KR20140092663A - 편광판 및 이를 포함하는 액정 표시 장치 - Google Patents

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김택수
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Abstract

본 발명은 PVA층; 상기 PVA층의 일측면에 위치하며, COP로 형성되어 있는 지지층; 및 상기 지지층의 타측면에 위치하며, 디스코틱 액정을 포함하는 보상층을 포함하며, 상기 지지층은 1.49이상 1.55이하의 굴절율을 가지며, 상기 보상층은 1.50이상 1.60이하의 굴절율을 가지는 편광판 및 액정 표시 장치에 대한 것이다.

Description

편광판 및 이를 포함하는 액정 표시 장치{POLARIZER AND LIQUID CRYSTAL DISPLAY USING THE SAME}
본 발명은 편광판 및 이를 포함하는 액정 표시 장치에 대한 것이다.
액정 표시 장치는 현재 가장 널리 사용되고 있는 평판 표시 장치 중 하나로서, 화소 전극과 공통 전극 등 전계 생성 전극이 형성되어 있는 두 장의 표시판과 그 사이에 삽입되어 있는 액정층으로 이루어지며, 전계 생성 전극에 전압을 인가하여 액정층에 전계를 생성하고 이를 통하여 액정층의 액정 분자들의 배향을 결정하고 입사광의 편광을 제어함으로써 영상을 표시한다.
액정 표시 장치는 광원에 따라서 액정 셀의 배면에 위치한 백라이트를 이용하여 화상을 표시하는 투과형 액정 표시 장치, 자연 외부광을 이용하여 화상을 표시하는 반사형 액정 표시 장치, 그리고 투과형 액정 표시 장치와 반사형 액정 표시 장치의 구조를 결합시킨 것으로, 실내나 외부 광원이 존재하지 않는 어두운 곳에서는 표시 소자 자체의 내장 광원을 이용하여 화상을 표시하는 투과 모드로 작동하고 실외의 고조도 환경에서는 외부광을 반사시켜 화상을 표시하는 반사 모드로 작동하는 반투과형 액정 표시 장치로 구분된다.
이와 같은 액정 표시 장치에서는 편광판이 상하로 존재하는데, 각 편광판은 특정 편광 방향의 빛만 투과시키므로 투과율이 50% 수준으로 낮아 액정 표시 장치의 표시 휘도를 낮추는 문제가 있다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 편광판이 일정 수준 이상의 투과율을 가지도록 하고, 그 결과 해당 편광판을 사용하는 액정 표시 장치의 표시 품질이 향상되도록 하는 편광판 및 이를 포함하는 액정 표시 장치를 제공하고자 한다.
이러한 과제를 해결하기 위하여 본 발명의 실시예에 따른 편광판은 PVA층; 상기 PVA층의 일측면에 위치하며, COP로 형성되어 있는 지지층; 및 상기 지지층의 타측면에 위치하며, 디스코틱 액정을 포함하는 보상층을 포함하며, 상기 지지층은 1.49이상 1.55이하의 굴절율을 가지며, 상기 보상층은 1.50이상 1.60이하의 굴절율을 가진다.
상기 보상층의 하부에 위치하는 점착제를 더 포함할 수 있다.
상기 PVA층의 타측면에 위치하는 추가 지지층을 더 포함하며, 상기 추가 지지층은 COP로 형성되어 있을 수 있다.
상기 보상층은 러빙된 필름을 더 포함하며, 상기 디스코틱 액정은 상기 러빙된 필름 상에서 하이브리드 배향된 상태로 경화되어 있을 수 있다.
상기 지지층의 굴절율에 대한 상기 보상층의 굴절율은 0.9677 이상 1.0738이하일 수 있다.
상기 편광판의 비편광된 광에 대한 투과율이 43% 이상일 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 편광판은 PVA층; 상기 PVA층의 일측면에 위치하며, COP로 형성되어 있는 지지층; 및 상기 지지층의 타측면에 위치하며, 디스코틱 액정을 포함하는 보상층을 포함하며, 상기 보상층의 굴절율이 1.5인 경우에는 상기 지지층의 굴절율이 1.45 이상 1.55 이하이고, 상기 보상층의 굴절율이 1.52 이상 1.54 이하인 경우에는 상기 지지층의 굴절율이 1.49이상 1.53이하이며, 상기 보상층의 굴절율이 1.56인 경우에는 지지층의 굴절율이 1.49이상 1.55이하이며, 상기 보상층의 굴절율이 1.58 이상 1.6 이하인 경우에는 상기 지지층의 굴절율이 1.53이상 1.55이하이다.
상기 보상층의 하부에 위치하는 점착제를 더 포함할 수 있다.
상기 PVA층의 타측면에 위치하는 추가 지지층을 더 포함하며, 상기 추가 지지층은 COP로 형성되어 있을 수 있다.
상기 PVA층의 타측면에는 안티 글래어(anti glare), 안티 리플렉트(anti reflect) 등의 표면 처리가 되어 있을 수 있다.
