KR20020018170A - 액정 표시 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명에 의한 액정 표시 장치는 한쌍의 편광판; 각 화소에 대응하고 액정 분자의 배향 방향이 서로 약 180°차이나는 한쌍의 영역을 갖는 액정층을 포함하고, 상기 한쌍의 편광판 사이에 협지되고, 제1 느린 축(slow axis)을 갖는 액정 패널; 그 표면에 수평이고 상기 제1 느린 축에 직교하는 제2 느린 축을 갖는 제1 위상차판; 및 상기 제1 느린 축 및 제2 느린 축 모두에 직교하는 제3 느린 축을 갖는 제2 위상차판을 포함한다. 액정 재료는 20℃ 내지 60℃에서 복굴절 이방성(Δn)의 온도 의존성([Δn(20℃) - Δn(60℃)]/40)이 0.00026 정도이다.

Description

액정 표시 장치{LIQUID CRYSTAL DISPLAY DEVICE}
본 발명은 노멀 블랙 모드(normally black mode)의 액정 표시 장치에 관한 것으로, 특히 CAD에 사용되는 퍼스널 컴퓨터를 포함하는 퍼스널 컴퓨터용 TV 및 모니터와 같은 넓은 시야각을 요구하는 표시 장치에 이용하는 것이 바람직한 액정 표시 장치에 관한 것이다. 이 명세서에서, 액정 표시 장치는 "LCD 장치"로 부를 것이다.
정보 기술에 대한 인프라가 점점 더 발전됨에 따라, TV, 퍼스널 컴퓨터 모니터, 및 비디오 및 오디오 정보를 제공하기 위한 단말기로서 이용할 수 있는 다른 장치들의 크기가 점점 더 작아질 것이 요구된다. 특히, 소형- 또는 중간 크기의 TV 및 퍼스널 컴퓨터 모니터와 같은 점점 더 많은 장치들이 공간과 전력을 절감하려는 사회의 요구에 맞추기 위하여 LCD 장치를 채용하고 있다.
이러한 목적에서, 액티브 구동 시스템의 트위스트 네마틱 모드 LCD 장치와 패시브 구동 시스템의 슈퍼 트위스트 네마틱 모드 LCD 장치가 개발되고 있으며 널리 이용되고 있다.
그러나, 트위스트 네마틱 모드 또는 슈퍼 트위스트 네마틱 모드 액정 재료를 소형 또는 중간 크기의 TV 또는 퍼스널 컴퓨터 모니터에 종종 사용되는 액정 패널에 적용하면 시야각이 더 작아지게 된다. 불만족스럽게 작은 시야각을 갖는 액정 패널은 예를 들어, (i)동일한 색이 화면의 2개의 단부에서 다르게 나타나고, (ii) 화상이 다른 시야각과 다르게 나타나는 점에서 문제가 있다. 예를 들어, 다수의 사람이 화상을 볼 때, 화상이 각 개인마다 다르게 나타난다. 화상은 또한 보는 사람이 똑바로 앉아있을 때와, 보는 사람이 편안한 자세로 앉아있을 때 다르게 나타난다. 따라서, 트위스트 네마틱 모드 또는 슈퍼 트위스트 네마틱 모드 액정 재료는 TV에 적용할 수 없다.
트위스트 네마틱 모드 또는 슈퍼 트위스트 네마틱 모드 액정 재료는 색 톤이 큰 화면에서 영역에 따라 변화한다는 점에서 또다른 문제를 가진다. 이 문제는 퍼스널 컴퓨터 모니터용 액정 재료의 긍정적인 사용을 막는다.
이러한 문제를 해결하기 위하여, 예를 들어 다중 도메인 트위스트 네마틱 시스템(액정 분자의 상이한 배향 방향을 갖는 다수의 영역들을 포함함)(일본 공개 공보 No. 5-107544)과 같은 LCD 시스템, ASM 표시 시스템(일본 공개 공보 No. 6-301015), MVA 표시 시스템(일본 공개 공보 No. 8-43825) 및 IPS 표시 시스템(일본 공개 공보 No. 7-36058)이 제안되어 왔다. 그러나, 이러한 시스템 중 어떤 것도 만족스런 표시 특성을 제공하지 않고 고비용이라는 문제점이 있다.
액정 재료는 그 온도에 따라 복굴절 이방성이 변화하며, LCD 장치에 의해 표시되는 화상의 콘트라스트를 감소시킬 가능성이 있어 바람직하지 않다.
본 발명에 따른 액정 표시 장치는 한쌍의 편광판; 액정 분자들을 갖고 각 화소들에 대응하여 상기 액정 분자들의 배향 방향이 서로 대략 180도 만큼 차이나는 한쌍의 영역을 포함하는 액정층을 포함하고, 제1 느린 축(slow axis)을 갖는, 상기 한쌍의 편광판 사이에 협지된 액정 패널; 상기 액정 패널과 상기 편광판 중 하나 사이에 설치된 제1 위상차판- 이 위상차판은 그 표면에 수평이고 상기 액정 패널의 상기 제1 느린 축에 실질적으로 직교하는 제2 느린 축을 가짐 -; 및 상기 액정 패널과 상기 편광판 중 하나 사이에 설치된 제2 위상차판- 상기 제2 위상차판은 상기 액정 패널의 제1 느린 축과 상기 제1 위상차판의 제2 느린 축 모두에 실질적으로 직교하는 제3 느린 축을 가짐 -;을 포함한다. 액정 재료는 20℃ 내지 60℃에서의 복굴절 이방성(Δn)의 온도 의존성([Δn(20℃) - Δn(60℃)]/40)이 0.00026 이하이다.
