KR101023979B1 - Wide-viewing angle plate, method of manufacturing the same and liquid crystal display device having the same - Google Patents
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Abstract
본 발명에 의한 광시야각 보상판은 제 1 보호필름, 상기 제 1 보호 필름의 일면에 부착되고, 빛을 편광하기 위한 편광필름 및 상기 편광필름 상부에 배치된 광시야각 보상 액정층을 포함한다. 상기 광시야각 보상 액정층의 액정 분자는 상기 액정분자의 최소 굴절율을 갖는 방향이 경사각 방향으로 점차적으로 기울어지고, 또한 최소 굴절률의 방향이 방위각 방향으로 트위스트된다. 본 발명은 광시야각 보상판에 액정의 최소 굴절율을 갖는 방향이 경사각방향으로 틸트시키고, 또한 방위각 방향으로 트위스트 시킴으로써, 광시야각을 보다 향상시키는 효과가 있다.
The wide viewing angle compensation plate according to the present invention includes a first protective film, a polarizing film attached to one surface of the first protective film, and a wide viewing angle compensation liquid crystal layer disposed on the polarizing film. In the liquid crystal molecules of the wide viewing angle compensation liquid crystal layer, the direction having the minimum refractive index of the liquid crystal molecules is gradually inclined in the inclination angle direction, and the direction of the minimum refractive index is twisted in the azimuthal direction. The present invention has the effect of further improving the wide viewing angle by tilting the direction having the minimum refractive index of the liquid crystal in the inclined angle direction and twisting in the azimuthal direction in the wide viewing angle compensation plate.
Description
도 1a는 네마틱 액정에서의 각 방향에 대한 굴절율을 도시하기 위한 개념도이다.1A is a conceptual diagram for illustrating refractive indices in respective directions in nematic liquid crystals.
도 1b는 기판 표면에서의 네마틱 액정이 이루는 각도를 도시하는 개념도이다.1B is a conceptual diagram showing an angle formed by the nematic liquid crystal on the substrate surface.
도 1c는 트위스티드 네마틱 액정의 경사각과 방위각을 도시하는 그래프이다.1C is a graph showing the inclination and azimuth angles of a twisted nematic liquid crystal.
도 2는 디스코틱 액정에서의 각 방향에 대한 굴절율을 도시하기 위한 개념도이다.FIG. 2 is a conceptual diagram for illustrating a refractive index in each direction in a discotic liquid crystal.
도 3은 네마틱 액정과 디스코틱 액정의 결합에 의해 빛의 진행 방향에 대한 위상차를 보상하는 방법을 도시한 개념도이다.3 is a conceptual diagram illustrating a method of compensating a phase difference with respect to a traveling direction of light by combining nematic liquid crystals and discotic liquid crystals.
도 4는 90°본 발명의 제 1 실시예에 의한 트위스티드 네마틱 액정셀에 부착되는 디스코틱 액정에 붙은 광시야각 위상판의 구조를 개략적으로 도시한 단면도이다.4 is a cross-sectional view schematically illustrating a structure of a wide viewing angle phase plate attached to a discotic liquid crystal attached to a twisted nematic liquid crystal cell according to a first embodiment of the present invention.
도 5는 광 시야각 보상판의 부분 절개 사시도이다.5 is a partially cutaway perspective view of the wide viewing angle compensation plate.
도 6은 본 발명에 의한 광시야각 보상판이 부착된 액정 표시장치의 개략적인 단면도이다.6 is a schematic cross-sectional view of a liquid crystal display device with a wide viewing angle compensation plate according to the present invention.
<도면의 주요부분에 대한 간단한 설명><Brief description of the main parts of the drawing>
101: 네마틱 액정분자 102: 디스코틱 액정분자101: nematic liquid crystal molecule 102: discotic liquid crystal molecule
201: 액정층 202: 광시야각 보상판201: liquid crystal layer 202: wide viewing angle compensation plate
400: 점착제400: adhesive
401: 유리기판 402: 디스코틱 액정층401: glass substrate 402: discotic liquid crystal layer
403: 제 2 보호 필름 404: 편광 필름403: 2nd protective film 404: polarizing film
405: 제 1 보호 필름 700: 컬러필터 기판405: first protective film 700: color filter substrate
701: 제 1 유리기판 702: 컬러필터701: first glass substrate 702: color filter
703: 평탄화막 704: 공통전극703: planarization film 704: common electrode
705: 제 2 유리기판 706: 스페이서705: second glass substrate 706: spacer
707: 반사전극 708: 유기 절연막707: reflective electrode 708: organic insulating film
709: 박막 트랜지스터 710: 투명전극709: thin film transistor 710: transparent electrode
711: 실런트 712: 게이트 구동회로711: sealant 712: gate driving circuit
713: 연결 배선 800: 액정 표시패널713: connection wiring 800: liquid crystal display panel
본 발명은 광시야각 보상판, 이의 제조방법 및 이를 포함한 액정 표시장치에 관한 것으로, 광시야각 기능을 향상시킨 보상판, 이의 제조방법 및 이를 포함한 액 정 표시장치에 관한 것이다.The present invention relates to a wide viewing angle compensation plate, a manufacturing method thereof, and a liquid crystal display device including the same, and to a compensation plate having improved wide viewing angle function, a manufacturing method thereof, and a liquid crystal display device including the same.
