KR20110101854A - 트위스트네마틱 모드 액정표시장치 - Google Patents

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김봉춘
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Abstract

본 발명은 트위스트네마틱 모드 액정표시장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 1매의 위상차 필름을 포함하는 제1편광판, 액정셀 및 제2편광판을 포함하는 트위스트네마틱 모드 액정표시장치에서 푸앙카레구(Poincare Sphere)에 의해 액정의 정확한 구동 방향을 파악하여 위상차 필름의 광학특성을 설계하고, 위상차 필름의 지상축 방향, 액정셀의 판넬 위상차값 및 액정의 배향방향을 일정하게 조절함으로써, 특정의 경사각 방향에서 빛샘 방지를 통해 광시야각 확보가 가능한 트위스트네마틱 모드 액정표시장치에 관한 것이다.

Description

트위스트네마틱 모드 액정표시장치 {TWIST NEMATIC LIQUID CRYSTAL DISPLAY}
본 발명은 특정의 경사각 방향에서 광시야각 확보가 가능한 트위스트네마틱 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. 이에 위상차 필름 등과 같은 기능성 광학필름을 적용시킨 광시야각 기술이 등장했고, 초기에 등장한 트위스트네마틱(TN) 모드에서 기능성 광학필름을 사용하지 않고도 어느 정도의 시야각을 확보할 수 있는 새로운 액정모드들이 제시되었다.
액정표시장치는 액정셀의 양 바깥쪽에 빛을 편광시키기 위한 편광판이 필요하고, 편광판은 일반적으로 편광자를 중심으로 양면에 보호필름이 위치하며 액정셀 쪽은 시야각을 보상하기 위해 위상차 필름 등의 기능성 필름이 추가로 사용된다. 최근에 위상차 필름은 시야각 보상의 역할 뿐만 아니라 보호필름의 역할까지 수행한다.
한편 TN모드 액정표시장치는 전압을 인가하지 않은 상태에서는 액정이 90° 꼬여있는 형태를 가지고, 전압을 인가하는 경우에는 상하 기판 사이에 액정이 수직으로 배향하게 된다. 그러나, 전압이 인가되더라도 기판에 가까이 위치한 액정은 액정기판에 대해 수직으로 배향되지 못하는 액정들이 존재한다. 수직으로 배향되지 못하는 액정은 암(BLACK)을 표시할 때 사면(斜面)에서 화상의 품질을 떨어뜨리는 가장 큰 이유가 된다. 암(BLACK)을 표시할 때 기판에 가까이 위치한 수직으로 배향되지 않는 액정을 보상하기 위해서 편광자의 보호필름으로 쓰이는 트리아세틸 셀룰로오스(TAC) 위에 디스코틱 형상의 액정이 코팅된 필름을 사용한다. 이러한 디스코틱 액정은 한 쪽 방향으로 틸트각(Tilt Angle)을 가진다.
그러나, TN모드 액정표시장치는 디스코틱 액정을 틸트시키는 것만으로는 완벽한 암(Black) 상태의 구현은 불가능하다. 또한 현실적으로 디스코틱 액정의 배향각과 틸트각을 균일하게 제조한다는 것이 어렵고 제조 비용이 높다. 디스코틱 액정의 배향각과 틸트각의 균일성이 유지되지 못하면 액정표시장치의 정면 대비비(CR;Contrast Ratio)에 악영향을 주게 된다.
본 발명은 1매의 특정의 광학특성을 갖는 위상차 필름을 포함하는 편광판으로 적용하여 특정의 경사각 방향, 구체적으로 좌측 경사각(θ=60°, Φ=180°) 방향 또는 우측 경사각(θ=60°, Φ=0°) 방향에서 빛샘을 방지함으로써 선택된 방향에서 고 대비비 화면을 관측할 수 있는 트위스트네마틱 모드 액정표시장치를 제공하고자 한다.
본 발명은 1매의 위상차 필름을 포함하는 제1편광판, 액정셀 및 제2편광판을 포함하는 트위스트네마틱 모드 액정표시장치에서 푸앙카레구(Poincare Sphere)에 의해 액정의 정확한 구동 방향을 파악하여 위상차 필름의 광학특성을 설계하고, 위상차 필름의 지상축 방향, 액정셀의 판넬 위상차값 및 액정의 배향방향을 일정하게 조절함으로써, 특정의 경사각 방향에서 빛샘 방지할 수 있는 액정표시장치에 관한 것이다.
구체적으로 본 발명은 보호필름, 편광자 및 위상차 필름의 순으로 적층된 제1편광판; 액정셀; 및 보호필름, 편광자 및 보호필름의 순으로 적층된 제2편광판을 포함하는 트위스트네마틱 모드 액정표시장치로서,
제1편광판과 제2편광판의 각 편광자의 흡수축은 서로 직교하며,
제1편광판의 위상차 필름은 하기 수학식 1의 관계를 만족하고, 지상축이 인접한 편광자의 흡수축과 서로 직교하게 배치되며,
Figure pat00001
(이때, NZ는 굴절률비이고, R0는 정면 위상차값이고, 110㎚<R0<190㎚임)
액정셀은 판넬 위상차값(△n×d)이 370 내지 500㎚이며, 액정의 러빙방향은 각각 인접한 편광자의 흡수축과 서로 평행하도록 구성된 트위스트네마틱 모드 액정표시장치이다.
또한 본 발명은 보호필름, 편광자 및 위상차 필름의 순으로 적층된 제1편광판; 액정셀; 및 보호필름, 편광자 및 보호필름의 순으로 적층된 제2편광판을 포함하는 트위스트네마틱 모드 액정표시장치로서,
제1편광판과 제2편광판의 각 편광자의 흡수축은 서로 직교하며,
제1편광판의 위상차 필름은 하기 수학식 2의 관계를 만족하고, 지상축이 인접한 편광자의 흡수축과 서로 직교하게 배치되며,
Figure pat00002
(이때, NZ는 굴절률비이고, R0는 정면 위상차값이고, 40㎚<R0<90㎚임)
액정셀은 판넬 위상차값(△n×d)이 350 내지 470㎚이며, 액정의 러빙방향은 각각 인접한 편광자의 흡수축과 서로 평행하도록 구성된 트위스트네마틱 모드 액정표시장치이다.
본 발명에 따른 트위스트네마틱 모드 액정표시장치는 특정의 경사각 방향, 구체적으로 좌측 경사각(θ=60°, Φ=180°) 방향 또는 우측 경사각(θ=60°, Φ=0°) 방향에서 광시야각 확보가 가능하다.
또한 본 발명에 따른 트위스트네마틱 모드 액정표시장치는 롤 투 롤 공정에 의해 편광판의 제조가 가능하므로 대량 생산이 용이하다.
