KR20080047689A - 액정표시장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 이축성 필름과 C-플레이트를 이용하여, 콘트라스트 비의 향상뿐만 아니라 넓은 시야각을 갖는 액정표시장치를 제공함에 목적이 있다.
본 발명의 액정표시장치는 전압을 인가하여 외부광의 투과율을 제어하기 위한 액정셀; 일측이 상기 액정셀의 일측면에 부착되어 시야각을 보상하기 위한 이축성 필름; 상기 액정셀 다른 측면에 부착되어 시야각에 따른 상기 액정셀의 투과율을 보상하기 위한 C-플레이트; 및 상기 C-플레이트 일측면의 적어도 일부영역에 부착되어 외부광을 반사하기 위한 반사판을 포함한다.
액정, 편광판, 보상판, 이축성, C-플레이트

Description

액정표시장치{LIQUID CRYSTAL DISPLAY}
도 1은 종래의 기술에 따른 액정표시장치의 사시도,
도 2는 종래의 기술에 따른 액정표시장치의 어두운 상태,
도 3은 종래의 기술에 따른 액정표시장치의 밝은 상태,
도 4a 및 도 4b는 본 발명에 따른 액정표시장치의 사시도,
도 5는 본 발명에 따른 액정표시장치의 어두운 상태,
도 6은 본 발명에 따른 액정표시장치의 밝은 상태.
*도면의 주요 부분에 대한 설명*
110: 편광필름 210: 이축성 보상필름
130: 액정셀 220: C-플레이트
140: 반사판
본 발명은 액정표시장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 위상변화 필름과 C-플레이트를 이용하여 시야각이 향상된 액정표시장치에 관한 것이다.
액정표시장치는 소비전력이 낮고, 휴대성이 양호하여 기술집약적이며 부가가치가 높은 차세대 첨단 디스플레이(display)소자로 각광받고 있다. 근래에는 개인 정보 단말기와 같은 휴대용 표시 장치를 위해 실외에서 사용할 수 있는 액정표시장치에 대한 요구가 늘어 초기 반사형 액정표시장치에 이어 새롭게 반사형 액정표시장치가 부각되고 있다. 이런 요구에 대한 충족을 위해 초기 액정표시장치에 사용되던 반사형 액정표시장치가 향상된 성능을 가지도록 개발되고 있다. 투과형 액정표시장치의 경우에도 화면의 밝기가 중요하지만 반사형의 경우에도 화면의 밝기가 액정표시장치의 품위의 중요한 척도가 되며, 특히, 액정이나 위상차판, 편광판 등의 재질상의 특성때문에 밖으로 나가는 빛을 완전히 차폐하지 못하는 이유로 화면의 콘트라스트 비(Contrast ratio)를 높이는 것이 액정표시장치의 중요한 과제가 되고 있다.
도 1은 종래의 기술에 따른 액정표시장치의 구성도를 도시한 것으로, 액정셀(130)의 일 측면에는 편광필름(110), 반파장의 위상차를 갖는 일축성 보상필름(120)이 있고, 다른 측면에는 반사판(140)이 구비되어 있다. 외부광은 편광필름(110), 일축성 보상필름(120), 1/4파장 위상변화층인 액정셀(130)을 통과한다. 액정셀(130)을 통과한 빛은 반사판(140)에 반사되어 다시 액정셀(130), 일축성 보상필름(120) 및 편광필름(110)을 거쳐 외부로 나간다.
일반적인 외부의 백색광이 편광필름(110)에 입사되면 빛은 평면편광으로 되 고 반파장 위상차 필름(120)을 통과하여 평면편광으로 된다. 단, 광축은 편광필름(110)의 투광축(111)과 일축성 보상필름(120)의 장축(121)이 θ1만큼 차이가 있다. 그리고 액정셀(130)을 통과하는 과정에서 위상변화에 따라 회전하는 원편광이 된다. 액정셀(130)을 구성하는 액정층은 1/4파장 위상변화를 하며, 이때, 광축은 편광필름(110)의 투광축(111)과 액정셀의 굴절률이 가장 큰 축(slow axis:131)간에 형성된 θ2를 포함한다. 원편광은 반사판(140)에서 반사되면서 상호 수직을 이루는 반대방향으로 회전하는 원편광의 상태가 되며, 반사되면서 이루는 경로에서 액정셀(130)과 일축성 보상필름(120)을 차례로 지나면서 투광축(111)과 수직방향으로 진동하는 평면편광으로 변화하고 최초에 입사된 편광필름(110)을 통해 출사하게 된다.
