KR101726472B1

KR101726472B1 - 고휘도 편광판 및 이를 포함하는 디스플레이 장치

Info

Publication number: KR101726472B1
Application number: KR1020130022984A
Authority: KR
Inventors: 배성학; 한상철
Original assignee: 주식회사 엘지화학
Priority date: 2013-03-04
Filing date: 2013-03-04
Publication date: 2017-04-12
Also published as: KR20140108974A

Abstract

본 발명은 반사형 편광판; 상기 반사형 편광판 상에 형성되는 반사 향상층; 및 상기 반사 향상층 상에 적층되는 흡수형 편광판을 포함하며, 상기 반사 향상층은 접착층과, 고굴절층 및 저굴절층 중 적어도 하나의 조합으로 이루어지는 고휘도 편광판 및 이를 포함하는 디스플레이 장치에 관한 것이다.

Description

고휘도 편광판 및 이를 포함하는 디스플레이 장치{POLARIZING PLATE HAVING AN EXCELLENT LUMINANCE PROPERTY AND DISPLAY DEVICE COMPRISING THE SAME}

본 발명은 고휘도 편광판 및 이를 포함하는 디스플레이 장치에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 반사형 편광판과 흡수형 편광판 사이에 굴절율이 상이한 중간층을 형성하여 고휘도를 구현할 수 있도록 개발된 고휘도 편광판 및 이를 포함하는 디스플레이 장치에 관한 것이다.

일반적으로 흡수형 편광판을 사용하는 액정표시장치의 경우, 백라이트에서 발생된 빛 중에서 시청자에게 도달하는 빛은 3 ~ 5% 수준으로 광 이용 효율이 매우 떨어진다. 이는 액정표시장치의 구성요소인 액정셀과 편광판 등에서 광 흡수가 일어나기 때문으로, 특히 흡수형 편광판의 경우, 백라이트에서 방출된 빛의 수십%를 흡수하게 된다.

따라서, 편광판에서 흡수되는 광량을 최소화하고, 디스플레이의 휘도를 향상시키기 위해, 백라이트와 편광판 사이에 백라이트에서 나온 빛을 한쪽 방향으로 정렬시키는 역할을 수행하는 반사형 편광판을 배치하는 기술이 제안되었다. 반사형 편광판은 특정 방향의 편광만 투과시키고, 나머지 빛은 백라이트 쪽으로 반사시켜, 광 리사이클 기능을 수행함으로써 광 이용 효율을 향상시키고, 그 결과 디스플레이의 휘도를 향상시킬 수 있도록 한다. 이러한 반사형 편광판으로는, 예를 들면, 유전체의 다층 박막이나 굴절율 이방성이 상이한 박막 필름의 다층 적층체, 또는 콜레스테릭 액정 폴리머 배향 필름 등이 있으며, 대표적으로는, 3M사의 DBEF 필름 시리즈를 들 수 있다.

그러나 이와 같은 종래 기술은 휘도 향상 효과가 한정되어 있고, 따라서 보다 높은 휘도를 구현할 수 있는 편광판을 개발하기 위한 연구가 계속되고 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 반사형 편광판과 흡수형 편광판 사이에 반사 향상층을 형성하여 종래에 비해 높은 휘도를 구현하는 편광판 및 이를 포함하는 디스플레이 장치를 제공한다.

이를 위해, 본 발명은 반사형 편광판; 상기 반사형 편광판 상에 형성되는 반사 향상층; 및 상기 반사 향상층 상에 적층되는 흡수형 편광판을 포함하며, 상기 반사 향상층은 접착층과, 고굴절층 및 저굴절층 중 적어도 하나의 조합으로 이루어지는 고휘도 편광판을 제공한다.

한편, 상기 반사 향상층은 고굴절층 및 접착층으로 이루어질 수 있으며, 이때, 상기 고굴절층은 굴절율이 2 내지 4 정도인 것이 바람직하다. 또한, 상기 고굴절율층은 그 두께가 10 nm 내지 10㎛ 정도인 것이 바람직하다.

한편, 상기 반사 향상층은 저굴절 물질이 포함된 접착층일 수 있으며, 이때, 상기 반사 향상층은 굴절율이 1 내지 1.35 정도인 것이 바람직하다.

또한, 상기 반사 향상층은 저굴절층 및 접착층으로 이루어질 수 있으며, 이때, 상기 저굴절층은 굴절율이 1 내지 1.3 정도인 것이 바람직하다. 또한, 상기 저굴절층은 그 두께가 100 nm 내지 50㎛ 정도인 것이 바람직하다.