상기 보상층은 러빙된 필름을 더 포함하며, 상기 디스코틱 액정은 상기 러빙된 필름 상에서 하이브리드 배향된 상태로 경화되어 있을 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 액정 표시 장치는 하부 절연 기판; 상기 하부 절연 기판에 대향하는 상부 절연 기판; 상기 하부 절연 기판과 상기 상부 절연 기판의 사이에 위치하는 액정층; 상기 하부 절연 기판의 외측면에 위치하는 하부 편광판; 및 상기 상부 절연 기판의 외측면에 위치하는 상부 편광판을 포함하며, 상기 하부 편광판 및 상기 상부 편광판 중 적어도 하나의 편광판은 PVA층; 상기 PVA층의 일측면에 위치하며, COP로 형성되어 있는 지지층; 및 상기 지지층의 타측면에 위치하며, 디스코틱 액정을 포함하는 보상층을 포함하며, 상기 지지층은 1.49이상 1.55이하의 굴절율을 가지며, 상기 보상층은 1.50이상 1.60이하의 굴절율을 가진다.
상기 보상층의 하부에 위치하는 점착제를 더 포함할 수 있다.
상기 PVA층의 타측면에 위치하는 추가 지지층을 더 포함하며, 상기 추가 지지층은 COP로 형성되어 있을 수 있다.
상기 PVA층의 타측면에는 안티 글래어(anti glare), 안티 리플렉트(anti reflect) 등의 표면 처리가 되어 있을 수 있다.
상기 보상층은 러빙된 필름을 더 포함하며, 상기 디스코틱 액정은 상기 러빙된 필름 상에서 하이브리드 배향된 상태로 경화되어 있을 수 있다.
상기 액정층에 포함되어 있는 액정 분자는 전기장이 없는 상태에서 그 장축이 상기 상부 절연 기판 또는 상기 하부 절연 기판의 표면에 대하여 수평을 이루며, 상기 전기장이 인가되면 전계에 따라서 수직한 방향으로 배향 방향이 바뀔 수 있다.
상기 액정층의 위상차값(△nd)은 400nm이상 480nm이하일 수 있다.
이상과 같이 편광판에 포함되어 있는 지지체를 TAC(트리아세테이트 셀룰로스)를 사용하지 않고, COP(시클로 올레핀 폴리머) 계열의 물질을 사용하여 편광판 자체의 투과 특성을 향상시킨다. 또한, 이러한 편광판을 사용하는 액정 표시 장치에서의 투과 특성도 향상되며, 표시 품질이 향상된다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 액정 표시 장치의 단면도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 편광판의 단면도이다.
도 3 내지 도 6은 본 발명의 실시예에 따른 편광판에서 사용되는 COP의 특성을 도시한 도면이다.
도 7 내지 도 9는 본 발명의 실시예에 따른 편광판에 적용 가능한 굴절율 수치 및 그에 따른 투과 특성을 도시한 도면이다.
도 10은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 편광판의 단면도이다.
도 11 내지 도 13은 본 발명의 실시예에 따른 편광판에서 사용되는 PVA의 특성에 따른 표시 장치의 표시 특성의 관계를 도시한 도면이다.
첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.
도면에서 여러 층 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 나타내었다. 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 동일한 도면 부호를 붙였다. 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "위에" 있다고 할 때, 이는 다른 부분 "바로 위에" 있는 경우뿐 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다. 반대로 어떤 부분이 다른 부분 "바로 위에" 있다고 할 때에는 중간에 다른 부분이 없는 것을 뜻한다.
이제 본 발명의 실시예에 따른 편광판 및 액정 표시 장치에 대하여 도 1 및 도 2를 참고로 하여 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 액정 표시 장치의 단면도이고, 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 편광판의 단면도이다.
본 발명의 실시예에 따른 액정 표시 장치는 백라이트 유닛(500, 25)과 액정 표시 패널(100, 3, 200)을 포함한다.
먼저, 백라이트 유닛(500, 25)은 광원, 도광판, 반사판을 포함하는 백라이트(500)와 그 위에 위치하는 광학 시트(25)를 포함한다.
광원에서 제공된 빛은 도광판 및 반사판을 지나 백라이트(500)에서 상부로 배출되며, 상부에 위치하는 광학 시트(25)를 지나 그 위의 액정 표시 패널(100, 3, 200)로 전달된다.
광원으로는 CCFL과 같은 형광 램프를 사용하거나 LED와 같은 발광 다이오드를 사용할 수 있다. 광원의 위치는 백라이트(500)의 측면 또는 하부면에 위치할 수 있다.
광학 시트(25)는 적어도 하나의 광학 시트를 포함할 수 있으며, 프리즘 구조물을 포함하는 프리즘 시트나 디퓨저(diffuser)와 같은 확산 필름을 포함할 수 있다. 광학 시트(25)에는 굴절율이 다른 두 개의 층이 반복적으로 형성된 휘도 향상 필름을 포함할 수도 있다. 광학 시트(25)로 사용 가능한 시트는 이로 한정되지 않는다.
백라이트 유닛(500, 25)의 위에는 액정 표시 패널(100, 3, 200)이 위치하고 있다.
액정 표시 패널(100, 3, 200)은 백라이트 유닛(500, 25)에서 제공된 빛을 하부 편광판(12’)에서 특정 편광 방향의 빛만 투과시킨 후 액정층(3)에서 빛의 편광 특성을 변경시켜 상부 편광판(12)에서 빛이 투과되거나 차단되도록 하여 계조를 표시한다.
액정 표시 패널(100, 3, 200)은 도 1에서 도시하고 있는 바와 같이 하부 표시판(100), 상부 표시판(200) 및 액정층(3)을 포함한다.
먼저, 하부 표시판(100)을 살펴본다.
투명한 유리 또는 플라스틱 따위로 만들어진 하부 절연 기판(110) 아래에 하부 편광판(12’)이 부착되어 있다.
하부 편광판(12’)은 흡수형 편광판으로, 구조는 도 2에서 도시되어 있다.
