KR101129846B1 - 액정 디스플레이에 사용하기 위한, 비정질 중합체를 갖는다층 광학 보상 필름 - Google Patents

액정 디스플레이에 사용하기 위한, 비정질 중합체를 갖는다층 광학 보상 필름 Download PDF

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Abstract

LCD용 다층 보상기는 1층 이상의 중합체 제 1 층 및 1층 이상의 중합체 제 2 층을 포함한다. 제 1 층은 -0.01 이상 +0.01 이하의 면외 복굴절률(Δnth)을 갖는 중합체를 포함한다. 제 2 층은 -0.01 미만 또는 +0.01 초과의 면외 복굴절률을 갖는 비정질 중합체를 포함한다. 다층 보상기의 전체 면내 지연(Rin)은 20nm보다 크고, 다층 보상기의 면외 지연(Rth)은 -20nm 미만 또는 +20nm 초과이다. 하나 이상의 제 1 층의 면내 지연(Rin)은 다층 보상기의 전체 면내 지연(Rin)의 30% 이하이다.

Description

액정 디스플레이에 사용하기 위한, 비정질 중합체를 갖는 다층 광학 보상 필름{MULTILAYERED OPTICAL COMPENSATOR FILM WITH AMORPHOUS POLYMER FOR LIQUID CRYSTAL DISPLAYS}
본 발명은 액정 디스플레이용 다층 광학 보상기에 관한 것이다. 본 발명은 또한 이러한 보상기를 제조하는 방법 및 상기 보상기를 사용하는 액정 디스플레이에 관한 것이다.
액정은 전자 디스플레이에 널리 사용된다. 이들 디스플레이 시스템에서, 액정 셀은 전형적으로 한 쌍의 편광판과 분석기 사이에 위치한다. 편광판에 의해 편향된 입사광은 액정 셀을 통해 통과하고, 액정의 분자 배향에 의해 영향을 받는데, 액정의 분자 배향은 셀을 가로질러 전압을 인가함으로써 변할 수 있다. 변화된 광은 분석기로 들어간다. 이러한 원리를 이용함으로써, 주위 광을 비롯한 외부 공급원으로부터의 광의 투과율을 조절할 수 있다. 이러한 조절을 달성하는데 필요한 에너지는 일반적으로 음극선관(cathode ray tube; CRT) 같은 다른 디스플레이 유형에 사용되는 발광 물질에 필요한 것보다 훨씬 더 적다. 따라서, 디지털 시계, 계 산기, 휴대용 컴퓨터 및 전자 게임(이를 위해서는 경량, 낮은 소비 전력 및 긴 작동 시간이 중요한 특징임)을 비롯한(이들로 한정되지는 않음) 다수의 전자 촬상 장치에 액정 기술이 이용된다.
콘트라스트, 색상 재생, 및 안정한 그레이 스케일(gray scale) 강도는 액정 기술을 이용하는 전자 디스플레이에 중요한 품질 속성이다. 액정 디스플레이(LCD)의 콘트라스트를 제한하는 주요 인자는 어둡거나 "흑색" 화소 상태에 있는 액정 소자 또는 셀을 통해 광이 "누출"되는 경향이다. 뿐만 아니라, 누출, 따라서 액정 디스플레이의 콘트라스트는 또한 디스플레이 스크린이 관찰되는 방향에 따라서도 달라진다. 전형적으로, 최적 콘크라스트는 디스플레이로의 수직 입사 주변에 중심을 두는 좁은 시야각 범위 내에서만 관찰되고, 관찰 방향이 디스플레이 수직으로부터 벗어남에 따라 급속하게 떨어진다. 유색 디스플레이에서, 누출 문제는 콘트라스트를 열화시킬 뿐만 아니라 색상 재생의 열화를 동반하는 색상 또는 색조 변이를 야기한다.
LCD는 데스크톱 컴퓨터 및 다른 사무 집기 또는 가사 용품의 모니터로서 CRT를 급속하게 대체하고 있다. 또한, 가까운 미래에는 보다 큰 스크린 크기를 갖는 LCD 텔레비전 모니터의 수가 급증할 것으로 기대되고 있다. 그러나, 색조 변이, 콘트라스트 열화 및 휘도의 반전 같은 시야각 의존성 문제를 해결하지 못하는 한, 전통적인 CRT의 대체품으로서의 LCD의 용도는 제한될 것이다.
수직-정렬 액정 디스플레이(VA-LCD)는 수직 입사광에 대해 매우 높은 콘트라스트 비를 제공한다. 도 2a 및 도 2b는 오프(OFF; 201) 상태 및 온(ON; 203) 상태 의 VA 액정 셀의 개략도이다. 오프 상태에서, 액정 광축(205)은 기판(207)에 거의 수직이다(도 2a). 전압이 인가되면, 광축(205)이 셀 수직으로부터 기울어진다(도 2b). 오프 상태에서, 광은 수직 방향(209)에서 복굴절률을 보이지 않아, 직각의 교차 편광판과 비슷한 어두운 상태를 제공한다. 그러나, 비스듬히 전파되는 광(211)은 지연되어 광 누출을 제공한다. 이는 일부 시야각 범위에서의 불량한 콘크라스트 비를 야기한다.
