KR20110077105A - 편광판 및 그를 이용한 액정표시장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 색좌표 기능을 갖는 편광판 및 그를 이용한 액정표시장치에 관한 것이다. 본 발명의 실시예에 따른 편광판은 제 1 방향의 입사광은 흡수하고 상기 제 1 방향에 수직한 제 2 방향의 입사광은 투과시키는 편광매질; 상기 편광매질의 적어도 일면상에 형성되어 상기 편광매질을 보호하는 보호층; 및 상기 보호층 상에 형성되며, 상기 입사광으로부터 미리 정해진 색에 대응하는 파장대를 갖는 광을 흡수하고 나머지 광은 상기 보호층으로 투과시키는 컬러 흡수층을 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

편광판 및 그를 이용한 액정표시장치{POLARIZER AND LIQUID CRYSTAL DISPLAY USING THE SAME}
본 발명은 편광판 및 그를 이용한 액정표시장치에 관한 것으로 제조방법에 관한 것으로, 특히 색좌표 변경기능을 갖는 편광판 및 그를 이용한 액정표시장치에 관한 것이다.
일반적으로 액정표시장치는 액정패널, 액정패널의 상부에 구비되는 상측 편광판, 액정패널의 하부에 구비되는 하측 편광판, 및 하측 편광판에 광을 공급하는 백라이트 유닛을 포함한다. 액정패널은 컬러필터 기판, 컬러필터 기판과 대향하는 TFT어레이 기판, 컬러필터 기판과 TFT어레이 기판 사이에 개재된 액정층으로 이루어진다.
액정표시장치에서는 액정층에 인가된 전계에 의해 액정패널에 표시되는 계조가 결정되는데, 액정층에 인가되는 전계의 크기에 따라 블랙 계조로부터 화이트 계조까지 표현된다. 예컨대, 인가된 전계가 높으면 화이트 계조가 표시되어 액정표 시장치의 화면은 전체저으로 밝지만 액정층에 인가되는 전계가 낮으면 블랙계조가 표시되어 액정표시장의 화면은 전체적으로 어둡게 표시되어 블랙으로부터 화이트까지의 계조표현이 가능하게 된다.
상측 편광판과 하측 편광판은 각각 별개의 편광축을 가지며 상측 편광판의 상측 편광축과 하측 편광판의 하측 편광축은 서로 직교한다. 상측 및 하측 편광축은 입사된 광 중 자신과 나란한 방향의 광성분을 흡수하는 광흡수축이다. 따라서, 상측 및 하측 편광판은 입사된 광을 하나의 방향 성분을 갖는 광으로 편광한다. 종래의 액정표시장치에서 하측 편광판은 백라이트 유닛으로부터 입사되는 광을 편광하고 액정패널에는 하측 편광판에 의해 편광된 광이 공급된다. 편광된 광은 액정패널로 공급된 후 액정층에 의해 성분이 변화되어 상측 편광판으로 공급된다. 상측 편광판은 액정패널로부터 입사된 광을 편광하여 출사한다.
그런데, 액정표시장치의 백라이트 유닛으로부터 공급되는 광을 제공하기 위해 사용되는 광원이 CCFL(Cold Cathode Fluorescent Lamp), HCFL(Hot Cathode Fluorescent Lamp), EEFL(External Electrode Fluorescent Lamp), LED(Light Emitting Diode) 등 다양화 되면서 각 광원에 사용되는 형광체 및 발광원리에 따라 발생되는 분광 스펙트럼이 일치하지 않게 되었으며, 동일 종류의 광원이라고 하여도 제품에 따라 분광 스펙트럼의 산포가 커서 균일한 색좌표를 생성할 수 없는 문제점이 있었다. 또한 각 광원의 스펙트럼은 액정표시장치에서는 불필요한 파장대의 빛을 포함하고 있어 색순도를 저하시키고 있기 때문에 색좌표를 규격에 맞추어야만 했다. 그러나, 특정제품에 대해 색좌표를 변경하기 위해서는 기존 광원에 사 용되는 형광체 및 컬러필터의 안료 또는 염료의 재료를 새롭게 개발지 않으면 안되었으며, 이 경우 많은 개발시간의 소요와 함께 백라이트 유닛 및 컬러필터 제조 비용을 상승시키는 등의 문제점이 있었다.
