KR20080061828A - 액정표시장치용 편광판 및 그 제조 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 액정표시장치에 관한 것으로, 특히 액정표시장치에 사용되는 광학필름인 편광판에 관한 것이다.
본 발명의 특징은 편광판 제작공정에서 고온고습의 숙성공정을 통해, 비(非)가역성(可逆性)의 특성을 갖는 편광층이 미리 수축되도록 하는 것으로, 차후 상기 편광판을 액정표시장치에 부착한 이후에 외부 환경에 의해 상기 편광판에 열이 가해져도, 상기 편광층은 이미 수축된 상태로 변화가 미미하며, 이러한 편광층의 미미한 변화는 제 1 및 제 2 TAC 필름의 팽창을 억제하게 되어 전체적인 편광판의 변형을 줄일 수 있다.
이로 인하여, 화면의 주변부분인 상하좌우에서 빛샘 현상 및 모래시계 현상이 발생되지 않게 된다.
수축, 빛샘, 모래시계, 편광판

Description

액정표시장치용 편광판 및 그 제조 방법{Polarizer for liquid crystal display device and method for fabricating the same}
도 1은 일반적인 편광판의 구조를 개략적으로 도시한 도면.
도 2는 편광판의 변형에 의해 디스코틱 액정분자의 흔들림을 개략적으로 도시한 도면.
도 3a ~ 3b는 빛샘 현상 및 모래시계 현상의 모습을 개략적으로 나타낸 사진.
도 4는 본 발명에 따른 편광판의 구조를 개략적으로 도시한 도면.
도 5는 본 발명의 편광판의 제조 공정을 순서대로 나타낸 흐름도.
도 6은 편광판의 변형에 의해 디스코틱 액정분자의 흔들림을 개략적으로 도시한 도면.
도 7a ~ 7b는 빛샘 현상 및 모래시계 현상의 모습을 개략적으로 나타낸 사진.
도 8은 본 발명에 따른 편광판을 액정표시장치에 적용한 모습을 개략적으로 도시한 분해 사시도.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
st1 : 편광층 형성 단계 st2 : 제 1 및 제 2 TAC 부착 단계
st3 : 눈부심방지층 형성 단계 st4 : 재단 단계
st5 : 숙성 단계 st6 : 연마 단계
본 발명은 액정표시장치에 관한 것으로, 특히 액정표시장치에 사용되는 광학필름인 편광판에 관한 것이다.
일반적으로 널리 사용되고 있는 표시장치들 중의 하나인 CRT(cathode ray tube)는 TV를 비롯해서 계측기기, 정보단말기기 등의 모니터에 주로 이용되어 오고 있으나, CRT 자체의 큰 무게나 크기로 인하여 전자 제품의 소형화, 경량화의 요구에 적극 대응할 수 없었다.
이러한 CRT를 대체하기 위해 소형, 경량화의 장점을 갖고 있는 액정표시장치가 활발하게 개발되어 왔고, 최근에는 평판표시장치로서의 역할을 충분히 수행할 수 있을 정도로 개발되어 그 수요가 점차 증가하고 있다.
이러한 액정표시장치의 화상구현원리는 액정의 광학적 이방성과 분극성질을 이용하는 것으로, 액정은 분자구조가 가늘고 길며 배열에 방향성을 갖는 이방성과 전기장 내에 놓일 경우 그 크기에 따라 분자배열의 방향이 변화되는 분극성질을 띤다. 이에 액정표시장치는 액정층을 사이에 두고 서로 마주보는 면으로 각각 전계생성전극이 형성된 한 쌍의 투명절연기판으로 이루어진 액정패널을 필수적인 구성요소로 하며, 각 전계생성전극 사이의 전기장 변화를 통해서 액정분자의 배열방향을 인위적으로 조절하고 이때 변화되는 빛의 투과율을 이용하여 여러 가지 화상을 표시한다.
이때, 상기 액정패널의 상부 및 하부에 각각 액정표시장치의 액정 배향변화를 가시화 하는 편광판이 위치하게 되는데, 상기 편광판은 투과축과 일치하는 편광성분의 빛을 투과시키게 되는데, 두 개의 편광판의 투과축의 배치와 액정의 배열 특성에 의해 빛의 투과정도를 결정하게 된다.
