KR100259894B1

KR100259894B1 - 액정 표시 장치

Info

Publication number: KR100259894B1
Application number: KR1019970006853A
Authority: KR
Inventors: 모토히로 야마하라; 이이찌로 이노우에; 시게아끼 미즈시마
Original assignee: 마찌다 가쯔히꼬; 샤프 가부시키가이샤
Priority date: 1996-03-01
Filing date: 1997-02-28
Publication date: 2000-06-15
Also published as: US6233032B1; KR970066667A; TW484023B

Abstract

매트릭스 형태로 배치된 복수의 표시 화소를 가지고 있는 본 발명의 액정 표시 장치는, 상호 대향하는 한 쌍의 기판, 한 쌍의 기판 사이에 배치된 액정층, 액정층에 대향하는 한 쌍의 기판 중의 적어도 하나의 표면 상에 형성되어 있고 액정층 내의 액정 분자를 배향시키기 위한 처리가 실시된 배향막, 및 한 쌍의 기판을 그 사이에 배치시키기 위한 한 쌍의 편광판을 포함하고, 액정층은 각각의 표시 화소에 있어서 적어도 2개의 영역으로 분할되어 있고, 액정 분자의 배향 상태는 적어도 2개의 영역에서 상이하고, 한 쌍의 편광판 중의 하나의 평광판의 하나의 흡수축은 6시-12시 방향 또는 3시-9시 방향과 실질적으로 평행하다.

Description

액정 표시 장치

본 발명은 액정 표시 장치에 관한 것이다. 더욱 구체적으로는, 본 발명은 개선된 시각 특성 (viewing angle characteristics)을 갖는 액정 표시 장치에 관한 것이다.

종래에는, 네마틱 액정 표시 장치를 사용하는 액정 표시 장치가 시계나 계산기와 같은 수치 세그먼트형 액정 표시 장치 (numerical value segment type liquid crystal display apparatus)로서 널리 사용되었다. 최근에는, 그러한 장치가 워드프로세서, 컴퓨터, 항해 시스템, 및 TV의 디스플레이로서 사용되었다.

상기 액정 표시 장치에 있어서, 액정층에 전압을 인가하는 화소 전극을 선택적으로 구동하기 위하여 통상 박막 트랜지스터 (Thin Film Transistor: TFT)와 같은 능동 소자가 형성된다. 또한, 칼라 표시를 행하기 위하여 적색, 녹색, 청색 등의 칼라 필터층 (color filter layer)이 제공된다. 표시 시스템으로서는, 사용되는 네마틱 액정의 트위스트각 (twist angle)에 따라서 이하의 2가지 액정 표시 시스템이 사용되어 왔다:

(a) 네마틱 액정 분자가 90°만큼 트위스트되어 배향된 액티브 구동형 트위스티드 네마틱 (twisted nematic : TN) 액정 표시 시스템.

(b) 네마틱 액정 분자가 90°이상으로 트위스트되어 배향된 멀티플렉스 구동형 슈퍼 트위스티드 네마틱 (super twisted nematic: STN) 액정 표시 시스템.

상기 2개의 시스템에 의하여 구동되는 액정 표시 장치는 시각 의존성 (viewing angle dependence)이 있고 시야각(視野角)이 좁다는 문제점이 있다. 따라서, 이러한 문제점을 해결하기 위한 다양한 방법이 제안되었다.

예를 들어, 일본 특허 공개 공보 제57-186735호에는 각각의 화소가 2개의 영역으로 분할되고 이들 영역의 시각 특성을 상이하게 만들어서, 각각의 화소에 복수의 시각 특성을 제공한다는 것이 제안되었다. 또한, 일본 특허 공개 공보 제7-248497호에는 각각의 화소에 있어서 액정 분자들이 복수의 트위스트각으로 트위스트되도록 배향시킨다는 것이 제안되었다.

일본 특허 공개 공보 제57-186735호에 개시된 방법에 따르면, 각각의 화소는 12시 방향과 6시 방향의 2개의 시각 방향을 갖고 있다. 그러한 시각 특성을 갖는 액정 패널에 있어서, 수직 방향 (즉, 6시-12시 방향)과 수평 방향 (즉, 3시-9시 방향)에 시각 의존성이 존재한다. 특히, 수평 방향 (즉, 3시-9시 방향)에서 디스플레이 패널을 보는 경우의 시각 의존성은 종래의 배향 분할 방법이 적용되지 않은 TN 액정 패널에 있어서의 시각 의존성과 거의 동일하다. 더욱 구체적으로는, 시각 의존성의 문제는 배향 분할 방법을 적용하더라도 해결되지 않는다. 디스플레이 패널에 대하여 수직 방향 (0°의 시각)으로부터 수평 방향으로 시각을 증가시키면, 30°의 시각 부근에서는 화상의 흑백 (콘트라스트)가 반전된다 (계조 반전 형상 (gray-scale inversion)).

본 명세서에서, "시각"이라는 용어는 액정 표시 소자 (액정 패널)의 표시면에 대한 법선과 시각 방향 (즉, 관찰자가 표시면을 보는 방향 : 시선)에 의하여 형성되는 각을 의미한다. "방위각"이라는 용어는 시각 방향의 표시면의 성분과 표시면 내의 기준 방향에 의하여 형성되는 각을 의미한다. 기준 방향은 전형적으로는, 관찰자가 표시면을 보는 경우의 윗방향 (즉, 예를 들어 시계의 문자판에서 12시 방향)으로 설정한다.

액정 표시 장치의 "시각 특성"은 넓은 의미로는 관찰자의 시선 방향 의존성을 의미한다. 특히, 상기 "시각"과 "방위각"에 대한 표시 특성의 의존성을 말한다.

수직 방향에 있어서 시각을 0°로부터 증가시키면, 종래의 TN 액정 패널에 있어서 6시 방향과 12시 방향의 시각 특성을 평균한 특성을 얻을 수 있다. 따라서, 12시 방향으로 시각을 증가시킴으로써 얻어지는 시각 특성은 6시 방향으로 시각을 증가시킴으로써 얻어지는 시각 특성과 대칭이 된다. 그러나, 시각을 눕힐 때의 콘트라스트의 상승에는 한계가 있다.

상기 문헌에 기재된 방법에 따르면, 편광판의 흡수축 또는 투과축으로부터 방위각 45°방향의 시각 특성을 개선하는 데에는 한계가 있다.

제1도는 본 발명에 의한 실시예 1에서 편광판의 설치 방향을 도시하는 평면도.

제2도는 본 발명에 의한 실시예 1에서의 액정 표시 장치의 단면도.

제3도는 액정 표시 장치의 시각 의존성 (viewing angle dependence)의 측정계(measurement system)를 도시한 개략 사시도.

제4도는 본 발명에 따른 실시예 1에 있어서 액정 표시 장치의 6시 방향의 투과율-인가전압 특성을 도시한 그래프.

제5도는 본 발명에 따른 실시예 1에 있어서 액정 표시 장치의 3시 방향의 투과율-인가전압 특성을 도시한 그래프.

제6도는 비교예 1에 있어서 편광판의 설치 방향을 도시한 평면도.

제7도는 비교예 1에 있어서의 액정 표시 장치의 단면도.

제8도는 비교예 1에 있어서 액정 표시 장치의 6시 방향의 투과율-인가전압 특성을 도시한 그래프.

제9도는 비교예 1에 있어서 액정 표시 장치의 3시 방향의 투과율-인가전압 특성을 도시한 그래프.

제10도는 본 발명에 따른 실시예 2에 있어서 편광판의 설치 방향을 도시한 평면도.

제11도는 본 발명에 따른 실시예 2에 있어서의 액정 표시 장치의 단면도.

제12도는 본 발명에 따른 실시예 2에 있어서 액정 표시 장치의 6시 방향의 투과율-인가전압 특성을 도시한 그래프.

제13도는 비교예 2에 있어서 편광판의 설치 방향을 도시한 평면도.

제14도는 비교예 2에 있어서의 액정 표시 장치의 단면도.

제15도는 비교예 2에 있어서 액정 표시 장치의 6시 방향의 투과율-인가전압 특성을 도시한 그래프.

제16도는 본 발명에 따른 실시예 3에 있어서 액정 표시 장치의 개략적인 구조를 도시한 단면도.

제17a도 내지 제17c도는 본 발명에 따라 실시예 3의 액정 표시 장치의 배향막(alignment film)의 제조 공정을 도시한 도면.

제18도는 본 발명에 따른 실시예 3의 액정 표시 장치의 편광판의 설치 방향을 도시한 도면.

제19도는 본 발명에 따른 실시예 3의 액정 표시 장치 바로 위 방향의 투과율의 Δn·d 의존성을 도시한 그래프.

제20도는 본 발명에 따른 실시예 3의 액정 표시 장치에 있어서 시각 (viewing angle)을 12시-6시 방향으로 40°틀었을 때의 투과율의 Δn·d 의존성을 도시한 그래프.

제21도는 본 발명에 따른 실시예 3의 액정 표시 장치에 있어서 시각 (viewing angle)을 3시-9시 방향으로 40°틀었을 때의 투과율의 Δn·d 의존성을 도시한 그래프.

제22도는 본 발명에 따른 실시예 4의 액정 표시 장치에 있어서 액정 배향(alignment)이 4개의 영역으로 분할된 상태 및 편광판의 설치 방향을 도시한 설명도.