본 발명의 목적은 상기 종래 기술의 문제점들을 해결하기 위한 것으로, 액정표시장치의 색좌표 변경을 위한 번거로운 작업이나 백라이트 유닛 및 컬러필터 제조비용을 상승시킴 없이 간단하게 색좌표를 변경할 수 있는 편광판 및 그 제조방법과 그를 이용한 액정표시장치를 제공하는 것에 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 실시예에 따른 편광판은 제 1 방향의 입사광은 흡수하고 상기 제 1 방향에 수직한 제 2 방향의 입사광은 투과시키는 편광매질, 상기 편광매질의 적어도 일면상에 형성되어 상기 편광매질을 보호하는 보호층, 및 상기 보호층 상에 형성되며, 상기 입사광으로부터 미리 정해진 색에 대응하는 파장대를 갖는 광을 흡수하고 나머지 광은 상기 보호층으로 투과시키는 컬러 흡수층을 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 액정표시장치는 화상을 표시하는 액정모듈, 상기 액정모듈에 광을 공급하는 백라이트 유닛, 상기 액정모듈의 상측에 배치되어 상기 액정모듈로부터 출력되는 광을 편광하는 제 1 편광판, 및 상기 액정모듈과 상기 백라이트 유닛 사이에 배치되어 상기 백라이트로부터 출사되는 광으로부터 미리 정해진 색에 대응하는 파장대를 갖는 광은 흡수하고 나머지 광은 투과시키는 컬러 흡수층을 구비하며, 상기 컬러 흡수층을 투과한 광을 편광하는 제 2 편광판을 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 구성에서, 컬러흡수층은 베이스 필름과, 상기 베이스 필름의 적어도 일부분 상에 형성되는 컬러층을 포함한다.
또한, 컬러층은 적색, 녹색, 청색, 황색, 자홍색(magenta), 청록색(cyan), 오렌지색 중 적어도 하나의 색을 갖는 염료 또는 안료를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 컬러층은 금속착염염료를 포함하며, 상기 금속착염염료는 O,O'-디히드록시아조, O-히드록시-O'-아미노아조, O-히드록시-O'카르복시아조 구조 중 어느 하나를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 실시예에 따른 편광판 및 이를 이용한 액정표시장치에 의하면 편광판의 광입사면에 컬러흡수층을 형성함으로써 백라이트 유닛의 광원의 스펙트럼을 조절하거나 컬러필터의 안료 또는 염료의 제조 및 공정조건을 변경하지 않고도 각 제품 모델의 스펙에 맞는 색좌표를 구현할 수 있게 될 뿐 아니라 편광판의 두께증가도 없게 된다. 따라서 각종 색규격 및 수요자의 개별적 요구에 따른 색좌표에 맞는 모델 개발을 위한 컬러필터 재료 및 공정의 개발시간과 그에 따른 비용을 절감할 수 있는 효과를 얻을 수 있다.
이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 편광판 및 그를 이용한 액정표시장치에 대해 상세히 설명하기로 한다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 나타낸다.
우선, 도 1 및 2를 참조하여 본 발명의 실시예에 따르는 편광판에 대해 설명하기로 한다. 도 1은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 편광판의 단면도이고, 도 2는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 편광판의 단면도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 제 1 실시예에 따르는 편광판(500)은 입사광을 편광시키는 편광매질(511), 편광매질(511) 양면에 형성되어 편광매질(511)을 보호하는 제 1 및 제 2 트리아세틸셀룰로오스(Tri-Acetyl Cellulose : 이하 , "TAC"라 함)층(513, 515), 제 1 TAC층(513) 또는 제 2 TAC층(515) 중 광입사측의 TAC층(제 1 실시예에서는 제 2 TAC층)에 접착층(530)에 의해 부착되는 컬러 흡수층(520)을 포함한다.
편광매질(511)은 주로 폴리 비닐 알코올(Poly-Vinyl alcohol : 이하 "PVA"라 함) 필름에 요오드와 같은 할로겐염 결정을 흡착시킨 후 PVA 필름을 특정방향으로 연신시켜 요오드 결정들이 연신방향에 나란히 정렬되게 함으로써 형성된다. 요오드 결정은 자신의 제 1 방향으로 입사된 빛을 흡수하고 상기 제 1 방향에 수직한 제 2 방향으로 입사되는 빛을 투과시킴으로써 편광기능을 달성하고 있다.
