KR101335664B1

KR101335664B1 - 고분자 분산형 액정 표시장치

Info

Publication number: KR101335664B1
Application number: KR1020110120464A
Authority: KR
Inventors: 최광휘; 김연수; 김배인; 김창근; 정갑하; 이승철
Original assignee: 도레이첨단소재 주식회사
Priority date: 2011-11-17
Filing date: 2011-11-17
Publication date: 2013-12-03
Also published as: KR20130054838A

Abstract

본 발명은 고분자 분산형 액정 표시장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 광원에서 입사되는 빛의 투과시 빛의 굴절을 최소화함으로써 고투과율의 이미지를 구현할 수 있고, 탁도를 최소화할 수 있는 고분자 분산형 액정 표시장치에 관한 것이다. 이를 위해 본 발명에 따른 고분자 분산형 액정 표시장치는 제1기판과 상기 제1기판 바닥면에 형성된 제1투명전극과 상기 제1투명전극 바닥면에 형성된 고분자 분산형 액정과 상기 고분자 분산형 액정 바닥면에 형성된 제2투명전극과 상기 제2투명전극 바닥면에 형성된 제2기판과 상기 제2기판 바닥면에 형성된 접착층과 상기 접착층 바닥면에 형성된 광원을 포함하되 상기 제2기판과 상기 접착층 사이에 저굴절율층이 형성된 것을 특징으로 하는 한다.

Description

고분자 분산형 액정 표시장치{Polymer Dispersed Liquid Crystal Display Device}

본 발명은 고분자 분산형 액정 표시장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 광원에서 입사되는 빛의 투과시 빛의 굴절을 최소화함으로써 고투과율의 이미지를 구현할 수 있고, 탁도를 최소화할 수 있는 고분자 분산형 액정 표시장치에 관한 것이다.

일반적으로, 고분자 분산형 액정(Polymer Dispersed Liquid Crystal, 이하 "PDLC"로 약칭함) 표시소자는 고분자와 액정이 균일하게 혼합된 고분자 분산형 액정층에 전기장을 인가함으로서 고분자와 액정의 굴절률을 변화시켜 빛을 산란 또는 투과시키는 디스플레이 장치이다. 이러한 고분자 분산형 액정 디스플레이 장치는 외부에서 인가되는 전기장에 의해서 빛을 개폐시킬 수 있는 장점이 있으며, 또한 저전력 소비, 저전압 구동인 동시에 소형, 박형 및 경량인 것이 특징이다.

먼저, 상기 고분자 분산형 액정은 예컨대 한국 등록특허 제10-0171558호 및 특허공개공보 제10-2011-0053642호에 상세히 나와 있으므로, 이에 대한 설명은 본 명세서에서 생략하기로 한다.

이하, 도면을 참조하여 종래의 고분자 분산형 액정표시소자에 대해 구체적으로 살펴보기로 한다. 도 1은 종래 기술에 의한 고분자 분산형 액정표시소자의 단면도이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 고분자 분산형 액정 표시소자부(10)는 고분자에 분산되어 있는 액정의 광투과량을 변경하여 화상을 표시하는 표시장치로서, 먼저 제1기판(100)과 제2기판(200)이 위치하고, 상기 제1기판(100)과 제2기판(200) 내측에 각각 제1투명전극(110)과 제2투명전극(210)이 위치하고, 상기 제1 투명전극(110)과 제2 투명전극(210) 사이에 고분자 분산형 액정(300)이 위치하고, 상기 고분자 분산형 액정표시 소자부(10) 하부에는 광원장치(20)가 위치하고, 상기 고분자 분산형 액정표시소자(10)는 광원장치(20)와 결합시 주변에 접착층(50)을 설치하며, 이 때 접착층(50) 높이만큼의 공기층으로 형성된 공극이 형성된다. 이때 공기층으로 이루어진 공극이 형성되기 때문에, 광원장치(20)에서 생성된 빛이 고분자 분산형 액정표시소자를 투과할 때는 이러한 공극을 통과한 후 최초 제2기판(200)을 통과하게 된다. 이 때 공극에 존재하는 공기층(굴절율: 1)과 제2기판(200)의 높은 굴절율 차로 인하여 투과된 광원에 표면 반사율이 높아지고, 이로 인하여 최종 제1기판(100)에 표시된 이미지에 투과도가 떨어지는 단점을 가지며, 또한 제1기판(100)은 외부 광에 의한 난반사 심화에 따른 탁도 증가 등이 발생하므로, 종래의 고분자 분산형 액정표시소자는 고투과 및 저탁도 이미지 구현을 위해 개선할 점이 많이 있는 실정이다.