광학 보상 변곡(Optically Compensated Bend) 액정 디스플레이(OCB-LCD)로도 불리는 변곡 정렬 네마틱 액정 디스플레이는 대칭적인 변곡 상태에 기초한 네마틱 액정 셀을 사용한다. 실제 작동시에는, 도 3a(오프)(301) 및 도 3b(온)(303)에 도시되어 있는 바와 같이 셀 내에서 상이하게 변곡 배향시키는 인가된 전압 또는 전기장에 의해 변곡 정렬 액정 셀을 사용하는 디스플레이의 휘도가 조절된다. 두 상태 모두에서, 액정 광축(305)은 셀 중간 평면(307) 둘레에서 대칭적인 변곡 상태를 취한다. 온 상태에서, 광축은 셀 기판(309) 근처를 제외하고는 셀 평면에 대해 실질적으로 수직으로 된다. OCB 모드는 액정 디스플레이 텔레비전(LCD-TV) 용도에 적합한 더욱 빠른 응답 속도를 제공한다. 이는 또한 트위스티드 네마틱 액정 디스플레이(TN-LCD) 같은 종래의 디스플레이에 비해 시야각 특징 면에서 이점을 갖는다.
상기 두 모드는 종래의 TN-LCD에 비해 탁월하기 때문에 LCD-TV 같은 최상위 모델(high-end) 용도를 지배할 것으로 기대된다. 그러나, OCB 및 VA-LCD 둘 다를 실제로 적용하는 데에는 VAC를 최적화하기 위한 광학 보상 수단이 필요하다. 두 모드에서는, 액정과 교차 편광판의 복굴절률 때문에, VAC는 디스플레이를 비스듬한 각도로부터 관찰할 때 콘크라스트의 열화를 나타낸다. OCB(US 6,108,058 호) 및 VA(JP 1999-95208 호) LCD를 보상하기 위하여 2축 필름의 사용이 제안된 바 있다. 두 모드 모두에서, 액정은 온(OCB) 또는 오프(VA) 상태에서 셀의 평면에 충분히 수직으로 정렬된다. 이 상태는 양의 Rth를 제공하며, 따라서 보상 필름은 만족스러운 광학 보상을 위해 충분히 큰 음의 Rth를 가져야 한다. 큰 Rth를 갖는 2축 필름에 대한 필요성은 슈퍼 트위스티드 네마틱 액정 디스플레이(STN-LCD)에도 공통적이다.
OCB, VA 및 STN 같은 LCD 모드를 보상하기에 적합한 충분한 음의 Rth 값을 갖는 2축 필름을 제조하는 몇 가지 방법이 제안되었다.
US 2001/0026338 호는 트라이아세틸셀룰로즈(TAC)와 함께 지연 증가제를 사용함을 개시한다. 지연-증가제는 둘 이상의 벤젠 고리를 갖는 방향족 화합물로부터 선택된다. 연신제 도핑된 TAC에 의해, Rth 및 Rin 둘 다를 생성시킬 수 있다. 이 방법의 문제점은 도핑제의 양이다. Rth 및 Rin을 증가시키는 목적하는 효과를 나타내기 위하여, 필요한 도핑제의 양은 원치 않는 착색을 야기하거나, 또는 LCD의 다른 층으로의 도핑제의 이동(확산)(이에 따라, Rth 및 Rin이 손실되고 이들 인접한 층에서 원치 않는 화학 반응이 일어나게 됨)을 야기할 정도로 충분히 높을 수 있다. 이 방법으로는, Rth 및 Rin 값을 독립적으로 조절하기가 어렵다.
사사키(Sasaki) 등은 양의 복굴절성 열가소성 기판 상에 배치된 콜레스테릭 액정의 사용을 제안한다(US 2003/0086033 호). 콜레스테릭 액정(CHLC)의 피치는 가시광의 파장보다 더 짧고, 따라서 적절하게 정렬된 CHLC는 복굴절률을 나타내어 음의 Rth를 제공한다. 열가소성 기판의 연신량을 조정함으로써 Rin을 조절한다. 이 방법에 의해 Rth와 Rin을 별도로 조정할 수 있다. 그러나, 짧은 피치의 CHLC의 사용은 제조 비용을 높일 뿐만 아니라 정렬 절차 때문에 가공을 복잡하게 만든다.
JP 2002-210766 호에는 프로피온일 또는 뷰티릴 치환된 TAC의 사용이 개시되어 있다. 이들은 통상적인 TAC보다 더 높은 복굴절률을 나타낸다. 따라서, 치환된 TAC 필름을 2축 연신시킴으로써 Rin 및 Rth를 생성시킨다. 이 방법은 임의의 추가적인 코팅 또는 층을 필요로 하지 않지만, Rin과 Rth를 독립적으로 조절하기 어렵다.
그러므로, 용이하게 제조될 수 있는, 독립적으로 조절되는 Rth 및 Rin을 갖는 다층 광학 보상기를 제공하는 것이 해결되어야 할 문제이다.
발명의 개요
본 발명은 1층 이상의 중합체 제 1 층 및 1층 이상의 중합체 제 2 층을 포함하는 다층 보상기를 제공한다. 제 1 층은 -0.01 이상 +0.01 이하의 면외(out-of-plane) 복굴절률(Δnth)을 갖는 중합체를 포함한다. 제 2 층은 -0.01 미만 또는 +0.01 초과의 면외 복굴절률을 갖는 비정질 중합체를 포함한다. 다층 보상기의 전체 면내(in-plane) 지연(retardation)(Rin)은 20nm보다 크고, 다층 보상기의 면외 지연(Rth)은 -20nm 미만 또는 +20nm 초과이다. 1층 이상의 제 1 층의 면내 지연(Rin)은 다층 보상기의 전체 면내 지연(Rin)의 30% 이하이다.
본 명세서는 본 발명의 주제를 구체적으로 지적하고 명확하게 청구하는 청구의 범위로 종결되지만, 첨부된 도면과 함께 하기 상세한 설명으로부터 본 발명을 더욱 잘 이해할 수 있을 것이다.
도 1은 두께(d)를 갖는 전형적인 층 및 층에 부착된 x-y-z 좌표 시스템의 도면이다.
도 2a 및 도 2b는 각각 VA 액정 셀의 전형적인 온 상태 및 오프 상태를 도시하는 개략도이다.
