KR100964964B1 - 광학 필름 및 광학 필름의 파장분산특성 조절방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 광학 필름에 관한 것으로, 적어도 하나의 위상차 필름 및 적어도 하나의 등방성 물질로 이루어진 층(layer)을 포함하여 이루어지며, 상기 위상차 필름의 평균 굴절률과 등방성 층의 굴절률의 차이가 적어도 0.1 이상인 것을 특징으로 하는 광학 필름을 제공한다.

또한, 본 발명은 위상차 필름에 등방성 물질 층을 적층하여 광학 필름의 파장분산특성을 조절하는 방법을 제공한다.

본 발명을 이용하면 위상차 필름에 등방성 층을 코팅하는 간단한 방법을 통해 다양한 파장분산특성을 갖는 광학 필름을 제조할 수 있다는 장점이 있다.

광학 필름, 위상차 필름, 파장분산특성

Description

광학 필름 및 광학 필름의 파장분산특성 조절방법{Optical Film and Method of Adjusting wavelength dipersion property of the same}

본 발명은 LCD(Liquid Crystal Display) 또는 OLED(Organic Light-Emitting Diode) 등에 적용되는 광학 필름에 관한 것으로, 보다 상세하게는 파장분산특성 및 편광 방향이 조절된 광학 필름 및 광학 필름의 파장분산특성 조절 방법에 관한 것이다.

LCD와 같은 디스플레이 장치에 사용되는 액정 셀 내부에 존재하는 액정은 복굴절성을 가지며, 이러한 복굴절성에 의해 액정 표시 장치를 보는 위치에 따라 빛이 느끼는 굴절률에 차이가 발생하고, 선편광된 빛이 액정을 통과하면서 편광 상태가 바뀌는 비율에 차이가 생기게 된다. 그 결과 정면에서 벗어난 위치에서 볼 때의 빛의 양 및 색 특성이 정면에서 볼 때와 달라지게 되어, 고화질의 화면을 구현하기 어렵다는 문제점이 있었다.

따라서 이와 같은 액정 셀에서 생기는 위상차를 보상해주기 위해, LCD 등에 광학 필름(예를 들면, 위상차 필름)들이 사용되는데, 이러한 필름들은 액정을 통과하면서 발생하는 빛의 위상차 변화를 반대방향으로 보상하여, 시야각, 콘트라스트 비, 색 특성 등을 향상시키는 역할을 한다. 이와 같은 역할을 수행하기 위해서 광학 필름들은 광학 특성을 최적화할 수 있도록 설계되어야 한다.

광학 필름들의 고유한 광학 특성 중 하나로 파장분산특성이 있다. 파장분산특성이란, 기준 파장에서 빛이 특정한 입사각으로 입사하였을 때, 파장에 따라 나타나는 위상차 값의 변화를 의미하며, 일반적으로 위상차 필름의 파장분산특성은 도 1에 도시된 바와 같이, 그 형태에 따라, 정상 분산(normal dispersion), 플랫 분산(flat dispersion), 역 분산(Inverse dispersion)으로 나뉜다.

위상차 값은 R(λ)= Δn(λ)×d로 나타나는데, 이때, Δn는 복굴절률, d는 필름의 두께를 나타낸다. 상기 식에 의해 알 수 있듯이, 위상차 값은 복굴절률 Δn에 따라 달라지며, 복굴절률 Δn은 파장(λ)의 함수이기 때문에, 결과적으로 위상차 값이 파장에 따라 달라지는 파장분산특성이 나타나게 된다. 따라서, 복굴절률을 조절함으로써, 파장분산 특성을 조절할 수 있다.

미국특허 제6800697호에는 이러한 성질을 이용하여 위상차 필름 제조시에 둘 이상의 공중합체의 혼합 비율을 조절하여 재료의 복굴절률을 조절함으로써, 파장 분산 특성을 조절하는 방법이 기재되어 있다.

그러나 위상차 필름 제조에 사용할 수 있는 물질들은 극히 제한적이며, 그나마도 대부분 상용성이 떨어져 다른 물질과 혼합할 경우 상 분리가 일어난다는 문제점이 있다. 따라서 상기 미국특허와 같이 필름 재료의 복굴절율을 조절하여 파장분산특성을 조절하는 방법은 극히 제한된 수준에서 이루어질 수 밖에 없다는 한계가 있다.

한편, 위상차 필름의 파장분산 특성을 조절하는 또 다른 방법이 일본특허공개공보 평2-609139호에 기재되어 있다. 일본특허공개공보 평2-609139호에는 서로 다른 위상차를 가지는 복수의 위상차 필름을 일정한 각도를 주어 합판함으로써, 위상차 필름의 파장 분산 특성을 조절하는 방법이 기재되어 있다. 그러나, 이 방법 역시 복수의 위상차 필름의 각도를 일정하게 맞추어 합판하는 것이 쉽지 않고, 복수의 필름이 적층되어 두께가 두꺼워짐에 따라 투과율이 떨어지는 등 여러 가지 문제점을 가지고 있다.

