KR20010006153A - 디스플레이 장치 - Google Patents

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KR20010006153A
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KR1019997009232A
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Inventor
쇼에르드 스탈링가
피터 반데비테
Original Assignee
요트.게.아. 롤페즈
코닌클리케 필립스 일렉트로닉스 엔.브이.
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Abstract

본 발명은 이중-영역 형태의 일그러짐 네마틱 LCD 경우에 있어서, 더 나은 시각-각 의존도가 액정 분자가 균일하게 배향되는 한 면상에 복굴절 지연 포일(birefringent retardation foil)을 제공하여 얻어지고, 상기 지연 포일의 광축이 상기 배향에 평행한 평면에서 확장되는 것에 관한 것이다.

Description

디스플레이 장치{DISPLAY DEVICE}
개시부에서 언급된 형태의 디스플레이 장치는 WO 97/18459에 기술된다. 상기 자료에서 도시된 장치에서, (소위, 이중 영역 일그러짐 네마틱 LCD(Duel-Domain- Twisted-Nemati -LCD)) 픽셀은 시각 각 의존도를 줄이기 위해서 서부 픽셀로 나뉘어지고, 그럼으로써, 각 의존도는 두 개의 서브 픽셀에 대해 다르다. 상기 자료에서 보여진 예에서, 일 표면상에서, 픽셀의 다른 부분에 대해 다른 배향 방향을 유도하여 얻어진다. 상기 자료에서 보여진 장치에서, 이것은 다른 방향으로 선형 편광되는 UV-광으로 폴리(비닐 4-메탄-시너메이트) 층의 다른 부분을 조사함으로써 얻어진다. 다른 기판은 단지 하나의 방향에서 마찰되는 폴리이미드(polyimide)의 배향 층으로 덮여진다. 이중-영역 구조를 얻는 다른 방법은 예를 들면, 액정 물질에 반대의 카이얼(chiral) 도핑을 첨가하는 방법을 이용한다. 이러한 이중-영역 구조에서, 회색-스케일 반전은 상당히 감소하지만, 이것은 디스플레이된 이미지의 명암을 희생하여 얻어진다.
본 발명은 다수의 픽셀로 제공되는 디스플레이 셀을 구비한 액정 디스플레이 장치에 관한 것으로, 액정 물질의 분자 내에서 배향 방향을 유도하는 배향 층이 제공되는 제 1 기판과, 제 2 기판 사이의 네마틱(nematic) 액정 물질의 층을 포함하는데, 각 픽셀은 상반되는 일그러짐 방향의 두 서브 픽셀로 분할된다.
그런 디스플레이 장치는 예를 들면, 모니터, TV-제품, 및 예를 들면, 자동차 및 기구에서 사용된 디스플레이 장치에서 일반적으로 응용된다.
도 1은 본 발명에 따른 액정 디스플레이 장치의 일부분의 개략적인 횡단면도.
도 2는 도 1에서 도시된 디스플레이 장치의 일부분을 도시한 도면.
도 3은 도 2에서 보여진 장치에 유사한 공지된 장치의 광 동작을 이른바 굴절률 타원체(indicatrix)를 이용하여 개략적으로 설명하는 도면.
도 4는 본 발명에 따른 디스플레이 장치와 도 3에서 도시된 디스플레이 장치 사이의 차이점을 개략적으로 도시하는 도면.
도 5에서 7은 서로 다른 디스플레이 장치에 대한 등-대조(iso-contrast) 곡선을 도시하는 도면.
특히, 본 발명의 목적은 위에서 언급된 형태의 디스플레이 장치를 제공하는 것이고, 디스플레이된 이미지의 명암이 큰 각도 범위(특히 수평방향에서)에서 개선되지만, 회색-스케일 반전은 거의 또는 전혀 생기지 않는다.
이러한 목적을 성취하기 위하여, 본 발명에 따른 디스플레이 장치는, 디스플레이 셀이 교차된 편광기 사이에서 위치되는데, 하나의 편광기는 배향의 제 1 방향에 실제적으로 평행한 편광 평면을 구비하고, 디스플레이 장치가 제 1 편광기의 편광 평면에서 확장하는 광 주축을 구비하는 지연 포일(foil)이 제공되고, 제 1 기판을 통해서 평면의 법선에 대해서 기울어지는 것을 특징으로 한다.
