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KR100249919B1 - 광학 보상판을 갖춘 액정 디스플레이 장치 - Google Patents

광학 보상판을 갖춘 액정 디스플레이 장치 Download PDF

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KR100249919B1
KR100249919B1 KR1019960025339A KR19960025339A KR100249919B1 KR 100249919 B1 KR100249919 B1 KR 100249919B1 KR 1019960025339 A KR1019960025339 A KR 1019960025339A KR 19960025339 A KR19960025339 A KR 19960025339A KR 100249919 B1 KR100249919 B1 KR 100249919B1
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KR
South Korea
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optical compensation
liquid crystal
layer
compensation plate
optical
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겐 스미요시
Original Assignee
가네꼬 히사시
닛뽕덴끼 가부시끼가이샤
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Abstract

M개의 광학 보상층을 구비하며 제1 및 제2면을 갖는 제1광학 보상판으로, M은 2이상의 정수이며 제1면의 측부로부터 광선이 입사되는 제1광학 보상판과, N개의 광학 보상층을 구비하며 제3 및 제4 면을 갖는 제2광학 보상판으로, N은 2이상의 정수이며 제4면으로부터 광선이 나오는 제2광학 보상판과, 제1광학 보상판의 제2면과 제2광학 보상판의 제3면사이에 접촉되도록 제공된 액정 디스플레이 패널을 구비하며, 액정 디스플레이 패널은(M+N)개의 액정층을 가지며, 액정층은 제1 및 제2광학 보상판의 극성과는 광학적으로 서로 다른 극성을 가지는 재로료 만들어지며, 전압의 인가시에 제1광학 보상판의 제1면으로부터 j(j = 1, 2, ..., M)번째 광학 보상층의 광학축 방향은 액정 디스플레이 패널의 제1광학 보상판으로부터(M-j+1)번째 액정층의 광학축방향과 실질적으로 평행하며, 전압의 인가시에 제2광학 보상판의 제3면으로부터 i(i = 1, 2, ..., N)번째 광학 보상층의 광학축 방향은 액정 디스플레이 패널의 제1광학 보상판으로부터(M+N-i+1)번째 액정층의 광학축방향과 실질적으로 평행한 액정 디스플레이 장치가 제공되었다.

Description

광학 보상판을 갖춘 액정 디스플레이 장치
제1a, 1b 도는 광학 보상판을 사용하는 종래 LCD 장치의 디스플레이 영역을 도시하는 예시도.
제2도는 본 발명 LCD 장치의 디스플레이 영역을 도시하는 예시도.
제3a도는 본 발명의 제1실시예에 의한 제1 및 제2광학 보상판의 편광 상태와 LCD 장치의 LCD 패널을 나타내는 평면도.
제3b 도는 본 발명의 제1실시예에 의한 액정층과 광학 보상판의 편광 상태를 나타내는 단면도.
제4도는 본 발명의 제2실시예에 의한 제1 및 제2광학 보상판의 편광 상태와 LCD 장치의 LCD 패널을 나타내는 평면도.
제5a도는 본 발명의 제3실시예에 의한 제1 및 제2광학 보상판의 편광 상태와 LCD 장치의 LCD 패널을 나타내는 평면도.
제5b도는 본 발명의 제3실시예에 의한 액정층과 광학 보상판의 편광 상태를 나타내는 단면도.
제6도는 본 발명의 제3실시예에 의한 LCD 장치의 디스플레이 영역을 제조하는 방법을 도시하는 예시도.
제7도는 제3실시예에 의한 LCD 장치의 시각 의존성을 도시하는 예시도.
제8도는 비교예에 의한 LCD 장치의 시각 의존성을 도시하는 예시도.
* 도면의 주요부분에 대한 간단한 설명
11 : 제1광 보상판 12 : LCD 패널
13 : 제2광 보상판
본 발명은 노트북 형태의 개인용 컴퓨터나 차량 장치 등의 분야에 사용되는 액정 디스플레이 장치에 관한 것으로, 특히 시각 의존성을 개선시키기 위하여 광학 보상판을 갖춘 액정 디스플레이 장치에 관한 것이다.
일반적으로, 액정 디스플레이(LCD)장치는 소비 전류가 낮은 디스플레이를 필요로 하는 노트북형 개인용 컴퓨터나 차량 장치 등의 분야에서 사용된다. 다양한 형태의 LCD 소자가 LCD 장치에 사용된다. 계조 디스플레이의 제공이 용이한 TN 모드 액티브 매트릭스 LCD 장치에 최고의 관심이 집중되어 왔으며, 최근의 LCD 소자개발은 이러한 TN 모드형에 집중되고 있다.
