KR20130054839A

KR20130054839A - 고분자 분산형 액정 표시장치

Info

Publication number: KR20130054839A
Application number: KR1020110120465A
Authority: KR
Inventors: 최광휘; 김연수; 김배인; 김창근; 정갑하; 이승철
Original assignee: 도레이첨단소재 주식회사
Priority date: 2011-11-17
Filing date: 2011-11-17
Publication date: 2013-05-27
Also published as: KR101335663B1

Abstract

본 발명은 고분자 분산형 액정 표시장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 광원에서 발생한 빛이 고분자 분산형 액정 표시 소자부를 투과할 때 발생되는 광손실을 최소화하고 높은 휘도의 이미지나 문자 등을 제공할 수 있는 고분자 분산형 액정 표시장치에 관한 것이다. 이를 위해 본 발명에 따른 고분자 분산형 액정 표시장치는 제1기판과 상기 제1기판 바닥면에 형성된 제1투명전극과 상기 제1투명전극 바닥면에 형성된 고분자 분산형 액정과 상기 고분자 분산형 액정 바닥면에 형성된 제2투명전극과 상기 제2투명전극 바닥면에 형성된 제2기판과 상기 제2기판 바닥면에 형성된 접착층과 상기 접착층 바닥면에 형성된 광원을 포함하되, 상기 제2기판과 상기 접착층 사이와 상기 제1기판 상부에 적어도 하나의 고굴절율층이 형성된 것을 특징으로 한다.

Description

고분자 분산형 액정 표시장치{Polymer Dispersed Liquid Crystal Display Device}

본 발명은 고분자 분산형 액정 표시장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 광원에서 발생한 빛이 고분자 분산형 액정 표시 소자부를 투과할 때 발생되는 광손실을 최소화하고 높은 휘도의 이미지나 문자 등을 제공할 수 있는 고분자 분산형 액정 표시장치에 관한 것이다.

일반적으로, 고분자 분산형 액정(Polymer Dispersed Liquid Crystal, 이하 "PDLC"로 약칭함) 표시소자는 고분자와 액정이 균일하게 혼합된 고분자 분산형 액정층에 전기장을 인가함으로서 고분자와 액정의 굴절률을 변화시켜 빛을 산란 또는 투과시키는 디스플레이 장치이다. 이러한 고분자 분산형 액정 디스플레이 장치는 외부에서 인가되는 전기장에 의해서 빛을 개폐시킬 수 있는 장점이 있으며, 또한 저전력 소비, 저전압 구동인 동시에 소형, 박형 및 경량인 것이 특징이다.

먼저, 상기 고분자 분산형 액정은 예컨대 한국 등록특허 제10-0171558호 및 특허공개공보 제10-2011-0053642호에 상세히 나와 있으므로, 이에 대한 설명은 본 명세서에서 생략하기로 한다.

이하, 도면을 참조하여 종래의 고분자 분산형 액정표시소자에 대해 구체적으로 살펴보기로 한다. 도 1은 종래 기술에 의한 고분자 분산형 액정표시소자의 단면도이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 고분자 분산형 액정 표시소자부(10)는 고분자에 분산되어 있는 액정의 광투과량을 변경하여 화상을 표시하는 표시장치로서, 먼저 제1기판(100)과 제2기판(200)이 위치하고, 상기 제1기판(100)과 제2기판(200) 내측에 각각 제1투명전극(110)과 제2투명전극(210)이 위치하고, 상기 제1 투명전극(110)과 제2 투명전극(210) 사이에 고분자 분산형 액정(300)이 위치하고, 상기 고분자 분산형 액정표시 소자부(10) 하부에는 광원장치(20)를 구성한다.

그러나 상기 광원장치(20)에서 생성된 광원이 고분자 분산형 액정 표시소자부(10)를 투과할 때, 굴절율이 서로 다른 제2기판(200), 제2투명전극(210), 고분자 분산형 액정(300), 제1투명전극(110), 제1기판(100)의 다수의 층을 통과하여 비로소 제1기판(100) 상부에 이미지나 문자 등에 화상을 구현할 수 있는바, 광원장치(20)에서 발생된 빛이 상기와 같은 굴절율이 서로 다른 다수에 층을 투과할 때 빛의 흡수 및 굴절에 따른 에지부분으로의 빛샘으로 상당량에 광 손실이 발생되고 있으며, 이로 인해 제1기판(100)상에 구현되는 이미지나 문자 등의 휘도가 감소되는 문제점이 발생한다.

