KR100706691B1 - 위상차보상필름 일체형 편광필름 및 이를 이용한화상표시장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 위상차보상필름 일체형 편광필름 및 이를 이용한 이용한 화상표시장치에 관한 것이다. 보다 상세하게는 편광자와, 편광자의 하면에 부착되는 액정필름과, 편광자와 액정필름을 접착시키는 접착제를 포함하며, 접착제는 투명고분자수지와 금속킬레이트화합물을 포함하는 것을 특징으로 하는 액정필름 일체형 편광필름에 관한 것으로, 편광자, 액정필름 그리고 투명고분자수지와 금속킬레이트화합물를 포함하는 접착제를 통하여 얻을 수 있다. 특히, 본 발명에서는 폴리비닐알콜계 화합물을 주성분으로 하고 금속킬레이트화합물을 포함하는 접착제를 이용한다.

편광필름, 액정필름, 위상차보상, 일체

Description

위상차보상필름 일체형 편광필름 및 이를 이용한 화상표시장치{Polarizing Film with Phase-Difference Compensation Film in a body and Picture Display Apparatus using thereof}

도 1은 종래기술에 따른 편광필름과 위상차보상필름을 도시한 단면도,

도 2는 본 발명에 따른 위상차보상필름 일체형 편광필름

도 3은 도 2의 액정필름을 도시한 단면도이다.

<도면 주요 부분에 대한 부호의 설명>

10: 편광자보호층 15: 접착제

20: 편광자 30: 액정필름

40: 접착제 50: 감압점착층

본 발명은 편광필름과 위상차보상필름을 일체로 형성한 편광필름에 관한 것이다. 즉, 편광필름과 위상차보상필름을 하나의 필름으로 제조하여 편광과 위상차보상이라는 두가지 기능을 하나의 필름에서 구현할 수 있는 필름에 관한 것이다.

도 1은 종래기술에 따른 편광필름과 위상차보상필름을 나타낸 단면도이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 일반적으로 편광필름은 편광자(100)인 폴리비닐 알코올과 트리아세틸 셀룰로스를 주성분으로하는 편광자 보호층(200)을 편광자(100) 상하로 접착시켜서 제조한다.

또한 일반적인 광 위상차 보상 필름은 복굴절성을 가지는 액정필름(300)의 양면에 감압점착제(400)가 부착된 구조를 가진다. 여기서 액정필름은 액정보호층(TAC)에 액정층이 배향되어 있다. 이러한 종래 광 위상차 보상 필름은 액층에 의해 투과광에 대해 위상차의 변화를 끼치게 되는데, 액정은 큰 복굴절을 갖고, 또한 배향상태도 다양성이 풍부하고, 복굴절성의 연신필름등으로서는 얻을 수 없는 광학성능을 발휘하는 것이 가능하다.

여기서, 액정층으로 사용되는 것은 콜레스테릭 액정으로서, 콜레스테릭 액정은 액정의 나선형 구조의 꼬인 방향과 원편광 방향이 일치하고 파장이 액정의 나선피치와 같은 원편광의 빛만을 반사하는 선택반사특성이 있어 편광막으로 이용될 수 있으며, 이러한 선택반사 특성에 의해 반사된 빛을 재활용할 수 있어 고휘도의 액정표시장치 구현이 가능하다.

STN(Super Twisted Nematic), CSTN(Color Super Twisted Nematic) 액정표시장치는 액정이 180도 내지 240도가 비틀려 있기 때문에 두 장의 광학필름이 교차 되어도 암 상태(black state)가 나타나지 않는 장점이 있다. 언급한 STN 및 CSTN 방식의 액정표시장치는 액정의 뒤틀림에 따른 바탕색을 보상하기 위한 위상차필름이 필수적이다. 위상차 필름은 고분자를 일축 또는 이축 연신하여 제조하고 있어, 연신 방향 및 보는 각도에 따라 시야각이 크게 저하되는 단점이 있다.

최근에는 위와 같은 시야각 문제점을 해결하고자, 대한민국특허 제2001-64839호에서 배향막을 코팅한 폴리에스테르 필름상에 경화성 네마틱 액정을 코팅한 편광필름을 언급하고 있다. 이러한 편광필름은 기재 필름의 일측은 롤코터에 위치시키고, 코팅롤에 밀착시켜 경화성 네마틱 액정을 코팅한 후, 배향 및 UV 조사하여 제조된다.

