KR100299894B1 - 광보상기와광확산기를갖는광시야각액정표시장치 - Google Patents

광보상기와광확산기를갖는광시야각액정표시장치 Download PDF

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Abstract

액정표시장치는 포지티브인 이방성의 굴절율을 갖는 액정층(43d)을 통과하는 화상 반송광을 생성하며, 네가티브인 이방성의 굴절율을 갖는 광보상층(44)은 화상 반송광의 광로 상에 설치되어 액정의 광이방성을 보상하고, 화상 반송광은 광보상후 광확산층(45)으로 입사하여 화상 콘트라스트의 저하없이 액정표시장치의 시야각을 넓힌다.

Description

광보상기와 광확산기를 갖는 광시야각 액정표시장치
본 발명은 액정표시장치에 관한 것으로, 특히 광보상기와 광확산기를 갖는 광시야각 액정표시장치에 관한 것이다.
상기 액정표시장치는 가볍고, 얇으며, 전력소비가 적은 여러 좋은 특징을 갖고 있으며, 적용범위가 광범위하다. 평면표시패널은 액정표시장치의 전형적인 소비재이며, 사무용기기, 차량용의 휴대형 TV, 또는 차량용 네비게이션(navigation) 시스템의 필수적인 부분이다.
차량용 액정표시장치는 광시야각을 가져야 하는데, 그 이유는, 액정표시장치가 보통 운전자 가까이 배치되기 때문이다. 액정표시장치상에 생기는 화상은 시야각 의존성을 갖는다. 상기 화상은 액정표시장치의 정면에 앉아 있는 관찰자에 의해 블랙 구성(black configuration)으로 인식되는 것으로 가정한다. 그러나 관찰자가 임계각을 넘어 측면으로 이동하면, 화상이 희게 되어, 관찰자는 화상을 불명료하게 느낀다. 이러한 이유로, 차량용 액정표시장치는 광시야각 특성을 갖지 않으면 안된다.
도1은 표준 액정표시장치를 도시한다. 종래기술의 액정표시장치는 대부분 면광원(1)과 액정패널(2)을 포함한다. 면광원(1)은 광가이드판과 결합된 냉음극관 형광램프에 의해 구현되며, 액정패널(2)을 조명한다. 냉음극관 형광램프는 선광원으로 가정하며, 광은 광가이드판의 입력끝단면으로 입사한다. 광은 광가이드판에서 전반사를 반복하며, 광가이드판 내의 확산소자는 광(1a)이 액정패널(1)을 균일하게 조명하도록 한다. 광(1a)의 균일한 정도가 부족하면, 광가이드판의 출력끝단면에 확산시트를 더 부착한다.
액정패널(2)은, 한 쌍의 투명기판구조(2a, 2b)를 포함하는데, 이들 사이의 갭을 밀봉층(2c)과 트위스티드 네마틱 액정(2d)으로 채워, 서로 이격시킨다. 상기 트위스티드 네마틱 액정(2d)은 약 90°의 비틀림각을 갖는다.
투명기판구조(2a)는, 매트릭스로 배열된 복수의 화소전극, 상기 화소전극과 화상신호선 사이에 선택적으로 접속된 복수의 박막 트랜지스터, 박막 트랜지스터의 게이트 전극에 선택적으로 접속된 게이트 제어선을 가지며, 이들 구성요소는 투명유리기판상에 형선된다. 한편, 투명기판구조(2b)는 투명유리기판상에 형성된 컬러필터 및 투명대향전극을 갖는다.
상기 액정패널(2)은 투명기판구조(2a/2b)의 외부면에 각각 부착된 편광판(2e/2f)을 더 포함한다. 표준 액정표시장치가 통상 화이트 모드(white mode)로 설계될때, 편광판(2e/2f)의 투과축은 서로 90°이격되어 있다. 화소전극, 트위스티드 네마틱 액정 및 대향전극은 액정 커패시터의 매트릭스를 형성하며, 액정 커패시터는 화상이 생성되는 화소의 매트릭스로서 역할한다.
화상(3a)이 스크린(3b)상에 생성될 때, 상기 대향전극은 임의의 일정한 전위레벨로 바이어스되며, 화상반송신호는 박막 트랜지스터를 제어함으로써 그래데이션(gradation)을 나타내는 전위레벨로 화소전극을 순차적으로 바이어스한다. 상기 액정 드롭렛(2d)의 드롭렛은 화소전극과 대향전극 사이의 전위차에 따라 상이한 각으로 상승하며, 화소들은 스크린(3b)상에 화상(3a)을 생성하도록 임의의 투과율 분산을 갖는다.
관찰자가 스크린(3b)의 정면에서 화상(3a)을 볼 때, 관찰자는 스크린(3b)상의 화상(3a)을 정확하게 인식한다. 그러나, 액정(2d)은 이방성의 굴절율을 갖는다. 화상이 불명료하게 보이면, 그래데이션의 반전 또는 콘트라스트율의 퇴화가 일어나, 관찰자는 스크린(3b)상의 화상(3a)을 거의 구별하지 못한다. 그래데이션의 반전은, 관찰자에 의해 인식된 화상이 스크린 상에 생성되도록 되어 있는 화상의 그래데이션으로부터 반전된 그래데이션에서 생성되는 현상이다. 상기 콘트라스트율은 화이트 위도(white luminance)와 블랙 휘도(black luminance) 사이의 비율이다. 일반적으로, 관찰자가 스크린(3b)에 수직인 선에 대해 5°아래의 위치로 이동할 때, 그래데이션의 반전이 발생한다. 상기 각이 스크린의 상부를 향해 30°를 초과하고 스크린의 하부를 향해 50°를 초과하면, 콘트라스트율은 10 이하로 떨어진다.
