JP2016528543A - 光学フィルム - Google Patents

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Abstract

本発明は、光学フィルム及びその用途に関する。本発明は、液晶層内の液晶化合物の配向状態を制御することで、単一層であると共に薄い厚さでも前記液晶層がいわゆる逆波長分散特性を示すようにする。このような液晶層を含む光学フィルムは、LCD(Liquid Crystal Display)またはOLED(Organic Light Emitting Device)などのディスプレイ装置で光変調特性を示すか、光利用効率を改善することができる光学素子または立体映像の具現及びその品質の改善のための素子などの多様な用途で使用されることができる。

Description

本発明は、光学フィルム、光学積層体及びディスプレイ装置に関する。
光学的に異方性を示すフィルムは、多様な用途に使用することができる。このようなフィルムは、例えば、LCD(Liquid Crystal Display)の光特性を調節するか、光利用効率を改善するか、OLED(Organic Light Emitting Device)などで反射防止と視認性を確保するための用途で使用することができる。また、前記のようなフィルムは、立体映像を生成するか、その立体映像の品質を改善するために使用することもできる。
特開平8−321381号公報
本発明は、光学フィルム、光学積層体及びディスプレイ装置を提供する。本発明では、液晶層を含む光学フィルムで前記液晶層内の液晶化合物の配列形態を調節することで、単一層であると共に、いわゆる逆波長分散特性を有する光学フィルムを提供することを一つの主要な目的とする。
本発明は、光学フィルムに関する。例示的な光学フィルムは、液晶層を含むことができる。前記液晶層は、ツイスト配向されたネマチック液晶化合物(Twisted Nematic Liquid Crystal Compound)を含み、前記液晶化合物は、前記のように配向された状態で重合されて液晶層を形成している。以下、本明細書では、TN型液晶化合物は、TNと略称し、前記TNを含む液晶層は、TN層と称することができる。
TNは、ネマチック液晶化合物の光軸が仮想の螺旋軸に沿ってねじれながら層を成して配向した螺旋形構造を有する点で、いわゆるコレステリック配向された液晶層(CLC:Cholestric Liquid Crystal)と類似であるが、前記液晶化合物のねじれ角が360度未満の点でCLCとは異なる。前記用語「液晶化合物の光軸」は、液晶化合物の長軸方向を意味することができる。TNのCLCとの前記差によってTN層の厚さはピッチ(pitch)未満である。前記用語「ピッチ(pitch)」は、TNが360度の回転を完成するために要求される距離を意味する。
前記TNの配向形態を説明するために、まず、CLCの配向形態に対して、図1を参照して説明する。
図1を参照すれば、CLCは、液晶化合物の光軸方向(図1のn)が螺旋軸(図1のX)に沿ってねじれながら層を成して配向した螺旋形の構造を有する。前記螺旋軸は、CLCにより定まる仮想の線である。CLCの構造において液晶化合物の光軸が360度の回転を完成するまでの距離(図1のP)を「ピッチ(pitch)」と称する。
TNの場合、配向形態は、前記CLCと類似であるが、液晶層の厚さが前記ピッチ(図1のP)未満であるので、液晶化合物の回転角度が360度未満である。
TN層において、TNのねじれ角は、50度〜360度の範囲内にあることができる。本発明で用語「TNのねじれ角」は、TN層において一番下部に存在する液晶化合物の光軸とTN層の一番上部に存在する液晶化合物の光軸が成す角度である。本発明で用語「TN層の上部または下部」は、相対的な位置関係を定めるための概念である。すなわち、TN層のいずれか一つの表面を下部と称する際に、その反対側の表面は上部で定義することができ、この時、下部で定義された表面は、必ずTN層の適用時に下部にある必要はない。前記ねじれ角は、他の例示で、60度以上、70度以上または75度以上である。前記ねじれ角は、また他の例示で、290度以下、280度以下、270度以下、260度以下、250度以下、240度以下、230度以下、220度以下、210度以下、200度以下、190度以下、180度以下、170度以下、160度以下、150度以下、140度以下、130度以下、120度または110度以下である。
前記ねじれ角は、前記光学フィルムの適用用途に応じて適切に変更することができる。
本発明でTN層は、目的とする効果の確保のためにその配向をさらに調節することができる。すなわち、TN層で螺旋軸に沿って回転する液晶化合物の回転角、すなわち、TN層の一番下部の液晶化合物の光軸に対する前記液晶化合物の光軸の角度の厚さによる変化は非線形的である。このような配向により後述する目的、すなわち、いわゆる逆波長分散特性を有する液晶層を形成することができる。
例えば、TN層の下部から上部方向への厚さ変化をX軸とし、該当厚さに存在する液晶化合物の光軸方向がTN層の一番下部に存在する液晶化合物の光軸方向と成す角度をY軸として示したグラフは、非線形グラフである。図2を参照すれば、前記グラフが線形の場合(図2の201)、すなわち、液晶化合物の回転角の変化が一定に起きる場合には、目的とする効果が容易に確保されないこともある。これに対して、前記グラフが非線形の場合(例えば、図2の202)、すなわち、液晶化合物の回転角の変化が一定ではないように起きる場合には、目的とする効果が確保されることができる。このような非線形グラフ形態のTN層は、製造過程でネマチック液晶化合物の回転力(twisting powder)を厚さ別に相違に制御して製造することができ、これは後述のうに、キラル剤の濃度を調節して実行することができる。
