KR101891540B1 - Liquid crystal display device having wide viewing angle - Google Patents
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Abstract
본 발명은 시야각특성이 향상된 액정표시소자에 관한 것으로, 액정층을 포함하는 액정패널; 상기 액정패널의 상하부에 위치하여 입사되는 광을 편광시키는 제1편광판 및 제2편광판; 상기 액정패널과 제1편광판 사이에 구비되어 제1편광판을 투과하는 광의 편광상태를 변경시키며, 수평방향의 위상차값(Re)은 Re=40∼60nm이고 두께방향의 위상차값(Rth)은 Rth=-110∼-130nm인 제1이축필름; 상기 제1이축필름과 액정패널 사이에 배치되어 제1이축필름을 투과한 광의 변경시키며, 두께방향의 위상차값(Rth)이 Rth=55∼75nm인 제1C-필름; 상기 액정패널과 제2편광판 사이에 배치되어 액정패널을 투과한 광의 변경시키며, 두께방향의 위상차값(Rth)이 Rth=55∼75nm인 제2C-필름; 및 상기 제2C-필름과 제2편광판 사이에 구비되어 제2C-필름을 투과하는 광의 편광상태를 변경시키며, 수평방향의 위상차값(Re)은 Re=40∼60nm이고 두께방향의 위상차값(Rth)은 Rth=110∼130nm인 제2이축필름으로 구성되며, 여기서 상기 Re=(nx-ny)d이고 Rth=((nx +nz)/2-nz)d이고 nx, ny 및 nz는 각각 x축방향의 굴절률, y축방향의 굴절률 및 z축방향의 굴절률인 것을 특징으로 한다.The present invention relates to a liquid crystal display device having improved viewing angle characteristics, and more particularly, to a liquid crystal display device including a liquid crystal panel including a liquid crystal layer; A first polarizing plate and a second polarizing plate positioned at upper and lower portions of the liquid crystal panel to polarize incident light; The retardation value Re in the horizontal direction is in the range of 40 to 60 nm and the retardation value Rth in the thickness direction is Rth = A first biaxial film of -110 to-130 nm; A first C-film disposed between the first biaxial film and the liquid crystal panel to change light transmitted through the first biaxial film and having a retardation value (Rth) in the thickness direction of Rth = 55 to 75 nm; A second C-film disposed between the liquid crystal panel and the second polarizing plate to change the light transmitted through the liquid crystal panel and having a thickness retardation value (Rth) of Rth = 55 to 75 nm; And a polarizing state of light passing through the second C-film is changed between the second C-film and the second polarizing plate, and the retardation value Re in the horizontal direction is Re = 40 to 60 nm and the retardation value in the thickness direction ) consists of a second biaxial film having Rth = 110~130nm, wherein Re = (n x -n y) d and Rth = ((n x + n z) / 2-n z) d and n x, n y and n z are respectively the refractive index in the x-axis direction, the refractive index in the y-axis direction, and the refractive index in the z-axis direction.
Description
본 발명은 수직 횡전계모드 액정표시소자에 관한 것으로, 특히 보상필름을 구비하여 시야각특성이 향상된 수직 횡전계모드 액정표시소자에 관한 것이다.The present invention relates to a vertical transverse electric field mode liquid crystal display element, and more particularly to a vertical transverse electric field mode liquid crystal display element having a compensation film and improved viewing angle characteristics.
근래, 핸드폰(Mobile Phone), PDA, 노트북컴퓨터와 같은 각종 휴대용 전자기기가 발전함에 따라 이에 적용할 수 있는 경박단소용의 평판표시장치(Flat Panel Display Device)에 대한 요구가 점차 증대되고 있다. 이러한 평판표시장치로는 LCD(Liquid Crystal Display), PDP(Plasma Display Panel), FED(Field Emission Display), VFD(Vacuum Fluorescent Display) 등이 활발히 연구되고 있지만, 양산화 기술, 구동수단의 용이성, 고화질의 구현이라는 이유로 인해 현재에는 액정표시소자(LCD)가 각광을 받고 있다.2. Description of the Related Art Recently, various portable electronic devices such as a mobile phone, a PDA, and a notebook computer have been developed. Accordingly, there is a growing need for a flat panel display device for a light and small size. As such flat panel display devices, a liquid crystal display (LCD), a plasma display panel (PDP), a field emission display (FED) and a vacuum fluorescent display (VFD) have been actively studied. However, Because of its implementation, liquid crystal display devices (LCDs) are now spotlighted.
이러한 액정표시소자는 액정분자의 배열에 따라 다양한 표시모드가 존재하지만, 현재에는 흑백표시가 용이하고 응답속도가 빠르며 구동전압이 낮다는 장점때문에 주로 TN모드의 액정표시소자가 사용되고 있다. 이러한 TN모드 액정표시소자에서는 기판과 수평하게 배향된 액정분자가 전압이 인가될 때 기판과 거의 수직으로 배향된다. 따라서, 액정분자의 굴절율 이방성(refractive anisotropy)에 의해 전압의 인가시 시야각이 좁아진다는 문제가 있었다.Although these liquid crystal display devices have various display modes depending on the arrangement of liquid crystal molecules, liquid crystal display devices of TN mode are mainly used because of their advantages of easy monochrome display, quick response speed and low driving voltage. In such a TN mode liquid crystal display element, liquid crystal molecules aligned horizontally with the substrate are oriented substantially perpendicular to the substrate when a voltage is applied. Therefore, there is a problem that the viewing angle is narrowed when the voltage is applied due to the refractive index anisotropy of the liquid crystal molecules.
이러한 시야각문제를 해결하기 위해, 근래 광시야각특성(wide viewing angle characteristic)을 갖는 각종 모드의 액정표시소자가 제안되고 있지만, 그중에서도 횡전계모드(In Plane Switching Mode)의 액정표시소자가 실제 양산에 적용되어 생산되고 있다. 상기 IPS모드 액정표시소자는 화소내에 평행으로 배열된 적어도 한쌍의 전극을 형성하여 기판과 실질적으로 평행한 횡전계를 형성함으로써 액정분자를 평면상으로 배향시키는 것이다.In order to solve such a viewing angle problem, liquid crystal display devices of various modes having a wide viewing angle characteristic have been proposed. Among them, liquid crystal display devices of a transverse electric field mode (In Plane Switching Mode) . The IPS mode liquid crystal display element forms at least one pair of electrodes arranged in parallel in a pixel to form a transversal electric field substantially parallel to the substrate, thereby aligning the liquid crystal molecules in a plane.
특히, 근래에 IPS모드 액정표시소자의 단점인 콘트라스트비를 향상시키고 스위칭속도를 향상시키기 위해 초기 액정분자를 기판과 수직으로 배향한 후, 횡전계가 인가됨에 따라 액정분자를 기판의 표면과 수평으로 배향하는 수직IPS모드 액정표시소자가 제안되고 있다.In particular, in recent years, in order to improve the contrast ratio, which is a disadvantage of the IPS mode liquid crystal display device, and to improve the switching speed, the initial liquid crystal molecules are oriented perpendicularly to the substrate, and the liquid crystal molecules are aligned horizontally A vertical IPS mode liquid crystal display element has been proposed.
도 1은 일반적인 수직IPS모드 액정표시소자의 구조를 나타내는 도면으로, 도 1(a)는 평면도이고 도 1(b)는 도 1(a)의 I-I'선 단면도이다.1 is a plan view of a general vertical IPS mode liquid crystal display device. FIG. 1 (a) is a plan view and FIG. 1 (b) is a cross-sectional view taken along line I-I 'of FIG.
도 1(a)에 도시된 바와 같이, 액정패널(1)의 화소는 종횡으로 배치된 게이트라인(3) 및 데이터라인(4)에 의해 정의된다. 도면에는 비록 (n,m)번째의 화소만을 도시하고 있지만 실제의 액정패널(1)에는 상기한 게이트라인(3)과 데이터라인(4)이 각각 n개 및 m개 배치되어 액정패널(1) 전체에 걸쳐서 n×m개의 화소를 형성한다. 상기 화소내의 게이트라인(3)과 데이터라인(4)의 교차영역에는 박막트랜지스터(10)가 형성되어 있다. 상기 박막트랜지스터(10)는 게이트라인(3)으로부터 주사신호가 인가되는 게이트전극(11)과, 상기 게이트전극(11) 위에 형성되어 주사신호가 인가됨에 따라 활성화되어 채널층을 형성하는 반도체층(12)과, 상기 반도체층(12) 위에 형성되어 데이터라인(4)을 통해 화상신호가 인가되는 소스전극(13) 및 드레인전극(14)으로 구성되어 외부로부터 입력되는 화상신호를 액정층(40)에 인가한다.As shown in Fig. 1 (a), the pixels of the
화소내에는 데이터라인(4)과 실질적으로 평행하게 배열된 복수의 공통전극(5)과 화소전극(7)이 배치되어 있다. 또한, 화소의 중간에는 상기 공통전극(5)과 접속되는 공통라인(16)이 배치되어 있으며, 상기 공통라인(16) 위에는 화소전극(7)과 접속되는 화소전극라인(18)이 배치되어 상기 공통라인(16)과 오버랩되어 있다. 상기 공통라인(16)과 화소전극라인(18)의 오버랩에 의해 횡전계모드 액정표시소자에는 축적용량(storage capacitance)이 형성된다.In the pixel, a plurality of
액정층(40)의 액정분자는 음성 액정분자이다. 따라서, 상기와 같이 구성된 수직IPS모드 액정표시소자에서 액정분자는 공통전극(5) 및 화소전극(7)과 실질적으로 수직으로 배향되어 있다. 박막트랜지스터(10)가 작동하여 화소전극(7)에 신호가 인가되면, 공통전극(5)과 화소전극(7) 사이에는 액정패널(1)과 실질적으로 평행한 횡전계가 발생하게 된다. 액정분자는 상기 횡전계를 따라 액정패널(1)과 평행하게 회전하게 되므로, 액정분자의 굴절율 이방성에 의한 계조반전을 방지할 수 있게 된다.The liquid crystal molecules of the
상기한 구조의 종래 IPS모드 액정표시소자를 도 1(b)의 단면도를 참조하여 더욱 상세히 설명하면 다음과 같다.A conventional IPS mode liquid crystal display device having the above structure will be described in more detail with reference to the sectional view of FIG. 1 (b).