제23a도 및 제23b도는 본 발명에 따른 실시예 4의 액정 표시 장치에 있어서 배향막의 제조 공정을 도시한 도면.

제24도는 본 발명에 따른 실시예 4의 액정 표시 장치 바로 위 방향의 투과율의 Δn·d 의존성을 도시한 그래프.

제25도는 본 발명에 따른 실시예 4의 액정 표시 장치에 있어서 시각 (viewing angle)을 12시-6시 방향과 3시-9시 방향으로 40°틀었을 때의 투과율의 Δn·d 의존성을 도시한 그래프.

〈도면의 주요부분에 대한 부호의 설명〉

1, 51, 101, 201 : 액정 표시 장치

6, 7, 56, 57, 106, 107, 206, 207 : 편광판

8, 9, 58, 59, 108, 109, 208, 209 : 글래스 기판

10, 11, 60, 61, 110, 111, 210, 211 : 투명 전극

12, 13, 62, 63, 112, 113, 212, 213 : 배향막

14, 64, 114, 214 : 밀봉재 15, 65, 115, 215 : 액정층

매트릭스 형태로 배치된 복수의 표시 화소를 가지고 있는 본 발명의 액정 표시 장치는, 상호 대향하는 한 쌍의 기판, 한 쌍의 기판 사이에 배치된 액정층, 액정층에 대향하는 한 쌍의 기판 중 적어도 하나의 표면 상에 형성되어 있고 액정층 내의 액정 분자를 배향시키기 위한 처리가 실시된 배향막, 및 한 쌍의 기판을 그 사이에 배치시키기 위한 한 쌍의 편광판을 포함하고, 액정층은 각각의 표시 화소에 있어서 적어도 2개의 영역으로 분할되어 있고, 액정 분자의 배향 상태는 적어도 2개의 영역마다 상이하고, 한 쌍의 편광판 중의 하나의 편광판의 한 흡수축은 6시-12시 방향 또는 3시-9시 방향과 실질적으로 평행하다.

대용 방법으로서, 매트릭스 형태로 배치된 복수의 표시 화소를 가지고 있는 본 발명의 액정 표시 장치는, 상호 대향하는 한 쌍의 기판, 한 쌍의 기판 사이에 배치된 액정층, 액정층에 대향하는 한 쌍의 기판 중의 적어도 하나의 표면 상에 형성되어 있고 액정층 내의 액정 분자를 배향시키기 위한 처리가 실시된 배향막, 및 한쌍의 기판을 그 사이에 배치시키기 위한 한 쌍의 편광판을 포함하고, 액정층은 각각의 표시 화소에 있어서 제1 및 제2 액정 영역으로 분할되어 있고, 제1 및 제2 영역의 시각 의존성은 상이하고, Ψ1 + Ψ2 = 180°의 만족되며 (여기서, Ψ1은 제1 액정 영역 내의 액정 분자의 제1 트위스트각이고, Ψ2는 제2 액정 영역 내의 액정 분자의 제2 트위스트각임), 한 쌍의 편광판의 하나의 흡수축은 제1 트위스트각을 실질적으로 이등분하는 방향으로 배치되고, 한 쌍의 편광판의 나머지 하나의 흡수축은 제2 트위스트각을 실질적으로 이등분하는 방향으로 배치된다.

본 발명의 하나의 실시예에 있어서, 한 쌍의 편광판 중의 하나에 있어서 하나의 흡수축은 6시-12시 방향에 실질적으로 평행하고, 나머지 하나의 흡수축은 3시-9시 방향에 실질적으로 평행하다.

본 발명의 또 하나의 실시예에 있어서, 한 쌍의 편광판의 하나의 흡수축과 나머지 하나의 흡수축에 의하여 형성된 각은 90°±5°의 범위에 있다.

본 발명의 또 하나의 실시예에 있어서, 액정층의 리타데이션(retardation)은 340nm 내지 440nm의 범위에 있다.

본 발명의 또 하나의 실시예에 있어서, 액정층 내의 액정 분자들은 90°만큼 트위스트되도록 배향된다.

이하, 본 발명의 작용에 대하여 설명한다.

본 발명에 따르면, 수직 방향과 수평 방향으로 모두 시각을 증가시킬 수 있다. 시각 확대의 효과에 대해서는, 점차 넓어지는 화면의 형상과 사람이 화면을 볼때의 조건을 고려할 때, 수평 방향의 시각 확대 및 계조 반전 (階調反轉)의 개선은 필수적이다.

각각의 화소에서 액정 배향을 적어도 2개의 영역으로 분할시킨 액정 표시 장치에 있어서, 수평 방향의 콘트라스트비 (contrast ratio)는 편광판의 특성과 관계 없이 수직 방향에서보다 덜 변화하고, 상부 또는 하부 편광판 중의 어느 하나의 흡수축을 6시-12시 방향 (수직 방향) 또는 3시-9시 방향 (수평 방향)에 거의 평행하도록 설정하고 편광판의 흡수축과 나머지 편광판의 흡수축에 의하여 형성된 각을 90°± 5°가 되도록 설정함으로써 뛰어난 가시성 (visibility)을 갖는 넓은 시각 (viewing angle)을 실현할 수 있다. 본 명세서에서, "액정 배향이 분할된다"는 말은 액정층이 복수의 영역으로 분할되어 액정 분자의 배향 상태가 상이한 영역이 제공된다는 것을 말한다.

액정 배향이 각각의 화소에서 적어도 2개의 영역 (제1 및 제2 액정 영역)으로 분할되는 액정 표시 장치에 있어서, 하나의 편광판의 흡수축은 Ψ1을 거의 이등분하도록 배치되고 나머지 하나의 편광판의 흡수축은 Ψ2를 거의 이등분하도록 배치되어, 수직 방향 뿐만 아니라 수평 방향의 시각 의존성을 개선할 수 있다. 여기서, Ψ1과 Ψ2는 각각의 영역에서 상하부 기판 상의 액정 분자의 배향 방향에 의하여 형성된 각 (제1 및 제2 액정 영역에서 액정 분자의 트위스트각)을 말한다. 또한, 하나의 편광판의 흡수축과 나머지 하나의 편광판의 흡수축에 의하여 형성된 각이 90°±50인 경우에는, 편광판의 특성에 관계없이 수평 방향의 계조 반전이 없어지고, 수직 방향의 시각 확대도 가능하다. 또한, 수직 방향과 수평 방향의 콘트라스트비의 변화도 동일하게 만들 수 있다.

또한, 액정층의 리타데이션을 340nm 내지 440nm의 범위로 설정함으로써, 착색 (coloring)이 없이 등방적으로 (isotropically) 넓은 시각을 갖는 고품위의 표시 특성, 만족스런 투과광의 색 밸런스 (color balance), 및 뛰어난 가시성 (visibility)을 얻을 수 있다.

본 실시예의 표시 모드는 액정 분자가 90°이상으로 트위스트되는 ECB (Electrically Controlled Birefringence) 모드이다. 이 모드에서, 트위스트가 전혀 없는 모드와 비교할 때 광회전 특성 (optical rotary characteristics)이 남는다. 따라서, 광이용 효율 (light utilization efficiency)가 증가하고, 전압을 인가하지 않았을 때의 광투과율 (light transmittance)이 높다. 또한, 전압을 인가하면 액정 분자가 상승하여, 위상차가 전혀 없이 하나의 방향으로 만족스럽게 흑색을 표시할 수 있다. 따라서, 만족스런 표시 품질 (display quality)을 얻을 수 있다.

TN 모드에서, 반전 현상 (inversion phenomenon)은 시각이 법선으로부터 표시 스크린으로 틀어졌을 때 발생한다 (도 9 참조). 그러나, ECB 모드에서는, 시각이 틀어지더라도 표시 품질은 반전 현상 없이 개선된다.

따라서, 본 발명은 편광판의 방향을 변화시킴으로써 반전 현상을 극복할 수 있는 액정 표시 장치를 제공할 수 있게 하여, 고품위 화상의 광시각 특성 (wide viewing angle characteristics)을 실현할 수 있게 한다.

상기 장점과 본 발명의 다른 장점은 첨부된 도면을 참조하여 이하의 상세한 설명을 읽고 이해하면 본 발명의 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 알 수 있을 것이다.

이하, 본 발명의 실시예에 대하여 도면을 참조하여 설명한다. 본 발명은 이하의 실시예에 한정되는 것은 아니다.

[실시예 1]

도 2는 실시예 1의 액정 표시 장치(1)의 구조를 도시한 단면도이다. 액정 표시 장치(1)은 단순 매트릭스형 액정 표시 장치(simple matrix type liquid crystal; 16) 및 한 쌍의 편광판(6, 7)을 포함한다. 액정 표시 장치(16)에서, 액정층(15)를 사이에 두고 기판이 그 양쪽에 제공되어 있다. (도 2의 상층에 배치된) 하나의 기판에는 액정층(15) 측에 베이스 글래스 기판(8)의 표면 상에 ITO (indium tin oxide)로 스트립형 투명 전극 (strip-shaped transparent electrode; 10)이 형성되고, 투명 전극(10)상에는 배향막(12)가 형성된다. (도 2의 하부측에 배치된) 나머지 하나의 기판에는 액정층(15) 측에 베이스 글래스 기판(9)의 표면 상에 ITO (indium tin oxide)로 스트립형 투명 전극 (11)이 형성되고, 투명 전극(11) 상에는 배향막(13)이 형성된다. 투명 전극(10,11)은 각각 글래스 기판(8,9)의 법선 방향에서 보았을 때 서로 직교하도록 선정된 폭을 가지고 있고 선정된 간격으로 형성되어 있다. 투명 전극(10,11)의 중첩되는 부분이 표시에 기여하는 화소를 형성한다. 화소는 매트릭스 형태로 제공된다. 도2에 도시된 바와 같이, 액정층(15)는 밀봉 수지 (sealing resin)로 밀봉되어 있고 액정 표시 장치(16)에는 구동 회로(17)이 제공된다.

