KR980010513A

KR980010513A - 액정 디스플레이 장치

Info

Publication number: KR980010513A
Application number: KR1019970033886A
Authority: KR
Inventors: 야스오 가모이; 이사오 미야모도; 히사시 기구찌
Original assignee: 이또가 미찌야; 가부시끼가이샤 리코
Priority date: 1996-07-19
Filing date: 1997-07-19
Publication date: 1998-04-30
Also published as: CN1177119A; KR100259766B1; JPH1039281A; US6262787B1; CN1192274C

Abstract

한쌍의 중합체 필름 기판 사이에 형성된 액정층을 포함하는 액정디스플레이 장치가 개시된다. 상기 기판 각각의 외표면에는 한쌍의 편광판이 형성되어 있다. 상기 기판 각각의 두께D(㎛)와 상기 편광판 각각의 두께 L(㎛)은 D=L±30㎛를 만족한다.

각 편광판을 이루는 보호층의 두께는 50㎛이하일수 있으며, 편광판의 편광체판의 두께는 20㎛일수 있다. 각 편광판을 액정 장치에 부착하도록 점착층이 제공되며, 이 점착층의 두께는 최소 50㎛이다.

상기 점착층과 함께 공간자층이 제공될 수 있다.

Description

액정 디스플레이 장치

본 발명은 중합체 필름으로 충족되는 기판을 이용한 액정 디스플레이 장치인 PF-LCD(Polymer film liquid crystal diplay device, 중합체 필름 액정디스플레이 장치)에 관한 것이며, 보다 상세히는 PF-LCD의 색상 불균일을 개선하도록 필름 조성 및 상, 하부 편광판의 두께 및/혹은 점착제의 두께를 한정한

PF-LCD에 관한 것이다.

도1은 종래의 PF-LCD 장치를 도시한 것이다.

도1의 장치에서는 2개의 중합체 필름 기판10이 제공된다. 또한 그 중합체 필름 기판10의 하면에는 하부 편광판16이 형성되어 있다.

상기 하부 편광판16의 주위에는 도시된 하부 중합체 필름 기판10마주편에 반사판19가 형성되어 있다. 하부 중합체 필름 기판10의 표면에는 투명전극17을 포함하는 정렬층(alignment layer)15가 형성되어 있다. PF-LCD 장치의 중앙부는 액정층13과 공간자18을 포함한다.

상부 중합체 필름 기판10 위에 형성되어 있는 것은 위상판(phase plate)21과 상부 편광판14이다.

도1에 도시된 PF-LCD 장치에서는, 액정층13의 두께가 균일하게 유지되어야 한다. 액정층13이 균일한 두께를 갖도록 유지되지 않으면 그 두께 불균일로부터 색상이 불균일하게 된다.

도1의 장치는 극도로 얇고 가벼운 설계를 도모하기 위하여 기판10과 상,하부 편광판14, 16을 위해 중합체 필름을 이용한다.

그러나 상부 편광판14와 하부 편광판16을 위해 이같은 중합체 필름을 사용하면 견고한 유리구조물을 사용하는 장치와 비교해 볼 때 이들 상,하부 편광판16이 다소 유연하게 된다.

상부 및 하부 편광판14, 16을 위하여 중합체 필름을 사용함은 도1장치가 아주 얇고 가볍게 되는 이점을 제공하나 액정층13의 편차, 즉 액정층13의 두께가 요구되는 바만큼 균일하게 되지 못하는 경우가 생기는 문제점이 있는 것이다.

본 출원인에 의한 일본 특허 공고 6-67172에 의하면 패널의 변형을 줄이기 위하여 PF-LCD 패널의 외층에 보강판으로서 플라스틱 필름으로된 최소 하나의 층을 포함시켜 액정층13의 비균일성을 감소시키고 있다.

패널의 이같은 변형은 특히 온도 및 습도 변화에 많은 영향을 받는다.

따라서 본 발명의 목적은 액정층의 균일성을 확보할수 있는 새로운 중합체 필름 액정 디스플레이 장치를 제공하는 것이다.

이같은 방법에 본 발명의 장치에 따라 PF-LCD의 패널상에 나타나는 색상의 불균일성을 해결할수 있게 된다.

도1은 종래의 중합체 필름 액정 디스플레이 장치의 개략 단면도.

