KR20110075126A

KR20110075126A - 횡전계 방식 액정표시장치

Info

Publication number: KR20110075126A
Application number: KR1020090131476A
Authority: KR
Inventors: 이재현; 손현호; 문종원; 김동규
Original assignee: 엘지디스플레이 주식회사
Priority date: 2009-12-28
Filing date: 2009-12-28
Publication date: 2011-07-06

Abstract

대각 방향에서 입사되는 광의 위상차를 보상함으로써 편광 상태가 상부 편광판의 흡수축과 동일해 지도록 하는 본 발명의 일 측면에 따른 횡전계 방식 액정표시장치는, 제1 기판과 제2 기판 및 상기 제1 기판과 상기 제2 기판 사이에 배치된 액정층을 포함하는 액정표시패널; 상기 제1 기판의 하면에 배치된 제1 편광필름; 상기 제1 편광필름과 상기 제1 기판의 사이에 배치되고, 두께 방향 위상차 값(Rth)이 -50 내지 -40nm의 범위를 갖는 일축성의 제1 위상차 필름; 상기 제1 위상차 필름과 상기 제1 기판의 사이에 배치된 이축성의 제2 위상차 필름; 및 상기 제2 기판의 상면에 배치된 제2 편광필름을 포함하는 것을 특징으로 한다.

위상, 보상, 필름, 대각

Description

횡전계 방식 액정표시장치{In-Plane Switching Mode Liquid Crystal Display Device}

본 발명은 액정표시장치에 관한 것으로서 보다 상세하게는 횡전계 방식의 액정표시장치에 관한 것이다.

액정표시장치는 동작 전압이 낮아 소비 전력이 적고 휴대용으로 쓰일 수 있는 등의 이점으로 노트북 컴퓨터, 모니터, 우주선, 항공기 등에 이르기까지 응용분야가 넓고 다양하다.

이러한 액정표시장치는 박막 트랜지스터 어레이가 형성된 하부기판, 컬러필터 어레이가 형성된 상부기판, 및 상기 하부 기판 및 상부 기판 사이에 형성된 액정층을 포함하여 구성되며, 전계 인가 유무에 따라 액정층의 배열이 조절되고 그에 따라 광의 투과도가 조절되어 화상이 표시되는 장치이다.

액정표시장치는 액정층의 배열을 조절하는 방식에 따라 TN(Twisted Nematic) 모드, IPS(In Plane Switching) 모드, VA(Vertical Alignment)모드 등 다양하게 개발되어 있다. 상기 IPS 모드는 전계를 형성하는 전극들을 동일한 기판 상에 평행하게 배열함으로써 수평방향의 전계를 통해 액정층의 배열을 조절하는 방식으로서, 이와 같은 IPS 모드의 액정표시장치를 횡전계 방식 액정표시장치라고도 칭한다.

도 1a는 일반적인 횡전계 방식의 액정표시장치의 구조를 개략적으로 보여주는 도면이고, 도 1b는 일반적인 횡전계 방식의 액정표시장치에서 광의 편광 상태를 보여주는 포앙카레구(Poincare Sphere)를 도시한 도면이다.

도 1a에 도시된 바와 같이 일반적인 횡전계 방식의 액정표시장치는 하부 기판(102), 상부 기판(104), 및 상기 하부 기판(102)과 상부 기판(104) 사이에 배치된 액정층(106)을 포함하는 액정표시패널(100)과 상기 액정표시패널(100)의 하면에 배치된 하부 편광판(110)과 상기 액정표시패널의 상면에 배치된 상부 편광판(120)을 포함한다.

이때, 상기 하부 편광판(110)과 상부 편광판(120)은 정면 방향에서 입사되는 광을 기준으로 어느 한 방향의 편광 상태로 된 광만이 투과되도록 하기 위해 도 1b에 도시된 바와 같이 하부 편광판의 투과축과 상부 편광판의 흡수축은 동일하게 A지점의 편광상태를 가지도록 설계되어 있다.

그러나, 도 1a에 도시된 바와 같이, 대각방향에서 입사된 광은 하부 편광판(110)을 통과한 후 하부 기판(102)에서 발생되는 회절 또는 스캐터링(Scattering)에 의해 경로가 변경 되고, 광 경로의 변경으로 인해 광의 편광 상태가 상부 편광판(120)의 흡수축과 불일치하게 되어 빛샘 현상이 발생한다는 문제점이 있다.