目的とする物性をより効果的に達成するために、本発明のTN層の前記グラフでは、グラフの傾斜がTN層の厚さが増加することによって(すなわち、グラフのX軸の数値が増加することによって)一緒に増加する部位を含む非線形グラフで示すことができる。
本発明のTN層は、前記のような特定の配向により、いわゆる逆波長分散特性(reverse wavelength dispersion)を示す。本発明で逆波長分散特性は、下記数式1を満足する状態を意味することができる。
(数1)
R(650)/R(550)>R(550)/R(550)>R(450)/R(550)
数式1で、R(650)は、650nm波長の光に対する前記液晶層の面上位相差であり、R(550)は、550nm波長の光に対する前記液晶層の面上位相差であり、R(450)は、450nm波長の光に対する前記液晶層の面上位相差である。
前記各波長に対する面上位相差は、下記数式2により定まることができる。
(数2)
R(λ)=d×(Nx−Ny)
数式2で、R(λ)は、波長がλnmである光に対するTN層の面上位相差であり、dは、TN層の厚さであり、Nxは、TN層の遅相軸方向、すなわち、面上で一番高い屈折率を示す方向の波長がλnmである光に対する屈折率であり、Nyは、TN層の進相軸方向、すなわち、面上で前記遅相軸と垂直する方向の波長がλnmである光に対する屈折率である。
数式1で、R(450)/R(550)及びR(650)/R(550)の具体的な範囲は、特別に限定されない。一つの例示で、数式1で、R(450)/R(550)は、0.81〜0.99、0.82〜0.98、0.83〜0.97、0.84〜0.96、0.85〜0.95、0.86〜0.94、0.87〜0.93、0.88〜0.92または0.89〜0.91の範囲内にあることができる。また、R(650)/R(550)は、1.01〜1.19、1.02〜1.18、1.03〜1.17、1.04〜1.16、1.05〜1.15、1.06〜1.14、1.07〜1.13、1.08〜1.12または1.09〜1.11の範囲内にあることができる。このような範囲で目的とする逆波長分散特性が適切に確保されることができる。
光学フィルムのTN層は、1/4または1/2波長の位相遅延特性を有することができる。本明細書で用語「n波長の位相遅延特性」は、少なくとも一部の波長範囲内で、入射光をその入射光の波長のn倍ほど位相遅延させることができる特性を意味する。TN層が1/4波長の位相遅延特性を有する場合には、550nmの波長の光に対する前記TN層の面上位相差が110nm〜220nmまたは140nm〜170nm程度であることができる。また、前記TN層が1/2波長の位相遅延特性を有する場合、550nmの波長の光に対する前記TN層の面上位相差は、240nm〜350nmまたは250nm〜340nmの範囲内にあることができる。
例示的な光学フィルムにおいて、TN層の前記螺旋軸は、TN層の厚さ方向と平行に形成されている。用語「TN層の厚さ方向」は、前記TN層の最下部と最上部を最短距離で連結する仮想の線と平行な方向を意味することができる。一つの例示で、前記光学フィルムが後述のように基材層をさらに含み、前記TN層が前記基材層の一面に形成されている場合には、前記TN層の厚さ方向は、前記TN層が形成されている基材層の面と垂直した方向に形成された仮想の線と平行な方向である。また、本明細書で角度を定義しながら垂直、平行、直交または水平などの用語を使用する場合、これは目的とする効果を損傷させない範囲での実質的な垂直、平行、直交または水平を意味することで、例えば、製造誤差(error)または偏差(variation)などを考慮した誤差を含む。例えば、前記各々の場合は、約±15度以内の誤差、約±10度以内の誤差または約±5度以内の誤差を含むことができる。
TN層は、例えば、0.1μm〜10μmの範囲内の厚さを有することができる。前記厚さの他の下限は、0.5μm、1μmまたは1.5μmであり、他の上限は、9μm、8μm、7μm、6μm、5μmまたは4μmである。TN層の厚さを前記範囲で制御することで、光学的に位相差分散特性を調節することができる。
一つの例示で、TN層は、液晶高分子を含むことができる。例示的なTN層の製造方法は、重合性液晶化合物及び重合性または比重合性であるキラル剤(chiral agent)を含む組成物をコーティングし、前記キラル剤により液晶化合物の回転を誘導した状態で前記組成物を重合させて形成することができる。この場合、前記TN層は、重合された液晶高分子を含むことができる。
一つの例示的なTN層は、下記化学式1で表示される化合物を重合された形態で含むことができる。
化学式1で、Aは、単一結合、−COO−または−OCO−であり、R〜R10は、各々独立的に水素、ハロゲン、アルキル基、アルコキシ基、シアノ基、ニトロ基、−O−Q−Pまたは下記化学式2の置換基である。また、R〜R10のうち少なくとも一つは、−O−Q−Pまたは下記化学式2の置換基であり、前記Qは、アルキレン基またはアルキリデン基であり、Pは、アルケニル基、エポキシ基、シアノ基、カルボキシル基、アクリロイル基、メタクリロイル基、アクリロイルオキシ基またはメタクリロイルオキシ基である。
