KR100697570B1 - 노멀리 화이트 ｔｎ 모드의 ｌｃｄ 장치 - Google Patents

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엔이씨 엘씨디 테크놀로지스, 엘티디.
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Abstract

노멀리 화이트 TN 모드의 LCD 장치는 한 쌍의 기판 (103 및 107) 사이에 개재된 LC 층 (105) 의 리타데이션을 보상하기 위해 제 1 및 제 2 광학 보상 필름 (102 및 108) 을 갖는다. LC 층 (105) 의 프리틸트 각 (θ) 과 액정의 임계 전압 (Vth) 에 따른 다음의 관계식:
Figure 112005066031353-pat00001
을 갖는 인가 전압 (Vw) 이 LC 층 (105) 에 인가된다. 프리틸트 각 (θ) 에 의존하는 인가 전압 (Vw) 을 사용함으로써， 원하는 콘트라스트 비를 달성하는 시야각을 증가시킨다.
노멀리 화이트, TN 모드, LCD 장치, 프리틸트 각

Description

노멀리 화이트 ＴＮ 모드의 ＬＣＤ 장치{NORMALLY-WHITE TN-MODE LCD DEVICE}
도 l은 본 발명의 제 1 실시형태에 따른 LCD 장치의 개략 단면도.
도 2는 LC 분자의 배열, 그리고 제 1 및 제 2 광학 보상 필름의 광학 특성을 나타낸，도 1의 LCD 장치의 개략 단면도.
도 3은 시뮬레이션에 의해 획득된，다양한 프리틸트 각 (pre-tilt angle) 에서의 LC 층의 투과율과 인가 전압 사이의 관계를 나타낸 그래프.
도 4a 및 도 4b는, 각각 96% 및 99.9%의 투과율의 경우, 백색 표시 시의 콘트라스트 뷰잉 콘 (contrast viewing cone) 을 나타낸 도면.
도 5는 도 3에 도시된 100%의 투과율의 부근을 확대한 상세 그래프.
도 6은 도 5로부터 획득되는, 99.9%의 투과율을 달성하는 인가 전압과 프리틸트 각 사이의 관계를 나타낸 테이블.
도 7은 시뮬레이션에 의해 획득된，각 프리틸트 각에서의 LCD 장치의 시야각 특성을 나타낸 테이블.
도 8은 본 발명의 제 2 실시형태에 따른 LCD 장치에서 제 1 및 제 2 보상 필름의 광학 특성을 나타낸 개략 단면도.
도 9는 시뮬레이션에 의해 획득된, 각 프리틸트 각에서의 LCD 장치의 시야각 특성을 나타낸 테이블.
*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*
100: LCD 장치
101: 제 1 편광 필름
102: 제 1 광학 보상 필름
103: 제 1 유리 기판
104: 제 1 배향 필름
105: LC 층
106: 제 2 배향 필름
107: 제 2 유리 기판
108: 제 2 광학 보상 필름
109: 제 2 편광 필름
110, 111: 투명 전극
본 발명은 액정 표시 (LCD) 장치에 관한 것으로서, 더 상세하게는, 약 90 도의 트위스트 각을 갖는 액정 (LC) 분자를 포함하는 노멀리 화이트 (normally-white) 트위스트-네마틱 (twisted-nematic) 모드 (TN 모드) 의 LCD 장치에 관한 것이다.
일반적으로，TN 모드의 LC 장치는 제 1 편광 필름，제 1 유리 기판，LC 층, 제 2 유리 기판，및 제 2 편광 필름을 연속적으로 포함하며, 광 입사측으로부터 관측할 때에 이 순서로 배열된다. 전계가 인가되지 않을 때, LC 층은 장축 (longer axis) 이 기판 표면에 평행하게 향하는 LC 분자를 포함한다. LC 분자는, 제 1 기판으로부터 제 2 기판으로, 장축에 대해 90 도 트위스트된다. 노멀리 화이트 TN 모드의 LCD 장치에서，제 1 및 제 2 편광 필름은，편광 축이 서로 수직으로 배치되도록 배열되고, 따라서 그 LCD 장치는 전계가 인가되지 않은 경우에 백색을 나타낸다.
LCD 장치가 특정 콘트라스트 비 이상을 달성하는 시야각의 범위를 나타내는 시야각 특성은, LCD 장치의 성능의 중요한 인덱스 중 하나로 알려져 있다. 예를 들어，백색 종이의 고품질 시트가 흑색 잉크로 프린트되는 프린트 시트에서 측정된 백색 대 흑색의 휘도비로서, 이용되는 특정 콘트라스트 비는 10:1이다.
