KR20180047473A - 편광판 및 이를 구비한 표시장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 편광판 및 이를 구비한 표시장치는 강도가 서로 다른 박형 필름의 적층을 통해 외부의 충격을 흡수, 분산하는 것을 특징으로 한다.
이와 같이 본 발명은 두꺼운 커버 윈도우(cover window) 대신에 박형의 필름을 사용함에 따라 편광판의 박형화와, 경량화 및 저비용화가 가능하며, 제작공정이 단순화되고 공정비용이 절감되는 효과를 제공한다.

Description

편광판 및 이를 구비한 표시장치{POLARIZING PLATE AND DISPLAY DEVICE HAVING THE SAME}
본 발명은 편광판 및 이를 구비한 표시장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 외부의 충격을 흡수하는데 적합한 편광판 및 이를 구비한 표시장치에 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.
이하, 일반적인 액정표시장치의 구조에 대해서 도면을 참조하여 상세히 설명하다.
도 1은 일반적인 액정표시장치의 구조를 개략적으로 보여주는 단면도이다.
도 1을 참조하면, 일반적인 액정표시장치는 액정패널(10)과 액정패널(10)의 배면에 설치되어 액정패널(10)에 광을 공급하는 백라이트 유닛(미도시)으로 이루어진다.
액정패널(10)은 제 1 기판(5)과, 제 2 기판(15) 및 제 1 기판(5)과 제 2 기판(15) 사이에 형성된 액정층(30)으로 이루어진다.
자세히 도시하지 않았지만, 제 1 기판(5)은 컬러필터가 형성되는 컬러필터 기판이고, 제 2 기판(15)은 박막 트랜지스터와 같은 구동소자 및 화소전극이 형성되는 TFT 기판이다. 또한, 제 2 기판(15)의 측면에는 구동회로부가 구비되어 제 2 기판(15)에 형성된 박막 트랜지스터와 화소전극에 각각 신호를 인가한다.
액정패널(10)의 상, 하면에는 각각 편광판(1, 11)이 배치된다.
이때, 제 1 편광판(1)은 편광자(2)와 편광자(2)의 양측에 형성된 보호층(3a, 3b)을 포함하여 구성되며, 점착제(7)를 통해 제 1 기판(5) 상부에 부착된다.
제 1 편광판(1)의 상부에는 외부의 충격 흡수를 위해 접착제나 에어 갭(8)을 통해 커버 윈도우(cover window)(20)가 부착된다. 즉, 기존에는 외부에서 가해지는 충격을 커버 윈도우(20)와 에어 갭(8)이 흡수한다.
커버 윈도우(20)는 강도는 높아 충격 흡수 기능은 확보할 수 있으나, 두꺼운 글라스, 또는 플라스틱 등의 재료 사용으로 액정표시장치의 두께와, 무게 및 공정비용이 증가하는 단점이 있다.
커버 윈도우(20)의 글라스는 약 300-500㎛의 두께를 가지며, 화학적이나 물리적인 강화처리가 필요하다. 또한, 플라스틱은 글라스에 비해 강도가 낮아 500㎛ 이상의 두께를 가져야 하며, 경도 및 스크래치 내성을 높이기 위해 별도의 표면처리가 필요하다.
에어 갭(8)이나 접착제 역시 약 100-200㎛의 두께를 가진다.
또한, 액정패널(10)과 커버 윈도우(20)의 합착을 위해서는 레진 도포, 지그를 이용한 본딩, 스프레드(spread), 1차 경화, 세정 및 2차 경화 등 복잡한 합착 공정이 필요하며, 자체 공정비용의 소요뿐만 아니라 공정 중에 불량에 의한 손실비용이 발생하게 된다.
본 발명은 상기한 문제를 해결하기 위한 것으로, 박형 필름의 적층으로 외부의 충격을 흡수하는데 적합한 편광판 및 이를 구비한 표시장치를 제공하는데 목적이 있다.
본 발명의 다른 목적은 충격 흡수의 기능을 커버 윈도우 대신에 편광판 자체에서 구현하도록 한 편광판 및 이를 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 편광판은 편광자 및 상기 편광자의 상측에 구비된 저강도의 제 1 필름과 고강도의 제 2 필름을 포함하여 구성될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 표시장치는 액정패널 상부에 상기 편광판이 부착되어 구성될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 편광판 및 이를 구비한 표시장치는 최상층에 상기 제 1 필름이 위치하고, 그 하부에 상기 제 2 필름이 위치하는 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 편광자의 상측에 상기 제 1 필름과 상기 제 2 필름이 다수 회 교번 적층될 수 있다.
상기 제 2 필름과 상기 편광자 사이에 개재되는 저강도의 제 3 필름을 추가로 포함할 수 있다.
상기 제 1 필름은 외부의 충격을 흡수(감쇠)하여 하부로 전달하며, 상기 제 2 필름은 상기 제 1 필름에 의해 감쇠된 외부의 충격을 분산 및 흡수할 수 있다.
상기 제 1 필름은 저강도 고경도 필름으로 구성될 수 있다.
상기 제 1 필름은 트리아세테이트 셀룰로오스(Triacetate Cellulose; TAC), 아크릴, PET(Polyethylene Terephthalate) 및 COP(Cyclo Olefin Polymer) 중 어느 하나로 구성될 수 있다.
