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KR20200038366A - 액정 표시 장치 - Google Patents

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Publication number
KR20200038366A
KR20200038366A KR1020180117479A KR20180117479A KR20200038366A KR 20200038366 A KR20200038366 A KR 20200038366A KR 1020180117479 A KR1020180117479 A KR 1020180117479A KR 20180117479 A KR20180117479 A KR 20180117479A KR 20200038366 A KR20200038366 A KR 20200038366A
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KR
South Korea
Prior art keywords
compensation layer
value
plate
liquid crystal
plate compensation
Prior art date
Application number
KR1020180117479A
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English (en)
Inventor
박흥식
김경종
신기철
오호길
장재수
Original Assignee
삼성디스플레이 주식회사
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 삼성디스플레이 주식회사 filed Critical 삼성디스플레이 주식회사
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Priority to US16/416,790 priority patent/US20200103710A1/en
Priority to CN201910932442.2A priority patent/CN110989246A/zh
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Abstract

실시예들에 따르면, 표시 패널에는 액정층, 네거티브 타입의 C 플레이트 보상층 및 B 플레이트 보상층이나 A 플레이트 보상층을 포함하며, 액정층 및 이러한 보상층들이 제공하는 위상차(retardation)값은 표시 패널이 블랙을 표시하는 경우, 특정 위치의 측면에서 보았을 때 상기 하부 편광판의 투과축을 기준으로 상기 상부 편광판의 투과축이 이루는 각도인 측면 투과 각도에 수직한 빛이 상기 상부 편광판으로 전달되도록 정해지는 액정 표시 장치에 대한 것이다.

Description

액정 표시 장치{LIQUID CRYSTAL DISPLAY}
본 개시는 액정 표시 장치에 관한 것이다.
액정 표시 장치는 두 개의 전기장 생성 전극과 액정층, 색필터, 그리고 편광층을 포함할 수 있다. 광원에서 발생한 광은 액정층, 색필터, 및 편광층을 통과하여 시청자에게 도달하게 된다. 전기장 생성 전극에 의하여 발생된 전기장에 따라서 액정층이 이를 투과하는 빛에 제공하는 위상차가 변하며, 편광판에 도달된 빛의 편광 특성에 따라서 빛이 차단되거나 투과되면서 계조를 표현하게 된다.
하지만, 이러한 편광판의 투과 특성은 시청자의 위치가 정면일 때와 측면일 때 차이가 발생한다.
실시예들은 보상 필름을 사용하여 콘트라스트 비(CR)가 전방위에서 향상된 액정 표시 장치를 제공하기 위한 것이다.
일 실시예에 따른 액정 표시 장치는 상부 표시판, 하부 표시판 및 상기 상부 표시판과 상기 하부 표시판의 사이에 위치하는 액정층을 포함하는 표시 패널, 및 상기 표시 패널에 빛을 제공하는 백라이트 유닛을 포함하며, 상기 상부 표시판은 상부 편광판을 포함하고, 상기 하부 표시판은 B 플레이트 보상층 및 하부 편광판을 포함하며, 상기 상부 표시판 또는 상기 하부 표시판 중 하나는 네거티브 타입의 C 플레이트 보상층을 더 포함하며, 상기 액정층, 상기 B 플레이트 보상층 및 상기 C 플레이트 보상층이 제공하는 위상차(retardation)값은 블랙을 표시하는 경우, 특정 위치의 측면에서 보았을 때 상기 하부 편광판의 투과축을 기준으로 상기 상부 편광판의 투과축이 이루는 각도인 측면 투과 각도에 수직한 빛이 상기 상부 편광판으로 전달되도록 정해진다.
상기 네거티브 타입의 C 플레이트 보상층은 Rth(out-of-plane retardation)값으로 80nm~260nm의 값을 가질 수 있다.
상기 B 플레이트 보상층은 광학적으로 이축성(biaxial) 특성을 가지며, Ro (in-plane retardation)값은 50nm~100nm의 값을 가질 수 있으며, Rth(out-of-plane retardation)값은 80nm~190nm 값을 가질 수 있다.
상기 액정층은 액정 분자를 포함하며, 상기 액정 분자는 전계가 인가되지 않았을 때 수직 배열되어 있으며, 상기 액정층은 상기 백라이트 유닛에서 제공되는 빛에 대하여 총 240nm~400nm의 위상차(retardation)을 제공할 수 있다.
상기 네거티브 타입의 C 플레이트 보상층의 Rth(out-of-plane retardation)값과 상기 B 플레이트 보상층의 Rth(out-of-plane retardation)값은 아래의 수식을 만족할 수 있다.
[수학식 1]
180nm ≤ B 플레이트 Rth값 + C 플레이트 Rth값 ≤460
여기서, B 플레이트 Rth값은 B 플레이트 보상층의 Rth(out-of-plane retardation)값이며, C 플레이트 Rth값은 네거티브 타입의 C 플레이트 보상층의 Rth(out-of-plane retardation)값이다.
상기 네거티브 타입의 C 플레이트 보상층은 Rth(out-of-plane retardation)값으로 180nm의 값을 가지고, 상기 B 플레이트 보상층은 Ro (in-plane retardation)값은 75nm의 값을 가지고, Rth(out-of-plane retardation)값은 135nm 값을 가지며, 상기 액정층은 상기 백라이트 유닛에서 제공되는 빛에 대하여 총 320nm의 위상차(retardation)을 제공할 수 있다.
상기 특정 위치의 측면은 측면 빛샘이 큰 영역 내에 위치할 수 있다.
상기 상부 표시판은 상기 네거티브 타입의 C 플레이트 보상층을 포함하며, 상기 상부 표시판의 내측에 상기 네거티브 타입의 C 플레이트 보상층이 형성되어 있을 수 있다.
상기 하부 표시판은 상기 네거티브 타입의 C 플레이트 보상층을 포함하며, 상기 하부 표시판의 내측에 상기 네거티브 타입의 C 플레이트 보상층이 형성되어 있을 수 있다.
상기 네거티브 타입의 C 플레이트 보상층은 위상차를 제공하는 물질을 코팅하여 형성되어 있을 수 있다.
일 실시예에 따른 액정 표시 장치는 상부 표시판, 하부 표시판 및 상기 상부 표시판과 상기 하부 표시판의 사이에 위치하는 액정층을 포함하는 표시 패널, 및 상기 표시 패널에 빛을 제공하는 백라이트 유닛을 포함하며, 상기 상부 표시판은 상부 편광판을 포함하고, 상기 하부 표시판은 A 플레이트 보상층 및 하부 편광판을 포함하며, 상기 상부 표시판 또는 상기 하부 표시판 중 하나는 네거티브 타입의 C 플레이트 보상층을 더 포함하며, 상기 액정층, 상기 A 플레이트 보상층 및 상기 C 플레이트 보상층이 제공하는 위상차(retardation)값은 블랙을 표시하는 경우, 특정 위치의 측면에서 보았을 때 상기 하부 편광판의 투과축을 기준으로 상기 상부 편광판의 투과축이 이루는 각도인 측면 투과 각도에 수직한 빛이 상기 상부 편광판으로 전달되도록 정해진다.
상기 네거티브 타입의 C 플레이트 보상층은 Rth(out-of-plane retardation)값으로 90nm~450nm의 값을 가질 수 있다.
상기 A 플레이트 보상층은 광학적으로 단축성(uniaxial) 특성을 가지며, Ro (in-plane retardation)값은 70nm~180nm의 값을 가질 수 있다.
상기 액정층은 액정 분자를 포함하며, 상기 액정 분자는 전계가 인가되지 않았을 때 수직 배열되어 있으며, 상기 액정층은 상기 백라이트 유닛에서 제공되는 빛에 대하여 총 240nm~400nm의 위상차(retardation)을 제공할 수 있다.
상기 네거티브 타입의 C 플레이트 보상층의 Rth(out-of-plane retardation)값과 상기 A 플레이트 보상층의 Rth(out-of-plane retardation)값은 아래의 수식을 만족할 수 있다.