도2는 본 발명의 일 실시예에 의한 중합체 액정 디스플레이 장치의 편광판의 개략 단면도.

도3은 본 발명의 실시예에 의한 중합체 액정 디스플레이 장치의 다른 편광판의 개략 단면도.

도4는 본 발명의 다른 실시예에 의한 중합체 액정 디스플레이 장치의 다른 편광판의 개략 단면도.

도5는 본 발명의 다른 실시예에 의한 중합체 액정 디스플레ㅣ 장치의 다른 편광판의 개략 단면도.

＊ 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

10 : 기판(substrate) 13 : 액정층(liquid crystal layer)

13, 24 : 상부 평광판(upper polarizing plate)

16, 26 : 하부 편광판(lower polarizing plate)

상기와 같은 본 발명의 목적은 한쌍의 중합체 필름 기판사이에 형성된 액정층을 포함하는 새로운 액정 디스플레이 장치를 형성함으로서 달성될 수 있다. 상기 기판 각각의 외표면에는 한쌍의 편광판이 형성되어 있다. 더욱이 본 발명에서는 기판 각각의 두께 D(㎛)와 편광판 각각의 두께L(㎛)이 D=L±30㎛를 만족한다. 나아가 본 발명의 다른 측면에 의하면, 각각의 편광판에 제공된 보호층의 두께는 50㎛이하이며 각 편광판의 두께는 20㎛일 수 있다.

또다른 본 발명의 측면으로서 액정 디스플레이장치에 각 편광판을 부착하기 위해 점착층이 제공되며, 이같은 점착층은 최소 50㎛의 두께를 가질 수가 있다. 또다른 본 발명의 측면에서는, 상기 점착층과 함께 공간자층(spacer layer)이 제공된다.

이하 본 발명을 첨부도면에 따라 상세히 설명한다.

도면에서 동일하거나 비슷한 부호는 동일하거나 상응하는 부분을 지칭한다.

본 발명의 한가지 목적은 액정층을 균일하게 유지함으로써 PF-LCD의 패널상에 색상 불균일이 나타난 것을 방지하는 것이다. 특히 본 발명은 도1에 도시된 바와 같은 장치에 새로운 편광판을 사용하는 것에 관한 것이다. 즉, 본발명은 도1의 상부편광판을 위해 새로운 상부 편광판을 사용하고 도1의 하부 편광판을 위해 새로운 하부 편광판을 사용하는 것에 관한 것이다.

PF-LCD 패널상의 색상 불균일은 액정의 셀갭(cell gap)d의 불균일로부터 야기되는 △n.d 값(여기서 △n은 액정의 굴절율의 비등방성이며, d는 액정의 셀갭이다)의 변화 때문이다.

특히 STN(super-twisted nematic)모우드로된 LCD에 대하여는 약간이라도 △n.d 변화로부터 야기된 색상 불균일성 때문에 고도의 셀갭제어 기술이 요구된다.

요구되는 셀갭의 정확도는 사용율(rate of duty)에 좌우되나, 불균일성은 약 ±0.1㎛이하이어야 한다.

액정 디스플레이 장치에는 TN(twisted nematic)형 및 STN(super-twisted nematic)형의 2가지 종류가 있다. 그러나 이들 2가지 형태의 액정 디스플레이 패널 모두는 거의 같은 구조로 되어 있으며, 전형적으로 한쌍의 편광판이 이들 2가지 형태의 액정 디스플레이 장치에서 액정을 함유한 셀의 양면에 라미네이트되어 있다.

상기 언급한 바와 같이, 본 발명은 도1에 도시된 바와 같은 장치에 사용된 각각의 상부 및 하부 편광판에 관한 것이다.

도2는 본 발명의 상부편광판24의 일 실시예를 개시하고 있으며, 도3은 본발명의 하부 편광판26의 일실시예를 개시하고 있다.

도2 및 도3의 실시예에 있어서, 층1은 보호필름이며, 층2는 트리아세테이트-셀루로우즈(TAC) 필름이며, 층3은 편광체판(Polarizer)이며, 층4는 점착제층이며, 층5는 분리체(separator)이며, 층19는 도1에서의 반사판에 해당한다.