본 발명의 일 실시예에서, 제2 위상차판은 그 표면에 평행인 제4 느린 축을 더 포함한다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 액정 패널의 제1 느린 축은 어떤 전기장도 액정 패널에 인가되지 않은 경우에 편광판의 편광축에 대해 약 45도의 각이 된다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 액정 재료는 20℃ 내지 60℃에서의 복굴절 이방성(Δn)의 온도 의존성([Δn(20℃) - Δn(60℃)]/40)이 0.00014 이상이다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 액정 재료는 20℃ 내지 60℃에서의 복굴절 이방성(Δn)의 온도 의존성([Δn(20℃) - Δn(60℃)]/40)이 0.0002 이상이다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 액정 패널의 제1 느린 축에 실질적으로 직교하고 상기 제1 위상차판의 상기 제2 느린 축에 평행한 제5 느린 축을 갖는 제3 위상차판; 및 상기 액정 패널의 제1 느린 축과 상기 제3 위상차판의 제5 느린 축 모두에 실질적으로 직교하는 제6 느린 축을 갖는 제4 위상차판을 더 포함한다. 상기 제3 위상차판은 액정 패널과 나머지 편광판 사이에 설치되어 상기 액정 패널에 대해 상기 제1 위상차판에 대칭이 되도록 되고, 상기 제4 위상차판은 상기 액정 패널과 상기 나머지 편광판 사이에 설치되어 상기 액정 패널에 대해 상기 제2 위상차판에 대칭되도록 된다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 제1 위상차판과 상기 제3 위상차판은 서로 실질적으로 동일한 복굴절을 갖고, 상기 제2 위상차판과 상기 제4 위상차판은 서로 실질적으로 동일한 복굴절을 갖는다.
따라서, 여기 기술된 발명은 (1) 더 낮은 비용으로 만족스럽게 넓은 시야각을 갖는 액정 표시 장치와, (2) 온도 변화에도 화상의 콘트라스트 감소를 완화하는 액정 표시 장치를 제공하는 효과를 달성할 수 있게 한다.
본 발명의 다른 이점들은 첨부된 도면을 참조하여 다음의 상세한 설명을 읽어서 이해할 때 당업자에게 명백해질 것이다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 LCD 장치의 개략도.
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 LCD 장치의 개략도.
도 3은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 LCD 장치의 개략도.
도 4는 본 발명의 특정 실시예에 따른 액정 패널의 개략적인 단면도.
도 5는 시야각에 대하여 본 발명에 따른 LCD 장치의 투과도를 나타내는 그래프.
도 6은 본 발명에 따른 LCD 장치와 비교예의 LCD 장치의 온도에 따른 콘트라스트를 나타내는 그래프.
도 7a 및 7b는 표 1의 파라미터를 나타내는 도면.
도 8은 본 발명에 따른 LCD 장치와 표 4에 도시된 비교예의 LCD 장치의 온도에 따른 콘트라스트를 나타내는 그래프.
도 9는 본 발명에 따른 LCD 장치와 표 4에 도시된 비교예의 LCD 장치의 복굴절 이방성의 온도 의존성과 60℃에서의 콘트라스트 대 30℃에서의 콘트라스트 비율 간의 관계를 나타내는 그래프.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
2: 액정 패널
3: 수평 위상차판
4: 수직 위상차판
5: 수평 위상차판
11,12: 편광판
이하에서, 본 발명은 첨부된 도면을 참조하여 예시적인 실시예를 통해 기술될 것이다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 LCD 장치(100)의 구조를 나타내는 개략도이다.
LCD 장치(100)는 액정 패널(2), 수평 위상차판(제1 위상차판)(3), 수직 위상차판(제2 위상차판)(4), 또다른 수평 위상차판(5) 및 크로스 니콜 상태로 배열된 한 쌍의 편광판(11, 12)를 포함한다. 액정 패널(2), 수평 위상차판(3), 수직 위상차판(4) 및 수평 위상차판(5)는 이 순서로 쌓여진 상태로 배열되고 한 쌍의 편광판(11, 12) 사이에 협지된다. 위상차판(3, 4, 5)에 대하여 도시된 화살표 D, C 및 B는 각각의 느린 축(slow axis)을 나타낸다. 편광판(11, 12)에 대해 도시된 화살표 E 및 A는 각각의 흡수축(또는 편광 축)을 나타낸다.
액정 패널(2)은 투과형이고, 한 쌍의 투명 기판과 두 개의 기판 사이에 제공된 액정층(도시하지 않음)을 포함한다. 액정층은 기판 사이의 갭에 네마틱 액정 재료를 주입함으로써 얻어진다. LCD 장치(100)는 노멀 블랙 모드이고, 어떤 전기장도 인가되지 않은 경우에 블랙 표시를 제공한다. 이 상태에서, 액정 분자(2c)는 기판에 실질적으로 평행하다.
기판 중 하나는 매트릭스로 배열된 4각 투명 화소 전극을 포함하고, 다른 기판은 실질적으로 전체 기판에 연장되어 있는 대향 전극을 포함한다.
액정층은 화소 전극에 대응하는 화소 영역을 포함한다. 각각의 화소 영역은 한 쌍의 배향 영역(2a, 2b)을 포함한다. 배향 영역(2a, 2b) 사이에서, 액정 분자(2c)의 배향 방향은 약 180도 다르다. 즉, 액정 분자(2c)는 LCD 장치(100)의 정면에서(즉, 도 1에서 F 화살표로 표시된 방향에서) 볼 때, 도 1에 도시된 바와 같이, 실질적으로 단축으로 배향된다. 액정 분자(2c)가 실질적으로 단축으로 배향되는 한, 액정 분자(2c)의 프리틸트 각은 특정하게 한정되지 않는다.