상기 제 1 필름은 10-500MPa, 바람직하게는 100±10MPa의 인장/굽힘 탄성 계수를 가질 수 있다.
상기 제 2 필름은 폴리이미드(polyimide; PI), 강화 아크릴 및 폴리카보네이트(polycarbonate; PC) 중 어느 하나로 구성될 수 있다.
상기 제 2 필름은 1,000-50,000MPa, 바람직하게는 10,000±1,000MPa의 인장/굽힘 탄성 계수를 가질 수 있다.
상기 제 2 필름과 상기 제 3 필름 사이에 개재되는 점착제를 추가로 포함할 수 있다.
상기 제 1 필름과 상기 제 2 필름 사이에 개재되는 제 1 접착제를 추가로 포함할 수 있다.
상기 제 3 필름과 상기 편광자 사이에 개재되는 제 2 접착제를 추가로 포함할 수 있다.
상기 편광판과 상기 표시패널 사이에 개재되는 또 다른 점착제를 추가로 포함할 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 편광판 및 이를 구비한 표시장치는 두꺼운 커버 윈도우 대신에 박형의 필름을 사용함에 따라 편광판의 박형화와, 경량화 및 저비용화가 가능하며, 제작공정이 단순화되고 공정비용이 절감되는 효과를 제공한다.
도 1은 일반적인 액정표시장치의 구조를 예시적으로 보여주는 단면도.
도 2a 및 도 2b는 액정패널을 투과하는 빛의 특성을 보여주는 예시도.
도 3은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 표시장치의 구조를 예시적으로 보여주는 단면도.
도 4는 도 3에 도시된 본 발명의 제 1 실시예에 따른 표시장치에 있어, 편광판의 구성요소를 개략적으로 보여주는 분해사시도.
도 5는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 편광판에 대한 외부의 충격 흡수 메커니즘(mechanism)을 설명하기 위한 단면도.
도 6a 및 도 6b는 도 5에 도시된 충격 흡수 메커니즘을 구체적으로 보여주는 단면도.
도 7은 본 발명에 따른 편광판의 충격 테스트 결과를 예로 들어 보여주는 표.
도 8은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 표시장치의 구조를 예시적으로 보여주는 단면도.
도 9는 본 발명의 제 3 실시예에 따른 표시장치의 구조를 예시적으로 보여주는 단면도.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명에 따른 편광판 및 이를 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 사용 시, 또는 동작 시 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.
표시장치의 예로 액정표시장치는 마주보는 2개의 전극과 그 사이에 형성되는 액정층으로 구동되는데, 2개의 전극에 전압을 인가하여 생성되는 전기장으로 액정층의 액정분자를 구동할 수 있다.
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 표시할 수 있다.
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 결정할 수 있다.
도 2a 및 도 2b는 액정패널을 투과하는 빛의 특성을 보여주는 예시도이다.
이때, 도 2a 및 도 2b는 TN(twisted nematic) 모드에서의 액정패널의 구동을 예로 들어 도시하고 있으나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며 STN(super TN), VA(vertical alignment), IPS(in plane switching), FFS(fringe field switching) 또는 OCB(optical compensation bend) 등 액정모드에 상관없이 적용 가능하다.
도면들을 참조하면, 액정표시장치는 크게 액정패널(110) 및 이의 배면에서 빛을 공급하는 백라이트 유닛(미도시)을 포함하여 구성될 수 있다.
액정패널(110)은 액정층(130)을 사이에 두고 합착된 제 1 및 제 2 기판(105, 115), 그리고 제 1 및 제 2 기판(105, 115) 외면에 각각 부착된 제 1 및 제 2 편광판(101, 111)을 포함하여 구성될 수 있다.
이때, 도시하지 않았지만, 제 1 기판(105) 내면에는 컬러구현을 위한 컬러필터와 공통전극이 구비되고, 제 2 기판(115) 내면에는 투명 화소전극이 형성된 다수의 화소와 이들 각 화소전극으로 전달되는 액정구동전압을 온/오프(on/off) 제어하는 박막 트랜지스터가 구비될 수 있다.
또한, 제 1 및 제 2 기판(105, 115) 사이로 개재된 액정층(130)은, 일 예로 TN(twisted nematic) 모드에서는, 전압의 오프(off)상태에서, 분자의 장축방향이 제 1 및 제 2 기판(105, 115)과 평행을 유지한 채 제 1 기판(105)에서 제 2 기판(115)에 이르기까지 90도의 방위각으로 꼬인 정렬상태를 나타내며, 제 1 및 제 2 편광판(101, 111)의 편광축은 서로 직교할 수 있다.
이러한 액정패널(110)은 자체발광을 하지 않기 때문에 액정패널(110)로 빛을 공급하는 백라이트 유닛이 액정패널(110)의 배면에 위치할 수 있다.
이러한 액정패널(110)에서 전압이 오프(off) 상태일 때 백라이트 유닛으로부터 출사되는 광은, 도 2a에 도시된 바와 같이 제 2 편광판(111)에 의해 이의 편광축과 나란한 선형편광만이 투과되고 나머지는 흡수되며, 액정층(130)을 통과하는 동안 이의 방위각을 따라 90도로 회전됨으로써 제 1 편광판(101)을 투과해서 화이트(white)를 표시할 수 있다.
