KR20160043427A - 터치패널을 구비한 표시장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 터치패널을 구비한 표시장치는 커버 글라스(cover glass)를 상부 편광필름으로 대체하는 한편, 편광자나 보호층에 강유전성 물질을 코팅하거나 점착제 내에 강유전성 물질을 용해 또는 분산하여 편광필름의 평균 유전율을 증가시킴으로써 터치 감도를 상승시키는 것을 특징으로 한다. 이에 따라 커버 글라스 삭제에 따른 원가절감을 확보하는 동시에 높아진 터치 인식과 설계 자유도를 활용하여 소비전력 및 화질을 개선할 수 있는 효과를 제공한다.

Description

터치패널을 구비한 표시장치{DISPLAY DEVICE HAVING TOUCH PANEL}
본 발명은 터치패널을 구비한 표시장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 터치패널을 구비한 표시장치에 관한 것이다.
근래에 들어 사회가 본격적인 정보화 시대로 접어듦에 따라 대량의 정보를 처리 및 표시하는 디스플레이(display) 분야가 급속도로 발전해 왔고, 최근에는 특히 경량화, 박형화, 저소비전력화의 우수한 성능을 지닌 박막 트랜지스터(Thin Film Transistor; TFT) 액정표시장치(Liquid Crystal Display; LCD)가 개발되어 기존의 브라운관(Cathode Ray Tube; CRT)을 대체하고 있다.
최근에는 글씨나 그림을 보다 편하고 정교하게 입력할 수 있는 장점을 갖는 터치패널(touch panel)이 전자수첩이나 개인용 정보처리 장치들에 많이 사용되고 있는데, 이에 최근에는 액정표시장치에 이와 같은 터치패널을 부착한 터치패널을 구비한 액정표시장치가 제공되고 있다.
이러한 터치패널을 구비한 액정표시장치는 터치패널과 액정패널을 각각 별도로 형성하고, 이 둘을 접착층을 통해 서로 부착함으로써 이루어진다.
이하, 터치패널을 구비한 액정표시장치에 대해서 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 1은 일반적인 터치패널을 구비한 액정표시장치의 구조를 개략적으로 보여주는 단면도이다.
도 1을 참조하면, 터치패널을 구비한 액정표시장치는 크게 외측에 편광필름(1, 11)이 부착된 액정패널(10) 및 터치센서(TS)를 이루는 터치패널(20)로 이루어진다.
이렇게 액정패널(10)의 상부에는 터치패널(20)이 위치하는데, 터치패널(20)은 접착 테이프(40)를 통해 액정패널(10)과 서로 합착된다.
액정패널(10)은 크게 컬러필터 기판(5)과 어레이 기판(15) 및 컬러필터 기판(5)과 어레이 기판(15) 사이에 형성된 액정층(6)으로 구성된다.
이때, 도시하지 않았지만, 컬러필터 기판(5)은 적(Red; R), 녹(Green; G) 및 청(Blue; B)색의 서브-컬러필터로 구성되는 컬러필터와 서브-컬러필터 사이를 구분하고 액정층(6)을 투과하는 광을 차단하는 블랙매트릭스(black matrix), 그리고 액정층(6)에 전압을 인가하는 투명한 공통전극으로 이루어져 있다.
어레이 기판(15)에는 종횡으로 배열되어 화소영역을 정의하는 게이트라인과 데이터라인이 형성되어 있다. 이때, 게이트라인과 데이터라인의 교차영역에는 스위칭소자인 박막 트랜지스터가 형성되어 있으며, 각 화소영역에는 화소전극이 형성되어 있다.
이와 같이 구성된 컬러필터 기판(5)과 어레이 기판(15)은 화상표시 영역의 외곽에 형성된 실런트(sealant)(미도시)에 의해 대향하도록 합착되어 액정패널(10)을 구성하며, 액정패널(10)의 외측에는 각각 상, 하부 편광필름(1, 11)이 부착되어 있다.
터치패널(20)은 상부전극(26)이 형성된 상부필름(23)과 하부전극(25)이 형성된 하부필름(21), 그리고 상부필름(23)과 하부필름(21) 사이에 형성된 제 1 접착제층(22) 및 커버 글라스(cover glass)(35)와 상부필름(23) 사이에 형성된 제 2 접착제층(24)으로 이루어진다.
커버 글라스(35)는 약 5.5의 비유전율을 가진 글라스로 이루어지며, 함유된 나트륨, 납, 붕산, 규산 등의 농도 차이에 따라 비유전율의 변경이 가능하다.
이렇게 구성된 터치패널(20)은 손가락 터치 시 하부전극(25)과 손가락 사이에 커패시턴스(capacitance)가 형성되게 되고, 이때 커버 글라스(35)가 핵심 유전체의 역할을 하게 된다.
이와 같이 일반적인 터치패널을 구비한 액정표시장치는 터치패널(20) 상부에 커버 글라스(35)를 구비하게 된다. 따라서, 전체 두께가 두꺼워지고 무게가 증가하는 한편, 투과율 및 색감 역시 저하시키는 단점을 야기하게 된다. 또한, 액정패널(10) 상부에 일정한 공간을 가진 상태에서 터치패널(20)이 부착되기 때문에 빈 공간에 의해 광 손실이 증가하고, 터치패널을 구비한 액정표시장치의 두께가 더욱 증가하게 된다.
또한, 커버 글라스(35)의 사용으로 비용을 증가시키는 문제점을 야기하게 된다.
따라서, 액정패널에 터치패널을 부착할 때 터치패널과 액정패널 사이에 발생하는 공간을 제거하여 빈 공간에 의해 발생되는 광 손실과 두께를 최소화하고, 액정표시장치에 반드시 사용되어야 하는 편광필름을 액정표시장치의 최외각에 위치시킴으로써 커버 글라스를 제거할 수 있는 내장형 터치패널(embedded touch panel)이 개발되고 있다.
