KR20020044292A - 광학적으로 보상된 밴드 모드 액정 표시 장치 - Google Patents

광학적으로 보상된 밴드 모드 액정 표시 장치 Download PDF

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KR20020044292A
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Abstract

본 발명은 광학적으로 보상된 밴드 모드 액정 표시 장치를 개시한다. 개시된 본 발명은, 광학적으로 보상된 밴드 모드 액정 표시 장치는 하부 기판 외측에 배치되는 제 1 위상 보상 필름과 상부 기판 외측에 배치되는 제 2 위상 보상 필름을 포함하며, 제 1 및 제 2 위상 보상 필름은 디스크 타입의 액정 분자들로 구성되고, 제 1 위상 보상 필름의 액정 분자들은 상기 액정층의 미들레이어를 중심으로 하부 영역의 액정 분자들과 경계면을 중심으로 대칭인 분포를 갖는 트위스트 틸트 배열되고, 제 2 위상 보상 필름의 액정 분자들은 상기 액정층의 미들레이어를 중심으로 상부 영역의 액정 분자들과 경계면을 중심으로 대칭인 분포를 갖는 트위스트 틸트 배열되며, 상기 제 1 및 제 2 위상 보상 필름의 위상 지연은 액정층의 위상 지연과 그 절대값은 같고, 그 부호은 반대인 것을 특징으로 한다.

Description

광학적으로 보상된 밴드 모드 액정 표시 장치{OPTICALLY COMPENSATED BEND MODE LCD}
본 발명은 광학적으로 보상된 밴드 모드 액정 표시 장치에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 도펀트가 첨가된 광학적으로 보상된 밴드 모드 액정 표시 장치에 관한 것이다.
일반적으로, 광학적으로 보상된 밴드 모드 액정 표시 장치(Optically Compansated Bend mode LCD: 이하 OCB-LCD)는 전계 인가전 액정 분자들이 스플레이(splay) 상태로 배열되다가, 전계 인가후 밴드 상태로 배열되며, 밴드 상태의 전압의 변화에 따라 광이 조절된다. 이러한 OCB-LCD는 여러번의 러빙 공정없이 전 방향에서 고른 시야각 특성을 얻으면서도, 빠른 응답 속도를 갖는 특징을 갖는다.
그러나, 이러한 OCB-LCD는 한 순간에 고전압을 인가하여 밴드상태로 만드는 구동상의 어려움이 요구 된다.
따라서, 종래에는 높은 구동 전압의 요구없이 안정적으로 동작이 가능한 트위스트 OCB-LCD가 제안되었다.
도 1a 및 도 1b는 종래의 트위스트 OCB-LCD의 동작을 설명하기 위한 단면도이다.
먼저, 도 1a를 참조하여, 하부 기판(21)과 상부 기판(31)은 소정 거리(이하 셀갭)를 두고 대향 배치된다. 하부 기판(21)의 내측 표면에는 구동 전극, 예를들어, 화소 전극(23)이 형성되고, 화소 전극(23)의 일 표면에는 제 1 수평 배향막(25)이 형성된다. 상부 기판(31)의 내측 표면에는 구동 전극, 예를들어, 카운터 전극(33)이 형성되고, 카운터 전극(33)의 표면에는 제 2 수평 배향막(35)이 형성된다. 아울러, 제 1 및 제 2 수평 배향막(25,35)은 서로 평행(parallel)한 러빙축을 갖는다.
하부 기판(21)의 외측면에는 소정의 편광축을 갖는 제 1 편광판(29)이 배치된다. 또한, 상부 기판(31)의 외측면에는 소정의 편광축을 갖는 제 2 편광판(39)이 배치된다. 여기서, 제 1 및 제 2 편광판(29,39)의 편광축은 서로 교차되도록 배치되고, 이들 편광축중 중 어느 하나는 러빙축과 소정 각도 예를들어, 25∼50˚또는 110∼140˚의 각도, 더욱 바람직하게는 45° 또는 135°를 이루도록 배치됨이 바람직하다.
하부 기판(21)과 상부 기판(31) 사이의 공간에는 다수개의 액정 분자(40a)를 포함하는 액정층(40)이 개재된다. 이러한 액정층(40)에는 도펀트가 첨가되어 전압인가 전 트위스트 상태가 되도록 하며, 이 트위스트 상태는 전압을 인가했을 때 밴드상태와 동일 혹은 유사한 상태가 되므로 기존의 OCB Mode와는 달리 밴드상태를 만들기 위하여 특별히 고전압을 인가하지 않아도 액정을 구동시킬 수 있다. 또한 셀갭과 액정의 pitch값의 비를 0.25에서 0.36정도로 함으로써 높은 투과율과 낮은 구동전압을 갖도록 할 수 있고, 제작시 발생할 수 있는 상태의 불균일성은 제작상에 한번의 고전압을 인가함으로써 해결할 수 있었다. 이러한 도펀트로는 카이랄(chiral) 도펀트가 있다.
