KR100762034B1

KR100762034B1 - Ｏｃｂ 모드 액정표시장치

Info

Publication number: KR100762034B1
Application number: KR1020050037931A
Authority: KR
Inventors: 노정동; 서동해; 김재창; 윤태훈; 전철규
Original assignee: 비오이 하이디스 테크놀로지 주식회사
Priority date: 2005-05-06
Filing date: 2005-05-06
Publication date: 2007-09-28
Anticipated expiration: 2025-05-06
Also published as: CN1858638A; JP2006313342A; US20060250547A1; TW200639534A; KR20060115491A

Abstract

개시된 OCB 모드 액정표시장치는, 소정의 방향으로 러빙된 기판에 의하여 형성된 액정셀과, 액정셀 일측에 마련된 상부 위상 지연 필름과, 상부 위상 지연 필름 일측에 마련된 상부 원형 편광판과, 액정셀 타측에 상부 위상 지연 필름과 대칭적으로 마련된 하부 위상 지연 필름 및 하부 위상 지연 필름 타측에 상부 원형 편광판과 대칭적으로 마련되며, 상부 원형 편광판의 광축과 직교하는 광축을 가진 하부 원형 편광판을 포함하며, 편광판에 형성된 광축 방향과 액정셀의 러빙 방향을 일치시켜, 밴드 구조로 형성된 액정 분자에 의하여 발생하는 위상 지연값을 보상하므로서 완전한 다크 상태를 구현할 수 있고, 넓은 시야각을 확보할 수 있는 효과를 제공한다.

액정표시장치, OCB

Description

ＯＣＢ 모드 액정표시장치{Liquid crystal display device of optically compensated birefringence mode}

도 1은 종래의 OCB 모드 액정표시장치를 나타낸 도면,

도 2는 도 1의 편광판 광축 방향과 액정셀 러빙 방향을 나타낸 도면,

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 OCB 모드 액정표시장치를 나타낸 도면,

도 4a는 정면 위상 지연 필름의 존재 여부에 따른 전압과 투과도의 관계를 시뮬레이션 값으로 나타낸 도면,

도 4b는 정면 위상 지연 필름의 존재 여부에 따른 전압과 투과도의 관계를 실제 측정값으로 나타낸 도면,

도 5는 도 3의 선형 편광판 광축 방향과 액정셀의 러빙 방향을 나타낸 도면,

도 6a는 도 1의 시야각 특성을 시뮬레이션 값으로 나타낸 콘튜어 맵,

도 6b는 도 3의 시야각 특성을 시뮬레이션 값으로 나타낸 콘튜어 맵,

도 7은 도 3의 위상 지연 필름의 또 다른 실시예를 나타낸 도면.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

110... 액정셀 111... 액정 분자

120... 상부 위상 지연 필름 121... 상부 정면 위상 지연 필름

122... 상부 측면 위상 지연 필름 130... 하부 위상 지연 필름

131... 하부 정면 위상 지연 필름 132... 하부 측면 위상 지연 필름

140... 상부 원형 편광판 141... 상부 선형 편광판

142... 상부 λ/4 위상 지연판 150... 하부 원형 편광판

151... 하부 선형 편광판 152... 하부 λ/4 위상 지연판

170... 기판

본 발명은 액정표시장치에 관한 것으로서, 특히 광시야각과 빠른 응답속도, 높은 해상도의 특성을 가지는 OCB 모드 액정표시장치에 관한 것이다.

액정표시장치는 경박단소하고 저전압 구동 및 저전력 소모라는 장점을 바탕으로 CRT를 대신하여 개발되어져 왔으며, 특히 박막트랜지스터 액정표시장치는 CRT에 필적할만한 고화질화, 대형화, 컬러화 등을 실현하여 최근 여러 분야에서 다양하게 사용되고 있다. 이러한 액정표시장치는 박막트랜지스터 및 화소전극이 형성된 어레이 기판과, 컬러필터 및 상대 전극이 형성된 컬러필터 기판이 액정층의 개재하에 합착된 구조를 가지며, 액정표시장치에 이용되는 액정은 일반적으로 트위스티드 네마틱(twisted nematic: TN) 모드의 액정이 주로 이용된다.

