KR100280636B1

KR100280636B1 - 액정 표시 장치

Info

Publication number: KR100280636B1
Application number: KR1019970026861A
Authority: KR
Inventors: 심정욱; 김경현; 이창훈; 김남흥; 박승범
Original assignee: 윤종용; 삼성전자주식회사
Priority date: 1997-05-30
Filing date: 1997-06-24
Publication date: 2001-02-01
Also published as: KR19980086353A

Abstract

두 기판 중 하나에 평행한 두 전극을 배치하고, 수직 배향막을 형성한 다음, 양의 유전율 이방성을 가지는 액정 물질을 주입한다. 두 전극에 전압을 인가하면 포물선 모양의 전기장이 액정 분자들을 구동한다. 두 전극 사이 영역의 중심선에 대하여 양쪽의 전기장은 대칭이므로 액정 분자도 이에 따라 대칭으로 배열된다. 두 전극 사이의 영역 중심의 전기장은 기판에 평행하고 두 전극에 대하여 수직이므로 기판에 대하여 수직으로 배향되어 있는 액정 분자에 영향을 미치지 못한다. 이때, 한 기판에 부착되어 있는 편광판을 통과하여 선편광된 빛은 액정층을 통과하면서 편광 방향이 변화하고 이에 따라 빛의 일부분만 다른 쪽 편광판을 투과하게 된다. 두 전극에 가하는 전압의 세기를 조절하면 투과율을 변화시킬 수 있다.

Description

액정 표시 장치

본 발명은 액정 표시 장치에 관한 것이다.

일반적으로 액정 표시 장치는 전극이 형성되어 있는 두 장의 기판 사이에 액정을 주입하고, 전극에 가하는 전압의 세기를 조절하여 광 투과량을 조절하는 구조로 되어 있다.

그러면, 첨부한 도면을 참고로 하여 종래의 기술에 따른 액정 표시 장치에 대하여 상세히 설명한다.

제1(a)도 및 제1(b)도는 종래의 기술에 따른 TN(twisted-nematic) 방식의 액정 표시 장치의 구조를 개략적으로 도시한 단면도이다.

제1(a)도 및 제1(b)도에서 보는 바와 같이, TN 방식의 액정 표시 장치는, 안쪽 면에 각각 투명 전극(3, 4)이 형성되어 있는 한 쌍의 투명 유리 기판(1, 2), 두 유리 기판(1, 2) 사이의 액정층(7)을 포함하며, 각각의 유리 기판(1, 2)의 바깥 면에는 빛을 편광시키는 두 장의 편광판(5, 6)이 부착되어 있다. 여기서, 하부 기판(1)의 전극(3)은 화소 전극이고, 상부 기판(2)의 전극(4)은 공통 전극이며, 액정층(7)의 유전율 이방성 △ε은 0보다 크다.

전기장을 인가하지 않을 때에는, 제1(a)도에 도시한 바와 같이, 두 기판(1, 2)사이에 채워진 액정층(7)의 액정 분자(8)들은 그 장축 방향이 두 기판(1, 2)에 평행하게 배열되어 있으며, 한 기판에서 다른 기판에 이르기까지 나선상으로 비틀린 구조를 가진다.

두 전극(3, 4)에 전원(V)을 연결하여 제1(b)도의 화살표 방향으로 액정층(7)에 충분한 크기의 전기장을 형성하였을 때에는, 제1(b)도에 도시한 것처럼, 액정 분자(8)의 장축이 전기장의 방향과 평행하게 된다.

이러한 TN 방식의 액정 표시 장치는 시야각이 좁고 계조 반전이 일어나는 문제점을 가지고 있다.

또한, 최근에는 새로운 방식인 IPS(in-plane switching) 방식의 액정 표시 장치가 제안되었다.

제2(a)도 및 제2(b)도는 종래의 기술에 따른 IPS 방식의 액정 표시 장치의 구조를 개략적으로 도시한 단면도이다.

제2(a)도 및 제2(b)도에서 보는 바와 같이, IPS 방식의 액정 표시 장치에서는, 서로 평행하며 선형인 두 전극(3, 4)이 한 기판, 예를 들면 하부 기판(1)에 모두 형성되어 있다. 여기서는, 액정층(7)의 유전율 이방성 △ε은 0보다 크거나 작은 것 모두가 사용되며, 설명하지 않은 도면 부호는 제1(a)도 및 제1(b)도에서 설명한 바와 동일한 역할을 한다.

