KR20010007574A

KR20010007574A - 광시야각도범위를 갖는 액정표시장치

Info

Publication number: KR20010007574A
Application number: KR1020000036323A
Authority: KR
Inventors: 사카모토가츠히토
Original assignee: 가시오 가즈오; 가시오게산키 가부시키가이샤
Priority date: 1999-06-30
Filing date: 2000-06-29
Publication date: 2001-01-26
Also published as: EP1069461A3; CN1281157A; CN1161644C; EP1069461A2; DE60008643T2; DE60008643D1; EP1069461B1; JP2001013501A; KR100335662B1; US6307608B1; JP4032568B2; HK1034320A1; TWI282459B

Abstract

본 발명은 광시야각도범위를 갖는 액정표시장치에 관한 것으로, 한쌍의 기판으로 이루어지는 액정소자와 전면측편광판의 사이 및 상기 액정소자와 후면측편광판의 사이에 각각 필름면의 법선에 대해 특정방향으로 경사진 축방향의 굴절률이 최소로 되는 마이너스의 광학이방성을 갖는 제 1 및 제 2 위상차필름을 그 축방향의 필름면을 따른 방향성분을 상기 액정소자 각각의 배향처리방향을 향해 배치하고, 또한 상기 제 1 위상차필름과 인접하는 전면측편광판과의 사이에 필름면내에 굴절률이방성을 갖는 상기 제 3 위상차필름을 필름면내의 최대굴절률방향을 상기 전면측편광판의 흡수축과 평행 또는 수직으로 배치하고 있으며, 액정표시장치에 법선방향에 대해 경사방향으로 입사하는 빛이 발생하는 지연차를 제 3 위상차필름에 보상되고, 또한 액정층의 기판 근처의 액정분자에 잔류하는 지연을 제 1 및 제 2 위상차필름에 보상되어 입사각도에 의존하는 일없이 넓은 시야각도에 있어서 콘트라스트가 높은 표시를 얻을 수 있는 것을 특징으로 한다.

Description

광시야각도범위를 갖는 액정표시장치{LIQUID CRYSTAL DISIPLAY DEVICE HAVING A WIDE RANGE OF SIGHT ANGLE}

본 발명은 광시야각도범위를 갖는 액정표시장치에 관한 것이다.

종래, 액정표시장치는 일반적으로 TN(Twisted Nematic)형 또는 STN(Super Twisted Nematic)형의 것이 이용되고 있다.

이들의 액정표시장치는 내면에 투명한 전극이 형성된 전후(前後) 한쌍의 투명기판 사이에 액정분자가 상기 한쌍의 기판 사이에 있어서, 소정의 트위스트각으로 트위스트배향한 액정층이 설치된 액정소자와 상기 액정소자를 끼워서 배치된 전면측편광판 및 후면측편광판으로 이루어져 있다.

그러나 이들의 상기 TN형 또는 STN형의 액정표시장치는 그 표시를 양호한 콘트라스트로 관찰할 수 있는 관찰각도범위, 즉 시야각이 좁다고 하는 문제를 갖고 있다.

즉 종래의 TN형액정표시장치는 액정표시장치에 법선방향으로부터 입사한 빛에 대해 경사방향으로부터 입사한 빛은 액정층을 통과하는 광통로길이가 입사각도에 따라 다르기 때문에, 입사각도에 따른 지연이 발생하여 빛의 입사방향, 즉 관찰방향에 따라 투과율이 달리 있었다. 따라서 표시를 양호한 콘트라스트로 관찰할 수 있는 관찰각도범위, 즉 시야각이 좁고, 또 표시에 대색(帶色)을 발생했었다.

본 발명의 목적은 넓은 시야각을 얻을 수 있는 액정표시장치를 제공하는 것이다.

상술한 목적을 달성하기 위해 본 발명의 제 1 관점에 의한 액정표시장치 (liquid crystal display)는,

내면에 전극이 형성된 전후 한쌍의 기판에 대향하는 면 각각에 소정의 방향으로 배향처리된 배향막을 갖고, 상기 한쌍의 기판 사이에 액정층이 설치된 액정소자(liquid crystal cell)와,

상기 액정소자의 관찰측인 전면과 그 반대측의 후면 각각에 흡수축이 인접하는 기판에 설치된 상기 배향막의 배향처리방향에 대해 소정의 각도를 이루도록 배치된 한쌍의 편광판과,

필름면의 법선(normal line)에 대해 특정방향으로 경사진 방향에 굴절률이 최소로 되는 축방향을 갖고, 상기 축방향의 필름면을 따른 방향성분(direction component)을 상기 액정소자의 전면측기판에 설치된 배향막의 배향처리방향을 따르도록 상기 액정소자의 전면측편광판과 액정소자의 사이에 배치된 제 1 위상차필름과,

필름면의 법선에 대해 특정방향으로 경사진 방향에 굴절률이 최소로 되는 축방향을 갖고, 상기 축방향의 필름면을 따른 방향성분을 상기 액정소자의 후면측기판에 설치된 배향막의 배향처리방향을 따르도록 상기 액정소자의 후면측편광판과 액정소자의 사이에 배치된 제 2 위상차필름과,

필름면내에서 굴절률이방성을 갖고, 상기 제 1 위상차필름과 전면측편광판의 사이, 또는 상기 제 2 위상차필름과 후면측편광판의 사이 중 적어도 한쪽에 필름면내에서 굴절률이 최대로 되는 방향이 인접하는 편광판의 흡수축과 대략 평행 또는 수직으로 되도록 배치된 제 3 위상차필름으로 이루어진다.

본 발명의 제 1 관점에 의한 액정표시장치에 따르면,

액정층을 끼워두는 양전극에 전압이 인가되었을 때에 상기 액정층의 전면측 및 후면측 각 기판 근처에 있어서 충분히 인가방향으로 배향하지 않는 액정분자의 영향에 의한 잔류지연을 제 1 및 제 2 위상차필름이 각각 보상하고,

또한 한쪽의 편광판을 통과한 빛이 상기 액정층을 통과할 때에 입사각도에 따라 다른 지연의 차를 제 3 위상차필름이 보상하는 것이다.

따라서 본 발명의 액정표시장치는 넓은 시야각도범위에 있어서 밝은 표시와 어두운 표시를 실현할 수 있어 최대투과율과 최소투과율의 비인 콘트라스트비가 높은 표시를 실현할 수 있다.

또한 본 발명의 액정표시장치에 있어서 상기 제 1 및 제 2 위상차필름은 상기 제 1 및 제 2 위상차필름의 한쪽면으로부터 다른쪽면으로 향해 액정분자가 상기 한쪽면을 따른 배향상태로부터 서서히 일어선 상태로 되도록 배향한 디스코틱액정층(discotic liquid crystal layer)으로 이루어져 있고, 상기 디스코틱액정층의 두께방향의 중간층의 디스코틱액정분자의 평균적인 분자축방향을 따른 방향에 굴절률이 최소로 되는 축방향을 가지며, 상기 제 1, 제 2 위상차필름의 축방향의 각각의 필름면을 따른 방향성분이 각각 인접하는 각 기판의 배향처리방향으로 평행하게 되도록 배치되어 있다.

이 액정표시장치에 따르면 상기 제 1 및 제 2 위상차필름의 디스코틱액정층이 전면측기판 및 후면측기판 근처의 액정분자에 의한 잔류지연을 보상할 수 있다.

또한 본 발명의 액정표시장치에 있어서,

상기 액정소자는 전면측기판에 설치된 배향막의 배향처리방향과 상기 후면측기판에 설치된 배향막의 배향처리방향이 서로 직교하고, 상기 양기판의 간극에 트위스트배향시킨 액정층을 끼워두어 이루어지며,

상기 한쌍의 편광판은 각각의 흡수축이 상기 액정소자의 인접하는 기판에 설치된 배향막의 배향처리방향과 각각 평행으로 되도록 배치되어 이루어지고,

상기 제 3 위상차필름은 상기 필름면내의 굴절률이 최대로 되는 방향이, 인접하는 편광판의 흡수축과 대략 평행한 방향을 향해 배치되어 있다.

이 액정표시장치에 따르면 한쪽의 편광판을 통과한 빛이 상기 액정층을 통과할 때에 입사각도에 따른 지연의 상위(相違)를 제 3 위상차필름이 보상하기 때문에, 입사각도에 따라 투과율이 변화하는 일이 없고, 또한 액정층을 끼워두는 양전극에 전압이 인가되었을 때에 제 1 위상차필름이 전면측기판 근처의 액정분자의 배향에 의한 잔류지연을 보상하고, 제 2 위상차필름이 후면측기판 근처의 액정의 배향에 의한 잔류지연을 보상하여 상기 각 잔류지연에 의한 콘트라스트의 저하를 방지할 수 있다.

즉 액정소자의 법선방향에 대해 경사하여 액정층에 입사하는 빛의 지연은 상기 법선방향으로 입사한 빛의 지연과 상위하다. 이 지연의 상위를 제 3 위상차필름을 통과하는 과정에서 그 필름면내의 굴절률이방성에 의해 대략 상쇄함으로써 상기 액정층을 통과할 때에 발생하는 지연의 상위를 보상할 수 있다.

