KR20130101327A - 광학 보상 필름 및 이를 포함하는 액정 표시 장치 - Google Patents

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KR20130101327A
KR20130101327A KR1020120022388A KR20120022388A KR20130101327A KR 20130101327 A KR20130101327 A KR 20130101327A KR 1020120022388 A KR1020120022388 A KR 1020120022388A KR 20120022388 A KR20120022388 A KR 20120022388A KR 20130101327 A KR20130101327 A KR 20130101327A
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최민오
이상구
김택수
서덕종
이민화
이형주
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Abstract

액정 표시 장치용 보상 필름을 제시한다. 보상 필름은 R0가 40nm~60nm, Rth가 140nm~170nm, β는 15˚~19˚인 특성을 가지며, 보상 필름의 지지 필름이 파장에 대하여 정분산 특성을 가진다.

Description

광학 보상 필름 및 이를 포함하는 액정 표시 장치 {LIQUID CRYSTAL DISPLAY AND OPTICAL COMPENSATION FILM THEREFOR}
광학 보상 필름 및 및 이를 포함하는 액정 표시 장치에 관한 것이다.
TN(twisted nematic) 방식의 액정 표시 장치(liquid crystal display, LCD)는 현재 모니터 등에 주로 사용되고 있다. TN LCD에서는 네마틱(nematic) 액정 물질이 두 기판 사이에서 약간의 선경사각(pretilt angle)을 가지고 수평 배향되어 있는데 액정 분자들의 방위각이 한 기판에서 다른 기판에 이르기까지 약 90도의 각도로 비틀려 있다. 이러한 TN LCD의 액정층에 수직 방향인 전기장을 인가함으로써 액정 방향자(director)를 조절하고 이를 통하여 광학적 투과율을 조절함으로써 영상을 표시한다.
TN 방식을 VA(vertical alignment) 방식이나 IPS (In-plane switching) 방식과 달리 액정 방향자의 평균 방향이 정면 기준으로 아래 쪽으로 향할 수 있으며, 이 경우 위쪽과 아래 쪽에서 표시 장치를 볼 때 매우 큰 화질 저하가 발생할 수 있다. 그러나 좌우 방향으로는 상대적으로 우수한 화질을 보인다.
TN LCD의 상하 방향 시야각 보상을 위하여 광시야각 필름[WV(wide-viewing) film]이 사용된다.
그러나 이러한 광시야각 필름의 특성의 한계로 인하여, 시야각을 보상할 수 있는 액정층의 특성 범위 또한 제한적이다. 이로 인하여 투과율 등 액정 표시 장치의 표시 품질 향상에도 제한이 따른다.
액정 표시 장치의 투과율 향상에 적합한 보상 필름을 제공하고자 한다. 또한, 투과율이 우수하고 모든 방향의 시야각이 우수한 액정 표시 장치를 제공하고자 한다..
본 발명의 일 실시예에 따른 액정 표시 장치용 보상 필름은 위상차 유발층, 그리고 상기 위상차 유발층을 지지하는 지지층을 포함하며, 면내 위상차(R0)가 40nm~60nm, 두께 위상차(Rth)가 140nm~170nm, 평균 경사각(β)는 15˚~19˚인 특성을 가진다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 액정 표시 장치는 제1 절연 기판, 상기 제1 절연 기판과 마주보는 제2 절연 기판, 상기 제1 절연 기판과 상기 제2 절연 기판 중 어느 하나에 형성되어 있는 제1 전극, 상기 제1 절연 기판과 상기 제2 절연 기판 중 어느 하나에 형성되어 있는 제2 전극, 상기 제1 절연 기판과 상기 제2 절연 기판 사이에 배치되어 있는 액정층, 상기 제1 절연 기판과 상기 제2 절연 기판의 바깥쪽에 각각 배치되어 있는 제1 보상 필름 및 제2 보상 필름을 포함하고, 상기 제1 보상 필름 및 상기 제2 보상 필름은 면내 위상차(R0)가 40nm~60nm, 두께 위상차(Rth)가 140nm~170nm, 평균 경사각(β)는 15˚~19˚인 특성을 가진다.
이와 같이, R0가 40nm~60nm, Rth가 140nm~170nm, β는 15˚~19˚인 특성을 가지는 보상 필름을 사용함으로써, 액정 표시 장치의 시야각 저하를 유발하지 않고 투과율을 높일 수 있다. 또한 보상 필름의 지지 필름이 파장에 대하여 정분산 특성을 가지도록 하여 액정 표시 장치의 측면에서 발생하는 예로위시(yellowish)를 줄일 수 있다.
도 1은 본 발명의 한 실시예에 따른 보상 필름을 포함하는 액정 표시 장치의 개략적인 단면도이다.
도 2는 본 발명의 한 실시예에 따른 보상 필름의 사시도이다.
