KR101696554B1 - 액정 표시장치 및 그 제조방법 - Google Patents

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박세전
조원종
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엘지디스플레이 주식회사
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Abstract

본 발명은 액정 표시장치 및 그 제조방법에 관한 것이다. 본 발명에 의한 액정 표시장치는, 액정 표시패널, 상부 편광판, 하부 편광판 및 휘도향상필름을 포함한다. 상부 편광판은 액정 표시패널의 상면에 합착되고, 하부 편광판은 액정 표시패널의 하면에 합착된다. 휘도향상필름은 하부 편광판 하면에 위치하며, 하부 편광판과 일체화된다. 휘도향상필름은 이방성 폴리머와 등방성 폴리머를 포함하는 반사형 편광자를 포함한다.

Description

액정 표시장치 및 그 제조방법{Liquid Crystal Display And Method For Manufacturing Of The Same}
본 발명은 광학 필름이 내장된 액정 표시장치에 관한 것으로, 특히, 백 라이트 유닛에서 제공되는 백 라이트의 균일도와 집광성을 위한 광학 필름이 하부 편광판에 합지된 구조를 갖는 액정 표시장치 및 그 제조방법에 관한 것이다.
액정 표시장치는 경량, 박형, 저소비 전력구동 등의 특징으로 인해 그 응용범위가 점차 넓어지고 있는 추세에 있다. 액정 표시장치는 노트북 PC와 같은 휴대용 컴퓨터, 사무 자동화 기기, 오디오/비디오 기기, 옥내외 광고 표시장치 등으로 이용되고 있다. 액정 표시장치의 대부분을 차지하고 있는 투과형 액정 표시장치는 액정 층에 인가되는 전계를 제어하여 백 라이트 유닛으로부터 입사되는 빛을 변조함으로써 화상을 표시한다.
백 라이트 유닛은 직하형(direct type)과 에지형(edge type)으로 대별된다. 직하형 백 라이트 유닛은 액정 표시패널의 아래에 다수의 광원들이 배치되는 구조를 갖는다. 에지형 백 라이트 유닛은 도광판의 측면에 대향되도록 광원이 배치되고 액정 표시패널과 도광판 사이에 다수의 광학 필름들이 배치되는 구조를 갖는다. 에지형 백 라이트 유닛은 광원이 도광판의 일측에 빛을 조사하고 도광판이 선광원 또는 점광원을 면광원으로 변환한다. 에지형 백 라이트 유닛은 직하형 백 라이트 유닛보다 얇은 두께로 구현될 수 있다는 장점이 있다.
이하, 도 1 및 2를 참조하여, 종래 기술에 의한 에지형 백 라이트 유닛을 구비한 액정 표시장치에 대해 설명한다. 도 1은 종래 기술에 의한 에지형 백 라이트 유닛을 구비한 액정 표시장치의 구조를 나타내는 분해 사시도이다. 도 2는, 도 1에서 절취선 I-I'로 자른, 종래 기술에 의한 에지형 백 라이트 유닛을 구비한 액정 표시장치의 구조를 나타내는 단면도이다.
도 1 및 2를 참조하면, 본 발명에 의한 액정 표시장치는 액정 표시패널(LCP), 액정 표시패널(LCP)의 아래에 배치되는 에지형 백 라이트 유닛(EBLU)을 포함한다. 액정 표시패널(LCP)은 상부 유리 기판(SU)과 하부 유리 기판(SL)사이에 액정 층(LC)이 형성되며, 어떠한 액정 모드로도 구현될 수 있다.
에지형 백 라이트 유닛(EBLU)은 광원(LS), 도광판(LG) 및 광학 필름(OPT)을 포함하여, 광원(LS)으로부터 출사된 빛을 도광판(LG)과 광학 필름들(OPT)을 통해 균일한 면 광원으로 변환하여 액정 표시패널(LCP)에 제공한다. 또한, 도광판(LG)의 아래에는 도광판(LG)의 하면을 통해 누설된 빛을 도광판(LG)으로 되 돌려주는 반사판(REF)을 더 구비할 수 있다.
반사판(REF) 아래에는 커버 버텀(CB)이 배치된다. 커버 버텀(CB)은 에지형 백 라이트 유닛(EBLU)를 내부에 수납하는 그릇 형상을 갖는 것이 바람직하다. 또한, 커버 버텀(CB)은 광원(LS)으로부터의 열을 외부로 원할히 방출할 수 있도록 높은 열 전도율과 고강성을 가지는 재료를 포함한다. 일 예로, 커버 버텀(CB)은 알루미늄, 알루미늄 나이트라이드(AlN), 전기아연도금강판(EGI), 스테인레스(SUS), 갈바륨(SGLC), 알루미늄도금강판(일명 ALCOSTA), 주석도금강판(SPTE) 등과 같은 금속판으로 제작될 수 있다. 또한, 이러한 금속판에는 열전달을 촉진시키기 위한 고전도율 소재가 코팅될 수 있다.
액정 표시패널(LCP)의 가장자리에는 가이드 패널(GP)과 탑 케이스(TC)가 배치된다. 가이드 패널(GP)은 폴리카보네이트(polycabonate) 등의 합성수지 내에 유리섬유가 혼입된 직사각형 몰드 프레임으로써 액정 표시패널(LCP)의 상면 가장자리와 측면을 감싸고 에지형 백 라이트 유닛(EBLU)의 측면을 감싼다. 이 가이드 패널(GP)은 액정 표시패널(LCP)을 지지하고 액정 표시패널(LCP)과 광학 필름(OPT)의 간격을 일정하게 유지시킨다. 탑 케이스(TC)는 아연도금강판 등 금속소재로 제작되어 가이드 패널(GP)의 상면 및 측면을 감싸는 구조를 가지며, 가이드 패널(GP) 및 커버 버텀(CB) 중 적어도 어느 하나에 후크나 스크류로 고정된다.
광원(LS)은 LED와 같이 저 전력으로 높은 휘도를 갖는 발광장치를 사용하는 것이 바람직하다. 광원(LS)은 도광판(LG)으로 빛을 공급한다. 에지형 백 라이트 유닛(EBLU)에서는 광원(LS)이 액정 표시패널(LCP)의 측면에 위치한다. 즉, 광원(LS)은 도광판(LG)의 적어도 하나 이상의 측면들에 대응하여 도광판(LG)의 측면으로 빛을 공급한다.
