KR100233187B1 - 개선된 광학 보상층을 갖춘 액정 디스플레이 - Google Patents

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겐 스미요시
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Abstract

액정 디스플레이는 복수개의 상부 및 하부 픽셀쌍을 가지며, 이들 각각은 상이한 전압이 인가되는 복수개의 서브 영역을 가지며, 상부 및 하부 픽셀중의 하나 이상은 음의 단일 광학축 구조의 광학 보상층을 갖는다. 또 다른 액정 디스플레이는 액정 분자의 트위스트(twist) 방향과 틸트 업(tilt-up) 방향이 서로 다르면서 공존하는 상이한 영역을 갖는 액정층과, 액정층과 편광판사이에 이축성 굴절율 이방성을 갖는 하나 이상의 광학 보상층을 포함하며, 상기 광학 보상층의 이축성 굴절율 이방성은 nx＞ ny＞ nz의 관계를 충족시키는 3개의 서로 다른 굴절율 nx, ny, nz를 가지며, nx는 상기 광학 보상층 표면에 평행한 X 축과 평행한 방향의 굴절율이며, ny는 상기한 광학 보상층 표면에 평행한 Y 축에 평행하며 상기 X 축과 수직한 방향의 굴절율이며, nz는 상기 광학 보상층의 표면에 수직한 Z 축과 평행한 방향의 굴절율이다.

Description

개선된 광학 보상층을 갖춘 액정 디스플레이
본 발명은 액정 디스플레이에 관한 것으로, 특히 광 시야각과 높은 콘트라스트 특성을 갖는 개선된 TN(twisted nematic) 액정 디스플레이에 관한 것이다.
지금까지 사용된 TN 액정 디스플레이는 좁은 시야각의 문제점이 있었다. TN 액정 디스플레이의 좁은 시야각은 TN 액정 분자의 틸트-업(tilt-up)특성 때문이다. 일반적으로, TN 액정 분자는 TN 액정 분자의 배향(orientation)을 결정하는 단축을 따라서 가느다란 형상을 이루고 있다. TN 액정 분자에 전압이 인가되지 않으면, TN 액정 분자의 단축은 TN 액정이 삽입되어있는 기판과 거의 평행하게 되도록 정렬한다. TN 액정 분자에 전압이 인가되면, TN 액정 분자는 틸트 업되게된다. 디스플레이 스크린의 전체 영역상에서, 균일한 화상을 얻기 위해서는, TN 액정 분자는 좌측으로부터 틸트 업되어야 한다.
제1도에 나타낸 바와 같이, 디스플레이 스크린의 법선축으로부터 좌측을 향하여 시야각이 틸트되어 시야각 방향과 TN 액정 분자의 단축간의 각도가 커지게되면, 틸트 업된 TN 액정 분자는 외관상 길게 보이게 된다. 그러나, 디스플레이 스크린의 법선축으로부터 우측을 향하여 시야각의 틸트되어 시야각 방향과 TN 액정 분자의 단축간이 각도가 작아지게되면, 틸트 업된 TN 액정 분자는 외관상 짧게 보이게 된다. 이러한 현상은 TN 액정의 굴절율 변화에 의하여 야기된다. 이러한 시야각 의존성은 TN 액정의 굴절율 변화에 의하여 야기된다.
시야각 의존성과 함께 상기 문제점을 해결하기 위하여, “Active-matrix LCDs using gray-scale in halftone methol” 1989, SID International Symposium Digest of Technical Papers, Vol. 20, p. 148에서 픽셀 분할이 방법이 제안되었다. 또한, 일본 특허 공고 공보 제2-12 및 3-122621호에 유사한 방법들이 개시되어있다. 일본 특허 공고 공보 제2-12호에서, 제어 캐패시터에 접속된 복수개의 서브 픽셀이 각 픽셀에 제공됨으로써, 서브 픽셀의 구동이 픽셀 전극에 전압을 인가시키는 역할을 하게 되어, 그레이 스케일(gray scale, 계조)(階調) 디스플레이를 얻는 방법이 개시되어 있다.
또한, 제2도에 나타낸 바와 같이, 제1 및 제2서브 픽셀이 결합 캐패시터를 통하여 상호 결합되며, 따라서 제1 및 제2서브 픽셀에는 서로 다른 전압이 인가된다. 이 때문에, 흑 표시 상태(normally black mode, 평행 편광판의 상태)에서는, 제3도에 나타낸 바와 같이, 제1 및 제2서브 픽셀 각각은 인가된 전압에 따라서 투과율이 변하게된다.
그러나, 통상적으로, TN 액정에 전압이 인가된지 않으면, 시야각 의존성은 현저하지 않으므로, 제1서브 픽셀에 대한 제2서브 픽셀의 면적비를 적당히 선택하여 어두운 그레이 스케일 레벨에서의 시야각 의존성을 완화할 수 있다. 즉, 흑 표시 상태(평행 편광판의 상태)에 사용되는 상기 종래의 TN 액정 디스플레이는 화상이 어두운 경우에는 시야각 의존성이 현저하지 않다.
그러나, 높은 콘트라스트의 화상을 얻기 위하여, TN 액정 디스플레이는 백표시 상태(직교 편광판의 상태)에서 사용될 수도 있다. 이 경우에, 백 표시 상태(직교 편광판의 상태)에 사용된 TN 액정 디스플레이는 시야각 의존성이 현저하지 않으며, 화상이 어두운 경우에는 시야각 의존성이 현저하다.
상기 분할 방법이 백 표시 상태(직교 편광판의 상태)에서 동작가능한 TN 액정 디스플레이에 적용되더라도, 전술한 현저한 시야각 의존성의 문제를 해결하기는 쉽지않다.
현저한 시야각 의존도의 문제점이 없는 개선된 TN 액정 디스플레이의 개발이 요구되고 있다.
또한, 백 표시 상태(직교 편광판의 상태)에서 동작 가능한 TN 액정 디스플레이에 연관된 현저한 시야각 의존성을 해결하기 위하여, 일본 특허 공고 공보 제63-106624호에 마이크로 러빙(micro rubbing) 기법등이 적용될 수 있다.
제4도에 나타낸 바와 같이, 한쌍의 상부 및 하부 기판(33, 23)은 4개의 서로 다른 방향을 마이크로 러빙 처리된다. 하부 기판(23)은 상호 평행하게 교대로 배치되어있는 복수개의 제1 및 제2스트립 영역을 갖는다. 또한, 하부 기판(23)의 제1 및 제2스트립 영역은 각기 반대 방향으로 마이크로 러빙 처리되나, 이들의 러빙 처리 방향은 제1 및 제2스트립 영역의 세로 방향에 대하여 수직하다. 상부 기판(33)은 상호 평행하게 교대로 배치되어 있는 복수개의 제1 및 제2스트립 영역을 갖는다. 또한, 상부 기판(33)의 제1 및 제2스트립 영역은 각기 반대 방향을 마이클 러빙 처리되나, 이들의 러빙 처리방향은 제1 및 제2스트립 영역의 세로 방향과 평행한다. 그 결과, 제1 및 제2스트립 영역중에서 선택된 한 영역은 적절히 이용되어, 현저한 시야각 의존성의 문제점이 해결되게 된다.
또한, 상기 러빙 기법을 사용하지 않고 TN 액정 분자를 자발적으로 서로 다른 방향으로 틸트 업시키는 방법이있다. 이 방법은 일본 특허 공고 공보 제7-273614호에 개시되어있다. 예를들면, 제5도에 나타낸 바와 같이, TN 액정 분자의 틸트 업 방향이 다른 4개의 상이한 영역(A, B, C, D)이 하나의 픽셀내에 공존한다.
또한, TN 액정 분자의 현저한 시야각 의존성에서의 전술한 문제점을 해결하기 위하여, 보상 필름(compensation film)을 사용하는 방법이 공지되어있다. 광학 보상 필름을 액정층과 편광판사이에 제공하여, 입사 광선이 경사진 경우에 나타나는 굴절율 이방성을 조절함으로써, 비교적 광 시야각을 얻을 수 있다. 전압 인가시의 틸트 업 상태에서, TN 액정 분자의 광학 특성을 보상하기 위하여, 기판 표면에 대하여 트위스트된 광학축을 갖는 광학 보상 필름이 제안되었다. 일본 특허 공고 공보 제7-120746호에는 이축성 위상차 광학 보상 필름이 개시되어있다.