다음으로 전압이 온(on) 상태일 때 액정패널(110)의 액정분자는, 도 2b에 도시된 바와 같이 장축이 제 1 및 제 2 편광판(101, 111)에 대해 수직하게 배열되어 90도의 선광성(optical rotatory power)을 상실하게 되고, 제 2 편광판(111)을 투과한 선형편광은 제 1 편광판(101)에서 차단되어 블랙(black)을 표시할 수 있다.
도 3은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 표시장치의 구조를 예시적으로 보여주는 단면도로써, 표시장치로 액정표시장치를 예로 들어 보여주고 있다. 다만, 본 발명이 액정표시장치에 한정되는 것은 아니다.
그리고, 도 4는 도 3에 도시된 본 발명의 제 1 실시예에 따른 표시장치에 있어, 편광판의 구성요소를 개략적으로 보여주는 분해사시도이다. 이때, 도 4는 액정패널의 상면에 위치하는 제 1 편광판을 예로 들어 보여주고 있다.
도면들을 참조하면, 본 발명의 제 1 실시예에 따른 액정표시장치는 액정패널(110)과 액정패널(110)의 배면에 설치되어 액정패널(110)에 광을 공급하는 백라이트 유닛(미도시)으로 이루어질 수 있다.
액정패널(110)은 실제 화상이 구현되는 표시패널의 예로, 제 1 기판(105)과, 제 2 기판(115) 및 제 1 기판(105)과 제 2 기판(115) 사이에 형성된 액정층(130)으로 이루어질 수 있다.
자세히 도시하지 않았지만, 제 1 기판(105)은 컬러필터가 형성되는 컬러필터 기판으로 다수의 서브-컬러필터로 구성된 컬러필터와, 서브-컬러필터 사이를 구분하고 액정층을 투과하는 광을 차단하는 블랙매트릭스, 그리고 액정층에 전압을 인가하는 투명한 공통전극으로 이루어질 수 있다.
또한, 제 2 기판(115)은 박막 트랜지스터와 같은 구동소자가 형성되는 어레이 기판으로 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.
액정패널(110)은 그 배면에 백라이트 유닛이 구비되어 빛을 공급하게 되는데, 이는 액정표시장치 자체가 발광요소를 갖추지 못한 소자이므로 별도의 광원을 요구하기 때문이다.
일 예로, 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.
이와 같이 구성된 액정패널(110)의 상, 하면에는 각각 편광판(101, 111)이 배치될 수 있다.
백라이트 유닛으로부터 발광된 광은 제 2 기판(115)에 부착된 제 2 편광판(111)에서 편광 되고 액정층(130)을 투과하면서 광의 편광상태가 변환된 후, 제 1 기판(105)에 부착된 제 1 편광판(101)을 통해 외부로 출사된다. 이때, 액정층(130)에 의한 광의 편광상태 변화에 따라 제 1 편광판(101)을 통해 투과되는 광의 투과도가 조절됨으로써 화상이 구현될 수 있다.
이 중 액정패널(110)의 상면에 부착된 제 1 편광판(101)은 편광자(102)와, 편광자(102)의 하측에 형성된 보호층(103) 및 편광자(102)의 상측에 형성된 제 1 내지 제 3 필름(104, 105, 106)을 포함하여 구성될 수 있다.
제 1 편광판(101)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(102)를 이용하여 입사면에 수직한 편광성분과 평행한 편광성분으로 나누는 소자를 사용하는 것이 일반적이며, 편광자(102)에 의해 직선편광과 타원편광이 얻어질 수 있다.
이를 위해 적정한 소재를 선택하고 용도에 맞게 필름 형태로 가공하여 균일한 편광성과 고도의 편광효율을 갖도록 할 수 있다.
일 예로, 요오드(iodine)로 처리한 폴리비닐알코올(Polyvinyl Alcohol; PVA) 필름을 편광자(102)로 사용할 수 있다. 그리고, 치수나 변형에 대한 안정성과 내마모성은 물론 우수한 투명성과, 자외선 흡수성 및 내구성을 갖는 트리아세테이트 셀룰로오스(Triacetate Cellulose; TAC) 필름이나 아크릴, 일 예로 폴리메틸메타크릴레이트(Polymethyl Methacrylate; PMMA) 필름을 PVA 필름을 보호하는 내부기재인 보호층(103)으로 사용할 수 있다. 다만, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.
이렇게 구성된 제 1 편광판(101)은 점착제(107)를 통해 제 1 기판(105) 상부에 부착될 수 있다.
이때, 본 발명의 제 1 실시예에 따른 제 1 편광판(101)은 외부의 충격을 흡수, 분산하기 위해 기존의 커버 윈도우 대신에 강도가 서로 다른 제 1 내지 제 3 필름(104, 105, 106)들을 편광자(102)의 상측에 적층하는 것을 특징으로 한다.
제 1 내지 제 3 필름(104, 105, 106)들은 박형화가 가능하여 제 1 편광판(101)의 외부기재로써 제 1 편광판(101)과 일체화될 수 있다.
이와 같이 두꺼운 커버 윈도우 대신에 박형의 제 1 내지 제 3 필름(104, 105, 106)들을 사용함에 따라 제 1 편광판(101)의 박형화와, 경량화 및 저비용화가 가능한 효과를 제공한다.