도 2 및 도3은 종래의 액정표시장치의 명암상태를 도시한 것이다. 위상변화층을 겹쳐서 사용하고 이들을 편광필름과 각각 일정 각도를 이루도록 배치함으로써 위상차 변화 및 교차각이 상호보완적인 작용을 통하여 대부분의 가시광선 파장대역에서 콘트라스트 비를 향상시킬 수 있다.
그러나, 도 2의 어두운 상태를 살펴보면, 수평 시야각30°이상부터 빛샘현상이 발생하여 투과율이 점차 증가하는 것을 볼 수 있다. 즉, 수평 시야각의 증가에 따라 콘트라스트 비율이 급속히 감소하면서, 화면을 보는 각도에 따라 표시 색상이 변화하는 이른바, 컬러 시프트 현상이 발생하는 문제점이 있다.
본 발명은 이축성 보상필름과 C-플레이트를 이용하여, 넓은 시야각을 갖는 액정표시장치를 제공함에 목적이 있다.
본 발명의 액정표시장치는 전압을 인가하여 외부광의 투과율을 제어하기 위한 액정셀; 일측이 상기 액정셀의 일측면에 부착되어 시야각을 보상하기 위한 이축성 필름; 상기 액정셀 다른 측면에 부착되어 시야각에 따른 상기 액정셀의 투과율을 보상하기 위한 C-플레이트; 및 상기 C-플레이트 일측면의 적어도 일부영역에 부착되어 외부광을 반사하기 위한 반사판을 포함한다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
도 4는 본 발명에 따른 액정표시장치의 사시도로서, 편광필름(110), 이축성 보상필름(210), 액정셀(130), C-플레이트(220) 및 반사판(140)으로 구성되어 있다.
본 발명에 따른 편광필름(110)은 외부광 또는 편광된 광을 직선 편광된 광으로 변환할 수 있는 것을 사용한다.
본 발명에 따른 이축성 보상필름(210)은 nx > ny > nz 의 굴절율 프로파일을 갖는 광학 필름으로서, 면상 위상차 값이 거의 0이고, 두께 방향의 위상차 값은 음의 값을 갖는다. 이축성 보상필름(210)은 단일 위상차 필름, 또는 2개 이상의 위상차 필름이 적층된 적측형 필름을 사용할 수 있다. 이축성 보상필름(210)은 백라이트의 열 또는 편광필름(110)의 열수축으로 인한 위상차값의 변화 또는 변형을 감소시킨다. 액정패널의 두께를 감소시키기 위해서는 단일 위상차 필름을 사용하는 것이 바람직하다. 이축성 보상필름(210)으로 2개 이상의 위상차 필름을 접착하기 위하여 접착제층 또는 감압 접착제층 등을 사용할 수 있다.
본 발명에 따른 액정셀(130)은 한 쌍의 기판(도시안됨) 사이에 표시 매체인 액정층(도시안됨)이 주입되어 있으며, 한 쌍의 기판 중 어느 하나에는 컬러 필터(도시안됨) 및 블랙 매트릭스(도시안됨)를 포함한다. 다른 기판에는, 액정의 전기광학 특성을 제어하기 위한 스위칭 소자(도시안됨), 소스 신호를 제공하기 위하여 신호선(도시안됨) 에 게이트 신호를 제공하기 위한 주사선(도시안됨) 및 화소 전극 (도시안됨) 및 카운터 전극(도시안됨)을 포함할 수 있다. 컬러 필터는 액티브 매트릭스 기판(도시안됨)에 제공될 수도 있다. 기판 사이의 거리는 스페이스(도시안됨) 에 의해 제어된다. 예를 들어 폴리이미드로 형성되는 배향 필름(도시안됨)은 액정 층과 접촉하는 기판 각각의 면 상에 제공된다. 액정층은 전계를 미인가 시에 균일하게 배향된 액정 분자를 함유하는 것이 바람직하다. 일반적으로, 액정층은 nx>ny=nz(nx, ny, nz 는 각각 액정층의 굴절율이 큰 축(slow axis), 굴절율이 작은 축(fast axis) 및 두께 방향에서의 굴절율)의 굴절율 프로파일을 나타낸다. ny = nz는 ny 및 nz 가 정확하게 동일한 경우를 포함할 뿐 아니라, ny와 nz 가 실질적으로 동일한 경우를 포함한다. 이러한 굴절율 프로파일을 나타내는 액정층을 적용할 수 있는 구동 모드의 예로는 면내 스위칭(IPS) 모드, 프린지 필드 스위칭(FFS) 모드 및 강유전체 액정(FLC) 모드를 포함한다. 구동 모드에 이용되는 액정의 구체적인 예는 네마틱 액정 및 스멕틱 액정을 포함한다. 예를 들면, 네마틱 액정은 IPS 모드 IPS 모드 및 FFS 모드에 이용되며, 스멕틱 액정은 FLC 모드에 이용된다.