액정 표시장치는 액정의 동작 전압이 낮아 소비전력이 낮으며 구동회로 및 주변회로가 비교적 간단하며, 가볍고 부피가 표시장치로 널리 사용되는 추세에 있다. 액정 표시장치에는 GH(guest host), PDLC(polymer dispersed liquid crystal) 나 PSTC(polymer stabilized cholesteric textures)와 같은 빛의 흡수형 또는 산란형 액정 표시장치와 트위스티드 네마틱 형 같은 빛의 편광형 액정표시장치가 있는데, 흡수형 또는 산란형 액정표시장치의 경우에는 시야각이 넓은 반면, 명암대비가 작고, 편광형 액정표시장치의 경우에는 명암대비는 좋으나 시야각이 좁은 단점이 있다. 편광형 액정표시장치가 시야각이 좁은 이유는 액정셀을 지난 빛의 위상변화가 빛의 진행 방향에 따라 달라지며, 편광판에 비스듬히 들어오는 빛은 검광판을 지날 때 완전히 소광되지 않기 때문이다.Liquid crystal displays have low power consumption due to low operating voltages of liquid crystals, relatively simple driving circuits and peripheral circuits, and are widely used as light and bulky display devices. Liquid crystal displays include light absorbing or scattering liquid crystal displays such as guest host (GH), polymer dispersed liquid crystal (PDLC) or polymer stabilized cholesteric textures (PSTC), and polarized liquid crystal display devices such as twisted nematic types. In the case of an absorption type or a scattering type liquid crystal display, the viewing angle is wide, while the contrast is small, and in the case of a polarization type liquid crystal display, the contrast is good but the viewing angle is narrow. The reason why the viewing angle of the polarizing liquid crystal display device is narrow is that the phase change of the light passing through the liquid crystal cell depends on the direction of the light, and the light obliquely entering the polarizing plate does not completely disappear when passing through the analyzer.
따라서 액정 표시장치가 탁상용 모니터로 상용됨에 따라 시야각을 넓게 하여야할 필요성에 당면하고 있으며, 이에 따라 시야각을 넓히기 위해 다중영역(multidomain)기술, 인플레인 스위치(In Plane Switch :IPS)모드, 수직 정렬(Vertical alignment)모드, 광 경로 조절기술 및 위상 보상기술 등이 개발되었다.Therefore, as a liquid crystal display is commonly used as a desktop monitor, it is necessary to widen the viewing angle. Accordingly, in order to increase the viewing angle, multidomain technology, in plane switch (IPS) mode, and vertical alignment ( Vertical alignment mode, optical path control technology and phase compensation technology have been developed.
다중영역 기술이란 한 화소를 여러 영역으로 나누어 각 영역마다 액정 분자의 배향을 다르게 하여 화소의 특성이 그 속에 포함된 여러 영역의 특성의 평균값이 되도록 하여 광 시야각을 증대시킨다. 그러나 각 영역마다 배향을 다르게 만드는 공정이 복잡하고, 두 영역이 맞닿는 경계에서는 액정 분자의 배향을 제어할 수 없어 그 부분으로 빛이 누출되어 차광막(Black Matrix: BM)이나 박막 트랜지스터(Thin Film Transistor)의 배선으로 가려야 한다. 다중영역 기술을 이용하면 시야각 특성은 여러 방향에 대하여 평균값으로 나타나므로, 시야각 특성이 나쁜 방향에서는 시야각이 개선되지만, 시야각 특성이 좋은 방향에서는 상대적으로 화질이 저하된다.Multi-domain technology increases the viewing angle by dividing a pixel into several regions so that the orientation of liquid crystal molecules is changed in each region so that the characteristics of the pixels become an average of the characteristics of the various regions included therein. However, the process of making the orientation different for each region is complicated, and the alignment of the liquid crystal molecules cannot be controlled at the boundary where the two regions are in contact with each other, so light leaks to the portion, causing a black matrix (BM) or thin film transistor (Thin Film Transistor). Should be covered by wiring. When the multi-view technique is used, the viewing angle characteristic is shown as an average value in various directions, so that the viewing angle is improved in the direction in which the viewing angle characteristic is poor, but the image quality is relatively decreased in the direction in which the viewing angle characteristic is good.
인플레인 스위치 모드란 수평방향 전기장(Lateral electric field)을 걸어주어 액정의 방향자가 배향막에 나란한 평면에서 꼬이게 함으로써 광 시야각을 증대시킨다. 인플레인 스위치 모드는 시야각이 매우 넓어서 17인치 탁상용 액정표시장치로 널리 쓰이고 있으나, 낮은 개구율, 늦은 반응시간, 상대적으로 높은 구동전압 등의 단점이 있다.In-plane switch mode increases the viewing angle by applying a horizontal electric field so that the director of the liquid crystal is twisted in a plane parallel to the alignment layer. In-plane switch mode has a wide viewing angle and is widely used as a 17-inch desktop liquid crystal display, but has disadvantages such as low aperture ratio, late response time, and relatively high driving voltage.
수직 정렬모드에서는 수직 배향제와 음의 액정과 위상차 판을 사용하여 시야각을 증대시킨다. 수직 정렬모드는 90°트위스티드 네마틱(Twisted Nematic :TN)액정 표시장치에 비해 디스코틱(Discotic) 액정의 배열이 단순하다. 또한 90°트위스티드 네마틱 액정장치에서는 액정층의 상부 및 하부에 각각 위상판을 부착함에 비해 한 쪽에만 위상 판을 부착하면 되므로 재료비가 적게든다. 그러나 수직 정렬모드에 광시야기술을 적용하기 위해서는 근본적으로 앞서 언급한 다중영역기술이 적용되어야 한다.In the vertical alignment mode, the viewing angle is increased by using a vertical alignment agent, a negative liquid crystal, and a retardation plate. The vertical alignment mode simplifies the arrangement of discotic liquid crystals compared to 90 ° twisted nematic (TN) liquid crystal displays. In addition, in the 90 ° twisted nematic liquid crystal device, the phase plate only needs to be attached to one side of the liquid crystal layer, and thus the material cost is low. However, in order to apply the wide field of view technology to the vertical alignment mode, the aforementioned multi-domain technique must be applied.