또한, 제 1 내지 제 3 필름(104, 105, 106)들은 제 1 편광판(101)이 액정패널(110)에 부착될 때 한번에 부착됨에 따라 기존의 커버 윈도우 부착공정에 비해 제작공정이 단순화되고 공정비용이 절감되는 효과를 제공한다. 즉, 기존에는 액정패널에 편광판을 부착한 후에 별도의 커버 윈도우 합착공정을 진행하여야 했지만, 본 발명에 의하면 편광판 제작 시 롤-투-롤(Roll to Roll) 방식으로 각 필름들이 합지 되어 제작됨에 따라 액정패널에 편광판을 부착하기만 하면 된다.
이를 위해 본 발명에 따른 제 1 편광판(101)은 편광자(102)의 상측에 저강도의 제 1 필름(104)과 고강도의 제 2 필름(105)이 적층되는 것을 특징으로 한다. 이때, 본 발명의 제 1 실시예에 따른 제 1 편광판(101)은 편광자(102)의 상측에 저강도의 제 1 필름(104)과 고강도의 제 2 필름(105)이 한번씩 적층되어 있는 경우를 예로 들고 있으나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.
이때, 외부의 충격을 효과적으로 흡수하기 위해 고강도의 제 2 필름(105) 위에 저강도의 제 1 필름(104)이 적층되며, 제 2 필름(105)과 편광자(102) 사이에는 또 다른 저강도의 제 3 필름(106)이 개재될 수 있다.
최상층의 제 1 필름(104)은 외부의 충격을 흡수(감쇠)하여 하부로 전달하는 역할을 하며, 그 하부의 제 2 필름(105)은 감쇠된 외부의 충격을 분산 및 흡수하는 역할을 할 수 있다.
이하, 본 발명에 따른 편광판에 대한 외부의 충격 흡수 메커니즘(mechanism)을 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 5는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 편광판에 대한 외부의 충격 흡수 메커니즘을 설명하기 위한 단면도이다.
그리고, 도 6a 및 도 6b는 도 5에 도시된 충격 흡수 메커니즘을 구체적으로 보여주는 단면도이다.
도 5 및 도 6a를 참조하면, 제 1 편광판(101)에 가해진 외부의 충격은 최상층인 제 1 필름(104)에 의해 흡수(감쇠)되어 하부로 전달될 수 있다.
이때, 제 1 필름(104)은 저강도 필름, 바람직하게는 저강도 고경도 필름으로 구성될 수 있다.
이와 같이 본 발명의 경우 제 1 편광판(101)의 최상층이 저강도 필름으로 구성되기 때문에 외부의 충격이 감쇠(attenuation)되어 하부로 전달되는데, 만약 최상층이 고강도 필름으로 구성될 경우 충격을 흡수(감쇠)하지 못해 고강도 필름 자체의 손상(깨지거나 크랙)이 발생할 수 있다.
저강도의 제 1 필름(104)에 가해지는 외부의 충격은 제 1 필름(104)의 소정 영역(비교적 좁은 영역)에서 흡수(감쇠)되며, 감쇠된 상태로 하부로 전달된다.
저강도 필름으로는 TAC이나 아크릴, 또는 PET(Polyethylene Terephthalate), COP(Cyclo Olefin Polymer) 등을 사용할 수 있다. 제 1 필름(104)은 10-500MPa, 바람직하게는 100±10MPa의 인장/굽힘 탄성 계수를 가질 수 있다. 또한, 제 1 필름(104)은 50-150㎛, 바람직하게는 100±10㎛의 두께를 가질 수 있다.
이와 같이 제 1 필름(104)은 고경도와, 내스크래치 및 내오염 특성을 가지는 표면코팅층으로 지지층의 역할을 할 수 있다. 또한, 충격인가 시에 약간의 쿠션 역할을 수행하며, 하부의 고강도 제 2 필름(105)의 지지를 받아 고경도 표면처리층의 직접 손상을 방지할 수 있다.
다음으로, 도 5 및 도 6b를 참조하면, 저강도의 제 1 필름(104)에 의해 감쇠된 외부의 충격은 그 하부의 제 2 필름(105)에 의해 분산 및 흡수될 수 있다.
이때, 제 2 필름(105)은 고강도 필름, 바람직하게는 고강도 저경도 필름으로 구성될 수 있다.
이와 같이 본 발명의 경우 저강도의 제 1 필름(104) 하부에 고강도의 제 2 필름(105)이 위치함에 따라 제 1 필름(104)에 의해 감쇠된 외부의 충격이 분산 및 흡수될 수 있다. 이때, 흡수되고 남은 충격도 넓게 분산시켜 전파함으로써 하부층의 손상을 방지하는 역할을 할 수 있다.
고강도 필름으로는 폴리이미드(polyimide; PI)나 강화 아크릴, 또는 폴리카보네이트(polycarbonate; PC) 등의 고강성 고분자 재료가 사용될 수 있다. 제 2 필름(105)은 1,000-50,000MPa, 바람직하게는 10,000±1,000MPa의 인장/굽힘 탄성 계수를 가질 수 있다. 또한, 제 2 필름(105)은 50-150㎛, 바람직하게는 100±10㎛의 두께를 가질 수 있다.