TN 모드 LCD 패널의 가장 큰 단점은, 관찰 위치가 패널의 전방으로부터 멀어지면, 콘트라스트비가 크게 저하된다는 것이다. 관찰 위치와 콘트라스트비 사이의 이러한 관계를 시각의존성이라고 부르며, 비스듬히 입사하는 광선이 LCD 패널내에서 변화하여 수직으로 입사하는 광선의 편광 상태와는 다른 편광 상태로 되기 때문에 이러한 단점이 초래된다.
이 단점의 한가지 해결책으로서, 예를들어, "New Normally White Negative Birefringence Film Compensated Twisted Nematic LCDs with Largest Viewing Angle Performance", H. L. Ong. JAPAN DISPLAY '92, p. 247(1992)에 개시된 것처럼, 시각 의존성을 개선시키기 위하여 광 보상판을 사용하는 LCD 장치가 제안되었다.
제1a도와 1b도는 광 보상판을 사용하는 종래 LCD 장치의 디스플레이 영역을 나타내는 예시도이다. 2개의 유리 기판(43a,43b)사이의 액정을 실링하여 형성한 LCD 패널(24)에 광선이 입사된다.
통상의 화이트 TN 모드 LCD 패널(42)에 전압이 인가되면, 액정 분자(44)는 기판(43a,43b)에 수직하게 배열된다. 제1b도에 도시된 것처럼, 종래의 LCD 장치는 전압 인가시에 LCD 패널(42)내의 액정분자(44)가 기판(43a,43b)과 수직하게 배열되는 단일축 형태의 액정 배열 구조를 가진다. 예를들면, 액정 분자(44)의 복굴절율(birefringence factor)(△n)은 광학적으로 포지티브 극성이며, 따라서 광선이 지나가는 측부에 광학적으로 네거티브 광학축(46)을 갖는 광학 보상판(45)이 위치하고 있다.
이렇게 구성된 LCD 장치의 LCD 패널(42)에 수직하게 광선이 입사되면, 광선은 편광상태를 변화시키지 않으면서 LCD 패널(42)을 통과하며, 광학 보상판(45)을 통과하는 경우에도 편광상태가 변하지 않는다. 따라서, 편광축이 상호 수직한 2개의 편광판(무도시)사이에 배열된 LCD 패널(42)과 광학 보상판(45)LCD 장치에 전압이 인가되면 블랙으로 디스플레이된다.
LCD 패널(42)에 광선이 비스듬히 입사하면, 이 광선은 기판(43a,43b)에 수직하게 배열된 액정 분자(44)를 비스듬하게 지나간다. 이 광선이 LCD 패널(42)을 통과하면 편광상태가 변한다. 이때, 광학 보상판(45)을 사용하지 않으면, 블랙을 디스플레이하는 경우에 광선이 누출되어 콘트라스트가 저하된다. 광학 보상판(45)이 광선이 나가는 쪽에 위치하면, LCD 패널(42)내를 통과하는 광선에 의하여 초래된 편광상태의 변화는, 광학적으로 네거티브 극성을 갖는 광 보상판(45)을 광선이 지나감으로써 원상 복귀된다. 이는 시각 의존성을 개선시킨다.
상술한 종래의 LCD장치에 있어서, 전압이 인가된 TN 모드 액정 배열 구조는 액정 분자가 기판에 수직하게 배열되는 단일축 형태이며, 광학 보상판의 광학축 방향은 이러한 성질을 기초로 하여 결정된다.
그러나, 제1a도에 도시된 것처럼, 사실상 LCD 패널(42)의 두께방향을 따라서 그 중앙부에서 액정분자(44a)는 기판(43a,43b)과 수직하게 배열되고, 기판(43a,43b)과 접촉하고 있는 액정분자(44b)는 기판(43a,43b)상에 형성된 배열막(즉, 폴리이미드막)의 영향으로 인하여 기판(43a,43b)과 평행하게 배열됨으로, 액정 분자는 인가 전계에 따라서 배열되지 않는다. 따라서, 액정 분자(44a,44b)의 실재 배열 상태는 광학 보상판(45)의 광학축(46)방향과 다르다. 따라서, 시야각이 변하게 될 때, 장치에 전압이 인가되는 경우, TN 액정의 복굴절율(△n)과 광학 보상판(45)의 복굴절율(△n)은 상이하게 변한다. 광학 보상판(45)을 사용하더라도 충분한 시야각 보상효과를 제공할 수 없다.
또한, 이들 복굴절율(△n)간에도 차이가 있기 때문에, 투과율은 시야각에 따라서 변하며, 파장 의존성도 발생하게 된다. 따라서, 중간 계조의 화이트가 수직한 시각 방향으로 디스플레이되더라도, 이 디스플레이 영역을 비스듬히 관찰하면 LCD장치의 디스플레이 영역은 컬러화가 된다.
