KR20100078259A - 편광판 및 이를 구비한 액정표시장치 - Google Patents

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Abstract

편광판 및 이를 구비한 액정표시장치가 개시된다.
본 발명에 따른 편광판 및 이를 구비한 액정표시장치는 편광필름 상부에 특정 각도의 연신축을 갖는 이중 구조의 보상필름을 형성하여 광원에서 출사된 광이 최종적으로 모든 편광방향에서 시인이 될 수 있는 원편광 상태로 출사되도록 하여 시인성을 향상시키고, 광의 파장별 분산 특성을 향상시키고 박형화가 가능하며 시야각을 확보할 수 있다.
편광판, 편광필름, 연신축, 보상 필름, A플레이트, +A 코팅

Description

편광판 및 이를 구비한 액정표시장치{Polarizing plate and liquid crystal display device having the same}
본 발명은 편광판에 관한 것으로, 특히 시인성을 향상시키고, 광 분산 특성을 향상시키고 박형화가 가능하며 시야각을 확보할 수 있는 편광판 및 이를 구비한 액정표시장치에 관한 것이다.
근래에 들어 사회가 본격적인 정보화 시대로 접어듦에 따라 대량의 정보를 처리 및 표시하는 디스플레이 분야가 급속도로 발전해 왔고, 최근에는 박형화, 경량화, 저소비전력화의 우수한 성능을 지닌 박막트랜지스터(TFT) 형 액정표시장치가 개발되어 기존의 브라운관(CRT)을 대체하고 있다.
이러한 액정표시장치의 화상구현원리는 액정이 지닌 광학적 이방성과 분극성질을 이용하는 것으로, 주지된 바와 같이 액정은 분자구조가 가늘고 길며 배열에 방향성을 갖는 광학적 이방성과, 전기장 내에 놓일 경우에 그 크기에 따라 분자배열 방향이 변화되는 분극성질을 띤다.
이에 액정표시장치는 액정층을 사이에 두고 서로 마주보는 면으로 각각 전계생성전극이 형성된 한쌍의 투명 절연기판으로 이루어진 액정패널을 필수적인 구성 요소로 하며, 상기 액정패널은 두 전극간의 전기장 변화를 통해서 액정분자 배열방향을 인위적으로 조절하고 이에 따른 빛의 투과율 변화로 여러가지 화상을 표시하게 된다.
최근에는 특히 화상표현의 최소 단위인 화소를 매트릭스 방식으로 배열한 후 이들 각 화소를 독립적으로 제어할 수 있도록 박막트랜지스터를 일대일 대응 구비시킨 액티브 매트릭스(Active matrix) 액정표시장치가 해상도 및 동영상 구현능력이 뛰어나 각광 받고 있다.
상기 액정패널은 서로 대면되는 제1 및 제2 기판과, 이들 사이로 형성된 액정층과, 상기 제1 및 제2 기판 외면에 부착되어 특정 파장의 빛만을 선택적으로 통과시키는 제1 및 제2 편광판을 포함한다.
상기 액정패널은 자체발광요소를 갖지 못하는 수광형 소자이므로 별도의 광원이 요구된다. 따라서, 상기 액정패널 배면에는 적어도 하나 이상의 광원과 이의 점멸을 제어하는 인버터 수단이 구비된 별도의 백라이트 어셈블리가 마련되어 빛을 공급한다.
한편, 이와 같은 액정표시장치를 편광 글라스(예를 들면, 썬글라스)를 착용한 후 표시되는 화상을 보게 되는 경우에 상기 액정표시장치의 축 기인으로 인해 표시 시인성에 제약이 발생하게 된다. 이런 문제점을 보상하기 위하여 별도의 보상필름이 상기 제1 및 제2 편광판에 추가로 구성되어 형성되게 된다. 상기 제1 및 제2 편광판에 추가로 형성된 보상필름은 액정층과 반대의 이방성 분포를 가짐으로써 액정패널에 부착될 경우 시야각에 따른 빛의 지연 차이를 줄일 수 있다.
