KR100555780B1 - 초박형 편광판 및 그를 이용한 액정표시장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 편광판 부착 불량의 발생없는 초박형의 편광판을 개시한다. 본 발명에 따른 초박형 편광판은, 고분자 편광 매질층의 일측 표면에 결합된 지지체 층과, 상기 지지체 층 위에 결합된 제 1 보호막, 상기 고분자 편광 매질층의 타측 표면에 결합된 점착제 층 및 상기 점착제 층 위에 결합된 제 2 보호막을 포함한다.

Description

초박형 편광판 및 그를 이용한 액정표시장치{Ultra-thin polarizing plate and liquid crystal display using the same}

도 1은 일반적인 액정표시장치의 개략적 단면도.

도 2는 종래의 기술에 따른 편광판의 단면도.

도 3은 종래의 기술에 따른 위상 보상필름을 갖는 편광판의 단면도.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 위상 보상필름을 갖는 초박형 편광판의 단면도.

도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 위상 보상필름을 갖는 초박형 편광판의 단면도.

도 6은 도 4와 도 5에 사용된 편광판의 동작 원리를 설명하기 위한 도면.

본 발명은 액정표시기 패널의 편광판에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 액정표시기 패널에 사용되는 편광판의 박형화에 관한 것이다.

빛은 사인 함수로 진동하며 진동방향은 전파 방향에 수직인 전자기파이다. 사람들이 눈으로 보고 있는 대부분의 빛, 예를 들어 태양광, 백열전구, 형광등의 빛은 백색광으로 모든 파장의 빛이 모든 방향으로 진동하는 빛이다. 이러한 빛을 무편광 빛이라고도 한다.

액정표시기는 액정이 가지는 전기적, 광학적 이방성(즉, 복굴절 이방성)과 액정의 유동성을 이용하여 전기적 신호에 액정의 분자 방향이 변화하여 빛의 통과 여부를 조절한다. 이처럼, 액정의 복굴절 이방성을 이용하여 입사광의 편광 상태를 변화시키는 액정표시기는 편광된 광의 사용을 필요로 한다.

그러므로, 입사광 중에서 원하는 한쪽 방향으로 진동하는 빛을 투과시키고 그 외의 나머지 방향으로 진동하는 빛은 흡수 또는 반사하여 특정한 방향으로 진동하는 빛을 만드는 역할을 하는 편광판을 액정표시기에 사용하는 것이 제안되었다.

이러한 편광판은 광의 효율을 높이기 위하여, 액정패널의 상하면에 부착된다.

액정표시장치에 사용되는 액정용 편광판의 종류로는 요소계 편광판과 염료계 편광판이 있다.

요소계 편광판은 폴리비닐 알코올에 이방성이 높은 요소계를 요화가리 수용액 중에 흡착시켜 일정한 방향으로 연신한다. 요소 막의 편광 특성은 우수하고 높은 콘트라스트 비, 높은 투과율을 구현할 수 있는 장점은 있지만 옥소분자의 승화성이 높아 고온 고습에서 문제가 발생한다.

염료계 편광판은 요소계와 같은 과정으로 편광체인 폴리비닐알코올에 이색성을 갖는 염료를 흡착시킨 후 연신을 통하여 연신 방향으로 염료분자를 배열시켜 만든다. 염료로는 직접 염료와 산성 염료를 주로 사용한다. 요소계에 비하여 염료 자 체의 이방성이 낮아 편광도는 떨어지지만 고온 고습에 강하다.

도 1은 편광판이 사용되는 액정표시기 패널을 개략적으로 도시한 단면도로서, 상하 유리기판(10, 20)의 외표면에는 편광판(40, 50)이 부착되고, 하부 편광판(50)의 하부에는 후면 광원인 백 라이트(60)가, 상하 유리기판 사이에는 액정층(30)이 개재된다. 도면 중 참조부호 32는 씰 제를 나타낸다.

