KR20160043428A

KR20160043428A - 편광판 및 이를 구비한 액정표시장치

Info

Publication number: KR20160043428A
Application number: KR1020140137804A
Authority: KR
Inventors: 이수민
Original assignee: 엘지디스플레이 주식회사
Priority date: 2014-10-13
Filing date: 2014-10-13
Publication date: 2016-04-21

Abstract

본 발명의 편광판 및 이를 구비한 액정표시장치는 편광판 보호층의 고분자간 결합을 기존의 수소 결합에서 가교 결합(crosslink)의 공유 결합으로 대체하여 고분자간 결합력을 증가시킴으로써 보호층의 탄성력을 향상시키는 것을 특징으로 한다.
이러한 보호층의 자기회복(self-healing) 작용에 의해 액정표시장치의 슬림(slim)화에 따른 편광판과 광학시트간 갈림 문제를 해결함으로써 슬림 디자인을 가능하게 하는 효과를 제공한다.

Description

편광판 및 이를 구비한 액정표시장치{POLARIZING PLATE AND LIQUID CRYSTAL DISPLAY DEVICE HAVING THE SAME}

본 발명은 편광판 및 이를 구비한 액정표시장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 슬림(slim)하고 내로우 베젤(narrow bezel)을 구현할 수 있는 액정표시장치에 적합한 편광판 및 이를 구비한 액정표시장치에 관한 것이다.

최근 정보 디스플레이에 관한 관심이 고조되고 휴대가 가능한 정보매체를 이용하려는 요구가 높아지면서 기존의 표시장치인 브라운관(Cathode Ray Tube; CRT)을 대체하는 경량 박막형 평판표시장치(Flat Panel Display; FPD)에 대한 연구 및 상업화가 중점적으로 이루어지고 있다.

특히, 이러한 평판표시장치 중 액정표시장치(Liquid Crystal Display; LCD)는 액정의 광학적 이방성을 이용하여 이미지를 표현하는 장치로서, 해상도와 컬러표시 및 화질 등에서 우수하여 노트북이나 데스크탑 모니터 등에 활발하게 적용되고 있다.

액정표시장치는 마주보는 2개의 전극과 그 사이에 형성되는 액정층으로 구동되는데, 2개의 전극에 전압을 인가하여 생성되는 전기장으로 액정층의 액정분자를 구동하게 된다.

액정분자는 분극성질과 광학적 이방성(optical anisotropy)을 갖는데, 분극성질은 액정분자가 전기장 내에 놓일 경우 액정분자 내의 전하가 액정분자의 양쪽으로 몰려서 전기장에 따라 분자배열 방향이 변화되는 것을 말하고, 광학적 이방성은 액정분자의 가늘고 긴 구조와 앞서 말한 분자배열 방향에 기인하여 입사광의 입사방향이나 편광상태에 따라 출사광의 경로나 편광상태를 달리 변화시키는 것을 말한다.

이에 따라, 액정표시장치는 액정층을 사이에 두고 서로 마주보는 면으로 각각 전계생성전극이 형성된 한 쌍의 투명절연기판으로 이루어진 액정패널을 필수적인 구성요소로 하며, 각 전계생성전극 사이의 전기장 변화를 통해서 액정분자의 배열방향을 인위적으로 조절하고, 이때 변화되는 빛의 투과율을 이용하여 여러 가지 화상을 표시한다.

이때, 액정패널의 상부 및 하부에 각각 편광판이 위치하게 되는데, 편광판은 투과축과 일치하는 편광성분의 빛을 투과시켜 2개의 편광판의 투과축의 배치와 액정의 배열 특성에 의해 빛의 투과정도를 결정하게 된다.

도 1a 및 도 1b는 액정패널을 투과하는 빛의 특성을 보여주는 예시도이다.

도면들을 참조하면, 일반적인 액정표시장치는 액정패널(10) 및 이의 배면에서 빛을 공급하는 백라이트 유닛(미도시)으로 이루어지는데, 이중 액정패널(10)은 액정층(30)을 사이에 두고 합착된 제 1 및 제 2 기판(5, 15), 그리고 제 1 및 제 2 기판(5, 15) 외면에 각각 부착된 제 1 및 제 2 편광판(1, 11)을 포함한다.