본 발명자의 검토에 의하면, TN 액정 분자의 틸트 업 방향이 다른 복수개의 상이한 영역이 각 픽셀내에 형성되어있는 TN 액정 디스플레이는, TN 액정 분자의 틸트 업 방향이 균일한 단일 영역이 각 픽셀내에 형성되어 있는 여타의 TN 액정 디스플레이의 광학 특성보다 더욱 우수한 광학 특성을 보유한다.
TN 액정 분자의 틸트 업 방향과 트위스트 방향이 모두 상이한 영역이 공존하는 영역을 갖는 TN 액정 디스플레이는, 그레이 스케일 반전이 없으며, 비교적 광시야각을 보유한다. 그러나, TN 액정에 전압 인가시에 얻어지는 흑 표시 화상에서, 경사 입사광의 투과율이 비교적 높으며, 이 투과율을 충분히 낮추기가 어렵다는 문제점이 있다. 즉, 흑 표시로 되어야 하는 곳에 백 표시가 잔존한다(백 표시 잔존현상). 이 때문에, 높은 콘트라스트 화상을 얻기가 어렵다. 이러한 TN 액정 디스프레이는 TN 액정 분자의 틸트 업 방향과 트위스트 방향이 모두 상이한 영역이 공존하므로, 틸트 및 트위스트를 갖는 광학 보상 필름에서 백 표시 잔존형상을 충분히 보상하기는 어렵다.
TN 액정 분자의 트위스트 방향과 틸트 업 방향이 상이한 영역이 공존하는 TN 액정 액정을 제공하여, 시야각 특성의 저하 및 화상의 콘트라스트 감소의 전술한 문제점이 없는 개선된 TN 액정 디스플레이의 개발이 요구되고 있다.
따라서, 본 발명의 목적은 현저한 시야각 의존성의 전술한 문제점이 없는 개선된 TN 액정 디스플레이를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 백 표시 상태(직교 편광판의 상태)에서 동작 가능하며, 화상이 어두운 경우에 임의의 인가 전압에 대하여 완화된 시야각 의존성을 갖는 개선된 TN 액정 디스플레이를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 TN 액정 분자의 트위스트 방향과 틸트 업 방향이 모두 상이한 영역이 공존하는 TN 액정을 제공하여, 시야각 특성의 저하의 전술한 문제점이 없는 개선된 TN 액정 디스플레이를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 TN 액정 분자의 트위스트 방향과 틸트 업 방향이 모두 상이한 영역이 공존하는 TN 액정을 제공하여, 화상의 콘트라스트 저하의 문제점이 없는 개선된 TN 액정 디스플레이를 제공하는 것이다.
전술한 본 발명이 목적, 특징 및 장점들의 이 외의 목적, 특징 및 장점들은 이하의 설명으로부터 명확해질 것이다.
본 발명은 복수개의 상부 및 하부 픽셀쌍을 가지며, 이들 각각은 상이한 전압이 인가되는 복수개의 서브 영역을 가지며, 상부 및 하부 픽셀중이 하나 이상의 픽셀은 음의 단일 광학축 구조의 광학 보상층을 갖는 액정 디스플레이를 제공한다.
또한, 본 발명은, 액정 분자의 트위스트 방향과 틸트 업 방향이 상이한 영역이 공존하는 액정층과, 이 액정층과 편광판 사이에 이축성 굴절율 이방성을 갖는 하나 이상의 광학 보상층을 갖는 액정 디스플레이를 제공하며, 상기 광학 보상층이 이축성 굴절율 이방성은 nx＞ ny＞ nz의 관계를 충족시키는 3개이 서로 다른 굴절율 nx, ny, nz를 가지며, nx는 상기 광학 보상층 표면에 평행한 X축과 평행한 방향의 굴절율이며, ny는 상기 광학 보상층 표면에 평행한 Y축에 평행하며 상기 X축과 수직한 방향의 굴절율이며, nz는 상기 광학 보상층의 표면에 수직한 Z축과 평행한 방향의 굴절율이다.
제1도는 TN(twisted nematic) 액정의 시야각 의존성을 설명하는 도면.
제2도는 TN 액정 디스플레이에서 TN 액정을 포함하는 각각의 제1 및 제2서브 픽셀 쌍내의 박막 트랜지스터와 픽셀 캐패시터를 갖는 회로구성을 나타낸 회로도.
제3도는 복수쌍의 제1 및 제2서브 픽셀을 갖는 TN 액정 디스플레이에서 인가 전압 레벨에 따른 TN 액정의 투과율 변화를 나타낸 도면.
제4도는 TN 액정 디스플레이에서, TN 액정이 삽입된 한쌍의 상부 및 하부 기판에 적용된 마이크로 러빙 기법을 나타낸 도면.
제5도는 TN 액정 디스플레이에서, TN 액정 분자의 트위스트 방향과 틸트 업(tilt-up) 방향이 모두 상이한 4개의 상이한 공존 영역을 나타낸 도면.
제6도는 본 발명에 따른 개선된 TN 액정 디스플레이의 원리를 나타낸 도면.
제7도는 TN 액정의 시야각 의존성을 나타낸 도면.
제8도는 본 발명에 따른 개선된 TN 액정 디스플레이에서, TN 액정 분자의 배향(orientation) 및 광학 보상층에 대한 시야각 의존성을 나타낸 도면.
제9도는 본 발명에 따른 개선된 TN 액정 디스플레이에서, 광학 보상층과 TN 액정 분자간의 배향 관계를 나타낸 도면.
제10도는 본 발명에 따른 개선된 TN 액정 디스플레이에서, 다른 하나의 광학 보상층과 TN 액정 분자간의 배향 관계를 나타낸 도면.
제11도는 본 발명에 따른 개선된 TN 액정 디스플레이에서, 또 다른 하나의 광학 보상층과 TN 액정 분자간의 배향 관계를 나타낸 도면.
제12도는 본 발명에 따른 다른 하나의 개선된 TN 액정 디스플레이의 적층 구조를 나타낸 부분 단면도.
제13도는 본 발명에 따른 다른 하나의 개선된 TN 액정 디스플레이에서, TN 액정 분자의 트위스트 방향과 틸트 업 방향이 모두 상이한 4개의 공존 영역을 나타낸 도면.
제14도는 본 발명에 따른 다른 하나의 개선된 TN 액정 디스플레이에 사용된, 이축성성 굴절율 이방성을 갖는 광학 보상층의 광학 특성을 나타낸 도면.
제15도는 본 발명의 실시예 1에 따른 개선된 TN 액정 디스플레이의 픽셀 구조를 나타낸 도면.
제16도는 본 발명의 실시예 1에 따른 개선된 TN 액정 디스플레이의 적층 구조를 나타내는 단면도.
제17도는 본 발명의 실시예 1에 따른 개선된 TN 액정 디스플레이에서, TN 액정의 상하 방향으로의 경사 각도에 대한 모든 8개의 그레이 스케일(gray scale, 계조)(階調)의 투과율 변화를 나타낸 도면.
제18도는 비교예 1에 따른 TN 액정 디스플레이에서, TN 액정의 상하 방향으로의 경사 각도에 대한 모든 8개의 그레이 스케일의 투과율 변화를 나타낸 도면.
제19도는 본 발명의 실시예 2에 따른 개선된 TN 액정 디스플레이의 픽셀 구조를 나타낸 도면.
제20도는 본 발명의 실시예 2에 따른 개선된 TN 액정 디스플레이의 적층 구조를 나타내는 부분 단면도.
제21도는 본 발명의 실시예 2에 따른 개선된 TN 액정 디스플레이에서, TN 액정의 상향 방향으로의 경사 각도에 대한 모든 8개의 그레이 스케일의 투과율 변화를 나타낸 도면.
제22도는 본 발명의 실시예 3에 따른 개선된 TN 액정 디스플레이의 구조를 나타낸 개략도.
제23도는 본 발명의 실시예 4에 따른 다른 하나의 개선된 TN 액정 디스플레이의 적층 구조를 나타낸 부분 단면도.
제24도는 본 발명의 실시예 4에 따른 다른 하나의 개선된 TN 액정 디스플레이에서, TN 액정 분자의 트위스트 방향과 틸트 업 방향이 모두 상이한 4개의 상이한 공존 영역을 나타낸 도면.
제25(a)도는 본 발명의 실시예 4에 따른 다른 하나의 개선된 TN 액정 디스플레이에서, TN 액정용 편광판의 투과축으로부터 0°의 경사각에서 시야각에 대한 모든 8개의 그레이 스케일의 투과율 변화를 나타낸 도면.
