KR100306545B1 - 액정 표시 장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명의 액정 표시 장치는: 제1 투명 기판 및 제2 투명 기판; 상기 제1 및 제2 투명 기판 사이에 개재되며, 포지티브 유전 이방성을 갖는 네마틱 액정 재료로 만들어진 액정층; 상기 제1 및 제2 기판 상에 각각 제공되며, 상기 제1 및 제2 기판에 실질적으로 수직인 전계를 상기 액정층 양단에 인가하기 위한 제1 및 제2 전극; 및 상기 제1 및 제2 기판 각각의 외측면 상에 각각 제공되며, 교차 니콜스 배치(crossed Nicols arrangement)로 배열되는 제1 및 제2 편광판을 포함한다. 각 화소 영역의 상기 액정층은 액정 분자가 상이한 배향으로 배향되어 있는 적어도 제1 도메인 및 제2 도메인을 포함하고, 포지티브 굴절률 이방성을 갖는 제1 위상차 보상 소자는 상기 제1 편광판과 상기 제1 기판 사이에 제공되며, 포지티브 굴절률 이방성을 갖는 제2 위상차 보상 소자는 상기 제2 편광판과 상기 제2 기판 사이에 제공됨으로써, 제1 및 제2 위상차 보상 소자의 위상 지연축이 서로 기판면에 대해 평행하게 하고 인가 전압이 없는 경우는 경우에는 상기 액정층의 위상 지연축에 대해 실질적으로 수직이 되게 한다. 상기 제1 편광판과 상기 제1 위상차 보상 소자 사이 또는 상기 제2 편광판과 상기 제2 위상차 보상 소자 사이에 적어도 하나의 제3 위상차 보상 소자가 제공된다. 상기 제3 위상차 보상 소자의 굴절률 타원은 세개의 주축 a, b 및 c, 및 상기 주축 a, b 및 c을 각각 따르는 굴절률 na, nb 및 nc를 갖고, 상기 주축 a 및 상기 주축 b가 상기 기판면에 평행한 면 내에 놓이고, 상기 주축 c가 상기 기판면의 법선 방향에 평행하고, 상기 주축 a가 상기 위상차보상 소자에 인접하는 편광판들 중 하나의 편광판의 편광축에 수직인 경우, nc>na>nb의 관계를 유지한다. 상기 제1, 제2 및 제3 위상차 보상 소자는 인가 전압의 부재시 상기 기판면에 대해 실질적으로 수평 배향으로 되어 있는 상기 액정층의 상기 액정 분자의 굴절률 이방성을 보상한다.
Description
본 발명은 컴퓨터 모니터 등의 액정 표시 장치 및 비디오 영상을 표시하는 액정 표시 장치에 관한 것으로, 특히 시야각 특성이 뛰어난 액정 표시 장치에 관한것이다.
액정 표시 장치의 시야각을 확대하기 위해 다양한 표시 모드가 제안되고 있다. 이러한 표시 모드의 대표적인 예로는 ① 횡 전계(transverse electric field)를 이용하여 액정 분자를 기판 표면에 평행하게 운동시키는 IPS 모드, ② 전압 무인가시에는 액정 분자를 기판 표면에 대해서 거의 수직으로 배향시켜 두고, 전압 인가시에는 다른 영역 내의 액정 분자들이 각각 다른 방향으로 경사지는 액정 표시 장치(일본 특개평7-28068)나, ③ 전압 무인가시에는 액정 분자를 기판 표면에 거의 수평하게 배향시켜 두고, 전압 인가시에는 각각 다른 방향으로 다른 영역 내의 액정 분자를 상승시킴으로써 시야각을 개선하는 액정 표시 장치(일본 특개평10-3081), 그리고, ④ 장치의 시야각을 개선하기 위해 광 보상기(compensator)가 사용되고, 전압 무인가시에 블랙 표시(black display)를 발생시키는 노멀리 블랙 모드의 액정 표시 장치(일본 특개평 5-289097)를 들 수 있다.
① IPS 모드에서는, 화소 내에 복수개의 비투명 전극(opaque electrodes)을 설치할 필요가 있기 때문에, 개구비(aperture ratio)가 감소하고, 표시 장치의 투과율(표시 휘도)이 낮아진다는 문제점이 있었다. ② 특개평 7-28068호 공보에 개시되고 있는 액정 표시 장치는, 유전율 이방성이 음인 액정 재료(n형 액정)와 수직 배향 처리한 기판을 이용하고 있다. 따라서, 이러한 경우에는 통상의 유전율 이방성이 양인 p형 액정 재료와 수평 배향 처리된 기판을 이용할 경우에 비해서 액정 재료의 주입에 걸하는 시간이 2배 이상 길어져 제조 효율이 저하되는 문제점이 있었다. ③ 특개평 10-3081호 공보에 개시되고 있는 액정 표시 장치에서는 기판의 상하에 각각 배치된 투명 전극으로 액정 분자를 구동하기 때문에, IPS모드에서 문제가 되었던 투과율의 저하는 발생하지 않는다. 또한, 유전율 이방성이 양인 액정 재료와 수평 배향 처리된 기판을 이용하고 있기 때문에 특개평 7-28068호에 개시되고 있는 장치에서와 같은 제조 효율이 저하하는 문제는 발생하지 않지만, 시야각 특성이 특개평 7-28068호 공보에 개시되어 있는 액정 표시 장치보다 떨어진다는 문제가 있었다. 특개평 10-3081호 공보에 개시되고 있는 액정 표시 장치는, 특히 표시면(display plane)의 상하 방향에서의 계조 특성(그레이 스케일 특성; gray scale characteristics)이 비대칭이라는 문제점이 있었다.
도 55를 참조하면, 일본 특개평 5-289097에 개시되고 있는 액정 표시 장치는 액정 패널(4)과, 이 액정 패널(4) 상에 광학적으로 연속으로 제공되어 그 패널면을 따라 상기 액정 패널(4)의 복굴절 이방성(birefringence)을 광학적으로 보상하기 위한 복굴절 이방성 보상 패널(3)과, 그리고 그 사이에 패널들(2,3,4)이 삽입되어 흡수축(1.1)과 (5.1)이 서로 직각을 이루는 한 쌍의 편광판(1,5)을 포함하고 있다.
복굴절 이방성 보상 패널(3)은 그 광축(3.1) 또는 (3.2)(또는 러빙 방향) 상기 액정 패널(4)의 기판 면과 평행하고, 액정 패널(4)의 광축(4.1) 또는 (4.2)(또는 러빙 방향)에 수직이 되도록 배치된다. 시야각 의존 보상 패널(2)은 그 광축(2.1)(또는 러빙 방향)이 액정 패널(4)의 기판 면에 수직이 되도록 배치된다. ④ (일본 특개평 5-289097)에 개시되고 있는 장치는 시야각 의존 보상 패널(2)을 채택함으로써 그 시야각 특성에 있어서 어느 정도의 개선을 제공한다. 그러나, 이장치의 콘트라스트는 시야각이 법선 방향에서 표시면으로 경사지거나 또는 이동됨에 따라 감소된다. 따라서, 상기 장치의 시야각 특성은 원하는 만큼 충분한 것은 아니다. 더욱이, 이 장치에서는 전압 인가시에 장치의 액정 패널(4)의 표시면을 가로질러 균일한 배향과 투과율을 안정적으로 얻기가 곤란하다고 하는 문제가 있다.
도 1a, 1b, 1c는 본 발명의 다양한 예의 설명에 사용되는 주축 방향의 정의를 도시하는 도면.
도 2a는 액정 셀을 도시하는 사시도.
도 2b는 액정층을 도시하는 단면도.
도 2c는 관측자에서 본 액정 셀의 평면도.
도 2d는 도 2c의 라인(5106)을 따라 절취한 액정 셀의 단면도.
도 3a 및 도 3b는 본 발명의 다양한 예의 설명에 사용되는 위상판의 굴절률 타원을 개략적으로 도시하는 도면.
도 4는 본 발명의 예에 따른 액정 표시 장치의 개략적 사시도.
도 5a는 전압이 인가되지 않았을 때 액정 분자의 배향의 개략적 단면도.
도 5b는 전압이 인가되었을 때 액정 분자의 배향의 개략적 단면도.
도 5c는 파라미터로서 사용되는 법선 방향의 투과율과 함께 시야각을 이동시키면서 관찰된 영역 A의 투과율의 변화를 도시하는 그래프.
도 6a는 액정 영역 A 및 B에서 액정 분자의 각각의 배향을 개략적으로 블랙 표시(black display)로 도시하는 단면도.
도 6b는 그레이 스케일 표시(gray scale display) 시에 액정 영역 A 및 B에서 액정 분자의 각각의 배향을 개략적으로 도시하는 단면도.
도 6c는 파라미터로서 사용되는 법선 방향에서의 투과율과 함께 시야각을 이동시키면서 관찰한 영역 A의 투과율의 변화를 도시하는 그래프.
도 6d는 파라미터로서 사용되는 법선 방향에서의 투과율과 함께 시야각을 이동시키면서 관찰된 영역 B의 투과율의 변화를 도시하는 그래프.
도 6e는 파라미터로서 사용되는 법선 방향에서의 투과율과 함께 시야각을 이동시키면서 관찰한 영역 A 및 B 전체의 투과율의 변화를 도시하는 그래프.
도 7a는 법선 방향으로부터 투과율이 대략 50%인 인가 전압에 대해 얻어진 도 6e의 그레이 스케일 특성 곡선 중 하나에 대한 시야각 의존도를 도시하는 도면.
도 7b는 영역 A의 면적과 영역 B의 면적간의 대칭 및 그레이 스케일 레벨을 도시하는, 화소 분할비(영역 A의 면적과 영역 B의 면적 간의 비율) 간의 대칭을 도시하는 도면.
도 7c는 본 발명에 따른 단일 화소 영역의 배향 분할의 변화를 개략적으로 나타내는 도면.
도 7d는 본 발명에 따른 단일 화소 영역의 배향 분할의 다른 변화를 개략적으로 나타내는 도면.
도 7e는 배향 분할 단위의 크기를 감소시킴으로써 시야각 특성이 보다 균일하게될 수 있는 이유를 설명하는 개략도.
도 8a는 노멀 블랙 모드 액정 표시 장치에서의 액정 분자의 블랙 표시를나타내는 단면도.
도 8b는 편광판의 흡수축, 액정 분자의 배향축, 및 위상판의 위상 지연축 간의 관계를 도시하는 것으로, 수평 배향을 갖는 액정 셀의 일반적인 블랙 특성을 얻는 것이 가능한 도면.
도 8c는 노멀 블랙 모드 액정 표시 장치의 블랙 표시시의 액정 분자의 배향에 따라 시야각을 이동시키면서 관찰한 지연(retardataion) 값의 변화를 도시하는 그래프.
도 8d는 노멀 화이트 모드 액정 표시 장치에서 블랙 표시시에 액정 분자의 배향을 도시하는 개략적 단면도.
도 8e는 평광판의 흡수축, 액정 분자의 배향축의 관계를 나타내며, 수평 배향을 갖는 액정 셀의 일반적인 화이트 특성을 얻는 것이 가능한 것을 나타내는 도면.
도 8f는 노멀 화이트 모드 액정 표시 장치에서 블랙 표시시에 액정 분자의 배향을 따라 시야각을 이동시키면서 관찰한 지연값의 변화를 도시하는 그래프.
도 8g는 노멀 블랙 모드 액정 표시 장치에서 블랙 표시시에 액정 분자의 배향에 직교하는 방향을 따라 시야각을 이동시키면서 관찰한 지연값의 변화를 도시하는 그래프.
도 8h는 노멀 화이트 모드 액정 표시 장치에서 블랙 표시시에 액정 분자의 배향에 직교하는 방향을 따라 시야각을 이동시키면서 관찰한 지연값의 변화를 도시하는 그래프.
도 9는 액정층의 굴절률 타원, 위상판 그룹의 굴절률 타원, 및 입사 선형 편광의 편광축을 도시하는, 시야각 의존도의 향상을 도시하는 도면.
도 10a는 포지티브 단축 굴절률 이방성을 갖는 굴절률 타원을 도시하는 도면.
도 10b는 위상 지연축에 대하여 약 45°의 각을 형성하는 선형 편광이 표시판에 법선인 방향으로 굴절률 타원에 입사한 경우 전송된 광을 도시하는 도면.
도 10c는 위상 지연축에 대하여 약 45°의 각을 형성하는 선형 편광이 위상 지연축을 포함하는 면에 대하여 법선으로부터 위상 지연축을 따라 경사진 방향으로 포지티브 단축 타원 이방성을 갖는 굴절률 타원에 입사하는 경우 전송된 광을 도시하는 도면.
도 10d는 위상 지연축에 따른 방향으로 포지티브 단축 타원 이방성을 갖는 굴절률 타원에 선형 편광이 입사하는 경우 전송된 광을 도시하는 도면.
도 10e는 위상 지연축으로부터 경사진 방향으로 포지티브 단축 타원 이방성을 갖는 굴절률 타원에 선형 편광이 입사하는 경우 전송된 광을 도시하는 도면.
도 11a는 본 발명의 액정 표시 장치의 액정 셀로서 러빙(rubbing) 방향으로 도시하는 도면.
도 11b는 본 발명의 액정 표시 장치의 액정 셀로서 도 11a에 도시된 바와 같은 러빙 프로세스 이후에 셀 두께 방향을 따라 액정 분자의 배향을 도시하는 도면.
도 11c는 도 11a에 도시된 러빙 공정 및 배향 분할 공정후에 셀 두께 방향을 따라 액정 분자의 배향을 도시한, 본 발명의 액정 표시 장치의 액정 셀의 도시도.
도 12는 본 발명의 한 실시예에 따른 액정 표시 장치의 이소콘트라스트를 도시한 도면.
도 13은 비교예에 따른 액정 표시 장치의 사시도.
도 14는 비교예에 따른 액정 표시 장치의 이소콘트라스트를 도시한 도면.
도 15는 본 발명의 한 실시예에 따른 액정 표시 장치의 위상차 보상 소자의 지연 (X_REF 방향)의 양호한 영역을 도시한 그래프.
도 16은 본 발명의 한 실시예에 따른 액정 표시 장치의 위상차 보상 소자의 지연 (Y_REF 방향)의 양호한 영역을 도시한 그래프.
도 17은 본 발명의 한 실시예에 따른 액정 표시 장치의 위상차 보상 소자의 지연 (평균값)의 양호한 영역을 도시한 그래프.
도 18은 본 발명의 한 실시예에 따른 액정 표시 장치를 도시한 사시도.
도 19는 45°위상판의 지연과 블랙 표시의 투과율간의 관계를 도시한 그래프.
도 20은 본 발명의 한 실시예에 따른 액정 표시 장치에서 인가된 전압과 투과율과의 관계를 도시한 그래프.
도 21a는 본 발명의 한 실시예에 따른 액정 표시 장치에 의해 생성된 8-그레이-스케일-레벨 표시에서 각종 그레이 스케일 레벨에 대한 투과율의 (X_REF 축에 평행한 방향에 따른) 각도 의존도를 도시한 그래프.
도 21b는 본 발명의 한 실시예에 따른 액정 표시 장치에 의해 생성된 8-그레이-스케일-레벨 표시에서 각종 그레이 스케일 레벨에 대한 투과율의 (X_REF±45°축에 평행한 방향에 따른) 각도 의존도를 도시한 그래프.
도 21c는 본 발명의 한 실시예에 따른 액정 표시 장치에 의해 생성된 8-그레이-스케일-레벨 표시에서 각종 그레이 스케일 레벨에 대한 투과율의 (Y_REF 축에 평행한 방향에 따른) 각도 의존도를 도시한 그래프.
도 22는 본 발명의 한 실시예에 따른 액정 표시 장치의 이소콘트라스트를 도시한 도면.
도 23은 본 발명의 한 실시예에 따른 액정 표시 장치의 구조를 도시한 도면.
도 24는 본 발명의 다른 실시예에 따른 액정 표시 장치의 구조를 도시한 도면.
도 25는 본 발명의 다른 실시예에 따른 액정 표시 장치의 구조를 도시한 도면.
도 26은 본 발명의 다른 실시예에 따른 액정 표시 장치의 구조를 도시한 도면.
도 27은 본 발명의 한 실시예에 따른 액정 표시 장치에서 인가된 전압과 투과율과의 관계를 도시한 그래프.
도 28a는 본 발명의 한 실시예에 따른 액정 표시 장치에 의해 생성된 8-그레이-스케일-레벨 표시에서 각종 그레이 스케일 레벨에 대한 투과율의 (X_REF 축에 평행한 방향에 따른) 각도 의존도를 도시한 그래프.
도 28b는 본 발명의 한 실시예에 따른 액정 표시 장치에 의해 생성된 8-그레이-스케일-레벨 표시에서 각종 그레이 스케일 레벨에 대한 투과율의 (X_REF±45°축에 평행한 방향에 따른) 각도 의존도를 도시한 그래프.
도 28c는 본 발명의 한 실시예에 따른 액정 표시 장치에 의해 생성된 8-그레이-스케일-레벨 표시에서 각종 그레이 스케일 레벨에 대한 투과율의 (Y_REF 축에 평행한 방향에 따른) 각도 의존도를 도시한 그래프.
도 29는 본 발명의 한 실시예에 따른 액정 표시 장치의 이소콘트라스트를 도시한 도면.
도 30은 본 발명의 다른 실시예에 따른 액정 표시 장치의 구조를 도시한 도면.
도 31은 실시예 15, 15-A 내지 15-D, 비교예 13-E 내지 13-H, 실시예 14의 액정 표시 장치의 구조를 도시한 도면.
도 32는 실시예 15에 따른 액정 표시 장치에서 인가된 전압과 법선 방향에서 본 투과율과의 관계를 도시한 그래프.
도 33은 실시예 15에 따른 액정 표시 장치에 의해 생성된 8-그레이-스케일-레벨 표시에서 X_REF 축 방향에 따른 시야각의 변동에 대한 각종 그레이 스케일 레벨에 대한 투과율의 변동을 도시한 그래프.
도 34는 실시예 15에 따른 액정 표시 장치에 의해 생성된 8-그레이-스케일-레벨 표시에서 X_REF+45°축 방향에 따른 시야각의 변동에 대한 각종 그레이 스케일 레벨에 대한 투과율의 변동을 도시한 그래프.
도 35는 실시예 15에 따른 액정 표시 장치에 의해 생성된 8-그레이-스케일-레벨 표시에서 X_REF-45°축 방향에 따른 시야각의 변동에 대한 각종 그레이 스케일 레벨에 대한 투과율의 변동을 도시한 그래프.
도 36은 실시예 15에 따른 액정 표시 장치에 의해 생성된 8-그레이-스케일-레벨 표시에서 Y_REF 축 방향에 따른 시야각의 변동에 대한 각종 그레이 스케일 레벨에 대한 투과율의 변동을 도시한 그래프.
도 37은 실시예 15에 따른 액정 표시 장치에 대한 이소콘트라스트 윤곽선을 도시한 도면.
도 38은 실시예 15에 따른 액정 셀의 지연값 d·△n(RLC)에 대한 위상차 보상 소자(2402 및 2403)의 지연값 d·(na-nb) (R1)의 최적치를 도시한 그래프.
도 39는 실시예 15에 따른 위상차 보상 소자(2402 및 2403)의 지연값 d·(na-nb) (R1)에 대한 위상차 보상 소자(2404 및 2405)의 지연값 d·(na-nb) (R2a)의 최적치를 도시한 그래프.
도 40은 실시예 15에 따른 위상차 보상 소자(2404 및 2405)의 지연값 d·(na-nb)(R2a)에 대한 위상차 보상 소자(2404 및 2405)의 지연값 -d·(na-nc)(-R2b)의 최적값을 도시한 그래프.
도 41은 실시예 15-A에 따른 액정 표시 장치의 이소콘트라스트 윤곽 곡선을 도시한 도면.
도 42는 실시예 15-B에 따른 액정 표시 장치의 이소콘트라스트 윤곽 곡선을 도시한 도면.
도 43은 실시예 15-C에 따른 액정 표시 장치의 이소콘트라스트 윤곽 곡선을 도시한 도면.
도 44는 실시예 15-D에 따른 액정 표시 장치의 이소콘트라스트 윤곽 곡선을 도시한 도면.
도 45는 실시예 15-E에 따른 액정 표시 장치의 이소콘트라스트 윤곽 곡선을 도시한 도면.
도 46은 실시예 15-F에 따른 액정 표시 장치의 이소콘트라스트 윤곽 곡선을 도시한 도면.
도 47은 실시예 15-G에 따른 액정 표시 장치의 이소콘트라스트 윤곽 곡선을 도시한 도면.
도 48은 실시예 15-H에 따른 액정 표시 장치의 이소콘트라스트 윤곽 곡선을 도시한 도면.
도 49는 실시예 16에 따른 액정 표시 장치에서 수직 방향에서 바라본 투과율과 인가 전압 간의 관계를 도시한 그래프.
도 50은 실시예 16에 따른 액정 표시 장치의 이소콘트라스트 윤곽 곡선을 도시한 도면.
도 51은 인가 전압 0V로 액정 셀의 표면의 법선에 평행한 방향으로 실시예16에 따른 액정 표시 장치를 통과하는 편광의 천이를 도시한 도면.
도 52는 인가 전압 0V로 액정 셀의 표면의 법선에 평행한 방향으로 실시예 11에 따른 액정 표시 장치를 통과하는 편광의 천이를 도시한 도면.
도 53a 및 도 53b 각각은 인가 전압 0V로 액정 셀의 표면의 법선에 평행한 방향으로 실시예 15에 따른 액정 표시 장치를 통과하는 편광의 천이를 도시한 도면.
도 54는 일반적으로 인가 전압이 없는 경우 거의 수평 배향을 갖는 액정 셀을 사용하여 블랙 광전 특성(black electro-optical characteristics)을 얻을 수 있는 액정, 위상 보상 소자 및 편광자의 다수의 파라미터가 존재하는 것을 나타내는데 사용되는 도면.
도 55는 일본 공개 특허 공보 제5-289097호에 개시된 액정 표시 장치를 도시한 개략도.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
100 : 액정 표시 장치
102, 103 : 위상차 보상 소자
201, 202 : 전극
203 : 액정층
206, 207 : 편광판
5101, 5102 : 기판
5103 : 액정 재료
본 발명의 1 태양에 따르면, 액정 표시 장치는 제1 투명 기판 및 제2 투명 기판과; 상기 제1 투명 기판 및 제2 투명 기판 사이에 삽입되며, 유전율 이방성이 양인 네마틱 액정 재료로 이루어지는 액정층과; 상기 제1 투명 기판과 제2 투명 기판에 각각 설치되어 이 제1 투명 기판 및 제2 투명 기판에 거의 수직인 전계를 상기 액정층 양단에 인가하기 위한 제1 전극 및 제2 전극과; 상기 각각의 제1 및 제2 기판의 각각의 외측(outer side)에 각각 제공되는 제1 편광판과 제2 편광판을 포함하며, 상기 제1 및 제2 편광판은 직교 니콜스 배치(crossed Nicols arrangement)로 배치된다. 각각의 화소 영역 내의 액정층은 액정 분자가 다른 방향으로 배향되는 적어도 제1 도메인(domain) 및 제2 도메인을 포함하고 있다.
굴절률 이방성(refractive index anisotropy)이 양인 제1 위상차 보상 소자가 제1 편광판과 제1 기판 사이에 설치되고, 굴절률 이방성(refractive index anisotropy)이 양인 제2 위상차 보상 소자가 제2 편광판과 제2 기판 사이에 설치되어 제1 위상차 보상 소자 및 제2 위상차 보상 소자의 위상 지연축이 기판면에 대해 서로 평행을 이루고, 전압 무인가시 액정층이 위상 지연축에 대해 거의 수직을 이룬다. 적어도 하나의 제3 위상차 보상 소자가 제1 편광판과 제1 위상차 보상 소자의 사이에 또는 제2 편광판과 제2 위상차 보상 소자 사이에 제공된다. 제3 위상차 보상 소자의 굴절률 타원(refractive index ellipse)이 3개의 주축 a, b, c와, nc > na > nb 인 관계를 유지하는 경우 각각 상기 주축 a, b, c 를 따라 na, nb, nc의 굴절률을 가지며, 상기 주축 a와 상기 주축 b는 상기 기판면과 평행한 면에 있게 되고, 상기 주축 c는 기판면에 법선인 방향과 평행하며, 상기 주축 a는 위상차 보상 소자에 인접한 편광판 중 하나의 편광축에 수직이다.
제1, 제2 및 제3 위상차 보상 소자는, 전압이 인가되지 않은 기판 표면에 대해 실질적으로 수평 배향된 액정층의 액정 분자의 굴절률 이방성을 보상한다.
액정층의 지연 값은 d1c·△n인 본 발명의 한 실시예에서, 제3 위상차 보상 소자의 동일 평면 지연은 d·(na-nb)이며, 그것의 두께 방향을 따른 지연은 d·(na-nc)이며, 파라미터 RL 및 NZ는 다음과 같이 정의된다.
RL = d·(na - nc)/(d1c·△n), 및
NZ = (na - nc)/(na - nb).
2개의 제3 위상차 보상 소자는 제1 편광판과 제1 위상차 보상 소자 사이와 제2 편광판과 제2 위상차 보상 소자 사이에 각각 배치되어 있으며, 2개의 제3 위상차 보상 소자의 RL 값의 합산은 RLsum으로 정의되며,
0 ≤ ｜RLsum｜ ≤ 2 이고,
제3 위상차 보상 소자 각각은 log(｜NZ｜) ≥ 2.0·｜RL｜-1.2 식을 만족시키며, 여기서, RL < 0 이고, NZ < 0 이다.
