KR101153025B1 - 액정 디스플레이용 보상 필름 및 디스플레이 - Google Patents
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Abstract
본 발명의 액정 디스플레이의 광학 보상 필름은 기판 상에 배치된 포지티브 복굴절 재료를 포함하는 제 1 및 제 2 광학적 이방성 층을 포함하되, 상기 제 1 광학적 이방성 층의 광학축은 제 1 평면에서 25°내지 70°사이의 평균 경사각으로 경사를 이루고, 상기 제 2 광학적 이방성 층의 광학축은 제 2 평면에서 0°내지 40°사이의 평균 경사각으로 경사를 이루며, 상기 제 1 광학적 이방성 층의 상기 평균 경사각과 상기 제 2 광학적 이방성 층의 상기 평균 경사각은 상이하고, 상기 제 1 및 상기 제 2 평면은 상기 광학 보상 필름의 평면에 수직이고, 상기 제 1 및 상기 제 2 평면 사이의 각은 90±10°사이에 존재하며, 상기 제 1 광학적 이방성 층의 (ne1-no1)d1에 의해 정의된 지연은 50nm 내지 160nm이고, 상기 제 2 광학적 이방성 층의 (ne2-no2)d2에 의해 정의된 지연은 0nm 내지 80nm이며, 상기 제 1 광학적 이방성 층의 상기 지연과 상기 제 2 광학적 이방성 층의 상기 지연은 상이하되, 여기서 ne1 및 no1은 각각 상기 제 1 광학적 이방성 층의 상기 포지티브 복굴절 재료의 이상 굴절률 및 정상 굴절률이고, ne2 및 no2는 각각 상기 제 2 광학적 이방성 층의 상기 포지티브 복굴절 재료의 이상 굴절률 및 정상 굴절률이며, d1 및 d2는 각각 상기 제 1 및 상기 제 2 광학적 이방성 층의 두께이다.
Description
도 1은 시야각 방향을 정의하는 도면,
도 2는 광학축의 방향을 지정하는 경사 및 방위각을 정의하는 도면,
도 3a는 보상이 없는 종래의 NW-TN-LCD를 도시하는 도면,
도 3b는 도 3a에 도시된 종래의 NW-TN-LCD의 등콘트라스트 도면을 도시하는 도면,
도 4a는 20°경사 및 60nm의 지연을 갖는 O-플레이트 보상 필름을 갖는 종래의 NW-TN-LCD를 도시하되, 기판은 Rsub=-60nm를 갖는 도면,
도 4b는 도 4a에 도시된 종래의 NW-TN-LCD의 등콘트라스트 도면,
도 5a 내지 도 5d는 보상 필름의 정면 개략도,
도 6a 및 도 6b는 광학축의 경사는 각각 일정하기도 하고 두께 방향을 가로지는 경우에는 달라지기도 하는 보상 필름의 구조를 도시하는 도면,
도 7a 내지 도 7e는 경사각(θC1 및 θC2)(또는 등가적으로θav1 및 θav2) 및 Rsub의 상이한 조합에 대한 지연(R1 및 R2)의 범위를 나타내되, 음영 영역 내에서 R1 및 R2를 갖는 보상 필름은 콘트라스 비(10) 라인이 극 시야각(α=60°) 또는 보다 높은 방위각(β=0°,90°,180°및 270°)을 연장되도록 허용하는 도면,
도 8a는 본 발명에 따라 파라메터(θC1=50°,θC2=5°(등가적으로 θav1=50°,θav1=5°), R1=100nm, R2=40nm 및 Rsub=-160nm)를 갖는 보상 필름을 구비한 NW-TN-LCD를 도시하는 도면,
도 8b는 도 8a에 도시된 NW-TN-LCD의 등콘트라스트 도면을 도시하는 도면,
도 8c는 파라메터(θC1=50°,θC2=5°(등가적으로 θav1=50°,θav2=5°), R1=100nm, R2=40nm)를 갖는 보상 필름을 구비한 NW-TN-LCD를 도시하되 두 개의 기판은 상이한 지연 Rsub1=-106nm 및 Rsub2=-54nm를 갖는 도면,
도 8d는 도 8c에 도시된 NW-TN-LCD의 등콘트라스트 도면,
도 9a는 θc1=50°,θc2=50°(등가적으로 θav1=50°,θav2=50°), R1=60nm, R2=60nm 및 Rsub=-60nm를 갖는 보상 필름을 구비한 NW-TN-LCD의 등콘트라스트 도면,
도 9b는 θc1=5°,θc2=5°(등가적으로 θav1=5°,θav2=5°), R1=60nm, R2=60nm 및 Rsub=-60nm를 갖는 보상 필름을 구비한 NW-TN-LCD의 등콘트라스트 도면,
도 9c는 θc1=20°,θc2=20°(등가적으로 θav1=20°,θav2=20°), R1=100nm, R2=100nm 및 Rsub=-60nm를 갖는 보상 필름을 구비한 NW-TN-LCD의 등콘트라스트 도면,
도 9d는 θc1=50°,θc2=5°(등가적으로 θav1=50°,θav2=5°), R1=100nm, R2=100nm 및 Rsub=-160nm를 갖는 보상 필름을 구비한 NW-TN-LCD의 등콘트라스트 도면,
도 9e는 θc1=50°,θc2=5°(등가적으로 θav1=50°,θav2=5°), R1=40nm, R2=40nm 및 Rsub=-160nm를 갖는 보상 필름을 구비한 NW-TN-LCD의 등콘트라스트 도면,
도 9f는 θc1=50°,θc2=50°(등가적으로 θav1=50°,θav2=50°), R1=100nm, R2=40nm 및 Rsub=-160nm를 갖는 보상 필름을 구비한 NW-TN-LCD의 등콘트라스트 도면.
도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명
101 : 액정 디스플레이 107 : 디스플레이 표면
303 : 편광자 305 : 분광기
307 : 편광자의 전송축 401 : 액정 셀
500 : 보상 필름 509 : 기판
605 : 정렬 층 905 : 등콘트라스트 라인
본 발명은 액정 디스플레이에 적용하기에 유용한 광학 보상 필름(optical compensation film)에 관한 것으로, 특히 트위스트형 네마틱 액정 디스플레이(twisted nematic liquid crystal display)에 관한 것이다. 그것은 정해진 한도 내에서 상이한 경사각(tilt angles) 및 상이한 지연값(retardation values)을 갖는 두 개의 층으로 구성된다.
후속하는 용어는 다음과 같은 정의를 갖는다.
본 명세서에서 광학축은 전파하는 광이 복굴절(birefringence)을 나타내지 않는 방향을 나타낸다.
본 명세서에서 A-플레이트, C-플레이트 및 O-플레이트는 각각, 광학 축이 플레이트의 평면에 존재하고, 플레이트에 수직이며 플레이트의 평면에 대해 경사를 이루는 플레이트이다.
본 명세서에서 편광자(polarizer) 및 분광기(analyzer)는 전자기파를 편광시키는 소자를 나타낸다. 광원쪽에 가까운 것은 일반적으로 편광자로 지칭되는 반면 관측자쪽에 가까운 것은 분광기로 지칭된다.
본 명세서에서 보기 방향은 액정 디스플레이(101)에 대하여 도 1에 도시된 극 시야각(polar viewing angle)(α), 방위 시야각(azimuthal viewing angle)(β)의 세트로 정의된다. 극 시야각(α)은 디스플레이 수직 방향(103)으로부터 측정되고 방위 시야각(β)은 디스플레이 표면(107)의 적절한 기준 방향(105)과 디스플레이 표면(107) 상으로의 화살표(109)의 투영(108) 사이에 걸쳐진 각이다. 콘트라스트 비(contrast ratio), 칼라 및 밝기와 같은 다양한 이미지 특성은 각(α 및 β)의 함수이다.
본 명세서에서 방위 각(ψ) 및 경사각(θ)은 광학축의 방향을 지정하는데 사용된다. 편광자 및 분광기의 전송축에 대해, 방위 각(ψ)만이 사용되고, 그들의 경사각(θ)은 0이다. 도 2는 광학축(201)의 방향을 나타내는 방위 각(ψ) 및 경사각(θ)의 정의를 x-y-z 좌표계(203)에 대해 도시한다. x-y 평면은 디스플레이 표면(107)과 평행하고, z-축은 디스플레이 수직 방향(103)과 평행하다. 방위각(ψ)은 x-축과 x-y 평면 상으로의 광학축(201) 투영 사이의 각이다. 경사각(θ)은 광학축(201)과 x-y 평면 사이의 각이다.
