KR101321871B1

KR101321871B1 - 편광판, 편광판의 제조 방법 및 이를 갖는 액정 표시 장치

Info

Publication number: KR101321871B1
Application number: KR1020070017102A
Authority: KR
Inventors: 계명하; 이승주; 장윤; 이승희; 박준형; 이경진
Original assignee: 삼성디스플레이 주식회사
Priority date: 2007-02-20
Filing date: 2007-02-20
Publication date: 2013-10-25
Also published as: US20100321614A1; US7808584B2; US20080198305A1; US8045102B2; KR20080077491A

Abstract

편광판, 편광판의 제조 방법 및 이를 갖는 액정 표시 장치가 제공된다. 상기 액정 표시 장치는 액정 패널과 상기 액정 패널에 부착되는 편광판을 포함한다. 상기 편광판은 편광 필름, 제1 지지 필름 및 제2 지지 필름을 갖는다. 상기 제1 지지 필름은 광학적 이방성을 갖고, 상기 편광 필름에 부착되며 제1 두께를 갖는다. 상기 제2 지지 필름은 상기 제1 지지 필름과 마주보도록 상기 편광 필름에 부착되며, 상기 제1 두께보다 두꺼운 제2 두께를 갖는다. 상기 편광판은 고분자 수지를 포함하는 용해액으로부터 용매를 휘발시켜 광학 필름을 형성한 후, 상기 광학 필름을 연신하여 제조된다.

Description

편광판, 편광판의 제조 방법 및 이를 갖는 액정 표시 장치{Polarizer, Method of fabricating the same and Liquid crystal display having the same}

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 액정 표시 장치의 단면도이다.

도 2는 도 1에서 액정 패널을 확대하여 도시한 사시도이다.

도 3a 및 도 3b는 도 1의 액정 표시 장치의 동작 과정을 설명하는 단면도들이다.

도 4a 및 도 4b는 일반적인 액정 표시 장치에서 수축 정도에 따른 차이로 축틀어짐이 발생하는 과정을 설명하는 도면들이다.

도 5a는 VA 모드의 액정 표시 장치에서 발생된 코너 무라를 분석한 사진이다.

도 5b 및 도 5c는 도 5a의 코너 무라의 원인을 푸앵카레 구를 통하여 축 틀어짐에 의해 설명하는 도면들이다.

도 6은 광학적 이방성을 갖는 지지 필름의 두께에 따른 액정 표시 장치의 코너 무라 변화를 나타내는 그래프이다.

도 7은 광학적 이방성을 갖는 지지 필름의 두께 방향 위상 지연값에 따른 액정 표시 장치의 대비비 변화를 나타내는 그래프이다.

도 8a 및 도 8b는 각각 일반적인 액정 표시 장치와 본 발명의 실시예에 따른 액정 표시 장치에서 구동 시간에 따른 화질 변화를 나타내는 그래프들이다.

도 9a 내지 도 9c는 본 발명의 실시예에 따른 편광판의 제조 방법을 설명하는 도면들이다.

*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*

100 -- 액정 패널 110 -- 제1 기판

120 -- 제2 기판 130 -- 액정층

200 -- 편광판 210 -- 제1 편광판

220 -- 제2 편광판

본 발명은 편광판, 편광판의 제조 방법 및 이를 갖는 액정 표시 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 고화질의 영상을 표시하는 편광판, 편광판의 제조 방법 및 이를 갖는 액정 표시 장치에 관한 것이다.

액정 표시 장치는 액정을 사용하여 전기 신호를 시각 정보로 변화시켜 영상을 전달하는 표시 장치이다. 액정 표시 장치는 그 내부에 액정이 포함되는 액정 패널과 상기 액정 패널의 외부에 부착되는 편광판을 포함한다. 상기 편광판은 두 개가 구비되어 상기 액정 패널의 상부와 하부에 각각 부착된다. 상기 두 개의 편광판은 각각이 서로 수직인 방향으로 투과축을 갖고 이를 통과하는 광을 각 투과축에 나란한 방향으로 선편광시킨다. 액정 표시 장치는 상기한 편광판을 이용하여 액정 패널을 통과하는 광을 상기 편광판에서 투과하거나 흡수하면서 영상을 표시한다.

그런데, 액정 표시 장치는 여러가지 원인에 의해 화질 불량이 발생 된다. 일반적으로 화면 특성이 균일하지 않고 얼룩진 상태를 총칭하여 '무라(Mura)'라고 하는데, 상기 무라는 원인에 따라 종류가 다양하기 때문에 이를 분석하여 예방하기가 용이하지 않다. 상기 무라 중 화면의 가장자리 부분이 다른 부분에 비해 밝게 표시되는 것을 '코너 무라(Coner Mura)'라 한다. 상기 코너 무라는 주로 편광판에 의해서 발생되는 것이라 추측되고 있으나 아직 정확한 원인이 규명되어 있지는 않다.

본 발명의 목적은 상기한 코너 무라의 발생 원인을 분석함으로써 이를 방지하고 고화질의 영상을 표시하는 편광판을 제공하는 데 있다.

본 발명의 다른 목적은 상기한 편광판을 제조하는 방법을 제공하는 데 있다.

본 발명의 다른 목적은 상기한 편광판을 갖는 액정 표시 장치를 제공하는 데 있다.

본 발명의 실시예에 따른 편광판은 편광 필름, 제1 및 제2 지지 필름을 포함한다. 상기 제1 지지 필름은 광학적 이방성을 갖고, 상기 편광 필름에 부착되며, 70㎛ 이하의 제1 두께를 갖는다. 상기 제2 지지 필름은 상기 제1 지지 필름과 마주보도록 상기 편광 필름에 부착되며, 상기 제1 두께보다 두꺼운 제2 두께를 갖는다.