본 발명은 상기한 문제를 해결하기 위한 것으로, 커버 글라스를 상부 편광필름으로 대체하여 비용 및 무게를 감소시키도록 한 터치패널을 구비한 표시장치를 제공하는데 목적이 있다.
본 발명의 다른 목적은 상부 편광필름의 평균 유전율을 높여 터치 감도를 상승시키도록 한 터치패널을 구비한 표시장치를 제공하는데 있다.
기타, 본 발명의 다른 목적 및 특징들은 후술되는 발명의 구성 및 특허청구범위에서 설명될 것이다.
상기한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 터치패널을 구비한 표시장치는 표시패널과 표시패널 위에 부착된 터치패널 및 터치패널 위에 점착제를 통해 부착된 편광필름을 포함하여 구성될 수 있다.
이때, 편광필름은 편광자 및 편광자의 양측에 위치한 보호층으로 이루어질 수 있다.
이때, 편광필름은 편광자 및/또는 보호층의 표면에 강유전성 물질이 코팅된 유전층을 포함하거나, 점착제 내에 강유전성 물질이 용해 또는 분산될 수 있다.
이때, 본 발명의 일 실시예에 따른 터치패널을 구비한 표시장치는 편광필름 상부에 부착되며, 그 표면에 강유전성 물질이 코팅된 유전층을 포함하는 하드 코팅층을 추가로 포함할 수 있다.
이러한 강유전성 물질은 강유전성 액정(Ferroelectric(Chiral) Smectic LC; FLC), 네마틱 액정(Nematic LC) 또는 강유전성 무기 입자를 포함할 수 있다.
이때, 네마틱 액정은 이방성의 분극률(anisotropic polarizability)과 쌍극자 모멘트(dipole moment)가 큰 액정을 포함할 수 있다.
강유전성 무기 입자는 산화금속 나노 입자, 카본 블랙이나 카본 나노튜브의 카본 계열 재료를 포함할 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 터치패널을 구비한 표시장치는 커버 글라스를 상부 편광필름으로 대체하는 한편, 편광자나 보호층에 강유전성 물질을 코팅하거나 점착제 내에 강유전성 물질을 용해 또는 분산하여 편광필름의 평균 유전율을 증가시킴으로써 터치 감도를 상승시키는 것을 특징으로 한다.
이에 따라 커버 글라스 삭제에 따른 원가절감을 확보하는 동시에 높아진 터치 인식과 설계 자유도를 활용하여 소비전력 및 화질을 개선할 수 있는 효과를 제공한다.
도 1은 일반적인 터치패널을 구비한 액정표시장치의 구조를 개략적으로 보여주는 단면도.
도 2는 본 발명에 따른 터치패널을 구비한 표시장치의 구조를 개략적으로 보여주는 단면도.
도 3a 및 도 3b는 본 발명에 따른 터치패널을 구비한 표시장치에 있어, 터치패널의 동작 원리를 개략적으로 보여주는 단면도.
도 4는 도 2에 도시된 터치패널을 구비한 표시장치에 있어, 본 발명의 제 1 실시예에 따른 편광필름의 구조를 개략적으로 보여주는 단면도.
도 5는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 편광필름의 구조를 개략적으로 보여주는 단면도.
도 6은 편광필름의 유전율에 따른 터치 감도를 예를 들어 보여주는 그래프
도 7은 강유전성 물질의 코팅 두께에 따른 편광필름의 비유전율을 예를 들어 보여주는 그래프.
도 8은 본 발명의 제 3 실시예에 따른 편광필름의 구조를 개략적으로 보여주는 단면도.
도 9는 본 발명의 제 4 실시예에 따른 편광필름의 구조를 개략적으로 보여주는 단면도.
도 10은 강유전성 물질의 혼합농도에 따른 편광필름의 비유전율을 예를 들어 보여주는 그래프.
도 11은 본 발명의 제 5 실시예에 따른 편광필름의 구조를 개략적으로 보여주는 단면도.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명에 따른 터치패널을 구비한 표시장치의 바람직한 실시예를 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성요소를 지칭한다. 도면에서 층 및 영역들의 크기 및 상대적인 크기는 설명의 명료성을 위해 과장될 수 있다.
소자(element) 또는 층이 다른 소자 또는 "위(on)" 또는 "상(on)"으로 지칭되는 것은 다른 소자 또는 층의 바로 위뿐만 아니라 중간에 다른 층 또는 다른 소자를 개재한 경우를 모두 포함한다. 반면, 소자가 "직접 위(directly on)" 또는 "바로 위"로 지칭되는 것은 중간에 다른 소자 또는 층을 개재하지 않는 것을 나타낸다.
공간적으로 상대적인 용어인 "아래(below, beneath)", "하부(lower)", "위(above)", "상부(upper)" 등은 도면에 도시되어 있는 바와 같이 하나의 소자 또는 구성 요소들과 다른 소자 또는 구성 요소들과의 상관관계를 용이하게 기술하기 위해 사용될 수 있다. 공간적으로 상대적인 용어는 도면에 도시되어 있는 방향에 더하여 사용시 또는 동작시 소자의 서로 다른 방향을 포함하는 용어로 이해되어야 한다. 예를 들면, 도면에 도시되어 있는 소자를 뒤집을 경우, 다른 소자의 "아래(below)" 또는 "아래(beneath)"로 기술된 소자는 다른 소자의 "위(above)"에 놓여질 수 있다. 따라서, 예시적인 용어인 "아래"는 아래와 위의 방향을 모두 포함할 수 있다.
본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며, 따라서 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprise)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급된 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자는 하나 이상의 다른 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.
