KR100789681B1 - 향상된 시야각 특성을 가지는 ｌｃｄ 장치 - Google Patents

Abstract

LCD 장치는 그 사이에 LC 셀을 샌드위치하는 한 쌍의 편광막 (101, 105) 을 포함한다. 광입사측 편광막 (101) 은 편광층 (120) 및 제 1 지연막 (119) 을 포함하며, 광출사측 편광막 (105) 은 편광층 (120) 및 제 2 및 제 3 지연막 (118, 117) 을 포함한다. 제 1 및 제 3 지연막 (119, 117) 의 특정 조합은 LCD 장치 (100) 에서 암상태의 디스플레이시 더 낮은 누설광 및 더 낮은 색도 변이를 달성하기 위한 광학 보상을 제공한다.

LCD 장치, 시야각

Description

향상된 시야각 특성을 가지는 ＬＣＤ 장치{LCD DEVICE HAVING AN IMPROVED VIEWING ANGLE CHARACTERISTIC}

도 1 은 본 발명의 제 1 실시형태에 따른 LCD 장치의 화소의 단면도.

도 2a 및 2b 는 해당 광학막과 각각 조합된 컬러-필터 (CF) 기판 및 박막트랜지스터 (TFT) 기판의 구체적인 단면도.

도 3 은 지연막의 지연의 정의를 나타내는 사시도.

도 4 는 지연막의 두께방향 지연과 정규화된 투과율 사이의 관계를 나타내는 그래프.

도 5 는 지연막의 두께방향 지연과 정규화된 투과율 사이의 관계를 나타내는 그래프.

도 6 은 암상태의 디스플레이시 누설광의 감소를 달성하는 지연 범위를 나타내는 그래프.

도 7 은 지연막의 두께방향 지연과 정규화된 색도 변이 사이의 관계를 나타내는 그래프.

도 8 은 0.5 이하의 정규화된 투과율 및 1 이하의 정규화된 색도 변이를 달성하는 지연 범위를 나타내는 그래프.

도 9a 및 도 9b 는 본 발명의 제 2 실시형태에서 이용되는, 해당 광학막과 각각 조합된 CF 기판 및 TFT 기판의 구체적인 단면도.

도 10a 및 도 10b 는 본 발명의 제 3 실시형태에서 이용되는, 해당 광학막과 각각 조합된 CF 기판 및 TFT 기판의 구체적인 단면도.

도 11a 및 도 11b 는 각각 도 2a 및 도 2b 의 CF 기판 및 TFT 기판의 제 1 변형예의 구체적인 단면도.

도 12a 및 도 12b 는 각각 도 2a 및 도 2b 의 CF 기판 및 TFT 기판의 제 2 변형예의 구체적인 단면도.

도 13a 및 도 13b 는 각각 도 2a 및 도 2b 의 CF 기판 및 TFT 기판의 제 3 변형예의 구체적인 단면도.

도 14a 및 도 14b 는 각각 도 2a 및 도 2b 의 CF 기판 및 TFT 기판의 제 4 변형예의 구체적인 단면도.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

100 : LCD 장치 101, 105 : 편광막

102 : TFT 기판 103 : LC 층

104 : 컬러-필터 기판 106, 116 : 유리기판 바디

107 : 절연막 108 : TFT

109 : 화소 전극 110 : 공통 전극

111, 113 : 배향막 112 : LC 분자

114 : 컬러-필터 115 : 광차폐막

117, 118, 119 : 지연막 120 : 편광층

121, 124 : 보호층 123, 125 : 지연막

본 발명은 액정 디스플레이 (LCD) 장치에 관련된 것으로, 보다 구체적으로는, 균질배향된 액정 (LC) 층을 포함하고 향상된 시야각 특성을 가지는 LCD 장치에 관련된 것이다. 또한, 본 발명은 그러한 LCD 장치에 이용하기 위한 편광막 쌍에 관련된 것이다.

평면내-스위칭-모드 (in-plane-switching-mode; IPS-mode) LCD 장치와 같은 측면 전기장 모드 LCD 장치가 공지되어 있으며, 여기서 화소 전극 및 공통 전극은 그 사이에서 LC 의 측면 전기장을 생성한다. IPS-모드 LCD 장치는 종래의 TN-모드 LCD 장치에 비해 더 넓은 시야각 특성의 이점을 가진다. 일반적으로, IPS-모드 LCD 장치는, 제 1 및 제 2 기판 및 그것들 사이에 샌드위치되는 LC 층을 포함하는 LC 셀, 및 LC 셀의 제 1 및 제 2 기판의 외측면에 각각 부착되는 제 1 및 제 2 편광막을 포함한다.

제 1 및 제 2 기판은 측면 전기장에 의해 정의되는 LC 층의 LC 분자의 배향의 변화를 가시화하는 기능을 가진다. 편광막은 트리아세틸 셀룰로오스 (TAC) 막과 같은 투명 보호막을 편광층에 적층함으로써 구성된다. 편광층은 입사광을 서로 직교하는 2 개의 편광된 광 성분으로 분리하고, 편광된 광 성분중 편광층의 투과축에 평행한 진동면을 가지는 성분을 통과시키고, 편광된 광 성분중 편광층의 흡수축에 평행한 진동면을 가지는 다른 성분은 흡수하거나 산란시킨다.

LCD 장치에서, 일반적으로, 편광막 쌍 및 LC 층의 초기 배향은, 양 전극이 그 사이에 전기장을 생성하지 않는 경우 LCD 장치가 암상태를 나타내고 양 전극이 그 사이에 특정 전기장을 생성하는 경우 LCD 장치가 명상태를 나타내도록 설계된다. 명상태에서, LC 층의 LC 분자는 LC 분자의 초기 배향으로부터 λ/2 의 각도만큼 이격되어 배향된다.

일반적으로, 투과 IPS-모드 LCD 장치와 같이 균질배향된 LC 층을 가지는 LCD 장치는, 두께방향에서 관측될 때 그 사이에 LC 셀을 샌드위치하는 편광막 쌍을 포함한다. 한 쌍의 편광막 모두는 편광막 모두의 투과축이 서로 직교하도록 배치된다. 이러한 편광막은 당업계에서 직교 편광자 (orthogonal polarizer) 로 칭해진다. 직교 편광자는 바람직하지 못한 시야각 의존성을 가져, 직교 편광자에 비스듬한 방향으로 입사되는 광은 편광막의 투과축의 방향을 변화시킨다.