하부 편광판(12’)은 PVA층(12-1), 지지층(12-2), 보상층(12-3) 및 점착제(12-4)를 포함한다.
점착제(12-4)는 하부 절연 기판(110)의 하부면에 하부 편광판(12’)이 부착되도록 한다. 다양한 물질이 점착제로 사용될 수 있으며, 광학용 투명 점착 필름이나 PSA 점착제(pressure sensitive adhesive)가 사용될 수 있다. 본 실시예에서는 굴절율 1.48인 점착제를 사용하였다.
하부 편광판(12’)은 하부 절연 기판(110)의 아래에 부착되기 때문에 도 2의 도면과 상하가 반대인 구조를 가진다.
점착제(12-4)의 아래에는 보상층(12-3)이 위치한다. 보상층(12-3)은 디스코틱 액정(Discotic Liquid Crystal)으로 형성되어 있으며, 본 실시예에서는 굴절율 1.6인 구조를 가진다. 보상층(12-3)은 디스코틱 액정을 배열하기 위하여 러빙된 필름을 사용할 수 있다. 즉, 러빙된 필름의 위에 디스코틱 액정을 위치시키고 러빙된 필름 부근에서는 러빙 방향으로 배열되고 그 위에서는 다른 방향으로 배열되는 하이브리드 배향되어 있을 수 있다. 또한, 디스코틱 액정을 경화시켜 보상층(12-3)의 굴절율 특성이 변하지 않도록 한다. 그 결과 디스코틱 액정은 러빙된 필름 상에서 하이브리드 배향된 상태로 경화되어 있을 수 있다.
보상층(12-3)의 아래에는 지지층(12-2)이 위치한다. 지지층(12-2)은 COP(시클로 올레핀 폴리머)를 포함한다. COP는 연신 공정을 통하여 형성되며, x축 또는 y축 방향의 연신 공정에 의하여 지지층(12-2)의 굴절율을 조절할 수 있다. 본 발명의 실시예에 따른 지지층(12-2)의 굴절율은 1.52이다. 본 발명의 실시예에 따른 지지층(12-2)은 TAC(트리아세테이트 셀룰로스)을 포함하지 않을 수 있다.
지지층(12-2)의 아래에는 PVA층(12-1)이 위치한다. PVA층(폴리 비닐 알코올층; 12-1)은 일 방향의 선 편광만을 투과시키는 역할을 한다. 본 실시예에 따른 PVA층(12-1)의 굴절율은 1.5이다.
하부 편광판(12’)의 외측면, 즉, PVA층(12-1)의 표면에는 안티 글래어(anti glare), 안티 리플렉트(anti reflect) 등의 표면 처리가 되어 있을 수 있다. 표면 처리는 PVA층(12-1) 아래에 별도의 지지층이 형성된 후 해당 지지층의 노출면에 표면 처리가 되어 있을 수 있다.
하부 편광판(12’)은 하부 절연 기판(110)의 외측면에 부착되는데, 부착되기 위하여 점착제(12-4)가 형성되어 있다.
하부 절연 기판(110)의 내측면에는 도시하지 않았지만 박막 트랜지스터와 화소 전극이 형성된다. 박막 트랜지스터와 화소 전극은 실시예에 따라서 다양한 구조로 형성될 수 있다. 화소 전극의 위에는 배향막이 형성되어 있을 수 있다.
이하에서는, 상부 표시판(200)에 대하여 살펴본다.
투명한 유리 또는 플라스틱 등으로 만들어진 상부 절연 기판(210) 위에 상부 편광판(12)이 형성되어 있다.
상부 편광판(12)은 흡수형 편광판으로, 구조는 도 2에서 도시되어 있다.
상부 편광판(12)은 PVA층(12-1), 지지층(12-2), 보상층(12-3) 및 점착제(12-4)를 포함한다.
점착제(12-4)는 상부 절연 기판(210)의 상부면에 상부 편광판(12)이 부착되도록 한다. 다양한 물질이 점착제로 사용될 수 있으며, 광학용 투명 점착 필름이나 PSA 점착제(pressure sensitive adhesive)가 사용될 수 있다. 본 실시예에서는 굴절율 1.48인 점착제를 사용하였다.
상부 편광판(12)은 상부 절연 기판(210)의 위에 부착되기 때문에 도 2의 도면의 상하와 일치하는 구조를 가진다.
점착제(12-4)의 위에는 보상층(12-3)이 위치한다. 보상층(12-3)은 디스코틱 액정(Discotic Liquid Crystal)으로 형성되어 있으며, 본 실시예에서는 굴절율 1.6인 구조를 가진다. 보상층(12-3)은 디스코틱 액정을 배열하기 위하여 러빙된 필름을 사용할 수 있다. 즉, 러빙된 필름의 위에 디스코틱 액정을 위치시키고 러빙된 필름 부근에서는 러빙 방향으로 배열되고 그 위에서는 다른 방향으로 배열되는 하이브리드 배향되어 있을 수 있다. 또한, 디스코틱 액정을 경화시켜 보상층(12-3)의 굴절율 특성이 변하지 않도록 한다. 그 결과 디스코틱 액정은 러빙된 필름 상에서 하이브리드 배향된 상태로 경화되어 있을 수 있다.
