KR20050029860A - 보상필름 축틀어짐 측정방법과 그 측정장치 - Google Patents

보상필름 축틀어짐 측정방법과 그 측정장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은, 편광필름과 보상필름을 포함하는 복합층 중의 보상필름의 축틀어짐을 측정하는 방법에 관한 것으로서, 측정광의 조사경로를 따라 소광도가 10-4이하인 편광자와 상기 복합층을 순차적으로 배치하는 단계; 상기 편광자와 상기 복합층을 측정광로의 가로방향 평면 내에서 상대적으로 회전시키면서, 측정광을 조사하여 상기 복합층의 투과율추이를 얻는 단계; 측정광의 조사경로를 따라 소광도가 상기 복합층과 소광도가 10-4이하인 검광자를 순차적으로 배치하는 단계; 측정광을 조사하여 상기 복합층의 투과율을 얻는 단계; 상기 복합층의 투과율 추이로부터 상기 편광필름의 최소투과율을 얻고 상기 최소투과율과 상기 복합층의 투과율을 이용하여 편광필름과 보상필름사이의 축틀어짐을 연산하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다. 이에 의하여 편광필름과 보상필름사이의 축틀어짐을 간단하고 정확하게 얻을 수 있다.

Description

보상필름 축틀어짐 측정방법과 그 측정장치{METHOD FOR MEASURING AXIS DISTORTION OF COMPENSATION FILM AND APPARATUS THEREOF}
본 발명은, 보상필름 축틀어짐 측정방법과 그 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 편광필름과 보상필름 사이의 축틀어짐을 측정하는 방법과 장치에 관한 것이다.
액정표시장치(LCD)의 표시 원리는 백라이트에서 방사된 백색광을 박막트랜지스터(TFT)를 이용하여 원하는 신호에 따른 광을 칼라필터에 방사시켜 광학적 표시를 하는 것이다. 영상을 표시하는데 있어 핵심은 액정의 배향 및 신호에 따른 액정 물질의 거동이다. 액정은 광학적으로 상굴절율(ordinary reflective index)과 이상굴절율(extraordinary reflective index)의 두 개의 굴절율을 갖는 이방성 물질이므로, 입사광의 입사 각도에 따라 빛의 경로와 복굴절율이 변화한다. 즉, 위상차가 발생하는 것이다. 따라서 액정표시장치는 다른 평판 표시 장치에 비하여 시야각이 불량하다.
개인용도인 노트북 컴퓨터에 사용되는 액정표시장치는 정면에서의 적절한 시야각과 저소비전력을 위한 광효율이 중요하며 TN(twisted nematic)모드는 이러한 조건을 만족시킬 수 있었다. 그러나 액정표시장치가 텔레비전용도 등으로 대형화되면서 시야각의 향상이 절대적으로 요구되어 왔다. 액정표시장치의 시야각 문제점을 해결하기 위하여 현재 적용중인 방식이 광시야각 모드이다.
광시야각 모드 중 대표적인 것이 보상필름을 사용하는 방법이다. 보상필름은 광학위상차를 보상하기 위하여 액정의 위상차를 상쇄시키는 음의 위상차를 갖는 고분자 필름이다. 보상필름의 구체적인 예는 다음과 같다.
TN 모드의 보상필름으로는 후지사가 개발한 WV필름이 사용된다. TN모드에서는 교차된 평면 내에 액정분자들이 상하기판에 90도로 꼬아져 있고 수직 전기장이 사용된다. 전압 인가 전에는 TN액정이 광 회전기 역할을 하여 빛을 통과시키므로 투과율의 파장에 대한 의존성이 적어 광효율이 좋다. 하지만 TN모드는 정면이 아닌 경사각에서 어두운 상태의 빛샘이 강하고 또한 수평 배열된 액정 분자가 한쪽방향으로 서기 때문에 시야각이 협소하다. WV필름은 이러한 빛샘을 방지한다. WV필름은 TN 셀 상하판에 각각 위치하며 두 장의 교차된 편광판 사이에 잔존하는 복굴절 이방성을 제거하여 좀더 완벽한 흑 상태를 만들어 준다. 이러한 방법으로 정면에서 뿐만 아니라 다른 시야각 방향에서도 좀더 어두운 상태를 얻을 수 있어 전체적으로 디스플레이의 명암 대비율이 향상된다. 최근에는 WV필름 내에 존재하는 원판형 액정 두께를 늘려 흑 상태의 광 누설을 좀 더 제어하여 시야각을 향상시키고 있다.
