KR101193447B1 - 시야각이 향상되는 액정표시소자 - Google Patents

시야각이 향상되는 액정표시소자 Download PDF

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Abstract

본 발명은 게이트 라인과 평행한 방향인 가로방향으로 러빙이 이루어지는 액정표시소자에 관한 것으로, 특히 가로방향으로 러빙됨에 따라 발생하는 좌,우측면의 시야각을 개선하고, 블랙모드에서의 화질을 개선한다. 본 발명은 상기 목적을 위해 단위화소가 배열되는 제 1 기판과; 상기 제 1 기판과 대향하는 제 2 기판과; 상기 제 1 기판 및 제 2 기판 사이에 형성된 액정층과; 상기 제 1 기판의 외측에 형성되며, 트리 아세틸 셀룰로오스(tri-acetyl-cellulose,TAC)필름을 포함하는 제 1 편광판과; 상기 제 2 기판의 외측에 형성되며, 트리 아세틸 셀룰로오스(tri-acetyl-cellulose,TAC)필름을 포함하는 제 2 편광판을 구비하며, 상기 제1 편광판의 투과축과 상기 제2 편광판의 투과축은 서로 수직하고, 액정의 배열 방향과 상기 제1 편광판의 투과축이 서로 수직일 때, 상기 액정층의 리타데이션(retardation) 값이 350nm~400nm이며, 상기 제1 편광판의 상기 트리 아세틸셀룰로오스(TAC) 필름의 리타데이션 값이 60nm~120nm이고, 상기 제2편광판의 상기 트리 아세틸셀룰로오스(TAC) 필름의 리타데이션 값이 48nm인 것을 특징으로 하는 액정표시소자를 제공한다.
블랙모드,가로방향 러빙, 시야각, 색편차

Description

시야각이 향상되는 액정표시소자{LIQUID CRYSTAL DISPLAY DEVICE INCLUDING VIEWING ANGLE}
도 1은 가로방향으로 러빙되는 액정표시소자의 일 례를 나타내는 단위화소의 평면도.
도 2는 가로방향으로 러빙되는 액정표시소자의 시야각을 보여주는 사시도.
도 3은 본 발명의 액정표시소자의 단면도.
도 4는 본 발명의 액정표시소자의 시야각 특성을 나타내는 단면도.
도 5a 내지 도 5b는 본 발명의 시야각 특성을 나타내는 사시도.
도 6a는 종래의 시야각과 색편차 특성을 나타내는 그래프.
도 6b는 본 발명의 색편차 특성을 나타내는 그래프.
**************도면의 주요부분에 대한 부호의 설명***************
301:제 1 기판 302:제 2 기판
303:액정층 304:제 1 편광판
305:제 2편광판 310,320:배향막
본 발명은 러빙방향이 액정표시패널의 가로방향인 액정표시장치의 화질을 개선하는 액정표시소자에 관한 것이다.
근래 정보화 사회의 발전과 더불어, 표시장치에 대한 다양한 형태의 요구가 증대되면서, LCD(Liquid Crystalline Polymer), PDP(Plasma Display Panel), ELD(Electro Luminescent Display), FED(Field Emission Display), VFD(Vacuum Fluorescent Display)등 평판표시장치에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다. 그 중 고화질의 구현, 양산화 기술, 구동수단의 용이성, 경량, 박형, 저소비 전력 등의 이유로 액정표시소자(LCD)가 각광을 받고 있다.
액정표시소자는 매트릭스(matrix) 형태로 배열된 화소들에 화상정보에 따른 데이터신호를 개별적으로 공급하여, 화소별로 광투과율을 조절함으로써 원하는 화상을 표시할 수 있도록 한 표시소자로서, 주로 액티브 매트릭스(Active Matrix; AM) 방식에 의해 구동된다. 액티브 매트릭스 방식은 각각의 화소에 박막 트랜지스터(Thin Film Transistor; TFT)와 같은 스위칭소자를 부가하여, 이것을 통하여 화소부의 액정에 전압을 인가하고, 액정을 구동하는 방식이다.