일반적으로，LCD 장치의 수평 방향은, 백색 표시 시에, 기판 사이의 LC 층의 중앙에 상주하는 LC 분자의 장축에 수직이 되도록 결정된다. 또한, LC 층 중앙의 LC 분자의 수직 장축을 따라 대향하는 양 방향 중에서, 톤 반전이 좁은 시야각으로부터 발생할 것 같은 반-시야각 (counter-viewing-angle) 방향은 하방으로서 선택되고, 반-시야각 방향에 대향하는 포지티브-시야각 (positive-viewing-angle) 방향은 상방으로서 선택된다. 예를 들어，LCD 장치의 카탈로그에는，수직 방향과 수평 방향의 시야각 특성이 각 LCD 장치에 대해 기재되어 있다
LCD 장치에서，LC 층의 굴절률 이방성은 경사진 시야 방향에서의 콘트라스트 비를 감소시켜, LCD 장치의 시야각 특성을 악화시킨다고 알려져 있다. 일본특허공개공보 평 9(1997)-155586호 및 제 2004-133487호는 굴절률 이방성의 문제에 대한 해답을 설명한다. 그 문헌에서 설명된 기술은，LC 층의 광학 극성과 반대인 광학 극성을 갖는 광학 보상 필름, 즉 리타데이션 (retardation) 필름이 제 1 편광 필름과 제 1 유리 기판 사이뿐만 아니라 제 2 편광 필름과 제 2 유리 기판 사이에 배치되어，LC 층의 편광 상태의 변화를 보상하도록 한다.
종래의 노멀 화이트 TN 모드의 LCD 장치에서는, LCD 장치의 LC 층을 구동하는 LCD 드라이버는, 백색 표시 시에도, 전극 사이에 소량의 전압을 인가한다. 이 소량의 전압은 백색 표시 시에 LC 분자의 배향을 변화시켜, LC 층을 통한 광 투과율을 감소시키고, 따라서 각 시야각에서의 백색 휘도를 감소시킨다. 따라서, TN 모드의 LCD 장치는 전체 콘트라스트 비가 저감됨으로써, 10:1 이상의 콘트라스트 비를 달성하는 시야각의 범위를 감소시킨다.
일본특허공개공보 제 2004-133487호에서, 무전계의 표시 시에 제 1 편광 필름과 제 2 편광 필름 사이에서 획득된 광의 투과율을 표준 투과율 (100%) 로서 이용하는 경우，백색 표시 시의 인가 전압은 90 내지 97% 투과율 범위를 획득하도록 설정된다. 그러나, 백색 표시 시에 이 범위로 인가 전압을 설정하는 것은 시야각 특성을 충분히 향상시키지 않는다 (즉，수평 방향의 좌측 및 우측 각각에서 80 도 이상의 시야각을 달성할 수 없다).
TN 모드의 LCD 장치는 제 1 유리 기판과 LC 층 사이뿐만 아니라, LC 층과 제 2 기판 사이에 배향 필름을 포함한다. LC 분자는 배향 필름의 존재로 인해 기판 표면에 대하여 프리틸트 각을 갖는다. 백색 표시 시의 인가 전압과 광의 투과 (투과율) 사이의 관계는 액정의 물성 및 프리틸트 각에 의존한다. 그러나，액정의 물성 및 프리틸트 각에 의존하여 백색 표시 시에 수평 방향에서 충분한 시야각，즉, 80 도 이상을 달성하는 인가 전압의 범위는，종래 기술에서는 알려져 있지 않다.
상술한 바에 따라，본 발명의 목적은, 바람직한 콘트라스트 비를 달성하는, 수평 방향에서 80 도 이상의 시야각이 획득되는 우수한 시야각 특성을 달성할 수 있는 LCD 장치를 제공하는 것이다.
본 발명은，제 1 편광 필름，제 1 광학 보상 필름，제 1 기판，제 1 배향 필름，약 90 도의 트위스트 각을 갖는 TN 모드 LC 층，제 2 배향 필름，제 2 기판，제 2 광학 보상 필름，및 제 2 편광 필름을 포함하는 노멀리 화이트 LCD 장치를 제 공하는 것으로, 제 1 및 제 2 광학 보상 필름은 각각 LC 층의 광학 특성에 반대되는 네거티브 (negative) 광학 특성을 갖고， LC 층의 트위스트 각 (θ) 및 백색 표시 시에 LC 층에 인가되는 인가 전압 (Vw) 이，LC 층의 소정의 임계 전압 (Vth) 에 대해，다음의 관계식:
Figure 112005066031353-pat00002
를 만족하며, 소정의 임계 전압 (Vth) 은 다음의 식:
Figure 112005066031353-pat00003
에 의해 정의되며, 여기서，K11, K22, 및 K33이 각각 스플레이 (splay) 변형, 트위스트 변형, 및 벤딩 변형에 대한 LC 층에서의 LC 분자의 탄성 계수이고, Δε 및 ε0은 각각 유전율 이방성 및 전기 상수 (electric constant) 이다.
본 발명의 LCD 장치에 의하면，백색 표시 시에 LC 층에 인가된 인가 전압 (Vw) 은, 프리틸트 각에 의존하는 상기의 관계식을 만족하는 값으로 설정됨으로써，백색 표시 시에 99.9 % 이상의 LC 층의 투과율이 획득되고，따라서 원하는 콘트라스트 비를 달성하는 시야각의 범위가 증가된다.