상기 보상필름의 경우 광 보상을 위해 필름을 연신한 연신 필름으로써, 연신 공정이 어렵고 값이 비싸며 상기 보상필름을 보호하기 위해서 별도의 보호필름이 상기 보상 필름 상부에 적층됨에 따라 두께가 두꺼워 지며 파장별로 광 분산 특성으로 인해 컬러 쉬프트 현상이 심해지는 문제점을 갖고 있다.
본 발명은 시인성을 향상시키고 파장별로 광 분산 특성을 향상시키고 두께를 감소시키며 박형화화가 가능하고 시야각을 확보할 수 있는 편광판 및 이를 구비한 액정표시장치를 제공함에 그 목적이 있다.
본 발명의 실시예에 따른 편광판은 입사되는 빛 중에서 편광축과 동일한 방향으로 진동하는 빛만 투과시키고 그 외 나머지 방향으로 진동하는 빛은 흡수 또는 반사하여 특정한 방향으로 진동하는 빛을 만드는 편광필름과, 상기 편광필름 상부에 코팅되어 포지티브 굴절률을 갖고 UV 차단 물질을 포함하여 형성된 코팅필름 및 상기 코팅필름 상부에 형성되어 상기 포지티브 굴절률을 갖는 A 플레이트를 포함하며, 상기 코팅필름과 A 플레이트는 이중구조로 된 보상필름이다.
본 발명의 실시예에 따른 액정표시장치는 서로 대향하는 제1 및 제2 기판과, 상기 제1 및 제2 기판 사이에 형성된 액정층과, 상기 제1 기판 외부면에 형성된 제1 편광판 및 상기 제2 기판 외부면에 형성되며 입사되는 빛 중에서 편광축과 동일한 방향으로 진동하는 빛만 투과시키고 그 외 나머지 방향으로 진동하는 빛은 흡수 또는 반사하여 특정한 방향으로 진동하는 빛을 만드는 편광필름과, 상기 편광필름 상부에 코팅되어 포지티브 굴절률을 갖고 UV 차단 물질을 포함하여 형성된 코팅필름 및 상기 코팅필름 상부에 형성되어 상기 포지티브 굴절률을 갖는 A 플레이트를 구비하는 제2 편광판을 포함하고, 상기 코팅필름과 A 플레이트는 이중구조로 된 보 상필름이다.
본 발명은 특정 각도의 연신축을 갖는 A 플레이트와 상기 A 플레이트 상부에 UV 차단물질을 포함하는 물질을 직접 코팅하여 제작된 이중 구조의 보상필름을 편광필름 상부에 부착하여 시인성 및 파장별 광 분산 특성을 향상시키고 박형화가 가능하며 시야각을 확보할 수 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 실시예를 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 액정표시장치를 도시한 단면도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 액정표시장치는 서로 마주보는 제1 및 제2 기판(140, 160)과, 상기 제1 및 제2 기판(140, 160) 사이에 형성된 액정층(150)과, 상기 제1 기판(140) 하부와 상기 제2 기판(160) 상부에 각각 위치하는 제1 및 제2 편광판(110, 190)을 포함한다.
상기 제1 기판(140)은 어레이 기판으로서, 서로 직교하여 화소영역을 정의하는 게이트라인과 데이터라인이 형성되어 있고, 상기 게이트라인 및 데이터라인과 연결되는 박막트랜지스터(TFT)가 상기 게이트라인과 데이터라인이 서로 교차하는 부분에 형성되어 있다.
상기 제1 기판(140) 상부에는 상기 액정층(150)을 배향하기 위한 제1 배향막(145)이 형성되어 있다.
상기 제2 기판(160)은 컬러필터 기판으로서, 상기 제2 기판(160) 하부에는 상기 액정층(150)을 배향하기 위한 제2 배향막(155)이 형성되어 있다. 상기 제2 기판(160)과 상기 제2 배향막(155) 사이에는 컬러필터층(도시하지 않음)이 형성된다.