하부 기판(102)에서의 회절 또는 스캐터링에 의해 빛샘 현상이 발생한다는 것은, 도 1c에 도시된 바와 같이 박막 트랜지스터 어레이가 형성되지 않은 투명 기 판과 박막 트랜지스터 어레이가 형성되어 있는 하부 기판(102) 각각에 대해 입사광의 각도를 변경시켜 가면서 출사광의 세기를 측정해 본 결과, 투명 기판의 경우 입사광의 각도가 증가하면 출사광의 세기가 급격하게 감소하지만, 하부 기판(102)의 경우 입사광의 각도가 증가하더라도 출사광의 세기가 완전히 감소하지 않는다는 점을 통해 알 수 있다.

이하에서는 대각 방향에서 입사된 광의 편광상태 변화를 도 1b에 도시된 포앙카레구를 이용하여 구체적으로 설명한다. 도 1b에 도시된 바와 같이, 대각방향에서 입사된 광은 하부 편광판(110)을 통과한 후 하부 기판(102)에서 경로가 변경되기 전에는 B지점에서의 편광상태를 가지지만, 하부 기판(102)에서 경로가 변경된 광이 상부 편광판(120)의 흡수축에 의해 차단될 수 있는 편광 상태는 A지점에 해당하므로, A지점과 B지점 사이의 불일치로 인해 빛샘 현상이 발생하게 된다.

한편, 상술한 바와 같은 문제점은 하부 기판(102)뿐만 아니라 상부 기판(104)에서도 동일하게 발생한다. 구체적으로 도 1d에 도시된 바와 같이, 대각 방향에서 입사된 광은 상부 기판(104)의 차광층(BM)에서 발생되는 회절이나 상부 기판(104)의 컬러 필터에 포함된 안료 입자에 의한 스캐터링 등에 의해 경로가 변경되는데, 이러한 경로의 변경으로 인해 광의 편광 상태가 상부 편광판의 흡수축과 불일치하게 되어 빛샘 현상이 발생하게 된다.

상부 기판에서의 회절 또는 스캐터링에 의해 빛샘 현상이 발생한다는 것은, 도 1e에 도시된 바와 같이 컬러 필터 어레이가 형성되지 않은 투명 기판과 컬러 필터 어레이가 형성되어 있는 상부 기판(104) 각각에 대해 입사광의 각도를 변경시켜 가면서 출사광의 세기를 측정해 본 결과, 투명 기판의 경우 입사광의 각도가 증가하면 출사광의 세기가 급격하게 감소하지만, 상부 기판(104)의 경우 입사광의 각도가 증가하더라도 출사광의 세기가 완전히 감소하지 않는다는 점을 통해 알 수 있다.

이하에서는 대각 방향에서 입사된 광의 편광상태 변화를 도 1f에 도시된 포앙카레구를 이용하여 구체적으로 설명한다. 도 1f에 도시된 바와 같이, 대각방향에서 입사된 광은 하부 편광판(110)을 통과한 후에는 B지점에서의 편광상태를 가지고, 이후 액정층(106)에 의한 편광 상태 변경에 기초하여 상부 기판(104)에서 경로가 변경되기 전에는 C지점에서의 편광상태를 가진다,

하지만, 상부 기판(104)에서 경로가 변경된 광이 상부 편광판(120)의 흡수축에 의해 차단될 수 있는 편광 상태는 A지점에 해당하므로, A지점과 C지점 사이의 불일치로 인해 빛샘 현상이 발생하게 된다.

이와 같은 빛샘 현상으로 인해 액정표시장치가 블랙인 상태에서 휘도가 증가하게 된다는 문제점도 발생한다.

본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 대각 방향에서 입사되는 광의 위상차를 보상함으로써 편광 상태가 상부 편광판의 흡수축과 동일해 지도록 하는 횡전계 방식 액정표시장치를 제공하는 것을 기술적 과제로 한다.

상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 측면에 따른 횡전계 방식 액정표시장치는, 제1 기판과 제2 기판 및 상기 제1 기판과 상기 제2 기판 사이에 배치된 액정층을 포함하는 액정표시패널; 상기 제1 기판의 하면에 배치된 제1 편광필름; 상기 제1 편광필름과 상기 제1 기판의 사이에 배치되고, 두께 방향 위상차 값(Rth)이 -50 내지 -40nm의 범위를 갖는 일축성의 제1 위상차 필름; 상기 제1 위상차 필름과 상기 제1 기판의 사이에 배치된 이축성의 제2 위상차 필름; 및 상기 제2 기판의 상면에 배치된 제2 편광필름을 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따르면, 대각 방향에서 입사되어 하부 기판이나 상부 기판에서 경로가 변경된 광의 위상차를 보상하여 편광 상태가 상부 편광판의 흡수축과 동일해 지도록 함으로써 블랙 상태에서의 휘도 상승을 최소화할 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명은 블랙 상태에서의 휘도 상승을 최소화함으로써 콘트라스트비를 향상시킬 수 있다는 효과가 있다.

