KR102251179B1 - 빛샘이 방지된 곡면 액정표시장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 곡면 액정표시장치에서는 액정패널의 외부에 보상필름이나 보상층을 구비하거나 액정패널의 내부에 광보상층을 구비하여 액정패널을 투과하는 광의 위상을 변경하여 광의 빛샘을 방지하며 이때, 상기 보상필름으로는 음성 A-필름을 사용하며, 이때 음성 A-필름의 수평방향 위상차값(Re)은 90-285nm이다.

Description

빛샘이 방지된 곡면 액정표시장치{CURVED LIQUID CRYSTAL DISPLAY DEVICE FOR PREVENTING LIGHT LEAKAGE}
본 발명은 곡면 액정표시장치에 관한 것으로, 특히 빛샘이 방지된 곡면 액정표시장치에 관한 것이다.
평판표시장치는 핸드폰(Mobile Phone), 태블릿PC, 노트북컴퓨터 등과 같은 전자기기에도 적용되고 있다. 이러한 평판표시장치로 여러가지 장치가 있지만, 양산화 기술, 구동수단의 용이성, 고화질의 구현이라는 이유로 인해 현재에는 액정표시장치(LCD)가 각광을 받고 있다.
도 1은 이러한 액정표시장치의 구조를 나타내는 도면으로, 도 1a는 평면도이고 도 1b는 도 1a의 I-I'선 단면도이다. 이때, 도면에 도시된 액정표시장치는 IPS(In Plane Switching)모드 액정표시장치이다.
도 1a에 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 액정층에 인가한다.
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 액정표시장치에는 축적용량(storage capacitance)이 형성된다.
상기와 같이, 구성된 IPS모드 액정표시장치에서 액정분자는 공통전극(5) 및 화소전극(7)과 실질적으로 평행하게 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 동일 평면상에서 회전하게 되므로, 액정분자의 굴절율 이방성에 의한 계조반전을 방지할 수 있게 된다.
상기한 구조의 종래 액정표시장치를 도 1(b)의 단면도를 참조하여 더욱 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 1b에 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.
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.
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.
상기 제1기판(20) 및 제2기판(30) 사이에는 액정층(40)이 형성되어 액정패널(1)이 완성된다. 이때, 상기 제1배향막(28a) 및 제2배향막(28b)은 동일한 방향으로 배향방향이 구성되어, 액정층(40) 내부에서 액정분자가 동일한 방향으로 배열된다.
상기한 바와 같이, 액정표시장치에서는 기판(20)과 게이트절연층(22)에 각각 형성된 공통전극(5)과 화소전극(7)에 의해 액정층(40) 내부에 횡전계가 발생하여 액정층(40) 내부의 액정분자를 평면상에서 회전하게 되므로, 액정분자의 굴절율 이방성에 의한 계조반전을 방지할 수 있게 된다.
그러나, 상기와 같은 액정표시장치에는 다음과 같은 문제가 있다. 근래, 표시장치의 중앙영역과 외곽영역의 거리와 시야각에 따른 화질 왜곡현상을 방지함과 아울러 휴대기기에 적용될 경우 사용자의 휴대특성을 향상시킬 수 있는 곡면(Curved) 표시장치가 제안되고 있다.
그런데, 상기와 같은 액정표시장치를 곡면 표시장치로 제작하는 경우, 화면의 곡면영역에 빛샘에 의한 컬러쉬프트(color shift)현상이 발생하여 화질이 저하된다. 특히, 이러한 컬러쉬프트는 곡면 표시장치의 평면영역에는 발생하지 않고 곡면영역에만 발생하므로, 한 화면내에 서로 다른 컬러의 표시로 인해 사용자가 느끼는 화질저하의 정도는 더욱 심하였다.
본 발명은 상기한 점을 감안하여 이루어진 것으로, 곡면영역에서의 빛샘을 방지할 수 있는 곡면 액정표시장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기한 목적을 달성하기 위해, 본 발명에서는 액정패널의 외부에 보상필름이나 보상층을 구비하거나 액정패널의 내부에 광보상층을 구비한다. 상기 보상필름과 광보상층은 액정패널을 투과하는 광의 위상을 변경하여 광의 빛샘을 방지한다. 상기 보상필름으로는 음성 A-필름을 사용하며, 이때 음성 A-필름의 수평방향 위상차값(Re)은 90-285nm이다.
또한, 액정패널 내부에 형성되는 광보상층은 복굴절을 갖는 액정화합물로 이루어져 액정패널을 투과하는 광의 위상을 변경시킴으로써 곡면영역에서의 빛샘을 방지할 수 있다. 이때, 상기 액정화합물로는 아조메틴, 아족시, 시아노비페닐, 시아노페닐 에스테르, 벤조산 에스테르, 시클로헥산카르복실산 페닐에스테르, 시아노페닐시클로헥산, 시아노-치환 페닐피리미딘, 알콕시-치환 페닐피리미딘, 페닐 디옥산, 톨란 및 알케닐시클로헥실 벤조니트릴 등을 사용하여, 가소제, 계면활성제, 중합성 모노머 등의 첨가물이 포함된다.
또한, 상기 광보상층 위에는 투명보호층이 형성된다.
본 발명에서는 액정패널과 제2편광판 사이에 보상필름을 구비하여 액정패널의 곡면영역을 투과하는 광의 편광상태를 변경하여, 곡면영역에서의 빛샘현상을 방지함으로써, 곡면 표시장치의 화질저하를 방지할 수 있게 된다.