배향 방향 차이가 180도에서 약 10도 이상 만큼 시프트할 때, 위상차판(3, 4, 5)에 의해 액정층의 복굴절을 보상하는 것은 어려우며, LCD 장치(100)에 의해 표시된 화상의 콘트라스트가 감소하게 된다. 따라서, 배향 영역(2a, 2c) 사이의 배향 방향 차이는 약 170도 내지 약 190도의 범위 내에서 유지된다. 배향 방향 차이는 180도인 것이 가장 바람직하고, 여기에서 액정 분자(2c)는 단축으로 배향된다.
그러한 배향 방향 차이를 갖는 배향 영역(2a, 2c)는 예를 들어, 빛에 의해 틸트 제어로 결합된 러빙, 마스크 러빙 및 배향막과 같은 종래의 기술을 이용하여 형성될 수 있다.
배향 영역(2a, 2b)의 형상은 특정하게 한정되지 않는다. 배향 영역(2a, 2b)은 1:1의 비율을 갖는 것이 바람직하고, 따라서 대칭적인 시야각이 얻어진다. 배향 영역(2a, 2b)은 예를 들어 4각형인 것이 바람직하고, 한 화소 영역을 2개 또는 4개의 동등한 영역으로 나눔으로써 구현될 수 있다. 그러한 형상은 단순한 패턴 마스크에 의해 얻어진다. 액정 패널(2)의 크기에 따라, 배향 영역(2a, 2b)은 각각 두 개의 인접한 화소 영역에 제공될 수 있다. 이 경우에, 또한 배향 영역(2a, 2b)은 단순한 패턴 마스크에 의해 얻어질 수 있다.
이 경우에, 배향 영역(2a, 2b)은 균일한 그레이 스케일(gray scale) 표시를 실현하기 위해서, 액정 패널(2)을 통해 체크(checked) 또는 스트립(striped) 패턴을 형성하도록 배열되는 것이 바람직하다.
액정 분자(2c)의 배향 축은 다음의 이유로, 편광판(11, 12)의 흡수 축 E 및 A에 대하여 약 45도인 것이 바람직하다. LCD 장치(100)의 휘도는 액정 분자(2c)가 전기장이 인가되지 않은 기판에 대하여 실질적으로 수평인 상태와 액정 분자(2c)가 전기장의 인가로 상승된 상태 사이에서 복굴적 이방성(Δn)에서의 차이로 나타난다. 그러므로, 광의 위상 시프트가 반파장과 동일하도록 광이 액정층에 의해 굴절되는 것이 가장 바람직하다. 액정 분자(2c)의 배향축이 편광판(11, 12)의 흡수축 E 및 A에 대하여 45도일 때, 액정 패널(2)은 복굴적 이방성(Δn)에 관계없이 만족스럽게 작은 두께를 가질 수 있고, 따라서 더 개선된 시야각 특성을 가질 수 있다.
액정 분자(2c)는 후술될 바와 같이 배향 영역(2a, 2c)에서 반대 방향으로 전기장이 인가됨으로써 상승한다. 따라서, 그레이 스케일 표시가 반전되는 것이 방지된다.
액정 패널(2)에 이용된 액정 재료는, 온도가 변화할 때에도 상대적으로 작은 복굴절 이방성(Δn)을 갖는다. 특히 바람직한 액정 재료는 후술될 이유로 온도가 20℃에서 60℃로 변할 때, 복굴절 이방성(Δn)이 0.00026 이하이다 ([Δn(20℃)-Δn(60℃)]/40≤0.00026). 그러한 액정 재료의 이용은 화상의 콘트라스트가 감소되는 것을 방지한다.
도 1에 도시된 바와 같이, 수평 위상차판(3)는 표면에 대해 수평 또는 평행한 느린 축(화살표 D: 제2 느린 축)이다. 수평 위상차판(3)는 액정 패널(2)과 실질적으로 동일한 크기 또는 리터데이션 크기를 갖고, 리터데이션 축 D가 액정 패널(2)에서의 액정 분자(2c)의 배향축과 실질적으로 직각을 이루도록 제공된다.액정 패널(2)은 전기장의 인가가 없을 때 실질적으로 단축 위상차판으로서 동작한다. 다시 말하면, 액정 패널(2)에서의 액정 분자(2c)의 배향축은 느린 축(제1 느린 축)으로서 동작한다. 액정 패널(2)과 수평 위상차판(3)의 결합에 의해서, LCD 장치(100)의 정면에서 볼 때, LCD 장치(100)에 의해 표시된 화상의 리터데이션은 보상될 수 있다. 결과적으로, 전기장이 인가되지 않은 상태에서는 노멀 블랙 모드의 LCD 장치(100)는 높은 레벨의 콘트라스트를 제공한다.
수평 위상차판(3)이 액정 패널(2) 및 편광판(11) 사이에 제공될 수 있다.
수직 위상차판(4)은 그 표면에 대하여 수직인 느린 축 C(제3 느린 축)을 갖는다. 느린 축 C는 또한 액정 패널(2)의 느린 축과 수평 위상차판(3)의 느린 축 D에 직교하고 있다.
LCD 장치(100)의 이미지가 LCD 장치(100)의 정면에 수직인 방향에 대해 비교적 큰 각도에서 관찰되면, 수평 위상차판(3)에 의해 보상되지 않는 복굴절이 발생한다. 수직 위상차판(4)은 이러한 복굴절을 보상하고 양호한 노멀 블랙 표시를 제공한다.
편광판(11 및 12)은 일반적으로, 수직 방향으로 복굴절 이방성을 갖는 TAC(시간 대 진폭 변환기) 층을 포함한다. 이러한 경우, 수직 위상차판(4)의 최적 리터데이션 크기는 변화한다. 수직 위상차판(4)이 드로잉 프로세스로 형성되는 경우, 수직 위상차판(4)에 수평 방향으로의 약간의 위상 차가 발생될 수 있다. 이러한 위상 차는 적당한 수평 위상차판을 제공함으로써 보상할 수 있다. 추가적인 수평 위상차판(4)의 느린 축을 편광축과 일치시킴에 따라, LCD 장치(100)의 투과율이감소되는 것을 방지할 수 있다.