보상층(12-3)의 위에는 지지층(12-2)이 위치한다. 지지층(12-2)은 COP(시클로 올레핀 폴리머)를 포함한다. COP는 연신 공정을 통하여 형성되며, x축 또는 y축 방향의 연신 공정에 의하여 지지층(12-2)의 굴절율을 조절할 수 있다. 본 발명의 실시예에 따른 지지층(12-2)의 굴절율은 1.52이다. 본 발명의 실시예에 따른 지지층(12-2)은 TAC(트리아세테이트 셀룰로스)을 포함하지 않을 수 있다.
지지층(12-2)의 위에는 PVA층(12-1)이 위치한다. PVA층(폴리 비닐 알코올층; 12-1)은 일 방향의 선 편광만을 투과시키는 역할을 한다. 본 실시예에 따른 PVA층(12-1)의 굴절율은 1.5이다.
상부 편광판(12)의 외측면, 즉, PVA층(12-1)의 표면에는 안티 글래어(anti glare), 안티 리플렉트(anti reflect) 등의 표면 처리가 되어 있을 수 있다. 표면 처리는 PVA층(12-1) 아래에 별도의 지지층이 형성된 후 해당 지지층의 노출면에 표면 처리가 되어 있을 수 있다.
상부 편광판(12)은 상부 절연 기판(210)의 외측면에 부착되는데, 부착되기 위하여 점착제(12-4)가 형성되어 있다.
상부 절연 기판(210)의 내측에는 차광 부재, 컬러 필터 및 공통 전극이 형성되어 있다. 실시예에 따라서는 차광 부재 또는 컬러 필터는 하부 절연 기판(110)의 내측에 형성될 수도 있다. 공통 전극의 아래에는 배향막이 형성되어 있을 수 있다.
상부 표시판(200) 및 하부 표시판(100)의 사이에는 액정층(3)이 형성되어 있다.
액정층(3)은 양의 유전율 이방성을 가지는 액정 분자를 포함한다. 액정 분자는 전기장이 없는 상태에서 그 장축이 두 표시판(100, 200)의 표면에 대하여 수평을 이루며, 화소 전극과 공통 전극에 의하여 전계가 인가되면 전계에 따라서 수직한 방향으로 배향 방향이 바뀐다. 액정층(3)은 TN 모드의 액정이 사용될 수 있다. 또한, 액정층(3)의 위상차값(△nd)은 400nm이상 480nm이하의 값을 가질 수 있다.
도 1의 실시예에서는 하부 편광판(12’) 및 상부 편광판(12)이 서로 동일한 도 2의 구조를 가지는 것으로 설명하였다. 하지만, 서로 다른 구조를 가질 수도 있으며, 서로 동일한 구조를 가지더라도 서로 대응하는 층의 굴절율 값이 서로 다를 수도 있다.
이상과 같이 본 발명의 실시예에 따른 액정 표시 장치는 하부 편광판(12’) 및 상부 편광판(12)의 개별 투과율을 향상시켜 전체 액정 표시 장치의 투과율을 향상시킨다. 이를 위하여 하부 편광판(12’)이나 상부 편광판(12)의 지지층(12-2)을 굴절율 값을 변경시킬 수 있는 COP로 형성한다.
이하에서는 도 3 내지 도 6을 통하여 COP의 특징에 따른 편광판(12)의 특성을 살펴본다.
도 3 내지 도 6은 본 발명의 실시예에 따른 편광판에서 사용되는 COP의 특성을 도시한 도면이다.
먼저, 도 3에서는 도 2와 같은 구조를 가지는 편광판에서 지지층으로 TAC을 사용한 비교예와 지지층으로 COP를 사용한 실시예의 투과, 반사 및 임계각 특성을 비교하고 있다.
각 층에서의 투과 및 반사는 도 2에서 화살표 a, a’, b, b’, c, c’및 d로 도시하고 있으며, 그에 따른 투과 및 반사의 양이 도 3에 표시되어 있다. 도 2에서 a 화살표는 점착체(12-4)를 투과한 빛의 양으로 점착제(12-4)와 보상층(12-3)의 계면으로 입사한 빛의 양이다. 도 3에서는 이 양을 100으로 하였다. a’화살표는 점착제(12-4)와 보상층(12-3)의 계면에서 반사된 빛의 양이다. b 화살표는 보상층(12-3)을 투과한 빛의 양으로 보상층(12-3)과 지지층(12-2)의 계면으로 입사한 빛의 양이다. b’화살표는 보상층(12-3)과 지지층(12-2)의 계면에서 반사된 빛의 양이다. c 화살표는 지지층(12-2)을 투과한 빛의 양으로 지지층(12-2)과 PVA층(12-1)의 계면으로 입사한 빛의 양이다. c’화살표는 지지층(12-2)과 PVA층(12-1)의 계면에서 반사된 빛의 양이다. d 화살표는 PVA층(12-1)을 투과한 빛의 양이다. 한편, 도 3에서 b-c간 전반사 임계각은 보상층(12-3)과 지지층(12-2) 사이의 계면에서의 전반사 임계각이다.
비교예는 지지층(12-2)으로 굴절율이 1.47인 TAC을 사용하고 있다. 비교예를 살펴보면, 각 층에서의 투과양 및 반사량이 표시되어 있으며, 보상층(12-3)과 지지층(12-2) 사이의 계면에서의 전반사 임계각은 66.7도임을 알 수 있다.
한편, 지지층(12-2)으로 굴절율이 1.52인 COP를 사용하는 실시예를 살펴보면, 각 층에서의 투과양 및 반사량이 표시되어 있으며, 보상층(12-3)과 지지층(12-2) 사이의 계면에서의 전반사 임계각은 71.8도임을 알 수 있다.