도 3a 및 도 3b는 각각 OCB 액정 셀의 전형적인 온 상태 및 오프 상태를 도시하는 개락도이다.
도 4a, 도 4b 및 도 4c는 본 발명의 다층 광학 보상기의 입면도이다.
도 5a, 도 5b 및 도 5c는 본 발명의 다층 광학 보상기를 갖는 액정 디스플레이의 개략도이다.
도 6a는 고도로 정돈된 비-비정질 물질의 투과 모드에 대한 광각 X-선 회절 패턴을 도시하며, 도 6b는 본 발명의 비정질 중합체의 투과 모드에 대한 광각 X-선 회절 패턴이다.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명
101: 필름
103: 필름의 평면
201: 오프 상태의 VA 액정 셀
203: 온 상태의 VA 액정 셀
205: 액정 광축
207: 액정 셀 기판
209: 광이 전파되는 셀 수직 방향
211: 광이 전파되는 기울어진 방향
301: 오프 상태의 OCB 액정 셀
303: 온 상태의 OCB 액정 셀
305: 액정 광축
307: 셀 중간 평면
309: 셀 경계면
401, 403, 405: 다층 광학 보상기
407: A 층
409: B 층
411: A 층
413, 415, 417: B 층
419, 421: A 층
501: LCD
503: 액정 셀
505: 편광판
507: 분석기
509: 편광판의 투과축
511: 분석기의 투과축
512: 다층 광학 보상기
513: LCD
515, 517: 다층 광학 보상기
519: LCD
521: 반사판
523: 다층 광학 보상기
d: 층 또는 필름의 두께
본원을 기재하는데 하기 정의를 적용한다:
광축은 전파되는 광이 복굴절률을 보이지 않는 방향을 일컫는다.
온 및 오프 상태는 액정 셀에 전압이 인가된 상태 및 인가되지 않은 상태를 말한다.
도 1에 도시된 층(101)의 면내 지연 Rin 은 (nx-ny)d(여기에서, nx 및 ny는 x 및 y 방향에서의 굴절률임)로 정의되는 양이다. x 축은 x-y 평면에서 최대 굴절률 방향으로서 취해지며, y 방향은 x 축에 수직이다. 따라서, Rin 은 항상 양의 값이다. x-y 평면은 층의 평면(103)에 평행하다. d는 z-방향에서의 층의 두께이다. 양 (nx-ny)는 면내 복굴절률 Δnin으로 칭해진다. 이도 또한 항상 양의 값을 갖는다. 이후, Δnin 및 Rin 값은 λ=550nm의 파장에서 주어진다.
본원의 도 1에 도시된 층(101)의 면외 지연 Rth 는 [nz-(nx+ny)/2]d로 정의되는 양이다. nz는 z-방향에서의 굴절률이다. 양 [nz-(nx+ny)/2]는 면외 복굴절률 Δnth로 일컬어진다. nz>(nx+ny)/2이면, Δnth는 양이고, 따라서 상응하는 Rth도 양이다. nz<(nx+ny)/2이면, Δnth는 음이고 Rth도 음이다. 이후, Δnth 및 Rth 값은 λ=550nm에서 주어진다.
비정질은 장거리 질서(long-range order)가 없음을 의미한다. 따라서, 비정질 중합체는 X-선 회절 같은 기법에 의해 측정할 때 장거리 질서를 나타내지 않는다. 이는 예컨대 도 6a 및 도 6b에 도시된 그래프의 특징을 비교함으로써 입증된다. 도 6a는 강성의 봉상 중합체, 구체적으로는 미국 특허 제 5,344,916호에 인용되어 있는 (BPDA-TFNB)0.5-(PMDA-TFMB)0.5 폴리이미드의 광각 X-선 회절 패턴(투과 모드)을 도시한다. 도 6b는 본 발명의 비정질 중합체[폴리(4,4'-헥사플루오로아이소프로필리덴-비스페놀-코-4,4'-(2-노본일리덴)비스페놀)테레프탈레이트-코-아이소프탈레이트]의 광각 X-선 회절 패턴(투과 모드)이다.
발색단은 광 흡착의 단위로서 작용하는 원자 또는 원자의 군을 의미한다[Modern Molecular Photochemistry, 튜로 편집, Benjamin/Cummings Publishing Co., 캘리포니아주 멘로 파크 (1978) 페이지 77]. 전형적인 발색단 기는 비닐, 카본일, 아마이드, 이미드, 에스터, 카본에이트, 방향족(즉, 페닐, 나프틸, 바이페닐, 티오펜, 비스페놀 같은 헤테로방향족 또는 탄소환상 방향족), 설폰 및 아조 또는 이들 기의 조합을 포함한다.
비가시(non-visible) 발색단은 400 내지 700nm 범위 외에서 흡수 최대치를 갖는 발색단을 의미한다.
인접하는(contiguous)은 물체가 서로 접촉함을 의미한다. 2개의 인접 층에서, 한 층은 다른 층과 직접적으로 접촉한다. 따라서, 중합체 층이 코팅에 의해 기판에 형성되는 경우, 기판과 중합체 층은 인접한다.
2003년 7월 31일자로 출원되고 통상적으로 양도된 미국 특허출원 제 10/631,152 호가 본원에 참고로 인용된다. 이 출원에는, 하나 이상의 실시양태가 이미 연신된 중합체 지지체 층의 표면 상에 코팅된 비정질 중합체를 제공함을 특징으로 하는, 다층 광학 보상기가 개시되어 있다. 지지체 층은 20nm보다 큰 면내 지연을 발생시키도록 연신된다.