한국 등록특허 제10-0171558호 한국 특허공개공보 제10-2011-0053642호

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로서, 본 발명의 목적은 광원에서 입사되는 빛의 투과시 빛의 굴절을 최소화함으로써 고투과율의 이미지를 구현할 수 있고, 탁도를 최소화할 수 있는 고분자 분산형 액정 표시장치를 제공하고자 하는 것이다.

본 발명의 상기 및 다른 목적과 이점은 바람직한 실시예를 설명한 하기의 설명으로부터 보다 분명해 질 것이다.

상기 목적은, 제1기판과 상기 제1기판 바닥면에 형성된 제1투명전극과 상기 제1투명전극 바닥면에 형성된 고분자 분산형 액정과 상기 고분자 분산형 액정 바닥면에 형성된 제2투명전극과 상기 제2투명전극 바닥면에 형성된 제2기판과 상기 제2기판 바닥면에 형성된 접착층과 상기 접착층 바닥면에 형성된 광원을 포함하되 상기 제2기판과 상기 접착층 사이에 저굴절율층이 형성된 것을 특징으로 하는 고분자 분산형 액정 표시장치에 의해 달성된다.

여기서, 상기 제1투명전극과 제2투명전극 테두리에는 적어도 하나의 금속도선이 연결되는 것을 특징으로 한다.

바람직하게는, 상기 제1투명전극과 제2투명전극은 상기 제1기판과 제2기판 상에 도전층이 적층된 구조이고, 상기 도전층은 ITO 또는 도전성 폴리머인 것을 특징으로 한다.

바람직하게는, 상기 기판은 유리(Glass) 또는 폴리에틸렌테레프탈레이트인 것을 특징으로 한다.

바람직하게는, 상기 고분자 분산형 액정은 액정과 고분자 매트릭스로 이루어지며, 상기 고분자 매트릭스는 모노머, 광개시제, 커플링제, 올리고머 및 스페이서를 포함하되, UV조사에 의해 형성된 것을 특징으로 한다.

바람직하게는, 상기 저굴절율층은 공기와의 굴절율 차를 최소화하기 위해 중공(中空) 및 다공(多空)성의 산화규소 미립자를 포함하는 것을 특징으로 한다.

보다 바람직하게는, 상기 산화규소 미립자의 평균 1차 입경(구상당 지름:BET법)은 0.001∼0.005㎛인 것을 특징으로 한다.

또한 바람직하게는, 상기 저굴절율층은 제2기판의 하부를 보호하기 위한 경질의 고분자수지를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따르면, 제2투명전극의 기판역할을 하는 제2기판 하부에 저굴절율층을 구비하여 광원에서 입사되는 빛의 투과시 빛의 굴절을 최소화함으로써 최종적으로 고투과율의 이미지를 구현할 수 있고, 또한 표면 거칠기를 낮춤으로서 난반사를 줄여 탁도를 개선할 수 있어 맑고 밝은 이미지 구현할 수 있는 등의 효과를 가진다.

도 1은 종래의 고분자 분산형 액정 표시장치의 단면도.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 고분자 분산형 액정 표시장치의 단면도.

