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KR101236244B1 - 액정표시장치 - Google Patents

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KR101236244B1
KR101236244B1 KR1020090123492A KR20090123492A KR101236244B1 KR 101236244 B1 KR101236244 B1 KR 101236244B1 KR 1020090123492 A KR1020090123492 A KR 1020090123492A KR 20090123492 A KR20090123492 A KR 20090123492A KR 101236244 B1 KR101236244 B1 KR 101236244B1
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KR
South Korea
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plate
positive
substrate
liquid crystal
refractive index
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KR1020090123492A
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English (en)
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KR20110066727A (ko
Inventor
이우근
박현진
우종훈
임은정
Original Assignee
엘지디스플레이 주식회사
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Publication date
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Priority to US12/958,813 priority patent/US8497946B2/en
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Abstract

본 발명은 서로 마주하는 제 1 및 제 2 기판과; 상기 제 1 기판에 위치하며 상기 제 1 기판 면에 평행한 횡전계를 형성하는 화소전극 및 공통전극과; 상기 제 1 및 제 2 기판 사이에 위치하며, 상기 제 1 기판 면에 대하여 수직한 z방향에 평행한 나선축을 갖는 키랄 네마틱 액정분자를 포함하며 상기 횡전계에 의해 구동되는 액정층과; 상기 제 1 기판의 외측에 위치하는 제 1 편광판과; 상기 제 2 기판 외측에 위치하는 제 2 편광판과; 상기 제 1 또는 상기 제 2 기판 중 어느 하나의 외측에 위치하는 제 1 포지티브-C 플레이트를 포함하며, 상기 액정층은 상기 z방향의 굴절율이 상기 z방향에 각각 수직한 x, y방향의 굴절율보다 작고, 상기 x, y방향의 굴절율은 서로 동일하며(nz<nx=ny), 상기 제 1 포지티브-C 플레이트는 상기 z방향의 굴절율이 상기 z방향에 각각 수직한 x, y방향의 굴절율보다 크고, 상기 x, y방향의 굴절율은 서로 동일(nz>nx=ny)한 것이 특징인 액정표시장치를 제공한다.

Description

액정표시장치{Liquid crystal display device}
본 발명은 액정표시장치에 관한 것으로, 특히 광시야각을 갖는USH(uniformly standing helix) 모드 액정표시장치에 관한 것이다.
근래에 들어 사회가 본격적인 정보화 시대로 접어듦에 따라 대량의 정보를 처리 및 표시하는 디스플레이(display) 분야가 급속도로 발전해 왔고, 박형화, 경량화, 저소비전력화의 우수한 성능을 지닌 평판표시장치로서 액정표시장치가 기존의 브라운관(Cathode Ray Tube : CRT)을 대체하고 있다.
일반적으로, 액정표시장치의 구동원리는 액정의 광학적 이방성과 분극성질을 이용한다. 상기 액정은 구조가 가늘고 길기 때문에 분자의 배열에 방향성을 가지고 있으며, 인위적으로 액정에 전기장을 인가하여 분자배열의 방향을 제어할 수 있다.
따라서, 상기 액정의 분자배열 방향을 임의로 조절하면, 액정의 분자배열이 변하게 되고, 광학적 이방성에 의해 상기 액정의 분자배열 방향으로 빛이 굴절하여 화상정보를 표현할 수 있다.
현재에는 박막트랜지스터와 상기 박막트랜지스터에 연결된 화소전극이 행렬방식으로 배열된 능동행렬 액정표시장치(AM-LCD : Active Matrix LCD 이하, 액정표시장치로 약칭함)가 해상도 및 동영상 구현능력이 우수하여 가장 주목받고 있다.
상기 액정표시장치는 공통전극이 형성된 컬러필터 기판과 화소전극이 형성된 어레이 기판과, 상기 두 기판 사이에 개재된 액정으로 이루어지는데, 이러한 액정표시장치에서는 공통전극과 화소전극이 상하로 걸리는 전기장에 의해 액정을 구동하는 방식으로 투과율과 개구율 등의 특성이 우수하다.
그러나, 상하로 걸리는 전기장에 의한 액정구동은 시야각 특성이 우수하지 못한 단점을 가지고 있다.
따라서, 상기의 단점을 극복하기 위해 시야각 특성이 우수한 횡전계형(in-plane switching mode) 액정표시장치가 제안되었다.
이하, 도 1을 참조하여 일반적인 횡전계 모드 액정표시장치에 관하여 상세히 설명한다.
도 1은 일반적인 횡전계 모드 액정표시장치의 단면을 도시한 도면이다.
도시한 바와 같이, 제 1 및 제 2 기판(1, 2)이 서로 마주하여 위치하고 있으며, 상기 제 1 및 제 2 기판(1, 2) 사이에는 액정층(3)이 개재되어 있다. 상기 액정층(3)은 다수의 액정분자(5)를 포함하고 있다. 또한, 상기 제 1 기판(1)에는 서로 이격하고 있는 화소전극(7) 및 공통전극(9)이 위치하고 있으며, 상기 화소전극(7)과 상기 공통전극(9)에 전압이 인가되면 수평전계를 형성하게 된다.
먼저 액정표시장치의 오프(OFF) 상태에서는 상기 화소전극(7)과 상기 공통 전극(9) 사이에 전계가 형성되지 않으며, 액정분자(5)가 초기 배열 상태를 유지하며 블랙 색상을 표현하게 된다.
한편, 액정표시장치가 온(ON) 상태에서는 상기 화소전극(7)과 상기 공통전극(9) 사이에 수평 전계가 형성되며, 상기 수평 전계를 따라 액정이 배열되어 화이트 색상을 표현하게 된다.
상기 횡전계 모드 액정표시장치는 시야각 및 응답 속도에서 장점을 가지나, 오프 상태에서의 빛샘이 발생하여 명암비(contrast ratio)가 낮은 단점을 갖는다.
이러한 명암비의 단점을 해결하기 위한 것으로, 수직 배열(vertical alignment) 모드 액정표시장치가 제안되었다. 종래 수직배열 모드 액정표시장치를 도시한 도 2를 참조하면, 제 1 및 제 2 기판(11, 12)이 서로 마주하여 위치하고 있으며, 상기 제 1 및 제 2 기판(11, 12) 사이에 액정층(13)이 개재되어 있다. 상기 액정층(13)은 다수의 액정분자(15)를 포함하고 있다.