본 명세서에서 온(오프) 상태는 액정 디스플레이(101)에 인가된 전기장이 있는(없는) 상태를 나타낸다.
본 명세서에서 등콘트라스트 도면(Isocontrast plot)은 상이한 보기 방향으로부터 콘트라스트 비의 변화를 도시한다. 콘트라스 비가 일정한(예컨대 10, 50 및 100) 등콘트라스트 라인은 극형식(polar format)으로 도시된다. 동심원은 극 시야각(α=20°, 40°, 60°및 80°(가장 바깥쪽의 원))에 대응하고 반지름 라인은 방위 시야각(β=0°, 45°, 90°, 135°, 180°, 225°, 270°및 315°)을 나타낸다. 콘트라스트 비, 예컨대 10을 가진 등콘트라스트 라인 내에 폐쇄된 영역은 10 이상의 콘트라스트 비를 갖는 시야각 범위를 갖는다.
본 명세서에서 적층(lamination)은 두 개 이상의 필름을 통합해서 단일 필름 시트를 생성하는 프로세스를 의미한다.
액정은 전자 디스플레이에서 폭넓게 사용된다. 이들 디스플레이 시스템에서, 액정 셀은 전형적으로 편광자와 분광기의 쌍 사이에 위치한다. 편광자에 의해 편광되는 입사광은 액정 셀을 통과하고 액정의 분자 배향에 영향을 받아 셀 양단의 전압 인가에 의해 변경될 수 있다. 변경된 광은 분광기로 들어간다. 이러한 원리를 이용하여, 주위광(ambient light)을 포함하는 외부 소스로부터의 광 전송은 제어될 수 있다. 이 제어를 달성하기 위해 필요한 에너지는 일반적으로 예컨대 음극선관(CRT)과 같은 다른 디스플레이 유형에 사용되는 발광 재료에 필요한 것보다 훨씬 작다. 따라서, 액정 기술은 경량, 저 전력 소비 및 오랜 동작 수명이 중요한 특성인 디지털 시계, 계산기, 휴대용 컴퓨터, 전자 게임을 포함하는 다수의 전자 이미징 장치에 사용되지만, 이에 제한되는 것은 아니다.
콘트라스트, 컬러 재생 및 적절한 그레이 스케일 강도는 액정 기술을 이용한 전자 디스플레이에 있어서 중요한 품질 속성이다. 액정 디스플레이(LCD)의 콘트라스트를 제한하는 주요 요인은 광이 액정 소자 또는 셀을 통해 누설되어 어두운 또는 "검은" 픽셀 상태가 되는 경향이다. 또한, 누설 및 액정 디스플레이의 콘트라스트는 또한 디스플레이 스크린을 보는 방향에 따라 달라진다. 전형적으로 최적 콘트라스트는 디스플레이에 대한 수직 입사(α=0°)를 중심으로하여 좁은 시야각 내에서만 관찰되며 극 시야각(α)이 증가함에 따라 급격하게 떨어진다. 컬러 디스플레이에서, 이 누설 문제는 콘트라스트를 저하시킬 뿐만 아니라 관련된 컬러 재생의 저하에 따른 컬러 또는 색조 변환을 야기한다.
LCD는 데스크톱 컴퓨터 및 다른 오피스 또는 가정용 기구의 모니터로서 CRT를 급속하게 대체하고 있다. 보다 큰 스크린 크기를 갖는 LCD 텔레비전 모니터의 수는 가까운 미래에 급격하게 증가할 것이라는 것도 예상된다. 그러나, 착색(coloration), 콘트라스트의 저하와 같은 시야각 의존 문제가 해결되지 않으면, 종래의 CRT의 대체로서 LCD 애플리케이션은 제한될 것이다.
다양한 LCD 모드들 중에서, 트위스트형 네마틱(TN) LCD가 가장 널리 보급된 것 중 하나이다. 도 3a는 TN-LCD(313)의 개략도이다. 액정 셀(301)은 편광자(303)와 분광기(305) 사이에 배치된다. 그들의 전송축(307,309)은 교차하며, 이것은 편광자 및 분광기의 전송(또는 등가적으로, 흡수)축이 각(90±10°)을 이룬다는 것을 의미한다. 액정 셀 내부에서, 액정의 광학축은 오프 상태에서 셀 두께 방향을 가로지르며 90°의 방위 회전을 나타낸다. 도 3a에서, 셀 표면에서 액정 광학축(311)의 방향은 단방향 화살표로 표시된다. 그 표면에서, 액정 광학축(311)은 역 트위스트(reverse twist)를 방지하기 위해 셀 표면에 대해 작은 경사각(θs)을 갖는다. 즉, 경사는 셀 두께 방향에서 액정 광학축의 방위 회전(azimuthal rotation)의 센스(시계 방향 또는 반시계 방향)와 일치한다. 편광되지 않은 인입 광은 편광자(303)에 의해 선형적으로 편광되고 액정 셀(301)을 지나가는 동안 그것의 편광 평면은 90°회전한다. 셀(301)로부터 배출되는 광의 편광 평면은 분광기(305)의 전송축(309)에 평행하고 분광기(305)를 통해 전송될 것이다. 충분히 높은 전압이 인가되면, 액정은 경계를 이루는 플레이트의 근처를 제외하고는 셀 평면에 직교하게 된다. 이 온 상태에서, 인입하는 편광 광은 본질적으로 복굴절을 나타내지 않고 따라서 그것은 분광기에 의해 차단된다. 이 모드(밝은 오프 상태 및 어두운 온 상태)는 NW-TN-LCD(Normally White Twisted Nematic Liquid Crystal Display) 모드로 지칭된다.
디스플레이의 수직 보기 방향(α=0°)에 있어서, 온과 오프 상태 사이에서 높은 콘트라스트를 얻을 수 있다. 그러나, 디스플레이가 비스듬한 방향에서 보여지는 경우, 전파하는 광은 온 상태에서 복굴절을 나타내고, 따라서 분광기에 의해 완벽하게 차단되지 않는다. 디스플레이(313)의 등콘트라스트 도면이 도 3b에 도시되어 있다. 라인(315,317,319)은 각각 콘트라스트 비(10,50 및 100)에 대한 등콘트라스트 라인이다. 방위 각(β)은 기준 방향(105)(도 1에 도시되어 있음)으로부터 측정되어, 편광기(303)의 전송축(307)(즉, β=45°,225°는 참조 번호(307)에 대응함)에 대해 45°로 선택된다. 디스플레이는 다수의 애플리케이션에 요구되는 범위인 10 이상의 콘트라스트 비를 유지하는데 실패한다. 10 이상의 콘트라스트를 갖는 시야각 범위는 등콘트라스트 라인(10) 내에 폐쇄된 영역으로 제한되고, 참조 번호(315)는 작은 콘트라스트를 나타낸다. 등콘트라스트 라인(10)은 수평 보기 방향(β=0°,180°)에 대해 α=50°를 통과한다. 수직 방향에서, β=90°,270°에 대해 각각 α=30°, 58°이다. 라인(315) 밖의 시야각 범위 내에서, 온 및 오프 사이의 콘트라스트 비는 10 이하가 되거나 더 나빠지며, 그레이 스케일 반전이 일어난다.
