KR20100121805A

KR20100121805A - 고성능 박막형 편광판

Info

Publication number: KR20100121805A
Application number: KR1020090040679A
Authority: KR
Inventors: 이승희; 임영진; 김미영; 이영희; 이규
Original assignee: 전북대학교산학협력단
Priority date: 2009-05-11
Filing date: 2009-05-11
Publication date: 2010-11-19
Also published as: KR101066821B1

Abstract

본 발명은 액정표시 소자에 응용되는 편광판에 있어서, 종례의 부착형 편광판과는 달리 용액상태에서 표면 처리된 기판 위에 코팅공정으로 제조되기 때문에 액정디스플레이 내부에도 형성할 수 있고, 또한 2차원적인 빛의 제어뿐만 아니라 3차원적인 빛을 제어할 수 있는 카본나노튜브가 정열된 상태의 고분자 박막을 만들어 자연광을 선편광 광으로 변환 시키는 고성능 박막형 편광판에 관한 것이다.

편광판, 카본나노튜브, 고분자 박막, 선편광

Description

고성능 박막형 편광판{High Performance Thin Film Polarizer}

본 발명은 고성능 박막형 편광판에 관한 것으로, 특히 비등방적으로 빛을 흡수할 수 있는 카본나노튜브를 자기 조립형 반응성 액정 단량체에 정렬시켜 기존의 필름 연신 공정과는 달리 용액상태에서 표면 처리된 기판 위에 코팅공정으로 제조되기 때문에 액정디스플레이 내부에도 형성할 수 있고, 또한 빛의 흡수 물질인 카본나노튜브를 2차원 배열뿐만 아니라 3차원 배열까지 제어하는 고성능 박막형 편광판에 관한 것이다.

최근 상용화되고 있는 액정디스플레이는 표시 품질을 높이고 상업적 생산을 위해 불가피하게 편광판, 컬러필터 박막, 배향막 등과 같은 광학필름을 사용한다. 이들 중에서 컬러필터 박막과 배향막의 경우는 디스플레이 소자의 내부에 박막 형태로 가공되고 있지만 편광판은 필름 형태의 제품을 소자 제작업체에서 구입하여 장치 제작시 접착하는 방식을 사용하고 있다.

그러나 이러한 부착 방식의 편광판 기술은 공정 관리가 어렵고 불량 발생 요인이 되어 생산 수율을 저하시키고 있으며, 고비용화를 피할 수 없다. 또한 종래의 부착형 편광판은 2차원적인 빛만 제어하기 때문에 시야각방향에서 빛 샘 등이 발생 하여 화질저하에 큰 문제가 되고 있다.

본 발명은 자기 조립 반응성 단량체를 이용하여 비등방적으로 빛을 흡수할 수있는 카본나노튜브를 정렬 시켜 제조하는 내장형 편광판으로, 기존의 필름 연신공정과는 달리 용액상태에서 표면 처리된 기판 위에 코팅공정으로 제조되기 때문에 액정디스플레이 내부에 편광판을 형성하는 것과, 2차원적인 빛의 제어뿐만 아니라 3차원적인 빛을 제어할 수 있는 고성능 박막형 편광판을 제공하는 것이다.

상술한 목적을 달성하기 위해 본 발명은 열적특성이 안정한 무기 물질인 카본나노튜브를 광학이방성이 우수한 유기분자인 액정구조를 가지는 모노머에 분산시켜 전기장 유도 제어 방식을 사용하여 배열시키거나 배향막을 이용해 배향시킨 다음 자외선 조사에 의해 중합함으로써 내장형 고성능 박막형 편광판을 제공한다.

본 발명은 디스플레이 내에 편광판을 코팅방식으로 장착하기 때문에 종래에 부착형식으로 편광판을 장착해서 생기는 디스플레이의 두께 증가, 부착 과정 중에 먼지 등에 의한 불량률 발생 등과 같은 문제점을 해결할 수 있다.