[수학식 2]
180nm ≤ A 플레이트 Rth값 + C 플레이트 Rth값 ≤460
상기 A 플레이트 보상층은 Ro (in-plane retardation)값은 125nm의 값을 가지며, 상기 액정층은 상기 백라이트 유닛에서 제공되는 빛에 대하여 총 320nm의 위상차(retardation)을 제공할 수 있다.
상기 특정 위치의 측면은 측면 빛샘이 큰 영역 내에 위치할 수 있다.
상기 상부 표시판은 상기 네거티브 타입의 C 플레이트 보상층을 포함하며, 상기 상부 표시판의 내측에 상기 네거티브 타입의 C 플레이트 보상층이 형성되어 있을 수 있다.
상기 하부 표시판은 상기 네거티브 타입의 C 플레이트 보상층을 포함하며, 상기 하부 표시판의 내측에 상기 네거티브 타입의 C 플레이트 보상층이 형성되어 있을 수 있다.
상기 네거티브 타입의 C 플레이트 보상층은 위상차를 제공하는 물질을 코팅하여 형성될 수 있다.
실시예들에 따르면, 측면에서 본 편광판의 투과축의 각도를 중심으로 보상 특성을 맞추어 측면에서 발생하는 빛샘을 잡으면서 전방위에서 높은 콘트라스트 비(CR)를 가질 수 있다.
도 1은 일 실시예에 따른 액정 표시 장치의 개략도이다.
도 2는 정면 및 측면에서의 편광판의 투과축을 도시한 도면이다.
도 3은 액정 표시 장치에서 위치에 따른 빛의 편광 특성을 파악할 수 있도록 도시된 구 좌표도이다.
도 4는 도 1의 실시예에 따른 빛의 편광 변화를 순차적으로 도시한 도면이다.
도 5 및 도 6은 보상 필름의 Rth값에 대한 상대 블랙 휘도를 도시한 그래프이다.
도 7은 일 실시예에 따른 액정 표시 장치의 개략도이다.
도 8은 도 7의 실시예에 따른 빛의 편광 변화를 순차적으로 도시한 도면이다.
도 9는 도 1의 실시예와 도 7의 실시예의 전방위에서의 콘트라스트 비(CR)를 보여주는 표이다.
도 10은 일 실시예에 따른 액정 표시 장치의 개략도이다.
도 11은 도 10의 실시예에 따른 빛의 편광 변화를 도시한 도면이다.
도 12는 일 실시예에 따른 액정 표시 장치의 개략도이다.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 여러 실시예들에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예들에 한정되지 않는다.
본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 붙이도록 한다.
또한, 도면에서 나타난 각 구성의 크기 및 두께는 설명의 편의를 위해 임의로 나타내었으므로, 본 발명이 반드시 도시된 바에 한정되지 않는다. 도면에서 여러 층 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 나타내었다. 그리고 도면에서, 설명의 편의를 위해, 일부 층 및 영역의 두께를 과장되게 나타내었다.
또한, 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "위에" 또는 "상에" 있다고 할 때, 이는 다른 부분 "바로 위에" 있는 경우뿐 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다. 반대로 어떤 부분이 다른 부분 "바로 위에" 있다고 할 때에는 중간에 다른 부분이 없는 것을 뜻한다. 또한, 기준이 되는 부분 "위에" 또는 "상에" 있다고 하는 것은 기준이 되는 부분의 위 또는 아래에 위치하는 것이고, 반드시 중력 반대 방향 쪽으로 "위에" 또는 "상에" 위치하는 것을 의미하는 것은 아니다.
또한, 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함" 한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
또한, 명세서 전체에서, "평면상"이라 할 때, 이는 대상 부분을 위에서 보았을 때를 의미하며, "단면상"이라 할 때, 이는 대상 부분을 수직으로 자른 단면을 옆에서 보았을 때를 의미한다.
이하에서는 도면을 중심으로 실시예에 대하여 살펴본다.
도 1은 일 실시예에 따른 액정 표시 장치의 개략도이다.
액정 표시 장치는 표시 패널(1000)과 백라이트 유닛(2000)을 포함한다.
백라이트 유닛(2000)은 광을 표시 패널(1000)로 제공한다. 백라이트 유닛(2000)이 제공하는 광은 흰색 광 또는 특정 색의 광을 제공할 수 있다. 흰색 광을 제공하는 경우에는 표시 패널(1000)에서 컬러 필터를 사용하여 특정 파장의 빛만을 제공하여 색을 표시하게 된다. 한편, 특정 색의 광을 제공하는 경우에는 해당 색의 컬러 필터는 불필요할 수 있으며, 다른 색을 표시하기 위해서는 색변환층을 포함할 수 있다. 이하에서는 백라이트 유닛(2000)이 흰색 광을 표시 패널(1000)로 제공하는 경우를 중심으로 설명한다.
흰색 광을 제공하기 위하여 백라이트 유닛(2000)은 흰색 발광 다이오드(LED)를 포함할 수 있다. 또한, 흰색 발광 다이오드(LED)는 청색 광을 방출하는 발광 다이오드(LED)의 전면에 야그(YAG)와 같은 노란색 형광체를 추가하여 흰색 빛을 방출하도록 할 수 있다.
백라이트 유닛(2000)에서 방출된 광은 표시 패널(1000)의 하부면에 대해서 수직에 준하는 각도로 입사된다. 또한, 높은 광효율을 가지기 위하여 백라이트 유닛(2000)에는 프리즘 시트, 확산 시트, 반사 시트, 휘도 향상 필름 등의 다양한 광학 시트가 포함될 수 있다.
표시 패널(1000)은 하부 표시판(100), 상부 표시판(200) 및 그 사이에 위치하고 있는 액정층(300)을 포함한다.
하부 표시판(100)은 하부 기판(101)과 그 배면에 부착되어 있는 B 플레이트 보상층(120) 및 하부 편광판(110)을 포함한다. 하부 표시판(100)의 하부 기판(101)의 내면에는 TFT(도시하지 않음) 및 화소 전극(도시하지 않음) 등이 형성되어 있을 수 있다. 하부 기판(101)은 TFT 기판이라고도 불린다.
하부 기판(101)은 유리와 같은 투명한 물질로 이루어진 투명 기판을 포함하며, 투명 기판의 상부면에 게이트선과 데이터선이 서로 다른 방향으로 연장되어 있다. 또한, 투명 기판의 위에는 게이트선 및 데이터선에 제어 단자와 입력 단자가 각각 연결되어 있는 박막 트랜지스터(TFT)가 형성되며, 박막 트랜지스터(TFT)의 출력 단자에는 화소 전극이 연결되어 있다. 박막 트랜지스터(TFT)는 게이트선 및 데이터선에 인가되는 신호에 의하여 화소 전극에 전압을 인가한다.
하부 편광판(110) 및 B 플레이트 보상층(120)은 하부 기판(101)의 하부면에 부착되어 있다. 이때, 하부 기판(101)의 하부면에 B 플레이트 보상층(120)이 부착되고 그 하부에 하부 편광판(110)이 부착된다. 실시예에 따라서는 하부 기판(101)의 상부에 B 플레이트 보상층(120)이 위치하고, 하부 기판(101)의 하부면에 하부 편광판(110)이 부착될 수도 있다.
먼저, 하부 편광판(110)을 살펴본다. 하부 편광판(110)은 일 방향으로 투과축을 가지며, 투과축에 수직한 방향의 빛은 차단한다. 하부 편광판(110)은 필름의 형태로 부착되거나, 고분자 물질을 도포하여 형성하거나, 미세한 간격을 가지는 복수의 금속선으로 형성할 수 있다. 복수의 금속선은 빛의 파장보다 좁은 간격으로 일 방향으로 나열된 구조를 가질 수 있다.
하부 편광판(110)의 상측에는 B 플레이트 보상층(120)이 위치한다. B 플레이트 보상층(120)은 광학적으로 이축성(biaxial) 특성을 가지는 필름으로 Ro (in-plane retardation)값은 50nm~100nm의 값을 가질 수 있으며, Rth(out-of-plane retardation)값은 80nm~190nm 값을 가질 수 있다. 본 실시예에서는 Ro 값이 75nm이고, Rth값이 135nm인 B 플레이트 보상층(120)을 사용한다.