도 1(b)에 도시된 바와 같이, 제1기판(20) 위에는 게이트전극(11)이 형성되어 있으며, 상기 제1기판(20) 전체에 걸쳐 게이트절연층(22)이 적층되어 있다. 상기 게이트절연층(22) 위에는 반도체층(12)이 형성되어 있으며, 그 위에 소스전극(13) 및 드레인전극(14)이 형성되어 있다. 또한, 상기 제1기판(20) 전체에 걸쳐 보호층(passivation layer;24)이 형성되어 있으며, 그 위에 러빙 등의 방법에 의해 액정분자를 특정 방향으로 배향하기 위한 배향방향이 결정된 제1배향막(28a)이 형성되어 있다.1 (b), a
또한, 상기 제1기판(20) 위에는 복수의 공통전극(5)이 형성되어 있고 게이트절연층(22) 위에는 화소전극(7) 및 데이터라인(4)이 형성되어, 상기 공통전극(5)과 화소전극(7) 사이에 횡전계(E)가 발생한다.A plurality of
제2기판(30)에는 블랙매트릭스(32)와 컬러필터층(34)이 형성되어 있다. 상기 블랙매트릭스(32)는 액정분자가 동작하지 않는 영역으로 광이 누설되는 것을 방지하기 위한 것으로, 도면에 도시한 바와 같이 박막트랜지스터(10) 영역 및 화소와 화소 사이(즉, 게이트라인 및 데이터라인 영역)에 주로 형성된다. 컬러필터층(34)은 R(Red), B(Blue), G(Green)로 구성되어 실제 컬러를 구현하기 위한 것이다. 컬러필터층(34) 위에는 상기 컬러필터층(34)을 보호하고 기판의 평탄성을 향상시키기 위한 오버코트층(overcoat layer;36)가 형성되어 있으며, 그위에 배향방향이 결정된 제2배향막(28b)이 형성되어 있다.On the
상기 제1기판(20) 및 제2기판(30) 사이에는 액정층(40)이 형성되어 액정패널(1)이 완성된다.A
상기한 바와 같이, IPS모드 액정표시소자에서는 기판(20)과 게이트절연층(22)에 각각 형성된 공통전극(5)과 화소전극(7)에 의해 액정층(40) 내부에 횡전계가 발생하여 액정층(40) 내부의 액정분자를 기판(20,30)과 수직상태에서 평면상태로 회전하게 되므로, 액정분자의 굴절율 이방성에 의한 계조반전을 방지할 수 있게 된다.As described above, in the IPS mode liquid crystal display element, a transverse electric field is generated inside the
그러나, 상기와 같은 수직IPS모드 액정표시소자에는 다음과 같은 문제가 있다. 즉, 수직IPS모드 액정표시소자에서는 액정분자가 횡전계를 따라 수직에서 기판의 평면가 평행하게 회전하게 되므로, 액정분자의 굴절율 이방성에 의한 계조반전을 방지할 수 있게 되어 상하방향이나 좌우방향의 시야각특성이 향상되지만 화면의 대각선방향에서의 시야각특성은 향상되지 않는 문제가 있었다.However, the vertical IPS mode liquid crystal display device has the following problems. That is, in the vertical IPS mode liquid crystal display device, since the liquid crystal molecules rotate parallel to the plane of the substrate in the vertical direction along the transverse electric field, it is possible to prevent the grayscale inversion due to the refractive index anisotropy of the liquid crystal molecules, There is a problem that the viewing angle characteristics in the diagonal direction of the screen are not improved.
본 발명은 상기한 문제를 해결하기 위한 것으로, 보상필름에 의해 액정패널을 투과하는 광의 편광특성을 변경함으로써 대각선방향에서의 시야각특성을 향상시킬 수 있는 액정표시소자를 제공하는 것을 목적으로 한다.An object of the present invention is to provide a liquid crystal display element capable of improving viewing angle characteristics in the diagonal direction by changing polarization characteristics of light transmitted through a liquid crystal panel by a compensation film.
상기한 목적을 달성하기 위해, 본 발명에 따른 액정표시소자는 액정층을 포함하는 액정패널; 상기 액정패널의 상하부에 위치하여 입사되는 광을 편광시키는 제1편광판 및 제2편광판; 상기 액정패널과 제1편광판 사이에 구비되어 제1편광판을 투과하는 광의 편광상태를 변경시키며, 수평방향의 위상차값(Re)은 Re=40∼60nm이고 두께방향의 위상차값(Rth)은 Rth=-110∼-130nm인 제1이축필름; 상기 제1이축필름과 액정패널 사이에 배치되어 제1이축필름을 투과한 광의 변경시키며, 두께방향의 위상차값(Rth)이 Rth=55∼75nm인 제1C-필름; 상기 액정패널과 제2편광판 사이에 배치되어 액정패널을 투과한 광의 변경시키며, 두께방향의 위상차값(Rth)이 Rth=55∼75nm인 제2C-필름; 및 상기 제2C-필름과 제2편광판 사이에 구비되어 제2C-필름을 투과하는 광의 편광상태를 변경시키며, 수평방향의 위상차값(Re)은 Re=40∼60nm이고 두께방향의 위상차값(Rth)은 Rth=110∼130nm인 제2이축필름으로 구성되며, 여기서 상기 Re=(nx-ny)d이고 Rth=((nx +nz)/2-nz)d이고 nx, ny 및 nz는 각각 x축방향의 굴절률, y축방향의 굴절률 및 z축방향의 굴절률인 것을 특징으로 한다.According to an aspect of the present invention, there is provided a liquid crystal display device including: a liquid crystal panel including a liquid crystal layer; A first polarizing plate and a second polarizing plate positioned at upper and lower portions of the liquid crystal panel to polarize incident light; The retardation value Re in the horizontal direction is in the range of 40 to 60 nm and the retardation value Rth in the thickness direction is Rth = A first biaxial film of -110 to-130 nm; A first C-film disposed between the first biaxial film and the liquid crystal panel to change light transmitted through the first biaxial film and having a retardation value (Rth) in the thickness direction of Rth = 55 to 75 nm; A second C-film disposed between the liquid crystal panel and the second polarizing plate to change the light transmitted through the liquid crystal panel and having a thickness retardation value (Rth) of Rth = 55 to 75 nm; And a polarizing state of light passing through the second C-film is changed between the second C-film and the second polarizing plate, and the retardation value Re in the horizontal direction is Re = 40 to 60 nm and the retardation value in the thickness direction ) consists of a second biaxial film having Rth = 110~130nm, wherein Re = (n x -n y) d and Rth = ((n x + n z) / 2-n z) d and n x, n y and n z are respectively the refractive index in the x-axis direction, the refractive index in the y-axis direction, and the refractive index in the z-axis direction.
상기 제1편광판 및 제2편광판의 흡수축은 서로 수직이며, 제1이축필름의 광학축은 제1편광판의 광흡수축과 수직하고 제2이축필름의 광학축은 제2편광판의 광흡수축과 수직으로 이루어진다. 또한, 액정패널의 러빙방향은 제1편광판의 광흡수축과 평행한다.The optical axis of the first biaxial film is perpendicular to the optical absorption axis of the first polarizing plate and the optical axis of the second biaxial film is perpendicular to the optical absorption axis of the second polarizing plate . The rubbing direction of the liquid crystal panel is parallel to the light absorption axis of the first polarizing plate.
상기 액정패널은 수직IPS(Vertical In Plane Switching)모드 액정패널, IPS모드 액정패널과 FFS(Fringe Field Swiching)모드 액정패널을 포함한다.The liquid crystal panel includes a vertical IPS (Vertical In Plane Switching) mode liquid crystal panel, an IPS mode liquid crystal panel, and a FFS (Fringe Field Swiching) mode liquid crystal panel.
