KR20080049459A - 시야각 제어가 가능한 액정 표시 장치 - Google Patents

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장형석
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Abstract

수직 배향 구조의 스위칭 액정셀과 체스 패턴을 이용함으로써, 화면이 원래 위치에서 회전하여 상하, 좌우가 바뀌는 경우에도 시야각을 제어하여 광/협시야각 모드를 스위칭할 수 있는 액정 표시 장치가 제공된다. 액정 표시 장치는 화상을 표시하기 위한 디스플레이 액정셀과, 디스플레이 액정셀의 상부에 배치되며, 서로 마주보도록 합착된 제3 및 제4 기판, 제3 및 제4 기판의 사이에 형성되며 액정의 초기 배향이 기판에 수직하게 배열되는 제2 액정층, 제2 액정층에 수직 전계를 인가하기 위해 제3 및 제4 기판의 내측면에 각각 형성된 하부 전극 및 상부 전극으로 이루어져 시야각을 가변하는 스위칭 액정셀을 포함한다.
액정 표시 장치, 광시야각, 협시야각, 체스 패턴

Description

시야각 제어가 가능한 액정 표시 장치{Liquid crystal display controllable viewing angle}
도 1 및 도 2는 종래 기술에 따른 액정 표시 장치의 구성도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 액정 표시 장치의 구성도이다.
도 4는 도 3에 나타난 스위칭 액정셀의 구조를 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 도 3에 나타난 스위칭 액정셀의 배향을 제어하는 슬릿/돌기의 구성을 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 도 3에 나타난 스위칭 액정셀의 온/오프 상태를 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 도 3에 나타난 액정 표시 장치의 시야각에 따른 휘도 특성을 나타낸 그래프이다.
도 8은 도 3의 효과를 설명하기 위한 도면이다.
(도면의 주요부분에 대한 부호의 설명)
100: 디스플레이 액정셀 110: 제1 기판
120: 제2 기판 130: 제1 액정층
TFT: 박막 트랜지스터 141: 화소 전극
142: 공통 전극 200: 스위칭 액정셀
210: 제3 기판 220: 제4 기판
231: 상부 전극 232: 하부 전극
241, 242: 돌기(Rib) 250: 제2 액정층
본 발명은 액정 표시 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 시야각 제어가 가능한 액정 표시 장치에 관한 것이다.
액정 표시 장치는 투명 절연 기판인 어레이 기판과 컬러 필터 기판 사이에 이방성 유전율을 갖는 액정층을 형성한 후, 액정층에 형성되는 전계의 세기를 조정하여 액정 물질의 분자 배열을 변경시키고, 이를 통하여 표시면인 컬러 필터 기판에 투과되는 빛의 양을 조절함으로써 원하는 화상을 표현하는 표시 장치이다.
도 1 및 도 2는 종래 기술에 따른 액정 표시 장치의 구성도로서, 특히, 시야각 제어가 가능한 형태의 액정 표시 장치가 광시야각 모드로 구동되는 경우와 협시야각 모드로 구동되는 경우를 각각 도시하고 있다.
도 1 및 도 2에 나타난 시야각 제어 방식의 기본적인 원리는 다음과 같다.
우선, 화상 표시를 위하여 광시야각을 갖는 수평 전계 구조의 액정셀을 구성하고, 이 액정셀의 상부 또는 하부에 시야각 조절을 위한 액정셀을 추가한 후, 추가된 액정셀을 구동하여 광시야각과 협시야각 모드를 조절하는 것이다. 시야각 조 절을 위하여 추가되는 액정셀은 기본적으로 화상을 표시하는 액정셀이 갖는 광시야각 특성을 저해하지 않는 기능과 보안이나 사생활적인 측면에서 필요한 협시야각을 유도하는 기능을 가진다.