따라서, 편광층의 투과축 모두가 직각으로 교차하도록 배치되는 직교 편광자는, LC 셀에 비스듬한 방향으로 입사되고 제 1 편광막을 통과하는 광이, 교차각의 직각으로부터의 편차에 의해, 제 2 편광막의 투과축에 평행한 바람직하지 못한 광 성분을 가질 수 있게 한다. 바람직하지 못한 광 성분은, LCD 장치의 암상태의 디스플레이시 제 2 편광막을 통해 통과하는 누설광을 유발한다.

전술한 바와 같이, 직교 편광자의 시야각 의존성은 시야각, 즉, 휘도, 대비비 및 이미지의 컬러링이 LCD 장치의 스크린상에서 양호하게 감지되는 시각 범위의 감소를 유발한다. 이러한 관점에서, LCD 장치에서 더 넓은 시야각을 획득하기 위해, 직교 편광자의 시야각 의존성을 감소시켜 누설광을 방지하고 시야각 범위를 증대시킬 수 있는 광보상 편광막을 개발하는 것이 필수적이다. 예를 들어, 일본특허공개공보 2001-242462A 는 균질배향된 IPS-모드 LCD 장치에서 이용되는 기술을 개시하며, 여기서 광 보상막으로서 기능하는 2-축 지연막이 직교 편광자를 보상하여 비스듬하게 입사하는 광의 제 2 편광막의 투과축에 평행한 광성분이 투과축에 수직하게 변화되고, 비스듬하게-입사하는 광은 비스듬한 시야 방향에서 LC 셀에 입사하여 제 1 편광막을 통과한다.

전술한 공보에 개시된 LCD 장치에서, LC 층과 유사한 파장 의존성을 가지는 광 보상막의 단순한 추가는, 직교 편광자를 전체 파장 범위에서 광학적으로 보상할 수 없고, 단지 특정 파장 범위에서만 유효하다. 이는 다른 파장 범위에서 누설광을 유발하며, 따라서 시야 방향의 방위각 (azimuth angle) 에 의존하는 이미지의 컬러링을 야기한다. 또한, 편광막의 투명 보호층은 투명 보호막의 두께에 의존하는 지연을 가지기 때문에, 광입사측 편광층에 의해 선형편광된 광으로 한번 변환된 비스듬하게 입사한 광은, 투명 보호층에 의해 타원편광된 광으로 다시 변환되고, 추가적으로 LC 층에 의해 편광이 변환되어, 방출된 광의 바람직하지 못한 누설광 및 컬러링을 증가시킨다.

종래 기술의 전술한 문제점을 고려하여, 본 발명의 목적은, 암상태의 디스플레이시 실질적으로 색도 변이 없이 비스듬한 시야 방향의 누설광을 감소시킬 수 있는 편광막 쌍 및 LCD 장치를 제공하는 것이다.

본 발명은 제 1 및 제 2 편광층을 각각 포함하는 제 1 및 제 2 편광막을 포함하는 편광막 쌍을 제공하며, 상기 제 1 편광막은 상기 제 1 편광층과 상기 제 2 편광막 사이에 배치되는 제 1 지연막과 결합되며, 상기 제 1 지연막은, 복굴절 특성, 0 내지 10 ㎚ 의 면내 지연, 및 0 내지 35 ㎚ 의 두께방향 지연을 가지고, 상기 제 2 편광막은 상기 제 2 편광층과 상기 제 1 편광막 사이에 배치되는 제 2 및 제 3 지연막과 결합되고, 상기 제 2 지연막은 복굴절 특성, 35 내지 245 ㎚ 의 면내지연, 제 1 굴절률 (n1) < 제 2 굴절률 (n2) 인 제 1 면내 광축의 제 1 굴절률 (n1) 및 제 2 면내 광축의 제 2 굴절률 (n2) 을 가지며, 상기 제 2 광축은 상기 제 2 편광층의 흡수축과 평행하거나 직교하고, 상기 제 3 지연막은 복굴절 특성, 0 내지 15 ㎚ 의 면내 지연, 50 내지 123 ㎚ 의 두께방향 지연, 양의 단일축 광학 특성, 및 상기 제 2 편광층에 직교하는 광축을 가진다.

또한, 본 발명은, 균질배향된 액정 (LC) 층; LC 층을 샌드위치하여 LC 셀을 형성하는 제 1 및 제 2 기판; 및 LC 셀을 그 사이에 샌드위치하고 제 1 및 제 2 편광층을 각각 포함하는 제 1 및 제 2 편광막을 포함하며, 제 1 편광막은 제 1 편광층의 표면상에서 제 2 편광막에 가깝게 제 1 편광막을 포함하고, 상기 제 1 편광막은 상기 제 1 편광층과 상기 제 2 편광층 사이에 배치되는 제 1 지연막에 결합되며, 상기 제 1 지연막은 복굴절 특성, 0 내지 10 ㎚ 의 면내 지연, 및 0 내지 35 ㎚ 의 두께방향 지연을 가지며, 상기 제 2 편광막은 상기 제 2 편광층과 상기 제 1 편광막 사이에 배치되는 제 2 및 제 3 지연막과 결합되며, 상기 제 2 지연막은 복굴절 특성, 35 내지 245 ㎚ 의 면내 지연, 제 1 굴절률 (n1) < 제 2 굴절률 (n2) 인 제 1 면내 광축의 제 1 굴절률 (n1) 및 제 2 면내 광축의 제 2 굴절률 (n2) 을 가지고, 상기 제 2 광축은 상기 제 2 편광층의 흡수축에 평행하거나 직교하고, 상기 제 3 지연막은 복굴절 특성, 0 내지 15 ㎚ 의 면내 지연, 50 내지 123 ㎚ 의 두께방향 지연, 양의 단일축 광학 특성, 및 상기 제 2 편광층에 직교하는 광축을 가진다.

본 발명의 편광막 쌍 및 LCD 장치에 따르면, 제 1 내지 제 3 지연막의 특정 조합은 암상태의 디스플레이시 실질적으로 색도 변이를 유발하지 않고 비스듬한 시야 방향에서의 누설광의 감소를 제공한다.