본 발명은 편광판과 액정패널 사이에 보상필름을 구비하여 액정패널로 입사되는 광의 편광특성을 변경한다. 이와 같은 편광특성의 변경에 의해 제2편광판으로 입사되는 광의 광학축이 제2편광판의 흡수축과 일치하게 되어 대각선방향에서의 시야각특성을 향상시킬 수 있게 된다.The present invention provides a compensation film between a polarizing plate and a liquid crystal panel to change polarization characteristics of light incident on the liquid crystal panel. By changing the polarizing characteristic, the optical axis of the light incident on the second polarizing plate coincides with the absorption axis of the second polarizing plate, so that the viewing angle characteristics in the diagonal direction can be improved.
도 1a 및 도 1b는 일반적인 IPS모드 액정표시소자의 구조를 나타내는 도면.
도 2는 종래 액정표시소자의 구조를 나타내는 간략 사시분해도.
도 3a는 액정표시소자를 정면에서 보았을 때의 상하 편광판의 흡수축을 나타내는 도면.
도 3b는 액정표시소자를 대각선방향에서 보았을 때의 상하 편광판의 흡수축을 나타내는 도면.
도 4a 및 도 4b는 A-보상필름의 x,y,z축방향에서의 굴절률 관계를 나타내는 도면.
도 5a 및 도 5b는 C-보상필름의 x,y,z축방향에서의 굴절률 관계를 나타내는 도면.
도 6은 이축 보상필름의 x,y,z축방향에서의 굴절률 관계를 나타내는 도면.
도 7a 및 도 7b는 각각 광의 타원편광 및 이에 대응하는 푸앵카레벡터를 나타내는 도면.
도 8은 액정표시소자를 정면에서 보았을 때의 푸앵카레구에서의 광의 편광상태를 나타내는 도면.
도 9는 액정표시소자를 대각선방향에서 보았을 때의 푸앵카레구에서의 광의 편광상태를 나타내는 도면.
도 10은 본 발명의 일실시예에 따른 액정표시소자의 구조를 나타내는 도면.
도 11은 본 발명에 따른 액정패널의 구조를 나타내는 단면도.
도 12a는 본 발명의 일실시예에 따른 액정표시소자의 광학축을 나타내는 도면.
도 12b는 본 발명의 일실시예에 따른 액정표시소자에서의 광의 편광상태가 표시된 푸앙카레구를 나타내는 도면.
도 12c는 도 12b의 투영도.
도 13a 및 도 13b는 각각 종래 액정표시소자 및 본 발명의 일실시예에 따른 액정표시소자를 대각선방향에서 보았을 때의 휘도시야각 특성을 나타내는 도면.1A and 1B are diagrams showing the structure of a general IPS mode liquid crystal display element.
2 is a simplified exploded view showing the structure of a conventional liquid crystal display device.
3A is a diagram showing the absorption axes of the upper and lower polarizing plates when the liquid crystal display element is viewed from the front;
Fig. 3B is a diagram showing the absorption axes of the upper and lower polarizing plates when the liquid crystal display element is viewed diagonally. Fig.
4A and 4B are diagrams showing refractive index relationships in the x, y and z axial directions of the A-compensation film.
Figs. 5A and 5B are diagrams showing refractive index relationships in the x, y and z axial directions of a C-compensation film. Fig.
6 is a view showing a refractive index relationship in the x, y and z axial directions of the biaxial compensation film.
7A and 7B are diagrams showing elliptically polarized light and corresponding Poincare vectors, respectively.
8 is a view showing a polarization state of light in a Poincare sphere when the liquid crystal display element is viewed from the front;
9 is a diagram showing a polarization state of light in a Poincare sphere when the liquid crystal display element is viewed in a diagonal direction;
10 is a view showing the structure of a liquid crystal display element according to an embodiment of the present invention.
11 is a sectional view showing the structure of a liquid crystal panel according to the present invention.
12A is a view showing an optical axis of a liquid crystal display element according to an embodiment of the present invention.
12B is a view showing a Pujiang curry sphere in which the polarization state of light in the liquid crystal display element according to the embodiment of the present invention is indicated.
FIG. 12C is a projection view of FIG. 12B. FIG.
13A and 13B are diagrams showing luminance viewing angle characteristics when viewing a conventional liquid crystal display element and a liquid crystal display element according to an embodiment of the present invention, respectively, in a diagonal direction.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명한다.DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The present invention will now be described in detail with reference to the accompanying drawings.
액정표시소자의 대각선 시야각방향에서 시야각특성이 저하되는 것은 액정표시소자의 대각선방향에서 빛샘이 발생하기 때문인데, 이를 상세히 설명하면 다음과 같다. 도 2에 도시된 바와 같이, 일반적인 수직IPS모드 액정표시소자에서 액정패널(101)의 상하부에는 제1편광판(152) 및 제2편광판(154)이 부착되어 액정패널(101)로 입력되고 출력되는 광을 선편광시킨다.The reason why the viewing angle characteristic decreases in the diagonal viewing angle direction of the liquid crystal display element is that light leakage occurs in the diagonal direction of the liquid crystal display element. 2, in a general vertical IPS mode liquid crystal display device, a
노멀리블랙모드(Normally Black Mode)에서 상하기판에 부착된 제1편광판(152) 및 제2편광판(154)의 편광축은 서로 수직이다. 따라서, 제1편광판(152)을 투과한 광은 x축방향으로 선형편광되어 액정표시소자로 입력된다. 액정패널에 신호가 인가되지 않았을 때, 상기 액정패널(101)의 액정분자(142)는 z축방향, 즉 액정패널과 수직으로 배열되므로, 상기 액정패널(101)로 입사된 광은 선편광된 상태로 액정패널(101)을 투과한다. 한편, 상부기판에 부착된 제2편광판(154)의 편광축은 액정층을 투과한 광의 편광방향과는 수직으로 상기 상부기판의 편광판에 의해 광이 모두 흡수되어 상기 제2편광판(152) 외부로 광이 출력되지 않게 되어 화면이 블랙으로 표시되는 것이다.In the normally black mode, the polarization axes of the
그러나, 상기와 같은 액정표시소자를 대각선방향으로 보았을 때 제1편광판(152) 및 제2편광판(154)의 편광방향은 실질적으로 수직으로 배치되지 않는다. 즉, 액정표시소자(101)의 정면으로 보았을 때는 제1편광판(152) 및 제2편광판(154)의 편광축이 서로 수직으로 배치되지만, 대각선방향으로 보았을 때는 수직이 깨지는 것이다.However, when the above liquid crystal display element is viewed diagonally, the polarization directions of the first
도 3a는 액정표시소자를 정면으로 보았을 때, 즉 액정표시소자의 화면과 수직으로 투과하는 광의 경로에서의 제1편광판(152) 및 제2편광판(154)의 편광축의 배치이고 도 3b는 액정표시소자를 대각선방향으로 보았을 때, 즉 액정표시소자의 화면을 일정한 극각(polar angle)과 방위각(azimuthal angle)으로 투과하는 광의 경로에서의 제1편광판(152) 및 제2편광판(154)의 편광축의 배치이다. 이때, 도면에서 점선은 제1편광판(152)에서의 편광축(즉, 광흡수축)의 방향이고 실선은 제2편광판(152)에서의 광흡수축의 방향이다.3A shows the arrangement of the polarization axes of the first
도 3a에 도시된 바와 같이, 액정표시소자를 정면으로 보았을 때(즉, 액정표시소자의 화면에 대하여 광이 수직으로 투과할 때)의 제1편광판(152) 및 제2편광판(154)의 편광축은 서로 수직을 이루지만, 도 3b에 도시된 바와 같이 액정표시소자를 대각선방향으로 보았을 때(액정표시소자의 화면과 일정한 극각 및 방위각으로 투과할 때)의 제1편광판(152) 및 제2편광판(154)의 편광축은 수직이 아닌 일정한 각도(θ)로 배치된다.3A, when the liquid crystal display element is viewed from the front (that is, when light is vertically transmitted through the screen of the liquid crystal display element), the polarization axes of the
이와 같이, 액정표시소자를 대각선방향으로 보았을 때에는 상기 제1편광판(152) 및 제2편광판(154)의 편광방향이 수직으로 되지 않기 때문에, 제1편광판(152)에서 선편광되어 액정패널(101)을 투과한 광이 제2편광판(154)에서 전부 흡수되지 않고 일부가 상기 제2편광판(154)을 투과하게 된다. 따라서, 노멀리블랙상태에서도 액정표시소자를 대각선방향으로 보았을 때에는 광의 일부가 누설되어 완전한 블랙상태를 유지할 수 없게 되는 것이다.When the liquid crystal display element is viewed in the diagonal direction, the polarizing directions of the first
이와 같이, 액정표시소자를 대각선방향으로 보았을 때 시야각특성이 저하되는 것은 제1편광판(152) 및 제2편광판(154)의 편광방향이 서로 수직으로 되지 않아 제1편광판(152)에서 편광된 광이 제2편광판(154)에서 완전히 흡수되지 않고 일부가 누설되기 때문이다. 따라서, 액정표시소자를 대각선방향으로 보았을 때 시야각특성을 향상시키기 위해서는 제1편광판(152)에서 편광된 광을 제2편광판(154)에서 모두 흡수해야만 한다. 이를 위해서 본 발명에서는 보상필름을 사용하여 액정패널(101)을 투과하는 광의 편광방향을 변경시켜 제2편광판(154)으로 입사되는 광의 광학축을 제2편광판(154)의 편광방향(즉, 광흡수층)과 일치하도록 한다.As described above, the viewing angle characteristics are degraded when the liquid crystal display element is viewed in the diagonal direction because the polarizing directions of the first
보상필름은 일축필름(uniaxial film)과 이축필름(biaxial film)으로 분류할 수 있다. 일축필름은 하나의 광학축만을 갖는 비등방성 복굴절 필름이고 이축필름은 두개의 광학축을 갖는 비등방성 복굴절 필름이다. 이러한 보상필름중 일축필름은 광학축의 방향 및 크기에 따라 A-보상필름과 C-보상필름으로 구분될 수 있다. 이러한 A-보상필름 및 C-보상필름의 굴절율 특성이 도 4 및 도 5에 도시되어 있다.The compensation film can be classified into a uniaxial film and a biaxial film. The uniaxial film is an anisotropic birefringent film having only one optical axis and the biaxial film is an anisotropic birefringent film having two optical axes. Among these compensation films, the uniaxial film can be classified into an A-compensation film and a C-compensation film depending on the direction and size of the optical axis. The refractive index characteristics of such an A-compensation film and a C-compensation film are shown in Figs. 4 and 5. Fig.
