KR20070046354A - 액정 표시 장치 및 그 구동 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 액정표시장치(LCD ; Liquid Crystal Display Device)에 관한 것으로, 특히 액정 표시 장치 및 그 구동 방법에 관한 것이다.
본 발명에 따르면, 액정 표시 장치는, 구동 어레이 소자를 가지는 제 1 기판과 컬러필터를 가지는 제 2 기판과 그 사이에 개재된 제 1 액정층이 포함된 액정 패널과, 제 3 기판과, 상기 제 3 기판 상에 형성된 프리즘 막과 상기 제 3 기판과 대향하는 제 4 기판과 그 사이에 개재된 제 2 액정층이 포함된 시야각 제어용 액정셀을 포함하여 형성된다.
따라서, 본 발명은 프리즘 막 상의 제 2 액정층을 전기적으로 구동함으로써 협시야각 모드와 광시야각 모드로 선택적으로 스위칭 할 수 있는 장점이 있다.
협시야각, 광시야각, 프리즘 막, 굴절율

Description

액정 표시 장치 및 그 구동 방법{Liquid Crystal Display device and the operating method thereof}
도 1은 본 발명에 따른 액정 표시 장치에서 액정 표시 장치의 일부를 나타낸 분해 사시도.
도 2는 본 발명에 따른 시야각 제어용 액정셀에서 협시야각 모드의 동작을 보여주는 상세 단면도.
도 3은 본 발명에 따른 시야각 제어용 액정셀에서 광시야각 모드의 동작을 보여주는 상세 단면도.
도 4a 및 도 4b는 본 발명에 따른 시야각 제어용 액정셀에서 프리즘 막의 실시예들을 보여주는 도면.
<도면의 주요부분에 대한 부호 설명>
10 : 액정 패널 50 : 시야각 제어용 액정셀
51 : 제 1 기판 52 : 제 2 기판
55 : 시야각 제어용 액정층 58 : 프리즘 막
본 발명은 액정표시장치(LCD ; Liquid Crystal Display Device)에 관한 것으로, 특히 액정 표시 장치 및 그 구동 방법에 관한 것이다.
최근, 계속해서 주목받고 있는 평판표시장치 중 하나인 액정표시장치는 액체의 유동성과 결정의 광학적 성질을 겸비하는 액정에 전계를 가하여 광학적 이방성을 변화시키는 장치로서, 종래 음극선관(Cathod Ray Tube)에 비해 소비전력이 낮고 부피가 작으며 대형화 및 고정세가 가능하여 널리 사용되고 있다.
상기 액정표시장치는 액정의 성질과 패턴의 구조에 따라서 여러 가지 다양한 모드가 있다.
구체적으로, 액정 방향자가 90°트위스트(twist) 되도록 배열한 후 전압을 가하여 액정 방향자를 제어하는 TN 모드(Twisted Nematic Mode)와, 상하 평행으로 배향한 셀에 전압을 가하여 액정분자의 틸트에 따라 편광을 변조하고 상하 대칭의 구조로써 광학적으로 보상하는 OCB 모드(Optically Compensated Birefringence Mode)와, 한 기판 상에 두개의 전극을 형성하여 액정의 방향자가 배향막의 나란한 평면에서 전계에 따라 변화하는 횡전계방식(In-Plane Switching Mode)과, 네가티브형 액정과 수직배향막을 이용하여 액정 분자의 장축이 배향막 평면에 수직 배열되도록 하는 VA 모드(Vertical Alignment) 등 다양하다.
이와 같은 다양한 모드의 액정 표시 장치의 상부 기판에는 빛샘을 방지하기 위한 블랙 매트릭스와, 상기 블랙 매트릭스 상에 색상을 구현하기 위한 R,G,B의 컬러필터층이 형성되고, 상기 상부 기판과 대향하는 하부 기판에는 단위 화소를 정의하는 복수의 게이트 배선 및 데이터 배선과, 상기 게이트 배선 및 데이터 배선의 교차 지점에 형성된 복수의 박막 트랜지스터와 액정을 구동시키는 화소전극이 기본적으로 형성되어 있다. 그리고, 상기 화소 전극과 전계를 형성하는 공통 전극은 상부 기판 또는 하부 기판에 형성될 수도 있다. 상기 상부 기판과 상기 하부 기판 사이에는 액정층이 형성되어 있다.
