KR20050070616A - 보상필름, 보상필름의 제조방법 및 이를 이용한액정표시장치 - Google Patents

보상필름, 보상필름의 제조방법 및 이를 이용한액정표시장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 보상필름, 보상필름의 제조방법 및 이를 이용한 액정표시장치에 대해 개시된다. 본 발명에 따른 보상필름을 이용한 액정표시장치는, 게이트버스선과 데이타버스선의 교차점에 스위칭 소자로 기능하는 박막트랜지스터가 형성된 하판과; 상기 하판과 대향되며 블랙매트릭스, 칼라필터층 및 공통전극이 형성된 상판과; 상기 하판과 상기 상판사이에 액정이 주입된 액정층과; 상기 하판 및 상기 상판의 각 일면에 다층구조의 콜레스테릭 액정층이 코팅되어 형성된 제 1 , 제 2 보상필름과; 상기 하판 및 상기 상판의 바깥면에 광투과축이 서로 수직이 되도록 부착된 제 1, 제 2 편광판을 포함하는 점에 그 특징이 있다.
본 발명에 따른 보상필름, 보상필름의 제조방법 및 이를 이용한 액정표시장치는, 다층 구조의 코팅형 콜레스테릭 액정층으로 보상필름을 형성하여 시야각을 보상할 수 있다.

Description

보상필름, 보상필름의 제조방법 및 이를 이용한 액정표시장치{A COMPENSATE FILM, THE FABRICATION METHOD AND THE USING OF LCD DEVICE}
본 발명은 보상필름, 보상필름의 제조방법 및 이를 이용한 액정표시장치에 관한 것으로, 특히 다층 구조의 코팅형 콜레스테릭 액정층으로 보상필름을 형성하여 시야각을 보상할 수 있는 보상필름, 보상필름의 제조방법 및 이를 이용한 액정표시장치에 관한 것이다.
일반적으로, 액정은 그 분자가 이방성을 가지고 있고, 그 분자로 이루어진 액정셀이나 필름의 이방성이 액정분자들의 분포 및 기판에 대해 기울어진 각도(tilt angle)의 분포정도에 의해 바뀌는 성질을 가지고 있다.
또한, 이러한 특성은 액정으로 이루어진 셀이나 필름을 보는 각도에 따라 빛의 편광성을 변화시키는 중요한 요인이 된다. 이러한 액정의 고유특성으로 인해 액정 디스플레이의 구동 시 상,하, 좌, 우 시야각에 따라 휘도 및 콘트라스트 비 (contrast ratio)의 변화가 유발되었고 이는 액정표시장치의 가장 큰 단점이 되어왔다.
이러한 단점을 보완하기 위해 액정셀이 가지는 시야각에 따른 이방성 분포를 보상해 줄 보상필름(compensate film)을 붙이는 방법이 고안되었다.
일반적으로 보상필름은 고분자 필름에 의해 투과광에 대한 위상차의 변화를 끼치게 되며 필름이 일정한 방향으로 신장 처리되어 분자의 이방성 유도에 의해 복굴절성을 가지게 된 것이다.
보다 상세히 설명하면, 예시적으로 노멀리 블랙 모드(normally black mode)의 트위스틱 네마틱(Twistic Nematic : TN) 액정 표시 장치에 외부 자기장이 인가되었을 때 액정 분자들은 전기장에 반응하여 배열을 하며 다음의 방정식에 의거하여 광투과가 발생한다.
I = Io sin2[θ(1+u2)1/2] u=πR/θλ, R=Δn·d
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.
즉, 빛이 액정층을 통과할 때, 액정을 수직으로 통과할 때와 비스듬히 통과할 때, 그 위상차의 값이 서로 달라 시야각에 따른 투과광의 특성이 달라진다.
따라서, 상기 액정을 통과하는 빛이 느끼는 복굴절 값(d*Δn)은 빛이 진행하는 방향의 수직한 평면내에서 굴절률의 차이값과 빛이 통과하는 매질의 두께의 곱으로 표현된다.
