KR101818448B1 - 보상 필름을 가지는 수평 전계형 액정 표시 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 액정 표시 장치의 빛샘을 방지할 수 있고 화질의 품위를 향상시킬 수 있는 보상 필름을 가지는 수평 전계형 액정 표시 장치를 제공하는 것이다.
본 발명에 따른 액정 표시 장치는 액정층을 포함하는 액정 표시 패널과; 상기 액정 표시 패널의 배면에 위치하며 상부 편광층을 포함하는 상부 편광판과; 상기 액정 표시 패널의 전면에 위치하며 하부 편광층을 포함하는 하부 편광판을 구비하며, 상기 상부 편광판 및 하부 편광판 중 어느 하나는 이축성 제1 보상 필름을 구비하며, 상기 제1 보상 필름은 상기 제1 보상 필름의 면내 방향에서의 x방향의 굴절률이 nx, 상기 제1 보상 필름의 면내 방향에서의 y방향의 굴절률이 ny, 상기 제1 보상 필름의 두께 방향의 굴절율이 nz일 때, nx>nz>ny의 굴절율을 가지며, 0<Nz(제1 보상 필름의 이축성 정도)<1인 것을 특징으로 한다.

Description

보상 필름을 가지는 수평 전계형 액정 표시 장치{IN-PLANE SWITCHING MODE LIQUID CRYSTAL DISPLAY HAVING THE COMPENSATION FILM}

본 발명은 액정 표시 장치의 빛샘을 방지할 수 있고 화질의 품위를 향상시킬 수 있는 보상 필름을 가지는 수평 전계형 액정 표시 장치에 관한 것이다.

통상, 액정 표시 장치는 전계를 이용하여 유전 이방성을 갖는 액정의 광투과율을 조절함으로써 화상을 표시하게 된다. 이러한 액정 표시 장치는 전계를 이용하여 액정의 광투과율을 조절함으로써 화상을 표시하게 된다.

액정 표시 장치 중 수평 전계형 액정 표시 장치는 하부 기판에 나란하게 배치된 화소 전극과 공통 전극 간의 수평 전계에 의해 인 플레인 스위치 모드의 액정을 구동하게 된다.

이러한 수평 전계 인가형 액정 표시 장치는 서로 대향하여 합착된 박막 트랜지스터 기판 및 칼러 필터 기판과, 두 기판 사이에서 셀갭을 일정하게 유지시키기 위한 스페이서와, 그 셀갭에 채워진 액정을 구비한다.

칼러 필터 기판은 칼러 구현을 위한 칼라 필터 및 빛샘 방지를 위한 블랙 매트릭스와, 그들 위에 액정 배향을 위해 도포된 배향막으로 구성된다.

박막 트랜지스터 기판은 화소 단위의 수평 전계 형성을 위해 기판 상에 나란하게 형성된 화소 전극 및 공통 전극과, 화소 전극과 접속된 박막 트랜지스터와, 그들 위에 액정 배향을 위해 도포된 배향막으로 구성된다.

이러한 칼러 필터 기판의 외측면에는 상부 편광판이 배치되며, 박막트랜지스터 기판의 외측면에는 상부 편광판과 광투과축이 서로 수직이 되는 하부 편광판이 배치된다.

이러한 수평 전계 인가형 액정 표시 장치는 도 1a에 도시된 바와 같이 정면에서 바라보는 경우, 상부 편광판 및 하부 편광판의 광흡수축이 90도를 이루게 되어 암상태를 구현한다. 그러나, 수평 전계 인가형 액정 표시 장치는 도 1b에 도시된 바와 같이 사선 방향으로 바라보는 경우, 상부 편광판 및 하부 편광판의 광흡수축이 90도 이상이 되어 두 편광판의 직교성이 깨지기 때문이 빛샘이 발생하여 화질이 저하되는 문제점이 있다.

이에 대해, 도 2a 및 도 2b에 도시된 푸앙카레 구(Poincare Sphere)를 이용하여 구체적으로 설명하기로 한다.

도 2a는 종래 액정 표시 장치를 정면에서 바라본 경우에서의 푸앙카레 구를 나타내는 도면이며, 도 2b는 종래 액정 표시 장치를 사선에서 바라본 경우에서의 푸앙카레 구를 나타내는 도면이다. 도 2a 및 도 2b에서, 적도선 위의 모든 점들은 선편광을, 북극점인 S3지점은 우편광, 남극점 -S3 지점은 좌원 편광을, 나머지 영역의 북반구는 우타원편광으로, 남반구는 좌타원편광을 나타낸다.

도 2a에 도시된 바와 같이 액정 표시 장치를 정면에서 바라보았을 때, A지점은 하부 편광판의 흡수축을, A'지점은 상부 편광판의 투과축을, B지점은 하부 편광판의 투과축을, B'지점은 상부 편광판의 흡수축을 나타낸다. 이러한 상부 편광판과 하부 편광판의 편광상태는 푸앙카레 구의 중심(O)을 기준으로 대칭을 이루어 직교하게 되므로 우수한 블랙 상태를 나타낸다.

