KR100305531B1 - 액정표시장치 - Google Patents

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Abstract

액정표시장치는, 어레이기판(200) 및 대향기판(300)과, 이들 기판(200, 300) 사이에 보지되어 기판(200, 300)의 내측표면의 배향특성에 따라 배열되는 액정분자를 포함하는 액정층(400)과, 각각 소정의 광투과축을 가지고 기판(200, 300)의 외측표면상에 각각 배치되는 제1 및 제2편광판(431, 441)과, 기판(200, 300)에 대략 평행한 횡방향전계를 액정층(400)에 인가하기 위해 어레이기판(200)상에 형성되는 화소전극(271) 및 대향전극(281)을 구비하고, 화소전극(271) 및 대향전극(281) 사이의 횡방향전계에 의해 액정분자의 방향을 제어한다. 특히, 이 액정표시장치에서는, 광학위상차판(411)이 적어도 편광판(431) 및 기판(200) 사이에 배치되고, 이 광학위상차판(411)의 광학축 및 리타데이션이 액정분자의 뒤틀림배열(twisted arr ay)을 보상하도록 결정된다.

Description

액정표시장치
본 발명은 액정표시장치에 관한 것으로, 특히 표시평면에 대해 대략 평행한 전계를 주로 이용하는 액정표시장치에 관한 것이다.
최근, 액정표시장치는 경량, 박형, 저소비전력의 특징을 활용하여 각종 분야에서 이용되어 왔다. 특히, 1쌍의 전극기판 사이에 트위스티드-네마틱(Twisted Ne matic; TN)형 액정이 보지(保持)된 구성의 액정표시장치가 널리 이용되고 있다.
그런데, 이와 같은 종래의 액정표시장치에서는, 시각방향을 변화시킨 경우의 표시휘도, 표시색의 변화가 현저하여, 특히 큰 표시화면의 요구에 대한 지장의 하나로 되고 있었다.
이와 같은 상황에서, 상술한 문제점을 해결하는 것으로서, 예컨대 일본 특공소63-21907호 공보 등에 기재된 바와 같이, 표시평면에 대해 대략 평행한 전계를 주로 이용하는 액정표시장치의 개발이 진행되고 있다.
이 액정표시장치는, 도 9에 상세하게 나타낸 바와 같이, 화소전극(1)과 대향전극(3)이 동일 기판상에 형성된 구성의 어레이기판(10)과, 어레이기판(10)에 대향하는 대향기판(20)과의 사이에 예컨대 유전률 이방성이 정(正)인 TN형 액정분자로 구성되는 액정층(30)이 보지된 구성을 갖는다. 액정층(30)은, 기판(10, 20) 사이에 있어서 액정분자를 동일 방향(R)으로 배향하도록 배향처리된 배향막(13, 23)을 매개로 보지되고, 배향처리방향(R)은 화소전극(1)과 대향전극(3) 사이의 전계방향(E)에 대해 소정의 각도(θ1), 예컨대 80°를 이루고 있다.
또, 기판(10, 20)의 바깥표면에는 각각 편광판(40, 50)이 배치되고, 한쪽의 편광판(40)의 광학투과축(P1)을 배향처리방향(R)과 일치시키며, 다른쪽의 편광판(50)의 광학투과축(P2)을 배향처리방향(R)과 직교, 즉 크로스니콜(cross-Nicol)로 배치한다.
이에 따라, 화소전극(1)과 대향전극(3)의 사이에 전압이 인가되지 않는 상태에서는 투과율이 최소로 되고, 화소전극(1)과 배향전극(3)의 사이에 충분한 전압이 인가되면, 도 10과 같이 전계방향(E)에 따라 액정분자가 배열하고, 주로 복굴절효과를 이용하여 투과율이 최대로 된다.
그런데, 상술한 액정표시장치에 있어서는, 전압인가시에는 기판 주표면의 액정분자는 배향처리에 기초한 규제력에 의해 기판 주표면으로부터 액정층 중앙에 걸쳐 액정분자의 뒤틀림배열이 생긴다.
이 때문에, 전압인가시의 뒤틀림 배열상태로부터 초기분자 배열상태로의 변화에 상당한 시간이 필요하게 되어 응답속도가 늦다는 결점을 갖는다. 이것은, 액정층의 유전률 이방성이 부(負)이어도 마찬가지이다.
그런데, 일본 특개평 7-261152호 공보에는, 내압이 낮은 IC의 이용을 가능하게 하는 기술로서, 전압인가시와 전압무인가시에서 광투과율을 제어하는 것이 아니라, 저전압인가시와 고전압인가시의 사이에서 광투과율을 제어하는 기술이 개시되어 있다. 이에 따르면, 화소전극에 인가되는 전압과 대향전극에 인가되는 전압의 전위차를 작게 할 수 있어 내압이 낮은 IC의 이용이 가능하게 되는 것이다.
본 발명자 등은 이와 같은 상황에서 검토를 행하여, 상술한 구성은 액정분자를 전압인가상태 사이에서 제어하기 때문에, 응답속도가 개선된다는 것을 알았다.
더욱이, 이와 같은 구성에 있어서는, 전압인가상태 사이에서 액정분자를 제어하는 것에 기인하여 콘트라스트(contrast)비가 저하하는 것이 확인되었다.
본 발명의 목적은, 상기 지식과 견식에 기초하여 발명된 것으로, 콘트라스트비 또는 응답속도와 같은 특성을 저하시키지 않고 양호한 시각특성을 얻을 수 있는 액정표시장치를 제공함에 있다.