각각의 기판에 있어서 전극 배선 패턴은 상기 구조에만 한정되지는 않는다. 예를 들어, 신호 라인과 게이트 라인에 대하여 매트릭스 형태로 되도록 하나의 기판 상에 TFT와 같은 스위칭 소자와 투명 화소 전극이 제공될 수 있고, 투명 화소 전극이 나머지 하나의 전극 (액티브 매트릭스형 액정 표시 장치)에 제공될 수도 있따. 이런 경우에는, 각각의 화소 전극과 그 대응하는 공통 전극 사이에 배치된 부분이 각각의 화소가 된다.

배향막(12,13)에 접촉하는 액정 분자가 도 1에 도시된 배향 방향(4,5)로 배향되도록 배향막(12,13)에 각각 배향 처리를 하게 된다. 배향막(12)는 서로 상태가 다른 영역(12A,12B)를 가지고 있고 배향막(13)은 서로 상태가 다른 영역(13A,13B)를 가지고 있다. 이렇게 됨으로써 액정층(15)의 영역(A,B)는 이들 영역 내의 액정 분자들이 서로 상이하게 배향되는 방식으로 제어할 수 있게 된다. 더욱 구체적으로는, 예를 들어, 영역(A,B)는 이들 영역 내의 액정 분자들의 프리틸트각 (pretilt angle)이 서로 반대가 되도록 제어할 수 있다. 따라서, 도 2의 액정 표시 장치(16)에 있어서, 액정층(15)는 2개의 영역(A,B)로 배향 분할 (alignment division)된다. 액정 분자의 배향 상태를 영역마다 상이하게 만들기 위해 임의의 적절한 형태의 처리를 할 수 있다.

본 실시예에서는, 액정층(15)의 재료로서는 굴절률 Δn이 0.089인 카이랄 도펀트(chiral dopant)를 가한 액정 재료를 사용하고, 액정층(15)의 두께는 약 4.5 μm로 설정된다. 기판(8,9) 사이의 액정 분자의 배향 방향의 트위스트각 (twist angle)은 Ψ1 = Ψ2 = 90°가 되도록 설정된다. 여기서, Ψ1과 Ψ2는 액정층(15)의 영역(A,B)에서의 트위스트각이다.

도 1은 실시예 1의 액정 표시 장치(1)의 편광판의 설치 방향을 도시한 도면이다. 액정 표시 장치(1)에서, 편광판(6)은 흡수축 (absorption axis; 2)가 글래스 기판(8)측의 액정 분자의 배향 방향(4)에 대하여 Ψ2/2의 각이 되도록 설치되고, 편광판(7)은 흡수축(3)이 글래스 기판(9)측의 액정 분자의 배향 방향(5)에 대하여 Ψ1/2의 각이 되도록 설치된다. 편광판(6,7)의 흡수축(2,3)의 방향은 90°만큼 회전시킬 수 있다. 본 실시예에서, Ψ1 = 90°이고 Ψ2 = 90°이므로, 편광판(6)은 흡수축(2)가 글래스 기판(8)과 접촉하고 있는 액정 분자 (즉, 글래스 기판(8) 상에 형성된 배향막(12)에 의하여 배향 방향이 정의되는 액정 분자)의 배향 방향(4)에 대하여 45°의 각을 형성하도록 배치되고, 편광판(7)은 흡수축(3)이 글래스 기판(9)와 접촉하고 있는 액정 분자 (즉, 글래스 기판(9) 상에 형성된 배향막(13)에 의하여 배향 방향이 정의되는 액정 분자)의 배향 방향(5)에 대하여 45°의 각을 형성하도록 배치된다.

다음으로, 이렇게 하여 얻어진 액정 표시 장치(1)의 시각 의존성의 측정 결과에 대하여 설명한다.

도 3은 액정 표시 장치(1)의 시각 의존성을 위한 측정계의 개략 사시도이다. 글래스 기판(8)을 편광판(6)과 접촉하는 면(26)을 직교 좌표 xyz의 기준면 x-y 상에 배치시키고, 다양한 방위각 (예를 들어, 도면에서 방향(28): 6시 방향)과 다양한 시각(8)에서 직교 좌표 xyz의 원점으로부터 소정 거리만큼 떨어진 위치에 배치된 소정의 입체 수광각 (light receiving solid angle)을 갖는 수광부(71)을 배치시킨다. 이러한 조건 하에서, 550nm의 파장을 갖는 단생광을 편광판(7)에 입사시킨다. 수광부(71)의 출력은 증폭기(72)에 의하여 소정 레벨로 증폭되고, 증폭된 출력은 파형 메모리와 레코더와 같은 기록 유닛(73)에 기록된다.

흡수축(2,3)이 서로 직교하도록 편광판(6,7)이 배치된 액정 표시 장치(1)을 도 3에 도시된 측정계에 설치하여, 액정 표시 장치(1)의 시각 의존성을 측정한다. 측정 결과는 도 4와 도 5에 도시된 투과율-인가전압 특성의 그래프로서 도시되어 있다. 도 4에서, 라인 (L1,L2,L3,L4 및 L5)는 각각 θ=0°, θ=10°, θ=20°, θ=30°, 및 θ=40°를 나타낸다. 이 결과로부터 알 수 있는 바와 같이, 인가 전압이 0V부터 통상의 표시에 사용되는 전압 (노말 화이트 (Normal White: NW) 모드에서 TN-형 LCD에 검은색이 표시될 때의 전압)인 4V까지 증가되더라도, θ=40°의 위치에서 측정되는 투과율은 5% 이하이다. 이러한 방식으로, 본 실시예에서와 같이 액정층(15)의 액정 분자의 배향 방향과 각각의 편광판의 흡수축 사이의 관계를 설정함에 의하여 시각을 확대할 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 12시 방향에서도 동일한 결과가 얻어졌다.

도 5에는 3시 방향에서의 결과가 도시되어 있다. 도 5에서, 라인 (L6,L7,L8,L9 및 L10)은 각각 θ=0°, θ=10°, θ=20°, θ=30°, 및 θ=40°를 나타낸다. 이 결과로부터 알 수 있는 바와 같이, 인가 전압이 0V부터 통상의 표시에 사용되는 전압 (노말 화이트 (Normal White: NW) 모드에서 TN-형 LCD에 검은색이 표시될 때의 전압)인 4V까지 증가되더라도, θ=40°의 위치에서 측정되는 투과율은 10% 이하이다. 따라서, 시각이 증가된다는 것을 알 수 있을 것이다. 9시 방향에서도 동일한 결과가 얻어졌다.

[비교예 1]

도 7은 비교예 1의 액정 표시 장치(51)의 구조를 보이는 단면도이다. 이 액정 표시 장치(51)는 액정 표시 소자(66)와 그것의 양쪽에 제공되는 한 쌍의 편광판(56,57)을 포함한다. 액정 표시 소자(66)는 액정층(65)을 사이에 끼우기 위하여 양측에 기판들을 구비하고 있다. 하나의 기판(도 7의 상층에 위치함)은 액정층(65)측에 베이스 글래스 기판(58)의 표면에 ITO로된 투명 전극(60)이 제공되고, 배향막(alignment film)(62)은 투명 전극(60)위에 형성된다. 다른 기판(도 7의 하측에 위치함)은 액정층(65)측에 베이스 글래스 기판(59)의 표면에 ITO로 된 투명 전극(61)이 제공되고 배향막(63)은 투명 전극(61) 위에 형성된다. 투명 전극(60,61)은 각각 소정폭을 가지고 있고, 글래스 기판들(58,59)의 수직 방향에서 볼때 상호 직교하도록 소정 간격으로 형성된다. 투명 전극들(60,61)의 중첩되는 부분들이 표시(display)를 위한 화소들(pixel)을 형성한다. 화소들은 매트릭스 형태로 제공된다. 도 7에서 나타난 바와 같이, 액정층(65)는 밀봉 수지로 밀봉되고, 액정 표시 소자(66)는 구동 회로(67)가 제공된다.

배향막(62)은 서로 상태가 다른 영역들(62A,62B)을 가지고 있으며, 배향막(63)은 서로 상태가 다른 영역들(63A,63B)을 가지고 있다. 이것에 의해 배향막(62)의 영역(62A)과 영역(63A) 사이에 끼워진 액정측(65)의 영역이 액정 분자의 배향 상태가 서로 다르도록 제어되도록 한다. 구체적으로는, 예를 들면, 액정 분자의 프리틸트(pretilt) 각이 상기 영역간에서 서로 다르도록 제어되거나 액정 분자의 프리틸트각이 상기 영역간에서 서로 반대되도록 제어된다. 이에 따라, 도 7의 액정 표시 소자(66)는 액정층(65)이 2개의 영역으로 배향 분할 되도록 한다.