도 4a 및 도 4b는 각각 양성 A-보상필름 및 음성 A-보상필름을 나타내는 도면이다. 도 4a 및 도 4b에 도시된 바와 같이, A-보상필름은 y축방향의 굴절율(ny)과 z축방향의 굴절률(nz)이 서로 동일하고(ny=nz) x축방향의 굴절률(nx)은 y축방향의 굴절률(ny) 및 z축방향의 굴절률(nz)과 다른 것을 특징으로 한다(nx≠ny=nz). 도 4a에 도시된 바와 같이, x축방향의 굴절률(nx)이 y축방향의 굴절율(ny) 보다 크면 양성 A-보상필름이고 x축방향의 굴절률(nx)이 y축방향의 굴절율(ny) 보다 작으면 음성 A-보상필름인데, 이들 양성 A-보상필름과 음성 A-보상필름을 각각 수학식 1에 의해 정의하면 다음과 같다.4A and 4B are views showing a positive A-compensation film and a negative A-compensation film, respectively. As shown in FIGS. 4a and 4b, A- compensation film is a refractive index in the y-axis direction (y n) and the refractive index of the z-axis (n z) is equal to (n y = n z) in the x-axis direction to each other refractive index (n x) is the refractive index (n z) and wherein the other of the refractive index (n y) and z-axis direction of the y-axis (n x ≠ n y = n z). 4A, when the refractive index n x in the x- axis direction is larger than the refractive index n y in the y-axis direction, the refractive index n x in the x-axis direction is the refractive index in the y- (n y ), the positive A-compensation film and the negative A-compensation film are defined by the following
한편, 도 5a 및 도 5b는 각각 양성 C-보상필름 및 음성 C-보상필름을 나타내는 도면이다. 도 5a 및 도 5b에 도시된 바와 같이, C-보상필름은 x축방향의 굴절율(nx)과 y축방향의 굴절률(ny)이 서로 동일하고(nx=ny) z축방향의 굴절률(nz) 이 x축방향의 굴절률(nx) 및 y축방향의 굴절률(ny)과 다른 것을 특징으로 한다(nz≠nx=ny). 도 5a에 도시된 바와 같이, x축방향의 굴절률(nx) 및 y축방향의 굴절율(ny)이 z축방향의 굴절률(nz) 보다 작으면 양성 C-보상필름이고 x축방향의 굴절률(nx) 및 y축방향의 굴절율(ny)이 z축방향의 굴절률(nz) 보다 크면 음성 C-보상필름인데, 이들 양성 C-보상필름과 음성 C-보상필름을 각각 수학식 2에 의해 정의하면 다음과 같다.5A and 5B are views showing a positive C-compensation film and a negative C-compensation film, respectively. 5A and 5B, the C-compensation film has the same refractive index n x in the x-axis direction and refractive index n y in the y-axis direction (n x = n y ) The refractive index n z is different from the refractive index n x in the x-axis direction and the refractive index n y in the y-axis direction (n z ≠ n x = n y ). 5A, when the refractive index n x in the x-axis direction and the refractive index n y in the y- axis direction are smaller than the refractive index n z in the z-axis direction, the positive C- refractive index (n x) and y inde-axis refractive index (n y) is greater than the negative C- compensation film, the refractive index (n z) in the z-axis direction, respectively, the expression of these positive and negative compensation film C- C- compensation film 2 is defined as follows.
또한, 보상필름에 의한 위상차는 상기 x축방향의 굴절률(nx)와, y축방향의 굴절률(ny) 및 z축방향의 굴절률(nz)에 의해 결정되는데, 수학식 3에 위상차와 굴절률(nx,ny,nz)의 관계를 나타내었다.Further, the phase difference due to the compensating film is determined by the refractive index (n z) of the refractive index (n x) of the x-axis direction, refractive index in the y-axis (n y) and z-axis direction, the phase difference and the equation (3) Refractive index (n x , n y , n z ).
여기서, Re는 수평방향에서의 위상차값(retadation value)이고 Rth는 두께방향에서의 위상차값이이며, d는 보상필름의 두께이다.Here, Re is the retardation value in the horizontal direction, Rth is the retardation value in the thickness direction, and d is the thickness of the compensation film.
상기 A-보상필름과 C-보상필름은 주로 시클로올레핀 폴리머필름이나 폴리카보네이트필름, UV 경화형 수평 또는 수평배향 액정필름, 폴리스티렌수지, 폴리에틸렌테레프탈레이트를 사용한다.The A-compensation film and the C-compensation film mainly use a cycloolefin polymer film or a polycarbonate film, a UV curable horizontal or horizontal alignment liquid crystal film, polystyrene resin, and polyethylene terephthalate.
이축필름은 nx,ny,nz가 서로 다른 값으로서, 양성 이축필름과 음성 이축필름 및 Z축 연신 이축필름으로 분류된다. 도 6에 상기 이축필름이 x축방향의 굴절률(nx)과 y축방향의 굴절률(ny) 및 z축방향의 굴절률(nz)이 도시되어 있다. 상기 이축필름은 x축방향의 굴절률(nx)과 y축방향의 굴절률(ny) 및 z축방향의 굴절률(nz)의 크기에 따라 양성이축필름, 음성이축필름 및 Z축 연신 이축필름을 분류되는데, 이들 양성 이축필름, 음성이축필름 및 Z축 연신 이축필름은 각각 다음의 수학식 4에 의해 정의된다.The biaxial films are classified into positive biaxial films, negative biaxial films and Z-axis oriented biaxial films in which n x , n y and n z are different values. Also the biaxial film having a refractive index in the x axis direction to 6 (nx) and the refractive index in the y-axis (n y) and refractive index (n z) in the z-axis direction is shown. The biaxial film is positive, the axis loaded, and voice, the axis film and a Z-axis oriented according to the magnitude of the refractive index (n x) of the x-axis direction and the refractive index in the y-axis (n y) and the refractive index in the z direction (n z) These positive biaxial films, negative negative biaxial films and Z-axis oriented biaxial films are defined by the following
또한, 이축필름의 이축성(biaxiality) (Nz)는 다음의 수학식 5와 같이 정의된다.Further, the biaxiality (Nz) of the biaxial film is defined by the following equation (5).
수학식 3에서 정의된 바와 같이, Re는 수평방향에서의 위상차값(retadation value)이고 Rth는 두께방향에서 위상차값이며, d는 보상필름의 두께이다.As defined in Equation (3), Re is the retardation value in the horizontal direction, Rth is the retardation value in the thickness direction, and d is the thickness of the compensation film.
상기 수학식 4와 수학식 5의 정의에 의해 음성 이축필름은 Nz≥1이고 양성 이축필름은 Nz<0으로 되며, z축 연신 이축필름은 0<Nz<1이 된다.According to the definition of Equations (4) and (5), the negative biaxial film has Nz? 1 and the positive biaxial film has Nz < 0, and the z axis stretched biaxial film has 0 < Nz <
본 발명에서는 상기와 같은 보상필름을 구비함으로서 제1편광판(152)에서 선편광된 광을 위상변환시켜 광의 편광방향을 제2편광판(154)의 편광방향과 완전하게 수직으로 만들어 제2편광판(154)에 입사되는 모든 광이 흡수되도록 한다.In the present invention, by providing the compensation film as described above, the polarized light of the linearly polarized light is phase-transformed by the first
광의 편광상태는 존즈행렬(Jones Matrix)에 의해 분석될 수 있으며, 존즈연산에서는 경계면에서의 빛의 반사를 무시하기 때문에 투명한 매질의 편광투과특성을 나타내는 존즈행렬은 유니터리행렬인데, 이러한 유니터리행렬은 포앙카레구(Poincare shpere)에 의해 나타낼 수 있다.The polarization state of light can be analyzed by a Jones matrix. In the Jones operation, the Jones matrix representing the polarization transmission characteristics of a transparent medium is a unitary matrix because it neglects the reflection of light at the interface. Can be represented by the Poincare shpere.
