KR19990059994A - Wide Viewing Angle Liquid Crystal Display - Google Patents
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Abstract
양의 유전율 이방성을 갖는 액정 물질이 주입되어 있는 액정 셀의 한쪽 면은 하나의 화소를 두 개의 미소 영역으로 나누어 다른 방향으로 버핑하고, 반대쪽 면은 한쪽 방향으로 버핑하여 액정 분자의 비틀림 방향이 다른 두 개의 미소 영역을 갖는 2영역 비틀린 네마틱 액정 표시 장치를 형성하고, 한쪽 방향으로 버핑된 면의 바깥쪽에 후지 필름 등과 같은 하이브리드 배열을 갖는 보상 필름을 부착한다. 두 영역의 비틀림 각은 서로 같도록 하고, 보상 필름을 이루는 원반 모양의 분자의 경사 방향을 기판에 투사했을 때 인접하는 면의 배향 방향과 동일한 방향이 되도록 보상 필름을 부착한다. 하이브리드 타입의 보상 필름 외에도 이와 같은 효과를 나타낼 수 있는 다수의 일축성 보상 필름의 조합 등을 사용할 수도 있다.One side of a liquid crystal cell into which a liquid crystal material having a positive dielectric anisotropy is injected is divided into two micro regions and buffed in the other direction and the opposite side is buffered in one direction so that the twist direction of the liquid crystal molecules is different Area twisted nematic liquid crystal display device having two minute regions and a compensation film having a hybrid arrangement such as a Fuji film or the like is attached to the outside of the buffered surface in one direction. The compensation films are attached so that the twist angles of the two regions are equal to each other, and when the oblique directions of the disc-shaped molecules of the compensation film are projected on the substrate, the compensation films are oriented in the same direction as the alignment direction of the adjacent surfaces. A combination of a plurality of uniaxial compensation films capable of exhibiting such effects in addition to the hybrid type compensation film may be used.
Description
본 발명은 광시야각 액정 표시 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a wide viewing angle liquid crystal display device.
일반적으로 액정 표시 장치는 두 장의 기판 사이에 액정을 주입하고, 여기에 가하는 전장의 세기를 조절하여 광 투과량을 조절하는 구조로 되어 있다.In general, a liquid crystal display device has a structure in which a liquid crystal is injected between two substrates and a light transmittance is controlled by adjusting the intensity of an electric field applied thereto.
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.In a twisted-nematic (TN) type liquid crystal display device, when the voltage is not applied, the long axis of the liquid crystal molecules filled between the two substrates is parallel to the substrate and spirally twisted with a constant pitch, Has a twisted structure in which the direction of the long axis of the liquid crystal molecules is continuously changed. When a voltage is applied, the liquid crystal molecules stand upright to the substrate.
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.The liquid crystal material has birefringence in which the refractive indexes in the major axis direction and the minor axis direction of the molecules are different from each other. Due to the birefringence, there is a difference in the refractive index of light depending on the position of the liquid crystal display device. Therefore, when the linearly polarized light passes through the liquid crystal, there is a difference in the rate of change of the polarization state, so the amount of light and the color characteristic when viewed from the front face are different from those in the front view. Accordingly, in a liquid crystal display device having a twisted nematic structure, a phenomenon such as a change in a contrast ratio, a color shift, and a gray inversion occurs depending on a viewing angle.