본 발명은 횡전계 방식 액정표시장치의 하부 기판이나 상부 기판에서 발생되는 회절 또는 스캐터링(Scattering)에 의해 대각 방향에서 입사된 광의 경로가 변경되는 경우 대각 방향에서 입사된 광의 위상차를 보상함으로써 블랙 상태에서의 휘도 상승을 최소화하기 위한 것이다.

본 발명의 실시예들에 대해 설명하기에 앞서 도 2를 참조하여, 대각 방향에서 입사된 광이 하부 기판 또는 상부 기판을 통과할 때 편광상태의 변경 여부에 대해 먼저 설명하기로 한다.

도 2a는 대각 방향에서 입사된 광이 액정표시장치의 하부 기판을 통과하는 경우 편광상태의 변경 여부를 나타내는 도면이다.

도 2a에 도시된 바와 같이, 하부 기판의 입광면에 대각 방향에서 광을 입사시키되, 편광 상태를 0도, 45도, 및 90도로 변경시키면서 광을 조사하고, 하부 기판의 출광면에 90도, 45도, 0도, 및 -45도의 편광판을 부착해본 결과 입사광의 편광과 수직한 편광판을 부착하였을 때 휘도가 최소가 된다는 것을 알 수 있다.

즉, 입사광의 편광 상태가 0도인 경우 출광면에 90도의 편광판을 부착하였을 때 휘도가 최소가 되고, 입사광의 편광 상태가 45도인 경우 출광면에 -45도의 편광판을 부착하였을 휘도가 최소가 되며, 입사광의 편광 상태가 90도인 경우 출광면에 0도의 편광판을 부착하였을 때 휘도가 최소가 된다는 것을 알 수 있다.

따라서, 대각 방향에서 입사된 광이 하부 기판을 통과하는 경우 경로는 변경되지만 편광 상태는 변경되지 않는 다는 것을 알 수 있다.

도 2b는 대각 방향에서 입사된 광이 액정표시장치의 상부 기판을 통과할 때 편광상태의 변경 여부를 나타내는 도면이다.

도 2b에 도시된 바와 같이, 상부 기판의 입광면에 대각 방향에서 광을 입사시키되, 편광 상태를 0도, 45도, 및 90도로 변경시키면서 광을 조사하고, 하부 기판의 출광면에 90도, 45도, 0도, 및 -45도의 편광판을 부착해본 결과 입사광의 편광과 수직한 편광판을 부착하였을 때 휘도가 최소가 된다는 것을 알 수 있다.

따라서, 대각 방향에서 입사된 광이 상부 기판을 통과하는 경우 경로는 변경되지만 편광 상태는 변경되지 않는 다는 것을 알 수 있다.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들에 대해 상세히 설명한다.

제1 실시예

도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 횡전계 방식 액정표시장치의 분해 사시도이고, 도 4는 제2 실시예에 따라 위상차가 보상된 광의 편광 상태가 도시된 포앙카레구(Poincare Sphere)를 보여주는 도면이다.

이러한 제1 실시예에 따른 횡전계 방식 액정표시장치는 하부 기판에서 발생되는 회절 또는 스캐터링에 의해 대각 방향에서 입사된 광의 경로가 변경되는 경우 대각 방향에서 입사된 광의 위상차를 보상함으로써 블랙 상태에서의 휘도 상승을 최소화하기 위한 것이다.

도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제1 실시예에 따른 횡전계 방식 액정표시장치는 액정표시패널(300), 제1 편광필름(310), 제2 편광필름(320), 제1 위상차 필름(330), 및 제2 위상차 필름(340)을 포함한다.

상기 액정표시패널(300)은 일면에 박막 트랜지스터 어레이가 형성된 제1 기판(302), 일면에 컬러필터 어레이가 형성된 제2 기판(304), 상기 제1 기판(302)과 상기 제2 기판(304) 사이에 위치되는 액정층(306)을 포함한다.

