KR101960656B1 - 편광판 및 이를 포함하는 액정표시장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 예를 들어 폴리이미드에 의한 배향에 의하여 편광 특성을 갖는 유방성 액정을 이용한 편광판 및 이를 적용한 액정표시장치에 관한 것이다. 본 발명에 따른 편광판은 박층 형성이 가능하고, 제조가 용이하기 때문에 원료비의 절감이 가능하다. 이에 따라, 본 발명의 편광판을 적용한 액정표시장치는 초-슬림화 및 초-경량화가 가능한 이점을 갖는다.

Description

편광판 및 이를 포함하는 액정표시장치{Polarizing Plate and Liquid Crystal Display Device Having the Same}
본 발명은 액정표시장치에 사용되는 편광판에 관한 것으로, 특히 구조가 간단하고 슬림화 및 경량화가 가능한 편광판 및 이 편광판을 적용한 액정표시장치에 관한 것이다.
액정표시소자(liquid crystal display device, LCD)는 휴대성이 양호하고 소비전력이 낮아 기존의 음극선관(CRT)를 대체하는 디스플레이 소자로 각광을 받고 있다. 액정표시장치 중에서도 각 화소(pixel)별로 전압의 온(on), 오프(off)를 조절할 수 있는 스위칭 소자인 박막트랜지스터가 구비된 액티브 매트릭스형 액정표시장치가 해상도 및 동영상 구현능력이 뛰어나 가장 주목을 받고 있다.
일반적으로, 액정표시장치는 박막트랜지스터 및 화소전극을 형성하는 어레이 기판 제조 공정과 컬러필터를 형성하는 컬러필터 기판 제조 공정을 통해 각각 어레이 기판 및 컬러필터 기판을 형성하고, 이들 두 기판 사이에 액정을 개재하는 셀 공정을 거쳐 완성된다. 액정표시장치는 외부로부터 인가되는 전압에 의하여 액정의 배향이 변하는 특성을 이용하여 백라이트로부터 조사되는 광을 선택적으로 투과 또는 투과하지 않도록 하여 화상을 표시하는데, 도 1은 종래의 액정표시장치 중에서 액정 패널을 중심으로 그 구조를 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 1에 도시한 것과 같이, 종래의 액정표시장치(10)는 액정층(LC)을 사이에 두고 어레이 기판(20)과, 컬러필터 기판(30)이 대면 합착된다. 그 중에서 하부의 어레이 기판(20)에는 스위칭 소자인 박막트랜지스터 전극(22)이 구비되어 있으며, 상부의 컬러필터 기판(30)에는 예를 들어 적(R), 녹(G), 청색(B) 컬러필터 패턴이 순차적으로 반복 배열되는 컬러필터층(32)을 구비하고 있다. 도면으로 도시하지는 않았으나, 어레이 기판(20)에는 박막트랜지스터 전극(22)에 대응되는 화소 전극(미도시)이 형성되어 있으며, 구동 방식에 따라 공통전극(미도시)이 어레이 기판(20) 또는 컬러필터 기판(30)에 형성된다.
한편, 이들 두 기판(20, 30)과 액정층(LC)의 경계 부분에는 액정의 분자 배열 방향에 신뢰성을 부여할 수 있도록 상부 배향막(40a) 및 하부 배향막(40b)이 형성된다. 한편, 액정표시장치(10)는 유기전계발광소자(OLED)와 달리 자체 발광 하지 않으며, 한 쌍의 기판(20, 30)에 형성된 전극을 이용하여 액정의 움직임을 제어하는 것을 통하여 광원으로부터의 빛을 차단하거나 투과시킴으로써 화상을 구현한다. 이를 위하여, 백라이트 유닛(미도시)에서 입사되는 빛을 제어하여 원하는 화상 효과를 얻을 수 있도록, 적어도 하나의 기판에 편광판(50a, 50b)이 부착, 형성된다.
통상적으로, 기판(20, 30)의 외부에 부착되는 상부 및 하부의 편광판(50a, 50b)은 일정 방향으로 진동하는 빛만을 통과시킴으로써 액정이 빛을 제어하기 용이하게 한다. 예를 들어, 반사형인 경우에는 액정표시장치 중 하나의 기판, 예를 들어 어레이 기판(20)에만 편광판이 부착되는 반면, 투과형인 경우에는 하부 편광판(50b)와 상부 편광판(50a)이 각각 어레이 기판(20)의 하부와 컬러필터 기판(30)의 상부, 즉, 액정 셀의 외측으로 부착, 형성되어 있다.
종래 액정표시장치(10)에 부착, 형성된 편광판의 구조에 대해서 그 단면 구조를 개략적으로 도시하고 있는 첨부하는 도 2를 참조하여 설명한다. 도 2에 도시된 것과 같이, 종래 액정표시장치용 편광판(50)은 자연광 또는 편광을 직선 형태의 편광으로 변환할 수 있도록 고분자 편광 매질인 편광자로서의 수용성 고분자인 폴리비닐알코올(Poly vinyl alcohol, PVA)을 주성분으로 함유하는 PVA 층(51)을 갖는다. PVA를 일정 방향으로 3 ~ 5배 연신한 뒤, 이 연신 방향으로 PVA 고분자 사이에 요오드 또는 편광 염료를 흡착하면, 이들 분자의 배열 방향이 편광판의 흡수축이 되어, 이 흡수축과 나란하게 진동하는 빛만을 흡수하고 나머지 성분은 투과될 수 있다. PVA 층(51)의 상부와 하부에는 내열 및 내구성을 고려하여 연신된 PAV를 보호할 수 있도록 TCA(Tri Acetyl Cellulose)를 주성분으로 하여 형성된 TCA 층(52a, 52b)이 적층되어 Zero retardation 필름이나 위상차 필름으로 기능한다.
아울러, 하부 TAC층(52b)의 저면으로는 편광판(50)을 유리 기판 등에 부착시키기 위하여 감압 접착제(pressure sensitive adhesive, PSA)로 구성되는 접착층(53)과 이형지층(release film, 54)을 가지고 있다. 아울러, 상부 TCA 층(52a)의 상면으로는 FPR 필름(55, 3D 모델의 경우)과, 반사 방지 기능, 야외시인성 향상, 방오 처리, 고경도 등 부가적인 기능을 갖는 표면 처리 코팅층(56) 및 외부의 충격을 흡수, 완화하는 보호층(57)이 순차적으로 적층되어 있다.
이처럼 종래의 편광판(50)은 다수의 필름이 적층된 구조를 가지고 있어서 그 두께가 약 180 ㎛ 정도가 된다. 이에 따라, 종래 액정표시장치에 사용되는 편광판(50)의 두께로 인하여, 전체 액정표시장치의 슬림화나 경량화를 도모하는 데 있어 큰 장애가 되고 있다. 특히, 편광판(50)은 일부 업체에서 독점적으로 제공하고 있으며, 각각의 층을 다른 업체에서 제조하기 때문에 편광판의 제작 비용은 전체 액정 패널 제작 비용의 약 18% 수준을 차지하고 있다. 또한, 액정표시장치의 대형화에 따라 편광판 역시 대형화되어 원가 상승을 초래하고 있으며, 다수의 적층형 필름으로 구성되는 편광판의 부착 공정 불량으로 인하여 수율이 저하될 수 있다.