이러한 액정의 위상차를 보상하기 위해서는 상기 액정의 복굴절값(d*(ne-no))과 거의 같은 복굴절 값을 가지고 음의 위상값(ne-no)을 가지도록 구성된 액정층으로 형성한 보상필름을 사용하면 시야각이 보상될 수 있다.
따라서, 위상차 보상을 위해 액정 기판과 편광판의 사이에 설치하는 보상필름은 액정 내부에서 빛의 위상 변화를 위상차 보상필름에서 반대 방향으로 보상해 줌으로써 시야각 문제를 해결하는 것이며, 보상필름으로는 일축성(uniaxial) 또는 이축성(biaxial)이 사용된다.
도 1a 내지 도 1c는 위상차 보상필름의 굴절율 이방성 타원체를 도시한 도면이다. 이에 도시한 바와 같이, 일축성과 이축성은 직교 좌표계의 x, y, z 방향에서의 굴절율을 각각 nx, ny, nz 라 할 때, nx 과 ny의 동일 여부에 따라 결정된다.
즉, 상기 도 1a에 도시된 바와 같이, 두 방향의 굴절율이 동일하고 그 크기가 나머지 한 방향과 다를 때를 일축성이라 한다. 그리고, 상기 도 1b 및 1c에 도시된 바와 같이, 세 방향 모두 다른 크기의 굴절율을 가질 때는 이축성이라 한다.
일반적으로 사용하는 일축성 굴절율 이방체를 이용한 위상차 보상필름은 타원체의 장축이 필름 표면과 평행하거나 수직한 방향을 하도록 배열하고 있다.
한편, 도 2는 종래에 따른 보상필름을 구비한 액정표시장치의 구조를 개략적으로 도시한 도면이다. 이에 도시된 바와 같이, 상판(11)과 하판(12)이 소정간격으로 이격되어 있고, 그 사이에 액정층(10)이 주입되어 있는 액정패널(1)과; 상기 액정패널(1)의 양쪽 바깥 면에 각각 부착된 제 1 , 제 2 보상필름(13, 14)과; 상기 보상필름(13, 14)상에 광축이 서로 수직이 되도록 부착된 제 1, 제 2 편광판(15, 16)을 포함하여 구성된다.
상기 보상필름(13, 14)은 액정셀과는 가능한 반대의 이방성 분포를 가짐으로써 셀과 합지하여 사용 시 시야각에 따른 빛의 지연(retardation)차이를 없애도록 제작된다.
한편, 도 3는 종래에 따른 보상필름의 구조를 개략적으로 도시한 도면이다. 이에 도시된 바와 같이, 상기 보상필름은 디스코틱 액정이 연속적으로 틸트각을 가지면서 형성되어 굴절율 이방성을 갖게 된다. 이때, 상기 디스코틱 액정을 스플레이(splay) 배향시켜 형성하게 된다.
그러나, 상기와 같은 보상필름은 디스코틱 액정의 연속적인 틸트각을 조절하는데 공정상 어려운 문제점이 발생된다.
본 발명은, 다층 구조의 코팅형 콜레스테릭 액정층으로 보상필름을 형성하여 시야각을 보상할 수 있는 광학 보상필름, 광학보상필름의 제조방법 및 이를 이용한 액정표시장치를 제공함에 그 목적이 있다.
상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 보상필름을 이용한 액정표시장치는,
게이트버스선과 데이타버스선의 교차점에 스위칭 소자로 기능하는 박막트랜지스터가 형성된 하판과;
상기 하판과 대향되는 상판과;
상기 하판과 상기 상판사이에 액정이 주입된 액정층과;
상기 하판 및 상기 상판의 각 일면에 다층구조의 콜레스테릭 액정층이 코팅되어 형성된 제 1 , 제 2 보상필름과;
상기 하판 및 상기 상판의 바깥면에 광투과축이 서로 수직이 되도록 부착된 제 1, 제 2 편광판을 포함하는 점에 그 특징이 있다.
여기서, 특히 상기 제 1 , 제 2 보상필름은 네가티브 C - 플레이트로 형성되는 점에 그 특징이 있다.