따라서, 본 발명의 목적은 블랙을 디스플레이하는 경우에 넓은 시야각에 걸쳐서 LCD 패널내의 편광 상태를 보상할 수 있는 광학 보상판을 갖는 LCD 장치를 제공하여, 시각 의존성과 파장 의존성을 충분히 개선시키는 것이다.
M개의 광학 보상층을 구비하며 제1 및 제2면을 갖는 제1광학 보상판으로, 상기 M은 2이상의 정수이며 상기 제1면의 측부로부터 광선이 입사되는 상기 제1광학 보상판과; N개의 광학 보상층을 구비하며 제3 및 제4면을 갖는 제2광학 보상판으로, 상기 N은 2이상의 정수이며 상기 제4면으로부터 광선이 나오는 상기 제2광학 보상판과; 상기 제1광학 보상판의 상기 제2면과 상기 제2광학 보상판의 상기 제3면 사이에 접촉되도록 제공된 액정 디스플레이 패널을 구비하며; 상기 액정 디스플레이 패널은(M+N)개의 액정층을 가지며, 상기 액정층은 상기 제1 및 제2광학 보상판의 극성과는 광학적으로 서로 다른 극성을 가지는 재료로 만들어지며, 전압의 인가시에 상기 제1광학 보상판의 제1면으로부터 j(j=1, 2,... M)번째 광학 보상층의 광학축 방향은 상기 액정 디스플레이 패널의 상기 제1광학 보상판으로부터(M-j+1)번째 액정층의 광학축방향과 실질적으로 평행하며, 전압의 인가시에 상기 제2광학 보상판의 제3면으로부터 i(i=1, 2, ..., N)번째 광학 보상층의 광학축 방향은 상기 액정 디스플레이 패널의 상기 제1광학 보상판으로부터(M+N-i+1)번째 액정층의 광학축방향과 실질적으로 평행한 액정 디스플레이 장치가 제공되었다.
전압 인가시에 광학축의 방향은 각각의 액정층에서 실질적으로 동일한 것이 바람직하다.
상기 제1광학 보상판의 상기 j 번째 광학 보상층의 복굴절율과 층두께곱의 절대치는 상기 액정 디스플레이 패널의 상기(M-j+1)번째 액정층의 복굴절율과 층두께 곱의 절대치와 실질적으로 동일하며, 상기 제2광학 보상판의 상기 i 번째 광학 보상층의 복굴절율과 층두께 곱의 절대치는 상기 액정 디스플레이 패널의 상기(M+N-i+1)번째 액정층의 복굴절율과 층두께 곱의 절대치와 실질적으로 동일한 것이 바람직하다.
상기 액정층은 트위스트 네마틱 액정과 수퍼 트위스트 네마틱 액정 그룹으로부터 선택된 하나의 형태로 형성된다.
본 발명에서, LCD 패널은 4개 이상의 액정층을 구비하며, LCD 패널의 양측부상에 위치한 각각의 광학 보상판의 각 광 보상층의 광학축 방향은 이와 관련된 액정층의 광학축 방향과 동일하며, 그 복굴절율은 연관된 액정층의 부호와 반대 부호이다. 광학축의 방향이 LCD 패널내의 두께 방향을 따라서 변하더라도, 광선의 편광 상태는 광학 보상판에 의하여 보상된다. 따라서, LCD 패널의 시각 의존성을 개선시켜 넓은 시야각 범위에 대하여 우수한 디스플레이 상태를 보장한다.
또한, 본 발명은 시야각에 따라서 투과율이 변함으로써 발생되는 파장 의존성도 개선시킬 수 있다. 따라서, 시야각의 변화로 인하여 LCD 패널에서 컬러화현상이 나타나는 것을 방지할 수 있다.
첨부된 도면을 참조하여 임의 모드에 충족되는 본 발명의 일반적 실시예를 기술하겠다.
제2도는 본 발명 LCD 장치의 디스플레이 영역을 도시하는 예시도이다. 디스플레이 영역은 제1광학 보상판(1)과, 제2광학 보상판(3)과, 이들 판(1, 3)사이에 있는 LCD 패널(2)로 이루어진다. 제1 및 제2광학 보상판(1, 3)의 재질은 광학적으로 LCD 패널(2)의 액정층 극성과 상이한 극성을 갖는 재료로 만들어진다. 본 발명에 있어서, LCD 패널(2)의 액정 분자는 복굴절율(△n)이 광학적으로 포지티브(△n ＞ 0)인 화합물로 구성되며, 광학 보상판(1, 3)은 복굴절율(△n)이 광학적으로 네거티브(△n ＜ 0)인 화합물로 구성된다.
