KR100186777B1 - 복굴절 필름을 갖는 액정 디스플레이 장치 - Google Patents

Abstract

액정 디스플레이 장치는 제1선택 방향에서 선형적 편강을 제공하는 입구 편광체판과, 상기 선형적 편광을 상기 입구 편광체판으로 부터 선택된 타원율을 갖는 타원형 편광으로 전환하는 제1복굴절 필름을 포함한다. 적어도 하나의 액정 셀은 상기 제1복굴절 필름으로부터 전파하는 광을 수용하는 선택된 타원율과 동일한 타원율을 갖는다 ; 상기 액정 셀은 다량의 액정 물질을 밀봉적으로 내장한 제1 및 제2병렬 대향 투명 평판을 포함한다. 액정 물질은 상기 제1선택 방향으로 방위된 상기 제1투명 평판에 인접한 적어도 하나의 제1분자와, 상기 제2선택 방향으로 방위된 상기 제2투명 평판의 인접한 적어도 하나의 제2분자를 포함한다. 제2복굴절 필름은 적어도 하나의 액정 셀로 부터 전파하는 타원형 편광을 상기 제2선택 방향에서 선형적 편광으로 전환한다. 출구 편광체판은 상기 액정 셀이 오프 상태에 있을 경우의 상기 제2복굴절 필름으로 부터 전파하는 광을 소멸하도록 상기 제2선택된 방향과 직교 방위된 편광축을 갖는다.

Description

복굴절 필름을 갖는 액정 디스플레이 장치

제1도는 본 발명의 실시예에 따른 액정 디스플레이 장치의 개략도.

제2도는 타원형 편광 상태를 도시한 포인카레(Poincare)의 구형도.

제3도는 직교 좌표계 상의 타원형 편광 상태를 나타낸 그래프.

제4도는 제1도의 LCD 장치를 통해 전파하는 빛의 편광 상태를 도시한 포인카레의 구형도.

제5a도는 복굴절 필름이 없이 LCD 장치를 통하는 광 투과율을 나타낸 포인카레의 구형도.

제5b도는 본 발명에 따른 LCD 장치를 통하는 광 투과율을 나타낸 포인카레의 구형도.

제6도는 상이한 리타데이션 을 갖는 복굴절 필름과 함께 제1도의 액정 디스플레이 장치에 대한 파장과 오프 상태에서 측정된 광 투광율을 나타낸 그래프.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

12 : 액정 셀 14, 14 : 투명 평판

18 : 입사 편광자 20 : 출사 편광자

26, 28 : 복굴절 필름 30, 32 : 고정축

본 발명은 액정 디스플레이(Liquid Crystl Display : LCD) 장치에 관한 것으로서, 특히 블랙 오프(black-off) 상태를 제공하는 한쌍의 복굴절 필름(birefringent film)을 구비한 액정 디스플레이 장치에 관한 것이다.

LCD 장치는 다량의 트위스트 네마틱(twisted nematic : TN) 액정물질(재료)을 밀봉적으로 내장하며, 일반적으로는 유리 기판 및 커버 유리인 한쌍의 평판 패널 사이에 형성된 다수의 화소, 즉 픽셀(pixel)을 구비하는 것이 통상적이다. LCD 장치가 반사광에 의해 동작될 경우, 한쌍의 평판 패널 중에서 하나의 패널은 투명하게 될 필요가 있으며, 다른 하나의 패널은 반사면을 갖게 될 것이다. LCD 장치가 광 투과성을 가져야 한다면, 한쌍의 평판 패널은 투명하게 되어야 한다. LCD 장치의 구조 및 동작에 대한 상세한 설명은, 본 발명의 양도인에게 양도되었으며, 본 명세서에서 참조를 위해 전체적으로 인용된 1987년 3월 3일자로 특허 허여된 미국 특허 공보 제4, 565, 424호에 개시되어 있다.