본 발명의 LCD 장치에서는，수평 방향에서 10: 1의 콘트라스트 비를 달성하는 시야각이 80 도 이상인 것이 바람직하다.
본 발명의 바람직한 실시형태에서，제 1 광학 보상 필름은 제 1 기판 부근의 LC 층의 제 1 부분의 리타데이션을 보상하며，제 2 광학 보상 필름은 제 2 기판 부근의 LC 층의 제 2 부분의 리타데이션을 보상한다. 이 경우에, LCD 장치는，특히 경사진 시야 방향에서 관측되는 이미지에 대해서，향상된 이미지 품질을 갖는다.
LCD 장치의 바람직한 실시형태에서，LC 층의 제 1 및 제 2 부분은 각각 복수 (n) 의 버추얼 LC 박막 (thin virtual LC film) 을 갖는다고 가정한다. 제 1 및 제 2 광학 보상 필름은, 각각, 광 투과의 방향으로 배열되는，네거티브 (negative) 단일축 (single-axis) 광학 특성을 갖는 복수 (n) 의 디스코틱 (discotic) LC 층을 포함하는데, 각각은 제 1 및 제 2 부분 중 대응하는 부분에서 복수의 버추얼 LC 박막 중 대응하는 버추얼 LC 박막을 보상한다.
제 1 기판으로부터 카운트되어 정렬된 번호를 갖는 제 1 광학 보상 필름의 i 번째 디스코틱 층 (1≤i≤n) 은，흑색 표시 시에 제 1 기판으로부터 카운트되어 정 렬된 번호를 갖는 제 1 부분에서의 i 번째 버추얼 LC 박막의 장축에 실질적으로 평행한 장축을 가짐으로써，제 1 광학 보상 필름의 i 번째 디스코틱 층은 제 1 부분에서의 i 번째 버추얼 LC 박막의 리타데이션을 보상한다.
제 2 기판으로부터 카운트되어 정렬된 번호를 갖는 제 2 광학 보상 필름의 i 번째 디스코틱 층은，흑색 표시 시에 제 2 기판으로부터 카운트되어 정렬된 번호를 갖는 제 2 부분에서의 i 번째 버추얼 LC 박막의 장축에 실질적으로 평행한 장축을 가짐으로써，제 2 광학 보상 필름의 i 번째 디스코틱 층은 제 1 부분에서의 i 번째 버추얼 LC 박막의 리타데이션을 보상한다.
상술한 바와 같은，바람직한 실시형태의 구성에서, 제 1 및 제 2 광학 보상 필름은 서로 보상 기능을 강화하여，LCD 장치의 이미지 품질을 더 향상시킨다. 이러한 구성의 이용은，10:1의 콘트라스트 비를 달성하는 시야각을 가능한한 수평 방향에서 80 도 이상까지 상승시킬 수도 있다.
또한，제 1 광학 보상 필름은，네거티브 단일축 광학 특성을 가지며，흑색 표시 시에 제 1 기판 부근의 LC 분자의 장축에 실질적으로 평행한 광축을 갖는 굴절률 타원체를 갖는 것이 바람직하며，제 2 광학 보상 필름은 네거티브 단일축 광 학 특성을 가지며，흑색 표시 시에 제 2 기판 부근의 LC 분자의 장축에 실질적으로 평행한 광축을 갖는 굴절률 타원체를 갖는 것이 바람직하다. 이러한 구성에서，제 1 및 제 2 광학 보상 필름은 LC 층의 리타데이션을 보상함으로써，LCD 장치의 이미지 품질을 향상시킨다.
본 발명의 LCD 장치에서，백색 표시 시의 프리틸트 각에 의존하는 인가 전압을 설정하는 것은 각각의 프리틸트 각에서의 백색 휘도를 향상시킴으로써， 원하는 콘트라스트 비를 달성하는 시야각을 증가시키며，따라서, LCD 장치의 이미지 품질을 향상시킨다.
본 발명의 상기 및 다른 목적，특성, 및 장점은 첨부 도면을 참조하여，다음의 설명으로부터 더 명백해질 것이다.
본 발명의 바람직한 실시형태
다음으로，첨부 도면을 참조하여 본 발명을 더 상세하게 설명하고，동일한 구성 요소는 도면 전반에 걸쳐 동일한 참조 번호로 나타낸다.
도 1을 참조하면， 본 발명의 제 1 실시형태에 따른， LCD 장치 (일반적으로 도면 부호 100으로 지칭됨) 는 제 1 편광 필름 (101)，제 1 보상 필름 (102) ，제 1 유리 기판 (103)，제 1 배향 필름 (104)，LC 층 (105)，제 2 배향 필름 (106)，제 2 유리 기판 (107)，제 2 광학 보상 필름 (108), 및 제 2 편광 필름 (109) 을 포함하는데， 이들은 광의 투과 방향에서 이 순서로 배열된다. LCD 장치 (100) 는 노멀리 화이트 TN 모드이다.
