KR100543347B1 - 광시야각 보상필름 및 이를 포함한 액정 표시장치 - Google Patents

광시야각 보상필름 및 이를 포함한 액정 표시장치 Download PDF

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Abstract

본 발명에 의한 광시야각 보상필름은 제 1 보호층과, 제 1 보호층 상부에 형성된 편광 층과, 편광 층 상부에 형성되고, 제 1 보호층과 동일한 선 팽창력 및 수축력을 갖는 제 2 보호층 및 제 2 보호층 상부에 배치된 액정층을 포함한다. 본 발명에의한 광시야각 보상필름은 열의한 팽창 및 수축시에 제 1 보호층과 제 2 보호층이 동일한 힘으로 팽창하여 광시야각 보상필름이 휘는 것을 방지하고 액정층의 배열변화를 방지하여 화질을 개선한다.
시야각, 보상필름, 디스코틱액정, 얼룩, TCA

Description

광시야각 보상필름 및 이를 포함한 액정 표시장치{WIDE-VIEWING ANGLE FILM AND LIQUID CRYSTAL DISPLAY DEVICE HAVING THE SAME}
도 1은 종래 광시야각 보상필름에 의한 얼룩 발생부위를 도시하는 평면도이다.
도 2a는 네마틱 액정에서의 각 방향에 대한 굴절율을 도시하는 개념도이다.
도 2b는 디스코틱 액정에서의 각 방향에 대한 굴절율을 도시하는 개념도이다.
도 2c는 네마틱 액정과 디스코틱 액정의 결합에 의해 빛의 진행 방향에 대한 위상차를 보상하는 방법을 도시한 개념도이다.
도 3a는 90°본 발명의 제 1 실시예에 의한 트위스티드 네마틱 액정셀에 부착되는 디스코틱 액정에 붙은 광시야각 위상층의 구조를 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 3b는 본 발명의 제 2 실시예에 의한 수직 배향(Vertical alignment) 액정셀에 부착되는 디스코틱 액정에 붙은 광시야각 위상층의 구조를 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 4는 광 시야각 보상필름의 부분 절개 사시도이다.
도 5a는 도 4의 광 시야각 보상필름의 제 1 제 1 보호층 및 제 2 보호층의 팽창율/수축율이 다른 경우, 열에 의한 광 시야각 보상필름의 휨을 도시하는 개략적인 사시도이다.
도 5b는 도 5a의 A-A'방향의 단면도이다.
도 5c는 도 5a의 B-B'방향의 단면도이다.
도 6은 도 5a 방향에 따른 리타데이션 값을 도시하는 그래프이다.
도 7은 본 발명에 의한 광시야각 보상필름이 부착된 액정 표시장치의 개략적인 단면도이다.
<도면의 주요부분에 대한 간단한 설명>
101: 네마틱 액정분자 102: 디스코틱 액정분자
201: 액정층 202: 광시야각 보상필름
400: 점착제
401: 유리기판 402: 디스코틱 액정층
403: 제 2 보호층 404: 편광 층
405: 제 1 보호층 700: 컬러필터 기판
701: 제 1 유리기판 702: 컬러필터
703: 평탄화막 704: 공통전극
705: 제 2 유리기판 706: 스페이서
707: 반사전극 708: 유기 절연막
709: 박막 트랜지스터 710: 투명전극
711: 실런트 712: 게이트 구동회로
713: 연결 배선 800: 액정 표시패널
본 발명은 광시야각 보상필름 및 이를 포함한 액정 표시장치에 관한 것으로, 보다 상세히 설명하면 액정 표시장치에서 발생하는 얼룩무늬를 제거함으로써 품질 표시를 개선하는 광시야각 보상필름 및 이를 포함한 액정 표시장치에 관한 것이다.
액정 표시장치는 액정의 동작 전압이 낮아 소비전력이 낮으며 구동회로 및 주변회로가 비교적 간단하며, 가볍고 부피가 표시장치로 널리 사용되는 추세에 있다. 액정 표시장치에는 GH, PDLC 나 PSTC와 같은 빛의 흡수형 또는 산란형 액정 표시장치와 트위스티드 네마틱 형 같은 빛의 편광형 액정표시장치가 있는데, 흡수형 또는 산란형 액정표시장치의 경우에는 시야각이 넓은 반면, 명암대비가 작고, 편광형 액정표시장치의 경우에는 명암대비는 좋으나 시야각이 좁은 단점이 있다. 편광형 액정표시장치가 시야각이 좁은 이유는 액정셀을 지난 빛의 위상변화가 빛의 진행 방향에 따라 달라지며, 편광판에 비스듬히 들어오는 빛은 검광판을 지날 때 완전히 소광되지 않기 때문이다.
따라서 액정 표시장치가 탁상용 모니터로 상용됨에 따라 시야각을 넓게 하여야할 필요성에 당면하고 있으며, 이에 따라 시야각을 넓히기 위해 다중영역(multidomain)기술, 인플레인 스위치(In Plane Switch :IPS)모드, 수직 정렬(Vertical alignment)모드, 광 경로 조절기술 및 위상 보상기술 등이 개발되었 다.
다중영역 기술이란 한 화소를 여러 영역으로 나누어 각 영역마다 액정 분자의 배향을 다르게 하여 화소의 특성이 그 속에 포함된 여러 영역의 특성의 평균값이 되도록 하여 광 시야각을 증대시킨다. 그러나 각 영역마다 배향을 다르게 만드는 공정이 복잡하고, 두 영역이 맞닿는 경계에서는 액정 분자의 배향을 제어할 수 없어 그 부분으로 빛이 누출되어 차광막(Black Matrix: BM)이나 박막 트랜지스터(Thin Film Transistor)의 배선으로 가려야 한다. 다중영역 기술을 이용하면 시야각 특성은 여러 방향에 대하여 평균값으로 나타나므로, 시야각 특성이 나쁜 방향에서는 시야각이 개선되지만, 시야각 특성이 좋은 방향에서는 상대적으로 화질이 저하된다.
