같이 전기적 음성도(Electric negativity)를 가지므로 전기적으로 극성을 띄며 액정 배향이 가능한 유기 배향물질로 이루어진다. 이 극성 배향막(53)은 강유전성 액정분자들의 배향방향을 설정하기 위하여 러빙처리된다.

이어서, 도 5b에 도시된 바와 같이 전기적인 극성이 거의 없는 비극성 매질(Amphipobic medium)에 기판(51)을 노출시킨 상태에서 강유전성 액정과 유기 용매가 균일하게 혼합된 혼합물을 도포하고 기판(51)의 온도를 140℃∼160℃ 사이의 온도까지 상승시켜 유기용매를 기화시킨다. 그 결과, 기판(51) 상에는 등방상의 강유전성 액정층(54)이 형성된다. 여기서, 비극성 매질은 그 일예로 공기 또는 질소(N₂) 분위기로 선택될 수 있다.

그런 다음, 기판(51)의 온도를 110℃∼85℃ 사이의 상전이 온도로 낮춰 도 5c에 도시된 바와 같이 등방상의 강유전성 액정층(54)을 네마틱상(N*)으로 상전이시킨다. 이 네마틱상(N*)의 강유전성 액정층(54)을 도 5d와 같이 스메틱 C상(Sm C*)으로 상전이시키기 위하여, 기판(51)의 온도를 80℃∼50℃ 사이의 상전이 온도로 낮춘다. 이 때, 스메틱 C상(Sm C*)으로 상전이되는 과정 중에 도 6에 도시된 바와 같이 강유전성 액정층(54)의 액정분자들에는 자발분극(Ps)이 발현되며 그 자발분극(Ps)의 방향이 극성 배향막(53) 쪽으로 향하게 된다. 즉, 강유전성 액정층(54)의 액정분자들은 스메틱 C상(Sm C*)으로 상전이되면서 외부 전계 없이도 자발분극(Ps)의 방향이 단안정 상태(monostable state)로 일정하게 배열된다.

도 7a 내지 도 7d는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 면내 스위칭 모드의 액정표시소자의 제조방법을 단계적으로 나타낸다. 여기서, 도 7a 내지 도 7d에 도시된 제조방법으로 도 4에 도시된 상판과 하판이 제작된다.

먼저, 도 7a에 도시된 바와 같이 기판(51)에 전극(52)과 배향막(53)을 형성한다. 전극(52)은 인듐틴옥사이드와 같은 투명 도전성 물질로 이루어진다. 배향막(53)은 폴리 아믹산이나 폴리이미드(Polyimide)와 같은 유기 배향물질로 이루어지며 강유전성 액정분자들의 배향방향을 설정하기 위하여 러빙처리된다.

이어서, 도 7b에 도시된 바와 같이 배향막(53)에 비하여 전기적인 음성도가 큰 매질(또는 극성 큰 매질) 예컨대, 물(H₂O)나 산소(O₂) 분위기 하에 기판(51)을 노출시킨 상태에서 강유전성 액정과 유기 용매가 균일하게 혼합된 혼합물을 도포하고 기판(51)의 온도를 140℃∼160℃ 사이의 온도까지 상승시켜 유기용매를 기화시킨다. 그 결과, 기판(51) 상에는 등방상의 강유전성 액정층(54)이 형성된다.

등방상의 강유전성 액정층(54)을 도 7c에 도시된 바와 같이 네마틱상(N*)으로 상전이시키기 위하여, 기판(51)의 온도를 110℃∼85℃ 사이의 상전이 온도로 낮춘다. 그리고 도 7c의 네마틱상(N*)의 강유전성 액정층(54)을 도 7d에 도시된 바와 같이 스메틱 C상(Sm C*)으로 상전이시키기 위하여, 기판(51)의 온도를 80℃∼50℃ 사이의 상전이 온도로 낮춘다. 이 때 스메틱 C상(Sm C*)으로 상전이되는 과정 중에 도 8에 도시된 바와 같이 강유전성 액정층(54)의 액정분자들에는 자발분극(Ps)이 발현되며 그 자발분극(Ps)의 방향이 배향막(53)의 반대측 극성매질 쪽으로 향하게 된다. 이는 배향막(53)에 비하여 그 반대측의 극성매질의 전기적 음성도가 더 크기 때문이다. 즉, 강유전성 액정층(54)의 액정분자들은 스메틱 C상(Sm C*)으로 상전이되면서 외부 전계 없이도 자발분극(Ps)의 방향이 단안정 상태로 일정하게 배열된다.

