KR20110068761A - 편광판 및 이를 포함하는 ｉｐｓ 모드 액정표시장치 - Google Patents

편광판 및 이를 포함하는 ｉｐｓ 모드 액정표시장치 Download PDF

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동우 화인켐 주식회사
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Abstract

본 발명은 편광판 및 이를 포함하는 액정표시장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 정면 위상차값(R0)이 10 내지 100nm, 굴절률비(NZ)가 0.9 내지 1.1을 나타내도록 일축 연신된 포지티브 A 플레이트를 그 지상축이 편광자의 흡수축과 평행하도록 접합함으로써 고온 다습한 환경에 장시간 노출된 경우에도 물리적 저항성이 우수하여 설계된 위상차 보상 효과를 유지할 수 있는 편광판과, 이를 하판 편광판으로 포함하여 고온 다습한 환경 하에서도 우수한 시야각 확보가 가능한 IPS 모드 액정표시장치에 관한 것이다.

Description

편광판 및 이를 포함하는 ＩＰＳ 모드 액정표시장치 {POLARIZING PLATE AND IN-PLANE SWITCHING MODE LIQUID CRYSTAL DISPLAY COMPRISING THE SAME}
본 발명은 고온 다습한 환경에 장시간 노출된 경우에도 물리적 저항성이 우수하여 설계된 위상차 보상 효과를 유지할 수 있는 편광판과, 이를 하판 편광판으로 포함하는 IPS 모드 액정표시장치에 관한 것이다.
액정표시장치(liquid crystal display; LCD)는 대중적인 화상표시장치로 널리 사용되고 있다.
이러한 액정표시장치는 액정의 초기배열 및 전극구조 및 액정의 물성에 따라 모드가 나누어지며 현재 가장 많이 쓰이고 있는 액정표시장치의 모드는 트위스트네마틱(TN), 수직배향(VA), 면상 스위칭(IPS)이 있다. 또한 전압 무인가 시 빛의 투과 여부에 따라 노멀블랙 또는 노멀화이트 모드로 나누어 지며, 도메인 및 액정 초기배열 등에 따라 VA모드는 PVA(Patterned VA), SPVA(Super PVA) 및 MVA(multidomain VA)로, IPS는 S-IPS 또는 FFS 등으로 분류된다.
이중 면상 스위칭 모드는 액정분자가 비구동 상태에서 기판 면에 거의 수평하고 균일한 배열을 갖는다. 따라서 정면에서 하판의 투과축과 액정분자의 진상축(Fast axis)의 방향이 일치할 때 액정의 광학특성에 의해 사면에서도 투과축과 액정의 진상축이 일치하므로 하판 편광판을 통과한 빛이 액정을 통과해도 편광상태의 변화를 일으키지 않아 본래의 상태대로 액정층을 통과할 수 있다. 그 결과 기판 상부면과 하부면상의 편광판들의 배열에 의해 비구동 상태에서 어느 정도의 암상태를 표시할 수 있는 것이다. 이러한 면상스위칭 모드 액정표시장치는 일반적으로 광학필름을 사용하지 않고서도 넓은 시야각을 얻을 수 있어 자연스러운 투과율이 보장되고 화질 및 시야각이 화면 전체에 균일한 장점을 갖는다. 따라서 면상스위칭 모드 액정표시장치는 비교적 대형의 고급 기종에서 주종으로 사용되고 있다.
종래 면상 스위칭 모드를 적용한 액정표시장치는 액정이 포함되어 있는 액정셀의 외측에는 빛을 편광시키기 위한 편광판이 요구되고, 상기 편광판의 일면 또는 양면에는 트리아세테이트셀룰로오스(TAC, Triacetate Cellulose) 필름으로 이루어진 보호필름이 편광자(PVA)를 보호하기 위하여 구비된다. 이의 경우 액정이 암(Black) 상태를 표현할 때 하판에 구비된 편광자에 의해 편광된 빛이 정면이 아닌 경사면에서 트리아세테이트 셀룰로오스에 의해 타원편광되고, 상기 타원편광된 빛은 액정셀에서 편광이 증폭되어 빛샘과 동시에 빛이 다양한 색을 가지게 되는 문제가 있다.
더욱이 근래에는 면상 스위칭 모드 방식을 적용한 대형 TV 등의 화상표시장치가 제조됨에 따라 넓은 시야각 특성이 요구되고 있다. 이에 면상스위칭 모드 액정표시장치(IPS-LCD)에서는 넓은 시야각을 확보하기 위하여 액정셀의 한쪽 편광판의 편광자(PVA)와 액정셀 사이에 TAC 필름 대신에 등방성 보호필름이 위치하고, 다른 쪽 편광판의 편광자(PVA)와 액정셀 사이에 2개 이상의 광학특성이 다른 위상차 필름을 적층시키거나 1장의 Z축배향(두께방향배향)필름을 적층시켜 액정표시장치를 구성하였다.
위상차 필름은 액정표시장치의 광학특성(대비비 등)을 향상시키기 위하여 무연신 필름을 사용한다. 그러나 무연신 필름은 광학특성 향상에는 용이하나, 고온 및 다습한 외부환경하에서 물리적 변화에 대한 필름의 물성이 민감하게 반응하여 위상차 및 시감도 변화가 발생되는 문제가 있다.