도 2는 도 1의 액정표시기 패널에서 사용되는 편광판의 구성을 도시한 단면도로서, 일반적으로 고분자 편광매질인 폴리비닐알코올 층(43)을 기준으로 상하 양면에 트리아세틸 셀룰로오스(TAC:Triacetyl cellulous) 지지체 층(42, 44)이 부착되고, 상측 지지체 층(42) 위에는 상측 보호막(41)이 부착되며, 하측 지지체 층(44) 위에는 접착층(45)과 하측 보호막(46)이 순차적으로 부착된다.

여기서, 지지체 층(42, 44)은 편광자의 내구성, 기계적 강도, 내열 그리고 내습성 등을 확보하기 위하여 사용되고, 접착층(45)은 편광판(40, 50)을 유리기판(10, 20)에 접착시키기 위하여 사용된다.

편광판(40, 50)의 접착 공정은 일반적으로 액정 공정의 후반에 있으며, 공정 진행시 오정렬, 이물, 들뜸 등의 불량이 발생한다. 또한, 후속 공정 진행시 표면 스크래치 등에 의해서도 불량이 발생된다. 즉, 공정 라인의 환경, 설비 능력, 작업 능력 등에 따라 불량이 많이 발생한다. 불량으로 판정된 편광판은 리워킹 작업을 통하여 양품의 편광판으로 교체되어 재부착된다.

그러나, 편광판은 제조공정 재료의 약 90%에 해당하므로, 편광판 부착동안 발생하는 빈번한 불량은 편광판의 손실로 인한 제조원가 상승으로 이어지고, 특히 대형 모델에 적용되는 경우에는 편광판의 크기가 증가하므로, 그 손실이 증대되는 문제가 있다.

또한, 종래의 편광판은 두께가 너무 두꺼워서, 액정표시기 패널의 박형화를 저해시키는 하나의 요인으로 작용한다.

아울러, 광 시야각의 구현을 위하여, 위상보상판이 편광판에 부착된 광학보상 편광판이 사용되고 있지만, 이는 기존의 편광판 두께에 위상 보상판의 두께가 추가되므로, 액정표시기의 박형화를 저해하는 추가적인 요인으로 작용한다.

한편, 편광판의 박형화를 위해서는, 지지체/편광소자/점착제 층의 두께를 보다 얇게 하는 것에 의하여 실행될 수 있지만, 이는 커얼 불량, 핸들링 불량을 야기하며, 편광판의 부착 공정동안 편광판이 휘는 문제 등의 발생을 유발한다.

따라서, 본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 편광판의 두께를 감소시켜 초박형의 편광판을 제공하는데 그 한 가지 목적이 있다.

본 발명의 다른 목적은, 편광판의 두께를 감소시는 동시에, 커얼 불량, 핸들링 불량, 및 편광판의 부착 공정동안 편광판이 휘는 문제 등의 발생을 실질적으로 방지할 수 있는 초박형의 편광판을 제공하는데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 편광판의 박형화를 통하여 액정표시기의 휘도를 향상시키는데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 광시야각을 구현하는 동시에 박형화가 가능한 편광판을 제공하는데 있다.

본 발명의 일측면에 따르면, 편광판은 고분자 편광 매질층의 일측 표면에 결합된 지지체 층과, 상기 지지체 층 위에 결합된 제 1 보호막, 상기 고분자 편광 매질층의 타측 표면에 결합된 점착제 및 상기 점착제 층 위에 결합된 제 2 보호막을 포함한다.

상기한 구성을 갖는 편광판은 액정표시기 패널의 양측 외표면에 적용될 수 있다.

본 발명의 다른 측면에 따르면, 편광판은 고분자 편광 매질층의 양측 표면에 결합된 제 1, 제 2 지지체 층과, 상기 제 1 지지체 층 위에 결합된 제 1 보호막, 상기 제 2 지지층 위에 결합된 점착제 층 및 상기 점착제 층 위에 결합된 제 2 보호막을 포함하며, 상기 고분자 편광 매질층과 상기 제 1, 제 2 지지층은 동일한 두께를 갖는다.

선택적으로, 상기 편광판 구성요소의 총 두께에서 상기 고분자 편광 매질층과, 상기 제 1, 제 2 지지체 층 및 상기 점착제 층의 두께를 감소시키고, 상기 고분자 매질층, 상기 제 1, 제 2 지지체 층의 감소된 두께만큼 제 1 보호막과 상기 제 2 보호막 중 적어도 하나의 두께를 증가시키므로써, 초박형의 편광판을 구성하는 동시에, 편광판 구성요소의 두께 감소에 따른 부착 불량을 방지한다.