도 2b에 도시된 바와 같이 액정 표시 장치를 사선방향에서 바라보았을 때, 상부 편광판의 투과축(A')과 하부 편광판의 투과축(B)은 S2축을 향해 소정 거리 이동하고, 상부 편광판의 흡수축(B')과 하부 편광판의 흡수축(A)는 -S2축 방향으로 이동하게 된다. 이에 따라, 하부 편광판의 흡수축(A)과 상부 편광판의 흡수축(B')이 푸앙카레 구의 중심(O)을 기준으로 대칭을 이루지 않는다. 이에 따라, 상부 편광판 및 하부 편광판의 편광상태는 서로 수직하지 않게 되므로 빛샘현상이 발생된다.

상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명은 액정 표시 장치의 빛샘을 방지할 수 있고 화질의 품위를 향상시킬 수 있는 보상 필름을 가지는 수평 전계형 액정 표시 장치를 제공하는 것이다.

상기 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 액정 표시 장치는 액정층을 포함하는 액정 표시 패널과; 상기 액정 표시 패널의 배면에 위치하며 상부 편광층을 포함하는 상부 편광판과; 상기 액정 표시 패널의 전면에 위치하며 하부 편광층을 포함하는 하부 편광판을 구비하며, 상기 상부 편광판 및 하부 편광판 중 어느 하나는 이축성 제1 보상 필름을 구비하며, 상기 제1 보상 필름은 상기 제1 보상 필름의 면내 방향에서의 x방향의 굴절률이 nx, 상기 제1 보상 필름의 면내 방향에서의 y방향의 굴절률이 ny, 상기 제1 보상 필름의 두께 방향의 굴절율이 nz일 때, nx>nz>ny의 굴절율을 가지며, 0<Nz(제1 보상 필름의 이축성 정도)<1인 것을 특징으로 한다.

상기 제1 보상 필름은 상기 상부 편광층과 상기 액정 표시 패널 사이에 형성되며, 상기 상부 편광판의 흡수축에 수평 또는 수직한 광축을 가지며, 상기 제1 보상 필름의 면내 위상 지연값(Rin)은 약 100~300nm이며, 상기 하부 편광판의 흡수축과 상기 액정층의 러빙 방향이 평행한 것을 특징으로 한다.

상기 제1 보상 필름은 상기 하부 편광층과 상기 액정 표시 패널 사이에 형성되며, 상기 하부 편광판의 흡수축에 수평 또는 수직한 광축을 가지며, 상기 제1 보상 필름의 면내 위상 지연값(Rin)은 약 100~300nm이며, 상기 하부 편광판의 흡수축과 상기 액정층의 러빙 방향이 수직한 것을 특징으로 한다.

상기 상부 편광층과 상기 액정 표시 패널 사이에 형성되며, 두께 방향의 위상 지연값이 20~80nm인 제2 보상 필름을 추가로 구비하며, 상기 제1 보상 필름은 상기 제2 보상 필름과 상기 액정 표시 패널 사이에 형성되며, 상기 상부 편광판의 흡수축에 수직한 광축을 가지며, 상기 제1 보상 필름의 면내 위상 지연값(Rin)은 약 100~300nm이며, 상기 하부 편광판의 흡수축과 상기 액정층의 러빙 방향이 수직한 것을 특징으로 한다.

상기 하부 편광층과 상기 액정 표시 패널 사이에 형성되며, 두께 방향의 위상 지연값이 30~80nm인 제2 보상 필름을 추가로 구비하며, 상기 제1 보상 필름은 상기 제2 보상 필름과 상기 액정 표시 패널 사이에 형성되며, 상기 상부 편광판의 흡수축에 수평한 광축을 가지며, 상기 제1 보상 필름의 면내 위상 지연값(Rin)은 약 100~300nm이며, 상기 하부 편광판의 흡수축과 상기 액정층의 러빙 방향이 수직한 것을 특징으로 한다.

상기 하부 편광판은 상기 하부 편광층과 상기 액정 표시 패널 사이에 형성되는 위상 지연이 없는 보호 필름을 추가로 구비하는 것을 특징으로 한다.

상기 상부 편광판은 상기 상부 편광층과 상기 액정 표시 패널 사이에 형성되는 위상 지연이 없는 보호 필름을 추가로 구비하는 것을 특징으로 한다.

