KR20040015405A - 액정 표시 장치 - Google Patents

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KR20040015405A
KR20040015405A KR1020020047488A KR20020047488A KR20040015405A KR 20040015405 A KR20040015405 A KR 20040015405A KR 1020020047488 A KR1020020047488 A KR 1020020047488A KR 20020047488 A KR20020047488 A KR 20020047488A KR 20040015405 A KR20040015405 A KR 20040015405A
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송장근
박승범
유재진
김경현
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삼성전자주식회사
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Abstract

박막 트랜지스터 기판, 박막 트랜지스터 기판과 마주보고 있는 색필터 기판, 이들 두 기판 사이에 주입되어 있는 액정층, 박막 트랜지스터 기판의 외측에 배치되어 있는 이축성 보상 필름, 이축성 보상 필름의 외측에 배치되어 있는 제1 편광판, 색필터 기판의 기판의 외측에 배치되어 있는 제2 편광판을 포함하고, 상기 이축성 보상 필름의 R0와 Rth는 40 ≤R0≤120와 110 ≤Rth≤200를 만족한다.

Description

액정 표시 장치{LIQUID CRYSTAL DISPLAY}
본 발명은 액정 표시 장치, 그에 사용되는 박막 트랜지스터 기판 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
액정 표시 장치는 전극이 형성되어 있는 상부 및 하부 기판과 그 사이에 주입되어 있는 액정 물질로 구성되어 있다. 이러한 액정 표시 장치는 두 기판 사이에 주입되어 있는 액정 물질에 전극을 이용하여 전계를 인가하고, 이 전계의 세기를 조절하여 기판에 투과되는 빛의 양을 조절함으로써 화상을 표시한다.
액정 표시 장치 중에서도 현재 주로 사용되는 것은 두 기판에 기준 전극과 화소 전극이 각각 형성되어 있고, 화소 전극이 형성되어 있는 기판에 화소 전극에 인가되는 전압을 스위칭하는 박막 트랜지스터가 형성되어 있는 형태의 것이다.
또한, 액정을 두 기판에 대하여 수직으로 배향하는 수직 배향 모드(vertically aligned mode)가 대비비가 우수하고 시야각 개선에 유리하여 많이 사용되고 있다.
그런데 이러한 액정 표시 장치에서는, 측면으로 갈수록 빛샘이 증가하여 측면 시인성을 저하시키고 시야각을 좁히는 원인이 되고 있다. 측면으로 갈수록 빛샘이 증가하는 이유는 다음 두 가지로 정리할 수 있다.
첫째는 액정이 수직 배향되어 있는 상태에서는 정면에서는 리타데이션(retardation)이 발생하지 않지만 측면에서는 광 경로가 액정의 광축에서 벗어나 리타데이션이 발생하게 되어 편광 상태가 변함으로써 빛샘이 발생하게 된다. 두 번째는 정면에서는 제1 편광자(polarizer)와 제2 편광자(analyzer)가 직각이지만 측면으로 갈수록 제1 편광자와 제2 편광자가 직각에서 벗어나게 되어 빛샘이 발생하게 된다.
이러한 문제점을 해결하기 위하여 보상 필름을 사용하는데 보상 필름의 가격이 비싸기 때문에 보상 필름의 수가 증가하면 액정 표시 장치의 원가에 큰 영향을 미친다.
본 발명은 측면 빛샘을 방지하여 액정 표시 장치의 화질을 향상시키는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 액정 표시 장치의 제조 비용을 절감하는 것이다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 액정 표시 장치의 단면도이다.
도 2는 본 발명의 제2 실시예에 따른 액정 표시 장치의 단면도이다.
도 3은 본 발명의 제1 또는 제2 실시예에 따른 액정 표시 장치에서 보상 필름에 의하여 빛의 편광축이 이동하는 개념을 나타내는 쁘앙까르 구(Poincare Sphere)이다.