도 3은 다양한 특성의 보상 필름들을 고투과율 액정 표시 장치에 적용하였을 때, 상하좌우에서의 시야각에 문제가 없는지를 시험한 데이터이다.
도 4는 본 발명의 한 실시예에 따른 보상 필름의 지지 필름과 종래의 지지 필름의 파장 분산 특성을 보여주는 그래프이다.
도 5는 본 발명의 한 실시예에 따른 보상 필름의 지지 필름을 적색, 녹색, 청색의 편광이 통과하였을 때, 편광 상태의 변화를 쁘앙까레 좌표에서 나타낸 것이다.
도 6은 종래의 지지 필름을 적색, 녹색, 청색의 편광이 통과하였을 때, 편광 상태의 변화를 쁘앙까레 좌표에서 나타낸 것이다.
첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계 없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 도면 부호를 붙였다.
도 1 및 도 2를 참고하여 본 발명의 한 실시예에 따른 액정 표시 장치용 보상 필름 및 이를 포함하는 액정 표시 장치에 대하여 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 한 실시예에 따른 보상 필름을 포함하는 액정 표시 장치의 개략적인 단면도이고, 도 2는 본 발명의 한 실시예에 따른 보상 필름의 사시도이다.
도 1에 도시한 액정 표시 장치는 네마틱 액정 물질을 포함하는 TN(twisted nematic) 방식의 액정 표시 장치로서, 하부 표시판(100), 하부 표시판(100)과 마주하는 상부 표시판(200), 하부 표시판(100)과 상부 표시판(200)의 사이에 끼어 있는 액정층(300), 하부 표시판(100)과 상부 표시판(200)의 바깥쪽에 각각 배치되어 있는 하부 보상 필름(410) 및 상부 보상 필름(420), 하부 보상 필름(410) 및 상부 보상 필름(420)의 바깥쪽에 위치하는 하부 편광판(21)과 상부 편광 필름(22)을 포함한다. 여기에서 바깥쪽이라 함은 액정층(300)에서 멀어지는 쪽을 뜻한다.
하부 표시판(100)은 절연 기판(110), 절연 기판(110) 위에 배치되어 있는 박막 트랜지스터(120), 박막 트랜지스터(120)와 연결되어 있는 화소 전극(130)을 포함한다. 하부 표시판(100)은 이외에도 게이트선 및 데이터선 등의 신호선(도시하지 않음)과 박막 트랜지스터(120)와 화소 전극(130)을 덮고 있는 배향막(도시하지 않음)을 포함한다.
상부 표시판(100)은 절연 기판(210), 절연 기판(210)의 아래 면에 배치되어 있는 블랙 매트릭스(220)와 색필터(230), 블랙 매트릭스와 색필터(230)를 덮고 있는 공통 전극(270)을 포함한다. 공통 전극(270) 위에는 배향막(도시하지 않음)이 형성되어 있다.
하부 표시판(100)과 상부 표시판(200)의 사이에는 액정층(300)이 형성되어 있다. 액정층(300)은 액정이 트위스티드 네마틱(twisted nematic) 모드로 배향되어 있고, 420nm~470nm의 리타데이션(?nd) 값을 가진다. 예들 들어, 굴절률 이방성(?n)이 0.141인 액정을 사용하고, 액정층(300)의 두께를 3.2um으로 하면, 액정층(300)의 리타데이션 값은 약 452nm가 된다. 리타데이션(?nd) 값이 420nm~470nm인 액정층(300)을 사용하면, 410nm 정도의 리타데이션 값을 가지는 액정층을 사용하던 종래의 액정 표시 장치에 비하여 높은 광투과율을 나타낸다.
아래의 표 1은 동일한 구조의 액정 표시 장치에서 액정층의 리타데이션 값만 달리한 두 경우(410nm인 경우와 452nm인 경우)에, 투과율과 휘도 등의 광특성을 측정한 것이다. 표 1에서 알 수 있는 바와 같이, 액정층의 리타데이션 값이 410nm인 경우에 비하여 452nm인 경우에 더 높은 투과율과 휘도를 나타낸다.
경우 1 경우 2
광특성 ?nd 실측 410 nm 452 nm
투과율 9 지점 4.82 5.01(3.84% 향상)
중앙 4.77 4.95(3.67% 향상)
휘도 13 지점 220.7 227.4(3.04% 향상)
중앙 230.8 246.8(6.91% 향상)
응답 속도(Tr/Tf) 5.4 ms (1.7/3.7) 5.0 ms (1.6/3.4)
Cr 971 950
보상 필름(410, 420)은 지지층(41)과 위상차 유발층(42)을 포함한다. 지지층(41)은 TAC(triacetylcellulose) 필름으로 이루어질 수 있고, 양의 파장 분산 특성을 가진다. 위상차 유발층(42)은 하이브리드(hybrid) 배향되어 있는 디스코틱(discotic) 액정을 포함하여 이루어진다. 하이브리드 배향이란, 도 2에 도시되어 있는 바와 같이, 원반형의 디스코틱 액정이 지지층(41) 표면에 대하여 기울어지는 각도(Θ1, Θ2)가 지지층(41) 표면으로부터 멀어질수록 작아지는 것을 의미한다. 즉, 디스코틱 액정이 지지층(41)으로부터 멀어질수록 점점 더 많이 벌어지는 형태로 기울어져 있다. 위상차 유발층(42)을 구성하는 디스코틱 액정의 평균 경사각(β)는 15˚~19˚이다. 보상 필름(40)의 면내 위상차(R0)는 40nm~60nm이고, 두께 위상차(Rth)는 140nm~170nm이다.
