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KR101383785B1 - 수평 스위칭 모드 액정 표시 장치 - Google Patents

수평 스위칭 모드 액정 표시 장치 Download PDF

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KR101383785B1
KR101383785B1 KR1020110077050A KR20110077050A KR101383785B1 KR 101383785 B1 KR101383785 B1 KR 101383785B1 KR 1020110077050 A KR1020110077050 A KR 1020110077050A KR 20110077050 A KR20110077050 A KR 20110077050A KR 101383785 B1 KR101383785 B1 KR 101383785B1
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South Korea
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pixel electrode
pixel
liquid crystal
electrode
voltage
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윤태훈
송동한
김기한
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부산대학교 산학협력단
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Abstract

본 발명은 액정 분자들을 기판에 평행한 평면상에서 회전시키는 수평 스위칭 모드의 액정 표시 장치에서 액정층에 인가되는 수평 전계 전압의 크기를 세 개 또는 그 이상의 전압 레벨로 인가하여 투과율을 높일 수 있도록 한 수평 스위칭 모드 액정 표시 장치에 관한 것으로, 하부 기판;상기 하부 기판상의 단위 화소 영역에 분리 형성되는 화소 전극들;을 포함하고,상기 화소 전극들 중에서 공통 전극으로 사용되는 어느 하나의 전극을 중심으로 양측에 위치하는 다른 화소 전극들을 서로 다른 레벨의 전압으로 구동하여 각각의 전극들 사이에 형성되는 인플레인 전계가 중첩되도록 하는 것이다.

Description

수평 스위칭 모드 액정 표시 장치{Horizontal switching mode liquid crystal display device}
본 발명은 액정 표시 장치에 관한 것으로, 구체적으로 액정 분자들을 기판에 평행한 평면상에서 회전시키는 수평 스위칭 모드의 액정 표시 장치에서 액정층에 인가되는 수평 전계 전압의 크기를 세 개 또는 그 이상의 전압 레벨로 인가하여 투과율을 높일 수 있도록 한 수평 스위칭 모드 액정 표시 장치에 관한 것이다.
액정 표시 장치는 두 기판 사이에 주입되어 있는 이방성 유전율을 갖는 액정 물질에 전계를 인가하고, 이 전계의 세기를 조절하여 기판에 투과되는 광의 양을 제어함으로써 원하는 화상을 표시하는 장치이다.
액정 표시 장치는 액정의 높은 투과율과 빠른 응답 시간 등을 요구한다. 액정 표시 장치의 특성상 백라이트에서 나온 빛이 액정표시장치를 통과할 때 약 20~30% 내외만이 투과할 뿐이다.
따라서, 에너지 효율 측면에서 높은 투과율을 얻는 것이 중요한 요소가 될 것이다. 액정표시장치 중 종래 기술의 IPS(In-Plane Switching) 모드의 전극 구조를 이용한 경우 투과율이 28% 정도이며, 이를 개선한 FFS(Fringe Field Switching) 모드의 전극 구조를 이용한 경우는 약 29% 정도의 투과율을 보인다. 이는 TN(Twisted Nematic)모드가 34% 정도의 투과율을 보이는 것에 비하여 낮은 투과율 특성을 나타낸다.
최근, 수평 스위칭을 이용하는 IPS 모드와 FFS 모드가 넓은 시야각의 장점을 바탕으로 널리 사용되고 있지만, 낮은 투과율은 수평 스위칭을 이용하는 액정표시장치들이 반드시 해결해야 할 문제점으로 지적되고 있다.
지금까지 이러한 낮은 투과율을 개선하기 위해 여러 가지 연구가 진행되었지만 수평 스위칭을 이용하는 액정표시장치의 투과율은 30%에 미치지 못하고 있다.
액정 표시 장치의 등장 이후 노트북이나 모니터 등의 디스플레이에 가장 많이 이용된 액정 모드는 TN 모드이다. TN 모드는 34% 내외의 높은 투과율을 가질 뿐만 아니라 공정 측면에서도 장점을 가지고 있다.
하지만, 액정 모드의 특성상 액정표시장치의 좌우 또는 상하에서 좁은 시야각을 가지는 단점이 있다. 이에 대응하기 위해 개발된 액정모드가 수평 스위칭을 이용하는 IPS나 FFS 모드이다.
IPS나 FFS 모드는 액정 분자들을 기판에 평행한 평면상에서 회전시키기 때문에 TN 모드에 비해 시야각이 우수한 특성을 보인다. 그러나 이 두 모드는 전극 구조상 액정이 회전하지 못하는 부분이 존재하기 때문에 TN 모드에 비해 낮은 투과율 특성을 보이게 된다.
FFS 모드가 IPS의 낮은 투과율과 높은 구동전압의 단점을 해결하기 위해 등장하였지만, 여전히 투과율이 30%를 넘어서지 못하고 있다.