상기한 구성의 편광판은 액정표시기 패널의 양측 외표면에 적용될 수 있다.

본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 편광판은 고분자 편광 매질층의 일측 표면에 결합된 제 1 지지체 층과, 상기 제 1 지지체 층 위에 결합된 제 1 보호막, 상 기 고분자 편광 매질층의 타측 표면에 결합된 제 2 지지체 층과, 상기 제 2 지지체 층 위에 결합된 위상 보상층과, 상기 위상 보상층의 상부에 순차적으로 결합된 점착제 및 제 2 보호막을 포함한다.

상기한 구성의 편광판은 액정표시기 패널의 일측 외표면, 즉 컬러필터측 외표면에 적용될 수 있다.

본 발명의 다른 목적, 특징 및 장점들은 하기의 도면을 첨부한 본 발명의 상세한 설명으로부터 보다 명백해질 것이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명에 의한 편광판은 액정표시기 패널의 상하기판(10, 20)의 외표면에 각각 부착된다.

상기한 액정표시기 패널의 상하부 표면에 부착되는 상/하부 편광판(140:또는, 제 1/제 2 편광판)을 박형화하기 위하여 그의 구성은 다양하게 변경될 수 있다.

본 발명에서 적용된 편광판의 명세를 언급하기에 앞서, 도 2를 참조하여 종래의 기술에 따른 상/하부 편광판의 명세를 살펴보면 다음과 같다.

도 2를 참조하면, 고분자 편광매질인 폴리비닐알코올 층(43)은 약 30±5.0μm의 두께를, 폴리비닐 알코올 층의 양면에 있는 지지체 층(42, 44)은 각각 약 80±5.0μm의 두께를, 상측 보호막(41)은 약 63±5.0μm의 두께를, 점착제 층은 약 25±5.0μm의 두께를, 그리고 하측 보호막(46)은 약 38±5.0μm의 두께를 가진다.

여기서, 상측 보호막(41)과 하측 보호막(46)은 이물 등의 보호를 위하여 부 착된 것으로서, 제조공정에서 벗겨지므로, 실제 편광판의 두께는 폴리비닐알코올 층(43), 두 지지체 층(42, 44), 및 점착제 층(45)의 두께를 합한 두께가 편광판의 전체 두께가 되고, 이는 약 215μm에 이른다.

따라서, 본 발명의 편광판의 첫 번째 예로서, 도 2의 편광판(40)의 고분자 편광매질인 폴리비닐알코올층(43)의 두께를 동일하게 유지한 채, 양 지지체 필름(42, 44)의 두께는 종래에 비하여 약 50μm만큼 감소되어, 폴리비닐알코올층(43)의 두께와 동일한 약 30±5.0μm로 하고, 점착제 층(45)의 두께는 약 10μm만큼 감소시킨 15±5.0μm로 변경한다. 이 때, 상측 보호시트(41) 및 하측 보호시트(46)의 두께는 종래의 구성과 동일하게, 약 63±5.0μm, 약 38±5.0μm이다.

상기와 같이 지지체의 두께를 박형화하므로써, 편광판의 두께가 105μm에 불과한 초박형의 액정표시기 패널을 제공한다.

또한, 두 번째 예로서, 도 2의 구성에서 하부 지지체 층(44)을 제거한 편광판을 제공한다. 이 때, 상부 지지체 층(42), 폴리비닐알코올 층(43), 점착제 층(45) 및 상하 보호막 층(41, 46)의 두께는 종래의 명세와 동일하다.

결과적으로, 두 번째 예의 적용에 의하여, 상부 편광판의 두께가 135μm에 불과한 박형 액정표시기 패널을 제공한다.

