KR101070481B1 - 편광필름 및 액정표시장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 편광판의 굴절율 변화를 최소화하여 빛샘 불량을 개선한 편광판 및 이를 이용한 액정표시장치를 개시한다. 개시된 본 발명은 광을 일정한 방향으로 편광 시키는 PVA 필름과; 상기 PVA 필름 일측에 부착되어 지지하는 TAC 필름과; 상기 PVA 필름 타측에 부착되어 지지 및 광시야각을 보상하는 WV TAC 필름과; 상기 WV TAC 필름에 부착되어 액정셀을 진행하는 광의 굴절율 비대칭성을 보상하는 보상필름과; 상기 보상필름을 액정셀의 글라스에 접착시키기 위하여 상기 보상필름에 도포된 점착제와; 상기 점착제와 상기 TAC 필름 외측에 필름 보호를 위하여 각각 부착된 제 1, 제 2 보호필름을 포함하는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 WV TAC 필름의 두께는 50~80㎛이고, 상기 점착제의 응력은 400gf/25mm 이하인 것을 특징으로 한다.
편광판, 빛샘, 필름, LCD, 점착제, PVA

Description

편광필름 및 액정표시장치{POLARIZATION FILM AND LCD DEVICE OF USING THE SAME}
도 1은 일반적인 액정표시장치의 구조를 개략적으로 도시한 도면.
도 2는 상기 도 1의 편광판의 구조를 개략적으로 도시한 도면.
도 3은 종래에 따른 편광막의 수축 변형을 도시한 도면.
도 4는 TAC 필름의 굴절률 변화를 도시한 도면.
도 5는 종래에 따른 편광판에 의해 모래시계 빛샘이 발생되는 것을 도시한 도면.
도 6은 본 발명의 편광판을 부착한 액정표시장치의 광학 보상원리를 설명하기 위한 도면.
도 7은 본 발명에 따른 편광판이 구조를 도시한 도면.
도 8은 본 발명의 편광판에서 얇은 두께의 TAC 필름을 사용함에 따라 굴절율이 개선되는 모습을 설명하기 위한 도면.
도 9는 본 발명의 편광판에서 응력이 완화된 점착제를 사용함에 따라 굴절율이 개선되는 모습을 설명하기 위한 도면.
도 10은 본 발명에 따른 편광판을 사용함으로써 모래시계 빛샘 불량을 개선한 모습을 도시한 도면.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
50, 70: TAC 필름 55, 75: PVA 필름
56, 76: WV TAC 필름 57, 77: 보상필름
60: 액정셀 110a: 제 1 보호필름
110b: 제 2 보호필름 111: TAC 필름
113: PVA 필름 115: WV TAC 필름
117: 보상필름 119: 점착제
본 발명은 액정표시장치에 관한 것으로, 특히 편광판의 굴절율 변화를 최소화하여 빛샘 불량을 개선한 편광판 및 이를 이용한 액정표시장치에 관한 것이다.
최근 정보화 사회로 시대가 급발전함에 따라 박형화, 경량화, 저 소비전력화 등의 우수한 특성을 가지는 평판표시장치(flat panel display)의 필요성이 대두되었다.
일반적으로, 평판형 표시장치의 하나인 액정표시장치(LCD)는 음극선관 (CRT)에 비해 시인성이 우수하고 평균소비전력도 같은 화면크기의 CRT에 비해 작을 뿐만 아니라 발열량도 작기 때문에 플라즈마표시장치(PDP: Plasma Display Panel)나 전계방출표시장치(FED: Field Emission Display)와 함께 최근에 휴대폰이나 컴퓨터의 모니터, 텔레비젼의 차세대 표시장치로서 각광받고 있다.
액정표시장치는 전계 생성전극이 각각 형성되어 있는 두 기판을 두 전극이 형성되어 있는 면이 마주 대하도록 배치하고 두 기판 사이에 액정 물질을 주입한 다음, 두 전극에 전압을 인가하여 생성되는 전기장에 의해 액정 분자를 움직이게 함으로써, 이에 따라 달라지는 빛의 투과율을 조절하여 화상을 표현하는 장치이다.
일반적으로, 액정은 그 분자가 이방성을 가지고 있고, 그 분자로 이루어진 액정셀이나 필름의 이방성이 액정분자들의 분포 및 기판에 대해 기울어진 각도(tilt angle)의 분포정도에 의해 바뀌는 성질을 가지고 있다.
또한, 이러한 특성은 액정으로 이루어진 셀이나 필름을 보는 각도에 따라 빛의 편광성을 변화시키는 중요한 요인이 된다.