본 발명은 이와 같은 종래 기술의 수평 스위칭을 이용하는 IPS나 FFS 모드의 액정 표시 장치의 문제를 해결하기 위한 것으로, 액정 분자들을 기판에 평행한 평면상에서 회전시키는 수평 스위칭 모드의 액정 표시 장치에서 액정층에 인가되는 수평 전계 전압의 크기를 세 개 또는 그 이상의 전압 레벨로 인가하여 투과율을 높일 수 있도록 한 수평 스위칭 모드 액정 표시 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명은 액정 표시 장치에 형성되는 수평 전계의 범위가 넓어지도록 하여 IPS 모드나 FFS 모드에 비해 높은 투과율을 확보하기 위한 것으로, IPS 모드의 전극구조를 가지며 두 개의 전압 레벨이 아닌 세 개 또는 그 이상의 전압 레벨을 이용하는 구동 방식을 갖는 수평 스위칭 모드 액정 표시 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명은 세 개의 전압 레벨을 이용하는 경우 Vc의 전압을 인가한 전극 C를 기준으로 양쪽의 전극 1에는 Vc + V1, 전극 2에는 Vc - V2의 전압을 각각 인가함으로써 세 개의 전압 레벨을 형성하여 전극 C와 전극 1 간 및 전극 C와 전극 2 간의 인플레인 전계 뿐만 아니라 전극 1과 전극 2 사이에도 인플레인 전계를 형성하여 액정이 회전하지 못하여 투과율 감소를 일으켰던 부분까지 액정을 회전시켜 높은 투과율을 갖도록 한 수평 스위칭 모드 액정 표시 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명의 목적들은 이상에서 언급한 목적들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 수평 스위칭 모드 액정 표시 장치는 수평 스위칭 모드 액정 표시 장치에 있어서, 하부 기판;상기 하부 기판상의 단위 화소 영역에 분리 형성되는 화소 전극들;을 포함하고,상기 화소 전극들 중에서 공통 전극으로 사용되는 어느 하나의 전극을 중심으로 양측에 위치하는 다른 화소 전극들을 서로 다른 레벨의 전압으로 구동하여 각각의 전극들 사이에 형성되는 인플레인 전계가 중첩되도록 하는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 공통 전극으로 사용되는 어느 하나의 전극을 중심으로 양측에 위치하는 다른 화소 전극들이 각각 N개(N=2,3,...,K-1,K이고, 여기서, K는 자연수)인 경우에, 공통 전극으로 사용되는 어느 하나의 전극 및 공통 전극의 양측의 최외곽에 각각 위치하는 N번째 화소 전극들을 제외한 다른 화소 전극들은 플로팅(floating)시키거나, 공통 전극과 N번째 화소 전극에 인가되는 전압 이외의 임의의 전압을 인가하는 것에 의해, 공통 전극 및 양측의 N번째 화소 전극에 인가되는 전압 레벨 사이에서 자동으로 전압이 플로팅된 화소 전극들에 인가되도록 하여 구동하거나, 공통 전극과 N번째 화소 전극 사이에 인가한 전압에 의해 인플레인 전계를 형성하여 구동하는 것을 특징으로 한다.
그리고 상기 각각의 전극들 사이에 형성되는 인플레인 전계는 단위 화소 영역의 전체 영역에서 중첩되는 것을 특징으로 한다.
그리고 상기 하부 기판상의 단위 화소 영역에 분리 형성되는 화소 전극들은 동일한 층(Layer)에 형성되는 것을 특징으로 한다.
그리고 상기 하부 기판상의 단위 화소 영역에 분리 형성되는 화소 전극들은 절연막을 사이에 두고 서로 다른 층(Layer)에 형성되는 것을 특징으로 한다.
그리고 액정 분자의 배열을 위하여 상기 단위 화소 영역에 분리 형성되는 화소 전극들이 형성된 하부 기판상에 형성되는 배향막을 더 포함하는 것을 특징으로 하다.
그리고 상기 배향막은, 액정 분자의 배열이 기판에 대하여 수평 방향을 갖도록 하는 수평 배향막이거나, 액정 분자의 배열이 기판에 대하여 수직 방향을 갖도록 하는 수직 배향막이거나, 액정 분자의 배열을 위하여 0°이상 90°이하의 러빙 방향을 갖는 것을 특징으로 한다.
그리고 상기 중첩되도록 형성되는 인플레인 전계에 의해 구동하는 액정은, 양의 유전율 이방성을 갖는 것이거나, 음의 유전율 이방성을 갖는 것을 특징으로 한다.
그리고 상기 하부 기판상의 단위 화소 영역에 분리 형성되는 화소 전극들의 전극 폭이 1 ㎛ ~ 10 ㎛이고, 전극들 사이의 간격은 1 ㎛ ~ 30 ㎛인 것을 특징으로 한다.
그리고 상기 하부 기판상의 단위 화소 영역에 분리 형성되는 화소 전극들은, 단위 화소 영역에서 액정 분자의 배향이 나누어지도록 하는 멀티도메인 구조를 갖도록 슬릿 형태로 서로 엇갈리게 패터닝되는 것을 특징으로 한다.
다른 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 수평 스위칭 모드 액정 표시 장치는 수평 스위칭 모드 액정 표시 장치에 있어서, 하부 기판;상기 하부 기판상의 단위 화소 영역에 분리 형성되는 화소 전극들;을 포함하고, 공통 전극으로 사용되는 화소 전극 C에 전압(Vc)가 인가되고, 화소 전극 C의 일측에 위치하는 화소 전극 1에 전압 (Vc+V1)이 인가되고, 화소 전극 C의 타측에 위치하는 화소 전극 2에 전압 (Vc-V2)이 인가되도록 하여 각각의 전극들 사이에 형성되는 인플레인 전계가 중첩되도록 하는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 화소 전극 C의 전압 레벨을 플로팅시키고, 화소 전극 1, 화소 전극 2의 어느 하나를 공통 전극으로 사용하는 것을 특징으로 한다.
그리고 상기 전압 (Vc)가 인가된 화소 전극 C와 전압 (Vc+V1)이 인가된 화소 전극 1 사이 및 전압 (Vc)가 인가된 화소 전극 C와 전압 (Vc-V2)이 인가된 화소 전극 2 사이에 각각 제 1 인플레인 전계가 형성되고, 전압 (Vc+V1)이 인가된 화소 전극 1과 전압 (Vc-V2)이 인가된 화소 전극 2 사이에 제 2 인플레인 전계가 형성되어,상기 제 1, 2 인플레인 전계가 단위 화소 영역의 전체 영역에서 중첩되는 것을 특징으로 한다.