보다 구체적으로 본 발명의 바람직한 실시형태에서는, 제 1 지연막은 제 1 편광층을 통과하는 광의 편광 상태를 변화시키고, 제 2 및 제 3 지연막은 제 1 지연막 및 LC 층을 통과하는 광의 편광 상태를 변화시킨다. 이는 제 1 편광층의 위치에서 제 2 및 제 3 지연막을 통과하는 광의 더 낮은 산란을 제공하여, 실질적으로 색도 변이를 유발하지 않고 비스듬한 시야 방향에서의 누설광을 감소시킨다.

제 1 및 제 2 편광막 각각은, 편광막이 서로 LCD 셀의 반대 방향에 배치될 수도 있는 한, LCD 셀의 광입사측 또는 광출사측에 배치될 수도 있다.

본 발명의 상기 및 다른 목적, 특성 및 이점이 첨부 도면을 참조한 이하의 설명으로 부터 보다 명확해질 것이다.

본 발명의 보다 나은 이해를 위해 바람직한 실시형태의 설명 이전에 본 발명의 원리를 먼저 설명한다. 여기서, 제 1 편광막은 LCD 셀의 광입사측에 배치되 고, 제 2 편광막은 LCD 셀의 광출사측에 배치되며, 제 2 편광막은 광입사측으로부터 광출사측을 향해 관측할 때 제 3 및 제 2 지연막을 이 순서로 가진다고 가정한다. 본 발명의 편광막 쌍 또는 LCD 장치의 경우에, 제 1 편광층의 보호층으로 기능할 수도 있는 제 1 지연막은 제 1 편광층의 표면상에 LCD 셀에 가깝게 배치된다.

LCD 셀의 LC 층에 비스듬한 방향으로 입사되는 광이 타원편광된 광으로 변하는 것을 방지하기 위해, 제 1 지연막은 바람직하게는 17 ㎚ 미만의 더 낮은 두께방향 지연을 가진다. 이는 파장에 의존하는 LC 층에 의해 유발되는 광의 위상 변화를 억제하여, 입사광이 실질적으로 선형편광된 광의 상태로 LC 층을 통과할 수 있게 한다.

광출사측에 배치되고 양의 단일축 광학 특성 및 제 1 또는 편광층에 직교하는 광축을 가지는 제 3 지연막은, 한번 실질적으로 선형편광된 광을 타원편광된 광으로 변화시킨다. n1<n2 와 같은 면내 지연을 가지는 제 2 지연막은, 타원편광된 광을 선형편광된 광으로 재변화시킨다. LCD 셀을 통과하는 선형편광된 광의 편광된 축과 제 2 지연막을 통과하는 선형편광된 광의 편광된 축은 상이한 방향을 가진다. 제 2 및 제 3 지연막의 두께방향 지연을 각각 35 ㎚ 내지 245 ㎚ 사이의 범위 및 50 ㎚ 내지 123 ㎚ 사이의 범위로 설계함으로써, 편광막 쌍의 시야각 의존성이 보상될 수 있다.

단일 방향을 향한 광학 보상에 단일 2-축 지연막이 이용되는 경우, 단일 지연막의 지연의 파장 의존성은 그 자체가 채도 변이로 나타날 것이다. 한편, 본 발명에서 이용되는 바와 같이, 2 개의 양의 단일축 지연막의 조합은 2 방향에서 광학 보상에 영향을 미치며, 파장 의존성은 광출사측에서 상쇄되어 색도 변이를 감소시킬 수 있다.

따라서, 3 개의 지연막의 조합은 LC 층 및 편광층의 지연의 파장 의존성을 보상하며, 암상태의 디스플레이시 실질적으로 색도 변이를 유발하지 않고 비스듬한 시야 방향의 누설광을 감소시킨다. 제 1 편광막 및 제 2 편광막이 각각 광출사측 및 광입사측에 배치되는 경우, 유사한 결과가 획득될 수 있다.

이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명을 보다 구체적으로 설명하며, 도면을 통틀어 유사한 구성 소자는 유사한 인용 부호에 의해 지시된다.

도 1 은 본 발명의 제 1 실시형태에 따른 IPS-모드 LCD 장치의 화소를 나타낸다. 일반적으로 부호 (100) 으로 지시되는 LCD 장치는, LCD 장치의 광입사측으로부터 광출사측을 향해 연속적으로 배치되는, 광입사측 편광막 (101), TFT (박막트랜지스터) 기판 (102), LC 층 (103), CF (컬러-필터) 기판 (104), 및 광출사측 편광막 (105) 을 포함한다. 제 1 배향막 (111) 은 TFT 기판 (103) 의 표면상에 LC 층 (103) 에 가깝게 형성되고, 제 2 배향막 (113) 은 CF 기판 (104) 의 표면상에 LC 층 (103) 에 가깝게 형성된다. TFT 기판 (102) 은 유리기판 바디 (106) 를 포함하고, 그 위에 절연막 (107), TFT (108), 화소전극 (107) 및 공통전극 (110) 이 형성된다.

TFT (108) 는 화소 전극 (109) 에 제공되는 전압을 제어한다. LCD 장치 (100) 에서, 화소 전극 (109) 및 공통 전극 (110) 은 TFT 기판 (102) 상에 형성되 어, LC 층 (103) 의 LC 분자 (112) 에 측면 전기장을 제공한다. 절연막 (107) 은 질화 규소를 포함할 수도 있다. CF 기판 (104) 은 유기 기판 바디 (116) 를 포함하고, 그 위에 컬러-필터 (114) 및 광차폐막 (115) 이 형성된다. 컬러-필터 (114) 들은 각각 적색, 녹색, 청색을 포함하는 3 가지 주요 컬러 중 한 컬러를 제공한다. 광차폐막 (115) 은 TFT (108), 데이터선 (미도시) 등을 광으로부터 차폐한다. LCD 장치가 단색 LCD 장치인 경우 컬러-필터 (114) 는 생략될 수도 있다.