0°＜ α ＜ 90°일 때, 기판(평면)(지지대)의 표면의 법선에 대해서, 광 주축이 각도 α를 형성한다는 것이 경사 광 주축에 의하여 의미된다.
자기 지탱(self-support) 여부와 상관없이, 지연 포일은 복굴절(birefringent) 물질의 층 또는 광학적으로 보상하거나 지연하는 효과를 가진 층(광학적으로 이방성인 층)을 의미한다. 복굴절의 경우에서, 굴절률은 광빔과 관련된 전기장의 벡터의 방향의 함수로서 변한다. 복굴절 물질은 단지 하나의 축을 구비하는데, 상기 축을 따라서 전기장의 벡터를 가진 광빔이 이상 굴절률(ne)로 반사되는 것을 적용한다. 관련 축은 물질의 광 주축으로서 또한 언급된다. 이 축에 직각인, 전기장의 벡터를 가진 광빔에 대해서, 굴절률은 모든 방향에 대해 동일할 수 있다(정상 굴절률(no)). 만약 굴절률이 이 축에 직각인 방향으로 변한다면, 물질은 2축 물질로 언급된다. 이와 같은 적용에서, "층(포일)의 광 주축"은 층(포일)의 두께를 가로지르는 평균 광 주축을 의미한다. 물질의 형태와 층의 구조에 따라, 물질의 광 주축은 예를 들면, 층에 직각인 평면 내에서 변할 수 있다. 그 변화는 예를 들면, 측의 평면에 대해서 광 주축 각도에서 발생하고; 그럼으로써, 상기 층의 굵기를 가로지르는 유효 굴절률을 변화시킨다. 층에 횡방향으로 보여지지만, 또한 층의 평면에서 광 주축의 방향은 변할 수 있다.
본 발명은 동작 상태에서 액정 분자가 두 개의 서브-셀에 대해서 다른 일그러짐을 준다는 사실에 기초하지만, 제 1 기판 근처에 위치된 액정층에 대해서 이러한 일그러짐은 동일하다고 간주될 수 있다. 만약 이 지연 포일이 액정 층에 횡방향으로 확장하는 축을 가진 작은 각을 포함하는 주축을 가진 굴절률 타원체(indicatrix)를 갖는다면, 액정 층의 이 부분은 지연 포일에 의해 최적으로 보상된다. 그럼으로써, 이중-영역 구조를 이용하여 얻어진 회색-스케일 반전 축소가 유지되면서, 명암이 상당히 개선된다.
본 발명에 따른 디스플레이 장치의 일 실시예는, 지연 포일이 제 1 기판 평면에 평행한 평면에서 광 주축을 구비한 제 1 서브-포일과, 제 1 기판 평면의 법선에 대해서 경사진 광 주축을 갖는 제 2 서브-포일을 포함하는 것을 특징으로 한다.
원리상, 이러한 지연 포일에 대한 물질은 모든 액정 물질이 이용될 수 있다. 그렇지만, 바람직하게는 액정 중합 물질이 이용되며, 중합 물질은 단량체(monomer)의 반응 생성물이거나 또는 반응 그룹을 포함하는 단량체의 혼합이다. 그런 중합 물질은 액정 단량체의 배향이 중합에 앞서서 일어날 수 있다는 이점을 갖는다. 중합은 이러한 배향이 원래 있었던 것 같이 설정되도록 한다. 그러한 혼합은, 액정 특성을 잃지 않고, 비반응 (액정) 물질 및/또는 비 액정 단량체를 부가적으로 포함할 수 있다는 것이 지적된다. 반응 단량체는 액정 그룹을 포함하는 것이 바람직하다.