세 번째 예로서, 도 2의 구성에서 하부 지지체 층(44)을 제거한 편광판을 제공한다. 이 때, 폴리비닐알코올 층(43), 및 상하 보호막 층(41, 46)의 두께는 종래의 명세와 동일하며, 상부 지지체 층(42)의 두께는 종래보다 50μm만큼 얇은 약 30 ±5.0μm로 하고, 점착제 층(45)의 두께는 종래보다 10μm만큼 얇은 약 15±5.0μm로 한다.

결과적으로, 세 번째 예의 적용에 의하여, 상부 편광판의 두께가 75μm에 불과한 초박형 액정표시기 패널을 제공한다.

한편, 상기한 예들에서는 폴리비닐알코올층, 양 지지체 층, 또는 점착제 층의 두께를 줄이는 경우를 제시하였지만, 이들 층들의 두께 감소에 의하여 커얼(Curl) 불량, 핸들링 불량, 휨 불량과 같은 문제들이 발생할 수도 있다.

따라서, 네 번째 예로서, 폴리비닐알코올층, 양 지지체 층, 또는 점착제 층의 두께를 상기한 세 가지 예와 같이 줄이고, 상하 보호막의 두께를 종래에 비하여 증가시켜서 상기한 문제들의 발생을 방지한다.

이때, 상하 보호막 층은 편광판을 액정표시기 패널에 부착한 후에 제거되므로, 상기한 커얼 불량, 핸들링 불량, 및 휨 불량과 같은 문제들의 발생이 방지될 수 있다.

이상의 네 가지 예에서 제시된 것처럼, 상부 편광판의 두께를 줄이고, 이 두께의 감소분 만큼 도광판의 두께를 두껍게 하므로써, 휘도를 향상시킬 수 있다.

한편, 액정표시기 패널에서 시각 의존성이 생기는 것은 패널에 대해 경사지게 입사하는 빛이 받는 복굴절 효과가 수직으로 입사하는 때와 다르기 때문이다. 따라서, 복굴절 효과의 크기가 입사각에서 변화하는 광학 소자를 액정 패널에 중첩시켜 보상하는 것이 고려되어지며, 이 광학소자로서 위상차 필름이 사용된다.

이러한 위상차 필름은 일반적으로 편광판에 결합된 상태로 사용되며, 도 3에 도시한 것처럼, 하부 지지체 층(148)과 점착제 층(146) 사이에 약 2μm의 두께를 갖는 디스코틱 액정으로 된 위상 보상막(145)이 개재되고, 이 보상막(145)을 지지 및 접착하기 위하여 하부 지지체 층(148)과 위상 보상막(145)의 사이에 약 25±5.0μm의 두께를 갖는 접착제 층(149)과, 약 100±10μm의 두께를 갖는 지지체 층(144)이 순차적으로 개재된 구성을 갖는다.

그러나, 상기한 구성을 갖는 편광판(140)을 상부 편광판으로서 액정표시기 제품에 적용하여 신뢰성 테스트를 하였을 때, 위상차 필름이 포함되지 않은 일반 편광판에서 나타나지 않는 에지부 광 누설 불량이 심하게 나타난다. 이는 위상차 필름 제작시 추가된 접착제 층(149)이 고온시 패널 에지 쪽으로 치우친 열에 의해 변형될 때 접착제 층(149) 하부의 지지체 층(144)과 위상 보상막 층(145)이 꼬임/수축되므로써 나타나는 불량으로 해석된다.

따라서, 본 발명의 또 다른 실시예에서는, 광 누설 불량을 제거할 수 있는, 위상차 필름이 결합된 편광판(이하, 광학 보상 편광판으로 언급함)을 사용한다.

도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 광 누설 불량 제거용 광학 보상 편광판의 구성을 보여주는 단면도이다.

도 4를 참조하면, 광학 보상 편광판(240)은, 약 38±5.0μm의 두께를 갖는 보호막(247;또는, 이형필름, 이하 제 1 보호막으로 언급함) 위에, 약 25±5.0μm의 두께를 갖는 점착제 층(246), 약 2μm의 두께를 갖는 디스코틱 액정으로 된 위상 보상막(245), 약 100±10μm의 두께를 갖는 지지체 층(244; 이하, 제 1 지지체로 언급함), 약 30±5.0μm의 두께를 갖는 편광소자층(243), 약 80±10μm의 두께를 갖는 지지체(242; 이하, 제 2 지지체로 언급함), 및 약 60±5.0μm의 두께를 갖으며, 정전기 처리된 보호막(241; 이하, 제 2 보호막으로 언급함)이 순차적으로 적층된 구성을 갖는다.

