KR102259143B1 - 편광자의 제조 방법, 이를 포함하는 편광판 및 표시장치 - Google Patents

편광자의 제조 방법, 이를 포함하는 편광판 및 표시장치 Download PDF

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KR102259143B1
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Abstract

본 발명은 폴리비닐알콜 필름을 염색하는 단계와; 붕산 화합물을 포함하는 수용액을 이용하는 폴리비닐알콜 필름의 가교 단계와; 상기 가교 단계 이후에, 상기 폴리비닐알콜 필름을 연신하는 단계와; 상기 연신 단계 이후에, 상기 폴리비닐알콜 필름을 산성 수용액에 침지시키는 단계를 포함하고, 상기 침지 단계에 의하여 상기 가교 단계에서 이루어진 상기 폴리비닐알콜 필름의 가교도가 감소되는 것을 특징으로 하는 편광자의 제조 방법을 제공한다.

Description

편광자의 제조 방법, 이를 포함하는 편광판 및 표시장치{method of fabricating polarizer, and polarizing plate and display device including the same}
본 발명은 편광자에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 높은 내구성을 갖는 편광자의 제조 방법과 편광자를 포함하는 편광판 및 표시장치에 관한 것이다.
정보화 사회가 발전함에 따라 화상을 표시하기 위한 표시장치에 대한 요구가 다양한 형태로 증가하고 있으며, 근래에는 액정표시장치(liquid crystal display: LCD), 플라즈마표시장치(plasma display panel: PDP), 유기발광다이오드 (organic light emitting diode: OLED) 표시장치와 같은 여러 가지 평판표시장치(flat panel display: FPD)가 활용되고 있다.
이들 평판표시장치 중에서, 액정표시장치는 소형화, 경량화, 박형화, 저전력 구동의 장점을 가지고 있어 널리 사용되고 있다.
일반적으로 액정표시장치는 전계 생성 전극이 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 투과율에 의해 화상을 표현하는 장치이다. 이러한 액정표시장치는 휴대폰이나 멀티미디어장치와 같은 휴대용 기기부터 노트북 또는 컴퓨터 모니터 및 대형 텔레비전에 이르기까지 다양하게 적용된다.
이러한 액정표시장치는 영상을 표시하는 표시패널(display panel)로 액정패널을 포함하며, 액정패널의 적어도 일측에는 편광판을 부착하여 선택적으로 빛을 투과시킴으로써 원하는 영상을 구현한다.
또한, 유기발광다이오드 표시장치는 양극, 음극 및 유기발광층으로 구성되는 발광다이오드가 형성되는 베이스 기판과 발광다이오드를 보호하는 인캡슐레이션 기판을 포함하며, 유기발광층으로부터 발광된 빛을 이용하여 화상을 표현한다. 이와 같은 유기발광다이오드의 표시화면 측에 편광판이 부착된다.
도 1은 종래의 편광판 구조를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 1에 도시한 바와 같이, 종래의 편광판(10)은 편광자(12)와, 상기 편광자(12)의 양측에 부착되는 제 1 보호필름(14)과 제 2 보호필름(16)을 포함한다. 또한, 상기 제 2 보호필름(16)의 외측 또는 상기 제 2 보호필름(16)을 대신하여 위상차 필름(미도시)이 형성될 수도 있다.
상기 편광자(12)는 요오드(I) 또는 이색성 염료가 염착된 폴리비닐알코올(poly-vinyl alcohol: PVA)을 연신(stretching)하여 형성되는데, 연신방향으로 흡수축이 형성된다. 편광자(12)에 의해, 흡수축에 평행한 방향으로 진동하는 빛은 흡수되고 흡수축에 수직한 방향으로 진동하는 빛은 선택적으로 투과된다.
그런데, 편광자(12)의 재료인 폴리비닐알코올은 친수성이 강하고 내습성이 약하므로 수분에 의해 편광자(12)의 고분자간 결합이 약해지게 되고, 이에 따라 연신한 방향으로 수축이 일어나게 된다. 따라서, 이를 막기 위해, 편광자(12)의 양면에 트리아세틸셀룰로오스(tri-acetyl cellulose: TAC)와 같은 물질로 이루어지는 제 1 및 제 2 보호필름(14, 16)으로 사용함으로써, 편광자(12)의 수축을 억제하도록 한다.
그러나, 고온 환경 또는 고온고습 환경 하에서 편광판(10)의 수축 현상을 방지하는데 한계가 발생한다. 더욱이, 표시장치가 대형화될수록 편광판(10) 수축에 의한 문제는 더욱 부각된다.
한편, 최근에는 플라스틱과 같은 플렉서블 기판을 이용하는 플렉서블 표시장치가 개발되고 있는데, 전술한 편광판(10)의 수축 현상에 의해 플렉서블 표시장치에 휨이 발생하는 문제가 발생하고 있다.
플렉서블 기판을 이용한 플렉서블 유기발광다이오드 표시장치를 고온 조건과 고온고습 조건에 24시간 노출한 경우 표시장치의 휨 문제를 표1에 나타내었다.