광경로 조절기술이란 백라이트에서 나오는 빛을 액정 패널에 수직으로 지나게 하고 편광판을 지나온 빛을 여러 방향으로 퍼지게 하여 넓은 광 시야각을 확보한다. 편광판을 지나온 빛을 여러 방향으로 퍼지게 하기 위해서는 얼라이드 시그널(Allied signal)사의 스펙트라 뷰(Spectra view)필름 등을 이용한다. 그러나 빛 은 하나의 광학 부품을 통과할 때마다 적어도 약 10%이상의 빛이 흡수되기 때문에 투과율이 떨어지고 또한 필름의 미세 패턴을 사출성형이 아닌 마이크로 리소그래피(Microlithography)를 응용하여 만들기 때문에 가격이 매우 높다.Optical path control technology ensures a wide viewing angle by passing the light from the backlight perpendicular to the liquid crystal panel and spreading the light passing through the polarizer in various directions. In order to spread the light passing through the polarizer in various directions, an Allied signal company's Spectra view film is used. However, since light is absorbed by at least about 10% of light every time it passes through one optical component, the transmittance decreases and the price is very high because microlithography is used instead of injection molding.
또한 일본의 스미또모 화학에서 제작한 광 조절 필름(Light Control Film:LCF)은 편광판과 액정셀 사이에 굴절율이 다른 회절 격자(grating)을 두어 빛의 퍼지는 정도를 조절하여 시야각을 넓힌다.In addition, the Light Control Film (LCF) manufactured by Sumitomo Chemical of Japan has a diffraction grating having a different refractive index between the polarizing plate and the liquid crystal cell to control the spread of light to widen the viewing angle.
이러한 광경로를 조절하여 시야각을 넓히는 기술은 실효성이 떨어져 대부분 연구가 중단된 상태이다.The technique of adjusting the optical path to widen the viewing angle is ineffective and most studies have been discontinued.
위상 보상 기술이란 액정셀을 지나오는 빛의 방향의 변화에 따른 위상차를 광시야각 보상판을 써서 보상하는 기술이다. 광시야각 보상판은 원판형의 디스코틱 액정을 포함한다.Phase compensation technology is a technology for compensating the phase difference according to the change in the direction of light passing through the liquid crystal cell using a wide viewing angle compensation plate. The wide viewing angle compensation plate includes a discotic discotic liquid crystal.
그런데, 트위스티드 네마틱(Twisted Nematic) 액정 표시장치에서 사용되는 종래의 광 시야각 보상판은 광시야각 보상판 내부에 존재하는 원판형의 디스코틱 액정의 법선 벡터들이 동일 평면에 존재한다. 즉, 종래의 디스코틱 액정의 법선 벡터들은 동일 경사각을 기준으로만 회전할 뿐 방위각은 일정하여 동일평면에 위치한다. 한편, 트위스티드되어있는 네마틱 액정의 방향자 벡터는 경사각과 방향각 모두 회전하고 있으므로, 최소 굴절율을 갖는 디스코틱 액정층의 법선벡터방향과 최대 굴절율을 갖는 네마틱 액정의 방향자의 방향이 일치하지 않으므로, 시야각 보상에 한계가 있다.However, in the conventional wide viewing angle compensation plate used in the twisted nematic liquid crystal display, normal vectors of discotic discotic liquid crystals present in the wide viewing angle compensation plate exist in the same plane. That is, the normal vectors of the conventional discotic liquid crystal rotate only based on the same inclination angle, and the azimuth angles are constant and are located on the same plane. On the other hand, since the inclination and direction angles of the twisted nematic liquid crystal are both rotated, the direction of the normal vector of the discotic liquid crystal layer having the minimum refractive index and the direction of the director of the nematic liquid crystal having the maximum refractive index do not match. There is a limit to viewing angle compensation.
따라서 본 발명의 제 1 목적은 광시야각 기능을 향상시킨 광시야각 보상판을 제공함에 그 목적이 있다. Accordingly, a first object of the present invention is to provide a wide viewing angle compensation plate having improved wide viewing angle function.
본 발명의 제 2 목적은 상기 광시야각 보상판을 구비한 액정 표시장치를 제공함에 그 목적이 있다.It is a second object of the present invention to provide a liquid crystal display device having the wide viewing angle compensation plate.
이러한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 의한 광시야각 보상판은 제 1 보호필름과 편광필름 및 광시야각 보상 액정층을 포함한다. 상기 편광필름은 상기 제 1 보호 필름의 일면에 부착된다. 또한 상기 광시야각 보상 액정층의 액정분자는 상기 액정분자의 최소 굴절율을 갖는 방향이 경사각 방향으로 점차적으로 기울어지고, 또한 최소 굴절률의 방향이 방위각 방향으로 트위스트된다.In order to achieve this object, the wide viewing angle compensation plate according to the present invention includes a first protective film, a polarizing film and a wide viewing angle compensation liquid crystal layer. The polarizing film is attached to one surface of the first protective film. Further, the liquid crystal molecules of the wide viewing angle compensation liquid crystal layer are gradually inclined in the direction of the inclination angle, and the direction of the minimum refractive index is twisted in the azimuth direction.
또한 본 발명에 따른 광시야각 보상판 제조방법은 편광필름을 제 1 보호필름에 형성하는 단계와, 광시야각 보상을 위한 액정분자와 상기 액정분자를 방위각 방향으로 트위스트시키기 위한 도펀트를 포함하는 솔벤트를 상기 편광필름 상부에 도포하는 단계와, 상기 솔벤트를 가열하여 기화시키는 단계와, 상기 액정 분자를 러빙하여 경사각 방향으로 기울이는 단계, 및 상기 액정분자에 자외선을 조사하는 단계를 포함한다.In addition, the method for manufacturing a wide viewing angle compensation plate according to the present invention includes the steps of forming a polarizing film on the first protective film, and a solvent comprising a liquid crystal molecule for wide viewing angle compensation and a dopant for twisting the liquid crystal molecules in the azimuth direction. Coating the upper portion of the polarizing film, vaporizing the solvent by heating, rubbing the liquid crystal molecules and tilting them in an inclination angle direction, and irradiating ultraviolet rays to the liquid crystal molecules.