존즈벡터는 완전편광만 나타낼 수 있으므로 부분편광을 표현하기 위해서는 다음의 수학식 6에 의해 정의되는 스토크스변수(Stokes parameter)를 사용해야만 한다.Since the Jones vector can represent only the full polarization, the Stokes parameter defined by the following equation (6) must be used to express the partial polarization.
여기서, <>는 시간평균을 나타내며, Ex 및 Ex는 각각 x축 및 y축방향으로의 전계성분이다. 이때, 이들 네변수 사이에는 의 부등식이 성립하는데, 이 부등식은 완전편광에서만 맞는다. 즉, 완전편광의 경우, S1, S2 및 S3를 빛의 밝기 S0로 나눈 규격화된 변수 s1, s2 및 s3 사이에는 다음의 수학식 7의 관계가 성립한다.Here, <> represents time average, and E x and E x are electric field components in the x-axis and y-axis directions, respectively. At this time, among these four variables This inequality is only true for perfect polarization. That is, in the case of perfect polarization, the relationship of Equation (7) is established between normalized variables s1, s2 and s3 obtained by dividing S1, S2 and S3 by the light brightness S0.
이것은 3차원 공간에서 반지름 1인 포앙카레구의 방정식으로, (s1, s2, s3)은 포앙카레구의 직교좌표의 점이다.This is an equation of Poincare Sphere with a radius of 1 in three-dimensional space, and (s1, s2, s3) is the point of Cartesian coordinates of the Poincare sphere.
이때, 상기 푸앙카레구에서 적도선 위의 모든 점들은 선편광에 대응되고 북극점은 오른손 원편광, 남극점은 왼손 원편광에 대응된다. 그리고, 북반구의 모든 점은 오른손 타원편광에 대응되며, 남반구의 모든 점은 왼손 타원편광에 대응된다.At this time, all the points on the equator line in the Pujiang Curve correspond to linearly polarized light, the north pole corresponds to the right-handed circular polarization, and the south polarization corresponds to the left-handed circular polarization. All points in the Northern Hemisphere correspond to right-handed elliptical polarized light, and all points in the southern hemisphere correspond to left-handed elliptical polarized light.
도 7a 및 도 7b는 각각 직교좌표계에서 임의의 타원편광과 이에 대응하는 푸앙카레 벡터를 나타내는 도면이다.Figs. 7A and 7B are diagrams showing arbitrary elliptic polarized light in the orthogonal coordinate system and corresponding pouinc curves, respectively.
도 7a 및 도 7b에 도시된 바와 같이, 편광타원의 장축의 방위각(azimuthal angle)이 Ψ이고 타원각도가 x인 타원편광에 대응되는 푸앙카레 벡터 P의 위도각(latitude angle)은 2x이고 방위각은 2Ψ이며 직교좌표는 (cons(2Ψ)cons(2x),sin(2Ψ)cos(2x),sin(2x))이다. 이 점이 북반구에 있으면 전기장 벡터의 회전방향이 시계방향이고 남반구에 있으면 반시계방향이다. 이때, 푸앙카레구 위의 대척점들은 서로 직교하는 편광 상태를 나타낸다.As shown in Figs. 7A and 7B, the latitude angle of the puang curry vector P corresponding to the elliptical polarized light having the azimuthal angle Ψ of the major axis of the polarization ellipse and the elliptical angle x is 2x and the azimuth angle is (2x) cons (2x), sin (2ψ) cos (2x), and sin (2x). If this point is in the northern hemisphere, the direction of rotation of the electric field vector is clockwise and counterclockwise if it is in the southern hemisphere. At this time, the opposite points on the Pujiang Curve show polarized states orthogonal to each other.
또한, 빛이 투명한 매질을 지나올 때의 편광상태의 변화를 기술하는 유니타리 존즈행렬은 푸앙카레구 위에서 회전변환으로 해석할 수 있다.In addition, the unitary Jones matrix describing the change in polarization state when a light is transmitted through a transparent medium can be interpreted as a rotation transformation on a Pujiang curry sphere.
도 8은 IPS 모드액정표시소자를 도 3a에 도시된 바와 같이 정면에서 보았을 때의 제1편광판(152) 및 제2편광판(154)의 편광상태를 나타내는 포앙카레구를 나타내는 도면이다.Fig. 8 is a view showing a Poincare sphere showing the polarization states of the first
상기 포앙카레구에서 대척점은 서로 직교하는 편광상태를 나타내므로, A지점은 제1편광판(152)의 광흡수축 및 제2편광판(154)의 광투과축을 나타내고 B지점은 제1편광판(152)의 광투과축 및 제2편광판(154)의 광흡수축을 나타낸다. 도 8에 도시된 바와 같이, IPS모드 액정표시소자를 정면에서 보았을 때 제1편광판(152)의 광투과축은 제2편광판(154)의 광흡수축과 동일한 선편광상태를 유지한다. 이것은 IPS모드 액정표시소자를 정면에서 보았을 때 제1편광판(152)의 광흡수축과 제2편광축(154)의 광흡수축이 수직을 이루므로 제1편광판(152)의 광투과축과 제2편광판(154)의 광흡수축은 서로 평행하기 때문이다.The point A represents the light absorption axis of the
이와 같이, 제1편광판(152)의 광투과축과 제2편광판(154)의 광흡수축은 서로 평행하여 푸앙카레구에서 제1편광판(152)의 광투과축과 제2편광판(154)의 광흡수축은 동일한 지점에 위치하므로 제1편광판(152)을 투과한 선편광된 광은 제2편광판(154)에서 모두 흡수되어 제2편광판(154) 외부로는 광이 투과되지 않게 되며, 그 결과 노멀리블랙모드시 IPS모드 액정표시소자를 정면에서 보았을 경우 완전한 블랙상태를 유지할 수 있게 되는 것이다.As described above, the light transmission axis of the
한편, 도 9는 도 3b에 도시된 바와 같이 IPS모드 액정표시소자에서 대각선방향에서 액정표시소자를 보았을 때의 광의 편광상태를 나타내는 푸앵카레구를 나타내는 도면이다.9 is a view showing a Poincare sphere showing the polarization state of light when the liquid crystal display element is viewed in the diagonal direction in the IPS mode liquid crystal display element as shown in FIG. 3B.
도 9에서 A1지점은 제1편광판(152)의 광흡수축을 나타내고 그와 대척하는 A2지점은 광흡수축과 직교하는 제1편광판(152)의 광투과축을 나타낸다. 또한, B1지점은 제2편광판(154)의 광투과축을 나타내고 B2지점은 제2편광판(154)의 광흡수축을 나타낸다. 도 3b에 도시된 바와 같이, IPS모드 액정표시소자를 대각선방향에서 보았을 때, 제1편광판(152) 및 제2편광판(154)의 편광방향은 서로 직각을 이루는 것이 아니라 일정 각도(θ)를 이루기 때문에, 제1편광판(152)의 광투과축인 A2지점과 제2편광판(154)의 광흡수축인 B2지점은 서로 일치하지 않고 x만큼 간격을 이루고 있다. 이 x의 간격이 제1편광판(152)의 광투과축과 제2편광판(154)의 광흡수축 사이의 각도를 의미하며, 상기 제1편광판(152)의 광투과축과 제2편광판(154)의 광흡수축 사이의 각도에 대응하는 만큼의 광이 제2편광판(154)을 투과하게 되는 것이다. 따라서, IPS모드 액정표시소자의 대각선방향에서의 빛샘현상을 방지하기 위해서는 상기 A2지점과 B2지점을 일치시켜 제1편광판(152)의 광투과축과 제2편광판(154)의 광흡수축을 평행하게 함으로써 제1편광판(152)에서 편광된 광을 제2편광판(154)에서 모두 흡수해야만 한다.In FIG. 9, the point A1 represents the light absorption axis of the
본 발명에서는 보상필름을 사용하여 제1편광판(152)에서 선편광된 광의 편광상태를 변경시킴으로써 푸앵카레구 상에서의 A2지점과 B2지점을 일치시켜(즉, 제1편광판(152)의 광투과축과 제2편광판(154)의 광흡수축을 평행하게 하여), 제2편광판(154)을 통해 광이 투과함으로써 발생하는 빛샘현상을 방지하기 위한 것이다.In the present invention, the polarizing state of the linearly polarized light in the first
이하, 본 발명의 구체적인 실시예에 대하여 설명한다. 이때, 상기 푸앵카레구를 이용하여 본 발명의 실시예에 따른 액정표시소자의 편광상태를 설명한다. 상술한 바와 같이, 본 발명에서는 보상필름을 사용하여 광의 편광상태를 변경함으로써 액정표시소자의 대각선방향에서의 빛샘을 방지할 수 있게 된다.Hereinafter, a specific embodiment of the present invention will be described. At this time, the polarization state of the liquid crystal display according to the embodiment of the present invention will be described using the Poincare sphere. As described above, in the present invention, it is possible to prevent light leakage in the diagonal direction of the liquid crystal display element by changing the polarization state of light by using a compensation film.