도 1은 본 발명의 1실시형태에 따른 액정표시장치를 개략적으로 나타낸 사시도이고,
도 2는 도 1에 나타낸 어레이기판의 일부를 개략적으로 나타낸 평면도,
도 3은 도 2에 나타낸 III-III선에 따라 절단한 액정패널의 단면을 개략적으로 나타낸 단면도,
도 4a 및 도 4b는 도 3에 나타낸 액정층내에서의 액정분자의 뒤틀림상태를 나타낸 그래프,
도 5는 도 1에 나타낸 액정표시장치의 회로구성을 개략적으로 나타낸 도면,
도 6은 도 1에 나타낸 액정표시장치의 구동파형을 나타낸 타임챠트,
도 7은 도 3에 나타낸 액정패널의 배향구조의 구성예를 개략적으로 나타낸 도면,
도 8은 도 3에 나타낸 액정패널의 배향구조의 다른 구성예를 개략적으로 나타낸 도면,
도 9 및 도 10은 횡방향전계를 이용하는 일반적인 액정표시장치를 설명하기 위한 도면이다.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
100 --- 액정표시장치, 111 --- 유효표시영역,
200 --- 어레이기판, 201 --- 글래스기판(어레이기판),
211 --- 신호선, 221 --- 주사선,
231 --- 박막트랜지스터(TFT), 241 --- 게이트절연막,
233 --- 수소화비정질 실리콘 반도체층(a-Si:H),
235 --- 채널보호막,
237 --- 저저항 수소화비정질 실리콘반도체층(n+a-Si:H),
239 --- 저저항 수소화비정질 실리콘반도체층(n+a-Si:H),
251 --- 소스전극, 261 --- 드레인전극,
271 --- 화소전극, 273 --- 제1보조용량 전극부,
281 --- 대향전극, 283 --- 제1전극부,
285 --- 제2전극부, 287 --- 제2보조용량 전극부,
291 --- 배향막(어레이기판), 300 --- 대향기판,
301 --- 글래스기판(대향기판) 311 --- 차광막
321 --- 컬러필터, 331 --- 표면평활층,
341 --- 배향막(대향기판), 400 --- 액정층,
411 --- 광학위상차판, 421 --- 광학위상차판,
431 --- 편광판, 441 --- 편광판,
500 --- 액정패널, 600 --- 구동회로부,
611 --- 수직주사회로, 621 --- 수평주사회로,
631 --- 대향기판 구동회로, 641 --- 콘트롤러.
본 발명에 의하면, 제1 및 제2기판과, 제1 및 제2기판 사이에 보지되고 제1 및 제2기판의 내측표면의 배향특성에 따라 배열되는 액정분자를 포함하는 액정층과, 제1 및 제2기판에 대략 평행한 횡방향전계를 액정층에 인가하기 위해 제1기판상에 형성되는 제1 및 제2전극과, 각각 소정의 광투과축을 기지고 제1 및 제2기판의 외측표면상에 각각 배치되는 제1 및 제2편광판과, 제1편광판과 제1기판 사이 및 제2편광판과 제2기판 사이에 각각 배치되는 제1 및 제2광학위상차판을 구비하고, 광학위상차판의 광학축 및 리타데이션은 횡방향전계의 인가시에 생기는 상기 액정분자의 뒤틀림배열을 보상하도록 결정되는 것을 특징으로 하는 액정표시장치가 제공된다.
또, 본 발명에 의하면, 제1 및 제2기판과, 제1 및 제2기판 사이에 보지되고 상기 제1 및 제2기판의 내측표면의 배향특성에 따라 배열되는 액정분자를 포함하는 액정층과, 제1 및 제2기판에 평행한 횡방향전계를 액정층에 인가하기 위해 제1기판상에 형성되는 제1 및 제2전극과, 각각 소정의 광투과축을 가지고 제1 및 제2기판의 외측표면상에 각각 배치되는 제1 및 제2편광판과, 제1편광판과 제1기판 사이 및 제2편광판과 제2기판 사이에 각각 배치되는 제1 및 제2광학위상차판을 구비하고, 제1 및 제2광학위상차판의 광학축 및 리타데이션은 제1 및 제2횡방향전계가 각각 어두운 상태 및 밝은 상태를 확정하기 위해 발생되는 경우에, 제1횡방향전계의 인가에 의해 생기는 상기 액정분자의 뒤틀림배열에 기초한 리타데이션을 보상하도록 결정되는 것을 특징으로 하는 액정표시장치가 제공된다.
본 발명의 액정표시장치에서는, 횡방향전계에 의해 액정분자를 스위칭시키기 때문에, 우수한 시각특성을 얻을 수 있다. 더욱이, 광학위상차판의 광학축 및 리타데이션은 액정분자의 뒤틀림배열을 보상하도록 결정되기 때문에, 높은 응답속도를 유지하여 콘트라스트비를 향상시킬 수 있다.
(실시예)
이하에, 본 발명의 1실시형태에 따른 액정표시장치에 대해 도면을 참조하여 설명한다.
이 액정표시장치(100)는, 도 1에 나타낸 바와 같이, 어레이기판(200)과 대향기판(300)의 사이에 액정층(400; 도 3 참조)이 보지되어 구성되는 액정패널(500)과, 이 액정패널(500)을 구동하기 위한 구동회로부(600)를 포함하고, 컬러표시가 가능한 대각 15인치 사이즈의 유효표시영역(111)을 구비한다. 그리고, 액정패널(500)은 (1024×3)×786의 표시화소가 매트릭스모양으로 배열되어 구성된다.