도 2는 본 발명에 따른 터치패널을 구비한 표시장치의 구조를 개략적으로 보여주는 단면도이다.
이때, 도 2는 표시장치로 액정표시장치를 사용한 경우를 예를 들어 보여주고 있으나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. 또한, 도 2는 온-셀(on cell) 터치 모델을 예를 들어 보여주고 있으나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 다른 내장형 터치패널, 즉 인-셀 터치(in cell) 모델에도 적용 가능하다.
그리고, 도 3a 및 도 3b는 본 발명에 따른 터치패널을 구비한 표시장치에 있어, 터치패널의 동작 원리를 개략적으로 보여주는 단면도이다. 이때, 설명의 편의를 위해 스위칭 박막 트랜지스터는 생략하고 터치센서만을 간략히 도시하였다.
도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 터치패널을 구비한 표시장치는 하측에 하부 편광필름(111)이 부착된 표시패널, 즉 액정패널(110) 및 터치센서(TS)를 이루는 터치패널(120)로 이루어진다.
액정패널(110)의 상부에는 터치패널(120)이 위치하는데, 이때 터치패널(120)은 제 1 접착제층(122)을 통해 액정패널(110)과 서로 합착된다. 이에 따라 기존의 빈 공간이 줄어들어 두께가 감소하게 된다.
액정패널(110)은 크게 컬러필터 기판(105)과 어레이 기판(115) 및 컬럼 스페이서(미도시)에 의해 셀갭을 유지한 상태에서 컬러필터 기판(105)과 어레이 기판(115) 사이에 형성된 액정층(106)으로 구성될 수 있다.
이때, 도시하지 않았지만, 컬러필터 기판(105)은 다수의 서브-컬러필터로 구성된 컬러필터와 서브-컬러필터 사이를 구분하고 액정층(106)을 투과하는 광을 차단하는 블랙매트릭스, 그리고 액정층(106)에 전압을 인가하는 투명한 공통전극으로 이루어질 수 있다. 다만, 본 발명이 이러한 트위스티드 네마틱(Twisted Nematic; TN) 방식에 한정되는 것은 아니며, 수평전계를 이용한 인-플레인 스위칭(In Plane Switching; IPS) 방식의 경우 공통전극은 어레이 기판(115)에 형성되게 된다.
어레이 기판(115)은 종횡으로 배열되어 다수의 화소영역을 정의하는 다수의 게이트라인과 데이터라인, 게이트라인과 데이터라인의 교차영역에 형성된 스위칭소자인 박막 트랜지스터 및 화소영역에 형성된 화소전극으로 이루어질 수 있다.
박막 트랜지스터는 게이트라인에 연결된 게이트전극, 데이터라인에 연결된 소오스전극 및 화소전극에 전기적으로 접속된 드레인전극으로 구성될 수 있다. 또한, 박막 트랜지스터는 게이트전극에 공급되는 게이트 전압에 의해 소오스전극과 드레인전극 간에 전도채널(conductive channel)을 형성하는 액티브층을 포함할 수 있다.
이와 같이 구성된 컬러필터 기판(105)과 어레이 기판(115)은 화상표시 영역의 외곽에 형성된 실런트(미도시)에 의해 대향하도록 합착되어 액정패널(110)을 구성하게 된다.
이러한 액정패널(110)은 그 배면에 백라이트 유닛이 구비되어 빛을 공급하게 되는데, 이는 액정패널(110) 자체가 발광요소를 갖추지 못한 소자이므로 별도의 광원을 요구하기 때문이다. 이때, 광원으로 CCFL(cold cathode fluorescent lamp), EEFL(external electrode fluorescent lamp), HCFL(hot cold fluorescent lamp)의 형광램프 또는 LED(light emitting diode) 중 어느 하나를 적용할 수 있다.
다음으로, 터치패널(120)은 상부전극(126)이 형성된 상부필름(123)과 하부전극(125)이 형성된 하부필름(121), 그리고 하부필름(121)과 액정패널(110) 사이에 형성된 제 1 접착제층(122) 및 상부필름(123)과 하부필름(121) 사이에 형성된 제 2 접착제층(124)으로 이루어질 수 있다.
이때, 상부전극(126)과 하부전극(125)은 투명 도전성 물질인 인듐-틴-옥사이드(Indium Tin Oxide; ITO), 인듐-징크-옥사이드(Indium Zinc Oxide; IZO) 등으로 이루어질 수 있다. 다만, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.
상부전극(126)과 하부전극(125)은 터치센서(TS)를 이루게 된다.
즉, 전술한 구성을 갖는 본 발명에 따른 터치패널(120)에 있어서, 터치패널(120)의 터치센서(TS)는 상부전극(126)과 하부전극(125) 및 이들 사이의 일정 간격 이격된 갭으로 구성되는 커패시터 형태를 이루게 되며, 이때 손가락 등이 접촉하게 되면 커패시터의 프린지 필드 변동에 의한 용량 변화를 인식하여 터치센서(TS)로서의 작용을 하게 되는 것이다.
우선, 도 3a를 참조하면, 본 발명에 따른 터치패널을 구비한 표시장치에 있어, 터치패널(120)의 표면에 대해 사용자의 손가락 등의 터치가 이루어지지 않았을 경우, 상부전극(126)과 하부전극(125) 간에 형성되는 프린지 필드가 일정하게 유지됨으로써 커패시터의 용량 변화가 없으므로 동작을 하지 않게 된다.
그러나, 도 3b를 참조하면, 터치패널(120)의 표면, 즉 상부 편광필름(150)에 사용자의 손가락 등의 터치가 발생하면 상부전극(126)과 하부전극(125) 간에 형성되는 프린지 필드가 터치가 이루어진 손가락 등에 영향을 받아 변화를 일으키게 됨으로써 터치센서(TS)가 터치된 것을 감지하게 되고, 이를 통해 터치 시의 동작을 실시하게 된다.
