KR100779307B1 - 편광판 - Google Patents

Abstract

본 발명은 편광소자; 및 파장 550㎚의 광에 대한 면내 위상차가 190 내지 320㎚인 2층의 위상차 필름으로 구성된 하나 이상의 투명 보호 필름을 포함하는 편광판에 관한 것으로, 각각의 위상차 필름의 지상축(遲相軸)이 편광소자의 흡수축과 평행이 되도록 상기 투명 보호 필름이 상기 편광소자의 양면중 한면에 결합되고, 상기 2층의 위상차 필름은 하기 수학식 1 및 수학식 2의 조건에서 0.65 내지 0.85의 Nz를 갖는 위상차 필름과 0.15 내지 0.35의 Nz를 갖는 위상차 필름의 조합으로 구성된다:

nx>ny

Nz=(nx-nz)/(nx-ny)

상기 식에서,

nx 및 ny는 각각 상기 위상차 필름의 면내 굴절율이고;

nz는 상기 위상차 필름의 두께 방향의 굴절율이다.

Description

편광판{POLARIZER}

도 1은 본 발명의 실시양태를 나타내는 설명도이고,

도 2a 내지 2c는 보는 각도의 변화에 따라 편광판의 축이 어긋나는 상태를 각각 설명하는 모식도이고,

도 3은 분광 강도 측정을 나타내는 설명도이다.

도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명

1 : 편광소자

2, 3 : 투명 보호 필름

21, 22 : 위상차 필름

본 발명은 크로스니콜(crossed Nicol) 형태로 배치된 편광소자간에 있어서 보는 각도의 변화에 따라 발생하는 편광소자의 축 변화로 인한 광 유출을 넓은 범위의 가시광역에서 방지하여 넓은 시야각의 액정 디스플레이 등을 달성할 수 있는 편광판에 관한 것이다.

본원은 본원에서 참고로 인용되는 일본 특허출원 제 2000-340416 호에 기초한다.

편광소자를 크로스니콜 형태로 배치했을 때, 일반적으로 법선(정면) 방향에서 광을 차단하는 경우에서도, 방위를 바꾸어 비스듬히 보면, 광 유출이 발생한다는 문제점이 있었다. 이것은 비스듬히 보는 것에 의한 겉보기 각도의 변화로 인해 편광소자간의 크로스니콜의 광축 관계가 어긋나거나 붕괴되기 때문이다. 종래에는, 이러한 방위각에 의한 광 유출 문제를 해소하기 위해서, 위상차가 190 내지 320㎚이고 Nz(후술함)가 0.1 내지 0.9인 복굴절성을 나타내는 투명 보호 필름을 배치하여, 상기 투명 보호 필름의 지상축(遲相軸)이 편광소자의 흡수축에 대하여 평행하도록 한 편광판이 공지되었다(일본 특허 공개공보 제 1992-305602 호).

종래의 편광판은, 하기와 같은 방법으로 보는 각도의 변화에 따른 편광소자간의 흡수축 등의 엇갈림이 보상되도록 하였다. 상기 투명 보호 필름은 수분의 침입에 대한 내구성의 향상을 목적으로 편광소자의 한면 또는 양면에 접착될 수 있으며, 복굴절성을 거의 나타내지 않는 트리아세틸셀룰로오스(TAC) 필름 등에 의한 등방성의 투명 보호 필름을 대신하여, 가시광에 대하여 약 1/2 파장인 위상차 특성을 나타내는 필름을 사용하였다. 그러나, 이러한 보상 방법은 파장 분산에는 대처할 수 없다는 문제점이 있었다.

즉, 일반적으로 위상차 필름에서는 파장에 따라 위상차가 변하는 현상인 파장 분산이 발생한다. 따라서, 1/2 파장판으로서의 위상차 필름의 기능은 특정한 파장의 광에 대해서만 작용한다. 다른 파장의 광에 대해서는, 위상차 필름이 1/2 파장판으로서 정확히 기능하지 않아서, 다른 파장의 광의 경우 직선 편광 특성이 열세하여 착색 문제가 발생한다. 또한, 위상차 필름의 특성이, 최고의 광 효율을 나타내는 파장 550㎚ 근방의 광의 보상에 대해 최적화될 경우, 다른 파장의 광은 전술한 최적화 조건에서 어긋나서 청색으로 착색된다. 따라서, 위상차 필름을 액정 디스플레이 장치 등에 적용한 경우에, 상기 착색 문제가 디스플레이의 중립성(neutral characteristic)에 악영향을 미친다는 점에서 문제점을 야기한다.

본 발명의 목적은, 크로스니콜의 형태로 배치된 편광소자를 광축에서 벗어나는 방위에서 비스듬히 보는 경우에도 광 유출이 거의 발생하지 않고, 또한 파장 분산에 의한 착색이 거의 발생하지 않아 중립성이 우수한 편광판을 개발하는 것이다.