이러한 액정표시소자는 액정분자가 구동되는 형태에 따라 다양한 표시모드의 액정표시소자로 분류될 수 있는데, 여러 표시모드 중 TN(twisted nematic) 모드 액정표시소자가 주로 사용되어져 왔다.
TN 모드 액정표시소자는 기판에 대해 수직한 방향의 전기장을 on/off 시킴으로서, 액정의 방향자(director)가 기판에 대하여 0°에서 90°사이의 각도를 갖도록 액정분자를 구동한다.
그런데, 이러한 TN 모드 액정표시소자는 상기한 바와 같이 액정분자가 기판에 수직방향으로 구동하기 때문에 시야각 특성이 우수하지 못한 단점이 있다. 즉, 액정표시소자를 바라보는 방향이나 각도에 따라 화상의 화면색이나 밝기가 변하는 시야각 의존성이 존재한다.
따라서 이러한 단점을 극복하기 위해 새로운 광시야각 기술, 즉, 전계가 기판에 대하여 평행한 횡전계(in-plain electric field)를 발생시키고, 액정분자의 방향자가 상기 전계의 방향에 따라 기판에 대해 수평한 상태에서 액정이 구동되도록 하는 횡전계(In Plain Switching, 이하 IPS) 모드 액정표시소자가 제안되었다.
IPS 모드 액정표시소자는 전극에 전압이 인가될 때, 횡전계가 기판상에 형성되어 액정분자가 수평으로 배향함으로써 넓은 시야각 특성을 확보할 수 있다.
액정분자는 굴절률 이방성(또는 복굴절성)을 가지기 때문에 액정을 바라보는 방향에 따라 광경로가 변하여 이상적인 영상을 표시할 수 있다. 특히, 타원형의 네마틱(nematic)액정이 주로 사용되는 데, 타원형의 액정분자는 빛이 액정분자의 장축과 단축중 어디를 통과하느냐에 따라 위상지연이 발생한다. 상기 특성에 의해 액정분자를 이용한 액정표시소자가 제작될 수 있지만, 시야각 문제를 유발시킨다는 근원적 문제점을 가지기도 한다.
그러나 상기 횡전계 모드 액정표시소자는 액정분자가 그 방향자의 방향이 기판과 수평한 상태에서 구동되기 때문에 시야각을 향상시키는 큰 장점을 가진다.
그러나, 통상 횡전계 방식의 액정표시소자는 데이터 라인에 평행한 다수의 바형의 화소전극과 상기 화소전극과 쌍을 이루는 다수의 공통전극을 구비하는데, 상기 데이터 라인과 그와 인접한 화소전극 사이의 액정분자가 액정표시소자의 구동시 비 정상적으로 구동한다. 즉, 액정표시소자의 구동시 데이터라인과 그와 인접한 화소전극 사이에는 잔류전압이 존재하게 되어 off동작 때 액정표시소자의 빛샘을 유발하는 문제를 가진다.
그리하여, 액정표시소자를 제조함에 있어, 액정분자의 배열을 기판에 수평한 방향으로 배열하되, 화소전극을 데이터 라인과 소정의 각을 가지도록 배열하고 러빙 방향을 데이터 라인에 수직하게 형성함으로써 잔류전압에 의해 형성되는 전계방향과 액정의 초기배향 방향을 일치시키는 가로방향 러빙을 실시하는 액정표시소자들이 제안되었다.
도 1은 그 일 례로서 프린지 필드 스위칭 모드(fringe field switching, FFS 모드)액정표시소자의 단위화소를 나타낸다. 도 1을 참조하면, 화소전극에 해당하는 슬릿부(106a)가 데이터 라인(102)와 소정의 각을 가지도록 구성되며, 액정분자를 초기배향하는 러빙은 데이터 라인(102)에 대해 수직하게 형성된다.
도 1을 참조하면, FFS모드 액정표시소자는 어레이기판상에 복수의 게이트 라인(101)과 상기 게이트 라인(101)과 수직교차하는 복수의 데이터 라인(102)에 의해 단위화소가 정의된다.