TN모드 외에 VA(vertical alignment)모드에서도 액정의 지연(retardation) 차이를 보상필름으로 보상하여 광시야각을 구현하고 있다. VA모드에서는 두 장의 교차된 편광판 내에 액정분자들이 초기에 기판에 수직으로 배열되어 있다. 따라서 정면에서는 완벽한 흑 상태를 보여주나 경사방향에서는 액정분자들이 서있기 때문에 편광판을 통과한 입사된 빛의 위상차가 크게 발생하여 편광판 두장의 투과축과 일치하지 않은 부분에서는 빛샘이 크게 발생한다. 이러한 문제를 해결하기 위하여 셀과 편광판사이에 보상필름이 존재하는 것이다.
이와 같이 보상필름을 사용하여 광시야각을 구현하는 경우, 보상필름의 슬로우축(slow axis)과 편광판의 흡수축이 직각을 이루어야 최적의 특성을 가지게 된다. 만일 설계와 달리 보상필름의 슬로우축과 편광필름의 흡수축이 직각에서 벗어나면, 즉 축틀어짐이 발생하면 TN 모드에서는 대비비(contrast ratio) 저하가 발생하고 VA모드에서는 대비비 저하 및 칼라 쉬프트의 비대칭이 발생할 수 있다.
그러나 편광필름과 보상필름사이의 축틀어짐의 측정은 편광필름과 보상필름을 분리하여 각각의 축각도를 측정하는 방법밖에 없다. 그러나 이는 측정오차가 약 1도정도로 매우 커서 축틀어짐을 측정하는데 적당하지 않다.
따라서 본 발명의 목적은, 편광필름과 보상필름간의 축틀어짐을 간단하고 정확히 측정할 수 있는 방법과 장치를 제공하는 것이다.
상기 목적은, 본 발명에 따라, 편광필름과 보상필름을 포함하는 복합층 중의 보상필름의 축틀어짐을 측정하는 방법에 있어서, 측정광의 조사경로를 따라 소광도가 10-4이하인 편광자와 상기 복합층을 순차적으로 배치하는 단계; 상기 편광자와 상기 복합층을 측정광로의 가로방향 평면 내에서 상대적으로 회전시키면서, 측정광을 조사하여 상기 복합층의 투과율추이를 얻는 단계; 측정광의 조사경로를 따라 소광도가 상기 복합층과 소광도가 10-4이하인 검광자를 순차적으로 배치하는 단계; 측정광을 조사하여 상기 복합층의 투과율을 얻는 단계; 상기 복합층의 투과율 추이로부터 상기 편광필름의 최소투과율을 얻고 상기 최소투과율과 상기 복합층의 투과율을 이용하여 편광필름과 보상필름사이의 축틀어짐을 연산하는 단계를 포함하는 것에 의해 달성되어진다.
상기 복합층의 투과율을 얻는 단계는, 상기 검광자와 복합층을 상대적으로 회전시키면서 적어도 2 이상의 상기 검광자 각도에서 상기 복합층의 투과율을 측정하며, 상기 축틀어짐을 연산하는 단계는, 축틀어짐, 투과율, 검광자 각도와의 관계식을 이용하여 축틀어짐 값을 변화시키면서 검광자 각도에 따른 계산된 투과율의 그래프를 준비하는 단계, 검광자의 각도에 따른 측정된 투과율의 그래프를 얻는 단계, 상기 측정된 투과율의 그래프와 상기 계산된 투과율의 그래프를 비교하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 보상필름의 축틀어짐 측정방법.
