KR20120111372A

KR20120111372A - 액정표시장치

Info

Publication number: KR20120111372A
Application number: KR1020110029805A
Authority: KR
Inventors: 도희욱; 서덕종; 이정훈; 기부간; 최민오; 이상구
Original assignee: 삼성디스플레이 주식회사
Priority date: 2011-03-31
Filing date: 2011-03-31
Publication date: 2012-10-10
Also published as: US20120249939A1

Abstract

액정표시장치는 비틀린 네마틱형 액정패널의 하측과 상측에 각각 구비된 제1 위상차 필름 및 제2 위상차 필름을 포함한다. 상기 제1 위상차 필름의 제2 축과 상기 제2 위상차 필름의 제 2축이 이루는 위상차 보상 사이각은 하부 액정들의 비틀림각들의 평균각을 나타내는 제1 비틀림축과 상부 액정들의 비틀림각들의 평균각을 나타내는 제2 비틀림축이 이루는 비틀림 사이각보다 작아 상기 액정표시장치의 정면 명암비가 향상된다.

Description

액정표시장치{LIQUID CRYSTAL DISPLAY}

본 발명은 액정표시장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 정면 명암비가 향상된 액정표시장치에 관한 것이다.

액정표시장치는 액정패널과 상기 액정패널의 상측과 하측에 구비된 한 쌍의 편광판을 포함한다. 일반적으로, 액정패널은 다수의 화소가 매트릭스 형태로 배열된 어레이 기판과 상기 어레이 기판에 대향하는 대향기판, 상기 어레이 기판과 상기 대향기판 사이에 개재되며 다수의 액정을 구비한 액정층을 포함한다. 상기 액정패널은 상기 액정층에 포함된 액정들의 배열구조 및 액정상에 따라 다양한 액정모드가 결정된다. 대표적으로 네마틱 액정상을 사용하는 액정패널과 스멕틱 액정상을 사용하는 액정패널로 구분된다.

비틀린 네마틱형 액정표시장치는 상기 네마틱 액정상을 사용하는 대표적인 액정표시장치로, 다른 액정표시장치들에 비해 광 투과도가 우수하나, 시야각이 좁다.

상기 비틀린 네마틱형 액정표시장치는 시야각을 보상하기 위해 디스코틱 액정 보상필름(DLC 보상필름)을 사용한다. 상기 DLC 보상필름은 트리-아세틸-셀룰로오스 필름(Tri-acetyl-cellulose film)에 디스코틱 액정(Discotic liquid crystal)을 코팅하여 제조한다. 상기 DLC 보상필름은 제조가 복잡하고 고가이다.

본 발명은 한 쌍의 위상차 필름을 포함하여 정면 명암비가 향상된 액정표시장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명에 따른 액정표시장치는 비틀린 네마틱형 액정패널, 상기 비틀린 네마틱형 액정패널의 하측에 제공된 제1 위상차 필름, 상기 비틀린 네마틱형 액정패널의 상측에 제공된 제2 위상차 필름을 포함한다. 상기 비틀린 네마틱형 액정패널은 제1 배향축이 정의된 제1 기판, 상기 제1 기판에 대향하며 상기 제1 배향축에 수직한 제2 배향축이 정의된 제2 기판, 및 상기 제1 배향축으로부터 상기 제2 배향축까지 연속적으로 비틀리게 배향된 다수의 액정을 포함한다. 또한, 상기 다수의 액정은 전계가 형성됨에 따라 제1 범위의 비틀림각을 갖는 다수의 하부 액정, 제2 범위의 비틀림각을 갖는 다수의 상부 액정, 및 상기 다수의 하부 액정과 상기 다수의 상부 액정 사이에 개재된 다수의 중간 액정으로 구분된다. 상기 제1 위상차 필름은 상기 제1 기판의 하측에 제공되고, 평면상에서 볼 때 제1 축과 상기 제1 축 방향의 굴절률보다 굴절률이 작은 제2 축을 갖는다. 제2 위상차 필름은 상기 제2 기판의 상측에 제공되고, 평면상에서 볼 때 제1 축과 상기 제1 축 방향의 굴절률보다 굴절률이 작은 제2 축을 갖는다. 상기 제1 위상차 필름의 상기 제2 축과 상기 제2 위상차 필름의 상기 제2축이 이루는 위상차 보상 사이각은 상기 제1 범위의 비틀림각의 평균각을 나타내는 제1 비틀림축과 상기 제2 범위의 비틀림각의 평균각을 나타내는 제2 비틀림축이 이루는 비틀림 사이각보다 작은 것을 특징으로 한다.

상기 액정표시장치는 상기 제1 위상차 필름의 하측에 제공되며, 제1 투과축을 갖는 제1 편광판과 상기 제2 위상차 필름의 상측에 제공되며, 제2 투과축을 갖는 제2 편광판을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 액정표시장치는 상기 제1 위상차 필름의 상기 제2 축과 상기 제2 위상차 필름의 상기 제2축이 상기 제1 비틀림축과 상기 제2 비틀림축 사이에 제공되는 것을 특징으로 한다.