초기상태(0hr) 24hr 후 휨 정도
고온(80℃)
Figure 112014119367613-pat00001
Figure 112014119367613-pat00002
 2mm
고온고습
(85℃, 85RH%)
Figure 112014119367613-pat00003
Figure 112014119367613-pat00004
 7mm
표1에서 알 수 있는 바와 같이, 편광판이 휘어지고 결과적으로 표시장치 역시 휘어지게 되는 문제가 발생한다. 또한, 편광판의 수축이 발생하는 경우, 표시장치의 가장자리에서 빛샘이 발생하게 된다. 따라서, 편광판 및 표시장치의 변형에 의해 표시 품질이 저하되는 문제 역시 발생한다.
본 발명은, 편광판의 변형 및 표시장치의 변형을 방지하고자 한다.
또한, 편광판 및 표시장치 변형에 따른 표시 품질 저하 문제를 해결하고자 한다.
위와 같은 과제의 해결을 위해, 본 발명은 폴리비닐알콜 필름을 염색하는 단계와; 붕산 화합물을 포함하는 수용액을 이용하는 폴리비닐알콜 필름의 가교 단계와; 상기 가교 단계 이후에, 상기 폴리비닐알콜 필름을 연신하는 단계와; 상기 연신 단계 이후에, 상기 폴리비닐알콜 필름을 산성 수용액에 침지시키는 단계를 포함하고, 상기 침지 단계에 의하여 상기 가교 단계에서 이루어진 상기 폴리비닐알콜 필름의 가교도가 감소되는 것을 특징으로 하는 편광자의 제조 방법을 제공한다.
본 발명의 편광자의 제조 방법에 있어서, 상기 침지 단계에 의하여 상기 폴리비닐알콜 내의 붕산량이 침지 단계 이전보다 감소하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 편광자의 제조 방법에 있어서, 상기 산성 수용액은 제 1 pH값을 갖고, 상기 가교 단계의 수용액은 상기 제 1 pH값보다 큰 제 2 pH값을 갖는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 편광자의 제조 방법에 있어서, 상기 제 1 pH값은 4 이하인 것을 특징으로 한다.
본 발명의 편광자의 제조 방법에 있어서, 상기 산성 수용액은 적어도 하나의 카르복시기를 갖는 카르복시산 화합물을 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 편광자의 제조 방법에 있어서, 상기 카르복시산 화합물은 개미산(formic acid), 아디프산(adipic acid), 구연산(citric acid), 글루타르산(glutaric acid), 말론산(malonic acid), 옥산살(oxalic acid), 프탈산(phthalic acid), 숙신산(succinic acid), 타르타르산(tartaric acid), 1,2,3,4-부탄테트라카르복시산(1,2,3,4-butanetetracarboxylic acid), 말레산(maleic acid), 푸마르산(fumaric acid) 중 적어도 어느 하나에서 선택되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 편광자의 제조 방법에 있어서, 상기 침지 공정 이후에 진행되는 건조 공정을 포함하며, 상기 건조 공정의 온도 조건은 60~120℃인 것을 특징으로 한다.
다른 관점에서, 본 발명은 전술한 제조 방법에 의해 제조된 편광자와; 상기 편광자의 적어도 일면에 위치하는 보호필름을 포함하는 편광판을 제공한다.
본 발명의 편광판에 있어서, 상기 편광자 또는 상기 보호필름 상에, 위상차 필름, 시야각 보상필름, 휘도 향상 필름 중 적어도 하나가 위치하는 것을 특징으로 한다.
또 다른 관점에서, 본 발명은 전술한 편광판을 포함하는 표시장치를 제공한다.
본 발명에서는, 편광자의 연신 공정 이후에 편광자를 강 산성 수용액에 침지시킴으로써 편광자의 가교 반응율을 낮춘다. 이에 따라, 편광자 내 잔류 응력(내부 응력, 수축 응력)이 최소화되며 편광자와 편광판의 수축 현상이 억제된다.
또한, 이와 같은 편광자를 이용하는 편광판과 표시장치의 변형을 방지할 수 있다.
따라서, 표시장치의 광 효율 및 표시 품질이 향상된다.
도 1은 종래의 편광판 구조를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 2a 및 도 2b 각각은 편광판의 수축과 수축 응력을 보여주는 그래프이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 편광자의 제조 공정을 보여주는 개략적인 도면이다.
도 4는 본 발명에 따른 편광자에서의 광학 특성을 설명하기 위한 그래프이다.
도 5a 및 도 5b는 본 발명에 따른 편광자에서의 편광 특성을 설명하기 위한 그래프이다.
도 6은 본 발명에 따른 편광자에서의 수축 응력을 설명하기 위한 그래프이다.
도 7은 편광자 내 보론 잔존량과 제 2 가교도를 설명하기 위한 그래프이다.
도 8은 편광자 내 보론 잔존량과 편광도의 관계를 설명하기 위한 그래프이다.