따라서 후면측편광판을 통과한 빛은 입사각도에 의존하는 일없이 상기 양전극에 전압을 인가하면 전면측편광판의 흡수축과 대략 평행한 진동방향의 편광빛으로 되어 흡수되고, 양전극에 전압을 인가하면 전면측편광판의 흡수축과 직교하는 진동방향의 편광빛으로 되어 통과할 수 있다.

또한 액정층을 끼워두는 양전극에 전압이 인가되었을 때에는 인가방향으로 배열한 액정층의 중간부분을 제외한 양기판 근처의 기판면을 따라 배열한 액정분자의 잔류지연이 제 1 및 제 2 위상차필름에 보상되어 한쪽의 편광판으로부터 입사한 빛은 직선편광의 상태로 상기 액정층과 제 1 및 제 2 위상차필름을 통과하여 다른쪽 편광판의 흡수축에 흡수되어 어둡게 된다.

따라서 본 발명의 액정표시장치는 액정소자에의 입사각도의 틀림에 따라 발생하는 액정층의 지연차나 전압인가 때의 액정층의 기판 근처의 액정분자에 의한 잔류지연을 보상함으로써 액정소자에의 입사각도에 의한 투과율의 변화가 적고, 또한 액정층에의 전압제어에 의해 투과율의 제어가 양호하게 될 수 있기 때문에, 넓은 시야각도범위에 있어서 최대투과율과 최소투과율의 비인 콘트라스트비를 향상시킬 수 있다.

또한 상기 제 3 위상차필름은 제 1 위상차필름과 전면측편광판의 사이, 또는 제 2 위상차필름과 후면측편광판의 사이 중 적어도 한쪽에 배치되어 있는 것이 바람직하다.

또한 제 3 위상차필름은 필름면내에서 굴절률이 최대값을 나타내는 방향을 s축으로 하고, 필름면내에서 상기 s축과 직교하는 방향을 f축으로 하며, 필름면의 법선방향을 z축으로 하고, s축의 굴절률을 ns, f축의 굴절률을 nf, z축의 굴절률을 nz로 하면, 그들의 굴절률에는,

0 ＜ (ns-nz) / (ns-nf) ≤ 1의 관계를 만족시키는 것이 바람직하다.

또한 상기 액정소자 액정층의 복굴절률 Δn과 액정층 두께 d의 곱 Δnd의 값은 300㎚∼500㎚의 범위이고, 제 3 위상차필름은 그 두께를 d′로 했을 때 (ns-nf)·d′의 값이 250㎚∼450㎚의 범위이며, 또한 (ns-nz)·d′의 값이 70㎚∼450㎚의 범위인 지연을 가지고 있는 것이 바람직하다.

또 제 3 위상차필름은 그 필름면내에서 굴절률이 최대로 되는 방향이, 인접하는 편광판의 흡수축과 대략 직교하는 방향을 향해 배치되어 있어도 좋다.

도 1은 본 발명의 제 1 실시예를 나타내는 액정표시장치의 분해사시도.

도 2는 상기 액정표시장치 일부분의 단면도.

도 3은 상기 액정표시장치에 이용한 광학이방성필름의 모식적단면도.

도 4는 (ns-nz) / (ns-nf) = 1, (ns-nf)·d′= 260㎚, (ns-nz)·d′= 260㎚ 특성의 제 3 위상차필름을 이용하여 전면(前面)측편광판의 흡수축에 대한 s축의 방향을 평행으로 한 액정표시장치의 시야각도범위를 나타내는 도면.

도 5는 (ns-nz) / (ns-nf) = 1, (ns-nf)·d′= 260㎚, (ns-nz)·d′= 260㎚ 특성의 제 3 위상차필름을 이용하여 전면측편광판의 흡수축에 대한 s축의 방향을 직교(直交)로 한 액정표시장치의 시야각도범위를 나타내는 도면.

도 6은 (ns-nz) / (ns-nf) = 1, (ns-nf)·d′= 350㎚, (ns-nz)·d′= 350㎚ 특성의 제 3 위상차필름을 이용하여 전면측편광판의 흡수축에 대한 s축의 방향을 평행으로 한 액정표시장치의 시야각도범위를 나타내는 도면.

도 7은 (ns-nz) / (ns-nf) = 1, (ns-nf)·d′= 350㎚, (ns-nz)·d′= 350㎚ 특성의 제 3 위상차필름을 이용하여 전면측편광판의 흡수축에 대한 s축의 방향을 직교로 한 액정표시장치의 시야각도범위를 나타내는 도면.

도 8은 (ns-nz) / (ns-nf) = 1, (ns-nf)·d′= 440㎚, (ns-nz)·d′= 440㎚ 특성의 제 3 위상차필름을 이용하여 전면측편광판의 흡수축에 대한 s축의 방향을 평행으로 한 액정표시장치의 시야각도범위를 나타내는 도면.

도 9는 (ns-nz) / (ns-nf) = 1, (ns-nf)·d′= 440㎚, (ns-nz)·d′= 440㎚ 특성의 제 3 위상차필름을 이용하여 전면측편광판의 흡수축에 대한 s축의 방향을 직교로 한 액정표시장치의 시야각도범위를 나타내는 도면.

도 10은 (ns-nz) / (ns-nf) = 0. 3, (ns-nf)·d′= 205㎚, (ns-nz)·d′= 80㎚ 특성의 제 3 위상차필름을 이용하여 전면측편광판의 흡수축에 대한 s축의 방향을 평행으로 한 액정표시장치의 시야각도범위를 나타내는 도면.

도 11은 (ns-nz) / (ns-nf) = 0. 3, (ns-nf)·d′= 205㎚, (ns-nz)·d′= 80㎚ 특성의 제 3 위상차필름을 이용하여 전면측편광판의 흡수축에 대한 s축의 방향을 직교로 한 액정표시장치의 시야각도범위를 나타내는 도면.

도 12는 (ns-nz) / (ns-nf) = 0. 3, (ns-nf)·d′= 350㎚, (ns-nz)·d′= 105㎚ 특성의 제 3 위상차필름을 이용하여 전면측편광판의 흡수축에 대한 s축의 방향을 평행으로 한 액정표시장치의 시야각도범위를 나타내는 도면.

도 13은 (ns-nz) / (ns-nf) = 0. 3, (ns-nf)·d′= 350㎚, (ns-nz)·d′= 105㎚ 특성의 제 3 위상차필름을 이용하여 전면측편광판의 흡수축에 대한 s축의 방향을 직교로 한 액정표시장치의 시야각도범위를 나타내는 도면.

도 14는 (ns-nz) / (ns-nf) = 0. 3, (ns-nf)·d′= 420㎚, (ns-nz)·d′= 126㎚ 특성의 제 3 위상차필름을 이용하여 전면측편광판의 흡수축에 대한 s축의 방향을 평행으로 한 액정표시장치의 시야각도범위를 나타내는 도면.

도 15는 (ns-nz) / (ns-nf) = 0. 3, (ns-nf)·d′= 420㎚, (ns-nz)·d′= 126㎚ 특성의 제 3 위상차필름을 이용하여 전면측편광판의 흡수축에 대한 s축의 방향을 직교로 한 액정표시장치의 시야각도범위를 나타내는 도면.

도 16은 제 3 위상차필름을 생략한 비교장치의 시약각도범위를 나타내는 도면.

도 17은 본 발명의 제 2 실시예를 나타내는 액정표시장치의 분해사시도.

도 18은 본 발명의 제 3 실시예를 나타내는 액정표시장치의 분해사시도.

※도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명

1: 액정소자 2, 3: 기판

2a: 전면측기판의 배향처리방향 3a: 후면측기판의 배향처리방향

4, 5: 전극 6: TFT

7, 8: 배향막 9: 네마틱액정층

11, 12: 편광판 11a, 12a: 흡수축

13: 제 1 위상차필름 14: 제 2 위상차필름

15: 베이스필름 16: 배향처리막

17: 디스코틱액정층 18: 디스코틱액정분자

19, 19′: 제 3 위상차필름 N: 굴절률이 최소로 되는 방향

(제 1 실시예)

도 1∼ 도 15는 본 발명의 제 1 실시예를 나타내고 있고, 도 1은 액정표시장치의 분해사시도, 도 2는 상기 액정표시장치 일부분의 단면도이다.

도 1 및 도 2에 나타내는 바와 같이 이 실시예의 액정표시장치는 액정소자 (1)와 액정소자(1)를 끼워서 배치된 전면측편광판(11) 및 후면측편광판(12)을 구비하고, 상기 액정소자(1)와 전면측편광판(11)의 사이에 제 1 위상차필름(13)과, 상기 액정소자(1)와 후면측편광판(12)의 사이에 제 2 위상차필름(14)을 설치한다. 이 제 1 위상차필름(13)과 인접하는 전면측편광판(11)의 사이에 제 3 위상차필름 (19)을 구비하고 있다.

