KR100805482B1

KR100805482B1 - 광 확산판, 광학 소자 및 액정 표시 장치

Info

Publication number: KR100805482B1
Application number: KR1020020002374A
Authority: KR
Inventors: 나카니시사다히로; 미야타케미노루; 나카노수사쿠; 모치즈키아마네
Original assignee: 닛토덴코 가부시키가이샤
Priority date: 2001-01-16
Filing date: 2002-01-15
Publication date: 2008-02-20
Also published as: EP1223460A2; HK1047620B; JP2002214416A; HK1047620A1; EP1223460A3; US20020140881A1; US6734932B2; CN1366191A; CN1236329C; KR20020061175A

Abstract

본 발명은 복굴절성 필름, 및 상기 복굴절성 필름 중에 분산 상태로 함유되며 상기 복굴절성 필름과는 상이한 복굴절 특성을 갖는 미소 영역을 포함하는 광 확산판에 있어서, 상기 복굴절성 필름이 복굴절성 연신 필름을 포함하고, 상기 미소 영역이 양의 1축성 액정 중합체를 포함하며, 상기 미소 영역의 연신 방향의 길이가 연신축에 대해 직교하는 방향의 길이보다 길고, 상기 액정 중합체가 복굴절성 연신 필름의 연신축에 대해 수직으로 배향되어 있는 광 확산판에 관한 것으로, 이러한 광 확산판은 직선 편광의 산란 이방성을 나타내며 산란 방향의 확산성이 우수하고, 액정 표시 장치 등의 시인성, 휘도 등의 향상에 적절하다.

Description

광 확산판, 광학 소자 및 액정 표시 장치{OPTICAL DIFFUSING PLATE, OPTICAL ELEMENT AND LIQUID CRYSTAL DISPLAY}

도 1은 광 확산판의 예를 도시한 단면도이다.

도 2는 중첩 광 확산판의 예를 도시한 단면도이다.

도 3은 광학 소자의 예를 도시한 단면도이다.

도 4는 액정 표시 장치의 예를 도시한 단면도이다.

도 5는 다른 액정 표시 장치의 예를 도시한 단면도이다.

도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명

1 : 광 확산판

e : 미소 영역

2a, 2b, 2 : 접착층

3 : 광학 부품

4 : 편광판

5 : 액정 셀

6 : 확산 반사판

7 : 도광판

10 : 중첩 광 확산판

본 발명은 직선 편광의 산란 이방성을 나타내며 산란 방향의 확산성이 우수하고, 액정 표시 장치 등의 시인성, 휘도 등을 향상시키는데 적절한 광 확산판에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 상기 광 확산판을 사용한 광학 소자에 관한 것이다.

종래, 기재 물질 중에 굴절률 이방성의 영역(domain)을 분산 상태로 분포시킴으로써 직선 편광에 대하여 산란 이방성을 나타내도록 설계된 광 확산판이 알려져 있다. 이러한 광 확산판의 예로는 열가소성 수지와 저분자 액정의 조합으로 구성되는 것, 저분자 액정과 광 가교성 저분자 액정의 조합으로 구성되는 것, 및 폴리비닐 알콜과 저분자 액정의 조합으로 구성되는 것이 알려져 있다(미국 특허 제 2123902 호 명세서, 국제 공개공보 제 WO87/01822 호, 일본 특허공개공보 제 1997-274108 호).

이들 광 확산판에서 기대되는 것은, 편광판에 의해 흡수되는 것이 곤란한 상태로 직선 편광을 공급하여 흡수 손실을 감소시키고, 결과적으로 액정 표시 장치의 휘도를 향상시키는 것이다. 이에 의하면, 콜레스테릭 액정층과 1/4 파장판을 사용한 종래의 흡수 손실 감소 시스템에 있어서의, 콜레스테릭 액정의 큰 파장 의존성에 의한 문제, 특히 경사 투과광의 착색 문제 및 반사형의 액정 표시 장치 등에 적용할 수 없는 문제를 해소시킬 것으로 기대된다. 그러나, 상기 종래의 광 확산판은 그 제조가 곤란한 것, 액정 표시 장치 등에 적용한 경우 그 취급이 어렵고 기능의 안정성도 부족하여 실용적이지 않은 것 등의 문제점이 있었다.

상기 문제를 해결한 광 확산판으로서 복굴절 특성이 상이한 미소 영역을 분산 상태로 함유하도록 구성된 복굴절성 필름을 사용한 것이 제안되어 있다(일본 특허공개공보 제 2000-187105 호). 이러한 광 확산판을 사용하면 상기 문제를 해결하고, 게다가 우수한 편광 특성을 나타낼 수 있다. 그러나, 미소 영역을 분산 상태로 함유하여 구성되는 복굴절성 필름을 사용한 기존의 광 확산판에 있어서, 상기 미소 영역의 각각은 연신된 복굴절성 필름의 연신 방향으로 배향되어 있고, 연신 방향에 대해 수직으로 배향된 미소 영역은 얻어지지 않는다.

본 발명의 목적은 상이한 복굴절 특성을 갖는 미소 영역을 분산 상태로 함유하는 복굴절성 필름을 사용한 광 확산판으로서, 제조가 용이하고 열적 및 화학적 안정성이 우수하여 실용성이 탁월하며, 편광판에 의한 흡수 손실을 감소시킬 수 있는 직선 편광을 공급할 수 있어 휘도의 향상을 도모할 수 있는 동시에 착색 문제가 거의 발생하지 않으며 반사형 액정 표시 장치 등에도 적용할 수 있고, 추가로 미소 영역이 연신된 복굴절성 필름의 연신 방향에 대해 수직으로 배향되는 광 확산판을 제공하는 것이다. 본 발명의 다른 목적은 상기 광 확산판을 사용한 광학 소자 및 액정 표시 장치를 제공하는 것이다.

