KR101703874B1 - 액정표시장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 편광소자를 구비하여 시야각특성을 향상시킬 수 있는 액정표시장치에 관한 것으로, 액정표시장치는 상부기판; 상기 상부기판과 대향하는 하부기판; 상기 상부기판과 상기 하부기판 사이의 액정층; 상기 상부기판 상에 적층되는 상부 편광판; 상기 하부기판 상에 적층되는 하부 편광판;을 포함하고, 상기 상부 편광판 및 상기 하부 편광판 중 하나는 광축과 수직한 흡수축을 가지는 제 1 편광소자를 포함하고, 상기 상부 편광판 및 상기 하부 편광판 중 다른 하나는 광축과 평행한 흡수축을 가지는 제 2 편광소자를 포함하는 것을 특징으로 한다.
액정표시장치, E-형 편광체, O-형 편광체, 광 누설

Description

액정표시장치 {Liquid crystal display device}
본 발명은 편광소자를 구비하여 시야각특성을 향상시킬 수 있는 액정표시장치에 관한 것이다.
일반적으로, 액정표시장치는 액정의 광학적 이방성과 분극성질을 이용하여 구동된다. 액정은 구조가 가늘고 길기 때문에 분자의 배열에 방향성을 가지고 있어, 인위적으로 액정에 전기장을 인가하여 분자 배열의 방향을 제어할 수 있다. 따라서, 액정의 분자 배열 방향을 임의로 조절하면, 액정의 분자 배열이 변하게 되고, 광학적 이방성에 의해 액정의 분자 배열 방향으로 빛이 굴절하여 화상정보를 표현할 수 있다.
이러한 액정표시장치는 액정의 배열에 따라 다양한 표시모드가 존재한다. 다양한 표시모드 중에서, 흑백표시가 용이하고 응답속도가 빠르며 구동전압이 낮은 장점을 가지는 TN(twisted nematic mode) 모드가 널리 사용된다. TN 모드의 액정표 시장치는 기판과 수평하게 배향된 액정분자가 전압이 인가될 때 기판과 거의 수직으로 배향된다. 따라서, TN 모드의 액정표시장치는 액정분자의 굴절율 이방성(refractive anisotropy)에 의해 전압의 인가시 시야각이 좁아진다는 문제가 있다. 이러한 시야각 문제를 해결하기 위해, 광시야각 특성(wide viewing angle characteristic)을 가지는 황전계 모드(in plan switching mode: 이하 IPS 모드)의 액정표시장치가 제안되었다.
이하에서는 도면을 참조하여 종래기술의 액정표시장치에 대하여 상세하게 설명한다.
도 1은 종래기술에 따른 IPS 모드의 액정표시장치의 개략도이다.
도 1을 참조하면, 액정표시장치(10)는 서로 대향하여 합착하는 상부 및 하부기판(12, 14), 상부 및 하부기판(12, 14) 사이의 액정층(16), 및 상부 및 하부기판(12, 14)에 각각 부착되는 상부 및 하부 편광판(18a, 18b)을 포함하여 구성된다.
상부 편광판(18a)은 상부기판(12) 상에 부착되는 제 1 내측 지지체(24a), 제 1 내측 지지체(24a) 상의 상부 편광소자(20a) 및 상부 편광소자(20a) 상에 적층되는 제 1 외측 지지체(22a)를 포함하여 구성된다. 하부 편광판(18b)은 하부기판(14) 상에 부착되는 제 2 내측 지지체(24b), 제 2 내측 지지체(24b) 상의 하부 편광소자(20b) 및 하부 편광소자(20b) 상에 적층되는 제 2 외측 지지체(22b)를 포함하여 구성된다.
상부 및 하부 편광소자(20a, 20b)는 각각 O-형 편광판(O type polarizer)를 사용하고, 상부 및 하부 편광소자(20a, 20b)는 각각의 편광축이 직교하도록 배치한다. 제 1 외측 및 내측 지지체(22a, 24a)와 제 2 외측 및 내측 지지체(22b, 24b)는 각각 상부 및 하부 편광소자(20a, 20b)를 보호하기 위한 것으로, 주로 필름형태로 이루어진다.
IPS 모드의 액정표시장치(10)는 화소영역 내에 기판과 평행한 한 쌍의 전극을 형성하고, 횡전계를 형성하여 액정분자를 평면 상에서 배향시킨다. 그러나, IPS 모드 액정표시장치(10)는, 액정분자가 횡전계를 따라 동일 평면상에서 회전하므로 액정분자의 굴절율 이방성에 의한 계조반전을 방지하여 상하 및 좌우방향의 시야각 특성이 개선되지만, 화면의 대각선방향에서 시야각 특성을 개선하지 못하는 문제가 있다.
액정표시장치(10)에서, 대각선 시야각방향에서 시야각 특성이 저하되는 것은 대각선 방향에서 광 누설이 발생하기 때문이다. 광 누설의 발생에 대하여 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 도 2는 종래기술에서 IPS 모드의 액정표시장치를 정면방향으로 통과한 빛의 편광상태를 도시한 포앵카레 구(poincare sphere)이다.
도 2에서 극각(polar angle)(θ) 및 방위각(azimuthal angle)(φ)은 모두 0도이다. 도 2를 참조하면, 도 1의 액정표시장치(10)를 정면에서 바라보았을 때, S1 지점에서, A 및 A' 각각은 상부 편광판(18a)의 투과축과 흡수축을 나타내고, B 및 B' 각각은 하부 편광판(18b)의 투과축과 흡수축을 나타낸다. 포앙카레 구의 중심(0)에서, 상부 편광판(18a)의 투과축인 A와 하부 편광판(18b)의 흡수축인 B'가 동일축에 위치하여 광 누설이 발생되지 않고, 이로 인해 블랙상태가 구현된다.
