KR100982077B1 - 역분산성을 갖는 광학 필름 - Google Patents

역분산성을 갖는 광학 필름 Download PDF

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Abstract

본 발명은 D1>1의 복굴절 분산성을 갖는 제 1 성분 및 D2<1의 복굴절 분산성을 갖는 제 2 성분을 포함하는 광학 필름에 관한 것으로서, 여기서 제 1 성분과 제 2 성분의 복굴절 비율은 Δn1/Δn2>0이고, 상기 광학 필름은 D<1의 역 복굴절 분산성을 갖는다.

Description

역분산성을 갖는 광학 필름{OPTICAL FILMS HAVING REVERSE DISPERSION}
본 발명은 역 복굴절 분산성을 갖는 광학 필름 및 이러한 필름의 제조방법에 관한 것이다. 본 발명의 광학 필름은 디스플레이 및 다른 광학 응용 분야에 유용하다.
액정은 전자 디스플레이에 널리 사용된다. 이들 디스플레이 시스템에서, 액정 셀은 일반적으로 편광자와 검광자(analyzer) 사이에 위치한다. 편광자에 의해 편광된 입사광은 액정 셀을 통과하고, 셀에 걸쳐 인가된 전압에 의해 변화될 수 있는 액정의 분자 배향에 의해 영향을 받는다. 변화된 광은 검광자내로 들어간다. 이러한 원리를 이용하여, 주변 광을 포함한 외부 광원으로부터 광의 투과가 조절될 수 있다.
콘트라스트(contrast), 색 재현 및 안정한 그레이 스케일 강도는 액정 기술을 이용하는 전자 디스플레이의 중요한 품질 속성이다. 액정 디스플레이(LCD)의 콘트라스트를 제한하는 주요 인자는, 어두운 또는 "블랙" 화소 상태에 있는 액정 소자 또는 셀을 통해 빛이 "누출"되는 경향이다. LCD의 콘트라스트는 또한 디스플레이 스크린이 관찰되는 각에 의존한다. LCD의 시야각 특성을 향상시키기 위한 통상적 방법중 하나는 보상 필름을 사용하는 것이다. 복굴절 분산성은, 액정 디스플레이 이미지 품질을 향상시키기 위해 사용된 보상 필름과 같은 많은 광학 구성요소에서 필수적인 성질이다. 보상 필름을 사용하더라도, 보상 필름의 복굴절 분산성이 최적화되지 않는다면, 어두운 상태는 적색 또는 청색과 같은 바람직하지 않은 색조를 가질 수 있다.
2개 이상의 상이한 굴절률을 나타내는 물질을 복굴절성이라 한다. 일반적으로, 복굴절성 매체는 3개의 굴절률, 즉 nx, ny 및 nz로 특징지어진다. 면외 복굴절(out-of-plane birefringence)은 통상적으로 하기 수학식 1에 의해 정의된다:
Δnth = nz-(nx+ny)/2
상기 식에서,
nx, ny 및 nz는 각각 x, y 및 z 방향에서의 굴절률이다.
굴절률은 파장(λ)의 함수이다. 따라서, 상기 수학식 1로 주어지는 면외 복굴절도 λ에 의존한다:
λ에 대한 복굴절의 이러한 의존도는 일반적으로 복굴절 분산성으로 불린다. 면내 복굴절(in-plane birefringence)은 통상적으로 하기 수학식 2로 정의된다:
Δnin = nx-ny
여기서 nx 및 ny는 각각 x 및 y 방향에서의 굴절률이다.
굴절률은 파장(λ)의 함수이다. 따라서, 상기 수학식 2로 주어지는 면내 복굴절도 λ에 의존한다:
면외 지연(retardation)은 Rth=Δnth × d에 의해 복굴절과 관계되어 있고, 여기서 d는 광학 필름의 두께이고, 면내 지연은 Rin=Δnin × d에 의해 복굴절과 관계되어 있다.
몇가지 일반적으로 사용된 LCD 모드에서, LCD 디스플레이는 디스플레이가 비스듬한 각에서 관찰될 때, 액정 및 교차된 편광자의 복굴절로 인해 콘트라스트가 저하된다. 따라서, 광학 보상이 필요하고, 최적화된 면내 및 면외 지연을 갖는 지연 필름이 필요하다. 2축 필름의 사용이 OCB (미국 특허 제 6,108,058 호) 및 VA (일본 특허 제 1999-95208 호) LCD를 보상하기 위해 제안되었다.
복굴절 분산성은, 액정 디스플레이 이미지 품질을 향상시키기 위해 사용되는 보상 필름과 같은 많은 광학 구성요소에서 필수적인 성질이다. 면내 복굴절 Δnin 분산성과 함께 Δnth 분산성을 조절하는 것은, 보상 필름과 같은 광학 구성요소의 성능을 최적화하는데 중요하다. 대부분의 경우, 중합체를 주형(casting)하여 제조된 필름은 면외 복굴절성을 갖는다. 연신에 의해 제조된 필름은 면내 복굴절성을 갖는다. 이후 간략히 Δnth을 설명한다. Δnth는, 도 1에 나타낸 바와 같이 관심 파장에 걸쳐 음(101) 또는 양(100)일 수 있다. 대부분의 경우, 양의 고유 복굴절(Δnint)을 갖는 중합체를 주형하여 제조된 필름은 음의 Δnth를 제공한다. 이 분산성은 Δnth 값이 더욱 긴 파장(101)에서 덜 음이 되도록 한다. 반면, 음의 Δnint를 갖는 중합체를 주형함으로써, 더욱 긴 파장(100)에서 덜 양인 Δnth 값을 갖는 양의 Δnth 값을 수득한다. 파장이 증가함에 따라 Δnth의 절대값이 감소하는 분산성 거동을 "정상(normal)" 분산성이라 한다.