본 비교예에서, 액정층(65)의 재료로 굴절율이방성(isotropy of refractive index) Δn이 0.089로 첨가되는 카이랄 도판트(chiral dopant)를 가진 액정 재료(트위스트 각이 90°로 되도록 카이랄 피치를 조정한다.)가 사용되고, 액정층(65)의 두께는 약 4.5μm가 되도록 설정된다.

도 6은 본 비교예의 액정 표시 장치(51)의 편광판들이 배치되는 방향을 나타낸다. 이 액정 표시 장치(51)에 있어서, 편광판(56)은 흡수축(52)이 글래스 기판(58)과 접촉하여 액정 분자의 배향 방향(54)에 대하여 거의 평행하도록 배치되고, 편광판(57)은 흡수축(53)이 글래스 기판(59)에 접촉하여 액정 분자의 배향방향(55)에 대하여 거의 평행하도록 배치된다.

액정 표시 장치(51)을 실시예 1과 같은 방식으로 도 3에 표시된 측정 시스템에 배치하여, 액정 표시 장치(51)의 시각의존성(viewing angle depandence)이 측정 되도록 한다. 측정 결과를 투과율-액정 인가 전압 특성의 그래프로 나타낸 것이 도 8, 9에 나타나 있다. 도 8은 6시 방향의 결과를 나타낸다. 도 8에서 라인 L51, L52, L53, L54, L55는 각각 각도 θ=0°, θ=10°, θ=20°, θ=30°, θ=40°의 경우를 나타낸다. 도 8에서 이해할 수 있는 바와 같이, 액정 인가 전압이 점차 증가하여 표시가 통상적으로 도통되는 전압 4V가 될때 일지라도, θ=40°의 위치에서 측정된 투과율은 10%를 초과한다. 동일한 결과가 12시 방향에서 조차도 얻어진다.

도 9는 3시 방향의 결과를 나타낸다. 도 9에서 라인 L56, L57, L58, L59, L60은 각각θ=0°, θ=10°, θ=20°, θ=30°, θ=40°인 경우를 나타낸다. 이 결과로부터 이해될 수 있는 바와 같이, 인가 전압이 0V로 부터 점차 증가할 때 그래이-스케일 반전 현상(gray-scale inversion phenomenon)이 θ=30°와 θ40°에서 발생한다. 동일한 결과가 9시 방향에서 조차도 얻어진다.

따라서, 비교예 1과 비교할 때 실시예 1의 액정 표시 장치는 현격하게 시각 의존성이 개선되고, 특히 12 방향과 6시 방향뿐만 아니라 3시 방향과 9시 방향에서 시각 특성이 개선된다. 소정의 콘트라스트비의 표시를 제공할 수 있는 시각에서 평가할 때, 실시예 1의 액정 표시 장치는 비교예 1의 액정 표시 장치보다 넓은 시각을 가진다.

실시예 1에는, 편광판들(6,7)이 그들이 흡수축들(2,3)이 거의 직교하도록 배치되는 액정 표시 장치 1을 예시하는 설명이 있다. 그러나 흡수축들(2,3)이 90°±5°의 범위의 각도로 되고 영역들(A,B)에서의 트위스트각(Ψ1,Ψ2)가 Ψ1+Ψ2 = 180°를 만족하며, 상기 관계를 만족시키도록 편광판(6,7)이 배치될 때 흡수축을 형성할 때에 동일한 효과가 얻어질 수 있다.

또한 실시예 1에서는 단순한 매트릭스형 액정 표시 장치가 기재되어 있다. 그러나 TFT와 같은 능동 스위칭 소자를 사용한 액티브 매트릭스 타입 액정 표시 장치에 있어서 편광판들을 실시예 1과 같이 배치할 경우에도 동일한 결과가 얻어진다.

[실시예 2]

도 11은 본 실시예의 액정 표시 장치(101)의 구성을 표시하는 단면도이다. 이러한 액정 표시 장치(101)는 액정 표시 소자(116)와 한쌍의 편광판들(106,107)을 포함한다. 액정 표시 소자(116)는 액정층(115)을 사이에 끼워 넣도록 양측에 제공되는 기판들이 제공된다. 하나의 기판(도11의 상측에 위치함)은 베이스 글래스 기판(108)의 액정층(115)측의 표면에 ITO로 만들어진 투명 전극(111)이 형성되고, 투명 전극(111)위에 배향막(112)이 형성된다. 투명 전극(111) 위에 배향막(112)이 형성된다. 투명 전극들(110,111)은 각각 글래스 기판들(108,109)의 수직 방향에서 볼때 서로 직교하도록 소정폭을 가지고 있고 소정 간격으로 형성된다. 상기 투명 전극들(110,111)의 중첩되는 부분들은 표시에 기여하는 화소들을 형성한다. 화소는 매트릭스 상으로 제공된다. 도 11에 나타난 바와 같이, 액정층(115)은 밀봉 수지로 밀봉되고, 액정 표시 소자(116)는 구동 회로(117)가 제공된다.

배향막들(112,113)은 자외선 조사 또는 특별한 배향 처리에 의해 배향 처리된다. 이것 때문에 배향막들(112,113)에 접촉하는 액정 분자는 각각의 배향막들(112,113) 사이의 복수의 영역에서 다른 방향으로 배향되도록, 방사상 또는 랜덤으로 배향되도록 제어된다. 다른 선택으로는 액정 분자들이 랜덤한 트위스트 각을 가지도록 제어될 수 있다. 배향막들(112,113)이 그러한 처리를 하기 때문에, 액정 표시 소자(116)은 액정층(115)의 복수의 영역에서 액정 분자의 배향 상태가 다르도록 되어 있다. 액정 분자를 배향시키기 위한 구체적인 방법은, 예를 들면, 일본 특허 공개 공보 제8-95054호에 개시되어 있다. 이 방법에 따라서, 기판의 액정층 측의 표면에 레지스트(resist) 재료를 사용하여, 다른 표면 자유 에너지를 가지는 영역들이 패턴화 되고, 비호환성의 폴리머 얼로이(incompatible polymer alloy)가 패턴된 영역들의 표면에 코딩된다. 비호환성의 폴리머 얼로이는 상기 영역의 패턴에 따라서 방사상의 위상 분리 구조를 나타낸다. 그리하여, 얻어진 배향막이 사용될 때, 액정 분자들은 폴리머 얼로이의 위상 분리 구조(phase separation structure)에 따라서, 방사상으로 배향된다.

본 실시예에서는, 액정층(115)의 재료로는 굴절율이방성 Δn이 0.089인 카이랄 도판트(chiral dopant)를 첨가한 액정 재료가 이용되고, 액정층(115)의 두께는 약 4.5μm로 설정된다.

도 10은 본 실시예의 액정 표시 장치(101)의 편광판이 배치되는 방향을 나타낸다. 액정 표시 장치(101)에서, 편광판(106)이 흡수축(102)이 6시-12시 방향과 거의 평행하도록 배치되고, 편광판(107)이 흡수층(103)이 3시-9시 방향에 거의 평행하도록 배치된다.

액정 표시 장치(101)은 실시예 1과 같은 방식으로, 도 3에 표시된 측정 시스템에 설치되어, 액정 표시 장치(101)의 도 12에 투과율-액정 인가 전압 특성의 그래프로 나타나 있다. 도 12는 6시 방향에서의 결과를 나타낸다. 도 12에서 라인 L11, L12, L13, L14, L15는 각각 θ=0°, θ=10°, θ=20°, θ=30°, θ=40°의 경우를 나타내고 있다. 도 12로부터 이해되는 바와 같이 액정 인가 전압을 0V에서 표시가 통상적으로 도통하는 4V로 점차 증가시킬 경우 일지라도 θ=40°의 위치에서 측정된 투과율은 약 5%가 된다. 동일한 결과가 12, 3, 9시 방향에서 조차도 얻어진다.

[비교예 2]

도 14는 본 비교예 2의 액정 표시 장치(201)의 구조를 보이는 단면도이다. 액정 표시 장치(201)은 액정 표시 소자(216)와 한 쌍의 편광판들(206,207)을 포함한다. 액정 표시 소자(216)에서, 기판들이 액정층(215)을 끼워 넣기 위해 양측에 제공된다. 하나의 기판(도 14의 상층에 위치함)은 베이스 글래스 기판(208)의 액정층(215) 측의 표면에 ITO로 된 투명 전극(210)이 형성되고, 이 투명 전극(210) 위에 배향막(212)이 형성된다. 다른 기판(도 14의 하측에 위치함)은 베이스 글래스 기판(209)의 액정층(215)측의 표면에 ITO로 형성되는 투명 전극(211)이 형성되고, 투명 전극(211) 위에 배향막(213)이 형성된다. 투명 전극(210,211) 각각은 소정폭을 가지고 있고 글래스 기판들(208,209)에 수직 방향에서 볼때 서로 직교하도록 형성된다. 투명 전극(210,211)의 중첩되는 부분들은 표시에 기여하는 화소들을 형성한다. 화소들은 매트릭스 상태로 배치된다. 도 14에 나타난 바와 같이, 액정층(215)는 밀봉 수지로 밀봉되고, 액정 표시 소자(216)은 구동회로(217)가 제공된다.

배향막(212,213)은 자외선 조사 또는 특별한 배향 처리에 의해 배향 처리 된다. 이것 때문에, 배향막(212,213)에 접촉되는 액정 분자는 각 배향막의 복수의 영역에서 다른 방향으로 배향되고, 방사상 또는 랜덤한 배향으로 되도록 제어된다. 다른 선택으로는, 액정 분자들은 랜덤한 트위스트 각을 가지도록 제어될 수 있다. 배향막(212,213)이 이러한 처리가 되기 때문에 액정 표시 소자(216)는 액정층(215)의 복수의 영역에서 액정 분자의 배향 상태가 다르다.