도 1a 및 도 1b는 본 발명에 따른 트위스트네마틱(TN) 액정표시장치의 구조를 일례로 나타낸 사시도이고,
도 2는 TN모드 액정표시장치에서 액정셀에 전압을 인가했을 때 액정의 틸트(Tilt)각의 분포를 나타낸 그래프이고,
도 3은 TN모드 액정표시장치에서 백라이트쪽 액정의 러빙방향이 -45° 시인쪽 액정의 러빙방향이 45°로 설계된 경우 액정셀에 전압을 인가했을 때 액정의 방향각의 분포를 나타낸 그래프이고,
도 4는 액정의 틸트(Tilt)각의 정의를 설명하기 위한 모식도이고,
도 5는 본 발명에서 액정표시장치를 시인측에서 바라볼 때의 시선의 방향을 원형 좌표계에서 θ, Φ로 표현하는 것을 설명하기 위한 모식도이고,
도 6은 본 발명에 따른 위상차 필름의 굴절률 방향을 설명하기 위한 모식도이고,
도 7은 본 발명에 따른 롤 상태의 필름을 제조하는 과정에서 사용되는 MD 방향을 나타내는 모식도이고,
도 8은 본 발명의 실시예 1에 따른 편광상태 변화를 좌측 경사각 방향(θ=60°, Φ=180°)에서 푸앙카레구(Poincare Sphere)상에 표현한 것이고,
도 9는 본 발명의 실시예 1에 따른 시감도 전방위 투과도 시뮬레이션 결과를 나타낸 것이고,
도 10은 본 발명의 실시예 2-2에 따른 시감도 전방위 투과도 시뮬레이션 결과를 나타낸 것이고,
도 11은 본 발명의 실시예 2-6에 따른 시감도 전방위 투과도 시뮬레이션 결과를 나타낸 것이고,
도 12는 본 발명의 실시예 2-11에 따른 시감도 전방위 투과도 시뮬레이션 결과를 나타낸 것이고,
도 13은 본 발명의 실시예 2-19에 따른 시감도 전방위 투과도 시뮬레이션 결과를 나타낸 것이고,
도 14는 본 발명의 실시예 2-27에 따른 시감도 전방위 투과도 시뮬레이션 결과를 나타낸 것이고,
도 15는 본 발명의 실시예 3에 따른 편광상태 변화를 우측 경사각 방향(θ=60°, Φ=0°)에서 푸앙카레구(Poincare Sphere)상에 표현한 것이고,
도 16은 본 발명의 실시예 3에 따른 시감도 전방위 투과도 시뮬레이션 결과를 나타낸 것이고
도 17은 본 발명의 비교예 1에 따른 시감도 전방위 투과도 시뮬레이션 결과를 나타낸 것이고,
도 18은 본 발명의 실시예 5에 따른 편광상태 변화를 우측 경사각 방향(θ=60°, Φ=0°)에서 푸앙카레구(Poincare Sphere)상에 표현한 것이고,
도 19는 본 발명의 실시예 5에 따른 시감도 전방위 투과도 시뮬레이션 결과를 나타낸 것이고,
도 20은 본 발명의 실시예 6-1에 따른 시감도 전방위 투과도 시뮬레이션 결과를 나타낸 것이고,
도 21은 본 발명의 실시예 6-23에 따른 시감도 전방위 투과도 시뮬레이션 결과를 나타낸 것이고,
도 22는 본 발명의 실시예 6-32에 따른 시감도 전방위 투과도 시뮬레이션 결과를 나타낸 것이고,
도 23은 본 발명의 실시예 6-38에 따른 시감도 전방위 투과도 시뮬레이션 결과를 나타낸 것이고,
도 24는 본 발명의 실시예 7에 따른 편광상태 변화를 좌측 경사각 방향(θ=60°, Φ=180°)에서 푸앙카레구(Poincare Sphere)상에 표현한 것이고,
도 25는 본 발명의 실시예 7에 따른 시감도 전방위 투과도 시뮬레이션 결과를 나타낸 것이다.
본 발명은 1매의 위상차 필름을 포함하는 제1편광판, 제2편광판 및 액정셀을 포함하는 트위스트네마틱 모드 액정표시장치에서 푸앙카레구(Poincare Sphere)에 의해 액정의 정확한 구동 방향을 파악하여 위상차 필름의 광학특성을 설계하고, 위상차 필름의 지상축 방향, 액정셀의 판넬 위상차값 및 액정의 배향방향을 일정하게 조절한 트위스트네마틱 모드 액정표시장치에 관한 것이다.
본 발명에 따른 트위스트네마틱 모드 액정표시장치의 구성을 구체적으로 설명하면 다음과 같다.
본 발명의 트위스트네마틱 모드 액정표시장치는 제1편광판, 액정셀 및 제2편광판을 포함한다.
제1편광판은 보호필름, 편광자 및 위상차 필름의 순으로 적층되며, 제2편광판은 보호필름, 편광자 및 보호필름의 순으로 적층된다.
제1편광판과 제2편광판의 각 편광자의 흡수축은 서로 직교한다.
제1편광판의 위상차 필름은 하기 수학식 1 또는 하기 수학식 2의 관계를 만족한다.
[수학식 1]
Figure pat00003
(이때, NZ는 굴절률비이고, R0는 정면 위상차값이고, 110㎚<R0<190㎚임)
[수학식 2]
Figure pat00004
(이때, NZ는 굴절률비이고, R0는 정면 위상차값이고, 40㎚<R0<90㎚임)
또한 제1편광판의 위상차 필름은 지상축이 인접한 편광자의 흡수축과 서로 직교하게 배치되도록 한다.
제1편광판의 위상차 필름이 상기 수학식 1의 관계를 만족하는 경우 액정셀의 판넬 위상차값(△n×d)은 370 내지 500㎚이 되도록 한다. 또한 제1편광판의 위상차 필름이 상기 수학식 2의 관계를 만족하는 경우 액정셀의 판넬 위상차값(△n×d)은 350 내지 470㎚이 되도록 한다.
또한 액정의 러빙방향이 각각 인접한 편광자의 흡수축과 서로 평행하게 구성되도록 한다.
제1편광판과 제2편광판은 각각 필요한 광학 특성을 만족시킬 수 있는 여러 종류의 광학층이 편광자 상에 적층될 수 있다. 구체적으로 광학층은 하드코팅층, 반사방지층, 점착방지층(anti-sticking), 확산방지층, 눈부심방지층 및 배향액정층 등이 사용될 수 있다.
본 발명에 따른 위상차 필름의 광학특성 설계는 액정의 정확한 구동 방향을 파악하는 것이 선행되어야 한다. TN 액정셀의 액정방향은 암(BLACK) 상태에서 액정셀을 두께방향에 대해 다수의 층으로 나누고 각 층의 액정방향을 3차원으로 표현한다. 액정방향을 3 차원으로 표현하기 위해서는 TN 액정셀에 전압을 인가한 상태에서 입사각을 변화시키고 위상차를 측정하여 계산된 값을 이용한다.
본 발명에 따른 액정셀은 액정의 러빙방향이 각각 인접한 편광자의 흡수축과 서로 평행하도록 구성된다.
도 2는 전압이 인가된 상태에서 액정셀을 두께방향으로 40층으로 나누었을 때 각 층의 틸트각(Tilt Angle)을 나타낸 것이다. 틸트각(Tilt Angle)은 도 4와 같이 액정의 장축 방향이 기판의 면과 이루는 각도이다. 틸트각은 도 5의 Z축을 두께방향으로 하는 좌표계에서 90-θ값과 일치한다.
도 4는 전압이 인가된 상태에서 액정의 방향각을 나타낸 것이다. 방향각은 틸트각(Tilt Angle)이 양(+)인 방향이 기준이며 도 5에서 Φ와 일치한다.