도 9는 편광자 내 보론 잔존량과 수축 응력의 관계를 설명하기 위한 그래프이다.
도 10은 본 발명에 따른 편광판을 포함하는 표시장치의 개략적인 단면도이다.
전술한 바와 같이, 종래 편광판의 변형 문제가 발생하고 있는데, 이는 편광판 내부 수축 응력(잔류 응력, 내부 응력)에 의한 것으로 보인다.
편광판의 수축과 수축 응력을 보여주는 그래프인 도 2a와 도 2b를 참조하면, 시간의 경과에 따라 편광판의 길이가 줄어든다. (도 2a) 80℃ 조건에서의 편광판 수축응력을 보여주는 그래프인 도 2b에서와 같이, 시간의 경과에 따라 수축 응력이 증가하게 되며 수축 응력의 증가에 의해 편광판의 수축이 발생한다.
이와 같은 수축 응력은, 연신 공정에 의해 발생되는 잔류 응력에 의한 것이며, 잔류 응력은 편광자의 연신률과 붕산 가교 결합률의 함수이며, 비례적인 관계에 있다.본 발명에서는 편광자의 잔류 응력을 최소화할 수 있는 편광자의 제조 방법을 제공하고자 한다.
이하, 도면을 참조하여, 본 발명의 실시예를 설명한다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 편광자의 제조 공정을 보여주는 개략적인 도면이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 편광자의 제조 공정은 세정 공정(수세 공정(cleaning process), ST1)과, 팽윤 공정(swelling process, ST2)과, 염색 공정(dyeing process, ST3)과, 가교 공정(cross-linking process, ST4)과, 연신 공정(stretching process, ST5)과, 침지 공정(dipping process, ST6), 세정 고정(ST7)과, 건조 공정(ST8)을 포함한다.
먼저, 롤러 등에 감겨져 있는 폴리비닐알콜 필름은 세정 공정(ST1)으로 공급되고, 증류수(de-ionized water) 등을 이용한 세정 공정에 의해 폴리비닐알콜 필름의 불순물 등이 제거된다.
이후, 세정된 폴리비닐알콜 필름이 팽윤용 수용액에 침지하여 폴리비닐알콜 필름을 팽윤시킨다. (ST2) 상기 세정 공정(ST1)과 상기 팽윤 공정(ST2)은 동시에 진행되거나, 상기 세정 공정 없이 팽윤 공정(ST2)에서 폴리비닐알콜 필름의 세정이 이루어질 수도 있다.
또한, 상기 팽윤 공정(ST2)에서는 폴리비닐알콜 필름의 연신 공정이 진행될 수도 있다.
한편, 상기 세정 공정(ST1)과 팽윤 공정(ST2)은 모두 생략될 수 있다.
다음, 팽윤 공정(ST2)이 진행된 폴리비닐알콜 필름에 대하여 염색 공정(ST3)이 진행된다. 상기 염색 공정(ST3)에서는, 폴리비닐알콜 필름에 이색성 물질, 예를 들면 요오드 이온을 염착시킨다. 이때, 요오드 이온의 염착을 위해 요오드(I2)와 요오드화 칼륨(KI)의 수용액이 사용될 수 있다. 한편, 무기 이색성 물질인 요오드 대신에 유기 이색성 물질이 사용될 수 있다.
다음, 염색 공정(ST3)이 진행된 폴리비닐알콜 필름은 가교 공정(ST4)으로 공급된다. 상기 가교 공정(ST4)에서는, 붕산(H3BO3) 또는 붕산 나트륨과 같은 붕산 화합물이 포함되어 있는 수용액이 이용된다. 붕산에 의해 폴리비닐알콜 필름의 고분자 사슬이 가교 결합됨으로써, 폴리비닐알콜 필름에 강직성을 부여하고 연신 공정에서 폴리비닐알콜 필름이 파단되지 않도록 한다. 가교 공정(ST4)에서는 붕산과 함께 요오드화 칼륨(KI)이 이용될 수 있다.
다음, 폴리비닐알콜 필름은 연신 공정(ST5)으로 공급된다. 연신 공정(ST5)에 의해, 염착된 요오드 이온은 연신 방향으로 정렬되며 연신된 폴리비닐알콜 필름은 연신 방향으로 흡수축을 가지게 된다. 따라서, 연신된 폴리비닐알콜 필름은 흡수축과 평행한 방향으로 진동하는 빛은 흡수하고, 흡수축과 수직한 방향으로 진동하는 빛은 투과시킨다. 일례로, 폴리비닐알콜 필름은 길이 방향, 즉, 공정의 진행 방향으로 연신될 수 있다. 여기서, 연신 비율은 5배 내지 6배일 수 있다.
상기 연신 공정(ST5)은 붕산 수용액 조건 하에서 진행될 수 있다.
전술한 바와 같이, 가교 공정(ST4)에서도 폴리비닐알콜 필름이 연신될 수 있는데, 이때 연신 비율은 상기 연신 공정(ST5)에서의 연신 비율보다 작다.
