KR101718527B1 - 편광판 제조 방법, 이를 이용하여 제조된 편광판 및 이를 포함하는 액정 표시 장치 - Google Patents
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Abstract
편광판 제조 방법은 베이스 필름을 제조하는 단계와, 상기 베이스 필름을 요오드로 염색하는 단계와, 상기 베이스 필름을 연신하여 편광 필름을 형성하는 단계와, 상기 편광 필름을 제1 온도에서 건조하는 제1 건조 단계, 및 상기 제1 온도로부터 제1 온도보다 높은 제2 온도까지 순차적으로 상승시키면서 상기 편광 필름을 건조하는 제2 건조 단계를 포함한다. 편광판 제조 방법을 이용하여 편광판 및 이를 포함하는 액정 표시 장치가 제조된다.
Description
본 발명은 편광판의 제조 방법, 이 방법을 이용하여 제조된 편광판, 및 이를 포함하는 액정 표시 장치에 관한 것이다.
액정 표시 장치는 액정 패널을 포함하는 박형 표시 장치이다. 그러나, 상기 액정 패널 자체는 비발광 소자이기 때문에 별도의 광원이 필요하다. 이에 따라, 상기 액정 표시 장치는 상기 액정 패널에 광을 공급해 주는 백라이트 유닛을 구비한다.
상기 백라이트 유닛은 광을 출사하는 복수의 광원을 구비한다. 상기 광원들에 의해 소비되는 전력은 상기 액정 표시 장치의 다른 구성 요소에 비해 상대적으로 크다.
이에 따라, 소비 전력을 감소시키면서도 고휘도의 화상을 표시하는 표시 장치가 요구되고 있다.
본 발명의 목적은 본 발명은 투과율이 높은 편광판을 제조하는 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 상기 방법으로 제조한 편광판을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 상기 편광판을 포함하며 휘도가 향상된 표시 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 목적을 달성하기 위한 편광판은 다음과 같은 방법으로 제조된다. 먼저 베이스 필름을 제조하고, 상기 베이스 필름을 요오드로 염색한다. 다음, 상기 베이스 필름을 연신하여 편광 필름을 형성하고, 상기 편광 필름을 제1 온도에서 건조한다. 그 다음, 상기 편광 필름은 상기 제1 온도로부터 제1 온도보다 높은 제2 온도까지 순차적으로 상승시키면서 건조한다. 상기 제1 온도는 상기 편광 필름의 유리 전이 온도보다 낮고 상기 제2 온도는 상기 편광 필름의 유리 전이 온도 보다 높다. 여기서, 상기 제1 온도는 45℃ 이상 55℃ 이하이며, 상기 제2 온도는 70℃ 이상 80℃ 이하일 수 있다.
상기 온도의 상승은 3.0℃/분 이상 4.0℃/분 이하로 이루어진다.
상기 베이스 필름은 요오드로 염색할 수 있으며, 상기 베이스 필름을 요오드의 비중이 1.4 내지 1.7 인 요오드 수용액에 침지하여 염색한다.
상기 제1 온도로 건조하기 이전에 상기 편광 필름을 추가 염색할 수 있다. 추가 염색은 상기 편광 필름을 요오드화칼륨 수용액에 침지하는 방법으로 수행될 수 있다.
온도를 상승시키면서 건조하기 이전에는 상기 편광 필름의 양면에 보호필름 필름을 부착할 수 있다.
상기한 방법에 의해 제조된 편광판은 두께가 25μm 내지 30μm일 때, 42.7% 내지 43.8%의 단체 투과율을 가진다. 상기 편광판의 950 이상의 콘트라스트비를 갖는다.
본 발명의 일 실시예에 따르면 상기한 방법으로 제조한 편광판은 표시 장치에 사용되며, 본 발명의 일 실시예에 따른 표시 장치는 액정 표시 패널과 상기 액정 표시 패널의 양 면에 구비된 편광판을 포함한다.
상기 액정 표시 패널은 복수의 화소가 구비된 제1 기판과, 상기 각 화소에 대응하는 컬러 필터가 형성된 제2 기판, 및 제1 기판과 상기 제2 기판 사이에 구비된 액정층을 포함한다.
여기서, 상기 컬러 필터는 하기한 화학식 1로 표시되는 안료를 포함한다.
[화학식 1]
상기 액정 패널의 일 면에 대향하는 위치에는 상기 표시 패널에 광을 제공하는 적어도 1개의 광원이 구비된다. 상기 광원은 냉음극 형광 램프 또는 외부 전극 형광 램프로 제공될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면 단체 투과율이 향상된 편광판 제조 방법 및 상기 방법에 의해 제조된 편광판을 제공한다.
상기 방법으로 제조한 편광판을 포함하는 표시 장치는 기존의 표시 장치에 비해 광원을 소정 개수로 줄였을 때에도 광원의 개수를 줄이기 이전과 동등한 정도의 휘도를 나타낸다. 그 결과, 본 발명의 일 실시예는 저소비 전력의 표시 장치를 제공한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 액정 표시 장치를 나타낸 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 액정 표시 장치의 일부를 나타낸 단면도이다.
도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 편광판을 도시한 단면도이다.
도 4는 본 발명의 제2 실시예에 따른 편광판을 도시한 단면도이다.
도 5는 제1 실시예에 따른 편광판의 제조 방법을 도시한 순서도이다.
도 6은 실험예 1과 비교예 1에 따른 액정 표시 장치의 콘트라스트비를 나타낸 그래프이다.
도 7은 비교예 1과 실험예 1에 따른 액정 표시 장치의 휘도를 나타낸 그래프이다.
