KR19990016189A - 보상 필름 및 이를 이용한 광시야각 액정 표시장치 - Google Patents

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Abstract

원반 모양의(discotic) 분자 구조를 갖는 일축성 광학 이방체들을 분자의 광축이 액정 표시 장치의 기판의 법선에 대해 순차적으로 점점 큰 각도를 갖도록(hybrid) 배열하고, 광축의 방위각을 액정 표시 장치의 기판의 법선을 중심으로 셀 내의 액정 분자의 비틀림 방향과 반대 방향으로 비틀리도록(twist) 배열한 비틀린 하이브리드층으로 이루어진 보상 필름을 이용함으로써 액정 분자에 의한 빛의 지연(retardation)을 보상한다. 액정 셀의 각 영역에서 다르게 배열되어 있는 액정 분자들에 의한 지연을 보상해 주기 위하여 보상 필름은 두 개의 부분, 즉 분자들이 수직으로 배열되어 있는 액정 셀의 가운데 부분을 보상하기 위한 음의 일축성 광학 이방체인 물질로 이루어진 층과 기판 부근 영역을 보상하기 위하여 이 층 위에 코팅된 비틀린 하이브리드층으로 이루어질 수 있다. 이렇게 하면, 노멀리 화이트 모드의 비틀린 네마틱 액정 표시 장치에 전압이 인가된 경우, 즉 검은 상태의 빛샘을 모든 방향에서 최소한으로 만들어줌으로써 대비비가 높은 영역을 넓힐 수 있다.