또한, 액정표시장치는 상면과 배면을 갖는 비틀린 네마틱형 액정패널, 상기 비틀린 네마틱형 액정패널의 하측에 제공되고, 제1 투과축을 갖는 하부 편광판, 및 상기 비틀린 네마틱형 액정패널의 상측에 제공되고, 상기 제1 투과축에 수직한 제2 투과축을 갖는 상부 편광판을 포함한다. 또한, 상기 비틀린 네마틱형 액정패널과 상기 하부 편광판 사이에 제공되고, 평면상에서 볼 때 제1 축 및 상기 제1 축 방향의 굴절률보다 굴절률이 작은 제2 축을 갖는 하부 위상차 필름, 및 상기 비틀린 네마틱형 액정패널과 상기 상부 편광판 사이에 제공되고, 평면상에서 볼 때 제1 축 및 상기 제1 축 방향의 굴절률보다 굴절률이 작은 제2 축을 갖는 상부 위상차 필름을 포함한다. 이때, 상기 하부 위상차 필름의 상기 제2 축과 상기 상부 위상차 필름의 상기 제2 축은 상기 제1 투과축과 상기 제2 투과축이 이루는 투과축 사이각보다 작은 위상차 보상 사이각을 이루며 상기 제1 투과축과 상기 제2 투과축 사이에 제공된다.

상술한 바와 같이 상기 액정표시장치는 상기 비틀린 네마틱형 액정패널의 하측과 상측에 각각 구비된 상기 제1 위상차 필름 및 상기 제2 위상차 필름을 포함하고, 상기 비틀림 사이각보다 작은 상기 위상차 보상 사이각을 가져 정면 명암비가 향상된다.

또한, 상기 액정표시장치는 DLC 보상필름을 대체하여 상기 위상차 필름을 구비함으로써 제조원가가 감소된다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 액정표시장치를 도시한 단면도이다.
도 2는 도 1의 액정표시장치에 포함된 어레이 기판을 도시한 평면도이다.
도 3은 도 1의 Ⅰ-Ⅰ'에 따른 단면도이다.
도 4는 도 1의 액정표시장치가 비활성화 상태일 때 빛의 진행특성을 도시한 모식도이다.
도 5는 도 1의 액정표시장치가 활성화 상태일 때 빛의 진행특성을 도시한 모식도이다.
도 6 및 도 7은 도 5에 포함된 다수의 액정이 갖는 비틀림각과 경사각을 각각 도시한 그래프이다.
도 8은 도 1의 액정표시장치에 포함된 위상차 필름을 설명하기 위한 도면이다.
도 9는 도 1의 액정표시장치가 활성화 상태일 때 비틀림 사이각과 위상차 보상 사이각의 관계를 설명하기 위한 도면이다.
도 10은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 액정표시장치을 도시한 단면도이다.
도 11은 도 1의 액정표시장치의 정면 명암비를 도시한 그래프이다.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다. 첨부된 도면에 있어서, 구조물들의 치수는 본 발명의 명확성을 위하여 실제보다 확대하여 도시한 것이다. 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.

본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다. 또한, 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "위에" 있다고 할 경우, 이는 다른 부분 "바로 위에" 있는 경우뿐만 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다. 반대로 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "아래에" 있다고 할 경우, 이는 다른 부분 "바로 아래에" 있는 경우뿐만 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다.

이하, 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명한다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 액정표시장치를 도시한 단면도이고, 도 2는 도 1의 액정패널에 포함된 어레이 기판을 도시한 평면도이며, 도 3은 도 2의 Ⅰ-Ⅰ'에 따른 단면도이다.

도 1을 참조하면, 상기 액정표시장치는 비틀린 네마틱형 액정패널(100: 이하, 액정패널), 상기 액정패널(100)의 하측에 제공되는 제1 위상차 필름(210), 및 상기 액정패널(100)의 상측에 제공되는 제2 위상차 필름(220)을 포함한다. 또한, 상기 제1 위상차 필름(210)의 하측에 제공되며 제1 투과축을 갖는 제1 편광판(310) 및 상기 제2 위상차 필름의 상측에 제공되며 제2 투과축을 갖는 제2 편광판(320)을 포함한다.

상기 액정패널(100)은 도 2 및 도 3에 도시된 것과 같이, 어레이 기판(110), 상기 어레이 기판(110)에 대향하는 대향기판(120), 상기 어레이 기판(110)과 상기 대향기판(120)을 결합하는 결합부재(130), 및 상기 어레이 기판(110)과 상기 대향기판(120) 사이에 개재된 다수의 액정(140)을 포함한다.

상기 어레이 기판(110)은 표시영역(AR) 및 주변영역(NR)으로 정의되는 제1 기판(112), 상기 제1 기판(112) 상에 형성된 다수의 게이트 라인(GL), 상기 게이트 라인들(DL)과 교차하여 다수의 화소영역을 정의하는 다수의 데이터 라인(DL)을 포함한다.

상기 제1 기판(112)은 유리기판 또는 플라스틱기판, 실리콘기판 등과 같은 투명한 부재로 구성된다. 상기 제1 기판(112)에 정의된 상기 표시영역(AR)은 백라이트 유닛(미도시)과 같은 광원에서 생성된 광이 제공되는 영역이고, 상기 주변영역(NR)은 상기 표시영역(AR)에 인접한 영역이다.