化学式2で、Bは、単一結合、−COO−または−OCO−であり、R11〜R15は、各々独立的に水素、ハロゲン、アルキル基、アルコキシ基、シアノ基、ニトロ基または−O−Q−Pである。また、R11〜R15のうち少なくとも一つは、−O−Q−Pであり、前記Qは、アルキレン基またはアルキリデン基であり、Pは、アルケニル基、エポキシ基、シアノ基、カルボキシル基、アクリロイル基、メタクリロイル基、アクリロイルオキシ基またはメタクリロイルオキシ基である。
化学式2で、Bの左側の「−」は、Bが化学式1のベンゼンに直接連結されることを意味する。
化学式1及び化学式1で用語「単一結合」は、AまたはBで表示される部分に別途の原子が存在しない場合を意味する。例えば、化学式1で、Aが単一結合の場合、Aの両側のベンゼンが直接連結されてビフェニル(biphenyl)構造を形成することができる。
化学式1及び化学式2で、ハロゲンでは、塩素、臭素またはヨウ素などを例示することができる。
化学式1及び化学式2で、アルキル基では、炭素数1〜20、炭素数1〜16、炭素数1〜12、炭素数1〜8または炭素数1〜4の直鎖状または分枝鎖状のアルキル基または炭素数3〜20、炭素数3〜16または炭素数4〜12のシクロアルキル基を例示することができる。また、前記アルキル基は、任意的に一つ以上の置換基により置換されることができる。
化学式1及び化学式2で、アルコキシ基では、炭素数1〜20、炭素数1〜16、炭素数1〜12、炭素数1〜8または炭素数1〜4のアルコキシ基を例示することができる。前記アルコキシ基は、直鎖状、分枝鎖状または環状であることができる。また、前記アルコキシ基は、任意的に一つ以上の置換基により置換されることができる。
化学式1及び化学式2で、アルキレン基またはアルキリデン基では、炭素数1〜12、炭素数4〜10または炭素数6〜9のアルキレン基またはアルキリデン基を例示することができる。アルキレン基またはアルキリデン基は、直鎖状、分枝鎖状または環状であることができる。アルキレン基またはアルキリデン基は、任意的に一つ以上の置換基により置換されることができる。
化学式1及び化学式2で、アルケニル基では、炭素数2〜20、炭素数2〜16、炭素数2〜12、炭素数2〜8または炭素数2〜4のアルケニル基を例示することができる。前記アルケニル基は、直鎖状、分枝鎖状または環状であることができる。また、前記アルケニル基は、任意的に一つ以上の置換基により置換されることができる。
前記アルキル基、アルコキシ基、アルケニル基、アルキレン基またはアルキリデン基に置換されることができる置換基では、アルキル基、アルコキシ基、アルケニル基、エポキシ基、シアノ基、カルボキシル基、アクリロイル基、メタクリロイル基、アクリロイルオキシ基、メタクリロイルオキシ基またはアリール基などを例示することができるが、これに限定されるものではない。
化学式1及び2で、Pは、アクリロイル基、メタクリロイル基、アクリロイルオキシ基またはメタクリロイルオキシ基であるか、アクリロイルオキシ基またはメタクリロイルオキシ基であることができ、他の例示では、アクリロイルオキシであることができる。
化学式1及び化学式2で、少なくとも一つ以上存在することができる−O−Q−Pまたは化学式2の残基は、例えば、R、RまたはR13の位置に存在することができ、例えば、1個または2個が存在することができる。また、前記化学式1の化合物または化学式2の残基で、O−Q−Pまたは化学式2の残基以外の置換基は、例えば、水素、ハロゲン、炭素数1〜4の直鎖状または分枝鎖状のアルキル基、炭素数4〜12のシクロアルキル基、シアノ基、炭素数1〜4のアルコキシ基、シアノ基またはニトロ基であることができ、好ましくは、塩素、炭素数1〜4の直鎖状または分枝鎖状のアルキル基、炭素数4〜12のシクロアルキル基、炭素数1〜4のアルコキシ基またはシアノ基であることができる。
液晶層に含まれることができるキラル剤(chiral agent)では、液晶性、例えば、ネマチック規則性を損傷させないで、目的とする回転を誘導することができるものであれば、特別に制限なしに使用することができる。液晶に回転を誘導するためのキラル剤は、分子構造中にキラリティー(chirality)を少なくとも含む必要がある。キラル剤では、例えば、1個または2個以上の不斉炭素(asymmetric carbon)を有する化合物、キラルアミンまたはキラルスルフォキシドなどのようにヘテロ原子上に不斉点(asymmetric point)を有する化合物、あるいはクムレン(cumulene)やビナフトール(binaphthol)などの軸不斉を有する光学活性な部位(axially asymmetric、optically active site)を有する化合物を例示することができる。キラル剤は、例えば、分子量が1,500以下の低分子化合物である。例えば、キラル剤では、市販のキラルネマチック液晶、例えば、キラルドーパント液晶S−811(Merck社製)またはLC756(BASF社製)などを使用することができる。
一つの例示で、光学フィルムは、基材層をさらに含み、TN層が前記基材層の一面に形成されていることができる。
