KR20090032332A - 액정 표시 장치 - Google Patents

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KR20090032332A
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반병섭
한은희
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삼성전자주식회사
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Abstract

광시야각 및 고휘도 특성을 갖는 액정 표시 장치가 제공된다. 액정 표시 장치는 상부 표시판과, 상부 표시판 하부에 위치하며 제1 방향으로 러빙된 제1 배향막과, 상부 표시판에 대향하여 배치된 하부 표시판과, 하부 표시판 상부에 위치하며 제2 방향으로 러빙된 제2 배향막과, 제1 및 제2 배향막 사이에 개재되며 초기 배향 상태가 스플레이(splay) 모드로 배향되는 액정층으로서, 액정층은 일정 전압 이상 인가시, 제1 및 제2 배향막에 인접한 액정 분자는 제1 및 제2 방향으로 유지되고 제1 및 제2 배향막으로부터 점차 액정층의 중앙부로 위치할 수록 액정 분자가 점차 수직방향으로 배향되어 대칭을 이루는 벤드(bend) 모드로 배열되며, 벤드(bend) 탄성 상수(K33)의 값이 8×10-12N ~ 14.7×10-12N인 액정층을 포함한다.
OCB, 액정, 탄성 상수

Description

액정 표시 장치{Liquid crystal display}
본 발명은 액정 표시 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 광시야각 및 고휘도 특성을 갖는 액정 표시 장치에 관한 것이다.
액정 표시 장치(Liquid Crystal Display : LCD)는 현재 가장 널리 사용되고 있는 평판 표시 장치(Flat Panel Display : FPD) 중 하나로서, 전극이 형성되어 있는 두 장의 기판과 그 사이에 삽입되어 있는 액정층으로 이루어지며, 전극에 전압을 인가하여 액정층의 액정 분자들을 재배열시킴으로써 투과되는 빛의 양을 조절하여 영상을 표시하는 장치이다.
액정 표시 장치를 채용하는 장치가 급증하게 됨에 따라 각 장치마다 필요로 하는 특성을 만족하기 위해 점차 고성능화 되고 있는 추세이다. 특히, 액정 표시 장치의 광시야각과 고휘도화 특성의 요구를 따라가기 위해 다양한 방식의 액정 표시 장치들이 개발되고 있다. 예를 들면 다중 영역 도메인 기술이나 인플래인 스위치 모드(in plane switch: IPS), 수직 정렬(vertical alignment) 모드, 위상 보상 기술 등과 같은 다양한 방식의 액정 표시 장치가 개발되고 있다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 광시야각 및 고휘도 특성을 갖는 액정 표시 장치를 제공하고자 하는 것이다.
본 발명의 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 액정 표시 장치는, 상부 표시판과, 상기 상부 표시판 하부에 위치하며 제1 방향으로 러빙된 제1 배향막과, 상기 상부 표시판에 대향하여 배치된 하부 표시판과, 상기 하부 표시판 상부에 위치하며 제2 방향으로 러빙된 제2 배향막과, 상기 제1 및 제2 배향막 사이에 개재되며 초기 배향 상태가 스플레이(splay) 모드로 배향되는 액정층으로서, 상기 액정층은 일정 전압 이상 인가시, 상기 제1 및 제2 배향막에 인접한 액정 분자는 상기 제1 및 제2 방향으로 유지되고 상기 제1 및 제2 배향막으로부터 점차 상기 액정층의 중앙부로 위치할 수록 액정 분자가 점차 수직방향으로 배향되어 대칭을 이루는 벤드(bend) 모드로 배열되며, 벤드(bend) 탄성 상수(K33)의 값이 8×10-12N ~ 14.7×10-12N인 액정층을 포함한다.
기타 실시예들의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있 다.
상술한 바와 같이 본 발명의 실시예들에 따른 액정 표시 장치에 의하면, 광시야각 및 고휘도 특성을 얻을 수 있다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.
이하 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 의한 액정 표시 장치에 대하여 상세히 설명한다. 여기서, 도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 액정 표시 장치의 분해 사시도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 의한 액정 표시 장치(100)는 액정 패널 어셈블리(130), 백라이트 어셈블리(140), 상부 수납 용기(110) 및 하부 수납 용기(160)를 포함한다.
그리고 액정 패널 어셈블리(130)는 하부 표시판(133), 상부 표시판(134)을 포함하는 액정 패널(136), 액정(미도시), 게이트 테이프 캐리어 패키지(131), 데이 터 테이프 캐리어 패키지(132) 및 인쇄회로기판(135)을 포함한다.
액정 패널(136)은 게이트 라인(미도시) 및 데이터 라인(미도시)과 박막 트랜지스터 어레이, 화소 전극 등을 포함하는 하부 표시판(133)과, 블랙 매트릭스(black matrix), 공통 전극 등을 포함하고 하부 표시판(133)에 대향하도록 배치된 상부 표시판(134)을 포함한다.