도 3은 다양한 특성의 보상 필름들을 고투과율 액정 표시 장치[본 실험예에서는 리타데이션(?nd) 값이 452nm인 액정층을 적용한 액정 표시 장치를 사용하였음]에 적용하였을 때, 상하좌우에서의 시야각에 문제가 없는지를 시험한 데이터이다. 도 3에서
여러 보상 필름들 중, 면내 위상차(R0)가 50nm이고, 두께 위상차(Rth)는 155nm이며, 평균 경사각(β)이 17˚인 보상 필름(도 3에서 B2의 경우)을 리타데이션 값이 452nm인 액정층(300)을 가지는 액정 표시 장치에 적용하였을 경우, 상하좌우 모두에서 80도 이상의 시야각을 확보할 수 있음을 알 수 있다.
보상 필름(410, 420)의 지지층(41)은 양의 파장 분산 특성을 가진다. TAC(triacetylcellulose)에 첨가물을 부가함으로써 양의 파장 분산 특성을 가지는 지지층(41)을 제조할 수 있다. 지지층(41)이 양의 파장 분산 특성을 가질 때의 효과를 도 4 내지 도 6을 참고로 하여 설명한다.
도 4는 본 발명의 한 실시예에 따른 보상 필름의 지지 필름과 종래의 지지 필름의 파장 분산 특성을 보여주는 그래프이고, 도 5는 본 발명의 한 실시예에 따른 보상 필름의 지지 필름을 적색, 녹색, 청색의 편광이 통과하였을 때, 편광 상태의 변화를 쁘앙까레 좌표에서 나타낸 것이고, 도 6은 종래의 지지 필름을 적색, 녹색, 청색의 편광이 통과하였을 때, 편광 상태의 변화를 쁘앙까레 좌표에서 나타낸 것이다.
지지층(41)이 양의 파장 분산 특성을 가진다는 것은, 도 4에 도시한 바와 같이, 통과하는 빛의 파장이 짧을수록 더 많은 위상차가 발생함을 의미한다. 이와 같이, 지지층(41)이 양의 파장 분산 특성을 가지면, 도 5에 도시한 바와 같이, 청색 광이 녹색 광이나 적색 광에 비하여 더 많은 위상차를 겪게 되고, 녹색 광이 적색 광에 비하여 더 많은 위상차를 겪게 된다. 따라서, 쁘앙까레 좌표상 흩어져 있던 적색 광, 녹색 광 및 청색 광이 지지층(41)을 통과한 이후에, 서로 가까운 위치로 모이게 된다. 이와 같이, 적색 광, 녹색 광 및 청색 광이 쁘앙까레 좌표상 가까운 위치로 모이면, 편광 필름(22)을 통과하는 광량이 색상 별로 달라지는 정도를 줄일 수 있다. 이와 반대로, 지지층(41)이 음의 파장 분산 특성을 가지는 경우에는, 도 6에 도시한 바와 같이, 청색 광이 녹색 광이나 적색 광에 비하여 더 적은 위상차를 겪게 되고, 녹색 광이 적색 광에 비하여 더 적은 위상차를 겪게 된다. 따라서, 쁘앙까레 좌표상 흩어져 있던 적색 광, 녹색 광 및 청색 광이 지지층(41)을 통과한 이후에, 더 멀리 흩어지게 된다. 이와 같이, 적색 광, 녹색 광 및 청색 광이 쁘앙까레 좌표상 멀리 흩어지면, 편광 필름(22)을 통과하는 광량이 색상 별로 달라지는 정도를 오히려 증가시키게 되어 예로위시 등의 화질 불량을 유발한다.
각각의 편광 필름(21, 22)은 편광막 및 그 양쪽에 위치하는 보호막을 포함할 수 있다. 편광 필름(21, 22)은 단일한 필름으로 만들어질 수도 있다. 두 편광 필름(21, 22)의 흡수축은 서로 직교를 이루도록 배치되어 있고, 각각 인접한 보상 필름(410, 420)의 디스코틱 액정의 러빙 방향과 0.5˚~1.5˚를 이룬다. 즉, 하부 편광 필름(21)의 흡수축은 하부 보상 필름(410)의 위상차 유발층(42)의 디스코틱 액정들이 러빙되어 기울어져 있는 방향과 0.5˚~1.5˚를 이루고, 상부 편광 필름(22)의 흡수축은 상부 보상 필름(420)의 위상차 유발층(42)의 디스코틱 액정들이 러빙되어 기울어져 있는 방향과 0.5˚~1.5˚를 이룰 수 있다.
이상과 같이, R0가 40nm~60nm, Rth가 140nm~170nm, β는 15˚~19˚인 특성을 가지는 보상 필름을 사용하면, 액정 표시 장치에 고투과 액정층을 적용하더라도 시야각 저하를 유발하지 않는다. 또한 보상 필름의 지지 필름이 파장에 대하여 정분산 특성을 가지도록 하여 액정 표시 장치의 측면에서 발생하는 예로위시(yellowish)를 줄일 수 있다.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리 범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구 범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리 범위에 속하는 것이다.
100: 하부 표시판 200: 상부 표시판
110, 210: 절연 기판
120: 박막 트랜지스터 130: 화소 전극
220: 블랙 매트릭스 230: 색필터
270: 공통 전극 300: 액정층
410, 420: 보상 필름 21, 22: 편광 필름
41: 지지층 42: 위상차 유발층