상기 제1 편광필름(310)은 상기 제1 기판(302)의 타면 측에 배치된다. 도 3을 기준으로 하면, 상기 제1 편광필름(310)은 상기 제1 기판(302)의 하측에 배치된다. 상기 제1 편광필름(310)은 제1 방향(X축 방향)으로 형성된 제1 투과축 및 제2 방향(Y축 방향)으로 형성된 제1 흡수축을 포함한다. 상기 제1 방향과 상기 제2 방향은 서로 수직한 방향이다. 상기 제1 편광필름(310)은 폴리비닐알콜(Poly Vinyl Alcohol, PVA)로 형성될 수 있다.

상기 제2 편광필름(320)은 상기 제2 기판(304)의 타면 측에 배치된다. 도 3을 기준으로 하면, 상기 제2 편광필름(320)은 상기 제2 기판(304)의 상측에 배치된다. 상기 제2 편광필름(320)은 상기 제2 방향(X축 방향)으로 형성된 제2 투과축 및 제1 방향(X축 방향)으로 형성된 제2 흡수축을 포함한다. 즉, 상기 제1 편광필름(310)의 제1 투과축과 상기 제2 편광필름(320)의 제2 흡수축은 동일한 방향으로 형성된다. 상기 제2편광필름(320)은 폴리비닐알콜(Poly Vinyl Alcohol, PVA)로 형성될 수 있다.

도 4에 도시된 바와 같이, 상기 제1 편광필름(310)의 제1 투과축과 상기 제2 편광필름(320)의 제2 흡수축의 편광 상태는 포앙카레구(Poincare Sphere) 상에서 동일한 A지점으로 표시된다. 따라서, 전계가 인가되지 않은 상태에서 정면에서 입사되어 상기 제1 편광필름(310)의 제1 투과축을 통과한 광은 상기 제2 편광필름(320)의 제2 흡수축에 의해 차단되어 상기 제2 편광필름(320)을 통과하지 못하므로, 블랙(Black) 상태가 구현될 수 있다.

제1 위상차 필름(330)은 상기 제1 기판(302)과 상기 제1 편광필름(310) 사이에 배치된다. 이러한 제1 위상차 필름(330)은 대각 방향에서 입사하는 광의 위상차를 보상하는 기능을 수행한다. 이때, 대각 방향에서 입사되는 광의 극각(Polar)은 60도이고, 방위각(Azimuth)은 45도일 수 있다.

도 4에 도시된 바와 같이, 정면에서 입사하는 광의 경우 상기 제1 편광필름(310)의 제1 투과축과 상기 제2 편광필름(320)의 제2 흡수축이 포앙카레구(Poincare Sphere) 상에서 동일한 A지점으로 표시된다.

그러나, 대각 방향에서 입사하는 광의 경우 상기 제1 편광필름(310)의 제1 투과축은 P1지점으로 이동하고 상기 제2 편광필름(320)의 제2 흡수축은 P2지점으로 이동하게 되지만, 하부 기판(302)에서의 광 경로의 변경으로 인해, 상기 제2 편광필름(320)의 제2 흡수축은 다시 A지점으로 이동하게 된다.

따라서, 상기 제1 위상차 필름(330)은, 포앙카레구 상에서 상기 제1 편광필름(310)의 제1 투과축을 통과한 광의 편광상태가 최종적으로 A지점으로 이동되도록 하기 위해, 상기 제1 편광필름(310)의 제1 투과축을 통과한 광의 편광상태를 P1지 점에서 P3지점으로 이동시킨다.

이를 위한 상기 제1 위상차 필름(330)은 두께 방향 위상차 값(Rth)이 -50 내지 -40nm의 범위를 갖고, 굴절률 비(Nz)는 -∞의 값을 가지는 일축성(Uniaxial) 위상차 필름으로 구현될 수 있다.

일반적으로 x방향의 면상 굴절률(nx)과 y방향의 면상 굴절률(ny)과 두께 방향인 z방향의 굴절률(nz)에 의해 전방위 굴절률 분포는 3차원 타원체의 형태를 가지게 되는데, 광이 3차원 굴절률 분포를 가지는 위상차 필름을 통과할 때 위상차가 생기지 않는 축을 광축(Optical Axis)이라 하고, 하나의 광축을 포함하는 필름을 일축성 필름이라고 한다.

이때, 제1 위상차 필름(330)의 두께 방향 위상차 값(Rth)은 아래의 수학식 1과 같이 정의되고, 굴절률 비(Nz)는 아래와 수학식 2와 같이 정의 된다.

수학식 1에서, nz는 두께 방향의 굴절률을 나타내고, nx는 x방향의 면상 굴절률을 나타내며, d는 필름의 두께를 나타낸다.