도 4는 본 발명의 제3 실시예에 따른 액정 표시 장치의 단면도이다.
도 5는 본 발명의 제4 실시예에 따른 액정 표시 장치의 단면도이다.
도 6은 A-플레이트 보상 필름과 C-플레이트 보상 필름을 결합하여 사용하는 경우에 있어서 A-플레이트 보상 필름의 R0변화에 따른 대비비의 변화를 나타내는 그래프이다(C-플레이트 보상 필름의 Rth= 110).
도 7은 A-플레이트 보상 필름과 C-플레이트 보상 필름을 결합하여 사용하는 경우에 있어서 C-플레이트 보상 필름의 Rth변화에 따른 대비비의 변화를 나타내는 그래프이다(A-플레이트 보상 필름의 R0= 90).
도 8은 이축성 보상 필름을 사용하는 경우에 있어서 Rth변화에 따른 대비비의 변화를 나타내는 그래프이다(R0= 90).
도 9는 이축성 보상 필름을 사용하는 경우에 있어서 R0변화에 따른 대비비의 변화를 나타내는 그래프이다(Rth= 155).
도 10은 본 발명의 실시예에 따른 액정 표시 장치의 휘도 상승률을 비교한 그래프이다.
도 11은 본 발명의 실시예에 따른 액정 표시 장치의 시야각을 비교한 그래프이다.
박막트랜지스터 기판: 100
색필터 기판: 200
액정층: 3
편광 필름: 12, 22
보상 필름: 13
본 발명은 이러한 기술적 과제를 해결하기 위하여, 소정의 Rth와 Ro를 가지는 편측(one-side) 보상 필름을 사용하고 광리사이클링 필름과 편광 필름이 결합하여 이루어진 편광판을 사용한다.
구체적으로는, 제1 기판, 상기 제1 기판과 마주보고 있는 제2 기판, 상기 제1 기판과 제2 기판 사이에 주입되어 있는 액정층, 상기 제1 기판의 외측에 배치되어 있는 이축성 보상 필름, 상기 보상 필름의 외측에 배치되어 있는 제1 편광판, 상기 제2 기판의 외측에 배치되어 있는 제2 편광판을 포함하고, 상기 이축성 보상 필름의 R0와 Rth는 40 ≤R0≤120와 110 ≤Rth≤200를 만족하는 액정 표시 장치를 마련한다.
또는 제1 기판, 상기 제1 기판과 마주보고 있는 제2 기판, 상기 제1 기판과 제2 기판 사이에 주입되어 있는 액정층, 상기 제1 기판의 외측에 배치되어 있으며 A-플레이트 보상 필름과 C-플레이트 보상 필름이 결합하여 이루어진 이축성 보상 필름, 상기 보상 필름의 외측에 배치되어 있는 제1 편광판, 상기 제2 기판의 외측에 배치되어 있는 제2 편광판을 포함하고, 상기 보상 필름의 A-플레이트 보상 필름의 R0는 40 ≤R0≤120를 만족하고, A-플레이트 및 C-플레이트 보상 필름의 Rth의 합은 110 ≤Rth≤200를 만족하는 액정 표시 장치를 마련한다.
이 때, 상기 제1 편광판 또는 제2 편광판은 광리사이클링 필름과 편광 필름이 결합하여 이루어져 있는 것이 바람직하고, 상기 액정층의 액정 분자는 상기 제1 및 제2 기판에 대하여 수직을 이루도록 배향되어 있다.
첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.
도면에서 여러 층 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 나타내었다. 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 동일한 도면 부호를 붙였다. 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "위에" 있다고 할 때, 이는 다른 부분 "바로 위에" 있는 경우뿐 아니라 그 중간에 또다른 부분이 있는 경우도 포함한다. 반대로 어떤 부분이 다른 부분 "바로 위에" 있다고 할 때에는 중간에 다른 부분이 없는 것을 뜻한다.