상기 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해 본 발명자들은 예의 검토한 결과, 후술하는 광 확산판을 사용하는 경우 상기 종래 기술의 문제점을 해결할 수 있음을 발견하고, 본 발명을 완성하기에 이르렀다.

즉, 본 발명은 복굴절성 필름, 및 상기 복굴절성 필름 중에 분산 상태로 함유되며 상기 복굴절성 필름과는 상이한 복굴절 특성을 갖는 미소 영역을 포함하는 광 확산판에 있어서, 상기 복굴절성 필름이 복굴절성 연신 필름을 포함하고, 상기 미소 영역이 양의 1축성 액정 중합체를 포함하며, 상기 미소 영역의 연신축 방향의 길이가 연신축에 대해 직교하는 방향의 길이보다 길고, 상기 액정 중합체가 복굴절성 연신 필름의 연신축에 대해 수직으로 배향되어 있는 광 확산판에 관한 것이다.

본 발명의 광 확산판은 미소 영역, 및 미소 영역을 분산 상태로 함유하는 복굴절성 연신 필름이 중합체 물질로 형성되므로, 형성 물질의 취급성이 탁월하여 용이하게 제조할 수 있다. 더구나, 형성 물질은 열적 및 화학적 안정성을 가지므로 광학 기능의 안정성을 나타내고 실용성도 탁월하다. 또한, 미소 영역이 양의 1축성 액정 중합체에 의해 형성되어 있고, 상기 액정 중합체가 기재 물질 중합체와의 계면에서 수직 배향되어 있어서, 미소 영역이 기재 물질 필름의 연신에 의해 연신축 방향으로 연장됨으로써, 전체적으로 액정 중합체가 복굴절성 연신 필름의 연신축에 대해 수직으로 배향한 상태로 된다. 이러한 상태는, 일본 특허공개공보 제 2000-187105 호에 기술된 바와 같은 복굴절성 필름과는 달리 굴절률의 3차원 방향에서의 제어가 달성되는 점에서 바람직하다.

상기 광 확산판에 있어서, 양의 1축성 액정 중합체가 액정성 단편(fragment) 측쇄를 함유하는 단량체 단위(a) 및 비액정성 단편 측쇄를 함유하는 단량체 단위(b)를 함유하는 측쇄형 액정 중합체인 것이 바람직하다.

상기 광 확산판에 있어서, 미소 영역이 상분리에 의해 분산 상태로 분포되는 것이 바람직하고, 미소 영역의 연신축 방향의 길이가 0.05 내지 500㎛인 것이 바람직하다.

상기 광 확산판은 1층으로 사용될 수 있지만, 편광 특성을 상승시키기 위해 상하층의 Δn1 방향이 서로 평행한 관계를 가질 수 있도록 2층 이상 중첩하여 사용될 수도 있다.

또한, 본 발명은 편광판 및 위상차판으로부터 선택된 1종 이상과 상기 광 확산판의 적층체를 포함하는 광학 소자에 관한 것이다.

또한, 본 발명은 상기 광 확산판 또는 상기 광학 소자를 액정 셀의 한면 또는 양면에 포함하는 액정 표시 장치에 관한 것이다.

상기 편광판을 사용한 경우, 투과하는 직선 편광의 양이 증가하면서 흡수 손실이 감소되어 투과형 액정 표시 장치 등의 휘도를 향상시킬 수 있다. 또한 콜레스테릭 액정과 같은 큰 파장 의존성에 근거하는 착색 문제 또한 거의 발생하지 않는다. 또한, 상기 편광판은 반사형 액정 표시 장치 등에도 용이하게 적용될 수 있으며, 휘도 및 시인성이 우수한 액정 표시 장치를 안정하게 얻을 수 있다.

본 발명의 광 확산판은 복굴절성 필름 중에 분산 상태로 함유되며 복굴절성 필름과는 상이한 복굴절 특성을 갖는 미소 영역을 포함하며, 상기 복굴절성 필름이 복굴절성 연신 필름을 포함하고, 상기 미소 영역이 양의 1축성 액정 중합체를 포함하며, 상기 액정 중합체가 복굴절성 연신 필름의 연신축에 대해 수직으로 배향되어 있는 것이다.

도 1 및 2는 본 발명의 광 확산판의 예를 도시한다. 도면 부호 (1)이 광 확산판이고, (10)이 광 확산판(1)을 중첩한 중첩 광 확산판이다. 각각의 광 확산판은 모두 복굴절 특성이 상이한 미소 영역(e)을 분산 상태로 함유하는 복굴절성 필름이다. 또한, (2b)는 중첩 광 확산판 사이의 접착층이고, (2a)는 피착체에 접착시키기 위한 접착층으로 구성되는 접착층이고, (21)은 접착층을 일시적으로 덮는 세퍼레이터이다.

본 발명의 광 확산판은 예컨대 다음과 같은 적절한 방법으로 제조된다: 복굴절성 필름의 기재 물질로서 사용되는 1종 또는 2종 이상의 기재 물질 중합체와 미소 영역으로서 사용되는 1종 또는 2종 이상의 상기 양의 1축성 액정 중합체의 혼합물로부터 필름을 형성하고, 이어서 상기 필름을 연신 처리하여 배향시켜 복굴절성 필름 중에 형성되며 당해 복굴절성 필름과는 상이한 복굴절 특성을 갖는 액정 중합체 미소 영역을 제공한다.