이때, 도시하지 않았지만, 제 1 기판(5) 내면에는 컬러구현을 위한 컬러필터와 공통전극이 구비되고, 제 2 기판(15) 내면에는 투명 화소전극이 형성된 다수의 화소와 이들 각 화소전극으로 전달되는 액정구동전압을 온/오프(on/off) 제어하는 박막 트랜지스터가 마련된다.

또한, 제 1 및 제 2 기판(5, 15) 사이로 개재된 액정층(30)은 TN(twisted nematic) 모드로서, 전압의 오프(off)상태에서, 분자의 장축방향이 제 1 및 제 2 기판(5, 15)과 평행을 유지한 채 제 1 기판(5)에서 제 2 기판(15)에 이르기까지 90도의 방위각으로 꼬인 정렬상태를 나타내며, 제 1 및 제 2 편광판(1, 11)의 편광축은 서로 직교한다.

이러한 액정패널(10)은 자체발광을 하지 않기 때문에 액정패널(10)로 빛을 공급하는 백라이트 유닛이 액정패널(10)의 배면에 위치하게 된다.

이러한 액정패널(10)에서 전압이 오프(off) 상태일 때 백라이트 유닛으로부터 출사되는 광은, 도 1a에 도시된 바와 같이 제 2 편광판(11)에 의해 이의 편광축과 나란한 선형편광만이 투과되고 나머지는 흡수되며, 액정층(30)을 통과하는 동안 이의 방위각을 따라 90도로 회전됨으로써 제 1 편광판(1)을 투과해서 화이트(white)를 표시하게 된다.

다음으로 전압이 온(on) 상태일 때 액정패널(10)의 액정분자는, 도 1b에 도시된 바와 같이 장축이 제 1 및 제 2 편광판(1, 11)에 대해 수직하게 배열되어 90도의 선광성(optical rotatory power)을 상실하게 되고, 제 2 편광판(11)을 투과한 선형편광은 제 1 편광판(1)에서 차단되어 블랙(black)을 표시하게 된다.

이와 같이 구동되는 일반적인 액정표시장치의 구조에 대해서 도면을 참조하여 상세히 설명하다.

도 2는 일반적인 액정표시장치의 구조를 개략적으로 보여주는 단면도로써, 직하형 백라이트 유닛이 구비된 액정표시장치의 구조를 예를 들어 보여주고 있다.

도면에 도시된 바와 같이, 일반적인 액정표시장치는 크게 액정패널(10)과 액정패널(10)의 배면에 설치되어 액정패널(10)에 광을 공급하는 백라이트 유닛으로 이루어진다.

자세히 도시하지 않았지만, 액정패널(10)은 실제 화상이 구현되는 곳으로, 유리와 같은 투명한 제 1 기판과 제 2 기판 및 제 1 기판과 제 2 기판 사이에 형성된 액정층으로 이루어진다.

제 1 기판은 컬러필터가 형성되는 컬러필터 기판이고, 제 2 기판은 박막 트랜지스터와 같은 구동소자 및 화소전극이 형성되는 TFT 기판이다. 또한, 제 2 기판의 측면에는 구동회로부가 구비되어 제 2 기판에 형성된 박막 트랜지스터와 화소전극에 각각 신호를 인가한다.

백라이트 유닛은 실제 광을 방출하는 램프(44), 램프(44)로부터 방출되는 광을 액정패널(10) 쪽으로 반사하여 광효율을 향상시키는 반사판(43), 그리고 반사판(43)의 상부에 배치된 확산시트와 프리즘시트로 이루어진 광학시트(41)로 구성된다.

이때, 직하형 백라이트 유닛은 도광판이 사용되지 않기 때문에 광원의 빛을 확산시키고 광학시트(41)를 지지하기 위해 다수개의 램프(44)와 광학시트(41) 사이에 확산판(diffuser plate)(42)이 구비되게 된다.

액정패널(10)의 상, 하면에는 각각 편광판(1, 11)이 배치된다.

백라이트 유닛으로부터 발광된 광은 제 2 기판에 부착된 제 2 편광판(11)에서 편광 되고 액정층을 투과하면서 광의 편광상태가 변환된 후, 제 1 기판에 부착된 제 1 편광판(1)을 통해 외부로 출사된다. 이때, 액정층에 의한 광의 편광상태 변화에 따라 제 1 편광판(1)을 통해 투과되는 광의 투과도가 조절됨으로써 화상이 구현된다.