도 1 및 도 2에서, 제1 액정층(80)을 포함하는 액정셀은 시야각을 조절하는 부분이며, 제2 액정층(90)을 포함하는 액정셀은 광시야각을 갖도록 화상을 표시하는 부분이다. 제1 액정층(80)에 전압을 가하지 않으면, 액정 분자(81)가 두 기판(10, 21) 사이에 평행하게 배열되어 본래의 광시야각을 유지하므로 광시야각 모드가 되고, 제1 액정층(80)에 전압을 가하면, 액정 분자(81)가 두 기판(10, 21) 사이에 수직하게 배열되면서 시야각이 감소하므로 협시야각 모드가 된다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 제1, 제2, 제3 및 제4 기판(10, 21, 22, 30)이 서로 평행하게 배치되어 있고, 제1 기판(10)과 제2 기판(21) 사이의 안쪽 면에는 각각 투명 전극(70, 60)이 형성되어 서로 마주보며, 제3 기판(22)의 상부 면에는 두 개의 선형 전극(40, 50)이 서로 평행하게 형성되어 있다.
그리고, 제1 기판(10)과 제2 기판(21) 및 제3 기판(22)과 제4 기판(30) 사이에는 각각 제1 및 제2 액정층(80, 90)이 형성되어 있다.
제1 및 제2 기판(10, 21)과 두 기판(10, 21)의 사이에 있는 제1 액정층(80)을 포함하는 액정셀은 광시야각 및 협시야각을 조절할 수 있는 시야각 제어용 액정셀이다.
전계를 인가하지 않은 상태에서는 도 1과 같이, 제1 액정층(80)의 액정 분자(81)가 제1 및 제2 기판(10, 21)에 평행하게 배향된다. 도 1과 같은 광시야각 모 드에서는 제2 액정층(90)의 액정 분자(91) 역시 동일한 방향으로 배향되므로, 액정셀이 하나인 일반적인 수평 전계 구조의 액정 표시 장치가 갖는 광시야각과 동일한 시야각을 갖게 되며, 수평 전계 구조가 갖는 다른 특성에도 영향을 미치지 않는다.
제1 기판(10)과 제3 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 제1 및 제2 기판(10, 21) 사이에 수직 방향의 전기장을 형성했을 때, 제1 액정층(80)의 액정 분자(81)들은 전기장의 방향을 따라 두 기판(10, 21)에 수직하게 배열된다. 이때, 두 기판(10, 21)에 인접한 액정 분자(82)들은 전기장이 미치는 힘보다는 러빙에 따른 배향력이 크기 때문에 두 기판(10, 21)에 평행하게 배열된다.
이러한 협시야각 모드에서는, 두 기판(10, 21)에 수직하게 배열된 액정 분자(81)들은 두 기판(10, 21)의 정면으로 진행하는 빛에 대한 지연(retardation)에 영향을 미치지 않는다.
그러나, 선편광된 빛이 액정 분자(81)로 이루어진 제1 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 제1 액정층(80)에 전기장을 인가함으로써, 액정 표시 장치의 시야각이 떨어지게 되어 협시야각화가 이루어진다.
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 조절하는 경우, 좌우 방향으로만 시야각을 가변할 수 있으므로, 화면이 회전하여 상하, 좌우가 바뀌게 되면 시야각을 제어할 수 없는 문제점이 있다.
따라서, 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 화면이 원래 위치에서 회전하여 상하, 좌우가 바뀌는 경우에도 시야각을 제어할 수 있는 액정 표시 장치를 제공하는 것이다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 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 발명에 따른 액정 표시 장치는 서로 마주보도록 합착된 제1 및 제2 기판, 상기 제1 및 제2 기판의 사이에 형성되며 액정이 기판에 수평하게 배향된 제1 액정층, 상기 제1 기판의 내측면에 형성된 박막 트랜지스터, 상기 제1 액정층에 수평 전계를 인가하기 위해 상기 제1 기판의 내측 면에 교차 배열된 화소 전극 및 공통 전극으로 이루어져 화상을 표시하는 디스플레이 액정셀과, 상기 디스플레이 액정셀의 상부에 배치되며, 서로 마주보도록 합착된 제3 및 제4 기판, 상기 제3 및 제4 기판의 사이에 형성되며 액정의 초기 배향이 기판에 수직하게 배열되는 제2 액정층, 상기 제2 액정층에 수직 전계를 인가하기 위해 상기 제3 및 제4 기판의 내측면에 각각 형성된 하부 전극 및 상부 전극으로 이루어져 시야각을 가변하는 스위칭 액정셀을 포함한다.
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 일 실시예에 따른 액정 표시 장치에 대하여 첨부된 도면들을 참조하여 상세히 설명한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 액정 표시 장치의 구성도이다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 액정 표시 장치는 디스플레이 액정셀(100)과 스위칭 액정셀(200)을 포함한다.