도 1은 일반적인 편광판의 구조를 개략적으로 도시한 도면이다.
도시한 바와 같이, 편광판(30)은 빛의 편광특성을 변화시키는 편광축이 형성된 편광층(31)과, 편광층(31)의 양측면에 형성되어 상기 편광층(31)을 보호 및 지지하는 제 1 및 제 2 TAC 필름(tri-acetatecellulose film : 33a, 33b), 제 1 TAC 필름(33a)의 일측에 형성되며 실리카 비드(silica bead : 37)가 포함된 눈부심방지(anti-glare)층(35), 그리고 제 2 TAC 필름(33b)의 일측에 형성되어, 상기 편광판(30)을 기판(미도시)에 부착하기 위한 접착층(39)으로 구성된다.
최근, 시야각 특성을 더욱 개선하기 위해 상기 제 2 TAC 필름(33b)에 디스코틱(discotic) 액정분자(41)가 하이브리드(hybrid) 형태로 배열된 디스코틱 액정층이 더욱 구성된 WV(wide view) - TAC 필름(=보상필름)을 사용한다.
이때, 상기 눈부심방지층(35) 외에도 편광판(30) 표면의 손상 방지를 위한 하드 코팅(hard coating)층, 인접층과의 밀착 방지를 위한 스티킹(sticking) 방지층 등을 구성하기도 한다.
그러나, 이러한 편광판(30)을 액정표시장치에 부착한 이후에 외부 환경에 의 해 가해지는 열에 의해 제 1 및 제 2 TAC 필름(33a, 33b)은 팽창이 일어나게 되는 반면, 상기 제 1 및 제 2 TAC 필름(33a, 33b)의 사이에 위치하는 편광층(31)은 제조공정상 연신공정을 통해 장력에 의해 연신된 편광층(31)은 수축력을 내재하고 있어, 열에 의한 수축이 일어나게 된다.
이러한, 제 1 및 제 2 TAC 필름(33a, 33b)의 팽창과 편광층(31)의 수축은 도 2에 도시한 바와 같이, 제 2 TAC 필름(33b) 층에 구성된 디스코틱 액정층의 디스코틱 액정분자(41)의 흔들림을 발생시키게 되는데 특히, 상기 제 1 및 제 2 TAC 필름(도 1의 33a, 33b)의 팽창력과, 편광층(도 1의 31)의 수축력의 차이가 클수록 상기 디스코틱 액정분자(41)의 흔들림이 더욱 크게 발생하게 된다.
상기 디스코틱 액정분자(41)의 흔들림은 편광층(도 1의 31)의 수축력 및 제 2 TAC 필름(33b)의 팽창력이 많이 작용하는 주변부에서 굴절률 이방성을 나타나게 되어, 도 3a ~ 3b에 도시한 바와 같이 화면의 주변부분에서 모래시계 형태의 빛샘 현상이 발생하게 된다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, WV 편광판을 사용하는 경우에 편광층의 수축과 TAC 필름의 팽창의 차이로 인해 액정표시장치 화면의 주변부분인 상하좌우에서 빛샘 및 모래시계 현상이 발생하는 문제점을 개선하고자 하는 것을 목적으로 한다.
전술한 바와 같은 목적을 달성하기 위해, 본 발명은 편광층을 형성하는 단계와; 상기 편광층의 양측면으로 제 1 및 제 2 셀룰로스계 필름을 부착하여 편광판을 형성하는 단계와; 상기 제 1 및 제 2 셀룰로스계 필름이 부착된 편광판을 재단하는 단계와; 상기 재단된 편광판을 고온고습의 조건에서 숙성(aging)하는 단계와; 상기 숙성된 편광판을 연마하는 단계를 포함하는 편광판 제조방법을 제공한다.
상기 고온고습은 약 40 ~ 50°의 온도와, 60 ~ 80%의 습도인 것을 특징으로 하며, 상기 숙성(aging)은 약 5 ~ 7일 정도의 숙성기간을 통해 이뤄지며, 이를 통해 비(非)가역성(可逆性) 특성을 갖는 상기 편광층이 수축되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 편광층은 기재필름에 팽윤공정, 염색공정, 연신공정, 고착공정을 거쳐 형성되는 것을 특징으로 하며, 상기 제 1 셀룰로스계 필름 상부에 눈부심방지층 또는 하드코팅층, 스티킹방지층 중 선택된 한 층을 더욱 형성하는 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 눈부심방지층 또는 하드코팅층, 스티킹방지층 각각에는 실리카 비드가 포함되는 것을 특징으로 한다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명에 따른 실시예를 상세히 설명한다.