액정패널(500)을 구성하는 어레이기판(200)은, 표면이 연마된 두께 0.7mm의 투명한 글래스기판(201)상에 1024×3개의 몰리브덴/알루미늄/몰리브덴의 적층구조의 신호선(211)과 786개의 몰리브덴-텅스텐합금(MoW합금)의 주사선(221)이 서로 직교하여 배치되고, 각 교차부 근방에 박막트랜지스터(TFT; 231)가 배치되어 있다. 더욱 상세하게는, TFT(231)는 주사선(221) 자체를 게이트전극으로 하고, 실리콘질화막(SiNx)으로 구성되는 게이트절연막(241)을 매개로 수소화비정질 실리콘반도체층(a-Si:H; 233)이 배치된다. 더욱이 그 위에 실리콘질화막(SiNx)으로 구성되는 채널보호막(235)이 배치되고, 인도프(phosphorus dope)의 저저항 수소화비정질 실리콘반도체층(n+a-Si:H; 237, 239)을 매개로 a-Si:H(233)와 전기적으로 접속되는 소스(251) 및 드레인전극(261)이 배치되어 있다. 드레인전극(261)은 신호선(211)과 일체적으로 구성된다. 소스전극(251)은 신호선(211)과 마찬가지로 몰리브덴/알루미늄/몰리브덴의 적층구조로 이루어지고, 화소전극(271)을 구성하는 것처럼 스트라이프모양으로 신호선(211)에 따라 늘어져 있다. 그리고, 그 단부는 보조용량(Cs )을 구성하기 위한 제1보조용량 전극부(279)를 형성하고 있다. 또, 주사선(221)과 마찬가지로 MoW합금으로 이루어지고, 주사선(221)과 대략 평행한 대향전극(281)이 배치된다. 이 대향전극(281)은, 화소전극(271)과 대략 평행하게 배선되는 제1 및 제2전극부(283, 285)와, 제1보조용량 전극부(273)와 게이트절연막(241)을 매개로 중복하는 제2보조용량 전극부(287)를 포함한다. 이와 같은 구성에 의해, 화소전극(271)과 제1전극부(283)의 사이의 횡방향전계, 화소전극(271)과 제2전극부(285)의 사이의 횡방향전계에 따라 각각 액정분자가 제어된다. 더욱이, 그 위에 배향막(291)이 배치되어 어레이기판(200)이 구성된다.
액정패널(500)을 구성하는 대향기판(300)은, 표면이 연마된 두께 0.7mm의 투명한 글래스기판(301)상에, 어레이기판(200)의 신호선(211)과 대향전극(281)의 사이와 주사선(221)과 대향전극(281)의 사이로부터의 누설광, TFT(231)상에 조사되는 바라지 않은 광을 차단하기 위해, 수지제의 차광막(311)이 매트릭스모양으로 배치되어 있다. 그리고, 그 차광막(311) 사이에는 컬러표시를 실현하기 위해, 적(R), 청(B), 녹(G)의 컬러필터(321)가 각각 배치된다. 더욱이, 그 위에 투명수지로 구성되는 표면평활층(331)을 매개로 배향막(341)이 배치되어 이루어져 있다.
어레이기판(200)과 대향기판(300)은, 도시하지 않은 기판(200, 300) 사이에 미소 폴리머가 분산되고, 그 기판간극(d)은 예컨대 3.5㎛로 유지된다. 이 기판간극(d)은 저전압으로 충분한 액정의 응답을 실현하고, 또 표시성능의 균일성을 확보하는데다가 1.5~5.5㎛, 특히 3.0~4.0㎛의 범위내로 설정하는 것이 바람직하다.
그리고, 이 기판간극에는 유전률 이방성(ε)이 정인 10.7의 값을 갖고, 굴절률 이방성(Δn)이 0.10, 점도가 21cps인 네마틱액정재료로 구성되는 액정층(400)이 보지된다.
이 액정층(400)의 액정분자는, 어레이기판(200)측에 있어서는 화소전극(271)과 대향전극(281) 사이의 횡방향전계의 전계방향(E)과 이루는 예각측이 각도 θR1으로 배향처리된 배향막(291)에 기초하여 어레이기판(200)에 대해 5°의 프리틸트(pretilt)각(θ)을 가지고 배열되어 있다. 또, 대향기판측에 있어서는, 화소전극(271)과 대향전극(281) 사이의 횡방향전계의 전계방향(E)과 이루는 예각측이 각도 θR2로 배향처리된 배향막(291)에 기초하여 대향기판(300)에 대해 5°의 프리틸트각(θ)을 가지고 배열하고, 여기에서는 배향방향(R1, R2)은 서로 역방향을 이루고 있다.
상기 각도(θR1, θR2)는 통상적으로 동일의 각도로 설정되고, 각각 45°이상 90°미만이 바람직하며, 특히 60~88°의 범위가 바람직하다.
또, 어레이기판(200)과 대향기판(300)의 각각의 바깥표면에는 광학위상차판(411, 421)의 광학축(W1, W2)이 배향처리방향(R1, R2)과 소정의 각도(θW1, θW2)를 가지고 배치된다. 이 각도(θW1, θW2)는 45~135°, 나아가서는 60~90°, 특히 80~90°가 바람직하다.
또, 그 바깥표면에는 편광판(431, 441)으로서 예컨대 G1220DU(닛또덴코샤 제)가 화소전극(271)과 대향전극(281) 사이의 횡방향전계(E)와의 이루는 각도가 각각 θP1, θP2를 갖고 배치되어 있다.
이상의 구성에 의해, 액정패널(500)은 컬러필터(321) 등의 투과율을 제외한 기하학적인 개구율은 30%로 설정되어 있다.
여기에서, 이 액정패널(500)의 광학위상차판(411, 421)의 기능에 대해 설명한다. 도 4a는 화소전극(271)과 대향전극(281)의 사이에 4.0V의 전압을 인가한 때의 액정분자의 배열상태를 나타내고, 도 4b는 화소전극(271)과 대향전극(281)의 사이에 10.0V의 전압을 인가한 때의 액정분자의 배열상태를 나타낸다.