본 발명은 고온 다습한 환경에 장시간 노출된 경우에도 물리적 저항성이 우수하여 설계된 위상차 보상 효과를 유지할 수 있는 편광판을 제공하고자 한다.
또한, 본 발명은 위 편광판을 하판 편광판으로 포함하여 고온 다습한 환경 하에서도 우수한 시야각 확보가 가능한 IPS 모드 액정표시장치를 제공하고자 한다.
1. 편광자의 한 면에는 일축 연신된 포지티브 A 플레이트, 다른 한 면에는 보호필름이 구비되어 있고, 상기 포지티브 A 플레이트는 정면 위상차값(R0)이 10 내지 100nm, 굴절률비(NZ)가 0.9 내지 1.1이고, 그 지상축이 편광자의 흡수축과 평행하게 접합된 IPS 모드 액정표시장치용 편광판.
2. 위 1에 있어서, 포지티브 A 플레이트는 정면 위상차값(R0)이 10 내지 80nm인 IPS 모드 액정표시장치용 편광판.
3. 위 2에 있어서, 포지티브 A 플레이트는 정면 위상차값(R0)이 10 내지 50nm인 IPS 모드 액정표시장치용 편광판.
4. 위 1에 있어서, 일축 연신된 포지티브 A 플레이트는 트리아세틸셀룰로오스(TAC), 시클로올레핀폴리머(COP), 시클로올레핀코폴리머(COC), 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET), 폴리프로필렌(PP), 폴리카보네이트(PC), 폴리술폰(PSF) 및 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA)로 이루어진 군에서 선택된 것으로 이루어진 것인 IPS 모드 액정표시장치용 편광판.
5. 편광자의 한 면에는 일축 연신된 포지티브 A 플레이트, 다른 한 면에는 보호필름이 구비되어 있고, 상기 포지티브 A 플레이트는 정면 위상차값(R0)이 10 내지 100nm, 굴절률비(NZ)가 0.9 내지 1.1이고, 그 지상축이 편광자의 흡수축과 평행하게 접합된 편광판을 하판 편광판으로 포함하는 IPS 모드 액정표시장치.
6. 위 5에 있어서, 포지티브 A 플레이트는 정면 위상차값(R0)이 10 내지 80nm인 IPS 모드 액정표시장치.
7. 위 6에 있어서, 포지티브 A 플레이트는 정면 위상차값(R0)이 10 내지 50nm인 IPS 모드 액정표시장치.
8. 위 5에 있어서, 액정셀 쪽으로부터 등방성 보호필름, 편광자 및 보호필름의 순으로 적층된 상판 편광판을 포함하는 IPS 모드 액정표시장치.
9. 위 5에 있어서, 등방성 보호필름은 정면 위상차값(RO) 및 두께방향 위상차값(Rth)이 각각 10nm 미만인 IPS 모드 액정표시장치.
본 발명은 고온 다습한 환경에 장시간 노출된 경우에도 물리적 저항성이 우수하여 설계된 위상차 보상 효과를 유지할 수 있는 편광판을 제공할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 위 편광판을 하판 편광판으로 포함하여 고온 다습한 환경 하에서도 우수한 시야각 확보가 가능한 IPS 액정표시장치를 제공할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 편광판 또는 편광판이 포함된 액정표시장치가 열대 지방, 바다와 인접한 지역, 적도 근처 등 고온 다습한 지역을 거쳐 운송되거나 이러한 지역에서 사용될 경우 유용하게 활용될 수 있다.
또한, 본 발명은 보다 우수한 선명도를 위해 열 발생량이 많은 백라이트를 사용하거나 액정표시장치가 박형화되면서 편광판과 백라이트의 거리가 줄어드는 경우에도 효과적으로 활용될 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 IPS 모드 액정표시장치의 구조를 나타내는 사시도이고,
도 2는 본 발명에 따른 위상차 필름의 굴절률을 설명하기 위한 모식도이고,
도 3은 본 발명에 따른 위상차 필름과 편광판의 연신 방향을 설명하기 위한 제조과정상의 MD 방향을 나타내는 모식도이고,
도 4는 본 발명의 좌표계에서 Φ, θ로 표현하는 것을 설명하기 위한 모식도이고,
도 5는 본 발명에 따른 실시예 1 내지 5, 비교예 1 및 2에서 사용된 각각의 하판 편광판의 편광도를 측정한 것이고,
도 6은 본 발명에 따른 실시예 3, 실시예 4, 비교예 1 및 2에서 사용된 각각의 하판 편광판의 위상차 변화량을 나타낸 것이고,
도 7은 본 발명에 따른 실시예 1 내지 5 및 비교예 1에서 제조된 IPS 모드 액정표시장치의 편광상태 변화를 나타낸 것이고,
도 8은 본 발명에 따른 비교예 2에서 제조된 IPS 모드 액정표시장치의 편광상태 변화를 나타낸 것이다.
본 발명은 고온 다습한 환경에 장시간 노출된 경우에도 물리적 저항성이 우수하여 설계된 위상차 보상 효과를 유지할 수 있는 편광판과, 이를 하판 편광판으로 포함하는 IPS 모드 액정표시장치에 관한 것이다.