도 3은 시인측의 우측 수평 방향을 기준으로 반시계 방향을 정(+)방향으로 할 때, 백라이트쪽 액정의 러빙방향이 -45°(135°), 시인측 액정의 러빙방향이 45°가 되도록 설계된 액정의 방향각을 나타낸 것이다. 백라이트쪽 액정의 러빙방향과 시인쪽 액정의 러빙방향은 각각의 기판에서 제일 가까운 액정의 방향을 나타낸다.
이상과 같이 정의된 암(BLACK)상태하에서 TN 액정셀의 특성을 LCD 광학시뮬레이션 프로그램(예, LCD Master, Techwiz LCD 1D)에 파라메터화시켜 입력 및 적용한다. 파라메터화된 액정을 푸앙카레구(Poincare Sphere)상에서 구현되는 편광상태를 고려하여 위상차 필름의 광학특성을 설계한다.
제1편광판의 위상차 필름의 광학특성은 하기 수학식 1 또는 수학식 2를 만족하도록 설계된다.
[수학식 1]
Figure pat00005
(이때, NZ는 굴절률비이고, R0는 정면 위상차값이고, 110㎚<R0<190㎚임)
바람직하기로는 굴절률비(NZ)가 1.8≤NZ≤3.0이고 두께방향 위상차값(Rth)이 200㎚≤Rth≤330㎚이 되도록 설계되며, 보다 바람직하기로는 굴절률비(NZ)가 2.0≤NZ≤2.8이고 정면 위상차값(R0)이 130㎚≤R0<170㎚이고 두께방향 위상차값(Rth)이 240㎚≤Rth≤320㎚이 되도록 설계된다.
제1편광판의 위상차 필름의 광학특성이 수학식 1을 만족하는 도 1a의 구성인 경우에는 좌측 경사각(θ=60°, Φ=180°) 방향에서의 빛샘 방지 효과가 우수하다. 또한 제1편광판의 위상차 필름의 광학특성이 수학식 1을 만족하는 도 1b의 구성인 경우에는 우측 경사각(θ=60°, Φ=0°) 방향에서의 빛샘 방지 효과가 우수하다.
[수학식 2]
Figure pat00006
(이때, NZ는 굴절률비이고, R0는 정면 위상차값이고, 40㎚<R0<90㎚임)
바람직하기로는 굴절률비(NZ)가 3.6≤NZ≤8.0이고 두께방향 위상차값(Rth)이 240㎚≤Rth≤360㎚이 되도록 설계되며, 보다 바람직하기로는 굴절률비(NZ)가 4.4≤NZ≤8.0이고 정면 위상차값(R0)이 40㎚≤R0<80㎚이고 두께방향 위상차값(Rth)이 270㎚≤Rth≤340㎚이 되도록 설계된다.
제1편광판의 위상차 필름의 광학특성이 수학식 2를 만족하는 도 1a의 구성인 경우에는 우측 경사각(θ=60°, Φ=0°) 방향에서의 빛샘 방지 효과가 우수하다. 또한 제1편광판의 위상차 필름의 광학특성이 수학식 2를 만족하는 도 1b의 구성인 경우에는 좌측 경사각(θ=60°, Φ=180°) 방향에서의 빛샘 방지 효과가 우수하다.
위상차 필름의 광학특성은 가시광선 영역내의 전파장에 대해서 하기의 수학식 3 내지 5에 의해 정의된다.
일반적으로 위상차 필름의 광학특성은 광원의 파장에 대한 언급이 없는 경우 가장 쉽게 얻을 수 있는 589nm에 대한 특성으로 나타낸다. 이러한 위상차 필름의 광학특성은 굴절률로 정의된다. 도 6은 위상차 필름의 굴절률을 설명하기 위한 모식도로, Nx는 면내방향에서 굴절률이 가장 큰 축의 굴절률이고, Ny는 면내방향에서 Nx의 수직방향이고, Nz는 두께방향의 굴절률을 나타낸다.
Figure pat00007
(여기서, Nx, Ny는 면상 굴절률로서 Nx ≥ Ny이며, Nz는 필름의 두께 방향 굴절률, d는 필름의 두께를 나타냄)
Figure pat00008
(여기서, Nx, Ny는 면상 굴절률로서 Nx ≥ Ny이며, d는 필름의 두께를 나타냄)
Figure pat00009
(여기서, Nx, Ny는 면상 굴절률로서 Nx ≥ Ny이며, Nz는 필름의 두께 방향 굴절률을 나타냄)
상기 수학식 3의 Rth는 면내 평균 굴절률에 대한 두께방향의 굴절률의 차이를 나타낸 두께방향 위상차값이고, 수학식 4의 R0는 빛이 필름의 법선방향(수직방향)을 통과했을 때 실질적인 위상차인 정면 위상차값이다.
또한 수학식 5의 NZ는 굴절률비로 이에 따라 위상차 필름으로 사용되는 플레이트의 종류를 구분한다.
본 발명에 따른 제1편광판의 위상차 필름은 연신타입으로 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), 시클로올레핀코폴리머(COC), 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET), 폴리프로필렌(PP), 폴리카보네이트(PC), 폴리술폰(PSF) 및 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA)로 이루어진 군에서 선택된 것으로 제조할 수 있다. 또한 음(-)의 굴절률 특성을 갖는 위상차 필름은 변성폴리스티렌(PS) 또는 변성폴리카보네이트(PC)로 제조할 수 있다.
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. 통상 필름은 연신하면 연신 방향 이외의 다른 방향은 수축하게 되나 Z축 배향필름의 경우 연신 이외에 별도의 수축 공정이 요구되기도 한다.
연신 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 것이다.
이외에도 위상차 필름은 상기와 같은 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.
제1편광판의 각 위상차 필름은 굴절률비 또는 위상차값의 변화되는 파장 분산성에 제약 없이 사용이 가능하다.
또한 제1편광판의 위상차 필름은 지상축(Slow axis)이 인접한 편광자의 흡수축과 서로 직교하게 배치되도록 한다. 지상축(Slow axis)은 보는 각도에서 빛이 가장 느린 편광 방향으로 위상차가 발생하지 않는 광 방향인 광축(Optical axis)과 구별된다.
제1편광판 및 제2평광판의 각 편광자는 연신과 염색을 통해 편광 기능이 부여된 편광자인 폴리비닐알콜(PVA)층이 위치한다. 제1편광판과 제2편광판의 각 흡수축은 서로 직교하게 배치되도록 한다.
제1편광판의 폴리비닐알콜(PVA)층에서 액정셀 반대측 면 및 제2편광판의 폴리비닐알콜(PVA)층의 양면에는 각각 보호필름이 위치한다.
제1 편광판 및 제2 편광판의 보호필름은 굴절률 차이에 따른 광학적 특성이 시야각에 영향을 미치지 못하므로 본 발명에서는 굴절률 특성이 특별히 제한되지 않는다. 제1 및 제2 편광판의 보호필름을 형성하는 재료는 서로 독립적으로 당 분야에서 일반적으로 사용되는 것을 적용할 수 있다. 구체적으로 트리아세틸셀룰로오스(TAC), 시클로올레핀폴리머(COP), 시클로올레핀코폴리머(COC), 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET), 폴리프로필렌(PP), 폴리카보네이트(PC), 폴리술폰(PSF) 및 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA) 등으로 이루어진 군에서 선택된 것으로 제조된 것을 사용할 수 있다.