상기 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 보상 필름의 제조 방법은 연신 방법에 따른 위상차 특성이 서로 다른 2종 이상의 재료를 혼합하는 단계와; 상기 혼합된 서로 다른 2종 이상의 재료를 필름 형태로 압출하는 단계와; 상기 압출된 필름을 종방향 및 횡방향 중 적어도 어느 한 방향으로 연신하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 보상 필름은 COP(cyclo olephine polymer), PS(polystyrene), PMMA(Polymethylmethacrylaye), PC(Polycarbonate) 또는 주쇄(main chain) 위에 측쇄(side chain)로 벤젠고리(benzene ring)을 포함하는 치환기를 가지는 폴리머 등으로 형성되는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 액정 표시 장치는 nx>nz>ny의 굴절율을 가지며, 0<Nz<1인 보상 필름을 구비함으로써 사선 방향으로 액정 표시 장치를 바라보았을때 빛샘 발생을 방지할 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 액정 표시 장치는 1매형 보상 필름을 이용하여 빛샘을 방지할 수 있으므로 일축성(uniaxail) 보상 필름과 이축성(biaxial) 필름의 조합으로 이루어진 종래 보상 필름에 비해 비용을 절감할 수 있음과 아울러 박형 구현이 가능해진다.

도 1a 및 도 1b는 정면과 사선에서 수평 전계 인가형 액정 표시 장치를 바라보는 경우 직교하는 상부 편광판 및 하부 편광판의 광투과축을 나타내는 도면이다.
도 2a는 종래 액정 표시 장치를 정면에서 바라본 경우에서의 푸앙카레 구를 나타내는 도면이며, 도 2b는 종래 액정 표시 장치를 사선에서 바라본 경우에서의 푸앙카레 구를 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명의 제1 실시 예에 따른 액정 표시 장치를 나타내는 도면이다.
도 4a 및 도 4b는 도 3에 도시된 보상 필름의 광축에 따른 위상 지연값을 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 도 3에 도시된 액정 표시 장치를 대각 방향에서 바라볼 경우, 광의 편광 상태를 나타내는 푸앙카레 구를 도시한 도면이다.
도 6은 본 발명의 제2 실시 예에 따른 액정 표시 장치를 나타내는 도면이다.
도 7은 도 6에 도시된 액정 표시 장치를 대각 방향에서 바라볼 경우, 광의 편광 상태를 나타내는 푸앙카레 구를 도시한 도면이다.
도 8은 본 발명의 제3 실시 예에 따른 액정 표시 장치를 나타내는 도면이다.
도 9는 도 8에 도시된 액정 표시 장치를 대각 방향에서 바라볼 경우, 광의 편광 상태를 나타내는 푸앙카레 구를 도시한 도면이다.
도 10은 본 발명의 제4 실시 예에 따른 액정 표시 장치를 나타내는 도면이다.
도 11은 도 10에 도시된 액정 표시 장치를 대각 방향에서 바라볼 경우, 광의 편광 상태를 나타내는 푸앙카레 구를 도시한 도면이다.
도 12는 본 발명의 제1 내지 제4 실시 예에 따른 보상 필름의 제조 장치를 나타내는 블럭도이다.
도 13은 도 12에 도시된 제조 장치에 의해 형성된 다층 구조의 보상 필름을 나타내는 도면이다.
도 14a 내지 도 14e는 종래와 본 발명의 액정 표시 장치의 블랙 휘도 시야각 특성 및 블랙 컬러 시야각 특성을 나타내는 도면이다.
도 15는 종래와 본 발명에 따른 액정 표시 장치를 다방향으로 바라보았을 때의 시야각, 블랙과 화이트 상태에서의 휘도를 측정한 도면이다.

이하, 첨부된 도면 및 실시 예를 통해 본 발명의 실시 예를 구체적으로 살펴보면 다음과 같다.

도 3은 본 발명의 제1 실시 예에 따른 액정 표시 장치를 나타내는 도면이다.

도 3에 도시된 액정 표시 장치는 액정 표시 패널(110)과, 상부 편광판(130) 및 하부 편광판(120)을 구비한다.

액정 표시 패널(110)은 액정층(114)과, 그 액정층(114)을 사이에 두고 대향하는 박막트랜지스터 기판(116)과 컬러필터 기판(112)을 구비한다.

박막트랜지스터 기판(110)은 게이트 라인 및 데이터 라인에 의해 정의된 각 서브 화소 영역마다 형성되는 화소 전극과, 그 화소 전극과 수평 전계를 이루는 공통 전극과, 그 화소 전극과 접속된 박막트랜지스터와, 액정층(114)의 배향을 위해 도포되는 하부 배향막(도시하지 않음)을 구비한다.

컬러필터 기판(112)은 빛샘 방지를 위한 블랙 매트릭스와, 칼러 구현을 위한 컬러 필터와, 평탄화를 위한 오버코트층과, 액정층(114)의 배향을 위해 도포되는 상부 배향막(도시하지 않음)을 구비한다.

액정층(114)은 화소 전극 및 공통 전극 간의 수평 전계에 의해 회전하게 되며, 액정층(114)의 회전 정도에 따라서 광투과량이 결정된다. 이 액정층(114)은 전압 무인가시 하부 편광판(120)의 흡수축과 배향방향이 평행한 O-mode구조로 형성된다.