도광판(LG)은 액정 표시패널(LCP)의 면적과 대응하는 면을 갖는 패널형의 직육면체 형상을 갖는다. 도광판(LG)의 상면은 액정 표시패널(LCP)과 대향하고 있다. 도광판(LG)의 측면에 설치된 광원(LS)에서 빛을 받아 내부에서 빛을 확산 분포시켜, 도광판(LG) 내부에서 고르게 분포하도록 확산하고, 액정 표시패널(LCP)이 배치된 상면으로 빛을 유도하는 역할을 한다.
도광판(LG)에 의해 액정 표시패널(LCP)로 유도된 빛은 백 라이트로 활용하기에는 적합하지 않은 상태이다. 예를 들어, 액정 표시패널(LCP) 전체 면적에 걸쳐 고른 휘도 분포를 가지고 있지 않은 상태일 수 있다. 또는, 액정 표시패널(LCP)의 표면에 대해, 주된 관측자 방향으로 집광되어 있지 않은 상태일 수 있다. 따라서, 백 라이트로서 온전히 활용하기 위해서는, 빛을 집광 및 확산할 필요가 있다.
이러한 기능을 위해 도광판(LG)과 액정 표시패널(LCP) 사이에는 광학 필름(OPT)이 배치되어 있다. 이하, 도 3 내지 6을 참조하여, 종래 기술에 의한 광학 필름들(OPT)의 구조에 대해 설명한다. 도 3은 종래 기술에 의한 액정 표시장치에서, 확산필름을 구비한 광학 필름들의 구조를 나타내는 단면도이다.
도 3에 도시한 액정 표시패널(LCP)의 하부에 배치된 광학 필름들(OPT)은 일반적으로 널리 사용되는 광학 필름들(OPT)의 적층 구조를 나타낸다. 예를 들어, 하부 프리즘 시트(PRL), 상부 프리즘 시트(PRU) 그리고 확산 시트(DIF)가 순차적으로 적층된 구조를 가질 수 있다.
하부 프리즘 시트(PRL)의 상부 표면 위에는 삼각 기둥 형상의 프리즘 패턴이 나란하게 배치되어 있다. 특히, 볼록한 산부와 오목한 골부가 교대로 배치되어 있으며, 뾰족한 산부가 제1 방향으로 평행하게 나열되어 있다. 상부 프리즘 시트(PRU)도 하부 프리즘 시트(PRL)과 동일한 프리즘 패턴을 가질 수 있다. 다만, 상부 프리즘 시트(PRU)의 상부는 제1 방향과 직교하는 제2 방향으로 평행하게 나열되는 것이 바람직하다. 도광판(LG)에서 출사한 빛은 하부 프리즘 시트(PRL)와 상부 프리즘 시트(PRU)를 통과하면서, 액정 표시패널(LCP)의 표면에 대한 법선을 중심으로 가우시안 분포의 형태로 집광된다.
확산 시트(DIF)는 프리즘 시트들(PRL, PRU)을 통과한 빛들이 액정 표시패널(LCP) 전체 표면에 걸쳐 고른 휘도 분포를 갖도록 분산시키는 역할을 한다. 예를 들어, 에지형 백 라이트의 경우, 광원이 위치하는 측변이 그 반대되는 측변보다 더 밝은 휘도를 가질 수 있다. 또한, 직하형 백 라이트의 경우, 광원이 위치한 부분이 광원의 주변 부분보다 더 밝은 휘도를 가질 수 있다. 확산 시트(DIF)는 액정 표시패널(LCP)의 전체 표면에 대해 균일하지 않은 빛의 휘도 분포를 균일하게 확산 시킨다. 확산 기능을 위해 확산 시트(DIF)에는 상부 표면에는 비드(BD)들이 분산되어 있을 수 있다.
프리즘 시트들(PRL, PRU) 및 확산 시트(DIF)에 의해 빛이 백 라이트로 활용하기에 적합한 상태로 만들어지지만, 광학 필름들을 통과하면서 휘도 자체가 저하되는 문제가 발생할 수 있다. 이는 백 라이트를 생성하는데 필요한 에너지 효율을 저하시키는 원인이 된다. 특히, 확산 시트(DIF)에 의한 휘도 저하가 상당히 심한 편이다. 이를 해결하기 위해, 고휘도 확산필름(DBEF)이 제안된 바 있다. 도 4는 종래 기술에 의한 액정 표시장치에서, 고휘도 확산필름을 구비한 들의 구조를 나타내는 단면도이다.
고휘도 확산필름(DBEF)은 고굴절층과 저굴절층이 적층되어, 반사에 의해 손실되는 빛을 다시 상부 표면으로 재 반사함으로써 휘도가 떨어지는 문제를 해결한다. 도 4를 참조하면, 도 3에 의한 구조와 동일하다. 차이가 있다면, 확산필름(DIF) 대신에 고휘도 확산필름(DBEF)이 배치된 구조를 갖는다.
이와 같이 종래 기술에 의한 광학 필름들은, 액정 표시패널(LCP)과 도광판(LG) 사이에 순차적으로 적층된 구조를 갖는다. 즉, 상부 프리즘 시트(PRU)은 하부 프리즘 시트(PRL) 위에 얹어진(lay-down) 상태로 배치된다. 따라서, 상부 프리즘 시트(PRU)와 하부 프리즘 시트(PRL) 사이에는 소정의 공기층이 존재한다. 공기층은 프리즘 시트들(PRL, PRU)와 굴절율이 다르므로, 이를 통과하는 빛들이 확산되는 효과를 얻을 수 있다.