본 발명은 전술한 종래 기술의 문제점을 해소하기 위하여 제안된 것으로, 본 발명의 목적은 제조 공정이 용이하고, 전체적으로 슬림화 및 경량화가 가능한 구조를 갖는 편광판 및 이러한 편광판을 적용한 액정표시장치를 제공하고자 하는 것이다.
전술한 목적을 갖는 본 발명의 일 측면에 따르면, 하기 화학식으로 표시되는 유방성(lyotropic) 액정을 포함하는 편광층; 및 상기 유방성 액정을 특정 방향으로 정렬시키는 배향층을 포함하는 편광판을 제공한다.
화학식
Figure 112012096343147-pat00001
(상기 화학식에서, R은
Figure 112012096343147-pat00002
이고, 여기서 A는 에틸렌옥사이드(ethylene oxide) 또는 프로필렌옥사이드(propylene oxide)이고, B는 아크릴레이트 또는 메타크릴레이트이며, m과 n은 각각 독립적으로 0 ~ 10 사이의 정수이고, m과 n 중에서 적어도 하나는 0이 아니며; M은 용액 상태에서 양이온으로 해리될 수 있는 알칼리금속임)
상기 배향층은 폴리이미드로 구성되는 것을 특징으로 하는데, 예를 들어 배향층은 900 ~ 1100 Å의 두께로 형성될 수 있다.
한편, 상기 편광층은 4300 ~ 4700 Å의 두께로 형성될 수 있다.
본 발명의 일 실시 형태에 따르면, 상기 편광층의 상면에 형성되는 보호층을 더욱 포함할 수 있다.
본 발명과 관련해서, 상기 편광층은 상기 유방성 액정의 SO3 작용기와 반응하는 작용기를 갖는 모노머와, 상기 유방성 액정의 배향 후에 중합을 용이하게 하기 위한 중합 개시제를 더욱 포함할 수 있다.
한편, 본 발명의 다른 측면에 따르면 전술한 편광판이 적용된 액정표시장치를 제공한다.
본 발명의 일 실시 형태에 따른 액정표시장치는 제 1 기판; 상기 제 1 기판과 대향적으로 배치되는 제 2 기판; 상기 제 1 기판과 상기 제 2 기판 사이에 개재되는 액정층; 및 상기 제 1 기판과 상기 액정층 사이 및 상기 제 2 기판과 상기 액정층 사이 중 적어도 한 곳에 형성되는 편광판으로서, 전술한 화학식으로 표시되는 유방성(layotropic) 액정을 포함하는 편광층과, 상기 유방성 액정을 특정 방향으로 정렬시키는 배향층을 포함하는 편광판을 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 다른 실시 형태에 따른 액정표시장치는 제 1 기판; 상기 제 1 기판과 대향적으로 배치되는 제 2 기판; 상기 제 1 기판과 상기 제 2 기판 사이에 개재되는 액정층; 및 상기 제 1 기판 및 상기 제 2 기판의 외부 중 적어도 한 곳에 형성되는 편광판으로서, 전술한 화학식으로 표시되는 유방성(layotropic) 액정을 포함하는 편광층과, 상기 유방성 액정을 특정 방향으로 정렬시키는 배향층을 포함하는 편광판을 포함할 수 있다.
본 발명에서는 예를 들어 폴리이미드로 구성되는 배향층에 의하여 편광 기능을 갖는 유방성 액정을 포함하는 편광층을 사용하여 편광판을 제조하였으며, 이러한 편광판을 액정 셀 내에 적용하거나, 또는 액정 셀 외부에 형성한 액정표시장치를 제안한다.
종래 사용되었던 액정표시장치용 편광판과 비교할 때, 본 발명에 따른 편광판은 제조 공정이 용이할 뿐만 아니라, 편광판의 두께를 최대 99% 이상 획기적으로 줄일 수 있다. 따라서 종래 편광판을 구입하는데 소요된 원료비를 획기적으로 절감할 수 있을 뿐만 아니라, 이러한 편광판을 적용함으로써, 액정 패널의 슬림화 및 경량화를 도모할 수 있다.
도 1은 종래 액정표시장치를 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 2는 종래 액정 패널의 상부와 하부에 부착되는 편광판의 구조를 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 3은 본 발명의 제 1 실시 형태에 따른 편광판의 구조를 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 4는 본 발명의 제 2 실시 형태에 따른 편광판의 구조를 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 5는 본 발명의 제 1 실시 형태에 따른 액정표시장치의 개략적인 분해 사시도이다.
도 6은 본 발명의 제 1 실시 형태에 따른 액정표시장치의 단면도이다.
도 7은 본 발명의 제 2 실시 형태에 따른 액정표시장치의 단면도이다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따라 제작된 액정표시장치의 구동 특성을 관측한 결과를 도시한 것이다.
본 발명자들은 종래 편광판이 가지는 다양한 문제점을 해소하기 위한 연구, 개발 중에 특정 유방성(lyotropic) 액정이 적절한 배향층을 통하여 편광 특성을 보인다는 점에 근거하여 본 발명을 완성하였는바, 이하에서는 첨부하는 도면을 참조하면서 본 발명을 보다 상세하게 설명한다.
1. 편광판
도 3은 본 발명의 제 1 실시 형태에 따른 편광판의 단면 구조를 개략적으로 도시한 것이다. 도 3에 도시한 것과 같이, 본 발명의 제 1 실시 형태에 따른 편광판(100A)은 유방성 액정을 포함하는 편광층(102)과, 이 편광층(102)에 포함된 유방성 액정의 편광을 유도하는 배향층(104)을 포함한다. 이와 같은 편광판(100A)은 예를 들어 액정 셀 내에 형성될 수 있다(도 7 참조).
편광층(102)에 포함되는 유방성 액정(lyotropic liquid crystal)이란, 적절한 용매를 첨가하여 그 농도가 변함에 따라 액정상으로 변형될 수 있는 액정으로서, 농도전이형 액정 또는 액방성 액정이라고도 불린다. 본 발명에 따라 편광층(102)에서 편광자로서 기능할 수 있는 유방성 액정은 하기 화학식의 구조를 갖는 화합물이다.
화학식
Figure 112012096343147-pat00003
(상기 화학식에서, R은
Figure 112012096343147-pat00004
이고, 여기서 A는 에틸렌옥사이드(ethylene oxide) 또는 프로필렌옥사이드(propylene oxide)이고, B는 아크릴레이트 또는 메타크릴레이트이며, m과 n은 각각 독립적으로 0 ~ 10 사이의 정수이고, m과 n 중에서 적어도 하나는 0이 아니며; M은 용액 상태에서 양이온으로 해리될 수 있는 알칼리금속임)
위 화학식에서 알 수 있는 것과 같이, 편광층(102)의 주요 성분인 편광자로서의 유방성 액정의 분자 구조를 살펴보면, 아조 결합(N=N)이 형성되어 있는 중앙 부분에는 소수성 작용기인 메틸기 또는 메톡시기가 형성되어 있는 반면, 분자의 끝 부분에는 이온성 작용기로서 산성 작용기인 술폰산기(-SO3)기가 방향족 고리에 연결되어 있는 양쪽성(amphiphilic) 물질이다. 이러한 물질은 예를 들어, 유방성 크로모닉 액정(lyotropic chromonic liquid crystal)으로 알려져 있으며, 산성 작용기가 결합되어 있으므로 산성 유방성 크로모닉 액정으로 분류될 수 있다.