상기 액정 표시 장치는 방향성을 갖고 있는 액정 분자의 배향 방향을 분극성을 이용하여 인위적으로 조절하여, 상기 공통 전극과 화소 전극에 전압을 걸어 그 사이에서 발생되는 전계에 의해 상기 액정층의 액정 분자가 특정 방향으로 회전하게 되며, 액정의 복굴절 특성에 의해 빛을 차단 및 투과시킴으로써 화면을 표시할 수 있다.
그러나, 종래 기술의 액정 표시 장치는 개인적인 이유로 컴퓨터를 하거나 보안을 요하는 업무로 컴퓨터를 할 경우 사용자뿐만 아니라 제 3자에게도 컴퓨터 화면이 보일 수 있어 사생활 또는 보안성을 침해받을 수 있다는 문제점이 있다.
본 발명은 협시야각 모드와 광시야각 모드를 전기적 스위칭에 의해 선택적으로 구동할 수 있는 보안용 프리즘 막을 포함한 셀을 추가한 액정 표시 장치 및 그 구동 방법을 제공하는 데 목적이 있다.
상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 액정 표시 장치는, 제 1, 2 기판과, 그 사이에 개재된 제 1 액정층이 포함된 액정 패널과;
상기 액정 패널의 일면에 부착되며, 프리즘 형상의 막이 형성된 제 3 기판 과, 상기 제 3 기판과 대향하는 제 4 기판과, 그 사이에 개재된 제 2 액정층이 포함된 시야각 제어용 액정셀;을 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 제 1 기판과 제 2 기판의 일측에는 편광판이 더 형성된 것을 특징으로 한다.
상기 제 3, 4 기판 상에는 제 1, 2 전극이 더 형성된 것을 특징으로 한다.
상기 제 3, 4 기판 상에는 배향막이 더 형성된 것을 특징으로 한다.
상기 제 2 액정층을 구동시키기 위한 전기적 스위칭 장치를 더 구비한 것을 특징으로 한다.
상기 제 2 기판을 투과한 광은 상기 제 3 기판으로 입사되는 것을 특징으로 한다.
상기 제 2 액정층의 굴절율은 상기 프리즘 막의 굴절율보다 같거나 작은 것을 특징으로 한다.
상기 프리즘 막은 연속적으로 배열된 산(△) 모양으로 이루어진 것을 특징으로 한다.
상기 프리즘 막은 다수의 사각뿔로 형성된 것을 특징으로 한다.
또한, 상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 액정 표시 장치의 구동 방법은, 액정 패널과, 상기 액정 패널에 부착되어 프리즘 막과 상기 프리즘 막 상에 형성된 액정층이 포함된 시야각 제어용 액정셀을 포함한 액정 표시 장치를 협시야각 모드와 광시야각 모드로 구동시키는 방법에 있어서, 상기 협시야각 모드 구동시에 액정층의 굴절율은 상기 프리즘 막의 굴절율보다 작아지고 상기 광시야각 모드 구동시에 액정층의 굴절율은 상기 프리즘 막의 굴절율과 기본적으로 동일하도록 상기 액정층에 전기적 스위칭 신호가 인가되는 것을 특징으로 한다.
상기 협시야각 모드시에 상기 시야각 제어용 액정셀로 입사된 편광은 정면으로 집광되는 것을 특징으로 한다.
상기 협시야각 모드시에 상기 시야각 제어용 액정셀로 입사된 편광은 정면으로 출사되거나 반사되는 것을 특징으로 한다.
상기 광시야각 모드시에 상기 시야각 제어용 액정셀로 입사된 편광은 전부 투과되는 것을 특징으로 한다.
상기 액정 패널은 백라이트로부터 입사된 광을 구동 어레이에 의해 투과율을 제어하여 편광된 빛으로 출사하는 것을 특징으로 한다.
상기 액정 패널은 구동 어레이 소자를 가지는 제 1 기판과 컬러필터를 가지는 제 2 기판과 그 사이에 개재된 제 1 액정층으로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
이하, 첨부한 도면을 참조로 하여 본 발명에 따른 액정 표시 장치에 대해서 구체적으로 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 액정 표시 장치에서 액정 표시 장치의 일부를 나타낸 분해 사시도이다.
도 1에 도시한 바와 같이, 본 발명에 따른 액정 표시 장치는 액정 패널(10)과, 상기 액정 패널(10) 상부에 부착되어 필요에 따라 협시야각 모드와 광시야각 모드로 구동될 수 있는 시야각 제어용 액정셀(50)을 포함하여 이루어진다.