또한 본 발명에 따른 액정 표시장치는 제 1 기판, 상기 제 1 기판과 마주보는 제 2 기판, 상기 제 1 기판 및 제 2 기판 사이에 게재된 액정층 및 광시야각 보상판을 포함한다. 상기 광시야각 보상판은 I)제 1 보호필름, ii) 상기 제 1 보호 필름의 일면에 부착되고, 빛을 편광하기 위한 편광필름, 및 iii) 상기 편광필름 상 부에 배치된 광시야각 보상 액정층을 포함하고, 상기 광시야각 보상 액정층의 액정 분자는 상기 액정분자의 최소 굴절율을 갖는 방향이 경사각 방향으로 점차적으로 기울어지고, 또한 최소 굴절률의 방향이 방위각 방향으로 트위스트된다.In addition, the liquid crystal display according to the present invention includes a first substrate, a second substrate facing the first substrate, a liquid crystal layer interposed between the first substrate and the second substrate, and a wide viewing angle compensation plate. The wide viewing angle compensation plate is I) a first protective film, ii) a polarizing film attached to one surface of the first protective film, for polarizing light, and iii) a wide viewing angle compensation liquid crystal layer disposed on the polarizing film. The liquid crystal molecules of the wide viewing angle compensation liquid crystal layer include a direction in which the minimum refractive index of the liquid crystal molecules is gradually inclined in the inclination angle direction, and the direction of the minimum refractive index is twisted in the azimuth direction.
본 발명은 광시야각 보상판에 액정의 최소 굴절율을 갖는 방향이 경사각방향으로 틸트시키고, 또한 방위각 방향으로 트위스트 시킴으로써, 광시야각을 보다 향상시키는 효과가 있다.The present invention has the effect of further improving the wide viewing angle by tilting the direction having the minimum refractive index of the liquid crystal in the inclined angle direction and twisting in the azimuthal direction in the wide viewing angle compensation plate.
이하, 도면을 중심으로 본 발명을 상세히 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
도 1a는 네마틱 액정에서의 각 방향에 대한 굴절율을 도시하기 위한 개념도이다.1A is a conceptual diagram for illustrating refractive indices in respective directions in nematic liquid crystals.
도 1a를 참조하면, 광이 액정 표시패널의 네마틱(Nematic) 액정(101)의 방향자에 대해 입사각(θ)이 커지면 P파 성분에 대한 굴절율은 액정층에서는 커진다(ΔnP/Δθ > 0). 또한 이 경우 x 방향에 대한 굴절률 nx와 y 방향에 대한 굴절률 ny는 실질적으로 동일하며, 이 값은 z 방향에 대한 굴절률 nz보다 작다(nz
> nx, ny).Referring to FIG. 1A, when light has a large incident angle θ with respect to the director of the nematic
도 1b는 기판 표면에서의 네마틱 액정이 이루는 각도를 도시하는 개념도이고, 도 1c는 트위스티드 네마틱 액정의 경사각과 방위각을 도시하는 그래프이다.FIG. 1B is a conceptual diagram showing an angle formed by a nematic liquid crystal on the substrate surface, and FIG. 1C is a graph showing an inclination angle and an azimuth angle of a twisted nematic liquid crystal.
도 1b를 참조하면, x축과 y축이 이루는 평편상에 컬러필터 기판 또는 어레이 기판이 존재하면, 컬러필터 기판 및 어레이 기판 사이에 존재하는 액정층의 네마틱 액정분자(101)의 방향자가 z축을 기준으로 형성하는 각을 경사각 θ로 정의하고, 네마틱 액정분자(101)의 방향자의 xy 평면에 대한 사영벡터가 x축과 이루는 각을 방위각 φ로 정의한다.Referring to FIG. 1B, when a color filter substrate or an array substrate is present on a plane formed between the x-axis and the y-axis, the director of the nematic
도 1c를 참조하면, 네마틱 액정분자의 방위각 φ는 z 축의 방향, 즉 어레이 기판 표면에서 컬러필터 기판 표면방향으로 증가된다. 즉, 네마틱 액정분자는 어레이 기판 표면에서는 x축 방향에서, 점차적으로 트위스트되어 컬러필터 기판 표면에서는 y축 방향을 향한다.Referring to FIG. 1C, the azimuth angle φ of the nematic liquid crystal molecules is increased in the direction of the z axis, that is, in the direction of the color filter substrate surface from the array substrate surface. That is, the nematic liquid crystal molecules are twisted gradually in the x-axis direction on the surface of the array substrate and in the y-axis direction on the surface of the color filter substrate.
또한 네마틱 액정분자의 경사각 θ는 어레이 기판과 컬러필터 기판 표면에서는 거의 90도를 이루고, 어레이 기판과 컬러필터 기판사이의 중심부를 향할수록 0도에 접근한다. 즉 네마틱 액정분자는 어레이 기판 및 컬러필터 기판 표면에서는 거의 표면에 누워있으며, 어레이 기판과 컬러필터 기판사이의 중심부에서는 거의 똑바로 서 있다.In addition, the inclination angle θ of the nematic liquid crystal molecules is almost 90 degrees on the surface of the array substrate and the color filter substrate, and approaches 0 degrees toward the center between the array substrate and the color filter substrate. That is, the nematic liquid crystal molecules lie almost on the surface of the array substrate and the color filter substrate, and stand almost straight at the center between the array substrate and the color filter substrate.
또한 네마틱 액정분자에 전계가 인가되지 않은 경우에는 네마틱 액정분자의 방위각은 선형적으로 0도에서 90도로 증가하지만, 전계가 인가되면 이러한 선형성이 깨진다.In addition, when an electric field is not applied to the nematic liquid crystal molecules, the azimuth angle of the nematic liquid crystal molecules increases linearly from 0 degrees to 90 degrees, but when the electric field is applied, such linearity is broken.