이제 본 발명의 실시예에 따른 액정 표시 장치 및 액정 표시 장치용 조사 장치에 대하여 도면을 참고로 하여 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 액정 표시 장치의 단면도이다.
본 발명의 제1 실시예에 따른 액정 표시 장치는 서로 마주보고 있는 박막 트랜지스터 기판(100)과 색필터 기판(200), 이들 두 기판(100, 200) 사이에 주입 밀봉되어 있는 액정 물질로 이루어진 액정층(3), 제1 및 제2 편광판(12, 22), 보상 필름(13)을 포함하여 이루어진다.
박막 트랜지스터 기판(100)에는 게이트선, 데이터선, 박막 트랜지스터 및 화소 전극이 형성되어 있다. 게이트선과 데이터선이 교차하여 매트릭스 모양으로 화소 영역을 정의하며, 각 화소 영역에는 스위칭 소자인 박막 트랜지스터와 화소 전극이 형성되어 있다.
색필터 기판(200)에는 블랙 매트릭스, 색필터 및 기준 전극이 형성되어 있다. 블랙 매트릭스는 매트릭스 모양으로 화소 영역을 정의하며, 각 화소 영역에는 적, 녹, 청색의 색필터가 반복적으로 형성되어 있으며 색필터 위에는 투명한 도전 물질로 이루어진 기준 전극이 형성되어 있다. 이 때, 색필터는 색필터 기판(200) 위에 형성되지 않고 박막 트랜지스터 기판(100)에 형성될 수 있고, 기준 전극도 박막 트랜지스터 기판(100) 위에 화소 전극과 나란하게 형성될 수 있다.
액정층(3)의 액정 분자는 장축이 두 기판(100, 200)에 대하여 수직을 이루도록 배향되어 있고, 제1 편광판(12)은 편광 필름과 광리사이클링 필름이 결합되어 이루어질 수 있다. 두 편광 필름(12, 22)의 편광축은 정면에서 볼 때 서로 수직을 이루도록 배치되어 있다.
여기서, 보상 필름(13)은 이축성 보상 필름이고, 색필터 기판(200)의 외측에만 배치되어 있다. 이축성 보상 필름이란 x, y, z축에 대한 굴절율 이방성이 nx≠ny≠nz인 경우이다. 보상 필름(13)은 110 ≤Rth ≤200, 40 ≤R0≤120를 만족한다. 여기서, R0= (nx- ny) ×d, Rth= [nz- (nx+ ny)/2] ×d로 정의한다.
도 2는 본 발명의 제2 실시예에 따른 액정 표시 장치의 단면도이다.
본 발명의 제2 실시예에 따른 액정 표시 장치는 서로 마주보고 있는 박막 트랜지스터 기판(100)과 색필터 기판(200), 이들 두 기판(100, 200) 사이에 주입 밀봉되어 있는 액정 물질로 이루어진 액정층(3), 제1 및 제2 편광판(12, 22) 및 2장의 일축성 보상 필름(131, 132)을 결합하여 형성한 보상 필름(13)을 포함하여 이루어진다.
박막 트랜지스터 기판(100)에는 게이트선, 데이터선, 박막 트랜지스터 및 화소 전극이 형성되어 있다. 게이트선과 데이터선이 교차하여 매트릭스 모양으로 화소 영역을 정의하며, 각 화소 영역에는 스위칭 소자인 박막 트랜지스터와 화소 전극이 형성되어 있다.
색필터 기판(200)에는 블랙 매트릭스, 색필터 및 기준 전극이 형성되어 있다. 블랙 매트릭스는 매트릭스 모양으로 화소 영역을 정의하며, 각 화소 영역에는 적, 녹, 청색의 색필터가 반복적으로 형성되어 있으며 색필터 위에는 투명한 도전 물질로 이루어진 기준 전극이 형성되어 있다. 이 때, 색필터는 색필터 기판(200) 위에 형성되지 않고 박막 트랜지스터 기판(100)에 형성될 수 있고, 기준 전극도 박막 트랜지스터 기판(100) 위에 화소 전극과 나란하게 형성될 수 있다.