상기 기재 물질 중합체로는 적절한 투명성 중합체를 사용할 수 있으나 특별한 제한은 없다. 또한, 그 예로는 폴리에틸렌테레프탈레이트 또는 폴리에틸렌나프탈레이트와 같은 폴리에스테르계 중합체; 폴리스티렌 또는 아크릴로니트릴 스티렌 공중합체(AS 수지)와 같은 스티렌계 중합체; 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 사이클로계 또는 노르보넨 구조를 갖는 폴리올레핀 또는 에틸렌 프로필렌 공중합체와 같은 올레핀계 중합체; 카보네이트계 중합체; 폴리메틸메타크릴레이트와 같은 아크릴계 중합체; 염화비닐계 중합체; 셀룰로스 디아세테이트 또는 셀룰로스 트리아세테이트와 같은 셀룰로스계 중합체; 나일론 또는 방향족 폴리아미드와 같은 아미드계 중합체; 이미드계 중합체; 설폰계 중합체; 폴리에테르 설폰계 중합체; 폴리에테르 에테르 케톤계 중합체; 폴리페닐렌 설파이드계 중합체; 비닐알콜계 중합체; 염화비닐리덴계 중합체; 비닐부티랄계 중합체; 아릴레이트계 중합체; 폴리옥시메틸렌계 중합체 또는 그들의 블렌드 등을 들 수 있다. 이들 중에서도 에스테르기, 에테르기 및 카보네이트기와 같은 극성기를 갖지 않은 탄화수소로 구성되는 중합체가 바람직하다.

한편, 양의 1축성 액정 중합체로는, 예컨대 액정성 단편 측쇄를 함유하는 단량체 단위(a) 및 비액정성을 갖는 단편 측쇄를 함유하는 단량체 단위(b)를 함유하는 측쇄형 액정 중합체를 들 수 있다.

상기 단량체 단위(a)에 있어서의 단편 측쇄는, 예컨대 하기 화학식 1a의 측쇄 부분을 갖는 것을 들 수 있다.

-Y-Z-A

상기 식에서,

Y는 주쇄로부터 분지된 폴리메틸렌쇄 또는 폴리옥시메틸렌쇄를 나타내고,

Z는 파라-치환된 환상 화합물을 나타낸다.

상기 화학식 1a에서, Y는 굴곡성을 나타내는 스페이서기이고, 폴리메틸렌쇄 -(CH₂)_p- 또는 폴리옥시메틸렌쇄 -(CH₂CH₂O)_q-로 구성된다. 그 반복 수 p 및 q는 그것에 결합하는 메소겐기 Z의 화학 구조 등에 의해 적절하게 결정될 수 있고, 일반적으로 p는 0 내지 20, 특히 2 내지 12이고, q는 0 내지 10, 특히 1 내지 4의 정수이다.

굴절률 제어를 위한 복굴절 필름을 형성하기에 바람직한 스페이서기 Y는, 예컨대 에틸렌, 프로필렌, 부틸렌, 펜틸렌, 헥실렌, 옥틸렌, 데실렌, 운데실렌, 도실렌, 옥타데실렌, 에톡시에틸렌 및 메톡시부틸렌 등이다.

Z는 액정 배향성을 부여하는 메소겐기로 작용하는 파라-치환된 환상 화합물이며, 그 예로는 아조메틴형, 아조형, 아족시형, 에스테르형, 톨란형, 페닐형, 비페닐형, 페닐사이클로헥실형 및 비사이클로헥실형과 같은 파라-치환된 방향족 단위 또는 파라-치환된 사이클로 헥실환 단위 등을 갖는 것 등을 들 수 있다.

굴절률 제어를 위한 복굴절 필름의 형성에 바람직한 파라-치환된 환상 화합물 Z로는 하기 화학식 1의 화합물 등을 들 수 있다.

상기 식에서,

m은 1 또는 2이다. 상기 화학식 1에서, 스페이서기 Y 및 메소겐기 Z는 에테르 결합, 즉 -O-를 통해 결합할 수 있다. 또한 파라-치환된 환상 화합물을 형성하는 페닐기의 1개 또는 2개의 수소가 할로겐으로 치환될 수 있고, 이 경우 할로겐으로는 염소 또는 불소가 바람직하다.

또한 파라-치환된 환상 화합물 Z에서의 파라-위치에서 말단 치환기 A는, 예컨대 시아노기, 알킬기, 알케닐기, 알콕시기, 옥사알킬기, 할로겐기, 및 1개 이상의 수소가 불소 또는 염소로 치환된 할로알킬기, 할로알콕시기 및 할로알케닐기 등이 적절한 기일 수 있다.

따라서, 상기 측쇄형 액정 공중합체는 열가소성을 나타내고 실온 또는 고온에서 네마틱상 또는 스멕틱상 등의 적절한 배향성을 나타내는 공중합체일 수 있다.

상기 단량체 단위(a)에서의 단편 측쇄는 알콕시기, 시아노기, 플루오로기 및 알킬기의 군으로부터 선택되는 하나 이상의 치환기를 상기 단편 측쇄의 분자 장축에 대해 평행한 방향으로(대칭으로) 포함하는 것이 바람직하다.

상기 단량체 단위(a)로는, 예컨대 화학식 2의 단량체 단위를 바람직한 예로서 들 수 있다.

상기 식에서,

R¹은 수소 원자 또는 메틸기를 나타내고,

a는 1 내지 6의 양의 정수를 나타내고,

X¹은 -CO₂-기 또는 -OCO-기를 나타내고,

R²는 시아노기, 탄소수 1 내지 6의 알콕시기, 플루오로기 또는 탄소수 1 내지 6의 알킬기를 나타내고,

b 및 c는 각각 1 또는 2의 정수를 나타낸다.

