KR100805504B1 - 적층 1/4 파장판 또는 원편광판, 그를 사용한 액정 표시장치 및 그의 제조방법 - Google Patents

적층 1/4 파장판 또는 원편광판, 그를 사용한 액정 표시장치 및 그의 제조방법 Download PDF

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다카시 야마오카
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Abstract

본 발명은 복굴절의 보상에 적합한 1/4 파장판 또는 원편광판, 그를 사용한 액정 표시 장치, 및 그의 제조방법에 관한 것이다. 적층 1/4 파장판은 1/4 파장판 및 1/2 파장판을 갖고, 상기 1/4 파장판 및 1/2 파장판은 면내 지상축이 서로 교차하도록 서로에 적층되고; 각 1/4 파장판 및 1/2 파장판은 면내 주굴절률을 nx, ny, 두께 방향의 굴절률을 nz라 할 때, Nz=(nx-nz)/(nx-ny)> 1.05의 관계를 만족한다. 상기 원편광판은 상기 적층 1/4 파장판 및 편광판의 적층체이다.

Description

적층 1/4 파장판 또는 원편광판, 그를 사용한 액정 표시 장치 및 그의 제조방법{LAMINATED QUARTER-WAVE PLATE OR CIRCULARLY POLARIZING PLATE, LIQUID-CRYSTAL DISPLAY DEVICE USING THE SAME AND METHOD FOR PRODUCING THE SAME}
도 1은 액정 표시 장치의 한 실시양태의 단면도이다.
도 2는 액정 표시 장치의 다른 실시양태의 단면도이다.
본 발명은 복굴절의 보상에 적합한 적층 1/4 파장판 또는 원편광판, 그를 사용한 액정 표시 장치 및 그의 제조방법에 관한 것이다.
가시광의 넓은 파장영역에 걸쳐 1/4 파장의 위상차를 제공할 수 있는 파장판으로서, 일축 연신에 의해 제조된 1/4 파장판과 1/2 파장판을 그 면내 지상축 방향이 서로 교차되도록 적층시킨 적층 1/4 파장판이 알려져 있다. 예를 들어, 적층 1/4 파장판은 액정 표시 장치(이하, LCD로 약칭하기도 함)의 반사 방지 등을 목적으로 널리 사용된다.
TFT(박막 트랜지스터; Thin Film Transistor) 구동 방식의 트위스트네마틱(TN)형 LCD는, 노트북 컴퓨터나 모니터 등에 광범위하게 사용되고 있지만, 시야각이 좁다는 결점이 있다. 최근, 넓은 시야각이 얻어지는 VA형 LCD 또는 IPS형 LCD가 개발되어, 모니터용으로 널리 사용되기 시작하고 있다. 그러나, TN형 LCD에 비하여 휘도가 낮기 때문에 백라이트 전력을 필요로 하고, 더욱이 저소비 전력을 필요로 하는 노트북형 PC에는 탑재되지 않았다.
한편, 멀티도메인 VA-LCD에서, 액정 셀과 편광판 사이의 층간에 상기 적층 1/4 파장판을 배치하고, 이의 역회전 원편광을 제공할 수 있는 적층 1/4 파장판을 다른쪽 층간에 배치하는 것에 의해 정면 휘도가 향상된다는 것이 알려져 있다. 그러나, 이 방법으로는 넓은 시야각을 얻는 것은 곤란하며, 종래 기술에 의해서는, 이축 연신에 의해 제조된 음(負)의 1축성 위상차판, 및 편광판을 서로 적층시키는 것에 의해 상기 문제점을 해결할 수 있지만, 다수의 판을 적층해야 하므로 필름이 두껍게 되고, 적층 공정수가 많기 때문에 생산성이 낮아진다는 결점이 있다.