또 다른 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 수평 스위칭 모드 액정 표시 장치는 수평 스위칭 모드 액정 표시 장치에 있어서, 하부 기판;상기 하부 기판상의 단위 화소 영역에 분리 형성되는 화소 전극들;을 포함하고, 공통 전극으로 사용되는 화소 전극에 전압 (Vc)가 인가되고, 공통 전극의 일측에 위치하는 화소 전극 1에 전압 (Vc-V2)이 인가되고, 화소 전극 3에 전압 (Vc-V4)이 인가되고, 공통 전극의 타측에 위치하는 화소 전극 2에 전압 (Vc+V1)이 인가되고, 화소 전극 4에 전압 (Vc+V3)이 인가되도록 하여 각각의 전극들 사이에 형성되는 인플레인 전계가 중첩되는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 화소 전극 3과 화소 전극 1, 화소 전극 1과 공통 전극으로 사용되는 화소 전극 C, 화소 전극 C와 화소 전극 2, 화소 전극 2와 화소 전극 4 사이에 제 1 인플레인 전계가 형성되고, 상기 화소 전극 3과 화소 전극 C, 화소 전극 1과 화소 전극 2, 화소 전극 C와 화소 전극 4 사이에 제 2 인플레인 전계가 형성되고, 상기 화소 전극 3과 화소 전극 4 사이에 제 3 인플레인 전계가 형성되어 화소 영역의 전체 영역에서 제 1, 2, 3 인플레인 전계가 중첩되도록 형성되는 것을 특징으로 한다.
또 다른 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 수평 스위칭 모드 액정 표시 장치는 수평 스위칭 모드 액정 표시 장치에 있어서, 하부 기판;상기 하부 기판상의 단위 화소 영역의 어느 하나의 층(Layer)에 공통 전극으로 사용되는 화소 전극 C와 화소 전극 C의 양측 외곽에 형성되는 다른 화소 전극 3 및 화소 전극 4;상기 어느 하나의 층(Layer)과 절연막을 사이에 두는 다른 층(Layer)에 형성되는 다른 화소 전극 1 및 화소 전극 2;를 포함하고, 화소 전극 C에 전압 (Vc)가 인가되고, 화소 전극 1에 전압 (Vc-V2)이 인가되고, 화소 전극 3에 전압 (Vc-V4)이 인가되고 화소 전극2 에 전압 (Vc+V1)이 인가되고, 화소 전극 4에 전압 (Vc+V3)이 인가되도록 하여 각각의 전극들 사이에 형성되는 인플레인 전계가 중첩되는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 화소 전극 3과 화소 전극 1, 화소 전극 1과 화소 전극 C, 화소 전극 C와 화소 전극 2, 화소 전극 2와 화소 전극 4 사이에 제 1 인플레인 전계가 형성되고,상기 화소 전극1과 화소 전극2 사이에 제 2 인플레인 전계가 형성되고,상기 화소 전극 3과 화소 전극 C, 화소 전극 C와 화소 전극 4 사이에 제 3 인플레인 전계가 형성되고,상기 화소 전극 3과 화소 전극 4 사이에 제 4 인플레인 전계가 형성되어 화소 영역의 전체 영역에서 제 1, 2, 3, 4 인플레인 전계가 중첩되는 것을 특징으로 한다.
이와 같은 본 발명에 따른 수평 스위칭 모드 액정 표시 장치는 다음과 같은 효과를 갖는다.
첫째, 액정층에 인가되는 수평 전계 전압의 크기를 세 개 또는 그 이상의 전압 레벨로 인가하여 투과율을 높일 수 있다.
둘째, 각 화소 영역을 여러 개로 임의로 구분하는 경우에 구분된 각각의 영역에서 인플레인 전계가 중첩되도록 하여 수평 전계의 범위를 넓힐 수 있다.
셋째, 세기가 다른 각각의 인플레인 전계가 화소 영역의 임의의 영역에서 중첩되도록 하여 전계 인가시에도 회전하지 않는 영역을 없애 투과율을 높일 수 있다.
넷째, 멀티 도메인 형성을 통해 액정 표시 장치의 넓은 시야각을 확보할 수 있다.
다섯째, 수평 전계의 범위를 넓히고 투과율 및 시야각 특성을 향상시켜 저전압 구동을 가능하게 한다.
도 1은 본 발명에 따른 액정표시장치의 전극 구조를 나타낸 구성도
도 2는 본 발명에 따른 액정표시장치의 전계 형성을 나타낸 구성도
도 3a와 도 3b는 본 발명에 따른 액정표시장치의 전계 형성에 따른 액정 디렉터의 분포와 투과율을 비교한 그래프
도 4a와 도 4b는 본 발명에 따른 액정표시장치의 멀티도메인 형성을 위한 전극 구조를 나타낸 구성도
도 5a와 도 5b는 본 발명에 따른 전극 구조를 응용한 VA-IPS 모드 액정표시장치의 투과율을 비교한 그래프
도 6은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 액정표시장치의 전극 구조를 나타낸 구성도
도 7은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 액정표시장치의 전계 형성을 나타낸 구성도
도 8은 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 액정표시장치의 전극 구조를 나타낸 구성도
도 9는 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 액정표시장치의 전계 형성을 나타낸 구성도
도 10은 본 발명에 따른 액정표시장치의 인가전압에 따른 투과율 곡선을 나타낸 그래프
이하, 본 발명에 따른 수평 스위칭 모드 액정 표시 장치의 바람직한 실시 예에 관하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
본 발명에 따른 수평 스위칭 모드 액정 표시 장치의 특징 및 이점들은 이하에서의 각 실시 예에 대한 상세한 설명을 통해 명백해질 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 액정표시장치의 전극 구조를 나타낸 구성도이고, 도 2는 본 발명에 따른 액정표시장치의 전계 형성을 나타낸 구성도이다.