한편, 콘트라스트를 개선하기 위하여, 하부 기판(21)과 제 1 편광판(29) 사이에 제 1 위상 보상 필름(27)이 개재되고, 상부 기판(31)과 제 2 편광판(39) 사이에 제 2 위상 보상 필름(37)이 개재된다. 여기서, 제 1 위상 보상 필름(27)은 도 2a에 도시된 바와 같이, 액정층(40)의 미들레이어(ML) 아랫 부분(X1)과 경계면을 중심으로 대칭적인 분포를 이루도록 배열된 액정 분자들(27a)로 구성된다. 제 2 위상 보상 필름(37)은 도 2b에 도시된 바와 같이, 액정층(40)의 미들레이어(ML) 윗 부분(X2)과 경계면을 중심으로 대칭적인 분포를 이루도록 배열된 액정 분자들(37a)로 구성된다. 이러한 위상 보상 필름(27,37)에 의하여 액정 분자들의 굴절율 이방성이 보상된다.
이러한 구성을 갖는 OCB 모드 액정 표시 장치는 다음과 같이 동작된다.
먼저, 액정 표시 장치를 제작한 직후에는 도펀트가 액정층내에 첨가되었더라도,화소 일부혹은 전체에서 액정 분자들(40a)은 제 1 및 제 2 수평 배향막(25,35)의 영향으로 스플레이 상태로 배열될 수 있다. 하지만, 시초에 충분히 큰 스타팅 전압(starting voltage)을 인가하면, 액정 분자(40a)들은 첨가된 도펀트의 영향으로 도 1a와 같이, 180° 트위스트 상태로 배열되고, 전압 인가가 중단되더라도 다시 스플레이 상태로 복귀되지 않는다. 이러한 초기 공정을 거친후 본 발명의 OCB 모드 액정 표시 장치는 전압 인가전에 액정 분자들이 180°트위스트 상태로 배열된다.
이 모드의 구동은 특정 전압 구간에서 이루어지는데, 전압을 인가했을 때 트위스트상태가 충분히 밴드상태와 유사한 상태가 되기 시작하는 전압에서 광은 애정층의 러빙방향과 45도 각도를 이루고 있으므로 제일 밝은 상태가 되고, 여기서 더 전압을 인가하면 액정들이 거이 수직방향으로 서게 되므로 편광판을 투과한 광은액정층의 영향을 덜 받아서 다크 상태가 된다. 여기에 위상 보상 필름의 정면에서의 굴절율 이방성의 값을 조절하면 원하는 전압에서의 완벽한 다크 상태가 가능하므로 구동전압을 작게 할 수 있다.
그러나, 종래의 트위스트 OCB-LCD는 상하 기판(21,31) 외측에 제 1 및 제 2 위상 보상 필름(27,37)이 배치된다고 하더라도, 제 1 및 제 2 위상 보상 필름(27,37)내의 액정 분자들이 액정층(40)내의 액정 분자(40a)들과 단지 경계면을 중심으로 대칭적인 분포를 이루도록 배열되어 있으므로, 완벽하게 시야각 보상이 이루어지지 않는다.
따라서, 본 발명의 목적은 화면의 어느 방향에서나 완벽하게 시야각을 보상할 수 있는 OCB-LCD를 제공하는 것을 목적으로 한다.
도 1a 및 도 1b는 종래의 OCB 모드 액정 표시 장치의 단면도.
도 2a 및 도 2b는 종래의 OCB 모드 액정 표시 장치의 위상 보상 필름을 보여주는 단면도.
도 3a 및 도 3b는 본 발명에 따른 OCB 모드 액정 표시 장치의 단면도.
도 4는 본 발명에 따른 액정층 및 위상 보상 필름들의 액정 분자의 배열을 간략하게 보여주는 단면도.