그런데, TN 모드 액정표시장치는 높은 화상표시 콘트라스트를 갖지만, 낮은 응답속도와 시야각 의존성이 크다는 문제가 있어 넓은 시야각을 가지면서 응답속도가 향상된 OCB(optically compensated bend) 모드 액정표시장치가 제안되었다.

이러한 OCB 모드 액정표시장치로서 종래에는 도 1에 도시된 바와 같은 구조가 일반적으로 채용되고 있다.

도면을 참조하면, OCB 모드 액정표시장치는 액정셀(10)과, 이 액정셀(10)을 기준으로 양 측에 대칭적으로 상하부 편광판(14a,14b)이 마련되며, 상부 편광판(14a)과 액정셀(10) 사이 및 하부 편광판(14b)과 액정셀(10) 사이에 위상 보상 필름(13a,13b)이 각각 마련된다.

액정셀(10)은 소정 방향으로 러빙(rubbing) 처리되며, 이 러빙 처리된 방향을 따라 액정셀(10) 내부에 존재하는 액정 분자(11)들이 배열된다. 여기서, 액정셀(10) 내로 전압을 인가하게 되면 액정 분자(11)들은 밴드(band) 구조로 재배열되어 빛을 투과시키게 된다.

상하부 편광판(14a,14b)은 선형 편광판으로서, 상부 편광판(14a)의 광축과 하부 편광판(14b)의 광축은 서로 직교하는 방향으로 형성된다. 그리고, 도 2와 같이 상부 편광판(14a)과 하부 편광판(14b)의 광축(a,b)은 액정셀(10)의 러빙 방향(c)과 45°의 각도만큼 차이 나게 형성된다.

위상 보상 필름(13a,13b)은 액정표시장치에서 발생하는 위상 지연값을 보상하기 위한 것으로서, 액정셀(10) 내에 전압을 인가하여 액정 분자(11)의 밴드 구조 형성 시, 기판(12a,12b) 부근에서의 완전한 수직이 이루어지지 않는 액정 분자(11)에 의한 위상 지연값을 보상하기 위한 것이다. 즉, 완전한 수직이 이루어지지 않는 액정 분자(11)에 의하여 편광 상태가 변화하여 정면에서 완전한 다크(dark)를 구현하기 힘들므로 이를 위상 보상 필름(13a,13b)에 의하여 상쇄하므로서 위상 지연값 을 보상한다.

이와 같은 구조의 OCB 모드 액정표시장치에 의하면, 액정셀(10) 내부에 전압을 인가하여 빛이 투과되도록 액정 분자(11)들을 밴드 구조로 형성시키고, 기판(12a,12b) 부근에서 완전한 수직이 이루어지지 않는 액정 분자(11)에 의한 위상 지연값을 위상 보상 필름(13a,13b)에 의하여 보상하므로써 완전한 다크 상태를 만들게 된다.

이와 같은 위상 보상 필름(13a,13b)에 의한 완전한 다크 상태의 구현은 위상 보상 필름(13a,13b)에 의하여 위상 지연값을 정확히 상쇄하므로써 이루어지며, 이 정확한 상쇄는 위상 보상 필름(13a,13b)의 정확한 설계에 의하여 이루어진다.

그런데, 위상 지연값을 상쇄시키기 위한 위상 보상 필름(13a,13b)의 정확한 설계는 상당히 어려우며, 따라서 완전한 다크 상태의 형성도 어려운 문제점이 있다.