이하 본 발명의 편광판을 구체적으로 설명하면 다음과 같다.
본 발명의 편광판은 편광자의 한 면에는 일축 연신된 포지티브 A 플레이트, 다른 한 면에는 보호필름이 구비되어 있고, 상기 포지티브 A 플레이트는 정면 위상차값(R0)이 10 내지 100nm, 굴절률비(NZ)가 0.9 내지 1.1이고, 그 지상축이 편광자의 흡수축과 평행하게 접합된다.
편광자는 입사하는 자연광을 원하는 단일 평광상태(선평광 상태)로 바꿔주는 역할을 하는 광학필름으로서, 당 분야에서 일반적으로 편광기능을 수행할 수 있는 것이면 특별히 한정하지는 않는다.
일례로 PVA(폴리비닐알코올) 필름에 요오드나 이색성 염료를 염색시키고 이것을 일정방향으로 연신하여 제조된 편광자 또는 투명기판 위에 편광기능을 가진 미세한 패턴의 전도성 격자들이 있고 격자의 골과 마루에 절연층이 코팅되어 있는 박판 편광판 등이 사용될 수 있다.
편광자를 구성하는 폴리비닐알콜계 수지는 폴리아세트산비닐계 수지를 비누화함으로써 제조할 수 있다. 폴리아세트산비닐계 수지의 예로는, 아세트산 비닐의 단독 중합체인 폴리아세트산비닐 이외에, 아세트산비닐과 공중합 가능한 다른 단량체와의 공중합체 등을 들 수 있다. 아세트산비닐과 공중합 가능한 다른 단량체의 구체적인 예로는, 불포화 카르복시산류, 불포화 술폰산류, 올레핀류, 비닐에테르류, 암모늄기를 갖는 아크릴아미드류 등을 들 수 있다. 또한, 폴리비닐알콜계 수지는 변성된 것일 수도 있는데, 예를 들면 알데히드류로 변성된 폴리비닐포르말 또는 폴리비닐아세탈 등도 사용할 수 있다. 폴리비닐알콜계 수지의 비누화도는 통상 85 내지 100몰%, 바람직하게는 98몰% 이상일 수 있다. 또한, 폴리비닐알콜계 수지의 중합도는 통상 1,000 내지 10,000, 바람직하게는 1,500 내지 5,000이다.
이러한 폴리비닐알코올계 수지를 막으로 형성시켜 편광자로 사용한다. 폴리비닐알코올계 수지의 막 형성 방법은 특별히 제한되지 않으며, 공지된 다양한 방법을 이용할 수 있다. 폴리비닐알코올계 수지의 막 두께는 특별히 제한되지 않으며, 예를 들면 10 내지 150㎛일 수 있다.
편광자는 통상 상기와 같은 폴리비닐알코올계 필름을 일축 연신하는 공정, 이색성 색소로 염색하여 흡착시키는 공정, 붕산 수용액으로 처리하는 공정 및 수세와 건조하는 공정을 경유하여 제조된다.
폴리비닐알코올계 필름을 일축 연신하는 공정은 염색 전에 수행, 염색과 동시에 수행 또는 염색 후에 수행될 수 있다. 일축연신이 염색 후에 수행되는 경우에는 붕산 처리 전 또는 붕산 처리 중에 수행될 수도 있다. 물론, 이들 복수개의 단계로 일축 연신을 수행하는 것도 가능하다. 일축 연신은 주속이 다른 롤 또는 열 롤을 사용할 수 있으며, 대기 중에서 연신하는 건식 연신일 수도 있고 용매로 팽윤시킨 상태에서 연신하는 습식 연신일 수도 있다. 연신비는 통상 3 내지 8배이다.
연신된 폴리비닐알코올계 필름을 이색성 색소로 염색하는 공정은 예를 들면 이색성 색소를 함유하는 수용액에 폴리비닐알코올계 필름을 침지하는 방법이 이용될 수 있다. 이색성 색소의 구체적인 예로는 요오드 또는 이색성 염료가 이용된다. 또한, 폴리비닐알코올계 필름은 염색 전에 물에 미리 침지하여 팽윤시키는 것이 바람직하다.
이색성 색소로서 요오드를 사용하는 경우에는 통상 요오드 및 요오드화칼륨을 함유하는 염색용 수용액에 폴리비닐알코올계 필름을 침지하여 염색하는 방법을 이용할 수 있다. 통상 염색용 수용액에서의 요오드의 함량은 물(증류수) 100중량부에 대하여 0.01 내지 1중량부이고, 요오드화칼륨의 함량은 물 100중량부에 대하여 0.5 내지 20중량부이다. 염색용 수용액의 온도는 통상 20 내지 40℃이고, 침지시간 예컨대 염색시간은 통상 20 내지 1800초이다.