본 발명의 실시예에 따른 편광판의 제조 방법은 편광 필름을 형성하는 단계, 광학적 이방성을 가지며, 30 ~ 50㎛의 두께를 갖는 지지 필름을 형성하는 단계, 및 상기 편광 필름에 상기 지지 필름을 부착하는 단계를 포함한다. 상기 지지 필름을 형성하는 단계는 고분자 수지가 포함된 용해액을 스테이지에 안착하는 단계, 상기 스테이지를 이송하면서 상기 용해액으로부터 용매를 휘발시켜 광학 필름을 형성하는 단계, 및 상기 스테이지의 이송 속도에 대응되는 속도로 상기 광학 필름에 접촉하는 롤러를 회전하여 상기 광학 필름을 연신하는 단계를 포함한다.

본 발명의 실시예에 따른 액정 표시 장치는 액정층을 사이에 두고 서로 마주보는 제1 및 제2 기판을 포함하는 액정 패널 및 상기 제1 및 제2 기판 중 적어도 하나에 부착되는 편광판을 포함한다. 상기 편광판은 편광 필름, 제1 및 제2 지지 필름을 포함한다. 상기 제1 지지 필름은 광학적 이방성을 갖고, 상기 편광 필름에 부착되며, 70㎛ 이하의 제1 두께를 갖는다. 상기 제2 지지 필름은 상기 제1 지지 필름과 마주보도록 상기 편광 필름에 부착되며, 상기 제1 두께보다 두꺼운 제2 두께를 갖는다.

이하 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 살펴보기로 한다. 다만 본 발명은 여기서 설명되어지는 실시예들에 한정되지 않고 다양한 형태로 응용되어 변형될 수도 있다. 오히려 아래의 실시예들은 본 발명에 의해 개시된 기술 사상을 보다 명확히 하고 나아가 본 발명이 속하는 분야에서 평균적인 지식을 가진 당업자에게 본 발명의 기술 사상이 충분히 전달될 수 있도록 제공되는 것이다. 따라서 본 발명의 범위가 아래에서 상술하는 실시예들로 인해 한정되는 것으로 해석되어서는 안 될 것이다. 또한 하기 실시예와 함께 제시된 도면들에 있어서, 층 및 영역들의 크기는 명확한 설명을 강조하기 위해서 간략화되거나 다소 과장되어진 것이며, 도면상에 동일한 참조번호들은 동일한 구성요소들을 나타낸다.

도 1을 참조하면, 액정 패널(100) 및 편광판(200)이 구비된다. 액정 패널(100)은 서로 마주보는 두 개의 기판을 구비한다. 상기 두 개의 기판을 구분하여, 하측에 위치한 것을 제1 기판(110)이라 명명하고 상측에 위치한 것을 제2 기판(120)이라 명명한다. 제1 및 제2 기판(110,120)상에는 각각 투명 전극이 형성된다. 제1 기판(110)상의 투명 전극은 영상을 표시하는 최소 단위인 화소에 따라 분리되게 형성되는 화소 전극(115)에 해당된다. 화소 전극(115)에는 영상 정보에 대응되는 데이터 전압이 인가된다. 제2 기판(120)상의 투명 전극은 화소와 상관없이 일체로 형성된 공통 전극(125)에 해당한다. 공통 전극(125)에는 일정한 레퍼런스 전압이 인가된다. 화소 전극(115)과 공통 전극(125) 사이에는 액정층(130)이 개재된다.

편광판(200)은 액정 패널(100)의 외부에 부착된다. 편광판(200)은 액정 패널(100)에 부착되는 위치에 따라, 제1 기판(110)의 외부에 부착된 것을 제1 편광판(210)이라 하고 제2 기판(120)의 외부에 부착된 것을 제2 편광판(220)이라 명명한다. 제1 편광판(210)은 제1 지지 필름(211), 제1 편광 필름(212), 제2 지지 필름(213) 및 제1 점착층(214)을 포함한다. 제2 편광판(220)은 제3 지지 필름(221), 제2 편광 필름(222), 제4 지지 필름(223) 및 제2 점착층(224)을 포함한다. 제1 및 제2 편광판(210,220)의 각 구성 요소들은 액정 패널(100)을 중심에 두고 서로 대칭적인 위치에 상호 대응되게 배치된다.

제1 및 제2 편광 필름(212,222)은 각각 소정 방향으로 광을 편광시키는 역할을 한다. 제1 및 제2 편광 필름(212,222)은 폴리비닐알콜(Poly Vinyl Alcohol; PVA) 화합물을 포함하는 광학 필름으로부터 형성된다. 상기 광학 필름은 요오드(I)나 이색성 염료를 흡착하여 한쪽 방향으로 연신되며, 상기한 연신 방향을 따라 흡수축이 형성되어 상기 흡수축과 나란한 방향의 광을 흡수한다.

제1 및 제2 지지 필름(211,213)은 제1 편광 필름(212)을 사이에 두고 서로 마주보면서 제1 편광 필름(212)을 지지한다. 제2 지지 필름(213)은 제1 지지 필름(211)에 비해 얇은 두께를 갖는다. 제3 및 제4 지지 필름(221,223)은 제2 편광 필름(222)을 사이에 두고 서로 마주보면서 제2 편광 필름(222)을 지지한다. 제4 지지 필름(223)은 제3 지지 필름(221)에 비해 얇은 두께를 갖는다. 구체적으로, 제1 및 제3 지지 필름(211,221)은 각각 제1 및 제2 편광 필름(212,222)을 충분히 지지할 수 있게 80㎛ 근방의 두께를 갖는다. 이에 비해, 제2 및 제4 지지 필름(213,223)은 70㎛ 이하의 두께를 갖는다. 이는 제2 및 제4 지지 필름(213,223)이 상기한 지지 역할 외에 측면에서 액정 표시 장치의 화질을 개선하는 역할을 하기 때문이다. 상기한 화질 개선 역할에 대해서는 후술한다.