전기장을 인가하지 않을 때에는, 제2(a)도에 나타낸 바와 같이, 두 기판(1, 2)사이에 채워진 액정층(7)의 액정 분자(8)의 장축은 두 기판(1, 2)에 평행하며 전극(3, 4)과 평행하거나 일정 각도를 이루는 방향으로 배열되어 있다.

두 전극(3, 4)에 전원 (V)을 연결하여 충분한 크기의 전기장을 인가하였을 때에는, 제2(b)도에 나타낸 것처럼, 본질적으로 기판에 평행하고 전극(3, 4)에 수직인 전기장이 생성되며, 이에 따라 액정층(7)의 중앙에 위치한 액정 분자(8)들의 장축이 전기장에 평행하게 배열된다. 그러나, 기판(1, 2) 부근의 액정 분자(8)들은 배향력에 의해 초기 상태를 유지하므로 기판(1, 2)으로부터 중앙에 이르는 영역의 액정 분자(8)들은 나선상으로 비틀린 구조를 갖는다.

그러나, IPS 방식의 액정 표시 장치는 어두운 상태에서 빛샘 현상이 발생하여 대비비가 떨어지며, 액정 분자의 응답 속도가 느린 문제점을 가지고 있다.

본 발명의 목적은 광시야각을 가지는 새로운 방식의 액정 표시 장치를 제공 하기 위한 것이다.

제1(a)도 및 제1(b)도는 종래의 기술에 따른 비틀린 네마틱 (twisted-nematic : TN) 방식의 액정 표시 장치의 구조를 개략적으로 도시한 단면도이고,

제2(a)도 및 제2(b)도는 종래의 기술에 따른 IPS(in-plane switching) 방식의 액정 표시 장치의 구조를 개략적으로 도시한 단면도이고,

제3(a)도 내지 제3(c)도 및 제4(a)도 내지 제4(c)도는 본 발명의 제1 및 제2 실시예에 따른 EOC(electrical induced optical compensation) 방식의 액정 표시 장치의 기본 구동 원리를 도시한 개략도이고,

제5도 및 제6도는 본 발명의 제3 및 제4 실시예에 따른 EOC 방식의 액정 표시 장치에서 단위 화소에 형성된 전극의 구조를 도시한 평면도이고,

제7도 내지 제17도는 본 발명의 실시예에 따른 EOC 방식의 액정 표시 장치의 시야각을 측정한 결과를 도시한 그래프이다.

제18도는 본 발명의 실시예에 따른 EOC 방식의 액정 표시 장치에서 전기 광학적 특성을 측정한 결과를 도표로 나타낸 그래프이다.

본 발명에 따른 액정 표시 장치는 제1 기판과 제2 기판 사이에는 유전율 이방성을 가지는 액정 물질이 주입되어 있으며, 액정 분자는 두 기판에 대하여 수직하게 배열되어 있다. 그리고 두 기판 중 하나의 기판에 서로 평행한 제1 전극과 제2 전극이 형성되어 있다.

제1 기판 및 제2 기판에는 액정 물질의 분자축을 수직으로 배향하기 위한 배향막이 형성되어 있을 수 있으며, 이러한 배향막은 러빙 처리할 수도 있고 그렇지 않을 수도 있다.

또한, 두 기판의 바깥쪽에 각각 부착되어 있는 편광판을 더 포함할 수 있으며, 이러한 편광판의 투과측은 서로 평행 또는 직교하도록 배치할 수 있다.

여기서 액정 물질의 유전율 이방성은 양 또는 음일 때 모두 가능하며, 순수한 네마틱 액정, 카이랄 네마틱 액정 또는 첨가제를 포함하는 네마틱 액정 중 어느 하나를 사용하여도 무방하다.

이러한 액정 표시 장치의 두 전극에 전압을 인가하면 두 전극 사이에는 포물선 모양의 전기장이 형성되고 이 전기장에 의하여 액정 분자들이 구동된다.

여기에서, 이러한 구동 방식을 적용한 액정 표시 장치를 EOC(electrically-induced optical compensation) 방식의 액정 표시 장치라 한다.

이러한 EOC 방식의 액정 표시 장치에서는 두 전극 사이의 영역의 중심부를 기준으로 양쪽의 액정 분자의 배열이 대칭적으로 형성된다. 따라서, 투과되는 빛에 대한 위상 지연(phase retardation)도 대칭적으로 발생하여 넓은 시야각을 가질 수 있다.

