KR20020024720A

KR20020024720A - 광시야각 액정 표시 장치

Info

Publication number: KR20020024720A
Application number: KR1020000056503A
Authority: KR
Inventors: 김경현; 김재훈; 송장근
Original assignee: 윤종용; 삼성전자 주식회사
Priority date: 2000-09-26
Filing date: 2000-09-26
Publication date: 2002-04-01

Abstract

액정셀 양쪽에 이축성 보상 필름과 편광판이 부착되어 있다. 두 장의 편광판은 편광축이 서로 수직을 이루도록 배치되어 있고, 두 장의 이축성 보상 필름은 최장축이 서로 수직을 이루도록 배치되어 있다. 이축성 보상 필름의 최장축과 편광판의 편광축은 서로 45°를 이루도록 배치되어 있다. 여기서, 이축성 보상 필름의 Rx는 100~150㎚(특히 137㎚)이고, Rz는 80~180㎚(특히 131㎚)이다. 이렇게 하면, 편광판에 의하여 선편광된 빛을 원편광으로 변화시켜 액정셀에 입사시킴으로써 텍스쳐 발생을 억제할 수 있고 시야각 보상 효과도 얻을 수 있어서 시야각을 개선함과 동시에 휘도도 향상시킬 수 있다

Description

광시야각 액정 표시 장치{A liquid crystal display having wide viewing angle}

본 발명은 액정 표시 장치에 관한 것이다.

액정 표시 장치는 일반적으로 공통 전극과 컬러 필터(color filter) 등이 형성되어 있는 상부 기판과 박막 트랜지스터와 화소 전극 등이 형성되어 있는 하부 기판 사이에 액정 물질을 주입해 놓고 화소 전극과 공통 전극에 서로 다른 전위를 인가함으로써 전계를 형성하여 액정 분자들의 배열을 변경시키고, 이를 통해 빛의투과율을 조절함으로써 화상을 표현하는 장치이다.

그런데 액정 표시 장치는 시야각이 좁은 것이 중요한 단점이다. 이러한 단점을 극복하고자 시야각을 넓히기 위한 다양한 방안이 개발되고 있는데, 이중에는 액정 물질이 주입되는 공간을 형성하는 두 투명 기판 바깥면에 특수 플레이트(plate)를 부착하는 방안이 있다.

그러면 도면을 참고로 하여 특수 필름을 부착함으로써 광시야각을 구현하는 종래의 기술에 대하여 설명한다.

도 1은 스탠리(Stanley)사가 제안한 액정 표시 장치의 분해도이다.

투명한 두 기판 사이에 액정 물질이 주입되어 있는 액정셀(10) 양쪽으로 λ/4 플레이트(21, 22)와 편광판(31, 32)이 부착되어 있다. 두 편광판(31, 32)은 편광축이 서로 평행하게 배치되어 있고, 두 λ/4 플레이트(21, 22)는 느린축이 서로 평행하게 배치되어 있다. 편광판(31, 32)의 편광축과 λ/4 플레이트(21, 22)의 느린축은 서로 45°의 각을 이룬다.

도 2는 도 1의 액정 표시 장치의 시야각 스펙트럼이다.

스펙트럼을 보면 시야각이 그리 넓지 못함을 알 수 있고, 또한 정면의 대비비도 떨어짐을 알 수 있다.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 액정 표시 장치의 시야각을 개선하는 것이다.

도 1은 종래의 기술에 따른 액정 표시 장치의 각 필름의 배치를 나타내는 분해도이고,

도 2는 도 1의 액정 표시 장치의 시야각 스펙트럼이고,

도 3, 도 5, 도 7은 각각 본 발명의 제1 내지 제3 실시예에 따른 액정 표시 장치의 각 필름의 배치를 나타내는 분해도이고,

도 4, 도 6, 도8은 각각 본 발명의 제1 내지 제3 실시예에 따른 액정 표시 장치의 시야각 스펙트럼이다.

이러한 과제를 해결하기 위하여 본 발명에서는 이축성 보상 필름을 이용하여 빛을 원편광으로 만든다.

구체적으로는, 액정셀, 액정셀의 양쪽면에 배치되어 있는 제1 및 제2 이축성 보상 필름, 액정셀을 중심으로 하여 제1 및 제2 이축성 보상 필름의 바깥쪽에 배치되어 있는 제1 및 제2 편광판을 포함하는 액정 표시 장치를 마련한다.