인플레인 스위치 모드란 수평방향 전기장(Lateral electric field)을 걸어주어 액정의 방향자가 배향막에 나란한 평면에서 꼬이게 함으로써 광 시야각을 증대시킨다. 인플레인 스위치 모드는 시야각이 매우 넓어서 17인치 탁상용 액정표시장치로 널리 쓰이고 있으나, 낮은 개구율, 늦은 반응시간, 상대적으로 높은 구동전압 등의 단점이 있다.
수직 정렬모드에서는 수직 배향제와 음의 액정과 위상차 판을 사용하여 시야각을 증대시킨다. 수직 정렬모드는 90°트위스티드 네마틱(Twisted Nematic :TN)액정 표시장치에 비해 디스코틱(Discotic) 액정의 배열이 단순하다. 또한 90°트위스티드 네마틱 액정장치에서는 액정층의 상부 및 하부에 각각 위상층을 부착함에 비해 한 쪽에만 위상 판을 부착하면 되므로 재료비가 적게든다. 그러나 수직 정렬모드에 광시야기술을 적용하기 위해서는 근본적으로 앞서 언급한 다중영역기술이 적용되어야 한다.
광경로 조절기술이란 백라이트에서 나오는 빛을 액정 패널에 수직으로 지나게 하고 편광판을 지나온 빛을 여러 방향으로 퍼지게 하여 넓은 광 시야각을 확보한다. 편광판을 지나온 빛을 여러 방향으로 퍼지게 하기 위해서는 얼라이드 시그널(Allied signal)사의 스펙트라 뷰(Spectra view)필름 등을 이용한다. 그러나 빛은 하나의 광학 부품을 통과할 때마다 적어도 약 10%이상의 빛이 흡수되기 때문에 투과율이 떨어지고 또한 필름의 미세 패턴을 사출성형이 아닌 마이크로 리소그래피(Microlithography)를 응용하여 만들기 때문에 가격이 매우 높다.
또한 일본의 스미또모 화학에서 제작한 광 조절 필름(Light Control Film:LCF)은 편광판과 액정셀 사이에 굴절율이 다른 회절 격자(grating)을 두어 빛의 퍼지는 정도를 조절하여 시야각을 넓힌다.
이러한 광경로를 조절하여 시야각을 넓히는 기술은 실효성이 떨어져 대부분 연구가 중단된 상태이다.
위상 보상 기술이란 액정셀을 지나오는 빛의 방향의 변화에 따른 위상차를 광시야각 보상필름을 써서 보상하는 기술이다. 그러나 종래의 광시야각 보상필름의 경우 보상필름을 형성하는 각 필름의 두께가 비대칭 구조로 형성되어 각 필름의 열적인 수축 팽창이 달라서 각 계면간의 응력(Stress) 차이에 의해 광학축 및 리타데이션(Retardation)값에 변화가 발생하고, 이것이 도 1에서 보이는 바와 같은 얼룩으로 발생하게 된다.
도 1은 종래 광시야각 보상필름에 의한 얼룩 발생부위를 도시하는 평면도이다.
도 1을 참조하면, 액정표시장치에 종래 비대칭 구조의 광시야각 보상필름을 부착한 경우, R영역에서 얼룩이 발생한다. 이와같이 얼룩이 발생하는 경우 화질에 악영향을 주는 문제가 발생한다.
따라서 본 발명의 제 1 목적은 화질 개선을 위한 광시야각 보상필름을 제공함에 그 목적이 있다.
본 발명의 제 2 목적은 상기 광시야각 보상필름을 구비한 액정 표시장치를 제공함에 그 목적이 있다.
이러한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 의한 광시야각 보상필름은 제 1 보호층과, 제 1 보호층 상부에 형성된 편광 층과, 편광 층 상부에 형성되고, 제 1 보호층과 동일한 선 팽창/수축력을 갖는 제 2 보호층 및 제 2 보호층 상부에 배치된 액정층을 포함한다. 본 발명에의한 광시야각 보상필름은 열의한 팽창/수축시에 제 1 보호층과 제 2 보호층이 동일한 힘으로 팽창하여 광시야각 보상필름이 휘는 것을 방지하고 액정층의 배열변화를 방지하여 화질을 개선한다.
또한 본 발명에 의한 액정표시장치는 컬러필터 기판, 어레이 기판, 컬러필터 기판 및 어레이 기판 사이에 게재된 제 1 액정층 및 컬러필터 기판 및 어레이 기판에 각각 부착된 제 1 광시야각 보상필름 및 제 2 광시야각 보상필름을 포함한다. 컬러필터기판은 레드 컬러필터, 그린 컬러필터 및 블루 컬러필터 및 공통전극을 포함하고, 어레이 기판은 각 컬러필터에 대응하도록 화소전극을 포함한다. 제 1 광시야각 보상필름 및 제 2 광시야각 보상필름은 제 1 보호층과, 상기 제 1 보호층 상부에 형성된 편광 층과,상기 편광 층 상부에 형성되고 제 1 보호층과 동일한 선 팽창/수축력을 갖는 제 2 보호층, 및 상기 제 2 보호층 상부에 배치된 제 2 액정층을 포함하여 팽창 수축시에 상기 제 1 보호층과 상기 제 2 보호층이 동일한 힘으로 팽창함으로써 휨을 방지하고 상기 액정층의 배열변화를 방지하여 화질을 개선한다.
이하, 도면을 중심으로 본 발명을 상세히 설명한다.
도 2a는 네마틱 액정에서의 각 방향에 대한 굴절율을 도시하는 개념도이고, 도 2b는 디스코틱 액정에서의 각 방향에 대한 굴절율을 도시하는 개념도이다.
도 2a를 참조하면, 광이 액정 표시패널의 네마틱(Nematic) 액정(101)의 방향자에 대해 입사각(θ)이 커지면 P파 성분에 대한 굴절율은 액정층에서는 커진다(ΔnP/Δθ > 0). 또한 이 경우 x 방향에 대한 굴절률 nx와 y 방향에 대한 굴절률 ny는 실질적으로 동일하며, 이 값은 z 방향에 대한 굴절률 nz보다 작다(nz > nx, ny).