또한, 폴리비닐알콜 필름이 상기 연신 공정(ST5)으로 공급되기 전, 즉 상기 가교 공정(ST4) 이후에 세정 공정이 더 진행될 수도 있다.
다음, 폴리비닐알콜 필름은 침지 공정(ST6)으로 공급된다. 상기 침지 공정(ST6)은 제 1 pH값을 갖는 산성 용액에 폴리비닐알콜 필름을 침지시켜 진행되며, 이에 의해 상기 연신 공정(ST5)에서 발생된 잔류 응력이 최소화된다. 따라서, 수축 응력에 의한 편광판의 변형을 방지할 수 있다.
보다 자세히 설명하면, 연신 공정(ST5)에 의해 폴리비닐알콜 필름에는 잔류 응력이 발생하게 되며, 붕산 화합물을 이용한 가교 공정에 의해 폴리비닐알콜 필름의 고분자 사슬이 가교 결합된 상태를 갖고 있기 때문에, 폴리비닐알콜 필름 내의 잔류 응력이 제거되지 않는다.
따라서, 편광판 또는 편광판을 포함하는 표시장치는 잔류 응력(수축 응력)에 의해 변형된다.
그러나, 본 발명에서는 연신 단계(ST5) 이후에 침지 공정(ST6)을 진행함으로써, 폴리비닐알콜 필름의 가교율(가교도)을 감소시킨다. 따라서, 연신 공정(ST5)에 의해 발생된 폴리비닐알콜 필름 내의 잔류 응력이 최소화되며 잔류 응력에 의한 편광자, 편광판 또는 표시장치의 변형을 억제할 수 있다.
이때, 상기 침지 공정(ST6)의 산성 용액은 강 산성 조건을 필요로 한다. 즉, 상기 침지 공정(ST6)에서 이용되는 수용액의 제 1 pH값은 붕산 화합물을 이용하는 상기 가교 공정(ST4) 용액의 제 2 pH값보다 작다. 다시 말해, 침지 공정(ST6)의 수용액은 가교 공정(ST4)의 수용액보다 큰 산성도를 갖는다. 예를 들어, 상기 침지 공정(ST6)의 제 1 pH값은 4 이하일 수 있으며, 바람직하게는 1 내지 4일 수 있다.
예를 들어, 상기 산성 용액은 하기 화학식1로 표시되는 물질의 수용액일 수 있다.
화학식1
Figure 112014119367613-pat00005
상기 화학식1에서, A는 수소(H), 알킬(alkyl)기, 아릴(aryl)기, 하이드록시아세트기일 수 있고, m은 0 또는 1이며, n은 0 내지 2의 정수일 수 있다. 여기서, n이 0인 경우 모노 카르복시산 화합물이고, n이 1인 경우 디-카르복시산 화합물이며, n이 2인 경우 트리-카르복시산 화합물이다. 즉, 상기 산성 용액은 1 이상의 카르복시기를 포함하는 카르복시시산 화합물(산 해리상수(pKa) 8 이하)을 포함한다.
한편, 화학식1로 표시되는 화합물의 길이는 물에서의 용해도와 상관관계가 있으며, 화합물의 길이가 길어질수록 용해도가 저하되는 경향이 있다. 따라서, 화학식1로 표시되는 화합물의 주쇄는 C1~C10인 것이 바람직하다.
예를 들어, 산기 산성 용액은 하기 화학식2에 표시된 물질(개미산(formic acid), 아디프산(adipic acid), 구연산(citric acid), 글루타르산(glutaric acid), 말론산(malonic acid), 옥산살(oxalic acid), 프탈산(phthalic acid), 숙신산(succinic acid), 타르타르산(tartaric acid), 1,2,3,4-부탄테트라카르복시산(1,2,3,4-butanetetracarboxylic acid), 말레산(maleic acid), 푸마르산(fumaric acid)) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
화학식2
Figure 112014119367613-pat00006
Figure 112014119367613-pat00007
Figure 112014119367613-pat00008
Figure 112014119367613-pat00009
Figure 112014119367613-pat00010
Figure 112014119367613-pat00011
또한, 카르복시산 화합물과 함께 붕산 화합물이 더 포함될 수 있고, 보색 공정(color tuning process)을 위해 KI가 더 포함될 수 있다.
편광자의 제조 공정은 연신 공정(ST5)을 포함하며, 상기 팽윤 공정(ST2), 염색 공정(ST3), 가교 공정(ST4)에서도 연신 공정은 진행될 수 있다. 이와 같은 편광자의 제조 공정에 있어서, 상기 침지 공정(ST6)은 모든 연신 공정이 진행된 이후에 이루어져야 한다. 즉, 상기 침지 공정(ST6) 이후에는 연신 공정이 진행되지 않는다.
전술한 바와 같이, 연신된 폴리비닐알콜 필름을 강 산성 용액에 침지시킴으로써, 폴리비닐알콜 필름의 고분자 사슬과 가교 결합된 붕산 화합물이 추출되고 폴리비닐알콜 필름의 붕산 가교도를 낮출 수 있다. 따라서, 가교된 폴리비닐알콜 필름에 대한 연신 공정에 의해 발생되는 내부 응력이 최소화된다.
