KR100710172B1 - 액정 표시 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 잉여 액정량으로 인해 상온상에서 발생하는 중력 불량을 보상하기 위해 리타데이션 값이 영역별로 변하는 편광판을 구비한 액정 표시 장치에 관한 것으로, 셀 갭 정상 영역과 셀 갭 비정상 영역을 갖는 액정 패널 및 상기 액정 패널의 셀 갭 비정상 영역에 대해 리타데이션(Δnd) 값이 보상된 편광판을 포함하여 이루어짐을 특징으로 한다.
편광판, 리타데이션, 중력 불량, 셀 갭, DLC(Discotic Liquid Crystal)

Description

액정 표시 장치 {Liquid Crystal Display Device}
도 1은 일반적인 액정 표시 장치를 나타낸 분해사시도
도 2는 액정 표시 장치에 발생하는 중력 불량을 나타낸 사진
도 3은 도 2의 I~I' 선상의 구조 단면도
도 4는 종래의 액정 패널에 대응되는 편광판을 나타낸 도면
도 5는 본 발명의 액정 표시 장치에 형성된 편광판 및 이의 리타데이션 변화를 나타낸 도면
도 6은 본 발명의 액정 표시 장치를 나타낸 단면도
도 7은 본 발명의 액정 표시 장치를 나타낸 평면도
도 8은 본 발명의 액정 표시 장치에 형성된 편광판의 구성을 나타낸 분해사시도
*도면의 주요 부분에 대한 부호 설명*
40 : 제 1 기판 50 : 제 2 기판
55 : 씰 패턴 60 : 액정층
65 : 칼럼 스페이서 70 : 표시 영역
100 : 액정 패널
200 : 상부 편광판 210 : 하부 편광판
201 : 제 1 TAC층 202 : PVA층
203 : 제 2 TAC층 204 : DLC층
본 발명은 액정 표시 장치에 관한 것으로 특히, 잉여 액정량으로 인해 상온상에서 발생하는 중력 불량을 보상하기 위해 리타데이션 값이 영역별로 변하는 편광판을 구비한 액정 표시 장치에 관한 것이다.
정보화 사회가 발전함에 따라 표시 장치에 대한 요구도 다양한 형태로 점증하고 있으며, 이에 부응하여 근래에는 LCD(Liquid Crystal Display Device), PDP(Plasma Display Panel), ELD(Electro Luminescent Display), VFD(Vacuum Fluorescent Display) 등 여러 가지 평판 표시 장치가 연구되어 왔고, 일부는 이미 여러 장비에서 표시 장치로 활용되고 있다.
그 중에, 현재 화질이 우수하고 경량, 박형, 저소비 전력의 특징 및 장점으로 인하여 이동형 화상 표시 장치의 용도로 CRT(Cathode Ray Tube)를 대체하면서 LCD가 가장 많이 사용되고 있으며, 노트북 컴퓨터의 모니터와 같은 이동형의 용도 이외에도 방송 신호를 수신하여 디스플레이하는 텔레비젼 및 컴퓨터의 모니터 등으로 다양하게 개발되고 있다.
이와 같은 액정 표시 장치가 일반적인 화면 표시 장치로서 다양한 부분에 사 용되기 위해서는 경량, 박형, 저 소비 전력의 특징을 유지하면서도 고정세, 고휘도, 대면적 등 고품위 화상을 얼마나 구현할 수 있는가에 관건이 걸려 있다고 할 수 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 종래의 액정 표시 장치 및 이에 발생되는 중력 불량을 설명하면 다음과 같다.
도 1은 일반적인 액정 표시 장치를 나타낸 분해사시도이다.
일반적인 액정 표시 장치는, 도 1과 같이, 일정 공간을 갖고 합착된 제 1 기판(1) 및 제 2 기판(2)과, 상기 제 1 기판(1)과 제 2 기판(2) 사이에 주입된 액정층(3)으로 구성되어 있다.
보다 구체적으로 설명하면, 상기 제 1 기판(1)에는 화소 영역(P)을 정의하기 위하여 일정한 간격을 갖고 일방향으로 복수개의 게이트 라인(4)과, 상기 게이트 라인(4)에 수직한 방향으로 일정한 간격을 갖고 복수개의 데이터 라인(5)이 배열된다. 그리고, 상기 각 화소 영역(P)에는 화소 전극(6)이 형성되고, 상기 각 게이트 라인(4)과 데이터 라인(5)이 교차하는 부분에 박막 트랜지스터(T)가 형성되어 상기 박막트랜지스터가 상기 게이트 라인에 신호에 따라 상기 데이터 라인의 데이터 신호를 상기 각 화소 전극에 인가한다.
