KR19980031817A - Retardation film for liquid crystal display devices and its manufacturing method - Google Patents
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Abstract
본 발명은 액정 표시 장치용 위상차 필름 및 그 제조 방법에 관한 것으로서, 특히, 비틀린 네마틱 액정 표시 장치에서 시야각을 개선할 수 있는 위상차 필름 및 그 제조 방법에 관한 것이다. 위상차 필름의 일반적인 형태는 표면에 대해 굴절율 이방체가 수직이나 평행한 방향을 가지므로 상하 그리고 좌우가 각각 의존적인 관계를 나타내었다. 본 발명에서는 위상차 필름의 굴절율 이방성이 가장 큰 방향이 표면과 경사를 이루게 함으로써 좌우, 상하의 시야각을 독립시킴과 동시에 개선하는 방법에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a retardation film for a liquid crystal display device and a method for manufacturing the same, and more particularly, to a retardation film capable of improving a viewing angle in a twisted nematic liquid crystal display device and a method for manufacturing the same. In the general form of the retardation film, the refractive anisotropy has a vertical or parallel direction with respect to the surface. The present invention relates to a method of making the left and right and the upper and lower viewing angles independent and simultaneously improving by inclining the direction of the refractive index anisotropy of the retardation film with the surface.
Description
본 발명은 액정 표시 장치용 위상차 필름 및 그 제조 방법에 관한 것으로서, 특히, 비틀린 네마틱 액정 표시 장치에서 시야각을 개선할 수 있는 위상차 필름의 제조 방법에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a retardation film for a liquid crystal display device and a method for manufacturing the same, and more particularly, to a method for manufacturing a retardation film capable of improving a viewing angle in a twisted nematic liquid crystal display device.
노멀리 블랙 모드(normally black mode)인 비틀린 네마틱 액정 표시 장치에 외부 자기장이 인가되었을 때 액정 분자들은 전기장에 반응하여 배열을 하며 다음의 방정식에 의거하여 광투과가 발생한다.When an external magnetic field is applied to a twisted nematic liquid crystal display device in a normally black mode, liquid crystal molecules are arranged in response to an electric field, and light transmission is generated based on the following equation.
I = Iosin2[θ(1+u2)1/2] u=πR/θλ, R=Δn·dI = I o sin 2 [θ (1 + u 2 ) 1/2 ] u = πR / θλ, R = Δn
여기에서, I는 투과광의 강도, Io는 입사광의 광도, Δn은 복굴절율, d는 액정 셀 두께, λ는 투과광의 파장, θ는 비틀린 네마틱 액정의 비틀림 각, 그리고 R은 위상차를 나타낸다.Where I is intensity of transmitted light, I o is intensity of incident light, Δn is birefringence, d is liquid crystal cell thickness, λ is wavelength of transmitted light, θ is twist angle of twisted nematic liquid crystal, and R is phase difference.
위의 식에 나타난 바와 같이 위상차는 시야각과 밀접한 관계를 보이는 수치이다. 따라서 시야각의 개선을 위해서는 위상차의 보상이 바람직하다.As shown in the above equation, the phase difference is closely related to the viewing angle. Therefore, in order to improve the viewing angle, compensation of the phase difference is desirable.
위상차 보상을 위해 액정 기판과 편광판의 사이에 설치하는 위상차 필름에는 일축성 굴절율 이방체와 이축성 굴절율 이방체가 사용되고 있다. 도1에 도시한 바와 같이, 일축성과 이축성은 직교 좌표계의 x, y, z 방향에서의 굴절율을 각각 nx,ny,nz라 할 때, nx과ny의 동일 여부에 따라 결정된다. 즉, 도 1A에서처럼 두 방향의 굴절율이 동일하고 그 크기가 나머지 한 방향과 다를 때를 일축성이라 한다. 그리고 도 1B 및 1C에서처럼 세 방향 모두 다른 크기의 굴절율을 가질 때는 이축성이라 한다.A uniaxial refractive index anisotropic body and a biaxial refractive index anisotropic body are used for the retardation film provided between a liquid crystal substrate and a polarizing plate for retardation compensation. As shown in Fig. 1, uniaxiality and biaxiality are determined depending on whether n x and n y are equal when the refractive indices in the x, y and z directions of the Cartesian coordinate system are n x , n y , n z , respectively. . That is, as shown in FIG. 1A, when the refractive indices of the two directions are the same and the magnitude thereof is different from the other direction, it is called uniaxiality. 1B and 1C, when all three directions have refractive indices of different sizes, it is referred to as biaxiality.