본 발명에 있어서, 제1광학 보상판(1)은 판(1)의 두께 방향으로 분리되어 있는 M개의 광학 보상층으로 이루어지며, 제2광학 보상판(3)은 판(3)의 두께 방향으로 분리되어 있는 N개의 광학 보상층으로 이루어진다. 제1광학 보상판(1)내의 각 광학 보상층은 제1광학 보상판(1)의 광선 입사측(제1면)으로부터 제2광학 보상판(3)을 향해서 C1, C2, ....., CM로 표시된다. 비슷하게, 제2광학 보상판(3)내의 각 광학 보상층은 제1광학 보상판(1)으로부터 제2광학 보상판(3)의 광선 출사측(제4면)을 향해서 A1, A2, ....., AN로 표시된다. 이들 광학 보상층의 광학축 방향은
(i = 1, 2, ..., N)및(j = 1, 2, ......, M)로 표시된다.
LCD 패널(2)에 전압이 인가되면, 액정 배열 구조는 LCD 패널(2)의 두께 방향으로(M+N)개의 층으로 나누어진다. LCD 패널(2)내의 각각의 광 액정층은 제1광학 보상판(1)으로부터 제2광학 보상판(3)을 향하여 B1, B2, ....., BM+N로 표시되고, 이들 액정층의
광학축 방향은(k = 1, 2, ....., M+N)로 표시된다.
이렇게 구성된 LCD 장치의 디스플레이 영역의 광학 동작을 기술하겠다 제2도에서, 광선은 제1광학 보상판(1)측으로부터 입사한다고 가정하였으며, 광선 입사시의 편광 상태는 P0로 표시되고, 광선이 개개의 액정층과 광학 보상층을 통과한 후의 편광 상태는 P1, P2, ...., P2M+2N로 표시하였다.
처음에, 디스플레이 영역에 수직하게 광선이 입사하는 경우를 설명하겠다. 제1광학 보상판(1)에 입사할 때, 편광 상태(P0)의 광선은 제1광학 보상판(1)을 통과한 후에 일반적으로 타원형의 편광 광선(PM)이 된다. 편광 상태(PM)의 광선이 LCD 패널(2)내의 B1층을 통과하면, 편광 상태는 PM+1로 변한다. 일반적으로, 액정 분자의 정렬 구조는 LCD 패널(2)내의 두께에 따라서 변하기 때문에, 광학축의 방향도 두께 방향을 따라서 변한다. 따라서, 충분히 큰 M과 N을 설정함으로써, 각 액정층내의 액정 분자는 광학적으로 단일축 이방성으로 취급될 수 있다.
본 발명에 있어서, 제1광학 보상판(1)내의 광학 보상층의 광학축 방향()은 LCD 패널(2)내의 액정층의 광학축 방향과 거의 평행하다. 즉, LCD 패널(2)의 제1층(B1층)의 광학축은 제1광학 보상판(1)의 마지막 층(CM층)과 평행하다. 제1광학 보상판(1)과 LCD 패널(2)의 액정은 광학적으로 상이한 극성을 갖는 단일축 이방성이기 때문에, B1층의 복굴절율의 부호는 CM층의 복굴절율의 부호와 반대이다.
따라서, 편광 상태가 PM-1에서 PM로 변하는 방향은 편광 상태가 PM에서 PM+1로 변하는 방향과 반대이다. 위에서 알 수 있는 바와같이, LCD 패널(2)의 제1층(B1층)의 복굴절율 양(△nd)의 절대치는 제1광학 보상판(1)의 제1층(CM층)의 복굴절율 양(△nd)의 절대치와 동일하기 때문에, PM+1과 PM+1편광 상태는 상호 동일하게 된다.
다음에, LCD 패널(2)의 제2층(B2층)에 광선이 입사하여 편광 상태는 PM+2로 변한다. 그러나, B층의 복굴절율의 부호는 제1광학 보상판(1)의(M-1)번째층(CM-1층)의 복굴절율의 부호와 반대이다. 따라서, PM-2와 PM+2의 편광 상태는 상호 동일하다.
다음에, 광선은 LCD 패널(2)내부로 계속 진행하며, 각각의 액정층에서 동일한 결과가 충족되기 때문에, 광선이 LCD 패널(2)내의 M번째 층을 통과할 때, 극성 상태는 극성 상태 P0와 동일한 P2M가 된다. 즉, 편광 상태 P0인 입사광선은 제1광학 보상판(1)에 의하여 회전되어 타원형으로 편광된 광선이 되며, 이는 순서대로 제1광학 보상판(1)으로부터 나오게 된다. 이 광선이 LCD 패널(2)에 입사하게 되면 반대 방향으로 회전하고, LCD 패널(2)내의 BM와 BM+1층간의 경계부에서 편광 상태는 제1광학 보상판(1)에 광선이 입사하였을때의 편광 상태인 P0로 된다.