지연 포일의 보다 상세한 사항이 WO 97/44703에 기술되어 있다. 지연 포일은 산화 탄탈, 산화 텅스텐, 산화 실리콘 및 산화 티타늄 또는 다이크로닉(dichroic) 물질에 의해 형성된 그룹의 물질을 또한 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 디스플레이 장치의 추가적인 실시예는 디스플레이 셀이 지연 포일과 하나 이상의 추가적인 지연 포일 사이에서 위치되는 것을 특징으로 한다. 전류가 통하는 상태에서, 두 개의 서브-셀의 상태는 서브-셀이 제 2 기판 근처에서 동일하다고 간주되지 않는다. 양호하게, 보다 나은 지연 포일을 위해서, 광축이 액정 물질의 배향 방향에 실제적으로 수직으로 확장되는 양(+)의 복굴절 포일이나, 광축이 이 기판에 수직적으로 확장하는 음(-)의 복굴절 포일이 사용된다. 또한 2축의 복굴절 포일이 사용될 수 있다.
본 발명의 이러한 측면과 다른 측면들이 이후에 서술되는 실시예를 참조하여 명백해지고 명료해질 것이다.
도 1은 전극(5, 6)이 제공된, 예를 들면 유리와 같은 두 개의 기판(3, 4) 사이에 끼워진 일그러짐 네마틱 액정 물질(2)을 가진 액정 셀(1)을 포함하는, 예를 들면 픽셀의 크기인, 액정 디스플레이 장치의 일부분의 개략적인 횡단면도이다. 이 장치는 서로 수직한 편광 방향을 가진 두 개의 편광기(7, 8)를 더 포함한다. 각 픽셀은 서브-픽셀(10a, 10b)로 분할된다(이중-영역 장치). 이 셀은 기판의 내부 벽에서 액정 물질을 배향하는 배향 층(도시되지 않음)을 더 포함한다. 이 예에서, 기판(3)의 위치에서 분자들은 편광기(7)의 편광 축에 병렬로 대향 방향(16a, 16b)으로 배향되고, 기판(4)의 위치에서 분자는 편광기(8)의 편광 축에 병렬로 배향되어, 서브 픽셀(10a, 10b)은 상반되는 일그러짐 방향으로, 거의 90도의 일그러짐 각을 구비한다. 이 경우에, 액정 물질은 양인 광 이방성과 양인 유전체 이방성을 갖는다. 따라서, 전극(5, 6)이 전기 전압으로 전류가 흐르면, 분자 및 더 나아가 디렉터(director)들은 장(field)을 향해서 배향된다. 결과적으로, 이상적인 경우에서 모든 분자는 두 개의 기판(도 2에서 상황(11))에 실제적으로 수직적으로 확장한다. 실제적으로, 이런 상황이 아주 높은 전압을 요구하는데; 통상적인 전압에서, 분자들은 도 2에서 상황(12a)에 해당하는 기판(3, 4)에 수직한 작은 각을 만든다. 결과적으로, 방향(13)으로부터, 이 전압을 여전히 통과하는 임의의 광에 대해 강하고 게다가 비대칭인 각 의존도가 발생하도록 분자의 방향에서 주로 보인다. 이 각 의존도는 이른바 "광 굴절률 타원체(optical indicatrix)"를 이용하여 설명되어질 수 있는데, 광 굴절률 타원체는 광의 전기장 성분의 벡터가 진동할 수 있는 각 방향에 대한 굴절률의 3차원 기하학적인 표현이다. 광학적으로 등방성 물질에 대하여, 이 광 굴절률 타원체는 구형이고, 2축의 물질에 대해서 타원형이고, 단일축 물질에 대해서 축에 대칭하는 타원형이다. 이상적인 경우에서, 동작 상태에서 액정 층이 그것의 두께에 걸쳐서 실제적으로 단일축이기 때문에(거의 모든 분자 층에서, 기판 근처에서 분자 층을 제외하고, 분자는 기판에 직각으로 확장한다), 도 2의 상황(11)은 타원형의 형태와 액정 층을 가로질러 확장하는 주축을 가진 도 3의 굴절률 타원체(14)로 표시될 수 있고, 기판에 직각인 굴절률(nz)은 기판에 평행한 평면에서 굴절률보다 더 크다(nx=ny).