마찬가지로, 확산필름(DIF) 혹은 고휘도 확산필름(DBEF)도 상부 프리즘 시트(PRU) 위에 얹어진(lay-down) 상태로 배치된다. 그러므로 상부 프리즘 시트(PRU)와 확산필름(DIF) 사이 혹은 상부 프리즘 시트(PRU)와 고휘도 확산필름(DBEF) 사이에도 공기층이 존재하다. 이들 공기층을 통과하면서, 빛들이 확산되는 효과를 더 얻을 수 있다. 하지만, 광학 필름들(OPT)이 단순히 적층되는 구조로 인해 두께가 두꺼워지고, 이는 액정 표시장치를 박형화하는 데 장애가 되고 있다. 따라서, 들을 합지하여 초 박형화를 시도하고 있다.
도 5는 편광판 원단과 고휘도 확산필름 원단의 제조공정을 나타낸 도면이고, 도 6은 종래 액정 표시장치의 제조공정을 나타낸 도면이다.
도 5를 참조하면, 편광판 원단은 기계방향 연신(MD 연신)함으로써 편광판의 투과축은 세로 방향으로 형성된다. 이에 반해, 고휘도 확산필름 원단은 횡방향 연신(TD 연신)함으로써, 고휘도 확산필름의 투과축은 가로 방향으로 형성된다. 따라서, 편광판과 고휘도 확산필름의 공정 상 연신 방향이 서로 직교하여 투과축이 직교하게 되고, 이로 인해 롤 투 롤(roll to roll)로 합지가 불가능한 문제가 있다.
따라서, 편광판과 고휘도 확산필름은 다음과 같이, 따로 제조한다. 도 6을 참조하면, 편광판은 제1 롤(R1)에 상부 보호층(UTAC)을 구비하고 제2 롤(R2)에 편광 시트(PVA)를 구비하고 제3 롤(R3)에 하부 보호층(LTAC)을 구비한 후, 동시에 롤 투 롤 공정으로 합지한 후 재단하여 형성된다. 고휘도 확산필름(DBEF)은 앞선 도 5에 도시된 바와 같이 횡방향 연신을 통해 형성된다. 이렇게 따로 형성된 편광판은 액정 표시패널(LCP)의 하부에 접착층(PSA)으로 부착되고, 고휘도 확산필름(DBEF)은 편광판 하부에 놓여지는 개별형 액정 표시장치(1)로 형성되거나, 편광판과 휘도향상필름이 접착층(PSA)으로 접착되는 일체형 액정 표시장치(2)로 형성된다.
그러나, 일체형 액정 표시장치(2)는 편광판에 고휘도 확산필름이 접착되어도 적층된 구성들이 많아 약 280㎛의 두께로 두꺼워진다. 따라서, 액정 표시장치를 박형화하는데 어려움이 있다.
본 발명은 종래 기술에 의한 문제점을 개선하기 위해 고안된 것으로, 광학 필름을 일체형으로 구비한 초박형 액정 표시장치를 제공하는 데 있다.
또한, 본 발명의 또 다른 목적은, 하부 편광판과 휘도향상필름을 합지함으로써, 광학 필름을 일체화한 초 박형 액정 표시장치를 제공하는 데 있다.
또한, 본 발명의 또 다른 목적은 하부 편광판과 휘도향상필름을 합지하면서 하부 편광판을 박형으로 제조함으로써, 광학 필름을 일체화한 초 박형 액정 표시장치를 제공하는 데 있다.
본 발명에 의한 액정 표시장치는, 액정 표시패널, 상부 편광판, 하부 편광판 및 휘도향상필름을 포함한다. 상부 편광판은 액정 표시패널의 상면에 합착되고, 하부 편광판은 액정 표시패널의 하면에 합착된다. 휘도향상필름은 하부 편광판 하면에 위치하며, 하부 편광판과 일체화된다. 휘도향상필름은 이방성 폴리머와 등방성 폴리머를 포함하는 반사형 편광자를 포함한다.
일례로, 휘도향상필름은, 반사형 편광자를 포함하는 코어층, 코어층의 상면과 하면에 위치하는 상부 스킨층과 하부 스킨층, 및 상부 스킨층 상에 위치하는 상부 코팅층 및 하부 코팅층 하부에 위치하는 하부 보호층을 포함한다.
일례로, 반사형 편광자는 봉 형상으로 이루어지며, 등방성 폴리머가 이방성 폴리머를 감싸는 구조로 이루어진다. 반사형 편광자로 입사된 빛 중 P 파는 등방성 폴리머와 이방성 폴리머를 통과하고, S 파는 등방성 폴리머와 이방성 폴리머의 계면에서 반사된다.
일례로, 상부 코팅층과 하부 코팅층은 레진층 내에 포함된 복수의 비드를 포함한다.
일례로, 하부 편광판은 적어도 편광 시트를 포함하고, 편광 시트 상면에 합착된 상부 보호층을 더 포함한다.
일례로, 휘도향상필름은 편광 시트에 합착되어 일체화된다.
또한, 본 발명에 의한 액정 표시장치의 제조방법은 편광 시트 원단과 휘도향상필름 원단을 각각 롤에 장착하고, 편광 시트 원단과 휘도향상필름 원단을 각각 기계방향 연신하여, 편광 시트 원단의 투과축과 휘도향상필름 원단의 투과축을 동일하게 형성하고, 연신된 편광 시트 원단과 연신된 휘도향상필름 원단을 압착 롤러에서 합착하고 재단하여, 편광 시트와 휘도향상필름을 일체화시켜 편광판을 제조하고, 편광판을 액정 표시패널의 하면에 부착하는 것을 포함한다.
일례로, 상부 보호층 원단을 롤에 장착하고, 연신된 편광 시트 원단, 연신된 휘도향상필름 원단 및 상부 보호층 원단을 압착 롤러에서 합착하여, 상부 보호층, 편광 시트 및 휘도향상필름을 일체화시켜 편광판을 제조한다.
본 발명에 따른 액정 표시장치 및 그 제조방법은, 휘도향상필름이 하부 편광판에 면 합착된 구조를 갖는다. 즉, 종래 하부 편광판과 흡수축이 다른 고휘도 확산필름 대신에 하부 편광판과 흡수축이 동일한 휘도향상필름을 구비함으로써, 액정 표시패널에 휘도향상필름과 하부 편광판이 직접 합착된 구조를 가진다. 따라서, 본 발명의 광학 필름은 하부 편광판과 휘도향상필름이 합착되어 한장으로만 이루어진 초 박형 액정 표시장치를 제공할 수 있다.