또한, 본 발명에서는 기계적인 방법이 아니라 광학적인 방법에 의해 곡면 표시장치의 빛샘을 방지하므로, 구조 및 제조공정이 단순할 뿐만 비용이 증가하는 것을 방지할 수 있게 된다.
도 1a 및 도 1b는 종래 액정표시장치의 구조를 나타내는 도면.
도 2a는 일반적인 액정표시장치의 구조를 나타내는 간략 사시분해도.
도 2b는 곡면 액정표시장치의 구조를 나타내는 간략 사시분해도.
도 3a는 액정표시장치의 평면영역에서의 상하 편광판의 흡수축을 나타내는 도면.
도 3b는 액정표시장치의 곡면영역에서의 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 액정표시장치의 평면영역에서의 푸앵카레구에서의 광의 편광상태를 나타내는 도면.
도 9는 액정표시장치의 곡면영역에서의 푸앵카레구에서의 광의 편광상태를 나타내는 도면.
도 10은 본 발명의 제1실시예에 따른 곡면 액정표시장치의 구조를 나타내는 단면도.
도 11은 본 발명에 따른 액정패널의 구조를 나타내는 평면도.
도 12a는 본 발명의 제1실시예에 따른 곡면 액정표시장치의 광학축을 나타내는 도면.
도 12b는 본 발명의 제1실시예에 따른 곡면 액정표시장치에서의 광의 편광상태가 표시된 푸앙카레구를 나타내는 도면.
도 12c는 도 12b의 투영도.
도 13은 본 발명의 곡면 액정표시장치와 종래 곡면 액정표시장치의 곡률에 따른 빛샘을 나타내는 그래프.
도 14는 본 발명의 제2실시예에 따른 곡면 액정표시장치의 구조를 나타내는 단면도.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명한다.
곡면 표시장치, 특히 곡면 액정표시장치에서 곡면영역에 컬러쉬프트현상이 발생하는 것은 이 영역에서 빛샘이 발생하기 때문인데, 이를 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 2a에 도시된 바와 같이, 편평한 일반적인 IPS모드 액정표시장치에서 액정패널(101)의 상하부에는 제1편광판(152) 및 제2편광판(154)이 부착되어 액정패널(101)로 입력되고 출력되는 광을 선편광시킨다.
노멀리블랙모드(Normally Black Mode)에서 상하기판에 부착된 제1편광판(152) 및 제2편광판(154)의 편광축은 서로 수직이다. 따라서, 제1편광판(152)을 투과한 광은 x축방향으로 선형편광되어 액정표시장치로 입력된다. 일반적인 IPS모드 액정표시장치의 액정층 전체 영역에서 액정분자가 서로 평행한 방향으로 배열되는 경우, 액정패널에 신호가 인가되지 않았을 때, 상기 액정패널(101)의 액정분자(142)는 x축방향을 향해 배열되므로, 상기 액정패널(101)로 입사된 광은 x축방향을 따라 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 표시된다.
도 2b와 같이 일부 영역에 곡면영역(C)이 형성된 IPS모드 액정표시장치의 경우, 평면영역(F)에서는 셀갭(cell gap)이 설정된 값으로 일정하게 유지되는 반면에, 곡면영역(C)에서는 기구적인 스트레스로 인해 셀갭이 일정하게 유지되기 어렵게 된다. 즉, 곡면 액정표시장치의 평면영역(F)에서는 제1편광판(152) 및 제2편광판(154)의 편광방향이 실질적으로 수직으로 배치되지만, 곡면영역(C)에서는 제1편광판(152) 및 제2편광판(154)의 편광축의 수직이 깨지게 되며, 그 결과 곡면영역(C)에서 빛샘현상이 발생하게 된다. 더욱이, IPS모드 액정표시장치는 액정분자가 기판의 표면과 수평으로 배열되기 때문에, 상기와 같은 셀갭의 변화에 의해 다른 모드보다 더 많은 빛샘현상이 발생한다.
상기와 같은 빛샘현상은 노멀리블랙모드(Normally Black Mode)에서는 블랙의 균일성(black unifomity)를 저하시키며 계조표현시에는 컬러쉬프트가 발생하므로, 곡면 액정표시장치의 화질이 저하되는 중요한 원인이 된다.
상기와 같은 빛샘현상을 방지하기 위해서는 곡면영역(C)의 셀갭변화를 방지해야만 하는데, 이러한 셀갭을 방지하기 위한 가장 손쉬운 방법은 곡면영역(C)을 곡선의 구간별로 다르게 하여 곡면에서의 스트레스트를 감소하여 셀갭을 곡면영역(C)에서 일정하게 하는 것이다. 그러나, 이러한 다중곡률설계를 위해서는 별도의 투명보강판을 구비하여 유리기판을 정면에서 지지해야 할 뿐만 아니라 별도의 프레임을 구비하여 유리기판을 후면에서 지지해야만 하기 때문에, 구조가 복잡해지고 제조비용이 증가하게 된다. 더욱이, 별도의 보강판이나 프레임에 의한 무게 증가 및 베젤의 면적 증가라는 문제도 발생한다.
본 발명에서는 곡면 액정표시장치의 광학특성만을 변경하여 빛샘현상을 방지한다. 따라서, 별도의 보강판이나 프레임을 구비하는 것과 같이 구조적인 변경없기 때문에, 구조가 복잡해지고 제조비용이 증가하거나 무게증가 및 베젤의 면적증가라는 문제가 발생하지 않게 된다.
도 3a는 곡면 액정표시장치의 평면영역(F)에서의 광의 경로에서의 제1편광판(152) 및 제2편광판(154)의 편광축의 배치이고 도 3b는 곡면 액정표시장치의 곡면영역(C)에서, 즉 곡면 액정표시장치의 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.