액정층(3)의 액정 분자는 장축이 두 기판(100, 200)에 대하여 수직을 이루도록 배향되어 있고, 제1 편광판(12)은 편광 필름과 광리사이클링 필름이 결합되어 이루어질 수 있다. 두 편광 필름(12, 22)의 편광축은 정면에서 볼 때 서로 수직을 이루도록 배치되어 있다.
여기서, 보상 필름(13)은 A-플레이트 보상 필름(131)과 C-플레이트 보상 필름(132)이 결합하여 이루어지고, 색필터 기판(200)의 외측에만 배치되어 있다. 여기서 A-플레이트 보상 필름이란 x, y, z 축에 대한 굴절율 이방성이 nx> ny= nz인 경우이고, C-플레이트 보상 필름이란 x, y, z 축에 대한 굴절율 이방성이 nx= ny> nz인 경우이다. 그런데, R0= (nx- ny) ×d, Rth= [nz- (nx+ ny)/2] ×d로 정의한다. 따라서 C-플레이트 보상 필름의 R0는 0이다. 또, A-플레이트 보상 필름의 Rth = R0/2이다. 이 때, A-플레이트 보상 필름(131)의 R0는 40 ≤R0≤120를 만족하고, C-플레이트 및 A-플레이트 보상 필름(132)의 Rth의 합은 110 ≤Rth≤200를 만족한다. 한편, A-플레이트 보상 필름(131)과 C-플레이트 보상 필름(132)의 위치는 서로 바뀔 수 있다.
이렇게 하면 액정층(3)을 통과하면서 발생한 편광의 왜곡을 보상 필름(13)이 보상하여 회복시킨다. 이러한 기능을 가시적으로 나타낸 것이 도 3이다.
도 3은 본 발명의 제1 또는 제2 실시예에 따른 액정 표시 장치에서 보상 필름에 의하여 빛의 편광축이 이동하는 개념을 나타내는 쁘앙까르 구(Poincare Sphere)이다.
쁘앙까르 구에서 적도 상에 위치하는 점은 선편광을 나타내고, 양극은 원편광을 나타내며, 나머지 부분은 타원 편광을 나타낸다.
하부 편광판(12)을 통과한 빛은 선편광되어 쁘앙까르 구의 P지점에 위치하고, 액정층(3)을 통과하면 타원 편광으로 변화되어 P1 지점에 위치하게 된다. 이 빛이 다시 보상 필름(13)을 통과하면서 선편광으로 복구되어 P2 지점에 위치하게 된다.
도 4는 본 발명의 제3 실시예에 따른 액정 표시 장치의 단면도이다.
본 발명의 제3 실시예에 따른 액정 표시 장치도 서로 마주보고 있는 박막 트랜지스터 기판(100)과 색필터 기판(200), 이들 두 기판(100, 200) 사이에 주입 밀봉되어 있는 액정 물질로 이루어진 액정층(3), 제1 및 제2 편광판(12, 22) 및 보상 필름(13)을 포함하여 이루어진다.
액정층(3)의 액정 분자는 장축이 두 기판(100, 200)에 대하여 수직을 이루도록 배향되어 있고, 제1 편광판(12)은 편광 필름과 광리사이클링 필름이 결합되어 이루어질 수 있다. 두 편광 필름(12, 22)의 편광축은 정면에서 볼 때 서로 수직을 이루도록 배치되어 있다.
여기서, 보상 필름(13)은 이축성 보상 필름으로써 하부 편광판(12)과 박막 트랜지스터 기판(100) 사이에만 배치되어 있다. 보상 필름(13)은 110 ≤Rth ≤200, 40 ≤R0≤120를 만족한다. 여기서, R0= (nx- ny) ×d, Rth= [nz- (nx+ ny)/2] ×d로 정의한다.