이때, 고강도의 제 2 필름(105)은 충격의 분산 및 흡수의 주요 층으로, 흡수하고 남은 충격도 넓게 분산시켜 전파함으로써 하부층의 손상을 방지할 수 있다. 만약, 제 2 필름(105)을 고강도가 아닌 스펀지 형태의 저강도 필름으로 구성할 경우 잔여 충격이 분산되지 않아 하부층에 손상이 발생할 수 있다.
이와 같이 본 발명의 제 1 실시예에 따른 제 1 편광판(101)은 편광자(102)의 상측에 저강도의 제 1 필름(104)과 고강도의 제 2 필름(105)의 적층으로 외부의 충격을 흡수할 수 있다.
이때, 충격의 추가적인 흡수를 위해 제 2 필름(105)과 편광자(102) 사이에 또 다른 저강도의 제 3 필름(106)을 개재시킬 수 있다.
제 3 필름(106)은 저강도 필름으로 제 1 필름(104)과 실질적으로 동일한 재질 및 두께를 가질 수 있다.
저강도의 제 3 필름(106)은 충격의 추가적인 흡수(상쇠) 역할을 하며, 동시에 편광자(102)의 보호기재의 역할을 할 수 있다.
이와 같이 제 1 편광판(101)의 최상층에는 저강도의 제 1 필름(104)이 적층되어야 하며, 기본적으로 저강도의 제 1 필름(104)과 그 하부에 고강도의 제 2 필름(105)이 한번씩은 적층되어야 한다. 따라서, 내충격 특성 요구수준에 따라 저강도의 제 1 필름(104)과 고강도의 제 2 필름(105)이 적어도 2번 이상씩 교번 적층될 수 있다.
도 7은 본 발명에 따른 편광판의 충격 테스트 결과를 예로 들어 보여주는 표다.
이때, 도 7은 22g 및 130g의 볼(ball)을 상부 10, 30, 60 및 100cm에서 떨어뜨릴 때의 충격 테스트 결과를 예로 들어 보여주고 있다.
이때, 비교예1은 편광자 위에 외부기재로 TAC이 적층된 일반적인 편광판을 예로 들고 있으며, 비교예2는 비교예1의 편광판 상부에 고강도 폴리이미드 필름을 적층한 편광판을 예로 들고 있다.
그리고, 실험예는 비교예1의 편광판 상부에 고강도의 폴리이미드 필름과 저강도의 TAC 필름을 적층한 편광판을 예로 들고 있다.
이때, 편광판 하부에는 점착제를 통해 액정패널이 부착되며, 내부기재로 TAC이 사용되는 경우를 예로 들고 있다. 테스트에 사용된 액정패널, 점착제, TAC 및 PVA의 두께는 각각 약 600㎛, 13㎛, 20㎛ 및 12㎛이다. 그리고, 비교예1, 2 및 실험예의 외부기재로 TAC은 약 25㎛이고, 비교예2의 고강도 폴리이미드 필름은 약 60㎛이며, 실험예의 고강도의 폴리이미드 필름과 저강도의 TAC 필름은 각각 약 50㎛와 60㎛이다.
도 7을 참조하면, 일반적인 편광판의 비교예1의 경우에는 22g의 볼을 상부에서 떨어뜨렸을 때 10cm와 30cm에서는 5번의 테스트 모두에서 휘점 불량이 발생하였다.
그리고, 60cm에서는 5번의 테스트 중 4번의 휘점 불량과 2번의 깨짐(액정패널)이 발생하였다. 100cm에서는 3번의 테스트 모두에서 액정패널이 깨졌다.
130g의 볼을 상부에서 떨어뜨렸을 때는 10cm에서 액정패널이 깨졌다.
다음으로, 고강도 폴리이미드 필름을 적층한 비교예2의 경우에는 22g의 볼을 상부에서 떨어뜨렸을 때 10cm에서는 5번의 테스트에서 4번은 휘점 불량이 발생하지 않았으나 30cm에서는 5번의 테스트 모두에서 휘점 불량이 발생하였다.
그리고, 60cm에서는 5번의 테스트 중 2번의 휘점 불량과 3번의 깨짐(표면층의 크랙)이 발생하였다. 100cm에서는 3번의 테스트 모두에서 액정패널이 깨졌다.
130g의 볼을 상부에서 떨어뜨렸을 때는 20cm에서 액정패널이 깨졌다.
다음으로, 고강도의 폴리이미드 필름과 저강도의 TAC 필름을 적층한 실험예의 경우에는 22g의 볼을 상부에서 떨어뜨렸을 때 10cm, 30cm, 60cm 및 10cm 모두에서 5번의 테스트 모두 휘점 불량과 깨짐이 발생하지 않았다.
그리고, 130g의 볼을 상부에서 떨어뜨렸을 때는 80cm까지는 액정패널의 깨짐이 발생하지 않았다.
이와 같이 편광자 상측에 강도가 서로 다른 박형 필름의 적층을 통해 외부의 충격을 흡수할 수 있으며, 이때 최상층에는 저강도의 필름을 적층하고 그 하부에 고강도의 필름을 적층하는 것을 특징으로 한다.
외부의 충격을 완벽하게 흡수하기 위해, 본 발명은 이러한 저강도의 필름과 고강도의 필름을 다수 교번 적층하는 경우에도 적용할 수 있으며, 이를 다음의 본 발명의 제 2 실시예를 통해 상세히 설명한다.