부연하면, 상부 및 하부 편광판(18a, 18b)의 투과축과 흡수축인 A 및 B'와, 상부 및 하부 편광판(18a, 18b)의 흡수축과 투과축인 A' 및 B는 서로 동일축에 위치한다. 그리고, 상부 및 하부 편광판(18a, 18b) 각각의 투과축인 A 및 B와, 상부 및 하부 편광판(18a, 18b) 각각의 흡수축인 A' 및 B'는 서로 수직으로 위치한다.
그러나, 도 1의 액정표시장치(10)를 대각방향에서 바라보는 경우, 상부 및 하부 편광판(18a, 18b) 각각의 편광축이 수직으로 배치되지 않기 때문에, 광의 일부가 누설되어 완전한 블랙상태를 유지할 수 없다.
도 3은 종래기술에서 IPS 모드의 액정표시장치를 대각방향으로 통과한 빛의 편광상태를 도시한 포앵카레 구이다.
도 3에서 극각(θ) 및 방위각(φ)은 각각 60도 및 45도이다. 도 3을 참조하면, 도 1의 액정표시장치(10)를 대각방향으로 바라볼 경우, 상부 편광판(18a)의 투 과축인 A와 하부 편광판(18b)의 흡수축인 B'가 기하학적으로 동일축에 위치하지 않고, 서로 일정한 각도를 이루게 된다. 이로 인해 광 누설이 발생하게 되어 완전한 블랙상태를 구현하지 못한다. 부연하면, 상부 및 하부 편광판(18a, 18b)의 투과축과 흡수축인 A 및 B'와, 상부 및 하부 편광판(18a, 18b)의 흡수축과 투과축인 A' 및 B는 동일축에 위치하지 않고 서로 일정한 각도를 이루게 된다.
도 4는 종래기술의 액정표시장치에서 블랙상태의 콘트라스트 특성을 측정한 결과도이다. 도 4를 참조하면, 광의 일부가 누설되어 완전한 불랙상태를 유지하지 못하는 경우, 블랙상태에서, 도 1의 액정표시장치(10)의 대각선 방향에 해당하는 45도, 135도, 225도 및 315도에서 광 누설이 발현되어 휘도가 증가하고, 이에 따라 액정표시장치(10)의 대조비가 저하된다.
상기와 같은 문제를 해결하기 위해, 본 발명은 광축과 수직한 흡수축을 가지는 E-형 편광체를 포함하는 제 1 편광소자와, 광축과 평행한 흡수축을 가지는 O-형 편광체를 포함하는 제 2 편광소자를 사용하여, 블랙모드에서 광의 누설을 최소화시키는 액정표시장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은 광축과 수직한 흡수축을 가지는 E-형 편광체를 포함하는 제 1 편 광소자, 광축과 평행한 흡수축을 가지는 O-형 편광체를 포함하는 제 2 편광소자, 및 O-형 편광체를 포함하는 제 3 편광소자를 사용하여, 블랙모드에서 광의 누설을 최소화시킴은 물론, 정면에서 콘트라스트 비를 개선시키는 액정표시장치를 제공하는 것을 다른 목적으로 한다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 액정표시장치는, 상부기판; 상기 상부기판과 대향하는 하부기판; 상기 상부기판과 상기 하부기판 사이의 액정층; 상기 상부기판 상에 적층되는 상부 편광판; 상기 하부기판 상에 적층되는 하부 편광판;을 포함하고, 상기 상부 편광판 및 상기 하부 편광판 중 하나는 광축과 수직한 흡수축을 가지는 제 1 편광소자를 포함하고, 상기 상부 편광판 및 상기 하부 편광판 중 다른 하나는 광축과 평행한 흡수축을 가지는 제 2 편광소자를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기와 같은 액정표시장치에 있어서, 상기 제 1 편광소자의 제 1 편광축과 상기 제 2 편광소자의 제 2 편광축이 서로 직교하는 것을 특징으로 한다.
상기와 같은 액정표시장치에 있어서, 상기 상부 편광소자, 상기 하부 편광소자 및 상기 액정층 각각의 제 1 광축, 제 2 광축 및 제 3 광축은 서로 평행하게 배열되는 것을 특징으로 한다.
상기와 같은 액정표시장치에 있어서, 상기 상부 편광판은 상기 상부기판과 면접하는 상기 제 1 편광소자와 상기 제 1 편광소자의 상에 적층되는 제 1 외측 지지체를 포함하고, 상기 하부 편광판은 상기 하부기판과 면접하는 내측 지지체, 상기 내측 지지체 상에 위치하는 상기 제 2 편광소자, 및 상기 제 2 편광소자 상에 적층되는 제 2 외측 지지체를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기와 같은 액정표시장치에 있어서, 상기 제 1 및 제 2 외측 지지체는 박막으로 구성되는 트리아세틸셀룰로오스을 사용하고, 상기 내측 지지체는 위상차가 없고 박막으로 구성되는 트리아세틸셀룰로오스를 사용하는 것을 특징으로 한다.
상기와 같은 액정표시장치에 있어서, 상기 상부 편광판은 상기 제 1 편광소자와 상기 제 1 외측 지지체 사이에 광축과 평행한 흡수축을 가지는 제 3 편광소자를 더욱 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기와 같은 액정표시장치에 있어서, 상기 제 2 편광소자의 광축과 상기 액정층의 광축이 서로 평행한 것을 특징으로 한다.