이와 같이 구성된 백라이트 유닛의 상부에는 제 1 기판과 제 2 기판으로 이루어진 액정패널(10)이 패널 가이드(45)를 통해 안착되며, 이러한 액정패널(10)과 패널 가이드(45) 및 백라이트 유닛은 다수개의 체결수단을 통해 하부의 커버 바텀(cover bottom)(50)과 상부의 케이스 탑(case top)(55)에 의해 서로 결합되어 액정표시장치를 구성하게 된다.

한편, 디스플레이 분야의 최근 트렌드(trend)에 따라 액정표시장치의 슬림화 및 내로우 베젤의 구현이 중요시되고 있으며, 이 경우 액정패널(10)과 백라이트 유닛간 간격의 최소화가 불가피하게 된다.

이에 따라 제품화된 액정표시장치의 진동 및 운송 환경 하에 액정패널(10)과 광학시트(41)가 서로 접촉을 하게 되며, 이때 하부의 제 2 편광판(11)과 광학시트(41) 사이의 접촉에 의한 마찰력 증가로 제 2 편광판(11)이 갈리는 현상 및 갈림에 따른 얼룩불량이 발생할 수 있다.

이는 제 2 편광판(11), 특히 외측 보호층의 낮은 탄성력에 의한 부서지기 쉬운(brittle) 특성에 기인하며, 광학시트(41)와 지속적인 물리적 접촉 시 부하가 탄성 한계를 넘어섬에 따라 고분자간 결합이 파괴되기 때문이다.

이와 같이 보호층으로 주로 사용되는 트리아세테이트 셀룰로오스(Triacetate Cellulose; TAC)이나 폴리메틸메타크릴레이트(Polymethyl Methacrylate; PMMA)는 구분자간 결합을 주로 수소 결합에 의존하기 때문에 물리적 충격에 취약한 단점이 있다.

본 발명은 상기한 문제를 해결하기 위한 것으로, 편광판 갈림에 기인한 얼룩불량을 개선할 수 있는 편광판 및 이를 구비한 액정표시장치를 제공하는데 목적이 있다.

기타, 본 발명의 다른 목적 및 특징들은 후술되는 발명의 구성 및 특허청구범위에서 설명될 것이다.

상기한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 편광판은 편광자와 편광자의 적어도 일측에 구비된 보호층 및 보호층의 고분자 내에 첨가되어 고분자와 가교 결합(crosslink)되는 반응기를 포함하여 구성될 수 있다.

이때, 고분자는 트리아세테이트 셀룰로오스(Triacetate Cellulose; TAC)나 폴리메틸메타크릴레이트(Polymethyl Methacrylate; PMMA)로 구성될 수 있다.

이때, 반응기는 TAC 내 아세테이트(acetate)들 사이에 직접 결합되거나, TAC 내 아세테이트 또는 PMMA 내 아크릴레이트와 치환 결합될 수 있다.

이러한 반응기는 실리콘 계열, 에폭시 계열, 아크릴 계열, 우레탄 계열 또는 알킬 계열의 유기물로 구성될 수 있다.

일 예로, 실리콘 계열로 폴리실록산(polysiloxane) 및 그 치환체, 폴리실록산 내 실리콘 수소화물(silicon hydride) 치환체, 실리카(silica), 폴리실록산 내 실리카 치환체를 포함할 수 있다.

에폭시 계열로 m-클로로퍼옥시벤조산(M-CPBA) 및 그 치환체, 에폭시 비닐 에스터 고분자(epoxy vinyl ester polymer) 및 그 치환체, 환형 에폭시드(epoxide) 고분자 및 그 치환체를 포함할 수 있다.

아크릴 계열로 트리메틸로 트라이아크릴레이트(trimethylo triacrylate) 및 그 치환체, 아크릴 계열과 폴리실록산의 공중합체를 포함할 수 있다.

우레탄 계열로 에테르(ether)계 폴리우레탄 및 그 치환체, 에스터(ester)계 폴리우레탄 및 그 치환체, 카보네이트(carbonate)계 폴리우레탄 및 그 치환체, 아크릴계 폴리우레탄 및 그 치환체, 이러한 우레탄 계열과 실리콘 계열의 공중합체를 포함할 수 있다.