그러므로, 굴절율의 이방성은 액정표시장치의 시야각을 좁게 만들어, 다양한 기술이 광시야각 특성을 위해 제안되고 있다. 그 기술 중 하나가 일본 특개평 7-120619에 개시되어 있으며, 도2 및 도3은, 상기 일본 특개평에 개시되어 있는 광이방성막을 사용한 액정패널과 광이방성 소자의 굴절율 타원체를 도시한다. 이하, 도2 및 도3에 도시된 액정패널을 "제1종래기술"이라 한다.
광이방성막(10)은 주 굴절율(nx, ny, nz)을 가지며, 여기서 nx＞ny＞nz이다 도2에 도시된 바와 같이, nx는 광이방성막(10)상에 있으며, ny 및 nz는 nx의 방향으로 정렬된 회전축에 대하여 기울어져 있다. 주 굴절율은 굴절율 타원체에 의해 표현된다. 상기 광이방성막(10)은 액정의 본성인 복굴절에 기인한 콘트라스트의 감소에 대해 효과적이다.
한 쌍의 광이방성막(10a/10b)을 사용하여, 제1종래기술의 액정패널은 광이방성막(10a/10b)과 편광층(12a/12b) 사이에 설치된 액정셀(11)을 구비하며, 편광층(12a/12b)은 액정셀(11)과 광이방성막(10a/10b)이 삽입된 갭에 의해 서로 이격되어 있다. 액정셀(11)은 종래기술의 표준 액정패널과 유사하며, 하부투명기판(11a), 하부투명기판(11a)상에 형성된 투명전극(11b), 스페이서(11d)에 의해 하부투명기판(11a)으로부터 분리된 상부투명기판(11c)과 상부투명기판(11c)의 아래면에 형성된 투명전극(11e), 및 하부투명기판(11a)과 상부투명기판(11c) 사이의 갭을 채우는 액정(11f)을 포함한다.
광이방성막(10a/10b)이 액정의 복굴절에 기인한 콘트라스트의 감소를 억제한다 하더라도, 광이방성막(10a/10b)은 그래데이션의 반전을 충분히 억제할 수는 없다. 트위스티드 네마틱 액정을 제1종래기술에 사용하면, 화상은 부지불식간에 컬러화된다.
다른 개선이, 일본 특개평 7-159614에 개시되어 있으며, 이하, 이것을 "제2종래기술"이라 한다. 도4는 제2종래기술로 비스듬하게 입사하는 광(L0)의 편광을 도시한다. 제2종래기술은, 액정셀(20), 광이방성 소자(21), 및 한 쌍의 편광판(22a/22b)를 구비하며, 액정(LC)은 액정셀(20)내의 갭을 채운다.
광이 편광판(22a)으로 비스듬하게 입사할 때, 직선편광된 광(L1)이 발생하여, 액정셀(20)을 향해 진행한다. 액정(LC)은 액정(LC)의 굴절율의 이방성에 기인하여 직선편광(L1)을 타원형으로 편광된 광(L2)으로 변환시킨다.
타원형으로 편광된 광(L2)이 편광판(22b)으로 직접 진행하면, 편광판(22b)은 타원형으로 편광된 광(L2)을 적절하게 블록할 수 없어, 누설이 발생한다. 그러나, 광이방성 소자(21)가 액정 셀(20)과 편광판(22b) 사이에 설치된다. 광이방성 소자(21)는 지연을 도입하여, 타원형으로 편광된 광(L2)을 직선편광(L3)으로 변환시킨다. 이 광이 제2종래기술로 비스듬하게 입사하더라도, 제2종래기술은 정상적으로 입사하는 광과 동일한 투과율을 비스듬하게 입사하는 광에 제공한다. 따라서, 광이방성 소자(21)는 제2종래기술로부터 시야각 의존성을 제거한다.
광이방성 소자(21)는 광학적으로 네가티브인 단축 결정(optically negative uniaxial crystal)으로 형성된다. 3개의 축에서의 굴절율을, 최소값에서 최대값의 크기 순으로 n-알파, n-베타 및 n-감마라 할 때, 굴절율은 n-알파 ＜ n-베타 = n-감마의 관계를 갖는다. 따라서, 광이방성 소자(21)는 광축방향으로 최소 굴절율을 갖는다. 광축은 광이방성 소자의 입사면 상에 있지 않으며, 입사면의 법선과 일치하지도 않는다. 그러나, 제2종래기술은 그래데이션의 반전을 충분히 억제할 수 없다.
또다른 개선이 일본 특개평 6-82776에 개시되어 있으며, 도5는 상기 특개평에 개시되어 있는 종래의 액정표시패널을 도시한다. 이하, 종래의 액정표시 패널을 "제3종래기술"이라 한다.
제3종래기술은 편광판(32a, 32b) 사이에 놓인 액정표시패널(31)을 포함하며, 광확산판(33)이 이 편광판(32b)에 부착된다. 광원(도시되지 않음)은 편광판(32a)의뒤에 배치되어, 편광판(32a)을 통해 액정표시패널(31)을 조명한다. 이 광은 액정표시패널(31)로 입사하여, 화상을 상기 액정표시패널(31)로부터 편광판(32b)을 통해 광확산판(33)으로 이송한다. 광확산판(33)은 화상 반송 광을 확산하여, 화상 형성 그크린 상에서 콘트라스트율을 평균화시킨다. 그 결과, 콘트라스트율이 넓은 시야각으로 개선된다.