상기 제 1 기판(11) 상에는 화소전극(17)이 위치하고 있으며, 화소전극(17)의 일부가 제거됨으로써 슬릿(17)이 구성된다. 또한, 상기 제 2 기판(12)에는 적어도 하나의 돌출부(20)가 위치하고 있으며, 상기 돌출부(20) 및 상기 제 2 기판(12) 상에 공통전극(19)이 위치하고 있다. 상기 공통전극(19)과 상기 화소전극(17)에 전압이 인가되면 수직 전계가 형성되어 상기 액정분자(15)를 제어하게 된다.
상기한 구성의 수직 배열 모드 액정표시장치는 높은 명암비를 가지나 시야각이 제한되는 문제를 갖는다.
전술한 바와 같이, 횡전계 모드 액정표시장치는 시야각 등에서 장점을 갖는 반면 명암비에서 단점을 갖고, 수직 배열 모드 액정표시장치는 명암비에서 장점을 가지나 시야각에서 단점을 갖게 된다.
따라서, 횡전계 모드 액정표시장치와 수직 배열 모드 액정표시장치의 장점을 모두 갖는 액정표시장치의 개발이 요구되고 있다.
본 발명은 종래 액정표시장치의 장점을 모두 갖고 단점이 보완된 액정표시장치의 제공을 목적으로 한다.
즉, 응답속도와 시야각에서 우수한 특성을 가지며 동시에 명암비가 우수한 액정표시장치의 제공을 목적으로 한다.
상기한 과제를 해결하기 위해, 본 발명은 서로 마주하는 제 1 및 제 2 기판과; 상기 제 1 기판에 위치하며 상기 제 1 기판 면에 평행한 횡전계를 형성하는 화소전극 및 공통전극과; 상기 제 1 및 제 2 기판 사이에 위치하며, 상기 제 1 기판 면에 대하여 수직한 z방향에 평행한 나선축을 갖는 키랄 네마틱 액정분자를 포함하며 상기 횡전계에 의해 구동되는 액정층과; 상기 제 1 기판의 외측에 위치하는 제 1 편광판과; 상기 제 2 기판 외측에 위치하는 제 2 편광판과; 상기 제 1 또는 상기 제 2 기판 중 어느 하나의 외측에 위치하는 제 1 포지티브-C 플레이트를 포함하며, 상기 액정층은 상기 z방향의 굴절율이 상기 z방향에 각각 수직한 x, y방향의 굴절율보다 작고, 상기 x, y방향의 굴절율은 서로 동일하며(nz<nx=ny), 상기 제 1 포지티브-C 플레이트는 상기 z방향의 굴절율이 상기 z방향에 각각 수직한 x, y방향의 굴절율보다 크고, 상기 x, y방향의 굴절율은 서로 동일(nz>nx=ny)한 것이 특징인 액정표시장치를 제공한다.
상기 제 1 및 제 2 기판 중 다른 어느 하나의 외측에 위치하는 제 2 포지티브-C 플레이트를 포함하는 것이 특징이다.
상기 제 1 포지티브-C 플레이트는 상기 제 1 기판과 상기 제 1 편광판 사이에 위치하며, 상기 제 2 포지티브-C 플레이트는 상기 제 2 기판과 상기 제 2 편광판 사이에 위치하고, 상기 제 1 포지티브-C 플레이트와 상기 제 1 편광판 사이에 위치하는 제 1 포지티브-A 플레이트와; 상기 제 2 포지티브-C 플레이트와 상기 제 2 편광판 사이에 위치하는 제 2 포지티브-A 플레이트를 포함하며, 상기 제 1 및 제 2 포지티브-A 플레이트는 상기 z방향의 굴절율이 상기 z방향에 수직한 x방향의 굴절율보다 작고, 상기 x 및 z 방향에 수직한 y방향의 굴절율과 동일한 것이 특징이다.
상기 제 1 포지티브-C 플레이트는 상기 제 1 기판과 상기 제 1 편광판 사이에 위치하며, 상기 제 2 포지티브-C 플레이트는 상기 제 2 기판과 상기 제 2 편광판 사이에 위치하고, 상기 제 1 포지티브-C 플레이트와 상기 제 1 기판 사이에 위치하는 제 1 포지티브-A 플레이트와; 상기 제 2 포지티브-C 플레이트와 상기 제 2 기판 사이에 위치하는 제 2 포지티브-A 플레이트를 포함하며, 상기 제 1 및 제 2 포지티브-A 플레이트는 상기 z방향의 굴절율이 상기 z방향에 수직한 x방향의 굴절율보다 작고, 상기 x 및 z 방향에 수직한 y방향의 굴절율과 동일한 것이 특징이다.
상기 제 1 포지티브-C 플레이트는 상기 제 2 기판과 상기 제 2 편광판 사이에 위치하며, 상기 제 1 포지티브-C 플레이트와 상기 제 2 기판 사이에 위치하는 포지티브-A 플레이트를 포함하며, 상기 포지티브-A 플레이트는 상기 z방향의 굴절율이 상기 z방향에 수직한 x방향의 굴절율보다 작고, 상기 x 및 z 방향에 수직한 y방향의 굴절율과 동일한 것이 특징이다.
상기 제 1 포지티브-C 플레이트는 상기 제 2 기판과 상기 제 2 편광판 사이에 위치하며, 상기 제 1 포지티브-C 플레이트와 상기 제 2 편광판 사이에 위치하는 포지티브-A 플레이트를 포함하며, 상기 포지티브-A 플레이트는 상기 z방향의 굴절율이 상기 z방향에 수직한 x방향의 굴절율보다 작고, 상기 x 및 z 방향에 수직한 y방향의 굴절율과 동일한 것이 특징이다.
상기 제 1 포지티브-C 플레이트는 상기 제 1 기판과 상기 제 1 편광판 사이에 위치하며, 상기 제 1 포지티브-C 플레이트와 상기 제 1 편광판 사이에 위치하는 포지티브-A 플레이트를 포함하며, 상기 포지티브-A 플레이트는 상기 z방향의 굴절율이 상기 z방향에 수직한 x방향의 굴절율보다 작고, 상기 x 및 z 방향에 수직한 y방향의 굴절율과 동일한 것이 특징이다.