한편, 도 1은 일반적인 액정표시장치의 구조를 개략적으로 도시한 도면이다. 이에 도시된 바와 같이, 액정표시장치는 박막트랜지스터(TFT)를 구비한 하판(5a)과; 컬러필터를 구비한 상판(5b)과; 상기 상판(5b)과 상기 하판(5a)의 이격된 사이에 충진된 액정층(9)과; 상기 하판(5a)의 하부면에 부착되어 자연광을 선편광으로 투과시키는 제 1 편광판(6a)과; 상기 상판(5b)의 상부면에 부착되고, 상기 제 1 편광판(6a)과 수직인 투과축을 갖는 제 2 편광판(6b)을 포함하여 구성된다.
또한, 상기 하판(5a), 상기 상판(5b) 및 상기 액정층(9)으로 이루어진 액정패널의 하부에 구비되어, 광원(1)으로부터 빛을 공급하는 백라이트 유닛(2)을 더 포함하게 된다.
상기 하판(5a)에는 도시되지 않았지만, TN 모드 액정표시장치의 하판을 예시적으로 설명하면, 투명 기판 상에 교차 배치되는 게이트 배선 및 데이터 배선이 형 성되고, 상기 게이트 배선과 연장되는 게이트 전극과, 상기 게이트 전극을 포함한 전면에 형성된 게이트 절연막과, 상기 게이트 절연막상에 형성된 반도체층과, 상기 반도체층상에 형성된 소스/드레인 전극으로 이루어진 박막트랜지스터(TFT)가 형성되며, 상기 결과물상에 보호막을 형성한 후, 상기 보호막상에 콘택홀을 통해 상기 박막트랜지스터의 드레인 전극과 연결되는 화소전극이 형성된다.
상기 상판(5b)에는 상기 화소전극을 제외한 영역으로 빛이 투과되는 것을 차단하기 위해 투명기판상에 블랙매트릭스가 형성되고, 상기 블랙매트릭스상에 색상을 표현하기 위한 적, 녹, 청의 칼라필터 패턴이 형성되며, 상기 칼라필터 패턴상에 공통전극이 형성된다.
상기 제 1, 제 2 편광판(6a, 6b)은 투과축이 서로 90도 교차되도록 각각 상기 하판(5a) 및 상기 상판(5b)의 바깥면에 형성되어, 입사되는 자연광을 편광 성분으로 나누어, 그 한쪽만을 통과시켜 다른 성분을 흡수 또는 분산시키게 된다.
즉, 빛은 전자파이고, 그 진동 방향은 진행 방향에 수직이다. 편광은 그 진동 방향에 치우치고 있는 빛이다. 즉, 진행 방향에 수직인 방향 가운데 특정 방향에 강하게 진동하고 있는 빛을 말한다.
따라서, 상기 액정패널의 하부에 구비된 백 라이트 유닛(2)에서 나오는 빛은 그 진동 방향이 모든 방향으로 같은 확률을 가진다. 이때, 상기 제 1, 제 2 편광판(6a, 6b)은 이러한 빛 중에서 편광축과 동일한 방향으로 진동하는 빛만 투과시키고, 그 외의 나머지 방향으로 진동하는 빛은 적당한 매질을 이용하여 흡수 또는 반사하여 특정한 한 방향으로 진동하는 빛을 만드는 역할을 한다.
상기 액정층(9)의 상하로 편광축이 서로 직교하도록 하판 및 상판에 제 1 , 제 2 편광판(6a, 6b)이 부착되기 때문에, 상기 액정층(9)을 통과하는 동안 편광축의 회전 정도에 따라 투과광의 세기가 조절되어 블랙(black)과 화이트(white) 사이의 그레이(gray) 표현이 가능하게 된다.
한편, 15인치 이상의 대면적 TN 모드의 액정표시장치에는 WV(Wide View) 편광판을 부착하여 광 시야각을 구현한다.
도 2는 상기 도 1의 편광판의 구조를 개략적으로 도시한 도면이다. 이에 도시된 바와 같이, 상기 액정셀의 양쪽 바깥면에 부착된 제 1, 제 2 편광판은 WV 편광판으로 형성된다.
상기 WV 편광판은 입사되는 빔의 편광정도에 따라 투과되는 빔의 광량을 제어하는 편광막인 PVA 필름(Poly Vinyl Alcohol Film: 13)과, 상기 PVA 필름(13) 양측에 상기 PVA 필름(13)을 보호/지지하기 위해 부착된 TAC 필름(TriAcetyl Cellulose Film: 11) 및 WV TAC 필름(15)과, 상기 WV TAC 필름(15)의 일측면에 액정셀의 광학 보상을 위한 보상필름(17)과, 상기 보상필름(17)의 외측에 액정셀의 글라스와의 부착을 위해 도포된 점착제(19)와, 상기 점착제(19)와 TAC 필름(11) 외측에 WV 편광판의 보호를 위해 부착된 제 1 보호필름(10a) 및 제 2 보호필름(10b)로 구성되어 있다.