상부 편광판(130) 및 하부 편광판(120)은 입사되는 광에 대하여 자신의 투과축과 나란한 선편광된 광을 투과시킨다.

하부 편광판(120)은 하부 지지체(122)와, 하부 편광층(124)과, 보호 필름(126)으로 이루어진다.

하부 지지체(122)는 하부 편광층(124)의 일측에 트리아세틸셀롤로오스(tri-acetatecellulose; TAC)로 형성된다. 이러한 하부 지지체(122)는 하부 편광층(124)을 지지 및 보호하면서 하부 편광층(124)의 연신 상태를 유지시키는 역할을 한다.

하부 편광층(124)은 특정 방향으로 연신된 폴리비닐알코올(Poly Vinyl Alcohol; PVA)층에 요오드나 이색성 염료를 흡착하여 형성된다. 이 때, 연신된 방향으로 흡수축이, 흡수축에 수직한 방향으로 투과축이 형성된다. 이 하부 편광층(124)은 흡수축에 평행한 성분의 빛을 흡수하며 투과축에 평행한 성분의 빛을 투과한다. 이 하부 편광층(124)은 액정층(114)의 광축과 평행하고 하부 편광층(124)의 투과축에 한 수직한 투과축이 형성되어 그 투과축에 평행한 성분의 빛이 선택적으로 투과된다.

보호 필름(126)은 하부 편광층(124)을 보호하기 위해 위상지연이 없는 필름으로 형성된다. 예를 들어, 보호 필름은 0-RT(Rth가 0nm에 근접하는 변형된 TAC를 의미하며, 0-TAC라고도 함)나 COP등으로이루어진다. 여기서, 위상지연이 없다는 것은 Re가 0인 것을 의미하며, TAC는 Re가 0이고, Rth가 0이 아닌 보호 필름익, 0-RT는 Re가 0이고, Rth가 0에 근접하는 보호 필름에 해당한다.

상부 편광판(130)은 상부 지지체(132)와, 상부 편광층(134)과, 보상 필름(140)으로 이루어진다.

상부 지지체(132)는 상부 편광층(134)의 일측에 트리아세틸셀롤로오스(tri-acetatecellulose; TAC)로 형성된다. 이러한 상부 지지체(132)는 상부 편광층(134)을 지지 및 보호하면서 상부 편광층(134)의 연신 상태를 유지시키는 역할을 한다.

상부 편광층(134)은 특정 방향으로 연신된 폴리비닐알코올(Poly Vinyl Alcohol; PVA)층에 요오드나 이색성 염료를 흡착하여 형성된다. 이 때, 연신된 방향으로 흡수축이, 흡수축에 수직한 방향으로 투과축이 형성된다. 이 상부 편광층(134)은 흡수축에 평행한 성분의 빛을 흡수하며 투과축에 평행한 성분의 빛을 투과한다. 이 상부 편광층(134)은 액정층(114)의 광축과 수직하고 하부 편광층(124)의 투과축에 수직한 투과축이 형성되어 투과축에 평행한 성분의 빛이 선택적으로 투과된다.

보상 필름(140)은 수학식 1과 같은 굴절율을 가지는 이축성(biaxial) 필름으로 형성된다.

[수학식 1]

nx>nz>ny

Nz=(nx-nz)/(nx-ny)

수학식 1에서 nx는 보상필름(140) 면내의 x방향의 굴절율을, ny는 보상필름(140) 면내의 y방향의 굴절율을, z는 보상필름(140)의 두께 방향에서의 굴절율을, 이축성 정도(Nz)를 나타낸다.

또한, 단층 구조의 보상 필름(140) 면내의 위상지연값(Rin)은 약 100~300nm, 바람직하게는 200~280nm로 형성되며, 보상 필름의 이축성 정도(Nz)는 0<Nz<1이며, 바람직하게는 0.4<Nz<0.6이다. 또한, 다층 구조의 보상 필름 면내의 위상지연값(Rin)은 약 100~300nm, 바람직하게는 120~180nm로 형성되며, 보상 필름의 이축성 정도(Nz)는 0<Nz<1이다. 단층 구조의 보상 필름과 다층 구조의 보상 필름은 서로 각각의 위상 지연 최적값이 다르다.

이러한 보상 필름(140)은 상부 편광판(134)의 흡수축에 수평 또는 수직한 방향의 광축을 가지도록 형성된다. 구체적으로, 도 4a에 도시된 바와 같이 보상 필름(140)이 상부 편광판(134)의 흡수축에 수평한 방향의 광축을 가지는 경우, 보상 필름(140)의 최적 이축성 정도(Nz)는 0.5이며, 면내 최적 위상 지연값(Rin)은 230~280nm이다. 도 4b에 도시된 바와 같이 보상 필름(140)이 상부 편광판(134)의 흡수축에 수직한 방향의 광축을 가지는 경우, 보상 필름(140)의 최적 이축성 정도(Nz)는 0.5이며, 면내 최적 위상 지연값(Rin)은 230~280nm이다.