수평 위상차판(5)은 편광판(12)의 편광축 A에 실질적으로 평행한 느린 축 B를 갖는다. LCD 장치(100)에 의해 표시되는 이미지가 방위각을 변경시키도록 LCD 장치(100)의 정면에 수직인 방향에 대해 비교적 큰 각도에서 관찰될 때, 편광판(12)의 외견상의 각도의 변화로 인해 광 누설이 관찰된다. 광 누설을 방지하기 위해, 느린 축 B를 갖는 수평 위상차판(5)이 제공된다. 액정 패널(2) 및 수평 위상차판(3)의 조합에 의해 제공되는 리터데이션에 대한 보상이 완전한 경우(즉 LCD 장치(100)의 정면에 대해 수직인 방향으로 이미지가 관찰되는 경우 발생되는 리터데이션의 크기가 0인 경우), 높은 레벨의 콘트라스트를 제공하기 위해서 수평 위상차판(5)의 느린 축 B가 편광판(12)의 흡수축 A와 일치하는 것이 바람직하다. 느린 축 B과 흡수축 A은 -2도 내지 +2도 범위의 각도로 서로 시프트될 수 있다.
수평 위상차판(5)은 액정 패널(3) 및 수직 위상차판(4) 사이에 제공될 수 있다.
수직 위상차판(4)은 예를 들어 폴리카보네이트 등의 일반적으로 수직 위상차판으로 사용되는 재료로 형성되는 것이 프로세스 기술이나 재료 비용 등의 점에서 바람직하다. 수직 위상차판(4)이 드로잉(drawing) 프로세스로 형성되는 경우, 그 면내에 리터데이션이 발생하는 것은 피할수 없다. 이러한 리터데이션은 또 다른 위상차판을 제공함으로써 보상될 수 있지만, 이러한 기술은 위상차판을 조합하는 추가적인 단계를 필요로 하고 LCD 장치(100)의 제조 비용을 증가시킨다. 수직 위상차판(4)의 면내 리터데이션의 느린 축이 편광판(12)의 흡수축과 실질적으로 평행하도록 수직 위상차판(4)을 배치함으로써, 수직 위상차판(4)은 수평 위상차판(5)의 기능을 또한 가질 수 있다. 이러한 구조가 도 2에 도시된다.
도 2는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 LCD 장치(200)의 구조를 나타내는 개략도이다. 도 1에 도시된 동일 구성 요소가 여기서도 동일 참조 번호로 도시되므로 상세히 설명하지 않는다.
LCD 장치(200)는 액정 패널(2), 수평 위상차판(3), 2축 위상차판(21), 및 한쌍의 편광판(11 및 12)을 포함한다. 액정 패널(2), 수평 위상차판(3) 및 2축 위상차판(21)은 순서대로 적층되며 편광판(11 및 12) 사이에 협지되어 있다.
2축 위상차판(21)은 수평 위상차판의 기능을 또한 갖는 상기 수직 위상차판에 대응하고, 수평 느린 축 B(제4 느린 축) 및 수직 느린 축 C(제3 느린 축)을 갖는다. 액정 패널(2)의 느린 축과 수평 위상차판(3)의 느린 축 D와의 조합은 LCD 장치(200)의 정면에 수직인 방향으로 이미지가 관찰되는 경우에 발생하는 리터데이션을 보상한다.
수평 위상차판(3)의 느린 축 D와 2축 위상차판(21)의 느린 축 C와의 조합은 LCD 장치(200)의 정면에 수직인 방향에 대한 각도로 이미지가 관찰되는 경우에 발생하는 리터데이션을 보상한다.
이러한 경우, 느린 축 B 및 편광축 A는 -2도 내지 +2도 범위의 각도로 서로 시프트될 수 있다. 액정 패널(2)의 느린 축 및 수평 위상차판(3)의 느린 축 D의 조합에 의해 제공되는 리터데이션에 대한 보상이 완전한 경우 느린 축 B 및 편광축 A는 서로 바람직하게 일치한다.
도 3은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 LCD 장치(300)의 구조를 나타내는 개략도이다. 도 1에 도시된 동일 구성 요소가 여기서도 동일 참조 번호로 도시되므로 상세히 설명하지 않는다.
복굴절 또는 복굴절에 의해 발생되는 리터데이션, 액정 패널(2)에 의해 발생되는 수평 성분 또는 수직 성분이 너무 커서 수평 느린 축 또는 수직 느린 축을 갖는 하나의 위상차판에 대해 완전하게 보상할 수 없는 경우, 리터데이션이 실질적으로 완전하게 보상된다 하더라도 제조의 관점에서는 용이하지 않다. LCD 장치(300)는 이러한 단점을 해결하기 위한 구조를 갖는다.
도 3에 도시된 바와 같이, LCD 장치(300)는 액정 패널(2), 수평 위상차판(3a), 2축 위상차판(21a), 및 편광판(12)을 포함한다. 수평 위상차판(3a) 및 2축 위상차판(21a)은 액정 패널(2) 및 편광판(12) 사이에 협지되어 있다. LCD 장치(300)는 또 다른 수평 위상차판(3b)(제3 위상차판), 또 다른 2축 위상차판(21b)(제4 위상차판), 및 편광판(11)을 포함한다. 수평 위상차판(3b) 및 2축 위상차판(21b)은 액정 패널(2) 및 편광판(11) 사이에 협지되어 있다. 수평 위상차판(3a 및 3b)은 그 면에 평행한 느린 축 D 및 G(제2 느린 축 및 제5 느린 축)를 각각 갖는다. 2축 위상차판(21a)은 수평 느린 축 B(제4 느린 축) 및 수직 느린 축 C(제3 느린 축)을 갖는다. 2축 위상차판(21b)은 수직 느린 축 H(제6 느린 축) 및 수직 느린 축 I(제7 느린 축)을 갖는다.