일반적으로 사용하는 일축성 굴절율 이방체를 이용한 위상차 필름은 타원체의 장축이 필름 표면과 평행하거나 수직한 방향을 하도록 배열하고 있다.The retardation film using the uniaxial refractive index anisotropic body generally used is arrange | positioned so that the long axis of an ellipsoid may be parallel or perpendicular to a film surface.
그러면, 첨부한 도면을 참고로 하여 종래의 위상차 필름의 제조 방법에 대하여 더욱 상세하게 설명한다.Then, the manufacturing method of the conventional retardation film is demonstrated in detail with reference to attached drawing.
도2는 종래의 위상차 필름을 도시한 단면도로서 도2에서 보이는 것처럼 필름 사이에 음의 일축성 굴절율 이방체(4)의 x축과 y축이 이루는 면과 필름 표면(2)이 수평하도록 형성되어 굴절율 이방성은 z 축 방향에 대하여 대칭을 이룬다. 음의 굴절율 이방체(4)는 x축 방향과 y축 방향의 굴절율이 일치하고 z 축 방향은 그보다 작은 굴절율 값을 가지므로 장축은 x축 또는 y축 방향이며 단축은 z축 방향이 된다. 일반적인 위상차 필름으로는 이 음의 글절율 이방체가 사용되고 있다. 한편, 양의 굴절율 이방체는 x축 또는 y축 방향의 굴절율보다 z 축 방향의 굴절율이 더 큰 이방체를 지칭한다. 두 형태 모두 z 축에 대해 대칭성을 보이므로 굴절율 이방성은 광이 투과하는 경로와 z축이 이루는 각도에만 의존한다.FIG. 2 is a cross-sectional view showing a conventional retardation film, and as shown in FIG. 2, the film surface 2 and the surface formed by the x- and y-axes of the negative uniaxial refractive index anisotropic body 4 are formed so as to be horizontal to each other. Anisotropy is symmetrical about the z axis direction. Since the negative refractive anisotropic body 4 has the same refractive index in the x-axis direction and the y-axis direction, and the z-axis direction has a smaller refractive index value, the long axis is the x-axis or y-axis direction and the short axis is the z-axis direction. As a general retardation film, this negative writing rate anisotropy is used. On the other hand, a positive refractive anisotropic body refers to an anisotropic body having a larger refractive index in the z-axis direction than the refractive index in the x-axis or y-axis direction. Both forms show symmetry about the z axis, so the refractive anisotropy depends only on the path through which light passes and the angle between the z axis.
도2에서 도시한 z 축에 대해 동일한 방위각(φ)을 이루고 있는 빛의 경로1과 경로2에서 경험하는 복굴절율을 도3에 도시하였다. 도3에서 보이는 바와 같이 두 경로에서 동일한 복굴절율이 관찰됨을 알 수 있다.FIG. 3 shows the birefringence rates experienced in the path 1 and the path 2 of light having the same azimuth angle φ with respect to the z axis shown in FIG. 2. As shown in FIG. 3, it can be seen that the same birefringence is observed in both paths.