제25(b)도는 본 발명의 실시예 4에 따른 다른 하나의 개선된 TN 액정 디스플레이에서, TN 액정용 편광판의 투과축으로부터 90°의 경사각에서 시야각에 대한 모든 8개의 그레이 스케일의 투과율 변화를 나타낸 도면.
제26(a)도는 비교예 2에 따른 다른 하나의 개선된 TN 액정 디스플레이에서, TN 액정용 편광판의 투과축으로부터의 0°의 경사각에서 시야각에 대한 모든 8개의 그레이 스케일의 투과율 변화를 나타낸 도면.
제26(b)도는 비교예 2인 개선된 또 다른 TN 액정 디스플레이에서, TN 액정용 편광판의 투과축으로부터의 경사각이 90°인 시야각에 대하여 8개의 그레이 스케일에 대한 투과율 변화를 나타낸 도면.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
11 : 광학 보상층 12 : 액정층
21, 31 : 배향막 22, 32 : 투명 전극
23, 33 : 유리 기판 24, 34 : 편광판
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 액정 디스플레이는 복수쌍의 상부 및 하부 픽셀을 가지며, 이들 각각은 상이한 전압이 인가되는 복수개의 서브 영역을 가지며, 상기 상부 및 하부 픽셀중 하나 이상의 픽셀은 음의 단일 광학축 구조를 갖는 광학 보상층을 갖는다.
상기 액정 디스플레이는 TN 액정을 사용한다.
각 픽셀은 서로 다른 용량을 갖는 서브 영역으로 분할되는 것이 바람직하다.
광학 보상층의 음의 광학축은 광학 보상층 표면의 법선축에 대하여 틸트되는 것이 바람직하다.
광학 보상층의 음의 광학축은 광학 보상층 표면의 법선축에 대하여 균일하게 틸트되는 것이 바람직하다.
또한, 광학 보상층 표면의 법선축에 대하여 균일하게 경사진 2개의 광학 보상층은 상부 또는 하부 기판에 제공되거나 양쪽에 제공되어, 액정에 전압이 인가되는 경우에, 각 광학축의 방향이 액정 방향자의 방향에 거의 대응하는 것이 더 바람직하다.
또한, 광학 보상층 표면에 법선축에 대하여 균일하게 경사진 2개의 광학 보상층은 상부 또는 하부 기판에 제공되거나 양쪽에 제공되어, 액정에 전압이 인가되는 경우에, 광학축의 평균 방향이 액정 방향자의 방향에 거의 대응하는 것이 더 바람직하다.
제6도를 참조하여, 액정 디스플레이의 동작을 설명한다. 각 픽셀은 상이한 전압이 인가되는 서브 픽셀로 분할된다. 또한, 액정층(2)은 서브 픽셀에 대응되는 서브 영역(LC1, LC2, LC3, LC4)으로 분할되어, 액정층(2)의 서브 영역(LC1, LC2, LC3, LC4)에 상이한 전압이 인가되게 된다.
전술한 본 발명은 흑 표시 상태(평행 편광판의 상태)에 한정되지 않고, 임의의 전압 레벨에 대해 흑 표시 화상에서의 시야각 의존성을 완화시킨 하나 이상의 광학 보상층을 제공한다.
본 발명에 따른 광학 보상층은 인가된 임의의 전압에 대한 블랙 화상을 실현시키며 시야각 의존성을 개선시킨다.
본 발명에 따른 광학 보상층의 구조는 다음과 같다.
액정에 전압이 인가되면, 액정의 배향은 액정 셀의 두께 방향으로 왜곡되게 된다. 액정 분자는 포지티브 굴절율 이방성 △n을 갖는다. 포지티브 굴절율 이방성의 크기는 액정 분자의 장축의 길이가 어떻게 보이는가에 따라 결정된다.
액정에 전압이 인가되면, 제7도와 같이 액정 분자가 틸트 업된다. 시야각이 디스플레이 스크린의 법선축으로부터 좌측으로 틸트되어 시야각 방향과 TN 액정 분자의 단축 사이에 정의된 각도가 커지게되면, 틸트 업된 TN 액정 분자는 외관상 길게 보이게 된다. 그러나, 시야각이 디스플레이 스크린의 법선축으로부터 우측으로 틸트되어 시야각 방향과 TN 액정 분자의 단축 사이에 정의된 각도가 작아지게 되면, 틸트 업된 TN 액정 분자는 외관상 짧게 보이게 된다. 이러한 현상은 TN 액정의 굴절율 변화에 의하여 야기된다. 이러한 시야각 의존성은 TN 액정의 굴절율 변화에 의하여 야기된다.
음의 굴절율 이방성을 갖는 광학 보상층이 액정의 상부에 걸쳐 배치된다. 제8도에 나타낸 바와 같이, 액정에 대한 광학 보상층이 배치되어, 액정 분자의 광학축 또는 단축이 광학 보상층의 광학축과 평행하게 된다. 광학 보상층의 광학축은 제8도에 나타낸 디스크의 법선축과 동일하다. 이 경우, 시야각이 변하게 되더라도, 광학 보상층과 액정의 굴절율 이방성의 부호가 서로 반대이므로, 액정층과 광학 보상층의 합계한 복굴절 양은 변하지 않는다.
상기 설명은 액정 분자의 배향이 규칙적이라는 가정하에서 기술되었지만, 실제로 액정 분자의 배향이 변하므로, 제9도에 나타낸 바와 같이, 광학 보상층의 광학축이 액정 분자의 다양한 배향과 일치될 필요가 있다. 액정층(2)은 5개의 서브층(A1, A2, A3, A4, A5)으로 분할된다. 광학 보상층(1)은, 5개의 서브층(A1, A2, A3, A4, A5)에 대응되는 각기 상이한 광학축(B1, B2, B3, B4, B5)을 갖는 5개의 서브층으로 분할된다.
즉, 제1광학 보상 서브층(B1)은 액정층(2)의 제1서브층(A1)내의 액정 분자의 광학축 또는 세로 방향과 평행한 제1광학축을 갖는다. 제2광학 보상 서브층(B2)은, 액정층(2)의 제2서브층(A2)내의 액정 분자의 광학축 또는 세로 방향과 평행한 제2광학축을 갖는다. 제3광학 보상 서브층(B3)은, 액정층(2)의 제3서브층(A3)내의 액정 분자와 광학축 또는 세로 방향과 평행한 제3광학축을 갖는다. 제4광학 보상 서브층(B4)은, 액정층(2)의 제4서브층(A4)내의 액정 분자의 광학축 또는 세로 방향과 평행한 제4광학축을 갖는다. 제5광학 보상 서브층(B5)는 액정층(2)의 제5서브층(A5)내의 액정 분자의 광학축 또는 세로 방향과 평행한 제5광학축을 갖는다.
또한, 제10도에 나타낸 바와 같이, 액정층(2)은 상부 및 하부 광학 보상층(1) 사이에 삽입된다. 이 액정층(2)은 6개의 서브층(B1, B2, B3, B4, B5, B6)으로 분할된다. 하부 광학 보상층(1)은 각각 상이한 광학축을 갖는 3개의 서브층(A1, A2, A3)으로 분할된다. 상부 광학 보상층(1)은 각각 상이한 광학축을 갖는 3개의 서브층(C1, C2, C3)으로 분할된다.
즉, 제1광학 보상 서브층(A1)은 액정층(2)의 제3서브층(B3)내의 액정 분자의 광학축 또는 세로 방향과 평행한 제1광학축을 갖는다. 제2광학 보상 서브층(A2)은 액정층(2)의 제2서브층(B2)내의 액정 분자의 광학축 또는 세로 방향과 평행한 제2광학축을 갖는다. 제3광학 보상 서브층(A3)은 액정층(2)의 제3서브층(A1)내의 액정 분자의 광학축 또는 세로 방향과 평행한 제1광학축을 갖는다. 제1광학 보상 서브층(C1)은 액정층(2)의 제6서브층(B6) 내의 액정 분자의 광학축 또는 세로 방향과 평행한 제1광학축을 갖는다. 제2광학 보상 서브층(C2)은 액정층(2)의 제5서브층(B5)내의 액정 분자의 광학축 또는 세로 방향과 평행한 제2광학축을 갖는다. 제3광학 보상 서브층(C3)은 액정층(2)의 제4서브층(A4)내의 액정 분자의 광학축 또는 세로 방향과 평행한 제1광학축을 갖는다.
