KR20110012129A

KR20110012129A - 수직배향 모드 액정표시장치의 위상차 제어 방법과 그 방법이 적용된 액정표시장치

Info

Publication number: KR20110012129A
Application number: KR1020090069702A
Authority: KR
Inventors: 오유미; 최원; 김봉춘
Original assignee: 동우 화인켐 주식회사
Priority date: 2009-07-29
Filing date: 2009-07-29
Publication date: 2011-02-09

Abstract

본 발명은 수직배향 모드 액정표시장치의 위상차 제어 방법과 그 방법이 적용된 액정표시장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 수직배향 모드 액정표시장치에 사용되는 위상차 필름이 양의 굴절률비(NZ)에 대해서는 정파장 분산성을, 모든 정면 위상차값(R0)에 대해서는 역파장 분산성을 나타내도록 함으로써 수직배향 모드 액정표시장치에서 위상차를 제어하는 방법과, 위와 같은 방법에 따라 제조된 위상차 필름이 적층되어 시야각에 따른 색상 왜곡 현상을 최소화할 수 있고 빛샘 방지를 통해 광시야각 확보가 가능하도록 개선된 수직배향 모드 액정표시장치에 관한 것이다.

파장 분산성, 위상차 필름, 액정표시장치

Description

수직배향 모드 액정표시장치의 위상차 제어 방법과 그 방법이 적용된 액정표시장치{Method for controlling phase differences for a vertical alignment mode liquid crystal display and liquid crystal display using the same}

본 발명은 수직배향 모드 액정표시장치에서 위상차를 제어하는 방법과, 경사면에서 색상왜곡 현상이 최소화되고 동시에 광시야각 확보가 가능한 편광판 및 수직배향 모드 액정표시장치에 관한 것이다.

액정표시장치(liquid crystal display; LCD)는 대중적인 화상표시장치로 널리 사용되고 있다. 그러나, 이의 여러 우수한 특성에도 불구하고 좁은 시야각이 대표적인 단점으로 지적되고 있다.

개발 초기 액정표시장치는 시야각이 좁아 정면이 아닌 경사면에서는 왜곡된 화상이 보였으나, 현재는 위상차 필름을 적용해 경사면에서도 어느 정도의 화질 구현이 가능하다. 더욱이 액정모드 기술의 발달로 위상차 필름(보상필름)을 사용하지 않아도 어느 정도의 광시야각 기술 구현이 가능한 액정모드가 등장하였다.

액정모드에 위상차 필름을 조합한 액정표시장치는 초기의 액정표시장치와는 비교할 수 없을 정도로 좋은 화질을 구현할 수 있다. 그러나 액정표시장치에 사용되는 광학소자들의 위상차는 파장에 따라 각각 다른 위상차값을 갖기 때문에 시야각에 따라 완벽한 암(Black) 구현이 어렵다. 또한 광학소자를 현재 추세인 대형 액정표시장치에 적용하는 경우에는 액정표시장치의 화면이 얼룩처럼 보이게 되는 문제가 있다. 이러한 문제와 연관된 가장 대표적인 광학소자는 액정과 위상차 필름이다.

광학소자는 파장 분산성을 제어하여 가시광선 영역에서 파장에 따라 동일한 위상차(단위:nm, 플랫 파장 분산성)를 갖도록 하는 개발이 진행되고 있다. 그러나 현재까지 광학소자의 파장 분산성을 제어하는 방법은 분산성이 다른 필름의 지상축(Slow Axis)을 직교하게 겹치는 방법, 고분자 배열을 조절하는 방법 및 이종의 광학 특성을 갖는 고분자를 블랜딩하여 역파장 분산성을 나타내는 방법 등이 제시되고 있다. 즉 종래 시판되고 있는 통상적인 단일 고분자 상태로는 광학소자의 파장 분산성을 제어하기가 어렵다. 설령 제어가 가능하더라도 실제 양산에 적용하기에는 기술적 및 경제적 등의 여러 가지 한계를 가지는 것이 현실이다.

이 중 정면 콘트라스트비가 가장 높아 대형 액정표시장치에 많이 사용되는 수직 배향 모드는 경사면에서 액정에 의한 편광상태의 변화가 심해 위상차 필름(보상필름)이 요구된다. 이의 위상차 필름으로 정면 위상차값(R0)이 역파장 분산성을 갖는 네가티브 C 플레이트를 사용하고 있다. 그러나 네가티브 C 플레이트는 빛샘의 개선은 가능하나 경사면에서는 푸앙카레구상의 편광상태 변화의 분산 정도가 커서 색상왜곡 현상이 발생하는 문제가 있다. 이외에 트위스트 네마틱 모드, 면상 스위칭 모드 등의 액정표시장치도 각 액정모드에 적합한 위상차 필름을 적용하여 액정에 의한 편광상태 변화를 보상하고 있다. 그러나 현재 사용되는 위상차 필름으로는 광시야각 확보와 색상 왜곡 현상의 개선을 동시에 만족하기에 한계가 있다.

본 발명은 양의 굴절률비(NZ)에 대해 정파장 분산성을 나타내고, 모든 정면 위상차값(R0)에 대해 역파장 분산성을 나타내도록 위상차 필름의 파장 분산성을 조절하는 단계를 포함하여 수직배향 모드 액정표시장치의 위상차를 제어하는 방법과, 상기 파장 분산성이 조절된 위상차 필름을 포함함으로써 푸앙카레구상의 편광상태 변화에 따른 분산 정도가 작아 시각에 따른 색상왜곡 현상이 최소화되고 동시에 광시야각 확보가 가능한 편광판 및 수직배향 모드 액정표시장치를 제공하고자 한다.

본 발명은 양의 굴절률비(NZ)에 대해 정파장 분산성을 나타내고, 모든 정면 위상차값(R0)에 대해 역파장 분산성을 나타내도록 위상차 필름의 파장 분산성을 조절하는 단계를 포함하는 수직배향 모드 액정표시장치의 위상차 제어 방법을 제공한다.

또한, 본 발명은 양의 굴절률비(NZ)에 대해 정파장 분산성을 나타내고, 모든 정면 위상차값(R0)에 대해 역파장 분산성을 나타내도록 제어된 위상차 필름을 포함하는 편광판을 제공한다.

또한, 본 발명은 상기 편광판이 상판 및 하판에 각각 적층된 수직배향 모드 액정표시장치.

본 발명에 따른 수직배향 모드 액정표시장치는 푸앙카레구상에서 편광상태의 분산 정도가 작아 시각에 따른 색상왜곡 현상의 최소화가 가능하고 동시에 광시야각 확보가 가능한 장점이 있다.

본 발명은 수직배향 모드 액정표시장치에 사용되는 위상차 필름이 양의 굴절률비(NZ)에 대해서는 정파장 분산성을, 모든 정면 위상차값(R0)에 대해서는 역파장 분산성을 나타내도록 함으로써 수직배향 모드 액정표시장치에서 위상차를 제어하는 방법과, 위와 같은 방법에 따라 제조된 위상차 필름이 적층되어 시야각에 따른 색상 왜곡 현상을 최소화할 수 있고 빛샘 방지를 통해 광시야각 확보가 가능하도록 개선된 수직배향 모드 액정표시장치에 관한 것이다.

본 발명에서 '파장 분산성'은 기준 파장에서의 굴절률비(Nz) 또는 정면 위상차값(RO)에 대한, 파장 380 내지 780nm에서의 굴절률비(Nz) 또는 정면 위상차값(RO)의 변화 경향을 의미한다. 즉, 기준 파장에서의 굴절률비(Nz)에 대한 파장 380 내지 780nm에서의 굴절률비(Nz)의 변화 경향을 '굴절률비(Nz)에 대한 파장 분산성'이라 하고, 기준 파장에서의 정면 위상차값(RO)에 대한 파장 380 내지 780nm에서의 정면 위상차값(RO)의 변화 경향을 '정면 위상차값(RO)에 대한 파장 분산성'이라 한다.