도 3a에 도시된 바와 같이, 곡면 액정표시장치의 평면영역(F)에서의 제1편광판(152) 및 제2편광판(154)의 편광축은 서로 수직을 이루지만, 도 3b에 도시된 바와 같이 곡면 액정표시장치의 곡면영역(C)에서는 셀갭의 변경에 의해 액정분자의 배열이 틀어져서 제1편광판(152) 및 제2편광판(154)의 편광축은 수직이 아닌 일정한 각도(θ)로 배치된다.
이와 같이, 곡면 액정표시장치의 곡면영역(C)에는 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 곡면 액정표시장치의 곡면영역(C)에는 빛샘현상이 발생하여 완전한 블랙상태를 유지할 수 없게 되는 것이다.
이와 같이, 곡면 액정표시장치의 곡면영역(C)에서 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, 곡면 액정표시장치의 곡면영역(C)에서의 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.
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.
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 구절률(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.
[수학식 1]
nx>ny=nz
nx<ny=nz
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 구절률(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.
[수학식 2]
nx=ny<nz
nx=ny>nz
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.
[수학식 3]
Re=(nx-ny)d
Rth=(nx-nz)d
여기서, Re는 수평방향에서의 위상차값(retadation value)이고 Rth는 두께방향에서의 위상차값이이며, d는 보상필름의 두께이다.
상기 A-보상필름과 C-보상필름은 주로 시클로올레핀 폴리머필름이나 폴리카보네이트필름, UV 경화형 수평 또는 수평배향 액정필름, 폴리스티렌수지, 폴리에틸렌테레프탈레이트를 사용한다.
이축필름은 nx,nx,nx가 서로 다른 값으로서, 양성 이축필름과 음성 이축필름 및 Z축 연신 이축필름으로 분류된다. 도 6에 상기 이축필름이 x축방향의 굴절률(nx)과 y축방향의 구절률(ny) 및 z축방향의 굴절률(nz)이 도시되어 있다. 상기 이축필름은 x축방향의 굴절률(nx)과 y축방향의 구절률(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.
[수학식 4]
nz>nx>ny
nx>ny>nz
nx>nz>ny
또한, 이축필름의 이축성(biaxiality) (Nz)는 다음의 수학식 5와 같이 정의된다.
[수학식 5]
Nz=Rth/Re
수학식 3에서 정의된 바와 같이, Re는 수평방향에서의 위상차값(retadation value)이고 Rth는 두게방향에서 위상차값이이며, d는 보상필름의 두께이다.
상기 수학식 4와 수학식 5의 정의에 의해 음성 이축필름은 Nz≥1이고 양성 이축필름은 Nz<0으로 되며, z축 연신 이축필름은 0<Nz<1이 된다.
본 발명에서는 상기와 같은 보상필름을 구비함으로서 제1편광판(152)에서 선평광된 광을 위상변환시켜 광의 편광방향을 제2편광판(154)의 편광방향과 완전하게 수직으로 만들어 제2편광판(154)에 입사되는 모든 광이 흡수되도록 한다.
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.
존즈벡터는 완전편광만 나타낼 수 있으므로 부분편광을 표현하기 위해서는 다음의 수학식 6에 의해 정의되는 스토크스변수(Stokes parameter)를 사용해야만 한다.
[수학식 6]
Figure 112014127301711-pat00001
여기서, <>는 시간평균을 나타내며, Ex 및 Ex는 각각 x축 및 y축방향으로의 전계성분이다. 이때, 이들 네변수 사이에는
Figure 112014127301711-pat00002
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.
[수학식 7]
Figure 112014127301711-pat00003
이것은 3차원 공간에서 반지름 1인 포앙카레구의 방정식으로, (s1, s2, s3)은 포앙카레구의 직교좌표의 점이다.
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.
도 7a 및 도 7b는 각각 직교좌표계에서 임의의 타원편광과 이에 대응하는 뽀앙카레 벡터를 나타내는 도면이다.
도 7a 및 도 7b에 도시된 바와 같이, 편광타원의 장축의 방위각(azimuthal angle)이 Ψ이고 타원각도가 x인 타원편광에 대응되는 뽀앙카레 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.
또한, 빛이 투명한 매질을 지나올 때의 편광상태의 변화를 기술하는 유니타리 존즈행렬은 푸앙카레구 위에서 회전변환으로 해석할 수 있다.
도 8은 IPS모드의 곡면 액정표시장치의 평면영역(F)을 보았을 때의 제1편광판(152) 및 제2편광판(154)의 편광상태를 나타내는 포앙카레구를 나타내는 도면이다.
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 곡면 액정표시장치의 평면영역(F)을 보았을 때 제1편광판(152)의 광투과축은 제2편광판(154)의 광흡수축과 동일한 선편광상태를 유지한다. 이것은 IPS모드 곡면 액정표시장치의 평면영역(F)을 보았을 때 제1편광판(152)의 광흡수축과 제2편광축(154)의 광흡수축이 수직을 이루므로 제1편광판(152)의 광투과축과 제2편광판(154)의 광흡수축은 서로 평행하기 때문이다.
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 곡면 액정표시장치의 평면영역(F)을 보았을 경우 완전한 블랙상태를 유지할 수 있게 되는 것이다.
한편, 도 9는 IPS모드 곡면 액정표시장치의 곡면영역(C)을 보았을 때의 광의 편광상태를 나타내는 푸앵카레구를 나타내는 도면이다.
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 곡면 액정표시장치의 곡면영역(C)을 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 곡면 액정표시장치의 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.