수평 위상차판(3a 및 3b)는 모두 LCD 장치(300)의 이미지가 LCD 장치(300)의 정면에 수직인 방향으로 관찰될 때 발생되는 리터데이션을 보상한다. 2축 위상차판(21a 및 21b)은 모두 LCD 장치(300)의 이미지가 LCD 장치(300)의 정면에 수직인 방향에 대한 각도로 관찰될 때 발생되는 리터데이션을 보상한다.
기능의 관점에서, 수평 위상차판(3a 및 3b)의 조합이 소망량의 위상 시프트를 제공하도록 위상 시프트를 각각 제공하는 한 충분하다. 수평 위상차판(3a 및 3b)을 동일량으로 대량 생산하기 위해, 수평 위상차판(3a 및 3b)은 각각 소망량의 위상 시프트의 약 절반을 제공하는 것이 바람직하다. 유사하게, 2축 위상차판(21a 및 21b)을 동일량으로 대량 생산하기 위해 2축 위상차판(21a 및 21b) 각각은 소망량의 위상 시프트의 약 절반을 제공하는 것이 바람직하다.
2축 위상차판(21a 및 21b) 각각은 도 1에 도시된 바와 같이 하나의 수평 위상차판 및 하나의 수직 위상차판으로 대체될 수 있다.
액정 패널(2), 수평 위상차판(3a 및 3b), 2축 위상차판(21a 및 21b), 및 편광판(11 및 12)의 다양한 특성의 최적 조합은 소망 레벨의 콘트라스트 및 소망의 시야각 특성에 의해 정의된다. 특히 바람직한 조합이 표 1에 도시되어 있다.
도 7a 및 7b는 표 1에서의 파라미터를 도시한다. 도 7a에 도시된 바와 같이, x, y 및 z 방향은 서로 직교한다. 표 1에서, nx, ny, 및 nz는 각각 x, y, 및 z 방향으로의 굴절율이다. 도 7b를 참조하면, 표 1에서 액정 패널(2)에 대한 방위각 θ는 러빙 방향을 나타낸다. 수평 위상차판(3a 및 3b)에 대한 방위각 θ는 수평 위상차판(3a 및 3b) 각각의 x방향에 대한 느린 축의 각도를 나타낸다. 2축위상차판(21a 및 21b)에 대한 방위각 θ는 2축 위상차판(21a 및 21b) 각각의 x방향에 대한 느린 축의 각도를 나타낸다. 편광판(11 및 12)에 대한 방위각 θ는 편광판(11 및 12) 각각의 x방향에 대한 흡수축의 각도를 나타낸다. 리터데이션은 d·(nx-ny) 및 d·(nx-nz)로 표현하고, 여기서 d는 액정층의 두께를 가리킨다.
표 1에 도시된 편광판(11 및 12)의 흡수축의 각도는 일반적으로 사용되는 편광판의 TAC 층의 리터데이션(수직 방향으로 약 -50 nm)을 고려하여 제공된다. TAC 층의 리터데이션의 차이는 편광판(11 및 12)의 리터데이션 크기의 대응하는 차이가 된다.
표 1에 도시된 조합은 예를 들어 LCD 장치(300)의 정면에 수직한 방향으로 관찰되는 이미지의 콘트라스트 레벨(이하, 법선 방향으로의 콘트라스트) 및 LCD 장치(300)의 정면에 수직한 방향에 대한 각도에서 관찰되는 이미지의 콘트라스트 레벨의 저하와 같은 바람직하지 않은 현상을 방지한다.
표 1은 도 3에 도시된 LCD 장치(300)를 나타내지만, 도 1에 도시된 LCD 장치(100) 및 도 2에 도시된 LCD 장치(200)에도 적당하게 적용될 수 있다.
상술한 구조를 갖는 본 발명에 따른 LCD 장치는 바람직한 광 시야각을 가지며, 구동시 그레이 스케일 반전을 유발하지 않으며, 높은 반응 속도를 가진다. 이러한 LCD 장치는 TV 또는 대형 화면 컴퓨터 모니터에 최적이다.
(실시예)
이하에, 본 발명에 따른 특정 실시예가 설명된다. 도 4는 특정 실시예에 따른 액정 패널(25)의 개략적 단면도이다.
액정 패널(25)은 다음 방식으로 제조된다.
공지된 방법으로 투명한 유리 기판 상에 TFT, 절연막, 및 화소 전극이 형성된다. 폴리이미드계 배향막이 그 기판 상에 형성된다. 대향 전극이 대향 기판(컬러 필터 기판) 상에 형성되고, 폴리이미드 배향막이 그 기판 상에 형성된다. 기판 각각은 18인치의 사이즈를 갖는다.
기판 각각은 딥 자외선(deep UV)으로 조사된 다음, 두 기판이 동일 러빙 방향을 갖도록 레이온계의 천으로 러빙된다. 두 기판은 약 4.3㎛의 갭으로 함께 조합된다. 복굴절 이방성 △n이 0.060(20℃에서)인 액정 재료가 액정층(20) 형성을 위해 기판 사이의 갭에 주입된다. 그래서, 액정 패널(25)이 제조된다. 20℃에서 측정되는 액정층(20)의 리터데이션 크기 △n·d는 260nm이다.