도 2b를 참조하면, 광시야각 보상필름의 디스코틱(Discotic) 액정(102)의 방향자에 대해 입사각(θ)이 커지면 P파 성분에 대한 굴절율은 보상필름에서는 작아진다(ΔnP/Δθ < 0). 또한 이 경우 x 방향에 대한 굴절률 nx와 y 방향에 대한 굴절률 ny는 실질적으로 동일하며, 이 값은 z 방향에 대한 굴절률 nz보다 크다(nz < nx, ny).
도 2c는 네마틱 액정과 디스코틱 액정의 결합에 의해 빛의 진행 방향에 대한 위상차를 보상하는 방법을 도시한 개념도이다.
도 2c를 참조하면, 네마틱 액정(101)의 방향자(장축방향)와 디스코틱 액정(102)의 축(axis)이 나란한 경우 빛의 진행 방향에 대한 위상차가 어느정도 보상된다. 이것은 도 1a 및 도 1b에 관한 설명에서 살펴본 바와 같이 액정층에서는 z 방향의 굴절률(nz)이 가장 크지만, 보상 필름에서는 z 방향의 굴절률(nz)이 가장 작기 때문이다.
도 3a는 본 발명의 제 1 실시예에 의한 90°트위스티드 네마틱 액정셀에 부착되는 디스코틱 액정에 부착되는 광시야각 위상층의 구조를 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 3a를 참조하면, 90°트위스티드 네마틱 액정셀에 부착되는 액정 표시장치의 액정셀(201)의 상부와 하부에는 액정셀(201)에 의한 빛의 위상차를 보상하기 위해서 광시야각 보상필름(202)이 부착된다. 광시야각 보상필름(202)은 다층의 필름으로 구성되지만, 도 3a에서는 편의상 액정만을 도시하고, 다층의 필름구조는 도 4에서 설명하기로 한다.
도 3a를 참조하면 액정 표시 장치의 액정셀(201)의 네마틱 액정 분자(101)은 액정셀(201)의 상부와 하부에서 일정한 선경사 각(Pre-tilt angle)을 형성하고 방향은 서로 반대이다. 또한 액정셀(201)의 중심부 층에서는 액정셀이 광시야각 보상필름(202)을 기준으로 실질적으로 수직으로 배향된다.
이러한 액정셀(201)의 네마틱 액정 분자(101)는 헬름홀츠 자유 에너지(Helmholtz free energy)가 최소가 되도록 배열된다. 이러한 액정셀의 배열은 다음의 방법으로 구할 수 있다.
액정셀(201)의 네마틱 액정 분자(101)들의 헬름홀츠 자유 에너지밀도는 액정 분자들의 탄성에너지 밀도와 액정층에 가해지는 전자기장에 의한 에너지 밀도의 합으로 표현된다. 액정의 배열 변화에 의한 탄성에너지 밀도는 액정이 벌어지는 경우(Spray), 꼬이는 경우(Twist) 및, 휘는 경우(band)에 발생한다. 각각의 경우 발생하는 탄성에너지 밀도의 합과 전기장에 의한 에너지 밀도 1/2(DㆍE)를 합하여 헬름홀츠 자유에너지 밀도를 구한다. 정전계인 경우 자기장은 발생하지 않으므로 고려하지 않는다.
이 헬름홀츠 자유에너지 밀도를 전 액정셀이 점유하는 공간 전체로 적분하여 헬름홀츠 자유에너지를 구한다. 변분법(Variational method)을 이용하여 헬름홀츠 자유에너지가 최소가 되는 조건을 나타내는 미분 방정식인 오일러-라그랑즈 방정식(Euler-Lagrange equation)을 구한다.
오일러-라그랑즈 방정식에 의하면 액정셀(201)의 상부와 하부에서 선경사각(Pre-tilt angle)이 동일하고 액정셀의 가운데 부분을 중심으로 대칭으로 배열되는 경우에 헬름홀츠 자유에너지가 최소임을 알 수 있다.
이러한 오일러-라그랑즈 방정식에 경계조건[즉, 액정셀(201)과 광시야각 보상필름(202)의 경계에 배치된 네마틱 액정분자(101)의 선 경사각(Pre-tilt angle) θ1(0< θ1<90)을 대입하면 액정셀(201)의 네마틱 액정분자(101)는 도 2에 도시된 바와 같이 배열된다. 도 2에서는 트위스트되지 않은 상태를 도시하였고, 실제로는 경계조건에 의해 상부와 하부의 네마틱 액정분자(101)는 90°트위스트되어 있다.
이와같이 배열된 액정층(201)의 상부와 하부에는 디스코틱 액정분자(102)를 포함하는 광시야각 보상필름(202)이 부착된다. 액정층(201)과 광시야각 보상필름(202)의 경계면을 중심으로 서로 마주보는 층에서의 액정배열은 도 1c에서 설명한 바와 같이 네마틱 액정(102)의 방향자(장축방향)와 디스코틱 액정분자(102)의 축(axis)이 나란하게 배열되도록 하여 위상차를 감소시킴으로써 광시야각을 개선한다.
도 3b는 본 발명의 제 2 실시예에 의한 수직 배향(Vertical alignment) 액정셀에 부착되는 디스코틱 액정에 붙은 광시야각 위상층의 구조를 개략적으로 도시한 단면도이다. 수직 배향 액정셀에 부착되는 광시야각 보상필름(302)은 다층의 필름으로 구성되지만, 도 3b에서는 편의상 액정만을 도시하고, 다층의 필름구조는 도 4에서 설명하기로 한다.
도 3b를 참조하면, 수직배향 모드의 액정층(301)에서는 네마틱 액정분자가 수직으로 배열한다.