본 발명은 상기의 문제점을 해결하기 위하여 창출된 것으로서, 용이하게 위상 지연값을 보상하여 완전한 다크 상태가 형성되도록 개선된 OCB 모드 액정표시장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 OCB 모드 액정표시장치는, 소정의 방향으로 러빙된 기판에 의하여 형성된 액정셀; 상기 액정셀 일측에 마련된 상부 위상 지연 필름; 상기 상부 위상 지연 필름 일측에 마련된 상부 원형 편광판; 상기 액정셀 타측에 상기 상부 위상 지연 필름과 대칭적으로 마련된 하부 위상 지연 필름; 및 상기 하부 위상 지연 필름 타측에 상기 상부 원형 편광판과 대칭적으로 마련되며, 상기 상부 원형 편광판의 광축과 직교하는 광축을 가진 하부 원형 편광판;을 포함하며, 상기 상하부 위상 지연 필름 각각은 정면 위상 지연 필름 및 측면 위상 지연 필름을 포함하고, 상기 상하부 원형 편광판은 상하부 선형 편광판과 상기 액정셀 측으로 상기 상하부 선형 편광판 상의 각각에 적층된 상하부 λ/4 위상 지연판으로 구성되고, 상기 상부 선형 편광판의 광축 및 상기 하부 선형 편광판의 광축 중 어느 하나의 광축은 상기 러빙 방향과 일치하는 것을 특징으로 한다.

삭제

여기서, 상기 상부 λ/4 위상 지연판의 광축 및 상기 하부 λ/4 위상 지연판의 광축 중 어느 하나의 광축은 상기 러빙 방향과 45°를 이루는 것이 바람직하다.

또한, 상기 상하부 위상 지연 필름의 위상 지연 범위는 20~100㎚ 이내의 정면값과 200~400㎚ 이내의 두께 방향값을 갖는 것이 바람직하다.

또한, 상기 상하부 λ/4 위상 지연판은 가시광 파장 범위에서 λ/4 위상 지연값을 갖는 것이 바람직하다.

삭제

(실시예)
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.

도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 OCB 모드 액정표시장치를 나타낸 도면이다.

도면을 참조하면, OCB 모드 액정표시장치는 액정셀(110)과, 위상 지연 필름(120,130) 및 원형 편광판(140,150)을 포함한다.

액정 분자(111)들로 이루어진 액정셀(110)은 소정의 방향으로 러빙된 기판(170)에 의하여 형성되며, 이 러빙된 방향으로 액정 분자(111)들이 배열된다. 여기서, 소정의 방향은 X축 방향으로 할 수 있다.

위상 지연 필름(120,130)은 상부 위상 지연 필름(120)과 하부 위상 지연 필름(130)을 포함하며, 상하부 위상 지연 필름(120,130) 각각은 상하부 정면 위상 지연 필름(121,131)과 상하부 측면 위상 지연 필름(122,132)을 포함한다.

상부 위상 지연 필름(120)과 하부 위상 지연 필름(130)은 액정셀(110) 양 측에 대칭적으로 마련된다. 그리고 상하부 정면 위상 지연 필름(121,131)은 액정셀(110) 측으로 상하부 측면 위상 지연 필름(122,132) 상에 적층된다.

상하부 정면 위상 지연 필름(121,131)은 정면에서의 위상 지연값을 보상하기 위한 것으로서, 액정셀(110)의 러빙 방향에 직교하는 광축을 가진다. 이 상하부 정면 위상 지연 필름(121,131)은 충분한 휘도의 발생을 위하여 온(on) 상태에서 위상 지연값에 해당하는 상쇄값을 부여한다.
참고로, 위상 지연 필름은 필름 각 축의 굴절율 값에 있어서 nx, ny, nz가 nx＞ny=nz인 일축성 위상 지연 필름으로 이루어지고 nx축이 광축이 되는 A필름, 필름 각 축의 굴절율 값에 있어 nx, ny, nz가 nx=ny＞nz인 일축성 위상 지연 필름으로 이루어지고 nx축이 광축이 되는 C필름, 그리고, 필름 각 축의 굴절율 값에 있어 nx, ny, nz가 nx＞ny＞nz인 이축성 위상 지연 필름을 포함한다. 상기 이축성 위상 지연 필름의 광축은 nz축으로 표현된다.
그리고, 정면 위상 지연 필름은 이축성 위상 지연 필름에서 정면 위상 지연 값, 즉, {(nx-ny)/2-nz}×d의 값을 의미하며, 측면 위상 지연 필름은 이축성 위상 지연 필름에서 측면 위상 지연 값, 즉, {(nx-ny)/2-nz}×d의 값을 의미한다. 여기서, 상기 d는 액정셀의 두께를 나타낸다.