여기서, 특히 상기 제 1 , 제 2 보상필름은 연속적인 틸트각을 가지고 순차적으로 콜레스테릭 액정이 코팅되어 형성되는 점에 그 특징이 있다.
여기서, 특히 상기 액정층은 TN(Twist Nematic), OCB(Optically Compensated Birefringence), VA(vertical alignment)모드, IPS(In plan switching mode)모드, 또는 ECB(Electrically Controlled Birefringence)모드가 적용되는 점에 그 특징이 있다.
또한, 상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 보상필름은,
기판에 제 1 틸트각을 가지고 형성된 제 1 배향막과;
상기 제 1 배향막상에 콜레스테릭 액정이 코팅되어 형성된 제 1 액정층과;
상기 제 1 액정층상에 제 2 틸트각을 가지고 형성된 제 2 배향막과;
상기 제 2 배향막상에 콜레스테릭 액정이 코팅되어 형성된 제 2 액정층과;
상기 제 2 액정층상에 제 3 틸트각을 가지고 형성된 제 3 배향막과;
상기 제 3 배향막상에 콜레스테릭 액정이 코팅되어 형성된 제 3 액정층을 포함하여 구성된다.
여기서, 특히 상기 제 1, 제 2 , 제 3 배향막은 연속적인 틸트각을 가지고 배향 처리되는 점에 그 특징이 있다.
여기서, 특히 상기 코팅되어 형성되는 콜레스테릭 액정층은 3층 이상의 복수층으로 형성되는 점에 그 특징이 있다.
또한, 상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 보상필름의 제조방법은,
기판상에 광배향막을 인쇄, 경화 및 배향 처리하는 단계와;
상기 배향 처리된 광배향막상에 콜레스테릭 액정층을 코팅하고, 경화시키는 단계와;
상기 콜레스테릭 액정층상에 광배향막을 인쇄, 경화 및 틸트각이 다르게 배향 처리하는 단계와;
상기 틸트각이 다르게 배향 처리된 광배향막상에 콜레스테릭 액정층을 코팅하고, 경화시키는 단계를 포함하는 점에 그 특징이 있다.
여기서, 특히 상기 틸트각이 다르게 배향처리된 광배향막상에 형성된 콜레스테릭 액정층상에 연속적인 틸트각을 가지고 배향막 및 콜레스테릭 액정층이 더 형성되는 점에 그 특징이 있다.
여기서, 특히 상기 각 광배향막의 배향 처리는 비편광 자외선광을 이용하거나 이온 빔을 조사하여 틸트각이 다르게 배향 처리를 하는 점에 그 특징이 있다.
이와 같은 본 발명에 의하면, 다층 구조의 코팅형 콜레스테릭 액정층으로 보상필름을 형성하여 시야각을 보상할 수 있다.
이하 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명의 실시 예를 상세히 설명한다.
도 4는 본 발명에 따른 보상필름을 구비한 액정표시장치의 구조를 개략적으로 도시한 도면이다. 이에 도시된 바와 같이, 게이트버스선과 데이타버스선의 교차점에 스위칭 소자로 기능하는 TFT(Thin Film Transistor: TFT)가 각각 형성된 하판(42)과; 상기 하판(42)과 대향되는 상판(41)과; 상기 하판(42)과 상기 상판(41)사이에 액정이 주입된 액정층(30)과; 상기 하판(42) 및 상기 상판(41)의 각 일면에 다층구조의 콜레스테릭 액정층이 코팅되어 형성된 제 1 , 제 2 보상필름(43, 44)과; 상기 하판(42) 및 상기 상판(41)의 바깥면에 광투과축이 서로 수직이 되도록 부착된 제 1, 제 2 편광판(45, 46)을 포함하여 구성된다.
상기 하판(42)은 도면에 도시되지 않았지만, 상기 게이트버스선과 데이터버스선의 교차점에 스위칭 소자로 기능하는 TFT(Thin Film Transistor: TFT)가 각각 형성되고, 상기 TFT의 드레인 전극에 접촉되는 정방형의 화소전극이 게이트버스선과 데이터버스선에 포위된 형태로 각각 형성된다.