그리고, 상기 제 2 기판(2)에는 상기 화소 영역(P)을 제외한 부분의 빛을 차단하기 위한 블랙 매트릭스층(7)이 형성되고, 상기 각 화소 영역에 대응되는 부분에는 색상을 표현하기 위한 R, G, B 칼라 필터층(8)이 형성되고, 상기 칼라 필터층(8)위에는 화상을 구현하기 위한 공통 전극(9)이 형성되어 있다.
상기와 같은 액정 표시 장치는 상기 화소 전극(6)과 공통 전극(9) 사이의 전계에 의해 상기 제 1, 제 2 기판 사이에 형성된 액정층(3)이 배향되고, 상기 액정층(3)의 배향 정도에 따라 액정층(3)을 투과하는 빛의 양을 조절하여 화상을 표현할 수 있다.
이와 같은 액정표시장치를 TN(Twisted Nematic) 모드 액정표시장치라 하며, 상기 TN 모드 액정표시장치는 시야각이 좁다는 단점을 가지고 있고 이러한 TN 모드의 단점을 극복하기 위한 IPS(In-Plane Switching) 모드 액정표시장치가 개발되었다.
상기 IPS 모드 액정표시장치는 제 1 기판의 화소 영역에 화소 전극과 공통 전극을 일정한 거리를 갖고 서로 평행하게 형성하여 상기 화소 전극과 공통 전극 사이에 횡 전계(수평 전계)가 발생하도록 하고 상기 횡 전계에 의해 액정층이 배향되도록 한 것이다.
한편, 일반적인 액정 표시 장치의 제조 방법은 제 1, 제 2 기판 사이에 액정층을 형성하는 방법에 따라 액정 주입 방식 제조 방법과 액정 적하 방식 제조 방법으로 구분할 수 있다.
먼저, 액정 주입 방식을 간략히 살펴보면 다음과 같다.
주입하고자 하는 액정 물질이 담겨져 있는 용기와 액정을 주입할 액정 패널을 챔버(Chamber) 내부에 위치시키고, 상기 챔버의 압력을 진공 상태로 유지함으로써 액정 물질 속이나 용기 안벽에 붙어 있는 수분을 제거하고 기포를 탈포함과 동시에 상기 액정 패널의 내부 공간을 진공 상태로 만든다.
그리고, 원하는 진공 상태에서 상기 액정 패널의 액정 주입구를 액정 물질이 담아져 있는 용기에 담그거나 접촉시킨 다음, 상기 챔버 내부의 압력을 진공 상태로부터 대기압 상태로 만들어 상기 액정 패널 내부의 압력과 챔버의 압력 차이에 의해 액정 주입구를 통해 액정 물질이 상기 액정 패널 내부로 주입되도록 한다.
이러한 액정 주입 방식의 액정 표시 장치 제조 방법에 있어서는 다음과 같은 문제점이 있었다.
첫째, 단위 패널로 컷팅한 후, 두 기판 사이를 진공 상태로 유지하여 액정 주입구를 액정액에 담가 액정을 주입하므로 액정 주입에 많은 시간이 소요되므로 생산성이 저하된다.
둘째, 대면적의 액정 표시 장치를 제조할 경우, 액정 주입식으로 액정을 주입하면 패널내에 액정이 완전히 주입되지 않아 불량의 원인이 된다.
셋째, 상기와 같이 공정이 복잡하고 시간이 많이 소요되므로 여러개의 액정 주입 장비가 요구되어 많은 공간을 요구하게 된다.
따라서, 이러한 액정 주입 방식의 문제점을 극복하기 위해 두 기판 중 하나의 기판에 액정을 적하시킨 후, 두 기판을 합착시키는 액정 적하형 액정 표시 장치의 제조 방법이 개발되었다.
상기 액정 적하 방식의 액정 표시 장치 제조 방법은, 두 기판을 합착하기 전에, 두 기판 중 어느 하나의 기판에 적당량의 액정을 적하한 후, 두 기판을 합착하는 방법이다.
도 2는 액정 표시 장치에 발생하는 중력 불량을 나타낸 사진이며, 도 3은 도 2의 I~I' 선상의 구조 단면도이다.
도 2와 같이, 중력 불량 현상은 지면에 가까운 액정 패널의 가장 자리에서 관찰된다. 이는 액정 패널이 세워졌을 때, 액정이 하부쪽으로 흘러내려가 지면에 가까운 액정 패널의 가장 자리가 불룩하게 팽창하기 때문에, 상기 액정 패널의 가장 자리 부위의 셀 갭이 늘어났기 때문에 불투명한 얼룩으로 관찰되는 것이다.