다음, 상기 침지 단계(ST6) 이후에 세정 공정(ST7)과 건조 공정(ST8)이 순차적으로 진행될 수 있다. 상기 세정 공정(ST7)은 생략될 수 있다.
상기 건조 공정(ST8)은 약 20~120℃의 온도 조건에서 진행되는데, 높은 온도 조건에서 진행되면 수축력을 추가적으로 감소시킬 수 있다. 상기 건조 공정(ST8)은 60~120℃일 수 있다.
이하, 편광자를 제조하는 비교예 및 실험예를 통해, 본 발명에 의해 제조된 편광자의 특성을 설명한다.
비교예1
폴리비닐알콜(PVA) 필름을 30도의 초순수에서 1.1배 연신 한 뒤, I2:KI=0.03:3의 중량 비율의 염색액에서 60초 동안 염색하였다. 염색 공정시, 수온은 30도였으며 누적 연신비가 2.4배가 되도록 연신하였다. 이후, KI:H3BO3 =3:3의 중량 비율의 수용액에 염색된 PVA 필름을 침지시켜 가교를 진행하였다. 이 때 수온은 30도였으며, 누적 연신비가 2.7배가 되도록 연신하였다. 연신 공정에서는 KI: H3BO3 =6:4의 중량 비율의 수용액에 PVA 필름을 침지시켜 누적 연신비가 5.2배가 되도록 연신하였으며, 수온이 55도였다. 연신 공정을 끝낸 PVA 필름은 KI가 3wt%로 첨가된 수용액에 세정하였으며, 60도에서 4분간 오븐에서 건조하였다. PVA 필름 상부면과 하부면에 약 40㎛ 두께의 TAC 필름을 부착하여 편광판을 제조하였다.
비교예2
비교예1과 동일한 공정을 진행하되, 연신 공정 후 세정 공정 전에 침지 공정을 추가하였다. 침지 공정은 KI/붕산 수용액(pH=4.25)에서 진행되었으며, 연신된 PVA 필름을 5분간 침지하도록 하였다.
실험예1
비교예1과 동일한 공정을 진행하되, 연신 공정 후에 침지 공정을 추가하였다. 침지 공정은 붕산과 옥살산(H2C2O4)의 비율이 0.9:3.6 중량비로 포함된 수용액(pH=1.84)에서 진행되었으며, 연신된 PVA 필름을 5분간 침지하도록 하였다.
실험예2
실험예2는 실험예1과 동일한 공정을 진행하되, 침지 공정에서 붕산이 제외된 옥살산 수용액(pH=1.68)을 이용하였다.
실험예3
실험예3은 실험예2와 동일한 공정을 진행하되, 건조 공정은 100℃에서 진행되었다.
실험예4
실험예4는 실험예3과 동일한 공정을 진행하되, 구연산 (C6H8O7)을 사용하였다.
비교예1 및 2와 실험예1 내지 4에 의해 제조된 편광자(편광판)의 광학 특성 및 수축력 실험 결과를 표2에 기재하였다. 또한, 비교예1과 실험예2의 광학특성 비교 그래프를 도4에 도시하였다.
광학특성 수축력
편광도 단체투과율
비교예1 99.80% 43.8% 30N
비교예2 99.80% 43.8% 30N
실험예1 99.97% 43.6% 20.5N
실험예2 99.96% 43.8% 17N
실험예3 99.90% 43.6% 11.2N
실험예4 99.94% 42.5% 11.0N
표2 및 도 4에서 보여지는 바와 같이, 침지 공정의 진행 여부는 광학 특성에 영향을 주지 않는다. 즉, 침지 공정이 진행되지 않은 비교예1과 침지 공정이 진행된 실험예2는 실질적으로 동일한 편광도와 단체 투과율(single transmittance)을 보였다.
그러나, 편광자의 수축력은 침지 공정과 침지 공정에 이용되는 용액의 산성도에 의존한다. 즉, 비교예2와 실험예1 내지 4에서는 침지 공정이 진행되었고, 비교예2는 가교 공정과 유사한 수준의 산성도를 갖는 용액을 이용하여 침지 공정이 진행된 반면, 실험예1 내지 4는 가교 공정보다 낮은 pH값(높은 산성도)을 갖는 용액을 이용하여 침지 공정이 진행되었다.
실험예1 내지 4의 수축력 데이터로부터 알 수 있는 바와 같이, 침지 공정이 진행되고 침지 공정에서 이용되는 용액의 pH값이 가교 공정에서 이용되는 용액의 pH값보다 작은 경우 수축력이 크게 감소한다. 즉, 가교 공정에서 이용되는 용액보다 큰 산성도를 갖는 용액을 이용하여 침지 공정을 진행함으로써, 수축력을 감소시킬 수 있다.