광확산판(33)은 백색 안료를 함유하거나 거친 표면을 갖는 아크릴 수지 혹은 폴리비닐알콜로 형성된다. 그러나, 광확산판(33)은, 화상형성 스크린에 대한 수직 방향으로부터 화상을 보는 관찰자에 대해 콘트라스트를 감소시키는데, 그 이유는, 블랙 화상(black image)을 통하여 비스듬하게 누출된 광은 정면의 방향으로 반사되기 때문이다. 또한, 광확산판(33)은 난반사로 인하여 화상을 희게 한다.
상기 설명으로부터 이해할 수 있는 바와 같이, 종래기술의 표준 액정표시패널과 제1 내지 제3종래기술의 액정표시패널은 다음과 같은 문제점이 있다.
종래기술의 표준 액정표시패널은 시야각이 좁고, 그래데이션은, 지연 차, 즉, 이상광(extraordinary ray)의 굴절율(ne)과 정상광의 굴절율(n0) 사이의 차(델타-n)와 액정 갭(d)과의 곱에 기인하여, 파괴된다. 시야 지점이 화상 형성 스크린에 대한 법선으로부터 크게 벗어나면, 그래데이션의 파괴가 더욱 심각해진다.
제1 및 제2종래기술의 액정표시패널은 광이방성 소자에 의해서 콘트라스트율의 감소를 억제할 수 있다. 그러나, 그래데이션의 반전이 여전히 발생하며, 트위스티드 네마틱 액정을 사용할 때, 화상이 부지불식간에 컬러화된다.
제3종래기술의 액정표시패널은, 화상 형성 스크린에 대한 콘트라스트의 평균화에 기인하여 화상 형성 스크린에 대한 수직 위치에서의 콘트라스트를 저하시키며, 난반사에 기인하여 화상을 희게 한다. 또한, 광확산판은 그의 외부로부터의 광을 반사하여, 가시도를 나쁘게 한다.
본 발명의 목적은, 시야각을 개선하고, 그래데이션의 반전, 부지부식간에 컬러화된 화상, 및 좋지 않은 가시도를 방지하는 액정 표시 패널을 제공하는 것이다.
상기 목적을 얻기 위하여, 본 발명은, 액정의 굴절율의 이방성을 보상하고 광보상후에 화상 반송광을 확산시키고자 한다.
본 발명에 따르면, 액정표시장치는,
광로를 따라서 진행하는 제1광을 발생시키는 광원,
광로상에 서로 이격되어 설치된 편광층들,
편광층들 사이에 설치되며, 제1광으로부터 화상을 반송하는 제2광을 발생하고 상기 액정패널의 입사면에 대한 법선 및 이 법선으로부터 경사진 사선 중의 하나에 대해 제1이방성 굴절율 타원체를 갖는 액정층을 포함하는, 액정 패널,
상기 광로 상에 설치되며, 법선과 사선 중의 상기 하나에 대해 제1이방성 굴절율 타원체에 역인 제2이방성 굴절율 타원체를 갖는 광이방성층, 및
상기 광이방성층을 통과하는 제2광의 강도를 평균화하기 위하여 광로상에 설치된 광환산층을 포함한다.
상기 액정표시장치는 집광층을 더 포함한다.
첨부도면과 관련하여 아래의 설명을 통해, 본 발명에 따른 액정표시패널의 특징 및 장점을 더 명확하게 이해할 수 있다.
도1은 종래기술의 표준 액정패널의 구조를 도시한 단면도.
도2는 제1종래기술의 액정표시패널에서 사용된 광이방성 소자의 굴절율 타원체를 도시한 단면도.
도3은 제1종래기술의 액정표시패널의 구조를 도시한 단면도.
도4는 제2종래기술의 액정표시패널로 입사하는 광의 편광을 도시한 사시도.
도5는 제3종래기술의 액정표시패널의 구조를 도시한 단면도.
도6은 본 발명에 따른 액정표시장치의 구조를 도시한 단면도.
도7a 내지 도7c는 액정표시장치에 포함된 트위스티드 네마틱 액정의 굴절율 타원체를 도시한 도면.
도 8a 내지 도8c는 액정표시장치에 포함된 광보상층의 굴절율 타원체를 도시한 도면.
도9는 액정표시장치에 의해 얻어진 그래데이션을 도시한 그래프.
도10은 광확산층 없이 제조된 제1비교샘플에 의해 얻어진 그래데이션을 도시한 그래프.
도11은 광확산층 및 광 보상층 없이 제조된 제2비교샘플에 의해 얻어진 그래데이션을 도시한 그래프.
도12는 본 발명에 따른 액정표시장치의 변형의 구조를 도시한 단면도.
도13은 본 발명에 따른 다른 액정표시장치의 구조를 도시한 단면도.
도14는 본 발명에 따른 또다른 액정표시장치의 구조를 도시한 단면도.
도15는 본 발명에 따른 또다른 액정표시장치의 구조를 도시한 단면도.
도16은 두꺼운 컬러필터 기판구조에 기인한 화상의 모호함(vagueness)을 설명하는 단면도.
도17은 본 발명에 따른 또다른 액정표시장치의 구조를 도시한 단면도.
도18은 본 발명에 따른 또다른 액정표시장치에 포함된 광확산층을 도시한 단면도.