Description

보상 필름 및 이를 이용한 광시야각 액정 표시 장치
본 발명은 광시야각 액정 표시 장치에 관한 것이다.
일반적으로 액정 표시 장치는 두 장의 기판 사이에 액정을 주입하고, 여기에 가하는 전장의 세기를 조절하여 광 투과량을 조절하는 구조로 되어 있다.
비틀린 네마틱(twisted-nematic : TN) 방식의 액정 표시 장치는, 전압을 인가하지 않은 상태에서는 두 기판 사이에 채워진 액정 분자의 장축이 기판에 평행하며 일정한 피치(pitch)를 가지고 나선상으로 꼬여 액정 분자의 장축의 방향이 연속적으로 변화되는 비틀린 구조를 가지며, 전압이 인가되면 액정 분자들은 기판에 대해 수직으로 일어서게 된다.
액정 물질은 분자의 장축 방향과 단축 방향으로의 굴절률이 서로 다른 복굴절성을 갖는데, 이 복굴절성에 의해 액정 표시 장치를 보는 위치에 따라 빛이 느끼는 굴절률이 차이가 생긴다. 따라서, 선편광된 빛이 액정을 통과하면서 편광 상태가 바뀌는 비율에 차이가 생겨 정면에서 벗어난 위치에서 볼 때의 빛의 양과 색특성이 정면에서 볼 경우와는 달라진다. 이로 인하여 비틀린 네마틱 구조를 갖는 액정 표시 장치는 시야각에 따라 대비비(contrast ratio)의 변화, 색상 변이(color shift), 계조 반전(gray inversion) 등의 현상이 발생한다.
이와 같이 액정 셀에서 생기는 위상차를 보상해 주기 위하여 위상차 보상 필름을 사용한 TN LCD의 기술이 개발되었다. 이는 액정 내부에서의 빛의 위상의 변화를 위상차 보상 필름에서 반대 방향으로 보상해 줌으로써 시야각 문제를 해결하는 것이다. 비틀린 네마틱 액정 표시 장치의 경우 양의 복굴절성을 가지므로, 음의 복굴절성을 갖는 보상 필름을 이용하여 이를 보상할 수 있다. 보상 필름으로는 일축성, 이축성 또는 하이브리드 구조를 갖는 것 등이 소개되어 있는데 이 중 하이브리드 구조를 갖는 FUJI FILM사의 WV 필름은 원반 형태(discotic)의 분자 구조를 갖는 화합물을 이용하여 이 원반 형태의 분자들의 광축이 액정 표시 장치 기판의 법선에 대해 순차적으로 점점 큰 각도를 갖도록 배열한 것이다. WV 필름을 사용한 경우 일축성 또는 이축성 필름을 사용한 경우에 비해 보상 효과가 뛰어나지만, 여기서도 상하측 계조 반전 특성이 좋지 않으며, 노란색 쪽으로의 색상 전이(color shift)가 일어난다는 문제점이 있다.
본 발명의 과제는 액정 표시 장치의 시야각을 넓히고 시야각 특성을 개선하고자 하는 것이다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 액정 표시 장치의 단면도이다.
본 발명에 따른 액정 표시 장치에서는 광학적 이방성을 가진 물질로 구성되며, 분자의 광축이 기판 근처의 비틀린 네마틱 액정 표시 장치의 액정 분자의 배열과 유사하게 액정 표시 장치의 기판의 법선에 대해 순차적으로 점점 큰 각도를 갖도록(hybrid) 배열하고, 광축의 방위각을 액정 표시 장치의 기판의 법선을 중심으로 셀 내의 액정 분자의 비틀림 방향과 반대 방향으로 비틀리도록(twist) 배열한 보상 필름을 이용함으로써 액정 분자에 의한 빛의 지연을 보상한다.
이러한 보상 필름은 원반 모양의(discotic) 분자 구조를 갖는 음의 일축성 광학 이방체인 물질로 만들어질 수 있다.
또한, 이러한 보상 필름은 분자가 한 방향으로 배열되어 있는 음의 일축성 광학 이방체인 물질로 이루어진 층과 이 층 위에 코팅된 비틀린 하이브리드(twist-hybrid)층으로 이루어질 수 있다. 전자에 의해 액정 셀의 가운데 부분의 수직으로 배열된 액정 분자들에 의한 빛의 지연을 보상할 수 있고, 후자에 의해 기판 표면 부근의 기판과 평행한 액정 분자에 의한 빛의 지연이 보상된다.
이제 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명에 따른 액정 표시 장치의 실시예를 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 액정 표시 장치의 단면도이다.
도 1에 나타난 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 액정 표시 장치는 안쪽면에 배향막(210, 220)이 도포되어 있는 한 쌍의 투명 기판(110, 120), 두 투명 기판(110, 120) 사이의 액정 물질(300), 각각의 투명 기판의 바깥쪽에 부착되어 있는 보상 필름(410, 420) 및 각각의 보상 필름(410, 420)의 바깥면에 부착되어 빛을 편광시키는 두 장의 편광판(510, 520)으로 구성된다.
비틀린 네마틱 액정 표시 장치에 전압을 인가하게 되면, 도 1에 나타난 바와 같이 액정 셀의 중앙부(310)에서는 액정 분자들이 수직으로 서 있지만, 충분한 전압을 인가하더라도 기판 근처(321, 322)의 액정 분자들은 기판에 도포된 배향막(210, 220)의 배향 규제력으로 인해 액정 분자들이 러빙 방향쪽으로 비틀리며 기판에 대해 경사지게 늘어서 있다. 따라서 이 경우 셀의 중앙부(310)에서는 광축이 기판의 법선 방향에 있는 양의 일축성 광학 이방체라고 할 수 있지만, 기판 부근(321, 322)에서는 기판에 대해 경사져 있고 또 비틀려 있으므로 광축이 기판의 법선 방향에 대해 경사진 양의 일축성 광학 이방체들이 비틀린 형태라고 할 수 있다. 따라서, 이 경우 음의 일축성 광학 이방체로 이루어진 보상 필름을 사용해서는 완전한 보상이 이루어지지 않는다. 이것들을 광학적으로 보상하기 위해서는 각각의 양의 일축성 광학 이방체들의 광축과 같은 방향의 광축을 갖는 음의 일축성 광학 이방체들을 사용하여야 한다.
본 발명의 실시예에 따른 보상 필름에서는 음의 일축성 광학 이방체인 물질의 원반 모양의 분자들을 분자의 광축이 액정 표시 장치의 기판의 법선에 대해 순차적으로 점점 큰 각도를 갖도록(hybrid) 배열하고, 광축의 방위각은 액정 표시 장치의 기판의 법선을 중심으로 셀 내의 액정 분자의 비틀림 방향과 반대 방향으로 비틀리도록(twist) 한다. 이러한 형태의 분자 구조를 갖는 보상 필름을 비틀린 하이브리드(twist-hybrid) 보상 필름이라고 하기로 한다.
액정 셀의 각 영역에서 다르게 배열되어 있는 액정 분자들에 의한 빛의 지연(retardation)을 보상하기 위하여, 보상 필름(410, 420)은 두 부분으로 이루어져 있다. 즉, 음의 일축성 광학 이방체인 물질로 이루어진 층(411, 421) 위에 비틀린 하이브리드 배열을 갖는 층(412, 422)이 코팅되어 있다. 이렇게 하면, 일축성 층(411, 421)에 의해 액정 셀의 가운데 부분(310)이 보상되고, 비틀린 하이브리드 배열을 갖는 코팅층(412, 422)에 의해 기판 부근(321, 322)이 보상된다. 그리고, 이러한 보상 필름(410, 420)은 투명 기판(110, 120)의 양측에 부착되어 상측 기판(120)에 부착된 필름(420)은 셀의 중앙부로부터 상측 부분을 보상하고, 하측 기판(110)에 부착된 필름(410)은 셀의 중앙부로부터 하측 부분을 보상한다.
본 발명에 따른 비틀린 하이브리드 보상 필름을 이용한 액정 표시 장치에서는 액정 셀의 모든 부분에서 일어나는 빛의 지연을 정확히 보상하여 줄 수 있으므로 넓은 시야각과 높은 대비비를 얻을 수 있다.