액티브 매트릭스 LCD 픽셀은 X-Y 매트릭스 구조를 형성하는 균일한 행과 열로 정렬되는 것이 일반적이다. 반도체 스위치, 예컨대 박막 전계 효과 트랜지스터(FET)등과 같은 스위치는 각각의 픽셀과 통합적으로 형성되어 디스플레이 픽셀의 동작을 제어할 수 있다. 개별적 픽셀 FET에 의한 전기통신은 장치의 제조 과정 중에 형성된 다수의 X-어드레스 라인 혹은 스캔 라인 및 다수의 Y-어드레스 라인 혹은 데이터 라인에 의해 이루어진다. 스캔 라인은 픽셀 FET의 게이트 전극 접속되고 데이터 라인은 소오스 또는 드레인 전극 중 어느 하나에 접속되며, 소오스 또는 드레인 전극 중 데이터 라인에 접속된 전극 이외의 다른 하나의 전극은 각 픽셀의 픽셀 전극에 접속된다. 따라서, 스캔 라인에 적절한 극성 및 크기의 전압을 인가함으로써, 스캔 라인에 대응하는 열에 있는 FET는 도통 상태로 전환(switch-on)된다. 데이터 라인에 대응하는 행에 있는 FET가 온(ON) 상태인 동안 데이터 라인에 데이터 전압이 인가되면, 액정 분자의 배열은 모든 픽셀에 대해 공통인 픽셀전극과 접지 평면 전극사이에 인가된 데이터 전압의 크기에 따라 달라지게 된다. 이 데이터 전압의 크기 구분은 다음과 같이 할 수 있다. 픽셀은 통과하는 광 투과가 허용되지 않는 경우(오프), 픽셀을 통과하는 광 투과가 최대로 허용되는 경우(온)또는 중간 그레이 스케일(gray scale) 등급의 광 투과성을 제공한다. 픽셀은 오프 상태에서 어떠한 광 투과도 완전히 차단하여, 디스플레이에서 블랙(black)으로 보이게 함으로써, 바람직한 콘트라스트(contrast) 및 해상도를 나타내는 것이 이상적이다.

트위스트 네마틱(TN)액정 물질의 분자들을 길게 늘어지도록 배열함으로써, LCD를 통하여 전파되는 광의 어긋난 정도, 즉 편광은 한쌍의 평판 패널 사이에 있는 액정(LC) 분자들의 배향(orientation)이나 배열의 변화에 대응하는 각도 θ에 의해 회전하게 된다. 각각의 액정 분자는 길이 방향축(장축)을 갖는다. 예를 들어 설명하자면, 입사 패널(혹은 유리 기판)에 가장 근접한 LC 분자의 길이 방향축은 일방향(예컨대, θ₁=0°)으로 배향되고, 한쌍의 평판 패널 사이에 있는 LC 분자의 길이 방향축은 진행하는 분자의 축에 대하여 증분 각도(Δθ)로 각각 회전될 것이다(θ_n= θ_n-1+Δθ). 출사 패널(혹은 커버 유리)에 가장 근접한 최종 LC 분자는 제1의 LC 분자에 대하여 각도(예컨대, θ_n=90°)로 배향될 것이다. 제1분자와 최종분자 사이의 각도는 LC 셀의 비틀림 각도로서 알 수 있는 것이 통상적이다. 선형의 입사 및 출사 편광자(polarizer)가 있으며 90°의 비틀림 각도를 갖는 두꺼운 LCD장치의 경우, 각각의 편광자는 평행하게 편광 정렬되고, 각각의 LCD입사 및 출사 패널에 인접 배치되어 암(暗)출력이 오프 상태에 있는 각 픽셀로 부터 제공된다. 입사 편광자는 2개의 정상 모드 중 한 모드는 통과 혹은 여기시키고, 선형적으로 편광되어 전파되는 광의 다른 모드는 차단할 것이다. LC분자들은 광이 LC셀을 통하여 진행하고 편광자를 빠져나올 때 이 모드를 90°로 회전시키고, 입사 편광자에 평행하게 정렬되어 이러한 전파되는 광의 회전된 모드를 차단할 것이다.