도 4는 본 발명에 따른 편광판의 구조를 개략적으로 도시한 도면이다.
도시한 바와 같이, 편광판(130)은 빛의 편광특성을 변화시키는 편광축이 형성된 편광층(131)과, 편광층(131)의 양측면에 형성되어 상기 편광층(131)을 보호 및 지지하는 제 1 및 제 2 TAC 필름(133a, 133b), 제 1 TAC 필름(133a)의 일측에 형성되며 광 확산제인 실리카 비드(silica bead : 137)가 포함된 눈부심방지(anti-glare)층(135), 그리고 제 2 TAC 필름(133b)의 일측에 형성되어, 상기 편광판(130)을 기판(미도시)에 부착하기 위한 접착층(139)으로 구성된다.
최근, 시야각 특성을 더욱 개선하기 위해 상기 제 2 TAC 필름(133b)에 디스코틱(discotic) 액정분자(141)가 하이브리드(hybrid) 형태로 배열된 디스코틱 액정층이 더욱 구성된 WV(wide view) - TAC 필름(=보상필름)을 사용한다.
따라서, 상기 제 2 TAC 필름(133b)은 제 1 TAC 필름(133a)에 비해 위상차가 더욱 크다.
한편, 상기 편광층(131)은 일방향으로 투과축이 형성되어 투과축에 평행한 성분의 빛만이 투과되는 특성을 갖는다. 이러한 특성은 편광자인 요오드를 흡수한 PVA(poly vinyl alcohol)를 강한 장력으로 연신하여 제작함으로써 가능해진다.
또한, 상기 눈부심방지층(135)은 상기 편광판(130) 표면이 균일한 평면을 이루기 때문에 일정한 방향으로 입사되는 외부 빛이 특정한 각도에서 반사가 일어나게 되어 특정한 시야각에서 눈부심이 발생하기 때문에, 외부에서 들어오는 빛을 산란시켜 눈부심을 방지하기 위하여 구성한다.
또한, 상기 눈부심방지층(135)에 포함되어 있는 실리카 비드(137)를 통해 광을 분산시킴으로써 광이 부분적으로 밀집되는 것을 방지한다.
이때, 상기 눈부심방지층(135) 외에도 편광판(130) 표면의 손상 방지를 위한 하드 코팅(hard coating)층, 인접층과의 밀착 방지를 위한 스티킹(sticking) 방지 층 등을 구성할 수도 있다.
한편, 본 발명에 따른 편광층(131)은 외부의 온도 변화에 민감하게 반응하지 않는 특징이 있다. 이는, 상기 편광판(130)의 제조 공정 중에 상기 편광판(130)을 숙성(aging)하는 단계를 포함하기 때문이며, 이에 대해서는 도 5를 참조하여 자세히 설명하도록 하겠다.
도 5는 본 발명의 편광판의 제조 공정을 순서대로 나타낸 흐름도이다.
도시한 바와 같이, 편광판은 PVA를 수용액에 담가 팽윤(澎潤 : swelling) 시키는 팽윤공정, 상기 팽윤된 기재필름을 요오드(I2) 또는 이색성 염료로 염색하는 염색공정, 상기 기재필름을 일정 비율로 연신(延伸 : stretch)하여 상기 요오드(I2) 또는 이색성 염료 분자를 연신 방향으로 나란하게 배열시키는 연신공정, 상기 염색된 요오드(I2) 또는 이색성 염료를 고착(固着)시키기 위한 고착공정을 거쳐 편광층을 형성한다.(st1)
이때, 상기 팽윤, 염색, 연신 등의 각 공정은 따로 진행하지 않고, 동시에 행하여도 되며, 각 공정도 공정순서에 개의치 않고 진행할 수 있다.