또한 네마틱 액정분자에 전계가 인가되지 아니한 경우에는 누워있는 네마틱 액정분자가 많지만, 전계가 인가되면 보다 많은 액정분자가 기립하게 된다.In addition, when no electric field is applied to the nematic liquid crystal molecules, many nematic liquid crystal molecules are laid, but more liquid crystal molecules stand up when an electric field is applied.
하지만 최대 전계가 인가된 경우라 할지라도, 기판 표면에서 전체 셀갭(어레이 기판과 컬러필터 기판과의 거리)의 1/5지점에 위치하는 네마틱 액정분자들의 경사각은 45도 미만이고, 방위각은 기판 표면에서의 대략적으로 기판 표면의 값과 동일하다. 따라서, 방위각을 고려하지 않은 종래 광시야각 보상판의 경우 보상에 한 계가 있다.However, even when the maximum electric field is applied, the inclination angle of the nematic liquid crystal molecules positioned at one fifth of the total cell gap (distance between the array substrate and the color filter substrate) at the substrate surface is less than 45 degrees, and the azimuth angle is Approximately equal to the value of the substrate surface at the surface. Therefore, in the case of the conventional wide viewing angle compensation plate without considering the azimuth angle, there is a limit to the compensation.
본 발명에 의한 광시야각 보상판의 경우, 디스코틱 액정분자의 배열을 네마틱 액정의 분자배열을 고려하여 디스코틱 액정분자의 법선방향이 네마틱 액정의 방향자를 따라 방위각이 변한다. 따라서, 본 발명에 의한 광시야각 보상판은 광시야각 보상기능을 향상시킨다.In the case of the wide viewing angle compensation plate according to the present invention, the azimuth angle of the discotic liquid crystal molecules changes along the director of the nematic liquid crystal in consideration of the arrangement of the discotic liquid crystal molecules in the molecular arrangement of the nematic liquid crystal. Therefore, the wide viewing angle compensation plate according to the present invention improves the wide viewing angle compensation function.
도 2는 디스코틱 액정에서의 각 방향에 대한 굴절율을 도시하기 위한 개념도이다.FIG. 2 is a conceptual diagram for illustrating a refractive index in each direction in a discotic liquid crystal.
도 2를 참조하면, 광시야각 보상판의 디스코틱(Discotic) 액정(102)의 방향자에 대해 입사각(θ)이 커지면 P파 성분에 대한 굴절율은 보상판에서는 작아진다(ΔnP/Δθ < 0). 또한 이 경우 x 방향에 대한 굴절률 nx와 y 방향에 대한 굴절률 ny는 실질적으로 동일하며, 이 값은 z 방향에 대한 굴절률 nz보다 크다(nz < nx, ny). Referring to FIG. 2, when the incident angle θ is increased with respect to the director of the discotic
도 3은 네마틱 액정과 디스코틱 액정의 결합에 의해 빛의 진행 방향에 대한 위상차를 보상하는 방법을 도시한 개념도이다.3 is a conceptual diagram illustrating a method of compensating a phase difference with respect to a traveling direction of light by combining nematic liquid crystals and discotic liquid crystals.
도 3을 참조하면, 네마틱 액정(102)의 방향자(장축방향)와 디스코틱 액정(102)의 축(axis)이 나란한 경우 빛의 진행 방향에 대한 위상차가 어느정도 보상된다. 이것은 도 1a 및 도 1b에 관한 설명에서 살펴본 바와 같이 액정층에서는 z 방향, 즉 네마틱 액정분자의 방향자가 가리키는 방향의 굴절률(nz)이 가장 크지만, 보상 필름에서는 z 방향, 즉 디스코틱 액정분자의 법선벡터 방향의 굴절률(nz)이 가장 작기 때문이다.
Referring to FIG. 3, when the director (long axis direction) of the nematic
도 4는 본 발명의 제 1 실시예에 의한 90°트위스티드 네마틱 액정셀에 부착되는 디스코틱 액정에 부착되는 광시야각 위상판의 구조를 개략적으로 도시한 단면도이다.4 is a cross-sectional view schematically showing the structure of a wide viewing angle phase plate attached to a discotic liquid crystal attached to a 90 ° twisted nematic liquid crystal cell according to a first embodiment of the present invention.
도 4를 참조하면, 90°트위스티드 네마틱 액정셀에 부착되는 디스코틱 액정에 부착되는 액정 표시장치의 액정셀(201)의 상부와 하부에는 액정셀(201)에 의한 빛의 위상차를 보상하기 위해서 광시야각 보상판(202)이 부착된다. 광시야각 보상판(202)은 다층의 필름으로 구성되지만, 도 4에서는 편의상 액정만을 도시하고, 다층의 필름구조는 도 5에서 설명하기로 한다.Referring to FIG. 4, in order to compensate for the phase difference of light caused by the
도 4를 참조하면 액정 표시 장치의 액정셀(201)의 네마틱 액정 분자(101)은 액정셀(201)의 상부와 하부에서 일정한 선경사 각(Pre-tilt angle)을 형성하고 방향은 서로 반대이다. 또한 액정셀(201)의 중심부 층에서는 액정셀이 광시야각 보상판(202)을 기준으로 실질적으로 수직으로 배향된다.Referring to FIG. 4, the nematic
이러한 액정셀(201)의 네마틱 액정 분자(101)는 헬름홀츠 자유 에너지(Helmholtz free energy)가 최소가 되도록 배열된다. 이러한 액정셀의 배열은 다음의 방법으로 구할 수 있다.The nematic
액정셀(201)의 네마틱 액정 분자(101)들의 헬름홀츠 자유 에너지밀도는 액정 분자들의 탄성에너지 밀도와 액정층에 가해지는 전자기장에 의한 에너지 밀도의 합으로 표현된다. 액정의 배열 변화에 의한 탄성에너지 밀도는 액정이 벌어지는 경우(Spray), 꼬이는 경우(Twist) 및, 휘는 경우(band)에 발생한다. 각각의 경우 발생하는 탄성에너지 밀도의 합과 전기장에 의한 에너지 밀도 1/2(DㆍE)를 합하여 헬 름홀츠 자유에너지 밀도를 구한다. 정전계인 경우 자기장은 발생하지 않으므로 고려하지 않는다.The Helmholtz free energy density of the nematic
이 헬름홀츠 자유에너지 밀도를 전 액정셀이 점유하는 공간 전체로 적분하여 헬름홀츠 자유에너지를 구한다. 변분법(Variational method)을 이용하여 헬름홀츠 자유에너지가 최소가 되는 조건을 나타내는 미분 방정식인 오일러-라그랑즈 방정식(Euler-Lagrange equation)을 구한다.The Helmholtz free energy density is integrated into the entire space occupied by all liquid crystal cells to find the Helmholtz free energy. The Variantional method is used to find the Euler-Lagrange equation, which is a differential equation representing the minimum Helmholtz free energy.