도 2a 및 2b 는 각각 CF 기판 (104) 및 TFT 기판 (102) 의 유리기판 바디의 외측의 세부를 나타낸다. CF 기판 (104) 의 유리기판 바디 (116) 는 그 위에 지연막 (nc; 117), 지연막 (na; 118), 및 편광층 (120) 및 보호층 (124) 을 포함하는 편광막 (105) 을 연속적으로 탑재한다. TFT 기판 (102) 의 유리기판 바디 (106) 는 그 위에 지연막 (ni; 119), 및 편광층 (120) 및 보호층 (121) 을 포함하는 편광막 (101) 을 연속적으로 탑재한다. 편광층 (120) 은 폴리비닐 알콜 (PVA) 로 구성되고, 보호층 (121 및 124) 은 TAC 로 구성된다.

지연막 (제 1 지연막: ni; 119), 지연막 (제 2 지연막: na; 118) 및 지연막 (제 3 지연막: nc; 117) 은 각각 특정한 광학 특성을 가진다. 이러한 지연막들 (119, 118, 117) 은 광입사측으로부터 관측될 때 이 순서대로 부착되는 막 재료로 구성될 수도 있고, 또는, 유리기판 바디를 코팅하는 코팅 재료로 구성될 수도 있다.

일반적으로, 통상적인 편광막은 한 쌍의 보호 (TAC) 막 사이에 샌드위치되어 이용된다. 그러나, 본 실시형태에서는, 지연막 (ni; 119) 이 편광막 (101) 의 표면상에 유리기판 바디 (106) 에 가깝게 배치되고, 편광층 (120) 은 보호층 (121) 과 지연막 (ni; 119) 사이에 샌드위치되며, 지연막 (119) 은 제 1 편광막 (101) 의 편광층 (120) 을 위한 보호층의 기능을 가진다. 유사하게, 지연막 (nc; 117) 및 지연막 (na; 118) 은 편광막 (105) 의 표면상에 유리기판 바디 (116) 에 가깝게 배치되며, 지연막 (117 및 118) 은 제 2 편광막 (105) 의 편광층 (120) 을 위한 보호층의 기능을 가진다.

보호층 (121, 124) 은 각각 편광막 (101, 105) 의 표면에 직교하는 광축을 가지는 음의 단일축 지연막의 기능을 가진다. 보호층 (121, 124) 은 각각 그 두께에 의존하는 지연을 가지지만, 편광층 (120) 의 외표면상의 설비 때문에 이미지에 영향을 미치지 않는다. 지연막 (119) 은 0 ㎚ 의 두께방향 지연, 즉, 두께방향에서 0 ㎚ 의 지연을 가지며, 지연막 (119) 은 편광된 광의 위상을 변화시키지 않는다. 따라서, 제 1 편광막 (101) 이 유리기판 바디 (106) 에 직접 부착되는 구성은, 도 2b 에 나타낸 지연막 (119) 이 0 ㎚ 의 두께방향 지연을 가지는 구성에 상응한다.

도 2a 및 도 2b 에 나타낸 LCD 장치 (100) 에 이용되는 광학-보상 편광막 쌍은, 지연막 (117, 118, 119) 이, LCD 장치에서 암상태의 디스플레이시 LCD 장치의 관측자가 누설광을 거의 인식하지 못하는 레벨로 누설광이 감소되는 요구되는 결과를 달성하는 것을 만족시키는 상태를 획득하도록 시뮬레이션된다. 이러한 시뮬레이션 이전에, 백라이트 소스의 휘도를 최대 휘도에서 감소된 휘도로 변화시킴으 로써, 비스듬한 시야 방향에서 IPS-모드 LCD 장치의 디스플레이 품질에 거의 영향을 미치지 않는 백라이트 휘도의 레벨이 실험적으로 연구된다. 이 연구는, 암상태의 디스플레이시 백라이트 소스의 통상 최대 휘도 레벨의 절반은 비스듬한 시야 방향의 누설광이 LCD 장치의 디스플레이 품질에 거의 영향을 미치지 않을 수 있게 하고, 통상 최대 휘도의 1/4 은 누설광이 디스플레이 품질에 실질적으로 영향을 미치지 않을 수 있게 함을 밝혀냈다.

상기 연구 결과를 고려하여, 관측자가 누설광을 거의 인식하지 못하는 레벨은, 직교 편광자로부터 비스듬한 시야 방향에서 관측되는 누설광과 동일한, 기준 누설광의 절반에서 결정된다. 또한, 광학 보상의 이용시 색도의 열화를 유발하지 않는, 정면 시야와 비스듬한 시야 방향 사이에서 관측되는 색도 변이의 레벨이 기준 색도 변이로서 이용된다. 기준 누설광 및 기준 색도 변이는 지연막의 요구되는 지연 범위를 결정하는데 이용된다. 이 시뮬레이션에서 이용되는 비스듬한 시야 방향은, 편광막 쌍의 광축으로부터 방위각 45°, 기판 표면의 평면으로부터 편각 45°이다.

도 3 은 지연막 (117, 118, 119) 의 굴절률 성분의 방향의 정의를 나타내며, 여기서 n1 및 n2 는 면내 굴절률 성분이고, nz 는 지연막의 두께방향 굴절률 성분이다. 예를 들어, 지연막의 면내 지연은:

(n1-n2)×d

의 절대값으로 정의되며, 여기서 "d" 는 지연막의 나노미터 단위의 두께이다.

두께방향 지연은:

[{(n1+n2)/2}-nz]×d

의 절대값으로 정의된다.

상기 시뮬레이션에서, 지연막 (117) 은 n1<n2 및 n2<nz 이며 (n1-n2)≒0 의 단일축 광학 특성을 가지고, 지연막 (119) 은 여기서 n1≥nz 및 n2≥nz 이며 (n1-n2)≒0 의 단일축 광학 특성을 가지고, 지연막 (118) 은 n1<n2 의 광학 특성을 가지는 것으로 가정하였다. 지연막 (118) 의 광축은 편광막 (120) 의 광축 (슬로우축: n2) 에 직교하고, 지연막 (117, 119) 의 광축은 편광층 (120) 에 직교하고, LC 층 (103) 의 초기 배향은 지연막 (118) 의 광축과 정렬되도록 축이 배열된다. LC 층의 초기 배향이 편광막 쌍의 광축에 평행인지 또는 직교하는지 여부는, 양 방향이 모두 LC 층의 위상 변화를 억제하기 때문에, 광학 보상 효과에 중대한 영향을 미치지 않는다.