상기 제 1 포지티브-C 플레이트는 상기 제 1 기판과 상기 제 1 편광판 사이에 위치하며, 상기 제 1 포지티브-C 플레이트와 상기 제 1 기판 사이에 위치하는 포지티브-A 플레이트를 포함하며, 상기 포지티브-A 플레이트는 상기 z방향의 굴절율이 상기 z방향에 수직한 x방향의 굴절율보다 작고, 상기 x 및 z 방향에 수직한 y방향의 굴절율과 동일한 것이 특징이다.
상기 제 1 포지티브-C 플레이트는 상기 제 1 기판과 상기 제 1 편광판 사이에 위치하며, 상기 제 2 기판과 상기 제 2 편광판 사이에 위치하는 포지티브-A 플레이트를 포함하고, 상기 포지티브-A 플레이트는 상기 z방향의 굴절율이 상기 z방향에 수직한 x방향의 굴절율보다 작고, 상기 x 및 z 방향에 수직한 y방향의 굴절율과 동일한 것이 특징이다.
상기 제 1 포지티브-C 플레이트는 상기 제 2 기판과 상기 제 2 편광판 사이에 위치하며, 상기 제 1 기판과 상기 제 1 편광판 사이에 위치하는 포지티브-A 플레이트를 포함하고, 상기 포지티브-A 플레이트는 상기 z방향의 굴절율이 상기 z방향에 수직한 x방향의 굴절율보다 작고, 상기 x 및 z 방향에 수직한 y방향의 굴절율과 동일한 것이 특징이다.
본 발명은 위와 같은 구성에 의해 응답속도, 시야각, 명암비가 우수한 액정표시장치를 제공하게 된다.
또한, 포지티브-C 플레이트에 의해 측면 시야각이 보완되며, 포지티브-A 플레이트에 의해 포지티브-C 플레이트의 배열 결함이 보완되어 보다 넓은 시야각을 얻을 수 있는 장점을 갖는다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명에 대해 자세히 설명한다.
본 발명의 액정표시장치는 변전효과(flexoelectric effect)를 이용하는 USH(uniformly standing helix) 모드인 것이 특징이다. USH모드 액정표시장치의 구동 원리를 도면을 참조하여 개략적으로 설명한다.
도 3은 본 발명에 따른 USH모드 액정표시장치에서 USH모드 액정의 구동 원리를 개략적으로 도시한 도면이다.
도시된 바와 같이, 전압 무인가(OFF) 상태에서 상기 USH모드 액정은 짧은 피치(pitch)의 키랄 네마틱 (chiral nematic) 액정분자가 수십번 꼬여있는 나선형 구조를 가지며, 나선형 구조의 축, 즉 나선축은 광축(optical axis)에 평행하다.
한편, 전압 인가(ON) 상태에서 상기 광축이 틀어지게 되며 복굴절이 발현된다.
도 4a는 액정 배열 구조의 정면도이며, 도 4b는 액정의 등가 구조를 보여주는 단면도이다.
도시된 바와 같이, USH모드 액정표시장치는 마주하는 제 1 및 제 2 기판과, 상기 제 1 및 제 2 기판 사이에 위치하는 USH모드 액정과, 상기 제 1 및 제 2 기판 각각의 외측에 위치하는 제 1 및 제 2 편광판으로 이루어진다.
USH모드 액정은 바이메소겐(bimesogen) 액정이 극성(polarity)을 갖는 구조로 배열되기 때문에 응답속도가 매우 빠른 특징을 갖는다.
전술한 바와 같이, 상기 USH모드 액정은 짧은 피치(pitch)의 키랄 네마틱 (chiral nematic) 액정분자가 수십번 꼬여있는 나선형 구조를 가지며, 나선형 구조의 축, 즉 나선축은 빛의 진행 방향(z방향)에 평행하다. 또한 z방향에 대하여 수직한 x, y 방향에 대하여 동일한 굴절율을 갖는다. (nx=ny) 즉, 정면 시야각에서 광학적 등방성(optical isotropic property)을 갖는다.
상기 제 1 및 제 2 편광판은 서로 수직한 편광축을 가지고 있으며, 상기한 바와 같은 광학적 등방성에 의해 정면 시야각에서 빛의 누설이 발생하지 않게 된다.
따라서, 전압 무인가시에 정면 시야각에서 복굴절이 발현되지 않으며 뛰어난 블랙(black) 특성을 얻을 수 있는 장점을 갖는다.
그러나, 상기 USH모드 액정은 측면 시야각에서 빛의 진행 방향과 수직한 두 방향(x, y 방향)에서 상이한 굴절율을 갖는 광학적 이방성을 갖게 된다.( nx≠ ny) 따라서, 측면 시야각에서는 빛샘 현상이 발생하게 되며 시야각이 좁은 단점을 갖게 된다.
측면 시야각의 제한을 해결하기 위한 액정표시장치의 단면을 도시한 도 5 내지 도 14에 도시하였다.
도 5 내지 도 14에 도시된 본 발명의 액정표시장치는 네거티브-C(negative-C) 타입의 액정층에서 발생하는 측면 시야각 제한을 보완하기 위해 포지티브- C(positive-C) 타입의 플레이트를 추가로 포함한다. 또한, 상기 포지티브-C 타입의 플레이트에서 발생할 수 있는 결함을 보완하기 위해 포지티브-A(positive-A) 타입의 플레이트를 더욱 포함할 수 있다.
또한, 도면에 도시하지 않았으나, 하부기판인 제 1 기판에는 서로 교차하는게이트 배선과 데이터 배선이 위치하고, 상기 게이트 배선과 상기 데이터 배선의 교차 지점에는 스위칭 소자인 박막트랜지스터가 위치한다. 또한, 상부기판인 제 2 기판에는 컬러필터, 블랙매트릭스 등이 위치한다. 아래에서 언급되는 화소전극은 상기 박막트랜지스터에 연결되어 전압을 인가받으며, 공통전극은 공통전압을 인가받게 된다. 즉, 상기 박막트랜지스터의 구동에 위해 상기 화소전극에 전압이 인가되면, 상기 화소전극과 상기 공통전극 사이에 수평 전계가 형성된다.