상기 화소영역들에 일대일 대응하게 다수의 화소(PX)가 형성된다. 상기 화소들(PX)은 동일한 구성 및 기능을 가지므로 이하, 하나의 화소를 예로서 상세히 설명하고 동일한 참조부호를 병기한다. 각각의 상기 화소(PX)는 영상에 대응하는 화소전압을 스위칭하는 박막 트랜지스터(TFT) 및 상기 박막 트랜지스터(TFT)와 전기적으로 연결된 화소 전극(PE)을 포함한다.

상기 박막 트랜지스터(TFT)는 게이트 전극, 액티브층, 소오스 전극, 드레인 전극을 포함한다. 상기 게이트 전극은 상기 제1 기판(112)에 형성된 상기 게이트 라인들(GL) 중에서 대응하는 게이트 라인(GL)으로부터 분기된다. 상기 제1 기판(112) 상에는 상기 게이트 라인들(GL)과 상기 대응하는 게이트 라인으로부터 분기된 상기 게이트 전극을 커버하는 게이트 절연막(114)이 형성된다. 상기 게이트 절연막(114) 상에는 액티브층이 형성되며, 상기 액티브층 상에는 상기 액티브층이 노출되도록 상기 소오스 전극 및 상기 드레인 전극이 서로 이격되어 형성된다. 또한, 상기 게이트 절연막(114) 상에는 상기 데이터 라인들(DE)이 형성된다. 상기 소오스 전극은 상기 데이터 라인들(DL) 중에서 대응하는 데이터 라인(DL)으로부터 분기된다.

상기 게이트 절연막(114) 상에는 상기 소오스 전극, 상기 드레인 전극 및 노출된 상기 액티브층을 커버하도록 절연막으로 이루어진 보호막(116)이 형성된다. 상기 보호막(116) 상에는 상기 화소(PX)마다 상기 콘택홀을 통하여 상기 드레인 전극과 전기적으로 연결된 상기 화소 전극(PE)이 형성된다.

상기 대향기판(120)은 상기 어레이 기판(110)의 제1 기판(112)과 마주하는 제2 기판(122) 및 상기 제1 기판(112)에 대향하는 일면에 형성된 공통 전극(128)을 포함한다.

상기 제2 기판(122)은 상기 제1 기판(112)과 동일한 재료로 구성될 수 있고, 상기 대향기판(120)은 블랙 매트릭스라고 하는 차광부재(124)와 컬러필터(126)를 더 포함할 수 있다. 상기 차광부재(124)는 상기 어레이 기판(100)에 형성된 화소 전극(PE)과 마주보며 상기 화소 전극(PE)과 동일한 형상의 다수의 개구영역을 갖는다. 상기 차광부재(124)의 상기 개구영역들 상에는 다수의 컬러필터(126)가 형성될 수 있다. 각 컬러필터(126)는 화소 전극(PE)과 마주보고 있고 길게 뻗은 띠 모양을 가지며 적색, 녹색, 청색 등의 원색 중 하나를 표시할 수 있다.

상기 결합부재(130)는 상기 어레이 기판(110)과 상기 대향기판(120) 사이에 구비되며, 상기 주변영역(NR)에 배치된다. 상기 결합부재(130)는 상기 표시영역(AR)을 둘러쌓고, 상기 어레이 기판(110)과 상기 대향기판(120) 사이에 상기 액정들(140)을 봉입한다.

상기 제1 기판(112)과 상기 제2 기판(122)의 대향면들에는 배향막(미도시)이 각각 형성된다. 먼저, 상기 제1 기판(112)의 상기 화소 전극(PE) 및 상기 보호막(116) 상에 수백 Å 정도의 상기 배향막을 도포할 때 제1 방향으로 러빙하면 제1 배향축(A1: 도 4 및 도 5 참조)이 정의된 상기 배향막이 형성된다. 또한, 상기 제2 기판(122)의 상기 공통전극(128) 상에 상기 배향막을 도포할 때 제2 방향으로 러빙하면 제2 배향축(A2: 도 4 및 도 5 참조)이 정의된 상기 배향막이 형성된다.

상기 비틀린 네마틱형 액정패널(100)은 상기 제1 배향축(A1)과 상기 제2 배향축(A2)이 수직을 이룬다. 상기 어레이 기판(110)과 상기 대향기판(120) 사이에 전계가 형성되지 않은 상태(이하, 비활성화 상태)에서 상기 액정들(140)은 상기 제1 배향축(A1)으로부터 상기 제2 배향축(A2)까지 연속적으로 비틀리게 배열된다. 또한, 전계가 형성된 상태(이하, 활성화 상태)에서 상기 액정들(140)은 재정렬된다. 상기 활성화 상태의 상기 액정들(140)은 실질적으로 광학활성 효과나 복굴절 효과를 갖지 않는다. 그에 따라, 상기 액정들(140)을 지나는 상기 광의 진행특성은 상기 비활성화 상태와 상이해진다.

이하, 도 4 및 도 5를 참조하여 상기 전계의 형성 여부에 따른 상기 액정들(140)의 배열형태와 상기 광의 진행특성을 좀 더 상세히 검토한다. 도 4 및 도 5에는 비활성화 상태에서 화이트를 표시하는 노멀리 화이트 모드를 예시적으로 도시하고 있다.