바람직하기로는 제조단가 및 양산성을 고려하여 두께방향 위상차값(Rth)이 30 내지 50nm인 트리아세틸셀룰로오스(TAC) 필름을 사용하는 것이 좋다.
본 발명의 제1 및 제2 편광판은 당 분야에서 일반적으로 적용되는 공정으로 제조될 수 있으며, 구체적으로 제조공정은 롤 대 롤(Roll To Roll)공정, 매엽접합(Sheet to Sheet) 공정 등이 적용될 수 있다. 통상 수율 및 제조 공정상의 효율성 등을 고려하여 롤 대 롤(Roll To Roll)공정을 적용하는 것이 좋다.
본 발명의 제1 및 제2 편광판은 PVA 편광자의 흡수축의 방향이 항상 MD방향으로 고정되고, 위상차 필름은 지상축(Slow axis)이 편광판의 흡수축에 대해 수직방향이므로 롤 대 롤(Roll To Roll) 공정을 적용하여 제조할 수 있다. 편광판의 흡수축과 위상차 필름의 지상축이 직교하도록 하기 위해서는 편광판과 위상차 필름을 일체화시킬 때 롤 대 롤(Roll To Roll) 방식에 의하는 것이 생산비용 단가를 낮출 수 있어 가장 바람직하다.
도 1a를 이용하여 본 발명의 TN 모드 액정표시장치의 구성을 설명하면 다음과 같다.
백라이트 유닛 쪽(40)에서부터 제1편광판(10), 액정셀(30), 제2편광판(20) 순서로 적층된다. 제1편광판(10)은 액정셀(30)에서부터 위상차 필름(14), 편광자(11) 및 보호필름(13)의 순으로 적층되고, 제2편광판(20)은 액정셀(30)에서부터 보호필름(24), 편광자(21) 및 보호필름(23)의 순으로 적층된다.
액정셀(30)은 두 장의 유리기판 사이에 양의 유전율 이방성(△ε>0)물질이 적층된 구조인 TN 액정셀이다. 유리기판에는 전극 쌍을 포함하는 능동 매트릭스 구동전극(active matrix drive electrode)이 액정셀(30)의 인접한 표면 위에 형성되어 있고, 전압인가시 수직방향으로 전기장이 형성되어 액정들의 배열 방향을 수직방향으로 변화시킨다.
시인측에서 봤을 때 제1편광판(10)의 흡수축(12)과 제2편광판(20)의 흡수축(22)은 서로 직교하고, 상기 편광판(10)(20)의 흡수축(12)(22)은 인접한 액정의 러빙방향과 평행하다. 통상 전압인가시 TN 액정은 기판에 인접할수록 수직으로 배열되지 못하며 이는 암(Black)상태에서 화상의 품질을 떨어뜨리는 가장 큰 이유가 된다.
제1편광판의 위상차 필름은 하기 수학식 1 또는 수학식 2의 관계를 만족한다.
[수학식 1]
Figure pat00010
(이때, NZ는 굴절률비이고, R0는 정면 위상차값이고, 110㎚<R0<190㎚임)
[수학식 2]
Figure pat00011
(이때, NZ는 굴절률비이고, R0는 정면 위상차값이고, 40㎚<R0<90㎚임)
제1편광판의 위상차 필름은 지상축이 인접한 편광자의 흡수축과 서로 직교하게 배치되도록 한다.
일반적으로 제1편광판과 제2편광판의 흡수축이 서로 수직일 때 NW(Normal White)모드라고 하고 서로 평행인 경우는 NB(Normal Black)모드라고 한다. TN모드에서 편광판의 흡수축과 인접한 액정의 러빙방향이 서로 평행인 경우 O-모드라고 하고 수직인 경우를 E-모드라고 한다. 본 발명에서의 TN모드는 'NW모드' 및 'O-모드'의 범위로 한정된다.
종래 NW(Normal Wite)모드 및 O-모드로 설계된 TN모드 액정표시장치는 암(Black)상태에서 빛이 새게 되어 시인성이 떨어지는 경향이 있다. 예컨대 도 10은 현재 양산되고 있는 TN 액정셀에 편광자만 붙이고 전압을 인가했을 때 시감도 전방위 투과도를 나타낸 것으로 θ가 20°이상, Φ가 0°, 90°, 180° 및 270°등의 방향에서 빛이 많이 새는 것을 알 수 있다(도 5의 좌표기준).
이에 본 발명은 종래 NW(Normal Wite)모드 및 O-모드로 설계된 TN모드 액정표시장치의 시인성 저하를 특정의 광학특성을 갖도록 설계된 위상차 필름과, 위상차 필름의 지상축 방향, 액정셀의 판넬 위상차값 및 액정의 배향방향을 조절함으로써 개선한다.
본 발명의 액정셀은 빛샘을 방지하고자 하는 경사각의 방향에 따라 하기 수학식 6에 의해 정의되는 판넬 위상차값(△n×d)의 조절 범위를 상이하게 적용한다.
제1편광판에 수학식 1의 관계를 만족하는 위상차 필름을 사용할 경우 589nm 파장에서 판넬 위상차값(△n×d)이 370 내지 500㎚, 바람직하기로는 400 내지 450㎚을 유지하는 것을 사용한다.
제1편광판에 수학식 2의 관계를 만족하는 위상차 필름을 사용할 경우 589nm 파장에서 판넬 위상차값(△n×d)이 350 내지 470㎚, 바람직하기로는 370 내지 450㎚을 유지하는 것을 사용한다.
판넬 위상차값이 상기 범위 미만이면 특정의 경사각 방향에서 액정표시장치의 투과율이 저하되고, 상기 범위를 초과하는 경우에는 시감이 저하되는 문제가 있다.
이는 TN-LCD 패널에 전압이 인가되지 않은 상태하에 시인측 정면방향에서 제1편광판을 통과하여 선편광된 빛은 액정셀을 통과한 후 90° 회전되고 편광면이 제2편광판의 투과축과 일치되어 명(明) 상태가 되도록 하기 위해서는 TN-LCD 패널의 액정셀 위상차값이 광원 589nm 파장에서 충분히 커야 하기 때문이다.
Figure pat00012
(여기서 ne는 액정의 이상광선 굴절률, no는 정상광선 굴절률, d는 셀 갭(Cell gap)을 나타냄; 주. △n, d는 벡터가 아니다)
본 발명에서 위상차 필름에 의해 시야각이 보상되는 원리는 푸앙카레구(Poincare Sphere)로 표현이 가능하다. 면상 스위칭 모드 액정디스플레이(IPS-LCD)나 수직 배향 모드 액정디스플레이(VA-LCD)는 암(Black) 상태의 전압인가시 액정이 대칭성을 유지하여 특정 시각에서의 시야각 보상을 전 시각 범위로 확대 적용이 가능하다.
반면 TN-LCD는 암(Black) 상태의 전압인가시 액정셀 기판에 인접한 액정은 수직 배향되지 않고 낮은 틸트각(Tilt Angle)을 가지게 된다. 이 액정은 비대칭성을 가지므로 특정시각에서의 보상원리를 다른 시각에서 확대 적용이 가능하지 못하다.