본 발명에 따른 액정 패널(10)은 일정 공간을 갖고 합착된 하부기판(1) 및 상부기판(2)과, 상기 하부기판(1)과 상부기판(2) 사이에 주입된 액정층(3)으로 구성되어 있다.
예를 들어 보다 구체적으로 설명하면, 상부 기판(2)과 하부 기판(1)에 상하 전극을 가지는 모드인 경우에는 상기 하부기판(1)은 화소영역(P)을 정의하기 위하여 일정한 간격을 갖고 일방향으로 복수개의 게이트 배선(도시되지 않음)이 배열되고, 상기 게이트 배선에 수직한 방향으로 일정한 간격을 갖고 복수개의 데이터 배선(도시되지 않음)이 배열되며, 상기 게이트 배선과 데이터 배선이 교차하는 각 화소영역(P)에는 화소전극(6)이 형성되고, 상기 각 게이트 배선과 데이터 배선이 교차하는 부분에 박막 트랜지스터(T)가 형성되어 있다.
상기 박막 트랜지스터(T)는 상기 게이트 배선에서 돌출된 게이트 전극(31)과 상기 게이트 전극(31) 상의 게이트 절연막(33) 상부에 형성된 액티브층(34a) 및 오믹 콘택층(34b)을 포함한 반도체층(34)과 상기 오믹 콘택층(34a)과 각각 접속한 소스 및 드레인 전극(36, 38)을 포함하여 형성된다. 그리고 , 상기 드레인 전극(38)은 보호막(39)을 사이에 두고 상기 화소 전극(6)과 접속한다.
그리고, 상기 상부기판(2)은 상기 화소영역(P)을 제외한 부분의 빛을 차단하기 위한 블랙 매트릭스층(7)과, 컬러 색상을 표현하기 위한 R,G,B 컬러 필터층(8)과, 화상을 구현하기 위한 공통전극(9)이 형성되어 있다.
상기 화소전극(6)은 인듐-틴-옥사이드(indium-tin-oxide : ITO)와 같이 빛의 투과율이 비교적 뛰어난 투명 도전성 금속을 사용한다.
전술한 바와 같이 구성되는 액정 표시 장치는 상기 화소전극(6) 상에 위치한 액정층(3)이 상기 박막 트랜지스터(T)로부터 인가된 신호에 의해 배향되고, 상기 액정층(3)의 배향 정도에 따라 액정층(3)을 투과하는 빛의 양을 조절하는 방식으로 화상을 표현할 수 있다.
그리고, 상기 액정 표시 장치는 액정 패널(10) 양면에 제 1, 2 편광판(11, 12)이 부착되며, 상기 액정패널(10)에 빛을 제공하는 백라이트(도시되지 않음)를 더 구성하고 있다.
한편, 한쪽 기판에 공통 전극과 화소 전극이 위치하는 IPS 모드의 액정 표시 장치의 경우에는 인가된 신호에 액정의 배향이 횡전계로 면내(in-plane)에서 변화되어 빛이 투과되게 된다.
그리고, 상기 시야각 제어용 액정셀(50)은 투명한 제 1, 2 기판(51, 52)이 서로 대향하여 합착되어 있으며, 상기 제 1 기판(51)과 상기 액정 패널(10)이 부착되어 있다.
상기 제 1 기판(51)과 제 2 기판(52) 사이에는 시야각 제어용 액정층(55)이 형성되어 있으며, 도시되지는 않았지만 상기 제 1 기판(51) 또는 제 2 기판(52) 상에 형성된 배향막에 의해 상기 액정층(55)이 배향될 수 있다.
또한, 도시되지는 않았지만, 상기 제 1 기판(51) 상에는 제 1 전극이 통전극으로 형성되어 있으며, 상기 제 2 기판(52) 상에는 제 2 전극이 통전극으로 형성되어 있다.
상기 제 1, 2 전극은 투명한 도전성 전극 물질로 이루어지며, ITO, IZO, ITZO 등으로 이루어질 수 있다.
그리고, 상기 제 1 기판(51) 상에는 프리즘 막(58)이 형성되어 있다.
한편, 상기 제 1 전극은 상기 프리즘 막(58)을 전도성 고분자 재질로 구성하여 대체할 수 있다.
그리고, 상기 제 1, 2 전극에 전압을 인가하여 상기 시야각 제어용 액정층(55)을 구동시킴으로써 협시야각 모드와 광시야각 모드로 액정 표시 장치를 동작시킬 수 있게 된다.