먼저, 도 4를 참조하여 상기 비활성화 상태에서 나타나는 상기 액정들(140)의 배열형태와 상기 광의 진행특성에 대해 설명한다. 상기 액정들(140)이 배향됨에 있어서, 상기 액정들(140) 중 상기 어레이 기판(110)에 가장 인접한 액정은 상기 제1 배향축(A1)과 평행하게 배열되고, 상기 대향기판(120)에 가장 인접한 액정은 상기 제2 배향축(A2)과 평행하게 배열된다. 또한, 상기 액정들(140)은 상기 어레이 기판(110)에 가장 인접한 액정으로부터 상기 대향기판(120)에 가장 인접한 액정까지 경사각을 갖지 않거나 작은 경사각을 갖고 연속적으로 비틀어진다.

상기 광의 진행특성을 검토하면, LED 패키지 또는 백열등과 같은 상기 백라이트 유닛(미도시)에서 방출된 산란광은 상기 제1 편광판(310)에 의해 상기 제1 편광축(P1)과 나란한 선형편광만이 투과되고 나머지는 흡수된다. 상기 선형편광은 상기 다수의 액정들(140)을 통과하는 동안 약 90°비틀어지고, 상기 제2 편광판(320)을 투과해서 화이트(white)를 표시한다.

상기 노멀리 화이트 모드의 액정표시장치는 상기 제1 편광판(310)의 제1 투과축(P1)과 상기 제1 배향축(A1)이 실질적으로 평행하고, 상기 제2 편광판(320)의 제2 투과축(P2)이 상기 제2 배향축(A2)과 실질적으로 평행한다. 그에 따라, 상기 제1 투과축(P1)과 상기 제2 투과축(P2)은 실질적으로 수직한다. 또한, 상기 제1 투과축(P1)과 상기 제2 투과축(P2)이 이루는 투과축 사이각은 90°이다.

한편, 도 4 및 도 5에서 상기 노멀리 화이트 모드의 액정표시장치를 예시적으로 설명하고 있으나, 노멀리 블랙 모드의 액정표시장치로도 구현될 수 있다. 이때, 상기 제1 투과축(P1)과 상기 제2 투과축(P2)은 실질적으로 평행한다. 그에 따라 상기 노멀리 블랙 모드의 액정표시장치는 상기 제1 편광판(310)을 투과한 상기 선형편광이 상기 다수의 액정들(140)을 통과하는 동안 약 90°비틀어지고, 상기 제2 편광판(320)을 투과하지 못하여 블랙(black)을 표시한다.

도 5를 참조하여 상기 활성화 상태에서 나타나는 상기 액정들(140)의 정렬형태와 상기 광의 진행특성에 대해 설명한다. 상기 전계가 형성되면, 상기 액정들(140)은 재정렬되어, 다수의 하부 액정(140-1), 다수의 중간 액정(140-2), 다수의 상부 액정(140-3)으로 구분된다.

상기 활성활 상태에서, 상기 액정들(140)은 도 6 및 도 7에 도시된 것과 같은 비틀림각과 경사각을 갖고 3가지 액정들로 구분된다. 상기 하부 액정들(140-1)은 상기 제1 배향축(A1)에 대해 상기 비틀림각이 감소되고, 상기 상부 액정(140-3)들은 상기 제1 배향축(A1)에 대해 상기 비틀림각이 증가된다. 또한, 상기 액정들(140)은 대체적으로 상기 제1 배향축(A1)에 대한 경사각이 증가한다.

도 6에 도시된 것과 같이, 상기 하부 액정들(140-1)은 상기 제1 배향축(A1)에 대해 비틀림각이 0°내지 3°의 범위(이하, 제1 범위)를 갖는다. 상기 제1 범위의 비틀림각을 갖는 상기 하부 액정들(140-1)은 상기 어레이 기판(110)과 상기 대향기판(120) 사이의 거리를 기준으로 하측 약 20%의 범위에 배열된다.

또한, 상기 상부 액정들(140-3)은 상기 제1 배향축에 대해 비틀림각이 87°내지 90°의 범위(이하, 제2 범위)를 갖는다. 상기 제2 범위의 비틀림각을 갖는 상기 하부 액정들(140-1)은 상기 어레이 기판(110)과 상기 대향기판(120) 사이의 거리를 기준으로 상측 약 20%의 범위에 배열된다.

상기 하부 액정들(140-1)과 상기 상부 액정들(140-3) 사이에는 상기 중간 액정들(140-2)이 개재된다. 상기 중간 액정들(140-2)은 상기 제1 배향축(A1)에 대해 넓은 범위의 비틀림각을 갖는다.

도 7에 도시된 것과 같이, 상기 중간 액정들(140-2)은 상기 하부 액정들(140-1)과 상기 상부 액정들(140-3)에 비해 큰 경사각을 갖는다. 따라서, 상기 중간 액정들(140-2)은 상기 액정들(140)을 통과하는 상기 광의 위상지연에 실질적인 영향을 미치지 않는다.

즉, 상기 중간 액정들(140-2)은 큰 경사각을 갖고, 실질적으로 상기 어레이 기판(110) 및 상기 대향기판(120)에 수직으로 배열되기 때문에 상기 광의 이동방향에 평행하여 상기 광의 진행에 영향을 주지 않고, 상기 하부 액정들(140-1) 및 상기 상부 액정들(140-3)은 상기 중간 액정들(140-2)에 비해 상기 경사각이 작기 때문에 상기 광의 위상지연을 일으킨다.