상기 액정층(150)은 상기 제1 및 제2 기판(140, 160) 사이에 형성되어 상기 제1 및 제2 배향막(145, 155)의 배향 방향에 따라 배향되고, 화소전극(도시하지 않음)과 공통전극(도시하지 않음) 사이에서 발생하는 전계에 의해 구동된다. 상기 액정층(150)은 배향막의 특성에 의해 기판면에 대략 몇도 정도 기울어진 선경사각을 갖게 된다.
상기 제1 편광판(110)은 제1 편광필름(120)과, 상기 제1 편광필름(120)의 하부에 부착되어 외부의 이물질 등으로부터 상기 제1 편광필름(120)을 보호하는 보호필름(115)으로 구성된다.
상기 제1 편광필름(120)은 백라이트 어셈블리에서 나오는 빛 중에서 편광축과 동일한 방향으로 진동하는 빛만 투과시키고 그외 나머지 방향으로 진동하는 빛은 흡수 또는 반사하여 특정한 방향으로 진동하는 빛을 만드는 역할을 한다. 상기 제1 편광필름(120)은 폴리비닐알코올, 폴리카르보네이트, 폴리스티렌, 폴리메타크릴레이트 중 어느 하나일 수 있다.
예를 들면, 상기 제1 편광필름(120)은 폴리비닐알코올 필름을 연신시켜 요오드(I2)와 이색성염료 용액에 담구어 요오드 분자와 염료분자를 연신방향으로 나란하게 배열시킴으로써 얻을 수 있다. 이때, 요오드 분자와 염료 분자는 이색성을 가지기 때문에 제1 편광필름(120)의 연신방향으로 진동하는 빛은 흡수되고, 수직방향으로 진동하는 빛은 투과된다.
상기 보호필름(115)은 트리아세틸 셀룰로오스(TAC)로 이루어질 수 있으며, 상기 제1 편광필름(120)을 밀착하여 보호하고, 지지하는 역할을 한다.
상기 제2 편광판(190)은 제2 편광필름(170)과, 상기 제2 편광필름(170) 상부에 코팅된 +A 코팅필름(175)과, 상기 +A 코팅필름(175) 상부에 형성된 A 플레이트(180)로 구성된다. 이때, 상기 +A 코팅필름(175)과 A 플레이트(180)는 이중구조의 보상필름(200)이다.
상기 제2 편광판(190)의 제2 편광필름(170)은 상기 제1 편광판(110)의 제1 편광필름(120)과 동일하게 형성될 수 있으므로 이에 대한 상세한 설명은 생략한다.
상기 +A 코팅필름(175)은 포지티브(Positive) 굴절률이 구현되는 포지티브 A 특성을 갖는 일축성 필름으로 이루어지며 UV 차단기능을 하는 UV 차단 물질을 첨가하여 구성된다. 상기 +A 코팅필름(175)은 상기 제2 편광필름(170) 상부에 코팅을 통해 형성된다.
상기 UV 차단 효과를 갖는 유기물질로는 예를 들어, Tinuvin과 같이 Hydroxyphenyl 치환기 또는 Triazole 치환기가 포함되거나 그러한 치환기가 여러 개 연결되어 포함된 Resonance 구조를 가지를 물질들을 포함한다.
상기 +A 코팅필름(175)이 위와 같은 UV 차단 효과를 갖는 유기물질을 포함하며 상기 제2 편광필름(170) 상부에 코팅되기 때문에 외부에서 유입되는 UV(자외선)을 차단할 수 있다.
따라서, 상기 +A 코팅필름(175)은 UV로부터 상기 제2 편광필름(170)을 보호하는 역할을 한다. 상기 +A 코팅필름(175)은 상기 UV 차단 효과를 갖는 유기물질뿐 만 아니라 UV 차단 효과를 갖는 무기물질도 포함할 수 있다.