컬러 흡수층(520)은 폴리에틸렌 등으로 형성된 베이스 필름(521)과, 베이스 필름(521)의 일부 또는 전면 상에 형성되는 컬러층(523)을 포함한다. 컬러층(523)은 적색, 녹색, 청색, 황색, 자홍색(magenta), 청록색(cyan), 오렌지색 중 적어도 하나의 색을 갖는 염료 또는 안료로 된 층이다. 적색, 녹색, 청색, 황색, 자홍색(magenta), 청록색(cyan), 오렌지색 등의 다양한 염료 또는 안료 중 적어도 하나의 색을 갖는 염료 혹은 안료를 이용하여 형성된 층이다. 염료는 섬유 등 착색제를 의미하는 광의의 염료와, 물, 기름에 녹아 단분자로 분산하여 섬유 등의 분자와 결합하여 착색하는 유색물질을 의미하는 협의의 염료를 모두 포함한다. 또한 안료는 물 및 대부분의 유기용제에 녹지 않는 분말상의 착색제이다. 안료는 백색 또는 유색이며 아마인유, 니스, 합성수지액, 아라비아고무 등 전색제(展色劑)에 섞어서 도료, 인쇄잉크, 그림물감 등을 만들어 물체 표면에 착색하거나 고무, 합성수지 등에 직접 섞어서 착색한다.
본 발명의 컬러 흡수층(520)을 형성하기 위한 재료로서는 염료분자와 금속이온이 적절한 비율로 혼합된 금속착염염료(metal complex dyes)를 이용하는 것이 바람직하다. 금속착염염료는 염료 제조공정에서 이미 금속착염으로 되어 있는 염료인 것이 바람직하며, 매염염료, 산성매염염료 또는 일부의 직접 염료처럼 염색공정 중에 금속착염이 되는 염료는 여기에 포함되지 않는다. 금속착염염료를 구성하는 염료분자는 착염 형성능력을 가져야 하며, O,O'-디히드록시아조, O-히드록시-O'-아미노아조, O-히드록시_O'카르복시아조 구조 중 어느 하나를 포함하는 것이 바람직 하다. 또한 금속착염염료를 구성하는 금속 이온은 크롬(III), 구리(II), 니켈(II), 코발트(III) 등을 포함한다. 금속착염염료는 염료분자와 금속이온의 결합비에 의해서 Neolan 염료와 Palatin Fast 염료가 혼합된 것과 Irgalan 염료와 Cibalan 염료가 혼합된 종류가 있으며, 전자는 균염성(均染性)을 얻기 위하여 상당히 강한 산성을 필요로 하나 후자는 약산성 및 중간산성에서 염색이 가능하므로 활용도가 높다할 수 있다. 또한, 후자의 금속착염염료는 용해성을 염료분자 대 크롬의 비율을 2:1로 하여 얻을 수 있으며(염료는 음전하를 가짐), 술폰산기 등 해리성기를 함유하고 있지 않다. 다만 염료분자가 클 경우에는 술폰아미드기 정도의 친수성기를 함유하도록 할 수도 있다.
도 2를 참조하면 본 발명의 제 2 실시예에 따르는 편광판(500')은 입사광을 편광시키는 PVA 필름(511), PVA 필름(511)의 일면에 형성되어 PVA 필름(511)을 보호하는 제 1 TAC층(513), 접착층(530)에 의해 제 1 TAC층(513)에 부착되는 컬러흡수층(520)을 포함한다. 제 2 실시예의 편광판(500')은 편광매질(511)의 일면에만 TAC층이 형성된다는 점에서 제 1 실시예의 편광판(500)과 다르며, 나머지 구성요소는 제 1 실시예에 기재된 구성요소와 동일하므로 여기에서는 그에 대한 설명을 생략한다.
다음으로, 도 3a 및 도 3b를 참조하여 본 발명의 제 1 또는 제 2 실시예에 따르는 편광판(500, 500')의 컬러 흡수층(520)의 제조방법에 대해 설명하기로 한다.
도 3a를 참조하면, 폴리에틸렌 등으로 형성된 베이스 필름(521)을 준비하고, 베이스 필름(521)의 일부 또는 전면 상에 적색, 녹색, 청색, 황색, 자홍색(magenta), 청록색(cyan), 오렌지색 중 적어도 하나의 색을 갖는 염료 또는 액상 안료로 된 컬러층(523)을 코팅한다. 컬러층(523)의 코팅은 액상 염료 또는 액상 안료를 수용하는 내부 수용부와 이 수용부로부터 액상 염료 또는 액상 안료를 외부로 토출하는 노즐을 구비한 잉크젯 장치 등에 의해 수행될 수 있다. 또한, 프린팅 롤러의 외주를 감싸도록 구비된 프린팅 플레이트와 프린팅 롤러와 맞물리는 전사롤러를 갖는 프린팅 장치를 이용하여 수행될 수도 있다.