더구나, 상기 단량체 단위(b)에 있어서의 단편 측쇄는 알킬기, 플루오로알킬기 및 알콕시기의 군으로부터 선택되는 하나 이상의 치환기를 갖는 것이 바람직하다. 이러한 치환기를 갖는 단편 측쇄를 갖는 단량체 단위를 사용하여 굴절률 특성 및 복굴절률 특성의 제어가 가능하다.

상기 단량체 단위(b)로는, 예컨대 화학식 3의 단량체 단위를 들 수 있다. 이러한 선형 측쇄를 갖는 화학식 3의 단량체 단위는 굴절률 특성 및 복굴절률 특성의 제어에 있어서 바람직하다. 화학식 3의 단량체 단위의 비율을 증가시킴으로써 상광(常光) 굴절률을 감소시킬 수 있고, 동시에 복굴절률을 감소시킬 수 있다.

상기 식에서,

R³은 수소 원자 또는 메틸기를 나타내고,

R⁴는 탄소수 1 내지 22의 알킬기, 탄소수 1 내지 22의 플루오로알킬기 또는 하기 화학식 4의 치환기를 나타낸다.

상기 식에서,

d는 1 내지 6의 양의 정수를 나타내고,

R^５는 탄소수 1 내지 6의 알킬기를 나타낸다.

단량체 단위(a)와 단량체 단위(b)의 비율은 특별히 제한되지 않는다. 상기 비율은 단량체 단위의 종류에 따라서도 다르지만, 단량체 단위(b)의 비율이 많아지면 측쇄형 액정 공중합체가 복굴절 특성을 나타내지 않으므로, 바람직한 단량체의 비율은 (b)/{(a)+(b)}=0.01 내지 0.8(몰비)이다. 또한, 측쇄형 액정 중합체의 중량 평균 분자량이 2,000 내지 100,000인 것이 바람직하다. 또한, 단량체 단위(a) 및 단량체 단위(b)로서 상기 화학식 2 및 3의 단량체 단위를 포함하는 측쇄형 액정 공중합체는 위에서 예시한 단량체 단위에 상응하는 아크릴계 단량체 또는 메타크릴계 단량체를 공중합함으로써 제조될 수 있다.

위에서 예시한 측쇄형 액정 공중합체는 주쇄를 형성하는 골격으로서 폴리아크릴레이트 또는 폴리메타크릴레이트의 경우를 예시했지만, 여기서 주쇄는 선형, 분지형, 환상 등의 적당한 조합으로 형성될 수 있다. 그 예로는 폴리-α-할로아크릴레이트류, 폴리-α-시아노아크릴레이트류, 폴리아크릴아미드류, 폴리아크릴로니트릴류, 폴리메타크릴로니트릴류, 폴리아미드류, 폴리에스테르류, 폴리우레탄류, 폴리에테르류, 폴리이미드류 및 폴리실록산 등을 들 수 있다.

상기 방법에서, 수득되는 광 확산판에 형성된 미소 영역의 분산 분포성을 향상시키기 위해서는 기재 물질 중합체 및 측쇄형 액정 공중합체를 상분리가 유도되는 조합으로 사용하는 것이 바람직하다. 이러한 조합에 의한 상용성을 이용하여 분산 분포성을 제어할 수 있다. 상분리는 예컨대 상호 비상용성 재료를 용매에서 용액상으로 만드는 방법 및 가열 용융상 하에서 혼합하는 방법 등의 적절한 방법으로 유도할 수 있다.

또한, 상기 연신 배향 처리 방법으로 상기 미소 영역을 분산 상태로 함유하는 복굴절성 필름을 형성하는 경우, 적절한 연신 온도 및 연신 배율로 목적하는 복굴절성 필름을 형성할 수 있다. 연신 온도는 바람직하게는 기재 물질 중합체의 유리 전이 온도(T_g)의 약 ±30℃의 범위이고, 연신 배율은 바람직하게는 약 1.5 내지 5이다. 또한, 상기 기재 물질 중합체에는 연신 방향의 굴절률 변화 특성에 따라 음양으로 분류되는 이방성 중합체가 있지만, 본 발명에 있어서는 음양 어느 쪽의 이방성 중합체도 사용할 수 있다.

배향 처리 대상인 필름은, 예컨대 캐스팅법, 압출 성형법, 사출 성형법, 롤 성형법 및 유연 성형법 등의 적절한 방법을 사용하여 제조될 수 있고, 단량체 상태로 전개하여 이것을 가열 처리 또는 자외선 조사 등의 방사선 처리 등에 의해 중합하여 필름을 수득하는 방법이 사용될 수 있다.

복굴절성 연신 필름 중에 분산 상태로 함유되는 미소 영역은 균등 분포성이 우수하므로 적절한 용매에서 제조된 기재 물질 중합체와 측쇄형 액정 공중합체의 혼합액을 캐스팅법 또는 유연 성형법을 사용하여 막을 제조하는 방법이 바람직하다. 이 방법이 적용되는 경우, 용매의 종류, 혼합액의 점도 및 혼합액 전개층의 건조 속도와 같은 인자에 의해 미소 영역의 크기 또는 분포 상태 등을 제어할 수 있다. 또한, 미소 영역의 소면적화를 위해 혼합액의 저점도화 또는 혼합액 전개층의 건조 속도의 급속화 등이 효과적이다.