본원에서 설명되는 바와 같이, 본 발명은 적어도 부분적으로는 중합체 지지체의 표면 상에 비정질 중합체 층을 코팅시킨 후 다층 광학 보상기의 두(또는 모든) 층을 동시에 연신시킴을 그 특징으로 한다. 보상기가 "습윤" 상태인 동안, 즉 층의 동시-캐스팅(co-casting)(또는 코팅) 후 비정질 중합체의 건조 전에(또는 건조와 동시에), 연신시킬 수 있다. 다르게는, 또는 또한, 다층 보상기가 캐스팅되고 비정질 중합체가 건조된 후에 "건식" 연신이 이루어질 수 있다. 횡방향, 즉 필름의 캐스팅 방향과 일치하는 방향으로 연신시킬 수 있다. 다르게는, 또는 추가로, 횡방향에 수직인 방향으로 연신시킬 수 있다. 다르게는, 또는 추가로, 횡방향에 대해 비스듬히(즉, 사선 방식으로) 연신시킬 수 있다.
다양한 액정 디스플레이에서는, 전체 스크린 시스템에 대해 시야각을 최적화시키기 위하여 보상기 스택(stack) 층의 복굴절률을 변화시키는 것이 바람직하다. 특정 중합체와 함께 본 발명의 실시양태의 제조 방법에 의해, 트라이아세틸셀룰로즈(TAC) 기본 시트가 비정질 중합체의 제 2 층(또는 동시-캐스팅)에 의해 개질될 수 있다. TAC 및 제 2 층 중합체의 두께는 광학 특성의 "조절가능한" 패키지를 제공하도록 변화될 수 있다. 습식-연신에 있어서는, 제조 동안 시트에 가해지는 응력이 면내(x,y) 지연을 조절할 수 있고, 제 2 층 중합체의 두께가 면외 지연을 조절할 수 있다. 마찬가지로, 건식-연신에 있어서는, 제조 후 시트에 가해지는 응력이 면내(x,y) 지연을 조절할 수 있고, 제 2 층 중합체의 두께가 면외 지연을 조절할 수 있다. 이렇게 비정질 중합체를 가함으로써, 비용 면에서 효과적인 방식으로 간단하게 유용한 시트를 제조할 수 있다.
서로 위에 긴밀하게 적층시킨 두 압출 호퍼를 사용함으로써 다층 광학 보상기를 실현할 수 있다. 이 경우, 두 중합체 용액은 적층식 호퍼의 짝을 이룬 다이 립에서 만난다. 동시-캐스팅은 단일 다이 강(single die cavity)에서 두 중합체를 얇은 판으로 적층하는 것(laminar layering)이다. 공급물 블록으로 유동 특징 및 중합체 점도를 조절하여, 단일 다이에서 2개의 상이한 층을 형성시킨다. 이 작업은 동일한 캐스팅 표면 상으로의 2개의 독립적인 호퍼에서 수행될 수도 있다. 목적은 캐스팅 표면상에 동시에 TAC 층(캐스팅 표면에 대해 짝을 이룸) 및 제 2 층 중합체(TAC 위에 놓임)를 생성시키는 것이다. 이에 따라 중합체 사이의 접착력이 최적이 된다. 우수한 접착력이 요구되는 경우, 다른 방법은 TAC와 제 2 층 사이에 제 3 접착 층을 캐스팅시키는 것이다.
아래에 더욱 상세하게 설명된 바와 같은 실험에서는, 4개의 제 2 층 중합체를 TAC(전형적인 2.86개 아세틸 치환기, 분자량 220,000의 중합체) 상에 동시-캐스팅시켰다. 모든 중합체를 메틸렌 클로라이드 또는 메틸렌 클로라이드와 메탄올 용액에 용해시켰다. 다층 광학 보상기를 약 3.1밀(총 80마이크론)로 생성시켰다. 기계 라인 속도는 4 내지 6ft/분으로 변화시켰다. 이에 따라 3 내지 4분의 캐스팅 표면 건조 시간이 제공된다. 표면을 캐스팅시킨 후에는, 경화 웹을 (고도로 연마된) 캐스팅 표면으로부터 박리시키고 가장자리 고정(restraint) 벨트로 공급한다. 가장자리 벨트는 함께 S자형 경로를 형성하는 2개의 순환 벨트인데, 건조 필름을 두 벨트 사이의 닙에 넣는다. 이들 벨트는 본원에 참고로 인용된 미국 특허 제 6,152,345 호 및 제 6,108,930 호에 기재되어 있다.
습윤(상당량의 용매가 존재함) 시트가 가장자리 벨트에 위치되어 있을 때, 가열된 건조 공기를 양쪽 면으로부터 시트에 불어넣는다. 공기를 고온 및 고속으로 불어넣어 신속하게 가열 및 건조시킨다. 강제 공기 건조가 신속하고 온도가 (시트와 용매 혼합물의) Tg를 초과하지 않으면, 횡방향 응력이 생성되어 시트를 박리시킬 때 부여되는 기계방향 응력을 중화시킬 수 있거나, 또는 횡방향 응력이 2층 시트에서 횡방향 배향을 일으키는 것보다 더 높이 증가될 수 있다. 이는 의도적인 능동 연신 개념의 텐터링이 아니며, 단지 중합체 시트가 건조될 때의 수축력의 제한이다. 이는 "수동 텐터링"으로 일컬어진다. 충분한 에너지로 가열되는 경우에는, (혼합된 용매와 중합체의) Tg보다 높은 온도에서 시트를 취할 수 있고, 건조 및 박리 응력이 이완될 수 있다. 이 방법을 이용함으로써, 면내 응력 및 지연을 그 크기 및 배향 면에서 조작할 수 있다.