하지만, 이러한 편광필름과 위상차보상필름을 각각 구비할 경우에는 화상표시장치에 사용되는 필름이 두꺼워지며, 편광필름과 위상차보상필름을 각각 부착시키는 공정이 필수적이으로 이루어져야 하므로, 공정이 번거로운 문제점이 있다. 또한, 이들 2가지 필름의 사용으로 제조단가가 높아지는 문제점이 있다.

따라서 본 발명의 목적은 이와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로서 기존의 편광필름과 위상차보상필름을 하나의 필름으로 제작하여 화상표시장치의 두께를 감소시키고, 제조공정을 간단히 하며, 결과적으로 화상표시장치의 제조단가를 낮출 수 있는 액정필름 일체형 편광필름 및 이를 이용한 화상표시장치를 제공함에 있다.

본 발명은 액정필름 일체형 편광필름 및 이를 이용한 화상표시장치에 관한 것이다.

본 명세서에서 사용하는 주요 용어는 다음과 같이 정의한다.

본 명세서에서의 '편광자'는 폴리비닐알콜(poly vinyl alcohol, 이하 'PVA'라 함)을 요오드(Iodine)나 이색성 염료용액으로 처리한 후 연신하여 요오드나 염료 분자가 연신방향으로 나란하게 배열하도록 하여 편광기재 필름으로 기능하는 층을 말한다.

본 명세서에서의 '편광자 보호층'은 소수성 투명수지 필름으로 이루어지고 편광자 상하 양측에 부착되어 편광자를 지지 및 보호하는 층을 말한다. 하지만 동일한 작용효과를 나타낸다면, 본 명세서에서 편광자 보호층으로 사용되는 투명수지 필름은 소수성 투명수지 필름에 한정하지 않는다.

본 명세서에서 '위상차보상필름'은 그 구성분자가 네마틱 구조를 취하여 배향되어 있는 네마틱층을 포함하는 필름을 말한다. 여기서 네마틱층은 구성분자가 나선구조를 취하고, 그 나선축이 면방향에 대략 수직으로 배향되어 있는 층을 말한다. 일반적으로 네마틱층은 액정상을 가지고 있으며, 액정의 복굴절에 의한 위상차를 정면 방향 및 사시방향에서 시각 보상하기 위한 것이다. 따라서, 본 명세서에서 위상차보상필름은 액정층을 포함한 '액정필름'을 말한다. 하지만, 위상차보상필름은 액정필름에 한정되지 않고, 액정상은 아니지만, 비액정 화합물이 네마틱 액정상과 같이 비틀어진 상태에서 배향되어 있는 것도 포함한다.

이하 본 발명의 기술적 구성을 중심으로 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도2는 본 발명에 따른 위상차보상필름 일체형 편광필름을 도시한 단면도이다. 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 위상차보상필름 일체형 편광필름은 크게 편광자보호층(10), 편광자(20), 액정필름(30)으로 구성된다. 여기서, 편광자 보호층(10)과 편광자(20)사이에 개재되는 접착제(15), 편광자(20)와 액정필름(30)사이에 개재되는 금속킬레이트화합물을 포함하는 접착제(40), 그리고 액정필름의 하면에 부착되는 감압점착층(50)을 포함한다.

편광자 보호층(10)은 그 구성물질이 광학적으로 투명하고, 복굴절이 생기지 않아야 하며, 내열성을 지녀야 하고, 기계적 강도가 높아 편광자를 물리적으로 지지 및 보호할 수 있는 특성을 가져야 한다. 또한, 표면이 광활하고 접착제나 점착제와 양호하게 접합할 수 있는 성질을 가져야 하는데, 이러한 특성을 만족하는 화합물로서 트리아세틸 셀롤로스(이하 TAC라 함)을 이용한다. TAC는 편광자인 폴리비닐 알코올(poly vinyl alcohol, 이하 'PVA'라 함)를 지지 및 보호한다. 여기서, PVA는 친수성이고 TAC는 소수성이기 때문에 TAC을 NaOH로 처리하여 표면을 친수성화한다. 친수성으로 변한 TAC 표면과 PVA를 주성분으로 하는 편광자를 접착제로 접착시킨다. 이때 사용하는 접착제는 PVA 용액으로 이루어진 접착제를 사용한다. 접착제로 PVA 용액을 사용하는 것은 편광자와 접착제의 접합성을 높이기 위함이다.