제3 지지 필름(221)은 외부로 노출되며, 상기 노출된 표면에 표면 보호 필름이 추가되거나 또는 여러가지 표면 처리가 추가될 수 있다. 예컨대, 제3 지지 필름(221)은 도전성 입자들을 포함하여 정전기 방지 처리(Anti Static; A/S)될 수 있다. 상기 A/S 처리로 정전기가 액정 패널(100) 내부로 유입되어 액정 표시 장치가 오작동되는 것을 방지한다. 또한, 제3 지지 필름(221)은 표면에 요철을 형성하여 눈부심 방지 처리(Anti Glare; A/G)될 수 있다. 상기 A/G 처리로 제3 지지 필름(221)의 표면에서 외부광이 정면 방향으로 반사되어 눈부심이 발생되는 것을 방지한다.

제1 접착층(214)은 제1 기판(110)과 제2 지지 필름(213) 사이에 형성되며, 제1 편광판(210)과 액정 패널(100)을 결합하는 역할을 한다. 제2 접착층(224)은 제2 기판(120)과 제4 지지 필름(223) 사이에 형성되며, 제2 편광판(220)과 액정 패널(100)을 결합하는 역할을 한다. 제1 및 제2 점착층(214,224)에 의해 부착된 제1 및 제2 편광판(210,220)은 필요에 따라 액정 패널(100)로부터 탈착될 수 있다. 예컨대, 작업상의 오류가 발생되어 재작업이 필요한 경우, 편광판(200)은 액정 패널(100)로부터 탈착되고 해당 액정 패널(100)은 재 사용된다.

도 2는 도 1에서 액정 패널을 확대하여 도시한 사시도이다.

도 2를 참조하면, 제1 기판(110)상에는 게이트 라인(111)과 데이터 라인(112)이 형성된다. 게이트 라인(111)과 데이터 라인(112)은 각각 복수로 구비되며, 상기 복수의 라인들이 상호간에 절연되게 교차하면서 복수의 화소 영역(Pixel Area; PA)을 정의한다. 상기 복수의 화소 영역(PA) 각각에는 박막 트랜지스터(113)와 화소 전극(115)이 구비된다. 박막 트랜지스터(113)는 게이트 라인(111)에 연결된 제어 전극, 데이터 라인(112)에 연결된 입력 전극 및 상기 입력 전극과 마주보는 출력 전극을 포함한다. 화소 전극(115)은 상기 출력 전극에 전기적으로 연결된다.

제2 기판(120)상에는 화소 전극(115)과 마주보는 공통 전극(125)이 형성된 다. 제2 기판(120)과 공통 전극(125)의 사이에는 게이트 라인(111)과 데이터 라인(112)에 대응되게 위치하여 화소 영역(PA)의 경계로 광을 차단하는 차단막 패턴이 형성될 수 있다. 또한, 상기 차단막 패턴상에는 컬러 영상을 표시하기 위한 컬러 필터가 형성될 수 있다.

이하, 상기한 구조를 갖는 액정 표시 장치의 동작 과정을 설명한다.

도 2 및 도 3a를 참조하면, 액정 표시 장치는 액정층(130)에 인가되는 전기장에 따라 블랙 상태와 화이트 상태로 구분된다. 수직 배향의 VA(Vertical Alignment) 모드의 경우, 액정층(130)에 전기장이 인가되지 않을 때 액정층(130)에 포함된 액정(131)은 제1 및 제2 기판(110,120)에 대해 수직한 방향으로 배열되며, 투과축이 상호 직교하는 제1 및 제2 편광필름(212,222)에 의해 블랙 상태가 된다. 액정(131)은 장축의 방향에 의해 그 배열 방향이 정의된다.

액정(131)은 발광체가 아니므로, 액정 표시 장치는 별도의 발광 유닛을 구비하여 상기 발광 유닛으로부터 광을 제공받거나 또는 외부에서 입사된 광을 이용하여 영상을 표시한다. 상기 발광 유닛으로부터 제공되는 광은 액정 패널(100)의 하부에서 제공되어 제1 편광판(210), 액정 패널(100) 및 제2 편광판(220)을 경유한다. 상기 외부에서 입사된 광은 제2 편광판(220)을 통하여 액정 패널(100)에서 반사된 후 다시 제2 편광판(220)을 통하여 외부로 출사되며, 이러한 동작에서 제1 편광판(210)이 생략된다.

상기 발광 유닛으로부터 광이 제공되는 경우의 동작 과정을 설명한다. 편의상 상기 광의 진행 방향에 수직한 평면을 정의하는 상호 수직한 두 개의 방향을 각각 제1 및 제2 방향(D1,D2)이라 하고, 상기 광의 진행 방향을 제3 방향(D3)이라 한다. 제1 편광 필름(212)은 제1 방향(D1)과 나란한 방향으로 제1 투과축(212a)을 가지며, 제2 편광 필름(222)은 제2 방향(D2)과 나란한 방향으로 제2 투과축(222a)을 갖는다.

상기 발광 유닛으로부터 제공된 광은 제1 편광판(210)을 통과하면서 제1 방향(D1)으로 선편광된다. 상기 선편광된 광은 액정층(130)을 투과하여 제2 편광판(220)에 입사된다. 상기 입사된 광은 제1 방향(D1)에 수직인 제2 방향(D2)으로 제2 투과축(222a)을 갖는 제2 편광판(210)에 흡수되어 액정 표시 장치는 어두운 상태가 된다.