또한, 파장 분산성은 파장이 증가할수록 굴절률비(Nz) 또는 정면 위상차 값(RO)이 감소하는 '정파장 분산성(normal dispersion)'과 반대로 파장이 증가할수록 굴절률비(Nz) 또는 정면 위상차값(RO)도 증가하는 '역파장 분산성(inverse dispersion)'을 포함한다. 또한 파장 변화에 따라 굴절률비 또는 위상차값의 변화가 없는 경우는 플랫 분산(flat dispersion)이라 한다.

이러한 파장 분산성은 380 내지 780nm의 입사 파장에 따른 굴절률비(Nz) 또는 정면 위상차값(RO)을 측정한 후, 입사 파장 중 임의의 2점 또는 3점 사이의 굴절률비(Nz) 또는 정면 위상차값(RO)의 변화량(기울기)으로 표현할 수 있다. 따라서 기준 파장을 590 nm로 보는 경우, 위상차 필름의 정면 위상차값(RO)에 대한 파장 분산성은 입사 파장 590nm의 정면 위상차값(RO(590nm))에 대한 입사 파장 380nm에서의 정면 위상차값(RO(380nm))의 비(RO(380nm)/RO(590nm))로 나타낼 수 있다.

액정표시장치의 위상차 제어에 사용되는 위상차 필름의 광학특성은 가시광선 영역 내의 전 파장에 대해서 하기 수학식 1 내지 3에 의해 정의된다.

일반적으로 위상차 필름의 광학특성은 광원의 파장에 대한 언급이 없는 경우 가장 쉽게 얻을 수 있는 590nm에 대한 광학특성으로 나타낸다. 이러한 위상차 필름의 광학특성은 굴절률로 정의된다. 도 2는 위상차 필름의 굴절률을 설명하기 위한 모식도로, Nx는 면내방향에서 굴절률이 가장 큰 방향의 굴절률이고, Ny는 면내방향에서 Nx의 수직방향이고, Nz는 두께방향의 굴절률을 나타낸다.

Rth = [(Nx + Ny) / 2 - Nz] × d

(여기서, Nx, Ny는 면상 굴절률로서 Nx ≥ Ny이며, Nz는 필름의 두께 방향 굴절률, d는 필름의 두께를 나타냄)

R0 = (Nx - Ny) × d

(여기서, Nx, Ny는 면상 굴절률로서 Nx ≥ Ny이며, d는 필름의 두께를 나타냄)

NZ = (Nx - Nz) / (Nx - Ny) = Rth / R0 + 0.5

(여기서, Nx, Ny는 면상 굴절률로서 Nx ≥ Ny, Nz는 필름의 두께 방향 굴절률을 나타냄)

상기 수학식 1의 Rth는 면내 평균 굴절률에 대한 두께방향의 굴절률의 차이를 나타낸 두께방향 위상차값이고, 수학식 2의 R0는 빛이 필름의 법선방향(수직방향)을 통과했을 때 실질적인 위상차인 정면 위상차값이다.

또한 수학식 3의 NZ는 굴절률비로 이에 따라 위상차 필름으로 사용되는 플레이트의 종류를 구분한다.

위상차 필름의 플레이트 종류는 1) 위상차가 존재하지 않는 광축이 필름의 면내방향으로 존재하는 경우는 A 플레이트; 2) 광축이 필름면의 수직방향으로 존재하는 경우는 C 플레이트; 및 3) 광축이 두 개 존재할 때는 이축성 플레이트라고 한다. 구체적으로 1) NZ가 1일 경우 굴절률은 Nx>Ny=Nz 관계를 가지고 '포지티브 A 플레이트(POSITIVE A PLATE)' 라고 하며; 2) 1<NZ인 경우 굴절률은 Nx>Ny>Nz를 만족하고 '네가티브 이축성 A 플레이트(NEGATIVE BIAXIAL A PLATE)'라고 하며; 3) 0<NZ<1인 경우 굴절률은 Nx>Nz>Ny의 관계를 가지고 'Z축 배향 필름'이라고 하며; 4) NZ=0인 경우 굴절률은 Nx=Nz>Ny의 관계를 가지고 '네가티브 A 플레이트(NEGATIVE A PLATE)'라고 하며; 5) NZ<0인 경우 굴절률은 Nz>Nx>Ny의 관계를 가지고 '포지티브 이축성 A 플레이트(POSITIVE BIAXIAL A PLATE)'라고 하며; 6) NZ=∞인 경우 굴절률은 Nx=Ny>Nz의 관계를 가지고 '네가티브 C 플레이트(NEGATIVE C PLATE)'라고 하며; 7) NZ=-∞인 경우 굴절률은 Nz>Nx=Ny의 관계를 가지고 '포지티브 C 플레이트(POSITIVE C PLATE)'라고 한다.

그러나, 상기와 같이 이론적 정의에 완벽하게 일치하는 A 플레이트 및 C 플레이트를 만드는 것은 실제 공정상 매우 어렵다. 이에 일반적인 공정에서 A 플레이트는 굴절률비의 대략적인 범위, C 플레이트는 정면 위상차의 범위를 각각 임의 수치로 설정하여 구분한다. 그럼에도 불구하고 임의적인 수치상의 설정은 연신에 따른 굴절률 발현 특성이 다른 모든 재료에 적용하기에는 한계가 있다. 따라서 본 발명에 따른 위상차 필름은 굴절률 이방성의 형태에 따른 플레이트 종류가 아니라 플레이트의 광학특성인 NZ, RO 및 Rth 등을 수치로 나타내고 있다.

본 발명에 따른 액정표시장치에 적용되는 위상차 필름은 연신 타입으로 제조된다.

위상차 필름은 보통 연신을 통해서 위상차를 부여하는 데 연신방향으로 굴절률이 커지는 필름을 '양(+)의 굴절률 특성' 이라 하고 연신방향으로 굴절률이 작아지는 필름을 '음(-)인 굴절률 특성'이라고 한다. 양(+)의 굴절률 특성을 갖는 위상차 필름은 트리아세틸셀룰로오스(TAC), 시클로올레핀폴리머(COP), 시클로올레핀코 폴리머(COC), 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET), 폴리프로필렌(PP), 폴리카보네이트(PC), 폴리술폰(PSF) 및 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA)로 이루어진 군에서 선택된 것으로 제조할 수 있다. 음(-)의 굴절률 특성을 갖는 위상차 필름은 변성폴리스티렌(PS) 또는 변성폴리카보네이트(PC)로 제조할 수 있다.

상기 위상차 필름의 연신 방법은 고정단 연신과 자유단 연신으로 구분된다. 고정단 연신은 필름의 연신 공정 중 연신하는 방향 이외의 다른 방향의 길이를 고정시키는 방법이고, 자유단 연신은 필름의 연신 공정 중 연신하는 방향 이외의 다른 방향에 자유도를 부여하는 방법이다.

일반적으로 필름은 연신하면 연신 방향 이외의 다른 방향은 수축하게 되나 Z축 배향필름은 연신 공정 이외에 별도의 수축 공정이 요구된다. 연신 공정 시 롤(Roll) 상태의 필름이 풀리는 방향은 MD방향(Machine Direction, 기계방향)이라고 하며, 이에 수직한 방향을 TD방향(Transverse Direction)이라고 한다. 자유단 연신은 MD방향으로 연신하는 것이고, 고정단 연신은 TD방향으로 연신하는 것이라고 한다.