이 때, 제1 편광판과 제1 이축성 보상 필름 사이에 일축성 보상 필름이나 제1 및 제2 이축성 보상 필름에 비하여 Rz값이 작은 이축성 보상 필름을 더 배치할 수 있다.

여기서, 제1 이축성 보상 필름의 최장축과 제2 이축성 보상 필름의 최장축은 서로 직교하고, 제1 및 제2 이축성 보상 필름의 최장축과 제1 및 제2 편광판의 편광축은 서로 45°또는 135°를 이루는 것이 바람직하다. 제1 및 제2 이축성 보상 필름의 최단축은 제1 및 제2 이축성 보상 필름의 면에 대하여 수직을 이루고, 제1 및 제2 이축성 보상 필름의 리타데이션값은 Rx가 100㎚에서 150㎚ 사이이고, Rz가 80㎚에서 180㎚ 사이인 것이 바람직하다.

액정셀과 제1 이축성 보상 필름의 사이에는 제1 λ/4 플레이트가 더 배치되고, 액정셀과 제2 이축성 보상 필름의 사이에는 제2 λ/4 플레이트가 더 배치될 수 있다. 제1 및 제2 λ/4 플레이트의 느린축은 서로 직교하고, 제1 및 제2 λ/4 플레이트의 느린축과 제1 및 제2 편광판의 편광축은 서로 45°를 이루는 것이 바람직하고, 제1 이축성 보상 필름의 최장축과 제1 편광판의 편광축, 제2 이축성 보상 필름의 최장축과 제2 편광판의 편광축은 각각 나란한 것이 바람직하다.

그러면 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 따른 액정 표시 장치에 대하여 상세히 설명한다.

도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 액정 표시 장치의 각 필름의 배치를 나타내는 분해도이다.

두 장의 투명 기판과 그 사이에 주입되어 있는 액정 물질로 이루어진 액정셀(110)의 양편에 λ/4 플레이트(121, 122)와 이축성 보상 필름(141, 142) 및 편광판(131, 132)이 각각 한 장씩 배치되어 있다. 이 때, 두 편광판(131, 132)의 편광축은 서로 수직을 이루도록 배치되어 있고, 두 이축성 보상 필름(141, 142)의 최장축(굴절율이 가장 큰 축)도 서로 수직을 이루도록 배치되어 있으며, 두 λ/4 플레이트(121, 122)의 느린축도 서로 수직을 이루고 있다. 여기서, 액정셀(110)을 중심으로 하여 같은 쪽에 위치되어 있는 편광판(131, 132)의 편광축과 이축성 보상 필름(141, 142)의 최장축은 서로 평행하게 배치되어 있고, λ/4 플레이트(121, 122)의 느린축과는 45°를 이룬다. 또, 이축성 보상 필름(141, 142)의 최단축(굴절율이 가장 작은 축)은 필름(141, 142) 면과 수직을 이룬다. 액정셀을 이루는 두 투명 기판에는 액정 분자를 구동하기 위한 박막 트랜지스터, 화소 전극, 공통 전극, 색필터 및 블랙매트릭스 등이 형성되어 있다.

이축성 보상 필름(141, 142)은 경로에 따른 리타데이션값 차이를 보상하여 시야각을 개선하는 효과를 가지며, λ/4 플레이트(121, 122)는 편광판(131, 132)에 의하여 직선 편광된 빛을 원편광으로 변화시키는 기능을 한다. λ/4 플레이트(121, 122)를 통과하면서 빛이 원편광되어 액정셀(110)에 입사하면 직선편광된 빛이 액정셀(110)에 입사한 경우에 발생하는 텍스쳐를 방지할 수 있다. 즉, 액정의 방향자와 직선 편광된 빛의 편광 방향이 일치함으로 인해 화면상 검게 나타나는 조직을 빛을 원편광으로 만들어서 액정셀에 입사시킴으로써 제거할 수 있다. 이를 통해 휘도를 향상시킬 수 있다. 이와 함께 이축성 보상 필름(141, 142)에 의한 시야각 보상 효과를 얻을 수 있다. 액정셀(110) 양쪽의 λ/4 플레이트(121, 122)의 느린축을 서로 수직이 되도록 배치함으로써 상호 보상 효과를 발휘하도록 하여 λ/4 플레이트(121, 122)의 파장 분산 특성에 영향받지 않고 높은 대비비를 나타내도록 할 수 있다.

도 4는 각각 본 발명의 제1 실시예에 따른 액정 표시 장치의 시야각 스펙트럼이다.

