KR20180068857A - 액정 표시 장치 - Google Patents

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KR20180068857A
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감상아
김범석
공혜영
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Abstract

광원, 상기 광원의 상부에 위치하고 서로 마주하는 하부 기판과 상부 기판, 상기 하부 기판과 상기 상부 기판 사이에 위치하는 액정층, 상기 상부 기판과 상기 액정층 사이에 위치하는 상부 편광층, 상기 액정층과 상기 상부 편광층 사이에 위치하고 nx1 ≥ ny1 > nz1 의 굴절률을 만족하는 상부 위상차층, 상기 광원과 상기 하부 기판 사이에 위치하는 하부 편광층, 상기 광원과 상기 하부 기판 사이에 위치하고 nx2 > ny2 및 nx2 > nz2을 만족하는 하부 위상차층을 포함하고, 상기 상부 위상차층의 두께 방향 위상차는 상기 상부 위상차층의 평균 굴절률과 상기 액정층의 두께 방향 위상차 사이에 하기 관계식 1을 만족하는 액정 표시 장치에 관한 것이다.
[관계식 1]
Figure pat00008

상기 관계식 1에서, Rth1, Rth,cell 및 navg는 명세서에 기재한 바와 같다.

Description

액정 표시 장치{LIQUID CRYSTAL DISPLAY}
액정 표시 장치에 관한 것이다.
액정 표시 장치(liquid crystal display, LCD)는 현재 널리 사용되고 있는 평판 표시 장치 중 하나이다. 액정 표시 장치는 전기장 생성 전극이 형성되어 있는 두 장의 표시판과 그 사이에 개재되어 있는 액정층을 포함하며, 전기장 생성 전극 사이에 형성되는 전기장으로 인하여 액정이 회전하면서 빛의 투과율이 변하게 되며 이러한 투과율의 변화에 따라서 영상을 표시한다.
액정 표시 장치는 광원으로부터 나오는 빛과 색 필터(color filter)를 조합하여 색을 표시할 수 있다. 그러나 색 필터는 광원으로부터 나오는 빛의 상당량을 흡수하므로 광 효율이 낮을 수 있다.
근래, 색 필터를 대신하여 발광체를 사용하여 색을 표시하는 광 발광 액정 표시 장치(photoluminescent LCD)가 연구되고 있다.
그러나 광 발광 액정 표시 장치는 발광체의 산란 특성 등으로 인해 발광체 상부에 편광판과 보상 필름을 배치하는 기존 구조를 채용하기 어렵다. 이에 따라 색 필터를 사용하는 액정 표시 장치와 비교하여 명암비가 떨어질 수 있고 이에 따라 표시 특성이 저하될 수 있다.
일 구현예는 광 발광 액정 표시 장치의 명암비를 높여 표시 특성을 개선할 수 있는 액정 표시 장치를 제공한다.
일 구현예에 따르면, 광원, 상기 광원의 상부에 위치하고 서로 마주하는 하부 기판과 상부 기판, 상기 하부 기판과 상기 상부 기판 사이에 위치하는 액정층, 상기 상부 기판과 상기 액정층 사이에 위치하는 상부 편광층, 상기 액정층과 상기 상부 편광층 사이에 위치하고 nx1 ≥ ny1 > nz1 의 굴절률을 만족하는 상부 위상차층(여기서 nx1은 상부 위상차층의 지상축에서의 굴절률이고, ny1은 상부 위상차층의 진상축에서의 굴절률이고, nz1은 상부 위상차층의 지상축 및 진상축에 대한 수직 방향의 굴절률이다), 상기 광원과 상기 하부 기판 사이에 위치하는 하부 편광층, 상기 광원과 상기 하부 기판 사이에 위치하고 nx2 > ny2 및 nx2 > nz2 의 굴절률을 만족하는 하부 위상차층(여기서 nx2은 하부 위상차층의 지상축에서의 굴절률이고, ny2은 하부 위상차층의 진상축에서의 굴절률이고, nz2은 하부 위상차층의 지상축 및 진상축에 대한 수직 방향의 굴절률이다)을 포함하고, 상기 상부 위상차층의 두께 방향 위상차는 상기 상부 위상차층의 평균 굴절률과 상기 액정층의 두께 방향 위상차 사이에 하기 관계식 1을 만족하는 액정 표시 장치를 제공한다.
[관계식 1]
Figure pat00001
상기 관계식 1에서,
Rth1은 450nm 파장에서 상부 위상차층의 두께 방향 위상차이고,
Rth,cell 은 450nm 파장에서 액정층의 두께 방향 위상차이고,
navg는 상부 위상차층의 평균 굴절률이다.
상기 상부 위상차층은 nx1 = ny1 > nz1을 만족할 수 있다.
상기 하부 위상차층은 nx2 > ny2 = nz2을 만족할 수 있다.
상기 하부 위상차층은 하기 관계식 2의 면내 위상차를 만족할 수 있다.
[관계식 2]
80 nm ≤ Rin2 ≤ 170 nm
상기 관계식 2에서,
Rin2는 450nm 파장에서 하부 위상차층의 면내 위상차이다.
상기 상부 위상차층은 내열성 고분자, 내열성 액정 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다.
상기 내열성 고분자 및 상기 내열성 액정은 약 150℃ 이상의 유리전이온도를 가질 수 있다.
상기 액정층은 음의 유전율 이방성을 가질 수 있다.
상기 액정층의 두께 방향 위상차는 -360nm ≤ Rth,cell ≤ -250nm를 만족할 수 있다.
상기 상부 위상차층의 평균 굴절률(navg)은 nx1, ny1 및 nz1의 평균값일 수 있고 약 1.4 내지 2.0일 수 있다.
상기 액정 표시 장치는 상기 액정층 상부에 위치하는 색 변환층을 더 포함할 수 있고, 상기 색 변환층은 상기 광원으로부터 제1 가시광을 공급받아 제2 가시광을 방출하는 발광체를 포함할 수 있다.
상기 발광체는 양자점 및 형광체 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
상기 제2 가시광은 상기 제1 가시광과 같거나 상기 제1 가시광보다 긴 파장의 광일 수 있다.
상기 제1 가시광은 청색 광일 수 있고, 상기 제2 가시광은 청색 광, 녹색 광, 적색 광 또는 이들의 조합일 수 있다.
다른 구현예에 따르면, 색 변환층, 상부 편광층, 상부 위상차층, 공통 전극, 액정층, 화소 전극, 하부 위상차층, 하부 편광층 및 광원의 순서로 배치되고, 상기 상부 위상차층은 nx1 ≥ ny1 > nz1 의 굴절률을 만족하고(여기서 nx1은 상부 위상차층의 지상축에서의 굴절률이고, ny1은 상부 위상차층의 진상축에서의 굴절률이고, nz1은 상부 위상차층의 지상축 및 진상축에 대한 수직 방향의 굴절률이다), 상기 하부 위상차층은 nx2 > ny2 및 nx2 > nz2 의 굴절률을 만족하고(여기서 nx2은 하부 위상차층의 지상축에서의 굴절률이고, ny2은 하부 위상차층의 진상축에서의 굴절률이고, nz2은 하부 위상차층의 지상축 및 진상축에 대한 수직 방향의 굴절률이다), 상기 상부 위상차층의 두께 방향 위상차는 상기 상부 위상차층의 평균 굴절률과 상기 액정층의 두께 방향 위상차 사이에 하기 관계식 1을 만족하는 액정 표시 장치를 제공한다.
[관계식 1]
Figure pat00002
상기 관계식 1에서,
Rth1은 450nm 파장에서 상부 위상차층의 두께 방향 위상차이고,
Rth,cell 은 450nm 파장에서 액정층의 두께 방향 위상차이고,
navg는 상부 위상차층의 평균 굴절률이다.
상기 하부 위상차층은 하기 관계식 2의 면내 위상차를 만족할 수 있다.
[관계식 2]
80 nm ≤ Rin2 ≤ 170 nm
상기 관계식 2에서,
Rin2는 450nm 파장에서 하부 위상차층의 면내 위상차이다.
상기 액정층은 음의 유전율 이방성을 가질 수 있다.
상기 액정층의 두께 방향 위상차는 -360nm ≤ Rth,cell ≤ -250nm를 만족할 수 있다.
상기 상부 위상차층의 평균 굴절률(navg)은 nx1, ny1 및 nz1의 평균값일 수 있고 약 1.4 내지 2.0일 수 있다.
상기 색 변환층은 상기 광원으로부터 제1 가시광을 공급받아 제2 가시광을 방출하는 발광체를 포함할 수 있다.