종래의 구성과 비교할 때, 도 3의 편광판(240)은 약 80±10μm의 두께를 갖는 기존의 편광판의 하부 지지체 층과 약 25±5μm의 두께를 갖는 접착제 층이 제거되므로, 편광판의 두께는 기존의 440±57μm에서 335±42μm로 줄어들게 되고, 박형화가 가능해진다.

또한, 또 다른 실시예로서, 상부 편광판(340)은, 도 5에 도시한 것처럼, 기존의 위상차 필름의 구성에서 약 25±5μm의 두께를 갖는 접착제 층과 약 100±10μm의 두께를 갖는 지지체 층을 제거하고 디스코틱 액정으로 된 보상막 층(345)만을 기존의 편광판의 하부 지지체 층(344)과 점착제 층(346) 사이에 개재하여 구성하므로써, 접착제 층으로 인한 꼬임/수축 불량이 없는 박형의 광학 보상 편광판을 갖는 액정표시기를 제공한다.

이처럼, 상기와 같은 광학 보상 편광판을 상부 편광판으로 사용하므로써, 가장자리 부분의 광 누설 불량을 근본적으로 방지할 수 있으며, 박막 구현은 물론, 편광판의 제조 원가를 줄일 수 있다.

도 6은 상기한 구성의 광학 보상 편광판을 액정표시기에 적용하였을 때의 광보상 원리를 설명하기 위한 도면으로서, 참조부호 130은 셀 영역을, 참조부호 240, 340은 위상보상 영역을, 그리고 참조부호 180은 셀 영역(130)과 위상보상 영역(240, 340) 간의 계면을 각각 나타낸다.

액정 셀 영역(130)의 액정(134)은 장축 방향과 단축방향으로의 굴절율이 서로 다른 복굴절성을 갖는다. 이러한 복굴절성으로부터 액정은 장축 굴절율(Extra ordinary ; n_e)이 단축 굴절율(Ordinary : n_o)보다 큰(즉 Δn=n_e-n_o 〉0) 포지티브 액정과, 반대의 경우(즉 Δn=n_e-n_o 〈 0)인 네거티브 액정으로 분류된다.

굴절율은 광학적으로 매질을 통과하는 빛의 속도를 결정하여 매질 내에서 빛의 진행 메카니즘을 설명할 수 있는 중요한 양이다. 따라서, 액정표시기 패널의 정면에서 보는 경우, 액정의 장축 방향의 굴절율에 주로 영향을 받는 반면에 소정 각도로 경사진 방향에서 보는 경우는 액정의 단축 방향의 굴절율에 주로 영향을 받아 빛이 느끼는 굴절율이 차이가 생기므로 선형 편광된 빛이 액정을 통과하면서 편광상태가 바뀌는 율의 차이가 생겨 정면에서의 빛의 양과 컬러 특성이 정면에서 벗어났을 때와는 달라진다.

그러므로, 액정 셀 영역(130)에서 생기는 위상차를 보상해 주기 위하여 이상적으로 생각해보면 위상차 필름(240, 340)의 장축 굴절률이 액정 셀 영역의 단축 굴절률과 같고, 위상차 필름(240, 340)의 단축 굴절율이 액정 셀 영역(130)의 단축 굴절률과 같은, 즉 n_e = n_o', n_o = n_e'가 되는 위상차 필름이 사용된다.

위상차 필름(240, 340)에 의한 위상 보상이 이루어지기 위해서는, 액정셀의 리타데이션(Retardation), 즉 Δn(= n_e - n_o)·d(=액정셀의 두께)와 위상차 필름의 리타데이션, Δn'(= n_e' - n_o')·d'(=위상차 필름의 두께)의 크기가 같아야 하므로, d=d'가 되어야 한다.