따라서 트위스트네마틱모드 액정표시장치에서 Φ가 0°, 90°, 180° 및 270°방향에 대해서 위상차 필름의 의한 보상정도가 다르며, 본 발명의 트위스트네마틱모드 액정표시장치는 좌측 경사각(θ=60°, Φ=180°) 방향 또는 우측 경사각(θ=60°, Φ=0°) 방향에서 위상차 필름에 의한 시야각 보상을 설계한다.
시야각 보상은 푸앙카레구(Poincare Sphere)로 편광된 빛의 편광 상태를 표현하여 설계한다. 단 본 발명의 푸앙카레구(Poincare Sphere)상의 점 S3(1,0,0,1)는 우원편광이고 θ, Φ에 대한 기준은 액정표시장치를 정면에서 바라봤을 때 Φ+90° 방향을 축으로 Φ 방향의 면을 시인측으로 θ 만큼 회전시켰을 때이다. 이때 정면으로 나오는 빛에 대한 편광상태를 푸앙카레구(Poincare Sphere)상에 표현한다.
도 8에서 θ=60°, Φ=180°방향에서 제2편광판의 편광자를 통과한 파장 550nm의 빛은 P1으로 편광 되어 위상차 필름, 액정층 및 제1편광판의 보호층을 순차적으로 통과한다. 빛의 편광은 위상차 필름과 액정층, 보호층의 광학 특성에 따라 상태가 변한다. 빛의 편광상태가 제1편광판의 편광자를 통과하기 직전의 편광상태가 P2에 가까이 접근되면 위상차 필름과 액정층에 의해 편광상태가 변화되어 시야각이 보상되는 것이다.
도 15는 θ=60°, Φ=0°방향에서의 편광상태 변화를 나타낸 것으로 상기 도 8과 시야각 보상원리는 동일하다.
본 발명에 따른 트위스트네마틱 모드 액정표시장치는 좌측 경사각(θ=60°, Φ=180°) 또는 우측 경사각(θ=60°, Φ=0°) 방향에서 시감도 투과율이 0.2%이하, 바람직하기로는 0.1%이하의 보상관계를 만족하여 광시야각 확보가 가능하다.
이하, 본 발명의 이해를 돕기 위하여 바람직한 실시예를 제시하나, 하기 실시예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐 본 발명의 범주 및 기술사상 범위 내에서 다양한 변경 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어서 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속하는 것도 당연한 것이다.
실시예
실시예 및 비교예는 TN-LCD판넬인 LTM220M1-L01(삼성전자)의 엑정셀 파라메터를 LCD 시뮬레이션 프로그램인 TECH WIZ LCD 1D 및 Polar(사나이시스템, KOREA)에 적용하여 시뮬레이션을 실시하여 시야각 효과를 비교하였다.
수학식 1을 만족하는 위상차 필름을 제1편광판에 적용
실시예 1
본 발명에 따른 각 광학필름과 액정셀 및 백라이트 등의 실측데이터를 하기 도 1a에 나타난 바와 같은 구조로 TECH WIZ LCD 1D(사나이시스템, KOREA) 상에 적층하였다. 도 1a의 구조를 상세히 설명하면 다음과 같다.
백라이트 유닛(40)으로부터 제1편광판(10), TN 모드 액정셀(30), 제2편광판(20)이 순차적으로 적층하였다. 제2편광판(20)은 액정셀쪽에서부터 트리아세틸셀룰로오스(TAC)필름(24), 편광자(PVA)(21) 및 트리아세틸셀룰로오스(TAC)필름(23)의 순으로 적층되고, 제1편광판(10)은 백라이트(40)쪽으로부터 트리아세틸셀룰로오스(TAC)필름(13), 편광자(PVA)(11) 및 위상차 필름(14)의 순으로 적층하였다.
제1편광판(10)과 제2편광판(20)은 각 편광자의 흡수축이 서로 직교하도록 배치시켰다. 이때 시인측에서 바라볼 때 수평 방향의 우측을 기준으로 반시계 방향이 정(+)방향인 경우 제2편광판(20)의 PVA편광자(21)의 흡수축(22)은 45°에 위치하고, 제1편광판(10)의 PVA편광자(11)의 흡수축(12)은 -45°에 위치하였다.
제1편광판(10)의 위상차 필름(14)의 지상축(15)은 인접한 PVA편광자(11)의 흡수축(12)과 직교하였다.
TN 모드 액정셀 액정의 배향방향은 인접한 편광자의 흡수축과 평행하다. 따라서 액정셀은 수평 방향의 우측을 기준으로 반시계 방향이 정(+)방향인 경우 액정의 러빙방향은 백라이트쪽 기판이 -45°이고 시인측 기판이 45°에 위치하였다. 전압인가시 액정의 틸트각(Tilt Angle)은 여러 방향에서의 위상차값과 액정의 정상굴절률과 이상굴절률의 값으로 계산할 수 있고, 도 2와 도 3에서와 같이 두께방향으로 40개 층으로 나누어 각각의 층에서 정의된 액정의 방향을 파라메터화하였다.
또한 액정셀(30)은 판넬 위상차값(△n×d)이 421㎚인 것을 사용하였다.
상기 실시예에서 사용된 각각의 광학필름 및 백라이트의 상세한 광학적 특성은 다음과 같이 정의된 것을 사용하였다.
먼저, 제1편광판 및 제2편광판의 PVA편광자는 연신된 PVA에 요오드를 염색시켜 편광자 기능을 부여하였으며, 이러한 편광자의 편광 성능은 370 내지 780nm 가시광선 영역에서 시감도 편광도 99.9% 이상, 시감도 단체투과율 41% 이상이었다. 시감도 편광도와 시감도 단체투과율은 파장에 따른 투과축의 투과율을 TD(λ), 파장에 따른 흡수축의 투과율을 MD(λ), JIS Z 8701:1999에 정의된 시감도 보정치를
Figure pat00013
라고 할 때 하기 수학식 7 내지 11에 의해 정의된다.
Figure pat00014
Figure pat00015
Figure pat00016
Figure pat00017
Figure pat00018
제1편광판(10) 및 제2편광판(20)의 각 보호필름(13,23)의 광학적 특성은 두께방향을 z축으로 하는 직교 좌표계에 대해 각 축에 대응되는 굴절률이 Nx, Ny 및 Nz이고, 두께가 d일 때, Nx≒Ny>Nz인 네거티브 C 플레이트 굴절률 특성을 가지는 것을 사용하였다. 입사광 589.3 nm에 대해 상기 수학식 3으로 정의되는 두께방향 위상차값(Rth)이 TAC은 40nm를 사용하였다.
제1편광판(10)의 위상차 필름(14)은 Zeonor필름(Optes, 일본)을 이축 연신하여 위상차를 구현하였다. 광학적 특성은 입사광이 589.3nm일 때 z축을 두께방향으로 하는 직교 좌표계에 대해 상기 수학식 5로 정의되는 NZ가 2.4이고 정면 위상차값(RO)은 150nm이고 두께방향 위상차값(Rth)은 285nm였다.
백라이트 유닛(40)으로는 TN-LCD 판넬 LTM220M1-L01(삼성전자)에 탑재된 백라이트 실측 데이터를 사용하였다.