LCD 패널(2)내의 B층으로부터 제2광학 보상판(3)을 향하여 광선이 진행하여 LCD 패널(2)을 떠나게 되면, 극성 상태는 P2M+N로 변한다. 본 발명에서, LCD 패널(2)내의 액정층의 광학축 방향과 제2광학 보상판(3)내의 광학 보상층의 광학축 방향 대략 상호 평행하다고 말할 수 있다. 즉, LCD 패널(2)의 마지막층(BM+N층)의 광학축은 제2광학 보상판(3)의 제1층(A1)의 광학축과 평행하다. 제2광학 보상판(3)과 LCD 패널(2)의 액정은 광학적으로 상호 상이한 극성을 갖는 단일축 이방성이기 때문에, BM+N층의 복굴절율의 부호는 A1층의 복굴절율의 부호와 반대이다. 따라서, P2M+N-1와 P2M+N+1의 편광 상태는 상호 동일하다.
계속해서, 제2광학 보상판(3)의 내부로 광선이 진행하여 각각의 광학 보상층에서 동일한 관계를 충족시키기 때문에, 제2광학 보상판(3)내를 진행하는 동안의 광선의 변화는 LCD 패널(2)내의 BM+1층으로부터 BM+N층으로 진행하는 동안의 광선 변화와 반대이다. 따라서, 제2광학 보상판(3)으로부터 외부로 나가는 광선의 편광 상태 P2M+2N는 LCD 패널(2)내의 BM+1층에 입사하는 광선의 편광 상태 P2M와 동일하며, 또한 P0와도 동일하다.
선형으로 편광된 광선이 제1광학 보상판(1)으로부터 LCD 장치의 디스플레이 영역으로 들어가게 되면, 제1광학 보상판(1)에 의하여 타원형으로 편광된 광선이 되고, LCD 패널(2)내의 제1내지 제M 번째 층에 의하여 최초의 선형으로 편광된 광선으로 회복된다. 이 선형으로 편광된 광선은 LCD 패널(2)내의 제(M+1)번째 층 내지 제(M+N)번째 층에 의하여 타원형으로 편광된 광선이 되고, 제2광학 보상판(3)에 의하여 최초의 선형으로 편광된 광선으로 회복된다. 제1광학 보상판(1)과, LCD 패널(2)과, 편광축이 상호 수직인 2개의 편광판 사이의 제2광학 보상판(3)을 배열하고, LCD 장치에 전압을 인가하여 블랙을 디스플레이 시킬 수 있다.
전술한 것처럼, 디스플레이 영역에 수직하게 광선이 입사하면, 입사 광선은 출사 광선과 동일하게 된다. 이러한 현상은, 광학축이 상호 평행하며 광학적으로 포지티브 및 네거티브 극성을 갖는 단일축 재료의 복굴절율(△n)부호가 반대이기 때문에 나타난다. 디스플레이 영역에 광선이 비스듬히 입사하는 경우에도 이와 유사한 현상이 일어난다. 즉, 광학축이 상호 평행하며 광학적으로 포지티브 및 네거티브 극성을 갖는 단일축 재료는 광선이 디스플레이 영역에 비스듬히 입사하는 경우에도 복굴절율(△n)부호가 반대이다. 따라서, 제1광학 보상판(1)에 비스듬히 입사하는 광선의 편광 상태는 제2광학 보상판(3)으로부터 나오는 광선의 편광 상태와 동일하다.
전술한 바와같이, 제1광학 보상판(1), LCD 패널(2)과, 편광축이 상호 수직인 2개의 편광판 사이의 제2광학 보상판(3)을 배열하고, LCD 장치에 전압을 인가하여 시야각과 무관하게 블랙을 디스플레이시킬 수 있다. 본 발명의 광학 보상판(1, 3)은 입사 광선의 파장에 상관없이 광선의 편광 상태를 보상할 수 있기 때문에, 시야각에 따른 투과율의 변화로 초래되는 파장 의존성을 개선시킬 수 있다.
전술한 것처럼, 전압이 인가된 TN 모드 액정에 있어서, LCD 패널(2)을 구성하는 기판 부근에서의 액정 분자의 배열 상태는 두께 방향으로 LCD 패널(2)의 중앙부에서의 액정 분자의 배열 상태와 다르기 때문에, LCD 패널(2)은 4개 이상의 층(N+M ≥4)으로 이루어지는 액정 부분을 가지는 것이 바람직하다. 제1광학 보상판(1)의 광학 보상층 수는 제2광학 보상판(3)의 광학 보상층 수와 동일할 필요는 없다. 예를들어, 제2광학 보상판(3)은 M = 2x N 로하여 증가시킬 수 있다.