배향 처리 대상인 필름의 두께는 적절히 결정할 수 있지만, 일반적으로는 배향 처리성 등을 고려하면 1㎛ 내지 3mm, 바람직하게는 5㎛ 내지 1mm, 보다 바람직하게는 10 내지 500㎛이다. 또한, 상기 필름의 형성에 있어서는, 예컨대 분산제, 계면 활성제, 자외선 흡수제, 색조 조절제, 난연제, 이형제, 산화 방지제 등의 적절한 첨가제를 배합할 수 있다.

배향 처리는, 예컨대 일축 연신 처리 방법을 사용하여 수행될 수 있고, 장축 방향의 연신 배율이 높으면, 2축, 축차 2축 또는 Z축 등을 채용할 수도 있다. 상기 방법을 사용하여 미소 영역을 분산 상태로 함유하고 있는 복굴절성 연신 필름을 얻을 수 있다. 또한, 연신 필름에는 기재 물질 중합체로서 취성 중합체도 사용할 수 있지만, 연장성이 우수한 중합체를 특히 바람직하게 사용할 수 있다.

본 발명의 광 확산판은 상기 미소 영역을 분산 상태로 함유하고 있는 복굴절성 연신 필름으로 구성되고, 미소 영역을 구성하는 액정 중합체가 복굴절성 연신 필름의 연신축에 대해 수직으로 배향되어 있다.

또한, 광 확산판에 포함되는 측쇄형 액정 중합체의 배향성의 수직 배향의 확인은 다음의 방법에 의해 수행된다. 연신축에 대해 평행 및 수직 방향의 편광에 대한 광 확산판의 적외선 흡수 스펙트럼을 측정하고, 적외 2색성의 흡수비(평행 편광 입사시의 시그널 흡수/수직 편광 입사시의 시그널 흡수)를 계산한다. 상기 흡수비가 1보다 작은 경우에는 수직 방향으로 배향하고 있는 것으로 결정하였다. 상기 흡수비가 1보다 큰 경우에는 수평 배향으로, 1인 경우에는 무배향으로 인정된다.

후방 산란 또는 파장 의존성 등을 근거로 하면, 광 이용 효율의 향상, 파장 의존성에 의한 착색 방지, 미소 영역의 시각에 의한 선명한 표시의 저해 방지, 또한 제막성 또는 필름 강도의 향상을 위해 미소 영역의 바람직한 크기, 특히 연신축 방향(장축 방향)의 길이는 0.05 내지 500㎛, 보다 바람직하게는 0.1 내지 250㎛, 보다 더 바람직하게는 1 내지 100㎛이다. 또한, 미소 영역은 통상적인 영역의 상태로 복굴절성 연신 필름 중에 존재하여, 그 연신축 직교 방향(단축 방향)의 길이에 대하여는 특별히 제한은 없지만, 장축 방향의 연신 배율이 단축보다 크기 때문에 장축 방향의 길이가 단축 방향보다 길다.

상기 본 발명의 광 확산판에 있어서 미소 영역이 차지하는 비율은 적절히 결정할 수 있지만, 일반적으로는 필름 강도 등을 고려하면 일반적으로 0.1 내지 70중 량%, 바람직하게는 0.5 내지 50중량%, 보다 바람직하게는 1 내지 30중량%이다.

본 발명의 광 확산판은 도 1에 도시한 바와 같이 복굴절 특성이 상이한 미소 영역을 분산 상태로 함유하는 단층의 복굴절성 필름으로 구성될 수 있고, 도 2에 도시한 바와 같이 중첩된 다층의 광 확산판(1)으로 구성될 수도 있다. 이러한 중첩 방법에 의해, 두께 증가 이상의 상승적인 산란 효과가 발휘되고, 편광판과 조합한 경우에 중첩화에 의한 반사 손실 이상의 편광판을 통한 다량의 투과광을 얻을 수 있어 유리하다.

중첩체는 연신축 방향 또는 연신축 직교 방향의 임의의 배치 각도로 광 확산판을 적층한 것일 수 있다. 그러나, 산란 효과의 확대를 위해 상하층이 연신축 방향으로 평행한 관계를 갖도록 중첩한 것이 바람직하다. 광 확산판의 중첩수는 2층 이상의 적절한 수일 수 있다.

중첩체에 있어서의 각각의 광 확산판은 어떠한 처리없이 단지 중첩될 수 있지만, 연신축 방향 등의 어긋남 방지 또는 각 계면으로의 이물질 등의 침입 방지 등을 위해 접착층 등을 통해 접착되어 있는 것이 바람직하다. 그 접착에는, 예컨대 핫 멜트계 또는 감압성 접착계 등의 적절한 접착제를 사용할 수 있다. 반사 손실을 감소시키기 위해 광 확산판과의 굴절률 차가 가능한 한 작은 접착층이 바람직하고, 기재 물질 중합체 자체 또는 미소 영역을 형성하는 액정 중합체를 사용하여 접착할 수도 있다.

본 발명의 광 확산판은 그 직선 편광의 투과성과 산란성을 나타내는 특성을 효율적으로 사용하여 예컨대 편광 증폭판, 색 조절판, 편광 분리판, 표시 특성 제 어판, 액정 표시 스크린 및 편광 보조판 등의 각종 용도로 사용할 수 있다.

편광 분리판은 레일리-산란에 가까운 산란을 나타내는 광 확산판을 도광판과 편광판 사이에 배치하고 후방 산란광의 편광을 해소한 후, 도광판 저면의 반사층을 통해 편광판에 재입사시킴으로써 연신축의 직교 방향 투과성의 직선 편광의 양을 증가시켜, 편광도 및 광 이용 효율을 향상시키는 기능을 한다.