(도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명)
50 - 하부 기판 52 - 화소 전극
54 - 제 1 수평 배향막 56 - 제 1 편광판
58 - 제 1 위상 보상 필름 70 - 상부 기판
72 - 카운터 전극 74 - 제 2 수평 배향막
76 - 제 2 편광판 78 - 제 2 위상 보상 필름
60 - 액정층
상기한 본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 소정 거리를 두고 대향하며, 각각의 내측면에는 구동 전극이 형성된 상부 기판과 하부 기판; 상하부 기판 사이에 개재되고 수개의 액정 분자로 구성되며, 꼬임성 도펀트가 첨가된 액정층; 상기 하부 기판의 내측 표면에 배치되며, 소정의 러빙축을 갖는 제 1 수평 배향막; 상기 상부 기판의 내측 표면에 배치되며, 상기 제 1 수평 배향막의 러빙축과 평행하는 러빙축을 갖는 제 2 수평 배향막; 상기 하부 기판의 외측에 배치되며, 소정의 편광축을 갖는 제 1 편광판; 상기 상부 기판의 외측에 배치되는 상기 제 1 편광판의 편광축과 직교를 이루는 제 2 편광판; 상기 하부 기판과 제 1 편광판 사이에 개재되는 제 1 위상 보상 필름; 및 상기 상부 기판과 제 2 편광판 사이에 개재되는 제 2 위상 보상 필름을 포함하며, 상기 제 1 및 제 2 위상 보상 필름은 디스크 타입의 액정 분자들로 구성되고, 제 1 위상 보상 필름의 액정 분자들은 상기 액정층의 미들레이어를 중심으로 하부 영역의 액정 분자들과 경계면을 중심으로 대칭적인 분포를 이루도록 트위스트 틸트 배열되고, 제 2 위상 보상 필름의 액정 분자들은 상기 액정층의 미들레이어를 중심으로 상부 영역의 액정 분자들과 경계면을 중심으로 대칭적인 분포를 이루도록 트위스트 틸트 배열되며, 상기 제 1 및 제 2 위상 보상 필름의 위상 지연은 액정층의 위상 지연과 그 절대값은 같고, 그 위상은 반대인 것을 특징으로 한다. 또는 정면에서 보았을 때 액정층의 리타데이션 절대값보다 약간 큰 값혹은 작은 값(액정층의 리타에이션 값 ± 0.2)을 갖도록 하여 특정 전압에서 원하는 정도의 다크 상태를 만듦으로써 구동전압을 조절하는 것을 특징으로 한다.
(실시예)
이하, 첨부한 도면에 의하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하도록 한다.
첨부한 도면 도 3a 및 도 3b는 본 발명에 따른 OCB-LCD의 단면도이고, 도 4는 본 발명에 따른 액정층 및 위상 보상 필름들의 액정 분자의 배열을 간략하게 보여주는 단면도이다.
먼저, 도 3a를 참조하여, 하부 기판(50)과 상부 기판(70)은 소정 거리(이하 셀갭)를 두고 대향,배치된다. 하부 기판(50)의 내측 표면에는 구동 전극인 화소 전극(52)이 형성되고, 화소 전극(52)의 일 표면에는 제 1 수평 배향막(54)이 형성된다. 한편, 상부 기판(70)의 내측 표면에는 카운터 전극(72)이 형성되고, 카운터 전극(72)의 표면에는 제 2 수평 배향막(74)이 형성된다. 여기서, 화소 전극(52) 및 카운터 전극(72)은 투과형일 경우는 투명 도전체로 형성되고, 반사형일 경우는 불투명한 도전체로 형성될 수 있다. 아울러, 제 1 및 제 2 수평 배향막(54,74)은 40°이하의 프리틸트(pretilt)각을 가지며, 서로 평행(parallel)한 러빙축을 갖는다. 여기서, 도면의 화살표는 러빙 방향을 나타낸다.
하부 기판(50)과 상부 기판(70) 사이의 공간에는 다수개의 액정 분자(60a)를 포함하는 액정층(60)이 개재된다. 여기서, 액정 분자(60a)는 유전율 이방성이 양임이 바람직하다. 또한, 액정층(60)은 전압 인가시 밴드 상태와 유사혹은 동일한 상태로 빠르게 변화되도록, 도펀트가 첨가된다. 이때, 도펀트는 액정 분자(40a)들이 상하 기판 사이에서 180° 트위스트시키는 역할을 하며, 이러한 도펀트로는 카이랄(chiral) 도펀트가 있다. 아울러, 도펀트는 스타팅 전압 인가후 안정적으로 트위스트 상태가 유지되도록 0.26 내지 0.36 d/p비(d:셀갭, p:피치)로 첨가된다.