비교예와 실시예를 비교하면, 편광판을 투과한 빛의 양은 실시예가 더 높은 것을 알 수 있어 투과율이 향상됨을 알 수 있다. 또한, 보상층(12-3)과 지지층(12-2) 사이의 계면에서의 전반사 임계각이 실시예가 더 커서 전반사의 가능성이 줄어드는 것을 알 수 있다. 전반사가 안될수록 투과율이 향상되므로 편광판의 투과 특성이 비교예보다 실시예가 좋음을 확인할 수 있다.
도 3의 결과와 같이 비교예보다 실시예의 편광판이 투과율이 좋은 것은 지지층으로 사용되는 COP는 굴절율을 변경시켜 계면(보상층(12-3)과 지지층(12-2) 사이의 계면)반사 특성을 약화시키고 투과 특성을 향상시키기 때문이다. 도 3에서도 비교예에서는 지지층(12-2)으로 진입된 빛의 양(c 투과율)이 99.66916이지만, 실시예는 99.78256으로 향상됨을 확인할 수 있다.
그러므로 지지층(12-2)의 굴절율을 변경시킬 수 있는 COP를 사용하는 것이 투과율 향상에는 좋으며, 보다 투과율을 향상시키기 위해서는 보상층(12-3)인 디스코틱 액정과 지지층(12-2)인 COP의 굴절율을 적절하게 조절할 필요가 있음을 확인할 수 있다.
도 4에서는 보상층(12-3)인 디스코틱 액정의 굴절율을 1.6으로 고정시키고, 지지층(12-2)인 COP의 굴절율을 변동시키면서 도 2의 편광판의 투과도의 변동을 살펴보았다.
COP의 굴절율이 1.47에서 1.53으로 증가되면, 투과율이 0.11% 향상됨을 알 수 있고, 1.53의 굴절율에서 최대 투과율을 가짐을 확인할 수 있다.
도 4에서와 같이 편광판의 지지층(12-2)과 보상층(12-3)의 굴절율을 조절하면 최대 투과율을 얻을 수도 있고, 최대 투과율에 근접한 투과율을 가지도록 하여 액정 표시 장치의 투과 특성을 향상시킬 수 있다. 이에 대해서는 도 7 내지 도 8을 통하여 추후 상세하게 살펴본다.
한편, 본 발명의 실시예에 따른 편광판은 컬러 시프트 현상도 줄일 수 있는 특징을 가진다. 이는 도 5 및 도 6에서 도시하고 있다.
먼저, 도 5에서는 지지층(12-2)으로 사용되는 비교예의 TAC과 본 발명의 실시예의 COP를 각 파장대별로의 굴절율(nx, ny, nz)을 표시하였다.
도 5에서 각 방향별 굴절율(nx, ny, nz)을 나타내는 3행의 수치 중 첫번째 행의 수치는 450nm의 빛에 대한 굴절율이며, 두번째 행의 수치는 550nm의 빛에 대한 굴절율이고, 세번째 행의 수치는 650nm의 빛에 대한 굴절율을 나타낸다.
먼저, 비교예의 TAC은 굴절율 1.47의 값을 가지지만, 각 파장별로 굴절율이 변동하지만, nx 굴절율은 변하지 않는다. 이에 반하여 본 실시예의 COP는 굴절율을 1.52를 가지지만, 각 파장별로 굴절율이 모두 변동함을 확인할 수 있다. 이와 같이 COP의 경우에는 모든 방향의 굴절율이 함께 변하여 측면에서 블랙이 청색화 되는 현상(bluish)이 TAC에 비하여 적게 발생한다.
이에 대서는 도 6에서 도시하고 있다.
도 6에서는 두 개의 그래프가 도시되어 있으며, 좌측의 그래프는 상측 60도에서 색 좌표 값의 변화를 도시한 그래프이며, 우측의 그래프는 우측 60도에서 색 좌표 값의 변화를 도시한 그래프이다. 또한, 각 그래프에서 청색은 TAC을 사용하는 비교예이며, 적색은 COP를 사용하는 비교예이다.
먼저, 도 6의 좌측 그래프에서 5.2V의 전압으로 블랙을 표시한 경우 비교예는 블랙이 색좌표상 Bt 위치에 있고, 실시예는 블랙이 색좌표상 Bc 위치에 있다. 한편, 0.2V의 전압으로 화이트를 표시한 경우에는 서로 유사한 지점에 화이트를 표시하고 있음을 알 수 있다. 이는 화이트의 특성상 색 좌표에서의 변동이 크지 않기 때문이다.
한편, 도 6의 우측 그래프에서 5.2V의 전압으로 블랙을 표시한 경우 비교예는 블랙이 색좌표상 Bt 위치에 있고, 실시예는 블랙이 색좌표상 Bc 위치에 있다. 한편, 0.2V의 전압으로 화이트를 표시한 경우에는 서로 유사한 지점에 화이트를 표시하고 있음을 알 수 있다. 이는 화이트의 특성상 색 좌표에서의 변동이 크지 않기 때문이다.
이와 같이 색좌표에서의 이동 경로를 볼 때, 비교예의 블랙이 푸른색 특성을 더 가지는 것을 상측 60도 및 우측 60도의 그래프 모두에서 확인할 수 있다.
그 결과 실시예와 같이 COP를 사용하는 것이 블랙의 표시 품질면에서도 좋은 것을 알 수 있다.
이하에서는 도 7 내지 도 9를 통하여 본 발명의 실시예에 따른 굴절율의 사용 범위를 살펴본다.