정상 분산성과 반대로, 파장이 증가함에 따라 Δnth 절대값이 증가하는 것이 종종 바람직한데, 이를 "역(reverse)" 분산성(도 1에서 역 분산 커브 102 및 103)이라 한다. 이후, 분산성 상수는 하기 수학식 3으로 정의된다:
D = Δn(450nm)/Δn(590nm)
따라서, 광학 구성요소는 D<1일 때 역분산성을 갖는다.
이와 같은 Δnth에서의 상이한 거동의 경우는, 원리적으로 Δnth의 분산성에 차이가 있는 2개 이상의 층의 적절한 조합에 의해 달성될 수 있다. 그러나, 이러한 접근법은 각 층의 두께를 조심스럽게 조절해야 하기 때문에 어렵다. 또한 별도의 공정 단계가 제작에 추가된다.
미국 특허 제 6,565,974 호에는 폴리카보네이트의 주쇄 및 측쇄 발색단 기의 광학 비등방성을 균형을 맞춤으로써 복굴절 분산성을 조절하는 것이 개시되어 있다. 주쇄 및 측쇄에서 모든 발색단은 정상 분산성이지만, 수직 배향으로 정렬되고, 따라서 상이한 복굴절 부호, 즉 양의 분산 세그먼트(200) 및 음의 분산 세그먼트(201)를 갖는다. 이들의 조합은 미세하게 조정될 수 있다. 이러한 방법은 더 짧은 파장에서 더 작은 복굴절(또는 등가의 지연값)을 갖는 중합체, 도 2의 도식에 따른 역 분산성 공중합체(203)의 생성을 가능하게 한다. 그러나, 2개의 균형 발색단의 도입은 최종 물질이 덜 복굴절성이게 한다. 따라서, 적절한 지연을 달성하기 위해서는 두꺼운 필름이 필요하다.
본 발명에 의해 해결되어야 할 문제점
본 발명에서 해결되어야 할 문제점은 역 복굴절 분산성을 갖는 물질을 개발하는 것이다. 고유 역 분산성을 갖는 성분을 포함하는 역 복굴절 분산성을 갖는 물질을 개발하는 것이 바람직하다. 이러한 물질을 디스플레이 장치, 특히 LCD용 보상 필름으로서 사용할 수 있는 필름으로 용이하게 만들 수 있을 것이 특히 바람직하다.
발명의 요약
본 발명은 D1>1의 복굴절 분산성을 갖는 제 1 성분 및 D2<1의 복굴절 분산성을 갖는 제 2 성분을 포함하고, 상기 제 1 성분과 제 2 성분의 복굴절 비율이 Δn1/Δn2>0이고, D<1의 역 복굴절 분산성을 갖는 광학 필름에 관한 것이다. 일 실시양태에서, 광학 필름은 700 nm보다 큰 파장에서 최대 피크 흡수도를 갖는 성분을 포함한다. 본 발명은 또한 편광자; 및 D1>1의 복굴절 분산성을 갖는 제 1 성분 및 D2<1의 복굴절 분산성을 갖는 제 2 성분을 포함하는 광학 필름을 포함하고, 제 1 성분과 제 2 성분의 복굴절 비율이 Δn1/Δn2>0이고, 역 복굴절 분산성을 갖는 광학 필름을 포함하는 LCD 편광 필름 복합체를 제공한다. 본 발명은 또한 D1>1의 복굴절 분산성을 갖는 제 1 성분 및 D2<1의 복굴절 분산성을 갖는 제 2 성분을 혼합하는 단계, 및 생성된 혼합물로부터 광학 필름을 형성하는 단계를 포함하는, 제 1 성분 및 제 2 성분의 복굴절 비율이 Δn1/Δn2>0이고, 역 복굴절 분산성을 갖는 광학 필름의 제조방법을 제공한다.
이러한 광학 물질은 광학 필름에서 역 분산성 거동을 수득하는데 유용하다.
실시양태들은 첨부된 도면을 참조하여 상세한 설명을 읽을 때 가장 잘 이해된다. 여러 특징부가 반드시 척도에 맞춰 그려지지 않았다는 것을 강조한다. 사실, 치수는 논의의 명확성을 위해 임의로 증가되거나 감소될 수 있다.
도 1은 양 및 음의 면외 분산성, 역 분산성 및 정상 분산성을 포함하는, 다양한 복굴절 분산성 거동을 나타내는 그래프이다.
도 2는 정상 분산성을 나타내는 양 및 음의 면외 복굴절성을 포함하는 역 분산성 공중합체를 나타내는 그래프이다.
도 3은 두께 d 및 "x", "y" 및 "z" 방향에서의 치수를 갖는 예시적인 필름으로서, 여기서 x 및 y는 필름의 평면에서 서로에 대해 수직으로 놓여있고, z는 필름의 평면에 수직이다.
도 4는 중합체 쇄가 통계적으로 평균화된 배향 방향을 갖는 중합체 필름을 나타낸다.
