KR101361309B1 - 액정 표시 장치 - Google Patents

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KR101361309B1
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파나소닉 액정 디스플레이 주식회사
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Abstract

편광판, 조명 장치를 구비한 액정 표시 장치에서, 재료비, 액정 표시 장치의 두께를 상승시키지 않고, 또한, 기계적 신뢰성을 손상시키지 않고, 외부 환경에 의한 액정 표시부의 휘어짐을 억제한다. 액정 표시부(6)와, 액정 표시부(6)의 표시면과 반대면측에 배치되는 배면 조명 장치(10)를 구비하는 액정 표시 장치로서, 액정 표시부(6)는, 편광판(1, 2)을 구비하고, 배면 조명 장치(10)는 N개(N≥1)의 광학 부재를 구비하고, 상기 N개의 광학 부재에 대해서, 상기 액정 표시부가 배치된 측으로부터 순서대로 광학 부재 1, 광학 부재 2, …, 광학 부재 N으로 정수 번호를 붙인 경우, 광학 부재 1은, 액정 표시부(6)와 점착제를 개재하여 밀착되고, -10∼10℃, 혹은 40∼70℃ 중 어느 하나에서의 광학 부재 1의 단위 길이당의 왜곡은, 편광판(1, 2)의 단위 길이당의 왜곡에 대해 1/5 이하이다.
제1 편광판, 제2 편광판, 제1 기판, 제2 기판, 액정층, 액정 표시부, 광원

Description

액정 표시 장치{LIQUID CRYSTAL DISPLAY DEVICE}
본 발명은 액정 표시 장치에 관한 것으로, 특히, 외부 환경에 의해 액정 표시부가 휘어지고, 표시 얼룩이 발생하는 것을 억제할 수 있는 액정 표시 장치에 관한 것이다.
액정 표시 장치는, 높은 표시 성능, 저소비 전력, 박형, 경량 등의 특징을 갖고, 현재 휴대 전화, 디지털 카메라, 퍼스널 컴퓨터(PC)용 모니터, 텔레비전(TV)으로 폭넓게 활용되고 있다.
일반적인 액정 표시 장치의 구성을 도 1, 도 2에 도시한다. 도 1에서, 액정 표시부(6)는, 광 입사측의 제1 편광판(1), 광 출사측의 제2 편광판(2)을 구비하고, 제1 기판(3)과 제2 기판(4)간에 액정층(5)이 배치된다. 제1 기판(3), 제2 기판(4) 중 적어도 한쪽에는 전극군이 배치되고, 화소마다 액정층(5)에 전압을 인가 가능하다. 또한, 배면 조명 장치(10)는, 광원(7), 배면 조명 장치 프레임(8), 광학 부재군(9)을 구비한다.
일반적 액정 표시 장치에서는, 기판(3, 4)은 글래스이며, 편광판(1, 2)과 외부 환경(온도, 습도) 의존의 팽창율이 크게 상이하다. 그 결과, JP　2003-279748 　A에 있는 바와 같이, 액정 표시부(6)는 배면 조명 장치의 상태(전원 온 오프, 투입 전력)나 외부 환경(날씨, 지역)에 의해 휘어지게 된다.
도 2에서, 일반적 액정 표시 장치는 배면 조명 장치(10) 상에 액정 표시부(6)를 실어, 프레임재(8-1)에 의해 액정 표시부(6)를 고정한다. 따라서, 액정 표시부(6)가 크게 휘어지면, 프레임재(8-1), 혹은 광학 부재군(9)과 접촉하게 된다. 이 때, 액정 표시부(6)는 국소적으로 전면, 혹은 배면으로부터 눌려진 상태로 되어, 액정층(5)의 액정 분자 배향이 흐트러져, 표시 얼룩이 생긴다.
JP　2005-301147　A에서, 배면 조명 장치의 시트 형상 광학 부재 뒤틀림 방지를 위해, 배면 조명 장치와 액정 표시부를 접합하는 방법이 개시되어 있지만, 이 방법에서는 광학 부재의 뒤틀림이나 위치 어긋남을 방지하는 것은 확실히 가능하지만, 발명자들의 검토에 따르면, 전술한 액정 표시부의 휘어짐은 반대로 악화하게 된다.
종래, 액정 표시부의 휘어짐이 문제로 되는 경우에는, 도 2와 같이, 프레임재(8-1 및 8-2)를 배치하고, 액정 표시부(6)와 프레임재(8-1) 사이, 혹은 액정 표시부(2)와 광학 부재군(9) 사이에 충분한 간격을 형성하고 있었다. 그러나, 이 간격이 지나치게 크면, 액정 표시부(2)가 고정되지 않아, 위치 어긋남이 일어나거나 하는 기계적 신뢰성의 문제가 생기게 된다.
또한, JP　2008-243803　A에는, 광학 부재군과 액정 표시부를 접합한 액정 표시 장치가, JP　2007-65644　A에는, 왜곡량이 작은 수지 기판 재료나 글래스 재료가, JP　2005-302336　A에는 저굴절률층이, JP　3448626　B에는 광학 부재 내의 구성에 의해 필요한 기능을 발현하는 반사 편광자가 기재되어 있다.
액정 표시부의 휘어짐에 수반하는 전술한 문제는, 최근 액정 표시 장치의 대화면화, 고화질화에 수반하여, 금후 점점 더 현재화하는 것이 예상된다.
본 발명은 전술한 문제를 감안하여 이루어진 것으로, 편광판, 조명 장치를 구비한 액정 표시 장치에서, 재료비, 액정 표시 장치의 두께를 상승시키지 않고, 또한, 기계적 신뢰성을 손상시키지 않고, 외부 환경에 의한 액정 표시부의 휘어짐을 억제하는 것을 목적으로 한다.
본 출원에서 개시되는 발명 중, 대표적인 것의 개요를 간단히 설명하면, 이하와 같다.