본 실시예에서는 액정층(215)의 재료로서 굴절율이방성 Δn이 0.089인 카이랄 도펀트(chiral dopant)를 첨가한 액정 재료를 이용하고 액정층(215)의 두께가 약 4.5μm로 설정한다.

도 13은 비교예2의 액정 표시 장치(201)의 편광판의 설치 방향을 나타낸다. 액정 표시 소자(216)의 6시-12시 방향과 약 45°의 각도를 형성하도록 설치되고, 편광판(207)을 흡수축(203)이 3시-9시 방향과 약 45°의 각을 형성하도록 설치된다.

액정 표시 장치(201)은 실시예 1에서와 동일한 방식으로 도 3에서 나타난 측정 시스템에 설치되고, 액정 표시 장치(201)의 시각의존성이 측정된다. 측정의 결과는 투과율-액정 인가 전압 특성의 그래프로 도 15에 나타나 있다. 도 15는 6시 방향에서의 결과를 나타낸다. 도 15에서, 라인 L61,L62,L63,L64,L65는 각각 θ=0°, θ=10°, θ=20°, θ=30°, θ=40°의 경우를 나타낸다. 도 15로부터 이해되는 바와 같이, 인가 전압이 0V로부터 점차 증가하여 표시가 통상적으로 도통하는 전압인 4V로 증가할때 일지라도, θ=40°의 위치에서 측정된 투과율은 10%를 초과한다. 동일한 결과가 12시, 3시, 9시 방향에서조차도 얻어진다.

그리하여, 비교예 2와 비교하여 볼 때, 실시예 2의 액정 표시 장치는 6시-12시 방향과 3시-9시 방향에서 크게 개선된 시각 특성을 가지고 뛰어난 가시성을 가진다.

실시예 2는 편광판(106,107)을 그 흡수축(102,103)이 각각 6시-12시 방향 및 3시-9시 방향과 평행하게 배치된 액정 표시 장치(101)이 예시되어 있다. 그러나, 흡수축(102)가 6시-12시 방향과 평행하고 흡수축(103)이 흡수축(102)에 대하여 90°±5°의 각을 형성하는 경우나, 흡수축(103)이 3시-9시 방향과 평행하고 흡수축(102)가 흡수축(103)에 대하여 90°± 5°의 각을 형성하는 경우에도 동일한 효과가 얻어질 수 있다.

또한, 실시예 2에서는 단순 매트릭스형의 액정 표시 장치(116)이 설명되었다. 그러나, 액정 표시 장치(116)이 TFT 등의 능동 스위치 소자를 사용하는 능동 매트릭스형의 액정 표시 장치(116)이 경우에도 동일한 결과가 얻어질 수 있다.

전술한 바와 같이, 실시예 1 및 실시예 2에서, 시각은 수직 방향뿐만 아니라 수평 방향으로도 넓어진다. 그리하여, 광폭화되고 있는 화면 형상 및 시청자가 화면을 관람하는 상황을 고려할 때, 수평 방향으로의 시각 확대 및 계조 반전의 개선이라는 필수적 조건들이 충족된다.

각각의 화소마다 액정의 배향이 최소한 두개의 영역으로 분할되는 액정 표시 장치에 있어서, 상부 및 하부 편광판 중 하나의 흡수축이 6시-12시 방향 또는 3시-9시 방향과 거의 평행하도록 배치시키고 그 편광판의 흡수축과 다른 편광판의 흡수축이 90°± 5°의 각도를 이루도록 배치시킴으로써, 편광판의 특성에 관계없이 콘트라스트의 비가 수직 방향보다는 수평 방향으로 변화가 작아지고 뛰어난 가시성을 가지는 넓은 시각이 실현될 수 있다.

각각의 화소마다 액정의 배향이 최소한 두개의 영역으로 분할되는 표시 장치에 있어서, 하나의 편광판의 흡수축이 약 Ψ1/2가 되도록 배치하고 다른 편광판의 흡수축이 약 Ψ2/2가 되도록 배치하며, 하나의 편광판의 흡수축과 다른 편광판의 흡수축이 90°± 5°의 각도를 이루도록 배치함으로써, 편광판의 특성에 관계없이 수평 방향으로의 계조 반전이 제거되고 수직 방향으로의 시각이 확대된다. 여기에서, Ψ1 및 Ψ2는 상부 및 하부 기판 상의 액정 분자의 배향 방향에 의하여 형성되는 각도이다. 또한, 수직 방향의 콘트라스트 비의 변화와 수평 방향의 콘트라스트 비의 변화가 동일해질 수 있다.

그리하여, 액정 표시 장치의 화질이 크게 개선될 수 있다.

[실시예 3]

본 발명의 다른 실시예가 도 16 내지 도 21을 참조하여 설명된다.

도16은 제3 실시예의 액정 표시 장치(301)의 개략적 구조를 도시하는 단면도이다. 액정 표시 장치(301)은 상호 대향하는 한 쌍의 기판(303,304) 및 기판(303,304) 사이의 액정층(305)를 포함한다.

하나의 기판(303) 상에는 ITO로 만들어진 다수의 투명 전극(303b)가 액정층(305) 측의 베이스 글래스 기판(303a)의 표면에 상호 평행하게 배치된다. 투명 전극(303b) 상에는 배향막(303c)가 형성된다. 다른 기판(304) 상에는 ITO로 만들어진 다수의 투명 전극(304b)가 액정층(305) 측의 베이스 글래스 기판(304a)의 표면에 상호 평행하게 배치된다. 투명 전극(304b) 상에는 배향막(304c)가 형성된다.

투명 전극(303a,303b)는 각각 정해진 폭을 가지고 글래스 기판(303,304)에 수직인 방향에서 보았을 때 상호 직교하는 방식으로 소정의 간격을 가지도록 형성되어 있다. 투명 전극(303a,303b)의 중첩부는 표시에 기여하는 화소를 형성한다. 화소는 매트릭스 형태로 제공되어 있다.

배향막(303c,304c)는 액정 분자가 소정의 프리틸트 각을 갖도록 액정층(305)에 포함되어 있는 액정 분자의 배향을 규제하는 배향 처리를 받는다. 각각의 화소 내의 배향막(303c)의 영역(303c₁,303c₂)의 상태는 상호 다르다. 이 때문에, 영역(303c₁,303c₂) 내의 액정 분자의 프리틸트 각은 상이하다. 특히, 영역(303c₁) 내에서 액정 분자의 피리틸트 각은 상대적으로 크고, 영역(303c₂) 내에서 액정 분자의 프리틸트 각은 상대적으로 작다. 이와 유사하게, 각각의 화소 내의 배향막(304c)의 영역(304c₁,304c₂)의 상태는 상호 다르다. 이 때문에, 영역(304c₁,304c₂) 내의 액정 분자의 프리틸트 각은 상이하다. 특히, 영역(304c₁) 내의 액정 분자의 프리틸트 각은 상대적으로 크고, 영역(304c₂) 내의 액정 분자의 프리틸트 각은 상대적으로 작다. 그리하여, 각각의 화소마다 배향막(303c 또는 304c) 내에 프리틸트 각이 상이한 두개의 영역(303c₁,303c₂; 또는 304c₁,304c₂)이 주어지고, 기판(303,304)는 프리틸트 각이 큰 영역이 프리틸트 각이 작은 영역과 대향하도록 상호 접합된다. 이로 인하여, 액정 분자의 틸트 방향은 인접한 영역에서 상호 반대가 되도록 제어되고, 각각의 화소 내의 액정 배향이 두 개의 영역으로 분할된다.

또한, 기판(303,304)는 배향막(303c) 및 배향막(304c)의 배향 방향이 90°가 되도록 상호 접합된다.

액정은 밀봉재(306)에 의하여 액정층(305) 내에 밀봉된다. 액정 분자는 배향막(303c,304c)에 의하여 90°씩 비틀어지도록 배향된다. 액정 분자의 배향은 전압의 인가에 의하여 변화한다.

본 실시예의 액정 표시 장치(301)에서, 사용되는 액정 물질의 굴절률의 이방성 Δn과 액정층(305)의 셀 두께 d의 곱 (Δn·d)는 소정의 범위 내에서 조정되는데 이점에 대하여는 후술한다.

각각의 투명 전극(303b,304b)에는 구동 회로(307)이 접속된다. 구동 회로(307)은 각각의 투명 전극(303b,304b)에 표시를 위한 구동 전압을 공급한다. 이로 인하여, 표시의 내용에 따라 각각의 화소의 액정에는 전압이 인가되고, 액정 분자의 배향이 변화하며, 액정 표시 장치를 통과하여 광이 변조되고 전달되어 디스플레이가 이루어진다.

또한, 기판(303,304)의 액정층(305) 반대쪽의 면에는 편광판(308,309)가 설치된다. 편광판(308,309)의 흡수축들의 방향에 관하여는 후술한다.

이하에서는, 도 17a 내지 도 17c를 참조하여 액정 표시 장치(301)의 배향막을 제조하는 공정을 설명한다.