표시 특성 제어판은 후방 산란이 적고 헤이즈 이방성이 높은 광 확산판을 액정 셀과 시인측 편광판에 배치하여 백색 표시를 산란시키고, 흑색 표시를 투과시켜 콘트라스트의 향상 또는 화상의 선명화를 목적으로 하는 것이다. 액정 표시 스크린은 광 확산판을 입사광 중 특정한 직선 편광을 선택적으로 투과시키는 스크린으로서 사용하여 콘트라스트의 향상화를 목적으로 하는 것이다. 편광 보조판은 헤이즈 이방성이 높은 광 확산판을 표시 장치에 있어서의 편광판과 광원 사이에 배치하여 편광판에 의한 입사광의 흡수를 억제하고 편광판의 온도 상승을 방지하는 것을 목적으로 하는 것이다.

따라서, 본 발명의 광 확산판의 실제 사용에서 예컨대 편광판 및/또는 위상차판 등의 적절한 광학 부품 중 한면 또는 양면에 광 확산판을 배치한 적층체로 구성되는 광학 소자로서 사용될 수 있다. 그 예를 도 3에 도시한다. 도면 부호 (3)은 광학 부품이다. 이러한 적층체는 어떠한 처리없이 단지 중첩될 수 있고, 접착층 등을 통해 접착된 것일 수도 있다. 그 접착층으로는 상기 각각의 광 확산판에서 사용된 것이 사용될 수 있다.

상기 적층을 위해 사용되는 광학 부품에 관해서는 특별히 제한은 없고, 예컨 대 편광판, 위상차판, 도광판과 같은 백라이트, 반사판, 다층막 등으로 구성되는 편광 분리판 및 액정 셀 등의 적절한 것이 사용될 수 있다. 더구나, 편광판 또는 위상차판 등의 광학 부품은 각종 형태의 것일 수 있다.

즉 편광판으로는 흡수형 타입, 반사형 타입, 산란형 타입 등의 각종 타입이 사용될 수 있고, 위상차판으로는 1/4 파장판 또는 1/2 파장판, 1축 또는 2축 연신 필름 타입 및 추가로 두께 방향으로 분자 배향시킨 경사 배향 필름 타입, 액정 중합체 타입 및 이들을 적층한 타입의 것 등의 여러 종류가 본 발명에서 사용될 수 있다.

상기 편광판의 예로는 폴리비닐 알콜계 필름; 부분 포르밀화 폴리비닐 알콜계 필름; 에틸렌 비닐 아세테이트 공중합체계 중합체의 부분 비누화 필름과 같은 친수성 고분자 필름에 요오드 또는 2색성 염료 등의 2색성 물질을 흡착시켜 연신한 흡수형 편광판; 폴리비닐 알콜의 탈수 화합물 또는 폴리염화비닐의 탈염산 화합물과 같은 폴리엔 배향 필름 등을 들 수 있다.

또한, 상기 편광 필름의 한면 또는 양면에 내수성을 보유하기 위해 플라스틱의 피복층 또는 필름의 라미네이트층 등으로 구성되는 투명 보호층을 마련한 편광판 등도 들 수 있다. 또한, 그 투명 보호층에, 예컨대 평균 입경이 0.5 내지 20㎛인 실리카, 알루미나, 티타니아, 지르코니아, 산화주석, 산화인듐, 산화카드뮴, 산화안티몬 등의 도전성을 갖는 무기계 미립자, 가교 또는 비가교 중합체 등의 유기계 미립자 등의 투명 미립자를 함유하여 표면에 미세 요철 구조를 부여한 것 등도 들 수 있다.

한편, 위상차판의 예로는, 상기 복굴절성 필름에 예시된 기재 물질 중합체로 구성되는 연신 필름, 액정 중합체, 그 중에서도 비틀림 배향 액정 중합체 등으로 구성되는 것을 들 수 있다. 또한, 도광판의 예로는 투명한 수지판의 측면에 음극관(저온형, 고온형) 등의 선형 광원, 발광 다이오드, EL 등의 광원을 배치하고, 그 수지판의 내부에 전송되는 광을 확산, 반사, 회절, 간섭 등에 의해 판의 한면측에 출사하도록 한 것을 들 수 있다.

도광판을 포함하는 광학 소자의 형성에 있어서는, 광의 출사 방향을 제어하기 위한 프리즘 시트 등으로 구성되는 프리즘 어레이층, 균일한 발광을 얻기 위한 확산판, 선형 광원으로부터의 출사광을 도광판의 측면에 도입하기 위한 광원 홀더 등의 보조 수단을 도광판의 상하면 또는 측면 등의 예비결정된 위치에 필요에 따라 적절한 조합체로 할 수 있다.

본 발명에 의한 광학 소자를 형성하는 적층체는 1종의 광학 부품을 포함한 것일 수 있고, 2종 이상의 광학 부품을 포함한 것일 수도 있다. 또한, 본 발명의 적층체에서 예컨대 위상차판 등의 동종의 광학 부품을 2층 이상 적층한 것일 수 있고, 이 경우 광학 부품의 위상차판 등의 특성은 동일하거나 상이할 수 있다. 광학 소자에 있어서의 광 확산판은 적층체의 한면 또는 양면, 적층체를 형성하는 광학 부품의 한면 또는 양면 등의 적층체의 외부 또는 내부의 적절한 위치에 1층 또는 2층 이상이 배치될 수 있다.

또한, 광학 소자를 형성하기 위한 편광판으로는 휘도 또는 콘트라스트의 향상을 위해 상기 2색성 물질을 함유한 흡수형 편광판 등의 편광도가 높은 것, 특히 40% 이상의 광 투과율 및 95.0% 이상, 특히 99% 이상의 편광도를 갖는 것이 바람직하게 사용될 수 있다.