도 4는 액정층(20)내의 한쌍의 배향 영역(2a 및 2b)을 포함하는 하나의 화소 영역을 도시한다. 상기 딥 자외선은 배향 영역(2a)에 대응하는 하나의 기판 영역으로 및 배향 영역(2b)에 대응하는 다른 쪽의 기판 영역으로 향한다. 도 4에 도시된 바와 같이, 딥 자외선으로 조사되는 기판 부근에서의 액정 분자(2c)는 거의 0도의 프리틸트 각을 가지는 반면, 딥 자외선으로 조사되지 않는 기판 부근에서의 액정 분자(2c)는 약 4도의 프리틸트 각을 갖는다. 이러한 방식으로, 배향막(2a 및 2b)에서의 액정 분자(2c)의 틸트 방향은 액정층(20)에 전기장이 공급되면 서로 반대가 된다.
도 3에 도시된 구조를 갖는 액정 표시 장치는 도 4에 도시된 액정 패널(25)을 이용하여 제조되었다. 표 2는 위상차판 각각의 리터데이션 크기를 도시한다.LCD 장치의 응답 속도는 약 25msec이었다. 20℃에서의 LCD 장치의 시야각 특성이 측정되었다. 그 결과가 도 5에 도시된 바와 같이 만족스럽게 얻어졌다. 이들 LCD 장치의 정면에서의 콘트라스트 레벨도 또한 250만큼이나 높았다.
표 3은 본 발명에 포함되는 다양한 액정 재료(LC2 내지 LC5)의 복굴절 이방성의 온도 의존성 및 상이한 온도에서의 리터데이션 크기를 나타낸다. LC1은 비교예의 액정 재료를 나타낸다. 액정 재료(LC2)는 액정 패널(25)에 대해 사용된다. 액정 재료(LC2)의 복굴절 이방성의 온도 의존성은 [Δn(20℃) - Δn(60℃)]/40 = 0.00025이고, 이것은 비교적 작다. 액정 재료(LC2)가 20℃에서 260nm의 리터데이션 크기(Δn·d)를 갖는 경우에, 액정 재료(LC2)는 60℃에서 215nm의 리터데이션 크기(Δn·d)를 갖는다.
도 6은 20℃ 내지 60℃의 온도 변화로서, 본 발명에 따른 LCD 장치 및 비교예에서의 LCD 장치의 정면에서의 콘트라스트 레벨을 나타낸다.
본 발명에 따른 LCD 장치의 경우에, 정면의 콘트라스트 레벨은 적어도 최적값(도 6에서 30)의 적어도 50%(즉, 적어도 150)인 반면, 온도는 최적값 300이 얻어진 온도(즉, 30℃)로부터 +30℃의 범위 내에서 변화한다. 210nm 이상의 리터데이션 크기를 갖는 LCD 장치에서, 적어도 최적값의 50%가 온도에 관계없이 유지될 수 있다.
표 3에 도시된 액정 재료(LC3 내지 LC5)는 각각 액정 패널을 형성하는데 사용되었고, 그 정면에서의 콘트라스트 레벨은 온도가 20℃에서 60℃로 변화되는 동안 측정되었다. 모든 액정 패널에서, 150 이상의 콘트라스트 레벨이 유지되었다.
비교를 위해, 표 3에 도시된 액정 재료(LC1)는 액정 패널을 형성하는데 사용되었고, 그 정면에서의 콘트라스트 레벨이 측정되었다. 도 6에 도시된 바와 같이, 정면의 콘트라스트 레벨은 60℃에서 100 이하였다.
상기한 바와 같이, 본 발명에 의하면, 복굴절 이방성(Δn)의 낮은 온도 의존성을 갖는 액정 재료, 특히 20℃ 내지 60℃의 온도 사이에 0.00026 이하의 의존도를 갖는 액정 재료가 이용된다. 이와 같은 액정 재료를 이용하는 LCD 장치는 사용 환경의 온도 변화로 인해 콘트라스트 레벨이 감소되는 것을 방지하고, 높은 응답 속도 및 만족스러운 시야각 특성을 제공한다. 이와 같은 LCD 장치는 이 장치가 사용되는 대부분의 온도 범위에서 150 이상의 정면의 콘트라스트 레벨을 유지한다.
이후에, 복굴절 이방성의 20℃ 내지 60℃의 온도 의존성 사이의 관계, [Δn(20℃) - Δn(60℃)]/40와, 정면의 콘트라스트 레벨을 설명할 것이다.
표 4는 비교예 a 및 b, 실시예 c 내지 i 및 비교예 j, k에서 액정 재료의 특성을 나타낸다. 비교예 a, b, j, k와 실시예 c 내지 i는 복굴절 이방성(Δn)의 상이한 온도 의존성 레벨을 갖는다. 표 4에서, [Δn(40℃) - Δn(60℃)]/40은 20℃ 내지 60℃의 상기 의존도 레벨을 나타내고, CR60/30은 30℃에서 정면의 콘트라스트레벨에 대한 60℃에서의 정면의 콘트라스트 레벨의 비를 나타낸다. 20℃ 내지 60℃의 온도 범위에서, 정면의 콘트라스트 레벨은 60℃에서 최소이고 30℃에서 최적이다. 도 8은 온도에 대해, 비교예 a, b, j, k와 실시예 c 내지 i의 액정 재료를 사용하는 LCD 장치들에 의해 얻어진 정면의 콘트라스트 레벨을 나타낸다.
도 8 및 표 4로부터 이해할 수 있는 바와 같이, [Δn(20℃) - Δn(60℃)]/40가 0.00026 이하인 액정 재료(비교예 a, b 및 실시예 c 내지 i)를 갖는 LCD 장치는 사용 환경의 온도 변화에 따른 콘트라스트 레벨의 비교적 작은 변화를 나타낸다. 이 LCD 장치들은 만족스러운 시야각 특성과 0.5 이상의 CR60/30을 제공한다. 이 LCD 장치들은 또한 충분히 높은 응답 속도를 나타낸다.