도 1은 종래 기술에 의한 에지형 백 라이트 유닛을 구비한 액정 표시장치의 구조를 나타내는 분해 사시도.
도 2는, 도 1에서 절취선 I-I'로 자른, 종래 기술에 의한 에지형 백 라이트 유닛을 구비한 액정 표시장치의 구조를 나타내는 단면도.
도 3은 종래 기술에 의한 액정 표시장치에서, 확산필름을 구비한 광학 필름의 구조를 나타내는 단면도.
도 4는 종래 기술에 의한 액정 표시장치에서, DBEF 필름을 구비한 광학 필름들의 구조를 나타내는 단면도.
도 5는 편광판 원단과 휘도향상필름 원단의 제조공정을 나타낸 도면.
도 6은 종래 액정 표시장치의 제조공정을 나타낸 도면.
도 7은 본 발명의 제1 실시 예에 따른 휘도향상필름이 하부 편광판에 합지된 액정 표시장치의 구조를 나타내는 단면도.
도 8은 본 발명의 제1 실시 예에 따른 휘도향상필름의 구조를 나타내는 단면도.
도 9는 본 발명의 제1 실시 예에 따른 휘도향상필름의 코어의 구조를 나타내는 단면도.
도 10은 본 발명의 제1 실시 예에 따른 휘도향상필름과 편광판을 나타낸 도면.
도 11은 본 발명의 제1 실시 예에 따른 휘도향상필름과 편광판의 제조방법을 나타낸 공정도.
도 12는 본 발명의 제2 실시 예에 따른 휘도향상필름이 하부 편광판에 합지된 액정 표시장치의 구조를 나타내는 단면도.
도 13은 본 발명의 제2 실시 예에 따른 휘도향상필름과 편광판의 제조방법을 나타낸 공정도.
도 14는 종래 고휘도 확산필름과 본 발명의 휘도향상필름의 광학 특성을 나타낸 표.
도 15는 본 발명의 비교 예 및 실시 예에 따른 액정 표시장치의 휘도 및 차폐력을 측정하여 나타낸 표.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시 예들을 상세히 설명한다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호들은 실질적으로 동일한 구성요소들을 의미한다. 이하의 설명에서, 본 발명과 관련된 공지 기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우, 그 상세한 설명을 생략한다.
<제1 실시 예>
이하, 도 7 내지 도 11을 참조하여 본 발명의 제1 실시 예에 따른 액정 표시장치에 대해 설명한다. 도 7은 본 발명의 제1 실시 예에 따른 휘도향상필름이 하부 편광판에 합지된 액정 표시장치의 구조를 나타내는 단면도이다. 도 8은 본 발명의 제1 실시 예에 따른 휘도향상필름의 구조를 나타내는 단면도이다. 도 9는 본 발명의 제1 실시 예에 따른 휘도향상필름의 코어의 구조를 나타내는 단면도이다. 도 10은 본 발명의 제1 실시 예에 따른 휘도향상필름과 편광판을 나타낸 도면이다. 도 11은 본 발명의 제1 실시 예에 따른 휘도향상필름과 편광판의 제조방법을 나타낸 공정도이다.
도 7을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 의한 액정 표시장치(LCD)는, 액정 표시패널(LCP), 상부 편광판(UPOL), 하부 편광판(LPOL) 및 휘도향상필름(ARP)를 포함한다.
액정 표시패널(LCP)는 액정 층을 사이에 두고 면 합착된 상부 기판과 하부 기판을 포함한다. 액정 표시패널(LCP)의 상부 표면에는 상부 편광판(UPOL)이 합착되어 있다. 액정 표시패널(LCP)의 하부 표면에는 휘도향상필름(ARP)이 합지된 하부 편광판(LPOL)이 합착되어 있다.
상부 편광판(UPOL)은 제1 방향으로 정렬된 광 투과축 혹은 광 차단축을 갖는다. 하부 편광판(LPOL)은 제2 방향으로 정렬된 광 투과축 혹은 광 차단축을 갖는다. 액정 표시장치(LCD)가 노멀리 블랙(Normally Black)인 경우, 제1 광 투과축과 제2 광 투과축은 서로 직교하도록 배치하는 것이 바람직하다. 반면에, 노멀리 화이트(Normally White)인 경우에는, 제1 광 투과축과 제2 광 투과축은 평행하게 배치될 수 있다.
하부 편광판(LPOL)은 편광 시트(PVA)와 이의 양면에 각각 합착된 상부 보호층(UTAC)과 하부 보호층(LTAC)을 포함한다. 편광 시트(PVA)는 공기 중에 포함된 수분에 의해 변형되기 쉽다. 따라서, 편광 시트(PVA)의 양면에는 각각 상부 보호층(UTAC)과 하부 보호층(LTAC)이 합착된다. 하부 편광판(LPOL)은 접착층(PSA)을 통해 액정 표시패널(LCP)에 부착된다.
편광 시트(PVA)는 PVA(Poly Vinyl Alcohol) 필름을 연신시켜, 요오드(I2) 또는 이색성 염료로 염색하고, 붕산을 이용하여 가교한 후 PVA 필름을 연신하고 건조하는 단계에 의해 제조된다. 또한, 편광 시트(PVA)는 코팅방식으로 제작하는 코팅형 편광 시트일 수 있다. 코팅형 편광 시트는 호스트인 액정에 게스트인 R, G, B 염료를 혼합하여 하부의 배향막의 배향 방향에 따라 호스트가 배열될 때 R, G, B 염료가 함께 배열되어 염료의 정렬 방향(흡수방향)과 평행한 광은 흡수하고 수직한 광은 투과시켜 광을 편광시키는 호스트/게스트형 편광 시트일 수 있다.