이 도면으로부터도 알 수 있는 바와 같이, 액정표시장치(100)에서는 저전압인가상태에서도, 또는 고정압인가상태에서도 어느 것도 액정분자는 뒤틀림배열상태를 채용한다. 따라서, 이 액정분자의 뒤틀림에 기인하여, 밝은 상태에 있어서는 광튜과율이 감소하고, 또 어두운 상태에 있어서는 누설광이 생기며, 이에 따라 콘트라스트비가 저하해 버린다.
그래서, 이 실시예와 같이 광학위상차판(411, 421)을 배치하고, 이에 따라 액정분자의 바라지 않은 뒤틀림배열을 보상하고, 액정분자의 배열방향을 실효적으로 스위칭에 기여하는 액정층의 중간층영역을 구성하는 액정분자에 의해서만 결정되는 한방향으로 맞춘 상태로 함으로써, 밝은 상태에서의 광투과율을 향상시키고, 또 어두운 상태에서의 광투과율을 억제하고자 하는 것이다.
이 광학위상차판(411, 421)의 리타데이션(retardation)치(Rr1, Rr2)는, 액정층(400)의 리타데이션치(RLc)에 기초하여 예컨대 다음과 같이 하여 결정할 수 있다. 즉, 액정층(400)의 리타데이션치(RLc)는 액정분자의 프리틸트각을 θ, 기판간극을 d, 굴절율 이방성을 Δn로 했을 때, Δn·d·cos2θ로 구할 수 있고, 이 실시예에서는 347nm이다. 그리고, 상술한 바와 같이 배향막(291, 341) 근방의 액정분자는 배향막(291, 341)의 규제력에 의해 전계방향으로 추종을 허용하지 않는다.
예컨대, 노멀리 화이트모드(normaly white mode)에 있어서, 어두운 상태(고전압인가측)를 보상하는 것이면, 배향막(291, 341)으로부터 각각 0.05·d~0.20·d정도의 두께로 존재하여 전계에 추종하지 않는 액정분자를 보상할 필요가 있다. 이 때문에, 광학위상차판(411, 421)의 리타데이션치(Rr1, Rr2)는, 일축연신(一軸延伸) 필름의 경우, 액정층(400)의 리타데이션치(RLc)에 대해 각각 0.05·RLc~0.02·RLc, 더욱 바람직하게는 0.08·RLc~0.12·RLc로 설정되는 것이 바람직하다. 이 광학위상차판(411, 421)을 1매 배치하는 경우는, 그 리타데이션치는 0.10·RLc~0.40·RLc, 더욱 바람직하게는 0.15·RLc~0.25·RLc로 설정되는 것이 바람직하다.
예컨대, 노멀리 블랙모드에 있어서, 어두운 상태(저전압인가측)를 보상하는 것이면, 배향막(291, 341)으로부터 d·1/7~d·4/9정도의 두께로 존재하여 전계에 추종하지 않는 액정분자를 보상할 필요가 있다. 이 때문에, 광학위상차판(411, 421)의 리타데이션치(Rr1, Rr2)는, 일축연신 필름의 경우, 액정층(400)의 리타데이션치(RLc)에 대해 각각 1/7·RLc~4/9·RLc, 더욱 바람직하게는 1/4·RLc~4/9·RLc로 설정되는 것이 바람직하다. 이 광학위상치판(411, 421)을 1매 배치하는 경우는, 그 리타데이션치가 1/3·RLc~2/3·RLc로 설정되는 것이 바람직하다.
광학위상차판(411, 421)은 상술한 일축연신 외에, 뒤틀림배열되는 것이어도 관계없다. 이 경우, 리타데이션치는 약간 큰 것을 사용할 수 있고, 예컨대 상기한 경우에 비해 20%정도 증대시키는 것이 바람직하다.
또, 광학위상차판(411, 421)은, 각각 동일의 리타데이션치를 갖는 재료로 구성할 수 있지만, 어레이기판(200)측과 대향기판(300)측에서 리타데이션치를 다르게 할 수도 있다. 이 경우, 대향기판(300)측에 대해 어레이기판(200)측에서는 전계의 작용이 큰 것으로부터 대향기판(300)측에 비해 보상폭을 작게 할 수 있고, 이 때문에 대향기판(300)측보다도 작은 리타데이션치로 설정하는 것이 바람직하다.
그리고, 이 광학위상차판(411, 421)의 광학축(W1, W2)과 배향처리방향(R)과의 이루는 각도(θW1, θW2)는 45~135°, 나아가서는 60~90°, 특히 80~90°가 적당하게 사용된다. 한편, 이 각도(θW1, θW2)는 전압인가시의 액정분자의 뒤틀림방향으로 광학축(W1, W2)과의 이루는 각도이다.
다음에, 구동회로부(600)에 대해 도 5 및 도 6을 참조하여 설명한다. 이 구동회로부(600)는, 외부로부터 입력되는 디지탈·데이터(DATA) 및 동기신호(Sync)를 받아 수직주사회로(611)로 수직스타트신호(VST)와 수직클럭신호(VCK)를 출력하고, 또 수평주사회로(621)로 수평스타트신호(HST), 수평클럭신호(HCK), 극성반전신호(P OL) 및 이들 신호에 동기한 디지탈·데이터(DATA)를 출력하며, 더욱이 대향전극 구동회로(631)로 극성반전신호(POL)를 출력하는 콘트롤러(641)를 포함한다.
수직주사회로(611)는, 수직스타트신호(VST)를 수직클럭신호(VCK)에 기초하여 순차적으로 전송하는 시프트레지스터를 포함하고, 이로써 주사선에 주사신호(VY1~ VY768)가 출력된다.