먼저 도 5를 참조하면, 본 발명의 액정표시장치는 서로 마주하는 제 1 및 제 2 기판(210, 220)과, 상기 제 1 및 제 2 기판(210, 220) 사이에 위치하는 액정층(230)과, 상기 제 2 기판(220) 상에 위치하는 포지티브-C(positive-C) 플레이트(240)와, 상기 제 1 기판(210) 하부에 위치하는 제 1 편광판(250)과, 상기 포지티브-C 플레이트(240) 상부에 위치하는 제 2 편광판(252)를 포함한다.
상기 제 1 기판(210) 상에는 화소전극(212) 및 공통전극(214)가 형성되며, 전압이 인가되면 수평 전계를 형성하게 된다. 상기 액정층(230)은 상기 화소전극(212)과 상기 공통전극(214) 사이의 수평 전계에 의해 구동된다. 또한, 상기 제 1 및 제 2 편광판(252, 254)은 서로 수직한 편광축을 갖는다.
상기 액정층(230)은 상기 제 1 기판(210) 면에 대하여 수직한 광축에 대하여 평행한 나선축을 갖는 키랄 네마틱 액정분자를 포함하고, 상기 나선축에 대하여 실질적으로 수직한 횡전계에 의해 구동된다. 또한, 상기 액정층(230)은 상기 나선축 방향(z)에 대하여 수직한 두방향인 x, y 방향을 정의할 때, 상기 x 및 상기 y방향에 따른 굴절율은 서로 동일하며 상기 z방향에 따른 굴절율은 상기 x, y 방향의 굴절율보다 작다. (nz<nx=ny) 즉, 상기 액정층(230)은 네거티브-C(negative-C) 플레이트에 해당된다.
전술한 바와 같이, 상기 x 및 상기 y방향에 따른 굴절율은 서로 동일하며 상기 z방향에 따른 굴절율은 상기 x, y 방향의 굴절율보다 작은 특성을 갖는 네거티브-C 플레이트인 상기 액정층(230)은 측면 시야각이 제한되는 문제를 갖는다.
본 발명에서는 상기 문제점을 보완하기 위해 포지티브-C 플레이트(240)를 상기 제 2 기판(220)과 상기 제 2 편광판(252) 사이에 위치시킨다. 상기 포지티브-C 플레이트(240)는 광축 방향인 z방향에 대한 굴절율이 이에 수직한 x, y 방향의 굴절율보다 크며, 상기 x, y 방향의 굴절율은 동일한 특성을 갖는다. (nz>nx=ny) 예를 들어, 상기 포지티브-C 플레이트(240)는 막대 형상의 분자가 수직하게 배열된 구조를 갖는다.
상기 포지티브-C 플레이트(240)와 상기 액정층(230)의 결합에 의해 측면 시야각에서의 제한이 보완되며, 어느 각도에서도 동일한 광학 특성을 얻게 된다. 따라서, 도 5에 도시된 액정표시장치는 응답특성, 명암비 뿐만 아니라 시야각에서도 장점을 갖게 된다.
다음, 도 6에 도시된 바와 같이, 본 발명의 액정표시장치는 서로 마주하는 제 1 및 제 2 기판(310, 320)과, 상기 제 1 및 제 2 기판(310, 320) 사이에 위치하는 액정층(330)과, 상기 제 1 기판(310) 하부에 위치하는 포지티브-C(positive-C) 플레이트(340)와, 상기 포지티브-C(positive-C) 플레이트(340) 하부에 위치하는 제 1 편광판(350)과, 상기 제 2 기판(320) 상부에 위치하는 제 2 편광판(352)를 포함한다.
상기 제 1 기판(310) 상에는 화소전극(312) 및 공통전극(314)가 형성되며, 전압이 인가되면 수평 전계를 형성하게 된다. 상기 액정층(330)은 상기 화소전극(312)과 상기 공통전극(314) 사이의 수평 전계에 의해 구동된다. 또한, 상기 제 1 및 제 2 편광판(352, 354)은 서로 수직한 편광축을 갖는다.
상기 액정층(330)은 광축에 대하여 평행한 나선축을 갖는 키랄 네마틱 액정분자를 포함하고, 상기 나선축에 대하여 실질적으로 수직한 횡전계에 의해 구동된다. 또한, 상기 액정층(330)은 상기 나선축 방향(z)에 대하여 수직한 두방향인 x, y 방향을 정의할 때, 상기 x 및 상기 y방향에 따른 굴절율은 서로 동일하며 상기 z방향에 따른 굴절율은 상기 x, y 방향의 굴절율보다 작다. (nz<nx=ny) 즉, 상기 액정층(330)은 네거티브-C(negative-C) 플레이트에 해당된다.
전술한 바와 같이, 정면 시야각에서의 광학 등방성을 갖는 상기 액정층(330)은 측면 시야각이 제한되는 문제를 가지며, 이를 보완하기 위한 포지티브-C 플레이 트(240)를 상기 제 1 기판(310)과 상기 제 1 편광판(350) 사이에 위치시킨다.
상기 포지티브-C 플레이트(340)와 상기 액정층(330)의 결합에 의해 측면 시야각에서의 제한이 보완되며, 어느 각도에서도 동일한 광학 특성을 얻게 된다. 따라서, 도 6에 도시된 액정표시장치는 응답특성, 명암비 뿐만 아니라 시야각에서도 장점을 갖게 된다.
다음, 도 7에 도시된 바와 같이, 본 발명의 액정표시장치는 서로 마주하는 제 1 및 제 2 기판(410, 420)과, 상기 제 1 및 제 2 기판(410, 420) 사이에 위치하는 액정층(430)과, 상기 제 1 기판(410) 하부에 위치하는 제 1 포지티브-C(positive-C) 플레이트(440)와, 상기 제 2 기판(420) 상부에 위치하는 제 2 포지티브-C 플레이트(442)와, 상기 제 1 포지티브-C(positive-C) 플레이트(440) 하부에 위치하는 제 1 편광판(450)과, 상기 제 2 포지티브-C 플레이트(442) 상부에 위치하는 제 2 편광판(452)를 포함한다.