이하, 제9도 및 제10도에 나타낸 상기 액정 디스플레이의 광학 특성에 대해 설명한다.
액정 디스플레이에서, 선형으로 편광된 광선(선형편광 광선)이 액정층으로 입사된다. 광선이 액정층을 통과한 후, 상기 광선은 타원형으로 편광된 광선(타원편광 광선)이 된다. 이 타원편광 광선이 광학 보상층으로 입사되게 되면, 이 타원편광 광선은 선형편광 광선으로 된다. 따라서, 광학 보상층을 통과한 광선은 선형의 편광 광선이다. 따라서, 제9도 및 제10도에 나타낸 상기 구조중의 어느 하나의 구조가 상호 수직한 방향인 2개의 편광판 사이에 배치되게 되면, 흑 표시 화상이 얻어질 수 있게 된다.
상기 설명은 액정에 입사되는 광선의 방향이 횡방향인 경우에 대하여 기술하였지만, 광선이 경사지게 입사하는 경우에도 적용가능하며, 따라서 시야각에 따라서 복굴절이 변화하는 문제점이 해결될 수 있다.
전술한 바와 같이, 액정의 시약각 의존성은 음의 광학 이방성을 갖는 광학 보상층에 의해 해결될 수 있다.
액정의 다양한 배향에 정확히 일치하는 광학 층 구조를 갖는 광학 보상층을 사용하는 대신에, 액정의 다양한 배향에 대략적으로 일치하는 광학 층 구조를 갖는 광학 보상층을 교대로 사용할 수도 있다.
제11도에 나타낸 바와 같이, 액정의 배향이 변하게 되더라도, 정확한 층 구조를 갖는 광학 보상층 대신에, 균일한 광학축을 갖는 대략적인 층 구조를 갖는 광학 보상층이 이용될 수도 있다.
또한, 다른 방법으로, 정확한 층 구조를 갖는 광학 보상층 대신에, 틸트 각도가 변하는 광학축을 갖는 대략적인 층 구조의 광학 보상층이 이용될 수도 있다.
이 경우에, 상부 및 하부 광학 보상층의 복굴절율은 동일할 필요가 있다.
상기 광학 보상층은 일본 특허 공고 공보 제6-222213호에 개시된 바와 같이, 필름에 전단력(shear force)을 인가하여 형성될 수도 있다.
또한, 본 발명은, 액정 분자의 트위스트 방향과 틸트 업 방향이 상이한 영역이 공존하는 액정층과, 이 액정층과 편광판 사이에 이축성 굴절율 이방성을 갖는 하나 이상의 광학 보상층을 갖는 액정 디스플레이를 제공하며, 상기 광학 보상층의 이축성 굴절율 이방성은 nx＞ ny＞ nz의 관계를 충족시키는 3개의 서로 다른 굴절율 nx, ny, nz를 가지며, nx는 상기 광학 보상층 표면에 평행한 X 축과 평행한 방향의 굴절율이며, ny는 상기 광학 보상층 표면에 Y축에 평행하며 상기 X축과 수직한 방향의 굴절율이며, nz는 상기 광학 보상층의 표면에 수직한 Z축과 평행한 방향의 굴절율이다.
트위스트 방향과 틸트 업 방향이 서로 상이한 4개의 영역이 공존하는 액정 디스플레이에 상기 광학 보상층을 사용하는 것이 바람직하다.
또한, 서로 평행하고 각 면이 대면하며, 러빙 방향이 90°만큼 상이한 배향막과 투명 전극을 갖는 한쌍의 투명기판이 제공되는 것이 바람직하다. 이 배향막 사이에 네마틱(nematic) 액정이 배치된다. 투명 기판이 삽입되도록 한쌍의 편광판이 제공된다. 편광판과 투명 기판 사이에 상술한 하나 이상의 광학 보상층이 제공된다.
제12도에 나타낸 바와 같이, 액정 디스플레이는 다음과 같은 구조를 가질 수 있다. 액정층(12)의 상부 및 하부면상에 상부 및 하부 배향막(31, 21)이 제공된다. 상부 배향막(31)상에 상부 투명 전극(32)이 제공된다.
하부 배향막(21)상에 하부 투명 전극(22)이 제공된다 상부 투명 전극(32)상에 상부 유리 기판(33)이 제공된다. 하부 투명 전극(22)상에 하부 유리 기판(23)이 제공된다. 상부 유리 기판(33) 위에 상부 편광판(34)이 제공되어, 이 상부 편광판(34)이 상부 유리 기판(33)으로부터 작은 갭을 두고서 이격되어 있다. 하부 유리 기판(23) 아래에 광학 보상층(11)이 제공되어, 광학 보상층(11)이 하부 유리 기판(23)으로부터 작은 갭을 두고서 이격되어 있다. 광학 보상층(11) 아래에 하부 편광판(24)이 제공되어, 하부 편광판(24)이 광학 보상층(11)으로부터 작은 갭을 두고서 이격되어 있다. 그 결과, 광학 보상층(11)이 하부 유리 기판(23)과의 하부 편광판(24) 사이에서 작은 갭을 두고서 배치되게 된다. 제13도에 나타낸 바와 같이, 액정층(12)은 액정 분자의 트위스트 방향과 틸트 업 방향이 모두 상이한 4개의 영역을 갖는다.
제14도에 나타낸 바와 같이, 광학 보상층(11)의 광학 특성에 대해 설명한다. 광학 보상층(11)은 3개의 상이한 굴절율(nx, ny, nz)을 갖는 이축성 굴절 이방성을 가지며, 이들간의 관계는 nx＞ ny＞ nz이며, nx는 광학 보상층의 표면과 평행한 X 축과 평행한 방향의 굴절율이며, ny는 광학 보상층의 표면과 평행한 Y축과 평행한 방향의 굴절율이며, nz는 광학 보상층의 표면과 수직한 Z축과 평행한 방향의 굴절율이다.
제13도에 나타낸 바와 같이 액정 분자의 트위스트 방향과 틸트 업 방향이 모두 상이한 4개의 영역을 갖는 액정층을 포함하는 액정 디스플레이의 시야각 의존성을 개선하기 위하여 상기 광학 보상층을 이용하는 것은 효과적이다. 이들 이유는 다음 설명으로부터 명확해질 것이다. 액정에 전압이 인가되면, 액정 분자의 트위스트 방향과 틸트 업 방향이 동일하게 되도록 각 영역내의 액정 분자가 정렬된다. 그러나, 액정 분자의 트위스트 방향과 틸트 업 방향은 액정층의 상이한 영역간에 서로 다르다. 개개의 영역을 보상하기는 쉽지 않으므로, 광학 보상층(11)은 이축성 굴절 이방성을 가지며, 배향막(21, 31)을 각각의 방향으로 러빙 처리한다. 따라서 광학 보상층이 면내 이방성을 띠게 되면, 러빙 방향에 수직 또는 평행한 방향을 선택하여 최적의 시야각 특성을 얻을 수 있게 된다.
전술한 바와 같이, 각 픽셀은 액정 분자이 트위스트 방향과 틸트 업 방향이 서로 상이한 4개의 영역을 갖는다. 이 4개의 상이한 영역이 대각선적으로 위치하여 동일 면적을 갖게 되면, 이 대각선적으로 위치한 영역의 상이한 광학 특성이 상쇄되게 되어 광 시야각 특성 및 미세한 화상을 얻을 수 있다.
[실시예]
제15도를 참조하여 본 발명에 다른 실시예 1을 설명한다. 픽셀 크기가 200㎛×50㎛인 비정질 실리콘 박막 트랜지스터 어레이가 사용되었다. 이 비정질 실리콘 박막 트랜지스터 어레이에서, 디스플레이 전극(3)은 두께가 다른 비정질 질화실리콘층(4)으로 코팅된다. 즉, 비정질 질화실리콘층(4)은 각 디스플레이 전극(3)을 제1서브픽셀(5)과 제2서브 픽셀(6)로 분할하는 2개의 상이한 두께를 갖는다. 비정질 질화실리콘층(4)은 액정의 캐패시터에 전기적으로 직렬로 결합된 캐패시터의 역할을 하므로, 제1 및 제2서브 픽셀(5, 6)에 상이한 전압이 인가된다.