수학식 2에서, Rth는 두께 방향 위상차 값을 의미하고, Rin은 면상 위상차 값을 의미하는 것으로서, 면상 위상차 값(Rin)은 아래의 수학식 3과 같이 정의된다.

수학식 3에서, ny는 y방향의 면상 굴절률을 나타낸다.

일 실시예에 있어서, 상기 제1 위상차 필름(330)은 일축성 네거티브 C 플레이트일 수 있고, 디스코틱 액정(Discotic Liquid Crystal), 셀룰로오스(Cellulose), 또는 PI계열의 물질로 형성될 수 있다.

이러한 제1 위상차 필름(330)은, 도 4에 도시된 바와 같이, 포앙카레구 상에서 상기 제1 편광필름(310)의 제1 투과축을 통과한 광의 편광 상태를 P1지점에서 P3지점으로 이동시킨다.

즉, 제1 편광필름(310)의 제1 투과축을 통과한 광의 편광 상태는 제1 위상차 필름(330)을 통과하면서 포앙카레구 상에서 P1지점에서 하측으로 제1 경로(R1)을 따라 이동되어 P3지점으로 이동하게 된다.

다시 도 2를 참조하면, 상기 제2 위상차 필름(340)은 상기 제1 기판(302)과 상기 제1 위상차 필름(330) 사이에 배치된다. 이러한 제2 위상차 필름(330)은 대각 방향에서 입사 되어 제1 위상차 필름(330)을 통과한 광의 위상차를 보상하는 기능을 수행한다.

이러한 제2 위상차 필름(340)은 굴절률 비(Nz)가 -0.54 내지 -0.46의 범위를 갖고, 지상축(Slow Axis)이 0˚인 이축성(Biaxial) 위상차 필름으로 구현될 수 있다. 이때, 굴절률 비(Nz)는 상기 수학식 2와 같이 정의된다. 여기서, 이축성 위상차 필름은 두 개의 광축을 포함하는 필름을 의미한다.

더욱 구체적으로, 상기 제2 위상차 필름(340)은 두께 방향 위상차 값(Rth)이 -70 내지 -65nm의 범위를 가지고, 면상 위상차 값(Rin)이 130 내지 140nm를 가지는 것일 수 있다. 여기서, 두께 방향 위상차 값(Rth)은 상기 수학식 1에 의해 정의되고, 면상 위상차 값(Rin)은 상기 수학식 3에 의해 정의된다.

일 실시예에 있어서, 상기 제2 위상차 필름(340)은 이축성 Z축 연신 B 플레이트일 수 있고, 네마틱 액정(Nematic Liquid Crystal) 또는 연신 시클로올레핀 폴리머(Cycloolefin Polymer: COP)로 형성될 수 있다.

이러한 제2 위상차 필름(340)은, 도 4에 도시된 바와 같이, 포앙카레구 상에서 상기 제1 편광필름(310)의 제1 투과축 및 제1 위상차 필름(330)을 통과한 광의 편광 상태를 P3지점에서 A지점으로 이동시킨다.

즉, 제1 위상차 필름(330)은 제1 편광필름(310)의 제1 투과축을 통과한 광의 편광 상태를 포앙카레구 상에서 제1 경로(R1)를 따라 P1지점에서 P4지점으로 이동시키고, 제2 위상차 필름(340)은 제1 위상차 필름(330)을 통과한 광의 편광 상태를 P3지점에서 제2 경로(R2)을 따라 A지점으로 이동시킨다.

이후, 제2 위상차 필름(340)을 통과하여 하부 기판(302)으로 입사한 대각 방향의 광은 A지점에서의 편광 상태를 유지하면서 그 경로만이 정면 방향으로 변경되어 액정층(306) 및 상부 기판(304)를 통과하여 제2 편광필름(320)으로 입사한다.

따라서, 제2 편광필름(320)으로 입사하는 광은 제1 및 제2 위상차 필름(330, 340)을 통과하면서 위상차가 보상됨으로써 그 편광상태가 제2 편광필름(320)의 제2 흡수축과 동일한 방향이 되어 제2 편광 필름(320)의 제2 흡수축에 의해 차단되고, 이에 따라 블랙 상태에서 휘도 상승이 최소화 된다.

한편, 도 3을 참조하면, 본 발명의 제1 실시예에 따른 횡전계 방식 액정표시장치는 선택에 따라 제1 내지 제3 보호필름을 더 포함할 수 있다.