또한, 상기 반사 향상층은 고굴절층, 저굴절층 및 접착층으로 이루어질 수 있으며, 이때, 상기 고굴절층은 굴절율이 2 내지 4정도이고, 상기 저굴절층은 굴절율이 1 내지 1.7 정도인 것이 바람직하다. 또한, 상기 고굴절층 및 저굴절층은 각각 그 두께가 10 nm 내지 500nm 정도인 것이 바람직하다.

다른 측면에서, 본 발명은 상기와 같은 고휘도 편광판을 포함하는 디스플레이 장치를 제공하며, 바람직하게는, 상기 디스플레이 장치는 액정표시장치일 수 있다.

반사 향상층이 형성된 본 발명의 편광판을 이용할 경우, 종래의 편광판을 사용하는 경우에 비해 높은 휘도 향상 효과를 얻을 수 있다.

도 1은 본 발명의 고휘도 편광판의 제1구현예를 보여주는 도면이다.
도 2는 본 발명의 고휘도 편광판의 제2구현예를 보여주는 도면이다.
도 3은 본 발명의 고휘도 편광판의 제3구현예를 보여주는 도면이다.
도 4는 본 발명의 고휘도 편광판의 제4구현예를 보여주는 도면이다.

이하, 도면을 참조하여 본 발명을 보다 자세히 설명하기로 한다. 다만, 하기 도면은 본 발명을 보다 잘 이해할 수 있도록 하기 위한 것으로, 본 발명의 일례에 불과하며, 본 발명이 하기 도면에 의해 한정되는 것은 아니다. 또한, 하기 도면에 도시된 구성요소들은 원활한 설명을 위해 과정되거나 축소되거나, 생략될 수 있으며, 동일한 부호는 동일한 구성요소를 의미한다.

도 1 내지 도 4에는 본 발명의 고휘도 편광판의 구현예들이 도시되어 있다. 도 1 내지 도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 고휘도 편광판(1)은 (1) 반사형 편광판(10) (2) 흡수형 편광판(30) 및 (3) 반사향상층(20)을 포함한다.

반사형 편광판(10)은 특정 편광 방향, 예를 들면, 흡수형 편광판의 투과축과 평행한 편광 방향을 갖는 빛은 투과시키고, 나머지 광은 반사시키는 것으로, 백라이트로부터 방출된 무편광 빛을 특정 편광 방향의 빛으로 정렬시키는 역할을 수행한다. 백라이트에서 방출된 빛은 반사형 편광판을 거쳐 흡수형 편광판의 투과축을 통과할 수 있는 빛으로 정렬되기 때문에, 빛이 반사형 편광판을 거쳐 흡수형 편광판에 도달하게 되면 흡수형 편광판에서 흡수되는 광량을 최소화할 수 있다. 한편, 흡수형 편광판의 투과축에 평행하지 않은 편광 상태를 갖는 나머지 빛들은 반사형 편광판에서 백라이트 방향으로 반사되게 된다. 이 빛들은 백라이트 하부의 반사판에 의해 반전되어 다시 반사형 편광판에 도달하게 되고, 이 빛들 중 일부는 반사형 편광판을 투과하여 흡수형 편광판으로 진행하게 되고, 나머지 빛은 다시 백라이트 방향으로 반사되게 된다. 이러한 일련의 과정이 반복되면서 흡수형 편광판을 투과하는 광량이 증가하게 되고, 그 결과 보다 높은 휘도의 디스플레이 장치를 구현할 수 있게 된다.

이와 같은 반사형 편광판으로는, 당해 기술 분야에 잘 알려진 다양한 반사형 편광판, 예를 들면, 유전체의 다층 박막이나 굴절율 이방성이 상이한 박막 필름의 다층 적층체 또는 콜레스테릭 액정 폴리머 배향 필름 등이 제한없이 사용될 수 있으며, 상업적으로 구입할 수 있는 반사형 편광판으로는 3M사의 DBEF 필름이 있다. 바람직하게는, 본 발명의 반사형 편광판은, S편광에 대해서는 굴절율 변화를 느끼고, P 편광에 대해서는 굴절율 변화를 느끼지 않도록 구성되는 것이 바람직하다. 이와 같은 특성을 갖는 반사형 편광판은 특정한 굴절율 및 특정한 두께를 갖는 층들, 예를 들면, 등방성 매질과 이방성 매질을 번갈아 가면서 특정 두께로 적층함으로써 제조할 수 있다. 본 발명의 일 구현예에 따르면, 상기 반사형 편광판은 굴절률 1.88 및 1.64 인 층을 각각 63 nm, 84 nm 두께로 번갈아가며 쌓은 형태일 수 있으며, 이 경우, 상기 S편광에 대해서는 매질의 굴절률 변화가 발생하나, P편광에 대해서는 매질의 굴절률이 1.64로 일정하다.