편광자(20)는 PVA필름에 요오드나 이색성염료를 염색시키고, 이것을 일정방향으로 연신하여 제조한다. 즉, 팽윤과정, 염색단계, 연신단계, 가교단계를 거쳐 제조한다. 편광자를 제조하는 방법에 대하여 자세히 설명하면, 먼저 PVA를 수세한 다음 첫번째 수조에서 팽윤시킨다[팽윤단계]. 팽윤된 수조로부터 나온 PVA는 요오드 또는 이색성 염료로 염색한다[염색단계]. 염색된 PVA는 다시 수세 수조로 옮겨진다[수세단계]. 염색된 요오드나 염료를 일축으로 연신한다[연신단계]. 연신한 후 붕산이나 붕사 등으로 PVA를 가교시킨다[가교단계]. 본 발명에서는 가교단계 후 다시 연신단계를 거칠 수도 있다. 충분히 연신단계와 가교단계를 거친 후 편광자를 건조한다.

본 발명에서 PVA의 중합도(DP, degree of polymerization)는 1,500 내지 5,000 인 것이 바람직하다. 편광자 제조에 사용되는 PVA의 중합도가 1,500 보다 작을 때는 편광 기재로서 기능하기에 충분하지 않으며, 중합도가 5,000 보다 클 때는 본 발명에서 원하는 편광자의 광학적 특성을 벗어날 염려가 있다.

또한, 본 발명에서 형성되는 편광자의 두께는 10㎛ 내지 40㎛ 인 것이 바람직하다. 편광자의 두께는 연신단계에서 연신되는 정도에 따라서 달라진다. 편광자의 두께가 10㎛ 보다 얇을 때는 편광 기능이 충분히 확보되지 못하고 내구성이 떨어질 수 있다. 또한 편광자의 두께가 40㎛ 보다 두꺼우면 연신이 충분하지 않아 편광 기능을 하는 요오드나 염료가 일직선으로 배열되지 않을 수 있으며 편광필름이 지나치게 두꺼워지고 또한 편광자를 제조하는 비용이 많이 드는 단점이 있다.

본 발명에서의 염색단계는 통상적으로 상온에서 작업하는 것이 바람직하며, 보다 구체적으로는 15℃ 내지 42℃ 범위에서 하는 것이 바람직하다. 염색온도가 15℃ 보다 낮으면 염색효율이 떨어지며, 42℃ 보다 높으면 염색이 지나치게 활발하여 제어하기가 힘들다.

또한, 가교단계에서의 가교조 온도는 25℃ 내지 68℃ 범위에서 하는 것이 바람직하다. 가교조 온도가 25℃ 보다 낮으면 가교반응이 활발하지 못하고 68℃보다 높으면 안정적인 가교반응을 유도할 수 없다.

그리고, 상술한 편광자보호층(10)과 편광자(20)를 접착시키는 접착제(15)는 일반적인 PVA계 화합물, 폴리우레탄계 화합물, 폴리에스테르 화합물, 폴리아크릴계 화합물, 폴리에폭시계 화합물, 폴리시아노아크릴레이트계 화합물 등으로 구성된 투명고분자수지와 금속킬레이트 화합물이 포함된 접착제를 사용하는 것이 바람직하다. 여기서, PVA계 화합물, 폴리우레탄계 화합물, 폴리에스테르 화합물, 폴리아크릴계 화합물, 폴리에폭시계 화합물, 폴리시아노아크릴레이트계 화합물 등은 각각 PVA계 접착제, 폴리우레탄계 접착제, 폴리에스테르계 접착제, 폴리아크릴계 접착제, 폴리에폭시계 접착제, 폴리시아노아크릴레이트계 접착제의 주성분이다.

도 3은 본 발명에 따른 액정필름의 단면을 도시한 단면도이다. 도면에 도시된 바와 같이, 액정필름(30)은 다시 액정층(31)과 액정보호층(32)으로 나뉘어 진다. 배향막을 코팅한 TAC 필름 상에 경화성 네마틱 액정을 코팅하고, 기재 필름의 일측은 롤코터에 위치시키고, 코팅롤에 밀착시켜 경화성 네마틱 액정을 코팅한 후, 배향 및 UV 조사하여 제조된다.

또한, 액정보호층(32)은 상술한 편광자 보호층과 동일한 TAC으로 구성되므로 자세한 설명은 생략한다. 한편, 본 발명에서 액정필름이 편광자에 부착되는 구조가 액정필름의 액정보호층이 편광자의 하면에 부착되는 구성을 가지는 것이 바람직하다.

다음으로, 상술한 PVA와 액정필름을 접착하는 접착제(40)에 대하여 설명한다. 본 발명에 사용되는 접착제로는 PVA계 화합물, 폴리우레탄계 화합물, 폴리에스테르 화합물, 폴리아크릴계 화합물, 폴리에폭시계 화합물, 폴리시아노아크릴레이트 계 화합물 등으로 구성된 투명고분자수지와 금속킬레이트 화합물이 포함된 접착제를 사용하는 것이 바람직하다.