도 8는 비교예 2와 실험예 2에 따른 액정 표시 장치의 휘도를 나타낸 그래프이다.
도 9a 및 도 9b는 시간의 경과에 따른 비교예 2와 실험예 2의 편광판의 색상 변화를 나타낸 그래프이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 액정 표시 장치의 일부를 나타낸 단면도이다.
도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 편광판을 도시한 단면도이다.
도 4는 본 발명의 제2 실시예에 따른 편광판을 도시한 단면도이다.
도 5는 제1 실시예에 따른 편광판의 제조 방법을 도시한 순서도이다.
도 6은 실험예 1과 비교예 1에 따른 액정 표시 장치의 콘트라스트비를 나타낸 그래프이다.
도 7은 비교예 1과 실험예 1에 따른 액정 표시 장치의 휘도를 나타낸 그래프이다.
도 8는 비교예 2와 실험예 2에 따른 액정 표시 장치의 휘도를 나타낸 그래프이다.
도 9a 및 도 9b는 시간의 경과에 따른 비교예 2와 실험예 2의 편광판의 색상 변화를 나타낸 그래프이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다. 첨부된 도면에 있어서, 구조물들의 치수는 본 발명의 명확성을 위하여 실제보다 확대하여 도시한 것이다. 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다. 또한, 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "위에" 있다고 할 경우, 이는 다른 부분 "바로 위에" 있는 경우뿐만 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다. 반대로 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "아래에" 있다고 할 경우, 이는 다른 부분 "바로 아래에" 있는 경우뿐만 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다. 또한, 설명의 편의를 위해 표시 패널을 기준으로 영상이 표시되는 방향을 '상부' 방향, 그 반대 방향을 '하부' 방향으로 하여 설명한다.
이하에서는 본 발명의 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 설명하기로 한다. 여기서, 설명의 편의상 본 발명의 실시예에 따른 편광판이 사용된 표시 장치가 먼저 설명되고, 그 다음 상기 편광판을 제조하는 방법이 상세하게 설명된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 액정 표시 장치를 나타낸 사시도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 표시 장치(100)는 영상을 나타내는 액정 표시 패널(120), 편광판(125), 백라이트 유닛, 상부 커버(110) 및 하부 커버(190)를 포함한다.
상기 액정 표시 패널(120)은 장변과 단변을 가지는 직사각형의 판상으로 마련된다. 상기 액정 표시 패널(120)은 액정을 구동하여 영상을 표시한다.
상기 편광판(125)은 상기 액정 표시 패널(120)의 적어도 일면에 부착된다. 상기 편광판(125)은 복수로 제공되어 상기 액정 표시 패널(120)의 양면에 부착될 수 있다. 상기 편광판(125)이 복수로 제공될 때, 상기 편광판들(125)은 상기 액정 표시 패널(120)의 일 면에 부착된 제1 편광판(125a) 및 다른 면에 부착된 제2 편광판(125b)을 포함한다. 상기 제1 편광판(125a) 및 상기 제2 편광판(125b)은 상기 액정 표시 패널(120)을 투과하는 광을 편광한다. 상기 액정 표시 패널(120) 및 상기 제1 및 제2 편광판들(125a, 125b)에 대해서는 후술한다.
상기 백라이트 유닛은 몰드 프레임(130), 광학 부재(140, 150, 160), 광원들(170) 및 반사 시트(180)를 포함한다.
상기 몰드 프레임(130)은 상기 액정 표시 패널(120)을 지지하도록 상기 액정 표시 패널(120)의 가장자리에 제공된다. 상기 몰드 프레임(130)은 대략적으로 사각의 고리형상으로 형성된다. 상기 몰드 프레임(130)은 상기 하부 커버(190)와 결합하여 내부에 상기 광학 부재(140, 150, 160), 상기 광원들(170) 및 상기 반사 시트(180)를 수용한다. 상기 몰드 프레임(130)은 도면에서와 같이 단일 개수로 형성될 수 있으나 필요에 따라 복수 개로 형성되어 조립될 수 있다.
상기 광학 부재(140), 150, 160)는 상기 몰드 프레임(130)의 하부에 제공된다. 상기 광학 부재(140, 150, 160)는 상기 광원들(170)로부터 나온 광을 제어하는 역할을 한다. 상기 광학 부재(140, 150, 160)는 순차적으로 적층된 확산 시트(160), 프리즘 시트(150) 및 보호 시트(140)를 포함한다.
상기 확산 시트(160)은 상기 광원들(170)로부터 나온 광을 확산하는 역할을 수행한다. 상기 프리즘 시트(150)는 상기 확산 시트(160)에서 확산된 빛을 상부의 액정 표시 패널(120)의 평면에 수직한 방향으로 집광하는 역할을 수행한다. 상기 프리즘 시트(150)를 통과한 빛은 거의 대부분 상기 액정 표시 패널(120)에 수직하게 입사된다. 상기 보호 시트(140)는 상기 프리즘 시트(150) 상에 위치한다. 상기 보호 시트(140)는 스크래치에 약한 프리즘 시트(150)를 보호한다. 상기 광학 부재(140, 150, 160)는 생략될 수 있다. 또한, 휘도 향상 필름 등의 다른 광학 시트 등을 더 포함한 조합으로도 구성이 될 수 있다. 이 경우, 상기 광학 부재(140, 150, 160)는 복수 매 사용할 수 있으며, 2매 또는 3매를 겹쳐서 사용할 수 있다.