우선, 글래스 기판(303a 및 304a) 상에 투명 전극(303b 및 304b)가 형성된다. 선택적으로, 하나의 기판 상에 TFT, 신호 라인, 게이트 라인, 및 화소 전극 등의 스위칭 소자가 형성되고 다른 기판 상에는 공통 전극이 형성될 수 있다. 그리고, 투명 전극(303b, 304b) 상에는 폴리미드(polyimide)가 코팅되고 폴리미드가 투명 전극(303b,304b)에 접착되도록 180℃에서 포스트 베이크된다. 그리하여, 배향막(303c 및 304c)가 형성된다.

그후에, 도 17a에 도시된 바와 같이, 배향막(303c 및 304c)가 러빙(rubbing) 처리된다. 이는 배향막(303c 및 304c)가 액정 분자의 러빙 방향으로의 배향을 제어하는 방향성을 가지도록 한다.

도 17b에 도시된 바와 같이, 화소가 되는 각각의 부분의 일부가 포토마스크(310)에 의하여 덮이고, 자외선이 조사된다. 그 후에, 전용 박리액(peeling solution)에 의하여 포토마스크(310)이 제거된다. 그 결과, 배향막(303c 및 304c)는 자외선이 조사된 부분과 자외선이 조사되지 않은 부분을 가지게 된다.

그리하여 형성된 두 매의 기판(303 및 304)는 도 17c에 도시된 바와 같이 자외선이 조사된 부분과 자외선이 조사되지 않은 부분이 상호 대향하도록 상호 접합된다. 이때에, 기판들은 배향막(303c)의 배향 방향이 배향막(304c)의 배향 방향과 90°의 각도를 형성하도록 상호 접합된다. 그 후에, 기판(303 및 304) 사이에 액정 분자(311)을 포함하는 액정 물질이 밀봉된다.

자외선이 조사된 부분에서 액정 분자의 틸트 각이 작은 반면, 자외선이 조사되지 않은 부분에서는 액정 분자의 틸트 각이 크다. 그 결과, 액정 분자는 큰 틸트각을 가지고 도 17c에 도시된 바와 같이 배향된 부분에 의하여 크게 영향을 받는다. 특히, 액정 배향이 분할되는 두 개의 영역은 상반되는 시각 특성을 가진다.

전술한 바와 같이 각각의 화소 내에서 액정의 배향 상태가 상이한 다수의 부분이 나뉘어 있는 경우에, 상하 방향(12-6시 방향) 및 좌우 방향(3시-9시 방향)으로의 시각 특성은 완전히 상이하다. 시각이 틸트되어 있는 경우에, 흑색 표시 시의 빛의 투과가 현저하여 상하 방향으로 만족스러운 콘트라스트를 얻을 수 없다. 그리하여, 액정 표시 장치(301)에서 편광판(308, 309)의 흡수축의 방향을 최적화함으로써 이러한 문제의 해결이 시도된다.

도 18은 각각의 화소(314) 내에서 액정의 배향이 두 개의 영역에서 상이한 경우의 액정 표시 장치(301)에서 편광판(308,309)의 흡수축(312,313)의 방향을 도시하는 평면도이다. 이 도면에서 12시-6시 방향으로 도시된 방향은 표시 화면의 상하 방향을 나타내고, 3시-9시 방향으로 도시된 방향은 표시 화면의 좌우 방향을 나타낸다. 방향(30A)는 글래스 기판(303a) 측의 액정 분자의 배향 방향을 나타내고, 방향(30B)는 글래스 기판(304a) 측의 액정 분자의 배향 방향을 나타낸다. 편광판(308)의 흡수축(312)와 편광판(309)의 흡수축(313)은 각각 방향(30A) 및 방향(30B) 사이의 각도를 이등분하도록 배치된다. 이는 상하 방향의 시각을 확대하고, 좌우 방향의 계조 반전을 억제한다. 그리하여, 액정 표시 장치(301)에서 등방적으로 큰 시각을 가지는 만족스러운 시각 특성이 실현될 수 있다.

그런, 전술한 바와 같이 액정의 배향이 각각의 화소 내의 여러 부분에서 상이하고, 편광판들의 흡수축이 상하 기판의 액정 분자의 배향 방향에 의하여 형성되는 각도를 이등분하도록 배치되는 경우에, 정상 광성분 및 이상 광성분(입사광의 편광 방향이 액정층의 입사측에 위치하는 액정 분자에 대하여 각을 가지는 경우)을 모두 사용함으로써 컬러링(컬러 시프트)가 발생할 우려가 있다. 그러한 컬러링을 방지하는 최적의 Δn·d 값을 얻기 위하여 다음의 실험을 행하였다.

각각 전술한 구조를 가지는 7개의 액정 표시 장치가 제작되었다. 이러한 장치들은 상이한 Δn·d 값을 가진다. 백색의 화면 표시를 위한 전압이 인가되었을 때 시각이 화면으로부터의 수직선에 대하여 경사를 가지고 있을 때의 광투과율을 450nm(청색), 550nm(녹색) 및 650nm(적색)의 세가지 단새광을 사용하여 도 3에 도시된 측정 시스템을 사용하여 각각의 장치에 대하여 측정하였다. 이러한 액정 표시장치들에서 Δn·d 값은 각각 198.0nm, 262.8nm, 327.6nm, 392.4nm, 457.2nm, 522.0nm 및 586.8nm 였다.

도19 내지 도21은 상기 측정 결과를 나타내는 그래프이다. 도19는 바로 위 방향(directly-above direction; θ=0°)의 광투과율(light transmittance)의 Δn·d의 존성을 나타내고, 도20은 12시-6시 방향으로 40°만큼 시각(viewing angle)을 눕힌(tilted)방향 (θ=40°)의 광투과율의 Δn·d 의존성을 나타내고, 도21은 3시-9시 방향으로 40°만큼 시각을 눕힌 방향 (θ=40°)의 광투과율의 Δn·d 의존성을 나타내고 있다. 도19 내지 도21에 있어서, 라인 L301, L302, L303은 각각 파장 450nm (청), 파장 550nm (녹), 파장 650nm (적)의 단색광에 대한 결과이고, 라인 L304는 이들의 평균을 나타내고 있다.

도19 내지 도21을 참조하여, 투과광은 시각을 눕히면 12시-6시 방향에서는 전체적으로 청색 방향으로, 3시-9시 방향에서는 전체적으로 황색 방향으로 시프트하고 있는 것을 알 수 있다. 이들의 실험 결과는 실제로 눈으로 본 결과와 일치했다. Δn·d≒ 395nm의 조건 하에서는, 12시-6시 방향의 θ=40°에서의 청색 시프트 정도와 3시-9시 방향의 θ=40°에서의 황색 시프트 정도가 거의 같으며, Δn·d의 값이 340~440nm의 범위, 특히, 380~400nm의 범위에 있으면, 착색(coloring)이 없는 고품위(high quality)의 패널이 실현될 수 있다. 실제로 이 범위 내의 샘플을 몇개 제작하고, 이들 샘플 내에 동화(moving picture) 표시(display) 시켜서 눈으로 보아 평가한 결과, 바로 위 방향의 색 밸런스를 유지하면서, 시각을 눕힌 때의 착색이 없고, 표시 품위(display quality)가 실질적으로 개선되어 있는 것이 확인되었다.

한편, Δn·d의 값이 340nm보다 작은 샘플에서는 도19에 나타낸 바와 같이, 바로 위 방향의 광투과율, 특히 시감도(visibility)가 가장 높은 550nm 부근의 광투과율이 낮게 되어, 스크린이 어둡게 보이다. 또, 도20에 나타낸 바와 같이, 12시-6시 방향으로 시각을 눕히면 스크린은 더 어둡게 된다. 3시-9시 방향으로 시각을 눕히면, 도21에 나타낸 바와 같이, 청색의 광투과율이 증가하게 되므로, 이 경우도 스크린이 어둡게 보이게 된다.

Δn·d의 값이 440nm보다 큰 샘플에서는, 도19에 나타낸 바와 같이, 바로 위 방향의 광투과율이 높게 되어 있다. 그러나, 도21에 나타낸 바와 같이, 3시-9시 방향으로 시각을 눕힌 때에, 녹색광의 투과율이 증가하고, 청색광의 투과율이 감소하므로, 패널 상의 황색의 착색 정도가 증가하여 되어 화상이 매우 악화된다.

또, Δn·d의 값이 340~440nm의 범위 내에 있는 샘플과, Δn·d의 값이 340~440nm의 범위 외에 있는 샘플과 함께 동화 표시 시켜서 비교해 본 바, Δn·d의 값이 340~440nm의 범위 내에 있는 샘플쪽이 바로 위 방향의 착색도 없고, 시각을 눕히는 데 따른 색 시프트도 없는 가시성(visibility)이 뛰어난 고품위의 표시 특성을 갖는 것이 확인되었다.

이상의 실험 결과로부터 명확한 바와 같이, 상기 구성의 액정 표시 장치(301)에 있어서의 Δn·d의 값을 340~440nm의 범위 내로 함으로써, 바로 위 방향의 색밸런스를 유지하면서, 시각을 눕힌 때의 착색을 억제할 수 있다. 더 바람직한 Δn·d의 값은 380~400nm의 범위이고, 이 범위로 하면, 등방적으로(isotropically) 시야가 넓고 색 밸런스가 좋은 가시성이 우수한 고품위의 표시 특성을 얻을 수 있다.