도 2 및 도 3b를 참조하면, 액정 표시 장치는 화이트 상태에서 게이트 라인(111)과 데이터 라인(112)으로 각각 게이트 신호와 데이터 신호가 전송된다. 상기 게이트 신호에 의해 박막 트랜지스터(113)가 턴 온되고, 그에 따라 상기 데이터 신호에 대응되는 데이터 전압이 화소 전극(115)에 인가된다. 동시에 공통 전극(125)에는 일정한 값을 갖는 공통 전압이 인가된다. 상기 데이터 전압과 공통 전압의 차이로 액정층(130)에 전기장이 인가된다. VA 모드의 경우, 액정(131)은 음의 유전율 이방성을 갖기 때문에 상기 전기장에 대해 수직으로 배열하려는 경향을 갖는다. 따라서, 액정(131)은 상기 전기장에 의해 제1 및 제2 기판(110,120)에 대해 경사지게 배열된다.

이 상태에서, 상기 발광 유닛으로부터 제공된 광은 제1 편광판(210)을 통과하면서 선편광된다. 상기 선편광된 광은 액정층(130)을 투과하면서 상기 경사지게 배열된 액정(131)에 의해 편광 방향이 변화된다. 상기 편광 방향이 변화된 광은 제2 방향(D2)에 평행한 성분을 포함하게 되며, 상기 제2 방향(D2)에 평행한 성분의 광이 제2 편광판(220)을 투과하므로 액정 표시 장치는 인가된 전기장에 비례하여 휘도가 증가하게 된다.

최저 계조 블랙 상태와 최고 계조 화이트 상태간의 명암비를 대비비라 하며, 상기 대비비가 클수록 고화질의 선명한 화상이 표시될 수 있다. 상기한 동작에 있어서, 액정 표시 장치는 정면 방향에 비해 측면 방향에서는 상기 대비비가 감소되어 화질이 저하된다.

측면 방향에서의 화질 개선을 위해 보상 필름이 사용될 수 있다. 상기 보상 필름은 제1 편광판(210) 또는 제2 편광판(220) 중 어느 한 쪽에 설치되거나 또는 제1 및 제2 편광판(210,220)에 동시에 설치될 수 있다.

본 실시예에서는 예시적인 관점에서 제1 및 제2 편광판(210,220)에 보상 필름이 동시에 사용되는 경우를 제시하고 있다. 본 실시예에서 제2 및 제4 지지 필름(213,223)이 상기한 보상 필름의 역할을 수행한다. 보상 필름은 그 구성 성분에 따라 여러 가지 종류의 광학 필름이 있으며, 제조시 해당 광학 필름에 대한 연신 과정이 포함된다.

상기 연신은 해당 광학 필름을 한 방향 또는 두 방향으로 신장하는 것으로, 상기한 연신에 의해 해당 광학 필름이 광학적 이방성을 갖도록 변경된다. 상기 연 신 방향 및 연신시 광학 필름이 신장되는 정도에 따라 해당 필름의 광학 특성이 결정된다.

소정의 광학 필름에 있어서 제1 방향(D1), 제2 방향(D2) 및 제3 방향(D3)에서의 굴절률을 각각 N1, N2 및 N3라고 할 때, 상기 N1, N2 및 N3가 모두 동일한 경우를 제외하고 해당 광학 필름은 굴절률 이방성을 갖게 된다. 상기한 굴절률 이방성으로 인하여 해당 광학 필름을 투과하는 광은 그 성분 마다 위상 지연에 차이가 생겨 편광 방향이 변화된다. 여기서, 제1 및 제2 방향(D1,D2)에 의해 정의되는 면에 대한 것을 면 방향 위상 지연이라 하고 제3 방향(D3)에 대한 것을 두께 방향 위상 지연이라 한다.

구체적으로 해당 광학 필름의 두께를 d라고 할 때, 면 방향 위상 지연값(Ro)과 두께 방향 위상 지연값(Rth)은 다음과 같이 정의된다.

Ro = |N1 - N2| × d

Rth = |(N1+N2)/2 - N3| × d

액정 표시 장치에 있어서, 상기 면 방향 위상 지연값은 정면 방향으로 입사되는 광의 위상 변화와 관련되고 상기 두께 방향 위상 지연값은 측면 방향으로 입사되는 광의 위상 변화와 관련된다. 따라서, 보상 필름은 상기 두께 방향 위상 지연값을 조절하여 액정 표시 장치의 측면에서 화질을 개선한다.

보상 필름으로는 사이클로 올레핀 폴리머(Cyclo Olefin Polymer; COP) 또는 트리 아세테이트 셀룰로오스(Tri Acetate Cellulose; TAC) 화합물을 포함하는 광학 필름이 사용될 수 있다. 상기 COP계 광학 필름은 강도가 우수하여 해당 광학 필름 을 충분히 신장하여 상당한 크기의 두께 방향 위상 지연값을 갖도록 할 수 있다. 이에 비해, 상기 TAC계 광학 필름은 친수성을 갖기 때문에 편광 필름과의 접착성이 우수하다.

위와 같이, 상기 COP계 또는 TAC계 보상 필름은 각각 장점을 갖고 있으므로 어느 하나만을 사용하거나 이들을 조합하여 사용할 수 있다. 예컨대, 보상 필름으로 사용되는 제2 및 제4 지지 필름(213,223)에 있어서, 제2 지지 필름(213)으로 COP계 광학 필름이 사용되고 제4 지지 필름(223)으로 TAC계 광학 필름이 사용될 수 있다. 또는, 제2 및 제4 지지 필름(213,223)이 모두 COP계 광학 필름으로 사용되거나 모두 TAC계 광학 필름으로 사용될 수 있다.