상기 각 광학적 구성요소들을 도 1a과 같이 적층하고 θ=60°, Φ=180°방향의 푸앙카레구(Poincare Sphere)상에서 편광상태의 변화를 시뮬레이션한 결과는 도 8과 같이 얻었다.
도 9는 시감도 전방위 투과도 시뮬레이션을 실시한 것으로, 암(BLACK)을 화면에 표시할 경우의 시감도 전방위 투과도 분포를 나타낸다. 스케일상의 범위는 컬러필터를 고려하지 않은 암(Black)상태 시감도 투과율이 0% 내지 2%이며 투과도 2%를 초과한 부위는 붉은 색, 투과도가 낮은 부위는 파란색으로 표시된다.
중앙의 파란색의 범위가 넓을수록 넓은 시야각을 나타내는 것이므로 좌측 방향에서의 시야각이 넓다는 것을 확인할 수 있었다. 이때, θ=60°, Φ=180°방향에서의 투과율은 0.018866%이었다.
실시예 2
상기 실시예 1과 동일하게 실시하되, 하기 표 1과 같이 제1편광판의 위상차 필름의 광학특성을 달리하여 트위스트네마틱 모드 액정표시장치를 제조하였다.
상기 제조된 각 트위스트네마틱 모드 액정표시장치의 시감도 전방위 투과도 시뮬레이션 실시하고, θ=60°, Φ=180°방향에서의 투과율을 표 1에 나타내었다.
실시예 2 위상차 필름의 광학물성 투과율
(θ=60°, Φ=180°, %)
NZ RO Rth
2-1 3.0 120 300 0.140263
2-2 2.8 120 276 0.114347
2-3 2.6 120 252 0.130591
2-4 3.0 130 325 0.156289
2-5 2.8 130 299 0.083289
2-6 2.6 130 273 0.058711
2-7 2.4 130 247 0.083214
2-8 2.2 130 221 0.156848
2-9 2.8 140 322 0.112748
2-10 2.6 140 294 0.041574
2-11 2.4 140 266 0.026074
2-12 2.2 140 238 0.066896
2-13 2.0 140 210 0.163878
2-14 2.6 150 315 0.079588
2-15 2.2 150 255 0.021418
2-16 2.0 150 225 0.087694
2-17 2.4 160 304 0.06175
2-18 2.2 160 272 0.021271
2-19 2.0 160 240 0.051834
2-20 1.8 160 208 0.153416
2-21 2.4 170 323 0.153868
2-22 2.2 170 289 0.066457
2-23 2.0 170 255 0.056917
2-24 1.8 170 221 0.126056
2-25 2.2 180 306 0.156114
2-26 2.0 180 270 0.102837
2-27 1.8 180 234 0.135437
실시예 3
상기 실시예 1과 동일하게 실시하되, 백라이트쪽으로부터 제2편광판, TN 모드 액정셀, 제1편광판을 순차적으로 적층하여 트위스트네마틱 모드 액정표시장치를 제조하였다.
이때 시인측에서 바라볼 때 수평 방향의 우측을 기준으로 반시계 방향이 정(+)방향인 경우 제2편광판의 PVA편광자의 흡수축은 -45°에 위치하고, 제1편광판의 PVA편광자의 흡수축은 45°에 위치하였다.
도 15는 θ=60°, Φ=0°방향의 푸앙카레구(Poincare Sphere)상에서 편광상태의 변화를 시뮬레이션한 결과를 나타낸 것이다. 또한 도 16은 시감도 전방위 투과도 시뮬레이션을 실시한 것이다.
실시예 4
상기 실시예 1과 동일하게 실시하되, 하기 표 2와 같이 액정셀의 광학특성을 달리하여 트위스트네마틱 모드 액정표시장치를 제조하였다.
상기 제조된 각 트위스트네마틱 모드 액정표시장치의 시감도 전방위 투과도 시뮬레이션 실시하고, θ=60°, Φ=180°방향에서의 투과율을 표 2에 나타내었다.
실시예 4 판넬 위상차값(△n×d, nm) 투과율
(θ=60°, Φ=180°, %)
4-1 374 0.115301
4-2 398 0.052661
4-3 444 0.015316
4-4 468 0.043127
4-5 491 0.103112
비교예 1
상기 실시예 1과 동일하게 실시하되, 제1편광판 및 제2편광판은 각각 트리아세틸셀룰로오스(TAC)필름, 편광자(PVA) 및 트리아세틸셀룰로오스(TAC)필름의 순으로 적층된 것을 사용하여 트위스트네마틱 모드 액정표시장치를 제조하였다.
도 17은 시감도 전방위 투과도 시뮬레이션을 실시한 것으로 θ=60°, Φ=180°방향 및 θ=60°, Φ=0°방향에서의 시야각이 좁다는 것을 확인할 수 있었다.
비교예 2
상기 실시예 1과 동일하게 실시하되, 액정셀은 판넬 위상차값(△n×d)이 515㎚인 것을 사용하여 트위스트네마틱 모드 액정표시장치를 제조하였다.
상기 제조된 각 트위스트네마틱 모드 액정표시장치의 시감도 전방위 투과도 시뮬레이션 실시하였으며, θ=60°, Φ=180°방향에서의 투과율이 0.206243%임을 확인할 수 있었다.
비교예 3
상기 실시예 1과 동일하게 실시하되, 액정셀은 판넬 위상차값(△n×d)이 351㎚인 것을 사용하여 트위스트네마틱 모드 액정표시장치를 제조하였다.
상기 제조된 각 트위스트네마틱 모드 액정표시장치의 시감도 전방위 투과도 시뮬레이션 실시하였으며, θ=60°, Φ=180°방향에서의 투과율이 0.205123%임을 확인할 수 있었다.
수학식 2를 만족하는 위상차 필름을 제1편광판에 적용
실시예 5
본 발명에 따른 각 광학필름과 액정셀 및 백라이트 등의 실측데이터를 하기 도 1b에 나타난 바와 같은 구조로 TECH WIZ LCD 1D(사나이시스템, KOREA) 상에 적층하였다. 도 1b의 구조를 상세히 설명하면 다음과 같다.
백라이트 유닛(40)으로부터 제1편광판(10), TN 모드 액정셀(30), 제2편광판(20)이 순차적으로 적층하였다. 제2편광판(20)은 액정셀쪽에서부터 트리아세틸셀룰로오스(TAC)필름(24), 편광자(PVA)(21) 및 트리아세틸셀룰로오스(TAC)필름(23)의 순으로 적층되고, 제1편광판(10)은 백라이트(40)쪽으로부터 트리아세틸셀룰로오스(TAC)필름(13), 편광자(PVA)(11) 및 위상차 필름(14)의 순으로 적층하였다.
제1편광판(10)과 제2편광판(20)은 각 편광자의 흡수축이 서로 직교하도록 배치시켰다. 이때 시인측에서 바라볼 때 수평 방향의 우측을 기준으로 반시계 방향이 정(+)방향인 경우 제2편광판(20)의 PVA편광자(21)의 흡수축(22)은 45°에 위치하고, 제1편광판(10)의 PVA편광자(11)의 흡수축(12)은 -45°에 위치하였다.