하부 편광판(LPOL)의 하부 표면에는 휘도향상필름(ARP)이 합지되어 있다. 휘도향상필름(ARP)은 반사형 편광자의 특성을 이용한 것으로 복굴절성 폴리머를 배열하여 반사형 편광자의 기능을 하여 휘도를 향상시킨다. 여기서, 반사형 편광자를 이용한 휘도 향상 원리를 설명하면, 광원으로부터 액정 표시패널(LCP)로 향하는 빛 중 P 파(편광)는 반사형 편광자을 통과하여 액정 표시패널(LCP)로 전달되도록 하고, S 파(편광)는 반사형 편광자에서 반사된 다음 광학캐비티의 확산반사면에서 빛의 편광 방향이 무작위화된 상태에서 반사되어 다시 반사형 편광자로 전달되고 결국에는 S 파(편광)가 액정 표시패널(LCP)을 통과할 수 있는 P 파(편광)로 변환되어 반사형 편광자를 통과한 후 액정 표시패널(LCP)로 전달되도록 하는 것이다.
도 8을 참조하여, 휘도향상필름(ARP)에 대해 자세히 살펴 본다. 휘도향상필름(ARP)은 코어층(CO), 코어층(CO)의 양면에 위치한 상부 스킨층(USK) 및 하부 스킨층(LSK), 상부 스킨층(USK)과 하부 스킨층(LSK)의 바깥 면에 형성된 상부 코팅층(UPR)과 하부 코팅층(LPR)을 포함한다.
코어층(CO)은 복수의 봉 형상의 반사형 편광자(RPO)들을 포함한다. 봉 형상의 반사형 편광자(RPO)들은 길이 방향으로 신장되어 일 방향으로 배열된다. 반사형 편광자(RPO)는 등방성 폴리머(IP)와, 등방성 폴리머(IP) 내부에 위치한 이방성 폴리머(AP)을 포함한다. 등방성 폴리머(IP)와 이방성 폴리머(AP) 간의 계면에 의하여 광변조 효과를 유발하여 반사형 편광자의 기능을 수행할 수 있다.
보다 자세하게, 반사형 편광자(RPO)를 도시한 도 9를 참조하면, 반사형 편광자(RPO)로 입사된 빛 중 P 파(편광)와 S 파(편광)는 등방성 폴리머(IP)를 통과한 다음 이방성 폴리머(AP)에서 P 파(편광)는 모두 통과하고 S 파(편광)는 일부 반사되고 일부는 통과한다. 이방성 폴리머(AP)를 통과한 S 파(편광)는 등방성 폴리머(IP)를 만나 반사되고 P 파(편광)는 통과한다. 최종적으로 P 파(편광)는 반사형 편광자(RPO)를 모두 통과한다. 한편, S 파(편광)는 반사형 편광자(RPO)에서 반사된 다음 코어층(CO)의 계면에서 빛의 편광 방향이 무작위화된 상태에서 반사되어 다시 반사형 편광자(RPO)로 전달되고 결국에는 S 파(편광)가 P 파(편광)로 변환되어 반사형 편광자(RPO)를 통과한 후 액정 표시패널(LCP)로 전달된다.
반사형 편광자(RPO)의 이방성 폴리머(AP)는 통상적으로 반사 편광자에 사용되는 것이라면 제한 없이 사용될 수 있으며, 예를 들어, 폴리에틸렌나프탈레이트(PEN), 코폴리에틸렌 나프탈레이트(co-PEN), 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET),폴리카보네이트(PC), 폴리카보네이트(PC) 얼로이, 폴리스타이렌(PS), 내열폴리스타이렌(PS), 폴리메틸메타아크릴레이트(PMMA), 폴리부틸렌테레프탈레이트(PBT), 폴리프로필렌(PP), 폴리에틸렌(PE), 아크릴로니트릴부타디엔스티렌(ABS), 폴리우레탄(PU),폴리이미드(PI),폴리비닐클로라이드(PVC), 스타이렌아크릴로니트릴혼합(SAN),에틸렌초산비닐(EVA), 폴리아미드(PA), 폴리아세탈(POM), 페놀, 에폭시(EP), 요소(UF), 멜라닌(MF), 불포화포리에스테르(UP), 실리콘(SI) 및 사이크로올레핀폴리머를 사용할 수 있으며 보다 바람직하게는 PEN일 수 있다.
반사형 편광자(RPO)의 등방성 폴리머(IP)는 예를 들어, 폴리에틸렌 나프탈레이트(PEN), 코폴리에틸렌 나프탈레이트(co-PEN), 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET), 폴리카보네이트(PC), 폴리카보네이트(PC) 얼로이, 폴리스타이렌(PS), 내열폴리스타이렌(PS), 폴리메틸메타아크릴레이트(PMMA), 폴리부틸렌테레프탈레이트(PBT), 폴리프로필렌(PP), 폴리에틸렌(PE), 아크릴로니트릴부타디엔스티렌(ABS), 폴리우레탄(PU),폴리이미드(PI),폴리비닐클로라이드(PVC), 스타이렌아크릴로니트릴혼합(SAN),에틸렌초산비닐(EVA), 폴리아미드(PA), 폴리아세탈(POM), 페놀, 에폭시(EP), 요소(UF), 멜라닌(MF), 불포화포리에스테르(UP), 실리콘(SI) 및 사이크로올레핀폴리머를 단독 또는 혼합하여 사용할 수 있으며 보다 바람직하게는 디메틸-2,6-나프탈렌 디카르복실레이트, 디메틸테레프탈레이트 및 에틸렌글리콜, 싸이크로헥산디메탄올(CHDM) 등의 단량체들이 적절하게 중합된 co-PEN일 수 있다.
다시 도 8을 참조하면, 코어층(CO) 상면에 상부 스킨층(USK)이 위치하고 코어층(CO) 하면에 하부 스킨층(LSK)이 위치한다. 상부 스킨층(USK) 및 하부 스킨층(LSK)은 코어층(CO)과 일체로 형성되어, 접착층으로 인한 광학 특성의 저하를 방지한다.