칼라 비디오에 필요한 고속 디스플레이 같은 얇은 LCD, 또는 특히 다중화 가능한 수퍼-트위스트(super-twist: ST) 디스플레이 같은 크게 비틀린 셀(θ = 270°)에 있어서, 오프 상태에서는 LCD에서 전파되는 광의 2개의 정상적인 모드가 TN분자의 광 회전 및 복굴절의 결과 타원형으로 편광된다. 따라서, 2개의 모드는 셀을 빠져나올 때 여기되며, 선형 출사 편광자에 의해 완전하게 차단되지는 않는다. LC셀의 2개의 정상 모드에 대한 타원율(β)은 다음 식으로 표현된다.

여기서, λ는 광의 파장, Δ은 LC 복굴절율, 그리고 p는 트위스트 액정 분자의 피치(pitch)이다. 피치는 LC 셀의 두께(d)에 정비례한다. 예를 들어, 90°의 트위스트 네마틱 셀의 P=4d일 경우 타원율 식은 다음과 같다.

LC 셀을 통해 전파되는 광에 대한 2개의 정상 모드의 방위각은 LC분자 방향에 각각 평행 및 직각이 된다. 따라서, 2개의 정상 모드는 LC셀의 비틀림 각도에 의해 회전될 것이다.

칼라 LCD에서는 각각 다른 파장(λ)을 갖는 다른 색광이 LCD로부터 빠져나감에 따라 상이한 타원형 편광 또는 타원율(β)을 갖는다. 칼라 LCD는 LC 복굴절율(Δn), 셀 두께(d) 및 셀 비틀림 각(θ)의 특정 조합으로 구현되어, 녹색광(λg=540nm)과 같은 특정 파장에서는 최소의 광 투과율을 제공할 수 있지만, 오프상태에서 색을 띤 것으로 또는 블랙이 아닌 것으로 하기 위해, 적생광(λr=640nm) 및 청색광(λb=470nm)파장에서 상당한 양의 광이 누출될 것이다.

LCD 다음의 광 경로에 배치된 단일의 복굴절 필름(BF)을 이용하여 더욱 중립적인 오프 상태를 제공하기 위한 종래 기술이 제안되고 있다. 이들 단일의 BF 는 중립적인 컬러 오프 상태를 최적화하고, 다양한 피치, 복굴절 및 편광자 배향의 LC 셀을 이용하여 최적의 성능을 얻기 위해 약 300nm이상의 리타데이션(retardation; 즉, 필름의 복굴절율 Δ_n´과 두께 d'의 곱)을 갖기 위해 필름의 정확한 배향을 필요로 한다. 단일의 큰 리타데이션 값BF를 갖는 LCD장치는 편광 배향, BF배향 및 LC셀 두께에 매우 민감한, 즉 영향을 많이 받는 성능을 갖는다. 이들 모든 파라미터는 오프상태 동안 암 출력을 최적화하기 위해 좌표가 적절하게 조정되어야 한다.

따라서, 본 발명의 제1 목적은 상술한 결점들을 해결하는 액정 디스플레이 장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 제2 목적은 색광의 모든 파장에 대한 블랙 출력의 오프 상태를 갖는 액정 디스플레이 장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 제3 목적은 LC셀의 두께, 편광자 배향, 복굴절 필름 배향 및 관찰각에 영향을 받지 않는 액정 디스플레이 장치를 제공하는 것이다.

그외의 다른 복적은 본 발명의 특징 및 장점과 더불어 동일한 요소에는 동일한 참조 부호를 병기한 첨부 도면과 함께 다음의 상세한 설명으로부터 보다 명백히 이해될 수 있다.