Claims (9)

  1. 위상차 유발층, 그리고
    상기 위상차 유발층을 지지하는 지지층
    을 포함하며,
    면내 위상차(R0)가 40nm~60nm, 두께 위상차(Rth)가 140nm~170nm, 평균 경사각(β)는 15˚~19˚인 특성을 가지는 액정 표시 장치용 보상 필름.
  2. 제1항에서,
    상기 위상차 유발층은 하이브리드(hybrid) 배향되어 있는 디스코틱(discotic) 액정을 포함하는 액정 표시 장치용 보상 필름.
  3. 제2항에서,
    상기 지지층은 양의 파장 분산 특성을 나타내는 액정 표시 장치용 보상 필름.
  4. 제1 절연 기판,
    상기 제1 절연 기판과 마주보는 제2 절연 기판,
    상기 제1 절연 기판과 상기 제2 절연 기판 중 어느 하나에 형성되어 있는 제1 전극,
    상기 제1 절연 기판과 상기 제2 절연 기판 중 어느 하나에 형성되어 있는 제2 전극,
    상기 제1 절연 기판과 상기 제2 절연 기판 사이에 배치되어 있는 액정층,
    상기 제1 절연 기판과 상기 제2 절연 기판의 바깥쪽에 각각 배치되어 있는 제1 보상 필름 및 제2 보상 필름
    을 포함하고, 상기 제1 보상 필름 및 상기 제2 보상 필름은 면내 위상차(R0)가 40nm~60nm, 두께 위상차(Rth)가 140nm~170nm, 평균 경사각(β)는 15˚~19˚인 특성을 가지는 액정 표시 장치.
  5. 제4항에서, 상기 제1 보상 필름 및 상기 제2 보상 필름은 각각 양의 파장 분산 특성을 나타내는 지지층을 포함하는 액정 표시 장치.
  6. 제5항에서,
    상기 제1 보상 필름 및 상기 제2 보상 필름은 각각 하이브리드(hybrid) 배향되어 있는 디스코틱(discotic) 액정층을 포함하는 액정 표시 장치.
  7. 제6항에서,
    상기 액정층은 트위스티드 네마틱(Twisted nematic) 액정을 포함하고, 리타데이션(?nd) 값으로 420nm~470nm을 가지는 액정 표시 장치.
  8. 제7항에서,
    상기 액정층의 두께는 3.2um인 액정 표시 장치.
  9. 제7항에서,
    상기 제1 보상 필름 바깥쪽에 배치되어 있는 제1 편광 필름과 상기 제2 보상 필름의 바깥쪽에 배치되어 있는 제2 편광 필름을 더 포함하고, 상기 제1 편광 필름의 흡수축은 상기 제1 보상 필름의 디스코틱 액정의 러빙 방향과 0.5˚~1.5˚를 이루며, 상기 제2 편광 필름의 흡수축은 상기 제2 보상 필름의 디스코틱 액정의 러빙 방향과 0.5˚~1.5˚를 이루는 액정 표시 장치.　
KR1020120022388A 2012-03-05 2012-03-05 광학 보상 필름 및 이를 포함하는 액정 표시 장치 KR20130101327A (ko)

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