한편, 이색성 색소로서 이색성 유기염료를 이용하는 경우에는 통상 수용성 이색성 유기염료를 포함하는 염색용 수용액에 폴리비닐알코올계 필름을 침지하여 염색하는 방법을 이용할 수 있다. 염색용 수용액에서의 이색성 유기 염료의 함량은 물 100중량부에 대하여 통상 1×10-4 내지 10중량부, 바람직하게는 1×10-3 내지 1중량부인 것이 좋다. 염색용 수용액은 황산나트륨 등의 무기염을 염색 보조제로서 더 함유할 수 있다. 염색용 수용액의 온도는 통상 20 내지 80℃이고, 침지시간 예컨대 염색 시간은 통상 10 내지 1,800초이다.
염색된 폴리비닐알코올계 필름을 붕산 처리하는 공정은 붕산 함유 수용액에 침지함으로써 수행할 수 있다. 통상 붕산 함유 수용액에서의 붕산의 함량은 물 100중량부에 대하여 2 내지 15중량부, 바람직하게는 5 내지 12중량부인 것이 좋다. 이색성 색소로서 요오드를 이용한 경우의 붕산 함유 수용액은 요오드화칼륨을 함유하는 것이 바람직하며, 그 함량은 통상 물 100중량부에 대하여 0.1 내지 15중량부, 바람직하게는 5 내지 12중량부인 것이 좋다. 붕산 함유 수용액의 온도는 50℃ 이상, 바람직하게는 50 내지 85℃, 보다 바람직하게는 60 내지 80℃인 것이 좋고, 침지시간은 60 내지 1,200초, 바람직하게는 150 내지 600초, 보다 바람직하게는 200 내지 400초인 것이 좋다.
붕산 처리 후 폴리비닐알코올계 필름은 수세 및 건조된다. 수세처리는 붕산 처리된 폴리비닐알코올계 필름을 물에 침지함으로써 수행할 수 있으며, 수세처리 시 물의 온도는 5 내지 40℃이고, 침지시간은 1 내지 120초이다. 수세 후 건조됨으로써 편광자를 얻을 수 있다. 건조처리는 통상 열풍 건조기나 원적외선 가열기를 이용하여 수행할 수 있으며, 건조처리 온도는 통상 30 내지 100℃, 바람직하게는 50 내지 80℃이고, 건조시간은 통상 60 내지 600초, 바람직하게는 120 내지 600초인 것이 좋다.
편광자의 두께는 5 내지 40㎛일 수 있다.
본 발명에서 일축 연신된 포지티브 A 플레이트는 정면 위상차값(R0)이 10 내지 100nm, 굴절률비(NZ)가 0.9 내지 1.1이다.
포지티브 A 플레이트의 광학특성은 가시광선 영역내의 전파장에 대해서 하기의 수학식 1 내지 3에 의해 정의된다.
일반적으로 광원의 파장에 대한 언급이 없는 경우 가장 쉽게 얻을 수 있는 589nm에 대한 광특성이다. 여기서 Nx는 면내방향에서 굴절률이 가장 큰 축의 굴절률이고 Ny는 면내방향에서 Nx의 수직방향이며 Nz는 두께방향의 굴절률로 하기 도 2와 같이 표현된다.
Figure pat00001
(여기서, Nx, Ny는 면상 굴절률로서 Nx ≥ Ny이며, Nz는 필름의 두께 방향 굴절률, d는 필름의 두께를 나타냄)
Figure pat00002
(여기서, Nx, Ny는 위상차 필름의 면상 굴절률이고, d는 필름의 두께를 나타냄, 이때 Nx ≥ Ny이다)
Figure pat00003
(여기서, Nx, Ny는 면상 굴절률로서 Nx ≥ Ny, Nz는 필름의 두께 방향 굴절률, d는 필름의 두께를 나타냄)
Rth는 두께방향 위상차이며, 면내 평균굴절률에 대한 두께방향의 굴절률의 차이를 나타낸 것으로 실질적인 위상차라고 할 수 없는 참고치이다.
R0는 정면 위상차이며, 빛이 필름의 노멀방향(수직방향)을 통과했을 때 실질적인 위상차이다.
NZ는 굴절률비이며 위상차 필름의 플레이트의 종류를 구분할 수 있다. 위상차 필름의 플레이트의 종류는 위상차가 존재하지 않는 광축이 필름의 면내방향으로 존재하는 경우는 A 플레이트; 광축이 면의 수직방향으로 존재하는 경우는 C 플레이트; 및 광축이 두 개 존재할 때는 이축성 플레이트라고 한다.
일축 연신된 포지티브 A 플레이트의 정면 위상차값(R0)인 10 내지 100nm은 시야각을 확보하기 위하여 고려된 최적의 범위이다. 상기 일축 연신된 포지티브 A 플레이트의 정면 위상차값(R0)은 10 내지 80nm이 바람직하고, 10 내지 50nm이 보다 바람직하다.
또한, 굴절률비(NZ)인 0.9 내지 1.1은 포지티브 A 플레이트로서의 광학특성을 확보할 수 있는 범위이다.
본 발명의 일축 연신된 포지티브 A 플레이트는 양(+)의 굴절률 특성을 갖는 필름으로 이루어질 수 있다. 구체적으로 트리아세틸셀룰로오스(TAC), 시클로올레핀폴리머(COP), 시클로올레핀코폴리머(COC), 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET), 폴리프로필렌(PP), 폴리카보네이트(PC), 폴리술폰(PSF) 및 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA)로 이루어진 군에서 선택된 것이 사용될 수 있다.