상기 액정소자(1)는 도시하지 않는 틀상의 시일재를 통해 접합된 전후 한쌍의 투명기판(2, 3) 사이의 상기 시일재로 둘러싸인 영역에 네마틱액정층(9)을 설치한 것이고, 상기 한쌍의 기판(2, 3)의 내면에는 각각 투명한 전극(4, 5)이 형성되어 있다.

또한 이 실시예에서 이용한 액정소자(1)는 액티브매트릭스방식의 것이고, 후면측기판(도 2에 있어서 하측의 기판)(3)의 내면에 형성된 전극(5)은 행방향 및 열방향으로 매트릭스상으로 배열하는 복수의 화소전극, 전면측기판(2)의 내면에 형성된 전극(4)은 상기 복수의 화소전극(5)에 대향하는 한장모양상의 대향전극이다. 또 상기 후면측기판(3)의 내면에는 상기 복수의 화소전극(5)에 각각 대응시켜서 복수의 TFT(박막트랜지스터)(6)가 배열 형성되는 동시에 각 행의 TFT(6)에 게이트신호를 공급하기 위한 복수의 게이트배선 및 각 열의 TFT(6)에 데이터신호를 공급하기 위한 복수의 데이터배선(어느 것도 도시하지 않음)이 설치되어 있고, 상기 복수의 화소전극(5)은 각각 그 화소전극(5)에 대응하는 TFT(6)에 접속되어 있다. 또한 도 2에서는 TFT(6)를 간략화하여 나타내고 있는데. 이 TFT(6)는 기판(3)상에 형성된 게이트전극과 이 게이트전극을 덮어서 기판(3)의 대략 전체면에 형성된 투명한 게이트절연막과 이 게이트절연막상에 상기 게이트전극에 대향시켜서 설치된 i형반도체막과 이 i형반도체막의 양측부의 위에 n형반도체막을 통해 형성된 소스전극 및 드레인전극으로 이루어져 있다. 또 상기 한쌍의 기판(2, 3)의 내면에는 각각 상기 전극(4, 5)을 덮어서 배향막(7, 8)이 설치되어 있고, 이들의 배향막(7, 8)은 각각 그 막면을 소정방향으로 러빙함으로써 배향처리되어 있다.

또 이 실시예의 액정표시장치는 TN형의 것이고, 상기 액정소자(1)의 액정층 (9)의 액정분자는 한쌍의 기판(2, 3)의 내면에 각각 설치된 배향막(7, 8)을 배향 처리함으로써 이들 기판(2, 3)의 근처에 있어서의 배향방향을 규제되어 양기판(2, 3) 사이에 있어서 대략 90°의 트위스트각으로 트위스트배향하고 있다. 전면측편광판(11) 및 후면측편광판(12)은 각각의 흡수축(11a, 12a)(도 1 참조)을 서로 대략 직교시켜서 배치되어 있다.

또 상기 액정소자(1)와 전면측편광판(11)의 사이 및 상기 액정소자(1)와 후면측편광판(12)의 사이에 각각 배치된 제 1 및 제 2 위상차필름(13, 14)은 어느 것이나 필름면의 법선에 대해 특정방향으로 경사진 방향의 굴절률이 최소로 되는 마이너스의 광학이방성을 갖고 있다.

도 3에 상기 제 1 및 제 2 위상차필름(13, 14)의 모식적단면도를 나타내고, 이 실시예에서 이용한 제 1 및 제 2 위상차필름(13, 14)은 디스코틱액정분자(18)가 한쪽면으로부터 다른쪽면을 향해 필름면을 따른 방향으로부터 서서히 일어서도록 하이브리드배향한 디스코틱액정층(17)으로 이루어져 있다.

이 디스코틱액정층(17)으로 이루어지는 제 1 및 제 2 위상차필름(13, 14)은 투명한 베이스필름(15)상에 SiO(산화규소)의 사방(斜方)증착 등에 의해 디스코틱액정분자(18)를 한쪽방향으로 똑같은 프리틸트각으로 도복(倒伏)배향시키는 배향처리막(16)을 형성하고, 그 위에 예를 들면 광경화성의 디스코틱고분자액정을 일정두께로 도포한 후, 그 표면측으로부터 전계 또는 자계를 인가함으로써 디스코틱액정분자(18)를 상기 베이스필름(15)상으로부터 액정층표면을 향해 도복배향상태에서 서서히 일어서도록 하이브리드배향시키고, 그 상태에서 광조사에 의해 상기 디스코틱고분자액정을 경화시키는 방법으로 제조된 것이다.

이들의 제 1 및 제 2 위상차필름(13, 14)은 하이브리드배향한 상기 디스코틱액정분자(18)의 도복방향을 따른 마이너스의 광학이방성을 갖고 있고, 상기 디스코틱액정층(17)의 중간층의 디스코틱액정분자(18)의 평균적인 분자축(18a)의 방향을 따른 방향으로 상기 디스코틱액정분자(18)가 도복배향하는 면(베이스필름(15)측의 면)으로 향한 방향, 즉 도 3에 실선으로 나타낸 방향 N이 굴절률이 최소로 되는 방향이다. 이하 이 굴절률이 최소로 되는 방향 N을 제 1, 제 2 위상차필름의 축방향이라 한다.

이들의 제 1 및 제 2 위상차필름(13, 14)은 그 굴절률이 최소로 되는 축방향 N을 소정의 방향을 향해 상기 액정소자(1)와 전면측편광판(11)의 사이 및 상기 액정소자(1)와 후면측편광판(12)의 사이에 각각 배치되어 있다.

다음으로 도 1에 나타내는 바와 같이 상기 제 3 위상차필름(19)은 그 필름면내에서 가장 굴절률이 큰 방향을 s축방향, 필름면내에서 상기 s축방향과 직교하는 방향을 f축방향, 상기 필름면의 법선을 따른 방향을 z방향으로 하고, 그 각 축방향의 굴절률을 각각 ns, nf, nz로 했을 때 이들의 굴절률이 ns ＞ nz ≥ nf의 관계에 있는 특성을 갖는 일축성(ns ＞ nz = nf) 또는 이축성(ns ＞ nz ＞ nf)의 위상차필름이다. 그리고, 이 제 3 위상차필름(19)은 필름면내에서 가장 굴절률이 큰 s축방향을 소정의 방향을 향해 상기 제 1 위상차필름(13)과 인접하는 전면측편광판 (11)과의 사이에 배치되어 있다.

도 1에 이 실시예의 액정표시장치를 구성하는 각 요소의 배치 및 각 요소의 배치방향을 나타낸다.

액정소자(1)는 전면측기판(2)의 배향처리방향(2a)을 일점쇄선으로 나타내는 화면의 가로축 x에 대해 전면측에서 보아 좌회전으로 대략 45°어긋난 방향으로 배치되고, 후면측기판(3)의 배향처리방향(3a)을 상기 가로축 x에 대해 전면측에서 보아 우회전으로 대략 45°어긋난 방향으로 배치되어 있다. 따라서 이 액정소자(1)의 액정층(9)의 액정분자는 그 트위스트방향을 도면에 파선화살표로 나타낸 바와 같이 후면측기판(3)으로부터 전면측기판(2)을 향해 전면측에서 보아 좌회전으로 대략 90°의 트위스트각으로 트위스트배향하고 있다.

다음으로 제 1 위상차필름(13)은 그 굴절률이 최소로 되는 축방향 N의 필름면을 따른 방향성분을 상기 가로축 x에 대해 전면측에서 보아 좌회전방향으로 대략 45°어긋난 방향을 따라 배치되고, 상기 제 2 위상차필름(14)은 그 굴절률이 최소로 되는 축방향 N의 필름면을 따른 방향성분을 상기 가로축 x에 대해 전면측에서 보아 우회전으로 대략 45°어긋난 방향을 따라 배치되어 있다.

따라서 상기 제 1 위상차필름(13)의 굴절률이 최소로 되는 축방향 N의 필름면을 따른 방향성분이 전면측기판(2)의 배향처리방향(2a)과 대략 평행이고, 또한 반대방향이며, 제 2 위상차필름(14)의 굴절률이 최소로 되는 축방향 N의 필름면을 따른 방향성분이 후면측기판(3)의 배향처리방향(3a)과 대략 평행이고, 또한 반대방향이다.

또한 상기 제 1 및 제 2 위상차필름(13, 14)은 그 굴절률이 최소로 되는 축방향 N의 필름면을 따른 방향성분이 상기 배향처리방향(2a, 3a)과 같게 되면 좋고, 액정소자(1)에 대향하는 면이 디스코틱액정(18)을 필름면을 따라 배향시킨 베이스필름(15)면측이어도, 디스코틱액정층(18)을 베이스필름(15)면에 대해 기립한 반대면측이어도 좋다.