다시, 도 5를 참조하면, 상기 산란광은 상기 제1 편광판(310)에 의해 상기 제1 편광축(P1)과 나란한 선형편광만이 투과되고 나머지는 흡수된다. 상기 선형편광은 상기 재배열된 다수의 액정들(140)을 통과하지만, 상기 제2 편광판(320)을 투과하지 못하고 블랙을 표시한다. 상기 활성화 상태에서 상기 하부 액정들(140-1)과 상기 상부 액정들(140-2)은 상기 어레이 기판(110) 또는 상기 대향기판(120)에 대해 실질적으로 수직하지 않고 경사진 배열을 갖기 때문에, 상기 선형편광은 상기 액정들(140)을 통과할 때 위상지연이 발생한다. 상기 위상지연은 상기 액정표시장치의 정면 명암비를 저하시킨다.

상기 정면 명암비를 향상시키기 위해, 본 실시예에 따른 상기 액정표시장치는 도 1, 도 4, 및 도 5에 도시된 것과 같이 상기 제1 위상차 필름(210), 및 상기 제2 위상차 필름(220)을 포함한다.

도 8을 참조하여, 상기 위상차 필름들(210, 220)에 대해 검토한다. 상기 제1 및 제2 위상차 필름들(210, 220)은 상기 액정들(140: 도 4 및 도 5 참조)에서 발생될 수 있는 위상차를 반대방향으로 보상한다. 그에 따라 상기 액정표시장치의 블랙을 표시하는 영역에서 광학활성 효과나 복굴절 효과를 차단하고, 정면 명암비를 향상시킨다.

도 8을 참조하면, 상기 광이 통과되는 재료는 x, y, z축 방향으로 각각 굴절률(nx, ny, nz)을 갖는데, 상기 굴절률들(nx, ny, nz)이 모두 동일한 경우를 등방성이라 하고, 상기 굴절률들(nx, ny, nz) 중 전부 또는 일부가 상이한 경우를 이방성이라 한다. 일반적으로, 상기 재료가 필름의 형태로 제공되는 경우, 상기 필름의 면 방향 중 하나를 x축 방향, x축 방향과 직교하는 다른 하나를 y축 방향이라 하고, 상기 필름의 두께 방향을 z축 방향이라고 정의한다.

상기 굴절률들(nx, ny, nz) 중 두 방향의 굴절률들이 동일하나 나머지 한 방향의 굴절률이 상이한 필름을 일축성 필름(uniaxial film)이라 하고, 세 방향의 굴절률들(nx, ny, nz)이 모두 상이한 필름을 이축성 필름(Biaxial Film)이라 정의한다.

상기 일축성 필름 중 면 방향의 굴절률이 상이한 필름은 A 플레이트라 정의되며, 상기 A 플레이트는 다시 x축 방향의 굴절률(nx)이 y축 방향 굴절률(ny)보다 큰 +A 플레이트와 x축 방향(nx)의 굴절률이 y축 방향의 굴절률(ny)보다 작은 -A 플레이트로 구분된다.

또한, 상기 일축성 필름 중 z축 방향의 굴절률(nz)이 상이한 필름은 C 플레이트라 정의되며, 상기 C 플레이트는 다시 z축 방향의 굴절률(nz)이 x축 및 y축 방향의 굴절률들(nx, ny)보다 큰 +C 플레이트와 z축 방향의 굴절률(nz)이 x축 및 y축 방향의 굴절률들(nx, ny)보다 작은 -C 플레이트로 구분된다.

상기 이축성 필름은 면 방향 위상차와 두께 방향 위상차를 모두 갖는 필름으로 정의되고, 상기 이축성 필름은 다시 z축 방향의 굴절률(nz)이 x축 및 y축 방향의 굴절률들(nx, ny)보다 큰 +이축성 필름과, z축 방향의 굴절률(nz)이 x축 및 y축 방향의 굴절률들(nx, ny)보다 작은 -이축성 필름으로 구분된다.

상기 제1 및 제2 위상차 필름들(210, 220) 역시 평면상에서 볼 때 제1 축과 상기 제1 축 방향의 굴절률보다 작은 굴절률이 작은 제2 축을 갖는다. 즉, 상기 위상차 필름들(210, 220)은 적어도 면 방향의 굴절률이 상이하다. 이하, 설명의 편의를 위해 상기 제1 축을 상기 y축이라 정의하고, 상기 제2 축을 상기 x축이라 정의한다. 따라서, 상기 위상차 필름들(210, 220)은 상기 A 플레이트 또는 상기 이축성 필름이 선택적으로 채용될 수 있다.

도 9는 도 1의 액정표시장치가 활성화 상태일 때 비틀림 사이각과 위상차 보상 사이각의 관계를 설명하기 위한 도면이다. 도 9는 도 1에 도시된 것과 같이 상기 제1 위상차 필름(210)에 -A 플레이트가 채용되고, 상기 제2 위상차 필름(220)에 +A 플레이트가 채용된 경우를 예시적으로 도시하고 있다.