다음으로, 상기 편광층의 양측면에 TAC 필름 등의 보호층을 붙인 후(st2), 상기 편광층의 양측면에 부착된 TAC 중 상부에 부착된 TAC의 일측에 눈부심이 발생하는 것을 방지하기 위하여 눈부심방지층을 형성한다.(st3)
이때, 상기 눈부심방지층 외에 하드 코팅(hard coating)층 또는 스티킹(sticking) 방지층 등을 구성할 수도 있으며, 이들 각 층에는 실리카 비드를 포 함할 수도 있다.
이러한 공정을 거친 편광판은 사이즈에 맞게 절단하는 재단공정(st4), 그리고 고온고습 환경에서 숙성(aging)시키는 숙성공정(st5)을 거치게 되는데, 상기 숙성공정(st5)은 약 40 ~ 50°의 온도와, 60 ~ 80%의 습도를 유지하는 환경 내에서 약 5 ~ 7일 동안 상기 재단공정을 거친 편광판을 보관(keeping)해두는 것이다.
따라서, 상기 편광층과 제 1 및 제 2 TAC 필름은 상기 고온고습의 환경에 의해 수축 및 팽창이 일어나게 되는데, 상기 제 1 및 제 2 TAC 필름은 가역성(可逆性)의 특징을 가지고 있어, 상기 숙성공정이 완료된 후에는 팽창되었던 제 1 및 제 2 TAC 필름은 이완되어 원상태로 돌아오게 되나, 상기 편광층은 비(非)가역성(可逆性)의 특징을 가지고 있는 PVA로 구성되어, 상기 숙성공정이 완료된 후에도 수축된 상태로 머무르게 된다.
이렇게, 숙성공정(st5)을 마친 편광판은 마무리 연마공정(st6)을 통해 편광판이 완성된다.
이러한 편광판의 편광층은 외부의 온도변화에 민감하지 않기 때문에 수축 및 팽창이 거의 발생하지 않는다. 따라서, 이러한 편광층의 특성으로 인해 이와 부착된 상기 제 1 및 제 2 TAC 필름의 팽창 또한 억제하게 되어 전체적인 편광판의 변형을 줄이게 된다.
이렇듯, 제 1 및 제 2 TAC 필름의 팽창을 억제함으로써, 상기 제 2 TAC 필름에 구성된 디스코틱 액정 분자의 흔들림 또한 방지하게 된다.
도 6은 외부 열에 의해 디스코틱 액정분자의 흔들림을 개략적으로 도시한 도 면이다.
도시한 바와 같이, 제 2 TAC 필름(133b) 층에 구성된 디스코틱 액정층은 온도 변화가 발생하여도 상기 편광층(도 4의 131)과 제 2 TAC 필름(133b)의 수축 및 팽창의 변화가 적기 때문에, 기존과 같이 디스코틱 액정분자(141)의 흔들림이 발생되지 않는다.
이로 인하여, 도 7a ~ 7b에 도시한 바와 같이, 기존의 디스코틱 액정분자(도 2의 41)의 흔들림으로 인하여 편광층(도 4의 131)의 수축력 및 제 2 TAC 필름(도 4의 133b)의 팽창력이 많이 작용하는 주변부인 상하좌우에서 모래시계 형태의 빛샘현상이 최소화 되거나, 발생하지 않게 된다.
도 8은 본 발명에 따라 편광특성이 향상된 편광판을 액정표시장치에 적용한 모습을 개략적으로 도시한 분해 사시도이다.
액정분자의 동작모드에는 여러 가지가 있지만, 본 발명에서는 TN모드(Twist Nematic : TN)액정표시장치를 예로 들어 설명한다.
도시한 바와 같이, 일반적인 액정패널은 제 1 기판(209) 및 제 2 기판(201)이 소정 간격 이격하여 합착되고, 상기 제 1 기판(209)의 일면에는 서로 수직하게 교차하여 화소영역(P)을 정의하는 데이터배선(DL)과 게이트배선(GL)이 구성되고, 상기 두 배선(DL, GL)의 교차지점에는 박막트랜지스터(T)가 구성된다.
상기 화소영역(P)에는 박막트랜지스터(T)와 접촉하는 화소전극(211)이 구성된다.