(1) 액정 표시부와, 상기 액정 표시부의 표시면과 반대면측에 배치되는 배면 조명 장치를 구비하는 액정 표시 장치로서, 상기 액정 표시부는, 편광판을 구비하고, 상기 배면 조명 장치는 N개(N≥1)의 광학 부재를 구비하고, 상기 N개의 광학 부재에 대해서, 상기 액정 표시부가 배치된 측으로부터 순서대로 광학 부재 1, 광학 부재 2, …, 광학 부재 N으로 정수 번호를 붙인 경우, 상기 광학 부재 1은, 상기 액정 표시부와 점착제를 개재하여 밀착되고, -10∼10℃, 혹은 40∼70℃ 중 어느 하나에서의 상기 광학 부재 1의 단위 길이당의 왜곡은, 상기 편광판의 단위 길이당의 왜곡에 대해 1/5 이하인 액정 표시 장치.
(2) 액정 표시부와, 상기 액정 표시부의 표시면과 반대면측에 배치되는 배면 조명 장치를 구비하는 액정 표시 장치로서, 상기 액정 표시부는, 편광판을 구비하고, 상기 배면 조명 장치는 N개(N≥2)의 광학 부재를 구비하고, 상기 N개의 광학 부재에 대해서, 상기 액정 표시부가 배치된 측으로부터 순서대로 광학 부재 1, 광학 부재 2, …, 광학 부재 N으로 정수 번호를 붙인 경우, 상기 광학 부재 1은, 상기 액정 표시부와 점착제를 개재하여 밀착되고, 상기 광학 부재 M(1<M≤N)은, 상기 광학 부재 M-1과 상기 점착제를 개재하여 밀착되고, -10∼10℃, 혹은 40∼70℃ 중 어느 하나에서의 상기 N개의 광학 부재 중, 굽힘 강성(세로 탄성 계수와 단면 2차 모멘트의 곱)이 최대인 광학 부재의 단위 길이당의 왜곡은, 상기 편광판의 단위 길이당의 왜곡에 대해 1/5 이하인 액정 표시 장치.
(3) (1) 또는 (2)에서, 상기 N개의 광학 부재 중, 적어도 하나의 광학 부재는, 요철이 형성된 면을 갖고, 상기 요철이 형성된 면에서, 상기 요철이 형성된 광학 부재와 상기 요철이 형성된 광학 부재에 인접하는 광학 부재 사이, 혹은, 상기 요철이 형성된 광학 부재와 상기 액정 표시부 사이에 굴절률이 1 이상 1.4 이하인 저굴절률층을 갖는 액정 표시 장치.
(4) (1) 또는 (2)에서, 상기 N개의 광학 부재 중, 적어도 하나의 광학 부재는, 상기 배면 조명 장치의 광원 출사광을 면 방향으로 도광하는 도광판이며, 상기 도광판의 광 출사면측에서, 상기 도광판과 상기 도광판에 인접하는 광학 부재 사이, 혹은, 상기 도광판과 상기 액정 표시부 사이에 굴절률이 1 이상 1.4 이하인 저굴절률층을 갖는 액정 표시 장치.
(5) (1) 또는 (2)에서, 상기 N개의 광학 부재 중, 굽힘 강성이 최대인 광학 부재는, 글래스를 주재료로 하는 액정 표시 장치.
(6) 액정 표시부와, 상기 액정 표시부의 표시면과 반대면측에 배치되는 배면 조명 장치를 구비하는 액정 표시 장치로서, 상기 액정 표시부는, 광 입사측에 제1 편광판과 광 출사측에 제2 편광판을 구비하고, 상기 제1 편광판의 광 입사측에 투명층이 배치되고, ε, E, h를 각각, 상기 액정 표시부의 온도가 -10∼10℃, 혹은 40∼70℃ 중 어느 하나의 환경 하에서의 단위 길이당의 왜곡, 세로 탄성 계수, 부재의 두께로 하고, 첨자 p1, p2, g, t가 각각 상기 제1 편광판, 상기 제2 편광판, 상기 액정 표시부의 기판, 상기 투명층에 대응한다고 한 경우, 상기 투명층의 두께 ht가,
Figure 112009080097737-pat00001
로 한 경우, 0.5ht0≤ht≤1.5ht0인 액정 표시 장치.
(7) 액정 표시부와, 상기 액정 표시부의 표시면과 반대면측에 배치되는 배면 조명 장치를 구비하는 액정 표시 장치로서, 상기 액정 표시부는, 광 입사측에 제1 편광판과 광 출사측에 제2 편광판을 구비하고, 상기 제2 편광판의 광 출사측에 투명층이 배치되고, ε, E, h를 각각, 상기 액정 표시부의 온도가 -10∼10℃, 혹은 40∼70℃ 중 어느 하나의 환경 하에서의 단위 길이당의 왜곡, 세로 탄성 계수, 부 재의 두께로 하고, 첨자 p1, p2, g, t가 각각 상기 제1 편광판, 상기 제2 편광판, 상기 액정 표시부의 기판, 상기 투명층에 대응한다고 한 경우, 상기 투명층의 두께 ht가,
Figure 112009080097737-pat00002
로 한 경우, 0.5ht0≤ht≤1.5ht0인 액정 표시 장치.
(8) (6)에서, 상기 투명층이 상기 배면 조명 장치의 광학 부재인 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
(9) (7)에서, 상기 투명층이 상기 제2 편광판의 표면 처리층인 액정 표시 장치.
(10) (6)에서, 상기 투명층이 상기 제1 편광판의 상기 배면 조명 장치측 지지 기재인 액정 표시 장치.
(11) (7)에서, 상기 투명층이 상기 제2 편광판의 광 출사측 지지 기재인 액정 표시 장치.