또한, 침지 공정 이후에 진행되는 건조 공정의 온도 역시 수축력에 영향을 주며, 건조 공정 온도가 60℃ 이상인 조건에서 수축력의 감소가 크게 발생한다.
비교예3
폴리비닐알콜(PVA) 필름을 30도의 초순수에서 1.1배 연신한 뒤, I2:KI=0.03:3의 중량 비율의 염색액에 100초 동안 염색하였다. 염색 공정시, 수온은 30도였으며 누적 연신비가 3.0배가 되도록 연신하였다. 이후, KI:H3BO3 =6:4의 중량 비율의 수용액에 염색된 PVA 필름을 침지시켜 가교를 진행하였다. 이 때 수온은 30도였으며, 누적 연신비가 5.7배가 되도록 연신하였다. 연신 공정을 끝낸 PVA 필름은 KI가 3wt%로 첨가된 수용액에 20초간 세정하였으며, 90도에서 90초간 오븐에서 건조하였다.
실험예5
비교예3과 동일한 공정을 진행하되, 연신 공정 후 세정 공전 전에 침지 공정을 추가하였다. 침지 공정은 구연산(citric acid, C6H8O7) 0.1 mol/L 수용액에서 진행하였고, 연신된 PVA 필름을 40초간 침지하도록 하였다.
실험예6
실험예5와 동일한 공정을 진행하되, 침지 공정의 첨가제로서 구연산(C6H8O7)의 농도가 0.2 mol/L이 되도록 하였다.
실험예7
실험예 5와 동일한 공정을 진행하되, 침지 공정의 첨가제로서 구연산(C6H8O7)의 농도가 0.3 mol/L 이 되도록 하였다.
실험예8
실험예 5와 동일한 공정을 진행하되, 침지 공정의 첨가제로서 구연산(C6H8O7)의 농도가 0.4 mol/L 이 되도록 하였다.
실험예9
실험예 5와 동일한 공정을 진행하되, 침지 공정의 첨가제로서 구연산(C6H8O7)의 농도가 0.5 mol/L 이 되도록 하였다.
실험예10
실험예 5와 동일한 공정을 진행하되, 침지 공정의 첨가제로서 구연산(C6H8O7)의 농도가 0.6 mol/L 이 되도록 하였다.
실험예11
실험예 5와 동일한 공정을 진행하되, 침지 공정의 첨가제로서 구연산(C6H8O7)의 농도가 0.8 mol/L 이 되도록 하였다
비교예3의 연신 공정과 실험예5 내지 11의 침지 공정에서 이용된 수용액 내의 구연산 함량과 pH값을 표3에 기재하였고, 비교예3과 실험예5 내지 11에 의해 제조된 편광자(편광판)의 광학 특성 및 수축력 실험 결과를 표4에 기재하였다. 또한, 측정된 편광도를 도 5a 및 도 5b에 도시하였고, 측정된 수축응력을 도 6에 도시하였다.
Figure 112014119367613-pat00012
Figure 112014119367613-pat00013
표4 및 도 5a 및 도 5b에서 보여지는 바와 같이, 실험예5 내지 11에 의해 제조된 편광자의 경우 편광도가 다소 감소하나 비교예3의 편광자와 큰 차이를 보이지는 않는다. 그러나, 표4와 도6에서 보여지는 바와 같이, 실험예5 내지 11에 의해 제조된 편광자는 비교예3에 비해 수축응력이 크게 감소하였다. 즉, 실험예5 내지 11에서와 같이 비교적 작은 pH값(큰 산성도)을 갖는 용액을 이용하여 침지 공정을 진행함으로써, 수축력을 감소시킬 수 있다. 또한, 용액의 pH값이 작을수록 수축 응력이 감소된다.
한편, 침지 공정이 진행되어 붕산 가교도, 즉 붕산의 잔존량이 감소하며 침지 공정에서 이용되는 카르복시산의 에스테르기와 PVA의 히드록시기가 결합하여 제 2 가교를 이루게 된다. 다시 말해, 붕산의 제 1 가교가 감소하고 제 2 가교가 일어난다.
전술한 바와 같이 붕산 가교 결합은 수축력을 증가시키지만, 제 2 가교 결합은 연신 공정 후에 진행되는 침지 공정에서 일어나기 때문에 편광자의 수축 응력은 제 2 가교 결합에 의해 감소한다. 따라서, 본 발명에서와 같이 침지 공정이 진행되면, 붕산 가교 결합 제거에 의해 수축 응력이 감소되며 제 2 가교 결합 형성에 의해 수축 응력이 더욱 감소된다.
즉, 비교예3과 실험예5 내지 11에 의해 제조된 편광자에서의 보론(bron) 잔존량과 제 2 가교도를 보여주는 도 7을 표3 및 표4와 함께 참조하면, 침지 공정이 진행되는 실험예5 내지 11에서 보론 잔존량(O 표시)이 감소하고 제 2 가교도(△ 표시)가 증가한다. 즉, 침지 공정에 의해 제 1 가교 결합이 감소하고 제 2 가교 결합이 증가하며, 제 1 가교 결합의 감소와 제 2 가교 결합의 증가는 침지 공정 수용액의 pH값에 반비례한다.