즉, 협시야각 모드의 경우 상기 액정의 굴절율(no)이 프리즘 막의 굴절율(np)보다 작고, 광시야각 모드의 경우 상기 액정의 굴절율(ne)과 상기 프리즘 막의 굴절율(np)이 동일해지도록, 상기 시야각 제어용 액정층(55)을 구동시킨다.
상기 제 1 기판(51)과 제 2 기판(52)은 스페이서(spacer)에 의해 일정 공간을 갖고 액정 주입구를 갖는 접착제에 의해 합착되어 상기 두 기판 사이에 액정이 주입될 수도 있고, 상기 제 1 기판(51) 또는 제 2 기판(52) 상에 접착제를 형성하고 액정을 적하하여 두 기판을 합착할 수도 있다.
도 2는 본 발명에 따른 시야각 제어용 액정셀에서 협시야각 모드의 동작을 보여주는 상세 단면도이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 시야각 제어용 액정 셀(50)은 제 1, 2 기판(51, 52)과, 상기 제 1, 2 기판(51, 52) 사이에 배향된 시야각 제어용 액정층(55)을 포함하여 이루어지며, 상기 시야각 제어용 액정층(55)을 배향하기 위하 여 상기 제 1, 2 기판(51, 52) 상에는 배향막이 형성된다.
또한, 상기 시야각 제어용 액정층(55)을 구동시켜 굴절율을 조절하기 위하여 상기 제 1, 2 기판(51, 52) 상에는 제 1, 2 전극이 형성되어 있으며, 상기 제 1, 2 전극은 투명한 도전성 전극 물질로 이루어진다.
따라서, 상기 제 1, 2 전극에 인가되는 전압에 의해 발생된 전기장으로 상기 시야각 제어용 액정층(55)의 굴절율을 조절할 수 있게 되며, 협시야각 모드의 경우 상기 액정의 굴절율이 프리즘 막(58)의 굴절율보다 작도록 하여 액정패널(10)로부터 입사된 편광된 빛이 밀한 매질에서 소한 매질로 이동되도록 하여 상기 프리즘 막(58)의 출사면에서 상기 편광된 빛이 정면으로 집광되도록 한다.
상기 액정은 구조가 가늘고 길기 때문에 분자의 배열에 방향을 가지고 있으며, 인위적으로 액정에 전기장을 인가하여 분자배열의 방향을 제어할 수 있으며, 상기 액정의 분자배열 방향을 임의로 조절하면, 액정의 분자배열이 변하게 되고, 광학적 이방성에 의하여 복굴절값을 가지므로, 이를 조절하여 정면시야각 특성을 향상시키고, 측면 시야각 특성을 저하시킬 수 있다.
즉, 액정표시장치를 협시야각 모드로 구동시키기 위하여, 상기 시야각 제어용 액정층(55)의 굴절율이 상기 프리즘 막(58)의 굴절율보다 작게 하여, 액정 패널(10)을 투과한 편광된 빛을 밀한 매질에서 소한 매질로 이동시켜 출사면에서 정면으로 굴절시킨다.
이때, 상기 시야각 제어용 액정셀(50)의 액정층(55)의 굴절율 값을 조절하기 위해서 상기 시야각 제어용 액정층(55)에 전기장을 인가하여 상기 프리즘 막(58)보 다 소한 매질로 형성시킬 수 있으며, 상기 시야각 제어용 액정층의 초기 배향 상태에서 프리즘 막(58)의 굴절율보다 작게 형성시킬 수도 있다.
도 3은 본 발명에 따른 시야각 제어용 액정셀에서 광시야각 모드의 동작을 보여주는 상세 단면도이다.
도 3에 도시한 본 발명에 따른 시야각 제어용 액정 셀의 구성은 앞서 도 2에 도시하여 설명한 바와 그 구성이 동일하므로, 이에 대한 구체적인 설명은 생략한다.
도 3을 참조하면, 액정표시장치를 광시야각 모드로 구동시키기 위하여, 상기 시야각 제어용 액정층(55)의 굴절율은 상기 프리즘 막(58)의 굴절율과 거의 동일하게 하여, 액정 패널(10)을 투과한 편광된 빛은 시야각 제어용 액정셀(50)의 프리즘 막(58)으로 입사되어 시야각 제어용 액정층(55)을 굴절시키지 않고 그대로 출사될 수 있도록 한다.