수평주사회로(621)는, 수평스타트신호(HST)를 수평클럭신호(HCK)에 기초하여 순차적으로 전송하는 시프트레지스터와, 이 시프트레지스터 출력에 기초하여 순차적으로 디지탈·데이터(DATA)를 샘플링하는 샘플링회로와, 샘플링되는 디지탈·데이터(DATA)를 극성반전신호(POL)에 기초하여 디지탈·아날로그변환하여 영상신호전압(Vsig1~3072)으로서 각 신호선으로 출력하는 DAC회로를 포함한다.
또, 대향전극 구동회로(631)는, 극성반전신호(POL)에 기초하여 대향전극전압(VCOM)을 출력하도록 구성된다.
여기에서, 도 7을 참조하여 액정패널(500)의 배향구조의 제1구성예에 대해 설명한다.
도 7에 있어서, E는 화소전극(271)과 대향전극(281) 사이의 횡방향전계의 전계방향을 나타낸다. 어레이 및 대향기판(200, 300)의 배향막(291, 341)은 각각 횡전계방향(E)과 70°의 각도(θR1, θR2)를 이루고, 서로 역방향의 배향처리방향(R1, R2)으로 각각 배향처리되고 있다.
광학위상차판(411, 421)은, 리타데이션치가 30nm인 트리아세틸셀룰로오스(tri acetylcellulose)제 일축연신 필름을 사용하고, 이 배향처리방향(R1, R2)과 각각의 광학축(W1, W2)은 대략 90°의 각도(θW1, θW2)를 유지하도록 배치된다. 또, 한쪽의 편광판(431)은 그 광학투과축(P1)을 횡전계방향(E)으로부터 배향처리방향(R1)으로 3°, 다른쪽의 편광판(441)은 그 광투과축(P2)을 93°로 서로 직교하여 배치하여 노멀리 화이트모드의 액정패널(500)을 제작했다.
이상과 같은 구성의 액정표시장치(100)에 의하면, 액정인가전압이 3.6V에서 광투과율이 최대치(밝은 상태)로 되어 그 투과율은 3.3%[컬러필터 등의 영향을 제외한 더미셀(dummy cell)에서 33%], 액정인가전압 10.0V에서 광투과율이 최소치(어두운 상태)로 되어 그 투과율은 0.03%(더미셀에서 0.3%)로, 매우 높은 콘트라스트비를 달성할 수 있었다. 또, 밝은 상태로부터 어두운 상태로는 9ms, 어두운 상태에서 밝은 상태로는 17ms로, 충분히 높은 응답속도가 확인되었다.
(제1비교예)
이에 대해, 광학위상차판(411, 421)을 제외한 다른 것은 마찬가지의 구성으로 한 액정표시장치에 의하면, 액정인가전압 3.8V에서 밝은 상태로 되어 3.1%(더미셀에서 31%)의 투과율이, 액정인가전압 10.2V에서 어두운 상태로 되어 0.09%(더미셀에서 0.9%)의 투과율이 확인되어, 상술한 제1구성예에 비해 충분한 콘트라스트비를 얻을 수 없었다.
제1구성예에서는 어두운 상태에서의 투과율 상승의 원인인 액정분자의 뒤틀림배열을 광학위상차판(411, 421)에 의해 보상하고, 액정분자의 배열방향을 실효적으로 스위칭에 기여하는 액정층(400)의 중간층영역을 구성하는 액정분자에 의해서만 결정되는 한방향으로 맞춘 상태로 함으로써, 어두운 상태에서의 광투과율을 충분히 억제할 수 있었다. 또, 밝은 상태에 있어서는, 액정분자의 뒤틀림배열을 광학위상차판(411, 421)에 의해 보상하여 액정분자의 배열방향이 편광판(431, 441)의 광학투과축(P1, P2)에 대해 대략 45°의 이상적인 동종(homogeneous)배열상태로 함으로써, 밝은 상태에서의 광투과율을 충분히 향상시킬 수 있었다.
더욱이, 이 구성예에서는, 밝은 상태 및 어두운 상태의 각각에 있어서, 액정분자는 뒤틀림배열상태로 되기 때문에, 기판(201, 301) 주표면 근방을 제외한 액정층(400)의 중간층영역의 액정분자의 스위칭만이 주로 이용되고, 이로써 그 응답속도가 개선되었다. 더욱이, 밝은 상태로의 스위칭은 초기분자배열로부터의 변화를 이용하는 경우에 비해 액정층(400)으로의 인가전압치 자체가 커지 때문이라고 생각된다.
(제2구성예)
다음에, 액정패널(500)의 제2구성예에 대해 설명한다. 여기에서는, 제1구성예의 광학위상차판 대신에 두께방향으로 리타데이션의 뒤틀림을 갖는 광학위상차판(411, 421)을 삽입했다. 광학위상차판(411, 421)은 각각의 글래스기판(201, 301)면과 접촉하는 측의 광학축(W1, W2)과 배향처리방향(R1, R2)이 각각 대략 90°의 각도(θW1, θW2)를 갖도록 배치되고, 각각 액정분자의 뒤틀림방향에 따라 광학축의 뒤틀림각이 대략 70°로 설정된다. 또, 광학위상차판(411, 421)은 상기의 글래스기판(201, 301)면과 접촉하는 측의 광학축(W1, W2)방향으로 각각의 리타데이션치를 40nm로 했다. 또, 액정층(400)으로서, 실효적인 리타데이션의 감소를 보정하기 위해 굴절률 이방성(Δn)을 0.103으로 한 것을 제외하고는 상술한 제1구성예와 마찬가지로 하여 액정표시장치를 제작했다.