본 발명은 재료의 제약을 받지 않고, 생산성이 우수한 광학 필름의 파장분산특성 조절 방법 및 이를 통해 제조된 광학필름을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.

이를 위해, 본 발명은 일 측면에서 적어도 하나의 위상차 필름; 및

적어도 하나의 등방성 물질로 이루어진 등방성 층을 포함하여 이루어지며, 이때 상기 위상차 필름의 평균 굴절률과 등방성 물질로 이루어진 층의 평균 굴절률 차이가 최소 0.1 이상인 것을 특징으로 하는 광학 필름을 제공한다.

이때 상기 위상차 필름은 TAC (Triacetic Cellulose 트리아세트셀루로오즈) 필름, COP(Cyclo olefin polymer, 사이클로올레핀폴리머) 필름 등으로 이루어질 수 있으며, 복굴절성을 갖는 필름이라면 그 종류와 무관하게 사용될 수 있다. 예를 들면, 필름의 광학적인 특성으로 분류할 때 상기 위상차 필름에는 ± A 필름, ± B 필름, ± C 필름 등이 포함된다.

한편, 상기 등방성층은 위상차 필름과 굴절률 차이가 0.1 이상인 물질로 이루어지며, 그 두께가 1 내지 500nm인 것이 바람직하다. 이러한 등방성 물질의 예로는, 이로써 제한되는 것은 아니나, 위상차 필름의 평균 굴절률보다 높은 굴절률(고 굴절률)을 갖는 등방성 물질, 예를 들면 ITO, ZnS 또는 TiO₂ 등이 포함되며, 위상차 필름의 평균 굴절률보다 낮은 굴절률(저굴절률)을 갖는 등방성 물질, 예를 들면 실리콘 개질 플루오로 고분자, 실리콘 또는 다공성 이산화규소 나노분자 등이 포함된다. 상기에 기재된 물질 이외에도 위상차 필름의 평균 굴절률과 굴절률 차이가 0.1 이상이고, 등방성을 갖는 물질이면 어느 것이나 사용할 수 있다.

한편, 본 발명은 다른 측면에서 광학 필름의 파장분산특성을 조절하는 방법을 제공한다. 본 발명의 광학 필름의 파장분산특성 조절 방법은 위상차 필름 위에 등방성 물질 층을 적층하는 단계를 포함하여 이루어지며, 이때 상기 등방성 물질층의 적층 방법으로는 스퍼터링법, 코팅 또는 화학기상증착법 등이 사용될 수 있다.

본 발명은 광학 필름의 파장분산특성을 조절하는 방법 및 이를 사용하여 제조된 광학 필름을 제공한다. 본 발명의 방법에 의하면, 다양한 파장분산특성을 갖는 광학 필름을 제조할 수 있다. 따라서, 본 발명에 의하면, 각각의 디스플레이 장치의 종류, 예를 들면, LCD-셀 구동 모드 등에 따라 최적화된 파장분산특성을 갖는 광학 필름을 제공할 수 있으며, 이를 통해 색 변화 및 콘트라스트 비 등의 광학 성능이 우수한 디스플레이 장치를 구현할 수 있도록 한다.

또한, 본 발명의 광학 필름의 파장분산특성 조절방법은 그 공정이 단순하고, 재료 등의 제약이 없어, 생산성이 우수하다는 장점이 있다.

이하, 본 발명에 대해 보다 구체적으로 설명하기로 한다.

본 발명의 광학 필름은 적어도 하나의 위상차 필름과 상기 위상차 필름에 적층되는 하나 이상의 등방성 물질(isotropic material)로 이루어진 층(이하, "등방성 층"이라 함)을 포함하여 이루어지며, 이때 상기 위상차 필름의 평균 굴절률과 등방성 층의 평균 굴절률의 차이가 적어도 0.1 이상, 바람직하게는 0.1 내지 1.0 인 것을 그 특징으로 한다.

상기와 같이 이루어진 본 발명의 광학 필름의 경우, 빛이 등방성 층을 통과할 때, 편광 회전 및 박막 간섭 현상이 발생하면서 원래의 위상차 필름과 다른 파장분산특성을 갖게 된다.

이하에서는 도면을 참조하여 본 발명의 파장분산특성 조절 원리를 보다 더 구체적으로 설명하기로 한다.

도 3은 편광 회전을 설명하기 위한 도면이다.

굴절률이 서로 다른 두 물질이 이루는 평면에 입사각을 가지고 비스듬히 입사하는 빛은 각각의 굴절률 차이만큼 굴절되어 진행하고, 그 중 일부는 입사각과 동일한 크기로 반사된다. 이때 입사되는 빛은 임의의 편광 상태를 가질 수 있는데, 특히 이 입사면에 수직인 방향으로 진동하는 편광을 s편광, 입사면에 수평인 방향으로 진동하는 편광을 p편광이라 한다.