이러한 문제를 해결하기 위해 보상 필름을 이용하는 방법, 화소를 2개 이상의 부화소로 나누어 액정의 배열 방향을 달리 하는 방법, 수직 배향 모드 등 여러 가지 방법이 개발되었다. 최근에는 후지 필름(Fuji Film)사에서 WV 필름을 개발하였는데 이는 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 하이브리드(hybrid) 배열한 것이다. 후지 필름을 사용한 경우 보상 효과가 뛰어나 시야각 측면에서는 많은 개선이 있지만, 여기서도 상하측 계조 반전 특성이 좋지 않으며, 노란색 쪽으로의 색상 전이(color shift)가 일어난다는 문제점이 있다. 이는 액정 표시 장치의 모니터로의 응용에 큰 장애가 되고 있다.In order to solve this problem, various methods such as a method using a compensation film, a method of dividing a pixel into two or more sub-pixels to change the alignment directions of liquid crystals, and a vertical alignment mode have been developed. In recent years, Fuji Film has developed a WV film using a compound having a discotic molecular structure. The optical axis of these disc-shaped molecules is gradually increased toward the normal to the liquid crystal display substrate And is arranged in a hybrid arrangement so as to have an angle. In the case of using the FUJIFILM, the compensation effect is excellent, and there are many improvements in terms of the viewing angle. However, there is also a problem in that the color shift to the yellow side occurs because the upside and downside gradation reversal characteristics are not good. This is a great obstacle to the application to a monitor of a liquid crystal display device.
본 발명의 과제는 액정 표시 장치의 시야각을 넓히고, 계조 반전을 줄이고자 하는 것이다.An object of the present invention is to widen a viewing angle of a liquid crystal display device and to reduce a gray scale inversion.
도 1a 및 도 1b는 본 발명의 실시예에 따른 액정 표시 장치의 분해 사시도이고,1A and 1B are exploded perspective views of a liquid crystal display device according to an embodiment of the present invention,
도 2는 보상 필름을 이루는 분자의 배열 상태와 액정 표시 장치에 전압이 인가되었을 때의 액정 분자의 배열 상태를 나타내는 단면도이고,FIG. 2 is a cross-sectional view showing the alignment state of the molecules forming the compensation film and the alignment state of the liquid crystal molecules when a voltage is applied to the liquid crystal display device,
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 시뮬레이션에 사용된 보상 필름을 나타낸 것이고,3 shows the compensation film used in the simulation according to the embodiment of the present invention,
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 액정 표시 장치의 시야각 특성을 나타낸 것이고,4 is a view illustrating a viewing angle characteristic of a liquid crystal display device according to an embodiment of the present invention,
도 5 및 도 6은 본 발명의 실시예에 따른 액정 표시 장치의 계조 표시 성능을 나타낸 것이고,5 and 6 show the gray scale display performance of the liquid crystal display according to the embodiment of the present invention,
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 액정 표시 장치의 시야각 특성을 나타낸 것이고,7 is a view showing a viewing angle characteristic of a liquid crystal display device according to another embodiment of the present invention,
도 8 및 도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 액정 표시 장치의 계조 표시 성능을 나타낸 것이고,8 and 9 show the gray scale display performance of the liquid crystal display according to another embodiment of the present invention,
도 10은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 액정 표시 장치의 시야각 특성을 나타낸 것이고,10 is a view illustrating a viewing angle characteristic of a liquid crystal display according to another embodiment of the present invention,
도 11 및 도 12는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 액정 표시 장치의 계조 표시 성능을 나타낸 것이다.FIGS. 11 and 12 illustrate gradation display performance of a liquid crystal display device according to another embodiment of the present invention.
본 발명에 따른 액정 표시 장치에서는 양의 유전율 이방성을 갖는 액정 물질이 주입되어 있는 액정 셀의 한쪽 면은 하나의 화소를 두 개의 미소 영역으로 나누어 다른 방향으로 버핑하고, 반대쪽 면은 한쪽 방향으로 버핑하여 하나의 화소가 액정 분자의 비틀림 방향이 다른 두 개의 미소 영역으로 나뉘어지도록 하고, 한쪽 방향으로 버핑된 면의 바깥쪽에 하이브리드 배열을 갖는 보상 필름을 부착한다.In the liquid crystal display device according to the present invention, one surface of a liquid crystal cell into which liquid crystal material having a positive dielectric anisotropy is injected is divided into two microdomains and buffed in the other direction and the opposite surface is buffed in one direction A compensating film having a hybrid arrangement is attached to the outside of one surface of the buffered surface in one direction so that one pixel is divided into two microscopic regions having different torsional directions of liquid crystal molecules.