TN-LCD의 시야각 특성을 개선하는 일반적 방법 중 하나는 보상 필름을 사용하는 것이다. 몇몇 경우에서, 보상 필름은 기판상에 증착된 광학적 이방성 층으로 구성된다. 기판은 트리아세틸 셀룰로오스와 같은 가요성 필름이 될 수도 있고, 유리와 같은 딱딱한 필름이 될 수도 있다. 광학적 이방성 층은 일반적으로 액정 중합체로 만들어진다. 액정 중합체의 광학축을 원하는 방향으로 정렬(이방성 층을 A,C 또는 O 플레이트으로 생성)할 필요가 있기 때문에, 정렬 층은 흔히 광학적 이방성 층과 기판 사이 또는 두 개의 광학적 이방성 층 사이에 증착된다. 이방성 층의 두께는 그것이 적용되는 구성 재료 및 LCD의 특성에 따라 달라진다. 보상 필름은 전형적으로 액정 셀과 편광자 사이의 임의의 위치에 삽입된다. 일반적으로, 보상 필름의 기능은 액정 셀을 통해 지나가는 동안 전파하는 광이 경험하는 지연을 복원하는 것이다. NW-TN-LCD의 온 상태에서 보상 필름을 사용함으로써, 비스듬히 전파하는 광이 경험하는 복굴절은 이 필름에 의해 상쇄된다. 이는 균일한 어두운 상태를 제공해서 시야각 특성을 개선한다.
다양한 보상 방법이 제시되어 있다. 미국 특허 제 5,619,352 호는 O-플레이트들의 결합을 사용하는 것을 개시한다. 기본 개념은 온 상태 액정 셀의 유사한 또는 보완적인 광학 대칭을 갖는 O-플레이트의 적층을 통해 TN-LCD의 온 상태를 보상하는 것이다. 이것은 셀 경계 플레이트 부근의 두 부분과 셀 중앙부의 세 개의 대표적 부분으로 TN-LCD의 온 상태를 근사화함으로써 달성된다. 셀의 중앙에서, 액정 광학축은 셀 평면과 거의 수직이되 액정 광학축의 방위각에 큰 변화가 존재한다. 경계 플레이트의 근방에서는, 액정 광학축의 경사는 작되 거의 고정된 방위각을 갖는다. 이전의 보상 기법에 비해서, 그레이 스케일의 안정성 및 시야각 특성은 개선되었다.
유럽 특허 출원 제 1143271A2 호는 두 개의 0-플레이트 층을 포함하는 보상 필름을 개시한다. 광학축의 경사각은 제 1의 O-플레이트에서는 필름 두께 방향으로 연속적으로 또는 단계적으로 증가하는 반면 제 2의 O-플레이트에서는 연속적으로 또는 단계적으로 감소한다. 이들 두 개의 O-플레이트은, 네거티브 C-플레이트 특성 또는 네거티브 C-플레이트와 유사한 광학 특성을 갖는 2축 플레이트를 갖는 기판 상에 배치된다. 네거티브 C-플레이트에서, 정상 굴절률(ordinary refraction index)은 이상 굴절률(extraordinary refraction index)보다 크고, 광학축은 플레이트에 수직이다. 필름은 액정 셀의 한면에 사용된다. 두개의 0-플레이트의 평균 경사각은 상이한 값을 취할 수 있다. 예(8 및 16)는 예를 들어 평균 경사각의 조합(42°및 31°, 20°및 89°)을 각각 사용한다.
Van de Witte 외 다수는 WO97/44409에서 두 개의 O-플레이트의 조합을 사용해서 트위스트형 네마틱 디스플레이를 보상하는 것을 개시하였다. 보상 필름은 액정 셀의 양 면에 적용된다. 이 경우도 또한 두 개의 O-플레이트가 상이한 경사각, 예를 들어 40°및 50°를 취할 수 있다. 경사각은 바람직하게 10°보다 크고 70°보다는 작다.
Chen 외 다수는 교차 O 플레이트를 사용하여 NW-TN-LCD의 어두운 상태를 보상하는 것을 제시하였다(SID99, pp.98-101 "Wide-viewing angle photo-aligned plastic films for TN-LCD"). 도 4a는 O-플레이트(403)(광학적 이방성 층으로도 지칭됨)를 갖는 NW-TN-LCD(441)의 구조를 도시한다. 액정 셀(401)에 덧붙여, 네 개의 O 플레이트는 교차된 편광자(411)와 분광기(413) 사이에 배치된다. 네 개의 O-플레이트(403) 모두의 광학축(415)은 플레이트 평면에 대해 동일한 각(20°)으로 경사를 갖는다. 네 개의 O-플레이트(403)의 지연(또는 모든 O-플레이트(403)가 동일한 재료로 만들어지는 경우, 등가적으로 두께)은 동일하게 60nm이다. 네거티브 C-플레이트(421)는 트리아세틸 셀룰로오스 기판의 광학 특성을 나타낸다. Rsub=(nes-nos)ds로 정의된 네거티브 C 플레이트 특성을 갖는 기판(Rsub)의 지연은 -60nm로 설정되는데, 여기서 nes 및 nos는 각각 기판의 이상 굴절률 및 정상 굴절률이고, ds는 기판(421)의 두께이다. 분광기 및 편광자의 광학 축 및 전송축의 방위각은 괄호 안에 주어진다. O-플레이트의 방위각은 편광자(411) 또는 분광기(413)의 전송축(423,425)의 것과 동일하다. 도 4b는 디스플레이(441)의 등콘트라스트 도면을 도시한다. 라인(427,429 및 431)은 각각 콘트라스 비(10,50 및 100)의 등콘트라스트 라인이다. O-플레이트 보상을 통해, 시야각 특성은 개선되었다. 10 이상의 콘트라스트 비를 갖는 시야각 범위(또는 도 4b에 도시된 등콘트라스트 도면의 등콘트라스트(10) 라인(427)으로 둘러싸인 영역)는 도 3b에 도시된 등콘트라스트 도면 중 그 대응분에 비교해볼 때 확장되었다.
함께 계류중인 미국 특허 출원 번호 10/281,595호 개시되어 있는 보상 필름은 디스플레이(441)에 비교해볼 때 보다 낮은 O-플레이트의 경사각 및 보다 높은 지연값(예로, 10°경사각 및 100nm의 지연)을 사용한다. 이렇게 대체함으로써 디스플레이(441)의 수직 보기 특성을 개선하였다.
O-플레이트를 사용하는 종래의 보상기는 온 상태에서 광 누설을 줄임으로써 시야각 특성을 개선하였다. 그러나, 시야각 특성은 여전히 불만족스럽다. 예를 들어, 도 4a에 도시된 종래의 디스플레이(441)에서는, 10 이하의 콘트라스트 비를 갖는 큰 시야각(즉, 도 4a에 도시된 종래의 디스플레이의 도 4b에 도시된 등콘트라스트 도면에 있는 등콘트라스트(10) 라인(427)의 바깥 영역)이 남아있다. 이런 시야각 특성을 갖는 디스플레이는 LCD-TV 혹은 항공 전자 디스플레이와 같은 큰 시야각 범위를 필요로하는 애플레이션에는 확실하게 적용할 수 없다. 또한, 종래 기술은 예를 들어 기판의 광학 특성에 따른 지연 및 경사각 조합과 같은 파라메터의 시스템적인 최적화에 초점을 맞추지 않는다. 그러므로, 기능적 보상 필름을 제공하는 파라메터의 범위는 제한된다. 그러므로, 종래의 보상 필름을 갖는 디스플레이보다 보다 넓은 시야각 범위의 상당히 더 높은 콘트라스트를 제공하는 새로운 보상 필름에 대한 필요성이 강하게 존재한다. 또한, 보상 필름의 보다 넓은 범위의 파라메터를 구비하여 유통성 있는 제조 조건을 달성할 필요가 있다.
본 발명은 액정 디스플레이용 광학 보상 필름을 제공하는데, 이 필름은 기판에 배치된 포지티브 복굴절(positively birefringent)인 재료를 포함하는 제 1 및 제 2 광학적 이방성 층을 포함한다. 여기서 상기 제 1 광학적 이방성 층의 광학축은 제 1 평면에서 25°내지 70°사이의 평균 경사각으로 경사를 이루고, 상기 제 2 광학적 이방성 층의 광학축은 제 2 평면에서 0°내지 40°사이의 평균 경사각으로 경사를 이루며, 상기 제 1 광학적 이방성 층의 상기 평균 경사각과 상기 제 2 광학적 이방성 층의 상기 평균 경사각은 상이하고, 상기 제 1 및 상기 제 2 평면은 상기 광학 보상 필름의 평면에 수직이되 상기 제 1 및 상기 제 2 평면 사이의 각은 90±10°사이에 존재하며, 상기 제 1 광학적 이방성 층의 (ne1-no1)d1에 의해 정의된 지연은 50nm 내지 160nm이고, 상기 제 2 광학적 이방성 층의 (ne2-no2)d2에 의해 정의된 지연은 0nm 내지 80nm이며, 상기 제 1 광학적 이방성 층의 상기 지연과 상기 제 2 광학적 이방성 층의 상기 지연은 상이하되, ne1 및 no1은 각각 상기 제 1 광학적 이방성 층의 상기 포지티브 복굴절 재료의 이상 굴절률 및 정상 굴절률이고, ne2 및 no2는 각각 상기 제 2 광학적 이방성 층의 상기 포지티브 복굴절 재료의 이상 굴절률 및 정상 굴절률이며, d1 및 d2는 각각 상기 제 1 및 상기 제 2 광학적 이방성 층의 두께이다.