이러한 연신방법(단 1차 공정만 적용했을 때)에 따라 NZ 및 플레이트의 종류가 달라지는데 이를 구체적으로 정리하면 다음과 같다. 1) 포지티브 A 플레이트는 양(+)의 굴절률 특성을 갖는 필름을 자유단 연신하고; 2) 네가티브 이축성 A 플레이트는 양(+)의 굴절률 특성을 갖는 필름을 고정단 연신하고; 3) Z축 배향필름은 양(+)의 굴절률 특성 또는 음(-)의 굴절률 특성을 갖는 필름을 자유단 연신 후 고정단 수축시키고; 4) 네가티브 A 플레이트는 음(-)의 굴절률 특성을 갖는 필름을 자유단 연신하고; 5) 포지티브 이축성 A 플레이트는 음(-)의 굴절률 특성을 갖는 필름을 고정단 연신하여 제조할 수 있다.

이외에도 위상차 필름은 상기 1차 연신 이외에 2차 연신 및 첨가물 적용 등의 추가 공정을 적용하여 지상축(Slow Axis)의 방향, 위상차값 및 NZ의 값 등의 광학특성을 제어할 수 있다. 이의 추가 공정은 당 분야에서 일반적으로 적용되는 공정으로 본 발명에서는 특별히 한정하지는 않는다.

본 발명은 양의 굴절률비(NZ)에 대해 정파장 분산성을 나타내고, 모든 정면 위상차값(R0)에 대해 역파장 분산성을 나타내도록 위상차 필름의 파장 분산성을 조절하여 액정표시장치의 위상차를 제어한다.

액정표시장치는 액정에 의하여 편광상태 변화가 발생하는 것은 모두 포함한다. 구체적으로 트위스트 네마틱 모드, 수직배향 모드 및 면상 스위칭 모드 등이 있다. 액정표시장치의 위상차 제어는 전압이 인가되지 않은 상태에서 기판과 액정이 이루는 프리 틸트각을 고려하여 적용할 수 있다. 바람직하기로는 프리 틸트각이 80°이상인 액정 모드, 보다 바람직하기로는 수직배향 모드를 갖는 액정표시장치의 위상차 제어에 적용하는 것이 좋다.

본 발명의 위상차 필름은 하기 수학식 4 내지 6의 파장 분산성을 만족하는 것을 사용한다.

하기 수학식 4 내지 6은 위상차 필름의 파장 분산성을 나타내는 일례의 방법이다. 각 수학식은 입사파장과 굴절률비(NZ)의 관계(수학식 4), 입사파장과 정면 위상차값(RO)의 관계(수학식 5) 및 입사광의 파장과 두께방향 위상차값(Rth)의 관 계(수학식 6)로 나타낸다. 이때, 입사 파장(λ)은 380 내지 780nm이다. 수학식 4 내지 6은 각각 NZ(λ)/NZ(λ0)=λ/λ0, RO(λ)/RO(λO)=λ/λ0, 및 Rth(λ)/Rth(λ0)=λ/λ0인 경우(단, λ0=590nm)의 a, b 및 c를 각각 1로 정의하였다. 상기 정의는 액정이 정파장 분산성일 때 이를 완벽하게 보상하기 위한 위상차 필름의 역파장 분산성을 수식으로 정의한 것이다.

수학식 4 내지 6에서 a, b 및 c는 각각 λ0=590nm에서 RO(λ)/RO(λO)=λ/λ0, Rth(λ)/Rth(λ0)=λ/λ0 및 NZ(λ)/NZ(λ0)=λ/λ0일 때를 기준으로 임의의 입사 파장의 값을 상대적으로 표현한 것이다.

상기 식에서, λ는 380 내지 780nm의 입사파장이고, λ0는 590nm의 기준파장이다. 상기 식에서 c=1일 때 [NZ(λ)/NZ(590)]=[λ/590]이다.

수학식 4는 1차 방정식의 일반적인 형태로 보면 NZ(λ)/NZ(λO)=c[(λ-λO)/λO]+1으로 NZ(λ)/NZ(λO)=Y와 (λ-λO)/λO=X의 관계로 나타낼 수 있다. 구체적으로 c는 기준파장의 굴절률비[NZ(λO)]에 대한 입사파장의 굴절률비[NZ(λ)]의 비인 Y와, 기준파장[λO]에 대한 입사파장과 기준파장의 차이값[(λ-λO)]의 비인 X의 관계로부터 얻어지는 기울기를 나타낸다. 하기 a 및 b도 유사한 패턴으로 기울기를 나타낸다.

상기 식에서, λ는 380 내지 780nm의 입사파장이고, λ0는 590nm의 기준파장이다. 상기 식에서 a=1일 때 [RO(λ)/RO(590)]=[λ/590]이다.

상기 식에서, λ는 380nm 내지 780nm의 입사파장이고, λ0는 590nm의 기준파장이다. 상기 식에서 b=1일 때 [Rth(λ)/Rth(590)]=[λ/590]이다.

본 발명에서 파장분산성이 굴절률비(NZ)가 양수일 때 정파장 분산성을 나타낸다는 것은 상기 수학식 4에서 c가 음수임을 나타낸다. 푸앙카레구상에서 굴절률비(NZ)는 빛이 이동하는 경로의 방향을 나타내므로 c가 양수가 되면 액정의 편광상태 변화와 동일한 방향으로 이동하게 되어 빛샘이 더 커지는 문제가 있다. 또한 파장분산성이 정면 위상차값(RO)이 모든 수(0, 양수)일 때 역파장 분산성을 나타낸다는 것은 상기 수학식 5에서 a가 양수임을 나타낸다.

액정표시장치의 위상차를 효과적으로 제어하기 위해서 c와 a는 하기 수학식 7을 만족하는 것이 좋다.

상기 수학식 7은 수학식 4 내지 6을 만족하는 a 및 c의 범위를 푸앙카레구상에서 시뮬레이션하고, 이 결과 a 및 c의 최적화된 범위를 수식화하여 나타낸 것이다. 푸앙카레구상의 시뮬레이션 결과 굴절률비(NZ)가 양수일 때 수학식 4의 c가 -2.6인 경우에는 파장 분산성이 최저가 되고, c<-2.6이면 파장 분산성이 증가하는 경향을 나타내었다. 또한 실질적으로 위상차 필름을 제조하는 물질의 특성상 c의 범위가 -2.6 미만이면 제작이 어려운 문제가 있다. c가 0 또는 0을 초과하는 경우에는 위상차 필름의 굴절률비가 역파장 분산성을 나타내어 푸앙카레구 상에서 서로 다른 파장들 간의 사이각이 커져 파장 분산성이 증가하는 문제가 있다.

상기 c는 수직배향 액정표시장치에서 상판 편광판의 편광자를 통과하기 직전의 380nm 및 780nm 파장의 각 편광상태가 푸앙카레구 상에서 원점을 기준으로 이루는 각도인 사이각을 0°에 가깝도록 하는 범위를 유지하는 것이 좋다. 바람직하기로는 상기 사이각의 크기가 40° 미만인 -2.6 ≤ c ≤ -0.5, 보다 바람직하기로는 상기 사이각의 크기가 30° 미만인 -2.6 ≤ c ≤ -1.0, 더욱 바람직하기로는 상기 사이각의 크기가 20° 미만인 -2.6 ≤ c ≤ -1.6, 가장 바람직하기로는 상기 사이각의 크기가 10° 미만인 -2.6 ≤ c ≤ -2.1을 유지하는 것이 좋다. 이때 c는 -2.6 ≤ c < 0인 범위에서 -2.6에 근접할수록 사이각 또한 0에 근접하는 경향을 나타냄을 알 수 있다.

a는 상기 수학식 7으로부터 c에 의해 얻어지는 값으로 바람직하기로는 0.1 < a < 1.8의 범위를 유지하는 것이 좋다. 하기 도 6은 수학식 7의 c가 -2.6 ≤ c < 0일 때 바람직한 a의 범위인 0.1 < a < 1.8를 도식화하여 나타낸 것이다.

