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KR101943692B1 - 편광판 및 이를 포함하는 액정 표시 장치 - Google Patents

편광판 및 이를 포함하는 액정 표시 장치 Download PDF

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KR101943692B1
KR101943692B1 KR1020150154671A KR20150154671A KR101943692B1 KR 101943692 B1 KR101943692 B1 KR 101943692B1 KR 1020150154671 A KR1020150154671 A KR 1020150154671A KR 20150154671 A KR20150154671 A KR 20150154671A KR 101943692 B1 KR101943692 B1 KR 101943692B1
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KR
South Korea
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polarizer
protective film
liquid crystal
polarizer protective
layer
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유소희
심대섭
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삼성에스디아이 주식회사
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Abstract

편광판, 이를 포함하는 액정 표시 장치가 제공된다. 본 발명의 편광판은 편광자 및 상기 편광자의 적어도 일면에 배치되는 보호필름을 포함하고, 상기 보호필름의 면내 위상차(Re)가 0 nm 내지 200 nm 범위이고, 상기 보호필름의 두께방향 위상차(Rth)가 0 nm 내지 1200 nm 범위이며, 상기 편광판은 온도 60℃, 상대습도 95%조건에서 1000시간 방치후 편광도의 변화량이 10%이내이다.

Description

편광판 및 이를 포함하는 액정 표시 장치{POLARIZER PLATE AND LIQUID CRYSTAL DISPLAY INCLUDING THE SAME}
본 발명은 편광판 및 이를 포함하는 액정 표시 장치에 관한 것이다.
최근, 디스플레이(display) 분야가 급속도로 발전해 왔고, 이에 부응하여 박형화, 경량화, 저소비 전력화의 우수한 성능을 지닌 여러 가지 다양한 평판 표시장치가 개발되어 기존의 브라운관(Cathode Ray Tube: CRT)을 대체하고 있다.
이러한 평판 표시장치의 구체적인 예로는 액정표시장치(Liquid Crystal Display Device: LCD), 플라즈마 표시장치(Plasma Display Panel Device: PDP), 전계방출표시장치(Field Emission Display Device: FED), 유기전계 발광장치(Organic Electroluminescence Device) 등을 들 수 있다.
이 중, 액정표시장치는 현재 가장 널리 사용되고 있는 평판 디스플레이 중 하나이다. 일반적으로 액정표시장치는 TFT(Thin Film Transistor) 어레이 기판과 컬러 필터 기판 사이에 액정층이 봉입된 구조를 취한다.
한편, 액정표시장치에는 편광자와 편광자 보호필름으로 구성된 편광판이 사용되고, 편광자 보호필름의 복굴절로 인하여 무지개 얼룩이 시인될 수 있고, 이로 인하여 시인성이 떨어지는 문제가 발생할 수 있다.
이에, 본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는 상기와 같은 무지개 얼룩을 방지할 수 있는 편광판 및 이를 포함하는 액정 표시 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 편광판은 편광자, 및 상기 편광자의 적어도 일면에 배치되는 편광자 보호필름을 포함하고, 상기 편광자 보호필름의 면내 위상차(Re)가 0 내지 200 nm 범위이고, 상기 편광자 보호필름의 두께방향 위상차(Rth)가 0 nm 내지 1200 nm 범위이며, 상기 편광판은 온도 60℃, 상대습도 95%조건에서 1000시간 방치후 편광도의 변화량이 10%이내이다.
상기 편광자 보호필름의 두께는 10㎛ 내지 30㎛ 범위일 수 있다.
상기 편광자 보호필름은 폴리에스테르계 물질을 포함할 수 있다.
상기 편광자 보호필름은 폴리에틸렌 테레프탈레이트계, 폴레에틸렌 나프탈레이트계, 또는 이들을 포함하는 공중합체일 수 있다.
상기 편광자 보호필름은 상기 폴리에틸렌 테레프탈레이트계, 폴레에틸렌 나프탈레이트계, 또는 이들을 포함하는 공중합체를 포함하는 3중 공압출 구조일 수 있다.
상기 편광자 보호필름의 면내 위상차(Re)는 0nm 내지 180nm 범위이고, 두께방향 위상차(Rth)는 0nm 내지 1150nm 범위일 수 있다.
상기 편광자 보호 필름은 자외선 흡수제를 포함할 수 있다.
상기 편광자 보호필름의 일면에 배치되는 기능층을 더 포함하고, 상기 기능층은 하드 코팅층(Hard-Coating Layer), 반사 방지층(Anti-Reflection Layer), 눈부심 방지층(Anti-Glare Layer) 및 확산층 중 적어도 하나 이상을 포함할 수 있다.
상기 기능층은 자외선 흡수제를 포함할 수 있다.
상기 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 액정 표시 장치는 액정 셀, 백라이트 유닛, 상기 액정 셀과 상기 백라이트 유닛 사이에 배치되는 하부 편광판, 및 상기 액정 셀의 시인측에 배치되는 상부 편광판을 포함하고, 상기 상부 편광판은 상기의 편광판을 포함한다.
상기 편광판 중 면내 위상차(Re)가 0 내지 200 nm 범위이고, 두께방향 위상차(Rth)가 0 nm 내지 1200 nm 범위인 편광자 보호필름이 상기 상부 편광판의 시인측에 위치할 수 있다.
상기 상부 편광판의 시인측에 배치된 편광자 보호 필름의 일면에 배치된 기능층을 더 포함하고, 상기 기능층은 하드 코팅층(Hard-Coating Layer), 반사 방지층(Anti-Reflection Layer), 눈부심 방지층(Anti-Glare Layer) 및 확산층 중 적어도 하나 이상을 포함할 수 있다.
기타 실시예들의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.
본 발명의 실시예들에 의하면 적어도 다음과 같은 효과가 있다.
즉, 본 발명의 편광판은 액정 표시 장치에 적용되어 무지개 얼룩을 방지할 수 있고, 이로 인하여 시인성을 개선할 수 있다.