도 9a 및 도 9b는 본 발명에 따른 액정표시장치의 구동방법을 나타내는 단면도이다. 예를 들어, 도 2에 도시된 바와 같이 부극성 전계(E(-))와 일치하는 방향으로 배향된 하프 브이 스위칭 모드의 강유전성 액정분자에 정극성 및 부극성의 외부 전계(E(+),E(-))가 인가될 때의 하프 브이 스위칭 모드의 강유전성 액정분자 배열 변화를 나타낸다.

제1 및 제2 강유전성 액정(24,34)과 네마틱 액정을 가지는 액정패널에 도 9a에 도시된 바와 같이 정극성 전계가 인가되면, 제1 강유전성 액정(24)의 자발 분극 방향이 정극성 전계 방향과 동일한 방향으로 바뀌면서 면내 방향으로 구동하며, 그와 인접하는 네마틱계 액정의 면내 구동을 유도한다. 이와 아울러 정극성 전계 방향과 동일한 자발 분극 방향을 가지는 제2 강유전성 액정(34)은 전계에 반응하지 않고 초기 상태를 유지하게 된다. 이 때, 네마틱계 액정(50)은 제1 강유전성 액정(24)에 의해서 면내 스위칭되므로 수직방향에서 꼬이는 구조가 된다.

또한, 제1 및 제2 강유전성 액정(24,34)과 네마틱 액정을 가지는 액정패널에 도 9b에 도시된 바와 같이 부극성 전계가 인가되면, 제2 강유전성 액정(34)의 자발 분극 방향이 부극성 전계 방향과 동일한 방향으로 바뀌면서 면내 방향으로 구동하며, 그와 인접하는 네마틱계 액정(50)의 면내 구동을 유도한다. 이와 아울러 부극성 전계 방향과 동일한 자발 분극 방향을 가지는 제1 강유전성 액정(24)은 전계에 반응하지 않고 초기 상태를 유지하게 된다. 이 때, 네마틱계 액정(50)은 제2 강유전성 액정(34)에 의해서 면내 스위칭되므로 수직방향에서 꼬이는 구조가 된다.

이러한 면내 스위칭 모드의 액정표시장치는 네마틱계 액정(50)의 면내 구동에 의해 광시야각이 구현될뿐 아니라 그 액정(50)에 수직 전계방식으로 전계를 인가하여 개구율 저하를 최소화할 수 있다. 나아가, 강유전성 액정(24,34)에 의해 네마틱계 액정(50)이 빠르게 회동하므로 네마틱계 액정(50)의 응답속도가 개선될 수 있다.

도 10은 하프 브이 스위칭 모드의 강유전성 액정층이 주입된 액정패널이 도트 인버젼 방식으로 구동된 경우를 나타내는 도면이며, 도 11은 도 3 또는 도 4에 도시된 바와 같이 하프 브이 스위칭 모드의 강유전성 액정층 사이에 네마틱계 액정층이 주입된 액정패널을 도트 인버젼 방식으로 구동된 경우를 나타내는 도면이다.

도 10에 도시된 바와 같이 하프 브이 스위칭 모드의 강유전성 액정셀이 매트릭스 형태로 배열된 액정표시장치가 부극성의 전기장으로 균일하게 전계 배향되고 그 액정표시장치가 도트 인버젼 방식으로 구동된다면, 강유전성 액정셀은 정극성의 전기장에서만 빛을 투과시키므로 강유전성 액정셀들은 하나 건너 하나씩 빛을 투과시키게 된다. 즉, 기수 수평라인의 기수 액정셀들과 우수 수평라인의 우수 강유전성 액정셀들은 기수 프레임에서 정극성 전기장(+)에 응답하여 빛을 투과시키고 우수 프레임에서 부극성 전기장(-)에 응답하여 빛을 차단한다. 그리고 기수 수평라인의 우수 액정셀들과 우수 수평라인의 기수 강유전성 액정셀들은 기수 프레임에서 부극성 전기장(-)에 응답하여 빛을 차단하고 우수 프레임에서 정극성 전기장(+)에 응답하여 빛을 투과시킨다. 이 때 임의의 하나의 액정셀에는 도 12a에 도시된 바와 같이 60Hz의 데이터 즉, 한 프레임기간마다 극성이 반전되는 전기장이 인가되고 정극성의 전기장이 인가되는 기수 프레임기간(1Fr,3Fr,5Fr)에만 빛을 투과시키게 된다. 따라서, 하프 스위칭 모드의 강유전성 액정셀이 전 패널에 걸쳐 균일하게 전계 배향되고 인버젼 구동되면 관람자가 한 프레임기간마다 주기적으로 빛을 인지하게 되므로 표시화상의 휘도가 저하되고 깜박거리게 된다.