복굴절은 액정이 등방성이 아니기 때문에 발생한다. 이 복굴절은 액정층을 가로지르는 축을 가진 도 3에서 타원형의 굴절률 타원체(15)를 이용하여 증명적으로 보상될 수 있고, 기판에 직각인 굴절률(nz)은 기판에 평행한 평면에서 굴절률보다 더 작다(nx=ny).
실제로 사용되는 전압에서, 분자는 서브-픽셀(10a)의 경우 도 2에서 도시된 상황(12a)에 대응하는 기판(3, 4)의 법선에 작은 각을 포함한다. 보다 실제적인 상황에서, 굴절률 타원체(14')는 액정 층을 가로질러 확장하는 축을 가진 작은 각을 포함하는 주축을 구비한다; 굴절률 타원체(14)는 이 축에 대하여 원래 모습에서 약간 기울어진다. 이와 같은 경우 적절한 보상은 이 축에 대하여 동일한 방식으로 원래 모습의 굴절률 타원체(15)를 기울여서 얻어진 굴절률 타원체(15')를 갖는 지연 층(보상 층)(9)에 의해서 이루어진다.
본 발명에 따른 장치에서, 각 픽셀은 기판(3)에서 다른 배향 방향(16)을 갖는 두 개의 서브-픽셀(10a, 10b)을 포함한다; 통상적인 전압에서, 분자는 다시 기판(3, 4)의 법선에 작은 각을 포함하지만, 이 각은 서브-픽셀(10b)의 경우 도 2에서 상황(12b)에 대응한다. 결과적으로, 방향(13)에서 보면, 분자의 방향으로 보이지 않는다. 결과적으로, 굴절률 타원체(15')는 서브-픽셀(12b)에 대해 적절하지 않다. 해당 광축은 기판에 직각인 축에 대하여 90 도로 회전되어야만 하는데, 회전된 굴절률 타원체의 광축은 실제적으로 서브-픽셀(12b)의 평균 굴절률 타원체를 보상한다.
본 발명에 따라서, 디스플레이 셀(도 4 참조)은 편광기(8)의 편광 평면에 위치하고, 기판(4)의 법선에 대해서 기울어진 광 주축을 가진 지연 포일(9)을 포함한다. 기판(4) 근처의 분자가 한 방향에서 배향되기 때문에, 굴절률 타원체(18)를 이용하여 표시되는, 하반부에서 분자의 행동은 두 개의 서브-픽셀에 대해 실제적으로 동일하다(최대 동작하에서). 이 부분에 대한 양호한 보상은 굴절률 타원체(17)를 가진 지연 포일(보상 층)(9)에 의하여 얻어진다. 지연 포일(9)은 편광기(8)의 편광 평면에 위치되고 기판(4)의 법선에 대하여 기울어진 광 주축을 구비한다.
적절한 지연 포일(9)은 예를 들면, 기판(4)의 평면에서 광축을 가진 양의 복굴절 포일(9a)과 기판(4)의 평면에 대하여 기울어진 광축을 가진 양의 복굴절 포일(9b)을 포함한다. 이러한 두 개의 축에 의해 한계가 정해진 평면은 최대 동작(포화 전압에서)하에서 하반부에서 디렉터의 평균 방향에 실제적으로 수직적으로 확장한다. 포일(9a,b)은 서로 교환될 수 있다.
상반부에서 상호 수직인 두 개의 방향에 배향되는, 기판(3) 근처의, 분자의 거동은 굴절률 타원체(19a, 19b)를 이용하여 유사한 방법에서 나타낼 수 있다. 이 반의 최적 보상을 위해서, 픽셀은 지연 포일(20), 양호하게 액정 물질의 배향 방향에 직각으로 확장하는 광축의 양의 복굴절 포일, 또는 기판에 직각으로 확장하는 광축의 음의 복굴절 포일로 제공된다. 또한 2축으로 복굴절 지연 포일이 사용될 수 있다.
도 5에서 7은 서브-픽셀(10a, 10b)로 나뉘어진 픽셀을 포함하는 다른 디스플레이 장치(이중-영역 장치)에 대해 등-대조 곡선을 도시한다.