제 1 및 제 2 편광 필름 (101 및 109) 은，각각, 특정한 편광 방향을 갖는 광이 통과하게 하는 기능을 갖는다. 제 1 편광 필름 (101) 의 편광 축은 제 2 편 광 필름 (109) 의 편광 축과 수직이다. 예를 들어，제 1 유리 기판 (103) 은 TFT (thin-film-trnasistor) 기판을 구성하고, 제 2 유리 기판 (107) 은 컬러 필터 (color-filter) 기판 또는 대향 (counter) 기판을 구성한다. LC 층 (105) 은 약 90 도의 트위스트 각을 갖는 TN 모드 LC를 포함한다. 제 1 및 제 2 유리 기판 (103 및 107) 은, 각각 LC 분자를 제어하기 위해 LC 층 (105) 에 전계를 인가하는 투명 전극 (110 또는 111) 을 탑재한다.
제 1 배향 필름 (104) 은 LC 층 (105) 과 제 1 유리 기판 (103) 사이의 계면 부근의 LC 분자의 배향을 제어한다. 제 2 배향 필름 (106) 은 LC 층 (105) 과 제 2 유리 기판 (107) 사이의 계면 부근의 LC 분자를 제어한다. LC 층 (105) 의 LC 분자는，제 1 배향 필름 (104) 의 기능으로 인해 제 1 유리 기판 (103) 의 표면으로부터 특정 프리틸트 각으로 입상 (立上) 하고, 제 2 배향 필름 (106) 의 기능으로 인해 제 2 유리 기판 (107) 의 표면으로부터 특정 프리틸트 각으로 입상한다. 제 1 및 제 2 광학 보상 필름 (102 및 108) 은, 각각, 네거티브 단일축 굴절률 이방성을 가지며, 기판 표면의 법선에 대하여 특정 각으로 기울어진 유효 광축을 갖는다. 제 1 및 제 2 광학 보상 필름 (102 및 108) 은, 예를 들어, 후지필름사 (Fuji film inc.) 로부터 공급된 WV 필름 (상표) 로 제조될 수도 있다.
도 2는 LC 층 (105) 의 LC 분자의 배향 및 제 1 및 제 2 광학 보상 필름 (102 및 108) 의 광학 특성을 개략적으로 나타낸 것이다. 도 2에는, 제 1 및 제 2 유리 기판 (103 및 107) 은 도시가 생략되어 있다. 또한, LC 분자의 트위 스트 각은 무시된다.
LC 층 (105) 에서, 도면에 도시된 바와 같이, 제 1 유리 기판 (도 1의 103) 상에 형성된 투명 전극 (110) 및 제 2 유리 기판 (도 1의 107) 상에 형성된 투명 전극 (111) 에 의해 인가된 전계로 인해, 흑색 표시 시에 대부분의 LC 분자는 입상한다. 제 1 및 제 2 배향 필름 (104 및 106) 의 고정 기능으로 인해, 제 1 유리 기판 (103) 과 LC 층 (105) 사이의 계면 및 LC 층 (105) 과 제 2 유리 기판 (107) 사이의 계면 부근의 LC 분자는 완전하게 입상하지 않는다.
LC 층 (105) 이 전방부, 중앙부, 및 후방부를 포함하는 3 부분으로 나누어진다고 가정할 때, 제 1 보상 필름 (102) 은 제 1 보상 필름 (102) 부근의 후방부에서의 액정의 잔류 리타데이션을 보상한다. 제 1 광학 보상 필름 (102) 은, 상이한 방향의 광축을 갖는 복수의 디스코틱 LC 층이 서로 적층된 디스코틱 액정 섹션 (102a) 및 TAC (triacetyl-cellulose) 필름 (102b) 을 포함한다.
도 2에 도시한 예시적인 경우에서, 디스코틱 액정 섹션 (102a) 은 3 개의 디스코틱 LC 층을 포함하고, LC 층 (105) 에 가장 근접한 디스코틱 LC 층 중 하나는, 흑색 표시 시에, 제 1 광학 보상 필름 (102) 에 가장 근접한 버추얼 LC 박막 중 하나에서의, LC 분자의 장축에 실질적으로 평행한 광축을 가짐으로써, 잔류 리타데이션을 보상한다.
제 1 광학 보상 필름 (102) 의 중앙 디스코틱 LC 층은, 흑색 표시 시에, 그 광축이 LC 층 (105) 의 후방부의 중앙 버추얼 LC 박막에 있는 LC 분자의 장축에 실질적으로 평행하도록 배치됨으로써, 중앙 버추얼 LC 박막의 잔류 리타데이션을 보 상한다. TAC 필름 (102b) 에 가장 근접한 디스코틱 LC 층은, 그 광축이 LC 층 (105) 의 후방부의 전방 버추얼 LC 박막에 있는 LC 분자의 장축에 실질적으로 평행하도록 배치됨으로써, 그 잔류 리타데이션을 보상한다.
TAC 필름 (102b) 은 네거티브 단일축 광학 특성을 가지며, 기판 표면에 수직인 광축을 가짐으로써, LC 층 (105) 의 중앙부에 있는 LC 분자의 잔류 리타데이션을 보상한다.