(12) (1), (2), (6) 또는 (7)에서, 상기 액정 표시부 단부를 광 출사면측으로부터 누름으로써 상기 액정 표시부의 위치를 고정하는 프레임재가 배치되고, 상기 액정 표시부의 광 출사측 최외면과 상기 프레임재의 간극은 1.5㎜ 이하인 액정 표시 장치.
(13) (6) 또는 (7)에서, 상기 배면 조명 장치는, N개(N≥1)의 광학 부재를 구비하고, 상기 액정 표시부와 상기 배면 조명 장치간에 간극을 형성하는 구조가 없고, 상기 N개의 광학 부재 상에 상기 액정 표시부가 직접 놓인 액정 표시 장치.
상기 발명의 액정 표시 장치에 따르면, 재료비, 액정 표시 장치의 두께를 상승시키지 않고, 또한, 기계적 신뢰성을 손상시키지 않고, 외부 환경에 의한 액정 표시부의 휘어짐을 억제할 수 있다.
우선, 액정 표시부의 휘어짐에 대해서 상세히 설명한다. 액정 표시부의 휘어짐량은 변의 길이에 비례하는 성분이 지배적이므로, 이하, 긴 변 방향만 생각하여 1차원으로 해석하였다.
도 3의 액정 표시부(6)에 대해서, 어느 환경 하에서 제1 편광판(1)의 왜곡(단위 길이당의 왜곡)을 εp1, 제2 편광판(2)의 왜곡을 εp2로 한다.
왜곡 ε은 선팽창율을 α로 하면, 일반적으로는
Figure 112009080097737-pat00003
로 표현된다. ΔT는, 편광판과 기판 접합 시를 기준으로 한 온도 변화, L0은 온도 변화 0에서의 길이이다. 금속 재료 등이면, 왜곡은 온도 변화에 대해 거의 선형으로 변화하지만, 특히 편광판의 경우, 온도 변화에 의한 왜곡 이외에 습도 변화에 의한 왜곡도 있고, 왜곡은 온도 변화에 대해 선형이 아니다. 따라서, 이하 전개하는 본 발명의 효과에 관한 논의는, 어느 환경 하에서 완전히 성립하여도 별도 환경 하에서는, 완전히 성립하지 않는 경우가 있다.
예를 들면, 편광판과 기판은, 통상 상온 환경 하에서 접합되므로, 상온 근방의 환경 하에서는, 당연 액정 표시부의 휘어짐은 큰 문제로 되지 않는다. 즉, 본 발명에 따르지 않아도 액정 표시부는 휘어지지 않는다. 문제로 되는 것은, 액정 표시 장치가 놓일 수 있는 상온 이외, -10∼10℃, 혹은 40∼70℃ 등의 환경 하이다. 액정 표시 장치의 용도에 따라, 중시되는 환경은 상이하다. 예를 들면, 적도 바로 아래 지역에서 차량 탑재 용도의 액정 표시 장치의 경우, 70℃ 전후의 고온 다습 환경에서 액정 표시부의 휘어짐을 억제하는 것을 중시해야만 한다. 이 경우, 본 발명은 70℃에서의 편광판의 왜곡을 상정하여 적용되어야만 한다. 이에 의해, 70℃에서의 액정 표시부 휘어짐이 대폭 개선되어, 상온∼70℃ 범위에서도 본 발명 적용 전에 비해 개선되게 된다.
즉, 액정 표시 장치가 놓이는 상온 상습 이외의 환경, -10∼10℃, 혹은 40∼70℃ 등의 환경 중 어느 하나에서, 본 발명의 논의가 성립되면 충분히 본 발명의 목적을 달성할 수 있다. 본 명세서에서는, 예를 들면, 70℃ 40％ RH 환경 하에서의 편광판의 왜곡이란, 액정 표시 장치를 70℃ 40％ RH 환경 하에 1 시간 방치하였을 때의, 기준 환경 하에 대한 편광판의 단위 길이당의 왜곡으로 한다. 왜곡 0으로 하는 기준 환경은, 편광판과 기판 접합 시의 환경이다.
제1 편광판(1), 제2 편광판(2)의 두께를 각각 hp1, hp2로 한다. 액정 표시부(6)의 긴 변 길이를 L, 짧은 변 길이를 1로 한다(이하의 논의는, 짧은 변 길이에 따르지 않는다). 또한, 액정층(5)의 영향을 무시하고, 제1 기판(3), 제2 기판(4) 의 두께 총합을 hg로 한다. 편광판의 왜곡에 대해, 기판의 왜곡은 매우 작으므로 무시하면, 편광판과 기판은 밀착되어 있기 때문에, 액정 표시부 단면에는 도 3에 도시한 바와 같은 수직력이 생긴다. 이것은, 다음 식으로 표현된다. 여기서, 기판의 탄성율에 대해, 편광판의 탄성율은 매우 작고, 또한 일반적 액정 표시 장치에서는, 기판의 두께는 편광판의 두께보다 큰 혹은 동등하기 때문에, hp1Ep1+hgEg+hp2Ep2≒hgEg로 하였다.
Figure 112009080097737-pat00004
여기서, Ep1, Ep2, Eg는 각각, 제1 편광판(1), 제2 편광판(2), 기판(3, 4)의 세로 탄성 계수이다. 힘의 균형 조건으로부터, 수직력의 총합은 항상 0이다.
이 수직력에 의해 굽힘 모멘트 M이 발생한다. 이것은 다음 식으로 표현된다. 액정 표시부를 아래로 볼록하게 휘게 하는 모멘트를 플러스 방향으로 하였다.
Figure 112009080097737-pat00005
제1 편광판(1)과 제2 편광판(2)이 완전히 동일한 것이고, hp1=hp2, εp1=εp2이면, Pp1=Pp2이며, 힘의 균형으로부터 Pg=-2Pp1로 되어, M=0으로 된다. 즉 이 경우, 액정 표시부는 휘어지지 않는다.