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.
이하, 본 발명의 구체적인 실시예에 대하여 설명한다. 이때, 상기 푸앵카레구를 이용하여 본 발명의 실시예에 따른 곡면 액정표시장치의 편광상태를 설명한다. 상술한 바와 같이, 본 발명에서는 보상필름을 사용하여 광의 편광상태를 변경함으로써 곡면 액정표시장치의 대각선방향에서의 빛샘을 방지할 수 있게 된다.
도 10은 본 발명의 제1실시예에 따른 곡면 액정표시장치의 구조를 나타내는 도면이다.
도 10에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제1실시예에 따른 곡면 액정표시장치(200)는 화상을 구현하는 액정패널(201)과, 상기 액정패널(201) 하부에 배치된 제1편관판(250)과, 상기 액정패널(201)의 상부에 배치된 보상필름(246), 상기 보상필름(246) 상부에 배치된 제2편광판(260)으로 구성된다.
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.
특히, 본 발명의 액정패널은 IPS모드 액정패널이다. 따라서, 제1기판상에 공통전극과 화소전극이 서로 평행하게 배치되어 액정층에 기판의 표면과 평행한 전계를 인가한다. 또한, 본 발명의 액정패널로서 FFS(Fringe Field Switching)모드가 사용될 수도 있을 것이다. 도면에는 도시하지 않았지만, 상기 제1기판 및 제2기판에는 배향막이 형성되어 액정층의 액정분자를 설정된 방향으로 배열하는데, 이때 제1기판의 배향막과 제2기판의 배향막은 동일한 배향방향이 형성되어 액정층의 액정분자가 모두 평행하게 배열된다. 상기 액정패널(201)의 액정패널은 위상차값이 약 250nm∼350nm인 네메틱(Nematic)액정을 사용한다.
제1편광판(250)은 제1편광체(252)와 제1지지체(254)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 사용 가능하지만, 주로 트리아세틸셀룰로오스(triacetylcellulose;TAC)를 사용한다.
또한, 제2편광판(260)은 제2편광체(262)와 제2지지체(264)로 이루어진다. 상기 제2편광체(262)는 제1편광체(252)와 마찬가지로 폴리비닐알코올계 수지로 이루어지고 제2지지체(264)로는 투명한 보호필름으로서 트리아세틸셀룰로오스를 사용한다.
액정패널(201)의 상부에 부착되는 보상필름(246)은 일축보상필름(uniaxial compesation film)으로서, 음성 A-필름이다. 이때, A-필름은 주로 시클로올레핀 폴리머필름이나 폴리카보네이트필름, UV 경화형 수평 또는 수평배향 액정필름, 폴리스티렌수지, 폴리에틸렌테레프탈레이트를 사용하여 형성한다.
이때, 상기 보상필름(246)의 수평방향의 위상차값(Re)은 Re=90∼110nm이다(두께방향의 위상차값(Rth)은 Rth=0이다).
상기 제1편광판(250)의 흡수축은 90°의 각도로 배치되고 제2편광판(260)의 흡수축은 0°의 각도로 배치된다. 또한, 보상필름(246)의 x축방향의 굴절률(nx)의 방향은 90°로 배치되고 액정패널(201)의 하부기판 및 상부기판의 러빙방향은 각각 90° 및 0°로 수직으로 이루어진다.
액정패널(201)의 액정층의 액정분자는 액정패널(201)의 오프상태시 배향막의 러빙방향을 따라 배치된다. 따라서, 액정분자의 광학축은 액정층의 하부로부터 상부방향으로 90°에서 0°로 트위스트된다.
이와 같이, 액정패널(201)의 러빙방향의 90° 및 0°를 이루는 것은 다음과 같은 이유 때문이다. 통상적으로 IPS모드 곡면 액정표시장치에서 수평전계를 형성하는 공통전극 및 화소전극은 데이터라인을 따라 배열되므로, 배향막의 러빙방향이 약 15°∼45°의 각도로 이루어진다.
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 및 게이트라인방향, 즉 0° 및 90°의 각도로 이루어지는 것이다. 즉, 전극(205,207)의 방향과 배향방향이 일정 각도(θ)로 형성되는 것이다.
이와 같이, 상기 공통전극(205) 및 화소전극(207)을 절곡시키는 것은 하나의 화소내에 서로 다른 방향의 주시야각을 갖는 복수의 도메인(domain)을 형성하여 곡면 액정표시장치의 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.
물론, 본 발명이 이러한 구조의 IPS모드 곡면 액정표시장치에만 한정되는 것이 아니라 러빙방향이 90°및 0°로 형성되고 전극의 방향과 러빙방향이 일정 각도로 형성되는 FFS모드 곡면 액정표시장치에도 적용될 수 있을 것이다.
상기와 같이 구성된 본 실시예에 따른 곡면 액정표시장치의 편광상태를 도 12a∼도 12c를 참조하여 설명하면 다음과 같다. 이때, 도 12a는 본 발명에 따른 곡면 액정표시장치에서의 각각의 구성에서의 편광상태를 나타내는 도면이고 도 12b는 본 발명에 따른 곡면 액정표시장치에서의 편광상태를 나타내는 푸앵카레구를 나타내는 도면이며, 도 12c는 도 12b의 2차원 표현, 즉 푸앵카레구의 투영도이다.