그리고 도 3a와 도 3b는 본 발명에 따른 액정표시장치의 전계 형성에 따른 액정 디렉터의 분포와 투과율을 나타낸 그래프이다.
본 발명은 액정 표시 장치에 형성되는 수평 전계의 범위가 넓어지도록 하여 IPS 모드나 FFS 모드에 비해 높은 투과율을 확보하기 위한 것으로, IPS 모드의 전극구조를 가지며 두 개의 전압 레벨이 아닌 세 개 또는 그 이상의 전압 레벨을 이용하는 구동 방식을 갖는 것이다.
본 발명에 따른 액정 표시 장치는 하부 기판상에 형성되는 화소 전극과, 상기 화소 전극이 형성된 하부 기판상에 형성되는 배향막과, 하부 기판과 상부 기판 사이에 위치하여 상기 배향막에 의해 배향되는 액정층을 포함한다.
여기서, 화소 전극은 세 개 이상의 전압 레벨을 형성할 수 있도록 한 것으로, 공통 전극(화소 전극 C)을 중심으로 공통 전극의 양측으로 위치하는 다수 개의 전극들에 서로 다른 전압을 인가하는 것이다.
그리고 공통 전극을 중심으로 공통 전극의 양측에 위치하는 다수 개의 전극들중에 양측의 가장 외곽에 위치하는 전극들을 제외한 다른 전극들은 전압 레벨이 플로팅될 수 있다.
그리고 공통 전극(화소 전극 C)을 중심으로 공통 전극의 양측으로 위치하는 다수 개의 전극들은 전극 폭이 1 ㎛ ~ 10 ㎛ 이고, 전극 사이의 간격은 1 ㎛ ~ 30 ㎛로 형성되고, 각 화소 영역이 복수 개의 도메인을 갖도록 전극들이 배치된다.
그리고 액정층은 양의 유전율 이방성을 갖는 것이거나, 음의 유전율 이방성을 갖는 것이다.
그리고 배향막은 액정 분자의 배열이 상, 하부 기판에 대하여 수평 방향을 갖도록 하는 수평 배향막이거나, 액정 분자의 배열이 상, 하부 기판에 대하여 수직 방향을 갖도록 하는 수직 배향막이거나, 액정 분자의 배열을 위하여 0°이상 90°이하의 러빙 방향을 갖는 것이다.
본 발명은 투과율의 개선, 넓은 시야각 확보, 저전력 구동을 위하여 세 개 또는 그 이상의 전압 레벨을 이용하여 액정 표시 장치를 구동하여 액정표시장치에 형성되는 수평 전계의 범위가 넓어지도록 한 것이다.
이와 같은 본 발명에 따른 액정 표시 장치는 IPS 모드나 FFS 모드의 액정 표시 장치에서 화소 전극 중앙부근과 화소 전극 사이에서 액정이 회전하지 못해 발생하는 낮은 투과율을 개선할 수 있도록 한 것이다.
도 1은 본 발명의 제 1 실시 예에 따른 수평 스위칭 모드 액정 표시 장치의 전극 구조를 나타낸 것으로, 투명 유리기판 또는 플라스틱 기판을 사용한 하부 기판 위에 세 개 또는 그 이상의 전압 레벨을 인가할 수 있는 화소 전극을 가지는 구조로 형성된다.
즉, 하부 기판(100)상에 화소 전극들이 분리 형성되고, 분리 형성된 화소 전극들 중에 공통 전극으로 사용되는 화소 전극 C(200)의 양측에 다른 화소 전극 1(210) 및 화소 전극 2(220)이 형성되는 구조이다.
이와 같은 본 발명의 제 1 실시 예에 따른 수평 스위칭 모드 액정 표시 장치에서 전극들의 레이아웃 구성은 도 4a와 도 4b에서와 같이 슬릿 형태로 서로 엇갈리게 패턴한다.
또한, 공통전극으로 화소 전극 C(200), 화소 전극 1(210), 화소 전극 2(220) 중에서 어느 것도 사용할 수 있음은 당연하다.
이와 같은 구조를 갖는 본 발명의 제 1 실시 예에 따른 수평 스위칭 모드 액정 표시 장치는 도 2에서와 같이, 공통 전극으로 사용되는 화소 전극 C(200)에 전압 (Vc)가 인가되고, 화소 전극 1(210)에 전압 (Vc+V1)이 인가되고, 화소 전극 2(220)에 전압 (Vc-V2)이 인가된다.
또한, 화소 전극 C(200)의 전압 레벨을 플로팅 되도록 할 수 있는데, 화소 전극 C(200)의 전압 레벨을 플로팅할 경우 화소 전극 1(210), 화소 전극 2(220)의 어느 하나를 공통 전극으로 사용할 수 있고, 각각의 전극에는 전압 (Vc+V1)와 전압 (Vc-V2)을 인가할 수 있다.
이와 같이 세 개 또는 그 이상의 전압 레벨을 이용하여 액정 표시 장치를 구동하는 것에 의해 다음과 같이 하나의 화소 영역에서 인플레인 전계가 중첩된다.
도 2에서와 같이, 전압 (Vc)가 인가된 화소 전극 C(200)과 전압 (Vc+V1)이 인가된 화소 전극 1(210) 사이 및 전압 (Vc)가 인가된 화소 전극 C(200)과 전압 (Vc-V2)이 인가된 화소 전극 2(220) 사이에 각각 제 1 인플레인 전계(In-plane field)가 형성되고, 화소 전극 C(200)를 중심으로 양측에 위치하는 전압 (Vc+V1)이 인가된 화소 전극 1(210)과 전압 (Vc-V2)이 인가된 화소 전극 2(220) 사이에 제 2 인플레인 전계가 형성된다.