다음으로, 상기 흡수형 편광판(30)은 특정 편광은 투과시키고, 나머지 편광들은 흡수하는 것으로, 당해 기술 분야에서 일반적으로 사용되는 흡수형 편광판들이 제한없이 사용될 수 있다. 일반적으로 상기 흡수형 편광판은 폴리비닐알코올계 필름에 요오드와 같은 이색성 염료를 염착시키고, 이를 연신 및 가교하여 제조되는 편광자와, 상기 편광자의 일면 또는 양면에 부착되는 보호 필름으로 이루어진다.

다음으로, 상기 반사 향상층(20)은 상기 반사형 편광판(10)과 흡수형 편광판(20) 사이에 위치하며, 광 반사율을 높임으로써 리사이클되는 광량을 높이고, 흡수형 편광판에 흡수되는 광량을 최소화하기 위한 것으로, 본 발명의 상기 반사 향상층은 접착층, 고굴절층, 저굴절층 또는 이들의 조합으로 이루어진다.

예를 들면, 상기 반사 향상층은, 도 1, 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 고굴절층(22), 저굴절층(24), 접착층(26)이 각각 하나의 층을 이루고, 이들이 적층된 형태로 형성될 수도 있고, 도 2에 도시된 바와 같이, 접착제에 고굴절 물질 또는 저굴절 물질을 혼합하여 접착층과 고굴절층 또는 저굴절층이 하나의 층(26')으로 형성된 형태일 수도 있다. 한편, 도면에는 고굴절층 및 저굴절층이 1층만 형성된 경우가 도시되어 있으나, 이로써 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 고굴절층 및 저굴절층은 각각 2층 이상의 복수의 층으로 형성될 수 있다.

한편, 상기 고굴절층은 굴절율이 2 이상, 바람직하게는 2 내지 4 정도인 물질로 이루어진 층을 의미하며, 본 발명의 고굴절층은, 예를 들면, 티탄, 비소, 알루미늄, 이들의 조합 또는 이들의 산화물로 이루질 수 있다. 상기와 같은 고굴절물질을 반사형 편광판의 일면에 증착, 도포함으로써 고굴절층을 형성할 수 있다.

또한, 상기 저굴절층은 굴절율이 1.7 이하, 바람직하게는 1 내지 1.7 정도인 층을 의미한다. 이러한 저굴절층은 규소 산화물, 저굴절 폴리머수지, 에어로졸 등으로 이루어 질 수 있으며, 이들 물질을 증착, 도포 또는 스핀 코팅하는 방법에 의해 형성될 수 있다.

다음으로, 상기 접착층(26)은 반사형 편광판과 흡수형 편광판을 결합시키기 위한 것으로, 투광성이 있는 접착제면 되고, 특별히 한정되는 것은 아니다. 예를 들면, 본 발명에 있어서, 상기 접착층(26)는 예를 들면, 감압성 접착제(PSA 접착제), 아크릴계, 실리콘계, 폴리에스테르계, 폴리우레탄계, 에폭시계 접착제 등으로 이루어질 수 있으며, 특히 감압성 접착제가 바람직하다. 일반적으로 시판되는 접착제들의 굴절율은 대부분 1.4 ~ 1.5 정도이다.

한편, 접착층과 고굴절층 또는 저굴절층을 단일층으로 형성할 경우, 상기와 같은 접착제 조성물에 저굴절물질인 규소 산화물 나노 입자 또는 나노 막대, 저굴절 폴리머수지, 에어로졸 또는 고굴절 물질인 티탄, 비소, 알루미늄, 이들의 조합 또는 이들의 산화물을 혼합하여 사용할 수 있다.

보다 구체적으로, 본 발명의 반사 향상층은 도 1에 도시된 바와 같이, 고굴절층(22) 및 접착층(26)으로 이루어질 수 있다. 이때, 상기 고굴절층(22)은 굴절율이 2 내지 4 정도, 바람직하게는 2.3 내지 4이고, 두께는 10 nm 내지 10㎛ 정도, 바람직하게는 10 nm 내지 1 ㎛ 정도이다. 또한, 상기 접착층(26)은 굴절율이 1.4 내지 1.5정도이며, 두께는 1 ㎛ 내지 200 ㎛이며, 바람직하게는 1 ㎛ 내지 50 ㎛ 정도이다. 고굴절율층 및 접착층의 굴절율 및 두께가 상기 범위를 만족할 때, 반사효과를 극대화되고, 이에 더해 간섭에 의한 반사효과 또한 최대가 된다.