반면에 도 11에 도시된 바와 같이 하프 브이 스위칭 모드의 제1 및 제2 강유전성 액정층 사이에 네마틱 액정층이 협지된 액정표시장치가 도트 인버젼 방식으로 구동된다면, 제1 및 제2 강유전성 액정층 중 어느 하나는 정극성의 전기장에서 면내 스위칭되고 나머지 하나는 부극성의 전기장에서 면내 스위칭된다. 예를 들어, 제1 강유전성 액정층이 정극성 전기장에서 면내 스위칭되고, 제2 강유전성 액정층이 부극성 전기장에서 면내 스위칭된다.

즉, 기수 수평라인의 기수 액정셀들과 우수 수평라인의 우수 강유전성 액정셀들은 기수 프레임에서 정극성 전기장(+)에 응답하여 빛을 투과시키고 우수 프레임에서 부극성 전기장(-)에 응답하여 빛을 투과한다. 그리고 기수 수평라인의 우수 액정셀들과 우수 수평라인의 기수 강유전성 액정셀들은 기수 프레임에서 부극성 전기장(-)에 응답하여 빛을 투과하고 우수 프레임에서 정극성 전기장(+)에 응답하여 빛을 투과시킨다. 이 때 임의의 하나의 액정셀에는 도 12b에 도시된 바와 같이 60Hz의 데이터 즉, 한 프레임기간마다 극성이 반전되는 전기장이 인가되고 정극성의 전기장이 인가되는 기수 프레임기간(1Fr,3Fr,5Fr)과 부극성의 전기장이 인가되는 우수 프레임기간(2Fr,4Fr,6Fr)에서 빛을 투과시키게 된다. 따라서, 하프 스위칭 모드의 강유전성 액정셀이 전 패널에 걸쳐 균일하게 전계 배향되고 인버젼 구동되어도 관람자가 모든 프레임기간마다 빛을 인지하게 되므로 표시화상의 휘도가 향상된다.

도 13a 및 도 13b는 종래 비틀린 네마틱 모드 액정표시장치와 본 발명에 따른 면내 스위칭 모드 액정표시장치의 시야각 특성을 나타내는 도면이다. 도 13a 및 도 13b에서 방위각 90도, 270도, 180도, 0도 각각은 상/하/좌/우시야각을 나타내며, 동심원은 표시면으로부터의 방위각으로 경사진 경사각을 나타낸다.

도 13a에 도시된 바와 같이 종래 비틀린 네마틱 모드의 액정표시장치는 방위각 45도, 135도, 225도, 315도의 경사각 10도에서 콘트라스트 100을 얻을 수 있으며, 경사각 50도 이상에서 콘트라스트 0~10을 얻을 수 있다. 즉, 종래 비틀린 네마틱 모드의 액정표시장치는 고 콘트라스트를 얻을 수 있는 시야각이 상대적으로 좁다.

또한, 종래 비틀린 네마틱 모드의 액정표시장치의 경우, 상/하/좌/우 방향의 시야각에 따른 휘도는 인가되는 전압에 따라 증가하여야 하지만 전압은 증가하는데 휘도가 감소하는 계조 반전 현상이 발생한다. 예를 들어, 도 14a에 도시된 바와 같이 좌/우 방향의 약 50도 부근에서 0그레이 레벨이 95 그레이 레벨보다 밝기가 증가한다. 또한, 도 14b에 도시된 바와 같이 상/하 방향의 약 20~30도 부근에서 255 그레이 레벨이 223 그레이 레벨보다 밝기가 감소하고, 191 그레이 레벨이 63 그레이 레벨보다 밝기가 감소한다.

도 13b에 도시된 바와 같이 본 발명에 따른 면내 스위칭 모드의 액정표시장치는 방위각 45도, 135도, 225도, 315도의 경사각 40도에서 콘트라스트 100을 얻을 수 있으며, 경사각 70도에서 콘트라스트 10을 얻을 수 있다. 그리고, 시야각 특성이 상/하/좌/우 대칭이어서, 상/하/좌/우 시야각의 범위가 넓다. 즉, 본 발명에 따른 면내 스위칭 모드의 액정표시장치는 종래 비틀린 네마틱 모드의 액정표시장치에 비해 고 콘트라스트를 얻을 수 있는 시야각이 상대적으로 넓다. 또한, 본 발명에 따른 면내 스위칭 모드의 액정표시장치의 색좌표는 도 15에 도시된 바와 같이 표준 백색광([x,y]=[0.329,0.333])의 좌표와 인접하게 위치하므로 화이트 밸런스 조정이 용이하다.