여기서, 상기 하판(42)에 형성되는 TFT(Thin Film Transistor: TFT)는, 구성하는 요소중 활성층(Active layer)인 반도체층의 그 결정상태에 따라 격자의 주기성이 없는 수소를 포함한 비정질 실리콘(amorphous silicon)을 사용한 아모포스형 박막트랜지스터(amorphous TFT)를 적용하거나 다결정 고체인 폴리실리콘(crystalline poly silicon)을 사용한 폴리실리콘형 박막트랜지스터 (poly silicon TFT)를 적용한다.
또한, 상기 상판(41)은 예를 들면, TN 모드의 경우, 상기 박막 트랜지스터와 대응하는 위치에 블랙 매트릭스(Black Matrix: BM)가 형성되어 있고, 상기 블랙매트릭스상에 적(R), 녹(G), 청(B)의 색이 순차적으로 반복되어 있는 컬러필터(미도시)가 형성되어 있으며, 액정에 전압을 인가하는 한쪽 전극인 투명 도전 물질로 이루어진 공통 전극이 순차적으로 형성되어 있다.
상기 액정층(30)에 적용되는 액정 모드는 TN(Twist Nematic), OCB(Optically Compensated Birefringence), VA(vertical alignment)모드, IPS(In plan switching mode)모드, ECB(Electrically Controlled Birefringence)모드 등이 적용될 수 있다.
도 5는 본 발명에 따른 콜레스테릭 액정을 이용한 보상필름의 구조를 개략적으로 도시한 도면이다. 이에 도시된 바와 같이, 상기 보상필름(43,44)은, 기판(51)에 제 1 틸트각을 가지고 형성된 제 1 배향막(52)과; 상기 제 1 배향막(52)상에 콜레스테릭 액정이 코팅되어 형성된 제 1 액정층(53)과; 상기 제 1 액정층(53)상에 제 2 틸트각을 가지고 형성된 제 2 배향막(54)과; 상기 제 2 배향막(54)상에 콜레스테릭 액정이 코팅되어 형성된 제 2 액정층(55)과; 상기 제 2 액정층(55)상에 제 3 틸트각을 가지고 형성된 제 3 배향막(56)과; 상기 제 3 배향막(56)상에 콜레스테릭 액정이 코팅되어 형성된 제 3 액정층(57)을 포함하여 구성된다.
이때, 상기 콜레스테릭 액정으로 코팅되어 형성된 액정층은 2층 이상의 복수층으로 형성될 수 있으며, 각 액정층은 층별로 서로 다른 틸트각을 갖는 배향막이 형성되어 있다. 또한, 상기 콜레스테릭 액정층은 틸트각이 연속적인 변화가 일어나도록 형성된다.
한편, 상기 보상필름(43,44)은 상기 액정층(30)의 양복굴절을 보상하기 위해 음복굴절 및 경사진 광축을 가질 필요가 있다.
상기 콜레스테릭 액정은 입사된 빛을 회전 피치(helical pitch)에 따라 특정 파장만을 반사시키는 선택 반사 특성을 가지며, 이때 액정의 회전 방향에 따라 반사되는 빛의 편광상태도 결정된다. 예를 들면, 액정분자들이 회전축을 따라 반시계 방향으로 회전하며 꼬인 구조(즉, left-handed structure)를 가질 때는 좌원편광된 광만 해당 색상에서 반사하게 된다.
따라서, 본 발명에서는 상기 콜레스테릭 액정이 가시광선 영역에서 위상 변화가 발생하도록 피치를 조절하여 디스코틱 액정과 같은 효과가 나타나도록 한다.
도 6a 내지 도 6c는 본 발명에 따른 보상필름의 제조방법에 대한 순서를 도시한 도면이다. 도 6a에 도시된 바와 같이, 먼저 투명기판(51)상에 액정분자들을 특정방향으로 배향시키기 위하여 광배향막(52)으로 불리는 유기고분자물질을 도포하고, 60 ~ 80℃ 정도의 온도에서 용매를 날리고 정렬시킨 후, 80 ~ 200℃ 정도의 온도에서 경화시킨다. 여기서, 상기 광배향막을 구성하는 재료는 폴리이미드(polyimide) 계열의 유기물질이 사용될 수 있다.