이때, 상기 +A 코팅필름(175)은 연신축이 75도로 100 ~ 400nm 범위로 설계된다. 바람직하게 상기 +A 코팅필름(175)은 240 ~ 300nm 범위로 설계될 수 있다. 상기 +A 코팅필름(175)의 연신축이 75도로 설계될 경우, 백라이트 어셈블리에 포함된 광원으로부터 출사된 광이 상기 액정(150)을 통과한 빛을 파장별로 광 분산 특성을 향상시킬 수 있다.
상기 A 플레이트(180)는 액정표시장치 중 특히 횡전계형 액정표시장치에서 화상이 표시되는 디스플레이면(이하, "표면"이라 함)에 대해 수직인 방향을 z 축으로, x축과 y축은 액정표시장치의 표면과 같은 평면상에 있는 것으로 하고, 보상필름을 구성하는 분자의 x, y, z 방향으로의 굴절률을 각각 nx, ny, nz라고 할 때, 굴절율이 nx=ny<nz 인 특성을 갖는 보상필름을 말한다.
이러한 특성을 갖는 A 플레이트(180)는 투명한 폴리머(polymer)로 이루어진 베이스 필름 상에 배향막을 형성하고, 상기 배향막 위로 액정물질을 구성함으로써 형성된 필름이다.
상기 A 플레이트(180) 또한 상기 +A 코팅필름(175)과 마찬가지로 포지티브(Positive) 굴절률이 구현되는 포지티브 A 특성을 갖는 일축성 필름이다.
상기 포지티브 A 특성을 갖는 물질은 사이클로올레핀(Cycloolefin polymer:COP) 또는 ARTON(Improved cyclic olefin polymer) 계열의 고분자가 사용된다. 상기 COP는 고온 고습에서 신뢰성이 우수하고, 용융법에 의해 생산이 가능한 특징을 가진다.
상기 A 플레이트(180)는 상기 +A 코팅필름(175)의 연신축이 75도 설계될 경우에 15도의 연신축을 갖도록 설계된다. 정확히, 상기 A 플레이트(180)는 연신축이 15도로 40 ~ 200nm 범위로 설계된다. 바람직하게 상기 A 플레이트(180)는 100 ~150 nm 범위로 설계될 수 있다.
또한, 상기 +A 코팅필름(175)의 연신축이 22.5도로 100 ~ 400 nm 범위로 설계되는 경우에 상기 A 플레이트(180)는 90도의 연신축을 갖도록 설계되어야 한다.
상기 +A 코팅필름(175)의 연신축이 75도이고 A 플레이트(180)의 연신축이 15도인 경우를 실시예 1이라고 하고, 상기 +A 코팅필름(175)의 연신축이 22.5도이고, A 플레이트(180)의 연신축이 90도인 경우를 실시예 2 라고 한다.
상기 +A 코팅필름(175)과 A 플레이트(180)를 위와 같이 설계하는 것은 상기 액정패널(130)을 통과한 선편광의 광을 모든 편광방향에서 시인될 수 있는 원편광으로 만들어 주기 위함이다.
즉, 액정패널(130) 배면에 위치하는 광원으로부터 출사된 원편광 상태의 광은 상기 제1 편광판(110)을 통과하면서 일방향으로 선편광 상태의 광이 되고, 상기 선편광 상태의 광은 상기 액정패널(130)을 통과하면서 상기 액정패널(130)의 액정의 구동방향으로 편광되어 출사하게 된다.
상기 액정패널(130)의 액정 구동방향으로 통과된 선편광 상태의 광은 상기 실시예 1과 실시예2와 같이 설계된 +A 코팅필름(175)과 A 플레이트(180)를 포함하는 제2 편광판(190)을 통과하면서 모든 편광방향에서 시인될 수 있는 원편광된 상태의 광으로 출사되게 됩니다.
상기 실시예 1과 실시예2와 같이 설계된 +A 코팅필름(175)과 A 플레이트(180)로 구성된 이중구조의 보상필름(200)이 제2 편광판(190)에 형성됨에 따라 액정패널(130)을 통과한 빛의 편광 상태가 바뀌어 최종적으로 원편광 상태의 빛이 출사된다.
