JP7164124B2 - 偏光板、液晶パネルおよびディスプレイ装置 - Google Patents

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Description

関連出願との相互引用
本出願は2018年10月18日付韓国特許出願第10-2018-0124554号に基づいた優先権の利益を主張し、当該韓国特許出願の文献に開示された全ての内容は本明細書の一部として含まれる。
本発明は、偏光板、液晶パネルおよびディスプレイ装置に関するものである。
液晶表示装置は液晶のスイッチング効果による偏光を可視化するディスプレイであって、コンピュータ、ノートパソコン、電子時計、携帯用端末器などの中小型ディスプレイだけでなく大型TVに至るまで多様な範疇で使用されている。
現在ディスプレイ装置用として量産実用化されている偏光板の相当数はポリビニルアルコール系フィルムをヨードや二色性染料などの二色性物質で染色し、ホウ素化合物で架橋させた後、延伸配向させて成される偏光フィルム(偏光子)の両面あるいは片面に光学的に透明でありまた機械的強度を有する保護フィルムを接合したものが用いられている。
しかし、延伸されたポリビニルアルコール系フィルムは、高温高湿のような耐久条件(durability condition)下で収縮変形が起こりやすいという問題点がある。偏光子が変形されれば、その応力が保護フィルムおよび液晶セルに影響を与えて歪みが発生するようになり、結果的にこれを含む偏光板の物性変化、液晶表示装置での光漏れ現象を招くなどの問題が発生する。
本発明は、高い表面硬度と優れた耐スクラッチ性と共に安定した内部構造を有するだけでなく、細部構成層熱収縮率などが調節され良好な歪みバランス(balance)を有しながら安定した内部構造を実現してクラックを防止することができ、液晶表示装置の光漏れ現象を防止することができる偏光板を提供するためのものである。
また本発明は、前記偏光板を含む液晶パネルおよびディスプレイ装置をそれぞれ提供するためのものである。
本明細書では、偏光子と、前記偏光子を中心にして対向するように位置する10um以下の厚さを有する第1ハードコーティング層および光透過性基材を含む偏光板が提供される。
また、本明細書では、偏光子と前記偏光子を中心にして対向するように位置する10um以下の厚さを有する第1ハードコーティング層および反射防止フィルムを含み、前記反射防止フィルムは光透過性基材および第2ハードコーティング層を含み、前記第2ハードコーティング層の波長400nmでの透過率(a)/第2ハードコーティング層の波長500nmでの透過率(b)の比率(a/b)が0.95以下、または0.85~0.95である、偏光板が提供される。
また本明細書では、偏光子と、前記偏光子を中心にして対向するように位置する10um以下の厚さを有する第1ハードコーティング層および光透過性基材を含み、前記光透過性基材で互いに垂直な2個の方向に対する熱収縮力の比率が特定範囲である、偏光板が提供される。
また本明細書では、偏光子と、前記偏光子を中心にして対向するように位置する10um以下の厚さを有する第1ハードコーティング層および光透過性基材を含み、60℃~100℃の温度範囲で前記光透過性基材の第1方向の熱収縮力に対する前記第1方向と垂直な前記光透過性基材の第2方向の熱収縮力の比率が0.6~1.5である偏光板が提供される。
また本明細書では、前記偏光板が液晶セルの少なくとも一面に形成される液晶パネルが提供される。
また本明細書では、前記偏光板を含むディスプレイ装置が提供される。
以下、発明の具体的な実施形態による偏光板、液晶パネルおよびディスプレイ装置についてより具体的に説明する。
本発明において、第1、第2などの用語は多様な構成要素を説明することに使用され、前記用語は一つの構成要素を他の構成要素から区別する目的としてのみ使用される。
また、(メタ)アクリル[(meth)acryl]は、アクリル(acryl)およびメタクリル(methacryl)の両方ともを含む意味である。
また、中空構造の無機ナノ粒子とは、無機ナノ粒子の表面および/または内部に空の空間が存在する形態の粒子を意味する。
また、(共)重合体は共重合体(co-polymer)および単独重合体(homo-polymer)の両方ともを含む意味である。
発明の一実施形態によれば、偏光子と、前記偏光子を中心にして対向するように位置する10um以下の厚さを有する第1ハードコーティング層および反射防止フィルムを含み、前記反射防止フィルムは光透過性基材および第2ハードコーティング層を含み、前記第2ハードコーティング層の波長400nmでの透過率(a)/第2ハードコーティング層の波長500nmでの透過率(b)の比率(a/b)が0.95以下、または0.85~0.95である、偏光板を提供することができる。
以前に知られた偏光板は偏光子を中心にして両側にトリアセチルセルロース(TAC)フィルムなどが位置する構造を有したのに反し、前記実施形態の偏光板は一側に前述の特性を有する光透過性基材および第2ハードコーティング層を含む反射防止フィルムが位置し、他の一側に10um以下の厚さを有する第1ハードコーティング層が位置して、より薄い厚さを実現しながらも細部層間の熱収縮率および熱収縮力などを適切に調節することができ、堅固な内部構造を実現することができ、PVAフィルムなどの偏光子側への水分伝達を遮断することができ、偏光板の全体厚さを低めることができる。
前記実施形態の偏光板は10um以下の厚さを有する第1ハードコーティング層を含んで相対的に低い厚さを有するようになり、これにより全体硬度が低まることがあり、そのために所定の厚さを有する反射防止フィルムは前記偏光子の反対面に備える。
この時、前記反射防止フィルムの厚さが高まることによって、内部構造や層間結合力が弱まることがあり、これを防止するために第2ハードコーティング層の波長400nmでの透過率(a)/第2ハードコーティング層の波長500nmでの透過率(b)の比率(a/b)が0.95以下、または0.85~0.95である条件を満足する第2ハードコーティング層を備え、紫外線に対する耐光安定性を増加させることができ、フィルムの長期保管安定性をより向上させることができる。