상기 광원들(170)은 상기 액정 표시 패널(120)에 광을 공급하도록 상기 광학 부재(140, 150, 160)의 후방이나 측면에 제공된다. 도 1에서는 상기 복수의 광원으로 냉음극형광램프(dold cathode fluorescence lamp)가 구비된 것이 도시되었으나 외부전극형광램프(external electrode fluorescent lamp), 열음극형광램프(hot cathode fluorescence lamp), 또는 발광 다이오드(light emitting diode) 등이 상기 광원들(170)로 사용될 수도 있다.
상기 반사 시트(180)은 상기 액정 표시 패널(120) 방향으로 제공되지 않고 누설되는 광을 반사시켜 상기 액정 표시 패널(120) 방향으로 광의 경로를 변경시키도록 상기 광원들(170)의 하부에 구비된다.
상기 하부 커버(190)은 상기 반사 시트(180)의 하부에 구비된다. 상기 하부 커버(190)은 상기 액정 표시 패널(120), 상기 광원(170)과, 상기 반사 시트(180) 등을 내부에 수용한다.
상기 상부 커버(100)은 상기 액정 표시 패널(120)의 상부에 구비된다. 상기 상부 커버(100)은 상기 하부커버(190)과 결합한다. 상기 상부커버(110)는 상기 액정 표시 패널(120)의 전면 가장자리를 지지한다. 상기 상부커버(110)에는 상기 액정 표시 패널(120)의 표시 영역을 노출시키는 표시창(111)이 형성되어 있다.
상기한 구조를 갖는 상기 표시 장치(100)에 있어서, 상기 광원(170)에서 출사된 광은 상기 광학 부재(140, 150, 160)을 거쳐 상기 액정 표시 패널(120)에 제공된다.
도 2는 도 1의 구성 요소 중 상기 편광판(125)이 부착된 상기 액정 표시 패널(120)의 단면의 일부를 나타낸 단면도이다. 본 발명의 일 실시예에 따른 액정 표시 패널(120)은 복수의 화소 영역을 포함하며, 상기 화소 영역들은 서로 동일한 구조를 가진다. 도 2에서는 설명의 중복을 피하기 위해 하나의 화소 영역의 일부만을 나타내었다.
도 2를 참조하면, 상기 액정 표시 패널(120)은 제1 기판(121), 제2 기판(122) 및 액정층(125)을 포함한다. 상기 제1 기판(121)과 상기 제2 기판은 상기 액정층(125)을 사이에 두고 서로 대향하여 구비된다.
상기 제1 기판(121)은 제1 절연 기판(SUB1), 상기 제1 절연 기판(SUB1) 상에 구비된 박막 트랜지스터(TFT) 및 각 박막 트랜지스터(TFT)에 연결된 화소 전극(PE)을 포함한다.
상기 제2 기판(123)은 제2 절연 기판(SUB2), 컬러 필터(CF) 및 공통 전극(CE)이 구비된다. 상기 컬러 필터(CF)는 상기 제2 절연 기판(SUB2) 상에 구비된다. 상기 컬러 필터(CF)는 상기 액정층(127)을 투과한 광에 색을 입히기 위한 것이다. 상기 컬러 필터(CF)는 적색 컬러 필터(R), 녹색 컬러 필터(G), 및 청색 컬러 필터(B)로 이루어진다.
상기 공통 전극(CE)은 상기 컬러 필터(CF) 상에 구비된다. 상기 공통 전극(CE)은 상기 화소 전극(PE)과 함께 상기 액정층(127)에 전계를 인가한다.
상기 제1 절연 기판(SUB1)의 바깥면에는 상기 제1 편광판(125a)이 부착되고, 상기 제2 절연 기판(SUB2)의 바깥면에는 상기 제2 편광판(125b)이 부착된다.
상기한 구조를 갖는 본 발명의 일 실시예에 따른 액정 표시 장치(100)에 있어서, 상기 광원들(170)은 상기 액정 표시 패널(120)의 크기에 따라 다양한 개수로 제공된다. 상기 광원들(170)은 상기 백라이트 유닛의 소비 전력을 가능한 한 감소시키기 위해 최소한의 개수로 제공되는 것이 바람직하다. 예를 들어, 22 인치 액정 표시 패널에 사용되는 상기 광원들(170)의 개수는 2개일 수 있다.
상기 광원들(170)의 개수를 줄이는 경우에는 액정 표시 장치가 표시하는 영상의 휘도 및 콘트라스트비가 감소할 수 있다. 상기 광원들(170)의 개수를 줄이는 경우 상기 액정 표시 패널(120)의 휘도 및 콘트라스트비의 감소분은 상기 제1 및 제2 편광판(125a, 125b)이나 상기 컬러 필터(CF)를 적절하게 대응시킴으로써 보상될 수 있다. 또한, 상기 휘도의 감소를 방지하기 위해 상기 편광판의 단체 투과율을 높일 필요가 있다. 다만, 일반적으로 편광판의 단체 투과율을 높이면 편광도가 감소와 함께 콘트라스트비가 감소할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면 단체 투과율이 높으면서도 콘트라스트비의 감소가 최소화된 편광판은 상기 제1 및 제2 편광판들(125a, 125b)의 제조 공정 조건을 변화킴으로써 제공될 수 있다.
이하, 본 발명의 일 실시예들에 따른 제1 및 제2 편광판들(125a, 125b)의 구조와 그의 제조 방법에 대해 설명한다.
도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 편광판(125)을 도시한 단면도이다. 상기 편광판(125)은 상기 제1 편광판(125a)이나 상기 제2 편광판(125b)으로 사용될 수 있다.