또한, 본 발명의 편광판 및 액정표시장치는 상기와 같은 광학특성을 갖는 위상차 필름을 포함하여 이루어진다. 액정표시장치는 보호층, 편광자 및 위상차 필름의 순으로 적층된 편광판이 액정층의 상판 및 하판에 배치되어 이루어진다. 상판 및 하판의 위상차 필름은 지상축이 인접한 편광자의 흡수축과 서로 직교하게 배치된다.

본 발명의 위상차 제어방법은 모든 액정 모드의 액정표시장치에 사용될 수 있으나 액정의 프리 틸트각을 고려할 때 수직배향 모드가 바람직하므로 이를 일례로 하여 액정표시장치를 구체적으로 설명한다.

수직배향 모드 액정셀은 전기장을 인가하지 않은 경우 수직배향(두께방향)으로 액정의 장축이 배열되며, 전기장을 인가하는 경우에는 액정의 장축이 면내 방향으로 누워 화상을 표시하게 된다. 이때 액정이 음(-)의 유전율 이방성인 경우 인가되는 전기장의 방향은 수직방향(두께방향)이며, 양(+)의 유전율 이방성인 경우 면내방향으로 전기장이 인가된다. 또한, 전기장을 인가하지 않을 때 589nm 파장에서 두께방향위상차(Rth)는 -250 내지 -350nm, 바람직하기로는 -290 내지 -320nm을 유지한다. 수직배향 모드에서 두께방향위상차(Rth)는 액정의 굴절률 이방성과 셀 갭에 의해 결정된다. 이는 액정표시장치의 투과율 및 색상, 응답속도에 영향을 미치므로 적정범위를 선택 사용하는 것이 좋다.

수직배향 모드 액정표시장치는 다중 영역(multi-domain)으로 액정을 배향시키거나 인가되는 전압에 의해서 다중 영역으로 나누어지는 것을 포함한다. 액정표시장치는 전극 쌍을 포함하는 능동 매트릭스 구동 전극의 모드에 따라 MVA(Multi- domain Vertical Alignment), PVA(Patterned Vertical Alignment) 및 SPVA(Super PVA) 등으로 구별되는데, 이들은 암(Black)상태의 액정 배향상태가 동일하므로 모두 본 발명의 수직배향 모드 액정표시장치에 포함된다.

액정표시장치의 하판 편광판 및 상판 편광판의 편광자에는 각각 연신과 염색을 통해 편광 기능이 부여된 편광자인 폴리비닐알콜(PVA)층이 위치한다. 하판 및 상판 편광자인 폴리비닐알콜(PVA)층의 액정셀 반대측 면에는 각각 보호층이 위치되어 있다. 상기 상판 및 하판 편광판은 당 분야에서 일반적으로 적용되는 공정으로 제조될 수 있으며, 구체적으로 롤 대 롤(Roll To Roll)공정, 매엽접합(Sheet to Sheet) 공정을 적용할 수 있다. 바람직하기로는 수율 및 제조 공정상의 효율성 등을 고려하여 롤 대 롤(Roll To Roll)공정을 적용하는 것이 좋으며, 특히 PVA 편광자의 흡수축의 방향이 항상 MD방향으로 고정되기 때문에 이의 적용이 효과적이다.

하판 편광판 및 상판 편광판의 보호층은 굴절률 차이에 따른 광학적 특성이 시야각에 영향을 미치지 못하므로 본 발명에서는 보호층의 굴절률에 대하여 특별히 고려하지 않는다. 상기 상판 및 하판 편광판의 보호층을 형성하는 재료는 서로 독립적으로 당 분야에서 일반적으로 사용되는 것을 적용할 수 있다. 구체적으로 트리아세틸셀룰로오스(TAC), 시클로올레핀 폴리머(COP), 시클로올레핀코폴리머(COC), 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET), 폴리프로필렌(PP), 폴리카보네이트(PC), 폴리술폰(PSF) 및 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA) 등을 포함하는 필름 재료군에서 선택된 것으로 제조된 것을 사용할 수 있다.

본 발명에 따른 액정표시장치의 파장 분산성을 푸앙까레구상의 편광상태 변 화로 설명하면 다음과 같다.

경사각(θ=60°, Φ=45°)에서 바라봤을 때 액정표시장치의 380nm와 780nm 파장에서의 편광상태는 푸앙까레구(Poincare Sphere) 표면상에 두 점으로 표현된다. 이러한 두 점과 푸앙까레구상에서 원점을 연결하면 도 4와 같은 그림으로 표현된다. 이때 두 점간의 간격은 파장에 따라 편광상태의 차이를 의미하고, 두 점간의 간격은 상판 편광판의 편광자를 통과하기 직전에 가장 넓게 벌어지게 되어 경사면에서 화질이 떨어진다.

구체적으로 푸앙까레구상에서 파장 380nm에 대한 편광상태는 x, y, z 직교좌표계상, 파장 780nm에 대한 편광상태는 x', y', z' 직교좌표계상으로 표현된다. 푸앙까레구(Poincare Sphere)는 반지름이 1이므로 파장 380nm와 파장 780nm의 편광상태를 나타내는 두 점의 거리의 반(1/2)과, 좌표계의 원점과 두 점을 연결한 사이각의 반(1/2)은 하기 수학식 8과 같이 표현된다. 이때 하기 수학식 9로 표현되는 사이각은 파장 분산의 정도를 나타내는 것으로 각 광학소자를 통과할수록 커지게 되며 상판의 편광자를 통과하기 직전에 최대가 된다.

상기 380nm와 780nm은 가시광선 영역의 최대 및 최소값에 해당하는 것으로 통상 광학소자의 분산특성을 가장 명확하게 보여주는 파장이다. 380nm와 780nm 파장 사이에 존재하는 임의의 두 파장의 사이각은 380nm와 780nm 파장에서 형성된 사이각 보다 항상 작기 때문에 380nm와 780nm 파장에서 형성된 사이각이 가시광선 범위내의 사이각들 중 최대값이 된다. 따라서 380nm와 780nm에서 사이각만으로 액정표시장치의 광학특성을 명확하게 제시할 수 있다.

본 발명의 푸앙까레구상에서 380nm와 780nm 파장에서 형성된 사이각은 45°이하(0 내지 45°), 바람직하기로는 40°이하를 유지하는 것이 좋다. 하기 도 25는 본 발명의 c에 변화에 따라 380nm와 780nm 파장에서 형성된 사이각의 변화를 도식화한 것이다. c가 감소할수록 사이각도 작아지는 경향을 나타내며 빛샘방지의 측면에서 사이각은 0°에 가까울수록 바람직하다.

본 발명에 따른 액정표시장치는 도 3의 경사각(θ=60°, Φ=45°)에서 암(BLACK)상태 시감도 전방위 투과도가 0.25% 이하, 바람직하기로는 0.2% 이하의 보상관계를 만족한다. 경사각 시야각에서의 대비비(콘트라스트, 화이트 휘도/블랙 휘도)는 경사각에서의 암(BLACK)상태 시감도 전방위 투과도가 낮을수록 대비비가 좋아지는 반비례 관계에 있다. 따라서 본 발명은 상판 편광판의 편광자를 통과하기 직전의 380nm 및 780nm 파장에서의 각 편광 상태와 푸앙카레구의 원점을 기준으로 이루는 각도인 사이각이 작아져 암(BLACK)상태에서 시감도 전방위 투과도가 낮아지므로 대비비가 향상될 것이라 예측된다.