より具体的に、第2ハードコーティング層の波長400nmでの透過率(a)/第2ハードコーティング層の波長500nmでの透過率(b)の比率(a/b)が0.95以下、または0.85~0.95である条件を満足する第2ハードコーティング層を含むことによって、前記偏光板に対する耐光付着テストや厚さによる硬度実験結果で優れた効果が実現されるという点が確認された。
具体的に、前記第2ハードコーティング層は前記a/bが0.95以下を満足しながら、波長500nmで98%~100%の透過率を有することができ、波長400nmで85%~95%の透過率を有することができる。
前記第2ハードコーティング層の波長400nmでの透過率(a)/第2ハードコーティング層の波長500nmでの透過率(b)の比率(a/b)が0.95以下、または0.85~0.95である条件を満足する第2ハードコーティング層の特性は、前記第2ハードコーティング層のバインダー樹脂の組成やこれに含まれる他の成分、例えば有機粒子または無機粒子などの種類や含量などによって決定することもでき、前記ハードコーティング層製造時に使用される開始剤や添加剤などの種類や含量によって変わることもある。
より具体的に、前記第2ハードコーティング層が380nm~400nmの波長帯の光を95%以上吸収する開始剤を含む組成物から形成されることによって、前記第2ハードコーティング層は第2ハードコーティング層の波長400nmでの透過率(a)/第2ハードコーティング層の波長500nmでの透過率(b)の比率(a/b)が0.95以下、または0.85~0.95である条件を満足することができる。
前記“380nm~400nmの波長帯の光を95%以上吸収する開始剤”の種類が大きく限定されるのではないが、ホスフェート(Phostphate)系化合物、ベンゾフェノン系化合物などを使用することができる。このような開始剤の商用製品の例としては、IRG819またはIRG369などが挙げられる。
一方、前記実施形態の偏光板は、60℃~100℃の温度範囲で前記光透過性基材の第1方向の熱収縮力に対する前記第1方向と垂直な前記光透過性基材の第2方向の熱収縮力の比率が0.6~1.5、または0.7~1.3、または0.8~1.2、または0.9~1.1を満足する光透過性基材を含むことができる。
偏光板の偏光子保護フィルムとして多く使用されているトリアセチルセルロース(TAC)フィルムは耐水性が弱くて高温/高湿環境で歪むことがあり、光漏れなどの不良を誘発するのに反し、本発明者らは前記実施形態の偏光板では前述の特性を有する光透過性基材を使用することによって高温高湿条件で長時間晒されても物性や形態に大きな変化がない耐久性を確保することができるという点を実験を通じて確認して発明を完成した。
前記実施形態の偏光板は60℃~100℃の温度範囲で前記光透過性基材の第1方向の熱収縮力に対する前記第1方向と垂直な前記光透過性基材の第2方向の熱収縮力の比率が0.6~1.5、または0.7~1.3、または0.8~1.2、または0.9~1.1を満足する光透過性基材を含むことによって、前記偏光板は製造過程で60℃以上の温度が加えられる場合にも細部層間の熱収縮率などが調節され偏光板の歪みバランス(balance)も良好であったことが確認され、偏光板のクラックを防止することができ、液晶表示装置の光漏れ現象を防止することができる。
より具体的に、前記光透過性基材が60℃~100℃の温度範囲で前記光透過性基材の第1方向の熱収縮力に対する前記第1方向と垂直な前記光透過性基材の第2方向の熱収縮力の比率が0.6~1.5、または0.7~1.3、または0.8~1.2、または0.9~1.1であるという条件を満足することによって、高温高湿下で応力伝達が均一に伝播されて偏光板歪みが改善され、細部層間の密着力がより向上され堅固になり得る。
これに反し、60℃~100℃の温度範囲で前記光透過性基材の第1方向の熱収縮力に対する前記第1方向と垂直な前記光透過性基材の第2方向の熱収縮力の比率が過度に小さい場合、高温高湿での応力伝達が不均一に発生して細部層間の密着力が下落し、偏光板にクラックが発生し、液晶表示装置の光漏れ現象が現れることがある。
また、60℃~100℃の温度範囲で前記光透過性基材の第1方向の熱収縮力に対する前記第1方向と垂直な前記光透過性基材の第2方向の熱収縮力の比率が過度に大きい場合、高温高湿での応力伝達が不均一に発生して細部層間の密着力が下落し、偏光板にクラックが発生し、液晶表示装置の光漏れ現象が現れて技術的に不利なこともある。
一方、前述のように、前記光透過性基材は60℃~100℃の温度範囲で前記光透過性基材の第1方向の熱収縮力に対する前記第1方向と垂直な前記光透過性基材の第2方向の熱収縮力の比率が0.6~1.5であってもよく、前記光透過性基材の厚さおよび各方向でのモジュラスなどの要因によって、60℃~100℃の温度範囲で前記光透過性基材の第1方向の熱収縮率に対する前記第1方向と垂直な前記光透過性基材の第2方向の熱収縮率の比率が0.4~4、または0.8~2であってもよい。
60℃~100℃の温度範囲で前記光透過性基材の第1方向の熱収縮率に対する前記第1方向と垂直な前記光透過性基材の第2方向の熱収縮率の比率が0.4~4、または0.8~2であることによって、前記光透過性基材を含む偏光板は製造過程で60℃以上の温度が加えられる場合にも細部層間の熱収縮率などの偏差がそんなに大きくなくなり、これによって偏光板の歪みバランス(balance)が良好になり、偏光板のクラックおよび液晶表示装置の光漏れ現象を防止することができる。
60℃~100℃の温度範囲で前記光透過性基材の第1方向の熱収縮率に対する前記第1方向と垂直な前記光透過性基材の第2方向の熱収縮率の比率が過度に小さい場合、高温高湿での応力伝達が不均一に発生して細部層間の密着力が下落し、偏光板にクラックが発生し、液晶表示装置の光漏れ現象が現れることがある。