또한, 본 발명의 액정 표시 장치는 측면에서 시인되는 무지개 얼룩을 방지할 수 있고, 이로 인하여 시인성을 개선할 수 있다.
본 발명에 따른 효과는 이상에서 예시된 내용에 의해 제한되지 않으며, 더욱 다양한 효과들이 본 명세서 내에 포함되어 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 편광판을 개략적으로 나타낸 단면도이다.
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 편광판을 개략적으로 나타낸 단면도이다.
도 3 및 4는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 편광판을 개략적으로 나타낸 단면도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 액정 표시 장치를 개략적으로 나타낸 단면도이다.
도 6은 도 5의 액정 표시 장치에서 액정 셀을 개략적으로 나타낸 단면도이다.
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.
소자(elements) 또는 층이 다른 소자 또는 층"위(on)"로 지칭되는 것은 다른 소자 바로 위에 또는 중간에 다른 층 또는 다른 소자를 개재한 경우를 모두 포함한다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.
비록 제1, 제2 등이 다양한 구성요소들을 서술하기 위해서 사용되나, 이들 구성요소들은 이들 용어에 의해 제한되지 않음은 물론이다. 이들 용어들은 단지 하나의 구성요소를 다른 구성요소와 구별하기 위하여 사용하는 것이다. 따라서, 이하에서 언급되는 제1 구성요소는 본 발명의 기술적 사상 내에서 제2 구성요소일 수도 있음은 물론이다.
또한, 본 명세서에서 기술하는 제조 방법을 구성하는 단계들은 순차적 또는 연속적임을 명시하거나 다른 특별한 언급이 있는 경우가 아니면, 하나의 제조 방법을 구성하는 하나의 단계와 다른 단계가 명세서 상에 기술된 순서로 제한되어 해석되지 않는다. 따라서 당업자가 용이하게 이해될 수 있는 범위 내에서 제조 방법의 구성 단계의 순서를 변화시킬 수 있으며, 이 경우 그에 부수하는 당업자에게 자명한 변화는 본 발명의 범위에 포함되는 것이다.
편광판
이하, 본 발명의 일 실시예에 따른 편광판을 도 1을 참조하여 설명한다. 도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 편광판을 개략적으로 나타낸 단면도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 편광판(100)은 편광자(110), 상기 편광자(110)의 적어도 일면에 배치되는 편광자 보호 필름(120)을 포함한다. 또한, 상기 편광자 보호 필름(120)의 면내 위상차(Re)는 0 내지 200 nm 범위이고, 상기 편광자 보호필름(120)의 두께방향 위상차(Rth)는 0 nm 내지 1200 nm 범위이다.
또한, 상기 편광판, 즉, 상기 편광자 보호 필름(120)이 상기 편광자(110)에 합지된 상태의 편광판은 온도 60℃, 상대습도 95% 조건에서 1000시간 방치한 후의 편광도 변화량이 10%이내이다. 상기 범위에서 우수한 내구성을 구현할 수 있고, 편광판의 다양한 사용 조건 하에서도 편광판의 광학특성이 저하되는 것을 방지할 수 있다.
상기 편광자 보호 필름(120)의 위상차 범위에서 후술할 표시 장치에 편광판(100)이 적용될 경우, 무지개 얼룩이 발생하는 것을 방지할 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 위상차 범위를 가지는 편광자 보호필름이 표시장치의 상부 측에 위치하는 것이 무지개 얼룩을 방지에 보다 유용할 수 있다.
상기 면내 위상차(Re) 및 두께방향 위상차(Rth)는 편광자 보호필름(120)의 두께를 d, 면내의 지상축 방향의 굴절률을 nx, 면내의 진상축 방향의 굴절률을 ny, 두께 방향의 굴절률을 nz라고 정의할 경우에, 각각 하기 식으로 정의될 수 있다.
Re = (nx-ny)*d
Rth = ((nx+ny)/2-nz)*d
또한, 상기 위상차 값은 절대값으로 양수로 정의할 수 있다.
상기 지상축은 편광자 보호필름(120)의 면내 굴절률이 최대가 되는 방향으로, 상기 진상축은 면내에서 상기 지상축에 수직인 방향으로 정의할 수 있다.
일반적으로, 편광자 보호필름(120)의 진상축을 Θr 이라하고, 흡수축을 Θp라 할때, Θr-p 값이 90° 또는 0°가 아닐 경우, 즉, 편광자 보호필름(120)의 지상축(r)과 편광자의 흡수축(p)이 수직(90°) 또는 평행(0°)이 아닐 경우, 위상차 복굴절의 영향으로 무지개 얼룩을 눈으로 시인하게 된다. 본 발명의 편광자 보호필름이 시인 방향의 말단에 위치할 경우, Θr-p 값의 영향을 받지 않고 무지개 얼룩이 시인되지 않을 수 있다.
예시적인 실시예에서, 상기와 같은 이유로, 상기 면내 위상차(Re)가 0 nm 내지 200 nm 범위일 수 있고, 0 nm 내지 180 nm 범위이거나, 0 nm 내지 100 nm 범위일 수 있다. 또한, 상기 두께방향 위상차(Rth)가 0 nm 내지 1150 nm 범위일 수 있고, 0 nm 내지 500 nm범위 일 수 있다. 이 범위 내에서 무지개 무라 시인성을 더욱 저감시킬 수 있다.