또한, [Δn(20℃) - Δn(60℃)]/40이 감소함에 따라, 20℃에서 60℃까지의 온도 변화에 따른 정면의 콘트라스트 레벨의 변화가 감소된다. 따라서, [Δn(20℃) - Δn(60℃)]/40은 가능한 한 작은 것이 바람직하다.
그런데, [Δn(20℃) - Δn(60℃)]/40이 과도하게 작을 때, 액정 분자의 배향 질서에 따라 변화하는 네마틱 액정 분자를 움직이게 할 수 있는 복굴절 온도 범위가 증가한다. 결과적으로, 예를 들어, 저온에서 액정 분자의 결정화 및 그 점도의 증가와 같은 실용상 바람직한 현상이 발생할 수도 있다.
실제로, 상기 현상이 비교예 a, b(표 4)의 액정 재료에 의해 발생하였다. 이 결과, 화상이 흐려졌다. 실시예 c 내지 i 및 비교예 j, k의 액정 재료에 의해서는 어떤 현상도 발생하지 않았다.
따라서, [Δn(20℃) - Δn(60℃)]/40은 0.00014 내지 0.00026의 범위인 것이 바람직하다.
충분히 높은 응답 속도가 요구되는 경우에, [Δn(20℃) - Δn(60℃)]/40은 20℃ 이상에서의 액정 재료의 점도를 고려하여 0.0002 이상이 바람직하다.
따라서, 정면의 충분히 높은 레벨의 콘트라스트 및 충분히 높은 응답 속도 모두를 제공하기 위해, [Δn(20℃) - Δn(60℃)]/40은 0.0002 내지 0.00026의 범위 내인 것이 바람직하다.
상기 설명에서, 최저 콘트라스트 레벨은 최적 콘트라스트 레벨의 1/2 이상이 도되록 설정되어 바람직한 온도 범위를 결정한다. 이 값은 백라이트에 의해 야기된 표시 영역에서의 온도 불균일로 인해 스크린 상에 나타나는 표시 불균일이, 최저 콘트라스트 레벨이 최적 콘트라스트의 1/2로 감소될 때 시각적으로 뚜렷하게 되는 현상에 기초한 것이다.
이 기준은 후술하는 바와 같이 다양한 유형의 LCD 장치에 적용가능하다.
예를 들어, TV의 경우에는, 일반적으로 밝기가 가장 중요하고 450 cd/㎠ 이상의 백색 휘도가 요구된다. 백색 휘도가 450 cd/㎠인 경우에 조차, 흑색 표시로서 인식된 휘도는 일반적으로 3 cd/㎠ 이하인 것으로 생각된다. 백색 휘도가 450 cd/㎠이고 콘트라스트 레벨이 실온에서 300일 때, 예를 들어, 흑색 휘도는 1.5 cd/㎠이다. 60℃에서 흑색 휘도가 2 cd/㎠일 때, 450/1.5 = 300(실온)으로부터 450/2 = 225(60℃) 까지의 콘트라스트 레벨의 변화는 허용가능하다. 이 경우에, [Δn(20℃) - Δn(60℃)]/40은 0.00026 이하이다.
예를 들어, 노트북 컴퓨터와 같이 특별히 높은 밝기를 갖도록 요구되지 않는 장치에서, 백색 휘도는 일반적으로 150 cd/㎠인 것으로 생각된다. 30℃에서의 흑색 휘도는 0.5 cd/㎠이다. 60℃에서의 흑색 휘도가 2 cd/㎠일 때, 150/0.5 = 300(30℃)으로부터 150/2 = 75(60℃) 까지의 콘트라스트 레벨의 변화가 허용가능하다. 75/300 = 0.25이기 때문에, 0.5의 기준은 충분히 허용 가능 범위 내이다.
복굴절 이방성(Δn)의 온도 의존성의 허용가능 범위는 액정 재료의 용도에 따라 변한다. 본 발명은 최저 콘트라스트 레벨이 최적 콘트라스트 레벨의 1/2 이상인 기준에 의해 이런 용도에 적용가능하다.
본 발명에 따른 수직 배향 모드의 액정 표시 장치에서, 콘트라스트 레벨의 온도 의존성은 흑색 표시 시에 인터페이스에서의 잔류 리터데이션이 그 액정 재료에 의해 보상되는 액정 모드(예를 들어 트위스트 네마틱 모드)에서 보다 크다. 따라서, 상기 액정 재료의 복굴절 이방성의 온도 의존성의 상기 수적 범위는 수직 배향 모드의 액정 표시 장치에 대해 특히 효과적이다.
상기한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 그 표면에 수평이고 액정 패널의 느린 축에 거의 직교하는 느린 축을 갖는 수평 위상차판과, 액정 패널의 느린 축과 수평 위상차판의 느린 축 모두에 거의 직교하는 느린 축을 갖는 수직 위상차판이 편광판과 액정 패널 사이에 설치된다. 따라서, 본 발명에 따른 액정 표시 장치는 넓은 시야각 특성을 나타내고, 그레이 스케일 표시의 반전을 회피하고 능동 수동시에 만족스러운 고속 응답을 제공한다. 이와 같은 액정 표시 장치는 TV와 대형 화면 퍼스널 컴퓨터 모니터에 대해 바람직하다.
본 발명에 따른 액정 표시 장치는 또한 복굴절 이방성(Δn)의 온도의존도가 0.00026 이하인 액정 재료를 사용한다. 이와 같은 액정 표시 장치는 장치가 사용되는 온도가 변화할 때에도 높은 콘트라스트 레벨을 유지한다.