도 5는 2개의 성분을 포함하는 본 발명의 물질의 도식이다.
도 6은 광학 잔사의 효과를 나타내는 도식이다.
도 7은 IR 흡수기에서의 상이한 굴절률의 도식이다.
도 8은 역 분산성을 갖는 IR 흡수기를 나타내는 도식이다.
도 9는 실시예 7의 복굴절 스펙트럼이다.
도면부호에 대한 간단한 설명
100 정상 분산성 곡선
101 정상 분산성 곡선
102 역 분산성 곡선
103 역 분산성 곡선
200 양의 분산 세그먼트
201 음의 분산 세그먼트
203 역 분산성 공중합체
301 필름
402 중합체 쇄
404 통계적으로 평균화된 배향 방향
500 정상 중합체
501 역 분산 첨가제
502 최종 물질
600 정상 곡선
601 IR 흡수도 곡선
700 nz 물질, 곡선
701 nx 물질
본 발명은 바람직한 실시양태를 참조하여 기술되었다. 그러나, 발명의 범주로부터 벗어나지 않는 한, 당해 기술분야의 숙련인에 의해 이러한 실시양태에 대한 변화/변형이 될 수 있다는 것을 이해할 것이다.
상기에서 언급한 바와 같이, 본 발명은 원하는 면외 복굴절(Δnth) 거동을 갖는 물질을 형성하기 위한 신규한 물질 및 방법을 제공한다. 본 발명은 원하는 Δnth 분산성 거동을 갖는 코팅, 프리-스탠딩 필름(free-standing film) 또는 제품을 생성하기 위한 물질의 제조방법을 제공한다. 본 발명은 높은 광학 투광성 또는 투명도, 및 낮은 탁도를 갖는 가요성 광학 필름을 형성하는데 사용될 수 있다. 이들 및 다른 장점은 아래 상세한 설명으로부터 명백할 것이다.
도 3을 참조하여, 하기 정의가 본원의 설명에 적용된다.
문자 "x", "y," 및 "z"는 주어진 필름(301)에 관계된 방향을 정의하고, 여기서 x 및 y는 필름의 평면에서 서로에 대해 수직으로 놓여 있고, z는 필름의 평면에 수직이다.
"광축"이란 용어는 전개되는 빛이 복굴절을 나타내지 않는 방향을 말한다. 중합체 물질에서, 광축은 중합체 쇄에 평행하다.
"nx," "ny" 및 "nz"란 용어는 각각 x, y 및 z 방향에서의 필름의 굴절률이다.
"C-플레이트"란 nx = ny이고, nz는 nx 및 ny와 상이한 플레이트 또는 필름을 말한다. 통상적으로, 물질이 필름으로 주형될 때, 필름은 C-플레이트의 성질을 갖는다.
중합체 또는 미네랄에 대해 "고유 복굴절(Δnint)"란 용어는 (ne-no)에 의해 정의된 양을 말하고, 여기서 ne 및 no는 각각 중합체 또는 미네랄의 이상(extraordinary)굴절률 및 상(ordinary)굴절률이다. 중합체의 고유 복굴절은 중합체 쇄에 대한 작용기의 편광가능성 및 그들의 결합각과 같은 인자에 의해 결정된다. 필름과 같은 중합체 제품의 굴절률 nx, ny 및 nz는 제품의 제작공정 조건 및 중합체의 Δnint에 의존한다. nx, ny 및 nz는 필름의 좌표에 따라 관례적으로 정의되는데, 즉 nx, ny는 2개의 면내 굴절률이고, nz는 도 3에 나타낸 바와 같이 면외 굴절률이다.
필름의 "면외 위상 지연(Rth)"이란 용어는 [nz-(nx+ny)/2]d로 정의되는 양이고, 여기서 d는 도 3에 나타낸 바와 같이 필름(301)의 두께이다. [nz-(nx+ny)/2]의 양은 "면외 복굴절(Δnth)"이라 지칭된다.
필름(301)에 대해 "면내 복굴절"이란 용어는 │nx-ny│로 정의된다.
복굴절성은 빛의 파장에 의존하는 양이다. 빛의 파장에 대한 이러한 의존성을 분산성이라 한다. 용어 "D"는 하기 수학식 3a와 같이 파장 450 nm에서의 복굴절 대 590 nm에서의 복굴절의 비로서 정의된다:
D = Δnth(450 nm)/Δnth (590 nm)
본 발명의 광학 필름은 D1>1의 복굴절 분산성, 및 바람직하게는 D1<1.05의 복굴절 분산성을 갖는 제 1 성분을 포함한다. 제 2 성분은 D2<1의 복굴절 분산성, 바람직하게는 D2<0.9의 복굴절 분산성을 갖는다. D=1의 복굴절 분산성은 광학 부재의 복굴절성이 일정하고 파장에 따라 변화하지 않는 것을 말한다. D1>1의 복굴절 분산성을 갖는 제 1 성분이란 정상 복굴절 분산성을 갖는 성분을 의미한다. D2<1의 복굴절 분산성을 갖는 제 2 성분이란 역 복굴절 분산성을 갖는 성분을 의미한다. 제 1 성분 대 제 2 성분의 복굴절 비가 Δnl/Δn2>0일 때, 이는 2개의 성분이 동일한 복굴절 부호를 갖는다는 것, 즉 모두 양이거나 모두 음임을 의미한다. 생성된 광학 필름은 D<1의 역 복굴절 분산성을 가져야 한다. 바람직하게는, 광학 필름은 D<0.9의 역 복굴절 분산성을 갖는다.