상기 단위화소에는 단위화소를 구동시키는 스위칭 소자로서 박막 트랜지스터(104)가 형성되며, 액정분자에 횡전계를 형성하기 위한 제 1 전극으로서 공통전극(105)와 제 2 전극으로서 화소전극(106)이 형성되어 있다.
또한, 상기 화소전극(106)에는 적어도 하나의 슬릿이(106a)이 형성되어 있으 며, 상기 슬릿을 통해 공통전극과 더불어 횡전계가 형성된다.
그러므로 데이터 라인(102)에 수직한 방향으로 러빙된 액정분자가 상기 데이터 라인(102)와 소정의 각을 가지고 배열되는 슬릿사이에서 기판에 수평한 방향으로 회전하면서 화상을 제어한다.
한편, 상기 도 1에 도시된 바와 같이, 데이터 라인(102)와 화소전극(106)은 서로 인접하며 액정표시소자가 구동할 때, 상기 데이터 라인(102)와 화소전극(106)사이에서 발생하는 잔류전압에 의해 데이터 라인과 수직한 횡전계가 발생하고 액정은 그 횡전극에 의해 배열이 제어된다. 그러므로 가로방향으로 러빙이 이루어지면 데이터 라인과 화소전극사이에서 잔류전압에 의한 횡전계가 발생하더라도, 액정의 초기배향 방향과 잔류전압에 의한 액정의 배열방향이 일치하므로 off상태에서의 빛샘이 개선된다.
그러나 가로방향 러빙에 의해 제조되는 액정표시패널은 도 2에 도시된 바와 같이, 액정표시패널의 좌,우 측면에서 시야각이 나쁜 단점을 가진다. 즉, 가로방향으로 러빙된 액정표시패널은 액정분자의 방향자가 가로방향으로 배열되기 때문에 기판의 좌,우측에서 시야각 의존성이 크게 된다.
특히, 상기와 같이, 가로방향으로 러빙되는 액정표시소자는 좌,우 방향에서 블랙 상태에서 황색편향(yellowish)되는 경향이 나타나 화질을 떨어뜨린다.
그러므로 본 발명은 가로방향으로 러빙하여 액정을 초기배향하는 액정표시소자의 시야각을 개선하는 것을 목적으로 한다. 특히, 액정표시패널의 좌,우방향에서 황색편향되는 것을 청색편향되게 하여 화질을 개선시킨다. 또한, 본 발명은 종래의 액정표시소자의 구성에 있어 새로운 구성요소의 추가없이 단지 액정표시소자를 구성하는 구성요소들의 위상지연값을 조절하여 최적의 시야각 특성을 나타내는 액정표시소자를 제공한다.
상기 목적을 위해 본 발명 단위화소가 배열되는 제 1 기판과; 상기 제 1 기판과 대향하는 제 2 기판과; 상기 제 1 기판 및 제 2 기판 사이에 형성된 액정층과; 상기 제 1 기판의 외측에 형성되며, 트리 아세틸 셀룰로오스(tri-acetyl-cellulose,TAC)필름을 포함하는 제 1 편광판과; 상기 제 2 기판의 외측에 형성되며, 트리 아세틸 셀룰로오스(tri-acetyl-cellulose,TAC)필름을 포함하는 제 2 편광판을 구비하며, 상기 제1 편광판의 투과축과 상기 제2 편광판의 투과축은 서로 수직하고, 액정의 배열 방향과 상기 제1 편광판의 투과축이 서로 수직일 때, 상기 액정층의 리타데이션(retardation) 값이 350nm~400nm이며, 상기 제1 편광판의 상기 트리 아세틸셀룰로오스(TAC) 필름의 리타데이션 값이 60nm~120nm이고, 상기 제2편광판의 상기 트리 아세틸셀룰로오스(TAC) 필름의 리타데이션 값이 48nm인 것을 특징으로 하는 액정표시소자를 제공한다.
상기 제1 편광판의 투과축과 상기 제2 편광판의 투과축이 서로 수직이며, 상기 제1 편광판의 투과축과 액정의 배열 방향이 서로 평행할 때, 상기 액정층의 리타데이션(retardation) 값이 350nm~400nm이며, 상기 제1 편광판의 상기 트리 아세틸셀룰로오스(TAC) 필름의 리타데이션 값이 48nm이고, 상기 제2편광판의 상기 트리 아세틸셀룰로오스(TAC) 필름의 리타데이션 값이 60nm~120nm 인 것을 특징으로 한다.