도 5는 본 발명의 제4 실시예에 따른 액정 표시 장치의 단면도이다.
본 발명의 제4 실시예에 따른 액정 표시 장치도 서로 마주보고 있는 박막 트랜지스터 기판(100)과 색필터 기판(200), 이들 두 기판(100, 200) 사이에 주입 밀봉되어 있는 액정 물질로 이루어진 액정층(3), 제1 및 제2 편광판(12, 22) 및 보상 필름(13)을 포함하여 이루어진다.
액정층(3)의 액정 분자는 장축이 두 기판(100, 200)에 대하여 수직을 이루도록 배향되어 있고, 제1 편광판(12)은 편광 필름과 광리사이클링 필름이 결합되어 이루어질 수 있다. 두 편광 필름(12, 22)의 편광축은 정면에서 볼 때 서로 수직을 이루도록 배치되어 있다.
여기서, 보상 필름(13)은 A-플레이트 보상 필름(131)과 C-플레이트 보상 필름(132)이 결합하여 이루어지고, 하부 편광판(12)과 박막 트랜지스터 기판의 사이에만 배치되어 있다. 이 때, A-플레이트 보상 필름(131)의 R0는 40 ≤R0≤120를 만족하고, A-플레이트 및 C-플레이트 보상 필름(132)의 Rth의 합은 110 ≤Rth≤200를 만족한다. 한편, A-플레이트 보상 필름(131)과 C-플레이트 보상 필름(132)의 위치는 서로 바뀔 수 있다.
이렇게 하면, 액정층(3)을 통과하면서 발생한 편광의 왜곡을 보상 필름(13)이 보상하여 회복시킨다.
도 6은 A-플레이트 보상 필름과 C-플레이트 보상 필름을 결합하여 사용하는 경우에 있어서 A-플레이트 보상 필름의 R0변화에 따른 대비비의 변화를 나타내는그래프이다(C-플레이트 보상 필름의 Rth= 110).
제2 및 제4 실시예의 경우에 대한 그래프로써 A-플레이트의 R0값이 증가함에 따라 대비비(C/R)도 점점 증가하다가 R0= 90 부근에서 최고값을 나타내고 R0값이 더 증가하면 다시 감소하기 시작한다.
도 7은 A-플레이트 보상 필름과 C-플레이트 보상 필름을 결합하여 사용하는 경우에 있어서 C-플레이트 보상 필름의 Rth변화에 따른 대비비의 변화를 나타내는 그래프이다(A-플레이트 보상 필름의 R0= 90).
제2 및 제4 실시예의 경우에 대한 그래프로써 C-플레이트의 Rth값이 증가함에 따라 대비비(C/R)도 점점 증가하다가 Rth= 120 부근에서 최고값을 나타내고 Rth값이 더 증가하면 다시 감소하기 시작한다.
이와 같이 대비비는 A-플레이트의 R0와 C-플레이트의 Rth에 따라 변동하는데 표시 장치로써 충분한 기능을 발휘하기 위해서는 A-플레이트 보상 필름(131)의 R0는 40 ≤R0≤120를 만족하고, A-플레이트 및 C-플레이트 보상 필름(132)의 Rth의 합은 110 ≤Rth≤200를 만족해야 한다.
도 8은 이축성 보상 필름을 사용하는 경우에 있어서 Rth변화에 따른 대비비의 변화를 나타내는 그래프이다(R0= 90).
제1 및 제3 실시예의 경우에 대한 그래프로써 이축성 보상 플레이트의 Rth값이 증가함에 따라 대비비(C/R)도 점점 증가하다가 Rth= 155 부근에서 최고값을 나타내고 Rth값이 더 증가하면 다시 감소하기 시작한다.
도 9는 이축성 보상 필름을 사용하는 경우에 있어서 R0변화에 따른 대비비의 변화를 나타내는 그래프이다(Rth= 155).