상기 편광판(125)은 제1 보호층(PR1), 편광 필름(POL), 및 제2 보호층(PR2)을 포함한다.
상기 편광 필름(POL)은 특정 방향으로 연신된 고분자 수지 및 상기 고분자 수지에 흡착되어 특정 방향으로 진동하는 빛을 흡수하는 요오드 분자를 포함한다. 상기 고분자 수지들과 상기 요오드 분자들은 상기 특정 방향으로 진동하는 광을 흡수함으로써 상기 편광 필름(POL)을 투과하는 광을 편광시킨다.
상기 고분자 수지는 폴리비닐알코올 수지일 수 있다. 상기 폴리비닐알코올 수지는 폴리비닐아세테이트 수지를 비누화하여 얻어진다. 상기 폴리비닐아세테이트 수지로는 비닐아세테이트의 단일중합체 또는 상기 비닐아세테이트 및 상기 비닐아세테이트와 공중합 가능한 단량체를 공중합시킨 공중합체가 있다. 상기 비닐아세테이트와 공중합 가능한 단량체의 예로는, 불포화 카르복실산, 올레핀, 비닐에테르 및 불포화 술폰산이 있다.
상기 제1 보호층(PR1)은 상기 편광 필름(POL)의 일면에, 상기 제2 보호층(PR2)은 상기 편광 필름(POL)의 다른 면에 부착된다. 상기 제1 및 제2 보호층들(PR1, PR2)은 상기 편광 필름(POL)을 보호하기 위한 것이다.
상기 제1 및 제2 보호층들(PR1, PR2)은 고분자 수지로 이루어질 수 있다. 상기 고분자 수지로는 아세테이트계 수지, 폴리에스테르계 수지, 폴리에테르술폰계 수지, 폴리카보네이트계 수지, 폴리아미드계 수지, 폴리이미드계 수지, 폴리올레핀계 수지, 아크릴계 수지, 폴리노르보르넨계 수지 등이 있다. 특히, 상기 아세테이트계 수지로는 트리아세틸셀룰로오스(TAC; triacetylcellulose)가 사용될 수 있다.
상기 편광판은 25μm 내지 30μm의 두께를 갖는다. 상기 제1 편광판 및 상기 제2 편광판은 각각 42.7% 내지 43.8%의 단체 투과율을 가질 수 있으며, 950 이상의 콘트라스트비를 가질 수 있다.
본 발명의 제2 실시예에서는 상기한 구조를 갖는 편광판은 액정 표시 패널에 부착되도록 하기 위해, 상기 편광판의 어느 한 면에 접착층 및 이형 필름이 추가 적층될 수 있다. 도 4는 본 발명의 제2 실시예에 따른 편광판(125')을 도시한 단면도이다. 제2 실시예는 중복된 설명을 피하기 위하여 상기 제 1 실시예와 다른 점을 중심으로 설명된다. 이하, 실시예에서 특별히 설명하지 않은 부분은 상기 제 1 실시예에 따른다. 동일한 번호는 동일한 구성요소를 나타낸다.
본 발명의 제2 실시예에 따르면 제1 편광판(125)의 제2 보호층(PR2) 상에 접착층(ADH)이 적층된다. 상기 접착층(ADH)은 상기 편광판(125')이 상기 액정 표시 패널(120)의 일면에 안정적으로 부착되도록 하기 위한 것이다.
상기 접착층(ADH) 상에는 이형 필름(RLF)이 구비될 수 있다. 상기 이형 필름(RLF)은 상기 접착층(ADH)을 보호하기 위한 것으로, 상기 편광판(125')이 상기 액정 표시 패널(120)에 부착될 때 제거된다.
도 5는 제1 실시예에 따른 편광판의 제조 방법을 도시한 순서도이다.
상기 제1 편광판은 베이스 필름을 제조하는 단계(S100), 상기 베이스 필름을 요오드로 염색하는 단계(S200), 상기 베이스 필름을 연신하여 편광 필름을 형성하는 단계(S300), 상기 편광 필름을 추가 염색하는 단계(S400), 상기 편광 필름을 제1 온도에서 건조하는 제1 건조 단계(S500), 상기 편광 필름 상에 보호층을 부착하는 단계(S600), 및 상기 제1 온도로부터 제1 온도보다 높은 제2 온도까지 순차적으로 상승시키면서 상기 편광 필름을 건조하는 제2 건조 단계(S700)를 거쳐 형성된다.
상기 베이스 필름은 비닐아세테이트의 단량체를 공중합하여 제조될 수 있다. 또는 상기 비닐아세테이트 단량체와 상기 비닐아세테이트와 공중합 반응이 가능한 다른 단량체를 준비하여 상기 비닐아세테이트 단량체와 상기 다른 단량체를 공중합하여 준비될 수 있다. 상기 비닐아세테이트와 공중합 가능한 단량체의 예로는, 불포화 카르복실산, 올레핀, 비닐에테르 및 불포화 술폰산이 있다.
상기 베이스 필름은 염착조에서 염색된다(S200). 상기 염착조에는 I3 - 또는 I5 - 이온을 포함하는 요오드 수용액이 담겨 있다. 상기 베이스 필름이 상기 요오드 수용액에 침지되면, 상기 요오드 수용액 내의 요오드 분자가 상기 베이스 필름에 흡착된다.