상부 표시판(200)은 상부 기판(201), 상부 편광판(210) 및 C 플레이트 보상층(205)을 포함한다. 상부 표시판(200)은 상부 기판(201)을 기준으로 내측에는 C 플레이트 보상층(205)이 위치하며, 외측에는 상부 편광판(210)이 부착되어 있다.
상부 기판(201)도 유리와 같은 투명한 물질로 이루어진 투명 기판을 포함한다. 상부 기판(201)의 내측에는 C 플레이트 보상층(205)외에 컬러 필터, 차광 부재, 및 공통 전극이 추가로 형성될 수 있다.
차광 부재는 각각 화소에 대응하는 복수의 개구부를 가지며, 각 개구부에는 컬러 필터가 위치한다. 컬러 필터는 적어도 3 종류로 이루어지며, 이들은 각각 빛의 3원색(예를 들어, 적색, 녹색, 청색)을 각각 나타낸다. 차광 부재 및 컬러 필터의 아래에는 공통 전극이 형성되어 있으며, 공통 전극은 모든 화소에 대하여 일체로 형성되어 있다. 공통 전극은 하부 표시판(100)의 화소 전극과 함께 전계를 형성한다.
C 플레이트 보상층(205)은 상부 기판(201)의 내측에 일정 두께로 코팅하여 형성된 보상층으로 '코팅 C 플레이트 보상층'이라고도 한다. 코팅 두께에 따라서 투과하는 빛에 제공하는 위상차(retardation)값이 변동된다. 그 결과 코팅 C 플레이트 보상층(205)에 의하여 제공할 수 있는 위상차값이 필름 형태로 부착되는 C 플레이트와 비교하여 제한이 없다. 즉, 필름 형태의 C 플레이트는 제공하는 위상차 값에 제한이 있지만, 코팅 C 플레이트 보상층은 두께를 조절하면 제공할 수 있는 위상차 값을 자유롭게 만들 수 있어 이러한 제한이 없다. 또한, 필름 형태의 C 플레이트는 상부 기판(201)의 외측면에 부착되므로, 액정층(300)을 지난 빛이 투명 기판 및 다른 층을 통과하면서 굴절 등 특성이 변한 빛을 대상으로 보상한다. 하지만, 내부에 코팅되어 있는 코팅 C 플레이트 보상층(205)을 사용하면 액정층(300)을 지난 빛이 투명 기판 및 다른 층을 투과하기 전에 보상할 수 있어 보상 효과가 뛰어난 장점을 가진다. C 플레이트 보상층(205)이 형성되는 위치는 상부 기판(201)의 내측면에 부착되어 위치하거나, 공통 전극의 하부면에 위치하여 액정층(300)에 가장 근접하게 위치할 수도 있다. 또한, 상부 기판(201)과 공통 전극의 사이에 위치할 수도 있다.
C 플레이트 보상층(205)은 단축성(uniaxial) 보상 필름으로 평면내의 방향으로 제공되는 위상차(retardation)값은 동일(nx=ny)하고, 수직 방향의 위상차값은 평면 내의 위상차값보다 작은(nx=ny>nz) 특징을 가지는 네거티브 타입(negative type)의 C 플레이트 보상층을 사용한다. 정의상 평면내의 방향으로 제공되는 위상차(retardation)값은 동일(nx=ny)하지만, 실제 코팅된 C 플레이트 보상층(205)은 nx와 ny가 약간의 차이를 나타낼 수 있다. C 플레이트 보상층(205)의 Rth(out-of-plane retardation)값은 80nm~260nm의 값을 가질 수 있으며, Ro(in-plane retardation)값은 정의상 nx와 ny의 차이이므로 0을 가지는 것이 바람직하지만, 실제 제작된 C 플레이트 보상층(205)은 0에 근접하는 작은 값을 가질 수 있다. C 플레이트 보상층(205)의 Ro 값이 커지는 경우에는 표시 품질이 저하될 수 있어 표시장치에 따라서 허용가능한 크기의 Ro를 가지는 C 플레이트 보상층(205)을 사용한다. 본 실시예에서는 Rth 값이 180nm인 C 플레이트 보상층(205)을 사용한다. 한편, 본 실시예에서 사용가능한 B 플레이트 보상층(120)과 C 플레이트 보상층(205) 각각의 Rth값은 아래와 같은 수학식 1의 조건을 만족시킬 수 있다.
[수학식 1]
180nm ≤ B 플레이트 Rth값 + C 플레이트 Rth값 ≤460
여기서, B 플레이트 Rth값은 B 플레이트 보상층의 Rth(out-of-plane retardation)값이며, C 플레이트 Rth값은 네거티브 타입의 C 플레이트 보상층의 Rth(out-of-plane retardation)값이다.
C 플레이트 보상층(205)은 내부에 위상차를 제공하는 물질을 코팅하고 특정 방향으로 배열시킨 후 고정시키는 방식으로 형성되어 있다. 예를 들어 액정 물질을 코팅하면서 특정 방향으로 러빙이나 광배향하여 배열시킨 후 열처리하여 고정시킬 수 있다. 이때, C 플레이트 보상층(205)이 제공하는 위상차(retardation)값은 코팅되는 물질의 두께로 조절될 수 있다.
상부 기판(201)의 외측에는 상부 편광판(210)이 부착되어 있다.
상부 편광판(210)은 일 방향으로 투과축을 가지며, 투과축에 수직한 방향의 빛은 차단한다. 도 1의 실시예에서는 상부 편광판(210)의 투과축은 하부 편광판(110)의 투과축에 수직한 방향을 가진다. 그 결과 수직 배향 액정을 사용하는 액정 표시 장치에서 전계가 인가되지 않으면, 상부 편광판(210)으로 진입하는 빛이 외부로 방출되지 않고 차단되어 블랙이 표시된다.
상부 편광판(210)은 필름의 형태로 부착되거나, 고분자 물질을 도포하여 형성하거나, 미세한 간격을 가지는 복수의 금속선으로 형성할 수 있다. 복수의 금속선은 빛의 파장보다 좁은 간격으로 일 방향으로 나열된 구조를 가질 수 있다.
하부 표시판(100)과 상부 표시판(200)의 사이에는 액정층(300)이 위치하고 있다. 액정층(300)은 백라이트 유닛(2000)에서 제공되는 백색 광에 대하여 총 240nm~400nm 범위대의 위상차(retardation)을 제공할 수 있으며, 본 실시예에서는 320nm의 위상차(retardation)를 제공하는 액정층(300)을 사용하였다.
액정층(300)은 전계가 인가되지 않았을 때 수직 배열하고 있으며, 전계가 인가되면 그에 수직인 방향으로 회전한다.
전계가 인가되기 전에는 액정층(300)내의 액정 분자는 수직 방향으로 배열되어 수직 방향(하부 표시판(100)에서 상부 표시판(200)의 방향)으로 진행하는 빛에 대해 면 방향으로는 동일한 위상차를 제공한다. 하지만, 전계가 인가되면 면 방향 중 한 방향으로 액정 분자가 배열되려고 회전한다. 전계는 수직 방향으로 형성되므로 이에 수직하도록 배열되기 위하여 면 방향의 성분이 증가한다. 전계의 세기가 강할수록 면 방향의 성분이 더욱 증가된다. 표시 패널(1000)은 액정층(300)이 다수의 도메인으로 구분되어 있을 수 있으며, 동일 도메인 내에서는 액정 분자가 동일한 방향으로 눕는다. 실시예에 따라서는 하나의 화소가 4개의 도메인을 가질 수 있다.
한편, 표시 패널(1000)을 측면에서 보았을 때 액정 분자는 표시 패널(1000)을 정면(상측)에서 보았을 때와는 다른 방향의 액정 분자를 보며, 그로 인하여 정면에서와 다른 휘도를 감지하게 된다.