도 3b를 참조하면, 베이스 필름(521) 상에 형성된 컬러층(523)에 열 또는 자외선을 조사하여 컬러층(523)을 경화시킨다.
다음으로, 도 4를 참조하여 본 발명의 제 1 또는 제 2 실시예에 따르는 편광판(500, 500')을 이용한 액정표시장치에 대해 설명하기로 한다. 도 4는 발명의 실시예에 따른 편광판을 이용한 액정표시장치를 개략적으로 도시한 단면도이다. .
도 4를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따르는 액정표시장치는 액정모듈, 액정모듈의 상부에 배치된 상측 편광판(400), 액정모듈의 하측에 형성되는 배치된 하측 편광판(500, 500') 및 하측 편광판(500, 500')에 광을 공급하는 백라이트 유닛(600)을 포함한다.
액정모듈은 컬러필터 어레이 기판(100), 컬러필터 어레이 기판(100)과 대향하도록 배치되는 박막트랜지스터 어레이 기판(200) 및 컬러필터 어레이 기판(100)과 박막트랜지스터 어레이 기판(200) 사이에 형성되는 액정층(300)을 포함한다.
컬러필터 어레이 기판(100)은 제 1 기판(110), 제 1 기판(110) 상에 형성되 는 적색, 녹색, 청색 컬러필터(130), 상기 컬러필터들 사이에 형성되어 컬러필터들의 영역을 분리하고 빛샘 현상을 방지하기 위한 블랙 매트릭스(120) 등을 포함한다. 박막트랜지스터 어레이 기판(200)은 제 2 기판(210)과 제 2 기판(210) 상에 매트릭스 형태로 형성되는 다수의 박막트랜지스터(도시생략)를 구비하는 박막 트랜지스터 어레이(220) 등을 포함한다.
컬러필터 어레이 기판(100)의 상부에 배치된 상측 편광판(400)은 본 발명의 실시예에 따른 컬러 흡수층이 형성되지 않은 일반적인 편광판이다.
박막트랜지스터 어레이 기판(200)의 하측에 형성되는 하측 편광판(500, 500')은 본 발명의 제 1 및 제 2 실시예에 따르는 편광판(500, 500')으로서 베이스층(521)과 컬러층(523)으로 구성되는 컬러 흡수층(520)을 포함하고 있다. 본 발명의 실시예에서는 백라이트 유닛(600)으로부터 공급되는 광이 컬러 흡수층(520)의 베이스층(521)을 통해 컬러층(523)에 입사되도록 형성되어 있다.
이와 같은 구성의 액정표시장치에 따르면 하측 편광판(500, 500')의 광 입사면에 컬러 흡수층(520)이 형성되므로 액정표시장치의 색좌표를 용이하게 변경할 수 있게 된다.
도 5는 종래의 액정표시장치로 출력된 광과 본 발명의 실시예에 따른 액정표시장치에서 출력된 광의 비교를 통해 화이트 색좌표가 변경되었음을 나타내 주는 그래프로서, 도 5를 참조하면, 상이한 색의 컬러층(523)을 적용한 컬러 흡수층(520)을 구비하는 편광판들(A, B, C)에 의해 색좌표가 변경되었음을 확인할 수 있다.
도 6은 백라이트 유닛에서 출력된 광과 본 발명의 실시예에 따른 편광판의 컬러흡수층(520)을 통해 출력된 광의 스펙트럼을 비교한 그래프이다. 백라이트 유닛(600)을 통해 출력된 광과 본 발명의 실시예에 따른 컬러 흡수층(520)을 구비한 편광판(500, 500')을 적용한 액정표시장치를 통해 출력되는 광 사이에 변화가 있음을 보여주고 있다.