알킬 계열로 다이엔(diene)(1≤n≤15), 다이엔 내 에테르 치환체, 다이엔 내 실리콘 수소화물 치환체, 다이엔 내 실리카 치환체, 다이엔 내 실록산 치환체, 알킬 계열과 폴리실록산의 공중합체를 포함할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 액정표시장치는 전술한 편광판 이외에 액정패널 및 액정패널의 배면에 설치되어 액정패널에 광을 공급하는 백라이트 유닛을 포함하여 구성될 수 있다.

이때, 고분자는 TAC이나 PMMA로 구성될 수 있으며, 이 경우 반응기는 TAC 내 아세테이트들 사이에 직접 결합되거나 TAC 내 아세테이트 또는 PMMA 내 아크릴레이트와 치환 결합될 수 있다.

전술한 바와 같이 반응기는 폴리실록산, M-CPBA, 트리메틸로 트라이아크릴레이트, 폴리우레탄 또는 펜타디엔으로 구성될 수 있다.

상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 편광판 및 이를 구비한 액정표시장치는 편광판 보호층의 고분자간 결합을 기존의 수소 결합에서 가교 결합(crosslink)의 공유 결합으로 대체하여 고분자간 결합력을 증가시킴으로써 보호층의 탄성력을 향상시키는 것을 특징으로 한다.

이러한 보호층의 자기회복(self-healing) 작용에 의해 액정표시장치의 슬림화에 따른 편광판과 광학시트간 갈림 문제를 해결함으로써 슬림 디자인을 가능하게 하는 효과를 제공한다.

도 1a 및 도 1b는 액정패널을 투과하는 빛의 특성을 보여주는 예시도.
도 2는 일반적인 액정표시장치의 구조를 개략적으로 보여주는 단면도.
도 3a 및 도 3b는 본 발명의 실시예에 따른 편광판의 구성요소를 개략적으로 보여주는 분해사시도 및 단면도.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 편광판에 있어, 보호층을 구성하는 고분자간 결합의 예를 보여주는 도면.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 편광판에 있어, 보호층을 구성하는 고분자간 결합의 다른 예를 보여주는 도면.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 편광판에 있어, 자기회복 작용에 의해 보호층이 회복되는 현상을 예시적으로 보여주는 도면.
도 7a 내지 도 7e는 본 발명의 실시예에 따른 편광판에 있어, 보호층을 구성하는 고분자의 가교 결합에 사용되는 반응기를 예를 들어 보여주는 구조식.
도 8은 편광판의 갈림 테스트 결과를 비교하여 보여주는 표.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명에 따른 편광판 및 이를 구비한 액정표시장치의 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 3a 및 도 3b는 본 발명의 실시예에 따른 편광판의 구성요소를 개략적으로 보여주는 분해사시도 및 단면도이다.

이때, 도 3b는 도 3a에 도시된 본 발명의 실시예에 따른 편광판의 구성요소를 I-I'선에 따라 절단한 단면을 개략적으로 보여주고 있다.

도면들을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 편광판(120)은 편광자(121)와 편광자(121)의 양측에 형성된 보호층(122a, 122b)을 포함할 수 있다.

편광판(120)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(121)를 이용하여 입사면에 수직한 편광성분과 평행한 편광성분으로 나누는 소자를 사용하는 것이 일반적이며, 편광자(121)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(121)로 하고, 치수나 변형에 대한 안정성과 내마모성은 물론 우수한 투명성, 자외선 흡수성 및 내구성을 갖고 있는 트리아세테이트 셀룰로오스(Triacetate Cellulose; TAC) 필름이나 아크릴, 일 예로 폴리메틸메타크릴레이트(Polymethyl Methacrylate; PMMA) 필름을 PVA 필름을 보호하는 보호층(122a, 122b)으로 사용할 수 있다. 다만, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.

그리고, 서로 접착된 편광자(121)와 보호층(122a, 122b)을 보호하기 위해서 이형필름(124a) 및 보호필름(124b)을 더 부착할 수 있다.