그리고, 상기 광배향막(52)상에 비편광 자외선광을 이용하거나 이온 빔을 조사하여 광배향막을 배향 처리를 하게 된다. 특히, 광배향막의 배향 방향을 임의로 조절하여 제조된 보상 필름의 광축을 필름의 진행방향에 대해서 임의의 각을 갖도록 하게 된다. 또한, 상기 광배향막을 배향 처리하는 방식으로 러빙(rubbing) 방식이 사용되기도 한다.
이어서, 도 6b에 도시된 바와 같이, 상기 배향 처리된 광배향막(52)상에 코터블 리타더(coatable retarder)를 형성하는 콜레스테릭 액정층(53)을 코팅하게 된다.
보다 상세하게 설명하면, 상기 콜레스테릭 액정층(53)을 롤러(roller)를 이용한 롤 코팅(roll coating) 방법에 의해 형성할 수 있는데, 표면을 평평하게 하여 콜레스테릭 액정층(53)이 균일한 두께를 가지도록 한다.
그리고, 상기 코팅된 콜레스테릭 액정층(53)은 비편광 자외선광을 이용하거나 이온빔 등을 이용하여 경화시켜 필름으로 고착화시킨다.
이때, 상기 콜레스테릭 액정층(53)의 두께를 조절하고, 자외선(ultraviolet : UV)과 같은 빛을 조사하여 콜레스테릭 액정층의 피치를 결정할 수 있게 된다.
이어서, 도 6c에 도시된 바와 같이, 상기와 같이 형성된 콜레스테릭 액정층(53)상에는 틸트각이 다른 광배향막(54, 56)과 콜레스테릭 액정층(55, 57)을 더 형성하게 된다.
이때, 상기 틸트각이 다른 콜레스테릭 액정층(55, 57)은 상기 도 6a 및 도 6b의 과정을 반복하여 형성하게 된다.
따라서, 상기 콜레스테릭 액정층(53, 55, 57)을 연속적인 틸트각을 가지고 복수층으로 형성함으로써 네가티브 C - 플레이트를 완성할 수 있게 된다.
또한, 상기 콜레스테릭 액정층(53, 55, 57)상에는 연속적인 틸트각을 가진 광배향막과 콜레스테릭 액정층을 더 형성할 수 있다.
한편, 상기 콜레스테릭 액정층(53, 55, 57)이 리액티브 메소젠 성질을 가지고 형성되면,별도의 배향막의 형성없이 직접 콜레스테릭 액정층에 틸트각을 결정할 수 있게 된다.
따라서, 상기 본 발명에 따른 보상필름은 액정층의 액정셀과는 가능한 반대의 이방성 분포를 가짐으로써 셀과 합지하여 사용 시 시야각에 따른 빛의 지연(retardation)차이를 없앨 수 있게 된다.
본 발명은 도면에 도시된 실시 예를 참고로 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시 예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.
이상의 설명에서와 같이 본 발명에 따른 보상필름, 보상필름의 제조방법 및 이를 이용한 액정표시장치는, 다층 구조의 코팅형 콜레스테릭 액정층으로 보상필름을 형성하여 시야각을 보상할 수 있다.
도 1a 내지 도 1c는 위상차 보상필름의 굴절율 이방성 타원체를 도시한 도면.
도 2는 종래에 따른 보상필름을 구비한 액정표시장치의 구조를 개략적으로 도시한 도면.
도 3는 종래에 따른 보상필름의 구조를 개략적으로 도시한 도면.
도 4는 본 발명에 따른 보상필름을 구비한 액정표시장치의 구조를 개략적으로 도시한 도면.
도 5는 본 발명에 따른 콜레스테릭 액정을 이용한 보상필름의 구조를 개략적으로 도시한 도면.