상부 스킨층(USK) 및 하부 스킨층(LSK)은 예를 들어, 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET), 폴리카보네이트(PC), 폴리카보네이트(PC) 얼로이, 폴리스타이렌(PS), 내열폴리스타이렌(PS), 폴리메틸메타아크릴레이트(PMMA), 폴리부틸렌테레프탈레이트(PBT), 폴리프로필렌(PP), 폴리에틸렌(PE), 아크릴로니트릴부타디엔스티렌(ABS), 폴리우레탄(PU),폴리이미드(PI),폴리비닐클로라이드(PVC), 스타이렌아크릴로니트릴혼합(SAN),에틸렌초산비닐(EVA), 폴리아미드(PA), 폴리아세탈(POM), 페놀, 에폭시(EP), 요소(UF), 멜라닌(MF), 불포화포리에스테르(UP), 실리콘(SI) 및 사이크로올레핀폴리머를 사용할 수있다. 상기 폴리카보네이트 얼로이(alloy)는 바람직하게는 폴리카보네이트와 변성 글리콜 폴리시클로헥실렌 디메틸렌테레프탈레이트(poly cyclohexylene dimethylene terephthalate, PCTG)로 이루어질 수 있으며, 보다 바람직하게는 폴리카보네이트와 변성 글리콜 폴리시클로헥실렌 디메틸렌테레프탈레이트(PCTG)가 5 : 95 ~ 95 : 5의 중량비로 이루어진 폴리카보네이트 얼로이일 수 있다. 한편, 본 발명의 등방성 폴리머(IP)는 퍼짐 및 연신공정에서 굴절율 변화가 적은 재질을 사용하는 것이 좋으며 보다 바람직하게는 폴리카보네이트 또는 폴리카보네이트 얼로이일 수 있다.
한편, 상부 스킨층(USK) 상면에 상부 코팅층(UPR)이 위치하고, 하부 스킨층(LSK) 하면에 하부 코팅층(LPR)이 위치한다. 상부 코팅층(UPR)과 하부 코팅층(LPR)은 휘도향상필름(ARP)을 보호하고 내열 특성을 향상시킨다.
보다 상세하게는, 상부 코팅층(UPR)과 하부 코팅층(LPR)은 레진(RL)과 레진(RL) 내에 분산된 복수의 비드(BD)를 포함한다. 레진(RL)은 투명하며 내열성과 기계적 특성이 우수한 수지를 사용할 수 있으며 예를 들어 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET), 폴리카보네이트(PC), 폴리카보네이트(PC) 얼로이, 폴리스타이렌(PS), 내열폴리스타이렌(PS), 폴리메틸메타아크릴레이트(PMMA), 폴리부틸렌테레프탈레이트(PBT), 폴리프로필렌(PP), 폴리에틸렌(PE), 아크릴로니트릴부타디엔스티렌(ABS), 폴리우레탄(PU),폴리이미드(PI),폴리비닐클로라이드(PVC), 스타이렌아크릴로니트릴혼합(SAN),에틸렌초산비닐(EVA), 폴리아미드(PA), 폴리아세탈(POM), 페놀, 에폭시(EP), 요소(UF), 멜라닌(MF), 불포화포리에스테르(UP), 실리콘(SI) 및 사이크로올레핀폴리머를 사용할 수 있다.
복수의 비드(BD)들은 전술한 레진(RL)과 동종 또는 이종의 수지를 사용하여 제작될 수 있으며, 레진(RL)에 대해 10 내지 50 중량부로 포함될 수 있다. 비드(BD)의 크기는 레진(RL)의 두께에 따라 적절하게 선택될 수 있으며, 1 내지 10㎛일 수 있다. 비드(BD)들의 크기는 실질적으로 동일할 수 있으며, 레진(RL) 내에서의 분포도 규칙적일 수 있다. 이와는 달리, 비드(BD)들의 크기는 서로 다르며, 레진(RL) 내에서의 분포도 불규칙적일 수 있다.
다시 도 7을 참조하면, 전술한 휘도향상필름(ARP)은 하부 편광판(LPOL)에 합지되어 액정 표시패널(LCP)에 부착된다.
특히, 도 6에 도시된 종래 액정 표시패널(LCP)은 편광 시트(PVA)의 상하부에 상부 보호층(UTAC)과 하부 보호층(LTAC)이 존재하지만, 본 발명의 실시 예에서는 편광 시트(PVA)의 하부에 위치한 하부 보호층(LTAC) 대신에 휘도향상필름(ARP)으로 대체할 수 있다. 따라서, 종래 액정 표시패널(LCP)에서 광학 필름의 총 두께를 감소시킬 수 있으므로 초 박형 액정 표시장치를 제공할 수 있다.
한편, 본 발명의 실시 예에서는 하부 편광판(LPOL)과 휘도향상필름(ARP)을 일체화하는데 하부 편광판(LPOL)과 휘도향상필름(ARP)을 따로 제조하지 않고 동시에 제조할 수 있다.
도 10을 참조하면, 본 발명의 하부 편광판 원단은 기계방향 연신(MD 연신)함으로써 편광판의 투과축은 세로 방향으로 형성된다. 특히, 본 발명의 실시 예에 따른 휘도향상필름 원단도 기계방향 연신(MD 연신)을 할 수 있어 휘도향상필름의 투과축도 편광판과 동일하게 세로 방향으로 형성된다. 따라서, 편광판과 휘도향상필름의 연신 방향이 서로 동일함으로써, 롤 투 롤(roll to roll)로 합지가 가능하다.
도 11을 참조하여 본 발명의 편광판과 휘도향상필름의 제조 및 합지 공정을 설명하면 다음과 같다.
도 11을 참조하면, 편광판의 제조방법은 제1 롤(R1)에 상부 보호층(UTAC) 원단을 장착하고 제2 롤(R2)에 편광 시트(PVA) 원단을 장착하고 제3 롤(R3)에 휘도향상필름(ARP) 원단을 장착한다. 그리고, 제1 롤(R1), 제2 롤(R2) 및 제3 롤(R3)에서 각각 상부 보호층(UTAC) 원단, 편광 시트(PVA) 원단 및 휘도향상필름(ARP) 원단을 압착 롤러(R4)로 이송시킨다. 이때, 압착 롤러(R4) 이전에 상부 보호층(UTAC) 원단과 편광 시트(PVA) 원단이 압착되어 접착될 수 있도록 UV 접착제를 도포하고, 편광 시트(PVA) 원단과 휘도향상필름(ARP) 원단이 압착되어 접착될 수 있도록 UV 접착제를 도포한다.