제1편광판(10)의 위상차 필름(14)의 지상축(15)은 인접한 PVA편광자(11)의 흡수축(12)과 직교하였다.
TN 모드 액정셀 액정의 배향방향은 인접한 편광자의 흡수축과 평행하다. 따라서 액정셀은 수평 방향의 우측을 기준으로 반시계 방향이 정(+)방향인 경우 액정의 러빙방향은 백라이트쪽 기판이 -45°이고 시인측 기판이 45°에 위치하였다. 전압인가시 액정의 틸트각(Tilt Angle)은 여러 방향에서의 위상차값과 액정의 정상굴절률과 이상굴절률의 값으로 계산할 수 있고, 도 2와 도 3에서와 같이 두께방향으로 40개 층으로 나누어 각각의 층에서 정의된 액정의 방향을 파라메터화하였다.
또한 액정셀(30)은 판넬 위상차값(△n×d)이 421㎚인 것을 사용하였다.
상기 실시예에서 사용된 각각의 광학필름 및 백라이트의 상세한 광학적 특성은 다음과 같이 정의된 것을 사용하였다.
먼저, 제1편광판 및 제2편광판의 PVA편광자는 연신된 PVA에 요오드를 염색시켜 편광자 기능을 부여하였으며, 이러한 편광자의 편광 성능은 370 내지 780nm 가시광선 영역에서 시감도 편광도 99.9% 이상, 시감도 단체투과율 41% 이상이었다. 시감도 편광도와 시감도 단체투과율은 파장에 따른 투과축의 투과율을 TD(λ), 파장에 따른 흡수축의 투과율을 MD(λ), JIS Z 8701:1999에 정의된 시감도 보정치를
Figure pat00019
라고 할 때 하기 수학식 7 내지 11에 의해 정의된다.
[수학식 7]
Figure pat00020
[수학식 8]
Figure pat00021
[수학식 9]
Figure pat00022
[수학식 10]
Figure pat00023
[수학식 11]
Figure pat00024
제1편광판(10) 및 제2편광판(20)의 각 보호필름(13,23)의 광학적 특성은 두께방향을 z축으로 하는 직교 좌표계에 대해 각 축에 대응되는 굴절률이 Nx, Ny 및 Nz이고, 두께가 d일 때, Nx≒Ny>Nz인 네거티브 C 플레이트 굴절률 특성을 가지는 것을 사용하였다. 입사광 589.3 nm에 대해 상기 수학식 3으로 정의되는 두께방향 위상차값(Rth)이 TAC은 40nm를 사용하였다.
제1편광판(10)의 위상차 필름(14)은 Zeonor필름(Optes, 일본)을 이축 연신하여 위상차를 구현하였다. 광학적 특성은 입사광이 589.3nm일 때 z축을 두께방향으로 하는 직교 좌표계에 대해 상기 수학식 5로 정의되는 NZ가 6.6이고 정면 위상차값(RO)은 50nm이고 두께방향위상차(Rth)는 305nm였다.
백라이트 유닛(40)으로는 TN-LCD 판넬 LTM220M1-L01(삼성전자)에 탑재된 백라이트 실측 데이터를 사용하였다.
상기 각 광학적 구성요소들을 도 1b과 같이 적층하고 θ=60°, Φ=0°방향의 푸앙카레구(Poincare Sphere)상에서 편광상태의 변화를 시뮬레이션한 결과는 도 18과 같이 얻었다.
도 19는 시감도 전방위 투과도 시뮬레이션을 실시한 것으로, 암(BLACK)을 화면에 표시할 경우의 시감도 전방위 투과도 분포를 나타낸다. 스케일상의 범위는 컬러필터를 고려하지 않은 시감도 투과율이 0% 내지 2%이며 투과도 2%를 초과한 부위는 붉은 색, 투과도가 낮은 부위는 파란색으로 표시된다.
중앙의 파란색의 범위가 넓을수록 넓은 시야각을 나타내는 것이므로 우측 방향에서의 시야각이 넓다는 것을 확인할 수 있었다. 이때, θ=60°, Φ=0°방향에서의 투과율은 0.021583%이었다.
실시예 6
상기 실시예 5와 동일하게 실시하되, 하기 표 3과 같이 제1편광판의 위상차 필름의 광학특성을 달리하여 트위스트네마틱 모드 액정표시장치를 제조하였다.
상기 제조된 각 트위스트네마틱 모드 액정표시장치의 시감도 전방위 투과도 시뮬레이션 실시하고, θ=60°, Φ=0°방향에서의 투과율을 표 3에 나타내었다.
실시예 6 위상차 필름의 광학물성 투과율
(θ=60°, Φ=0°, %)
NZ RO Rth
6-1 8 40 300 0.026394
6-2 7.8 40 292 0.033528
6-3 7.6 40 284 0.046429
6-4 7.4 40 276 0.065076
6-5 7.2 40 268 0.08944
6-6 7.0 40 260 0.119483
6-7 6.8 40 252 0.155163
6-8 7.6 50 355 0.131795
6-9 7.4 50 345 0.089832
6-10 7.2 50 335 0.056761
6-11 7.0 50 325 0.032633
6-12 6.8 50 315 0.017481
6-13 6.4 50 295 0.014151
6-14 6.2 50 285 0.025953
6-15 6.0 50 275 0.04669
6-16 5.8 50 265 0.076307
6-17 5.6 50 255 0.114734
6-18 5.4 50 245 0.016188
6-19 6.4 60 354 0.149285
6-20 6.2 60 342 0.098221
6-21 6.0 60 330 0.059855
6-22 5.8 60 318 0.034271
6-23 5.6 60 306 0.021512
6-24 5.4 60 294 0.021583
6-25 5.2 60 282 0.03446
6-26 5.0 60 270 0.060078
6-27 4.8 60 258 0.098338
6-28 4.6 60 246 0.149104
6-29 5.4 70 343 0.145785
6-30 5.2 70 329 0.097326
6-31 5.0 70 315 0.066046
6-32 4.8 70 301 0.052017
6-33 4.6 70 287 0.055239
6-34 4.4 70 273 0.075651
6-35 4.2 70 259 0.11312
6-36 4.6 80 328 0.158362
6-37 4.4 80 312 0.120614
6-38 4.2 80 296 0.105065
6-39 4.0 80 280 0.1117
6-40 3.8 80 264 0.1404
실시예 7
상기 실시예 5와 동일하게 실시하되, 백라이트쪽으로부터 제2편광판, TN 모드 액정셀, 제1편광판을 순차적으로 적층하여 트위스트네마틱 모드 액정표시장치를 제조하였다.
이때 시인측에서 바라볼 때 수평 방향의 우측을 기준으로 반시계 방향이 정(+)방향인 경우 제2편광판의 PVA편광자의 흡수축은 -45°에 위치하고, 제1편광판의 PVA편광자의 흡수축은 45°에 위치하였다.
도 24는 θ=60°, Φ=180°방향의 푸앙카레구(Poincare Sphere)상에서 편광상태의 변화를 시뮬레이션한 결과를 나타낸 것이다. 또한 도 25는 시감도 전방위 투과도 시뮬레이션을 실시한 것이다.
실시예 8
상기 실시예 1과 동일하게 실시하되, 하기 표 4와 같이 액정셀의 광학특성을 달리하여 트위스트네마틱 모드 액정표시장치를 제조하였다.