도 4a 및 도 4b는 상하부 정면 위상 지연 필름(121,131)의 존재 여부에 따른 전압과 투과도의 관계를 시뮬레이션 그래프와 실제 측정 그래프로 나타낸 것이다. 여기서, (m)은 상하부 정면 위상 지연 필름(121,131)이 존재하지 않는 경우를 나타낸 것이고, (n)은 상하부 정면 위상 지연 필름(121,131)이 존재하는 경우를 나타낸 것이다.

도면을 참조하면, 시뮬레이션 그래프와 실제 측정 그래프 양자 모두 상하부 정면 위상 지연 필름(121,131)을 사용한 경우, 그렇지 않은 경우와 비교하여 투과도가 0의 값에 가까워지는 것을 볼 수 있다. 즉, 상하부 정면 위상 지연 필름(121,131)을 사용하므로서, 완전한 다크 상태를 구현할 수 있다는 것을 보여준다.

원형 편광판(140,150)은 상부 원형 편광판(140)과 하부 원형 편광판(150)을 포함하며, 상하부 원형 편광판(140,150) 각각은 상하부 λ/4 위상 지연판(142,152)과 상하부 선형 편광판(141,151)을 포함한다.

상부 원형 편광판(140)과 하부 원형 편광판(150)은 상하부 위상 지연 필름(120,130) 양측에 각각 마련된다. 그리고 액정층(110) 방향으로 상하부 λ/4 위상 지연판(142,152)이 상하부 선형 편광판(141,151) 상에 적층된다.

상하부 선형 편광판(141,151) 각각의 광축은 서로 직교하는 방향으로 형성된다. 본 발명에서는 상부 선형 편광판(141)의 광축 방향을 X축 방향으로, 하부 선형 편광판(151)의 광축 방향을 Y축 방향으로 형성된 것을 보여주고 있다. 그 반대의 경우도 물론 가능하다.

여기서, 상하부 선형 편광판(141,151)의 광축 방향 중 어느 하나의 광축 방향(e)과 액정셀(110)의 러빙 방향(d)은 도 5와 같이 동일한 방향으로 형성된다.

이는 종래의 상하 선형 편광판의 광축 방향으로는 넓은 시야각을 형성하는데 반하여, 이 광축들 사이의 방향에서는 시야가 기울어짐에 따라 상하 선형 편광판이 직교를 유지하지 못하게 되어 액정 분자의 배열과 광축 방향이 어긋나게 된다. 따라서 빛이 새는 현상이 나타나 광축 방향에서 완전한 다크 상태를 유지하지 못하게 된다. 이에 본 발명에서는 이와 같이 빛이 새는 현상을 방지하기 위하여 상하부 선형 편광판(141,151)의 광축 방향 중 어느 하나의 광축 방향(e)과 액정셀(110)의 러빙 방향(d)을 일치시켜 시야가 기울어지더라도 액정 분자(111)의 배열 위치를 광축 방향과 일치시켜 완전한 다크 상태를 구현함과 더불어 시야각을 최대로 넓히기 위한 것이다.

상하부 λ/4 위상 지연판(142,152)은 서로 직교하는 방향으로 각각 광축이 형성되며, 이 각각의 광축(f)은 러빙 방향(d)과 45°와 (-)45°를 이룬다. 이 각도는 액정셀(111)의 온/오프(on/off) 동작을 위한 가장 적절한 모드이다.

한편, 위상 지연 필름(120,130)의 위상 지연 범위는 20~100㎚ 이내의 정면값과 200~400㎚ 이내의 두께 방향값의 시야각 특성을 갖는다. 즉, 정면값 (nx-ny)×d=20~100㎚ 이내와 두께 방향값 {(nx+ny)/2-nz}×d=200~400㎚ 이내의 위상 지연 범위를 갖는다. 여기서, n은 굴절률, d는 셀 갭을 나타낸다.

그리고 λ/4 위상 지연판(142,152)의 위상 지연값은 파장에 따른 특성 변화를 최소화하기 위하여 가시광 파장 범위인 400~800㎚ 내에서 λ/4 위상 지연값을 대체로 유지한다.