また、60℃~100℃の温度範囲で前記光透過性基材の第1方向の熱収縮率に対する前記第1方向と垂直な前記光透過性基材の第2方向の熱収縮率の比率が過度に大きい場合、例えば前記比率が4を超過する場合、高温高湿での応力伝達が不均一に発生して細部層間の密着力が下落し、偏光板にクラックが発生し、液晶表示装置の光漏れ現象が現れて技術的に不利なこともある。
前記光透過性基材の第1方向の熱収縮力および第2方向の熱収縮力それぞれは、60℃~100℃の温度に10分~300分間晒して測定することができる。
前記光透過性基材の第1方向の熱収縮率および第2方向の熱収縮率それぞれは、60℃~100℃の温度に10分~100分間晒して測定することができる。
前記光透過性基材の第1方向は前記光透過性基材のMD方向(Machine Direction)であり、前記光透過性基材の第2方向は前記光透過性基材のTD方向(Transverse Direction)であってもよい。
前記光透過性基材は、300nm以上の波長で透過率が50%以上であってもよい。
また、前記実施形態の偏光板は60℃~100℃の温度範囲で前記光透過性基材の第1方向および第2方向間の熱収縮力または熱収縮率の比率関連条件を満足する光透過性基材を含むと同時に、前記偏光板の前記光透過性基材とは反対側面に10um以下の厚さを有する第1ハードコーティング層を含んで、より薄い厚さを実現しながらも細部層間の熱収縮率および熱収縮力などが適切に調節でき、堅固な内部構造を実現することができる。
前述のように、前記偏光子と対向するように前記光透過性基材の一面に形成される反射防止フィルムを含むことができる。
前記実施形態の偏光板100の一例を図1に示した。図1に示された偏光板100は偏光子20と、前記偏光子を中心にして対向するように位置する10um以下の厚さを有する第1ハードコーティング層30および反射防止フィルムを含み、前記反射防止フィルムは光透過性基材10と前記光透過性基材10の一面に形成された反射防止フィルム40を含む。
前記光透過性基材は、波長400nm~800nmで測定される厚さ方向のリタデーション(Rth)が3,000nm以上であってもよい。
前記光透過性基材のリタデーションを3,000nm以上、4,000~15,000nm、または5,000~10,000nmに制御することによって相殺干渉によるレインボー現象が抑制され、セルロースエステル系フィルムに準じて画像表示装置の視認性を向上させることができる。
前記リタデーションは、光透過性基材の面内で最も屈折率が大きい方向である遅相軸方向の屈折率(n)、前記遅相軸方向と直交する方向である進相軸方向の屈折率(n)、および前記光透過性基材の厚さd(単位:nm)を、下記数式1に代入して計算したものであってもよい。
[数式1]
Re=(n-n)Хd
また、このようなリタデーションは、例えば自動複屈折計(KOBRA-WR、測定角:0°、測定波長:548.2nm)を用いて測定された値であってもよい。または、前記リタデーションは次の方法でも求めることができる。先ず、2枚の偏光板を用いて前記光透過性基材の配向軸方向に備え、配向軸方向に対して直交する二つの軸屈折率(n、n)をAbbe式屈折率計(NAR-4T)によって求める。この時、より大きい屈折率を示す軸を遅相軸と定義する。また、前記光透過性基材の厚さを例えば電気マイクロメータを用いて測定し、先に得られた屈折率を用いて屈折率差(n-n)(以下、n-nをΔnという)を算出し、この屈折率差Δnと光透過性基材の厚さd(nm)との積によってリタデーションを求めることができる。
前記光透過性基材のリタデーションが3000nm以上であるので、屈折率差(Δn)は0.05以上、0.05~0.20、または0.08~0.13であり得る。前記屈折率差(Δn)が0.05未満であれば、前述のリタデーション値を得るために必要な前記光透過性基材の厚さが厚くなることがある。一方、屈折率差Δnが0.20を超過すれば、延伸倍率を過度に高める必要が発生するので、前記光透過性基材が破れて破壊されやすくて工業材料としての実用性が顕著に低下することがあり、耐湿熱性が低下することがある。
前記光透過性基材の遅相軸方向での屈折率(n)は、1.60~1.80または1.65~1.75であってもよい。一方、前記面内に複屈折率を有する光透過性基材の進相軸方向での屈折率(n)は、1.50~1.70、または1.55~1.65であってもよい。
一方、前記光透過性基材としては、耐水性に優れて光漏れ現象を誘発する可能性が殆どなく、機械的物性に優れたポリエチレンテレフタレート(PET)フィルムを使用することができる。
一方、前記光透過性基材は、波長400nm~800nmで測定される厚さ方向のリタデーション(Rth)が3,000nm以上でありながら低い水分透過特性を有することができる。より具体的に、前記光透過性基材は、40゜C、湿度100%条件で24時間の水分透過量を測定した時、水分透過量が100g/m以下、または10~100g/mであり得る。
一方、前記光透過性基材の厚さが大きく限定されるのではないが、10~150μm、20~120μm、または30~100μmであってもよい。前記光透過性基材の厚さが10μm未満であれば前記第1ハードコーティング層の厚さより過度に薄くて歪みが発生し、光透過性基材の柔軟性が低下して工程を制御しにくいこともある。また、前記光透過性基材が過度に厚くなれば光透過性基材の透過率が減少して光学物性が下落することがあり、これを含む画像表示装置を薄膜化しにくいという問題点がある。
前記偏光板の内部構造がより堅固になり高温条件に晒されて歪みが発生するなどの現象を防止するために、前記光透過性基材の厚さに対する第1ハードコーティング層の厚さの比率が0.02~0.25であってもよい。
前述のように、前記光透過性基材の厚さが前記第1ハードコーティング層の厚さに対して適正範囲を有しなければ、偏光板に歪みが発生することがあり、光透過性基材の柔軟性が低下して工程を制御しにくいこともある。
一方、前記実施形態の偏光板は、前記光透過性基材が60℃~100℃の温度範囲で前記光透過性基材の第1方向の熱収縮力に対する前記第1方向と垂直な前記光透過性基材の第2方向の熱収縮力の比率が0.6~1.5、または0.7~1.3、または0.8~1.2、または0.9~1.1を満足する光透過性基材を含むと同時に、10um以下の厚さを有する第1ハードコーティング層を含むことにより、以前に知られた他の偏光板構造に比べてより薄い厚さを通じても堅固な構造を実現することができ、また外部熱によって耐久構造や物性が大きく変わらない特性を有することができる。