상기 제1 가시광은 청색 광일 수 있고, 상기 제2 가시광은 청색 광, 녹색 광, 적색 광 또는 이들의 조합일 수 있다.
블랙 모드에서 빛 누설을 효과적으로 제어함으로써 모든 방향에서의 블랙 휘도를 일정 수준 이하로 낮게 유지될 수 있고, 이에 따라 액정 표시 장치의 명암비를 높여 표시 특성을 개선할 수 있다.
도 1은 일 구현예에 따른 액정 표시 장치를 개략적으로 도시한 단면도이고,
도 2 내지 도 6은 각각 실시예 1, 9, 14, 17 및 25에 따른 액정 표시 장치의 블랙 휘도의 분포를 보여주는 다이아그램이고,
도 7 내지 도 11은 각각 비교예 2, 11, 13, 15 및 17에 따른 액정 표시 장치의 블랙 휘도의 분포를 보여주는 다이아그램이다.
이하, 구현예들에 대하여 본 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 권리 범위는 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 구현예에 한정되지 않는다.
도면에서 여러 층 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 나타내었다. 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 동일한 도면 부호를 붙였다. 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "위에" 있다고 할 때, 이는 다른 부분 "바로 위에" 있는 경우 뿐만 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다. 반대로 어떤 부분이 다른 부분 "바로 위에" 있다고 할 때에는 중간에 다른 부분이 없는 것을 뜻한다.
이하 도면을 참고하여 일 구현예에 따른 액정 표시 장치를 설명한다.
도 1은 일 구현예에 따른 액정 표시 장치를 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 1을 참고하면, 일 구현예에 따른 액정 표시 장치(500)는 광원(40), 액정 표시 패널(300), 하부 편광층(440) 및 하부 위상차층(450)을 포함한다.
광원(40)은 액정 표시 패널(300)에 광을 공급하는 면광원, 점광원 또는 선광원일 수 있으며, 예컨대 에지형 또는 직하형으로 배치될 수 있다. 광원(40)은 발광체를 포함하는 발광부, 발광부의 하측에 위치하여 발광부에서 나오는 광을 반사시키는 반사판, 발광부에서 발광된 광을 액정 표시 패널(300) 측으로 공급하는 도광판 및/또는 도광판 상부에 위치하는 하나 이상의 광학 시트를 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
발광체는 예컨대 형광 램프 또는 발광 다이오드(light emitting diode, LED)일 수 있으며, 예컨대 가시광선 영역의 광(이하 '가시광'이라 한다)을 공급할 수 있으며, 예컨대 높은 에너지를 가지는 청색 광(blue light)을 공급할 수 있다.
액정 표시 패널(300)은 광원(40) 측에 배치되어 있는 하부 표시판(100), 하부 표시판(100)과 대향하는 상부 표시판(200), 그리고 하부 표시판(100)과 상부 표시판(200) 사이에 위치하는 액정층(3)을 포함한다.
하부 표시판(100)은 하부 기판(110), 복수의 배선(도시하지 않음), 박막 트랜지스터(Q), 화소 전극(191) 및 배향막(11)을 포함한다.
하부 기판(110)은 예컨대 유리 기판 또는 고분자 기판과 같은 절연 기판일 수 있으며, 고분자 기판은 예컨대 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리에틸렌나프탈레이트, 폴리카보네이트, 폴리아크릴레이트, 폴리이미드 또는 이들의 조합으로 만들어질 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
하부 기판(110) 위에 게이트 신호를 전달하는 복수의 게이트선(도시하지 않음) 및 데이터 신호를 전달하는 복수의 데이터선(도시하지 않음)이 서로 교차하게 형성되어 있으며, 게이트선 및 데이터선에 의해 정의되는 영역에 대략 행렬(matrix) 형태로 배열된 복수의 화소(pixel)(PX)를 포함한다.
하부 기판(110) 위에 복수의 박막 트랜지스터(Q)가 형성되어 있다. 박막 트랜지스터(Q)는 게이트선에 연결되어 있는 게이트 전극(도시하지 않음), 게이트 전극과 중첩하는 반도체(도시하지 않음), 게이트 전극과 반도체 사이에 위치하는 게이트 절연막(도시하지 않음), 데이터선에 연결되어 있는 소스 전극(도시하지 않음) 및 반도체를 중심으로 소스 전극과 마주하는 드레인 전극(도시하지 않음)을 포함할 수 있다. 도 1에서는 각 화소(PX)에 하나의 박막 트랜지스터(Q)를 포함하는 구조를 예시적으로 도시하였지만 이에 한정되지 않고 두 개 이상의 박막 트랜지스터를 포함할 수 있다.
박막 트랜지스터(Q) 위에는 보호막(180)이 형성되어 있고, 보호막(180)은 박막 트랜지스터(Q)를 드러내는 접촉 구멍(185)을 가진다.
보호막(180) 위에는 화소 전극(191)이 형성되어 있다. 화소 전극(191)은 ITO 또는 IZO와 같은 투명 도전체로 만들어질 수 있으며, 접촉 구멍(185)을 통하여 박막 트랜지스터(Q)와 전기적으로 연결되어 있다. 화소 전극(191)은 소정의 패턴을 가질 수 있다.
화소 전극(191) 위에는 배향막(11)이 형성되어 있다.
상부 표시판(200)은 상부 기판(210), 색 변환층(230), 상부 편광층(240), 상부 위상차층(250), 공통 전극(270) 및 배향막(21)을 포함한다.
상부 기판(210)은 예컨대 유리 기판 또는 고분자 기판과 같은 절연 기판일 수 있으며, 고분자 기판은 예컨대 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리에틸렌나프탈레이트, 폴리카보네이트, 폴리아크릴레이트, 폴리이미드 또는 이들의 조합으로 만들어질 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
상부 기판(210)의 일면에는 블랙 매트릭스(black matrix)라고도 불리는 차광 부재(220)가 형성되어 있다. 차광 부재(220)는 화소 전극(191) 사이의 빛샘을 막을 수 있다.
상부 기판(210)의 일면에는 또한 색 변환층(color conversion layer)(230)이 형성되어 있다. 색 변환층(230)은 소정 파장 영역의 광을 공급받아 이와 같거나 다른 파장 영역의 광을 방출하여 색을 표시할 수 있다. 색 변환층(230)은 광에 의해 자극되어 스스로 빛을 내는 광 발광(photoluminescence) 물질, 즉 발광체를 포함한다. 발광체는 예컨대 양자점 및 형광체 중 적어도 하나일 수 있다.
일 예로, 발광체는 광원(40)으로부터 공급된 광의 파장 영역과 같거나 그보다 긴 파장 영역의 광을 방출할 수 있다. 예컨대 광원(40)이 청색 광을 공급하는 경우, 발광체는 그와 같은 파장 영역의 청색 광을 방출하거나 청색 광보다 긴 파장 영역, 예컨대 적색 광 또는 녹색 광을 발광할 수 있다.
이와 같이 발광체를 포함하는 색 변환층(230)을 포함함으로써 높은 광 변환 효율 및 낮은 소비 전력을 구현할 수 있다. 또한, 기존의 염료 및/또는 안료를 포함하는 색 필터가 광원(40)으로부터 나오는 빛의 상당량을 흡수하여 광 효율이 낮은 것과 비교하여 발광체를 포함하는 색 변환층(230)는 흡수에 의한 광의 손실을 크게 줄일 수 있으므로 광 효율을 높일 수 있다. 또한, 발광체 고유의 발광색에 의해 색 순도를 높일 수 있다. 또한, 발광체는 모든 방향으로 산란되는 산란 광을 발광하므로 시야각 특성을 개선할 수 있다.
도 1은 예시적으로, 적색 광을 방출하는 적색 발광체를 포함하는 적색 변환층(230R), 녹색 광을 방출하는 녹색 발광체를 포함하는 녹색 변환층(230G) 및 청색 광을 방출하는 청색 발광체를 포함하는 청색 변환층(230B)을 도시하였으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 적색 변환층(230R)은 예컨대 약 590nm 초과 700nm 이하의 파장 영역의 광을 방출할 수 있고, 녹색 변환층(230G)은 약 510nm 내지 590nm의 파장 영역의 광을 방출할 수 있고, 청색 변환층(230B)은 약 380nm 이상 510nm 미만의 파장 영역의 광을 방출할 수 있다. 일 예로, 발광체는 예컨대 청록색(cyan) 광을 방출하는 발광체, 자주색(magenta) 광을 발광체 및/또는 황색(yellow) 광을 방출하는 발광체일 수 있거나, 이러한 발광체를 추가적으로 더 포함할 수 있다. 일 예로, 광원(40)이 청색 광을 공급할 때 청색 변환층(230B)은 별도의 발광체 없이 광원에서 공급되는 광을 그대로 투과시켜 청색을 표시할 수 있으며, 이때 청색 변환층(230B)은 비어있거나 투명 절연체를 포함할 수 있다.