본 발명은, 상기 종래의 문제를 해결하기 위한 것으로, 복굴절의 보상에 적합한 1/4 파장판 또는 원편광판, 이것을 사용하는 액정 표시 장치, 및 그의 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위해서, 본 발명에서는, 1/4 파장판 및 1/2 파장판의 적층체를 갖는 적층 1/4 파장판으로서, 상기 1/4 파장판 및 1/2 파장판이 면내 지상축 방향이 서로 교차되도록 적층되고, 상기 1/4 파장판 및 1/2 파장판 각각이 면내의 주굴절률을 nx, ny, 두께 방향의 굴절률을 nz라 할 때 Nz=(nx-nz)/(nx-ny)> 1.05의 관계를 만족하는 적층 1/4 파장판이 제공된다. 또한, 본 발명에 따르면, 상기 적층 1/4 파장판 및 편광판을 적층한 원편광판이 제공된다.
또한, 본 발명에 따르면, 상기 적층 1/4 파장판, 및 상기 적층 1/4 파장판의 일면 또는 양면에 제공된 감압성 접착제층을 갖는 감압성 접착제-함유 적층 1/4 파장판이 제공된다.
또한, 본 발명에 따르면, 상기 원편광판, 및 상기 원편광판의 일면 또는 양면에 제공된 감압성 접착제층을 갖는 감압성 접착제-함유 원편광판이 제공된다.
또한, 본 발명에 따르면, 액정 셀, 및 상기 액정 셀의 일면 또는 양면에 배치된 상기 적층 1/4 파장판 또는 원편광판, 또는 상기 감압성 접착제-함유 적층 1/4 파장판 또는 원편광판을 갖는 액정 표시 장치가 제공된다.
다음으로, 본 발명의 위상차판의 제조방법은, 면내의 주굴절률을 nx, ny, 두께 방향의 굴절률을 nz라 할 때, Nz=(nx-nz)/(nx-ny)> 1.05의 관계를 만족하는 위상차판(1/4 파장판 또는 1/2 파장판)의 제조방법으로서, 두께 5 내지 500㎛의 투명 중합체 필름을, 텐터(tenter) 횡연신 또는 이축 연신하는 단계를 포함한다.
본 발명의 특징 및 이점은 하기에 첨부된 도면과 함께 기술된 바람직한 실시양태의 상세한 설명으로부터 명백할 것이다.
도 1 및 2에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 적층 1/4 파장판(1)은 1/4 파장판(2) 및 1/2 파장판(3)의 적층체를 갖는다. 상기 1/4 파장판(2) 및 1/2 파장판(3)은 면내의 지상축 방향이 교차되도록 서로 적층되며, 각각 면내 주굴절률을 nx, ny, 두께 방향 굴절률을 nz라 할 때 Nz=(nx-nz)/(nx-ny)> 1.05의 관계를 만족한다.
1/4 파장판 및 1/2 파장판의 재료는 특별히 한정되지 않지만, 복굴절의 제어성, 투명성 및 내열성이 우수한 재료가 바람직하다. 복굴절의 불균일성을 적게 한다는 관점에서, 압출 또는 유연 제막(流延製膜)에 의해 제조된 중합체 필름이 바람직하게 사용된다. 이러한 중합체 필름을 형성하기 위한 중합체의 예는 폴리올레핀(폴리에틸렌, 폴리프로필렌 등), 폴리노르보르넨계 중합체, 폴리염화비닐, 폴리스티렌, 폴리아크릴로니트릴, 폴리카보네이트, 폴리에스테르, 폴리설폰, 폴리알릴레이트, 폴리비닐 알콜, 폴리메타아크릴산 에스테르, 폴리아크릴산 에스테르 및 셀룰로스 에스테르 등을 들 수 있다. 그 중에서도, 복굴절의 제어성 및 균일성, 투명성 및 내열성의 관점에서, 폴리노르보르넨계 중합체, 폴리카보네이트, 폴리에스테르, 폴리설폰, 폴리알릴레이트가 바람직하다. 중합체 필름으로서는, 안정한 연신 처리에 의해 균질한 연신 필름을 얻는 관점에서 일반적으로 3mm 이하, 바람직하게는 1㎛ 내지 1mm, 특히 바람직하게는 5 내지 500㎛ 두께의 필름이 사용된다.