복굴절율의 함수인 위상차와 그것의 변화에 대한 시야각의 특성을 알아보기 위하여 비틀린 네마틱 액정 표시 장치에 있어서, 위상차 변화에 따르는 시야각 그래프를 도4에 도시하였다. 그래프의 가로축은 좌우 시야각을 표시하고 세로축은 상하 시야각을 표시한다.In the twisted nematic liquid crystal display device, the viewing angle graph according to the phase difference change is shown in FIG. The horizontal axis of the graph represents the left and right viewing angles, and the vertical axis represents the up and down viewing angles.
도 4A는 위상차 필름을 사용하지 않고 시야각을 측정한 그래프이고 도 4B 내지 4D는 위상차 필름을 사용하여 위상차 값을 변화시킨 그래프로, 4B에서 4D로 갈수록 위상차가 큰 필름이다.4A is a graph in which a viewing angle is measured without using a retardation film, and FIGS. 4B to 4D are graphs in which a retardation value is changed using a retardation film.
도 4B 내지 4D를 비교하였을 때, 위상차가 커질수록 좌우 시야각이 넓어져 도 4D에서 가장 넓은 시야각을 갖는다. 반면, 위상차가 커질수록 상측 시야각은 개선되나 하측 시야각은 좁아진다.4B to 4D, when the phase difference is larger, the left and right viewing angles are wider, and thus the widest viewing angle is shown in FIG. 4D. On the other hand, as the phase difference increases, the upper viewing angle is improved, but the lower viewing angle is narrowed.
따라서 상하 좌우에서 넓은 시야각을 가지기 위해서는 위상차 필름이 상측에서는 가장 넓은 상측 시야각을 보이는 도 4D에서 보다 큰 위상차를 갖고, 하측에서는 가장 넓은 하측 시야각을 보이는 도 4A에서 보다 작은 위상차 값을 가져야 한다.Therefore, in order to have a wide viewing angle in the up, down, left, and right sides, the retardation film should have a larger phase difference in FIG. 4D showing the widest upper viewing angle on the upper side and a smaller phase difference value in FIG. 4A showing the widest lower viewing angle on the lower side.
그러나 종래의 일축성 이방체 위상차 필름을 이용한 비틀린 네마틱 액정 표시 장치에서, 액정의 경우는 좌우 시야각 방향에서는 대칭을 이루고 상하 방향으로는 비대칭인 반면, 위상차 필름의 경우는 상하와 좌우가 모두 연관되어 대칭성을 가진다. 따라서 위상차 필름을 사용하여 상하 방향으로의 시야각을 적절히 보상 할 수 없는 문제점이 있다.However, in the conventional twisted nematic liquid crystal display using a uniaxial anisotropic retardation film, the liquid crystal is symmetrical in the left and right viewing angle direction and asymmetric in the vertical direction, whereas in the case of the retardation film, both the vertical and horizontal directions are symmetrical. Has Therefore, there is a problem that it is not possible to properly compensate for the viewing angle in the vertical direction using the retardation film.
그러므로 본 발명은 상하좌우에서 위상차를 독립하여 시야각을 독립시킴과 동시에 개선하는데 있다.Therefore, the present invention is to improve the independent and at the same time the viewing angle by independent phase difference in the up, down, left and right.
도 1은 위상차 필름의 굴절율 이방성 타원체를 도시한 도면이고,1 is a view showing the refractive anisotropic ellipsoid of the retardation film,
도 2는 종래의 위상차 필름을 도시한 단면도이고,2 is a cross-sectional view showing a conventional retardation film,
도 3은 경로 1에서 경험하는 복굴절율과 경로2에서 경험하는 복굴절율을 도시한 것이고,3 shows the birefringence rate experienced in path 1 and the birefringence rate experienced in path 2,
도 4는 비틀린 네마틱 액정 표시 장치에 있어서, 위상차 변화에 따르는 시야각 특성의 변화를 도시한 그래프이고,FIG. 4 is a graph showing a change in viewing angle characteristic according to a phase difference change in a twisted nematic liquid crystal display device.
