KR100462017B1 - Wide viewing angle liquid crystal display device - Google Patents
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Abstract
양의 유전율 이방성을 갖는 액정 물질이 주입되어 있는 액정 셀의 한쪽 면은 하나의 화소를 두 개의 미소 영역으로 나누어 다른 방향으로 버핑하고, 반대쪽 면은 한쪽 방향으로 버핑하여 액정 분자의 비틀림 방향이 다른 두 개의 미소 영역을 갖는 2영역 비틀린 네마틱 액정 표시 장치를 형성하고, 한쪽 방향으로 버핑된 면의 바깥쪽에 후지 필름 등과 같은 하이브리드 배열을 갖는 보상 필름을 부착한다. 두 영역의 비틀림 각은 서로 같도록 하고, 보상 필름을 이루는 원반 모양의 분자의 경사 방향을 기판에 투사했을 때 인접하는 면의 배향 방향과 동일한 방향이 되도록 보상 필름을 부착한다. 하이브리드 타입의 보상 필름 외에도 이와 같은 효과를 나타낼 수 있는 다수의 일축성 보상 필름의 조합 등을 사용할 수도 있다.One side of a liquid crystal cell into which a liquid crystal material having positive dielectric anisotropy is injected is divided into two minute regions and buffed in one direction, and the other side is buffed in one direction so that the torsional direction of the liquid crystal molecules is different. A two-zone twisted nematic liquid crystal display device having two micro areas is formed, and a compensation film having a hybrid arrangement such as a FUJI film is attached to the outside of the surface buffed in one direction. The twist angles of the two regions are equal to each other, and the compensation film is attached so as to be in the same direction as the direction of orientation of the adjacent surfaces when the oblique direction of the disk-shaped molecules constituting the compensation film is projected onto the substrate. In addition to the hybrid type compensation film, a combination of a plurality of uniaxial compensation films capable of exhibiting such an effect may be used.
Description
본 발명은 광시야각 액정 표시 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a wide viewing angle liquid crystal display device.
일반적으로 액정 표시 장치는 두 장의 기판 사이에 액정을 주입하고, 여기에 가하는 전장의 세기를 조절하여 광 투과량을 조절하는 구조로 되어 있다. In general, a liquid crystal display device has a structure in which a liquid crystal is injected between two substrates, and the amount of light transmitted is controlled by adjusting the intensity of the electric field applied thereto.
비틀린 네마틱(twisted-nematic : TN) 방식의 액정 표시 장치는, 전압을 인가하지 않은 상태에서는 두 기판 사이에 채워진 액정 분자의 장축이 기판에 평행하며 일정한 피치(pitch)를 가지고 나선상으로 꼬여 액정 분자의 장축의 방향이 연속적으로 변화되는 비틀린 구조를 가지며, 전압이 인가되면 액정 분자들은 기판에 대해 수직으로 일어서게 된다. Twisted-nematic (TN) type liquid crystal display devices have a long axis of liquid crystal molecules filled between two substrates in a state in which no voltage is applied, and the liquid crystal molecules are twisted in a spiral with a constant pitch. It has a twisted structure in which the direction of its major axis changes continuously, and when voltage is applied, the liquid crystal molecules rise perpendicular to the substrate.
액정 물질은 분자의 장축 방향과 단축 방향으로의 굴절률이 서로 다른 복굴절성을 갖는데, 이 복굴절성에 의해 액정 표시 장치를 보는 위치에 따라 빛이 느끼는 굴절률이 차이가 생긴다. 따라서, 선편광된 빛이 액정을 통과하면서 편광 상태가 바뀌는 비율에 차이가 생겨 정면에서 벗어난 위치에서 볼 때의 빛의 양과 색특성이 정면에서 볼 경우와는 달라진다. 이로 인하여 비틀린 네마틱 구조를 갖는 액정 표시 장치는 시야각에 따라 대비비(contrast ratio)의 변화, 색상 변이(color shift), 계조 반전(gray inversion) 등의 현상이 발생한다. The liquid crystal material has birefringence in which the refractive indices in the major and minor directions of the molecules are different from each other. The birefringence causes a difference in the refractive index felt by light depending on the position of the liquid crystal display. Therefore, a difference occurs in the rate at which the polarized light is changed while the linearly polarized light passes through the liquid crystal, and thus the amount and color characteristics of the light when viewed from the front side are different from those seen from the front. As a result, a liquid crystal display having a twisted nematic structure may cause changes in contrast ratio, color shift, gray inversion, and the like depending on the viewing angle.