도 4 는 암상태의 디스플레이 동안, 지연막 (119) 의 두께방향 지연과 정규화된 투과율 사이에서 획득되는 시뮬레이션 결과를 나타내며, 여기서, 지연막 (119) 의 각 지연에 대해 획득되는 투과율은 광학 보상이 채택되지 않은 경우의 광학 투과율에 의해 정규화된다. 광학 보상을 채택하지 않은 경우, 지연막 (117, 119) 은 각각 80 ㎛ 두께의 TAC 층으로 대체되고, 지연막은 거기에 제공되지 않는다.

도 4 에서, 투과율은, 지연막 (119) 의 0 에서부터 50 ㎚ 까지 변하는 두께방향 지연에 대한 시뮬레이션에서 계산되며, 여기서 정사각형 점으로 점찍힌 그래프 (i) 는 50 ㎚ 의 두께방향 지연을 가지는 지연막 (117) 과 결합된 경우를 나타 내고, 마름모 점으로 점찍힌 그래프 (ii) 는 80 ㎚ 의 두께방향 지연을 가지는 지연막과 결합된 경우를 나타낸다. 전술한 바와 같이, 투과율은 직교 편광자에 대해 비스듬한 시야 방향의 경우에 대해 계산된다.

도 4 에서 이해할 수 있는 바와 같이, 계산된 정규 투과율은, 지연막 (119) 의 채택된 두께방향 지연의 전체 범위에서 0.5 미만이며, 향상되고 더 넓은 시야각 특성을 나타낸다. 도 4 의 세부는, 암상태의 디스플레이시 더 높은 광학 보상 효과를 획득하고 더 낮은 투과율을 달성하기 위해, 지연막 (117) 은 50 ㎚ 이상의 두께방향 지연을 가져야 하고, 지연막 (119) 은 50 ㎚ 미만의 두께방향 지연을 가져야 하는 것을 나타낸다.

지연막 (119) 에 관해 나타낸 도 4 와 유사하게, 도 5 는 시뮬레이션에서 획득된, 암상태의 디스플레이시 지연막 (117) 의 두께방향 지연과 정규화된 투과율 사이의 관계를 나타낸다. 이 시뮬레이션에서, 지연막 (118) 은 130 ㎚ 의 면내 지연을 가지고, 지연막 (119) 은 0 ㎚ 의 두께방향 지연을 가졌다. 도 5 에서 이해할 수 있는 바와 같이, 50 ㎚ 내지 123 ㎚ 의 두께방향 지연을 가지는 지연막 (118) 의 경우에 대해, 정규화된 투과율은 1 미만이다.

도 6 은 시뮬레이션에서 획득된, 지연막 (118) 의 면내 방향 지연과 정규화된 투과율 사이의 관계를 나타낸다. 이 시뮬레이션에서, 지연막 (117) 및 지연막 (119) 의 두께방향 지연은 각각 80 ㎚ 및 0 ㎚ 로 고정된다. 도 6 에서 이해할 수 있는 바와 같이, 지연막 (118) 의 두께방향 지연의 35 ㎚ 내지 245 ㎚ 사이의 범위에 대해, 정규화된 투과율은 0.5 이하이다. 따라서, 암상태의 디스플 레이시 45°의 방위각 및 45°의 편각의 비스듬한 시야 방향의 누설광은, 관측자가 실질적으로 누설광을 인식할 수 없는 레벨로 감소된다.

도 7 은 시뮬레이션에서 획득되는, 지연막 (119) 의 두께방향 지연과 정규화된 색도 변이 사이의 관계를 나타낸다. 이 시뮬레이션에서, 지연막 (117) 이 50 ㎚ (그래프 (i)) 및 80 ㎚ (그래프 (ii)) 의 두께방향 지연을 가지는 경우, 지연막 (119) 의 두께방향 지연은 0 ㎚ 내지 50 ㎚ 사이에서 변하고, 지연막 (118) 의 면내 지연은 130 ㎚ 로 고정되어 있으며, 결과적인 색도가 정면 시야 및 비스듬한 시야에서 측정되어 색도 변이를 획득한다.

도 7 에서 이해할 수 있는 바와 같이, 50 ㎚ 의 두께방향 지연을 가지는 지연막 (117) 의 경우, 지연막 (119) 의 두께방향 지연의 0 ㎚ 와 50 ㎚ 사이의 범위 전체에서 정규화된 색도 변이가 1 미만이고, 정면 시야와 비스듬한 시야 사이의 색도 변이의 열화가 없음을 나타낸다. 한편, 80 ㎚ 의 두께방향 지연을 가지는 지연막 (117) 의 경우, 지연막 (119) 의 두께방향 지연이 35 ㎚ 미만이면 정규화된 색도 변이는 1 미만으로 유지될 수 있고, 또한, 지연막 (119) 의 두께방향 지연이 17 ㎚ 미만이면 0.5 미만으로 유지될 수 있다.

도 8 은 지연막 (117, 117) 의 두께방향 지연의 조합과 정규화된 색도 변이 사이의 관계를 나타낸다. 전술한 바와 같이, 색도 변이는 지연막 (117) 의 두께방향 지연에 의존하기 때문에, 휘도를 감소시키는데 효과적인, 지연막 (117) 의 50 ㎚ 내지 123 ㎚ 사이 범위의 두께방향 지연에 대해 다른 시뮬레이션이 수행되었다. 이 시뮬레이션에서, 1 의 정규화된 색도 변이를 달성하는, 지연막 (117 및 119) 의 두께방향 지연의 조합이 획득되었다.

도 8 은 시뮬레이션의 결과를 나타낸다. 동일한 도면에서, 0.5 의 정규화된 투과율 및 1 미만의 색도 변이를 달성하는 범위의 지연이 선택되고, 두꺼운 사각형 형태로 둘러싸여 도시되었다. 이 범위는 지연막 (119) 의 0 ㎚ 내지 35 ㎚ 사이의 두께방향 지연 및 지연막 (117) 의 50 ㎚ 내지 123 ㎚ 사이의 두께방향 지연으로 정의된다. 또한, 0.5 미만의 투과율 및 0.5 미만의 색도 변이를 달성하는 다른 범위의 지연이, 보다 바람직한 범위로서 도 8 에서 선택되었다. 그 다른 범위는, 지연막 (117) 의 두께방향 지연 (nc1) 및 지연막 (119) 의 두께방향 지연 (ni1) 을 이용하여 다음의 관계에 의해 정의되며:

57.0-0.23×ni1+0.11×ni1²≤nc1≤120.0-0.42×ni1-0.08×ni1²

여기서, ni1 은 0 내지 17 ㎚ 의 범위이다.