앞에서 설명한 바와 마찬가지로 오일러-라그랑즈 방정식에 경계조건으로 선 경사각을 90°를 대입하면 도 3b에 도시된 네마틱 액정분자(101)의 배열을 얻는다. 수직배향 모드는 90°트위스티드 모드에 비해 계조 전압에 대한 반응 시간의 폭이 작아 응답특성이 90°트위스티드 모드에 비해 좋다. 또한 도 3b에 도시된 바와같이 광시야각 보상필름(302)이 1개 부착된다. 따라서 위상층의 구조도 간단하고 디스코틱 액정분자(102)의 배열도 간단하다. 이러한 광시야각 보상필름은 수직배향 모드의 액정 표시장치를 구성하는 컬러 필터 기판 또는 어레이 기판에 부착된다.
도 4는 광시야각 보상필름의 부분 절개 사시도이다.
도 4에서는 도 3a에 도시된 90°트위스티드 네마틱 액정셀에 부착되는 광시야각 위상층을 예로 도시하였으나, 도 3b에 도시된 수직 배향 모드의 액정셀에 부착되는 광시야각 위상층은 액정의 방향만 상이할 뿐 다층의 필름구조는 동일하므로 이는 생략한다.
도 4를 참조하면, 광시야각 보상필름(202)은 트리아세틸 셀룰로오스 (Triacetyl cellulous: TAC)를 포함하는 제 1 필름(405), 폴리비닐 알콜(Poly Vinyl Alcohol:PVA)을 포함하는 제 2 필름(404), 트리아세틸 셀룰로오스 (Triacetyl cellulous: TAC, 403)를 포함하는 제 3 필름(403) 및 제 3 필름(403) 상부에 형성된 디스코틱 액정층(402)를 포함한다.
제 1필름(405)과 제 3필름(403)은 제 2 필름(404)을 각각 상부와 하부에서 밀착하여 보호하고 제 2 필름(404)을 지지한다. 제 2 필름(404)의 한쪽 면에만 트리아세틸 셀룰로오스를 포함하는 필름이 부착되기도 하였으나, 이 경우 트리아세틸 셀룰로오스 필림이 부착되지 않은 면이 손상되었다.
폴리비닐 알콜(PVA)을 포함하는 제 2필름(404)은 빛을 편광한다. 이러한 제 2 필름(404)은 폴리비닐 알콜필림을 한쪽 방향으로 늘린후, 요오드(I)나 이색성 염료를 흡착하여 제작된다. 이때 연신축 방향이 편광판의 흡수축이다.
디스코틱 액정층(402)은 디스코틱 액정분자(102)가 포함된 액상의 솔벤트를 제 1필름(403)에 도포하고 열을 가하여 솔벤트를 기화시킨다. 이후에 러빙(Rubbing)에 의해 디스코틱 액정분자(102)를 틸트시킴으로써 광시야각 보상필름(202)이 형성된다.
도 4에서는 디스코틱 액정층(402)의 두께가 다른 필름에 비해 매우 크게 도시되었으나 이는 디스코틱 액정을 표시하기 위함이고, 실제 디스코틱 액정층(402)의 두께는 다른 필름에 비해 매우 작다. 종래 광시야각 보상필름(202)의 경우, 실제 디스코틱 액정층(402)의 두께는 대략 2㎛ 내지 3㎛의 범위이고, 제 1 필름(403)의 두께는 대략 110㎛이고, 제 2 필름(404)의 두께는 대략 25㎛이며, 제 3 필름의 두께는 대략 80㎛의 두께로 제작되었다.
그런데 빛을 편광시키는 제 2 필름(404)을 보호하기 위한 제 1필름(403) 및 제 3 필름(405)의 두께는 액정 표시장치의 화질에 매우 중요한 영향을 미친다. 구체적으로 제 1 필름(403) 및 제 3필름(405)의 두께의 비 대칭성이 도 1에서 도시한 얼룩무늬 발생의 한 원인으로 작용한다. 이하 제 1 필름(403) 및 제 3 필름(405)의 두께가 얼룩무늬의 원인이 되는 메카니즘을 설명한다.
도 5a는 도 4의 광시야각 보상필름의 제 1 제 1 보호층 및 제 2 보호층의 팽창율/수축율이 다른 경우, 열에 의한 광 시야각 보상필름의 휨을 도시하는 개략적인 사시도이고, 도 5b는 도 5a의 A-A'방향의 단면도이고, 도 5c는 도 5a의 B-B'방향의 단면도이다.
뒤에 설명할 액정 표시장치는 일반적으로 영상신호에 따라 액정의 배열을 변화시켜 광 투과율을 조절하는 액정 표시패널과 액정 표시패널상에 광을 공급하는 백라이트 어셈블리를 포함하는데, 액정 표시패널에 부착된 광시야각 보상필름은 백라이트 어셈블리에서 발생한 열에 의해 수축하게 된다.
이 경우 광시야각 보상필름을 구성하는 제 1 보호층(405)과 제 2 보호층(403)의 열 팽창력/수축력이 서로 상이한 경우, 광시야각 보상필름은 도 5a에서 도시된 바와 같이 휘게 된다. 보다 상세히 설명하면, 일반적으로 제1 보호층(405)와 제2 보호층(403)은 일반적으로 동일한 물질로 구성되어 동일한 선 팽창율 및 선 팽창량을 갖는다. 그러나, 상기 제1 보호층(405)과 상기 제2 보호층(403)의 두께가 상이한 경우 선 팽창력은 상이하다. 즉, 상기 제1 보호층(405) 및 상기 제2 보호층d(403)의 선 팽창력은 두께에 비례한다.
그런데, 상기 제1 보호층(405)과 상기 제2 보호층(403)은 각각 상기 제1 및 제2 보호층(405, 403)과 선팽창율 및 선수축율이 상이한 편광층(404)에 접착되어 있어 상기 제1 보호층(405) 및 상기 제2 보호층(403)의 선 팽창량은 상기 편광층(404)에 영향을 받는다. 따라서, 상기 제1 보호층(405)과 상기 제2 보호층(403)의 선 팽창력이 다른 경우, 도 5a에 도시된 바와 같이 광시야각 보상필름이 휘게 된다.