그러면 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명에 따른 액정 표시 장치의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 기술을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세히 설명한다.

제3(a)도 내지 제3(c)도 및 제4(a)도 내지 제4(c)도는 본 발명의 제1 및 제2 실시예에 따른EOC 방식의 액정 표시 장치의 원리를 도시한 개략도이다.

이들 도면에서 알 수 있는 바와 같이, 배향막(90)이 각각 형성되어 있는 한쌍의 투명 유리 기판(10, 20)이 서로 마주하고 있다. 두 기판(10, 20) 중 하부 기판(10)의 안쪽 면에는 두 개의 선형 전극(30, 40)이 서로 평행하게 형성되어 있다. 두 유리 기판(10, 20) 사이에는 액정 물질이 주입되어 액정층(70)을 이루고 있으며, 액정층(70)의 액정 분자(80)는 두 기판(10, 20)에 대하여 수직하게 배향되어 있다. 여기서, 액정 분자(80)들은 기판(10, 2O)에 대하여 선경사각을 가질 수도 있으며, 두 개의 전극(30, 40)은 투명 또는 불투명 도전 물질일 수 있다. 각각의 유리 기판(10, 20)의 바깥 면에는 통과하는 빛을 편광시키는 두 장의 편광판(50, 60)이 각각 부착되어 있다.

일반적으로 두 개의 전극(30, 40) 중 하나는 각각의 단위 화소마다 다른 데이터 신호를 인가하기 위한 화소 전극이며, 나머지 하나는 전체 단위 화소에 공통된 신호를 인가하기 위한 공통 전극이다. 또한, 각각의 화소 전극은 각각의 화소에 형성되어 있는 박막 트랜지스터와 같은 스위칭 소자의 한 단자와 연결되어 있다.

이때, 액정층(70)의 액정 물질은 유전율 이방성 △ε이 0보다 큰 것이 좋지만, 유전율 이방성 △ε이 0보다 작을 수도 있다. 또한, 액정 물질은 네마틱, 카이랄 네마틱, 또는 좌선성 또는 우선성의 카이랄 첨가제가 혼합된 네마틱 액정 모두 가능하다.

또한, 각각의 배향막(90)은 액정 분자(80)가 노을 때 방향성을 가지도록 모두 러빙 처리할 수도 있고, 선택적으로 하나만 러빙 처리할 수도 있으며, 모두 러빙 처리하지 않을 수도 있다. 러빙처리를 하는 경우에 러빙 방향은 두 전극(30, 40)의 방향에 대하여 임의 방향으로 할 수 있으며, 두기판(10, 20)의 배향막(90)을 모두 러빙 처리하는 경우에는 러빙 방향이 서로 반대 방향으로 하며,두 러빙 방향 중 한 방향은 전극과 수직 방향으로 하는 것이 바람직하다.

여기서, 두 편광판(57, 60)의 투과축은 서로 평행 또는 수직하게 배치할 수 있다.

또한, 두 전극(30, 40)의 폭은 각각 1-1O㎛의 범위, 두 전극(30, 40) 사이의 간격은 2∼20㎛의 범위, 액정층(70)의 두께는 1-15㎛의 범위인 것이 바람직하다.

제3(a)도 내지 제3(c)도는 액정 물질이 유전율 이방성이 양인 순수한 네마틱 액정인 경우이고, 제4(a)도 내지 제4(c)도는 액정 물질이 카이럴 첨가제가 혼합된 유전율 이방성이 양인 네마틱 액정이거나 유전율 이방성이 양인 카이럴 네마틱 액정인 경우이다.

제3(a)도 및 제4(a)도에서 보는 바와 같이, 전기장을 인가하지 않을 때에는. 액정층(70)의 액정 분자(80)들은 배향막(90)의 배향력에 의해 두 기판(10, 20)에 수직하게 배열된 구조를 가진다.

이때, 하부 기판(10)에 부착되어 있는 편광판(60)을 통과한 빛은 편광 방향이 바뀌지 않고 액정층(70)을 통과한다. 여기서, 두 편광판(50, 60)의 투과축이 평행하다면, 이 빛은 상부 기판(2)에 부착되어 있는 편광판(60)을 통과하여 화이트 상태가 구현된다. 두 편광판(50, 60)의 투과축이 직교한다면, 하부 기판(10)의 편광판(50)을 통과한 빛은 상부 기판(20)의 편광판(60)에 의해 차단되어 어두운 상태가 된다.