이상과 같이, 본 실시예의 액정 표시 장치(301)에서는, 각 화소(314) 내에서 액정 배향(alignment)이 2 영역으로 분할되고, 기판(303)측의 액정 분자(311)의 배향 방향과 기판(304)측의 액정 분자(311)의 배향 방향이 이루는 각을 이등분하도록, 편광판(308,309)의 흡수축(absorption axes; 312,313)이 각각 배치됨과 동시에, Δn·d의 값이 340~440nm의 범위 내이다. 이에 의해, 표시면(display screen) 상의 상하 방향 (12시-6시 방향)의 시야각 확대가 가능하게 됨과 동시에, 좌우 방향 (3시-9시 방향)의 계조 반전(gray-scale inversion; 階調反轉)을 억제할 수 있다. 따라서, 등방적으로 시각이 크고 양호한 시각 특성(viewing angle characteristics)을 얻을 수 있다. 또, Δn·d의 값을 340~440nm의 범위 내로 설정함으로써, 투과광의 색 밸런스가 좋고 가시성이 우수한 표시 특성을 실현할 수 있다.

[실시예 4]

본 발명의 실시예4에 관하여 도17a 내지 도17c 및 도22 내지 도25를 참조하여 설명하면, 이하와 같다. 또, 설명의 편의상, 상기 실시예 3에서 나타낸 부재와 동일한 부재에는, 동일한 부호를 부기하고, 그 설명을 생략한다.

본 실시예에 관한 액정 표시 장치는 도16에 나타낸 액정 표시 장치(301)과 대체로 같은 구성을 가지고 있다. 그러나, 배향막(alignment films; 303c,304c)의 배향 처리가 액정 표시 장치(301)과는 다르다. 이에 따라, 본 실시예의 액정 표시 장치에서는 각 화소(pixel) 내에서 액정 배향이 4영역으로 분할되어 있다.

본 실시예의 액정 표시 장치의 배향막(303c,304c)의 제조 공정에 관하여, 도17 및 도23을 참조하여 설명한다. 배향막(303c,304c)를 형성한 후, 도23a에 나타낸 바와 같이, 각 화소(320)를 포토레지스트(321)을 이용하여 패터닝하여, 2개의 영역을 노출시켜 둔다. 이어서, 도17a 및 도17b에 나타낸 배향 처리를 한다. 즉, 각 화소(320) 내의 2 영역에 러빙(rubbinㅎ)의 방향으로 러빙 처리를 한 후, 한쪽의 영역을 포토마스크(310)으로 덮어 이들 영역에 UV광을 조사(irradiate)한다. UV 조사를 마친 후, 전용 박리액(special-purpose peeling solution)에 의해 포토마스크(310)을 제거하고, 또 포토레지스트(321)을 제거한다.

이어서, 도23b에 나타낸 바와 같이, 각 화소(320)를 포토레지스트(322)로 패터닝하여 먼저 포토레지스트(321)로 덮여 있던 2개의 영역을 노출시켜 둔다. 이어서, 도17a 및 도17b에 나타낸 배향 처리를 한다. 여기서는, 러빙 방향(30Q)와 직교하는 방향(30R)으로 각 화소(320) 내에 노출되어 있는 2 영역에 러빙 처리를 한다. 그 후, 한쪽의 영역을 포토마스크(310)으로 덮고 이들 영역에 UV광을 조사한다. UV 조사를 마친 후, 전용 박리액에 의해 포토 마스크(310)을 제거하고, 포토레지스트(322)를 제거한다.

상기와 같이 형성된 2장의 기판(303,304)를 도17c에 나타낸 바와 같이, UV 조사된 부분과 UV 조사되어 있지 않은 부분이 서로 대향하도록 접합시킨다. 또, 이때, 배향막(303c)의 배향 방향과 배향막(304c)의 배향 방향이 이루는 각이 90°로 되도록 기판(303,304)를 서로 접합한다. 그 후, 기판(303,304) 사이에 액정 분자(311)을 포함하는 액정 재료를 봉입(seal)한다.

상기와 같이 배향 처리함으로써, 각 화소(320) 내에서 액정 배향이 4영역으로 분할되게 된다. 즉, 도22에 나타낸 바와 같이, 영역(323) 및 영역(324)에서는, 글래스 기판(303a)측에서의 액정 분자(311)의 배향 방향이 방향(30c)로 되고, 글래스 기판(304a)측에서의 액정 분자(311)의 배향 방향이 방향 30D로 된다. 또, 영역(323) 및 영역(324)에서는, 액정 분자(311)의 틸트 방향이 서로 반대로 되도록 제어되어 있다. 한편, 영역(325) 및 영역(326)에서는 글래스 기판(303a)측에서의 액정 분자(311)의 배향 방향이 방향 30E로 되어, 글래스 기판(304a)측에서의 액정 분자(311)의 배향 방향이 방향 30F로 된다. 또, 영역(325) 및 영역(326)에서는 액정 분자(311)의 틸트 방향이 서로 반대로 되도록 제어되고 있다.

또, 편광판(308)의 흡수축(327)이 방향 30C와 방향 30D이 이루는 각을 이등분하도록 설치됨과 동시에, 편광판(309)의 흡수축(328)이 방향 30E와 방향 30F가 이루는 각을 이등분하도록 설치되어 있다.

상기 구성으로 함으로써, 표시면 상의 상하 방향의 시각 확대가 가능하게 됨과 동시에, 좌우 방향의 계조 반전을 억제할 수 있다. 따라서, 등방적으로 큰 시각으로 양호한 시각 특성을 얻을 수가 있다.

여기서, 상술의 실시예3과 마찬가지로, 착색을 방지하는데 최적의 Δn·d의 값을 구하기 위해, 이하의 실험을 행했다.

상기 구성으로 이루어지고, 액정 재료의 굴절율 이방성 Δn과 셀의 두께 d와 의 곱 Δn·d의 값이 서로 다른 7개의 액정 표시 장치를 제작하고, 각 장치의 시각 특성을 실시예 3과 마찬가지로 측정했다. 이들 액정 표시 장치의 Δn·d의 값은 각각 198.0nm, 262.8nm, 327.6nm, 392.4nm, 457.2nm, 522.0nm, 586.8nm이었다.

도24 및 도25는 상기 측정 결과를 나타낸 그래프이다. 도24는 바로 위 방향(θ=0°)의 광투과율의 Δn·d 의존성을 나타내고, 도25는 12시-6시 방향 및 3시-9시 방향으로 40°만큼 시각을 눕힌 방향(θ=40°)의 광투과율 Δn·d 의존성을 나타내고 있다. 각 화소 내에서 액정 배향이 4 영역으로 분할된 액정 표시 장치에서는 12시-6시 방향과 3시-9시 방향은 거의 같은 시각 특성을 나타내는 결과로 되었다. 도24 및 도25에 있어서, 라인 L305, L306, L307은 각각 파장 450nm (청), 파장 550nm (녹), 파장 650nm (적)의 단색광에 대한 결과이고, 라인 L308은 이들 결과의 평균을 나타내고 있다.

도24 및 도25에 나타낸 바와 같이, Δn·d의 값이 340~440nm의 범위, 특히, 380~400nm의 범위에 있으면, 착색이 없는 고품위의 패널이 실현될 수 있다. 각 화소 내에서 액정 배향이 4 영역으로 분할된 액정 표시 장치에서는 Δn·d의 값을 그 범위 내로 설정함으로써, 더욱 표시 품위의 향상이 가능하게 되는 것이 확인되었다.

한편, Δn·d의 값이 340nm보다 작은 샘플에서는, 도25에 나타낸 바와 같이, 시각을 눕힌 때에 스크린은 푸르스름하게 되고, 어둡게 보이게 된다. 또, Δn·d의 값이 440nm보다 큰 샘플에서는, 패널 상의 황책색(yellow color)의 정도가 심하게 되어 화상의 표시 품위가 저하한다.

또, Δn·d의 값이 340~440nm의 범위 내에 있는 샘플과 Δn·d의 값이 340~440nm의 범위 외에 있는 샘플을 함께 동화 표시시켜서 비교하여 본 결과, Δn·d의 값이 340~440nm의 범위 내에 있는 샘플 쪽이 바로 위 방향의 착색도 없고, 시각을 눕히는 것에 의한 색 시프트도 없는 가시성이 우수한 고품위의 표시 특성을 갖는 것이 확인되었다.

이상의 실험 결과가 나타내는 바와 같이, 각 화소 내에서 액정 배향이 4영역으로 분할된 액정 표시 장치에 있어서도, Δn·d의 값을 340~440nm의 범위 내로 설정함으로써, 바로 위 방향의 색 밸런스를 유지하면서, 시각을 눕힌 때의 착색을 억제할 수 있다. 더 바람직한 Δn·d의 값은 380~400nm의 범위이고, Δn·d의 값을 이 범위로 하면, 등방적으로 큰 시각을 갖고 색 밸런스가 좋으며 가시성이 우수한 고품위의 표시 특성을 얻을 수 있다.

이상과 같이, 본 실시예의 액정 표시 장치에서는, 각 화소 내에서 액정 배향이 4 영역으로 분할되고, 기판(303) 측에서의 액정 분자(311)의 배향 방향과 기판(304)측에서의 액정 분자(311)의 배향 방향이 이루는 각을 2 등분하도록 편광판(308,309)의 흡수축(327,328)이 각각 배치됨과 동시에, Δn·d의 값이 340~440nm의 범위 내이다. 이에 의해, 표시면의 상하 방향 (12시-6시 방향)의 시각 확대가 가능하게 됨과 동시에 좌우 방향 (3시-9시 방향)의 계조 반전을 억제할 수 있다. 따라서, 등방적으로 시각이 크고 양호한 시각 특성을 얻을 수 있다. 또, Δn·d의 값을 340~440nm의 범위 내로 설정함으로써, 투과광의 색 밸런스가 좋고 가시성이 우수한 표시 특성을 실현할 수 있다.