편광자(110)는 자연광이나 편광으로부터 임의의 편광으로 변환할 수 있는 필름으로, 일반적으로는 특정 직선 편광으로 변환할 수 있다. 편광자(110)로는 폴리비닐알코올계 필름, 부분 포르말화 폴리비닐알코올계 필름, 에틸렌-아세트산 비닐 공중합체계 부분 비누화 필름 등의 친수성 고분자 필름에, 요오드나 이색성 염료 등의 이색성 물질을 흡착시켜 연신한 것, 필리비닐알코올의 탈수 처리물이나 폴리염화비닐의 탈염산 처리물 등의 폴리엔계 배향 필름 등을 들 수 있지만, 이들만으로 한정되는 것은 아니다. 예시적인 실시에에서, 높은 편광도를 가질 수 있고 편광자 보호필름(120)과의 접착성이 우수한 요오드를 함유하는 폴리비닐알코올계 필름을 들 수 있지만, 이것만으로 한정되는 것은 아니다.
편광자 보호 필름(120)은 폴리에스테르계 물질을 포함할 수 있다.
상기 폴리에스테르로서는, 예를 들어 테레프탈산, 이소프탈산, 오르토프탈산, 2,5-나프탈렌디카르복실산, 2,6-나프탈렌디카르복실산, 1,4-나프탈렌디카르복실산, 1,5-나프탈렌디카르복실산, 디페닐카르복실산, 디페녹시에탄디카르복실산, 디페닐술폰카르복실산, 안트라센디카르복실산, 1,3-시클로펜탄디카르복실산, 1,3-시클로헥산디카르복실산, 1,4-시클로헥산디카르복실산, 헥사히드로테레프탈산, 헥사히드로이소프탈산, 말론산, 디메틸말론산, 숙신산, 3,3-디에틸숙신산, 글루타르산, 2,2-디메틸글루타르산, 아디프산, 2-메틸아디프산, 트리메틸아디프산, 피멜산, 아젤라산, 다이머산, 세박산, 수베르산, 도데카디카르복실산 등의 디카르복실산과, 에틸렌글리콜, 프로필렌글리콜, 헥사메틸렌글리콜, 네오펜틸글리콜, 1,2-시클로헥산디메탄올, 1,4-시클로헥산디메탄올, 데카메틸렌글리콜, 1,3-프로판디올, 1,4-부탄디올, 1,5-펜탄디올, 1,6-헥사디올, 2,2-비스(4-히드록시페닐)프로판, 비스(4-히드록시페닐)술폰 등의 디올을 들 수 있지만, 이들만으로 한정되는 것은 아니다. 상기 물질들 각각 1종을 중축합하여 이루어지는 단독 중합체, 또는 디카르복실산 1종 이상과 디올 2종 이상을 중축합하여 이루어지는 공중합체, 또는 디카르복실산 2종 이상과 1종 이상의 디올을 중축합하여 이루어지는 공중합체 및 이들 단독 중합체나 공중합체를 2종 이상 블렌드하여 이루어지는 블렌드 수지 중 어느 한 폴리에스테르 수지를 들 수 있다.
예시적인 실시예에서, 폴리에스테르가 결정성을 나타내는 관점에서, 방향족 폴리에스테르를 사용할 수 있고, 예를 들어, 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET)계, 폴리에틸렌나프탈레이트(PEN)계, 또는 이들을 포함하는 공중합체를 들 수 있지만, 이들만으로 한정되는 것은 아니다.
또한, 편광자 보호필름(120)은 폴리에틸렌 테레프탈레이트계, 폴리에틸렌 나프탈레이트계, 또는 이들을 포함하는 공중합체 수지를 포함하는 3중 공압출 구조일 수 있다.
폴리에스테르 필름은, 예를 들어 상기한 폴리에스테르 수지를 필름 형상으로 용융 압출하고, 캐스팅 드럼으로 냉각 고화시켜 필름을 형성시키는 방법 등에 의해 얻어진다. 본 발명에 있어서는, 폴리에스테르 필름에 결정성을 부여하여 상기 특성을 달성하는 관점에서, 연신 폴리에스테르 필름, 그 중에서도 이축 연신 폴리에스테르 필름을 적절하게 사용할 수 있다. 또한, 제1 보호 필름으로서 방향족 폴리에스테르를 주성분으로 하는 것을 사용하는 경우, 이러한 필름은 방향족 폴리에스테르 이외의 수지나 첨가제 등을 함유하는 것이어도 된다.
편광자 보호필름(120)이 연신 필름인 경우, 그 연신 방법은 특별히 한정되지 않고 세로 일축 연신법, 가로 일축 연신법, 종횡 축차 이축 연신법, 종횡 동시 이축 연신법 등을 채용할 수 있다. 예시적인 실시예에서, 동시 이축 연신법에 의할 수 있지만, 이것만으로 한정되는 것은 아니다. 연신 수단으로서는, 롤 연신기, 텐터 연신기, 또는 팬터그래프식 혹은 리니어 모터식의 이축 연신기 등, 임의의 적절한 연신기에 의할 수 있다.
한편, 편광자 보호필름(120)의 두께는 박막화를 위하여 10 ㎛ 내지 30 ㎛ 범위일 수 있다. 다만, 이것으로 한정되는 것은 아니다.
편광자 보호필름(120)은 자외선 흡수제를 포함할 수 있다. 상기 자외선 흡수제에 의해 편광자 보호 필름(120)의 380nm파장의 빛의 투과율을 1% 내지 55%의 범위로 조절할 수 있다.
상기 편광자(110)와 편광자 보호 필름(120) 사이에는 제 1접착층(10)이 개재되어 편광자(110)와 편광자 보호 필름(120)을 서로 합지할 수 있다. 상기 제 1접착층(10)은 수계 접착제를 포함할 수 있으나, 이에 한정하지 않으며, 자외선 경화형 접착제를 포함할 수 있다.
상기 수계 접착제는 폴리비닐알코올계 수지, 및 비닐아세테이트계 수지로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 포함할 수 있으며, 또는, 히드록시기를 갖는 폴리비닐알코올계 수지를 포함할 수 있으나 이에 한정하는 것은 아니다.
또한, 상기 자외선 경화형 접착제는 아크릴 화합물을 포함할 수 있으며, 예를 들어, 아크릴계, 우레탄-아크릴계, 에폭시 계일 수 있다. 다만, 이에 한정하는 것은 아니다.