층19는 도3에서 하부 편광판26에 부착된 채 도시되어 있으며, 이와 같이 도3은 하부 편광판26과 반사판19를 결합한 것에 상당한다.

상기 편광판은 투명형태의 편광필름(도2에 도시됨)과 반투명이며 반사형인 편광필름(도3에 도시됨)의 2가지 범주를 갖는다.

일반적으로 트리아세테이트-셀루로우즈(TAC) 필름2는 편광체판3과 함께 사용되어 편광판을 형성하나, 두께가 120㎛, 180㎛ 및 400㎛인, 점착제 및/또는 접착제와 부가적 구조(반사판, 반투명판 등)를 제외한 3가지 종류의 단일 편광판 본체가 제품으로 제조된다.

이들 3가지 종류의 편광판의 두께는 TAC필름2의 두께에 달려 있다.

두께 20㎛인 편광체판3의 양면에 TAC 필름2(보호층으로서의 기능을 하는)가 형성되면, 편광판의 두께는 전형적으로, 두께 50㎛인 트리아세테이트-셀루로우즈 필름2를 사용하는 경우는 120㎛, 혹은 두께 80㎛인 트리아세테이트-셀루로우즈 필름2를 사용하는 경우는 180㎛, 혹은 두께 190㎛인 트리아세테이트-셀루로우즈 필름2를 사용하는 경우는 400㎛가 된다.

편광체판3의 두께는 전형적으로 20㎛이다.

반면 층보호용으로 단축 배열된 PET 필름을 사용하는 편광판이 최근에 시중에 나왔다. 이들 편광판 중 몇몇은 약 100㎛의 두께를 갖는다. PET 필름을 사용한 편광판은 신뢰성이 있으며 고온 및 다습한 환경에

서 편광도를 크게 감소 및/또는 변경시킬 수 있다.

본 발명자는 액정층13의 균일성은 편광판24, 26의 두께 D와 기판10의 두께 L 사이의 특정관계를 유지하면 증진될 수 있는 것으로 판단하였다.

또한 본 발명자들은 이들 관계가 D=L±30㎛로 유지되고 또한 편광판24, 26이 보다 얇게 만들어지면 PF-LCD에서의 색불균일은 감소될 수 있는 것으로 판단하였다. PF-LCD의 플라스틱 필름 기판의 전체 두께는 일반적으로 100㎛∼400㎛이다.

본 발명이 상기와 같은 효과를 갖는 이유는 편광판의 강도(rigidity)가 액정13의 셀갭에 영향을 끼친다는 것이다. 다시 말해서 도2 및 도3에 도시된 바와 같이 편광판24, 26이 기판10에 부착될 때까지, 갭 용액의 입자크기 값과 액정의 주입투여량에 따라 액정층13의 셀갭을 정하고 액정의 표면장력이 기판10으로 하여금 액정층13을 향해 내부 견인력을 발생시켜 셀갭을 안정하게 되는 것이다.

그럼에도 불구하고, 점착제4로서 편광판24, 26을 기판10에 부착시킴으로써 기판10과 편광판24, 26이 그 강도를 증대시키고(즉, 상기 견인력이 액정층13의 외측을 향한다), 액정의 표면장력보다 큰 강도증대는 셀갭의 변화를 야기한다. 결과적으로 본발명자는 편광판24, 26의 강도를 감소시키거나 편광판24, 26의 두께를 감소시킴으로써 액정패널로 하여금 그 색불균일성을 감소시키게 하는 것을 발견하였다.

그러나 본 발명자는 또한 편광판24, 26의 두께를 감소시키는 것은 한계가 있다는 것을 발견하였다. 즉, 음극판24, 26의 두께를 너무 많이 감소시키면 (예를들어 TAC 층의 두께 감소)편광판24, 26의 신뢰성이 저하되고 특히 편광도를 감소시키거나 고온 다습한 환경에서 변화를 일으킨다.

PF-LCD쌍의 색상불균일과 그 신뢰도는 균형관계(trade-off relationship)에 있다는 것을 감안하면, 편광판24, 26은 기판10보다 지나치게 얇게 할 수는 없다. 따라서 편광판24, 26은 기판10과 거의 같은 두께를 가지거나 기판10보다 약간 더 얇게 (±30㎛ 내에서)하는 것이 좋다.