이와같이 광시야각 보상필름이 휘는 경우, 광시야각 보상필름에 형성된 디스코틱 액정층의 배열이 상대적으로 변화하게 된다. 액정층의 배열이 변화하면 도 2에 도시된 네마틱 액정(101)의 방향자와 나란한 디스코틱 액정(102) 축(axis)이 어긋나게 된다. 따라서 도 1에 도시된 바와 같은 얼룩이 발생하게 된다.
그러므로, 제 2 보호층(403)과 제 1 보호층(405)의 열 팽창력/수축력이 동일한 경우 기판이 휘지 않게 되고, 결과적으로 얼룩이 감소된다.
이러한 결과는 도 3a에 도시된 90°트위스티드 네마틱 액정표시장치에 부착되는 광시야각 보상필름과 도 3b에 도시된 수직배향 모드 액정표시장치에 부착되는 광시야각 보상필름에 모두 적용된다.
도 6은 도 5a 방향에 따른 리타데이션 값을 도시하는 그래프이다.
도 6을 참조하면, 리타데이션(Retardation) 값은 양측 모서리 부분에서 증가하고, 중심부분에서 상대적으로 작은 값을 나타낸다.
리타데이션 값은 광학적 이방성 매체를 통해 전송된 두 선형 편광된 빛의 광 경로차이다. 광시야각 보상필름을 사용하는 경우 각 방향에 관한 네마틱 액정과 반대인 디스코틱 액정을 사용하여 리타데이션 값을 상쇄시키고 있으나, 도 6에서 도시된 바와 같이 에지 부분으로 갈수록 리타데이션 값이 증가하는 경우 에지 부분에서는 리타데이션 값이 증가하므로 도 1에서 보이는 얼룩이 발생한다.
아래의 표 1은 광시야각 보상필름을 형성하는 제 2 보호층과 제 1 보호층의 두께를 달리하여 얼룩의 정도를 작성한 표이다.
층 기존 광시야각 보상필름 샘플 1 샘플 2 샘플 3 샘플 4
점착제 25㎛
제2보호층 110㎛ 110㎛ 60㎛ 60㎛ 60㎛
편광필름 25㎛
제1보호층 80㎛ 40㎛ 40㎛ 60㎛ 80㎛
얼룩발생정도 X XX △ Ｏ Ｏ
실험은 70°C에서 4시간, 8시간 및 24시간 방치한 후, 얼룩의 발생정도를 검사하였다.
표 1의 얼룩 발생정도에서 X의 수가 많을수록 얼룩이 많이 발생함을 나타내고, △는 얼룩이 약간 감소함을 나타내고, Ｏ는 얼룩이 많이 감소됨을 나타낸다. 즉 Ｏ는 화질이 매우 양호함을, △는 화질이 양호함을, X는 화질이 양호하지 않음을 나타낸다. 실험에서 점착제의 두께는 25㎛로 고정하고, 편광필름의 두께 또한 25㎛로 고정한다.
먼저 기존의 광시야각 보상 필름의 경우, 제 2 보호층의 두께는 110㎛이고, 제 1 보호층의 두께는 80㎛이다. 이 경우 화면에 얼룩이 발생하였다. 샘플 1과 같이 제 2 보호층의 두께는 110㎛이고, 제 1 보호층의 두께는 40㎛으로 하여 제 1 보호층의 두께보다 더 줄여서 열 팽창/수축의 정도를 더 크게 하는 경우 얼룩이 보다 심하게 발생함을 볼 수 있다.
샘플 3에서는 제 2 보호층의 두께는 60㎛이고, 제 1 보호층의 두께는 60㎛이다. 이 경우 얼룩이 감소하여 화질이 매우 양호한 것으로 나타났다. 즉 제 1 보호층과 제 2 보호층이 같은 두께로 형성되는 경우 팽창/수축의 정도가 동일하므로 광시야각 보상필름의 휨이 발생하지 않게되어 액정의 배열에 변화가 덜하고, 얼룩이 감소하게 된다.
샘플 4에서는 제 2 보호층의 두께는 60㎛이고, 제 1 보호층의 두께는 80㎛이다. 이경우는 샘플 2에서와 같이 제 1 보호층과 제 2 보호층의 두께는 서로 다르다. 그러나 이 경우에도 화질이 양호한 것으로 나타났는데, 이는 제 2 보호층 상부에 부착되는 액정층 및 점착제에 기인한 것으로 생각된다.
또한 샘플 2에서는 제 2 보호층의 두께는 60㎛이고, 제 1 보호층의 두께는 40㎛이다. 이 경우 제 2 보호층의 두께는 110㎛이고, 제 1 보호층의 두께는 80㎛인 기존의 광시야각 보상필름의 경우보다 오히려 제 1 보호층과 제 2 보호층의 비 대칭성이 크다(∵ 1 > 8/11 > 4/6).
그럼에도 불구하고 기존의 광시야각 보상필름의 경우보다 화질이 개선된 것으로 나타났는데 이 또한 점착제에 기한 것으로 생각된다.
보다 상세히 설명하면 도 4에 도시된 바와 같이, 광시야각 보상필름은 점착제에 의해 유리기판에 접착되는데 열에 의한 광시야각 보상필름은 유리기판보다 열 팽창율/수축율이 크다. 따라서 광시야각 보상필름은 유리기판에 비해 많이 팽창하거나 수축한다. 그런데 광시야각 보상필름은 점착제에 의해서 유리기판에 접착되어 있으므로, 유리 기판에 점착되지 않은 경우에 비해 덜 팽창/수축하게 된다.
한편 광시야각 보상필름이 팽창/수축하는 힘은 두께에 비례한다. 광시야각 보상필름이 팽창/수축하려는 힘은 각 분자의 팽창/수축하는 힘의 합력이고, 각 분자의 수는 팽창/수축하는 방향의 단면적에 비례하기 때문이다. 즉 비유적으로 설명하면 두꺼운 스프링이나 고무줄의 탄성력이 얇은 스프링이나 고무줄의 탄성력에 비해 큰것에 비유할 수 있다.