본 발명의 제1 실시예에서, 2개의 제3 위상차 보상 소자중 하나의 RL 값 및 NZ 값은 나머지 제3 위상차 보상 소자의 RL 값 및 NZ 값과 동일하다.
본 발명의 다른 특징에 따르면, 액정 표시 장치는 적어도 하나가 투과형인 제1 기판 및 제2 기판, 제1 기판과 제2 기판 사이에 삽입되며 포지티브 유전체 이방성을 갖는 네마틱 액정 재료로 이루어진 액정층, 액정층을 가로질러 제1 및 제2 기판에 실질적으로 수직인 전계를 인가하기 위해 제1 기판과 제2 기판 상에 배치된 제1 전극 및 제2 전극, 제1 및 제2 기판 중 하나의 기판의 외부면 상에 각각 배치되며 직교 니콜스 배치(crossed Nicols arrangement)로 배치된 제1 편광판 및 제2 편광판, 및 위상차 보상 소자를 포함한다. 각 화소 영역내의 액정층은 액정 분자들이 서로 상이한 방향으로 배향된 제1 도메인 및 제2 도메인을 적어도 포함한다. 위상차 보상 소자는 제1 및 제2 기판의 표면에 대해 실질적으로 수평 배향된 액정 분자들의 굴절률 이방성을 보상한다.
본 발명의 한 실시예에서, 제1 및 제2 기판은 둘다 투과형이며, 위상차 보상 소자는 제1 기판과 제1 편광판 사이데 배치된 제1 위상차 보상 소자 및 제2 기판과 제2 편광판 사이에 배치된 제2 위상차 보상 소자를 포함한다.
본 발명의 한 실시예에서, 제1 및 제2 위상차 보상 소자 각각은 포지티브 굴절률 이방성을 가지며, 제1 및 제2 위상차 보상 소자의 위상 지연축은 서로에 대해 실질적으로 평행하며 전압이 인가되지 않은 액정층의 위상 지연축과 실질적으로 수직이다.
본 발명의 한 실시예에서, 제3 위상차 보상 소자는 또한 제1 위상차 보상 소자와 제1 편광판 사이에 배치된다. 제3 위상차 보상 소자는 포지티브 굴절률 이방성을 갖는다. 제3 위상차 보상 소자의 위상 지연축은 제1 및 제2 기판에 실질적으로 수직이다.
본 발명의 한 실시예에서, 제4 위상차 보상 소자는 또한 제2 위상차 보상 소자와 제2 편광판 사이에 배치된다. 제4 위상차 보상 소자는 포지티브 굴절률 이방성을 갖는다. 제4 위상차 보상 소자의 위상 지연축은 제1 및 제2 기판에 실질적으로 수직이다.
본 발명의 한 실시예에서, 제5 위상차 보상 소자는 제1 위상차 보상 소자와 제3 위상차 보상 소자 사이에 배치된다. 제6 위상차 보상 소자는 제2 위상차 보상 소자와 제4 위상차 보상 소자 사이에 배치된다. 제5 및 제6 위상차 보상 소자 각각은 포지티브 굴절률 이방성을 갖는다. 제5 위상차 보상 소자의 위상 지연축은 제1 편광판의 편광축과 실질적으로 수직이다. 제6 위상차 보상 소자의 위상 지연축은 제2 편광판의 편광축과 실질적으로 수직이다.
본 발명의 한 실시예에서, 액정층의 두께 방향을 따른 액정층의 중앙의 제1 및 제2 도메인내의 액정 분자의 디렉터는 서로 약 180°만큼 상이한 방향으로 각각 상승한다. 그 방향은 제1 및 제2 편광판 각각의 편광축에 대해 약 45°이다.
본 발명의 한 실시예에서, 제1 및 제2 도메인에서의 액정 분자들은 수평 배향되어 있다.
본 발명의 한 실시예에서, 제1 및 제2 도메인에서의 액정 분자들은 트위스트배향되어 있다.
본 발명의 한 실시예에서, 제1 도메인에서의 제1 및 제2 기판 상의 액정 분자들의 프리틸트 각은 제2 도메인에서의 제1 및 제2 기판 상의 액정 분자들의 프리틸트 각과 상이하다.
본 발명의 한 실시예에서, 제1 도메인에서의 제1 및 제2 기판 상의 액정 분자들의 프리틸트 각은 제2 도메인에서의 제1 및 제2 기판 상의 액정 분자들의 프리틸트 각과 상이하다.
본 발명의 한 실시예에서, 각 화소 영역내의 액정층은 복수의 제1 도메인 및 복수의 제2 도메인을 포함하며, 제2 도메인 수는 제2 도메인 수와 동일하다.
본 발명의 한 실시예에 있어서, 제1 도메인의 모든 영역은 제2 도메인의 모든 영역과 동일하다.
따라서, 여기서 설명한 본 발명은 제조 효율 및 투과성을 희생시키지 않으면서도 원하는 시야각 특성을 갖는 액정 표시 장치를 제공할 수 있다.
본 발명의 이러한 장점 및 다른 장점은 첨부된 도면을 참조하여 다음의 상세한 설명을 읽고 이해함으로써 당업자에게 명백할 것이다.
실시예
본 발명의 실시예 1 및 2를 포함하는 제1 특징이 이하 설명될 것이다.
먼저, 실시예 1 및 2에 공통으로 사용되는 액정층, 편광판 및 위상판을 특성화하는 파라미터에 대한 정의가 설명될 것이다.
파라미터 각각, 특히 각도는 액정 패널상에 적당히 취한 XYZ 직각 좌표계에기초하여 정의된다. 도 1a 내지 도 1c에 도시된 바와 같이, 기준 좌표계는 액정 패널에 평행한 XY 평면만 필요하고, X 및 Y축의 방향은 임의의 특정 방향(예를 들면, 도 1a 내지 도 1c에 도시된 방향들중 임의의 방향일 수 있음)에 제한되지 않는다. 그러나, 임의의 특정 액정 표시 장치인 경우, 축 세트는 액정층, 편광층 및 위상판에 공통으로 취해진다는 것을 알아야 한다. 다음 설명에서, 기준 좌표계의 주축은 각각 'X_REF', 'Y_REF' 및 'Z_REF'로 표시된다.
액정층의 액정 분자의 배향을 특징하는 파라미터가 도 2a 내지 도 2d를 참조하여 설명될 것이다. 도 2a는 액정 셀을 나타내는 사시도이다. 간략화를 위해, 액정 분자의 배향이 균일한 하나의 도메인이 이하 설명될 것이다. 화소 영역은 다른 배향을 갖는 복수의 영역으로 분할되며, 각각의 영역에 대한 액정층을 특징하는 파라미터는 ① 액정층의 지연값, ② 액정층의 트위스트 각도, ③ 액정 분자의 배향(두께를 따라 중심에 배치됨)(즉, 액정층의 위상-지연축)을 포함한다.
도 2b는 액정층을 도시한 단면도이다. 액정층의 지연값은 기판(5101 및 5102) 간에 개재된 액정층의 액정 재료(5103)의 굴절률 이방성 Δn 및 기판(5101)(예를 들면, 컬러 필터가 제공되는 기판) 및 기판(5102)(예를 들면, TFT 어레이가 제공되는 기판)의 거리 d1c의 곱 d1c·Δn(액정층의 두께에 대응하는 거리 d1c= 셀 갭)로서 정의된다.
도 2c는 관찰자측에서 바라본 액정 셀의 평면도이다. 라인(5104)은 광원측 기판(5102)에 인접한 액정 분자의 장축에 평행하고, 라인(5105)은 관찰자측기판(5101)에 인접한 다른 액정 분자의 장축에 평행하다. 간략화를 위해, 액정 분자의 트위스트 각도가 약 90。 이하인 것으로 다음 설명에서 고려된다. 여기서, 액정층의 트위스트 각도는 라인(5104)을 회전시켜 라인(5105)에 일치시킴으로써 구해진 각도로서 정의되며, 포지티브 트위스트 각도는 라인(5104)을 반시계 방향으로 회전시킴으로써 구해진다. 상기 정의된 각도는 도면에서 'θ트위스트'로 표시된다.
액정층의 배향은 다음과 같이 정의된다. 다시 도 2c를 참조하면, 라인(5106)은 각도 θ트위스트를 등각으로 양분하도록 도시되어 있다. 라인(5106)은, 두께를 따라 액정층의 중심에 배치된 액정 분자가 인가된 전계에 응답하여 상승하는 방향을 나타낸다. 이 방향은 액정층의 배향 또는 위상-지연축이라 한다. 여기서, 액정층에 존재하는 액정 분자의 일부만이 고려될 것이며, 여기서 장축은 중간 투과율을 액정층에 제공하는 전압(그레이 스케일 전압)으로 라인(5106)에 거의 평행하다. 도 2d는 라인(5106)을 따른 액정 셀의 단면도이다. 도 2c는 라인(5106)에 평행한 화살표(5107)를 또한 도시한다. 화살표(5107)의 끝은 액정 분자의 상승 끝에 대응한다. 그 다음, 액정층의 배향은 화살표(5107) 및 기준축 X_REF 간의 각도 β로서 정의되며, 포지티브 배향은 기준축 X_REF를 반시계 방향으로 회전시킴으로써 구해진다.
편광판용 파라미터는 편광축(투과축)의 방향(각도)이다. 편광축 방향의 정의가 설명될 것이다(도면에는 도시되어 있지 않음). 편광축의 방향은 편광축 및 기준축 X_REF 간의 각도로 정의되며, 포지티브 방향은 기준축 X_REF를 반시계 방향으로 회전시킴으로써 구해진다. 물론, 편광축 방향 α, α+108°및 α-108° 모두는 동일한 편광판을 나타낸다.
위상판용 파라미터는 다음과 같이 정의된다. 위상판용 파라미터는 ① 면내 지연값(표시 평면에 평행한 평면), ② 두께 방향에 따른 지연값(액정 표시 평면에 수직인 방향으로), ③ 주축의 각도(X_REF 및 주축 α 간의 각도), ④ 파라미터 RL(액정층의 지연값에 대한 두께 방향에 따른 지연값의 비), 및 ⑤ 파라미터 NZ(면내 지연값에 대한 두께 방향에 따른 지연값의 비)를 포함한다.
도 3a 및 도 3b는 위상판의 굴절률 타원을 도시한다. 본 발명의 실시예들에 사용되는 위상판의 굴절률 타원의 3개의 주축은 각각 a, b 및 c로 표시된다. 주축 a, b 및 c는 함께 직각 좌표계를 형성한다. 주축 a 및 b는 위상판 평면에 평행한 평면, 즉 표시 평면에 평행한 평면에 존재한다. 주축 a, b 및 c에 따른 굴절률은 각각 na, nb 및 nc로 표시된다. 위상판의 두께는 d로 표시된다. 그 다음
① 위상판의 면내 지연(in-plane retardation)은 d·(na-nb)로서 정의된다.
② 두께 방향에 따른 지연은 d·(na-nc)로서 정의된다.
③ 주축의 각도는 기준축 X_REF 및 주축 a 간의 각도 γ로 정의되고, 포지티브 각도는 기준축 X_REF를 반시계 방향으로 회전시킴으로써 구해진다.
④ 파라미터 RL은 d·(na-nb)/(d1c·△n)로서 정의된다.
⑤ 파라미터 NZ는 (na-nc)/(na-nb)로서 정의된다.
본 발명의 실시예가 도면들을 참조하여 설명될 것이다. 먼저, 본 발명에 따른 액정 표시 장치의 동작 원리가 도 4를 참조하여 설명될 것이다.
도 4는 본 발명의 액정 표시 장치를 개략적으로 도시한다. 도 4는 투과형 액정 표시 장치를 도시한다.
액정 표시 장치(100)는: 액정층(101); 액정층(101) 양단에 전압을 인가하기 위한 한 쌍의 전극(100a 및 100b); 액정층(101)의 각 측면들 상에 제공된 한 쌍의 위상판(102 및 103)(이 위상판은 적절한 굴절률 이방성을 갖는 한 위상차 보상막, 액정 셀 등을 포함하여 어떠한 형태라도 될 수 있음); 위상판들(102 및 103) 상에 각각 제공된 또 다른 한 쌍의 위상판(104 및 105); 및 그 사이에 상기 소자들을 끼우도록 직교 니콜스 배치로 제공된 한 쌍의 편광판(108 및 109)을 포함한다. 도 4에 도시된 편광판들(108 및 109)에서의 화살표는 그 각각의 편광축을 표시한다.
도 4는 하나의 화소에 대응하는 액정층(101) 및 전압이 인가되지 않은 경우에 그 내부에서의 액정 분자들의 배향을 도시한다. 도 4에서의 타원은 액정 분자를 개략적으로 표시한다. 액정 재료로서, 양성 유전율 이방성(이하, 'Np 액정 재료'라 약칭함)을 갖는 네마틱 액정 재료가 사용될 수 있다. 액정 분자들은 한 쌍의 기판의 표면들 및 전극들에 실질적으로 평행하게 배향된다. 전극들(100a 및 100b)은 그 사이에 액정층(101)을 끼우도록 액정층(101)에 대향하는 한 쌍의 기판들의 측면 상에 제공된다. 전극들(100a 및 100b)간에 전압을 인가함으로써, 전계가 기판 표면에 실질적으로 수직한 방향으로 액정층(101)을 향하여 인가된다.
도 4에 도시된 바와 같이, 각각의 축 영역에 대하여 액정층(101)은 서로 다른 배향들을 갖는 제1 영역(101a) 및 제2 영역(101b)를 포함한다. 도 4에 도시된예에서, 제1 영역(101a) 내의 액정 분자들의 디렉터 및 제2 영역(101b) 내의 액정 분자들의 디렉터는 서로에 대하여 대략 180° 정도의 방위각을 형성하도록 배향된다. 전극들(100a 및 100b)간에 전압이 인가될 경우에, 제1 영역(101a) 내의 액정 분자들이 시계 방향으로 상승하고, 제2 영역(101b) 내의 액정 분자들이 반시계 방향으로 상승하도록, 즉 서로 다른 영역들에서의 분자들이 반대 방향으로 상승하도록, 액정 분자들의 배향이 제어된다. 이와 같은 액정 분자들의 디렉터들의 방향은 얼라인먼트막을 사용하는 본 기술 분야에 알려져 있는 임의의 배향 제어 기법을 사용하여 달성될 수 있다. 복수의 상기 제1 영역들 및 복수의 상기 제2 영역들(여기서 디렉터는 제1 영역들에서의 디렉터와 대략 180° 정도의 방향차로 배향됨)이 각 축 영역에 제공될 경우, 시야각 특성들은 보다 균일하게 될 수 있다.
이와 같이, 서로 다른 배향을 갖는 복수의 영역들로 각각 분할된 화소들을 갖는 액정 표시 장치(100) 상에서 그레이 스케일 화상이 관찰될 경우, 표시 평면에 수직한 방향으로부터 제1 영역(101a)을 향하여 시야각을 경사지게 할 때 보여지는 화상의 명도차는 제2 영역(101b)을 향하여 시야각을 경사지게 할 때 보여지는 것과 대칭성을 갖는다. 개개의 영역들의 면적은 각 화소 영역에서 서로 동일하지 않지만, 제1 영역(101a)들의 총 면적이 제2 영역(101b)들의 총 면적과 실질적으로 동일한 경우에 실질적으로 동일한 효과를 얻을 수 있다. 이와 같이, 배향 분할을 달성하는 방법은 상술한 것에 제한되지 않는다.
도 4에 도시된 바와 같이, 제1 영역(101a) 내의 액정 분자의 디렉터와 제2 영역(101b) 내의 액정 분자의 디렉터는 서로 대략 180° 정도의 방위각을 형성하도록 배향된다. 그 방향은 도 4에서의 화살표 609에 의해 지시되는 방향에 평행하다. 본 명세서에 있어서, 방향 609는 전압이 인가되지 않는 경우에 액정층의 위상 지연축을 따른다고 하자. 일반적으로, 전압이 인가되지 않는 경우에 액정층의 위상 지연축의 방향은 그 두께 방향을 따라서 액정층의 중간에서의 액정 분자들이 인가된 전압에 응답하여 상승하는 방위각으로서 정의된다. 이러한 정의는 액정 분자들이 기판 표면에 수직하게 배향되는 액정층뿐만 아니라 액정 분자들이 트위스트 배향으로 된 액정층에도 적용될 수 있다.
제1 위상차 보상 소자(102) 및 제2 위상차 보상 소자(103)는 양성 단일축 굴절률 이방성을 갖는 것이 전형적이며, 최소 굴절률을 갖는 굴절률 타원의 축(즉, 위상 지연축)(도 4에서 화살표 125 및 126으로 지시되는 방향)은 기판 표면에 평행하도록, 그리고 전압이 인가되지 않는 경우에 액정층(101)의 위상 지연축에 수직하도록 배열된다. 그러므로, 전압이 인가되지 않는 경우에 액정 분자들의 굴절률 이방성에 기인한 광 손실을 제어하여 원하는 블랙 표시(또는, 원하는 정상 블랙 특성)를 얻는 것이 가능하게 된다.
제3 위상차 보상 소자들(104 및 105)은 전형적으로 쌍축 굴절률 이방성(biaxial refractive index anisotropy)을 가지며, 위상 지연축(도 4에서 화살표 121 또는 122에 의해 지시되는 방향)은 시야각의 변화와 연관된 투과율의 변화를 보상하기 위하여 기판 표면에 수직한 방향에 평행으로 배열된다. 더우기, 제3 위상차 보상 소자들(104 및 105) 각각은 보다 큰 굴절률을 갖는 기판 표면에 평행한 굴절률 타원체의 주축 중 하나가 그 위상차 보상 소자에 보다 근접하는 편광판 중 하나의 편광축에 수직이 되도록 배열된다. 이와 같이, 타원 편광된 빛의 편광축의 회전을 보상하는 것과 원하는 시야각 특성을 갖는 표시를 제공하는 것이 가능해 진다. 대안적으로, 제3 위상차 보상 소자들(104 및 105) 중 단지 하나만이 제공될 수 있다.
이하에서는 본 발명의 구성 요소들을 보다 상세히 설명한다.
유전율 이방성이 포지티브인 네마틱 액정 재료: Np 액정 재료
광범위하게 사용되는 TN 모드 액정 표시 장치에 있어서, 본 발명은 수평 배향 처리되고 Np 액정 재료로 된 기판을 사용한다. 그러므로, 액정 주입 공정에 필요한 시간은 수직 배향 처리되고 Nn 액정 재료로 된 기판을 사용하는 일본 특허 공개 공보 제 7-286068호에 개시된 액정 표시 장치에서 필요했던 시간의 대략 절반 정도로 감소된다. 일반적으로, Np 액정 재료는 Nn 액정 재료 보다 낮은 점성을 가지며, 수평 배향 처리된 기판은 수직 배향 처리된 기판 보다 액정 재료에 대하여 보다 큰 습식성을 갖는다. 이들 요인들이 함께 작용하여 고속 액정 주입을 가능하게 하는 상승 효과를 일으킨다. 액정 주입 공정은 액정 표시 장치의 제조에 필요한 전체 시간에 중요한 비중을 차지한다. 그러므로, 이 공정에서의 실질적인 감소는 액정 표시 장치의 공정 효율을 실질적으로 향상시킨다.
수직 전계
본 발명에 따르면, 그 사이에 액정층이 삽입되도록 배치된 한 쌍의 전극이 액정 분자들을 이동시키기 위해 액정층 방향으로 수직 (기판에 대하여 수직한 것을 의미함) 전계를 인가하는데 사용된다. 그러므로, 종래의 TN 모드 액정 표시 장치와 비교할 만한 개구율을 구현하는 것이 가능하다. 이와 같이, IPS 모드에서와 같이 화소 영역 내에 불투명 전극을 제공할 필요가 없으므로, IPS 모드의 액정 표시 장치보다 큰 개구율을 갖는 액정 표시 장치를 제공할 수 있게 된다.
배향 분할
본 기술 분야에서 최근에 널리 사용되고 있는 TN 모드를 포함해서, 액정층의 두께 방향으로 액정 분자들을 이동시킴에 따라 투과율이 변화되는 액정 표시 장치는 시야각에 실질적으로 의존하는 (열화된 시야각 특성) 표시 명도를 갖는다. 이것은 도 5a, 5b 및 5c를 참조하여 더 설명될 것이다. 도 5a 및 5b는 트위스트 배향을 갖는 액정층(203)을 구비한 액정 표시 장치를 개략적으로 도시한 도면이다. 도 5a 및 5b를 참조하면, 한 쌍의 전극들(201 및 202)이 직교형 니콜 배치로 배열된 한 쌍의 편광판들(206 및 207) 사이에 제공된다. 액정층(203)은 전극들(201 및 202) 사이에 끼워진다. 도 5a 및 5b는 그 두께 방향에 따라서 액정층(203)의 중심부에서의 액정 분자(이와 같은 분자가 가장 길게 보인다)가 도면 용지인 평면에 따른 장축을 갖도록 작성된다. 도 5a 및 5b는 인가된 전압이 존재할 때와 존재하지 않을 때를 각각 도시한다.
도 5a에 도시된 바와 같이, 그 두께 방향에 따라서 액정층(203)의 중심부에서의 액정 분자(203a)는 기판 표면에 실질적으로 평행하게 배향된다. 이 기판은 시야각(204) 및 시야각(205) 기준에서 동일하게 보인다. 그레이 스케일 전압이 도 5b에서와 같이 인가될 경우, 서로 다른 시야각들에서는 서로 다른 상태들이 관찰된다. 이것은 양성 단일축 굴절률 이방성(시가형 굴절률 타원)을 갖는 액정 분자들에 기인한다. 인가된 전압에 응답하여, 액정 분자(203b)는 그 프리틸트 각에 의해 정의되는 방향(본 실시예에서는 반시계 방향)으로 상승한다. 액정 분자(203b)는 [분자(203b)의 장축에 따라서] 시야각(204)으로부터 관찰되며, 시가형 굴절률 타원의 굴절률 이방성은 사라진다 [분자(203b)가 시가형을 갖는 것으로 관찰됨]. 액정 분자(203b)가 시야각(205)으로부터 관찰될 경우에, 굴절률 이방성은 피크치를 갖는다.
그러므로, 액정 셀에서의 액정 분자들(203b)이 시야각(204)으로부터 관찰될 경우에, 대다수 분자들은 원형(circular shape)을 갖는 것으로 관찰되는데, 다시 말해서 액정층의 굴절률 이방성은 사라진다. 이와 같이, 편광판(206)을 통과하여 선형 편광된 빛은 액정층(203)에 의해 실질적인 상태가 변화되지 않은채 편광판(207)에 도달한 다음, 그 편광축이 편광판(206)의 편광축과 수직인 편광판(207)에 의해 차단되어, 투과율을 감소시킨다. 액정 셀에서의 액정 분자들(203b)이 시야각(205)으로부터 관찰될 경우에, 대다수 분자들은 연장형(elongated shape)을 갖는 것으로 관찰되는데, 다시 말해서 액정층의 굴절률 이방성은 피크치를 갖는다. 그러므로, 최대량의 빛이 편광판(207)을 통과하도록, 편광판(206)을 통과하여 편광된 빛은 액정층(203)에 의해 변경된 편광성을 갖는다.
그 결과, 도 5c에 도시된 바와 같이, 액정 분자들이 상승하는 방향[도 5b에서 시야각(204)]과 그 반대 방향[도 5b에서 시야각(205)] 사이의 사야각을 기울이는 동안 명도는 실질적으로 변화된다. 전형적으로, 시야각들(204 및 205)은 패널의 하부측(6시 방향)과 상부측(12시 방향)에 대응하도록 설정된다. 도 5c는 다양하게 인가된 전압에 대한 다양한 투과율 곡선을 도시한다.
이와 같이, 종래의 TN 모드에서, 시야각이 액정 분자들의 배향에 따라 기울어짐에 따라서 명도가 실질적으로 변화된다. 상술한 바로부터 알 수 있는 바와 같이, 그레이 스케일 특성에서의 이와 같은 비대칭성은 TN 모드에서 뿐만 아니라, 액정 분자들이 액정 셀의 두께에 따라서 이동하고, 배향 분할이 사용되지 않는 다른 다양한 표시 모드들에서도 공통적으로 보여진다.
서로 다른 배향을 갖는 복수의 영역들로 화소를 분할함으로써, 시야각에 대한 그레이 스케일 특성에서 비대칭성을 향상시키고, 상하 방향과 좌우 방향으로 대칭인 원하는 그레이 스케일 특성을 얻는 것이 가능하게 된다. 이것은 도 6a-6e를 참조하여 이하에서 보다 상세히 설명된다. 예를 들어, 도 6a 및 6b에서 도시된 바와 같이, 각 화소 영역은 액정 분자들이 서로 대략 180°만큼 다른 방향으로 인가된 전압에 응답하여 상승하는 두개의 영역들(제1 및 제2 영역)인 A와 B로 분할된다. 인가된 전압이 없을 경우에, 두 영역들 모두에서의 액정 분자들은 도 6a에 도시된 바와 같이 기판 표면에 수평한 방향으로 배향된다 (프리틸트 각은 단순성을 위해 본 실시예에서는 생략됨). 도 6b에 도시된 바와 같이, 그레이 스케일 전압이 인가될 경우에, 영역 A 내의 액정 분자(303a)는 반시계 방향으로 상승하며, 영역 B 내의 액정 분자(303b)는 시계 방향으로 상승한다 (상승 방향은 프리틸트 각으로 지시됨). 상술한 바와 같이, 영역들 A 및 B에서의 그레이 스케일 특성은 도 6c 및 6d에 도시된 바와 같이 시야각들(304 및 305)에 의존한다. 영역들 A 및 B는 하나의 화소 영역 내에 있으므로, 화소 영역 전체의 그레이 스케일 특성은 고려되는 영역들 A 및 B의 각각의 면적간의 비율로 도 6c 및 6d에 도시된 각각의 그레이 스케일 특성의 평균이다. 이와 같이, 영역 A의 면적 SA 및 영역 B의 면적 SB 사이의 비율을 1:1로 설정함으로써, 도 6e에 도시된 바와 같이, 시야각들(304 및 305)에 대하여 대칭인 그레이 스케일 특성을 얻을 수 있다.