基材層では、ガラスまたは透明プラスチック基材層などのような透明基材層を使用することができる。プラスチック基材層では、DAC(diacetyl cellulose)またはTAC(triacetyl cellulose)基材層のようなセルロース基材層;ノルボルネン誘導体樹脂基材層などのCOP(cyclo olefin copolymer)基材層;PMMA(poly(methyl methacrylate)基材層などのアクリル基材層;PC(polycarbonate)基材層;PE(polyethylene)またはPP(polypropylene)基材層などのようなオレフィン基材層;PVA(polyvinyl alcohol)基材層;PES(poly ether sulfone)基材層;PEEK(polyetheretherketone)基材層;PEI(polyetherimide)基材層;PEN(polyethylenenaphthatlate)基材層;PET(polyethyleneterephtalate)基材層などのようなポリエステル基材層;PI(polyimide)基材層;PSF(polysulfone)基材層;PAR(polyarylate)基材層またはフッ素樹脂基材層などを例示することができる。前記基材層は、例えば、シートまたはフィルム形状であることができる。
前記基材層には、必要に応じて低反射処理、反射防止処理、眩しさ防止処理及び/または高解像度防眩処理などのような多様な表面処理が行われていてもよい。
また、光学フィルムは、配向層をさらに含むことができる。用語「配向層」は、液晶層が形成される過程で整列均一性を改善または提供するか、液晶の導波器の整列を生成する表面整列特性を示す層を意味することができる。配向層は、例えば、パターン化されている複数の溝領域を提供する樹脂膜、光配向層またはラビング処理されているポリイミドなどのようなラビング処理膜などであることができる。配向層102は、例えば、光学フィルムが、図3に示したような基材層101を含む場合には、前記基材層101の表面、例えば、基材層101とTN層103との間に形成されることができる。場合によっては、別途の配向層を形成せずに、基材層を単純にラビングまたは延伸するか、その表面に親水性を付与することで基材層に配向性を付与する方式を使用することもできる。例えば、基材層が前記範囲の濡れ角を有する場合、配向層がなくても前記基材層は、TNの配向を目的とする範囲で制御することができる特性を示すことができる。
また、本発明は、前記のような光学フィルムを製造する方法に関する。前記製造方法は、例えば、ネマチック液晶化合物、キラル剤及び重合開始剤を含む液晶コーティング層に前記キラル剤のコーティング層の厚さによる濃度変化を誘導する段階と、前記キラル剤の濃度変化が誘発された状態で前記ネマチック液晶化合物を重合させる段階と、を含むことができる。
前記液晶コーティング層は、ネマチック液晶化合物、例えば、前記化学式1の化合物とキラル剤を重合開始剤とともに含むコーティング液(TN組成物)をコーティングして形成することができる。
TN組成物は、通常、一つ以上の溶媒を含むコーティング組成物の一部であることができる。コーティング組成物は、例えば、分散剤、酸化防止剤及びオゾン発生防止剤などの追加成分を任意に含むことができる。さらに、コーティング組成物は、所望によって、紫外線、赤外線または可視光線を吸収するために多様な染料及び顔料を含むことができる。一部の場合に、増粘剤及び充填剤のような粘度改質剤を添加することが適切であることができる。
TN組成物は、各種液体コーティング方法により適用されることができる。一部の具現様態で、コーティング後に、TN組成物は、TN層に重合されるか、または転換される。このような転換は、溶媒の蒸発、TN物質を整列するための加熱;TN組成物の架橋;または、例えば、化学線(actinic)照射のような熱の印加;紫外線、可視光線または赤外線などの光の照射及び電子ビームの照射、またはこれらの組み合わせまたは類似な技術を使用したTN組成物の硬化を含んだ多様な技術により達成されることができる。
一つの例示で、前記TN組成物は、前記化学式1の化合物、重合開始剤及びキラル剤を含むことができる。
重合開始剤では、例えば、熱または光によりラジカルを生成するラジカル開始剤を使用することができる。このようなラジカル開始剤は、ネマチック液晶化合物の重合または架橋を開始させるためのもので、前記化合物との相溶性に問題がない限り、この分野で公知された一般的な成分を適切に選択して使用することができる。ラジカル開始剤では、例えば、2−メチル−1−[4−(メチルチオ)フェニル]−2−(4−モルホリニル)−1−プロパノン(2−methyl−1−[4−(methylthio)phenyl]−2−(4−morpholinyl)−1−propanone)、2−ジメトキシ−1、2−ジフェニルエタン−1−オン(2−dimethoxy−1、2−diphenylethan−1−one)、1−ヒドロキシ−シクロヘキシル−フェニル−ケトン(1−hydroxy−cyclohexyl−phenyl−ketone)、トリアリールスルホニウムヘキサフルオロアンチモネート塩(Triaryl sulfonium hexafluoroantimonate salts)及びジフェニル(2、4、6−トリメチルベンゾイル)−ホスフィンオキシド(diphenyl(2、4、6−trimethylbenzoyl)−phosphineoxide)などから選択される1種または2種以上を使用することができるが、これに限定されるものではない。TN組成物は、前記ラジカル開始剤を液状化合物100重量部に対して、0.1重量部〜10重量部の割合で含むことができる。ラジカル開始剤の含量を前記のように調節することで、液晶化合物の効果的な重合及び架橋を誘導し、重合及び架橋後に残存開始剤による物性低下を防止することができる。本明細書において単位重量部は、特定しない限り、各成分の重量の割合を意味することができる。