제2구성예에서는, 액정인가전압이 3.4V에서 투과율이 최대치(밝은 상태)로 되어 그 투과율은 3.5%(더미셀에서 35%), 액정인가전압 9.8V에서 광투과율이 최소치(어두운 상태)로 되어 그 투과율은 0.02%(더미셀에서 0.2%)로, 매우 높은 콘트라스트비를 달성할 수 있었다. 또, 밝은 상태로부터 어두운 상태로는 8ms, 어두운 상태로부터 밝은 상태로는 17ms로, 충분히 높은 응답속도가 확인되었다.
(제3구성예)
다음에 도 8을 참조하여 액정패널(500)의 배향구조의 제3구성예에 대해 설명한다. 여기에서는, 액정패널(500)이 노멀리 블랙모드로 구성된다.
제1구성예와는 달리, 액정층(400)으로서 유전률 이방성(ε)이 정의 9.9의 값을 갖고, 굴절률 이방성(Δn)이 0.09, 점도가 21cps인 네마틱결정재료로 구성했다. 또, 광학위상차판(411, 421)으로서는 리타데이션치가 50nm인 폴리카보네이트제 일축연신 필름을 이용하고, 각각 그 배향처리방향(R1, R2)과 대략 직교하는 방향으로 광학축(W1, W2)을 갖도록 배치했다. 또, 한쪽의 편광판(431)은 그 광학투과축(P1)을 횡전계방향(E)으로부터 배향처리방향(R1)으로 70°의 각도[θP1; 배향처리방향(R1)과 일치], 다른쪽의 편광판(44)은 그 광투과율축(P2)을 횡전계방향(E)으로부터 배향처리방향(R1)으로 160°의 각도(θP2)로 하여 서로 직교시켜 배치했다.
제3구성예에서는, 액정인가전압 1.0V에서 광투과율이 최소치(어두운 상태)로 되어 그 투과율은 0.02%(더미셀에서 0.2%), 액정인가전압 6.3V에서 광투과율이 최대치(밝은 상태)로 되어 그 투과율은 3.1%(더미셀에서 31%)로, 높은 콘트라스트비를 달성할 수 있었다.
한편, 이 구성예에서는 액정인가전압이 1.0V와 6.3V 사이에서 제어되기 때문에, 다른 구성예에 비해 응답속도는 뒤떨어지는 것이었다.
(제4구성예)
다음에 액정패널(500)의 배향구조의 제4구성예에 대해 설명한다. 여기에서, 액정패널(500)은 노멀리 블랙모드로 구성된다.
제3구성예와 달리, 한쪽의 편광판(431)은 그 광학투과축(P1)을 횡전계방향(E)으로부터 배향처리방향(R1)으로 60°의 각도(θP1), 다른쪽의 편광판(441)은 그 광투과축(P2)을 횡전계방향(E)으로부터 배향처리방향(R1)으로 150°의 각도(θP2)로 하여 서로 직교시켜 배치했다. 즉, 한쪽의 편광판(431)의 광학투과축(P1)을 배향처리방향(R1)과 일치시키는 것이 아니라 액정분자의 뒤틀림방향으로 10°오프셋시켜 배치했다.
제4구성예에서는, 액정인가전압 2.4V에서 광투과율이 최소치(어두운 상태)로 되어 그 투과율은 0.04%(더미셀에서 0.4%), 액정인가전압 8.4V에서 광투과율이 최대치(밝은 부분)로 되어 그 투과율은 3.1%(더미셀에서 31%)로, 매우 높은 콘트라스트비를 달성할 수 있었다. 또, 밝은 상태로부터 어두운 상태로는 30ms, 어두운 상태로부터 밝은 상태로는 10ms로, 충준히 높은 응답속도가 확인되었다.
이 구성예에서는, 어두운 상태를 저전압인가상태에서 달성함에 아울러, 편광판(431)을 배향처리방향에 대해 오프셋하여 배치함으로써, 누설광을 더욱 경감시켜 높은 콘트라스트를 실현할 수 있었다.
(제5구성예)
다음에 액정패널(500)의 배향구조의 제5구성예에 대해 설명한다. 여기에서, 액정패널(500)은 노멀리 블랙모드로 구성된다.
제4구성예와 달리, 다른쪽의 편광판(441)의 광투광축(P2)을 횡전계방향(E)으로부터 배향처리방향(R2)으로 155°의 각도(θP2)로 하여 편광판(431)과 직교보다도 큰 각도인 95°로 교차시켜 배치했다.
제5구성예에서는, 액정인가전압 2.4V에서 광투과율이 최소치(어두운 상태)로 되어 그 투과율은 0.03%(더미셀에서 0.3%), 액정인가전압 8.6V에서 광투과율이 최대치(밝은 상태)로 되어 그 투과율은 3.1%(더미셀에서 31%)로, 매우 높은 콘트라스트비를 달성할 수 있었다. 또, 밝은 상태로부터 어두운 상태로는 28ms, 어두운 상태로부터 밝은 상태로는 8ms로, 충분히 높은 응답속도가 확인되었다.
이 구성예에 의하면, 편광판(431, 441)의 교차각을 90°보다도 크게 설정함으로써, 제4구성예에 비해 액정분자배열에 기인하는 편광성분의 오차를 보상하는 것이 가능하게 되어 보다 높은 콘트라스트를 실현할 수 있다.
(제6구성예)
다음에, 액정패널(500)의 배향구조의 제6구성예에 대해 설명한다. 여기에서, 액정패널(500)은 노멀리 블랙모드로 구성된다.
제5구성예와 달리, 광학위상차판(411, 421)으로서 리타데이션치가 100nm인 폴리카보네이트제 일축연신 필름을 이용했다.