빛이 굴절율이 다른 물질들의 계면을 통과할 때, p편광과 s편광은 반사율과 투과율에 있어서 차이를 보이며, 일반적으로 s편광과 p편광에 따른 반사율(r), 투과율(t)은 다음과 같은 Fresnel 식으로 나타낼 수 있다.

r_s = (n_icosθ_i- n_fcosθ_f)/(n_icosθ_i + n_fcosθ_f)

r_p = (n_fcosθ_i- n_icosθ_f)/(n_fcosθ_i + n_icosθ_f)

t_s = (2 n_icosθ_i)/ (n_icosθ_i + n_fcosθ_f)

t_p = (2 n_icosθ_i)/ (n_fcosθ_i + n_icosθ_f)

이때, r은 반사율, t는 투과율, n_i는 입사되는 물질에서의 굴절률, θ_i는 입사되는 물질에서의 입사각이며, n_f는 투과되는 물질에서의 굴절률, θ_f는 투과되는 물질에서의 입사각이다.

상기 Fresnel 식을 통해 알 수 있듯이, 각 편광의 투과율 및 반사율은 물질의 굴절율 및 입사각의 함수이므로, 물질의 굴절율 또는 빛의 입사각이 달라지면, p편광과 s편광의 투과율 및 반사율이 달라지게 되고, 그 결과 빛의 편광 상태가 달라지는 편광 회전 현상이 발생한다. 예를 들면, 도 3에 도시된 바와 같이, 크기가 같은 p편광과 s편광을 갖는 45도 선편광이 굴절율이 다른 물질층을 통과할 경우, p편광과 s편광의 투과율이 서로 달라지기 때문에, 투과된 빛이 원래의 45도 선편광과는 다른 편광 상태를 갖는 선 편광으로 변화된다.

한편, 도 4는 간섭 현상을 설명하기 위한 도면으로, 굴절률 차이가 있는 물질들과 인접해 있는 박막(thin film)에서 진행되는 빛의 경로가 도시되어 있다. 도 4에 도시된 바와 같이, 박막(thin film)에 입사된 빛은 두 물질의 계면에서 투과와 반사를 반복하게 되며, 최종적으로 관찰되는 빛은 각각의 투과 및 반사된 빛의 합과 같게 된다. 이를 박막 간섭현상이라 한다. 보통 박막 간섭 현상이 일어나면, 위상 변화가 발생하게 된다.

본 발명자들은 상기와 같은 점들에 착안하여, 연구를 거듭한 결과, 위상차 필름 위에 굴절율이 다른 등방성 물질의 층을 형성하면, 박막 간섭에 의한 위상 변화 및 p 편광과 s 편광의 투과율 및 반사율의 차이에 의한 편광 회전이 일어나고, 그 결과 위상차 필름의 파장분산특성을 효과적으로 변화시킬 수 있음을 알아내고 본 발명을 완성하였다. 또한, 본 발명자들은 등방성 층의 두께, 등방성 물질의 종류, 위상차 필름의 종류를 달리함으로써, 광학 필름의 파장분산특성을 변화시킬 수 있음을 알아내었다.

본 발명에 의하면 종래의 위상차 필름 상부에 등방성층을 형성하는 것만으로 다양한 파장분산특성을 갖는 광학 필름을 제조할 수 있다. 본 발명의 방법은 공정이 단순하고, 재료의 제약이 적기 때문에, 종래의 방법에 비해 생산성을 획기적으로 향상시킬 수 있다.

한편, 본 발명자들은 유효한 파장분산특성 변화를 얻기 위해서는 상기 등방성 층과 위상차 필름의 평균 굴절율 차이가 0.1 이상, 바람직하게는 0.1 내지 1.0 정도, 더 바람직하게는 0.1 내지 0.5 정도여야 함을 알아내었다. 박막 간섭 현상은 박막 물질과 인접한 물질의 굴절률 차이가 크면 클수록 강하게 일어나며, 그 결과 박막 간섭에 의해 유발되는 위상차의 크기도 커지게 된다.

본 발명자들은 실험을 통해, 500nm, 550nm, 600nm에서 파장에 대한 위상차를 측정하였을 때, 기존의 위상차에 비해 1nm 이상, 바람직하게는 대략 3nm 이상 변화되어야 산업상으로 유용한 파장분산특성의 변화를 얻을 수 있음을 알아내었으며, 이를 위해서는, 등방성 층의 두께에 따라 다소 차이가 있기는 하지만, 등방성 층과 위상차 필름의 굴절률 차이가 적어도 0.1 이상은 되어야 하며, 바람직하게는 0.1 내지 1.0 정도, 더 바람직하게는 0.1 내지 0.5 정도인 것이 바람직함을 알아내었다. 위상차 값 측정은 Axoscan의 위상차 측정장비로 실시하였다.