그러나, 고표시 성능이 요구되는 TV나 디지털 카메라, 휴대 전화 등에서, 현재 많이 이용되는 액정 표시 장치에서는, 제1 편광판(1)과 제2 편광판(2)은, 그 흡수축이 직교 상태에서 배치된다. 예를 들면, IPS(In-Plane-Switching) 모드, VA(Vertical-Alignment) 모드 등의 액정 표시 모드를 적용한 액정 표시 장치가, 이에 해당한다.
발명자들의 검토에 따르면, 편광판은 연신축과 평행 방향, 수직 방향에 의해 왜곡, 탄성 계수가 크게 상이하다. 예를 들면, 수학식 3, 수학식 4에서, εp1=2εp2, hp1=hp2, Ep1=Ep2로 하면, 굽힘 모멘트 M은 다음 식으로 표현된다. 즉, 액정 표시부는 아래로 볼록 형상으로 휘어진다.
Figure 112009080097737-pat00006
이 때, 액정 표시부 단부의 휘어짐량은 다음 식으로 표현된다. 여기서, L은 액정 표시 장치의 긴 변 길이, Ip1, Ig, Ip2는 각각, 제1 편광판, 제1 기판과 제2 기판 적층판, 제2 편광판의 단면 2차 모멘트이다.
Figure 112009080097737-pat00007
이하, 본 발명의 바람직한 실시 형태를 구체적으로 설명한다.
수학식 6에 따르면, 액정 표시부의 휘어짐을 경감하기 위해서는, 구조 부재의 단면 2차 모멘트를 크게 하거나, 굽힘 모멘트 M을 작게 하면 된다.
우선, 구조 부재의 단면 2차 모멘트를 크게 하는 수단에 대해서 설명한다. 단면 2차 모멘트를 향상하기 위해서는, 부재를 두껍게 하면 된다. 단면 2차 모멘트는, 대략 두께의 3승에 비례하여 커진다. 한편, 수학식 3∼수학식 5로부터 알 수 있는 바와 같이, 굽힘 모멘트 M은, 대략 두께의 2승에 비례하여 커지는 양이므로, 유효한 대책이라고 할 수 있다. 단, 편광판과 같이 왜곡이 큰 부재를 두껍게 하면, 왜곡의 정도에 따라서는 굽힘 모멘트 M이 매우 커지고, 반대로 액정 표시 장치의 휘어짐이 악화될 가능성도 있다. 가장 단순한 수단은, 왜곡이 작은 기판을 두껍게 하는 것이다. 그러나 이것은, 부재비, 제조 공정 등을 고려하면 현실성이 부족하다.
본 발명의 바람직한 실시 형태에 따른 액정 표시 장치의 구조를 도 4에 도시한다.
액정 표시부(6)와 배면 조명 장치(10)의 광학 부재군(9)이, 점착제를 개재하여 밀착 접합된다. 일반적인 배면 조명 장치에는, 두께 수㎜의 광학 부재가 구비된다. 예를 들면, 광원을 배면 조명 장치의 면 내에 깔아 넣은 광원 직하형 배면 조명 장치에서 이용되는 확산판, 광원을 배면 조명 장치 단부에만 배치하고, 광원 출사광을 면 방향으로 도광시키면서 광을 전면에 취출하는 도광판이다. 여기서, N개의 광학 부재가 존재하는 경우, 액정 표시부(6)가 배치된 측으로부터 순서대로 광학 부재 1, 광학 부재 2, …, 광학 부재 N으로 정수 번호를 붙이는 것으로 한다.
일반적인 액정 표시 장치에서는, 편광판의 두께는 0.2㎜ 정도, 기판의 두께는 0.7㎜ 정도이다. 이에 대해, 확산판이나 도광판의 두께는 2∼5㎜ 정도이며, 액정 표시 장치의 굽힘 강성(단면 2차 모멘트와 탄성 계수의 곱)을 대폭 향상시키는 것이 가능하다. 또한, 이 수단을 취하면, 액정 표시 장치의 두께를 증가시키는 것도 없으며, 부재 추가에 의한 코스트 상승도 없다.
단, 일반적 액정 표시 장치에서 이용되는 확산판이나 도광판은, 선팽창율이 편광판과 동일 정도이다. 이것에서는, 굽힘 모멘트가 매우 커져, 고온 혹은 저온 환경 하에서, 반대로 휘어짐량이 커지게 된다. 특허 문헌 2나 특허 문헌 3에서도 도 4와 동일하며, 광학 부재군과 액정 표시부를 접합하지만, 일반적인 광학 부재를 액정 표시부와 접합하는 것만으로는, 굽힘 모멘트가 커지게 되고, 반대로 액정 표시부의 휘어짐은 악화된다. 액정 표시부와 접합하는 광학 부재의 특성을 선택하는 것이 매우 중요하다.
발명자들의 검토에 따르면, 도 4의 구성에서, 적어도 광학 부재군(9) 중에서 가장 굽힘 강성이 높은 부재는, 그 왜곡량이 편광판에 대해 무시할 수 있을 정도로 작아야만 한다. 특허 문헌 4에 기재된 수지 기판 재료나 글래스이면, 이 조건을 충족시킬 수 있다.
광학 부재의 왜곡을 편광판에 대해, 상대적으로 변화시킨 경우의 임의의 환경 하에서의 액정 표시부 단부 휘어짐량을 구한 결과를 도 5에 도시한다. 도 5 중 횡축은 편광판의 왜곡을 1로 하였을 때의 광학 부재의 상대 왜곡 s를, 종축은 액정 표시부 단부 휘어짐량 we를 나타낸다. 광학 부재의 두께는 2㎜로 하였다. 광학 부재의 탄성 계수 E가 1600㎫로 작은 경우(수지 기판 재료를 고려)와, 70㎬로 큰 경우(글래스를 고려) 쌍방에서 구하였다. 광학 부재를 액정 표시부와 접합하지 않는 경우, 단부 휘어짐량은 약 6.5㎜이었다. 따라서, 광학 부재의 왜곡이 편광판에 대해 1/5 이하이면, 상기 효과를 발현할 수 있다.