본 발명에 따르면, 액정 디스플레이 장치는 선택된 타원율을 갖는 액정(LC)셀과, 거의 평행하며 네마틱 액정 물질이 밀봉적으로 내장된 제1 및 제2 투명판을 포함한다. LC 물질은 선택된 제1 방향으로 배향된 제1 평판에 인접한 분자와, 선택된 제2 방향으로 배향된 제2 평판에 인접한 분자를 가지며, 상기 선택된 제2 방향은 상기 선택된 제1 방향에 대해 비틀림(twisted) 각도로 회전된다. 제1 편광체판은 제1 LC 셀 평판에 평행하게 배치되어 상기 선택된 제1 방향에서 선형으로 편광된 광을 통과시키도록 정렬된다. 제2 편광자는 제2 LC 셀 평판에 거의 평행하게 배치되어 제2 선택 방향에서 선형으로 편광된 광을 차단하도록 상기 선택된 제2 방향에 직각으로 정렬된다. 제1 복굴절 필름은 제2 LC 셀 평판과 제2 편광자 사이에 배치된다. 제1 복굴절 필름은 제1 편광자로부터 전달되는 선형으로 편광된 광을, LC 셀에서 전파되는 광의 정상적인 모드와 동일한 타원률을 갖는 타원적으로 편광된 광으로 변환하기 위해 선택된 복굴절율 및 고정축 배향을 갖는다. 이러한 정산 모드는 LC 셀의 비틀림 각도와 동일하게 광학적으로 회전될 뿐이며, 광이 셀을 통해 전파될 때는 타원률이 변화하지 않는다. 제2복굴절 필름은 타원형으로 편광된 광을, 선택된 제2 방향에서 선형적으로 편광된 광으로 다시 변환하여 LC 셀이 오프 상태에서 제2 편광자에 의해 소멸될 수 있도록 선택된 복굴절율 및 고정축 배향을 갖는다.

바람직한 실시예에 있어서, 각각의 복굴절 필름(BF)은 약 100nm 이하의 리타데이션을 갖는 것이 바람직하며, 각각의 BF는 각각의 필름에 근접한 LC 셀 평판에서 LC 분자의 배향에 대해 약 45°의 각도로 회전된 고정축을 갖는 것이 바람직하다.

제1도에 있어서, 액정 디스플레이(LCD) 장치(10)는 다량의 네마틱 액정 물질을 밀봉적으로 함유하고 바람직하게는 유리로 이루어진 2개의 평행한 투명 평판(14a, 14b)을 구비한 액정 셀(12)을 포함한다. LC 물질은 분리되어 그룹으로 모인 다양한 LC 분자(16)를 포함한다. 각 그룹에 있는 LC 분자들은 서로에 대해 상대적으로 배향되어 있어서, 투명 평판(14a, 14b)사이에서 트위스트(twisted)구조를 형성하게 된다. 제1 LC 분자(16a)(설명의 편의상 제1도에서는 단지 하나의 그룹만을 도시하고 있음)는 제1 또는 입사 평판(14a)에 인접하여, 기준선 r에 대해 선택된 방향(θ = 0°)으로 배향된다. 각각의 다음 LC 분자들(16b, 16c, 16d, 16e)은 바로 앞서는 분자(θ_n= θ_n-1+Δθ에 상대적인 배향의 증분각(Δθ)을 가질 것이며, 제2 또는 출사판(14b)에 가장 가까이 있는 최종 LC 분자(16e)는 제1 분자 (16a)에 대하여 각도(θ_n=90°)로 배향된다. 제1 분자(16a)와 최종 분자(16a)에 대한 각도 혹은 배향 사이의 차분은 LC 셀의 비틀림 각도이다. 제1도에서는 편의상 90°의 비틀림 각도로 도시되어 있으며, 본 발명은 수퍼-트위스트 네마틱 셀(θ = 270°)등과 같은 상이한 비틀림 각을 갖는 LC셀에도 이용될 수 있다. 이분야의 당업자라면 평판 (14a, 14b)사이에 LC분자들(16)이 배치될 것이며, 제1도에서는 편의상 단지 5개의 분자만이 도시되어 있음을 알 수 있을 것이다.

LC 셀(12)을 통해 전파되는 광은 LC셀에 대한 2개의 정상 모드의 선형 결합이 될 것이다. 2개의 정상 모드는 LC 셀(12)에 의해 타원형으로 편광되고 타원율 β를 갖는데, 타원율β는 입사 평판(14a)과 출사 평판(14b)사이의 트위스트 네마틱 구조 내의 광 파장(λ), 셀의 복굴절율(Δn) 및 LC 분자의 피치(p)에 대한 함수가 된다.