도 12a에 도시된 바와 같이, 제1편광판(250)과 제2편광판(260의 광흡수축은 서로 수직이다. 음성 A-필름으로 이루어진 보상필름(246)은 액정패널(201)과 제2편광판(260) 사이에 배치되어 있는데, 이때 상기 보상필름(246)의 nx방향은 제1편광판(250)의 광흡수축과 평행을 이루어진다(즉, nx방향이 90°를 형성한다). 또한, 액정패널(201)의 러빙방향은 하부에서 상부로 90°에서 0°로 트위스트되어 출력측이 제2편광판(260)의 흡수축과 수평을 이룬다.
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 위치한다. 이때, 제2편광판(260)의 흡수축은 B2지점에 위치하게 되어, 상기 제1편광판(250)의 투과축과는 일정 거리 이격되어 있다. 이 선형편광된 광이 액정분자가 90°에서 0°로 트위스트된 액정층을 투과하면, 편광상태가 B2O축을 중심으로 시계반대방향으로 회전하게 되어 편광상태가 A2지점에서 C1지점으로 이동하게 된다.
이때, 상기 액정층은 위상차값이 약 250nm∼350nm인 네메틱 액정을 사용하므로, 휘도에 영향을 주는 녹색의 파장(wavelength)인 550nm에 대한 액정의 회전각도는 약 163°∼229°가 된다. 즉, 편광상태는 A2지점에서 B2O축을 중심으로 약 163°∼229°시계반대방향으로 회전하여 C1지점으로 이동한다. 이때, 상기 C1지점은 푸앙카레구의 4사분면상에 위치하여 타원편광상태를 유지하게 된다.
상기 액정층을 투과한 타원편광된 광이 음성 A-필름으로 이루어진 보상필름(246)을 투과하게 되면, A2O축을 중심으로 편광상태가 시계반대방향으로 회전하게 되어, 편광상태가 C1지점에서 B2지점으로 이동하게 된다.
이때, 상기 음성 A-필름(246)의 수평방향 위상차값(Re)이 90∼110nm이므로, 휘도에 영향을 주는 녹색의 파장(wavelength)인 550nm에 대한 음성 A-필름에 의한 회전각도는 약 58.9°∼72°가 된다. 즉, 편광상태는 C1지점에서 A2O축을 중심으로 약 58.9°∼72° 시계반대방향으로 회전하여 B2지점으로 이동하는 것이다.
결국, 상기 보상필름(246)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.
도 12c에 도시된 바와 같이, 제1편광판(250)에서 선편광된 광은 편광상태(A2지점에 대응하는)가 액정패널(201)에 의해 변경된 후, 최종적으로 음성 A-필름(246에 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 된다.
한편, 상술한 본 발명이 상세한 설명에서는 제1편광판을 통해 광이 입사되어 액정층 및 음성 A-필름을 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 A-필름 및 액정층을 투과하면서 편광상태가 변경되어 제1편광판을 통해 투과하지 않게 된다.
상술한 바와 같이, 본 발명에서는 곡면 액정표시장치의 전면에 보상필름을 구비함으로써, 간단한 구조와 저렴한 비용으로 곡면영역(C)에서의 빛샘을 방지할 수 있게 된다. 특히, 본 발명에서는 수평방향의 위상차값(Re)은 Re=90∼110nm인 음성 A-필름을 사용함으로써 곡면영역(C)에서의 빛샘현상을 방지한다.
그러나, 본 발명은 그 구조에 따라 다른 수평방향의 위상차값(Re)을 갖는 음성 A-필름을 사용할 수 있다. 액정패널(201)에 형성되는 하부기판 및 상부기판의 배향방향이 서로 수직으로 이루어져 액정층의 액정분자가 액정패널(201) 내에서 트위스트로 배열된 구조의 경우에는 수평방향의 위상차값(Re)은 Re=90∼110nm인 음성 A-필름을 사용하지만, 수평방향의 위상차값(Re)이 이러한 특정한 값에만 한정되는 아니다. 예를 들면, 본 발명에서 액정패널(201)에 형성되는 하부기판 및 상부기판의 배향방향이 서로 평행으로 이루어져 액정층의 액정분자가 액정패널(201) 내에서 평행하게 배열된 구조의 경우에는 수평방향의 위상차값(Re)은 Re=265∼285nm인 음성 A-필름을 사용한다. 이 경우에도 도 12b 및 도 12c에 도시된 포앙케레구를 이용하면, 제1편광판(250)에서 선편광된 광이 액정패널(210)과 음성 A-필름(246)을 투과하면서 광의 광학축이 제2편광판(260)의 흡수축이 일치하게 되어 제1편광판(250)에서 편광된 모든 광이 제2편광판(260)에 의해 흡수되어 대각선방향에서의 빛샘을 방지할 수 있게 된다.
이와 같이, 본 발명에서는 다양한 수평방향 위상차값(Re)을 갖는 음성 A-필름을 사용할 수 있는데, 특히 본 발명의 음성 A필름은 90∼285nm의 위상차값(Re)을 갖는 것이 바람직하다.
도 13은 곡률에 따른 종래 곡면 액정표시장치와 본 발명에 따른 곡면 액정표시장치의 빛샘을 나타내는 그래프이다. 이때, 본 발명의 곡면 액정표시장치에서는 수평방향의 위상차값(Re)이 각각 100nm, 180nm, 270nm인 음성 A-필름을 사용하였다.
도 13에 도시된 바와 같이, 곡면 액정표시장치의 평면영역에서는 종래 곡면 액정표시장치의 빛샘이 약 0.0243인데 반해, 위상차값(Re)이 100nm, 180nm, 270nm인 음성 A-필름을 사용한 본 발명의 곡면 액정표시장치에서는 각각 0.0216, 0.0227, 0.023이 된다. 즉, 본 발명과 같이 보상필름을 사용함에 따라 곡면영역이나 아닌 평면영역에서도 종래에 비해 빛샘이 감소하게 된다.