그리고 게이트 테이프 캐리어 패키지(131)는 하부 표시판(133)에 형성된 각 게이트 라인(미도시)에 접속되고, 데이터 테이프 캐리어 패키지(132)는 하부 표시판(133)에 형성된 각 데이터 라인(미도시)에 접속된다.
한편 인쇄회로기판(135)에서는 게이트 테이프 캐리어 패키지(131)에 게이트 구동 신호 및 데이터 테이프 캐리어 패키지(132)에 데이터 구동 신호를 입력가능하도록 하는 게이트 구동신호 및 데이터 구동신호를 모두 처리하기 위한 여러 구동 부품이 실장된다.
그리고 백라이트 어셈블리(140)는 광학 시트들(141), 확산판(142), 램프(143), 반사판(144)을 포함한다. 램프(143)는 LED(Light Emitted Diode), CCFL(Cold Cathode Fluorescent Lamp), EEFL(External Electrode Fluorescent Lamp) 등이 사용될 수 있다. 이러한 램프(143)는 외부로부터 램프(143)에 인가된 램프 구동전압에 의해 광을 발생한다. 또한 램프(143)는 균일한 거리로 이격되어 동위상 병렬 연결되고, 직하형으로 구성될 수 있으며, 이에 한정되지 않고 측면에서 빛을 제공하는 에지형으로 구성될 수도 있다.
확산판(142)은 램프(143)의 상부에 설치될 수 있으며, 램프(143)에서 발생한 광의 휘도 균일성을 향상시키는 역할을 한다.
반사판(144)은 램프(143)의 하부에 설치되어 램프(143)의 하부로 방출되는 광을 상부로 반사하여 빛의 효율을 높이는 역할을 한다. 이러한 반사판(144)은 하부 수납용기(160)의 바닥면에 일체로 형성될 수도 있다. 즉 하부 수납용기(160)를 알루미늄(Al) 또는 알루미늄 합금 등의 반사도가 높은 물질로 구성하여 하부 수납용기(160) 자체가 반사판(144)의 기능을 수행할 수 있도록 구성할 수도 있다.
광학 시트들(141)은 확산판(142) 상부에 설치되며, 램프(143)로부터 전달되는 광을 확산하고 집광하는 역할을 한다. 광학 시트들(141)은 확산 시트(diffusion sheet), 제1 프리즘 시트, 제2 프리즘 시트 등을 포함할 수 있다.
여기서 확산 시트는 램프(143) 상부에 위치하고 램프(143)로부터 입사되는 광의 휘도 및 휘도 균일성을 향상시키는 역할을 하는 것으로서, 필요에 따라 선택적으로 설치할 수 있다.
제1 프리즘 시트는 확산 시트 상부에 위치하고, 제1 프리즘 시트의 일면에는 확산 시트로부터 확산된 광을 집광하여 출사하기 위한 삼각기둥 모양의 프리즘 패턴(미도시)이 일정한 배열을 갖고 형성되어 있다. 여기서 제1 프리즘 시트의 일면에 형성된 프리즘 패턴의 모서리 방향에 따라 액정 표시 장치의 휘도 및 시야각을 효과적으로 높일 수 있다.
제2 프리즘 시트는 제1 프리즘 시트 상부에 위치하고, 광을 집광 및 편광하여 출사하는 다층 구조의 반사형 편광 프리즘 시트이다. 다만 제1 프리즘 시트만으로도 휘도 및 시야각을 충분히 확보할 수 있는 경우 제2 프리즘 시트는 제외될 수 있다.
액정 패널 어셈블리(130)는 광학 시트들(141) 위에 설치되며, 백라이트 어셈블리(140)와 함께 수납 프레임(150)의 지지를 받으며 하부 수납 용기(160) 내에 안착된다. 수납 프레임(150)은 직사각형 형상의 가장자리를 따라 형성된 측벽들로 구성되며 내측벽에 단차부 또는 돌기부가 형성되어 액정 패널 어셈블리(130) 및 백라이트 어셈블리(140)를 지지할 수 있는 구조로 이루어진다. 하부 수납 용기(160)는 직사각형 형상을 가지고 상면의 가장자리를 따라 측벽이 형성되어 측벽 내에 백라이트 어셈블리(140) 및 액정 패널 어셈블리(130)를 수용하여 고정시키는 역할을 수행한다. 그리고 액정 패널 어셈블리(130)의 인쇄회로기판(135)은 하부 수납 용기(160)의 외측벽을 따라 절곡되어 하부 수납 용기(160)의 배면에 안착된다. 여기서, 백라이트 어셈블리(140) 또는 액정 패널 어셈블리(130)를 하부 수납 용기(160)에 수용하는 방법에 따라서 하부 수납 용기(160)의 형상은 다양하게 변형될 수 있다.