도 1의 설명에서 포함되어 있는 B 플레이트 보상층(120), C 플레이트 보상층(205) 및 액정층(300)의 위상차(retardation)값에 대한 수치범위는 정면을 기준으로 하지 않고 측면을 기준으로 한 값이다. 즉, 표시 패널(1000)이 블랙을 표시할 때, 측면의 특정 위치에서 블랙으로 보이도록 위상차(retardation)값을 세팅한 것이다. 즉, 특정 위치의 측면에서 보았을 때 하부 편광판의 투과축을 기준으로 상부 편광판의 투과축이 이루는 각도인 측면 투과 각도에 수직한 빛이 상부 편광판으로 전달되도록 세팅한 것이다.
정면에서 보는 경우와 측면에서 보는 경우의 차이에 대해서 도 2를 통하여 살펴보며, 도 2에서는 편광판의 각도 차이를 도시하고 있다.
도 2는 정면 및 측면에서의 편광판의 투과축을 도시한 도면이다.
도 2(A)는 위(정면)에서 두 편광판을 바라본 경우 투과축을 도시하고 있다. 도 2(A)에서 도시하고 있는 바와 같이 위(표시 패널의 정면)에서 두 편광판을 바라보는 경우 투과축은 90도를 이룬다.
하지만, 측면에서 바라볼 때 두 투과축이 이루는 각도는 90도가 아니다. 즉, 도 2(B)에서 볼 수 있는 바와 같이 측면에서 비스듬하게 두 편광판의 투과축을 보면 90도보다 큰 각도를 이루는 것으로 보인다. 이는 측면으로 비스듬하게 진행하는 빛이 느끼는 편광판의 투과축을 의미한다. 이하에서는 측면에서 바라본 상부 편광판의 투과축이 하부 편광판의 투과축과 이루는 각도를 측면 투과 각도라고 한다.
이러한 점을 기초로 본 실시예에 대하여 설명하기 전에 도 3을 이용하여 앞으로 이용할 구 좌표도에 대해서 설명한다.
도 3은 액정 표시 장치에서 위치에 따른 빛의 편광 특성을 파악할 수 있도록 도시된 구 좌표도이다.
도 3의 구 좌표도는 푸앵카레 구(Poincare sphere)라고도 불리며, 반경이 1인 구에 편광상태를 대응시킨 것이다. 빛의 편광 특성을 3x3의 행렬로 표시하는 경우 이 행렬은 벡터로도 표현이 가능하다. 이와 같이 빛의 편광 특성을 보여주는 벡터를 3차원 좌표에 그리면 도 6과 같이 구 좌표도 상에 편광 특성이 표시된다.
도 3에서는 하부 편광판(110)의 투과축의 편광을 구 좌표도상 T라고 도시하였다. 이 때, 상부 편광판(210)의 투과축은 이에 대하여 90°를 이루므로 정 반대편인 T2이다. 이는 편광축이 180°회전하는 경우 동일한 축이 되는 것을 고려할 때 당연한 것이다. 구 좌표도상 중앙 수평면 중에서 중심(0)을 지나면서 T와 T2를 잇는 직선에 대하여 수직한 직선이 구 좌표도와 만나는 두 점은 각각 하부 편광판(110)의 투과축에 대하여 45° 및 135°를 이루는 지점이다. 또한, 중심(0)으로부터 T, T2, 45° 및 135°을 포함하는 수평면(중앙 수평면)에 대하여 수직한 방향으로 연장된 직선이 구 좌표도와 만나는 두 점은 각각 원편광(제1 원편광, 제2 원편광)을 의미하며, 둘 중 하나는 좌원편광이고, 다른 하나는 우원편광이다.
도 2에서 살펴본 바와 같이 측면에서 바라보는 경우 두 편광판의 투과축이 이루는 각도가 90°보다 크다. 이와 같이 측면에서 바라보는 경우에 느껴지는 상부 편광판(210)의 투과축은 90°를 지나 T3에 위치하게 된다. 즉, 90°보다 큰 값을 가진다. T3는 측면 투과 각도에 대응한다. T3의 정확한 지점은 바라보는 위치에 따라서 다른 값이 되지만, 가장 많이 빛이 새는 지점을 기준으로 할 수 있으며, 실시예에 따라서는 측면 빛샘이 큰 영역 중에서 하나의 위치를 기준으로 할 수 있다. 이하에서는 측면 60°를 기준으로 설명한다.
이와 같이 특정 위치의 측면(측면 60°)에서 바라본 경우 두 편광판의 투과축이 이루는 각도가 T3에 해당되면, 해당 특정 위치의 측면에서 빛이 새지 않도록 하려면 T3의 편광에 대하여 90°를 이루는 빛이 상부 편광판(210)으로 입사되어야 한다. 이는 도 3의 구 좌표도상 T3의 반대편인 A 위치이다. 그러므로 A 위치의 편광을 가지는 빛을 상부 편광판(210)에 제공하면 비스듬하게 진행하는 빛도 상부 편광판(210)의 투과축에 수직한 편광을 가지게 되어 빛이 차단되고 블랙을 표시하는 휘도는 감소된다.
이러한 점을 고려하여 도 4을 기초로 본 실시예에 따른 편광 특성의 변화를 살펴본다.
도 4는 도 1의 실시예에 따른 빛의 편광 변화를 순차적으로 도시한 도면이다.
도 4(A)는 하부 편광판(110)을 투과한 빛의 편광을 도시하며, 도 4(B)는 B 플레이트 보상층(120)을 투과한 빛의 편광을 도시하며, 도 4(C)는 액정층(300)을 투과한 빛의 편광을 도시하며, 도 4(D)는 네거티브 타입(negative type)의 C 플레이트 보상층(205)를 투과한 빛의 편광을 도시한다.
우선, 백라이트 유닛(2000)에서 제공된 백색 광은 하부 편광판(110)을 지나면서 선평광을 가진다. 하부 편광판(110)의 투과축 방향은 구 좌표도상 T로 도시되어 있다. (도 4(A) 참조)
그 후, B 플레이트 보상층(120)을 투과하면, 빛의 편광이 E 위치로 변경된다. E 위치는 B 플레이트 보상층(120)의 보상 특성에 따라 변동될 수 있지만, 타원 편광 중 하나이다. (도 4(B) 참조) 본 실시예에서 사용된 B 플레이트 보상층(120)은 Ro로 75nm를, Rth로 135nm인 것을 사용하였다.
그 후, 액정층(300)을 투과하면, 빛의 편광이 F 위치로 변경된다. F 위치도 액정층(300)의 위상차(retardation) 특성에 따라 변경될 수 있지만, 타원 편광 중 하나이며, E 위치와는 반대 방향의 타원 편광이다. (도 4(C)) 본 실시예에서 액정층은 320nm의 위상차를 제공하는 물질 및 두께로 사용하였다.
그 후, 네거티브 타입(negative type)의 C 플레이트 보상층(205)를 투과하면, A 위치의 선 편광으로 변경된다. A 위치는 측면에서 보았을 때 상부 편광판(210)의 투과축에 수직을 이루고 있으므로, 상부 편광판(210)을 투과하지 못한다. 그 결과 블랙이 명확하게 표시되며, 빛샘이 발생하지 않는다. 본 실시예에서 네거티브 타입의 C 플레이트 보상층(205)의 Rth가 180nm인 것을 사용하였다. C 플레이트 보상층(205)의 Ro값은 0에 근접하는 매우 작은 값을 가진다.
가장 많이 빛이 새는 지점을 기준으로 빛샘이 없도록 설정한 것이므로, 측면에서도 빛이 새더라도 그 값이 줄어 들며, 그 결과 전방위에 대해서 블랙 휘도를 감소시킬 수 있고, 전방위에서의 콘트라스트 비(CR)가 향상된다.
콘트라스트 비(CR)를 향상시키는 것은 블랙에서의 휘도가 중요하므로, 이하에서는 도 5 및 도 6을 통하여 본 실시예에서의 상대 블랙 휘도를 살펴본다.
도 5 및 도 6은 보상 필름의 Rth값에 대한 상대 블랙 휘도를 도시한 그래프이다.