보상 필름은 개선된 시야각 특성을 위해 트위스트형 네마틱 액정 디스플레이와 연계하여 사용될 수 있다. 본 발명은 본 발명의 필름을 포함하는 디스플레이도 포함한다.
본 명세서는 본 발명의 청구대상을 특정하게 지적하고 분명하게 청구하는 클레임으로 마무리되지만, 본 발명은 첨부한 도면과 연계한 후속하는 상세한 설명으로부터 더 잘 이해될 것이다.
이제, 본 발명의 다양한 구성 요소가 참조 번호로 표시된 도면을 참조하여 본 발명이 설명될 것이며, 당업자는 이를 통해서 본 발명을 구현하는데 사용할 것이다. 특별히 도시되거나 설명되지 않은 구성 요소들은 당업자에게 잘 알려진 다양한 형태를 취할 수 있다는 것을 이해할 것이다.
본 발명의 액정 디스플레이의 광학 보상 필름은 기판 상에 배치된 포지티브 복굴절 재료를 포함하는 제 1 및 제 2 광학적 이방성 층을 포함하되, 상기 제 1 광학적 이방성 층의 광학축은 제 1 평면에서 25°내지 70°사이의 평균 경사각으로 경사를 이루고, 상기 제 2 광학적 이방성 층의 광학축은 제 2 평면에서 0°내지 40°사이의 평균 경사각으로 경사를 이루며, 상기 제 1 광학적 이방성 층의 상기 평균 경사각과 상기 제 2 광학적 이방성 층의 상기 평균 경사각은 상이하고, 상기 제 1 및 상기 제 2 평면은 상기 광학 보상 필름의 평면에 수직이고, 상기 제 1 및 상기 제 2 평면 사이의 각은 90±10°사이에 존재하며, 상기 제 1 광학적 이방성 층의 (ne1-no1)d1에 의해 정의된 지연은 50nm 내지 160nm이고, 상기 제 2 광학적 이방성 층의 (ne2-no2)d2에 의해 정의된 지연은 0nm 내지 80nm이며, 상기 제 1 광학적 이방성 층의 상기 지연과 상기 제 2 광학적 이방성 층의 상기 지연은 상이하되, ne1 및 no1은 각각 상기 제 1 광학적 이방성 층의 상기 포지티브 복굴절 재료의 이상 굴절률 및 정상 굴절률이고, ne2 및 no2는 각각 상기 제 2 광학적 이방성 층의 상기 포지티브 복굴절 재료의 이상 굴절률 및 정상 굴절률이며, d1 및 d2는 각각 상기 제 1 및 상기 제 2 광학적 이방성 층의 두께이다. 이하에서, 본 발명이 상세히 설명된다.
도 5a는 자신의 광학축이 필름 평면에 수직인 평면에서 경사지는 식으로 배향되는 포지티브 복굴절 재료를 포함하는 광학 보상 필름(500)의 정면도를 도시한다. 두 개의 복굴절 재료 층 즉, 광학적 이방성 층(501,503)은 필름 평면과 평행한 기판(509) 상에 증착된다. 제 1 층(501) 및 제 2 층(503)은 상이한 광학축의 평균 경사각 및 지연을 갖는다. 평균 경사각(θav)은 광학적 이방성 층의 두께에 걸친 경사각의 평균, 즉
, 여기서 θ(z)는 두께 d를 가진 광학적 이방성 층(501,503)의 두께 방향으로 측정된 높이 z에서의 경사각이다. 등방성인 층의 두께 방향 내내 경사각이 일정한 경우, 즉 θ(z)=θC인 경우, θav=θC이다. 광학적 이방성 층의 두께 방향 내내 경사각이 선형적으로 변하는 경우, θav는 z=0 및 z=d에서의 경사각의 평균과 동일하고, 따라서 θav={θ(z=0)+θ(z=d)}/2이다. 광학적 이방성 층의 지연은 550nm의 파장에서 (ne-no)에 의해 정의되되, ne 및 no는 각각 포지티브 복굴절 재료의 이상 굴절률 및 정상 굴절률이며, d는 복굴절 재료 층 또는 광학적 이방성 층의 두께이다. 그러므로 동일한 지연을 갖는 두 개의 이방성 층의 두께는 그들의 복굴절(ne-no)이 동일한 경우, 동일해야 한다. 두 개의 광학적 이방성 층이 상이한 포지티브 이방성 재료를 포함하는 경우가 존재한다. 즉, 제 1 광학적 이방성 층은 ne1 및 no1을 갖는 포지티브 복굴절 재료를 포함하는 반면 제 2 광학적 이방성 층은 ne2 및 no2를 갖는 포지티브 복굴절 재료를 포함한다.
당업계에 잘 알려져 있는 바와 같이, 광학 재료는 최대 세 개의 상이한 주(principal) 굴절률을 가질 수 있고 이들 굴절률의 관계에 기초하여 등방성 또는 이방성으로 분류될 수 있다. 그것의 세 개의 주 굴절률 모두가 동일한 경우, 재료는 등방성이라고 지칭된다. 이방성인 경우, 재료는 단축 또는 2축일 수 있다. 두 개의 주 굴절률이 동일한 경우, 재료는 단축으로 지칭된다. 단축 재료는, no로 지칭되는 정상 굴절률, 이상 굴절률(ne) 및 그것의 광학축, 즉 ne 축의 배향을 나타내는 두 개의 각을 갖는 것으로 고유하게 특징지어진다. ne가 no보다 클 경우, 단축(uniaxial) 재료는 포지티브 복굴절이다. ne가 no보다 작을 경우, 단축 재료는 네거티브 복굴절이다. 복굴절 행위를 제어하는 것은 광학 필름의 제조 및 적용에 특히 유용하다. 세 개의 굴절률 모두가 상이한 경우, 재료는 2축으로 지칭되고, 그것의 주 굴절률(nx0,ny0,nz0) 및 세 개의 배향각으로 고유하게 특징지어진다. 2축 재료 중 일부는 그들의 세 개의 주 굴절률 중 두 개가 매우 근사하다는 것을 의미하는, 약한 2축성(weak biaxiality)을 나타내는데, 이는 단축 재료의 정상 굴절률과 동일하게 간주되곤 한다. 이하에서, "광학적 이방성 층"은 복굴절 재료 층을 언급하는데 사용된다.