제 1 성분은 중합체인 것이 바람직하다. 상기 논의한 바와 같이, 중합체 물질에 있어서, 굴절률 nx, ny 및 nz는 물질의 Δnint 및 필름을 형성하는 방법에 기인한다. 다양한 방법, 예를 들면 주형, 연신 및 어닐링은 상이한 상태의 중합체 쇄 배향을 제공한다. 이는 Δnint과 함께 nx, ny, nz을 결정한다. 일반적으로, 용매-주형 중합체 필름은 작은 면내 복굴절을 나타낸다(λ=550 nm에서 <10-4 내지 10<5). 그러나 가공 조건 및 중합체의 종류에 따라 Δnth는 더 커질 수 있다.
Δnth를 발생하는 메카니즘은 질서(order) 파라미터, S의 개념을 사용하여 설명될 수 있다. 당해 기술분야에 잘 공지되어 있듯이, 중합체 필름의 면외 복굴절은 Δnth=SΔnint에 의해 주어진다. 상기 언급한 바와 같이, Δnint은 중합체의 성질에 의해서만 결정되는 반면, 필름을 형성하는 방법은 기본적으로 S를 조절한다. 중합체 필름에서 중합체 쇄(402)가 도 4에 나타낸 바와 같이 통계적으로 평균화된 배향 방향(404)을 갖는다면, S는 통상적으로 양이고 S≤l이다. 음의 Δnth를 수득하기 위해, 양의 Δnint을 갖는 중합체가 사용되는 한편, 양의 Δnth에 대해서는, 음의 Δnint를 갖는 것이 사용된다. 두 경우 모두, nx=ny를 갖는 C-플레이트의 성질을 갖는다.
대부분의 중합체 물질의 Δnint 분산성 거동은 정상이고, 즉 복굴절의 절대값은 도 1에서 정상 분산성 곡선(100 및 101)에서와 같이 더 긴 λ에서 감소한다. 이는 또한 Δnth에서의 정상 분산 거동을 제공한다. 본 발명에 따라, 필름의 분산성 거동은 2개의 성분을 갖는 광학 물질에 의해 조절되고, 여기서 성분들중 하나는 역 복굴절 분산성을 갖는다. 역 복굴절 분산성 물질은 2개의 성분을 갖고, 그들의 개별적인 복굴절 분산성이 도 5에서 정상 중합체(500) 및 역 분산성 첨가제(501)로서 거동하되, 최종 물질(502)과 같은 역 복굴절 분산성을 갖도록 그들의 상대적 배향을 정렬함으로써 형성할 수 있다. 설명을 목적으로, 양의 복굴절성 물질만을 도시한다. 음의 복굴절성 물질은 동일한 방법에 따라 형성될 수 있다.
중합체가 가시 영역에서 투명한 것이 바람직하다. 일반적으로 바람직한 중합체는 바이닐 중합체 또는 축합 중합체이다.
용어 "발색단"이란 광 흡수 단위로서 작용하는 원자 또는 원자 그룹으로서 정의된다(Modern Molecular Photochemistry, Nicholas J. Turro, Ed., Benjamin/Cummings Publishing Co., Menlo Park, CA (1978), pg 77.)
본 발명에 사용된 중합체에 사용하기 위한 일반적인 발색단 기는 바이닐, 카보닐, 아미드, 이미드, 에스터, 카보네이트, 방향족(즉, 페닐, 나프틸, 바이페닐, 티오펜, 비스페놀과 같은 헤테로방향족 또는 카보사이클릭 방향족), 설폰 및 아조 또는 이들 발색단의 조합을 포함한다. "비-가시적인 발색단"은 λ=400 내지 700 nm의 범위 밖에서 흡수도 최대값을 갖는 것이다.
중합체 쇄의 광축에 대한 발색단의 상대적 배향은 Δnint의 부호를 결정한다. 발색단이 주쇄 안에 위치하면, 중합체의 Δnint는 양일 것이고, 발색단이 측쇄 안에 위치하면, 중합체의 Δnint는 음일 것이다.