80마이크론 TAC 시트의 면외 지연(Rth)은 약 -80nm에서 약 -40nm의 어닐링된 값까지 변한다. 고정된 가열 구역에서의 표면 캐스팅 시간 및 온도에 의해 TAC Rth를 조작할 수 있다.
비정질 중합체의 제 2 층은 그의 복굴절률을 보유하기 위해 신속한 건조를 필요로 한다. 제 2 층은 TAC 층 상에서 휘발성 용매로부터 신속하게 건조된다. TAC 시트를 건조시킴으로 인한 용매는 분자의 이완을 허용하기에 충분할 정도로 제 2 층을 연화시키지 않는다. 제 2 층 중합체의 두께는 다층 보상기의 광학 특성을 조절하도록 변화될 수 있다. 앞서 (TAC에 대해) 기재된 바와 같이 고정 및 온도에 의해 제 2 층 비정질 중합체의 Rin을 조작할 수 있다.
아래 표 A는 본 발명의 실시양태에 따라 동시-캐스팅 및 습식 연신에 의해 수득되는 광학 보상기의 복굴절률을 시험하는 실험 결과를 보여준다. 제 1 샘플은 TAC 층만이고, 제 2 층 중합체가 없다. 나머지 샘플은 각각 아래에 놓인 TAC 층상에 제 2 층 중합체를 포함한다. 모든 샘플에서, TAC 층은 TAC 18.7중량%, 메틸렌 클로라이드 73.2중량% 및 메탄올 8.1중량%의 중합체 용액으로부터 제조되었다.
표 A는 각 샘플에 있어서 아래에 놓인 TAC의 두께 및 제 2 층 중합체의 두께를 보여준다. 여전히 습윤되어 있을 때 샘플을 가장자리 고정 벨트에 위치시키고 충분한 열을 가함으로써 각 샘플을 수득하였다. 벨트는 수축에 저항하며, 횡방향에서 습윤 수동 텐터링을 제공한다. 샘플의 기류 온도도 나타내고 있다. 캐스팅된 각 샘플의 폭 및 습식 수동 텐터링 후 각 샘플의 폭을 측정하고, 대략적인 횡방향 연신도(%)를 계산하였다.
표 A는 각 샘플에서 결과적으로 수득되는 면내 및 면외 지연을 나타낸다. 이들 지연은 550nm의 파장에서 타원해석기[모델 M2000V, 제이.에이. 울람 캄파니(J.A. Woollam Co.)]로 측정하였다. 이들 결과로부터 명백한 바와 같이, 면내 및 면외 지연의 크기는 제 2 층의 연신도 및 두께와 상관되어 있다.
Figure 112006089480717-pct00001
(상기 식에서, x=93, y=7, a=70, b=30)
폴리(4,4'-헥사플루오로아이소프로필리덴-비스페놀-코-4,4'-(2-노본일리덴)비스페놀) 테레프탈레이트-코-아이소프탈레이트(중합체 A).
Figure 112006089480717-pct00002
폴리(4,4'-헥사하이드로-4,7-메타노인단-5-일리덴 비스페놀) 테레프탈레이트(중합체 B).
Figure 112006089480717-pct00003
본 발명자들은, 이미 건조된 다층 광학 보상기(TAC 80㎛ 상의 소의 젤라틴 1㎛ 상의 중합체 C 6㎛)를 연신시킴으로써 목적하는 양의 면내 이방성을 생성시킴을 발견하였다.
Figure 112006089480717-pct00004
(상기 식에서, x=90, y=10, a=70, b=30)
폴리(4,4'-헥사플루오로아이소프로필리덴-비스페놀-코-4,4'-(2-노본일리덴)비스페놀) 테레프탈레이트-코-아이소프탈레이트(중합체 C).
이 면내 이방성은 편리한 온도에서 매우 낮은 신장률(2 내지 12%)에서 달성되었다. 아래 표 B는 신장률% 및 온도가 음의 면외 복굴절률을 갖는 다층 광학 보상기의 면외 및 면내 지연에 대해 갖는 효과를 보여준다. 이들 지연은 550nm의 파장에서 타원해석기(모델 M2000V, 제이.에이. 울람 캄파니)로 측정하였다. 이 예에서는 2개의 제 1 층(소의 젤라틴 및 TAC)을 사용하였다. 소의 젤라틴은 말림(curl) 조절 층으로서의 역할을 한다. 제 2 층 및 젤라틴 층의 TAC 층으로의 접착력이 가열 및 연신 후에 훨씬 개선된 것으로 밝혀졌다. 또한, 이 예에서와 같은 다층 보상기는 60℃ 및 90% 상대 습도에서 1000시간 같은 조건에서 이러한 보상기를 숙성시킨 후 Rin 및 Rth의 손실과 관련하여 향상된 내구성을 가질 것으로 생각된다.
Figure 112006089480717-pct00005
아래 표 C는 음의 면외 복굴절률을 갖는 다층 광학 보상기(TAC 80㎛ 상의 소의 젤라틴 1㎛ 상의 중합체 C 3.5㎛)의 면외 및 면내 지연에 대해 %신장률 및 온도가 갖는 효과를 보여준다. 이들 지연은 550nm의 파장에서 타원해석기(모델 M2000V, 제이.에이. 울람 캄파니)로 측정하였다. 이 예에서는 2개의 제 1 층(소의 젤라틴 및 TAC)을 사용하였다. 소의 젤라틴은 말림 조절 층으로서의 역할을 한다. 제 2 층 및 젤라틴 층의 TAC 층으로의 접착력이 가열 및 연신 후에 훨씬 개선된 것으로 밝혀졌다. 또한, 이 예에서와 같은 다층 보상기는 60℃ 및 90% 상대 습도에서 1000시간 같은 조건에서 이러한 보상기를 숙성시킨 후 Rin 및 Rth의 손실과 관련하여 향상된 내구성을 가질 것으로 생각된다.
