KR20070003160A - 시야각이 향상되는 액정표시소자 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 가로방향으로 러빙되는 횡전계 모드 액정표시소자의 시야각을 개선하는 것에 관한 것으로서, 단위화소가 배열되는 제 1 기판과; 상기 제 1 기판과 대향하는 제 2 기판과; 상기 제 1 기판 및 제 2 기판사이에 형성되는 액정층과; 상기 제 1 기판의 외측에 형성되며 편광축이 상기 액정의 배열방향과 수직인 제 1 편광판과; 상기 제 2 기판의 외측에 형성되며 상기 제 1 편광판의 편광축과 수직인 제 2 편광판과; 상기 제 1 편광판과 일체를 이루며 상기 편광판의 편광축과 일치하는 편광축을 가지는 일축성 연신 필름을 구비하는 것을 특징으로 하는 액정표시소자를 제공하여 좌,우측면에서의 시야각을 개선한다.
가로방향, 시야각, 블랙모드, 일축성 연신 필름

Description

시야각이 향상되는 액정표시소자{LIQUID CRYSTAL DISPLAY DEVICE INCREASING VIEWING ANGLE}
도 1은 일반적인 가로방향으로 러빙되는 액정표시소자의 단위화소의 평면도.
도 2는 가로방향으로 러빙되는 액정표시소자의 시야각을 보여주는 사시도.
도 3은 본 발명의 액정표시소자의 단면도.
도 4는 본 발명의 제 1 실시 예에 의한 편광판 구조를 포함하는 액정표시패널의 단면도.
도 5는 본 발명의 제 2 실시 예에 의한 편광판 구조를 포함하는 액정표시패널의 단면도.
도 6 및 도 7은 본 발명에 의해 나타나는 색 편차 및 휘도 특성을 보이는 그래프.
*************도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 ************
301:제 1 기판 302:제 2기판
303:제 1 편광판 304:제 2편광판
310:액정층 305a,305b:배향막
본 발명은 러빙방향이 액정표시패널의 가로방향인 액정표시장치의 화질을 개선하는 액정표시소자에 관한 것이다.
근래 정보화 사회의 발전과 더불어, 표시장치에 대한 다양한 형태의 요구가 증대되면서, LCD(Liquid Crystalline Polymer), PDP(Plasma Display Panel), ELD(Electro Luminescent Display), FED(Field Emission Display), VFD(Vacuum Fluorescent Display)등 평판표시장치에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다. 그 중 고화질의 구현, 양산화 기술, 구동수단의 용이성, 경량, 박형, 저소비 전력 등의 이유로 액정표시소자(LCD)가 각광을 받고 있다.
액정표시소자는 매트릭스(matrix) 형태로 배열된 화소들에 화상정보에 따른 데이터신호를 개별적으로 공급하여, 화소별로 광투과율을 조절함으로써 원하는 화상을 표시할 수 있도록 한 표시소자로서, 주로 액티브 매트릭스(Active Matrix; AM) 방식에 의해 구동된다. 액티브 매트릭스 방식은 각각의 화소에 박막 트랜지스터(Thin Film Transistor; TFT)와 같은 스위칭소자를 부가하여, 이것을 통하여 화소부의 액정에 전압을 인가하고, 액정을 구동하는 방식이다.
이러한 액정표시소자는 액정분자가 구동되는 형태에 따라 다양한 표시모드의 액정표시소자로 분류될 수 있는데, 여러 표시모드 중 TN(twisted nematic) 모드 액정표시소자가 주로 사용되어져 왔다.
TN 모드 액정표시소자는 기판에 대해 수직한 방향의 전기장을 on/off 시킴으로서, 액정의 방향자(director)가 기판에 대하여 0°에서 90°사이의 각도를 갖도 록 액정분자를 구동한다.
그런데, 이러한 TN 모드 액정표시소자는 상기한 바와 같이 액정분자가 기판에 수직방향으로 구동하기 때문에 시야각 특성이 우수하지 못한 단점이 있다. 즉, 액정표시소자를 바라보는 방향이나 각도에 따라 화상의 화면색이나 밝기가 변하는 시야각 의존성이 존재한다.