발광체는 예컨대 형광체 및 양자점 중 적어도 하나일 수 있다.
일 예로, 적색 변환층(230R)은 적색 형광체를 포함할 수 있으며, 예컨대 Y2O2S:Eu, YVO4:Eu,Bi, Y2O2S:Eu,Bi, SrS:Eu, (Ca,Sr)S:Eu, SrY2S4:Eu, CaLa2S4:Ce, (Sr,Ca,Ba)3SiO5:Eu, (Sr,Ca,Ba)2Si5N8:Eu 및 (Ca,Sr)2AlSiN3:Eu 에서 선택된 하나 이상일 수 있다. 일 예로, 녹색 변환층(230G)은 녹색 형광체를 포함할 수 있으며, 예컨대 YBO3:Ce,Tb, BaMgAl10O17:Eu,Mn, (Sr,Ca,Ba)(Al,Ga)2S4:Eu, ZnS:Cu,Al Ca8Mg(SiO4)4Cl2:Eu,Mn, Ba2SiO4:Eu, (Ba,Sr)2SiO4:Eu, Ba2(Mg,Zn)Si2O7:Eu, (Ba,Sr)Al2O4:Eu, Sr2Si3O8.2SrCl2:Eu, (Sr,Ca,Ba,Mg)P2O7N8:Eu,Mn, (Sr,Ca,Ba,Mg)3P2O8:Eu,Mn, Ca3Sc2Si3O12:Ce, CaSc2O4:Ce, b-SiAlON:Eu, Ln2Si3O3N4:Tb 및 (Sr,Ca,Ba)Si2O2N2:Eu 에서 선택된 하나 이상일 수 있다.
일 예로, 색 변환층(230)은 양자점을 포함할 수 있다. 양자점은 넓은 의미의 반도체 나노결정을 의미하며, 예컨대 등방성 반도체 나노결정, 퀀텀 로드 및 퀀텀 플레이트 등 다양한 모양을 가질 수 있다. 여기서 퀀텀 로드는 종횡비가 1보다 큰, 예컨대 종횡비가 약 2 이상, 약 3 이상 또는 약 5 이상인 양자점을 의미할 수 있다. 일 예로, 퀀텀 로드의 종횡비는 약 50 이하, 약 30 이하 또는 약 20 이하일 수 있다. 양자점은 예컨대 약 1nm 내지 약 100nm의 입경(구형이 아닌 경우 가장 긴 부분의 크기)을 가질 수 있고, 예컨대 약 1nm 내지 80nm의 입경을 가질 수 있고, 예컨대 약 1nm 내지 50nm의 입경을 가질 수 있고, 예컨대 약 1nm 내지 20nm의 입경을 가질 수 있다.
양자점은 크기 및/또는 조성을 변화시켜 발광 파장을 조절할 수 있다. 예컨대 양자점은 II족-VI족 화합물, III족-V족 화합물, IV족- VI족 화합물, VI족 화합물 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다. II-VI족 화합물은 예컨대 CdSe, CdTe, ZnS, ZnSe, ZnTe, ZnO, HgS, HgSe, HgTe, MgSe, MgS 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 이원소 화합물; CdSeS, CdSeTe, CdSTe, ZnSeS, ZnSeTe, ZnSTe, HgSeS, HgSeTe, HgSTe, CdZnS, CdZnSe, CdZnTe, CdHgS, CdHgSe, CdHgTe, HgZnS, HgZnSe, HgZnTe, MgZnSe, MgZnS 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 삼원소 화합물; 및 HgZnTeS, CdZnSeS, CdZnSeTe, CdZnSTe, CdHgSeS, CdHgSeTe, CdHgSTe, HgZnSeS, HgZnSeTe, HgZnSTe 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 사원소 화합물로 이루어진 군에서 선택될 수 있다. III-V족 화합물은 GaN, GaP, GaAs, GaSb, AlN, AlP, AlAs, AlSb, InN, InP, InAs, InSb 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 이원소 화합물; GaNP, GaNAs, GaNSb, GaPAs, GaPSb, AlNP, AlNAs, AlNSb, AlPAs, AlPSb, InNP, InNAs, InNSb, InPAs, InPSb, GaAlNP 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 삼원소 화합물; 및 GaAlNAs, GaAlNSb, GaAlPAs, GaAlPSb, GaInNP, GaInNAs, GaInNSb, GaInPAs, GaInPSb, InAlNP, InAlNAs, InAlNSb, InAlPAs, InAlPSb 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 사원소 화합물로 이루어진 군에서 선택될 수 있다. IV-VI족 화합물은 SnS, SnSe, SnTe, PbS, PbSe, PbTe 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 이원소 화합물; SnSeS, SnSeTe, SnSTe, PbSeS, PbSeTe, PbSTe, SnPbS, SnPbSe, SnPbTe 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 삼원소 화합물; 및 SnPbSSe, SnPbSeTe, SnPbSTe 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 사원소 화합물로 이루어진 군에서 선택될 수 있다. IV족 화합물은 Si, Ge 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 단원소 화합물; 및 SiC, SiGe 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 이원소 화합물로 이루어진 군에서 선택될 수 있다.
양자점은 상기 이원소 화합물, 삼원소 화합물 또는 사원소 화합물을 실질적으로 균일한 농도로 포함하거나, 농도 분포가 부분적으로 다른 상태로 나누어져 포함할 수 있다. 양자점은 하나의 양자점을 다른 양자점이 둘러싸는 코어-쉘(core-shell) 구조를 가질 수도 있다. 예컨대 양자점의 코어와 쉘의 계면은 쉘에 존재하는 원소의 농도가 중심으로 갈수록 낮아지는 농도 구배(gradient)를 가질 수 있다. 예컨대 양자점의 쉘을 구성하는 물질 조성이 양자점의 코어를 이루는 물질 조성보다 높은 에너지 밴드갭을 가질 수 있으며, 이에 따라 양자 구속 효과를 가질 수 있다. 양자점은 하나의 양자점 코어와 이를 둘러싸는 다층의 양자점 쉘을 포함하는 구조일 수도 있다. 이때 다층의 쉘 구조는 2층 이상의 쉘 구조를 가지는 것으로 각각의 층은 단일 조성, 합금 또는 농도 구배를 가질 수 있다. 예컨대 다층의 쉘 중, 코어에서 먼 쪽에 위치하는 쉘이 코어에서 가깝게 위치하는 쉘보다 높은 에너지 밴드갭을 가질 수 있으며, 이에 따라 양자 구속 효과를 가질 수 있다.
양자점은 약 10% 이상, 예컨대 약 30% 이상, 약 50% 이상, 약 60% 이상, 약 70% 이상 또는 약 90% 이상의 양자 수율(quantum yield)을 가질 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 양자점은 비교적 좁은 폭의 스펙트럼을 가질 수 있다. 예컨대, 양자점은 약 45nm 이하, 예컨대 약 40nm 이하 또는 약 30nm 이하의 발광파장 스펙트럼의 반치폭을 가질 수 있다.
양자점은 폴리머에 분산되어 있는 양자점-폴리머 복합체의 형태로 색 변환층(230)에 포함될 수 있다. 폴리머는 양자점-폴리머 복합체의 매트릭스(matrix) 역할을 할 수 있으며 양자점을 소광(quenching)하지 않는 물질이면 특별히 한정되지 않는다. 폴리머는 투명 폴리머일 수 있으며, 예컨대 폴리비닐피롤리돈, 폴리스티렌, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리(메틸)아크릴레이트, 폴리메틸메타크릴레이트, 폴리부틸메타크릴레이트(PBMA), 이들의 공중합체 또는 이들의 조합일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 양자점-폴리머 복합체는 1층 또는 다층일 수 있다.
색 변환층(230)의 일면에는 상부 편광층(240)이 형성되어 있다.
상부 편광층(240)은 액정 표시 패널(300) 내부에 위치하는 내부 편광층(in-cell polarizing layer)일 수 있으며 색 변환층(230)의 하부의 전면(whole surface)에 배치되어 있다. 상부 편광층(240)은 색 변환층(230) 하부에 위치하여 색 변환층(230)에 편광된 빛을 공급할 수 있다.