본 발명은, 편광소자; 및 파장 550㎚의 광에 대한 면내 위상차가 190 내지 320㎚인 2층의 위상차 필름으로 구성된 하나 이상의 투명 보호 필름으로 구성된 편광판에 관한 것으로, 각각의 위상차 필름의 지상축이 편광소자의 흡수축과 평행이 되도록 상기 투명 보호 필름이 상기 편광소자의 양면중 한면에 결합되고, 또한 상기 2층의 위상차 필름이 하기 수학식 1 및 수학식 2의 조건에서 0.65 내지 0.85의 Nz를 갖는 위상차 필름과 0.15 내지 0.35의 Nz를 갖는 위상차 필름의 조합으로 구성됨을 특징으로 하는 편광판에 관한 것이다:

수학식 1

nx>ny

수학식 2

Nz=(nx-nz)/(nx-ny)

상기 식에서,

nx 및 ny는 각각 상기 위상차 필름의 면내 굴절율이고;

nz는 상기 위상차 필름의 두께 방향의 굴절율이다.

본 발명에 따르면, 보는 각도의 변화에 따라 투명 보호 필름층으로 구성된 각각의 위상차 필름의 지상축과 같은 광축을 변화시킴으로써, 편광소자의 흡수축과 같은 광축의 변화를 상쇄하는 보상 작용을 나타내어, 크로스니콜 형태로 배치된 편광소자의 광축과 평행한 보는 각도에서 뿐만 아니라 광축에서 엇갈리도록 배치된 보는 각도에서도 위상차 판의 광 유출 및 파장 분산 둘다가 억제되어 우수한 중립성(무착색성)을 달성하고 직선 편향성이 변화되기 어려운 편광판을 제공한다. 또한, 본 편광판을 사용하면, 넓은 시야각에서의 높은 콘트라스트와 같은 디스플레이 품질이 우수한 액정 디스플레이 장치 등을 형성할 수 있다. 또한, 본 편광판은 두께 감소 및 중량 감소에 있어서 우수하며, 이는 2개의 위상차판이 투명한 보호층으로서 작용하기 때문이다.

본 발명의 특징 및 장점은 첨부된 도면과 함께 설명되는 바람직한 실시양태에 대한 하기 상세한 설명으로부터 명백해질 것이다.

본 발명에 따른 편광판은, 편광소자; 및 파장 550nm의 광에 대한 면내 위상차가 190 내지 320nm인 2층의 위상차 필름으로 구성된 하나 이상의 투명 보호 필름을 포함하는 편광판으로서, 각각의 위상차 필름의 지상축이 편광소자의 흡수축과 평행이 되도록 상기 투명 보호 필름이 편광소자의 양면중 한면에 결합되고, 또한 상기 2층의 위상차 필름이 하기 수학식 1 및 수학식 2의 조건에서 0.65 내지 0.85의 Nz를 갖는 위상차 필름과 0.15 내지 0.35의 Nz를 갖는 위상차 필름의 조합으로 구성됨을 특징으로 하는 편광판이다:

수학식 1

nx>ny

수학식 2

Nz=(nx-nz)/(nx-ny)

상기 식에서,

nx 및 ny는 각각 상기 위상차 필름의 면내 굴절율이고;

nz는 상기 위상차 필름의 두께 방향의 굴절율이다.

도 1은 편광판의 예를 나타난다. 도 1에서 1은 편광소자이고, 2 및 3은 투명 보호 필름이고, 4는 접착제층이다. 투명 보호 필름(2)은 위상차 필름(21 및 22)으로 구성된다.

편광소자로는, 자연광이 상기 편광소자에 입사되는 경우에 직선 편광을 투과할 수 있는 적당한 것을 사용할 수 있으며 특별히 한정되지는 않는다. 바람직한 편광소자는 편광도가 우수한 투과광이 높은 광투과율로 수득되는 편광소자이다. 이러한 관점에서, 자연광이 편광소자에 입사된 경우에 직선 편광이 투과됨과 동시에 다른 광은 흡수되는 흡수 2색성 편광소자를 사용하는 것이 바람직하다. 특히 두께 감소 또는 유연성 등과 같은 취급성의 관점에서, 흡수 2색성 편광소자가 편광 필름으로 구성되는 것이 바람직하다. 또한 흡수 2색성 편광소자는 액정성 2색성 염료의 도포에 의한 배향층 등에 의해 구성될 수도 있다.

전술한 편광 필름으로 구성되는 흡수 2색성 편광소자로서, 임의의 적당한 것을 사용할 수 있다. 넓은 가시광선 파장 영역에서 직선 편광을 수득한다는 점 등에서, 예컨대 폴리비닐알콜이나 부분 포름화 폴리비닐알콜과 같은 중합체로 이루어지는 폴리비닐알콜계 필름을 사용할 수 있고, 상기 필름은 요오드 또는/및 아조계나 안트라퀴논계, 테트라진계 등의 2색성 염료를 흡착 방식 등의 적당한 방식으로 함유시켜서 연신 배향 처리할 수도 있다. 특히, 일축 연신 필름이 바람직하게 사용된다.

도 1에서 도시한 바와 같이, 투명 보호 필름(2 및 3)이 편광소자(1)의 한면 또는 양면에 결합/적층된다. 본 발명에 있어서는, 편광소자(1)의 양면중 한면에 배치된 하나 이상의 투명 보호 필름(2)은, 또한 0.65 내지 0.85의 Nz를 갖는 위상차 필름과 0.15 내지 0.35의 Nz를 갖는 위상차 필름의 조합에 의한 2층의 위상차 필름(21 및 22)으로 형성되고, 상기 위상차 필름은 각각 파장 550㎚인 광에 대한 면내 위상차가 모두 190 내지 320㎚를 나타낸다. 또한, 전술한 바에서, 상기 Nz는 하기 수학식 1의 조건하에서 하기 수학식 2로 정의된다.