상기 하부 액정들(140-1: 도 5 참조)은 상기 제1 배향축(A1)에 대해 상기 제1 범위의 비틀림각을 갖고 비틀리게 배열된다. 상기 하부 액정들(140-1)의 비틀림각들을 평균화하면 상기 제1 배향축(A1)에 대한 상기 하부 액정들(140-1)의 비틀린 정도(이하, 비틀림각의 평균각)가 산출된다. 상기 비틀림각의 평균각을 나타내는 축을 제1 비틀림 축(T1)이라 정의한다. 마찬가지로, 상기 상부 액정들(140-3: 도 5 참조)의 비틀림각의 평균각을 나타내는 축을 제2 비틀림 축(T2)이라 정의한다. 또한, 상기 제1 비틀림 축(T1)과 상기 제2 비틀림 축(T2)이 이루는 사이각을 비틀림 사이각(α)이라 정의한다.

상기 비틀림 사이각(α)은 88°내지 89.5°의 범위를 갖는다. 상기 액정들(140)은 상기 비틀림 사이각(α)을 갖기 때문에 상기 액정들(140)을 통과하는 상기 광의 위상지연이 발생하고, 상기 정면 명암비는 저하된다.

상기 위상차 필름들(210, 220)은 상기 액정들을 통과하며 발생하는 상기 위상지연을 보상하여 상기 정면 명암비를 향상시킨다. 즉, 위상차 필름들(210, 220)은 상기 광학활성 효과나 상기 복굴절 효과를 차단한다.

이하, 상기 제1 위상차 필름(210)의 x축(X1)과 상기 제2 위상차 필름(220)의 x축(X2)이 이루는 사이각을 위상차 보상 사이각(β)이라 정의한다. 상기 제1 위상차 필름(210)의 x축(X1)과 상기 제2 위상차 필름(220)의 x축(X2)이 이루는 상기 위상차 보상 사이각(β)은 상기 비틀림 사이각(α)보다 작은 각도를 갖는다.

상기 위상차 보상 사이각(β)은 87.5°내지 89°의 범위를 갖는 것이 바람직하며, 88.5°를 갖는 것이 더욱 바람직하다. 상기 위상차 보상 사이각(β)에 따른 상기 정면 명암비 향상 효과는 도 11을 참조하여 후술하기로 한다.

상기 위상차 보상 사이각(β)이 88.5°를 갖기 위해, 상기 제1 위상지연 필름(210)의 x축(X1)은 상기 제1 배향축(A1)에 대해 0°내지 1.5° 범위의 각도(β1)를 가질 수 있고, 상기 제2 위상지연 필름(220)의 x축(X2)은 상기 제1 배향축(A1)에 대해 88.5°내지 90°범위의 각도(β2)를 가질 수 있다.

또한, 상기 제1 위상차 필름(210)의 x축(X1)과 상기 제2 위상차 필름(220)의 x축(X2)은 도 9에 도시된 것과 같이, 상기 제1 비틀림축(T1)과 상기 제2 비틀림축(T2) 사이에 제공되는 것이 더욱 바람직하다.

상기 제1 위상차 필름(210) 및 상기 제2 위상차 필름(220)은 면 방향의 굴절률들이 상이한 상기 A 플레이트뿐만 아니라, 두께 방향의 굴절률도 상이한 상기 이축성 필름(Biaxial Film)이 채용될 수 있다.

도 10에 도시된 것과 같이, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 액정표시장치는 상기 제2 위상차 필름(220')에 상기 +A 플레이트(도 1 참조)를 대체하여 상기 이축성 필름(220': Biaxial Film)을 채용하고 있다. 상기 이축성 필름(220')을 채용한 상기 액정표시장치는 도 1을 참조하여 설명한 상기 액정표시장치와 같은 범위의 위상차 보상 사이각(β)을 갖기 위해 상기 이축성 필름(220')은 상기 x축 방향의 굴절률(nx)이 상기 y축 방향의 굴절률(ny)보다 작은 것(예를 들면, 상기 z축 방향의 굴절률이 면방향의 굴절률과 상이한 +A 플레이트)이 바람직하다.

도 10에는 도시되지 않았으나, 상기 제1 위상차 필름(210) 역시 상기 이축성 필름(Biaxial Film)으로 대체될 수 있고, 상기 x축 방향의 굴절률이 상기 y축 방향의 굴절률보다 작은 것(예를 들면, 상기 z축 방향의 굴절률이 면방향의 굴절률과 상이한 -A 플레이트)이 바람직하다.

또한, 도 1 및 도 10에 도시한 것과 같이 상기 액정패널들은 상기 편광판들(310, 320)을 보호하는 보호필름(400)을 더 포함할 수 있다. 도 1 및 도 10에 도시된 것과 같이, 상기 제1 편광판(310)의 하측과 상기 제2 편광판(320)의 상측에 각각 구비될 수 있다. 상기 보호필름(400)은 예를 들어 트리-아세틸-셀룰로오스 필름(Tri-Acetyl-Cellulose Film)이 채용될 수 있다. 도시되지는 않았으나, 상기 보호필름(400)은 상기 편광판들(310, 320)과 상기 위상차 필름들(210, 220) 사이에 더 구비될 수도 있다.