이러한 문제를 해결하기 위해 보상 필름을 이용하는 방법, 화소를 2개 이상의 부화소로 나누어 액정의 배열 방향을 달리 하는 방법, 수직 배향 모드 등 여러 가지 방법이 개발되었다. 최근에는 후지 필름(Fuji Film)사에서 WV 필름을 개발하였는데 이는 원반 형태(discotic)의 분자 구조를 갖는 화합물을 이용하여 이 원반 형태의 분자들의 광축이 액정 표시 장치 기판의 법선에 대해 순차적으로 점점 큰 각도를 갖도록 하이브리드(hybrid) 배열한 것이다. 후지 필름을 사용한 경우 보상 효과가 뛰어나 시야각 측면에서는 많은 개선이 있지만, 여기서도 상하측 계조 반전 특성이 좋지 않으며, 노란색 쪽으로의 색상 전이(color shift)가 일어난다는 문제점이 있다. 이는 액정 표시 장치의 모니터로의 응용에 큰 장애가 되고 있다. In order to solve this problem, various methods, such as a method using a compensation film, a method of dividing a pixel into two or more subpixels to change the alignment direction of liquid crystals, and a vertical alignment mode, have been developed. Recently, Fuji Film Co., Ltd. has developed a WV film, which uses a compound having a discotic molecular structure, and the optical axis of the disc-shaped molecules is gradually increasing with respect to the normal of the liquid crystal display substrate. It is a hybrid arrangement to have an angle. When the FUJIFILM film is used, the compensation effect is excellent, and there are many improvements in terms of viewing angle, but there is also a problem in that the upper and lower gray level inversion characteristics are not good, and a color shift to yellow occurs. This is a major obstacle to the application of the liquid crystal display to the monitor.
본 발명의 과제는 액정 표시 장치의 시야각을 넓히고, 계조 반전을 줄이고자 하는 것이다.An object of the present invention is to widen the viewing angle of a liquid crystal display and to reduce gray level inversion.
본 발명에 따른 액정 표시 장치에서는 양의 유전율 이방성을 갖는 액정 물질이 주입되어 있는 액정 셀의 한쪽 면은 하나의 화소를 두 개의 미소 영역으로 나누어 다른 방향으로 버핑하고, 반대쪽 면은 한쪽 방향으로 버핑하여 하나의 화소가 액정 분자의 비틀림 방향이 다른 두 개의 미소 영역으로 나뉘어지도록 하고, 한쪽 방향으로 버핑된 면의 바깥쪽에 하이브리드 배열을 갖는 보상 필름을 부착한다. In the liquid crystal display according to the present invention, one side of a liquid crystal cell into which a liquid crystal material having positive dielectric anisotropy is injected is divided into two micro regions and buffed in one direction, and the other side is buffed in one direction. One pixel is divided into two micro-regions in which the twisting direction of the liquid crystal molecules is different, and a compensation film having a hybrid array is attached to the outside of the surface buffed in one direction.
이 때, 두 영역의 비틀림 각(twist angle)은 서로 같도록 형성하며, 이 비틀림 각은 10 - 90o 의 값을 가질 수 있다.At this time, the twist angles of the two regions are formed to be equal to each other, and the twist angles may have a value of 10 to 90 ° .