화상을 표시하기 위한 디스플레이 액정셀(100)은 제1 액정층(130)의 액정 분자를 제1 기판(110) 및 제2 기판(120)에 평행하도록 배치한 후 수평 방향으로 회전시켜 빛을 제어하는 수평 전계(IPS: In-Plane Switching) 구조를 채용함으로써, 광시야각을 구현하고, 휘도 및 대비비를 높일 수 있도록 한다.
이러한 디스플레이 액정셀(100)은 복수의 서브 화소들로 이루어지며, 일정한 간격을 두고 서로 마주보도록 합착된 제1 기판(110) 및 제2 기판(120), 제1 기판(110)과 제2 기판(120)의 사이에 형성된 제1 액정층(130), 제1 기판(110) 상의 박막 트랜지스터(TFT), 화소 전극(141), 공통 전극(142) 등을 포함한다.
제1 기판(110)은 스위칭 소자로 동작하는 박막 트랜지스터(TFT)가 형성되는 어레이 기판으로서, 서브 화소마다 형성된 박막 트랜지스터가 각각의 서브 화소를 구동하는 액티브 매트릭스 타입(Active matrix type)으로 구성된다. 제1 기판(110)의 내측면에는 평행을 이루는 화소 전극(141)과 공통 전극(142)이 서로 엇갈리도록 교차 배열된다.
디스플레이 액정셀(100)에서는, 화소 전극(141)에 인가되는 데이터 전압과 공통 전극(142)에 인가되는 공통 전압의 전위 차에 의하여 생성되는 수평 전계에 따라 제1 액정층(130)을 이루는 액정의 배향이 제어 되면서 화상이 표시된다.
화소 전극(141)은 박막 트랜지스터(TFT)의 드레인 전극(135)에 전기적으로 접촉된다. 게이트 전극(131)에 인가된 스캔 신호에 의해 박막 트랜지스터(TFT)가 턴-온 되면, 소스 전극(134)에 인가된 데이터 전압이 드레인 전극(135)을 통해 화소 전극(141)으로 공급된다.
디스플레이 액정셀(100)에 형성된 박막 트랜지스터(TFT)의 수직 단면 구조는 다음과 같다.
박막 트랜지스터(TFT)는 제1 기판(110) 상의 게이트 전극(131)과 그 상부의 게이트 절연막(111), 반도체층(132), 반도체층(132)의 양측으로 이격 형성되어 있 는 소스 전극(134) 및 드레인 전극(135), 소스 전극(134) 및 드레인 전극(135)과 반도체층(132) 사이에 개재되는 저항성 접촉층(133)으로 구성된다.
박막 트랜지스터(TFT)의 상부에는 보호막(112)이 덮이고, 보호막(112) 상에는 드레인 전극(135)과 화소 전극(141)을 전기적으로 접촉시키기 위한 콘택홀이 형성된다. 화소 전극(141)은 콘택홀을 통해 박막 트랜지스터(TFT)의 드레인 전극(135)에 전기적으로 접촉된다.
제2 기판(120)은 컬러 필터 기판으로서, 색상을 표현하기 위한 적색, 녹색, 청색의 컬러 필터(122)와 서브 화소들 간에 위치하여 빛샘을 차단하는 블랙 매트릭스(121) 등을 갖는다.
도시되지는 않았으나, 제1 기판(110) 및 제2 기판(120)의 내측에는 상, 하부 배향막이 각각 형성되며, 상, 하부 배향막은 러빙 처리되어 제1 기판(110)과 제2 기판(120) 사이에 개재되는 제1 액정층(130)의 액정 분자들을 일정한 방향으로 초기 배향시키게 된다.
한편, 시야각을 가변하기 위한 스위칭 액정셀(200)은 수직 배향(VA: Vertical Alignment) 구조를 가지며, 디스플레이 액정셀(100)의 상부에 배치된다.
이러한 스위칭 액정셀(200)은 복수의 서브 화소들로 이루어지며, 서로 마주보도록 합착된 제3 기판(210) 및 제4 기판(220), 제3 기판(210) 및 제4 기판(220) 사이에 형성된 제2 액정층(250), 제3 기판(210) 및 제4 기판(220)의 내측면에 각각 형성되어 서로 마주보는 하부 전극(232)과 상부 전극(231) 등을 포함한다.