이때, 산성 작용기로서의 술폰산기는 화학식으로 표시한 것과 같이, 리튬(Li+), 나트륨(Na+) 또는 칼륨(K+)과 같은 알칼리 금속의 양이온(M+)과 결합한 상태로 존재한다. 이에 따라, 후술하는 것과 같이 편광층(102)을 구성하는 액정 조성물 중에 적절한 용매와 적절한 모노머, 예를 들면 염기성 모노머가 유방성 액정의 산성 작용기와 반응하면, 생성된 산성 음이온이 모너머의 양이온과 이온 결합하고, 이와 같이 결합된 모노머가 다른 모너머와 중합 반응을 일으키면서 분자 응집체를 형성할 수 있다.
전술한 화학식으로 표시되는 유방성 액정은 위 화학식에서 M이 나트륨이며, R 역시 SO3Na인 공지의 화합물인 C.I. Direct Blue 67(IUPAC 명칭은 4-[4-[2-[6-(anilino)-1-oxo-3-sulfonaphthalen-2-ylidene]hydrazinyl]-5-methoxy-2-methylphenyl]diazenyl-5-hydroxynaphthalene-2,7-disulfonic acid)로부터 합성될 수 있다. 예를 들어, C.I. Direct Blue 67을 구성하는 3개의 술폰산기 중에서 R 부분을 제외한 나머지 2개의 술폰산기 부분을 적절한 보호기(protection group)를 사용하여 보호한 상태에서, R 부분의 술폰산기를 본 발명에 따른 사슬 형태의 치환기로 치환한 뒤, 나머지 2개의 술폰산기 부분에 대한 탈보호(de-protection) 반응을 진행함으로써, 화학식 1의 유방성 액정을 합성할 수 있다.
바람직하게는 화학식 1에서 m 및 n은 각각 독립적으로 0~5 사이의 정수이고, m과 n 중에서 적어도 하나는 0이 아니다. 일예로, 본 발명에 따라 편광자로서 사용될 수 있는 전술한 유방성 액정은 분자량이 300 ~ 1000 정도이고, 점도는 30 ~ 40 cp 범위를 가질 수 있지만, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 전술한 화학식으로 표시되는 유방성 액정은 편광층(102)을 구성하는 전체 조성물에 대하여 3~40 중량%로 포함될 수 있다.
한편, 편광층(102)에는 전술한 화학식으로 표시되는 유방성 액정 화합물 외에도 필요에 따라 다른 성분이 포함될 수 있다. 예를 들어, 액정 화합물의 산성 작용기(-SO3) 와 강한 이온 결합을 생성하여 액정 분자들의 중합을 유도할 수 있는 모노머를 포함할 수 있다. 바람직하게는 액정 화합물의 산성 작용기와 반응할 수 있는 양이온 작용기, 예를 들어 아민기, 이민기, 아미드기, 아지드기, 암모늄기 등의 작용기를 갖는 모너머를 사용할 수 있다. 구체적으로 살펴보면, 편광층(102)을 구성하는 편광 조성물 중에 포함될 수 있는 모노머로는 디알킬아미노알킬아크릴레이트, 디알킬아미노알킬메타크릴레이트, 디알킬아미노알킬아크릴아미드, 디알킬아미노알킬메타크릴아미드 등을 포함할 수 있지만, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.
아울러, 편광층(102)을 구성하는 편광 조성물에는 전술한 화학식으로 표시되는 유방성 액정 화합물의 중합을 용이하게 할 수 있도록 광중합 개시제 또는 열중합 개시제 형태인 중합 개시제를 포함할 수 있다. 광중합 개시제로서 아세트페논류, 벤조인에테르류, 벤조페논류, 티옥산톤류 등을 단독 또는 혼합할 수 있다. 한편, 열중합 개시제로서 디아실퍼옥시드류, 퍼옥시케탈류, 케톤퍼옥시드류, 히드로퍼옥시드류, 디알킬퍼옥시드류, 퍼옥시에스테르류 및 퍼옥시디카르보네이트류 등의 유기 과산화물 유리 라디칼 개시제를 사용할 수 있다. 중합 개시제의 함량은 편광층(100) 전체 조성물 중에 0.01 ~ 10 중량%의 범위로 사용될 수 있다. 중합 개시제의 함량이 이보다 작으면 중합이 잘 일어나지 않고, 이를 초과하면 경제성이 떨어질 수 있기 때문이다.
그 외에도 편광층(102)을 구성하는 편광 조성물에는 물성을 조절하기 위한 비이온성 비닐 모노머라든가, 평활성을 증대시키기 위한 레벨링제, 습윤제, 자외선 안정제, 열 안정제, 도전성 계면활성제 등의 기능성 첨가제를 더욱 포함할 수 있다. 아울러, 점도 조절을 용이하게 하기 위하여 유기용매 또는 물과 같은 용매가 편광 조성물 중에 포함될 수 있다.
전술한 성분을 포함하는 편광층(102)을 구성하는 편광 조성물은 예를 들어 잉크젯 프린팅 방법이나 기타 다른 코팅 공정, 예를 들어, 노즐 코팅 공정 또는 바 코팅 공정을 통해서 배향층(104)의 일면에 적층, 형성된 뒤, 적절한 후속 공정을 통하여 편광층(102)으로 전환될 수 있다. 일예로 편광층(102)은 4300 ~ 4700 Å의 두께로 배향층(104)의 일면에 적층, 형성될 수 있지만, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.
한편, 전술한 화학식으로 표시되는 편광자로서의 유방성 액정은 편광층(102)의 일면에 부착되는 배향층(104)과 접촉함으로써 우수한 편광 특성을 보인다. 배향층(104)으로는 경화된 폴리이미드를 사용할 수 있다. 이러한 폴리이미드는 액정(295, 도 6 및 도 7 참조)을 배향시키기 위하여 사용되는 배향막(292, 도 6 및 도 7 참조)과 마찬가지로, 러빙(rubbing) 방향에 따라 그 상면에 적층된 편광층(102)에 함유된 편광자로서의 유방성 액정 화합물의 편광 특성을 결정한다. 예를 들어, 이무수물과 디아민 화합물로 구성되는 배향 용액을 기판 상에 도포한 후, 예비 건조를 통하여 용제를 증발시켜 폴리아믹산을 합성하고 경화(소성) 공정을 통하여 폴리이미드로 전환하는 방법을 통하여 배향층(104)을 형성할 수 있다.
본 발명이 이에 한정되는 것은 아니지만, 예를 들어 배향층(104)은 스핀 코팅, 딥 코팅 또는 롤러 코팅 등의 방법을 사용하여 기판(200, 280, 도 6 및 도 7 참조)의 일면에 대략 900 ~ 1100 Å의 두께로 도포될 수 있다. 일예로, 본 발명에 따라 배향층(104)을 구성하는 폴리이미드로는 Nissan Chemical에서 제조하고 있는 SE-410을 사용할 수 있지만, 본 발명이 이에 한정되는 것은 결코 아니다. 바람직하게는 폴리이미드를 소성하기 위한 조건은 대략 210 ~ 250 ℃에서 수행되며, 소성 시간은 대략 900 ~ 1100 초일 수 있다.