수학식 1

nx>ny

수학식 2

Nz=(nx-nz)/(nx-ny)

상기 식에서,

nx 및 ny는 각각 상기 위상차 필름의 면내 굴절율이고;

nz는 상기 위상차 필름의 두께 방향의 굴절율이다.

상기에 있어서, 상기 2층의 위상차 필름은 각각의 위상차 필름의 지상축이 편광소자의 흡수축과 평행이 되도록 결합/적층한다. 지상축과 흡수축의 평행관계란, 작업 정확도 등의 점에서 완전한 평행 상태를 의미하는 것은 아니다. 그러나, 보상 효과의 관점에서, 2개의 축 사이의 교차 각도가 작을 수록, 2개의 축 사이의 관계가 바람직해진다. 이러한 경우, 각각의 위상차 필름의 지상축 및 편광소자의 흡수축은 정면(방위각: 0)으로부터의 보는 각도에 기초한다. Nz가 상이한 위상차 필름의 적층 순서는 임의로 선택할 수 있다. 도 1에서, 편광소자(1)에 0.65 내지 0.85의 Nz를 갖는 위상차 필름(21)이 적층되어 있고, 그 위에 0.15 내지 0.35의 Nz를 갖는 위상차 필름(22)이 결합/적층되어 있다. 이러한 배치 순서가 보상 효과의 점에서 바람직하다. 또한, 상기 면내 위상차는 각각의 위상차 필름 굴절율의 차이(△n=nx-ny)와 위상차 필름의 두께(d)와의 곱(△n ·d)으로서 계산할 수 있다.

예를 들어, 각각의 위상차 필름은 예컨대 고분자 필름을 적당한 방식으로 1축 또는 2축 연신 처리하여 구성된 복굴절성의 필름 등으로서 수득될 수 있다. 광투과율이 우수하고 배향 불균일성 및 위상차 불균일성이 적은 위상차 필름이 바람직하게 사용된다. 상기한 위상차와 Nz의 특성을 나타내는 위상차 필름은, 예컨대 고분자 필름에 열 수축성 필름을 결합하고, 가열에 의해 상기 열수축성 필름의 수축력의 작용하에서 배향 처리하여 두께 방향의 굴절율을 제어하는 방법이나, 두께 방향으로 전기장을 적용하여 배향을 제어하면서 고분자 필름을 수득하고 그 필름을 연신 처리하는 방법 등에 의해 수득할 수 있다. 이러한 경우에, 처리 대상 필름의 중합체 종류 및 연신 조건, 열 수축성 필름의 종류 및 적용 전압 등을 변경함으로써 위상차 및 Nz를 변화시킬 수 있다. 또한, 통상적으로 1축 연신 처리와 같은 연신 처리에서 Nz가 0 이하 또는 1 이상이 되도록 설정한다.

위상차 필름을 형성하는 상기 고분자로서는, 적절한 것을 사용할 수 있지만 특별히 한정되지는 않는다. 특히, 투명성이 우수한 중합체가 바람직하다. 또한, 응력의 발생에 의한 위상차의 변화를 억제한다는 점에서, 광 탄성 계수가 작은 중합체가 바람직하다. 또한, 바람직한 중합체의 예로는 폴리카보네이트; 폴리알릴레이트; 폴리설폰; 폴리프로필렌 등의 폴리올레핀; 폴리에틸렌 테레프탈레이트 또는 폴리에틸렌나프탈레이트 등의 폴리에스테르; 비닐알콜계 중합체; 노르보넨 중합체; 아크릴계 중합체; 스티렌계 중합체; 셀룰로스계 중합체 또는 이들 중합체의 2종 또는 3종 이상을 혼합한 중합체 혼합물 등을 들 수 있다.

투명 보호 필름 내지 투명 보호 필름의 구성 요소인 위상차 필름에 편광소자를 결합/적층시키는 것은, 보호 효과의 향상, 광학축의 어긋남 방지, 광학 소자의 먼지로부터의 이물 침입 방지 등을 목적으로 한다. 예컨대 투명 접착층 등을 사용한 결합 방식과 같은 적절한 방식으로 결합/적층될 수 있다. 상기 방식에서 사용되는 접착제는 특별히 한정되지 않는다. 편광소자 및 투명 보호 필름의 개별적인 광학 특성의 변화 방지 등의 관점에서는, 경화나 건조시에 고온의 공정을 필요로 하지 않는 물질이 바람직하고, 장시간의 경화 처리나 건조 시간이 필요하지 않은 중합체가 바람직하다. 이러한 점에서, 폴리비닐알콜계 접착제 또는 점착제를 바람직하게 사용할 수 있다. 또한, 위상차 필름과 편광소자를 서로 결합하는 접착층은 도 1에 도시하지 않는다.

상기 점착제로는, 예컨대 아크릴계 중합체, 실리콘계 중합체, 폴리에스테르, 폴리우레탄, 폴리에테르, 합성 고무 등과 같은 적당한 중합체로부터 형성된 것을 사용할 수 있다. 특히, 광학 투명성, 점착성, 내후성 등의 점에서 아크릴계 점착제가 바람직하다. 또한, 도 1에서 도시한 바와 같이, 접착층(4), 특히 점착층은 액정 셀 등의 피착체에 편광판을 결합할 목적으로 편광판의 한면 또는 양면에 필요에 따라 제공될 수도 있다. 이러한 경우, 점착층의 표면이 표면에 노출되어 사용될 때까지 점착층 표면이 오염되지 않도록, 세퍼레이터 등을 일시적으로 점착층에 부착시키는 것이 바람직하다.