또한, 본 발명의 반사 향상층은, 도 2에 도시된 바와 같이, 저굴절 접착층(26')으로 이루어질 수 있다. 이때, 상기 저굴절 접착층은 굴절율이 1 내지 1.35 정도, 바람직하게는 1 내지 1.3 정도, 보다 바람직하게는 1.25 정도이고, 이때 저굴절 접착층의 두께는 1 ㎛ 내지 100 ㎛, 더 바람직하게는 10㎛ 내지 100㎛ 정도이다. 저굴절 접착층의 굴절율 및 두께가 상기 범위를 만족할 때, 반사효과를 극대화되고, 이에 더해 간섭에 의한 반사효과 또한 최대가 된다.

또한, 본 발명의 반사 형상층은, 도 3에 도시된 바와 같이, 저굴절율층(24) 및 접착층(26)으로 이루어질 수 있다. 이때, 상기 저굴절율층(24)은 굴절율이 1 내지 1.3, 더 바람직하게는, 1 내지 1.25, 보다 바람직하게는 1 내지 1.2 정도이고, 그 두께는 10nm 내지 50㎛, 더 바람직하게는 10 nm 내지 1 ㎛, 가장 바람직하게는 10 nm 내지 0.5㎛ 정도이다. 또한, 상기 접착층(26)은 굴절율이 1.4 내지 1.5정도이며, 두께는 1 ㎛ 내지 200 ㎛이며, 바람직하게는 1 ㎛ 내지 50 ㎛ 정도이다. 저굴절율층 및 접착층의 굴절율 및 두께가 상기 범위를 만족할 때, 반사효과를 극대화되고, 이에 더해 간섭에 의한 반사효과 또한 최대가 된다.

또한, 본 발명의 반사 향상층은, 도 4에 도시된 바와 같이, 고굴절층(22), 저굴절층(24) 및 접착층(26)으로 이루어질 수 있다. 이때, 상기 고굴절층(22)은 굴절율이 2 내지 4 정도, 바람직하게는 2.5 내지 4이고, 더 바람직하게는 2.5 내지 3이고, 상기 저굴절층(24)은 굴절율이 1 내지 1.7 정도, 바람직하게는 1 내지 1.4, 더 바람직하게는 1 내지 1.21 정도이다. 또한, 상기 고굴절층 및 저굴절층은 각각 그 두께가 1nm 내지 500nm 정도, 바람직하게는 10 nm 내지 300 nm, 더 바람직하게는 10 nm 내지 200 nm 정도이다. 또한, 상기 접착층(26)은 굴절율이 1.4 내지 1.5정도이며, 두께는 1 ㎛ 내지 200 ㎛이며, 바람직하게는 1 ㎛ 내지 50 ㎛ 정도이다. 고굴절율층, 저굴절율층 및 접착층의 굴절율 및 두께가 상기 범위를 만족할 때, 반사효과를 극대화되고, 이에 더해 간섭에 의한 반사효과 또한 최대가 된다.

본 발명과 같이, 반사형 편광판과 흡수형 편광판 사이에 반사 향상층을 형성할 경우, 광 리사이클 효율이 증가하고, 흡수형 편광판에 흡수되는 광량을 최소화된다. 따라서, 본 발명의 반사형 편광판을 액정표시장치와 같은 디스플레이 장치에 사용하게 되면 디스플레이 장치의 휘도가 향상되게 된다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예들을 통해 본 발명을 보다 구체적으로 설명한다.

실시예 1

반사형 편광판(편광도 64%)/이산화티탄층(TiO₂ _,굴절율:2.96, 두께:40nm)/이산화규소층((SiO₂ _,굴절율:1.45, 두께:100nm)/PSA 접착층(굴절율:1.46, 두께: 10㎛)/흡수형 편광판 구조로 이루어진 편광판의 광 투과율을 시뮬레이션을 통해 측정하였다. 시뮬레이션 프로그램으로는 GSOLVER 4.2 프로그램을 이용하였다.

실시예 2

반사형 편광판(편광도 64%)/이산화티탄층(TiO₂ _,굴절율: 2.96, 두께:40nm)/산화알루미늄층 (Al₂O₃,굴절율: 1.66, 두께:90nm)/PSA 접착층(굴절율:1.46, 두께: 10㎛)/흡수형 편광판 구조로 이루어진 편광판의 광 투과율을 시뮬레이션을 통해 측정하였다. 시뮬레이션 프로그램으로는 GSOLVER 4.2 프로그램을 이용하였다.