이어, 압착 롤러(R4)에서 상부 보호층(UTAC) 원단, 편광 시트(PVA) 원단 및 휘도향상필름(ARP) 원단이 동시에 압착되어 합지된다. 하나로 합지된 원단은 재단을 거쳐 상부 보호층(UTAC)과 편광 시트(PVA)를 포함하는 하부 편광판(LPOL) 및 휘도향상필름(ARP)이 일체화된 광학 필름(OPT)이 제조된다. 일체화된 광학 필름(OPT)은 접착층(PSA)을 통해 액정 표시패널(LCP)에 부착되어 액정 표시장치가 완성된다. 일체화된 광학 필름(OPT)과 접착층(PSA)의 총 두께는 약 188㎛로 도 6에 도시된 종래 280㎛의 두께에 비해 약 33% 정도 줄일 수 있다.
<제2 실시 예>
이하, 도 12 및 도 13을 참조하여, 본 발명의 제2 실시 예에 따른 액정 표시장치에 대해 설명한다. 도 12는 본 발명의 제2 실시 예에 따른 휘도향상필름이 하부 편광판에 합지된 액정 표시장치의 구조를 나타내는 단면도이다. 도 13은 본 발명의 제2 실시 예에 따른 휘도향상필름과 편광판의 제조방법을 나타낸 공정도이다.
도 12를 참조하면, 본 발명의 실시 예에 의한 액정 표시장치(LCD)는, 액정 표시패널(LCP), 상부 편광판(UPOL), 하부 편광판(LPOL) 및 휘도향상필름(ARP)를 포함한다. 액정 표시패널(LCP)의 하부 표면에는 휘도향상필름(ARP)이 합지된 하부 편광판(LPOL)이 합착되어 있다.
본 발명의 제2 실시 예에서 하부 편광판(LPOL)은 편광 시트(PVA)만으로 이루어진다. 편광 시트(PVA)는 공기 중에 포함된 수분에 의해 변형되기 쉽다. 따라서, 편광 시트(PVA)의 일면에 휘도향상필름(ARP)을 합지하여 일체화한다. 하부 편광판(LPOL)의 하부 표면에는 휘도향상필름(ARP)이 합지되어 있다. 휘도향상필름(ARP)은 반사형 편광자의 특성을 이용한 것으로 복굴절성 폴리머를 배열하여 반사형 편광자의 기능을 하여 휘도를 향상시킨다. 일체화된 하부 편광판(LPOL)과 휘도향상필름(ARP)은 접착층(PSA)을 통해 액정 표시패널(LCP)에 부착된다.
특히, 도 6에 도시된 종래 액정 표시패널(LCP)은 편광 시트(PVA)의 상하부에 상부 보호층(UTAC)과 하부 보호층(LTAC)이 존재하지만, 본 발명의 제2 실시 예에서는 편광 시트(PVA)의 하부에 위치한 하부 보호층(LTAC) 대신에 휘도향상필름(ARP)으로 대체하고, 편광 시트(PVA)의 상부에 위치한 상부 보호층(UTAC)을 제거할 수 있다. 따라서, 종래 액정 표시패널(LCP)에서 광학 필름의 총 두께를 감소시킬 수 있으므로 초 박형 액정 표시장치를 제공할 수 있다.
도 13을 참조하여 본 발명의 편광판과 휘도향상필름의 제조 및 합지 공정을 설명하면 다음과 같다.
도 13을 참조하면, 편광판의 제조방법은 제1 롤(R1)에 편광 시트(PVA) 원단을 장착하고 제2 롤(R2)에 휘도향상필름(ARP) 원단을 장착한다. 그리고, 제1 롤(R1) 및 제2 롤(R2)에서 각각 편광 시트(PVA) 원단 및 휘도향상필름(ARP) 원단을 압착 롤러(R4)로 이송시킨다. 이때, 압착 롤러(R4) 이전에 편광 시트(PVA) 원단과 휘도향상필름(ARP) 원단이 압착되어 접착될 수 있도록 UV 접착제를 도포한다.
이어, 압착 롤러(R4)에서 편광 시트(PVA) 원단 및 휘도향상필름(ARP) 원단이 동시에 압착되어 합지된다. 하나로 합지된 원단은 재단을 거쳐 편광 시트(PVA)를 포함하는 하부 편광판(LPOL) 및 휘도향상필름(ARP)이 일체화된 광학 필름(OPT)이 제조된다. 일체화된 광학 필름(OPT)은 접착층(PSA)을 통해 액정 표시패널(LCP)에 부착되어 액정 표시장치가 완성된다.
이하, 본 발명의 비교 예 및 실시 예들에 따른 액정 표시장치의 광학 특성들에 대해 실험한 데이터를 살펴보기로 한다. 도 14는 종래 고휘도 확산필름과 본 발명의 휘도향상필름의 광학 특성을 나타낸 표이다. 도 15는 본 발명의 비교 예 및 실시 예에 따른 액정 표시장치의 휘도 및 차폐력을 측정하여 나타낸 표이다.
도 14에서 평가구조의 괄호 안의 숫자는 해당 층의 두께를 의미한다. 도 14를 참조하면, 종래 고휘도 확산필름(DBEF)은 코어층의 투과율이 50.2%이고, 코어층의 색좌표가 1.51/-0.13이며, 전체 헤이즈는 85.8%이고 전체 두께는 130㎛였다. 본 발명의 휘도향상필름(ARP)의 코어층의 투과율이 49.5%이고, 코어층의 색좌표가 0.06/4.62이며, 전체 헤이즈는 31.8%이고 전체 두께는 100㎛였다.
이 결과를 통해, 종래 고휘도 확산필름(DBEF)에 비해 본 발명의 휘도향상필름(ARP)은 30㎛ 정도 두께가 얇아지면서 동등 수준의 투과율, 색좌표를 나타내는 것을 확인할 수 있었다.