다음으로 전면측편광판(11)은 그 흡수축(11a)을 상기 가로축 x에 대해 전면측에서 보아 좌회전으로 대략 45° 어긋난 방향으로 전면측기판(2)의 배향처리방향 (2a)과 대략 평행으로 배치되어 있다. 후면측편광판(12)은 그 흡수축(12a)을 상기 가로축 x에 대해 전면측에서 보아 우회전으로 대략 45°어긋난 방향으로 후면측기판(13)의 배향처리방향(3a)과 대략 평행으로 배치되어 있고, 따라서 전면측편광판 (11)과 후면측편광판(12)의 서로의 흡수축 “11a”와 “12a”는 직교한다.

다음으로 상기 제 3 위상차필름(19)은 그 필름면내의 가장 굴절률이 큰 방향 (s축)을 상기 가로축 x에 대해 전면측에서 보아 좌회전 또는 우회전(도 1에서는 좌회전)으로 대략 45° 어긋난 방향을 향해 배치되어 있다.

따라서 이 제 3 위상차필름(19)의 상기 s축방향은 이 제 3 위상차필름(19)이 인접하는 전면측편광판(11)의 흡수축(11a)과 대략 평향으로 배치되고, 또한 전면측기판(2)의 배향처리방향(2a)과는 평행 또는 직교로 배치되어 있다. 또한 상기 제 3 위상차필름(19)은 그 s축방향 및 f축방향과 z축방향의 굴절률 ns, nf, nz가

0 ＜ (ns-nz) / (ns-nf) ≤ 1 의 관계에 있는 것이고, 필름면내의 굴절률이방성 (ns-nf)이 필름두께방향의 굴절률이방성 (ns-nz) 보다 크거나 동등하다.

또한 상기 제 3 위상차필름(19)은 상기 액정소자(1)의 액정층(9)의 복굴절률 Δn과 액정층두께 d와의 곱 Δnd의 값에 따른 지연을 갖고, 이 실시예에서는 상기 액정소자(1)의 Δnd의 값을 300㎚∼500㎚의 범위로 했을 경우 상기 제 3 위상차필름(19)에 그 두께를 d′로 하면,

(ns-nf)·d′의 값이 250㎚∼450㎚의 범위이고,

(ns-nz)·d′의 값이 70㎚∼450㎚의 범위인 지연을 갖는 것이다.

상기 구성에 의한 이 액정표시장치는 액정소자(1)와 전면측편광판(11)의 사이 및 상기 액정소자(1)와 후면측편광판(12)의 사이에 각각 필름면의 법선에 대해 특정방향으로 경사진 축방향 N의 굴절률이 최소로 되는 마이너스의 광학이방성을 갖는 제 1 및 제 2 위상차필름(13, 14)을 그 굴절률이 최소로 되는 축방향 N을 소정의 방향을 향해 배치하고, 또한 상기 제 1 위상차필름(13)과 인접하는 전면측편광판(11)과의 사이에 상기 제 3 위상차필름(19)을 배치하고 있기 때문에, 넓은 시야각도에 있어서 콘트라스트가 높은 표시를 얻을 수 있다.

즉 종래의 TN형액정표시장치는 액정층을 끼워두는 양전극에 전압을 인가하지 않는 상태에서는 입사측편광판을 투과하여 액정소자의 액정층에 입사한 빛은 입사각도에 따라 액정층에서의 지연에 차가 발생하기 때문에, 빛의 입사방향에 따라 투과율이 달리 있었다.

또한 액정층을 끼워두는 양전극에 전압을 인가한 상태에서는 액정층의 중간부분은 전압인가방향으로 배열하는데, 기판근처의 액정분자는 전압인가방향으로 전부 배열하지는 않기 때문에, 이 기판근처에서 기판과 평행 또는 비스듬히 배향하는 액정분자의 영향에 의해 지연이 잔류한다. 이 잔류지연에 의해 전압인가 때도 투과율을 충분히 낮출 수 없어서 콘트라스트가 저하했었다.

이에 대해 상기 실시예의 액정표시장치는 액정소자(1)와 전면측 및 후면측편광판(11, 12)과의 사이에 각각 제 1 및 제 2 위상차필름(13, 14)을 그 굴절률이 최소로 되는 축방향 N의 필름면을 따른 방향성분을 상기 기판(2, 3)의 배향처리방향 (2a, 3a)을 따른 방향으로 배치하고, 제 3 위상차필름(19)을 전면측편광판(11)과 제 1 위상차필름(13)의 사이에 필름면내에서 굴절률이방성을 가지며, 필름면의 굴절률이 최대로 되는 방향(s축)을 상기 전면측편광판(11)의 흡수축(11a)과 평행으로 배치하고 있기 때문에, 액정표시장치의 법선방향에 대해 비스듬히 입사하는 빛이 상기 액정층(9)을 통과할 때에 입사각도의 틀림에 따라 발생하는 지연의 상위와, 상기 액정층(9)을 끼워두는 양전극(5, 6)에 전압을 인가했을 때에 상기 액정층(9)의 기판(2, 3) 근처의 액정분자에 발생하는 잔류지연을 보상할 수 있다.

우선, 이 액정표시장치를 통과하는 빛에 대해서, 그 중 액정층(9)을 끼워두는 양전극(5, 6)에 전압이 인가되어 있지 않은 경우에 대해서 설명한다.

액정표시장치의 법선방향으로부터 입사한 빛은 후면측편광판(12)을 통과하여 제 2 위상차필름(14)을 굴절률 최소로 되는 축방향 N의 필름면을 따른 방향성분과 직교하는 진동방향으로 통과하여 트위스트배향한 액정층(9)에 의해 빛의 진동방향을 대략 90°변화시켜서 통과하고, 전면측기판(2)의 배향처리방향(2a)과 직교하는 진동방향으로 되며, 제 1 위상차필름(13)을 굴절률 최소로 되는 축방향 N의 필름면을 따른 방향성분과 직교하는 진동방향으로 통과하여 출사한다. 그리고 상기 편광빛은 상기 배향처리방향(2a)과 평행하게 배치한 제 3 위상차필름의 상기 s축방향에 대해 대략 직교로 입사하고, 직선편광상태에서 진동방향을 변화시키는 일없이 제 3 위상차필름을 통과하여 상기 s축방향과 흡수축(11a)을 평행으로 배치된 전면측편광판(11)을 통과하여 액정표시장치로부터 출사한다.

그리고 액정표시장치의 법선방향에 대해 비스듬히 입사한 빛은 액정층(9)을 통과하는 과정에서 외관의 액정층두께가 다르기 때문에, 상기 법선방향으로부터 입사한 빛의 지연과는 다른 지연을 갖고 출사하며, 제 1 위상차필름(13)을 통과하여 제 3 위상차필름의 상기 s축방향으로 입사한다. 상기 제 3 위상차필름의 상기 s축방향에 대해 평행 또는 수직 이외의 진동방향으로 입사한 빛은 제 3 위상차필름의 필름면의 굴절률이방성 (ns-nf)의 영향을 받기 때문에, 상기 입사광은 상기 굴절률이방성에 의해 상기 법선방향으로부터 입사한 빛의 지연과의 차가 상쇄되어 전면측편광판(11)을 통과하는 빛으로 된다.

다음으로 이 액정표시장치를 통과하는 빛에 대해서, 그 중 액정층(9)을 끼워두는 양전극(5, 6)에 전압이 인가되어 있지 않은 경우에 대해서 설명한다. 액정표시장치에 법선방향으로부터 입사한 빛은 후면측편광판(12)을 통과하여 제 2 위상차필름(14)을 굴절률 최소로 되는 축방향 N의 필름면을 따른 방향성분과 직교하는 진동방향으로 통과한다.

액정소자(1)에 입사한 빛은 액정층(9)의 기판(3) 근처에서 기판(3)내면을 따라 배열한 액정분자에 의해 발생하는 잔류지연을 배향처리방향(3a)과 상기 축방향 N의 필름면을 따른 방향성분을 평행하게 배치한 상기 제 2 위상차필름에 의해 보상되고, 액정층(9)의 중간부에서 전압인가방향으로 배향한 액정분자를 진동방향을 변화시키지 않고 통과하며, 액정층(9)의 기판(2) 근처에서 기판(2)내면을 따라 배열한 액정분자에 의해 발생하는 잔류지연을 액정소자(1)의 전방(前方)에 배향처리방향(2a)과 축방향 N의 필름면을 따른 방향성분과 평행하게 배치한 제 1 위상차필름 (13)에 의해 보상된다.

따라서 액정표시장치에 법선방향으로부터 입사한 빛은 상기 제 2 위상차필름 (14)과 상기 제 1 위상차필름(13)의 사이를 상기 후면측편광판(12)의 흡수축(12a)과 직교하는 진동성분대로 진행하는 편광빛으로 된다. 상기 편광빛은 상기 배향처리방향(2a)과 평행으로 s축방향을 배치한 제 3 위상차필름에 대해 상기 s축과 대략 직교로 입사하여 직선편광상태에서 진동방향을 변화시키는 일없이 상기 후면측편광판(12)의 흡수축(12a)과 직교하는 진동성분대로 제 3 위상차필름을 통과하여 상기 후면측편광판(12)의 흡수축(12a)과 직교하여 배치된 전면측편광판(11)의 흡수축 (11a)에 흡수된다.