이와 같이 세 개의 전압 레벨을 이용하는 경우 Vc의 전압을 인가한 화소 전극 C(200)을 기준으로 양쪽의 화소 전극 1(210)에 전압 (Vc+V1)이 인가되고, 화소 전극 2(220)에 전압 (Vc-V2)이 인가하여 세 개의 전압 레벨을 형성하여 인플레인 전계가 화소 영역에서 중첩 형성되도록 하여 일반적인 IPS 모드나 FFS 모드에서 액정이 회전하지 못하여 투과율 감소를 일으켰던 부분까지 액정을 회전시켜 높은 투과율을 제공한다.
도 3a는 기존의 IPS 모드 액정표시장치의 전계 형성에 따른 액정 디렉터의 분포와 투과율을 나타낸 것이고, 도 3b는 본 발명에 따른 액정표시장치의 전계 형성에 따른 액정 디렉터의 분포와 투과율을 나타낸 것이다.
기존의 IPS 모드를 사용하는 액정표시장치는 두 개의 전압 레벨을 이용할 수 있는 전극 구조를 갖고 있으며, 공통전극으로 사용하는 전극 C에 Vc의 전압을 인가하고 전극 1과 전극 2에는 같은 전압 (Vc + V 또는 Vc - V)을 인가하여 전극들 사이에 인플레인 전계를 형성하게 된다.
도 3a에서와 같이 액정분자들이 전극 사이에서는 모두 회전하지만, 전극 중심부에서는 액정분자들이 회전하지 못하여 투과율이 감소하게 된다.
이에 비하여 본 발명에 따른 액정표시장치의 기본 전극구조를 바탕으로 액정표시장치의 전계 형성에 따른 액정 디렉터의 분포와 그에 따른 투과율 특성을 나타낸 도 3b에서 보면 다음과 같은 투과율 향상 특성을 나타낸다.
여기서, 구동전압 V1 = V2 = V를 가정한 것으로, 기존의 IPS 모드를 사용하는 액정표시장치와 달리 화소 전극 1과 화소 전극 2 사이에도 인플레인 전계가 형성되기 때문에 화소 전극 C(공통전극)의 중심부에서의 액정분자들이 대부분 회전하는 것을 알 수 있다. 이에 의해, 액정표시장치의 투과율이 상승하는 것을 나타내고 있다.
도 4a와 도 4b는 본 발명에 따른 액정표시장치의 멀티도메인 형성을 위한 전극 구조를 나타낸 구성도이다.
본 발명에 따른 수평 스위칭 모드 액정 표시 장치에서 전극들은 슬릿 형태로 서로 엇갈리게 패터닝한다.
여기서, 공통 전극(화소 전극 C)(400)을 중심으로 공통 전극의 양측으로 위치하는 다수 개의 화소 전극들(410)(420)은 전극 폭이 1 ㎛ ~ 10 ㎛ 이고, 전극 사이의 간격은 1 ㎛ ~ 30 ㎛로 형성되고, 각 화소 영역이 복수 개의 도메인을 갖도록 전극들이 배치되는 것이 바람직하다.
이와 같은 전극 패턴은 도 4a와 도 4b에서의 구조로 한정되는 것이 아니고, 다른 구조 및 형태로 패터닝할 수 있음은 당연하다.
이와 같은 전극들을 슬릿 형태로 서로 엇갈리게 패터닝하여 멀티도메인을 형성하는 것에 의해 액정표시장치의 넓은 시야각을 확보할 수 있다.
도 5a는 기존의 IPS 전극 구조를 응용한 VA-IPS 모드 액정표시장치의 투과율을 나타낸 것이다
기존의 VA-IPS(Vertical Alignment-In Plane Switching)모드는 기본적으로 액정분자들을 수직으로 배열시키기 위한 수직 배향제를 사용하게 된다. 이 모드는 초기에 어두운 상태를 가진다. 공통전극으로 사용하는 화소 전극 C에 Vc의 전압을 인가하고 화소 전극 1과 화소 전극 2에는 같은 전압 (Vc + V 또는 Vc - V)을 인가하여 전극들 사이에 인플레인 전계를 형성하게 되면, 수직으로 배열된 액정 분자들이 수평으로 배열되어 밝은 상태를 가지게 된다.
하지만, IPS 모드의 특성상 액정이 회전하지 못하는 부분이 발생하기 때문에 투과율이 낮은 단점이 있다.
도 5b는 본 발명에 따른 전극 구조를 응용한 VA-IPS 모드 액정표시장치의 투과율을 나타낸 것이다.
수평 전계를 형성하기 위한 전극 구조는 본 발명에서 제안하는 구조를 사용하며, 수직 배열된 액정 분자들을 수평 전계를 형성하여 회전시켜 밝은 상태를 구현하게 된다.
본 발명에 따른 전극 구조를 사용할 경우 기존의 VA-IPS 모드에서 액정 분자들이 회전하지 못했던 부분들이 회전하게 되어 기존의 모드에 비해 5% 이상의 높은 투과율을 확보할 수 있다.
이하에서 본 발명의 다른 실시 예에 따른 액정표시장치의 전극 구조에 관하여 설명한다.
도 6은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 액정표시장치의 전극 구조를 나타낸 구성도이고, 도 7은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 액정표시장치의 전계 형성을 나타낸 구성도이다.
