KR100720919B1 - 액정표시장치용 광학필름 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 액정표시장치에 관한 것으로, 특히 액정표시장치에 구성되는 광학 필름에 관한 것이다.
액정표시장치는 사용하는 액정의 종류에 따라 빛의 휘도 개선, 빛의 위상 보상, 광 시야각특성, 광대역 특성 등을 위한 다양한 광학필름을 사용하게된다.
종래에는 빛의 위상을 보상하는 광학필름의 하나로, 일축성 필름(uniaxial film)한 장으로 만들어진 하프 웨이브 플레이트(half wave plate ; λ/2 plate)를 사용했다.
그러나, 상기 하프 웨이브 플레이트는 최적화된 한 파장에에 대해서는 그 역할을 제대로 수행하지만, 그 파장을 벗어나면 제대로 그 역할을 못하므로써, 파장 의존성이 큰 액정모드에서는 사용하는데 어려움이 있다.
이러한 문제를 해결하기 위한 본 발명은, 상기한 바와 같이 일축성필름으로 만들어진 각각의 하프 웨이브 플레이트를 2장 사용하고, 두 플레이트의 광축이 적절한 각도로 배열하도록 배치하면, 광대역 특성을 가지는 하프 웨이브 플레이트를 만들 수 있다.
따라서, 광대역 특성을 가진 광학필름을 싼값으로 사용할 수 있는 저 비용 효과가 있다.

Description

액정표시장치용 광학필름{a optical film for liquid crystal display}
도 1은 일반적인 액정표시장치를 개략적으로 도시한 도면이고,
도 2는 종래의 하프 웨이브 플레이트의 파장 대 투과율 특성을 알아보기 위한 구성을 도시한 도면이고,
도 3은 종래의 하프웨이브 플레이트에 관한 파장대 투과율의 관계를 도시한 그래프이고,
도 4는 본 발명에 따른 광대역 하프 웨이브 플레이트의 파장 대 투과율 특성을 알아보기 위한 구성을 도시한 도면이고,
도 5는 본 발명에 따른 광대역 하프 웨이브 플레이트의 파장 대 투과율의 관계를 도시한 그래프이다.
<도면의 부호에 대한 간단한 설명>
134 : 제 1 편광판 132a : 제 1 HWP
132b : 제 2 HWP 136 : 제 2 편광판
138 : 편광판의 투과축 방향 140 : 제 1 HWP의 광축 방향
142 : 제 2 HWP의 광축 방향
본 발명은 액정표시장치에 관한 것으로, 더 상세히 설명하면 광대역 특성을 가지는 액정표시장치용 광학필름에 관한 것이다.
일반적으로, 액정표시장치는 구동방식에 따라 크게 투과형(transmission type)과 반사형(reflection type)으로 나눌 수 있으며, 상기 투과형 액정표시장치는 액정패널의 뒷면에 부착된 배면광원으로부터 나오는 인위적인 빛을 액정에 입사시켜 액정의 배열에 따라 빛이 투과되는 양이 달라져 블랙 또는 화이트를 표시하는 형태이다.
따라서, 상기 투과형 액정표시장치는 인위적인 배면광원을 사용함으로 전력소비가 큰 단점이 있는 반면, 반사형 액정표시장치는 빛의 대부분을 외부의 자연광이나 인조광원에 의존하는 구조를 하고 있음으로 상기 투과형 액정표시장치에 비해 전력소비가 적다는 장점이 있다.
또한, 장소에 따라 광원을 원하는 형태로 사용할 수 있는 반사투과형 액정표시장치 또한 제안되고 있다.
이하, 도 1을 참조하여 일반적인 액정표시장치의 구조와 동작특성을 설명한다.
도 1은 일반적인 액정 패널을 개략적으로 도시한 도면이다.
도시한 바와 같이, 액정표시장치는 블랙매트릭스(6)와 서브컬러필터(적, 녹, 청)(8)를 포함한 컬러필터(7)와 컬러필터 상에 투명한 공통전극(18)이 형성된 상부기판(5)과, 화소영역(P)과 화소영역 상에 형성된 화소전극(17)과 스위칭소자(T)를 포함한 어레이배선이 형성된 하부기판(22)으로 구성되며, 상기 상부기판(5)과 하부기판(22) 사이에는 액정(14)이 충진 되어있다.