상기와 같은 액정표시장치에 있어서, 상기 제 1 편광소자, 상기 제 2 편광소자 및 상기 액정층 각각의 제 1 광축, 제 2 광축, 및 제 3 광축은 서로 평행하게 배열되고, 상기 제 3 편광소자의 제 4 광축은 상기 제 1 광축, 상기 제 2 광축, 및 상기 제 3 광축 각각과 서로 수직하게 배열되는 것을 특징으로 한다.
상기와 같은 액정표시장치에 있어서, 상기 상부 편광판은 상기 상부기판과 면접하는 내측 지지체, 상기 내측 지지체 상에 적층되는 상기 제 2 편광소자, 및 상기 제 2 편광소자 상에 위치한 제 1 외측 지지체를 포함하고, 상기 하부 편광판은 상기 하부기판과 면접하는 상기 제 1 편광소자 및 상기 제 1 편광소자 상에 적층되는 제 2 외측 지지체를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기와 같은 액정표시장치에 있어서, 상기 하부 편광판은 상기 제 1 편광소자와 상기 제 2 외측 지지체 사이에 광축과 평행한 흡수축을 가지는 제 3 편광소자를 더욱 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기와 같은 액정표시장치에 있어서, 상기 제 3 편광소자의 광축과 상기 액정층의 광축이 서로 수직인 것을 특징으로 한다.
상기와 같은 액정표시장치에 있어서, 상기 제 1 편광소자는 E-형 편광체이고, 상기 제 2 편광소자는 O-형 편광체인 것을 특징으로 한다.
본 발명은 편광소자로 E-형 편광체와 O-형 편광체를 사용하는 액정표시장치를 제공한다.
블랙모드에서, 액정표시장치의 정면방향에서는 E-형 편광체와 O-형 편광체의 편광축이 서로 직교하여 광을 완전히 차단할 수 있고, 액정표시장치의 대각방향에 서는 E-형 편광체의 흡수축과 O-형 편광체의 편광축이 수직이 되지만, E-형 편광체에서 광축은 흡수축과 수직이므로, 광 누설을 최소화하여 블랙모드를 유지할 수 있다. 따라서, 블랙모드에서, 본 발명의 액정표시장치는 정면 및 대각방향 모두에서 광의 누설을 최소화하고 시야각에 따른 색 반전을 개선할 수 있다.
또한, 편광소자로 E-형 편광체와 O-형 편광체를 사용하는 액정표시장치에서, 추가적으로 O-형 편광체를 사용하여 정면방향에서 콘트라스트 비를 개선할 수 있다.
이하에서는 도면을 참조하여 본 발명의 바람직하고 다양한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
제 1 실시예
도 5는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 IPS 모드의 액정표시장치의 개략도이다.
본 발명의 제 1 실시예에 따른 액정표시장치(110)은, 서로 대향하여 합착하는 상부기판(112)과 하부기판(114), 상부기판(112) 및 하부기판(114) 사이의 액정층(116), 및 상부기판(112) 및 하부기판(114)에 각각 부착되는 상부 및 하부 편광판(118a, 118b)을 포함하여 구성된다.
하부기판(112) 상에는 박막 트랜지스터(160), 박막 트랜지스터(160)와 연결되는 화소전극(162), 및 화소전극(162)과 함께 수평전계를 발생시키는 공통전극(164)이 형성된다. 박막 트랜지스터(160)는, 하부기판(112) 상에 형성되는 게이트 전극(166), 게이트 전극(166)이 형성된 하부기판(112) 상에 적층되는 게이트 절연층(168), 게이트 전극(166)과 대응되는 게이트 절연층(168) 상에 위치하는 활성층(170), 및 활성층(170)의 양단과 연결되는 소스 및 드레인 전극(172a, 172b)을 포함하여 구성된다. 화소전극(162)은 드레인 전극(172b)과 연결된다.
공통전극(164)은 게이트 전극(166)과 동시에 형성된다. 공통전극(164)과 화소전극(162) 사이에는 게이트 절연층(168)이 형성된다. 별도의 도면으로 도시하지 않았지만, 공통전극(164)과 화소전극(162)은 동일한 평면에 형성될 수 있다. 공통전극(164)과 화소전극(162)은 일정간격으로 이격되어 있고, 전위의 인가에 의해 액정층(116)을 구동시키는 수평전계를 발생시킨다. 박막 트랜지스터(160) 및 화소전극(162)을 포함하는 게이트 절연층(168) 상에 보호층(174)이 형성된다.
상부기판(114)과 액정층(116) 사이에는 개구부를 가지는 블랙 매트릭스(176)가 형성되고, 블랙 매트릭스(176)의 개구부에는 컬러필터층(178)이 형성된다. 블랙 매트릭스(176)는 화소전극(162)이 위치하는 화소영역을 제외한 부분에서 빛을 차단하는 기능을 한다. 컬러필터층(178)과 블랙 매트릭스(176) 상에는 오버코트층(180) 을 형성한다. 오버코트층(180)은 컬러필터층(178)을 보호하고 컬러필터층(178)의 물질이 용출되는 것을 방지한다.
상부 편광판(118a)은 상부기판(112)과 면접하는 상부 편광소자(120a)와 상부 편광소자(120a) 상에 적층되는 제 1 외측 지지체(122a)를 포함하여 구성된다. 하부 편광판(118b)은 하부기판(114)과 면접하는 내측 지지체(124), 내측 지지체(124) 상에 적층되는 하부 편광소자(120b), 및 하부 편광소자(120b) 상에 위치하는 제 2 외측 지지체(122b)를 포함하여 구성된다. 상부 및 하부 편광소자(120a, 120b) 각각 E-형 편광체(O type polarizer)와 O-형 편광체(O type polarizer)를 사용한다.