그리고, 보상 필름은 보상 필름을 이루는 원반 모양의 분자의 경사 방향을 기판에 투사했을 때 인접하는 면의 버핑 방향과 동일한 방향이 되도록 부착한다. In addition, the compensation film is attached so as to be in the same direction as the buffing direction of the adjacent surfaces when the oblique direction of the disk-shaped molecules constituting the compensation film is projected onto the substrate.
보상 필름은 하이브리드 타입의 보상 필름을 사용하거나 이와 같은 효과를 나타낼 수 있도록 다수의 일축성 보상 필름을 조합하여 사용할 수도 있다. The compensation film may use a hybrid type compensation film or a combination of a plurality of uniaxial compensation films to achieve the same effect.
이제 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명에 따른 액정 표시 장치의 실시예에 대하여 상세히 설명한다.An embodiment of the liquid crystal display according to the present invention will now be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 1a 및 도 1b는 본 발명의 실시예에 따른 액정 표시 장치의 분해 사시도이다. 도 1a에 나타난 액정 표시 장치는 편광판의 투과축이 인접하는 배향막의 버핑 방향과 수직을 이루는 o 모드의 경우이고, 도 1b에 나타난 액정 표시 장치는 편광판의 투과축이 인접하는 배향막의 버핑 방향과 평행한 e 모드의 경우이다. 1A and 1B are exploded perspective views of a liquid crystal display according to an exemplary embodiment of the present invention. The liquid crystal display shown in FIG. 1A is a case of o mode in which the transmission axis of the polarizer is perpendicular to the buffing direction of the adjacent alignment film, and the liquid crystal display shown in FIG. 1B is parallel to the buffing direction of the alignment film adjacent to the transmission axis of the polarizer. This is the case for one e mode.
도 1a 및 도 1b에 도시된 바와 같이, 액정 물질이 주입되어 있는 액정 셀(10)의 한쪽 면(11)은 하나의 화소가 두 개의 미소 영역으로 나누어져 다른 방향으로 버핑되어 있고, 반대쪽 면은 한쪽 방향으로 버핑되어 있어, 양쪽 영역의 액정 분자의 비틀림 방향이 반대로 되어 있다. 즉, 두 영역 중 왼쪽 영역은 왼쪽 방향으로 반대쪽 영역은 오른쪽 방향으로 비틀리게 되어 있으며, 두 영역의 비틀림 각은 같다. 비틀림 각(twist angle)은 90o이어야 할 필요는 없으며, 10 - 90o의 범위를 가질 수 있다. 액정 셀(10)의 반대쪽 면(12)은 한쪽 방향으로 버핑이 되어 있으며 버핑 방향은 두 영역으로 나뉜 면의 버핑 방향이 이루는 각의 이등분선의 방향과 같다. 한쪽 방향으로 버핑된 면(12)의 바깥쪽에 후지 필름 타입의 하이브리드 배열을 갖는 보상 필름(20)이 부착되어 있다. 이 보상 필름(20)은 보상 필름을 이루는 원반 모양의 분자의 경사 방향을 기판에 투사했을 때 인접하는 면의 버핑 방향과 동일한 방향이 되도록 부착되어 있다.As shown in FIGS. 1A and 1B, one
도 2에는 보상 필름(20)과 그에 인접하는 액정 표시 장치 기판(12) 및 액정 표시 장치에 전압이 인가되었을 때 기판 부근에서의 액정 분자의 배열 상태를 나타낸 단면도가 나타나 있다. 이 때 인가된 전압은 기판으로부터 수직인 방향을 갖고 있으며, 도면상에 굵은 실선으로 표시되어 있다. FIG. 2 is a cross-sectional view illustrating an arrangement state of liquid crystal molecules near the substrate when a voltage is applied to the
도면상에 점선으로 표시된 화살표가 액정 분자의 선경사의 방향을 나타내고, 실선으로 표시된 화살표는 보상 필름을 이루는 원반 모양 분자의 경사 방향을 나타낸다. 액정 분자의 선경사의 방향 및 보상 필름을 이루는 분자의 경사 방향을 기판에 투사시켜 보면, 동일한 방향이 됨을 알 수 있다. Arrows indicated by dotted lines on the drawing indicate the direction of pretilt of the liquid crystal molecules, and arrows indicated by solid lines indicate the inclined direction of the discotic molecules constituting the compensation film. When the direction of the pretilt of the liquid crystal molecules and the direction of inclination of the molecules forming the compensation film are projected onto the substrate, it can be seen that they become the same direction.