또한, 도 1에서와 같이, 강화, 내열성, 내후성의 향상 등의 적절한 목적을 위해 제공된 투명 보호 필름은, 필요에 따라 편광소자(1)의 양면에 배치될 수도 있다. 이런 경우에, 투명 보호 필름이 전술한 위상차 필름으로 형성되지 않는 경우에는, 상기 투명 보호 필름중 하나가, 종래 기술에 따라 예컨대 TAC 등의 적절한 수지의 코팅층이나 수지 필름의 적층물중 하나의 층으로 형성될 수 있다.

전술한 경우의 투명 보호층은, 전술한 보상 효과를 유지하기 위해서 위상차가 가급적 작은 것이 바람직하다. 위상차가 있는 경우에는, Nz가 0 또는 1이거나 그 근방인 것이 바람직하다. 또한, Nz가 0 또는 그 근방인 투명 보호층은 상기 층의 진상축(進相軸)이 편광소자의 흡수축과 평행이 되도록 제공하는 것이 바람직하다. Nz가 1 또는 그 근방인 투명 보호층은, 그 지상축이 편광소자의 흡수축과 평행이 되도록 제공하는 것이 바람직하다.

본 발명과 종래 기술을 비교하기 위해서, 도 2a 내지 2c는, 보는 각도의 변화에 의한 편광판의 축 어긋남의 모양을 푸앵카레 구(Poincare sphere)를 사용하여 나타낸 모식도이다. 도 2a는 본 발명에 따른 편광판을 나타낸다. 도 2b 및 2c는 각각 종래의 편광판이다. 즉, 도 2b는 위상차가 190 내지 320㎚이고 Nz가 0.1 내지 0.9이고 복굴절성을 나타내는 투명 보호 필름이, 투명 보호 필름의 지상축이 편광소자의 흡수축과 평행하도록 배치되어 있는, 미심사된 일본 특허 공개공보 제 1992-305602호에 따른 편광판을 나타낸다. 또한, 도 2c는 투명 보호 필름으로서 면내 위상차가 약 30㎚ 이하이며, Nz가 1 내지 30인 필름을 사용한 편광판을 나타낸다.

상기 푸앵카레 구에서, 반경은 보는 각도를 나타낸다. 실선은, 편광소자의 흡수축(A)이 45도가 되도록 하는 조건에서 0도 방향에서 보았을 때의 보는 각도의 변화에 따른 광축의 겉보기 각도가 변화되는 모양을 나타내고 있다. 단, 광축의 변화는 설명을 위해 실제보다 크게 나타내었다. 도 2a 내지 도 2c는 편광소자의 흡수축(A) 및 각각의 위상차 필름(투명 보호 필름)의 지상축(S)을 나타내지만, 편광소자의 투과축과 흡수축은 항상 직교 상태를 형성하고, 위상차 필름의 진상축과 지상축은 항상 직교 상태를 형성하기 때문에 편광소자의 투과축과 위상차 필름의 진상축의 관계도 도 2a 내지 도 2c에서와 동일한 방식으로 변한다.

도 2a 내지 도 2c의 각각에서, 편광소자의 흡수축(A)은 보는 각도의 변화에 따라, 보는 각도와 점차적으로 평행하도록 변한다. 즉, 도 2a 내지 도 2c의 각각에서 흡수축(A)의 각도는 원래의 각도로부터 크게 변한다. 또한, 다른 편광소자가 크로스니콜의 형태로 평관판의 위상차 필름의 한면에 배치된 경우, 흡수축(A)과 평행한 투과축(T, 파선)은 보는 각도의 변화에 따라 흡수축(A)과는 역방향으로 변하여, 흡수축(A)과 투과축(T)간의 각도의 엇갈림이 점차적으로 증가한다. 도 2a 내지 도 2c의 어느 경우에도, 전술한 바와 동일한 변화를 나타낸다.

한편, 도 2c에서 도시한 종래 기술에서, 투명 보호 필름의 지상축(S3)이 보는 각도의 변화에 따라 거의 항상 수직방향으로 발생하기 때문에, 투명 보호 필름의 지상축(S3)의 각도는 0°로 여겨진다. 또한 위상차는, 보는 각도의 변화에 따라, 서서히 커진다. 위상차의 최대치를 약 40㎚ 정도로 하면 편광소자를 투과한 광 α는, 푸앵카레 구상에서 지상축(S3)을 중심으로 회전 변환에 적용된다. 이 때 광의 파장에 따라 작용의 크기가 변하여, 광의 파장이 짧아질수록, 광의 회전 속도가 빨라진다(파장 분산). 그 결과, 도 2c에서 도시한 바와 같이, 광 α는 α 블루에서 α 레드로 넓어진다. 그 때문에, 원래 평행할 크로스니콜 간의 흡수축(A)과 투과축(T)의 관계가 붕괴된다. 또한, 이러한 투과축(T)의 편광소자를 투과하는 광의 투과율이 투명 보호 필름에 의한 위상차의 영향을 받아, 상기 광의 투과율이 커진다(광 유출).