상기 요오드 수용액은 요오드화칼륨 수용액을 용해 보조제로 하여 요오드 이온을 포함하는 수용액이 사용될 수 있다. 상기 요오드 수용액은 비중이 1.4 내지 1.7이다. 상기 요오드의 농도가 1.7 이상인 경우, 특히 2.0 이상인 경우에는 상기 베이스 필름에 흡착된 상기 요오드 분자가 지나치게 많아짐으로써 최종 결과물인 편광 필름의 단체 투과율이 낮아진다. 상기 요오드 농도가 1.4 보다 낮은 경우에는 요오드에 의한 편광 효과가 줄어드는 문제가 있다.
상기 요오드 수용액에 의해 염색된 베이스 필름은 물로 세정될 수 있다. 상기 세정은 상기 염색된 베이스 필름을 물에 침지시킴으로써 수행될 수 있다.
상기 염색된 베이스 필름은 연신조에서 연신된다. 상기 연신된 베이스 필름은 일축 또는 이축 방향으로 연신됨으로써 편광 기능을 가지는 편광 필름이 된다 (S300). 상기 베이스 필름을 연신하는 방법은 특별히 한정되는 것은 아니며, 습식 연신법이나 건식 연신법으로 연신될 수 있다. 예를 들어, 상기 건식 연신법으로는 인터롤 연신법(inter-roll stretching method), 가열롤 연신법(heated roll stretching method) 및 압축 연신법(compression stretching method) 등이 있다. 상기 베이스 필름은 일축 또는 이축 방향으로 연신될 수 있으며, 상기 건식 연신법이나 습식 연신법을 통해 상기 원래 크기의 4배 내지 8배 정도의 크기로 연신될 수 있다. 상기 베이스 필름의 연신 단계는 다단계로 수행될 수 있다. 예를 들어, 상기 베이스 필름의 연신 단계는 제1 연신 단계와 제2 연신 단계로 이루어질 수 있다. 상기 제1 연신 단계와 상기 제2 연신 단계는 연신을 수행하는 연신 배율의 변화에 따라 구별될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서는 상기 베이스 필름을 염색한 후 상기 베이스 필름을 연신하였으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 상기 베이스 필름은 상기 염착조에서 상기 요오드 수용액에 침지되기 전에 연신될 수 있다. 또는 상기 요오드 수용액에 침지되어 염색되는 동안에도 연신될 수 있다.
상기 편광 필름은 보색조에서 요오드 수용액에 침지되어 추가 염색될 수 있다(S400). 상기 추가 염색 단계는 필요에 따라 생략될 수 있다. 상기 보색조에는 요오드화 칼륨 수용액이 제공된다. 상기 요오드화 칼륨 수용액은 I3 - 또는 I5 - 이온을 포함한다. 상기 이온들은 상기 편광 필름에 흡착되는 요오드 분자를 제공하는 역할을 한다. 상기 보색조에서의 추가 염색 과정을 통해 상기 편광 필름에 흡착되는 요오드 분자의 농도가 용이하게 조절될 수 있다. 상기 보색조에서 상기 요오드 수용액에 의해 염색된 베이스 필름은 물로 세정될 수 있다. 상기 세정은 상기 염색된 베이스 필름을 물에 침지시킴으로써 수행될 수 있다.
상기 편광 필름은 제1 건조존에서 제1 온도로 건조된다(S500). 상기 제1 온도는 상기 편광 필름의 유리 전이 온도보다 낮으며, 45℃ 이상 55℃ 이하일 수 있다.
상기 편광 필름의 적어도 한 면에는 보호층이 부착될 수 있다 (S600). 본 발명의 일 실시예에 있어서는 상기 편광 필름의 일 면에 제1 보호층이, 다른 면에 제2 보호층이 부착된 경우를 설명한다. 상기 보호층이 부착되는 단계는 필요에 따라 생략될 수 있다. 여기서, 도시하지는 않았으나 상기 제1 보호층 및 상기 제2 보호층은 상기 편광 필름에 접착제를 이용하여 부착된다. 상기 제1 보호층을 상기 편광 필름에 부착할 때, 상기 편광 필름 또는 상기 제1 보호층 중 어느 하나에 접착제를 도포할 수 있다. 상기 제1 보호층은 상기 편광 필름에 대응되도록 위치되어 합지하는 방식으로 부착될 수 있다. 또는 상기 편광 필름과 상기 제1 보호층이 합지되는 시점에 상기 편광 필름 또는 상기 제1 보호층 중 어느 하나에 접착제를 떨어뜨린 후, 상기 제1 보호층을 상기 편광 필름에 대응되도록 위치시켜 합지하는 방식으로 부착할 수 있다. 상기 제2 보호층은 상기 제1 보호층과 동일한 방식으로 부착될 수 있으므로 설명을 생략한다. 상기 편광 필름의 양 면에 상기 제1 보호층과 상기 제2 보호층을 부착할 때, 상기 편광 필름과 상기 제1 및 제2 보호층들을 접착하는 방식은 특별히 제한되지는 않으며, 탑-다운(top-down) 방식, 다운-탑(down-top)방식, 그리고 수평 합지 방식 등 다양한 방식으로 접착할 수 있다. 본 발명의 일 실시예에서는 세가지 방식을 모두 사용할 수 있다.
상기 접착제는 투명한 것으로 광학적으로 등방성을 갖는 물질로 이루어질 수 있다. 상기 접착제은 폴리비닐알코올계 접착제일 수 있다. 상기 폴리비닐알코올계 접착제는 물이나 친수성 유기 용제를 용매로 사용한 혼합물일 수 있다. 상기 접착제 내의 용매는 실온 또는 실온보다 높은 온도에서 건조됨으로써 제거될 수 있다.