이상 설명한 내용을 통해 당업자라면 본 발명의 기술사상을 일탈하지 아니하는 범위에서 다양한 변경 및 수정이 가능함을 알 수 있을 것이다. 예컨대, 본 발명의 실시예에서는 상측에 컬러필터 어레이 기판이 형성되고 하측에 박막트랜지스터 어레이 기판이 형성되는 것을 예로 들어 설명하였으나 이는 단지 예시적이 사항이므로 본 발명의 기술적 사상은 이에 한정되지 않고 하측에 컬러필터 어레이 기판이 형성되고 상측에 박막트랜지스터 어레이 기판이 형성되는 경우에도 적용가능하며, 백라이트 유닛으로 광이 입사되는 측의 어레이 기판에 본 발명의 실시예에 따르는 편광판이 형성되면 적용가능하다. 따라서, 본 발명의 기술적 범위는 명세서의 상세한 설명에 기재된 내용으로 한정되는 것이 아니라 특허 청구의 범위에 의해 정하여져야만 할 것이다.
도 1은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 편광판의 단면도.
도 2는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 편광판의 단면도.
도 3a 및 도 3b는 본 발명의 실시예에 따른 편광판의 컬러 흡수층 제조공정을 도시한 단면도.
도 4은 발명의 실시예에 따른 편광판을 이용한 액정표시장치를 개략적으로 도시한 단면도.
도 5는 종래의 액정표시장치로 출력된 광과 본 발명의 실시예에 따른 액정표시장치에서 출력된 광의 비교를 통해 화이트 색좌표가 변경되었음을 나타내 주는 그래프.
도 6은 백라이트 유닛에서 출력된 광과 본 발명의 실시예에 따른 편광판을 구비한 액정표시장치에서 출력된 광의 스펙트럼을 비교한 그래프.
〈도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명〉
100 : 컬러필터 어레이 기판 110 : 제 1 기판
120 : 블랙 매트릭스 130 : 컬러필터
200 : 박막트랜지스터 어레이 기판 210 : 제 2 기판
220 : 박막트랜지스터 어레이 300 : 액정층
400 : 상측 편광판 500, 500' : 하측 편광판
511 : 편광매질(PVA 필름) 513, 515 : TAC층
520 : 컬러 흡수층 521 : 베이스층
523 : 컬러층 600 : 백라이트 유닛

Claims (8)

  1. 제 1 방향의 입사광은 흡수하고 상기 제 1 방향에 수직한 제 2 방향의 입사광은 투과시키는 편광매질;
    상기 편광매질의 적어도 일면상에 형성되어 상기 편광매질을 보호하는 보호층; 및
    상기 보호층 상에 형성되며 상기 입사광으로부터 미리 정해진 색에 대응하는 파장대를 갖는 광을 흡수하고 나머지 광은 상기 보호층으로 투과시키는 컬러 흡수층을 포함하는 것을 특징으로 하는 편광판.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 컬러흡수층은 베이스 필름과, 상기 베이스 필름의 적어도 일부분 상에 형성되는 컬러층을 포함하는 것을 특징으로 하는 편광판.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 컬러층은 적색, 녹색, 청색, 황색, 자홍색(magenta), 청록색(cyan), 오렌지색 중 적어도 하나의 색을 갖는 염료 또는 안료를 포함하는 것을 특징으로 하는 편광판.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 컬러층은 금속착염염료를 포함하며, 상기 금속착염염료는 O,O'-디히드록시아조, O-히드록시-O'-아미노아조, O-히드록시_O'카르복시아조 구조 중 어느 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 편광판.
  5. 화상을 표시하는 액정모듈;
    상기 액정모듈에 광을 공급하는 백라이트 유닛;
    상기 액정모듈의 상측에 배치되어 상기 액정모듈로부터 출력되는 광을 편광하는 제 1 편광판; 및
    상기 액정모듈과 상기 백라이트 유닛 사이에 배치되어 상기 백라이트로부터 출사되는 광으로부터 미리 정해진 색에 대응하는 파장대를 갖는 광은 흡수하고 나머지 광은 투과시키는 컬러 흡수층을 구비하며, 상기 컬러 흡수층을 투과한 광을 편광하는 제 2 편광판을 포함하는 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 컬러 흡수층은 베이스 필름과, 상기 베이스 필름의 적어도 일부분 상에 형성되는 컬러층을 포함하는 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 컬러층은 적색, 녹색, 청색, 황색, 자홍색(magenta), 청록색(cyan), 오렌지색 중 적어도 하나의 색을 갖는 염료 또는 안료를 포함하는 것을 특징으로 하 는 액정표시장치.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 컬러층은 금속착염염료를 포함하며, 상기 금속착염염료는 O,O'-디히드록시아조, O-히드록시-O'-아미노아조, O-히드록시_O'카르복시아조 구조 중 어느 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
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