이와 같이 상부 편광층(240)이 색 변환층(230)의 하부에 위치하고 액정 표시 패널(300)의 바깥측에 부착된 별도의 편광층을 구비하지 않음으로써, 색 변환층(230)의 발광체에서 방출된 빛이 액정 표시 패널(300)의 바깥측에 부착된 편광층의 영향을 받지 않아 명암비를 개선할 수 있다. 구체적으로, 색 변환층(230)의 발광체는 편광이 깨진 상태의 산란광(scattered light)을 방출하는데, 만일 색 변환층(230)의 상부, 즉 산란광이 통과하는 위치에 편광층이 위치되는 경우 블랙 휘도가 크게 증가하여 명암비가 낮아질 수 있다. 또한, 색 변환층(230)의 발광체에서 방출된 산란광에 의한 액정 표시 장치의 시야각 개선 효과를 방해받지 않고 그대로 유지할 수 있다.
따라서, 상부 편광층(240)으로서 내부 편광층을 사용함으로써 발광체로부터 방출되는 빛이 액정 표시 패널(300)의 외부에 부착된 편광층의 영향을 받아 색이 변질되거나 영상이 왜곡되는 것을 방지하고 발광체 고유의 발광 특성을 유지함으로써 높은 색 순도를 확보하고 광 손실을 줄일 수 있다. 또한, 내부 편광층은 약 1㎛ 이하의 박막이므로 액정 표시 장치의 두께를 줄일 수 있다.
상부 편광층(240)은 광원(40)으로부터 나와 액정층(3)을 통과한 광을 선편광으로 변환시키는 선형 편광자(linear polarizer)일 수 있다.
일 예로, 상부 편광층(240)은 예컨대 연신된 폴리비닐알코올(polyvinyl alcohol, PVA)로 만들어질 수 있으며, 예컨대 폴리비닐알코올 필름을 연신하고 여기에 요오드 또는 이색성 염료를 흡착시킨 후 붕산 처리 및 세정 등의 방법으로 형성될 수 있다.
일 예로, 상부 편광층(240)은 예컨대 고분자와 이색성 염료를 용융혼합(melt blend)하여 준비된 편광 필름일 수 있으며, 예컨대 고분자와 이색성 염료를 혼합하고 상기 고분자의 용융점 이상의 온도에서 용융하여 시트로 제작하는 방법으로 형성될 수 있다. 상기 고분자는 소수성 고분자일 수 있으며 예컨대 폴리올레핀일 수 있다.
일 예로, 상부 편광층(240)은 와이어 그리드 편광자(wire grid polarizer)일 수 있다. 와이어 그리드 편광자는 복수의 금속 와이어가 일 방향으로 배열되어 있는 구조로, 입사광이 와이어 그리드 편광자를 통과하면 금속 와이어에 평행한 성분은 흡수 또는 반사되고 수직인 성분만 투과되어 선편광을 이룰 수 있다. 이때 빛의 파장이 금속 와이어 사이의 간격보다 큰 경우에 효율적인 선편광을 이룰 수 있다. 와이어 그리드 편광자는 내부 편광층으로 적용하기에 적합할 수 있고 얇은 두께로 인해 액정 표시 장치(500)의 박형화를 구현하는데 유리할 수 있다
상부 편광층(240)의 일면에는 상부 위상차층(250)이 형성되어 있다.
상부 위상차층(250)은 액정 표시 패널(300) 내부에 위치하는 내부 위상차층(in-cell phase difference layer)일 수 있다.
상부 위상차층(250)은 하부 표시판(100)의 바깥 측에 구비된 하부 위상차층(450)과 조합하여 위상차를 조절함으로써 블랙 모드에서 색 변환층(230)에 도달하기 전의 측면에서의 빛샘을 줄이거나 방지할 수 있고 이에 따라 블랙 모드에서 색 변환층(230)의 불필요한 발광을 줄임으로써 블랙 휘도를 감소시켜 명암비를 개선할 수 있다.
상부 위상차층(250)은 내열성 고분자, 내열성 액정 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다. 내열성 고분자는 예컨대 약 150℃ 이상의 유리전이온도(Tg)를 가지는 고분자에서 선택될 수 있으며, 예컨대 폴리이미드, 폴리아믹산, 폴리카보네이트, 폴리아마이드, 사이클로올레핀 또는 이들의 조합일 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다. 예컨대 내열성 고분자는 약 180℃ 이상의 유리전이온도(Tg)를 가질 수 있으며, 예컨대 내열성 고분자는 약 200℃ 이상의 유리전이온도(Tg)를 가질 수 있으며, 예컨대 약 220℃ 이상의 유리전이온도(Tg)를 가질 수 있으며, 예컨대 약 230℃ 이상의 유리전이온도(Tg)를 가질 수 있다.
일 예로, 상부 위상차층(250)은 양 또는 음의 복굴절률을 가지는 액정으로 만들어진 액정층을 포함할 수 있으며 액정층의 일면에 배향막을 더 포함할 수 있다.
일 예로, 상부 위상차층(250)은 내열성 고분자로 만들어진 필름을 일축 또는 이축 연신하여 소정의 위상차를 부여할 수 있다.
일 예로, 상부 위상차층(250)은 내열성 고분자 또는 내열성 액정을 용액으로 준비하여 코팅 및 건조하고 건조 단계에서 내열성 고분자 또는 내열성 액정의 선배향 또는 면배향을 유도함으로써 소정의 위상차를 부여할 수 있다.
상부 위상차층(250)의 일면에는 공통 전극(270)이 형성되어 있다. 공통 전극(270)은 예컨대 ITO 또는 IZO 따위의 투명한 도전체로 만들어질 수 있으며, 상부 위상차층(250)의 전면에 형성될 수 있다. 공통 전극(270)은 소정의 패턴을 가질 수 있다.
공통 전극(270)의 일면에는 배향막(21)이 도포되어 있다.
하부 표시판(100)과 상부 표시판(200) 사이에는 복수의 액정(30)을 포함하는 액정층(3)이 개재되어 있다. 액정층(3)은 양 또는 음의 유전율 이방성을 가질 수 있다. 일 예로, 액정층(3)은 음의 유전율 이방성을 가질 수 있다. 일 예로, 액정층(3)의 액정(30)은 화소 전극(191)과 공통 전극(270) 사이에 전기장 무인가시 기판(110, 210)의 표면에 대하여 실질적으로 수직 방향으로 정렬되어 있을 수 있다. 이에 따라 액정 표시 장치(500)는 수직 배향 액정 표시 장치(vertical alignment LCD)를 구현할 수 있다.
액정층(3)은 면내 위상차(Rin,cell)와 두께 방향 위상차(Rth,cell)를 가질 수 있으며, 면내 위상차(Rin,cell)는 액정층(3)의 면내 방향으로 발생하는 위상차이고 두께 방향 위상차(Rth,cell)는 액정층(3)의 두께 방향으로 발생하는 위상차이다.
액정층(3)의 면내 위상차(Rin,cell) 및 두께 방향 위상차(Rth,cell)는 각각 Rin,cell=(nx,cell-ny,cell)dcell 및 Rth,cell={[(nx,cell +ny,cell)/2]-nz,cell}dcell로 표현될 수 있다. 여기서 nx,cell은 액정층(3)의 면내 굴절률이 가장 큰 방향(이하, 지상축(slow axis)이라 한다)에서의 굴절률이고, ny,cell은 액정층(3)의 면내 굴절률이 가장 작은 방향(이하, 진상축(fast axis)에서의 굴절률이고, nz,cell은 액정층(3)의 지상축 및 진상축에 대한 수직 방향의 굴절률이고, dcell은 액정층(30)의 두께, 즉 셀 갭(cell gap)이다. 액정층(3)은 nx,cell, ny,cell, nz,cell 및/또는 두께(dcell)를 변화하여 소정 범위의 면내 위상차(Rin,cell) 및 두께 방향 위상차(Rth,cell)를 가지도록 조절할 수 있다.
하부 편광층(440)은 하부 표시판(100)의 바깥에 부착되어 있다. 하부 편광층(440)은 선형 편광자일 수 있으며, 광원(40)으로부터 공급되는 광을 편광시켜 액정층(3)에 편광된 광을 공급할 수 있다.
일 예로, 하부 편광층(440)은 예컨대 연신된 폴리비닐알코올(PVA)로 만들어질 수 있으며, 예컨대 폴리비닐알코올 필름을 연신하고 여기에 요오드 또는 이색성 염료를 흡착시킨 후 붕산 처리 및 세정 등의 방법으로 형성될 수 있다.
일 예로, 하부 편광층(440)은 예컨대 고분자와 이색성 염료를 용융혼합하여 준비된 편광 필름일 수 있으며, 예컨대 고분자와 이색성 염료를 혼합하고 상기 고분자의 용융점 이상의 온도에서 용융하여 시트로 제작하는 방법으로 형성될 수 있다. 상기 고분자는 소수성 고분자일 수 있으며 예컨대 폴리올레핀일 수 있다.