본 발명의 광 확산판 또는 광학 소자는 상기 특징을 갖기 때문에 액정 표시 장치의 형성에 바람직하게 사용할 수 있다. 도 4 및 5는 액정 표시 장치의 예를 도시한다. 도면 부호 (4)가 편광판이고, (5)가 액정 셀이고, (6)이 확산 반사판이고, (7)이 도광판이고, (71)은 반사층이고, (72)는 광원이고, (8)은 시인 광 확산용 광 확산판이다.

상기 도 4는 반사형 액정 표시 장치를 도시하고, 광 확산판(1)은 시인측 편광판(4)의 외측에 배치되어 있다. 한편, 도 5는 투과형 액정 표시 장치를 도시하고, 광 확산판(1)은 백라이트를 형성하는 도광판(7)과 시인 배면측의 편광판(4) 사이에 배치되어 있다.

액정 표시 장치는 일반적으로 편광판, 액정 셀, 반사판 또는 백라이트 및 필요에 따라 광학 부품 등의 구성 부품을 적절히 조립하여 구동회로를 내장하는 것 등에 의해 형성된다. 　본 발명에서, 상기 광 확산판 또는 광학 소자를 사용하는 점을 제외하고 특별히 제한은 없고, 종래 방법을 사용하여 형성될 수 있다. 따라서, 액정 표시 장치의 형성에 있어서는, 예컨대 시인측의 편광판상에 마련하는 광 확산판, 안티글레어층, 반사 방지막, 보호층, 보호판 및 액정 셀과 시인측 등의 편광판의 사이에 마련하는 보상용 위상차판 등의 적절한 광학 부품을 적절하게 배치할 수 있다.

상기 보상용 위상차판은 위에서 기술한 바와 같이 복굴절의 파장 의존성 등 을 보상하여 시인성을 향상시키기 위해 사용되고, 시인측 또는/및 백라이트측의 편광판과 액정 셀의 사이 등에 배치된다. 또한, 보상용 위상차판으로는 파장 영역 등에 따라 상기 위상차판 등의 적절한 것을 사용할 수 있다. 더구나, 보상용 위상차판은 2층 이상의 위상차층으로 구성될 수 있다. 상기 경우에서, 광 확산판 또는 광학 소자는 그것을 단위로 액정 셀의 한면 또는 양면의 적절한 위치에 1층 또는 2층 이상을 배치할 수 있다.

또한, 상기 광 확산판의 배치에 있어서 광 확산판은 위에서 기술한 바와 같이 인접하는 광학 부품 등으로 적층 일체화된 광학 소자로서 사용될 수 있다. 더구나, 액정 표시 장치에서 이것을 형성하는 각각의 부품은 본 발명의 광 확산판의 경우에서와 같이 접착층을 통해 접착 일체화되어 있는 것이 바람직하다.

실시예

본 발명은 이하에 실시예를 참조하여 설명되지만, 본 발명은 이들 실시예로 제한되는 것이 아니다. 또한, 각 실시예에서 부는 중량부를 나타낸다.

실시예 1

복굴절성 연신 필름의 기재 물질 중합체로서 탄화수소로 구성되는 노르보넨계 수지(니혼 제온 코포레이션(Nihon Zeon Corporation) 제조, 상품명 제오넥스(Zeonex)) 100부를 함유하는 25중량% 톨루엔 용액과 하기 화학식 5(중량 평균 분자량: 10000)의 측쇄형 액정 중합체 6부를 혼합하였다. 상기 혼합물을 캐스팅법으로 캐스팅하여 두께 100㎛의 필름을 수득하였다. 수득된 필름을 160℃에서 3배로 연신 처리하여 상기 측쇄형 액정 중합체의 미소 영역을 분산 상태로 함유하는 복굴절성 연신 필름으로 구성되는 광 확산판을 수득하였다.

상기 식에서,

n은 35로서 단량체 단위의 몰%를 나타내며, 편의상 블록으로 표시한다.

상기 복굴절성 연신 필름에서 노르보넨계 수지는 필름을 형성하고, 그 중에 연신 방향으로 장축인 형상으로 측쇄형 액정 중합체가 영역 형상으로 분산되어 미소 영역을 형성한다. 영역의 평균 직경을 편광 현미경 관찰로 미소한 배향 혼란에 기인한 위상차에 의한 착색에 따라 측정한 결과, 연신축 방향의 길이가 약 6㎛이었다. 또한, 연신축 방향의 길이가 연신축 직교 방향의 길이보다도 길었다.

비교예 1

실시예 1에 있어서, 복굴절성 연신 필름의 기재 물질 중합체로서 에스테르기를 포함하는 노르보넨계 수지(JSR 코포레이션 제조, 상품명 아톤(ARTON))를 사용한 것 외에는 실시예 1과 동일하게 하여 광 확산판을 수득하였다. 상기 복굴절성 연신 필름에서 노르보넨계 수지는 필름을 형성하고, 그 중에 연신 방향으로 장축인 형상으로 측쇄형 액정 중합체가 영역 형상으로 분산되어 미소 영역을 형성한다. 영역의 평균 직경을 편광 현미경 관찰로 위상차에 의한 착색에 따라 측정한 결과, 연신축 방향의 길이가 약 6㎛이었다. 또한, 연신축 방향의 길이가 연신축 직교 방향의 길이보다도 길었다.