도 8은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 표시장치의 구조를 예시적으로 보여주는 단면도로써, 표시장치로 액정표시장치를 예로 들어 보여주고 있다. 다만, 전술한 바와 같이 본 발명이 액정표시장치에 한정되는 것은 아니다.
이때, 도 8에 도시된 본 발명의 제 2 실시예에 따른 표시장치는, 저강도의 필름과 고강도의 필름이 다수 교번 적층된 것을 제외하고는, 전술한 본 발명의 제 1 실시예에 따른 표시장치와 실질적으로 동일한 구성으로 이루어질 수 있다.
도 8을 참조하면, 본 발명의 제 2 실시예에 따른 액정표시장치는 액정패널(210)과 액정패널(210)의 배면에 설치되어 액정패널(210)에 광을 공급하는 백라이트 유닛(미도시)으로 이루어질 수 있다.
액정패널(210)은 실제 화상이 구현되는 곳으로, 제 1 기판(205)과, 제 2 기판(215) 및 제 1 기판(205)과 제 2 기판(215) 사이에 형성된 액정층(230)으로 이루어질 수 있다.
이와 같이 구성된 액정패널(210)의 상, 하면에는 각각 편광판(201, 211)이 배치될 수 있다.
백라이트 유닛으로부터 발광된 광은 제 2 기판(215)에 부착된 제 2 편광판(211)에서 편광 되고 액정층(230)을 투과하면서 광의 편광상태가 변환된 후, 제 1 기판(205)에 부착된 제 1 편광판(201)을 통해 외부로 출사된다. 이때, 액정층(230)에 의한 광의 편광상태 변화에 따라 제 1 편광판(201)을 통해 투과되는 광의 투과도가 조절됨으로써 화상이 구현될 수 있다.
이 중 액정패널(210)의 상면에 부착된 제 1 편광판(201)은 편광자(202)와, 편광자(202)의 하측에 형성된 내부기재인 보호층(203) 및 편광자(202)의 상측에 형성된 제 3 필름(206)과 다수의 제 1 및 제 2 필름(204, 205)을 포함하여 구성될 수 있다.
제 1 편광판(201)은 점착제(207)를 통해 제 1 기판(205) 상부에 부착될 수 있다.
이때, 본 발명의 제 2 실시예에 따른 제 1 편광판(201)은 외부의 충격을 흡수, 분산하기 위해 기존의 커버 윈도우 대신에 강도가 서로 다른 제 1 및 제 2 필름(204, 205)들을 편광자(202)의 상측에 교번 적층하는 것을 특징으로 한다. 즉, 내충격 특성 요구수준에 따라 저강도의 제 1 필름(204)과 고강도의 제 2 필름(205)이 적어도 2번 이상씩 교번 적층될 수 있다.
제 1 내지 제 3 필름(204, 205, 206)들은 박형화가 가능하여 제 1 편광판(201)의 외부기재로써 제 1 편광판(201)과 일체화될 수 있다.
이와 같이 두꺼운 커버 윈도우 대신에 박형의 제 1 내지 제 3 필름(204, 205, 206)들을 사용함에 따라 제 1 편광판(201)의 박형화와, 경량화 및 저비용화가 가능한 효과를 제공한다.
또한, 제 1 내지 제 3 필름(204, 205, 206)들은 제 1 편광판(201)이 액정패널(210)에 부착될 때 한번에 부착됨에 따라 기존의 커버 윈도우 부착공정에 비해 제작공정이 단순화되고 공정비용이 절감되는 효과를 제공한다.
이를 위해 본 발명의 제 2 실시예에 따른 제 2 편광판(201)은 편광자(202)의 상측에 저강도의 제 1 필름(204)과 고강도의 제 2 필름(205)이 다수 회 교번 적층되는 것을 특징으로 한다.
이때, 외부의 충격을 효과적으로 흡수하기 위해 최상층에는 저강도의 제 1 필름(204)이 적층되며, 그 하부에는 고강도의 제 2 필름(205)이 적층되며, 이러한 교번 적층이 다수 회 이루어질 수 있다. 또한, 최하층의 제 2 필름(205)과 편광자(202) 사이에는 또 다른 저강도의 제 3 필름(206)이 개재될 수 있다.
최상층의 제 1 필름(204)은 외부의 충격을 흡수(감쇠)하여 하부로 전달하는 역할을 하며, 그 하부의 제 2 필름(205)은 감쇠된 외부의 충격을 분산 및 흡수하는 역할을 할 수 있다. 이러한 외부의 충격 흡수 메커니즘은 그 하부에 다수 회 적층된 제 1 및 제 2 필름(204, 205)들에 동일하게 적용되어 완벽하게 충격을 흡수할 수 있게 된다.
전술한 바와 같이 제 1 필름(204)은 저강도 필름, 바람직하게는 저강도 고경도 필름으로 구성될 수 있다.
저강도 필름으로는 TAC이나 아크릴, 또는 PET(Polyethylene Terephthalate), COP(Cyclo Olefin Polymer) 등을 사용할 수 있다. 제 1 필름(204)은 10-500MPa, 바람직하게는 100±10MPa의 인장/굽힘 탄성 계수를 가질 수 있다. 또한, 제 1 필름(204)은 50-150㎛, 바람직하게는 100±10㎛의 두께를 가질 수 있다.