또한 상기의 목적은 편광필름과 보상필름을 포함하는 복합층중의 보상필름의 축틀어짐의 측정장치에 있어서, 측정광로에 측정광을 조사하는 광원부와, 상기 측정광의 투과율을 측정하는 수광부와, 상기 광원부와 상기 수광부 사이의 측정광로 상에 배치되는 상기 복합층을 지지하는 지지대와, 상기 광원부와 상기 지지대 사이의 측정광로 상에 배치될 수 있는 소광도가 10-4이하인 편광자와, 상기 편광자를 측정광로의 가로방향 평면 내에서 회전시킬 수 있는 구동수단과, 상기 수광부와 상기 지지대 사이의 측정광로 상에 배치될 수 있는 소광도가 10-4이하인 검광자를 포함하는 것으로도 달성될 수 있다.
상기 검광자를 측정광로의 가로방향 평면 내에서 회전시킬 수 있는 구동수단을 더 포함하는 것이 바람직하다.
이하 첨부도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명에 의한 보상필름의 축틀어짐 측정장치를 나타낸 것이다. 하부에 측정광을 조사하는 광원부(10)가 있으며 상부에 측정광의 투과율을 측정하는 수광부(14)가 있다. 광원부(10)는 파장이 다른 여러 가지 광을 선택적으로 조사할 수 있는 것이 바람직하다. 광원부(10)와 수광부(14)사이에 편광필름과 보상필름을 포함하는 복합층을 지지할 수 있는 지지대(12)가 마련된다. 광원부(10)와 지지대(12) 사이에는 편광자(11)가 위치하며 편광자(11)는 측정광로의 가로방향 평면 내에서 회전할 수 있다. 이를 위하여 편광자(11)를 회전시킬 수 있는 구동수단(미도시)이 있다. 본 발명에 사용되는 편광자(11)는 소광비 10-4이하의 고편광도를 지녀야 한다. 예를 들어 글란 테일러 편광자나 글란 톰슨 편광자등이 가능하다. 소광비가 10-4보다 크게 되면 정확한 측정을 할 수 없다. 지지대(12)와 수광부(14) 사이에는 검광자(13)가 위치한다. 검광자(13)도 측정광로의 가로방향 평면 내에서 회전할 수 있는 것이 바람직하며 이 경우 검광자(13)를 회전시킬 수 있는 구동수단이 구비되어야 한다. 편광자(11)와 마찬가지로 고편광도를 가지고 있어야 한다. 그 외에 광원부(10)와 수광부(14)를 제어하고 편광자(11)와 검광자(13)의 회전을 제어하는 제어부가 있으며 편광자(11), 검광자(13), 수광부(14)의 측정 데이터를 가지고 축틀어짐을 계산하는 연산부와 그 결과를 표시하는 표시부가 구비된다. 도 1에서는 지지대(12)는 회전하지 않고 편광자(11)와 검광자(13)가 회전하도록 되어 있으나 이와 반대로 지지대(12)가 회전하고 편광자(11)와 검광자(13)는 회전하지 않는 구조도 가능하다.
위와 같은 구조에서 편광자(11)와 검광자(13)는 각각 측정광로를 벗어날 수 있도록 설계되어 있다. 따라서 측정광이 광원부(10), 편광자(11), 지지대(12), 수광부(14)를 순서대로 지나가거나 광원부(10), 지지대(12), 검광자(13), 수광부(14)의 순서대로 지나갈 수도 있다.
이하에서는 상기의 측정장치를 이용하여 편광필름의 최소 투과율과 복합층의 투과율을 측정하고 측정한 값을 이용하여 보상필름의 축틀어짐을 계산하는 방법을 설명하겠다. 이하의 도면에서 도 1과 같은 부분을 지시하는 지시번호는 도 1과 동일한 번호를 사용하였다.