이 구성예의 액정표시장치에 의하면, 액정인가전압 2.1V에서 광투과율이 최소치(어두운 상태)로 되어 그 투과율은 0.02%(더미셀에서 0.2%), 액정인가전압 8.5V에서 광투과율이 최대치(밝은 상태)로 되어 그 투과율은 3.1%(더미셀에서 31%)로, 매우 높은 콘트라스트비를 달성할 수 있었다. 또, 밝은 상태로부터 어두운 상태로는 25ms, 어두운 상태로부터 밝은 상태로는 7ms로, 충분히 높은 응답속도가 확인되었다.
(제7구성예)
다음에, 액정패널(500)의 배향구조의 제7구성예에 대해 설명한다. 여기에서, 액정패널(500)은 노멀리 블랙모드로 구성된다.
제5구성예와 달리, 광학위상차판(411, 421)으로서 글래스기판(201, 301)면과 접촉하는 측의 광학축(W1, W2)과 배향처리방향(R1, R2)이 각각 대략 90°의 각도(θW1, θW2)를 갖도록 배치되고, 각각 액정분자의 뒤틀림방향에 따라 광학축의 뒤틀림각이 대략 20°로 설정되는 것을 이용했다. 또, 이 광학위상차판(411, 421)은 상기의 글래스기판(201, 301)면과 접촉하는 측의 광학축(W1, W2)방향으로 리타데이션치가 150nm이다.
제7구성예에서는, 액정인가전압 2.1V에서 광투과율이 최소치(어두운 상태)로 되어 그 투과율은 0.01%(더미셀에서 0.1%), 액정인가전압 8.0V에서 광투과율이 최대치로 되어 그 투과율은 3.2%(더미셀에서 32%)로, 매우 높은 콘트라스트비를 달성할 수 있었다. 또, 밝은 상태로부터 어두운 상태로는 25ms, 어두운 상태로부터 밝은 상태로는 5ms로, 충분히 높은 응답속도가 확인되었다.
한편, 본 발명은 상술한 실시예에 한정되지 않고, 그 요지를 이탈하지 않는 범위에서 다양하게 변형가능하다.
상술한 실시예에 있어서, 액정층을 구성하는 액정재료로서, 정의 유전률 이방성을 나타내는 재료를 이용했지만, 부의 유전률 이방성의 재료를 이용해도 상관없다. 또, 이 실시예에 있어서 광학위상차판을 각각 설치했지만, 적어도 한쪽에 설치함으로써 본 발명의 효과를 발휘할 수 있으나, 바람직하게는 양측에 배치하는 편이 바람직하다.
또, 액정표시장치를 구성하는 기판 자체를 위상차판으로 구성할 수도 있다.
또, 화소전극(271)과 대향전극(281)은, 상술한 실시예에 있어서 서로 평행하고 또한 다양한 위치에서 동일 방향으로 연재하여 배치되지만, 이들 전극은 각 표시화소내에서 소정의 각도로 굴곡시킬 수 있다. 이 경우, 각 표시화소내에서 전계방향(E)은 2개 이상의 방향을 갖지만, 평균적인 방향을 가지고 본 발명을 이용할 수 있다.
더욱이, 상술한 실시예에 있어서 구동회로를 액정패널의 외부에 배치했지만, TFT를 다결정실리콘 등을 이용함으로써 액정패널에 일체적으로 형성할 수도 있다.
또한, 상술한 실시예에서는 응답속도의 고속화를 도모했지만, 종래와 같은 응답속도의 지연을 적극적으로 이용한 화상을 얻기 위한 저속모드를 부가하기 위해, 액정인가전압의 범위를 적절하게 절환하도록 구성해도 좋다.
이상과 같이, 본 발명의 액정표시장치는 응답속도를 충분히 개선하고, 또한 높은 콘트라스트비를 달성할 수 있다.

Claims (26)

  1. 제1 및 제2기판과,
    상기 제1 및 제2기판 사이에 보지되고, 상기 제1 및 제2기판의 내측표면의 배향특성에 따라 배열되는 액정분자를 포함하는 액정층과,
    상기 제1 및 제2기판에 대략 평행한 횡방향전계를 상기 액정층에 인가하기 위해 상기 제1기판상에 형성되는 제1 및 제2전극과,
    각각 소정의 광투과축을 가지고 상기 제1 및 제2기판의 외측표면상에 각각 배치되는 제1 및 제2편광판과,
    적어도 상기 제1편광판 및 상기 제1기판 사이에 배치되는 광학위상차판을 구비하고,
    상기 제1 및 제2전극간의 전위차에 기초하여 밝은 상태와 어두운 상태의 사이의 표시상태를 이루는 액정표시장치에 있어서,
    상기 광학위상차판의 광학축 및 리타데이션은 상기 횡방향전계의 인가시에 생기는 상기 액정분자의 뒤틀림배열을 보상하도록 결정되는 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 밝은 상태 및 어두운 상태의 각각의 상태에 있어서의 상기 제1 및 제2전극간의 전압이 실질적으로 '0'이 아니라 서로 다른 제1 및 제2전압이 선택적으로 상기 제1 및 제2전극 사이에 인가됨으로써 상기 밝은 상태 및 어두운 상태가 확정되는 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
  3. 제2항에 있어서, 상기 제1전압의 인가에 의해 상기 밝은 상태를 확정하고 상기 제2전압의 인가에 의해 상기 어두운 상태를 확정하기 위해 상기 제1전압이 상기 제2전압보다도 작게 설정되는 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
  4. 제3항에 있어서, 상기 액정분자가 상기 제1 및 제2기판의 내측표면상에서 소정의 배향방향(R)으로 설정되는 경우에, 상기 횡방향전계의 방향(E)과 상기 소정의 배향방향(R)의 이루는 각도가 45°이상 90°미만인 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
  5. 제4항에 있어서, 상기 횡방향전계의 방향(E)과 상기 소정의 배향방향(R)의 이루는 각도가 60~88°인 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
  6. 제2항에 있어서, 상기 제1전압의 인가에 의해 상기 어두운 상태를 확정하고 상기 제2전압의 인가에 의해 상기 밝은 상태를 확정하기 위해 상기 제1전압이 상기 제2전압보다도 작게 설정되는 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
  7. 제6항에 있어서, 상기 액정분자가 상기 제1 및 제2기판의 내측표면상에서 소정의 배향방향(R)으로 설정되는 경우에, 상기 횡방향전계의 방향(E)과 상기 소정의 배향방향(R)의 이루는 각도가 45°이상 90°미만인 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