여기서 상대 블랙 휘도는 전방위에서의 블랙 휘도를 합하여 가장 큰 값을 1로 하고 그에 대한 비율을 의미한다. 그러므로 도 5 및 도 6에서 가장 작은 상대 블랙 휘도를 가지면, 전 방위에서의 블랙 휘도가 가장 작은 것을 의미하며, 전 방위에서의 콘트라스트 비(CR)도 향상되는 것을 나타낸다.
먼저, 도 5에서는 C 플레이트 보상층(205)의 Rth값에 따른 상대 블랙 휘도를 보여주며, 여기서 사용된 액정층의 위상차는 322nm인 액정 물질을 사용하였다.
도 5에서 도시된 바와 같이 C 플레이트 보상층(205)의 Rth값이 180nm일 때 최소의 블랙 휘도를 확인할 수 있다. 측면의 다양한 각도에서 볼 때마다 두 편광판의 투과축이 이루는 각도가 달라지므로, 최소의 블랙 휘도일 때의 C 플레이트 보상층(205)의 Rth값외에도 다른 Rth값도 충분히 사용될 수 있다. 본 실시예에서의 C 플레이트 보상층(205)은 Rth값으로 80~260nm를 가질 수 있으며, 도 5에서는 기준이 되는 값(REF)과 비교할 때 향상된 상대 블랙 휘도를 가지도록 하기 위해서는 C 플레이트 보상층(205)의 Rth값으로 110nm 이상 250nm 이하의 값을 가질 수 있다. 여기서 기준이 되는 값(REF)는 C 플레이트 보상층(205) 대신에 특정 B 플레이트를 사용한 경우이며, 이 때 사용된 B 플레이트는 Ro값 65nm, Rth값 250nm인 B 플레이트가 사용된 경우이다.
하지만, 이러한 C 플레이트 보상층(205)의 Rth값은 사용되는 액정층의 위상차값에 따라서 변경된다. 이하에서는 도 6을 통하여 액정층의 변화에 따른 상대 블랙 휘도의 변화에 대해서 살펴본다.
도 6에서는 액정층의 위상차값이 각각 311nm, 322nm, 333nm인 액정 물질을 사용하였다. 도 6에서 볼 수 있는 바와 같이 C 플레이트 보상층(205)의 Rth값은 약 180nm 부근에서 최소값이 형성됨을 확인할 수 있으며, 160nm 이상 200nm이하의 범위에서 최소값이 위치한다. 또한, 도 5의 기준이 되는 값(REF)에서 사용된 B 플레이트를 C 플레이트 보상층(205)의 대신 사용하게 되면 각각의 액정에 대한 기준이 되는 값(REF)이 정해지는데, 이는 각각 수평선으로 도시되어 있다.
가장 큰 기준이 되는 값(REF)보다 작은 상대 블랙 휘도를 가지도록 하기 위하여는 C 플레이트 보상층(205)의 Rth값은 90nm 이상 260nm이하의 값을 가질 수 있으며, 모든 액정층에 대해서 적용할 수 있도록 하기 위해서는 80nm 이상 260nm이하의 값을 가질 수 있다. 또한, 기준이 되는 값(REF) 중 가장 작은 값보다 작은 상대 블랙 휘도를 가지도록 하기 위해서는 C 플레이트 보상층(205)의 Rth값은 110nm 이상 250nm 이하의 값을 가질 수 있다.
도 5 및 도 6에 의하면 상대 블랙 휘도가 전방위에서의 블랙 휘도를 기준으로 한 값이므로 본 실시예에 의하면 전방위에서의 블랙 휘도가 감소하고, 그에 따라서 전방위에서의 콘트라스트 비(CR)가 상승하는 것을 알 수 있다.
이상에서는 네거티브 타입의 C 플레이트 보상층과 함께 B 플레이트 보상층을 사용하는 표시 패널(1000)을 중심으로 살펴보았다. 이하에서는 네거티브 타입의 C 플레이트 보상층과 A 플레이트 보상층을 사용하는 표시 패널(1000)을 도 7을 통하여 살펴본다.
도 7은 일 실시예에 따른 액정 표시 장치의 개략도이다.
도 7은 도 1의 실시예와 달리 하부 표시판(100)에 B 플레이트 보상층(120)이 아니고 A 플레이트 보상층(130)이 포함되어 있다.
도 7과 도 1에서 동일한 부분에 대해서는 추가 설명을 생략한다.
도 7의 실시예의 하부 표시판(100)은 하부 기판(101)과 그 배면에 부착되어 있는 A 플레이트 보상층(130) 및 하부 편광판(110)을 포함한다. A 플레이트 보상층(130)은 하부 편광판(110)의 상측이며, 하부 기판(101)의 배면에 위치한다.
A 플레이트 보상층(130)은 광학적으로 단축성(uniaxial) 특성을 가지는 필름으로 면 방향(x, y 방향) 성분 중 하나와 수직 방향(z 방향)이 동일한 위상차를 제공하며, 면 방향(x, y 방향) 성분 중 나머지 하나가 다른 위상차를 제공한다. 본 발명의 실시예에서 A 플레이트 보상층(130)은 Ro (in-plane retardation)값으로 70nm~180nm의 값을 가질 수 있으며, Rth(out-of-plane retardation)값은 이론상으로 0 nm 인 값을 가질 수 있다. 하지만, 실제 A 플레이트 보상층(130)의 Rth(out-of-plane retardation)값은 10nm~90nm의 값을 가질 수 있다. 본 실시예에서는 Ro 값이 125nm인 A 플레이트 보상층(130)을 사용한다.
이와 같이 A 플레이트 보상층(130)이 사용되면서 도 7의 실시예에서 사용되는 C 플레이트 보상층(205)의 위상차 특성도 아래와 같이 변경된다.
즉, C 플레이트 보상층(205)도 단축성(uniaxial) 보상 필름으로 평면내의 방향으로 제공되는 위상차(retardation)값은 동일(nx=ny)하고, 수직 방향의 위상차값은 평면 내의 위상차값보다 작은(nx=ny>nz) 특징을 가지는 네거티브 타입(negative type)의 C 플레이트 보상층을 사용한다. 정의상 평면내의 방향으로 제공되는 위상차(retardation)값은 동일(nx=ny)하지만, 실제 코팅된 C 플레이트 보상층(205)은 nx와 ny가 약간의 차이를 나타낼 수 있다. C 플레이트 보상층(205)의 Rth(out-of-plane retardation)값은 90nm~450nm의 값을 가질 수 있으며, Ro(in-plane retardation)값은 정의상 nx와 ny의 차이이므로 0을 가지는 것이 바람직하지만, 실제 제작된 C 플레이트 보상층(205)은 0에 근접하는 작은 값을 가질 수 있다. C 플레이트 보상층(205)의 Ro 값이 커지는 경우에는 표시 품질이 저하될 수 있어 표시장치에 따라서 허용가능한 크기의 Ro를 가지는 C 플레이트 보상층(205)을 사용한다.
한편, 본 실시예에서 사용가능한 A 플레이트 보상층(130)과 C 플레이트 보상층(205) 각각의 Rth값은 아래와 같은 수학식 2의 조건을 만족시킬 수 있다.
[수학식 2]
180nm ≤ A 플레이트 Rth값 + C 플레이트 Rth값 ≤460
여기서, A 플레이트 Rth값은 A 플레이트 보상층의 Rth(out-of-plane retardation)값을 의미하며, C 플레이트 Rth값은 네거티브 타입의 C 플레이트 보상층의 Rth(out-of-plane retardation)값이다.
하지만, 위에서 살펴본 바와 같이 A 플레이트 보상층(130)의 Rth값은 이론상 0이며, 거의 0에 준하는 값을 가지므로, 수학식 2의 Rth값은 대부분 C 플레이트 보상층(205)의 Rth값일 수 있다. 이에 C 플레이트 보상층(205)의 Rth(out-of-plane retardation)값은 90nm~450nm의 값을 가질 수 있다.
도 7의 실시예에서도 C 플레이트 보상층(205)은 상부 기판(201)의 내측에 일정 두께로 코팅하여 형성된 보상층('코팅 C 플레이트 보상층')이다. 그 결과 외측에 필름 형태로 부착하는 경우에 비하여 보상 효과가 뛰어난 장점을 가진다. 또한, C 플레이트 보상층(205)이 형성되는 위치는 상부 기판(201)의 내측면에 부착되어 위치하거나, 공통 전극의 하부면에 위치하여 액정층(300)에 가장 근접하게 위치할 수도 있다. 또한, 상부 기판(201)과 공통 전극의 사이에 위치할 수도 있다.