기판10의 두께는 LCD 유니트 사양, 공정의 정확성, 패널특성 등을 고려하여 결정된다. 일반적으로 기판10의 두께는 100∼150㎛이며, 편광판24, 26두께는 이 두께를 기준으로 판단되어야 한다.

그러나 두께 120, 180 및 400㎛ 두께를 갖는 것만이 시중에 나와 있다.

그럼에도 불구하고 상기한 바와같이 예를 들어 PET같은 보호층물질을 교체하고 혹은 예를 들어 보호층을 하나의 층으로 바꾸는 것과 같이 구조를 변경시킴으로써 편광판을 보다 얇게 할 수 있다.

PF-LCD 상에 나타나는 색불균일의 원인으로서 편광판의 강도이외에도 편광판의 표면 특성과 점착제를 고려할수 있다.

점착제를 포함한 편광판의 표면 평탄도는 ±1㎛이상일 수 있다. 이 표면 불균일은 플라스틱 기판10에 옮겨져서 액정층13의 셀갭 변화를 야기한다. 요구되는 표면 평탄도는 전형적으로 ±0.1㎛이하이나, 본 발명에 따라 이같은 표면 평탄도를 얻는 것은 아주 어렵다.

표면 평탄도가 이같은 요구에 부합하더라도 그 제조판가는 아주 비싸게 될 것이다. 본 발명은 이같이 높은 표면평탄도를 필요로 하지 않는 이점을 제공한다.

즉, 본 발명에서는 편광판24, 26의 표면 평탄도가 우수하지 않더라도 색불균일성이 나타나지 않으며 그 제조단가를 안가(安價)로 유지할 수 있는 것이다.

편광판24, 26을 PF-LCD에 부착시키는 점착제4로서는 시판되는 모다크릴물질을 사용할수 있다.

점착층4의 두께는 제조업자에 달려 있으며 일반적으로 20∼30㎛이다.

그러나 본 발명자는 이같은 정도의 두께를 갖는 점착층4는 편광판24, 26의 두께 불균일을 완전히 흡수할 수 없으며, 그 결과 색상 불균일이 발생하기 쉽다는 것을 발견하였다. 상기 점착층의 두께를 4∼5㎛ 혹은 그 이상 증대시키면 편광판24, 26을 부착할 때 색상 불균일을 방지할 수 있게 된다.

이같은 점착층4의 두께 증대는 당연히 LCD 패널의 전체 두께를 보다 증대시킨다. 또한 50㎛이상 150㎛이하의 점착층 두께가 바람직하며, 그렇지 않는 경우 작업효율이 떨어지게 된다.

더욱이 도5 및 6에 도시된 바와 같은 본 발명의 다른 실시예에서는, 편광판24, 26과 셀 기판 사이에 공간자층7(예를 들어 30㎛정도)를 설치하여 점착층4의 두께를 50㎛까지 증대시키는 대신 편광판24, 26과 셀 사이의 갭을 증대시킬 수 있다.

즉, 본 발명의 다른 일 실시에서는, 점착층4의 두께를 20∼30㎛로 유지하고 30㎛ 두께의 공간자층을 제공함으로써(즉 점착층4와 공간자층7의 전체 두께가 50㎛가 된다) 색상의 불균일을 감소시킬 수 있다.

공간자7을 위하여는, 구상(球狀)의 플라스틱이나 금속산화물 혹은 원통형 입자 등을 이용할 수 있다.

공간자7의 직경은 30㎛ 이상이어야 하며, 직경이 30㎛미만인 경우 색상불균일을 개선하기 어렵다.

여기서는, 50㎛두께의 점착층을 사용하는 대신 20∼30㎛두께의 점착층과 30㎛두께의 공간자층7을 함께 사용한다.

이같은 공간자층7과 점착제4의 전체 두께는 50∼150㎛범위이나, 본 발명은 상기 구조중 어느 하나를 적용하여 색상 불균일을 감소시키고, 나아가 상기 구조를 2이상 결합하여 색상 불균일을 감소시키는 효과를 개선시키고자 하는 것이다.

이하 본 발명의 2가지 특정 실시예에 대하여 설명한다.

본 발명의 제1실시예는 다음과 같다.