그리고, 하부 수납 용기(160)에 수납된 액정 패널 어셈블리(130)의 상면을 덮도록 상부 수납 용기(110)가 하부 수납 용기(160)와 결합되도록 배치된다. 상부 수납 용기(110)의 상면에는 액정 패널 어셈블리(130)를 외부로 노출시키는 윈도우가 형성되어 있다.
이하 도 2 및 도 3을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 의한 액정 표시 장치에 사용되는 액정 패널을 설명한다. 여기서, 도 2는 도 1의 액정 표시 장치에 포함되는 액정 패널의 배치도이고, 도 3은 도 2의 액정 패널을 III-III' 선으로 절개한 단면도이다.
본 발명의 액정 패널은 하부 표시판(133), 상부 표시판(134), 이들 두 기판 사이에 개재되어 있는 액정층(3), 제1 및 제2 보상 필름(210, 215), 제1 및 제2 위상차 필름(220, 225), 제1 및 제2 편광 필름(230, 235)을 포함한다.
먼저, 하부 표시판(133)에 대하여 구체적으로 설명하면, 절연 기판(10) 위에 가로 방향으로 게이트선(22)이 형성되어 있고, 게이트선(22)에는 돌기의 형태로 이루어진 게이트 전극(26)이 형성되어 있다. 이러한 게이트선(22), 게이트 전극(26)을 게이트 배선이라고 한다.
게이트 배선(22, 26)은 알루미늄(Al)과 알루미늄 합금 등 알루미늄 계열의 금속, 은(Ag)과 은 합금 등 은 계열의 금속, 구리(Cu)와 구리 합금 등 구리 계열의 금속, 몰리브덴(Mo)과 몰리브덴 합금 등 몰리브덴 계열의 금속, 크롬(Cr), 티타늄(Ti), 탄탈륨(Ta) 따위로 이루어질 수 있다. 또한, 게이트 배선(22, 26)은 물리적 성질이 다른 두 개의 도전막(미도시)을 포함하는 다중막 구조를 가질 수 있다. 이 중 한 도전막은 게이트 배선(22, 26)의 신호 지연이나 전압 강하를 줄일 수 있도록 낮은 비저항(resistivity)의 금속, 예를 들면 알루미늄 계열 금속, 은 계열 금속, 구리 계열 금속 등으로 이루어진다. 이와는 달리, 다른 도전막은 다른 물질, 특히 ITO(indium tin oxide) 및 IZO(indium zinc oxide)와의 접촉 특성이 우수한 물질, 이를테면 몰리브덴 계열 금속, 크롬, 티타늄, 탄탈륨 등으로 이루어진다.
또한 절연 기판(10) 위에는 게이트선(22)과 평행하게 가로 방향으로 뻗어 있는 유지 전극 배선(미도시)을 형성할 수 있다. 이러한 유지 전극 배선은 화소 전 극(82)과 일정 부분이 중첩하여 유지 용량을 형성한다.
게이트 배선(22, 26) 위에는 게이트 절연막(30)이 형성되어 있다. 게이트 절연막(30)은 질화 규소 또는 산화 규소와 같은 절연 물질로 이루어진다.
게이트 절연막(30) 위에는 수소화 비정질 규소(hydrogenated amorphous silicon) 또는 다결정 규소 등으로 이루어진 반도체층(40)이 형성되어 있다. 이러한 반도체층(40)은 섬형, 선형 등과 같이 다양한 형상을 가질 수 있으며, 예를 들어 본 실시예에서와 같이 게이트 전극(26) 상에 섬형으로 형성될 수 있다.
반도체층(40)의 위에는 실리사이드(silicide) 또는 n형 불순물이 고농도로 도핑되어 있는 n+ 수소화 비정질 규소 따위의 물질로 만들어진 저항성 접촉층(55, 56)이 형성되어 있다. 이러한 저항성 접촉층(55, 56)은 섬형, 선형 등과 같이 다양한 형상을 가질 수 있으며, 예를 들어 본 실시예에서와 같이 섬형 저항성 접촉층(55, 56)의 경우 드레인 전극(66) 및 소스 전극(65) 아래에 위치하고, 선형의 저항성 접촉층의 경우 데이터선(62)의 아래까지 연장되어 형성된다.
저항성 접촉층(55, 56) 및 게이트 절연막(30) 위에는 데이터선(62) 및 드레인 전극(66)이 형성되어 있다. 데이터선(62)은 전체적으로 세로 방향으로 뻗어 있으며 게이트선(22)과 교차한다. 데이터선(62)으로부터 가지 형태로 반도체층(40)의 상부까지 연장되어 있는 소스 전극(65)이 형성되어 있다. 드레인 전극(66)은 소스 전극(65)과 분리되어 있으며 게이트 전극(26)을 중심으로 소스 전극(65)과 대향하도록 반도체층(40) 상부에 위치한다. 드레인 전극(66)은 반도체층(40) 상부의 막대형 패턴과, 막대형 패턴으로부터 연장되어 넓은 면적을 가지며 콘택홀(76)이 위치 하는 확장 패턴을 포함한다. 이러한 데이터선(62), 소스 전극(65) 및 드레인 전극(66)을 데이터 배선이라고 한다.