상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 면내 스위칭 모드의 액정표시장치 및 그 구동방법은 상/하부기판 각각에 형성된 제1 강유전성 액정층과 제2 강유전성 액정층이 서로 다른 극성의 전기장에 각각 반응하여 네마틱계 액정층의 액정분자의 면내 구동을 유도할 수 있다. 이와 같이, 서로 다른 극성의 전기장에 각각 반응하는 제1 및 제2 강유전성 액정층에 의해 본 발명에 따른 액정표시장치에 인가되는 전압의 극성에 관계없이 액정표시장치는 모든 프레임에서 화상을 구현할 수 있다.

이상 설명한 내용을 통해 당업자라면 본 발명의 기술사상을 일탈하지 아니하는 범위에서 다양한 변경 및 수정이 가능함을 알 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 기술적 범위는 명세서의 상세한 설명에 기재된 내용으로 한정되는 것이 아니라 특허 청구의 범위에 의해 정하여져야만 할 것이다.

도 1은 종래 면내 스위칭 모드의 액정표시패널을 개략적으로 나타내는 단면도이다.

도 3은 도 2에 도시된 면내 스위칭 모드의 액정표시장치를 나타내는 단면도이다.

도 4는 도 2에 도시된 면내 스위칭 모드의 액정표시장치의 다른 형태를 나타내는 단면도이다.

도 5a 내지 도 5d는 도 3에 도시된 면내 스위칭 모드의 액정표시패널의 제조방법을 단계적으로 나타내는 단면도들이다.

도 6은 도 5a 내지 도 5d의 상전이 과정에서 단안정 상태로 안정되는 강유전성 액정을 나타내는 도면이다.

도 7a 내지 도 7d는 도 4에 도시된 면내 스위칭 모드의 액정표시장치의 제조방법을 단계적으로 나타내는 단면도들이다.

도 8은 도 7a 내지 도 7d의 상전이 과정에서 단안정 상태로 안정되는 강유전성 액정을 나타내는 도면이다.

도 9a 및 도 9b는 도 3에 도시된 강유전성 액정과 네마틱계 액정의 면내 스위칭 모드의 동작을 상세히 보여 주는 도면이다.

도 10은 하프 브이 스위칭 모드의 강유전성 액정층이 주입된 액정패널이 도트 인버젼 방식으로 구동된 경우를 나타내는 도면이다.

도 11은 도 3 또는 도 4에 도시된 바와 같이 하프 브이 스위칭 모드의 강유전성 액정층 사이에 네마틱계 액정층이 주입된 액정패널을 도트 인버젼 방식으로 구동된 경우를 나타내는 도면이다.

도 12a 및 도 12b 각각은 도트 인버젼 방식으로 구동되는 도 10 및 도 11에 도시된 액정패널의 광투과율을 나타내는 도면이다.

도 13a 및 도 13b는 종래 비틀린 네마틱 모드의 액정패널과 본 발명에 따른 면내 스위칭 모드의 액정패널의 시야각을 나타내는 도면이다.

도 14a 및 도 14b는 종래 비틀린 네마틱 모드의 액정패널의 계조 반전 현상을 나타내는 도면이다.

도 15는 본 발명에 따른 면내 스위칭 모드의 액정표시장치의 색좌표를 나타내는 도면이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

11, 19 : 편광판 12, 18, 21, 31, 51 : 기판

13,17, 23, 33, 53 : 배향막 15, 16, 22, 32, 52 : 전극

24, 34, 54 : 강유전성 액정층 50 : 네마틱 액정층

61 : 타이밍 제어부 62 : 데이터 구동부

63 : 게이트 구동부 64 : 액정패널

65 : 공통전압발생부 100 : 상판

110 : 하판

Claims

상부기판과 하부기판 각각에 형성되고 서로 다른 자발분극방향을 가지는 제1 및 제2 강유전성 액정층과;

상기 제1 강유전성 액정층과 상기 제2 강유전성 액정층 사이에 협지된 네마틱계 액정층과;

상기 상부기판과 상기 하부기판 각각에 형성되어 상기 제1 및 제2 강유전성 액정층에 전기장을 인가하기 위한 제1 및 제2 전극을 구비하며;

상기 제1 강유전성 액정층과 상기 제2 강유전성 액정층은 서로 다른 극성의 전기장에 각각 반응하여 상기 네마틱계 액정층의 액정분자의 면내 구동을 유도하는 것을 특징으로 하는 면내 스위칭 모드의 액정표시장치.
제 1 항에 있어서,