제16도를 참조하면, 액정 패널은 6㎛의 스페이서에 의하여 본딩된 박막 트랜지스터 기판(7)과 컬러 필터 기판(8)을 구비한다. 컬러 필터 기판(8)상에는 차폐층이 부분적으로 형성된 컬러 필터(12)가 제공된다. 컬러 필터(12)상에는 러빙 처리한 배향막(9)이 제공된다. 제16도에 나타낸 바와 같이, 박막 트랜지스터 기판(7)상에 상이한 두께를 갖는 비정질 질화실리콘층(4)이 제공되므로, 이 비정질 질화실리콘층(4)의 표면은 비정질 질화실리콘층(4)이 얇은 두께를 갖는 리세스부를 갖는다. 또한, 비정질 질화실리콘층(4)의 표면상에 러빙 처리된 다른 배향막(9)이 제공된다. 컬러 필터 기판(8)과 박막 트랜지스터 기판(7)상부에 걸쳐 각기 제공된 배향막(9) 사이에 액정층이 삽입된다. 컬러 필터 기판(8)과 박막 트랜지스터 기판(7)은 배향막(9)의 러빙 방향이 90°만큼 차이가 생기도록 본딩된다. 진공하에서, 네마틱 액정(ZLI-4792)이 컬러 필터 기판(8)과 박막 트랜지스터 기판(7)의 상부에 걸쳐 제공된 배향막(9)사이의 갭내에 주입된다.
또한, 컬러 필터 기판(8)의 노출 표면상에 광학 보상층(1)이 제공되어, 광학 보상층(1)과 액정층 사이에 컬러 필터 기판(8)이 배치되게 된다. 광학 보상층(1)은 다음과 같이 제공될 수도 있다.
필름 표면에 수직한 방향의 굴절율과 이 수직한 방향의 굴절율보다 더 작은 필름 표면에 평행한 방향의 또 다른 굴절율을 갖는 위상차 필름이 제공된다. 위상차 필름은 전단력이 가해진 180℃의 고온 철판(hot iron plates)사이에 삽입된다. 이 위상차 필름의 두께는 약 100㎛이다.
광학 보상판의 광학축 방향을 측정하는데 에립소미터(ellipsometer)가 사용되어, 광학축이 필름면의 법선축으로부터 약 20°정도만큼 기울어졌는가를 확인한다.
상기 필름들 중의 2개의 필름은 컬러 필터 기판(8)상부에 걸쳐 적층되어 제공된다.
필름에 가해지는 전단력의 방향이 컬러 필터 기판(8)상의 배향막(9)의 러빙 방향과 평행하도록, 광학 보상 필름중의 제1필름이 컬러 필터 기판(8)상에 제공됨으로써, 광학 보상층이 광학축이 컬러 필터 기판(8) 상의 배향막(9)에 의하여 배향된 액정 분자의 틸트 업 방향과 동일한 방향으로 틸트되게 된다. 필름에 가해지는 전단력의 방향이 박막 트랜지스터 기판(7)상의 배향막(9)의 러빙 방향과 평행하도록, 광학 보상 필름의 제1필름상에 다른 광학 보상 필름이 제공됨으로써, 광학 보상층의 광학축이 박막 트랜지스터 기판(7) 상의 배향막(9)에 의하여 배향된 액정 분자이 틸트 업 방향고 동일한 방향으로 틸트되게 된다. 컬러 필터 기판(8)과 편광판사이에 이중층 광학 보상층(1)이 제공되도록, 편광판이 제공되어 상기 적층 구조가 삽입되게 된다.
광학 보상층을 갖는 액정 패널의 시야각 의존성이 측정되었다. 그 측정 결과가, 상하 방향의 틸트 각도에 대한 투과율을 나타낸 제17도에 도시된다. 8개의 그레이 스케일에 대하여, 광학 보상층을 갖는 액정 패널 각각이 투과율을 나타내었다. 제17도로부터, 제1그레이 스케일 레벨은 비교적 적은 투과율 변동과 비교적 낮은 시야각 의존성을 갖는다는 것을 알 수 있다.
전술한 실시예 1에 대한 비교예로서, 광학 보상층을 갖지 않는 액정 패널이 제공되었다. 또한, 광학 보상층을 갖는 액정 패널의 시야각 의존성이 측정되었다. 그 측정 결과가 상하 방향의 틸트 각도에 대한 투과율을 나타낸 제18도에 도시된다. 8개의 그레이 스케일에 대하여, 광학 보상층을 갖는 액정 패널 각각의 투과율을 나타내었다. 제18도로부터, 제1그레이 스케일 레벨은 비교적 큰 투과율 변동과 비교적 큰 시야각 의존성을 갖는 것을 알 수 있다.
제19도를 참조하여 본 발명에 따른 실시예 2를 설명한다. 픽셀 크기가 200㎛×50㎛인 비정질 실리콘 박막 트랜지스터 어레이가 사용된다. 이 비정질 실리콘 박막 트랜지스터 어레이에서, 디스플레이 전극(3)은 상이한 두께의 비정질 질화실리콘층(4)으로 코팅된다. 즉, 디스플레이 전극(3)을 제1서브픽셀(5)과 제2서브 픽셀(6)로 분할하는 비정질 질화실리콘층(4)은 2개의 상이한 두께를 갖는다. 비정질 질화실리콘층(4)은 액정의 캐패시터에 전기적으로 직렬로 결합된 캐패시터의 역할을 하므로, 제1 및 제2서브 픽셀(5)과 제2섭 픽셀(6)에 상이한 전압이 인가된다.
제20도를 참조하면, 제1서브픽셀(5)과 제2서브 픽셀(6)은 점선으로 표시된다. 액정 패널은 6㎛의 스페이서에 의하여 본딩된 박막 트랜지스터 기판(7)과 컬러 필터 기판(8)을 구비한다. 컬러 필터 기판(8)상에는 차폐층이 부분적으로 형성된 컬러 필터(12)가 제공된다. 컬러 필터(12)상에는 러빙 처리한 배향막(9)이 제공된다. 제20도에 나타낸 바와 같이, 박막 트랜지스터 기판(7)상에 동일한 두께를 갖는 비정질 질화실리콘층(4)이 제공되나, 이들은 게이트 버스 라인(11)의 일부분을 포함하는 결합 전극(10)을 통하여 결합된다. 또한, 비정질 질화실리콘층(4)의 표면상에 러빙 처리된 다른 배향막(9)이 제공된다. 컬러 필터 기판(8)과 박막 트랜지스터 기판(7)상부에 걸 각기 제공된 배향막(9) 사이에 액정층이 삽입된다. 컬러 필터 기판(8)과 박막 트랜지스터 기판(7)은 배향막(9)의 러빙 방향이 90°만큼 차이가 생기도록 본딩된다. 진공하에서, 네마틱 액정(ZLI-4792)이 컬러 필터 기판(8)과 박막 트랜지스터 기판(7) 상부에 걸쳐 제공된 배향막(9)사이의 갭내에 주입된다.
또한, 컬러 필터 기판(8)과 박막 트랜지스터 기판(7)이 노출 표면상에 광학 보상층(1)이 제공되어, 액정층과 광학 보상층(1) 사이에 박막 트랜지스터 기판(7)이 배치되는 한편, 광학 보상층(1)과 액정층사이에 컬러 필터 기판(8)이 배치된다. 광학 보상층(1) 각각은 다음과 같이 제공될 수도 있다.
필름 표면에 수직한 방향의 굴절율과 이 수직한 방향의 굴절율보다 더 작은 필름 표면에 평행한 방향의 또 다른 굴절율을 갖는 위상차 필름이 제공된다. 위상차 필름은 전단력이 가해진 180℃의 고온 철판 사이에 삽입된다. 이 위상차 필름의 두께는 약 100㎛이다.
광학 보상판의 광학축 방향을 측정하는데 에립소미터가 사용되어, 광축이 필름면의 법선축으로부터 약 20°정도만큼 기울어졌는가를 확인한다.
상기 필름들중의 2개의 필름은 컬러 필터 기판(8)과 박막 트랜지스터 기판(7) 상부에 걸쳐 제공된다.
필름에 가해지는 전단력의 방향이 컬러 필터 기판(8) 상의 배향막(9)의 러빙 방향과 평행하도록, 광학 보상 필름중의 제1필름이 컬러 필터 기판(8)상에 제공됨으로써, 광학 보상층의 광학축이 컬러 필터 기판(8) 상의 배향막(9)에 의하여 배향된 액정 분자의 틸트 업 방향과 동일한 방향으로 틸트되게 된다. 필름에 가해지는 전단력의 방향이 박막 트랜지스터 기판(7)상의 배향막(9)의 러빙 방향과 평행하도록, 박막 트랜지스터 기판(7) 위에 다른 광학 보상 필름은 제공됨으로써, 광학 보상층의 광학축이 박막 트랜지스터 기판(7) 상의 배향막(9)에 의하여 배향된 액정 분자의 틸트 업 방향과 동일한 방향으로 배향되게 된다. 컬러 필터 기판(8)과 편광판사이와 박막 트랜지스터 기판(7)과 편광판사이에 광학 보상층(1)이 배치되도록, 편광판이 제공되어 상기 적층 구조가 삽입되게 된다.