본 발명에 따른 C-플레이트(220)의 UV 또는 열 열가소성 수지를 주성분으로서 함유하는 폴리머 필름을 사용하고, 지연값 Δnd는 1nm ~ 500nm의 값을 갖는 것을 사용하는 것이 바람직하다.
본 발명의 액정표시장치는 반사형 또는 반사-투과형에 적용할 수 있다.
반사-투과형에 적용할 경우, 액정셀은 백라이트측 상에 배열되는 편광자의 흡수축과 액정셀의 초기 배향 방향이 서로 평행하도록 배열되는 O-모드 또는 액정의 백라이트측 상에 배열되는 편광자의 흡수축과 액정셀의 초기 배향 방향이 서로 수직하도록 배열되는 E-모드를 사용할 수 있다.
본 발명에 따른 액정셀은 지연값 Δnd는 λ/4값을 가지고, 0°뒤틀림각(twist angle)을 가지거나 쌍안정성 TN(Twisted Nematic)인 모든 액정으로 형성 될 수 있으며, 따라서, IPS(In Plane SwitChing) LCD, FFS LCD, FLCD, AFLCD, VA(VertiCal Aligned) LCD, ECB LCD, OCB LCD 중 어느 하나에 적용될 수 있다.
[외부광이 수직으로 입사하는 경우]
도 4a는 외부광이 수직으로 액정표시장치에 입사되는 경우를 도시한 것으로, 외부광이 편광필름(110)으로 수직으로 입사되면 광은 평면편광으로 되고 이축성 보상필름(210)을 거친 후 평면편광으로 남게 된다. 단, 광축은 편광필름(110)의 투광축(111)과 이축성 보상필름(210)의 굴절률이 큰 축(slow axis;211)이 θ1만큼 차이가 있다. 이때 이축성 보상필름(210)의 특성을 나타내는 파라미터 중 Nz는 아래 식 1과 같이 표현되며, 0보다 크고 1보다 작은 값을 갖는다.
[식 1]
Figure 112006087056073-PAT00001
액정셀(130)을 통과하는 과정에서 위상변화에 따라 회전하는 원편광이 된다. 이때 사용되는 액정셀(130)은 그 투광축(131)이 편광필름(110)의 투광축(111)과 θ2 + 45° (2θ2=θ1)의 각을 이루며, 지연값은 λ/4이다. 원편광은 반사판(140)에서 반사되면서 상호 수직을 이루는 반대방향으로 회전하는 원편광의 상태 가 된다. 반사판(140)에서 반사되면서 이루는 경로에서 액정셀(130)과 이축성 보상필름(210)을 차례로 지나면서 편광필름(110)의 투광축(111)과 수직방향으로 진동하는 평면편광으로 변화되어 외부로 출사된다.