또한 포지티브 A 플레이트는 상기 양(+)의 굴절률 특성을 갖는 필름을 일축 연신하여 제조된다. 연신된 필름은 필름을 구성하는 고분자의 배열이 변형되어 무연신된 필름에 비해 외부 환경 변화에 대한 민감도가 저하된다.
연신은 고정단 연신과 자유단 연신으로 구분된다. 고정단 연신은 필름을 연신하는 동안 연신하는 방향 이외의 길이를 고정시키는 방식이고 자유단 연신은 필름을 연신하는 동안 연신방향 이외의 방향에 대해 자유도를 부여하는 방식이다.
본 발명의 포지티브 A 플레이트는 자유단으로 일축 연신한다.
또한 연신 이외에 추가 공정을 적용하여 지상축(Slow Axis)의 방향, 위상차값 및 NZ의 값을 제어할 수 있으며, 이의 추가 공정은 당 분야에서 일반적으로 적용되는 공정으로 특별히 한정하지는 않는다.
일축 연신된 포지티브 A 플레이트는 그 지상축이 하판 편광판의 편광자 흡수축과 서로 평행하게 배치되도록 한다. 편광 기능이 부여된 폴리비닐알콜(PVA)층으로 이루어진 편광자는 편광판의 구성 중 고온 다습한 외부 환경에서 가장 민감하게 대응한다. 따라서 일축 연신된 포지티브 A 플레이트의 지상축과 편광자의 흡수축을 평행하게 배치하여 동일한 방향으로 물리적 거동을 하도록 유도함으로써 외부 환경에 대한 물리적 저항성을 향상시킬 수 있다.
보호필름은 편광자가 기계적으로 약하기 때문에 이를 보호하기 위한 필름을 통칭하는 것이다.
보호필름은 수지의 종류에 따라 투습도가 다르며, 투명성, 기계적 강도, 열안정성, 수분차폐성 및 등방성 등이 우수한 필름을 사용할 수 있다.
구체적인 예로는 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리에틸렌이소프탈레이트, 폴리에틸렌나프탈레이트, 폴리부틸렌테레프탈레이트 등의 폴리에스테르계 수지; 디아세틸셀룰로오스, 트리아세틸셀룰로오스 등의 셀룰로오스계 수지; 폴리카보네이트계 수지; 폴리메틸(메타)아크릴레이트, 폴리에틸(메타)아크릴레이트 등의 아크릴계 수지; 폴리스티렌, 아크릴로니트릴-스티렌 공중합체 등의 스티렌계 수지; 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 시클로계 또는 노르보르넨 구조를 갖는 폴리올레핀, 에틸렌-프로필렌 공중합체 등의 폴리올레핀계 수지; 염화비닐계 수지; 나일론, 방향족 폴리아미드 등의 아미드계 수지; 이미드계 수지; 폴리에테르술폰계 수지; 술폰계 수지; 폴리에테르술폰계 수지; 폴리에테르에테르케톤계 수지; 황화 폴리페닐렌계 수지; 비닐알코올계 수지; 염화비닐리덴계 수지; 비닐부티랄계 수지; 알릴레이트계 수지; 폴리옥시메틸렌계 수지; 에폭시계 수지 등과 같은 열가소성 수지로 이루어진 군에서 선택된 필름을 사용할 수 있으며, 상기 열가소성 수지의 블렌드물로 구성된 필름도 사용할 수 있다. 또한, (메타)아크릴계, 우레탄계, 아크릴우레탄계, 에폭시계, 실리콘계 등의 열경화성 수지 또는 자외선 경화형 수지로 된 필름을 사용할 수도 있다.
보호필름 중 상기 열가소성 수지의 함량은 50 내지 100중량%, 바람직하게는 50 내지 99중량%, 보다 바람직하게는 60 내지 98중량%, 가장 바람직하게는 70 내지 97중량%인 것이 좋다. 함량이 50중량% 미만인 경우에는 열가소성 수지가 가지고 있는 본래의 고투명성을 충분히 발현하지 못할 수 있다.
편광판은 통상 롤 대 롤(Roll To Roll)공정 및 매엽접합(Sheet to Sheet) 공정을 이용하여 제조된다. 바람직하기로는 수율 및 제조 공정상의 효율성 등을 고려하여 롤 대 롤(Roll To Roll)공정을 적용하는 것이 좋으며, 특히 PVA 편광자의 흡수축의 방향이 항상 MD방향으로 고정되기 때문에 이의 적용이 효과적이다.
본 발명에 따른 편광판은 고온 다습한 환경에 장시간 노출된 경우에도 물리적 저항성이 우수하여 설계된 위상차 보상 효과를 유지할 수 있다. 구체적으로 50℃, 80%RH하에서 3일 동안 정면 위상차값(R0)의 변화량이 0.5nm 미만이고, 두께방향 위상차값(Rth)의 변화량이 1nm 미만이다.
본 발명의 상기 편광판은 이를 하판 편광판으로 포함하는 IPS 모드 액정표시장치에 사용될 수 있다.