도 5는 지연 포일 없이 디스플레이 장치에 대해 등-대조 곡선을 도시한다. 도면은, 곡선이 시각 방향(21)에 대해 최적화되는 등-대조 곡선과 시각 방향(22)에 대해 최적화되는 등-대조 곡선으로부터 야기되는 곡선을 명료하게 도시한다.
도 6은 상호 수직적으로 펼쳐진 지연 포일을 포함하는 디스플레이 장치에 대한 등-대조 곡선을 도시한다. 이 등-대조 곡선은 도 5에서 도시된 것보다 훨씬 더 대칭적이지만, 각의 범위는 실제적으로 동일하다.
마지막으로, 도 7은 한 방향에서 마찰이 발생하는 한 면상의 지연 포일(9a, 9b)을 포함하는 본 발명에 따른 디스플레이 장치에 대한 등-대조 곡선을 도시한다. 특히 수평적인 시각 각은 도 6, 7에서 도시된 것에 비하여 상당히 증가된다(100의 대조 값을 가진 영역에 대해 거의 4만큼). 이 장치에서, 또한 회색-스케일 반전은 도 6, 7에서 도시된 것에 비하여 상당히 감소된다. 위에서 언급된 바와 같이, 대조의 보다 나은 개선과 시각 각의 증가는 픽셀의 다른 면상에서 부가적인 지연 포일을 이용하여 얻어질 수 있다.
도 7에서, 수평적인 방향에서 시각 각은 상당히 증가한다. 지연 포일의 축을 변경하는 동시에 서브-픽셀을 90도 회전시켜, 수직 방향에서 시각 각의 개선이 물론 얻어진다.

Claims (7)

  1. 복수의 픽셀이 제공되는 디스플레이 셀을 가진 액정 디스플레이 장치로서, 액정 물질의 분자에 배향 방향(orientation direction)을 유도하는 배향 층이 제공되는 제 1 기판과 제 2 기판 사이에 네마틱(nematic) 액정 물질의 층을 포함하고, 각 픽셀이 상반되는 일그러짐 방향의 두 개의 서브 픽셀로 나뉘는 액정 디스플레이 장치에 있어서,
    상기 디스플레이 셀은 배향의 제 1 방향에 실제적으로 평행한 편광 평면을 어느 한 쪽에 구비하는 교차된 편광기 사이에서 위치되고,
    제 1 편광기의 편광 평면에서 확장하는 광 주축을 구비하는 지연 포일(retardation foil)로 제공되고, 상기 제 1 기판을 통과하는 평면의 법선에 대해서 기울어지는 것을 특징으로 하는 액정 디스플레이 장치.
  2. 제 1항에 있어서, 제 2 기판은 상기 액정 물질의 분자에서 두 개의 배향 방향을 유도하는 배향 층이 제공되는 것을 특징으로 하는 액정 물질.
  3. 제 1항에 있어서, 상기 편광기는 실제적으로 서로 직각으로 교차하는 것을 특징으로 하는 액정 디스플레이 장치.
  4. 제 1항에 있어서, 상기 지연 포일은 상기 제 1 기판 평면에 평행한 평면에서 광 주축을 구비한 제 1 서브-포일과, 상기 제 1 기판 평면의 법선에 대해서 기울어진 광 주축을 구비하는 제 2 서브-포일을 포함하는 것을 특징으로 하는 액정 디스플레이 장치.
  5. 제 1항에 있어서, 상기 지연 포일의 상기 광 주축은 포화 전압 정도의 픽셀을 교차하는 전압에서 상기 액정 물질의 디렉터의 상기 평균 방향에 실제적으로 직각으로 확장하는 평면에 놓이는 것을 특징으로 하는 액정 디스플레이 장치.
  6. 제 1항에 있어서, 지연 포일은 상기 제 1 기판의 한 면에 위치되는 것을 특징으로 하는 액정 디스플레이 장치.
  7. 제 1항에 있어서, 상기 디스플레이 셀은 상기 지연 포일과 하나 이상의 추가적인 지연 포일 사이에 위치되는 것을 특징으로 하는 액정 디스플레이 장치.
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