이때, 상기 시야각 제어용 액정셀(50)의 액정층(55)의 굴절율 값을 조절하기 위해서 상기 시야각 제어용 액정층(55)에 전기장을 인가하여 상기 프리즘 막(58)과 거의 동일한 굴절율을 가지도록 형성시킬 수 있으며, 상기 액정층(55)의 초기 배향 상태에서 프리즘 막(58)의 굴절율과 거의 동일하도록 형성시킬 수도 있다.
도 4a 및 도 4b는 본 발명에 따른 시야각 제어용 액정셀에서 프리즘 막의 실시예들을 보여주는 도면이다.
도 4a에 도시된 바와 같이, 상기 프리즘 막(58)은 하면은 평평하고 상면은 일 방향으로 배열된 산(△) 모양으로 이루어질 수 있다.
도 4b에 도시된 바와 같이, 상기 프리즘 막(58)은 하면은 평평하고 상면은 다수의 사각뿔로 형성될 수도 있다.
본 발명은 도면에 도시된 실시 예를 참고로 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시 예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.
본 발명은 액정 표시 장치에서 프리즘 구조를 이용한 시야각 제어용 액정셀을 부착하여 시야각 제어용 액정층의 굴절율을 전기적 스위칭으로 조절하여 굴절율을 조절함으로써 광시야각 모드 또는 협시야각 모드를 선택하여 구현할 수 있어, 개인의 보안성을 향상시키는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 광을 정면으로 집광시킴으로써 협시야각을 구현하고 정면 휘도가 상승되는 효과가 있다.

Claims (15)

  1. 제 1, 2 기판과, 그 사이에 개재된 제 1 액정층이 포함된 액정 패널과;
    상기 액정 패널의 일면에 부착되며, 프리즘 형상의 막이 형성된 제 3 기판과, 상기 제 3 기판과 대향하는 제 4 기판과, 그 사이에 개재된 제 2 액정층이 포함된 시야각 제어용 액정셀;을 포함하는 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 제 1 기판과 제 2 기판의 일측에는 편광판이 더 형성된 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 제 3, 4 기판 상에는 제 1, 2 전극이 더 형성된 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 제 3, 4 기판 상에는 배향막이 더 형성된 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 제 2 액정층을 구동시키기 위한 전기적 스위칭 장치를 더 구비한 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 제 2 기판을 투과한 광은 상기 제 3 기판으로 입사되는 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 제 2 액정층의 이상광, 정상광 굴절율은 상기 프리즘 막의 굴절율보다 같거나 작은 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
  8. 제 1항에 있어서,
    상기 프리즘 막은 연속적으로 배열된 산(△) 모양으로 이루어진 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
  9. 제 1항에 있어서,
    상기 프리즘 막은 다수의 사각뿔 형태로 형성된 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
  10. 액정 패널과, 상기 액정 패널에 부착되어 프리즘 막과 상기 프리즘 막 상에 형성된 액정층이 포함된 시야각 제어용 액정셀을 포함한 액정 표시 장치를 협시야각 모드와 광시야각 모드로 구동시키는 방법에 있어서,
    상기 협시야각 모드 구동시에 액정층의 굴절율은 상기 프리즘 막의 굴절율보다 작아지고 상기 광시야각 모드 구동시에 액정층의 굴절율은 상기 프리즘 막의 굴절율과 동일하도록 상기 액정층에 전기적 스위칭 신호가 인가되는 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치의 구동 방법.
  11. 제 10항에 있어서,
    상기 협시야각 모드시에 상기 시야각 제어용 액정셀로 입사된 편광 광은 정면으로 집광되는 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치의 구동 방법.
  12. 제 10항에 있어서,
    상기 협시야각 모드시에 상기 시야각 제어용 액정셀로 입사된 편광 광은 정면으로 출사되거나 반사되는 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치의 구동 방법.
  13. 제 10항에 있어서,
    상기 광시야각 모드시에 상기 시야각 제어용 액정셀로 입사된 편광 광은 전부 투과되는 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치의 구동 방법.
  14. 제 10항에 있어서,
    상기 액정 패널은 백라이트로부터 입사된 광을 구동 어레이에 의해 투과율을 제어하여 편광된 빛으로 출사하는 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치의 구동 방법.
  15. 제 10항에 있어서,
    상기 액정 패널은 구동 어레이 소자를 가지는 제 1 기판과 컬러필터를 가지는 제 2 기판과 그 사이에 개재된 제 1 액정층으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치의 구동 방법.
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