본 실시형태에서, 지연막 (117 및 119) 의 두께방향 지연의 조합은 두꺼운 사각형 형상에 의해 정의되는 범위내에서 선택되고, 또한, 지연막 (118) 의 지연은 도 6 에서 0.5 의 정규화된 투과율을 달성하는 범위내에서 선택된다. 이는 암상태의 디스플레이시, 정면 시야 및 비스듬한 시야 사이의 색도 변이를 실질적으로 열화시키지 않고, 관측자가 누설광을 거의 인식하지 못하는 레벨까지 누설광의 감소를 제공한다. 이 결과는, 지연막 (117, 118, 119) 의 지연에 대한 상기 범위내에서의 조합이, 지연막 (117, 118) 이 LC 층 (103) 및 CF 기판 (104) 에 의해 유발되는 광 산란을 억제할 수 있게 하여, 그 결과, LCD 장치의 광출사측에 배치되는 제 2 편광막 (105) 을 구성하는 편광층 (120) 의 위치에서, 더 낮은 산란 조건이 획득되기 때문인 것으로 고려된다.

본 실시형태에서, 지연막 (ni; 119) 은, 광입사측 제 1 편광막 (101) 의 표면상에서 LC 층 (103) 에 가깝게 배치되어 편광층 (120) 에 대한 보호층으로서 이용되며, LC 층 (103) 에 비스듬한 방향으로 입사하는 광이 보호층에 의해 타원편광된 광으로 변환되는 것을 억제하기 위해, 지연막 (119) 은 바람직하게는 17 ㎚ 이하의 더 작은 두께방향 지연을 가진다. 이는, 종래 LCD 장치의 LC 층 (103) 에서 직면했던, 파장에 의존하는 광의 위상 변화를 억제하여, 광을 거의 선형편광된 광으로서 투과시킨다. 한편, LCD 장치의 광출사측에서, 양의 단일축 광학 특성 및 편광층 (120) 의 표면에 직교하는 광축을 가지는 지연막 (nc; 117) 은, LC 층 (103) 을 통과하는 선형편광된 광을 타원편광된 광으로 한번 변화시키고, 그 후, 그 광축의 면내 굴절률 n1 및 n2 가 n1<n2 의 관계를 가지는 광학 특성을 가지는 지연막 (118) 이, 지연막 (nc; 117) 으로부터 타원편광된 광을 선형편광된 광으로 다시 재변화시킨다.

LC 층 (103) 을 통과하는 편광된 광의 편광된 축의 방향은, 지연막 (118) 을 통과하는 편광된 광의 편광된 축의 방향과 상이하다. 35 내지 245 ㎚ 의 범위에서 설계되는 지연막 (na; 118) 의 면내 지연 및 50 내지 123 ㎚ 의 범위에서 설계되는 지연막 (117) 의 두께방향 지연은, 직교 편광자의 시야각 의존성을 상쇄시키며, 여기서 비스듬한 입사광에 대해 교차각은 직각으로부터 일탈된다. 즉, 그렇게 설계된 지연막 (117 및 118) 은 비스듬한 입사광의 편광된 축을 광출사측 제 2 편광막 (105) 의 흡수축을 향해 변화시킨다.

단일 방향을 향한 광학 보상, 즉, 선형 보상에 하나의 2-축 지연막이 이용되는 경우, 단일 지연막의 복굴절의 파장 의존성은, 그 자체가 채도 변이로 나타난다. 한편, 본 실시형태에서, 2 개의 양의 단일축 지연막의 조합은, 입사광을 2 방향을 향해 광학 보상한다. 이는 더 높은 파장 의존성을 가지는 더 짧은 파장의 광 성분이 더 많은 양의 광학 경로를 우회할 수 있게 하여, 광출사측에서의 파장 의존성을 상쇄시키고 색도 분산을 감소시킨다.

따라서, 지연막 (117, 118) 을 포함하는 LC 층 (103) 및 광학 보상막의 복굴절의 파장 의존성이 억제될 수 있어, 암상태의 디스플레이시 비스듬한 시야 방향의 누설광을 억제하고, 색도 변이를 유발하지 않고 더 넓은 파장 범위의 광학 보상을 제공할 수 있다. 본 실시형태는 시야각 특성을 향상시켜, LCD 장치의 디스플레이 품질을 향상시킨다.

일부 LCD 장치에서, 이미지의 시인성을 향상시키기 위해 편광막의 표면에 연무 (haze) 처리가 수행된다. 그러한 LCD 장치에서, 암상태의 디스플레이시 비스듬한 방향에서 더 많은 누설광이 유발되는 경우, 비스듬한 방향에서 방출되는 광은 편광막의 연무 처리 때문에 정면 시야 방향을 향해 방출될 수도 있어, 정면 시야에서 대비비를 열화시킬 수도 있다. 본 실시형태에서, 지연막 (117, 118, 119) 을 이용한 광학 보상은, 암상태의 디스플레이시 비스듬한 방향의 누설광을 감소시켜, 표면 처리에 의해 유발되는 정면 누설광을 억제한다. 따라서, 본 실시형태는 암상태의 디스플레이시 정면 휘도를 감소시켜, 정면 시야의 대비비를 향상 시키고 더 높은 해상도의 이미지를 제공한다.

도 9a 및 9b 는, 도 2 와 유사하게, 본 발명의 제 2 실시형태에 따라, 각각 LCD 장치의 CF 기판 및 TFT 기판의 유리기판 바디의 외측의 세부를 나타낸다. 본 실시형태의 LCD 장치는 지연막의 배열을 제외하고는 도 1 에 나타낸 제 1 실시형태의 LCD 장치와 유사하다. 보다 구체적으로, 본 실시형태에서는, 유리기판 바디 (116) 상에 지연막 (118 및 117) 이 연속적으로 형성된다. 지연막 (117) 은 광출사측 제 2 편광막 (105) 의 편광층 (120) 을 보호하는 기능을 가진다.