제1 보호필름(350)은 도 3에서 상기 제1 편광필름(310)의 하측에 배치된다. 이러한 제1 보호필름(350)은 외부의 충격으로부터 상기 제1 편광필름(310)을 보호할 수 있고, 상기 제1 편광필름(310)의 내구성, 내습성, 및 기계적 강도 등을 보강하는 기능을 할 수 있다. 상기 제1 보호필름(350)은 트리아세틸셀룰로오스(Tri-Acetil Cellulose: TAC)로 형성될 수 있다.

제2 보호필름(360)은 상기 제2 기판(304)과 상기 제2 편광필름(320) 사이에 배치되고, 제3 보호필름(370)은 도 3에서 상기 제2 편광필름(320)의 상면에 배치된다. 이러한 제2 및 제3 보호필름(360, 370)은 외부의 충격으로부터 상기 제2 편광필름(320)을 보호할 수 있고, 상기 제2 편광필름(320)의 내구성, 내습성, 및 기계적 강도 등을 보강하는 기능을 할 수 있다. 상기 제2 및 제3 보호필름(360, 370)은 상기 제1 보호필름(350)과 동일하게 트리아세틸셀룰로오스(TAC)로 형성될 수 있다.

제2 실시예

제2 실시예에 따른 횡전계 방식 액정표시장치는 상부 기판에서 발생되는 회절 또는 스캐터링에 의해 대각 방향에서 입사된 광의 경로가 변경되는 경우 대각 방향에서 입사된 광의 위상차를 보상함으로써 블랙 상태에서의 휘도 상승을 최소화하기 위한 것이다.

이러한 제2 실시예에 따른 액정표시장치의 경우 그 구성은 상술한 제1 실시예에 따른 액정표시장치와 동일하고 제1 위상차 필름(330) 및 제2 위상차 필름(340)의 특성만이 상이하므로, 이하에서는 도 3에 도시된 횡전계 방식 액정표시장치의 구성과, 제2 실시예에 따라 위상차가 보상된 광의 편광 상태가 도시된 포앙카레구(Poincare Sphere)를 보여주는 도 5를 참조하여 제2 실시예에 따른 횡전계 방식 액정표시장치를 설명하기로 한다.

도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제2 실시예에 따른 횡전계 방식 액정표시장치는 액정표시패널(300), 제1 편광필름(310), 제2 편광필름(320), 제1 위상차 필름(330), 및 제2 위상차 필름(340)을 포함한다.

상기 액정표시패널(300), 제1 편광필름(310), 및 제2 편광필름(320)은 상기 제1 실시예에서 설명된 것과 동일하므로 상세한 설명은 생략하기로 한다.

제1 위상차 필름(330)은 상기 제1 기판(302)과 상기 제1 편광필름(310) 사이에 배치된다. 이러한 제1 위상차 필름(330)은 대각 방향에서 입사하는 광의 위상차를 보상하는 기능을 수행한다.

구체적으로, 도 5에 도시된 바와 같이, 정면에서 입사되는 광의 경우 상기 제1 편광필름(310)의 제1 투과축과 상기 제2 편광필름(320)의 제2 흡수축은 포앙카 레구(Poincare Sphere) 상에서 동일한 A지점으로 표시된다.

그러나, 대각 방향에서 입사되는 광의 경우 상기 제1 편광필름(310)의 제1 투과축은 P1지점으로 이동하고 상기 제2 편광필름(320)의 제2 흡수축은 P2지점으로 이동하게 되지만, 상부 기판(302)에서의 광 경로의 변경으로 인해 상기 제2 편광필름(320)의 제2 흡수축은 다시 A지점으로 이동하게 된다.

따라서, 상기 제1 위상차 필름(330)은, 포앙카레구 상에서 상기 제1 편광필름(310)의 제1 투과축을 통과한 광의 편광상태가 P1지점에서 최종적으로 A지점으로 이동되도록 하기 위해, 상기 제1 편광필름(310)의 제1 투과축을 통과한 광의 편광상태를 P1지점에서 P3지점으로 이동시킨다.

이를 위한 상기 제1 위상차 필름(330)은 두께 방향 위상차 값(Rth)이 -50 내지 -40nm의 범위를 가지고, 굴절률 비(Nz)는 -∞의 값을 가지는 일축성(Uniaxial) 위상차 필름으로 구현될 수 있다.

이때, 제1 위상차 필름(330)의 두께 방향 위상차 값(Rth)과 굴절률 비(Nz)는 상기 수학식 1 및 수학식 2와 같이 정의된다.

이러한 제1 위상차 필름(330)은, 도 5에 도시된 바와 같이, 포앙카레구 상에서 상기 제1 편광필름(310)의 제1 투과축을 통과한 광의 편광 상태를 P1지점에서 P3지점으로 이동시킨다.