데이터 배선(62, 65, 66)은 크롬, 몰리브덴 계열의 금속, 탄탈륨 및 티타늄 등 내화성 금속으로 이루어지는 것이 바람직하다.
소스 전극(65)은 반도체층(40)과 적어도 일부분이 중첩되고, 드레인 전극(66)은 게이트 전극(26)을 중심으로 소스 전극(65)과 대향하며 반도체층(40)과 적어도 일부분이 중첩된다. 여기서, 저항성 접촉층(55, 56)은 반도체층(40)과 소스 전극(65) 및 반도체층(40)과 드레인 전극(66) 사이에 개재되어 이들 사이에 접촉 저항을 낮추어 주는 역할을 한다.
데이터선(62), 드레인 전극(66) 및 노출된 반도체층(40) 위에는 유기 절연막으로 이루어진 보호막(70)이 형성되어 있다. 여기서 보호막(70)은 질화규소 또는 산화규소로 이루어진 무기물, 평탄화 특성이 우수하며 감광성(photosensitivity)을 가지는 유기물 또는 플라스마 화학 기상 증착(plasma enhanced chemical vapor deposition, PECVD)으로 형성되는 a-Si:C:O, a-Si:O:F 등의 저유전율 절연 물질 등으로 이루어진다.
보호막(70)에는 드레인 전극(66)을 드러내는 콘택홀(contact hole)(76)이 형성되어 있다.
그리고 보호막(70) 위에는 화소의 모양을 따라 화소 전극(82)이 형성되어 있다. 화소 전극(82)은 콘택홀(76)을 통하여 드레인 전극(66)과 전기적으로 연결된다. 여기서, 화소 전극(82)은 ITO 또는 IZO 따위의 투명 도전체 또는 알루미늄 따 위의 반사성 도전체로 이루어진다.
화소 전극(82) 위에는 액정층(3)을 배향할 수 있는 제2 배향막(245)이 도포되어 있다.
이하, 상부 표시판(134)에 대하여 구체적으로 설명한다.
절연 기판(96) 위에 빛샘을 방지하기 위한 블랙 매트릭스(94)가 하부 표시판(133)의 게이트선(22), 데이터선(62) 및 박막 트랜지스터(TFT)의 일부를 덮도록 형성되어 있다.
절연 기판(96) 및 블랙 매트릭스(94)의 일부 위에는 각 화소에 대응하여 순차적으로 배열되어 있는 적색, 녹색, 청색의 색필터(98)가 형성되어 있다.
그리고 색필터(98) 위에는 ITO(indium tin oxide) 또는 IZO(indium zinc oxide) 등의 투명한 도전 물질로 이루어진 공통 전극(90)이 형성되어 있다. 여기서, 공통 전극(90)은 다수의 화소에 대하여 일체형으로 형성되어 있다.
공통 전극(90) 위에는 액정층(3)을 배향하는 제1 배향막(240)이 도포된다.
이러한 상부 표시판(134)과 하부 표시판(133)을 소정의 기판 간격을 두고 결합하며, 양 표시판 사이에 액정층(3)이 개재된다.
액정층(3)은 초기 배향 형태가 스플레이(splay) 모드로 배양되고, 일정한 전압 이상이 인가되면 벤드(bend) 모드 배향으로 전환된다. 이와 같은 액정층(3)은 초기에 일정 전압 이상의 전압을 인가하여 벤드 모드 배향으로 전환시키고, 그 후 인가 전압을 조절함으로써 광투과율을 제어하도록 한다.
한편, 스플레이 배향을 하기 위하여 화소 전극(82) 표면과 공통 전극(90) 표면에 형성하는 제1 및 제2 배향막(240, 245)은 동일한 방향으로 러빙한다. 이와 같은 제1 및 제2 배향막(240, 245)은 전방향의 시야각 대칭성을 확보하기 위하여 제1 및 제2 편광 필름(230, 235)의 투과축과 45도(또는 135도) 방향으로 러빙하는 것이 바람직하다.
이하, 하부 표시판(133)과 상부 표시판(134)을 서로 대향하여 배치된 액정 패널(136)을 중심으로 설명하면, 하부 표시판(133)과 상부 표시판(134)의 상하부에는 제1 및 제2 보상 필름(210, 215)이 배치되고, 제1 및 제2 보상 필름(210, 215)의 상하부에는 각각 제1 및 제2 편광 필름(230, 235)이 배치된다.
제1 및 제2 편광 필름(230, 235)의 투과축(또는 편광축)은 서로 직교하도록 배치되어 있으며, 녹색광을 기준으로 하여 보상 특성이 최적화되도록 조정되어 있다.