한국 등록특허 제10-0171558호 한국 특허공개공보 제10-2011-0053642호

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로서, 본 발명의 목적은 광원에서 발생한 빛이 고분자 분산형 액정 표시 소자부를 투과할 때 발생되는 광손실을 최소화하고 높은 휘도의 이미지나 문자 등을 제공할 수 있는 고분자 분산형 액정 표시장치를 제공하고자 하는 것이다.

본 발명의 상기 및 다른 목적과 이점은 바람직한 실시예를 설명한 하기의 설명으로부터 보다 분명해 질 것이다.

상기 목적은, 제1기판과 상기 제1기판 바닥면에 형성된 제1투명전극과 상기 제1투명전극 바닥면에 형성된 고분자 분산형 액정과 상기 고분자 분산형 액정 바닥면에 형성된 제2투명전극과 상기 제2투명전극 바닥면에 형성된 제2기판과 상기 제2기판 바닥면에 형성된 접착층과 상기 접착층 바닥면에 형성된 광원을 포함하되, 상기 제2기판과 상기 접착층 사이와 상기 제1기판 상부에 적어도 하나의 고굴절율층이 형성된 것을 특징으로 하는 고분자 분산형 액정 표시장치에 의해 달성된다.

여기서, 상기 제1투명전극과 제2투명전극 테두리에는 적어도 하나의 금속도선이 연결되는 것을 특징으로 한다.

바람직하게는, 상기 제1투명전극과 제2투명전극은 상기 제1기판과 제2기판 상에 도전층이 적층된 구조이고, 상기 도전층은 ITO 또는 도전성 폴리머인 것을 특징으로 한다.

바람직하게는, 상기 제1기판과 상기 제2기판은 유리(Glass) 또는 폴리에틸렌테레프탈레이트인 것을 특징으로 한다.

바람직하게는, 상기 고분자 분산형 액정은 액정과 고분자 매트릭스로 이루어지며, 상기 고분자 매트릭스는 모노머, 광개시제, 커플링제, 올리고머 및 스페이서를 포함하되, UV조사에 의해 형성된 것을 특징으로 한다.

바람직하게는, 상기 고굴절율층의 수지는 (메타)아크릴레이트 화합물인 것을 특징으로 한다.

바람직하게는, 상기 고굴절율층은 굴절율 상승을 위해 금속미립자 또는 금속산화물 미립자를 포함하는 것을 특징으로 한다.

바람직하게는, 상기 금속미립자 또는 금속산화물 미립자의 평균 1차 입경(구상당 지름:BET법)은 0.005∼0.2㎛인 것을 특징으로 한다.

바람직하게는, 상기 고굴절율층의 두께는 1㎛∼50㎛인 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따르면, 광원에서 발생한 빛이 고분자 분산형 액정 표시 소자부를 투과할 때 제1기판 및 제2기판 중 적어도 한 곳에 고굴절율층을 추가함으로써, 투과되는 빛의 굴절각을 줄여 에지부분으로의 빛샘에 의한 광 손실을 최소화하고 최종 제1기판 상부에 형성되는 이미지나 문자 등의 휘도를 높일 수 있는 등의 효과를 가진다.

도 1은 종래의 고분자 분산형 액정 표시장치의 단면도.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 고분자 분산형 액정 표시장치의 단면도.