도 11을 참조하여 상기 액정표시장치의 정면 명암비를 설명한다. 도 11에 도시된 그래프들(G1 내지 G4)은 정면 명암비에 대한 시뮬레이션 결과를 예시적으로 나타내고 있다. 상기 그래프들(G1 내지 G4)은 상기 제2 위상지연 필름(220)의 x축(X2)이 상기 제1 배향축(A1)에 대해 이루는 각도(β1)가 서로 다르다. 또한, 상기 그래프들(G1 내지 G4) 각각은 상기 제1 위상지연 필름(210)의 x축(X1)과 상기 제1 배향축(A1)에 대해 이루는 각도(β1)를 변화시켰을 때 나타나는 정면 명암비를 보여주고 있다.

한편, 그래프 G1은 상기 x축(X2)이 상기 제1 배향축(A1)에 대해 이루는 각도(β2)가 90°이며, 그래프 G2는 상기 각도(β2)가 89.5°이다. 또한, 그래프 G3의 상기 각도(β2)는 89°이고, 그래프 G4의 상기 각도(β2)는 88.5°이다.

일반적인 액정표시장치는 상기 위상차 필름(210, 220)들의 x축들(X1, X2)이 각각 제1 배향축(A1)에 평행하고 수직하기 때문에, 즉 상기 위상차 보상 사이각(β)이 90°를 이루었기 때문에 액정층을 통과할 때 발생하는 위상지연이 충분히 보상되지 않는다. 그에 따라 정면 명암비가 낮은 비율을 갖는다.

그에 반하여, 도 1 내지 10을 참조하여 설명한 상기 액정표시장치는 도 11에 도시된 것과 같이, 상기 위상차 보상 사이각(β)이 상기 비틀림 사이각(α)보다 작은 87.5°내지 89°의 범위를 갖는다. 그에 따라 상기 광이 상기 하부 액정들(140-1: 도 5 참조)과 상기 상부 액정들(140-3: 도 5 참조)를 통과할 때 발생하는 위상지연은 충분히 보상된다. 따라서 본 발명에 따른 액정표시장치의 상기 정면 명암비는 일반적인 액정표시장치가 갖는 정면 명암비보다 높은 비율을 갖는다.

이상 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 또한 본 발명에 개시된 실시예는 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니고, 하기의 특허 청구의 범위 및 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

110: 어레이 기판 112: 제1 기판
120: 대향기판 122: 제2 기판
128: 공통 전극 130: 결합부재
140: 다수의 액정 210, 220: 위상차 필름
310, 320: 편광판 400: 보호필름
AR: 표시영역 NR: 주변영역
GL: 게이트 라인 DL: 데이터 라인
A1: 제1 배향축 A2: 제2 배향축
P1: 제1 투과축 P2: 제2 투과축
T1: 제1 비틀림축 T2: 제2 비틀림축
α: 비틀림 사이각 β: 위상차 보상 사이각