이하, 본 발명의 실시예와 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명한다. 이들 실시예는 오로지 본 발명을 보다 구체적으로 설명하기 위해 예시적으로 제시한 것일 뿐, 본 발명의 범위가 이들 실시예에 의해 제한되지 않는다는 것은 당업계에서 통상의 지식을 가지는 자에 있어서 자명할 것이다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 고분자 분산형 액정 표시장치의 단면도이다. 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 고분자 분산형 액정 표시장치는 제1기판(100)과 상기 제1기판 바닥면에 형성된 제1투명전극(110)과 상기 제1투명전극(110) 바닥면에 형성된 고분자 분산형 액정(300)과 상기 고분자 분산형 액정(300) 바닥면에 형성된 제2투명전극(210)과 상기 제2투명전극(210) 바닥면에 형성된 제2기판(200)과 상기 제2기판(200) 바닥면에 형성된 저굴절율층(400)과 상기 저굴절율층(400) 바닥면에 형성된 접착층(50)과 상기 접착층 바닥면에 형성된 광원(20)을 포함한다.

한편, 본 발명에 따른 고분자 분산형 액정 표시장치는 고분자 분산형 액정표시 소자부(10)에 이미지와 문자를 표시하기 위해 고분자 분산형 액정표시 소자부(10) 상부에 터치패널을 추가로 포함할 수 있다.

상기 제1투명전극(110)과 상기 제2투명전극(210)의 테두리에는 최소한 하나의 금속도선(500)이 연결 설치되며, 전압을 인가하여 제1투명전극(110)과 제2투명전극 (210)상에 전위 값을 형성할 수 있다.

또한 상기 제1투명전극(110)과 제2투명전극(210)은 세부적으로 제1기판(100)과 제2기판(200) 상에 도전층이 적층된 구조를 갖는데, 제1기판(100)과 제2기판(200)으로는 유리(Glass) 또는 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET) 등이 사용될 수 있으며, 상기 제1투명전극과 제2투명전극(도전층)은 ITO 또는 도전성 폴리머가 사용될 수 있다.

상기 고분자 분산형 액정(300)은 액정과 고분자 매트릭스로 이루어지며, 상기 고분자 매트릭스는 모노머, 광개시제, 커플링제, 올리고머 및 스페이서를 포함하되, UV조사에 의해 형성된 것을 특징으로 한다. 한편, 상기 고분자 분산형 액정은 예컨대 한국 등록특허 제10-0171558호 및 특허공개공보 제10-2011-0053642호에 상세히 나와 있으므로, 이에 대한 설명은 본 명세서에서 생략하기로 한다.

또한 상기 고분자 분산형 액정표시 소자부(10) 하부에는 광원장치(20)가 위치하고, 상기 고분자 분산형 액정표시소자부(10)는 광원장치(20)와 결합시 주변에 접착층(50)을 설치하므로, 이 때 접착층(50) 높이만큼의 공기층으로 형성된 공극이 형성된다. 여기서, 본 발명에 따른 고분자 분산형 액정 표시장치는 상기 제2기판(200) 바닥면에 공기와 굴절율 차가 적은 저굴절율층(400)을 별도로 설치한 것을 특징으로 하는데, 이를 통해 광원(20)으로부터 나오는 빛이 제2기판(200)을 통과할 때 공기와의 굴절율 차를 줄여 빛의 표면반사를 줄이고 최종 투과율을 높일 수 있다. 또한 제2기판(200)의 표면거칠기를 줄여 표면 난반사를 줄임으로서 탁도를 개선할 수 있다.