다른 한편으로, 도 2b에서 도시한 종래 기술에서, 투명 보호 필름의 지상축(S2)의 Nz가 0.1 내지 0.9이며, 0.5 근방(도 2b에서는 0.5임)의 값을 갖는 경우, 그 각도는 거의 변하지 않는다. 도 2b에서, 지상축(S2)의 보는 각도에 의한 축변화는 거의 발생하지 않는다. 이러한 경우, 정면방향에서는 투명 보호 필름과 편광소자의 광축이 일치하기 때문에 위상차의 영향은 발생하지 않지만, 투명 보호 필름의 광축과 편광소자의 광축이 서로 어긋나는 경우, 위상차의 영향이 나타난다.

도 2b에서 도시한 종래 기술에서, 면내 위상차는 가시광의 1/2 파장 정도이다. 따라서, 도 2b에서 도시한 바와 같이, 편광소자를 투과한 광 α는, 푸앵카레 구상에서 지상축(S2)을 중심으로 하여 π의 회전 변환에 적용되어, 광 α를 흡수축(A)과 지상축(S2)에 대하여 거의 대칭인 위치로 변환시킨다. 이러한 변환의 결과, 광 α는, 크로스니콜의 형태로 배치된 편광소자의 투과축(T)의 변화에 따라 변화된 각도 근방의 각도에서 선형 편광이 되어, 광 α는 크로스니콜의 관계를 유지시키기 위해 보상된다. 결과적으로, 광 유출이 상당히 감소된다.

그러나, 전술한 바에서, 상기 도 2c에서와 마찬가지로, 파장분산으로 인해 단파장의 광이 보다 빠르게 회전한다. 따라서, 도 2b에서 도시한 바와 같이, 광은 α 블루에서 α 레드로 넓어진다. 투명 보호 필름에 의한 위상차가 가령 파장 550㎚인 광에 대하여 1/2 파장이 되도록 설정되는 경우, π의 회전 변환이 발생하여, 파장 550nm의 광에 대한 위상차가 보상된다. 한편, 550nm 이외의 파장의 광에 대해서는, 위상차가 1/2 파장에서 어긋나서 정확히 π 만큼이 발생되지 않고 π보다도 크거나 작아진다. 결과적으로, 생성된 광은 크로스니콜의 형태로 배치한 편광소자의 투과축(T)의 변화에 따라 변화된 각도로부터 어긋나거나 타원 편광이 된다. 광은 투과축(T)의 편광소자를 통해 투과하여, 도 2c에서 도시한 바와 같은 청색광이나 적색광으로 광 유출이 발생하여, 수직 투과율의 상승이나 착색이 유발된다.

이와 대조적으로, 도 2a에서 도시한 바와 같이, 본 발명의 편광판에서의 투명 보호 필름(2)의 구성 요소중 하나인 위상차 필름(21)의 지상축(S21)은, 위상차 필름의 Nz가 0.65 내지 0.85(도 2a에서 0.75임)의 사이에 있기 때문에 흡수축 A의 변화각도와 원래의 각도의 차이의 1/2 근방이 되도록 변한다. 따라서, 도 2a에서 도시한 바와 같이, 보는 각도에 의한 축변화는 항상 흡수축(A)의 변화의 약 1/2이 된다. 또한, 이러한 경우, 상기 도 2b에서와 같이, 위상차 필름(21)과 편광소자의 축 어긋남에 따라 위상차의 영향이 나타난다. 따라서, 편광소자를 투과한 광 α가 푸앵카레 구상에서 지상축(S21)을 중심으로 하여 π의 회전 변환에 적용된다. 결과적으로, 파장분산에 의해 α 블루에서 α 레드로 넓어진다. 동시에, 광이 흡수축 A의 원래 각도와 실질적으로 동일하도록, 보는 각도에 따라 변하는 각도를 갖는 선형 편광이 되도록 보상되어, 광이 투명 보호 필름의 다른 구성 성분인 그 다음의 위상차 필름(22)에 입사된다.

위상차 필름(22)의 Nz가 0.15 내지 0.35(도 2a에서는 0.25임)의 범위이기 때문에, 위상차 필름(22)의 지상축(S22)은 변화된 지상축(S21)의 변화와 대칭인 축에서 어긋난다. 도 2a에서, Nz가 0.75인 위상차 필름(21)의 지상축(S21)의 변화에 대해 Nz가 0.25인 위상차 필름(22)의 지상축(S22)이 대칭으로 변하기 때문에, 흡수축(A)에 대하여 크로스니콜에 배치된 편광소자의 투과축(T)의 각도 변화의 1/2이 되도록 지상축(S22)이 변한다.

전술한 경우, 위상차 필름(21)에서 회전 변환에 적용된 광 α 블루 내지 α 레드는, 푸앵카레 구상에서 지상축(S22)을 중심으로 하여 π의 회전 변환에 추가로 적용된다. 따라서, 파장분산으로 인해 광이 α 블루에서 α 레드로 넓어진다. 그러나, 이 때의 변화는, 전술한 변화를 상쇄하는 작용을 한다. 따라서, 도 2a에서 도시한 바와 같이, 광은 파장에 관계없이 크로스니콜 형태로 배치된 편광소자의 투과축(T)과 실질적으로 동일한 각도로 수렴되도록 보상된다. 따라서 거의 전체 파장에 대해 크로스니콜 관계가 유지된다. 예컨대, 중심파장을 550㎚로 한 경우에도, 청색광이나 적색광으로 광 유출되는 것이 방지되어, 투과광의 착색화가 방지된다.