보상 필름(20)의 바깥쪽과 액정 셀의 버핑 방향이 다른 두 영역으로 나뉘어 있는 쪽 면(11)의 바깥쪽에 각각 편광판(32, 31)이 부착되어 있다. 도 1a에 나타난 본 발명의 실시예에서는 각 편광판의 투과축은 인접하는 배향막의 버핑 방향과 수직을 이루는 o 모드를 취하고 있고, 도 1b에 나타난 본 발명의 실시예에서는 각 편광판의 투과축은 인접하는 배향막의 버핑 방향과 평행한 e 모드를 취하고 있다.
본 발명의 실시예에 따른 액정 표시 장치의 광학적 특성을 시뮬레이션한 결과가 도 4 내지 도 11에 나타나 있다. 시뮬레이션에 사용된 액정 셀의 간격은 4.3㎛이고 MLC6418 액정 물질의 매개 변수들이 사용되었다. 하이브리드 배열을 갖는 보상 필름을 시뮬레이션하기 위하여 각각 다른 광축(optical axis)과 지연값(retardation value)을 갖는 5장의 일축성 보상 필름이 사용되었다. Results of simulating optical characteristics of the liquid crystal display according to the exemplary embodiment of the present invention are shown in FIGS. 4 to 11. The spacing of the liquid crystal cells used in the simulation was 4.3 μm and the parameters of the MLC6418 liquid crystal material were used. Five uniaxial compensation films with different optical axes and retardation values were used to simulate the compensation films with the hybrid arrangement.
도 3에는 이 때 사용된 일축성 보상 필름의 광축의 방향과 지연값이 나타나 있다. 아래쪽에서부터 첫 번째 일축성 보상 필름(21)의 광축 (θ,φ)는 (0o, 90o)이고, 지연값 (no - ne)ㆍd는 40nm 이다. 두 번째 필름(22)의 (θ,φ)는 (7.5o, 270o), (no - ne)ㆍd는 30nm 이고, 세 번째 필름(23)의 (θ,φ)는 (22.5o, 270o)이고, (no - ne)ㆍd는 30nm 이며, 네 번째 필름(24)의 (θ,φ)는 (37.5o, 270o)이고, (no - ne)ㆍd는 30nm, 다섯 번째 필름(25)의 (θ,φ)는 (52.5o, 270o)이고, (no - ne)ㆍd는 30nm 이다.3 shows the direction and the delay value of the optical axis of the uniaxial compensation film used at this time. The optical axis θ, φ of the first
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 액정 표시 장치의 시야각 특성을 나타낸 그래프이다. 이 액정 표시 장치는 o 모드와 90o의 비틀림 각을 갖는다. 도 5 및 도 6에는 본 발명의 실시예에 따른 액정 표시 장치의 계조 표시 성능이 나타나 있다. 도 5는 액정 표시 장치를 편광판의 투과축과 평행한 방향에서 볼 경우 시야각에 따른 휘도의 변화를 나타낸 그래프이고, 도 6은 편광판의 투과축과 수직을 이루는 방향에서 보는 경우의 그래프이다.4 is a graph illustrating viewing angle characteristics of the liquid crystal display according to the exemplary embodiment of the present invention. This liquid crystal display has an o mode and a twist angle of 90 o . 5 and 6 illustrate the gray scale display performance of the liquid crystal display according to the exemplary embodiment of the present invention. 5 is a graph illustrating a change in luminance according to a viewing angle when the liquid crystal display is viewed in a direction parallel to the transmission axis of the polarizing plate, and FIG. 6 is a graph when the liquid crystal display is viewed in a direction perpendicular to the transmission axis of the polarizing plate.