도19는 도18에 도시된 광확산층과 동일한 또다른 광확산층을 도시한 단면도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
1, 41 : 면광원
2e, 2f, 22a, 22b, 32a, 32b, 42b : 편광층
43a : 액티브 매트릭스 기판구조 44 : 광보상층
46d, 47a : 굴절율 타원체 45, 51, 53, 54 : 광확산층
52 : 집광층(condenser layer)
[제1실시예]
도면의 도6을 참조하면, 본 발명을 구현하는 액정표시장치는, 대체로, 면광원(41), 서로 이격되어 있는 한 쌍의 편광층(42a/42b), 편광층(42a, 42b) 사이에 설치된 액정패널(43), 상기 액정패널(43)과 편광층(42b) 사이에 삽입된 광보상막(44), 및 상기 편광층(42b)에 부착된 광확산층(45)을 포함한다. 액정표시장치의 일부만을 도6에 도시하였지만, 이 기술분야의 당업자는 이 실시예를 구현하는 액정표시장치의 전체 구조를 상상할 수 있을 것이다.
면광원(41)은 냉음극관형의 형광램프와 광가이드판을 포함한다. 냉음극관형의 형광램프는 광가이드판의 끝단 표면으로 입사하도록 광을 방사하며, 이 광은 광가이드판에서 전반사를 반복한다. 광가이드판은 확산소자를 포함하며, 확산소자는 광을 확산한다. 따라서, 광가이드판은 광(1a)이 편광층(42a)을 통하여 균일하게 액정 패널(43)을 조명하게 한다.
액정패널(43)은, 액티브 매트릭스 기판구조(43a), 액티브 매트릭스 기판구조(43a)로부터 공간을 두고 떨어져 있는 컬러필터 기판구조(43b), 및 액티브 매트릭스 기판구조(43a)와 컬러필터 기판구조(43b) 사이에서 그 주변을 따라 끼워진 밀봉층(43c)을 포함한다. 트위스티드 네마틱 액정(43d)은 액티브 매트릭스 기판구조(43a)와 컬러필터 기판구조(43b) 사이의 갭을 채우며, 그 비틀림 각은 약 90°이다.
액티브 매트릭스 기판구조(43a)는 투명 기판상에 제조되며, 투명 화소전극은 투명기판 상에 매트릭스형태로 배열된다. 또한, 박막 트랜지스터, 화상 신호선, 및 게이트 제어선이 투명기판 상에 제조된다. 박막 트랜지스터는, 연관된 투명 화소전극과 화상 신호선 사이에 접속되며, 게이트 제어선에 의해 게이트되어 연관된 투명 화소전극으로 화상 반송 신호를 공급한다.
또한 컬러필터 기판구조(43b)가 투명 기판 상에 제조되며, 투명 대향전극 및 삼원색용 컬러필터가 상기 투명 기판 상에 형성된다. 이 투명 대향전극은 트위스티드 네마틱 액정을 통해 투명 화소전극에 대향된다. 투명 화소전극, 투명 대향전극, 및 트위스티드 네마틱 액정은, 매트릭스 화소로서 역할하는 복수의 액정 캐패시터를 형성하며, 화상 반송 신호는, 개별적으로 화소들의 투과율을 변화시켜 화상을 생성한다.
광보상층(44)은 네가티브의 광 특성을 갖는 광학 재료로 형성되며, 법선으로부터 기울어지거나 또는 그의 입사면에 대한 법선과 함께 정렬된 광축을 갖는다. 면광원(41)이 편광층(42a)을 통하여 액정패널(43)로 광(41a)을 방사하면, 기울어져 입사한 광은 트위스티드 네마틱 액정(43d)의 복굴절에 기인하여 블랙 화상을 밝게 하고 그래데이션을 파괴한다. 그래데이션의 파괴와 밝은 블랙 화상은 법선에 대하여 경사진 광의 입사광과 함께 더욱 심각해진다. 광보상층(44)은 밝은 블랙 화상의 억제를 목적으로 한다.
액정표시장치는 통상 화이트 모드에서 동작하며, 편광층(42a, 42b)은 서로 90°로 벗어난 투과축을 갖는다. 액정패널(43)과 광보상층(44)은 편광층(42a, 42b) 사이에 끼워진다. 광확산층(45)은 광보상층(44)에 대향하는 표면에 부착된다.
액정표시장치는 다음과 같이 동작한다. 트위스티드 네마틱 액정(43d)은 포지티브의 단축(positively uniaxial)이다. 액정표시장치가 블랙 화상을 생성하면, 트위스티드 네마틱 액정(43d)의 굴절율 타원체는 도7a 내지 도7c에 도시된 바와 같이 광축의 방향으로 연장된다. 모든 트위스티드 네마틱 액정 드롭렛이 그들을 가로질러 생성된 전계방향으로 상승한다고 가정하면, 광축(46a)은 기판구조(43a/43b)에 대한 법선과 일치하며, 굴절율 타원체(46b)는 도7a에 도시된 바와 같이 법선과 함께 정렬된 광축(46a)의 방향으로 연장된다. (그러나, 기판구조(43a/43b)에 대한 법선과 일치하며, 굴절율 타원체(46b)는 도7a에 도시된 바와 같이 법선과 함께 정렬된 광축(46a)의 방향으로 연장된다.) 그러나, 기판구조(43a/43b)에 인접한 트위스티드 네마틱 액정 드롭렛은, 기판구조(43a/43b)의 내부면을 덮는 배향층(도시되지 않음)의 러빙에 기인하여 법선에 대해 임의의 각들로 기울어진 광축을 가지며, 평균 굴절율 타원체(46c)는 도7b에 도시된 바와 같이 법선으로부터 기울어져 있다. 실제적인 트위스티드 네마틱 액정층(43d)에서, 액정 드롭렛은 기판구조(43a/43b) 사이의 광축을 연속적으로 변화시키고, 이에 따라, 굴절율 타원체(46d)는 도7c에 도시된 바와 같이 기판구조(43a/43b) 사이의 각을 변화시킨다. 중간부에서의 트위스티드 네마틱 액정 드롭렛이 법선과 함께 정렬된 광축(46e)을 갖는다 하더라도, 트위스티드 네마틱 액정 드롭렛은 기판구조(43a/43b)의 근처에서 법선으로부터 경사진다.