상기 TAC계 광학 필름은 내구성이 우수하여 제1 및 제4 지지 필름(211,221)으로도 사용된다. 다만, 상기 TAC계 광학 필름이 광 보상용으로 사용되는 경우와 지지용으로 사용되는 경우에 있어서, 구성 성분이 차이난다. 상기 광 보상용으로 사용되는 TAC계 광학 필름은 다음의 화학식 1을 갖는 셀룰로오스 디아세테이트 프로피오네이트 화합물을 포함하며, 상기 지지용으로 사용되는 TAC계 광학 필름은 다음의 화학식 2를 갖는 트리 아세테이트 셀룰로오스 화합물을 포함한다.

<화학식 1>

<화학식 2>

상기 셀룰로오스 디아세테이트 프로피오네이트는 상기 TAC에서 하나의 아세테이트가 프로피오네이트 그룹으로 치환된 것이다. 상기한 성분상의 차이외에도 제조 공정상 광 보상용 TAC계 광학 필름은 연신 과정이 포함되고 지지용 TAC계 광학 필름은 연신 과정이 생략된다.

제1 편광판(210)에 있어서, 광 보상용의 제2 지지 필름(213)은 지지용의 제1 지지 필름(211)에 비해 그 두께가 얇다. 마찬가지로, 제2 편광판(220)에 있어서, 광 보상용의 제4 지지 필름(223)은 지지용의 제3 지지 필름(221)에 비해 그 두께가 얇다. 위와 같이 광 보상용의 제2 및 제4 지지 필름(213,223)의 두께가 얇게 형성되면, 하기에 설명된 바와 같이, 코너 무라의 발생이 방지되고 액정 표시 장치의 화질이 개선될 수 있다.

도 4a를 참조하면, 일반적인 액정 표시 장치의 편광판에서 편광 필름(1)과 보상 필름(2)은 상하로 겹쳐지게 부착되어 있다. 편광 필름(1)과 보상 필름(2)은 각각 광축(1a,2a)을 갖는다. 상기 광축(1a,2a)은 각각 편광 필름(1)과 보상 필름(2)의 제조시 연신 방향에 대응된다. 편광 필름(1)과 보상 필름(2)은 편광 필름의 광축(1a)과 보상 필름의 광축(2a)이 서로 일치되게 부착된다.

도 4b를 참조하면, 액정 표시 장치는 제조 공정상 또는 사용 중 여러 가지 외부 환경으로부터 영향을 받는다. 예컨대, 제조 공정상 챔버내에 열을 가하면서 일정 시간 동안 액정 표시 장치를 구동하면서 테스트를 진행할 수 있다. 상기한 테스트시 편광판 내부의 편광 필름(1)과 보상 필름(2)에 열이 전달된다. 편광 필름(1)과 보상 필름(2)은 연신 과정을 통하여 제조되기 때문에, 상기 열에 의해 연신된 부분이 초기 상태로 복원되려고 하면서 수축이 발생된다.

상기 수축은 모든 방향에서 균일하게 발생되지 않는다. 예컨대, 편광 필름(1)이 장방형의 형상을 갖는 경우에 편광 필름(1)이 장변 방향으로 수축되는 정도와 단변 방향으로 수축되는 정도가 상이하며, 그에 따라 편광 필름의 광축(1a)이 초기 방향으로부터 틀어지게 된다. 마찬가지로, 보상 필름(2)에서도 수축이 발생되며 보상 필름의 광축(2a)이 초기 방향으로부터 틀어지게 된다. 상기한 수축시 편광 필름(1)과 보상 필름(2)은 그 재질이 상이하기 때문에 각각에서 상기 수축되는 정 도가 상이하다. 그 결과, 도 4b에 도시된 바와 같이, 편광 필름의 광축(1a)과 보상 필름의 광축(2a)이 서로 평행하지 않고 어긋나게 된다. 상기 어긋나는 정도는 해당 필름의 중심부보다 가장자리에서 더 커지게 된다. 상기 가장자리에서 편광 필름의 광축(1a)과 보상 필름의 광축(2a)의 축틀어짐에 의해 코너 무라와 같은 화질 불량이 발생될 수 있다. 이는 하기와 같이 푸앵카레 구에서 분석될 수 있다.

도 5a를 참조하면, 블랙 상태에서 액정 표시 장치의 각 모서리 부분에 빛샘에 의한 코너 무라가 발생됨을 확인할 수 있다. 상기 빛샘의 정도는 화소 영역내 위치에 따라 상이하다. 즉, VA 모드의 액정 표시 장치에 있어서, 화소 영역은 액정의 배열 방향에 따라 복수의 도메인으로 구분되며 각 도메인이 서로 보상하여 액정 표시 장치의 동작 특성이 향상된다. 도 5a에 도시된 바와 같이, 액정 표시 장치의 좌상과 우하의 위치에서는 상부 도메인이 하부 도메인보다 더 밝게 표시되며, 좌하와 우상의 위치에서는 하부 도메인이 상부 도메인보다 더 밝게 표시된다.

도 5b 및 도 5c를 참조하면, 푸앵카레 구(Poincare sphere)는 공간상에서 서로 수직인 세축을 S1,S2,S3라 할 때 S1² + S2² + S3² = 1의 수식을 만족하는 구를 나타낸다. 상기 푸앵카레 구 표면의 점들은 각각이 서로 다른 편광 상태에 대응된 다. 예컨대, 적도선 위의 모든 점들(S3 = 0)은 선 편광 상태를 나타내며, 적도선에서 서로 마주보는 두 점은 서로 반대 방향의 선 편광 상태를 나타낸다. 또한 푸앵카레 구에서 북극점(S1=S2=0,S3=1)은 오른손 원편광에, 북반구는 오른손 타원편광에 대응된다. 푸앵카레 구에서 남극점(S1=S2=0,S3=-1)은 왼손 원편광에, 남반구는 왼손 타원편광에 대응된다.