액정표시장치의 상판 편광판은 액정셀 쪽으로부터 등방성 보호필름, 편광자 및 보호필름의 순으로 적층된 것을 포함한다.
등방성 보호필름은 정면 위상차값(RO) 및 두께방향 위상차값(Rth)이 각각 10nm 미만, 바람직하기로는 5nm 미만인 것을 사용한다.
상판 편광판의 편광자 및 보호필름은 하판 편광판과 동일하다.
액정셀은 전압무인가 상태에서 시인측의 우측 수평 방향을 기준으로 반시계 방향을 정(+)방향으로 할 때 액정 배향 방향이 90°(S-IPS) 또는 액정 배향 방향이 0°(FFS)인 것을 사용할 수 있다.
S-IPS는 하기 수학식 4에 의해 정의되는 판넬 위상차값(Δn×d) 값이 589nm 파장에서 300nm 내지 330nm 범위이고, FFS는 370 내지 400nm 범위이다.
Figure pat00004
(여기서, ne는 액정의 이상광선 굴절률, no는 정상광선 굴절률, d는 셀 갭을 나타냄; 주. Δn, d는 벡터가 아닌 스칼라이다)
본 발명의 상판 편광판의 흡수축은 하판 편광판의 흡수축과 서로 직교하도록 구성된다. 이때 하판 편광자의 흡수축은 시인 측의 정면에서 볼 때 수직방향으로 위치하는 것이 바람직하다.
백라이트 유닛에 가까운 하판 편광자의 흡수축이 수직 방향일 때 하판 편광판을 통과한 빛은 수평방향으로 편광이 되며, 이는 판넬의 전압이 인가된 액정셀을 통과해 명(明)의 상태가 될 경우 빛은 수직 방향이 되어 흡수축이 수평방향인 시인 측의 상판 편광판을 통과한다. 이때 시인 측에서 흡수축이 수평방향인 편광 선글라스(편광 선글라스의 흡수축은 수평방향임)를 착용하고 있는 사람도 액정표시장치로부터 나온 빛을 인지할 수 있다. 만약 백라이트 유닛에 가까운 하판 편광판의 흡수축이 수평방향일 경우에는 편광 선글라스를 착용한 사람에게는 화상이 보이지 않게 되는 문제가 발생한다.
또한, 대형 액정표시장치의 경우 시인 쪽에서 화상이 잘 보이도록 하기 위해서는 인간의 주시야가 수직방향보다 수평방향이 넓다는 것을 고려하여 광고용 등의 특수 목적 액정표시장치를 제외한 일반적인 액정표시장치에서는 인간의 주시야가 수직방향보다 수평방향으로 넓기 때문에 4:3 또는 16:9의 형태로 제작되는 것이다. 따라서 시인측에서 봤을 때 하판 편광자의 흡수축은 수직, 상판 편광자의 흡수축은 평행으로 위치한다.
본 발명의 시야각 보상의 효과는 푸앙카레구상에 각 광학층을 통과할 때 편광상태 변화를 나타냄으로써 이해할 수 있다.
푸앙카레구는 특정 시각에서 편광상태의 변화를 표현하는데 아주 유용한 방법이므로 편광을 이용해 화상을 표시하는 액정표시장치에서 특정시각으로 진행하는 빛이 액정표시장치 내부 각각의 광학소자를 통과할 때 편광상태의 변화를 나타낼 수 있다.
본 발명의 특정 시각은 도 4에 나타난 반원좌표계에서 Φ=45°, θ=60°방향이고 이 방향으로 나오는 빛의 편광상태변화를 전파장에 대해 푸앙카레구상에 표현함으로써 파장분산성을 확인할 수 있다.
이하, 본 발명의 이해를 돕기 위하여 바람직한 실시예를 제시하나, 하기 실시예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐 본 발명의 범주 및 기술사상 범위 내에서 다양한 변경 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어서 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속하는 것도 당연한 것이다.
실시예 1
본 발명에 따른 각 광학필름과 액정셀 및 백라이트 등의 실측 데이터를 도 1에 나타난 바와 같은 구조로 TECH WIZ LCD 1D(사나이시스템, KOREA) 상에 적층하였다. 도 1의 구조를 구체적으로 설명하면 다음과 같다.
백라이트 측으로부터 하판 편광판(10), 전압 무인가 상태에서 시인측의 우측 수평 방향을 기준으로 반시계 방향을 정(+)방향으로 할 때 액정 배향 방향이 90°인 면상 스위칭 모드 액정셀(30) 및 상판 편광판(20)으로 구성되고, 상기 하판 편광판(10)은 액정셀쪽으로부터 포지티브 A 플레이트(14), 편광자(11) 및 보호필름(13) 및 이 적층되고, 상판 편광판(20)는 액정셀쪽으로부터 등방성 보호필름 (24), 편광자(21) 및 보호필름(23)으로 적층되도록 구성하였다.
액정셀은 LG Display사 42인치 판넬 LC420WU5에 적용된 것을 사용하였다.
한편, 본 발명의 실시예에서 사용된 각각의 광학필름 및 백라이트는 하기와 같은 광학적 물성을 갖는 것을 사용하였다.