비교예 2

노르보넨계 수지(니혼 제온 코포레이션 제조, 상품명 제오넥스)로 구성되는 필름상에 폴리비닐 알콜을 피복하고 추가로 레이욘 천에 의해 러빙 처리하여 배향막층(0.3㎛)을 형성하였다. 이 배향막상에 상기 화학식 5의 측쇄형 액정 중합체의 25중량% 사이클로헥사논 용액을 피복하여 160℃로 가열 배향함으로써 액정 중합체 배향물을 수득하였다. 상기 액정 배향층의 두께는 2㎛이었다.

(배향 방향의 평가)

실시예에서 수득된 광 확산판과 비교예에서 수득된 액정 배향층을 갖는 필름에 대하여, 각각 포함되는 측쇄형 액정 중합체의 배향성을, 편광 성분마다 적외선 흡수 스펙트럼을 측정함으로써 평가했다. 실시예에서 수득된 광 확산판에 관해서는 연신축에 대해 평행 및 수직 방향의 편광에 대한 적외선 흡수 스펙트럼을 측정하였다. 비교예에서 수득된 액정 배향층을 갖는 필름에 관하여는 러빙축에 대해 평행 및 수직 방향의 편광을 입사하여 적외선 흡수 스펙트럼을 측정하였다. 스펙트럼 중의 시아노기(2230㎝^-1) 및 방향 환(1600㎝^-1)에서 생성되는 흡수를 상기 각 방향 조건하에서 측정하였다. 이렇게 하여, 적외 2색성의 흡수비(평행 편광 입사시의 시그널 흡수/수직 편광 입사시의 시그널 흡수)를 계산하였다. 상기 흡수비가 1보다 작은 경우에는 수직 방향으로 배향하고 있는 것으로 인정된다. 상기 흡수비가 1보다 큰 경우에는 수평 배향이고, 1인 경우는 무배향이다. 흡수비의 계산 결과를 표 1에 나타낸다.

	시아노기 시그널에 대한 흡수비	방향환 시그널에 대한 흡수비
실시예 1	0.22	0.29
비교예 1	7.61	5.57
비교예 2	7.34	5.30

표 1로부터, 각 편광 성분의 흡수비가 실시예와 비교예에서 역전하고 있음을 알 수 있다. 따라서, 양자의 측쇄형 액정 중합체의 배향 방향이 역이며, 실시예에서는 수직 배향하고 있는 것으로 인정된다.

실시예 2

실시예 1에서 수득된 광 확산판과 41%의 전광선 투과율 및 99%의 투과광의 편광도를 갖는 시판되는 편광판을 연신축 방향과 투과축이 일치하도록 아크릴계 접착층을 통해 접착하여 광학 소자를 제조하였다.

실시예 3

확산 반사판상에 편광판, TN 액정 셀 및 실시예 2에서 수득된 광학 소자를 편광판이 셀측에 배치되도록 아크릴계 접착층을 통해 하나씩 접착하여 도 4에서와 같은 반사형 액정 표시 장치를 수득하였다. 또한, 편광판을 그 투과축 방향이 액정 셀과 대면하는 각각의 러빙 방향과 일치하도록 배치하였다.

실시예 3에서 수득된 액정 표시 장치에 관해서 표시 상태에서의 휘도를 휘도계로 조사한 결과, 편광판만을 사용한 경우와 비교하여 휘도의 큰 향상이 확인되었다.

본 발명의 광 확산판은 복굴절 특성이 상이한 미소 영역을 분산 상태로 함유하여 이루어지는 복굴절성 필름을 사용한 것으로, 제조가 용이하고 열적 및 화학적 안정성이 우수하여 실용성이 탁월하며, 편광판에 의한 흡수 손실을 감소시킬 수 있는 직선 편광을 공급할 수 있어 휘도의 향상을 도모할 수 있는 동시에 착색 문제가 거의 발생하지 않으며 반사형 액정 표시 장치 등에도 적용할 수 있고, 추가로 미소 영역이 연신된 복굴절성 필름의 연신 방향에 대해 수직으로 배향된 것이다.

Claims

복굴절성 필름, 및 상기 복굴절성 필름 중에 분산 상태로 함유되며 상기 복굴절성 필름과는 상이한 복굴절 특성을 갖는 미소 영역을 포함하는 광 확산판에 있어서,

상기 복굴절성 필름이 복굴절성 연신 필름을 포함하고, 상기 미소 영역이 양의 1축성 액정 중합체를 포함하며,

상기 미소 영역의 연신축 방향의 길이가 연신축에 대해 직교하는 방향의 길이보다 길고, 상기 액정 중합체가 복굴절성 연신 필름의 연신축에 대해 수직으로 배향되어 있는 광 확산판.
제 1 항에 있어서,

양의 1축성 액정 중합체가 액정성 단편 측쇄를 함유하는 단량체 단위(a) 및 비액정성 단편 측쇄를 함유하는 단량체 단위(b)를 함유하는 측쇄형 액정 중합체인 광 확산판.
제 1 항에 있어서,

미소 영역이 상분리에 의해 분산 상태로 분포되고 미소 영역의 연신축 방향의 길이가 0.05 내지 500㎛인 광 확산판.
제 1 항에 따르는 광 확산판을, 상하층의 연신축 방향이 서로 평행한 관계를 가질 수 있도록 2층 이상 중첩하여 구성되는 광 확산판.
편광판 및 위상차판으로부터 선택된 1종 이상과 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 따르는 광 확산판의 적층체를 포함하는 광학 소자.
제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 따르는 광 확산판을 액정 셀의 한면 또는 양면에 포함하는 액정 표시 장치.
제 5 항에 따르는 광학 소자를 액정 셀의 한면 또는 양면에 포함하는 액정 표시 장치.