이때, 이형필름(124a)은 편광판(120)이 최종제품에 부착될 때까지 제 1 보호층(122a) 외측에 부착되고, 보호필름(124b)은 편광판(120)이 최종제품에 부착될 때까지 편광판(120) 표면의 흠 방지를 위해 제 2 보호층(122b) 외측에 부착될 수 있다.

이형필름(124a)과 제 1 보호층(122a) 사이에는 점착제(adhesive)(123a)에 의해 접착되며, 최종제품에는 이형필름(124a)을 떼어낸 면에 부착된다. 반면에 보호필름(124b)이 부착된 제 2 보호층(122b)에는 점착제(123b)가 형성되지 않아도 무방하다.

이러한 구성의 편광판(120)은 액정패널의 상, 하면에 각각 부착되는데, 이형필름(124a)을 떼어낸 면이 부착되도록 한다.

이때, 액정패널의 상면에 부착되는 상부 편광판(120) 위에는 외부 충격으로부터 액정패널을 보호하기 위한 강화기판이 더 구비될 수 있다.

여기서 강화기판은 예로, 외부의 충격으로부터 내부의 액정패널을 보호하기 위한 대략 3mm 두께의 강화유리(tempered glass)로 이루어질 수 있다. 이러한 강화유리는 성형 판유리를 연화온도에 가까운 500 ~ 600℃로 가열하고, 압축한 냉각공기에 의해 급랭시켜 유리 표면부를 압축 변형시키고 내부를 인장 변형시켜 강화한 유리이다. 보통 유리에 비해 굽힘 강도는 3 ~ 5배, 내충격성도 3 ~ 8배나 강하며, 내열성도 우수하다.

이렇게 구성된 본 발명의 실시예에 따른 편광판(120)은 액정패널의 상, 하면에 부착되는데, 도시하지 않았지만 본 발명의 실시예에 따른 액정패널은 크게 컬러필터 기판과 어레이 기판 및 컬럼 스페이서에 의해 셀갭을 유지한 상태에서 컬러필터 기판과 어레이 기판 사이에 형성된 액정층으로 구성될 수 있다.

컬러필터 기판은 다수의 서브-컬러필터로 구성된 컬러필터와 서브-컬러필터 사이를 구분하고 액정층을 투과하는 광을 차단하는 블랙매트릭스(Black Matrix; BM), 그리고 액정층에 전압을 인가하는 투명한 공통전극으로 이루어질 수 있다.

어레이 기판은 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.

이러한 액정패널은 그 배면에 백라이트 유닛이 구비되어 빛을 공급하게 되는데, 이는 액정표시장치 자체가 발광요소를 갖추지 못한 소자이므로 별도의 광원을 요구하기 때문이다.

광원으로는 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.

전술한 바와 같이 액정표시장치의 슬림화 및 내로의 베젤의 구현으로 액정패널과 백라이트 유닛간 간격이 축소되게 된다.

이에 본 발명의 실시예에 따른 편광판(120)은 그 외측 보호층(122a, 122b)의 고분자간 결합을 기존의 수소 결합에서 가교 결합(crosslink)의 공유 결합으로 대체하여 고분자간 결합을 증가시킴으로써 액정패널과 백라이트 유닛간 간격이 축소됨에 따라 발생하는 편광판(120) 갈림 문제를 개선할 수 있는 것을 특징으로 한다.

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 편광판에 있어, 보호층을 구성하는 고분자간 결합의 예를 보여주는 도면이다.

도 5는 본 발명의 실시예에 따른 편광판에 있어, 보호층을 구성하는 고분자간 결합의 다른 예를 보여주는 도면이다.

이때, 도 4 및 도 5는 도 3b에 도시된 본 발명의 실시예에 따른 편광판에 있어, 보호층의 A 부분을 확대하여 보여주고 있다.

도 4는 보호층으로 PMMA를 사용한 경우의 고분자간 결합을 예시적으로 보여주고 있으며, 도 5는 보호층으로 TAC을 사용한 경우의 고분자간 결합을 예시적으로 보여주고 있다.

그리고, 도 6은 본 발명의 실시예에 따른 편광판에 있어서, 자기회복 작용에 의해 보호층이 회복되는 현상을 예시적으로 보여주는 도면이다.

도면들을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 보호층은 고분자 사슬(polymer chain) 사이에 탄성력을 높이며 광 특성을 저해하지 않는 반응기(R)를 가교 결합시키는 것을 특징으로 한다.