도 1, 2와 같은 전극 구조에 전압 레벨을 추가하는 경우의 전극 구조를 나타낸 것으로, 하부 기판(600)상에 화소 전극들이 분리 형성되고, 분리 형성된 화소 전극들 중에 공통 전극으로 사용되는 화소 전극(610)의 양측에 다른 화소 전극 1, 3(611)(613) 및 화소 전극 2, 4(612)(614)이 형성되는 구조이다.
이와 같은 구조를 갖는 본 발명의 제 2 실시 예에 따른 수평 스위칭 모드 액정 표시 장치는 도 6에서와 같이, 공통 전극으로 사용되는 화소 전극(610)에 전압 (Vc)가 인가되고, 화소 전극 1(611)에 전압 (Vc-V2)이 인가되고, 화소 전극 3(613)에 전압 (Vc-V4)이 인가되고 화소 전극 2(612)에 전압 (Vc+V1)이 인가되고, 화소 전극 4(614)에 전압 (Vc+V3)이 인가된다.
예를 들어, 전극에 인가되는 전압 레벨은 Vc를 기준으로 Vc-V2가 -1 V라면 , Vc-V4는 -3 V가 인가되는 형태가 되고 Vc+V1이 +1 V 라면 Vc+V3는 +3 V가 인가되는 형태가 될 수 있다.
그리고 본 발명의 제 2 실시 예에 따른 수평 스위칭 모드 액정 표시 장치에서 화소 전극 1(611) 및 화소 전극 2(612)는 플로팅 될 수 있다.
이와 같이 다섯 개의 전압 레벨을 이용하여 액정 표시 장치를 구동하는 것에 의해 다음과 같이 하나의 화소 영역에서 인플레인 전계가 중첩되도록 형성된다.
도 6에서와 같이, 화소 전극 3(613)과 화소 전극 1(611), 화소 전극 1(611)과 공통 전극으로 사용되는 화소 전극(610), 공통 전극으로 사용되는 화소 전극(610)과 화소 전극 2(612), 화소 전극 2(612)와 화소 전극 4(614) 사이에 제 1 인플레인 전계가 형성되고, 화소 전극 3(613)과 공통 전극으로 사용되는 화소 전극(610), 화소 전극 1(611)과 화소 전극 2(612), 공통 전극으로 사용되는 화소 전극(610)과 화소 전극 4(614) 사이에 제 2 인플레인 전계가 형성되고, 화소 전극 3(613)과 화소 전극 4(614) 사이에 제 3 인플레인 전계가 형성되어 화소 영역의 전체 영역에서 제 1, 2, 3 인플레인 전계가 중첩되도록 형성된다.
도 7은 도 6의 전극구조를 바탕으로 5개의 전압레벨을 이용할 경우의 액정표시장치의 전계 형성에 따른 액정 디렉터 분포와 그에 따른 투과율 특성을 나타낸 것이다.
여기서, 구동전압 V1 = V2 = V를 가정한 것으로, 액정의 회전 범위가 넓어 짐으로써 투과율이 향상되는 것을 나타내고 있다. 각 전극 사이에 모두 인플레인 전계가 형성됨으로써 투과율이 향상되는 것을 나타낸다.
도 8은 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 액정표시장치의 전극 구조를 나타낸 구성도이고, 도 9는 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 액정표시장치의 전계 형성을 나타낸 구성도이다.
도 8은 전압레벨이 하나가 더 추가될 경우의 패턴 전극 형성시에는 절연막을 형성하여 화소 전극들을 패터닝하는 본 발명의 제 3 실시 예에 따른 전극 구조를 나타낸 것이다.
하부 기판(800)상에 화소 전극들이 분리 형성되고, 분리 형성된 화소 전극들 중에 공통 전극으로 사용되는 화소 전극(810)의 양측에 다른 화소 전극 3(813) 및 화소 전극 4(814)이 형성되고, 화소 전극(810),화소 전극 3(813),화소 전극 4(814)상에 절연막이 형성되고 절연막상에 다른 화소 전극 1(811) 및 화소 전극 2(812)이 형성되는 구조이다.
이와 같은 구조를 갖는 본 발명의 제 3 실시 예에 따른 수평 스위칭 모드 액정 표시 장치는 도 8에서와 같이, 공통 전극으로 사용되는 화소 전극(810)에 전압 (Vc)가 인가되고, 화소 전극 1(811)에 전압 (Vc-V2)이 인가되고, 화소 전극 3(813)에 전압 (Vc-V4)이 인가되고 화소 전극 2(812)에 전압 (Vc+V1)이 인가되고, 화소 전극 4(814)에 전압 (Vc+V3)이 인가된다.
예를 들어, 전극에 인가되는 전압 레벨은 Vc를 기준으로 Vc-V2가 -1 V라면 , Vc-V4는 -3 V가 인가되는 형태가 되고 Vc+V1이 +1 V 라면 Vc+V3는 +3 V가 인가되는 형태가 될 수 있다.
그리고 본 발명의 제 3 실시 예에 따른 수평 스위칭 모드 액정 표시 장치에서 화소 전극 1(811) 및 화소 전극 2(812)는 플로팅 될 수 있다.
이와 같이 다섯 개의 전압 레벨을 이용하여 액정 표시 장치를 구동하는 것에 의해 다음과 같이 하나의 화소 영역에서 인플레인 전계와 프린지 전계가 중첩되도록 형성된다.