만약 배향층(104)의 경화 온도가 전술한 온도 미만이면 이미드화가 충분히 진행되지 못하여 편광층(102)을 구성하는 조성물이 배향층(104)에 균일하게 도포되지 못하거나, 편광층(102)을 구성하는 편광자로서의 유방성 액정의 작용기가 폴리아믹산의 아미드기나 카르복시기와 반응하여 유방성 액정이 원하는 방향으로 배향되지 않을 수도 있다. 아울러, 경화 온도가 이를 초과하는 경우에는 고온에 의한 열화 문제가 있을 수 있으며 경제적인 면에서도 바람직하지 않다.
본 실시 형태에 따른, 편광판(100A)을 제조하기 위하여, 유방성 액정에 적절한 용매, 모노머 및/또는 기타 첨가제를 첨가하여 유방성 액정 상이 형성된 편광 조성물을, 사전에 건조, 경화 처리되어 있는 폴리이미드를 포함하는 배향층(104)의 상부로 도포하여 편광층(102)을 형성한다. 편광층(102)이 도포되어 있는 배향층(104)을 일정 방향으로 러빙(rubbing) 처리하면, 폴리이미드의 측쇄 분자의 배향 방향에 대응하여, 편광층(102)에 함유된 유방성 액정이 정렬되어 편광 기능을 갖게 된다. 이어서, 배향층(104)의 일면에 코팅된 편광층(104)의 주성분인 전술한 화학식으로 표시되는 유방성 액정을 포함하는 편광 조성물을 건조하여 용매를 증발시키고, 유방성 액정을 경화시킬 수 있다.
결국, 본 발명의 제 1 실시 형태에 따른 편광판(100A)은 전체 두께가 대략 0.55 ㎛에 불과하여, 기존의 편광판의 두께가 180 ㎛인 것과 비교하면 99% 이상 두께를 줄일 수 있다. 따라서 유방성 액정 화합물의 가격을 고려하더라도 기존의 편광판에 비하여 원료비를 50% 이상 절감할 수 있는 이점을 갖는다.
한편, 도 3에서는 예를 들어 액정 셀 내에 형성될 수 있는 편광판의 단면 구조를 예시하였으나, 본 발명에 따른 편광판이 액정 셀 외부, 예를 들어 전극의 상부와 하부에 형성되는 경우를 생각해 볼 수 있다. 도 4는 예를 들어, 액정 셀의 외부에 형성될 수 있는 편광판의 단면 구조를 개략적으로 도시한 것이다. 도 4에 도시한 것과 같이, 본 실시 형태에 따른 편광판(100B)은 중앙에 편광자로서 전술한 화학식으로 표시되는 편광자로서의 유방성 액정(필요에 따라 모노머, 중합 개시제, 용매 또는 기타 첨가제를 포함할 수 있음)을 포함하는 편광층(102)과, 이 편광층(102)의 일면에 형성되어 유방성 액정 화합물이 특정 방향으로 편광 특성을 보일 수 있도록 유도하는 배향층(104)과, 배향층(104)의 반대쪽인 편광층(102)의 타면에 형성되는 보호층(106)을 포함하고 있다.
보호층(104)은 예를 들어 액정 셀의 외부에 부착, 형성될 수 있는 편광판(100B) 중에서 편광자로서의 유방성 액정을 함유하는 편광층(102)을 외부의 충격 등으로부터 보호하기 위한 것이다. 이와 같은 편광판(100B)은 예를 들어 액정 셀 외부에 형성될 수 있다(도 6 참조).
보호층(106)은 광학적으로 투명한 플라스틱 필름이나 시트 형태를 사용할 수 있는데, 예를 들어 DAC(diacetyl cellulose), TAC(triacetyl cellulose) 필름/시트, COP(cyclo olefin copolymer) 필름/시트, PMMA(poly(methyl methacrylate) 필름/시트와 같은 아크릴 필름/시트, PC(polycarbonate), PE(polyethylene) 또는 PP(polypropylene) 필름 또는 시트 등과 같은 올레핀 필름/시트, PVA(polyvinyl alcohol) 필름/시트, PES(poly ether sulfone), PEN(polyethylene naphthatlate), PET(polyethylene terephthalate) 등과 같은 폴리에스테르 필름/시트 등을 사용할 수 있다. 이러한 보호층(106)은 공지된 방법을 사용하여 편광층(102)의 타면에 도포, 적층될 수 있으며, 대략 0.1 ~ 20 ㎛의 두께를 가질 수 있다. 하지만, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.
이때, 본 실시 형태에 따른 편광판(100B)을 제조하기 위하여, 먼저 유방성 액정을 포함하는 편광 조성물을 제조하고, 편광 조성물을 배향층(104)의 상부로 도포하여, 배향층(104)의 일면에 편광층(102)을 형성한다. 이어서, 배향층(104)에 대하여 러빙 공정을 통하여 유방성 액정 화합물을 특정 방향으로 정렬시키고, 유방성 액정을 건조, 경화하여 최종적인 편광층(102)을 형성할 수 있다. 계속해서, 배향층(104)과 접촉하지 않은 편광층(102)의 타면으로 보호층(106)을 코팅, 처리할 수 있다.
따라서, 본 발명에 따르면 예를 들어 폴리이미드의 러빙 방향에 대응되는 편광 특성을 보이는 편광자로서의 유방성 액정을 주요 성분으로 함유하는 편광층을 포함하고 있으며, 필요에 따라 보호층을 형성하더라도 종래의 편광판과 비교해서 그 두께를 현저하게 줄일 수 있다. 이에 따라 재료비의 절감은 물론이고, 슬림화 및 경량화를 도모할 수 있다.
2. 액정표시장치
전술한 것과 같이, 본 발명에서는 유방성 액정을 포함하는 편광층이 예를 들어 폴리이미드일 수 있는 배향층의 러빙 방향에 따라 독특한 편광 특성을 갖는 편광판을 제안하고 있다. 이러한 편광판은 예를 들어 액정표시장치에 적용될 수 있는데, 도 5 및 도 6은 본 발명의 제 1 실시 형태에 따라 예를 들어 트위스트 네마틱(twisted nematic, TN) 모드 형태의 액정표시장치를 이루는 액정 셀의 외부에 본 발명의 제 1 실시 형태에 따른 편광판이 접착된 액정표시장치를 도시하고 있다. 본 발명과 관련해서, 액정 셀의 '내부'란, 서로 대향적으로 배치되는 1 쌍의 기판 사이의 영역을 의미하며, 액정 셀의 '외부'란 기판을 중심으로 내부의 반대쪽 영역을 의미한다. 예를 들어, 하부 기판의 하부 영역과 상부 기판의 상부 영역이 액정 셀의 '외부'가 될 수 있다. 한편, 설명의 편의를 위해서 도 5에서는 본 발명에 따른 편광판을 도시하지 않았음에 유의하여야 한다.
먼저 도 5에 도시된 것과 같이, 본 발명의 제 1 실시 형태에 따른 액정표시장치(300A)는 제 1 기판(200), 제 2 기판(280) 및 이들 두 기판(200, 280) 사이에 개재된 액정층(290)을 포함하고 있다. 이에 따라 외부의 전압이 이들 기판(200, 280)에 형성된 전극을 통하여 인가되면, 액정층(290)의 배향 방향이 변경되어 화상을 재현할 수 있다.