도 15를 참조하면, 본 발명의 비교 예에 따른 액정 표시장치의 구조는 상부 보호층(UTAC)과 하부 보호층(LTAC)이 편광 시트(PVA)에 합착된 하부 편광판(LPOL)을 포함하고, 하부 편광판(LPOL)에 접착층(PSA)을 통해 합착된 고휘도 향상필름(DBEF)을 포함하며, 액정 표시패널(LCP) 하부에 접착층(PSA)으로 하부 편광판(LPOL)이 부착된 구조이다. 본 발명의 실시 예에 따른 액정 표시장치의 구조는 상부 보호층(UTAC)이 편광 시트(PVA)에 합착된 하부 편광판(LPOL)을 포함하고, 하부 편광판(LPOL)과 합지되어 일체화된 고휘도 향상필름(DBEF)을 포함하며, 액정 표시패널(LCP) 하부에 접착층(PSA)으로 하부 편광판(LPOL)이 부착된 구조이다.
본 발명의 비교 예에 따른 액정 표시장치는 액정 표시패널(LCP)을 제외한 광학 필름의 전체 두께가 280㎛이고, 본 발명의 실시 예에 따른 액정 표시장치는 전체 두께가 188㎛로 92㎛ 감소되었다. 또한, 본 발명의 비교 예에 따른 액정 표시장치는 화이트 휘도가 100%이고 차폐력이 양호하게 나타났고, 본 발명의 실시 예에 따른 액정 표시장치는 화이트 휘도가 99%이고 차폐력이 양호하게 나타났다.
이 결과를 통해, 본 발명의 액정 표시장치는 광학 필름의 두께가 얇아지면서 종래와 동등 수준의 광학 특성을 나타낼 수 있음을 확인하였다.
상기와 같이, 본 발명에 따른 액정 표시장치는, 휘도향상필름이 하부 편광판에 면 합착된 구조를 갖는다. 즉, 종래 하부 편광판과 흡수축이 다른 고휘도 확산필름 대신에 하부 편광판과 흡수축이 동일한 휘도향상필름을 구비함으로써, 액정 표시패널에 휘도향상필름과 하부 편광판이 직접 합착된 구조를 가진다. 따라서, 본 발명의 광학 필름은 하부 편광판과 휘도향상필름이 합착되어 한장으로만 이루어진 초 박형 액정 표시장치를 제공할 수 있다.
이상 설명한 내용을 통해 당업자라면 본 발명의 기술사상을 일탈하지 아니하는 범위에서 다양한 변경 및 수정이 가능함을 알 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 기술적 범위는 명세서의 상세한 설명에 기재된 내용으로 한정되는 것이 아니라 특허 청구의 범위에 의해 정하여져야만 할 것이다.
EBLU: 에지형 백 라이트 유닛 LCP: 액정 표시패널
LS: 광원: LG: 도광판
CB: 커버 버텀 REF: 반사판
OPT: 광학 필름 SU: 상부 유리 기판
SL: 하부 유리 기판 LC: 액정층
LPOL : 하부 편광판 UPOL : 상부 편광판
PSA : 접착층 ARP : 휘도향상필름

Claims (10)

  1. 액정 표시패널;
    상기 액정 표시패널의 상면에 합착된 상부 편광판;
    상기 액정 표시패널의 하면에 합착된 하부 편광판;
    상기 하부 편광판 하면에 위치하며, 상기 하부 편광판과 일체화된 휘도향상필름을 포함하며;
    상기 휘도향상필름은 이방성 폴리머와 등방성 폴리머를 포함하는 반사형 편광자를 포함하고,
    상기 하부 편광판은 적어도 편광 시트(PVA)를 포함하며,
    편광 시트 원단과 휘도향상필름 원단을 각각 기계방향 연신하여 상기 편광 시트 원단의 투과축과 상기 휘도향상필름 원단의 투과축을 동일하게 형성함으로써 상기 휘도향상필름이 상기 편광 시트(PVA)에 직접 합착되어 일체화된 액정 표시장치.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 휘도향상필름은,
    상기 반사형 편광자를 포함하는 코어층;
    상기 코어층의 상면과 하면에 위치하는 상부 스킨층과 하부 스킨층; 및
    상기 상부 스킨층 상에 위치하는 상부 코팅층 및 상기 하부 스킨층 하부에 위치하는 하부 코팅층을 포함하는 액정 표시장치.
  3. 제2 항에 있어서,
    상기 반사형 편광자는 봉 형상으로 이루어지며, 상기 등방성 폴리머가 상기 이방성 폴리머를 감싸는 구조로 이루어진 액정 표시장치.
  4. 제3 항에 있어서,
    상기 반사형 편광자로 입사된 빛 중 P 파는 상기 등방성 폴리머와 상기 이방성 폴리머를 통과하고, S 파는 상기 등방성 폴리머와 상기 이방성 폴리머의 계면에서 반사되는 액정 표시장치.
  5. 제2 항에 있어서,
    상기 상부 코팅층과 하부 코팅층은 레진층 내에 포함된 복수의 비드를 포함하는 액정 표시장치.
  6. 삭제
  7. 제1 항에 있어서,
    상기 하부 편광판은 상기 편광 시트(PVA) 상면에 합착된 상부 보호층을 더 포함하는 액정 표시장치.
  8. 삭제
  9. 편광 시트 원단과 휘도향상필름 원단을 각각 롤에 장착하는 단계;
    상기 편광 시트 원단과 상기 휘도향상필름 원단을 각각 기계방향 연신하여, 상기 편광 시트 원단의 투과축과 상기 휘도향상필름 원단의 투과축을 동일하게 형성하는 단계;
    상기 연신된 편광 시트 원단과 상기 연신된 휘도향상필름 원단을 압착 롤러에서 합착하고 재단하여, 상기 편광 시트(PVA)와 상기 휘도향상필름을 일체화시켜 편광판을 제조하는 단계; 및
    상기 편광판을 액정 표시패널의 하면에 부착하는 단계를 포함하는 액정 표시장치의 제조방법.
  10. 제9 항에 있어서,
    상부 보호층 원단을 롤에 장착하는 단계; 및
    상기 연신된 편광 시트 원단, 상기 연신된 휘도향상필름 원단 및 상기 상부 보호층 원단을 압착 롤러에서 합착하여, 상기 상부 보호층, 상기 편광 시트(PVA) 및 상기 휘도향상필름을 일체화시켜 편광판을 제조하는 단계;를 더 포함하는 액정 표시장치의 제조방법.
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