하부 기판(50)의 외측면에는 소정의 편광축을 갖는 제 1 편광판(56)이 배치된다. 또한, 상부 기판(70)의 외측면에는 소정의 편광축을 갖는 제 2 편광판(76)이 배치된다. 여기서, 제 1 및 제 2 편광판(56,76)의 편광축은 서로 교차되도록 배치되고, 이들 편광축들중 중 어느 하나는 제 1 및 제 2 수평 배향막(54,74)의 러빙축과 소정 각도 예를들어, 25∼50˚또는 110∼140˚의 각도, 더욱 바람하게는 45° 또는 135°를 이루도록 배치됨이 바람직하다.
한편, 콘트라스트를 개선하기 위하여, 하부 기판(50)과 제 1 편광판(58) 사이에 제 1 위상 보상 필름(56)이 개재되고, 상부 기판(70)과 제 2 편광판(78) 사이에 제 2 위상 보상 필름(76)이 개재된다. 여기서, 도 4는 액정층(60), 제 1 및 제 2 위상 보상 필름(58,78)의 구조를 나타낸 도면이다. 도 4에 도시된 바와 같이, 제 1 위상 보상 필름(58) 및 제 2 위상 보상 필름(78)은 디스크(disk) 타입 즉, 반경보다 높이가 작은 액정 분자(58a,78)들로 구성된다. 아울러, 제 1 위상 보상 필름(58)의 액정 분자(58a)들은 액정층(60)의 미들레이어(ML)의 아랫 부분(X1)에 배열된 액정 분자(60a)들과 경계면을 중심으로 대칭인 분포를 이루도록 트위스트-틸트배열된다. 또한, 제 2 위상 보상 필름(78)의 액정 분자(78a)들은 액정층(60)의 미들레이어(ML)의 윗 부분(X2)에 배열된 액정 분자(60a)들과 경계면을 중심으로 대칭인 분포를 이루도록 트위스트-틸트배열된다. 이때, 시야각의 완벽한 보상을 위하여, 제 1 및 제 2 위상 보상 필름(58,78)을 구성하는 액정 분자들(58a,78a)의 위상 지연(위상 보상 필름의 두께×디스크 타입 액정 분자의 굴절율 이방성)은 원하는 전압 대역에서 액정층(60)의 위상 지연과 절대값은 동일하고, 위상은 반대값을 갖거나 액정층의 위상 지연 값의 절대값과의 차가 0.2um이하로 하여 원하는 전압에서 원하는 정도의 다크 상태를 만듦으로써 구동전압을 조절하는 것을 특징으로 한다. 이와같은 위상 보상 필름(58,78)의 사용으로 더욱 완벽하게 시야각을 보상할 수 있다.
이러한 구성을 갖는 OCB 모드 액정 표시 장치는 다음과 같이 동작된다.
먼저, 액정 표시 장치를 제작한 직후에는 도펀트가 액정층(60)내에 첨가되었더라도, 액정 분자들(60a)은 제 1 및 제 2 수평 배향막(54,74)의 영향으로 화소의전체 또는 일부가 스플레이 상태로 배열된다. 하지만, d/p값이 0.25~0.36값이 되도d/p값이 0.25~0.36값이 되도록 하면 시초에 스타팅 전압을 인가하면, 액정 분자(60a)들은 첨가된 도펀트의 영향으로 도 3a와 같이, 전체 화소 영역이 180°트위스트 상태로 배열되고, 전압 인가가 중단되더라도 다시 스플레이 상태로 복귀되지 않는다. 이러한 초기 공정을 거친후 본 발명의 OCB 모드 액정 표시 장치는 전압 인가전에 액정 분자들이 180°트위스트 상태로 배열된다.
한편, 화소 전극(23)에 소정의 전압이 인가되면, 화소 전극(23)과 카운터 전극(33) 사이에 발생되는 전계에 의하여 트위스트 상태로 배열되었던 액정 분자(40a)들이 밴드 상태와 유사하거나 밴드 상태로 재배열된다. 이때, 전압이 인가된 트위스트상태는 밴드 상태와 유사혹은 동일하기 때문에 스플레이에서 밴드 상태로의 변이와 같은 급격한 상의 변화는 일어나지 않는다. 따라서 스플레이에서 밴드상태로 변화시킬 때 필요한 고전압의 인가와 같은 불필요한 과정이 없어도 되며, 밴드 상태로 배열된 액정 분자(40a)들은 미들레이어(ML)를 중심으로 상하 대칭적으로 배열되므로, 위상이 자연스럽게 보상된다. 이에따라, 시야각이 크게 보상된다.
이때, 제 1 및 제 2 위상 보상 필름(58,78)의 위상 지연을 전압에 따라 조절하여, 노말리 화이트 또는 노말리 블랙 모드를 모두 실현할 수 있다.