한편, 도 2에는 본 발명의 다른 실시예에 따른 편광판의 단면도가 도시되어 있으며, 도 2를 참조하면, 편광판(101)은 편광자 보호필름(120)의 일면에 배치되는 기능층(150)을 더 포함할 수 있다. 상기 기능층(150)은 하드 코팅층(Hard-Coating Layer), 반사 방지층(Anti-Reflection Layer), 눈부심 방지층(Anti-Glare Layer) 및 확산층 중 적어도 하나 이상을 포함할 수 있다.
보다 구체적으로, 상기 기능층(150)은 편광자 보호 필름(120)의 일면 즉, 편광자 보호 필름(120)의 편광자(110)가 배치되는 면과 반대면에 형성될 수 있다. 상기 기능층(150)에 대해 보다 구체적으로 설명하면, 예를 들어, 하드 코팅층은 편광판의 습열 내구성을 향상시키고 치수 변화를 방지할 수 있고, 반사 방지층은 외부로부터 입사되는 광의 빛을 소멸시켜 반사를 줄일 수 있으며, 눈부심 방지층은 외부로부터 입사되는 빛의 확산과 반사를 유도하여 눈부심을 방지할 수 있다.
한편, 상기 기능층(150)은 자외선 흡수제를 포함할 수 있다. 이에 의해 상기 기능층(150)을 통과하는 빛 중 380nm파장의 빛의 투과율을 1% 내지 55%의 범위로 조절할 수 있다.
한편, 다른 구성들에 대해서는 상기에서 설명한 바와 동일한바, 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
도 3에는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 편광판의 단면도가 도시되어 있다. 도 3을 참조하면, 편광판(102)은 편광자(110)의 일 면에는 제 1접착층(10)이 개재된 상태로 편광자 보호 필름(120)이 배치될 수 있고, 편광자(110)의 타면에는 프라이머층(30) 및 점착층(130)이 배치될 수 있다. 또한, 별도로 도시하진 않았으며, 상기 점착층(130)의 외측면에는 이형 필름이 배치되어, 편광판의 보관 및 이송이 용이하도록 할 수 있다. 또한, 상기 점착층(130)은 후술할 표시 패널에 편광판을 부착하기 위한 용도로 사용될 수 있다. 또한, 상기 프라이머층(30)은 상기 편광자(110)를 보호하고, 상기 편광판(102)과 후술할 표시패널간의 접착력을 향상시킬 수 있다. 상기 프라이머 층(30)은 수분산성 고분자 수지, 수분산성 미립자 및 물을 포함하는 코팅액을 바 코팅법, 그라비어 코팅법 등을 이용하여 편광자(110) 상에 도포하고 건조하는 방법에 의해 형성될 수 있다.
한편, 다른 구성들에 대해서는 상기에서 설명한 바와 동일한바, 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
도 4에는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 편광판의 단면도가 도시되어 있다. 도 4를 참조하면, 편광판(103)은 편광자(110)의 양 면에 제 1접착층(10) 및 제 2접착층(20)을 개재한 상태로 편광자 보호 필름(120, 140)이 합지된 상태일 수 있다. 또한, 별도로 도시하진 않았으나, 편광자 보호 필름(120. 140)의 일 면에는 점착층이 형성되어, 표시패널에 부착될 수 있다.
한편, 다른 구성들에 대해서는 상기에서 설명한 바와 동일한바, 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
액정 표시 장치
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 액정 표시 장치를 개략적으로 도시한 단면도이고, 도 6은 도 5의 액정 표시 장치에 포함되는 액정 셀을 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 5 및 도 6을 참조하면, 액정 표시 장치(1)는 액정 셀(200), 백라이트 유닛(500), 액정 셀(200)과 백라이트 유닛(500) 사이에 배치되는 하부 편광판(400) 및 액정 셀(200)의 시인측에 배치되는 상부 편광판(300)을 포함하며, 상기 시인측에 배치되는 상부 편광판(300)은 상기에서 설명한 편광판을 포함한다.
즉, 상기 상부 편광판(300)은 면내 위상차(Re)가 0 내지 200 nm 범위이고, 두께방향 위상차(Rth)가 0 nm 내지 1200 nm 범위인 편광자 보호필름을 포함할 수 있고, 보다 구체적으로, 상기 위상차 범위를 만족하는 편광자 보호 필름은 상부 편광판의 시인측에 위치할 수 있으며, 이에 의해 무지개 무라 현상이 발생하는 것을 방지할 수 있다.
또한, 상기 상부 편광판(300)은 상부 편광판(300)의 시인측에 배치된 편광자 보호 필름의 일면에 배치된 기능층을 더 포함할 수 있고, 상기 기능층은 하드 코팅층(Hard-Coating Layer), 반사 방지층(Anti-Reflection Layer), 눈부심 방지층(Anti-Glare Layer) 및 확산층 중 적어도 하나 이상을 포함할 수 있다. 이들 기능층에 대해서는 이미 상기에서 설명하였는바, 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
도 6을 참조하면, 액정 셀(200)은 제1 기판(210), 제2 기판(230), 제1 기판(210) 및 제2 기판(230) 사이에 봉입된 액정층(220)을 포함하는 액정 패널을 포함하며, 제1 기판(210)의 일면(상부면)에 상부 편광판(300)이 적층될 수 있다.
제2 기판(230)의 하부면에도 하부 편광판(400)이 적층될 수 있고, 액정 셀(200)의 상하로 두 개의 편광판(300, 400)이 위치하는 경우, 각 편광판의 편광자의 투과축은 서로 직교 또는 평행일 수 있다. 예시적인 실시예에서, 하부 편광판(400)도 본 발명의 편광판으로 구성될 수 있고, 이 경우, 상기 설명한 특정 위상차를 가지는 보호필름이 하부 편광판(400)의 하부면, 즉 백라이트 유닛(400) 측에 배치될 수 있다.