도 7의 설명에서 포함되어 있는 A 플레이트 보상층(130), C 플레이트 보상층(205) 및 액정층(300)의 위상차(retardation)값에 대한 수치범위는 정면을 기준으로 하지 않고 측면을 기준으로 한 값이다. 즉, 표시 패널(1000)이 블랙을 표시할 때, 측면의 특정 위치에서 블랙으로 보이도록 위상차(retardation)값을 세팅한 것이다. 즉, 특정 위치의 측면에서 보았을 때 하부 편광판의 투과축을 기준으로 상부 편광판의 투과축이 이루는 각도인 측면 투과 각도에 수직한 빛이 상부 편광판으로 전달되도록 세팅한 것이다.
이하에서는 도 8을 통하여 표시 패널(1000)을 투과하는 빛이 가지는 편광 변화에 대하여 살펴본다.
도 8은 도 7의 실시예에 따른 빛의 편광 변화를 순차적으로 도시한 도면이다.
먼저, 도 8(A)에서 도시하고 있는 바와 같이, 백라이트 유닛(2000)에서 제공된 백색 광은 하부 편광판(110)을 지나면서 선평광을 가진다. 하부 편광판(110)의 투과축 방향은 구 좌표도상 T로 도시되어 있다.
그 후, 도 8(B)와 같이, A 플레이트 보상층(130)을 투과하면, 빛의 편광이 G 위치로 변경된다. G 위치는 A 플레이트 보상층(130)의 보상 특성에 따라 변동될 수 있지만, 타원 편광 중 하나이다. 본 실시예에서 사용된 A 플레이트 보상층(130)은 Ro로 125nm인 것을 사용하였다. A 플레이트 보상층(130)의 Rth값은 0에 근접하는 매우 작은 값을 가진다.
그 후, 도 8(C)와 같이, 네거티브 타입(negative type)의 C 플레이트 보상층(205)를 투과하면, 빛의 편광이 H 위치로 변경된다. H 위치도 C 플레이트 보상층(205)의 위상차(retardation) 특성에 따라 변경될 수 있지만, 타원 편광 중 하나이며, G 위치와 반대되는 방향의 타원 편광이다. 본 실시예에서 네거티브 타입의 C 플레이트 보상층(205)의 Rth가 220nm인 것을 사용하였다. C 플레이트 보상층(205)의 Ro값은 0에 근접하는 매우 작은 값을 가진다.
그 후, 도 8(D)와 같이, 액정층(300)을 투과하면, 빛의 편광이 A 위치로 변경된다. A 위치는 측면에서 보았을 때 상부 편광판(210)의 투과축에 수직을 이루는 각도이므로, 상부 편광판(210)을 투과하지 못한다. 그 결과 블랙이 명확하게 표시되며, 빛샘이 발생하지 않는다. 본 실시예에서 액정층은 320nm의 위상차를 제공하는 물질 및 두께로 사용하였다.
이상에서는 도 7을 통하여 A 플레이트 보상층(130)을 사용하는 실시예를 살펴보았다.
이하에서는 도 9를 통하여 도 1의 실시예와 도 7의 실시예의 특성을 비교하여 살펴본다.
도 9는 도 1의 실시예와 도 7의 실시예의 전방위에서의 콘트라스트 비(CR)를 보여주는 표이다.
도 9에서는 두 개의 백라이트 유닛(BLU)을 사용하여 콘트라스트 비(CR)를 비교하였으며, 비교예(Reference)에서의 콘트라스트 비(CR)값을 100%로 하고 A 플레이트(A film)을 사용하는 실시예와 B 플레이트(B film)을 사용하는 실시예의 콘트라스트 비(CR)값이 어느 정도인지 보여준다. 여기서의 콘트라스트 비(CR)값은 전방위에서의 콘트라스트 비(CR)값을 나타낸다.
먼저, 백라이트 유닛(BLU)에서 제공하는 빛이 수직 방향에 대해서 0 내지 45°의 각도로 입사하도록 하는 백라이트 유닛이 사용되는 경우에는 A 플레이트(A film)을 사용하는 실시예는 156%의 콘트라스트 비(CR)값을 가지며, B 플레이트(B film)을 사용하는 실시예는 153%의 콘트라스트 비(CR)값을 가진다.
한편, 백라이트 유닛(BLU)에서 제공하는 빛이 수직 방향에 대해서 0 내지 60°의 각도로 입사하도록 하는 백라이트 유닛이 사용되는 경우에는 A 플레이트(A film)을 사용하는 실시예는 210%의 콘트라스트 비(CR)값을 가지며, B 플레이트(B film)을 사용하는 실시예는 193%의 콘트라스트 비(CR)값을 가진다.
도 9를 통해서 확인할 수 있는 바와 같이 측면에서 바라본 측면 투과 각도를 기준으로 네거티브 C 플레이트와 함께 A 플레이트나 B 플레이트로 빛이 새지 않도록 세팅하면 전방위에서의 콘트라스트 비(CR)가 1.5 배 내지 2배 향상되는 것을 확인할 수 있다.
이하에서는 도 1의 실시예의 변형예를 도 10을 통하여 살펴본다.
도 10은 일 실시예에 따른 액정 표시 장치의 개략도이다.
도 10은 도 1의 실시예와 달리 네거티브 타입(negative type)의 C 플레이트 보상층(105)이 하부 표시판(100)에 포함되어 있다.
즉, 상부 표시판(200)에는 상부 기판(201) 및 상부 편광판(210)을 포함하며, 하부 표시판(100)에 하부 기판(101)과 그 배면에 부착되어 있는 B 플레이트 보상층(120) 및 하부 편광판(110), 그리고 하부 기판(101)의 내면에 형성되어 있는 C 플레이트 보상층(105)을 포함한다.
또한, C 플레이트 보상층(105)이 형성되는 위치는 하부 기판(101)의 내측면에 부착되어 위치하거나, 박막 트랜지스터(TFT) 및 화소 전극이 형성된 그 위에 위치할 수도 있다. 또한, 실시예에 따라서는 C 플레이트 보상층(105)이 박막 트랜지스터(TFT) 및 화소 전극이 위치하는 층 중간에 위치할 수도 있다.
도 10의 실시예에 포함되는 B 플레이트 보상층(120), 액정층(300) 및 C 플레이트 보상층(105)의 리타데이션 값은 도 1과 동일하다.
즉, 하부 편광판(110)의 상측에 위치하는 B 플레이트 보상층(120)은 광학적으로 이축성(biaxial) 특성을 가지는 필름으로 Ro (in-plane retardation)값은 50nm~100nm의 값을 가질 수 있으며, Rth(out-of-plane retardation)값은 80nm~190nm 값을 가질 수 있다. 본 실시예에서는 Ro 값이 75nm이고, Rth값이 135nm인 B 플레이트 보상층(120)을 사용한다.
한편, 하부 기판(101)의 내측에 위치하는 C 플레이트 보상층(105)은 코팅 C 플레이트 보상층이며, 코팅 두께에 따라서 투과하는 빛에 제공하는 위상차(retardation)값이 변동된다. 또한, C 플레이트 보상층(105)의 Rth(out-of-plane retardation)값은 80nm~260nm의 값을 가질 수 있으며, Ro(in-plane retardation)값은 정의상 nx와 ny의 차이이므로 0을 가지는 것이 바람직하지만, 실제 제작된 C 플레이트 보상층(105)은 0에 근접하는 작은 값을 가질 수 있다. C 플레이트 보상층(105)의 Ro 값이 커지는 경우에는 표시 품질이 저하될 수 있어 표시장치에 따라서 허용가능한 크기의 Ro를 가지는 C 플레이트 보상층(105)을 사용한다. 본 실시예에서는 Rth 값이 180nm인 C 플레이트 보상층(105)을 사용한다. 한편, 본 실시예에서 사용가능한 B 플레이트 보상층(120)과 C 플레이트 보상층(105) 각각의 Rth값은 아래와 같은 수학식 1의 조건을 만족시킬 수 있다.