한편, 제1 및 제2 보상 필름(210, 215)은 디스코틱(discotic) 액정층(212, 213)을 포함하며, 디스코틱 액정층은 하이브리드(hybrid) 배향되는 액정층(212, 213)의 영향을 보상하기 위하여 하이브리드 구조를 가지도록 형성한 보상층이다.
또한, 제1 보상 필름(210)의 상부와 제2 보상 필름(215)의 하부에 빛의 위상을 지연시킬 수 있는 제1 및 제2 위상차 필름(220, 225)을 추가할 수 있다.
이하, 도 4 내지 도 7을 참조하여, 액정층, 보상 필름 및 편광필름에 대하여 구체적으로 설명한다. 여기서, 도 4는 도 2의 액정 패널을 개략적으로 도시한 사시도이고, 도 5는 도 4의 액정 패널의 개략적인 단면도이고, 도 6은 도 1의 액정 표시 장치의 휘도 분포를 나타내는 그래프이고, 도 7은 비교예에 따른 액정 표시 장 치의 휘도 분포를 나타낸 그래프이다.
도 4 및 도 5를 참조하면, 액정층(3)은 하부 표시판(133)과 상부 표시판(134) 사이에 개재되며, 상부 표시판(134)의 상부에는 제1 보상 필름(210)이 배치되며, 하부 표시판(133)의 하부에는 제2 보상 필름(215)이 배치된다. 또한, 제1 보상 필름(210)의 상부에는 제1 편광 필름(230)이 배치되며, 제2 보상 필름(215)의 하부에는 제2 편광 필름(235)이 배치된다.
하부 표시판(133) 및 상부 표시판(134)은 동일한 방향으로 러빙되며, 액정층(3)은 두 표시판 사이에서 스플레이(splay) 배향된다. 이와 같은 스플레이 배양된 액정층(3)에서 제1 및 제2 배향막(240, 245)의 인접한 부근에 위치하는 액정 분자(3a, 3c)들은 수평 방향에 대하여 일정한 선경사각(pretilt angle)(θ)을 갖게된다. 액정 분자들은 제1 및 제2 배향막(240, 245)의 러빙 방향과 같은 방향으로 배향되며, 제1 및 제2 배향막(240, 245) 부근에 위치하는 액정 분자들의 선경사 방향도 동일하다. 즉, 액정층(3) 내의 액정 분자들(3a, 3b, 3c)은 액정층(3)의 중심부를 기준으로 제1 및 제2 배향막(240, 245) 방향으로 서로 대칭되도록 배치된다. 따라서, 제1 및 제2 배향막(240, 245) 부근에 위치하는 액정 분자들의 선경사각은 동일하며, 선경사각(θ)은 6°~ 12°를 이루는 것이 바람직하며, 더욱 바람직하게는 약 8°정도로 형성한다.
화소 전극(82) 및 공통 전극(90)에 전압이 인가되어 액정층(3)에 전계가 발생되면 액정 분자의 배향 방향이 변하게 된다. 특히, 화소 전극(82)과 공통 전극(90) 사이에 소정의 전압이 인가되면 액정 분자는 벤드(bend) 배향된다. 액정 층(3) 내의 액정 분자들은 액정 분자의 장축과 제1 및 제2 배향막(240, 245)과 이루는 수평각이 액정층(3)의 중심부로 이동할수록 점차 커지게 된다. 따라서, 액정 분자의 경사각은 점차 커져 액정층(3)의 중심부에서는 거의 수직 상태가 된다. 이와 같이 소정의 전압이 인가되면 초기의 스플레이 배향에서 벤드 배향으로 배열되는 액정층(3)을 사용하고 이러한 액정층(3)의 위상 지연을 보상하는 보상 필름을 사용하는 방식을 OCB(optical compensation bend) 모드라 한다.
한편, 액정은 광학적으로 단일축 결정을 나타낼 때, 굴절률의 이방성을 나타낸다. 즉, 단일축 결정은 광파의 전기적 벡터가 광축이 놓인 평면에 수직으로 진동하는 정상 광선에 대한 굴절률(ne)과 전기적 벡터의 진동이 광축이 놓인 평면에 평행한 이상 광선에 대한 굴절률(no)을 갖는다. 여기서, 액정층(3)은 굴절률의 차(ne - no)가 0.13 ~ 0.17이며, 수직 및 수평 유전율의 차가 7 ~ 15이다.