암상태의 디스플레이시 관측자가 누설광을 거의 인식하지 못하는 레벨로 누설광의 감소를 달성하는 지연막 (117, 118, 119) 의 광학 특성의 조건을 연구하기 위해 시뮬레이션이 수행되었다. 시뮬레이션의 조건은 제 1 실시형태에서 수행된 시뮬레이션의 조건과 유사하다. 본 실시형태의 시뮬레이션에서, 지연막 (118) 은 편광층 (120) 의 광축에 직교하는 광축을 가졌다.

시뮬레이션 결과는 도 4 내지 도 8 에 나타낸 결과와 유사하다. 따라서, 지연막 (117) 이 n1<nz 이고 n2<nz 인 단일축 광학 특성을 가지고 지연막 (118) 은 n1<n2 인 광학 특성을 가지는 결과에 지연막 (117 및 118) 의 배열 순서가 영향을 미치지 않는다. 제 1 실시형태에 관하여 전술한 범위를 가지는 지연막 (117, 118, 119) 의 지연의 조합은 본 실시형태에서도 또한 유효하다.

도 10a 및 도 10b 는 각각 도 2 와 유사하게, 본 발명의 제 3 실시형태에 따른 LCD 장치에서, CF 기판 및 TFT 기판의 유리기판 바디의 외측의 세부를 나타낸다. 본 실시형태의 LCD 장치는, 본 실시형태의 2 개의 지연막 (123 및 125) 이 제 2 실시형태의 지연막 (117) 을 구성하는 것을 제외하고는 제 2 실시형태의 LCD 장치와 유사하다.

지연막 (123, 125) 은 각각, 편광막 (105) 의 편광면에 직교하는 광축을 가지는 단일축 지연막으로 구성된다. 지연막 (123, 125) 중 하나는, 일반적으로 보호층을 구성하는데 이용되는 TAC 로 구성되고, 지연막 (123, 125) 중 다른 하나는 TAC 에 의해 제공되는 지연의 초과 또는 부족을 보상하는 재료로 구성되어, 지연막 (123, 125) 의 조합은 지연막 (117) 의 그것과 유사한 두께방향 지연과 같은 광학 특성을 가진다.

상기 실시형태에서, 제 1 편광막 (101) 및 지연막 (119) 은 LCD 장치 (100) 의 광입사측에 배치되고, 제 2 편광막 (105) 및 지연막 (117, 118) 은 광출사측에 배치된다. 그러나, 제 1 편광막 (101) 및 지연막 (119) 이 광출사측에 배치되고, 제 2 편광막 (105) 및 지연막 (117, 118) 이 광입사측에 배치될 수도 있다. 또한, 입사광의 방향은 도 1 과 반대일 수도 있고, 본 발명의 이점을 달성하기 위해 제 2 편광막 (105) 에 입사될 수도 있다. 지연막 (117, 118, 119) 은 편광층에 부착될 필요는 없고, 다른 막 또는 유리기판이 편광된 광의 편광 상태를 변화시키지 않는한 다른 막 또는 유리기판 바디가 지연막과 편광층 사이에 배치될 수도 있다.

도 11a 및 도 11b 는 각각 도 2a 및 도 2b 에 나타낸 도면의 제 1 변형예에 따른 CF 기판 및 TFT 기판의 단면도이다. 제 1 변형예에서, TFT 기판 (101) 은 제 1 실시형태의 TFT 기판 (102) 과 유사하고, CF 기판 (104) 은 유리기판 바디 (116) 과 제 2 편광막 (105) 사이에서 보호층 기능을 가지는 제 4 지연막 (n1; 119) 만을 포함한다. 제 2 및 제 3 지연막 (na, nc; 118, 117) 은 CF 기판 (104) 의 유리기판 바디 (116) 와 제 1 편광막 (101) 사이에 배치된다.

도 12a 및 도 12b 는 각각 도 2a 및 도 2b 에 나타낸 도면의 제 2 변형예에 따른 CF 기판 및 TFT 기판의 단면도이다. 제 2 변형예에서, TFT 기판 (102) 은 제 1 실시형태의 TFT 기판 (102) 과 유사하고, 제 2 편광막 (105) 은 편광층 (120) 과 유리기판 바디 (116) 사이에 제 2 지연막 (na; 118) 을 포함한다. 제 3 지연막 (nc; 117) 은 CF 기판 (104) 의 유리기판 바디 (116) 와 제 1 편광막 (101) 사이에 배치된다.

도 13a 및 도 13b 는 각각 도 2a 및 도 2b 에 나타낸 것들의 제 3 변형예에 따른 CF 기판 및 TFT 기판의 단면도이다. 제 3 변형예에서, TFT 기판 (102) 은 제 1 실시형태의 TFT 기판 (102) 과 유사하고, CF 기판 (104) 은 편광막 (120) 과 유리기판 바디 (116) 사이에 제 2 지연막 (na; 118) 만을 포함한다. 제 3 지연막 (nc; 117) 은 CF 기판 (104) 의 유리기판 바디 (116) 와 제 1 편광막 (101) 사이에 배치된다.

도 14a 및 도 14b 는 각각 도 2a 및 도 2b 에 나타낸 것들의 제 3 변형예에 따른 CF 기판 및 TFT 기판의 단면도이다. 제 4 실시형태에서, TFT 기판은 제 1 실시형태의 TFT 기판 (102) 과 유사하고, CF 기판 (104) 은 편광막 (120) 을 보호하기 위해 편광막 (120) 과 유리기판 바디 (116) 사이에 제 3 지연막 (nc; 117) 의 일부를 포함한다. 제 2 지연막 (na; 118) 및 제 3 지연막 (nc; 117) 의 나머지 부분은 CF 기판 (104) 의 유리기판 바디 (116) 와 제 1 편광막 (101) 사이에 배치된다.