이렇게, 여러 번 광조사에 의해 제조된 액정 필름의 기재인 TAC이 변형되어 수계인 편광필름 제조공정에서 접착제로 접착하기가 어렵다. 따라서, 본 특허에서는 이러한 어려운 점을 극복하고, 아래와 같은 접착제를 이용하여 직접 부착할 수 있게 되었다. 이로 인하여 필름의 두께 및 원가 측면에서 장점이 있다.

PVA계 화합물, 폴리우레탄계 화합물, 폴리에스테르 화합물, 폴리아크릴계 화합물, 폴리에폭시계 화합물, 폴리시아노아크릴레이트계 화합물 등은 각각 PVA계 접착제, 폴리우레탄계 접착제, 폴리에스테르계 접착제, 폴리아크릴계 접착제, 폴리에폭시계 접착제, 폴리시아노아크릴레이트계 접착제의 주성분이다.

본 발명에서 사용하는 접착제는 PVA계 접착제를 주(主)로 하고, 나머지 화합물을 단독 또는 혼합하여 사용하는 것이 바람직하다.

또한, 이들 투명고분자수지의 내구성을 향상시키기 위해 붕산, 붕사, 글루타르알데히드, 멜라민, 옥살산, 키틴, 키토산, 알코올계 용제 등과 같이 비닐알코올계 폴리머를 가교시키는 수용성 가교제가 첨가될 수도 있다.

접착제 100 중량%에 있어서 VA계 접착제는 50중량% 내지 95중량%인 것이 바람직하고, 더욱 바람직하게는 60중량% 내지 85중량%이다. 더더욱 바람직하게는 65중량% 내지 75중량%이다. 접착제에서 PVA계 접착제의 함량이 95중량% 이상일 때는 편광자 보호층에서 광학 이방성이 나타나고 복굴절에 의한 광간섭 무늬가 발생하는 단점이 있다. 또한 PVA계 접착제의 함량이 50중량% 보다 작을 때는 편광자와 액정 필름과의 접착이 용이하지 못하다.

금속킬레이트화합물에서 사용하는 금속 이온은 알루미늄, 철, 동, 아연, 주석, 티탄, 니켈, 안티모니, 마그네슘, 바나듐, 크롬, 지르코늄 이온 등 중에서 적어도 어느 하나가 킬레이트 결합한다. 본 발명의 킬레이트화합물에서 사용하는 금속 이온은 상기 이온에 한정되지 않으며, 동일한 작용효과를 나타내는 금속이온은 모두 사용할 수 있음은 물론이다.

금속 이온과 킬레이트 결합하는 물질은 에틸렌디아민(ethylenediamine)계 화합물, 디메틸글리옥심(dimethylglyoxime), α,α'-디프리딜(α,α'-dipyridyl), α,α'-페난트롤린(α,α'-phenanthroline), α,α'-디퀴놀린(α,α'-diquinoline), (benzoinoxime), 8-하이드로퀴놀리놀(옥신)[8-hydroxyquinolinol(oxine)], (nitrosonaphthol), 이디티에이(EDTA), 디티존(dithizone) 등 중에서 적어도 하나이다.

금속킬레이트화합물은 접착제 100중량%에 대하여 0.01중량% 내지 50중량%를 사용하는 것이 바람직하고, 더욱 바람직하게는 0.05중량% 내지 30중량%이다. 더더욱 바람직하게는 0.1 중량% 내지 15중량%이다. 접착제에서 금속킬레이트화합물 성분이 50중량% 이상일 때는 과도한 킬레이트 결합으로 인하여 고온내구성이 떨어져 황변이 발생한는 단점이 생길 수 있고, 금속킬레이트화합물이 0.01중량%보다 작을 때는 킬레이트 결합에 의한 안정성을 얻을 수 없다.

한편, 본 발명에서 편광자와 액정필름을 결합시키는 접착제로서 상술한 금속킬레이트 화합물을 포함하지 않는 PVA계 접착제, 폴리우레탄계 접착제, 폴리에스테 르계 접착제, 폴리아크릴계 접착제, 폴리에폭시계 접착제, 폴리시아노아크릴레이트계 접착제를 사용하더라도 비록 금속킬레이트화합물을 포함한 접착제보다는 그 효과가 뛰어나지 않더라도 소정의 접착력을 발휘하므로 무방하다 할 것이다.