이렇게 구성된 본 발명에 따른 터치패널을 구비한 표시장치는 터치패널(120) 상부에 기존의 커버 글라스 대신에 상부 편광필름(150)이 구비되는 것을 특징으로 한다.
이 경우 터치패널(120)의 상, 하부필름(123, 121)은 기존의 폴리에틸렌 테레프탈레이트(Polyethylene Terephthalate; PET) 필름 대신에 위상차를 발생시키지 않는 환상 올레핀 폴리머(Cyclic Olefin Polymer; COP) 필름이 적용될 수 있다.
도 4는 도 2에 도시된 터치패널을 구비한 표시장치에 있어, 본 발명의 제 1 실시예에 따른 편광필름의 구조를 개략적으로 보여주는 단면도이다.
도 4를 참조하면, 본 발명의 제 1 실시예에 따른 상부 편광필름(150)은 편광자(153)와 편광자(153)의 양측에 형성된 보호층(152, 154)을 포함할 수 있다.
상부 편광필름(150)(및 하부 편광필름(111))은 360도 전 방향의 진동면을 가지고 있는 자연광을 일정 방향의 진동면을 가진 광만을 투과시키고 나머지 광은 흡수하여 편광된 빛을 얻는 일반적인 편광소자이다.
광흡수 특성을 갖는 편광자(153)를 이용하여 입사면에 수직한 편광성분과 평행한 편광성분으로 나누는 소자를 사용하는 것이 일반적이며, 편광자(153)에 의해 직선편광과 타원편광이 얻어진다.
이를 위해 적정한 소재를 선택하고 용도에 맞게 필름 형태로 가공하여 균일한 편광성과 고도의 편광효율을 갖도록 할 수 있다.
예를 들어, 요오드(iodine)로 처리한 폴리비닐알코올(Poly Vinyl Alcohol; PVA) 필름을 편광자(153)로 하고, 치수나 변형에 대한 안정성과 내마모성은 물론 우수한 투명성, 자외선 흡수성 및 내구성을 갖고 있는 트리아세테이트 셀룰로오스(Triacetate Cellulose; TAC) 필름을 편광자(153)를 보호하는 보호층(152, 154)으로 사용할 수 있다.
그리고, 서로 접착된 편광자(153)와 보호층(152, 154)을 보호하기 위해서 이형필름(미도시) 및 보호필름(미도시)을 더 부착할 수 있다.
이때, 이형필름은 편광필름(150)이 최종제품에 부착될 때까지 제 1 보호층(152) 외측에 부착되고, 보호필름은 편광필름(150)이 최종제품에 부착될 때까지 편광필름(150) 표면의 흠 방지를 위해 제 2 보호층(154) 외측에 부착될 수 있다.
이형필름과 제 1 보호층(152) 사이에는 점착제(adhesive)(151)에 의해 접착되며, 최종제품에는 이형필름을 떼어낸 면에 부착된다. 반면에 보호필름이 부착된 제 2 보호층(154)에는 점착제가 형성되지 않아도 무방하다.
이때, 상부 편광필름(150) 상부에는 외부 충격으로부터 액정패널(110)과 터치패널(120)을 보호하기 위한 하드 코팅층(hard coating layer)(155)이 더 구비될 수 있다.
이와 같이 본 발명에 따른 터치패널을 구비한 표시장치는 터치패널(120) 상부에 기존의 커버 글라스 대신에 상부 편광필름(150)을 구비함으로써 표시장치의 비용 및 무게를 감소시킬 수 있게 된다. 이에 따라 커버 글라스 삭제에 따른 원가절감을 확보할 수 있는 효과를 제공한다.
이때, 일반적인 고분자 물질로 이루어진 편광필름(150)은 비유전율이 약 3.0 수준이기 때문에 단순히 커버 글라스를 편광필름(150)으로 대체하는 경우에 터치 인식에 있어서 감도가 낮아지는 문제가 발생할 수 있다. 즉, 손가락 터치 시 하부전극(125)과 손가락 사이에 커패시턴스가 형성되게 되고, 이때 편광필름(150)이 핵심 유전체의 역할을 하게 되는데, 이 경우 비유전율이 충분하지 않아 터치 감도가 낮아지는 문제가 발생할 수 있다.
터치 감도 향상을 위한 터치 집적회로 설계와 터치인식 알고리즘을 개선하더라도 작아진 터치 신호를 충분히 증폭시키는데는 한계가 존재하며, 상황에 따라서는 노이즈(noise) 신호도 같이 증폭되는 문제가 발생하게 된다. 특히, 터치인식 회로부에서 멀리 떨어진 부분은 RC 지연(delay) 등으로 인해 터치 감도가 더 낮아지거나 터치 신호의 지연 현상이 발생할 수 있다.
이에 본 발명의 제 2 실시예 내지 제 5 실시예에서는 편광자나 보호층에 강유전성 물질을 코팅하거나 점착제 내에 강유전성 물질을 용해 또는 분산하여 편광필름의 평균 유전율을 증가시킴으로써 터치 감도를 상승시키는 것을 특징으로 하는데, 이를 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
참고로, 편광필름이나 편광자를 이루는 기본 재료인 고분자의 분자 구조를 변경할 경우 디스플레이 특성이 나빠질 수 있기 때문에 고유전율 특성을 가지는 물질을 코팅하거나 용해 또는 분산시키는 방법을 제안한다.
도 5는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 편광필름의 구조를 개략적으로 보여주는 단면도이다.
이때, 도 5는 편광필름의 편광자나 보호층에 강유전성 물질을 코팅하여 유전층을 형성하는 것을 제외하고는 전술한 도 4에 도시된 본 발명의 제 1 실시예에 따른 편광필름과 실질적으로 동일한 구조로 이루어져 있다.