또 하나의 문제로서, 액정 표시 장치의 광학 특성이 있다. 광학 부재군 중에, 표면 형상을 갖고, 액정 표시 장치에 유의한 특성을 부여하는 것이 배치되는 경우가 있다. 예를 들면, 프리즘 시트는 휘도 향상 필름이라고도 불리고, 표면에 프리즘 형상의 요철을 가짐으로써, 배면 조명 장치의 출사광에 지향성을 부여하여, 액정 표시 장치의 정면 휘도를 향상시킨다. 이들 광학 부재는, 광의 투과, 반사, 굴절 현상을 이용하지만, 그를 위해서는 부재의 굴절률과 공기의 굴절률차가 전제로 된다. 그러나, 도 4의 구성과 같이 액정 표시부(6)와 광학 부재군(9)을 밀착하면, 일반적 점착제의 굴절률은 광학 부재의 굴절률에 가깝기 때문에, 광학 부재 내외에서 굴절률차가 매우 작아지게 되어, 표면 형상을 갖는 광학 부재는, 그 기능을 발현할 수 없다.
따라서, 도 6과 같이 표면 형상을 갖는 광학 부재의 요철측 표면에, 저굴절률층을 배치한다. 도 6에서, 참조 부호 9-1∼9-3은 광학 부재군이며, 이 중에 광학 부재 중에서 가장 굽힘 강성이 높은 부재가 포함된다. 참조 부호 9-2는 프리즘 시트, 참조 부호 9-3은 저굴절률층이다. 광학 부재(9-1, 9-2, 9-3), 액정 표시 부(6)는 모두 점착제를 개재하여 밀착된다. 저굴절률층으로서는, 예를 들면 특허 문헌 5에 기재된 것을 들 수 있다. 저굴절률층(9-3)의 굴절률은, 광학 부재의 굴절률에도 따르지만, 일반적 광학 부재의 굴절률은 대략 1.5이기 때문에, 1.4 이하이면 광학 부재의 기능 발현 가능하며, 바람직하게는 1.2 이하이다. 공기의 굴절률과의 관계를 고려하여, 저굴절률층(9-3)의 굴절률은 1.0 이상인 것이 바람직하다.
표면 형상을 갖지 않는 광학 부재이어도, 도광판과 같이 공기와의 굴절률차에 의해 투과, 반사, 굴절을 일으키는 부재도 있다. 이와 같은 부재에서도 전술한 수단은 유효하다. 한편, 특허 문헌 6에 기재된 반사 편광자와 같이, 그 광학 부재 내의 구성에 따라 필요한 기능을 발현하는 광학 부재에 대해서는, 저굴절률층은 불필요하다.
다음으로, 굽힘 모멘트 M을 작게 하는 수단에 대해서 설명한다. 굽힘 모멘트 M을 작게 하기 위해서는, 구조 부재간의 왜곡 차를 작게 하거나, 혹은 왜곡이 큰 구조 부재에 대해 탄성 계수나 두께를 작게 하거나 하는 수단이 생각되지만, 특히 편광판은 그 광학 특성이 액정 표시 장치의 표시 성능에 크게 관여되는 부재이며, 편광판의 특성을 조정하는 것은 매우 어렵다.
따라서, 도 7과 같이 제1 편광판(1) 혹은 제2 편광판(2)에, 투명 필름 혹은 투명 박막(11)을 추가한다. 수학식 3, 수학식 4를 이용하여 설명한 바와 같이, 액정 표시부의 휘어짐을 지배하는 것은, 제1 편광판, 제2 편광판 단면에 생기는 수직력의 차이다. 따라서, 투명 박막(11)에 의해, 수직력 차를 보충할 수 있으면 굽힘 모멘트를 작게 할 수 있다. 또한, 도 7과 같이, 편광판의 외측(액정 표시부(6)와 반대측)에 투명 박막(11)을 배치하면, 액정 표시부(6)의 복굴절성에 영향을 미치는 것은 없으며, 액정 표시 장치의 표시 성능에 영향을 미치는 일도 없다. 즉, 투명 박막(11)의 광학 특성으로서는, 계면 반사 억제의 관점에서, 굴절률 1.5 정도를 충족시키면 충분하다. 이 조건은, 여러 가지 유기 재료에서 용이하게 충족시킬 수 있다.
한편, 투명 박막(11)의 기계 물성인 왜곡, 탄성 계수에 대해서, 사양을 정하는 것은 현실성이 부족하다. 부재비 상승을 억제하기 위해서는, 기계 물성을 선택할 수는 없다. 즉, 부재비, 제조비의 관점에서 바람직한 재료가 주어진 것으로, 이 막 두께를 설계 인자로 하는 것이 좋다.
투명 박막(11)의 필요 막 두께를 구하기 위해, 사고 실험을 행한다. 도 8은, 기판(4)에 제2 편광판(2)을 밀착 접합한 것이다. 도 9는, 기판(3)에 제1 편광판(1), 투명 박막(11)을 밀착 접합한 것이다. 도 8, 도 9의 소자를 어느 환경 하에 두었을 때, 그 휘어짐 형상이 매우 동일하면, 도 7의 액정 표시부(6)는 휘어지지 않는다.
예를 들면, 도 8의 소자가, 어느 환경 하에서 위로 볼록 형상으로 10㎜ 휘어지고, 투명 박막(11)이 배치되지 않은 상태에서, 도 9의 소자가 위로 볼록 형상으로 5㎜ 휘어진 경우를 생각한다. 왜곡이 플러스값(이 환경 하에서 팽창함)인 투명 박막(11)을 도 9와 같이 배치하고, 서서히 그 막 두께를 크게 하면, 어느 막 두께에서 도 8과 도 9의 소자는, 완전히 동일한 휘어짐 형상으로 될 것이다. 이 상태 에서, 도 8과 도 9의 소자를 조합하여, 액정 표시부를 구성하면, 휘어지지 않는다.