도 6a 내지 도 6c는 본 발명에 따른 보상필름의 제조방법에 대한 순서를 도시한 도면.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
30 --- 액정층 41 --- 상판
42 --- 하판 43 --- 제 1 보상필름
44 --- 제 2 보상필름 45 --- 제 1 편광판
46 --- 제 2 편광판 51 --- 기판
52 --- 제 1 배향막 53 --- 제 1 액정층
54 --- 제 2 배향막 55 --- 제 2 액정층
56 --- 제 3 배향막 57 --- 제 3 액정층

Claims (10)

  1. 게이트버스선과 데이타버스선의 교차점에 스위칭 소자로 기능하는 박막트랜지스터가 형성된 하판과;
    상기 하판과 대향되며 형성된 상판과;
    상기 하판과 상기 상판사이에 액정이 주입된 액정층과;
    상기 하판 및 상기 상판의 각 일면에 다층구조의 콜레스테릭 액정층이 코팅되어 형성된 제 1 , 제 2 보상필름과;
    상기 하판 및 상기 상판의 바깥면에 광투과축이 서로 수직이 되도록 부착된 제 1, 제 2 편광판을 포함하는 것을 특징으로 하는 보상필름을 이용한 액정표시장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 제 1 , 제 2 보상필름은 네가티브 C - 플레이트로 형성되는 것을 특징으로 하는 보상필름을 이용한 액정표시장치.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 제 1 , 제 2 보상필름은 연속적인 틸트각을 가지고 순차적으로 콜레스테릭 액정이 코팅되어 형성되는 것을 특징으로 하는 보상필름을 이용한 액정표시장치.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 액정층은 TN(Twist Nematic), OCB(Optically Compensated Birefringence), VA(vertical alignment)모드, IPS(In plan switching mode)모드, 또는 ECB(Electrically Controlled Birefringence)모드가 적용되는 것을 특징으로 하는 보상필름을 이용한 액정표시장치.
  5. 기판에 제 1 틸트각을 가지고 형성된 제 1 배향막과;
    상기 제 1 배향막상에 콜레스테릭 액정이 코팅되어 형성된 제 1 액정층과;
    상기 제 1 액정층상에 제 2 틸트각을 가지고 형성된 제 2 배향막과;
    상기 제 2 배향막상에 콜레스테릭 액정이 코팅되어 형성된 제 2 액정층과;
    상기 제 2 액정층상에 제 3 틸트각을 가지고 형성된 제 3 배향막과;
    상기 제 3 배향막상에 콜레스테릭 액정이 코팅되어 형성된 제 3 액정층을 포함하는 것을 특징으로 하는 보상필름.
  6. 제 5항에 있어서,
    상기 제 1, 제 2 , 제 3 배향막은 연속적인 틸트각을 가지고 배향 처리되는 것을 특징으로 하는 보상필름.
  7. 제 5항에 있어서,
    상기 코팅되어 형성되는 콜레스테릭 액정층은 3층 이상의 복수층으로 형성되는 것을 특징으로 하는 보상필름.
  8. 기판상에 광배향막을 인쇄, 경화 및 배향 처리하는 단계와;
    상기 배향 처리된 광배향막상에 콜레스테릭 액정층을 코팅하고, 경화시키는 단계와;
    상기 콜레스테릭 액정층상에 광배향막을 인쇄, 경화 및 틸트각이 다르게 배향 처리하는 단계와;
    상기 틸트각이 다르게 배향 처리된 광배향막상에 콜레스테릭 액정층을 코팅하고, 경화시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 보상필름의 제조방법
  9. 제 8항에 있어서,
    상기 틸트각이 다르게 배향처리된 광배향막상에 형성된 콜레스테릭 액정층상에 연속적인 틸트각을 가지고 배향막 및 콜레스테릭 액정층이 더 형성되는 것을 특징으로 하는 보상필름의 제조방법.
  10. 제 8항에 있어서,
    상기 각 광배향막의 배향 처리는 비편광 자외선광을 이용하거나 이온 빔을 조사하여 틸트각이 다르게 배향 처리를 하는 것을 특징으로 하는 보상필름의 제조방법.
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