동작에 있어서, LC 디스플레이 장치(10)는 이장치(10)를 통과하는 광량을 제어하기 위해 카메라 셔터와 유사하게 동작한다. LC 셀(12)은 광 투과를 허용하도록 온 상태로 활성화되거나, 또는 활성화되지 않아 오프 상태가 될 수 있다. 오프 상태에 있는 LC 셀은 어떠한 광 투과도 완전하게 차단하여 바람직한 콘트라스트를 나타내기 위해 디스플레이에서 블랙으로 보이는 것이 이상적이지만, 다른 파장에서의 일부 광은 LC 셀을 통해 누출될 수 있다.

전방 또는 입사 편광자(18)는 입사 평판(14a)과 거의 평행하게 배치되며, 후방 또는 출사 편광판(20)은 출사 평판(14b)과 거의 평행하게 배치된다. 입사 편광자(18)는 제1 LC 분자(16a)의 배향 방향에 대응하는 것이 바람직한 편광 또는 투과 방향[화살표(22)로 표시됨]을 가지며, 출사 편광자(20)는 오프 상태에서 장치(10)를 통과하는 광 투과량을 최소로 하기 위해 최종 LC 분자(16e)에 직각인 것이 바람직한 투과 방향(화살표(24)로 표시됨)을 갖는다. 디스플레이 장치(10)는 입사 및 출사 편광자가 90°로 회전되어 LC 셀(12)의 다른 2개의 정상 모드에 결합된다면 효율적으로 동작할 것이다.

본 발명에 따르면, 제1 복굴절 필름(BF;26)은 입사 편광자(18)와 LC 셀을 입사 평판(14a)사이에 배치되고 그들 모두에 대해 평행하다. 또한 제2 복굴절 필름(28)은 출사 평판(14b)과 출사 편광자(20)사이에 배치되고 각각에 대해 평행하다. 제1 복굴절 필름(26)은 입사 편광자(18)로부터 선형적으로 편광된 광을, LC 셀(12)의 2개의 정상적인 모드 중 하나에 모두 대응하는 타원율 β 및 방위각 α를 갖는 타원형으로 편광된 광으로 변환하기 위해 선택된 방향으로 배향된 선택된 복굴절율 (Δ_n´1)과 고정축(화살표(30)로 표시)을 갖는다. 제2 복굴절 필름(28)은 LC 셀(12)을 빠져나가는 타원형으로 편광된 광이, 출사 편광자(20)의 투과 방향(24)에 수직인 선형적으로 편광된 광으로 변환되도록 하기 위해 선택된 방향으로 배향된 복굴절율(Δ_n´2)과 고정축(화살표 32)을 갖는다. 따라서, 출사 편광자(20)는 광을 흡수할 것이고, 디스플레이 장치(10)의 출력은 LC 셀(12)이 여기되지 않은 오프 상태에 있을 경우 블랙으로 나타날 것이다. 제1 복굴절 필름(26)의 고정축(30)은 입사 편광자 방향(화살표 22)과 제1 LC 분자(16a)의 배향 방향 모두에 대해 약 45°의 각도로 배향하는 것이 바람직하고, 제2 복굴절 필름(28)의 고정축(32)은 출사 편광자 방향(화살표 24)과 최종 LC 분자 (16e)의 배향 방향 모두에 대해 45°의 각도로 배향하는 것이 바람직하다. 이들 복굴절 필름의 배향 방향에 의해 복굴절 필름은 작은 값의 복굴절 및 리타데이션을 사용할 수 있으며, 리타데이션 값이 작으면 디스플레이 장치의 컬러 또는 파장의 분산을 최소화할 수 있고, 출사 편광자(20)에서의 출력은오프 상태에서 블랙으로 할 수 있다. 또한, 이들 배향 방향에 의해 양 복굴절율 필름(26, 28)의 복굴절율은 동일하게 된다. 제1도에 도시된 편광 방향은 단지 편의상 나타낸 것으로서, 다른 방향이 사용될 수 있을 뿐만 아니라, 상기 기술된 바와 같이 최적의 성능을 유지하기 위해 상이한 구성의 상대적인 편광 방향이 제공될 수 있다.