본 발명의 발명자들은 또한, 유효한 파장분산특성 변화를 얻기 위해서는 상기 등방성 층 두께가 1 nm ~ 500nm 정도, 더 바람직하게는 10 nm ~ 300nm 정도인 것이 바람직함을 알아내었다.

등방성 층의 두께가 1 nm 미만인 경우는 제조상의 어려움이 있고, 두께가 500nm를 초과할 경우에는 정면 투과율이 떨어져 광학 물성에 악영향을 미친다. 또한, 일반적으로 박막의 두께가 빛의 파장보다 클 경우에는 박막 간섭 현상에 의한 빛의 위상 변화가 크지 않으나, 박막의 두께가 빛의 파장보다 작을 경우에는 위상 변화가 커지게 된다. 따라서, 유효한 파장분산특성의 변화를 얻기 위해서는 상기 등방성 층의 두께가 빛의 파장보다 작은 것이 바람직하며, 가시 광선의 파장이 400 nm ~ 800 nm 근방인 점을 고려해 볼 때, 본 발명의 등방성 층의 두께는 상기와 같은 범위인 것이 바람직하다.

한편, 본 발명의 상기 위상차 필름은 일축(uni-axial) 또는 이축(bi-axial)의 복굴절률을 가지는 필름, 층, 플레이트를 모두 포함하는 의미로 사용된다. 일축성 위상차 필름은 세 방향(x, y, z)의 굴절률 중 어느 두 방향 굴절률이 같고 한 방향의 굴절률이 다른 필름을 말하며, 이축성 위상차 필름은 세 방향의 굴절률이 모두 다른 필름을 말한다. 본 발명에서는 상기 위상차 필름으로 ±A-필름, ±B-필 름 또는 ±C-필름 등 위상차를 갖는 모든 이방성 필름을 사용할 수 있다.

여기서 A-필름은 면상으로 복굴절을 갖는 필름으로 면상 위상차 값 R_in은 다음과 같이 정의된다.

R_in = d×(n_e-n_o)

이 중 n_e는 세 개의 굴절률 중 다른 하나, n_o는 같은 두개의 굴절률, d는 두께를 의미한다. 또한, +A 필름은 nx>ny=nz인 경우, -A 필름은 nx<ny=nz인 경우이다.

A 필름은 일반적으로 고분자 필름을 일축으로 연신하거나, 봉상 또는 디스코틱 액정을 수평 배향 시켜 제조한다.

C 필름은 두께 방향(z축)으로 다른 굴절률을 갖는 필름으로, 두께 방향 위상차 R_th는 다음과 같이 정의된다.

R_in = d×(n_z-n_y)

이 중 n_z는 두께 방향 굴절률, n_y는 면상 방향 굴절률, d는 두께를 의미한다. 또한, +C 필름은 n_x=n_y<n_z인 경우, -C 필름은 n_x=n_y>n_z인 경우이다.

C 필름은 일반적으로 고분자 필름을 일축으로 연신하거나, 봉상 또는 디스코틱 액정을 수직 배향시켜 제조한다.

B 필름은 세 방향의 굴절률이 모두 다른 필름으로 면상 위상차 값 R_in과 두께 위상차 값 R_th은 다음과 같이 정의된다.

R_in = d×(n_x-n_y)

R_th = d×(n_z-n_y)

이 때 nx>ny>nz 이면 +B 필름, nx>nz>ny이면 -B 필름이 되며, B 필름은 고분자 필름을 이축 연신하여 제조한다. 이때, 상기 고분자 필름로는 TAC (트리아세틸셀룰로오스) 또는 COP(사이클릭 올레핀 중합체) 등을 이용할 수 있다.

한편, 상기 등방성 물질은 모든 방향, 즉 x축, y축, z축의 굴절률이 거의 같은 물질을 의미하는 것으로, (nx = ny= nz), 일반적으로 대부분의 물질은 등방성 물질에 해당하며, 물질마다 고유한 굴절률을 갖는다.

본 발명에서는 위상차 필름의 평균 굴절률과의 굴절률 차이가 0.1 이상인 등방성 물질을 사용하는 것을 특징으로 한다. 즉 위상차 필름으로 평균 굴절률이 1.5인 필름을 사용한다면, 굴절률이 1.4 이하 또는 1.6 이상인 등방성 물질을 사용할 수 있다. 이때 위상차 필름의 평균 굴절률은 (n_x + n_y + n_z)/3을 의미한다.