한편, 상기 제 1 기판(209)과 마주보는 제 2 기판(201)의 일면에는 격자형상 의 블랙매트릭스(203)와, 상기 화소영역(P)에 대응하는 영역에 컬러필터(217)가 구성되고, 컬러필터(217)와 블랙매트릭스(203)를 포함하는 제 2 기판(201)의 전면에는 투명한 공통전극(205)이 구성된다.
상기 제 1 기판(209) 및 제 2 기판(201)의 이격된 공간에는 액정층(207)이 구성되며, 상기 제 1 기판(209)의 하부에는 제 1 편광판(215)이 부착되어 있으며, 제 2 기판(201)의 상부에는 제 2 편광판(213)이 부착되어 있다.
이때, 노멀리 화이트 모드(normally white mode)로 구동되는 TN모드 액정표시장치는 블랙(black)을 구현하기 위해 기판(201, 209)에 수직한 전계가 액정층(207)에 인가되고, 인가된 전계를 따라 액정분자가 배열된다.
그러므로, 외부에서 빛이 제 1 기판(209)쪽으로 들어와서, 제 1 편광판(215)을 통과한 다음 액정층(207)을 그대로 통과하게 된다. 상기 액정층(207)을 통과한 빛은 제 2 기판(201)을 지나 편광축이 액정층(207)의 광축에 90° 틀어진 제 2 편광판(213)을 투과하지 못하므로 블랙상태(Black state)가 된다.
또한, 액정표시장치에 전압을 인가하지 않았을 때, 외부에서 제 1 기판(209) 쪽으로 들어온 빛은 제 1 편광판(215)의 투과축과 평행한 빛만 제 1 편광판(215)을 지나 액정층(207)을 통과하게 되고 이때, 액정층(207)을 통과하면서 빛은 제 2 편광판(215)의 편광축에 대해 90° 틀어진 방향의 선편광이 된 후, 제 1 편광판(213)의 편광층을 그대로 통과하게 되어 균일 휘도의 고 품위 화상이 구현된다.
본 발명은 상기 실시예로 한정되지 않고, 본 발명의 취지를 벗어나지 않는 한도내에서 다양하게 변경하여 실시할 수 있다.
위에 상술한 바와 같이, 본 발명에 따라 편광판 제작공정에서 고온고습의 숙성공정을 통해, 상기 비가역성의 특성을 갖는 편광층이 미리 수축되도록 하였기 때문에, 상기 편광판에 열이 가해져도 변화가 미미(微微)하며 따라서, 이러한 편광층에 부착된 제 1 및 제 2 TAC 필름의 팽창 또한 억제되어 전체적인 편광판의 변형을 줄일 수 있는 효과가 있다.
이로 인하여, 화면의 주변부분인 상하좌우에서 빛샘 현상 및 모래시계 현상이 발생되지 않는 효과가 있다.

Claims (6)

  1. 편광층을 형성하는 단계와;
    상기 편광층의 양측면으로 제 1 및 제 2 셀룰로스계 필름을 부착하여 편광판을 형성하는 단계와;
    상기 제 1 및 제 2 셀룰로스계 필름이 부착된 편광판을 재단하는 단계와;
    상기 재단된 편광판을 고온고습의 조건에서 숙성(aging)하는 단계와;
    상기 숙성된 편광판을 연마하는 단계
    를 포함하는 편광판 제조방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 고온고습은 약 40 ~ 50°의 온도와, 60 ~ 80%의 습도인 것을 특징으로 하는 편광판 제조방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 숙성(aging)은 약 5 ~ 7일 정도의 숙성기간을 통해 이뤄지며, 이를 통해 비(非)가역성(可逆性) 특성을 갖는 상기 편광층이 수축되는 것을 특징으로 하는 편광판 제조방법.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 편광층은 기재필름에 팽윤공정, 염색공정, 연신공정, 고착공정을 거쳐 형성되는 것을 특징으로 하는 편광판 제조방법.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 셀룰로스계 필름 상부에 눈부심방지층 또는 하드코팅층, 스티킹방지층 중 선택된 한 층을 더욱 형성하는 것을 특징으로 하는 편광판 제조방법.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 눈부심방지층 또는 하드코팅층, 스티킹방지층 각각에는 실리카 비드가 포함되는 것을 특징으로 하는 편광판 제조방법.
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