따라서 광시야각 보상필름의 두께가 감소하면 상대적으로 팽창/수축하려는 힘이 감소하므로 점착제가 광시야각 보상필름의 팽창/수축하는 힘을 보다 용이하게 상쇄시킨다. 따라서 열 수축에 의한 휨이 보다 감소한다.
정리하면, 광시야각 보상필름의 휨이 감소하는 경우 얼룩의 발생이 억제된다.
도 7은 본 발명에 의한 광시야각 보상필름이 부착된 액정 표시장치의 개략적인 단면도이다.
도 7을 참조하면, 액정표시장치는 액정표시패널(800)과 액정표시패널의 하부에서 광을 공급하는 백라이트 어셈블리(도시안됨)를 포함한다.
액정표시장치의 액정표시패널(800)은 컬러 필터 기판(700), 어레이 기판(710) 및 컬러 필터 기판(700)과 어레이 기판(810)사이에 개재된 액정층(402)을 포함한다.
액정표시패널(800) 하부에는 백라이트 에셈블리(도시안됨)가 배치된다. 백라이트 에셈블리는 액정표시패널(800)에 광을 공급한다.
백라이트 어셈블리는 도광판, 도광판의 하부 또는 측부에서 광을 도광판으로 공급하는 램프, 및 도광판 상부로 출사하는 광의 휘도를 균일하게 하는 광 확산시트를 포함한다.
컬러 필터 기판(700)은 제 1 유리기판(701), 컬러필터(702), 평탄화막(703), 및 제 1 투명전극(704)을 포함한다.
제 1 유리기판(701) 상부에는 레드 컬러필터R, 그린 컬리필터 G 및 블루 컬러필터 B를 포함하는 컬러필터(702)가 형성되어 있다. 평탄화막(703)은 컬러필터(702)위에 형성된다.
또한 컬러필터 기판(700) 상부에는 제 1 광시야각 보상필름(202a)이 점착제(400)에 의해 부착된다. 광시야각 보상필름(202a)은 앞에서 설명한 바와 같이, 제 1 보호층(405), 편광층(404), 제 2 보호층(403) 및 디스코틱 액정을 포함하는 제 2 액정층(402)를 포함한다. 제 1 보호층(405)와 제 2 보호층(403)의 열 팽창율/수축율은 동일하여 백라이트 어셈블리(도시안됨)에서 발생한 광에 의해 온도가 상승하는 경우에도 제 1 보호층(405)와 제 2 보호층(403)은 동일하게 팽창 또는 수축하므로 휘지 않는다. 따라서 에지부가 컬러필터 기판(700)으로부터 이탈되지 않으며 제 2 액정층의 디스코틱 액정분자의 배열이 변화하지 않는다.
어레이 기판(810)은 제 2 유리기판(705), 박막 트랜지스터(Thin Film Transistor: TFT, 709), 투명전극(710), 게이트 구동회로(712), 데이터 구동회로(도시안됨), 반사전극(707) 및 연결배선(713)을 포함한다.
어레이 기판(810)은 표시영역(DR)과 주변영역(PR)으로 나뉘어진다. 표시영 역(DR)에는 박막 트랜지스터(709), 투명전극(710) 및 반사전극(707)이 위치하며, 주변영역(PR)에는 게이트 구동회로(408), 데이터 구동회로(도시안됨)가 위치한다.
제 2 유리기판(705) 위에는 박막 트랜지스터(709)가 형성되어 있다. 다수의 박막 트랜지스터(709)는 제 2 유리기판(705)위에서 매트릭스 형태로 배열된다. 또한 박막 트랜지스터(709)와 제 2 유리기판(705)의 일부에 투명전극(화소전극, 710)이 형성되어 박막 트랜지스터(709)와 제 2 유리기판(705)은 전기적으로 서로 연결된다.
박막 트랜지스터(709)와 투명전극(710)의 연결부위 상부에는 유기 절연막(708)이 형성되어 있다. 유기 절연막(708)은 전체적으로 도포된 후, 식각되어 투명전극(710)의 일부는 노출된다.
유기 절연막(708)의 상부 표면에는 다수의 요철이 형성되어 있다. 유기 절연막(708)의 상부와 측부에는 균일한 두께로 반사전극(707)이 형성되어 있다. 따라서 반사전극(707)의 표면 또한 유기 절연막(708)의 요철에 의해서 요철이 형성되어 있다.
이러한 요철은 반사전극(707)의 반사 효율을 증대시키기 위함이다. 반사전극(707)은 반사율이 뛰어난 알루미늄(Al), 은(Ag) 또는 크롬(Cr)을 포함한다. 반사전극(707)은 액정표시패널(800) 하부에 위치한 백라이트 어셈블리로부터 광의 공급이 없는 경우에도, 액정표시패널(800) 상부에서 입사한 광을 반사시켜 영상을 디스플레이한다.
어레이 기판(810)의 주변영역(PR)에는 게이트 구동회로(712)와 연결 배선(713)이 형성되어 있다. 주변영역(PR)에 위치한 게이트 구동회로(712)는 연결배선(713)을 통해서 표시영역(DR)의 박막 트랜지스터(709)의 게이트 전극에 전기적으로 연결된다.
박막 트랜지스터(709)는 게이트 전극, 드레인 전극 및 소오스 전극을 포함한다. 게이트 전극은 상술한 바와 같이 연결배선과 전기적으로 연결되고, 드레인 전극은 투명전극(710)에 전기적으로 연결되고, 소오스 전극은 데이터 구동회로(도시안됨)와 전기적으로 연결된다.
어레이 기판(810) 하부에는 제 2 광시야각 보상필름(202b)이 점착제(400)에 의해 부착된다. 광시야각 보상필름(202)은 앞에서 설명한 바와 같이, 제 1 보호층(405), 편광필름(404), 제 2 보호층(403) 및 디스코틱 액정을 포함하는 제 2 액정층(402)를 포함한다.