도 7 내지 도 9는 본 발명의 실시예에 따른 편광판에 적용 가능한 굴절율 수치 및 그에 따른 투과 특성을 도시한 도면이다.
먼저, 도 7에서는 보상층(12-3)인 디스코틱 액정(도 7에서 DLC로 도시되어 있음)의 굴절율도 변화시키고, 지지층(12-2)인 COP의 굴절율을 변동시키면서 도 2의 편광판의 투과도의 변동을 도시하였다.
도 7에서 94.5의 투과도를 가지는 편광판을 양산 가능한 편광판으로 판단하는 기준을 붉은 색 수평선으로 도시하였다. 이보다 높은 투과도의 편광판은 사용가능하다.
디스코틱 액정(DLC)의 각 굴절율 별로 최대 투과도가 발생하는 지점은 붉은 색 별로 도시하였다. 이 때의 COP 지지체의 굴절율 및 디스코틱 액정(DLC)의 굴절율로 편광판을 제조하면 최대 투과율을 가지도록 할 수 있다.
도 7의 실험 결과를 정리하여 표로 나타낸 것이 도 8이다.
도 8에서는 도 7의 그래프에서 사용 가능한 수치 범위를 표로 나타내었으며, 양산의 투과도에 비한 증가분의 값도 기술하고 있다.
도 8의 수치 범위는 본 발명이 반드시 이 범위에 한정되는 것이 아니다.
도 8의 수치 범위를 요약하면, 보상층(12-3)에 사용되는 디스코틱 액정의 굴절율은 1.50 이상 1.60이하의 값을 가지며, 지지층(12-2)에 사용되는 COP의 굴절율은 1.49 이상 1.55 이하의 값을 가질 수 있다. 또한, COP(지지층)의 굴절율에 대한 디스코틱 액정(보상층)의 굴절율은 0.9677 이상 1.0738이하의 값을 가진다.
도 8에서는 COP의 굴절율로 1.45의 값도 가질 수 있는 것으로 기술하고 있어 위의 수치 범위에 본 발명의 실시예가 한정되는 것은 아니지만, COP의 굴절율이 1.45인 경우에는 디스코틱 액정의 굴절율이 1.6의 값을 가지지 않아야 하므로 위의 수치에서는 제외하였다. 하지만, 디스코틱 액정의 굴절율을 조절하면 1.45의 굴절율을 가지는 COP를 사용하더라도 투과율이 양산의 경우보다 클 수 있다.
도 9에서는 다양한 비교예(TAC 사용)와 실시예(COP 사용)에서의 투과 특성 및 편광 효율을 표로 도시하였다.
도 9에서는 편광판의 표면에 AG(anti glare)처리가 된 것(AG type)과 아무런 처리가 없는 것(clear type)으로 크게 구분되어 있다.
또한, 각 비교예와 실시예는 도 2와 달리 PVA층의 양측에 지지층을 가지며, 비교예는 TAC을 지지층으로 사용하고, 본 발명의 실시예는 COP로 사용하고 있다.
모든 비교예와 실시예에서 PVA층의 투과율(Ts)은 동일한 값을 가질 때, 비편광된 광에 대한 투과율(NT Ts), 선편광된 광에 대한 투과율(PT Ts)는 실시예가 비교예보다 크다는 것을 확인할 수 있다.
또한, 투과축에 평행한 빛에 대한 투과율(Tp)도 실시예가 비교예보다 큰 것을 알 수 있다. 하지만, 투과축에 수직한 빛에 대한 투과율(Tc)는 비교예가 실시예보다 커서, 차단되어야 할 빛이 투과되는 것은 비교예가 더 큰 것을 알 수 있다.
이러한 내용에 기초하여 편광 효율(P.E.)를 계산한 결과 비교예에 비하여 실시예가 더 큰 것을 알 수 있다.
그 결과 COP를 지지층으로 사용하고, 굴절율을 조절하면 투과율이 향상된 편광판을 얻을 수 있을 뿐만 아니라, 편광 효율도 좋고 색이 변하는 특성도 감소되어 표시 품질이 향상됨을 알 수 있다.
또, 도 9에서는 투과율의 증가분을 환산하면 점착제를 사용하지 않는 경우의 투과율은 약 2.3% 증가하고, 점착제를 사용하는 경우의 투과율은 약 0.92% 증가함을 확인할 수 있다. 다만, 이러한 수치는 편광판 한장의 효과이므로 양측에 사용되는 두 편광판에 모두 적용되면, 각각 4.6%, 1.84%의 투과율 증가의 효과가 있다.
또한, 도 9의 본 발명의 실시예에 따른 편광판은 비편광된 광에 대한 투과율이 각각 43% 이상임을 알 수 있다.
이하에서는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 편광판의 단면 구조를 도 10을 통하여 살펴본다.
도 10은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 편광판의 단면도이다.
도 10의 단면 구조는 도 2에 대응하며, 도 2와 달리 외측 지지층(12-2’)이 더 포함되어 있는 구조를 가진다.
외측 지지층(12-2’)은 지지층(12-2)과 동일하게 COP로 형성될 수 있으며, 서로 동일한 굴절율을 가질 수 있다.
이하 도 10의 편광판의 구조에 대하여 살펴본다.
편광판(12)은 외측 지지층(12-2’), PVA층(12-1), 지지층(12-2), 보상층(12-3) 및 점착제(12-4)를 포함한다.