LCD 장치(10)의 동작은 Pergamon, Oxford, 1965년판의 본 (M. Born 및 E. Wolf)의 Principles of optics 와 같은 많은 광학 서적에 기술된 포인카레구형 그래프 분석 (Poincarsphere graphical analysis)을 사용하여 용이하게 기술될 수 있다. 간결하게 그 대의를 기술하자면 , 투과되는 광의 어떠한 편광 상태도 포인카레 구형도 (제2도)의 표면상의 점으로 나타낼 수 있다. 구형의 균분선(equator)은 선형으로 편광된 모든 상태의 궤적(locus)이며, 극성 C_L및 C_R은 각각 좌측 및 우측으로 향하는 원형 편광 상태를 나타낸다. 포인카레 구형 표면상의 다른 모든 점은 타원형 편광 상태를 나타낸다. 예를 들면, 타원형 편광 상태는 X-Y 직교 좌표계(제3도)상에 몇 개의 방위각 α 및 타원율 β로서 나타낼 수 있다. 이 동일한 타원형 편광 상태는 포인카레 구형도(제2도)상의 점 P(2α, 2β)로 나타낼 수 있다. 모든 각도는 직교 좌표계로부터 포인카레 구형까지 이동될 때 2배가 되며, X-Y축은 90°에서180°까지 회전된다.

선형적 편광은 화살표(34)로 표시된 방향으로 LCD장치(10)를 통해 투과 되는 것이 바람직하다(제1도). 입사 편광자(18)는 선형적으로 편광된 광의 2개의 정상 모드 중 편광자의 편광 배향에 대응하는 한 모드는 통과시키고, 다른 정상 모드는 차단할 것이다. 입사편광자(18)의 출력에 있는 선형 편광 상태는 포인카레 구형상의 점 A에 의해 나타낼 수 있다(제4도). 제1 복굴절 필름(26)은 선형으로 편광된 광을 타원형으로 편광된 광으로 변환할 것이며, 이 타원형으로 편광된 광의 방위각은 제로(α=0)이고, 타원률은 LC 셀의 타원율과 동일하게 된다. 이 타원형 편광 상태는 점 B(0, 2β)로 나타난다. 제1 복굴절 필름(26)을 여기하는 광은 LC 셀(12)의 정상 모드와 동일한 타원율 및 방위각을 갖기 때문에, LC 셀(12)의 하나의 정상 모드만이 여기된다. 따라서, 이 타원형으로 편광된 정상 모드는 LC셀(12)의 비틀림 각도와 동일한 완전한 광학 회전을 하게 된다. 90°의 비틀림 각도 (2α=180°)의 경우, LC 셀(12)의 출력에서의 편광 상태는 점 C(180, 2β)가 될 것이다. 제2 복굴절 필름(28)은 타원형으로 편광된 광을 점D에서 선형으로 편광된 상태로 변환한다. 이는 제2 복굴절 필름(28)이 편광 상태를 점(2α, 0)에서 포인카레 구형의 균분선으로 다시 회전시키기 위해 선택된 복굴절율 (Δ_n'2) 및 선택된 고정축(32)을 갖기 때문이다. 선형 편광은 점D에서 최종 LC 분자 (16e)의 배향 방향과 동일한 편광 방향을 가질 것이다. 출사 편광자(20)는 선형 편광을 소멸시키고, LCD장치(10)의 출력은 출사 편광자(20)가 최종LC 분자(16e)에 수직이 되도록 배향되기 때문에 오프 상태에서 블랙으로 될 것이다(제1도).