광보상층(44)은 네가티브의 단축인 광학 재료로 형성되며, 이로 인해, 도8a 내지 도8c에 도시된 바와 같이 트위스티드 네마틱 액정(43b)의 광 특성을 보상한다. 굴절율 타원체(47a)는 광축(47b)에 수직인 방향으로 연장된다.
광보상층(44)의 제1예는 도8a에 도시된 굴절율 타원체(47a)를 가지며, 도8a에 도시된 굴절율 타원체(47a)는 도7a에 도시된 전계 방향으로 배향된 트위스티드 네마틱 액정드롭렛의 굴절율 타원체에 대응한다. 광축(47b)은 광보상층(44)의 입사면에 대한 법선과 함께 정렬된다.
광보상층(44)의 제2예가 도8b에 도시되어 있다. 도8b에 도시된 굴절율 타원체(47a)는 도7b에 도시된 임의의 각도로 법선으로부터 기울어진 트위스티드 네마틱 액정의 굴절율 타원체에 대응하며, 광축(47b)은 법선으로부터 경사진다.
도8c는 광보상층(44)의 제3예의 굴절율 타원체를 설명한다. 도8c에 도시된 굴절율 타원체는 도7c에 도시된 것과 대응한다. 제3예는 다층구조를 가지며, 광축(47b)은 광축(46e)과 유사한 방식으로 점차 변화한다.
광보상층의 제1예 내지 제3예가 밝은 블랙 화상에 대하여 효과적이지만, 제3예가 가장 바람직하며, 제2예는 제3예 다음으로, 그리고 제1예가 가장 낮은 효과를 얻는다.
네가티브의 단축 광이방성 재료의 전형적인 예는 원판상 액정이다. 제2예 또는 제3예를 액정표시장치에 사용할 때, 배향층의 러빙(rubbing) 방향 때문에, 컬러필터 기판구조(43b)와 접촉하여 유지된 광보상층(44)의 표면부에서 광축(46e)을 ±10°로 조정하는 것이 바람직하다.
액정표시장치에 사용가능한 광보상층(44)은 "Wide-Vieving-Angle TN-LCD with Optical Compensators", the proceedings of 21st liquid crystal forum, pages 298 and 299에 개시되어 있다. 광보상기는 원판상 액정으로 코팅된 지지 기판을 갖는다. 광이방성 재료가 법선 또는 이 법선으로부터 경사진 사선에 대하여 네가티브 이방성의 굴절율을 가지고 있는 한, 이 광이방성 재료로 형성된 어떠한 광보상기도 액정표시장치에서 사용가능하여, 광시야각을 달성한다. 이 재료가 광학적으로 쌍축일지라도, 광보상기는 유효하다.
상기 설명으로부터 이해할 수 있는 바와 같이, 광보상층(44)은 밝은 블랙 화상을 효과적으로 억제하여, 법선으로부터 각도상으로 이격된 위치에서 본 화상의 콘트라스트를 높인다.
화상 반송광은 광보상층(44)으로부터 방사되며, 편광층(42b)을 통해 광확산층(45)으로 입사한다. 광확산층(45)은 법선에 평행한 방향으로 다량의 광을 확산하여 광의 양을 평균화한다.
광보상층(44)은, 도12에 도시된 바와 같이, 편광층(42a)과 액티브 매트릭스 기판층(43a) 사이에 삽입될 수도 있다.
본 발명자는 광보상층(44) 없는 액정표시장치와 비교하여 도6에 도시된 액정표시장치를 평가하였다. 본 발명자는, 도6에 도시된 액정표시장치의 샘플과, 광확산층(45) 없이 제조된 제1비교샘플과, 광보상층(44) 및 확산층(45) 없이 제조된 제2비교샘플을 제조하였다. 본 발명자는, 3개의 샘플에 대하여 상하 방향으로 변화된 시야각의 함수로 광강도를 측정하였으며, 도9, 10, 및 11에 도시된 바와 같이, 시야각의 함수로 광강도를 토포그래픽하게(topographically) 나타냈다. 광강도는 정규화되었으며, 숫자 "0", "1", "2", "3", "4", "5", "6", "7", 및 "8"은 그래데이션 레벨을 나타낸다.
도11을 도9 및 도10과 비교하면, 제2비교샘플 상의 블랙 화상을 나타내는 가장 낮은 등고선(L1)은 -5°와 +5°사이에서 거의 편평하였으며, 블랙 화상의 광강도는 ±5°에서부터 증가되었다. 그러나, 제1비교샘플 상의 블랙 화상을 나타내는 등고선(L2)은 또한 등고선(L1) 보다 더 편평하였으며, 콘트라스트율은 제1비교샘플에서 증가하였다. 예를들면, 제2비교샘플은, 상향으로 26.0°와 하향으로 37.6°사이에서만 "10"의 콘트라스트율로 시야각을 얻었다. 한편, 제1비교샘플은, 상향으로 53.0°와 하향으로 45.3°사이에서만 "10"의 콘트라스트율의 시야각을 얻었다. 따라서, 제1비교샘플은 제2비교샘플에 의해서 얻어진 "10"의 콘트라스트율에서의 시야각의 거의 두배가 되는 "10"의 콘트라스트율에서의 시야각을 가졌다. 제1비교샘플과 제2비교샘플 사이의 차이는 광보상층(44)이었다. 그때, 본 발명자는 광보상체(44)가 밝은 블랙 화상에 대하여 효과적이었음을 확인하였다.