상부 및 하부 편광소자(120a, 120b) 각각은 제 1 및 제 2 편광축을 가지고 있고, 제 1 및 제 2 편광축을 서로 직교하도록 배치한다. 그리고, 상부 및 하부 편광소자(120a, 120b)의 제 1 및 2 광축(도시하지 않음)과, 액정층(116)의 제 3 광축(도시하지 않음)은 모두 평행하게 배열된다.
제 1 및 제 2 외측 지지체(122a, 122b)와 내측 지지체(124)는 상부 및 하부 편광소자(120a, 120b)를 보호하기 위한 것으로, 주로 필름 형태로 이루어진다. 상부 및 하부 편광소자(120a, 120b)의 외면을 보호하는 제 1 및 제 2 외측 지지체(122a, 122b)는 박막으로 구성되는 트리아세틸셀룰로오스(triacetylcellulose)를 사용하고, 하부 편광소자(120b)의 내측을 보호하는 내측 지지체(124)는 위상차가 없고 박막으로 구성되는 트리아세틸셀룰로오스를 사용한다.
E-형 편광체가 지지체를 사용하지 않고 필름형태로 형성될 수 있기 때문에, E-형 편광체를 사용하는 상부 편광소자(120a)와 상부기판(112) 사이에는 별도의 지지체를 사용하지 않을 수 있다.
본 발명의 제 1 실시예에 따라, 상부 편광소자(120a)를 이루는 E-형 편광체(O type polarizer)와 하부 편광소자(120b)를 이루는 O-형 편광체(O type polarizer)에 대하여 도면을 참조하여 설명한다.
도 6은 본 발명에 따른 E-형 편광체의 모식도이고, 도 7은 본 발명에 따른 O-형 편광체의 모식도이다.
도 6을 참조하면, E-형 편광체는 디스크(disc) 형태로 배열된다. 디스크의 중심축과 평행한 방향이 제 1 편광축(126a)이고, 제 1 편광축(126a)과 수직한 방향이 제 1 흡수축(128a)된다. E-형 편광체는 하나의 초분자 착물(supramolecular complex) 또는 수 개의 유기 화합물(organic compound)로 구성된다. E-형 편광체는 광축방향과 수직한 방향으로 제 1 흡수축(128a)이 형성된다는 점이 특징이다.
도 7을 참조하면, O-형 편광체는 막대(rod) 형태로 배열된다. 막대의 길이방향과 수직한 방향이 제 2 편광축(126b)이 되고, 제 2 편광축(126b)과 수직한 방향 이 제 2 흡수축(128b)이 된다. O-형 편광체는 폴리비닐알코올(polyvinylalcohol;PVA)계 수지에 요오드를 염착한다. 폴리비닐알코올(polyvinylalcohol;PVA)계 수지의 연신방향으로 요오드가 배열된다. O-형 편광체는 광축방향과 평행한 방향으로 제 2 흡수축(128b)이 형성된다는 점이 특징이다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 IPS 모드의 액정표시장치를 정면으로 통과한 빛의 편광상태를 도시한 포앵카레 구(poincare sphere)다.
도 8에서 극각(polar angle)(θ) 및 방위각(azimuthal angle)(φ)은 모두 0도이다. 도 8을 참조하면, 포앵카레 구는 빛의 모든 편광 상태를 구면 상에 표현한 것으로, 광학 소자의 광축과 위상지연 값을 알면 포앵카레 구를 이용하여 편광 상태를 쉽게 예측할 수 있으므로 보상필름 설계시 주로 이용한다. 이러한 포앵카레 구에서 적도는 직선편광을 나타내고, 북극점인 S3는 좌원편광(left handed circular polarization)을, 남극점인 -S3은 우원 편광(right handed circular polarization)을 나타낸다. 그리고, 상반구는 좌원 타원 편광(left handed elliptical polarization)을, 하반구는 우원 타원 편광(right handed elliptical polarization)을 나타낸다.
도 8에서, 도 5의 액정표시장치(110)를 정면에서 바라보았을 때, S1지점의 E-E'는 상부 편광판(118a)의 편광상태를 나타내고, -S1지점의 F-F'는 하부 편광 판(118b)의 편광상태를 나타낸다. E 및 E' 각각은 상부 편광판(118a)의 제 1 편광축과 제 1 흡수축을 나타내고, F 및 F' 각각은 하부 편광판(118b)의 제 2 편광축과 제 2 흡수축을 나타낸다. 포앙카레 구의 중심(0)에서, 상부 편광판(118a)의 제 1 편광축인 E와 하부 편광판(118b)의 제 2 흡수축인 F'가 동일축에 위치하여 광 누설이 발생되지 않고, 이로 인해 블랙상태가 구현된다.
부연하면, 상부 및 하부 편광판(118a, 118b)의 제 1 투과축과 제 2 흡수축인 E 및 F'와, 상부 및 하부 편광판(118a, 118b)의 제 1 흡수축과 제 2 투과축인 E' 및 F는 서로 동일축에 위치한다.
이어서, 도 5의 액정표시장치(110)를 대각방향에서 바라보는 경우를 설명한다.
도 9는 본 발명에서 IPS 모드의 액정표시장치를 대각방향으로 통과한 빛의 편광상태를 도시한 포앵카레 구(poincare sphere)이다. 도 9에서 극각(polar angle)(θ) 및 방위각(azimuthal angle)(φ)은 각각 60도 및 45도이다.