앞서의 도 2에 비하여 정면의 대비비와, 시야각이 개선되었음을 알 수 있다.

아래의 표 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 액정 표시 장치에 있어서 이축성 보상 필름(141, 142)을 바꿔가며 측면의 일정 각도에서 블랙(black) 상태에서의 빛샘 정도를 계산한 평균값이다.

리타데이션값	측면 각 시야각에서 평균 블랙 휘도(백라이트:100)
Rx	Ry	0°	20°	40°	60°	80°
50	130	0.033	0.178778	1.908333	5.883667	4.124333
50	150	0.033	0.189556	2.047667	6.395222	4.669111
50	100	0.033	0.174333	1.823889	5.582556	3.814667
50	50	0.033	0.187667	2.009333	6.322333	4.663000
50	90	0.033	0.174778	1.828778	5.608667	3.851889
50	115	0.033	0.175667	1.847444	5.662000	3.890778
40	100	0.033	0.173333	1.816889	5.564889	3.820556
60	100	0.033	0.176667	1.852778	5.679111	3.889444

표 1에서 Rx와 Rz는 Nx, Ny, Nz가 각각 x축, y축, z축 방향에 대한 이축성보상 필름의 굴절율이라고 할 때,

Rx = (Nx-Ny)×d,

Rz = {(Nx+Ny)/2-Nx}×d

이다.

표 1에서 볼 때, Rx = 50, Rz = 100 정도가 측면에서의 빛샘이 가장 작음을 알 수 있다. 그러나 60°에서의 블랙 상태 휘도가 약 5.6%에 달하고 있어 만족스러운 정도라 할 수는 없다. 측면의 빛샘 정도가 심하다는 것은 화상이 정상적으로 표시되지 못한다는 것이므로 시야각이 좁다는 것을 의미한다.

도 5는 본 발명의 제2 실시예에 따른 액정 표시 장치의 각 필름의 배치를 나타내는 분해도이다.

액정셀(210) 양쪽에 이축성 보상 필름(241, 242)과 편광판(231, 232)이 부착되어 있다. 두 장의 편광판(231, 232)은 편광축이 서로 수직을 이루도록 배치되어 있고, 두 장의 이축성 보상 필름(241, 242)은 최장축이 서로 수직을 이루도록 배치되어 있다. 이축성 보상 필름(241, 242)의 최장축과 편광판(231, 232)의 편광축은 서로 45°를 이루도록 배치되어 있다. 여기서, 이축성 보상 필름(241, 242)의 Rx는 100~150㎚(특히 137㎚)이고, Rz는 80~180㎚(특히 131㎚)이다.

제2 실시예에서는 λ/4 플레이트를 별도로 사용하지 않고 이죽성 보상 필름(241, 242)으로 하여금 λ/4 플레이트의 기능까지 겸하도록 하였다. 즉, 제1 편광판(231)에 의하여 직선 편광된 빛을 제1 이축성 보상 필름(241)이 원편광으로 변화시키고, 원편광된 빛이 액정셀(210)을 통과한 후 다시 제2 이축성 보상필름(241)에 의하여 직선 편광으로 변화된다. 이 때, 이축성 보상 필름(241)은 시야각 보상 효과도 발휘한다.

도 6은 본 발명의 제2 실시예에 따른 액정 표시 장치의 시야각 스펙트럼이다.

도 6을 도 4와 비교해 보면 제2 실시예에 따른 액정 표시 장치가 제1 실시예에 따른 액정 표시 장치에 비하여 넓은 시야각을 나타냄을 알 수 있다.

도 7은 본 발명의 제3 실시예에 따른 액정 표시 장치의 각 필름의 배치를 나타내는 분해도이다.

액정셀(210) 양쪽에 이축성 보상 필름(241, 242)과 편광판(231, 232)이 부착되어 있고, 오른쪽 이축성 보상 필름(242)과 편광판(232)의 사이에 일축성 보상 필름(251)이 부착되어 있다. 이 때, 두 장의 편광판(231, 232)은 편광축이 서로 수직을 이루도록 배치되어 있고, 두 장의 이축성 보상 필름(241, 242)은 최장축이 서로 수직을 이루도록 배치되어 있다. 이축성 보상 필름(241, 242)의 최장축과 편광판(231, 232)의 편광축은 서로 45°를 이루도록 배치되어 있다. 또, 일축성 보상 필름(251)의 장축은 인접한 편광판(232)의 편광축과 나란하게 되도록 배치되어 있다. 여기서 일축성 보상 필름(251)의 리타데이션값은 약 200±100㎚이고, 이축성 보상 필름(241, 242)의 리타데이션값은 제2 실시예에서와 같다. 또, 일축성 보상 필름(251)은 이축성이 가장 작은 이축성 보상 필름으로 대체할 수도 있다.