전술한 실시형태들은 단지 예시를 위한 것이므로, 본 발명은 전술한 실시형태에 한정되지 않고, 당업자에 의해 본 발명의 범위를 벗어나지 않고 다양한 변형 또는 수정이 용이하게 만들어질 수 있다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 의해, 암상태의 디스플레이시 실질적으로 색도 변이 없이 비스듬한 시야 방향의 누설광을 감소시킬 수 있는 편광막 쌍 및 LCD 장치가 제공된다.

Claims (9)

1. 제 1 및 제 2 편광층 (120, 120) 을 각각 포함하는 제 1 및 제 2 편광막 (101, 105) 을 구비하는 편광막 쌍으로서,

   상기 제 1 편광막 (101) 은 상기 제 1 편광층 (120) 과 상기 제 2 편광막 (105) 사이에 배치된 제 1 지연막 (119) 과 결합되며, 상기 제 1 지연막 (119) 은 복굴절 특성, 0 내지 10 nm 의 면내방향 지연 및 0 내지 35 nm 의 두께방향 지연을 가지고,

   상기 제 2 편광막 (105) 은 상기 제 2 편광층 (120) 과 상기 제 1 편광막 (101) 사이에 배치된 제 2 및 제 3 지연막 (118, 117) 과 결합되고,

   상기 제 2 지연막 (118) 은, 복굴절 특성, 35 내지 245 nm 의 면내방향 지연, 제 1 굴절율 (n1) < 제 2 굴절율 (n2) 인 제 1 면내방향 광축의 제 1 굴절율 (n1) 및 제 2 면내방향 광축의 제 2 굴절율 (n2) 을 가지며, 상기 제 2 광축은 상기 제 2 편광층 (120) 의 흡수축과 평행하거나 직교하고,

   상기 제 3 지연막 (117) 은, 복굴절 특성, 0 내지 15 nm 의 면내방향 지연, 50 내지 123 nm 의 두께방향 지연, 양의 단일축 광학 특성, 및 상기 제 2 편광층 (120) 에 직교하는 광축을 가지는, 편광막 쌍.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 제 1 지연막 (119) 은 0 내지 7 nm 의 면내방향 지연 및 0 내지 17 nm 의 두께방향 지연 (ni1) 을 가지고,

   상기 제 3 지연막 (117) 은 0 내지 10 nm 의 면내방향 지연 및 두께방향 지연 (nc1) 을 가지며, 관계식:

   57.0-0.23×ni1+0.11×ni1² ≤ nc1 ≤ 120.0-0.42×ni1-0.08×nil²

   을 유지하는, 편광막 쌍.
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 제 1 편광막 (101) 은 제 1 보호층 (121) 을 가지고,

   상기 제 1 지연막 (119) 과 상기 제 1 보호층 (121) 은 그 사이에 상기 제 1 편광층 (120) 을 샌드위치하고,

   상기 제 2 편광막 (105) 은 제 2 보호층 (124) 을 가지고,

   상기 제 2 및 제 3 지연막 (118, 117) 과 상기 제 2 보호층 (124) 은 그 사이에 상기 제 2 편광층 (120) 을 샌드위치하는, 편광막 쌍.
4. 제 1 항에 있어서,

   상기 제 2 지연막 (118) 은 상기 제 3 지연막 (117) 보다 상기 제 1 편광막 (101) 에 더 가깝게 배치되는, 편광막 쌍.
5. 제 1 항에 있어서,

   상기 제 2 지연막 (118) 은 상기 제 3 지연막 (117) 보다 상기 제 1 편광막 (101) 으로부터 더 멀게 배치되는, 편광막 쌍.
6. 균질배향된 액정 (LC) 층 (103);

   상기 LC 층 (103) 을 그 사이에 샌드위치하여 LC 셀을 형성하는 제 1 및 제 2 기판 (102, 104); 및

   상기 LC 셀을 그 사이에 샌드위치하고 제 1 및 제 2 편광층 (120, 120) 을 각각 포함하는 제 1 및 제 2 편광막 (101, 105) 을 구비하며,

   상기 제 1 편광막 (101) 은 상기 제 1 편광층 (120) 과 상기 제 2 편광막 (105) 사이에 배치된 제 1 지연막 (119) 과 결합되며, 상기 제 1 지연막 (119) 은 복굴절 특성, 0 내지 10 nm 의 면내방향 지연, 및 0 내지 35 nm 의 두께방향 지연을 가지고,

   상기 제 2 편광막 (105) 은 상기 제 2 편광층 (120) 과 상기 제 1 편광막 (101) 사이에 배치된 제 2 및 제 3 지연막 (118, 117) 과 결합되고,

   상기 제 2 지연막 (118) 은 복굴절 특성, 35 내지 245 nm 의 면내방향 지연, 제 1 굴절율 (n1) < 제 2 굴절율 (n2) 인 제 1 면내방향 광축의 제 1 굴절율 (n1) 및 제 2 면내방향 광축의 제 2 굴절율 (n2) 을 가지며, 상기 제 2 광축은 상기 제 2 편광층 (120) 의 흡수축과 평행하거나 직교하고,

   상기 제 3 지연막 (117) 은, 복굴절 특성, 0 내지 15 nm 의 면내방향 지연, 50 내지 123 nm 의 두께방향 지연, 양의 단일축 광학 특성, 및 상기 제 2 편광층 (120) 에 직교하는 광축을 가지는, 액정 디스플레이 (LCD) 장치.
7. 제 6 항에 있어서,

   상기 제 2 지연막 (118) 의 상기 제 1 면내방향 광축은 상기 균질배향된 LC 층 (103) 의 광축과 평행하거나 직교하는, LCD 장치.
8. 제 6 항에 있어서,

   상기 제 2 지연막 (118) 은 상기 제 3 지연막 (117) 보다 상기 제 1 편광막 (101) 에 더 가깝게 배치되며, 상기 제 2 지연막 (118) 의 상기 제 1 면내방향 광축은 상기 균질배향된 LC 층 (103) 의 상기 광축에 직교하는, LCD 장치.
9. 제 6 항에 있어서,

   상기 제 2 지연막 (118) 은 상기 제 3 지연막 (117) 보다 상기 제 1 편광막 (101) 으로부터 더 멀게 배치되며, 상기 제 2 지연막 (118) 의 상기 제 1 면내방향 광축은 상기 균질배향된 LC 층 (103) 의 상기 광축과 평행한, LCD 장치.

Images