도 5를 참조하면, 상부 편광판(118a)의 상부 편광소자(120a)로 사용하는 E-형 편광체는 광축방향과 수직한 방향으로 흡수축이 형성된다는 점이 특징이고, 하부 편광판(118b)의 하부 편광소자(120b)로 사용하는 O-형 편광체는 광축방향과 평행한 방향으로 흡수축이 형성된다는 점이 특징이다.
도 9를 참조하면, 도 5의 액정표시장치(110)를 대각선 방향에 바라보는 경우, 상부 편광판(118a)의 제 1 편광축인 E와 하부 편광판(118b)의 제 2 흡수축인 F'가 수직으로 배열될 수 있다. 다시 말하면, 상부 편광판(118a)의 제 1 흡수축인 E'와 하부 편광판(118b)의 제 2 편광축인 F가 수직으로 위치할 수 있다. 그런데, E-형 편광체를 사용하는 상부 편광판(118a)에서, 광축은 흡수축과 수직이므로, 실제로는 하부 편광판(118b)에서 선편광된 광을 상부 편광판(118a)에서 모두 흡수하여 완전한 블랙모드를 유지할 수 있다.
부연하면, 상부 편광판(118a)의 제 1 흡수축과 하부 편광판(118b)의 제 2 편광축이 수직으로 위치하여도, 상부 편광판(118a)에서 광축은 제 1 편광축과 평행하므로, 하부 편광판(118b)에서 선편광된 광을 상부 편광판(118a)에서 모두 흡수하여 완전한 블랙모드를 유지할 수 있다.
제 2 실시예
본 발명의 제 2 실시예에서는, O-형 편광체를 사용하는 제 1 상부 편광소자와 제 1 상부 편광소자의 하부에 위치하고 E-형 편광체를 사용하는 제 2 상부 편광소자를 포함하는 상부 편광소자와, O-형 편광체를 사용하는 하부 편광소자를 사용하여, 대각방향에서 광 누설을 최소화시킴은 물론 정면방향에서 콘트라스트 비를 개선하는 액정표시장치를 제안한다.
도 10은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 IPS 모드의 액정표시장치의 개략도이다.
도 10을 참조하면, 액정표시장치(210)는 서로 대향하여 합착하는 상부 및 하부기판(212, 214), 상부 및 하부기판(212, 214) 사이의 액정층(216), 및 상부 및 하부기판(212, 214)에 각각 부착되는 상부 및 하부 편광판(218a, 218b)을 포함하여 구성된다.
상부 편광판(218a)은 상부기판(212)과 면접하는 상부 편광소자(220)와 상부 편광소자(220) 상에 적층되는 제 1 외측 지지체(222a)를 포함하여 구성된다. 상부 편광소자(220)는 O-형 편광체를 사용하는 제 1 상부 편광소자(220a)와 E-형 편광체를 사용하고 제 1 상부 편광소자(220a)의 하부에 위치한 제 2 상부 편광소자(220b)를 포함한다. 제 2 상부 편광소자(220b)는 상부기판(212)과 직면할 수 있다.
하부 편광판(218b)은 하부기판(214)과 면접하는 내측 지지체(224), 내측 지지체(224) 상에 적층되는 하부 편광소자(221), 및 하부 편광소자(221) 상에 위치하는 제 2 외측 지지체(222b)를 포함하여 구성된다. 하부 편광소자(221)는 O-형 편광체를 사용한다.
제 1 및 제 2 외측 지지체(222a, 222b)와 내측 지지체(224)는 상부 및 하부 편광소자(220, 221)를 보호하기 위한 것으로, 주로 필름 형태로 이루어진다. 상부 및 하부 편광소자(220, 221)의 외측을 보호하는 제 1 및 제 2 외측 지지체(222a, 222b)는 박막으로 구성되는 트리아세틸셀룰로오스를 사용하고, 하부 편광소자(221)의 내측을 보호하는 내측 지지체(224)는 위상차가 없고 박막으로 구성되는 트리아세틸셀룰로오스를 사용한다.
상부 편광소자(220)에서 상부기판(212)과 접하고, E-형 편광체를 사용하는 제 2 상부 편광소자(220b)가 지지체를 사용하지 않고 필름형태로 형성될 수 있기 때문에, 제 2 상부 편광소자(220b)와 상부기판(112) 사이에는 별도의 지지체를 사용하지 않을 수 있다.
O-형 편광체와 E-형 편광체를 각각 사용하는 제 1 및 제 2 상부 편광소자(220a, 220b)는 각각 제 1 및 제 2 편광축을 가지고 있고, 제 1 및 제 2 편광축을 서로 직교하도록 배치한다. 그리고, E-형 편광체를 사용하는 제 2 상부 편광소자(220b)의 제 2 편광축과 O-형 편광체를 사용하는 하부 편광소자(221)의 제 3 편광축은 서로 직교하도록 배치한다.
제 2 실시예의 액정표시장치(210)는 상부 편광소자(220)에서 E-형 편광체를 사용하는 제 2 상부 편광소자(220b)가 O-형 편광체를 사용하는 제 1 상부 편광소자(220a)의 하부에 위치하고, 하부 편광소자(221)인 O-형 편광체가 액정층(216)의 광축과 평행한 O 모드(O-mode)로 구성되는 것이 특징이다.