도 2는 복합층중의 편광필름의 최소투과율을 측정하는 방법을 나타낸 것이다. 편광필름(20)과 보상필름(21)이 접합된 형태인 복합층(22)은 지지대(12)내에 고정되어 있다. 복합층(22)중의 편광필름(20)의 최소투과율을 얻기 위해서는 검광자(13)를 측정광로에서 벗어나게 한다. 따라서 측정광은 광원부(10)에서 나와 편광자(11), 지지대(12)에 지지된 복합층(22)을 지나 수광부(14)로 입사한다. 편광자(11)와 복합층(22)은 서로 평행을 유지하면서 상대적으로 회전한다. 앞서서 밝힌 것과 같이 편광자가 회전할 수도 있고 지지대가 회전할 수도 있다. 이러한 방법으로 편광필름(20) 자체의 투과율을 측정할 수 있다. 편광자(11)가 회전할 경우 수광부(14)에서 측정한 투과율의 추이를 나타내는 그래프는 도 3과 같은 형태이다. 그래프에서 최소투과율인 T2를 얻을 수 있다. 또한 최소투과율의 측정은 단순히 측정값 중 최소값을 구하는 것이 아닌, 측정한 값 중에서 최소인 값 부근에서 2차함수의 커브 피팅(curve fitting)등을 통하여도 구할 수 있다.
이때에 투과율이 최대인 값(T1) 및 최소인 값(T2)으로부터 편광판의 단체투과율(Ys), 평행투과율(Yp), 직교투과율(Yc)는 식 1과 같이 결정된다.
(식 1)
이를 통해 편광도 P는 아래와 같이 계산된다.
(식 2)
즉, 복합층중의 보상필름과는 무관하게 편광필름에 대한 편광도, 투과율 정보를 알아낼 수 있다. 이는 편광자의 편광도가 1.0(100%)에 가깝다고 가정하고 유도한 것으로, 소광도가 10-4 이하인 글란 테일러 혹은 글란 톰슨 등의 크리스탈 편광자를 사용하여야 하며 복합층의 투과율 측정에서도 마찬가지이다.
도 4는 복합층(22)중의 투과율을 측정하는 방법을 나타낸 것이다. 복합층(22)의 투과율 측정은 편광자(11)를 측정광로에서 벗어나게 하고 측정한다. 측정광은 광원부에서 조사되어 복합층(22)이 고정되어 있는 지지대(12), 검광자(13), 수광부(14)를 지나가게 된다. 측정은 검광자(13)의 하나의 각도에 대하여만 하는 것도 가능하나 측정값의 정확도를 높이기 위하여 편광필름의 최소 투과율을 측정하는 방법과 같이 지지대(12)와 검광자(13)를 상대적으로 회전시키면서 측정하는 것이 바람직하다. 수광부(14)에서는 복합층(22)과 검광자(13)를 지난 측정광의 투과율을 측정한다. 검광자(13)의 각도(Ψ)에 대한 측정치인 I(Ψ)。과 투과율 I(Ψ)의 관계는 식 3과 같다.
(식 3)
위 측정값에서 보상필름의 축틀어짐을 계산하는 방법은 다음과 같다. 검광자의 각도 Ψ, 보상필름의 축틀어짐 각도 θ는 식 4와 같은 관계를 가지고 있다.
(식 4)
여기서, (ne - no)*d 은 보상필름의 지연값(retardation)으로 오지 사이언티픽사의 Kobra 21-ADH등의 장비로 측정이 가능하다. 또한 λ는 측정광의 파장이다. 이상의 값을 식 4에 대입하면 보상필름의 축틀어짐 각도를 구할 수 있다.
그러나 하나의 검광자 각도만의 투과율만으로 축틀어짐 각도를 얻는 것은 측정 조건에 따라 오차가 발생할 가능성이 크다. 복합층과 검광자를 서로 상대적으로 회전시키면서 다양한 각도에서 복합층의 투과율을 측정하는 것이 바람직하다. 이 경우 보상필름의 축틀어짐 값의 결정은 다음과 같은 방법으로 가능하다.
첫째, 검광자의 다양한 각도에서 계산된 축틀어짐 값의 평균값을 택하는 등의 통계 처리하여 결정하는 방법이 있다.
둘째, 검광자의 각도에 따른 측정된 투과율 그래프를 얻는다. 또한, 식 4를 이용하여 다양한 축틀어짐 값에서의 검광자 각도에 따른 계산된 투과율 그래프의 계산값을 얻는다. 측정된 투과율그래프를 다수의 계산된 투과율 그래프와 비교하여 가장 일치하는 계산된 투과율 그래프를 선택하고, 그 계산된 투과율 그래프에 사용된 축틀어짐 값을 선택하는 것이다.