먼저, 하판 편광판(10) 및 상판 편광판(20)의 편광자(11)(21)는 연신된 PVA에 요오드를 염색시켜 편광자 기능을 부여하고 이러한 편광자의 편광 성능은 370 내지 780nm 가시광선 영역에서 시감도 편광도 99.9% 이상, 시감도 단체투과율 41% 이상이다. 시감도 편광도와 시감도 단체투과율은 파장에 따른 투과축의 투과율을 TD(λ), 파장에 따른 흡수축의 투과율을 MD(λ), JIS Z 8701 : 1999에 정의된 시감도 보정치를
Figure pat00005
라고 할 때 하기 수학식 5 내지 9에 의해 정의된다. 여기서 S(λ)는 광원스펙트럼이며 보통 C광원을 사용한다.
Figure pat00006
Figure pat00007
Figure pat00008
Figure pat00009
Figure pat00010
각 필름의 방향에 따른 내부굴절률 차이로 인해 생기는 광학특성은 광원 589.3nm에서, 등방성 보호필름(24)은 정면 위상차값(R0)이 2nm이고 두께방향 위상차값(Rth)이 3nm이며, 포지티브 A 플레이트(14)는 정면 위상차값(R0)이 10nm이고 두께방향 위상차값(Rth)이 5nm이고 굴절률비(NZ)가 1.0인 것을 사용하였다. 포지티브 A 플레이트(14)는 자유단 연신하는 일축 연신 공정으로 상기의 광학특성을 갖도록 제조하였다.
이때 상기 하판 편광자(11)의 흡수축(12)과 포지티브 A 플레이트(14)의 지상축(15)은 평행하도록 구성하였다.
상기 등방성 보호필름(24) 및 포지티브 A 플레이트(14)은 두 장의 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA) 사이에 음의 굴절률 특성을 갖는 폴리스티렌(PS)층이 배치되도록 3중 공압출한 후 연신을 통해 위상차 필름(I-Film, Optes사, 일본)을 순차적으로 배치시켰다.
또한 상판 및 하판 편광판(10)(20)의 각각 바깥쪽 보호필름(13)(23)으로 입사광 589.3nm에 대해 두께방향 위상차값(Rth)이 50nm인 광학특성을 갖는 트리아세틸셀룰로오스(TAC)를 사용하였다. 백라이트 유닛(50)으로는 32인치 TV LC320WX4 모델(LG. PHILIPS LCD사)에 탑재된 실측 데이터를 사용했다.
실시예 2
상기 실시예 1과 동일하게 실시하되, 포지티브 A 플레이트(14)는 정면 위상차값(R0)이 30nm이고 두께방향 위상차값(Rth)이 15nm이고 굴절률비(NZ)가 1.0인 것을 사용하여 IPS 모드 액정표시장치를 제조하였다.
실시예 3
상기 실시예 1과 동일하게 실시하되, 포지티브 A 플레이트(14)는 정면 위상차값(R0)이 50nm이고 두께방향 위상차값(Rth)이 25nm이고 굴절률비(NZ)가 1.0인 것을 사용하여 IPS 모드 액정표시장치를 제조하였다.
실시예 4
상기 실시예 1과 동일하게 실시하되, 포지티브 A 플레이트(14)는 정면 위상차값(R0)이 80nm이고 두께방향 위상차값(Rth)이 40nm이고 굴절률비(NZ)가 1.0인 것을 사용하여 IPS 모드 액정표시장치를 제조하였다.
실시예 5
상기 실시예 1과 동일하게 실시하되, 포지티브 A 플레이트(14)는 정면 위상차값(R0)이 100nm이고 두께방향 위상차값(Rth)이 50nm이고 굴절률비(NZ)가 1.0인 것을 사용하여 IPS 모드 액정표시장치를 제조하였다.
비교예 1
상기 실시예 1과 동일하게 실시하되, 포지티브 A 플레이트(14) 대신에 정면 위상차값(R0)이 2nm이고 두께방향 위상차값(Rth)이 3nm인 등방성 보호필름(24)을 사용하여 IPS 모드 액정표시장치를 제조하였다.
비교예 2
상기 실시예 1과 동일하게 실시하되, 하판 편광자(11)의 흡수축(12)과 포지티브 A 플레이트(14)의 지상축(15)은 직교하도록 구성하여 IPS 모드 액정표시장치를 제조하였다.
시험예
상기 실시예 및 비교예에서 제조된 편광판 및 액정표시장치의 특성을 하기의 방법으로 측정하였다.
(1)액정표시장치의 편광도
30×30mm 크기의 편광판을 V7100을 이용하여 편광도를 측정하였다.
(2)하판 편광판의 위상차 변화량
하판 편광판의 위상차량 및 50℃온도, 80%RH의 챔버(고온/다습 챔버)에 하판 편광판을 투입하고 3일 경과한 후의 위상차량을 각각 측정하였다.
(3)액정표시장치의 편광상태 변화
푸앙카레구상에서 Φ=45°, θ=60°경사방향의 편광상태 변화를 측정하였다.
(4)하판 편광판의 얼룩발생여부
하판 편광판의 위상차량 및 50℃온도, 80%RH의 챔버(고온/다습 챔버)에 하판 편광판을 투입하고 3일 경과한 후의 얼룩발생 여부를 눈으로 확인하였다.