도 10은 본 발명의 실시예에 따른 액정표시소자의 구조를 나타내는 도면이다.10 is a view showing a structure of a liquid crystal display device according to an embodiment of the present invention.
도 10에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 액정표시소자(200)는 화상을 구현하는 액정패널(201)과, 상기 액정패널(201)의 하부에 부착된 부착된 제1보상필름(242) 및 제2보상필름(244)과, 상기 액정패널(201) 상부에 부착된 제3보상필름(246)과 제4보상필름(248)과, 상기 제1보상필름(242) 하부에 부착된 제1편광판(250)과, 상기 제4보상필름(248) 상부에 부착된 제2편광판(260)으로 구성된다.10, a liquid
도면에는 자세히 도시하지 않았지만, 상기 액정패널(201)은 제1기판 및 제2기판과 상기 제1기판 및 제2기판 사이에 형성된 액정층으로 형성되는데, 상기 제1기판에는 박막트랜지스터, 게이트라인 및 데이터라인 등의 패턴, 각종 전극이 형성되며 제2기판에는 실제 컬러를 구현하는 컬러필터층과 화상비표시영역으로 광이 누설되어 화질이 저하되는 것을 방지하는 블랙매트릭스가 형성되어 있다.Although not shown in detail in the drawing, the
특히, 본 발명의 액정패널은 수직IPS모드 액정패널이다. 따라서, 제1기판상에 공통전극과 화소전극이 서로 평행하게 배치되어 액정층에 기판의 표면과 평행한 전계를 인가한다. 액정패널(201)의 액정층은 위상차값(Rth)이 약 450nm인 음성 네메틱(Nematic) 액정을 사용한다.In particular, the liquid crystal panel of the present invention is a vertical IPS mode liquid crystal panel. Therefore, the common electrode and the pixel electrode are arranged on the first substrate in parallel with each other, and an electric field parallel to the surface of the substrate is applied to the liquid crystal layer. The liquid crystal layer of the
한편, 본 발명이 상기와 같은 수직IPS모드 액정패널에만 적용되는 것이 아니라 IPS모드 액정패널과 FFS(Fringe Field Swiching)모드 액정패널에도 적용될 수 있을 것이다.In addition, the present invention can be applied not only to the vertical IPS mode liquid crystal panel but also to the IPS mode liquid crystal panel and the FFS (Fringe Field Swiching) mode liquid crystal panel.
제1편광판(250)은 제1편광체(252), 제1지지체(254) 및 제2지지체(256)로 이루어진다. 상기 제1편광체(252)는 자연광을 임의의 편광된 광으로 변환될 수 있는 필름이다. 이때, 상기 제1편광체(252)는 입사되는 빛을 직교하는 2개의 편광성분으로 나누었을 때, 2개의 편광성분중 하나의 편광성분은 통과시키고 다른 편광성분은 흡수, 반사 또는 산란시키는 기능을 갖는 것이 사용될 수 있다. 상기 제1편광체에 사용되는 광학필름으로는 특별히 제한은 없지만, 예를 들어 요오드 또는 2색성 염료를 함유하는 폴리비닐알코올(polyvinyl alcohol;PVA)계 수지를 주성분으로 하는 고분자필름, 2색성물질과 액정성 화합물을 함유하는 액정성 조성물을 일정 방향으로 배향시킨 O형 편광체 및 리오트로픽(lyotropic) 액정을 일정 방향으로 배향시킨 E형 편광체 등을 사용할 수 있다. 상기 제1지지체(254)는 상기 제1편광체(252)를 보호하기 위한 것으로, 주로 위상지연(retardation)이 없는 일반적인 보호필름(protection film)으로 이루어진다. 이러한 보호필름은 어떠한 것도 사용가능하지만, 주로 트리아세틸셀룰로오스(triacetylcellulose;TAC)를 사용한다.The
상기 제1지지체(254) 및 제2지지체(256)는 상기 제1편광체(252)를 보호하기 위해 위상지연이 없는 일반적인 보호필름으로 이루어질 수 있으며, 예를 들어 0-RT(Rth가 0nm에 근접하는 변형된 TAC을 의미하며, 0-TAC이라고도 함)나 COP(Cyclo-olefin-Polymer) 등으로 이루어질 수 있다. 참고로, 위상지연이 없다는 표현은 Re가 0인 것을 의미하며, 상기 TAC는 Re가 0이고 Rth가 0이 아닌 보호필름이고, 상기 0-RT는 Re가 0이고 Rth가 0에 근접하는 보호필름에 해당한다.The first and
또한, 제2편광판(260)은 역시, 제2편광체(262)와 제3지지체(264) 및 제4지지체(266)로 이루어진다. 상기 제2편광체(262)는 제1편광체(252)와 마찬가지로 폴리비닐알코올계 수지로 이루어지고 제3지지체(264) 및 제4지지체(266)로는 투명한 보호필름으로서 트리아세틸셀룰로오스를 사용한다.The
한편, 도 10에서는 상기 제1편광체(252)와 액정패널(201) 및 제2편광체(262)와 액정패널(201) 사이에 각각 위상차(Rth)가 없는 트리아세틸셀룰로오스로 이루어진 제2지지체(256) 및 제4지지체(266)가 배치되지만, 상기 제2지지체(256) 및 제4지지체(266)를 제거하여 제1편광체(252) 및 제2편광체(262)를 직접 액정패널(201)에 접촉시킬 수도 있다.10, a second support member 223 made of triacetyl cellulose having no retardation Rth between the
상기 제2보상필름(244) 및 제3보상필름(246)은 일축보상필름(uniaxial compesation film)으로서, 음성 C-필름이다. 상기 음성 C-필름은 주로 시클로올레핀 폴리머필름이나 폴리카보네이트필름, UV 경화형 수평 또는 수평배향 액정필름, 폴리스티렌수지, 폴리에틸렌테레프탈레이트를 사용하여 형성한다. 이때, 상기 음성 C-필름인 제2보상필름(244) 및 제3보상필름(246)의 두께방향의 위상차값(Rth)은 Rth=55∼75nm이다.The
상기 제1보상필름(242) 및 제4보상필름(248)은 각각 양성 이축보상필름(Nagative biaxial compesation film) 및 음성 이축보상필름으로서, 양성 이축필름의 경우 수평방향의 위상차값(Re)은 Re=40∼60nm이고 두께방향의 위상차값(Rth)은 Rth=-110∼-130nm이며, 음성 이축필름의 경우 수평방향의 위상차값(Re)은 Re=40∼60nm이고 두께방향의 위상차값(Rth)은 Rth=110∼130nm이다.The
따라서, 상기 제1보상필름(246)의 이축성(Nz)은 수학식 5에 의해 -1.8<Nz<-3.2이 된다. 통상적으로 이축필름의 이축성(Nz)이 Nz<0인 경우, 이축필름은 양성 이축필름으로서 그 x,y,z축방향에서의 굴절률(nx,ny,nz)는 nz>nx>ny의 관계를 갖는다.Accordingly, the biaxiality Nz of the
또한, 상기 제4보상필름(248)의 이축성(Nz)은 수학식 5에 의해 1.8<Nz<3.2가 된다. 통상적으로 이축필름의 이축성(Nz)이 Nz>1인 경우, 이축필름은 음성 이축필름으로서 그 x,y,z축방향에서의 굴절률(nx,ny,nz)는 nx>ny>nz의 관계를 갖는다.Further, the biaxiality Nz of the
상기 제1보상필름(242) 및 제4보상필름(248), 즉 이축필름은 네마틱액정을 이용한 UV경화용 액정필름(UV curable liquid crystal film) 폴리카보네이트(polycarbonate), 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리스티렌, 일축 연신된 TAC(Uniaxial stretched TAC), 일축 연신된 PNB(Polynorbonene), 2축 연신된 PC(Polycarbonate), 2축 연신된 COP, 2축성 액정 필름(Biaxial LC film) 등을 사용하며, 정상파장 분산(normal wavelength dispersion)특성, 플랫파장 분산(flat wavelength dispersion)특성 및 역파장분산(reverse wavelength dispersion)특성을 가질 수 있다.The
상기 제1편광판(250)의 흡수축은 90°의 각도로 배치되고 제2편광판(260)의 흡수축은 0°의 각도로 배치된다. 또한, 제1보상필름(244)의 x축방향의 굴절률(nx)의 방향은 90°로 배치되고 제2보상필름(246)이 nx방향은 0°의 각도로 배치되며, 액정패널(201)의 러빙방향도 90°로 이루어진다.The absorption axis of the
액정패널(201)의 액정층의 액정분자는 액정패널(201)의 오프상태시 배향막의 러빙방향을 따라 배치된다. 따라서, 액정분자의 광학축도 90°를 이루는 것이다. 이와 같이, 액정패널(201)의 러빙방향의 90°를 이루는 것은 다음과 같은 이유 때문이다.The liquid crystal molecules of the liquid crystal layer of the
통상적으로 IPS모드 액정표시소자에서 수평전계를 형성하는 공통전극 및 화소전극은 데이터라인을 따라 배열되므로, 배향막의 러빙방향이 약 15°∼45°의 각도로 이루어진다. Since the common electrode and the pixel electrode forming the horizontal electric field in the IPS mode liquid crystal display device are arranged along the data line, the rubbing direction of the alignment film is formed at an angle of about 15 to 45 degrees.