점착제(12-4)는 절연 기판(110, 210)의 외측면에 편광판(12)이 부착되도록 하며, 다양한 물질이 점착제로 사용될 수 있다. 점착제(12-4)의 예로는 광학용 투명 점착 필름이나 PSA 점착제(pressure sensitive adhesive)가 사용될 수 있다. 본 실시예에서는 굴절율 1.48인 점착제를 사용하였다.
도 10의 편광판(12)이 상부 절연 기판(210)의 외측에 부착되는 경우에는 도 10의 도면과 상하 일치하는 구조를 가지며, 하부 절연 기판(110)의 외측에 부착되는 경우에는 도 10의 도면과 상하가 반대가 되는 구조를 가질 수 있다.
점착제(12-4)의 위에는 보상층(12-3)이 위치한다. 보상층(12-3)은 디스코틱 액정(Discotic Liquid Crystal)으로 형성되어 있으며, 본 실시예에서는 굴절율 1.6인 구조를 가진다. 보상층(12-3)은 디스코틱 액정을 배열하기 위하여 러빙된 필름을 사용할 수 있다. 즉, 러빙된 필름의 위에 디스코틱 액정을 위치시키고 러빙된 필름 부근에서는 러빙 방향으로 배열되고 그 위에서는 다른 방향으로 배열되는 하이브리드 배향되어 있을 수 있다. 또한, 디스코틱 액정을 경화시켜 보상층(12-3)의 굴절율 특성이 변하지 않도록 한다. 그 결과 디스코틱 액정은 러빙된 필름 상에서 하이브리드 배향된 상태로 경화되어 있을 수 있다.
보상층(12-3)의 위에는 지지층(12-2)이 위치한다. 지지층(12-2)은 COP(시클로 올레핀 폴리머)를 포함한다. COP는 연신 공정을 통하여 형성되며, x축 또는 y축 방향의 연신 공정에 의하여 지지층(12-2)의 굴절율을 조절할 수 있다. 본 발명의 실시예에 따른 지지층(12-2)의 굴절율은 1.52이다. 본 발명의 실시예에 따른 지지층(12-2)은 TAC(트리아세테이트 셀룰로스)을 포함하지 않을 수 있다.
지지층(12-2)의 위에는 PVA층(12-1)이 위치한다. PVA층(폴리 비닐 알코올층; 12-1)은 일 방향의 선 편광만을 투과시키는 역할을 한다. 본 실시예에 따른 PVA층(12-1)의 굴절율은 1.5이다.
PVA층(12-1)의 위에는 외측 지지층(12-2’)이 위치한다. 외측 지지층(12-2’)은 COP(시클로 올레핀 폴리머)를 포함한다. COP는 연신 공정을 통하여 형성되며, x축 또는 y축 방향의 연신 공정에 의하여 외측 지지층(12-2’)의 굴절율을 조절할 수 있다. 본 발명의 실시예에 따른 외측 지지층(12-2’)의 굴절율은 지지층(12-2)와 같이 1.52이지만, 지지층(12-2)의 굴절율과 다른 값의 굴절율을 가질 수 있다. 본 발명의 실시예에 따른 지지층(12-2)은 TAC(트리아세테이트 셀룰로스)을 포함하지 않을 수 있다.
외측 지지층(12-2’)의 외측면, 즉, 외측 지지층(12-2’)의 표면에는 안티 글래어(anti glare), 안티 리플렉트(anti reflect) 등의 표면 처리가 되어 있을 수 있다.
하나의 액정 표시 장치에서는 한 쌍의 편광판(12, 12’)이 부착되는 데, 서로 동일한 굴절율 및 층상 구조를 가지는 편광판이 양측에 부착될 수도 있지만, 서로 다른 구조 또는 서로 다른 굴절율을 가지는 편광판이 양측에 부착될 수도 있다. 즉, 도 10의 편광판과 도 2의 편광판이 하나씩 포함되는 액정 표시 장치도 존재할 수 있다.
한편, 이하에서는 편광판의 투과율을 증가시키기 위한 또 다른 방법에 대하여 도 11 내지 도 13을 통하여 살펴본다.
도 11 내지 도 13은 본 발명의 실시예에 따른 편광판에서 사용되는 PVA의 특성에 따른 표시 장치의 표시 특성의 관계를 도시한 도면이다.
도 11에서는 PVA층(12-1)에 요오드를 염착함에 있어서 요오드가 서로 연결되어 있는 I-, I3 -, I5 -의 구조의 양이 증가할수록 투과율이 증가하는 것을 보여준다.
도 12에서는 요오드 염착된 편광판의 특성값을 표로 나타내고 있다. 두 개의 편광판(Tpol-1 및 Tpol-2)을 대상으로 평가하였으며, Tpol-1보다 Tpol-2의 편광판이 염착된 요오드의 양이 많다.
요오드의 염착된 양이 많은 Tpol-2의 편광판은 투과율이 Tpol-1 편광판보다 큰 것을 알 수 있다. 하지만, 대비비(C/R, contrast ratio)는 낮아지는 단점이 있다.
도 12에 의하여 Tpol-2의 편광판은 Tpol-1에 비하여 투과율은 3.2% 향상되었지만, C/R이 8% 감소하고 있다. 이러한 내용은 도 13의 그래프에서 보다 용이하게 확인할 수 있다.
도 11 내지 도 13과 같이 PVA층(12-1)에 요오드 염착량을 조절하는 방법으로도 편광판의 투과율을 증가시킬 수 있다는 점을 알 수 있다.
다만, 편광판의 C/R이 감소하므로 실시예에 따라서 적용 여부를 고려하여 적용할 필요가 있다.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.