도 5를 참조하면, 본 발명의 제 2 실시예에 따른 상부 편광필름(250)은 편광자(253)와 편광자(253)의 양측에 형성된 보호층(252, 254)을 포함할 수 있다.
전술한 바와 같이 예를 들어, 요오드로 처리한 PVA 필름을 편광자(253)로 하고, 치수나 변형에 대한 안정성과 내마모성은 물론 우수한 투명성, 자외선 흡수성 및 내구성을 갖고 있는 TAC 필름을 편광자(253)를 보호하는 보호층(252, 254)으로 사용할 수 있다.
그리고, 서로 접착된 편광자(253)와 보호층(252, 254)을 보호하기 위해서 이형필름(미도시) 및 보호필름(미도시)을 더 부착할 수 있다.
이때, 이형필름은 편광필름(250)이 최종제품에 부착될 때까지 제 1 보호층(252) 외측에 부착되고, 보호필름은 편광필름(250)이 최종제품에 부착될 때까지 편광필름(250) 표면의 흠 방지를 위해 제 2 보호층(254) 외측에 부착될 수 있다.
이형필름과 제 1 보호층(252) 사이에는 점착제(251)에 의해 접착되며, 최종제품에는 이형필름을 떼어낸 면에 부착된다. 반면에 보호필름이 부착된 제 2 보호층(254)에는 점착제가 형성되지 않아도 무방하다.
이때, 상부 편광필름(250) 상부에는 외부 충격으로부터 액정패널과 터치패널을 보호하기 위한 하드 코팅층(255)이 더 구비될 수 있다.
이와 같이 본 발명의 제 2 실시예에 따른 터치패널을 구비한 표시장치는 전술한 제 1 실시예와 동일하게 터치패널 상부에 기존의 커버 글라스 대신에 상부 편광필름(250)을 구비함으로써 표시장치의 비용 및 무게를 감소시킬 수 있게 된다. 이에 따라 커버 글라스 삭제에 따른 원가절감을 확보할 수 있는 효과를 제공한다.
또한, 본 발명의 제 2 실시예에 따른 터치패널을 구비한 표시장치는 편광필름(250)의 편광자(253) 및/또는 제 2 보호층(254)에 강유전성 물질을 코팅하여 유전층(256a, 256b)을 형성하는 것을 특징으로 한다.
이때, 도 5에는 편광필름(250)의 편광자(253) 및 제 2 보호층(254) 표면에 각각 제 1 유전층(256a) 및 제 2 유전층(256b)을 형성한 경우를 예를 들어 보여주고 있으나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.
본 발명은 편광자(253), 제 1 보호층(252), 제 2 보호층(254), 점착제(251) 및 하드 코팅층(255) 중 적어도 하나의 표면에 강유전성 물질이 코팅된 유전층을 형성할 수 있다. 또한, 본 발명은 편광자(253), 제 1 보호층(252), 제 2 보호층(254), 점착제(251) 및 하드 코팅층(255) 표면 모두에 강유전성 물질이 코팅된 유전층을 형성할 수도 있다.
다만, 편광자(253) 하부에 위치하는 하부 보호층(252) 및 점착제(251) 표면에 형성되는 유전층은 위상차를 발생시키지 않도록 약 1㎛이하의 입자 사이즈를 가질 수 있다.
강유전성 물질로 강유전성 액정(Ferroelectric(Chiral) Smectic LC; FLC), 전자 분극이 쉽게 일어날 수 있는 구조의 네마틱 액정(Nematic LC) 또는 강유전성 무기 입자를 포함할 수 있다.
이때, 네마틱 액정은 이방성의 분극률(anisotropic polarizability)과 쌍극자 모멘트(dipole moment)가 큰 액정을 포함할 수 있다.
강유전성 무기 입자는 BaTiO3과 같은 산화금속 나노 입자, 카본 블랙이나 카본 나노튜브 등의 카본 계열 재료 등을 포함할 수 있다.
이러한 강유전성 물질은 편광자(253) 및/또는 제 2 보호층(254) 표면에 직접 코팅할 수도 있고, 강유전성 물질을 코팅액(master batch)에 용해하거나 분산시킨 후에 코팅할 수도 있다.
이때, 유전율은 유전층(256a, 256b)의 두께, 포함된 강유전성 물질의 유전율과 혼합 또는 분산 농도를 통해 제어가 가능하다. 다만, 강유전성 물질을 도입함에 있어서 디스플레이 특성을 저해하지 않기 위해서는 수십 nm 이하의 입자 사이즈를 가져야 한다.
특히, 전술한 바와 같이 하부 편광필름의 편광자와 상부 편광필름(250)의 편광자(253) 사이에 강유전성 물질이 도입되는 경우에는 사이즈 제어뿐만 아니라 굴절률 이방성이 발현되지 않도록 해야한다.
일 예로, 강유전성 액정을 코팅액에 균일하게 용해시켜 코팅하거나 후술하는 점착제 또는 접착제에 용해시키는 방법이 사용될 수 있다.
우선, 강유전성 액정을 코팅하기 위해서 열경화 또는 광경화가 가능한 아크릴레이트(acrylate) 또는 에폭시(epoxy) 말단 기능기를 가지는 고유전율의 반응성 물질을 준비한다.
이때, 전자 분극성이 좋거나 강유전성 액정 구조를 가지는 물질의 말단기를 아크릴레이트 또는 에폭시 말단기로 치환하여 사용할 수 있다.
이후, 고유전율의 반응성 물질을 용매로 용해시킨 후에 편광필름(250)의 편광자(253)나 보호층(252, 254) 표면에 코팅한다.