실시예 3

반사형 편광판(편광도 64%)/저굴절 접착층(굴절율:1.31, 두께: 10㎛)/흡수형 편광판 구조로 이루어진 편광판의 광 투과율을 시뮬레이션을 통해 측정하였다. 시뮬레이션 프로그램으로는 GSOLVER 4.2 프로그램을 이용하였다.

실시예 4

반사형 편광판(편광도 64%)/저굴절 수지층(굴절율:1.3, 두께: 90nm)/ PSA접착층 (굴절률: 1.46, 두께 : 10 um)/흡수형 편광판 구조로 이루어진 편광판의 광 투과율을 시뮬레이션을 통해 측정하였다. 시뮬레이션 프로그램으로는 GSOLVER 4.2 프로그램을 이용하였다.

실시예 5

반사형 편광판(편광도 64%)/고굴절층(굴절율: 2.3, 두께: 36nm)/ 고굴절층(굴절율: 3.24, 두께: 57nm)/ PSA접착층 (굴절률: 1.46, 두께 : 10 um)/흡수형 편광판 구조로 이루어진 편광판의 광 투과율을 시뮬레이션을 통해 측정하였다. 시뮬레이션 프로그램으로는 GSOLVER 4.2 프로그램을 이용하였다.

비교예

반사형 편광판(편광도 64%)/PSA 접착층(굴절율:1.46, 두께: 10㎛)/흡수형 편광판 구조로 이루어진 편광판의 광 투과율을 시뮬레이션을 통해 측정하였다. 시뮬레이션 프로그램으로는 GSOLVER 4.2 프로그램을 이용하였다.

광 투과율은 하기 식에 따라 측정하였으며, 측정 결과는 하기 표 1에 기재하였다.

광 투과율 L/L₀=T_p/{2-(R_p+R'_s)R_b}

상기 식에서, L/L₀는 무편광 입사광 L₀에 대한 출사광 L의 비율이며, T_p는 P 편광 투과도, R_p는 P 편광 반사도, R'_s는 S 편광 반사도, R_b는 백라이트 하부의 반사판의 반사도를 의미하며, 반사판에서 P편광과 S 편광의 전환율을 동일하다고 가정하였다.

	광 투과율
	R_b=0.9	R_b=0.99
실시예 1	0.699	0.820
실시예 2	0.715	0.811
실시예 3	0.682	0.721
실시예 4	0.694	0.737
실시예 5	0.695	0.754
비교예	0.675	0.710

10 : 반사형 편광판
20 : 반사향상층
22: 고굴절층
24: 저굴절층
26: 접착층
26': 저굴절 접착층
30 : 흡수형 편광판

Claims

반사형 편광판;
상기 반사형 편광판 상에 형성되는 반사 향상층; 및
상기 반사 향상층 상에 적층되는 흡수형 편광판을 포함하며,
상기 반사 향상층은 저굴절 접착층; 저굴절층 및 접착층; 또는 고굴절층, 저굴절층 및 접착층이고,
상기 저굴절 접착층은 굴절율이 1 내지 1.35이며,
상기 저굴절층 및 접착층 중 저굴절층은 굴절율이 1 내지 1.3이고,
상기 고굴절층, 저굴절층 및 접착층 중 저굴절층은 굴절율이 1 내지 1.7인 고휘도 편광판.
삭제
삭제
삭제
삭제
제1항에 있어서,
상기 저굴절 접착층은 두께가 1 ㎛ 내지 100 ㎛인 고휘도 편광판.
삭제
제1항에 있어서,
상기 반사 향상층이 저굴절층 및 접착층으로 이루어지는 경우, 저굴절층은 두께가 10nm 내지 50㎛인 고휘도 편광판.
제1항에 있어서,
상기 접착층은 굴절율이 1.4 내지 1.5이고, 두께가 1 ㎛ 내지 200 ㎛인 고휘도 편광판.
삭제
제1항에 있어서,
상기 반사 향상층이 고굴절층, 저굴절층 및 접착층으로 이루어지고,
상기 고굴절층은 굴절율이 2 내지 4이고, 두께가 1nm 내지 500nm이며,
상기 저굴절층은 두께가 1nm 내지 500nm인 고휘도 편광판.
삭제
청구항 1, 6, 8, 9 및 11 중 어느 한 항의 고휘도 편광판을 포함하는 디스플레이 장치.
제13항에 있어서,
상기 디스플레이 장치는 액정표시장치인 디스플레이 장치.