따라서 이러한 단점을 극복하기 위해 새로운 광시야각 기술, 즉, 전계가 기판에 대하여 평행한 횡전계(in-plain electric field)를 발생시키고, 액정분자의 방향자가 상기 전계의 방향에 따라 기판에 대해 수평한 상태에서 액정이 구동되도록 하는 횡전계(In Plain Switching, 이하 IPS) 모드 액정표시소자가 제안되었다.
IPS 모드 액정표시소자는 전극에 전압이 인가될 때, 횡전계가 기판상에 형성되어 액정분자가 수평으로 배향함으로써 넓은 시야각 특성을 확보할 수 있다.
액정분자는 굴절률 이방성(또는 복굴절성)을 가지기 때문에 액정을 바라보는 방향에 따라 광경로가 변하여 이상적인 영상을 표시할 수 있다. 특히, 타원형의 네마틱(nematic)액정이 주로 사용되는 데, 타원형의 액정분자는 빛이 액정분자의 장축과 단축중 어디를 통과하느냐에 따라 위상지연이 발생한다. 상기 특성에 의해 액정분자를 이용한 액정표시소자가 제작될 수 있지만, 시야각 문제를 유발시킨다는 근원적 문제점을 가지기도 한다.
그러나 상기 횡전계 모드 액정표시소자는 액정분자가 그 방향자의 방향이 기판과 수평한 상태에서 구동되기 때문에 시야각을 향상시키는 큰 장점을 가진다.
그러나, 통상 횡전계 방식의 액정표시소자는 데이터 라인에 평행한 다수의 바형의 화소전극과 상기 화소전극과 쌍을 이루는 다수의 공통전극을 구비하는데, 상기 데이터 라인과 그와 인접한 화소전극 사이의 액정분자가 액정표시소자의 구동시 비 정상적으로 구동한다. 즉, 액정표시소자의 구동시 데이터라인과 그와 인접한 화소전극 사이에는 잔류전압이 존재하게 되어 off동작 때 액정표시소자의 빛샘을 유발하는 문제를 가진다.
그리하여, 액정표시소자를 제조함에 있어, 액정분자의 배열을 기판에 수평한 방향으로 배열하되, 화소전극을 데이터 라인과 소정의 각을 가지도록 배열하고 러빙 방향을 데이터 라인에 수직하게 형성함으로써 잔류전압에 의해 형성되는 전계방향과 액정의 초기배향 방향을 일치시키는 가로방향 러빙을 실시하는 액정표시소자들이 제안되었다.
도 1은 그 일 례로서 프린지 필드 스위칭 모드(fringe field switching, FFS 모드)액정표시소자의 단위화소를 나타낸다. 도 1을 참조하면, 화소전극에 해당하는 슬릿부(106a)가 데이터 라인(102)와 소정의 각을 가지도록 구성되며, 액정분자를 초기배향하는 러빙은 데이터 라인(102)에 대해 수직하게 형성된다.
도 1을 참조하면, FFS모드 액정표시소자는 어레이기판상에 복수의 게이트 라인(101)과 상기 게이트 라인(101)과 수직교차하는 복수의 데이터 라인(102)에 의해 단위화소가 정의된다.
상기 단위화소에는 단위화소를 구동시키는 스위칭 소자로서 박막 트랜지스터(104)가 형성되며, 액정분자에 횡전계를 형성하기 위한 제 1 전극으로서 공통전극(105)와 제 2 전극으로서 화소전극(106)이 형성되어 있다.
또한, 상기 화소전극(106)에는 적어도 하나의 슬릿이(106a)이 형성되어 있으며, 상기 슬릿을 통해 공통전극과 더불어 횡전계가 형성된다.
그러므로 데이터 라인(102)에 수직한 방향으로 러빙된 액정분자가 상기 데이터 라인(102)과 소정의 각을 가지고 배열되는 슬릿사이에서 기판에 수평한 방향으로 회전하면서 화상을 제어한다.