도 8에서와 같이, 화소 전극 3(813)과 화소 전극 1(811), 화소 전극 1(811)과 공통 전극으로 사용되는 화소 전극(810), 공통 전극으로 사용되는 화소 전극(810)과 화소 전극 2(812), 화소 전극 2(812)와 화소 전극 4(814) 사이에 제 1 인플레인 전계가 형성되고, 화소 전극 1(811)과 화소 전극 2(812) 사이에 제 2 인플레인 전계가 형성되고, 화소 전극 3(813)과 공통 전극으로 사용되는 화소 전극(810), 공통 전극으로 사용되는 화소 전극(810)과 화소 전극 4(814) 사이에 제 3 인플레인 전계가 형성되고, 화소 전극 3(813)과 화소 전극 4(814) 사이에 제 4 인플레인 전계가 형성되어 화소 영역의 전체 영역에서 제 1, 2, 3, 4 인플레인 전계가 중첩되도록 형성된다.
본 발명의 제 3 실시 예에 따른 수평 스위칭 모드 액정 표시 장치는 하나의 층(layer)에 모든 전극들을 형성하는 경우 실제 패턴 전극 형성시 전극형성이 어렵기 때문에 절연막을 사용하여 절연막 층을 포함한 3개의 층(Layer) 구조로 전극들을 형성한 것이다.
이와 같이 층을 달리하여 전극들을 형성하는 경우에는 사로 다른 층의 전극 사이에도 전계가 형성되어 중첩된다.
도 9는 도 8의 전극 구조를 바탕으로 본 발명에 따른 5개의 전압레벨을 이용할 경우의 액정표시장치의 전계 형성에 따른 액정 디렉터 분포와 그에 따른 투과율 특성을 나타낸 것이다.
여기서, 구동전압 V1 = V2 = V를 가정한 것으로, 인플레인 전계와 프린지 전계의 중첩에 의해 액정의 회전 범위가 커짐에 따라서 도 7에 비해 40% 이상의 투과율 영역이 커짐에 따라 투과율이 더 향상되는 것을 나타낸다.
이와 같은 본 발명에 따른 수평 스위칭 모드 액정 표시 장치는 공통 전극을 중심으로 일측에 위치하는 화소 전극들에 인가되는 전압 레벨을 외곽에 위치하는 전극으로 갈수록 증가시키고, 타측에 위치한 화소 전극들에 인가되는 전압 레벨을 외곽에 위치하는 전극으로 갈수록 감소시키는 방법으로 서로 다른 레벨의 전압을 전극에 인가할 수 있다.
또한, 형성된 각각의 패턴전극에 전압을 인가할 수도 있지만 화소 전극 및 최외각의 전극 이외 다른 전극은 플로팅(floating)시킴으로써 두 전압 레벨 사이에 자동으로 전압이 인가되는 형태로 구동하는 것도 가능하다.
도 10은 기존의 IPS 모드와 FFS 모드를 사용하는 액정표시장치와 본 발명에서 제안하는 화소 전극 구조를 사용하여 각각 3 개의 전압레벨, 5 개의 전압레벨(하나의 layer와 세 개의 layer)을 사용하는 액정표시장치의 구동전압 V = V1 = V2에 따른 투과율 특성을 나타낸 것이다. FFS 모드와 IPS 모드에 비해 5% 이상의 투과율 상승과 2 V의 구동전압 감소를 나타내고 있다.
이와 같은 본 발명은 기존의 IPS 모드나 FFS 모드와 마찬가지로 넓은 시야각 특성을 유지하면서, 세 개 또는 그 이상의 전압 레벨을 이용하여 수평 전계를 형성함으로써 기존의 IPS 모드와 FFS 모드의 화소 전극 간에서의 낮은 투과율을 향상시킬 수 있으며, 저전압 구동이 가능한 수평 스위칭 액정표시장치를 제공한다.
이상에서의 설명에서와 같이 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 본 발명이 구현되어 있음을 이해할 수 있을 것이다.
그러므로 명시된 실시 예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 하고, 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구 범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.
100. 하부 기판 200. 제 1 화소 전극
210. 제 2 화소 전극 220. 제 3 화소 전극

Claims (17)

  1. 수평 스위칭 모드 액정 표시 장치에 있어서,
    하부 기판;
    상기 하부 기판상의 단위 화소 영역에 분리 형성되는 화소 전극들;을 포함하고,
    상기 화소 전극들 중에서 공통 전극으로 사용되는 어느 하나의 전극을 중심으로 양측에 위치하는 다른 화소 전극들을 서로 다른 레벨의 전압으로 구동하여 각각의 전극들 사이에 형성되는 인플레인 전계가 중첩되도록 하고,
    상기 화소 전극들 중에서 공통 전극으로 사용되는 어느 하나의 전극 및 그의 양측에 위치하는 다른 화소 전극들은 상기 하부 기판상의 단위 화소 영역의 어느 하나의 동일 층(Layer)에 형성되고, 상기 공통 전극으로 사용되는 어느 하나의 전극을 중심으로 양측에 위치하는 다른 화소 전극들이 각각 N개(N=2,3,...,K-1,K이고, 여기서, K는 자연수)인 경우에, 공통 전극으로 사용되는 어느 하나의 전극 및 공통 전극의 양측의 최외곽에 각각 위치하는 N번째 화소 전극들을 제외한 다른 화소 전극들은 플로팅(floating)시키거나, 공통 전극과 N번째 화소 전극에 인가되는 전압 이외의 임의의 전압을 인가하는 것에 의해, 공통 전극 및 양측의 N번째 화소 전극에 인가되는 전압 레벨 사이에서 자동으로 전압이 플로팅된 화소 전극들에 인가되도록 하여 구동하거나, 공통 전극과 N번째 화소 전극 사이에 인가한 전압에 의해 인플레인 전계를 형성하여 구동하는 것을 특징으로 하는 수평 스위칭 모드 액정 표시 장치.
  2. 삭제
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 각각의 전극들 사이에 형성되는 인플레인 전계는 단위 화소 영역의 전체 영역에서 중첩되는 것을 특징으로 하는 수평 스위칭 모드 액정 표시 장치.