이하, 본 발명의 실시예와 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명한다. 이들 실시예는 오로지 본 발명을 보다 구체적으로 설명하기 위해 예시적으로 제시한 것일 뿐, 본 발명의 범위가 이들 실시예에 의해 제한되지 않는다는 것은 당업계에서 통상의 지식을 가지는 자에 있어서 자명할 것이다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 고분자 분산형 액정 표시장치의 단면도이다. 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 고분자 분산형 액정표시장치는 제1기판(100)과 상기 기판 바닥면에 형성된 제1투명전극(110)과 상기 제1투명전극(110) 바닥면에 형성된 고분자 분산형 액정(300)과 상기 고분자 분산형 액정(300) 바닥면에 형성된 제2투명전극(210)과 상기 제2투명전극(210) 바닥면에 형성된 제2기판(200)과 상기 제2기판(200) 바닥면에 형성된 고굴절율층(400)과 상기 고굴절율층(400) 바닥면에 형성된 접착층(50)과 상기 접착층 바닥면에 형성된 광원(20)을 포함한다. 한편, 상기 도 2에서는 상기 제2기판(200)과 상기 접착층(50) 사이에 고굴절율층(400)을 구비하는 것을 예시하여 도시하였으나, 본 발명에 따른 표시장치는 상기 제2기판(200)과 상기 접착층(50) 사이와 상기 제1기판(100) 상부에 적어도 하나의 고굴절율층이 형성될 수 있다. 즉 상기 제1기판(100) 상부에 고굴절율층을 구비하거나 또는 상기 제2기판(200) 하부 또는 상기 제1기판(100) 상부에 모두 상기 고굴절율층(400)을 구비할 수도 있다.

한편, 본 발명에 따른 고분자 분산형 액정 표시장치는 고분자 분산형 액정표시 소자부(10)에 이미지와 문자를 표시하기 위해 고분자 분산형 액정표시 소자부(10) 상부에 터치패널을 추가로 포함할 수 있다.

상기 상부 제1투명전극(110)과 하부 제2투명전극(210)의 테두리에는 최소한 하나의 금속도선(500)이 연결 설치되며, 전압을 인가하여 상부 제1투명전극(110)과 하부 제2투명전극(210)상에 전위 값을 형성할 수 있다.

또한 상기 상부 제1투명전극(110)과 하부 제2투명전극(210)은 세부적으로 제1기판(100)과 제2기판(200) 상에 도전층이 적층된 구조를 갖는데, 제1기판(100)과 제2기판(200)으로는 유리(Glass) 또는 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET) 등이 사용될 수 있으며, 상기 제1투명전극과 제2투명전극(도전층)은 ITO 또는 도전성 폴리머가 사용될 수 있다.

상기 고분자 분산형 액정(300)은 액정과 고분자 매트릭스로 이루어지며, 상기 고분자 매트릭스는 모노머, 광개시제, 커플링제, 올리고머 및 스페이서를 포함하되, 자외선(UV)조사에 의해 형성된 것을 특징으로 한다.

한편, 상기 고분자 분산형 액정(300)은 예컨대 한국 등록특허 제10-0171558호 및 특허공개공보 제10-2011-0053642호에 상세히 나와 있으므로, 이에 대한 설명은 본 명세서에서 생략하기로 한다.

또한 상기 고분자 분산형 액정표시 소자부(10) 하부에는 광원장치(20)가 위치하고, 상기 고분자 분산형 액정표시소자부(10)는 광원장치(20)와 결합시 주변에 접착층(50)을 설치한다.

이때 상기 고굴절율층(400)은 상기 제2기판(200)하부 및/또는 제1기판(100) 상부에 형성되는 것이 바람직한데, 상기 고굴절율층(400)을 형성하기 위한 구성 수지성분에는 고굴절율층의 표면 물성을 보완하기 위한 것으로, UV경화형 수지, 유기 실키케이드 화합물, 실리콘계 수지 또는 이들 중 2 이상의 조합 등으로 구성할 수 있다. 특히, 경도와 내구성 등의 면에서 아크릴계 수지와 실리콘계 수지가 바람직하다. 본 발명에서 상기 고굴절율층의 수지로는 (메타)아크릴레이트 화합물인 것이 가장 바람직하다.

또한 상기 고굴절율층(400)은 굴절율 상승을 위해 금속미립자 또는 금속산화물 미립자를 포함하는 것이 바람직하다. 상기 금속산화물 미립자로서는 주석함유 산화안티몬입자(ATO), 아연함유 산화안티몬입자, 주석함유 산화인듐입자(ITO), 산화아연/산화알루미늄입자, 산화안티몬입자 등이 특히 바람직하고, 보다 바람직하게는 주석함유 산화인듐입자(ITO), 주석함유 산화안티몬입자(ATO) 등이 있다. 또한 상기 금속미립자 및 금속산화물 미립자는 평균 1차 입경(BET법에 의해 측정되는 구(球)상당 지름)이 0.5㎛이하인 입자가 바람직하게 사용되지만, 보다 바람직하게는, 0.001∼0.3㎛, 더욱 바람직하게는 0.005∼0.2㎛의 입경의 것이 이용된다. 상기 평균 입경이 상기 범위를 초과하면 생성되는 피막의 투명성을 저하시키고, 상기 범위 미만에서는 상기 입자가 응집되기 쉬워 생성피막의 헤이즈값이 증대되어 어느 쪽의 경우나 소망의 헤이즈값을 얻는 것이 곤란해지기 때문이다.