표 A, B 및 C에서, 제 2 층의 두께 및 %신장률을 변화시킴으로써 매우 다양한 Rin 및 Rth 값을 수득할 수 있음에 주목한다.
Figure 112006089480717-pct00006
표 D는 양의 면외 복굴절률을 갖는 다층 광학 보상기(TAC 80㎛ 상의 중합체 D 3.6㎛)의 면외 및 면내 지연에 대해 %신장률 및 온도가 갖는 효과를 보여준다. 이들 지연은 550nm의 파장에서 타원해석기(모델 M2000V, 제이.에이. 울람 캄파니)로 측정한다.
Figure 112006089480717-pct00007
폴리(N-비닐카바졸)(중합체 D)
Figure 112006089480717-pct00008
표 B, C 및 D에서 Rth는 주로 제 2 층의 두께에 의해 조절되고, Rin은 주로 %신장률/연신률에 의해 조절됨에 주목한다. 그러므로, Rth 및 Rin 값은 독립적으로 조절되는(분리된) 방식으로 수득될 수 있다.
상기 기재된 기법에 의해, 아래 기재되는 다층 보상기를 제조할 수 있다. 즉, 본 발명은 1층 이상의 중합체 제 1 층 및 1층 이상의 중합체 제 2 층을 포함하는 다층 보상기를 제공하는데, 이 때 제 1 층은 -0.01 이상 +0.01 이하의 면외 복굴절률(Δnth)을 갖는 중합체를 포함하고, 제 2 층은 -0.01 미만 또는 +0.01 초과의 면외 복굴절률을 갖는 비정질 중합체를 포함한다. 다층 보상기의 전체 면내 지연(Rin)은 20nm보다 크고, 상기 다층 보상기의 면외 지연(Rth)은 -20nm 미만 또는 +20nm 초과이며, 상기 1층 이상의 제 1 층의 면내 지연(Rin)은 상기 다층 보상기의 전체 면내 지연(Rin)의 30% 이하이다. 임의적으로는, 2층 이상의 제 1 층 및 상기 제 2 층은 인접해 있다.
제 1 층은 -0.01 이상 +0.01 이하의 면외 복굴절률(Δnth)을 갖는 중합체로 제조된다. 이러한 중합체의 예는 트라이아세틸셀룰로즈(TAC), 셀룰로즈 다이아세테이트, 셀룰로즈 아세테이트 뷰티레이트, 폴리카본에이트, 환상 폴리올레핀, 폴리스타이렌, 플루오렌기를 함유하는 폴리아릴레이트, 및 당해 분야의 숙련자에게 공지되어 있는 다른 중합체를 포함한다.
제 2 층의 합계 두께는 바람직하게는 30㎛ 미만, 더욱 바람직하게는 1.0 내지 10㎛, 더더욱 바람직하게는 2 내지 8㎛이다.
다층 보상기의 전체 면내 지연(Rin)은 바람직하게는 21 내지 200nm, 더욱 바람직하게는 25 내지 150nm, 더더욱 바람직하게는 25 내지 100nm이다.
제 1 층과 제 2 층의 합계 두께는 바람직하게는 200㎛ 미만, 더욱 바람직하게는 40 내지 150㎛, 더욱 더 바람직하게는 80 내지 110㎛이다.
다층 보상기의 면외 지연(Rth)이 -20nm 미만인 경우, 하나 이상의 제 2 층은 주쇄에 비가시 발색단 기를 함유하는 중합체를 포함하고, 180℃보다 높은 Tg를 갖는다. 중합체는 주쇄에 비닐, 카본일, 아마이드, 이미드, 에스터, 카본에이트, 방향족, 설폰 또는 아조, 페닐, 나프틸, 바이페닐, 비스페놀 또는 티오펜기를 함유하는 비가시 발색단을 함유할 수 있다. 제 2 층으로 적합한 중합체의 예는 (1) 폴리(4,4'-헥사플루오로아이소프로필리덴-비스페놀) 테레프탈레이트-코-아이소프탈레이트, (2) 폴리(4,4'-헥사하이드로-4,7-메타노인단-5-일리덴 비스페놀) 테레프탈레이트, (3) 폴리(4,4'-아이소프로필리덴-2,2',6,6'-테트라클로로비스페놀) 테레프탈레이트-코-아이소프탈레이트, (4) 폴리(4,4'-헥사플루오로아이소프로필리덴)-비스페놀-코-(2-노본일리덴)-비스페놀 테레프탈레이트, (5) 폴리(4,4'-헥사하이드로-4,7-메타노인단-5-일리덴)-비스페놀-코-(4,4'-아이소프로필리덴-2,2',6,6'-테트라브로모)-비스페놀 테레프탈레이트, (6) 폴리(4,4'-아이소프로필리덴-비스페놀-코-4,4'-(2-노본일리덴)비스페놀) 테레프탈레이트-코-아이소프탈레이트, (7) 폴리(4,4'-헥사플루오로아이소프로필리덴-비스페놀-코-4,4'-(2-노본일리덴)비스페놀)테레프탈레이트-코-아이소프탈레이트, 또는 (8) 상기중 임의의 둘 이상의 공중합체를 포함한다.