이에 따라, 보상 필름(140)은 상부 편광판(130) 및 하부 편광판(120)의 직교성이 깨지는 것을 보상함으로써 사선 방향의 시야각에서의 빛샘 현상을 방지하게 된다.

도 5는 본 발명의 제1 실시 예에 따른 횡전계 방식의 액정 표시 장치를 대각 방향에서 바라볼 경우, 광의 편광 상태를 나타내는 푸앙카레 구를 도시한 도면이다.

도 5를 참조하면, 백라이트 유닛(도시하지 않음)으로부터 입사광이 A지점에 흡수축이 위치하는 하부 편광판(120)을 통과하면, 입사광은 흡수축에 수직한 방향으로 선편광되어 B지점에 위치하게 된다. 그리고, 하부 편광판(124)에 의해 선편광된 광이 액정층(114)을 통과하게 되면, 액정층(114)의 배열 방향이 선편광된 빛의 편광 방향과 수직하기 때문에 선편광된 빛은 액정층(114) 내에서 위상 변화가 없게 된다. 따라서, 액정층(114)을 통과한 빛은 동일한 선편광 상태를 유지하여 B지점에 해당하는 편광상태를 가지게 된다. 액정층(114)을 통과한 광이 보상 필름(140)을 통과하게 되면, ①의 경로를 따라 B'지점으로 이동하게 된다. 따라서, 상부 편광층(134)에 도달하는 빛의 편광 상태는 상부 편광층(134)의 흡수축(B')과 일치하게 되므로 빛은 차단되어 우수한 블랙 상태를 나타낸다.

도 6은 본 발명의 제2 실시 예에 따른 액정 표시 장치를 나타내는 도면이다.

도 6에 도시된 액정표시 장치는 액정 표시 패널(110)과, 상부 편광판(130) 및 하부 편광판(120)을 구비한다.

액정 표시 패널(110)의 액정층(114)은 화소 전극 및 공통 전극 간의 수평 전계에 의해 회전하게 되며, 액정층(114)의 회전 정도에 따라서 광투과량이 결정된다. 이 액정층(114)은 전압 무인가시 하부 편광판의 흡수축과 배향방향이 수직한 E-mode구조로 형성된다.

상부 편광판(130)은 상부 지지체(132)와, 상부 편광층(134)과, 위상 지연이 없는 보호 필름(136)으로 이루어진다.

상부 편광층(134)은 액정층(114)의 광축과 평행하고 하부 편광층(124)의 투과축에 수직한 투과축이 형성되어 투과축에 평행한 성분의 빛이 선택적으로 투과된다.

하부 편광판(120)은 하부 지지체(122)와, 하부 편광층(124)과, 보상 필름(140)으로 이루어진다.

하부 편광층(124)은 액정층(114)의 광축과 수직하고 상부 편광층(124)의 투과축에 수직한 투과축이 형성되어 그 투과축에 평행한 성분의 빛이 선택적으로 투과된다.

보상 필름(140)은 수학식 1과 같은 굴절율(nx>nz>ny)을 가지는 이축성(biaxial) 필름으로 형성된다. 또한, 보상 필름(140) 면내의 위상지연값(Rin)은 약 100~300nm, 바람직하게는 230~280nm로 형성된다. 또한, 보상 필름의 이축성 정도(Nz)는 0~1이며, 바람직하게는 0.4~0.6이다.

이러한 보상 필름(140)은 상부 편광판(134)의 흡수축에 수평 또는 수직한 방향의 광축을 가지도록 형성된다. 이에 따라, 보상 필름(140)은 상부 편광판(130) 및 하부 편광판(120)의 직교성이 깨지는 것을 보상함으로써 사선 방향의 시야각에서의 빛샘 현상을 방지하게 된다.

도 7은 본 발명의 제2 실시 예에 따른 횡전계 방식의 액정 표시 장치를 대각 방향에서 바라볼 경우, 광의 편광 상태를 나타내는 푸앙카레 구를 도시한 도면이다.

도 7을 참조하면, 백라이트 유닛(도시하지 않음)으로부터 입사광이 A지점에 흡수축이 위치하는 하부 편광층(124)을 통과하면, 입사광은 흡수축에 수직한 방향으로 선편광되어 B지점에 위치하게 된다. 그리고, 하부 편광층(124)에 의해 선편광된 광이 보상 필름(140)을 통과하게 되면, ①의 경로를 따라 B'지점으로 이동하게 된다. 그런 다음, 보상 필름(140)을 통과한 광이 액정층(114)을 통과하게 되면, 액정층(114)의 배열 방향이 선편광된 빛의 편광 방향과 수직하기 때문에 선편광된 빛은 액정층(114) 내에서 위상 변화가 없게 된다. 따라서, 액정층(114)을 통과한 빛은 동일한 선편광 상태를 유지하여 B'지점에 해당하는 편광상태를 유지하게 된다. 따라서, 상부 편광판(130)에 도달하는 빛의 편광 상태는 상부 편광판(130)의 흡수축(B'지점)과 일치하게 되므로 빛은 차단되어 우수한 블랙 상태를 나타낸다.