스위칭 액정셀(200)의 각 서브 화소에는 음의 유전율 이방성을 갖는 제2 액 정층(250)의 액정들을 수직 배향하기 위한 복수의 돌기(Rib)(241, 242)가 형성된다. 전계가 인가되기 전, 제2 액정층(250)을 이루는 액정의 장축 방향은 제3 기판(210) 및 제4 기판(220)과 수직한 방향으로 초기 배향되어 있으며, 상, 하부의 하부 전극(232)과 상부 전극(231)을 통해 제2 액정층(250)에 수직 전계가 인가된다.
액정의 수직 배향을 위한 돌기(241, 242)는 슬릿(Slit)으로 대체될 수도 있다.
제3 기판(210)이나 제4 기판(220) 상에 형성되는 복수의 돌기(241, 242)(또는 슬릿)는 상부 전극(231) 및 하부 전극(232)으로 인해 생성되는 전계를 왜곡시켜 여러 방향(예를 들어, 2개 또는 4개의 방향)으로 액정을 배향시킴으로써 시야각을 향상시킨다. 제3 및 제4 기판(210, 220)에서 돌기(241, 242)가 배치되는 방향을 서로 달리 하면, 액정이 배향되는 방향 또한 달라지게 되므로, 다중 도메인을 형성하여 광시야각을 구현할 수 있다.
또한, 협시야각 모드일 때 시야각이 차단되어야 하므로, 상하, 좌우로 인접하는 서브 화소들이 서로 다른 방향으로 배열된 돌기(241, 242)들을 갖도록 구성하여 구동 전압의 인가 시 측면 방향에서 체스 패턴이 표시되도록 한다. 즉, 서로 인접하는 복수의 서브 화소들을 기준으로 할 때, 하나의 서브 화소에 형성되는 돌기(241, 242)들은 다른 서브 화소에 형성된 돌기(241, 242)들과 서로 다른 방향을 갖도록 배열된다.
서브 화소마다 다른 방향으로 돌기(241, 242)들을 배열하게 되면, 서브 화소 들에 동일한 전계가 인가되는 경우에도 서브 화소마다 액정이 배향되는 방향이 달라져 서로 다른 그레이 레벨(Gray level)이 표시되므로, 측면 방향에서 화상 데이터가 왜곡되어 시야각이 차단된다.
즉, 시야각을 가변하기 위하여, 스위칭 액정셀(200)의 전 영역에 걸쳐 상하, 좌우로 인접하는 서브 화소들의 돌기(241, 242)(또는 슬릿)들이 서로 수직하는 방향으로 배열된다.
또한, 스위칭 액정셀(200)은 노멀리 화이트 모드(NW: Normally White) 모드로 동작하여 구동 전압이 인가되지 않는 경우, 화이트 상태를 표시한다.
스위칭 액정셀(200)은 수직 배향(VA: Vertical Alignment) 구조를 가지므로, 스위칭 액정셀(200)에 구동 전압이 인가되는 경우, 정면 방향에서는 화이트 상태를 표시하여 디스플레이 액정셀(100)의 이미지에 영향을 주지 않고, 측면 방향에서는 돌기(241, 242)(또는 슬릿)의 배열에 의해 체스 패턴을 표시하여 시야각을 차단하게 된다.
또한, 상하, 좌우로 인접하는 서브 화소들의 돌기(241, 242)들이 서로 수직하는 방향으로 배열되면, 해당 서브 화소들에 형성된 돌기(241, 242)들이 상하, 좌우에서 대칭을 이루는 체스 패턴을 표시하게 되므로, 화면이 90˚ 회전하는 경우에도 측면 방향의 시야각을 차단할 수 있다.
돌기(241, 242)들의 배열 구조에 대해서는 도 4 및 도 5에서 보다 상세히 설명한다.
스위칭 액정셀(200)의 상, 하부에는 제1 편광판(310)과 제2 편광판(320)이 각각 배치되고, 디스플레이 액정셀(100)의 상, 하부에는 제2 편광판(320)과 제3 편광판(330)이 각각 배치된다.