상기와 같은 구조를 갖는 WV 편광판의 두께는 108㎛ 정도이고, 상기 WV 편광판은 액정셀에 양측면에 각각 부착된다.
액정표시장치에서 광 시야각을 구현하는 원리는 이미 알려져 있듯이 액정 셀 에서 발생하는 시야각에 따른 굴절률의 비대칭성을 WV 편광필름에 내재되어 있는 보상 필름 즉, 상기 TAC 필름(11), WV TAC 필름(15) 및 보상필름(17)에 의해 광학 보상을 하게 된다.
그리고 상기와 같은 구조를 갖는 WV 편광필름은 TN 모드의 장점을 살리면서도 비교적 쉽게 광 시야각을 구현할 수 있어서, 범용 대면적 패널에서 주로 사용되어 왔다.
도 3은 종래에 따른 편광막의 수축 변형을 도시한 도면이다. 이에 도시된 바와 같이, 상기 편광판의 편광자인 요오드를 흡수한 PVA 필름을 강한 장력으로 연신한 필름으로 편광을 구현한다.
상기 PVA 필름은 내재적으로 수축력을 가지고 있는데 지지체인 TAC 필름이 수축되는 것을 막아주고 있다.
그런데. 높은 온도에서는 고분자 물질의 특성으로 TAC 의 지지력이 약화되고, PVA 의 수축력에 의해 TAC와 PVA 에 어느 정도의 변형이 발생하게 된다.
도 4는 TAC 필름의 굴절률 변화를 도시한 도면이다. 이에 도시된 바와 같이, TAC 필름에 변형이 일어나면, TAC 필름의 굴절률이 변화하는데 굴절률이 일반 TAC보다 크므로 굴절률 변화가 커진다.
도면에서와 같이, 열에 의하여 TAC 필름이 변형되면, 상기 TAC 필름이 굴절률 이방성을 갖게 되어 입사되는 광을 여러 각도록 굴절시키게 된다.
이와 같이, TAC 필름의 변형에 따른 굴절율 이방성은 빛샘 불량을 유발하여 디스플레이 되는 화면에 모래시계 불량을 야기시킨다.
도 5는 종래에 따른 편광판에 의해 모래시계 빛샘이 발생되는 것을 도시한 도면이다. 이에 도시된 바와 같이, WV 편광필름이 장시간 고온 상태로 있을 경우에는 필름들의 외형적 변형에 따라 굴절율 변화가 발생한다.
이와 같은 굴절율 이방성은 백라이트로부터 발생되는 광을 여러 방향으로 굴절시켜 디스플레이 되는 화면에 부연 모래시계 불량이 발생한다.
즉, TAC필름은 정면에서 굴절률 이방성이 없도록 설계되어 있으나 TAC의 거시적 외형구조에 의해 정면에서의 굴절률 이방성이 발행하여 빛샘을 유발하게 된다.
본 발명은, WV 편광판에서 WV TAC 필름의 두께를 얇게 하고, 글라스와 편광판을 접착하는 점착제의 응력을 완화시켜, 필름들이 변형되어 화질 불량이 발생되는 것을 방지할 수 있는 편광판 및 이를 이용한 액정표시장치를 제공함에 그 목적이 있다.
상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 편광판은,
광을 일정한 방향으로 편광시키는 PVA 필름과;
상기 PVA 필름 일측에 부착되어 지지하는 TAC 필름과;
상기 PVA 필름 타측에 부착되어 지지 및 광시야각을 보상하는 WV TAC 필름과;
상기 WV TAC 필름에 부착되어 액정셀을 진행하는 광의 굴절율 비대칭성을 보 상하는 보상필름과;
상기 보상필름을 액정셀의 글라스에 접착시키기 위하여 상기 보상필름에 도포된 점착제와;
상기 점착제와 상기 TAC 필름 외측에 필름 보호를 위하여 각각 부착된 제 1, 제 2 보호필름을 포함하는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 WV TAC 필름의 두께는 50~80㎛이고, 상기 점착제의 응력은 400gf/25mm 이하인 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 액정표시장치는,
액정층을 사이에 두고 합착된 제 1 및 제 2 기판과;
상기 제 1 기판 및 제 2 기판 외측에 부착되고, PVA 필름, TAC 필름, WV TAC 필름, 보상필름으로 구성된 제 1 WV 편광필름 및 제 2 WV 편광필름을 포함하는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 제 1 WV 편광필름 및 제 2 WV 편광필름는 상기 제 1 및 제 2 기판의 글라스 표면에 점착제에 의해서 부착되고, 상기 점착제의 응력은 400gf/25mm 이하이며, 상기 보상필름은 상기 제 1기판과 제 2 기판 사이에 게재된 액정층의 굴절율 비대칭성을 보상하고, 상기 WV TAC 필름의 두께는 50~80㎛인 것을 특징으로 한다.