제3(b)도 및 제4(b)도는 전계를 충분히 인가한 경우를 나타낸 것이고, 제3(c)도 및 제4(c)도는 각각 제3(b)도 및 제4(b)도를 상부 기판 쪽에서 내려다 본 도면이다.

이때, 전기장은 두 전극(30, 40) 사이 영역의 중앙 부분에서는 본질적으로 기판(10, 20)에 대하여 평행하고 전극(30, 40)에 대하여 수직이며, 전극(30, 40)으로 접근할수록 아래쪽으로 휘어진 포물선 모양이 된다.

이때, 네마틱 액정 물질은 양의 유전율 이방성을 가지므로 액정 분자(80)들의 장축이 전기장의 방향을 따라 배열되려고 한다. 그러나, 두 기판(10, 20)에 인접한 부분에서는 가해진 전기장에 의한 힘보다는 배향막(90)의 배창력이 강하므로 액정 분자(80)들은 수직으로 배향된 원래의 상태를 유지한다. 따라서, 순수한 네마틱 액정 물질을 사용하는 경우에는 전기장에 의한 힘과 배향력이 균형을 이루도록 액정 방향자는 연속적으로 변화한다.

또한, 이 경우, 앞서 설명한 것처럼 두 전극(30, 40) 사이의 전기장은 전체적으로 포물선 모양으로 형성되므로 두 전극(30, 40) 사이 영역의 중심면을 기준으로 좌우의 액정 분자(80)는 대칭으로 배열된다.

이때, 제3(b)도 및 제3(c)도에서 보는 바와 같이, 전극(30, 40)에 대하여 수직인 방향의 시야각은 액정 분자(80)의 장축이 향하는 방향이 중심면을 기준으로 대칭이므로 액정층(70)을 통과하는 빛에 대한 위상 지연(phase retardation)이 대칭적으로 보상되는 효과가 발생하여 시야각이 넓어진다. 또한 액정 분자(80)의 단축 방향 즉, 전극(30, 40)에 대하여 수평 방향으로는 굴절률 변화율이 작으므로 시야각이 확장된다.

한편, 두 전극(30, 40) 사이 영역의 중앙 부분에서 전기장은 기판과 평행하다. 따라서, 이 전기장에 의한 힘은 기판에 대하여 수직으로 배열되어 있는 액정 분자(80)에 대하여 수직이므로 액정 분자(80)가 움직이지 않는 불연속면이 두 전극(30, 40)의 중심부에 형성된다.

다음, 제4(b)도 및 제4(c)도에서 보는 바와 같이, 액정 물질이 카이랄 네마틱 액정 또는 카이랄 첨가제가 혼합된 네마틱 액정인 경우에는 순수한 네마틱 액정인 경우와는 다른 점이 있다.

두 전극(30, 40) 사이 영역의 중심 부분에서 액정 분자(80)가 움직이지 않는 불연속면이 생기는 것은 제3(b)도 및 제3(c)도의 경우와 동일하다. 그러나, 그 외 부분에서 액정 분자(80)의 장축은 전기장에 의한 힘과 배향력에 의하여 변화할 뿐 아니라, 카이럴리티에 의하여 비틀리게 되어 두 전극(30, 40) 사이의 영역의 중심면 양쪽 영역의 액정 분자(80)의 배열은 완전히 대칭을 이루지 않는다.

즉, 제3(c)도를 보면 상부 기판에서 볼 때 액정 분자(80)와 장축이 모두 전극(30, 40)에 대하여 수직으로 배열되지만, 제4(c)도에서 보면 중심면을 기준으로 양쪽 영역의 액정 분자(80)들은 반시계 방향으로 회전한다. 물론, 액정 분자(80)의 회전 방향은 반대일 수도 있다. 이 경우, 전극(30, 40)에 대하여 수직인 방향뿐 아니라 평행한 방향에 대해서도 시야각이 넓다.

위에서 설명한 바와 같은 상태에서, 하부 기판(10)에 부착되어 있는 편광판(50)을 통과하여 편광된 빛의 편광은 액정층(70)을 통과하면서 액정 방향자의 비틀림을 따라 회전하게 된다. 위의 두 경우에 유전율 이방성, 두 기판(10, 20) 사이의 간격이나 액정 분자(80)의 피치 따위를 조절하여 편광이 90°회전하도록 만들수 있다. 이 경우, 두 편광판(50, 60)의 투과축이 서로 평행하게 배치되었다면 이 빛은 상부 기판(20)에 부착되어 있는 편광판(60)에 의해 차단되어 블랙 상태가 구현된다. 두 편광판(50, 60)의 투과측이 서로 직교하도록 배치되었다면, 하부 기판(10)의 편광판(50)을 통과한 빛은 상부 기판(20)의 편광판(60)을 투과하여 화이트 상태가 된다.