복굴절 필름 및 LC셀을 통해 전파되는 상이한 색광의 타원형 편광은 가변적이다. 왜냐하면, 이들 구성 요소를 통해 전달되는 광의 타원율이 광에 대한 파장의 함수가 되기 때문이다. 상이한 색광에 대한 광 투과의 백분율은 출사 편광자(20)를 조사하여 그래프적으로 측정될 수 있다. 0.1%, 1% 및 10% 광 투과율에 대한 일정한 투과의 윤곽은 제5a 도 및 제5b도에 중복시킨 것이다. 제5a도에는 복굴절 필름(26, 28)이 없는 LCD 장치에 대한 것이지만, LCD셀이 구츠-테리(Gooch-Tarry) 최소 조건(여기서, m=1, 2, 3)을 만족시키고 오프 상태에서 녹색광(λg=540nm)의 투과율이 최소가 되도록 하기 위해, LC 복굴절율(Δn), 셀 두께 (d) 및 셀 비틀림 각도(θ = 90°)의 특정 조합으로 구성된다. 복굴절 필름이 없을 경우, 약 1%의 청색 광(λb=470nm) 및 약 10%의 적색광(λr=640nm)이 오프 상태에서 LCD 장치(10)을 통해 누출된다. 복굴절 필름을 가질 경우, 적색 및 청색광의 누출은 약 0.5% 이하로 제한된다(제5b도).

제6도에는 약 5.9 nm의 파장에서 0.085의 증분(Δn)과 약 5.9㎛의 셀 두께를 갖는 Merch ZLI-3376(등록상표) 액정 물질로 채워진 90°의 트위스트 네마틱 LC 셀에 대해 광투과율 대 파장의 비율이 도시되어 있다.

제6도의 그래프는 복굴절 필름(tn)이 없는 LC셀과 약 25, 32 및 40 nm의 리타데이션을 갖는 복굴절 필름이 있는 LC셀에 대하여 도시되어 있다. 복굴절 필름은 중합체 시트를 얇은 유리 기판상에서 연장시키고 상기 시트를 안정적인 리타데이션을 유지하기 위해 자외선으로 경화 가능한 접착제를 이용하여 상기 기판에 점착시킴으로써 형성된다. 출사 편광자(20)의 출력은 복굴절 필름(26, 28)을 갖는 LCD 장치에 대한 대부분의 가시광 스펙트럼에 걸쳐 약 0.5% 이하이며, 그 출력은 실제적으로 오프 상태에 대해 블랙이 된다. 이러한 결과, 수백 나노미터(nm)의 리타데이션을 가진 단일의 복굴절 필름을 이용한 종래의 장치보다 훨씬 우수한 결과를 얻는다. 또한, 약 100nm 이하의 리타데이션을 가진 복굴절 필름은 LC 셀 두께, 편광자 배향, 복굴절 필름 배향, 관찰 각도 및 다른 파장에 그다지 영향을 받지 않는 것으로 보인다.

이 기술 분야의 당업자라면 본 발명이 본 명세서에서 기술된 특정 실시예에 의해 제한되지 않는다는 것을 알 수 있을 것이다. 본 명세서에 예시 및 도시된 실시예 뿐만 아니라 다른 실시예 및 그의 응용, 즉 여러 가지 변경, 수정 및 등가 배열은 본 발명의 범위를 벗어남이 없이 그 명세서 및 도면에 의해 합리적으로 제안될 수 있음은 명백하다. 본 발명은 바람직한 실시예에 따라 본 명세서에 상세히 기술되어 있으며, 그 개요는 본 발명의 예시 및 실시예이고, 본 발명을 개시하기 위한 것으로 이해할 수 있다. 따라서, 본 발명은 첨부된 청구 범위의 사상만으로 제한되는 것으로 이해되어야 한다.