통상의 화이트 TN 모드 액정을 소정 실시예로 선택하여 본 발명의 제1실시예를 도시한다. 제3a도는 본 발명의 제1실시예에 따른 제1 및 제2광학 보상판에서의 편광 상태와 LCD 장치의 LCD 패널을 도시하는 평면도이고, 제3b도는 광학 보상층과 액정층에서의 편광 상태를 도시하는 단면도이다. 예를들어, 본 실시예에서, LCD 패널(12)은 두께 방향을 따라서 6 개의 영역으로 나누어지며, 각각의 제1 및 제2광학 보상판(11, 13)은 3개의 영역으로 나누어진다. 각 액정층내의 광학축은 소정 방향으로 설정된다. 그러나, 이들 광학축이 소정 방향으로 설정되지 않으면, LCD 패널은 다수의 영역으로 나누어져 각 액정층의 광학축이 소정 방향으로 설정되게 된다. 다음 설명부에서, 위치 q 에서 타원형으로 편광된 광선의 상태는 P(q)로 표시된다.
제1광학 보상판(11)으로부터 수직하게 입사하는 광선이 LCD 패널(12)을 통과하여 제2광학 보상판(13)을 지나가는 경우를 설명하겠다. 제1광학 보상판(11)을 통과한 광선의 편광 상태는 위치 A0 에서 일반적으로 타원형의 편광 상태 P(A0)이다. LCD 패널(12)의 제1층을 통과한 광선의 편광 상태는 위치 A1에서 P(A1)이다. 위치 A0 으로부터 위치 A1까지 진행한 광선의 편광 상태 변화는 위치 A-1로부터 위치 A0 까지 진행한 광선의 편광 상태 변화와 반대이다. 왜냐하면, 광학 보상판(11)영역(A-1에서 A0)의 광학축이 LCD 패널(12)영역(A0 에서 A1)의 광학축과 평행하고, 이들의 복굴절율(△n)의 부호는 반대이기 때문이다. 따라서, 편광 상태 P(A-1)와 편광 상태 P(A1)는 동일하다.
비슷하게, 영역(A1-A2)의 복굴절율(△n)의 양과 영역(A-2에서 A-1)의 복굴절율(△n)의 양은 반대 부호를 가지기 때문에, 편광 상태 P(A-2)는 편광 상태 P(A2)와 동일하다. 비슷한 절차에 의하여, 제1광학 보상판(11)에 입사한 광선의 편광 상태 P(A-3)는 위치 A3에서의 광선의 편광 상태 P(A3)와 동일하다.
이러한 관계는 LCD 패널(12)내의 위치 B-3로부터 제2광학 보상판(13)내의 위치 B3까지 광선이 이동하는 경우에도 만족된다. 즉, 편광 상태 P(B-3)와 편광 상태 P(B3)는 동일하게 된다. 따라서, 선형으로 편광되어 입사하는 광선은 제1광학 보상판(11)에 의하여 타원형의 편광 광선으로 되지만, LCD 패널(12)의 중앙부(위치 A3)에서는 최초의 선형의 편광 광선으로 회복된다. LCD 패널(12)의 위치 A3(B-3)로부터 위치 B0로 광선이 진행하는 경우에, 광선은 재차 타원형의 편광 광선으로 된 후 제2광학 보상판(13)을 통과하면서 최초의 선형의 편광 광선으로 회복된다.
제1광학 보상판(11)으로부터 광선이 비스듬히 입사하는 경우를 설명하겠다. 이러한 경우에도, 입사 광선이 수직한 경우처럼, 광학축이 상호 평행하며 광학적으로 복굴절율(△n)의 부호가 반대인 단일축 재료는 서로 다른 부호로 동일한 양만큼 복굴절율(△nd)의 변화를 초래한다. 즉, 광학적으로 포지티브 극성을 갖는 단일축 재료는 광학 보상판(11)에 수직으로 입사하는 광선에 대하여, △nd로 표시되는 복굴절율 양의 변화를 초래한다. 이 단일축 재료는 비스듬히 입사하는 광선에 대하여 △nd 보다 더 작은 복굴절율 양의 변화를 초래한다.
광학적으로 네거티브 극성을 갖는 단일축 재료는 광학 보상판(11)에 수직으로 입사하는 광선에 대하여 -△nd 로 표시되는 복굴절율 양의 변화를 초래하며, 비스듬히 입사하는 광선에 대하여 -△nd 보다 더 많은(절대치는 더 작음)복굴절율양의 변화를 초래한다. 이러한 방식에 의하여, 광학적으로 포지티브 및 네거티브 극성을 갖는 단일축 재료의 복굴절율 양은 상호 상쇄된다.
제1광학 보상판(11)에 입사하는 광선이 제1광학 보상판(11)에 의하여 타원형의 편광 광선이 되더라도, 이 광선은 LCD 패널의 중앙부에서 최초의 선형으로 편광된 광선으로 회복된다. 이 광선이 LCD 패널의 중앙부 이후에 재차 타원형의 편광 광선으로 되더라도, 이 광선은 제2광학 보상판(13)에 의하여 최초의 선형으로 편광된 광선으로 회복된다. 따라서, 본 실시예에 있어서, 제1광학 보상판(11)과, LCD 패널(12)과, 편광축이 상호 수직인 2개의 편광판 사이의 제2광학 보상판(13)을 배열하고, LCD 장치에 전압을 인가하여 넓은 시야각에 대하여 블랙을 디스플레이시킬 수 있다. 이는 시각 의존성이 개선됨을 의미한다.