また、前述のように、60℃~100℃の温度範囲で前記光透過性基材の第1方向の熱収縮率に対する前記第1方向と垂直な前記光透過性基材の第2方向の熱収縮率の比率が0.4~4、または0.8~2であってもよい。
より具体的に、前記偏光子;前記第1ハードコーティング層;および前記光透過性基材;を合わせた厚さが200μm以下であってもよい。例えば、前記偏光子は40μm以下、または1~40μmの厚さを有することができ、前記第1ハードコーティング層は10um以下、または1~10μmの厚さを有することができ、前記光透過性基材は150μm以下の厚さを有することができる。
一方、前記第1ハードコーティング層は具体的な組成が大きく限定されるのではないが、例えば前記第1ハードコーティング層はバインダー樹脂;および前記バインダー樹脂に分散され、0.5μm~10μmの粒径を有する有機微粒子または1nm~500nmの粒径を有する無機微粒子を含むことができる。
前記第1ハードコーティング層に含まれるバインダー樹脂は、光硬化性樹脂を含むことができる。前記光硬化性樹脂は、紫外線などの光が照射されれば重合反応を起こすことができる光重合性化合物の重合体を意味する。
前記光硬化性樹脂の例としては、ウレタンアクリレートオリゴマー、エポキシドアクリレートオリゴマー、ポリエステルアクリレートおよびポリエーテルアクリレートからなる反応性アクリレートオリゴマー群;およびジペンタエリトリトールヘキサアクリレート、ジペンタエリトリトールペンタアクリレート、ペンタエリトリトールテトラアクリレート、ペンタエリトリトールトリアクリレート、トリメチロールプロパントリアクリレート、グリセリンプロポキシレートトリアクリレート、トリメチルプロパンエトキシレートトリアクリレート、トリメチルプロピルトリアクリレート、1,6-ヘキサンジオールジアクリレート、トリプロピレングリコールジアクリレートおよびエチレングリコールジアクリレートからなる多官能性アクリレート単量体からなる群;から形成された重合体または共重合体や、エポキシ基、指環式エポキシ基、グリシジル基エポキシ基またはオキセタン基を含むエポキシ基を含むエポキシ樹脂などが挙げられる。
前記バインダー樹脂は、前述の光硬化性樹脂と共に重量平均分子量が10,000g/mol以上、または10,000g/mol~500,000g/molである(共)重合体(以下、高分子量(共)重合体という)をさらに含むことができる。前記高分子量(共)重合体は、例えば、セルロース系ポリマー、アクリル系ポリマー、スチレン系ポリマー、エポキシド系ポリマー、ナイロン系ポリマー、ウレタン系ポリマーおよびポリオレフィン系ポリマーからなる群より選択される1種以上のポリマーを含むことができる。
前記有機または無機微粒子は粒径が具体的に限定されるのではないが、例えば、有機微粒子は1~10μmの粒径を有することができ、前記無機粒子は1nm~500nm、または1nm~300nmの粒径を有することができる。
また、前記第1ハードコーティング層に含まれる有機または無機微粒子の具体的な例が限定されるのではないが、例えば、前記有機または無機微粒子は、アクリル系樹脂、スチレン系樹脂、エポキシド樹脂およびナイロン樹脂からなる有機微粒子であるか、酸化ケイ素、二酸化チタン、酸化インジウム、酸化錫、酸化ジルコニウムおよび酸化亜鉛からなる無機微粒子であってもよい。
一方、前記反射防止フィルムは、380nm~780nm波長領域での平均反射率が2%以下であってもよい。
前記反射防止フィルムは光透過性基材および第2ハードコーティング層を含むことができ、また、前記光透過性基材と対向するように前記第2ハードコーティング層の一面に形成される低屈折層をさらに含むことができる。
前記低屈折層は、380nm~780nm波長領域での1.20~1.60の屈折率を有することができる。
前記反射防止フィルムに含まれる第2ハードコーティング層の具体的な例が限定されるのではないが、前記反射防止フィルムに含まれる第2ハードコーティング層も“前記偏光子を中心にして対向するように位置する10um以下の厚さを有する第1ハードコーティング層”のように、バインダー樹脂;および前記バインダー樹脂に分散され、0.5μm~10μmの粒径を有する有機微粒子または1nm~500nmの粒径を有する無機微粒子を含むことができる。
前記反射防止フィルムに含まれる第2ハードコーティング層に含まれる前記バインダー樹脂および0.5μm~10μmの粒径を有する有機微粒子または1nm~500nmの粒径を有する無機微粒子に関する内容は前述の内容を含む。
前記第2ハードコーティング層は1μm~30μm、または2μm~20μmの厚さを有することができ、第2ハードコーティング層の硬度的な側面やフィルムの巻かれる特性を考慮して3μm~10μmまたは4μm~8μmの厚さを有することが好ましい。前記第2ハードコーティング層の厚さが過度に低ければ、フィルムの硬度が低くなって表面保護の役割を果たすことができなくなり、厚さが高すぎる場合、フィルムの歪みが発生し、第1ハードコーティング層が含まれている偏光板構造の歪み均衡が破れて耐久性評価時に歪みが増加するかクラックが発生することがある。
前記380nm~780nm波長領域での屈折率が1.20~1.60である低屈折層はバインダー樹脂と前記バインダー樹脂に分散された有機微粒子または無機微粒子を含むことができ、選択的に光反応性官能基を有する含フッ素化合物および/または光反応性官能基を有するシリコン系化合物をさらに含むことができる。
前記バインダー樹脂は多官能(メタ)アクリレート系繰り返し単位を含む(共)重合体を含み、このような繰り返し単位は例えば、トリメチロールプロパントリアクリレート(TMPTA)、トリメチロールプロパンエトキシトリアクリレート(TMPEOTA)、グリセリンプロポキシル化トリアクリレート(GPTA)、ペンタエリトリトールテトラアクリレート(PETA)、またはジペンタエリトリトールヘキサアクリレート(DPHA)などの多官能(メタ)アクリレート系化合物に由来したものであってもよい。