이하에서는 본 발명의 바람직한 실시형태로 수직배향 모드 액정표시장치를 일례로 하여 상세하게 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명에 따른 수직배향 모드 액정표시장치의 기본 구조를 나타내는 사시도로 이를 이용하여 설명하면 다음과 같다.

본 발명에 따른 수직배향 모드 액정표시장치는 백라이트 유닛(40), 하판 편광판(10), 액정셀(30), 상판 편광판(20)의 순으로 적층되고, 하판 및 상판 편광판은 액정셀로부터 위상차 필름(14)(24), 편광자(11)(21), 보호층(13)(23)의 순으로 적층되어 구성된다. 위상차 필름은 인접한 편광자의 흡수축과 위상차 필름의 지상축은 서로 직교하도록 구성되며, 상기 하판 편광판(10)의 흡수축(12)과 상판 편광판(20)의 흡수축(22)은 서로 수직으로 배열된다.

하판 편광판(10) 및 상판 편광판(20)에는 편광자층(11)(21)이 위치하며 하판 편광판의 편광자층(11)과 상판 편광판의 편광자층(21)에서 액정셀(30) 반대측 면에는 각각 보호층(13)(23)이 위치되어 있다. 이때, 하판 편광판(10)의 보호층(13) 및 상판 편광판(20)의 보호층(23)은 굴절률에 따른 광학적 특성이 시야각에 크게 영향을 미치지 못하므로 이는 고려되지 않는다.

상판 및 하판 편광판은 편광자, 위상차 필름 및 여러 가지 광학기능을 갖는 필름을 조합하여 편광판의 형태로 제조된다. 편광판은 액정셀의 상판 및 하판에 접합하여 액정표시장치를 구성한다. 이때 각각의 광학필름은 복합구성 편광판으로 접합되기 전에 롤(Roll) 상태로 존재한다. 이러한 롤(Roll)에서 필름이 풀리거나 감기는 방향을 MD방향이라고 한다. 편광판에서 보호층은 광 특성에 영향을 미치지 않으므로 롤 대 롤(Roll To Roll) 접합이 가능하다. 편광자는 편광기능을 부여할 때 편광자의 재료로 사용되는 PVA원단에서 MD방향 연신을 통해 PVA를 MD방향으로 정렬시키고 요오드 염색을 시켜 빛의 흡수방향이 MD방향이 된다.

본 발명은 하판 편광판의 편광자의 흡수축이 시인 측에서 보았을 때 수직방향으로 위치해야 한다. 구체적으로 백라이트 유닛에 가까운 하판 편광판의 흡수축이 수직 방향이면 하판 편광판을 통과한 빛은 수평방향으로 편광이 된다. 이는 판넬의 전압이 인가된 액정셀을 통과해 명(明)의 상태가 될 경우 빛은 수직 방향이 되어 흡수축이 수평방향인 시인 측의 상판 편광판을 통과한다. 이와 같이 통과한 빛은 시인 측에서 편광 선글라스(통상 흡수축이 수평방향임)를 착용한 사람이 인지할 수 있어 화상이 보이게 된다. 그러나 백라이트 유닛에 가까운 하판 편광판의 흡수축이 수평방향인 경우 편광 선글라스를 착용한 사람은 이에게는 화상이 보이지 않게 되는 문제가 있다.

대형 액정표시장치는 시인측에서 화상이 잘 보이도록 하기 위하여 특수한 경우를 제외하고 4:3 또는 16:9의 형태로 제작된다. 이는 인간의 주시야가 수직방향보다 수평방향으로 넓다는 것을 고려한 것이다.

본 발명의 액정표시장치는 푸앙까레구상에서 380nm와 780nm 파장에서 형성된 사이각은 45°이하이고, 경사각(θ=60°, Φ=45°) 방향에서 시감도 전방위 최대 투과도가 0.2% 이하의 보상관계를 만족한다.

이하에서는, 상기 구성에 의한 액정표시장치의 전압 비인가 시 전시야각에서 암상태 구현에 대한 효과를 실시예와 비교예에서 정리하였다. 본 발명은 하기의 실 시예에 의해 보다 잘 이해될 수 있으며, 하기의 실시예는 본 발명을 예시하기 위한 것일 뿐 첨부된 특허청구범위에 의하여 확정되는 보호범위를 제한하고자 하는 것은 아니다.

실시예

하기 실시예 1 내지 7 및 비교예 1 내지 2에서는 LCD 시뮬레이션 프로그램인 TECH WIZ LCD 1D(사나이시스템, KOREA)에 적용하여 시뮬레이션을 실시하였다.

실시예 1

본 발명에 따른 각 광학필름과 액정셀 및 백라이트 등의 실측 데이터를 도 1에 나타난 바와 같은 구조로 TECH WIZ LCD 1D(사나이시스템, KOREA) 상에 적층하였다. 도 1의 구조를 구체적으로 설명하면 다음과 같다.

백라이트 유닛(40), 하판 편광판(10), 액정셀(30), 상판 편광판(20)이 순차적으로 적층되어 있고, 하판 편광판(10)은 액정셀 쪽으로부터 위상차 필름(14), 편광자(11) 및 보호층(13)의 순서로 구성되며, 편광자(11)의 흡수축(12)과 위상차 필름(14)의 지상축(15)은 직교되었다. 상판 편광판(20)은 액정셀쪽으로부터 위상차 필름(24), 편광자(21) 및 보호층(23)의 순서로 구성되며, 편광자(21)의 흡수축(22)과 위상차 필름(24)의 지상축(25)은 직교하게 되었다. 상판 및 하판 편광자(11,21)의 흡수축(12,22)은 서로 직교하며, 하판 편광판(10)의 편광자(11)의 흡수축(12)은 시인 쪽에서 보았을 때 수직방향으로 위치하도록 하였다.

이때, 편광자는 연신과 염색을 통해 편광자의 기능을 부여하고 46인치 수직배향모드 액정셀(삼성전자, PAVV, LTA460HRO) 양면에 흡수축이 서로 직교하게 배치시켰다. 액정셀의 두께방향위상차(Rth)는 -331.7nm인 것을 사용하였다.

한편, 본 발명의 실시예에서 사용된 각각의 광학필름 및 백라이트는 하기와 같은 광학적 물성을 갖는 것을 사용하였다.

먼저, 상하판 편광자는 연신된 PVA에 요오드를 염색시켜 편광자 기능을 부여하고 이러한 편광자의 편광 성능은 370 내지 780nm 가시광선 영역에서 시감도 편광도 99.9% 이상, 시감도 단체투과율 41% 이상이다. 시감도 편광도와 시감도 단체투과율은 파장에 따른 투과축의 투과율을 TD(λ), 파장에 따른 흡수축의 투과율을 MD(λ), JIS Z 8701 : 1999에 정의된 시감도 보정치를

라고 할 때 하기 수학식 10 내지 14에 의해 정의된다.

본 발명에서 사용되는 위상차 필름의 파장 분산성은 하기 수학식 4 내지 7에 의해 정의된다.

[수학식 4]

상기 식에서, λ는 380 내지 780nm의 입사파장이고, λ0는 590nm 의 기준파장이다. 상기 식에서 c=1일 때 [NZ(λ)/NZ(590)]=[λ/590]이다.

[수학식 5]

상기 식에서, λ는 380 내지 780nm의 입사파장이고, λ0는 590nm 의 기준파장이다. 상기 식에서 a=1일 때 [RO(λ)/RO(590)]=[λ/590]이다.

[수학식 6]

상기 식에서, λ는 380 내지 780nm의 입사파장이고, λ0는 590nm 의 기준파장이다. 상기 식에서 b=1일 때 [Rth(λ)/Rth(590)]=[λ/590]이다.

[수학식 7]

상기 식에서 c는 -2.6 ≤ c < 0이다.