음의 Δnint 중합체의 예는 비-가시적 발색단이 중합체 주쇄에서 떨어져 있는 물질을 포함한다. 이러한 비-가시적 발색단은 예를 들면, 바이닐, 카보닐, 아미드, 이미드, 에스터, 카보네이트, 설폰, 아조, 및 방향족 헤테로사이클릭 및 카보사이클릭 기(예를 들면, 페닐, 나프틸, 바이페닐, 터페닐, 페놀, 비스페놀 A, 및 티오펜)를 포함한다. 또한, 이들 비-가시적인 발색단의 조합이 바람직할 수 있다(즉, 공중합체로). 이러한 중합체 및 그들의 구조식의 예는 폴리(메틸 메타크릴레이트), 폴리(4 바이닐바이페닐)(하기 화학식 I), 폴리(4 바이닐페놀) (화학식 II), 폴리(N-바이닐카바졸) (화학식 III), 폴리(메틸카복시페닐메타크릴아미드) (화학식 IV), 폴리스티렌, 폴리[(1-아세틸인다졸-3-일카보닐옥시)에틸렌] (화학식 V), 폴리(프탈이미도에틸렌) (화학식 VI), 폴리(4-(1-하이드록시-1-메틸프로필)스티렌) (화학식 VII), 폴리(2-하이드록시메틸스티렌)(화학식 VIII), 폴리(2-다이메틸아미노카보닐스티렌) (화학식 IX), 폴리(2-페닐아미노카보닐스티렌) (화학식 X), 폴리(3-(4-바이페닐일)스티렌) (XI), 및 폴리(4-(4-바이페닐일)스티렌) (XII)이다:
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Figure 112008046622406-pct00008
Figure 112008046622406-pct00009
Figure 112008046622406-pct00010
Figure 112008046622406-pct00011
Figure 112008046622406-pct00012
양의 Δnint 중합체의 예는 중합체 주쇄상의 비-가시적 발색단을 갖는 물질을 포함한다. 이러한 비-가시적 발색단은 예를 들면 바이닐, 카보닐, 아미드, 이미드, 에스터, 카보네이트, 설폰, 아조, 및 방향족 헤테로사이클릭 및 카보사이클릭 기(예를 들면, 페닐, 나프틸, 바이페닐, 터페닐, 페놀, 비스페놀 A, 및 티오펜)를 포함한다. 게다가, 이들 비-가시적 발색단의 조합을 갖는 중합체가 바람직할 수 있다(즉, 공중합체로). 이러한 중합체의 예는 다음 단량체를 포함하는 폴리에스터, 폴리카보네이트, 폴리설폰, 폴리케톤, 폴리아미드, 및 폴리이미드이다:
Figure 112008046622406-pct00013
하기 표 1은 광학 필름에 사용된 일반적인 중합체에 대한 고유 복굴절 Δnint의 다양한 값을 열거한다:
폴리스티렌 Δnint = -0.100
폴리페닐렌 옥사이드 Δnint = +0.210
비스페놀 A 폴리카보네이트 Δnint = +0.106
폴리메틸 메타크릴레이트 Δnint = -0.0043
폴리에틸렌 테레프탈레이트 Δnint = +0.105
Δnint 값에 의해 분명하듯이, 아크릴계 중합체, 예를 들면 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA), 및 폴리(바이닐카바졸)은 본 발명에 따른 양의 역 복굴절성을 수득하는데 바람직하다. 음의 역 분산성을 수득하기 위한 바람직한 중합체는 폴리에터이미드 및 폴리카보네이트와 같은 양의 Δnint 중합체이다.
제 2 성분은 상기 논의한 파라미터를 만족하는 임의의 화합물일 수 있다. 바람직하게는, 제 2 성분은 예를 들면 IR-선 흡수 또는 IR 염료와 같이 700 nm보다 큰 파장에서 최대 피크 흡수도를 갖고 가시 영역에서 흡수하지 않는다. 한편, 제 2 성분은 중합체일 수 있고, 제 2 성분은 2000 미만의 분자량을 갖는 것이 바람직하다. 일 실시양태에서, 제 2 성분은 유기 성분이다. 또 다른 실시양태에서, 제 2 성분은 중합체에 공유결합으로 부착될 수 있다.
광학 잔기는 광학 물리학에서 공지되어 있다(참조 1: Wooten, Optical Properties of Solids, Academic Press, 1972). 이러한 참조에는, 더 낮은 에너지 흡수 피크는 도 6에 도시된 투명 스펙트럼 영역에서조차 더 낮은 에너지에서 n을 감소시킨다고 개시한다. 정상 커브(600)에서와 같은 굴절률 거동을 갖는 일반적인 물질에 있어서, 흡수 발색단이 존재할 때, 굴절률 거동은 IR 흡수 커브(601)로 변화한다. 흡수 최대 피크가 700 nm(IR 흡수) 이상일 때, 물질이 가시 범위(350 nm 내지 650 nm) 내에서 투명하다는 것을 주목할만하다. 굴절률은 파장이 증가함에 따라 더욱 감소하고 그 분산성은 IR 흡수기의 존재하에 증가한다는 것 또한 주목할 만하다.
IR 흡수기는 종종 이색성을 나타내며, 여기서 흡수는 비등방성이라는 것이 공지되어 있다(참조 2: A V Ivashchenko Dichroic Dyes for Liquid Crystal Displays CRC Press). 따라서, 그 광학 잔기 효과 또한 비등방성일 것이다. 이러한 효과는 도 7에 나타나는데, 여기서 nx 물질, 커브(701)는 더 높은 굴절률 및 더 낮은 굴절률 분산성을 갖는 한편, nz 물질, 커브(700)는 더 낮은 굴절률 및 더 높은 굴절률 분산성을 갖는다. 이어서 형성된 복굴절성은 도 8에 나타낸 바와 같이, 역 분산성을 갖는 양의 복굴절성이다.