또한, 편광자 내 보론 잔존량과 편광도의 관계를 설명하기 위한 그래프인 도 8과 편광자 내 보론 잔존량과 수축 응력의 관계를 설명하기 위한 그래프인 도 9를 표3 및 표4와 함께 참조하면, 보론 잔존량(O 표시)이 감소함에 따라 편광도(△ 표시)가 다소 감소하지만 수축 응력이 크게 감소하여 편광자 및 편광판의 수치 안정성이 향상된다.
그러나, pH값이 너무 낮아지면 편광 특성이 저하되므로, 침지 공정에 이용된 수용액의 pH값은 0.1~4, 보다 바람직하게는 1~4일 수 있다.
도 10은 본 발명에 따른 편광판을 포함하는 표시장치의 개략적인 단면도이다. 도 10에서는 유기발광다이오드 표시장치를 보이고 있으나, 편광판이 액정표시장치 등 다양한 표시장치에 적용될 수 있다.
유기발광다이오드 표시장치(100)는, 제 1 및 제 2 기판(110, 160)과, 제1기판(110) 상부에 형성되는 스위칭 박막트랜지스터(미도시), 구동 박막트랜지스터(Td) 및 발광다이오드(D)와, 상기 제 2 기판(160)의 외측에 형성되는 편과판(170)을 포함한다. 상기 제 1 및 제 2 기판(110, 160) 사이 전면에는 씰재(150)가 형성될 수 있으며, 상기 제 1 및 제 2 기판(110, 160)은 서로 마주하고 이격되어 있다.
서로 마주보며 이격되는 제 1 및 제 2 기판(110, 160)은 다수의 화소영역(P)을 포함하는데, 제 1 기판(110)은 하판, TFT기판 또는 백플레인(backplane)으로 불리기도 하고, 제 2 기판(160)은 인캡슐레이션 기판으로 불리기도 한다.
구체적으로, 제 1 기판(110) 상부에는 게이트 배선(미도시)이 제 1 방향으로 연장되어 형성되고 상기 구동 박막트랜지스터(Td)의 게이트 전극(112)이 형성되며, 게이트 배선 및 게이트 전극(112) 상부에는 게이트 절연막(114)이 형성된다.
도시되지 않으나, 상기 게이트 배선으로부터 연장되는 스위칭 박막트랜지스터의 게이트 전극이 상기 제 1 기판(110) 상에 형성된다.
상기 게이트 전극(112)에 대응되는 게이트 절연막(114) 상부에는 반도체층(116)이 형성된다. 상기 반도체층(116)은 산화물 반도체층일 수 있으며, 이 경우 상기 산화물 반도체층을 보호하기 위한 식각방지층(etch stopper, 미도시)이 형성될 수 있다. 또한, 스위칭 박막트랜지스터의 게이트 전극에 대응하여서도 반도체층이 형성된다.
상기 반도체층(116)의 양단에는 각각 소스 전극(120) 및 드레인 전극(122)이 형성되고, 게이트 절연막(114) 상부에는 게이트 배선과 교차하여 다수의 화소영역을 정의하는 데이터 배선(미도시)이 형성된다. 또한, 상기 데이터 배선과 평행하게 이격되는 파워 배선(미도시)이 형성되며, 상기 소스 전극(120)은 파워 배선에 연결될 수 있다.
도시하지 않았으나, 스위칭 박막트랜지스터의 반도체층 양단에 소스 전극 및 드레인 전극이 형성된다. 이때, 스위칭 박막트랜지스터의 소스 전극은 데이터 배선에 연결되고, 스위칭 박막트랜지스터의 드레인 전극은 구동 박막트랜지스터의 게이트 전극에 연결될 수 있다.
여기서, 게이트 전극(112), 산화물 반도체층(116), 소스 전극(120) 및 드레인전극(122)은 구동 박막트랜지스터(driving thin film transistor, Td)를 구성한다.
스위칭 박막트랜지스터 및 구동 박막트랜지스터(Td) 상부에는 보호층(130)이 형성되고, 상기 보호층(130)은 상기 드레인 전극(122)을 노출하는 드레인 콘택홀(132)을 포함한다.
그리고, 상기 보호층(130) 상부에는 제 1 전극(142)이 형성되는데, 제 1 전극(142)은 드레인 콘택홀(132)을 통하여 드레인 전극(122)에 연결된다.
상기 보호층(130) 상에는 상기 제 1 전극(142)의 가장자리를 덮는 뱅크(144)가 형성된다. 즉, 상기 뱅크(144)는 제 1 전극(142)의 중앙부를 노출하는 개구부를 포함한다.
뱅크층(144) 상부에는 개구부를 통하여 제 1 전극(142)과 접촉하는 발광층(146)이 형성되고, 발광층(146) 상부에는 제 2 전극(148)이 형성된다.