또 액정표시장치의 법선방향에 대해 비스듬히 입사한 빛은 액정층(9)을 끼워두는 전극에 전압을 인가하지 않는 상기 기술(記述)과 똑같이 액정층(9)을 경사방향으로 통과할 때 발생하는 지연과 법선방향으로 통과하는 지연의 차가 제 3 위상차필름(19)에 의해 보상되기 때문에, 제 2 위상차필름(14)에 입사한 빛은 진동방향을 거의 변화시키는 일없이 제 3 위상차필름(19)을 출사할 수 있어 상기후면측편광판(12)의 흡수축(12a)과 직교하여 배치된 전면측편광판(11)의 흡수축(11a)에 흡수된다.

따라서 액정층(9)을 끼워두는 양전극(5, 6)에 전압을 인가한 상태에서는 액정표시장치에 입사하는 빛은 액정층(9)의 기판(2, 3) 근처의 액정분자에 발생하는 잔류지연이 제 1, 제 2 위상차필름(13, 14)에 의해 보상되고, 안쪽의 디스코틱액정층(18)에 의해 보상되며, 입사각도의 틀림에 따라 발생하는 지연의 틀림이 제 3 위상차필름에 의해 보상되기 때문에, 빛의 입사각도에 의존하는 일없이 투과율이 낮은 흑(黑)표시를 충분히 표시할 수 있다.

또한 제 1, 제 2 위상차필름(13, 14)은 디스코틱액정분자(18)를 배열한 것이기 때문에, 필름면 방향으로 직교하는 성분의 굴절률이방성은 작기 때문에, 액정층 (9)을 경사방향으로 통과할 때에 입사각도에 따라 발생하는 지연을 보상할 수 있는 정도의 지연을 발생하는 일은 없고, 액정층(9)의 기판(2, 3) 근처에 발생하는 잔류지연만을 보상할 수 있다.

또한 제 3 위상차필름(19)의 상기 s축방향을 전면측편광판(11)의 흡수축 (11a)과 배향처리방향(2a)에 대해 평행으로 배치한 경우와, 수직으로 배치한 경우도 함께 제 3 위상차필름에 입사한 빛을 입사각도에 의한 지연의 상위를 보상하는 점에서는 대략 같으며, 어느 것의 경우도 필름면의 굴절률이방성 (ns-nf)에 의해 빛의 입사각도에 의해 발생하는 지연차를 보상한다.

또 이 실시예에서는 이 제 3 위상차필름으로서 그 s축방향 및 f축방향과 z축방향의 굴절률 ns, nf, nz가

0 ＜ (ns-nz) / (ns-nf) ≤ 1의 관계에 있는 것을 이용하고 있기 때문에, 필름면내의 굴절률이방성 (ns-nf)가 필름두께방향의 단면의 굴절률이방성 (ns-nz)보다 크거나 동등하기 때문에, 상기 s축과 직교하지 않고, 평행도 아닌 진동방향으로 입사하는 빛을 타원편광빛으로 할 수 있기 때문에, 제 3 위상차필름(19)에 의해 지연의 차를 보상할 수 있어 시야각도범위를 충분히 넓게 할 수 있다.

또한 상술한 바와 같이 제 3 위상차필름의 지연은 상기 액정소자(1)의 Δnd의 값이 예를 들면 300㎚∼500㎚의 범위일 때는,

(ns-nf)·d′의 값이 250㎚∼450㎚의 범위이고,

(ns-nz)·d′의 값이 70㎚∼450㎚의 범위인 것을 이용하는 것이 바람직하며, 이와 같은 특성의 제 3 위상차필름(19)을 이용함으로써 시야각도범위를 충분히 넓게 할 수 있는 동시에 거의 대색이 없는 양호한 색미(色味)로, 게다가 콘트라스트가 높은 표시를 얻을 수 있다.

다음으로 도 14에서 도 15에 실시예의 액정표시장치의 시약각도범위의 측정데이터를 나타내고, 도 16에 비교예로서 제 3 위상차필름을 생략한 액정표시장치의 시약각도범위의 측정데이터를 나타낸다. 어느 것이나 콘트라스트 CR이 CR=20 이상의 표시를 관찰할 수 있는 시약각도범위를 나타내고 있다.

또한 도 4∼도 15 및 도 16에 있어서 파선으로 나타낸 복수의 동심원은 액정표시장치의 화면의 법선(0°)에 대해 20°, 40°, 60°, 80°의 각 관찰각도를 나타내고 있다. 또 이들의 도면에 있어서 바깥둘레에 붙인 각도는 표시의 관찰방향을 나타내고 있고, 0°의 방향이 화면의 수평방향의 우측, 90°의 방향이 화면의 수직방향의 상측, 180°의 방향이 화면의 수평방향의 좌측, 270°의 방향이 화면의 수직방향의 하측이다.

이 측정데이터에 있어서의 상기 제 3 위상차필름(19)의 특성 및 전면측편광판(11)의 흡수축(11a)에 대한 배치방향의 조건과, 각 시야각도범위(CR=20 이상의 콘트라스트가 얻어지는 화면의 상하 및 좌우방향의 각도범위)는 이하에 나타내는 대로이다.

모델 1

모드 1에서의 제 3 위상차필름(19)의 특성은,

(ns-nz) / (ns-nf) = 1

(ns-nf)·d′= 260㎚,

(ns-nz)·d′= 260㎚이고,

전면측편광판(11)의 흡수축(11a)에 대해 s축을 평행으로 배치했다.

도 4에 나타내는 바와 같이 모드 1의 시약각도범위는 상 40°∼하 50°, 좌 46°∼우 50°의 범위이다.

모델 2

모드 2에서의 제 3 위상차필름(19)의 특성은,

(ns-nz) / (ns-nf) = 1

(ns-nf)·d′= 260㎚,

(ns-nz)·d′= 260㎚이고,

전면측편광판(11)의 흡수축(11a)에 대해 s축을 직교로 배치했다.

도 5에 나타내는 바와 같이 모드 2의 시약각도범위는 상 30°∼하 50°, 좌 50°∼우 50°의 범위이다.

모델 3

모드 3에서의 제 3 위상차필름(19)의 특성은,

(ns-nz) / (ns-nf) = 1

(ns-nf)·d′= 350㎚,

(ns-nz)·d′= 350㎚이고,

도 6에 나타내는 바와 같이 모드 3의 시약각도범위는 상 36°∼하 58°, 좌 60°∼우 50°의 범위이다.

모델 4

모드 4에서의 제 3 위상차필름(19)의 특성은,

(ns-nz) / (ns-nf) = 1

(ns-nf)·d′= 350㎚,

(ns-nz)·d′= 350㎚이고,

도 7에 나타내는 바와 같이 모드 4의 시약각도범위는 상 40°∼하 50°, 좌 80°∼우 50°의 범위이다.

모델 5

모드 5에서의 제 3 위상차필름(19)의 특성은,

(ns-nz) / (ns-nf) = 1

(ns-nf)·d′= 440㎚,

(ns-nz)·d′= 440㎚이고,

도 8에 나타내는 바와 같이 모드 5의 시약각도범위는 상 30°∼하 54°, 좌 52°∼우 46°의 범위이다.

모델 6

모드 6에서의 제 3 위상차필름(19)의 특성은,

(ns-nz) / (ns-nf) = 1

(ns-nf)·d′= 440㎚,

(ns-nz)·d′= 440㎚이고,

도 9에 나타내는 바와 같이 모드 6의 시약각도범위는 상 45°∼하 45°, 좌 80°∼우 60°의 범위이다.

모델 7

모드 7에서의 제 3 위상차필름(19)의 특성은,

(ns-nz) / (ns-nf) = 0. 3

(ns-nf)·d′= 205㎚,

(ns-nz)·d′= 80㎚이고,

도 10에 나타내는 바와 같이 모드 7의 시약각도범위는 상 38°∼하 60°, 좌 80°∼우 54°의 범위이다.

모델 8

모드 8에서의 제 3 위상차필름(19)의 특성은,

(ns-nz) / (ns-nf) = 0. 3

(ns-nf)·d′= 205㎚,

(ns-nz)·d′= 80㎚이고,

도 11에 나타내는 바와 같이 모드 8의 시약각도범위는 상 38°∼하 60°, 좌 80°∼우 58°의 범위이다.

모델 9

모드 9에서의 제 3 위상차필름(19)의 특성은,

(ns-nz) / (ns-nf) = 0. 3

(ns-nf)·d′= 350㎚,

(ns-nz)·d′= 105㎚이고,

도 12에 나타내는 바와 같이 모드 9의 시약각도범위는 상 30°∼하 50°, 좌 50°∼우 50°의 범위이다.