상기 강유전성 액정층은 하프 브이 스위칭 모드로 동작하는 것을 특징으로 하는 면내 스위칭 모드의 액정표시장치.
제 1 항에 있어서,

상기 상부기판 상에 형성된 제1 배향막과;

상기 하부기판 상에 형성된 제2 배향막을 추가로 구비하는 것을 특징으로 하는 면내 스위칭 모드의 액정표시장치.
제 3 항에 있어서,

상기 제1 및 제2 배향막 중 적어도 어느 하나는 극성 매질 및 비극성 매질 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 면내 스위칭 모드의 액정표시장치.
제 3 항에 있어서,

상기 제1 강유전성 액정층의 자발분극은 상기 제1 배향막쪽으로 향하며, 상기 제2 강유전성 액정층의 자발분극은 상기 제2 배향막쪽으로 향하는 것을 특징으로 하는 면내 스위칭 모드의 액정표시장치.
제 5 항에 있어서,

상기 제1 강유전성 액정층이 정극성의 전기장에 반응하거나 상기 제2 강유전성 액정층이 부극성의 전기장에 반응하여 상기 네마틱계 액정층의 액정분자의 면내 스위칭 거동이 유도되는 것을 특징으로 하는 면내 스위칭 모드의 액정표시장치.
제 3 항에 있어서,

상기 제1 강유전성 액정층의 자발분극은 상기 제2 배향막쪽으로 향하며, 상기 제2 강유전성 액정층의 자발분극은 상기 제1 배향막쪽으로 향하는 것을 특징으로 하는 면내 스위칭 모드의 액정표시장치.
제 7 항에 있어서,

상기 제1 강유전성 액정층이 부극성의 전기장에 반응하거나 상기 제2 강유전성 액정층이 정극성의 전기장에 반응하여 상기 네마틱계 액정층의 액정분자의 면내 스위칭 거동이 유도되는 것을 특징으로 하는 면내 스위칭 모드의 액정표시장치.
상부기판과 하부기판 각각에 형성되고 서로 다른 자발분극방향을 가지는 제1 및 제2 강유전성 액정층, 상기 제1 강유전성 액정층과 상기 제2 강유전성 액정층 사이에 협지된 네마틱계 액정층, 상기 상부기판과 상기 하부기판 각각에 형성되어 상기 제1 및 제2 강유전성 액정층에 전기장을 인가하기 위한 제1 및 제2 전극을 가지는 액정장치의 구동방법에 있어서,

상기 제1 및 제2 전극을 이용하여 상기 제1 및 제2 강유전성 액정층에 전기장을 인가하는 단계와;

상기 제1 및 제2 강유전성 액정층 중 어느 하나가 상기 전기장에 반응하여 상기 네마틱계 액정층의 액정분자의 면내 스위칭 거동을 유도하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 면내 스위칭 모드의 액정표시장치의 구동방법.
제 9 항에 있어서,

상기 제1 및 제2 전극을 이용하여 상기 제1 및 제2 강유전성 액정층에 전기장을 인가하는 단계는

상기 제1 및 제2 전극을 이용하여 상기 제1 및 제2 강유전성 액정층에 정극성 및 부극성 중 어느 한 극성의 전기장을 인가하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 면내 스위칭 모드의 액정표시장치의 구동방법.
제 10 항에 있어서,

상기 제1 및 제2 강유전성 액정층 중 어느 하나가 상기 전기장에 반응하여 상기 네마틱계 액정층의 액정분자의 면내 스위칭 거동을 유도하는 단계는

상기 제1 강유전성 액정층이 정극성의 전기장에 반응하거나 상기 제2 강유전성 액정층이 부극성의 전기장에 반응하여 상기 네마틱계 액정층의 액정분자의 면내 스위칭 거동이 유도되는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 면내 스위칭 모드의 액정표시장치의 구동방법.
제 10 항에 있어서,

상기 제1 및 제2 강유전성 액정층 중 어느 하나가 상기 전기장에 반응하여 상기 네마틱계 액정층의 액정분자의 면내 스위칭 거동을 유도하는 단계는

상기 제1 강유전성 액정층이 부극성의 전기장에 반응하거나 상기 제2 강유전성 액정층이 정극성의 전기장에 반응하여 상기 네마틱계 액정층의 액정분자의 면내 스위칭 거동이 유도되는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 면내 스위칭 모드의 액정표시장치의 구동방법.