예를 들어 어레이 기판 또는 하부 기판일 수 있는 제 1 기판(200)은 투명 기판(201) 상에 서로 종횡 교차 배열되어 다수의 화소영역(P)을 정의하는 복수의 게이트 배선(204)과 데이터 배선(230)을 포함한다. 이들 두 배선(204, 230)의 교차 영역에 스위칭 소자인 박막트랜지스터(Tr)가 구비되어, 각각의 화소영역(P)에 형성된 화소전극(250)과 일대일 대응되도록 접속되어 있다.
한편, 컬러필터 기판 또는 상부 기판일 수 있는 제 2 기판(280)은 제 1 기판(200)과 대향적으로 형성되는데, 투명 절연 기판(281)의 일면으로 게이트 배선(204)와 데이터 배선(230) 및 박막트랜지스터(Tr) 등의 비-표시 영역을 가리도록 각각의 화소영역(P)을 에워싸는 격자 형상을 갖는 블랙매트릭스(283)가 형성되어 있으며, 이들 격자 내부에서 각각의 화소영역(P)에 대응되도록 순차적으로 반복 배열된 적(R), 녹(G), 청(B)색의 컬러필터 패턴(286a, 286b, 286c)을 포함하는 컬러필터 층(286)이 형성되어 있으며, 블랙매트릭스(283)와 컬러필터층(286)의 전면에 걸쳐 투명한 공통전극(288)이 구비되어 있다.
본 발명의 제 1 실시 형태에 따른 액정표시장치(300A)에 대해서 첨부하는 도 6을 참조해서 보다 상세하게 설명한다. 도 6에 도시된 것과 같이, 예를 들어 제 1 기판(200)은 ITO(indium-tin oxide) 등으로 제조되는 투명 기판(201) 상에 화소영역(P)을 정의하는 다수의 게이트 배선(204, 도 5 참조) 및 데이터 배선(230)의 교차 영역에 형성되는 게이트 전극(205)과, 게이트 절연막(210)과, 순수 비정질 실리콘의 액티브층(220a)과 불순물 비정질 실리콘의 오믹콘택층(220b)으로 이루어진 반도체층(220)과, 서로 이격하는 소스 및 드레인 전극(233, 236)이 순차 적층되어 박막트랜지스터(Tr)를 형성하고 있다.
또한, 박막트랜지스터(Tr)의 상부에는 전면에 박막트랜지스터(Tr)의 드레인 전극(236)을 노출시키는 드레인 콘택홀(243)을 갖는 보호층(240)이 구비되어 있으며, 보호층(240) 상부의 각각의 화소영역(P)에는 박막트랜지스터(Tr)의 드레인 전극(236)과 드레인 콘택홀(243)을 통해 연결되는 화소전극(250)이 형성되어 있다.
이와 같이 구성되는 제 1 기판(200)을 형성하기 위하여, 먼저 투명 기판(201) 상에 알루미늄, 크롬, 몰리브덴텅스텐(MoW)의 금속막을 패터닝하여 게이트 배선(204) 및 게이트 배선(204)에서 분기되는 게이트 전극(205)을 형성하고, 게이트 전극(205)을 포함하는 투명 기판(201)의 전면에 실리콘 질화물을 증착하여 게이트 절연막(210)을 형성한다. 이어서, 게이트 절연막(210) 상에 비정질 실리콘막을 형성한 후 패터닝하여 게이트 전극(205) 상에 형성된 게이트 절연막(210) 상에 액티브층(220a)을 형성하고, 이 결과물의 전면에 알루미늄 금속막을 증착, 패터닝하여 게이트 배선(204)에 직교하는 데이터 배선(230) 및 데이터 배선(230)에서 분기하는 소스 전극(233) 및 드레인 전극(236)을 형성하여 박막트랜지스터(Tr) 전극을 형성한다.
이어서 박막트랜지스터(Tr)가 형성된 투명 기판(201)의 전면에 레지스트를 도포하여 예를 들어 아크릴계 수지와 같은 유기물로 이루어진 단층 구조 또는 무기물/유기물로 이루어진 다층 구조의 보호층(240)을 형성하고, 사진/식각 공정을 통하여 보호층(240) 상에 드레인 전극(236)을 부분적으로 노출시키는 콘택홀(243)을 형성하고, 보호층(240) 상에 투명성 도전 물질인 ITO 또는 인듐-아연-산화물(Indium Zinc Oxide, IZO)로 이루어진 금속막을 적층하고, 소정의 화소 영상으로 패터닝하여 화소전극(250)을 형성한다.
한편, 제 1 기판(200)과 대향적으로 위치하는 제 2 기판(280)을 구성하는 투명 기판(281)의 내측면에는 각각의 화소영역(P)의 경계와 박막트랜지스터(Tr)에 대응하여 블랙매트릭스(283)가 형성되어 있다. 블랙매트릭스(283)는 제 1 기판(200) 상에 형성된 화소전극(250) 이외의 부분에서 액정 분자의 비정상적 작용에 의하여 발생하는 빛샘 현상을 방지하고, 박막트랜지스터(Tr)의 채널부로 빛이 입사되는 것을 차단하기 위한 것이다. 또한, 블랙매트릭스(283)로 에워싸인 각각의 화소영역(P)에 대응하여, 적(R), 녹(G), 청(B)색의 컬러필터 패턴(286a, 286b, 286c)이 순차 반복적으로 형성되는 컬러필터층(286)이 형성되고, 컬러필터층(286) 상부로 표시영역 전면에 투명 도전성 물질로 이루어진 공통전극(288)이 구비되어 있다.
제 2 기판(280)을 형성하기 위하여, 예를 들어 투명 절연 기판(281) 상에 금속물질 또는 고분자 수지를 투명 절연 기판(281)의 전면에 증착한 후 사진식각법(포토리소그래피법)을 통하여 블랙매트릭스(283)를 형성하고, 블랙매트릭스(283)가 형성된 투명 절연 기판(281)의 소정 영역으로 적색/녹색/청색 컬러 레지스트를 도포한 뒤, 노광, 현상, 경화 공정을 통하여 각각의 컬러필터 패턴(286a, 286b, 286c)을 갖는 컬러필터층(286)을 형성한다. 계속해서, 컬러필터층(286)의 전면으로 투명 도전성 물질인 ITO 또는 IZO를 증착하여 공통전극(288)을 형성한다. 이때, 도면으로 도시하지는 않았으나, 컬러필터층(286)과 공통전극(288) 사이에 컬러필터층(286)의 보호와 단차 보상을 위하여 오버코트층이 형성될 수도 있다.
또한, 본 실시 형태에 따른 액정표시장치(300A)의 제 1 기판(200)과 액정층(290) 사이의 영역 및 제 2 기판(280)과 액정층(290) 사이의 영역에는 기판(200, 280) 사이에 충전되는 액정을 일정한 방향으로 정렬, 배향시키기 위한 상/하부 배향막(292a, 292b)이 각각 형성되어 있다. 배향막(292a, 292b)으로는 종래 알려져 있는 폴리이미드를 사용할 수 있으며, 러빙포를 이용한 러빙 처리에 의하여 배향막(292a, 292b)의 표면을 일정한 방향으로 배향시킬 수 있다. 즉, 기판(200, 280) 상에 폴리이미드를 박막 형태로 도포하고 경화시킨 뒤, 러빙포가 감겨 있는 러빙롤을 회전시켜 폴리이미드를 문지르면 폴리이미드의 측쇄가 일정 방향으로 정렬된다.