이때 공기와의 굴절율 차를 줄이기 위해 상기 저굴절율층(400)은 중공(中空) 및 다공(多空)성의 미립자를 사용하며 표면거칠기를 줄이기 위해 평균입경이 수십nm 사이즈로 제한하여 사용한다. 중공(中空) 및 다공(多空)성이며 평균입경이 낮은 미립자로는 산화규소 미립자를 들 수 있다. 상기 산화규소 미립자 성분은, 건식 실리카, 습식 실리카, 콜로이드상으로 분산된 실리카 미립자 등을 함유시키는 것이 바람직하고, 또한 콜로이드상으로 분산된 실리카 미립자를 함유시키는 것이 바람직하다. 상기 실리카 미립자의 입경은 평균 1차 입경(구상당 지름:BET법)이 0.001∼0.2㎛의 것을 일반적으로 사용할 수 있지만, 바람직하게는 0.001∼0.005㎛의 입경의 것이 이용된다. 상기 평균 입경이, 이러한 바람직한 범위이면 생성 피막(수지층)의 투명성이 저하되는 일은 없고, 한편, 표면경도를 향상시키기 어려워지는 일도 없다. 또한, 상기 실리카 미립자의 형상은 구상, 수주(數珠)상이 바람직하게 이용된다. 상기 실리카 입자는 평균 입경이 다른 2성분 이상의 입자를 사용할 수 있다. 또한 상기 실리카 미립자는, 표면처리를 실시해서 사용할 수도 있다. 표면처리방법으로서는 플라즈마 방전처리나 코로나 방전처리 등의 물리적 표면처리와 커플링제를 사용한 화학적 표면처리가 있지만, 화학적 처리가 바람직하게 이용된다.

또한, 본 발명에 따른 상기 제1투명전극(110)의 기판인 제1기판(100)과 제2투명전극(210)과 저굴절율층(400)의 기판인 제2기판(200)은, 표시장치용 부재(이하 '표시부재'라고 함)로서 사용하기 위해, 광선투과율이 높고, 헤이즈값이 낮은 것이 바람직하다. 예를 들면, 파장 400∼800nm에서의 광선투과율은 바람직하게는 40%이상, 보다 바람직하게는 60%이상이며, 또한, 헤이즈값은 바람직하게는 5%이하, 보다 바람직하게는 3%이하이다. 이들 조건의 하나 또는 모두를 만족시키지 않는 경우에는, 표시부재로서 사용했을 때에, 화상의 선명성이 결여되는 경향이 있다. 또한, 이러한 효과를 발휘하는 점에서, 광선투과율의 상한치는 99.5%정도까지 그리고 헤이즈값의 하한값은 0.1%정도까지가 제작할 수 있는 가능한 범위이다.

상기 제1기판(100)과 제2기판(200)은 특별히 한정되는 것은 아니고, 공지의 플라스틱 기재필름에 이용되는 수지소재 중에서 적절히 선택해서 사용할 수 있다. 이러한 제1기판(100)과 제2기판(200)은 기재필름용 수지소재로서, 예를 들면, 에스테르, 에틸렌, 프로필렌, 디아세테이트, 트리아세테이트, 스티렌, 카보네이트, 메틸펜텐, 술폰, 에테르에틸케톤, 이미드, 불소, 나일론, 아크릴레이트, 지환족 올레핀계 등에서 선택되는 하나를 구성단위로 하는 폴리머 또는 공중합 폴리머를 사용할 수 있다. 바람직하게는 이들 수지 중에서 폴리에틸렌테레프탈레이트 등의 에스테르계, 트리아세틸셀룰로오스 등의 아세테이트계 및 폴리메틸메타크릴레이트 등의 아크릴레이트계에서 선택되는 하나를 구성단위로 하는 폴리머 또는 공중합 폴리머가 바람직한데, 이들은 투명성, 강도 및 두께의 균일성이 우수하기 때문이다. 특히, 투명성, 헤이즈값, 기계특성의 면에서, 에스테르계를 구성단위로 하는 폴리머로 이루어지는 기재필름이 특히 바람직하다. 이러한 폴리에스테르계 수지로서는, 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리에틸렌-2,6-나프탈레이트, 폴리부틸렌테레프탈레이트, 폴리에틸렌-α,β-비스(2-클로로페녹시)에탄-4,4'-디카르복실레이트 등을 들 수 있다. 또한, 이들 폴리에스테르에는 또한 다른 디카르복실산 성분이나 디올 성분이 20몰%이하이면 공중합되어 있어도 좋다. 그 중에서도 품질, 경제성 등을 종합적으로 판단하면, 폴리에틸렌테레프탈레이트가 특히 바람직하다. 이들 구성 수지성분은 1종만 사용해도, 2종 이상 병용해도 어느 것이라도 좋다.