キラル剤では、例えば、上述の種類の化合物を使用することができる。TN組成物は、キラル剤を液晶化合物100重量部に対して、0.1重量部〜10重量部の割合で含むことができる。キラル剤の含量を前記のように調節することで、効果的なキラル剤の濃度勾配誘導及び液晶化合物の重合を誘導することができる。
TN組成物は、必要に応じて溶媒をさらに含むことができる。溶媒では、例えば、クロロホルム、ジクロロメタン、テトラクロロエタン、トリクロロエチレン、テトラクロロエチレン、クロロベンゼンなどのハロゲン化炭化水素類;ベンゼン、トルエン、キシレン、メトキシベンゼン、1,2−ジメトキシベンゼンなどの芳香族炭化水素類;メタノール、エタノール、プロパノール、イソプロパノール、アセトン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、シクロヘキサノン、シクロペンタノンなどのアルコール類;メチルセロソルブ、エチルセロソルブ、ブチルセロソルブなどのセロソルブ類;ジエチレングリコールジメチルエーテル(DEGDME)、ジプロピレングリコールジメチルエーテル(DPGDME)などのエーテル類などを挙げることができる。また、前記溶媒の含量は、特別に限定されず、コーティング効率や乾燥効率などを考慮して適切に選択することができる。
また、前記TN組成物は、界面活性剤をさらに含むことができる。前記界面活性剤は、液晶表面に分布して表面を均一にすると共に、液晶配向を安定化させてTN層の形成後にフィルム表面を滑らかに維持することができるようにし、その結果、外観品質を向上させることができる。
界面活性剤では、例えば、フルオルカーボン系列の界面活性剤及び/またはシリコーン系列の界面活性剤を使用することができる。フルオルカーボン系列の界面活性剤では、3M社製であるフルオラド(Fluorad)FC4430TM、フルオラドFC4432TM、フルオラドFC4434TMとDupont社製であるゾニル(Zonyl)などを使用することができ、シリコーン系列の界面活性剤では、BYK−Chemie社製であるBYKTMなどを使用することができる。界面活性剤の含量は、特別に限定されず、コーティング効率や乾燥効率などを考慮して適切に選択することができる。
TN組成物を塗布して液晶コーティング層を形成した後、例えば、キラル剤の濃度勾配を誘導した状態で、液晶化合物を重合させてTN層を形成することができる。
一つの例示で、TN層の形成は、TN組成物の塗布層に相対的に弱い紫外線を照射し、キラル剤の濃度勾配を形成し、濃度勾配が形成されている塗布層に相対的に強い紫外線を照射し、組成物の成分を重合させることを含むことができる。
TN組成物の塗布層に相対的に弱い強度の紫外線を所定温度で照射する場合、塗布層内でキラル剤の濃度勾配、すなわち、塗布層内で所定方向に沿ってキラル剤の濃度の変化を誘導することができる。一つの例示で、前記キラル剤の濃度勾配は、塗布層の厚さ方向に沿って形成されていてもよい。キラル剤の濃度勾配を形成した紫外線の照射は、例えば、40℃〜80℃、50℃〜70℃または約60℃前後の温度範囲で行われることができる。 また、前記濃度勾配の形成のための紫外線の照射は、A領域の波長の紫外線を約10mJ/cm〜500mJ/cmの光量で照射して行われることができる。より効果的な濃度勾配の形成のために前記光量は、約50mJ/cm〜400mJ/cm、約50mJ/cm〜300mJ/cm、約50mJ/cm〜200mJ/cm、約50mJ/cm〜150mJ/cmまたは約75mJ/cm〜125mJ/cm程度に調節されることができる。
濃度勾配を形成した後、組成物の成分を重合させるに十分な量の紫外線を照射してTN層を形成することができる。前記紫外線の照射によって塗布層は、形成されたキラル剤の濃度勾配によって液晶が異なるピッチを有する状態に固定され、TN領域が形成されることができる。前記強い紫外線の照射の条件は、組成物の成分の重合が十分に進行される程度に行われる限り、特別に限定されない。1つの例示で、前記紫外線の照射は、約0.5J/cm〜10J/cmの光量で照射して行われることができる. この時、照射される紫外線の波長は、重合が十分に進行される程度に行われる限り、特別に限定されず、例えば、紫外線A〜V領域の光が照射されることができる。
1つの例示で、前記TN組成物の塗布層は、適切な基材層上に形成されることができる。
一つの例示で、前記TN組成物の塗布層は、基材層に形成された配向層上に形成されることができる。
前記配向層は、例えば、基材層にポリイミドなどの高分子膜を形成してラビング処理するか、光配向性化合物をコーティングし、直線偏光の照射などを通じて配向処理する方式、またはナノインプリンティング方式などのようなインプリンティング方式で形成することができる。
前記のようなTN層を含む光学フィルムは、その自体としてまたは他の要素と組み合わせて多様な用途に適用されることができる。
本発明は、前記光学フィルム及び他の要素を含む光学積層体に関する。