Claims (10)

1. 액정 디스플레이 장치(10)에 있어서, 상기 액정 디스플레이 장치(10)로 진입하는 광을, 선택된 제1방향(16a)에서 선형으로 편광하기 위한 편광축(22)을 갖는 입사 편광자(18)와; 상기 입사 편광자(18)에 인접하여 거의 평행하게 배치되고, 상기 선형으로 편광된 진입 광을, 선택된 타원율(β)을 가지며 타원형으로 편광된 광으로 변환하는 제1복굴절 필름(26)과; 상기 제1복굴절 필름(26)에 인접하여 평행하게 배치된 트위스트 네마틱 액정 셀(12)을 구비하는데, 상기 액정 셀(12)은 상기 선택된 제1방향(16a)로부터 선택된 제2방향(16e)으로 상기 액정 셀에 진입하는 상기 타원형으로 편광된 광을 회전시킬 수 있으며, 상기 액정 셀(12)이 여기되지 않은 오프 상태일 경우 상기 광에 부여된 회전각이 상기 액정 셀(12)의 비틀림 각에 대응하는 것이고; 상기 액정 셀(12)에 인접하여 평행하게 배치되고, 상기 액정 셀(12)로부터 방출되는 타원형으로 편광된 광을, 상기 선택된 제2방향(16e)에서 선형으로 편광시킨 광으로 변환시키는 제2복굴절 필름(28)과; 상기 제2복굴절 필름(28)에 인접하여 평행하게 배치되고, 상기 선택된 제2방향(16e)에 대해 직각으로 배치된 편광축을 갖는 출사 편광자(20)를 구비하며, 상기 트위스트 네마틱 액정 셀(12)은 상기 선택된 타원율(β)과 동일한 정상 모드의 타원율을 가지며, 상기 제1 및 제2복굴절 필름 각각은 모든 가시파장에 대해 최대 100nm의 리타데이션을 가짐으로써, 상기 액정 셀(12)이 오프 상태일 때 상기 제2복굴절 필름(28)으로부터 방출되는 광이 소멸되게 하는 것을 특징으로 하는 액정 디스플레이 장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 액정 셀(12)의 정상 모드 타원율은 선택된 광의 파장이 상기 출사 편광자(20)에 의해 완전하게 차단되도록 선택되는 것을 특징으로 하는 액정 디스플레이 장치.
3. 제1항에 있어서, 상기 제1 및 제2복굴절 필름(26, 28)은 각각 유리 기판과, 상기 유리 기판을 가로질러 연장되고 안정적인 리타데이션을 제공하도록 자외선으로 경화가능한 접착제에 의해 상기 기판에 접착되는 중합체 재료 시트를 포함하는 것을 특징으로 하는 액정 디스플레이 장치.
4. 제1항에 있어서, 상기 제1 및 제2복굴절 필름(26, 28)은 각각 고정축(30, 32)을 가지며, 상기 고정축(30, 32)은 각각 동일한 방향으로 배향되는 것을 특징으로 하는 액정 디스플레이 장치.
5. 제4항에 있어서, 상기 제1복굴절 필름의 고정축(30)은 상기 입사 편광자(18)와 선택된 제1방향(16A) 각각의 편광축(22)에 대해 약 45°로 배향되며, 상기 제2복굴절 필름의 고정축(32)은 상기 출사 편광자(20)와 선택된 제2방향(16e) 각각의 편광축(24)에 대해 약 45°로 배향되는 것을 특징으로 하는 액정 디스플레이 장치.
6. 제1항에 있어서, 상기 제1 및 제2복굴절 필름(26, 28)은 각각 약 25nm의 리타데이션을 갖는 것을 특징으로 하는 액정 디스플레이 장치.
7. 제1항에 있어서, 상기 제2복굴절 필름(28)은 상기 선택된 타원율(β)을 갖는 광을 선형으로 편광된 광으로 변환하기 위해 선택된 복굴절율을 갖는 것을 특징으로 하는 액정 디스플레이 장치.
8. 제1항에 있어서, 상기 액정 셀(12)은 약 90°의 비틀림 각을 갖는 것을 특징으로 하는 액정 디스플레이 장치.
9. 제1항에 있어서, 상기 액정 셀(12)은 수퍼-트위스트 네마틱 액정 재료로 이루어진 것을 특징으로 하는 액정 디스플래이 장치.
10. 제1항에 있어서, 상기 액정 셀(12)은 선택된 파장의 광이 상기 출사 편광자(24)에 의해 완전하게 차단되도록 하기 위해 구츠-테리 최소 조건을 만족하는 것을 특징으로 하는 액정 디스플레이 장치.