이러한 배향 처리에 의하여 2개의 배향막(292a, 292b) 사이에 개재되는 액정층(290)을 구성하는 액정 분자가 상호작용하여 폴리이미드의 측쇄가 정렬된 방향으로 액정이 배향될 수 있다. 배향막(292a, 292b)은 스핀 코팅, 롤러 코팅 또는 딥 코팅 등의 도포 방법을 통하여 전술한 제 1 기판(200) 및 제 2 기판(280)의 일면으로 도포될 수 있다. 필요에 따라 전술한 러빙 공정이 아니라 감광성 고분자가 도포된 기판(200, 280)에 선-편광된 자외선을 조사하여 배향막(292a, 292b)에 배향 방향을 부여하는 광-배향법을 사용하거나, 시클로부탄계 폴리이미드를 사용하는 광분해 반응을 통하여 배향막(292a, 292b)의 배향 방향을 결정하는 방법이 사용될 수도 있다.
이러한 방법으로, 2개의 기판(200, 280)의 안쪽으로 서로 대칭되는 형태의 상/하부 배향막(292a, 292b)를 형성한 뒤, 액정을 적하 방식이나 진공 주입법 등의 방식을 이용하여, 2개의 배향막(292a, 292b) 사이에 액정을 충전하여 액정층(290)이 개재된 액정 셀을 형성한다. 예를 들어 제 1 기판(200) 및 제 2 기판(280)이 합착한 후에 배향막(292a, 292b)이 도포된 기판(200, 280) 상에 주사기 등을 이용하여 방울 형태로 액정을 떨어뜨린 뒤에 압착하여 액정을 충전하거나, 제 1 기판(200)과 제 2 기판(280)을 합착하기 전에 이들 기판(200, 280)을 서로 대향적으로 배치시킨 상태에서 액정을 적하할 수도 있다.
또한, 도면으로 표시하지는 않았으나, 본 실시 형태에 따른 액정표시장치(300A)의 제 1 기판(200)과 제 2 기판(280) 사이에는 다수의 화소영역(P)으로 이루어진 표시영역을 에워싸며 액정층(290)이 새는 것을 방지함으로써, 제 1 기판(200)과 제 2 기판(280)이 합착된 상태를 유지하도록 씰-패턴을 구비하여 패널 상태를 구성할 수 있다. 아울러, 제 1 기판(200)과 제 2 기판(280) 사이의 액정층(290)이 표시영역 전면에 걸쳐 일정한 두께를 유지하도록, 화소영역(P)의 경계에 제 1 기판(200) 및 제 2 기판(280)과 동시에 접촉하는 기둥 형태의 패턴드 스페이서(미도시)가 소정 간격으로 이격하여 다수 형성된다.
특히, 본 실시 형태에 따른 액정표시장치(300A)를 구성하는 액정 셀의 외부 중 적어도 한 영역, 예를 들면 제 1 기판(200)의 하부 및/또는 제 2 기판(280)의 상부로 제 2 실시 형태에 따른 편광판(100B-1, 100B-2)이 부착되어 있다. 예를 들어, 제 1 기판(200)의 하부 면 및/또는 제 2 기판(280)의 상부 면에 이무수물과 디아민 화합물로 구성되는 배향 용액을 적절한 코팅 방법을 사용하여 도포하고, 예비 건조 및 경화 공정을 통하여 폴리이미드로 변환되어 있는 배향층(104)을 형성한다.
이어서, 전술한 화학식으로 표시되는 유방성 액정을 포함하는 편광 조성물을 폴리이미드 형태로 변환된 배향층(104)의 타면, 즉, 배향층(104)이 기판(200, 280)에 부착되어 있는 면의 반대쪽 면으로 도포하여 편광층(102)을 형성한다. 계속해서, 편광층(102)이 코팅되어 있는 배향층(104)을 일정한 방향으로 러빙 처리하여, 편광층(102)에 포함된 유방성 액정을 정렬하고, 건조, 경화하여 최종적으로 편광 기능을 갖는 편광층(102)을 형성할 수 있다. 계속해서, 편광층(102)의 타면으로 보호 필름일 수 있는 보호층(106)을 형성하여, 기판(200, 280)의 외부에 편광판(100B-1, 100B-2)을 부착, 형성할 수 있다.
이때, 기판(200, 280)의 외측 영역에 부착, 형성되는 편광판(100B-1, 100B-2)은, 각각의 기판(200, 280)의 내측으로 다양한 전극(205, Tr, 250, 288) 및 다양한 층(210, 220, 240, 283, 288)을 모두 형성한 뒤, 각각의 기판(200, 280)의 외측 영역, 예를 들면, 제 1 기판(200)의 하부 및/또는 제 2 기판(280)의 상부 영역으로 형성될 수 있다. 또는 본 실시 형태에 따른 편광판(100B-1, 100B-2)을 제 1 기판(200)의 하부 면 및/또는 제 2 기판(280)의 상부 면에 먼저 부착, 형성한 뒤, 각각의 기판(200, 280)의 내측으로 다양한 전극(205, Tr, 250, 288) 및 다양한 층(210, 220, 240, 283, 288)을 형성할 수도 있다.
만약, 기판(200, 280)의 외측에 모두 편광판(100B-1, 100B-2)을 형성하는 경우, 제 1 기판(200)의 하부에 형성되는 하부 편광판(100B-1)의 투과축과, 제 2 기판(280)의 상부에 형성되는 상부 편광판(100B-2)의 투과축은 수직한 방향을 가질 수 있도록 구성한다. 이러한 목적을 위해서, 상부 편광판(100B-2)과 하부 편광판(100B-1)을 구성하는 배향층(104)의 러빙 방향을 서로 수직한 방향으로 설정할 수 있을 것이다. 도 6에서는 제 1 기판(200)과 제 2 기판(280)에 모두 편광판(100B-1, 100B-2)이 부착된 것으로 도시하였으나, 편광판(100B-1, 100B-2)은 기판(200, 280) 중 어느 한 쪽에만 형성될 수 있다. 예를 들어, 반사형인 경우에 제 1 기판(200)의 하부에만 편광판(100B-1)이 부착, 형성될 수 있다.
본 실시 형태에 따른 액정표시장치(300A)는 4300 ~ 4700 Å의 두께를 갖는 편광층(102), 900 ~ 1100 Å의 두께를 갖는 배향층(104) 및 0.1 ~ 20 ㎛의 두께를 갖는 보호층(106)으로 구성되는 편광판(100B-1, 100B-2)을 채택하고 있다. 이처럼, 종래의 편광판과 비교할 때 현저하게 두께가 감소한 편광판(100B)을 적용하였으므로, 액정표시장치(300A)의 슬림화 및 경량화를 도모할 수 있으며, 재료비의 저감을 통하여 제조 공정상에서의 경제적 이점을 누릴 수 있다.