Claims (8)

  1. 광학적 이방성을 가진 물질층을 포함하는 액정 표시 장치용 보상 필름으로서, 상기 물질 분자의 광축이 상기 보상 필름의 법선에 대해 순차적으로 점점 큰 각도를 갖고, 상기 물질 분자의 광축의 방위각이 상기 보상 필름의 법선을 중심으로 비틀리도록 배열한 구조로 이루어진 액정 표시 장치용 보상 필름.
  2. 제1항에서,
    상기 보상 필름을 이루는 물질은 음의 일축성 광학 이방체인 보상 필름.
  3. 제2항에서,
    상기 물질 분자는 원반 모양을 가진 보상 필름.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에서,
    분자들이 한 방향으로 배열되어 있으며 광학적 이방성을 가지는 물질로 이루어진 층을 더 포함하는 보상 필름.
  5. 안쪽면에 배향막이 도포되어 있는 한 쌍의 투명 기판,
    상기 투명 기판 사이에 주입되어 있는 액정 물질,
    상기 투명 기판의 바깥쪽에 부착되어 있으며, 광학적 이방성을 가진 물질층을 포함하는 보상 필름,
    상기 보상 필름의 바깥면에 부착되어 있는 편광판을 포함하는 액정 표시 장치로서,
    상기 물질 분자의 광축이 상기 액정 표시 장치의 기판의 법선에 대해 순차적으로 점점 큰 각도를 갖고, 상기 물질 분자의 광축의 방위각이 상기 액정 표시 장치의 기판의 법선을 중심으로 비틀리도록 배열한 구조로 이루어진 액정 표시 장치.
  6. 제5항에서,
    상기 물질층은 음의 일축성 광학 이방체인 액정 표시 장치.
  7. 제6항에서,
    상기 물질층의 분자는 원반 모양을 가진 액정 표시 장치.
  8. 제5항 내지 제7항 중 어느 한 항에서,
    상기 보상 필름은 분자가 한 방향으로 배열되어 있으며 광학적 이방성을 가지는 물질로 이루어지는 층을 더 포함하는 액정 표시 장치.
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