이 투명 박막(11)의 최적막 두께를 구한다. 투명 박막(11)이 기판(3, 4)에 대해 얇고, 탄성 계수도 작으면, 도 8, 도 9의 굽힘 모멘트를 동등하게 하면 된다.
우선, 도 8의 굽힘 모멘트 Mp2는, 수학식 3, 수학식 4에 의해 다음 식으로 표현된다.
Figure 112009080097737-pat00008
도 9의 굽힘 모멘트 Mp1은, 다음 식으로 표현된다. 여기서, εt, ht, Et는, 각각 투명 박막(11)의 왜곡, 두께, 세로 탄성 계수이다. 전술한 바와 같이, εt, Et는 이미 주어져 있는 것으로 한다.
Figure 112009080097737-pat00009
Mp2=Mp1로 하는 ht는 다음 식으로 주어진다. 여기서 ht 2는, 충분히 작은 것으로서 무시하였다.
Figure 112009080097737-pat00010
상기 식에서, 분자>0의 경우, εt>0으로 되는 박막 재료를 선택할 필요가 있고, 분자<0의 경우, εt<0으로 되는 박막 재료를 선택할 필요가 있다. 또한, 도 9에서는 제1 편광판(1)에 투명 박막(11)을 접합하였지만, 제2 편광판(2)에 접합하여도 된다. 이 경우, Mp2=Mp1로 하는 ht는 다음 식으로 주어진다.
Figure 112009080097737-pat00011
도 7의 액정 표시부(6)에서, 제1 편광판(1), 제2 편광판(2), 글래스 기판(3 및 4), 투명 박막(11)의 탄성 계수를 각각, 2㎬, 1.8㎬, 71㎬, 1.6㎬로 하고, 제1 편광판(1), 제2 편광판(2), 글래스 기판(3 및 4)의 두께를 각각, 0.2㎜, 0.2㎜, 0.7㎜로 하고, 제1 편광판(1), 제2 편광판(2), 투명 박막(11)의 왜곡을 각각, 0.00953, 0.0142, 0.003으로 한 경우, 수학식 9로 주어지는 투명 박막(11)의 최적막 두께는 0.24㎜이다. 이 최적막 두께를 1로 한 투명 박막(11)의 상대막 두께와 액정 표시부 단부 휘어짐량의 관계를 구하면 도 10과 같이 된다. 도 10 중, 횡축은 최적막 두께를 1로 하였을 때의 투명 박막의 상대막 두께 t를, 종축은 액정 표 시부 단부 휘어짐량 we를 나타낸다. 확실히, 최적막 두께 근방에서 휘어짐량을 가장 억제할 수 있는 것, 또한, 최적막 두께의 0.5∼1.5배로 함으로써, 휘어짐량은 절반 이하로 되어, 충분한 효과가 얻어지는 것을 알 수 있다.
이상 설명한 수단에 의해, 액정 표시부의 휘어짐을 억제할 수 있으면, 도 2에서 설명한 액정 표시부(6)와 프레임재(8-1) 사이, 및 액정 표시부(6)와 광학 부재군(9) 사이의 간격은 불필요, 혹은 축소 가능하게 되어, 기계적 신뢰성도 향상시킬 수 있다.
<실시예>
이하에 구체적인 실시예를 나타내어, 본원 발명의 내용을 더 상세히 설명한다. 이하의 실시예는 본원 발명의 내용의 구체예를 나타내는 것이며, 본원 발명이 이들 실시예에 한정되는 것은 아니다.
이하의 실시예에서, 액정 표시부의 크기는, 대각 길이 0.81m, 긴 변 길이 : 짧은 변 길이=16:9이다.
<실시예 1>
본 실시예의 구성을 도 11에 도시한다. 도 11에서 배면 조명 장치(10)는, 광원(7)을 배면 조명 장치 단부에 배치하고, 광원 출사광을 도광판(9-4)에서 면 방향으로 도광시키면서 광을 전면에 취출하는 사이드 엣지 방식이다. 광원(7)으로서, 백색 LED(Light-Emitting-Diode)를 이용하였다. 참조 부호 12는, 광원 출사광을 반사하여 도광판에 효율적으로 광을 입사시키기 위한 리플렉터이다. 도광판은 글래스로 형성되어 있고, 액정 표시 장치 출사광에 지향성을 부여하기 위하여, 프리즘 시트(9-2)가 도광판(9-4) 상에 배치되어 있다. 또한, 프리즘 시트(9-2)는 굴절률 1.15의 저굴절률층(9-3)에 의해 상하 모두 표면이 코팅되어 있다.
제1 편광판(1) 및 제2 편광판(2)의 두께는 0.2㎜, 제1 편광판(1)의 흡수축은 액정 표시부 짧은 변에 평행하고, 제2 편광판(2)의 흡수축은 액정 표시부 긴 변에 평행하다. 제1 기판(3) 및 제2 기판(4)의 두께는 0.7㎜, 프리즘 시트(9-2)의 두께는 0.15㎜, 도광판(9-4)의 두께는 2㎜이다.