한편, 본 발명에서 사용되는 등방성 물질로는, 이로써 제한되는 것은 아니지 만, ITO, ZnS 또는 TiO₂ 등과 같이 위상차 필름의 평균 굴절률보다 높은 굴절률(고굴절률)을 갖는 등방성 물질 또는 실리콘 개질 플루오로 고분자, 실리콘 또는 다공성 이산화규소 나노입자 등과 같이, 위상차 필름의 평균 굴절률보다 낮은 굴절률(저굴절률)을 갖는 등방성 물질을 사용할 수 있다.

이때, 상기 실리콘 개질 플루오로 고분자의 예가 미국공개특허 2006-0148824호에 기재되어 있으며, 상기 실리콘으로는 굴절율이 1.28 내지 1.33 정도인 실리콘(예를 들면, LSS-2233-10-PST (Polymer Systems Technoloy Limited)을 사용할 수 있다. 또한, 다공성 이산화규소 나노 입자로는 Merck사에서 제조되는 굴절율이 약 1.25 내지 1.3인 제품을 사용할 수 있다.

상기에 기재된 물질들 이외에도 광학 필름의 평균 굴절률과 굴절률 차이가 0.1 이상이고, 등방성을 갖는 물질이면 어느 것이나 등방성 물질층을 구성하는 물질로 사용될 수 있다.

한편, 상기 위상차 필름 및 등방성 물질 층은 각각 둘 이상 적층되어도 무방하다.

다음으로, 본 발명에 따른 광학 필름의 파장분산특성 조절 방법을 살펴보기로 한다.

본 발명의 파장분산특성 조절 방법은 고유한 파장분산특성을 갖는 위상차 필름에 상기 위상차 필름의 평균 굴절률과의 차가 0.1 이상인 굴절률을 갖는 등방성 층을 형성함으로써 이루어진다.

이때 상기 위상차 필름으로는 일축(uni-axial) 또는 이축(bi-axial)의 복굴절률을 가지는 필름, 층, 플레이트를 모두 사용할 수 있으며, 예를 들면, ±A-필름, ±B-필름 또는 ±C-필름을 사용할 수 있다.

또한, 상기 등방성 층은 ITO, ZnS 또는 TiO₂ 등과 같이 위상차 필름의 평균 굴절률보다 높은 굴절률(고굴절률)을 갖는 등방성 물질 또는 실리콘 개질 플루오로 고분자, 실리콘 또는 다공성 이산화규소 나노입자 등과 같이, 위상차 필름의 평균 굴절률보다 낮은 굴절률(저굴절률)을 갖는 등방성 물질로 이루어질 수 있다.

한편, 상기 적층은 스퍼터링법, 화학적증기증착법, 코팅 등으로 이루어질 수 있다. 이때, 상기 적층은 위상차 필름의 광학 특성(투과율 등)을 저해하지 않는 방법으로 이루어져야 하므로, 적층되는 등방성 물질의 종류에 따라 적합한 적층 방법을 선택하여 사용하는 것이 바람직하다. 예를 들어 ITO를 적층하는 경우에는 스퍼터링법을, TiO₂를 적층하는 경우에는 코팅법을 이용하는 것이 바람직하다.

상기한 바와 같이, 위상차 필름 위에 굴절율 차이가 0.1 이상인 등방성층을 형성하면, 위상차 필름과 등방성 물질의 계면 상에서 p편광 및 s편광의 투과율 및 반사율 차이로 인한 편광 회전 현상 및 박막 간섭 현상에 의한 위상 변화가 일어나면서, 원래 위상차 필름의 파장분산특성과 다른 파장분산특성이 나타나게 된다.

이때 파장분산특성의 변화는 등방성 층의 두께, 등방성 층과 위상차 필름의 굴절율 차이에 따라 달라진다. 당해 기술분야의 당업자라면, 당해 명세서에 기재된 내용 및 적절한 실험을 통해, 예를 들면, 각기 다른 두께의 등방성층을 위상차 필름 상에 코팅한 후, 그 파장분산특성을 조사함으로써, 원하는 파장분산특성을 갖는 광학 필름을 제조할 수 있을 것이다.

상기한 바와 같은 본 발명의 방법을 이용하면, 원하는 목적 및 용도, 예를 들면, LCD 장치의 모드(IPS, TN 등) 등에 따라 최적화된 파장분산특성을 갖는 광학 필름을 제조할 수 있으며, 이러한 최적화된 파장분산특성을 갖는 광학 필름을 장착할 경우, 종래에 비해 색 변화 특성 및 콘트라스트비가 우수한 디스플레이 장치를 구현할 수 있다.

이하 구체적인 실시예를 통해 본 발명을 보다 구체적으로 설명하기로 한다.

실시예 1

굴절률이 1.48이고 두께가 80㎛인 음의 일축성 TAC 필름(-C 필름, Fuji 사) 4개에 굴절률이 약 1.68인 TiO₂를 각각 36nm, 60nm, 88nm 및 116nm의 두께가 되도록 코팅한 후, 경화하여 등방성 물질 층을 형성함으로써 광학 필름을 제조하였다.