본 발명에 따른 편광판은, 예컨대 액정 디스플레이 장치의 제조에서와 같이, 종래 기술에 따른 적절한 목적으로 바람직하게 사용될 수 있다. 편광판을 실제로 사용하기 위해서, 편광판의 한면 또는 양면에, 각종 목적의 보호층, 표면 반사의 방지 등을 목적으로 하는 반사 방지층 또는/및 눈부심 방지 처리층, 광확산층 등의 적절한 기능층을 제공할 수도 있다. 반사 방지층은, 예컨대 불소계 중합체의 코팅층, 다층 금속 증착막 등의 광 간섭 필름으로서 적절하게 형성할 수 있다. 또한, 눈부심 방지 처리층도, 예컨대 미립자 함유의 수지 코팅층이 제공되거나 엠보싱(embossing), 샌드 블래스트 가공 또는 에칭 가공 등의 적절한 방식으로 표면에 미세 요철 구조를 부여하는 등에 의해 표면 반사광을 확산시키는 적절한 방식으로 형성할 수가 있다.

또한, 광 확산층도 상기 눈부심 방지 처리층에 준하여 형성될 수가 있다. 또한, 상기 미립자로는 예컨대 평균 입경이 0.5 내지 20㎛인 무기 미립자 및 유기 미립자를 들 수 있다. 무기 미립자는 실리카, 산화칼슘, 알루미나, 티타니아, 지르코니아, 산화주석, 산화인듐, 산화카드뮴, 산화안티몬 등으로 구성되며, 이는 전기 전도성일 수 있다. 유기 미립자는 폴리메틸메타크릴레이트 및 폴리우레탄과 같은 가교 또는 미가교 중합체로 구성된다. 전술한 무기 미립자 및 유기 미립자에서 선택된 1종 또는 2종 이상의 조합이 미립자로서 사용될 수도 있다. 또한, 눈부심 방지 처리층이나 광 확산층은 투명 보호 필름을 확산 또는 표면의 미세 요철을 제공함으로써, 투명 보호 필름과 일체화되도록 형성될 수 있다.

한편, 액정 디스플레이 장치는, 종래의 편광판을 대신하여 본 발명에 따른 편광판을 사용하여 상기 편광판을 액정셀의 한면 또는 양면에 배치함으로써 형성할 수 있다. 이런 경우, 2층의 위상차 필름으로 구성된 투명 보호 필름이 편광소자와 액정 셀 사이에 위치하도록 배치하는 것이 디스플레이 품질의 향상 등의 점에서 바람직하지만, 투명 보호 필름의 위치가 이로 제한되는 것은 아니다.

실시예

참고예

폴리비닐알콜 필름을 온수 중에 침지하여 팽윤시킨다. 그 다음, 필름을 요오드/요오드화칼륨 수용액에서 염색시키고 붕산 수용액내에서 일축 연신 처리하여, 편광소자를 수득하였다. 분광 광도계에 의해 편광소자의 단체 투과율, 평행 투과율 및 직교 투과율을 측정하였다. 그 결과, 투과율이 43.5%이고, 편광도가 99.9%이었다.

실시예 1

폴리카보네이트(PC) 필름의 양면에 각각 점착층에 의해 열수축성 필름을 결합시켰다. 가열하에 생성된 필름을 일축 연신하고, 파장 550㎚인 광에 대해 면내 위상차가 268㎚이고, Nz가 0.74인 위상차 필름 (A)를 수득했다(이러한 법칙은 이하에도 적용됨). 또한, 전술한 바와 동일한 방법으로 면내 위상차가 260㎚이고, Nz가 0.26인 위상차 필름 (B)를 수득했다. 그 다음, 참고예에서 수득한 편광소자의 한면에 폴리비닐알콜계 접착제를 통해 TAC 필름을 결합하여 투명 보호층을 형성하였다. 그 다음, 편광소자의 다른면에 폴리비닐알콜계 접착제를 통해 위상차 필름 (A)를 결합하고, 그 위에 아크릴계 점착층을 통해 위상차 필름 (B)를 중첩 결합하여 투명 보호 필름을 형성하였다. 그 다음, 편광소자 및 투명 보호 필름으로 구성된 편광판을 수득하였다. 또한 위상차 필름내 배향축이 지상축으로 작용하도록 결합이 형성되어, 지상축이 편광소자의 흡수축과 평행이 되도록 하였다.

실시예 2

면내 위상차가 265㎚이고, 0.82의 Nz를 갖는 위상차 필름 (A) 및 면내 위상차가 260㎚이고, 0.21의 Nz를 갖는 위상차 필름 (B)를 수득하여 실시예 2에서 사용한 것 외에는, 실시예 1에 준하여 편광판을 수득하였다.

실시예 3

면내 위상차가 259㎚이고, 0.67의 Nz를 갖는 위상차 필름 (A) 및 면내 위상차가 262㎚이고, 0.32의 Nz를 갖는 위상차 필름 (B)를 수득하여 실시예 3에서 사용한 것 외에는, 실시예 1에 준하여 편광판을 수득하였다.

비교예 1

위상차 필름(A 및 B)로 이루어지는 투명 보호 필름을, 면내 위상차가 6㎚이고, 8의 Nz를 갖는 TAC 필름으로 이루어지는 투명 보호 필름으로 대체한 것 외에는, 실시예 1에 준하여 편광판을 수득하였다.