다음으로, 배향 분할 효과가 얻어질 수 있는 범위를 측정하기 위하여, 비율 SA:SB 및 최종 그레이 스케일 특성들을 설명한다. 도 7a는 수직 방향으로부터 대략 50%의 투과율로 인가된 전압에 대하여 얻어지는 도 6e에서의 그레이 스케일 특성들 중 하나에 대한 시야각 의존성을 도시한다. 상하 방향에서의 대칭성을 위해, 도 7b는 영역들 A 및 B의 면적들인 SA와 SB 사이의 비율 TA/TB 및 비율 SA/(SA+SB)간의 관계를 도시한다. TA 및 TB는 도 6a 및 6b에 도시된 바와 같이 시야각들인 304(패널의 상부측 방향) 및 305(패널의 하부측 방향)에서 각각 50° 방향으로 얻어진 투과율들이다. 그레이 스케일 특성은 비율 SA/(SA+SB)이 대략 0.5일 때 상하방향으로 대칭된다는 것 (즉, TA/TB가 대략 1임)은 도 7b로부터 보여질 수 있다.
서로 다른 배향을 갖는 분할된 영역의 개수는 단지 2개로 제한되지 않으며, 액정 분자 상승 방향을 갖는 하나의 영역의 총 면적과 그와 반대의 액정 분자 상승 방향을 갖는 또 다른 영역의 총 면적이 전체 표시 평면에 대하여 서로 동일한 경우라면 어느 개수라도 될 수 있다. 표시 균일성의 관점에서 보면, 분할된 영역은 소영역을 갖고, 각 화소 영역은 서로 다른 배향을 갖는 2개 이상의 영역들로 분할되는 것이 바람직하다. 더우기, 각 화소 영역은 도 7c와 7d에 도시된 바와 같이 대안적인 방식으로 배열된 복수의 영역들 A 및복수의 영역들 B를 갖는다. 배향 분할단위의 크기를 감소시킴으로써, 예를 들면 각 화소 영역 내에 복수의 영역들 A 및 복수의 영역들 B를 제공함으로써, 시야각 특성은 보다 균일하게 될 수 있다. 이것은 영역들 A 및 B 중 단지 하나를 통과한 빛에 대한 영역들 A 및 B 모두를 통과한 빛의 비율이 액정 표시 장치가 도 7e에 도시된 바와 같이 경사 방향으로부터 관찰될 경우에 증가하기 때문이다.
노멀 블랙 모드 및 콘트라스트비 향상
본 발명은 블랙 표시가 인가된 전압이 없을 경우에 생성되는 정상 블랙 모드에 관한 것으로, 시야각 특성을 향상시키기 위해 제3 위상차 보상 소자를 사용한다. 본 명세서에서 사용된 시야각 특성이란 용어는 액정 표시 장치의 표시 평면에 수직한 방향으로부터 경사진 시야각 방향으로 시야각을 기울일 경우에 관찰되는 표시 화상에서의 변화를 말한다. 표시된 화상에서 관찰되는 이와 같은 변화는 그레이 스케일 변화, 콘트라스티비 변화, 및 색상 변화 등을 포함한다. 그레이 스케일 변화는 상술한 바와 같이 배향 분할에 의해 향상될 수 있다. 콘트라스티비 변화를 제어하는 방법을 우선 설명한 다음, 제1 및 제2 위상차 보상 소자들을 갖는 정상 블랙 모드를 구현하는 방법을 설명한다. 다음으로, 콘트라스티비 변화를 억제하는 효과(또는, 콘트라스티비의 시야각 의존성을 향상시키는 효과)를 설명하는데, 이것은 제1 및 제2 위상차 보상 소자들과 제3 위상차 보상 소자의 조합으로 제공된다. 마지막으로, 비교를 위해 정상 화이트 모드에서 콘트라스티비 변화를 제어하는 어려움을 설명할 것이다.
콘트라스티비(CR)는 최대 투과율(화이트 표시에서의 투과율)을 최소 투과율(블랙 표시에서의 투과율)로 나누어 얻어진 값이다. 보통의 액정 표시 장치에서, 경사형 시야각과 연관된 투과율의 변화는 화스트 표시에서 보다 블랙 표시에서 크다. 그러므로, 경사형 시야각과 연관된 블랙 표시에서의 투과율 변화(이것은 또한 '블랙 표시의 열화'로 알려져 있다)는 콘트라스티비의 시야각 의존성을 향상시키기 위해 향상되어야 한다.
정상 블랙 모드를 구현하기 위하여, 인가된 전압이 없을 경우에 액정 분자들이 기판 표면에 평행하게 배향되는 액정층의 굴절률 이방성을 보상(제거)하는 것이 효과적이다. 도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명은 위상판들(102 및 103)로 보상한다. 도 8a에 도시된 예에서, 위상판들(502 및 503)은 위상판들(102 및 103)과 동일한 기능을 한다. 도 8a에 도시된 바와 같이, 본 발명의 액정층은 전압이 인가되지 않을 경우에 사실상 수평 배향을 갖는다. 액정층이 액정 표시 장치에 수직한 방향에서 관찰될 경우, 최대 굴절률은 도 8b에서의 화상표 508에 의해 지시된 방향을 따른 결과이며, 최소 굴절률은 그 방향과 수직한 방향을 따른 결과이다. 본 발명에서, 최대 굴절률과 최소 굴절률의 차를 액정층의 두께로 곱하여 얻어진 값, 즉 액정층의 지연값은 대략 250 ㎚로 설정된다 (대략 50 ㎚ 내지 500 ㎚의 범위에서 설정됨). 본 실시예에서, 양성 단일축 굴절률 이방성을 각각 갖는 제1 및 제2 위상차 보상 소자들(502 및 503)이 정상 블랙 모드 특성을 구현하기 위해 사용된다. 보다 구체적으로는, 위상판들(502 및 503)의 지연값은 액정층에 비해 대략 1/2로, 즉 대략 125 ㎚로 설정되며, 그 위상 지연축들은 각각 화살표 509 및 510 (화살표 508에 수직임)으로 배열된다. 이와 같은 방식으로, 전압이 인가되지 않을 경우,제1 및 제2 위상판들에 의해 액정층에 기인한 복굴절 효과를 제거하는 것이 가능하다.
본 발명에 따른 이와 같은 배향 분할을 갖는 액정 표시 장치의 경우에, 블랙 표시의 열화를 향상시키는 위상차 보상은 정상 화이트 모드에 비해 정상 블랙 모드에 보다 용이하게 실현된다. 그 결과, 기대하는 콘트라스율의 시야각 의존성을 갖는 정상 블랙 모드에서 액정 표시 장치를 제공하는 것이 가능한 반면에, 정상 화이트 모드에서 이와 같은 액정 표시 장치를 제공하는 것은 더욱 곤란하게 된다. 이것에 관해서는 이하에서 설명한다.
도 8a에 도시된 바와 같이, 전압이 인가되지 않을 경우에 블랙 표시를 생성하는 액정 표시 장치에서, 액정층의 영역 A 및 영역 B는 실질적으로 동일한, 즉 기판 표면에 평행한 배향을 갖는다. 다시 말하면, 영역들 A 및 B는 실질적으로 동일한 배향을 갖는데, 액정층을 표현하는 굴절률 타원의 주축들 중 하나가 기판에 수직인 방향에 평행하고, 평면에 놓인 다른 두 개의 주축들은 기판 표면에 평행하다. 더우기, 제1 및 제2 위상판들을 표현하는 굴절률 타원의 주축들 중 하나가 또한 기판에 수직한 방향에 평행하며, 평면에 놓인 다른 두 개의 주축들은 기판 표면에 평행하다.
도 8c는 도 8b에서의 화살표 520에 의해 지시되는 방향과 화살표 521에 의해 지시되는 방향 사이에서 시야각을 시프트할 때 관찰되는 영역들 A 및 B에 대한 지연값 변화를 도시한다. 도 8g는 도 8b에서의 화살표 522에 의해 지시되는 방향과 화살표 523에 의해 지시되는 방향 사이에서 시야각을 시프트할 때 관찰되는 지연값변화를 도시한다.
영역 A에서의 지연값의 시야각 의존성은 영역 B에서와 같다. 또한, 지연값의 한계(도 8c 및 8g에서의 곡선의 아래 부분)는 시야각들인 520, 521, 522 및 523 중 어느 하나에 대하여 동일한 각도를 나타낸다 (도면들에서는 0°). 지연값 변화는 시야각(콘트라스티비의 시야각 의존성)에 연관된 블랙 표시의 열화를 제어하기 위해 보상될 수 있다.
지연값 변화의 특성들로부터 볼 수 있는 바와 같이, 본 발명의 액정 표시 장치에서, 영역들 A 및 B 모두에 대해 동일한 위상차 보상 소자(제3 위상판)에 의한 위상차 보상을 제공하는 것이 가능하다.
더욱이, 제3 위상차 보상 소자로서 굴절률 타원의 메인축 중 하나가 위상판의 표면의 법선에 평행하고, 나머지 2개의 메인축들이 위상판의 표면에 평행한 평면에 놓여있는 위상판을 사용하는 것이 가능하다. 이러한 특성을 가진 위상판은 작도 방법과 같은 종래의 방법에 의해서 용이하고 염가로 제조될 수 있다. 본 발명의 주요한 특징은 배향 분할을 사용하여 액정 표시 장치에서 노말리 블랙 모드를 사용하는 것이며, 분할된 영역중 임의의 영역에 대해서도 동일한 특성을 갖는 하나 혹은 이상, 즉 제3의 위상판을 사용하여 종횡비의 변화에 따른 시야각을 제어하는 것이다.
블랙 표시가 인가된 전압이 있을 때에 발생되는 도 8d에 도시된 노말리 화이트 모드의 경우에, 영역 A 및 B는 블랙 표시를 발생시킬 때에 다른 배향을 가지며, 액정층을 표시하는 굴절률 타원의 메인축은 기판의 법선으로부터 경사를 이룬다. 도 8f는 화살표(520)로 표시된 방향과 화살표(521)로 표시된 방향간의 시야각을 시프팅하면서 도 8e에 도시된 노말리 화이트 모드에서 액정 표시 장치를 볼때에 영역 A 및 B에 대한 지연값의 변화를 나타내며, 도 8h는 화살표(522)로 표시된 방향과 화살표(523)로 표시된 방향간의 시야각을 시프팅하는 동안 지연값의 변화를 나타낸다.
도 8f에서는 영역 A 및 B에 대한 방향(520) 및 방향(521)간의 지연값의 변화가 각각 서로 다르다. 예를 들면, 영역 A에 대한 지연값은 화살표(520)로 표시된 방향에서 볼 때에 최소값을 갖지만, 영역 B에 대한 지연값은 화살표(521)로 표시된 방향에서 볼 때에 최소값을 갖는다.
상술한 바와 같이, 도 8d에 도시된 바와 같이, 액정 표시 장치에서의 블랙 표시의 지연을 개선하기 위해서, 영역 A 및 B 각각에 대한 차등 위상차 보상 소자를 제공하는 것이 요구된다. 하나의 화소 영역을 분할하여 매우 작은 영역을 갖게함으로써 영역 A 및 B가 얻어짐에 따라서, 블랙 표시의 지연을 개선하는 위상차 보상 소자를 제작하는 것은 매우 어렵다.
제3 위상차 보상 소자에 의한 시야각 보상
상술한 바와 같이, 굴절률 타원의 주축 중의 하나가 위상판의 표면의 법선에 평행하고, 나머지 2개의 메인축이 위상판의 표면에 평행한 평면에 놓여 있는 위상차 보상 소자를 사용함으로써, 도4에 도시된 바와 같이, 경사진 시야각과 연관된, 즉 블랙 표시의 지연과 관련된, 액정층(101), 제1 위상차 보상 소자(102), 제2 위상차 보상 소자(103)의 지연값의 변화를 개선하는 것이 가능하다. 본 발명에 따르면, 블랙 표시의 지연은 제3 위상차 보상 소자 만큼 보상된다.
제3 위상차 보상 소자 만큼 블랙 표시의 지연을 보상할 수 있는 방법은 액정 분자의 굴절률 등방성의 각도 변화 및 위상차 보상 소자의 각도 변화에 특히 유의하여 도 9를 참조로 설명될 것이다.
도 9는 액정층의 굴절률 타원과 본 발명에 사용된 위상차 보상 소자를 나타내고 있다. 특히, 도 9는 도4에 예시되어 있는 액정층(101)의 굴절률 타원(601) 및 제1 및 제2 위상차 보상 소자(102, 103)의 굴절률 타원(602, 603)을 나타내고 있다. 굴절률 타원 각각은 포지티브 단축성을 갖고 있으며, 그의 광학축은 액정 표시 장치의 표면에 평행한 평면에 놓여있다. 제3 위상차 보상 소자(104, 105)의 굴절률 타원(604, 606)은 액정 표시 장치의 표면의 법선에 평행한 평면에 놓여있다.
굴절률 타원(706)(위상 지연축(704) 및 이에 수직한 타원(705))를 볼때 관측되는 굴절률의 변화는 도 10a 내지 10e를 참조하여 설명될 것이다. 먼저, 액정 표시 장치를 법선 방향에서 볼때의 경우가 설명될 것이다. 액정층의 복굴절 혹은 위상판에 기여하는 굴절률 등방성은 그의 법선이 선형 편광된 입사광의 경로를 따라 존재하고 선형 편광된 광의 편광축(701)에 대하여 약 45도의 각도를 이루는 평면에 놓여 있는 축(702, 703)에 평행한 방향을 따라 각각 얻어진 2개의 굴절률간의 차이다. 따라서, 법선 방향의 투과율에 기여하는 굴절률 등방성은 도 10a에 도시된 굴절률 nal 과 nbl간의 차인 nal-nbl이다.
액정 분자의 굴절률 타원의 장축 및 위상판을 따라서 시야각을 시프팅했을때 얻어지는 투과율 변화에 기여하는 굴절률 등방성은 도 10n에 도시한 바와 같이 굴절률 na2 와 nb2간의 차인 na2-nb2이다. 이러한 경우에, 도 10b에 예시된 바와 같이, 굴절률 na2은 도 10A의 nal에 비례하여 감소한다. 값nb1 및 nb2는 서로 동일하다. 즉 nb1 = nb2이다. 따라서, 굴절률 등방성은 굴절률 타원의 장축을 따라서 시야각을 기울이는 동안 감소한다.
도 10c에 도시된 바와 같이, 굴절률 타원의 단축을 따라서 시야각을 시프팅하는 동안 투과율 변화에 기여하는 굴절률 등방성은 굴절률 na3 와 nb3간의 차인 na3-nb3이다. 따라서, 굴절률 등방성은 굴절률 타원의 단축을 따라서 시야각을 시프팅할 때에 변화되지 않는다.
마지막으로, 굴절률 타원의 메인축이 표시 장치의 표시 평면의 법선에 대응하는 경우가 설명될 것이다. 법선 방향의 투과율에 기여하는 굴절률은 도 10d에 도시된 바와 같이 굴절률 na4 와 nb4간의 차인 na4-nb4이다. 따라서, na4 = nb4와 같은 굴절률 타원을 가진 위상판을 사용할 때에 법선 방향의 투과율은 변화되지 않는다. 경사 방향을 따라서 시야각을 변화시키면, 투과율에 기여하는 굴절률이 도10E에 도시된 굴절률 na5 및 nb5간의 차인 na5-nb5이다. 이러한 굴절률 타원에 있어서, 굴절률 등방성은 시야각이 법선 방향으로부터 기울어질 때에 증가된다. 그래서, 굴절률에서의 변화를 보상하는 효과가 주어진다.
상기 설명에서, 도 10d의 굴절률 타원은 단축 굴절률 타원으로서 설명되었다. 도 4의 각각 대응하는 위상차 보상 소자(104 및 105)는 액정 표시 장치의 표면과 평행한 면으로 또한 굴절률 이방성(화살표(123)로 표시된 방향으로의 큰 굴절률)을 갖는 2축 위상차 보상 소자이다. 그러나, 상기 논의는 또한 화살표(123)가 입사 선형 편광의 편광축에 실질적으로 수직이기 때문에 이 경우에 적합하다.
도 4에 예시된 바와 같이, 2축 위상차 보상 소자를 사용하게 되면, 경사 방향으로부터 입사되는 선형 편광의 편광축과 경사 방향으로 위상차 보상 소자(103)를 통과하는 타원 편광의 주축의 회전을 보상할 수 있다. 그러므로, 단축 위상차 보상 소자를 사용함으로써 얻어지는 시야각 특성보다 더 양호한 시야각 특성을 얻을 수 있다. 이는 이하 실시예의 설명으로부터 보다 더 명백해진다.
도 10a-10e에 대해 논의된 단일 굴절률 타원의 경우에 기초하여, 본 발명의 하나의 실시예에 따라 도 9에 도시된 굴절률 타원의 그룹에 의해 제공된 위상차 보상의 효과가 이하 요약된다. 표 1은 도 9에 예시된 본 발명의 하나의 실시예에 따라 인가 전압의 부재시 액정층과 위상판을 나타내는 굴절률 타원의 그룹 상에 선형 편광(편광 방향(607))이 입사되면서 각 방위각(608 및 609)을 향하여 시야각을 시프팅할 때의 투과율에 영향을 끼치는 굴절률 이방성의 변화(증가/감소)를 도시한다.
| 시야각이 시프트되는 방향 | 법선 방향에 대한 굴절률 이방성의 변화 | 그룹 601, 602, 603에 대한 그룹 604, 605의 보상 효과 | ||
| 601 | 602,603 | 604,605 | ||
| 608 | 변화 없음 | 감소 | 증가 | 예 |
| 609 | 감소 | 변화 없음 | 증가 | 예 |
경사 방향으로 시야각의 변화가 액정 표시 장치의 표면에 평행한 면에서보다 수직 방향으로 굴절률이 더 큰 굴절률 타윈체를 갖는 위상판에 의해 보상될 수 있음이 표 1로부터 알 수 있다. 더욱이, 투과율에 기여하는 굴절률은 입사 선형 편광의 편광축에 대해 약 45도 방향으로의 굴절률이다. 그래서, 상기 방향으로의 굴절률은 액정 표시 장치의 표면에 수직한 방향으로의 굴절률보다 바람직하게 더 작음을 쉽게 알 수 있다.
액정 셀의 제조/배향 분할
본 실시예에 사용된 액정 셀을 제조하는 방법, 특히 배향 분할에 대한 방법이 설명된다. 본 발명의 액정 표시 장치는 기술 분야의 공지된 제조 방법을 적절히 조합하여 제조될 수 있다.
액정 셀은 통상 TFT(박막 트랜지스터) 기판 상에 현재 입수 가능한 TN 액정 셀을 제조하기 위한 조건과 실질적으로 동일한 조건 하에서 제조될 수 있다. 그러나 본 실시예에 따르면, 러빙 방향(각)이 종래의 TN 액정 셀의 방향과 다르다. 또한, 2분할된 배향을 생성하기 위해, UV 방사가 프리틸트 각을 제어하기 위한 정렬막 상에 수행된다.
도 11a는 관측자 측 기판으로부터 조망되는 바와 같이 본 실시예의 액정 셀을 나타내는 개략도이다. 도 11a는 칼라 필터 기판에 대한 러빙 방향을 가리키는 화살표(1202), 및 TFT 기판에 대한 러빙 방향을 가리키는 또 다른 화살표(1203)을 나타낸다.
액정 물질이 상기 기술된 각 러빙 방향으로 러빙된 기판 사이의 갭으로 주입되고, 셀은 재정렬 처리된다. 이러한 액정 셀의 액정 분자의 배향이 설명된다. 도 11a에서의 X-X' 선을 따라 자른 단면, 즉 러빙 방향에 평행한 단면을 교차하는액정 분자(1206)의 배향이 도 11b에서와 같이 개략적으로 표현될 수 있다고 여겨진다. 액정 분자(1206) 및 관측자 측 기판(1205) 사이의 각은 액정 분자(1206) 및 광원측 기판(1204) 사이의 각과 실질적으로 같다. 더욱이, 실질적으로 액정 셀의 중간에서의 액정 분자는 액정 셀의 두께를 따라 기판 표면에 실질적으로 평행하게 배향된다. 전압이 이러한 액정층의 양단에 인가될 때, 중간층에서의 액정 분자는 화살표(1207)로 가리켜진 방향으로 또는 화살표(1208)로 가리켜진 방향으로 동일 비율로 회전할 수 있다.
본 발명에 따르면, 상부 또는 하부 기판중 하나가 먼저 UV 광으로 방사된 다음 러빙 공정 처리된다. 도 11c는 이러한 기판 사이의 X-X' 단면을 따라 액정 분자의 배향을 개략적으로 도시한다. UV 조사 공정은 각 화소가 두 영역 A와 B로 분할하는 동안 수행된다. 대향 기판측 상의 정렬막에만 영역 A에 UV 광으로 조사되는 반면, TFT 기판측 상의 정렬막에만 영역 B에 UV 광으로 조사된다. 상기 기술된 바와 같이 처리된 액정 셀의 광학 특성의 평가는 영역 A에서의 중간층의 액정 분자는 화살표(1207)로 가리켜진 방향으로 회전하는 반면, 영역 B에서의 액정 분자는 화살표(1208)로 가리켜진 방향으로 회전함을 보여준다. 다시 말해, 액정층의 두께를 따라 액정 층의 중간에 위치하는 액정 분자의 배향(프리틸트 각)이 성공적으로 제어된다. 선택적으로, UV 조사는 러빙 공정후 수행될 수 있다. 또한, 배향의 분할이 UV 조사 및 러빙 공정의 조합 이외의 수단으로 실현될 수도 있다.
실시예 1
도 4는 본 발명의 제1 실시예를 도시한다. 도 4는 액정 셀(101),위상판(102, 103, 104 및 105), 및 편광판(108 및 109)을 도시한다.
액정셀(101) 내의 각각의 화소는 다른 배향 방향을 갖는 두개의 영역(A 및 B)으로 분리된다. 개별 영역을 위한 배향 파라미터는 다음과 같다.
| 영역 | 전체 화소에 대한면적비 | 지연값 | 트위스트 각 | 배향 방향 |
| A | 50% | 240nm | 0 deg | 90 deg |
| B | 50% | 240nm | 0 deg | 270 deg |
편광판에 대한 파라미터는 다음과 같다.
| 편광판 참조번호 | 투과축의 각도 |
| 108 | 45 deg |
| 109 | -45 deg |
위상판에 대한 파라미터는 다음과 같다.
| 위상판의 참조번호 | d*(na-nb) | d*(na-nc) | na축의 각도 |
| 102 | 120nm | 0nm | 0deg |
| 103 | 120nm | 0nm | 0deg |
| 104 | 57nm | -72nm | -45deg |
| 105 | 57nm | -72nm | 45deg |
도 12는 4V의 인가된 전압에 대한 투과율을 0V의 인가된 전압에 대한 투과율로 나눔으로써 얻어진 값(콘트라스트비)에 근거한 동콘트라스트(isocontrast)도를 도시한다. 원중심은 표시면(시야각 0°)에 수직인 시야각에 대응하고, 중심에 대한 동심원 각각은 최내원에서부터 20°, 40°, 60°및 80°의 다양한 시야각에 대응한다. 수평축 및 수직축은 각각, X_REF 및 Y_REF로 나타낸다. 동콘트라스트 커브는 대략 50의 콘트라스트비(CR)에 대응한다. 도 12에서부터 명확한 바와 같이, 본 실시예의 액정 표시 장치는 대략 60°이상의 임의의 방위각에서도 넓은 버위의 시야각으로 대략 50 이상의 콘트라스트비를 실현하며, 액정 표시 장치가 소정의 시야각 특성을 갖는 다는 것을 나타낸다.
비교예 1
비교예 1은 도 13을 참조하여 기술될 것이다. 도 13은 액정셀(6301), 제1 및 제2 위상차 보상 소자(6302 및 6303), 및 편광판(6305 및 6306)을 도시한다.
액정셀(6301)은 다른 배향 방향을 갖는 두 개의 영역(A 및 B)으로 분리된다. 이들 영역에 대한 배향 파라미터는 다음과 같다.
| 영역 | 전체 화소에 대한면적비 | 지연값 | 트위스트 각 | 배향 방향 |
| A | 50% | 240nm | 0 deg | 90 deg |
| B | 50% | 240nm | 0 deg | 270 deg |
편광판에 대한 파라미터는 다음과 같다.
| 편광판 참조번호 | 투과축의 각도 |
| 6205 | 45 deg |
| 6206 | -45 deg |
위상판에 대한 파라미터는 다음과 같다.
| 위상판의 참조번호 | d*(na-nb) | d*(na-nc) | na축의 각도 |
| 6202 | 120nm | 0nm | 0deg |
| 6203 | 120nm | 0nm | 0deg |
도 14는 4V의 인가된 전압에 대한 투과율을 0V의 인가된 전압에 대한 투과율로 나눔으로써 얻어진 값(콘트라스트비)에 근거한 동콘트라스트(isocontrast)도를 도시한다. 원중심은 표시면(시야각 0°)에 수직인 시야각에 대응하고, 중심에 대한 동심원 각각은 최내원에서부터 20°, 40°, 60°및 80°의 다양한 시야각에 대응한다. 수평축 및 수직축은 각각, X_REF 및 Y_REF로 나타낸다. 동콘트라스트 커브는 대략 50의 콘트라스트비(CR)에 대응한다. 도 12에서부터 명확한 바와 같이, 비교예 1의 액정 표시 장치는 X_REF 및 Y_REF의 방향에서 불량한 시야각 특성을 갖는다.