이때 36nm의 등방성 물질층이 형성된 광학 필름을 A₁, 60nm의 등방성 물질층이 형성된 광학 필름을 B₁, 88nm의 등방성 물질층이 형성된 광학 필름을 C₁, 116nm의 등방성 물질층이 형성된 광학 필름을 D₁라고 한다.

상기 A₁, B₁, C₁, D₁에 대하여 기준 파장 550nm, 40° 경사각에서의 파장분산특성 R(λ)/R(550nm)를 측정하였다. 파장 분산 특성은 위상차 측정 장비(Axoscan, Axometrics Co.ltd.)를 이용하여 측정하였으며, 측정 파장 영역을 400 nm ~ 800 nm로 결정하고 측정된 파장별 위상차 결과를 550nm에서의 위상차 값으로 나눈 뒤 분산 특성으로 표시하였다. 측정 결과는 도 5에 도시되어 있다.

실시예 2

굴절률이 1.53이고 두께가 80㎛인 양의 일축성 COP 필름(+A, Zeon 사) 4개에 굴절률이 약 1.68인 TiO₂를 각각 38nm, 61nm, 90nm 및 115nm의 두께가 되도록 코팅한 후, 경화하여 등방성 물질 층을 형성함으로써 광학 필름을 제조하였다.

이때 38nm의 등방성 물질층이 형성된 광학 필름을 A₂, 61nm의 등방성 물질층 이 형성된 광학 필름을 B₂, 90nm의 등방성 물질층이 형성된 광학 필름을 C₂, 115nm의 등방성 물질층이 형성된 광학 필름을 D₂라고 한다.

상기 A₂, B₂, C₂, D₂에 대하여 기준 파장 550nm, 40°경사각에서 실시예 1과 동일한 방법으로 파장분산특성 R(λ)/R(550nm)를 측정하였다. 측정 결과는 도 6에 도시되어 있다.

실시예 3

굴절률이 1.53이고 두께가 80㎛인 양의 일축성 COP 필름(+A, Zeon 사) 3개에 굴절률이 약 2.00인 ITO를 스퍼터링하여 각각 80nm, 120nm 및 160nm의 두께를 갖는 등방성 물질 층을 형성함으로써 광학 필름을 제조하였다.

이때 80nm의 등방성 물질층이 형성된 광학 필름을 A₃, 120nm의 등방성 물질층이 형성된 광학 필름을 B₃, 160nm의 등방성 물질층이 형성된 광학 필름을 C₃라고 한다.

상기 A₃, B₃, C₃에 대하여 기준 파장 550nm, 40°경사각에서 실시예 1과 동일한 방법으로 파장분산특성 R(λ)/R(550nm)를 측정하였다. 측정 결과는 도 7에 도시되어 있다.

실시예 4

굴절률이 1.48이고, 두께가 80㎛이며, R_in=40nm, R_th=-140nm인 음의 이축성 TAC필름(-B 필름, Konica사)에 굴절률이 약 2.00인 ITO를 스퍼터링하여 120nm 두께를 갖는 등방성 물질 층을 형성함으로써 광학 필름(A₄)을 제조하였다.

상기 A₄에 대하여 기준 파장 550nm, 40°경사각에서 실시예 1과 동일한 방법으로 파장분산특성 R(λ)/R(550nm)를 측정하였다. 측정 결과는 도 8에 도시되어 있다.

실시예 5

굴절률이 1.53이고, 두께가 80㎛이며, R_in=60nm, R_th=170nm인 양의 이축성 COP필름(+B 필름, Zenon 사)에 3개에 굴절률이 약 1.68인 TiO₂를 코팅한 후, 경화하여 각각 40nm, 86nm 및 144nm의 두께를 갖는 등방성 물질 층을 형성함으로써 광학 필름을 제조하였다.

이때 40nm의 등방성 물질층이 형성된 광학 필름을 A₅, 86nm의 등방성 물질층이 형성된 광학 필름을 B₅, 144nm의 등방성 물질층이 형성된 광학 필름을 C₅라고 한다.

상기 A₅, B₅, C₅에 대하여 기준 파장 550nm, 40°경사각에서 실시예 1과 동일한 방법으로 파장분산특성 R(λ)/R(550nm)를 측정하였다. 측정 결과는 도 9에 도시되어 있다.

도 5 내지 도 9에 도시된 바와 같이, 본 발명의 광학 필름은 위상차 필름의 종류와 등방성 물질의 종류 및 필름 두께에 따라 다양한 파장분산특성을 나타냄을 알 수 있다.

실시예 6

굴절률이 1.48이고 두께가 80 ㎛인 TAC 필름(-B필름, Fuji 사) 3개에 각각 굴절률이 약 1.82인 TiO₂를 20nm, 70nm, 및 130nm의 두께가 되도록 코팅한 후, 경화하여 등방성 물질 층을 형성함으로써 광학 필름을 제조하였다.