전술한 바와 같이, 실시예3 및 실시예4에 관한 액정 표시 장치는 각 화소 내에서 액정 배향이 2 영역 또는 4 영역으로 분할되고, 1쌍의 편광판의 흡수축이 1쌍의 기판 중 한쪽의 기판측에서의 액정 분자의 배향 방향과 다른 쪽의 기판측에서의 액정 분자의 배향 방향이 이루는 각도를 이등분 또는 거의 이등분하도록 배치되고, Δn·d의 값이 340~440nm의 범위에 있는 구성이다.

이 구성에 의해, 표시면 상의 상하 방향의 시각 확대가 가능하게 됨과 동시에 좌우 방향의 계조 반전을 억제할 수 있다. 따라서, 등방적으로 시각이 크고 양호한 시각 특성을 얻을 수 있다는 효과가 있다.

또, Δn·d의 값을 340~440nm의 범위로 설정함으로써, 바로 위 방향의 색 밸런스를 유지하면서 시각을 눕힌 때의 착색을 억제할 수 있다. 따라서, 투과광의 색 밸런스가 좋고 우수한 표시 특성을 실현할 수 있다는 효과가 있다.

바람직하게는 Δn·d의 값을 380~400nm의 범위로 설정함으로써, 또 착색을 없애고 등방적으로 큰 시각을 갖고 투과광의 색 밸런스가 좋은 고품위의 표시 특성을 얻을 수 있다.

본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면, 본 발명의 범위와 본질을 벗어나지 않고 본 발명에 여러 가지 변형을 가할 수 있을 것이다. 따라서, 첨부된 특허 청구의 범위는 상술한 내용에 한정되지 않고 넓게 해석되어야 할 것이다.

Claims

매트릭스 형태로 배열된 다수의 표시 화소를 갖는 액정 표시 장치에 있어서, 서로 대향하는 한쌍의 기판, 상기 한쌍의 기판 사이에 배치된 액정층, 상기 액정층에 대향하는 상기 한쌍의 기판 중 적어도 하나의 기판의 표면 상에 형성되고 상기 액정층에 있는 액정 분자들을 배향하기 위한 배향 처리가 된 배향막, 및 상기 한쌍의 기판을 끼워 넣기 위해 배치된 한쌍의 편광판을 포함하고, 상기 액정층은 상기 표시 화소 각각에서 적어도 두개의 영역으로 분할되며, 상기 액정 분자들의 배향 상태는 상기 적어도 두개의 영역에서 서로 다르며, 상기 한쌍의 편광판 중 하나의 편광판의 한 흡수축(one absorption axis)은 6시-12시 방향 또는 3시-9시 방향에 실질적으로 평행한 액정 표시 장치.
제1항에 있어서, 상기 한쌍의 편광판 중 하나의 편광판의 한 흡수축은 상기 6시-12시 방향에 실질적으로 평행하고, 다른 흡수축은 상기 3시-9시 방향에 실질적으로 평행한 액정 표시 장치.
제1항에 있어서, 상기 한 쌍의 편광판의 한 흡수축과 다른 하나의 흡수축에 의해 형성된 각은 90°±5°의 범위내에 있는 액정 표시 장치.
제3항에 있어서, 상기 액정층의 리타데이션(retardation)은 340nm 내지 440nm의 범위내에 있는 액정 표시 장치.
제4항에 있어서, 상기 액정층에 있는 액정 분자들은 90°만큼 트위스트되도록(twisted) 배향되어 있는 액정 표시 장치.
매트릭스 형태로 배열된 다수의 표시 화소를 갖는 액정 표시 장치에 있어서, 서로 대향하는 한쌍의 기판, 상기 한쌍의 기판 사이에 배치된 액정층, 상기 액정층에 대향하는 상기 한쌍의 기판 중 적어도 하나의 기판의 표면 상에 형성되고 상기 액정층에 있는 액정 분자들을 배향하기 위한 배향 처리가 된 배향막, 및 상기 한쌍의 기판을 끼워 넣기 위해 배치된 한쌍의 편광판을 포함하고, 상기 액정층은 상기 표시 화소 각각에서 제1 및 제2 액정 영역으로 분할되며, 상기 제1 및 제2 액정 영역은 서로 다른 시각 의존성(viewing angle dependence)를 가지며,
1이 상기 제1 액정 영역에 있는 액정 분자들의 제1 트위스트 각(twist angle)이고
2가 상기 제2 액정 영역에 있는 액정 분자들의 제2 트위스트 각일 경우
1 +
2 = 180°인 관계가 성립되며, 상기 한쌍의 편광판의 한 흡수축은 상기 제1 트위스트 각을 실질적으로 이등분하는 방향으로 배치되어 있으며, 상기 한쌍의 편광판의 다른 하나의 흡수축은 상기 제2 트위스트 각을 실질적으로 이등분하는 방향으로 배치되어 있는 액정 표시 장치.
제6항에 있어서, 한쌍의 편광판의 한 흡수축과 다른 하나의 흡수축에 의해 형성된 각은 90°±5°의 범위내에 있는 액정 표시 장치.
제7항에 있어서, 상기 액정층의 리타데이션(retardation)은 340nm 내지 440nm의 범위내에 있는 액정 표시 장치.
제8항에 있어서, 상기 액정층에 있는 액정 분자들은 90°만큼 트위스트되도록(twisted) 배향되어 있는 액정 표시 장치.
매트릭스 형태로 배열된 다수의 화소를 갖는 액정 표시 장치에 있어서, 서로 대향하는 한쌍의 기판, 상기 한쌍의 기판 사이에 배치된 액정층, 상기 액정층에 대향하는 상기 한쌍의 기판 중 적어도 하나의 기판의 표면 상에 형성되고 상기 액정층에 있는 액정 분자들을 배향하기 위한 배향 처리가 된 배향막, 및 상기 한쌍의 기판을 끼워 넣기 위해 배치된 한쌍의 편광판을 포함하고, 상기 각 화소에 대응하는 상기 액정층은 적어도 제1 액정 영역과 제2 액정 영역으로 분할되고, 상기 제1 액정 영역과 상기 제2 액정 영역은 각기 서로 상이한 제1 배향 상태와 제2 배향 상태를 가지고, 상기 액정층은 수평 배향형 ECB(Electrically Controlled Birefringence) 모드로 제어되고; 상기 한쌍의 편광판들 중 하나의 편광판은 6-12시 방향에 실질적으로 평행한 흡수축을 가지는 반면에, 상기 한쌍의 편광판들 중 다른 편광판은 3-9시 방향에 실질적으로 평행한 흡수축을 가지는 액정 표시 장치.
매트릭스 형태로 배열된 다수의 화소를 갖는 액정 표시 장치에 있어서, 서로 대향하는 한쌍의 기판; 상기 한쌍의 기판 사이에 배치된 액정층; 상기 액정층에 대향하는 상기 한쌍의 기판 중 적어도 하나의 기판의 표면 상에 형성되고 상기 액정층에 있는 액정 분자들을 배향하기 위한 배향 처리가 된 배향막; 및 상기 한쌍의 기판을 끼워 넣기 위해 배치된 한쌍의 편광판을 포함하고; 상기 액정층은 ECB 모드로 제어되고; 상기 각 화소에 대응하는 상기 액정층은 적어도 제1 액정 영역과 제2 액정 영역을 포함하는 4개 이상의 액정 영역으로 분할되고; 상기 제1 액정 영역과 상기 제2 액정 영역은 각기 서로 상이한 제1 배향 상태와 제2 배향 상태를 가지고; 상기 한쌍의 편광판들 중 하나의 편광판은 6-12시 방향에 실질적으로 평행한 흡수축을 가지는 반면에, 상기 한쌍의 편광판들 중 다른 편광판은 3-9시 방향에 실질적으로 평행한 흡수축을 가지는 액정 표시 장치.
매트릭스 형태로 배열된 다수의 화소를 갖는 액정 표시 장치에 있어서, 서로 대향하는 한쌍의 기판; 상기 한쌍의 기판 사이에 배치된 액정층; 상기 액정층에 대향하는 상기 한쌍의 기판 중 적어도 하나의 기판의 표면 상에 형성되고 상기 액정층에 있는 액정 분자들을 배향하기 위한 배향 처리가 된 배향막; 및 상기 한쌍의 기판을 끼워 넣기 위해 배치된 한쌍의 편광판을 포함하고; 상기 액정층은 ECB 모드로 제어되고; 상기 각 화소에 대응하는 상기 액정층은 적어도 제1 액정 영역과 제2 액정 영역으로 분할되고; 상기 제1 액정 영역과 상기 제2 액정 영역은 각기 서로 상이한 제1 배향 상태와 제2 배향 상태를 가지고; 상기 액정층의 리타데이션은 340nm 내지 440nm의 범위내에 있고; 상기 한쌍의 편광판들 중 하나의 편광판은 6-12시 방향에 실질적으로 평행한 흡수축을 가지는 반면에, 상기 한쌍의 편광판들 중 다른 편광판은 3-9시 방향에 실질적으로 평행한 흡수축을 가지는 액정 표시 장치.