이때, 반응기(R)는 투명하여 투과도가 높으며, 이방성을 가지지 않는 광 특성을 가지면 된다.

일반적으로 고분자는 단일 중합체이든 공중합체이든 긴 사슬 모양을 가지고 있다.

이때, 반응기(R)가 결합되지 않은 PMMA나 TAC의 고분자 사슬은 선형사슬이다. 이 사슬은 사슬 한 개당 말단기가 2개를 가지며, 선형사슬은 길이가 길수록 마치 실처럼 타래로 엉키기 쉽다. 선형사슬 고분자는 가공이 잘못되더라도 다시 용융 하거나 용해해서 재 가공할 수 있다.

곁사슬 달리 사슬에서 곁사슬은 충분히 길어서, 그 자체로 하나의 고분자 사슬에 속한다. 이 고분자는 합성이 매우 어렵고, 주사슬의 길이가 선형사슬과 같아도 용융온도와 점도는 매우 높아 안정하게 용융 시키는 것이 쉽지 않다.

다음으로, 반응기(R)가 가교 결합된 가교구조 사슬은 두 주사슬 사이를 여러 개의 다리로 연결시켜 놓은 사슬이다. 여기서, 본 발명의 실시예에 따른 반응기(R)가 다리 역할을 하게 되며, 다리를 건설하는데 제공되는 물질을 경화제 또는 가교제라 부른다.

이와 같은 반응기(R)의 가교 결합에 따라 보호층의 고분자간 결합이 기존의 수소 결합에서 공유 결합으로 대체되어 물리적 특성, 즉 탄성력이 향상되게 된다. 또한, 반응기(R)의 가교 결합에 따라 PMMA나 TAC의 고분자 사슬 사이의 길이가 길어져 탄성력이 향상되게 된다.

이에 따라 보호층 내 고분자간 결합력이 기존보다 증가하게 되며, 외부 자극에 의해 가해지는 부하보다 보호층의 탄성 한계가 더 커짐에 따라 외부 자극에 대해 자기회복(self-healing) 작용을 구현할 수 있게 된다(도 6 참조). 즉, 편광판과 광학시트간 갈림 시 외부 자극으로 인한 부하보다 보호층의 탄성 한계를 높게 설계함으로써 외부 자극에 대한 자기회복 효과를 유도하여 편광판의 눌림을 회복하게 된다.

이와 같이 보호층의 고분자간 높은 결합력으로 인해 외부 자극에도 눌림으로 발현되게 유도되며, 높은 탄성력으로 시간이 지난 후에는 눌림이 회복되어 백점 얼룩이 발생하지 않게 된다.

이를 통해 액정표시장치의 슬림화에 따른 편광판과 광학시트간 갈림 문제를 해결함으로써 슬림 디자인을 가능하게 하는 효과를 제공한다.

이러한 고분자간 가교 결합은 광학시트와 인접하는 하부 편광판의 하부 보호층에만 적용할 수 있으나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 하부 편광판의 상, 하부 보호층 모두에 적용할 수 있다. 또한, 고분자간 가교 결합은 하부 편광판의 보호층뿐만 아니라 상부 편광판의 보호층에도 적용할 수 있다.

또한, 보호층 내의 고분자 전체에 반응기(R)를 가교 결합시킬 수 있으나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 보호층 표면의 고분자에만 일부 표면 처리할 수도 있다.

이러한 반응기(R)는 TAC 내 아세테이트(acetate)들 사이에 직접 결합될 수 있다. 아세테이트는 Mⁿ(CH₃COO)n(Mⁿ은 n가의 금속)의 아세트산 염을 의미한다.

이를 위해 미량의 HBr, HCl, HF, H₂SO₄, H₃PO₄ 등의 산 첨가로 산성 조건을 만들거나 NaOH, KOH 등 염기 첨가로 염기성 분위기를 만들어 아세테이트와 반응기(R)간 가교 결합을 유도할 수 있다.

다른 방법으로 TAC 내 아세테이트 또는 PMMA 내 아크릴레이트를 반응기(R)와 치환할 수 있는데, 긴 사슬의 반응기(R)의 치환으로 탄성력을 부여할 수 있다.