[수학식 1]
180nm ≤ B 플레이트 Rth값 + C 플레이트 Rth값 ≤460
또한, 하부 표시판(100)과 상부 표시판(200)의 사이에 위치하는 액정층(300)은 백라이트 유닛(2000)에서 제공되는 백색 광에 대하여 총 240nm~400nm 범위대의 위상차(retardation)을 제공할 수 있으며, 본 실시예에서는 320nm의 위상차(retardation)를 제공하는 액정층(300)을 사용하였다.
도 10의 설명에서 포함되어 있는 B 플레이트 보상층(120), C 플레이트 보상층(205) 및 액정층(300)의 위상차(retardation)값에 대한 수치범위는 정면을 기준으로 하지 않고 측면을 기준으로 한 값이다. 즉, 표시 패널(1000)이 블랙을 표시할 때, 측면의 특정 위치에서 블랙으로 보이도록 위상차(retardation)값을 세팅한 것이다. 즉, 특정 위치의 측면에서 보았을 때 하부 편광판의 투과축을 기준으로 상부 편광판의 투과축이 이루는 각도인 측면 투과 각도에 수직한 빛이 상부 편광판으로 전달되도록 세팅한 것이다.
이와 같이 C 플레이트 보상층(105)을 하부 표시판(100)에 형성하는 도 10의 실시예에서의 빛의 편광 변화를 도 11을 통하여 살펴본다.
도 11은 도 10의 실시예에 따른 빛의 편광 변화를 도시한 도면이다.
도 11에서는 도 4와 달리 하나의 구 좌표도에서 화살표를 통하여 편광 특성의 변화를 도시하였다.
먼저, 백라이트 유닛(2000)에서 제공된 백색 광은 하부 편광판(110)을 지나면서 선평광을 가진다. 하부 편광판(110)의 투과축 방향은 구 좌표도상 T로 도시되어 있다.
그 후, B 플레이트 보상층(120)을 투과하면, 빛의 편광이 E 위치로 변경된다. E 위치는 B 플레이트 보상층(120)의 보상 특성에 따라 변동될 수 있지만, 타원 편광 중 하나이다. 본 실시예에서 사용된 B 플레이트 보상층(120)은 Ro로 75nm를, Rth로 135nm인 것을 사용하였다.
그 후, 네거티브 타입(negative type)의 C 플레이트 보상층(105)를 투과하면, 빛의 편광이 F' 위치로 변경된다. F' 위치도 C 플레이트 보상층(105)의 위상차(retardation) 특성에 따라 변경될 수 있지만, 타원 편광 중 하나이며, E 위치와는 동일 방향의 타원 편광이다. 본 실시예에서는 네거티브 타입의 C 플레이트 보상층(205)의 Rth가 180nm인 것을 사용하였다. C 플레이트 보상층(205)의 Ro값은 0에 근접하는 매우 작은 값을 가진다.
그 후, 액정층(300)을 투과하면, 빛의 편광이 A 위치로 변경된다. A 위치는 측면에서 보았을 때 상부 편광판(210)의 투과축에 수직을 이루는 각도이므로, 상부 편광판(210)을 투과하지 못한다. 그 결과 블랙이 명확하게 표시되며, 빛샘이 발생하지 않는다. 본 실시예에서 액정층은 320nm의 위상차를 제공하는 물질 및 두께로 사용하였다.
도 11을 참고하면, 도 10의 실시예와 도 1의 실시예가 동일하게 측면 투과 각도에 대하여 수직한 빛을 상부 편광판(210)에 제공하는 것을 확인할 수 있다. 그 결과 도 10의 실시예도 도 1의 실시예와 동일하게 전방위에서의 콘트라스트 비(CR)가 향상된다.
즉, C 플레이트 보상층이 상부 표시판(200)에 위치하거나 하부 표시판(100)에 위치하거나 상관없이 동일하게 전방위 콘트라스트 비(CR)가 향상되는 것을 확인할 수 있다.
이를 기초로 하면, A 플레이트 보상층을 B 플레이트 보상층 대신에 사용하는 실시예에서도 C 플레이트 보상층을 하부 표시판(100)에 위치시키는 실시예도 사용될 수 있다.
이 실시예는 도 12를 통하여 살펴본다.
도 12는 일 실시예에 따른 액정 표시 장치의 개략도이다.
도 12의 실시예는 도 7의 실시예와 달리 C 플레이트 보상층(105)이 하부 표시판(100)에 포함되어 있다.
즉, 상부 표시판(200)에는 상부 기판(201) 및 상부 편광판(210)을 포함하며, 하부 표시판(100)에 하부 기판(101)과 그 배면에 부착되어 있는 A 플레이트 보상층(130) 및 하부 편광판(110), 그리고 하부 기판(101)의 내면에 형성되어 있는 C 플레이트 보상층(105)을 포함한다.
도 12의 실시예에 포함되는 A 플레이트 보상층(130), 액정층(300) 및 C 플레이트 보상층(105)의 리타데이션 값은 도 7과 동일하다.
즉, A 플레이트 보상층(130)은 광학적으로 단축성(uniaxial) 특성을 가지는 필름으로 면 방향(x, y 방향) 성분 중 하나와 수직 방향(z 방향)이 동일한 위상차를 제공하며, 면 방향(x, y 방향) 성분 중 나머지 하나가 다른 위상차를 제공한다. 본 발명의 실시예에서 A 플레이트 보상층(130)은 Ro (in-plane retardation)값으로 70nm~180nm의 값을 가질 수 있으며, Rth(out-of-plane retardation)값은 이론상으로 0 nm 인 값을 가질 수 있다. 하지만, 실제 A 플레이트 보상층(130)의 Rth(out-of-plane retardation)값은 10nm~90nm의 값을 가질 수 있다. 본 실시예에서는 Ro 값이 125nm인 A 플레이트 보상층(130)을 사용한다.
한편, 하부 기판(101)의 내측에 위치하는 C 플레이트 보상층(105)은 코팅 C 플레이트 보상층이며, 코팅 두께에 따라서 투과하는 빛에 제공하는 위상차(retardation)값이 변동된다.
C 플레이트 보상층(105)도 단축성(uniaxial) 보상 필름으로 평면내의 방향으로 제공되는 위상차(retardation)값은 동일(nx=ny)하고, 수직 방향의 위상차값은 평면 내의 위상차값보다 작은(nx=ny>nz) 특징을 가지는 네거티브 타입(negative type)의 C 플레이트 보상층을 사용한다.
본 실시예에서 사용가능한 A 플레이트 보상층(130)과 C 플레이트 보상층(105) 각각의 Rth값은 아래와 같은 수학식 2의 조건을 만족시킬 수 있다.
[수학식 2]
180nm ≤ A 플레이트 Rth값 + C 플레이트 Rth값 ≤460
여기서, A 플레이트 Rth값은 A 플레이트 보상층의 Rth(out-of-plane retardation)값을 의미하며, C 플레이트 Rth값은 네거티브 타입의 C 플레이트 보상층의 Rth(out-of-plane retardation)값이다.
하지만, 위에서 살펴본 바와 같이 A 플레이트 보상층(130)의 Rth값은 이론상 0이며, 거의 0에 준하는 값을 가지므로, 수학식 2의 Rth값은 대부분 C 플레이트 보상층(105)의 Rth값일 수 있다. 이에 C 플레이트 보상층(205)의 Rth(out-of-plane retardation)값은 90nm~450nm의 값을 가질 수 있다.
또한, C 플레이트 보상층(105)이 형성되는 위치는 하부 기판(101)의 내측면에 부착되어 위치하거나, 박막 트랜지스터(TFT) 및 화소 전극이 형성된 그 위에 위치할 수도 있다. 또한, 실시예에 따라서는 C 플레이트 보상층(105)이 박막 트랜지스터(TFT) 및 화소 전극이 위치하는 층 중간에 위치할 수도 있다.