다시 말하자면, 본 발명에 따른 EOC 방식의 액정 표시 장치에서 두 전극(30, 40) 사이의 중심면에 대하여 액정 분자(80)는 대칭적으로 배열된다. 이에 따라, 제3(b)도 및 제4(b)도에서 A 방향으로 투과되는 빛과 B 방향으로 투과되는 빛은 유사한 액정 분자(80)의 배열로 이루어진 경로를 통과하게 된다. 따라서, 통과하는 빛에 대한 지연(retardation)도 거의 동일하게 형성되므로 넓은 시야각을 가질 수 있다.

이러한 액정 표시 장치에서, 전극의 구조 및 배치는 다양하게 변화시킬 수 있으나, 제5도 및 제6도에 도시한 바와 같이 형성하는 것이 바람직하며 이에 대하여 상세히 설명한다.

제5도 및 제6도에서 보는 바와 같이, 게이트선(100)이 가로로 형성되어 있고 이와 직교하는 데이터선(200)이 세로로 형성되어 화소를 정의하고 있다. 공통 전극선인 제1 전극선(32)이 게이트선(100)과 평행하게 형성되어 있으며, 각각의 화소에는 제1 전극선 (32)과 평행하게 마주하며 화소 전극인 제2 전극선 (42)이 형성되어 있다. 게이트선(100)과 데이터선(300)의 교차점 부근에는 스위칭 소자인 박막 트랜지스터 (TFT)가 형성되어 있으며, 박막 트랜지스터 (TFT)의 제1 단자는 게이트선 (100)과, 제2 단자는 데이터선(300)과, 제3 단자는 제2 전극선(42)과 각각 연결되어 있다.

제5도에서 보는 바와 같이, 각각의 화소에는 서로 평행하게 마주보는 제1 및 제2 가로 전극선 (32, 42)이 가로로 형성되어 있다. 도시한 네 개의 화소 중 대각선 방향으로 배치된 두 화소에는 제1 및 제2 가로 전극선(32, 42)과 각각 연결되어 있으며, 이들로부터 세로 방향으로 각각 뻗어 있는 제1 및 제2 전극(33, 43)이 서로 평행하게 교대로 형성되어 있다. 또한, 이웃하는 다른 두 화소에는 제1 및 제2 가로 전극선 (긴)과 각각 연결되어 서로 반대쪽 끝부분에서 세로로 연장되어 있는 제1 및 제2 세로 전극선(31, 41)이 형성되어 있다. 또한, 제1 가로 전극선(32) 및 제1 세로 전극선(31)으로부터 연장되어 이들과 일정 각을 이루는 제1 전극(30)이 형성되어 있으며, 제1 전극(30) 사이에는 제2 가로 전극선(42) 및 제2 세로 전극선(41)으로부터 연장된 제2 전극(30, 40)이 제1 전극(30)과 평행하게 형성되어 있다, 결국, 한 화소의 제1 및 제2 전극(33, 43)은 이웃하는 화소의 제1 및 제2 전극(30, 40)과 평행하지 않고 일정한 각을 가지도록 형성되어 있다.

제6도에서 보는 바와 같이, 각각 화소에는 서로 평행하게 마주보는 제1 및 제2 가로 전극선(32, 42)이 가로 방향으로 형성되어 있으며, 제1 및 제2 가로 전극선(32, 42)의 서로 반대쪽 끝부분에서 세로 방향으로 각각 연장되어 있는 제1 및 제2 세로 전극선(31, 41)이 형성되어 있다. 제1 가로 전극선(36)과 연결되어 있는 제1 전극(36)의 제1 부분(34)은 세로 방향으로 뻗어 있으며, 제1 부분(34)과 연결되어 있는 제1 전극(36)의 제2 부분(35)은 경사지도록 형성되어 있다. 여기서, 제1 세 로 전극선(31) 중 일부는 제 1전극(36)의 제1 부분(34) 역할을 하며, 제1 세로 전극선(31)으로부터 연장된 다수의 분지(37)가 제2 부분(35)과 평행하게 형성되어 있다. 또한, 제1 전극(36)의 제2 부분(35)의 사이에는 제2 가로 전극선(42) 및 제2 세로 전극선(41)으로부터 연장된 제2 전극(46)의 제1 부분(44)이 제1 전극(36)의 제2 부분(35)과 평행하게 형성되어 있으며, 제2 전극(46)의 제1 부분(44)으로부터 연장된 제2 전극(46)의 제2 부분이 제1 전극(36)의 제1 부분(34)과 평행하게 형성되어 있다. 여기서, 제2 세로 전극선(41) 중 일부는 제2 전극(46)의 제2 부분(45)역할을 한다. 다시 말하자면, 각각의 화소 내부에는 서로 평행하게 형성되어 있는 제1 및 제2 전극이 꺾어진 모양으로 형성되어 있다.