前記含フッ素化合物またはシリコン系化合物に含まれる光反応性官能基は、(メタ)アクリレート基、エポキシド基、ビニル基(Vinyl)およびチオール基(Thiol)からなる群より選択された1種以上の官能基を含むことができる。
前記光反応性官能基を含む含フッ素化合物は、i)一つ以上の光反応性官能基が置換され、少なくとも一つの炭素に1以上のフッ素が置換された脂肪族化合物または脂肪族環化合物;ii)1以上の光反応性官能基で置換され、少なくとも一つの水素がフッ素で置換され、一つ以上の炭素がケイ素で置換されたヘテロ(hetero)脂肪族化合物またはヘテロ(hetero)脂肪族環化合物;iii)一つ以上の光反応性官能基が置換され、少なくとも一つのシリコンに1以上のフッ素が置換されたポリジアルキルシロキサン系高分子;およびiv)1以上の光反応性官能基で置換され少なくとも一つの水素がフッ素で置換されたポリエーテル化合物;からなる群より選択された1種以上の化合物であってもよい。
前記低屈折層は、中空型無機ナノ粒子、ソリッド型無機ナノ粒子および/または多孔性無機ナノ粒子を含んでもよい。
前記中空型無機ナノ粒子は、200nm未満の最大直径を有し、その表面および/または内部に空の空間が存在する形態の粒子を意味する。前記中空型無機ナノ粒子は、1~200nm、または10~100nmの数平均粒径を有する無機微細粒子からなる群より選択された1種以上を含むことができる。また、前記中空型無機ナノ粒子は、1.50g/cm~3.50g/cmの密度を有することができる。
前記中空型無機ナノ粒子は、表面に(メタ)アクリレート基、エポキシド基、ビニル基(Vinyl)およびチオール基(Thiol)からなる群より選択された1種以上の反応性官能基を含有することができる。前記中空型無機ナノ粒子表面に前述の反応性官能基を含有することによって、より高い架橋度を有することができる。
前記ソリッド型無機ナノ粒子は、0.5~100nmの数平均粒径を有するソリッド型無機微細粒子からなる群より選択された1種以上を含むことができる。
前記多孔性無機ナノ粒子は、0.5~100nmの数平均粒径を有する無機微細粒子からなる群より選択された1種以上を含むことができる。
前記低反射層は、前記(共)重合体100重量部に対して前記無機ナノ粒子10~400重量部;および前記光反応性官能基を含む含フッ素化合物および/またはシリコン系化合物20~300重量部を含むことができる。
前記一実施形態の偏光板は偏光子を含む。
前記偏光子は、当該技術分野によく知られた偏光子、例えばヨードまたは二色性染料を含むポリビニルアルコール(PVA)からなるフィルムを使用することができる。この時、前記偏光子はポリビニルアルコールフィルムにヨードまたは二色性染料を染着させ延伸して製造することができるが、その製造方法は特に限定されない。
一方、前記偏光子がポリビニルアルコールフィルムである場合、ポリビニルアルコールフィルムはポリビニルアルコール樹脂またはその誘導体を含むものであれば特別な制限なく使用が可能である。この時、前記ポリビニルアルコール樹脂の誘導体としては、これに限定されるのではないが、ポリビニルホルマール樹脂、ポリビニルアセタール樹脂などが挙げられる。または、前記ポリビニルアルコールフィルムは、当該技術分野において偏光子製造に一般に使用される市販のポリビニルアルコールフィルム、例えば、株式会社クラレ製のP30、PE30、PE60、日本合成化学工業株式会社製のM3000、M6000などを使用することができる。
一方、前記ポリビニルアルコールフィルムは、これによって限定されるのではないが、重合度が1000~10000または1500~5000であってもよい。重合度が前記範囲を満足する時、分子の動きが自由であり、ヨードまたは二色性染料などと柔軟に混合され得る。また、前記偏光子が、厚さは40μm以下、30μm以下、20μm以下、1~20μm、または1μm~10μmであってもよい。この場合、前記偏光子を含む偏光板や画像表示装置などのデバイスの薄型軽量化が可能である。
前記偏光板は、前記偏光子と前記光透過性基材の間に位置し0.1μm~5μmの厚さを有する接着層;をさらに含むことができる。
前記接着層には前記接着剤としては当該技術分野で使用される多様な偏光板用接着剤、例えば、ポリビニルアルコール系接着剤、ポリウレタン系接着剤、アクリル系接着剤、陽イオン系またはラジカル系接着剤などを制限なく使用することができる。
一方、前記偏光板は、前記偏光子と接する第1ハードコーティング層の他の一面に形成された粘着層をさらに含んでもよい。
前記粘着層は、前記一実施形態の偏光板と画像表示装置の画像パネルの付着が可能なようにすることができる。前記粘着層は当該技術分野によく知られている多様な粘着剤を使用して形成することができ、その種類が特に制限されるわけではない。例えば、前記粘着層は、ゴム系粘着剤、アクリル系粘着剤、シリコン系粘着剤、ウレタン系粘着剤、ポリビニルアルコール系粘着剤、ポリビニルピロリドン系粘着剤、ポリアクリルアミド系粘着剤、セルロース系粘着剤、ビニルアルキルエーテル系粘着剤などを用いて形成することができる。
前記実施形態の偏光板100のまた他の一例を図2に示した。図2に示された偏光板100は偏光子20と前記偏光子を中心にして対向するように位置する10um以下の厚さを有する第1ハードコーティング層30および光透過性基材10を含み、前記光透過性基材10とその一面に形成された第2ハードコーティング層40を含む反射防止フィルムを含み、前記偏光子と前記光透過性基材の間に位置する接着層50と前記偏光子と接するハードコーティングフィルムの他の一面に形成された粘着層60を含む。
前記粘着層の厚さも大きく限定されるのではなく、例えば1~50umの厚さを有することができる。
発明のまた他の実施形態によれば、液晶セルの少なくとも一面に偏光板が形成される液晶パネルを提供することができる。
前記実施形態の液晶パネル200の一例を図3に示した。図3に示された液晶パネル200は液晶パネルの一面上に前記偏光板100が形成された構造を有する。