기판(509)은 기계적 받침으로서 기능을 하고 소정의 광학적 특성을 갖는다. 기판용 재료는 중합체 또는 다른 광학적으로 투명한 재료일 수 있다. 기판은 제조 프로세스 및 실제 애플리케이션에서 충분한 내구력을 갖기만 하면 가요성 형태 또는 딱딱한 형태를 취할 수 있다. 광학적으로, 그것은 네거티브 C-플레이트, 즉 nes<nos의 관계를 갖는 C-플레이트의 특성을 갖되, nes 및 nos는 기판의 이상 굴절률 및 정상 굴절률이다. 두께(ds)를 갖는 550nm의 파장에서 정의된 기판의 면외 지연(out of plane retardation) Rsub=(nes-nos)ds는 바람직하게 -250nm 내지 -80nm의 범위를 갖는다. 2축 광학 특성을 갖는 기판도 사용될 수 있다. 이 경우에, 기판의 광학적 특성은 세 개의 독립 굴절률(nxs,nys 및 nzs)로 특징지어지고, 여기서 nxs는 기판의 평면에서 최대 굴절률이고 nys는 기판의 평면에서 최소 굴절률이며 nzs는 기판의 두께 방향에서의 굴절률이다. 기판으로서 사용될 2축 플레이트에서, nxs와 nys 사이의 차이가 작고, 즉 (nxs-nys)/(nxs+nys)≤0.05이고, nxs>nys>nzs의 관계가 만족된다. 이 경우에 면외 지연, Rsub는 550nm의 파장에서 Rsub={nzs-(nxs+nys)/2}ds로 정의된다. 기판은 Rsub의 충분한 네거티브 값을 얻기 위해 다수의 층 또는 코팅으로 구성될 수 있다. 예를 들어, 중합체 필름 시트가 Rsub=-60nm으로 주어지는 경우, 동일한 필름의 두 개의 시트로 적층(laminating)시킴으로써 Rsub=-120nm을 얻는다. 또는 필요하다면, 불충분한 네거티브 값의 Rsub를 갖는 필름은 유기 또는 무기 화합물 층으로 코팅될 수 있다. 당업자에게 잘 알려져 있는 바와 같이, 폴리이미드와 같은 특정 중합체 또는 디스코틱 액정 화합물 층은 높은 네거티브 값의 Rsub를 제공한다. 충분한 네거티브 값의 Rsub를 갖는 층들 또는 층으로 코팅 또는 적층되는 경우 유리와 같은 광학적 이방성 재료 또는 몇몇 중합체 필름이 기판이 될 수 있다.
정렬 층(alignment layer)(505,507)은 광학 축의 사전결정된 방위각(ψ) 및 경사각(θ)을 제 1 및 제 2 광학적 이방성 층(501,503)으로 강제한다. 전형적인 경우, 정렬 방향은 정렬 층의 표면을 기계적으로 문지름으로써 생성된다. 일반적으로, 정렬 층은 폴리비닐 알콜 또는 폴리이미드와 같은 중합체를 포함한다. 문지름 속도, 문지름 압력 및 다른 제어가능 파라메터를 변경함으로써, 제 1 및 제 2 광학적 이방성 층(501,503)에서 규정된 각의 광학 축을 생성할 수 있다. 또한, 광학축의 특정 배향을 생성하는 정렬 층의 전자기 방사 또는 광 정렬 방법(photo-alignment method)이 알려져 있다. 이 경우에, 광학적 이방성 층의 광학축의 방향은 정렬 층에 포함된 재료, 노출량, 방사 파장, 정렬 층의 두께 및 다른 가능한 파라메터에 의해 제어된다. 정렬층은 방사 파장에 민감할 필요가 있다. 전형적으로, 자외선 영역의 방사는 계피산기(cinnamate group)와 같은 UV 민감성 작용기를 포함하는 중합체 정렬 층에 사용된다.
도 5b는 보상 필름(515)의 대안적 구성을 도시한다. 광학적 이방성 층(501,503)은 서로 동일할 수도 있고 동일하지 않을 수도 있는 두 개의 기판(509,511) 사이에 배치된다. 정렬 층은 참조 번호(505 및 507)이다. 이 경우는, 두 개의 별개의 기판 상에 배치된 두 개의 별개의 광학적 이방성 층을 적층시킴으로써 보상 필름을 제조하는 경우 잠재적으로 발생한다. 적층 인터페이스는 두 개의 이방성 층(501 및 503) 사이에 위치한다. 보상 필름(517)에 대한 다른 가능한 적층의 경우는 도 5c에 도시되어 있다. 적층 인터페이스는 이제 광학적 이방성 층(501)과 기판(511) 사이에 위치한다. 두 개의 기판의 지연(참조 번호(509)의 Rsub1 및 참조 번호(511)의 Rsub2)의 합, Rsub1+Rsub2=Rsub는 바람직하게는 -250nm 내지 -80nm의 범위를 갖는다. 기판 측면 상에 두 개의 필름을 적층시키는 것도 가능하다. 즉, 두 개의 기판 측면 사이에 적층 인터페이스가 배치된다.
도 5d에 도시된 바와 같이, 정렬 층(505,507)이 없는 보상 필름(519)도 가능하다. 광학적 이방성 층(501,503)에서의 광학 축 방향은 전기, 자기장 또는 전단흐름력(shear flow forces)과 같은 외부힘에 제어된다. 광학축 방향은 외부힘이 인가되는 동안 예를 들어 광학적 이방성 층의 중합화 또는 담금질(quenching)에 의해 고정된다. 또한, 당업계에 잘 알려져 있는 바와 같이, 소정의 방법 및 조건으로 증착된 무기 화합물 층은 원하는 광학축 방향 및 지연을 제공한다.
광학적 이방성 층은 굴절률, 지연(또는 등가적으로 두께) 및 광학축 방향으로 특징지어진다. 광학축 방향은 그것의 경사각(θ) 및 방위각(ψ)에 의해 지정된다. 도 6a 및 도 6b는 필름(500)의 구조를 개략적으로 도시한다. 제 1 광학적 이방성 층(601)은 제 1 평면(608)에서 경사지고, 제 2 광학적 이방성 층(603)은 제 2 평면(607)에서 경사진다. 제 1 평면(608) 및 제 2 평면(607)은 필름 평면 또는 기판(609)에 수직이다. 제 1 평면(608)과 제 2 평면(607) 사이에 형성된 각은 90±10°이다. 바람직하게, 보상 필름은 제 1 평면(608)이 전자기파를 편광시키는 인접 소자(편광자 또는 분광기)의 전송축을 포함하는 방식으로 LCD에 사용된다. 평면(608)은 보상 필름에 가장 근접한 셀 표면 상에 액정의 광학축을 포함한다. 그러므로, 편광 소자의 전송축은 편광 소자에 인접한 셀 표면 상에서 액정 광학축과 평행하다. 전송축과 액정 광학축 사이의 이 특정 각 관계를 가진 모드는 이상 모드로 지칭된다. 두 개의 광학적 이방성 층(601,603)은 정렬 층(605) 상에 증착된다. 기판(609)은 전체 구조체를 지탱하고 보상 필름에 필요한 광학 특성을 제공한다. 화살표는 광학적 이방성 층에서의 광학축 방향을 나타낸다. 광학적 이방성 층에서의 광학축은 액정 셀 평면 및 기판(609)의 평면에 수직인 평면에서 경사진다. 경사각(θ)은 θC1 및 θC2(도 6a)로서 일정하게 유지될 수 있거나 또는 광학적 이방성 층의 두께 방향에 따라 θv1에서 θv2로 또는 θv3에서 θv4로 달라질 수 있다(도 6b). 다양한 경우에서, 평균 경사각 
이 전체 경사 프로파일(θ(z))을 대신하여 사용되어 광학적 이방성 층 내에서 경사각을 지정한다. 광학적 이방성 층으로부터 일정한 경사(θC)와 비교되는 또한 광학적 이방성 층으로부터 θav=θC를 갖는 변동되는 경사각과 비교되는 광학 특성을 얻는다.
도 5a 내지 도 6b에 도시된 바와 같은 유사한 구조를 갖는 보상 필름이 잘 알려져 있지만, 본 발명의 보상 필름은 이하에서 주어지는 특정 범위로 주어진 두 개의 광학적 이방성 층 사이의 광학축의 상이한 경사각과 지연의 조합을 갖는다. 주어진 범위의 경사 및 지연의 조합은 TN-LCD의 훨씬 개선된 시야각 성능을 제공한다. 도 6a에 도시된 일정한 경사각 경우에서, 제 1 광학적 이방성 층(601)의 경사각(θC1)은 바람직하게 20°≤θC1≤70°이고, 보다 바람직하게는 40°≤θC1≤60°의 범위를 갖는다. 다른 한편으로, 제 2 이방성 층(603)에 대한 경사각(θC2)은 바람직하게 0°≤θC2≤40°이고 보다 바람직하게는 0°≤θC2≤20°의 범위를 갖는다. 도 6b에 도시된 바와 같이 변하는 경사각의 경우, 제 1 층(601)에 대한 경사각(θav1)의 평균은 바람직하게 25°≤θav1≤70°이고 보다 바람직하게 40°≤θav1≤60°의 범위를 갖는다. 제 2 광학적 이방성 층(603)에 대해, 평균 경사각(θav2)은 0°≤θav2≤40°이고, 보다 바람직하게는 0°≤θav2≤20°의 범위를 갖는다. 경사각(θC1 및 θC2)(또는 등가적으로 θav1 및 θav2)은 상이한 값을 취한다. 바람직하게는, 두 각의 차이, θC1-θC2(또는 등가적으로, θav1-θav2)는 10°보다 크고, 보다 바람직하게는 30°보다 크고 60°보다 작다. 다양한 조합, 예를 들어 제 1 광학적 이방성 층(601)에서의 변하는 경사와 제 2 광학적 이방성 층(603)에서의 일정한 경사는 보상 필름으로서 동일하게 기능을 할 수 있다.