제 2 필름(205)은 고강도 필름, 바람직하게는 고강도 저경도 필름으로 구성될 수 있다.
고강도 필름으로는 폴리이미드(polyimide; PI)나 강화 아크릴, 또는 폴리카보네이트(polycarbonate; PC) 등의 고강성 고분자 재료가 사용될 수 있다. 제 2 필름(205)은 1,000-50,000MPa, 바람직하게는 10,000±1,000MPa의 인장/굽힘 탄성 계수를 가질 수 있다. 또한, 제 2 필름(205)은 50-150㎛, 바람직하게는 100±10㎛의 두께를 가질 수 있다.
이때, 충격의 추가적인 흡수를 위해 최하층의 제 2 필름(205)과 편광자(202) 사이에 또 다른 저강도의 제 3 필름(206)을 개재시킬 수 있다.
제 3 필름(206)은 저강도 필름으로 제 1 필름(204)과 실질적으로 동일한 재질 및 두께를 가질 수 있다.
저강도의 제 3 필름(206)은 충격의 추가적인 흡수(상쇠) 역할을 하며, 동시에 편광자(202)의 보호기재의 역할을 할 수 있다.
본 발명은 보다 효과적인 충격의 흡수를 위해 제 1 내지 제 3 필름들 사이에 점착제나 접착제를 개재시킬 수 있으며, 이를 다음의 본 발명의 제 3 실시예를 통해 상세히 설명한다.
도 9는 본 발명의 제 3 실시예에 따른 표시장치의 구조를 예시적으로 보여주는 단면도로써, 표시장치로 액정표시장치를 예로 들어 보여주고 있다. 다만, 전술한 바와 같이 본 발명이 액정표시장치에 한정되는 것은 아니다.
이때, 도 9에 도시된 본 발명의 제 3 실시예에 따른 표시장치는, 제 1 내지 제 3 필름들 사이에 점착제나 접착제가 개재된 것을 제외하고는, 전술한 본 발명의 제 1 실시예에 따른 표시장치와 실질적으로 동일한 구성으로 이루어질 수 있다.
도 9를 참조하면, 본 발명의 제 3 실시예에 따른 액정표시장치는 액정패널(310)과 액정패널(310)의 배면에 설치되어 액정패널(310)에 광을 공급하는 백라이트 유닛(미도시)으로 이루어질 수 있다.
액정패널(310)은 실제 화상이 구현되는 곳으로, 제 1 기판(305)과, 제 2 기판(315) 및 제 1 기판(305)과 제 2 기판(315) 사이에 형성된 액정층(330)으로 이루어질 수 있다.
이와 같이 구성된 액정패널(310)의 상, 하면에는 각각 편광판(301, 311)이 배치될 수 있다.
이 중 액정패널(310)의 상면에 부착된 제 1 편광판(301)은 편광자(302)와, 편광자(302)의 하측에 형성된 내부기재인 보호층(303) 및 편광자(302)의 상측에 형성된 다수의 제 1 내지 제 3 필름(304, 305, 306)을 포함하여 구성될 수 있다.
제 1 편광판(301)은 점착제(307)를 통해 제 1 기판(305) 상부에 부착될 수 있다.
본 발명의 제 3 실시예에 따른 제 1 편광판(301)은, 전술한 본 발명의 제 1 실시예와 실질적으로 동일하게 편광자(302)의 상측에 저강도의 제 1 필름(304)과 고강도의 제 2 필름(305)이 교번 적층되는 것을 특징으로 한다. 이때, 본 발명의 제 3 실시예에 따른 제 1 편광판(301)은 편광자(302)의 상측에 저강도의 제 1 필름(304)과 고강도의 제 2 필름(305)이 한번씩 적층되어 있는 경우를 예로 들고 있으나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.
이때, 외부의 충격을 효과적으로 흡수하기 위해 고강도의 제 2 필름(305) 위에 저강도의 제 1 필름(304)이 적층되며, 제 2 필름(305)과 편광자(302) 사이에는 또 다른 저강도의 제 3 필름(306)이 개재될 수 있다.
최상층의 제 1 필름(304)은 외부의 충격을 흡수(감쇠)하여 하부로 전달하는 역할을 하며, 그 하부의 제 2 필름(305)은 감쇠된 외부의 충격을 분산 및 흡수하는 역할을 할 수 있다.
전술한 바와 같이 제 1 필름(304)은 저강도 필름, 바람직하게는 저강도 고경도 필름으로 구성될 수 있다.
저강도 필름으로는 TAC이나 아크릴, 또는 PET(Polyethylene Terephthalate), COP(Cyclo Olefin Polymer) 등을 사용할 수 있다. 제 1 필름(304)은 10-500MPa, 바람직하게는 100±10MPa의 인장/굽힘 탄성 계수를 가질 수 있다. 또한, 제 1 필름(304)은 50-150㎛, 바람직하게는 100±10㎛의 두께를 가질 수 있다.
제 2 필름(305)은 고강도 필름, 바람직하게는 고강도 저경도 필름으로 구성될 수 있다.
고강도 필름으로는 폴리이미드(polyimide; PI)나 강화 아크릴, 또는 폴리카보네이트(polycarbonate; PC) 등의 고강성 고분자 재료가 사용될 수 있다. 제 2 필름(305)은 1,000-50,000MPa, 바람직하게는 10,000±1,000MPa의 인장/굽힘 탄성 계수를 가질 수 있다. 또한, 제 2 필름(305)은 50-150㎛, 바람직하게는 100±10㎛의 두께를 가질 수 있다.