상기 하부기판(22)은 어레이기판이라고도 하며, 스위칭 소자인 박막트랜지스터(T)가 매트릭스형태(matrix type)로 위치하고, 이러한 다수의 박막트랜지스터를 교차하여 지나가는 게이트배선(13)과 데이터배선(15)이 형성된다.
상기 화소영역(P)은 상기 게이트배선(13)과 데이터배선(15)이 교차하여 정의되는 영역이다. 상기 화소영역(P)상에 형성되는 화소전극(17)은 인듐-틴-옥사이드(indium-tin-oxide : ITO)와 같이 빛의 투과율이 비교적 뛰어난 투명도전성 금속을 사용한다.
전술한 바와 같은 구성으로 제작되는 액정패널에는 상부와 하부에는 다양한 광학필름이 부착된다.
상기 광학필름은 액정을 통과한 빛의 위상을 보상하여 좀더 넓은 범위의 시야각을 가질수 있도록 하는 기능을 하기도 하며, 투과특성의 파장 의존성을 줄여서 액정패널의 휘도를 개선하는 기능을 하기도 한다.
종래에는 상기 빛의 위상을 보상하기 위한 광학필름 중 하나로, 액정패널을 통과한 빛의 위상을 λ/2만큼 보상하는 일축성 필름(uniaxial film) 한장으로 만들어진 하프 웨이브 플레이트(half wave plate : 이하 "HWP"라 칭함)를 사용했다.
이하, 도 2는 상기 HWP의 광학특성을 알아보기 위한 구성을 도시한 도면이 다.
도시한 바와 같이, 상기 HWP의 파장특성을 알아보기 위해 상기 HWP(32)를 중심으로 편광판(34,36)을 앞뒤로 구성한다.
상기 구성에서, 상기 제 1 편광판(34)과 제 2 편광판(36)의 투과축을 서로 수직하게 구성하면, 상기 제 1 편광판(34)을 통과한 빛은 상기 제 2 편광판(36)에 흡수되어 통과하지 못하는 특성을 가진다.
물론, 상기 두 편광판(34,36)을 평행하게 구성하면 빛은 그대로 통과하게 된다.
따라서, 이러한 특성을 이용하여, 상기 HWP(32)의 파장특성을 실험할 수 있다.
상세히 설명하면, 상기 제 1 편광판(34)과 제 2 편광판(36)은 서로 수직한 흡수축과 투과축을 가지고 있다.
이상적으로는 흡수축으로 편광된 광 성분은 완전히 흡수가되어 입사광이 통과하지 못하게 하며, 투과축으로 편광된 성분은 완전히 투과되어 입사광이 편광판을 지날 수 있다.
실제적으로, 상기와 같이 이상적이지는 않지만, 본 발명의 설명에서는 이상적인 편광판들을 가정하여 설명하겠다.
도 2에 보여지듯이, 제 1 편광판(34)의 투과축과 제 2 편광판(36)의 투과축은 Z축에 평행하게 배치되어 있고, 그 사이에 광축(31)이 Y축으로부터 45도 회전되어 있는 기존의 HWP(32)이 배치되어 있다.
이와 같은 구조에서는, Y축에 평행하게 진행하는 비편광된 광이 제 1 편광판의 흡수축 방향(X축 방향)으로 편광되어 편광판에 흡수된다.
상기 Z축으로 편광된 광은 HWP(32)를 지나면서, 이상적으로는 편광방향이 90도 회전하여 X축으로 편광된 광으로 변환된다.
상기 X축으로 편광된 광은 제 2 편광판의 흡수축 방향과 일치하는 편광방향을 가지고 있어서, 상기 제 2 편광판에 모두 흡수되어 통과하는 광이 없게 된다.
상기 HWP의 역할을 단파장의 광에 대해 구현하는 것은 실제적으로 어렵지 않다. 하지만, 복수의 파장영역에서 상기와 같은 HWP의 역할을 구현하는 것은 실제적으로 힘들다.
그 이유에 대해 이론적인 상세한 설명을 하면 다음과 같다.
HWP은 광축방향의 굴절율과 광축에 수직한 방향의 굴절률이 서로 다른 매질로 만들어져 입사광이 광축방향에 45도 회전한 방향으로 편광된 광일 때, HWP를 통과하면서 입사광의 광축방향의 편광성분의 속도와 광축과 수직한 방향의 편광성분의 속도가 다름으로 인해 두 광성분의 위상차가 발생하게 되며, HWP는 그 위상차가 λ/2가 되게 한다 만든다.