셋째, 검광자 각도에 따른 투과율 그래프에서 최소 투과율을 2차 함수 등의 커브 피팅 등으로 얻고 그 때의 검광자 각도를 얻는다. 이 값을 식 4에 대입하여 축틀어짐 값을 얻는다.
이상의 방법은 하나의 검광자 각도에서 투과율을 얻어 축틀어짐 값을 얻을 때의 오차를 줄이는 것으로 다양한 방법이 가능하다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 소광도가 뛰어난 편광자와 검광자를 이용하여 보상필름의 축틀어짐을 간단한 방법으로 정확히 측정할 수 있다. 이에 의하여 편광필름과 보상필름을 포함하는 복합층의 품질관리를 신속하고 정확히 할 수 있다.
도 1은 본 발명에 의한 보상필름 축틀어짐 측정장치를 나타내는 개략도,
도 2는 본 발명에 따라 편광필름의 최소투과율을 측정하는 방법을 나타내는
개략도,
도 3은 본 발명에 따라 편광필름의 최소투과율의 추이를 측정한 결과를 나타내는 그래프,
도 4는 본 발명에 따라 복합층의 투과율을 측정하는 방법을 나타내는 개략도이다.
*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*
10 : 광원부 11 : 편광자
12 : 지지대 13 : 검광자
14 : 수광부

Claims (4)

  1. 편광필름과 보상필름을 포함하는 복합층 중의 보상필름의 축틀어짐을 측정하는 방법에 있어서,
    측정광의 조사경로를 따라 소광도가 10-4이하인 편광자와 상기 복합층을 순차적으로 배치하는 단계;
    상기 편광자와 상기 복합층을 측정광로의 가로방향 평면 내에서 상대적으로 회전시키면서, 측정광을 조사하여 상기 복합층의 투과율추이를 얻는 단계;
    측정광의 조사경로를 따라 상기 복합층과 소광도가 10-4이하인 검광자를 순차적으로 배치하는 단계;
    측정광을 조사하여 상기 복합층의 투과율을 얻는 단계;
    상기 복합층의 투과율 추이로부터 상기 편광필름의 최소투과율을 얻고 상기 최소투과율과 상기 복합층의 투과율을 이용하여 편광필름과 보상필름사이의 축틀어짐을 연산하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 보상필름의 축틀어짐 측정방법.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 복합층의 투과율을 얻는 단계에서는, 상기 검광자와 복합층을 상대적으로 회전시키면서 적어도 2 이상의 상기 검광자 각도에서 상기 복합층의 투과율을 측정하며,
    상기 축틀어짐을 연산하는 단계는,
    축틀어짐, 투과율, 검광자 각도와의 관계식을 이용하여 축틀어짐 값을 변화시키면서 검광자 각도에 따른 계산된 투과율의 그래프를 준비하는 단계;
    검광자의 각도에 따른 측정된 투과율의 그래프를 얻는 단계;
    상기 측정된 투과율의 그래프와 상기 계산된 투과율의 그래프를 비교하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 보상필름의 축틀어짐 측정방법.
  3. 편광필름과 보상필름을 포함하는 복합층중의 보상필름의 축틀어짐의 측정장치에 있어서,
    측정광로에 측정광을 조사하는 광원부와,
    상기 측정광의 투과율을 측정하는 수광부와,
    상기 광원부와 상기 수광부 사이의 측정광로 상에 배치되는 상기 복합층을 지지하는 지지대와,
    상기 광원부와 상기 지지대 사이의 측정광로 상에 배치될 수 있는 소광도가 10-4이하인 편광자와,
    상기 편광자를 측정광로의 가로방향 평면 내에서 회전시킬 수 있는 구동수단과,
    상기 수광부와 상기 지지대 사이의 측정광로 상에 배치될 수 있는 소광도가 10-4이하인 검광자를 포함하는 것을 특징으로 하는 보상필름의 축틀어짐 측정장치.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 검광자를 측정광로의 가로방향 평면 내에서 회전시킬 수 있는 구동수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 보상필름의 축틀어짐 측정장치.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR20160145997A (ko) * 2015-06-11 2016-12-21 동우 화인켐 주식회사 복합 필름의 결함 판별 방법

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