따라서, 상기 제2 편광판(190)을 통해 최종적으로 원편광 상태의 빛이 출사되기 때문에 일정 편광축을 갖는 선글라스를 끼고 상기 액정표시장치에 표시된 화상을 볼 수 있어 시인성을 향상시킬 수 있다. 또한, 실시예 1과 실시예 2와 같이 설계된 +A 코팅필름(175)과 A 플레이트(180)가 상기 제2 편광필름(170) 상부에 형성됨에 따라 상기 액정(150)을 통과한 빛이 파장별로 광 분산 특성이 향상될 수 있다.
도 2의 (A)는 실시예1과 같이 설계된 +A 코팅필름과 A 플레이트를 포함하는 편광판을 이용한 경우에 광 분산 특성을 나타낸 도면이고, 도 2의 (B)는 실시예2와 같이 설계된 +A 코팅필름과 A 플레이트를 포함하는 편광판을 이용한 경우에 광 분산 특성을 나타낸 도면이다.
도 2의 (A)에 도시된 바와 같이, 연신축이 17도인 +A 코팅필름과 연신축이 15도인 A 플레이트로 이중으로 형성된 보상필름을 통과한 후의 편광을 살펴보면, 파장별로 R, G, B 광 분산 특성이 향상되는 것을 알 수 있다.
도 2의 (B)에 도시된 바와 같이, 연신축이 22.5도인 +A 코팅필름과 연신축이 90도인 A 플레이트로 이중으로 형성된 보상필름을 통과한 후의 편광을 살펴보면, 파장별로 R, G, B 광 분산 특성이 향상되는 것을 알 수 있다.
도 3은 기존의 편광판과 실시예1 및 2로 구성된 보상필름을 포함하는 편광판의 경우에 화이트 휘도 및 색차를 나타낸 시뮬레이션 결과를 나타낸 도면이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 기존의 편광판의 경우보다 실시예 1 및 2로 구성된 이중구조의 보상필름을 포함하는 편광판의 경우가 동일 값으로 시야각을 봤을 때의 화이트 휘도의 시야각이 넓어지는 것을 알 수 있다. 이를 통해서 실시예 1 및 2로 구성된 이중구조의 보상필름을 포함하는 편광판의 경우가 두께가 얇아지는 것을 알 수 있다.
이와 같이, 특정 각도의 연신축을 갖는 +A 코팅필름과 A 플레이트로 구성된 이중 구조의 보상필름이 편광필름 상부에 형성됨에 따라 상기 이중 구조의 보상필름을 통과한 광의 분산 특성이 향상되고 시야각이 넓어지는 효과가 발생할 수 있다. 또한, UV 차단 유기물질 또는 무기물질을 포함하도록 상기 +A 코팅필름을 형성함으로써, 외부로부터 유입되는 UV를 차단하여 상기 편광필름을 보호함으로써 기존의 트리아세틸 셀룰로오스(TAC)의 역할을 대신할 수 있다.
따라서, 기존의 편광판에 사용된 보호필름인 트리아세틸 셀룰로오스(TAC)의 역할을 상기 +A 코팅필름이 대신하여 상기 트리아세틸 셀룰로오스(TAC)를 제거할 수 있다. 상기 보호필름을 제거할 수 있어서 편광판의 두께를 감소할 수 있다.
이와 같이, 본 발명에 따른 편광판 및 액정표시장치는 특정 각도의 연신축을 갖는 +A 코팅필름과 A 플레이트를 포함하는 이중 구조의 보상필름을 편광필름 상부에 형성함으로써 시인성을 향상시키며 파장별로 광 분산 특성을 향상시키고 시야각을 확보할 수 있다. 또한, UV 차단 물질을 포함하도록 +A 코팅필름을 형성하여 기 존의 보호필름의 역할을 대신할 수 있기 때문에 보호필름을 제거할 수 있어서 박형화가 가능해진다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 액정표시장치를 도시한 단면도.