오일러-라그랑즈 방정식에 의하면 액정셀(201)의 상부와 하부에서 선경사각(Pre-tilt angle)이 동일하고 액정셀의 가운데 부분을 중심으로 대칭으로 배열되는 경우에 헬름홀츠 자유에너지가 최소임을 알 수 있다.According to the Euler-La Grande equation, the Helmholtz free energy is minimal when the pre-tilt angle is the same at the upper and lower portions of the
이러한 오일러-라그랑즈 방정식에 경계조건[즉, 액정셀(201)과 광시야각 보상판(202)의 경계에 배치된 네마틱 액정분자(101)의 선 경사각(Pre-tilt angle) θ1(0< θ1<90)을 대입하면 액정셀(201)의 네마틱 액정분자(101)는 도 2에 도시된 바와 같이 배열된다. 도 4에서는 트위스트되지 않은 상태를 도시하였고, 실제로는 경계조건에 의해 상부와 하부의 네마틱 액정분자(101)는 90°트위스트되어 있다. 즉 네마틱 액정분자(101)는 앞의 도 1c의 그래프에 도시된 바와 같이, x축에서 y축 방향으로 트위스트 되어 있다.The condition of the Euler-Lagrandes equation (ie, the pre-tilt angle θ 1 of the nematic
이와같이 배열된 액정층(201)의 상부와 하부에는 디스코틱 액정분자(102)를 포함하는 광시야각 보상판(202)이 부착된다. 액정층(201)과 광시야각 보상판(202)의 경계면을 중심으로 서로 마주보는 층에서의 액정배열은 도 1c에서 설명한 바와 같이 네마틱 액정(102)의 방향자(장축방향)와 디스코틱 액정분자(102)의 축(axis)이 나란하게 배열되도록 하여 위상차를 감소시킴으로써 광시야각을 개선한다. 즉, 종래 광시야각 보상판의 디스코틱 액정분자는 방위각을 고려함이 없이 경사각막을 고려하였으나, 본 발명에 의한 디스코틱 액정분자는 경사각과 방위각을 모두 고려하여 보다 광시야각을 개선시킨다.The wide viewing
도 5는 광시야각 보상판의 부분 절개 사시도이다.5 is a partially cutaway perspective view of a wide viewing angle compensation plate.
도 5를 참조하면, 광시야각 보상판(202)은 트리아세틸 셀룰로오스 (Triacetyl cellulous: TAC, 405)를 포함하는 제 1 보호필름, 폴리비닐 알콜(Poly Vinyl Alcohol:PVA)을 포함하는 편광 필름(404), 트리아세틸 셀룰로오스 (Triacetyl cellulous: TAC, 403)를 포함하는 제 2 보호필름(403), 및 상기 제 2 보호필름(403) 상부에 형성된 디스코틱 액정층(402)를 포함한다.Referring to FIG. 5, the wide viewing
제 1 보호필름(405)과 제 2 보호필름(403)은 편광 필름(404)을 각각 상부와 하부에서 밀착하여 보호하고 편광 필름(404)을 지지한다. 편광 필름(404)의 한쪽 면에만 트리아세틸 셀룰로오스를 포함하는 필름이 부착되기도 하였으나, 이 경우 트리아세틸 셀룰로오스 필림이 부착되지 않은 면이 손상된다.The first
폴리비닐 알콜(PVA)을 포함하는 편광 필름(404)은 빛을 편광한다. 이러한 편광 필름(404)은 폴리비닐 알콜필림을 한쪽 방향으로 늘린후, 요오드(I)나 이색성 염료를 흡착하여 제작된다. 이때 연축축 방향이 편광판의 흡수축이다.
디스코틱 액정층(402)은 디스코틱 액정분자(102)와 상기 디스코틱 액정분자(102)를 방위각 방향으로 트위스트시키기 위한 도펀트(dopant)가 포함된 액상의 솔벤트를 제 1보호필름(405)에 도포하고 열을 가하여 솔벤트를 기화시킨다. 디스코틱 액정분자(102)가 포함된 액상의 솔벤트를 제 1 보호필름(405)에 도포하는 방법으로는 스핀코팅 방법이 적절하다. 또한 가열온도는 대략 130℃가 적절하다.The discotic
이후에 러빙(Rubbing)에 의해 디스코틱 액정분자(102)를 틸트시키고, 자외선을 조사하여 디스코틱 액정분자(102)를 상호 링크시킴으로써 광시야각 보상판(202)이 형성된다. 트위스티드 네마틱 모드에서 Δnd 값은 대략적으로 0.36 내지 0.40의 범위일 때, 광시야각 보상필름의 리타데이션 값은 180nm 내지 200nm의 범위가 적절하다. 또한 TAC필름의 리타데이션 값은 대략 40nm이므로, 제 1 보호필름(405)과 제 2 보호필름(403)을 고려하면, 디스코틱 액정층의 리타데이션 값(Rth)은 대략 100nm에서 120nm의 범위내에 있도록 한다. Thereafter, the discotic
도 5에서는 디스코틱 액정층(402)의 두께가 다른 필름에 비해 매우 크게 도시되었으나 이는 디스코틱 액정을 표시하기 위함이고, 실제 디스코틱 액정층(402)의 두께는 다른 필름에 비해 매우 작다. 실제 디스코틱 액정층(402)의 두께는 대략 2㎛ 내지 3㎛의 범위이고, 제 1 필름(403)의 두께는 대략 110㎛이고, 제 2 필름(404)의 두께는 대략 25㎛이며, 제 3 필름의 두께는 대략 80㎛의 범위이다.In FIG. 5, the thickness of the discotic
도 6은 본 발명에 의한 광시야각 보상판이 부착된 액정 표시장치의 개략적인 단면도이다.6 is a schematic cross-sectional view of a liquid crystal display device with a wide viewing angle compensation plate according to the present invention.