이상에서 자세히 설명한 바와 같이, 본 발명에 의하면, 액정층내에 소정의 도펀트를 첨가하여 트위스트-밴드 상태로 구동하는 OCB-LCD에서, 위상 보상 필름은 디스크 타입의 액정 분자들로 구성되고, 이 디스크 타입의 액정 분자들은 대응되는액정층의 액정 분자 배열과 90도 대칭되도록 트위스트 틸트되도록 배열된다. 아울러, 위상 보상 필름의 위상 지연은 액정층의 위상 지연과 절대값은 같고, 그 위상은 반대가 되도록 한다. 이에따라, 시야각이 크게 보상된다.
기타, 본 발명의 요지를 벗어나지 않는 범위에서 다양하게 변경실시할 수 있다.

Claims (7)

  1. 소정 거리를 두고 대향하며, 각각의 내측면에는 구동 전극이 형성된 상부 기판과 하부 기판;
    상하부 기판 사이에 개재되고 수개의 액정 분자로 구성되며, 꼬임성 도펀트가 첨가된 액정층;
    상기 하부 기판의 내측 표면에 배치되며, 소정의 러빙축을 갖는 제 1 수평 배향막;
    상기 상부 기판의 내측 표면에 배치되며, 상기 제 1 수평 배향막의 러빙축과 평행하는 러빙축을 갖는 제 2 수평 배향막;
    상기 하부 기판의 외측에 배치되며, 소정의 편광축을 갖는 제 1 편광판;
    상기 상부 기판의 외측에 배치되는 상기 제 1 편광판의 편광축과 직교를 이루는 제 2 편광판;
    상기 하부 기판과 제 1 편광판 사이에 개재되는 제 1 위상 보상 필름; 및
    상기 상부 기판과 제 2 편광판 사이에 개재되는 제 2 위상 보상 필름을 포함하며,
    상기 제 1 및 제 2 위상 보상 필름은 디스크 타입의 액정 분자들로 구성되고,
    제 1 위상 보상 필름의 액정 분자들은 상기 액정층의 미들레이어를 중심으로 하부 영역의 액정 분자들과 경계면을 중심으로 대칭인 분포를 이루도록 트위스트틸트 배열되고,
    제 2 위상 보상 필름의 액정 분자들은 상기 액정층의 미들레이어를 중심으로 상부 영역의 액정 분자들과 경계면을 중심으로 대칭인 분포를 이루도록 트위스트 틸트 배열되며,
    상기 제 1 및 제 2 위상 보상 필름의 위상 지연은 액정층의 위상 지연과 그 절대값은 같고, 그 위상은 반대인 것을 특징으로 하거나 정면에서의 위상지연 값이 액정층의 위상지연 값보다 절대값에 있어서 0.2이하의 차를 갖는 것을 특징으로 하는 광학적으로 보상된 밴드 모드 액정 표시 장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 도펀트는 액정 분자들이 구동 전압 인가전 180°트위스트될 수 있을 만큼 첨가되는 것을 특징으로 하는 광학적으로 보상된 밴드 모드 액정 표시 장치.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 도펀트는 0.26 내지 0.36 디피비(d/p)로 첨가된 것을 특징으로 하여 화소의 일부혹은 전체가 스플레이 상태가 되었더라도 제작시의 일정 전압이상의 전압인가에 의하여 화소전체가 안정화된 트위스트 상태로 되는 것을 특징으로 하는 광학적으로 보상된 밴드 모드 액정 표시 장치.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 및 제 2 수평 배향막의 러빙축은 제 1 및 제 2 편광판의 편광축 중 어느 하나와 소정 각도를 이루되 바람직하게는 45도 혹은 135도의 각을 이루는 것을 특징으로 하는 광학적으로 보상된 밴드 모드 액정 표시 장치.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 액정층내의 액정 분자는 유전율 이방성이 양인 것을 특징으로 하며 그 값은 3에서 15사이의 값을 갖는 것을 특징으로 하는 광학적으로 보상된 밴드 모드 액정 표시 장치.
  6. 제 1 항에서 사용되는 액정의 셀갭과 굴절율 이방성의 곱이 0.5um에서 1.2um사이의 값을 갖는 것을 특징으로 하는 광학적으로 보상된 밴드 모드 액정 표시 장치.
  7. 제 1항에서 액정층의 위상지연값의 절대값에 0.2이하의 값을 더하여 특정전압에서 다크를 만듦으로써 노말리 화이트(Normally White)상태를 만들거나 0.3에서 0.5의 값을 가짐으로써 노말리 블랙(Nomally Black)상태를 만드는 것을 특징으로 하는 광학적으로 보상된 밴드 모드 액정 표시 장치.
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