도 3과 같이, 액정 패널(10)의 상하를 절단하여 보면, 상기 하부의 가장 자리에 위치하는 컬럼 스페이서(20)가 액정의 팽창력에 의해 제 1, 제 2 기판(1, 2) 사이를 지지하지 못하고, 제 1 기판(1)에서 떨어지는 현상이 발생한다. 특히, 액정이 과량으로 적하된 상태에서 액정 패널(10)이 세워져있을 경우, 액정이 중력의 영향을 받아 지면에 가까운 쪽으로 흘러내려 불룩하게 되는 현상은 심해진다.
여기서, 상기 액정 패널(10)의 가장 자리는 씰 패턴(25)이 형성되어, 상기 제 1, 제 2 기판(1, 2)을 합착하며, 상기 제 1, 제 2 기판(1, 2) 사이에는 적하된 액정으로 액정층(3)이 형성된다. 도시된 바와 같이, 상기 액정층(3)은 중력 불량이 발생한 영역과 중력 불량이 발생하지 않은 영역간의 셀 갭이 다르게 나타나며, 이 부위는 액정 표시 장치의 구동시 외관상 부옇게 나타나 보인다.
도 4는 종래의 액정 패널에 대응되는 편광판을 나타낸 도면이다.
도 4와 같이, 종래의 액정 패널에 대응되는 편광판(30)은 전 영역에 걸쳐 동일한 리타데이션 값(Δnd)을 나타낸다.
액정 패널이 세워졌을 때는, 액정이 흘러내려 액정 패널의 지면에 가까운 부위가 불룩하게 팽창하는 데 이는 사용자에게 얼룩으로 관찰되어 시감을 저하시키게 된다. 여기서의 중력 불량은 액정이 과량 적하되었을 때 발생되는 현상으로, 상기 액정 패널의 놓여있는 환경이 상온 또는 고온임을 불문하고 발생할 수 있다.
상기와 같은 종래의 액정 표시 장치는 다음과 같은 문제점이 있다.
액정 적하 방식으로 액정을 충진시 액정 패널 내부에는 적정량이 적하되지 못하고, 미충진되거나 과량 적하되는 경우가 있다.
특히, 과량 적하되는 경우, 액정 패널이 세워지게 되면, 지면에 가까운 변에서 과량의 액정이 집중하는데, 과량 적하된 양이 많을수록 이 부위가 불룩해 보이는 현상이 발생한다. 이를 중력 불량이라 하는데 이는 시감을 저하시키고, 심할 경우, 중력 불량이 발생한 액정 패널을 사용할 수가 없기 때문에, 이러한 중력 불량을 해결하기 위한 노력이 제기되어 왔다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로 잉여 액정량으로 인해 상온 상에서 발생하는 중력 불량을 보상하기 위해 리타데이션 값이 영역별로 변하는 편광판을 구비한 액정 표시 장치를 제공하는 데, 그 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 액정 표시 장치는 셀 갭 정상 영역과 셀 갭 비정상 영역을 갖는 액정 패널 및 상기 액정 패널의 셀 갭 비정상 영역에 대해 리타데이션(Δnd) 값이 보상된 편광판을 포함하여 이루어짐에 그 특징이 있다.
상기 리타데이션 값은 상기 셀 갭이 변하는 정도에 따라 변한다.
상기 셀 갭 비정상 영역은 중력 불량이 발생된 부위이다.
상기 편광판은, 상기 셀 갭 정상 영역에 대응되는 부위에 비해 상기 셀 갭 비정상 영역에 대응되는 부위가 상대적으로 리타데이션 값이 작다.
상기 편광판은 상기 액정 패널의 상부 또는 하부에 부착된다.
상기 편광판은 PVA, 상기 PVA 상부의 제 1 TAC, 상기 PVA 하부의 제 2 TAC, 상기 제 2 TAC 하부의 LC층으로 배치된 구조로 이루어진다.
상기 LC층은 디스코틱 액정을 포함하여 이루어진다.
상기 중력 불량이 발생한 부위의 대응하는 상기 LC층의 두께는, 상기 액정 패널의 일측단을 0이라 하고, 중력 불량이 끝나는 부위를 1이라 할 때, 0부터 0.5까지 선형적으로 줄어들고, 1부터 0.5까지 선형적으로 줄어든다.
상기 셀 갭 이상 영역은 상기 LC층의 두께를 조절하여 리타데이션 값을 조절한다.