また、前記実施形態の液晶パネル200の他の一例を図4に示した。図4に示された液晶パネル200は、液晶パネルの両面上に前記偏光板100が形成された構造を有する。
前記液晶パネルで、前記液晶セルの両面に前記偏光板がそれぞれ形成されてもよく、前記2個の偏光板は前記液晶セルの一面に形成される偏光板の偏光子のMD方向と他の一面に形成される偏光板の偏光子のMD方向が互いに垂直なように配置することができる。
発明のまた他の実施形態によれば、前述の偏光板を含むディスプレイ装置を提供することができる。
前記ディスプレイ装置の具体的な例が限定されるのではなく、例えば、液晶表示装置(Liquid Crystal Display)、プラズマディスプレイ装置、有機発光ダイオード装置(Organic Light Emitting Diodes)などの装置であってもよい。
一つの一例として、前記ディスプレイ装置は、互いに対向する一対の偏光板;前記一対の偏光板の間に順次に積層された薄膜トランジスタ、カラーフィルタおよび液晶セル;およびバックライトユニットを含む液晶ディスプレイ装置であってもよい。
前記ディスプレイ装置で、前記反射防止フィルムはディスプレイパネルの観測者側またはバックライト側の最外殻表面に備えられ得る。
前記反射防止フィルムを含むディスプレイ装置は、一対の偏光板のうちの相対的にバックライトユニットとの距離が遠い偏光板の一面に反射防止フィルムが配置されてもよい。
また、他の一例として、前記ディスプレイ装置は、表示パネル;および前記表示パネルの少なくとも一面に位置する前記偏光板を含むことができる。
前記ディスプレイ装置は液晶パネルおよび前記液晶パネルの両面にそれぞれ備えられた光学積層体を含む液晶表示装置であってもよく、この時、前記偏光板のうちの少なくとも一つが前述の本明細書の一実施状態による偏光子を含む偏光板であってもよい。この時、前記液晶表示装置に含まれる液晶パネルの種類は特に限定されないが、例えば、TN(twisted nematic)型、STN(super twisted nematic)型、F(ferroelectic)型またはPD(polymer dispersed)型のような手動行列方式のパネル;2端子型(two terminal)または3端子型(three terminal)のような能動行列方式のパネル;横電界型(IPS;In Plane Switching)パネルおよび垂直配向型(VA;Vertical Alignment)パネルなどの公知のパネルが全て適用可能である。
本発明によれば、高い表面硬度と優れた耐スクラッチ性と共に安定した内部構造を有するだけでなく、細部構成層熱収縮率などが調節され良好な歪みバランス(balance)を有しながら安定した内部構造を実現してクラックを防止することができ、液晶表示装置の光漏れ現象を防止することができる偏光板と前記偏光板を含む液晶パネルおよびディスプレイ装置を提供することができる。
発明の実施形態の偏光板の一例を示したものである。 発明の実施形態の偏光板の他の一例を示したものである。 発明の実施形態の液晶パネルの一例を示したものである。 発明の実施形態の液晶パネルの他の一例を示したものである。
発明の実施形態を下記の実施例でより詳細に説明する。但し、下記の実施例は本発明を例示するものに過ぎず、本発明の内容が下記の実施例によって限定されるのではない。
[製造例]
製造例1:反射防止フィルムの製造
(1)反射防止フィルムのハードコーティング層(第2ハードコーティング層)形成用コーティング液の製造
下記表1に記載された成分を混合して反射防止フィルムのハードコーティング層形成用コーティング液(B1、B2、B3、B4、B5)を製造した。
Figure 0007164124000001
DPHA:ジペンタエリトリトールヘキサアクリレートPETA:ペンタエリトリトールトリアクリレート
UA-306T:ウレタンアクリレートであって、トルエンジイソシアネートとペンタエリトリトールトリアクリレートの反応物(Kyoeisha製品)
IRG-819:開始剤(Irgacure 819、Ciba)
IRG-369:開始剤(Irgacure 369、Ciba)
D-1173:開始剤(Darocur 1173、Ciba)
2-BuOH:2-ブチルアルコール
MIBK:メチルイソブチルケトン
PGMEA:プロピレングリコールメチルエーテルアセテート
XX-113BQ(2.0μm屈折率1.555):ポリスチレンとポリメチルメタクリレートの共重合粒子(Sekisui Plastic製品)
MA-ST(30% in MeOH):大きさ10~15nmのナノシリカ粒子がメチルアルコールに分散された分散液(Nissan Chemical製品)
(2)低反射層形成用コーティング液(C)の製造
トリメチロールプロパントリアクリレート(TMPTA)100g、中空型シリカナノ粒子(直径範囲:約42nm~66nm、JSC catalyst and chemicals社製品)283g、ソリッド型シリカナノ粒子(直径範囲:約12nm~19nm)59g、第1含フッ素化合物(X-71-1203M、ShinEtsu社)115g、第2含フッ素化合物(RS-537、DIC社)15.5gおよび開始剤(Irgacure 127、Ciba社)10gを、MIBK(methyl isobutyl ketone)溶媒に固形分濃度3重量%になるように希釈して低反射層形成用コーティング液を製造した。
(3)光透過性基材上に形成された反射防止フィルムの製造
下記表2および3に記載されたそれぞれのポリエチレンテレフタレート(PET)フィルム上に前記製造されたハードコーティング層形成用コーティング液(B1、B2、B3、B4、B5)それぞれを#12 mayer barでコーティングした後、下記表2および3に記載された温度で2分乾燥し、UV硬化してハードコーティング層(コーティング厚さは5μm)を形成した。UVランプはH bulbを用い、窒素雰囲気下で硬化反応を行った。硬化時照射されたUV光量は100mJ/cmである。