통상의 화이트 TN 모드에 있어서, 블랙이 디스플레이되면, LCD 패널(12)의 두께 방향으로 그 단면 중앙부에서의 액정은 수직 상태가 되며, LCD 패널(12)을 구성하는 기판(14a, 14b)부근의 액정의 광학축은 기판(14a, 14b)과 평행하다.
즉, 액정의 광학축 변화는 다음과 같다. 즉, 평면내에서 회전하는 동안에는 LCD 패널(12)의 두께 방향으로 기판(14a)에 평행한 상태로부터 수직으로 되며, 기판(14b)에 접근할수록 기판(14b)과 평행한 상태로 된다. 따라서, 제1 및 제2광학 보상판(11, 13)내의 각 광학 보상층의 광학축을 회전시킬 필요가 있다.
앞에서, 통상의 화이트 TN 액정의 경우에 대하여 기술하였지만, 보다 일반적으로 언급하자면, 연관된 상부 및 하부 광학 보상판과 액정 모드의 조합에 대해서도 동일한 설명이 적용될 수 있다. 예를들면, 본 발명의 LCD 장치는 STN 액정에도 적용가능하다.
STN 액정을 채택한 본 발명의 제2실시예를 기술하겠다. 제4도는 LCD 장치에 전압이 인가되었을 때 본 발명의 제2실시예에 의한 LCD 장치의 제1 및 제2광학 보상판과 LCD 패널에서의 편광 상태를 나타내는 평면도이다. 제4 도에 있어서, LCD 패널(22)은 240 도의 트위스트 각(21)도에서 시계방향으로 -30도 트위스트됨)을 갖는 STN 모드 액정을 사용한다. 이 액정은 광학적으로 포지티브 극성을 가진다. 따라서, 본 발명에 있어서, 제1광학 보상판(21)은 광학적으로 네거티브 극성인 조성물을 가지며 그 광학축은 90 도에서 시계방향을 210 도까지 트위스트 가능하다. 제2광학 보상판(23)은 광학적으로 네거티브 극성인 조성물을 가지며 그 광학축은 -30 도에서 시계방향을 90 도까지 트위스트 가능하다.
이렇게 얻은 STN 액정을 갖는 LCD 패널(22)에 전압을 인가하면, 넓은 시야각에 걸쳐서 블랙을 디스플레이 할 수 있고 STN 액정의 컬러화를 방지하여, 블랙 및 화이트 디스플레이가 가능하다.
통상의 블랙 TN 모드 액정을 채택한 본 발명의 제3실시예를 기술하겠다. 제5a도는 LCD 장치에 전압을 인가하였을 때 본 발명의 제3실시예에 따른 LCD 장치의 제1 및 제2광학 보상판과 LCD 패널내의 편광 상태를 표시하는 평면도이고, 제5b 도는 LCD 장치에 전압을 인가하였을 때 광학 보상판과 액정층의 편광 상태를 도시하는 단면도이다. 제6도는 본 발명의 제3실시예에 의한 LCD 장치의 디스플레이 영역을 제조하는 방법을 나타내는 예시도이다.
처음에, 투명한 도전성 박막(ITO)이 형성된 2개의 유리 기판(34a, 34b)상에 폴리이미드 박막(Japan Synthetic Rubber Co., Ltd 에서 제조한 AL1051 ; 무도시)이 형성된다. 폴리이미드 박막을 러빙하여 이들 표면과 접촉하고 있는 액정의 정렬 상태를 소정의 상태로 제어한다. 다음에, 이들 2개의 유리 기판은 내부와 마주보는 측부에 형성된 폴리이미드 박막과 정렬되고, 스페이서(Sekisui Chemical Co., Ltd. 에서 생산한 마이크로 펄 ; 무도시)를 통하여 자외선 경화 접착제에 의하여 접착된다. 이때, 셀의 두께가 예를 들어 6㎛ 되도록 스페이서의 직경이 조절된다.
다음에, 진공 탱크내에서 2개의 유리판 사이에 네마틱 액정(37)을 주입한다. 본 실시예에서는, 좌나선 구조를 갖는 0.5중량%의 콜레스트릭 액정을 ZlI-4792(Merk ＆ Co., Inc. ; △N=0.0969)에 첨가하여 얻은 액정이 사용되었다. 다음에, 2개의 유리 기판(34a, 34b)사이의 스페이서를 자외선 경화 접착제를 사용하여 실링함으로써 LCD 패널(32)을 만든다.