제 2 광학 보상 필름 (108) 은, 흑색 표시 시에, 제 2 광학 보상 필름 (104) 에 근접한 LC 층 (105) 의 전방부의 잔류 리타데이션을 보상한다. 제 2 광학 보상 필름 (108) 은, 상이한 방향의 광축을 갖는 복수의 디스코틱 LC 층이 서로 적층된 디스코틱 액정 섹션 (108a) 및 TAC 필름 (108b) 을 포함한다.
도 2에 예시적으로 도시된 바와 같이, 디스코틱 액정 섹션 (108a) 은 3 개의 디스코틱 LC 층을 포함하며, LC 층 (105) 에 가장 근접한 디스코틱 LC 층 중 하나는, 흑색 표시 시에, 제 2 광학 보상 필름 (108) 에 가장 근접한 버추얼 LC 박막 중 하나의 LC 분자의 장축에 실질적으로 평행한 광축을 가짐으로써, 잔류 리타데이션을 보상한다.
제 2 광학 보상 필름 (108) 의 중앙 디스코틱 LC 층은, 흑색 표시 시에 그 광축이 LC 층 (105) 의 전방부의 중앙 버추얼 LC 박막에 있는 LC 분자의 장축에 실질적으로 평행하도록 배치됨으로써, 중앙 버추얼 LC 박막의 잔류 리타데이션을 보상한다. TAC 필름 (102b) 에 가장 근접한 디스코틱 LC 층은, 그 광축이 LC 층 (105) 의 전방부의 전방 버추얼 LC 박막에 있는 LC 분자의 장축에 실질적으로 평행 하도록 배치되어, 잔류 리타데이션을 보상한다.
TAC 필름 (108b) 은 네거티브 단일축 광학 특성을 가지며, 기판 표면에 수직인 광축을 가짐으로써, LC 층 (105) 의 중앙부의 LC 분자의 잔류 리타데이션을 보상한다.
도 3은 시뮬레이션에 의해 획득된, LC 층 (105) 의 투과율과 인가 전압 사이의 관계를 도시한 것이다. 시야각 특성을 향상시키기 위한 액정의 물성 및 프리틸트 각에 의존하는 백색 표시 시의 인가 전압의 범위를 구하기 위해 시뮬레이션이 수행된다. 이 시뮬레이션에서, 인가 전압은 0.5 내지 5.0 도의 프리틸트 각에 대해 변화되어, 0 볼트의 인가시에 LC 층이 100 % 의 투과율을 갖는다고 가정할 때, 각 인가 전압에서의 퍼센트 투과율을 측정하였다. 도 3으로부터 알 수 있는 바와 같이, 더 큰 프리틸트 각은, 측정 투과율이 100%의 투과율로부터 더 낮은 전압으로 감소되게 한다.
도 4a 및 도 4b는, 각각, 백색 표시 시의 LC 층의 96% 및 99.9% 투과율 및 다양한 콘트라스트 비를 달성하는 경우의 콘트라스트 뷰잉 콘을 도시한 것이다. 이들 도면에서, 콘트라스트 비는 0 내지 360 도의 방위각 및 0 내지 80 도의 극각에 대한 등고선으로 나타난다. 10:1의 콘트라스트 비에 대한 등고선은 외부 원의 부근에 도시되어 있고, 10:1 보다 더 높은 콘트라스트 비에 대한 다른 등고선은 중앙 영역에 도시되어 있다. 이는, 작은 시야각이 높은 콘트라스트 비를 수반한다는 일반 법칙을 나타낸다.
종래의 LCD 장치에서, 도 4a에 도시된 바와 같이, 백색의 표시는 백색 표시 시의 LC 층의 96% 투과율을 달성하기 위한 인가 전압을 수반하며, 10:1의 콘트라스트 비를 달성하는 시야각은 수평 방향으로, 즉 0 도 및 180 도의 방위각으로 약 75 도이다. 이와 대조적으로, 도 4b에 도시된 바와 같이, 백색 표시 시의 LC 층의 투과율이 99.9%로 설정된다면, 수평방향에서의 시야각은 0 도 및 180 도의 방위각에 대해 80 도 이상으로 증가한다.
도 5는 도 3의 그래프에서의 100% 투과율의 부근을 상세히 도시한 것이다. 도 5에서, 0 도와 10 도 사이의 프리틸트 각에서의 투과율 곡선과 99.9% 투과율의 교점은 99.9%의 투과율을 달성하는 인가 전압을 나타낸다. 도 5의 교점에 의해 나타난 인가 전압은, 0 도와 10 도 사이의 각각의 프리틸트 각에 대해 도 6에 표로 나타낸다. 일반적으로, 특정 트위스트 각을 갖는 LC 층은 대응하는 임계 전압 (Vth) 을 가지며, 이 임계 전압은 LC의 프리데릭 전이점 (Freedericksz transition point) 을 나타낸다.