このような光学積層体は、例えば、LCDやOLEDなどに適用されるか、立体映像の具現またはその品質の改善に適用されることができる。
一つの例示で、前記光学積層体は、前記他の要素として位相差フィルムを含むことができる。位相差フィルムでは、特別な制限なしに用途に応じて多様な要素を選択することができる。位相差フィルムでは、例えば、いわゆるHWP(Half Wave Plate)またはQWP(Quarter Wave Plate)などで公知されたAプレートを使用することができる。前記位相差フィルムは、延伸などによって位相差が付与された高分子フィルムであるか、あるいは液晶フィルムであることができる。
光学積層体が前記光学フィルムと位相差フィルムを含む場合に、前記光学フィルムのTN層の液晶の光軸と位相差フィルムの遅相軸は、適用用途に応じて多様に設定されることができる。
例えば、前記積層体で位相差フィルムの遅相軸とTN層で前記位相差フィルムと一番隣接して位置されたネマチック液晶化合物の光軸が成す角度は、約5度〜90度または約10度〜70度の範囲内にある。
一つの例示で、前記光学積層体は、偏光層をさらに含むことができる。
このような光学積層体は、例えば、図4に示したように、偏光層401、位相差フィルム402及び光学フィルム403を順次に含むことができる。
前記のような構造で、前記偏光層401の光吸収軸と前記位相差フィルム402の遅相軸が成す角度は、10度〜20度の範囲内にあることができる。また、前記位相差フィルム402の遅相軸と前記光学フィルム403のTN層で前記位相差フィルムと一番隣接して位置したネマチック液晶化合物の光軸が成す角度は、8度〜16度の範囲内にあることができる。前記のような構造で、TN層のねじれ角が36度〜50度の範囲内にあることができる。このような構造の光学積層体は、多様な用途に適用されることができ、例えば、OLEDの反射防止用偏光板などで使用されることができる。
他の例示で、前記光学積層体は、図5に示したように、順次配置された偏光層401、前記光学フィルム403及び前記位相差フィルム402を含むことができる。
このような関係では、前記偏光層401の光吸収軸と前記位相差フィルム402の遅相軸はお互いに垂直であるか水平であることができる。
前記位相差フィルム402の遅相軸と偏光層401の光吸収軸が垂直する場合には、前記光学フィルム403のTN層で前記位相差フィルムに一番近い液晶化合物の光軸が前記位相差フィルム402の遅相軸と成す角度は、約50度〜約70度または約55度〜約67度の範囲内にあることができる。また、このような場合に、TN層のねじれ度は、約10度〜約30度の範囲内にあることができる。
また、前記位相差フィルム402の遅相軸と偏光層401の光吸収軸が水平した場合には、前記光学フィルム403のTN層で前記位相差フィルムに一番近い液晶化合物の光軸が前記位相差フィルム402の遅相軸と成す角度は、約15度〜約35度または約17度〜約32度の範囲内にあることができる。また、このような場合に、TN層のねじれ角は、約60度〜約85度の範囲内にあることができる。このような構造の光学積層体は、多様な用途に適用されることができ、例えば、OLEDの反射防止用偏光板などで使用されることができる。
他の例示で、前記光学積層体は、前記他の要素として偏光層を含むことができる。このような場合に、偏光層では、吸収型偏光層または反射型偏光層が適用されることができる。前記使用できる吸収型または反射型偏光層の種類は、特別に限定されない。例えば、吸収型偏光層では、公知のPVA(polyvinyl alcohol)フィルム系列の偏光層が使用可能であり、反射型偏光層では、LLC(Lyotrophic Liquid Crystal)またはCLC(Cholesteric Liquid Crystal)で製造されたものや、いわゆるDBEF(Dual Brightness Enhancement Film)またはWGP(Wire Grid Polarizer)で公知されているフィルムを使用することができる。
図6は、例示的な光学積層体の断面図として、偏光層601と、その偏光層601の一面に配置された前記光学フィルム602と、を含む場合を示している。前記偏光層601は、上述のように反射型または吸収型偏光層であることができる。
このように偏光層を含む場合に、光学フィルムで前記TN層で前記偏光層と一番近い液晶化合物の光軸と前記偏光層の光吸収軸または光反射軸が成す角度は、5度〜15度の範囲内であるか、95度〜105度の範囲内にあることができる。また、前記TN層のねじれ角が80度〜100度の範囲内にあってもよい。
他の例示で、前記光学積層体は、吸収型偏光層と反射型偏光層を同時に含むことができる。図7は、前記光学積層体の例示的な構造として、吸収型偏光層6011、反射型偏光層6022及び前記光学フィルム602が順次配置された場合を示している。図7に示した構造と異なり、吸収型偏光層6011が反射型偏光層6022に比べて光学フィルム602に隣接して配置されてもよい。
前記のような場合に、吸収型偏光層の光吸収軸と反射型偏光板の光反射軸は、お互いに平行である。このような場合に、TN層で前記吸収型または反射型偏光層と一番近い液晶化合物の光軸と前記偏光層の光吸収軸または光反射軸が成す角度は、5度〜15度の範囲内であるか、95度〜105度の範囲内にあることができる。また、前記TN層のねじれ角度が80度〜100度の範囲内にあってもよい。