본 발명에 유리하게 사용된 적외선-흡수 염료는 시판되는 염료 및 문헌에 개시된 공지된 염료를 포함한다. 그의 구체적인 예는 아조 염료, 금속 착체 염 아조 염료, 피라졸론 아조 염료, 안트라퀴논 염료, 프탈로시아닌 염료, 카보늄 염료, 퀴논이민 염료, 메틴 염료, 시아닌 염료 등을 포함한다. 이들 적외선-흡수 염료의 일반적인 예는 일본 특허공개공보 제 JP-A-1983-125246 호, 제 1984-84356 호, 제 1984-202829 호 및 제 1985-78787 호에 개시된 시아닌 염료; 일본 특허공개공보 제 JP-A 1983-173696 호, 제 1983-181690 호, 및 제 1983-194595 호 등에 개시된 메틴 염료; 일본 특허 공개공보 제 JP-A 1983-112793 호, 제 1983-224793 호, 제 1984-48187 호, 제 1984-73996 호, 제 1985-52940 호, 및 제 1985-63744 호 등에 개시된 나프토퀴논 염료; 일본 특허 공개공보 제 JP-A 1983-112792 호 등에 개시된 스쿠아릴륨 염료; 영국 특허 제 434,875 호 등에 개시된 시아닌 염료 등을 포함한다.
이들 염료중 특히 바람직한 것은 시아닌 염료이다. 시아닌 염료의 일반적인 화학식은 아래와 같이 나타낸다:
Figure 112008046622406-pct00014
상기 식에서,
a1 및 b1은 0 내지 5이고;
W1 및 X1은 동일하거나 상이하고 -CR10R11, -O-, -NR12, -S-, 및 -Se로 이루어진 군으로부터 선택되고; Q1은 단일결합이거나 -O-, -S-, -Se-, 및 -NR13으로 이루어진 군으로부터 선택되고; Y1 및 Z1은 동일하거나 상이하고 -(CH2)c-CO2H, -CH2-(CH2-0-CH2)d-CH2-CO2H, -(CH2)e-NH2, -CH2-(CH2-0-CH2)f-CH2-NH2, -(CH2)g-N(R14)-(CH2)h-CO2H, 및 -(CH2)i-N(R15)-CH2-(CH2-0-CH2)j-CH2-CO2H로 이루어진 군으로부터 선택되고; R1 및 R10 내지 R15는 동일하거나 상이하고, 수소, C1-C10 알킬, C1-C10 아릴, C1-C10 알콕실, C1-C10 폴리알콕시알킬, -CH2(CH2-O-CH2)c-CH2-OH, C1-C20 폴리하이드록시알킬, C1-C10 폴리하이드록시아릴, -(CH2)d-CO2H, -CH2-(CH2-0-CH2)e-CH2-CO2H, -(CH2)f-NH2, 및 -CH2-(CH2-O-CH2)g-CH2-NH2로 이루어진 군으로부터 선택되고; c, e, g, h 및 i는 1 내지 10으로 다양하고; d, f 및 j는 1 내지 100으로 다양하고; R2 내지 R9는 동일하거나 상이하고 수소, C1-C10 알킬, Cl-C10 아릴, 하이드록실, C1-C10 폴리하이드록시알킬, C1-C10 알콕실, 아미노, C1-C10 아미노알킬, 시아노, 니트로 및 할로겐으로 이루어진 군으로부터 선택된다.
적절한 염료의 예는 비제한적으로 다음을 포함한다:
Figure 112008046622406-pct00015
성분 1, 즉 중합체 및 성분 2, 즉 IR 흡수기를 갖는 신규한 광학 물질이 제조될 수 있다. 물질을 합성하는 방법은, 혼합하는 것(IR 흡수 화합물 도핑), 정전기 상호작용을 통해 회합하는 화학종들을 형성하는 것, 및 IR 흡수기를 중합체 쇄에 공유결합으로 부착하는 것을 포함한다. 이러한 다양한 방법이 당해 기술분야의 숙련인에게 공지되어 있다.
중합체 및 IR 흡수기를 적절히 선택함으로써, 복굴절 분산성은, 역 분산성을 나타내고 다음 두 조건을 자발적으로 만족시키는 광학 필름을 수득하도록 조절될 수 있다:
Figure 112008046622406-pct00016
(i)
Figure 112008046622406-pct00017
(ii)
적절한 일 실시양태에서, 광학 필름은 보상 또는 지연 필름이다. 이러한 필름은 제 1 성분 및 제 2 성분의 혼합물을 제조하고 당해 기술분야에 공지된 방법을 사용하여 필름을 코팅 또는 주형하여 형성될 수 있다. 바람직하게는, 필름의 면내 지연은 0 내지 300nm, 더욱 바람직하게는 필름의 면내 지연은 20 내지 200nm, 더욱 바람직하게는 필름의 면내 지연은 25 내지 100 nm이다. 또한 바람직하게는, 필름의 면외 지연은 -300 내지 +300 nm, 더욱 바람직하게는 필름의 면외 지연은 -200 내지 +200 nm이고, 더욱 바람직하게는 필름의 면외 지연은 -100 내지 +100 nm이다.
LCD의 품질을 측정하는 주된 인자중 하나는, 상이한 시야각으로부터 콘트라스트비의 변화를 설명하는 시야각 특성이다. 폭넓게 변하는 시야각으로부터 동일한 이미지를 볼 수 있는 것이 바람직하며, 이러한 능력은 액정 디스플레이 장치에 있어서는 부족한 점이었다. 시야각 특성을 향상시키는 한가지 방법은 다이크로익(Dichroic) PVA 필름과 액정 셀 사이의 적절한 광학 특성을 갖는 시야각 보상 필름(보상층, 지연 층 또는 위상차 층으로 언급됨)을 사용하는 것이고, 예를 들면 미국 특허 제 5,583,679 호; 제 5,853,801 호; 제 5,619,352 호; 제 5,978,055 호; 및 제 6,160,597 호에 개시된 것이다. 음의 복굴절성을 갖는 디스코틱 액정을 기제로 한 미국 특허 제 5,583,679 호 및 제 5,853,801 호에 따른 보상 필름이 널리 사용된다.