상기 보호층의 재료로는 고분자 수지를 들 수 있다. 상기 고분자 수지는 아세테이트계 수지, 폴리에스테르계 수지, 폴리에테르술폰계 수지, 폴리카보네이트계 수지, 폴리아미드계 수지, 폴리이미드계 수지, 폴리올레핀계 수지, 아크릴계 수지, 폴리노르보르넨계 수지 등을 포함한다. 특히, 상기 아세테이트계 수지로는 트리아세틸셀룰로오스(TAC; triacetylcellulose)가 사용될 수 있다. 상기 보호층은 자외선 흡수제를 함유할 수 있다. 상기 자외선 흡수제로는 트리아졸 흡수제 또는 벤조페논 흡수제 등이 사용될 수 있다. 상기 자외선 흡수제는 380 ㎚ 파장에 대하여 상기 보호층의 단독 투과율이 약 10 % 이하로 감소되는 양만큼 첨가될 수 있다.
상기 편광 필름은 제2 건조존에서 건조된다(S700). 상기 제2 건조존에서 건조되는 단계를 제2 건조 단계라고 하면, 상기 제2 건조 단계에서는 상기 제1 온도로부터 제1 온도보다 높은 제2 온도까지 순차적으로 상승시키면서 상기 편광 필름을 건조시키는 것을 특징으로 한다. 상기 제2 온도는 상기 편광 필름의 유리 전이 온도보다 높을 수 있다. 상기 편광 필름의 유리 전이 온도보다 높은 온도에서 상기 편광 필름을 건조시키는 경우에는 상기 편광 필름을 이루는 고분자의 배향도가 향상되기 때문에 콘트라스트비를 향상시킬 수 있다. 상기 제2 온도는 70℃ 이상 80℃ 이하일 수 있다. 상기 제2 건조존은 상기 제1 온도로부터 3.0℃/분 이상 4.0℃/분 이하로 상기 제2 온도까지 상승된다.
상기 편광판의 콘트라스트비는 공정 조건에 따라 다른 값을 나타내며, 상기 편광판의 공정 조건을 변경하는 경우 콘트라스트비가 높아지거나 낮아질 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따르면 상기 편광 필름을 상기 제1 건조존과 상기 제2 건저존에서의 건조하는 단계를 최적화함으로써 콘트라스트비의 감소를 방지한다.
상기한 방식으로 제조된 편광판은 상기 제1 보호층 및 상기 제2 보호층의 외면에 접착층이 구비되며 상기 접착층을 사이에 두고 상기 액정 표시 패널의 외면에 구비된다.
상기한 방식으로 제조된 편광판은 상기 편광판의 두께가 25μm 내지 30μm일 때, 상기 편광판의 단체 투과율은 42.7% 내지 43.8%의 값을 갖는다. 약 42% 이하의 단체 투과율을 갖는 기존 편광판을 사용한 액정 표시 장치의 휘도보다 본 발명의 일 실시예에 따른 액정 표시 장치의 휘도는 약 5% 정도 향상된다. 이는 상기 편광판의 단체 투과율의 증가에 따른 것으로 해석된다. 한편, 상기 편광판의 콘트라스트비는 950 이상의 값을 갖는다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기한 방식으로 제조한 편광판을 사용할 때의 콘트라스트비와 휘도의 최적화를 위해 액정 표시 패널의 컬러 필터를 적절한 것으로 대응하는 것을 특징으로 한다. 특히, 상기 녹색 광은 청색 광이나 적색 광보다 상대적으로 백색 광의 휘도에 기여도가 높다. 따라서, 녹색 광의 투과율을 높임으로써 상기 컬러 필터를 투과하는 백색광의 휘도를 효율적으로 높일 수 있다.
여기서, 상기 녹색 컬러 필터는 하기한 화학식 1로 표시되는 안료를 포함한다.
[화학식 1]
상기 화학식 1의 안료는 아연(Zn)을 중심원소로 하는 착물이다. 상기 컬러 필터가 상기 화학식 1의 안료를 포함하는 경우에는, 구리(Cu)와 같은 다른 원소를 중심 원소로 하는 착물을 안료로서 포함한 경우의 컬러 필터보다 녹색 광의 투과율이 높아진다.
상기 컬러 필터의 투과율이 높아지면 액정 표시 장치의 콘트라스트비가 감소할 수 있다. 상기 콘트라스트비의 감소를 방지하기 위해 상기 컬러 필터에 사용되는 상기 안료의 크기를 작게 유지하는 것이 바람직하다. 이는 안료의 크기가 상대적으로 큰 경우에는 광의 산란도가 증가하기 때문에 콘트라스트비가 감소하기 때문이다. 이와 반대로, 안료의 크기가 상대적으로 작은 경우에는 광의 산란도가 감소하여 콘트라스트비가 증가한다. 이를 감안하여, 상기 화학식 1의 안료는 제조시에 밀링(milling)을 통해 안료 입자들이 뭉치지 않도록 제조된 후, 분산제(dispersant)에 의해 매질 내에 분산된다. 상기 분산제는 특별히 한정되는 것은 아니며, 상기 안료 입자들이 골고루 분산되도록 적절한 것으로 선택될 수 있다.
상기한 안료를 사용한 액정 표시 장치의 콘트라스트비는 기존의 안료를 사용한 액정 표시 장치의 콘트라스트비보다 약 10~15% 증가한 값을 갖는다.
상기한 바와 같은 컬러 필터와 상기 편광판을 포함하는 액정 표시 장치는 CIE 색좌표에 있어서 0.280<x<0.340 및 0.300<y<0.360에 해당하는 값을 나타낸다.
기존의 편광판 및 액정 표시 장치와 본 발명의 일 실시예에 따른 편광판 및 액정 표시 장치에 대한 성능 실험 결과는 다음과 같다.