도 5는 본 발명의 제1 실시예에 따른 위상차 필름의 제조 방법을 도시한 단면도이고,5 is a cross-sectional view illustrating a method of manufacturing a phase difference film according to a first embodiment of the present invention;
도 6은 본 발명의 제1 실시예에 따른 위상차 필름을 도시한 단면도이고,6 is a cross-sectional view showing a retardation film according to a first embodiment of the present invention,
도 7은 경로 1에서 경험하는 복굴절율과 경로 2에서 경험하는 복굴절율을 도시한 것이고,7 shows the birefringence rate experienced in path 1 and the birefringence rate experienced in path 2,
도 8은 본 발명의 제2 실시예에 따른 위상차 필름의 제조 방법을 도시한 단면도이고,8 is a cross-sectional view illustrating a method of manufacturing a phase difference film according to a second embodiment of the present invention.
도 9는 본 발명의 제3 실시예에 따른 위상차 필름의 제조 방법을 도시한 단면도이다.9 is a cross-sectional view illustrating a method of manufacturing a phase difference film according to a third embodiment of the present invention.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *Explanation of symbols on the main parts of the drawings
2 : 위상차 필름 표면 4 : 굴절율 타원체 6: 폴리머2: retardation film surface 4: refractive index ellipsoid 6: polymer
8 : 연신 방향 10 : 절단 방향8: extending direction 10: cutting direction
이러한 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따른 액정 표시 장치용 위상차 필름은 필름 면에 대하여 일축성 이방체의 장축이 경사져 있음을 특징으로 하고있다.The retardation film for liquid crystal display devices which concerns on this invention for achieving such a subject is characterized by the inclination of the long axis of a uniaxial anisotropic body with respect to a film surface.
이러한 액정 표시 장치용 위상차 필름의 제1 제조 방법으로서, 폴리머 필름을 제작하는 단계, 상기 폴리머 필름을 사선 방향으로 연신하는 단계, 폴리머 필름 면에 수직한 축에 대하여 상기 폴리머 필름을 90。 회전시킨 후 필름의 면 방향으로 연신하는 단계를 포함하고 있고, 제2 제조 방법은 폴리머 필름을 제작하는 단계, 폴리머 필름을 면 방향으로 연신하는 단계, 폴리머 필름을 상기 폴리머 필름 면에 대하여 경사지게 절단하는 단계를 포함하고 있고, 제3 제조 방법은 폴리머 필름을 얇게 여러 장 제작하는 단계, 폴리머 필름을 면 방향으로 연신하는 단계, 폴리머 필름을 적층하는 단계, 적층한 폴리머 필름을 상기 폴리머 필름 면에 대하여 경사지게 절단하는 단계를 포함하고 있다.A first manufacturing method of such a retardation film for a liquid crystal display device comprising the steps of preparing a polymer film, stretching the polymer film in an oblique direction, and rotating the polymer film by 90 ° about an axis perpendicular to the polymer film plane. And stretching in the plane direction of the film, and the second manufacturing method includes producing a polymer film, stretching the polymer film in the plane direction, and cutting the polymer film inclined with respect to the polymer film plane. In the third production method, a plurality of thin polymer films are prepared, a polymer film is stretched in a plane direction, a polymer film is laminated, and the laminated polymer film is inclinedly cut with respect to the polymer film surface. It includes.
본 발명에 따른 이러한 위상차 필름의 제조 방법에서는 광의 경로에 따라 서로 다른 위상차를 경험하여 시야각을 상하와 좌우에서 독립적으로 제어하게 된다.In the method of manufacturing the retardation film according to the present invention, the retardation film experiences different retardation according to the path of the light so as to control the viewing angle independently up and down and left and right.
그러면 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명에 따른 위상차 필름 제조 방법의 실시예를 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세히 설명한다.Then, embodiments of the retardation film manufacturing method according to the present invention with reference to the accompanying drawings will be described in detail to be easily carried out by those skilled in the art.