그러나, 도 11에 도시된 바와 같이, 본 발명에서는 IPS모드 액정패널(201)의 공통전극(205) 및 화소전극(207)이 게이트라인(203)과 데이터라인(204)에 의해 정의되는 화소내에서 일정 각도로 적어도 일회 절곡시키고 배향막의 러빙은 데이터라인방향, 즉 90°의 각도로 이루어지는 것이다. 즉, 전극(205,207)의 방향과 배향방향이 일정 각도(θ)로 형성되는 것이다.11, in the present invention, the
이와 같이, 상기 공통전극(205) 및 화소전극(207)을 절곡시키는 것은 하나의 화소내에 서로 다른 방향의 주시야각을 갖는 복수의 도메인(domain)을 형성하여 액정표시소자의 시야각특성을 향상시키기 위한 것이다. 상기 공통전극(205) 및 화소전극(207)이 데이터라인(204)과 일정 각도로 형성되고 배향막의 러빙방향이 데이터라인방향으로 이루어지므로, 상기 공통전극 및 화소전극과 러빙방향은 일정 각도(θ), 예를 들면 약 θ=15°∼45°의 각도로 이루어지는 것이다.The
물론, 본 발명이 이러한 구조의 IPS모드 액정표시소자에만 한정되는 것이 아니라 러빙방향이 90°로 형성되고 전극의 방향과 러빙방향이 일정 각도로 형성되는 FFS모드 액정표시소자에도 적용될 수 있을 것이다.Of course, the present invention can be applied not only to the IPS mode liquid crystal display device having such a structure but also to the FFS mode liquid crystal display device in which the rubbing direction is formed at 90 degrees and the electrode direction and the rubbing direction are formed at a certain angle.
상기와 같이 구성된 본 실시예에 따른 액정표시소자의 편광상태를 도 12a∼도 12c를 참조하여 설명하면 다음과 같다. 이때, 도 12a는 본 발명에 따른 액정표시소자에서의 각각의 구성에서의 편광상태를 나타내는 도면이고 도 12b는 본 발명에 따른 액정표시소자에서의 편광상태를 나타내는 푸앵카레구를 나타내는 도면이며, 도 12c는 도 12b의 2차원 표현, 즉 푸앵카레구의 투영도이다.The polarization state of the liquid crystal display according to the present embodiment having the above-described structure will now be described with reference to FIGS. 12A to 12C. 12A is a diagram showing a polarization state in each constitution of the liquid crystal display element according to the present invention, Fig. 12B is a view showing a Poincare sphere showing a polarization state in the liquid crystal display element according to the present invention, and Fig. 12C Is a two-dimensional representation of Fig. 12B, that is, a projection of a Poincare sphere.
도 12a에 도시된 바와 같이, 제1편광판(250)은 액정패널(201)의 하부에 배치되는데, 이때 제1편광판(250)의 광흡수축은 액정패널(201)의 러빙방향과 수직을 이룬다(즉, 제1편광판의 광흡축이 90°의 각도로 형성된다). 또한, 양성 이축필름으로 이루어진 제1보상필름(242)과 음성 C-필름으로 이루어진 제2보상필름(244)이 액정패널(201)과 제1편광판(250) 사이에 배치되어 있는데, 이때 상기 제1보상필름(242)의 nx방향은 제1편광판(250)의 광흡수축 및 액정패널(201)의 러빙방향과 수직으로 이루어진다(즉, nx방향이 0°를 형성한다).12A, the first
또한, 제2편광판(260)은 액정패널(201) 상부에 배치되며, 이때 제2편광판(260)의 광흡수축은 액정패널(201)의 러빙방향과 수직을 이룬다(즉, 제2편광판의 광흡축이 0°의 각도로 형성된다). 또한, 음성 C-필름으로 이루어진 제3보상필름(246)과 음성 이축필름으로 이루어진 제4보상필름(248)은 액정패널(201)과 제2편광판(260) 사이에 배치되는데, 이때 상기 제4보상필름(246)의 nx방향은 액정패널(201)의 러빙방향과는 평행이고 제2편광판(260)의 광흡수축과는 수직을 이룬다(즉, nx방향이 90°를 형성한다).The second
도 12b에 도시된 바와 같이, 액정패널(201)의 백라이트로부터 편광되지 않은 광이 제1편광판(250)으로 입사되면 상기 광이 선편광되는데, 선편광된 광은 대부분은 제1편광판(250)의 흡수축(A1지점)에 의해 흡수되고 상기 제1편광판(250)을 투과한 광의 편광상태는 A2지점에 위치하게 된다. 즉, 상기 A2지점에 제1편광판(250)의 투과축이 위치하는 것이다. 이때, 제2편광판(260)의 흡수축은 B2지점에 위치하게 되어, 상기 제1편광판(250)의 투과축과는 일정 거리 이격되어 있다.12B, when the unpolarized light is incident on the
상기 제1편광판(250)에서 선형편광된 양성 이축필름으로 이루어진 제1보상필름(242)을 투과하게 되면, 그 편광상태가 A2지점에서 C1지점으로 회전하게 된다. 이때, 상기 제1보상필름(242)은 양성 이축필름이므로, 그 광학축이 ny축 및 nz축 사이에 존재하며, 따라서 광의 편광상태가 ny축 및 nz축 사이의 광학축을 중심으로 시계방향으로 회전하게 되어 편광상태가 A2지점에서 C1지점으로 이동하게 되어 타원편광된 광이 된다. 이때, 상기 양성 이축필름의 위상차값(Rth)이 Rth=110∼130nm이므로, 휘도에 영향을 주는 녹색의 파장(wavelength)인 550nm을 기준으로 할 때, 편광상태의 회전각도는 약 72∼85°가 된다.When the
이어서, 제1보상필름(242)에 의해 타원편광된 광이 음성 C-필름으로 이루진 제2보상필름(244)을 투과하게 되면, 편광상태가 상기 S1축을 중심으로 반시계방향으로 회전하여 그 편광상태가 C1지점에서 C2지점으로 회전하게 된다. 이때, C2지점은 푸앙카레구의 2사분면상에 위치하여 타원편광상태를 유지하게 된다.Then, when the elliptically polarized light is polarized by the
상기 음성 C-필름으로 이루어진 제2보상필름(244)을 투과한 타원편광된 광이 다시 액정패널(201)을 투과하게 되면, 배향막이 90°의 각도로 러빙되어 있으므로, 편광상태가 A2-O축을 중심으로 시계방향으로 회전하여 상기 액정패널(201)의 편광상태는 C3지점에 위치하게 된다. 이때, 상기 액정패널(201)의 액정층의 위상차값이 약 450nm이므로, 상기 액정패널(201)을 투과하는 광은 S2-O축을 중심으로 약 294도의 각도로 시계방향으로 회전하게 되는 것이다. 이때, 광의 편광상태는 푸앵카레구의 4사분면상에 위치한 타원편광상태를 유지하게 된다.When the voice C- film
상기 액정패널(201)을 투과한 광이 음성 C-필름으로 이루어진 제3보상필름(246)을 투과하게 되면, 편광상태가 S1축을 중심으로 반시계방향으로 회전하여 그 편광상태가 C3지점에서 C4지점으로 회전하게 된다. 이때에도 광의 편광상태는 푸앵카레구의 4사분면상에 위치한 타원편광상태를 유지하게 된다.When the light transmitted through the
상기 제3보상필름(246)을 투과한 광이 음성 이축필름으로 이루어진 제4보상필름(248)을 투과하면, 그 편광상태가 C4에서 B2로 회전하게 된다. 이때, 상기 제4보상필름(248)은 음성 이축필름이므로, 그 광학축이 nx축 및 nz축 사이에 존재한다. 따라서, 광의 편광상태가 nx축 및 nz축 사이의 광학축을 중심으로 시계반대방향으로 회전하게 되며, 이때 음성 이축필름의 위상차값(Rth)이 Rth=110∼130nm으로 편광상태의 회전각도가 약 72∼85°가 되므로, 광의 편광상태가 C4지점에서 B2지점으로 이동하게 되는 것이다.When the light transmitted through the
결국, 상기 제4보상필름(248)을 투과한 광은 제2편광판(260)의 흡수축과 동일한 편광축을 갖는 선편광된 광으로 변경되며, 이 편광된 광이 제2편광(260)에서 모두 흡수되어 광이 제2편광판(260)을 투과하지 못하는 것이다.As a result, the light transmitted through the
도 12c에 도시된 바와 같이, 제1편광판(250)에서 선편광된 광은 편광상태(A2지점에 대응하는)가 상기 양성 이축필름, 음성 C-필름, 액정패널, 음성 C-필름에 의해 변경된 후, 최종적인 음성 이축필름, 즉 제3보상필름(248)에 의해 그 편광상태가 B2지점과 일치하게 되어 상기 제2편광판(260)으로 입사되는 광의 광학축이 제2편광판(260)의 흡수축이 일치하게 되어 제1편광판(250)에서 편광된 모든 광이 제2편광판(260)에 의해 흡수되어 대각선방향에서의 빛샘을 방지할 수 있게 되는 것이다.12C, the linearly polarized light in the first
도 13a는 종래 액정표시소자의 대각선 시야방향에서의 노멀리블랙모드에서의 휘도시야각 특성을 시뮬레이션한 결과를 나타내는 도면이고 도 13b는 본 발명에 따른 액정표시소자의 대각선 시야방향에서의 노멀리블랙모드에서의 휘도시야각 특성을 시뮬레이션한 결과를 나타내는 도면이다.13A is a graph showing a result of simulating the luminance viewing angle characteristics in the normally black mode in the diagonal viewing direction of the conventional liquid crystal display device, and FIG. 13B is a graph showing the result of simulation in the normal black mode in the diagonal viewing direction of the liquid crystal display according to the present invention FIG. 8 is a graph showing the simulation result of the luminance viewing angle characteristics in the case of FIG.