비교예 1 및 실험예 1
비교예 1은 기존 제조 방법에 의해 제조된 편광판 및 상기 편광판이 부착된 기존의 액정 표시 패널로서, 다음과 같은 방법으로 제조되었다.
폴리비닐아세테이트로 베이스 필름을 제조한 후, 상기 베이스 필름을 비중이 2.0인 요오드 수용액이 들어 있는 염착조에서 염색하였다. 상기 베이스 필름을 연신조에서 연신하여 편광 필름을 제조하였다. 상기 편광 필름을 69℃의 제1 건조존에서 5분 동안 건조하였다. 그 다음, 상기 편광 필름에 트리아세틸셀룰로오스 필름을 접합한 후, 제2 건조존에서 상기 편광 필름을 건조하였다. 이때, 상기 제2 건조존의 온도는 69℃로 유지되었으며, 약 8분 동안 상기 편광 필름을 건조하였다. 상기한 방법으로 제조된 편광판은 기존의 액정 표시 패널에 부착되었다.
실험예 1은 본 발명의 일 실시예에 의해 제조된 편광판 및 상기 편광판이 부착된 기존의 액정 표시 패널로서, 다음과 같은 방법으로 제조되었다.
폴리비닐아세테이트로 베이스 필름을 제조한 후, 상기 베이스 필름을 비중이 1.5인 요오드 수용액이 들어 있는 염착조에서 염색하였다. 상기 베이스 필름을 연신조에서 연신하여 편광 필름을 제조하였다. 상기 편광 필름을 50℃의 제1 건조존에서 5분 동안 건조하였다. 그 다음, 상기 편광 필름에 트리아세틸셀룰로오스 필름을 접합한 후, 제2 건조존에서 상기 편광 필름을 건조하였다. 이때, 상기 제2 건조존의 최초 온도는 50℃였으며 3.4℃/min 속도로 제2 건조존의 온도가 75℃가 될 때까지 온도를 상승시키면서 건조하였다. 상기 제2 건조존의 온도가 75℃에 도달한 다음에는 상기 온도를 유지하였다. 상기 제2 건조존에서의 총 건조 시간은 약 8분이었다. 상기한 방법으로 제조된 편광판은 기존의 액정 표시 패널에 부착되었다.
비교예 1과 실험예 1의 단체 투과율
상기 비교예 1에 의한 편광 필름의 단체 투과율은 42.1%였으며, 상기 실험예 1에 의한 편광 필름의 단체 투과율은 43.1%였다.
실험예 1과 비교예 1의 콘트라스트비
도 6은 실험예 1과 상기 비교예 1에 따른 액정 표시 장치의 콘트라스트비를 나타낸 그래프이다. 실험예 1의 경우는 약 1025 정도의 콘트라스트비를 갖는 데 비해, 비교예 1의 경우는 약 980정도의 콘트라스트비를 나타내었다.
실험예 1과 비교예 1의 휘도
도 7은 비교예 1과 실험예 1에 따른 액정 표시 장치의 휘도를 나타낸 그래프이다. 비교예 1의 경우는 약 300니트에 가까운 휘도를 보이는 데 비해, 실험예 1의 경우는 약 312니트 이상의 휘도를 보였다.
실험예 1의 색좌표
실험예 1에 따른 편광판은 CIE Lab 색좌표에 있어서 a=-1.0±1.5, b=3.0 ±1.5 범위를 나타내었다. 이에 따라, 실험예 1에 따른 편광판은 청색화(bluish) 특성을 갖는다.
비교예 2 및 실험예 2
비교예 2는 상기 비교예 1의 방법으로 제조한 편광판을 본 발명의 일 실시예에 따른 컬러 필터를 포함하는 액정 표시 장치에 부착한 것이다.
실험예 2는 상기 실험예 1의 방법으로 제조한 편광판을 본 발명의 일 실시예에 따른 컬러 필터를 포함하는 액정 표시 장치에 부착한 것이다.
비교예 2와 실험예 2의 휘도
도 8는 비교예 2와 실험예 2에 따른 액정 표시 장치의 휘도를 나타낸 그래프이다. 비교예 2의 경우는 약 306니트 정도의 휘도를 보이는 데 비해, 실험예 2의 경우는 약 322니트 정도의 휘도를 보였다.
기존의 액정 표시 장치에 본 발명의 일 실시예에 따른 편광판을 대응시키는 경우 휘도 상승률이 약 4.8%에 달했다. 본 발명의 일 실싱예에 따른 컬러 필터를 채용한 액정 표시 장치에 상기 편광판을 대응시키는 경우 약 7.6%의 휘도 향상을 관찰할 수 있었다. 이에 따라, 상기 광원들의 개수를 감소시키는 경우의 휘도를 충분히 보상할 수 있었다.
비교예 2와 실험예 2의 색좌표
하기한 표 1은 비교예 2와 실험예 2의 색좌표를 나타낸 것이다.
| 색좌표 | white x | white y |
| 비교예 2 | 0.324 | 0.345 |
| 실험예 2 | 0.317 | 0.335 |
상기한 바와 같이, white에서의 x, y 색좌표를 각각 -7/1000, -10/1000 정도를 이동시킬 수 있어, 표현하고자 하는 색에 가까운 색이 표현되었다.