이와 같은 본 발명에 의하면, WV 편광판에서 WV TAC 필름의 두께를 얇게 하고, 글라스와 편광판을 접착하는 점착제의 응력을 완화시켜, 필름들이 변형되어 화질 불량이 발생되는 것을 방지할 수 있다.
이하 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명의 실시 예를 상세히 설명한다.
도 6은 본 발명의 편광판을 부착한 액정표시장치의 광학 보상원리를 설명하기 위한 도면이다.
도 6에 도시된 바와 같이, 액정셀(60)의 양측에는 WV 편광필름이 부착되어 있다.
상기 WV 편광필름은 PVA 필름(55, 75)을 사이에 두고 TAC 필름(50, 70)과 WV TAC 필름(56, 76)부착되어 있다.
상기 WV TAC 필름(50, 70)에는 보상필름(57, 77)이 부착되어 있고, 상기 보상필름(57, 77)은 상기 액정셀(60)과 접촉되어 있다.
상기 WV 편광필름은 광시야각을 구현하기 위한 편광필름으로 상기 액정셀(60)에서 트위스트(twist)된 액정들에서 발생되는 굴절율 비대칭성을 상기 WV 편광필름에서 보상하도록 한 것이다.
즉, 상기 액정셀(60)에서 발생되는 굴절율 비대칭성은 상기 WV 편광필름의 보상필름(57, 77)과 WV TAC 필름(56, 76)에서 보상한다.
본 발명에서는 특히, WV TAC 필름(56, 76)의 두께를 얇게 함으로써(108㎛에서 80㎛정도), 고온에 의한 상기 WV TAC 필름(56, 76)의 변형을 최소화하였다.
따라서, 얇은 두께의 상기 WV TAC 필름(56, 76)은 열에 의한 변형에도 굴절율의 변화율이 작아 굴절율 이방성이 발생하지 않게 된다.
도 7은 본 발명에 따른 편광판의 구조를 도시한 도면이다.
도 7에 도시된 바와 같이, 액정셀의 양측면에 부착되는 WV 편광필름의 구조 는 다음과 같다.
상기 WV 편광필름은 입사되는 빔의 편광정도에 따라 투과되는 빔의 광량을 제어하는 편광막인 PVA 필름(Poly Vinyl Alcohol Film: 113)과, 상기 PVA 필름(113) 양측에 상기 PVA 필름(113)을 보호/지지하기 위해 부착된 TAC 필름(TriAcetyl Cellulose Film: 111) 및 두께를 80㎛ 정도 줄인 WV TAC 필름(115)과, 상기 WV TAC 필름(115)의 일측면에 액정셀의 광학 보상을 위한 보상필름(117)과, 상기 보상필름(117)의 외측에 도포되고, 응력을 완화시킨 점착제(119)와, 상기 점착제(119)와 TAC 필름(111) 외측에 WV 편광필름의 보호를 위해 부착된 제 1 보호필름(110a) 및 제 2 보호필름(110b)으로 구성되어 있다.
상기 점착제(119)의 응력은 1000gf~500gf/25mm 에서 400gf/25mm로 완화시켰고, 상기 WV TAC 필름(115)의 두께도 50~80㎛로 얇게 형성하였다.
상기 WV TAC 필름(115)의 두께도 얇게 형성하면서, 상기 WV TAC 필름(115)에 부착되어 있는 점착제(119)의 응력을 완화시킴으로써, 고온에 의한 상기 WV TAC 필름(115)의 변형을 최소화시킬 수 있다.
상기 WV TAC 필름(115)의 변형율이 낮아짐으로써, 굴절율 변화에 의한 굴절율 이방성이 나타나지 않게 되어 빛샘 불량을 줄일 수 있다.
따라서, 대면적 액정셀의 경우에 액정층에서 발생되는 굴절율의 비대칭성을 본 발명에 따라 고안된 WV 편광필름을 사용함으로써, 광시야각을 구현할 수 있도록 보상할 수 있다.