제1 기판(210)은 컬러 필터(CF) 기판일 수 있다. 도면에는 구체적으로 도시하지 않았지만, 예를 들면, 유리 또는 플라스틱 등의 투명한 절연 물질로 이루어진 기재의 아래 면에 빛샘을 방지하기 위한 블랙 매트릭스와 적, 녹, 청의 컬러 필터 및 ITO 또는 IZO 등의 투명 도전성 산화물로 형성되어 있는 전기장 생성 전극인 공통 전극을 포함할 수 있다.
제2 기판(230)은 TFT(Thin Film Transistor) 기판일 수 있다. 도면에는 구체적으로 도시하지 않았지만, 예를 들면, 유리 또는 플라스틱 등의 투명한 절연 물질로 이루어진 기재 위에 게이트 전극, 게이트 절연막, 반도체층, 저항성 접촉층 및 소스/드레인 전극으로 구성되는 박막 트랜지스터, 및 ITO 또는 IZO 등의 투명 도전성 산화물로 형성되어 있는 전기장 생성 전극인 화소 전극을 포함할 수 있다.
제1 기판(210) 및 제2 기판(230)에 사용될 수 있는 플라스틱 기판은 디스플레이에 사용될 수 있는 PET(polyethylene terephthalate), PC(polycarbonate), PI(polyimide), PEN(polyethylene naphthalate), PES(polyether sulfone), PAR(polyarylate) 및 COC(cycloolefin copolymer) 등의 플라스틱 기판일 수 있으나 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니다. 또한, 제1 기판(210) 및 제2 기판(230)은 플렉서블(flexible)한 물질로 이루어질 수 있다.
액정층(220)은 양의 유전율 이방성을 가지는 트위스티드 네마틱(twisted nematic; TN) 모드, 수직 배향(VA) 모드 또는 수평 배향(IPS, FFS) 모드 등일 수 있다. 도 6에서는 TN 모드를 예로 설명한다.
상기 화소 전극과 공통 전극, 즉 전기장 생성 전극 사이에 전압차가 없어서 액정층(220)에 전기장이 걸리지 않을 경우, 도 6에 도시한 바와 같이, 액정층(220)의 액정은 그 장축 방향이 제1 기판(210) 및 제2 기판(230)의 표면에 평행하게 배열되어 있으며, 제1 기판(210)으로부터 제2 기판(230)에 이르기까지 나선상으로 90° 비틀린 구조를 가진다.
선편광된 빛의 편광은 액정층(220)을 통과하면서 액정의 굴절율 이방성으로 인한 지연(retardation)에 의하여 변화한다. 액정의 유전율 이방성(△ε) 및 카이랄 피치(chiral pitch)나 액정층(220)의 두께, 즉 셀 갭(cell gap) 등을 조절하면, 액정층(220)을 통과한 빛의 선편광 방향이 90° 회전하도록 만들 수 있다.
백라이트 유닛(500)은 일반적으로 광원, 도광판 및 반사막 등을 포함할 수 있다. 백라이트의 구성에 따라 직하 방식, 사이드 라이트 방식, 면 형상 광원 방식 등으로 임의로 구분할 수 있다.
한편, 별도로 도시하진 않았으나, 액정 표시 장치(1)는 하부 편광판(400)과 백라이트 유닛(500) 사이에 배치되는 광학 필름 또는 광학 시트를 포함할 수 있다. 상기 광학 필름 또는 광학 시트는 1매 이상의 휘도 향상 필름, 확산 시트, 프리즘 시트 등을 포함할 수 있으며, 이에 대해서는 당해 기술분야에 널리 알려져 있는바 구체적인 설명은 생략하기로 한다.
편광판의 제조방법
별도로 도시하진 않았으나, 편광판의 제조방법으로는 편광자 보호 필름 및 편광자를 준비하는 단계, 상기 편광자 보호 필름 및 편광자를 접착제를 개재하여 합지하는 단계를 포함할 수 있다.
편광자를 준비하는 단계는 폴리비닐알코올계(Polyvinyl alcohol) 필름을 요오드 또는 이색성 염료로 염착하는 염착 단계, 및 상기 폴리비닐알코올계 필름을 연신하는 연신 단계를 포함할 수 있다.
상기 염착 단계는 폴리비닐알코올계 필름을 요오드 또는 이색성 물질의 용액에 함침시킴으로써 이루어질 수 있다. 상기 요오드를 이용하여 염착하는 경우를 예를 들어 설명하면, 요오드 용액의 온도는 20 ℃ 내지 50 ℃ 범위이고, 함침 시간은 10 내지 300초 범위일 수 있다. 상기 요오드 용액으로 요오드 수용액을 사용하는 경우, 요오드(I2)와 요오드 이온, 예를 들어 용해 보조제로 사용되는 요오드화 칼륨(KI) 등을 함유하는 수용액을 사용할 수 있다.
한편, 상기 염착 단계에서는 상기 폴리비닐알코올계 필름을 팽윤욕에서 팽윤하는 단계를 더 포함할 수 있다. 또한, 상기 팽윤 단계는 40℃ 내지 80℃ 의 온도 범위에서 수행될 수 있으며, 예를 들어, 50℃ 내지 75℃ 또는 60℃ 내지 70 ℃ 범위일 수 있다. 상기 팽윤 단계는 상기 폴리비닐알코올계 필름의 분자 사슬을 유연하게 하고 분자 사슬을 이완시킴으로써, 염착 공정 시 이색성 물질이 폴리비닐알코올계 필름 내부로 염착될 수 있게 해주는 역할을 하는데, 이 때 폴리비닐알코올계 필름의 유리전이온도 근처로 팽윤 온도를 상승시킴으로써 폴리비닐알코올계 필름 내부의 결정 함량을 감소시키고 분자들의 움직임을 활발하게 만들어 팽윤율을 상승시킬 수 있다. 이로써 이색성 물질의 염색성을 상승시키고, 이색성 물질이 폴리비닐알코올계 필름에 균질하게 염착되어 이 후 연신시 높은 광학특성 및 우수한 직교 투과율을 가질 수 있다.