도 7a 내지 도 7e는 본 발명의 실시예에 따른 편광판에 있어, 보호층을 구성하는 고분자의 가교 결합에 사용되는 반응기를 예를 들어 보여주는 구조식이다.

도면들을 참조하면, 전술한 반응기(R)로 실리콘 계열, 에폭시 계열, 아크릴 계열, 우레탄 계열, 알킬 계열 등 탄성력과 소정의 광 특성을 가진 유기물을 사용할 수 있다.

이때, 도면들에는 전술한 실리콘 계열, 에폭시 계열, 아크릴 계열, 우레탄 계열 및 알킬 계열의 예로 각각 폴리실록산(polysiloxane)(1≤n≤15), m-클로로퍼옥시벤조산(M-CPBA), 트리메틸로 트라이아크릴레이트(trimethylo triacrylate), 폴리우레탄(polyurethane), 펜타디엔(pentadiene)을 보여주고 있다. 다만, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.

폴리실록산은 규소 원자와 산소 원자가 교대로 결합하여 사슬식 구조를 형성하고 있는 화합물을 의미한다.

실리콘 계열로 폴리실록산 이외에 폴리실록산 치환체, 폴리실록산 내 실리콘 수소화물(silicon hydride) 치환체, 실리카(silica), 폴리실록산 내 실리카 치환체 등을 포함할 수 있다.

에폭시 계열로 M-CPBA 이외에 에폭시계 고분자 및 그 치환체, 에폭시 비닐 에스터 고분자(epoxy vinyl ester polymer) 및 그 치환체, 환형 에폭시드(epoxide) 고분자 및 그 치환체 등을 포함할 수 있다.

폴리우레탄은 알코올기 OH와 아이소사이안산기 NCO의 결합으로 만들어진 우레탄결합으로 결합된 고분자 화합물을 의미한다.

아크릴 계열로 트리메틸로 트라이아크릴레이트 이외에 트리메틸로 트라이아크릴레이트 치환체, 아크릴 계열과 폴리실록산의 공중합체 등을 포함할 수 있다.

우레탄 계열로 에테르(ether)계 폴리우레탄 및 그 치환체, 에스터(ester)계 폴리우레탄 및 그 치환체, 카보네이트(carbonate)계 폴리우레탄 및 그 치환체, 아크릴계 폴리우레탄 및 그 치환체, 이러한 우레탄 계열과 실리콘 계열의 공중합체 등을 포함할 수 있다.

알킬 계열로 다이엔(diene)(1≤n≤15), 다이엔 내 에테르 치환체, 다이엔 내 실리콘 수소화물 치환체, 다이엔 내 실리카 치환체, 다이엔 내 실록산 치환체, 알킬 계열과 폴리실록산의 공중합체 등을 포함할 수 있다.

도 8은 편광판의 갈림 테스트 결과를 비교하여 보여주는 표다.

이때, 도 8은 표면처리하지 않은 아크릴(비교예1, 비교예2)과 아크릴에 실리콘 계열의 반응기를 결합한 편광판(실험예1, 실험예2)의 갈림 테스트 결과를 보여주고 있다.

이때, 비교예2 및 실험예2는 80℃에서 10분간 에이징(aging)을 한 경우이다.

일 예로, 갈림 테스트를 위해 편광판을 이동 장비에 고정시킨 후, 확산시트와 같은 광학시트를 스테이지와 같은 고정 장비에 부착한다.

이후, 이동 장비 상단에 강모(steelwool) 등의 일정 하중을 가하며 이동(예로, 100g의 하중을 100mm/sec의 속도로 이동)시키면서 편광판 표면의 갈림 유무를 확인하게 된다.

참고로, NG는 갈림이 발생한 경우를 나타내며, OK는 갈림이 발생하지 않아 공정적용이 가능한 경우를 나타낸다.

도면을 참조하면, 연필경도 테스트에 대해서는 비교예1과 비교예2 및 실험예1의 경우에는 B경도의 연필에 흠집이 발생한 반면, 실험예2의 경우에는 HB경도의 연필에 흠집이 발생하였음을 알 수 있다.

다음으로, 비교예1과 비교예2의 경우에는 강모 테스트에서 1회만에 NG가 발생한 반면, 실험예1의 경우에는 300회 내에 NG가 발생하였음을 알 수 있다.