이후, 건조 및 열경화나 광경화를 거쳐 경화시킴으로써 소정의 유전층(256a, 256b)을 형성하게 된다.
다음으로, 후술하겠지만 전술한 강유전성 물질과 동일한 특성을 가지지만, 말단에 아크릴레이트나 에폭시 말단 기능기를 도입하기 어려워 물질 자체적으로 열경화 또는 광경화를 할 수 없는 물질의 경우에는 아크릴레이트 또는 에폭시 계열의 열경화 또는 광경화가 가능한 물질에 분산시켜 사용할 수 있다.
이 경우 용매에 고유전율 물질과 열경화 또는 광경화를 위한 물질을 용해(동시 또는 순차)시킨 후에 편광필름(250)의 편광자(253)나 보호층(252, 254) 표면에 코팅한다.
이후, 건조 및 열경화나 광경화를 거쳐 경화시킴으로써 소정의 유전층(256a, 256b)을 형성하게 된다.
이때, 용매가 필요치 않은 무용재 공정도 가능하며, 이 경우 건조 단계가 생략될 수 있다.
도 6은 편광필름의 유전율에 따른 터치 감도를 예를 들어 보여주는 그래프이다.
시뮬레이션(simulation)을 통해 확인해본 결과, 도 6에 도시된 바와 같이 편광필름의 유전율이 높을수록 터치 감도는 정비례하여 증가하는 것을 알 수 있었다.
이때, 본 발명의 구조에서는 커버 글라스가 적용된 기존 구조에서와 동일한 터치 감도를 구현하기 위해서 약 6.8의 비유전율을 가지는 편광필름이 필요한 것을 알 수 있다. 다만, 이 수치는 터치 집적회로 및 알고리즘 변경을 최적화하지 않은 상태의 경우로써, 실제로는 이보다 작은 값의 비유전율만으로도 충분한 터치 감도를 나타낼 수 있을 것으로 확인되고 있다.
터치 집적회로 및 알고리즘 최적화를 통해 약 20 ~ 30%의 터치 성능 개선을 이룰 수 있으며, 이 경우 최소 약 4.7의 비유전율만으로도 터치 성능을 충분히 발휘할 수 있을 것으로 판단된다.
표시장치의 전체 설계에 따라 편광필름에 요구되는 최소 유전율이 변경되게 되며, 각각의 상황에 맞춰 최소 유전율을 설계하면 된다.
물론, 터치 특성이 이미 충분히 확보된 구조의 표시장치에 있어서도 추가로 본 발명에 따른 고유전율 편광필름을 적용할 경우, 터치에 대한 설계 자유도가 높아지는 이점을 얻을 수 있고, 이는 표시장치의 소비전력, 회질 및 제조원가 개선 등으로 활용될 수 있다.
도 7은 강유전성 물질의 코팅 두께에 따른 편광필름의 비유전율을 예를 들어 보여주는 그래프이다.
이때, 도 7은 강유전성 물질의 비유전율이 각각 10 및 20인 경우의 강유전성 물질의 코팅 두께에 따른 편광필름의 비유전율을 예를 들어 보여주고 있다.
도 7을 참조하면, 고유전율 물질을 편광필름의 편광자나 보호층에 코팅할 때, 코팅 두께에 따라 편광필름의 비유전율이 비례하여 상승하는 것을 알 수 있었다.
이때, 일 예로 편광필름의 비유전율을 약 4.7로 만들기 위해서는 약 20의 비유전율을 가진 강유전성 물질의 경우 약 10 ~ 15㎛의 두께로 코팅하면 되며, 약 10의 비유전율을 가진 강유전성 물질의 경우 약 25 ~ 30㎛의 두께로 코팅하면 된다.
한편, 편광필름의 평균 유전율을 증가시키는 두 번째 방법으로 편광필름을 표시패널에 부착시키기 위한 점착제나 접착제 내에 강유전성 물질을 용해(혼합)시키거나 분산시키는 방법이 있다.
도 8은 본 발명의 제 3 실시예에 따른 편광필름의 구조를 개략적으로 보여주는 단면도이다.
그리고, 도 9는 본 발명의 제 4 실시예에 따른 편광필름의 구조를 개략적으로 보여주는 단면도이다.
이때, 도 8 및 도 9는 편광필름을 표시패널에 부착시키기 위한 점착제나 접착제 내에 강유전성 물질을 용해(혼합)시키거나 분산시키는 것을 제외하고는 전술한 본 발명의 제 1 실시예에 따른 편광필름과 실질적으로 동일한 구조로 이루어져 있다.
도 8 및 도 9를 참조하면, 전술한 바와 같이 본 발명의 제 3, 제 4 실시예에 따른 상부 편광필름(350, 450)은 편광자(353, 453)와 편광자(353, 453)의 양측에 형성된 보호층(352,452, 354,454)을 포함할 수 있다.
그리고, 서로 접착된 편광자(353, 453)와 보호층(352,452, 354,454)을 보호하기 위해서 이형필름(미도시) 및 보호필름(미도시)을 더 부착할 수 있다.
이때, 이형필름은 편광필름(350, 450)이 최종제품에 부착될 때까지 제 1 보호층(352, 452) 외측에 부착되고, 보호필름은 편광필름(350, 450)이 최종제품에 부착될 때까지 편광필름(350, 450) 표면의 흠 방지를 위해 제 2 보호층(354, 454) 외측에 부착될 수 있다.
이형필름과 제 1 보호층(352, 452) 사이에는 점착제(351, 451)나 접착제에 의해 접착되며, 최종제품에는 이형필름을 떼어낸 면에 부착된다. 반면에 보호필름이 부착된 제 2 보호층(354, 454)에는 점착제가 형성되지 않아도 무방하다.