또한, 본 발명은 카본나노튜브를 3차원적으로 배열시켜 시야각 방향에서의 화질 특성을 개선한 내장형 고성능 박막형 편광판을 제공할 수 있다.

또한, 편광물질이 무기재료이기 때문에 종래의 편광판에 비해 온도 제한성이 150℃이상으로 향상되어 디스플레이의 동작 온도 범위를 확대시킬 수있는 편광판을 제공할 수 있다.

(실시예 1)

실시예 1은 배향막을 이용해 카본나노튜브를 자기 조립 반응성 단량체에 정렬시킨 편광판에 관한 것이다.

이하, 도면을 참조하여 본 발명의 실시예 1을 상세히 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 편광판을 보여주는 모식도이다. 도시한 바와 같이, 투명한 유기기판이나 플라스틱 기판(100) 위에 수평 배향막(200)이 코팅되어 있고, 그 위에 카본나노튜브(1)와 자기 조립 반응성 단량체(2)가 혼합된 혼합물(300)이 코팅되어 있다.

도 2a~2d는 도 1과 같은 편광판을 제조하는 과정을 보여주는 모식도이다. 도 2a에 도시한 바와 같이 투명한 유리기판이나 플라스틱 기판(100) 위에 수평배향막(200)을 코팅한다. 수평배향막을 코팅한 후 도 2b에 도시한 바와 같이 러빙기(5)를 이용하여 수평배향막을 한쪽 방향(4)으로 러빙한다. 이때 러빙대신 광배향을 사용하여 배향막을 배향 시킬 수 있다. 러빙 공정 후에 도 2c에 도시한 바와 같이 카 본나노튜브(1)와 자기 조립 반응성 단량체(2)를 혼합한 혼합물(300')을 한쪽 방향으로 배향된 배향막 위에 코팅한다. 이때 혼합물은 러빙 방향으로 정렬된다. 이 상태에서 도 2d에 도시한 바와 같이 UV를 조사하여 혼합물을 경화시킨다.

도 3은 본 발명의 제 1 실시예의 또 다른 편광판을 보여주는 모식도이다. 카본나노튜브를 고르게 자기 조립 반응성 단량체에 정렬시키기 위해 카르복실기가 함유된 카본나노튜브와 아민기를 함유한 자기 조립 반응성 단량체를 사용한다. 이때 카르복실기가 함유된 카본나노튜브(1')와 아민기를 함유한 자기 조립 반응성 단량체(2')는 축합반응에 의해 합성되어 카본나노튜브가 뭉치는 현상을 막아 준다. 도시한 바와 같이 투명한 유기기판이나 플라스틱 기판(100) 위에 수평 배향막(200)이 코팅되어 있고, 그 위에 축합 반응에 의해 합성된 카르복실기가 함유된 카본나노튜브(1')와 아민기를 함유한 자기 조립 반응성 단량체(2') 합성물(300)이 코팅되어 있다.

도 4는 3차원적으로 빛을 제어하는 편광판의 모식도이다. 도시한 바와 같이 카본나노튜브(1)와 자기조립 반응성 단량체(2)의 혼합물을 카본나노튜브가 다른 방향으로 정렬되어 있는 두 층으로 쌓아 정면 뿐만 아니라 시야각 방향에서도 빛을 제어하는 편광판을 만들 수 있다. 좌우 정면에서 들어오는 편광되지 않은 빛들이 (10, 11, 12) 3차원적으로 빛을 제어하는 편광판을 통과하면 좌우 정면에서 동일한 세기의 선편광된 빛(20,21,22)이 나오는 것을 특징으로 한다.

(실시예 2)

실시예 2는 전기장을 이용해 카본나노튜브를 자기 조립 반응성 단량체에 정 렬시킨 편광판에 관한 것이다.

이하, 도면을 참조하여 본 발명의 실시예 2를 상세히 설명하기로 한다.