한편, 전술한 실시 형태에서는 편광판(100B-1, 100B-2)이 액정 셀의 외부에 부착, 형성된 액정표시장치를 설명하였으나, 본 발명의 편광판은 액정 셀의 내부에 형성되어, 이른바 'In cell polarizer'로 활용될 수 있다. 도 7은 본 발명의 다른 실시 형태에 따라 횡전계 방식(IPS 모드)의 액정표시장치로서 액정 셀의 내부에 편광판이 형성된 액정표시장치(300B)의 개략적인 단면도이다. 전술한 도 5 및 도 6과 비교해서 동일한 위치에 형성되는 구성에 대해서는 동일한 도면 부호로 기재하였으며, 전술한 실시 형태와 비교해서 특징적인 부분을 중심으로 설명한다.
도 7에 도시된 것과 같이, 본 실시 형태에 따른 액정표시장치(300B)에서도 제 1 기판(200)과, 제 2 기판(280)이 대향적으로 형성되어 있으며, 이들 사이에 액정층(290)이 개재되어 있다.
제 1 기판(200)은, 투명 기판(201) 상에 게이트 배선(미도시) 및 데이터 배선(230)의 교차 영역에 게이트 전극(205)과, 게이트 절연막(210)과, 순수 비정질 실리콘의 액티브층(220a)과 불순물 비정질 실리콘의 오믹콘택층(220b)으로 이루어진 반도체층(220)과, 서로 이격하는 소스 및 드레인 전극(233, 236)이 순차 적층되어 박막트랜지스터(Tr)를 형성하고 있다. 또한, 박막트랜지스터(Tr)의 상부에는 전면에 박막트랜지스터(Tr)의 드레인 전극(236)을 노출시키는 드레인 콘택홀(243)을 갖는 보호층(240)이 구비되어 있으며, 보호층(240) 상부의 각각의 화소영역(P)에는 박막트랜지스터(Tr)의 드레인 전극(236)과 드레인 콘택홀(243)을 통해 연결되는 화소전극(250)이 형성되어 있다.
여기서 화소전극(250)은 전술한 TN 모드에서와 달리 판상 형태가 아닌 바-형태로서 소정 간격 이격하여 다수 형성되어 있으며, 화소전극(250)과 나란하게 소정 간격 이격하여 바-형태를 갖는 공통전극(252)이 교대로 제 1 기판(200) 상에 형성되어 있다. 바 형태의 공통전극(252)은 공통 콘택홀(미도시)을 통해 공통배선(미도시)와 접촉할 수 있다. 이때, 화소전극(250)과 공통전극(252)은 각각의 화소영역(P)의 중앙부를 기준으로 대칭적으로 꺾인 형태를 이룸으로써, 각각의 화소영역(P)이 상하부로 이중 도메인 영역을 이루도록 하여, 시야각의 변화에 따른 색차를 억제하도록 구성될 수 있다.
또한, 제 2 기판(280)의 경우, 투명 절연 기판(281)의 내측면에는 각각의 화소영역(P)의 경계와 박막트랜지스터(Tr)에 대응하여 블랙매트릭스(283)가 형성되고, 블랙매트릭스(283)로 에워싸인 각각의 화소영역(P)에 대응하여, 적(R), 녹(G), 청(B)색의 컬러필터 패턴(286a, 286b, 286c)이 순차 반복적으로 형성되는 컬러필터층(286)이 형성된다. 컬러필터층(286)의 일면으로 컬러필터층(286)을 덮으면서 평탄한 표면을 갖는 오버코트층(289)이 형성되어 컬러필터층(286)을 보호한다.
아울러, 본 실시 형태에 따른 액정표시장치(300B)에는 전술한 형태로 구성되는 기판(200, 280) 사이에 예를 들어 폴리이미드로 구성되는 2개의 배향막(292a, 292b)의 작용에 의하여 일정한 방향으로 배열되어 있는 액정층(290)이 개재되어 있다. 본 실시 형태에서도 씰-패턴(미도시)와 패턴드 스페이서(미도시)를 구비할 수 있다.
특히, 본 실시 형태에 따르면, 각각의 기판(200, 280)과 액정층(290) 사이, 보다 정확하게는 각각의 기판(200, 280)과 상/하부 배향막(292a, 292b) 사이 중 적어도 하나의 영역으로 본 발명의 제 1 실시 형태에 따른 편광판(100A-1, 100A-2)이 형성되어 있다. 편광판(100A-1, 100A-2)을 기판(200, 280)과 액정층(290) 사이에 형성할 수 있도록, 다수의 전극 및 층이 형성된 투명 기판(201, 281)을 갖는 각각의 기판(200, 280) 상에 예를 들어 이무수물과 디아민 화합물로 구성되는 배향 용액을 적절한 코팅 방법을 사용하여 도포하고, 예비 건조 및 경화 공정을 통하여 폴리이미드로 변환되어 있는 배향층(104)을 형성한다.
이어서, 전술한 화학식 1로 표시되는 유방성 액정을 포함하는 편광 조성물을 폴리이미드 형태로 변환된 배향층(104)의 타면, 즉 배향층(104)이 기판(200, 280)에 부착되어 있는 면의 반대쪽 면으로 도포하여 편광층(102)을 형성한다. 이어서, 배향층(104)을 일정한 방향으로 러빙 처리하여, 편광층(102)에 포함된 유방성 액정을 정렬하고, 건조, 경화하여 최종적으로 편광 기능을 갖는 편광층(102)을 형성할 수 있다.
이와 같이, 2개의 기판(200, 280)의 안쪽 면에 본 발명의 제 1 실시 형태에 따른 편광판(100A-1, 100A-2)을 도포한 뒤, 배향층(104)이 형성되지 않은 편광층(102)의 타면으로 배향막(292a, 292b)이 도포되고, 이어서 액정층(290)이 2개의 배향막(292a, 292b) 사이에 개재됨으로써, 내부에 편광판(100A-1, 100A-2)을 구비한 액정표시장치를 제조할 수 있다. 이 경우, 제 1 기판(200) 쪽에 형성되는 하부 편광판(100A-1)의 투과축과, 제 2 기판(280) 쪽에 형성되는 상부 편광판(100A-2)의 투과축의 방향이 서로 직교할 수 있도록 구성한다.
본 실시 형태에 따른 액정표시장치(300B)에서의 편광판(100A-1, 100A-2)은 전술한 실시 형태의 액정표시장치(300A)에서의 편광판(100B-1, 100B-2)과 비교할 때, 보호층(106, 도 6 참조)을 포함하고 있지 않다. 따라서, 본 실시 형태에 따른 액정표시장치(300B)는 전술한 실시 형태의 액정표시장치(300A)보다 더욱 박형으로 제작될 수 있으며, 경량화나 재료비의 절감이라는 효과를 더욱 크게 달성할 수 있다. 본 실시 형태에서도 2개의 기판(200, 280)과 액정층(290) 사이에 2개의 형광판(100A-1, 100A-2)을 갖는 것으로 도시하였으나, 예를 들면, 제 1 기판(200)과 액정층(290) 사이에만 편광판(100A-1)을 형성할 수 있을 것이다.
한편, 전술한 실시 형태에서는 편광판이 액정 셀의 내부 또는 외부에만 형성되는 액정표시장치를 도시하였으나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 제 1 기판(200)의 외측, 즉 하부에는 보호층(106)을 갖는 편광판(100B-1)을 부착하고, 제 2 기판(280)의 내측에는 보호층을 갖지 않는 편광판(100A-2)를 형성할 수 있다. 반대로, 제 1 기판(200)의 내측에는 보호층을 갖지 않는 편광판(100A-1)을 부착하고, 제 2 기판(280)의 외측, 즉 상부에는 보호층을 갖는 편광판(100B-2)을 형성할 수 있을 것이다.