도 5에서의 프리틸트 각과 인가 전압 사이의 관계의 이용은, 본 발명의 원리에 따라서, 각각의 프리틸트 각에 대한 백색 표시 시의 99.9%의 투과율을 달성하는 인가 전압 (Vw) 을 나타낸다. 인가 전압 (Vw) 은, 약 90 도의 트위스트 각을 갖는 LC 층 (105) 의 임계 전압 (Vth) 과 프리틸트 각 (θ) 을 이용함으로써, 다음과 같은
Figure 112005066031353-pat00004
인 관계식을 만족하며, 여기서 0≤θ≤10이다.
상기에서 이용된 임계 전압 (Vth) 은, 90 도의 트위스트 각에서의 LC의 프리데릭 전이점을 나타내며, 탄성 계수 K11, K22, 및 K33 및 유전율 이방성 Δε을 이용함으로써
Figure 112005066031353-pat00005
과 같이 표현될 수 있으며, 여기서, K11, K22, 및 K33이 각각 스플레이 변형, 트위스트 변형, 및 벤딩 변형의 탄성 계수이다. 이 수학식은 Okamura 및 Ichinose 에 의해 제공된 "LC 과학 실험 강좌의 제 4 과정에서, LC 재료의 특성을 측정하는 기술 (2)" 이라는 제목의 문헌에 개시되어 있다.
유전율 이방성 Δε은, 동일한 문헌에서 설명된 바와 같이, LCR 미터를 이용함으로써 수직 배향 LC 셀 및 수평 배향 LC 셀에서의 LC 분자의 장축에 평행 및 수직인 방향에서 LC의 비유전율을 측정한 이후에 계산된다. 외부 자계 또는 전계의 세기의 변화에 의해 발생하는 LC 셀이 통과한 광의 세기의 변화를 측정함으로써 탄성 계수 K11, K22, 및 K33가 획득된다. 프리틸트 각 (θ) 은 나비시 테크니카 (Nabishi Technica) 의 LCA-LAU (상표) 를 이용함으로써 측정될 수 있다.
도 7은 시뮬레이션에 의해 획득된, LCD 장치의 각 프리틸트 각에서의 시야각 특성을 도시한 것이다. 시뮬레이션은 LC 층이 K11=9.1pN, K22=8.6pN, K33=18.8pN, Δε=6.1 volts, 및 리타데이션 Δnd=390 ㎚인 가정을 이용한다. 또한, 시뮬레이션은 제 1 및 제 2 광학 보상 필름 (102 및 108) 이 각각 550㎚의 파장에서 120 ㎚의 수직 리타데이션 (Rth) 를 갖는 디스코틱 LC 섹션, 및 150㎚의 리타데이션 (Rth) 와 기판의 법선으로부터 18 도 경사진 광축을 갖는 TAC 필름을 포함한다고 가정한다.
인가 전압이, 본 발명에 따른 관계식 (1) 의 상한으로 설정된 경우 및 비교예에서 프리틸트 각에 관계없이 1.1 볼트로 설정되는 두 경우에서 시뮬레이션이 수행된다. 시뮬레이션은 수평 및 수직 방향에서의 시야각 특성을 나타내고, 그 결과는 상술한 도 7의 표에 도시된다. 도 7에서, 컬럼 (column) 의 상부에서 "좌", "우", "상", 및 "하"로 나타낸 컬럼의 숫자는 각 프리틸트 각에서의 10:1의 콘트라스트 비를 달성하는 시야각을 나타낸다.
도 7로부터 알 수 있는 바와 같이, 백색 표시 시에 1.1 볼트의 인가 전압을 이용하는 LCD 장치는 10:1 이상의 콘트라스트 비를 달성하는 80 도 이상의 시야각을 갖지 않고, 작은 시야각 특성을 나타낸다. 이와 대조적으로, 관계식 (1) 에서 상한에 의해 정의된 인가 전압을 이용하는 LCD 장치는, 각 프리틸트 각에서 하방을 제외하고, 수평 및 수직 양 방향에서 80 도보다 큰 시야각을 가짐으로써, 더 큰 시야각 특성을 보인다. LCD 장치가 일반적으로 하방에서 관측되는 일이 거의 없기 때문에, 하방에 대해, 즉 도 4a 및 4b에서 방위각 270 도에서의 작은 시야각 (도 7에서 약 65 도) 은 사소한 결점이다.
도 8은 본 발명의 제 2 실시형태에 따른 LCD 장치에서 이용되는 제 1 및 제 2 광학 보상 필름의 광학 특성을 개략적으로 나타낸 것이다. 제 2 실시형태에 따른 LCD 장치는, 제 1 및 제 2 광학 보상 필름의 구성을 제외하고, 제 1 실시형태 의 LCD 장치와 유사한데, 이하 설명된다.
제 1 광학 보상 필름 (102) 은, 제 1 실시형태에서 이용된 디스코틱 LC 섹션 (102a) 대신에 기판 표면에 대해 특정 경사각을 갖는 네거티브 단일축 광학 특성을 갖는 보상 필름 (102c)을 포함한다. 그 보상 필름 (102c) 은, 흑색 표시 시에, 광축의 특정 경사각이, LC 층 (105) 과 제 1 유리 기판 (도 1에서 103) 사이의 계면 부근의 LC 분자의 광축의 평균 경사각과 일치하도록 배치된다. 따라서, 보상 필름 (102c) 은 이 계면 부근의 LC 분자의 잔류 리타데이션을 보상한다.