팽윤율은 130% 내지 270%가 되도록 할 수 있다. 이러한 팽윤 과정에서 폴리비닐알코올계 필름을 연신할 수 있다. 상기와 같은 팽윤율 및 연신율을 만족할 때, 편광 필름의 물성을 저해하지 않고 염착 과정에서의 얼룩 발생을 방지하며 광학 특성 균일도를 증진시키면서 고투과성을 달성할 수 있다. 상기 팽윤 단계는 건식 방법 또는 습식 방법으로 수행될 수 있다. 예시적인 실시예에서, 팽윤액이 담긴 팽윤조에서 습식 방법으로 수행될 수 있다.
다른 예시적인 실시예에서, 염착 단계 이후에 가교 공정을 추가로 포함할 수 있다.
염착 단계에서 요오드 또는 이색성 물질의 분자가 폴리비닐알코올계 필름에 염착되면, 붕산, 보레이트 등을 이용하여 상기 이색성 분자를 폴리비닐알코올계 필름의 고분자 매트릭스 상에 흡착되도록 한다. 가교 방법의 예로는, 폴리비닐알코올계 필름을 붕산 수용액 등에 침적하여 수행하는 침적법을 들 수 있지만, 이것만으로 한정되는 것은 아니고, 필름에 용액을 도포 또는 분사하는 도포법이나 분사법에 의해 수행될 수도 있다.
한편, 연신 단계는 폴리비닐알코올계 필름을 당업계에 일반적인 습식 연신법 및/또는 건식 연신법을 이용하여 연신할 수 있다. 또한, 상기 폴리비닐알코올계 필름의 최종 연신비는 5.0:1 이상의 범위일 수 있으며, 예를 들어, 5.5:1 이상 또는 6.0:1 이상의 범위일 수 있다.
상기 건식 연신법의 비제한적인 예로는, 롤간(inter-roll) 연신법, 가열 롤(heating roll) 연신법, 압축 연신법, 텐터(tenter) 연신법 등을 들 수 있고, 상기 습식 연신법의 비제한적인 예로는, 텐터 연신법, 롤간 연신법 등을 들 수 있다.
상기 습식 연신법의 경우, 알코올류, 물 또는 붕산 수용액에서 연신할 수 있으며, 예를 들어, 메틸알코올, 프로필알코올 등의 용매를 사용할 수 있으나, 이들만으로 한정되는 것은 아니다.
연신 온도 및 시간은 필름의 재질, 희망하는 연신율, 사용 방법 등에 따라 적절하게 선택하여 사용할 수 있다. 또한, 연신하는 단계는 일축 연신 또는 이축 연신일 수 있다. 다만, 후술할 액정 표시 장치의 액정 셀에 접착되는 편광 필름의 제조를 위해서는 위상차 특성을 구현할 수 있도록 이축 연신을 진행할 수 있다.
한편, 상기 염착, 연신, 가교, 팽윤 등의 단계는 상기 폴리비닐알코올계 필름과 기재필름을 합지한 상태에서 수행할 수 있다.
편광자 보호필름을 준비하는 단계로는 비연신 폴리에스테르계 필름을 제조하는 단계 및 비연신 폴리에스테르계 필름을 연신하는 단계를 포함할 수 있다.
비연신 폴리에스테르계 필름을 제조하는 단계는 특별히 제한되지는 않지만, 예를 들어 용융 압출법을 사용할 수 있다. 폴리에스테르계 물질의 용융 온도 이상에서 용융시킨 후, 압출 설비 밖으로 토출시켜 비연신 필름을 형성할 수 있다. 이하, 용융 압출법을 예로 들어, 보다 구체적으로 설명한다.
용융 압출 공정에서 원료에 존재하는 수분의 함량이 일정 수준 이상으로 포함되면 오렌지필 형태와 같은 기포 상태의 제품 불량이 발생할 수 있으므로, 일정 수준 이하의 수분 함유량으로 관리하여야 한다. 건조기의 형태는 별도로 제한되지 않으며, 예를 들어, 제습 건조기, 열풍 건조기 등이 있지만 이들만으로 한정되는 것은 아니다. 건조 온도는 필름 원료의 유리전이온도 미만에서 수행될 수 있다. 다만, 사용하는 수지의 종류 및 유리전이온도에 따라 건조 온도는 적절하게 선택할 수 있음은 물론이다. 상기 건조 온도가 너무 낮으면 건조 효과가 없으며, 반대로 건조 온도가 필요 이상으로 높으면 원료의 특성이 변화되어 적절하지 않다. 원료의 건조 시간은 0.5 내지 5 시간 범위일 수 있으나, 주변 습도 등을 고려하여 용이하게 선택할 수 있다.
건조된 원료는 압출 설비 입구부에 위치하는 원료 저장소(호퍼)로 원료 공급이 이루어질 수 있다. 경우에 따라서는, 원료에 포함될 수 있는 불순물을 일차적으로 제거하기 위하여 저장소에서 일차적으로 공기를 순환시키면서 여과장치를 거칠 수 있다.
투입된 원료가 압출 설비 내부의 스크류의 첫 번째 구간에 채워진다. 첫 번째 구간은 원료를 압출설비 실린더로 이송시키는 역할을 한다.
이후, 두 번째 구간은 원료의 용융이 시작되는 구간으로, 필름 원료의 유리전이온도 이상의 온도로 설정하는 것이 바람직하다.
세 번째 구간은 원료가 용융물로 완전히 전환되는 역할을 하는 구간으로 온도 설정은 두 번째 구간과 동일한 범위를 유지할 수 있다.