이때, 충격의 추가적인 흡수를 위해 제 2 필름(305)과 편광자(302) 사이에 또 다른 저강도의 제 3 필름(306)을 개재시킬 수 있다.
제 3 필름(306)은 저강도 필름으로 제 1 필름(304)과 실질적으로 동일한 재질 및 두께를 가질 수 있다.
저강도의 제 3 필름(306)은 충격의 추가적인 흡수(상쇠) 역할을 하며, 동시에 편광자(302)의 보호기재의 역할을 할 수 있다.
또한, 본 발명의 제 3 실시예에 따른 제 1 편광판(301)은 보다 효과적으로 외부의 충격을 흡수하기 위해 제 1 내지 제 3 필름(304, 305, 306)들 사이에 점착제(309)나 제 1 및 제 2 접착제(308a, 308b)가 개재된 것을 특징으로 한다.
이때, 점착제(309)는 약 5-25㎛의 두께를 가지며, 강성이 매우 낮은 특성으로 충격을 흡수하는 쿠션 층 역할을 할 수 있다. 다만, 충격 분산이 부족하여 하부층의 손상 방지에는 불리하다.
따라서, 점착제(309)는 고강도의 제 2 필름(305)과 하부 저강도의 제 3 필름(306) 사이에 개재되어, 고강도의 제 2 필름(305)에서 분산된 충격을 하부층들로 전파함에 있어 충격의 절대량을 감소시키는 쿠션 층의 역할을 할 수 있다.
또한, 제 1 및 제 2 접착제(308a, 308b)는 약 1-3㎛의 두께를 가지며, 고강성 및 고경도의 특성을 가짐에 따라 충격의 분산에는 유리하나 자체 깨짐에는 불리하다.
따라서, 제 1 접착제(308a)는 최상층인 저강도의 제 1 필름(304)과 고강도의 제 2 필름(305) 사이에 개재될 수 있으며, 고경도의 제 1 필름(304)의 경도 특성을 발현하는데 유리하다. 또한, 고강도의 제 2 필름(305)의 강도 향상 및 충격에 의한 직접 손상을 방지하는데 유리하다.
또한, 제 2 접착제(308b)는 하부 저강도의 제 3 필름(306)과 편광자(302) 사이에 개재될 수 있으며, 편광자(302)의 연신 응력 발현을 제어하는데 유리하다. 다만, 하부층들의 손상이 우려될 경우 점착제로 대체될 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.
101,201,301, 111,211,311 : 편광판
102,202,302 : 편광자 103,203,303 : 보호층
104,204,304 : 제 1 필름 105,205,305 : 제 2 필름
106,206,306 : 제 3 필름 110,210,310 : 액정패널
308a,308b : 접착제 309 : 점착제

Claims (14)

  1. 편광자; 및
    상기 편광자의 상측에 구비된 저강도의 제 1 필름과 고강도의 제 2 필름을 포함하며,
    최상층에 상기 제 1 필름이 위치하고, 그 하부에 상기 제 2 필름이 위치하는 편광판.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 편광자의 상측에 상기 제 1 필름과 상기 제 2 필름이 다수 회 교번 적층되는 편광판.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 제 2 필름과 상기 편광자 사이에 개재되는 저강도의 제 3 필름을 추가로 포함하는 편광판.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 필름은 외부의 충격을 흡수(감쇠)하여 하부로 전달하며, 상기 제 2 필름은 상기 제 1 필름에 의해 감쇠된 외부의 충격을 분산 및 흡수하는 편광판.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 필름은 저강도 고경도 필름으로 구성되는 편광판.
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 필름은 트리아세테이트 셀룰로오스(Triacetate Cellulose; TAC), 아크릴, PET(Polyethylene Terephthalate) 및 COP(Cyclo Olefin Polymer) 중 어느 하나로 구성되는 편광판.
  7. 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 필름은 10-500MPa, 바람직하게는 100±10MPa의 인장/굽힘 탄성 계수를 가지는 편광판.
  8. 제 1 항에 있어서, 상기 제 2 필름은 폴리이미드(polyimide; PI), 강화 아크릴 및 폴리카보네이트(polycarbonate; PC) 중 어느 하나로 구성되는 편광판.
  9. 제 1 항에 있어서, 상기 제 2 필름은 1,000-50,000MPa, 바람직하게는 10,000±1,000MPa의 인장/굽힘 탄성 계수를 가지는 편광판.
  10. 제 3 항에 있어서, 상기 제 2 필름과 상기 제 3 필름 사이에 개재되는 점착제를 추가로 포함하는 편광판.
  11. 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 필름과 상기 제 2 필름 사이에 개재되는 제 1 접착제를 추가로 포함하는 편광판.
  12. 제 3 항에 있어서, 상기 제 3 필름과 상기 편광자 사이에 개재되는 제 2 접착제를 추가로 포함하는 편광판.
  13. 제 1 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 있어서, 액정패널 상부에 상기 편광판이 부착되는 표시장치.
  14. 제 13 항에 있어서, 상기 편광판과 상기 표시패널 사이에 개재되는 또 다른 점착제를 추가로 포함하는 표시장치.
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