Claims

제1 배향축이 정의된 제1 기판, 상기 제1 기판에 대향하며 상기 제1 배향축에 수직한 제2 배향축이 정의된 제2 기판, 및 상기 제1 배향축으로부터 상기 제2 배향축까지 연속적으로 비틀리게 배향되고, 전계가 형성됨에 따라 제1 범위의 비틀림각을 갖는 다수의 하부 액정, 상기 제1 범위와 다른 제2 범위의 비틀림각을 갖는 다수의 상부 액정, 및 상기 다수의 하부 액정과 상기 다수의 상부 액정 사이에 개재된 다수의 중간 액정으로 구분되는 다수의 액정을 포함하는 비틀린 네마틱형 액정패널;
상기 제1 기판의 하측에 제공되고, 평면상에서 볼 때 제1 축과 상기 제1 축 방향의 굴절률보다 굴절률이 작은 제2 축을 갖는 제1 위상차 필름; 및
상기 제2 기판의 상측에 제공되고, 평면상에서 볼 때 제1 축과 상기 제1 축 방향의 굴절률보다 굴절률이 작은 제2 축을 갖는 제2 위상차 필름을 포함하고,
상기 제1 위상차 필름의 상기 제2 축과 상기 제2 위상차 필름의 상기 제2축이 이루는 위상차 보상 사이각은 상기 제1 범위의 비틀림각의 평균각을 나타내는 제1 비틀림축과 상기 제2 범위의 비틀림각의 평균각을 나타내는 제2 비틀림축이 이루는 비틀림 사이각보다 작은 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
제1 항에 있어서,
상기 제1 위상차 필름의 하측에 제공되며 제1 투과축을 갖는 제1 편광판; 및
상기 제2 위상차 필름의 상측에 제공되며 제2 투과축을 갖는 제2 편광판을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
제2 항에 있어서,
상기 제1 투과축은 상기 제1 배향축에 평행하며, 상기 제2 투과축은 상기 제1 투과축에 수직한 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
제2 항에 있어서,
상기 제1 투과축은 상기 제1 배향축에 평행하며, 상기 제2 투과축은 상기 제1 투과축에 평행한 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
제1 항에 있어서,
상기 제1 위상차 필름은 상기 제1 위상차 필름에 수직한 제3 축 방향의 굴절률이 상기 제1 위상차 필름의 상기 제1 축 방향의 굴절률 및 상기 제2 축 방향의 굴절률과 상이한 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
제5 항에 있어서,
상기 제2 위상차 필름은 상기 제2 위상차 필름에 수직한 제3 축 방향의 굴절률이 상기 제2 위상차 필름의 상기 제1 축 방향의 굴절률 및 상기 제2 축 방향의 굴절률과 상이한 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
제1 항에 있어서,
상기 비틀림 사이각은 88° 내지 89.5°의 범위인 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
제7 항에 있어서,
상기 위상차 보상 사이각은 87.5° 내지 89°의 범위인 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
제1 항에 있어서,
상기 위상차 보상 사이각은 88.5°인 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
제9 항에 있어서,
상기 제1 위상지연 필름의 상기 제2 축이 상기 제1 배향축에 대해 이루는 각도는 0° 내지 1.5°의 범위이고,
상기 제2 위상지연 필름의 상기 제2 축이 상기 제1 배향축에 대해 이루는 각도는 88.5° 내지 90°의 범위인 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
제1 항에 있어서,
상기 제1 위상차 필름의 상기 제2 축과 상기 제2 위상차 필름의 상기 제2축은 상기 제1 비틀림축과 상기 제2 비틀림축 사이에 제공되는 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
제11 항에 있어서,
상기 비틀림 사이각은 88° 내지 89.5°의 범위인 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
제12 항에 있어서,
상기 위상차 보상 사이각은 87.5° 내지 89°의 범위인 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
제11 항에 있어서,
상기 위상차 보상 사이각은 88.5°인 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
제1 항에 있어서,
상기 제1 기판은 표시영역 및 상기 표시영역에 인접한 주변영역으로 정의되고, 상기 표시영역은 다수의 데이터 라인 및 상기 다수의 데이터 라인과 교차하는 다수의 게이트 라인이 구비되어 다수의 화소영역을 정의하며, 상기 다수의 화소영역은 일대일 대응하게 다수의 화소가 구비된 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
제15 항에 있어서,
상기 제2 기판은 상기 화소영역에 대응하는 영역에 개구부가 형성된 블랙매트릭스, 상기 개구부에 제공된 컬러필터 및 상기 블랙매트릭스와 상기 컬러필터 상에 형성된 공통전극이 구비된 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
상면과 배면을 갖는 비틀린 네마틱형 액정패널;
상기 비틀린 네마틱형 액정패널의 하측에 제공되고, 제1 투과축을 갖는 하부 편광판;
상기 비틀린 네마틱형 액정패널의 상측에 제공되고, 상기 제1 투과축에 수직한 제2 투과축을 갖는 상부 편광판;
상기 비틀린 네마틱형 액정패널과 상기 하부 편광판 사이에 제공되고, 평면상에서 볼 때 제1 축 및 상기 제1 축 방향의 굴절률보다 굴절률이 작은 제2 축을 갖는 하부 위상차 필름; 및
상기 비틀린 네마틱형 액정패널과 상기 상부 편광판 사이에 제공되고, 평면상에서 볼 때 제1 축 및 상기 제1 축 방향의 굴절률보다 굴절률이 작은 제2 축을 갖는 상부 위상차 필름을 포함하고,
상기 하부 위상차 필름의 상기 제2 축과 상기 상부 위상차 필름의 상기 제2 축은 상기 제1 투과축과 상기 제2 투과축이 이루는 투과축 사이각보다 작은 위상차 보상 사이각을 이루며 상기 제1 투과축과 상기 제2 투과축 사이에 제공되는 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
제17 항에 있어서,
상기 비틀린 네마틱형 액정패널은,
상기 배면을 제공하고, 상기 제1 투과축에 평행한 제1 배향축이 정의된 하부 기판;
상기 하부 기판에 대향하여 상기 상면을 제공하고, 상기 제2 투과축에 평행한 제2 배향축이 정의된 상부 기판; 및
상기 제1 배향축으로부터 상기 제2 배향축까지 연속적으로 비틀리게 배향되며, 전계가 형성됨에 따라 제1 범위의 비틀림각을 갖는 다수의 하부 액정, 상기 제1 범위와 다른 제2 범위의 비틀림각을 갖는 다수의 상부 액정, 및 상기 다수의 하부 액정과 상기 다수의 상부 액정 사이에 개재된 다수의 중간 액정으로 구분되는 다수의 액정을 포함하는 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
제18 항에 있어서,
상기 제1 투과축에 대해 상기 제1 범위의 비틀림각의 평균각을 나타내는 제1 비틀림축과 상기 제2 범위의 비틀림각의 평균각을 나타내는 제2 비틀림축이 이루는 비틀림 사이각은 상기 투과축 사이각보다 작고, 상기 위상차 보상 사이각 보다 큰 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
제19 항에 있어서,
상기 비틀림 사이각은 88° 내지 89.5°의 범위인 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
제20 항에 있어서,
상기 위상차 보상 사이각은 87.5° 내지 89°의 범위인 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
제17 항에 있어서,
상기 위상차 보상 사이각은 88.5°인 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
제17 항에 있어서,
상기 제1 위상차 필름은 상기 제1 위상차 필름에 수직한 제3 축 방향의 굴절률이 상기 제1 위상차 필름의 상기 제1 축 방향의 굴절률 및 상기 제2 축 방향의 굴절률과 상이한 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
제23 항에 있어서,
상기 제2 위상차 필름은 상기 제2 위상차 필름에 수직한 제3 축 방향의 굴절률이 상기 제2 위상차 필름의 상기 제1 축 방향의 굴절률 및 상기 제2 축 방향의 굴절률과 상이한 것을 특징으로 하는 액정표시장치.