네 번째 구간은 용융된 원료를 압력을 높게 하여 용융물의 밀도를 높여, 안정적인 토출량을 확보하는 역할을 한다. 이 과정에서도 토출되는 용융물이 경화되지 않도록 온도 조건은 상기 두 번째 및 세 번째 구간과 동일한 범위를 유지할 수 있다.
경우에 따라서는, 용융물을 일정한 양씩 티다이로 이송해주는 기어펌프 구간을 통과한다. 압출 설비의 실린더 내부 스크류를 통하여 바로 티다이로 원료가 이송되면 순간적인 원료 이송량이 불규칙하여 우수한 품질의 제품을 얻을 수 없다. 따라서, 기어펌프는 압출 설비 실린더로부터 불규칙하게 투입되는 원료를 일정 공간에 저장하였다가 일정한 양의 용융물을 티다이로 안정적으로 공급하여 압력 분포의 변화를 최소화할 수 있다.
용융물이 최종적으로 압출 설비 밖으로 토출되는 구간이 티다이 구간이다. 티다이의 형태에 따라서 필름의 형상 및 제조 두께가 결정된다. 티다이의 형태는 "T자"형 다이, 옷걸이 형태(coat hanger) 다이, 물고기 꼬리형태(fish tail) 다이 등으로 구분할 수 있지만, 이들만으로 한정되는 것은 아니다. 티다이의 종류는 용융물의 흐름성 등에 따라 선택적으로 사용이 가능하다.
비연신 폴리에스테르계 필름을 연신하는 단계는 당업계의 일반적인 습식 연신법 및/또는 건식 연신법을 이용할 수 있다.
상기 건식 연신법의 비제한적인 예로는, 롤간(inter-roll) 연신법, 가열 롤(heating roll) 연신법, 압축 연신법, 텐터(tenter) 연신법 등을 들 수 있고, 상기 습식 연신법의 비제한적인 예로는, 텐터 연신법, 롤간 연신법 등을 들 수 있다.
상기 습식 연신법의 경우, 알코올류, 물 또는 붕산 수용액에서 연신할 수 있으며, 예를 들어, 메틸알코올, 프로필알코올 등의 용매를 사용할 수 있으나, 이들만으로 한정되는 것은 아니다.
또한, 연신하는 단계는 세로 일축 연신법, 가로 일축 연신법, 종횡 축차 이축 연신법, 종횡 동시 이축 연신법 등을 채용할 수 있다.
예시적인 실시예에서, 상기의 위상차 값을 가지기 위해서는 이축 연신법을 사용할 수 있고, 같은 이유로, 동시 이축 연신법을 사용할 수 있지만, 이것으로 한정되는 것은 아니다.
연신하는 단계의 연신비(MD:TD)는 소망하는 두께 범위 등에 따라 다를 수 있어 특별히 한정되는 것은 아니지만, 예를 들어, (2.0 :1.0-3.0) 내지 (3.5 : 2.0-4.5) 범위로 연신할 수 있다. 즉, MD 방향 연신율 대비 ±1.0배 내지 ±1.5배 범위로 TD 방향 연신율을 설정할 수 있다. 이 때, MD 방향 연신율은 2.0 내지 4.5배 범위일 수 있다.
이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.
이하, 제조예 및 실험예를 통해 본 발명의 편광판 및 액정 표시 장치에 대해 보다 자세히 설명하기로 한다.
제조예 1 내지 10 및 비교예 1 내지 5
폴리에틸렌 테레프탈레이트를 사용하여, 두께, 면내 위상차(Re) 및 두께방향 위상차(Rth) 를 각각 하기 표 1의 수치로 각각 용융 압출 공정 및 동시 이축 연신법을 사용하여 제조하였고, 이를 요오드를 함유하는 폴리비닐알코올 편광자와 접합하여 편광판을 제조하였다.
면내 위상차(Re) 및 두께방향 위상차(Rth)는 하기 식 1 및 2와 같이 정의 될 수 있으며, 상기 위상차 값은 절대값으로 양수로 정의할 수 있다.
Re=(nx-ny)×d 식 (1)
Rth = ((nx+ny)/2-nz)*d식 (2)
상기 식에서 nx는 필름 면내의 지상축 방향의 굴절률이라 하고, ny는 필름 면내의 진상축 방향의 굴절률이라 하고, nz는 두께 방향의 굴절률이라 하고, d는 편광판의 두께라 한다. 또한, 상기 지상축은 보호필름의 면내 굴절률이 최대가 되는 방향으로, 상기 진상축은 면내에서 상기 지상축에 수직인 방향으로 정의할 수 있다.
한편, 면내 위상차(Re) 및 두께방향 위상차(Rth)는 위상차 측정 시스템인 엑소메트릭스(Axometrics)제의 제품명 엑소스캔(AxoScan)을 사용하여, 23℃의 환경 하에서, 측정 파장 550nm로 하여 측정하였다. 또한, 리타데이션의 측정값의 차수는, 미리 구한 폴리에스테르 필름의 리타데이션의 파장 분산과 일치하도록 결정했다.
실험예 1
제조예 1 내지 10 및 비교예 1 내지 5에서 제조된 편광판을 액정 셀의 시인측에 적용하여 무지개 얼룩이 시인되는지 여부를 테스트 하여 하기 표 1에 나타내었다.
두께 [㎛] Re [nm] Rth [nm] 무지개 얼룩 시인
제조예 1 30 150 850 Level 0
제조예 2 30 90 1200 Level 1
제조예 3 30 180 1150 Level 0
제조예 4 20 100 1050 Level 0
제조예 5 20 120 1150 Level 0
제조예 6 20 70 760 Level 0
제조예 7 20 50 820 Level 0
제조예 8 10 50 500 Level 0
제조예 9 10 130 750 Level 0
제조예 10 10 150 1100 Level 0
비교예 1 40 150 5300 Level 2
비교예 2 40 200 5500 Level 2
비교예 3 38 4100 6500 Level 2
비교예 4 30 150 4300 Level 2
비교예 5 20 243 1689 Level 2
Level 0: 무지개 얼룩 미시인
Level 1: 무지개 얼룩 시인되지 않으나, 단일 색감 시인. 적용 가능 수준
Level 2: 무지개 얼룩 시인 '중' 이상, 적용 불가 수준
상기 표 1을 참조하면, 본 발명의 위상차 범위를 만족하는 편광자 보호 필름을 적용한 액정셀의 경우, 무지개 얼룩이 미시인되는 반면, 비교예의 경우, 무지개 얼룩이 시인되는 것을 확인할 수 있다.