먼저 주조법으로 제조된 두께 100㎛를 갖는 폴리카보네이트 필름 기판이나 가스차단층이나 하드코팅층 처리된 전체 두께 125㎛인 필름 기판상에 100Ω의 ITO 전극이 형성되도록 필름 기판10을 형성하고 공지의 사진 평판법으로 리패터닝 처리(repatterning process)한다.

배향제(orientation agent)로서는, 가용성 폴리이미드 용액(예를 들어 Japan Sythetic Rubber Co.의 AL 3046)을 사용하여 플렉소그래픽 프레스 인쇄법으로 0.1㎛ 두께로 형성되며, 100℃온도에서 가열/성형한다.

상부 및 하부 기판10의 비틀림 각이 240°그리고 그 예비 경사각(pre-tilt angle)이 5°되게 마찰공정을 수행하여 배향필름을 제조한다.

액정층13 내의 갭제 또는 공간자18로서는, CV값이 2.2％이고 입자직경이 7.3㎛인 플라스틱 비드(예를 들어, Natco Paint Co.의 XC-730S)를 이용하며, 이들을 분산량 300/400pcs/㎟으로 분산시킨다. 도전성 분말 및 기초 밀폐제를 프린트하고 상하부기판10을 중첩시킨 다음 가압하고 60℃로 경화시킨다.

그렇게 얻은 셀을 120℃온도로 열처리한 다음 액정13을 주입한다. 이 액정주사는 진공주입법으로 행해졌다.

상부기판10의 일면상에, 상차등필름(phase difference film)12 (예를 들어 Nitto Electric Industrial Co.의 NRZ 600)과 두께120㎛(예를 들어 편광판 3의 양면에 Nitto Electric Industrial Co.의 NPF-1205 Du와 같은 TAC필름 2로된 보호층 50㎛두께를 포함함)인 편광판24를 적층하였다. 이때 상기 상부기판10과 상차등필름12의 적층은 두께25㎛인 점착제4(예를 들어 Nitto Electric Industrial Co.의 표준점착제)를 이용하였다.

하부기판10의 일면에는, 편광판26의 두께가 120㎛인 반투명판을 갖는 편광판26(두께50㎛인 TAC 필름2로 된 보호층을 포함, 예를 들어 Nitto Electric Industrial Co.의 NPF-F4205P3)을 적층하였다. 이때 하부기관10과 반투명판을 갖는 편광판26의 적층은 두께50㎛인 점착제4(예를 들어 Soken Chemical Industrial Co.의 점착제)를 이용하였다.

상기 방법에서 얻은 1/16 Duty의 단색 STN 패널은 파워 OFF시에 전면 및 모든 가시방향에서의 색상의 미세한 불균일을 제거하며, 나아가 파워 ON시에 색상의 불균일을 거의 완전히 제거함으로써, 최고품질의 액정 디스플레이 장치를 제공한다.

본 발명의 제2실시예에 대하여 설명한다.

두께125㎛이며 주조법으로 제조된 폴리카보네이트 필름 기판이나 가스차단층 또는 하드코팅층으로 코팅 처리된 전체 두께150㎛인 필름기판 상에 40Ω의 ITO 전극이 형성된 필름 기판10을 공지의 석판 인쇄법으로 리패터닝 처리하였다.

배향제로서 가용성 폴리이미드 용액(예를 들어, Japan Synthetic Rubber Co.의 AL3046)을 이용하여, 프렉소 그래픽 프레스인쇄법으로 두께0.1㎛두께로 형성하였으며, 100℃온도에서 가열/성형 하였다.

상부 및 하부기판10의 비틀림각이 240°이며, 예비경사각이 5°되도록 마찰과정을 수행하여 배향필름을 얻었다.

액정층13 내의 갭제 또는 공간자18로서, CV 값이 2.2％이고 입자직경이 6.2㎛인 플라스틱 비드(예를 들어 Natco Paint Co.의 XC-620S)를 사용하였으며, 이들을 분산량 300/400 PCs/㎟으로 분산시켰다.

기초밀폐제를 프린트하고, 상부 및 하부 기판10을 중첩시킨 다음 가압하고 60℃에서 경화시켰다. 얻은 셀을 120℃로 열처리한 다음 액정13을 주입하였다. 액정주입은 진공주입법으로 수행하였다.