삭제
상기의 제 1 기판은 가로방향으로 배열되는 복수의 게이트 라인과; 상기 게 이트 라인에 수직한 복수의 데이터 라인과; 상기 데이터 라인과 소정의 각을 이루며 형성되는 화소전극과; 상기 화소전극에 대응되는 공통전극과; 상기 데이터 라인에 수직하게 러빙되는 배향막을 구비하는 것을 특징한다.
상기 제 1 편광판 및 제 2 편광판에 형성되는 TAC필름은 액정층을 향하는 상기 편광판들의 내측에 형성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 액정분자를 초기배향하는 배향방향이 게이트 라인에 평행하고 데이터 라인에 평행하며, 액정분자가 기판에 평행한 방향으로 구동하는 횡전계 모드의 액정표시소자에 있어, 액정표시패널의 좌,우측 시야각을 개선하는 최적화된 액정표시소자를 제공한다.
삭제
삭제
액정표시소자는 굴절률 이방성을 가지기 때문에 액정의 장축방향으로 통과하는 빛은 위상지연이 발생하게 된다. 액정표시패널에 있어 위상지연을 발생시키는 소자로는 통상 액정층과 편광판으로 알려져 있다. 특히, 액정표시패널에 사용되는 편광판은 실질적인 편광성분인 폴리 비닐 알코올(poly vinyl acohol, PVA)필름과 상기 PVA필름을 지지하기 위해 PVA필름의 양면에 부착되는 트리 아세틸 셀룰로스(tri-acetyl-cellulose,TAC)으로 구성되는 데, 상기 TAC필름이 광의 위상지연을 발생시킨다.
위상지연, 즉 리타데이션은 액정분자의 장축 및 단축방향에서의 굴절률의 차이인 △n과 광이 통과하는 경로의 길이인 d값의 곱 △n×d로 표현되며, 상기 리타데이션값에 따라 액정패널을 통과하는 빛이 차단 또는 통과될 수 있다.
본 발명은 액정표시패널에서 광의 전체 리타데이션 변화에 영향을 줄 수 있는 액정층의 리타데이션과 TAC필름의 리타데이션을 변화시켜 최적의 시야각을 확보한다. 특히, 상기 시야각의 개선에 있어, 액정표시패널의 블랙 화질을 개선한다.
도 3을 참조하여 본 발명의 액정표시패널의 구조를 살펴본다.
본 발명의 액정표시패널은 단위화소가 배열되는 어레이 기판인 제 1 기판(301)과 상기 제 1 기판(301)과 대향하며 컬러필터층이 형성될 수 있는 제 2 기판(302)과 ,상기 제 1 기판(301) 및 제 2 기판(302) 사이에 형성되는 액정층(303)과, 상기 제 1 기판(301)의 외측면에 부착되는 제 1 편광판(304)과, 상기 제 2 기판(302)의 외측면에 부착되는 제 2 편광판(305)을 포함하여 구성된다.
도시되지는 않았지만, 상기 제 1 기판(301)에는 복수의 게이트 라인 및 상기 게이트 라인과 수직교차하는 복수의 데이터 라인이 형성되어 있으며, 상기 게이트 라인 및 데이터 라인의 교차에 의해 단위화소가 정의되어 있다. 상기 단위화소마다 단위화소를 구동하는 박막트랜지스트가 형성되어 있으며, 액정층에 횡전계를 인가하는 화소전극과 공통전극이 더 형성되어 있다.
한편, 상기 제 1 기판(301)상에는 액정의 초기배향을 위한 배향막이 더 형성되는데, 본 발명의 배향막은 상기 게이트 라인이 형성되는 방향으로 러빙되어 있다.
또한, 상기 제 1 기판상에는 상기 러빙방향과 소정의 각을 이루는 복수의 화소전극과 상기 화소전극과 각각 대응되는 공통전극이 형성되어 있다.