도 5는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 편광판을 보여주는 모식도이다. 도시한 바와 같이, 수평 배향막(200, 200')이 코팅되어 있는 두 장의 유기기판이나 플라스틱 기판(100, 100') 사이에 투명전극(400, 400')이 격벽으로 형성되어 있고, 격벽 형태로 형성된 투명전극(400, 400') 사이에 카본나노튜브(1)와 자기 조립 반응성 단량체(2)가 혼합된 혼합물(300)이 코팅되어 있다.

도 6a~6d는 도 5와 같은 편광판을 제조하는 과정을 보여주는 모식도이다. 도 6a에 도시한 바와 같이 수평 배향막(200, 200')이 코팅되어 있는 두 장의 유리기판이나 플라스틱 기판(100, 100') 사이에 투명전극(400, 400')을 격벽형태로 형성한다. 그 후에 도 6b에 도시한 바와 같이 카본나노튜브(1)와 자기 조립 반응성 단량체(2)가 혼합된 혼합물(300')을 격벽 형태로 형성된 두 개의 투명 전극(400, 400') 사이에 주입한다. 혼합물 주입 후에 도 6c에 도시한 바와 같이 두 개의 투명전극(400, 400')에 전압을 인가하여 수평전기장(6)을 발생시킨다. 발생한 수평전기장에 의해 카본나노튜브(1)와 자기 조립 반응성 단량체(2)를 혼합한 혼합물(300')이 수평전기장 방향으로 정렬된다. 이 상태에서 도 6d에 도시한 바와 같이 UV를 조사하여 혼합물을 경화시킨다.

도 7은 본 발명의 제 2 실시예의 또 다른 편광판을 보여주는 모식도이다. 카본나노튜브를 고르게 자기 조립 반응성 단량체에 정렬시키기 위해 카르복실기가 함유된 카본나노튜브와 아민기를 함유한 자기 조립 반응성 단량체를 사용한다. 이때 카르복실기가 함유된 카본나노튜브(1')와 아민기를 함유한 자기 조립 반응성 단량체(2')는 축합반응에 의해 합성되어 카본나노튜브가 뭉치는 현상을 막아 준다. 도시한 바와 같이, 수평 배향막(200, 200')이 코팅되어 있는 두 장의 유기기판이나 플라스틱 기판(100, 100') 사이에 투명전극(400, 400')이 격벽으로 형성되어 있고, 격벽 형태로 형성된 투명전극(400, 400') 사이에 카르복실기가 함유된 카본나노튜브(1')와 아민기를 함유한 자기 조립 반응성 단량체(2')의 합성물(300)이 코팅되어 있다.

이때 사용되는 카본나노튜브의 농도는 자기 조립 반응성 단량체 대비 1~50wt%의 범위가 적당하고 사용되는 카본나노튜브는 단일층과 다중층 모두 가능하다.

상기 자기 조립 반응성 단량체는 광 개시제와 이로부터 중합 개시가 가능한 한가지 이상의 단량체로부터 선택된 단량체의 혼합물을 포함한다. 상기 단량체 혼합물로서는 디아크릴레이트 반응성 메소겐 재료 (RM 257 및 RM 258-Merch Ltd.)나 모노아크릴레이트 반응성 메소겐 재료(RM 305 및 RM 308)와 같은 반응성 액정 단량체가 사용 가능하지만 이로써 본 발명에서 사용하는 단량체의 종류를 한정하는 것은 아니며, 광개시제에 의해 경화되는 단량체라면 어느 것이나 사용될 수 있다. 광 개시제로는 아르가쿠어(Irgacure) 907(Ciba Specialty Chemicals Inc. 제)과 같은 라디칼 광개시제와 음이온성 또는 양이온성 광개시제 중 하나 또는 두 가지 이상을 선택하여 사용 가능하지만 이로써 본 발명에서 사용하는 광개시제의 종류를 한정하는 것은 아니며, 상기 단량체를 자외선 조사에 의해 중합 개시할 수 있다면 어느 것이나 사용될 수 있다. 광 개시제는 단량체 혼합물에 대하여 0.1 내지 20wt%를 사용할 수 있지만 바람직하게는 0.1 내지 10wt%를 사용하는 것이 좋다.