이때 20 nm의 등방성 물질층이 형성된 광학 필름을 A₆, 70nm의 등방성 물질층이 형성된 광학 필름을 B₆, 130nm의 등방성 물질층이 형성된 광학 필름을 C₆이라고 한다.

비교예 1

비교를 위해 동일한 굴절율 및 두께를 갖는 TAC 필름 3개에 각각 굴절률이 약 1.52인 아크릴레이트 수지를 동일한 두께, 즉 20nm, 70nm, 및 130nm의 두께가 되도록 코팅한 후, 경화하여 등방성 물질 층을 형성함으로써 광학 필름을 제조하였다.

이때 20 nm의 등방성 물질층이 형성된 광학 필름을 A₇, 70nm의 등방성 물질 층이 형성된 광학 필름을 B₇, 130nm의 등방성 물질층이 형성된 광학 필름을 C₇이라고 한다.

실험예 1 : 광축 방향 위상차 측정

실시예 6 및 비교예 1의 광학필름들 각각에 대하여 광축 방향(slow axis)의 위상차(retardance)를 측정하였다. 위상차는 위상차 측정 장비(Axoscan, Axometrics Co.ltd.)를 이용하여 경사각 50도, 550nm 파장을 기준으로 측정하였으며, 측정 파장 영역은 500 nm ~ 650 nm이었다. 측정 결과는 도 10(실시예 6) 및 도 11(비교예 1)에 도시하였다.

도 11에서 알 수 있듯이, 위상차 필름과 등방성층의 굴절율 차이가 0.1 미만인 비교예 1의 경우에 위상차 값의 변화가 크지 않아, 파장분산특성이 거의 변화되지 않음을 알 수 있다. 이에 비해 실시예 6의 경우는, 도 10에 나타난 바와 같이, 수nm 이상 (Rth로 환산하면 대략 15nm 이상)의 위상차 변화를 보이며, 그 결과 파장분산특성이 변화됨을 알 수 있다.

실험예 2 : 수직 방향 위상차 측정

실시예 6 및 비교예 1의 광학필름들 각각에 대하여 수직 방향(fast axis)의 위상차(retardance)를 측정하였다. 위상차는 위상차 측정 장비(Axoscan, Axometrics Co.ltd.)를 이용하여 경사각 50도, 550nm 파장을 기준으로 측정하였으며, 측정 파장 영역을 500 nm ~ 650 nm이었다. 측정 결과는 도 12(실시예 6) 및 도 13(비교예 1)에 도시되어 있다.

도 12 및 도 13에 도시된 바와 같이, 비교예 1의 광학 필름은 파장분산특성에 변화가 거의 없는데 반해, 실시예 6의 광학 필름은 파장 분산 특성이 크게 변화됨을 알 수 있다.

실험예 3 : 색감 보정 효과

굴절률이 1.48 이고 두께가 80 ㎛인 TAC 필름 (-B 필름, Fuji 사)에 굴절율이 약 1.83인 TiO₂ 계열의 반응성 용액을 50 nm의 두께가 되도록 코팅하여 광학 필름을 제조하였다.

상기와 같이 제조된 광학 필름을 직하형 백라이트 유닛(CMO) 에 장착한 후 색변화(COLOR LOCUS)를 측정하였다. 상기 색 변화 측정은 Eldim 측정 장비를 이용하여 이루어졌으며, 블랙 컬러(Black Color)를 측정한 후 50도 경사각, 전방위에서 본 색 변화를 측정하였다. 측정 결과는 도 14에 나타내었다.

비교를 위해 상기와 동일한 -B 필름(Fuji 사)을 백라이트 유닛 위에 적층한 후, 동일한 방법으로 색 변화(COLOR LOCUS)를 측정하였으며, 그 결과를 도 15에 도 시하였다.

도 14 및 도 15에 나타난 바와 같이, 본 발명의 방법으로 제조된 광학 필름을 장착한 백라이트의 경우, 종래의 -B 위상차 필름만을 장착한 백라이트에 비해 우수한 색변화 특성을 나타냄을 알 수 있다.

실험예 5 : 휘도 변화

굴절률이 1.48 이고 두께가 80 ㎛인 TAC 필름 (-B 필름, Fuji 사)에 굴절율이 약 1.83인 TiO2 계열의 반응성 용액을 50 nm의 두께가 되도록 코팅하여 광학 필름을 제조하였다.

상기와 같이 제조된 광학 필름을 직하형 백라이트 유닛(CMO) 에 장착한 후 블랙 휘도(black luminance)를 측정하였다.

비교를 위해 상기와 동일한 -B 필름(Fuji 사)을 백라이트 유닛 위에 적층한 후, 블랙 휘도를 측정하였다.