광학 보상층을 갖는 액정 패널의 시야각 의존성이 측정되었다. 그 측정 결과가, 상하 방향의 틸트 각도에 대한 투과율을 나타낸 제21도에 도시된다. 8개의 그레이 스케일에 대하여, 광학 보상층을 갖는 액정 패널 각각의 투과율을 나타내었다. 제21도에서, 제1그레이 스케일 레벨은 비교적 적은 투과율 변동을 나타내며, 또한 비교적 작은 210㎛×70㎛의 픽셀이 제공되었다. 신호 전극 라인(16)과 결합 전극(10)이 서로 평행하도록, 박막 다이오드 기판(7)상에 크롬으로 된 신호 전극 라인(16)과 결합 전극(10)이 선택적으로 형성된다 신호 전극 라인(16)과 결합 전극(10)을 덮도록, 질화실리콘 필름(15)이 선택적으로 형성된다. ITO(indium tin oxide)로 된 투명 전극 패턴(14)이 선택적으로 형성된다. 신호 전극 라인(16) 상부에 걸쳐, 질화실리콘 필름을 통하여 투명 전극(14)이 대칭적으로 형성되나 작은 갭을 사이에 두고 서로 이격되어 있다. 제1서브픽셀(5)은 신호 전극 라인(16)을 덮는 질화실리콘 필름(15) 상부에 걸쳐 연장된 투명 전극(14)과, 박막 다이오드 기판(7)과, 결합 전극(10)만을 덮는 질화실리콘 필름(15)을 구비한다. 제2서브 픽셀(6)은 박막 다이오드 기판(7)을 덮는 질화실리콘 필름(15) 상부에 걸쳐 연장된 투명 전극(14) 및 결합 전극(10)을 구비한다. 제1 및 제2서브 픽셀(5, 6)은 신호 전극 라인(16)에 대해 거의 대칭적으로 형성되므로, 전압이 극성과 무관한 전류-전압 특성을 얻을 수 있다. 제1 및 제2서브 픽셀(5, 6)은 결합 전극(10)을 통하여 서로 용량성 결합을 이루므로, 제1 및 제2서브 픽셀(5, 6)에 상이한 전압이 인가된다.
한편, 제22도에 나타내지는 않았지만, 컬러 필터 기판의 상부에 걸쳐 스트립 형상의 주사 전극이 형성된다. 이 주사 전극은 ITO 전극(14)으로 형성되며 컬러 필터 어레이를 형성한다. 박막 다이오드 기판(7)과 컬러 필터 기판은 6㎛의 스페이서를 통하여 서로 본딩된다.
박막 다이오드 기판(7)과 컬러 필터 기판상에는 러빙 처리된 배향막이 제공된다. 박막 다이오드 기판(7)과 컬러 필터 기판은, 배향막들의 러빙 방향이 90°만큼 차이가 생기도록 본딩된다. 진공하에서, 박막 다이오드 기판(7)과 컬러 필터 기판사이의 갭에는 네마틱 액정이 주입된다.
또한, 박막 다이오드 기판(7)과 컬러 필터 기판의 노출면상에 광학 보상층(1)이 제공되어, 액정층과 광학 보상층(1) 사이에 박막 다이오드 기판(7)이 배치되는 한편, 광학 보상층(1)과 액정층사이에 컬러 필터 기판이 배치된다. 각 광학 보상층(1)은 다음과 같이 제공될 수도 있다.
필름 표면에 수직한 방향이 굴절율과 이 수직한 방향의 굴절율보다 더 작은 필름 표면에 평행한 방향의 또 다른 굴절율을 갖는 위상차 필름이 제공된다. 위상차 필름은 전단력이 가해지는 180℃의 고온 철판 사이에 삽입된다. 이 위상차 필름의 두께는 약 100㎛이다.
상기 필름들 중의 2개의 필름은 컬러 필터 기판과 박막 트랜지스터 기판(7)상부에 걸쳐 제공된다.
필름에 가해지는 전단력의 방향이 컬러 필터 기판상이 배향막의 러빙 방향과 평행하도록, 컬러 필터 기판상에 광학 보상 필름의 제1필름이 제공됨으로써, 광학 보상층의 광학축이 컬러 필터 기판상의 배향막에 의하여 배향된 액정 분자의 틸트 업 방향과 동일한 방향으로 틸트되게 된다. 필름에 가해지는 전단력의 방향이 박막 트랜지스터 기판(7) 상의 배향막의 러빙 방향과 평행하도록, 박막 트랜지스터 기판(7) 상에 다른 광학 보상 필름이 제공됨으로써, 광학 보상층의 광학축이 박막 트랜지스터 기판(7) 상의 배향막에 의하여 배향된 액정 분자의 틸트 업 방향과 동일한 방향으로 틸트되게 된다. 컬러 필터 기판(8)과 편광판사이와 박막 트랜지스터 기판과 편광판사이에 광학 보상층(1)이 배치되도록 편광판이 제공되어 상기 적층 구조가 삽입되게 된다.
광학 보상층을 갖는 액정 패널의 시야각 의존성이 측정되었다. 제1그레이 스케일 레벨은 비교적 작은 투과율 변동과, 비교적 낮은 시야각 의존성을 갖는 것을 알 수 있다. 박막 트랜지스터 기판이 사용된 경우와 비교해보면, 각 픽셀이 더 큰 면적의 픽셀 전극을 가지므로, 더 밝은 화상을 얻을 수 있다.
본 발명에 따른 실시예 4를 설명한다. 제23도를 참조하면, 폭이 5㎛인 다수의 X자형 개구부를 갖는 유리 기판(33)이 사용되었다. 또한, 또 다른 유리 기판(23)이, 10㎛의 간격으로 정렬된 다수의 픽셀 전극을 구비하는 어레이를 갖는 반대전극으로 사용되며,, 각 픽셀 전극은 100㎛×100㎛의 정방형이다. 유리 기판(23, 33)상에 투명 전극(22, 32)이 제공된다. 유리 기판(23, 33)이 세정된 후, 유리 기판(23, 33) 상에 제공된 투명 전극(22, 32)상에 폴리이미드 배향제가 스핀 코팅에 의하여 도포된 다음, 90℃ 내지 220℃의 온도에서 소결(sintering) 처리되어, 투명 전극(22, 32) 상에 배향막(21, 31)이 형성된다. 배향막(21, 31)의 러빙시에는 레이온으로 된 버프(buff, 연마용 포)포(布)가 이용되었다. 러빙 방향은, 기판의 대각선 방향으로 했다. 기판상에 제공된 배향막의 러빙 방향은 90°만큼 차이가 있다.
기판의 주변부상에는 접착제가 도포되어, 이 접착제상에 스페이서의 역할을 하는 직경 6㎛의 라텍스구가 위치된다. 전극 개구부가 100㎛×100㎛ 전극의 중앙에 배치되도록, 기판들이 압력에 의해 스페이서를 통해 서로 본딩되게 된다.
서로 본딩된 기판이 진공조내에 배치되어 진공배기(evacuation)된 후, 92℃의 상전이 온도를 갖는 네마틱 액정 ZLI4792과, 0.2 중량%의 자외선 경화 모노머(cure monomer) KAYARAD PET-30와, 모노머에 대한 5중량%의 개시제(initiator)를 포함하는 액정 용액이 주입되어, 액정층(12)이 형성된다. 그 결과, 액정 패널이 얻어진다. 액정 패널은 110℃까지 가열된 후, 0.1㎽/㎠의 자외선에 30분 동안 노출된다 그 후, 8V, 10㎐의 정현파 전압이 패널에 인가되는 동안, 기판이 20℃/분 속도로 냉각된다.
이렇게 얻은 액정 셀은 편광 현미경으로 관찰하여, 각 영역이 X자형 개구부에 따라서 4개의 미소 서브 영역으로 분할되었나를 확인했다. 4개이 미소 영역은 네마틱 액정 분자의 트위스트 방향과 틸트 방향이 모두 상이했다.