도 5는 본 발명의 제1 실시예에 따른 위상차 필름의 제조 방법을 도시한 단면도이다.5 is a cross-sectional view illustrating a method of manufacturing a phase difference film according to a first embodiment of the present invention.
도 5A에 도시한 바와 같이 먼저, 일축성 또는 이축성의 얇은 폴리머 필름(6)을 제작하고, 필름(6)에 경사진 방향으로 연신(8)하여 굴절율 이방체의 장축이 필름(6)면에 대하여 경사지도록 한다.As shown in FIG. 5A, first, a uniaxial or biaxial thin polymer film 6 is produced, stretched 8 in a direction inclined to the film 6, and the major axis of the refractive anisotropic body is directed to the film 6 surface. Be inclined.
도 5B에 도시한 것처럼 필름(6)을 필름 면에 수직인 축을 중심으로 90。 회전시킨 후 필름(6)의 면 방향으로 연신(8)하여 위상차 필름을 완성한다.As shown in Fig. 5B, the film 6 is rotated 90 degrees about an axis perpendicular to the film plane, and then stretched 8 in the plane direction of the film 6 to complete the retardation film.
한편, 고온에서 액정 상이 되는 물질 중에는 원반형의 분자 구조를 가지는 것들이 있는데, 이러한 액정 물질을 이용하여도 앞에서 기재한 것과 동일한 위상차 필름을 얻을 수 있다. 즉, 원반형 액정 분자들의 원반 면이 필름 면에 대하여 일정한 각도로 기울어지게 액정 필름을 만들면 된다. 이러한 필름을 만들기 위해서는 원반형 액정 분자의 원반 면을 필름의 면에 대하여 기울어지게 배열한 다음, 온도를 상온으로 내려 응고시키는 방법과, 용매에 녹인 액정 물질을 역시 그 분자의 원반 면을 필름 면에 대하여 경사지게 배열한 다음 가열하여 건조하는 방법이 있다.On the other hand, among the materials that become a liquid crystal phase at high temperature, there are those having a disk-like molecular structure, using such a liquid crystal material can be obtained the same retardation film as described above. That is, the liquid crystal film may be made such that the disc surface of the discotic liquid crystal molecules is inclined at a predetermined angle with respect to the film surface. In order to make such a film, the disk surface of the discotic liquid crystal molecules is arranged inclined with respect to the surface of the film, and then the temperature is lowered to room temperature to solidify, and the liquid crystal material dissolved in the solvent is also used for the film surface of the molecules. There is a method of arranging inclined and then heating and drying.
이러한 방법으로 제작한 위상차 필름의 굴절율 타원체가 광의 경로에 따라 보이는 굴절율 이방성은 다음과 같다. 도 6A는 필름 표면(2)과 굴절율 이방체(4)의 장축이 경사를 이루는 위상차 필름을 도시한 것이고, 도 6B는 그 필름을 필름 면에 수직인 축을 중심으로 90。 회전한 경우의 단면도이다.The refractive index anisotropy of the refractive index ellipsoid of the retardation film produced by this method along the light path is as follows. FIG. 6A shows a retardation film in which the major axis of the film surface 2 and the refractive index anisotropic body are inclined, and FIG. 6B is a cross-sectional view when the film is rotated 90 degrees about an axis perpendicular to the film plane.
도 6A와 같이, 음의 굴절율 이방체(4)가 경사진 경우, 빛의 진행 방향이 필름 표면에 수직한 방향인 zo축에 대하여 동일한 방위각(φ)을 이루는 경로1과 경로2에서 경험하는 복굴절율을 도 7A 및 7B에 각각 나타내었다. 경로1에 있어서는 장축과 단축의 굴절율이 동일하여 복굴절율은 0이다. 반면 경로2에서는 굴절율의 이방성이 관찰됨을 알 수 있다.As shown in Fig. 6A, when the negative refractive anisotropic body 4 is inclined, the light beam experiences at path 1 and path 2 which form the same azimuth angle φ with respect to the z o axis in which the direction of light travels perpendicular to the film surface. The refractive indices are shown in FIGS. 7A and 7B, respectively. In path 1, the refractive indices of the major and minor axes are the same, and the birefringence is zero. On the other hand, it can be seen that anisotropy of refractive index is observed in path 2.