일반적인 액정 표시 장치에서, 액정 패널을 사이에 두고 서로 마주보는 상측 편광판과 하측 편광판을 고려한다. 하측 편광판은 편광 필름과 보상 필름을 가지며, 상측 편광판 또한 편광 필름과 보상 필름을 갖는다. 이 경우, 광의 진행 경로는 하측 편광 필름, 하측 보상 필름, 액정 패널에 포함된 액정층, 상측 보상 필름 및 상측 편광 필름과 같다. 편의상, 상기 하측 편광 필름, 하측 보상 필름, 액정층, 상측 보상 필름 및 상측 편광 필름 각각의 광축을 제1 광축(A1),제2 광축(A2), 제3 광축(A3,A3'), 제4 광축(A4) 및 제5 광축(A5)이라 한다. 제1 및 제2 광축(A1,A2)은 상기 하측 편광판의 축이 틀어지지 않은 정상 상태(S1=1,S2=S3=0)로부터 벗어나며, 제3 광축(A3,A3') 및 제4 광축(A4)은 상측 편광판의 축이 틀어지지 않은 정상 상태(S1=-1,S2=S3=0)로부터 벗어나 있다고 가정한다.

각 도메인에 따라 액정의 배열 방향이 달라지므로, 액정층에 의한 제3 광축(A3,A3')은 각 도메인에 따라 서로 다른 방향으로 형성된다. 즉, 도 5a의 액정 표시 장치의 좌상 및 우하의 위치에 있어서, 상부 도메인에 의한 제3 광축(A3)과 하부 도메인에 의한 제3 광축(A3')은 서로 반대 방향이다. 마찬가지로, 도 5a의 액정 표시 장치의 좌하 및 우상의 위치에서 광축의 방향은 상기 좌상 및 우하의 위치 에 대해 반대가 된다. 예컨대, 좌상 위치에서 상부 도메인은 좌하 위치에서 하부 도메인에 의한 제3 광축(A3)과 동일 방향이고, 좌상 위치에서 하부 도메인은 좌하 위치에서 상부 도메인에 의한 제3 광축(A3')과 동일 방향이다.

도 5b에 도시된 바와 같이, 하측 편광 필름으로 입사된 광은 제1 광축(A1)과 나란하게 선 편광되며 이는 뽀앙카게 구 표면에서 제1 위치(P1)에 대응된다. 상기 하측 편광 필름을 통과한 광은 하측 보상 필름을 통과하면서 제2 위치(P2)에 해당하는 타원 편광으로 변환된다. 여기서, 제2 위치(P2)는 제2 광축(A2)을 회전축으로 삼아 제1 위치(P1)를 하측 보상 필름에서 발생되는 광의 위상 변화값에 대응되는 각도만큼 회전하여 얻어진다. 이러한 푸앵카레 구에서의 위치 변환은 상기 액정층과 상측 보상 필름에 대해서도 동일하게 적용된다. 즉, 상기 액정층의 상부 도메인을 통과한 광은 제3 위치(P3)에 대응되는 타원 편광으로 변환된다. 또한, 상기 액정층을 통과한 광은 상측 보상 필름을 통과하면서 제4 위치(P4)에 해당하는 타원 편광으로 변환된다.

상측 편광 필름에 있어서 제5 광축(A5)에 대응되는 제5 위치(P5)는 가장 밝은 화이트 상태를 나타내고 제5 위치(P5)에 대칭인 제6 위치(P6)는 블랙 상태를 나타낸다. 제4 위치(P4)에 해당하는 타원 편광은 제6 위치(P6)로부터 이격되며, 이는 블랙 상태에서 일부의 광이 누설됨을 나타낸다.

도 5c에 도시된 바와 같이, 하측 편광 필름 및 하측 보상 필름을 통과한 광은 제1 위치를 경유하여 제2 위치(P2)에 해당하는 타원 편광으로 변환된다. 이어서, 상기 액정층의 하부 도메인을 통과한 광은 제3 위치(P3')에 대응되는 타원 편 광으로 변환된다. 또한, 상기 액정층을 통과한 광은 상측 보상 필름을 통과하면서 제4 위치(P4')에 해당하는 타원 편광으로 변환된다.

블랙 상태(P6)인 제6 위치(P6)로부터 제4 위치(P4,P4')의 이격 거리를 살펴보면, 상부 도메인에 비하여 하부 도메인에서의 이격 거리가 짧다. 이는 하부 도메인이 상부 도메인인에 비하여 블랙 상태에 가까우며, 빛샘의 양이 보다 작음을 나타낸다. 이러한 축 틀어짐을 전제로 한 푸앵카레 구의 분석 결과는 도 5a의 결과와 부합된다. 이로부터, 상기 코너 무라는 편광 필름과 보상 필름간 축 틀어짐을 원인으로 발생됨을 확인할 수 있다.

본 발명은 상기한 분석 결과로부터 코너 무라를 방지하기 위해 편광 필름과 보상 필름간 축 틀어짐을 최소화한다. 예컨대, 도 1을 참조하여 살핀 실시예에서, 보상 필름 역할을 하는 제2 및 제4 지지 필름(213,223)은 지지용으로 사용되는 제1 및 제3 지지 필름(211,221)에 비해 그 두께를 얇게 한다. 왜냐하면, 제1 및 제3 지지 필름(211,221)의 두께가 얇아질수록, 제1 및 제3 지지 필름(211,221)이 광축이 변화될 수 있는 범위가 감소되기 때문이다. 그 결과, 상기 수축시 제1 및 제3 지지 필름(211,221)간 광축의 틀어짐을 최소화할 수 있다.