곡면 액정표시장치의 곡면영역의 곡률이 4000R인 경우, 종래 곡면 액정표시장치의 빛샘이 약 0.0252인데 반해, 위상차값(Re)이 100nm, 180nm, 270nm인 음성 A-필름을 사용한 본 발명의 곡면 액정표시장치에서는 각각 0.0229, 0.0238, 0.0237이 된다. 즉, 종래 곡면 액정표시장치와 본 발명에 따른 곡면 액정표시장치 모두 평면영역에 비해 곡면영역에서의 빛샘이 증가하지만, 종래 곡면 액정표시장치에 비해 본 발명에 따른 곡면 액정표시장치의 빛샘이 훨씬 적게 된다. 이때, 위상차값(Re)이 100nm인 음성 A-필름을 사용하는 것이 곡면영역에서의 빛샘을 최소화할 수 있게 된다.
곡면 액정표시장치의 곡면영역의 곡률이 2000R인 경우, 종래 곡면 액정표시장치의 빛샘이 약 0.0275인데 반해, 위상차값(Re)이 100nm, 180nm, 270nm인 음성 A-필름을 사용한 본 발명의 곡면 액정표시장치에서는 각각 0.0275, 0.0265, 0.0238이 된다. 즉, 종래 곡면 액정표시장치와 본 발명에 따른 곡면 액정표시장치 모두 평면영역에 비해 곡면영역에서의 빛샘이 증가하지만, 종래 곡면 액정표시장치에 비해 본 발명에 따른 곡면 액정표시장치의 빛샘이 훨씬 적게 된다. 이때, 위상차값(Re)이 270nm인 음성 A-필름을 사용하는 것이 곡면영역에서의 빛샘을 최소화할 수 있게 된다.
이와 같이, 본 발명에서는 보상필름을 사용함에 따라 곡면영역 뿐만 아니라 평면영역에서의 빛샘현상을 감소시킬 수 있게 된다. 또한, 곡면영역의 곡률에 따라 다른 위상차값을 갖는 보상필름을 사용함으로써 빛샘의 감소를 극대화할 수 있게 된다.
한편, 상술한 설명에서는 광보상을 위한 보상수단이 별도의 보상필름으로 액정패널의 외곽에 부착하지만, 본 발명이 이러한 구성에만 한정되는 것이 아니라, 액정패널의 외곽, 즉 상부기판의 외면에 광의 위상을 지연시키는 물질을 직접 적층하여 보상층을 구비함으로써 광의 편광상태를 변경할 수도 있다.
또한, 본 발명에서는 상기와 같은 위상지연물질을 직접 액정패널 내부에 적층함으로써 광의 변경상태를 변경할 수 있는데, 이를 좀더 자세히 설명한다.
도 14는 본 발명의 제2실시예에 따른 곡면 액정표시장치의 구조를 나타내는 도면이다.
도 14에 도시된 바와 같이, 이 구조의 액정표소자는 제1기판(320) 및 제2기판(330), 상기 제1기판(320) 및 제2기판(330) 사이에 배치된 액정층(340)으로 이루어진다.
상기 제1기판(320)에는 박막트랜지스터(T)가 배치된다. 상기 박막트랜지스터(T)는 제1기판(320) 위에 배치된 게이트전극(311), 상기 게이트전극(3110이 배치된 제1기판(320) 전체에 걸쳐 적층된 게이트절연층(322), 상기 게이트절연층(322) 위에 배치된 반도체층(312), 상기 반도체층(312) 위에 서로 마주보도록 이격되어 배치된 소스전극(313) 및 드레인전극(314)이 배치된다. 또한, 상기 박막트랜지스터(T)가 배치된 제1기판(320) 전체에 걸쳐 보호층(passivation layer;324)이 적층된다.
상기 게이트전극(311)은 Cr, Mo, Ta, Cu, Ti, Al, Al합금 또는 이들의 합금의 금속으로 형성될 수 있으며, 상기 게이트절연층(322)은 SiO2나 SiNx와 같은 무기절연물질로 이루어진 단일층 또는 SiO2 및 SiNx으로 이루어진 이중의 층일 수도 있다. 반도체층(312)은 비정질실리콘과 같은 비정질반도체물질이나 다결정반도체물질로 적층된다. 또한, 상기 반도체층(312)은 IGZO(Indium Gallium Zinc Oxide)와 같은 산화물반도체로 구성될 수도 있다. 상기 소스전극(313) 및 드레인전극(314)은 Cr, Mo, Ta, Cu, Ti, Al, Al합금 또는 이들의 합금으로 rrn성할 수 있다.
보호층(324)은 포토아크릴(photo acryl)과 같은 유기층 또는 SiO2 및 SiNx 등의 무기층 및 유기층의 이중의 층으로 적층될 수 있다.
상기 제1기판(320) 위에는 공통전극(305)이 배치되고 게이트절연층(322) 위에는 화소전극(307)이 배치된다. 이때, 상기 공통전극(305)은 박막트랜지스터(T)의 게이트전극(311)과 동일한 금속으로 구성되고 화소전극(307)은 박막트랜지스터(T)의 소스전극(313) 및 드레인전극(314)과 동일 금속으로 구성될 수 있다. 그러나, 상기 소스전극(313) 및 드레인전극(314)은 ITO(Indium Tin oixde)나 IZO(Indium Zinc Oxide)와 같은 투명한 금속산화물로 이루어져, 곡면 액정표시장치의 휘도를 향상시킬 수도 있다.