위상차가 발생하도록 하는 방법은 특별히 한정되지 않으며, 보통의 일축 연신 또는 이축 연신과 같은 일반적인 연신 방법을 적용할 수 있지만, Nz=(nx-nz)/(nx-ny)> 1.05의 관계를 만족하는 1/4 파장판 및 1/2 파장판을 얻기 위해서는, 텐터 횡연신 또는 이축 연신이 바람직하게 사용된다. 이축 연신은 전텐터 방식에 의한 동시 이축 연신이거나 롤-텐터법에 의한 순차적인 이축 연신일 수 있다. 또한, 사용하는 중합체 필름의 종류, 두께 등에 따라 최적 조건이 달라지기 때문에, 연신 온도, 연신 속도, 연신 배율 등의 연신 조건은 규정되는 것은 아니지만, 연신 온도는 사용하는 중합체 필름의 유리 전이점(Tg) 부근 또는 그 이상인 것이 바람직하다. 또한, 연신 배율도 연신 방법 등에 따라 다르지만, 중합체 필름을 가로 방향으로 50 내지 200%의 연신 배율로 횡연신, 또는 주연신 방향으로 50 내지 200%의 연신 배율로 이축 연신하여 1/4 파장판 및 1/2 파장판을 형성하는 것이 바람직하다. 또, "100%의 연신 배율"이란, 미연신 필름을 2배로 연신한 상태를 말한다.
1/4 파장판 및 1/2 파장판의 두께는 특별히 한정되지 않고, 사용 목적에 따라 적당히 결정할 수 있지만, 일반적으로는 1mm 이하, 바람직하게는 1 내지 500㎛, 특히 바람직하게는 5 내지 300㎛로 설정된다. 이러한 방식으로 제조된 1/4 파장판 및 1/2 파장판을 양자의 면내의 지상축이 서로 교차되도록 적층함으로써 적층 1/4 파장판이 얻어진다. 적층 방법은 특별히 한정되지 않으며, 투명성이 높은 것이면, 접착제 또는 감압성 접착제와 같은 임의의 적당한 물질을 사용할 수 있다.
도 2에서 편광자(4)의 재료는 특별히 한정되지 않으며, 당 분야에 공지된 임의의 재료를 사용할 수 있다. 일반적으로, 편광자는 편광 필름 및 상기 편광 필름의 일면 또는 양면에 적당한 접착층을 통해 보호층으로서 결합되는 투명 보호 필름을 갖는 판으로서 제공된다.
편광 필름의 재료는 특별히 한정되지 않는다. 편광 필름 재료의 예는 폴리 비닐 알콜(PVA)계 필름, 부분 포르말화 폴리비닐 알콜계 필름 또는 에틸렌·아세트산 비닐 공중합체계 부분 비누화 필름과 같은 친수성 고분자 필름에 요오드 및/또는 이색성 염료를 흡착시킨 후 연신하여 수득된 편광 필름; 폴리비닐 알콜의 탈수 처리물 또는 폴리염화비닐의 탈염산 처리물과 같은 폴리엔 배향 필름으로부터 형성된 편광 필름을 포함한다. 그 중에서도, 요오드 또는 이색성 염료를 흡착 배향시킨 폴리비닐 알콜계 필름이 바람직하다. 편광 필름의 두께는 특별히 한정되지 않으나 1 내지 80㎛가 일반적이고, 특히 2 내지 40㎛가 바람직하다.
적당한 투명 필름을 편광 필름의 일면 또는 양면에 마련되는 투명 보호층으로서 제공되는 보호 필름의 재료로서 사용할 수 있다. 그 중에서도, 투명성, 기계적 강도, 열안정성 및 수분 차폐성이 우수한 중합체의 필름이 바람직하게 사용된다. 그 중합체의 예로서는, 트리아세틸 셀룰로스와 같은 아세테이트계 수지 외에, 상기의 1/4 파장판이나 1/2 파장판의 재료로서 사용되는 중합체를 사용할 수 있지만, 이에 한정되지 않는다. 보호층은 미립자를 함유함으로써 보호층의 표면이 미세 요철 구조를 갖도록 형성될 수도 있다.