제 2 광학 보상 필름 (108) 은, 제 1 실시형태에서 이용된 디스코틱 LC 섹션 (108a) 대신에 기판 표면에 대해 특정 경사각을 갖는 네거티브 단일축 광학 특성을 갖는 보상 필름 (108c) 을 포함한다. 보상 필름 (108c) 은, 흑색 표시 시에, 광축의 특정 경사각이 LC 층 (105) 과 제 2 유리 기판 (107) 사이의 계면의 부근의 LC 분자의 광축의 평균 경사각과 일치하도록 배치된다. 따라서, 보상 필름 (108c) 은 이 계면 부근의 LC 분자의 잔류 리타데이션을 보상한다.
LC 층 (105) 의 투과율과 인가 전압 사이의 관계는 LC 재료의 특성에 의존한다. 따라서, 본 실시형태에서의 각 프리틸트 각에서의 백색 표시 시의 LC 층 (105) 의 투과율과 인가 전압 사이의 관계는, 도 3에 도시되어 있는 제 1 실시형태에서와 유사하다. 따라서, 인가 전압은 프리틸트 각에 의존하는 백색 표시 시의 관계식 (1) 을 만족하도록 설정됨으로써, 백색 표시 시에 99.9%의 투과율을 달성하고 시야각 특성을 향상시킨다.
도 9는 시뮬레이션에 의해 획득된, 각각의 프리틸트 각에서의 본 실시형태의 LCD 장치의 시야각 특성을 나타낸 것이다. 시뮬레이션은, 제 1 실시형태에서와 유사하게, LC 층 (105) 이 K11=9.1pN, K22=8.6pN, K33=18.8pN, Δε=6.1 volts, 및 리타데이션 Δnd=390 ㎚의 특성을 갖는다는 가정을 이용하였다. 또한, 시뮬레이션은, 제 1 및 제 2 광학 보상 필름이, 각각, Rth=120㎚ 및 β=35 도인 특성을 갖는 보상 필름, 및 150㎚의 리타데이션 (Rth) 및 기판 표면의 법선에 대해 18 도 경사진 광축 (18) 을 갖는 TAC 필름을 포함한다고 가정하였다. 인가 전압 (Vw) 이, 본 발명에 따른 관계식 (1) 의 상한으로 설정된 경우와 비교예에서 프리틸트 각에 관계 없이 1.1 볼트로 설정되는 두 경우에서, 시뮬레이션이 수행되었다. 그 시뮬레이션의 결과는 도 9에 도시되어 있다.
도 9에 도시된 바와 같이, 1.1 볼트의 인가 전압을 갖는 비교예의 LCD 장치는 수평 및 수직 양 방향에서 80 도 이상의 시야각을 갖지 않는다. 이와 대조적으로, 도 9에 도시된 바와 같이, 수직 방향에서의 시야각이 비교적 작더라도, 관계식 (1) 에서 상한으로 설정된 인가 전압을 갖는 본 실시형태의 LCD 장치는 10:1보다 큰 콘트라스트 비를 달성하는,수평 방향에서 80 도 이상의 시야각을 갖는다.
도 9에 도시된 결과를 도 7에 도시된 결과와 비교하면, 관계식 (1) 에서 상한으로 설정된 인가 전압을 갖는 제 2 실시형태의 LCD 장치는, 수직 방향에서 상방에 대해 조금 작은 시야각을 나타낸다 하더라도, 제 1 실시형태에서와 유사하게, 수평방향에서 큰 시야각을 나타낸다. 따라서, 인가 전압이 백색 표시 시에 관계식 (1) 을 만족하는 한, 네거티브 단일축 광학 특성을 갖는 제 1 및 제 2 광학 보상 필름 (102 및 108) 은 수평 방향에서 80 도 이상의 큰 시야각을 달성한다. 따라서, 제 2 실시형태의 LCD 장치는 높은 이미지 품질도 달성한다.
제 2 실시형태에서 제 1 및 제 2 광학 보상 필름의 Rth 값 및 β 값은 상기의 예시된 값에 제한되지 않고, LC의 특성에 의존하여 원하는 바대로 선택될 수도 있다. 예를 들어, Rth=100㎚ 및 β=35 도의 특성을 갖는 LCD 장치는 그 시뮬레이션에서 유사한 결과를 나타내었다.
상기의 실시형태는 오직 예시를 위해서 설명되었기 때문에, 본 발명은 상기의 실시형태에 제한되지 않으며, 다양한 변형예 또는 대체예가, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않고, 당업자에 의해 용이하게 이루어질 수도 있다.
본 발명에 따른 LCD 장치는, 프리틸트 각에 따라 백색 표시 시의 인가 전압을 설정함으로써, 각 프리틸트 각에 대하여, 바람직한 콘트라스트 비를 달성할 수 있도록 시야각 범위를 증가시켜, 이에 따라 LCD 디바이스의 이미지 품질을 향상시킬 수 있다.