실시예 2
본 실시예에서, 위상차 보상 소자(104 및 105)가 효과적으로 작용하는 다양한 파라미터 범주가 추정되었다. 파라미터는 내부면 지연 d*(na-nb), 두께 방향에 따른 지연 d*(na-nc), 및 na축 각도를 포함한다. 먼저, 위상차 보상 소자의 지연값 d*(na-nb) 및 d*(na-nc)에 대한 바람직한 범주가 추정될 것이다.
파라미터 범위를 추정하기 전에, 파라미터들(RL 및 NZ)은 다음과 같이 정의될 수 있으며, 파라미터 범위는 유일하게 결정되어 액정층의 지연값(d1c·△n)과 비교될 수 있다.
RL = d·(na-nc)/(d1c·△n)
NZ = (na-nc)/(na-nb)
지연의 영향은 실시예 1과 유사한 액정 표시 장치를 사용하여 조사되었다. 위상차 보상 소자들(104 및 105)의 파라미터들은 서로 동일하며, 파라미터들은 다음의 범위에서 변화된다고 가정하였다.
0 < |RL| < 1 및 RL < 0
0.1 < |NZ| < 100 및 NZ < 0
각각의 위상차의 영향은 약 60°의 시야각에서 액정 표시 장치의 콘트라스트비를 기초로 하여 평가된다. 평가 파라미터들(ηX_REF 및 ηY_REF)은 콘트라스트비 (CRrefX_REF 및 CRrefY_REF)(비교 실시예 1에서와 같은 위상판없이 X_REF 및 Y_REF 방향에서의 60°의 시야각에서 얻어짐)에 대한 콘트라스트비(CRcompX_REF 및 CRcompY_REF)(위상판을 갖는 X_REF 및 Y_REF 방향에서의 60°의 시야각에서 얻어짐)의 비율로서 얻었다. 따라서,
ηX_REF = CRcompX_REF/CRrefX_REF; 및
ηY_REF = CRcompY_REF/CRrefY_REF
관계식 ηX_REF > 1 또는 ηY_REF > 1은 위상차 보상 소자에 의해 제공된 콘트라스트비의 향상을 나타낸다.
도 15 및 도 16은 수직축이 -RL을 나타내고 수평축이 log(-NZ)를 나타내는, 져연이 변화하는 동안의 ηX_REF 및 ηY_REF에 대한 결과를 각각 도시하고 있다.ηX_REF > 1 또는 ηY_REF > 1인 각각의 영역이 도면들에서 빗금으로 표시되어 있다.
도 15 및 도 16으로부터 명백한 바와 같이, ηX_REF > 1인 도 15의 영역은 ηY_REF > 1인 도 15의 영역보다 크다. 위상차 보상 소자들(104 및 105)의 영향을 전체적으로 평가하기 위해, ηX_REF 및 ηY_REF의 평균값이 1(ηX_REF + ηY_REF/2 > 1)보다 큰 범위가 추정되었다. 이 결과는 도 17에 도사되어 있다.
도 17에서, 수직축은 -RL을 나타내고, 수평축은 log(-NZ)를 나타내며, ηX_REF + ηY_RE/2 > 1인 영역은 빗금으로 표시되어 있으며, 현저한 효과가 얻어지는 영역 (ηX_REF + ηY_REF/2 > 10)은 이중빗금으로 표시되어 있다.
상술한 결과는 도 17에서 빗금으로 표시된 영역은 위상차 보정기들(104 및 105)이 바람직한 효과를 제공하는 파라미터의 범위임을 나타내고 있다.
특히, 도 17에서 파라미터가 일반적으로 'A'로 표시된 지점 [-RL = 0.1, log(-NZ) = -1.0]과 지점 'B' [-RL = 0.7, log(-NZ) = -0.2]를 통해 정의된 직선 위의 (또는 우상측 상의) 범위 내에 있는 위상차 보상 소자, 파라미터가 0 < |-RL| < 1 및 log(|-NZ|) > 2.0·|-RL|-1.2를 만족시키는 위상 보상 소자를 사용하는 것이 실용적으로 선호되는데, 이는 위상차 보상 소자의 특성의 변동에 대한 마진을 확장하는 것이 가능하기 때문이다.
본 실시예에서, 위상차 보상 소자의 효과는 동일한 특성 (동일한 파라미터)를 갖는 위상차 보상 소자들(104 및 105)을 조합하여 사용하면서 평가된다. 그러나, 이 조합은 상기 예로 제한되지 않는다는 것이 쉽게 인식될 수 있을 것이다.예를 들어, 위상 보상 소자들(104 및 105)의 파라미터는 각각 RL_104, NZ_104, 및 RL_105, NZ_105이며, 여기서 본 발명의 효과가 얻어질 수 있는 범위인 RLsum = RL_104 + RL_105는 다음과 같다.
0 ≤ |RLsum| ≤ 2;
log(|NZ_104|) ≥ 2.0·|RL_104|-1.2; 및
log(|NZ_105|) ≥ 2.0·|RL_105|-1.2
실시예 1 및 비교 실시예 1에서 나타난 바와 같이, 충분히 바람직한 시야각 특성이 위상차 보상 소자의 존재/부재에 관계없이 X_REF±45°의 방향에서 얻어진다. 더우기, 바람직한 시야각 특성이 본 실시예에서 조사된 모든 파라미터에 대해 확인되었다. 그러므로, 위상차 보상 소자(104 및 105)에 대한 파라미터들이 앞서 설명한 범위내에 있는 한, 시야각 특성이 향상될 수 있는 것으로 판단된다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 액정 표시 장치는 교차 니콜스 배치(a crossed Nicols arrangement)로 배열된 한 쌍의 편광판 사이에 제공된, 포지티브 유전체 이방성을 갖는 네마틱 액정 재료로 이루어진 액정층에 대해 거의 수직으로 전계를 인가하므로써 통상 블랙 모드(이 모드에서는 인가 전압이 없는 경우 블랙 표시가 생성된다)로 표시를 생성한다. 각 화소 영역내의 액정층은 서로 다른 배향을 갖는 적어도 제1 도메인 및 제2 도메인을 갖고 있으므로, 시야각 변화에 기인한 표시 품질의 변화가 억제된다.
액정셀과 편광판 사이에 위상차 보상 소자를 제공하므로써, 인가 전압의 부재시 기판 표면에 대해 거의 수직하게 배향되는 액정 분자들의 굴절률 이방성이 보상되므로, 통상 수직 법선 방향을 포함하는 임의 시야각에 대해 매우 작은 시야각 의존성을 갖고 있는 블랙 표시를 실현할 수있다. 다른 말로, 법선 방향에서 보았을 때 액정 분자의 굴절률 이방성은 액정셀의 각 측면에 포지티브 굴절률 이방성을 각각이 갖고 있는 제1 및 제2 위상차 보상 소자를, 그들의 위상-지연축이 기판면과 서로에 대해 평행하고 액정층의 위상-지연축에 수직하게 되도록 배열하므로써 효율적으로 보상할 수 있다. 더욱이, 상기 위상-지연축이 기판면에 대해 법선 방향으로 평행하게 되도록 포지티브 굴절률 이방성을 갖고 있는 제3 위상차 보상 소자를 제공하므로써, 시야각 변화에 관련된 투과율 보상이 가능해지므로, 블랙 표시의 퇴화가 저감된다. 더구나, 동평면 굴절률이 최대가되는 제3 위상차 보상 소자의 메인 축을, 제3 위상차 보상 소자에 밀접한 편광판들중 하나의 편광축에 거의 수직하게 되도록 배열하므로써, 타원형 편광의 편광축 회전을 보상할 수 있으므로 보다 좋은 시야각 특성을 갖고 있는 표시를 제공할 수 있다.
(d1c·△n)는 액정층의 감속도를 나타내고, d·(na-nb)은 제3 위상차 보상 소자의 동평면 감속도 값을 나타내며, d·(na-nc)은 두께 방향을 따른 감속도를 나타낼때 두개의 파라미터 RL 및 NZ가 다음과 같이 정의되는 경우:
RL = d·(na-nc)/(d1c·△n)
NZ = (na-nc)/(na-nb),
파라미터 RL 및 NZ를 적절히 선택해서 결합하므로써 거의 모든 방향에서 매우 양호한 시야각 특성을 갖는 바람직한 콘트라스트비를 갖고 있는 액정 표시 장치를 실현하는 것이 가능하다.
본 발명은 시야각 변화에 기인한 표시 품질의 변화가 매우 작은 통상 블랙 모드의 액정 표시 장치를 제공한다. 본 발명의 액정 표시 장치는 종래의 넓은 시야각 액정 표시 장치에서와 같이 생산 효율과 투과도를 희생시키지 않는다. 본 발명의 액정 표시 장치는 컴퓨터 모니터로서의 액정 표시 장치 및 비디오 화상 표시용의 액정 표시 장치와 같은 넓은 시야각이 요구되는 다양한 표시 장치 응용에 적합하게 사용될 수 있다.
본 발명의 제2 부분은 예 3-16을 포함하며 이하 설명된다.
먼저, 본 발명에 따른 액정 표시 장치의 동작 원리는 도 18을 참조하여 설명될 것이다.
도 18은 본 발명의 액정 표시 장치(1800)를 개략적으로 표시하며 투과형 액정 표시 장치도 도시하고 있다.
액정 표시 장치(1800)은 액정층(101), 액정층(101) 양단에 전압을 인가하기 위한 한 쌍의 전극(100a 및 100b), 액정층(101)의 각 측면에 설치된 한쌍의 위상판(102 및 103) (이 위상판은 물론 그것이 적절한 굴절률 이방성을 갖고 있는 한 위상차 보상막, 액정셀 등을 구비하는 임의 유형이라도 좋다), 각각 위상판(102 및 103) 각각에 제공된 다른 한 쌍의 위상판(104 및 105), 한 쌍의 편광판(110 및 111), 및 사이에 앞서 열거한 소자들이 삽입될 수 있도록 직교 니콜스 배치로 설치된 한 쌍의 편광판(108 및 109)을 구비한다. 편광판(104, 105, 110 및 111)은 선택적인 것이므로, 설치하지 않아도 좋고 이들중 하나 이상의 임의 적절한 조합을설치할 수도 있다. 도 18의 각각의 타원은 액정 분자를 개략적으로 나타내며, 화살표 각각은 편광판들 - 이들 각각은 포지티브 단축 특성을 갖고 있다 - 중 하나의 굴절률 인덱스의 굴절률 타원의 축을 나타내다. 이 축을 따라서 타원은 그의 최대 굴절률(즉, 위상-지연축)을 갖는다. 도 4에 도시된 편광판(108 및 109)에서의 화살표는 그의 각각의 편광축(투과축)을 가리킨다.
도 18은 하나의 화소에 대응하는 액정층(101)을 도시한 것으로서, 그 안의 액정 분자들의 배향은 인가 전압이 없는 경우에 해당한다. 액정 재료로서는, 포지티브 유전 이방성을 가진 네마틱 액정 재료 (또는 'Np 액정 재료')가 사용될 수 있다. 액정 분자들은 기판 쌍(도시되지 않음)의 표면들에 실질적으로 평행하게 배향된다. 기판 쌍에서 액정층(101)에 대향하는 측에 전극들(100a, 100b)이 구비되어 그들 사이에 액정층(101)을 개재시킨다. 전극들(100a, 100b) 사이에 전압을 인가함으로써, 액정층(101)을 가로질러 기판 표면과 실질적으로 수직을 이루는 방향으로 전계가 인가된다.
도 18에 도시된 바와 같이, 액정층(101)은 각 축 영역마다 서로 배향이 다른 제1 도메인(101a) 및 제2 도메인(101b)을 포함한다. 도 18에 도시된 예에서는, 제1 도메인(101a)의 액정 분자들의 방향자 및 제2 도메인(101b)의 액정 분자들의 방향자가 서로에 대하여 약 180°의 방위각을 형성하도록 배향된다. 액정 분자들의 배향은, 전극들(100a, 100b) 사이에 전압이 인가될 때, 제1 도메인(101a)의 액정 분자들은 시계 방향으로 일어나고, 제2 도메인(101b)의 액정 분자들은 반 시계 방향으로 일어나도록, 즉 서로 다른 도메인의 분자들이 반대 방향으로 일어나도록제어된다. 그러한 액정 분자 방향자들의 배향은 얼라인먼트막을 이용한 당 기술 분야에 공지된 여하의 배향 제어 기술을 이용하여 달성될 수 있다. 복수 개의 그러한 제1 도메인들 및 복수 개의 그러한 (방향자가 제1 도메인들의 방향자와 약 180°다른 방향으로 배향되어 있는) 제2 도메인들이 각 축 영역에 제공되면, 시야각 특성이 훨씬 더 균일해질 수 있다.
따라서, 서로 다른 배향을 가진 복수 개의 영역들로 각각 분할되는 화소들을 가진 액정 표시 디바이스(100) 상의 그레이 스케일 화상을 볼 때, 수직선으로부터 1제1 도메인(101a)을 향하여 시야각을 기울이는 동안에 겪게 되는 화상의 휘도 변화는 제2 도메인(101b)을 향하여 시야각을 기울이는 동안에 겪게 되는 것과 대칭적이다. 제1 도메인(101a)의 면적은 제2 도메인(101b)의 면적과 실질적으로 동일한 것이 바람직하다. 각 도메인들의 면적은 각 화소 영역마다 서로 동일할 필요는 없지만, 전체 표시면에 대하여 제1 도메인들(101a)의 총면적이 제2 도메인들(101b)의 총면적과 실질적으로 동일한 경우에 사실상 동일한 효과가 얻어질 수 있다. 따라서, 배향의 분할을 취하는 방법은 상술한 것에 국한되지는 않는다.
도 18에 도시된 바와 같이, 제1 도메인(101a)의 액정 분자들의 방향자 및 제2 도메인(101b)의 액정 분자들의 방향자는 서로에 대하여 약 180°의 방위각을 형성하도록 배향된다. 이 방향은 도 18에서 화살표(609)에 의해 지시되는 방향과 평행하다. 따라서, 표시면에 수직 방향으로 입사되는 광에 대한 액정 분자들의 굴절률은 편광 방향이 방향(609)을 따르는 편광에 대하여 최대이고, 편광 방향이 방향(609)와 수직을 이루는 방향(608)을 따르는 편광에 대하여 최소이다. 본 명세서에서는, 방향(609)은 인가 전압의 부재시 액정층의 위상 지연 축을 따르는 것으로 가정한다. 일반적으로, 인가 전압의 부재시 액정층의 위상 지연 축의 방향은 액정층의 두께를 따라서 중앙에 있는 액정 분자들이 인가 전압에 응하여 일어나는 방위각으로서 정의된다. 이 정의는 액정 분자들이 기판 표면과 수직으로 배향되는(반평행 배향(anti-parallel orientation)을 포함) 액정층에만 적용되는 것이 아니라, 액정 분자들이 트위스트 배향(twist orientation)되는 액정층에도 적용된다.
위상차 보상 소자들(102, 103) 각각은 일반적으로 포지티브 단축 굴절률 이방성을 갖고, 인가 전압의 부재시 그 위상 지연 축이 액정층(101)의 위상 지연 축과 수직을 이루도록 배치된다. 따라서, 인가 전압의 부재시 액정 분자들의 굴절률 이방성에기인하는 누광을 제어하는 것이 가능하고, 따라서, 양호한 블랙 표시 (또는 바람직한 노멀 블랙 특성)을 얻을 수 있다.
위상차 보상 소자들(104, 105) 각각은 일반적으로 포지티브 단축 굴절률 이방성을 갖고, 그 위상 지연 축(도 18에서 화살표에 의해 지시되는 방향)이 기판 표면과 수직 (즉, 액정층(101), 위상판(102), 또는 위상판(103)와 수직)을 이루도록 배치되어 시야각의 변화와 관련된 투과율의 변화를 보상한다. 특히, 블랙 표시에서 시야각의 변화와 관련된 누광 (블랙 표시의 열화)이 억제된다. 따라서, 위상판들(104, 105)을 구비함으로써 시야각 특성이 훨씬 더 양호한 표시를 생성하는 것이 가능하다. 그러나, 다르게는, 위상판들(104, 105)은 선택적이며, 위상차 보상 소자들(104, 105)이 전혀 구비되지 않거나 하나만 구비될 수 있다.
위상판들(110, 111) 각각은 일반적으로 포지티브 단축 굴절률 이방성을 갖고, 그 위상 지연 축(도 18에서 화살표에 의해 지시되는 방향)이 편광판의 편광축과 수직 (즉, 액정층(101) 및 편광판들(102, 103)에 대하여 약 45°)을 이루도록 배치되어 타원 편광의 편광축의 회전을 보상한다. 따라서, 위상판들(110, 111)을 구비함으로써 시야각 특성이 훨씬 더 양호한 표시를 생성하는 것이 가능하다. 그러나, 다르게는, 위상판들(110, 111)은 선택적이며, 위상차 보상 소자들(110, 111)이 전혀 구비되지 않거나 하나만 구비될 수 있다.
상기 위상판은 단축 굴절률 이방성을 가질 필요는 없으며, 다르게는 포지티브 2축 굴절률 이방성을 가질 수도 있다. 이하의 다른 실시예들에서는, 포지티브 2축 굴절률 이방성을 가진 위상판이 사용되는 경우에 대하여 설명하겠다.
이하, 본 발명의 구성 요소들을 보다 상세히 설명하겠다.
Np 액정 재료: 포지티브 유전 이방성을 가진 네마틱 액정 재료
널리 사용되는 TN 모드의 액정 표시 디바이스의 경우처럼, 본 발명은 수평 얼라인먼트 처리를 받은 기판, 및 Np 액정 재료를 채용한다. 따라서, 액정 주입 공정에 소요되는 시간은 수직 얼라인먼트 처리를 받은 기판 및 Nn 액정 재료를 채용하는 일본 공개 특허 평7-28068호의 액정 표시 디바이스에서 소요되는 시간의 약 절반으로 단축될 수 있다. 일반적으로, Np 액정 재료는 Nn 액정 재료보다 낮은 점도를 가지며, 수평 얼라인먼트 처리를 받은 기판은 수직 얼라인먼트 처리를 받은 기판보다 액정 재료에 대해 보다 높은 습윤성(wettability)을 가진다. 이들 요인들이 합해져서 고속 액정 주입을 가능케 하는 승산 효과를 제공한다. 액정 주입 공정은 액정 표시 디바이스의 제조에 소요되는 총 시간에서 상당한 비율을 차지한다. 그러므로, 이 공정의 상당한 단축은 액정 표시 디바이스의 제조 효율의 상당한 개선으로 이어진다.
수직 전계
본 발명에 따르면, 사이에 액정층을 개재시키도록 배치된 한 쌍의 전극 (그중 하나는 투명해야 함)이 액정층을 가로질러 수직(기판과 수직) 전계를 인가하여 액정 분자들을 동작시키는 데 사용된다. 그러므로, 종래의 TN 모드 액정 표시 디바이스에 필적하는 애퍼처 비(aperture ratio)를 실현하는 것이 가능하다. 따라서, IPS 모드의 경우처럼 화소 영역 내에 불투명 전극을 구비할 필요가 없으며, 이에 따라서 IPS 모드의 액정 표시 디바이스보다 큰 애퍼처 비를 가진 액정 표시 디바이스를 얻는 것이 가능하다.
배향 분할
당 기술 분야에서 현재 널리 사용되는 TN 모드를 포함하여, 액정층의 두께 방향으로 액정 분자들을 이동시킴으로써 투과율이 가변되는 액정 표시 디바이스는 사야각에 상당히 좌우되는 표시 휘도를 가진다(열등한 시야각 특성). 도 5a, 5b, 5c를 참조하여 이에 대하여 더 설명하겠다. 도 5a, 5b는 트위스트 배향을 갖는 액정층(203)을 구비한 액정 표시 디바이스를 개략적으로 도시한 것이다. 도 5a, 5b를 참조하면, 교차 Nicols 배치(crossed Nicols arrangement)로 배치된 한 쌍의 편광판들(206, 207) 사이에 한 쌍의 전극들(201, 202)이 구비되어 있다. 액정층(203)은 전극들(201, 202) 사이에 개재되어 있다. 도 5a, 5b는 액정층(203)의 두께를 따라 중앙에 있는 액정 분자가 도면 평면을 따라서 장축을갖도록 도시되어 있다 (그러한 분자가 가장 길어 보인다). 도 5a, 5b는 인가 전압이 있는 경우와 없는 경우에 해당한다.
도 5a에 도시된 바와 같이, 액정층(203)의 두께를 따라서 중앙에 있는 액정 분자(203a)는 기판 표면과 실질적으로 평행하게 배향된다. 이 상태는 시야각(204) 및 시야각(205)으로부터 동일한 것처럼 보인다. 도 5b에서와 같이 그레이 스케일 전압이 인가되면, 서로 다른 시야각들로부터 서로 다른 상태가 관찰된다. 이는 포지티브 굴절률 이방성 (시가 형상의 굴절률 타원)을 가진 액정 분자들 때문이다. 인가 전압에 응하여, 액정 분자(203b)는 그 프리틸트 각에 의해 정의되는 방향 (이 예에서는 반 시계 방향)으로 일어난다. 시야각(204)으로부터 (액정 분자(203b)의 장축을 따라서) 액정 분자(203b)를 보면, 시가 형상의 굴절률 타원의 굴절률 이방성이 사라진다 (분자(203b)는 원형을 갖는 것으로 보인다). 시야각(205)으로부터 액정 분자(203b)를 보면, 굴절률 이방성이 절정이 된다.
따라서, 액정 셀 내의 액정 분자들(203b)을 시야각(204)에서 볼 때, 대다수의 분자들은 원형, 즉 액정층의 굴절률의 이방성이 증가하는 것처럼 보인다. 따라서, 편광판(206)을 투과하는 선형-편광된 광이 액정층(203)에 의해 변화되지 않고도 편광판(207)에 도달한 후, 편광판(206)의 편광축과 수직인 편광판을 가지는 편광판(207)에 의해 차단되며, 이에 의해서 투과율이 저하된다. 시야각(205)에서 액정 셀 내의 액정 분자(203b)를 볼 때, 대다수의 분자들은 신장되는 형태, 즉 액정층(203)의 굴절률의 이방성이 최고점에 도달하는 것처럼 보인다. 따라서, 편광판(206)을 투과하는 편광된 광은 편광판(207)을 통해 최대 광량이 투과할 수있도록 액정층(203)에 의해서 변화된 편광을 갖게 된다.
따라서, 도 5c에 도시된 바와 같이, 액정 분자들이 증가하는 방향과[도 5b의 시야각(204)] 그 반대 방향[도 5b의 시야각(205)] 사이의 시야각이 경사를 이루면서 발기가 사실상 변화하게 된다. 전형적으로, 시야각들(204 및 205)은 각각 패널의 하측(6시 방향)과 상측(12시 방향)에 대응하도록 세트된다. 도 5c는 다양항 인가 전압등에 대한 다양한 투과율 곡선을 도시한다. 수직 방향에서 보다 높은 투과율은 보다 높은 인가 전압(통상적으로 백색 모드)에 대응한다.
따라서, 종래의 TN 모드에서는, 액정 분자의 배향성(orientation)에 따라 시야각이 경사를 이루면서 밝기도 사실상 변화한다. 상기의 설명으로부터 명백해지는 바와 같이, 이러한 그레이 스케일 특성에서의 불균형은 TN 모드에서 뿐만 아니라, 액정 분자들이 액정 셀의 두께에 따라 운동하고 배향 분할이 이용되지 않는 다른 다양한 표시 모드에서도 공통으로 나타난다.
화소를 서로 다른 배향성을 갖는 다수의 영역들로 분할하므로써, 시야각에 대한 그레이 스케일 특성에서의 불균형이 개선되어, 상하 방형으로 그리고 좌우 방향으로 균형적인 그레이 스케일 특성(시야각 특성)을 얻을 수 있다. 이것은 또한 도 6a 내지 6e를 참조하여 설명할 수 있다. 예를 들면, 도 6a 및 도 6b에 도시된 바와 같이, 각각의 화소 영역은 두개의 영역(두개의 도메인)(A 및 B)로 분할되는데, 이 2개의 영역들은 액정 분자들이 약 180°로 서로 다른 방향으로 인가된 전압에 대해서 증가된다. 인가 전압이 없는 경우에는, 도 6a 에 도시된 바와 같이, 양 영역에서의 액정 분자는 기판 표면과 거의 평행하게 얻어진다(프리틸트 각은 설명을 간단히 하기 위해 무시함). 그레이 스케일 전압이 인가되는 경우에는, 도 6b에 도시된 바와 같이, 영역 A 내의 액정 분자(303a)는 반시계 방향으로 증가하고 영역 B에서 액정 분자(303b)는 시계 방향으로 증가한다(프리틸트 각에 의해서 상승 방향이 규정됨). 상술한 바와 같이, 영역 A 및 B에서의 그레이 스케일 특성은, 도 6c 및 도 6d에 도시된 바와 같이, 시야각(304 및 305)에 의존한다. 영역 A 및 B가 한 개의 화소 영역 상에 존재하고, 따라서 총괄하면 화소 영역에서의 그레이 스케일 특성은, 고려되고 있는 영역 A 및 B의 각각의 면적들 간의 비에 대한 도 6c 및 6d에 도시된 각각의 그레이 스케일 특성의 평균이다. 따라서, 영역 A의 면적 SA와 영역 B의 면적 SB 사이의 비를 1 : 1로 설정하여, 도 8e에 도시된 바와 같이 시야각(304 및 305)에 대칭되는 그레이 스케일 특성을 얻을 수 있다.