여기서, 하부 편광판과 상부 편광판은 광 투과축이 서로 직교하도록 배열되며, 액정층의 광축은 상기 하부 편광판의 광 투과축과 평행한 상태이다. 이때, 도 13a 및 도 13b는 백색광을 사용하였을 때, 모든 동경각(또는, 방위각)에 대한 0∼80°범위의 경사각에서 종래 액정표시소자와 본 발명에 따라 광학보상필름을 포함하는 액정표시장치에 대한 명암대비비 특성을 시뮬레이션한 결과이다. 도 13a 및 도 13b에서 원의 중심은 경사각이 0인 경우이며, 원의 반지름이 증가할수록 경사각이 증가됨을 나타내며, 원주를 따라서 표기된 수치는 동경각을 나타낸다. Here, the lower polarizer and the upper polarizer are arranged such that the light transmission axes thereof are orthogonal to each other, and the optical axis of the liquid crystal layer is parallel to the light transmission axis of the lower polarizer. 13A and 13B illustrate a conventional liquid crystal display device and a liquid crystal display device including an optical compensation film according to the present invention at an inclination angle of 0 to 80 degrees with respect to all the long axis angles (or azimuth angles) when white light is used. Which is the result of simulating the contrast ratio characteristics. In FIGS. 13A and 13B, the center of the circle indicates the case where the inclination angle is 0, and the inclination angle increases as the radius of the circle increases.
도 13a의 종래 액정표시소자와 도 13b의 본 발명에 따른 액정표시소자의 명암대비비특성을 비교해 보면, 노멀리 블랙모드일 때 액정표시패널의 대각방향에 해당하는 45도, 135도, 225도 및 315도에서 빛샘이 현저하게 줄어든 것을 알 수 있다. 따라서, 본 발명에 따른 액정표시소자에서 대각선 시야각방향에서의 투과도는 종래 액정표시소자에 비해 대폭 감소하였음을 알 수 있다. When comparing the contrast ratio characteristics of the conventional liquid crystal display device of FIG. 13A and the liquid crystal display device of the present invention of FIG. 13B, in the normally black mode, the angle of 45 degrees, 135 degrees, and 225 degrees corresponding to the diagonal direction of the liquid crystal display panel And the light leakage at 315 degrees is remarkably reduced. Accordingly, it can be seen that the transmittance in the diagonal viewing angle direction in the liquid crystal display according to the present invention is significantly reduced as compared with the conventional liquid crystal display device.
한편, 상술한 본 발명이 상세한 설명에서는 제1편광판을 통해 광이 입사되어 양성 이축필름, 음성 C-필름, 액정층, 음성 C-필름, 음성 이축필름을 통과하면서 편광상태가 변경된 광이 제2편광판의 광흡수축에 의해 모두 흡수되어 노멀리블랙모드에서 제2편광판을 광이 투과하지 않지만, 상기와 같은 구성을 반대로 배치해도 동일한 효과를 얻을 수 있다. 즉, 제2편광판을 통해 광이 입사되고 입사된 광이 음성 이축필름, 음성 C-필름, 액정층, 음성 C-필름, 양성 이축필름을 투과하면서 편광상태가 변경되어 제1편광판을 통해 투과하지 않는 것이다.On the other hand, in the detailed description of the present invention described above, when light is incident through the first polarizing plate and the polarized state of the light passes through the positive biaxial film, the negative C-film, the liquid crystal layer, the negative C- All the light is absorbed by the light absorption axis of the polarizing plate and the light is not transmitted through the second polarizing plate in the normally black mode, but the same effect can be obtained even if the above configuration is reversed. That is, light is incident through the second polarizing plate and the incident light is transmitted through the negative biaxial film, the negative C-film, the liquid crystal layer, the negative C-film, and the positive biaxial film, I will not.
상기한 설명에 많은 사항이 구체적으로 기재되어 있으나 이것은 발명의 범위를 한정하는 것이라기보다 바람직한 실시예의 예시로서 해석되어야 한다. 따라서 발명은 설명된 실시예에 의하여 정할 것이 아니고 특허청구범위와 특허청구범위에 균등한 것에 의하여 정해져야만 할 것이다.While a great many are described in the foregoing description, it should be construed as an example of preferred embodiments rather than limiting the scope of the invention. Accordingly, the invention is not to be determined by the embodiments described, but should be determined by equivalents to the appended claims and the appended claims.
200 : 액정표시소자 201 : 액정패널
242 : 양성 이축필름 244,246
음성 C-필름 248 : 음성 이축필름
250,260 : 편광판200: liquid crystal display element 201: liquid crystal panel
242: Positive
Negative C-film 248: negative biaxial film
250, 260: polarizer
Claims (16)
상기 액정패널의 상하부에 위치하여 입사되는 광을 편광시키는 제1편광판 및 제2편광판;
상기 액정패널과 제1편광판 사이에 구비되어 제1편광판을 투과하는 광의 편광상태를 변경시키며, 수평방향의 위상차값(Re)은 Re=40∼60nm이고 두께방향의 위상차값(Rth)은 Rth=-110∼-130nm인 제1이축필름;
상기 제1이축필름과 액정패널 사이에 배치되어 제1이축필름을 투과한 광의 편광상태를 변경시키며, 두께방향의 위상차값(Rth)이 Rth=55∼75nm인 제1C-필름;
상기 액정패널과 제2편광판 사이에 배치되어 액정패널을 투과한 광의 편광상태를 변경시키며, 두께방향의 위상차값(Rth)이 Rth=55∼75nm인 제2C-필름; 및
상기 제2C-필름과 제2편광판 사이에 구비되어 제2C-필름을 투과하는 광의 편광상태를 변경시키며, 수평방향의 위상차값(Re)은 Re=40∼60nm이고 두께방향의 위상차값(Rth)은 Rth=110∼130nm인 제2이축필름으로 구성되며,
여기서 상기 Re=(nx-ny)d이고 Rth=((nx+nz)/2-nz)d이고 nx, ny 및 nz는 각각 x축방향의 굴절률, y축방향의 굴절률 및 z축방향의 굴절률이고 d는 제1이축필름과 제2이축필름 및 제1C-필름과 제2C-필름의 두께인 것을 특징으로 하는 액정표시소자.A liquid crystal panel including a liquid crystal layer;
A first polarizing plate and a second polarizing plate positioned at upper and lower portions of the liquid crystal panel to polarize incident light;
The retardation value Re in the horizontal direction is in the range of 40 to 60 nm and the retardation value Rth in the thickness direction is Rth = A first biaxial film of -110 to-130 nm;
A first C-film disposed between the first biaxial film and the liquid crystal panel to change a polarization state of light transmitted through the first biaxial film and having a thickness retardation value (Rth) of Rth = 55 to 75 nm;
A second C-film disposed between the liquid crystal panel and the second polarizing plate to change a polarization state of light transmitted through the liquid crystal panel and having a thickness retardation value (Rth) of Rth = 55 to 75 nm; And
Film is provided between the second C-film and the second polarizing plate to change the polarization state of light transmitted through the second C-film, the retardation value Re in the horizontal direction is Re = 40 to 60 nm and the retardation value (Rth) Is composed of a second biaxial film having Rth = 110 to 130 nm,
Wherein Re = (n x -n y) d and Rth = ((n x + n z) / 2-n z) d and n x, n y and n z is the refractive index, y-axis direction of the x-axis direction, respectively Refractive index and refractive index in the z-axis direction, and d is a thickness of the first biaxial film, the second biaxial film, the first C-film, and the second C-film.
제1편광체; 및
상기 제1편광체 상하면에 부착된 제1지지체 및 제2지지체로 이루어진 것을 특징으로 하는 액정표시소자.The liquid crystal display according to claim 1,
A first polarizer; And
And a first support and a second support attached to the upper surface of the first polarizer.
제2편광체; 및
상기 제2편광체 상하면에 부착된 제3지지체 및 제4지지체로 이루어진 것을 특징으로 하는 액정표시소자.The liquid crystal display according to claim 1, wherein the second polarizer comprises:
A second polarizer; And
And a third support and a fourth support attached to the upper and lower surfaces of the second polarizer.
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