[얼룩발생의 정도 기준]
○ : 거의 발생되지 않음 △ : 보통 Ⅹ : 많이 발생됨
도 5는 실시예 1 내지 5 및 비교예 1 내지 2에서 제조된 액정표시장치의 편광도를 측정한 것으로, 편광도는 연신 유무에 따라 동등 범위를 나타낸다는 것을 확인할 수 있었다.
도 6은 실시예 3, 실시예 4(또는 실시예 5), 비교예 1 및 비교예 2에서 사용된 각각의 하판 편광판의 위상차 변화량을 나타낸 것으로 연신 유무에 따라 고온/다습 챔버에 투입 전후의 정면 위상차값 및 두께방향 위상차값의 변화량이 크게 달라진다는 것을 확인할 수 있었다. 위상차값의 변화량은 무연신 필름을 사용한 경우 연신 필름을 사용한 경우에 비해 현저히 크다는 것을 알 수 있다.
또한, 하기 표 1은 실시예 1 내지 5 및 비교예 1의 하판 편광판의 얼룩발생의 정도를 확인한 것으로, 본 발명의 복합 구성 편광판을 사용한 실시예 1 내지 5의 얼룩발생의 정도가 현저히 낮음을 확인할 수 있었다.
구분 실시예1 실시예2 실시예3 실시예4 실시예5 비교예1
얼룩발생정도 ○ ○ ○ ○ ○ Ⅹ
도 7은 실시예 1 내지 5 및 비교예 1 에서 제조된 액정표시장치의 편광상태 변화를 나타낸 것이다. 구체적으로 푸앙까레구상에서 550nm광을 기준으로 제1 편광판(10)의 편광자(11)를 통과했을 때, 출발의 편광상태를 나타내며, 포지티브 A 플레이트(14), 액정셀(30), 등방성 보호필름(24) 순으로 통과한 후 편광상태가 도착지점에 도달한다. 각각의 실시예 1 내지 5 및 비교예 1 은 거의 유사한 편광상태의 변화를 나타냄을 알 수 있다.
다만 비교예 2는 편광자의 흡수축과 위상차 필름의 지상축이 서로 직교하여 도 8과 같이 본 발명과는 전혀 상이한 편광상태 변화를 나타내며, 시야각 확보 및 시감도 변화가 클 것으로 예상된다.
따라서, 본 발명에 따른 편광판은 고온 다습한 환경에 장시간 노출된 경우에도 물리적 저항성이 우수하여 설계된 위상차 보상 효과를 유지할 수 있다. 또한 이를 하판 편광판으로 포함한 액정표시장치는 고온 다습한 환경 하에서도 우수한 시야각 확보가 가능하다.

Claims (9)

  1. 편광자의 한 면에는 일축 연신된 포지티브 A 플레이트, 다른 한 면에는 보호필름이 구비되어 있고, 상기 포지티브 A 플레이트는 정면 위상차값(R0)이 10 내지 100nm, 굴절률비(NZ)가 0.9 내지 1.1이고, 그 지상축이 편광자의 흡수축과 평행하게 접합된 IPS 모드 액정표시장치용 편광판.
  2. 청구항 1에 있어서, 포지티브 A 플레이트는 정면 위상차값(R0)이 10 내지 80nm인 IPS 모드 액정표시장치용 편광판.
  3. 청구항 2에 있어서, 포지티브 A 플레이트는 정면 위상차값(R0)이 10 내지 50nm인 IPS 모드 액정표시장치용 편광판.
  4. 청구항 1에 있어서, 일축 연신된 포지티브 A 플레이트는 트리아세틸셀룰로오스(TAC), 시클로올레핀폴리머(COP), 시클로올레핀코폴리머(COC), 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET), 폴리프로필렌(PP), 폴리카보네이트(PC), 폴리술폰(PSF) 및 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA)로 이루어진 군에서 선택된 것으로 이루어진 것인 IPS 모드 액정표시장치용 편광판.
  5. 편광자의 한 면에는 일축 연신된 포지티브 A 플레이트, 다른 한 면에는 보호필름이 구비되어 있고, 상기 포지티브 A 플레이트는 정면 위상차값(R0)이 10 내지 100nm, 굴절률비(NZ)가 0.9 내지 1.1이고, 그 지상축이 편광자의 흡수축과 평행하게 접합된 편광판을 하판 편광판으로 포함하는 IPS 모드 액정표시장치.
  6. 청구항 5에 있어서, 포지티브 A 플레이트는 정면 위상차값(R0)이 10 내지 80nm인 IPS 모드 액정표시장치.
  7. 청구항 6에 있어서, 포지티브 A 플레이트는 정면 위상차값(R0)이 10 내지 50nm인 IPS 모드 액정표시장치.
  8. 청구항 5에 있어서, 액정셀 쪽으로부터 등방성 보호필름, 편광자 및 보호필름의 순으로 적층된 상판 편광판을 포함하는 IPS 모드 액정표시장치.
  9. 청구항 5에 있어서, 등방성 보호필름은 정면 위상차값(RO) 및 두께방향 위상차값(Rth)이 각각 10nm 미만인 IPS 모드 액정표시장치.
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