도 7 내지 도 9는 e 모드를 갖는 본 발명의 실시예에 따른 액정 표시 장치의 시야각 특성 및 계조 표시 성능을 나타내고 있다. 도 7은 시야각 특성을 나타낸 그래프이고, 도 8 및 도 9는 각각 액정 표시 장치를 편광판의 투과축과 평행한 방향과 수직을 이루는 방향에서 볼 경우 시야각에 따른 휘도의 변화를 나타낸 그래프이다.7 to 9 illustrate viewing angle characteristics and gray scale display performance of a liquid crystal display according to an exemplary embodiment of the present invention having an e mode. FIG. 7 is a graph showing viewing angle characteristics, and FIGS. 8 and 9 are graphs showing changes in luminance according to viewing angles when the liquid crystal display is viewed in a direction perpendicular to a direction parallel to the transmission axis of the polarizer.
도 4 내지 도 9에 나타난 바와 같이, 시야각과 계조 표시 성능이 우수하고, 특히 편광판의 투과축과 수직을 이루는 방향에서 볼 경우의 계조 표시 성능은 후지 필름에 의해 보상된 단일 영역 액정 표시 장치에 비해 많이 향상되었음을 알 수 있다. 뿐만 아니라, 본 발명의 실시예에 따른 액정 표시 장치의 경우 노란색으로의 색상 전이도 나타나지 않음이 확인되었다. As shown in FIGS. 4 to 9, the viewing angle and gray scale display performance are excellent, and the gray scale display performance when viewed in a direction perpendicular to the transmission axis of the polarizing plate is compared with that of the single region liquid crystal display device compensated by the FUJIFILM film. It can be seen that much improvement. In addition, it was confirmed that no color shift to yellow occurs in the liquid crystal display according to the exemplary embodiment of the present invention.
액정 표시 장치 아래쪽의 계조 표시 성능은 비틀림 각을 줄일 경우 더욱 향상시킬 수 있다. 도 10 내지 도 12에는 각각 80o의 비틀림 각을 갖는 본 발명의 실시예에 따른 액정 표시 장치의 시야각 특성과 액정 표시 장치를 편광판의 투과축과 평행한 방향과 수직을 이루는 방향에서 볼 경우 시야각에 따른 휘도의 변화를 나타낸 그래프가 도시되어 있다. 도 6과 비교해 볼 때, 아래쪽의 계조 표시 성능이 눈에 띄게 좋아졌음을 알 수 있다.The gray scale display performance under the liquid crystal display may be further improved when the twist angle is reduced. 10 to 12 show the viewing angle characteristics of the liquid crystal display according to the exemplary embodiment of the present invention having a twist angle of 80 ° and the viewing angle when the liquid crystal display is viewed perpendicular to the direction parallel to the transmission axis of the polarizing plate. A graph showing the change in luminance is shown. As compared with FIG. 6, it can be seen that the gray scale display performance of the lower part is remarkably improved.
본 발명의 실시예에 적용되는 보상 필름은 후지 필름이 아니어도 관계없으며, 이와 같은 효과를 나타낼 수 있는 어떤 다른 보상 필름도 사용할 수 있다. 예를 들면 SID'97, Digest, p.687에 개시된 것과 같은 구조의 보상 필름이 사용될 수도 있다. 보상 필름의 지연치 등은 최적화된 값이 아니며, 지연값이나 보상 필름을 이루는 분자들의 배열 방향 등을 최적화한다면 더 나은 결과를 얻을 수 있을 것임은 명백하다. The compensation film applied in the embodiment of the present invention is not necessarily a Fuji film, and any other compensation film capable of exhibiting such an effect may be used. For example, a compensation film having a structure as disclosed in SID'97, Digest, p. 687 may be used. The delay value and the like of the compensation film are not optimized values, and it is clear that better results can be obtained by optimizing the delay value and the arrangement direction of the molecules constituting the compensation film.