도 6은 광학적 이방성을 갖는 지지 필름의 두께에 따른 액정 표시 장치의 코너 무라값 변화를 나타내는 그래프이다. 도 6에서 가로축은 지지 필름의 두께를 나타내고 세로축은 측정된 코너 무라값을 나타낸다. 상기 지지 필름은 셀룰로오스 디아세테이트 프로피오네이트를 포함하는 광학 이방성 필름으로, 도 1에 도시된 바와 같이 제1 및 제2 편광판(210,220)에 모두 사용된다. 상기 코너 무라값은 주위 영역 과 코너 무라가 발생된 영역의 휘도를 측정한 후, 다음과 같은 수식을 정의하여 계산한 것이다.

코너 무라값 = (무라 영역의 휘도 - 주위 영역의 휘도) / 주위 영역의 휘도

도 6을 참조하면, 지지 필름의 두께와 코너 무라값은 선형적으로 비례한다. 대략적으로, 지지 필름이 40 ~ 80㎛ 두께 범위를 가질 때 코너 무라값은 대략 3 ~ 20의 범위를 갖는다. 이론적으로 지지 필름의 두께가 32.2㎛일 때 코너 무라는 전혀 발생하지 않는데, 대략 코너 무라값이 15 이하인 경우 고화질의 영상이 표시될 수 있다.

상기한 결과에서 지지 필름은 그 두께가 얇을수록 유리하다. 다만, 지지 필름이 지나치게 얇으면 편광판의 전체 두께가 얇아지는데, 이는 공정상의 재작업을 진행할 때 불리한다. 예컨대, 편광판을 액정 패널에 부착한 후 공정상의 오류로 편광판을 액정 패널로부터 탈착해야 하는 경우가 있는데, 편광판의 두께가 두꺼울수록 편광판의 탈착이 용이하며 편광판의 두께가 지나치게 얇으면 상기 탈착시 액정 패널이 손상될 수 있다. 이러한 재작업과 코너 무라 예방을 고려하여, 지지 필름은 40㎛ 근방의 30 ~ 50㎛ 두께 범위를 갖는 것이 바람직하며 최대 70㎛ 두께 이하인 것이 좋다.

도 7에서 광학 이방성을 갖는 지지 필름의 두께 방향 위상 지연값을 나타내고 세로축은 측정된 대비비를 나타낸다. 상기 대비비는 정면 방향에서 측면으로 60 °경사진 방향에서의 대비비를 나타낸다. 또한, 상기 지지 필름은 셀룰로오스 디아세테이트 프로피오네이트를 포함하는 광학 이방성 필름으로, 도 1에 도시된 바와 같이 제1 및 제2 편광판(210,220)에 모두 사용된다.

도 7을 참조하면, 정면 방향 위상 지연값(Ro)이 각각 45nm, 50nm인 경우에, 두께 방향 위상 지연값(Rth)에 대한 측면 방향에서의 대비비는 상부로 볼록한 포물선 형태를 갖는다. 상기 대비비는 측면 방향에 대해서 대략 40를 기준으로 화질의 불량 여부를 판단한다. 도 7에 도시된 바와 같이, 상기 대비비는 두께 방향 위상 지연값이 140nm 이상이 되면 40 이하가 된다. 이러한 결과로부터, 상기 45nm, 50nm을 포함하여 정면 방향 위상 지연값(Ro)이 39 ~ 53nm 일 때, 두께 방향 위상 지연값은 110 ~ 137nm 범위에서 설정됨이 바람직하다.

도 8a를 참조하면, 일반적인 액정 표시 장치에서는 구동 시간이 100시간 이하일 때는 화면 전체의 휘도가 균일하지만 구동 시간이 증가될수록 가장 자리 부분의 휘도가 증가되면서 코너 무라가 발생됨을 알 수 있다.

도 8b를 참조하면, 보상 필름의 역할을 하는 지지 필름의 두께를 줄였을 때 구동 시간이 증가하더라도 화면의 전체의 휘도가 거의 균일하게 유지된다. 이와 같이, 편광판에 포함된 지지 필름의 두께를 줄였을 때 코너 무라에 의한 화질 불량이 예방됨을 알 수 있다.

이하에서는, 위와 같은 두께가 감소된 지지 필름을 갖는 편광판의 제조하는 방법에 대해 살펴 본다.

도 9a를 참조하면, 저장 용기(10), 스테이지(20) 및 이송 수단(30)이 구비된다. 저장 용기(10)에는 지지 필름을 제조하기 위한 고분자 수지가 포함된 용해액(5)이 들어 있다. 상기 고분자 수지는 셀룰로오스 디아세테이트 프로피오네이트 화합물을 포함한다. 저장 용기(10)는 스테이지(20)로부터 이격되어 있으며, 말단부에 형성된 토출구로부터 용해액(5)이 방출되어 스테이지(20)에 안착된다. 이송 수단(30)은 스테이지(20)의 하부면에 밀착되어 회전한다. 상기 회전에 의해 용해액(5)이 안착되어 있는 스테이지(20)가 이송된다.

도 9b를 참조하면, 스테이지(20)가 일정한 속도(V1)로 이송되면서 용해액(5)으로부터 용매가 증발된다. 상기 증발에 의해 스테이지(20)상에 상기 셀룰로오스 디아세테이트 프로피오네이트 화합물을 포함하는 고분자 수지를 주 성분으로 갖는 광학 필름(6)이 형성된다.

도 9c를 참조하면, 광학 필름(6)에 대한 연신이 진행된다. 상기 연신은 광학 필름(6)의 상면과 하면에서 한 쌍의 회전롤(40)로 접촉하여 회전하면서 진행된다. 회전롤(40)이 회전하면서 광학 필름(6)에 압력을 가하며, 상기 압력에 의해 광학 필름이 신장하면서 연신된다. 다만, 상기 연신은 광학 필름(6)을 한 방향으로 신장하는 것으로, 상기한 광학 필름(6)을 신장할 수 있는 한 본 실시예에서 제시된 회전롤(40)을 이용하는 방법만으로 한정되는 것은 아니다.