제 1 상부 편광소자(220a)의 제 1 광축(도시하지 않음)은 상부 편광소자(220)의 제 2 상부 편광소자(220b)의 제 2 광축(도시하지 않음), 액정층(116)의 제 3 광축(도시하지 않음), 및 하부 편광소자(221)의 제 4 광축(도시하지 않음) 각각과 수직으로 배열된다. 그리고, 제 2 상부 편광소자(220b)의 제 2 광축, 액정층(116)의 제 3 광축, 및 하부 편광소자(221)의 제 4 광축 각각은 서로 평행하게 배열된다.
백라이트 유닛(도시하지 않음)의 출사광이 하부 편광판(218b)과 상부 편광판(218a)의 제 2 상부 편광판(220b)을 통과하면, 대각방향에서 광 누설을 최소화시킬 수 있다. 그리고, 제 2 상부 편광판(220b)의 출사광이 제 1 상부 편광판(220a)을 통과하면서, 정면방향에서의 콘트라스트 비를 개선시킨다.
상부 편광소자(220)에서, E-형 편광체을 사용하는 제 2 상부 편광소자(220a)의 이색비(dichroic ratio: kd) 변화에 따라, 정면 및 대각방향 각각에서 백색휘도 및 블랙특성의 비율를 분석하면 표 1과 같다. 도 11은 표 1에 근거한 그래프이다.
표 1
이색비(kd) 정면방향의 백색휘도(%) 대각방향의 광 누설(%)
18 96.3% 36.0%
20 96.4% 33.1%
25 96.4% 26.8%
30 96.4% 21.7%
35 96.4% 17.6%
40 96.4% 14.3%
45 96.4% 11.6%
50 96.4% 9.4%
55 96.4% 7.8%
60 96.4% 6.4%
65 96.3% 5.4%
70 96.3% 4.5%
이색비(dichroic ratio: kd)는 정면방향에서 백색휘도가 3%정도 하락되는 조건에서, E-형 편광체를 사용하는 제 2 상부 편광소자(220b)의 두께를 고정시킨 상태에서 얻어진 수치이고, 대각방향에서 극각(polar angle)(θ) 및 방위각(azimuthal angle)(φ)은 각각 60도 및 45도인 경우이다.
표 1 및 도 11을 참조하면, 이색비(dichroic ratio: kd)가 증가될수록, 대각방향에서의 광 누설은 감소하는 경향을 가진다. 일반적으로 블랙모드에서 대각방향의 광 누설이 20% 정도인 것을 기준치로 정의하고, 이색비(kd)가 30 내지 70의 범위에 있으면, 정면방향에서 백색휘도를 최적으로 유지하면서 대각방향의 광 누설을 최소화시킬 수 있다.
도 12a 및 도 12b는 본 발명의 제 2 실시예에서, 백색휘도 및 블랙상태의 콘트라스트 특성을 측정한 결과도이다. 도 12a와 같이 정면에서의 백색휘도는 종래기술과 유사하고, 도 12b와 같이 대각방향에서 블랙특성은 현저하게 개선된 것을 볼 수 있다.
제 3 실시예
본 발명의 제 3 실시예에서는, E-형 편광체를 사용하는 제 1 하부 편광소자와 제 1 하부 편광소자의 하부에 위치하고 O-형 편광체를 사용하는 제 2 하부 편광소자를 포함하는 하부 편광소자와, O-형 편광체를 사용하는 상부 편광소자를 사용하여, 대각방향에서 광 누설을 최소화시킬 수 있음은 물론, 정면방향에서 콘트라스트 비를 개선하는 액정표시장치를 제안한다.
도 13은 본 발명의 제 3 실시예에 따른 IPS 모드의 액정표시장치의 개략도이다. 도 13을 참조하면, 액정표시장치(310)는 서로 대향하여 합착하는 상부 및 하부기판(312, 314), 상부 및 하부기판(312, 314) 사이의 액정층(316), 및 상부 및 하부기판(312, 314)에 각각 부착되는 상부 및 하부 편광판(318a, 318b)을 포함하여 구성된다.
상부 편광판(318a)은 상부기판(312)과 면접하는 내측 지지체(324), 내측 지지체(324) 상에 적층되는 상부 편광소자(320), 및 상부 편광소자(320) 상에 위치하는 제 1 외측 지지체(322a)를 포함하여 구성된다. 상부 편광소자(220)는 O-형 편광체(O type polarizer)를 사용한다. 하부 편광판(318b)은 하부기판(314)과 면접하는 하부 편광소자(321) 및 하부 편광소자(321) 상에 적층되는 제 2 외측 지지체(322b) 를 포함하여 구성된다. 하부 편광소자(321)는 E-형 편광체(O type polarizer)를 사용하는 제 1 하부 편광소자(321a)와 제 1 하부 편광소자(321a)의 하부에 위치하고, O-형 편광체(O type polarizer)를 사용하는 제 2 하부 편광소자(321b)를 포함한다. 제 1 하부 편광소자(321a)는 하부기판(314)와 면접할 수 있다.
도 13에서, 제 1 및 제 2 외측 지지체(322a, 322b)와 내측 지지체(324)는 상부 및 하부 편광소자(320, 321)를 보호하기 위한 것으로, 주로 필름 형태로 이루어진다. 제 1 및 제 2 외측 지지체(322a, 322b)와 내측 지지체(324)는 상부 및 하부 편광소자(320, 321)를 보호하기 위한 것으로, 주로 필름 형태로 이루어진다. 상부 및 하부 편광소자(320, 321)의 외측을 보호하는 제 1 및 제 2 외측 지지체(322a, 322b)는 박막으로 구성되는 트리아세틸셀룰로오스를 사용하고, 하부 편광소자(321)의 내측을 보호하는 내측 지지체(324)는 위상차가 없고 박막으로 구성되는 트리아세틸셀룰로오스를 사용한다.