도 6을 참조하면, 액정표시장치는 액정표시패널(800)과 액정표시패널의 하부에서 광을 공급하는 백라이트 어셈블리(도시안됨)를 포함한다.Referring to FIG. 6, the liquid crystal display includes a liquid
액정표시장치의 액정표시패널(800)은 컬러 필터 기판(700), 어레이 기판(810) 및 컬러 필터 기판(700)과 어레이 기판(810)사이에 개재된 액정층(410)을 포함한다.The liquid
액정표시패널(800) 하부에는 백라이트 에셈블리(도시안됨)가 배치된다. 백라이트 에셈블리는 액정표시패널(800)에 광을 공급한다.A backlight assembly (not shown) is disposed under the liquid
백라이트 어셈블리는 도광판, 도광판의 하부 또는 측부에서 광을 도광판으로 공급하는 램프, 및 도광판 상부로 출사하는 광의 휘도를 균일하게 하는 광 확산시트를 포함한다.The backlight assembly includes a light guide plate, a lamp for supplying light to the light guide plate at the bottom or the side of the light guide plate, and a light diffusion sheet for uniforming the brightness of the light exiting the light guide plate.
컬러 필터 기판(700)은 제 1 유리기판(701), 컬러필터(702), 평탄화막(703), 및 제 1 투명전극(104)을 포함한다.The
제 1 유리기판(701) 상부에는 레드 컬러필터R, 그린 컬리필터 G 및 블루 컬러필터 B를 포함하는 컬러필터(702)가 형성되어 있다. 평탄화막(703)은 컬러필터(702)위에 형성된다.A
또한 컬러필터 기판(700) 상부에는 제 1 광시야각 보상판(202a)이 점착제(400)에 의해 부착된다. 광시야각 보상판(202)은 앞에서 설명한 바와 같이, 제 1 보호필름(405), 편광필름(404), 제 2 보호필름(403) 및 디스코틱 액정을 포함하는 제 2 액정층(402)를 포함한다. 제 1 보호 필름(405)와 제 2 보호필름(403)의 열 팽창율/수축율은 동일하여 백라이트 어셈블리(도시안됨)에서 발생한 광에 의해 온도가 상승하는 경우에도 제 1 보호필름(405)와 제 2 보호필름(403)은 동일하게 팽창 또는 수축하므로 휘지 않는다. 따라서 에지부가 컬러필터 기판(700)으로부터 이탈되지 않으며 제 2 액정층의 디스코틱 액정분자의 배열이 변화하지 않는다.
In addition, the first wide viewing
어레이 기판(810)은 제 2 유리기판(705), 박막 트랜지스터(Thin Film Transistor: TFT, 709), 투명전극(710), 게이트 구동회로(712), 데이터 구동회로(도시안됨), 반사전극(707) 및 연결배선(712)을 포함한다.The
어레이 기판(810)은 표시영역(DR)과 주변영역(PR)으로 나뉘어진다. 표시영역(DR)에는 박막 트랜지스터(709), 투명전극(710) 및 반사전극(707)이 위치하며, 주변영역(PR)에는 게이트 구동회로(408), 데이터 구동회로(도시안됨)가 위치한다.The
제 2 유리기판(705) 위에는 박막 트랜지스터(709)가 형성되어 있다. 다수의 박막 트랜지스터(709)는 제 2 유리기판(705)위에서 매트릭스 형태로 배열된다. 또한 박막 트랜지스터(709)와 제 2 유리기판(705)의 일부에 투명전극(화소전극, 710)이 형성되어 박막 트랜지스터(709)와 제 2 유리기판(705)은 전기적으로 서로 연결된다.The
박막 트랜지스터(709)와 투명전극(710)의 연결부위 상부에는 유기 절연막(708)이 형성되어 있다. 유기 절연막(708)은 전체적으로 도포된 후, 식각되어 투명전극(710)의 일부는 노출된다.An organic insulating
유기 절연막(708)의 상부 표면에는 다수의 요철이 형성되어 있다. 유기 절연막(708)의 상부와 측부에는 균일한 두께로 반사전극(707)이 형성되어 있다. 따라서 반사전극(707)의 표면 또한 유기 절연막(708)의 요철에 의해서 요철이 형성되어 있다.A large number of irregularities are formed on the upper surface of the organic insulating
이러한 요철은 반사전극의 반사 효율을 증대시키기 위함이다. 반사전극(707)은 반사율이 뛰어난 알루미늄(Al), 은(Ag) 또는 크롬(Cr)을 포함한 다. 반사전극(707)은 액정표시패널(800) 하부에 위치한 백라이트 어셈블리로부터 광의 공급이 없는 경우에도, 액정표시패널(800) 상부에서 입사한 광을 반사시켜 영상을 디스플레이한다.This unevenness is to increase the reflection efficiency of the reflective electrode. The
어레이 기판(810)의 주변영역(PR)에는 게이트 구동회로(712)와 연결 배선(713)이 형성되어 있다. 주변영역(PR)에 위치한 게이트 구동회로(712)는 연결배선(712)을 통해서 표시영역(DR)의 박막 트랜지스터(709)의 게이트 전극에 전기적으로 연결된다.The
박막 트랜지스터(709)는 게이트 전극, 드레인 전극 및 소오스 전극을 포함한다. 게이트 전극은 상술한 바와 같이 연결배선과 전기적으로 연결되고, 드레인 전극은 투명전극(710)에 전기적으로 연결되고, 소오스 전극은 데이터 구동회로(도시안됨)와 전기적으로 연결된다.The
어레이 기판(810) 하부에는 제 2 광시야각 보상판(202b)이 점착제(400)에 의해 부착된다. 광시야각 보상판(202)은 앞에서 설명한 바와 같이, 제 1 보호필름(405), 편광필름(404), 제 2 보호필름(403) 및 디스코틱 액정을 포함하는 제 2 액정층(402)를 포함한다.The second wide viewing
제 1 보호 필름(405)와 제 2 보호필름(403)의 열 팽창율/수축율은 동일하여 백라이트 어셈블리(도시안됨)에서 발생한 광에 의해 온도가 상승하는 경우에도 제 1 보호필름(405)와 제 2 보호필름(403)은 동일하게 팽창 또는 수축하므로 휘지 않는다. 따라서 에지부가 컬러필터 기판(700)으로부터 이탈되지 않으며 제 2 액정층의 디스코틱 액정분자의 배열이 변화하지 않는다.