제1 및 제3 실시예의 경우에 대한 그래프로써 이축성 보상 필름의 R0값이 증가함에 따라 대비비(C/R)도 점점 증가하다가 R0= 60 부근에서 최고값을 나타내고 R0값이 더 증가하면 다시 감소하기 시작한다.
이와 같이 대비비는 이축성 보상 필름의 R0와 Rth에 따라 변동하는데 표시 장치로써 충분한 기능을 발휘하기 위해서는 40 ≤R0≤120와 110 ≤Rth≤200를 만족해야 한다.
도 10은 본 발명의 실시예에 따른 액정 표시 장치의 휘도 상승률을 나타내는 그래프이다.
편측(one-side) 보상 필름을 적용하고 제1 편광판으로 광리사이클링 필름을 결합하지 않은 편광 필름만을 사용하였을 경우를 100%로 하면, DBEF-D 필름을 사용하는 경우에는 휘도가 131%로 향상되었고, Bepol을 사용하는 경우에는 휘도가 141%로 향상되며, Nipocs를 사용하였을 경우에는 휘도가 139%로 향상되었다.
도 11은 본 발명의 실시예에 따른 액정 표시 장치의 시야각을 비교한 그래프이다.
종래와 같이 보상 필름을 여러 장 사용한 경우(normal)에 비하여 Nipocs와 DBEF-D를 사용한 경우에는 시야각이 감소하였으나 Bepol을 사용한 경우에는 종래와 비슷한 시야각을 나타낸다.
본 발명에서는 소정의 Rth와 R0를 가지는 이축성 보상 필름이나 A-플레이트와 C-플레이트를 결합한 보상 필름을 편측 보상 필름으로 사용하고 광리사이클링 필름과 결합한 편광 필름을 사용함으로써 액정 표시 장치의 휘도를 향상하고, 제조 비용을 낮춘다.

Claims (5)

  1. 제1 기판,
    상기 제1 기판과 마주보고 있는 제2 기판,
    상기 제1 기판과 제2 기판 사이에 주입되어 있는 액정층,
    상기 제1 기판의 외측에 배치되어 있는 이축성 보상 필름,
    상기 보상 필름의 외측에 배치되어 있는 제1 편광판,
    상기 제2 기판의 외측에 배치되어 있는 제2 편광판
    을 포함하고, 상기 이축성 보상 필름의 R0와 Rth는 40 ≤R0≤120와 110 ≤Rth≤200를 만족하는 액정 표시 장치.
  2. 제1 기판,
    상기 제1 기판과 마주보고 있는 제2 기판,
    상기 제1 기판과 제2 기판 사이에 주입되어 있는 액정층,
    상기 제1 기판의 외측에 배치되어 있으며 A-플레이트 보상 필름과 C-플레이트 보상 필름이 결합하여 이루어진 이축성 보상 필름,
    상기 보상 필름의 외측에 배치되어 있는 제1 편광판,
    상기 제2 기판의 외측에 배치되어 있는 제2 편광판
    을 포함하고, 상기 보상 필름의 A-플레이트 보상 필름의 R0는 40 ≤R0≤120를 만족하고, A-플레이트 및 C-플레이트 보상 필름의 Rth의 합은 110 ≤Rth≤200를 만족하는 액정 표시 장치.
  3. 제1항 또는 제2항에서,
    상기 제1 편광판은 광리사이클링 필름과 편광 필름이 결합하여 이루어져 있는 액정 표시 장치.
  4. 제1항 또는 제2항에서,
    상기 제2 편광판은 광리사이클링 필름과 편광 필름이 결합하여 이루어져 있는 액정 표시 장치.
  5. 제1항 또는 제2항에서,
    상기 액정층의 액정 분자는 상기 제1 및 제2 기판에 대하여 수직을 이루도록 배향되어 있는 액정 표시 장치.
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