상기 상판 및 하판에 사용되는 위상차 필름(14,24) 각각은 수학식 4 내지 7을 만족할 때 c가 -0.4(정파장 분산 특성)이고, a가 0.3(역파장 분산 특성)인 것을 사용하여 수직배향 모드 액정표시장치를 제조하였다. 이때, 위상차 필름의 굴절률비(NZ)는 3이고 정면 위상차값(RO)은 50인 것을 사용하였다.

상기 수직배향 모드 액정표시장치의 파장에 따른 푸앙카레구상의 편광상태 변화는 도 7에 나타내었다. 구체적으로 푸앙까레구(Poincare Sphere)상에서 하판 편광자(11)를 통과했을 때 편광상태는 1, 하판 위상차 필름(14)을 통과했을 때 편광상태 2, 액정셀(30)을 통과했을 때 편광상태 3 및 상판 위상차 필름(24)을 통과했을 때 편광상태 4로 표현된다. 이 중 액정표시장치의 푸앙카레구상의 직교 좌표계에서 상판의 편광자를 지나기 직전의 편광상태 4는 380nm 파장에서 (0.76625, -0.62191, -0.16151), 780nm 파장에서 (0.98391, 0.04634, -0.17254)로 나타나게 된다. 이로부터 파장 380nm와 파장 780nm에서의 편광상태가 푸앙카레구의 원점을 기준으로 이루는 각도는 41.15174°라는 것을 확인할 수 있었다.

도 8은 상기 수직배향 모드 액정표시장치의 암(BLACK)을 화면에 표시할 경우의 시감도 전방위 투과도 분포를 나타낸 것으로, 스케일상의 범위는 투과율 0% 내지 0.3%이며, 암을 표시할 때 투과도 0.2%를 초과한 부위는 붉은 색, 투과도가 낮은 부위는 파란색으로 표시된다. 이때, 중앙의 파란색의 범위가 넓을수록 넓은 시야각을 나타내는 것으로 실시예 1은 경사면(θ=60°, Φ=45°)에서 투과율이 0.13%이며, 파란색의 범위가 넓은 것을 보아 광시야각의 확보가 가능하다는 것을 확인할 수 있었다.

실시예 2

상기 실시예 1과 동일하게 실시하되, c가 -0.9(정파장 분산 특성)이고 a가 0.7(역파장 분산 특성)인 위상차 필름을 사용하여 수직배향 모드 액정표시장치를 제조하였다. 이때, 위상차 필름의 굴절률비(NZ)는 3이고 정면 위상차값(RO)은 50인 것을 사용하였다.

상기 수직배향 모드 액정표시장치의 파장에 따른 푸앙카레구상의 편광상태 변화는 도 9에 나타내었다. 구체적으로 푸앙까레구(Poincare Sphere)상에서 하판 편광자(11)를 통과했을 때 편광상태는 1, 하판 위상차 필름(14)을 통과했을 때 편광상태 2, 액정셀(30)을 통과했을 때 편광상태 3 및 상판 위상차 필름(24)을 통과했을 때 편광상태 4로 표현된다. 이중 액정표시장치의 푸앙카레구상의 직교 좌표계 에서 상판의 편광자를 지나기 직전의 편광상태 4는 380nm에서 (0.80867, -0.52167, 0.27181)로 나타나고, 780nm에서 (0.96602, -0.00344, -0.25845)로 나타나게 된다. 이로부터 파장 380nm와 파장 780nm에서의 편광상태가 푸앙카레구의 원점을 기준으로 이루는 각도는 31.43286°라는 것을 확인할 수 있었다.

도 10은 암(BLACK)을 화면에 표시할 경우의 시감도 전방위 투과도 분포를 나타낸 것으로, 실시예 2의 경사면(θ=60°, Φ=45°)에서 투과율이 0.11%이다.

실시예 3

상기 실시예 1과 동일하게 실시하되, c가 -1.5(정파장 분산 특성)이고 a가 1.1(역파장 분산 특성)인 위상차 필름을 사용하여 수직배향 모드 액정표시장치를 제조하였다. 이때, 위상차 필름의 굴절률비(NZ)는 3이고 정면 위상차값(RO)은 50인 것을 사용하였다.

상기 수직배향 모드 액정표시장치의 파장에 따른 푸앙카레구상의 편광상태 변화는 도 11에 나타내었다. 구체적으로 푸앙까레구(Poincare Sphere)상에서 하판 편광자(11)를 통과했을 때 편광상태는 1, 하판 위상차 필름(14)을 통과했을 때 편광상태 2, 액정셀(30)을 통과했을 때 편광상태 3 및 상판 위상차 필름(24)을 통과했을 때 편광상태 4로 표현된다. 이중 액정표시장치의 푸앙카레구상의 직교 좌표계에서 상판의 편광자를 지나기 직전의 편광상태 4는 380nm에서 (0.80920, -0.41216, -0.41871)로 나타나고, 780nm에서 (0.90669, -0.07478, -0.41512)로 나타나게 된다. 이로부터 파장 380nm와 파장 780nm에서의 편광상태가 푸앙카레구의 원점을 기 준으로 이루는 각도는 20.22717°라는 것을 확인할 수 있었다.

도 12는 암(BLACK)을 화면에 표시할 경우의 시감도 전방위 투과도 분포를 나타낸 것으로, 실시예 3의 경사면(θ=60°, Φ=45°)에서 투과율이 0.09%이다.

실시예 4

상기 실시예 1과 동일하게 실시하되, c가 -2.0(정파장 분산 특성)이고 a가 1.4(역파장 분산 특성)인 위상차 필름을 사용하여 수직배향 모드 액정표시장치를 제조하였다. 이때, 위상차 필름의 굴절률비(NZ)는 3이고 정면 위상차값(RO)은 50인 것을 사용하였다.

상기 수직배향 모드 액정표시장치의 파장에 따른 푸앙카레구상의 편광상태 변화는 도 13에 나타내었다. 구체적으로 푸앙까레구(Poincare Sphere)상에서 하판 편광자(11)를 통과했을 때 편광상태는 1, 하판 위상차 필름(14)을 통과했을 때 편광상태 2, 액정셀(30)을 통과했을 때 편광상태 3 및 상판 위상차 필름(24)을 통과했을 때 편광상태 4로 표현된다. 이중 액정표시장치의 푸앙카레구상의 직교 좌표계에서 상판의 편광자를 지나기 직전의 편광상태 4는 380nm에서 (0.75740, -0.32267, -0.56764)로 나타나고, 780nm에서 (0.81208, -0.14032, -0.56643)로 나타나게 된다. 이로부터 파장 380nm와 파장 780nm에서의 편광상태가 푸앙카레구의 원점을 기준으로 이루는 각도는 10.92408°라는 것을 확인할 수 있었다.

도 14는 암(BLACK)을 화면에 표시할 경우의 시감도 전방위 투과도 분포를 나타낸 것으로, 실시예 3의 경사면(θ=60°, Φ=45°)에서 투과율이 0.09%이다.

실시예 5

상기 실시예 1과 동일하게 실시하되, c가 -2.6(정파장 분산 특성)이고 a가 1.7(역파장 분산 특성)인 위상차 필름을 사용하여 수직배향 모드 액정표시장치를 제조하였다. 이때, 위상차 필름의 굴절률비(NZ)는 3이고 정면 위상차값(RO)은 50인 것을 사용하였다.