100: 하부 표시판 12, 12’: 편광판
12-1: PVA층 12-2: 지지층
12-2’: 외측 지지층 12-3: 보상층
12-4: 점착제 200: 상부 표시판
110, 210: 절연 기판 25: 광학 시트
3: 액정층 500: 백라이트

Claims (19)

  1. PVA층;
    상기 PVA층의 일측면에 위치하며, COP로 형성되어 있는 지지층; 및
    상기 지지층의 타측면에 위치하며, 디스코틱 액정을 포함하는 보상층을 포함하며,
    상기 지지층은 1.49이상 1.55이하의 굴절율을 가지며, 상기 보상층은 1.50이상 1.60이하의 굴절율을 가지는 편광판.
  2. 제1항에서,
    상기 보상층의 하부에 위치하는 점착제를 더 포함하는 편광판.
  3. 제1항에서,
    상기 PVA층의 타측면에 위치하는 추가 지지층을 더 포함하며,
    상기 추가 지지층은 COP로 형성되어 있는 편광판.
  4. 제3항에서,
    상기 PVA층의 타측면에는 안티 글래어(anti glare), 안티 리플렉트(anti reflect) 등의 표면 처리가 되어 있는 편광판.
  5. 제1항에서,
    상기 보상층은 러빙된 필름을 더 포함하며,
    상기 디스코틱 액정은 상기 러빙된 필름 상에서 하이브리드 배향된 상태로 경화되어 있는 편광판.
  6. 제1항에서,
    상기 지지층의 굴절율에 대한 상기 보상층의 굴절율은 0.9677 이상 1.0738이하인 편광판.
  7. 제6항에서,
    상기 편광판의 비편광된 광에 대한 투과율이 43% 이상인 편광판.
  8. PVA층;
    상기 PVA층의 일측면에 위치하며, COP로 형성되어 있는 지지층; 및
    상기 지지층의 타측면에 위치하며, 디스코틱 액정을 포함하는 보상층을 포함하며,
    상기 보상층의 굴절율이 1.5인 경우에는 상기 지지층의 굴절율이 1.45 이상 1.55 이하이고, 상기 보상층의 굴절율이 1.52 이상 1.54 이하인 경우에는 상기 지지층의 굴절율이 1.49이상 1.53이하이며, 상기 보상층의 굴절율이 1.56인 경우에는 지지층의 굴절율이 1.49이상 1.55이하이며, 상기 보상층의 굴절율이 1.58 이상 1.6 이하인 경우에는 상기 지지층의 굴절율이 1.53이상 1.55이하인 편광판.
  9. 제8항에서,
    상기 보상층의 하부에 위치하는 점착제를 더 포함하는 편광판.
  10. 제8항에서,
    상기 PVA층의 타측면에 위치하는 추가 지지층을 더 포함하며,
    상기 추가 지지층은 COP로 형성되어 있는 편광판.
  11. 제10항에서,
    상기 PVA층의 타측면에는 안티 글래어(anti glare), 안티 리플렉트(anti reflect) 등의 표면 처리가 되어 있는 편광판.
  12. 제8항에서,
    상기 보상층은 러빙된 필름을 더 포함하며,
    상기 디스코틱 액정은 상기 러빙된 필름 상에서 하이브리드 배향된 상태로 경화되어 있는 편광판.
  13. 하부 절연 기판;
    상기 하부 절연 기판에 대향하는 상부 절연 기판;
    상기 하부 절연 기판과 상기 상부 절연 기판의 사이에 위치하는 액정층;
    상기 하부 절연 기판의 외측면에 위치하는 하부 편광판; 및
    상기 상부 절연 기판의 외측면에 위치하는 상부 편광판을 포함하며,
    상기 하부 편광판 및 상기 상부 편광판 중 적어도 하나의 편광판은
    PVA층;
    상기 PVA층의 일측면에 위치하며, COP로 형성되어 있는 지지층; 및
    상기 지지층의 타측면에 위치하며, 디스코틱 액정을 포함하는 보상층을 포함하며,
    상기 지지층은 1.49이상 1.55이하의 굴절율을 가지며, 상기 보상층은 1.50이상 1.60이하의 굴절율을 가지는 액정 표시 장치.
  14. 제13항에서,
    상기 보상층의 하부에 위치하는 점착제를 더 포함하는 액정 표시 장치.
  15. 제13항에서,
    상기 PVA층의 타측면에 위치하는 추가 지지층을 더 포함하며,
    상기 추가 지지층은 COP로 형성되어 있는 액정 표시 장치.
  16. 제15항에서,
    상기 PVA층의 타측면에는 안티 글래어(anti glare), 안티 리플렉트(anti reflect) 등의 표면 처리가 되어 있는 액정 표시 장치.
  17. 제13항에서,
    상기 보상층은 러빙된 필름을 더 포함하며,
    상기 디스코틱 액정은 상기 러빙된 필름 상에서 하이브리드 배향된 상태로 경화되어 있는 액정 표시 장치.
  18. 제13항에서,
    상기 액정층에 포함되어 있는 액정 분자는 전기장이 없는 상태에서 그 장축이 상기 상부 절연 기판 또는 상기 하부 절연 기판의 표면에 대하여 수평을 이루며, 상기 전기장이 인가되면 전계에 따라서 수직한 방향으로 배향 방향이 바뀌는 액정 표시 장치.
  19. 제18항에서,
    상기 액정층의 위상차값(△nd)은 400nm이상 480nm이하인 액정 표시 장치.

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