또한 상기 고굴절율층(400)의 두께는, 용도에 따라서 적당히 선택되지만, 통상 1㎛∼50㎛, 바람직하게는 2㎛∼30㎛이다. 상기 고굴절율층(400)의 두께가 1㎛ 미만에서는, 표면경도가 불충분해서 상처가 생기기 쉬워 바람직하지 못하고, 50㎛를 초과하는 경우는, 투명성이 저하되어 헤이즈값이 높아지기 쉽고, 또 경화막이 약해지며, 필름을 접어 구부렸을 때에 고굴절율층(400)에 크랙이 생기기 쉬워지기 때문에 바람직하지 못하다.

또한 본 발명에서는 상기 고굴절율층(400)의 구성성분에 도전성을 부여하기 위해 폴리피롤 및 폴리아닐린 등의 도전성 폴리머, 금속 알콜레이트 및 킬레이트 화합물 등의 유기금속 화합물을 더 함유시킬 수 있다. 또한, 상기 고굴절율층(400)의 구성성분에 표면경도 향상을 위해 알킬실리케이트류 및 그 가수분해물, 콜로이달 실리카, 건식 실리카, 습식 실리카, 산화티타늄 등의 무기입자, 콜로이드 상으로 분산된 실리카 미립자 등을 더 함유시킬 수도 있다.

또한 본 발명에서 상기 고굴절율층(400)의 기재는 표시장치용 부재(이하 '표시부재'라고 함)로서 사용하기 위해, 광선투과율이 높고, 헤이즈 값이 낮은 것이 바람직하다. 또한 본 발명에 따른 상기 고굴절율층(400)은 투과되는 빛의 굴절각을 줄이기 위해서, 고굴절율층 하부의 층보다 굴절율이 높은 것이 바람직하다. 상기 굴절율과 굴절각에 관계는 하기의 수학식 1을 만족한다.

[수학식 1]

n = sinθ _i /sin θ _r

(여기서, n은 굴절율이며, θ_i는 입사하는 빛의 입사각이며, θ_r은 투과되는 빛의 굴절각이다.)

즉, 투과광의 굴절에 따른 에지부분으로의 빛샘을 줄이기 위해서는 굴절각 θ_r은 작아야 하며, θ_r이 작을수록 굴절율(n)은 커진다. 따라서 굴절율이 높은 층을 투과함으로써 에지부분으로의 빛샘이 줄어들고 이 때문에 광손실을 줄여 높은 휘도의 이미지 등을 구현할 수 있다.

또한 상기 제2기판(200)과 고굴절율층(400)간 계면에서 발생되는 반사에 따른 광손실을 줄이기 위해서, 고굴절율층(400)의 굴절율은 제2기판(200)의 굴절율과 그 차이가 적을수록 바람직하다. 상기 고굴절율층(400) 및 제2기판(200)의 굴절율과 계면반사율과에 관계는 하기 Fresnel 방정식인 수학식 2를 만족한다.

[수학식 2]

R={( n ₂ - n ₁ )/( n ₂ + n ₁ )} ²

(여기서, R은 계면반사율이며, n_2는 빛이 투과하는 물질 즉 고굴절율층의 굴절율이며, n ₁ 는 빛이 입사하는 물질 즉 상부 투명도전층의 굴절율 이다.)

즉 빛이 투과하는 물질인 고굴절율층(400)과 제2기판(200)의 굴절율 차가 작을수록, 고굴절율층(400)과 제2기판(200)의 굴절율의 합이 커질수록 계면반사율은 더욱 낮아지고, 투과율은 더욱 높아질 수 있다. 또한 굴절각이 작아져 투과 빛이 직진하기 위해 굴절각을 줄여야 하므로 고굴절율층의 굴절율은 제2기판(200)보다 높은 것이 바람직하다.