이때의 위상차(δ)는 δ=2πd*Δn/λ의 관계를 갖는다.
이때, d는 매질의 두께이며, Δn은 굴절률 이방성(광축방향의 굴절율과 광축에 수직한 방향의 굴절율 차)이다.
위의 수식적으로 해석해 보면, HWP은 d*Δn을 λ/2로 만듦으로서 위상차가 180도(πradian)나게 만든 광학필름이다.
그러나, 상기 수식에서 보듯이, 매질의 굴절률 이방성과 두께는 고정된 값인 반면, 파장은 입사되는 광에 의해서 결정된다.
그러므로, 어느 한 파장에서 위상차가 180도가 되도록 매질의 두께와 굴절률 이방성을 맞추었다고 하더라도, 입사파장이 바뀌면 이론적으로도 위상차가 180도 되지 못한다.
도 3은 550nm의 파장에 대해 최적화한 HWP의 도 2와 같은 배치에서 파장에 따른 투과율 특성을 나타낸 그래프이다.
도시한 바와 같이, 상기 제 1 편광판(34)과 HWP(32)와 제 2 편광판(36)을 통과한 빛의 분광상태를 조사해 보면, 550nm 근처의 파장 대에서는 상기 HWP가 제대로 역할을 수행하여, 빛이 완전히 차단되는 결과를 보였지만, 그 외의 파장대(K)에서는 이상적인 HWP역할을 할 수 없기 때문에 빛이 투과됨을 알 수 있다.
이와 같은 결과로, 종래의 HWP(32)는 특정한 파장대만 이상적인 λ/2플레이트 역할을 하고, 특정파장 이외의 파장에서는 이상적인 λ/2플레이트 역할을 하지 못할 수 있다.
따라서, 상기 HWP의 파장의존성이 큰 ECB(Electrically controled birefringence)모드 또는 LTN(Low twisted nematic)모드와 같은 액정표시장치에 사용하기엔 문제가 있다.
그러므로, 전술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위해, 본 발명은 새로운 광 대역 필름을 제안하여, 값싸게 광대역을 구현할 수 있고, 또한 파장 의존성이 큰 액정표시장치에도 사용하는데 문제가 없도록 하는 것을 목적으로 한다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 액정표시장치용 광학필름은, 제 1 편광판 및 제 2 편광판; 상기 제 1 편광판과 상기 제 2 편광판의 사이에 설치되며, 상기 제 1 편광판의 광축과 θ1 각을 이루는 제 1 하프 웨이브 플레이트; 상기 제 1 하프 웨이브 플레이트와 상기 제 2 편광판의 사이에 설치되며, 상기 제 1 편광판의 광축과 θ 각을 이루는 제 2 하프 웨이브 플레이트;를 포함한다.
상기와 같은 액정표시장치용 광학필름에 있어서, 광은 제 1 축 방향으로 진행하고, 상기 제 1 편광판의 광축은 제 2 축과 평행하며, 상기 제 1 하프 웨이브 플레이트의 광축은 상기 제 2 축과 상기 θ1 각을 이루며, 상기 제 2 하프 웨이브 플레이트의 광축은 상기 제 2 축과 상기 θ 각을 이루는 것을 특징으로 한다.
상기와 같은 액정표시장치용 광학필름에 있어서, 상기 θ1 각과 상기 θ1 각은 θ=π/4+θ1이 되는 것을 특징으로 한다.
상기와 같은 액정표시장치용 광학필름에 있어서, 상기 제 1 하프 웨이브 플레이트 및 상기 제 2 하프 웨이브 플레이트의 각각은 일축성의 매질인 것을 특징으로 한다.
상기와 같은 액정표시장치용 광학필름에 있어서, 상기 θ1 각은 22.50 인 것을 특징으로 한다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여, 전술한 바와 같은 본 발명에 따른 광대역 필름의 구성과 파장특성을 설명한다.
-- 실시예 --
도 4는 본 발명에 따른 광대역 하프 웨이브 플레이트의 구성을 도시한 도면이다.
광대역 하프 웨이브 플레이트(132)는 두장의 1축성 필름(Uniaxial film)으로 구성되며, 각 1축성필름을(132a,132b)은 각각 가시광의 중심파장(550nm)근처에 맞추어진 하프 웨이브 플레이트로 이루어져 있다.