  8. 제7항에 있어서, 상기 횡방향전계의 방향(E)과 상기 소정의 배향방향(R)의 이루는 각도가 60~88°인 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
  9. 제1항에 있어서, 상기 액정분자가 상기 제1 및 제2기판의 내측표면상에서 소정의 배향방향(R)으로 설정되는 경우에, 상기 광학위상차판의 광학축(W)과 상기 소정의 배향방향(R)의 이루는 각도가 45~135°인 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
  10. 제9항에 있어서, 상기 광학위상차판의 광학축(W)과 상기 소정의 배향방향(R)의 이루는 각도가 60~90°인 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
  11. 제1항에 있어서, 상기 광학위상차판의 리타데이션은 상기 액정층의 리타데이션(RLc)의 1/3~2/3인 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
  12. 제1항에 있어서, 다른 광학위상차판이 제2편광판 및 제2기판 사이에 더 배치되고, 각 광학위상차판의 리타데이션은 상기 액정층의 리타데이션(RLc)의 1/7~4/9인 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
  13. 제12항에 있어서, 각 광학위상차판의 리타데이션은 상기 액정층의 리타데이션(RLc)의 1/4~4/9인 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
  14. 제1항에 있어서, 상기 제1 및 제2편광판의 한쪽의 광투과축은 상기 액정분자의 뒤틀림배열을 기준으로 하여 오프셋되는 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
  15. 제14항에 있어서, 상기 제1 및 제2편광판의 광투과축은 90°보다도 큰 각도로 서로 교차하는 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
  16. 제1항에 있어서, 상기 광학위상차판의 광학축이 2차원적으로 뒤틀려 있는 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
  17. 제1 및 제2기판과,
    상기 제1 및 제2기판 사이에 보지되고, 상기 제1 및 제2기판의 내측표면의 배향특성에 따라 배열되는 액정분자를 포함하는 액정층과,
    상기 제1 및 제2기판에 대략 평행한 횡방향전계를 상기 액정층에 인가하기 위해 상기 제1기판상에 형성되는 제1 및 제2전극과,
    각각 소정의 광투과축을 가지고 상기 제1 및 제2기판의 외측표면상에 각각 배치되는 제1 및 제2편광판과,
    상기 제1편광판과 상기 제1기판 사이 및 상기 제2편광판과 상기 제2기판 사이에 각각 배치되는 제1 및 제2광학위상차판을 구비하고,
    상기 제1 및 제2광학위상차판의 광학축 및 리타데이션은 제1 및 제2횡방향전계가 각각 어두운 상태 및 밝은 상태를 확정하기 위해 발생되는 경우에, 제1횡방향전계의 인가에 의해 생기는 상기 액정분자의 뒤틀림배열에 기초한 리타데이션을 보상하도록 결정되는 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
  18. 제17항에 있어서, 상기 제1횡방향전계는 상기 제2횡방향전계보다도 작은 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
  19. 제18항에 있어서, 상기 액정분자의 뒤틀림배열이 상기 제1횡방향전계의 인가에 의해 생기는 경우에, 상기 제1편광판과 상기 제1 및 제2광학위상차판에 의해 상기 제2편광판에 대한 출사광을 대략 직선편광으로 하고, 상기 제2편광판의 광학축을 상기 출사광에 대해 대략 수직으로 배치한 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
  20. 제17항에 있어서, 상기 제1횡방향전계는 상기 제2횡방향전계보다도 큰 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
  21. 제20항에 있어서, 상기 액정분자의 뒤틀림배열이 상기 제1횡방향전계의 인가에 의해 생기는 경우에, 상기 제1편광판과 상기 제1광학위상차판에 의해 상기 제2편광판에 대한 출사광을 대략 직선편광으로 하고, 상기 제2편광판의 광학축을 상기 출사광에 대해 대략 수직으로 배치한 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
  22. 제17항에 있어서, 상기 제1광학위상차판에 의해 상기 제2편광판에 대한 출사광을 대략 직선편광으로 하고, 상기 제2편광판의 광학축을 상기 출사광에 대해 대략 수직으로 배치한 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
  23. 제17항에 있어서, 상기 제1 및 제2광학위상차판은 서로 동일 구조인 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
  24. 제17항에 있어서, 상기 제1 및 제2광학위상차판의 어느 한쪽의 광학축이 2차원적으로 뒤틀려 있는 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
  25. 제1항에 있어서, 상기 제1 및 제2기판은 상기 내측표면을 구성하고 상기 액정분자를 동일 방향으로 배향하는 제1 및 제2배향막을 포함하는 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
  26. 제17항에 있어서, 상기 제1 및 제2기판은 상기 내측표면을 구성하고 상기 액정분자를 동일 방향으로 배향하는 제1 및 제2배향막을 포함하는 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
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