상기 액정 패널은 서로 대향되는 제 1 기판 및 제 2 기판과, 상기 제 1 기판과 제 2 기판을 합착하는 외곽의 씰 패턴과, 상기 제 1 기판과 제 2 기판 사이에 액정층을 포함하여 이루어진다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 액정 표시 장치를 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 5는 본 발명의 액정 표시 장치에 형성된 편광판 및 이의 리타데이션 변화를 나타낸 도면이며, 도 6은 본 발명의 액정 표시 장치를 나타낸 단면도이며, 도 7은 본 발명의 액정 표시 장치를 나타낸 평면도이다.
도 5 및 도 7과 같이, 본 발명의 액정 표시 장치는 중력 불량이 발생하는 부위가 셀 갭(d)이 높은 점을 감안하여 상기 중력 불량이 발생한 부위의 셀 갭을 보상하는 편광판을 이용한다.
중력 불량이 발생하게 되면 액정 패널은 중력 불량이 발생한 부위가 불룩하게 솟아오르는 현상이 발생한다. 이와 같이, 중력 불량이 발생한 영역은 상대적으로 정상 영역에 비해 셀 갭이 높아진다.
이러한 중력 불량은 액정 패널 내에 액정량이 과량 적하되고, 상기 액정 패널이 세워졌을 경우, 지면에 가까운 변 쪽으로 과량의 액정이 흘러 내려서 발생하는 현상이다.
본 발명의 액정 표시 장치에 구성되는 액정 패널(100)은 서로 대향된 제 1 기판(40) 및 제 2 기판(50), 상기 제 1, 제 2 기판(40, 50)의 외곽에 형성되어 두 기판을 합착하는 씰 패턴(55) 및 상기 제 1, 제 2 기판(40, 50) 사이에 액정층(60)을 포함하여 이루어진다.
본 발명의 액정 패널 장치는 상기 액정 패널(100)의 셀 갭의 변화만큼 편광판의 리타데이션 값(Δnd)을 변화시켜 시감적으로 셀 갭 차이를 보상하는 것이다.
예를 들어, 상기 중력 불량이 발생한 액정 패널(100)의 하단 부위에는 부풀어 올라 액정층의 셀 갭(d)이 커지는데, 상기 편광판(200)에서는 이 부위의 리타데이션(Δnd) 값을 상대적으로 낮춤으로써, 액정 패널에 편광판이 부착되는 조건 하에서는 관찰자는 각 영역(셀 갭 영역과 셀 갭이 높은 영역)에서 동일한 리타데이션 값을 느끼도록 하는 것이다. 즉, 액정 패널의 액정층은, 셀 갭 정상 영역과 셀 갭 이 높은 영역에서 각각 동일 성분의 액정이 채워져 있으므로 Δn(이방성 굴절률)은 동일한 값을 가질 것이다. 이 때, 액정층이 각 영역(셀 갭 정상 영역과 셀 갭이 높은 영역)에서 갖는 리타데이션 값은 상기 셀 갭 값에 의해 달라진다. 본 발명에서는 상기 액정층의 셀 갭 값과는 역으로 편광판의 리타데이션 값을 조절함으로써, 결국 사용자가 액정 패널과 편광판이 함께 적층된 구조를 보았을 때, 셀 갭 정상 영역과 셀 갭이 높은 영역에서 동일한 리타데이션 값을 가진 것으로 보아 동일한 셀 갭으로 느낄 수 있도록 시감적 개선 효과를 갖게 하는 것이다.
도 5와 같이, 상기 편광판(200)은, 상기 셀 갭 정상 영역에 대응된 제 1 영역(200a)에서는 동일한 리타데이션 값을 유지하며, 상기 셀 갭이 높은 영역에 대응되는 제 2 영역(200b)에서는 리타데이션 값의 변화를 갖는다. 여기서, 상기 액정 패널(100)의 단부를 0이라 하고, 중력 불량이 끝나는 부위를 1이라 하고, 상기 중력 불량 발생의 중앙 부위를 0.5라 할 때, 상기 제 2 영역(200b)에서는 0.5 영역에 대응되어 가장 작은 리타데이션 값을 가질 것이고, 상기 0.5에서 1으로 갈수록, 또한 상기 0.5에서 0으로 갈수록 리타데이션 값은 선형적으로 증가할 것이다. 이 경우, 상기 1과 0 부위에서는 나머지 제 1 영역이 갖는 리타데이션 값과 동일한 값을 갖는다.
한편, 도 6과 같이, 액정층(60) 내에는 상기 제 1, 제 2 기판(40, 50)을 지지하기 위한 칼럼 스페이서(65)가 동일 간격으로 이격되어 형성된다.