자기 조립 반응성 단량체의 한 예와 카본나노튜브의 종류는 아래와 같다.

모노머 RM-257

카본나노튜브의 종류

도 1은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 편광판을 보여주는 모식도

도 2a~2d는 도 1과 같은 편광판을 제조하는 과정을 보여주는 모식도

도 3은 본 발명의 제 1 실시예의 또 다른 편광판을 보여주는 모식도

도 4는 3차원적으로 빛을 제어하는 편광판의 모식도

도 5는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 편광판을 보여주는 모식도

도 6a~6d는 도 5와 같은 편광판을 제조하는 과정을 보여주는 모식도

도 7은 본 발명의 제 2 실시예의 또 다른 편광판을 보여주는 모식도

Claims

액정표시소자에 빛을 제어하는 편광판에 있어서,

투명한 유기기판이나 플라스틱 기판 상부에 위치한 수평 배향막과,

상기 수평 배향막을 한쪽 방향으로 러빙 또는 광배향 시킨 것과,

상기 러빙된 수평 배향막 상부에 위치한 카본나노튜브와 자기 조립 반응성 단량체가 혼합된 혼합물로 구성되어있는 것을 특징으로 하는 고성능 박막형 편광판
제 1항에 있어서,

상기 카본나노튜브의 고른 분산도를 위해 상기 카본나노튜브와 상기 자기 조립 반응성 단량체에 각각 카르복실기와 아민기를 합성하는 것을 특징으로 하는 고성능 박막형 편광판
제 1항 내지 2항에 있어서,

상기 카본나노튜브는 자기 조립 반응성 단량체 농도 대비 1 내지 50 wt%를 혼합하는 것을 특징으로 하는 고성능 박막형 편광판
제 1항 내지 2항에 있어서,

광 개시제에 의해 경화되는 상기 자기조립 반응성 단량체에서,

상기 광 개시제는 상기 자기조립 반응성 단량체의 농도 대비 0.1 내지 20 wt%를 혼합하는 것을 특징으로 하는 고성능 박막형 편광판
제 1항 내지 2항에 있어서,

상기 코팅된 편광판은 액정표시소자 내부에 위치하는 것을 특징으로 하는 고성능 박막형 편광판
제 1항 내지 2항에 있어서,

상기 카본나노튜브와 상기 자기 조립 반응성 단량체가 혼합된 혼합물 층을 두 층이상 코팅하는 것과,

상기 코팅된 혼합물 층은 각층마다 다른 방향으로 카본나노튜브가 배열되어있어 빛을 3차원적으로 조절하는 것을 특징으로 하는 고성능 박막형 편광판
액정표시소자에 빛을 제어하는 편광판에 있어서,

투명한 유기기판이나 플라스틱 기판으로 되어있는 하부기판 상부에 위치한 수평배향막과,

상기 수평배향막 상부 기판 양쪽 끝에 형성되어 있는 에 격벽 형태의 투명전극과,

상기 격벽 형태로 형성된 투명전극 사이에 위치한 카본나노튜브와 자기 조립 반응성 단량체가 혼합된 혼합물과,

상기 카본나노튜브는 자기 조립 반응성 단량체 농도 대비 1 내지 50 wt%를 혼합하는 것과,

상기 자기조립 반응성 단량체을 경화시키기 위해 사용되는 광 개시제는 상기 자기조립 반응성 단량체의 농도 대비 0.1 내지 20 wt%를 혼합하는 것과,

상기 카본나노튜브와 자기 조립 반응성 단량체가 혼합된 혼합물 상부에 위치한 수평배향막과,

상기 수평배향막 상부에 위치한 투명한 유기기판이나 플라스틱 기판으로 되어있는 상부기판으로 구성되어 있는 고성능 박막형 편광판
제 7항에 있어서,

상기 카본나노튜브의 고른 분산도를 위해 상기 카본나노튜브와 상기 자기 조립 반응성 단량체에 각각 카르복실기와 아민기를 합성하는 것을 특징으로 하는 고성능 박막형 편광판