편광 특성이나 내구성 등의 관점에서 특히 바람직하게 사용할 수 있는 투명 보호 필름은, 표면을 알칼리 등으로 비누화 처리한 트리아세틸 셀룰로스 필름이다. 투명 보호 필름의 두께는 임의적이지만 일반적으로는 편광판의 박형화를 목적으로 500㎛ 이하, 바람직하게는 5 내지 300㎛, 특히 바람직하게는 5 내지 150㎛이다. 또, 편광 필름의 양면에 투명 보호 필름이 제공되는 경우, 그 전면과 후면이 서로 상이한 중합체로 이루어진 투명 보호 필름을 사용할 수 있다.
편광자 필름과 보호층인 투명 보호 필름의 접착 방법은 특별히 한정되지는 않지만, 예컨대 아크릴계 중합체 또는 비닐알콜계 중합체로 이루어진 접착제, 또는 붕산, 붕사, 글루타르알데히드, 멜라민, 옥살산 등의 비닐알콜계 중합체용 수용성 가교제를 적어도 함유하는 접착제를 통해 수행할 수 있다. 이러한 접착제에 의해, 습도 및 열의 영향으로 박리되기 어렵고, 광투과율이나 편광도가 우수하도록 할 수 있다. 이러한 접착층은, 수용액을 도포하고 필요에 따라 상기 수용액을 건조시켜 수득되는 층으로서 형성된다. 수용액의 제조시에는 다른 첨가제 및 산과 같은 촉매를 혼합시킬 수 있다. 특히, PVA 필름과의 접착성이 우수하다는 점에서, 폴리비닐 알콜로 이루어진 접착제를 사용하는 것이 바람직하다.
도 2에서 편광자(4)와 적층 1/4 파장판(1)을 적층하여 원편광판(5)을 제작하는 방법은 특별히 한정되지 않는다. 투명성이 높은 것이면, 접착제 또는 감압성 접착제와 같은 적당한 물질을 사용할 수 있다. 상기 1/4 파장판 또는 1/2 파장판을 편광자의 보호층으로서 사용함으로써, 다른 1/4 파장판 또는 1/2 파장판을 접착제 또는 감압성 접착제를 통해 편광판의 일면에 접합시켜 적층할 수도 있다. 그 후, 단지 보통의 보호 필름을 1/4 파장판 또는 1/2 파장판이 형성되지 않은 다른 면에 접합시킨다. 이러한 방법에 의한 경우에는, Nz=(nx-nz)/(nx-ny)> 1.05의 관계를 만족하는 파장판을 편광판의 일면에 제공된 보호 필름으로서 사용한다.
1/4 파장판과 1/2 파장판의 적층, 또는 적층 1/4 파장판과 편광자의 적층시에 사용되는 접착제(감압성 접착제)는 특별히 한정되지 않는다. 편광자의 광학 특성 변화를 방지하는 관점에서, 경화 또는 건조시에 고온의 공정을 요하지 않는 것, 또는 장시간의 경화 처리나 건조 시간이 필요하지 않은 접착제가 바람직하게 사용된다. 또한, 가열 및 가습 조건하에서 박리가 발생하지 않는 것이 바람직하다. 예컨대, 아크릴계, 실리콘계, 폴리에스테르계, 폴리우레탄계, 폴리에테르계 또는 고무계 접착제와 같은 투명한 감압 접착제를 사용할 수 있다.
상술한 적층 1/4 파장판(1) 또는 원편광판(5)에는 액정 셀(7)과 같은 다른 부재와 접착하기 위한 감압성 접착제층(6)을 마련할 수 있다. 감압성 접착제층(6)은 아크릴계 점착제와 같은 당해 분야에 따른 적당한 감압성 접착제로부터 형성될 수 있다. 적층 1/4 파장판(1) 또는 원편광판(5)에 제공된 감압성 접착제층(6)이 표면에 노출되는 경우에는, 감압성 접착제층(6)을 실제로 사용되기 전까지 오염 방지를 위해 세퍼레이터로 덮는 것이 바람직하다. 세퍼레이터는 투명 보호 필름의 설명에서 열거한 재료로부터 선택된 재료로 이루어진 적당한 박엽체로부터 형성될 수 있다. 필요에 따라, 실리콘계 박리제, 장쇄 알킬계 박리제, 불소계 박리제 또는 황화몰리브덴 박리제와 같은 적당한 박리제로부터 제조된 박리 코트를 적당한 박엽체상에 마련할 수 있다.