도 6B에서 도시한 90。 회전한 필름의 경우에는 도 6A의 경로1 및 경로2와 동일한 진행 방향을 가지는 경로 3과 경로 4 역시 zo축에 대하여 동일한 방위각(φ)을 가져 서로 대칭을 이루므로, 관찰되는 복굴절율이 도 7C에서처럼 서로 동일하며 이 값은 경로1과 경로2에서 경험하는 복굴절율의 중간 값이다. 이것은 액정 표시 장치에 위상차 필름을 장착했을 때의 문제점의 하나인 시야각의 대칭성을 형성하는데 적절한 조건이 된다.90. In the case of a rotation by the film is shown in Figure 6B Figure 6A path of the path that has the same advancing direction to the first path 23 and the path 4, so also obtain the same azimuth angle (φ) made symmetrical to each other with respect to the axis z o The birefringence observed is the same as in Fig. 7C, which is the median value of the birefringence experienced in path 1 and path 2. This is a suitable condition for forming the symmetry of the viewing angle which is one of the problems when the retardation film is attached to the liquid crystal display device.
도8은 본 발명의 제2 실시예에 따른 위상차 필름의 제조 방법을 도시한 단면도이다.8 is a cross-sectional view illustrating a method of manufacturing a phase difference film according to a second embodiment of the present invention.
도 8에 도시한 바와 같이 일축성 또는 이축성을 가지는 폴리머 필름(6)을 두껍게 제작한 다음, 면 방향으로 연신(8)하여 표면에 평행한 방향에서 가장 큰 복굴절율을 가지도록 한다.As shown in FIG. 8, the polymer film 6 having a uniaxial or biaxial thickness is made thick, and then stretched 8 in the plane direction to have the largest birefringence in the direction parallel to the surface.
연신된 필름(6)을 표면과 경사지게 절단(10)하여 위상차 필름을 완성한다.The stretched film 6 is cut 10 at an angle to the surface to complete the retardation film.
도 9는 본 발명의 제3 실시예에 따른 위상차 필름의 제조 방법을 도시한 단면도이다.9 is a cross-sectional view illustrating a method of manufacturing a phase difference film according to a third embodiment of the present invention.
도9에 도시한 바와 같이 얇은 폴리머 필름(6)을 여러 장 제작하고 각 폴리머 필름(6)을 면 방향으로 연신(8)한 다음 적층한다.As shown in Fig. 9, a plurality of thin polymer films 6 are produced, each polymer film 6 is stretched 8 in the plane direction, and laminated.
적층한 폴리머 필름(6)을 사선으로 절단(10)하면 필름(6)이 완성된다.When the laminated polymer film 6 is cut 10 diagonally, the film 6 is completed.
이상과 같은 방법에서는 종래와는 달리 굴절율 이방성의 크기가 한 축에 대해 대칭을 이루지 않고 독립적으로 관찰됨으로써 상하 비대칭을 이루는 비틀린 네마틱 액정 표시 장치의 시야각 특성을 효과적으로 개선할 수 있다.Unlike the conventional method, the refractive index anisotropy is observed independently without being symmetrical about one axis, thereby effectively improving the viewing angle characteristic of a twisted nematic liquid crystal display device having vertical and asymmetrical values.
따라서 본 발명에 따른 위상차 필름의 제조 방법에서는 비틀린 네마틱 액정 표시 장치에서 시야각을 독립적으로 제어함과 동시에 개선하는 효과가 있다.Therefore, the method of manufacturing the retardation film according to the present invention has the effect of simultaneously controlling and simultaneously improving the viewing angle in the twisted nematic liquid crystal display device.
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