다음에는, 배향 분할 효과를 얻을 수 있는 범위를 추정할 수 있도록 비 SA : SB와 그 결과로서 그레이 스케일 특성을 설명할 것이다. 도 7a는, 법선 방향에서의 투과율이 약 50%로 인가된 전압에 대해 얻은 도 6e의 그레이 특성 곡선들중 한 곡선에 대한 시야각을 도시한 것이고, 도 7b는 영역 A 및 B의 면적 SA 및 SB 사이의 비 TA/TB와 비 SA/(SA+SB) 사이의 관계를 도시한 것이다. TA 및 TB는 시야각(304)(패널의 상부측을 향함) 및 시야각(305)(패널의 하부측을 향함)에서 각각 50。 방향으로 얻어진 투과율이다. 도 7b로부터, 비 SA/(SA+SB)가 0.5일 때 그레이 스케일 특성이 업-다운 방향(즉, TA/TB=약 1)에서 대칭을 이룬다는 것을 알 수 있다.
서로 다른 배향성을 갖는 분할 영역들의 개수는 2로 한정되지 않으며, 액정분자 증가 방향을 갖는 한 영역의 총 면적 및 반대의 액정 분자 증가 방향을 갖는 다른 영역의 총 면적이 전체 액정 면에 대해서 서로 거의 동일해지는 임의의 개수이다. 표시 불균일성의 관점에서, 분할된 영역은 소면적을 가지며, 각각의 화소 영역은 서로 다른 배향성을 가지는 2개 이상의 도메인으로 분할된다. 따라서, 도 7c 및 도 7d에 도시된 바와 같이, 각각의 화소 영역은 다른 방식으로 배열된 다수의 영역 A와 다수의 영역 B를 가질 수도 있다. 배향 분할 단위의 크기를 감소시킴으로써, 예를 들면 다수의 영역 A와 다수의 영역 B를 각각의 화소 영역 내에 제공함으로써, 시야각의 특성이 보다 균일해질 수 있다. 이는, 도 7e에 도시된 바와 같이, 액정 표시 장치를 경사진 방향에서 볼 때, (화살표 402A 또는 402B로 표시되는) 영역 A 및 B중 하나를 투과하는 광에 대한 (화살표 401로 표시되는) 영역 A 및 B 모두를 투과하는 광의 비가 증가하기 때문이다.
노멀 블랙 모드 및 콘트라스트비의 개선
본 발명은, 인가 전압이 없을 경우 블랙 표시를 제공하는 정규 블랙 모드 상태에서 있고, 시야각 특성을 향상시키기 위해서 위상차 보상 소자를 이용한다. 이하 명세서에서 사용되는 시야각 특성은, 액정 표시 장치의 표시면과 수직인 방향으로부터 경사진 시야각을 쪽으로 시야각을 기울였을 때 관찰되는 표시 화상에서의 변화로 참조된다. 이러한 시야각 특성 (시야각에 따라 변화하는 표시 특성)은 그레이 스케일 내의 변화, 콘트라스트 비의 변화, 컬러의 변화 등을 포함한다. 그레이 스케일 내의 변화는 상술한 바와 같이 배향 분할에 의해서 개선될 수 있다. 다음에는정규 블랙 모드와 위상차 보상 소자의 조합에 의해서 제공되는 콘트라스트비에 대한 시야각의 개선을 설명할 것이다.
콘트라스트 비(CR)는 최대 투과율(화이트 표시시의 투과율)을 최소 투과율(블랙 표시시의 투과율)로 분할하여 얻은 값으로 정의된다. 일반적인 액정 표시 장치에서, 경사진 시야각에 대한 투과율의 변화는 화이트 표시할 때보다는 블랙 표시할 때 크다. 따라서, 경사진 시야각에 대한 블랙 표시할 때의 투과율의 변화(또한, 블랙 표시시의 열화로 공지됨)가 개선되어 콘트라스트 비에 따른 시계이 개선된다.
이를 도 8a 내지 8f를 참조하여 설명할 것이다. 정규 블랙 모드를 실현하기 위해서, 액정 분자들이 인가 전압이 없을 때 기판 표면과 평행하게 배향되는, 액정층의 굴절률 이방성을 보상(상쇄)하는 것이 바람직하다. 이 보상은 도 4에 도시된 바와 같이 위상판(102 및 103)에 의해 제공된다. 도 8a에 도시된 예에서, 위상판(502 및 503)는 위상판(102 및 103)의 기능과 동일한 기능을 제공한다. 도 8a에 도시된 바와 같이, 본 발명의 액정층은 인가 전압이 없을 때에 거의 수평의 배향성을 갖는다. 액정층은 액정 표시 장치의 수직 방향에서 볼 때, 도 8b의 화살표(508)에 의해 표시된 방향(배향)을 따라 최대의 굴절률이 얻고, 화살표(508)로 표시된 방향의 수직 방향을 따라 최소의 굴절률을 얻는다. 본 발명에서, 최대 및 최소 굴절률 사이의 차를 액정층의 두께, 즉 액정층의 지연 값으로 곱하여 얻어진 값은 약 250㎚(약 50㎚ 내지 약 500㎚)로 설정된다. 따라서, 위상판(502 및 503)없이도, 이들 사이에 개재된 액정층(501)은 복굴절 효과로 인하여 광을 투과시킬 것이라는 것을 알 수 있다. 이에 비추어 볼 때, 각각 단축의 굴절률의 포지티브이방성을 갖는 위상판(502 및 503)가 사용되어 정규 블랙 모드 특성을 실현하게 된다. 보다 상세하게는, 위상판(502 및 503)의 지연 값이 액정층의 지연 값의 약 1/2, 즉 약 125㎚로 설정되고, 그 위상 지연 축들은 각각 [화살표(508)과 수직인] 화살표(509 및 510)와 정렬된다. 각각의 위상판(502 및 503)의 지연 값은 약 125㎚에 한정되지 않는다.
위상판(502 및 503)의 지연 값들의 합은 액정층의 지연 값들의 합과 거의 동일해야만 하고, 이에 의해서 인가 전압이 없을 때 수직 방향에서 보았을 때 블랙 표시를 생성해야 한다.
또한, 액정층의 지연 값에 따른 파장을 위상판(502 및 503)의 지연 값들의 합에 따른 파장에 대해서 (거의 동일하게) 조정하고, 이에 의해서 인가 전압이 없을 때, 수직 방향에서 볼 때의 원하는 블랙 표시를 얻는 것이 바람직하다. 따라서, 액정층에서의 복굴절 효과가 위상판의 복굴절 효과에 의해서 보상될 수 있어, 정상의 블랙 모드 특성을 얻을 수 있다.
다음으로, 노멀리 블랙 모드에서 블랙 표시의 데그러데이션을 개선하기 위한 위상차 보상과 노멀리 화이트 모드에서의 위상차 보상과의 차이를 설명한다. 인가 전압이 없이 블랙 표시가 발생되는, 도 8a에 도시된 바와 같은 액정 표시 장치에 있어서, 액정층 내의 영역 A와 B는 실질적으로 동일한 배향을 갖는다. 도 8d에 도시한 바와 같이, 인가 전압이 없이 블랙 표시가 생성되는 노멀리 화이트 모드에서 영역 A와 B는 다른 배향을 갖는다. 이것은 블랙 표시에서 지연 값의 시야각 의존성에 영향을 준다.
도 8c는, 도 8a의 화살표(520) 방향과 화살표(521) 방향간의 시야각을 시프팅할 때 관찰되는, 영역 A 및 B에 대한 지연 값의 변화를 도시한다. 도 8g는, 도 8a의 화살표(522) 방향과 화살표(523) 방향간의 시야각을 시프팅할 때 관찰되는 지연 값의 변화를 도시한다. 비교를 위해, 도 8f는, 도 8d에 도시한 바와 같이, 노멀리 화이트 모드에서 화살표 (520) 방향과 화살표(521; 도 8e) 방향간의 시야각을 시프팅할 때 관찰되는 지연 값의 변화를 도시한다. 도 8h는, 도 8d에 도시한 바와 같이, 노멀리 화이트 모드에서 화살표 (522) 방향과 화살표(523; 도 8e) 방향간의 시야각을 시프팅할 때 관찰되는 지연 값의 변화를 도시한다.
도 8c 와 8g를 참조하면, 어느 시야각(520, 521, 522, 및 523)에 대해서도, 영역 A에서의 지연 값의 시야각 의존성은 영역 B에서의 것과 거의 동일하다. 게다가, 지연의 변화는 어느 시야각(520, 521, 522, 및 523)에서도 거의 동일하다. 특히, 지연 값의 한계(도 8c와 8g의 커브의 기저)는 어느 시야각(520, 521, 522, 및 523)과 어느 영역(도면에서 0°에서)에 대해서도 동일한 정도로 나타난다. 그러므로, 본 발명에 따르면, 동일한 위상차 보상 소자를 이용하여 영역 A와 B의 양쪽에서 노멀리 블랙 모드의 위상차를 보상하는 것이 가능하다. 더구나, 한계는 0°이므로, 위상차 보상 소자의 굴절률의 2개의 주축은 액정 패널과 평행한 평면으로, 그외 다른 주축은 액정 패널 표면의 수직에 평행하게 배열되는 것이 가능하다. 위상차 보상 소자는 단축형일 수도 있다. 이것은 블랙 표시에서 액정층이 영역 A와 영역 B에서 실질적으로 동일한 배향을 가진다는 사실에 기인한다. 게다가, 도 8c와 8g를 비교해 보면, 어느 시야각(520, 521, 522, 및 523)에 대해서도 실질적으로동일한 변화가 나타나는 것을 알 수 있다. 이것은 액정 분자가 수평 배향 상태가 되어, 액정층의 위상 지연축과 위상판(502, 503) 각각의 위상 지연축이 동일 평면내에 있고 서로 수직이다는 사실에 기인한다. 그러므로, 굴절률의 주축 중 하나가 위상판 표면의 수직에 평행하고, 그외 다른 2개의 주축이 위상판의 표면에 평행인 평면에 존재하는 영역 A와 영역 B에 대해, 동일한 위상차 보상 소자를 이용하여 위상차를 보상함으로써 블랙 표시의 데그러데이션을 개선할 수 있다는 것은 자명하다.
도 8f를 참조하면, 영역 A와 B에 대해서 방향(520, 521)간 지연 값의 변화의 각각은 실질적으로 서로 다르다. 예를 들면, 영역 A에 대한 지연 값의 최소값은 화살표(520)의 방향에서 봤을 때이고, 반면에 영역 B에 대한 지연 값의 최소값은 화살표(521)의 방향에서 봤을 때이다.
이상의 설명을 토대로, 도 8a에 도시된 바와 같이 액정 표시 장치에서 블랙 표시의 열화를 개선하기 위해서는 영역 A와 B에 대해 각각 다른 위상차 보상 소자를 제공하는 것이 필요하다. 영역 A와 B는 하나의 화소 영역을 나누어 얻어지므로 매우 작은 면적을 가지게 되기 때문에, 실제 블랙 표시의 데그러데이션을 개선하기 위한 위상차 보상을 제공하는 것은 어렵다.
표시 패널의 수직에 따라 위상 지연축을 갖는 위상판
도 18에 도시된 위상판(104, 105)은 액정층(101), 및 위상판(102, 103)에 대해 지연의 변화를 보상하기 위해 제공됨으로서, 블랙 표시의 데그러데이션을 보상한다. 특히, 위상판(104, 105)은 도 8c와 8g에 도시한 바와 같이 지연 값의 시야각 의존성을 보상하기 위해 제공되므로, 지연 값은 시야각에 관계없이 일정하다(거의 제로). 이것을 달성하기 위한 구체적인 방법은, 블랙 표시에서 위상 지연축은 액정 셀에 평행인 평면에 포함되고, 그 위상 지연축은 액정 셀의 표면의 수직에 평행인 액정 표시 장치의 경우에, 포지티브 단축 굴절률 이방성을 갖는 위상판을 이용하면서, 도 18에 도시된 바와 같이 각각이 포지티브 단축 굴절률 이방성을 갖는 액정 셀과 위상판을 사용하는 것이다.
이것은 액정 분자와 위상판의 굴절률 이방성의 각도 변화에 특별히 주의하면서, 도 9를 참조하여 간단하게 설명한다. 도 9는 액정층(101)의 굴절률 타원(601)과 위상판(102, 103)의 굴절률 타원(602, 603)을 각각 도시한다. 굴절률 타원의 각각은 포지티브 단축성를 가지고 있고, 그 광축은 액정 셀의 표면에 평행인 평면에 위치하고 있다.
굴절률 타원(706; 위상 지연축(704)와 거기에 수직인 타원(705))을 봤을 때 관찰되는 굴절률의 변화를 도 10a 내지 10e를 참조하여 기술한다. 첫째로, 액정 표시 장치를 수직 방향에서 보는 경우를 설명한다. 액정층 또는 위상판의 복굴절성에 기여하는 굴절률 이방성은, 축(702, 703)에 평행한 방향을 따라 각각 얻어지는 2개의 굴절률간의 차이이다, 여기에서 각 축은, 평면의 수직이 입사되는 직선 편광의 경로를 따르는 그 평면내에 존재하고, 직선 편광의 편광축(701)에 대해 약 45°의 각을 형성한다. 그러므로, 수직 방향으로의 투과율에 기여하는 굴절률 이방성은 도 10a에 도시된 바와 같이 굴절률 na1과 nb1과의 차이 na1-nb1이다.
액정 분자와 위상판의 굴절률 타원의 장축을 따라 시야각을 시프팅할 때 관찰되는 투과율의 변화에 기여하는 굴절률 이방성은, 도 10b에 도시된 바와 같이 굴절률 na2와 nb2와의 차이 na2-nb2이다. 그러한 경우에, 도 10b에 도시된 바와 같이, 굴절률 na2는 도 10a의 na1에 비례하여 감소한다. 값 nb1과 nb2는 서로 동일하다(nb1=nb2). 그러므로, 굴절률 타원의 장축을 따라 시야각을 경사지게 하는 동안 굴절률 이방성은 감소된다.
도 10c에 도시된 바와 같이, 시야각을 굴절률 타원의 단축을 따라 시프팅하는 동안 투과율의 변화에 기여하는 굴절률 이방성은 굴절률 na3와 nb3간의 차이 na3-nb3이다. 그러므로, 시야각을 굴절률 타원의 단축을 따라 시프팅하는 경우 굴절률 이방성이 변화되지 않는다.
최종적으로, 표시 장치의 표시면의 수직에 대응하는 굴절률 타원의 주축을 설명한다. 수직 방향으로의 투과율에 기여하는 굴절률은 도 10d에 도시한 바와 같이, 굴절률 na4와 nb4와의 차이 na4-nb4이다. 그러므로, na4 = nb4가 되는 굴절률 타원을 가지는 위상판을 이용하는 경우, 수직 방향으로의 투과율은 변하지 않는다. 시야각이 경사진 방향으로 시프트되는 경우, 투과율에 기여하는 굴절률은 굴절률 na5와 nb5와의 차이 na5-nb5이다. 그러한 굴절률 타원에서, 시야각이 수직 방향으로부터 경사짐에 따라 굴절률 이방성은 증가한다. 그래서, 굴절률의 변화를 보상하는 효과를 제공한다.
도 10a 내지 10e를 참고로 제공된 단일 굴절률 타원의 경우에 대한 설명을 기초로, 본 발명의 일 실시예에 따라 도 9에 도시된 굴절률 타원의 그룹에 의해 제공되는 위상차 보상 효과를 이하에 요약한다. 표 8은 도 9에 도시된 본 발명의 일실시예에 따라 인가 전압이 없이 액정층과 위상판을 나타내는 굴절률 타원의 그룹에 입사되는 직선 편광(편광 방향 (607))으로 각 방위각(608, 609)를 향하여 시야각을 시프팅하는 경우 투과율에 영향을 미치는 굴절률 이방성의 변화(증가/감소)를 나타내고 있다.
| 시야각이 시프트되는 방향 | 수직 방향에 대한 굴절률 이방성의 변화 | 그룹(601, 602, 603)에 대한 그룹(604, 605)의 보상 효과 | ||
| 601 | 602, 603 | 604, 605 | ||
| 608 | 변화 없음 | 감소 | 증가 | 예 |
| 609 | 감소 | 변화 없음 | 증가 | 예 |
굴절률이 액정 표시 장치의 표면에 수직인 방향에서 최대인 굴절률 타원을 갖는 위상판에 의해 경사 방향으로의 시야각 변화를 보상할 수 있다는 것을 표 8로부터 알 수 있다. 더구나, 투과율에 기여하는 굴절률은 입사하는 직선 편광의 편광축에 대해 약 45°의 방향으로의 굴절률이다. 그러므로, 이 방향으로의 굴절률이 액정 표시 장치의 표면에 수직인 방향으로의 굴절률보다 더 작은 것이 바람직하다는 것은 자명하다.
액정층의 위상 지연축에 대해 45°의 위상 지연축을 가지는 위상판
도 18에 도시된 위상판들(110, 111)은 그 상부에 타원으로 분극화된 광(선형적으로 분극화된 광을 포함) 입사의 주축을 회전시킨다.
콘트라스트비를 향상시키기 위하여, 경사진 방향으로부터 보여지는 블랙 표시의 투과율의 증가를 억제할 필요가 있다. 바꾸어 말하자면, 임의의 방향으로부터 편광판(109) 상에 입사되는 분극화된 광은 선형적으로 분극화된 광일 필요가 있으며, 이 선형적으로 분극화된 광의 편광축은 편광판(109)의 편광축(전송축)에 수직이고, 또는 타원적으로 분극화된 광의 타원율은 실질적으로 제로이고 그 주축은 편광판(109)의 편광축에 수직한다. 시야각의 변화에 관련된 액정층(101)의 지연 속도의 변화는 전술된 위상판(104, 105)에 의해 보상된다. 우선적으로 지연의 변화에 대한 보상은 타원적으로 분극화된 광의 타원율의 증가의 억제에 해당한다(즉, 증가를 실질적으로 제로로 억제함). 게다가, 바람직한 콘트라스트를 구하기 위하여, 시야각의 변화에 관련된 타원적으로 분극화된 광의 주축의 회전을 보상할 필요가 있다. 위상판들(110, 111)은 타원적으로 분극화된 광의 회전을 보상한다.
도 19는 블랙 표시의 투과율과 위상판(110, 111)이 지연값 사이의 관계를 나타낸 것으로, 시야각은 액정 분자의 긴축에 평행한 방위각에 약 60°로 설정된다(그 방향은 화살표(609)로 표시됨). 도 19로부터 명백한 바와 같이, 바람직한 블랙 표시는 위상판(110, 111)의 지연값을 적절하게 설정하고 타원적으로 분극화된 광의 주축의 회전각을 조정함으로써 구해질 수 있다. 위상판들(110, 111) 중 하나만이 대용적으로 사용될 수도 있다.
다음 예에서 공통적으로 사용된 액정층, 편광판 및 위상판을 특정화한 파라미터에 대한 선명도(definition)가 설명될 것이다.
각각의 파라미터들, 특히 각은 액정 패널 상에 적절하게 취해지는 XYZ 수직 좌표계에 기초하여 정의된다. 도 1a-1c에 도시된 바와 같이, 기준 좌표계는 액정 패널에 평행한 XY 평면만을 가질 필요가 있고, X 및 Y축의 방향은 수직 방향에는 제한되지 않는다(예를 들면, 도 1A-1C에 도시된 것들 어느 것이나 될 수 있음).그러나, 특정 액정 표시 장치에 대해, 한 세트의 축들은 액정층, 편광판 및 그 위상판에 공통적으로 취해진다는 것에 유의하라. 다음 설명에서, 기준 좌표계의 주축은 각기 'X_REF', 'Y_REF' 및 'Z_REF'로 지칭된다.
액정층의 액정 분자들의 배향을 특정화한 파라미터들은 도 2a-도 2d를 참조하여 기술될 것이다. 도 2a는 액정 셀을 나타내는 사시도이다. 간편성을 위하여, 액정 분자의 배향이 일정한 단일 영역을 이하에 기술될 것이다. 화소 영역이 상이한 배향을 가진 복수 개의 영역으로 분리되는 경우, 각 영역의 액정 분자층을 특정화한 파라미터는 ①액정층의 지연값; ②액정층의 트위스트각; 및 ③액정분자들(그 두께를 따라 액정층의 중앙에 위치한 것들)의 배향을 포함한다(즉, 액정층의 위상 지연축).
도 2b는 액정층을 도시한 단면도이다. 액정층의 지연값은 기판(5101)과 (5102) 사이에 중첩된 액정층의 액정 재료(5103)의 굴절률 이방성 Δn과 기판(5101)(예를 들면, 상부에 컬러 필터가 제공된 기판)과 기판(5102)(예를 들면, 상부에 TFT 어레이가 제공된 기판)의 거리 d의 곱 d·Δn으로서 정의된다(거리 d1c는 액정층의 두께 = 셀 갭에 해당함).
도 2c는 관찰자측으로부터 보여지는 액정 셀의 평면도이다. 라인(5104)은 광원측 기판(5102)에 인접한 액정 분자의 긴축에 평행하고, 라인(5105)은 관찰자측 기판(5101)에 인접한 다른 액정 분자의 긴축에 평행하다. 간편성을 위하여, 이것은 액정 분자들의 트위스트각이 90°이하인 다음 설명에서 취해진다. 여기서, 액정층의 트위스트각은 라인(5105)을 맞추기 위하여 라인(5104)을 회전시킴으로써 구해진 각으로서 정의되는 데, 여기서 포지티브 트위스트 각은 라인(5104)을 시계 반대 방향으로 회전시킴으로써 구해진다. 앞에서 정의된 각은 도면에서 'θtwist'로 표시된다.
액정층의 배향은 다음과 같이 정의된다. 도 2c를 재참조하면, 라인(5106)은 각 θtwist를 동일하게 이등분한 것으로 나타나 있다. 라인(5106)은 두께를 따라 액정층의 중앙에 위치한 액정 분자가 인가된 전계에 반응하여 상승하는 방향을 나타낸다. 이 방향은 액정층의 배향 또는 위상 지연축이라 명명된다. 여기서, 액정층에 존재하는 일부 액정 분자들만이 고려될 것이며, 긴 축은 중간 투과율을 가진 액정층에 가해지는 전압(그레이 스케일(gray scale) 전압)이 존재시 라인(5106)에 실질적으로 평행하다. 도 2d는 라인(5106)을 따라 액정 셀을 나타낸 단면도이다. 도 2c는 라인(5106)에 평행한 화살표(5107)을 더 나타낸다. 이 화살표(5107)의 끝은 액정 분자의 상승 끝(마지막)에 해당한다. 다음으로, 액정층의 배향은 화살표(5107)과 기준축 X_REF 사이의 각 β으로서 정의되고, 포지티브 배향은 기준축 X_REF를 시계 반대 방향으로 회전시킴으로써 구해진다.
편광판용 파라미터는 그 편광축(전송축)의 방향(각)이다. 편광축의 방향 정의가 기술될 것이다(도면에는 도시되지 않음). 편광축의 방향은 편광축과 기준축 X_REF 사이의 각으로서 정의되고, 여기서 포지티브 방향은 기준축 X_REF을 시계 반대 방향으로 회전시킴으로써 구해진다. 물론, 편광축 방향들 α, α+180°, 및α-180°은 모두 등가의 편광판을 지칭한다.
위상판의 파라미터들은 다음과 같이 정의된다. 위상판용 파라미터들은 ① 인-플레인(in-plane) 지연값(표시면에 평행한 면(plane)에서); ② 두께 방향을 따른 지연값(액정 표시면에 수직한 방향에서); 및 ③ 축들 a의 각(X_REF와 축 a 사이의 각)을 포함한다.
도 3a와 도 3b는 위상판의 굴절률 타원주를 나타낸다. 본 발명의 예에서 사용된 위상판의 굴절률 타원주의 3개의 주축은 각기 a, b 및 c로 지칭된다. 주축들 a, b 및 c는 모두 직각 좌표계계를 형성한다. 주축들 a와 b는 위상판 표면에 평행한 평면, 즉 표시면에 평행한 면에 놓여진다. 주축들 a, b 및 c를 따라 굴절률값은 각기 na, nb 및 nc로 지칭된다. 위상판의 두께는 d로 명명된다. 다음으로,
① 위상판의 면내 지연은 d·(na-nb)로서 정의된다;
② 두께 방향을 따라 지연은 d·(na-nc)로서 정의된다.
③ 주축 a의 각은 기준축 X_REF와 주축 a 사이의 각 γ으로서 정의되고, 여기서 포지티브 각은 기준축 X_REF를 시계 반대 방향으로 회전시킴으로써 구해진다.
액정 셀의 생산/배향 분할
액정 셀을 생산하는 방법, 특히 배향 분할을 위한 방법은 이하에 기술될 것이다. 본 발명의 액정 표시 장치는 종래에 알려진 생산 방법을 적절하게 결합함으로써 생산될 수 있다.
액정 셀은 노멀 TFT(thin film transistor) 기판 상에 현재 이용 가능한 TN 액정 셀을 생산하기 위한 것들과 실질적으로 동일한 조건 하에서 생산될 수 있다.그러나, 본 실시예에 따르면, 러빙(rubbing) 방향(각)은 종래의 TN 액정 셀과는 다르다. 게다가, 2개의 분할된 배향을 생산하기 위하여, UV 조사는 프리틸트(pre-tilt) 각을 제어하기 위한 배열 상에 행해진다.