본 발명에 사용된 시야각 보상 필름은 광학적으로 비등방성의 층이다. 광학적으로 비등방성의 시야각 보상층은 양의 복굴절성 물질 또는 음의 복굴절성 물질을 포함할 수 있다. 보상층은 광학적으로 1축 또는 광학적으로 2축일 수 있다. 보상층은 상기 층에 대해 수직인 평면에서 기울어진 광축을 가질 수 있다. 광축의 기울기는 층 두께 방향에서 일정하거나 또는 층 두께 방향에서 변화할 수 있다.
광학적으로 비등방성의 시야각 보상층들은 미국 특허 제 5,583,679 호 및 제 5,853,801 호에 개시된 음의 복굴절성의 디스코틱 액정; 미국 특허 제 6,160,597 호에 개시된 양의 복굴절성 네마틱 액정; 2003년 12월 23일자로 출원되어 통상적으로 양도된 미국 특허 출원 공개공보 제 2004/0021814A 호 및 미국 특허 출원 제 10/745,109 호에 개시된 음의 복굴절 비결정성 중합체를 포함할 수 있다. 이들 후자의 두 특허출원은 중합체 주쇄중 바이닐, 카보닐, 아미드, 이미드, 에스터, 카보네이트, 설폰, 아조, 및 방향족기(즉, 벤젠, 나프탈렌, 바이페닐, 비스페놀 A)와 같은 비-가시적 발색단기를 함유하는 중합체를 포함하고 바람직하게는 180℃보다 큰 유리전이온도를 갖는 중합체를 포함하는 보상층을 개시한다. 이러한 중합체는 특히 본 발명의 보상층에 유용하다. 이러한 중합체는 폴리에스터, 폴리카보네이트, 폴리이미드, 폴리에터이미드, 및 폴리티오펜을 포함한다. 그들중, 본 발명에 사용하기 위해 특히 바람직한 중합체는 (1) 폴리(4,4'-헥사플루오로이소프로필리덴-비스페놀) 테레프탈레이트-co-이소프탈레이트; (2) 폴리(4,4'-헥사하이드로-4,7-메타노인단-5-일리덴 비스페놀) 테레프탈레이트; (3) 폴리(4,4'-이소프로필리덴-2,2'6,6'-테트라클로로비스페놀) 테레프탈레이트-co-이소프탈레이트; (4) 폴리(4,4'-헥사플루오로이소프로필리덴)-비스페놀-co-(2-노보닐리덴)-비스페놀 테레프탈레이트; (5) 폴리(4,4'-헥사하이드로-4,7-메타노인단-5-일리덴)-비스페놀-co-(4,4'-이소프로필리덴-2,2',6,6'-테트라브로모)-비스페놀 테레프탈레이트; (6) 폴리(4,4'-이소프로필리덴-비스페놀-co-4,4'-(2-노보닐리덴)비스페놀) 테레프탈레이트-co-이소프탈레이트; (7) 폴리(4,4'-헥사플루오로이소프로필리덴-비스페놀-co-4,4'-(2-노보닐리덴) 비스페놀) 테레프탈레이트-co-이소프탈레이트; 또는 (8) 상기 중 임의의 둘 이상의 공중합체를 포함한다.
본 발명에 사용된 또 다른 광학 보상층의 적절한 커버 시이트는, 일본 특허 출원 제 11095208A 호에 개시된 바와 같은 중합체성 결합제중에 박리된 무기 클레이 물질을 포함하는 광학적으로 비등방성 층을 포함한다.
하기 실시예는 본 발명의 실시를 설명한다. 이들은 본 발명의 모든 가능한 변형을 배제하고자 한 것이 아니다. 부 및 백분율은 특별히 언급되지 않는 한, 중량기준이다. 모든 복굴절 및 지연 값은 특별히 언급되지 않는 한, 590nm에서이다.
다음 실험들에서, 면외 복굴절 Δnth 및 투광성을 울람® M-2000V 각도가변 분광타원계(Woollam® M-2000V Variable Angle Spectroscopic Ellipsometer)를 사용하여 측정하였다.
IR 흡수 물질
IR 염료-1
Figure 112008046622406-pct00018
IR 염료-2
Figure 112008046622406-pct00019
I-
용어 "D"란 파장 450nm에서의 복굴절 대 590nm에서의 복굴절의 비로서 하기 수학식 3a와 같다:
[수학식 3a]
D=Δnth(450nm)/Δnth(590nm)
하기 표 2에 나타낸 바와 같은 예시적인 조성물 1 내지 6을 다이클로로메탄의 용매중에서 함께 혼합하였다. 이어서 용액을 유리 플레이트상에서 스핀코팅하여 500 nm의 코팅을 생성하였다.
PMMA IR 염료-1 IR 염료-2 분산성
중량% 중량% 중량% Rth(450)/Rth(590)
실시예-1 95 5 0.42
실시예-2 95 5 0.68
실시예-3 95 5 0.75
실시예-4 95 5 0.78
실시예-5 90 10 0.78
실시예-6 90 10 0.78
비교실시예 100 1.01
표 2에 나타낸 결과를 기준으로, 실시예 1 내지 6은 DΔnth<1인 역 복굴절 분산성을 나타내는 한편, 비교실시예는 DΔnth>1의 정상 복굴절 분산성을 갖는다. 실시예 1의 복굴절 스펙트럼은 도 9에 나타내며 역 복굴절성을 갖는다.