일 예로, 하부 편광층(440)은 와이어 그리드 편광자일 수 있다. 와이어 그리드 편광자는 상부 편광층(240)과 조합되어 액정 표시 장치(500)의 박형화를 구현하는데 유리할 수 있다.
하부 위상차층(450)은 하부 표시판(100)의 바깥에 부착되어 있으며 하부 표시판(100)과 하부 편광층(440) 사이에 배치되어 있다.
전술한 바와 같이, 상부 위상차층(250)은 하부 위상차층(450)과 조합하여 위상차를 조절함으로써 색 변환층(230)에 도달하기 전의 측면에서의 빛샘을 줄이거나 방지할 수 있고 이에 따라 블랙 모드에서 색 변환층(230)의 불필요한 발광을 줄임으로써 블랙 휘도를 감소시켜 명암비를 개선할 수 있다.
상부 위상차층(250)과 하부 위상차층(450)의 조합은 빛샘을 줄이고 명암비를 높이도록 구현될 수 있다.
일 예로, 상부 위상차층(250)은 예컨대 nx1 ≥ ny1 > nz1 의 굴절률을 만족할 수 있고, 하부 위상차층(450)은 예컨대 nx2 > ny2 및 nx2 > nz2의 굴절률을 만족할 수 있다.
여기서 nx1은 상부 위상차층(250)의 지상축에서의 굴절률이고, ny1은 상부 위상차층(250)의 진상축에서의 굴절률이고, nz1은 상부 위상차층(250)의 지상축 및 진상축에 대한 수직 방향의 굴절률이고, nx2은 하부 위상차층(450)의 지상축에서의 굴절률이고, ny2은 하부 위상차층(450)의 진상축에서의 굴절률이고, nz2은 하부 위상차층(450)의 지상축 및 진상축에 대한 수직 방향의 굴절률이다.
상기 굴절률을 만족하는 상부 위상차층(250)과 하부 위상차층(450)을 조합함으로써 시야각 의존성을 줄이는 보상 기능을 효과적으로 수행할 수 있다.
일 예로, 상부 위상차층(250)은 nx1 = ny1 > nz1을 만족할 수 있다.
여기서, nx1와 ny1는 완전히 동일한 경우 외에 실질적으로 동일한 경우도 포함되며, 예컨대 nx1와 ny1의 굴절률 차이가 약 0.02 이하, 상기 범위 내에서 예컨대 약 0.01 이하인 경우 실질적으로 동일한 경우로 볼 수 있다.
일 예로, 하부 위상차층(450)은 nx2 > ny2 = nz2을 만족할 수 있다.
여기서, ny2와 nz2는 완전히 동일한 경우 외에 실질적으로 동일한 경우도 포함되며, 예컨대 ny2와 nz2의 굴절률 차이가 약 0.02 이하, 상기 범위 내에서 예컨대 약 0.01 이하인 경우 실질적으로 동일한 경우로 볼 수 있다.
위상차층의 위상차는 면내 위상차(Rin)와 두께 방향 위상차(Rth)로 나타낼 수 있다. 면내 위상차(Rin)는 위상차층의 면내 방향으로 발생하는 위상차이고 두께 방향 위상차(Rth)는 위상차층의 두께 방향으로 발생하는 위상차이다.
상부 위상차층(250)의 면내 위상차(Rin1) 및 두께 방향 위상차(Rth1)는 각각 Rin1=(nx1-ny1)d1 및 Rth1={[(nx1 +ny1)/2]-nz1}d1으로 표현될 수 있고, 하부 위상차층(450)의 면내 위상차(Rin2) 및 두께 방향 위상차(Rth2)는 각각 Rin2=(nx2-ny2)d2 및 Rth2={[(nx2+ny2)/2]-nz2}d2로 표현될 수 있다. 여기서 d1 및 d2는 각각 상부 위상차층(250) 및 하부 위상차층(450)의 두께이다.
상부 위상차층(250)은 nx1, ny1, nz1 및/또는 두께(d1)를 변화하여 소정 범위의 면내 위상차(Rin1) 및 두께 방향 위상차(Rth1)를 가지도록 설계될 수 있고, 하부 위상차층(450)은 nx2, ny2, nz2 및/또는 두께(d2)를 변화하여 소정 범위의 면내 위상차 및 두께 방향 위상차를 가지도록 설계될 수 있다.
본 발명자는 상부 위상차층(250)의 두께 방향 위상차(Rth1), 상부 위상차층(250)의 평균 굴절률(navg) 및 액정층(3)의 두께 방향 위상차(Rth,cell) 사이에 소정 관계식을 만족하고, 이러한 상부 위상차층(250)과 전술한 하부 위상차층(450)이 효과적으로 조합되는 경우, 측면에서의 빛샘을 효과적으로 줄여 블랙 모드에서 블랙 휘도를 감소시킬 수 있음을 확인하였다.
일 예로, 상부 위상차층(250)의 두께 방향 위상차(Rth1)는 상부 위상차층(250)의 평균 굴절률과 액정층(3)의 두께 방향 위상차 사이에 하기 관계식 1을 만족할 수 있다.
[관계식 1]
Figure pat00003
상기 관계식 1에서,
Rth1은 450nm 파장에서 상부 위상차층의 두께 방향 위상차이고,
Rth,cell 은 450nm 파장에서 액정층의 두께 방향 위상차이고,
navg는 상부 위상차층의 평균 굴절률이다.
상부 위상차층(250)은 상기 관계식 1을 만족하는 두께 방향 위상차(Rth1)를 가지도록 광학 설계됨으로써 블랙 모드에서 측면에서의 빛 누설이 제어되어 모든 방향에서의 블랙 휘도가 일정 수준 이하로 낮게 유지될 수 있다. 이에 따라 시야각 의존성을 줄이는 보상 기능을 더욱 효과적으로 수행할 수 있다.
상기 관계식 1에서, 상부 위상차층의 평균 굴절률은 nx1, ny1 및 nz1의 평균값일 수 있고, navg = (nx1 + ny1 + nz1)/3으로 계산될 수 있다.
일 예로, 상부 위상차층(250)의 평균 굴절률은 약 1.4 내지 2.0일 수 있다. 일 예로, 상부 위상차층(250)의 평균 굴절률은 상기 범위 내에서 약 1.4 내지 1.7일 수 있다.
일 예로, 액정층(3)의 두께 방향 위상차(Rth,cell)는 -360nm ≤ Rth,cell ≤ -250nm를 만족할 수 있다.
여기서는 450nm 기준으로 위상차가 기재되었으나 광원의 발광 파장이 변경되는 경우 기준 파장이 변경될 수 있으며 이 경우 위상차도 변경될 수 있다. 예컨대 위상차와 기준 파장은 0.25 x λBL (nm) ≤ Rth(λBL) ≤ 0.70 x λBL (nm) (λBL (nm)은 광원의 최대 발광 파장이다)의 관계로 설정될 수 있고, 예컨대 0.30 x λBL (nm) ≤ Rth(λBL) ≤ 0.70 x λBL (nm)의 관계로 설정될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
일 예로, 상부 위상차층(250)의 두께 방향 위상차(Rth1)는 상부 위상차층(250)의 평균 굴절률과 액정층(3)의 두께 방향 위상차 사이에 하기 관계식 1-1을 만족할 수 있다.
[관계식 1-1]
Figure pat00004
일 예로, 상부 위상차층(250)의 두께 방향 위상차(Rth1)는 상부 위상차층(250)의 평균 굴절률과 액정층(3)의 두께 방향 위상차 사이에 하기 관계식 1-2를 만족할 수 있다.
[관계식 1-2]
Figure pat00005
하부 위상차층(450)은 예컨대 하기 관계식 2의 면내 위상차를 만족할 수 있다.
[관계식 2]
80 nm ≤ Rin2 ≤ 170 nm
상기 관계식 2에서,
Rin2는 450nm 파장에서 하부 위상차층의 면내 위상차이다.
하부 위상차층(450)은 상기 관계식 2를 만족하는 면내 위상차(Rin2)를 가지도록 광학 설계됨으로써 상부 위상차층(250)과 조합하여 시야각 의존성을 줄이는 보상 기능을 더욱 효과적으로 수행할 수 있다.
하부 위상차층(450)은 상기 범위 내에서 예컨대 하기 관계식 2a의 면내 위상차를 만족할 수 있다.
[관계식 2a]
90 nm ≤ Rin2 ≤ 150 nm
하부 위상차층(450)은 상기 범위 내에서 예컨대 하기 관계식 2b의 면내 위상차를 만족할 수 있다.