또한, 상기 제1기판(100)과 제2기판(200)의 두께는 특별히 한정되는 것은 아니지만, 투명성, 헤이즈값, 기계특성의 면에서, 통상 5∼800㎛, 바람직하게는 10∼250㎛이다. 또한, 2장 이상의 필름을 공지의 방법으로 접합한 것이어도 좋다.

또한, 상기 제1기판(100)과 제2기판(200)은, 제1투명전극(110), 제2투명전극(210), 저굴절율층(400)을 형성하기 전에, 각종 표면처리(예를 들면, 코로나 방전처리, 글로우 방전처리, 화염처리, 에칭처리, 또는 조면화처리 등)를 실시한 것이라도 좋다. 또한, 접착촉진을 위해서 기재필름의 표면에 프라이머층으로서 코팅(예를 들면 폴리우레탄계, 폴리에스테르계, 폴리에스테르 아크릴레이트계, 폴리우레탄아크릴레이트계, 폴리에폭시아크릴레이트계, 티타네이트계 화합물 등의 코팅)을 행한 후에 형성해도 좋다. 특히, 친수기 함유 폴리에스테르수지에 아크릴계 화합물을 그래프트화시킨 공중합체와 가교 결합제로 이루어지는 조성물을 프라이머 도포한 것은 접착성이 향상되고, 내열성, 내수성 등의 내구성이 우수하므로 기재필름으로서 바람직하다.

또한, 본 발명에 따른 저굴절율층(400)은, 제2기판(200)상에 형성되고, 상기 저굴절율층(400)은 하부 제2기판(200)이 긁혀서서 망가지지 않게 보호하기 위해 경질의 고분자 수지를 더 포함할 수 있는데, (메타)아크릴레이트 화합물을 함유하는 것이 필수적이다. (메타)아크릴레이트 화합물은 활성광선 조사에 의해 라디칼 중합되고, 형성되는 막의 내용제성이나 경도를 향상시킨다. 구체적으로는, 메틸(메타)아크릴레이트, n-부틸(메타)아크릴레이트, 폴리에스테르(메타) 아크릴레이트, 라우릴(메타)아크릴레이트, 히드록시에틸(메타)아크릴레이트, 히드록시프로필(메타)아크릴레이트 등의 단관능 아크릴레이트 화합물을 들 수 있다. 또한, (메타)아크릴로일기가 분자내에 2개 이상인 다관능 (메타) 아크릴레이트 화합물은, 내용제성 등이 향상되므로 본 발명에 있어서는 특히 바람직하다. 다관능 (메타)아크릴레이트의 구체적인 예로는, 펜타에리 스리톨트리(메타)아크릴레이트, 펜타에리스리톨테트라(메타)아크릴레이트, 디펜타에리스리톨트리(메타)아크릴레이트, 디펜타에리스리톨테트라(메타) 아크릴레이트, 디펜타에리스톨펜타(메타)아크릴레이트, 디펜타에리 스리톨헥사(메타)아크릴레이트, 트리메티롤프로판트리(메타)아크릴레이트 등을 들 수 있다. 이들 단량체는, 1종 또는 2종 이상 혼합해서 사용해도 좋다.

또한 본 발명에 따른 상기 저굴절율층(400)이 투과되는 빛의 표면반사를 줄이기 위해서는, 공기의 굴절율인 1에 가까운 저굴절일수록 바람직 하다. 상기 굴절율과 표면반사율과에 관계는 하기의 Fresnel 방정식인 수학식 1을 만족한다.