여기서, 제1 편광판(310), 제2 편광판(320), 제3 편광판(330)의 광 투과축을 서로 평행하도록 배치함으로써, 디스플레이 액정셀(100)과 스위칭 액정셀(200)에 노멀리 화이트(NW: Normally White) 모드를 구현한다.
이와 같이, 디스플레이 액정셀(100) 상부에 수직 배향 구조의 스위칭 액정셀(200)을 구성하고, 시야각 제어에 필요한 스위칭 액정셀(200)의 전면에 서로 다른 배열을 갖는 돌기(241, 242)들을 구성함으로써, 상하, 좌우의 시야각을 제어할 수 있다.
도 4는 도 3에 나타난 스위칭 액정셀의 구조를 설명하기 위한 도면이고, 도 5는 도 3에 나타난 스위칭 액정셀의 배향을 제어하는 슬릿/돌기의 구성을 설명하기 위한 도면이다.
스위칭 액정셀(200)은 협시야각 모드에서 측면 방향의 시야각을 차단하기 위하여 측면 방향에서 서브 화소 단위로 교번되는 체스 패턴을 표시한다. 체스 패턴은 서로 다른 두 그레이 레벨(예를 들면, 블랙 레벨과 화이트 레벨)이 행/열 단위로 교번하여 표시되는 패턴이다.
스위칭 액정셀(200)의 서브 화소들 간 접속 구조나 돌기(241, 242)들의 배열 구조를 변경함으로써, 이러한 체스 패턴을 구현할 수 있다. 체스 패턴은 상하, 좌우로 대칭성을 가지므로, 화면이 회전하여 상하, 좌우가 바뀌어도 시야각을 조절할 수 있다.
도 4를 참조하면, 스위칭 액정셀(200)은 행(row)을 이루는 수평 방향의 서브 화소들과 열(column)을 이루는 수직 방향의 서브 화소들을 행렬 단위로 제어하는 패시브 매트릭스 타입(Passive matrix type)으로 구성된다.
패시브 매트릭스 타입의 경우, 각 서브 화소마다 스위칭 소자가 구성되는 액티브 매트릭스 타입(Active matrix type)에 비하여 구조가 단순화되고, 전력이 절감되는 등의 장점이 있다.
서브 화소들로 이루어진 행렬에서, 각 행과 열에는 하이 전압(예를 들면, 5V)과 로우 전압(예를 들면, 0V)이 교번적으로 인가된다.
이를 위하여, 홀수번째 행을 이루는 서브 화소들의 상부 전극(231)이 서로 전기적으로 접촉되고, 홀수번째 행과 분리되어 짝수번째 행을 이루는 서브 화소들의 상부 전극(231)이 서로 전기적으로 접촉된다.
마찬가지로, 홀수번째 열을 이루는 서브 화소들의 하부 전극(232)이 서로 전기적으로 접촉되고, 짝수번째 열을 이루는 서브 화소들의 하부 전극(232)이 서로 전기적으로 접촉된다.
P1, P2, P3, P4의 서브 화소들을 예로 들어 설명하면 다음과 같다.
먼저, m, n이 자연수이고, P1, P2가 m번째, P3, P4가 m+1번째 행을 이루며, P1, P3이 n번째, P2, P4가 n+1번째 열을 이룬다고 가정한다.
또한, 스위칭 액정셀(200)이 하부 전극(232)과 상부 전극(231) 간 전위 차가 없을 때(0V) 화이트 상태를 표시하고, 전위 차가 기준값(예를 들면, 5V) 이상일 때 블랙 상태를 표시한다고 가정한다.
이러한 구조에서, m번째 행에 로우 전압(0V)이, m+1번째 행에 하이 전압(5V)가 인가되고, n번째 열에 하이 전압(5V)가, n+1번째 열에 로우 저압(0V)가 인가되면, 도 4에서와 같이, 대각선 방향의 P1, P4가 블랙 상태를, 역대각선 방향의 P2, P3가 화이트 상태를 각각 표시하게 되어 체스 패턴이 나타난다.
이와 같이, 패시브 매트릭스 타입의 스위칭 액정셀(200)에서 행과 열에 교번하여 인가되는 하이 전압과 로우 전압에 의하여 체스 패턴이 표시될 수 있다.