[관계식 2b]
100 nm ≤ Rin2 ≤ 140 nm
본 구현예에 따른 액정 표시 장치는 발광체를 포함한 색 변환층을 사용하여 색을 표시함으로써 광 효율을 높이고 색 특성을 개선할 수 있다. 또한, 상부 편광층 및 상부 위상차층을 액정 표시 패널(300) 내부에 도입하고 상부 기판의 바깥측에 편광판 및 위상차 필름을 생략함으로써 상부 기판의 바깥측에 배치된 편광판 및 위상차 필름에 의해 광 특성 및 색 특성이 변질되는 것을 방지할 수 있고 발광체를 포함한 색 변환층에 의한 광 특성 및 시야각 특성을 그대로 확보할 수 있어 표시 특성을 개선할 수 있다. 또한, 상부 편광층 및 상부 위상차층을 얇은 두께로 구현함으로써 박형 액정 표시 장치를 구현할 수 있다. 또한, 상부 위상차층과 하부 위상차층의 조합에 의해 시야각 의존성을 줄이는 보상 기능을 효과적으로 수행할 수 있다.
이하 실시예를 통하여 상술한 구현예를 보다 상세하게 설명한다. 다만, 하기의 실시예는 단지 설명의 목적을 위한 것이며 권리범위를 제한하는 것은 아니다.
광학 시뮬레이션
하기와 같은 액정 표시 장치의 구조를 설정하고 광학 시뮬레이션을 수행한다.
광학 시뮬레이션은 Techwiz program (㈜ 사나이 시스템)을 이용하여 수행하며, 450nm 파장의 광에 대하여 0도 내지 360도의 방위각 및 0도 내지 90도의 경사각에서의 블랙 휘도의 분포를 계산한 후 그 평균값으로 비교한다.
실시예 1 내지 154
관찰자 측으로부터, 상부 기판 (유리); 상부 편광층; 상부 위상차층; 수직 배향 액정층; 하부 기판 (유리); 하부 위상차층; 하부 편광층; 청색 광원의 순서로 배치된 액정 표시 장치를 설정하고 광학 시뮬레이션을 실시한다.
각 층의 공통 입력 변수는 아래와 같다.
- 상부 및 하부 기판(유리)의 굴절률: 1.5,
- 상부 및 하부 기판(유리)의 두께: 500㎛,
- 상부 및 하부 편광층의 투과도: 42.45%,
- 상부 및 하부 편광층의 편광도: 99.99%,
- 청색 광원: 450nm 단파장 광원,
하기 광학 조건을 만족하는 다양한 범위 내에서 광학 시뮬레이션을 실시한다.
- 수직 배향 액정층: Rth,cell = -360nm 내지 -250nm,
- 상부 위상차층: nx1 = ny1 > nz1, Δn=0.022 내지 0.052, navg=1.4 ~ 1.7, 전술한 관계식 1 만족 범위 내의 Rth1
- 하부 위상차층: nx2 > ny2 = nz2, Rin2 = 80 ~ 170nm,
비교예 1 내지 5
상부 위상차층 및 하부 위상차층을 포함하지 않은 것을 제외하고 실시예 1과 동일한 액정 표시 장치를 설정하고 광학 시뮬레이션을 실시한다.
비교예 6 내지 10
상부 위상차층을 포함하지 않고, 하부 위상차층의 광학 조건을 하기와 같이 변경한 것을 제외하고 실시예 1과 동일한 액정 표시 장치를 설정하고 광학 시뮬레이션을 실시한다.
- 하부 위상차층: nx2 > ny2 = nz2, Rin2 = 120nm, Rth2 = 60m
비교예 11 내지 13
상부 위상차층을 포함하지 않고, 하부 위상차층의 광학 조건을 하기와 같이 변경한 것을 제외하고 실시예 1과 동일한 액정 표시 장치를 설정하고 광학 시뮬레이션을 실시한다.
- 하부 위상차층: nx2 ≠ ny2 > nz2, Rin2 = 65nm, Rth2 = 250nm
비교예 14 내지 33
상부 위상차층과 하부 위상차층을 포함하되, 광학 조건을 하기와 같이 변경한 것을 제외하고 실시예 1과 동일한 액정 표시 장치를 설정하고 광학 시뮬레이션을 실시한다.
- 수직 배향 액정층: Rth,cell = -360nm 내지 -250nm,
- 상부 위상차층: nx1 = ny1 > nz1, Δn=0.022 내지 0.052, navg=1.4 ~ 1.7, 전술한 관계식 1을 만족하지 못하는 Rth1
- 하부 위상차층: nx2 > ny2 = nz2, Rin2 = 110nm ~ 190nm,
평가 1
실시예와 비교예에 따른 액정 표시 장치의 광학 시뮬레이션에 따른 평균 블랙 휘도 값을 평가한다.
평균 블랙 휘도 값은 450nm 파장의 광에 대하여 0도 내지 360도의 방위각 및 0도 내지 90도의 경사각에서의 블랙 휘도의 평균값으로 구할 수 있다. 평균 블랙 휘도 값이 낮을수록 빛의 누설이 억제되어 액정 표시 장치의 명암비가 높다고 예상할 수 있다.
그 결과는 표 1과 같다.
액정층 상부 위상차층 하부 위상차층
Rth,cell
(nm)		 Δn navg Rth1(nm) Rin2(nm) 평균 블랙휘도 (cd/㎡)
실시예 1 -295 0.052 1.40 160 120 0.36
실시예 2 -295 0.052 1.40 170 130 0.77
실시예 3 -295 0.052 1.40 150 130 0.69
실시예 4 -295 0.052 1.40 150 110 0.69
실시예 5 -295 0.052 1.40 150 120 0.51
실시예 6 -295 0.052 1.40 140 120 1.17
실시예 7 -295 0.052 1.50 190 120 0.32
실시예 8 -295 0.052 1.50 180 110 0.66
실시예 9 -295 0.052 1.50 200 130 0.57
실시예 10 -295 0.052 1.50 180 130 0.70
실시예 11 -295 0.052 1.50 200 120 0.49
실시예 12 -295 0.052 1.50 210 120 1.03
실시예 13 -295 0.052 1.50 170 120 1.07
실시예 14 -295 0.052 1.60 220 120 0.34
실시예 15 -295 0.052 1.60 240 130 0.71
실시예 16 -295 0.052 1.60 240 120 0.64
실시예 17 -295 0.052 1.60 230 110 0.50
실시예 18 -295 0.052 1.60 230 100 0.96
실시예 19 -295 0.052 1.60 210 110 0.75
실시예 20 -295 0.052 1.60 210 120 0.59
실시예 21 -295 0.052 1.60 200 120 1.09
실시예 22 -295 0.052 1.70 260 120 0.33
실시예 23 -295 0.052 1.70 250 110 0.62
실시예 24 -295 0.052 1.70 270 130 0.51
실시예 25 -295 0.052 1.70 280 120 0.71
실시예 26 -295 0.052 1.70 240 120 0.75
실시예 27 -295 0.052 1.70 290 120 1.20
실시예 28 -295 0.052 1.70 230 120 1.24
실시예 29 -295 0.040 1.40 160 120 0.36
실시예 30 -295 0.040 1.40 160 110 0.53
실시예 31 -295 0.040 1.40 170 130 0.70
실시예 32 -295 0.040 1.40 150 110 0.76
실시예 33 -295 0.040 1.40 150 120 0.58
실시예 34 -295 0.040 1.40 170 110 0.82
실시예 35 -295 0.040 1.40 150 130 0.73
실시예 36 -295 0.040 1.50 190 120 0.32
실시예 37 -295 0.040 1.50 200 130 0.55
실시예 38 -295 0.040 1.50 200 120 0.45
실시예 39 -295 0.040 1.50 180 110 0.70
실시예 40 -295 0.040 1.60 230 120 0.34
실시예 41 -295 0.040 1.60 220 110 0.51
실시예 42 -295 0.040 1.60 220 120 0.36
실시예 43 -295 0.040 1.60 240 130 0.66
실시예 44 -295 0.040 1.70 260 120 0.34
실시예 45 -295 0.040 1.70 270 130 0.50
실시예 46 -295 0.040 1.70 250 130 0.60
실시예 47 -295 0.040 1.70 270 110 0.57
실시예 48 -295 0.040 1.70 270 120 0.40
실시예 49 -295 0.022 1.40 160 120 0.36
실시예 50 -295 0.022 1.40 170 130 0.58
실시예 51 -295 0.022 1.40 150 130 0.82
실시예 52 -295 0.022 1.40 170 110 0.73
실시예 53 -295 0.022 1.50 190 120 0.34
실시예 54 -295 0.022 1.50 200 130 0.49
실시예 55 -295 0.022 1.50 180 110 0.79
실시예 56 -295 0.022 1.60 230 120 0.32
실시예 57 -295 0.022 1.60 240 130 0.58
실시예 58 -295 0.022 1.60 210 120 0.73
실시예 59 -295 0.022 1.60 220 120 0.39
실시예 60 -295 0.022 1.60 250 120 0.94
실시예 61 -295 0.022 1.60 220 110 0.55
실시예 62 -295 0.022 1.70 260 120 0.34
실시예 63 -295 0.022 1.70 270 130 0.46
실시예 64 -295 0.022 1.70 250 130 0.68
실시예 65 -295 0.022 1.70 270 110 0.52
실시예 66 -295 0.022 1.70 280 120 0.57