모델 10

모드 10에서의 제 3 위상차필름(19)의 특성은,

(ns-nz) / (ns-nf) = 0. 3

(ns-nf)·d′= 350㎚,

(ns-nz)·d′= 105㎚이고,

도 13에 나타내는 바와 같이 모드 10의 시약각도범위는 상 58°∼하 36°, 좌 65°∼우 80°의 범위이다.

모델 11

모드 11에서의 제 3 위상차필름(19)의 특성은,

(ns-nz) / (ns-nf) = 0. 3

(ns-nf)·d′= 420㎚,

(ns-nz)·d′= 126㎚이고,

도 14에 나타내는 바와 같이 모드 11의 시약각도범위는 상 28°∼하 38°, 좌 48°∼우 44°의 범위이다.

모델 12

모드 12에서의 제 3 위상차필름(19)의 특성은,

(ns-nz) / (ns-nf) = 0. 3

(ns-nf)·d′= 420㎚,

(ns-nz)·d′= 126㎚이고,

도 15에 나타내는 바와 같이 모드 12의 시약각도범위는 상 56°∼하 34°, 좌 70°∼우 80°의 범위이다.

또 도 16에 나타내는 비교장치는 CR=20 이상의 콘트라스트가 얻어지는 화면의 상하 및 좌우방향의 시야각도범위가 도 16과 같이 상 40°∼하 40°, 좌 44°∼우 46°이다. 이 비교장치에 대해 상기 실시예의 모드 제 3 위상차필름(19)을 구비한 액정표시장치는 CR=20 이상의 콘트라스트가 얻어지는 화면의 상하 및 좌우방향의 시야각도범위가 어느 것이나 비교장치에 비해 화면 좌우방향의 시야각이 넓다.

일반적으로 액정표시장치에 요망되는 것은 주로 좌우방향의 광시야각화이고, 제 1, 제 2 위상차필름(13, 14)에 덧붙여서 제 3 위상차필름(19)을 구비한 상기 실시예의 액정표시장치는 상기 모드 1∼12의 어느 것이나 좌우방향의 시약각이 충분하다.

또 상기 모드 1∼12의 어느 것의 액정표시장치도 그 표시의 색미가 CIE색도도(色度圖)상에 있어서의 무채색점(achromatic color point)으로부터의 색도의 어긋남이 매우 작다고 하는 특성을 가지고 있고, 따라서 거의 대색이 없는 양호한 색미로, 게다가 콘트라스트가 높은 표시를 얻을 수 있다.

즉 이 실시예의 액정표시장치와 같이 액정소자(1)는 전면측기판(2) 및 후면측기판(3)의 배향처리방향(2a, 3a)이 각각 화면의 가로축 x에 대해 대략 45° 어긋난 방향으로 액정분자가 양기판(2, 3) 사이에 있어서 대략 90°의 트위스트각으로 트위스트배향하고 있고,

제 1, 제 2 위상차필름(13, 14)은 상기 각 축방향 N의 필름면을 따른 방향성분이 상기 각 배향처리방향(2a, 3a)과 대략 평행으로 배치되며,

전면측편광판(11)은 그 흡수축(11a)이 상기 배향처리방향(2a)과 대략 평행으로 배치되고,

후면측편광판(12)은 그 흡수축(12a)이 상기 배향처리방향(3a)과 대략 평행으로 배치되며,

제 3 위상차필름(19)이 필름면내에서 굴절률이방성을 가지고, 필름면내에서의 굴절률이 최대로 되는 방향(s축)을 인접하는 전면측편광판(11)의 흡수축(11a)과 대략 평행인 방향 또는 대략 직교하는 방향을 향해 배치되어 상기 제 3 위상차필름 (19)의 s축방향 및 f축방향과 z축방향의 굴절률 ns, nf, nz가

0 ＜ (ns-nz) / (ns-nf) ≤ 1의 관계에 있고,

또한 상기 액정소자(1)의 Δnd의 값이 300㎚∼500㎚의 범위, 상기 제 3 위상차필름(19)의 지연이

(ns-nf)·d′= 250㎚∼450㎚,

(ns-nz)·d′= 70㎚∼450㎚의 범위인 액정표시장치의 경우 적어도 화면의 좌우방향의 시야각을 충분히 넓게할 수 있는 동시에 거의 대색이 없는 양호한 색미로, 게다가 콘트라스트가 높은 표시를 얻을 수 있다.

또한 동일 특성의 제 3 위상차필름(19)을 이용하여 인접편광판(11)의 흡수축 (11a)에 대해 s축방향을 평행으로 한 경우(모드 1, 모드 3, 모드 5, 모드 7, 모드 9, 모드 11)와 수직으로 한 경우(모드 2, 모드 4, 모드 6, 모드 8, 모드 10, 모드 12)에서는 액정표시장치의 시야각도범위는 도 4와 도 5, 도 6과 도 7, 도 8과 도 9, 도 10과 도 11, 도 12와 도 13, 도 14와 도 15를 각각 비교하여 보면 알 수 있는 바와 같이 동일의 지연특성의 경우에는 s축방향을 인접편광판(11)의 흡수축 (11a)에 대해 수직으로 한 쪽이 시야각도범위가 넓은 경향이 보여진다.

또 상기 모드 1에서 12의 시야각특성을 비교하면 그중에서도 도 6으로 나타내는 모드 3, 도 7로 나타내는 모드 4, 도 9로 나타내는 모드 6, 도 10으로 나타내는 모드 7, 도 11로 나타내는 모드 8, 도 13으로 나타내는 모드 10 및 도 15로 나타내는 모드 12의 특성은 제 3 위상차필름(19)을 생략한 비교장치에 비해 좌우방향의 시야각이 보다 넓고, 상하방향의 시야각도 충분한 시야각특성이다. 또한 좌우방향의 시야각에 착안하면 도 11(모드 8), 도 13(모드 10) 및 도 15(모드 12)의 특성이 우수하고, 특히 도 13(모드 10)의 특성이 가장 양호하다.

즉 바람직한 모드는 모드 3, 모드 4, 모드 6, 모드 7, 모드 8, 모드 10 및 모드 12이고, 보다 바람직한 모드는 모드 8, 모드 10 및 모드 12, 더욱 바람직한 모드는 모드 10이다.

이 바람직한 모드 3, 4, 6, 7, 8, 10 및 12는 제 3 위상차필름(19)의 특성에 적용시키면 우선 그 필름면내에서 가장 굴절률이 큰 s축방향을 인접하는 전면측편광판(11)의 흡수축(11a)과 대략 평행인 방향에 따라 배치하는 경우는 상기 모드 3과 같이 상기 제 3 위상차필름(19)으로서 (ns-nz) / (ns-nf) = 1의 일축성위상차필름으로, 그 (ns-nf)·d′및 (ns-nz)·d′의 값이 350㎚ 부근에 있는 것을 이용하는 것이 바람직하다.

다음으로 제 3 위상차필름(19)을 상기 s축방향을 인접하는 전면측편광판(11)의 흡수축(11a)과 대략 직교하는 방향으로 향해 배치하는 경우는 상기 모드 4, 6과 같이 (ns-nz) / (ns-nf) = 1의 일축성위상차필름으로, 그 (ns-nf)·d′및 (ns-nz)·d′의 값이 350㎚∼440㎚ 부근에 있는 것을 이용하는 것이 바람직하다.

또 상기 모드 7, 8, 10 및 12는 (ns-nz) / (ns-nf) = 0. 3의 이축성위상차필름으로, 그 (ns-nf)·d′의 값이 265㎚∼420㎚ 부근, (ns-nz)·d′의 값이 80㎚∼126㎚ 부근에 있는 것을 이용하는 것이 바람직하다.

이들 양호모드 중 보다 바람직한 모드 8, 10 및 12는 상기 제 3 위상차필름 (19)에 그 s축방향을 인접편광판(11)의 흡수축(11a)과 대략 직교하는 방향을 향해 배치하고, (ns-nz) / (ns-nf) = 0. 3의 이축성위상차필름으로 하는 동시에 (ns-nf)·d′= 265㎚∼420㎚ 부근, (ns-nz)·d′= 80㎚∼126㎚ 부근에, 보다 바람직하게는 (ns-nf)·d′= 350㎚ 부근, (ns-nz)·d′= 105㎚ 부근의 지연의 것을 이용한 것이다.

또 상기 실시예에서 이용한 액정소자(1)는 액티브매트릭스방식의 것인데, 상기 액정소자(1)는 한쌍의 기판(2, 3)의 한쪽내면에 행방향을 따르는 복수의 주사전극을 형성하고, 다른쪽기판의 내면에 열방향을 따르는 복수의 신호전극을 형성한 단순매트릭스방식의 것이어도 좋고, 또 상기 액정소자(1)는 흑백화상을 표시하는 것이어도, 복수의 화소영역에 각각 대응시켜서 복수의 색, 예를 들면 적, 녹, 청의 3색의 컬러필터를 구비한 다색컬러화상을 표시하는 것이어도 좋다.