도 2의 (A)는 실시예1과 같이 설계된 +A 코팅필름과 A 플레이트를 포함하는 편광판을 이용한 경우에 광 분산 특성을 나타낸 도면이고, 도 2의 (B)는 실시예2와 같이 설계된 +A 코팅필름과 A 플레이트를 포함하는 편광판을 이용한 경우에 광 분산 특성을 나타낸 도면.
도 3은 기존의 편광판과 실시예1 및 2로 구성된 보상필름을 포함하는 편광판의 경우에 화이트 휘도 및 색차를 나타낸 시뮬레이션 결과를 나타낸 도면.
<도면의 주요부분에 대한 간단한 설명>
110:제1 편광판 115:보호필름
120:제1 편광필름 130:액정패널
140:제1 기판 145:제1 배향막
150:액정 155:제2 배향막
160:제2 기판 170:제2 편광필름
175:+A 코팅필름 180:A 플레이트
190:제2 편광판 200:보상필름

Claims (8)

  1. 입사되는 빛 중에서 편광축과 동일한 방향으로 진동하는 빛만 투과시키고 그 외 나머지 방향으로 진동하는 빛은 흡수 또는 반사하여 특정한 방향으로 진동하는 빛을 만드는 편광필름;
    상기 편광필름 상부에 코팅되어 포지티브 굴절률을 갖고 UV 차단 물질을 포함하여 형성된 코팅필름; 및
    상기 코팅필름 상부에 형성되어 상기 포지티브 굴절률을 갖는 A 플레이트;를 포함하며,
    상기 코팅필름과 A 플레이트는 이중구조로 된 보상필름인 것을 특징으로 하는 편광판.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 코팅필름의 연신축은 75도이고, 상기 A 플레이트의 연신축은 15도인 것을 특징으로 하는 편광판.
  3. 제1 항에 있어서,
    상기 코팅필름의 연신축은 22.5도이고, 상기 A 플레이트의 연신축은 90도인 것을 특징으로 하는 편광판.
  4. 제1 항에 있어서,
    상기 UV 차단 물질은 Tinuvin 계열의 Hydroxyphenyl 치환기 또는 Triazole 치환기가 포함되거나 그러한 치환기가 여러 개 연결되어 포함된 Resonance 구조를 가지를 물질들을 포함하는 것을 특징으로 하는 편광판.
  5. 서로 대향하는 제1 및 제2 기판;
    상기 제1 및 제2 기판 사이에 형성된 액정층;
    상기 제1 기판 외부면에 형성된 제1 편광판; 및
    상기 제2 기판 외부면에 형성되며 입사되는 빛 중에서 편광축과 동일한 방향으로 진동하는 빛만 투과시키고 그 외 나머지 방향으로 진동하는 빛은 흡수 또는 반사하여 특정한 방향으로 진동하는 빛을 만드는 편광필름과, 상기 편광필름 상부에 코팅되어 포지티브 굴절률을 갖고 UV 차단 물질을 포함하여 형성된 코팅필름 및 상기 코팅필름 상부에 형성되어 상기 포지티브 굴절률을 갖는 A 플레이트를 구비하는 제2 편광판;을 포함하고,
    상기 코팅필름과 A 플레이트는 이중구조로 된 보상필름인 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
  6. 제5 항에 있어서,
    상기 코팅필름의 연신축은 75도이고, 상기 A 플레이트의 연신축은 15도인 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
  7. 제5 항에 있어서,
    상기 코팅필름의 연신축은 22.5도이고, 상기 A 플레이트의 연신축은 90도인 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
  8. 제5 항에 있어서,
    상기 UV 차단 물질은 Tinuvin 계열의 Hydroxyphenyl 치환기 또는 Triazole 치환기가 포함되거나 그러한 치환기가 여러 개 연결되어 포함된 Resonance 구조를 가지를 물질들을 포함하는 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
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