이 때, 두 영역의 비틀림 각(twist angle)은 서로 같도록 형성하며, 이 비틀림 각은 10 - 90o의 값을 가질 수 있다.In this case, the twist angles of the two regions are formed to be equal to each other, and the twist angle may have a value of 10-90 o .
그리고, 보상 필름은 보상 필름을 이루는 원반 모양의 분자의 경사 방향을 기판에 투사했을 때 인접하는 면의 버핑 방향과 동일한 방향이 되도록 부착한다.The compensation film is attached so that the oblique direction of the disk-like molecules forming the compensation film is the same as the direction of the buffering of the adjacent surface when projected on the substrate.
보상 필름은 하이브리드 타입의 보상 필름을 사용하거나 이와 같은 효과를 나타낼 수 있도록 다수의 일축성 보상 필름을 조합하여 사용할 수도 있다.The compensation film may use a hybrid type compensation film or a combination of a plurality of uniaxial compensation films so as to exhibit such an effect.
이제 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명에 따른 액정 표시 장치의 실시예에 대하여 상세히 설명한다.Hereinafter, embodiments of a liquid crystal display according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 1a 및 도 1b는 본 발명의 실시예에 따른 액정 표시 장치의 분해 사시도이다. 도 1a에 나타난 액정 표시 장치는 편광판의 투과축이 인접하는 배향막의 버핑 방향과 수직을 이루는 o 모드의 경우이고, 도 1b에 나타난 액정 표시 장치는 편광판의 투과축이 인접하는 배향막의 버핑 방향과 평행한 e 모드의 경우이다.1A and 1B are exploded perspective views of a liquid crystal display device according to an embodiment of the present invention. The liquid crystal display device shown in FIG. 1A is a mode of o mode in which the transmission axis of the polarizing plate is perpendicular to the buffing direction of the adjacent alignment film. In the liquid crystal display device shown in FIG. 1B, the transmission axis of the polarizing plate is parallel This is the case of one e mode.
도 1a 및 도 1b에 도시된 바와 같이, 액정 물질이 주입되어 있는 액정 셀(10)의 한쪽 면(11)은 하나의 화소가 두 개의 미소 영역으로 나누어져 다른 방향으로 버핑되어 있고, 반대쪽 면은 한쪽 방향으로 버핑되어 있어, 양쪽 영역의 액정 분자의 비틀림 방향이 반대로 되어 있다. 즉, 두 영역 중 왼쪽 영역은 왼쪽 방향으로 반대쪽 영역은 오른쪽 방향으로 비틀리게 되어 있으며, 두 영역의 비틀림 각은 같다. 비틀림 각(twist angle)은 90o이어야 할 필요는 없으며, 10 - 90o의 범위를 가질 수 있다. 액정 셀(10)의 반대쪽 면(12)은 한쪽 방향으로 버핑이 되어 있으며 버핑 방향은 두 영역으로 나뉜 면의 버핑 방향이 이루는 각의 이등분선의 방향과 같다. 한쪽 방향으로 버핑된 면(12)의 바깥쪽에 후지 필름 타입의 하이브리드 배열을 갖는 보상 필름(20)이 부착되어 있다. 이 보상 필름(20)은 보상 필름을 이루는 원반 모양의 분자의 경사 방향을 기판에 투사했을 때 인접하는 면의 버핑 방향과 동일한 방향이 되도록 부착되어 있다.As shown in FIGS. 1A and 1B, one surface 11 of the liquid crystal cell 10 into which liquid crystal material is injected is one pixel divided into two micro regions and buffed in the other direction, And the twist directions of the liquid crystal molecules in both regions are reversed. That is, the left area of the two areas is left-ward and the opposite area is right-ward, and the twist angles of the two areas are the same. The twist angle does not need to be 90 o , but it can have a range of 10 - 90 o . The opposite side 12 of the liquid crystal cell 10 is buffed in one direction and the buffing direction is the same as the direction of the bisector of the angle formed by the buffing directions of the two divided areas. A compensation film 20 having a hybrid arrangement of a Fuji film type is attached to the outside of the buffered face 12 in one direction. The compensation film 20 is attached so as to be in the same direction as the buffing direction of the adjacent surface when the oblique direction of the disc-shaped molecule of the compensation film is projected onto the substrate.