그러나, 중간의 그래데이션 레벨을 나타내는 등고선들은 대략 -15°에서 서로 교차되었으며, 그래데이션의 반전은 여전히 제1비교샘플 상의 회색 화상에서 발생하였다. 그러나, 도6에 도시된 샘플에 대한 대응하는 등고선들은 서로 교차하지 않았으며, "10"의 콘트라스트율에서의 시야각은 ±70°이상으로 넓혀졌다. 따라서, 본 발명자는, 광보상층(44)과 광확산층(45)의 조합이 시야각을 분명히 개선하였으며, 화상을 그래데이션의 반전으로부터 효과적으로 방지하는 것을 확인하였다.
제3종래기술의 액정패널과 연관하여 상술한 바와 같이, 광확산판(33)은 화상 형성 스크린의 정면의 위치에서 본 화상의 콘트라스트율을 상당히 저하시켰다. 그러나, 광확산층(45)은 정면위치에서 본 콘트라스트율을 감소시키지 않았는데, 그 이유는, 광보상층이 이미 블랙 화상의 밝기를 억제하였기 때문이다. 실제로, 제2비교샘플은 230.6의 정면 콘트라스트를 얻었으며, 본 발명에 따른 샘플은 161.6의 정면 콘트라스트를 얻었다.
외부로부터 입사한 광이 가시도를 저하시킨다면, 반사방지 수단이 외부로부터 입사한 광에 대하여 효과적이다. 거친 표면, 다층 코팅 구조, 및 광 흡수 블랙 매트릭스는 반사방지 수단의 예들이다.
다음의 표에, 그 평가를 요약하였다.
[표]
Figure kpo00001
상기 설명으로부터 이해할 수 있는 바와 같이, 본 발명에 따른 액정표시장치는, 광보상층(44)과 광확산층(45)의 조합에 의해, 모든 그래데이션 레벨상에서의 그래데이션의 반전 및 밝은 블랙 화상없이, 광시야각을 달성한다.
[제2실시예]
도13은 본 발명을 구현하는 액정표시장치의 일부의 구조를 설명한다. 제2실시예를 실행하는 액정표시장치는, 두 개의 광보상 부층(50a, 50b)을 제외하고는 제1실시예와 유사하다. 이러한 이유로, 다른 층들은, 상세한 설명없이, 제1실시예의 대응 층들의 부재번호와 동일한 부재번호를 붙인다.
광보상 부층(50a)은 편광층(42a)과 액티브 매트릭스 기판(43a) 사이에 삽입되며, 다른 광보상 부층(50b)은 컬러필터 기판구조(43b)와 편광층(42b) 사이에 삽입된다. 광보상 부층(50a, 50b)은 상이하게 배향된 굴절율 타원체를 갖고, 도8c에 도시된 다층 구조에 대응한다. 도8c에 도시된 분산은 광보상층을 복수의 광보상 부층으로 분리함으로써 쉽게 얻어진다. 분할력(sharing force) 이 막의 정면과 반대면 사이에서 상이하게 조정되면, 광학 타원체는 상이하게 배향된다.
도13에 도시된 액정표시장치는 제1실시예의 장점을 모두 얻을 수 있으며, 굴절율 타원체의 적절한 분산은, 광보상 부층(50a, 50b)에 의해 제1실시예 보다 좀 더 쉽게 얻어진다.
[제3실시예]
도14는 본 발명을 구현하는 다른 액정표시장치를 설명한다. 제3실시예를 실행하는 액정표시장치는, 광확산층(51)을 제외하고는, 제1실시예와 유사하다. 이러한 이유로, 제3실시예의 다른 층들은, 상세한 설명없이, 제1실시예의 대응 층들을 나타내는 도면부호를 붙인다.
광확산층(51)은 광보상층(44)과 편광층(42b) 사이에 삽입되며, 복굴절을 무시할 수 있는 광학 재료로 형성된다. 이러한 광학 재료의 일례는 자외선으로 경화된 렌티쿨라(lenticular cured with ultra-violet light)가 있다.
화상 반송광이 광보상층(44)을 통과할 때, 화상 반송광은 직선편광된다. 그러나, 복굴절이 광확산층에 발생한다면, 화상반송광은 타원형으로 편광되며, 타원형으로 편광된 화상 반송광은 화상의 콘트라스트를 낮춘다. 복굴절은 광확산층(51)에서 무시할 수 있으며, 광확산층(51)은 편광층(42b)으로 덮인다. 이러한 이유로, 액정표시장치는, 광확산층(51) 상에서 난반사/정반사에 기인하여 희게되는 것이 방지된다.
따라서, 제3실시예를 실행하는 액정표시장치는 제1실시예의 모든 장점과 함께 외부로부터의 광의 억제를 달성한다.
[제4실시예]
도15는 본 발명을 구현하는 또다른 액정표시장치를 설명한다. 제4실시예는 제1실시예와 제3실시예의 절충안이다. 이러한 이유로, 제4실시예의 층들에는, 상세한 설명없이, 제2 및 제3실시예의 대응 층들을 나타내는 동일한 부재번호를 붙인다.