회전롤(40)의 회전 속도(V2)는 스테이지(20)의 이송 속도(V1)에 대응된다. 예컨대, 상기 이송 속도(V1)와 회전 속도(V2)는 동일하게 설정될 수 있다. 이 경우, 광학 필름(6)이 형성되면서 동시에 연신이 진행되어 전체 공정이 보다 신속하게 진행된다. 또한, 회전롤(40)의 속도가 증가되면서 상기 연신시 광학 필름(6)에 가해지는 압력이 증가하여 광학 필름(6)의 두께를 보다 용이하게 감소시킬 수 있다.

상기한 연신에 의해 광학 필름(6)으로부터 광 보상용 지지 필름이 형성된다. 상기한 공정 절차에서 상기 연신 과정을 생략하면 지지용 지지 필름이 형성된다. 다만, 상기 지지용 지지 필름의 경우에는 셀룰로오스 디아세테이트 프로피오네이트대신 트리 아세틸 셀룰로오스가 사용된다. 또한, 상기한 절차와 별도로 폴리 비닐 알콜을 이용하여 편광 필름을 제조한다. 이 후, 상기 제조된 편광 필름의 양면에 상기 광 보상용 지지 필름과 상기 지지용 지지 필름을 부착하면 편광판이 완성된다.

상기한 실시예들에 따른 편광판 및 이를 갖는 액정 표시 장치는 코너 무라를 예방하여 정면 및 측면 방향에서의 화질이 개선되는 효과가 있다. 다만, 상기한 실시예들은 예시적인 관점에서 몇 가지 제시된 것으로, 해당 기술 분야의 통상의 지식을 갖는 당업자라면 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

Claims

편광 필름;

광학적 이방성을 갖고, 상기 편광 필름에 부착되며, 70㎛ 이하의 제1 두께를 갖고, 셀룰로오스 디아세테이트 프로피오네이트 화합물을 포함하는 제1 지지 필름; 및

상기 제1 지지 필름과 마주보도록 상기 편광 필름에 부착되고, 상기 제1 두께보다 두꺼운 제2 두께를 갖는 제2 지지 필름을 포함하는 편광판.
제 1항에 있어서,

상기 제1 두께는 30 ~ 50㎛인 것을 특징으로 하는 편광판.
제 1항에 있어서,

상기 제1 지지 필름은 이축성의 굴절률 이방성을 갖는 것을 특징으로 하는 편광판.
제 3항에 있어서,

상기 제1 지지 필름은 면 방향 위상 지연값이 39 ~ 53nm이고, 두께 방향 위상 지연값이 110 ~ 137nm인 것을 특징으로 하는 편광판.
삭제
제 1항에 있어서,

상기 제2 지지 필름은 트리 아세테이트 셀룰로오스 화합물을 포함하는 것을 특징으로 하는 편광판.
편광 필름을 형성하는 단계;

광학적 이방성을 가지며, 30 ~ 50㎛의 두께를 갖는 지지 필름을 형성하는 단계; 및

상기 편광 필름에 상기 지지 필름을 부착하는 단계를 포함하고,

상기 지지 필름을 형성하는 단계는,

셀룰로오스 디아세테이트 프로피오네이트 화합물이 포함된 용해액을 스테이지에 안착하는 단계;

상기 스테이지를 이송하면서 상기 용해액으로부터 용매를 휘발시켜 광학 필름을 형성하는 단계; 및

상기 스테이지의 이송 속도에 대응되는 속도로 상기 광학 필름에 접촉하는 롤러를 회전하여 상기 광학 필름을 연신하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 편광판의 제조 방법.
제 7항에 있어서,

상기 이송 속도와 상기 회전 속도는 동일한 것을 특징으로 하는 편광판의 제조 방법.
제 7항에 있어서,

상기 지지 필름은 면 방향 위상 지연값이 39 ~ 53nm이고, 두께 방향 위상 지연값이 110 ~ 137nm인 것을 특징으로 하는 편광판의 제조 방법.
삭제
액정층을 사이에 두고 서로 마주보는 제1 및 제2 기판을 포함하는 액정 패널; 및

상기 제1 및 제2 기판 중 적어도 하나에 부착되는 편광판을 포함하고,

상기 편광판은,

편광 필름;

광학적 이방성을 갖고, 상기 편광 필름의 양면 중 상기 액정 패널에 인접한 면에 부착되며, 70㎛ 이하의 제1 두께를 갖고, 셀룰로오스 디아세테이트 프로피오네이트 화합물을 포함하는 제1 지지 필름; 및

상기 제1 지지 필름과 마주보도록 상기 편광 필름에 부착되고, 상기 제1 두께보다 두꺼운 제2 두께를 갖는 제2 지지 필름을 포함하는 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
제 11항에 있어서,

상기 제1 두께는 30 ~ 50㎛인 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
제 11항에 있어서,

상기 제1 지지 필름은 이축성의 굴절률 이방성을 갖는 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
제 13항에 있어서,

상기 제1 지지 필름은 면 방향 위상 지연값이 39 ~ 53nm이고, 두께 방향 위상 지연값이 110 ~ 137nm인 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
삭제
제 11항에 있어서,

상기 제2 지지 필름은 트리 아세테이트 셀룰로오스 화합물을 포함하는 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
제 11항에 있어서,

상기 액정 패널은 상기 제1 기판상에 형성된 화소 전극 및 상기 제2 기판상에 형성된 공통 전극을 더 포함하고, 상기 편광판은 적어도 상기 제2 기판상에 부착된 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치.