상기한 바와 같이, 액정 셀의 한쪽 면은 하나의 화소를 두 영역으로 나누어 다른 방향으로 버핑하고, 반대쪽 면은 한쪽 방향으로 버핑하여 두 영역에서 액정 분자의 비틀림 방향이 서로 다르게 되도록 형성하고, 한쪽 방향으로 버핑된 면의 바깥쪽에 후지 필름 등과 같은 하이브리드 배열을 갖는 보상 필름을 부착함으로써 넓은 시야각과 좋은 계조 표시 성능을 얻을 수 있다. As described above, one side of the liquid crystal cell divides one pixel into two regions and buffs it in the other direction, and the opposite side is buffed in one direction so that the torsion directions of the liquid crystal molecules are different in the two regions, and one side A wide viewing angle and good gradation display performance can be obtained by attaching a compensation film having a hybrid arrangement, such as a Fuji film, to the outside of the buffed surface.
도 1a 및 도 1b는 본 발명의 실시예에 따른 액정 표시 장치의 분해 사시도이고,1A and 1B are exploded perspective views of a liquid crystal display according to an exemplary embodiment of the present invention.
도 2는 보상 필름을 이루는 분자의 배열 상태와 액정 표시 장치에 전압이 인가되었을 때의 액정 분자의 배열 상태를 나타내는 단면도이고,2 is a cross-sectional view showing an arrangement state of molecules constituting the compensation film and an arrangement state of liquid crystal molecules when a voltage is applied to the liquid crystal display device;
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 시뮬레이션에 사용된 보상 필름을 나타낸 것이고,Figure 3 shows a compensation film used in the simulation according to an embodiment of the present invention,
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 액정 표시 장치의 시야각 특성을 나타낸 것이고, 4 illustrates viewing angle characteristics of a liquid crystal display according to an exemplary embodiment of the present invention.
도 5 및 도 6은 본 발명의 실시예에 따른 액정 표시 장치의 계조 표시 성능을 나타낸 것이고,5 and 6 illustrate gray scale display performance of a liquid crystal display according to an exemplary embodiment of the present invention.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 액정 표시 장치의 시야각 특성을 나타낸 것이고, 7 illustrates viewing angle characteristics of a liquid crystal display according to another exemplary embodiment of the present invention.
도 8 및 도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 액정 표시 장치의 계조 표시 성능을 나타낸 것이고,8 and 9 illustrate gradation display performance of a liquid crystal display according to another exemplary embodiment of the present invention.
도 10은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 액정 표시 장치의 시야각 특성을 나타낸 것이고, 10 illustrates viewing angle characteristics of a liquid crystal display according to another exemplary embodiment of the present invention.
도 11 및 도 12는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 액정 표시 장치의 계조 표시 성능을 나타낸 것이다.11 and 12 illustrate gray scale display performance of a liquid crystal display according to another exemplary embodiment of the present invention.
Claims (5)
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|---|---|---|---|
| KR1019970080212A KR100462017B1 (en) | 1997-12-31 | 1997-12-31 | Wide viewing angle liquid crystal display device |
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|---|---|---|---|
| KR1019970080212A KR100462017B1 (en) | 1997-12-31 | 1997-12-31 | Wide viewing angle liquid crystal display device |
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Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US10297228B2 (en) | 2016-07-18 | 2019-05-21 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Display apparatus and control method thereof |
| US10579206B2 (en) | 2016-12-14 | 2020-03-03 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Display apparatus and method for controlling the display apparatus |
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1997
- 1997-12-31 KR KR1019970080212A patent/KR100462017B1/en not_active IP Right Cessation
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Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| KR19990059994A (en) | 1999-07-26 |
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