한편, 상기 도 1에 도시된 바와 같이, 데이터 라인(102)과 화소전극(106)은 서로 인접하며 액정표시소자가 구동할 때, 상기 데이터 라인(102)과 화소전극(106)사이에서 발생하는 잔류전압에 의해 데이터 라인과 수직한 횡전계가 발생하고 액정은 그 횡전극에 의해 배열이 제어된다. 그러므로 가로방향으로 러빙이 이루어지면 데이터 라인과 화소전극사이에서 잔류전압에 의한 횡전계가 발생하더라도, 액정의 초기배향 방향과 잔류전압에 의한 액정의 배열방향이 일치하므로 off상태에서의 빛샘이 개선된다.
그러나 가로방향 러빙에 의해 제조되는 액정표시패널은 도 2에 도시된 바와 같이, 액정표시패널의 좌,우 측면에서 시야각이 나쁜 단점을 가진다. 즉, 가로방향으로 러빙된 액정표시패널은 액정분자의 방향자가 가로방향으로 배열되기 때문에 기판의 좌,우측에서 시야각 의존성이 크게 된다.
특히, 상기와 같이, 가로방향으로 러빙되는 액정표시소자는 좌,우 방향에서 블랙 상태에서 황색편향(yellowish)되는 경향이 나타나 화질을 떨어뜨린다.
본 발명은 상기와 같이 가로방향으로 러빙되는 액정표시소자의 시야각을 개 선하는 것을 목적으로 한다. 특히 본 발명은 블랙 모드에서 액정표시패널의 좌, 우측면의 시야각을 개선하여 측면에서의 색편차 및 경사각에 따른 색좌표이동을 감소시키는 것을 목적으로 한다.
상기 목적을 위하여 본 발명은 단위화소가 배열되는 제 1 기판과; 상기 제 1 기판과 대향하는 제 2 기판과; 상기 제 1 기판 및 제 2 기판사이에 형성되는 액정층과; 상기 제 1 기판의 외측에 형성되며 편광축이 상기 액정의 배열방향과 수직인 제 1 편광판과; 상기 제 2 기판의 외측에 형성되며 상기 제 1 편광판의 편광축과 수직인 제 2 편광판과; 상기 제 1 편광판과 일체를 이루며 상기 편광판의 편광축과 일치하는 편광축을 가지는 일축성 연신 필름을 구비하는 것을 특징으로 하는 액정표시소자를 제공한다.
상기 제 1편광판은 실질적인 편광기능을 수행하는 폴리 비닐 알코올(poly vinyl alcohol,PVA) 필름과, 상기 PVA필름을 양면에서 지지하는 트리 아세틸 셀룰로스(tri acetyl cellulose,TAC)필름과, 상기 PVA필름 및 상기 TAC필름 사이에 상기 일축성 연신 필름을 구비하는 것을 특징으하며, 다른 경우로서, 상기 제 1 편광판은 실질적인 편광기능을 수행하는 폴리 비닐 알코올(PVA)필름과, 상기 PVA필름의 일면에 형성되는 TAC필름과, 상기 PVA필름의 다른 면에 형성되는 일축성 연신 필름을 구비하는 것을 특징으로 한다.
특히, 상기 TAC필름이 PVA필름의 양면에 형성되는 경우, 상기 액정층은 280nm~400nm의 리타데이션 값을 가지며, 상기 TAC필름의 두께는 80㎛이며, 상기 일 축성 연신필름은 100nm~18nm의 리타데이션 값을 가지는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 TAC필름이 상기 PVA필름의 일측에 형성되과 다른 일측은 일축성 연신필름으로 구성되는 제 1 편광판이 사용될 경우, 상기 액정층은 280nm~400nm의 리타데이션 값을 가지며, 상기 TAC필름의 두께는 80㎛이며, 상기 일축성 연신필름은 180nm~220nm의 리타데이션 값을 가지는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명은 제 1 기판상에 가로방향으로 배열되는 복수의 게이트 라인과; 상기 게이트 라인에 수직한 복수의 데이터 라인과; 상기 게이트 라인이 형성되는 방향으로 러빙되는 배향막과; 상기 러빙방향과 소정의 각을 이루며 형성되는 화소전극과; 상기 화소전극과 더불어 횡전계를 형성하는 공통전극을 구비하는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 횡전계에 의해 액정을 구동하는 횡전계 모드를 사용하며 가로방향으로 러빙된 배향막을 구비하는 액정표시소자에 있어 액정표시패널의 좌, 우측의 시야각을 개선한다. 특히, 블랙 모드에서 황색편향되어 색 편차를 크게 유발하는 것을 방지하여 화질을 개선한다.