또한 상기 실시예의 액정표시장치는 액정소자(1)의 액정분자의 트위스트각을 대략 90°로 한 TN형의 것인데. 본 발명은 예를 들면 액정분자의 트위스트각을 180°∼270°(통상은 220°∼250°)로 한 STN형의 액정표시장치나 균일배향형의 액정표시장치에도 적용할 수 있는 것이고, 그 경우도 액정소자와 그 전후의 편광판과의 사이에 상기 제 1, 제 2 위상차필름을 배치하고, 그 축방향을 각 기판의 배향처리방향을 따라 배치하며, 상기 제 1, 제 2 위상차필름의 적어도 한쪽과 인접하는 상기 편광판과의 사이에 s축방향 및 f축방향과 z축방향의 굴절률이 ns ＞ nz ≥ nf의 관계에 있는 제 3 위상차필름(19)을 배치함으로써 기판 근처에 발생하는 액정층의 잔류지연과 경사방향으로 입사했을 때에 입사각도의 차에 의해 발생하는 액정층의 지연의 차를 보상할 수 있다.

(제 2 실시예)

도 17은 본 발명 액정표시장치의 제 2 실시예를 나타내는 분해사시도이고, 이 실시예는 제 3 위상차필름(19′)을 제 2 위상차필름(14)과 인접하는 후면측편광판(12)과의 사이에 배치한 것이다. 또한 제 1 실시예의 액정표시장치와는 제 3 위상차필름(19′)의 배치장소가 다른 것뿐이고, 다른 공통하는 구성물에는 동일부호를 붙여서 그 설명을 생략한다.

이 제 2 실시예의 액정표시장치는 액정소자(1)의 전면측기판(2) 및 후면측기판(3)의 배향처리방향(2a, 3a), 액정분자의 트위스트각, 제 1 위상차필름(13), 제 2 위상차필름(14)의 굴절률이 최소로 되는 축방향 N, 전면측편광판(11) 및 후면측편광판(12)의 흡수축(11a, 12a)의 방향을 상기 제 1 실시예와 똑같이 한 것이다.

제 2 위상차필름(14)과 후면측편광판(12)의 사이에 배치된 제 3 위상차필름 (19′)은 필름면내에 굴절률이방성을 갖고, 필름면내의 굴절률이 최대로 되는 방향을 가지며, 상기 굴절률이 최대로 되는 방향을 인접하는 후면측편광판(12)의 흡수축(12a)과 대략 평행인 방향 또는 대략 직교하는 방향을 향해 배치된다.

상기 제 3 위상차필름(19′)은 이 실시예에 있어서도 필름면내의 최대굴절률로 되는 s축방향 및 필름면내에서 상기 s축과 수직인 f축방향과 필름면의 법선방향의 z축방향의 굴절률 ns, nf, nz가 ns ＞ nz ≥ nf,

바람직하게는 0 ＜ (ns-nz) / (ns-nf) ≤ 1의 관계에 있다.

이 실시예의 액정표시장치는 액정소자(1)의 전면측과 후면측의 각각에 제 1 및 제 2 위상차필름(13, 14)을 배치하고, 또한 상기 제 1 및 제 2 위상차필름 (13, 14)의 외측에 전면측편광판(11)과 후면측편광판(12)을 배치하며, 상기 제 2 위상차필름(14)과 후면측편광판(12)의 사이에 상기 제 3 위상차필름(19′)을 배치한 것이다.

이 액정표시장치에 입사하는 빛은 후면측편광판(12)을 통과한 후 상기 편광판(12)의 흡수축과 직교하는 진동방향의 편광빛이 제 3 위상차필름(19′)의 필름면내의 굴절률이 최대로 되는 s축방향과 액정표시장치의 법선으로부터의 입사각도에 따른 각도를 이루어 입사한다. 액정표시장치의 법선방향으로부터 입사한 경우에는 상기 편광빛의 진동방향과 상기 s축방향과는 직교하고, 진동방향을 변화시키지 않고 통과하며, 법선방향으로부터의 입사각도가 크게 될수록 상기 편광빛의 진동방향과 상기 s축방향과 이루는 각도가 직교한 상태로부터의 벗어남이 크게 되고, 타원편광상태에서 입사하며, 상기 입사각도에 대응한 지연차를 가지고 상기 제 3 위상차필름(19′)을 출사한다. 이 제 3 위상차필름(19′) 통과 때에 발생한 상기 지연차에 의해 같은 입사각도로 액정층(9)을 통과할 때에 새로이 발생하는 지연차를 보상할 수 있기 때문에, 액정층(9)을 끼워두는 양전극에 전압을 인가하지 않는 상태에서는 입사각도에 의존하지 않고 높은 투과율을 얻을 수 있다.

또 상기 제 1 실시예의 액정표시장치와 똑같이 액정층(9)의 기판(2, 3) 근처의 액정분자에 의한 잔류지연은 제 1 및 제 2 위상차필름(13, 14)에 의해 보상되어 액정층(9)에 전압을 인가하고 있는 상태에서는 후면측편광판(12)을 통과한 빛은 전면측편광판(11)의 흡수축(11a)에 평행인 진동방향의 빛이기 때문에, 흡수되어 투과율이 낮은 흑표시가 얻어진다.

따라서 이 액정표시장치는 액정층을 끼워두는 양전극에 전압을 인가하지 않는 상태에서 빛의 입사각도에 의존하는 일없이 높은 투과율의 표시를 할 수 있고, 또한 액정층을 끼워두는 양전극에 전압을 인가한 상태에서 낮은 투과율의 표시를 할 수 있어 넓은 시약각도범위에 있어서 높은 콘트라스트의 표시를 실현할 수 있다.

(제 3 실시예)

도 18은 본 발명 액정표시장치의 제 3 실시예를 나타내는 분해사시도이고, 이 실시예는 제 3 위상차필름(19, 19′)을 제 1 위상차필름(13)과 전면측편광판 (11)의 사이와, 제 2 위상차필름(14)과 후면측편광판(12)의 사이의 양쪽에 배치한 것이다. 또한 제 1 실시예의 액정표시장치와는 제 3 위상차필름(19′)의 배치장소가 다른 것뿐이고, 다른 공통하는 구성물에는 동일부호를 붙여서 그 설명을 생략한다.

이 제 3 실시예의 액정표시장치는 액정소자(1)의 전면측기판(2) 및 후면측기판(3)의 배향처리방향(2a, 3a), 액정분자의 트위스트각, 제 1 위상차필름(13), 제 2 위상차필름(14)의 굴절률이 최소로 되는 축방향 N, 전면측편광판(11) 및 후면측편광판(12)의 흡수축(11a, 12a)의 방향을 상기 제 1 실시예와 똑같이 한 것이다.

제 1 위상차필름(13)과 전면측편광판(11)의 사이에 배치된 제 3 위상차필름 (19)은 필름면내에 굴절률이방성을 갖고, 필름면내의 굴절률이 최대로 되는 방향을 인접하는 전면측편광판(11)의 흡수축(11a)과 대략 평행인 방향 또는 대략 직교하는 방향을 향해 배치된다.

제 2 위상차필름(14)과 후면측편광판(12)의 사이에 배치된 제 3 위상차필름 (19′) 은 필름면내에 굴절률이방성을 갖고, 필름면내의 굴절률이 최대로 되는 방향을 인접하는 후면측편광판(12)의 흡수축(12a)과 대략 평행인 방향 또는 대략 직교하는 방향을 향해 배치된다.

제 3 위상차필름(19, 19′)은 이 실시예에 있어서도 필름면내의 최대굴절률로 되는 s축방향 및 필름면내에서 상기 s축방향과 수직인 f축방향과 필름면의 법선방향의 z축방향의 굴절률 ns, nf, nz가 ns ＞ nz ≥ nf,

바람직하게는 0 ＜ (ns-nz) / (ns-nf) ≤ 1의 관계에 있다.

이 실시예의 액정표시장치는 액정소자(1)의 전면측과 후면측의 각각에 제 1 및 제 2 위상차필름(13, 14)을 배치하고, 또한 상기 제 1 및 제 2 위상차필름(13, 14)의 외측에 전면측편광판(11)과 후면측편광판(12)을 배치하며, 상기 제 1 위상차필름(13)과 전면측편광판(11)의 사이에 상기 제 3 위상차필름(19)을 배치하고, 상기 제 2 위상차필름(14)과 후면측편광판(12)의 사이에 상기 제 3 위상차필름(19′)을 배치한 것이기 때문에, 상기 제 1 실시예의 액정표시장치와 똑같이 액정층(9)의 기판(2, 3) 근처의 액정분자에 의한 잔류지연은 제 1 및 제 2 위상차필름(13, 14)에 의해 보상되어 액정층(9)을 끼워두는 양전극에 전압을 인가하고 있는 상태에서는 후면측편광판(12)을 통과한 빛은 전면측편광판(11)의 흡수축(11a)에 평행인 진동방향의 빛이기 때문에, 흡수되어 투과율이 낮은 흑표시가 얻어진다.