이처럼, 액정에서 빛의 위상의 변화 Δn·d와 위상차 필름에서의 위상의 변화 Δn'·d'가 크기는 같지만 방향이 반대이기 때문에 서로 보상된다. 하지만 실제의 TN 셀의 경우는 그레이 레벨에 따라 글라스 면에 수평하게 배양한 액정이 수직으로 일어서는 정도가 달라지고 위상차 필름이 3차원 굴절율을 갖고 굴절율이 빛의 파장에 따라 달라지는 값이기 때문에 단순하게 n_e=n_o', n_o=n_e'로 생각해서는 안된다.

따라서, 도 3과 도 4에서 제시된 치수들은 그 값들만으로 한정되어서는 안되며, 그레이 레벨에 따른 액정의 Δn, 셀 갭, 빛의 파장 등을 고려하여 시뮬레이션을 통하여 최적화 되게 위상차 필름의 두께가 설정되어야 한다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명은 편광판을 박형화하므로써, 편광판 제작에 소요되는 재료의 감소를 통하여 제조비용을 절감하는 동시에, 감소된 두께만큼 도광판의 두께를 증가시켜 주므로써, 휘도 효율을 향상시킬 수 있다.

또한, 본 발명의 편광판은 두께의 감소에도 불구하고, 커얼 불량, 핸들링 불량, 및 편광판의 부착 공정동안 편광판이 휘는 문제 등의 발생이 실질적으로 방지된다.

아울러, 본 발명은 위상 보상필름의 채용으로 광시야각을 구현하는 동시에 박형의 액정표시기 패널의 구현을 가능하게 한다.

여기에서는, 본 발명의 특정실시예에 대하여 설명하고 도시하였지만, 본 발 명의 사상과 정신을 위배하지 않는 한 통상의 지식을 가진 자들에 의하여 변형과 개선이 가능할 것이다. 따라서, 이하 본 발명의 특허청구범위는 그러한 모든 변형과 개선을 포함하는 것으로 간주된다.

Claims (12)

1. 삭제
2. 삭제
3. 삭제
4. 삭제
5. 삭제
6. 삭제
7. 삭제
8. 삭제
9. 고분자 편광 매질층의 일측 표면에 결합된 제 1 지지체 층과, 상기 제 1 지지체 층 위에 결합된 제 1 보호막, 상기 고분자 편광 매질층의 타측 표면에 결합된 제 2 지지체 층과, 상기 제 2 지지체 층 위에 결합된 위상 보상층과, 상기 위상 보상층의 상부에 순차적으로 결합된 점착제 및 제 2 보호막을 포함하는 것을 특징으로 하는 편광판.
10. 제 9 항에 있어서, 상기 점착제 층은 약 25±5.0μm의 두께를, 상기 위상 보상층은 약 2μm의 두께를, 상기 제 1 지지체 층은 약 100±10μm의 두께를, 상기 편광매질층은 약 30±5.0μm 두께를, 상기 제 2 지지체 층은 약 80±10μm의 두께를 갖는 것을 특징으로 하는 편광판.
11. 제 9 항에 있어서, 상기 점착제 층은 약 25±5.0μm의 두께를, 상기 위상 보상층은 약 2μm의 두께를, 상기 제 1, 제 2 지지체 층은 약 80±10μm의 두께를, 상기 편광매질층은 약 30±5.0μm 두께를 갖는 것을 특징으로 하는 편광판.
12. 액정표시기 패널의 양측 외표면에 결합된 편광판을 갖는 액정표시장치로서,

    상기 편광판은 고분자 편광 매질층의 일측 표면에 결합된 제 1 지지체 층과, 상기 제 1 지지체 층 위에 결합된 제 1 보호막, 상기 고분자 편광 매질층의 타측 표면에 결합된 제 2 지지체 층과, 상기 제 2 지지체 층 위에 결합된 위상 보상층과, 상기 위상 보상층의 상부에 순차적으로 결합된 점착제 및 제 2 보호막을 포함하며,

    상기 편광판은 상기 제 2 보호막의 제거에 의하여 노출된 점착제 층이 상기 액정표시기 패널에 결합되며, 상기 제 1 보호막은 상기 편광판의 부착후 제거되는 것을 특징으로 하는 액정표시장치.

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