도 3 및 4를 참조하여 본 발명의 제 1 실시 예에 의한 액정표시소자를 설명한다.
본 발명의 액정표시패널은 단위화소가 배열되는 어레이 기판인 제 1 기판(301)과 상기 제 1 기판(301)과 대향하며 컬러필터층이 형성될 수 있는 제 2 기판(302)과 ,상기 제 1 기판(301) 및 제 2 기판(302) 사이에 형성되는 액정층(310)과, 상기 제 1 기판(301)의 외측면에 부착되는 제 1 편광판(303)과, 상기 제 2 기판 (302)의 외측면에 부착되는 제 2 편광판(304)을 포함하여 구성된다.
도시되지는 않았지만, 상기 제 1 기판(301)에는 복수의 게이트 라인 및 상기 게이트 라인과 수직교차하는 복수의 데이터 라인이 형성되어 있으며, 상기 게이트 라인 및 데이터 라인의 교차에 의해 단위화소가 정의되어 있다. 상기 단위화소마다 단위화소를 구동하는 박막트랜지스터가 형성되어 있으며, 액정층에 횡전계를 인가하는 화소전극과 공통전극이 더 형성되어 있다.
한편, 상기 제 1 기판(301)상에는 액정의 초기배향을 위한 배향막(305a)이 더 형성되는데, 본 발명의 배향막(305a,305b)은 상기 게이트 라인이 형성되는 방향으로 러빙되어 있다.
또한, 상기 제 1 기판(301)상에는 상기 러빙방향과 소정의 각을 이루는 복수의 화소전극과 상기 화소전극과 각각 대응되는 공통전극이 형성되어 있다.
예를 들어, 본 발명은 단위화소가 멀티 도메인으로 나뉘어질 수 있는 수퍼 IPS(in plane switching)모드 액정표시소자이거나, 프린지 필드 스위칭(FFS)모드 액정표시소자일 수 있다.
상기 두 경우 모두 배향막의 러빙방향은 게이트 라인이 형성되는 방향이며, 통상 액정표시패널의 가로방향이다. 그러므로 액정의 배열방향은 액정표시패널의 가로방향으로 형성된다.
한편, 도 4를 참조하면, 상기 제 2 편광판(304)은 실질적으로 편광기능을 하는 폴리 비닐 알코올(PVA)필름과, 상기 PVA필름을 양면에서 지지하는 트리 아세틸 셀룰로스(TAC)필름과 상기 하측 TAC필름과 PVA필름 사이에 형성되는 일종의 보상필 름인 일축성 연신 필름으로 구성된다. 상기 네 층이 적층되어 하나의 제 1 편광판(304)을 구성한다.
또한, 제 1 편광판(303)은 실질적인 편광기능을 수행하는 PVA필름과, 상기 PVA필름의 양면을 지지하는 TAC필름으로 구성된다.
상기 구조를 가지는 본 발명의 제 1실시 예에 의한 액정표시패널의 액정층(310)은 리타데이션 값이 360nm이며, 상기 TAC필름의 두께가 80㎛이며, 상기 일축성 연신 필름(A-plate)의 리타데이션 값이 100nm~180nm일 때 액정표시패널의 좌, 우측면에서의 색 편차가 현저히 개선되었으며 휘도의 변화도 미세하였다. 특히 블랙 모드의 경우 청색 편향되어 색상을 개선하였다.
이때, 상기 제 1 편광판(303)은 광 투과축 즉, 편광축이 액정이 배향방향과 동일한 가로방향이며, 상기 제 2 편광판(304)의 편광축은 상기 제 1 편광판의 편광축과 수직이다. 특히, 상기 제 2 편광판(304)를 구성하는 일축성 연신 필름(A-plate)의 편광축은 상기 제 2 편광판(304)의 편광축과 일치한다.