또한, 상기한 적층 1/4 파장판, 편광 필름, 투명 보호층, 감압성 접착제층 등과 같은 각 층을 예컨대 살리실산 에스테르계 화합물, 벤조페놀계 화합물, 벤조트리아졸계 화합물, 시아노아크릴레이트계 화합물 또는 니켈 착염계 화합물과 같은 자외선 흡수제로 처리함으로써 상기 층들이 자외선 흡수능을 갖게 할 수도 있다.
본 발명에 따른 적층 1/4 파장판 또는 원편광판은, 멀티도메인 수직 배향 방식(vertical alignment mode)의 액정 표시 장치(VA-LCD)의 1/4 파장판 또는 원편광 판으로서 유효하게 사용된다. 실용에 있어서는 적층 1/4 파장판 또는 원편광판은 각 표시 장치의 제조 과정에서 순차 별개로 적층함으로써 형성될 수 있다. 다르게는, 적층 1/4 파장판 또는 원편광판은 미리 적층될 수 있다. 이 경우, 품질의 안정성 및 적층 작업성 등이 우수하고, 각 표시 장치의 제조 효율을 향상시킬 수 있는 이점 등이 있다.
본 발명에 따른 적층 1/4 파장판 또는 원편광판은 각종의 액정 표시 장치(8)의 형성에 사용할 수 있다. 특히, VA 방식의 액정 표시 장치에서 종래 발생하던 액정 셀의 복굴절에 의한 광누설, 크로스-니콜 편광판(cross-Nicol polarizer)에 발생하는 광누설 및 컬러 시프트가 저감될 수 있다. 따라서, 전방향에 걸쳐 넓은 시야각을 갖는 액정 표시 장치를 얻을 수 있다. 또, 본 발명의 적층 1/4 파장판 또는 원편광판을 액정 셀에 설치하는 경우는, 액정의 배향에 의한 복굴절을 고려한 설계를 수행할 필요가 있으므로, 파장판의 위상차값 또는 파장판과 편광판의 교차 각도는 적당하게 조정해야 한다.
또한, 액정 표시 장치의 형성에 있어서는, 예컨대 프리즘 어레이 시트, 렌즈 어레이 시트, 광확산판 또는 백라이트와 같은 적당한 부품을 적당한 위치에 1층 이상 배치할 수 있다.
이하, 실시예 및 비교예에 의해 본 발명을 더욱 구체적으로 설명한다.
(실시예 1)
두께 100㎛의 노르보르넨 필름(상품명 "아톤 필름(Arton Film)", JSR 코포레이션 제조)을 온도 175℃에서 텐터에 의해 폭 130%의 연신을 하여 두께 44㎛의 1/4 파장판을 얻었다. 다음에, 두께 100㎛의 노르보르넨 필름을 온도 175℃에서, 롤-텐터 방식에 의해 순차적으로 세로 90%, 가로 5%로 이축 연신하여 두께 70㎛의 1/2 파장판을 얻었다. 다음에, 1/4 파장판의 지상축이 20° 좌회전되고 1/2 파장판의 지상축이 67.5° 좌회전되도록 적층하여 적층 1/4 파장판을 얻었다. 최후에, 이 적층 위상차판에 직선 편광판(상품명 "NRF", 닛토덴코 가부시키가이샤 제조)을 그 흡수축이 각각 0° 및 90°로 되도록 적층하여 우원편광판 및 좌원편광판을 얻었다.
(비교예 1)
실시예 1에서 사용한 것과 같은 두께 100㎛의 노르보르넨 필름을, 온도 175℃에서 세로 25%로 연신하여 두께 91㎛의 1/4 파장판을 얻었다. 다음에, 두께 100㎛의 노르보르넨 필름을 온도 175℃에서 세로 80%로 연신하여 두께 78㎛의 1/2 파장판을 얻었다. 다음에 1/4 파장판의 지상축이 20° 좌회전되고 1/2 파장판의 지상축이 67.5° 좌회전되도록 적층하여 적층 1/4 파장판을 얻었다. 최후에, 이 적층 위상차판에 실시예 1에서 사용한 것과 같은 직선 편광판을 그 흡수축이 각각 0° 및 90°로 되도록 적층하여, 우원편광판 및 좌원편광판을 얻었다.