상기 제 1 기판(410) 상에는 화소전극(412) 및 공통전극(414)가 형성되며, 전압이 인가되면 수평 전계를 형성하게 된다. 상기 액정층(430)은 상기 화소전극(412)과 상기 공통전극(414) 사이의 수평 전계에 의해 구동된다. 또한, 상기 제 1 및 제 2 편광판(452, 454)은 서로 수직한 편광축을 갖는다.
상기 액정층(430)은 광축에 대하여 평행한 나선축을 갖는 키랄 네마틱 액정분자를 포함하고, 상기 나선축에 대하여 실질적으로 수직한 횡전계에 의해 구동된다. 또한, 상기 액정층(430)은 상기 나선축 방향(z)에 대하여 수직한 두방향인 x, y 방향을 정의할 때, 상기 x 및 상기 y방향에 따른 굴절율은 서로 동일하며 상기 z 방향에 따른 굴절율은 상기 x, y 방향의 굴절율보다 작다. (nz<nx=ny) 즉, 상기 액정층(430)은 네거티브-C(negative-C) 플레이트에 해당된다.
전술한 바와 같이, 정면 시야각에서의 광학 등방성을 갖는 상기 액정층(430)은 측면 시야각이 제한되는 문제를 가지며, 이를 보완하기 위한 상기 제 1 및 제 2 포지티브-C 플레이트(440, 442) 각각을 상기 제 1 기판(410)과 상기 제 1 편광판(450) 사이와 상기 제 2 기판(420)과 상기 제 2 편광판(452) 사이에 위치시킨다.
상기 제 1 및 제 2 포지티브-C 플레이트(440, 442)와 상기 액정층(430)의 결합에 의해 측면 시야각에서의 제한이 보완되며, 어느 각도에서도 동일한 광학 특성을 얻게 된다. 따라서, 도 7에 도시된 액정표시장치는 응답특성, 명암비 뿐만 아니라 시야각에서도 장점을 갖게 된다.
다음, 도 8에 도시된 바와 같이, 본 발명의 액정표시장치는 서로 마주하는 제 1 및 제 2 기판(510, 520)과, 상기 제 1 및 제 2 기판(510, 520) 사이에 위치하는 액정층(530)과, 상기 제 2 기판(520) 상부에 위치하는 포지티브-A 플레이트(560)와, 상기 포지티브-A 플레이트(560) 상부에 위치하는 포지티브-C 플레이트(540)와, 상기 제 1 기판(510) 하부에 위치하는 제 1 편광판(550)과, 상기 포지티브-C 플레이트(540) 상부에 위치하는 제 2 편광판(552)를 포함한다.
상기 제 1 기판(510) 상에는 화소전극(512) 및 공통전극(514)가 형성되며, 전압이 인가되면 수평 전계를 형성하게 된다. 상기 액정층(530)은 상기 화소전극(512)과 상기 공통전극(514) 사이의 수평 전계에 의해 구동된다. 또한, 상기 제 1 및 제 2 편광판(552, 554)은 서로 수직한 편광축을 갖는다.
상기 액정층(530)은 광축에 대하여 평행한 나선축을 갖는 키랄 네마틱 액정분자를 포함하고, 상기 나선축에 대하여 실질적으로 수직한 횡전계에 의해 구동된다. 또한, 상기 액정층(530)은 상기 나선축 방향(z)에 대하여 수직한 두방향인 x, y 방향을 정의할 때, 상기 x 및 상기 y방향에 따른 굴절율은 서로 동일하며 상기 z방향에 따른 굴절율은 상기 x, y 방향의 굴절율보다 작다. (nz<nx=ny) 즉, 상기 액정층(530)은 네거티브-C(negative-C) 플레이트에 해당된다.
전술한 바와 같이, 정면 시야각에서의 광학 등방성을 갖는 상기 액정층(530)은 측면 시야각이 제한되는 문제를 가지며, 이를 보완하기 위한 상기 포지티브-C 플레이트(540)를 포함하며, 상기 포지티브-C 플레이트(540)와 상기 액정층(530)의 결합에 의해 측면 시야각에서의 제한이 보완된다.
한편, 상기 포지티브-C 플레이트(540)는 막대 형상의 분자가 수직하게 배열된 구조를 가지며 상기 제 2 편광판(540)에 코팅되는데, 이때 상기 제 2 편광판(540)에 완벽한 수직 상태를 가지기 어렵다. 즉, 상기 포지티브-C 플레이트(540)의 분자가 기울어진 상태로 배열되며 네거티브-C 플레이트 특성을 갖는 상기 액정층(530)의 측면 시야각 제한을 완벽히 보완할 수 없게 된다. 이러한 경우, 측면 시야각에서의 빛샘을 줄일 수 있으나, 정면 시야각에서의 빛샘이 발생하게 된다. 이러한 문제를 해결하기 위해, 상기 포지티브-A 플레이트(560)를 상기 제 2 기판(560)과 상기 포지티브-C 플레이트(540) 사이에 위치시킨다. 상기 포지티브-A 플 레이트(560)는 광축 방향인 z방향에 대한 굴절율이 이에 수직한 x 방향의 굴절율보다 작으며, 상기 x 및 z 방향에 수직한 y방향의 굴절율과 동일한 특성을 갖는다. (nx>ny=nz) 예를 들어, 상기 포지티브-C 플레이트(240)는 막대 형상의 분자가 수평하게 배열된 구조를 갖는다.
상기 포지티브-C 플레이트(540)에 의해 상기 액정층(230)의 측면 시야각에서의 제한이 보완되며, 또한 상기 포지티브-A 플레이트(560)에 의해 상기 포지티브-C 플레이트(540)의 배열적 결함이 보완된다. 따라서, 도 8에 도시된 액정표시장치는 어느 각도에서도 동일한 광학 특성을 얻게 되며, 응답특성, 명암비 뿐만 아니라 시야각에서도 장점을 갖게 된다.
다음, 도 9에 도시된 바와 같이, 본 발명의 액정표시장치는 서로 마주하는 제 1 및 제 2 기판(610, 620)과, 상기 제 1 및 제 2 기판(610, 620) 사이에 위치하는 액정층(630)과, 상기 제 2 기판(620) 상부에 위치하는 포지티브-C플레이트(640)와, 상기 포지티브-C플레이트(640) 상부에 위치하는 포지티브-A 플레이트(660)와, 상기 제 1 기판(610) 하부에 위치하는 제 1 편광판(650)과, 상기 포지티브-A 플레이트(660) 상에 위치하는 제 2 편광판(652)를 포함한다.