즉, 제 1 편광판(303)과 제 2 편광판(304)은 서로 수직한 편광축을 가지며, 상기 액정층은 그 배향자의 방향이 상기 제 1 편광판의 편광축과 평행하고, 상기 제 2 편광판(304)을 구성하는 일축성 연신필름은 그 투과축이 상기 제 2 편광판의 투과축과 일치한다.
상기 조건을 가질 때, 가로방향으로 러빙된 액정표시패널은 좌, 우측의 시야각이 현저히 개선되었으며, 색 편차 및 휘도특성이 향상되었다.
한편, 본 발명은 다른 실시 예로 제 2 편광판을 구성함에 있어, 편광판을 지 지하는 지지판으로써 TAC필름의 일부를 제거하고 일축성 연신 필름을 사용하는 제 2 실시 예를 제시한다.
통상, 액정표시패널은 유리판일 수 있는 제 1 및 제 2 기판과, 편광판과, 액정층을 구비하지만, 액정표시패널을 통과하는 광의 경로에 영향을 주어 리타데이션을 발생시키는 것으로는 액정층과 편광판의 TAC필름인 것으로 알려져 있다.
그러므로 액정층의 두께 또는 액정층의 물질이 바뀌거나 TAC필름이 제거되면 액정표시패널의 전체 리타데이션 값이 변경된다.
그러므로 제 2 편광판을 구성하는 TAC필름의 일부가 제거되면 최적의 화질을 조건이 바뀐다.
이하, 도 3 및 5를 참조하여 본 발명의 제 2 실시 예를 살펴본다.
제 2 실시 예의 제 1 편광판(303)은 실질적으로 편광기능을 하는 폴리 비닐 알코올(PVA)필름과, 상기 PVA필름을 일면에서 상기 PVA필름을 지지하는 트리 아세틸 셀룰로스(TAC)필름과, 상기 PVA필름의 다른 면에 형성되는 일종의 보상필름인 일축성 연신 필름(A-plate)으로 구성된다. 상기 세 층이 적층되어 하나의 제 2 편광판(304)을 구성한다. 즉, 본 발명의 제 2 실시 예의 제 2 편광판은 하나의 TAC필름 대신 일축성 연신 필름을 사용하는 데 특징이 있다.
또한, 제 1 편광판(303)은 실질적인 편광기능을 수행하는 PVA필름과, 상기 PVA필름의 양면을 지지하는 TAC필름으로 구성된다.
상기 구조를 가지는 본 발명의 제 1실시 예에 의한 액정표시패널의 액정층(310)은 리타데이션 값이 360nm이며, 상기 TAC필름의 두께가 80㎛이며, 상기 일축 성 연신 필름(A-plate)의 리타데이션 값이 180nm~220nm일 때 액정표시패널의 좌, 우측면에서의 색 편차가 현저히 개선되었으며 휘도의 변화도 미세하였다. 특히 블랙 모드의 경우 청색 편향되어 색상을 개선하였다.
이때, 상기 제 1 편광판(303)은 광 투과축 즉, 편광축이 액정의 배향방향과 동일한 가로방향이며, 상기 제 2 편광판(304)의 편광축은 상기 제 1 편광판의 편광축과 수직이다. 특히, 상기 제 2 편광판(304)를 구성하는 일축성 연신 필름(A-plate)의 편광축은 상기 제 2 편광판(304)의 편광축과 일치한다.
즉, 제 1 편광판(303)과 제 2 편광판(304)은 서로 수직한 편광축을 가지며, 상기 액정층은 그 배향자의 배열방향이 상기 제 1 편광판의 편광축과 평행하고, 상기 제 2 편광판(304)을 구성하는 일축성 연신필름은 그 투과축이 상기 제 2 편광판의 투과축과 일치한다.
도 4 및 5의 우측은 편광판들, 액정층 및 일축성 연신 필름의 투과축의 방향으로 나타낸다.
상기 조건 및 구조의 액정표시패널의 좌, 우측 경사각과 색 편차의 관계를 나타내는 그래프를 도 6을 통해 볼 수 있다.