도 8은 본 발명의 제3 실시 예에 따른 액정 표시 장치를 나타내는 사시도이다.

도 8에 도시된 액정 표시 장치는 도 3에 도시된 액정 표시 장치와 대비하여 상부 편광층(134)과 액정 표시 패널(110) 사이에 위치하는 제1 및 제2 보상 필름(140,150)을 구비하는 것을 제외하고는 동일한 구성요소를 구비한다. 이에 따라, 동일한 구성요소에 대한 상세한 설명은 생략하기로 한다.

제1 보상 필름(140)은 액정 표시 패널(110) 상에 상부 편광층(134)의 흡수축에 수직한 광축을 가지도록 형성된다. 이러한 제1 보상 필름(140)의 면내 위상 지연값(Rin)은 약 100~300nm, 바람직하게는 120~250nm로 형성되며, 이축성 정도(Nz)는 0~1, 바람직하게는 0.3~0.5로 형성된다.

제2 보상 필름(150)은 상부 편광층(134)과 제1 보상 필름(140) 사이에 네거티브 C필름, TAC(Triacetyl cellulose)계열, 폴리이미드(polyimide) 또는 디스코틱(discotic) 액정등으로 형성된다. 이러한 제2 보상 필름(150)의 두께 방향의 위상 지연값(Rth)은 약 20~80nm, 바람직하게는 40~60nm로 형성된다.

도 9는 도 8에 도시된 액정 표시 장치를 사선 방향에서 바라볼 경우, 광의 편광 상태를 나타내는 푸앙카레 구를 도시한 도면이다.

도 9를 참조하면, 입사광이 A지점에 흡수축 방향이 위치하는 하부 편광판(120)을 통과하면, 입사광은 흡수축에 수직한 방향으로 선편광되어 B지점에 위치하게 된다. 그리고, 하부 편광판(120)에 의해 선편광된 광이 액정층(114)을 통과하게 되면, 액정층(114)의 배열 방향이 선편광된 빛의 편광 방향과 수직하기 때문에 선편광된 빛은 액정층(114) 내에서 위상 변화가 없게 된다. 따라서, 액정층(114)을 통과한 빛은 동일한 선편광 상태를 유지하여 B지점에 해당하는 편광상태를 유지하게 된다. 그런 다음, 액정층(114)을 통과한 광이 제1 보상 필름(140)을 통과하게 되면, ①의 경로를 따라 C지점으로 이동하게 되며, 제1 보상 필름(140)을 통과한 광이 제2 보상 필름(150)을 통과하게 되면, ②의 경로를 따라 C지점에서 B'지점으로 이동하게 된다. 따라서, 상부 편광층(134)에 도달하는 빛의 편광 상태는 상부 편광층(134)의 흡수축과 일치하게 되므로 빛은 차단되어 우수한 블랙 상태를 나타낸다.

도 10은 본 발명의 제4 실시 예에 따른 액정 표시 장치를 나타내는 사시도이다.

도 10에 도시된 액정 표시 장치는 도 6에 도시된 액정 표시 장치와 대비하여 하부 편광층(124)과 액정 표시 패널(110) 사이에 위치하는 제1 및 제2 보상 필름(140,150)을 구비하는 것을 제외하고는 동일한 구성요소를 구비한다. 이에 따라, 동일한 구성요소에 대한 상세한 설명은 생략하기로 한다.

제1 보상 필름(140)은 액정 표시 패널(110) 상에 상부 편광판(130)의 흡수축에 수평한 광축을 가지도록 형성된다. 이러한 제1 보상 필름(140)의 면내 위상 지연값(Rin)은 약 100~300nm, 바람직하게는 180~250nm로 형성되며, 이축성 정도(Nz)는 0~1, 바람직하게는 0.3~0.5로 형성된다.

제2 보상 필름(150)은 하부 편광층(124)과 제1 보상 필름(140) 사이에 네거티브 C필름, TAC(Triacetyl cellulose)계열, 폴리이미드(polyimide) 또는 디스코틱(discotic) 액정 등으로 형성된다. 이러한 제2 보상 필름(150)의 두께 방향의 위상 지연값(Rth)은 약 30~80nm, 바람직하게는 40~60nm로 형성된다.

도 11은 도 10에 도시된 액정 표시 장치를 사선 방향에서 바라볼 경우, 광의 편광 상태를 나타내는 푸앙카레 구를 도시한 도면이다.