상기 제 1 기판(610) 상에는 화소전극(612) 및 공통전극(614)가 형성되며, 전압이 인가되면 수평 전계를 형성하게 된다. 상기 액정층(630)은 상기 화소전극(612)과 상기 공통전극(614) 사이의 수평 전계에 의해 구동된다. 또한, 상기 제 1 및 제 2 편광판(652, 654)은 서로 수직한 편광축을 갖는다.
전술한 바와 같이, 포지티브-C 플레이트(640)에 의해 상기 액정층(630)의 측면 시야각에서의 제한이 보완되며, 또한 상기 포지티브-A 플레이트(660)에 의해 상기 포지티브-C 플레이트(640)의 배열적 결함이 보완된다. 따라서, 도 9에 도시된 액정표시장치는 어느 각도에서도 동일한 광학 특성을 얻게 되며, 응답특성, 명암비 뿐만 아니라 시야각에서도 장점을 갖게 된다.
다음, 도 10에 도시된 바와 같이, 본 발명의 액정표시장치는 서로 마주하는 제 1 및 제 2 기판(710, 720)과, 상기 제 1 및 제 2 기판(710, 720) 사이에 위치하는 액정층(730)과, 상기 제 1 기판(710) 하부에 위치하는 포지티브-A 플레이트(760)와, 상기 포지티브-A 플레이트(760) 하부에 위치하는 포지티브-C플레이트(740)와, 상기 포지티브-C플레이트(740) 하부에 위치하는 제 1 편광판(750)과, 상기 제 2 기판(720) 상부에 위치하는 제 2 편광판(752)를 포함한다.
상기 제 1 기판(710) 상에는 화소전극(712) 및 공통전극(714)가 형성되며, 전압이 인가되면 수평 전계를 형성하게 된다. 상기 액정층(730)은 상기 화소전극(712)과 상기 공통전극(714) 사이의 수평 전계에 의해 구동된다. 또한, 상기 제 1 및 제 2 편광판(752, 754)은 서로 수직한 편광축을 갖는다.
전술한 바와 같이, 포지티브-C 플레이트(740)에 의해 상기 액정층(730)의 측면 시야각에서의 제한이 보완되며, 또한 상기 포지티브-A 플레이트(760)에 의해 상기 포지티브-C 플레이트(740)의 배열적 결함이 보완된다. 따라서, 도 10에 도시된 액정표시장치는 어느 각도에서도 동일한 광학 특성을 얻게 되며, 응답특성, 명암비 뿐만 아니라 시야각에서도 장점을 갖게 된다.
다음, 도 11에 도시된 바와 같이, 본 발명의 액정표시장치는 서로 마주하는 제 1 및 제 2 기판(810, 820)과, 상기 제 1 및 제 2 기판(810, 820) 사이에 위치하는 액정층(830)과, 상기 제 1 기판(810) 하부에 위치하는 포지티브-C플레이트(840)와, 상기 포지티브-C플레이트(840) 하부에 위치하는 포지티브-A 플레이트(860)와, 상기 포지티브-A 플레이트(860) 하부에 위치하는 제 1 편광판(850)과, 상기 제 2 기판(820) 상부에 위치하는 제 2 편광판(852)를 포함한다.
상기 제 1 기판(810) 상에는 화소전극(812) 및 공통전극(814)가 형성되며, 전압이 인가되면 수평 전계를 형성하게 된다. 상기 액정층(830)은 상기 화소전극(812)과 상기 공통전극(814) 사이의 수평 전계에 의해 구동된다. 또한, 상기 제 1 및 제 2 편광판(852, 854)은 서로 수직한 편광축을 갖는다.
전술한 바와 같이, 포지티브-C 플레이트(840)에 의해 상기 액정층(830)의 측면 시야각에서의 제한이 보완되며, 또한 상기 포지티브-A 플레이트(860)에 의해 상기 포지티브-C 플레이트(840)의 배열적 결함이 보완된다. 따라서, 도 11에 도시된 액정표시장치는 어느 각도에서도 동일한 광학 특성을 얻게 되며, 응답특성, 명암비 뿐만 아니라 시야각에서도 장점을 갖게 된다.
다음, 도 12에 도시된 바와 같이, 본 발명의 액정표시장치는 서로 마주하는 제 1 및 제 2 기판(910, 920)과, 상기 제 1 및 제 2 기판(910, 920) 사이에 위치하는 액정층(930)과, 상기 제 1 기판(910) 하부에 위치하는 포지티브-A 플레이트(960)와, 상기 포지티브-A 플레이트(960) 하부에 위치하는 제 1 편광판(950)과, 상기 제 2 기판(920) 상부에 위치하는 포지티브-C플레이트(940)와, 상기 포지티브- C플레이트(940) 상부에 위치하는 제 2 편광판(952)를 포함한다.
상기 제 1 기판(910) 상에는 화소전극(912) 및 공통전극(914)가 형성되며, 전압이 인가되면 수평 전계를 형성하게 된다. 상기 액정층(930)은 상기 화소전극(912)과 상기 공통전극(914) 사이의 수평 전계에 의해 구동된다. 또한, 상기 제 1 및 제 2 편광판(952, 954)은 서로 수직한 편광축을 갖는다.
전술한 바와 같이, 포지티브-C 플레이트(940)에 의해 상기 액정층(930)의 측면 시야각에서의 제한이 보완되며, 또한 상기 포지티브-A 플레이트(960)에 의해 상기 포지티브-C 플레이트(940)의 배열적 결함이 보완된다. 따라서, 도 12에 도시된 액정표시장치는 어느 각도에서도 동일한 광학 특성을 얻게 되며, 응답특성, 명암비 뿐만 아니라 시야각에서도 장점을 갖게 된다.