도 1의 설명에서 포함되어 있는 B 플레이트 보상층(120), C 플레이트 보상층(205) 및 액정층(300)의 위상차(retardation)값에 대한 수치범위는 정면을 기준으로 하지 않고 측면을 기준으로 한 값이다. 즉, 표시 패널(1000)이 블랙을 표시할 때, 측면의 특정 위치에서 블랙으로 보이도록 위상차(retardation)값을 세팅한 것이다. 즉, 특정 위치의 측면에서 보았을 때 하부 편광판의 투과축을 기준으로 상부 편광판의 투과축이 이루는 각도인 측면 투과 각도에 수직한 빛이 상부 편광판으로 전달되도록 세팅한 것이다.
이상에서 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.
1000: 표시 패널 2000: 백라이트 유닛
105, 205: C 플레이트 보상층 120: B 플레이트 보상층
130: A 플레이트 보상층 300: 액정층
210: 상부 편광판 110: 하부 편광판
201: 상부 기판 101: 하부 기판
200: 상부 표시판 100: 하부 표시판

Claims (20)

  1. 상부 표시판, 하부 표시판 및 상기 상부 표시판과 상기 하부 표시판의 사이에 위치하는 액정층을 포함하는 표시 패널, 및
    상기 표시 패널에 빛을 제공하는 백라이트 유닛을 포함하며,
    상기 상부 표시판은 상부 편광판을 포함하고,
    상기 하부 표시판은 B 플레이트 보상층 및 하부 편광판을 포함하며,
    상기 상부 표시판 또는 상기 하부 표시판 중 하나는 네거티브 타입의 C 플레이트 보상층을 더 포함하며,
    상기 액정층, 상기 B 플레이트 보상층 및 상기 C 플레이트 보상층이 제공하는 위상차(retardation)값은 블랙을 표시하는 경우, 특정 위치의 측면에서 보았을 때 상기 하부 편광판의 투과축을 기준으로 상기 상부 편광판의 투과축이 이루는 각도인 측면 투과 각도에 수직한 빛이 상기 상부 편광판으로 전달되도록 정해진 액정 표시 장치.
  2. 제1항에서,
    상기 네거티브 타입의 C 플레이트 보상층은 Rth(out-of-plane retardation)값으로 80nm~260nm의 값을 가지는 액정 표시 장치.
  3. 제2항에서,
    상기 B 플레이트 보상층은 광학적으로 이축성(biaxial) 특성을 가지며, Ro (in-plane retardation)값은 50nm~100nm의 값을 가질 수 있으며, Rth(out-of-plane retardation)값은 80nm~190nm 값을 가지는 액정 표시 장치.
  4. 제3항에서,
    상기 액정층은 액정 분자를 포함하며,
    상기 액정 분자는 전계가 인가되지 않았을 때 수직 배열되어 있으며,
    상기 액정층은 상기 백라이트 유닛에서 제공되는 빛에 대하여 총 240nm~400nm의 위상차(retardation)을 제공하는 액정 표시 장치.
  5. 제4항에서,
    상기 네거티브 타입의 C 플레이트 보상층의 Rth(out-of-plane retardation)값과 상기 B 플레이트 보상층의 Rth(out-of-plane retardation)값은 아래의 수식을 만족하는 액정 표시 장치.
    [수학식 1]
    180nm ≤ B 플레이트 Rth값 + C 플레이트 Rth값 ≤460
  6. 제4항에서,
    상기 네거티브 타입의 C 플레이트 보상층은 Rth(out-of-plane retardation)값으로 180nm의 값을 가지고,
    상기 B 플레이트 보상층은 Ro (in-plane retardation)값은 75nm의 값을 가지고, Rth(out-of-plane retardation)값은 135nm 값을 가지며,
    상기 액정층은 상기 백라이트 유닛에서 제공되는 빛에 대하여 총 320nm의 위상차(retardation)을 제공하는 액정 표시 장치.
  7. 제1항에서,
    상기 특정 위치의 측면은 측면 빛샘이 큰 영역 내에 위치하는 액정 표시 장치.
  8. 제1항에서,
    상기 상부 표시판은 상기 네거티브 타입의 C 플레이트 보상층을 포함하며,
    상기 상부 표시판의 내측에 상기 네거티브 타입의 C 플레이트 보상층이 형성되어 있는 액정 표시 장치.
  9. 제1항에서,
    상기 하부 표시판은 상기 네거티브 타입의 C 플레이트 보상층을 포함하며,
    상기 하부 표시판의 내측에 상기 네거티브 타입의 C 플레이트 보상층이 형성되어 있는 액정 표시 장치.
  10. 제1항에서,
    상기 네거티브 타입의 C 플레이트 보상층은 위상차를 제공하는 물질을 코팅하여 형성되어 있는 액정 표시 장치.
  11. 상부 표시판, 하부 표시판 및 상기 상부 표시판과 상기 하부 표시판의 사이에 위치하는 액정층을 포함하는 표시 패널, 및
    상기 표시 패널에 빛을 제공하는 백라이트 유닛을 포함하며,
    상기 상부 표시판은 상부 편광판을 포함하고,
    상기 하부 표시판은 A 플레이트 보상층 및 하부 편광판을 포함하며,
    상기 상부 표시판 또는 상기 하부 표시판 중 하나는 네거티브 타입의 C 플레이트 보상층을 더 포함하며,
    상기 액정층, 상기 A 플레이트 보상층 및 상기 C 플레이트 보상층이 제공하는 위상차(retardation)값은 블랙을 표시하는 경우, 특정 위치의 측면에서 보았을 때 상기 하부 편광판의 투과축을 기준으로 상기 상부 편광판의 투과축이 이루는 각도인 측면 투과 각도에 수직한 빛이 상기 상부 편광판으로 전달되도록 정해진 액정 표시 장치.
  12. 제11항에서,
    상기 네거티브 타입의 C 플레이트 보상층은 Rth(out-of-plane retardation)값으로 90nm~450nm의 값을 가지는 액정 표시 장치.
  13. 제12항에서,
    상기 A 플레이트 보상층은 광학적으로 단축성(uniaxial) 특성을 가지며, Ro (in-plane retardation)값은 70nm~180nm의 값을 가지는 액정 표시 장치.
  14. 제13항에서,
    상기 액정층은 액정 분자를 포함하며,
    상기 액정 분자는 전계가 인가되지 않았을 때 수직 배열되어 있으며,
    상기 액정층은 상기 백라이트 유닛에서 제공되는 빛에 대하여 총 240nm~400nm의 위상차(retardation)을 제공하는 액정 표시 장치.
  15. 제11항에서,
    상기 네거티브 타입의 C 플레이트 보상층의 Rth(out-of-plane retardation)값과 상기 A 플레이트 보상층의 Rth(out-of-plane retardation)값은 아래의 수식을 만족하는 액정 표시 장치.
    [수학식 2]
    180nm ≤ A 플레이트 Rth값 + C 플레이트 Rth값 ≤460
  16. 제14항에서,
    상기 A 플레이트 보상층은 Ro (in-plane retardation)값은 125nm의 값을 가지며,
    상기 액정층은 상기 백라이트 유닛에서 제공되는 빛에 대하여 총 320nm의 위상차(retardation)을 제공하는 액정 표시 장치.
  17. 제11항에서,
    상기 특정 위치의 측면은 측면 빛샘이 큰 영역 내에 위치하는 액정 표시 장치.
  18. 제11항에서,
    상기 상부 표시판은 상기 네거티브 타입의 C 플레이트 보상층을 포함하며,
    상기 상부 표시판의 내측에 상기 네거티브 타입의 C 플레이트 보상층이 형성되어 있는 액정 표시 장치.
  19. 제11항에서,
    상기 하부 표시판은 상기 네거티브 타입의 C 플레이트 보상층을 포함하며,
    상기 하부 표시판의 내측에 상기 네거티브 타입의 C 플레이트 보상층이 형성되어 있는 액정 표시 장치.
  20. 제11항에서,
    상기 네거티브 타입의 C 플레이트 보상층은 위상차를 제공하는 물질을 코팅하여 형성되어 있는 액정 표시 장치.
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