도 2에는 보상 필름(20)과 그에 인접하는 액정 표시 장치 기판(12) 및 액정 표시 장치에 전압이 인가되었을 때 기판 부근에서의 액정 분자의 배열 상태를 나타낸 단면도가 나타나 있다. 이 때 인가된 전압은 기판으로부터 수직인 방향을 갖고 있으며, 도면상에 굵은 실선으로 표시되어 있다.2 is a cross-sectional view showing the arrangement state of the liquid crystal molecules in the vicinity of the substrate when voltage is applied to the compensation film 20, the liquid crystal display substrate 12 adjacent thereto, and the liquid crystal display. The voltage applied at this time has a vertical direction from the substrate, and is indicated by a thick solid line on the drawing.
도면상에 점선으로 표시된 화살표가 액정 분자의 선경사의 방향을 나타내고, 실선으로 표시된 화살표는 보상 필름을 이루는 원반 모양 분자의 경사 방향을 나타낸다. 액정 분자의 선경사의 방향 및 보상 필름을 이루는 분자의 경사 방향을 기판에 투사시켜 보면, 동일한 방향이 됨을 알 수 있다.Arrows indicated by dotted lines on the drawing indicate the directions of the pre-warp yarns of the liquid crystal molecules, and arrows indicated by solid lines indicate the oblique directions of the disc-shaped molecules constituting the compensation film. It can be understood that when the direction of the pre-warp yarns of the liquid crystal molecules and the oblique direction of the molecules making up the compensation film are projected on the substrate, they are in the same direction.
보상 필름(20)의 바깥쪽과 액정 셀의 버핑 방향이 다른 두 영역으로 나뉘어 있는 쪽 면(11)의 바깥쪽에 각각 편광판(32, 31)이 부착되어 있다. 도 1a에 나타난 본 발명의 실시예에서는 각 편광판의 투과축은 인접하는 배향막의 버핑 방향과 수직을 이루는 o 모드를 취하고 있고, 도 1b에 나타난 본 발명의 실시예에서는 각 편광판의 투과축은 인접하는 배향막의 버핑 방향과 평행한 e 모드를 취하고 있다.Polarizers 32 and 31 are respectively attached to the outside of the side 11 where the outside of the compensation film 20 and the buffing direction of the liquid crystal cell are divided into two different regions. In the embodiment of the present invention shown in FIG. 1A, the transmission axis of each polarizing plate is in an o mode in which it is perpendicular to the buffing direction of the adjacent alignment film. In the embodiment of FIG. 1B, the transmission axis of each polarizing plate is And takes an e mode in parallel with the buffing direction.
본 발명의 실시예에 따른 액정 표시 장치의 광학적 특성을 시뮬레이션한 결과가 도 4 내지 도 11에 나타나 있다. 시뮬레이션에 사용된 액정 셀의 간격은 4.3㎛이고 MLC6418 액정 물질의 매개 변수들이 사용되었다. 하이브리드 배열을 갖는 보상 필름을 시뮬레이션하기 위하여 각각 다른 광축(optical axis)과 지연값(retardation value)을 갖는 5장의 일축성 보상 필름이 사용되었다.The results of simulating the optical characteristics of the liquid crystal display device according to the embodiment of the present invention are shown in Figs. The spacing of the liquid crystal cells used in the simulation was 4.3 μm and the parameters of the MLC 6418 liquid crystal material were used. In order to simulate a compensation film having a hybrid arrangement, five uniaxial compensation films having different optical axes and retardation values were used.