도 11을 참조하면, 백라이트 유닛(도시하지 않음)으로부터의 입사광이 A지점에 흡수축 방향이 위치하는 하부 편광층(124)을 통과하면, 입사광은 흡수축에 수직한 방향으로 선편광되어 B지점에 위치하게 된다. 그리고, B지점에 위치한 광이 제2 보상 필름(150)을 통과하게 되면, ①의 경로를 따라 C지점으로 이동하게 된다. 그런 다음, C지점에 위치한 광이 제1 보상 필름(140)을 통과하게 되면, ②의 경로를 따라 B'지점으로 이동하게 된다. B'지점에 위치한 광이 액정층(114)을 통과하게 되면, 액정층(114)의 배열 방향이 선편광된 빛의 편광 방향과 수직하기 때문에 선편광된 빛은 액정층(114) 내에서 위상 변화가 없게 된다. 따라서, 액정층(114)을 통과한 빛은 동일한 선편광 상태를 유지하여 B'지점에 해당하는 편광상태를 가지게 된다. 따라서, 상부 편광판(130)에 도달하는 빛의 편광 상태는 상부 편광판(130)의 흡수축과 일치하게 되므로 빛은 차단되어 우수한 블랙 상태를 나타낸다.

도 12는 본 발명의 제1 및 제2 실시 예에 따른 보상 필름과 제3 및 제4 실시 예에 따른 제1 보상 필름의 제조 방법을 설명하기 위한 도면이다.

도 12를 참조하면, 멀티 다이부(172)에 연신 방향에 따른 위상차 특성이 서로 다른 2종 이상의 재료물질이 공급되면, 멀티 다이부(172)를 통한 압출 공정을 통해 다층 재료층으로, 예를 들어 도 13에 도시된 제1 내지 제3 재료층으로 이루어진 필름이 형성된다. 여기서, 다층 재료층 각각은 COP(cyclo olephine polymer), PS(polystyrene), PMMA(Polymethylmethacrylaye), PC(Polycarbonate) 또는 화학식 1과 같이 주쇄(main chain) 위에 측쇄(side chain)로 벤젠고리(benzene ring)을 포함하는 치환기를 가지는 폴리머 등의 단일층 또는 혼합층으로 형성된다.

이 다층 구조의 필름은 연신부(174)에서 롤간 연신 방법, 압축 연신 방법 또는 텐터를 사용한 연신 방향을 통해 횡방향 또는/및 종방향으로 연신됨으로써 보상 필름(140)이 완성된다. 여기서, 횡방향 및 종방향으로 연신되는 경우, 동시에 또는 개별적으로 진행된다. 또한, 연신 공정시 다층 재료층 각각의 원래 길이에 대해 총 연신 비율은 0.2~20배의 범위 내에서 정해진다. 또한, 연신 공정시 유리 전이 온도 이상의 50~250도의 고온 조건에서 연신됨으로써 추가적인 접착제 없이 다층 재료층이 접착된다. 또한, 연신 공정시 다층 재료층으로 이루어진 필름에 폴리머(polymer)가 접착되거나 프라이머(primer) 처리가 가능하다.

완성된 보상 필름(140)은 횡연신되는 경우, 보상 필름(140)의 nx굴절율값이 증가하는 재료층의 위상차 성분이 발현되며, 종연신되는 경우, 보상 필름(140)의 ny굴절율값이 증가하는 재료층의 위상차 성분이 발현된다.

여기서, 횡연신시 nx굴절율이 증가하는 재료층으로는 COP(cyclo olephine polymer), PMMA(Polymethylmethacrylaye), PC(Polycarbonate) 또는 PS(polystyrene)가 주로 이용되며, 종연신시 ny굴절율이 증가하는 재료층으로는 PS(polystyrene)+PMMA(Polymethylmethacrylaye) 또는 PS(polystyrene)가 주료 이용된다.

이와 같은 연신 방법이외에도 코팅 방법을 통해 보상 필름(140)을 형성할 수 있다.

즉, 용액 캐스팅(casting)법, 와이어 바 코팅법, 리버스 코팅법, 그라비아 코팅 등의 롤 코팅법, 스핀 코팅법, 파운틴 코팅법, 딥핑법, 스프레이법 등을 이용하여 베이스필름 상에 다수의 재료층들을 순차적으로 코팅한 후 경화 전후 또는 중에 물리적 전단력(shear force)을 가해 보상 필름(140)을 형성한다. 여기서, 다수의 재료층들은 폴리이미드(polyimide), 로드 라이크(rod-like) 액정, 디스코틱(discotic)액정, 셀룰로스(cellulose)계열, 방향족 폴리에스터(polyester)등이 이용된다.

도 14a 내지 도 14e는 종래와 본 발명의 액정 표시 장치의 블랙 휘도 시야각 특성 및 블랙 컬러 시야각 특성을 나타내는 도면이다.