또한, 액정층(3)은 각각 스플레이(splay), 트위스트(twist), 벤드(bend) 변형에 대한 탄성적 복원 토크(torque)를 주는 계수인 스플레이 탄성 상수(K11), 트위스트 탄성 상수(K22), 및 벤드 탄성 상수(K33)을 갖는다. 여기서, 액정층(3)은 스플레이 탄성 상수(K11)가 9×10-12N ~ 11×10-12N이고, 트위스트 탄성 상수(K22)가 4×10-12N ~ 6.5×10-12N이며, 벤드 탄성 상수(K33)가 8×10-12 N ~ 14.7×10-12 N가 될 수 있다. 특히, 벤드 탄성 상수(K33)는 대략 12.7×10-12N로 형성하는 것이 바람직 하다. 이와 같이 벤드 탄성 상수를 8×10-12N ~ 14.7×10-12N 으로 설정함에 따라 액정 표시 장치의 광시야각 및 고휘도 특성을 현저히 향상시킬 수 있다. 본 발명의 일실시예와 같이 OCB 모드의 경우는 일정한 전압이 인가될 때 액정층(3)이 벤드 배향되는 특징이 있어, 액정층(3)의 스플레이, 트위스트, 벤드 탄성 상수 중에 벤드 탄성 상수의 영향이 가장 현저하게 된다.
도 6을 참조하면, 본 발명에 따른 액정 표시 장치의 휘도 특성을 파악할 수 있다. 도 6의 그래프는 액정 패널의 상하좌우 방향의 시야각을 나타낸 것이며, 각 등고선은 콘트라스트(contrast) 비를 나타내는 지점을 연결한 선이다. 또한, 각 동심원은 중심에서 상하좌우 방향으로의 기울어진 각도에서의 휘도를 나타낸다. 여기서, 콘트라스트 비가 적어도 10:1 이상이 되는 각도를 시야각이라고 정의한다.
도 6에서, 등고선(a1)은 콘트라스트 비가 840:1인 경우를 나타내며, 등고선(a2)는 콘트라스트 비가 500:1인 경우을 나타내며, 등고선(a3)은 콘트라스트 비가 100:1인 경우를 나타내며, 등고선(a4)은 콘트라스트 비가 50:1인 경우를 나타낸다. 여기서, 콘트라스트 비가 10:1을 나타내는 등고선은 표시되지 않는다. 즉, 등고선(a4) 외곽의 나머지 영역은 모두 콘트라스트 비가 10:1 이상이 됨을 알 수 있다.
이하, 도 7을 참조하여 비교예에 따른 액정 표시 장치의 휘도 분포를 비교한다. 비교예에 따른 액정 표시 장치는 스플레이 탄성 상수(K11)가 10.2×10-12N이고, 트위스트 탄성 상수(K22)가 5.8×10-12 N 이며, 벤드 탄성 상수(K33)가 15×10-12 N를 갖는다.
도 7의 비교예에 따른 휘도 분포 그래프에서 등고선(b1)은 콘트라스트 비가 840:1인 경우를 나타내며, 등고선(b2)는 콘트라스트 비가 500:1인 경우을 나타내며, 등고선(b3)은 콘트라스트 비가 100:1인 경우를 나타내며, 등고선(b4)은 콘트라스트 비가 50:1인 경우를 나타내며, 등고선(b5)은 콘트라스트 비가 10:1인 경우를 나타내다.
도 6의 그래프와 비교하면, 도 7의 그래프에는 콘트라스트 비가 10:1인 등고선(b5)이 표시된다. 그래프 상에 도시된 등고선(b5)의 의미는 콘트라스트 비가 10:1 이하의 영역이 액정 패널에 나타나고 있다는 점을 나타낸다. 즉, 본 발명의 액정 표시 장치가 비교예에 따른 액정 표시 장치에 비해 시야각이 더 넓음을 알 수 있다.따라서, 본 발명에 따른 액정 표시 장치는 상하좌우 방향의 모든 시야각이 80도 이상이 되는 광시야각 특성을 지니고 있음을 알 수 있다.
액정층(3)은 일정한 상전이 온도 내에서만 액정의 특성을 충분히 발휘할 수 있다. 그러므로 가능한한 넓은 온도 범위에서 액정의 특성을 충분히 발휘하여야 액정 표시 장치의 사용 범위가 넓어지게 된다. 상술한 바와 같은 액정층(3)을 사용할 경우, 저온에서 고속 응답성이 현저히 향상된다.
한편, OCB 모드는 전계가 인가되는 경우에도 제1 및 제2 배향막(240, 245) 부근의 액정 분자(3a, 3c)들은 동일한 방향으로 소정의 경사각을 유지한다. 따라서 소정의 경사각을 갖는 액정 분자에 의해 발생되는 위상차를 보상하기 위하여 하부 표시판(133)의 하부 및 상부 표시판(134)의 상부에 각각 제1 및 제2 보상 필 름(210, 215)을 배치한다.