다음, 도 13에 도시된 바와 같이, 본 발명의 액정표시장치는 서로 마주하는 제 1 및 제 2 기판(1010, 1020)과, 상기 제 1 및 제 2 기판(1010, 1020) 사이에 위치하는 액정층(1030)과, 상기 제 1 기판(1010) 하부에 위치하는 포지티브-C 플레이트(1040)와, 상기 포지티브-C 플레이트(1040) 하부에 위치하는 제 1 편광판(1050)과, 상기 제 2 기판(1020) 상부에 위치하는 포지티브-A플레이트(1060)와, 상기 포지티브-A플레이트(1060) 상부에 위치하는 제 2 편광판(1052)를 포함한다.
상기 제 1 기판(1010) 상에는 화소전극(1012) 및 공통전극(1014)가 형성되며, 전압이 인가되면 수평 전계를 형성하게 된다. 상기 액정층(1030)은 상기 화소전극(1012)과 상기 공통전극(1014) 사이의 수평 전계에 의해 구동된다. 또한, 상기 제 1 및 제 2 편광판(1052, 1054)은 서로 수직한 편광축을 갖는다.
전술한 바와 같이, 포지티브-C 플레이트(1040)에 의해 상기 액정층(1030)의 측면 시야각에서의 제한이 보완되며, 또한 상기 포지티브-A 플레이트(1060)에 의해 상기 포지티브-C 플레이트(1040)의 배열적 결함이 보완된다. 따라서, 도 13에 도시된 액정표시장치는 어느 각도에서도 동일한 광학 특성을 얻게 되며, 응답특성, 명암비 뿐만 아니라 시야각에서도 장점을 갖게 된다.
다음, 도 14에 도시된 바와 같이, 본 발명의 액정표시장치는 서로 마주하는 제 1 및 제 2 기판(1110, 1120)과, 상기 제 1 및 제 2 기판(1110, 1120) 사이에 위치하는 액정층(1130)과, 상기 제 1 기판(1110) 하부에 위치하는 제 1 포지티브-C 플레이트(1040)와, 상기 제 1 포지티브-C 플레이브(1040) 하부에 위치하는 제 1 포지티브-A 플레이트(1160)와, 상기 제 1 포지티브-A 플레이트(1160) 하부에 위치하는 제 1 편광판(1150)과, 상기 제 2 기판(1120) 상부에 위치하는 제 2 포지티브-C플레이트(1142)와, 상기 포지티브-C플레이트(1142) 상부에 제 2 포지티브-A 플레이트(1162)와, 상기 제 2 포지티브-A 플레이트(1162) 하부에 위치하는 제 2 편광판(1152)를 포함한다.
상기 제 1 기판(1110) 상에는 화소전극(1112) 및 공통전극(1114)가 형성되며, 전압이 인가되면 수평 전계를 형성하게 된다. 상기 액정층(1130)은 상기 화소전극(1112)과 상기 공통전극(1114) 사이의 수평 전계에 의해 구동된다. 또한, 상기 제 1 및 제 2 편광판(1152, 1154)은 서로 수직한 편광축을 갖는다.
전술한 바와 같이, 제 1 및 제 2 포지티브-C 플레이트(1140, 1142)에 의해 상기 액정층(1130)의 측면 시야각에서의 제한이 보완되며, 또한 상기 제 1 및 제 2 포지티브-A 플레이트(1160, 1162)에 의해 상기 제 1 및 제 2 포지티브-C 플레이트(1140, 1142)의 배열적 결함이 보완된다. 따라서, 도 14에 도시된 액정표시장치는 어느 각도에서도 동일한 광학 특성을 얻게 되며, 응답특성, 명암비 뿐만 아니라 시야각에서도 장점을 갖게 된다.
다음, 도 15에 도시된 바와 같이, 본 발명의 액정표시장치는 서로 마주하는 제 1 및 제 2 기판(1210, 1220)과, 상기 제 1 및 제 2 기판(1210, 1220) 사이에 위치하는 액정층(1230)과, 상기 제 1 기판(1210) 하부에 위치하는 제 1 포지티브-A 플레이트(1260)와, 상기 제 1 포지티브-A 플레이트(1260) 하부에 위치하는 제 1 포지티브-C 플레이트(1240)와, 상기 제 1 포지티브-C 플레이브(1240) 하부에 위치하는 제 1 편광판(1250)과, 상기 제 2 기판(1220) 상부에 위치하는 포지티브-A 플레이트(1262)와, 상기 포지티브-A 플레이트(1262) 상부에 위치하는 제 2 포지티브-C플레이트(1242)와, 상기 제 2 포지티브-C플레이트(1242) 상부에 위치하는 제 2 편광판(1252)를 포함한다.
상기 제 1 기판(1210) 상에는 화소전극(1212) 및 공통전극(1214)가 형성되며, 전압이 인가되면 수평 전계를 형성하게 된다. 상기 액정층(1230)은 상기 화소전극(1212)과 상기 공통전극(1214) 사이의 수평 전계에 의해 구동된다. 또한, 상기 제 1 및 제 2 편광판(1252, 1254)은 서로 수직한 편광축을 갖는다.
전술한 바와 같이, 제 1 및 제 2 포지티브-C 플레이트(1240, 1242)에 의해 상기 액정층(1230)의 측면 시야각에서의 제한이 보완되며, 또한 상기 제 1 및 제 2 포지티브-A 플레이트(1260, 1262)에 의해 상기 제 1 및 제 2 포지티브-C 플레이 트(1240, 1242)의 배열적 결함이 보완된다. 따라서, 도 15에 도시된 액정표시장치는 어느 각도에서도 동일한 광학 특성을 얻게 되며, 응답특성, 명암비 뿐만 아니라 시야각에서도 장점을 갖게 된다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
도 1은 일반적인 횡전계 모드 액정표시장치의 단면도이다.
도 2는 일반적인 수직배열 모드 액정표시장치의 단면도이다.
도 3은 본 발명에 따른 USH모드 액정표시장치에서 USH모드 액정의 구동 원리를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 4a는 액정 배열 구조의 정면도이며, 도 4b는 액정의 등가 구조를 보여주는 단면도이다.
도 5 내지 도 15는 본 발명에 따른 USH 모드 액정표시장치의 개략적인 단면도이다.