또한, 상기 공통전극(305) 및 화소전극(307)은 동일 층 위에 배치될 수 있다. 예를 들면, 상기 공통전극(305) 및 화소전극(307)은 모두 제1기판(320) 위에 배치될 수도 있고 게이트절연층(322) 및 보호층(324) 위에 배치될 수도 있다.
제2기판(330)에는 컬러필터층(334) 및 블랙매트릭스(332)가 배치된다. 상기 컬러필터층(334)은 각각 R-컬러필터층, G-컬러필터층, B-컬러필터층을 포함하여 실제 컬러를 구현하며, 블랙매트릭스(332)는 CrO나 CrOx와 같은 불투명금속 또는 블랙수지로 구성되어 화상이 표시되지 않는 영역으로 광이 투과되는 것을 차단한다.
상기 제1기판(320) 및 제2기판(330) 위에는 각각 제1배향막(328a) 및 제2배향막(328b)이 적층된다. 상기 제1배향막(328a) 및 제2배향막(328b)은 폴리이미드(polyimide) 또는 폴리아미드(polyamide)로 구성된다. 도면에는 표시하지 않았지만, 상기 제1배향막(328a) 및 제2배향막(328b)은 각각 러빙처리되어 설정 방향으로 배향방향이 결정되어 액정층(340)의 액정분자가 상기 배향방향을 따라 배열되도록 한다.
이때, 상기 제1배향막(328a) 및 제2배향막(328b)의 배향방향은 서로 수직으로 이루어져, 액정층(340)의 액정분자가 제1기판(320)에서 제2기판(330)으로 트위스트되도록 배열되지만, 제1배향막(328a) 및 제2배향막(328b)의 배향방향이 서로 평행하게 이루어져 액정분자가 액정층(340) 전체에 걸쳐 서로 평행하게 배열될 수도 있다.
액정층(340)은 네메틱액정으로 위상차값이 약 250nm∼350nm이지만, 다른 위상차값의 네메틱액정을 사용할 수도 있다.
액정층(340)과 마주하지 않는 제1기판(320)의 및 제2기판(330)의 외면에는 각각 제1편광판(350) 및 제2편광판(360)이 배치된다. 앞서 설명한 바와 같이, 상기 제1편광판(350) 및 제2편광판(360)은 각각 편광체와 지지체로 이루어지면, 광흡수축은 서로 수직이다.
상기 제2기판(330)의 컬러필터층(334) 위에는 광보상층(335)이 형성된다. 상기 보상층(335)은 입력되는 광의 위상을 지연시켜 광이 편광상태를 변경한다. 상기 보상층(335)은 제1실시예의 보상필름과 동일한 기능을 하여 곡면영역을 투과하는 광의 편광상태를 변경하여 곡면영역에서 빛샘현상이 발생하는 것을 방지한다.
상기 광보상층(335)은 아조메틴, 아족시, 시아노비페닐, 시아노페닐 에스테르, 벤조산 에스테르, 시클로헥산카르복실산 페닐에스테르, 시아노페닐시클로헥산, 시아노-치환 페닐피리미딘, 알콕시-치환 페닐피리미딘, 페닐 디옥산, 톨란 및 알케닐시클로헥실 벤조니트릴과 같은 액정화합물로 이루어진다. 상기 액정화합물은 복굴절 특성을 보유하므로, 상기 광보상층(335)을 투과하는 되는 광의 위상을 변경시킴으로써 광의 편광상태를 변화시킨다.
또한, 상기 광보상층(335)은 가소제, 계면활성제, 중합성 모노머 등의 첨가물이 포함되어 광보상층(335)의 막특성을 향상시키고 액정화합물의 배향력을 향상시킬 수 있다. 상기 광보상층(335)은 첨가제가 포함된 액정화합물을 컬러필터층(334) 위에 적층한 후, 열을 인가하거나 광을 조사하여 경화시킴으로써 형성된다. 이때, 열을 인가하거나 광의 조사시 액정화합물이 특정 방향으로 배열 고정된다. 상기와 같은 경화 및 배열을 위하여 액정화합물에 열중합반응제 또는 광개시제를 포함시키는 것이 바람직하다.
한편, 상기 광보상층(335)을 컬러필터층(334) 위에 직접 형성되지 않고 상기 컬러필터층(334) 위에 별도의 버퍼층을 형성하고 그 위에 광보상층(335)을 형성할 수도 있다. 이와 같이, 버퍼층을 형성함에 따라 광보상층(335)과 컬러필터층(334) 사이의 계면특성을 향상시킬 수 있게 된다.
상기 광보상층(335) 위에는 투명보호층(337)이 형성된다. 상기 투명보호층(337)은 광보상층(335)을 보호하기 위한 것으로, 주로 셀룰로오스계 투명수지를 사용하며, 습도에 의해 두께방향 위상차값(Rt) 및 수평방향 위상차값(Re)이 변하는 것을 방지하기 위한 방습화합물과, 제2배향막(328b)에 의해 광보상층(335)의 액정화합물의 배열방향이 변경되는 것을 방지하기 위한 배향억제제와, 가소제, UV 흡수제, 열화 방지제, 박리제, 및 대전 방지제 등의 첨가제가 포함될 수 있다.
상기 구성의 곡면 액정표시장치에서는 광보상층(335)이 복굴절을 갖는 액정화합물로 이루어지기 때문에, 제1편광층(350) 및 액정층(340)을 투과하는 광의 편광상태를 변화시켜, 광의 편광축을 제2편광층(260)의 흡수축과 평행하게 하여, 상기 광보상층(335)을 투과하는 광이 모두 제2편광층(260)에서 흡수되도록 한다. 따라서, 곡면 액정표시장치, 특히 곡면영역에서의 빛샘현상을 방지하여 화질이 저하되는 것을 방지할 수 있게 된다.