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 제 1 항에 있어서, 액정 분자의 배열을 위하여 상기 단위 화소 영역에 분리 형성되는 화소 전극들이 형성된 하부 기판상에 형성되는 배향막을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 수평 스위칭 모드 액정 표시 장치.
  7. 제 6 항에 있어서, 상기 배향막은,
    액정 분자의 배열이 기판에 대하여 수평 방향을 갖도록 하는 수평 배향막이거나, 액정 분자의 배열이 기판에 대하여 수직 방향을 갖도록 하는 수직 배향막이거나, 액정 분자의 배열을 위하여 0°이상 90°이하의 러빙 방향을 갖는 것을 특징으로 하는 수평 스위칭 모드 액정 표시 장치.
  8. 제 1 항에 있어서, 상기 중첩되도록 형성되는 인플레인 전계에 의해 구동하는 액정은,
    양의 유전율 이방성을 갖는 것이거나, 음의 유전율 이방성을 갖는 것을 특징으로 하는 수평 스위칭 모드 액정 표시 장치.
  9. 제 1 항에 있어서, 상기 하부 기판상의 단위 화소 영역에 분리 형성되는 화소 전극들의 전극 폭이 1 ㎛ ~ 10 ㎛이고, 전극들 사이의 간격은 1 ㎛ ~ 30 ㎛인 것을 특징으로 하는 수평 스위칭 모드 액정 표시 장치.
  10. 제 1 항에 있어서, 상기 하부 기판상의 단위 화소 영역에 분리 형성되는 화소 전극들은,
    단위 화소 영역에서 액정 분자의 배향이 나누어지도록 하는 멀티도메인 구조를 갖도록 슬릿 형태로 서로 엇갈리게 패터닝되는 것을 특징으로 하는 수평 스위칭 모드 액정 표시 장치.
  11. 삭제
  12. 삭제
  13. 삭제
  14. 수평 스위칭 모드 액정 표시 장치에 있어서,
    하부 기판;
    상기 하부 기판상의 단위 화소 영역에 분리 형성되는 화소 전극들;을 포함하고,
    공통 전극으로 사용되는 화소 전극에 전압 (Vc)가 인가되고,
    공통 전극의 일측에 위치하는 화소 전극 1에 전압 (Vc-V2)이 인가되고, 화소 전극 3에 전압 (Vc-V4)이 인가되고,
    공통 전극의 타측에 위치하는 화소 전극 2에 전압 (Vc+V1)이 인가되고, 화소 전극 4에 전압 (Vc+V3)이 인가되도록 하여 각각의 전극들 사이에 형성되는 인플레인 전계가 중첩되고,
    상기 공통 전극으로 사용되는 화소 전극 C와 상기 화소 전극 C의 일측과 타측에 구성되는 화소 전극1,3과 화소 전극 2,4는 상기 하부 기판상의 단위 화소 영역의 어느 하나의 동일 층(Layer)에 형성되고, 상기 화소 전극 3과 화소 전극 1, 화소 전극 1과 공통 전극으로 사용되는 화소 전극 C, 화소 전극 C와 화소 전극 2, 화소 전극 2와 화소 전극 4 사이에 제 1 인플레인 전계가 형성되고, 상기 화소 전극 3과 화소 전극 C, 화소 전극 1과 화소 전극 2, 화소 전극 C와 화소 전극 4 사이에 제 2 인플레인 전계가 형성되고, 상기 화소 전극 3과 화소 전극 4 사이에 제 3 인플레인 전계가 형성되어 화소 영역의 전체 영역에서 제 1, 2, 3 인플레인 전계가 중첩되도록 형성되는 것을 특징으로 하는 수평 스위칭 모드 액정 표시 장치.
  15. 삭제
  16. 수평 스위칭 모드 액정 표시 장치에 있어서,
    하부 기판;
    상기 하부 기판상의 단위 화소 영역의 어느 하나의 층(Layer)에 공통 전극으로 사용되는 화소 전극 C와 화소 전극 C의 양측 외곽에 형성되는 다른 화소 전극 3 및 화소 전극 4;
    상기 어느 하나의 층(Layer)과 절연막을 사이에 두는 다른 층(Layer)에 형성되는 다른 화소 전극 1 및 화소 전극 2;를 포함하고,
    화소 전극 C에 전압 (Vc)가 인가되고, 화소 전극 1에 전압 (Vc-V2)이 인가되고, 화소 전극 3에 전압 (Vc-V4)이 인가되고 화소 전극2 에 전압 (Vc+V1)이 인가되고, 화소 전극 4에 전압 (Vc+V3)이 인가되도록 하여 각각의 전극들 사이에 형성되는 인플레인 전계가 중첩되는 것을 특징으로 하는 수평 스위칭 모드 액정 표시 장치.
  17. 제 16 항에 있어서, 상기 화소 전극 3과 화소 전극 1, 화소 전극 1과 화소 전극 C, 화소 전극 C와 화소 전극 2, 화소 전극 2와 화소 전극 4 사이에 제 1 인플레인 전계가 형성되고,
    상기 화소 전극1과 화소 전극2 사이에 제 2 인플레인 전계가 형성되고,
    상기 화소 전극 3과 화소 전극 C, 화소 전극 C와 화소 전극 4 사이에 제 3 인플레인 전계가 형성되고,
    상기 화소 전극 3과 화소 전극 4 사이에 제 4 인플레인 전계가 형성되어 화소 영역의 전체 영역에서 제 1, 2, 3, 4 인플레인 전계가 중첩되는 것을 특징으로 하는 수평 스위칭 모드 액정 표시 장치.
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