Claims (10)

  1. 서로 마주하는 제 1 및 제 2 기판과;
    상기 제 1 기판에 위치하며 상기 제 1 기판 면에 평행한 횡전계를 형성하는 화소전극 및 공통전극과;
    상기 제 1 및 제 2 기판 사이에 위치하며, 상기 제 1 기판 면에 대하여 수직한 z방향에 평행한 나선축을 갖는 키랄 네마틱 액정분자를 포함하며 상기 횡전계에 의해 구동되는 액정층과;
    상기 제 1 기판의 외측에 위치하는 제 1 편광판과;
    상기 제 2 기판 외측에 위치하는 제 2 편광판과;
    상기 제 1 또는 상기 제 2 기판 중 어느 하나의 외측에 위치하는 제 1 포지티브-C 플레이트를 포함하며,
    상기 액정층은 상기 z방향의 굴절율이 상기 z방향에 각각 수직한 x, y방향의 굴절율보다 작고, 상기 x, y방향의 굴절율은 서로 동일하며(nz<nx=ny),
    상기 제 1 포지티브-C 플레이트는 상기 z방향의 굴절율이 상기 z방향에 각각 수직한 x, y방향의 굴절율보다 크고, 상기 x, y방향의 굴절율은 서로 동일(nz>nx=ny)한 것이 특징인 액정표시장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 및 제 2 기판 중 다른 어느 하나의 외측에 위치하는 제 2 포지티브-C 플레이트를 포함하는 것이 특징인 액정표시장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 제 1 포지티브-C 플레이트는 상기 제 1 기판과 상기 제 1 편광판 사이에 위치하며, 상기 제 2 포지티브-C 플레이트는 상기 제 2 기판과 상기 제 2 편광판 사이에 위치하고,
    상기 제 1 포지티브-C 플레이트와 상기 제 1 편광판 사이에 위치하는 제 1 포지티브-A 플레이트와;
    상기 제 2 포지티브-C 플레이트와 상기 제 2 편광판 사이에 위치하는 제 2 포지티브-A 플레이트를 포함하며,
    상기 제 1 및 제 2 포지티브-A 플레이트는 상기 z방향의 굴절율이 상기 z방향에 수직한 x방향의 굴절율보다 작고, 상기 x 및 z 방향에 수직한 y방향의 굴절율과 동일한 것이 특징인 액정표시장치.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 제 1 포지티브-C 플레이트는 상기 제 1 기판과 상기 제 1 편광판 사이 에 위치하며, 상기 제 2 포지티브-C 플레이트는 상기 제 2 기판과 상기 제 2 편광판 사이에 위치하고,
    상기 제 1 포지티브-C 플레이트와 상기 제 1 기판 사이에 위치하는 제 1 포지티브-A 플레이트와;
    상기 제 2 포지티브-C 플레이트와 상기 제 2 기판 사이에 위치하는 제 2 포지티브-A 플레이트를 포함하며,
    상기 제 1 및 제 2 포지티브-A 플레이트는 상기 z방향의 굴절율이 상기 z방향에 수직한 x방향의 굴절율보다 작고, 상기 x 및 z 방향에 수직한 y방향의 굴절율과 동일한 것이 특징인 액정표시장치.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 제 1 포지티브-C 플레이트는 상기 제 2 기판과 상기 제 2 편광판 사이에 위치하며,
    상기 제 1 포지티브-C 플레이트와 상기 제 2 기판 사이에 위치하는 포지티브-A 플레이트를 포함하며,
    상기 포지티브-A 플레이트는 상기 z방향의 굴절율이 상기 z방향에 수직한 x방향의 굴절율보다 작고, 상기 x 및 z 방향에 수직한 y방향의 굴절율과 동일한 것이 특징인 액정표시장치.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 제 1 포지티브-C 플레이트는 상기 제 2 기판과 상기 제 2 편광판 사이에 위치하며,
    상기 제 1 포지티브-C 플레이트와 상기 제 2 편광판 사이에 위치하는 포지티브-A 플레이트를 포함하며,
    상기 포지티브-A 플레이트는 상기 z방향의 굴절율이 상기 z방향에 수직한 x방향의 굴절율보다 작고, 상기 x 및 z 방향에 수직한 y방향의 굴절율과 동일한 것이 특징인 액정표시장치.
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 제 1 포지티브-C 플레이트는 상기 제 1 기판과 상기 제 1 편광판 사이에 위치하며,
    상기 제 1 포지티브-C 플레이트와 상기 제 1 편광판 사이에 위치하는 포지티브-A 플레이트를 포함하며,
    상기 포지티브-A 플레이트는 상기 z방향의 굴절율이 상기 z방향에 수직한 x방향의 굴절율보다 작고, 상기 x 및 z 방향에 수직한 y방향의 굴절율과 동일한 것이 특징인 액정표시장치.
  8. 제 1항에 있어서,
    상기 제 1 포지티브-C 플레이트는 상기 제 1 기판과 상기 제 1 편광판 사이에 위치하며,
    상기 제 1 포지티브-C 플레이트와 상기 제 1 기판 사이에 위치하는 포지티브-A 플레이트를 포함하며,
    상기 포지티브-A 플레이트는 상기 z방향의 굴절율이 상기 z방향에 수직한 x방향의 굴절율보다 작고, 상기 x 및 z 방향에 수직한 y방향의 굴절율과 동일한 것이 특징인 액정표시장치.
  9. 제 1항에 있어서,
    상기 제 1 포지티브-C 플레이트는 상기 제 1 기판과 상기 제 1 편광판 사이에 위치하며,
    상기 제 2 기판과 상기 제 2 편광판 사이에 위치하는 포지티브-A 플레이트를 포함하고,
    상기 포지티브-A 플레이트는 상기 z방향의 굴절율이 상기 z방향에 수직한 x방향의 굴절율보다 작고, 상기 x 및 z 방향에 수직한 y방향의 굴절율과 동일한 것이 특징인 액정표시장치.
  10. 제 1항에 있어서,
    상기 제 1 포지티브-C 플레이트는 상기 제 2 기판과 상기 제 2 편광판 사이에 위치하며,
    상기 제 1 기판과 상기 제 1 편광판 사이에 위치하는 포지티브-A 플레이트를 포함하고,
    상기 포지티브-A 플레이트는 상기 z방향의 굴절율이 상기 z방향에 수직한 x방향의 굴절율보다 작고, 상기 x 및 z 방향에 수직한 y방향의 굴절율과 동일한 것이 특징인 액정표시장치.
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