또한 본 발명에 따른 고분자 분산형 액정 표시장치는 상기 제2기판(200)과 고굴절율층(400) 사이에 광학용 투명 점착층이 더 구비될 수 있으며, 상기 광학용 투명 점착층은 OCA(Optical Clear Adhesive) 또는 PSA(Pressure Sensitivity Adhesive)로 구성될 수 있다.

따라서 본 발명에 따른 고분자 분산형 액정 표시장치는 광원장치에서 발생한 빛이 고분자 분산형 액정표시 소자부를 투과할 때 상기 제2기판 및 상기 제1기판 중 적어도 한 곳 이상에 고굴절율층을 추가함으로써, 투과되는 빛의 굴절각을 줄여 에지부분으로의 빛샘에 의한 광 손실을 최소화하고 최종 디스플레이부에 형성되는 이미지나 문자 등의 휘도를 높일 수 있게 되는 것이다.

본 명세서에서는 본 발명자들이 수행한 다양한 실시예 가운데 몇 개의 예만을 들어 설명하는 것이나 본 발명의 기술적 사상은 이에 한정하거나 제한되지 않고, 당업자에 의해 변형되어 다양하게 실시될 수 있음은 물론이다.

10 : 고분자 분산형 액정표시소자부 20 : 광원
50 : 접착층 100 : 제1기판
110 : 제1투명전극 200 : 제2기판
210 : 제2투명전극 300 : 고분자 분산형 액정
400 : 고굴절율층 500 : 금속도선

Claims

고분자 분산형 액정 표시장치에 있어서,
제1기판과,
상기 제1기판 바닥면에 형성된 제1투명전극과,
상기 제1투명전극 바닥면에 형성된 고분자 분산형 액정과,
상기 고분자 분산형 액정 바닥면에 형성된 제2투명전극과,
상기 제2투명전극 바닥면에 형성된 제2기판과,
상기 제2기판 바닥면에 형성된 접착층과,
상기 접착층 바닥면에 형성된 광원을 포함하되,
상기 제2기판과 상기 접착층 사이와 상기 제1기판 상부에 적어도 하나의 고굴절율층이 형성된 것을 특징으로 하는, 고분자 분산형 액정 표시장치.
제1항에 있어서,
상기 제1투명전극과 제2투명전극 테두리에는 적어도 하나의 금속도선이 연결되는 것을 특징으로 하는, 고분자 분산형 액정 표시장치.
제1항에 있어서,
상기 제1투명전극과 제2투명전극은 상기 제1기판과 제2기판 상에 도전층이 적층된 구조이고, 상기 도전층은 ITO 또는 도전성 폴리머인 것을 특징으로 하는, 고분자 분산형 액정 표시장치.
제1항에 있어서,
상기 제1기판과 상기 제2기판은 유리(Glass) 또는 폴리에틸렌테레프탈레이트인 것을 특징으로 하는, 고분자 분산형 액정 표시장치.
제1항에 있어서,
상기 고분자 분산형 액정은 액정과 고분자 매트릭스로 이루어지며, 상기 고분자 매트릭스는 모노머, 광개시제, 커플링제, 올리고머 및 스페이서를 포함하되, UV조사에 의해 형성된 것을 특징으로 하는, 고분자 분산형 액정 표시장치.
제1항에 있어서,
상기 고굴절율층의 수지는 (메타)아크릴레이트 화합물인 것을 특징으로 하는, 고분자 분산형 액정 표시장치.
제1항에 있어서,
상기 고굴절율층은 굴절율 상승을 위해 금속미립자 또는 금속산화물 미립자를 포함하는 것을 특징으로 하는, 고분자 분산형 액정 표시장치.
제7항에 있어서,
상기 금속미립자 또는 금속산화물 미립자의 평균 1차 입경(구상당 지름:BET법)은 0.005∼0.2㎛인 것을 특징으로 하는, 고분자 분산형 액정 표시장치.
제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 고굴절율층의 두께는 1㎛∼50㎛인 것을 특징으로 하는, 고분자 분산형 액정 표시장치.