도 3에는 이 때 사용된 일축성 보상 필름의 광축의 방향과 지연값이 나타나 있다. 아래쪽에서부터 첫 번째 일축성 보상 필름(21)의 광축 (θ,φ)는 (0o, 90o)이고, 지연값 (no- ne)ㆍd는 40nm 이다. 두 번째 필름(22)의 (θ,φ)는 (7.5o, 270o), (no- ne)ㆍd는 30nm 이고, 세 번째 필름(23)의 (θ,φ)는 (22.5o, 270o)이고, (no- ne)ㆍd는 30nm 이며, 네 번째 필름(24)의 (θ,φ)는 (37.5o, 270o)이고, (no- ne)ㆍd는 30nm, 다섯 번째 필름(25)의 (θ,φ)는 (52.5o, 270o)이고, (no- ne)ㆍd는 30nm 이다.FIG. 3 shows the direction and delay value of the optical axis of the uniaxial compensation film used at this time. The optical axis of the first uniaxial compensation film 21 from below (θ, φ) is (0 o, 90 o), and the delay value (n o - n e) and d is 40nm. Two (θ, φ) of the second film 22 is (7.5 o, 270 o), (n o - n e) and d is 30nm, and the three (θ, φ) of the second film 23 (22.5 o , 270 o), and, (n o - n e) and and d is 30nm, the fourth film (24) (θ, φ) is (37.5 o, 270 o), and, (n o - n e) and d (?,?) Of the fifth film 25 is (52.5 o , 270 o ), and (n o - n e ) d is 30 nm.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 액정 표시 장치의 시야각 특성을 나타낸 그래프이다. 이 액정 표시 장치는 o 모드와 90o의 비틀림 각을 갖는다. 도 5 및 도 6에는 본 발명의 실시예에 따른 액정 표시 장치의 계조 표시 성능이 나타나 있다. 도 5는 액정 표시 장치를 편광판의 투과축과 평행한 방향에서 볼 경우 시야각에 따른 휘도의 변화를 나타낸 그래프이고, 도 6은 편광판의 투과축과 수직을 이루는 방향에서 보는 경우의 그래프이다.4 is a graph showing viewing angle characteristics of a liquid crystal display device according to an embodiment of the present invention. This liquid crystal display device has an o mode and a twist angle of 90 o . 5 and 6 show gradation display performance of a liquid crystal display according to an embodiment of the present invention. FIG. 5 is a graph showing a change in luminance according to a viewing angle when viewing the liquid crystal display device in a direction parallel to the transmission axis of the polarizing plate, and FIG. 6 is a graph showing the viewing angle in a direction perpendicular to the transmission axis of the polarizing plate.
도 7 내지 도 9는 e 모드를 갖는 본 발명의 실시예에 따른 액정 표시 장치의 시야각 특성 및 계조 표시 성능을 나타내고 있다. 도 7은 시야각 특성을 나타낸 그래프이고, 도 8 및 도 9는 각각 액정 표시 장치를 편광판의 투과축과 평행한 방향과 수직을 이루는 방향에서 볼 경우 시야각에 따른 휘도의 변화를 나타낸 그래프이다.FIGS. 7 to 9 show the viewing angle characteristics and gradation display performance of the liquid crystal display device according to the embodiment of the present invention having the e mode. FIG. 7 is a graph showing the viewing angle characteristics, and FIGS. 8 and 9 are graphs showing a change in luminance according to a viewing angle when viewing the liquid crystal display device in a direction perpendicular to the transmission axis of the polarizing plate, respectively.