종래 기술에 따라, 액정 표시부(6)와 배면 조명 장치(10)를 밀착하지 않고, 액정 표시 장치를 70℃ 8％ RH의 고온 환경 하에 둔 결과, 긴 변 방향의 휘어짐 형상은 도 12와 같이 되었다. 도 12 중, 횡축은 액정 표시부의 긴 변 방향 위치 x를, 종축은 액정 표시부의 휘어짐량 w를 나타낸다. 한편, 도 11과 같이 액정 표시부(6)와 광학 부재군(9-2, 9-3, 9-4)을 점착제를 개재하여 밀착 접합하고, 동일하게 70℃ 8％ RH의 고온 환경 하에 둔 결과, 긴 변 방향의 휘어짐 형상은 도 13과 같이 되었다. 도 13 중, 횡축은 액정 표시부의 긴 변 방향 위치 x를, 종축은 액정 표시부의 휘어짐량 w를 나타낸다. 단부 휘어짐량이, 절반 이하로 대폭 개선된 것을 이해할 수 있다. 또한, 액정 표시 장치의 광학 특성에 대해서는, 거의 동등하였다.
<실시예 2>
본 실시예의 구성을 도 14에 도시한다. 본 실시예에서는, 실시예 1과 달리, 종래대로 액정 표시부(6)와 광학 부재군(9)은 접합되지 않는다. 제1 편광판(1)에 PET(Poly-Ethylene-Terephtalate) 필름(13)이 밀착 접합된다.
이용한 제1 편광판(1), 제2 편광판(2), 글래스 기판(3 및 4), PET 필름(13)의 탄성 계수는, 각각 2㎬, 1.8㎬, 71㎬, 1.6㎬이었다. 제1 편광판(1), 제2 편광판(2), 글래스 기판(3 및 4)의 두께는, 각각 0.2㎜, 0.2㎜, 0.7㎜이었다. 고온 고습 환경 하에서, 제1 편광판(1), 제2 편광판(2), PET 필름(13)의 단위 길이당의 왜곡은, 각각 0.00953, 0.0142, 0.003이었다.
PET 필름을 배치하지 않았던 경우, 휘어짐 형상은 도 15와 같이 되었다. 이에 대해, 두께 0.24㎜의 PET 필름을 도 14와 같이 배치하면, 동일 환경 하의 휘어짐 형상은 도 16과 같이 되어, 대폭 개선되었다. 도 15 및 도 16에서, 횡축은 액정 표시부의 긴 변 방향 위치 x를, 종축은 액정 표시부의 휘어짐량 w를 나타낸다.
<실시예 3>
본 실시예의 구성을 도 17에 도시한다. 참조 부호 9-2는 프리즘 시트이며, 프리즘측 표면은 굴절률 1.15의 저굴절률층(9-3)에 의해 코팅되어 있다. 또한, 프리즘 시트(9-2), 저굴절률층(9-3), 액정 표시부(6)는, 점착제를 개재하여 밀착 접합되어 있다. 본 실시예에서는, 프리즘 시트 이외의 광학 부재군(9)은, 액정 표시부(6)와 접합되지 않는다.
제1 편광판(1), 제2 편광판(2), 글래스 기판(3 및 4)은, 실시예 2와 동일한 것을 이용하였다. 프리즘 시트(9-2)의 지지 기재는 PET 필름이며, 그 두께는 0.25㎜이었다. 고온 고습 환경 하의 액정 표시부 휘어짐 형상을 도 18에 도시한다. 도 18 중, 횡축은 액정 표시부의 긴 변 방향 위치 x를, 종축은 액정 표시부의 휘어 짐량 w를 나타낸다. 도 15와 비교하여, 대폭 개선되어 있는 것을 알 수 있다.
<실시예 4>
본 실시예의 구성을 도 19에 도시한다. 액정 표시 장치에 이용되는 일반적인 편광판은 편광층을 지지 기재 사이에 둔 형태로 되어 있다. 도 19에서, 참조 부호 1-p는 제1 편광판의 편광층, 참조 부호 1-s1, 1-s2는 제1 편광판의 지지 기재이다.
지지 기재(1-s1)는, 전술한 바와 같이 액정 표시 장치의 표시 성능에 크게 관련되는 부재이며, 두께 조정 등은 어렵다. 따라서, 본 실시예에서는 지지 기재(1-s2)를 실시예 2에서의 PET 필름과 마찬가지로 이용한다.
이 경우, 수학식 9에서의 제1 편광판을 도 20에 도시한 바와 같이, 편광층(1-p)과 지지 기재(1-s2)만을 간주하여, 왜곡, 탄성 계수, 두께를 구하고, 수학식 9에 의해 지지 기재(1-s1)의 두께를 결정하면 된다.
본 실시예의 형태를 취하면, 실시예 2, 3에 비해 더욱 부재비 상승, 부재 추가에 의한 액정 표시부 두께 상승을 억제하는 것이 가능하다. 또한, 본 실시예에서는 제1 편광판의 외측(액정층과 반대측) 지지 기재를 조정하였지만, 제2 편광판의 외측 지지 기재를 수학식 10에 따라서 조정하여도 된다.
<실시예 5>
본 실시예의 구성을 도 21에 도시한다. 지금까지 설명한 방법 중 어느 하나에 의해, 액정 표시부의 휘어짐이 억제되면, 도 2에서 설명한 액정 표시부(6)와 프레임재(8-1), 및 액정 표시부(6)와 광학 부재군(9)의 간격은 불필요하게 된다.
본 실시예에서는, 실시예 3과 마찬가지의 방법으로 액정 표시부 휘어짐을 억제한다. 참조 부호 9-2는 프리즘 시트이며, 프리즘측 표면은 굴절률 1.15의 저굴절률층(9-3)에 의해 코팅되어 있다. 또한, 프리즘 시트(9-2), 저굴절률층(9-3), 액정 표시부(6)는, 점착제를 개재하여 밀착 접합되어 있다. 본 실시예에서는, 프리즘 시트 이외의 광학 부재군(9-5)은, 액정 표시부(6)와 접합되지 않는다.
본 실시예에서는, 도 2와 같이 액정 표시부(6)와 광학 부재군(9) 사이에 간격을 형성할 필요가 없기 때문에, 배면 조명 장치의 사이드 프레임재(8-2)가 제거되고, 프레임재(8-1)가 배면 조명 장치 사이드 프레임과 액정 표시 장치의 전면 프레임을 겸함으로써, 부재가 삭감되어 있다.