도 6a와 도 6b는 종래와 본 발명의 일 실시예에 따른 시야각 특성을 나타낸 시뮬레이션 값을 콘튜어 맵(contour map)으로 나타낸 것으로, 사용된 액정의 Δ n=0.159, Δε=10이며, 정면값은 31㎚, 두께 방향값은 350㎚이다. 이를 비교하면, 본 발명의 시야각이 종래의 것보다 더 넓게 형성된 것을 볼 수 있는데, 이는 시야각 특성이 종래보다 더 우수하다는 것을 보여준다.

한편, 본 발명 중 상하부 위상 지연 필름의 또 다른 실시예로서, 도 7에 도시된 바와 같이 한 장의 이축성 필름(160)으로 측면 위상 지연 필름(122,132)과 정면 위상 지연 필름(121,131)으로 이루어진 상하부 위상 지연 필름(120,130)을 대체 가능하다.

이와 같은 구조의 OCB 모드 액정표시장치는 상하부 선형 편광판의 광축 중 어느 하나의 광축을 액정셀에 형성된 러빙 방향과 같게 하고, λ/4 위상 지연판을 상하부 선형 편광판에 적층시켜 액정셀에 전압 인가 시 발생하는 위상 지연값을 보상하므로서 OCB 모드 액정표시장치의 광시야각과 빠른 응답 속도를 얻을 수 있게 된다.

상술한 바와 같이 본 발명의 OCB 모드 액정표시장치에 의하면, 편광판에 형성된 광축 방향과 액정셀의 러빙 방향을 일치시켜, 밴드 구조로 형성된 액정 분자에 의하여 발생하는 위상 지연값을 용이하게 보상하므로서 완전한 다크 상태를 구현할 수 있고, 넓은 시야각을 확보할 수 있는 효과를 제공한다.

본 발명은 상기에 설명되고 도면에 예시된 것에 의해 한정되는 것은 아니며, 다음에 기재되는 청구의 범위 내에서 더 많은 변형 및 변용예가 가능한 것임은 물론이다.

Claims

소정의 방향으로 러빙된 기판에 의하여 형성된 액정셀;

상기 액정셀 일측에 마련된 상부 위상 지연 필름;

상기 상부 위상 지연 필름 일측에 마련된 상부 원형 편광판;

상기 액정셀 타측에 상기 상부 위상 지연 필름과 대칭적으로 마련된 하부 위상 지연 필름; 및

상기 하부 위상 지연 필름 타측에 상기 상부 원형 편광판과 대칭적으로 마련되며, 상기 상부 원형 편광판의 광축과 직교하는 광축을 가진 하부 원형 편광판;을 포함하며,

상기 상하부 위상 지연 필름 각각은 정면 위상 지연 필름 및 측면 위상 지연 필름을 포함하고,

상기 상하부 원형 편광판은 상하부 선형 편광판과 상기 액정셀 측으로 상기 상하부 선형 편광판 상의 각각에 적층된 상하부 λ/4 위상 지연판으로 구성되고, 상기 상부 선형 편광판의 광축 및 상기 하부 선형 편광판의 광축 중 어느 하나의 광축은 상기 러빙 방향과 일치하는 것을 특징으로 하는 OCB 모드 액정표시장치.
삭제
삭제
제1항에 있어서,

상기 상부 λ/4 위상 지연판의 광축 및 상기 하부 λ/4 위상 지연판의 광축 중 어느 하나의 광축은 상기 러빙 방향과 45°를 이루는 것을 특징으로 하는 OCB 모드 액정표시장치.
제1항에 있어서,

상기 상하부 위상 지연 필름의 위상 지연 범위는 20~100㎚의 정면값과 200~400㎚의 두께 방향값을 갖는 것을 특징으로 하는 OCB 모드 액정표시장치.
제1항에 있어서,

상기 상하부 λ/4 위상 지연판은 가시광 파장 범위인 400~800㎚에서 λ/4 위상 지연값을 갖는 것을 특징으로 하는 OCB 모드 액정표시장치.
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