본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고서 이 분야에 기술을 가진 자들에 의해 다양한 다른 변경이 쉽게 행해질 수 있음은 물론이다. 따라서, 여기에 첨부된 청구항들의 범위는 상술한 설명에 한정되지 않고 넓게 해석되도록 된 것이다.

Claims (14)

  1. 액정 표시 장치에 있어서,
    한쌍의 편광판;
    액정 분자들을 갖는 액정층을 포함하고, 상기 한쌍의 편광판 사이에 협지된 액정 패널- 상기 액정층은 각 화소들에 대응하는 한쌍의 영역을 포함하고, 상기 한쌍의 영역에서 액정 분자들의 배향 방향은 서로 약 180도 만큼 차이나고, 상기 액정 패널은 제1 느린 축을 가짐-;
    상기 액정 패널과 상기 편광판들 중 하나의 편광판 사이에 설치된 제1 위상차판- 상기 제1 위상차판은 그 표면에 수평이고 상기 액정 패널의 상기 제1 느린 축에 실질적으로 직교하는 제2 느린 축을 가짐 -; 및
    상기 액정 패널과 상기 편광판들 중 하나의 편광판 사이에 설치된 제2 위상차판- 상기 제2 위상차판은 상기 액정 패널의 상기 제1 느린 축과 상기 제1 위상차판의 상기 제2 느린 축 모두에 실질적으로 직교하는 제3 느린 축을 가짐 -
    을 포함하고, 액정 재료는 20℃ 내지 60℃에서의 복굴절 이방성(Δn)의 온도 의존성([Δn(20℃) - Δn(60℃)]/40)이 0.00026 이하인 액정 표시 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제2 위상차판은 그 표면에 평행인 제4 느린 축(slow axis)을 더 포함하는 액정 표시 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 액정 패널의 상기 제1 느린 축은 상기 액정 패널에 어떤 전기장도 인가되지 않은 경우에 상기 편광판들의 편광축들에 대해 약 45도의 각이 되는 액정 표시 장치.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 액정 재료는 20℃ 내지 60℃에서의 복굴절 이방성(Δn)의 온도 의존성([Δn(20℃) - Δn(60℃)]/40)이 0.00014 이상인 액정 표시 장치.
  5. 제2항에 있어서,
    상기 액정 재료는 20℃ 내지 60℃에서의 복굴절 이방성(Δn)의 온도 의존성([Δn(20℃) - Δn(60℃)]/40)이 0.0002 이상인 액정 표시 장치.
  6. 제2항에 있어서,
    상기 액정 패널의 상기 제1 느린 축에 실질적으로 직교하고 상기 제1 위상차판의 상기 제2 느린 축에 평행한 제5 느린 축을 갖는 제3 위상차판; 및
    상기 액정 패널의 상기 제1 느린 축과 상기 제3 위상차판의 상기 제5 느린 축 모두에 실질적으로 직교하는 제6 느린 축을 갖는 제4 위상차판
    을 더 포함하고, 상기 제3 위상차판은 상기 액정 패널과 나머지 편광판 사이에 설치되어 상기 액정 패널에 대해 상기 제1 위상차판에 대칭이 되도록 하고, 상기 제4 위상차판은 상기 액정 패널과 상기 나머지 편광판 사이에 설치되어 상기 액정 패널에 대해 상기 제2 위상차판에 대칭되도록 한 액정 표시 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 제1 위상차판과 상기 제3 위상차판은 서로 실질적으로 동일한 복굴절을 갖고, 상기 제2 위상차판과 상기 제4 위상차판은 서로 실질적으로 동일한 복굴절을 갖는 액정 표시 장치.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 액정 패널의 상기 제1 느린 축은 액정 패널에 어떤 전기장도 인가되지 않은 경우에 상기 편광판들의 편광축들에 대해 약 45도의 각이 되는 액정 표시 장치.
  9. 제6항에 있어서,
    상기 액정 재료는 20℃ 내지 60℃에서의 복굴절 이방성(Δn)의 온도 의존성([Δn(20℃) - Δn(60℃)]/40)이 0.00014 이상인 액정 표시 장치.
  10. 제6항에 있어서,
    상기 액정 재료는 20℃ 내지 60℃에서의 복굴절 이방성(Δn)의 온도의존성([Δn(20℃) - Δn(60℃)]/40)이 0.0002 이상인 액정 표시 장치.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 액정 패널의 상기 제1 느린 축에 실질적으로 직교하고 상기 제1 위상차판의 상기 제2 느린 축에 평행한 제5 느린 축을 갖는 제3 위상차판; 및
    상기 액정 패널의 상기 제1 느린 축과 상기 제3 위상차판의 상기 제5 느린 축 모두에 실질적으로 직교하는 제6 느린 축을 갖는 제4 위상차판
    을 더 포함하고, 상기 제3 위상차판은 상기 액정 패널과 나머지 편광판 사이에 설치되어 상기 액정 패널에 대해 상기 제1 위상차판에 대칭이 되도록 하고, 상기 제4 위상차판은 상기 액정 패널과 상기 나머지 편광판 사이에 설치되어 상기 액정 패널에 대해 상기 제2 위상차판에 대칭되도록 한 액정 표시 장치.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 액정 패널의 상기 제1 느린 축은 액정 패널에 어떤 전기장도 인가되지 않은 경우에 상기 편광판들의 편광축들에 대해 약 45도의 각이 되는 액정 표시 장치.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 액정 재료는 20℃ 내지 60℃에서의 복굴절 이방성(Δn)의 온도 의존성([Δn(20℃) - Δn(60℃)]/40)이 0.00014 이상인 액정 표시 장치.
  14. 제1항에 있어서,
    상기 액정 재료는 20℃ 내지 60℃에서의 복굴절 이방성(Δn)의 온도 의존성([Δn(20℃) - Δn(60℃)]/40)이 0.0002 이상인 액정 표시 장치.
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