또 이 액정표시장치는 액정층(9)을 통과할 때에 액정표시장치의 법선방향으로부터의 입사각도에 따라 발생한 지연차를 액정소자(1)의 전방과 후방에 배치한 제 3 위상차필름(19, 19′)을 통과할 때에 발생하는 각 지연차에 따라 보상하도록 상기 제 3 위상차필름(19, 19′)의 각각의 ns, nf, nz 축방향의 굴절률 및 필름의 두께 d′를 설정함으로써 액정층(9)을 끼워두는 양전극(5, 6)에 전압을 인가한 경우에는 빛의 입사각도에 의존하지 않고 투과율이 높은 표시가 얻어진다.

즉 액정표시장치에 입사한 빛은 후면측편광판(12)을 통과한 후 상기 편광판 (12)의 흡수축과 직교하는 진동방향의 편광빛이 제 3 위상차필름(19, 19′)의 s축방향과 입사각도에 따른 각도를 이루어 입사한다. 액정표시장치의 법선방향으로부터 입사한 경우에는 상기 편광빛의 진동방향과 상기 s축방향과는 직교하여 진동방향을 변화시키지 않고 통과하는데, 법선방향으로부터의 입사각도가 크게 될수록 상기 편광빛의 진동방향과 상기 s축방향과의 각도가 직교한 상태로부터의 벗어남이 크게 되어 타원편광상태에서 입사각도에 대응한 지연차를 가지고 제 3 위상차필름 (19′)으로부터 출사한다.

상기 제 3 위상차필름(19′)을 법선방향에 대해 비스듬히 통과했을 때에 발생하는 지연차와, 제 1 실시예의 액정표시장치에 기재되어 있는 바와 같이 액정소자(1)의 전면측에 배치한 제 3 위상차필름(19)을 통과할 때에 타원편광에 의해 발생한 지연차에 의해 액정층(9)을 법선방향에 대해 입사각도에 따라 발생하는 지연차는 보상된다.

따라서 이 액정표시장치는 액정층(9)을 끼워두는 양전극(5, 6)에 전압을 인가하지 않는 상태에서 빛의 입사각도에 의존하는 일없이 높은 투과율의 표시를 할 수 있고, 또한 액정층(9)을 끼워두는 양전극(5, 6)에 전압을 인가한 상태에서 낮은 투과율의 표시를 할 수 있어 넓은 시약각도범위에 있어서 높은 콘트라스트의 표시를 실현할 수 있다.

Claims

내면에 전극이 형성된 전후 한쌍의 기판에 대향하는 면 각각에 소정의 방향으로 배향처리된 배향막을 갖고, 상기 한쌍의 기판 사이에 액정층이 설치된 액정소자와,

상기 액정소자의 관찰측인 전면과 그 반대측의 후면 각각에 흡수축이 인접하는 기판에 설치된 상기 배향막의 배향처리방향에 대해 소정의 각도를 이루도록 배치된 한쌍의 편광판과,

필름면의 법선에 대해 특정방향으로 경사진 방향에 굴절률이 최소로 되는 축방향을 갖고, 상기 축방향의 필름면을 따른 방향성분을 상기 액정소자의 전면측기판에 설치된 배향막의 배향처리방향을 따르도록 상기 액정소자의 전면측편광판과 액정소자의 사이에 배치된 제 1 위상차필름과,

필름면의 법선에 대해 특정방향으로 경사진 방향에 굴절률이 최소로 되는 축방향을 갖고, 상기 축방향의 필름면을 따른 방향성분을 상기 액정소자의 후면측기판에 설치된 배향막의 배향처리방향을 따르도록 상기 액정소자의 후면측편광판과 액정소자의 사이에 배치된 제 2 위상차필름과,

필름면내에서 굴절률이방성을 갖고, 상기 제 1 위상차필름과 전면측편광판의 사이, 또는 상기 제 2 위상차필름과 후면측편광판의 사이 중 적어도 한쪽에 필름면내에서 굴절률이 최대로 되는 방향이 인접하는 편광판의 흡수축과 대략 평행 또는 수직으로 되도록 배치된 제 3 위상차필름으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
제 1 항에 있어서,

상기 제 1 및 제 2 위상차필름은 상기 필름의 한쪽면으로부터 다른쪽면을 향해 액정분자가 상기 한쪽면을 따른 배향상태로부터 서서히 일어선 상태로 되도록 배향한 디스코틱액정층으로 이루어져 있고, 상기 디스코틱액정층의 두께방향의 중간층의 디스코틱액정분자의 평균적인 분자축방향을 따른 방향에 굴절률이 최소로 되는 축방향을 가지며, 상기 제 1, 제 2 위상차필름의 축방향의 각각의 필름면을 따른 방향성분이 각각 인접하는 각 기판의 배향처리방향에 평행하게 되도록 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
제 2 항에 있어서,

상기 액정표시소자는 전면측기판에 설치된 배향막의 배향처리방향과 상기 후면측기판에 설치된 배향막의 배향처리방향이 서로 직교하고, 상기 양기판의 간극에 트위스트배향시킨 액정층을 끼워두어 이루어지며,

상기 한쌍의 편광판은 각각의 흡수축이 상기 액정소자의 인접하는 기판에 설치된 배향막의 배향처리방향과 각각 평행으로 되도록 배치되어 이루어지고,

상기 제 3 위상차필름은 그 굴절률이 최대로 되는 방향이, 인접하는 편광판의 흡수축과 대략 평행한 방향을 향해 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
제 3 항에 있어서,

상기 제 3 위상차필름은 제 1 위상차필름과 전면측편광판의 사이에 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
제 3 항에 있어서,

상기 제 3 위상차필름은 제 2 위상차필름과 후면측편광판의 사이에 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
제 3 항에 있어서,

상기 제 3 위상차필름은 상기 제 1 위상차필름과 전면측편광판의 사이 및 제 2 위상차필름과 후면측편광판의 사이의 양쪽에 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
제 3 항에 있어서,

상기 제 3 위상차필름은 필름면내에서 굴절률이 최대값을 나타내는 방향을 s축으로 하고, 필름면내에서 상기 s축과 직교하는 방향을 f축으로 하며, 필름면의 법선방향을 z축으로 하고, s축의 굴절률을 ns, f축의 굴절률을 nf, z축의 굴절률을 nz로 하면, 그들의 굴절률에는,

0 ＜ (ns-nz) / (ns-nf) ≤ 1의 관계를 만족시키는 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
제 7 항에 있어서,

상기 액정소자의 액정층의 복굴절률 Δn과 액정층두께 d의 곱 Δnd의 값은 300㎚∼500㎚의 범위이고, 제 3 위상차필름은 그 두께를 d′로 했을 때,

(ns-nf)·d′의 값이 250㎚∼450㎚의 범위이며,

또한 (ns-nz)·d′의 값이 70㎚∼450㎚의 범위인 지연을 갖고 있는 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
제 2 항에 있어서,

상기 액정소자는 전면측기판에 설치된 배향막의 배향처리방향과 상기 후면측기판에 설치된 배향막의 배향처리방향이 서로 직교하고, 상기 양기판의 간극에 트위스트배향시킨 액정층을 끼워두어 이루어지며,

상기 한쌍의 편광판은 각각의 흡수축이 상기 액정소자의 인접하는 기판에 설치된 배향막의 배향처리방향과 각각 평행하게 되도록 배치되어 이루어지고,

상기 제 3 위상차필름은 상기 필름면내의 굴절률이 최대로 되는 방향이, 인접하는 편광판의 흡수축과 대략 직교하는 방향을 향해 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
제 9 항에 있어서,

상기 제 3 위상차필름은 제 1 위상차필름과 전면측편광판의 사이에 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
제 9 항에 있어서,

상기 제 3 위상차필름은 제 2 위상차필름과 후면측편광판의 사이에 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
제 9 항에 있어서,

상기 제 3 위상차필름은 상기 제 1 위상차필름과 전면측편광판의 사이 및 제 2 위상차필름과 후면측편광판의 사이의 양쪽에 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
제 9 항에 있어서,

상기 제 3 위상차필름은 필름면내에서 굴절률이 최대값을 나타내는 방향을 s축으로 하고, 필름면내에서 상기 s축과 직교하는 방향을 f축으로 하며, 필름면의 법선방향을 z축으로 하고, s축의 굴절률을 ns, f축의 굴절률을 nf, z축의 굴절률을 nz로 하면, 그들의 굴절률에는,

0 ＜ (ns-nz) / (ns-nf) ≤ 1의 관계를 만족시키는 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
제 13 항에 있어서,

상기 액정소자의 액정층의 복굴절률 Δn과 액정층두께 d의 곱 Δnd의 값은 300㎚∼500㎚의 범위이고, 제 3 위상차필름은 그 두께를 d′로 했을 때,

(ns-nf)·d′의 값이 250㎚∼450㎚의 범위이며,

또한 (ns-nz)·d′의 값이 70㎚∼450㎚의 범위인 지연을 갖고 있는 것을 특징으로 하는 액정표시장치.