[수학식 1]

R={(n - n _air )/(n + n _air )} ²

(여기서 R은 표면반사율이며, n은 빛이 투과하는 물질의 굴절율이며, n _air 는 공기의 굴절율인 1이다.)

즉 빛이 투과하는 물질의 굴절율이 작아질수록 표면반사율이 낮아지며, 이로 인하여 투과율이 높아진다. 또한 굴절율이 공기굴절율인 1에 가까워질수록 표면반사율은 더욱 낮아지고 투과율은 더욱 높아질 수 있다.

따라서 본 발명에 따른 고분자 분산형 액정표시소자는 상기 제2기판과 상기 접착층 사이에 저굴절율층을 구비함으로써, 광원에서 입사되는 빛의 투과율을 높이고 탁도를 최소화할 수 있게 되는 것이다. 다시 말해 광원에서 발생한 빛이 고분자 분산형 액정표시소자를 투과할 때 발생되는 광손실을 최소화하여 높은 휘도의 이미지나 문자 등을 제공할 수 있게 되는 것이다.

본 명세서에서는 본 발명자들이 수행한 다양한 실시예 가운데 몇 개의 예만을 들어 설명하는 것이나 본 발명의 기술적 사상은 이에 한정하거나 제한되지 않고, 당업자에 의해 변형되어 다양하게 실시될 수 있음은 물론이다.

10 : 고분자 분산형 액정표시소자부 20 : 광원
50 : 접착층 100 : 제1기판
110 : 제1투명전극 210 : 제2투명전극
200 : 제2기판 300 : 고분자 분산형 액정
400 : 저굴절율층 500 : 금속도선

Claims

고분자 분산형 액정 표시장치에 있어서,
제1기판과,
상기 제1기판 바닥면에 형성된 제1투명전극과,
상기 제1투명전극 바닥면에 형성된 고분자 분산형 액정과,
상기 고분자 분산형 액정 바닥면에 형성된 제2투명전극과,
상기 제2투명전극 바닥면에 형성된 제2기판과,
상기 제2기판 바닥면에 형성된 접착층과,
상기 접착층 바닥면에 형성된 광원을 포함하되,
상기 제2기판과 상기 접착층 사이에 저굴절율층이 형성되되, 상기 저굴절율층은 공기와의 굴절율 차를 최소화하기 위해 중공(中空) 및 다공(多空)성의 산화규소 미립자로서 평균 1차 입경(구상당 지름:BET법)이 0.001∼0.005㎛인 산화규소 미립자를 포함하는 것을 특징으로 하는, 고분자 분산형 액정 표시장치.
제1항에 있어서,
상기 제1투명전극과 제2투명전극 테두리에는 적어도 하나의 금속도선이 연결되는 것을 특징으로 하는, 고분자 분산형 액정 표시장치.
제1항에 있어서,
상기 제1투명전극과 제2투명전극은 상기 제1기판과 제2기판 상에 도전층이 적층된 구조이고, 상기 도전층은 ITO 또는 도전성 폴리머인 것을 특징으로 하는, 고분자 분산형 액정 표시장치.
제1항에 있어서,
상기 제1기판과 상기 제2기판은 유리(Glass) 또는 폴리에틸렌테레프탈레이트인 것을 특징으로 하는, 고분자 분산형 액정 표시장치.
제1항에 있어서,
상기 고분자 분산형 액정은 액정과 고분자 매트릭스로 이루어지며, 상기 고분자 매트릭스는 모노머, 광개시제, 커플링제, 올리고머 및 스페이서를 포함하되, UV조사에 의해 형성된 것을 특징으로 하는, 고분자 분산형 액정 표시장치.
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삭제
제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 저굴절율층은 제2기판의 하부를 보호하기 위한 경질의 고분자수지를 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 고분자 분산형 액정 표시장치.