상기 광대역 하프 웨이브 플레이트(132)가 제대로 그 역할을 수행하게 되기 위해서는 입사되는 광의 편광방향과 제 1 HWP(132a)의 광축 방향 사이각도가 일정 한 값을 가져야 하며, 동시에 제 1 HWP(132a)의 광축과 제 2 HWP(132b)의 광축 사이의 각도가 최적화 되어야 한다.
이를 도 4의 도시된 구성을 설명하면 아래와 같다.
도시한 바와 같이, 투과축이 평행하도록 제 1 편광판(134)과 제 2 편광판(136)을 사이에 두 장의 HWP(132a, 132b)를 구성한다.
이때, 빛이 Z방향으로 진행하고, 상기 제 1 편광판의 광축(138)이 X축과 평행하게 놓여 있고, 상기 제 1 HWP(132a)의 광축(140)은 상기 X축과 θ1의 각을 이루도록 구성하고, 상기 제 2 HWP(132b)의 광축(142)은 상기 X축과 θ의 각을 이루도록 구성한다.
이때, 상기 제 1 HWP(132a)의 θ1이 22.50 의 부근에서 상기 제 2 HWP(132b)의 θ=π/4+θ1 이 되도록 구성한다.
이와 같이 하면, 종래의 1축성 필름 하나로 만들어진 HWP보다 본 발명의 1축성 필름으로 만들어진 HWP 2장을 상기의 조건으로 배치하여 만들어진 HWP이 넓은 파장영역에서 λ/2플레이트 역할을 제대로 수행함을 시뮬레이션을 통하여 알 수 있다.
도 5는 상기의 광대역 하프 웨이브 플레이트(132)를 도 4에 도시되었듯이 투과축이 평행하게 배치된 편광판 사이에 배치했을 때의 입사파장 대 투과율을 나타낸 도면이다.
도 5에서 보여지듯이, 대부분의 파장영역에서의 투과율이 2%미만임을 알 수 있다.
본 발명의 광대역 HWP(132)가 제대로 역할을 수행하고 있음을 확인할 수 있다.
따라서, 전술한 바와 같이 본 발명의 광대역 HWP를 액정표시장치에 적용하면, 액정패널의 휘도를 개선할 수 있을 뿐 아니라, 파장 의존성이 큰 모드의 액정표시장치에도 사용 가능해 진다.
따라서, 본 발명에 따른 광대역 광학필름을 적용하면 아래와 같은 효과가 있다.
첫째, 값이 비싼 별도의 광대역 필름을 사용하지 않아도 되므로 비용이 절감되는 효과가 있다.
둘째, 넓은 범위의 파장 대에서 기능을 수행할 수 있으므로, 액정패널이 휘도를 개선할 수 있고 또한 파장의존성이 큰 모드의 액정패널에도 사용 가능한 효과가 있다.

Claims (5)

  1. 제 1 편광판 및 제 2 편광판;
    상기 제 1 편광판과 상기 제 2 편광판의 사이에 설치되며, 상기 제 1 편광판의 광축과 θ1 각을 이루는 제 1 하프 웨이브 플레이트;
    상기 제 1 하프 웨이브 플레이트와 상기 제 2 편광판의 사이에 설치되며, 상기 제 1 편광판의 광축과 θ 각을 이루는 제 2 하프 웨이브 플레이트;
    를 포함하는 액정표시장치용 광학필름
  2. 제 1 항에 있어서,
    광은 제 1 축 방향으로 진행하고, 상기 제 1 편광판의 광축은 제 2 축과 평행하며, 상기 제 1 하프 웨이브 플레이트의 광축은 상기 제 2 축과 상기 θ1 각을 이루며, 상기 제 2 하프 웨이브 플레이트의 광축은 상기 제 2 축과 상기 θ 각을 이루는 것을 특징으로 하는 액정표시장치용 광학필름.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 θ1 각과 상기 θ1 각은 θ=π/4+θ1이 되는 것을 특징으로 하는 액정표시장치용 광학필름.
  4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 제 1 하프 웨이브 플레이트 및 상기 제 2 하프 웨이브 플레이트의 각각은 일축성의 매질인 것을 특징으로 하는 액정표시장치용 광학필름.
  5. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 θ1 각은 22.50 인 것을 특징으로 하는 액정표시장치용 광학필름.
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