비교예 2

위상차 필름 (A)를 면내 위상차가 265㎚이고 1.01의 Nz를 갖는 위상차 필름으로 대체한 것 외에는, 실시예 1에 준하여 편광판을 수득하였다. 이 위상차 필름은 임의의 열 수축성 필름에 의해 접착하지 않고 가열하여 일축 연신 처리하여 제조하였다.

비교예 3

면내 위상차가 630㎚이고, 0.91의 Nz를 갖는 위상차 필름 (A) 및 면내 위상차가 515㎚이고, 0.67의 Nz를 갖는 위상차 필름 (B)를 수득하여 비교예 3에서 사용한 것 외에는, 실시예 1에 준하여 편광판을 수득하였다.

비교예 4

면내 위상차가 263㎚이고, 0.41의 Nz를 갖는 위상차 필름 (A) 및 면내 위상차가 255㎚이고, 0.17의 Nz를 갖는 위상차 필름 (B)를 수득하여 비교예 4에서 사용한 것 외에는, 실시예 1에 준하여 편광판을 수득하였다.

비교예 5

면내 위상차가 274㎚이고, 0.94의 Nz를 갖는 위상차 필름 (A) 및 면내 위상차가 277nm이고, 0.92의 Nz를 갖는 위상차 필름 (B)를 수득하여 비교예 5에서 사용한 것 외에는, 실시예 1에 준하여 편광판을 수득하였다.

비교예 6

위상차 필름(A 및 B)로 이루어진 투명 보호 필름 대신에, 면내 위상차가 260㎚이고, Nz가 0.75인 위상차 필름으로 이루어진 투명 보호 필름으로 대체한 것 외에는, 실시예 1에 준하여 편광판을 수득했다. 상기 위상차 필름은, 실시예 1에 준하여 수득되었다.

평가시험

실시예 1 내지 3 및 비교예 1 내지 6에서 수득한 편광판의 분광 강도를 도 3에 도시한 장치로 측정하였다. 즉, 광원(K), 핀홀(P) 및 렌즈(R)의 조합으로 평행 광선을 발생시켰다. 상기 평행 광선은, 실시예 1 내지 3, 및 비교예 1 내지 6의 각각에서 수득한 편광판으로 구성된 샘플(S)에 입사하였다. 샘플(S)을 통한 투과광을 분광기(B)를 통해 검출기(D)에서 받아서 광의 분광 강도를 측정했다. 또한, 샘플(S)은 유리판에 점착층을 통해 편광판의 투명 보호 필름 측(하나 이상의 위상차 필름으로 구성됨)을, 편광판의 흡수축이 45°각도로 기울어지도록 결합시키고, 크로스니콜의 형태로 다른 점착층을 통해 유리판의 다른쪽 면에 다른 편광소자를 결합시킴으로써 수득되었다.

또한, 측정하기 위해, 평행 광선에 대하여 수직한 회전축(γ) 둘레에서 β 회전할 수 있는 회전판에 샘플(S)을 장착하여, 샘플(S)의 투명 보호 필름(위상차 필름으로 구성됨)을 광선에 대하여 수직이 되도록 광원에 배치하고 또한 편광소자의 흡수축이 회전축 γ에 대하여 45도가 되도록 장착했다. 전술한 바와 같이 측정한 분광 강도와 기준 분광 강도의 비로부터 투과율을 산출하였다. 상기 측정치로부터 3개의 자극치를 기본으로 하여 L, a 및 b를 계산하여, 흑색점과의 색상차 △E0를 구했다. 한편, 샘플(S)을 회전축(γ)을 통해 75도로 회전시키는 조건에서, 전술한 바와 동일한 방법으로 분광 투과도를 측정하였다. 이렇게 하여, 흑색점과의 색상차 △E75를 수득하였다. 동시에, 전술한 측정치의 결과를 기준으로 회전각이 0도일 때와 75도일 때의 색좌표에서 색상차 △E75-0을 계산하였다. 또한 상기 기준 분광도는, 상기 도 3의 장치에 있어서 샘플(S)이 없는 상태에서의 장치의 분광 강도를 기준으로 한다.

상기 결과를 하기 표 1에 나타냈다.

	회전각 0도				회전각 75도				색상차
	L	a	b	△E0	L	a	b	△E75	△E75-0
실시예 1	2.120	1.405	-1.734	3.078	2.147	1.481	-2.313	3.486	0.585
실시예 2	2.108	1.472	-1.685	3.074	3.134	1.445	1.602	3.805	3.444
실시예 3	2.071	1.478	-1.239	2.830	2.788	1.5	-2.943	4.323	1.849
비교예 1	1.998	1.523	-1.121	2.751	17.42	3.755	5.398	18.620	16.891
비교예 2	2.152	1.448	-1.387	2.941	11.25	3.889	6.443	13.535	12.249
비교예 3	2.588	1.914	-1.652	3.618	24.9	8.335	7.462	27.298	24.942
비교예 4	2.082	1.397	-1.505	2.924	9.833	5.005	-4.316	11.848	9.000
비교예 5	2.045	1.618	-1.540	3.028	13.9	4.11	-7.645	16.387	13.565
비교예 6	2.176	1.362	-2.326	3.464	3.492	5.318	-6.862	9.357	6.161