도 8은 본 발명의 편광판에서 얇은 두께의 TAC 필름을 사용함에 따라 굴절율 이 개선되는 모습을 설명하기 위한 도면이고, 도 9는 본 발명의 편광판에서 응력이 완화된 점착제를 사용함에 따라 굴절율이 개선되는 모습을 설명하기 위한 도면이다.
도 8 및 도 9에 도시된 바와 같이, 상기 WV TAC 필름의 두께도 50~80㎛로 얇게 형성함으로써, 단위 면적당 굴절율이 증가하여 고온에 의한 굴절율 변화가 발생하여도 전체적으로 굴절율 감소 효과가 낮아진다.
즉, 부피는 굴절율과 반비례 관계가 있으므로 상기 WV TAC 필름의 두께가 얇아짐으로써 얇아지는 부분에 대해서는 굴절율은 증가하지만, 단위 부피당 굴절율은 변화가 없으므로 굴절율 이방성이 발생되지 않는다.
상기 점착제의 응력도 종래 1000gf~500gf/25mm 에서 400gf/25mm로 완화시킴으로써, WV TAC 필름의 굴절율 변화를 최소화 시켰다.
즉, 점착제의 응력이 크게되면 PVA 필름의 수축력과 WV TAC 필름 하부에 부착되는 글라스의 지지력 사이에 힘의 방향이 반대가 되어 시어 스트레스(shear stress)를 받아 상기 WV TAC 필름이 큰 변형을 갖게 되는데 점착제의 응력 완화로 이와 같은 변형을 최소화시켰다.
도 10은 본 발명에 따른 편광판을 사용함으로써 모래시계 빛샘 불량을 개선한 모습을 도시한 도면이다.
도 10에 도시된 바와 같이, 상기에서 설명한 바와 같이 상기 WV TAC 필름의 두께도 50~80㎛로 얇게 형성하여 외형적 변화를 최소화하고, 상기 점착제의 응력도 종래 1000gf~500gf/25mm 에서 400gf/25mm로 완화시킴으로써, WV TAC 필름의 굴절율 변화를 최소화 시켰다.
이로써 본 발명에서는 디스플레이 되는 화상에서 발생되는 모래시계 빛샘 불량을 60%이상 감소시키는 효과를 얻을 수 있다.
본 발명은 도면에 도시된 실시 예를 참고로 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시 예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.
이상의 설명에서와 같이 본 발명에 따른 광효율 향상 필름 및 이를 이용한 액정표시장치는, WV 편광필름이 고온에 의하여 변화되는 굴절율을 최소화함으로써, 빛샘 불량을 방지한 효과가 있다.
또한, WV 편광필름의 두께를 줄여 액정표시장치의 크기를 박형화 및 소형화로 구현할 수 있는 효과가 있다.

Claims (8)

  1. 광을 일정한 방향으로 편광시키는 PVA 필름과;
    상기 PVA 필름 일측에 부착되어 지지하는 TAC 필름과;
    상기 PVA 필름 타측에 부착되어 지지 및 광시야각을 보상하는 WV TAC 필름과;
    상기 WV TAC 필름에 부착되어 액정셀을 진행하는 광의 굴절율 비대칭성을 보상하는 보상필름과;
    상기 보상필름을 액정셀의 글라스에 접착시키기 위하여 상기 보상필름에 도포된 점착제와;
    상기 점착제와 상기 TAC 필름 외측에 필름 보호를 위하여 각각 부착된 제 1, 제 2 보호필름을 포함하고,
    상기 WV TAC 필름의 두께는 50~80㎛이고, 상기 WV TAC 필름의 굴절율 변화를 최소화하기 위해 상기 점착제의 응력은 400gf/25mm 이하로 하여, 빛샘 불량을 개선한 것을 특징으로 하는 편광판.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 액정층을 사이에 두고 합착된 제 1 및 제 2 기판과;
    상기 제 1 기판 및 제 2 기판 외측에 부착되고, PVA 필름, TAC 필름, WV TAC 필름, 보상필름으로 구성된 제 1 WV 편광필름 및 제 2 WV 편광필름을 포함하고,
    상기 제 1 WV 편광필름 및 제 2 WV 편광필름는 상기 제 1 및 제 2 기판의 글라스 표면에 점착제에 의해서 부착되며,
    상기 보상필름은 상기 제 1기판과 제 2 기판 사이에 게재된 액정층의 굴절율 비대칭성을 보상하고,
    상기 WV TAC 필름의 두께는 50~80㎛이고, 상기 WV TAC 필름의 굴절율 변화를 최소화하기 위해 상기 점착제의 응력은 400gf/25mm 이하로 하여, 빛샘 불량을 개선한 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
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