도 11a는 관찰자측 기판으로부터 보여지는 현재 예의 액정 셀을 나타낸 개략도이다. 도 11a는 컬러 필터 기판용 러빙 방향을 가리키는 화살표(1202)와 TFT 기판용 러빙 방향을 가리키는 다른 화살표(1202)를 나타낸다.
액정 재료는 전술된 각 러빙 방향으로 러빙되었던 기판들 사이의 갭에 주입되고, 셀은 재정렬 처리되기 쉽다. 그러한 액정 셀 내의 액정 분자들의 배향이 기술될 것이다. 도 11a의 X-X' 라인을 따른 절단면, 즉 러빙 방향에 평행한 절단면을 가로지르는 액정 분자들(1206)의 배향은 도 11b에 개략적으로 표시될 수 있다고 믿는다. 액정 분자(1206)와 관찰자측 기판(1205) 사이의 각은 액정 분자(1206)와 광원측 기판(1204) 사이의 각과 실질적으로 동일하다. 게다가, 두께를 따라 액정 셀의 중앙에 액정 분자들은 기판 표면에 실질적으로 평행하게 배향된다. 그러한 액정층 양단에 전압에 인가될 때, 중간층의 액정 분자는 동일한 가능성으로 화살표(1207)로 표시된 방향 또는 화살표(1208)로 표시된 방향으로 회전(상승)할 수도 있다.
본 발명에 따르면, 상부 또는 하부 기판 중 하나는 우선 UV 광으로 조사되고나서 다음에는 러빙 처리를 받게 된다. 도 11c는 이들 기판 간의 X-X' 단면을 따르는 액정 분자의 배향을 개략적으로 도시한 것이다.
UV 조사 처리는 각 화소를 두 영역 A 및 B로 분할하면서 행해졌다. 영역 A에서는 대향 기판측 상의 정렬막에만 UV 광을 조사하고, 영역 B에서는 TFT 기판측 상의 정렬막에만 UV 광을 조사하였다. 상술된 바와 같이 처리된 액정 셀의 광학 특성에 대한 평가는, 영역 A에서의 중간층의 액정 분자는 화살표(1207)로 표시된 방향으로 회전하는 한편, 영역 B에서의 중간층의 액정 분자는 화살표(1208)로 표시된 방향으로 회전하는 것으로 나타났다. 환언하자면, 액정층의 두께 방향을 따라 중간에 위치된 액정 분자의 배향(프리틸트 각)이 성공적으로 제어되었다. 선택적으로는, UV 조사는 러빙 처리 후에 행해질 수 있다. 또한, 배향 분할을 UV 조사와 러빙 처리의 결합과는 다른 수단에 의해 실현할 수 있다.
또한, 스페이서 비즈(spacer-beads)로서 차광 비즈(light-blocking beads)를 사용하는 것이 바람직하다.
이것은 본 발명에서 액정층의 지연을 위상판로 보상함으로써 통상적으로 흑색 모드 특성이 얻어지기 때문인데, 즉 액정층의 일부의 지연값이 내부에 존재하는 비즈 등으로 인해 변화할 경우, 그 부분에서는 흑색 표시를 얻을 수 없기 때문이다. 따라서, 액정층의 이러한 부분을 (차광 비즈를 사용하여) 차광시켜야 하거나, 또는 (비즈없는 액정 표시 장치를 제공함으로써)이러한 부분이 전혀 제공되지 않도록 해야 한다.
실시예 3
본 발명에 따른 액정 표시 장치(1800)는 도 18을 참조하면서 개략적으로 설명될 것이다. 도 18은 액정 셀(101), 위상판(102, 103, 104, 105, 110 및 111), 및 편광판(108 및 109)를 도시한다.
각 화소 내의 액정 셀(101)은 상이한 배향을 갖는 두 영역 A 및 B로 분할된다. 이들 영역의 배향 파라미터는 다음과 같다.
| 영역 | 전체 화소에 대한 면적비 | 지연값 | 트위스트 각 | 배향 |
| A | 50% | 261nm | 0deg | 90deg |
| B | 50% | 261nm | 0deg | 270deg |
편광판에 대한 파라미터는 다음과 같다.
| 편광판 번호 # | 투과축의 각 |
| 108 | 45deg |
| 109 | -45deg |
위상판에 대한 파라미터는 다음과 같다.
| 위상판 번호 # | d*(na-nb) | d*(na-nc) | na 축의 각 |
| 102 | 130nm | 0nm | 0deg |
| 103 | 130nm | 0nm | 0deg |
| 104 | 0nm | -131nm | 0deg |
| 105 | 0nm | -131nm | 0deg |
| 110 | 29nm | 0nm | -45deg |
| 111 | 29nm | 0nm | 45deg |
도 20은 본 예의 액정 표시 장치에 있어서의 투과율과 인가 전압 간의 관계를 도시한 것이다. 도 20에서, 100%의 투과율은 약 4V의 인가 전압의 투과율에 해당하는 것이다. 도 20으로부터 본 예의 액정 표시 장치는 0V의 인가 전압에서 흑색 표시를 생성하고, 투과율은 인가 전압이 증가함에 따라 (백색 표시쪽으로) 증가하는 것을 알 수 있다.
도 21a 내지 도 21c 각각은 8-계조 레벨 표시에서 여러 계조 레벨의 투과율에 대한 관찰각(극각: 표시면의 법선에 대한 각)의 종속성을 도시한 것이다. 관찰각은 도 21a에서는 X_REF 축과 평행한 방향을 따르고, 도 21b에서는 X_REF±45。 축과 평행한 방향을 따르고, 도 21c에서는 Y_REF 축과 평행한 방향을 따라 시프트된다. 이들 도면으로부터, 본 예의 액정 표시 장치의 계조 특성은 거의 대칭인 것을 알 수 있다.
도 22는 인가 전압 4V의 투과율을 인가 전압 0V의 투과율로 분할하여 얻어진 값(콘트라스트 비)에 기초한 이소콘트라스트(isocontrast) 다이어그램을 도시한 것이다. 원의 중심은 표시 평면과 법선인 관찰각(관찰각 0。)에 대응하고, 중심 주변의 동심원들은 최내각 원으로부터 20。, 40。, 60。 및 80。의 여러 관찰각에 각각 대응한다. 수평축 및 수직축은 X_REF 및 Y_REF 각각을 나타낸다. 최내각, 중간 및 최외각 이소콘트라스트 곡선은 약 100, 50 및 20 각각의 콘트라스트 비(CR)에 대응한다. 도 22로부터 알 수 있는 바와 같이, 본 예의 액정 표시 장치는 임의 아지머스 각에서 약 60。 이상의 광각의 관찰각에서도 약 50 이상의 콘트라스트 비가 실현되어 액정 표시 장치가 바람직한 관찰각 특성을 갖는다는 것을 나타낸다.
실시예 4
도 23은 본 발명의 예 4에 따른 액정 표시 장치의 구조를 개략적으로 도시한 것이다. 도 23에는 액정 셀(6101), 위상판(6102, 6103, 6104 및 6105) 및 편광판(6106 및 6107)가 도시되어 있`같다.
| 영역 | 전체 화소에 대한 면적비 | 지연값 | 트위스트 각 | 배향 |
| A | 50% | 261nm | 0deg | 90deg |
| B | 50% | 261nm | 0deg | 270deg |
편광판에 대한 파라미터는 다음과 같다.
| 편광판 번호 # | 투과축의 각 |
| 6106 | 45deg |
| 6107 | -45deg |
위상판에 대한 파라미터는 다음과 같다.
| 위상판의 번호 # | d*(na-nb) | d*(na-nc) | na 축의 각 |
| 6102 | 130nm | 0nm | 90deg |
| 6103 | 130nm | 0nm | 90deg |
| 6104 | 36nm | 0nm | -45deg |
| 6105 | 0nm | -263nm | 90deg |
실시예 3에서와 같이, 본 예의 액정 표시 장치는 매우 양호한 관찰각 특성을 갖는다.
실시예 5
도 24는 본 발명의 예 5에 따른 액정 표시 장치의 구조를 개략적으로 도시한 것이다. 도 24에는 액정 셀(6201), 위상판(6202, 6203, 6204 및 6205) 및 편광판(6206 및 6207)이 도시되어 있다.
각 화소 내의 액정 셀(6201)은 상이한 배향을 갖는 두 영역 A 및 B로 분할된다. 이들 영역의 배향 파라미터는 다음과 같다.
| 영역 | 전체 화소에 대한 면적비 | 지연값 | 트위스트 각 | 배향 |
| A | 50% | 261nm | 0deg | 90deg |
| B | 50% | 261nm | 0deg | 270deg |
편광판에 대한 파라미터는 다음과 같다.
| 편광판 번호 # | 투과축의 각 |
| 6206 | 45deg |
| 6207 | -45deg |
위상판에 대한 파라미터는 다음과 같다.
| 위상판의 번호 # | d*(na-nb) | d*(na-nc) | na 축의 각 |
| 6202 | 130nm | 0nm | 0deg |
| 6203 | 130nm | 0nm | 0deg |
| 6204 | 50nm | -96nm | -45deg |
| 6205 | 50nm | -96nm | 45deg |
예 3에서와 같이, 본 예의 액정 표시 장치는 매우 양호한 관찰각 특성을 갖는다.
실시예 6
도 25는 본 발명의 예 6에 따른 액정 표시 장치의 구조를 개략적으로 도시한 것이다. 도 25에는 액정 셀(6301), 위상판(6302, 6303, 6304 및 6305) 및 편광판(6306 및 6307)가 도시되어 있다.
각 화소 내의 액정 셀(6301)은 상이한 배향을 갖는 두 영역 A 및 B로 분할된다. 이들 영역의 배향 파라미터는 다음과 같다.
| 영역 | 전체 화소에 대한 면적비 | 지연값 | 트위스트 각 | 배향 |
| A | 50% | 261nm | 0도 | 90도 |
| B | 50% | 261nm | 0도 | 270도 |
편광판용 파라미터들은 다음과 같다.
| 편광판의 참조 번호 | 투과축의 각도 |
| 6305 | 45도 |
| 6306 | -45도 |
위상판용 파라미터들은 다음과 같다.
| 위상판의 참조 번호 | d*(na-nb) | d*(na-nc) | na축의 각도 |
| 6302 | 130nm | 0nm | 90도 |
| 6303 | 130nm | 0nm | 90도 |
| 6304 | 62nm | -193nm | -45도 |
예 3에서와 같이, 본 예의 액정 표시 장치는 매우 양호한 시야각 특성을 갖는다.
실시예 7
도 26은 본 발명의 예 7에 따른 액정 표시 장치의 구성을 모식적으로 도시하고 있다. 도 26은 액정 셀(6401), 위상판(6402, 6403, 6404 및 6405) 및 편광판(6406 및 6407)을 도시하고 있다.
각 화소마다의 액정 셀(6401)은 배향이 서로 다른 2개의 영역 A 및 B로 분할된다. 이 영역들의 배향 파라미터들은 다음과 같다.
| 영역 | 전체 화소에대한 면적비 | 지연값 | 트위스트 각 | 배향 |
| A | 50% | 261nm | 0도 | 90도 |
| B | 50% | 261nm | 0도 | 270도 |
편광판용 파라미터들은 다음과 같다.
| 편광판의 참조 번호 | 투과축의 각도 |
| 6406 | 45도 |
| 6407 | -45도 |
위상판용 파라미터들은 다음과 같다.
| 위상판의 참조 번호 | d*(na-nb) | d*(na-nc) | na축의 각도 |
| 6402 | 130nm | 0nm | 0도 |
| 6403 | 130nm | 0nm | 0도 |
| 6404 | 36nm | 0nm | 45도 |
| 6405 | 0nm | -263nm | 0도 |
예 3에서와 같이, 본 예의 액정 표시 장치는 매우 양호한 시야각 특성을 갖는다.
실시예 8
도 30은 본 발명의 예 8에 따른 액정 표시 장치의 구성을 모식적으로 도시하고 있다. 도 30은 액정 셀(6501), 위상판(6502, 6503 및 6504) 및 편광판(6505 및 6506)을 도시하고 있다.
각 화소마다의 액정 셀(6501)은 배향이 서로 다른 2개의 영역 A 및 B로 분할된다. 이 영역들의 배향 파라미터들은 다음과 같다.
| 영역 | 전체 화소에대한 면적비 | 지연값 | 트위스트 각 | 배향 |
| A | 50% | 261nm | 0도 | 90도 |
| B | 50% | 261nm | 0도 | 270도 |
편광판용 파라미터들은 다음과 같다.
| 편광판의 참조 번호 | 투과축의 각도 |
| 6505 | 45도 |
| 6506 | -45도 |
위상판용 파라미터들은 다음과 같다.
| 위상판의 참조 번호 | d*(na-nb) | d*(na-nc) | na축의 각도 |
| 6502 | 130nm | 0nm | 0도 |
| 6503 | 130nm | 0nm | 0도 |
| 6504 | 62nm | -193nm | 45도 |
예 3-8에서는 모두 액정층의 트위스트 각이 0도이었지만, 본 발명의 유효 트위스트 각은 이 각도에 한정되지 않는다. 적절한 트위스트 각을 갖는 액정층을 제공함으로써, 각각의 파라미터들의 범위, 마진 등을 확대할 수도 있다. 특히, 트위스트 각 가 0도 이상 90도 미만인 범위에서, 액정 재료에 카이럴제를 혼합하지 않고서 배향 분할이 용이하게 달성될 수 있다. 대략 30도의 트위스트 각을 갖는 예에 대해 설명한다.
실시예 9
도 18은 본 발명의 예 9에 따른 액정 표시 장치의 구성을 모식적으로 도시하고 있다. 도 18은 액정 셀(101), 위상판(102, 103, 104, 105, 110 및 111) 및 편광판(1085 및 109)을 도시하고 있다.
각 화소마다의 액정 셀(101)은 배향이 서로 다른 2개의 영역 A 및 B로 분할된다. 이 영역들의 배향 파라미터들은 다음과 같다.
| 영역 | 전체 화소에대한 면적비 | 지연값 | 트위스트 각 | 배향 |
| A | 50% | 303nm | -30도 | 90도 |
| B | 50% | 303nm | -30도 | 270도 |
편광판용 파라미터들은 다음과 같다.
| 편광판의 참조 번호 | 투과축의 각도 |
| 108 | 45도 |
| 109 | -45도 |
위상판용 파라미터들은 다음과 같다.
| 위상판의 참조 번호 | d*(na-nb) | d*(na-nc) | na축의 각도 |
| 102 | 154nm | 0nm | 9.4도 |
| 103 | 154nm | 0nm | -9.4도 |
| 104 | 0nm | -150nm | 0도 |
| 105 | 0nm | -150nm | 0도 |
| 110 | 48nm | 0nm | -45도 |
| 111 | 48nm | 0nm | 45도 |
도 27은 본 예의 액정 표시 장치의 전도 계수와 인가 전압 간의 관계를 도시하고 있다. 도 27에서, 100%의 전도 계수는 대략 4V의 인가 전압에 대한 도전 계수에 대응한다. 도 27로부터, 본 예의 액정 표시 장치는 0V의 인가 전압에서 흑 표시를 생성하고, 인가 전압이 증가하는 만큼 도전 계수가 (백 표시를 항하여) 증가하는 것을 알 수 있다.
도 28a 내지 도 28c는 80그레이-스케일-레벨 표시의 다양한 그레이 스케일 레벨에 대한 도전계수의 시야각(극각 : 표시 평면에 법선에 대한 각도) 의존도를 각각 도시하고 있다. 시야각은, 도 28a에서는 X_REF축에 평행한 방향을 따라, 도 28b에서는 X_REF±45°축에 평행한 방향을 따라, 도 28c에서는 Y_REF축에 평행한 방향을 따라 시프트된다. 상기 도면으로부터, 본 예의 액정 표시 장치의 그레이 스케일 특성은 실질적으로 대칭인 것을 알 수 있다.
도 29는 0V의 인가 전압에 대한 도전 계수로 4V의 인가 전압에 대한 도전 계수를 나누어 얻어진 값(대비율)에 기초한 대비도를 도시하고 있다. 원의 중심은 표시 평면(시야각 0도)에 수직인 시야각에 대응하고, 중심에 대한 동심원은 가장 안쪽의 원으로부터, 20도, 40도, 60도 및 80도의 다양한 시야각에 각각 대응한다.수평축과 수직축은 각각 X-REF 및 Y-REF를 나타낸다. 가장 안쪽, 중간 및 가장 바깥쪽의 대비 곡선은 대략 100, 50 및 20의 대비율(CRs)에 각각 대응한다. 도 29로부터 분명한 바와 같이, 본 예의 액정 표시 장치는, 액정 표시 장치가 요구되는 시야각 특성을 나타내는, 임의의 방위각에서 약 60도 이상에서도 넓은 시야각 범위에서 약 10 이상의 대비율을 실현한다.
실시예 10
도 23은 본 발명의 예 10에 따른 액정 표시 장치의 구성을 모식적으로 도시하고 있다. 도 23은 액정 셀(6101), 위상판(6102, 6103, 6104 및 6105) 및 편광판(6106 및 6107)을 도시하고 있다.
각 화소마다의 액정 셀(6101)은 배향이 서로 다른 2개의 영역 A 및 B로 분할된다. 이 영역들의 배향 파라미터들은 다음과 같다.
| 영역 | 전체 화소에대한 면적비 | 지연값 | 트위스트 각 | 배향 |
| A | 50% | 303nm | -30도 | 90도 |
| B | 50% | 303nm | -30도 | 270도 |
편광판용 파라미터들은 다음과 같다.
| 편광판의 참조 번호 | 투과축의 각도 |
| 6106 | 45도 |
| 6107 | -45도 |
위상판용 파라미터들은 다음과 같다.
| 위상판의 참조 번호 | d*(na-nb) | d*(na-nc) | na축의 각도 |
| 6102 | 154nm | 0nm | 9.4도 |
| 6103 | 154nm | 0nm | -9.4도 |
| 6104 | 58nm | 0nm | -45도 |
| 6105 | 0nm | -317nm | 90도 |
예 9에서와 같이, 본 예의 액정 표시 장치는 매우 양호한 시야각 특성을 갖는다.
실시예 11
도 24는 본 발명의 예 11에 따른 액정 표시 장치의 구성을 모식적으로 도시하고 있다. 도 24는 액정 셀(6201), 위상판(6202, 6203, 6204 및 6205) 및 편광판(6206 및 6207)을 도시하고 있다.
각 화소마다의 액정 셀(6201)은 배향이 서로 다른 2개의 영역 A 및 B로 분할된다. 이 영역들의 배향 파라미터들은 다음과 같다.
| 영역 | 전체 화소에대한 면적비 | 지연값 | 트위스트 각 | 배향 |
| A | 50% | 303nm | 30도 | 90도 |
| B | 50% | 303nm | 30도 | 270도 |
편광판용 파라미터들은 다음과 같다.
| 편광판의 참조 번호 | 투과축의 각도 |
| 6206 | 45도 |
| 6207 | -45도 |
위상판용 파라미터들은 다음과 같다.
| 위상판의 참조 번호 | d*(na-nb) | d*(na-nc) | na축의 각도 |
| 6202 | 154nm | 0nm | 9.4도 |
| 6203 | 154nm | 0nm | -9.40도 |
| 6204 | 95nm | -123nm | -45도 |
| 6205 | 95nm | -123nm | 45도 |
예 9에서와 같이, 본 예의 액정 표시 장치는 매우 양호한 시야각 특성을 갖는다.
실시예 12
도 25는 본 발명의 예 12에 따른 액정 표시 장치의 구성을 모식적으로 도시하고 있다. 도 25는 액정 셀(6301), 위상판(6302, 6303 및 6304) 및 편광판(6305 및 6306)을 도시하고 있다.
각 화소마다의 액정 셀(6301)은 배향이 서로 다른 2개의 영역 A 및 B로 분할된다. 이 영역들의 배향 파라미터들은 다음과 같다.
| 영역 | 전체 화소에 대한 퍼센트 영역 | 지연값 | 트위스트 각 | 배향 |
| A | 50% | 303nm | -30도 | 90도 |
| B | 50% | 303nm | -30도 | 270도 |
편광판용 파라미터들은 다음과 같다.
| 편광판의 참조 번호 | 투과축의 각도 |
| 6305 | 45도 |
| 6306 | -45도 |
위상판용 파라미터들은 다음과 같다.
| 위상판의 참조 번호 | d*(na-nb) | d*(na-nc) | na축의 각도 |
| 6302 | 154nm | 0nm | 9.4도 |
| 6303 | 154nm | 0nm | -9.4도 |
| 6304 | 113nm | -260nm | -45도 |
예 9에서와 같이, 본 예의 액정 표시 장치는 매우 양호한 시야각 특성을 갖는다.
실시예 13
도 26은 본 발명의 예 13에 따른 액정 표시 장치의 구성을 모식적으로 도시하고 있다. 도 26은 액정 셀(6401), 위상판(6402, 6403, 6404 및 6405) 및 편광판(6406 및 6407)을 도시하고 있다.
각 화소마다의 액정 셀(6401)은 배향이 서로 다른 2개의 영역 A 및 B로 분할된다. 이 영역들의 배향 파라미터들은 다음과 같다.
| 영역 | 전체 화소에대한 면적비 | 지연값 | 트위스트 각 | 배향 |
| A | 50% | 303nm | -30도 | 90도 |
| B | 50% | 303nm | -30도 | 270도 |
편광판용 파라미터들은 다음과 같다.
| 편광판의 참조 번호 | 투과축의 각도 |
| 6406 | 45도 |
| 6407 | -45도 |
위상판용 파라미터들은 다음과 같다.
| 위상판의 참조 번호 | d*(na-nb) | d*(na-nc) | na축의 각도 |
| 6402 | 154nm | 0nm | 9.4도 |
| 6403 | 154nm | 0nm | -9.4도 |
| 6404 | 58nm | 0nm | 45도 |
| 6405 | 0nm | -317nm | 0도 |
예 9에서와 같이, 본 예의 액정 표시 장치는 매우 양호한 시야각 특성을 갖는다.
실시예 14
도 30은 본 발명의 예 14에 따른 액정 표시 장치의 구성을 모식적으로 도시하고 있다. 도 30은 액정 셀(6501), 위상판(6502, 6503 및 6504) 및 편광판(6505 및 6506)을 도시하고 있다.
각 화소마다의 액정 셀(6501)은 배향이 서로 다른 2개의 영역 A 및 B로 분할된다. 이 영역들의 배향 파라미터들은 다음과 같다.
| 영역 | 전체 화소에대한 면적비 | 지연값 | 트위스트 각 | 배향 |
| A | 50% | 303nm | -30도 | 90도 |
| B | 50% | 303nm | -30도 | 270도 |
편광판용 파라미터들은 다음과 같다.
| 편광판의 참조 번호 | 투과축의 각도 |
| 6505 | 45도 |
| 6506 | -45도 |
위상판용 파라미터들은 다음과 같다.
| 위상판의 참조 번호 | d*(na-nb) | d*(na-nc) | na축의 각도 |
| 6502 | 154nm | 0nm | 9.4도 |
| 6503 | 154nm | 0nm | -9.4도 |
| 6504 | 113nm | -260nm | 45도 |
예 9에서와 같이, 본 예의 액정 표시 장치는 매우 양호한 시야각 특성을 갖는다.
실시예 15
예 5는 경사진 시야각과 연관된 액정층(6201), 위상판(6202, 6203)의 지연 변화에 기인하는 흑 표시의 열화를 보상하기 위해 위상판(6204 및 6305)을 이용한다. 본 발명에서 사용되는 편광판은 그 표면 상에 TAC와 같은 재료로 이루어진 보호막이 제공될 수 있다. 굴절률 이방성을 갖는 TAC 등이 편광판을 보호하는 재료로서 이용된 경우, 경사진 시야각과 연관된 흑 표시의 열화를 억제하기 위한 광학 시스템의 설계시 TAC의 굴절률 이방성을 고려할 필요가 있다. 시야각 특성은, 위상판(6202 및 6203)의 지연값의 변화뿐만 아니라 TAC의 지연값의 변화를 고려하면서, 흑 표시의 열화를 보상하도록 위상판(6204 및 6205)에 대한 지연값을 적절하게 선택함으로써 향상될 수 있다. 이 예와 다음의 예에서는, TAC를 독립의 위상차 보상 소자(위상판)로서 간주하여 이용한다.
도 31을 참조하여 본 예를 설명한다. 도 31은 액정 셀(2401), 위상판(2402, 2403, 2404 및 2405) 및 편광판(2408 및 2409)을 도시하고 있다. 또한, 도 31은 편광판을 보호할 목적으로 제공된 TAC(2406 및 2407)를 도시하고 있다. TAC가 굴절류 이방성을 가지므로, 편광판과 액정 셀 사이의 각 TAC는 독립의 위상판이 되도록 도 31에 도시되어 있다.