이렇게 하나의 기판에서 전극의 방향을 화소 단위로 또는 화소의 내부에서 하나 이상의 방향으로 형성하여 액정 분자들이 다양한 각도로 배열하게 함으로써 넓은 시야각을 구현할 수 있다.

그러면 본 발명에 따른 EOC 방식의 액정 표시 장치를 제작하여 실험한 결과를 설명한다.

[실험예 1]

실험예 1에서는 액정층(70)을 카이럴 첨가제를 혼합한 네마틱 액정과 순수한 네마틱 액정을 사용한 경우, 각각에 대하여 시야각을 측정한 것이다.

여기서, 액정층(70)의 굴절률 이방성 △n은 0.09이고, 액정층(70)의 두께 d는 4.5㎛이며, 배향막(90)은 모두 러빙처리하지 않은 상태이다. 또한 두 전극(30, 40)은 가로 방향으로 형성되어 있으며. 두 기판(10, 20)에 바깥 면에 부착되어 있는 편광판(50, 60)의 투과축은 서로에 대하여 90°가 되도록 배치되어 있으며, 하나는 투과축이 두 전극(30, 40)에 대하여 45°로 나머지 하나는 투과축이 135°가 되도록 배치하였다. 여기서, 각도는 수평 방향의 우측을 0°로 설정하고, 이를 기준으로 한 것이다.

제7도는 순수한 네마틱 액정에 카이럴 첨가제를 0.1% 혼합하여 시야각을 측정한 결과이고, 제8도는 첨가제를 사용하지 않은 상태에서 시야각을 측정한 결과를 도시한 그래프이다.

제7도에서 보는 바와 같이, 카이럴 첨가제를 사용한 경우에는 대비비 10을 기준으로 가로 방향으로는 80°정도, 세로 방향으로는 76°정도의 시야각이 측정되었다.

첨가제를 사용하지 않은 경우에는 제8도에서 보는 바와 같이, 대비비 10을 기준으로 가로 방향으로는 76°정도, 세로 방향으로는 76°정도의 시야각이 측정되었다.

그리고 대각선 방향으로는 대비비 60을 기준으로 두 경우 모두 120°이상의 시야각이 측정되었다.

[실험예 2]

실험예 2에서는 두 기판(10, 20)에 형성된 배향막(90)을 러빙처리하고, 각각에 대하여 시야각을 측정하였다.

제9도는 상부 기판(20)에 형성된 배향막(90)은 135°로 하부 기판(10)에 형성된 배향막(90)은 315°로 러빙처리하여 시야각을 측정한 결과이고, 제10도는 상부 기판(20)에 형성된 배향막(90)은 45°로 하부 기판(10)에 형성된 배향막(90)은 225°로 러빙처리하여 시야각을 측정한 결과이다. 나머지 조건은 실험예 1과 동일하다.

제9도 및 제10도에서 보는 바와 같이, 이렇게 러빙을 하면 수평 및 수직 방향의 시야각과 대각선 방향의 시야각 차이를 좁힐 수 있으므로, 모든 방향에서 더욱 균일한 시야각을 얻을 수 있다.

[실험예 3]

실험예 3에서는 두 기판(10, 20)의 바깥 면에 부착되어 있는 편광판(50, 60)을 배치를 다르게 하여 시야각을 측정한 것이다.

제11도는 실험예 1과 같이 상부 기판(20)에 부착되어 있는 편광판(60)의 투과축은 두 전극(30, 40) 방향에 대하여 45°, 하부 기판(10)에 부착되어 있는 편광판(60)의 투과축은 135°가 되도록 배치하여 시야각을 측정한 결과이고, 제12도는 상부 기판(20)에 부착되어 있는 편광판(60)의 투과축은 30°, 하부 기판(10)에 부착되어 있는 편광판(60)의 투과축은 120°가 되도록 배치하여 시야각을 측정한 결과이다. 나머지 조건은 실험예 1과 동일하다.