비교예 2와 실험예 2의 신뢰성 평가
도 9a 및 도 9b는 시간의 경과에 따른 비교예 2와 실험예 2의 편광판의 색상 변화를 나타낸 그래프로서, CIE L'a'b' 색좌표에 있어서 u'와 v'값의 시간에 따른 변화를 도시한 것이다. 도 9a 및 도 9b에 있어서, A는 비교예 2의 u' 및 v' 값의 변화를 나타낸 것이며, B는 실험예 2의 u' 및 v'값의 변화를 나타낸 것이다.
도 9a 및 도 9b를 참조하면, 실험예 2는 비교예 2에 비해 시간의 경과에도 불구하고 색상 변화가 적다는 것을 확인할 수 있다.
실험예 3
실험예 3은 액정 표시 패널이 22인치이며 광원이 2개 구비된 경우의 액정 표시 장치로서, 상기 실험예 1의 방법으로 제조한 편광판을 본 발명의 일 실시예에 따른 컬러 필터를 포함하는 액정 표시 장치이다.
실험예 3의 휘도와 콘트라스트비
실험예 3의 액정 표시 장치는 최하 230니트 이상의 휘도를 나타내었으며, 특히 액정 표시 패널의 중심에서의 휘도가 약 250 니트에 달하였다. 실험예 3에 있어서의 콘트라스트비는 950 이상의 값을 나타내었다.
110 : 상부 커버 120 : 액정 표시 패널
121 : 제1 기판 123 : 제2 기판
125 : 편광판 127 : 액정층
130 : 몰드 프레임 140, 150, 160 : 광학 부재
170 : 광원 180 : 반사 시트
190 : 하부 커버 CE : 공통 전극
CF : 컬러 필터 PE : 화소 전극
TFT : 박막 트랜지스터
121 : 제1 기판 123 : 제2 기판
125 : 편광판 127 : 액정층
130 : 몰드 프레임 140, 150, 160 : 광학 부재
170 : 광원 180 : 반사 시트
190 : 하부 커버 CE : 공통 전극
CF : 컬러 필터 PE : 화소 전극
TFT : 박막 트랜지스터
Claims (18)
- 베이스 필름을 제조하는 단계;
상기 베이스 필름을 요오드로 염색하는 단계;
상기 베이스 필름을 연신하여 편광 필름을 형성하는 단계;
상기 편광 필름을 제1 온도에서 건조하는 제1 건조 단계; 및
상기 제1 온도로부터 제1 온도보다 높은 제2 온도까지 순차적으로 온도를 상승시키면서 상기 편광 필름을 건조하는 제2 건조 단계를 포함하며,
상기 온도는 3.0℃/분 이상 4.0℃/분 이하로 상승하는 편광판 제조 방법. - 제1항에 있어서,
상기 제1 온도는 상기 편광 필름의 유리 전이 온도보다 낮고 상기 제2 온도는 상기 편광 필름의 유리 전이 온도 보다 높은 것을 특징으로 하는 편광판 제조 방법. - 제2항에 있어서,
상기 제1 온도는 45℃ 이상 55℃ 이하이며, 상기 제2 온도는 70℃ 이상 80℃ 이하인 것을 특징으로 하는 편광판 제조 방법. - 삭제
- 제3항에 있어서,
상기 베이스 필름은 비중이 1.4 내지 1.7 인 요오드 수용액에 침지하여 염색하는 것을 특징으로 하는 편광판 제조 방법. - 제1항에 있어서,
상기 제1 건조 단계 이전에 상기 편광 필름을 추가 염색하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 편광판 제조 방법. - 제6항에 있어서,
상기 편광 필름은 요오드화칼륨 수용액에 침지되어 추가 염색되는 것을 특징으로 하는 편광판 제조 방법. - 제1항에 있어서,
상기 제2 건조 단계 이전에 상기 편광 필름의 양면에 트리아세틸셀룰로오스 필름을 부착하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 편광판 제조 방법. - 제1항 내지 제3항 및 제5항 내지 제7항 중 어느 한 항에 의해 제조된 편광판.
- 제9항에 있어서,
상기 편광판의 두께가 25μm 내지 30μm일 때, 상기 편광판의 단체 투과율은 42.7% 내지 43.8%인 것을 특징으로 하는 편광판. - 제9항에 있어서,
상기 편광판의 콘트라스트비는 950 이상인 것을 특징으로 하는 편광판. - 제9항에 있어서,
상기 편광판의 한 면에 형성된 접착층; 및
상기 접착층 상에 부착된 이형 필름을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 편광판. - 액정 표시 패널; 및
상기 액정 표시 패널의 양 면에 구비된 편광판을 포함하며,
상기 편광판 중 적어도 하나는 제1항 내지 제3항 및 제5항 내지 제7항 중 어느 한 항에 의해 제조된 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치. - 제13항에 있어서,
상기 액정 표시 패널은
복수의 화소들이 구비된 제1 기판;
상기 복수의 화소들 각각에 대응하는 컬러 필터가 형성된 제2 기판; 및
제1 기판과 상기 제2 기판 사이에 구비된 액정층을 포함하는 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치. - 제14항에 있어서,
상기 컬러 필터는 적색 컬러 필터, 녹색 컬러 필터 및 청색 컬러 필터를 포함하며, 상기 녹색 컬러 필터는 하기한 화학식 1로 표시되는 안료를 포함하는 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
[화학식 1]
- 제15항에 있어서,
상기 액정 표시 패널의 일 면에 대향하여 구비되며 상기 액정 표시 패널에 광을 제공하는 적어도 1개의 광원을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치. - 제16항에 있어서,
상기 광원은 냉음극 형광 램프 또는 외부 전극 형광 램프인 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치. - 제13항에 있어서,
상기 편광판과 상기 액정 표시 패널 사이에 구비된 접착층을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
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