この時、基材上に形成された第2ハードコーティング層それぞれの波長400nmでの透過率(a)/波長500nmでの透過率(b)をUV spectrophotometer(Solidspec-3700、Shimadzu)装置を用いて780-350nm範囲で前記ハードコーティングフィルムの透過率を測定して求め、その結果を下記表2および3に記載した。
前記ハードコーティングフィルム上に、前記低反射層形成用コーティング液(C)を#4 mayer barで厚さが約110~120nmになるようにコーティングし、下記表2および3に記載された温度で1分間乾燥および硬化した。前記硬化時には窒素パージ下で前記乾燥されたコーティング物に252mJ/cmの紫外線を照射した。
製造例2:ハードコーティング層形成用コーティング液製造および10um以下の厚さを有する第1ハードコーティング層が形成された偏光子の製造
(1)ハードコーティング層形成用コーティング液(A)の製造
トリメチロールプロパントリアクリレート 28g、KBE-403 2g、開始剤KIP-100f、0.1g、レベリング剤(Tego wet 270)0.06gを均一に混合してハードコーティング組成物を製造した。
(2)ハードコーティング層が形成された偏光子製造
前記製造例1で製造された反射防止フィルムの光透過性基材側にUV接着剤を用いてポリビニルアルコール偏光子(厚さ:25um、製造会社:エルジー化学)を接合した後、前記光透過性基材の反対面に前記製造されたハードコーティング層形成用コーティング液(A)を7umの厚さで塗布し、窒素パージ下で乾燥されたコーティング物に500mJ/cmの紫外線を照射して第1ハードコーティング層を形成した。
[実施例および比較例:偏光板および液晶パネルの製造]
(1)偏光板の製造
前記製造例1で得られた光透過性基材上に形成された反射防止フィルムと偏光子をUV硬化型接着剤を用いて接合した後、偏光子の他の一面に前記製造例2で製造されたハードコーティング層を形成して下記表2および表3に記載された実施例および比較例それぞれの偏光板を製造した。この時、偏光子の吸収軸と光透過性基材のTD方向が平行になるように偏光板を製造した。
1)熱収縮力の比率の測定
この時、実施例および比較例それぞれで使用したポリエチレンテレフタレート(PET)フィルムのMD方向の熱収縮力:TD方向の熱収縮力の比率はTA Instruments社のDMA(動的機械分析器)機器を通じて測定した。
25℃から分当り25℃ずつ上昇して3分後75℃になるようにし、それから7分後80℃に到達するように温度を設定し、測定時間は2時間とし、80℃安定化以後、2時間が経過した後のPETフィルムのMD方向の熱収縮力およびTD方向の熱収縮力値を測定した。
前記PETフィルムのMD方向の熱収縮力およびTD方向の熱収縮力それぞれは、幅6mm、長さ50mmに切断したサンプルをクランプに締結し予圧(Preload)0.01N状態で、引張(Strain)0.1%を維持するようにサンプルを引いて固定させた後、高温で引張0.1%を維持するのにかかる収縮力を測定して決めた。前記PETフィルムのMD方向の熱収縮力およびTD方向の熱収縮力それぞれを測定し、その比を求めた。
PET1:収縮力比(MD/TD)が約1
PET2:収縮力比(MD/TD)が約2
PET3:収縮力比(MD/TD)が約0.5
2)熱収縮率の比率の測定
実施例および比較例それぞれで使用したポリエチレンテレフタレート(PET)フィルムのMD方向の熱収縮率:TD方向の熱収縮率の比率はそれぞれのPETフィルムを30cm*30cm(横*縦)大きさに切断して80℃に30分間放置した後、MD、TD方向それぞれに対して収縮率(変形された長さ/初期の長さ)を求めて計算した。
PET1:熱収縮率比(MD/TD)が約0.9~1.1
PET2:熱収縮率比(MD/TD)が約10~12
PET3:熱収縮率比(MD/TD)が約4.5~6
(2)熱衝撃評価用サンプル製造
一辺の長さが10cmである正四角形に裁断した前記偏光板をTV用ガラス(横12cm、縦12cm、厚さ0.7mm)の一面に接合して熱衝撃評価用サンプルを製造する。この時、偏光子のMD方向が正四角形の一辺と平行するように偏光板を裁断する。
[実験例]
<実験例1:反射防止フィルムの耐光付着実験および硬度測定>
(1)反射防止フィルムの耐光付着実験
一辺の長さが10cmである正四角形に裁断した前記偏光板をUVB(280-360nm)耐光露光機器(UVテスター、コアテックコリア)に24時間露光させる。コーティング面がUV光源に向かっており、UV光源とコーティングフィルム間の距離は15~30cmになるようにフィルムを配置した。
24時間後、カッターナイフを使用して1cm*1cm~2cm*2cm大きさ内に100個の格子が生じるようにキズをつけ、Nichiban Tapeを使用して付着後、剥離テストを行った。同一面に対して2回剥離テストを行って剥離された水準によって5B(剥離無し)水準から0B(全面剥離)まで付着力評価を行った。
<評価基準>
-5B(剥離無し)
-4B(剥離された部分が含まれている格子が1~5個)
-3B(剥離された部分が含まれている格子が6~15個)
-2B(剥離された部分が含まれている格子が16~35個)
-1B(剥離された部分が含まれている格子が36~50個)
-0B(剥離された部分が含まれている格子が51個以上)
(2)反射防止フィルムの硬度測定
粘着層がないか除去された偏光板を5cm*5cm大きさに裁断して鉛筆硬度計(忠北テック)のサンプル台にフィルムのMD方向と垂直な方向に測定されるようにフィルムを固定した後、鉛筆をフィルムと45度角度に固定させ、500g、300mm/minの荷重と速度で鉛筆硬度を測定した。
1回測定長さは45mmであり、総5回測定し、測定序盤部5mmのプレスを排除した状態で、残り部分のプレスとスクラッチを肉眼で評価して4回以上キズがない場合、OKと判定した。
<実験例2:熱衝撃評価>
前記製造された偏光板と偏光板が接合された評価用サンプルに対して次のような条件で熱衝撃実験を行って、下記三つの事項について測定および確認した。
-熱衝撃評価用サンプル製造