실시예 67 -295 0.022 1.70 240 120 0.87
실시예 68 -295 0.022 1.70 290 120 0.98
실시예 69 -275 0.052 1.40 140 120 0.38
실시예 70 -275 0.052 1.40 150 130 0.53
실시예 71 -275 0.052 1.40 130 130 1.02
실시예 72 -275 0.052 1.40 140 130 0.52
실시예 73 -275 0.052 1.40 140 110 0.63
실시예 74 -275 0.052 1.40 150 120 0.45
실시예 75 -275 0.052 1.50 170 120 0.33
실시예 76 -275 0.052 1.50 180 130 0.51
실시예 77 -275 0.052 1.50 160 110 0.77
실시예 78 -275 0.052 1.50 180 120 0.40
실시예 79 -275 0.052 1.50 190 120 0.84
실시예 80 -275 0.052 1.60 200 120 0.33
실시예 81 -275 0.052 1.60 210 110 0.51
실시예 82 -275 0.052 1.60 190 130 0.75
실시예 83 -275 0.052 1.60 210 140 0.79
실시예 84 -275 0.052 1.70 240 120 0.34
실시예 85 -275 0.052 1.70 220 110 0.73
실시예 86 -275 0.052 1.70 250 130 0.59
실시예 87 -275 0.052 1.70 230 130 0.51
실시예 88 -275 0.052 1.70 260 130 0.95
실시예 89 -275 0.052 1.70 230 110 0.55
실시예 90 -275 0.052 1.70 210 120 0.97
실시예 91 -315 0.052 1.40 170 120 0.37
실시예 92 -315 0.052 1.40 180 130 0.59
실시예 93 -315 0.052 1.40 160 110 0.92
실시예 94 -315 0.052 1.40 180 120 0.51
실시예 95 -315 0.052 1.50 210 120 0.33
실시예 96 -315 0.052 1.50 200 110 0.57
실시예 97 -315 0.052 1.50 220 130 0.68
실시예 98 -315 0.052 1.50 200 120 0.41
실시예 99 -315 0.052 1.50 190 120 0.87
실시예 100 -315 0.052 1.60 240 120 0.36
실시예 101 -315 0.052 1.60 250 120 0.37
실시예 102 -315 0.052 1.60 250 110 0.53
실시예 103 -315 0.052 1.60 260 110 0.84
실시예 104 -315 0.052 1.60 260 130 0.70
실시예 105 -315 0.052 1.60 230 120 0.63
실시예 106 -315 0.052 1.60 230 110 0.77
실시예 107 -315 0.052 1.60 220 120 1.14
실시예 108 -315 0.052 1.60 270 120 1.17
실시예 109 -315 0.052 1.60 240 100 0.97
실시예 110 -315 0.052 1.60 250 100 0.98
실시예 111 -315 0.052 1.60 250 140 0.81
실시예 112 -315 0.052 1.60 260 140 0.97
실시예 113 -315 0.052 1.70 280 120 0.37
실시예 114 -315 0.052 1.70 300 130 0.66
실시예 115 -315 0.052 1.70 260 110 1.04
실시예 116 -315 0.052 1.70 260 120 0.91
실시예 117 -315 0.052 1.70 290 120 0.39
실시예 118 -315 0.052 1.70 310 120 1.02
실시예 119 -255 0.052 1.40 130 120 0.34
실시예 120 -255 0.052 1.40 120 130 0.79
실시예 121 -255 0.052 1.40 140 130 0.68
실시예 122 -255 0.052 1.40 120 120 0.62
실시예 123 -255 0.052 1.40 140 110 0.81
실시예 124 -255 0.052 1.50 160 120 0.34
실시예 125 -255 0.052 1.50 150 110 0.52
실시예 126 -255 0.052 1.50 150 120 0.37
실시예 127 -255 0.052 1.50 150 130 0.53
실시예 128 -255 0.052 1.50 170 130 0.75
실시예 129 -255 0.052 1.60 180 120 0.32
실시예 130 -255 0.052 1.60 190 130 0.47
실시예 131 -255 0.052 1.60 170 110 0.70
실시예 132 -255 0.052 1.70 210 120 0.31
실시예 133 -255 0.052 1.70 220 130 0.47
실시예 134 -255 0.052 1.70 200 110 0.63
실시예 135 -255 0.052 1.70 220 120 0.37
실시예 136 -255 0.052 1.70 200 130 0.63
실시예 137 -335 0.052 1.40 190 120 0.39
실시예 138 -335 0.052 1.40 180 110 0.65
실시예 139 -335 0.052 1.40 180 120 0.47
실시예 140 -335 0.052 1.40 200 130 0.87
실시예 141 -335 0.052 1.40 180 130 0.64
실시예 142 -335 0.052 1.50 220 120 0.36
실시예 143 -335 0.052 1.50 230 130 0.47
실시예 144 -335 0.052 1.50 210 110 0.84
실시예 145 -335 0.052 1.60 260 120 0.34
실시예 146 -335 0.052 1.60 250 110 0.73
실시예 147 -335 0.052 1.60 270 130 0.46
실시예 148 -335 0.052 1.70 310 120 0.37
실시예 149 -335 0.052 1.70 300 110 0.59
실시예 150 -335 0.052 1.70 320 130 0.57
실시예 151 -335 0.052 1.70 320 110 0.55
실시예 152 -335 0.052 1.70 330 120 0.90
실시예 153 -335 0.052 1.70 280 120 1.03
실시예 154 -335 0.052 1.70 290 120 0.63
비교예 1 -255 - - - - 82.10
비교예 2 -275 - - - - 91.56
비교예 3 -295 - - - - 101.39
비교예 4 -315 - - - - 111.42
비교예 5 -335 - - - - 121.37
비교예 6 -255 - - - 120 40.73
비교예 7 -275 - - - 120 49.17
비교예 8 -295 - - - 120 58.26
비교예 9 -315 - - - 120 67.72
비교예 10 -335 - - - 120 77.30
비교예 11 -295 - - - 65 3.26
비교예 12 -315 - - - 65 4.22
비교예 13 -335 - - - 65 6.95
비교예 14 -295 0.052 1.60 140 120 9.32
비교예 15 -295 0.052 1.60 140 170 16.25
비교예 16 -275 0.052 1.60 140 170 11.71
비교예 17 -275 0.052 1.60 300 130 12.03
비교예 18 -275 0.052 1.60 280 110 8.04
비교예 19 -315 0.052 1.60 140 150 16.90
비교예 20 -315 0.052 1.60 160 170 16.31
비교예 21 -315 0.052 1.60 160 130 9.72
비교예 22 -275 0.052 1.40 80 90 18.46
비교예 23 -275 0.052 1.40 100 150 11.70
비교예 24 -315 0.052 1.40 120 150 9.97
비교예 25 -275 0.052 1.50 120 150 7.90
비교예 26 -295 0.052 1.50 260 120 9.22
비교예 27 -315 0.052 1.50 140 130 8.84
비교예 28 -275 0.052 1.70 120 110 13.32
비교예 29 -275 0.052 1.70 120 130 13.44
비교예 31 -275 0.052 1.70 360 110 15.11
비교예 32 -295 0.052 1.60 300 110 8.11
비교예 33 -315 0.052 1.60 140 110 14.37
표 1을 참고하면, 실시예에 따른 액정 표시 장치는 비교예에 따른 액정 표시 장치와 비교하여 평균 블랙 휘도가 낮은 것을 확인할 수 있다. 이로부터 상부 위상차층의 위상차가 상부 위상차층의 평균 굴절률과 액정층의 두께 방향 위상차 사이에 소정의 관계식을 만족하도록 설정되고 하부 위상차층의 위상차가 소정 범위를 만족함으로써 측면에서 빛의 누설을 줄여 보상 기능을 효과적으로 수행할 수 있음을 확인할 수 있다. 또한, 이러한 결과에 따라 실시예에 따른 액정 표시 장치는 비교예에 따른 액정 표시 장치와 비교하여 액정 표시 장치의 명암비가 개선될 것으로 예상될 수 있다.