실험예 1에서 설명한 바와 같이, 제11도에서는 대각선의 네 방향에서 대비비 60을 기준으로 120°이상의 시야각을 보이고, 상하 좌우 방향에서 대비비 10을 기준으로 80°정도의 시야각을 보이고 있다. 그런데 제12도와 비교하면, 시야각의 방향은 전극의 방향과 편광판의 투과축 방향의 상대각에 의존하는 것을 알 수 있다.

따라서, 전극의 방향과 편광판의 투과축 방향을 여러 가지로 구현함으로써 모든 방향에서 거의 일정한 시야각을 얻을 수 있다.

[실험예 4]

실험예 4에서는 제13도에서 보는 바와 같이, 두 기판(10, 20)의 바깥 면에 각각 음의 일축성 보상 필름(100)을 부착하여 시야각을 측정하였다. 이러한 보상 필름은 지연에 대한 잔류 위상차를 보상하기 위함이다.

제14도는 보상 필름(100)을 사용하지 않은 상태에서 시야각을 측정한 경우로서, 80°정도의 시야각이 측정되었다. 제15도는 보상 필름(100)의 지연(retardation) 값이 40nm인 것을 사용하여 시야각을 측정한 결과이고, 제16도는 보상 필름(100)의 지연 값이 80nm인 것을 사용하여 시야각을 측정한 결과이고, 제17도는 보상 필름(100)의 지연 값이 120nm인 것을 사용하여 시야각을 측정한 결과이다. 나머지 조건은 실험예 1과 동일하다.

제15도 내지 제17도에서 보는 바와 같이, 보상 필름(100)을 사용하는 경우는 대비비 10을 기준으로 60°까지 시야각이 넓어짐을 알 수 있다.

이러한 결과에 따라 두 기판(10, 20)의 간격과 보상 필름(100)의 지연 값을 최적화하여 전방향으로 60°이상의 시야각도 얻을 수 있음을 알 수 있다. 여기서, 보상 필름의 지연 값은 30∼500nm의 범위인 것이 바람직하다.

본 발명의 실험예에서는 음의 일축성 보상 필름을 사용하였지만, 양의 일축성 보상 필름, 이축성 보상 필름, 하이브리드(hybrid) 구조를 가지는 보상 필름 또는 비틀린(twist) 구조를 가지는 보상 필름을 사용할 수도 있다.

또한 보상 필름(100)을 두 기판(10, 20)에 각각 부착하였지만 택일적으로 하나의 기판에만 부착할 수도 있다.

[실험예 5]

실험예 5에서는 전기 광학적 특성을 측정하였다.

여기서, 액정층(70)은 순수한 네마틱 액정을 사용하였으며, 배향막(90)은 모두 러빙처리하지 않은 상태이고, 두 전극(30, 40)의 폭은 각각 5㎛이다.

제18도는 액정 셀의 간격, 두 전극의 간격 및 구동 전압과의 관계를 도표로 나타낸 것이다.

여기서, V_max는 최대 투과율의 구동 전압이고, T_max는 최대의 투과율, t_on은 ON시의 액정 분자의 반응 시간, t_off는 OFF시의 액정 분자의 반응 시간, t_tot= t_on+ t_off, V₁₀은 투과율이 최대치의 10% 인 때의 구동 전압, V₉₀은 투과율이 최대치의 90% 인 때의 구동 전압이다.

제18도에서 보는 바와 같이, 범위로 두 기판(10, 20)의 간격을 3∼6㎛: 두 전극(30, 40)의 간격을 8 또는 10㎛으로 설정하여 투과율인 최대인 경우에 구동 전압을 측정한 결과 6∼30V의 범위로 측정되었다.

이와 같이 전극의 간격 및 액정 셀의 간격을 적절히 조절하면 구동 전압을 낮출 수 있다.

본 발명에 따른 EOC 방식의 액정 표시 장치는 두 기판 중 하나에 두 전극을 형성하고 액정 분자들을 수직으로 배향한 다음, 두 전극 사이에 포물선 모양으로 형성되는 전기장으로 액정 방향자를 구동하는 것이다. 여기서, 두 전극의 중심면에 대하여 양쪽의 액정층은 액정 분자의 배열이 대칭적으로 형성된다. 따라서, 투과되는 빛에 대한 지연(retardation)도 대칭적으로 보상되어 넓은 시야각을 가질 수 있다.