여기서, 제 1 전극(142), 발광층(146) 및 제 2 전극(148)은 발광다이오드(D)를 구성하며, 상기 제 1 및 제 2 전극(142, 148)에 전압이 인가되면, 상기 발광층(146)으로부터 빛이 방출되고, 상기 제 2 전극(148) 및 상기 제 2 기판(160)을 통해 영상이 표시된다. 상기 제 1 전극(142)은 애노드이며, 상기 제 2 전극(148)은 캐소드일 수 있다.
상기 제 2 전극(148) 상부에는 씰재(150)가 형성되는데, 상기 씰재(150)에 의해 제 1 및 제 2 기판(110, 160)가 합착되고, 외부로부터 수분 또는 오염물질이 침투하는 것을 방지함과 동시에 외부의 충격을 흡수하는 역할도 한다.
상기 편광판(170)은 상기 제 2 기판(160) 외측에 위치한다. 상기 편광판(170)은 편광자와 상기 편광자의 적어도 일면에 위치하는 보호필름을 포함한다. 또한, 상기 편광판(170)의 상기 편광자 또는 상기 보호필름 상에는 위상차 필름, 시야각 보상필름, 휘도 향상 필름 중 적어도 하나가 위치할 수 있다.
상기 편광판(170)은 연신 공정(도 3의 ST5) 이후에 폴리비닐알콜 필름을 강 산성의 용액에 침지시키는 침지 공정(도 3의 ST6)을 진행하여 제조되는 편광자를 포함함으로써 수축 현상이 최소화된다.
즉, 가교 공정에서의 붕산 가교 결합이 침지 공정에 의해 제거됨으로써 수축 응력이 감소한다. 또한, 침지 공정에서 제 2 가교 결합이 형성되며 이에 의해 수축 응력은 더욱 감소한다. 따라서, 편광판(170)의 수축 문제를 방지하거나 최소화할 수 있다.
따라서, 편광자의 수축에 의한 표시장치 가장자리에서의 빛샘 문제와 표시장치(100)의 변형 문제가 방지된다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술분야의 통상의 기술자는 하기의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
100: 표시장치 110, 160: 기판
170: 편광판 D: 발광다이오드

Claims (11)

  1. 폴리비닐알콜 필름을 염색하는 단계와;
    붕산 화합물을 포함하는 수용액을 이용하는 폴리비닐알콜 필름의 가교 단계와;
    상기 가교 단계 이후에, 상기 폴리비닐알콜 필름을 연신하는 제 1 연신 단계와;
    상기 제 1 연신 단계 이후에, 상기 폴리비닐알콜 필름을 산성 수용액에 침지시키는 단계와;상기 침지 단계 이후, 90℃ 초과 120℃ 이하의 온도 조건에서 진행되는 건조 단계를 포함하고,
    상기 침지 단계에 의하여 상기 가교 단계에서 이루어진 상기 폴리비닐알콜 필름의 가교도가 감소되며,
    상기 가교 단계는 상기 폴리비닐알콜 필름을 연신하는 제 2 연신단계를 포함하고, 상기 제 2 연신단계에서의 연신비율은 상기 제 1 연신단계에서의 연신비율보다 작으며,
    상기 침지 단계에 의하여 상기 폴리비닐알콜 내의 붕산량이 상기 침지 단계 이전보다 감소하는 것을 특징으로 하는 편광자의 제조 방법.

  2. 삭제
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 산성 수용액은 제 1 ph값을 갖고, 상기 가교 단계의 수용액은 상기 제 1 ph값보다 큰 제 2 ph값을 갖는 것을 특징으로 하는 편광자의 제조 방법.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 제 1 pH값은 4 이하인 것을 특징으로 하는 편광자의 제조 방법.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 산성 수용액은 적어도 하나의 카르복시기를 갖는 카르복시산 화합물을 포함하는 것을 특징으로 하는 편광자의 제조 방법.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 카르복시산 화합물은 개미산(formic acid), 아디프산(adipic acid), 구연산(citric acid), 글루타르산(glutaric acid), 말론산(malonic acid), 옥산살(oxalic acid), 프탈산(phthalic acid), 숙신산(succinic acid), 타르타르산(tartaric acid), 1,2,3,4-부탄테트라카르복시산(1,2,3,4-butanetetracarboxylic acid), 말레산(maleic acid), 푸마르산(fumaric acid) 중 적어도 어느 하나에서 선택되는 것을 특징으로 하는 편광자의 제조 방법.
  7. 삭제
  8. 제 1 항, 제 3 항 내지 제 6 항 중 어느 하나의 제조 방법에 의해 제조된 편광자와;
    상기 편광자의 적어도 일면에 위치하는 보호필름
    을 포함하는 편광판.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 편광자 또는 상기 보호필름 상에, 위상차 필름, 시야각 보상필름, 휘도 향상 필름 중 적어도 하나가 위치하는 것을 특징으로 하는 편광판.
  10. 제 8 항의 편광판을 포함하는 표시장치.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 가교 단계에서 이용되는 수용액은 요오드화칼륨을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 편광자의 제조 방법.
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