또한, 발명자들의 검토에 따르면, 액정 표시부(6)와 프레임재(8-1)와의 간격은 1.5㎜ 이하이면 대각 0.65m 이상의 대화면 액정 표시 장치에서도 충분한 기계적 신뢰성을 확보할 수 있다.
본 발명의 특정 실시예들인 것으로 고려되는 것이 기재되어 있지만, 본 발명에 대해 다양한 수정이 이루어질 수 있음을 이해할 것이며, 첨부된 특허청구범위는 본 발명의 진정한 정신 또는 범위 내에 있는 모든 그러한 수정들을 포함하는 것이 의도된다.
도 1은 종래 기술에 의한 액정 표시 장치예를 도시한 구성도.
도 2는 종래 기술에 의한 액정 표시 장치예를 도시한 구성도.
도 3은 액정 표시 장치의 휘어짐 요인을 설명한 개념도.
도 4는 본 발명의 바람직한 실시 형태에 따른 액정 표시 장치예를 도시한 구성도.
도 5는 본 발명의 바람직한 실시 형태를 설명하는 특성도.
도 6은 본 발명의 바람직한 실시 형태에 따른 액정 표시 장치예를 도시한 구성도.
도 7은 본 발명의 바람직한 실시 형태에 따른 액정 표시 장치예를 도시한 구성도.
도 8은 본 발명의 바람직한 실시 형태를 설명하는 구성도.
도 9는 본 발명의 바람직한 실시 형태를 설명하는 구성도.
도 10은 본 발명의 바람직한 실시 형태를 설명하는 특성도.
도 11은 본 발명에 따른 액정 표시 장치의 일 실시예를 도시한 구성도.
도 12는 종래 기술에 의한 액정 표시 장치의 휘어짐 형상을 나타낸 특성도.
도 13은 본 발명의 일 실시예에 의한 액정 표시 장치의 휘어짐 형상을 나타낸 특성도.
도 14는 본 발명에 따른 액정 표시 장치의 일 실시예를 도시한 구성도.
도 15는 종래 기술에 의한 액정 표시 장치의 휘어짐 형상을 나타낸 특성도.
도 16은 본 발명의 일 실시예에 의한 액정 표시 장치의 휘어짐 형상을 나타낸 특성도.
도 17은 본 발명에 따른 액정 표시 장치의 일 실시예를 도시한 구성도.
도 18은 본 발명의 일 실시예에 의한 액정 표시 장치의 휘어짐 형상을 나타낸 특성도.
도 19는 본 발명에 따른 액정 표시 장치의 일 실시예를 도시한 구성도.
도 20은 본 발명의 일 실시예의 편광판에 대해서 설명하는 구성도.
도 21은 본 발명의 일 실시예의 편광판에 대해서 설명하는 구성도.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
1 : 제1 편광판
2 : 제2 편광판
3 : 제1 기판
4 : 제2 기판
5 : 액정층
6 : 액정 표시부
7 : 광원
8 : 프레임재
9 : 광학 부재군
10 : 배면 조명 장치
11 : 투명 박막
12 : 리플렉터
13 : PET 필름

Claims (13)

  1. 액정 표시부와,
    상기 액정 표시부의 표시면과 반대면측에 배치되는 배면 조명 장치를 포함하는 액정 표시 장치로서,
    상기 액정 표시부는, 광 입사측에 제1 편광판과 광 출사측에 제2 편광판을 포함하고,
    상기 제1 편광판의 광 입사측에 투명층이 배치되고,
    ε, E, h를 각각, 상기 액정 표시부의 온도가 -10∼10℃, 혹은 40∼70℃ 중 어느 하나의 환경 하에서의 단위 길이당의 왜곡, 세로 탄성 계수, 부재의 두께로 하고, 첨자 p1, p2, g, t가 각각 상기 제1 편광판, 상기 제2 편광판, 상기 액정 표시부의 기판, 상기 투명층에 대응한다고 한 경우, 상기 투명층의 두께 ht가,
    Figure 112013111168590-pat00035
    로 한 경우, 0.5ht0≤ht≤1.5ht0이고,
    상기 투명층이 상기 제1 편광판의 상기 배면 조명 장치측 지지 기재인 액정 표시 장치.
  2. 액정 표시부와,
    상기 액정 표시부의 표시면과 반대면측에 배치되는 배면 조명 장치를 포함하는 액정 표시 장치로서,
    상기 액정 표시부는, 광 입사측에 제1 편광판과 광 출사측에 제2 편광판을 포함하고,
    상기 제2 편광판의 광 출사측에 투명층이 배치되고,
    ε, E, h를 각각, 상기 액정 표시부의 온도가 -10∼10℃, 혹은 40∼70℃ 중 어느 하나의 환경 하에서의 단위 길이당의 왜곡, 세로 탄성 계수, 부재의 두께로 하고, 첨자 p1, p2, g, t가 각각 상기 제1 편광판, 상기 제2 편광판, 상기 액정 표시부의 기판, 상기 투명층에 대응한다고 한 경우, 상기 투명층의 두께 ht가,
    Figure 112013111168590-pat00036
    로 한 경우, 0.5ht0≤ht≤1.5ht0이고,
    상기 투명층이 상기 제2 편광판의 광 출사측 지지 기재인 액정 표시 장치.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 액정 표시부 단부를 광 출사면측으로부터 누름으로써 상기 액정 표시부의 위치를 고정하는 프레임재가 배치되고,
    상기 액정 표시부의 광 출사측 최외면과 상기 프레임재의 간극은 1.5㎜ 이하인 액정 표시 장치.
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 삭제
  9. 삭제
  10. 삭제
  11. 삭제
  12. 삭제
  13. 삭제
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