도 6을 참조하면, 제 1 실시 예 및 제 2 실시 예의 액정표시소자는 시야각에 대한 색 편차값이 종래에 비해 향상된 것을 볼 수 있다.
또한, 측면 경사각과 휘도의 관계를 나타내는 도 7을 참조하면, 본 발명은 종래의 액정표시소자에 비해 경사각에 따른 휘도의 변화가 크지 않음을 볼 수 있다. 즉, 본 발명의 액정표시패널은 경사각에 따라 휘도변화 및 색 편차가 크지 않 아 화질이 향상되는 것을 알 수 있다. 특히,화면을 바라보는 각도(시야각)에 따라 큰 화질의 변화를 보이는 액정표시소자의 근원적 한계를 개선하는데 도움을 준다.
본 발명은 상기에서 살핀 바와 같이, 가로방향으로 러빙되는 액정표시소자의 시야각을 향상시킬 수 있다. 특히, 블랙모드에서 색 편차 및 휘도의 변화를 줄여 액정표시패널의 좌, 우측에서의 시야각을 개선하여 전체 화질을 개선한다. 또한 오늘날 대형의 액정표시패널이 개발되고 텔레비젼등에 적용되고 있어 시야각을 확보함으로써 양품의 표시장치를 구현할 수 있다.

Claims (7)

  1. 단위화소가 배열되는 제 1 기판과;
    상기 제 1 기판과 대향하는 제 2 기판과;
    상기 제 1 기판 및 제 2 기판사이에 형성되는 액정층과;
    상기 제 1 기판의 외측에 형성되며 편광축이 상기 액정의 배열방향과 수직인 제 1 편광판과;
    상기 제 2 기판의 외측에 형성되며 상기 제 1 편광판의 편광축과 수직인 제 2 편광판과;
    상기 제 1 편광판과 일체를 이루며 상기 편광판의 편광축과 일치하는 편광축을 가지는 일축성 연신 필름을 구비하는 것을 특징으로 하는 액정표시소자.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 제 1편광판은 실질적인 편광기능을 수행하는 폴리 비닐 알코올(poly vinyl alcohol,PVA) 필름과, 상기 PVA필름를 양면에서 지지하는 트리 아세틸 셀룰로스(tri acetyl cellulose,TAC)필름과, 상기 PVA필름 및 상기 TAC필름 사이에 상기 일축성 연신 필름을 구비하는 것을 특징으로 하는 액정표시소자.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 편광판은 실질적인 편광기능을 수행하는 폴리 비닐 알코올(PVA)필름과, 상기 PVA필름의 일면에 형성되는 TAC필름과, 상기 PVA필 름의 다른 면에 형성되는 일축성 연신 필름을 구비하는 것을 특징으로 하는 액정표시소자.
  4. 제 2항에 있어서, 상기 액정층은 280nm~400nm의 리타데이션 값을 가지며, 상기 TAC필름의 두께는 80㎛이며, 상기 일축성 연신필름은 100nm~18nm의 리타데이션 값을 가지는 것을 특징으로 하는 액정표시소자.
  5. 제 3항에 있어서, 상기 액정층은 280nm~400nm의 리타데이션 값을 가지며, 상기 TAC필름의 두께는 80㎛이며, 상기 일축성 연신필름은 180nm~220nm의 리타데이션 값을 가지는 것을 특징으로 하는 액정표시소자.
  6. 제 2항 또는 3항에 있어서, 상기 제 1 기판은 가로방향으로 배열되는 복수의 게이트 라인과;
    상기 게이트 라인에 수직한 복수의 데이터 라인과;
    상기 게이트 라인이 형성되는 방향으로 러빙되는 배향막과;
    상기 러빙방향과 소정의 각을 이루며 형성되는 화소전극과;
    상기 화소전극과 더불어 횡전계를 형성하는 공통전극을 구비하는 것을 특징으로 하는 액정표시소자.
  7. 제 1 항에 있어서, 상기 일축성 연신 필름은 편광축을 구비하는 보상필름인 것을 특징으로 하는 액정표시소자.
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