이축성 이방성 NEW-VAC-200/240 필름이 광학 보상 필름(11)으로 사용된다. 이 필름의 면내 지연(retardation)은 200㎚이며, 면에 수직한 지연은 240㎚이며, 여기서 면내 지연은 (nx- ny) × d이다( d는 필름이 두께).
광학 보상 필름(11)이 유리 기판(22) 아래에 배치되어, 작은 갭을 사이에 두고 이격되게 된다. 하부 편광판(24)이 광학 보상 필름(11) 아래에 배치되어, 작은 갭을 사이에 두고 이격되게 된다. 상부 편광판(34)이 상부 유리 기판상에 제공되어, 작은 갭을 사이에 두고 이격되게 된다. 전압인가시 흑 표시 상태에서는, 편광판의 광학축과 기판의 러빙방향을 고정하고, 광학 보상 필름의 방향의 변화에 따른 광학적 특성을 관찰했다.
편광판의 광학축이 광학 보상 필름(11)의 X축 방향의 굴절율(nx) 축에 수직한 경우, 광학 보상 필름(11)의 방향을 고정한 채로, 액정 평가기 LCD-5000을 사용하여 측정한 결과, 경사방향으로의 백색 잔존현상의 억제효과가 가장 현저했다. 상이한 서브 영역이 대각선으로 위치되므로, 90°마다 동일한 시야각 의존성이 나타난다. 8개의 그레이 스케일 각각에 대한 편광판의 광학축으로부터의 각도가 0°인 경우의 투과율의 시야각 의존성을 제4(a)도에 나타내었다. 8개의 그레이 스케일 각각에 대한 편광판의 광학축으로부터의 각도가 45°인 경우의 투과율의 시야각 의존성을 제25(b)도에 나타낸다. 제25(a)도 및 제25(b)도로부터, 액정 패널의 투과율 변화가 크게 억제되었음을 알 수 있다.
실시예 4에 대한 비교예를 설명한다. 액정 디스플레이가 광학 보상 필름을 구비하지 않는다는 것을 제외하고는, 실시예 4의 액정 디스플레이 구조아 동일하다.
액정 디스플레이의 시야각 의존성이 액정 평가가 LCD-5000으로 측정되었다. 상이한 서브 영역이 대각선으로 위치되므로, 매 90°마다 동일한 시야각 의존성이 나타난다. 8개의 그레이 스케일 각각에 대한 편광판의 광학축으로부터 각도가 0°인 경우의 투과율의 시야각 의존성을 제26(a)도에 나타낸다. 8개의 그레이 스케일 각각에 대한 편광판의 광학축으로부터의 각도가 45°인 경우의 투과율의 시야각 의존성을 제26(b)도에 나타낸다. 제26(b)도로부터 알 수 있듯이, 액정 패널의 투과율 변화가 억제되지 않는다.
본 발명에 실시예 5를 설명한다. 제23도를 참조하면, 폭이 5㎛인 다수의 X자형 개구부를 갖는 유리 기판(33)이 사용되었다. 또한, 또 다른 유리 기판(23)이, 10㎛의 간격을 정렬된 다수의픽셀 전극을 구비하는 어레이를 갖는 반대전극으로 사용되며, 각 픽셀 전극은 100㎛×100㎛의 정방향이다. 유리 기판(23, 33)상에 투명 전극(22, 32)이 제공된다 유리 기판(23, 33)이 세정된 후, 유리 기판(23, 33)상에 제공된 투명 전극(22, 32)상에 폴리이미드 배향제가 스핀 코팅에 의하여 도포된 다음, 90℃ 내지 220℃의 온도에서 소결(sintering) 처리되어, 투명 전극(22, 32) 상에 배향막(21, 31)이 형성된다. 배향막(21, 31)의 러빙시에는 레이온으로 된 버프(buff, 연마용 포)포(布)가 이용되었다. 러빙 방향은, 기판의 대각선 방향으로 했다. 기판상에 제공된 배향막의 러빙 방향은 90°만큼 차이가 있다. 기판의 주변부상에는 접착제가 도포되어, 이 접착제상에 스페이서의 역할을 하는 직경 6㎛의 라텍스구가 위치된다. 전극 개구부가 100㎛×100㎛ 전극의 중앙에 배치되도록, 기판들이 압력에 의해 스페이서를 통해 서로 본딩되게 된다.
서로 본딩된 기판이 진공조내에 배치되어 진공배기(evacuation)된 후, 92℃의 상전이 온도를 갖는 네마틱 액정 ZLI4792과, 0.2 중량%의 자외선 경화 모노머(cure monomer) KAYARAD PET-30와, 모노머에 대한 5중량%의 개시제(initiator)를 포함하는 액정 용액이 주입되어, 액정층(12)이 형성된다. 그 결과, 액정 패널이 얻어진다. 액정 패널은 110℃까지 가열된 후, 0.1㎽/㎠의 자외선에 30분 동안 노출된다 그 후, 8V, 10㎐의 정현파 전압이 패널에 인가되는 동안, 기판이 20℃/분 속도로 냉각된다.
이렇게 얻은 액정 셀은 편광 현미경으로 관찰하여, 각 영역이 X자형 개구부에 따라서 4개의 미소 서브 영역으로 분할되었나를 확인했다. 4개이 미소 영역은 네마틱 액정 분자의 트위스트 방향과 틸트 방향이 모두 상이했다.
이축성 이방성 NEW-VAC-200/240 필름이 광학 보상 필름(11)으로 사용된다. 이 필름의 면내 지연(retardation)은 100㎚이며, 면에 수직한 지연은 125㎚이며, 여기서 면내 지연은 (nx- ny) × d이다( d는 필름이 두께).
광학 보상 필름(11)이 유리 기판(22) 아래에 배치되어, 작은 갭을 사이에 두고 이격되게 된다. 하부 편광판(24)이 광학 보상 필름(11) 아래에 배치되어, 작은 갭을 사이에 두고 이격되게 된다. 상부 편광판(34)이 상부 유리 기판상에 제공되어, 작은 갭을 사이에 두고 이격되게 된다. 전압인가시 흑 표시 상태에서는, 편광판의 광학축과 기판의 러빙방향을 고정하고, 광학 보상 필름의 방향의 변화에 따른 광학적 특성을 관찰했다.
편광판의 광학축이 광학 보상 필름(11)의 X축 방향의 굴절율(nx) 축에 수직한 경우, 광학 보상 필름(11)의 방향을 고정한 채로, 액정 평가기 LCD-5000을 사용하여 측정한 결과, 경사방향으로의 백색 잔존현상의 억제효과가 가장 현저했다. 상이한 서브 영역이 대각선으로 위치되므로, 90°마다 동일한 시야각 의존성이 나타난다. 액정 패널의 투과율 변화가 크게 억제되었다.
본 발명이 실시예 6을 기술한다. 제23도에서, 폭이 5㎛인 다수의 X자형 개구부를 갖는 유리 기판(33)이 사용되었다. 또한, 또 다른 유리 기판(23)이, 10㎛의 간격으로 정렬된 다수의 픽셀 전극을 구비하는 어레이를 갖는 반대전극으로 사용되며, 각 픽셀 전극은 100㎛×100㎛의 정방형이다. 유리 기판(23, 33)상에 투명 전극(22, 32)이 제공된다. 유리 기판(23, 33)이 세정된 후, 유리 기판(23, 33) 상에 제공된 투명 전극(22, 32)상에 폴리이미드 배향제가 스핀 코팅에 의하여 도포된 다음, 90℃ 내지 220℃의 온도에서 소결(sintering) 처리되어, 투명 전극(22, 32) 상에 배향막(21, 31)이 형성된다. 배향막(21, 31)의 러빙시에는 레이온으로 된 버프(buff, 연마용 포)포(布)가 이용되었다. 러빙 방향은, 기판의 대각선 방향으로 했다. 기판상에 제공된 배향막의 러빙 방향은 90°만큼 차이가 있다. 기판의 주변부상에는 접착제가 도포되어, 이 접착제상에 스페이서의 역할을 하는 직경 6㎛의 라텍스구가 위치된다. 전극 개구부가 100㎛×100㎛ 전극의 중앙에 배치되도록, 기판들이 압력에 의해 스페이서를 통해 서로 본딩되게 된다.