상기 수직배향 모드 액정표시장치의 파장에 따른 푸앙카레구상의 편광상태 변화는 도 15에 나타내었다. 구체적으로 푸앙까레구(Poincare Sphere)상에서 하판 편광자(11)를 통과했을 때 편광상태는 1, 하판 위상차 필름(14)을 통과했을 때 편광상태 2, 액정셀(30)을 통과했을 때 편광상태 3 및 상판 위상차 필름(24)을 통과했을 때 편광상태 4로 표현된다. 이중 액정표시장치의 푸앙카레구상의 직교 좌표계에서 상판의 편광자를 지나기 직전의 편광상태 4는 380nm에서 (0.64635, -0.22158, -0.73016)로 나타나고, 780nm에서 (0.62956, -0.21443, -0.74678)로 나타나게 된다. 이로부터 파장 380nm와 파장 780nm에서의 편광상태가 푸앙카레구의 원점을 기준으로 이루는 각도는 1.41450°라는 것을 확인할 수 있었다.

도 16은 암(BLACK)을 화면에 표시할 경우의 시감도 전방위 투과도 분포를 나타낸 것으로, 실시예 3의 경사면(θ=60°, Φ=45°)에서 투과율이 0.09%이다.

실시예 6

상기 실시예 5와 동일하게 실시하되. 그 위상차 필름의 굴절률 비(NZ)는 3이 고 정면 위상차값(R0)이 55인 위상차 필름을 사용하여 수직배향 모드 액정표시장치를 제조하였다.

상기 수직 배향 모드 액정표시장치의 파장에 따른 푸앙카레구상의 편광상태 변화 와 암(Black) 상태에서의 전방위 투과도 분포를 각각 도 17과 도 18에 나타내었다.

상기 수직배향 모드 액정표시장치의 파장에 따른 푸앙카레구상의 편광상태 변화는 도 17에 나타내었다. 구체적으로 푸앙까레구(Poincare Sphere)상에서 하판 편광자(11)를 통과했을 때 편광상태는 1, 하판 위상차 필름(14)을 통과했을 때 편광상태 2, 액정셀(30)을 통과했을 때 편광상태 3 및 상판 위상차 필름(24)을 통과했을 때 편광상태 4로 표현된다. 이중 액정표시장치의 푸앙카레구상의 직교 좌표계에서 상판의 편광자를 지나기 직전의 편광상태 4는 380nm에서 (0.74679, -0.25684, -0.61346)로 나타나고, 780nm에서 (0.64261, -0.26157, -0.72016)로 나타나게 된다. 이로부터 파장 380nm와 파장 780nm에서의 편광상태가 푸앙카레구의 원점을 기준으로 이루는 각도는 8.55652°라는 것을 확인할 수 있었다. 상기와 같이, 사이각의 경우 10°이하를 나타내었으며 이때 경사면에서의 투과율은 0.04%임을 확인할 수 있었다.

실시예 7

상기 실시예 5와 동일하게 실시하되, 그 위상차 필름의 굴절률 비(NZ)는 2.5이고 정면 위상차값(R0)이 60인 위상차 필름을 사용하여 수직배향 모드 액정표시장 치를 제조하였다.

상기 수직 배향 모드 액정표시장치의 파장에 따른 푸앙카레구상의 편광상태 변화와 암(Black) 상태에서의 전방위 투과도 분포를 각각 도 19와 도 20에 나타내었다.

상기 수직배향 모드 액정표시장치의 파장에 따른 푸앙카레구상의 편광상태 변화는 도 19에 나타내었다. 구체적으로 푸앙까레구(Poincare Sphere)상에서 하판 편광자(11)를 통과했을 때 편광상태는 1, 하판 위상차 필름(14)을 통과했을 때 편광상태 2, 액정셀(30)을 통과했을 때 편광상태 3 및 상판 위상차 필름(24)을 통과했을 때 편광상태 4로 표현된다. 이중 액정표시장치의 푸앙카레구상의 직교 좌표계에서 상판의 편광자를 지나기 직전의 편광상태 4는 380nm에서 (0.62480, -0.30381, -0.71925)로 나타나고, 780nm에서 (0.61739, -0.31549, -0.72062)로 나타나게 된다. 이로부터 파장 380nm와 파장 780nm에서의 편광상태가 푸앙카레구의 원점을 기준으로 이루는 각도는 0.79644°라는 것을 확인할 수 있었다. 상기와 같이, 사이각의 경우 0°에 가장 가까운 값을 나타내었고 이때 경사면에서의 투과율은 0.1%임을 확인할 수 있었다.

비교예 1

상기 실시예 1과 동일하게 실시하되, c가 0(플랫 분산 특성)이고 a가 1(역파장 분산 특성)인 위상차 필름을 사용하여 수직배향 모드 액정표시장치를 제조하였다. 이때, 위상차 필름의 굴절률비(NZ)는 3이고 정면 위상차값(RO)은 50인 것을 사 용하였다.

상기 수직배향 모드 액정표시장치의 파장에 따른 푸앙카레구상의 편광상태 변화는 도 21에 나타내었다. 구체적으로 푸앙까레구(Poincare Sphere)상에서 하판 편광자(11)를 통과했을 때 편광상태는 1, 하판 위상차 필름(14)을 통과했을 때 편광상태 2, 액정셀(30)을 통과했을 때 편광상태 3 및 상판 위상차 필름(24)을 통과했을 때 편광상태 4로 표현된다. 이중 액정표시장치의 푸앙카레구상의 직교 좌표계에서 상판의 편광자를 지나기 직전의 편광상태 4는 380nm에서 (0.58286, -0.79868, -0.14960)로 나타나고, 780nm에서 (0.99763, 0.02727, -0.06370)로 나타나게 된다. 이로부터 파장 380nm와 파장 780nm에서의 편광상태가 푸앙카레구의 원점을 기준으로 이루는 각도는 55.30946°라는 것을 확인할 수 있었다.

도 22은 암(BLACK)을 화면에 표시할 경우의 시감도 전방위 투과도 분포를 나타낸 것으로, 실시예 1 내지 7에 비해 경사면에서의 빛샘이 많은 것을 확인할 수 있었다.

비교예 2

상기 실시예 1과 동일하게 실시하되, c가 0.5(역파장 분산 특성)이고 a가 -0.4(정파장 분산 특성)인 위상차 필름을 사용하여 수직배향 모드 액정표시장치를 제조하였다. 이때, 위상차 필름의 굴절률비(NZ)는 3이고 정면 위상차값(RO)은 50인 것을 사용하였다.

상기 수직배향 모드 액정표시장치의 파장에 따른 푸앙카레구상의 편광상태 변화는 도 23에 나타내었다. 구체적으로 푸앙까레구(Poincare Sphere)상에서 하판 편광자(11)를 통과했을 때 편광상태는 1, 하판 위상차 필름(14)을 통과했을 때 편광상태 2, 액정셀(30)을 통과했을 때 편광상태 3 및 상판 위상차 필름(24)을 통과했을 때 편광상태 4로 표현된다. 이중 액정표시장치의 푸앙카레구상의 직교 좌표계에서 상판의 편광자를 지나기 직전의 편광상태 4는 380nm에서 (0.55965, -0.81474, -0.15166)로 나타나고, 780nm에서 (0.98859, 0.10900, -0.10401)로 나타나게 된다. 상기 파장 380nm와 파장 780nm에서의 편광상태가 푸앙카레구의 원점을 기준으로 이루는 각도는 61.29999°라는 것을 확인할 수 있었다.

도 24은 암(BLACK)을 화면에 표시할 경우의 시감도 전방위 투과도 분포를 나타낸 것으로, 실시예 1 내지 7에 비해 경사면에서의 빛샘이 많은 것을 확인할 수 있었다.