따라서, 본 발명의 편광판을 액정 표시 장치에 사용할 경우, 무지개 얼룩을 방지하고 시인성을 개선할 수 있음을 알 수 있다.
비교예 6
편광자 보호 필름으로 트리아세틸셀룰로오스(TAC)보호 필름을 사용하고, 편광자의 일 측면에 상기 TAC보호 필름을 합지하여 편광판을 제조하였다.
실험예 2
제조예 1, 2 및 비교예 6의 편광자 보호 필름 외측에 하드코팅층(HC)을 형성하였고, 제조예 3의 편광자 보호 필름에는 별도의 층을 형성하지 않았다. 고온, 고습의 신뢰성 테스트를 위해 상기 하드코팅층이 형성된 제조예 1, 2 및 비교예 6의 편광판과, 하드코팅층이 형성되지 않은 제조예 3의 편광판을 glass 상에 점착제를 이용하여 합지하고, 60℃, 상대습도 95%의 조건 하에서 1000시간 전, 후의 편광도 변화율을 측정하였다. 편광도는 V-7100 모델(Jasco 社)을 이용하여 측정하였으며, 그 결과를 하기 표 2에 나타내었다.
편광자 보호 필름에 표면처리 여부 편광도 변화
0h 1000h 후 변화율(%)
제조예 1 하드코팅층 99.996 99.989 1
제조예 2 하드코팅층 99.989 99.970 2
제조예 3 X 99.988 99.960 3
비교예 6 하드코팅층 99.996 99.881 11
상기 표 2에서와 같이, 본 발명의 편광자 보호 필름을 사용하는 경우, 혹독한 테스트 조건 하에서도 편광도 변화율을 최소화할 수 있다는 것을 확인할 수 있었다.
이상에서 설명한 실시예들은 모두 예시적인 것이며, 서로 다른 실시예들은 상호 조합되어 적용될 수 있음은 물론이다.
1: 액정 표시장치
10: 제 1접착층
20: 제 2접착층
100, 101, 102, 103: 편광판
110: 편광자
120, 140: 편광자 보호필름
130: 점착층
150: 기능층
200: 액정 셀
210: 제 1기판
220: 액정층
230: 제 2기판
300: 상부 편광판
400: 하부 편광판
500: 백라이트 유닛

Claims (12)

  1. 편광자; 및
    상기 편광자의 적어도 일면에 배치되는 편광자 보호필름을 포함하는 편광판이며,
    상기 편광자 보호필름의 면내 위상차(Re)가 50 nm 내지 200 nm 범위이고, 상기 편광자 보호필름의 두께방향 위상차(Rth)가 0 nm 내지 1200 nm 범위이며,
    상기 편광판은 온도 60℃, 상대습도 95% 조건에서 1000시간 방치 후 편광도의 변화량이 10% 이내이고,
    상기 편광자 보호필름은 폴리에틸렌 테레프탈레이트계, 폴리에틸렌 나프탈레이트계, 또는 이들을 포함하는 공중합체 필름을 포함하는, 편광판.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 편광자 보호필름의 두께는 10㎛ 내지 30㎛ 범위인 편광판.
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 편광자 보호필름은 상기 폴리에틸렌 테레프탈레이트계, 상기 폴리에틸렌 나프탈레이트계, 또는 이들을 포함하는 공중합체를 포함하는 3중 공압출 구조인 편광판.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 편광자 보호필름의 면내 위상차(Re)는 50 nm 내지 180 nm 범위이고, 두께방향 위상차(Rth)는 0 nm 내지 1150 nm 범위인 편광판.
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 편광자 보호 필름은 자외선 흡수제를 포함하는 편광판.
  8. 제 1항에 있어서,
    상기 편광자 보호필름의 일면에 배치되는 기능층을 더 포함하고,
    상기 기능층은 하드 코팅층(Hard-Coating Layer), 반사 방지층(Anti-Reflection Layer), 눈부심 방지층(Anti-Glare Layer) 및 확산층 중 적어도 하나 이상을 포함하는 편광판.
  9. 제 8항에 있어서,
    상기 기능층은 자외선 흡수제를 포함하는 편광판.
  10. 액정 셀;
    백라이트 유닛;
    상기 액정 셀과 상기 백라이트 유닛 사이에 배치되는 하부 편광판; 및
    상기 액정 셀의 시인측에 배치되는 상부 편광판을 포함하고,
    상기 상부 편광판이 제1항, 제2항, 제5항 내지 제9항 중 어느 한 항의 편광판을 포함하는 액정 표시 장치.
  11. 제 10항에 있어서,
    상기 편광판 중 면내 위상차(Re)가 50 nm 내지 200 nm 범위이고, 두께방향 위상차(Rth)가 0 nm 내지 1200 nm 범위인 편광자 보호필름이 상기 상부 편광판의 시인측에 위치하는 액정 표시 장치.
  12. 제 10항에 있어서,
    상기 상부 편광판의 시인측에 배치된 편광자 보호 필름의 일면에 배치된 기능층을 더 포함하고,
    상기 기능층은 하드 코팅층(Hard-Coating Layer), 반사 방지층(Anti-Reflection Layer), 눈부심 방지층(Anti-Glare Layer) 및 확산층 중 적어도 하나 이상을 포함하는 액정 표시 장치.
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