Claims (6)

  1. 제 1 편광 필름 (101), 제 1 광학 보상 필름 (102), 제 1 기판 (103), 제 1 배향 필름 (104), 약 90 도의 트위스트 각을 갖는 트위스트-네마틱 모드 (twisted-nematic-mode) 액정 (LC) 층 (105), 제 2 배향 필름 (106), 제 2 기판 (107), 제 2 광학 보상 필름 (108), 및 제 2 배향 필름 (109) 을 포함하며, 이들은 광 투과 방향에서 이 순서로 배열되는 노멀리 화이트 (normally-white) 액정표시 (LCD) 장치로서,
    상기 제 1 및 제 2 광학 보상 필름 (102 및 108) 은, 각각, 상기 LC 층 (105) 의 광학 특성에 반대인 네거티브 광학 특성을 가지며,
    상기 LC 층 (105) 의 상기 트위스트 각 (θ) 및 백색 표시 시에 상기 LC 층 (105) 에 인가된 인가 전압 (Vw) 은, 상기 LC 층의 소정의 임계 전압 (Vth) 에 대해, 다음의 관계식:
    Figure 112005066031353-pat00006
    을 만족하고, 상기 소정의 임계 전압 (Vth) 이 다음의 식:
    Figure 112005066031353-pat00007
    에 의해 정의되며, 여기서, K11, K22, 및 K33은, 각각, 스플레이 변형, 트위스트 변형, 및 벤딩 변형에 대한 상기 LC 층 (105) 에서의 LC 분자의 탄성 계수이고, Δε 및 ε0은 각각 유전율 이방성 및 전기 상수인, 노멀리 화이트 LCD 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    수평 방향으로 10:1의 콘트라스트 비를 달성하는 시야각이 80 도 이상인, 노멀리 화이트 LCD 장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 광학 보상 필름 (102) 는 상기 제 1 기판 부근의 상기 LC 층 (105) 의 제 1 부분의 리타데이션을 보상하며,
    상기 제 2 광학 보상 필름 (108) 은 상기 제 2 기판 (107) 부근의 상기 LC 층 (105) 의 제 2 부분의 리타데이션을 보상하는, 노멀리 화이트 LCD 장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 및 제 2 광학 보상 필름 (102 및 108) 은, 각각, 상기 광 투과의 방향으로 배열되는, 네거티브 단일축 광학 특성을 갖는 복수의 디스코틱 LC 층을 포함하며, 각각은 상기 제 1 및 제 2 부분 중 대응하는 부분에서 복수 (n) 의 버추얼 LC 박막 중 대응하는 버추얼 LC 박막을 보상하며,
    상기 제 1 기판 (103) 으로부터 카운트되어 정렬된 번호를 갖는 상기 제 1 광학 보상 필름 (102) 의 i 번째 디스코틱 층 (1≤i≤n) 은, 흑색 표시 시에, 상기 제 1 기판 (103) 으로부터 카운트되어 정렬된 번호를 갖는 상기 제 1 부분에서의 i 번째 버추얼 LC 박막의 장축에 실질적으로 평행한 장축을 가짐으로써, 상기 제 1 광학 보상 필름 (102) 의 상기 i 번째 디스코틱 층은 상기 제 1 부분에서의 상기 i 번째 버추얼 LC 박막의 리타데이션을 보상하며,
    상기 제 2 기판 (107) 으로부터 카운트되어 정렬된 번호를 갖는 상기 제 2 광학 보상 필름 (108) 의 i 번째 디스코틱 층은, 흑색 표시 시에, 상기 제 2 기판 (107) 으로부터 카운트되어 정렬된 번호를 갖는 상기 제 2 부분에서의 i 번째 버추얼 LC 박막의 장축에 실질적으로 평행한 장축을 가짐으로써, 상기 제 2 광학 보상 필름 (108) 의 상기 i 번째 디스코틱 층은 상기 제 1 부분에서의 상기 i 번째 버추얼 LC 박막의 리타데이션을 보상하는, 노멀리 화이트 LCD 장치.
  5. 제 4 항에 있어서,
    수평 및 수직 방향 각각에서 10:1의 콘트라스트 비를 달성하는 시야각이 80 도 이상인, 노멀리 화이트 LCD 장치.
  6. 제 3 항에 있어서,
    상기 제 1 광학 보상 필름 (102) 은 네거티브 단일축 광학 특성, 및 상기 제 1 기판 부근의 상기 LC 층 (105) 의 부분에서의 LC 분자의 장축에 실질적으로 평행한 광축을 갖는 굴절률 타원체를 가지며,
    상기 제 2 광학 보상 필름 (108) 은 네거티브 단일축 광학 특성, 및 상기 제 2 기판 부근의 상기 LC 층 (105) 의 부분에서의 LC 분자의 장축에 실질적으로 평행한 광축을 갖는 굴절률 타원체를 갖는, 노멀리 화이트 LCD 장치.
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