Claims

서로 마주보고 있는 제1 기판 및 제2 기판, 상기 제1 및 제2 기판 사이에 주입되어 있으며 상기 제1 및 제2 기판에 대하여 수직으로 배향되어 있는 액정 물질층, 상기 제1 및 제2 기판 중 한 기판에 형성되어 있으며 서로 평행한 적어도 둘 이상의 전극을 포함하는 액정 표시 장치에 있어서,상기 전극에 전압 인가하지 않은 경우에 상기 액정 물질층의 액정 분자는 상기 제1 및 제2 기판에 대하여 수직으로 배열되어 있으며, 상기 전극에 전압을 인가하는 경우에는 상기 액정 물질층의 액정 분자는 상기 제1 및 제2 기판에 대하여 임으로 각을 가지면서 재배열하는 액정 표시 장치.
제1항에서, 상기 액정 물질층은 양의 유전율 이방성을 가지는 액정 표시 장치.
제2항에서, 상기 액정 물질층은 카이랄 네마틱 액정, 네마틱 액정 및 카이랄 첨가제가 혼합된 네마틱 액정 중 하나를 포함하는 액정 표시 장치.
제1항에서, 상기 제1 기판 및 제2 기판의 바깥쪽에 각각 부착되어 있는 편광판을 더 포함하는 액정 표시 장치.
제4항에서, 상기 제1 기판 및 제2 기판은 각각 상기 액정 물질층의 액정 분자축을 수직으로 배향하는 배향막을 더 포함하는 액정 표시 장치.
제5항에서, 상기 편광판의 투과측은 서로 수직 또는 수평으로 배치되어 있는 액정 표시 장치.
제6항에서, 상기 액정 물질층의 액정 분자는 선경사각을 가지는 액정 표시 장치.
제7항에서, 상기 액정 물질층과 상기 편광판을 통과한 빛이 최대 투과율이 될 때와 최소 투과율이 될 때의 상기 전극에 인가되는 구동 전압의 차이는 30V 이하인 액정 표시 장치.
제1항에서, 상기 전극은 인접한 화소끼리 서로 다른 방향을 향하도록 형성되어 있는 액정 표시 장치.
제1항에서, 상기 전극은 단위 화소 내에서 굴곡을 가지는 액정 표시 장치.
제1항에서, 상기 전극의 너비는 1∼10㎛인 액정 표시 장치.
제11항에서, 다수의 상기 전극 사이의 간격은 2∼20㎛인 액정 표시 장치.
제12항에서, 상기 제1 기판과 제2 기판의 상기 기판 사이의 간격은 1∼15㎛인 액정 표시 장치.
제13항에서, 상기 제1 기판과 제2 기판의 사이의 간격은 3∼10㎛인 액정 표시 장치.
제14항에서, 상기 제1 기판과 제2 기판의 사이의 간격은 3∼6㎛인 액정 표시 장치.
제13항에서, 상기 배향막은 한쪽만 러빙되어 있는 수직 배향 액정 표시 장치.
제13항에서, 상기 배향막은 양쪽 모두 러빙되어 있는 수직 배향 액정 표시 장치.
제4항에서, 상기 제1 및 제2 기판과 상기 편광판 사이 한쪽 또는 양쪽에 부착되어 있는 보상 필름을 더 포함하는 액정 표시 장치.
제18항에서, 상기 보상 필름은 양의 일축성, 음의 일축성, 이축성, 하이브리드 구조 또는 비틀린 구조를 가지는 액정 표시 장치.
제19항에서, 상기 보상 필름의 지연 값은 30∼500nm의 범위인 액정 표시 장치.
서로 마주보고 있는 제1 기판 및 제2 기판, 상기 제1 및 제2 기판 사이에 주입되어 있으며 상기 제1 및 제2 기판에 대하여 수직으로 배향되어 있는 액정 물질층, 상기 제1 및 제2 기판 중 한 기판에 형성되어 있으며 서로 평행한 적어도 둘 이상의 전극을 포함하는 액정 표시 장치에 있어서,상기 전극에 전압 인가하지 않은 경우에 상기 액정 물질층의 액정 분자는 상기 제1 및 제2 기판에 대하여 수직으로 배열되며, 상기 전극에 전압을 인가하는 경우에는 상기 액정 물질층의 액정 분자는상기 전극들의 중심면에 대하여 대칭으로 재배열하는 액정 표시 장치.