하부 편광소자(321)에서 하부기판(314)과 접하고, E-형 편광체를 사용하는 제 1 하부 편광소자(321a)가 지지체를 사용하지 않고 필름형태로 형성될 수 있기 때문에, 제 1 하부 편광소자(321a)와 하부기판(314) 사이에는 별도의 지지체를 사용하지 않을 수 있다.
E-형 편광체(O type polarizer)와 O-형 편광체(O type polarizer)를 사용하 는 제 1 및 제 2 하부 편광소자(321a, 321b)는 각각 제 1 및 제 2 편광축을 가지고 있고, 제 1 및 제 2 편광축을 서로 직교하도록 배치한다. 그리고, E-형 편광체를 사용하는 제 1 하부 편광소자(321a)의 제 1 편광축과 O-형 편광체를 사용하는 상부 편광소자(320)의 제 3 편광축은 서로 직교하도록 배치한다.
제 3 실시예의 액정표시장치(310)는 하부 편광소자(321)에서 E-형 편광체를 사용하는 제 1 하부 편광소자(321a)가 O-형 편광체를 사용하는 제 2 하부 편광소자(321b)의 상부에 위치하고, 제 2 하부 편광소자(321b)인 O-형 편광체의 광축과 가 액정층(316)의 광축이 서로 수직한 E-모드(E-mode)로 구성되는 것이 특징이다.
상부 편광소자(320)의 제 1 광축(도시하지 않음), 액정층(316)의 제 2 광축(도시하지 않음), 및 제 1 하부 편광소자(321a)의 제 3 광축(도시하지 않음) 각각은 서로 평행하게 배열된다. 그리고, 제 2 하부 편광소자(321b)의 제 4 광축(도시하지 않음)은 상부 편광소자(320)의 제 1 광축, 액정층(316)의 제 2 광축, 및 제 1 하부 편광소자(321a)의 제 3 광축 각각과 서로 수직하게 배열된다.
백라이트 유닛(도시하지 않음)의 출사광이 하부 편광판(318b)의 제 1 및 제 2 하부 편광소자(321a, 321b)를 통과하면, 대각방향에서 광 누설을 최소화시킬 수 있다. 그리고, 하부 편광판(318b)의 출사광이 액정층(316)을 경유하여 상부 편광판(318a)의 상부 편광소자(320)를 통과하면서, 정면방향에서의 콘트라스트 비를 개 선시킨다.
하부 편광소자(321)에서, E-형 편광체을 사용하는 제 1 하부 편광소자(321a)의 이색비(dichroic ratio: kd) 변화에 따라, 정면 및 대각방향 각각에서 백색휘도 및 블랙특성의 비율를 분석하면 표 2과 같다. 도 14는 표 2에 근거한 그래프이다.
표 2
이색비(kd) 정면방향의 백색휘도(%) 대각방향의 광 누설(%)
18 96.3% 36.2%
20 96.3% 33.3%
25 96.3% 26.9%
30 96.3% 21.8%
35 96.3% 17.7%
40 96.3% 14.4%
45 96.3% 11.7%
50 96.3% 9.5%
55 96.3% 7.9%
60 96.3% 6.5%
65 96.3% 5.4%
70 96.3% 4.6%
이색비(dichroic ratio: kd)는 정면방향에서 백색휘도가 3%정도 하락되는 조건에서, E-형 편광체를 사용하는 제 2 상부 편광소자(220b)의 두께를 고정시킨 상태에서 얻어진 수치이고, 대각방향에서 극각(polar angle)(θ) 및 방위각(azimuthal angle)(φ)은 각각 60도 및 45도인 경우이다.
표 2 및 도 13을 참조하면, 이색비(dichroic ratio: kd)가 증가될수록, 대각방향에서의 광 누설은 감소하는 경향을 가진다. 일반적으로 블랙모드에서 대각방향 의 광 누설이 20% 정도인 것을 기준치로 정의하고, 이색비(kd)가 30 내지 70의 범위에 있으면, 정면방향에서 백색휘도를 최적으로 유지하면서 대각방향의 광 누설을 최소화시킬 수 있다.
도 15a 및 도 15b는 본 발명의 제 3 실시예에서, 백색휘도 및 블랙상태의 콘트라스트 특성을 측정한 결과도이다. 도 15a과 같이 정면에서의 백색휘도는 종래기술과 유사하고, 도 15b와 같이 대각방향에서 블랙특성은 현저하게 개선된 것을 볼 수 있다.
본 발명의 제 2 및 제 3 실시예와 같이, 상부 및 하부기판 중 하나에 E-형 편광체와 O-형 편광체를 설치하고, 상부 및 하부기판 중 다른 하나에 O-형 편광체를 설치하면, 블랙모드에서 광의 누설을 최소화시킬 수 있음은 물로, 정면방향에서 콘트라스트 비를 개선할 수 있다. 이때, E-형 편광체는 상부기판 또는 하부기판과 면접하여 설치하고, E-형 편광체 상에 O-형 편광체를 위치시킨다.
본 발명은 전술한 실시예에 한정되지 아니하며, 본 발명의 정신을 벗어나지 않는 이상 다양한 변화와 변형이 가능하다.
도 1은 종래기술에 따른 IPS 모드의 액정표시장치의 개략도
도 2는 종래기술에서 IPS 모드의 액정표시장치를 정면방향으로 통과한 빛의 편광상태를 도시한 포앵카레 구
도 3은 종래기술에서 IPS 모드의 액정표시장치를 대각방향으로 통과한 빛의 편광상태를 도시한 포앵카레 구
도 4는 종래기술의 액정표시장치에서 블랙상태의 콘트라스트 특성을 측정한 결과도
도 5는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 IPS 모드의 액정표시장치의 개략도.