제 1 보호층(405)와 제 2 보호층(403)의 열 팽창율/수축율은 동일하여 백라이트 어셈블리(도시안됨)에서 발생한 광에 의해 온도가 상승하는 경우에도 제 1 보호층(405)와 제 2 보호층(403)은 동일하게 팽창 또는 수축하므로 휘지 않는다. 따라서 에지부가 컬러필터 기판(700)으로부터 이탈되지 않으며 제 2 액정층의 디스코틱 액정분자의 배열이 변화하지 않는다.
컬러 필터 기판(700)과 어레이 기판(810)은 결합부재, 즉 실런트(Sealant, 711)에 의해 연결된다. 결합부재(711)는 각각 컬러 필터 기판(700)의 주변영역(PR)과 어레이 기판(810)의 주변영역(PR)에 위치한다.
컬러 필터 기판(700)의 공통전극(704)에는 셀갭 유지부재, 즉 스페이서(spacer, 706)가 형성되어 컬러 필터 기판(700)과 어레이 기판(810) 사이에 액정이 개재될 공간을 형성한다.
컬러 필터 기판(700)과 어레이 기판(810) 사이에 형성되는 공간에는 제 1 액정층(201)이 개재된다. 제 1 액정층(201)은 네마틱 액정을 포함하여 도 3a의 액정층(201)에 대응한다.
공통전극(704)과 반사전극(707) 또는 투명전극(710) 사이에 전기장의 변화에 따라서 공통전극(704)과 반사전극(707) 또는 투명전극(710)사이에 위치한 액정의 배열이 달라지고 그에 따라 액정표시패널(800) 상부로 출사되는 광량이 달라진다.
공통전극(704)에는 공통전압(일반적으로 접지전압)이 인가된다. 게이트 구동회로(712)가 매트릭스 형태로 배열된 다수의 박막 트랜지스터 중 하나에 게이트 구동신호 전압을 인가하면 해당 박막 트랜지스터는 턴온되고, 데이터 구동회로(도시안됨)에서 해당 박막 트랜지스터의 소오스 전극에 이미지 신호 전압을 인가하면, 인가된 전압은 드레인 전극을 통해서 투명전극(710) 및 반사전극(707)에 인가된다. 따라서 제 1 투명전극과 반사전극(707) 또는 투명전극(710)사이에 위치한 네마틱 액정의 배열이 변화된다.
백라이트 어셈블리(도시안됨)에서 발생한 빛은 어레이 기판(810) 하부에 배치된 제 2 광시야각 보상필름(202b)를 통과하면서 선형 편광되며, 어레이 기판(810)과 컬러필터 기판(700) 사이에 배치된 제 1 액정층(201)의 네마틱 액정을 통과하면서 투과율이 변화되고 컬러필터 기판(700)의 컬러 필터(702)를 통하면서 특정 파장의 빛만 투과되어 색채를 띄게 된다. 그리고 나서 컬러필터 기판(700) 상부의 제1 광시야각 보상필름(202a)를 통과하며 편광되어 영상을 디스플레이한다. 한편, 제 1 액정층(201)의 네마틱 액정에 의한 위상차가 제 1 광시야각 보상필름(202a)과 제 2 광시야각 보상필름(202b)의 디스코틱 액정에 의해 감소되어 광시야각이 증가된 영상이 디스플레이 된다.
또한 제 1 광시야각 보상필름(202a)와 제 2 광시야각 보상필름(202b)이 휘지 않으므로 얼룩 발생이 억제된다.
이상에서 설명한 액정 표시장치는 90°트위스티드 네마틱 액정을 채택한 반 투과형(반사. 투과형) 액정 표시장치를 예를 들어 설명하였다. 그러나 본 발명에 의한 광시야각 보상필름(202)는 수직 배열 모드의 액정표시장치는 물론, 투과형 액정표시장치에도 적용할 수 있음은 주지의 사실이다.
단 수직 배향 모드의 경우에는 하나의 광시야각 보상필름이 부착됨은 앞서 도 3b에 관한 설명에서 기술한 바와 같다.
본 발명은 액정 표시장치의 시야각 개선을 위한 광시야각 보상필름이 액정 표시장치의 백라이트 어셈블리에 의한 열에 의해서 팽창/수축되는 경우 광시야각 보상필름을 형성하는 제 1 보호층과 제 2 보호층의 팽창율/수축율을 동일하게 하여 기판이 휘는 것을 방지함으로써, 얼룩을 감소시켜 액정표시장치의 화질을 개선한다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

Claims (22)

  1. 제 1 보호층;
    상기 제 1 보호층 상부에 형성된 편광층;
    상기 편광 층 상부에 형성되고, 제 1 보호층과 동일한 선 팽창력 및 선 수축력을 갖는 제 2 보호층; 및
    상기 제 2 보호층 상부에 배치된 액정층;
    을 포함하여 팽창 수축시에 상기 제 1 보호층과 상기 제 2 보호층이 동일한 힘으로 팽창함으로써 휨을 방지하고 상기 액정층의 배열변화를 방지하여 화질을 개선하는 광시야각 보상 필름.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 보호층과 상기 제 2 보호층은 동일한 재질과 동일한 두께로 형성됨으로써 동일한 선 팽창력 및 선 수축력을 갖도록 하는 것을 특징으로 하는 광시야각 보상 필름.
  3. 제 2항에 있어서, 상기 제 1 보호층과 상기 제 2 보호층은 트리아세틸 셀룰로오스(Triacetyl cellulous)를 포함하는 것을 특징으로 하는 광시야각 보상 필름.
  4. 제 2 항에 있어서, 상기 제 1 보호층과 제 2 보호층의 두께는 55㎛ 내지 85㎛ 범위인 것을 특징으로 하는 광시야각 보상 필름.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 편광 층은 폴리비닐 알콜(Polyvinyl alcohol)을 포함하는 것을 특징으로 하는 광시야각 보상 필름.
  6. 제 5 항에 있어서, 상기 편광 층의 두께는 20㎛ 내지 30㎛ 범위인 것을 특징으로 하는 광시야각 보상 필름.