제 1 광학적 이방성 층의 지연(R1)은 (ne1-no1)d1로 정의되되, d1은 제 1 광학적 이방성 층의 두께이다. 제 2 광학적 이방성 층의 지연(R2)은 동일하게 (ne2-no2)d2로서 정의된다. R1값은 50nm≤R1≤160nm의 범위를 갖고 R2는 0nm≤R2≤80nm의 범위를 갖는다. R1 및 R2는 상이하고 그 차이는 바람직하게는 10nm보다 크고, 보다 바람직하게는 20nm보다 크고 100nm보다 작다. 주어진 Rsub에서, 제 1 및 제 2 광학적 이방성 층(601 및 603)의 지연(R1 및 R2)의 바람직한 값은 서로에 대해 의존하고 또한 두 개의 층(601 및 603) 사이의 각(θC1 및 θC2)(등가적으로, θav1 및 θav2)의 조합에 의존한다. 도 7a 내지 도 7e는 표 1에 일람된 경사각과 Rsub의 주어진 조합에 대한 바람직한 R1 및 R2의 값을 범위를 도시한다.
표 1. 도 7a 내지 도 7e에 대응하는 경사각 및 Rsub의 값
음영 영역 내에 R1 및 R2를 갖는 보상 필름은 콘트라스트 비(10) 라인이 방위 시야각(β=0°,90°,180° 및 270°)의 극 시야각(α=60°이상)까지 연장하는 것을 허용한다.
도 8a는 본 발명에 따른 보상 필름(500)을 갖는 NW-TN-LCD(851)의 개략도이다. 광학적 이방성 층(801 및 803)(도 6a 및 도 6b에서 각각 층(601 및 603)에 대응함)은 기판(829) 상에서 별개로 배치되는 것으로 도시되어 있다. 정렬 층은 도 8a에서는 도시되지 않는다. TN 액정 셀(809)은 광학적 이방성 층(803)의 두 개의 쌍 사이에 배치된다. 화살표(819)는 셀 표면에서 액정 광학축의 방향을 나타낸다. 광학적 이방성 층에서 광학축의 방향은 화살표(811)로 도시되어 있다. 도면에서, 제 1 및 제 2 광학적 이방성 층(801 및 803)에서 광학축의 경사각은 일정하게(θC1=50° 및 θC2=5°) 도시되어 있다. 그러나, 위에서 언급한 바와 같이, 그들은 θav1=θC1=50° 및 θav2=θC2=5°를 갖는 변하는 경사를 갖는 이방성 층으로 대체될 수 있다. 지연은 층(801)에 대해서는 R1=100nm이고 층(803)에 대해서는 R2=40nm이다. 기판(829)은 지연(nes-nos)ds=-160를 갖는 네거티브 C-플레이트이다. 양방향 화살표(823,825)는, 각각 135°(또는 315°) 및 45°(또는 225°)의 방위각(Ψ)을 갖는 편광자(831) 및 분광기(833)의 전송축을 도시한다. 광학축 및 전송축의 방위각은 괄호로 주어진다. 광학적 이방성 층(801,803)의 광학축은 편광자 또는 분광기의 전송축과 동일한 방위각(Ψ)(45°또는 135°)을 갖는다. 이와 달리, 도 5b에 도시된 것과 같은 구조를 갖는 보상 필름(515)을 사용할 수 있다. 대응 디스플레이(855)는 도 8c에 도시되어 있다. 제 2 이방성 층(803) 및 액정 셀(809) 사이에 추가 기판 층(853)이 존재한다. 광학적 이방성 층(801,803)의 경사각 및 지연은 도 8a에 도시된 디스플레이(851)와 동일하다. 기판(829 및 853)의 지연은 각각 Rsub1=-106nm 및 Rsub2=-54nm이고 따라서 Rsub=-160nm이다.
도 8b 및 도 8d는 도 8a 및 도 8c에 각각 도시된 디스플레이(851 및 855)에 대한 등콘트라스트 도면이다. 라인(837 및 839)은 각각 콘트라스트 비(50 및 100)를 가진 등콘트라스 라인이다.
비교를 위해, 도 4b는, 경사각(θ=20°) 및 60nm의 지연을 갖는 광학적 이방성 층(403) 및 Rsub=-60nm을 갖는 기판을 갖는 종래의 보상 필름을 구비한 디스플레이(441)의 등콘트라스트 도면을 도시한다. 라인(427,429,431)은 각각 콘트라스트 비(10,50 및 100)에 대한 등콘트라스 라인이다.
도 8b 및 도 8d 모두에서, 등콘트라스트(100) 라인(839)으로 폐쇄된 영역은 도 4b에 도시된 등콘트라스트 도면에서 라인(431)에 의한 그들의 대응부보다 훨씬 크다는 것을 알 수 있다. 사실, 디스플레이(851)는 거의 모든 시야각에서 100보다 큰 콘트라스트 비를 갖는다. 디스플레이(853)는 종래의 디스플레이(441)와 비교해볼 때 50 이상의 콘트라스트 비를 갖는 보다 넓은 시야각 범위를 달성하였다. 다른 한편으로, 종래의 디스플레이(441)는 도 4b에 도시된 등콘트라스트 도면에서 등콘트라스트 라인(10)의 바깥에 위치한 10보다 작은 콘트라스트를 갖는 상당한 시야각 부분을 여전히 갖는다.
표 2는 도 4a의 종래의 디스플레이(441)(종래의 디스플레이(1)), 동시 계류중인 미국 특허 출원 번호 제10/281,595호에 따른 종래의 디스플레이(종래의 디스플레이(2)) 및 도 8a의 디스플레이(851)에 대한 특정 콘트라스트 비(50,100 및 200)에 대응하는 평균 시야각(β=0°,90°,180°,270°)에서의 극 시야각 α의 평균 값)을 도시한다. 종래의 디스플레이(2)는, O-플레이트가 경사각(10°) 및 지연(100nm)을 갖는다는 것을 제외하고는 종래의 디스플레이(2)와 동일하다. 보다 나은 시야각 특성을 갖는 디스플레이는 동일한 콘트라스트 비에서 보다 큰 평균 시야각(α)을 갖는다. 본 발명의 디스플레이(851)는 종래의 디스플레이(1 및 2) 모두와 비교해 볼 때 동일한 콘트라스트 비의 상당히 넓은 시야각 범위를 갖는다는 것이 입증된다. 예를 들어, 100 이상의 콘트라스트 비를 갖는 평균 시야각 범위는 32° 및 36°에서 67°로 확장된다.
표 2. 종래의 보상 필름과 본 발명에 따른 보상 필름 사이의 평균 시야각의 비교.