서로 본딩된 기판이 진공조내에 배치되어 진공배기(evacuation)된 후, 92℃의 상전이 온도를 갖는 네마틱 액정 ZLI4792과, 0.2 중량%의 자외선 경화 모노머(cure monomer) KAYARAD PET-30와, 모노머에 대한 5중량%의 개시제(initiator)를 포함하는 액정 용액이 주입되어, 액정층(12)이 형성된다. 그 결과, 액정 패널이 얻어진다. 액정 패널은 110℃까지 가열된 후, 0.1㎽/㎠의 자외선에 30분 동안 노출된다 그 후, 8V, 10㎐의 정현파 전압이 패널에 인가되는 동안, 기판이 20℃/분 속도로 냉각된다.
이렇게 얻은 액정 셀은 편광 현미경으로 관찰하여, 각 영역이 X자형 개구부에 따라서 4개의 미소 서브 영역으로 분할되었나를 확인했다. 4개이 미소 영역은 네마틱 액정 분자의 트위스트 방향과 틸트 방향이 모두 상이했다.
이축성 이방성 NEW-VAC-200/240 필름이 광학 보상 필름(11)으로 사용된다. 이 필름의 면내 지연(retardation)은 150㎚이며, 면에 수직한 지연은 185㎚이며, 여기서 면내 지연은 (nx- ny) × d이다( d는 필름이 두께).
광학 보상 필름(11)이 유리 기판(22) 아래에 배치되어, 작은 갭을 사이에 두고 이격되게 된다. 하부 편광판(24)이 광학 보상 필름(11) 아래에 배치되어, 작은 갭을 사이에 두고 이격되게 된다. 상부 편광판(34)이 상부 유리 기판상에 제공되어, 작은 갭을 사이에 두고 이격되게 된다. 전압인가시 흑 표시 상태에서는, 편광판의 광학축과 기판의 러빙방향을 고정하고, 광학 보상 필름의 방향의 변화에 따른 광학적 특성을 관찰했다.
편광판의 광학축이 광학 보상 필름(11)의 X축 방향의 굴절율(nx) 축에 수직한 경우, 광학 보상 필름(11)의 방향을 고정한 채로, 액정 평가기 LCD-5000을 사용하여 측정한 결과, 경사방향으로의 백색 잔존현상의 억제효과가 가장 현저했다. 상이한 서브 영역이 대각선으로 위치되므로, 90°마다 동일한 시야각 의존성이 나타난다. 액정 패널의 투과율 변화가 크게 억제되었다.
당업자에게 있어서는 본 발명의 변형이 가능할 것이며, 본 발명의 실시예는 예시적인 것으로서 본 발명을 국한하지는 않는다. 따라서, 본 발명이 사상과 범위 내에서의 변형은 청구항에 포함되 게된다.
본 발명에 의해, 광 시야각과 높은 콘트라스트비를 갖는 개선된 TN 액정 디스플레이가 제공되어, 화상이 어두운 경우에 임의의 인가전압에 대해 시야각 의존성이 억제될 수 있다.

Claims (15)

  1. 상이한 전압이 인가되는 복수개의 서브 영역을 각각 갖는 복수개의 상부 및 하부 픽셀쌍을 구비하는 액정 디스플레이에 있어서, 상부 및 하부 픽셀중의 하나 이상의 픽셀은 음의 단일 광학축 구조를 갖는 것을 특징을 하는 액정 디스플레이.
  2. 제1항에 있어서, 상기 액정 디스플레이는 TN 액정을 사용하는 것을 특징으로 하는 액정 디스플레이.
  3. 제1항에 있어서, 상기 각 픽셀은 서로 다른 용량을 갖는 서브 영역으로 분할되는 것을 특징으로 하는 액정 디스플레이.
  4. 제1항에 있어서, 상기 광학 보상층의 음의 광학축은, 상기 광학 보상층 표면의 법선축에 대해 균일하게 경사진 것을 특징으로 하는 액정 디스플레이.
  5. 제4항에 있어서, 상기 광학 보상층의 음의 광학축은, 상기 광학 보상층 표면의 법선축에 대해 균일하게 경사진 것을 특징으로 하는 액정 디스플레이.
  6. 제4항에 있어서, 상기 광학 보상층 표면의 법선축에 대해 균일하게 경사진 상기 2개의 광학 보상층은, 액정에 전압이 인가되는 경우, 각 광학축의 방향이 액정 방향자의 방향에 거의 대응되도록 상부 기판의 상부에 제공되는 것을 특징으로 하는 액정 디스플레이.
  7. 제4항에 있어서, 상기 광학 보상층 표면의 법선축에 대해 균일하게 경사진 상기 2개의 광학 보상층은, 액정에 전압이 인가되는 경우 각 광학축의 방향이 액정 방향자의 방향에 거의 대응되도록 하부 기판의 하부에 제공되는 것을 특징으로 하는 액정 디스플레이.
  8. 제4항에 있어서, 상기 광학 보상층 표면의 법선축에 대해 균일하게 경사진 상기 2개의 광학 보상층은, 액정에 전압이 인가되는 경우 각 광학축의 방향이 액정 방향자의 방향에 거의 대응되도록 상부 기판의 상부 및 하부기판의 하부에 제공되는 것을 특징으로 하는 액정 디스플레이.
  9. 제4항에 있어서, 상기 광학 보상층 표면의 법선축에 대해 균일하게 경사진 상기 2개의 광학 보상층은 액정에 전압이 인가되는 경우 광학축의 평균적인 방향이 액정 방향자의 방향에 거의 대응되도록 상부 기판의 상부에 제공되는 것을 특징으로 하는 액정 디스플레이.
  10. 제4항에 있어서, 상기 광학 보상층 표면의 법선축에 대해 균일하게 경사진 상기 2개의 광학 보상층은 액정에 전압이 인가되는 경우 광학축의 평균적인 방향이 액정 방향자의 방향에 거의 대응되도록 상부 기판의 하부에 제공되는 것을 특징으로 하는 액정 디스플레이.
  11. 제4항에 있어서, 상기 광학 보상층 표면의 법선축에 대해 균일하게 경사진 상기 2개의 광학 보상층은 액정에 전압이 인가되는 경우 광학축의 평균적인 방향이 액정 방향자의 방향에 거의 대응되도록 상부 기판의 상부 및 하부기판의 하부에 제공되는 것을 특징으로 하는 액정 디스플레이.
  12. 액정 분자의 트위스트 방향과 틸트 업 방향이 서로 다른 상이한 영역이 공존하는 액정층; 및 액정층과 편광판사이에 이축성 굴절율 이방성을 갖는 하나 이상의 광학 보상층을 포함하며, 상기 광학 보상층의 이축성 굴절율 이방성은 nx＞ ny＞ nz의 관계를 충족시키는 3개의 서로 다른 굴절율 nx, ny, nz를 가지며, nx는 상기 광학 보상층 표면에 평행한 X 축과 평행한 방향의 굴절율이며, ny는 상기한 광학 보상층 표면에 평행한 Y 축에 평행하며 상기 X 축과 수직한 방향의 굴절율이며, nz는 상기 광학 보상층의 표면에 수직한 Z 축과 평행한 방향의 굴절율인 것을 특징으로 하는 액정 디스플레이.
  13. 제12항에 있어서, 상기 액정 디스플레이는 액정 분자의 트위스트 방향과 틸트 업 방향이 서로 다른 4개의 상이한 영역이 공존하는 것을 특징으로 하는 액정 디스플레이.
  14. 제12항에 있어서, 서로 평행하며 각 면이 대면하도록 한쌍의 투명기판이 제공되며, 상기 한쌍의 투명기판에는 서로 90°만큼 다른 러빙 방향을 갖는 배향막과 투명전극이 제공되는 것을 특징으로 하는 액정 디스플레이.
  15. 제12항에 있어서, 액정층의 상부 및 하부 표면상에 제공된 상부 및 하부 배향막; 상기 상부 배향막상에 제공된 상부 투명 전극; 상기 하부 배향막(21)상에 제공된 하부 투명 전극; 상기 상부 투명 전극상에 제공된 상부 유리 기판; 상기 하부 투명 전극상에 제공된 하부 유리 기판; 상기 상부 유리 기판으로부터 작은 갭을 사이에 두고 이격되도록 상기 상부 유리 기판의 상부에 걸쳐 제공된 상부 편광판; 상기 하부 유리 기판으로부터 작은 갭을 사이에 두고 이격되도록 상기 하부 유리 기판의 하부에 걸쳐 제공된 광학 보상층; 및 상기 광학 보상층으로부터 작은 갭을 사이에 두고 상기 광학 보상층의 하부에 제공된 하부 편광판을 구비하는 것을 특징으로 하는 액정 디스플레이.
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