  7. 제 1 항에 있어서, 상기 액정층은 디스코틱 액정분자를 포함하는 것을 특징으로 하는 광시야각 보상 필름.
  8. 제 7항에 있어서, 상기 디스코틱 액정분자의 법선은 상기 광시야각 보상필름을 기준으로 수직인 것을 특징으로 하는 광시야각 보상필름.
  9. 제 7항에 있어서, 상기 디스코틱 액정분자의 법선은 상기 광시야각 보상필름을 기준으로 0°보다 크고 90°보다 작은 것을 특징으로 하는 광시야각 보상필름.
  10. 레드 컬러필터, 그린 컬러필터 및 블루 컬러필터 및 공통전극을 포함하는 컬러필터 기판;
    상기 각 컬러필터에 대응하도록 화소전극을 포함하는 어레이 기판;
    상기 컬러필터 기판과 상기 어레이 기판 사이에 배치된 제 1 액정층; 및
    상기 컬러필터 기판과 어레이 기판에 각각 배치되고, 제 1 보호층과, 상기 제 1 보호층 상부에 형성된 편광 층과,상기 편광 층 상부에 형성되고 제 1 보호층과 동일한 선 팽창/수축력을 갖는 제 2 보호층, 및 상기 제 2 보호층 상부에 배치된 제 2 액정층을 포함하여 팽창 수축시에 상기 제 1 보호층과 상기 제 2 보호층이 동일한 힘으로 팽창함으로써 휨을 방지하고 상기 액정층의 배열변화를 방지하여 화질을 개선하는 제 1 광시야각 보상필름 및 제 2 광시야각 보상필름을 포함하는 액정 표시장치.
  11. 제 10 항에 있어서, 상기 제 1 보호층과 상기 제 2 보호층은 동일한 재질과 동일한 두께로 형성됨으로써 동일한 힘으로 팽창/수축을 하는 것을 특징으로 하는 액정 표시장치.
  12. 제 11항에 있어서, 상기 제 1 보호층과 상기 제 2 보호층은 트리아세틸 셀룰로오스(Triacetyl cellulous)를 포함하는 물질로 형성된 것을 특징으로 하는 광시야각 액정 표시장치.
  13. 제 11 항에 있어서, 상기 제 1 보호층과 제 2 보호층의 두께는 60㎛인 것을 특징으로 하는 액정 표시장치.
  14. 제 10 항에 있어서, 상기 편광 층은 폴리비닐 알콜(Polyvinyl alcohol)을 포함하는 것을 특징으로 하는 액정 표시장치.
  15. 제 14 항에 있어서, 상기 편광 층의 두께는 25㎛인 것을 특징으로 하는 액정 표시장치.
  16. 제 10 항에 있어서, 상기 제 2 액정층은 디스코틱 액정분자를 포함하는 것을 특징으로 하는 액정 표시장치.
  17. 제 16 항에 있어서, 상기 제 1 액정층은 네마틱 액정분자를 포함하고, 상기 네마틱 액정분자는 트위스트되도록 배열된 것을 특징으로 하는 액정 표시장치.
  18. 제 17 항에 있어서, 상기 제 2 액정층은 디스코틱 액정분자의 축과 상기 제 1 액정층의 네마틱 액정 분자의 장축은 나란한 것을 특징으로 하는 액정 표시장치.
  19. 제 10항에 있어서, 상기 제 1 광시야각 보상층 및 제 2 광시야각 보상층은 각각 점착제에 의해 상기 컬러필터 기판 및 상기 어레이 기판에 점착되는 것을 특징으로 하는 액정 표시장치.
  20. 제 19 항에 있어서, 상기 점착제의 두께는 20㎛ 내지 30㎛ 범위인 것을 특징 으로 하는 액정 표시장치.
  21. 레드 컬러필터, 그린 컬러필터 및 블루 컬러필터 및 공통전극을 포함하는 컬러필터 기판;
    상기 각 컬러필터에 대응하도록 화소전극을 포함하는 어레이 기판;
    상기 컬러필터 기판과 상기 어레이 기판 사이에 배치되고, 상기 컬러필터 기판 및 상기 어레이 기판과 수직하게 배향된 액정분자들로 형성된 제 1 액정층; 및
    상기 컬러필터에 배치되고, 제 1 보호층과, 상기 제 1 보호층 상부에 형성된 편광 층과,상기 편광 층 상부에 형성되고 제 1 보호층과 동일한 선 팽창/수축력을 갖는 제 2 보호층, 및 상기 제 2 보호층 상부에 배치된 제 2 액정층을 포함하여 팽창 수축시에 상기 제 1 보호층과 상기 제 2 보호층이 동일한 힘으로 팽창함으로써 휨을 방지하고 상기 액정층의 배열변화를 방지하여 화질을 개선하는 광시야각 보상필름을 포함하는 액정 표시장치.
  22. 레드 컬러필터, 그린 컬러필터 및 블루 컬러필터 및 공통전극을 포함하는 컬러필터 기판;
    상기 각 컬러필터에 대응하도록 화소전극을 포함하는 어레이 기판;
    상기 컬러필터 기판과 상기 어레이 기판 사이에 배치되고, 상기 컬러필터 기판 및 상기 어레이 기판과 수직하게 배향된 액정분자들로 형성된 제 1 액정층; 및
    상기 어레이 기판에 배치되고, 제 1 보호층과, 상기 제 1 보호층 상부에 형성된 편광 층과,상기 편광 층 상부에 형성되고 제 1 보호층과 동일한 선 팽창/수축량을 갖는 제 2 보호층, 및 상기 제 2 보호층 상부에 배치된 제 2 액정층을 포함하여 팽창 수축시에 상기 제 1 보호층과 상기 제 2 보호층이 동일한 양만큼 팽창함으로써 휨을 방지하고 상기 액정층의 배열변화를 방지하여 화질을 개선하는 광시야각 보상필름을 포함하는 액정 표시장치.
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