이때, 상부 편광필름(350, 450) 상부에는 외부 충격으로부터 액정패널과 터치패널을 보호하기 위한 하드 코팅층(355, 455)이 더 구비될 수 있다.
이와 같이 본 발명의 제 3, 제 4 실시예에 따른 터치패널을 구비한 표시장치는 전술한 제 1, 제 2 실시예와 동일하게 터치패널 상부에 기존의 커버 글라스 대신에 상부 편광필름(350, 450)을 구비함으로써 표시장치의 비용 및 무게를 감소시킬 수 있게 된다. 이에 따라 커버 글라스 삭제에 따른 원가절감을 확보할 수 있는 효과를 제공한다.
또한, 본 발명의 제 3, 제 4 실시예에 따른 터치패널을 구비한 표시장치는 편광필름(350, 450)을 표시패널에 부착시키기 위한 점착제(351, 451) 내에 강유전성 물질(457)을 용해(혼합)시키거나 분산시키는 것을 특징으로 한다.
전술한 바와 같이 강유전성 물질로 강유전성 액정, 전자 분극이 쉽게 일어날 수 있는 구조의 네마틱 액정 또는 강유전성 무기 입자를 포함할 수 있다.
이때, 네마틱 액정은 이방성의 분극률과 쌍극자 모멘트가 큰 액정을 포함할 수 있다.
강유전성 무기 입자는 BaTiO3과 같은 산화금속 나노 입자, 카본 블랙이나 카본 나노튜브 등의 카본 계열 재료 등을 포함할 수 있다.
이러한 강유전성 물질을 점착제(351, 451) 또는 접착제 내에 용해시키거나 분산시키는 방법은 전술한 강유전성 물질과 동일한 특성을 가지지만, 말단에 아크릴레이트나 에폭시 말단 기능기를 도입하기 어려워 물질 자체적으로 열경화 또는 광경화를 할 수 없는 물질의 경우에 사용될 수 있다.
이는 고유전율 액정 계열 물질뿐만 아니라 BaTiO3과 같은 산화금속 나노 입자, 카본 블랙이나 카본 나노튜브 등의 카본 계열 재료 등을 포함하는 강유전성 무기 입자 등에 사용하는 경우에 유리하다.
이때, 도 8에 도시된 바와 같이, 강유전성 물질을 점착제(351) 또는 접착제 내에 용해시키는 경우에는 용매에 고유전율 물질과 열경화 또는 광경화를 위한 물질을 용해(동시 또는 순차)시킨다.
이후, 고유전율 물질이 용해된 점착제(351) 또는 접착제를 편광필름(350)의 하부 보호층(352) 배면에 코팅한다.
이후, 건조 및 열경화나 광경화를 거쳐 경화시킨 후에 소정의 이형필름을 부착한다.
이때, 용매가 필요치 않은 무용재 공정도 가능하며, 이 경우 건조 단계가 생략될 수 있다.
다른 방법으로 도 9에 도시된 바와 같이, 강유전성 물질을 점착제(451) 또는 접착제 내에 분산시키는 경우에는 용매에 열경화 또는 광경화를 위한 물질을 용해시킨 후에 수십 nm 이하 크기의 고유전율 물질을 고르게 분산시킨다.
이후, 고유전율 물질(457)이 분산된 점착제(451) 또는 접착제를 편광필름(450)의 하부 보호층(452) 배면에 코팅한다.
이후, 건조 및 열경화나 광경화를 거쳐 경화시킨 후에 소정의 이형필름을 부착한다.
도 10은 강유전성 물질의 혼합농도에 따른 편광필름의 비유전율을 예를 들어 보여주는 그래프이다.
이때, 도 10은 혼합된 물질의 유전율이 20인 경우에 있어, 유전층의 두께가 각각 20㎛ 및 40㎛인 경우의 강유전성 물질의 혼합농도에 따른 편광필름의 비유전율을 예를 들어 보여주고 있다.
도 10을 참조하면, 고유전율 물질을 편광필름의 점착제 또는 접착제에 혼합할 경우, 혼합농도의 증가에 따라 편광필름의 비유전율이 비례하여 상승하는 것을 시뮬레이션을 통해 알 수 있었다.
이때, 편광필름의 비유전율을 약 4.7로 만들기 위해서는 약 20의 비유전율 물질로 약 35%의 혼합농도를 가진 유전층을 약 40㎛의 두께로 형성하면 된다.
한편, 본 발명은 전술한 제 2 실시예 내지 제 4 실시예를 조합하는 것도 가능하며, 제 2 실시예와 제 3 실시예를 조합한 경우를 예를 들어 설명한다.
도 11은 본 발명의 제 5 실시예에 따른 편광필름의 구조를 개략적으로 보여주는 단면도이다.
도 11을 참조하면, 본 발명의 제 5 실시예에 따른 상부 편광필름(550)은 편광자(553)와 편광자(553)의 양측에 형성된 보호층(552, 554)을 포함할 수 있다.
그리고, 서로 접착된 편광자(553)와 보호층(552, 554)을 보호하기 위해서 이형필름(미도시) 및 보호필름(미도시)을 더 부착할 수 있다.
이때, 이형필름은 편광필름(550)이 최종제품에 부착될 때까지 제 1 보호층(552) 외측에 부착되고, 보호필름은 편광필름(550)이 최종제품에 부착될 때까지 편광필름(550) 표면의 흠 방지를 위해 제 2 보호층(554) 외측에 부착될 수 있다.
이형필름과 제 1 보호층(552) 사이에는 점착제(551)에 의해 접착되며, 최종제품에는 이형필름을 떼어낸 면에 부착된다. 반면에 보호필름이 부착된 제 2 보호층(554)에는 점착제가 형성되지 않아도 무방하다.