다시 도 3을 참조하면, 상기 제2 위상차 필름(340)은 상기 제1 기판(302)과 상기 제1 위상차 필름(330) 사이에 배치된다. 이러한 제2 위상차 필름(330)은 대각 방향에서 입사 되어 제1 위상차 필름(330)을 통과한 광의 위상차를 보상하는 기능을 수행한다.

이러한 제2 위상차 필름(340)은 굴절률 비(Nz)가 -0.52 내지 -0.45의 범위를 갖고, 지상축(Slow Axis)이 90˚인 이축성(Biaxial) 위상차 필름으로 구현될 수 있다. 이때, 굴절률 비(Nz)는 상기 수학식 2와 같이 정의된다.

더욱 구체적으로, 상기 제2 위상차 필름(340)은 두께 방향 위상차 값(Rth)이 -55 내지 -50nm의 범위를 가지고, 면상 위상차 값(Rin)이 105 내지 110nm를 가지는 것일 수 있다. 여기서, 두께 방향 위상차 값(Rth)은 상기 수학식 1에 의해 정의되고, 면상 위상차 값(Rin)은 상기 수학식 3에 의해 정의된다.

이러한 제2 위상차 필름(340)은, 도 5에 도시된 바와 같이, 포앙카레구 상에서 상기 제1 편광필름(310)의 제1 투과축 및 제1 위상차 필름(330)을 통과한 광의 편광 상태를 P3지점에서 P4지점으로 이동시킨다.

즉, 제1 위상차 필름(330)은 제1 편광필름(310)의 제1 투과축을 통과한 광의 편광 상태를 포앙카레구 상에서 제1 경로(R1)를 따라 P1지점에서 P4지점으로 이동시키고, 제2 위상차 필름(340)은 제1 위상차 필름(330)을 통과한 광의 편광 상태를 P3지점에서 제3 경로(R3)을 따라 P4지점으로 이동시킨다.

이후, 제2 위상차 필름(340)을 통과하여 하부 기판(302)을 통과한 대각 방향의 광은 액정층(306)을 통과하면서 편광 상태가 제4 경로(R4)를 따라 P4지점에서 A지점으로 이동되고, 이후 A지점에서의 편광 상태를 유지하면서 상부 기판(304)으로 입사한 후, 상부 기판(304)에서 그 경로만이 정면 방향으로 변경되어 제2 편광필름(320)으로 입사된다.

한편, 제1 실시예와 동일하게 제2 실시예에 따른 횡전계 방식 액정표시장치는 도 3에 도시된 바와 같이 선택에 따라 제1 내지 제3 보호필름을 더 포함할 수 있다.

제1 보호필름(350)은 도 3에서 상기 제1 편광필름(310)의 하측에 배치된다. 이러한 제1 보호필름(350)은 외부의 충격으로부터 상기 제1 편광필름(310)을 보호할 수 있고, 상기 제1 편광필름(310)의 내구성, 내습성, 및 기계적 강도 등을 보강하는 기능을 할 수 있다. 상기 제1 보호필름(350)은 트리아세틸셀룰로오스(TAC)로 형성될 수 있다.

제2 보호필름(360)은 상기 제2 기판(304)과 상기 제2 편광필름(320) 사이에 배치되고, 제3 보호필름(370)은 도 3에서 상기 제2 편광필름(320)의 상면에 배치된다. 이러한 제2 및 제3 보호필름(360, 370)은 외부의 충격으로부터 상기 제2 편광필름(320)을 보호할 수 있고, 상기 제2 편광필름(320)의 내구성, 내습성, 및 기계적 강도 등을 보강하는 기능을 할 수 있다. 상기 제2 및 제3 보호필름(360, 370)은 상기 제1 보호필름(350)와 동일하게 트리아세틸셀룰로오스(TAC)로 형성될 수 있다.

본 발명이 속하는 기술분야의 당업자는 상술한 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다.

그러므로, 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

도 1a는 일반적인 횡전계 방식의 액정표시장치에서 대각 방향으로 입사된 광의 하부 기판에서의 경로 변경을 보여주는 도면.

도 1b 도 1a에 도시된 횡전계 방식의 액정표시장치에서 대각 방향으로 입사된 광의 편광 상태가 도시된 포앙카레구를 보여주는 도면.

도 1c는 도 1a에 도시된 횡전계 방식의 액정표시장치에서 대각 방향으로 입사된 광의 빛샘 현상을 보여주는 도면.