상부 기판10의 일면상에, 상차등 필름 12(예를 들어 Nitto Electric Industrial Co.의 NRZ 600)와 두께 120㎛인 편광판24(편광체판3의 양면에 있는 두께50㎛인 TAC 필름2의 보호층포함, 예를 들어 Nitto Electric Industrial Co.의 HJ-9150J)를 이용하였다.

하부기판10의 일면상에는, 편광판26의 두께가 120㎛(두께 50㎛인 보호층, 예를 들어 Nitto Electric Industrial Co.의 NPF-F4205P3)인 반투명판을 적층하였다. 이때 하부층16과 상차등 필름의 적층은 두께 50㎛인 점착제4(Nitto Electric Industrial HJ-9150J)를 이용하였다.

상기에서 얻은 240x 320(dots)의 단색 STN 패널은 파워 OFF 시에 전면 및 모든 가시방향에서 미세한 색 불균일을 제거하며, 나아가 파워 ON 시 거의 모든 색불균일을 제거하여 최고 품질의 액정 디스플레이장치를 제공한다.

상기한 바와 같이 본발명에 의하면 PF-LCD상에 색불균일성이 개선된 고품질의 PF-LCD 장치를 얻을 수 있게 있다.

Claims

한쌍의 중합체 필름기판의 내표면 사이에 형성된 액정층 및 각 기판의 외표면상에 형성된 한쌍의 편광판을 포함하여 구성되고, 상기 기판 각각의 두께 D(㎛)와 상기 편광판 각각의 두께 L(㎛)는 D=±30㎛를 만족하는, 액정디스플레이 장치.
제1항에 있어서, 상기 편광판 각각은 편광체판(polarizer, 분극체)와 2개의 보호층을 포함하며, 상기 2개의 보호층은 상기 편광체판의 각 반대면상에 형성되어 있음을 특징으로 하는 액정 디스플레이 장치.
제2항에 있어서, 상기 편광판 각각의 각 보호층의 두께는 50㎛이하이며, 상기 편광판 각각의 각 편광체판의 두께는 20㎛임을 특징으로 하는 액정 디스플레이 장치.
제1항에 있어서, 나아가 상기 각각의 편광판의 각각의 기판 사이에 형성된 점착층을 포함함을 특징으로 하는 액정디스플레이 장치.
제4항에 있어서, 상기 점착층의 두께는 최소 50㎛임을 특징으로 하는 액정 디스플레이 장치.
제4항에 있어서, 나아가 상기 점착층과 상기 중합체 필름 기판쌍 각각과의 사이에 형성된 공간자층(spacer layer)을 포함함을 특징으로 하는 액정디스플레이 장치.
제6항에 있어서, 상기 공간자층의 두께는 최소 30㎛임을 특징으로 하는 액정디스플레이 장치.
제2항에 있어서, 상기 보호층은 TAC를 포함함을 특징으로 하는 액정디스플레이 장치.
제2항에 있어서, 나아가 편광판과 각 기판 사이에 형성된 점착층을 포함함을 특징으로 하는 액정디스플레이 장치.
제9항에 있어서, 상기 점착층의 두께는 최소 50㎛임을 특징으로 하는 액정디스플레이 장치.
제9항에 있어서, 나아가 상기 점착층과 상기 중합체 필름기판쌍 각각과의 사이에 형성된 공간자층을 포함함을 특징으로 하는 액정디스플레이 장치.
제11항에 있어서, 상기 공간자층의 두께는 최소 30㎛임을 특징으로 하는 액정디스플레이 장치.
한쌍의 중합체 필름기판 내표면사이에 형성된 액정층; 상기 중합체 필름기판쌍의 외표면에 형성되고, 최소 50㎛의 두께를 갖는 점착제 및 상기 점착제와 접촉되게 형성되고 각각이 2개의 보호층 사이에 형성된 편광체판을 포함하는 한쌍의 편광판을 포함하는 액정디스플레이 장치.
제13항에 있어서, 상기 각 편광판의 각 보호층 두께는 50㎛ 이하이며, 상기 각 편광판의 각 편광체판의 두께는 20㎛임을 특징으로 하는 액정디스플레이 장치.
제13항에 있어서, 상기 보호층은 TAC를 포함함을 특징으로 하는 액정디스플레이 장치.

※ 참고사항 : 최초출원 내용에 의하여 공개하는 것임.