도 7에서는 편광판을 도시하지 않은 상태에서 액정 패널의 제 1, 제 2 기판 대응 정도 및 씰 패턴 형성 부위를 나타낸다. 여기서는 상기 액정 패널은 도시된 형태로 세워져 있을 경우, 하단부에 중력 불량이 나타나고, 이에 대응되는 편광판의 제 2 영역(200b)이 정의됨을 나타낸다. 이 때, 상기 씰 패턴(55) 안쪽의 점선 부위는 표시 영역(70)이며, 그 외곽은 비표시 영역으로 이 경우, 편광판의 제 2 영역(200b)은 상기 도시된 부위 내에서도 상기 표시 영역(70) 내부에만 형성하여도 동일 효과를 얻을 수 있다.
도 8은 본 발명의 액정 표시 장치에 형성된 편광판의 구성을 나타낸 분해사시도이다.
도 8과 같이, 본 발명의 액정 표시 장치에 형성된 편광판(200)은 PVA층(202)과 상기 PVA(Poly Vinyl Alcohol)층(202) 상부의 제 1 TAC(Tri-Acetyl Acetate)층(201), 상기 PVA층(202) 하부의 제 2 TAC층(203) 및 상기 제 2 TAC층(203) 하부에 리타데이션 값을 보상하는 DLC(Discotic Liquid Crystal)층(204)을 포함하여 이루어진다.
여기서, 상기 PVA층(202)은 광학 필름의 일 예인 옥소나 2색성 염료 등의 2색성 색소를 흡착 배향시켜 연장시킨 필름이며, 상기 제 1, 제 2 TAC층(201, 203)은 투명 보호 필름이다.
또한, 상기 DLC층(204)은 리타데이션 값을 조절하기 위해 상기 편광판(200)의 제 2 영역(200b)에서 그 두께를 변화시킨다.
이와 같이, 본 발명의 액정 표시 장치는 중력 불량이 보이는 액정 패널에 대해 상기 중력 불량이 발생한 부위에 리타데이션 값이 조정된 편광판을 대응시킴으로써, 실제 중력 불량이 발생하더라도 시감적으로 이를 보상하여 정상 셀 갭을 갖는 것으로 관찰자가 느끼게 한 것이다.
상기와 같은 본 발명의 액정 표시 장치는 다음과 같은 효과가 있다.
중력 불량 현상에 의해서 발생하는 부분적 시감 차이를 중력이 발생하는 부분에 리타데이션(retardation) 값을 서서히 변화시킨 중력 보상 편광판을 사용하여 중력 불량에 의하여 발생하는 부분적 시감 차이를 해결할 수 있다.

Claims (10)

  1. 셀 갭 정상 영역과 셀 갭 비정상 영역을 갖는 액정 패널; 및
    상기 액정 패널의 셀 갭 비정상 영역에 대해 리타데이션(Δnd) 값이 보상된 편광판을 포함하여 이루어짐을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 리타데이션 값은 상기 셀 갭이 변하는 정도에 따라 변하는 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 셀 갭 비정상 영역은 중력 불량이 발생된 부위인 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 편광판은, 상기 셀 갭 정상 영역에 대응되는 부위에 비해 상기 셀 갭 비정상 영역에 대응되는 부위가 상대적으로 리타데이션 값이 작은 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 편광판은 상기 액정 패널의 상부 또는 하부에 부착되는 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 편광판은 PVA, 상기 PVA 상부의 제 1 TAC, 상기 PVA 하부의 제 2 TAC, 상기 제 2 TAC 하부의 LC층으로 배치된 구조로 이루어진 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
  7. 제 6항에 있어서,
    상기 LC층은 디스코틱 액정을 포함하여 이루어진 것을 특징을 하는 액정 표시 장치.
  8. 제 7항에 있어서,
    상기 중력 불량이 발생한 부위의 대응하는 상기 LC층의 두께는, 상기 액정 패널의 일측단을 0이라 하고, 중력 불량이 끝나는 부위를 1이라 할 때, 0부터 0.5까지 선형적으로 줄어들고, 1부터 0.5까지 선형적으로 줄어드는 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
  9. 제 6항에 있어서,
    상기 셀 갭 이상 영역은 상기 LC층의 두께를 조절하여 리타데이션 값을 조절 함을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
  10. 제 1항에 있어서,
    상기 액정 패널은
    서로 대향되는 제 1 기판 및 제 2 기판;
    상기 제 1 기판과 제 2 기판을 합착하는 외곽의 씰 패턴;
    상기 제 1 기판과 제 2 기판 사이에 액정층을 포함하여 이루어짐을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
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