실시예 1 및 비교예 1에서 얻어진 1/4 파장판 및 1/2 파장판에 대해, 평행 니콜 회전법을 원리로 하는 KOBRA-21ADH(왕자계측기기 제조)를 사용하여 Nz를 구했다. 그 결과를 표 1에 나타낸다.
Figure 112007031972665-pat00001
(실시예 2)
실시예 1에서 얻은 우원편광판 및 좌원편광판을 멀티도메인 VA형 셀의 양면에 배치하여 액정 표시 장치를 얻었다.
(비교예 2)
비교예 1에서 얻은 우원편광판 및 좌원편광판을 멀티도메인 VA형 셀의 양면에 배치한 액정 표시 장치를 얻었다.
(비교예 3)
직선 편광판(실시예 1에서 사용한 것과 동일함)을 멀티도메인 VA형 셀의 양면에 배치한 액정 표시 장치를 얻었다.
실시예 2 및 비교예 2 및 3에서 얻은 액정 표시 장치에 대해서, 정면의 휘도, 방향각 Φ= 45°, 135°, 225° 및 315°에서의 Co≥10의 시야각을 측정했다. 측정에는 EZ-contrast(ELDIM 사제)를 사용했다. 또, 휘도는 비교예 3의 경우를 100으로 규격화했다. 그 결과를 표 2에 나타낸다.
Figure 112007059852123-pat00005
표 2의 결과로부터, 본 발명의 1/4 파장판을 적층한 원편광판을 액정 표시 장치에 사용하므로 정면 휘도가 향상되어 넓은 시야각의 액정 표시 장치가 얻어짐을 알 수 있다.
본 발명은 전술한 실시양태에 한정되어서는 안 된다. 당해 분야의 숙련자에 의해 본 발명의 의의 및 범위로부터 벗어나지 않고 쉽게 실현될 수 있는 범위 내에서 다양한 변형이 본 발명에 포함될 수 있다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명의 적층 1/4 파장판 및 원편광판은 저비용으로 용이하게 제조할 수 있고, 생산성이 우수하다. 또한, 이것을 액정 표시 장치에 설치함으로써 정면 휘도를 향상시킬 수 있으므로, 넓은 시야각의 액정 표시 장치를 실현할 수 있다. 또한, VA 방식의 액정 표시 장치에 실제로 장착함으로써 시인성이 우수한 VA-LCD를 제공할 수 있다. 따라서, 그의 공업적 가치는 크다.

Claims (5)

  1. 삭제
  2. 삭제
  3. 액정 셀, 및 상기 액정 셀의 양면에 배치된 원편광판을 포함하는 수직 배향 방식(vertical alignment mode; VA 방식)의 액정 표시 장치로서,
    상기 원편광판은, 각각 적층 1/4 파장판, 및 상기 적층 1/4 파장판 위에 적층된 편광판을 포함하고,
    상기 적층 1/4 파장판은, 1/4 파장판, 및 상기 1/4 파장판 위에 면내의 지상축 방향이 서로 교차되도록 적층된 1/2 파장판을 포함하고,
    상기 1/4 파장판 및 상기 1/2 파장판은, 면내의 주굴절률을 nx, ny, 두께 방향의 굴절률을 nz라 할 때 Nz=(nx-nz)/(nx-ny)> 1.05의 관계를 만족하는
    VA 방식의 액정 표시 장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 원편광판 중 적어도 하나의 일면 또는 양면에 제공된 감압성 접착제층을 추가로 포함하는 VA 방식의 액정 표시 장치.
  5. 제 3 항에 있어서,
    상기 1/4 파장판이 노르보르넨을 포함하고, 상기 1/2 파장판이 노르보르넨을 포함하는 VA 방식의 액정 표시 장치.
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