평가 2
실시예와 비교예에 따른 액정 표시 장치의 450nm 파장의 광에 대하여 0도 내지 360도의 방위각 및 0도 내지 90도의 경사각에서의 블랙 휘도의 분포를 평가한다.
도 2 내지 도 6은 각각 실시예 1, 9, 14, 17 및 25에 따른 액정 표시 장치의 블랙 휘도의 분포를 보여주는 다이아그램이고, 도 7 내지 도 11은 각각 비교예 2, 11, 13, 15 및 17에 따른 액정 표시 장치의 블랙 휘도의 분포를 보여주는 다이아그램이다.
모든 방위각 및 경사각에서의 블랙 휘도의 합은 블랙 모드에서 색 변환층 에 도달하는 광량에 비례하다고 볼 수 있으며, 블랙 휘도의 합이 적을수록 블랙 모드에서 색 변환층에 의해 발광되는 광량이 줄어들어 블랙 휘도가 낮아진다고 볼 수 있다. 따라서, 블랙 휘도가 낮을수록 액정 표시 장치의 명암비가 높아질 것으로 예상할 수 있다.
도 2 내지 도 11를 참고하면, 실시예에 따른 액정 표시 장치는 비교예에 따른 액정 표시 장치와 비교하여 모든 방위각 및 경사각에서 블랙 휘도가 낮게 유지되는 것을 확인할 수 있으며 이에 따라 액정 표시 장치의 명암비가 높을 것으로 예상할 수 있다.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예들에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구 범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.
3: 액정층 30: 액정
40: 광원 100: 하부 표시판
110: 하부 기판 180: 보호막
185: 접촉 구멍 191: 화소 전극
200: 상부 표시판 210: 상부 기판
220: 차광 부재 230: 색 변환층
240: 상부 편광층 250: 상부 위상차층
270: 공통 전극 11, 21: 배향막

Claims (20)

  1. 광원,
    상기 광원의 상부에 위치하고 서로 마주하는 하부 기판과 상부 기판,
    상기 하부 기판과 상기 상부 기판 사이에 위치하는 액정층,
    상기 상부 기판과 상기 액정층 사이에 위치하는 상부 편광층,
    상기 액정층과 상기 상부 편광층 사이에 위치하고 nx1 ≥ ny1 > nz1 의 굴절률을 만족하는 상부 위상차층 (여기서 nx1은 상부 위상차층의 지상축에서의 굴절률이고, ny1은 상부 위상차층의 진상축에서의 굴절률이고, nz1은 상부 위상차층의 지상축 및 진상축에 대한 수직 방향의 굴절률이다),
    상기 광원과 상기 하부 기판 사이에 위치하는 하부 편광층,
    상기 광원과 상기 하부 기판 사이에 위치하고 nx2 > ny2 및 nx2 > nz2 의 굴절률을 만족하는 하부 위상차층 (여기서 nx2은 하부 위상차층의 지상축에서의 굴절률이고, ny2은 하부 위상차층의 진상축에서의 굴절률이고, nz2은 하부 위상차층의 지상축 및 진상축에 대한 수직 방향의 굴절률이다),
    을 포함하고,
    상기 상부 위상차층의 두께 방향 위상차는 상기 상부 위상차층의 평균 굴절률과 상기 액정층의 두께 방향 위상차 사이에 하기 관계식 1을 만족하는 액정 표시 장치:
    [관계식 1]
    Figure pat00006

    상기 관계식 1에서,
    Rth1은 450nm 파장에서 상부 위상차층의 두께 방향 위상차이고,
    Rth,cell 은 450nm 파장에서 액정층의 두께 방향 위상차이고,
    navg는 상부 위상차층의 평균 굴절률이다.
  2. 제1항에서,
    상기 상부 위상차층은 nx1 = ny1 > nz1을 만족하는 액정 표시 장치.
  3. 제1항에서,
    상기 하부 위상차층은 nx2 > ny2 = nz2을 만족하는 액정 표시 장치.
  4. 제1항에서,
    상기 하부 위상차층은 하기 관계식 2의 면내 위상차를 만족하는 액정 표시 장치:
    [관계식 2]
    80 nm ≤ Rin2 ≤ 170 nm
    상기 관계식 2에서,
    Rin2는 450nm 파장에서 하부 위상차층의 면내 위상차이다.
  5. 제1항에서,
    상기 상부 위상차층은 내열성 고분자, 내열성 액정 또는 이들의 조합을 포함하는 액정 표시 장치.
  6. 제5항에서,
    상기 내열성 고분자 및 상기 내열성 액정은 150℃ 이상의 유리전이온도를 가지는 액정 표시 장치.
  7. 제1항에서,
    상기 액정층은 음의 유전율 이방성을 가지는 액정 표시 장치.
  8. 제1항에서,
    상기 액정층의 두께 방향 위상차는 -360nm ≤ Rth,cell ≤ -250nm를 만족하는 액정 표시 장치.
  9. 제1항에서,
    상기 상부 위상차층의 평균 굴절률(navg)은 nx1, ny1 및 nz1의 평균값이고 1.4 내지 2.0인 액정 표시 장치.
  10. 제1항에서,
    상기 액정 표시 장치는 상기 액정층의 상부에 위치하는 색 변환층을 더 포함하고,
    상기 색 변환층은 상기 광원으로부터 제1 가시광을 공급받아 제2 가시광을 방출하는 발광체를 포함하는 액정 표시 장치.
  11. 제10항에서,
    상기 발광체는 양자점 및 형광체 중 적어도 하나를 포함하는 액정 표시 장치.
  12. 제10항에서,
    상기 제2 가시광은 상기 제1 가시광과 같거나 상기 제1 가시광보다 긴 파장의 광인 액정 표시 장치.
  13. 제12항에서,
    상기 제1 가시광은 청색 광이고,
    상기 제2 가시광은 청색 광, 녹색 광, 적색 광 또는 이들의 조합인
    액정 표시 장치.
  14. 색 변환층, 상부 편광층, 상부 위상차층, 공통 전극, 액정층, 화소 전극, 하부 위상차층, 하부 편광층 및 광원의 순서로 배치되고,
    상기 상부 위상차층은 nx1 ≥ ny1 > nz1 (여기서 nx1은 상부 위상차층의 지상축에서의 굴절률이고, ny1은 상부 위상차층의 진상축에서의 굴절률이고, nz1은 상부 위상차층의 지상축 및 진상축에 대한 수직 방향의 굴절률이다)의 굴절률을 만족하고,
    상기 하부 위상차층은 nx2 > ny2 및 nx2 > nz2 (여기서 nx2은 하부 위상차층의 지상축에서의 굴절률이고, ny2은 하부 위상차층의 진상축에서의 굴절률이고, nz2은 하부 위상차층의 지상축 및 진상축에 대한 수직 방향의 굴절률이다)의 굴절률을 만족하고,
    상기 상부 위상차층의 두께 방향 위상차는 상기 상부 위상차층의 평균 굴절률과 상기 액정층의 두께 방향 위상차 사이에 하기 관계식 1을 만족하는 액정 표시 장치:
    [관계식 1]
    Figure pat00007

    상기 관계식 1에서,
    Rth1은 450nm 파장에서 상부 위상차층의 두께 방향 위상차이고,
    Rth,cell 은 450nm 파장에서 액정층의 두께 방향 위상차이고,
    navg는 상부 위상차층의 평균 굴절률이다.
  15. 제14항에서,
    상기 하부 위상차층은 하기 관계식 2의 면내 위상차를 만족하는 액정 표시 장치:
    [관계식 2]
    80 nm ≤ Rin2 ≤ 170 nm
    상기 관계식 2에서,
    Rin2는 450nm 파장에서 하부 위상차층의 면내 위상차이다.
  16. 제14항에서,
    상기 액정층은 음의 유전율 이방성을 가지는 액정 표시 장치.
  17. 제14항에서,
    상기 액정층의 두께 방향 위상차는 -360nm ≤ Rth,cell ≤ -250nm를 만족하는 액정 표시 장치.
  18. 제14항에서,
    상기 상부 위상차층의 평균 굴절률(navg)은 nx1, ny1 및 nz1의 평균값이고 1.4 내지 2.0인 액정 표시 장치.
  19. 제14항에서,
    상기 색 변환층은 상기 광원으로부터 제1 가시광을 공급받아 제2 가시광을 방출하는 발광체를 포함하는 액정 표시 장치.
  20. 제19항에서,
    상기 제1 가시광은 청색 광이고,
    상기 제2 가시광은 청색 광, 녹색 광, 적색 광 또는 이들의 조합인
    액정 표시 장치.

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