표 2. 평균 보기 각
도 7a 내지 도 7e는 제 1 및 제 2 광학적 이방성 층의 지연(R1 및 R2)과 경사각 및 기판 지연(Rsub)은 동시에 최적화될 필요가 있다는 것을 분명히 도시하고 있다. 고정된 Rsub 값에 대해, 지연(R1 및 R2)은 서로에 대해 의존하고, 그들의 범위는 상이한 경사각 조합에 따라 다르다. 도 7b에 따르면, 예를 들어, Rsub=-160nm에서, 제 1 층의 평균 경사가 50°이고 제 2 층의 평균 경사는 5°이며 R1=80이면, 15nm≤R2≤55nm로 주어지는 바람직한 R2의 값을 갖는다. 각(θC1 및 θC2)(또는 등가적으로 θav1 및 θav2)이 각각 40° 및 10°이고, R1=80nm인 경우, 도 7a에 나타내는 바와 같이 35nm≤R2≤55nm의 바람직한 범위를 갖는다. 동시 최적화의 필요성은 도 9a 내지 도 9f의 콘트라스트 도면에서 분명히 입증된다. 그들은 도 4a 또는 도 8a에 도시된 것과 같은 그러나 표 3에 주어진 경사각(θC1 및 θC2)(또는 등가적으로 θav2 및 θav2) 및 지연(R1,R2 및 Rsub)의 상이한 파라메터를 갖는 NW-TN-LCD의 등콘트라스트 도면이다. 도 9a 내지 도 9f에서, 라인(901,903 및 905)은 콘트라스트 비(10,50 및 100)를 갖는 등콘트라스트 라인에 대응한다.
표 3. 도 9a 내지 도 9f의 등콘트라스트 도면에 대응하는 광학적 이방성 층의 경사각 및 지연의 값
도 9a 및 도 9b는 경사각(θC1 및 θC2)의 동시 변경이 반드시 디스플레이의 성능을 개선하는 것은 아니라는 것을 도시한다. 그들 중 어느 것도 도 4a에 도시된 종래의 디스플레이(441)에 비교해 보다 넓은 시야각 범위를 가지지 않는다. 이것은 도 9a 및 도 9b가 등콘트라스트(10) 라인(901) 내에서 폐쇄된 보다 작은 영역을 갖는다는 사실로 입증된다. 도 9a에서, 등콘트라스트 라인(10)은 α=41°,43°,41° 및 β=0°,90°,180°,270°에서 각각 이루어진다. 이것은 실제 애플리케이션에 대해서는 완전히 만족되지 않는다. 도 9b는 도9a보다 다소 좀 나은 성능을 나타내지만, 수직 방향에서의 성능이 좋지 않아서 이 경우는 불만족스럽다.
경사각(θC1 및 θC2)(또는 등가적으로 θav1 및 θav2)은 20°로 유지되고, R1 및 R2가 변경되는 경우, 시야각 범위는 종래의 디스플레이(441)의 것에 비해 상당한 개선을 나타내지 않는다. 이 예는 R1 및 R2가 100nm로 설정되는 도 9c에 도시되어 있다. 도 9c에 도시된 그것의 등콘트라스트 도면에서, 라인(901) 내에 폐쇄된 영역은 라인(427) 내의 것과 거의 동일하다.
보다 큰 Rsub의 네거티브 값을 갖는 동일한 R1 및 R2의 값을 갖는 상이한 각의 조합은 디스플레이 성능에 상당한 변화는 보이지 않는다. 이것은 도 9d 및 도 9e에 도시된 등콘트라스트 도면에 의해 입증된다. 도 9d는 종래의 디스플레이(441)에 비교해 볼 때 대각선 보기 방향에서 일부 개선을 나타내고, 동시에 β=0°,90°,180°및 270°에서의 콘트라스트 비의 저하는 심각하다. 예를 들어, 도 9d에서 등콘트라스트 비(10) 라인(901)은 β=0°, 90°, 180°, 270°에 대해 각각 α=46°,35°,46°,57°으로 이루어진다. 다른 한편, 그것은 도 4b에서 α=59°,55°,59°및 58°으로 이루어진다. 도 9e는 넓은 방위 시야각 범위(0°≤β≤205°, 337°≤β≤360°(=0°)에서 종래의 디스플레이(441)보다 개선을 나타내지만, 그것은 β=270°주위에 집중된 시야각 범위에서 큰 콘트라스트 저하를 나타낸다.
동일한 경사각(θC1 및 θC2)(등가적으로, θav1 및 θav2)를 유지하면서 상이한 R1 및 R2를 취하게 되면 제한된 개선만이 제공된다. 도 9f는 하나의 예이다. 이 경우, 성능은 종래의 디스플레이(441)보다 더 낫다. 그러나, 그것은 도 8b, 도 8d 및 도 9f에 도시된 등콘트라스트 도면들을 비교해볼 때 분명히 알 수 있는 바와 같이 도 8a 및 도 8c에 도시된 디스플레이(851 및 855)보다 훨씬 열등하다.
일부 종래의 보상 필름 설계는, 두 개의 플레이트의 광학축 사이의 방위각이 90°인 두 개의 동일한 O-플레이트의 적층을 선호한다. 그러므로 θ=20° 및 60nm의 지연을 갖는 보상 필름이 첸 외 다수(SID99, pp. 98-101 "Wide-viewing-angle photo-aligned plastic film for TN-LCDs")에 의해 발견되었다는 것은 놀랄 일이 아니다. 25°내지 65°사이의 훨씬 높은 경가각을 갖는 보상 필름은 또한 미국 특허 제 5,619,351 호에 개시되었다. EP 출원 제1143271A2호 및 WO 97/44409 호는 두 개의 O 플레이트 사이의 상이한 경사각의 조합을 설명한다. 그러나, 두 개의 경사각(θC1,θC2)(등각적으로 θav1 및 θav2), 지연(R1,R2) 및 기판의 지연(Rsub)의 특정 조합은 시야각 범위에서 예지할 수 없는 상당한 개선을 야기한다는 것은 놀라운 결과이다.
본 발명의 또 다른 장점은, 도 4a에 도시된 디스플레이(441)와 같은 종래의 디스플레이보다 월등한 성능을 갖는 보상 필름의 넓은 범위의 파라메터(θC1,θC2(또는 등가적으로 θav1 및 θav2), R1, R2 및 Rsub)를 제공한다는 것이다. 본 발명은 일부 경사각 조합에 대해 R1 및 R2의 넓은 허용치를 제공한다. 도 7b에 도시되어 있는 바와 같이, θC1=50° 및 θC2=5°(또는 등가적으로 θav1=50° 및 θav2=5°)인 경우, R1 및 R2의 가능한 범위는 60nm≤R1≤140nm 및 15nm≤R2≤60nm로 주어진다. 경사각에서 넓은 범위가 달성되었다. R1=100nm 및 R2=45nm의 조합에 대해, θC1 및 θC2(또는 등가적으로 θav1 및 θav2)에 대해 허용가능한 범위는 40°≤θC1≤60° 및 0°≤θC1≤5°이다. 따라서 본 발명은 훌륭한 제조 융통성을 제공한다.
본 발명의 실시예에서는, 보상 필름은 광 정렬 방법(photo-alignment method)에 의한 배향 또는 기계적 문지름(mechanical rubbing)에 의한 배향이 잘 이루어지는 재료를 포함하는 정렬 층을 포함하고, 상기 제 1 또는 상기 제 1 광학적 이방성 층 중 적어도 하나가 중합체 액정을 포함하고, 보상 필름은 두 개의 필름을 적층시킴으로써 구성되고, 상기 각각의 필름은 기판 상에 배치된 광학적 이방성 층을 포함하되, 적층은 상기 두 개의 필름의 광학적 이방성 층의 표면 사이에서 또는 두 개의 필름 중 제 1 필름의 광학적 이방성 층의 표면과 두 개의 필름 중 제 2 필름의 기판의 표면 사이에서 이루어지고,
상기 두 개의 필름의 기판의 면외 지연들의 합은 -250nm 내지 -80nm이고, 경사각은 변경될 수도 또는 고정될 수도 있되, ne1 및 ne2는 실질적으로 동일하고 no1 및 no2는 실질적으로 동일하며,
상기 제 1 광학적 이방성 층의 상기 평균 경사각과 상기 제 2 광학적 이방성 층의 상기 평균 경사각의 차이는 10°만큼이나 크고 바람직하게 상기 제 1 광학적 이방성 층의 상기 평균 경사각과 상기 제 2 광학적 이방성 층의 상기 평균 경사각의 차이는 30°보다 크고 60°보다는 작고, 상기 제 1 광학적 이방성 층의 상기 지연과 상기 제 2 광학적 이방성 층의 상기 지연은 10nm보다 크고,
상기 제 1 광학적 이방성 층의 상기 지연과 상기 제 2 광학적 이방성 층의 상기 지연은 20nm 보다 크고 100nm보다 작으며, 상기 평면은 전자기파를 편광시키는 인접 소자의 전송축 및 상기 보상 필름에 인접한 액정 셀 표면 상의 액정의 광학축을 포함하며,
상기 제 1 층의 지연(ne1-no1)은 50nm 내지 160nm이고, 상기 제 2 광학적 이방성 층의 (ne2-no2)d2로 정의되는 지연은 0nm 내지 80nm이며, 상기 제 1 광학적 이방성 층의 상기 지연 및 상기 제 2 광학적 이방성 층의 상기 지연은 상이하고, 상기 제 1 광학적 이방성 층의 상기 지연과 상기 제 2 광학적 이방성 층의 상기 지연 사이의 차이는 10nm보다 크고, 바람직하게 20nm 보다 크고 100nm보다는 작으며,
상기 제 1 광학적 이방성 층의 지연은 80nm 내지 120nm이고 상기 제 2 광학적 이방성 층의 지연은 0nm 내지 60nm이며,
기판은 네거티브 C 플레이트이고 상기 기판의 (nes-nos)ds에 의해 정의된 면외 지연은 -250nmn 내지 -80nm이며, 여기서 nes 및 nos는 각각 상기 기판의 이상 굴절률 및 정상 굴절률이고, ds는 상기 기판의 두께이다.