액정 셀(6401)은 배향이 서로 다른 2개의 영역 A 및 B로 분할된다. 이 영역들의 배향 파라미터들은 다음과 같다.
| 영역 | 전체 화소에대한 면적비 | 지연값 | 트위스트 각 | 배향 |
| A | 50% | 260nm | 0도 | 90도 |
| B | 50% | 260nm | 0도 | 270도 |
편광판용 파라미터들은 다음과 같다.
| 편광판의 참조 번호 | 투과축의 각도 |
| 2408 | 45도 |
| 2409 | -45도 |
위상판용 파라미터들은 다음과 같다.
| 위상판의 참조 번호 | d*(na-nb) | d*(na-nc) | na축의 각도 |
| 2402 | 130nm | 0nm | 0도 |
| 2403 | 130nm | 0nm | 0도 |
| 2404 | 92nm | -92nm | -45도 |
| 2405 | 92nm | -92nm | 45도 |
| 2406 | 5nm | 50nm | -45도 |
| 2407 | 5nm | 50nm | 45도 |
도 32는 본 예의 액정 표시 장치에서의 투과율과 인가 전압간의 관계를 예시한다. 도 32에서, 100 %의 투과율은 약 4 V의 인가 전압에 대한 투과율에 대응한다. 도 32로부터 알 수 있듯이, 본 예의 액정 표시 장치는 0 V의 인가 전압에서 블랙 표시를 생성하며, 인가 전압이 증가할수록 투과율이 (화이트 표시 쪽으로) 증가한다.
도 33 내지 도 36 각각은 8 그레이 스케일 레벨의 각종 그레이 스케일 레벨에 대한 투과율의 시야각 [편광각(polar angle): 표시면에 대해 수직인 각] 의존도를 예시한다. 시야각은 도 33에서는 X_REF 축에 평행한 방향을 따라, 도 34에서는 X_REF+45°축에 평행한 방향을 따라, 도 35에서는 X_REF-45°축에 평행한 방향을 따라, 그리고 도 36에서는 Y_REF축에 평행한 방향을 따라 시프팅된다. 도면들로부터 알 수 있듯이, 본 예의 액정 표시 장치의 그레이 스케일 특성은 실질적으로 대칭성이다.
도 37은 4 V의 인가 전압에 대한 투과율을 0 V의 인가 전압에 대한 투과율로 나눈 값 (콘트라스트비)에 기초한 이소콘트라스트(isocontrast) 다이어그램을 예시한다. 원의 중심은 표시면 (시야각 0°)에 수직인 시야각에 대응하며, 중심에 대한 동심원들 각각은 최내측 원부터 20°, 40°, 60°, 80°의 다양한 시야각에 대응한다. 가로축 및 세로축은 각각 X_REF 및 Y_REF를 나타낸다. 이소콘트라스트 곡선은 약 50의 콘트라스트비(CR)에 대응한다. 도 37로부터 알 수 있듯이, 본 예의 액정 표시 장치는 임의의 방위각에서 약 60°를 넘더라도 넓은 범위의 시야각에서 약 50 이상의 콘트라스트비를 실현할 수 있으며, 이는 이 액정 표시 장치가 양호한 시야각 특성을 가짐을 증명한다.
도 15는 표 45 내지 표 47에 도시한 여러 상태를 기초로 한 것이지만, 본 발명의 유효한 상태는 이들 상태들에 한정되지 않는다. 특히, 인가 전압이 제공되지 않는 경우에는 액정 분자들이 실질적으로 수평 배향을 나타내고 인가 전압이 제공되는 경우에는 적어도 두 개의 서로 다른 배향들을 나타내는 액정층이 액정 표시 장치에 구비되며, 인가 전압이 제공되지 않는 경우에 실질적으로 임의의 방향에서 액정층에 의해 나타난 굴절률 이방성을 보상하도록 설계되는 위상차 보상 소자가 액정 표시 장치에 마련되는 한, 상술한 효과를 얻을 수 잇다.
예를 들어, 도 31에 예시한 바와 같은 구조를 가진 액정 표시 장치의 액정층의 임의의 여러 지연값들에 대해 가장 적합한 위상판을 적당히 선택할 수 있다. 도 38 내지 도 40을 참조하여, 이러한 위상판 선택에 대해 설명한다. 도 38에서, 가로축 RLC는 액정층의 지연값을 나타내며 (표 45 참조), 세로축 R1은 도 31에 예시한 위상차 보상 소자(2402, 2403)의 지연값 d·(na-nb) (=R1)을 나타내며, 도면의 라인/커브는 액정층의 여러 지연값들에 대하여 R1에 대한 가장 적합한 값을 나타낸다.
도 39에서, 가로축은 상술한 값 R1을 나타내고, 세로축 R2a는 위상판(2404, 2405)의 지연값 d·(na-nb)를 나타내며, 도면의 라인/곡선은 R1의 여러 값들에 대하여 R2a에 대한 가장 적합한 값을 나타낸다.
도 40에서, 가로축은 상술한 값 R2a를 나타낸다. 수직축 -R2b는 위상판(2404, 2405)의 지연값 -d·(na-nc)를 나타내며, 도면의 라인/곡선은 여러 값들에 대하여 R2b에 대한 가장 적합한 값을 나타낸다.
도 38 내지 도 40에 도시한 바와 같이 지연값을 갖는 실질적으로 임의의 액정 표시 장치는 양호한 시야각 특성을 나타낸다. 이에 의해, 본 발명의 지연값의 효과적인 범위는 상술한 예에 개시된 범위에 한정되지 않으며, 액정층의 지연값 및 위상차 보상 소자의 지연값을 적당히 설정함으로써 양호한 시야각 특성을 얻을 수 있다. 액정층의 지연값이 약 240 ㎚ 내지 약 320 ㎚의 범위이면, 본 발명의 효과를 충분히 실현할 수 있다.
또한, 본 발명의 유효한 상태는 도 38 내지 도 40에 도시한 것에 한정되지 않는다. 도 38 및 도 39에 도시한 라인/커브는 표 47에 도시한 바와 같은 편광판 보호 TAC(2406, 2407)의 지연값을 기초로 하여 액정 셀에 대한 지연값을 최적화함으로써 얻어진 것이므로, 편광판 보호 재료 및 그의 지연값 등이 변화되면 도 38 및 도 39는 변화될 수 있다. 그리고, 도 38에 도시한 라인/커브는 표 45에 도시한 트위스트 각 및 배향과 위상판(2402, 2403)의 na 축의 각만을 보유한다. 이에 의해, 이들 값이 변화하면 도 37의 라인/커비는 변화될 수 있다. 또한, 인가 전압이 제공되지 않는 경우에 액정 셀(2401)이 블랙 표시를 발생시키는 한, 도 38의 라인/커브가 유지된다. 포인케어의 구(Poincare' sphere)를 사용하면, 통상, 다양한 액정 배향 (트위스트 각, 배향)에 대하여, 상술한 효과를 제공하는 무수한 위상차 보상 소자 세팅이 있다. 그래도, 위상차 보상 소자(2402, 2403) 또는 기타의 위상차 보상 소자를 사용함으로써, 인가 전압이 제공되지 않는 경우의 경사진 시야각에서의 블랙 표시의 열화를 억제할 수 있어, 양호한 시야각 특성을 얻을 수 있다. 상술한 다양한 예에서 블랙 표시가 억제되는 것에 대해 특히 예시하였다. 아울러, 노멀리 블랙 모드 특성을 얻을 수 있는 액정 셀, 위상차 보상 소자 및 분광판의 무수한 조합 및 배치가 있음을 예 16에서 간략히 설명할 것이다.
실시예 15-A 내지 15-D 및 비교예 15-E 내지 15-H
실시예 15에서, 각각의 쌍이 동일한 굴절률 이방성을 갖는 세 쌍의 위상차 보상 소자(2402, 2403), (2404, 2405), (2406, 2407)가 그들간에 액정 셀(2401)을 개재하도록 제공된다. 예 15-A 내지 15-D 및 비교예 15-E 내지 15-H에서, 하나 또는 그 이상의 쌍의 위상차 보상 소자로부터 하나의 위상차 보상 소자를 생략한다. 그러나, 편광판, 즉 위상판을 보호하기 위한 두 TAC(2406, 2407)는 모든 예에서 액정 셀의 각 측에 항상 제공된다.
다음의 표 48은 각각의 예에 대한 각각의 위상차 보상 소자의 배치 (존재/부재)를 도시한다.
| 실험예번호 | 2402 | 2403 | 2404 | 2405 | 2406 | 2407 | 시야각특성 |
| 실험예 15 | 예 | 예 | 예 | 예 | 예 | 예 | ◎ |
| 실험예 15-A | 예 | 예 | 예 | 아니오 | 예 | 예 | ○ |
| 실험예 15-B | 예 | 예 | 아니오 | 예 | 예 | 예 | ○ |
| 실험예 15-C | 아니오 | 예 | 예 | 예 | 예 | 예 | ○ |
| 실험예 15-D | 예 | 아니오 | 예 | 예 | 예 | 예 | ○ |
| 비교예 15-E | 아니오 | 예 | 예 | 아니오 | 예 | 예 | × |
| 비교예15-F | 아니오 | 예 | 아니오 | 예 | 예 | 예 | × |
| 비교예 15-G | 예 | 아니오 | 예 | 아니오 | 예 | 예 | × |
| 비교예 15-H | 예 | 아니오 | 아니오 | 예 | 예 | 예 | × |
실험예 15-A
실험예 15-A에 따르는 액정 표시 장치의 구성이 이하 설명된다. 액정 표시 장치의 기본 구조는, 위상차 보상 소자(2405)가 표 48에 도시된 바와 같이 생략되는 것을 제외하고는 도 31에 설명된 것이다.
먼저, 액정 셀의 파라미터는 이하 표 49에 나타난다.
| 영역 | 전체 화소에대한 면적비 | 지연값 | 트위스트 각 | 배향 |
| A | 50% | 260nm | 0도 | 90도 |
| B | 50% | 260nm | 0도 | 270도 |
다음은 편광기의 파라미터가 이하 표 50에 표시된다.
| 편광판의 참조 번호 | 투과축의 각도 |
| 2408 | 45도 |
| 2409 | -45도 |
결국, 위상차 보상 소자의 파라미터가 이하 표 51에 표시된다.
| 위상판의 참조 번호 | d*(na-nb) | d*(na-nc) | na축의 각도 |
| 2402 | 130nm | 0nm | 0도 |
| 2403 | 130nm | 0nm | 0도 |
| 2404 | 184nm | -184nm | -45도 |
| 2405 | 제공 안됨 | ||
| 2406 | 5nm | 50nm | -45도 |
| 2407 | 5nm | 50nm | 45도 |
도 41은 실험예 15-A의 액정 표시 장치에 인가된 0V 전압용 투과율에 의해 인가된 4V 전압용 투과율을 분할함으로써 얻어지는 값을 기초로 한 아이소콘트라스트(isocontrast) 윤곽 곡선을 예시한다.
실험예 15-B
실험예 15-B에 따르는 액정 표시 장치의 구조는 이하 설명된다. 액정 표시 장치의 기본 구조는, 위상차 보상 소자(2404)가 표 48에 도시된 바와 같이 생략되는 점을 제외하고는 도 31에 예시된다.
먼저, 액정 셀의 파라미터가 이하 표 52에 표시된다.
| 영역 | 전체 화소에대한 면적비 | 지연값 | 트위스트 각 | 배향 |
| A | 50% | 260nm | 0도 | 90도 |
| B | 50% | 260nm | 0도 | 270도 |
다음은 편광기용 파라미터가 아래 표 53에 표시된다.
| 편광판의 참조 번호 | 투과축의 각도 |
| 2408 | 45도 |
| 2409 | -45도 |
결국, 위상차 보상 소자용 파라ㅣ메타는 아래 표 54에 표시된다.
| 위상판의 참조 번호 | d*(na-nb) | d*(na-nc) | na축의 각도 |
| 2402 | 130nm | 0nm | 0도 |
| 2403 | 130nm | 0nm | 0도 |
| 2404 | 제공 안됨 | ||
| 2405 | 184nm | -184nm | 45도 |
| 2406 | 5nm | 50nm | -45도 |
| 2407 | 5nm | 50nm | 45도 |
도 42는 실험예 15-B의 액정 표시 장치에 인가된 0V 전압용 투과율에 의해 인가된 4V 전압용 투과율을 분할함으로써 얻어지는 값을 기초로 한 아이소콘트라스트(isocontrast) 윤곽 곡선을 예시한다.
실험예 15-C
실험예 15-C에 따르는 액정 표시 장치의 구조는 이하 설명된다. 액정 표시 장치의 기본 구조는, 위상차 보상 소자(2402)가 표 48에 표시된 바와 같이 생략된 점을 제외하고는 도 31에 예시된다.
먼저, 액정 셀용 파라미터는 아래 표 55에 표시된다.
| 영역 | 전체 화소에대한 면적비 | 지연값 | 트위스트 각 | 배향 |
| A | 50% | 260nm | 0도 | 90도 |
| B | 50% | 260nm | 0도 | 270도 |
다음은 편광기용 파라미터가 아래 표 56에 표시된다.
| 편광판의 참조 번호 | 투과축의 각도 |
| 2408 | 45도 |
| 2409 | -45도 |
결국, 위상차 보상 소자용 파라미터는 이하 표 57에 표시된다.
| 위상판의 참조 번호 | d*(na-nb) | d*(na-nc) | na축의 각도 |
| 2402 | 제공 안됨 | ||
| 2403 | 260nm | 0nm | 0도 |
| 2404 | 92nm | -92nm | -45도 |
| 2405 | 92nm | -92nm | 45도 |
| 2406 | 5nm | 50nm | -45도 |
| 2407 | 5nm | 50nm | 45도 |
도 43은 실험예 15-C의 액정 표시 장치에 인가된 0V 전압용 투과율에 의해 인가된 4V 전압용 투과율을 분할함으로써 얻어지는 값을 기초로 한 아이소콘트라스트(isocontrast) 윤곽 곡선을 예시한다.
실험예 15-D
실험예 15-D에 따르는 액정 표시 장치의 구조는 이하 설명된다. 액정 표시 장치의 기본 구조는, 위상차 보상 소자(2403)가 표 48에 도시된 바와 같이 생략되는 점을 제외하고는 도 31에 예시된다.
먼저, 액정 셀용 파라미터는 이하 표 58에 표시된다.
| 영역 | 전체 화소에대한 면적비 | 지연값 | 트위스트 각 | 배향 |
| A | 50% | 260nm | 0도 | 90도 |
| B | 50% | 260nm | 0도 | 270도 |
다음은 편광기용 파라미터가 아래 표 59에 표시된다.
| 편광판의 참조 번호 | 투과축의 각도 |
| 2408 | 45도 |
| 2409 | -45도 |
결국, 위상차 보상 소자용 파라미터는 이하 표 60에 표시된다.
| 위상판의 참조 번호 | d*(na-nb) | d*(na-nc) | na축의 각도 |
| 2402 | 260nm | 0nm | 0도 |
| 2403 | 제공 안됨 | ||
| 2404 | 92nm | -92nm | -45도 |
| 2405 | 92nm | -92nm | 45도 |
| 2406 | 5nm | 50nm | -45도 |
| 2407 | 5nm | 50nm | 45도 |
도 44는 실험예 15-D의 액정 표시 장치에 인가된 0V 전압용 투과율에 의해 인가된 4V 전압용 투과율을 분할함으로써 얻어지는 값을 기초로 한 아이소콘트라스트(isocontrast) 윤곽 곡선을 예시한다.
실험예 15-E
실험예 15-E에 따르는 액정 표시 장치의 구조는 이하 설명된다. 액정 표시 장치의 기본 구조는, 위상차 보상 소자(2402및 2405)가 표 48에 도시된 바와 같이 생략되는 점을 제외하고는 도 31에 예시된다.
먼저, 액정 셀용 파라미터는 이하 표 61에 표시된다.
| 영역 | 전체 화소에대한 면적비 | 지연값 | 트위스트 각 | 배향 |
| A | 50% | 260nm | 0도 | 90도 |
| B | 50% | 260nm | 0도 | 270도 |
다음은 편광기용 파라미터가 아래 표 62에 표시된다.
| 편광판의 참조 번호 | 투과 축의 각도 |
| 2408 | 45° |
| 2409 | -45° |
최종적으로, 위상차 보상 소자들에 대한 파라미터들이 하기의 표 63에 표기된다.
| 위상판의 참조 번호 | d(na-nb) | d(na-nc) | na축의 각도 |
| 2402 | - | - | - |
| 2403 | 260nm | 0nm | 0° |
| 2404 | 184nm | -184nm | -45° |
| 2405 | - | - | - |
| 2406 | 5nm | 50nm | -45° |
| 2407 | 5nm | 50nm | 45° |
도 45는 예15-E의 액정 표시 장치에서 전압이 4V 인가된 경우의 투과도를 전압이 0V 인가된 경우의 투과도로 나눈 값들을 기초로 얻은 동일 콘트라스트 등고선 커브를 나타낸다.
비교예 15-F
이하, 비교예 15-HF에 따른 액정 표시 장치의 구조가 설명될 것이다. 이 액정 표시 장치의 기본 구조는, 위상차 보상 소자들(2402, 2404)이 표 48에 도시된 바와 같이 생략된다는 점을 제외하고는, 도 31에 도시된 바와 같다.
우선, 액정 셀의 파라미터들이 하기의 표 64에 표기된다.
| 영역 | 전체 화소에대한 면적비 | 지연값 | 트위스트 각 | 배향각 |
| A | 50% | 260nm | 0° | 90° |
| B | 50% | 260nm | 0° | 270° |
다음으로, 편광기들에 대한 파라미터들이 하기의 표 65에 표기된다.
| 편광판의 참조 번호 | 투과 축의 각도 |
| 2408 | 45° |
| 2409 | -45° |
최종적으로, 위상차 보상 소자들에 대한 파라미터들이 하기의 표 66에 표기된다.
| 위상판의 참조 번호 | d(na-nb) | d(na-nc) | na축의 각도 |
| 2402 | - | - | - |
| 2403 | 260nm | 0nm | 0° |
| 2404 | - | - | - |
| 2405 | 184nm | -184nm | 45° |
| 2406 | 5nm | 50nm | -45° |
| 2407 | 5nm | 50nm | 45° |
도 46은 비교예15-F의 액정 표시 장치에서 전압이 4V 인가된 경우의 투과도를 전압이 0V 인가된 경우의 투과도로 나눈 값들을 기초로 얻은 동일 콘트라스트 등고선 커브를 나타낸다.
비교예 15-G
이하, 비교예 15-G에 따른 액정 표시 장치의 구조가 설명될 것이다. 이 액정 표시 장치의 기본 구조는, 위상차 보상 소자들(2403, 2405)이 표 48에 도시된 바와 같이 생략된다는 점을 제외하고는, 도 31에 도시된 바와 같다.
우선, 액정 셀의 파라미터들이 하기의 표 67에 표기된다.
| 영역 | 전체 화소에대한 면적비 | 지연값 | 트위스트 각 | 배향각 |
| A | 50% | 260nm | 0° | 90° |
| B | 50% | 260nm | 0° | 270° |
다음으로, 편광기들에 대한 파라미터들이 하기의 표 68에 표기된다.
| 편광판의 참조 번호 | 투과 축의 각도 |
| 2408 | 45° |
| 2409 | -45° |
최종적으로, 위상차 보상 소자들에 대한 파라미터들이 하기의 표 69에 표기된다.
| 위상판의 참조 번호 | d(na-nb) | d(na-nc) | na축의 각도 |
| 2402 | 260nm | 0nm | 0° |
| 2403 | - | - | - |
| 2404 | 184nm | -184nm | -45° |
| 2405 | - | - | - |
| 2406 | 5nm | 50nm | -45° |
| 2407 | 5nm | 50nm | 45° |
도 47은 예15-G의 액정 표시 장치에서 전압이 4V 인가된 경우의 투과도를 전압이 0V 인가된 경우의 투과도로 나눈 값들을 기초로 얻은 동일 콘트라스트 등고선 커브를 나타낸다.
비교예 15-H
이하, 비교예 15-HH에 따른 액정 표시 장치의 구조가 설명될 것이다. 이 액정 표시 장치의 기본 구조는, 위상차 보상 소자들(2403, 2404)이 표 48에 도시된 바와 같이 생략된다는 점을 제외하고는, 도 31에 도시된 바와 같다.
우선, 액정 셀의 파라미터들이 하기의 표 70에 표기된다.
| 영역 | 전체 화소에대한 면적비 | 지연값 | 트위스트 각 | 배향각 |
| A | 50% | 260nm | 0° | 90° |
| B | 50% | 260nm | 0° | 270° |
다음으로, 편광기들에 대한 파라미터들이 하기의 표 71에 표기된다.
| 편광판의 참조 번호 | 투과축의 각도 |
| 2408 | 45° |
| 2409 | -45° |
최종적으로, 위상차 보상 소자들에 대한 파라미터들이 하기의 표 72에 표기된다.
| 위상판의 참조 번호 | d(na-nb) | d(na-nc) | na축의 각도 |
| 2402 | 260nm | 0nm | 0° |
| 2403 | - | - | - |
| 2404 | - | - | - |
| 2405 | 184nm | -184nm | 45° |
| 2406 | 5nm | 50nm | -45° |
| 2407 | 5nm | 50nm | 45° |
도 48은 비교예15-H의 액정 표시 장치에서 전압이 4V 인가된 경우의 투과도를 전압이 0V 인가된 경우의 투과도로 나눈 값들을 기초로 얻은 동일 콘트라스트 등고선 커브를 나타낸다.
실시예 15의 구조에서 위상차 보상 소자들(2402, 2403) 중 하나가 생략되고 위상차 보상 소자들(2404, 2405) 중 하나가 또한 생략되는 비교예 15-E 내지 15-H에 있어서는, X_REF±45°방향, X_REF 방향, Y_REF 방향을 포함하는 임의의 방위각에서, 시야각이 약 50°이상인 경우 콘트라스트가 약 20 이하로 되어, 각각의 동일 콘트라스트 등고선 커브들에 도시된 바와 같이 (도 45 내지 도 48), 시야각 특성의 저하를 나타낸다.
실시예 15의 구조에서 위상차 보상 소자들(2402, 2403) 중 하나만이 생략되는 비교예 15-C 내지 15-D에 있어서는, 동일 콘트라스트 등고선 커브(도 43 및 도 44)가 비교예들 15-E 내지 15-H의 동일 콘트라스트 등고선 커브들에 의해 나타나는 어떤 것 보다도 X_REF, Y_REF 방향에서 더 나은 특성을 나타낸다.
실시예 15의 구조에서 위상차 보상 소자들(2404, 2405) 중 하나만이 생략되는 비교예 15-A 내지 15-B에 있어서는, 동일 콘트라스트 등고선 커브(도 41 및 도 42)가 비교예들 15-E 내지 15-H의 동일 콘트라스트 등고선 커브들에 의해 나타나는 어떤 것 보다도 X_REF±45°방향들에서 더 나은 특성을 나타낸다.
그러므로, 바람직한 관찰각 특성은 액정 셀의 각 측면상에 한 쌍의 위상차 보상 소자(2402, 2403) 및 (2404, 2405)중 적어도 하나의 둘다를 제공함으로써 얻어질 수 있다.
양호하게는, 동일한 수의 위상차 보상 소자가 예 15에서와 같이, 광원측 상 및 액정 셀의 관찰자 측 상에 각각 대칭으로 제공된다. 이러한 경우에, 훨씬 양호한 관찰각 특성이 얻어질 수 있다. 보다 양호하게는, 광원측과 관찰자측상에 액정 셀의 중간층으로부터 동일한 거리에 각각 제공된 한 쌍의 위상차 보상 소자는 동일한 지연값을 갖는다. 예 15에서, 한 쌍의 위상차 보상 소자(2402 및 2403)은 동일한 지연값을 갖지만, 다른 쌍의 위상차 보상 소자(2404 및 2405)는 동일한 지연값을 갖는다. 예 15-A 내지 15-D에서, 위상차 보상 소자(2402, 2403, 2404 및 2405) 중 하나는 생략되거나 제로의 지연값을 갖는다. 그러므로, 위상차 보강기(2402, 2403, 2404 및 2405) 중 아무것도 생략되지 않지만, 한 쌍의 위상차 보상 소자가 다른 지연값을 가질 때에도 바람직한 관찰각 특성이 얻어질 수 있는 것이 기대된다.
예 11 및 15에 대한 공통 요건은 광원측 편광기(6206, 2408)의 투과축이 관찰자측 편광기(6207, 2409)의 투과축에 수직이라는 것이다. 이들 예에 공통인 다른 요건은 위상차 보상 소자(6204, 6205, 2404 및 2405)중 어느 하나의 na 축이 위상차 보상 소자중 바로 인접한 것의 투과축에 실질적으로 수직이라는 것이다. 광원측 편광기의 각에 제한은 없지만, 이 각은 도시된 예에서와 같이 약 45°이외의 -45°이거나 임의의 다른 각일 수 있다. 그러나, 각이 약 0°또는 약 90°일 때,(백색 표시를 발생시킬 때) 인가된 전압의 존재시에 얻어질 수 없다는 것에 주목하여야 한다. 공통 요건들이 만족되는 한, 본 발명의 효과는 약 0°의 트위스트각을 갖는 액정 셀로 얻어질 수 있다. 예 11 및 13에서, 훨씬 더 바람직한 효과를 얻기 위해, 위상차 보상 소자(6202 및 6203(6402 및 6403)의 na 축은 서로 평행하고 액정 셀(6201(6401)의 러빙축과 수직이다.
실시예 16
상기 실시예 11에서, 트위스트하지 않는 액정 셀에 인접한 위상판의 na 축은 약 30°의 트위스트각을 갖는 액정 셀로, 액정 표시 장치에 수직인 방향으로변화된다. 특히, 액정 셀의 각 측상의 위상차 보상 소자의 na 축은 제로의 트위스트각에서 서로 평행한 반면, 약 30°의 트위스트각에서 na축은 적절한 설정각(예 11에서는 약 18.8°)으로 된다. 예 16에서, 예 11에서와 같이 법선 방향으로의 바람직한 흑색 표시는 상기한 것 이외의 방법으로 약 0°이외의 트위스트각을 갖는 액정 셀에 대해 얻어질 수 있다는 것이 확인될 것이다. 포인케어의 구(Poincare' sphere)를 사용하여 인가된 전압의 부재시에 흑색 표시가 법선 방향으로 발생될 수 있는 위상차 보상 소자의 무한수의 조합이 존재한다는 것에 대해 간단히 논의될 것이다.