제4실시예는 제2 및 제3실시예의 모든 장점을 달성한다.
[제5실시예]
컬러필터 기판구조(43b)이 너무 두꺼우면, 스크린 상에 생성된 화상이 모호하게 되는 경향이 있다. 이 모호함은 광확산으로부터 도출된다. 구체적으로, 도16은 액정표시장치의 구조를 설명하며, 층들은 상기 실시예의 대응 층들을 나타내는 부재번호와 동일하게 나타낸다. 상기 컬러필터 기판구조(43b)는 유리기판(43d)상에 형성된 삼원색용 컬리필터소자(43c)를 가지고 있으며, 컬러필터소자(43c)는 a의 길이를 갖는 것으로 가정한다.
화상의 조각을 반송하는 광이 컬러필터 소자(43c)중 하나를 통과한다고 가정하면, 이 광은 유리기판(43d) 내에서 확산되며, 그 화상 조각은 길이 b의 영역에서 관찰된다. 길이 a, 유리기판(43d)의 두께, 및 각 c가, 300미크론, 1밀리미터, 및 30°이면, 길이 b는 광확산층(45) 없이 300미크론이다. 그러나, 광확산층(45)을 통과하는 화상 조각의 길이는, 삼각함수를 사용하여, 1455미크론인 것으로 계산되었다. 광확산층은, 광확산층없이 생성된 것보다 화상조각을 4.8배 더 크게 확대하여, 관찰자가 그 화상조각을 모호하게 느낀다.
제5실시예를 실행하는 액정표시장치는 상기 모호함을 제거하는 것을 목적으로 한다. 도17은 제5실시예를 실행하는 액정표시장치의 구조를 설명한다. 제5실시예는 제4실시예를 기초로 하여 제조되며, 제4실시예에 사용된 부재번호는 제5실시예의 대응 층들을 각각 나타낸다.
집광층(52)은 면광원(41)과 편광층(42a)사이에 설치되며, 면광원(41)은 집광층(52)을 통하여 편광층(42a)으로 방사한다. 집광층(52)은 광을 평행한 광에 가깝게 만든다. 집광층(52)은 프리즘 렌즈막 또는 루버(louver)에 의해 실행된다.
집광층(52)은 면광원(41)과 일체로 할 수도 있다. 예를들면, 프리즘 렌즈는 편광층(42a)에 대향하는 광 가이드 층의 표면에 형성될 수도 있다. 그렇지 않으면, 그루브 패턴이 냉음극형 형광램프에 부착된 광 가이드 층의 표면에 형성될 수도 있다. 프리즘 렌즈 및 그루브 패턴은 몰딩 다이(molding dies)를 사용하여 형성되며, 대응하는 프리즘 렌즈 패턴 및 대응하는 그루브 패턴은 몰딩 다이에서 미리 형성된다.
집광층(52)을 통과하는 광은 각 c를 작에 만들어, 확산을 억제한다. 그 결과, 화상의 조각이 모호함으로부터 방지된다.
[제6실시예]
제6실시예를 실행하는 액정표시장치는, 광확산층(53)을 제외하고는, 제1 내지 제5실시예 중 하나와 유사하다. 이러한 이유로, 제6실시예의 광확산층(53)에 대해 중점적으로 설명한다.
도18은 광확산층(53)을 도시하며, 원통형 오목렌즈(53a)는, 시야각 의존성이 큰 방향에 수직인 방향으로 서로 평행하게 연장한다. 광확산층(53)이 도9에 도시된 그래데이션 특성을 갖는 액정표시장치 내에 포함되면, 시야각 의존성은 상하 방향으로 크며, 원통형 오목렌즈(53a)는 스크린의 측방향으로 연장한다.
깊이(D)와 피이(P) 사이의 비율 즉, D:P는 2.9 : 10 내지 0.8 : 10의 범위를 갖는다. D : P의 바람직한 범위는 1.8 : 10과 1.2 : 10사이이다. 비율이 이 범위내에 존재할 때, 가시도와 시야각이 모두 최적화된다. 피치(P)는 30미크론 내지 360미크론의 범위에 있다. 피치(P)는 화소들에 대응하지 않으며, 므와레(Moire)를 생성하지 않는 방식으로 최적화된다.
광확산층(53)은 원통형 오목렌즈들(53a) 사이에 평면을 가지며, 이 평면은 경면처리(mirror finish)된다. 이러한 이유로, 광은 평면(53b)에서 거의 산란되지 않거나 굴절되지 않는다. 이 특성은 모호함(vagueness)에 대하여 효과적이다. 평면(53b)은 광의 확산을 감소시키지만, 원통형 오목렌즈(53a)는 큰 곡률반경을 가지며, 큰 곡률반경은 확산의 감소를 보상한다. 확산 특성은, 원통형 오목렌즈(53a) 및 평면(53b)에 의해 점유된 영역과 곡률반경과의 사이의 비율을 변경시킴으로써 조정가능하다.
도19는 광확산층(53)과 동일한 다른 광확산층(54)을 도시한다. 광확산층(54)은 서로 평행하게 연장하는 원통형 볼록렌즈(54a)를 가지며, 확산 특성은, 원통형 볼록렌즈(54a) 및 평면(54b)에 의해 점유된 영역과 볼록렌즈(54a)의 곡률반경과의 사이의 비율을 변경시킴으로써 역시 조정가능하다.