그리고, 80℃에서 10분간 에이징을 진행 한 실험예2의 경우에는 300회의 강모 테스트에도 NG가 발생하지 않았음을 알 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 : 편광판 121 : 편광자
122a,122b : 보호층 123a,123b : 점착제
124a : 이형필름 124b : 보호필름

Claims

편광자;
상기 편광자의 적어도 일측에 구비된 보호층; 및
상기 보호층의 고분자 내에 첨가되어 상기 고분자와 가교 결합(crosslink)되는 반응기를 포함하는 편광판.
제 1 항에 있어서, 상기 고분자는 트리아세테이트 셀룰로오스(Triacetate Cellulose; TAC)나 폴리메틸메타크릴레이트(Polymethyl Methacrylate; PMMA)로 구성되는 것을 특징으로 하는 편광판.
제 2 항에 있어서, 상기 반응기는 상기 TAC 내 아세테이트(acetate)들 사이에 직접 결합되는 것을 특징으로 하는 편광판.
제 2 항에 있어서, 상기 반응기는 상기 TAC 내 아세테이트 또는 상기 PMMA 내 아크릴레이트와 치환 결합되는 것을 특징으로 하는 편광판.
제 1 항에 있어서, 상기 반응기는 실리콘 계열, 에폭시 계열, 아크릴 계열, 우레탄 계열 또는 알킬 계열의 유기물로 구성되는 것을 특징으로 하는 편광판.
제 5 항에 있어서, 상기 실리콘 계열로 폴리실록산(polysiloxane) 및 그 치환체, 폴리실록산 내 실리콘 수소화물(silicon hydride) 치환체, 실리카(silica), 폴리실록산 내 실리카 치환체를 포함하는 것을 특징으로 하는 편광판.
제 5 항에 있어서, 상기 에폭시 계열로 m-클로로퍼옥시벤조산(M-CPBA) 및 그 치환체, 에폭시 비닐 에스터 고분자(epoxy vinyl ester polymer) 및 그 치환체, 환형 에폭시드(epoxide) 고분자 및 그 치환체를 포함하는 것을 특징으로 하는 편광판.
제 5 항에 있어서, 상기 아크릴 계열로 트리메틸로 트라이아크릴레이트(trimethylo triacrylate) 및 그 치환체, 아크릴 계열과 폴리실록산의 공중합체를 포함하는 것을 특징으로 하는 편광판.
제 5 항에 있어서, 상기 우레탄 계열로 에테르(ether)계 폴리우레탄 및 그 치환체, 에스터(ester)계 폴리우레탄 및 그 치환체, 카보네이트(carbonate)계 폴리우레탄 및 그 치환체, 아크릴계 폴리우레탄 및 그 치환체, 이러한 우레탄 계열과 실리콘 계열의 공중합체를 포함하는 것을 특징으로 하는 편광판.
제 5 항에 있어서, 상기 알킬 계열로 다이엔(diene)(1≤n≤15), 다이엔 내 에테르 치환체, 다이엔 내 실리콘 수소화물 치환체, 다이엔 내 실리카 치환체, 다이엔 내 실록산 치환체, 알킬 계열과 폴리실록산의 공중합체를 포함하는 것을 특징으로 하는 편광판.
액정패널;
상기 액정패널의 상, 하면에 부착되며, 편광자와 상기 편광자의 적어도 일측에 구비된 보호층 및 상기 보호층의 고분자 내에 첨가되어 상기 고분자와 가교 결합되는 반응기를 포함하는 편광판; 및
상기 액정패널의 배면에 설치되어 상기 액정패널에 광을 공급하는 백라이트 유닛을 포함하는 액정표시장치.
제 11 항에 있어서, 상기 고분자는 TAC이나 PMMA로 구성되는 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
제 11 항에 있어, 상기 반응기는 상기 TAC 내 아세테이트들 사이에 직접 결합되는 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
제 11 항에 있어서, 상기 반응기는 상기 TAC 내 아세테이트 또는 상기 PMMA 내 아크릴레이트와 치환 결합되는 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
제 11 항에 있어서, 상기 반응기는 폴리실록산, M-CPBA, 트리메틸로 트라이아크릴레이트, 폴리우레탄 또는 펜타디엔으로 구성되는 것을 특징으로 하는 액정표시장치.