또한, 상하, 좌우로 인접하는 서브 화소들(예를 들면, P1, P2, P3, P4)은 도 5에 도시된 것처럼, 서로 수직하는 방향으로 배열된 돌기(241, 242)(또는 슬릿)를 갖는다.
인접한 서브 화소들(예를 들면, P1, P2, P3, P4)이 서로 수직한 방향으로 배열된 돌기(241, 242)를 가지므로, 행/열 단위로 서로 접속된 패시브 매트릭스 타입임에도, 서브 화소마다 액정의 배향이 달라져 블랙/화이트가 교번되는 체스 패턴을 구현할 수 있다.
도 5를 참조하면, 돌기(241, 242)들이 배열되는 방향에 따라 서브 화소들(예를 들면, P1, P2, P3, P4) 각각의 영역이 구획된다. 돌기(241, 242)(또는 슬릿)은 도 3에 도시된 것처럼, 스위칭 액정셀(200)의 제3 기판(210)과 제4 기판(220)에 서로 엇갈리도록 형성되며, 각 서브 화소들 간에 서로 다른 방향으로 형성된다.
예컨대, P1, P4에서는 돌기(241, 242)가 수평 방향으로 형성되고, P2, P3에서는 돌기(241, 242)가 수직 방향으로 형성된다.
이러한 대칭적인 구조를 통해 상하 방향과 좌우 방향에 관계 없이 측면 방향 의 시야각을 차단하는 협시야각 모드가 용이하게 구현된다.
도 6은 도 3에 나타난 스위칭 액정셀의 온/오프 상태를 설명하기 위한 도면이고, 도 7은 도 3에 나타난 액정 표시 장치의 시야각에 따른 휘도 특성을 나타낸 그래프이다.
스위칭 액정셀(200의) 상, 하부에 배치되는 제1 편광판(310)과 제2 편광판(320)의 광 투과축을 서로 평행하도록 구성함으로써, 노멀리 화이트 모드가 적용될 수 있다.
도 6에 도시된 것처럼, 액정이 수직으로 배향되고, 제1 편광판(310)과 제2 편광판(320)의 광 투과축이 서로 평행하도록 배치되면, 스위칭 액정셀(200)은 전계가 인가되지 않을 때 백라이트 유닛(도시되지 않음)으로부터 나온 빛을 투과시켜 화이트 상태를 표시하는 노멀리 화이트 모드로 동작한다.
이러한 경우, 스위칭 액정셀(200)의 각 서브 화소는 하부 전극(232) 및 상부 전극(231) 간의 전위 차가 없으면 화이트 상태를 표시하며, 하부 전극(232) 및 상부 전극(231) 간의 전위 차가 일정한 기준값(예를 들면, 5V) 이상이면 정면 방향에서 화이트 상태를 유지하고, 측면 방향에서 체스 패턴을 표시하게 된다.
도 6의 (a)를 참조하면, 노멀리 화이트 모드인 경우, 전계가 생성되기 이전의 오프 상태(Off-state)에서, 제2 액정층(250)을 이루는 액정의 장축 방향은 제3 기판(210) 및 제4 기판(220)과 수직한 방향으로 배향되어 있어 하부로부터 공급되는 빛을 통과시킨다.
그리고, 전계가 인가되어 (b)와 같이 온-상태(On-state)로 전환되면, 제3 기 판(210) 및 제4 기판(220)에 수직으로 배향되어 있던 제2 액정층(250)의 액정이 하부 전극(232)과 상부 전극(231) 간의 전계에 의해 수평으로 기울어지면서 하부로부터 공급된 빛을 차단하게 된다.
도 7의 g1과 g2는 액정 표시 장치가 광시야각 모드와 협시야각 모드일 경우 시야각(Viewing-angle)과 휘도(Luminance)의 관계를 각각 도시하고 있다.
스위칭 액정셀(200)이 오프 상태(Off-state)인 광시야각 모드에서는, g1과 같이, 인가되는 전압에 따른 화이트와 블랙 상태가 시야각 방향에 따라 거의 변하지 않아서 그레이 인버젼(gray inversion)이 나타나지 않게 된다.
스위칭 액정셀(200)이 온 상태(On-state)가 되어 체스 패턴을 표시하는 g2의 경우, 측면에서의 시야각 특성이 나빠져 액정 표시 장치가 전체적으로 협시야각 모드가 된다.