도 4 내지 도 9에 나타난 바와 같이, 시야각과 계조 표시 성능이 우수하고, 특히 편광판의 투과축과 수직을 이루는 방향에서 볼 경우의 계조 표시 성능은 후지 필름에 의해 보상된 단일 영역 액정 표시 장치에 비해 많이 향상되었음을 알 수 있다. 뿐만 아니라, 본 발명의 실시예에 따른 액정 표시 장치의 경우 노란색으로의 색상 전이도 나타나지 않음이 확인되었다.As shown in Figs. 4 to 9, the viewing angle and the gradation display performance are excellent, and in particular, the gradation display performance in the case of viewing in the direction perpendicular to the transmission axis of the polarizer is superior to that of the single area liquid crystal display device compensated by the fuji film It can be seen that it has improved a lot. In addition, it has been confirmed that no yellow color transition occurs in the liquid crystal display according to the embodiment of the present invention.
액정 표시 장치 아래쪽의 계조 표시 성능은 비틀림 각을 줄일 경우 더욱 향상시킬 수 있다. 도 10 내지 도 12에는 각각 80o의 비틀림 각을 갖는 본 발명의 실시예에 따른 액정 표시 장치의 시야각 특성과 액정 표시 장치를 편광판의 투과축과 평행한 방향과 수직을 이루는 방향에서 볼 경우 시야각에 따른 휘도의 변화를 나타낸 그래프가 도시되어 있다. 도 6과 비교해 볼 때, 아래쪽의 계조 표시 성능이 눈에 띄게 좋아졌음을 알 수 있다.The gradation display performance under the liquid crystal display can be further improved by reducing the twist angle. 10 to 12 show viewing angle characteristics of a liquid crystal display device according to an embodiment of the present invention having a twist angle of 80 o and viewing angles when viewing the liquid crystal display device in a direction perpendicular to the transmission axis of the polarizing plate Is a graph showing the change in luminance according to the second embodiment. Compared with Fig. 6, it can be seen that the lower gradation display performance is remarkably improved.
본 발명의 실시예에 적용되는 보상 필름은 후지 필름이 아니어도 관계없으며, 이와 같은 효과를 나타낼 수 있는 어떤 다른 보상 필름도 사용할 수 있다. 예를 들면 SID'97, Digest, p.687에 개시된 것과 같은 구조의 보상 필름이 사용될 수도 있다. 보상 필름의 지연치 등은 최적화된 값이 아니며, 지연값이나 보상 필름을 이루는 분자들의 배열 방향 등을 최적화한다면 더 나은 결과를 얻을 수 있을 것임은 명백하다.The compensation film applied to the embodiment of the present invention may not be a FUJIFILM film but any other compensation film capable of exhibiting such effects may be used. For example, a compensation film having a structure such as that disclosed in SID'97, Digest, p. It is clear that the retardation value of the compensation film and the like are not optimized values and that a better result can be obtained by optimizing the delay value or the arrangement direction of the molecules constituting the compensation film.
상기한 바와 같이, 액정 셀의 한쪽 면은 하나의 화소를 두 영역으로 나누어 다른 방향으로 버핑하고, 반대쪽 면은 한쪽 방향으로 버핑하여 두 영역에서 액정 분자의 비틀림 방향이 서로 다르게 되도록 형성하고, 한쪽 방향으로 버핑된 면의 바깥쪽에 후지 필름 등과 같은 하이브리드 배열을 갖는 보상 필름을 부착함으로써 넓은 시야각과 좋은 계조 표시 성능을 얻을 수 있다.As described above, one surface of a liquid crystal cell is formed such that one pixel is divided into two regions and is buffered in the other direction and the opposite surface is buffered in one direction so that twist directions of liquid crystal molecules in the two regions are different from each other. A wide viewing angle and good gradation display performance can be obtained by attaching a compensation film having a hybrid arrangement such as a Fuji film to the outside of the buffered surface.
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