이와 같은 제1 및 제2 보상 필름(210, 215)은 디스코틱 액정층(212, 213)을 포함한다. 디스코틱 액정층(212, 213)은 디스코틱 액정 분자의 배열에 의해 형성된다. 디스코틱 액정 분자는 원반형 액정으로서, 높은 대칭성을 갖는다. 디스코틱 액정 분자가 액정층(3)의 액정 분자의 장축과 평행을 이루게 되는 경우 빛의 진행 방향에 대한 위상차가 보상된다. 따라서, 디스코틱 액정 분자들은 액정층(3)의 액정 분자(3a, 3b, 3c)의 경사각에 따라 배열되는 방향이 결정된다. 즉, 제1 보상 필름(210)은 상부 표시판(134)과 인접한 부근에 위치한 디스코틱 액정(210a)의 법선 방향이 제1 배향막(240)에 인접한 액정 분자(3a)의 장축과 평행하도록 형성되어 있다. 또한, 상부 표시판(134)에서 점차 이격되어 배치되는 디스코틱 액정은 제1 배향막(240)에서 점차 이격되어 배치되는 액정 분자에 대응되는 각도로 배치되며, 액정층(3)의 중앙부에 위치하는 액정 분자(3b)에 대응되는 디스코틱 액정 분자(210b)의 법선 방향이 제1 배향막(240)에 수직이 되도록 배치된다.
또한, 제2 보상 필름(215)은 제2 배향막(245) 부근에 위치하는 액정 분자에 위한 위상차를 보상하기 위한 것으로서, 디스코틱 액정층(213)을 포함한다. 제2 보상 필름(215)에 포함되는 디스코틱 액정층(213)은 제1 보상 필름(210)에 포함되는 디스코틱 액정의 배열과 대칭을 이루도록 형성한다.
제1 보상 필름(210)의 상부와 제2 보상 필름(215)의 하부에는 각각 제1 및 제2 위상차 필름(220, 225)이 배치된다. 제1 위상차 필름(220)은 제1 보상 필름(210)을 통하여 제공되는 빛의 위상을 지연시켜 제1 편광 필름(230)으로 제공한 다. 여기서 제1 편광 필름(230)은 제1 위상차 필름(220) 상부에 위치하여, 제1 위상차 필름(220)으로부터 제공되는 빛중 일정한 투과축에 만족하는 빛을 투과시킨다.
또한, 제2 편광 필름(235)은 제2 위상차 필름(225) 하부에 배치되어, 백라이트 어셈블리로부터 제공되는 빛을 편광하여 제2 위상차 필름(225)에 제공한다. 이때, 제2 위상차 필름(225)은 빛의 위상을 지연시켜 제2 보상 필름(215)에 제공한다.
제1 및 제2 위상차 필름(220, 225)은 양의 2축 배양성을 가질 수 있다. 양의 2축 배양성이란, 면내의 2축 방향으로 굴절율의 이방성을 나타내고, 2축 방향의 굴절률이 모두 두께 방향의 굴절률보다 큰 것을 말한다. 이와 같은 양의 2축 배향성을 갖는 제1 및 제2 위상차 필름(220, 225)은 폴리카보네이트계수지, 폴리아크릴레이트계 수지, 폴리술폰계 수지, 노르보르넨계 수지를 비롯한 환상 폴리올레핀계 수징 등의 합성 고분자나, 2 아세트산셀룰로오스, 3 아세트산셀룰로오스 등의 천연 고분자로 이루어진 필름을 1 또는 2축으로 연신시켜 만들 수 있다. 이와 같은 제1 및 제2 위상차 필름(220, 225)의 재질에는 이에 한정되지 않으며, 단층 또는 다층의 적층체 형태로 형성될 수도 있다.
이와 같은 제1 및 제2 보상 필름(210,215) 대략 1.2 ~ 1.92㎛의 두께를 가지며, 액정층(3)의 리타데이션(retardation) 값(Δnd)은 0.60 ~ 0.90㎛가 될 수 있다. 이때 가장 바람직하게는 액정층(3)의 리타데이션 값이 0.68 ~ 0.81㎛가 되는 것이다.
제1 위상차 필름(220)의 상부에는 제1 편광 필름(230)이 배치되고, 제2 위상차 필름(225)의 하부에는 제2 편광 필름이 배치된다. 제1 및 제2 편광 필름(230, 235)의 투과축은 서로 수직하며 제1 및 제2 배향막의 러빙 방향과 45도 또는 135도를 이룬다. 즉 투과축은 액정 패널(136)의 가로 또는 세로 방향과 45도 또는 135도를 이루도록 형성된다.
이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 액정 표시 장치의 분해 사시도이다.
도 2는 도 1의 액정 표시 장치에 포함되는 액정 패널의 배치도이다.
도 3은 도 2의 액정 패널을 III-III' 선으로 절개한 단면도이다.
도 4는 도 2의 액정 패널을 개략적으로 도시한 사시도이다.
도 5는 도 4의 액정 패널의 개략적인 단면도이다.
도 6은 도 1의 액정 표시 장치의 휘도 분포를 나타내는 그래프이다.