このような構造の光学積層体は、例えば、OLEDまたは反射型LCDでの反射防止フィルムや、LCDでの輝度向上フィルムに利用されることができる。
前記のような光学積層体は、本発明の光学フィルムと前記偏光層または位相差フィルムなどを粘着剤または接着剤を使用して積層するか、あるいは上述のTN組成物を直接前記偏光層または位相差フィルムなどにコーティングしてコーティング層を形成した後に重合させて製造してもよい。
また、本発明は、ディスプレイ装置に関する。例示的なディスプレイ装置は、前記光学フィルムまたは光学積層体を含むことができる。
光学積層体を含む前記ディスプレイ装置の具体的な種類は、特別に限定されない。前記装置は、例えば、LCDまたはOLEDなどであることができる。
ディスプレイ装置において、前記光学フィルムまたは光学積層体の配置形態は、特別に限定されず、例えば、公知の形態を採用することができる。例えば、このような装置で、前記光学フィルムまたは光学積層体が光特性を変更するか、反射防止効果のために適用される場合に、前記ディスプレイ装置の前面またはOLEDの反射電極層などと隣接して配置されることができる。また、LCDなどにおいて、輝度向上フィルムに適用される場合には、前記光学フィルムまたは光学積層体は、ディスプレイパネルと光源の間に位置してもよい。
本発明は、液晶層内の液晶化合物の配向状態を制御することで、単一層であると共に薄い厚さでも前記液晶層がいわゆる逆波長分散特性を示すようにする。このような液晶層を含む光学フィルムは、LCD(Liquid Crystal Display)またはOLED(Organic Light Emitting Device)などのディスプレイ装置で光変調特性を示すか、光利用効率を改善することができる光学素子または立体映像の具現及びその品質の改善のための素子などの多様な用途で使用されることができる。
図1は、液晶化合物の配向を説明するための概念図である。 図2は、液晶化合物の配向を説明するための概念的なグラフである。 図3は、光学フィルムの例示的な断面図である。 図4は、光学積層体の多様な構造を示した断面図である。 図5は、光学積層体の多様な構造を示した断面図である。 図6は、光学積層体の多様な構造を示した断面図である。 図7は、光学積層体の多様な構造を示した断面図である。 図8は、実施例及び比較例の波長分散特性を比較した図である。
以下、実施例及び比較例を通じて前記光学フィルムを具体的に説明するが、前記フィルムは下記提示された実施例に限定されるものではない。
製造例:液晶組成物の製造
次のような方式で液晶組成物を製造した。通常的にCLC(Choresteric Liquid Crystal)の製造に適用されるもので公知されたMerck社のRM(Reactive Mesogen)であるRM1230(キラル剤(chiral dopant)不込み組成)とRM1231(キラル剤(chiral dopant)含み組成)を1:1の重量の割合で混合し、これをトルエンとシクロヘキサノンの混合溶媒(混合重量の割合=7:3(トルエン:シクロヘキサノン))に、固形分が約40重量%になるように混合した。次いで、ラジカル開始剤として最大吸収波長が280nm〜320nmの範囲内にある光重合開始剤(Irgacure 907)をRMの固形分の3重量%の割合で配合し、また、最大吸収波長が360nm〜400nmの範囲内にある光重合開始剤(Darocure TPO)をRMの固形分の0.4重量%の割合で配合した。その後、約60℃の温度で1時間程度加熱した後、充分に冷やして均一な溶液を製造した。
実施例1
PET(poly(ethylene terephtalate))フィルムの一表面に公知のラビング配向膜を形成した後、前記配向膜上に前記製造された液晶組成物をワイヤバーNo.6を使用してコーティングし、100℃で約2分間乾燥させた。その後、紫外線照射装備(TLK40W/10R、Philips社製)を使用して前記コーティング層に、約60℃の温度で350nm〜400nm範囲の波長を有する紫外線を、約100mJ/cmの光量で照射し、キラル剤の濃度勾配を誘導した。その後、濃度勾配が誘導されたコーティング層に、紫外線照射装備(Fusion UV、400W)でRMの重合が充分に行われるように強い紫外線を1mJ/cm以上の光量で照射し、厚さが約3μm程度であるTN層を形成した。光学偏光顕微鏡(Leica社製)で確認した結果、前記TN層のねじれ角は、約90度で、図2の202と同一な非線形特性を示した。
比較例1
紫外線照射装備(TLK40W/10R、Philips社製)を使用し、前記コーティング層に約60℃の温度で350nm〜400nm範囲の波長を有する紫外線を、約100mJ/cmの光量で照射する過程を省略し、すぐコーティング層に紫外線照射装備(Fusion UV、400W)でRMの重合が充分に行われるように強い紫外線を1mJ/cm以上の光量で照射し、厚さが約3μm程度である液晶層を形成したこと以外は、実施例1と同一に液晶層を形成した。光学偏光顕微鏡(Leica社製)で確認した結果、前記TN層のねじれ角は、約90度で、図2の201と同一な線形特性を示した。
物性評価