상기한 바와 같이, 본 발명에 따른 액정표시장치는 정면 및 경사면에서 넓은 시야각을 제공할 수 있어 높은 광학적 수준이 요구되는 대화면 액정표시장치에 적용할 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 일례의 수직배향 모드 액정표시장치의 구조를 나타내는 사시도이고,

도 2는 본 발명에 따른 위상차 필름의 굴절률을 설명하기 위한 모식도이고,

도 3은 본 발명의 좌표계에서 θ, Φ로 표현하는 것을 설명하기 위한 모식도이고,

도 4는 본 발명의 푸앙카레구상에서 파장에 따른 편광상태 차이를 사이각으로 표현하는 것을 설명하기 위한 모식도이고,

도 5는 본 발명에 따른 수학식 7에서 파장 변화에 따른 c를 나타낸 것이고,

도 6은 본 발명에 따른 수학식 7에서 c의 변화에 따른 a의 변화를 나타낸 것이고,

도 7은 본 발명의 실시예 1에서 경사면(θ=60°, Φ=45°) 방향으로 나오는 빛의 편광상태 변화를 푸앙까레구(Poincare Sphere)상에 나타낸 것이고,

도 8은 발명의 실시예 1에서 경사면(θ=60°, Φ=45°) 방향으로 나오는 암(black) 상태의 시감도 전방위 투과도 분포를 나타낸 것이고,

도 9는 본 발명의 실시예 2에서 경사면(θ=60°, Φ=45°) 방향으로 나오는 빛의 편광상태 변화를 푸앙까레구(Poincare Sphere)상에 나타낸 것이고,

도 10은 발명의 실시예 2에서 경사면(θ=60°, Φ=45°) 방향으로 나오는 암(black) 상태의 시감도 전방위 투과도 분포를 나타낸 것이고,

도 11은 본 발명의 실시예 3에서 경사면(θ=60°, Φ=45°) 방향으로 나오는 빛의 편광상태 변화를 푸앙까레구(Poincare Sphere)상에 나타낸 것이고,

도 12는 발명의 실시예 3에서 경사면(θ=60°, Φ=45°) 방향으로 나오는 암(black) 상태의 시감도 전방위 투과도 분포를 나타낸 것이고,

도 13은 본 발명의 실시예 4에서 경사면(θ=60°, Φ=45°) 방향으로 나오는 빛의 편광상태 변화를 푸앙까레구(Poincare Sphere)상에 나타낸 것이고,

도 14는 발명의 실시예 4에서 경사면(θ=60°, Φ=45°) 방향으로 나오는 암(black) 상태의 시감도 전방위 투과도 분포를 나타낸 것이고,

도 15는 본 발명의 실시예 5에서 경사면(θ=60°, Φ=45°) 방향으로 나오는 빛의 편광상태 변화를 푸앙까레구(Poincare Sphere)상에 나타낸 것이고,

도 16은 발명의 실시예 5에서 경사면(θ=60°, Φ=45°) 방향으로 나오는 암(black) 상태의 시감도 전방위 투과도 분포를 나타낸 것이고,

도 17은 본 발명의 실시예 6에서 경사면(θ=60°, Φ=45°) 방향으로 나오는 빛의 편광상태 변화를 푸앙까레구(Poincare Sphere)상에 나타낸 것이고,

도 18은 발명의 실시예 6에서 경사면(θ=60°, Φ=45°) 방향으로 나오는 암(black) 상태의 시감도 전방위 투과도 분포를 나타낸 것이고,

도 19는 본 발명의 실시예 7에서 경사면(θ=60°, Φ=45°) 방향으로 나오는 빛의 편광상태 변화를 푸앙까레구(Poincare Sphere)상에 나타낸 것이고,

도 20은 발명의 실시예 7에서 경사면(θ=60°, Φ=45°) 방향으로 나오는 암(black) 상태의 시감도 전방위 투과도 분포를 나타낸 것이고,

도 21은 본 발명의 비교예 1에서 경사면(θ=60°, Φ=45°) 방향으로 나오는 빛의 편광상태 변화를 푸앙까레구(Poincare Sphere)상에 나타낸 것이고,

도 22는 발명의 비교예 1에서 경사면(θ=60°, Φ=45°) 방향으로 나오는 암(black) 상태의 시감도 전방위 투과도 분포를 나타낸 것이고,

도 23은 본 발명의 비교예 2에서 경사면(θ=60°, Φ=45°) 방향으로 나오는 빛의 편광상태 변화를 푸앙까레구(Poincare Sphere)상에 나타낸 것이고,

도 24는 발명의 비교예 2에서 경사면(θ=60°, Φ=45°) 방향으로 나오는 암(black) 상태의 시감도 전방위 투과도 분포를 나타낸 것이고,

도 25는 본 발명의 c의 변화에 따른 380nm와 780nm 파장에서 형성된 사이각(파장분산각)의 변화를 나타낸 것이다.

Claims

양의 굴절률비(NZ)에 대해 정파장 분산성을 나타내고, 모든 정면 위상차값(R0)에 대해 역파장 분산성을 나타내도록 위상차 필름의 파장 분산성을 조절하는 단계를 포함하는 수직배향 모드 액정표시장치의 위상차 제어 방법.
청구항 1에 있어서, 양의 굴절률비(NZ)에 대한 정파장 분산성은 하기 수학식 4에서 c가 음수를 나타내는 것인 수직배향 모드 액정표시장치의 위상차 제어 방법:

[수학식 4]

(λ0는 590nm의 기준파장이며, λ는 380 내지 780nm의 입사 파장을 나타냄).
청구항 1에 있어서, 모든 정면 위상차값(R0)에 대한 역파장 분산성은 하기 수학식 5에서 a가 양수를 나타내는 것인 수직배향 모드 액정표시장치의 위상차 제어 방법:

[수학식 5]

(λ0는 590nm의 기준파장이며, λ는 380 내지 780nm의 입사 파장을 나타냄).
청구항 1에 있어서, 양의 굴절률비(NZ)에 대해 정파장 분산성을 나타내고 모든 정면 위상차값(R0)에 대해 역파장 분산성을 나타낸다는 것은 상기 수학식 4에서 c가 음수이고 상기 수학식 5에서 a가 양수임을 나타내는 것인 수직배향 모드 액정표시장치의 위상차 제어 방법.
청구항 4에 있어서, c와 a는 하기 수학식 7의 관계를 만족하도록 하는 것인 수직배향 모드 액정표시장치의 위상차 제어 방법:

[수학식 7]

(상기 식에서 -2.6 ≤ c < 0임).
청구항 5에 있어서, 0.1 < a < 1.8이 되게 하는 수직배향 모드 액정표시장치 의 위상차 제어 방법.
청구항 5에 있어서, -2.6 ≤ c ≤ -0.5가 되게 하는 수직배향 모드 액정표시장치의 위상차 제어 방법.
청구항 5에 있어서, -2.6 ≤ c ≤ -1.0가 되게 하는 수직배향 모드 액정표시장치의 위상차 제어 방법.
청구항 5에 있어서, -2.6 ≤ c ≤ -2.1가 되게 하는 수직배향 모드 액정표시장치의 위상차 제어 방법.
양의 굴절률비(NZ)에 대해 정파장 분산성을 나타내고, 모든 정면 위상차값(R0)에 대해 역파장 분산성을 나타내도록 제어된 위상차 필름을 포함하는 편광판.
청구항 10에 있어서, 위상차 필름은 지상축이 인접한 편광자의 흡수축과 서로 직교하게 배치된 편광판.
청구항 10의 편광판이 상판 및 하판에 각각 적층된 수직배향 모드 액정표시장치.
청구항 12에 있어서, 상판 편광판의 편광자를 통과하기 직전의 380nm 및 780nm에서의 각 편광상태가 푸앙카레구의 원점을 기준으로 45°이하의 각도를 이루는 수직배향 모드 액정표시장치.
청구항 12에 있어서, 경사각(θ=60°, Φ=45°) 방향에서 시감도 전방위 최대 투과도가 0.2% 이하의 보상관계를 만족하는 수직배향 모드 액정표시장치.