측정 결과는 도 16에 도시하였다. 이때 실선은 본 발명의 광학 필름을 장착한 경우를 나타내며, 점선은 종래의 -B 위상차 필름을 장착한 경우를 나타낸다.

도 16에 도시된 바와 같이, 본 발명의 광학 필름을 사용할 경우에 블랙 휘도가 훨씬 낮게 나타나며, 이는 콘트라스트비가 향상되었음을 의미한다.

도 1은 광학 필름의 파장분산특성을 보여주는 그래프이다.

도 2는 본 발명의 광학 필름을 나타내는 단면도이다. 여기서 도면부호 1은 위상차 필름이고, 도면부호 2는 등방성 층이다.

도 3은 편광 회전을 설명하기 위한 도면이다.

도 4은 굴절률 차이가 있는 물질들과 인접해 있는 박막(thin film)에서 진행되는 빛의 경로를 나타낸 도면이다.

도 5은 실시예 1의 파장분산특성을 보여주는 그래프이다.

도 6은 실시예 2의 파장분산특성을 보여주는 그래프이다.

도 7은 실시예 3의 파장분산특성을 보여주는 그래프이다.

도 8은 실시예 4의 파장분산특성을 보여주는 그래프이다.

도 9은 실시예 5의 파장분산특성을 보여주는 그래프이다.

도 10은 실시예 6의 광축 방향의 위상차를 보여주는 그래프이다.

도 11은 비교예 1의 광축 방향의 위상차를 보여주는 그래프이다.

도 12는 실시예 6의 수직 방향의 위상차를 보여주는 그래프이다.

도 13은 비교예 1의 수직 방향의 위상차를 보여주는 그래프이다.

도 14은 본 발명의 광학 필름을 장착했을 경우의 색감 보정 효과를 보여주기 위한 그래프이다.

도 15은 종래의 광학 필름을 장착했을 경우의 색감보정 효과를 보여주기 위한 그래프이다.

도 16은 본 발명의 광학 필름을 장착했을 경우의 콘트라스트비 향상 효과를 보여주기 위한 그래프이다.

Claims (15)

1. 적어도 하나의 위상차 필름 및

   상기 적어도 하나의 위상차 필름 상에 적층되며, 등방성 물질로 이루어진 적어도 하나의 등방성 층(layer)을 포함하며,

   상기 위상차 필름의 평균 굴절률과 등방성 층의 평균 굴절률의 차이가 적어도 0.1 이상인 것을 특징으로 하는 광학 필름.
2. 제1항에 있어서,

   상기 등방성 층의 두께는 1 내지 500nm인 것을 특징으로 하는 광학 필름.
3. 제1항에 있어서,

   상기 위상차 필름은 ±A 필름, ±B 필름 및 ±C 필름으로 이루어진 군으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 광학 필름.
4. 제1항에 있어서,

   상기 등방성 물질은 위상차 필름보다 굴절률이 큰 것을 특징으로 하는 광학 필름.
5. 제4항에 있어서,

   상기 등방성 물질은 ITO, ZnS 및 TiO₂로 이루어진 군으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 광학 필름.
6. 제1항에 있어서,

   상기 등방성 층은 위상차 필름보다 굴절율이 작은 것을 특징으로 하는 광학 필름.
7. 제6항에 있어서,

   상기 등방성 물질은 실리콘 개질 플루오로 고분자, 실리콘 및 다공성 이산화규소 나노분자로 이루어진 군으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 광학 필름.
8. 제1항에 있어서,

   상기 위상차 필름은 COP 또는 TAC으로 이루어진 것을 특징으로 하는 광학 필름.
9. 제 1항에 있어서,

   상기 위상차 필름은 -C 필름이고,

   상기 등방성 물질은 TiO₂인 것을 특징으로 하는 광학 필름.
10. 제 1항에 있어서,

    상기 위상차 필름은 +A 필름이고,

    상기 등방성 물질은 TiO₂인 것을 특징으로 하는 광학 필름.
11. 제 1항에 있어서,

    상기 위상차 필름은 +A 필름이고,

    상기 등방성 물질은 ITO인 것을 특징으로 하는 광학 필름.
12. 제 1항에 있어서,

    상기 위상차 필름은 -C 필름이고,

    상기 등방성 물질은 ITO인 것을 특징으로 하는 광학 필름.
13. 제 1항에 있어서,

    상기 위상차 필름은 -B 필름이고,

    상기 등방성 물질은 TiO₂인 것을 특징으로 하는 광학 필름.
14. 위상차 필름에 상기 위상차 필름의 평균 굴절률과의 차가 0.1 이상인 굴절률을 갖는 등방성 물질을 적층하는 단계를 포함하여 이루어지는 광학 필름의 파장분산특성 조절 방법.
15. 제14항에 있어서,

    상기 적층은 스퍼터링법, 코팅 또는 화학기상증착법의 방법으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 광학 필름의 파장분산특성 조절 방법.

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