도 6은 본 발명에 따른 E-형 편광체의 모식도
도 7은 본 발명에 따른 O-형 편광체의 모식도
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 IPS 모드의 액정표시장치를 정면으로 통과한 빛의 편광상태를 도시한 포앵카레 구
도 9는 본 발명에서 IPS 모드의 액정표시장치를 대각방향으로 통과한 빛의 편광상태를 도시한 포앵카레 구
도 10은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 IPS 모드의 액정표시장치의 개략도
도 11은 표 1에 근거한 그래프
도 12a 및 도 12b는 본 발명의 제 2 실시예에서, 백색휘도 및 블랙상태의 콘트라스트 특성을 측정한 결과도
도 13은 본 발명의 제 3 실시예에 따른 IPS 모드의 액정표시장치의 개략도
도 14는 표 2에 근거한 그래프
도 15a 및 도 15b는 본 발명의 제 3 실시예에서, 백색휘도 및 블랙상태의 콘트라스트 특성을 측정한 결과도

Claims (13)

  1. 상부기판과;
    상기 상부기판과 대향하는 하부기판과;
    상기 상부기판과 상기 하부기판 사이의 액정층과;
    상기 상부기판 상부에 배치되고, 광축과 흡수축이 평행한 O형의 제 1 상부편광소자와, 광축과 흡수축이 수직한 E형의 제 2 상부편광소자를 포함하는 상부 편광판과;
    상기 하부기판 하부에 배치되고, 광축과 흡수축이 평행한 O형의 하부편광소자를 포함하는 하부 편광판
    을 포함하고,
    상기 제 1 상부편광소자의 광축은, 상기 제 2 상부편광소자의 광축, 상기 액정층의 광축 및 상기 하부편광소자의 광축에 수직하고,
    상기 제 2 상부편광소자의 광축, 상기 액정층의 광축 및 상기 하부편광소자의 광축은 서로 평행하고,
    상기 제 2 상부편광소자와 상기 제 1 상부편광소자는 상기 상부기판 상부에 순차적으로 배치되고,
    상기 제 2 상부편광소자는 30 내지 70의 이색비를 갖는 액정표시장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 하부편광소자의 제 1 편광축과 상기 제 2 상부편광소자의 제 2 편광축이 서로 직교하는 액정표시장치.
  3. 삭제
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 상부 편광판은,
    상기 상부기판과 면접하는 상기 제 2 상부편광소자와;
    상기 제 2 상부편광소자 상부에 배치되는 상기 제 1 상부편광소자와;
    상기 제 1 상부편광소자 상부에 배치되는 제 1 외측 지지체
    를 포함하고,
    상기 하부 편광판은,
    상기 하부기판과 면접하는 내측 지지체와;
    상기 내측 지지체 하부에 배치되는 상기 하부 편광소자와;
    상기 하부편광소자 하부에 배치되는 제 2 외측 지지체
    를 포함하는 액정표시장치.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 제 1 및 제 2 외측 지지체는 박막으로 구성되는 트리아세틸셀룰로오스을 사용하고, 상기 내측 지지체는 위상차가 없고 박막으로 구성되는 트리아세틸셀룰로오스를 사용하는 액정표시장치.
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 삭제
  9. 상부기판과;
    상기 상부기판과 대향하는 하부기판과;
    상기 상부기판과 상기 하부기판 사이의 액정층과;
    상기 상부기판 상부에 배치되고, 광축과 흡수축이 평행한 O형의 상부편광소자를 포함하는 상부 편광판과;
    상기 하부기판 하부에 배치되고, 광축과 흡수축이 수직한 E형의 제 1 하부편광소자와, 광축과 흡수축이 평행한 O형의 제 2 하부편광소자를 포함하는 하부 편광판
    을 포함하고,
    상기 제 2 하부편광소자의 광축은, 상기 제 1 하부편광소자의 광축, 상기 액정층의 광축 및 상기 상부편광소자의 광축에 수직하고,
    상기 제 1 하부편광소자의 광축, 상기 액정층의 광축 및 상기 상부편광소자의 광축은 서로 평행하고,
    상기 제 1 하부편광소자와 상기 제 2 하부편광소자는 상기 하부기판 하부에 순차적으로 배치되고,
    상기 제 1 하부편광소자는 30 내지 70의 이색비를 갖는 액정표시장치.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 상부 편광판은,
    상기 상부기판과 면접하는 내측 지지체와;
    상기 내측 지지체 상부에 배치되는 상기 상부편광소자와;
    상기 상부편광소자 상부에 배치되는 제 1 외측 지지체
    를 포함하고,
    상기 하부 편광판은,
    상기 하부기판과 면접하는 상기 제 1 하부편광소자와;
    상기 제 1 하부편광소자 하부에 배치되는 상기 제 2 하부편광소자와;
    상기 제 2 하부편광소자 하부에 배치되는 제 2 외측 지지체
    를 포함하는 액정표시장치.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 제 1 및 제 2 외측 지지체는 박막으로 구성되는 트리아세틸셀룰로오스을 사용하고, 상기 내측 지지체는 위상차가 없고 박막으로 구성되는 트리아세틸셀룰로오스를 사용하는 액정표시장치.
  12. 제 9 항에 있어서,
    상기 제 1 하부편광소자의 제 1 편광축과 상기 상부편광소자의 제 2 편광축은 서로 직교하는 액정표시장치.
  13. 삭제
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