다층 보상기의 면외 지연(Rth)이 +20nm 초과인 경우, 하나 이상의 제 2 층은 비가시 발색단 기를 주쇄에서 벗어나 함유하고 160℃보다 높은 유리 전이 온도(Tg)를 갖는 중합체를 포함한다. 비가시 발색단 기는 카본일, 아마이드, 이미드, 에스터, 카본에이트, 페닐, 나프틸, 바이페닐, 비스페놀 또는 티오펜기, 또는 헤테로환상 또는 탄소환상 방향족 기를 포함할 수 있다. 제 2 층의 중합체는 주쇄에 비닐, 카본일, 아마이드, 이미드, 에스터, 카본에이트, 방향족, 설폰 또는 아조기를 함유할 수 있다. 제 2 층에 적합한 중합체의 예는 (A) 폴리(4-비닐페놀), (B) 폴리(4-비닐바이페닐), (C) 폴리(N-비닐카바졸), (D) 폴리(메틸카복시페닐메타크릴아마이드), (E) 폴리[(1-아세틸인다졸-3-일카본일옥시)에틸렌], (F) 폴리(프탈이미도에틸렌), (G) 폴리(4-(1-하이드록시-1-메틸프로필)스타이렌), (H) 폴리(2-하이드록시메틸스타이렌), (I) 폴리(2-다이메틸아미노카본일스타이렌), (J) 폴리(2-페닐아미노카본일스타이렌), (K) 폴리(3-(4-바이페닐릴)스타이렌), (L) 폴리(4-(4-바이페닐릴)스타이렌), (M) 폴리(4-사이아노페닐 메타크릴레이트), (N) 폴리(2,6-다이클로로스타이렌), (O) 폴리(퍼플루오로스타이렌), (P) 폴리(2,4-다이아이소프로필스타이렌), (Q) 폴리(2,5-다이아이소프로필스타이렌), 및 (R) 폴리(2,4,6-트라이메틸스타이렌) 또는 (S) 상기중 임의의 둘 이상의 공중합체를 포함한다.
이제, 본 발명의 다양한 요소가 숫자로 표시되고 당해 분야의 숙련자가 본 발명을 제조 및 사용할 수 있도록 본 발명에 대해 논의하는 도면을 참조한다. 구체적으로 도시 또는 기재되지 않은 요소는 당해 분야에 숙련자에게 널리 공지되어 있는 다양한 형태를 취할 수 있음을 알아야 한다.
도 4a, 도 4b 및 도 4c는, -0.01 이상 또는 +0.01 이하의 면외 복굴절률(Δnth)을 갖는 하나 이상의 A 중합체 층 및 -0.01 미만 또는 +0.01 초과의 면외 복굴절률을 갖는 하나 이상의 B 비정질 중합체 층을 포함하는, 본 발명에 따른 예시적인 다층 광학 보상기의 입면도이다. 도 4a의 보상기(401)는 B 층(409)이 A 층(407) 상에 배치된 구조를 갖는다. A 층(407) 및 B 층(409)은 인접해 있다. 도 4b의 보상기(403)와 같이 하나의 A 층(411) 상에 배치된 2개의 B 층(413, 415)을 가질 수도 있다. 다른 경우(405)에는, 하나의 B 층(417)이 2개의 A 층(419, 421) 사이에 끼워져 있다. 예를 들어 A(421) 및 B(417)의 인접하는 층 및 A의 단일 층(419)을 적층시킴으로써, 보상기(405)를 제조할 수 있다. B 층(417)과 A 층(419)의 계면에서 적층을 수행하고, 두 층(417, 419)은 적층 방법에 따라 인접할 수도 인접하지 않을 수도 있다. 당해 분야의 숙련자는 더 복잡한 구조도 알 수 있다.
도 5a에 도시된 LCD(501)에서는, 액정 셀(503)이 편광판(505)과 분석기(507) 사이에 위치한다. 편광판(509)과 분석기(511)의 투과축은 90±10°의 각을 형성하며, 따라서 편광판(509)과 분석기(511) 쌍은 "교차 편광판"인 것으로 일컬어진다. 다층 광학 보상기(512)는 편광판(505)과 액정 셀(503) 사이에 위치된다. 이는 또한 액정 셀(503)과 분석기(507) 사이에 위치할 수도 있다. 도 5b에 개략적으로 도시된 LCD(513)는 액정 셀(503)의 양쪽 면에 위치된 2개의 다층 광학 보상기(515, 517)를 갖는다. 도 5c는 반사형 LCD(519)에 다층 광학 보상기를 적용한 예를 도시한다. 액정 셀(503)은 편광판(505)과 반사판(521) 사이에 위치한다. 도면에서, 다층 보상기(523)는 액정 셀(503)과 편광판(505) 사이에 위치한다. 그러나, 이는 반사판(521)과 액정 셀(503) 사이에 위치할 수도 있다.
종래 기술과 비교하여, 본 발명의 실시양태는 원치 않는 착색을 야기하거나 또는 보상기로부터 확산되어 나가서 지연 손실 및/또는 원치 않는 화학반응을 야기할 수 있는 지연 증가제를 사용하지 않으며, 액정 화합물의 사용 및 그의 정렬 절차를 필요로 하지 않고, 비교적 얇은(<200㎛) 구조로 향상된 광학 보상을 제공하며, 용이하게 제조된다.