상기 표 1과 육안 관찰의 결과로부터, 정면 방향의 흑색점에서의 색상차 △E0는 실시예 1 내지 3과 비교예 1 내지 6에서 거의 차이가 인정되지 않았지만, 75도 방향의 색상차 △E75는 각각의 실시예 1 내지 3에 있어서 통상의 편광판인 비교예 1 및 또다른 종류의 편광판인 비교예 2 각각에 비하여 명확히 작아져 있고, 즉, 실시예 1 내지 3에서 광 유출이 억제되어 있음을 알 수 있다. 따라서 비교예 1 및 2 각각에서 나타낸 바와 같이 Nz가 1 이상인 경우에는, 보상 효과가 발현될 수 없었다. 또한, 비교예 3에서의 색상차 △E75는 비교예 1 및 2 각각에 비하여 컸다. 위상차가 소정치를 넘어도 보상 효과가 발현될 수 없음을 알 수 있다.

한편, 비교예 4에서는, 각각의 실시예 1 내지 3에 비하여 보상 효과가 작고 광 유출이 많았다. 비교예 5에서도, 광 유출은 비교예 1에서와 동일한 정도만큼 일어나고, 개선 효과가 발현되지 않았다. 따라서, 본 발명에 따른 Nz의 조합이 요구된 보상 효과의 발현에 필수적인 것임이 명백하다. 다른 한편, 비교예 6에서는, 색상차 △E75가 비교예 1에서보다 작아져 있지만, a와 b의 값이 크고 육안 관찰에 있어서도 투과광이 자색으로 변색되었다. 이것은 청색이나 적색의 영역에서 적당하게 광보상되지 않음을 의미한다. 또한 0도와 75도 사이에 있어서도 그 회전각이 커질수록 색상차 △E가 서서히 커져 육안 관찰에 있어서도 변색(광 유출)이 서서히 커지고 있음이 확인되었다.

상기에 반하여, 실시예 1 내지 3에서는 투과광의 색이 거의 무채색에 가깝고, a와 b의 값도 비교예 6보다 작아진다. 실시예 1 내지 3에서, 보상 효과가 넓은 범위의 가시광역에서 달성된다는 것이 명백하다. 또한 샘플의 각도의 관계에서는 45도를 최대치로 하였다. 각도가 45°보다 커지는 경우, 광 유출은 서서히 감소되었다. 그 경우에도, 실시예 1 내지 3에서는 현저한 보상 효과가 나타났지만, 비교예 1 내지 6에서는 그 보상 효과가 발생하지 않았다. 전술한 설명으로부터, 본 발명에 따라 넓은 범위의 가시광역에서 보는 각도의 변화에 의한 광 유출을 방지할 수 있는 편광판을 수득할 수 있음이 명백하다.

본 발명은 구체적인 바람직한 형태에 대해 기술하고 있지만, 본 발명의 바람직한 형태는 하기 특허청구범위에서와 같은 본 발명의 진의 및 범주를 벗어나지 않는 범위에서 구조의 세부 사항 및 부품의 조합 및 배열을 변화시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

본 발명에 의하면, 보는 각도의 변화에 대응하여 투명 보호 필름을 형성하는 위상차 필름의 지상축 등의 광축이 변화되어 편광소자의 흡수축 등의 광축 변화를 상쇄하는 보상 작용을 나타내서, 크로스니콜에 배치한 경우에 편광소자의 광축 방향과 함께 그 광축에서 어긋난 방향에 있어서도 광 유출을 억제할 수 있는 동시에, 위상차의 파장 분산도 억제할 수 있어 중립성(무착색성)이 우수하고 직선 편향성이 변화되기 어려운 편광판을 수득할 수 있고, 그것을 사용하여 넓은 시야각에서 콘트라스트 등의 디스플레이 품질이 우수한 액정 디스플레이 장치 등을 형성할 수 있다. 또한 본 편광판은 필름을 겸하기 때문에 두께 감소 및 경량성도 우수하다.

Claims (4)

1. 편광소자; 및

   파장 550㎚의 광에 대한 면내 위상차가 190 내지 320㎚인 2층의 위상차 필름으로 구성된 하나 이상의 투명 보호 필름

   을 포함하는 편광판으로서,

   상기 투명 보호 필름이 상기 편광소자의 양면중 한면에 결합되고,

   각각의 위상차 필름의 지상축(遲相軸)이 편광소자의 흡수축과 평행이 되도록 하고, 상기 2층의 위상차 필름이 하기 수학식 1 및 수학식 2의 조건에서 0.65 내지 0.85의 Nz를 갖는 위상차 필름과 0.15 내지 0.35의 Nz를 갖는 위상차 필름의 조합으로 구성되는 편광판:

   수학식 1

   nx>ny

   수학식 2

   Nz=(nx-nz)/(nx-ny)

   상기 식에서,

   nx 및 ny는 각각 상기 위상차 필름의 면내 굴절율이고;

   nz는 상기 위상차 필름의 두께 방향의 굴절율이다.
2. 제 1 항에 있어서,

   0.65 내지 0.85의 Nz를 갖는 위상차 필름이 편광소자 측에 배치된 편광판.
3. 제 1 항에 있어서,

   편광소자가 흡수 2색성인 편광판.
4. 제 3 항에 있어서,

   상기 흡수 2색성 편광소자가, 요오드 또는 2색성 염료를 함유하는 폴리비닐알콜 화합물의 일축 연신 필름으로 이루어지는 편광판.

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