도 1d는 일반적인 횡전계 방식의 액정표시장치에서 대각 방향으로 입사된 광의 상부 기판에서의 경로 변경을 보여주는 도면.

도 1e는 도 1d에 도시된 일반적인 횡전계 방식의 액정표시장치에서 대각 방향으로 입사된 광의 빛샘 현상을 보여주는 도면.

도 1f 도 1d에 도시된 횡전계 방식의 액정표시장치에서 대각 방향으로 입사된 광의 편광 상태가 도시된 포앙카레구를 보여주는 도면.

도 2a 및 도 2b는 대각 방향에서 입사된 광의 편광 상태 변경 여부를 보여주는 도면.

도 3은 본 발명의 제1 및 제2 실시예에 따른 횡전계 방식 액정표시장치의 분해 사시도.

도 4는 본 발명의 제1 실시예에 따라 위상차가 보상된 광의 편광 상태가 도시된 포앙카레구를 보여주는 도면.

도 5는 본 발명의 제2 실시예에 따라 위상차가 보상된 광의 편광 상태가 도 시된 포앙카레구를 보여주는 도면.

Claims

제1 기판과 제2 기판 및 상기 제1 기판과 상기 제2 기판 사이에 배치된 액정층을 포함하는 액정표시패널;

상기 제1 기판의 하면에 배치된 제1 편광필름;

상기 제1 편광필름과 상기 제1 기판의 사이에 배치되고, 두께 방향 위상차 값(Rth)이 -50 내지 -40nm의 범위를 갖는 일축성의 제1 위상차 필름;

상기 제1 위상차 필름과 상기 제1 기판의 사이에 배치된 이축성의 제2 위상차 필름; 및

상기 제2 기판의 상면에 배치된 제2 편광필름을 포함하는 것을 특징으로 하는 횡전계 방식 액정표시장치.
제1항에 있어서,

상기 제2 위상차 필름은 두께 방향 위상차 값(Rth)과 면상 위상차 값(Rin)의 비율을 나타내는 굴절률 비(Nz)가 -0.54 내지 -0.46의 범위를 갖는 것을 특징으로 하는 횡전계 방식 액정표시장치.
제1항에 있어서,

상기 제2 위상차 필름은 두께 방향 위상차 값(Rth)이 -70 내지 -65nm의 범위를 갖고, 면상 위상차 값(Rin)이 130 내지 140nm의 범위를 갖는 것을 특징으로 하 는 횡전계 방식 액정표시장치.
제1항에 있어서,

상기 제2 위상차 필름은 두께 방향 위상차 값(Rth)과 면상 위상차 값(Rin)의 비율을 나타내는 굴절률 비(Nz)가 -0.52 내지 -0.45의 범위를 갖는 것을 특징으로 하는 횡전계 방식 액정표시장치.
제1항에 있어서,

상기 제2 위상차 필름의 두께 방향 위상차 값(Rth)이 -55 내지 -50nm의 범위를 갖고, 면상 위상차 값(Rin)이 105 내지 110nm의 범위를 갖는 것을 특징으로 하는 횡전계 방식 액정표시장치.
제2항 또는 제4항에 있어서,

상기 두께 방향 위상차 값(Rth)은 두께 방향의 굴절률(nz)과 x방향의 면상 굴절률(nx)의 차이값과 필름 두께(d)의 곱으로 정의되고,

면상 위상차 값(Rin)은 x방향의 면상 굴절률(nx)과 y방향의 면상 굴절률(ny)의 차이값과 필름 두께(d)의 곱으로 정의되는 것을 특징으로 하는 횡전계 방식 액정표시장치.
제1항에 있어서,

상기 제1 편광필름의 흡수축과 상기 제2 편광필름의 흡수축은 수직을 이루는 것을 특징으로 하는 횡전계 방식 액정표시장치.
제1항에 있어서,

상기 제1 기판의 하면에 배치된 제1 보호필름을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 횡전계 방식 액정표시장치.
제1항에 있어서,

상기 제2 기판과 상기 제2 편광필름 사이에 배치된 제2 보호필름; 및

상기 제2 편광필름의 상면에 배치된 제3 보호필름을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 횡전계 방식 액정표시장치.
제8항 또는 제9항에 있어서,

상기 제1 및 제2 편광필름은 폴리비닐알콜(Poly Vinyl Alcohol: PVA)로 형성되고,

제1 내지 제3 보호필름은 트리아세틸셀룰로오스(Tri-Acetyl Cellulose: TAC)로 형성되는 것을 특징으로 하는 횡전계 방식 액정표시장치.