예 16의 액정 셀은 도 31에 도시된 것과 구조적으로 유사하나, 편광기, 액정 셀 및 위상차 보상 소자에 대한 파라미터는 다르다. 예 16의 액정 셀(2401)에 대한 파라미터는 다음과 같다.
| 영역 | 전체 화소에대한 면적비 | 지연값 | 트위스트각 | 배향 |
| A | 50% | 260㎚ | -30° | 90° |
| B | 60% | 260㎚ | -30° | 270° |
다음에, 예 16의 편광기에 대한 파라미터는 아래 표 74에 표시된다.
| 편광판의 참조 번호 | 투과축의 각 |
| 2408 | 28° |
| 2409 | -28° |
마지막으로, 예 16의 위상차 보상 소자에 대한 파라미터는 아래 표 75에 표시된다.
| 위상판의 참조 번호 | d*(na-nb) | d*(na-nc) | na축의 각 |
| 2402 | 75㎚ | 0㎚ | 0° |
| 2403 | 75㎚ | 0㎚ | 0° |
| 2404 | 92㎚ | -92㎚ | -45° |
| 2405 | 92㎚ | -92㎚ | 45° |
| 2406 | 5㎚ | 50㎚ | -62° |
| 2407 | 5㎚ | 50㎚ | 62° |
도 49는 본 예의 액정 표시 장치에서의 법선 방향에서의 투과도와 인가된 전압간의 관계를 도시한 것이다. 도 49에 도시한 바와 같이, 본 예의 액정 표시 장치는 인가된 전압이 0V일 때 거의 0%의 투과도를 갖는다. 액정 표시 장치는 인가된 전압이 약 1.5V 또는 그 이상 증가할 때 투과도가 증가하는 노멀리 블랙 전광 특성을 갖는다. 인가된 전압이 약 0V일 때 투과도가 약 0%이기 때문에 바람직한 콘트라스트 특성이 얻어지는 것으로 또한 보여진다.
도 50은 본 예의 액정 표시 장치에 대한 이소톤트라스트 곡선을 도시한 것이다. 도 50의 이소콘트라스트 곡선은 4V의 인가된 전압에 대한 투과도를 0V의 인가된 전압에 대한 투과도로 나눔으로써 얻어진 값들(콘트라스트비)에 기초한 것이다.도 50으로부터 본 예의 액정 표시 장치는 예 15 및 11과 같은 다른 예에서와 같이 바람직한 전광 특성을 갖는다는 것을 알 수 있다.
다음에, 액정 셀, 편광판, 및 위상차 보상 소자 각각에 대해 무한 수의 설정 조합이 있고, 이로써 흑색 표시가 법선 방향으로 얻어지는 것에 대해 논의될 것이다.
먼저, 예 16에서 흑색 표시가 법선 방향으로 어떻게 얻어지는 지에 대해 도 51에 도시된 포인케어의 구를 참조하여 일반적으로 논의된다.
점 A는 편광판(2408) 및 위상차 보상 소자(2406)을 통과한 광의 편광을 표시한다;
점 B는 위상차 편광기(2404)를 통과한 광의 편광을 표시한다;
점 C는 위상차 편광기(2402)를 통과한 광의 편광을 표시한다;
점 D는 위상차 편광기(2401)를 통과한 광의 편광을 표시한다;
점 E는 위상차 편광기(2403)를 통과한 광의 편광을 표시한다;
점 F는 위상차 편광기(2405 및 2407)를 통과한 광의 편광을 표시한다;
점 G는 편광기(2409)에 의해 투과된 광의 편광을 표시한다;
축 l은 위상차 보상 소자(2406)에 의해 제공된 복굴절 효과에 대응하는 포인케어의 구 상의 회전축을 표시한다;
축 m은 위상차 보상 소자(2404 및 2405)에 의해 제공된 복굴절 효과에 대응하는 포인케어의 구 상의 회전축을 표시한다;
축 n은 위상차 보상 소자(2402)에 의헤 제공된 복굴절 효과에 대응하는 포인케어의 구 상의 회전축을 표시한다;
축 o1은 위상차 보상 소자(2402)에 인접하는 액정 셀의 액정 분자들에 의해 제공된 복굴절 효과에 대응하는 포인케어의 구 상의 회전축을 표시한다;
축 o2는 위상차 보상 소자(2403)에 인접하는 액정 셀의 액정 분자들에 의해 제공된 복굴절 효과에 대응하는 포인케어의 구 상의 회전축을 표시한다;
축 p는 위상차 보상 소자(2407)에 의해 제공된 복굴절 효과에 대응하는 포인케어의 구 상의 회전축을 표시한다.
도 51은 극(pole)에서 본 포인케어의 구를 예시한다. 따라서, 도 51의 중심점(S)은 원 편광된 광을 나타내고, 가장자리부 (적도부)의 점은 선 편광된 광을 나타내며, 중심점(S)과 가장자리부 사이의 점은 타원 편광된 광을 나타낸다. 가장자리부 주위에 도시한 각각의 수치들은 대응하는 선 편광된 광의 편광축과 X_REF축 사이의 각도이다.
도 51을 참조하여, 광원으로부터 관측자(viewer)로 이동하는 약 550 nm의 파장을 가진 빛의 편광 변화(transition)가 기술될 것이다.
도 31에 도시된 편광판(2408)을 통해 통과하는 선형-편광된(linearly-polarized) 빛은 지점 A에 있다. 위상차 보상 소자(2406)의 na축이 편광판(2408)의 투과축과 수직을 이루므로, 지점 A에서의 선형-편광된 빛은 위상차 보상 소자(2406)에 의해 축 1에 대하여 회전하게 된다. 결과적으로, 지점 A에서의 빛은 지점 A로부터 이동되지 않는다.
위상차 보상 소자(2404)의 na축의 각이 약 -45°이므로, 적도(equator)를 따라 지점 A에서의 빛은 축 m에 대하여 회전하게 된다. 위상차 보상 소자(2404)의 d·(na-nb) 값이 약 92 nm이므로, 회전각은 약 60°이다. 결과적으로, 적도를 따라 지점 A에서의 빛은 지점 B로 이동하게 된다.
위상차 보상 소자(2402)의 na축이 약 0°이므로, 지점 B에서의 빛은 축 n에 대하여 회전하게 된다. 위상차 보상 소자(2402)의 d·(na-nb) 값이 약 75 nm이므로, 회전각은 약 49°이다. 결과적으로, 지점 B에서의 빛은 지점 C로 이동하게 된다.
액정 셀(2401)의 굴절률 이방성의 주축이 약 105°로부터 약 75°로 계속해서 회전하므로, 지점 C에서의 빛은 축 o1로부터 축 o2로 계속해서 이동하는 축에 대하여 광원 측으로부터 뷰어 측으로 회전하게 된다. 액정 셀(2401)의 지연(retardation)값이 약 260 nm이므로, 축에 대한 회전각은 약 170°이다. 결과적으로, 지점 C에서의 빛은 일반적으로 도 51에 도시된 바와 같은 경로를 따라 적도를 통해 다른 (보이지 않는) 반구 상에 위치된 지점 D로 이동하게 된다.
위상차 보상 소자(2403)의 na축이 약 0°이므로, 지점 D에서의 빛은 축 n에 대하여 회전하게 된다. 위상차 보상 소자(2403)의 d·(na-nb) 값이 약 75 nm이므로, 회전각은 약 49°이다. 결과적으로, 지점 D에서의 빛은 지점 E로 이동하게 된다.
위상차 보상 소자(2405)의 na축이 약 45°이므로, 지점 E에서의 빛은 축 m에 대하여 회전하게 된다. 위상차 보상 소자(2405)의 값 d·(na-nb)이 약 92 nm이므로, 회전각은 약 60°이다. 결과적으로, 지점 E에서의 빛은 일반적으로 적도를 따라 있는 지점 F로 이동하게 된다.
위상차 보상 소자(2407)의 na축이 편광기(2409)의 투과축과 수직이므로, 지점 F에서의 빛은 축 p에 대하여 회전하게 된다. 결과적으로, 지점 F에서의 빛은 지점 F로부터 이동되지 않는다.
그 후, 지점 G에서의 편광기의 투과축이 지점 F에 관하여 축 p의 반대편 끝 상에 있으므로, 위상차 보상 소자(2407)을 통해 통과한 편광된 빛은 편광기(2409)에 의해 차단된다. 결과적으로, 본 실시예의 액정 표시 장치는 투과율이 약 0 V로 인가된 전압에 대해 약 0 %인 암전광(black electro-optical) 특성을 일반적으로 나타낸다.
또한, 실시예 11 (액정 셀의 트위스트(twist)각이 약 30°인 또 다른 실시예)은 실시예 16에서와 같이 고찰될 수 있다. 도 52는 실시예 11의 편광된 빛의 변화 경로를 도시하되:
지점 A는 편광기(6206) 및 위상차 보상 소자(6204)를 통해 통과한 빛의 편광을 나타내고;
지점 B는 위상차 보상 소자(6202)를 통해 통과한 빛의 편광을 나타내며;
지점 C는 액정 셀(6201)을 통해 통과한 빛의 편광을 나타내고;
지점 D는 위상차 보상 소자들(6203 및 6205)을 통해 통과한 빛의 편광을 나타내며;
지점 E는 편광기(6207)를 통해 투과된 빛의 편광을 나타낸다.
변화는 간단히 후술될 것이다. 도 24에 도시된 편광기(6206)를 통해 통과된선형-편광된 빛은 지점 A에 위치한다. 위상차 보상 소자(6204)는 지점 A에서의 빛을 이동시키지 않는다. 그 다음, 빛은 위상차 보상 소자(6202)에 의해 지점 B로 이동하게 되고, 액정 셀(6201)에 의해 지점 C로 이동하게 되며, 위상차 보상 소자(6203)에 의해 지점 D로 이동하게 된다. 지점 D에서의 빛은 위상차 보상 소자(6205)에 의해 이동되지 않는다. 지점 D는, 뷰어 측에서 편광기(6207)에 의해 투과된 선형-편광된 빛의 편광을 나타내는 지점 E에 관하여 구의 축의 반대편 끝 상에 있는 지점 A와 실질적으로 동일하다. 그러므로, 위상차 보상 소자(6205)를 통해 통과한 편광된 빛은 편광기(6207)에 의해 차단된다. 그래서, 실시예 11의 액정 표시 장치도 또한 투과율이 약 0 V로 인가된 전압에 대해 약 0 %인 암모드 전광 특성을 일반적으로 나타낸다.
마지막으로, 액정 셀이 약 0°의 트위스트 각을 갖는 경우, 예를 들어, 실시예 15는 실시예 16에서과 같이 고찰될 것이다. 도 53a 및 53b는 실시예 15의 편광된 빛의 변화 경로를 도시하되:
지점 A는 편광기(2408) 및 위상차 보상 소자(2406 및 2404)를 통해 통과한 빛의편광을 나타내고;
지점 B는 위상차 보상 소자(2402)를 통해 통과한 빛의 편광을 나타내며;
포인트 C는 액정 셀(2401)을 통과한 광의 편광을 표시한다;
포인트 D는 위상차 보상 소자(2403, 2405 및 2407)를 통과한 광의 편광을 표시한다;
포인트 E는 편광자(2409)에 의해 전송된 광의 편광을 표시한다.
전이가 아래에 간략히 설명된다. 도 31에 도시된 편광자(2408)를 통과한 선형-편광 광은 포인트 A에 위치한다. 위상차 보상 소자(2406 및 2404)는 포인트 A에서는 광을 이동시키지 않는다. 그러면, 광은 위상차 보상 소자(2402)에 의해 포인트 B로 이동하고, 액정 셀(2401)에 의해 다른(감춰진) 반구 상에 위치되는 포인트 C로 이동하고, 위상차 보상 소자(2403)에 의해 균분원(equator)를 따라 포인트 D로 이동한다. 포인트 D에서의 광은 위상차 보상 소자(2405 및 2407)에 의해 이동하지 않는다. 포인트 D는 포인트 A와 실질적으로 동일하고, 이는 관측자 측 상의 편광자(2409)에 의해 전송된 선형-편광 광의 편광을 표시하는 포인트 E에 대한 반구의 축의 반대 단부 상에 있다. 그러므로, 위상차 보상 소자(2407)를 통과한 편광 광은 편광기(2409)에 의해 블러킹된다. 그러므로, 예 15의 액정 표시 장치는 또한 일반적인 블랙 모드 전자-광학 특성을 보이는데, 여기서 투과율은 약 0V의 인가 전압에 대해 약 0%이다.
본 발명의 도시된 예에 대한 상술한 설명에서, 인가된 전압이 없는 블랙 표시를 생성하는 통상의 블랙 모드 특성은 액정 셀 및 위상차 보상 소자의 파라미터를 적절히 설정함에 의해 얻어질 수 있어서 광원 상의 편광판을 통과한 광의 편광 방향은 관찰자 측 상의 편광판에 의해 전송된 광의 편광 방향, 즉 관측자 상의 편광판에 의해 흡수되는 광의 편광 방향을 따라 직각이다. 그러한 설정의 무수한 수가 포인케어의 구를 이용함으로써 발견될 수 있다. 이는 도 54를 참조하면 포인트 A(광원측 상의 편광판을 통과한 광의 편광을 표시)로부터 포인트 Z(관측자 측 상의 편광판에 의해 흡수된 광의 편과을 표시)까지 연장된 가능한 경로의 무수한 수가있기 때문이다.
그러나, 상술한 비교예로부터 알 수 있듯이, 바람직한 관측 각 특성을 얻을 수 있다는 측면에서 액정 셀의 광원 측과 관측자 측 상에 동일한 수의 위상차 보상 소자를 대칭적으로 제공하는 것이 양호하다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 액정 표시 장치는 직교 니콜스 배치 형태의 한 쌍의 편광판 사이에 제공된 포지티브 유전 이방성을 갖는 네마틱 액정 재료로 제조된 액정 층을 교차하여 실질적인 수직 전계를 인가함에 의해 일반적인 블랙 모드 표시를 수행한다(여기서 블랙 표시는 인가 전압이 없는 경우 생성됨). 각 화소 영역내의 액정 층은 적어도 제1 도메인 및 제2 도메인을 포함하며, 여기서 액정 미립자는 상이한 배향을 가지며, 관측 각의 변화로 인한 표시 품질의 변화를 억제하는 것이 가능하다.
법선 방향을 포함하는 임의의 관측 각에서, 위상차 보상 소자는 인가 전압이 없는 기판 표면에 대한 실질적인 수평 배향인 액정 입자의 굴절률 이방성에 대해 보상하여, 감소된 관측 각 의존성을 갖는 블랙 표시를 실현하게 된다. 더욱이, 각각이 포지티브 굴절률 이방성을 갖고 액정 층의 각 측면상에 정렬된 한 쌍의 위상판이 위상차 보상 소자로서 이용하여 그 위상-지연 축이 기판 표면에 대해 평행이고 액정층의 위상-지연 축에 대해 수직인 경우, 법선 방향으로부 관측된 액정 입자의 굴절률 이방성에 대해 효율적으로 보상하는 것이 가능하다.
또한, 포지티브 굴절률 이방성을 갖는 위상판을 정렬하여 그 위상-지연 축이 기판 표면에 대해 실질적으로 수직이고, 그 위상-지연 축이 기판 표면 및 위상차보상 소자의 표면에 평행한 평면 내에 위치하는 액정 층의 지체(retardation)의 변화에 대한 보상을 하는 것이 가능하여, 관측 방향(관측각)이 경사지는 결과가 된다.
더욱이, 그 위상-지연 축이 편광판의 편광 축에 수직이되도록(즉, 액정층의 위상-지연 축에 대해 약 45°) 포지티브 굴절률 이방성을 갖는 위상판을 정렬함에 의해, 타원형으로 편광된 광의 회전에 대한 보상이 가능하다. 결과적으로, 바람직한 블랙 표시가 법선 방향의 포함하는 임의의 관측 각에서 얻어질 수 있다.
본 발명은 일반적인 블랙 모드의 액정 표시 장치를 제공하는데, 관측각의 변화로 인한 표시 품질의 변화는 현저히 감소된다. 본 발명의 액정 표시 장치는 생산 효율 및 종래의 광 관측각 액정 표시 장치와 같은 투과율을 전혀 희생하지 않는다. 본 발명의 액정 표시 장치는 넓은 관측각이 요구되는 컴퓨터 모니터 및 비디오 화상을 표시하기 위한 액정 표시 장치와 같은 액정 표시 장치와 같은 다양한 표시 장치 응용에 적절히 이용될 수 있다.
본 발명의 기술 사상 및 범위를 벗어나지 않는 다양한 변형이 가능함은 당업자에게는 명백하다. 따라서, 청구하고자 하는 바는 상세한 설명에 제한되지 않고, 청구 범위에 의해서만 제한되어야 할 것이다.
Claims (16)
- 액정 표시 장치에 있어서,제1 투명 기판 및 제2 투명 기판과;상기 제1 투명 기판 및 제2 투명 기판 사이에 개재되며, 포지티브 유전 이방성(positive dlelectric anisotropy)을 갖는 네마틱 액정 재료로 만들어진 액정층과;상기 제1 투명 기판 및 제2 투명 기판 상에 각각 제공되며, 상기 제1 투명 기판 및 제2 투명 기판에 실질적으로 수직인 전계를 상기 액정층 양단에 인가하기 위한 제1 전극 및 제2 전극과;상기 제1 투명 기판 및 제2 투명 기판 각각의 외측면 상에 각각 제공되며, 직교 니콜스 배치(crossed Nicols arrangement)로 배열되는 제1 편광판 및 제2 편광판을 포함하고,각 화소 영역의 상기 액정층은 액정 분자가 상이한 배향으로 배향되어 있는 적어도 제1 도메인 및 제2 도메인을 포함하고,포지티브 굴절률 이방성을 갖는 제1 위상차 보상 소자는 상기 제1 편광판과 상기 제1 투명 기판 사이에 제공되며, 포지티브 굴절률 이방성을 갖는 제2 위상차 보상 소자는 상기 제2 편광판과 상기 제2 투명 기판 사이에 제공됨으로써, 상기 제1 및 제2 위상차 보상 소자의 위상 지연축이 기판면에 대해 서로 평행하게 하고전압 무인가 시에는 상기 액정층의 위상 지연축에 대해 실질적으로 수직이 되게 하고;상기 제1 편광판과 상기 제1 위상차 보상 소자 사이 또는 상기 제2 편광판과 상기 제2 위상차 보상 소자 사이에 적어도 하나의 제3 위상차 보상 소자가 제공되고;상기 제3 위상차 보상 소자의 굴절률 타원(refractive index ellipse)은 세개의 주축 a, b 및 c, 및 상기 주축 a, b 및 c을 각각 따르는 굴절률 na, nb 및 nc를 갖고, 상기 주축 a 및 상기 주축 b가 상기 기판면에 평행한 면 내에 놓이고, 상기 주축 c가 상기 기판면의 법선 방향에 평행하고, 상기 주축 a가 상기 위상차 보상 소자에 인접하는 편광판들 중 하나의 편광판의 편광축에 수직인 경우, nc > na > nb의 관계를 유지하며;상기 제1, 제2 및 제3 위상차 보상 소자는 전압 무인가시 상기 기판면에 대해 실질적으로 수평 배향으로 되어 있는 상기 액정층의 상기 액정 분자의 굴절률 이방성을 보상하는 액정 표시 장치.
- 제1항에 있어서, 상기 액정층의 지연값은 d1c·△n이고, 상기 제3 위상차 보상 소자의 면내 지연은 d·(na-nb)이고, 그 두께 방향을 따른 지연은 d·(na-nc)이고,파라미터 RL 및 NZ는,RL = d·(na - nc)/(d1c·△n) 및NZ = (na - nc)/(na - nb)으로 정의되고;상기 제3 위상차 보상 소자들 중 2개는 상기 제1 편광판과 상기 제1 위상차 보상 소자 사이 및 상기 제2 편광판과 상기 제2 위상차 보상 소자 사이에 각각 제공되고, 상기 2개의 제3 위상차 보상 소자의 RL 값의 합은 RLsum으로 정의되고;이 때, 0≤｜RLsum｜≤2이고;상기 제3 위상차 보상 소자들 각각은 log(｜NZ｜)≥2.0·｜RL｜-1.2을 만족하고, 여기서 RL < 0 및 NZ < 0인 액정 표시 장치.
- 제2항에 있어서, 상기 2개의 제3 위상차 보상 소자 중 한 보상 소자의 RL 값 및 NZ 값은 상기 2개의 제3 위상차 보상 소자 중 다른 한 보상 소자의 RL 값 및 NZ값과 각각 동일한 액정 표시 장치.
- 액정 표시 장치에 있어서,적어도 하나가 투명한 제1 기판 및 제2 기판과;상기 제1 및 제2 기판 사이에 개재되며, 포지티브 유전 이방성을 갖는 네마틱 액정 재료로 만들어진 액정층과;상기 제1 및 제2 기판 상에 제공되며, 상기 제1 및 제2 기판에 실질적으로 수직인 전계를 상기 액정층 양단에 인가하기 위한 제1 전극 및 제2 전극과;상기 제1 및 제2 기판 각각의 외측면 상에 각각 제공되며, 직교 니콜스 배치로 배열되는 제1 편광판 및 제2 편광판과;위상차 보상 소자를 포함하고,각 화소 영역의 상기 액정층은 액정 분자가 상이한 배향으로 배향되어 있는 적어도 제1 도메인 및 제2 도메인을 포함하고,상기 위상차 보상 소자는 전압 무인가시에는 상기 제1 및 제2 기판의 표면에 대해 실질적으로 수평인 배향으로 상기 액정 분자의 굴절률 이방성을 보상하는 액정 표시 장치.
- 제4항에 있어서,상기 제1 및 제2 기판은 모두 투명기판이고,상기 위상차 보상 소자는, 상기 제1 기판과 상기 제1 편광판 사이에 제공된 제1 위상차 보상 소자 및 상기 제2 기판과 상기 제2 편광판 사이에 제공된 제2 위상차 보상 소자를 포함하는 액정 표시 장치.
- 제5항에 있어서,상기 제1 및 제2 위상차 보상 소자는 각각 포지티브 굴절률 이방성을 갖고,상기 제1 및 제2 위상차 보상 소자의 위상 지연축은 실질적으로 서로 평행하며 전압 무인가시에는 상기 액정층의 위상 지연축에 대해 실질적으로 수직인 액정표시 장치.
- 제6항에 있어서,상기 제1 위상차 보상 소자와 상기 제1 편광판 사이에 제3 위상차 보상 소자가 더 제공되고,상기 제3 위상차 보상 소자는 포지티브 굴절률 이방성을 갖고,상기 제3 위상차 보상 소자의 위상 지연축은 상기 제1 및 제2 기판에 대해 실질적으로 수직인 액정 표시 장치.
- 제7항에 있어서,상기 제2 위상차 보상 소자와 상기 제2 편광판 사이에 제4 위상차 보상 소자가 더 제공되고,상기 제4 위상차 보상 소자는 포지티브 굴절률 이방성을 갖고,상기 제4 위상차 보상 소자의 위상 지연축은 제1 및 제2 기판에 실질적으로 수직인 액정 표시 장치.
- 제8항에 있어서,상기 제1 위상차 보상 소자와 상기 제3 위상차 보상 소자 사이에 제5 위상차 보상 소자가 제공되고,상기 제2 위상차 보상 소자와 상기 제4 위상차 보상 소자 사이에 제6 위상차보상 소자가 제공되고,상기 제5 및 제6 위상차 보상 소자 각각은 포지티브 굴절률 이방성을 갖고,상기 제5 위상차 보상 소자의 위상 지연축은 상기 제1 편광판의 편광축에 대해 실질적으로 수직이고,상기 제6 위상차 보상 소자의 위상 지연축은 상기 제2 편광판의 편광축에 대해 실질적으로 수직인 액정 표시 장치.
- 제4항에 있어서,상기 액정층의 두께 방향을 따른 중간부에서 상기 제1 및 제2 도메인 내의 상기 액정 분자의 디렉터들은 서로 대략 180°상이한 각각의 방향으로 올라가고,상기 방향은 상기 제1 및 제2 편광판 각각의 편광축에 대해 대략 45°인 액정 표시 장치.
- 제4항에 있어서, 상기 제1 및 제2 도메인 내의 상기 액정 분자는 수평 배향으로 되어 있는 액정 표시 장치.
- 제4항에 있어서, 상기 제1 및 제2 도메인 내의 상기 액정 분자는 트위스트 배향(twist orientation)으로 되어 있는 액정 표시 장치.
- 제11항에 있어서, 상기 제1 도메인에서의 상기 제1 및 제2 기판 상의 상기액정 분자의 프리틸트 각(pre-tilt angles)은 상기 제2 도메인에서의 각과는 상이한 액정 표시 장치.
- 제12항에 있어서, 상기 제1 도메인에서의 상기 제1 및 제2 기판 상의 상기 액정 분자의 프리틸트 각은 상기 제2 도메인에서의 각과는 상이한 액정 표시 장치.
- 제4항에 있어서, 각 화소 영역에서의 상기 액정층은 복수의 상기 제1 도메인과 복수의 상기 제2 도메인을 포함하고, 상기 제1 도메인의 개수는 상기 제2 도메인의 개수와 동일한 액정 표시 장치.
- 제4항에 있어서, 상기 제1 도메인의 전체 면적은 상기 제2 도메인의 전체 면적과 동일한 액정 표시 장치.
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