The thermal expansion rate / contraction rate of the first
컬러 필터 기판(700)과 어레이 기판(810)은 결합부재, 즉 실런트(Sealant, 711)에 의해 연결된다. 결합부재(711)는 각각 컬러 필터 기판(700)의 주변영역(PR)과 어레이 기판(810)의 주변영역(PR)에 위치한다.The
컬러 필터 기판(700)의 공통전극(704)에는 셀갭 유지부재, 즉 스페이서(spacer, 706)가 형성되어 컬러 필터 기판(700)과 어레이 기판(810) 사이에 액정이 개재될 공간을 형성한다.A cell gap holding member, that is, a
컬러 필터 기판(700)과 어레이 기판(810) 사이에 형성되는 공간에는 제 1 액정층(201)이 개재된다. 제 1 액정층(201)은 네마틱 액정을 포함하여 도 3a의 액정층(201)에 대응한다.The first
공통전극(704)과 반사전극(707) 또는 투명전극(710) 사이에 전기장의 변화에 따라서 공통전극(704)과 반사전극(707) 또는 투명전극(710)사이에 위치한 액정의 배열이 달라지고 그에 따라 액정표시패널(800) 상부로 출사되는 광량이 달라진다. According to the electric field change between the
공통전극(704)에는 공통전압(일반적으로 접지전압)이 인가된다. 게이트 구동회로(712)가 매트릭스 형태로 배열된 다수의 박막 트랜지스터 중 하나에 게이트 구동신호 전압을 인가하면 해당 박막 트랜지스터는 턴온되고, 데이터 구동회로(도시안됨)에서 해당 박막 트랜지스터의 소오스 전극에 이미지 신호 전압을 인가하면, 인가된 전압은 드레인 전극을 통해서 투명전극(710) 및 반사전극(707)에 인가된다.A common voltage (generally, a ground voltage) is applied to the
따라서 제 1 투명전극과 반사전극(707) 또는 투명전극(710)사이에 위치한 네 마틱 액정의 배열이 변화된다.Therefore, the arrangement of the nematic liquid crystals positioned between the first transparent electrode and the
백라이트 어셈블리(도시안됨)에서 발생한 빛은 어레이 기판(810) 하부에 배치된 제 2 광시야각 보상판(202b)를 통과하면서 선형 편광되며, 어레이 기판(810)과 컬러필터 기판(700) 사이에 배치된 제 1 액정층(201)의 네마틱 액정을 통과하면서 투과율이 변화되고 컬러필터 기판(700)의 컬러 필터(702)를 통하면서 특정 파장의 빛만 투과되어 색채를 띄게 된다. 그리고 나서 컬러필터 기판(700) 상부의 제1 광시야각 보상판(202a)를 통과하며 편광되어 영상을 디스플레이한다. 한편, 제 1 액정층(201)의 네마틱 액정에 의한 위상차가 제 1 광시야각 보상판(202a)과 제 2 광시야각 보상판(202b)의 디스코틱 액정에 의해 감소되어 광시야각이 증가된 영상이 디스플레이 된다.Light generated by the backlight assembly (not shown) is linearly polarized while passing through the second wide viewing
이상에서 설명한 액정 표시장치는 90°트위스티드 네마틱 액정을 채택한 반 투과형(반사. 투과형) 액정 표시장치를 예를 들어 설명하였다. 그러나 본 발명에 의한 수퍼 트위스티드 네마틱(STN) 액정표시장치에도 적용할 수 있음은 주지의 사실이다.The liquid crystal display device described above has been described with an example of a semi-transmissive (reflective, transmissive) liquid crystal display employing a 90 ° twisted nematic liquid crystal. However, it is well known that the present invention can be applied to a super twisted nematic (STN) liquid crystal display device according to the present invention.
본 발명은 광시야각 보상판에 액정의 최소 굴절율을 갖는 방향이 경사각방향으로 틸트시키고, 또한 방위각 방향으로 트위스트 시킴으로써, 광시야각을 보다 향상시키는 효과가 있다.The present invention has the effect of further improving the wide viewing angle by tilting the direction having the minimum refractive index of the liquid crystal in the inclined angle direction and twisting in the azimuthal direction in the wide viewing angle compensation plate.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영 역으로부터 벗어나지 않는 범위내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.While the above has been described with reference to the preferred embodiments of the present invention, those skilled in the art will be variously modified and modified within the scope of the present invention without departing from the spirit and scope of the present invention described in the claims below. It will be appreciated that it can be changed.
Claims (13)
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