* 부호의 설명
nx: x 방향에서의 굴절률
ny: y 방향에서의 굴절률
nz: z 방향에서의 굴절률
Δnth: 면외 복굴절률
Δnin: 면내 복굴절률
Rth: 면외 지연
Rin: 면내 지연
λ: 파장
Tg: 유리 전이 온도

Claims (47)

1층 이상의 중합체 제 1 층 및 1층 이상의 중합체 제 2 층을 포함하는 다층 보상기(compensator)로서,
상기 제 1 층이 -0.01 이상 +0.01 이하의 면외 복굴절률(Δnth)을 갖고,
상기 제 2 층이 +0.01보다 큰 면외 복굴절률을 갖고,
상기 다층 보상기의 전체 면내 지연(Rin)이 20nm보다 크고, 상기 다층 보상기의 전체 면외 지연(Rth)이 +20nm보다 크며,
상기 1층 이상의 제 1 층의 면내 지연(Rin)이 상기 다층 보상기의 전체 면내 지연(Rin)의 30% 이하이고,
적어도 1층의 상기 제 2 층이 비가시 발색단 기를 주쇄에서 벗어나 함유하고 160℃보다 높은 유리 전이 온도(Tg)를 갖는 비정질 중합체를 포함하고, 상기 비정질 중합체가 (A) 폴리(4-비닐페놀), (B) 폴리(4-비닐바이페닐), (C) 폴리(N-비닐카바졸), (D) 폴리(메틸카복시페닐메타크릴아마이드), (E) 폴리[(1-아세틸인다졸-3-일카본일옥시)에틸렌], (F) 폴리(프탈이미도에틸렌), (G) 폴리(4-(1-하이드록시-1-메틸프로필)스타이렌), (H) 폴리(2-하이드록시메틸스타이렌), (I) 폴리(2-다이메틸아미노카본일스타이렌), (J) 폴리(2-페닐아미노카본일스타이렌), (K) 폴리(3-(4-바이페닐릴)스타이렌), (L) 폴리(4-(4-바이페닐릴)스타이렌), (M) 폴리(4-사이아노페닐 메타크릴레이트), (N) 폴리(2,6-다이클로로스타이렌), (O) 폴리(퍼플루오로스타이렌), (P) 폴리(2,4-다이아이소프로필스타이렌), (Q) 폴리(2,5-다이아이소프로필스타이렌), 및 (R) 폴리(2,4,6-트라이메틸스타이렌) 및 (S) 상기중 임의의 둘 이상의 공중합체로 이루어진 군으로부터 선택되는 비정질 중합체를 포함하는 것을 특징으로 하는 다층 보상기.
제 1 항에 있어서,
상기 층들 중 2층 이상이 인접해 있는(contiguous) 것을 특징으로 하는 다층 보상기.
제 2 항에 있어서,
상기 제 1 층 및 상기 제 2 층 모두가 인접해 있는 것을 특징으로 하는 다층 보상기.
제 1 항에 있어서,
상기 제 2 층이 30㎛ 미만의 합계 두께를 갖는 것을 특징으로 하는 다층 보상기.
제 1 항에 있어서,
상기 제 2 층이 1.0 내지 10㎛의 합계 두께를 갖는 것을 특징으로 하는 다층 보상기.
제 1 항에 있어서,
상기 제 2 층이 2 내지 8㎛의 합계 두께를 갖는 것을 특징으로 하는 다층 보상기.
제 1 항에 있어서,
상기 다층 보상기의 전체 면내 지연(Rin)이 21 내지 200nm인 것을 특징으로 하는 다층 보상기.
제 1 항에 있어서,
상기 다층 보상기의 전체 면내 지연(Rin)이 25 내지 150nm인 것을 특징으로 하는 다층 보상기.
제 1 항에 있어서,
상기 다층 보상기의 전체 면내 지연(Rin)이 25 내지 100nm인 것을 특징으로 하는 다층 보상기.
제 1 항에 있어서,
상기 제 1 층과 제 2 층의 합계 두께가 200㎛ 미만인 것을 특징으로 하는 다층 보상기.
제 1 항에 있어서,
상기 제 1 층과 제 2 층의 합계 두께가 40 내지 150㎛인 것을 특징으로 하는 다층 보상기.
제 1 항에 있어서,
상기 제 1 층과 제 2 층의 합계 두께가 80 내지 110㎛인 것을 특징으로 하는 다층 보상기.
삭제
삭제
삭제
삭제
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삭제
삭제
삭제
삭제
삭제
삭제
제 1 항에 있어서,
1층 이상의 제 1 층이 트라이아세틸셀룰로즈, 셀룰로즈 다이아세테이트, 셀룰로즈 아세테이트 뷰티레이트, 폴리카본에이트, 환상 폴리올레핀, 폴리스타이렌 또는 플루오렌기를 함유하는 폴리아릴레이트를 포함하는 중합체를 함유하는 것을 특징으로 하는 다층 보상기.
액정 셀,
상기 셀의 각 면에 하나씩 설치된 한 쌍의 교차 편광판, 및
제 1 항에 따른 하나 이상의 다층 보상기
를 포함하는 액정 디스플레이.
삭제
액정 셀,
하나 이상의 편광판,
반사판, 및
제 1 항에 따른 하나 이상의 다층 보상기
를 포함하는 액정 디스플레이.
제 25 항 또는 제 27 항에 있어서,
상기 액정 셀이 수직 정렬 셀, 트위스티드 네마틱 셀, 면내 스위칭 모드 셀, 또는 광학 보상 변곡(optically compensated bend) 액정 셀인 액정 디스플레이.
제 1 항에 따른 다층 보상기의 제조 방법으로서,
중합체를 함유하는 1층 이상의 제 1 층 상에, 용매 중 상기 비정질 중합체를 함유하는 1층 이상의 제 2 층을 코팅하는 공정, 또는 상기 제 1 층 및 상기 제 2 층을 동시-캐스팅하는 공정; 및
상기 제 1 층 및 상기 제 2 층을 연신시키는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 다층 보상기의 제조 방법.
제 29 항에 있어서,
상기 연신 공정이,
상기 제 1 층 및 상기 제 2 층의 적어도 한쪽 면을 유지하는 공정, 및
가열하는 것에 의해, 상기 제 1 층 및 상기 제 2 층을 건조시키는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 다층 보상기의 제조 방법.
제 29 항 또는 제 30 항에 있어서,
가열 전에, 상기 제 1 층 및 상기 제 2 층을 건조시켜 용매를 제거하는 공정; 및
그에 이어서 상기 제 1 층 및 상기 제 2 층을 연신시키는 공정
을 추가로 포함하는 다층 보상기의 제조 방법.
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