도 7은 비교예에 따른 액정 표시 장치의 휘도 분포를 나타낸 그래프이다.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
3: 액정층 10: 절연 기판
22: 게이트선 26: 게이트 전극
30: 게이트 절연막 40: 반도체층
55, 56: 저항성 접촉층 62: 데이터선
65: 소스 전극 66: 드레인 전극
70: 보호막 82: 화소 전극
90: 공통 전극 94: 블랙 매트릭스
96: 절연 기판 98: 색필터
100: 액정 표시 장치 110: 상부 수납 용기
130: 액정 패널 어셈블리 131: 게이트 테이프 캐리어 패키지
132: 데이터 테이프 캐리어 패키지 133: 하부 표시판
134: 상부 표시판 135: 인쇄회로기판
136: 액정 패널 140: 백라이트 어셈블리
141: 광학 시트들 142: 광학 플레이트
143: 램프 144: 반사판
150: 수납 프레임 160: 하부 수납 용기
210: 제1 보상 필름 212, 213: 디스코틱 액정층
215: 제2 보상 필름 220: 제1 위상차 필름
225: 제2 위상차 필름 230: 제1 편광 필름
235: 제2 편광 필름 240: 제1 배향막
245: 제2 배향막

Claims (17)

  1. 상부 표시판;
    상기 상부 표시판 하부에 위치하며 제1 방향으로 러빙된 제1 배향막;
    상기 상부 표시판에 대향하여 배치된 하부 표시판;
    상기 하부 표시판 상부에 위치하며 제2 방향으로 러빙된 제2 배향막; 및
    상기 제1 및 제2 배향막 사이에 개재되며 초기 배향 상태가 스플레이(splay) 모드로 배향되는 액정층으로서, 상기 액정층은 일정 전압 이상 인가시, 상기 제1 및 제2 배향막에 인접한 액정 분자는 상기 제1 및 제2 방향으로 유지되고 상기 제1 및 제2 배향막으로부터 점차 상기 액정층의 중앙부로 위치할 수록 액정 분자가 점차 수직방향으로 배향되어 대칭을 이루는 벤드(bend) 모드로 배열되며, 벤드(bend) 탄성 상수(K33)의 값이 8×10-12N ~ 14.7×10-12N인 액정층을 포함하는 액정 표시 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 상부 표시판 상부에 배치되며 빛의 위상차를 보상하는 제1 보상 필름; 및
    상기 하부 표시판 하부에 배치되는 제2 보상 필름을 더 포함하는 액정 표시 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제1 또는 제2 보상 필름은 디스코틱 액정 분자를 포함하는 액정 표시 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 디스코틱 액정 분자의 법선 방향이 상기 제1 배향막에 인접한 부근에서는 상기 제1 배향막에 인접한 액정 분자의 장축 방향과 실질적으로 평행하게 배열되고, 상기 제1 배향막과 이격됨에 따라 상기 제1 배향막에 실질적으로 수직 방향으로 배열되는 액정 표시 장치.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 디스코틱 액정 분자의 법선 방향이 상기 제2 배향막에 인접한 부근에서는 상기 제1 배향막에 인접한 액정 분자의 장축 방향과 실질적으로 평행하게 배열되고, 상기 제1 배향막과 이격됨에 따라 상기 제1 배향막에 실질적으로 수직 방향으로 배열되는 액정 표시 장치.
  6. 제3항에 있어서,
    상기 제1 또는 제2 보상 필름은 두께가 1.2 ~ 1.92㎛인 액정 표시 장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 액정층은 굴절률의 차가 0.13 ~ 0.17인 액정 표시 장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 액정층은 수평 및 수직 유전율의 차가 7 ~ 15인 액정 표시 장치.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 액정층은 리타데이션이 0.68 ~ 0.81㎛인 액정 표시 장치.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 액정층의 스플레이 탄성 상수 값(K11)은 9×10-12N ~ 11×10-12N인 액정 표시 장치.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 액정층의 트위스트 탄성 상수 값(K22)은 4×10-12N ~ 6.5×10-12N인 액정 표시 장치.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 제1 방향 또는 상기 제2 방향은 상기 상부 및 하부 표시판의 가로 방향 에 대하여 45도 또는 135도를 이루는 액정 표시 장치.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 제1 방향 및 상기 제2 방향은 동일한 방향인 액정 표시 장치.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 상부 표시판의 상부에 위치하는 제1 편광 필름; 및
    상기 하부 표시판의 하부에 위치하는 제2 편광 필름을 더 포함하며, 상기 제1 및 제2 편광 필름의 투과축은 서로 수직하며, 상기 제1 및 제2 방향에 대하여 45도 또는 135도를 이루는 액정 표시 장치.
  15. 제1항에 있어서,
    상기 제1 보상 필름의 상부에 위치하며 제1 광축을 갖는 제1 위상차 필름; 및
    상기 제2 보상 필름의 하부에 위치하며 제2 광축을 갖는 제2 위상차 필름을 더 포함하는 액정 표시 장치.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 제1 또는 제2 위상차 필름은 양의 2축 배향성을 갖는 액정 표시 장치.
  17. 제1항에 있어서,
    상기 액정층은 상기 제1 및 제2 배향막 부근에서 6 ~ 12도 만큼 선경사각을 갖는 액정 표시 장치.
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