아울러, TN 모드를 채택하면서도 보호층을 갖지 않는 편광판(100A-1, 100A-2)을 액정 셀 내부에 형성할 수도 있으며, IPS 모드를 채택하면서도 보호층을 갖는 편광판(100B-1, 100B-2)를 액정 셀 외부에 형성할 수도 있다. 뿐만 아니라, 전술한 도면에서는 액정표시장치의 예로서 TN 모드와 IPS 모드만을 예시하였으나, 다른 방식의 액정표시장치, 예를 들면 프린지 필드 스위칭(Fringe Field Switching, FFS) 모드의 액정표시장치에 대해서도 적용될 수 있다.
한편, 도 8은 본 발명의 실시 형태에 따른 편광판을 갖는 액정표시장치에서의 구동 및 표시 정도를 살펴본 것이다. 도 8에서 좌측 상단은 유리 기판-블랙매트릭스-오버코트층-본 발명의 배향층-본 발명의 유방성 액정을 갖는 편광층-배향막으로 구성되는 컬러필터 기판 측의 half-cell을 제작한 상태에서 관측 결과이고, 좌측 하단은 유리기판-ITO(IPS용)-본 발명의 배향층-본 발명의 유방성 액정-배향막으로 구성되는 어레이 기판 측의 half-cell을 제작한 상태에서 관측 결과이며, 우측은 2개의 half-cell을 합착한 상태에서의 관측 결과이다.
도시된 것과 같이, 본 발명에 따른 편광판을 액정 셀 내부에 형성하더라도 원하는 구동 효과를 얻을 수 있었다. 반면, 전술한 화학식에서 M이 나트륨이며, R 역시 SO3Na인 공지의 화합물인 C.I. Direct Blue 67를 편광자로서 사용한 경우, 폴리이미드로 구성되는 배향층에 균일하게 도포되지 않아 균일한 편광 특성을 얻을 수 없다는 점을 확인하였다(결과 미도시).
상기에서는 본 발명의 실시 형태에 기초하여 본 발명을 설명하였으나, 본 발명이 전술한 실시 형태에 기재된 것으로만 한정되지 않는다. 오히려, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 전술한 실시 형태에 기초하여 다양한 변형과 변경을 용이하게 추고할 수 있을 것이다. 하지만, 그와 같은 변형과 변경은 모두 본 발명이 권리범위에 속한다는 점은, 첨부하는 청구의 범위를 통해서 더욱 분명해질 것이다.
100A, 100B: 편광판 102: 편광층
104: 배향층 106: 보호층(보호필름)
200: 제 1 기판 205: 게이트 전극
210: 게이트 절연막 240: 보호층
250: 화소전극 252, 288: 공통전극
280: 제 2 기판 283: 블랙매트릭스
286: 컬러필터층 289: 오버코트층
290: 액정층 292a, 292b: 배향막
Tr: 박막트랜지스터 300A, 300B: 액정표시장치

Claims (12)

  1. 하기 화학식으로 표시되는 유방성(layotropic) 액정을 포함하는 편광층; 및
    상기 유방성 액정을 특정 방향으로 정렬시키는 배향층
    을 포함하는 편광판.
    화학식
    Figure 112012096343147-pat00005

    (상기 화학식에서, R은
    Figure 112012096343147-pat00006
    이고, 여기서 A는 에틸렌옥사이드(ethylene oxide) 또는 프로필렌옥사이드(propylene oxide)이고, B는 아크릴레이트 또는 메타크릴레이트이며, m과 n은 각각 독립적으로 0 ~ 10 사이의 정수이고, m과 n 중에서 적어도 하나는 0이 아니며; M은 용액 상태에서 양이온으로 해리될 수 있는 알칼리금속임)
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 배향층은 폴리이미드로 구성되는 편광판.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 배향층은 900 ~ 1100 Å의 두께로 형성되는 편광판.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 편광층은 4300 ~ 4700 Å의 두께로 형성되는 편광판.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 편광층의 상면에 형성되는 보호층을 더욱 포함하는 편광판.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 편광층은 상기 유방성 액정의 SO3 작용기와 반응하는 작용기를 갖는 모노머와, 상기 유방성 액정의 배향 후에 중합을 용이하게 하기 위한 중합 개시제를 더욱 포함하는 편광판.
  7. 제 1 기판;
    상기 제 1 기판과 대향적으로 배치되는 제 2 기판;
    상기 제 1 기판과 상기 제 2 기판 사이에 개재되는 액정층; 및
    상기 제 1 기판과 상기 액정층 사이 및 상기 제 2 기판과 상기 액정층 사이 중 적어도 한 곳에 형성되는 편광판으로서, 하기 화학식으로 표시되는 유방성(layotropic) 액정을 포함하는 편광층과, 상기 유방성 액정을 특정 방향으로 정렬시키는 배향층을 포함하는 편광판
    을 포함하는 액정표시장치.
    화학식
    Figure 112012096343147-pat00007

    (상기 화학식에서, R은
    Figure 112012096343147-pat00008
    이고, 여기서 A는 에틸렌옥사이드(ethylene oxide) 또는 프로필렌옥사이드(propylene oxide)이고, B는 아크릴레이트 또는 메타크릴레이트이며, m과 n은 각각 독립적으로 0 ~ 10 사이의 정수이고, m과 n 중에서 적어도 하나는 0이 아니며; M은 용액 상태에서 양이온으로 해리될 수 있는 알칼리금속임)
  8. 제 1 기판;
    상기 제 1 기판과 대향적으로 배치되는 제 2 기판;
    상기 제 1 기판과 상기 제 2 기판 사이에 개재되는 액정층; 및
    상기 제 1 기판 및 제 2 기판의 외부 중 적어도 한 곳에 형성되는 편광판으로서, 하기 화학식으로 표시되는 유방성(layotropic) 액정을 포함하는 편광층과, 상기 유방성 액정을 특정 방향으로 정렬시키는 배향층을 포함하는 편광판
    을 포함하는 액정표시장치.
    화학식
    Figure 112012096343147-pat00009

    (상기 화학식에서, R은
    Figure 112012096343147-pat00010
    이고, 여기서 A는 에틸렌옥사이드(ethylene oxide) 또는 프로필렌옥사이드(propylene oxide)이고, B는 아크릴레이트 또는 메타크릴레이트이며, m과 n은 각각 독립적으로 0 ~ 10 사이의 정수이고, m과 n 중에서 적어도 하나는 0이 아니며; M은 용액 상태에서 양이온으로 해리될 수 있는 알칼리금속임)
  9. 제 7항 또는 제 8항에 있어서,
    상기 배향층은 폴리이미드로 구성되는 액정표시장치.
  10. 제 7항 또는 제 8항에 있어서,
    상기 배향층은 900 ~ 1100 Å의 두께로 형성되는 액정표시장치.
  11. 제 7항 또는 제 8항에 있어서,
    상기 편광층은 4300 ~ 4700 Å의 두께로 형성되는 액정표시장치.
  12. 제 8항에 있어서,
    상기 편광판은 상기 편광층의 일면에 형성되는 보호층을 더욱 포함하는 액정표시장치.
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