이때, 상부 편광필름(550) 상부에는 외부 충격으로부터 액정패널과 터치패널을 보호하기 위한 하드 코팅층(555)이 더 구비될 수 있다.
이와 같이 본 발명의 제 5 실시예에 따른 터치패널을 구비한 표시장치는 전술한 제 1 실시예 내지 제 4 실시예와 동일하게 터치패널 상부에 기존의 커버 글라스 대신에 상부 편광필름(550)을 구비함으로써 표시장치의 비용 및 무게를 감소시킬 수 있게 된다. 이에 따라 커버 글라스 삭제에 따른 원가절감을 확보할 수 있는 효과를 제공한다.
또한, 본 발명의 제 5 실시예에 따른 터치패널을 구비한 표시장치는 전술한 제 2 실시예와 동일하게 편광필름(550)의 편광자(553) 및/또는 제 2 보호층(554)에 강유전성 물질을 코팅하여 유전층(556a, 556b)을 형성하는 것을 특징으로 한다.
이때, 도 11에는 편광필름(550)의 편광자(553) 및 제 2 보호층(554) 표면에 각각 제 1 유전층(556a) 및 제 2 유전층(556b)을 형성한 경우를 예를 들어 보여주고 있으나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.
본 발명은 편광자(553), 제 1 보호층(552), 제 2 보호층(554), 점착제(551) 및 하드 코팅층(555) 중 적어도 하나의 표면에 강유전성 물질이 코팅된 유전층을 형성할 수 있다. 다만, 편광자(553) 하부에 위치하는 하부 보호층(552) 및 점착제(551) 표면에 형성되는 유전층은 위상차를 발생시키지 않도록 약 1㎛이하의 입자 사이즈를 가질 수 있다.
또한, 본 발명의 제 5 실시예에 따른 터치패널을 구비한 표시장치는 전술한 제 3 실시예와 동일하게 편광필름(550)을 표시패널에 부착시키기 위한 점착제(551) 내에 강유전성 물질(557)을 용해(혼합)시키거나 분산시키는 것을 특징으로 한다.
이와 같이 본 발명의 제 5 실시예의 경우에는 편광자(553) 및 제 2 보호층(554)에 강유전성 물질을 코팅할 뿐만 아니라 점착제(551) 내에 강유전성 물질을 용해 또는 분산시킴으로써 보다 효과적으로 편광필름(550)의 평균 유전율을 증가시킬 수 있게 된다.
이때, 강유전성 물질로 강유전성 액정, 전자 분극이 쉽게 일어날 수 있는 구조의 네마틱 액정 또는 강유전성 무기 입자를 포함할 수 있다.
네마틱 액정은 이방성의 분극률과 쌍극자 모멘트가 큰 액정을 포함할 수 있다.
강유전성 무기 입자는 BaTiO3과 같은 산화금속 나노 입자, 카본 블랙이나 카본 나노튜브 등의 카본 계열 재료 등을 포함할 수 있다.
상기한 설명에 많은 사항이 구체적으로 기재되어 있으나 이것은 발명의 범위를 한정하는 것이라기보다 바람직한 실시예의 예시로서 해석되어야 한다. 따라서 발명은 설명된 실시예에 의하여 정할 것이 아니고 특허청구범위와 특허청구범위에 균등한 것에 의하여 정하여져야 한다.
120 : 터치패널 150,250,350,450,550 : 편광필름
151,251,351,451,551 : 점착제 152,252,352,452,552 : 제 1 보호층
153,253,353,453,553 : 편광자 154,254,354,454,554 : 제 2 보호층
256a,556a, 256b,556b : 유전층

Claims (7)

  1. 표시패널;
    상기 표시패널 위에 부착된 터치패널; 및
    상기 터치패널 위에 점착제를 통해 부착되며, 편광자 및 상기 편광자의 양측에 위치한 보호층으로 이루어진 편광필름을 포함하며,
    상기 편광필름은 상기 편광자 및/또는 보호층의 표면에 강유전성 물질이 코팅된 유전층을 포함하는 것을 특징으로 하는 터치패널을 구비한 표시장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 점착제 내에 상기 강유전성 물질이 용해 또는 분산되어 있는 것을 특징으로 하는 터치패널을 구비한 표시장치.
  3. 표시패널;
    상기 표시패널 위에 부착된 터치패널; 및
    상기 터치패널 위에 점착제를 통해 부착되며, 편광자 및 상기 편광자의 양측에 위치한 보호층으로 이루어진 편광필름을 포함하며,
    상기 점착제 내에 상기 강유전성 물질이 용해 또는 분산되어 있는 것을 특징으로 하는 터치패널을 구비한 표시장치.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 편광필름 상부에 부착되며, 그 표면에 상기 강유전성 물질이 코팅된 유전층을 포함하는 하드 코팅층을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 터치패널을 구비한 표시장치.
  5. 제 4 항에 있어서, 상기 강유전성 물질은 강유전성 액정(Ferroelectric (Chiral) Smectic LC; FLC), 네마틱 액정(Nematic LC) 또는 강유전성 무기 입자를 포함하는 것을 특징으로 하는 터치패널을 구비한 표시장치.
  6. 제 5 항에 있어서, 상기 네마틱 액정은 이방성의 분극률(anisotropic polarizability)과 쌍극자 모멘트(dipole moment)가 큰 액정을 포함하는 것을 특징으로 하는 터치패널을 구비한 표시장치.
  7. 제 5 항에 있어서, 상기 강유전성 무기 입자는 산화금속 나노 입자, 카본 블랙이나 카본 나노튜브의 카본 계열 재료를 포함하는 것을 특징으로 하는 터치패널을 구비한 표시장치.
KR1020140137802A 2014-10-13 2014-10-13 터치패널을 구비한 표시장치 KR102204638B1 (ko)

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