한편, 감압점착층(50)은 아크릴계 점착제, 실리콘계, 폴리에스테르계, 폴리우레탄계, 폴리에테르계, 고무계 등의 종래 공지된 점착제를 적절하게 사용하여 형성할 수 있다. 특히 흡습에 의한 박피현상이나 박리현상의 방지, 열팽창 차이에 의한 화학특성의 저하나 액정셀의 휨방지, 또한, 고품질이고 내구성이 우수한 액정표시장치의 형성 등의 면에서, 흡습율이 낮고 내열성이 우수한 점착제를 사용하는 것이 바람직하다. 이와 같은 점착제로는 예컨대 아크릴계, 실리콘계, 아크릴 실리콘계, 폴리에스테르계, 내열 고무계, 장쇄 아킬계, 불소계, 황화몰리브덴 등의 박리제에 의한 박리 코트를 형성하는 방법 등에 의해 형성할 수 있다.

이상, 본 발명의 기술적 구성을 중심으로 상세히 설명하였다. 그러나 본 발명의 권리범위는 상기 실시예에 한정되는 것은 아니라 첨부된 특허청구범위내에서 다양한 형태의 실시예로 구현될 수 있다. 특허청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 가능한 다양한 변형 가능한 범위까지 본 발명의 청구 범위 기재의 범위 내에 있는 것으로 본다.

이상 살펴본 바와 같이, 본 발명을 통하여 편광필름과 위상차보상필름을 하 나의 필름으로 제작하여 화상표시장치의 두께를 감소시키고, 제조공정을 간단히 하며, 결과적으로 화상표시장치의 제조단가를 낮출 수 있는 위상차보상필름 일체형 편광필름 및 이를 이용한 화상표시장치가 제공된다.

Claims (11)

1. 삭제
2. 삭제
3. 삭제
4. 삭제
5. 편광자와;

   액정층과 액정보호층으로 구성되며 상기 액정보호층이 상기 편광자의 하면에 부착되는 액정필름과;

   상기 편광자와 상기 액정필름을 접착시키는 접착제와;

   상기 편광자의 상면에 부착되는 편광자보호층과;

   상기 액정필름의 하면에 부착되는 감압점착층을 포함하고;

   상기 접착제는 투명고분자수지와 금속킬레이트화합물을 포함하며;

   상기 접착제에 사용하는 투명고분자수지는 폴리비닐 알콜계 화합물, 폴리우레탄계 화합물, 폴리에스테르 화합물, 폴리아크릴계 화합물, 폴리에폭시계 화합물, 폴리시아노아크릴레이트계 화합물 중에서 적어도 하나인 것을 특징으로 하는 위상차보상필름 일체형 편광필름.
6. 제 5 항에 있어서,

   상기 접착제 100중량%에 대하여 상기 폴리비닐 알콜계 화합물의 함량은 50중량% 내지 95중량%인 것을 특징으로 하는 위상차보상필름 일체형 편광필름.
7. 제 5 항에 있어서,

   상기 금속킬레이트화합물을 형성하는 금속 이온은 알루미늄, 철, 동, 아연, 주석, 티탄, 니켈, 안티모니, 마그네슘, 바나듐, 크롬, 지르코늄 중 적어도 하나인 것을 특징으로 하는 위상차보상필름 일체형 편광필름.
8. 제 5 항에 있어서,

   상기 금속킬레이트화합물은 상기 접착제 100중량%에 대하여 0.01중량% 내지 50중량%인 것을 특징으로 하는 위상차보상필름 일체형 편광필름.
9. 제 5 항에 있어서,

   상기 금속킬레이트화합물과 킬레이트 결합하는 물질은 에틸렌디아민(ethylenediamine)계 화합물, 디메틸글리옥짐(dimethylglyoxime), α,α'-디프리딜(α,α'-dipyridyl), α,α'-페난트롤린(α,α'-phenanthroline), α,α'-디퀴놀린(α,α'-diquinoline), 벤조이노짐(benzoinoxime), 8-하이드로퀴놀리놀(옥신)[8-hydroxyquinolinol(oxine)], (nitrosonaphthol), 이디티에이(EDTA), 디티존(dithizone) 중에서 적어도 하나인 것을 특징으로 하는 위상차보상필름 일체형 편광필름.
10. 제 5 항에 있어서,

    상기 접착제는 상기 투명고분자수지의 내구성을 향상하기 위하여 수용성 가교제를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 위상차보상필름 일체형 편광필름.
11. 삭제

Images