예를 들어, 본 발명은 단위화소가 멀티 도메인으로 나뉘어질 수 있는 수퍼 IPS(in plane switching)모드 액정표시소자이거나, 프린지 필드 스위칭(FFS)모드 액정표시소자일 수 있다.
상기 두 경우 모두 배향막의 러빙방향은 게이트 라인이 형성되는 방향이며, 통상 액정표시패널의 가로방향이다. 그러므로 액정의 배열방향은 액정표시패널의 가로방향으로 형성된다.
한편, 상기 제 1 편광판(304) 및 제 2 편광판(305)은 실질적으로 편광기능을 하는 폴리 비닐 알코올(PVA)필름과, 상기 PVA필름을 양면에서 지지하는 트리 아세틸 셀룰로스(TAC)필름으로 구성된다.
상기 구성을 하는 액정표시패널에서 광에 리타데이션을 발생시키는 요인으로는 액정층(303)과 TAC 필름이 지목된다.
상기 리타데이션은 액정표시패널의 시야각을 변화시키는 요인으로 알려져 있으며, 본 발명은 상기 액정층(303) 및 TAC필름의 리타데이션 값을 변화시켜 액정표시패널의 좌,우측의 시야각을 개선한다.
본 발명은 다양한 경우의 액정층의 리타데이션 값과 TAC 필름의 리타데이션 값을 변화시켜 액정표시패널의 시야각을 측정하였다.
그 결과, 액정층의 리타데이션 값이 60nm~120nm 이며 TAC필름의 리타데이션 값이 48nm일때 최적의 시야각을 나타냄을 알 수 있었다.
상기 조건은 액정의 배열방향과 편광판의 투과축의 배열방향과도 연관성을 가진다. 또한, 상기 리타데이션에 영향을 주는 TAC필름은 상기 액정층의 위치와도 연관성을 가진다. 즉, O-모드 또는 E-모드인지에 따라 상기 조건은 달라 진다.
O-모드인 경우 즉, 상기 제 1 편광판(304)의 투과축과 상기 제 2 편광판(305)의 투과축은 서로 수직하고 상기 액정의 배열방향과 상기 제 1 편광판(304)의 투과축이 서로 수직일 때, 액정층(303)의 리타데이션 값이 350nm~400nm이며 상기 제 1 편광판(304)의 TAC필름의 리타데이션 값이 60nm~120nm이며 상기 제 2 편광축(304)의 TAC필름의 리타데이션 값이 48nm이다.
이때, 상기 리타데이션 값을 가지는 TAC필름은 상기 편광판의 내측, 즉 액정층을 향하는 TAC필름의 리타데이션 값이다. 편광판의 외측에 형성되는 TAC필름은 화질에 영향을 거의 미치지 않는 결과를 얻었다.
한편, E-모드인 경우, 즉, 상기 제 1 편광판(304)의 투과축과 제 2 편광판(305)의 투과축이 서로 수직이며, 상기 제 1 편광축(304)의 투과축과 액정의 배열방향이 서로 평행할 때, 액정층(303)의 리타데이션 값이 350nm~400nm이며 상기 제 1 편광판(304)의 TAC필름의 리타데이션 값이 48nm이며 상기 제 2 편광축(304)의 TAC필름의 리타데이션 값이 60nm~120nm이다.
도 4는 본 발명의 액정표시패널의 단면도와 광의 경로를 나타내는 것이다. 도 4를 참조하면, 광(실선)은 액정층(303)을 대각선으로 지날 때 액정층(303)을 통과하는 길이(d)값이 변하므로 리타데이션 값이 변하여 회질의 변화가 생긴다.
본 발명은 굴절률이 차이를 나타내는 △n과 광이 통과하는 길이를 나타내는 d값의 곱 즉, △n×d값에 의해 결정되는 액정의 리타데이션값을 조절한다. 상기 액정의 리타데이션 값은 액정의 종류를 변화시켜 △n을 변화시킬 수 있고, 액정층의 두께를 변화시켜 d값을 바꿈으로서 조절할 수 있다. 또한 TAC필름의 리타데이션 값은 TAC필름의 두께를 변화시킴으로써 조절할 수 있다. 통상 TAC필름의 리타데이션 값은 두께에 비례하여 증가한다.