광확산층(53, 54)은 다음과 같이 형성된다. 먼저, 편광판을 제조하고, 편광판을, 히드록실알킬메타크릴레이트 또는 알킬메타크릴레이트와 같은 변성된 아크릴레이트로 코팅한다. 이 변성된 아크릴레이크에 대해 적절한 다이(die)를 가압하고, 편광판을 통해 자외선을 방사하여, 변성된 아크릴레이트층을 경화시킨다.
제6실시예는 제1실시예의 모든 장점을 달성한다.
본 발명의 특정 실시예들을 설명하였지만, 본 발명의 사상과 범위에 벗어남 없이 다양한 변경과 수정들을 행할 수 있음은 당업자에게는 자명할 것이다.
예를 들면, 본 발명은 액티브 매트릭스형으로 제한되지 않으며, 임의의 종류의 액정표시패널에 적용가능하다.
집광층(52)은 제1, 제2, 및 제3실시예에 포함될 수도 있다.
본 발명은, 액정의 굴절율의 이방성을 보상하고, 광보상 후에 화상 반송광을 확산시키므로써, 시야각을 개선하여 그래데이션의 반전, 부지부식간에 컬러화된 화상 및 좋지 않은 가시도를 방지하는 액정표시패널을 제공한다.

Claims (14)

  1. (정정) 광로를 따라 진행하는 제1광(41a)을 발생시키는 광원(41), 상기 광로에 설치되어 있으며, 서로 이격되어 있는 편광층(42a/42b), 상기 편광층들 사이에 설치되어 있으며, 액정패널의 입사면에 대한 법선과 상기 법선으로부터 기울어진 사선 중 하나에 대하여 제1이방성 굴절율 타원체를 가지며, 상기 제1광으로부터의 화상을 반송하는 제2광을 생성하는 트위스트 네마틱 액정층(43d)을 포함하는 액정패널(43), 및 상기 광로에 설치된 광변조기를 포함하는 액정표시장치에 있어서, 상기 광변조기는, 상기 법선 및 상기 사선 중 상기 하나에 대하여 상기 제1이방성 굴절율 타원체에 역인 제2이방성 굴절율 타원체를 갖는 광이방성층(44, 50a/50b), 및 상기 광이방성층을 통과하는 상기 제2광의 강도를 평균화하기 위하여 상기 광로 상에 설치된 광확산층(45, 51)을 포함하는 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 광이방성층(44)은, 상기 액정패널(43)과, 상기 액정패널에 대하여 상기 광원에 대향하는 측에 설치된 상기 편광층들 중 하나(42b)와의 사이에 삽입되는 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 광이방성층(44)은, 상기 액정패널(43)과, 상기 액정패널에 대하여 상기 광원과 동일한 측에 설치된 상기 편광층들 중 하나(42a)와의 사이에 삽입되는 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
  4. 제1항에 있어서, 상기 광이방성층은 상기 법선 및 상기 사선 중의 하나 사이에서 상이한 각을 갖는 복수의 광이방성 부층(50a/50b)을 포함하며, 상기 복수의 광이방성 부층들(50a/50b)중 하나 내에 있는 상기 제2굴절율 타원체에 대한 상기 사선과 상기 법선 중의 상기 하나와, 상기 복수의 광이방성 부층 등 다른 하나 내에 있는 상기 제2굴절율 타원체에 대한 상기 사선과 상기 법선 중의 상기 하나는, 상기 입사면에 대하여 상이하게 경사지는 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
  5. 제4항에 있어서, 상기 복수의 광이방성 부층 중 상기 하나(50b)는, 상기 액정패널과, 상기 액정패널에 대하여 상기 광원에 대향하는 측에 설치된 상기 편광층들 중의 하나 사이에 삽입되며, 상기 복수의 광이방성 부층 중 상기 다른 하나(50a)는, 상기 액정패널과, 상기 액정패널에 대하여 상기 광원과 동일한 측에 설치된 상기 편광층들 중의 다른 하나 사이에 삽입되는 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
  6. 제1항에 있어서, 상기 광확산층(51)은, 상기 광이방성층(50b)과, 상기 액정패널에 대하여 상기 광원에 대향하는 측에 설치된 상기 편광층들 중 하나(42b) 사이에 삽입되며, 상기 광확산층은 복굴절을 무시할 수 있는 광학 재료로 형성되는 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
  7. 제6항에 있어서, 상기 광학 재료는 자외선으로 경화된 렌티쿨라(lenticular)인 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
  8. 제1항에 있어서, 상기 광원과, 상기 편광층들 중 하나와의 사이에 설치되며, 상기 제1광을 평행한 광에 가깝게 만드는 집광층(52)을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
  9. 제8항에 있어서, 상기 집광층(52)은 프리즘 렌즈막에 의해 구현되는 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
  10. 제8항에 있어서, 상기 집광층(52)은 루버(louver)에 의해 구현되는 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
  11. 제1항에 있어서, 상기 광확산층은, 복수의 원통형 렌즈(53a, 54a)와 복수의 평면부(53b, 54b)가 교대로 되어 있는 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
  12. 제11항에 있어서, 상기 원통형 렌즈는, 스크린 상에 생성된 화상의 시야각 의존성이 다른 방향에서의 것보다 더 큰 방향에 대해 수직인 방향으로 연장하는 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
  13. 제11항에 있어서, 상기 원통형 렌즈는 일정한 피치(P)로 배열되며, 상기 평면으로부터 상기 원통형 렌즈의 가장 먼 지점과 상기 피치 사이의 비율이 2.9 : 10과 0.8 : 10 사이의 범위에 있는 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
  14. 제11항에 있어서, 상기 복수의 평면은 경면처리된 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
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