도 8은 본 발명의 제3 실시예에 따른 액정 표시 장치의 시야각 스펙트럼이다.

도 8을 보면, 본 발명의 제3 실시예에 따른 액정 표시 장치의 시야각이 제2 실시예의 시야각보다도 상당히 개선되었음을 알 수 있다.

본 발명의 제1 내지 제3 실시예에서 사용하는 액정셀은 TN(twisted nematic) 액정셀도 사용할 수 있으나 특히 수직 배향 모드의 액정셀에서 개구부 패턴을 형성하거나 돌기를 형성하는 등의 방법으로 도메인을 형성하여 광시야각을 도모하는 경우에 적용하면 휘도 향상에 큰 효과를 얻을 수 있다. 또, 액정셀 내부의 Δn×d는 전압이 인가되었을 때 0.25㎛에서 0.4㎛ 사이인 것이 바람직하다.

이상과 같이, λ/4 플레이트, 이축성 보상 필름 및 일축성 보상 필름 등을 적절히 배치함으로써 시야각을 개선함과 동시에 휘도도 향상시킬 수 있다.

Claims

액정셀,

액정셀의 양쪽면에 배치되어 있는 제1 및 제2 이축성 보상 필름,

상기 액정셀을 중심으로 하여 상기 제1 및 제2 이축성 보상 필름의 바깥쪽에 배치되어 있는 제1 및 제2 편광판

을 포함하는 액정 표시 장치.
제1항에서,

상기 제1 편광판과 상기 제1 이축성 보상 필름 사이에 배치되어 있는 일축성 보상 필름을 더 포함하는 액정 표시 장치.
제1항에서,

상기 제1 편광판과 상기 제1 이축성 보상 필름 사이에 배치되어 있으며 상기 제1 및 제2 이축성 보상 필름에 비하여 Rz값이 작은 이축성 보상 필름을 더 포함하는 액정 표시 장치.
제1항 내지 제3항 중의 어느 한 항에서,

상기 제1 이축성 보상 필름의 최장축과 상기 제2 이축성 보상 필름의 최장축은 서로 직교하는 액정 표시 장치.
제1항 내지 제3항 중의 어느 한 항에서,

상기 제1 및 제2 이축성 보상 필름의 최장축과 상기 제1 및 제2 편광판의 편광축은 서로 45°또는 135°를 이루는 액정 표시 장치.
제1항 내지 제3항 중의 어느 한 항에서,

상기 제1 및 제2 이축성 보상 필름의 최단축은 상기 제1 및 제2 이축성 보상 필름의 면에 대하여 수직을 이루는 액정 표시 장치.
제1항 내지 제3항 중의 어느 한 항에서,

상기 제1 및 제2 이축성 보상 필름의 리타데이션값은 Rx가 100㎚에서 150㎚ 사이이고, Rz가 80㎚에서 180㎚ 사이인 액정 표시 장치.
제1항에서,

상기 액정셀과 상기 제1 이축성 보상 필름의 사이에 배치되어 있는 제1 λ/4 플레이트 및

상기 액정셀과 상기 제2 이축성 보상 필름의 사이에 배치되어 있는 제2 λ/4 플레이트

를 더 포함하는 액정 표시 장치.
제8항에서,

상기 제1 및 제2 λ/4 플레이트의 느린축은 서로 직교하는 액정 표시 장치.
제8항에서,

상기 제1 및 제2 λ/4 플레이트의 느린축과 상기 제1 및 제2 편광판의 편광축은 서로 45°를 이루는 액정 표시 장치.
제8항에서,

상기 제1 이축성 보상 필름의 최장축과 상기 제1 편광판의 편광축, 상기 제2 이축성 보상 필름의 최장축과 상기 제2 편광판의 편광축은 각각 나란한 액정 표시 장치.
제8항에서,

상기 제1 및 제2 이축성 보상 필름의 최단축은 상기 제1 및 제2 이축성 보상 필름의 면에 대하여 수직을 이루는 액정 표시 장치.
제8항에서,

상기 제1 및 제2 이축성 보상 필름의 리타데이션값은 Rx가 100㎚에서 150㎚ 사이이고, Rz가 80㎚에서 180㎚ 사이인 액정 표시 장치.