제1 및 제2광학 보상판(31, 33)의 광학축은 LCD 패널(32)에 사용된 액정의 광학축과 반대 방향으로 트위스트 되어 있으며, 이들 광학 보상판(31, 33)은 트위스트 각도가 45 도이고 네거티브 복굴절율(△N)를 갖는 광학 구조를 갖도록 제조된다. 본 실시예에 사용된 TN 모드 액정의 복굴절율 약(△nd)은 약 0.58이기 때문에, 제1광학 보상판(31)과 제2광학 보상판(33)의 복굴절율 양(△nd)은 약 -0.29로 조절된다.
제1 및 제2광학 보상판(31, 33)은 복굴절율 약(△nd)이 각각 -0.29인 10 개의 폴리스티렌막(35)을 적층하여 제조하며, 단일축 방향으로 스트레칭시킨다. 제6 도처럼, 각각의 제1 및 제2광학 보상판(31, 33)은 10 개의 폴리스티렌막(35)을 제도 방향으로 이동시킴으로써 형성된다. 즉, 제1폴리스티렌막(35)의 제도 방향과 제10폴리스티렌막(35)의 제도 방향은 45 도의 각을 형성하며, 10 개의 폴리스티렌막(35)의 제도 방향은 우나선 구조를 형성한다.
본 발명의 장점을 개선시키기 위하여, 편광축이 서로 수직인 2개의 편광판(무도시)사이에 제3실시예의 LCD 장치의 디스플레이 영역이 배치되는 경우의 투과율의 시야각 의존성을 평가하였다. 또한, 비교예로써, 편광축이 서로 수직인 2개의 편광판 사이에 단일 TN 모드 액정 패널이 배치되는 경우에서의 투과율의 시야각 의존성을 평가하였다.
제7도는 제3실시예에 따른 시각 의존성을 도시하는 예시도이고, 제8도는 비교예에 따른 LCD 장치의 시각 의존성을 도시한다. 제7도와 8도에 도시된 것처럼, 방위각이 0 도이고 폴라 각이 50 도인 경우에, 비교 실시예에 따른 LCD 장치의 투과율은 5.5%이며, 반면에 본 실시예에 따른 LCD 장치의 투과율은 0.6% 이다. 본 실시예에 따른 LCD 장치는 우수한 시각 의존성을 가진다.

Claims (2)

  1. 액정 디스플레이 장치에 있어서, M개의 광학 보상층을 구비하며 제1 및 제2면을 갖는 제1광학 보상판으로, 상기 M은 2이상의 정수이며 상기 제1면의 측부로부터 광선이 입사되는 상기 제1광학 보상판; N개의 광학 보상층을 구비하며 제3 및 제4면을 갖는 제2광학 보상판으로, 상기 N은 2이상의 정수이며 상기 제4면으로부터 광선이 나오는 상기 제2광학 보상판; 및 상기 제1광학 보상판의 상기 제2면과 상기 제2광학 보상판의 상기 제3면 사이에 접촉되도록 제공된 액정 디스플레이 패널을 구비하며, 상기 액정 디스플레이 패널은(M+N)개의 액정층을 가지며, 상기 액정층은 상기 제1 및 제2광학 보상판의 극성과는 광학적으로 서로 다른 극성을 가지는 재료로 만들어지며, 전압의 인가시에 상기 제1광학 보상판의 제1면으로부터 j(j = 1, 2, ..., M)번째 광학 보상층의 광학축 방향은 상기 액정 디스플레이 패널의 상기 제1광학 보상판으로부터(M-j+1)번째 액정층의 광학축 방향과 실질적으로 평행하며, 전압의 인가시에 상기 제2광학 보상판의 제3면으로부터 i(i = 1, 2, ..., N)번째 광학 보상층의 광학축 방향은 상기 액정 디스플레이 패널의 상기 제1광학 보상판으로부터(M+N-i+1)번째 액정층의 광학축 방향과 실질적으로 평행하고, 전압 인가시에 상기 광학축의 방향은 상기 각각의 액정층에서 실질적으로 동일하고, 상기 제1광학 보상판의 상기 j 번째 광학 보상층의 복굴절율과 층두께곱의 절대치는 상기 액정 디스플레이 패널의 상기(M-j+1)번째 액정층의 복굴절율과 층두께 곱의 절대치와 실질적으로 동일하며, 상기 제2광학 보상판의 상기 i 번째 광학 보상층의 복굴절율과 층두께 곱의 절대치는 상기 액정 디스플레이 패널의 상기(M+N-i+1)번째 액정층의 복굴절율과 층두께 곱의 절대치와 실질적으로 동일한 것을 특징으로 하는 액정 디스플레이 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 액정층은 트위스트 네마틱 액정과 수퍼 트위스트 네마틱 액정 그룹으로부터 선택된 하나의 형태로 형성되는 것을 특징으로 하는 액정 디스플레이 장치.
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