도 14a에 도시된 종래 액정 표시 장치의 블랙 휘도 시야각의 최대 투과율은 0.01623인 반면에 도 14b 내지 도 14e에 도시된 본 발명에 따른 액정 표시 장치의 블랙 휘도 시야각의 최대 투과율은 0.00067, 0.00067, 0.001127, 0.00123으로 종래보다 줄어들었음을 알 수 있다. 이에 따라, 본 발명은 종래에 비해 빛샘 현상이 줄어들었음을 알 수 있다.

도 15는 종래와 본 발명에 따른 액정 표시 장치를 다방향으로 바라보았을 때의 시야각, 블랙과 화이트 상태에서의 휘도를 측정한 도면이다.

도 15에 도시된 바와 같이 화이트 표시 상태에서 종래와 본 발명의 액정 표시 장치는 중심부에서 휘도가 높고 가장자리에서 휘도가 낮은 전체적으로 유사한 휘도 분포를 가진다. 반면에 블랙 표시 상태에서 본 발명에 따른 액정 표시 장치는 종래 액정 표시 장치에 비해 사선 방향 빛샘이 줄어든다. 이에 따라, 블랙과 화이트 표시 상태에서의 휘도간 비(contrast)는 종래에 비해 본 발명에 높아지게 된다.

이상에서 설명한 본 발명은 상술한 실시 예 및 첨부된 도면에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것이 본 발명이 속하는 기술분야에서 종래의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.

110: 액정 표시 패널 120 : 하부 편광판
130 : 상부 편광판 140, 150 : 보상 필름

Claims (10)

1. 액정층을 포함하는 액정 표시 패널과;
   상기 액정 표시 패널의 전면에 위치하며 상부 편광층을 포함하는 상부 편광판과;
   상기 액정 표시 패널의 배면에 위치하며 하부 편광층을 포함하는 하부 편광판을 구비하며,
   상기 상부 편광판 및 하부 편광판 중 어느 하나는
   상기 상부 편광층 또는 하부 편광층과, 상기 액정 표시 패널 사이에 배치되는 이축성 제1 보상 필름과,
   상기 제1 보상 필름을 사이에 두고 상기 액정 표시 패널과 중첩되며 네거티브 C필름으로 이루어진 제2 보상 필름을 구비하며,
   상기 제1 보상 필름은 상기 제1 보상 필름의 면내 방향에서의 x방향의 굴절률이 nx, 상기 제1 보상 필름의 면내 방향에서의 y방향의 굴절률이 ny, 상기 제1 보상 필름의 두께 방향의 굴절율이 nz일 때, nx>nz>ny의 굴절율을 가지며, 0<Nz(제1 보상 필름의 이축성 정도)<1이며,
   상기 제1 보상 필름은 연신 방향에 따른 위상차 특성이 서로 다른 2종 이상의 재료를 이용하여 다층 재료층으로 이루어진 1매형 보상필름이며,
   상기 다층 재료층 각각은 COP(cyclo olephine polymer), PS(polystyrene), PMMA(Polymethylmethacrylaye), PC(Polycarbonate), 또는 주쇄(main chain) 위에 측쇄(side chain)로 벤젠고리(benzene ring)을 포함하는 치환기를 가지는 폴리머로 이루어지는 액정 표시 장치.
2. 삭제
3. 삭제
4. 제 1 항에 있어서,
   상기 제1 및 제2 보상 필름은 상부 편광층과 상기 액정 표시 패널 사이에 배치되며,
   상기 제2 보상 필름은 두께 방향의 위상 지연값이 20~80nm이며,
   상기 제1 보상 필름은 상기 상부 편광판의 흡수축에 수직한 광축을 가지며, 상기 제1 보상 필름의 면내 위상 지연값(Rin)은 100~300nm이며,
   상기 하부 편광판의 흡수축과 상기 액정층의 러빙 방향이 수평한 액정 표시 장치.
5. 제 1 항에 있어서,
   상기 제1 및 제2 보상 필름은 상기 하부 편광층과 상기 액정 표시 패널 사이에 배치되며,
   상기 제2 보상 필름은 두께 방향의 위상 지연값이 30~80nm이며,
   상기 제1 보상 필름은 상기 상부 편광판의 흡수축에 수평한 광축을 가지며, 상기 제1 보상 필름의 면내 위상 지연값(Rin)은 100~300nm이며,
   상기 하부 편광판의 흡수축과 상기 액정층의 러빙 방향이 수직한 액정 표시 장치.
6. 제 4 항에 있어서,
   상기 하부 편광판은
   상기 하부 편광층과 상기 액정 표시 패널 사이에 형성되는 위상 지연이 없는 보호 필름을 추가로 구비하는 액정 표시 장치.
7. 제 5 항에 있어서,
   상기 상부 편광판은
   상기 상부 편광층과 상기 액정 표시 패널 사이에 형성되는 위상 지연이 없는 보호 필름을 추가로 구비하는 액정 표시 장치.
8. 삭제
9. 삭제
10. 삭제

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