상기 결과, 도 5a 내지 도 5b에 나타나는 바와 같이, 액정표시패널의 측면 시야각은 황색 편향(yellowish)에서 청색 편향(blueish)로 변하여 블랙 모드의 색상을 개선한다.
또한, 도 6a 및 6b는 액정표시패널의 좌, 우측면에서 나타나는 블랙 색상의 색 편차를 나타내는 그래프인데, 종래의 경우(6a), 수평 시야각(x축)이 20도 이상일 때 색 편차(△u'v')값(y축)은 급격하게 변하는 반면, 본 발명의 경우(6b), 거의 40도 이상까지 색 편차가 변하지 않음을 볼 수 있다. 그러므로 본 발명은 액정표시패널의 좌우측에서 급격하게 색상이 변하는 불량을 개선할 수 있다.
상기한 바와 같이, 본 발명은 가로방향으로 러빙되는 액정표시패널의 좌,우측면의 시야각을 향상시키며, 색편차를 감소시킨다. 특히, 블랙모드에서 색변화를 줄임으로써 액정표시소자의 화질을 개선한다.
통상 액정표시소자의 화질을 개선하기 위해 액정표시패널의 구조적 변화나, 보상필름등을 더하는 방법들이 제시되지만 본 발명은 구조적 변화나 새로운 구성요소의 추가없이 화질의 최적화 상태를 제공한다.

Claims (6)

  1. 단위화소가 배열되는 제 1 기판과;
    상기 제 1 기판과 대향하는 제 2 기판과;
    상기 제 1 기판의 내측 및 제 2 기판의 내측 사이에 형성된 액정층과;
    상기 제 1 기판의 외측에 부착되며, 트리 아세틸 셀룰로오스(tri-acetyl-cellulose,TAC)필름을 포함하는 제 1 편광판과;
    상기 제 2 기판의 외측에 부착되며, 트리 아세틸 셀룰로오스(tri-acetyl-cellulose,TAC)필름을 포함하는 제 2 편광판을 구비하며,
    상기 제1 편광판의 투과축과 상기 제2 편광판의 투과축은 서로 수직하고, 액정의 배열 방향과 상기 제1 편광판의 투과축이 서로 수직일 때, 상기 액정층의 리타데이션(retardation) 값이 350nm~400nm이며, 상기 제1 편광판의 상기 트리 아세틸셀룰로오스(TAC) 필름의 리타데이션 값이 60nm~120nm이고, 상기 제2편광판의 상기 트리 아세틸셀룰로오스(TAC) 필름의 리타데이션 값이 48nm인 것을 특징으로 하는 액정표시소자.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 편광판의 투과축과 상기 제2 편광판의 투과축이 서로 수직이며, 상기 제1 편광판의 투과축과 액정의 배열 방향이 서로 평행할 때, 상기 액정층의 리타데이션(retardation) 값이 350nm~400nm이며, 상기 제1 편광판의 상기 트리 아세틸셀룰로오스(TAC) 필름의 리타데이션 값이 48nm이고, 상기 제2편광판의 상기 트리 아세틸셀룰로오스(TAC) 필름의 리타데이션 값이 60nm~120nm 인 것을 특징으로 하는 액정표시소자.
  3. 제 1항에 있어서, 상기 제 1 기판은 가로방향으로 배열되는 복수의 게이트 라인과;
    상기 게이트 라인에 수직한 복수의 데이터 라인과;
    상기 게이트 라인이 형성되는 방향으로 러빙되는 배향막과;
    상기 러빙방향과 소정의 각을 이루며 형성되는 화소전극과;
    상기 화소전극에 대응되는 공통전극을 구비하는 것을 특징으로 하는 액정표시소자.
  4. 제 1항에 있어서, 상기 제 1 편광판 및 제 2 편광판에 형성되는 TAC필름은 액정층을 향하는 상기 편광판들의 내측에 형성되는 것을 특징으로 하는 액정표시소자.
  5. 삭제
  6. 삭제
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