20 마이크론의 더 두꺼운 코팅은 닥터 블레이드를 사용하여 95% PMMA와 5% IR 염료-1(실시예 7), 및 90% PMMA와 10% IR 염료-1로 제조되었다(실시예 8). 그의 지연 및 분산수는 하기 표 3에 나타낸다:
PMMA IR 염료-1 지연 분산
% % nm Rth(450)/Rth(590)
실시예 7 95 5 17 0.58
실시예 8 90 10 51 0.45
표 3은 PMMA 및 IR 염료-1의 혼합물로부터 제조된 광학 필름이 양호한 지연 및 역 복굴절 분산성을 가짐을 나타낸다.

Claims (24)

  1. D1=Δn1(450nm)/Δn1(590nm), D2=Δn2(450nm)/Δn2(590nm), D=Δnth(450nm)/Δnth(590nm)이고, 여기서 Δn1 및 Δn2는 각각 제 1 성분 및 제 2 성분의 고유 복굴절이고, Δnth=nz-(nx+ny)/2이고, nx, ny 및 nz는 각각 x, y 및 z 방향에서의 굴절률이고, x 및 y 방향은 필름의 평면에서 서로에 대해 수직인 각 방향이고, z 방향은 필름의 평면에 수직인 방향이라고 할 때, D1>1의 복굴절 분산성을 갖는 제 1 성분 및 D2<1의 복굴절 분산성을 갖는 제 2 성분을 포함하며, 상기 제 1 성분과 제 2 성분의 복굴절 비율이 Δn1/Δn2>0이고, D<1의 역 복굴절 분산성을 갖는 광학 필름.
  2. 제 1 항에 있어서,
    D<0.98의 역 복굴절 분산성을 갖는 광학 필름.
  3. 제 1 항에 있어서,
    제 1 성분이 중합체인 광학 필름.
  4. 제 3 항에 있어서,
    제 2 성분이 700 nm보다 큰 파장에서 최대 피크 흡수도를 갖는 광학 필름.
  5. 제 4 항에 있어서,
    제 2 성분이 2000 미만의 분자량을 갖는 광학 필름.
  6. 제 5 항에 있어서,
    제 2 성분이 유기 성분인 광학 필름.
  7. 제 3 항에 있어서,
    제 2 성분이 중합체에 공유결합으로 부착된 광학 필름.
  8. 제 7 항에 있어서,
    제 2 성분이 700 nm보다 큰 파장에서 최대 피크 흡수도를 갖는 광학 필름.
  9. 제 3 항에 있어서,
    중합체가 가시 범위에서 투명한 광학 필름.
  10. 제 1 항에 있어서,
    제 1 성분이 D1<1.05의 복굴절 분산성을 갖는 광학 필름.
  11. 제 1 항에 있어서,
    제 2 성분이 D2<0.9의 복굴절 분산성을 갖는 광학 필름.
  12. 제 3 항에 있어서,
    중합체가 바이닐 중합체 또는 축합 중합체인 광학 필름.
  13. 제 3 항에 있어서,
    중합체가 폴리메틸메타크릴레이트인 광학 필름.
  14. 제 1 항에 있어서,
    상기 필름이 지연 필름인 광학 필름.
  15. 제 1 항에 있어서,
    상기 필름의 면내 지연이 0 내지 300 nm인 광학 필름.
  16. 제 1 항에 있어서,
    필름의 면내 지연이 20 내지 200 nm인 광학 필름.
  17. 제 1 항에 있어서,
    필름의 면내 지연이 25 내지 100 nm인 광학 필름.
  18. 제 1 항에 있어서,
    필름의 면외 지연이 -300 내지 +300 nm인 광학 필름.
  19. 제 1 항에 있어서,
    필름의 면외 지연이 -200 내지 +200 nm인 광학 필름.
  20. 제 1 항에 있어서,
    필름의 면외 지연이 -100 내지 +100 nm인 광학 필름.
  21. 제 1 항에 있어서,
    D<0.9의 역 복굴절 분산성을 갖는 광학 필름.
  22. 편광자, 및
    D1>1의 복굴절 분산성을 갖는 제 1 성분 및 D2<1의 복굴절 분산성을 갖는 제 2 성분을 포함하며, 상기 제 1 성분과 제 2 성분의 복굴절 비율이 Δn1/Δn2>0이고 역 복굴절 분산성을 갖는 광학 필름을 포함하는 LCD 편광 필름 복합체.
  23. D1>1의 복굴절 분산성을 갖는 제 1 성분 및 D2<1의 복굴절 분산성을 갖는 제 2 성분을 혼합하는 단계, 및
    생성된 혼합물로부터 광학 필름을 형성하는 단계를 포함하는, 상기 제 1 성분 및 제 2 성분의 복굴절 비율이 Δn1/Δn2>0이고, 역 복굴절 분산성을 갖는, 광학 필름의 제조방법.
  24. 제 23 항에 있어서,
    제 1 성분 및 제 2 성분을 반응시켜 공유 결합을 형성하는 단계를 추가로 포함하는 방법.
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