또 다른 실시예는 본 발명의 보상 필름은 트위스트형 네마틱 액정 셀의 양면에 배치된 디스플레이다.
본 명세서에서 언급되는 특허 및 다른 공보의 콘텐츠는 본 명세서에서 참조로서 인용된다.
본 발명에 따르면, 종래의 보상 필름을 갖는 디스플레이보다 보다 넓은 시야각 범위에서 상당히 더 높은 콘트라스트를 제공하는 디스플레이를 제공할 수 있다.
Claims (13)
- 액정 디스플레이용 광학 보상 필름에 있어서,기판 상에 배치된 포지티브 복굴절(positively birefringent)인 재료를 포함하는 제 1 및 제 2 광학적 이방성 층을 포함하되,상기 제 1 광학적 이방성 층의 광학축은 제 1 평면에서 25°내지 70°사이의 평균 경사각으로 경사를 이루고, 상기 제 2 광학적 이방성 층의 광학축은 제 2 평면에서 0°내지 40°사이의 평균 경사각으로 경사를 이루며, 상기 제 1 광학적 이방성 층의 상기 평균 경사각과 상기 제 2 광학적 이방성 층의 상기 평균 경사각은 상이하되, 상기 제 1 광학적 이방성 층의 상기 평균 경사각이 상기 제 2 광학적 이방성 층의 상기 평균 경사각보다 크며, 상기 제 1 및 상기 제 2 평면은 상기 광학 보상 필름의 평면에 수직이되 상기 제 1 및 상기 제 2 평면 사이의 각은 90±10°사이에 존재하며, 상기 제 1 광학적 이방성 층의 (ne1-no1)d1에 의해 정의된 지연(retardation)은 80nm 내지 120nm이고, 상기 제 2 광학적 이방성 층의 (ne2-no2)d2에 의해 정의된 지연은 0nm 내지 60nm이며, 상기 제 1 광학적 이방성 층의 상기 지연과 상기 제 2 광학적 이방성 층의 상기 지연은 상이하되, 여기서 ne1 및 no1은 각각 상기 제 1 광학적 이방성 층의 상기 포지티브 복굴절 재료의 이상 굴절률 및 정상 굴절률(extraordinary and ordinary indices of refraction)이고, ne2 및 no2는 각각 상기 제 2 광학적 이방성 층의 상기 포지티브 복굴절 재료의 이상 굴절률 및 정상 굴절률이며, d1 및 d2는 각각 상기 제 1 및 상기 제 2 광학적 이방성 층의 두께인액정 디스플레이용 광학 보상 필름.
- 제 1 항에 있어서,상기 제 1 평면은 전자기파를 편광시키는 인접 소자의 전송축과 상기 보상 필름에 인접한 상기 액정 셀 표면 상에서의 액정 광학축을 포함하는 액정 디스플레이용 광학 보상 필름.
- 제 2 항에 있어서,상기 제 1 및 상기 제 2 광학적 이방성 층은 모두 하나의 기판 상에 배치되는 액정 디스플레이용 광학 보상 필름.
- 제 3 항에 있어서,상기 제 1 광학적 이방성 층은 상기 기판 상에 배치되고 상기 제 2 광학적 이방성 층은 상기 제 1 광학적 이방성 층 상에 배치되는 액정 디스플레이용 광학 보상 필름.
- 제 2 항에 있어서,상기 기판은 네거티브 C-플레이트이고 상기 기판의 (nes-nos)ds에 의해 정의되는 면외 지연(out-of-plane retardation)은 -250nm 내지 -80nm이되, nes 및 nos는 각각 상기 기판의 이상 굴절률 및 정상 굴절률이고, ds는 상기 기판의 두께인 액정 디스플레이용 광학 보상 필름.
- 제 2 항에 있어서,상기 기판은 이하의 관계식 (1) 및 (2)를 모두 만족시키는 2축 플레이트(biaxial plate)이되,관계식 (1)nxs>nys>nzs관계식 (2)(nxs-nys)/(nxs+nys)≤0.05상기 기판의 평면에서 nxs는 최대 굴절률이고, nys는 최소 굴절률이고, nzs는 상기 기판의 두께 방향에서의 굴절률이며, ds는 기판의 두께이며, {nzs-(nxs+nys)/2}ds에 의해 정의되는 면외 지연은 -250nm 내지 -80nm인액정 디스플레이용 광학 보상 필름.
- 제 3 항에 있어서,정렬 층(alignment layer)이 상기 제 1 광학적 이방성 층의 두 면 중 적어도 하나에 배치되는 액정 디스플레이용 광학 보상 필름.
- 제 2 항에 있어서,상기 제 1 광학적 이방성 층의 상기 평균 경사각은 40°내지 60°이고 상기 제 2 광학적 이방성 층의 상기 평균 경사각은 0°내지 20°인 액정 디스플레이용 광학 보상 필름.
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- 액정 디스플레이용 광학 보상 필름에 있어서,기판 상에 배치된 포지티브 복굴절 재료를 포함하는 제 1 및 제 2 광학적 이방성 층을 포함하되,상기 제 1 광학적 이방성 층의 광학축은 제 1 평면에서 25°내지 70°사이의 평균 경사각으로 경사를 이루고, 상기 제 2 광학적 이방성 층의 광학축은 제 2 평면에서 0°내지 40°사이의 평균 경사각으로 경사를 이루며, 상기 제 1 광학적 이방성 층의 상기 평균 경사각은 상기 제 2 광학적 이방성 층의 상기 평균 경사각보다 크고, 상기 제 1 광학적 이방성 층의 상기 평균 경사각과 상기 제 2 광학적 이방성 층의 상기 평균 경사각의 차이는 10°보다 크고, 상기 제 1 및 상기 제 2 평면은 상기 광학 보상 필름의 평면에 수직이고, 상기 제 1 및 상기 제 2 평면 사이의 각은 90±10°사이에 존재하며,상기 제 1 광학적 이방성 층의 지연(retardation)은 80nm 내지 120nm이고 상기 제 2 광학적 이방성 층의 지연은 0nm 내지 60nm인액정 디스플레이용 광학 보상 필름.
- 제 11 항에 있어서,상기 기판은 하기의 관계식 (1) 및 (2)를 모두 만족하는 2축 플레이트이되,관계식 (1)nxs>nys>nzs관계식 (2)(nxs-nys)/(nxs+nys)≤0.05nxs는 상기 기판의 평면에서 최대 굴절률이고, nys는 상기 기판의 평면에서 최소 굴절률이고, nzs는 상기 기판의 두께 방향에서의 굴절률이고, ds는 기판의 두께이며, {nzs-(nxs+nys)/2}ds에 의해 정의되는 면외 지연은 -250nm 내지 -80nm인액정 디스플레이용 광학 보상 필름.
- a) 트위스트형 네마틱 액정 셀과,b) 적어도 하나의 편광 소자와,c) 청구항 1에 기재된 광학 보상 필름을 포함하는 디스플레이.
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