実施例及び比較例で各々製造された液晶フィルムの液晶層に対して、Axoscan(Axometrics社製)装備を使用して波長分散特性を確認し、その結果を図8に示した。図8のように、実施例と比較例の光学フィルムは、同一なねじれ角を有するが、キラル剤の濃度勾配誘導を通じて非線形グラフ特性を示す実施例1は、いわゆる逆波長分散特性が具現されるが、比較例1の光学フィルムは、正波長特性が具現されていることを確認した。図8で実施例の結果は、R(650)/R(550)が1より大きい場合である。また、このように実施例1の光学フィルムは、逆波長分散特性を通じて1/4波長板または1/2波長板などが要求される多様な用途に適用されて優秀な特性を発揮することができることを確認した。
101:基材層
102:配向層
103:TN層
201:線形グラフ
202:非線形グラフ
401、601:偏光層
402:位相差フィルム
403、602:光学フィルム
6011:吸収型偏光層
6022:反射型偏光層

Claims (20)

  1. コレステリック配向されたネマチック液晶化合物を含み、
    厚さが前記コレステリック配向されたネマチック液晶化合物のピッチ未満であり、ねじれ角が50度〜300度の範囲内にある液晶層を含み、
    前記液晶層は、下記数式1を満足する光学フィルム。
    (数1)
    R(650)/R(550)>R(550)/R(550)>R(450)/R(550)
    数式1で、R(650)は、650nm波長の光に対する前記液晶層の面上位相差であり、R(550)は、550nm波長の光に対する前記液晶層の面上位相差であり、R(450)は、450nm波長の光に対する前記液晶層の面上位相差である。
  2. R(650)/R(550)が1.01〜1.19の範囲内にあり、R(450)/R(550)が0.81〜0.99の範囲内にある請求項1に記載の光学フィルム。
  3. 液晶層の厚さをX軸とし、該厚さに存在する液晶化合物の光軸と液晶層の最下部(Xが0である位置)に存在する液晶化合物の光軸が成す角度をY軸として図示したグラフが、非線形グラフを示す請求項1または2に記載の光学フィルム。
  4. グラフは、傾斜が液晶層の厚さの増加に沿って増加する部位を含む請求項3に記載の光学フィルム。
  5. 液晶層の550nmの波長の光に対する面上位相差が、110nm〜220nmの範囲内または240nm〜350nmの範囲内にある請求項1から4のいずれか1項に記載の光学フィルム。
  6. 液晶層は、厚さが0.1μm〜10μmの範囲内である請求項1から5のいずれか1項に記載の光学フィルム。
  7. 液晶層は、キラル剤をさらに含む請求項1から6のいずれか1項に記載の光学フィルム。
  8. 液晶層の一面に形成される基材層をさらに含む請求項1から7のいずれか1項に記載の光学フィルム。
  9. 請求項1から8のいずれか1項に記載の光学フィルムと、
    前記光学フィルムの一側に配置されている位相差フィルムと、
    を含む光学積層体。
  10. 位相差フィルムの遅相軸と前記光学フィルムの液晶層で前記位相差フィルムと一番隣接して位置されたネマチック液晶化合物の光軸が成す角度が、5度〜90度の範囲内にある請求項9に記載の光学積層体。
  11. 偏光層をさらに含む請求項9に記載の光学積層体。
  12. 偏光層、位相差フィルム及び光学フィルムを順次含み、前記偏光層の光吸収軸と前記位相差フィルムの遅相軸が成す角度が、10度〜20度の範囲内にあり、前記位相差フィルムの遅相軸と前記光学フィルムの液晶層で前記位相差フィルムと一番隣接して位置したネマチック液晶化合物の光軸が成す角度が、8度〜16度の範囲内にある請求項9または10に記載の光学積層体。
  13. 液晶層のねじれ角が、36度〜50度の範囲内にある請求項12に記載の光学積層体。
  14. 偏光層、位相差フィルム及び光学フィルムを順次含み、前記位相差フィルムの遅相軸と偏光層の光吸収軸は垂直を成し、前記光学フィルムの液晶層で前記位相差フィルムに一番近い液晶化合物の光軸が前記位相差フィルムの遅相軸と成す角度は、50度〜70度の範囲内にある請求項9に記載の光学積層体。
  15. 液晶層のねじれ角は、10度〜30度の範囲内にある請求項14に記載の光学積層体。
  16. 偏光層、位相差フィルム及び光学フィルムを順次含み、前記位相差フィルムの遅相軸と偏光層の光吸収軸は、水平であり、前記光学フィルムの液晶層で前記位相差フィルムに一番近い液晶化合物の光軸が前記位相差フィルムの遅相軸と成す角度は、15度〜35度の範囲内にある請求項9に記載の光学積層体。
  17. 液晶層のねじれ角は、60度〜85度の範囲内にある請求項16に記載の光学積層体。
  18. ネマチック液晶化合物、キラル剤及び重合開始剤を含む液晶コーティング層に前記キラル剤のコーティング層の厚さによる濃度変化を誘導する段階と、
    前記キラル剤の濃度変化が誘発された状態で前記ネマチック液晶化合物を重合させる段階と、
    を含む請求項1に記載の光学フィルムの製造方法。
  19. 濃度変化の誘導及び液晶化合物の重合段階は、紫外線A領域の紫外線を40℃〜80℃の温度で、10mJ/cm〜500mJ/cmの光量で液晶コーティング層に照射する過程及び紫外線を0.5J/cm〜10J/cmの光量でキラル剤の濃度変化がある液晶コーティング層に照射する過程を含む請求項18に記載の光学フィルムの製造方法。
  20. 請求項1に記載の光学フィルムまたは請求項9の記載の光学積層体を含むディスプレイ装置。
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