[외부광이 소정의 각으로 입사하는 경우]
외부광이 소정의 시야각을 갖고 입사되면, 수직으로 입사한 경우와 비교시, 입사광의 광축은 편광필름(110) 및 이축성 보상필름(210)의 투과축과 시야각에 비례하여 각각 δ1, δ2만큼 벗어난다. 따라서, 편광필름(110)에 입사되 외부광은 δ1만큼 기울어진 선형편광으로 된다. 빛의 편광이 시야각에 따라 변화를 최소화하기 위하여 이축성 보상필름(210)을 사용하게 된다. 수직 입사인 경우, 이축성 보상필름의 광축(Optical Axis 또는 Slow Axis : 211)은 편광필름(110)의 투과축(111)과 θ1만큼 차이가 있다. 하지만, 수직이 아닌 경우, 광축은 시야각에 따라서 θ1+δ2가 된다. 그러므로 이축성 보상필름(210)을 통과한 빛은 수직인 경우는 원하는 파장에서 선형편광상태를 반드시 유지하지만, 시야각이 수직에서 벗어난 경우는 원하는 파장에서 선형편광상태를 유지하기 힘들다. 하지만, 이축성 보상필름(210)에 의하여 일축성 보상필름보다는 훨씬 선형편광상태에 가깝게 된다. 액정셀(130)을 수직으로 통과하는 경우와 달리 경사입사의 경우는 사용되는 액정셀(130)의 광축(131)은 편광필름(110)의 투과축(111)과는 θ2(=2θ1) + 45°+δ3의 각을 이루게 되어 원하는 원편광을 얻기 힘들다. 따라서 이러한 위상차값을 보상하기 위하여 C- 플레이트(220)를 사용한다. 액정셀(130)을 통과한 빛의 편광이 δ3에 의하여 원편광이 되지 않더라도 C-플레이트(220)에 의하여 위상차값이 보상되어 원하는 원편광으로 된다. 이러한 조건은 대부분의 파장에서 만족한다. 반사판(140)에서 반사되면서 이루는 경로에서 C-플레이트(220), 액정셀(130)과 이축성 보상필름(210)을 차례로 지나면서 편광필름(110)의 투과축(111)과 수직방향으로 진동하는 평면편광으로 변화되어 외부로 출사되고, 결국, 콘트라스트 비의 변화 및 색상변화 없이 정면에서와 같은 광학특성을 얻을 수 있다.
도 5 및 도 6은 본 발명의 액정표시장치의 명암상태를 도시한 것이다.
밝은 상태(도 5)와 어두운 상태(도 6) 각각 모든 방위각에서 균일한 투과율을 보이고 있다. 특히, 어두운 상태의 수평 시야각에 따른 투과율을 살펴보면 70°이상까지 균일하게 어두운 상태를 유지하고 있어, 시야각에 따른 콘트라스트 비의 변화가 적다는 것을 알 수 있다.
본 발명은 이상에서 살펴본 바와 같이 바람직한 실시예를 들어 도시하고 설명하였으나, 상기한 실시예에 한정되지 아니하며 본 발명의 정신을 벗어나지 않는 범위 내에서 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변경과 수정이 가능할 것이다.
본 발명의 액정표시장치는 시야각에 따른 콘트라스트 비의 변화와 컬러 시프트 현상이 거의 없다는 효과가 있다.

Claims (6)

  1. 전압을 인가하여 외부광의 투과율을 제어하기 위한 액정셀;
    일측이 상기 액정셀의 일측면에 부착되어 시야각을 보상하기 위한 이축성 보상필름;
    상기 액정셀 다른 측면에 부착되어 시야각에 따른 상기 액정셀의 투과율을 보상하기 위한 C-플레이트; 및
    상기 C-플레이트 일측면의 적어도 일부영역에 부착되어 외부광을 반사하기 위한 반사판
    을 포함하는 액정표시장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 이축성 보상필름의 타측면에 부착되는 편광필름을 더 포함하는 액정표시장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 액정에 사용되는 액정층의 지연값은 상기 외부광 파장의 1/4인 액정표시장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 이축성 보상필름은 상기 외부광의 파장을 1/2 파장으로 변환하는 액정표시장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 이축성 보상필름의 Nz는 0초과 1미만이고, 상기 Nz는 하기 식으로 정의되는 액정표시장치.
    Figure 112006087056073-PAT00002
    여기서 nx는 x축 굴절율이고, ny는 y축 굴절율이고, nz는 z축 굴절율임.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 액정셀과 상기 편광필름의 투광축이 이룬 각은 상기 이축성 보상필름의
    굴절율이 큰 축과 상기 편광판의 투광축이 이룬 각의 2배 이상인 액정표시장치.
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