한편, 도 14에서는 상기 광보상층(335)이 컬러필터층(334) 위에 적층되지만, 상기 광보상층(335)은 제2기판(330) 위에 적층될 수도 있다. 이와 같이, 광의 위상을 변경하는 광보상층(335)이 액정패널 내부에 구비됨에 따라, 액정패널 제조공정에서 광보상층을 구성할 수 있게 되므로, 액정패널 제조공정 이외의 별도의 제조공정이 필요없게 되어 제조공정을 단순화할 수 있게 된다. 또한, 상기 광보상층(335)은 박막형태로 구성되므로, 광보상층(335)에 의해 곡면 액정표시장치의 두께 증가를 최소화할 수 있게 되어 박형 곡면 곡면 액정표시장치(thin curved LCD)의 제작이 가능하게 된다.
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.
201 : 액정패널 246 : 보상필름
250,260 : 편광판 335 : 광보상층
337 : 투명보호층

Claims (17)

  1. 액정층을 포함하며, 평면영역과 곡면영역을 가진 액정패널;
    상기 액정패널의 하부 및 상부에 각각 위치하여 입사되는 광을 편광시키는 제1편광판 및 제2편광판; 및
    상기 액정패널과 제2편광판 사이에 구비된 음성 A-필름으로 구성되고,
    상기 제1 편광판과 음성 A-필름 사이에 배치된 상기 액정패널에는, 상기 제1 편광판의 하부로부터 입사되어 상기 액정패널을 통과하는 출력광이 형성되고,
    상기 음성 A-필름의 nx방향은 상기 제1편광판의 광흡수축에 평행하게 배치되고,
    상기 출력광 측의 상기 액정패널의 러빙방향은 상기 음성 A-필름의 nx방향에 서로 수직한 방향으로 배치되고,
    상기 음성 A-필름은, 상기 곡면영역에서 상기 출력광의 편광축을 상기 제2편광판의 흡수축과 평행하게 변화시키는 곡면 액정표시장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 음성 A-필름은 수평방향의 위상차값 Re=90∼285nm이고 두께방향의 위상차값 Rth=0nm인 곡면 액정표시장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 제1편광판 및 제2편광판의 흡수축은 서로 수직인 것을 특징으로 하는 곡면 액정표시장치.
  4. 제1항에 있어서, 상기 제1편광판은,
    제1지지체; 및
    일면이 상기 제1지지체에 부착된 제1편광체로 이루어진 곡면 액정표시장치.
  5. 제1항에 있어서, 상기 제2편광판은,
    제2지지체; 및
    일면이 상기 제2지지체에 부착된 제2편광체로 이루어진 곡면 액정표시장치.
  6. 삭제
  7. 제1항에 있어서, 상기 음성 A-필름은 수평방향의 위상차값 Re=90∼110nm이고 두께방향의 위상차값 Rth=0nm인 곡면 액정표시장치.
  8. 삭제
  9. 삭제
  10. 제1항에 있어서, 상기 음성 A-필름은 수평방향의 위상차값 Re=265∼285nm이고 두께방향의 위상차값 Rth=-60∼0nm인 곡면 액정표시장치.
  11. 제1항에 있어서, 상기 음성 A-필름은 시클로올레핀 폴리머필름이나 폴리카보네이트필름, UV 경화형 수평 또는 수평배향 액정필름, 폴리스티렌수지, 폴리에틸렌테레프탈레이트로 이루어진 일군으로부터 선택된 물질로 이루어진 곡면 액정표시장치.
  12. 곡면영역 및 평면영역을 포함하는 제1기판과 제2기판, 상기 제1기판 및 제2기판 사이의 액정층;
    상기 제1기판 및 제2기판의 하부 및 상부에 각각 부착되는 제1편광판 및 제2편광판;
    제1기판의 각 화소에 배치된 박막트랜지스터;
    상기 제2기판에 구비된 컬러필터; 및
    상기 제2기판에 구비되어 곡면영역을 투과하는 광의 편광상태를 변경시키는 광보상층으로 구성되되,
    상기 제1 편광판과 광보상층 사이에 배치된 상기 액정층에는, 상기 제1 편광판의 하부로부터 입사되어 상기 액정층을 통과하는 출력광이 형성되고,
    상기 광보상층의 nx방향은 상기 제1편광판의 광흡수축에 평행하게 배치되고,
    상기 출력광 측의 상기 액정층의 러빙방향은 상기 광보상층의 nx방향에 서로 수직한 방향으로 배치되고,
    상기 광보상층은, 상기 곡면영역에서 상기 출력광의 편광축을 상기 제2편광판의 흡수축과 평행하게 변화시키는 곡면 액정표시장치.
  13. 제12항에 있어서, 상기 광보상층은 복굴절률을 갖는 액정화합물로 구성된 곡면 액정표시장치.
  14. 제13항에 있어서, 상기 광보상층은 가소제, 계면활성제, 중합성 모노머를 포함하는 곡면 액정표시장치.
  15. 제12항에 있어서, 상기 광보상층은 제2기판 위에 배치된 곡면 액정표시장치.
  16. 제12항에 있어서, 상기 광보상층은 컬러필터층 위에 배치된 곡면 액정표시장치.
  17. 제12항에 있어서, 상기 광보상층 위에 배치된 투명보호층을 추가로 포함하는 곡면 액정표시장치.
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