상기 제조된 각 트위스트네마틱 모드 액정표시장치의 시감도 전방위 투과도 시뮬레이션 실시하고, θ=60°, Φ=0°방향에서의 투과율을 표 4에 나타내었다.
실시예 8 판넬 위상차값(△n×d, nm) 투과율
(θ=60°, Φ=0°, %)
8-1 351 0.123885
8-2 374 0.055296
8-3 398 0.021106
8-4 444 0.056724
8-5 468 0.126262
비교예 4
상기 실시예 5와 동일하게 실시하되, 액정셀은 판넬 위상차값(△n×d)이 491㎚인 것을 사용하여 트위스트네마틱 모드 액정표시장치를 제조하였다.
상기 제조된 각 트위스트네마틱 모드 액정표시장치의 시감도 전방위 투과도 시뮬레이션 실시하였으며, θ=60°, Φ=0°방향에서의 투과율이 0.229658%임을 확인할 수 있었다.
비교예 5
상기 실시예 5와 동일하게 실시하되, 액정셀은 판넬 위상차값(△n×d)이 328㎚인 것을 사용하여 트위스트네마틱 모드 액정표시장치를 제조하였다.
상기 제조된 각 트위스트네마틱 모드 액정표시장치의 시감도 전방위 투과도 시뮬레이션 실시하였으며, θ=60°, Φ=0°방향에서의 투과율이 0.223642%임을 확인할 수 있었다.

Claims (13)

  1. 보호필름, 편광자 및 위상차 필름의 순으로 적층된 제1편광판; 액정셀; 및 보호필름, 편광자 및 보호필름의 순으로 적층된 제2편광판을 포함하는 트위스트네마틱 모드 액정표시장치로서,
    제1편광판과 제2편광판의 각 편광자의 흡수축은 서로 직교하며,
    제1편광판의 위상차 필름은 하기 수학식 1의 관계를 만족하고, 지상축이 인접한 편광자의 흡수축과 서로 직교하게 배치되며,
    [수학식 1]
    Figure pat00025

    (이때, NZ는 굴절률비이고, R0는 정면 위상차값이고, 110㎚<R0<190㎚임)
    액정셀은 판넬 위상차값(△n×d)이 370 내지 500㎚이며, 액정의 러빙방향은 각각 인접한 편광자의 흡수축과 서로 평행하도록 구성된 트위스트네마틱 모드 액정표시장치.
  2. 청구항 1에 있어서, 제1편광판의 위상차 필름은 굴절률비(NZ)가 1.8≤NZ≤3.0이고 두께방향 위상차값(Rth)이 200㎚≤Rth≤330㎚인 트위스트네마틱 모드 액정표시장치.
  3. 청구항 2에 있어서, 제1편광판의 위상차 필름은 굴절률비(NZ)가 2.0≤NZ≤2.8이고 정면 위상차값(R0)이 130㎚≤R0<170㎚이고 두께방향 위상차값(Rth)이 240㎚≤Rth≤320㎚인 트위스트네마틱 모드 액정표시장치.
  4. 청구항 1에 있어서, 제1편광판의 위상차 필름은 연신타입의 위상차 필름인 트위스트네마틱 모드 액정표시장치.
  5. 청구항 1에 있어서, 액정셀은 판넬 위상차값(△n×d)이 400 내지 450㎚인 트위스트네마틱 모드 액정표시장치.
  6. 보호필름, 편광자 및 위상차 필름의 순으로 적층된 제1편광판; 액정셀; 및 보호필름, 편광자 및 보호필름의 순으로 적층된 제2편광판을 포함하는 트위스트네마틱 모드 액정표시장치로서,
    제1편광판과 제2편광판의 각 편광자의 흡수축은 서로 직교하며,
    제1편광판의 위상차 필름은 하기 수학식 2의 관계를 만족하고, 지상축이 인접한 편광자의 흡수축과 서로 직교하게 배치되며,
    [수학식 2]
    Figure pat00026

    (이때, NZ는 굴절률비이고, R0는 정면 위상차값이고, 40㎚<R0<90㎚임)
    액정셀은 판넬 위상차값(△n×d)이 350 내지 470㎚이며, 액정의 러빙방향은 각각 인접한 편광자의 흡수축과 서로 평행하도록 구성된 트위스트네마틱 모드 액정표시장치.
  7. 청구항 6에 있어서, 제1편광판의 위상차 필름은 굴절률비(NZ)가 3.6≤NZ≤8.0이고 두께방향 위상차값(Rth)이 240㎚≤Rth≤360㎚인 트위스트네마틱 모드 액정표시장치.
  8. 청구항 7에 있어서, 제1편광판의 위상차 필름은 굴절률비(NZ)가 4.4≤NZ≤8.0이고 정면 위상차값(R0)이 40㎚≤R0<80㎚이고 두께방향 위상차값(Rth)이 270㎚≤Rth≤340㎚인 트위스트네마틱 모드 액정표시장치.
  9. 청구항 6에 있어서, 제1편광판의 위상차 필름은 연신타입의 위상차 필름인 트위스트네마틱 모드 액정표시장치.
  10. 청구항 6에 있어서, 액정셀은 판넬 위상차값(△n×d)이 370 내지 450㎚인 트위스트네마틱 모드 액정표시장치.
  11. 청구항 1 또는 6에 있어서, 제1편광판 및 제2편광판의 각 보호필름은 두께방향 위상차값(Rth)이 30 내지 50nm인 트리아세틸셀룰로오스(TAC) 필름인 트위스트네마틱 모드 액정표시장치.
  12. 청구항 1 또는 6에 있어서, 제1편광판은 상판 또는 하판 편광판인 트위스트네마틱 모드 액정표시장치.
  13. 청구항 1 또는 6에 있어서, 액정셀은 시인측의 우측 수평 방향을 기준으로 반시계 방향을 정(+)방향으로 할 때 백라이트쪽 액정의 러빙방향이 45°, 시인측 액정의 러빙방향이 -45°가 되도록 설계된 것인 트위스트네마틱 모드 액정표시장치.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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US10768461B2 (en) 2017-04-28 2020-09-08 Lg Chem, Ltd. Light modulation device

Cited By (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105973169A (zh) * 2016-06-06 2016-09-28 北京信息科技大学 滚转角测量方法、装置和系统
CN105973169B (zh) * 2016-06-06 2018-09-11 北京信息科技大学 滚转角测量方法、装置和系统
US10768461B2 (en) 2017-04-28 2020-09-08 Lg Chem, Ltd. Light modulation device
US11009725B2 (en) 2017-04-28 2021-05-18 Lg Chem, Ltd. Light modulation device
US11262600B2 (en) 2017-04-28 2022-03-01 Lg Chem, Ltd. Light modulation device
US11314106B2 (en) 2017-04-28 2022-04-26 Lg Chem, Ltd. Light modulation device
US11347080B2 (en) 2017-04-28 2022-05-31 Lg Chem, Ltd. Light modulation device
US11506915B2 (en) 2017-04-28 2022-11-22 Lg Chem, Ltd. Light modulation device
US11536987B2 (en) 2017-04-28 2022-12-27 Lg Chem, Ltd. Light modulation device

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