一辺の長さが10cmである正四角形に裁断された前記偏光板をTV用ガラス(横12cm、縦12cm、厚さ0.7mm)の一面に接合して熱衝撃評価用サンプルを製造した。この時、偏光子のMD方向が正四角形の一辺と平行するように偏光板を裁断した。
-測定条件:
偏光板と前記熱衝撃評価用サンプルを熱衝撃チャンバーに垂直に立てておく。常温から80℃に昇温して30分放置し、以後温度を-30℃に低めて30分放置後に常温に温度調節することを1Cycleにして総100Cycleを繰り返した。
(1)Crack発生数
前記評価用サンプルの偏光子の間に発生したCrackと偏光子の間に隙間ができたのを肉眼で確認して、長さ1cm以上のクラックの個数を確認した。
(2)気泡
前記評価用サンプルの偏光子と保護フィルムの間に発生した気泡および偏光子とハードコーティング層の間に発生した気泡を肉眼で確認して、直径5mm以上の気泡数を確認した。
(3)剥離
前記熱衝撃評価用サンプルの偏光子と保護フィルムの間に発生した浮きと四頂点部分のフィルム浮き、第2ハードコーティング層と保護フィルム間の浮き、偏光子と第1ハードコーティング層間の浮きを肉眼で確認して、このうちのいずれか一箇所でも剥離が発生すればNGと評価し、剥離が発生しなければOKと評価した。
(4)頂点浮き(mm)、10x10/film単品
前記偏光板サンプルの四頂点を観察してコーティング層と偏光子の間の浮き、偏光子と保護フィルムの間の剥離、ハードコーティングと粘着層間の剥離と歪みを観察する。浮きが発生して歪みが現れる場合、扁平に床に置いた状態で床から歪んだ高さを測定して平均を求めた。
Figure 0007164124000002
Figure 0007164124000003
上記表2および表3に示されているように、第2ハードコーティング層の波長400nmでの透過率(a)/第2ハードコーティング層の波長500nmでの透過率(b)の比率(a/b)が0.95以下である第2ハードコーティング層を備える実施例の偏光板は前記偏光板に対する耐光付着テストや厚さによる硬度実験結果で比較例に比べて優れた効果が実現されるという点が確認された。
また、実施例の偏光板は高い表面硬度と共に安定した内部構造を有するだけでなく、歪みバランス(balance)も良好でありクラックを防止することができ、耐光付着テストや厚さによる硬度実験結果で比較例に比べて優れた結果を示し、液晶表示装置の光漏れ現象を防止することができるのが確認された。
10 光透過性基材
20 偏光子
30 第1ハードコーティング層
40 第2ハードコーティング層
50 接着層
60 粘着層
70 液晶セル
100 偏光板
200 液晶パネル

Claims (13)

  1. 偏光子と、
    前記偏光子を中心にして対向するように位置する10um以下の厚さを有する第1ハードコーティング層および反射防止フィルムを含み、
    前記反射防止フィルムは、光透過性基材および第2ハードコーティング層を含み、
    前記第2ハードコーティング層の波長400nmでの透過率(a)/第2ハードコーティング層の波長500nmでの透過率(b)の比率(a/b)が0.95以下であり、
    前記第2ハードコーティング層は、380nm~400nmの波長帯の光を95%以上吸収する開始剤を含み、
    前記第1ハードコーティング層および第2ハードコーティング層は、バインダー樹脂;および前記バインダー樹脂に分散され、0.5μm~10μmの粒径を有する有機微粒子および1nm~500nmの粒径を有する無機微粒子を含み、
    前記反射防止フィルムは、前記光透過性基材と対向するように前記第2ハードコーティング層の一面に形成される低屈折層をさらに含み、
    前記低屈折層は、中空型無機ナノ粒子およびソリッド型無機ナノ粒子を含む、偏光板(ただし、40゜C、相対湿度90%条件で24時間測定した前記光透過性基材の水分透過量が60g/m 以上である場合を除き、光透過性基材の厚さが40μm以下である場合を除く)
  2. 前記第2ハードコーティング層は、波長500nmで98%~100%の透過率を有し、波長400nmで85%~95%の透過率を有する、請求項1に記載の偏光板。
  3. 60℃~100℃の温度範囲で前記光透過性基材の第1方向の熱収縮率に対する前記第1方向と垂直な前記光透過性基材の第2方向の熱収縮率の比率が0.6~1.5である、請求項1または2に記載の偏光板。
  4. 前記光透過性基材は、波長400nm~800nmで測定される厚さ方向のリタデーション(Rth)が3,000nm以上である、請求項1~3のいずれか一項に記載の偏光板。
  5. 40゜C、湿度100%条件で24時間測定した前記光透過性基材の水分透過量が100g/m以下である、請求項1~4のいずれか一項に記載の偏光板。
  6. 前記光透過性基材の厚さに対する第1ハードコーティング層の厚さの比率が0.02~0.25である、請求項1~5のいずれか一項に記載の偏光板。
  7. 前記偏光子;前記第1ハードコーティング層;および前記光透過性基材;を合わせた厚さが200μm以下である、請求項1~6のいずれか一項に記載の偏光板。
  8. 前記第2ハードコーティング層は、1μm~30μmの厚さを有する、請求項1~のいずれか一項に記載の偏光板。
  9. 前記低屈折層は、380nm~780nm波長領域での1.20~1.60の屈折率を有する、請求項1に記載の偏光板。
  10. 前記偏光子と前記光透過性基材の間に位置し、0.1μm~5μmの厚さを有する接着層;をさらに含む、請求項1~のいずれか一項に記載の偏光板。
  11. 請求項1~1のいずれか一項に記載の偏光板が液晶セルの少なくとも一面に形成される液晶パネル。
  12. 前記液晶セルの両面に請求項1~1のいずれか一項に記載の偏光板がそれぞれ形成され、
    前記2個の偏光板は、前記液晶セルの一面に形成される偏光板の偏光子のMD方向と他の一面に形成される偏光板の偏光子のMD方向が互いに垂直なように位置する、請求項1に記載の液晶パネル。
  13. 請求項1~1のいずれか一項に記載の偏光板を含むディスプレイ装置。
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