이와 같이, 하나의 액정 표시 장치를 통해 협시야각과 광시야각 모드의 전환이 가능하므로, 필요에 따라 융통성 있는 시야각 특성을 보일 수 있다.
도 8은 도 3의 효과를 설명하기 위한 도면이다.
스위칭 액정셀(200) 측면 방향에서 체스 패턴을 표시하도록 구성되면, 화면이 (a)에서 (b) 상태로 회전하여 상하, 좌우가 바뀌어도 체스 패턴에 의해 좌우 방향에서 시야각을 조절할 수 있으므로, 협시야각 모드에서 좌우 양측의 시야각을 차단할 수 있다.
여기서, 화면이 (a)에서 (b) 상태로 90˚ 회전하면, 화이트 상태인 서브 화소가 블랙 상태가 되고, 블랙 상태인 서브 화소가 화이트 상태가 되어 반전된 체스 패턴이 표시된다.
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 발명에 따른 액정 표시 장치는 수직 배향 구조의 스위칭 액정셀과 체스 패턴을 이용함으로써, 화면이 원래 위치에서 회전하여 상하, 좌우가 바뀌는 경우에도 시야각을 제어하여 광/협시야각 모드를 스위칭할 수 있다.

Claims (9)

  1. 서로 마주보도록 합착된 제1 및 제2 기판, 상기 제1 및 제2 기판의 사이에 형성되며 액정이 기판에 수평하게 배향된 제1 액정층, 상기 제1 기판의 내측면에 형성된 박막 트랜지스터, 상기 제1 액정층에 수평 전계를 인가하기 위해 상기 제1 기판의 내측면에 교차 배열된 화소 전극 및 공통 전극으로 이루어져 화상을 표시하는 디스플레이 액정셀; 및
    상기 디스플레이 액정셀의 상부에 배치되며, 서로 마주보도록 합착된 제3 및 제4 기판, 상기 제3 및 제4 기판의 사이에 형성되며 액정의 초기 배향이 기판에 수직하게 배열되는 제2 액정층, 상기 제2 액정층에 수직 전계를 인가하기 위해 상기 제3 및 제4 기판의 내측면에 각각 형성된 하부 전극 및 상부 전극으로 이루어져 시야각을 가변하는 스위칭 액정셀
    을 포함하는 액정 표시 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 스위칭 액정셀은,
    복수의 서브 화소들로 이루어지고, 상기 서브 화소들 각각은 액정의 수직 배향을 위해 슬릿 또는 돌기를 구비하는 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 스위칭 액정셀은,
    구동 전압의 인가 시 상기 슬릿 또는 돌기의 배열에 의해 측면 방향에서 화이트 상태 및 블랙 상태가 서브 화소 단위로 교번되는 체스 패턴을 표시하는 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 스위칭 액정셀은,
    상하, 좌우로 인접하는 서브 화소들이 서로 수직하는 방향으로 배열된 돌기를 갖도록 구성되는 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
  5. 제2항에 있어서,
    상기 스위칭 액정셀은,
    상하, 좌우로 인접하는 서브 화소들이 서로 수직하는 방향으로 배열된 슬릿을 갖도록 구성되는 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
  6. 제2항에 있어서,
    상기 스위칭 액정셀은,
    행을 이루는 수평 방향의 서브 화소들과 열을 이루는 수직 방향의 서브 화소들이 행렬 단위로 제어되는 패시브 매트릭스 타입이며, 행과 열에 교번하여 인가되는 하이 전압과 로우 전압에 의하여 측면 방향에서 체스 패턴을 표시하는 것을 특 징으로 하는 액정 표시 장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 스위칭 액정셀의 상, 하부에 광 투과축이 서로 평행하도록 배치된 제1 및 제2 편광판을 더 포함하는 액정 표시 장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 스위칭 액정셀은,
    상기 하부 전극 및 상부 전극 간의 전위 차가 없는 경우 화이트 상태를 표시하는 노멀리 화이트 모드로 동작하는 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 스위칭 액정셀은,
    상기 하부 전극 및 상부 전극 간의 전위 차가 기준값 이상인 경우, 정면 방향에서는 화이트 상태를 표시하고, 측면 방향에서는 체스 패턴을 표시하는 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
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